CN103037180B - 图像传感器和摄像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像传感器和摄像设备。图像传感器107包括各自包括微透镜(350)和多个光电转换部(306，307，310，311)的多个像素(200R，200G，200B)，其中多个光电转换部通过其间夹持的分离带(S)相互分离并且将通过微透镜的光束光电转换。微透镜包括在微透镜的光轴方向上与分离带重叠的分离带侧透镜部。当光电转换部将通过摄像光学系统的出射光瞳的相互不同的区域的光束光电转换时，分离带侧透镜部对在入射微透镜的光束中入射分离带侧透镜部的光束不提供光焦度或者提供负光焦度。

Description

图像传感器和摄像设备
技术领域
本发明涉及一种用于诸如数字照相机等的摄像设备的图像传感器，并且特别地，涉及一种适合于对来自摄像光学系统的出射光瞳的多个区域的光束进行光电转换的图像传感器。
背景技术
美国专利No.4410804号公开了使用上述图像传感器的摄像设备。所公开的摄像设备使用包括各自由一个微透镜和多个分割开的光电转换部构成的多个像素的二维图像传感器。分割开的光电转换部通过一个微透镜接收来自摄像光学系统的出射光瞳的相互不同的区域的光束(以下将出射光瞳的相互不同的区域称为“部分光瞳区域”)，即，进行光瞳分割。所公开的摄像设备能够通过使用由光电转换部进行光电转换所获得的电信号，产生与部分光瞳区域相对应的视差图像。
所产生的视差图像等同于作为关于光强度的空间分布和角度分布的信息的光场(LightField,LF)数据。“StanfordTechReportCTSR2005-02,1(2005)”公开了一种再聚焦技术，其通过使用已获取到的LF数据在与图像传感器表面不同的虚拟成像面重建图像、以生成与原始拍摄图像的聚焦位置不同的聚焦位置相对应的再聚焦图像。
此外，日本特开2001-083407号公报公开了如下摄像设备，其通过在图像传感器的各个像素中将来自所有分割开的光电转换部的电信号相加来产生所拍摄图像。
上述的图像传感器的各个像素包括形成在分割开的光电转换部之间以将其相互分离的分离带。然而，分离带通常具有比光电转换部更低的光接收灵敏度。这样的分离带在各个像素的光瞳强度分布(换言之，光接收率的入射角分布)中形成与分离带的形状(换言之，光电转换部的分离形状)相对应的低灵敏度区域，这可能在所拍摄图像中造成不自然的模糊。
发明内容
本发明提供一种图像传感器，并且提供配备有该图像传感器的摄像设备，其中，该图像传感器能够抑制通过在各个像素中形成相互分离的多个光电转换部而在光瞳强度分布中导致的低灵敏度区域的影响。
本发明的一方面提供一种图像传感器，包括：各自包括微透镜和多个光电转换部的多个像素，其中所述多个光电转换部通过其间夹持的分离带相互分离并且对穿过所述微透镜的光束进行光电转换，其中，所述微透镜包括在所述微透镜的光轴方向上与所述分离带重叠的分离带侧透镜部，以及在所述光电转换部对穿过摄像光学系统的出射光瞳的相互不同的区域的光束进行光电转换的情况下，对于入射到所述微透镜的光束中入射到所述分离带侧透镜部的光束，所述分离带侧透镜部不提供光焦度或者提供负光焦度。
本发明的另一方面提供一种图像传感器，包括：各自包括微透镜和多个光电转换部的多个像素，其中所述多个光电转换部通过其间夹持的分离带相互分离并且对穿过所述微透镜的光束进行光电转换，其中，所述微透镜包括在所述微透镜的光轴方向上与所述分离带重叠的分离带侧透镜部，以及在所述光电转换部对穿过摄像光学系统的出射光瞳的相互不同的区域的光束进行光电转换的情况下，所述分离带侧透镜部对入射到所述微透镜的光束中入射到所述分离带侧透镜部的光束具有发散作用。
本发明的另一方面提供一种图像传感器，包括：各自包括微透镜和多个光电转换部的多个像素，其中所述多个光电转换部通过其间夹持的分离带相互分离并且对穿过所述微透镜的光束进行光电转换，其中，所述光电转换部用于对穿过相互不同的区域的光束进行光电转换，并且所述微透镜包括各自的顶点相对于所述像素的中心在所述光电转换部的分离方向上偏心的多个子微透镜。
