CN102227811B - 固体图像拍摄元件以及图像拍摄装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种固体图像拍摄元件以及图像拍摄装置。该固体图像拍摄元件具有：半导体层(100)，其具有第一面(100a)和位于上述第一面(100a)的相反侧的第二面(100b)；和多个光敏单元(1a、1b、…)，在半导体层(100)中的第一面(100a)与第二面(100b)之间以二维状排列；和多个微聚光透镜的第一阵列(200)，配置在第一面(100a)一侧，分别向包括在多个光敏单元(1a、1b、…)中的第一光敏单元组中的各光敏单元聚光；和多个微聚光透镜的第二阵列(300)，配置在第二面(100b)一侧，分别向包括在与多个光敏单元中的第一光敏单元组不同的第二光敏单元组中的各光敏单元聚光。

Description

固体图像拍摄元件以及图像拍摄装置
技术领域
本发明涉及固体图像拍摄元件以及图像拍摄装置。 
背景技术
近年来，使用CCD或CMOS等的固体图像拍摄元件(以下，有时称为“图像拍摄元件”)的数码照相机或数码图像拍摄机的高功能化和高性能化吸引了众多的目光。由于半导体制造技术的迅速进步，固体图像拍摄元件的像素结构的细微化不断发展。其结果是，实现了固体图像拍摄元件的像素以及驱动电路的高集成化，并且作为图像拍摄元件也实现了进一步的高性能化。特别是最近，还开发出了一种使用不是在形成固体图像拍摄元件的布线的面(表面)的一侧，而是在背面侧接收光的背面照射型(backside illumination)的图像拍摄元件的照相机，其特性等引人注目。在通常的图像拍摄元件中，由于在具有布线等的表面侧接收光，因此，由于表面侧的结构复杂从而产生光损耗等问题。但是，在背面照射型的图像拍摄元件中，因为在受光部上没有特别遮光的部件，因此，几乎不会产生由元件结构引起的光损耗。例如，专利文献1中公开了这种背面照射型的固体图像拍摄元件。 
专利文献2公开了在背面照射型的图像拍摄元件中的光电转换部的侧壁上设置反射膜，利用该像素高效率地进行光电转换的技术。专利文献3介绍了一种在光敏部的后侧设置反射层，利用反射层将通过光电转换部的入射光进行反射，以提高光电转换效率的技术。 
背面照射型的图像拍摄元件如专利文献4所示，在制作以往的表面侧受光的图像拍摄元件之后，将基板与表面侧粘接，并对背面侧进行削磨直到光敏部能接收光的程度。 
专利文献1：JP特开2005-347709号公报 
专利文献2：JP特开2006-80457号公报 
专利文献3：JP特开2006-54262号公报 
专利文献4：JP特开平6-326293号公报 
无论是表面照射型还是背面照射型，都用固体图像拍摄元件的表面以及背面中的一方进行图像拍摄。 
发明内容
本发明是鉴于上述课题而实现的发明，其目的是：提供一种在图像拍摄元件的表面侧和背面侧使用各自的像素进行图像拍摄的固体图像拍摄元件以及图像拍摄装置。 
本发明的固体图像拍摄元件具有：半导体层，其具有第一面和位于上述第一面的相反侧的第二面；多个光敏单元，在上述半导体层中的上述第一面与上述第二面之间以二维状排列；多个微聚光透镜的第一阵列，配置在上述第一面一侧，分别向包括在上述多个光敏单元中的第一光敏单元组中的各光敏单元聚光；和多个微聚光透镜的第二阵列，配置在上述第二面一侧，分别向包括在与上述多个光敏单元中的上述第一光敏单元组不同的第二光敏单元组中的各光敏单元聚光。 
在一实施方式中，上述多个光敏单元以行和列状排列，包括在上述第一光敏单元组中的光敏单元和包括在上述第二光敏单元组中的光敏单元在行以及列的方向上交替排列。 
