CN110890390A - 包括多个成像像素的图像传感器 - Google Patents

包括多个成像像素的图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN110890390A
CN110890390A CN201910748003.6A CN201910748003A CN110890390A CN 110890390 A CN110890390 A CN 110890390A CN 201910748003 A CN201910748003 A CN 201910748003A CN 110890390 A CN110890390 A CN 110890390A
Authority
CN
China
Prior art keywords
diffractive lens
refractive index
lens
diffractive
image sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910748003.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110890390B (zh
Inventor
李秉熙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Components Industries LLC
Original Assignee
Semiconductor Components Industries LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Components Industries LLC filed Critical Semiconductor Components Industries LLC
Priority to CN202310957504.1A priority Critical patent/CN116805635A/zh
Publication of CN110890390A publication Critical patent/CN110890390A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110890390B publication Critical patent/CN110890390B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
    • G02B3/0068—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between arranged in a single integral body or plate, e.g. laminates or hybrid structures with other optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及一种包括多个成像像素的图像传感器。每个成像像素可以具有光敏区域，该光敏区域由相应多部分衍射透镜覆盖以将光聚焦到所述光敏区域上。该多部分衍射透镜可以具有带不同折射率的多个部分。该衍射透镜的更靠近该衍射透镜中心的部分可以具有更高的折射率以聚焦光。另选地，该衍射透镜的更靠近该衍射透镜中心的部分可以具有更低的折射率以散焦光。该多部分衍射透镜可以具有折射率相同但宽度不同的堆叠层。