本发明的另一方面提供一种包括摄像光学系统和上述的图像传感器中的任何一种的摄像设备。
通过以下参考附图对实施例的说明，本发明的其它方面将变得明显。
附图说明
图1是示出设置有作为本发明的实施例1的图像传感器的摄像设备的结构的框图。
图2示出实施例1的图像传感器的像素配置。
图3A和3B分别示出实施例1的图像传感器中的像素的正面图和截面图。
图4A和4B分别示出比较例的图像传感器中的像素的正面图和截面图。
图5A和5B示出实施例1的图像传感器的像素结构和与实施例1光学等价的像素结构。
图6示出实施例1中的光瞳分割。
图7A和7B分别示出本发明的实施例2的图像传感器中的像素的正面图和截面图。
图8A和8B分别示出本发明的实施例3的图像传感器中的像素的正面图和截面图。
图9A和9B分别示出本发明的实施例4的图像传感器中的像素的正面图和截面图。
图10示出通过利用实施例1的图像传感器进行的图像传感器相位差AF的原理。
具体实施方式
以下将根据附图说明本发明的典型实施例。
实施例1
图1示出设置有作为本发明的第一实施例(实施例1)的图像传感器的数字照相机(摄像设备)的结构。在摄像光学系统(成像光学系统)中，附图标记101表示配置在摄像光学系统中最靠物体侧、并能够在摄像光学系统的光轴方向上移动的第一透镜组。附图标记102表示用于改变光圈直径以调节光量并且控制静止图像拍摄中的曝光速度的光圈快门单元。附图标记103表示摄像光学系统的第二透镜组。
将光圈快门单元102与第二透镜组103作为一体在光轴方向上移动。使第一透镜组101与第二透镜组103在光轴方向上移动以进行变倍(变焦)。
附图标记105表示作为调焦透镜的第三透镜组，其能够在光轴方向上移动以进行调焦。附图标记111是用于转动凸轮筒(未示出)以使得第一透镜组101和第二透镜组103在光轴方向上移动以进行变倍的变焦致动器。
附图标记112表示驱动光圈快门单元102的光圈叶片来改变光圈直径、以进行光量调节和曝光速度控制的光圈快门致动器。附图标记114表示用于在光轴方向上移动第三透镜组105以进行调焦的调焦致动器。
附图标记106表示作为用于减少所拍摄图像中的伪色和摩尔纹的光学元件的光学低通滤波器，附图标记107表示由二维CMOS传感器及其外围电路构成的本实施例的图像传感器。图像传感器107配置在摄像光学系统的成像面处或者成像面附近。
附图标记115表示包括诸如氙管或LED等的光源的电子闪光灯。附图标记116表示通过投影透镜将具有预定开口图案的掩模图像投影到被摄体上的AF辅助发光器。掩模图像的投影使得能够改进对暗被摄体或者低对比度被摄体的焦点检测性能。
附图标记121表示作为控制器的照相机CPU，其管理对照相机的各种操作的控制。照相机CPU121包括计算部、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器、通信接口电路及其它。照相机CPU121根据ROM中存储的计算机程序来控制照相机中各部的操作，以进行包括AF(自动调焦)操作、图像拍摄操作、图像处理操作和记录操作的一系列图像拍摄/记录操作。AF操作包括用于检测摄像光学系统的焦点状态的焦点检测以及用于将调焦透镜移动到聚焦位置的透镜驱动。
附图标记122表示与摄像操作同步地控制电子闪光灯115的发光的电子闪光灯控制器。附图标记123表示与焦点检测操作同步地控制AF辅助发光器116的发光的辅助光驱动器。附图标记124表示控制图像传感器107的操作并且对图像传感器107输出的模拟像素信号(摄像信号)进行A/D转换、以将转换后的数字摄像信号发送到照相机CPU121的图像传感器驱动器。附图标记125表示对数字摄像信号进行诸如γ转换和颜色插值等的图像处理以产生图像信号、并且对图像信号进行诸如JPEG压缩等的处理的图像处理器。