在一实施方式中，上述多个光敏单元分别位于具有长方形的形状的多个像素区域内。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的各微聚光透镜具有菱形的形状。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的各微聚光透镜具有菱形的形状。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的各微聚光透镜具有长方形的形状。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中 的微聚光透镜的排列间距是上述多个像素区域的排列间距的2倍。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的各微聚光透镜具有上述多个像素区域的各面积的2倍的面积。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的微聚光透镜的排列间距是上述多个像素区域的排列间距的2倍。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的各微聚光透镜具有上述多个像素区域的各面积的2倍的面积。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的微聚光透镜的排列通过平行移动与包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的微聚光透镜的排列重合。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的微聚光透镜的排列不会通过平行移动与包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的微聚光透镜的排列重合。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的微聚光透镜的面积与包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的微聚光透镜的面积不同。 
在一实施方式中，上述多个光敏单元以相邻的行在行方向上移动半个间距的方式排列，包括在上述第一光敏单元组中的光敏单元与包括在上述第二光敏单元组中的光敏单元属于不同的行。 
在一实施方式中，上述多个光敏单元分别位于具有菱形的形状的多个像素区域内。 
在一实施方式中，包括在上述多个微聚光透镜的第一以及第二阵列中的各微聚光透镜具有长方形的形状。 
本发明的图像拍摄装置具有固体图像拍摄元件和在上述固体图像拍摄元件中入射光的光学系统，上述固体图像拍摄元件具有：半导体层，其具有第一面和位于上述第一面的相反侧的第二面；多个光敏单元，在上述半导体层中的上述第一面与上述第二面之间以二维状排列；多个微聚光透镜的第一阵列，配置在上述 第一面一侧，分别向包括在上述多个光敏单元中的第一光敏单元组中的各光敏单元聚光；和多个微聚光透镜的第二阵列，配置在上述第二面一侧，分别向包括在与上述多个光敏单元中的上述第一光敏单元组不同的第二光敏单元组中的各光敏单元聚光，上述光学系统将来自被摄体的光照射到上述第一阵列以及上述第二阵列。 
(发明效果) 
本发明的固体图像拍摄元件是两面照射型，并且，设置在第一面一侧的微聚光透镜聚光的光敏单元与设置在第二面一侧的微聚光透镜聚光的光敏单元不同。因此，能用表面以及背面两个面同时获取不同的图像。通过在表面以及背面改变微聚光透镜的排列方式，能在表面以及背面改变图像拍摄采样的位置以及频率。 
附图说明
图1A是表面照射型的固体图像拍摄元件的剖视图。 
图1B是背面照射型的固体图像拍摄元件的剖视图。 
图2是示意性表示在本发明使用的两面照射型的固体图像拍摄元件的构成例的剖视图。 
图3是本发明的实施方式1的固体图像拍摄元件的表面侧俯视图。 
图4是本发明的实施方式1的固体图像拍摄元件的背面侧俯视图。 
图5A是图3的固体图像拍摄元件的AA线剖视图。 
图5B是图3的固体图像拍摄元件的BB线剖视图。 
图6是表示本发明的实施方式1的固体图像拍摄装置的像素区域的尺寸的俯视图。 
图7是本发明的实施方式1的图像拍摄装置的构成图。 
