CN104280804B - 成像装置和相机系统 - Google Patents

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Abstract

一种成像装置和相机系统，该成像装置在成像元件上形成穿过成像透镜的光束的图像，包括，设置在成像元件上的层压材料，光束穿过层压材料，该层压材料被设置在一个位置，在此处，层压材料上表面的端部允许来自光束最外侧的光束从中穿过，光束进入有效像素区域中成像元件的外端部的像素，该位置的具有宽度Hopt。

Description

成像装置和相机系统
相关申请的交叉参考
本申请要求于2013年7月9日提交的日本在先专利申请JP2013-143566的利益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种成像装置和相机系统，并且更具体地涉及一种成像装置和相机系统，其能够充分地发挥滤光器的作用，同时降低噪声光，诸如光斑和重影。
背景技术
一种先进的过程被引入固态成像装置的图像传感器中，如同其他半导体芯片。因此，最近几年，芯片的面积一直呈下降趋势。为应对这种情况，当设计其中图像传感器和基板是通过引线结合连接的固态成像装置时，(例如)可以设想设计焊盘被布置在图像传感器中透镜的有效直径中。
在这种情况下，然而，已经从透镜进入的光被连接到焊盘的导线(金线)表面反射，并进入图像传感器的光接收表面。结果就是，可能引起光斑或重影。
鉴于此，提出一种固态成像装置，其中，提供了光阻挡部件，其阻止来自透镜的光的光束，其已经进入设置在图像传感器上的焊盘附近(参见日本专利申请公开号2006-222249)。
因此，有可能减少光斑和重影(其是由已经从透镜进入，并且被连接到焊盘的金线表面反射，以进入图像传感器的光接收表面的光引起的)。
然而，入射光也可以被光阻挡部件中开口的边缘部分反射。结果就是，可能引起光斑或重影。
鉴于上述情况，提出了一种技术，其中通过使开口边缘面的角度相对于入射光的光轴方向比已经进入了光阻挡部件的边缘部分的光的入射角大，减少了由光阻挡部件中开口边缘部分的反射光引起的光斑或重影(参见日本专利申请公开号2012-186434)。
发明内容
现在，参照图1的顶部，将对现有的固体成像装置的剖面结构进行说明。一个对象存在于图1上侧的一个方向。来自该对象存在方向的入射光穿过ICRF(红外线截止滤波器)11，并经由层压材料(滤光器)21由成像设备22接收。成像设备22被设置在基板23上，并包括(例如)CMOS(互补金属氧化物半导体)。成像设备22将入射光光电转换为像素信号，并经由与形成在成像设备22上的布线层24连接的焊盘部分25，将像素信号从布线26输出到信号处理单元(未示出)。
此外，针对ICRF11，设置了遮光部分12。入射光被布线26反射，因而减小了由通过成像设备22接收的光引起的噪声光，诸如光斑或重影。此外，如图1顶部所示，遮光部分12开口的边缘表面相对于成像设备22的光接收表面在垂直方向上被设置为预定的角度。因此，减小了由光阻挡部分12开口的边缘表面反射的光造成的噪声光，诸如光斑和重影。
顺便提及，如图1顶部所示，如果层压材料21被设置，以便其端部对应于成像设备22的端部，并且层压材料21的侧壁(即端表面)，形成为垂直于有效像素区域中成像设备22的外端部分。入射光，诸如光束L1和L2，其来自进入层压材料21并穿过层压材料(滤光器)21的光束，由滤光器处理，并由成像设备22接收。
然而，图1顶部示出的光束L3仅仅穿过一部分层压材料21。因此，光束L3是不能充分经受光过滤器的过滤效应，而由成像设备22接收，其结果是，有可能无法充分地发挥滤光器21的功能。
鉴于上述情况，如图1中部所示，可以设想提供层压材料(滤光器)31，而非层压材料(滤光器)21，以相对于光束L3充分发挥滤光器31的功能。滤光器31的端部朝向在有效像素区域中的成像设备22的外侧突出，以便侧表面横截面形成为梯形形状。
在这种情况下，然而，由于层压材料(滤光器)的端部31与在有效像素区域的成像设备22外端部分相比突出，焊盘部分25的位置是远离外在有效像素区域的成像设备22的端部。因此，需要增加基板23的尺寸。其结果是，图像传感器芯片的尺寸可能会增加。
鉴于上述情况，如图1底部所示，可以设想提供一种层压材料(滤光器)41，以使层压材料(滤光器)31的端部靠近成像设备22的端部。
然而，也是在这种情况下，如图1底部所示，因为光L2和L3并非完全地穿过层压材料(滤光器)41，所以可能并不能充分发挥滤光器的作用。