Description

包括多个成像像素的图像传感器
技术领域
本发明整体涉及图像传感器，并且更具体地，涉及具有使光聚焦的透镜的图像传感器。
背景技术
图像传感器常在电子设备，诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型的布置中，电子设备设置有布置成像素行和像素列的图像像素阵列。阵列中的每个图像像素包括经由转移栅极耦接到浮动扩散区的光电二极管。每个像素接收入射光子(光)并将这些光子转换成电信号。将列电路耦接到每个像素列以用于读出来自图像像素的像素信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。
常规图像传感器有时包括滤色器元件和每个像素上方的微透镜。常规图像传感器的微透镜通常具有弯曲表面，并且使用折射将光聚焦于下面的光电二极管上。然而，这些类型的微透镜可允许外围光穿过微透镜而不聚焦，从而引起光学串扰。
因此希望为图像传感器提供改进的透镜。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种包括多个成像像素的图像传感器，其中所述多个成像像素中的每个成像像素包括：光电二极管；和形成在所述光电二极管上方的衍射透镜，其中所述衍射透镜具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一折射率，并且所述第二部分具有不同于所述第一折射率的第二折射率。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括多个成像像素的图像传感器，其中所述多个成像像素中的每个成像像素包括：光敏区域；形成在所述光敏区域上方的滤色器元件；和形成在所述滤色器元件上方的多部分衍射透镜，所述多部分衍射透镜将入射光聚焦在所述光敏区域上。
根据本发明的又一方面，提供了一种包括多个成像像素的图像传感器，其中所述多个成像像素中的每个成像像素包括：光电二极管；和形成在所述光电二极管上方的衍射透镜，其中所述衍射透镜具有多个部分，所述多个部分的相应折射率随着所述相应部分距所述衍射透镜边缘的距离增加而增加。
附图说明
图1为根据一个实施方案的可包括图像传感器的示例性电子设备的示意图。
图2为根据一个实施方案的示例性像素阵列和用于从该像素阵列读出图像信号的相关联读出电路的示意图。
图3A为根据一个实施方案的折射率大于周围介质的示例性聚焦衍射透镜的横截面侧视图。
图3B为根据一个实施方案的折射率低于周围介质的示例性散焦衍射透镜的横截面侧视图。
图4A和图4B为根据一个实施方案的示例性衍射透镜的横截面侧视图，示出了可如何调节衍射透镜的厚度以改变对入射光的响应。
图5A为根据一个实施方案的具有折射率大于周围介质的两个部分的示例性多部分聚焦衍射透镜的横截面侧视图。
图5B为根据一个实施方案的具有折射率低于周围介质的两个部分的示例性多部分散焦衍射透镜的横截面侧视图。
图5C为根据一个实施方案的具有折射率大于周围介质的三个部分的示例性多部分聚焦衍射透镜的横截面侧视图。
图5D为根据一个实施方案的具有折射率大于周围介质的两个部分的示例性非对称多部分聚焦衍射透镜的横截面侧视图。
图5E为根据一个实施方案的具有折射率低于周围介质的两个部分的示例性非对称多部分散焦衍射透镜的横截面侧视图。
图6为根据一个实施方案的示例性图像传感器的横截面侧视图，其中多部分衍射透镜形成在每个像素的光敏区域上方。
图7A至图7E为根据一个实施方案的示例性多部分衍射透镜的顶视图，示出了多部分衍射透镜的不同形状。
图8A为根据一个实施方案的具有折射率大于周围介质的两个堆叠层的示例性多部分聚焦衍射透镜的横截面侧视图。
图8B为根据一个实施方案的具有折射率低于周围介质的两个堆叠层的示例性多部分散焦衍射透镜的横截面侧视图。
图9A为根据一个实施方案的具有折射率大于周围介质的两个堆叠层的示例性非对称多部分聚焦衍射透镜的横截面侧视图。
图9B为根据一个实施方案的具有折射率低于周围介质的两个堆叠层的示例性非对称多部分散焦衍射透镜的横截面侧视图。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及具有像素的图像传感器，所述像素包括衍射透镜。图1中示出了具有数字相机模块的电子设备。电子设备10可以是数字相机、计算机、蜂窝电话、医疗设备或其它电子设备。相机模块12(有时称为成像设备)可包括图像传感器16和一个或多个透镜29。在操作期间，透镜29(有时称为光学器件29)将光聚焦到图像传感器16上。图像传感器16包括将光转换成数字数据的感光元件(例如，像素)。图像传感器可具有任何数量(例如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数百万的像素(例如，数兆像素)。例如，图像传感器16可包括偏置电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲电路)、地址电路等。
可将来自图像传感器16的静态图像数据和视频图像数据经由路径27提供给图像处理和数据格式化电路14。图像处理和数据格式化电路14可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。例如，在自动聚焦操作期间，图像处理和数据格式化电路14可处理由图像传感器16中的相位检测像素收集的数据，以确定将感兴趣的物体集中在焦点上所需的透镜移动(例如，透镜29的移动)的幅度和方向。
图像处理和数据格式化电路14也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组或JPEG格式)。在典型的布置(有时称为片上系统(SOC)布置)中，相机传感器16和图像处理和数据格式化电路14在共用集成电路上实现。使用单个集成电路来实现相机传感器16和图像处理和数据格式化电路14可有助于降低成本。不过，这仅仅是示例性的。如果需要，相机传感器14和图像处理和数据格式化电路14可使用单独集成电路来实现。如果需要，相机传感器16和图像处理电路14可形成在单独半导体衬底上。例如，相机传感器16和图像处理电路14可形成在已堆叠的单独衬底上。
相机模块12可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子系统19(例如，图像处理和数据格式化电路14可将图像数据传送到子系统19)。电子设备10通常向用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级蜂窝电话中，可为用户提供运行用户应用的能力。为实现这些功能，电子设备10的主机子系统19可包括存储和处理电路17和输入-输出设备21，诸如小键盘、输入-输出端口、操纵杆和显示器。存储和处理电路17可包括易失性和非易失性的存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器等)。存储和处理电路17还可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路或其它处理电路。
如图2所示，图像传感器16可包括包含被布置成行和列的图像传感器像素22(有时在本文称为图像像素或像素)的像素阵列20和控制和处理电路24(其可包括例如图像信号处理电路)。阵列20可包含例如数百或数千行和数百或数千列的图像传感器像素22。控制电路24可耦接到行控制电路26和图像读出电路28(有时称为列控制电路、读出电路、处理电路或列解码器电路)。可以在衬底23上形成像素阵列20、控制和处理电路24、行控制电路26和图像读出电路28。如果需要，图像传感器16的一些或所有部件可另选地形成在除衬底23之外的衬底上，所述衬底可例如通过引线结合或倒装芯片结合连接到衬底23。