图8是本发明的实施方式2的图像拍摄元件的俯视构成图。 
图9是本发明的实施方式3的图像拍摄元件的俯视构成图。 
图10A是本发明的实施方式3的图像拍摄元件的表面侧俯视图。 
图10B是本发明的实施方式3的图像拍摄元件的背面侧俯视图。 
图11是本发明的实施方式4的图像拍摄装置的构成图。 
图12是本发明的实施方式4的光分支图像拍摄部的构成图。 
具体实施方式
首先，参照图1A以及图1B对以往的固体图像拍摄元件的基本构成例进行说明。图1A表示表面照射型的固体图像拍摄元件的剖视构成例，图1B表示背面照射型的固体图像拍摄元件的剖视构成例。 
图1A的固体图像拍摄元件具有：半导体层100，其具有第一面(表面)100a和位于第一面100a的相反侧的第二面(背面)100b；和多个光敏单元1a、1b、1c、…，在半导体层100的第一面100a与第二面100b之间以二维状排列。在半导体层100的第一面(表面)100a一侧形成将光敏单元1a、1b、1c、…与未图示的驱动电路进行连接的布线5。另外，在半导体层100的第一面100a一侧具有用于向各光敏单元1a、1b、1c、…聚光的多个微聚光透镜的阵列200。 
在表面照射型的情况下，光从第一面100a入射到光敏单元1a、1b、1c、…。 
图1B的固体图像拍摄元件也具有：半导体层100，其具有第一面(表面)100a和位于第一面100a的相反侧的第二面(背面)100b；和多个光敏单元1a、1b、1c、…，在半导体层100的第一面100a与第二面100b之间以二维状排列。但是，该半导体层100比图1A所示的半导体层100薄，并被设计成从第二面100b入射的光有效地入射到光敏单元1a、1b、1c、…。在背面照射型的情况下也在半导体层100的第一面100a一侧形成布线5。但是，在半导体层100的第一面100a一侧未设置用于向各光敏单元1a、 1b、1c、…聚光的多个微聚光透镜的阵列200，取而代之，而是在第二面100b一侧设置用于向各光敏单元1a、1b、1c、…聚光的多个微聚光透镜的阵列300。 
参照图2对本发明的固体图像拍摄元件的基本构成的例子进行说明。图2示意性地表示本发明的固体图像拍摄元件的一个例子的剖视结构。 
图2的固体图像拍摄元件具有：半导体层100，其具有第一面(表面)100a和位于第一面100a的相反侧的第二面(背面)100b；和多个光敏单元1a、1b、1c、…，在半导体层100的第一面100a与第二面100b之间以二维状排列。在半导体层100的第一面(表面)100a一侧形成将光敏单元1a、1b、1c、…与未图示的驱动电路进行连接的布线5。 
在本实施方式中，在半导体层100的第一面100a一侧设有微聚光透镜的第一阵列200；在第二面100b一侧设有微聚光透镜的第二阵列300。微聚光透镜的第一阵列200并不是向各光敏单元1a、1b、1c、…聚光，而是向一部分的光敏单元(在图2中是“光敏单元1b”)聚光。另一方面，微聚光透镜的第二阵列300向光敏单元1a、1b、1c、…中的微聚光透镜的第一阵列200不聚光的其他的光敏单元(在图2中是“光敏单元1a、1c”)聚光。 
以下，对本发明的实施方式进行说明。对所有附图中公共的技术特征标注相同的参考标号，说明书中的标号也共同使用。 
(实施方式1) 
首先，参照附图3、4、5A以及5B对本发明的固体图像拍摄元件的第一实施方式进行说明。图3是本实施方式的固体图像拍摄元件的表面侧的平面俯视布局图。图4是其背面侧的俯视布局图。图5A是图3的A-A线剖视图，图5B是图3的B-B线剖视图。 
如图5A以及图5B所示，本实施方式的固体图像拍摄元件具有：半导体层100，其具有第一面(表面)100a和位于第一面100a的相反侧的第二面(背面)100b；和多个光敏单元1a、1b、1c、…，在半导体层100的第一面100a与第二面100b之间以二维状排列。 光敏单元1a、1b、1c、…是典型的光电二极管，是通过在半导体层100中扩散杂质而形成的。光敏单元1a、1b、1c、…分别通过光电转换而生成与入射光的量(光量)相应的电荷。 