本发明已考虑到上述情况，因此有必要使成像元件接收光束，充分地发挥滤光器的作用，尤其是，同时降低噪声光，诸如光斑和重影。
根据本公开的一个实施例，提供了一种成像装置，其在成像元件上形成通过成像透镜传输的光束的图像，包括：设置在所述成像元件上的层压材料，所述光束穿过所述层压材料，所述层压材料被设置在一个位置，在所述位置，所述层压材料的上表面的端部允许来自光束的最外侧的光线从中穿过，所述光束进入所述成像元件的有效像素区域中的外端部的像素，所述位置具有宽度Hopt。
允许最外光束穿过的层压材料的宽度Hopt，可以基于所述层压材料的厚度、透镜的焦距、所述透镜的F值和图像传感器的图像高度，允许所述最外光束穿过的所述层压材料的所述宽度Hopt由下列等式表示：Hopt＝T*(f-2*H*Fno)/(2*f*Fno+H)，其中T、f、Fno和H分别表示所述层压材料的所述厚度、所述透镜的所述焦距、所述透镜的所述F值和所述图像传感器的所述图像高度。
除了所述层压材料的所述厚度、所述透镜的所述焦距、所述透镜的所述F值和所述图像传感器的所述图像高度，根据与所述层压材料上侧相邻的区域的折射率、所述层压材料的折射率和入射光束的一个侧角，所述宽度Hopt可以由下列等式表示：
其中n，n'，和θFno表示与所述层压材料上侧相邻的区域的折射率、所述层压材料的折射率，以及F值为Fno的入射光束的一个侧角。
所述层压材料具有侧壁的倾斜角度θtilt，而侧壁的倾斜角度θtilt满足下式：n'*sin(θE)-(2*n)/n'*sin2(θA)-n*sin(θA)*sin(θE)<1，其中θA和θE分别表示层压材料上的入射角和90-θtilt。
所述层压材料的下表面端部的位置比其上表面端部的位置更近地位于所述有效像素区域一侧。
所述层压材料的所述上表面的宽度，大于通过将所述有效像素区域、所述宽度Hopt和光刻公差相加所获得的宽度以及通过将所述有效像素区域、所述宽度Hopt、所述光刻公差和所述层压材料的粘合精度相加所获得的宽度之一。
所述层压材料是通过粘合剂层与所述成像元件接触，所述粘合剂层的宽度，比通过将所述有效像素区域、所述光刻公差和所述层压材料的所述粘合精度相加得到的宽度以及所述层压材料的下表面的宽度中更大的一个宽度还要大。
层压材料是滤光器。
根据本公开的一个实施例，提供了一种相机系统，其包括在成像元件上形成穿过成像透镜的光束的图像的成像装置，所述成像装置包括：设置在所述成像元件上的层压材料，所述光束穿过所述层压材料，所述层压材料被设置在一个位置，在所述位置，所述层压材料的上表面的端部允许来自光束的最外侧的光线从中穿过，所述光束进入所述成像元件的有效像素区域中的外端部的像素，所述位置具有宽度Hopt。
基于所述层压材料的厚度、透镜的焦距、所述透镜的F值和所述图像传感器的图像高度，允许所述最外侧的光线穿过的所述层压材料的所述宽度Hopt由下列等式表示：Hopt＝T*(F-2*H*Fno)/(2*F*Fno+H)，其中T、F、Fno和H分别表示所述层压材料的所述厚度、所述透镜的所述焦距、所述透镜的所述F值和所述图像传感器的所述图像高度。
所述层压材料的下表面端部的位置比其上表面端部的位置更近地位于所述有效像素区域一侧。
层压材料可以是滤光器。
根据本公开的一个实施例，提供了一种成像装置，其形成穿过成像元件的成像透镜的光束的图像，包括设置在成像元件上的层压材料，光束传输通过层压材料，层压材料被设置在一个位置，层压材料上表面的端部允许来自光束最外侧的光线从此处穿过，光束进入有效像素区域中的成像元件外端部的一个像素，该位置的宽度为Hopt。
根据本公开的一个实施例，能够充分地发挥滤光器的作用，同时降低噪声光，诸如光斑和重影。
如附图所示，鉴于对其最佳模式实施例的如下详细描述，本发明公开的这些和其他目标、特征和优点将会变得更加明显。
附图说明
图1示出了现有的成像装置的配置示例；
图2示出了根据本公开的一个实施例的成像装置的配置示例；
图3用于说明光学必要宽度(突出量)；
图4用于说明考虑到折射的光学必要宽度；
图5用于说明倒锥形状的层压材料；
图6用于说明锥形形状的层压材料；
图7用于说明在将光学必要宽度和光刻公差考虑在内的情况下的配置示例；
图8用于说明在将光学必要宽度、光刻公差和粘合精度考虑在内的情况下的配置示例；
图9用于说明在将光学必要宽度、光刻公差、粘合精度和粘合剂层都考虑在内的情况下的配置示例；