附图标记126表示基于焦点检测的结果、驱动调焦致动器114在光轴方向上移动第三透镜组105以进行调焦的调焦驱动器。附图标记128表示驱动光圈快门致动器112以开启和关闭光圈快门单元102的光圈快门驱动器。附图标记129表示响应于用户的变焦操作而驱动变焦致动器111的变焦驱动器。
附图标记131表示显示关于照相机的摄像模式的信息、在摄像操作前的预览图像、在摄像操作后的确认图像以及由AF操作所获得的聚焦状态的诸如LCD等的显示装置。附图标记132表示包括电源开关、释放开关(摄像触发开关)、变焦操作开关和摄像模式选择开关的操作开关。附图标记133表示用于记录所拍摄图像的可拆卸的闪速存储器。
接着，将参考图2说明本实施例的图像传感器107的像素配置。图2在包括4行像素×4列像素的16个像素(200R，200G，200B)的区域中示出在作为二维CMOS传感器的图像传感器107的像素配置。图2还在各个像素中示出以4行×4列(Nθ×Nθ)配置的子像素201至216。即，图2示出包括16行子像素×16列子像素的256个子像素的区域。在实际的图像传感器107中，在水平方向和垂直方向上重复配置图2中示出的按4行像素×4列像素配置的像素(按16行子像素×16列子像素配置的子像素)。
这样的像素配置形成如下的图像传感器，其包括例如按水平3480行像素×垂直2320列像素配置的约800万像素(按水平13920行子像素×垂直9280列子像素配置的约12800万子像素)。在本例中，像素配置周期(间隔)ΔX为8.0μm，并且子像素配置周期(间隔)Δx为2.0μm。
在图2中示出的包括4行像素×4列像素的像素之中的包括邻接的2行像素×邻接的2列像素的像素组200中，配置在对角位置的2个像素200G为具有G(绿色)的光谱灵敏度的绿色像素。此外，其它两个像素200R和200B分别为具有R(红色)的光谱灵敏度和具有B(蓝色)的光谱灵敏度的像素。
图3A示出图2中示出的各个像素(200R，200G和200B)从图像传感器107的光接收面侧(+z侧)所见的像素结构。图3B示出沿图3A中的a-a线切割并且从-y侧所见的像素结构的截面。
在一个像素中，将收集入射光的微透镜350配置在该像素的光接收面侧，并且设置有将通过微透镜350的入射光光电转换的多个(在本实施例中Nθ＝4)光电转换部组306、307、310和311。如图3A中所示，通过在4个光电转换部组306、307、310和311之间夹持十字形状的分离带S而使其相互分离地配置。分离带S以其中心(交点)位于像素的中心的方式来形成。本实施例中的4个光电转换部组306、307、310和311与“通过其间夹持的分离带而相互分离的多个光电转换部”相对应。
各个光电转换部组包括在x方向上的Nθ/2(=2)个光电转换部和y方向上的Nθ/2(=2)个光电转换部。换言之，4个光电转换部组306、307、310和311总体上包括由x方向上配置的Nθ(=4)个光电转换部和y方向上配置的Nθ(=4)个光电转换部所构成的16个光电转换部301至316。光电转换部301至316分别与图2中示出的子像素201至216相对应。
本实施例中的微透镜350包括Nθ(=4)个子微透镜351至354。子微透镜351至354分别具有相对于像素的中心在作为光电转换部组306、307、310和311的分离方向的对角线45度方向上(图3A中的右上、右下、左上和左下)偏心的顶点。子微透镜的各个顶点为子微透镜的光轴通过的点。各个子微透镜的光轴延伸的方向与微透镜的光轴方向相对应。
各个子微透镜以使得具有如下形状的方式来形成：与在水平方向和垂直方向上相邻接的其它两个子微透镜在直线状边界处相接触(线接触)。图3A以虚线示出在假定各个子微透镜具有以其顶点为中心的圆形的形状的情况下各个子微透镜的轮廓。
在图3B示出的截面中，各个子微透镜的顶点位于分离带S的外缘处。换言之，在图3B中，各个子微透镜的顶点位于光电转换部组310或者311的分离带侧的端部的正上方(该顶点位于通过分离带侧的端部的点划线上)处。