在半导体层100的第一面100a一侧形成将光敏单元1a、1b、1c、…与未图示的驱动电路进行连接的布线5。在现实的固体图像拍摄元件中，在半导体层100的内部或表面上形成开关晶体管等的元件(未图示)。用于从光敏单元1a、1b、1c、…中读出电荷的信号的构成以及方法是众所周知的，因此，在此省略其详细的说明。 
在半导体层100的第一面100a一侧设有覆盖布线5的透明材料层6。在透明材料层6上形成微聚光透镜的第一阵列200。在第一阵列200上隔着由折射率低于透镜材料的材料形成的透明层7设有透明基板8。在半导体层100的第二面100b一侧设有微聚光透镜的第二阵列300。 
微聚光透镜的第一阵列200的俯视布局如图3所示。在图3中，为了简化，记载了：包括在微聚光透镜的第一阵列200中的4个透镜2a、2b、2c和2d；以及包括在光敏单元阵列中的9个光敏单元1a、1b、1c、…、1i。在现实的微聚光透镜的第一阵列200中包括多个透镜，在现实的光敏单元阵列中包括多个光敏单元。在本实施方式中，多个光敏单元1a、1b、1c、…、1i呈行或列状排列。 
由图3可知，透镜2a、2b、2c、2d分别向光敏单元1b、1d、1f、1h聚光。因此，9个光敏单元1a、1b、1c、…、1i中的一部分，即只有包括在第一光敏单元组中的光敏单元从第一面100a被光照射。在图3中，从表面侧接收光的光敏单元1b、1d、1f、1h用斜线的阴影线表示。 
另一方面，在半导体层100的第二面100b一侧设置的微聚光透镜的第二阵列300的俯视布局如图4所示。在图4中，为了简化，记载了：包括在微聚光透镜的第二阵列300中的5个透镜3a、3b、3c、3d和3e；以及包括在光敏单元阵列中的9个光敏单元1a、1b、1c、…、1i。由图4可知，透镜3a、3b、3c、3d以及3e分别向光敏单元1a、1c、1e、1g和1i聚光。因此，9个光敏单元1a、1b、1c、…、1i中的其他的部分，即只有包括在第二光敏单元组中的光敏单元从第二面100b被光照射。在图4中，从背面侧接收光的光敏单元1a、1c、1e、1g和1i用斜线的阴影线表示。
如上所述，在本实施方式中，包括在第一光敏单元组中的光敏单元1b、1d、1f、1h和包括在第二光敏单元组中的光敏单元1a、1c、1e、1g、1i在行以及列的方向上交替排列，形成棋盘形图案。 
通过对图3以及图4进行对比可知，微聚光透镜的第一阵列200通过平行移动与微聚光透镜的第二阵列300重合。 
接下来，参照图6。图6是与图3对应的图，为了简化，省略了透镜2a以外的透镜。在图6中记载了划分光敏单元1a、1b、1c、…、1i的虚线。交叉的虚线形成的长方形(包括正方形)的各边在像素之间的中间，位于像素的边界。通过该虚线划分的1个区域相当于“像素区域”，像素区域的X方向的尺寸用“H”表示，Y方向的尺寸用“V”表示。因此，水平方向的像素间距为“H”，垂直方向的像素间距为“V”。像素区域的形状不局限于长方形，也可以是正方形、菱形、六角形和八角形。另外，光敏单元的形状无需与像素区域的形状相似。光敏单元的尺寸为像素区域的尺寸以下。 
上述“像素区域”具有根据光敏单元的排列间距来决定的尺寸。在本发明的实施方式中，微聚光透镜的第一阵列200以及第二阵列300中所包括的各透镜具有大于上述“像素区域”的尺寸。如图6所示，微聚光透镜的形状为菱形，在从垂直的方向观察图像拍摄面时，微聚光透镜的外缘与各像素区域的外缘外接。微聚光透镜的面积是像素区域的面积的2倍。在本实施方式的固体图像拍摄元件的表面侧接收光的像素的个数为像素的总数的1/2。从表面侧接收光的像素的配置构成根据微聚光透镜的配置关系 来规定，因此，在本实施方式中，在水平以及垂直方向上实现“像素错开”。从图4可知，这种构成在背面侧也相同。 