行控制电路26可从控制电路24接收行地址，并且通过行控制路径30将对应的行控制信号，诸如重置控制信号、行选择控制信号、电荷转移控制信号、双转换增益控制信号和读出控制信号供应给像素22。可将一根或多根导线(诸如，列线32)耦接到阵列20中的像素22的每一列。列线32可用于从像素22读出图像信号并且可用于将偏置信号(例如，偏置电流或偏置电压)供应给像素22。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路26选择阵列20中的像素行，并且可沿列线32读出由该像素行中的图像像素22生成的图像信号。
图像读出电路28可以通过列线32接收图像信号(例如，由像素22生成的模拟像素值)。图像读出电路28可包括用于对从阵列20读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样保持电路、放大器电路、模拟-数字转换(ADC)电路、偏置电路、列存储器、用于选择性地启用或禁用列电路的锁存电路，或者耦接到阵列20中的一个或多个像素列以用于操作像素22和用于从像素22读出图像信号的其它电路。读出电路28中的ADC电路可将从阵列20接收的模拟像素值转换成对应的数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。图像读出电路28可针对一个或多个像素列中的像素通过路径25将数字像素数据提供给控制和处理电路24。
图3A和图3B是可用于图像传感器中的示例性衍射透镜的横截面侧视图。如图3A所示，衍射透镜42可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜42可由具有第二折射率(n2)的第二材料形成。在图3A的示例中，透镜的折射率可大于周围材料的折射率(即，n2>n1)。这使得入射光聚焦到焦点。在该布置中，衍射透镜42充当凸透镜。
透镜42对入射光可为透明的。因此，一些光可穿过透镜而不聚焦。例如，入射光46-1可穿过衍射透镜42的中心。衍射透镜的另一侧上的对应光46-2可沿与入射光46-1相同的方向传播。相比之下，衍射透镜42的边缘处的入射光可因衍射而被重定向。例如，入射光46-3可绕过衍射透镜42的边缘。光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度48传播。换句话讲，衍射透镜使用衍射使透镜边缘处的光重定向。
当波(诸如光)遇到障碍物时会发生衍射。当光在物体边缘的周围穿过时，光将被弯曲或重定向，使得初始入射光的方向改变。弯曲的量和方向取决于许多因素。在成像传感器中，光的衍射(通过衍射透镜)可用于以所需方式重定向入射光(即，将入射光聚焦于光电二极管上以减轻光学串扰)。
在图3A的示例中，衍射透镜42具有的折射率大于周围介质44的折射率。这引起入射光聚焦到焦点。然而，该实施例仅仅是示例性的，并且可使用其它实施方案。
如图3B所示，衍射透镜50可形成在周围介质52中。周围材料52可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜50可由具有第三折射率(n3)的第三材料形成。在图3B的示例中，透镜的折射率可小于周围材料的折射率(即，n1>n3)。这使得入射光46散焦。在该布置中，衍射透镜50充当凹透镜。
透镜50对入射光可为透明的。因此，一些光可穿过透镜而不聚焦。例如，入射光46-1可穿过衍射透镜50的中心。衍射透镜的另一侧上的对应光46-2可沿与入射光46-1相同的方向传播。相比之下，衍射透镜50的边缘处的入射光可因衍射而被重定向。例如，入射光46-3可绕过衍射透镜50的边缘。光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度54传播。换句话讲，衍射透镜使用衍射使透镜边缘处的光重定向。
除了衍射透镜和周围材料的折射率之外，衍射透镜的厚度也可影响入射光对衍射透镜的响应。图4A和图4B示出了用于使入射光聚焦的示例性衍射透镜(例如，如图3A中那样)。如图4A所示，衍射透镜42可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜42可由具有第二折射率(n2)的第二材料形成。在图4A的示例中，透镜的折射率可大于周围材料的折射率(即，n2>n1)。这使得光聚焦到焦点。
具体地讲，入射光46-3可绕过衍射透镜42的边缘。光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度48-1传播。该角度可取决于衍射透镜42的厚度56。在图4A的示例中，厚度56与衍射角48-1相关联。图4A中的衍射透镜42可具有相对较大的厚度，并且因此具有相对较大的衍射角48-1。
相比之下，图4B中的衍射透镜42可具有相对较小的厚度和相对较小的衍射角48-2。如图4B所示，衍射透镜42可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜42可由具有第二折射率(n2)的第二材料形成。在图4B的示例中，透镜的折射率可大于周围材料的折射率(即，n2>n1)。这使得光聚焦到焦点。具体地讲，衍射透镜边缘处的光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度48-2传播。该角度可取决于衍射透镜42的厚度58。由于图4B中的厚度58小于图4A中的厚度56，因此图4B中的角度48-2小于图4A中的角度48-1。
图4A和图4B中的衍射透镜42具有相同的长度和宽度。然而，也可调节衍射透镜的长度和宽度以改变入射光46的响应。衍射透镜可以仅重定向在衍射透镜的边缘(例如，具有不同折射率的两种材料之间的界面)的给定距离内穿过的入射光。给定距离可以是入射光波长的大约一半。
这示出了衍射透镜可如何用于以所需方式重定向入射光。可改变透镜和周围材料的折射率以定制入射光的响应。另外，可改变衍射透镜的厚度、长度和宽度以定制入射光的响应。
在图3A、图3B、图4A和图4B中，衍射透镜(例如，衍射透镜42和衍射透镜50)被描绘为由具有第一折射率的单个材料层形成，该单个材料层被具有不同于第一折射率的第二折射率的周围介质围绕。因为这些衍射透镜具有一个均匀的折射率(并且因此透镜与周围介质之间存在一个折射率差异)，所以这些类型的衍射透镜可以称为单边缘衍射透镜。这些类型的衍射透镜也可以称为单折射率衍射透镜。
上述单边缘衍射透镜可有效地聚焦或散焦衍射透镜边缘处的光。衍射透镜的中心处的光可以根据需要穿过而不会聚焦或散焦。然而，衍射透镜的中心和边缘之间的光穿过衍射透镜而不会聚焦或散焦。这可能是不希望的，因为如果衍射透镜的中心和边缘之间的光也聚焦或散焦，则可以改善透镜的性能。
为了更好地聚焦光，衍射透镜因此可以具有具有不同折射率的两个或更多个部分。该类型的示例在图5A和图5B中示出。
如图5A所示，衍射透镜62可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜62可以具有：由具有第二折射率(n2)的第二材料形成的第一部分64、和由具有第三折射率(n4)的第三材料形成的第二部分66。在图5A的示例中，透镜的第二部分的折射率(n4)可以大于透镜的第一部分的折射率(n2)，并且透镜的第一部分的折射率可以大于周围材料的折射率(即，n4>n2>n1)。这使得入射光聚焦到焦点。在该布置中，衍射透镜62充当凸透镜。