然而，仅需要以下：在图3B中，各个子微透镜的顶点相对于像素中心偏心并且位于分离带S上方的区域中、即位于点划线上及其之间的区域内，以使其在微透镜350的光轴方向上与分离带S重叠。以下将分离带S上方的区域(在微透镜350的光轴方向上与分离带S重叠的区域)称为“分离带侧区域”。在各个子微透镜(微透镜350)中，以下将包括在分离带侧区域中的透镜部分(即，与分离带S在微透镜350的光轴方向上重叠的透镜部分)称为“分离带侧透镜部”。
穿过各个子微透镜的分离带侧透镜部的光束从其透镜面受到发散作用。因此，光束被指向光电转换部组310或311所位于的分离带侧区域外部的区域(即，图3B中在点划线上及之间的区域外部的区域)，这是一个问题。另一方面，穿过各个子微透镜的分离带侧区域外部的区域中所包括的透镜部的光束从其透镜面受到会聚作用。分离带侧区域外部的区域也称为“分离带侧外部区域”。对各个子微透镜，将分离带侧外部区域中包括的透镜部(即，不与分离带S在微透镜350的光轴方向上重叠的透镜部)也称为“分离带侧外部透镜部”。
如上所述，在微透镜350中，与分离带S在微透镜350的光轴方向上重叠的分离带侧透镜部具有将入射到其中的光束发散的效果。换言之，分离带侧透镜部对入射到其中的光束提供负光焦度。
在图3A和3B中示出的本实施例的像素结构中，像素的中央部包括作为电容部的浮动扩散(FD)部320，其中，FD部320形成在用于分离地配置光电转换部组306、307、310和311的分离带S中。然而，本实施例具有如下的第一结构，其中，还用作遮光层的配线层340配置在像素的中央部的微透镜350和FD部320之间，以使得配线层340遮挡通过微透镜350并且射向FD部320的光束、从而该光束不入射到FD部320中。此外，本实施例具有如下的第二结构，其中，微透镜350由顶点相对于像素的中心偏心的子微透镜351至354形成，以使得分离带S(FD部320)和设置在像素的中央部的配线层340在光学上无效。该第二结构防止了分离带S(FD部320)和配线层340在光学上影响配置在像素的中央部的光电转换部。根据该第一结构和第二结构，本实施例避免了来自微透镜350的光束入射到配置在分离带S上的FD部320所造成的上述问题。
“光束不入射到FD部320中”的表述不仅包括光束完全不入射到FD部320中的情况，还包括光束入射到FD部320中的程度使得该光束不干扰光电转换部的与预期光接收量相对应的电信号的获取的情况。
此外，子微透镜的透镜面可以具有非球面形状或者球面形状。
虽然未示出，但各个光电转换部(301至316)由p层和n层之间配置有本征层的PIN光电二极管构成。然而，各个光电转换部可以由未设置本征层的PN结光电二极管构成。
此外，对各个像素(200R，200G和200B)设置有配置在微透镜350和光电转换部301至316之间的颜色滤波器360。对各个子像素设置的颜色滤波器的光谱透过率可以根据需要而改变，或者可以不设置颜色滤波器。
入射到一个像素中的光束由微透镜350(子微透镜351至354)收集(会聚)以在由颜色滤波器360分光分离后到达光电转换部301至316。
各个光电转换部根据其光接收量生成电子空穴对。接着，在电子和空穴在耗尽层被相互分离后，各自具有负电荷的电子累积在n层中。另一方面，通过连接p层与恒定电压源(未示出)而将空穴排出图像传感器107外。
在本实施例中，如图3A中所示，对每2个光电转换部设置有传输栅极330和FD部320、以使得传输栅极330和FD部320在这些光电转换部的两侧邻接。分离带S的宽度宽以允许将FD部320配置在分离带S中。并且，如图3B中所示，配线层340形成在FD部320上方(即，在相对于FD部320更远的微透镜侧)。
通过传输栅极330将累积在各个光电转换部的n层中的电子传送到FD部320并且转换为电压信号。
接着，将要说明本实施例的效果。首先，将要说明图4A和4B中示出的比较例。图4A示出从光接收面侧(+z侧)所见的像素，并且图4B示出沿图4A中的b-b线切割并且从-y侧所见的像素结构的截面。