在本实施方式中，微聚光透镜的面积大于微聚光透镜聚光的像素区域的面积，覆盖与进行聚光的像素区域相邻的像素区域的一部分。在此，关注图6所示的微聚光透镜2a以及光敏单元1b。微聚光透镜2a覆盖了与光敏单元1b相邻的光敏单元(例如光敏单元1a、1c)的一部分。因此，微聚光透镜2a能将入射到与光敏单元1b相邻的光敏单元(例如光敏单元1a、1c)的光的一部分聚光于光敏单元1b。在本实施方式中，由于微聚光透镜2a的作用，光敏单元1b的聚光区域已扩大为2倍。在这个意义上，可以说微聚光透镜2a将光敏单元1b所涉及的像素区域的面积实际扩大为2倍的面积。这样一来，根据本实施方式，能通过微聚光透镜的阵列200实际变更像素排列。 
另外，如图3以及图4所示，微聚光透镜的排列间距大于像素区域的排列间距(光敏单元的排列间距)，是其2倍。 
在本实施方式中，根据上述微聚光透镜和作为像素的光敏单元的配置关系，能在图像拍摄元件的表面侧和背面侧同时获得不同的图像，而且在各自的面上实现了像素错开的构成。因此，虽然在表面侧的图像拍摄中所使用的像素数是所有像素数的1/2，但在水平以及垂直方向上的分辨率不会变差。而且，由于微聚光透镜的面积是像素区域的2倍，因此，感光度成为2倍。同样，虽然在背面侧的图像拍摄中所使用的像素数是所有像素数的1/2，但在水平以及垂直方向上的分辨率不会变差。而且，由于微聚光透镜的面积是像素区域的2倍，因此，感光度成为2倍。 
接下来，对使用上述图像拍摄元件的图像拍摄装置的实施方式进行说明。图7表示本实施方式中的图像拍摄装置的构成。 
图7所示的图像拍摄装置是具有2个透镜9和上述固体图像拍摄元件11的双视野照相机。2个透镜9的间隔为例如1～20厘米。2个反射镜10分别将透过2个透镜9的光引导到固体图像拍摄元件11的表面以及背面。在固体图像拍摄元件11中同时入 射具有视差的图像，对应的光敏单元组进行光电转换。根据本实施方式，从不同角度观察到的被摄体的图像能利用1个固体图像拍摄元件11同时获取。 
该图像拍摄装置具有：信号生成及像素信号接收部12、元件驱动部13、视频信号生成部14和视频接口部15。 
信号生成及像素信号接收部12生成用于驱动图像拍摄元件11的基本信号，并接收来自固体图像拍摄元件11的图像信号。元件驱动部13从信号生成及像素信号接收部12接收用于驱动固体图像拍摄元件11的基本信号，并生成用于驱动固体图像拍摄元件11的信号。视频信号生成部14接收来自信号生成及像素信号接收部12的图像信号，并生成视频信号。视频接口部15向外部输出视频信号。 
在具有图7所示的构成的本实施方式的图像拍摄装置中，2个透镜9通过反射镜10在固体图像拍摄元件11的表面和背面这两个面上分别形成被摄体的图像。由2个透镜9中的一方形成的图像通过属于固体图像拍摄元件11的第一光敏单元组的光敏单元的光电转换而生成第一图像信号。同样，由2个透镜9中的另一个形成的图像通过属于固体图像拍摄元件11的第二光敏单元组的光敏单元的光电转换而生成第二图像信号。 
各自的图像信号通过信号生成及像素信号接收部13被输入到视频信号生成部14。在视频信号生成部14中生成2个视频信号。生成的2个视频信号分别经视频接口部被作为具有视差的影像信息而输出到外部。被输出的图像分别是由图像拍摄元件的一半的像素制成的。但是，由于具有像素错开的构成，因此，水平以及垂直方向的分辨率不会变差，能作为确保画质质量的双视野照相机图像使用。 
根据如上所述的本实施方式，在两面照射型的固体图像拍摄元件中，在长方形的像素区域的表面和背面这两个面上对应配置菱形的微聚光透镜。通过使它们的面积比为1∶2，能在固体图像拍摄元件的各个面上实现像素错开的构成。其结果是，能作为不 同的图像，而且以分辨率不会变差的高品质获得感光度高的图像。而且，如果使用这种两面照射型的固体图像拍摄元件，则能以1个固体图像拍摄元件实现双视野照相机的功能。 
本发明的图像拍摄装置不局限于双视野立体图像拍摄机，只要能获取2个图像，可以是任意的图像拍摄装置。 
(实施方式2) 
接下来，参照图8对本发明的图像拍摄元件的第2实施方式进行说明。 