透镜62(即透镜62的部分64和66)可为对入射光透明的。因此，一些光可穿过透镜而不聚焦。例如，入射光46-1可穿过衍射透镜62的部分66的中心。衍射透镜的另一侧上的对应光46-2可沿与入射光46-1相同的方向传播。相比之下，衍射透镜62的边缘处的入射光可因衍射而被重定向。例如，入射光46-3可绕过衍射透镜62的边缘。光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度传播。换句话讲，衍射透镜使用衍射使透镜边缘处的光重定向。另外地，由于衍射透镜的部分64和66之间的附加折射率差异，衍射透镜的边缘和中心之间的光也可以被重定向。例如，入射光46-5可以穿过衍射透镜62的部分64和66的界面。光可被重定向，使得输出光46-6以相对于入射光46-5的角度传播。
每种材料之间的折射率差异可以是任何期望的折射率差异(例如，大于0.2、大于0.3、大于0.4、大于0.5、大于0.8、大于1.0、在0.2和0.5之间、在0.2和0.8之间、在0.2和1.0之间、小于1.0、小于0.5、小于0.3等)。
图5A中的具有两个部分的衍射透镜的示例仅是示例性的。如果需要，衍射透镜可以具有：具有不同折射率的三个部分(将如图5C所示)、具有不同折射率的四个部分、具有不同折射率的五个部分、具有不同折射率的多于五个部分等。无论衍射透镜中存在多少部分，每对相邻部分可以具有对应的折射率差异。例如，每个部分的折射率可以与该部分距边缘的距离成比例地增加(意味着诸如部分64的边缘部分具有比诸如部分66的中心部分更低的折射率)。换句话说，每个部分的折射率可以与该部分距中心的距离成比例地减少。
在图5A的示例中，衍射透镜62致使入射光聚焦到焦点。然而，该实施例仅仅是示例性的，并且可使用其它实施方案。图5B示出了使光散焦的衍射透镜，其具有带不同折射率的两个或更多个部分。
如图5B所示，衍射透镜72可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜72可以具有：由具有第二折射率(n3)的第二材料形成的第一部分74、和由具有第三折射率(n5)的第三材料形成的第二部分76。在图5B的示例中，透镜的第二部分的折射率(n5)可以小于透镜的第一部分的折射率(n3)，并且透镜的第一部分的折射率(n3)可以小于周围材料的折射率(即，n5<n3<n1)。这使得入射光散焦。在该布置中，衍射透镜72充当凹透镜。
透镜72(即透镜72的部分74和76)可为对入射光透明的。因此，一些光可穿过透镜而不聚焦。例如，入射光46-1可穿过衍射透镜72的部分76的中心。衍射透镜的另一侧上的对应光46-2可沿与入射光46-1相同的方向传播。相比之下，衍射透镜72的边缘处的入射光可因衍射而被重定向。例如，入射光46-3可绕过衍射透镜72的边缘。光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度传播。换句话讲，衍射透镜使用衍射使透镜边缘处的光重定向。另外地，由于衍射透镜的部分74和76之间的附加折射率差异，衍射透镜的边缘和中心之间的光也可以被重定向。例如，入射光46-5可以穿过衍射透镜72的部分74和76的界面。光可被重定向，使得输出光46-6以相对于入射光46-5的角度传播。
每种材料之间的折射率差异可以是任何期望的折射率差异(例如，大于0.2、大于0.3、大于0.4、大于0.5、大于0.8、大于1.0、在0.2和0.5之间、在0.2和0.8之间、在0.2和1.0之间、小于1.0、小于0.5、小于0.3等)。
图5B中的具有两个部分的衍射透镜的示例仅是示例性的。如果需要，衍射透镜可以具有：具有不同折射率的三个部分、具有不同折射率的四个部分、具有不同折射率的五个部分、具有不同折射率的多于五个部分等。每对相邻部分可以具有对应的折射率差异。例如，每个部分的折射率可以与该部分距边缘的距离成比例地减少(意味着诸如部分64的边缘部分具有比诸如部分66的中心部分更高的折射率)。换句话说，每个部分的折射率可以与该部分距中心的距离成比例地增加。
图5C是具有多于两个部分的示例性衍射透镜的横截面侧视图。如图5C所示，聚焦衍射透镜62可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜62可以具有：由具有第二折射率(n2)的第二材料形成的第一部分64、由具有第三折射率(n4)的第三材料形成的第二部分66、和由具有第四折射率(n6)的第四材料形成的第三部分68。在图5C的示例中，透镜的第三部分的折射率(n6)可以大于透镜的第二部分的折射率(n4)，透镜的第二部分的折射率(n4)可以大于透镜的第一部分的折射率(n2)，并且透镜的第一部分的折射率可以大于周围材料的折射率(即，n6>n4>n2>n1)。这使得入射光聚焦到焦点。在该布置中，衍射透镜62充当凸透镜。图5C中的衍射透镜的部分可以是同心的(即，所有部分共享共同的几何中心)。
在图5A至图5C的示例中，示出了具有两个或更多个部分的对称衍射透镜。然而，衍射透镜不需要是对称的。另选地，衍射透镜可以是非对称的以便以任何期望的方式控制光的聚焦/散焦。如图5D和图5E所示，衍射透镜可以是非对称的。如图5D所示，衍射透镜62可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜62可以具有：由具有第二折射率(n2)的第二材料形成的第一部分64、和由具有第三折射率(n4)的第三材料形成的第二部分66。在图5A的示例中，透镜的第二部分的折射率(n4)可以大于透镜的第一部分的折射率(n2)，并且透镜的第一部分的折射率可以大于周围材料的折射率(即，n4>n2>n1)。这使得入射光聚焦到焦点。在该布置中，衍射透镜62充当凸透镜。因为衍射透镜是非对称的，所以焦点可能不在衍射透镜下方居中。
每种材料之间的折射率差异可以是任何期望的折射率差异(例如，大于0.2、大于0.3、大于0.4、大于0.5、大于0.8、大于1.0、在0.2和0.5之间、在0.2和0.8之间、在0.2和1.0之间、小于1.0、小于0.5、小于0.3等)。
图5D中的具有两个部分的衍射透镜的示例仅是示例性的。如果需要，非对称衍射透镜可以具有：具有不同折射率的三个部分、具有不同折射率的四个部分、具有不同折射率的五个部分、具有不同折射率的多于五个部分等。无论衍射透镜中存在多少部分，每对相邻部分可以具有对应的折射率差异。
非对称衍射透镜可以另选地是散焦衍射透镜。如图5E所示，衍射透镜72可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜72可以具有：由具有第二折射率(n3)的第二材料形成的第一部分74、和由具有第三折射率(n5)的第三材料形成的第二部分76。在图5E的示例中，透镜的第二部分的折射率(n5)可以小于透镜的第一部分的折射率(n3)，并且透镜的第一部分的折射率(n3)可以小于周围材料的折射率(即，n5<n3<n1)。这使得入射光散焦。然而，由于衍射透镜72的非对称结构，散焦是非对称的。在该布置中，衍射透镜72充当凹透镜。
每种材料之间的折射率差异可以是任何期望的折射率差异(例如，大于0.2、大于0.3、大于0.4、大于0.5、大于0.8、大于1.0、在0.2和0.5之间、在0.2和0.8之间、在0.2和1.0之间、小于1.0、小于0.5、小于0.3等)。
图5E中的具有两个部分的衍射透镜的示例仅是示例性的。如果需要，非对称散焦衍射透镜可以具有：具有不同折射率的三个部分、具有不同折射率的四个部分、具有不同折射率的五个部分、具有不同折射率的多于五个部分等。无论衍射透镜中存在多少部分，每对相邻部分可以具有对应的折射率差异。
图5A至图5E的衍射透镜各自具有带不同折射率的两个或更多个部分。因此，衍射透镜可以称为多折射率衍射透镜。图5A至图5E的衍射透镜还形成多个折射率差异。例如，在图5A中，部分64与周围材料44之间的界面是第一折射率差异，并且部分64与部分66之间的界面是第二折射率差异。在图5B中，部分74与周围材料44之间的界面是第一折射率差异，并且部分74与部分76之间的界面是第二折射率差异。因此，图5A至图5E的透镜可以有时被称为多边缘衍射透镜、多部分衍射透镜、复合衍射透镜、复合衍射透镜、多部分衍射透镜等。