对该比较例的各个像素设置只有一个顶点的微透镜359(即，不包括子微透镜)以及与本实施例相同的多个(4个)光电转换部组306、307、310和311。如图4A中所示，与本实施例中相同，4个光电转换部组306、307、310和311通过其间夹持的十字形的分离带S相互分离，分离带以其中心位于像素的中心的方式来形成。此外，与本实施例相同，分离带S具有宽的宽度以允许将FD部320配置在其中。
在图4B中，入射到只有一个顶点的微透镜359的透镜面中的光束从透镜面的全部区域受到会聚作用。
微透镜359会聚后的光束所入射到的分离带S根据其光接收量而生成电子空穴对。然而，在分离带S的宽度比电荷的扩散长度更大的情况下，已生成的电子空穴对的一部分在到达与分离带S相邻的光电转换部的耗尽层以彼此分离之前重新结合以重新发光。因此，在比较例中，分离带S具有比光电转换部301至316更低的光接收灵敏度。此外，在配线层340和遮光层(未示出)设置在分离带S上方(在微透镜侧)的情况下，分离带S也具有比光电转换部301至316更低的光接收灵敏度。
分离带S这样的低光接收灵敏度在光瞳强度分布(光接收率的入射角分布)中形成与分离带S的十字形相对应的低灵敏度区域(即，4个光电转换部组306、307、310和311的分离形状)，这在使用图像传感器107产生的所拍摄图像中造成不自然的模糊。
另一方面，本实施例形成如下的微透镜350，其具有顶点相对于像素的中心在4个光电转换部306、307、310和311的分离方向上偏心的4个子微透镜351至354。
图5A示出从图3A和3B中示出的像素结构提取的子微透镜351至354以及4个光电转换部组306、307、310和311。以使得全部子微透镜351至354的顶点(光学顶点)相互重叠的方式来重建图5A中示出的像素结构，这样提供了与图5B中示出的像素结构几乎光学等价的像素结构。
图5B示出将在图5A示出的像素结构中子微透镜351至354的顶点的偏心量(即，在光轴之间的距离)设置为适合于分离带S的宽度的光学状态。该状态能够使得具有宽的宽度的分离带S光学上无效(或是窄)。换言之，该状态能够使得通过各个子微透镜的光不入射到分离带S。此外，该状态还能够使得设置在像素中心附近的配线层340在光学上无效。
因此，本实施例抑制了由于光电转换部的分离配置而在光瞳强度分布中引起的灵敏度较低区域的影响。即，能够防止在通过使用图像传感器107产生的所拍摄图像中不自然的模糊的生成。
“光束不入射到分离带S中”这一表述不仅包括光束完全不入射到分离带S中的情况，还包括光束入射到分离带S中的程度使得不形成上述低灵敏度区域的情况。
调整子微透镜351至354的顶点的偏心量还能够使得4个光电转换部组306、307、310和311的一部分重叠。
图6示出在图5B中示出的像素结构中光电转换部与摄像光学系统的出射光瞳的多个部分区域(部分光瞳区域)之间的对应关系。如上所述，图5B中示出的像素结构使得设置在像素中心附近的分离带S和配线层340在光学上无效，这与本实施例中的像素结构几乎等价。
在图6中，附图标记400表示摄像光学系统的出射光瞳。来自被摄体的光束穿过摄像光学系统的出射光瞳400以入射到配置在摄像光学系统的成像面上(或者附近)的像素中。在图6中，为了使示出像素结构的x轴和y轴与出射光瞳侧坐标轴匹配，相对于图3至5将x轴和y轴反转。
附图标记500表示通过其中的光束能够被在一个像素中(200R，200G和200B)分割成Nθ×Nθ(=4×4)部的所有光电转换部301至316(子像素201至216)接收到的光瞳区域。附图标记501至516示出在光瞳区域500中分割为Nθ×Nθ(=4×4)个区域的部分光瞳区域。部分光瞳区域501至516与光电转换部301至316的光接收面相对于微透镜350(子微透镜351至354)为共轭关系，因此来自部分光瞳区域501至516的光束分别由光电转换部301至316接收。
在本实施例中，光瞳距离为数十毫米，另一方面，微透镜350的直径为若干微米。因此，微透镜350的光圈值为数万，这造成数十毫米级的衍射引起模糊。因此，在各个光电转换部的光接收面上形成的光学图像不成为清晰的光瞳区域或部分光瞳区域的图像，而是成为光瞳强度分布(光接收率的入射角分布)。