图8是对本实施方式中的像素与微聚光透镜的配置关系进行了表示的图像拍摄元件的表面侧俯视图。在本实施方式中，光敏单元1以及像素区域4的形状都是菱形。相比之下，设置在固体图像拍摄元件的表面侧的微聚光透镜2以及设置在固体图像拍摄元件的背面侧的微聚光透镜3的形状都是长方形。 
在本实施方式中，针对菱形的像素区域，微聚光透镜为长方形。微聚光透镜2、3与像素区域4外接。它们的面积比为1∶2。 
在固体图像拍摄元件的表面侧和背面侧接收光的像素的数量分别是整体像素数的1/2。沿着行方向排列的像素在1条直线上，沿着列方向排列的像素也在1条直线上。即，未实现像素错开的配置。因此，与实施方式1的固体图像拍摄元件相比，水平以及垂直方向的分辨率降低。但是，由于接收来自图像拍摄元件的表面侧的光的像素与接收来自背面侧的光的像素不同，因此，具有能在图像拍摄元件的表面和背面分别进行图像拍摄的效果。 
根据如上所述的本实施方式，在两面照射型的图像拍摄元件中，由于在菱形的像素区域的表面和背面这两个面上对应配置长方形的微聚光透镜，因此，能在图像拍摄元件的表面和背面分别进行图像拍摄。而且，通过配置具有各像素区域的面积的2倍面积的微聚光透镜，使感光度成为2倍。 
(实施方式3) 
接下来，参照图9、图10A以及图10B对本发明的固体图像拍摄元件的第3实施方式进行说明。 
图9是对本实施方式的像素与微聚光透镜的配置关系进行了表示的图像拍摄元件的表面侧俯视图。在该图中也表示了设置在背面侧的微聚光透镜3aa。在图9中，微聚光透镜3aa的外形用虚线表示。微聚光透镜3aa具有像素面积的4倍的面积，从背面侧聚光到光敏单元1e。在表面侧记载了微聚光透镜2a、2b和2c。这些微聚光透镜2a、2b和2c与实施方式1中的微聚光透镜2a、2b和2c具有相同的构成。 
图10A是记载了本实施方式的固体图像拍摄元件的表面侧的比图9还宽的范围的俯视布局图，图10B是与图10A对应的本实施方式的固体图像拍摄元件的背面侧的俯视布局图。 
固体图像拍摄元件的像素区域与实施方式1同样具有长方形形状。另一方面，设置在固体图像拍摄元件的表面侧的微聚光透镜2的形状是菱形。像素区域以及微聚光透镜2a、2b和2c的配置关系与实施方式1的情况相同。但是，固体图像拍摄元件的背面侧的微聚光透镜3aa的面积是像素区域的4倍。该微聚光透镜3aa只向全部像素的1/4的像素聚光。 
如上所述，在本实施方式中，表面侧的微聚光透镜2a、2b、2c、…的排列不会因为平行移动而与背面侧的微聚光透镜3aa的排列重合。 
通过对图10A和图10B进行比较可以明确，由于在表面侧和背面侧微聚光透镜的排列模式不同，因此，可以在表面侧和背面侧使图像拍摄采样的空间频率变化。 
在本实施方式中，在固体图像拍摄元件的表面侧，虽然使用全部像素的1/2进行图像拍摄，但是，由于微聚光透镜2是以像素错开的构成配置的，因此，能在分辨率不变差的情况下进行图像拍摄。而且，因为微聚光透镜2a、2b和2c的面积是像素区域的2倍，所以，感光度成为2倍。另一方面，在图像拍摄元件的背面侧，由于使用全部像素的1/4进行图像拍摄，因此，分辨率在水平以及垂直方向上分别成为1/2。但是，由于微聚光透镜3aa的面积是像素区域的面积的4倍，因此，感光度也成为4倍。在本实施方式中，除了能在固体图像拍摄元件的表面和背面分别进行图像拍摄，还能获得分辨率和感光度不同的图像。
根据如上所述的本发明的实施方式3，在两面照射型的图像拍摄元件中，通过在表面侧将菱形的微聚光透镜对应配置在长方形的像素区域，能获得分辨率不会变差并且感光度高的图像。另外，通过在背面侧配置相对于像素区域具有4倍的面积的微聚光透镜，虽然分辨率在水平以及垂直方向上分别成为1/2，但是具有能获得感光度提高了4倍的别样图像的效果。 
(实施方式4) 
接下来，参照图11对本发明的图像拍摄装置的其他的实施方式进行说明。本实施方式的图像拍摄装置具有与实施方式1的图像拍摄元件相同的图像拍摄元件。 
本实施方式的图像拍摄装置是一个透镜的图像拍摄装置。图11的图像拍摄装置具有将来自透镜9的光分支成2束，在两面照射型的图像拍摄元件11的表面侧和背面侧成像的光分支图像拍摄部16，这一点与图7的图像拍摄装置不同。本实施方式中的图像拍摄装置的其他的基本构成与实施方式1中的图像拍摄装置的构成相同。 