图6是具有衍射透镜的示例性图像传感器的横截面侧视图。图像传感器16可包括第一像素和第二像素，诸如像素1和像素2。像素1和像素2可包括形成于衬底(诸如硅衬底80)中的光敏区82。例如，像素1可包括相关联的感光区，诸如光电二极管PD1，并且像素2可包括相关联的感光区，诸如光电二极管PD2。隔离区可以任选地包括在PD1和PD2之间和/或其周围。隔离区可以包括金属或金属/电介质栅格、深沟槽隔离或衬底80的掺杂部分。衍射透镜62可形成在光电二极管PD1和PD2上方，并且可用于将入射光导向光电二极管PD1和PD2。
如结合图5A所讨论的，衍射透镜62可以由具有不同折射率的两个或更多个部分(例如，部分64和66)形成。如果需要，附加抗反射涂层(有时称为衍射透镜抗反射涂层)可形成在衍射透镜62的一个或多个表面上。
滤色器诸如滤色器元件86可插置在衍射透镜62和衬底80之间。滤色器元件86可通过仅允许预定的波长穿过滤色器元件86来过滤入射光(例如，滤色器86可为仅对某些范围的波长透明的)。滤色器元件86可为形成在衬底80的背表面上的滤色器阵列的一部分。相应衍射透镜62可覆盖滤色器阵列中的每个滤色器元件86。这个示例仅为示例性的。如果需要，衍射透镜可以形成在滤色器元件86下方，使得衍射透镜插置在滤色器元件86与光敏区82之间。光可从图像像素的背侧穿过衍射透镜62进入。虽然在图6中图像传感器16是背照式图像传感器，但如果需要，图像传感器16可另选地为前照式图像传感器。光电二极管PD1和PD2可用于吸收由衍射透镜62聚焦的入射光并且产生对应于所吸收的入射光量的像素信号。
滤色器86可包括绿色滤色器、红色滤色器、蓝色滤色器、黄色滤色器、青色滤色器、品红滤色器、透明滤色器、红外滤色器或其它类型的滤色器。作为一个示例，绿色滤色器透过绿光(例如，波长为495nm至570nm的光)并且反射和/或吸收该范围之外的光(例如，绿色滤色器反射红光和蓝光)。可使用的滤色器阵列图案的示例是GRBG(绿红蓝绿)拜耳图案。在这种类型的构型中，滤色器阵列被布置成四个滤色器的组。在每组中，这四个滤色器中的两个是绿色滤色器，这四个滤色器中的一个是红色滤色器，并且剩下的滤色器是蓝色滤色器。如果需要，可使用其它滤色器阵列图案。
层94(有时称为平面化层、钝化层、介电层、膜、平面膜或平面化膜)可形成在衍射透镜62上方。平面化层94可在图像传感器16中的整个成像像素阵列上形成。层94可具有任何所需的折射率(例如，大于、小于或等于衍射透镜62的部分64的折射率)。第二层92可形成在衍射透镜62之间(例如，层92可插置在相邻衍射透镜62的侧表面之间)。当使用衍射透镜来聚焦光时，层92的折射率可以小于衍射透镜62的部分64的折射率。然而，另选地，如果使用衍射透镜来使光散焦，则层92的折射率可以大于衍射透镜的部分64的折射率。第三层90可以在衍射透镜62与滤色器86之间形成在衍射透镜62下方。层90可具有任何所需的折射率(例如，大于、小于或等于衍射透镜62的部分64的折射率)。层90、92和94可为透明的，并且可由任何所需的材料形成。层90、92和94可由相同材料或不同材料形成。在一个可能示例中，层90、92和94可以全部由相同材料形成，并且衍射透镜可以嵌入材料内。层90、92和94有时可称为平面化层、介电层或包层。在一些情况下，层90、92和94中的一个或多个可以由空气形成(即，可以在衍射透镜62之间存在气隙)。
每个衍射透镜部分之间的折射率差异可以是任何期望的折射率差异(例如，大于0.2、大于0.3、大于0.4、大于0.5、大于0.8、大于1.0、在0.2和0.5之间、在0.2和0.8之间、在0.2和1.0之间、小于1.0、小于0.5、小于0.3等)。
衍射透镜62的每个部分可由任何所需的材料形成。可能希望衍射透镜62是透明的，并且由折射率高于周围材料的材料(例如，层92)形成。每个衍射透镜的每个部分可以由氮化硅(折射率约为2.0)形成、由二氧化硅(折射率约为1.45)形成、由氮氧化硅(折射率约为1.8)形成、或由任何其它期望的材料形成。一般来讲，每个衍射透镜62的每个部分可具有任何所需的折射率(例如，1.8与2.0之间、1.6与2.2之间、1.5与2.5之间、1.5与2.0之间、大于1.3、大于1.6、大于1.8、大于2.0、小于2.0、小于1.8等)。层92也可为透明的，并且由具有任何所需折射率(例如，低于衍射透镜62的部分64的折射率)的材料形成。平面层92可由具有1.3与1.5之间、1.2与1.8之间、大于1.3的折射率或任何其它所需折射率的材料形成。
可以选择衍射透镜62的部分和周围材料(例如，层92)的折射率，使得衍射透镜将光聚焦到像素的光电二极管。例如，图6示出了由衍射透镜62将入射光46聚焦到光敏区域PD2。使入射光以这种方式聚焦可减少像素之间的光学串扰。在图像传感器16中使用聚焦多部分衍射透镜的示例(如图6中所示)仅是示例性的。本文中(即，图3A、图3B、图4A、图4B、图5A至图5E、图7A至图7E、图8A和图8B中)示出的任何衍射透镜可能以图6所示的相同方式合并到图像传感器16中。
如此前所讨论，可改变衍射透镜和周围材料的折射率和衍射透镜的尺寸以定制对入射光的响应。另外，可改变每个衍射透镜之间的距离102以改变入射光的响应。
在一些实施方案中，像素阵列中的每个像素上方的衍射透镜可为相同的。然而，在其它实施方案中，不同像素可具有独特的衍射透镜以进一步定制对入射光的响应。
在图6的示例中，至少一个衍射透镜形成在每个像素上方。这些衍射透镜可以代替其它每像素透镜(即，衍射透镜可以是像素阵列中的像素上方的唯一每像素透镜)。例如，每个像素上方可不存在具有弯曲上表面的微透镜。每个像素上方可不存在使用折射使光聚焦的微透镜。如果需要，可以任选地在每个衍射透镜上方包括使用折射来聚焦光的具有弯曲上表面的微透镜。
在图6的示例中，一个多部分衍射透镜形成在每个像素上方。这个示例仅为示例性的。如果需要，不止一个衍射透镜可形成在每个图像像素上方。例如，可以在每个像素上方形成一个或多个聚焦衍射透镜和一个或多个散焦衍射透镜。每个衍射透镜可以是多部分衍射透镜(例如，如图5A或图5B所示)，或者可以是单部分衍射透镜(例如，如图3A或图3B所示)。像素上方的所有衍射透镜可以是聚焦衍射透镜，像素上方的所有衍射透镜可以是散焦衍射透镜，或者在像素上方可以存在聚焦衍射透镜和散焦衍射透镜。类似地，像素上方的所有衍射透镜可以是多部分衍射透镜，像素上方的所有衍射透镜可以是单部分衍射透镜，或者多部分衍射透镜和单部分衍射透镜都可以形成在像素上方。
每个衍射透镜62可具有任何所需的形状。图7A至图7E是具有不同形状的示例性衍射透镜的顶视图。如图7A所示，衍射透镜62可以具有带矩形(或正方形)形状的部分66、和横向围绕部分66并具有矩形(或正方形)外周边的部分64。如图7B所示，衍射透镜62的部分66可以由具有弯曲边缘的形状(诸如圆形或椭圆形)形成，并且衍射透镜62的部分64可以横向围绕部分66并且具有圆形或椭圆形的外周边。在图7A和图7B的实施方案中，部分64和66具有相同的形状。这个示例仅为示例性的。如图7C所示，衍射透镜62可以具有部分66(有时称为内部部分66)，该部分具有与部分64(有时称为外部部分64)不同的形状。如图7D所示，衍射透镜不必是规则形状。图7D示出了不规则形状的衍射透镜。衍射透镜的每个部分可包括一个或多个平面侧、向外弯曲的一个或多个弯曲侧和/或向内弯曲的一个或多个弯曲侧。最后，如图7E所示，衍射透镜可分成不止一个区段。衍射透镜62的部分64可具有两个或更多个单独形成的竖直区段或者两个或更多个单独形成的水平区段。类似地，如图7E所示，衍射透镜62的部分66可具有两个或更多个单独形成的竖直区段或者两个或更多个单独形成的水平区段。