如上所述，本实施例提供在像素的中央部的微透镜350和FD部320之间所配置的也用作遮光层的配线层340。此外，本实施例配置子微透镜351至354以使得其顶点相对于像素的中心偏心，从而使得在4个光电转换部组306、307、310和311之间所形成的分离带S光学上无效。即，本实施例防止了穿过各个子微透镜的光入射到分离带S中。相应地，本实施例能够抑制由4个光电转换部组306、307、310和311的分离配置在光瞳强度分布上造成的低敏感度区域的影响。
在配置子微透镜351至354的顶点(光轴)以使其相对于像素的中心偏心的情况下，分离带S的宽度能够变窄与在子微透镜351至354的光轴之间的距离相对应的量。因此，为了使得分离带S在光学上无效，需要分离带S的最宽宽度与子微透镜351至354的光轴之间的距离大致相等。具体地，子微透镜351至354的光轴之间的距离比分离带S的最宽宽度的一半更大，并且比分离带S的最宽宽度的1.5倍更小。
此外，本实施例如图3A中所示，将一个子微透镜和一个光电转换部组作为一个结构单元处理，该光电转换部组包括被分割为2×2个部的光电转换部(子像素)。这样的结构单元必然使得在也用作遮光层的配线层340下(即，在子微透镜的相反侧)能够配置4个FD部。因此，需要各个像素由各自包括分割为2×2个部的光电转换部(子像素)的多个光电转换部组来构成。
在本实施例中，需要抑制在4个光电转换部组306、307、310和311之间的光接收串扰。因此，需要在微透镜350中各个子微透镜(351至354)的边界区域和各个光电转换部之间形成配线层或者遮光层以遮挡入射光。
接着，将要说明与上述光电转换部组306、307、310和311相对应的多个光电转换部组将通过摄像光学系统的出射光瞳的相互不同区域的多个光束进行光电转换、并且接着输出焦点检测信号以用于相位差检测的情况。使用设置在图像传感器上的像素(光电转换部组)的该相位差检测方法被称为图像传感器相位差检测方法，并且使用由该方法检测到的相位差的自动调焦(AF)被称为图像传感器相位差AF。
图10示出图像传感器相位差AF的示例性原理。图像传感器配置在摄像光学系统的成像面上或者附近。来自被摄体的光束通过摄像光学系统的出射光瞳1400以入射到像素中。部分光瞳区域1501和1502与被分割成N1×N2(1×2)组的光电转换部组1301和1302的光接收面相对于微透镜大致为共轭关系，这表示能够由光电转换部组1301和1302分别接收到的光束所来自的部分光瞳区域。此外，光瞳区域1500是由包括被分割成N1×N2(1×2)组的所有光电转换部组1301和1302的整个像素(摄像像素)1200G接收到的光束所来自的光瞳区域。
在图10中示出的结构中，光瞳距离为数十毫米，并且另一方面，微透镜1350的直径为若干微米。因此，微透镜1350的光圈值为数万，这造成数十毫米级的衍射引起模糊。因此，在各个光电转换部的光接收面上形成的光学图像不成为清晰的光瞳区域或者部分光瞳区域的图像，而是成为光瞳强度分布(光接收率的入射角分布)。
在图10中，针对光电转换部组(第一焦点检测像素)1301的部分光瞳区域1501与重心在-x方向上偏心的光电转换部组1301的光接收面相对于微透镜大致为共轭关系，这表示能够由光电转换部组1301接收到的光束所来自的光瞳区域。针对光电转换部组1301的部分光瞳区域1501具有在光瞳面上的+X方向上偏心的重心。
此外，在图10中，针对光电转换部组(第二焦点检测像素)1302的部分光瞳区域1502与重心在+x方向上偏心的光电转换部组1302的光接收面相对于微透镜大致为共轭关系，这表示能够由光电转换部组1302接收到的光束所来自的光瞳区域。针对光电转换部组1302的部分光瞳区域1502具有在光瞳面上的-X方向上偏心的重心。
在下述说明中，将从构成图像传感器中的像素1200G(或者1200R，1200B)的一部分的光电转换部组1301所获取的信号定义为A图像。相似地，将从构成图像传感器中的像素1200G(或者1200R，1200B)的一部分的光电转换部组1302所获取的信号定义为B图像。计算在A图像和B图像之间的相对图像偏移量(即，相位差)以将其转换成散焦量(即，失焦量)使得能够通过图像传感器相位差检测方法进行焦点检测。
另一方面，在图10中，使包括光电转换部组1301和1302两者的像素1200G的光瞳区域1500形成得尽可能地大，以使得光电转换部组1301和1302能够接收到通过摄像光学系统的出射光瞳1400的更大量的光束，并且使得在预定的光瞳距离处光瞳区域1500的重心与摄像光学系统的光轴大致一致。
对图像传感器中的各个像素1200G(或1200R，1200B)，将从光电转换部组1301获取的焦点检测信号和从光电转换部组1302获取的焦点检测信号相加使得能够生成具有与图像传感器的有效像素数相对应的分辨率的所拍摄图像。
实施例2
图7A示出本发明的第二实施例(实施例2)的图像传感器中各像素从图像传感器107的光接收面侧(+z侧)所见的像素结构。图7B示出沿着图7A中的a-a线切割并且从-y侧所见的像素结构的截面。虽然实施例1的图像传感器是正面照射型CMOS传感器，但本实施例的图像传感器是背面照射型CMOS传感器。本实施例中具有与实施例1中相同功能的构成元素由与实施例1中相同的附图标记来表示。
本实施例在微透镜350和光电转换部301至316之间形成遮光层370。此外，本实施例在相对于光电转换部301至316以及FD部320的与微透镜350的相反侧、即光入射侧的相反侧形成配线层340。除上述以外的结构与实施例1中相同。
本实施例也能够使在4个光电转换部组306、307、310和311之间形成的分离带S在光学上无效。即，本实施例防止了通过各个子微透镜的光入射到分离带S中。相应地，本实施例能够抑制由4个光电转换部组306、307、310和311分离配置而在光瞳强度分布上造成的低敏感度区域的影响。
换言之，本实施例能够在防止光束入射到形成在4个光电转换部组306、307、310和311之间的分离带S与形成在分离带S中的FD部320中的同时，消除配线层340的光学影响。因此，本实施例能够在维持良好的光瞳分割性能的同时，通过配置在像素的中央部的光电转换部来获取与其光接收量相对应的精确的电信号。
实施例3
图8A示出本发明的第三实施例(实施例3)的图像传感器中各个像素从图像传感器107的光接收面侧(+z侧)所见的像素结构。图8B示出沿着图8A中的a-a线切割并且从-y侧所见的像素结构的截面。虽然实施例1的图像传感器包括交叉部分形成锐角的子微透镜351至354，但本实施例的图像传感器包括交叉部分由平滑的曲面形成的子微透镜351至354。在利用灰阶掩模等通过光刻处理产生微透镜的情况下，子微透镜351至354的交叉部分通常形成为平滑的曲面。本实施例中具有与实施例1中相同功能的构成元素由与实施例1中相同的附图标记来表示。
在从图8B的截面所见的情况下，形成子微透镜351至354的交叉部分的“平滑的曲面”具有从分离带S的外边缘的正上方的最高位置开始、经过在最高位置和最低位置之间的中间位置的拐点到达在像素的中心的最低位置的曲线形状。
穿过各个子微透镜在图8B中的点划线上及之间的区域(分离带侧区域)(即，穿过各个子微透镜的分离带侧透镜部)的光束从其透镜面受到发散作用。因此，光束被指向光电转换部组310或者311所位于的图8B中点划线上以及之间的区域外部的区域(分离带侧外部区域)，这是一个问题。
另一方面，穿过各个子微透镜的分离带侧外部区域中所包括的透镜部(分离带侧外部透镜部)的光束从其透镜面受到会聚作用。
因此，在微透镜350中，与分离带S在微透镜350的光轴方向上重叠的分离带侧透镜部具有使入射到其中的光束发散的效果。换言之，分离带侧透镜部对入射到其中的光束提供负光焦度。
本实施例也能够使得在4个光电转换部组306、307、310和311之间形成的分离带S在光学上无效。即，本实施例防止了穿过各个子微透镜的光入射到分离带S中。相应地，本实施例能够抑制由4个光电转换部组306、307、310和311的分离配置在光瞳强度分布上造成的低敏感度区域的影响。