光分支图像拍摄部16的构成例如图12所示。半反射镜17将来自透镜9的光分成2束，并通过反射镜10将被分开的各自的光入射到两面照射型的图像拍摄元件11。对光分支图像拍摄部16进行调整，以便2个入射光以光学上相同的倍率在相同位置上成像。 
在本实施方式中，由于使用实施方式1的固体图像拍摄元件，因此，能在固体图像拍摄元件的表面侧和背面侧获得不同的图像。而且，能在水平以及垂直方向上获得分辨率不会变差的感光度为2倍的图像。并且，由于使用了光分支图像拍摄部16，因此，从固体图像拍摄元件11获得的2个图像的位置只相差一个像素。如果将它们合成，则能在彼此倾斜的方向上的像素之间进行内插。即，能获得倾斜方向上的分辨率得到改善的1个图像。 
由于入射到固体图像拍摄元件11的光被分支成2束，因此，固体图像拍摄元件11的表面侧以及背面侧的各自的光量为入射到透镜9的光的1/2。由于微聚光透镜的面积是像素区域的面积的2倍，因此，受光量成为1倍，不会发生感光度的增减。 
根据以上所述的本实施方式，通过安装使用半反射镜的光分支图像拍摄部，能以像素单位获得图像拍摄位置不同的2个图像，并且通过将它们合成，能获得倾斜方向上的分辨率得到改善的图像。 
在由于固体图像拍摄元件的结构问题的缘故而使得光敏单元的表面侧的受光量与背面侧的受光量不同的情况下，优选改变配置在背面侧的透明材料的透过率，调节表面和背面的受光量。虽然在上述实施方式中将光敏单元、像素区域设为长方形或菱形，但即使不完全是该形状也能大体上获得上述效果。对于微聚光透镜的形状也同喻而语。 
(产业上的可利用性) 
本发明的固体图像拍摄装置可以广泛应用于包括数码照相机以及数码图像拍摄机的民用照相机、转播用照相机以及工业用照相机。 
附图符号的说明： 
1、1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i…图像拍摄元件的光敏单元 
2…微聚光透镜 
2a、2b、2c、2d…设置在半导体层的表面侧的微聚光透镜 
3…微聚光透镜 
3a、3b、3c、3d、3e、3f、3aa…设置在半导体层的背面侧的微聚光透镜 
4…像素区域 
5…布线 
6…透明材料层 
7…低折射率透明层 
8…透明基板 
9…透镜 
10…反射镜 
11…两面照射型的图像拍摄元件 
12…信号生成及像素信号接收部 
13…元件驱动部 
14…视频信号生成部 
15…视频接口部 
16…光分支图像拍摄部 
17…半反射镜 
100…半导体层 
100a…半导体层的第一面(表面) 
100b…半导体层的第二面(背面) 
200…微聚光透镜的第一阵列(表面侧微透镜阵列) 
300…微聚光透镜的第二阵列(背面侧微透镜阵列) 

Claims (16)

1.一种固体图像拍摄元件，具有：
半导体层，具有第一面和位于上述第一面的相反侧的第二面；
多个光敏单元，在上述半导体层中的上述第一面与上述第二面之间以二维状排列；
多个微聚光透镜的第一阵列，配置在上述第一面一侧，分别向包括在上述多个光敏单元中的第一光敏单元组中的各光敏单元聚光；和
多个微聚光透镜的第二阵列，配置在上述第二面一侧，分别向包括在与上述多个光敏单元中的上述第一光敏单元组不同的第二光敏单元组中的各光敏单元聚光，
包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的微聚光透镜的排列截距是上述多个像素区域的排列截距的2倍。
2.根据权利要求1所述的固体图像拍摄元件，其中，
上述多个光敏单元以行和列状排列，包括在上述第一光敏单元组中的光敏单元和包括在上述第二光敏单元组中的光敏单元在行以及列的方向上交替排列。
3.根据权利要求2所述的固体图像拍摄元件，其中，
上述多个光敏单元分别位于具有长方形的形状的多个像素区域内。
4.根据权利要求2或3所述的固体图像拍摄元件，其中，
包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的各微聚光透镜具有菱形的形状。
5.根据权利要求2或3所述的固体图像拍摄元件，其中，
包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的各微聚光透镜具有菱形的形状。
6.根据权利要求3所述的固体图像拍摄元件，其中，
包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的各微聚光透镜具有长方形的形状。
7.根据权利要求1所述的固体图像拍摄元件，其中，
包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的各微聚光透镜具有上述多个像素区域的各面积的2倍的面积。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的固体图像拍摄元件，其中，
包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的微聚光透镜的排列截距是上述多个像素区域的排列截距的2倍。
9.根据权利要求8所述的固体图像拍摄元件，其中，
包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的各微聚光透镜具有上述多个像素区域的各面积的2倍的面积。
10.根据权利要求1至3中任意一项所述的固体图像拍摄元件，其中，
包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的微聚光透镜的排列通过平行移动与包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的微聚光透镜的排列重合。
11.根据权利要求1所述的固体图像拍摄元件，其中，
包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的微聚光透镜的排列不会通过平行移动与包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的微聚光透镜的排列重合。
12.根据权利要求1所述的固体图像拍摄元件，其中，
包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的微聚光透镜的面积与包括在上述多个微聚光透镜的第二阵列中的微聚光透镜的面积不同。
13.根据权利要求1所述的固体图像拍摄元件，其中，
上述多个光敏单元以相邻的行在行方向上移动半个截距的方式排列，包括在上述第一光敏单元组中的光敏单元与包括在上述第二光敏单元组中的光敏单元属于不同的行。
14.根据权利要求13所述的固体图像拍摄元件，其中，
上述多个光敏单元分别位于具有菱形的形状的多个像素区域内。
15.根据权利要求14所述的固体图像拍摄元件，其中，
包括在上述多个微聚光透镜的第一以及第二阵列中的各微聚光透镜具有长方形的形状。
16.一种图像拍摄装置，具有固体图像拍摄元件和使光入射到上述固体图像拍摄元件的光学系统，在该图像拍摄装置中，
上述固体图像拍摄元件具有：
半导体层，具有第一面和位于上述第一面的相反侧的第二面；
多个光敏单元，在上述半导体层中的上述第一面与上述第二面之间以二维状排列；
多个微聚光透镜的第一阵列，配置在上述第一面一侧，分别向包括在上述多个光敏单元中的第一光敏单元组中的各光敏单元聚光；和
多个微聚光透镜的第二阵列，配置在上述第二面一侧，分别向包括在与上述多个光敏单元中的上述第一光敏单元组不同的第二光敏单元组中的各光敏单元聚光，
上述光学系统将来自被摄体的光照射到上述第一阵列以及上述第二阵列，
包括在上述多个微聚光透镜的第一阵列中的微聚光透镜的排列截距是上述多个像素区域的排列截距的2倍。
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