在图6的示例中，衍射透镜62的部分64和66具有均匀的高度(厚度)。这个示例仅为示例性的。一般来讲，在多部分衍射透镜(具有带不同折射率的多个部分)中，衍射透镜的每个部分可以具有任何期望的宽度、高度和厚度。如果需要，每个部分的宽度、高度和厚度可以任选地匹配衍射透镜的一个或多个其它部分的相应宽度、高度和/或厚度。
图5A、图5B、图6和图7描绘了多部分衍射透镜，其在单层内具有带不同折射率的不同部分。这个示例仅为示例性的。在替代性实施方案中，多部分衍射透镜可以由具有相同折射率和不同宽度的两个堆叠层形成。图8A和图8B示出了这种类型的示例。在图8A中，示出了聚焦多部分衍射透镜62，其包括在第二材料层114上方形成并与该第二材料层重叠的第一材料层112。第一衍射透镜层112和第二衍射透镜层114可以具有相同的折射率(n2)，其大于周围材料44的折射率(n1)。下层(114)可以具有比层112更小的宽度。利用这种布置，在透镜边缘的中心之间的一点处穿过衍射透镜的光可以被聚焦。
在图8B中，示出了散焦多部分衍射透镜72，其包括在第二材料层124上方形成并与该第二材料层重叠的第一材料层122。第一衍射透镜层122和第二衍射透镜层124可以具有相同的折射率(n3)，其小于周围材料44的折射率(n1)。下层(124)可以具有比层122更小的宽度。利用这种布置，在透镜边缘的中心之间的一点处穿过衍射透镜的光可以被散焦。
图8A和图8B描绘了用于形成多部分衍射透镜的具有相同折射率的堆叠层。这个示例仅为示例性的。如果需要，堆叠层可以具有不同的折射率。各自具有任何期望折射率的三个、四个、五个或大于五个堆叠层可以用于形成多部分衍射透镜。
图8A和图8B的堆叠衍射透镜是对称的。这些示例仅仅是例示性的。如结合图5D和图5E所讨论的，衍射透镜可以是非对称的。图9A和图9B是堆叠非对称衍射透镜的横截面侧视图。在图9A中，示出了聚焦多部分非对称衍射透镜62，其包括重叠的第一材料层112和第二材料层114。第一衍射透镜层112和第二衍射透镜层114可以具有相同的折射率(n2)，其大于周围材料44的折射率(n1)。层114可以具有比层112更小的宽度。层114可以从层112偏心偏移，如图9A所示。
在图9B中，示出了散焦非对称多部分衍射透镜72，其包括重叠的第一材料层122和第二材料层124。第一衍射透镜层122和第二衍射透镜层124可以具有相同的折射率(n3)，其小于周围材料44的折射率(n1)。层(124)可以具有比层122更小的宽度。层124可以从层122偏心偏移，如图9A所示。
图9A和图9B描绘了用于形成多部分衍射透镜的具有相同折射率的非对称堆叠层。这个示例仅为示例性的。如果需要，非对称堆叠层可以具有不同的折射率。各自具有任何期望折射率的三个、四个、五个或大于五个堆叠层可以用于形成多部分非对称衍射透镜。
在图8A和图8B中，堆叠衍射透镜中的较小层(即，具有较小宽度的层)在较大层下方。在图9A和图9B中，堆叠衍射透镜中的较小层位于较大层上方。一般来讲，具有任何期望宽度的任何数量的层可能以任何期望的顺序堆叠以便控制入射光的方向。
在各种实施方案中，图像传感器可以包括多个成像像素，并且每个成像像素可以包括光电二极管和形成在光电二极管上方的衍射透镜。衍射透镜可以具有第一部分和第二部分，该第一部分具有第一折射率，并且该第二部分具有不同于第一折射率的第二折射率。
第一部分可以是边缘部分并且第二部分可以是中心部分，并且第一折射率可以小于第二折射率。边缘部分可以横向围绕中心部分。边缘部分可以邻近具有第三折射率的材料，该第三折射率不同于第一折射率和第二折射率。第三折射率可以小于第一折射率。
每个衍射透镜还可以包括具有第三折射率的第三部分，该第三折射率不同于第一折射率和第二折射率。第二部分可以插置在第一部分与第三部分之间，并且第二折射率可以小于第一折射率并且大于第一折射率。每个成像像素的衍射透镜可具有平面的上表面和平面的下表面。每个像素的衍射透镜上方可不形成具有弯曲表面的微透镜。多个成像像素中的每个成像像素还可以包括插置在所述成像像素的光电二极管与衍射透镜之间的滤色器元件。
在各种实施方案中，图像传感器可以包括多个成像像素，并且多个成像像素中的每个成像像素可以包括：光敏区域；形成在光敏区域上方的滤色器元件；和形成在滤色器元件上方的多部分衍射透镜，该多部分衍射透镜将入射光聚焦在光敏区域上。
多部分衍射透镜可以包括具有相应的第一折射率和第二折射率的第一部分和第二部分。第二部分可以横向围绕第一部分。第二折射率可以小于第一折射率。多部分衍射透镜可以由具有第三折射率的材料围绕，该第三折射率小于第二折射率。多部分衍射透镜可以包括第一层和形成在第一层上方的第二层，第一层可以具有第一宽度并且第二层可以具有大于第一宽度的第二宽度。第一层和第二层可以具有相同的折射率，并且可以由具有附加折射率的材料围绕，该附加折射率小于第一层和第二层的折射率。每个像素的多部分衍射透镜上方可不形成具有弯曲表面的微透镜。
在各种实施方案中，图像传感器可以包括多个成像像素，并且多个成像像素中的每个成像像素可以包括光电二极管和形成在光电二极管上方的衍射透镜。衍射透镜可以具有多个部分，该多个部分的相应折射率随着相应部分距衍射透镜边缘的距离增加而增加。多个部分可以是同心的。
根据一个实施方案，图像传感器可以包括多个成像像素，并且多个成像像素中的每个成像像素可以包括光电二极管和形成在光电二极管上方的衍射透镜。衍射透镜可以具有第一部分和第二部分，该第一部分具有第一折射率，并且该第二部分具有不同于第一折射率的第二折射率。
根据另一个实施方案，第一部分可以是边缘部分，第二部分可以是中心部分，并且第一折射率可以小于第二折射率。
根据另一个实施方案，边缘部分可以横向围绕中心部分。
根据另一个实施方案，边缘部分可以邻近具有第三折射率的材料，该第三折射率不同于第一折射率和第二折射率。
根据另一个实施方案，第三折射率可以小于第一折射率。
根据另一个实施方案，每个衍射透镜还可以包括具有第三折射率的第三部分，该第三折射率不同于第一折射率和第二折射率。
根据另一个实施方案，第二部分可以插置在第一部分与第三部分之间，并且第二折射率可以小于第一折射率并且大于第一折射率。
根据另一个实施方案，每个成像像素的衍射透镜具有平面的上表面和平面的下表面。
根据另一个实施方案，每个像素的衍射透镜上方不形成具有弯曲表面的微透镜。
根据另一个实施方案，多个成像像素中的每个成像像素还可以包括插置在所述成像像素的光电二极管与衍射透镜之间的滤色器元件。
根据一个实施方案，图像传感器可以包括多个成像像素，并且多个成像像素中的每个成像像素可以包括：光敏区域；形成在光敏区域上方的滤色器元件；和形成在滤色器元件上方的多部分衍射透镜，该多部分衍射透镜将入射光聚焦在光敏区域上。
根据另一个实施方案，多部分衍射透镜可以包括具有相应的第一折射率和第二折射率的第一部分和第二部分。
根据另一个实施方案，第二部分横向围绕第一部分。
根据另一个实施方案，第二折射率小于第一折射率。
根据另一个实施方案，多部分衍射透镜可以由具有第三折射率的材料围绕，该第三折射率小于第二折射率。
根据另一个实施方案，多部分衍射透镜可以包括第一层和形成在第一层上方的第二层，第一层可以具有第一宽度并且第二层可以具有大于第一宽度的第二宽度。
根据另一个实施方案，第一层和第二层可以具有相同的折射率，并且可以由具有附加折射率的材料围绕，该附加折射率小于第一层和第二层的折射率。
根据另一个实施方案，每个像素的多部分衍射透镜上方不形成具有弯曲表面的微透镜。
根据一个实施方案，图像传感器可以包括多个成像像素，并且多个成像像素中的每个成像像素可以包括光电二极管和形成在光电二极管上方的衍射透镜。衍射透镜可以具有多个部分，该多个部分的相应折射率随着相应部分距衍射透镜边缘的距离增加而增加。
根据另一个实施方案，多个部分是同心的。
前述内容仅仅是对本发明原理的示例性说明，因此本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和实质的前提下进行多种修改。