图10用于说明在将光学必要宽度、光刻公差、粘合精度和在倒锥形状的层压材料中的粘合剂层都考虑在内的情况下的配置示例；
图11用于说明F值和光学必要宽度(突出量)之间的关系；
图12用于说明由于全反射引起的噪声的原理；
图13用于说明侧壁的角度与入射角之间的关系；以及
图14用于说明光在侧壁上的全反射的条件。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明的实施例进行说明。应当指出的是，将按照以下顺序进行说明。
1.第一实施例(实例，其中，光学必要宽度设置在层压材料中)
2.第二实施例(实例，其中，光学必要宽度是通过提供倒锥形部分，即，使层压材料的上侧大来设置的)
3.第三实施例(实例，其中，光学必要宽度是通过提供锥形部分，即，使层压材料的上侧小来设置的)
4.第四实施例(实例，其中，将光学必要宽度和光刻公差考虑在内)
5.第五实施例(实例，其中，将光学必要宽度、光刻公差和粘合精度都考虑在内)
6.第六实施例(实例，其中，将光学必要宽度、光刻公差、粘合精度和粘合剂层都考虑在内)
7.第七实施例(实例，其中，将光学必要宽度、光刻公差、粘合精度和倒锥形状的层叠体中的粘合剂层都考虑在内)
(1.第一实施例)
图2的顶部和底部分别示出了成像装置(相机或相机系统)中的成像设备附近的侧表面横截面的配置示例。在包括树脂材料的基板103上，形成了包括CMOS(互补金属氧化物半导体)或CCD(电荷耦合器件)等的成像设备102。在成像设备102上，形成了传输像素信号的布线层104。在布线层104的上部，层叠了包括滤光器的层压材料101。在布线层104上，设置了电连接到布线106的焊盘部分105。由成像设备102生成的像素信号通过布线106传输。
从存在对象的图2上侧上方发出，并穿过透镜100的入射光，穿过由滤光器构成的层压材料101，被滤光器光学处理，然后进入到成像设备102。通过光电转换入射光，成像设备102产生由电信号形成的像素信号，并通过布线层104，以及通过连接到焊盘部分105的布线106输出像素信号。
但应注意，如图2的顶部所示，当来自已经进入层压材料101的光束的入射光束L11至L13，进入层压材料101的端部以及在有效像素区域的成像设备102的外端部时，入射光束L11和L12穿过层压材料101，从图2的上表面到图2的下表面。因此，入射光束L11和L12被滤光器充分处理，然后进入成像设备102。然而，入射光束L13从层压材料101的侧壁入射到层压材料101，仅穿过一部分层压材料101，然后进入成像设备102。在这种情况下，因为入射光束L13仅穿过层压材料101的一部分，所以入射光束L13不能被滤光器充分处理，然后进入成像设备102。其结果是，在成像设备102的端部附近，像素信号是由没有被滤光器充分处理的入射光生成的。因此，与其它区域的像素信号相比光学退化的信号可能会产生。
如图2的下部所示，为了防止像素信号由于如上所述光不能充分地通过光滤波器处理而劣化，有必要提供具有大尺寸的层压材料101，使得与成像设备102相比，层压材料101突出，以便不妨碍焊盘部分105。有了这种配置，如图2的下部所示，因为与有效像素区域的成像设备102相比，层压材料的端部101突出，所以能够引起已经进入有效像素区域中的成像装置102的外端部的入射光束L11至L13的任何一个，穿过层压材料101(即从其上表面到下表面)。因此，能够充分地发挥层压材料101作为滤光器的作用。
在下面的描述中，从层压材料101的端部处的成像设备102的端部突出的层压材料101的长度(突出量)，被称为“光学必要宽度Hopt”，并被描述为“Hopt”，如图1的下部所示。同样适用于其他数字。
(光学必要宽度的设置)
光学必要宽度Hopt需要被设置为一个长度，其中，层压材料101不与焊盘部分105抵触，并且芯片配置的整体尺寸不会没必要得太大。更具体地，光学必要宽度Hopt被设定为，使得来自已经从透镜100进入成像设备102的光束的最外光束(其在成像设备102上形成图像，并进入对有效像素区域中成像设备102最外周的光进行光电转换的像素)传输通过层压材料(滤光器等)101上表面的端部，该层压材料与成像设备102相接触。
现在，对设置光学必要宽度Hopt的具体方法进行说明。
将首先描述透镜100的F值Fno，经由层压材料101进入成像设备102的入射光通过该透镜传输。F值Fno由以下等式(1)表示。具体地说，如图3的左部所示，F值Fno是将透镜D的焦距f除以有效直径D而得到的值。