实施例4
图9A示出本发明的第四实施例(实施例4)的图像传感器中各个像素的从图像传感器107的光接收面侧(+z侧)所见的像素结构。图9B示出沿着图9A中的a-a线切割并且从-y侧所见的像素结构的截面。虽然实施例1的图像传感器包括交叉部分形成锐角的子微透镜351至354，但本实施例的图像传感器包括顶点由平面所连接的子微透镜351至354。本实施例中具有与实施例1中相同功能的构成元素由与实施例1中相同的附图标记来表示。
穿过在图9B中的点划线上及之间的区域(分离带侧区域)中的各个子微透镜的光束通过作为分离带侧透镜部的平面。
另一方面，穿过(实施例1中所述的)各个子微透镜的分离带侧外部区域中所包括的透镜部(分离带侧外部透镜部)的光束从其透镜面受到会聚作用。
分离带侧透镜部对入射到其中的光束不提供光焦度。
本实施例也能够使得在4个光电转换部组306、307、310和311之间形成的分离带S在光学上无效。即，本实施例防止了通过各个子微透镜的光入射到分离带S中。相应地，本实施例能够抑制由4个光电转换部组306、307、310和311的分离配置在光瞳强度分布上所造成的低敏感度区域的影响。
上述的各个实施例的图像传感器不仅能够用作诸如图1中所示出的一般的数字照相机的图像传感器，还能用作“StanfordTechReportCTSR2005-02，1(2005)”中公开的光场照相机的图像传感器。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (5)

1.一种图像传感器，包括：
各自包括微透镜和多个光电转换部的多个像素，其中所述多个光电转换部通过其间夹持的分离带相互分离并且对穿过所述微透镜的光束进行光电转换，
其特征在于，所述微透镜包括在所述微透镜的光轴方向上与所述分离带重叠的分离带侧透镜部以及作为所述分离带侧透镜部外部的透镜部的分离带侧外部透镜部，以及
在所述光电转换部对穿过摄像光学系统的出射光瞳的相互不同的区域的光束进行光电转换的情况下，对于入射到所述微透镜的光束中入射到所述分离带侧透镜部的光束，所述分离带侧透镜部不提供光焦度或者提供负光焦度，以及对于入射到所述微透镜的光束中入射到所述分离带侧外部透镜部的光束，所述分离带侧外部透镜部提供正光焦度，以使得入射到所述分离带侧透镜部的光束不入射到所述分离带。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述光电转换部通过对穿过摄像光学系统的出射光瞳的相互不同的区域的光束进行光电转换来输出相位差检测所使用的焦点检测信号。
3.一种图像传感器，包括：
各自包括微透镜和多个光电转换部的多个像素，其中所述多个光电转换部通过其间夹持的分离带相互分离并且对穿过所述微透镜的光束进行光电转换，
其特征在于，所述微透镜包括在所述微透镜的光轴方向上与所述分离带重叠的分离带侧透镜部以及作为所述分离带侧透镜部外部的透镜部的分离带侧外部透镜部，以及
在所述光电转换部对穿过摄像光学系统的出射光瞳的相互不同的区域的光束进行光电转换的情况下，所述分离带侧透镜部对入射到所述微透镜的光束中入射到所述分离带侧透镜部的光束具有发散作用，以及所述分离带侧外部透镜部对入射到所述微透镜的光束中入射到所述分离带侧外部透镜部的光束具有会聚作用，以使得入射到所述分离带侧透镜部的光束不入射到所述分离带。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，所述光电转换部通过对穿过摄像光学系统的出射光瞳的相互不同的区域的光束进行光电转换来输出相位差检测所使用的焦点检测信号。
5.一种摄像设备，包括：
摄像光学系统，
所述摄像设备的特征在于还包括：
根据权利要求1至4中的任一项所述的图像传感器。
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