Claims (10)

1.一种包括多个成像像素的图像传感器，其中所述多个成像像素中的每个成像像素包括：
光电二极管；和
形成在所述光电二极管上方的衍射透镜，其中所述衍射透镜具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一折射率，并且所述第二部分具有不同于所述第一折射率的第二折射率。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一部分是边缘部分并且所述第二部分是中心部分，并且其中所述第一折射率小于所述第二折射率。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述边缘部分横向围绕所述中心部分。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述边缘部分邻近具有第三折射率的材料，所述第三折射率不同于所述第一折射率和所述第二折射率。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中每个衍射透镜还包括具有第三折射率的第三部分，所述第三折射率不同于所述第一折射率和所述第二折射率，其中所述第二部分插置在所述第一部分与所述第三部分之间，并且其中所述第二折射率小于所述第一折射率并且大于所述第三折射率。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中每个成像像素的所述衍射透镜具有平面的上表面和平面的下表面，并且其中在每个像素的所述衍射透镜上方不形成具有弯曲表面的微透镜。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个成像像素中的每个成像像素还包括插置在所述成像像素的所述光电二极管与所述衍射透镜之间的滤色器元件。
8.一种包括多个成像像素的图像传感器，其中所述多个成像像素中的每个成像像素包括：
光敏区域；
形成在所述光敏区域上方的滤色器元件；和
形成在所述滤色器元件上方的多部分衍射透镜，所述多部分衍射透镜将入射光聚焦在所述光敏区域上。
9.一种包括多个成像像素的图像传感器，其中所述多个成像像素中的每个成像像素包括：
光电二极管；和
形成在所述光电二极管上方的衍射透镜，其中所述衍射透镜具有多个部分，所述多个部分的相应折射率随着所述相应部分距所述衍射透镜边缘的距离增加而增加。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述多个部分是同心的。
CN201910748003.6A 2018-09-07 2019-08-14 包括多个成像像素的图像传感器 Active CN110890390B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310957504.1A CN116805635A (zh) 2018-09-07 2019-08-14 包括多个成像像素的图像传感器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/125,479 2018-09-07
US16/125,479 US10483309B1 (en) 2018-09-07 2018-09-07 Image sensors with multipart diffractive lenses