此时，如图3的左部所示，当从有效直径的端部延伸到焦点位置的直线和光轴之间的角度为角度θFno(具有F值的光束的一个侧角)，tan(θFno)由下面的等式(2)表示。
根据这些条件，光学必要宽度Hopt被设定为如图3右部所示。但应注意，在图3的右部，H表示透镜100的焦距中的图像高度，而T表示由滤光器构成的层压材料101的厚度。此外，θfH是具有关于进入在成像设备102最外周进行光电转换的像素的光束的最外光束的F值的光束的一侧角θFno的光束方向与光轴方向之间的角。因此，tan(θfH)是由下面的等式(3)来表示。
此外，当式(2)被修改，tan(θFno)由下面的等式(4)来表示。
此外，如图3的右部所示，光学必要宽度Hopt由下面的等式(5)表示。
if θFno＞θfH
tan(θFno-θfH)×T＝Hopt ...(5)
在此，如下面的等式(6)所示，当等式(3)和等式(4)被应用到等式(5)中的tan(θFno)和tan(θfH)，可以得到光学必要宽度Hopt。
如上所述，可以根据由滤光器形成的层压材料101的厚度T、透镜100的焦距f、F值Fno以及图像高度H，将光学必要宽度Hopt设置为合适的值。
此外，如等式(6)所示，当焦距f为无穷大或在远心光学系统中时，光学必要宽度Hopt取最大值，并且被设置为如下面的等式(7)所示。
应当指出的是，在层压材料101的滤光器的折射率为1的情况下，由等式(6)和(7)设置的光学必要宽度Hopt采用简化值。
考虑到上述情况，通过设定考虑到折射率的层压材料101的厚度t'，而非不考虑折射率的层压材料101的厚度T，就可以设定光学必要宽度Hopt为考虑折射率的值，如以下等式(8)所示。
此处，t表示一厚度，在该厚度下入射光到达不考虑折射率的层压材料101中，入射位置与考虑到折射率的厚度t'的入射位置相同，并且表示当入射光到达考虑到折射率的层压材料101下表面时，在水平方向上相同位置的厚度。更具体地，厚度t可以被描述如下。
具体地说，如图4所示，层压材料101的上部空间的折射率被假定为n，而层压材料101中的空间折射率被假定为n'。对于折射，具有层压材料101上部空间的F值的光束的一侧角θFno在层压材料101中取角θ'Fno。此处，层压材料101下表面的位置(在该位置，已经从层压材料101上方的区域进入层压材料101上表面边界的光通过折射以层压材料101的光轴到达)被假定为光轴，从上表面上入射光的位置到光轴的距离为距离p，而在光轴方向上，从层压材料101的上表面到光轴和在入射位置经无折射传输的光之间交点的距离为距离t，其为厚度t。此外，此时，考虑到折射率的层压材料101的厚度为厚度t'。
但应注意的是，根据折射定律(Snell定律)，下面的等式(9)成立。
nsinθFno＝n’sinθ'Fno ···(9)
此外，根据距离p、t和t'，与角度θFno和θ'Fno之间的关系，下面的等式(10)和(11)成立。
P＝t tan θFno ···(10)
P＝t’tan θ’Fno ···(11)
此外，根据等式(10)和等式(11)之间的关系，下面的等式(12)成立。
t tan θFno＝t’tan θ’Fno ···(12)
此处，等式(9)被修改以获得由下面的等式(13)表示的x。在这种情况下，tan(θ'Fno)由下面的等式(14)表示。
此外，等式(9)被修改，以得到由以下等式(15)表示的y。在这种情况下，tan(θFno)由下面的等式(16)表示。
当等式(14)和等式(16)被应用到等式(12)，以下等式(17)成立。
应当指出的是，左边可修改成下面的等式(18)。
此外，当由等式(18)表示的修改的左边被应用到等式(17)，以下等式(19)成立。
应当指出的是，当式(1)被解出，得到系数t时，下面的等式(20)成立。
此处，在层压材料101上部空间的折射率n被假定为1。系数t由下式(21)表示。
如上所述，在考虑到折射率的情况下，除了层压材料101的厚度t'、透镜100的焦距f、F值Fno和图像高度H之外，也能够根据层压材料101的上部空间的折射率n和层压材料101空间中的折射率n'，将光学必要宽度Hopt设置为适当的值。
通过设置如上所述的光学必要宽度Hopt，如图2的下部所示，除光束L1和L2以外，光束L3(在图2上部所示的配置下，其难以传输通过层压材料101)可以从层压材料101的上表面传输通过层压材料101到其下表面。因此，能够充分地发挥层压材料101作为滤光器的作用。
(2.第二实施例)
顺便说一下，如果光学必要宽度Hopt被设置成使得光束L1、L2和L3从层压材料101的上表面透过层压材料101到达其下表面(如图2所示)，因为层压材料101以这样一种方式提供，即其下表面不会干扰焊盘部分105，所以可以从硅晶片制造的图像传感器数量减少。
然而，如图2所示，在光束L1至L3从上表面穿过层压材料101到其下表面的情况下，光学必要宽度Hopt仅需要针对层压材料101的上表面被设置。光学必要宽度Hopt不一定需要针对层压材料101的下表面而设置。
鉴于上述情况，如图5所示，光学必要宽度Hopt仅仅针对层压材料101的上表面而设置，层压材料101的下表面可以在从成像设备102的端部到层压材料101不会干扰焊盘部分105的部分的范围内延伸。以这种方式，有可能使焊盘部分105更靠近成像设备102。基板103的必要面积可以减小，因而可以从硅晶片制造的图像传感器的数目可以增加。
(3.第三实施例)
此外，基于同样的原因，下表面的宽度可以比光学必要宽度Hopt更大，只要光学必要宽度Hopt是针对于层叠体101的上表面被设定。因此，如图6所示，下表面可以比上表面大。
应当指出的是，当层压材料101产生时，在层压材料101通过旋涂法等被施加到硅晶片的成像设备102，并被固化之后，在为了成像设备102通电而针对焊盘部分105设置开口等的情况下，有必要除去层压材料101。如图6所示，在半导体中利用光刻技术和蚀刻技术除去层压材料101中不必要的部分的情况下，也难以使层压材料101侧表面的形状为梯形形状(上表面比下表面更窄的结构)。然而，如图5所示，能够很容易地制作倒梯形形状的结构(上表面比下表面更宽的结构)。此外，形成的难易程度会对生产(开发)成本或制造变化的稳定性产生影响。因此，从层压材料101的光学特性、可以产生的层压材料101的数目以及制造难度的角度来看，层压材料101的形状最好是图5所示的倒梯形形状。
(4.第四实施例)
在上面的描述中，对针对层叠体101的上表面对光学必要宽度Hopt进行设定的实例进行了说明。然而，例如针对层压材料101被设置的位置，可以考虑光刻(包括蚀刻)公差。具体地说，如图7所示，通过增加光刻公差Hlitho到光学必要宽度Hopt得到的宽度可以设置在成像设备102的端部与焊盘部分105之间，以使该层压材料的上表面101从有效像素区域中的成像设备102的外端部伸出。具体地讲，“光学必要宽度Hopt+光刻公差Hlitho”可以被设置为从有效像素区域中的成像设备102的外端部到层压材料101的上表面的端部的宽度。有了这样的设置，就可以充分发挥层压材料101作为滤光器的作用，并减小光刻(包括蚀刻)公差。
(5.第五实施例)
此外，在层压材料101通过粘合被放置在基板103上的情况下，粘合精度Hmount可以进一步被加入，如图8所示。具体而言，从有效区域中的成像设备102的外端部到层压材料101的上表面端部的宽度可以被设置为“光学必要宽度Hopt+光刻公差Hlitho+粘合精度Hmount”。有了这样的设置，就可以充分发挥层压材料101作为滤光器的作用，并且不仅减小光刻(包括蚀刻)公差，还减小由粘合引起的误差。
(6.第六实施例)
此外，在如图9所示，在层压材料101通过粘合剂层151粘合到成像设备102的情况，通过使粘合剂层151的宽度Hglue比“光学必要宽度Hopt+光刻公差Hlitho+粘合精度Hmount”更大，可以充分发挥层压材料101作为滤光器的作用，并将层压材料101牢固地附着到成像设备102上。
(7.第七实施例)
此外，即使在如图10所示，层压材料101的侧面横截面的形状为倒梯形形状的情况下，粘合剂层151的宽度Hglue可能大于“光学必要宽度Hopt+光刻公差Hlitho+粘合精度Hmount”。以这种方式，能够充分地发挥层压材料101作为滤光器的作用，并将层压材料101牢固地附着在成像设备102上。
(F值和光学必要宽度(突出量))
顺便说一下，从透镜100到成像面的主光束的入射角一般随着图像高度H为高而增加。在入射角比图2所示的光束的入射角更大(图像高度高，或焦距短)的情况下，与图2的情况相比，光束从左侧入射。因此，不能穿过层压材料101的光束数目减小。
应当指出的是，图11的左部示出了从上表面观察的成像设备102的有效像素区域，并在其成像设备102的上端部的中心与下端部的中心示出的点表示层压材料101侧壁中的位置，在其上，光束的入射角是最小的(即没有穿过层压材料101的光束的数目是最大的)。
图11的右部为在图11左部示出的成像设备102的图像高度H中的等效35mm焦距为12毫米(使用等式(6))，而层压材料101的厚度为100微米的情况下，表示F值Fno(1到16)与光学必要宽度Hopt之间的关系的曲线图。
如图11右部的图所示，因为，在F值Fno为1，35mm等效焦距为24mm，光学必要宽度Hopt为0微米的情况下，如果透镜100的35mm等效焦距长于24毫米，则有必要考虑光学必要宽度Hopt+光刻宽容Hlitho+粘合精度Hmount。另一方面，在透镜100的35mm等效焦距比24毫米更短的情况下，光学必要宽度Hopt没有必要。只需要考虑光刻公差Hlitho+粘合精度Hmount。但应注意，在图11的右部，如其右侧区域所示，线条代表远心透镜以及具有如上所述500毫米、125毫米、30毫米、24毫米和18毫米的35mm等效焦距的透镜的波长。
此外，在远心透镜的情况下，主光束的入射角是0度(垂直)，而不考虑焦距，并且光学必要宽度Hopt是最大的。在这种情况下，上述等式(7)被用来计算光学必要宽度Hopt。
(圆锥形状的影响)
如图5至图10所示，层压材料101的侧面横截面的形状可以是倒梯形形状或梯形形状的任何一种。在下面的描述中，这些形状也被分别称为倒锥形状和锥形形状。
应当指出的是，当已经进入具有锥形形状或倒锥形状的层压材料101上表面的光束进入侧壁(例如，图11的左部中所示的点所表示的位置)时，如图12的左部和中心部分所示，入射光L101和入射光L102进入侧壁，被侧壁折射，并穿过层压材料101，并且在某些情况下从层压材料101出去，这取决于入射角。另一方面，如图12的右部所示，如果入射光L103被全反射并在层压材料101中传播，那么入射光L103到达有效像素区域，这可能产生影响，如噪声光，例如重影和光斑。
图13示出了取决于包括从层压材料(滤光器等)101的上表面的入射角和侧壁的倾斜角度的条件，光被全反射的情况和光没有被全反射的情况的分布。应当指出，在图13中，横轴表示相对于侧壁的光轴的倾斜角度，而纵轴表示入射角。此外，阴影区域的分布表示在其中光被全反射的区域，而灰色区的分布表示其中光没有被全反射的区域。此处，层压材料的折射率被假定为1.5，空气的折射率被假定为1。在这种情况下，表面反射率是4％左右。另一方面，在全反射的情况下，因为几乎所有的光能被储存，所以全反射的光产生了显著影响，作为噪声光，如重影。因此，在光不被全反射的情况下倾斜侧壁是有利于。因此，图13所示的分布表示利用层压材料101的形状为倒锥形状，噪声光(例如重影和光斑)可以被减少，因为与层压材料101的形状为锥形形状的情况相比，在层压材料101的形状是倒锥形状的情况下，其中光不被全反射的区域较宽。
(光不完全反射的条件)
接下来，参考图14，对其中光不被全反射的条件进行说明。应当指出的是，图14示出，在具有倒锥形状的层压材料101的侧壁W附近，其中入射光被全反射的条件。此处，光束到层压材料101的入射角被假定为角θA，入射角为θA的光束的折射角被假定为折射角θB，折射角是折射角θB的光束到侧壁W的入射角为角θC，层压材料101的侧壁W相对于光轴的倾斜角被假定为倾斜角θtilt，层压材料101的折射率被假定为折射率n'，而层压材料101外侧的折射率被假定为折射率n。此外，层压材料101的上表面和侧壁W的倾斜部分之间的角θE被假定为90°-θtilt，而入射角是角θC的光束和侧壁W倾斜部分之间的角度θX被假定为90-θC。此时，已经进入层压材料101的光束在侧壁的倾斜部分上被全反射，这会导致图像中的重影或光斑。鉴于上述情况，为了减少重影或光斑，其中已进入层压材料101的光在侧壁上的倾斜部分不被全反射的条件必须被满足。
此处，根据斯Snell定律，来自图14的关系的下式(22)成立。
nsinθA＝n’sinθB ···(22)
此外，如图14所示，角θE，θX及θB分别由下面的等式(23)至(25)表示。
θE+θx＝90°+θB ···(23)
θx＝90°+θB-θE ···(24)
θC＝90°-θx＝90°-(90°+θB-θE)
＝θE-θB ···(25）
其中光在侧壁W的倾斜部分被全反射的条件由基于Snell定律的下式(26)表示。
n'sinθC＞1 ···(26)
在此，当式(25)被应用到等式(26)，以下等式(27)成立。
n'sin(θE-θB)＞1 ···(27)
此外，使用三角函数的和差化积等公式,等式(27)发展为下面的等式(28)，其包括入射角θA和层压材料101上表面和侧墙壁W之间的角度θE。
n'sinθEcosθB-n'cosθEsinθB＞1
n'sinθE(1-2sinθB)-nsinθA·cosθE＞1
n'sinθE-2n'sinθB-nsinθA·cos θE＞1
n'sinθE-2n'sinθB·sinθC-nsinθA·cosθE＞1
n'sinθE-2nsinθA·sinθB-nsinθA·cosθE＞1
等式(28)是全反射的条件。因此，通过反转等式(28)的不等号得到下面的等式(29)为其中光不被全反射条件。
此处，侧壁的倾斜角度θtilt可由层压材料101的上表面和侧壁W之间的角度θE来表示，这由下面的等式(30)表示。
θtilt＝90-θE ···(30)
因此，当等式(29)和等式(30)成立时，有可能导致光不被全反射。因此，如图13所示，阴影区表示不满足等式(29)和等式(30)的区域，灰色区域表示满足等式(29)和等式(30)的区域。
因此，当层压材料101的侧壁W的倾斜角与入射角之间的关系满足等式(29)和等式(30)时，能够降低噪声光，诸如光斑和重影。
如上所述，根据本发明，由于已经进入图像传感器的成像元件的光束可以通过层压材料(滤光器等)传输，因此能够充分发挥层压材料(滤光器)的预期性能。此外，通过使层压材料的形状满足其中光不被全反射的条件，能够减少由噪声光诸如光斑和重影产生的影响。
应当指出的是，本发明的实施例不局限于上述实施例，并且可以在不脱离本发明主旨的情况下进行各种修改。
此外，本发明还可以采取以下配置。
(1)成像装置，其在成像元件上形成通过成像透镜传输的光束的图像，
包括：
设置在所述成像元件上的层压材料，所述光束穿过所述层压材料，所述层压材料被设置在一个位置，在所述位置，所述层压材料的上表面的端部允许来自光束的最外侧的光线从中穿过，所述光束进入所述成像元件的有效像素区域中的外端部的像素，所述位置具有宽度Hopt。
(2)根据(1)的成像装置，其中
基于所述层压材料的厚度、透镜的焦距、所述透镜的F值和图像传感器的图像高度，允许所述最外侧的光线穿过的所述层压材料的所述宽度Hopt由下列等式表示：
Hopt＝T*(f-2*H*Fno)/(2*f*Fno+H)，
其中T、f、Fno和H分别表示所述层压材料的厚度、所述透镜的焦距、所述透镜的F值和所述图像传感器的图像高度。
(3)根据(2)的成像装置，其中
除了所述层压材料的所述厚度、所述透镜的所述焦距、所述透镜的所述F值和所述图像传感器的所述图像高度，根据与所述层压材料上侧相邻的区域的折射率、所述层压材料的折射率和入射光束的一个侧角，所述宽度Hopt可以由下列等式表示：
其中n，n'，和θFno表示与所述层压材料上侧相邻的区域的折射率、所述层压材料的折射率，以及F值为Fno的入射光束的一个侧角。
(4)根据(3)的成像装置，其中
所述层压材料具有侧壁的倾斜角度θtilt，而侧壁的倾斜角度θtilt满足下式：
n'*sin(θE)-(2*n)/n'*sin2(θA)-n*sin(θA)*sin(θE)<1，
其中θA和θE分别表示层压材料上的入射角和90-θtilt。
(5)根据(1)的成像装置，其中
所述层压材料的下表面端部的位置比其上表面端部的位置更近地位于所述有效像素区域一侧。
(6)根据(2)的成像装置，其中
所述层压材料的所述上表面的宽度，大于通过将所述有效像素区域、所述宽度Hopt和光刻公差相加所获得的宽度以及通过将所述有效像素区域、所述宽度Hopt、所述光刻公差和所述层压材料的粘合精度相加所获得的宽度之一。
(7)根据(6)的成像装置，其中
所述层压材料是通过粘合剂层与所述成像元件接触，所述粘合剂层的宽度，比通过将所述有效像素区域、所述光刻公差和所述层压材料的所述粘合精度相加得到的宽度以及所述层压材料的下表面的宽度中更大的一个宽度还要大。
(8)根据(1)的成像装置，其中
层压材料是滤光器。
(9)相机系统，包括在成像元件上形成穿过成像透镜的光束的图像的成像装置，所述成像装置包括：
设置在所述成像元件上的层压材料，所述光束穿过所述层压材料，所述层压材料被设置在一个位置，在所述位置，所述层压材料的上表面的端部允许来自光束的最外侧的光线从中穿过，所述光束进入所述成像元件的有效像素区域中的外端部的像素，所述位置具有宽度Hopt。
(10)根据(9)的相机系统，其中
基于所述层压材料的厚度、透镜的焦距、所述透镜的F值和所述图像传感器的图像高度，允许所述最外侧的光线穿过的所述层压材料的所述宽度Hopt由下列等式表示：
Hopt＝T*(F-2*H*Fno)/(2*F*Fno+H)，
其中T、F、Fno和H分别表示所述层压材料的所述厚度、所述透镜的所述焦距、所述透镜的所述F值和所述图像传感器的所述图像高度。
(11)根据(9)的相机系统，其中
所述层压材料的下表面端部的位置比其上表面端部的位置更近地位于所述有效像素区域一侧。
(12)根据(9)的相机系统，其中
层压材料是滤光器。
本领域技术人员应当理解，根据设计需求和其他因素，在所附权利要求或其等价物范围内，可以进行各种修改、组合、子组合、以及更改。

Claims (11)

1.一种成像装置，其在成像元件上形成通过成像透镜传输的光束的图像，包括：
设置在所述成像元件上的层压材料，所述光束穿过所述层压材料，所述层压材料被设置在一个位置，在所述位置，所述层压材料的上表面的端部允许来自光束的最外侧的光线从中穿过，所述光束进入所述成像元件的有效像素区域中的外端部的像素，所述位置具有宽度Hopt；
其中
基于所述层压材料的厚度、透镜的焦距、所述透镜的F值和图像传感器的图像高度，允许所述最外侧的光线穿过的所述层压材料的所述宽度Hopt由下列等式表示：
Hopt＝T*(f-2*H*Fno)/(2*f*Fno+H)，
其中T、f、Fno和H分别表示所述层压材料的厚度、所述透镜的焦距、所述透镜的F值和所述图像传感器的图像高度。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其中
除了所述层压材料的厚度、所述透镜的焦距、所述透镜的F值和所述图像传感器的图像高度，根据与所述层压材料的上侧相邻的区域的折射率、所述层压材料的折射率和入射光束的一个侧角，所述宽度Hopt可以由下列等式表示：
Hopt＝T×√{(n2－n×n’sin(θFno))/(n’2－n×n’sin(θFno))}×(f－2×H×Fno)/(2×f×Fno+H)，
其中n，n'，和θFno表示与所述层压材料的上侧相邻的区域的折射率、所述层压材料的折射率、以及F值为Fno的入射光束的一个侧角。
3.根据权利要求2所述的成像装置，其中
所述层压材料具有侧壁的倾斜角度θtilt，而侧壁的倾斜角度θtilt满足下式：
n'*sin(θE)-(2*n)/n'*sin2(θA)-n*sin(θA)*sin(θE)<1，
其中θA和θE分别表示所述层压材料上的入射角和90-θtilt。
4.根据权利要求1所述的成像装置，其中
所述层压材料的下表面端部的位置比其上表面端部的位置更近地位于所述有效像素区域一侧。
5.根据权利要求1的成像装置，其中
所述层压材料的所述上表面的宽度，大于通过将所述有效像素区域、所述宽度Hopt和光刻公差相加所获得的宽度以及通过将所述有效像素区域、所述宽度Hopt、所述光刻公差和所述层压材料的粘合精度相加所获得的宽度之一。
6.根据权利要求5所述的成像装置，其中
所述层压材料是通过粘合剂层与所述成像元件接触，所述粘合剂层的宽度，比通过将所述有效像素区域、所述光刻公差和所述层压材料的所述粘合精度相加得到的宽度以及所述层压材料的下表面的宽度中的更大的一个宽度还要大。
7.根据权利要求1所述的成像装置，其中
所述层压材料是滤光器。
8.根据权利要求1或4所述的成像装置，其中
所述层压材料是滤光器。
9.一种相机系统，包括在成像元件上形成穿过成像透镜的光束的图像的成像装置，所述成像装置包括：
设置在所述成像元件上的层压材料，所述光束穿过所述层压材料，所述层压材料被设置在一个位置，在所述位置，所述层压材料的上表面的端部允许来自光束的最外侧的光线从中穿过，所述光束进入所述成像元件的有效像素区域中的外端部的像素，所述位置具有宽度Hopt；
其中
基于所述层压材料的厚度、透镜的焦距、所述透镜的F值和图像传感器的图像高度，允许所述最外侧的光线穿过的所述层压材料的所述宽度Hopt由下列等式表示：
Hopt＝T*(F-2*H*Fno)/(2*F*Fno+H)，
其中T、F、Fno和H分别表示所述层压材料的厚度、所述透镜的焦距、所述透镜的F值和所述图像传感器的图像高度。
10.根据权利要求9所述的相机系统，其中
所述层压材料的下表面端部的位置比其上表面端部的位置更近地位于所述有效像素区域一侧。
11.根据权利要求9所述的相机系统，其中
所述层压材料是滤光器。
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