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310957504.1A Division CN116805635A (zh) 2018-09-07 2019-08-14 包括多个成像像素的图像传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110890390A true CN110890390A (zh) 2020-03-17
CN110890390B CN110890390B (zh) 2023-07-18

Family

ID=68536169

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310957504.1A Pending CN116805635A (zh) 2018-09-07 2019-08-14 包括多个成像像素的图像传感器
CN201910748003.6A Active CN110890390B (zh) 2018-09-07 2019-08-14 包括多个成像像素的图像传感器

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310957504.1A Pending CN116805635A (zh) 2018-09-07 2019-08-14 包括多个成像像素的图像传感器

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10483309B1 (zh)
CN (2) CN116805635A (zh)
TW (2) TWI749896B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102634950B1 (ko) * 2019-01-11 2024-02-07 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10777609B1 (en) * 2019-04-01 2020-09-15 Visera Technologies Company Limited Optical devices with light collection elements formed in pixels

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1773714A (zh) * 2004-11-09 2006-05-17 东部亚南半导体株式会社 Cmos图像传感器及其制造方法
US20110096210A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic equipment
US20120008039A1 (en) * 2010-07-07 2012-01-12 Andrea Del Monte Image sensors with graded refractive index microlenses

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4878735A (en) 1988-01-15 1989-11-07 Lookingglass Technology, Inc. Optical imaging system using lenticular tone-plate elements
US5734155A (en) 1995-06-07 1998-03-31 Lsi Logic Corporation Photo-sensitive semiconductor integrated circuit substrate and systems containing the same
JPWO2004113971A1 (ja) * 2003-06-19 2006-08-03 株式会社ニコン 光学素子
US7560295B2 (en) 2003-10-09 2009-07-14 Aptina Imaging Corporation Methods for creating gapless inner microlenses, arrays of microlenses, and imagers having same
DE10352741B4 (de) 2003-11-12 2012-08-16 Austriamicrosystems Ag Strahlungsdetektierendes optoelektronisches Bauelement, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
US7333267B2 (en) 2003-11-26 2008-02-19 Micron Technology, Inc. Micro-lenses for CMOS imagers
US7372497B2 (en) 2004-04-28 2008-05-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Effective method to improve sub-micron color filter sensitivity
KR20060077567A (ko) 2004-12-30 2006-07-05 동부일렉트로닉스 주식회사 회절렌즈를 이용한 이미지센서
US7303931B2 (en) 2005-02-10 2007-12-04 Micron Technology, Inc. Microfeature workpieces having microlenses and methods of forming microlenses on microfeature workpieces
JP4944399B2 (ja) 2005-07-04 2012-05-30 キヤノン株式会社 固体撮像装置
KR100720535B1 (ko) * 2005-10-11 2007-05-22 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법
JP2007155882A (ja) 2005-12-01 2007-06-21 Oki Electric Ind Co Ltd 赤外線回折レンズ
JP4576412B2 (ja) 2007-09-05 2010-11-10 シャープ株式会社 着色マイクロレンズアレイの製造方法、カラー固体撮像素子およびその製造方法、カラー表示装置の製造方法、電子情報機器の製造方法
KR101439434B1 (ko) 2007-10-05 2014-09-12 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US7724439B2 (en) * 2007-10-24 2010-05-25 Aptina Imaging Corporation Lens, a lens array and imaging device and system having a lens, and method of forming the same
US20090160965A1 (en) 2007-12-20 2009-06-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor having a diffractive optics element
JP5329903B2 (ja) 2008-10-15 2013-10-30 オリンパス株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法
JP2011204797A (ja) 2010-03-24 2011-10-13 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
TWI535292B (zh) * 2010-12-31 2016-05-21 派力肯影像公司 使用具有異質的成像器的整體式相機陣列的影像捕捉和處理
FR2974188A1 (fr) 2011-04-18 2012-10-19 St Microelectronics Sa Dispositif elementaire d'acquisition ou de restitution d'image
JP2013004635A (ja) 2011-06-14 2013-01-07 Canon Inc 撮像素子、撮像装置、及び、形成方法
JP2013021168A (ja) 2011-07-12 2013-01-31 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器
US10015471B2 (en) 2011-08-12 2018-07-03 Semiconductor Components Industries, Llc Asymmetric angular response pixels for single sensor stereo
CN102569328B (zh) 2012-03-16 2015-05-13 上海丽恒光微电子科技有限公司 感光成像装置、半导体器件的制作方法
JP2014049575A (ja) * 2012-08-30 2014-03-17 Sony Corp 撮像素子、撮像装置、製造装置および方法
US10325947B2 (en) 2013-01-17 2019-06-18 Semiconductor Components Industries, Llc Global shutter image sensors with light guide and light shield structures
US9224782B2 (en) 2013-04-19 2015-12-29 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with reference pixels for image flare mitigation
WO2015050499A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-09 Heptagon Micro Optics Pte. Ltd. Lens array modules and wafer-level techniques for fabricating the same
JP6166640B2 (ja) 2013-10-22 2017-07-19 キヤノン株式会社 固体撮像装置、その製造方法及びカメラ
US9551872B1 (en) 2013-12-30 2017-01-24 Google Inc. Spatially multiplexed lens for head mounted display
KR102263042B1 (ko) 2014-10-16 2021-06-09 삼성전자주식회사 픽셀, 상기 픽셀을 포함하는 이미지 센서, 및 상기 픽셀을 포함하는 이미지 처리 시스템
KR102363433B1 (ko) 2015-01-15 2022-02-16 삼성전자주식회사 이미지 센서
US20160269662A1 (en) 2015-03-12 2016-09-15 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with increased stack height for phase detection pixels
US10566365B2 (en) 2015-05-27 2020-02-18 Visera Technologies Company Limited Image sensor
US10002899B2 (en) 2015-09-16 2018-06-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Microlens for a phase detection auto focus (PDAF) pixel of a composite grid structure
US9711551B2 (en) 2015-11-09 2017-07-18 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with color filter windows
US10163959B2 (en) 2015-11-16 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor and method for manufacturing the same
US9804441B2 (en) 2015-12-22 2017-10-31 Apple Inc. Electronic device optical sensing system with stray light suppression
US20180026065A1 (en) 2016-07-21 2018-01-25 Visera Technologies Company Limited Image-sensor structures
US10388686B2 (en) 2016-11-21 2019-08-20 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Image sensor including one or more microlenses provided within a metallization layer
US10297629B2 (en) 2017-09-11 2019-05-21 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with in-pixel lens arrays
US10283543B2 (en) 2017-09-28 2019-05-07 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with diffractive lenses
US10312280B2 (en) 2017-09-28 2019-06-04 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with diffractive lenses for stray light control

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1773714A (zh) * 2004-11-09 2006-05-17 东部亚南半导体株式会社 Cmos图像传感器及其制造方法
US20110096210A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic equipment
US20120008039A1 (en) * 2010-07-07 2012-01-12 Andrea Del Monte Image sensors with graded refractive index microlenses

Also Published As

Publication number Publication date
CN116805635A (zh) 2023-09-26
US10483309B1 (en) 2019-11-19
CN110890390B (zh) 2023-07-18
TWI710803B (zh) 2020-11-21
TW202013014A (zh) 2020-04-01
US10957730B2 (en) 2021-03-23
US20200083271A1 (en) 2020-03-12
TW202121014A (zh) 2021-06-01
TWI749896B (zh) 2021-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10700113B2 (en) Image sensors with diffractive lenses for stray light control
CN106068563B (zh) 固态成像装置、固态成像装置的制造方法和电子设备
US10297629B2 (en) Image sensors with in-pixel lens arrays
US10593712B2 (en) Image sensors with high dynamic range and infrared imaging toroidal pixels
RU2607727C2 (ru) Устройство фотоэлектрического преобразования и система формирования изображений
CN211404505U (zh) 图像传感器
US7358475B2 (en) Solid-state imaging device and camera
US10861890B2 (en) Imaging pixels with plasmonic color filter elements
CN110890390B (zh) 包括多个成像像素的图像传感器
US9013612B2 (en) Image sensors with antireflective layers
CN212323001U (zh) 图像传感器像素和图像传感器像素阵列
US10608030B2 (en) Image sensors with diffractive lenses
CN110957336B (zh) 具有衍射透镜的相位检测像素
JP2006080480A (ja) Ｃｍｏｓイメージセンサ及びその製造方法
US9159756B2 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method of the same
US20210280624A1 (en) Imaging systems with improved microlenses for enhanced near-infrared detection
CN111435668A (zh) 半导体衬底中具有衍射透镜的图像传感器
WO2008088878A2 (en) Image sensor with three sets of microlenses
JP2008103628A (ja) 固体撮像素子
KR20220084688A (ko) 이미지 센서

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant