CN117572545A - 图像传感器和摄像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像传感器和摄像设备。在具有包括基于穿过成像光学系统的不同光瞳区域的光束来输出能够获得具有视差的一对焦点检测信号的信号的焦点检测像素的多个像素的图像传感器中，各像素包括：至少一个光电转换单元；以及微透镜光学系统，其相对于光电转换单元设置在光入射侧，其中微透镜光学系统的主曲面的形状是：使得微透镜光学系统在离微透镜光学系统的光轴的第一距离处的第一曲率大于微透镜光学系统在第二距离处的第二曲率，该第二距离比第一距离离微透镜光学系统的光轴更远。

Description

图像传感器和摄像设备
(本申请是申请日为2020年4月14日、申请号为202080028678.4、发明名称为“图像传感器和摄像设备”的申请的分案申请。)
技术领域
本发明涉及图像传感器和摄像设备。
背景技术
由摄像设备进行的焦点检测方法包括摄像面上相位差方法，在该摄像面上相位差方法中，使用在图像传感器上形成的焦点检测像素来进行相位差焦点检测。
专利文献1公开了一种摄像设备，该摄像设备使用由各自包括一个微透镜和多个光电转换单元的多个像素构成的二维图像传感器。多个光电转换单元被配置为经由一个微透镜接收透过摄像透镜单元的出射光瞳的不同区域的光，由此实现光瞳分割。可以通过根据从具有这样的多个光电转换单元的各像素(焦点检测像素)输出的焦点检测信号计算相关量、并根据所计算出的相关量获得图像偏移量，来进行相位差焦点检测。此外，专利文献2公开了通过将从各像素的多个光电转换单元输出的焦点检测信号相加来生成图像信号。
此外，专利文献3公开了一种摄像装置，在该摄像装置中，在由多个摄像像素构成的二维摄像元件上部分地布置有成对的焦点检测像素。各对焦点检测像素被配置为通过遮光层的开口接收来自拍摄透镜的出射光瞳的不同区域的光，由此进行光瞳分割。从二维摄像元件的大部分中所布置的摄像像素获取到图像信号。另一方面，根据来自二维摄像元件的一部分中所布置的焦点检测像素的焦点检测信号计算相关量，并且根据所计算出的相关量获得图像偏移量以实现相位差焦点检测。
因此，在摄像面上相位差焦点检测中，由于使用图像传感器上所形成的焦点检测像素来同时检测散焦方向和散焦量，因此可以高速调整焦点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利4410804
专利文献2：日本特开2001-083407
专利文献3：日本特开2000-156823
发明内容
发明要解决的问题
然而，用于提高光瞳分割能力以提高摄像面上相位差焦点检测的焦点检测性能的微透镜的曲率和用于抑制像素之间的串扰以提高摄像性能的微透镜的曲率并不总是一致。
本发明是考虑到以上问题而做出的，并且本发明的目的是在维持焦点检测性能的同时抑制像素之间的串扰。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，一种图像传感器，其具有多个像素，所述多个像素包括焦点检测像素，所述焦点检测像素基于穿过成像光学系统的不同光瞳区域的光束来输出能够获得具有视差的一对焦点检测信号的信号，各像素包括：至少一个光电转换单元；以及微透镜光学系统，其相对于所述光电转换单元设置在光入射侧，其中，所述微透镜光学系统的主曲面的形状是：使得所述微透镜光学系统在离所述微透镜光学系统的光轴的第一距离处的第一曲率大于所述微透镜光学系统在第二距离处的第二曲率，所述第二距离比所述第一距离离所述微透镜光学系统的光轴更远。
发明的效果
根据本发明，可以在维持焦点检测性能的同时抑制像素之间的串扰。
通过以下结合附图给出的说明，本发明的其它特征和优点将显而易见。注意，在整个附图中，相同的附图标记表示相同或相似的组件。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并和说明书一起用来解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明实施例的摄像设备的示意结构的框图。
图2是示出根据第一实施例的像素阵列的示例的示意图。
图3是根据第一实施例的像素的示意平面图和示意截面图。
图4是根据第一实施例的像素构造和光瞳分割的示意说明图。
图5是例示根据第一实施例的图像传感器和光瞳强度分布之间的对应关系的示意图。
图6是用于例示根据第一实施例的出射光瞳的光瞳分割的示意图。
图7是例示传统像素之间的像素间串扰的图。
图8是用于说明根据第一实施例的像素上所设置的微透镜光学系统和光的会聚状态之间的对应关系的图。
图9是用于说明根据第一实施例的像素上所设置的微透镜光学系统的主曲面和曲率半径之间的对应关系的图。
图10是用于说明根据第一实施例的像素中所设置的微透镜光学系统的受光面积的百分比的图。
图11是用于说明根据第二实施例的像素上所设置的微透镜光学系统和光的会聚状态之间的对应关系的图。
图12是用于说明根据第三实施例的像素上所设置的微透镜光学系统和光的会聚状态之间的对应关系的图。
图13是示出根据第四实施例的像素阵列的示例的示意图。
图14是根据第四实施例的像素的示意平面图和示意截面图。
图15是用于说明根据第五实施例的像素上所设置的微透镜光学系统和光的会聚状态之间的对应关系的图。
具体实施方式
以下将参考附图来详细说明实施例。注意，以下实施例并不意图限制要求保护的发明的范围。在实施例中说明了多个特征，但并未限制成需要所有这些特征的发明，并且可以适当组合多个这样的特征。此外，在附图中，向相同或相似的结构赋予相同的附图标记，并且省略了对这些结构的冗余说明。
<第一实施例>
[总体结构]
图1是示出作为根据本发明实施例的具有图像传感器的摄像设备的示例的照相机的示意结构的图。在图1中，第一透镜组101配置在成像光学系统的前端，并且被支撑成沿着光轴向前和向后可移动。光圈-快门(光阑)102调整其开口的直径，由此调整摄像期间的光量，并且还具有在静止图像拍摄期间调整曝光时间的功能。光圈-快门102和第二透镜组103沿着光轴向前和向后一起移动，并且与第一透镜组101的向前和向后移动连动地，提供变倍效果(变焦功能)。
第三透镜组105(调焦透镜)通过沿着光轴向前和向后移动来执行焦点调节。光学低通滤波器106是用于减轻拍摄图像的伪色和摩尔纹的光学元件。图像传感器107由二维CMOS光电传感器和周边电路构成，并且配置在成像光学系统的成像面上。
变焦致动器111通过转动未示出的凸轮筒以使第一透镜组101至第二透镜组103沿着光轴向前和向后移动来执行变倍操作。光圈-快门致动器112控制光圈-快门102的开口的直径并调整摄像所用的光量，并且还控制静止图像拍摄期间的曝光时间。调焦致动器114使第三透镜组105沿着光轴向前和向后移动以调节焦点。
作为用于在摄像期间对被摄体进行照明的电子闪光灯115，优选使用氙气管的闪光照明装置，但也可以使用包括连续闪光LED的照明装置。AF辅助闪光单元116将具有预定开口图案的掩模的图像通过投影透镜投影到被摄体视野上，以提高针对暗被摄体和低对比度被摄体的焦点检测性能。
摄像设备内的CPU 121以各种方式控制照相机主单元。CPU 121例如可以具有计算单元、ROM、RAM、A/D转换器、D/A转换器和通信接口电路等。另外，CPU 121基于ROM中所存储的预定程序，驱动照相机所具有的各种电路，并执行AF、摄像、图像处理和记录的一组操作。
电子闪光灯控制电路122与摄像操作同步地控制电子闪光灯115的点亮。辅助闪光电路123与焦点检测操作同步地控制AF辅助闪光单元116的点亮。图像传感器驱动电路124控制图像传感器107的摄像操作，对所获取到的图像信号进行A/D转换，并将转换后的图像信号发送至CPU 121。图像处理电路125对根据从图像传感器107读出的信号所获得的图像信号进行诸如γ转换、颜色插值和JPEG压缩等的处理。
调焦驱动电路126基于焦点检测结果来控制调焦致动器114的驱动，以在光轴方向上向前和向后驱动第三透镜组105，由此进行焦点调节。光圈-快门驱动电路128控制光圈-快门致动器112的驱动，由此控制光圈-快门102的打开。变焦驱动电路129根据用户的变焦操作来驱动变焦致动器111。
诸如LCD等的显示装置131显示与照相机的摄像模式有关的信息、摄像之前的预览图像、摄像之后的确认图像、以及焦点检测期间的聚焦状态显示图像等。操作开关组132由电源开关、释放(摄像触发器)开关、变焦操作开关和摄像模式选择开关等构成。可拆卸的闪速存储器133记录所拍摄到的图像。
[图像传感器]
图2示出根据第一实施例的图像传感器107的摄像像素和焦点检测像素的阵列的概要。图2示出作为第一实施例的图像传感器107的背面照明型的二维CMOS传感器(图像传感器)中的、4列×4行的范围内的像素(摄像像素)阵列或8列×4行的范围内的焦点检测像素阵列。
像素组200包括2列×2行的像素，并且具有R(红色)的光谱灵敏度的像素200R布置在左上位置，具有G(绿色)的光谱灵敏度的像素200G布置在右上位置和左下位置，且具有B(蓝色)的光谱灵敏度的像素200B布置在右下位置。各像素由按2列×1行排列的第一焦点检测像素201和第二焦点检测像素202构成。
图2所示的4列×4行的像素(8列×4行的焦点检测像素)的大量阵列布置在面上以使得能够拍摄图像(焦点检测信号)。
图3的3A是在从图像传感器107的受光面侧(+z侧)观看时的图2所示的图像传感器107的一个像素200G的平面图，并且图3的3B是从-y侧观看到的沿着3A中的a-a线所截取的截面图。如图3所示，在根据本实施例的像素200G中，在各像素的受光侧形成用于会聚入射光的微透镜305和层内透镜307。形成了将像素在X方向上进行NH分割(这里为二分割)且在Y方向上进行NV分割(这里为一分割或不分割)的光电转换单元301和302。光电转换单元301和302分别对应于第一焦点检测像素201和第二焦点检测像素202。
光电转换单元301和302各自可被形成为由p型层和n型层构成的p-n结光电二极管，或者可以根据需要被形成为包括p型层和n型层之间的本征层的pin结构的光电二极管。
像素200G在微透镜305和层内透镜307之间设置有滤色器306。可以根据需要针对各像素或各光电转换单元改变滤色器306的光谱透过率。此外，可以省略滤色器。
在本实施例的像素200G中，在受光侧形成由微透镜305、层内透镜307、滤色器306、平坦化层、密封层和绝缘层等构成的微透镜光学系统。此外，在本实施例中，相对于光电转换单元301和302，在微透镜305和层内透镜307的相反侧、即在光入射侧的相反侧形成布线层309。
入射到图3所示的像素200G上的光由微透镜305会聚，由滤色器306滤波，进一步由层内透镜307会聚，然后由光电转换单元301和302接收。在光电转换单元301和302中，根据所接收到的光量产生成对的电子和空穴，并且在这些电子和空穴由耗尽层分离之后，带负电的电子累积在n型层(未示出)中，而空穴通过连接到恒压源(未示出)的p型层被放电到图像传感器107的外部。光电转换单元301和302的n型层(未示出)中所存储的电子经由传输门被传输到电容部(FD)，被转换成电压信号，并被输出。
图2所示的像素200R和200B也具有与像素200G相同的结构，并且以与像素200G相同的方式输出与由滤色器306提取的不同颜色的光相对应的电压信号。
在具有这种结构的各像素中，使用通过将来自光电转换单元301和302的信号相加所获得的信号(A+B信号)作为摄像信号，并且使用从光电转换单元301和302分别读取的两个信号(A信号和B信号)作为一对焦点检测信号。可以独立地读出摄像信号和焦点检测信号，但考虑到处理负荷，可以使用以下方法。也就是说，读出光电转换单元301和302中的任一者的摄像信号(A+B信号)和焦点检测信号(例如，A信号)，并且通过取摄像信号和焦点检测信号(例如，A信号)之间的差来获取具有视差的另一焦点检测信号(例如，B信号)。
然后，通过收集从多个像素输出的多个A信号和多个B信号，获得在摄像面上相位差检测AF中使用的一对图像信号。然后，在使该一对图像信号的相对位置偏移的同时叠加该一对图像信号，并且在各偏移位置处，进行例如获得波形之间的不同部分的面积(相关量)的相关计算。获得相关量最小的偏移位置、即表示最相关的偏移量的相位差(图像偏移量)，并且根据所计算出的图像偏移量来进一步计算成像光学系统的偏移量和偏移方向。
尽管上述示例示出在水平方向上对光瞳区域进行二分割的示例，但根据需要，可以在垂直方向上对光瞳区域进行分割。
此外，在上述示例中，布置有各自由第一焦点检测像素和第二焦点检测像素构成的多个摄像像素，但本发明不限于此。根据需要，摄像像素、第一焦点检测像素和第二焦点检测像素被形成为不同的像素，并且第一焦点检测像素和第二焦点检测像素可以布置在摄像像素的阵列的一部分中。
图像传感器107的结构不限于上述结构，并且可以是任何结构，只要该结构具有如下的焦点检测像素即可，这些焦点检测像素能够基于穿过成像光学系统的不同光瞳区域的被摄体光来输出可以获取到具有视差的焦点检测信号对的信号。
[光瞳分割]
接着，将参考图4至图6来说明本实施例的图像传感器107的光瞳分割功能。由于像素200R、200G和200B具有相同的结构，因此以下将说明像素200G作为代表。
图4示出从+y侧观看到的图3的3A所示的图像传感器107中所布置的像素200G的沿a-a线所截取的截面图、以及在z轴方向(光轴方向)上位于离图像传感器107的摄像面600的距离Z处的光瞳面。注意，在图4中，为了实现光瞳面的坐标轴和截面图的坐标轴之间的对应，截面图的x轴和y轴相对于图3的x轴和y轴反转。图像传感器107的摄像面600布置在成像光学系统的成像面上。
第一部分光瞳区域501对应于第一焦点检测像素201，并且经由由微透镜305和层内透镜307等构成的微透镜光学系统与重心沿-x方向偏心的光电转换单元301的受光面几乎共轭。因此，第一部分光瞳区域501表示使第一焦点检测像素201可以接收的光穿过的光瞳区域。第一部分光瞳区域501的重心在光瞳面上偏心到+xp侧。
类似地，第二部分光瞳区域502对应于第二焦点检测像素202，并且经由由微透镜305和层内透镜307等构成的微透镜光学系统与重心沿+x方向偏心的光电转换单元302的受光面几乎共轭。因此，第二部分光瞳区域502表示使第二焦点检测像素202可以接收的光穿过的光瞳区域。第二部分光瞳区域502的重心在光瞳面上偏心到-xp侧。
此外，光瞳区域500是在光电转换单元301和302(第一焦点检测像素201和第二焦点检测像素202)组合的状态下使整个像素200G可以接收的光穿过的光瞳区域。附图标记400表示光圈-快门102的开口。
接着，将参考图5来说明图像传感器107的入射光瞳。在本实施例的图像传感器107中，位于面上的不同像高坐标处的像素的微透镜305和层内透镜307(未示出)根据各个像素的像高坐标而相对于光电转换单元301和302朝向图像传感器107的中心连续偏移。结果，在位于离图像传感器107的摄像面600的距离Z处的光瞳面中，与第一焦点检测像素201的受光区域相对应的第一部分光瞳区域501对于布置在图像传感器107的不同像高坐标处的像素基本上是相同的。类似地，与第二焦点检测像素202的受光区域相对应的第二部分光瞳区域502对于这些像素基本上是相同的。也就是说，位于离图像传感器107的摄像面600的距离Z处的光瞳面上的第一部分光瞳区域501和第二部分光瞳区域502对于图像传感器107的所有像素基本上是相同的。在下文，第一部分光瞳区域501和第二部分光瞳区域502将被称为图像传感器107的“传感器入射光瞳”，并且距离Z将被称为图像传感器107的“入射光瞳距离”。
图6是用于说明由本实施例的图像传感器107的传感器入射光瞳引起的成像光学系统的出射光瞳400的光学分割(光瞳分割)的示意图。在来自被摄体的光束中，穿过了作为成像光学系统的出射光瞳400与第一部分光瞳区域501的重叠区域的第一出射光瞳区域601的光束由第一焦点检测像素201(光电转换单元301)接收。类似地，在来自被摄体的光束中，穿过了作为成像光学系统的出射光瞳400与第二部分光瞳区域502的重叠区域的第二出射光瞳区域602的光束由第二焦点检测像素202(光电转换单元302)接收。
图4示出位于图像传感器107的入射光瞳距离Z处的光瞳面中的第一出射光瞳区域601和第二出射光瞳区域602。也就是说，示出成像光学系统的出射光瞳400由图像传感器107的传感器入射光瞳分割成第一出射光瞳区域601和第二出射光瞳区域602。
[像素之间的串扰]
入射到像素200G上的光由微透镜光学系统会聚在焦点上。然而，由于因光的波动性而引起的衍射的影响，不能使聚焦光斑的直径小于衍射极限Δ并且具有有限的大小。光电转换单元的受光面的大小约为1～2μm，而微透镜的聚焦光斑的大小约为1μm。因此，经由微透镜与光电转换单元的受光面处于共轭关系的图4中的第一部分光瞳区域501和第二部分光瞳区域502由于衍射模糊而未被明确地光瞳分割，并且受光率分布(光瞳强度分布)取决于光的入射角。
这里，将参考图7来说明在背面照明型图像传感器中生成的像素间串扰。图7是示出传统图像传感器的像素的图，其中微透镜305B不论离其光轴的距离如何都具有恒定曲率。此外，没有形成层内透镜。在图7所示的图像传感器中，向与图3所示的实施例的像素相同的结构赋予相同的附图标记，并且将省略其说明。
图7的7A示出以平行于光轴的角度入射到微透镜305B上的光由具有恒定曲率的球形微透镜305B会聚的状态。此外，图7中的7B示出以相对于光轴成25°的角度入射到微透镜305B上的光由具有恒定曲率的球形微透镜305B会聚的状态。
在7A中，离球形微透镜305B的光轴的第一距离由r1p表示，并且离球形微透镜305B的光轴的第二距离由r2p表示。第一距离r1p比第二距离r2p短，并且在垂直于球形微透镜305B的光轴的径向坐标上，第一距离r1p处的点位于第二距离r2p处的点的内侧。关于第一距离r1p，球形微透镜305B上的点被称为第一主点h1p，焦距被称为第一焦距f1p，并且焦点被称为第一焦点z1p。此外，关于第二距离r2p，球形微透镜305B上的点被称为第二主点h2p，焦距被称为第二焦距f2p，并且焦点被称为第二焦点z2p。
在7A中，由于球形微透镜305B具有恒定曲率，因此与第二距离r2p相对应的第二焦距f2p比与第一距离r1p相对应的第一焦距f1p短。此外，与第二距离r2p相对应的第二焦点z2p位于比与第一距离r1p相对应的第一焦点z1p相对地更靠近受光侧的位置。
因此，在如7B所示、光以相对于光轴成25°的角度入射到球形微透镜305B上的情况下，与来自第一距离r1p处的点的光线l1p在光电转换单元的受光面上的入射点p1p相比，来自第二距离r2p处的点的光线l2p在光电转换单元的受光面上的入射点p2p离相邻像素更近。除此之外，与来自第一距离r1p处的点的光线l1p和光电转换单元的受光面之间的角度相比，来自第二距离r2p处的点的光线l2p和光电转换单元的受光面之间的角度较小(对于相对于受光面的垂直轴的角度，为较大)。
因此，各像素的球形微透镜305B具有相对于倾斜入射光容易引起对相邻像素的串扰的形状，并且摄像性能可能劣化。因此，在传统的图像传感器中，为了提高焦点检测性能，如果使微透镜的曲率小，使焦距长，并且使焦点检测像素的光瞳强度分布的入射角的变化大，则可能发生摄像像素之间的像素间串扰并且摄像性能可能劣化。
有鉴于上述现象，在本实施例中，各像素中所设置的微透镜光学系统被配置为满足以下所述的条件，使得抑制了摄像像素的像素间串扰。
[微透镜光学系统]
将参考图8至图10来说明第一实施例中的图像传感器107的各像素所设置的微透镜光学系统。如上所述，本实施例中的各像素的微透镜光学系统由微透镜305、平坦化层、滤色器306、层内透镜307、密封层和绝缘层等构成。此外，图8所示的像素构造对应于图3所示的像素构造。
图8的8A至8C示出以平行于光轴的角度入射到本实施例的像素上的光由光电转换单元301和302的受光侧所设置的微透镜光学系统会聚的状态。此外，图8的8D至8F示出以相对于光轴成25°的角度入射到本实施例的像素上的光由光电转换单元301和302的受光侧所设置的微透镜光学系统会聚的状态。
在图8的8A和8D中，由粗线示出的曲线H表示本实施例的像素中所设置的微透镜光学系统的主曲面H(截面)，并且微透镜光学系统在光学上等同于具有主曲面H的单个微透镜。因此，本实施例的像素在光学上基本等同于在光电转换单元301和302的受光侧设置有具有主曲面H的单个微透镜的像素构造。
在8A中，离微透镜光学系统的光轴的第一距离由r1表示，并且离微透镜光学系统的光轴的第二距离由r2表示。第一距离r1比第二距离r2短，并且在微透镜光学系统的光轴是中心的径向坐标上，第一距离r1处的位置位于第二距离r2处的位置的内侧。此外，关于第一距离r1，微透镜光学系统的主曲面H上的点被称为第一主点h1，焦距被称为第一焦距f1，并且焦点被称为第一焦点z1。此外，关于第二距离r2，微透镜光学系统的主曲面上的点被称为第二主点h2，焦距被称为第二焦距f2，并且焦点被称为第二焦点z2。
图9示出与图8的8A和8D所示的本实施例的像素中所设置的微透镜光学系统的主曲面H(截面)接触的圆。在第一距离r1处与主曲面H接触的圆的半径被定义为第一曲率半径a1，并且在第二距离r2处与主曲面H接触的圆的半径被定义为第二曲率半径a2。在本实施例中，与第一距离r1相对应的第一曲率半径a1小于与第二距离r2相对应的第二曲率半径a2。
由于曲率半径的倒数是曲率，因此在本实施例中，配置成使得第一距离r1处的微透镜光学系统的第一曲率(1/a1)大于第二距离r2处的微透镜光学系统的第二曲率(1/a2)。
此外，如8A所示，由于微透镜光学系统是在上述条件下配置的，因此配置成使得与第二距离r2相对应的第二焦点z2位于比与第一距离r1相对应的第一焦点z1相对地更靠近光电转换单元301和302的位置。
8B示出在圆极化平面波(波长λ＝540nm)以平行于光轴的角度入射到设置有8A所示的微透镜光学系统的本实施例的像素上的情况下的该像素内部的光强度分布的示例。此外，8C示出受光面上的会聚光斑的示例。
8E示出在圆极化平面波(波长λ＝540nm)以相对于光轴成25°的角度入射到设置有8D所示的微透镜光学系统的本实施例的像素上的情况下的该像素内部的光强度分布的示例。此外，8E示出受光面上的会聚光斑的示例。
这样，在与8D一样、光以相对于光轴成25°的角度入射的情况下，与来自第二距离r2处的点的光线l2在光电转换单元的受光面上的入射点p2相比，来自第一距离r1处的点的光线l1在光电转换单元的受光面上的入射点p1离像素的中心更远。然而，光线l1在光电转换单元的受光面上的入射角度大，因此抑制了对相邻像素的串扰。相反，来自第二距离r2处的点的光线l2在光电转换单元的受光面上的入射角度比来自第一距离r1处的点的光线1l的入射角度相对地较小。然而，由于与光线l1的入射点p1相比，光线l2的入射点p2相对地靠近远离相邻像素的像素的中心，因此抑制了对相邻像素的串扰。
如上所述，本实施例的图像传感器的各像素具有相对于光电转换单元设置在受光侧的微透镜光学系统，并且关于离微透镜光学系统的光轴的第一距离r1和比第一距离r1长的第二距离r2，具有以下的两个关系。
首先，第一距离r1处的微透镜光学系统的第一曲率大于第二距离r2处的微透镜光学系统的第二曲率。此外，与第一距离r1相对应的微透镜光学系统的第一焦点z1相对于与第二距离r2相对应的微透镜光学系统的第二焦点z2在受光侧。
光电转换单元301和302由折射率大的硅Si等形成，并且光电转换单元301和302的上层由折射率小的氧化硅SiOx等形成。因此，在光入射到折射率大的光电转换单元301和302上之前，折射率小的光电转换单元301和302的上层抑制了光在朝向相邻像素的方向上的扩散，由此可以高效地抑制对相邻像素的串扰。
图10是示出本实施例的像素中所设置的微透镜光学系统的受光面积的百分比的图。
为了更有效地抑制对相邻像素的串扰，期望来自第一距离r1处的点的光线l1的强度和来自第二距离r2处的点的光线l2的强度基本上是相同的。将大小P的像素中内接的具有0.5P的半径的圆的面积二等分的半径Rc是 因此，对于像素的像素大小P，期望第一距离r1在半径Rc内侧的区域(0<r1<0.35P)中，并且第二距离r2在半径Rc外侧的区域(0.35P<r2<0.71P)中。此外，在四个斜对角附近，微透镜光学系统可以被遮光层遮光，以抑制对相邻像素的串扰。因此，对于像素大小P，期望第二距离r2在0.35P<r2≤0.5P的区域中。
此外，在微透镜光学系统的光轴附近，由于顶点(极值)形状，由于制造工艺等，顶点可能变平并且曲率可能改变或者顶点位置可能变化。为了抑制该影响，期望第一距离r1在0.5Rc＝0.175P<r1<0.35P的范围内，其中该范围排除了围绕光轴的具有0.5Rc的半径的圆的区域(半径Rc的圆的面积的1/4)。此外，由于像素周边附近的微透镜光学系统与相邻像素的微透镜光学系统接触，因此由于制造工艺等而导致曲率可能受到限制。为了抑制该影响，期望第二距离r2在0.35P<r2<0.47P的范围内，其中该范围从0.35P<r2≤0.5P的区域中排除了从半径0.47P到半径0.5P的环形区域(即，半径Rc的圆的面积的1/4)。
此外，如图8的8A所示，光轴与连接对应于第一距离r1的微透镜光学系统的第一主点h1和第一焦点z1的线h1z1之间的角度由φ1表示，并且与第一距离r1相对应的微透镜光学系统的视角由2φ1表示。此外，第一焦点z1处的折射率由n表示。此外，沿着光轴的坐标由z表示。以第一焦点z1为原点(z＝0)的坐标z在微透镜侧被表示为正，并且在光电转换单元侧被表示为负。
与第一距离r1相对应的微透镜光学系统的第一孔径数NA1通过下式(1)来定义。
NA1＝n·sinφ1...(1)
此外，具有第一距离r1的半径的微透镜光学系统的第一光圈值F1通过下式(2)来定义。
F1＝1/(2n·sinφ1)...(2)
微透镜光学系统的具有第一距离r1的半径的圆形部分上的入射光通过具有第一距离r1的半径的圆形部分被弯曲并被会聚到第一焦点z1。然而，由于光的波动性，不能使第一会聚光斑的直径小于第一衍射极限Δ1。在使用埃里图案(Airy pattern)近似第一会聚光斑的强度分布时，衍射极限Δ1由下式(3)粗略地表示，其中入射光的波长是λ(可见光区域中的波长λ＝380nm～780nm)。
Δ1＝1.22λ/n·sinφ1＝2.44λF1...(3)
微透镜光学系统的具有第一距离r1的半径的圆形部分的第一焦深±zD1通过下式(4)来获得，其中衍射极限Δ1作为容许模糊圆。
±zD1＝±nF1Δ1...(4)
第一焦深的范围相对于z轴方向(光轴方向)上的坐标z可被表示为z-zD1<z<z+zD1。
假定第一会聚光斑的强度分布接近高斯分布，则如下式(5)那样，第一会聚光斑的直径w1可被基本上表示为坐标z的函数。
w1(z)＝Δ1√{1+(z/zR1)2}...(5)
这里，zR1是与第一距离r1相对应的第一瑞利(Rayleigh)长度，并且被定义为zR1＝αRzD1，其中系数αR＝0.61π≈1.92。在第一瑞利长度z-zR1<z<z+zR1的范围中，第一会聚光斑的直径w1大于或等于第一衍射极限Δ1，并且小于或等于第一衍射极限Δ1的倍
这同样适用于与第二距离r2相对应的微透镜光学系统的第二瑞利长度zR2以及第二瑞利长度的范围z-zR2<z<z+zR2。
在本实施例中，与第一距离r1相对应的微透镜光学系统的第一焦点z1相对于光电转换单元301和302的受光面形成在前聚焦侧。此外，在本实施例中，第一焦点z1形成在前聚焦侧的如下范围内：与第一距离r1相对应的微透镜光学系统的第一焦点z1与光电转换单元301和302的受光面之间的距离是第一瑞利长度zR1≈1.92zD1或更小。结果，可以将由穿过微透镜光学系统的具有第一距离r1的半径的圆形部分的光束形成的会聚光斑在光电转换单元301和302的受光面上的第一会聚光斑的直径w1抑制为第一衍射极限Δ1的1.4倍或更小(w1≤1.4Δ1)。
在本实施例中，通过形成微透镜光学系统的主曲面、使得光电转换单元301和302的受光面在从第一焦点z1到第一瑞利长度的范围内且在第二焦点z2到第二瑞利长度的范围内，可以高效地抑制串扰。
如上所述，根据第一实施例，可以高效地抑制对相邻像素的串扰，由此可以同时实现良好的摄像面上相位差焦点检测性能和摄像性能。
此外，与在相对于光电转换单元在受光侧具有布线层的正面照明型图像传感器中相比，在相对于光电转换单元在受光侧的相反侧具有布线层的背面照明型图像传感器中，趋于会发生由于倾斜入射光而引起的对相邻像素的串扰。因此，根据本实施例，在背面照明型图像传感器中可以更有效地抑制对相邻像素的串扰。
<第二实施例>
接着，将说明本发明的第二实施例。在上述第一实施例中，说明了像素中所设置的微透镜光学系统由一个微透镜和一个层内透镜构成的情况。然而，本发明不限于此，并且可以使用由与图8所示不同数量的层内透镜构成的微透镜光学系统。
在图11的11A至11F中，本发明的像素中所设置的微透镜光学系统包括一个微透镜305以及两个层内透镜307和308。除了上述以外，本发明与上述第一实施例相同，并且具有上述结构的微透镜光学系统的主曲面H在主曲面H的形状方面在光学上基本等同于单个微透镜。
因此，根据第二实施例，可以获得与第一实施例的效果相同的效果。
在第二实施例中，说明了包括一个微透镜和两个层内透镜的像素中所设置的微透镜光学系统的示例，但本发明不限于此。例如，微透镜光学系统可以由一个微透镜构成，或者可以包括一个微透镜和三个或更多个层内透镜。
<第三实施例>
接着，将说明本发明的第三实施例。在上述实施例中，说明了图像传感器是背面照明型图像传感器的情况。然而，本发明不限于此，并且可以使用正面照明型图像传感器。
在图12的12A和12B中，在正面照明型图像传感器的各像素中配置有具有图8所示的主曲面H的微透镜光学系统。相对于光电转换单元301和302在受光侧设置有布线层310。除上述以外，该构造与上述第一实施例的构造相同。
因此，根据第三实施例，可以获得与第一实施例的效果相同的效果。
<第四实施例>
接着，将说明本发明的第四实施例。在上述第一实施例中，说明了图像传感器107的各像素在X方向上被二分割且在Y方向上被一分割(即，未分割)的情况。然而，本发明不限于此，并且可以使用由各自具有与图2所示不同的分割数和不同的分割方法的像素构成的图像传感器107。
图13是示出本实施例中所使用的图像传感器107的摄像像素和焦点检测像素的配置的概要的图。图13示出二维CMOS传感器(图像传感器)中的4列×4行的范围内的像素(摄像像素)阵列或8列×8行的范围内的焦点检测像素阵列。
在本实施例中，图13所示的像素组700包括2行×2列的像素，并且具有R(红色)的光谱灵敏度的像素700R布置在左上位置，具有G(绿色)的光谱灵敏度的像素700G布置在右上位置和左下位置，且具有B(蓝色)的光谱灵敏度的像素700B布置在右下位置。此外，各像素由按2列×2行排列的第一焦点检测像素701至第四焦点检测像素704构成。
图13所示的4列×4行的像素(8列×8行的焦点检测像素)的大量阵列布置在面上以使得能够拍摄图像(焦点检测信号)。
图14的14A是在从图像传感器107的受光面侧(+z侧)观看时的图13所示的图像传感器107的一个像素700G的平面图，并且图14的14B是从-y侧观看到的沿着14A中的b-b线所截取的截面图。如图14所示，在根据本实施例的像素700G中，在各像素的受光侧形成用于会聚入射光的微透镜305和层内透镜307，并且形成对像素在x方向上进行NH分割(这里为二分割)且在y方向上进行NV分割(这里为二分割)的第一光电转换单元801至第四光电转换单元804。第一光电转换单元801至第四光电转换单元804分别对应于第一焦点检测像素701至第四焦点检测像素704。
利用该结构，通过在各像素中将第一焦点检测像素701和第三焦点检测像素703的信号相加并将第二焦点检测像素702和第四焦点检测像素704的信号相加、并且读出相加得到的信号，可以获得与来自图2的第一焦点检测像素201和第二焦点检测像素202的信号类似的信号。此外，通过在各像素中将第一焦点检测像素701和第二焦点检测像素702的受光信号相加并将第三焦点检测像素703和第四焦点检测像素704的受光信号相加、并且读出相加得到的信号，可以获得分割方向是垂直方向的焦点检测信号。在用作图像信号时，可以将第一焦点检测像素701至第四焦点检测像素704的信号相加。此外，可以通过读出第一焦点检测像素701至第四焦点检测像素704的信号的一部分以及通过将第一焦点检测像素701至第四焦点检测像素704的信号相加所获得的信号、并且取这两者之间的差，来获得一对焦点检测信号和图像信号。除上述以外，本实施例与上述实施例相同。
利用上述结构，根据第四实施例，可以获得与第一实施例的效果相同的效果。
<第五实施例>
接着，将说明本发明的第五实施例。在上述的第一实施例至第四实施例中，说明了具有图8所示的主曲面H的形状的微透镜光学系统的结构示例。然而，本发明不限于此，并且微透镜光学系统的主曲面可以具有与第一实施例的形状不同的形状。在第五实施例中，为了抑制像素间串扰并且同时确保相位差焦点检测信号，将说明如下结构的示例：优选在像素中的光电转换单元301和光电转换单元302之间发生一定量的像素内串扰。
在图15的15A至15F中，本发明的像素中所设置的微透镜光学系统由具有与第一实施例的形状不同的形状的一个微透镜1505以及一个层内透镜1507构成。在图15所示的图像传感器中，向与图3所示的像素的结构相同的结构赋予相同的附图标记，并且将省略其说明。
图15的15A至15C示出如下的状态：以平行于光轴的角度入射到本实施例的像素上的光由光电转换单元301和302的受光侧所设置的微透镜光学系统会聚。此外，图15的15D至15F示出如下的状态：以相对于光轴成25°的角度入射到本实施例的像素上的光由光电转换单元301和302的受光侧上所设置的微透镜光学系统会聚。
本实施例中的微透镜光学系统由微透镜1505、平坦化层、滤色器、层内透镜1507、密封层、绝缘层等构成。
在图15的15A和15D中，由粗线示出的曲线H'指示本实施例的像素中所设置的微透镜光学系统的主曲面H'(截面)，并且微透镜光学系统在光学上等同于具有主曲面H'的单个微透镜。因此，本实施例的像素在光学上基本等同于在光电转换单元301和302的受光侧设置有具有主曲面H'的单个微透镜的像素构造。
在15A中，离微透镜光学系统的光轴的第零距离由r50表示，离微透镜光学系统的光轴的第一距离由r51表示，并且离微透镜光学系统的光轴的第二距离由r52表示。在以微透镜光学系统的光轴为中心的径向坐标上，第零距离r50、第一距离r51和第二距离r52之间的大小关系是第零距离r50<第一距离r51<第二距离r52，并且第零距离r50处的位置靠近中心，第一距离r51处的位置在中间范围内，且第二距离r52处的位置靠近周边。
关于第零距离r50，微透镜光学系统的主曲面H'上的点被称为第零主点h50，焦距被称为第零焦距f50，并且焦点被称为第零焦点z50。此外，关于第一距离r51，微透镜光学系统的主曲面上的点被称为第一主点h51，焦距被称为第一焦距f51，并且焦点被称为第一焦点z51。此外，关于第二距离r52，微透镜光学系统的主曲面上的点被称为第二主点h52，焦距被称为第二焦距f52，并且焦点被称为第二焦点z52。
在本实施例中，第一距离r51处的微透镜光学系统的第一曲率被配置为大于第二距离r52处的微透镜光学系统的第二曲率。
如15A所示，由于微透镜光学系统是在上述条件下配置的，因此与第二距离r52相对应的第二焦点z52变得比与第一距离r51相对应的第一焦点z51离光电转换单元301和302更近。
15B示出在圆极化平面波(波长λ＝15nm)以平行于光轴的角度入射到设置有15A所示的微透镜光学系统的本实施例的像素上的情况下的该像素内部的光强度分布的示例。此外，15C示出受光面上的会聚光斑的示例。
在上述结构中，在与15D一样、光以相对于光轴成25°的角度入射的情况下，来自第一距离r51处的点的光线l51在光电转换单元的受光面上的入射点p51与来自第二距离r52处的点的光线l52的入射点p52相比离像素的中心更远。然而，由于光线l51在光电转换单元的受光面上的入射角度大，因此抑制了对相邻像素的串扰。相反，来自第二距离r52处的点的光线l52在光电转换单元的受光面上的入射角度比来自第一距离r51处的点的光线l51的入射角度相对地较小。然而，由于与光线l51的入射点p51相比，光线l52的入射点p52相对地接近远离相邻像素的像素的中心，因此抑制了对相邻像素的串扰。
现在，第一半径和第二半径/> 将在具有大小P的像素中内接的具有半径0.5P的圆的面积进行三等分。为了更有效地抑制对相邻像素的串扰，期望来自第零距离r50的点处的光线强度、来自第一距离r51的点处的光线强度和来自第二距离r52的点处的光线强度基本上相同。因此，配置成使得：第零距离r50在半径Rc1内侧的区域(0<第零距离r50<0.29P)中，第一距离r51在半径Rc1和半径Rc2之间的区域(0.29P<第一距离r51<0.41P)中，并且第二距离r52在半径Rc2外侧的区域(0.41P<第二距离r52<0.71P)中。此外，在四个斜对角附近，微透镜光学系统可以被遮光层遮光，以抑制对相邻像素的串扰。因此，对于像素大小P，期望第二距离r52在0.41P<第二距离r52≦0.5P的区域中。此外，在微透镜光学系统的光轴附近，由于顶点(极值)形状，取决于制造工艺等，顶点可能变平并且曲率可能改变或者顶点位置可能变化。为了抑制该影响，期望第零距离r50在0.5Rc1＝0.145P<第零距离r50<0.29P的范围内，其中该范围排除了围绕光轴的具有0.5Rc1的半径的圆的区域(半径Rc1的圆的面积的1/4)。此外，由于像素周边附近的微透镜光学系统与相邻像素的微透镜光学系统接触，因此由于制造工艺等而导致曲率可能受到限制。为了抑制该影响，期望第二距离r52在0.41P<第二距离r52<0.48P的范围中，其中该范围从0.41P<第二距离r52≤0.5P的区域中排除了从半径0.48P到半径0.5P的环形区域(即，半径Rc1的圆的面积的1/4)。
光电转换单元301和302由折射率大的硅Si等形成，并且光电转换单元301和302的上层由折射率小的氧化硅SiOx等形成。因此，在光入射到折射率大的光电转换单元301和302上之前，折射率小的光电转换单元301和302的上层抑制了光在朝向相邻像素的方向上的扩散，由此可以高效地抑制对相邻像素的串扰。
如上所述，本实施例的图像传感器的像素具有相对于光电转换单元设置在受光侧的微透镜光学系统，并且关于离微透镜光学系统的光轴的第一距离r51和比第一距离r51长的第二距离r52，具有以下两个关系。
首先，第一距离r51处的微透镜光学系统的第一曲率大于第二距离r52处的微透镜光学系统的第二曲率。此外，与第一距离r51相对应的微透镜光学系统的第一焦点z51相对于与第二距离r52相对应的微透镜光学系统的第二焦点z52在受光侧。
此外，在本实施例中，除了用于抑制上述的像素间串扰的结构之外，为了优选在像素中的光电转换单元301和光电转换单元302之间生成一定量的像素内串扰以确保相位差焦点检测信号，像素还被设计成满足以下条件。
如15A所示，在本实施例中，第零距离r50处的微透镜光学系统的第零曲率被设计为小于第一距离r51处的微透镜光学系统的第一曲率。
此外，如15A所示，在本实施例中，与第零距离r50相对应的微透镜光学系统的第零焦距f50被设计为比与第一距离r51相对应的微透镜光学系统的第一焦距f51长。
此外，如15A所示，在本实施例中，与第零距离r50相对应的微透镜光学系统的第零焦点z50被设置为比与第一距离r51相对应的微透镜光学系统的第一焦点z51相对地更靠近光电转换单元301和302。此外，从光电转换单元301和302的受光面到第一焦点z51的距离被设置得比从光电转换单元301和302的受光面到第零焦点z50的距离以及从光电转换单元301和302的受光面到第二焦点z52的距离长。
此外，如15A所示，光轴与连接对应于第一距离r51的微透镜光学系统的第一主点h51和第一焦点z51的线h51z51之间的角度由φ1表示，并且与第一距离r51相对应的微透镜光学系统的视角由2φ1表示。此外，第一焦点z51处的折射率由n表示。此外，沿着光轴的坐标由z表示。以第一焦点z51为原点(z＝0)的坐标z在微透镜侧被表示为正，并且在光电转换单元侧被表示为负。
与第一距离r51相对应的微透镜光学系统的第一孔径数NA1通过下式(1)来定义。
NA1＝n·sinφ1...(1)
此外，具有第一距离r51的半径的微透镜光学系统的第一光圈值F1由下式(2)来定义。
F1＝1/(2n·sinφ1)...(2)
微透镜光学系统的具有第一距离r51的半径的圆形部分上的入射光通过具有第一距离r51的半径的圆形部分被弯曲并被会聚到第一焦点z51。然而，由于光的波动性，不能使第一会聚光斑的直径小于第一衍射极限Δ1。在使用埃里图案(埃里图形)近似第一会聚光斑的强度分布时，衍射极限Δ1由下式(3)粗略地表示，其中入射光的波长是λ(可见光区域中的波长λ＝380nm～780nm)。
Δ1＝1.22λ/n·sinφ1＝2.44λF1...(3)
微透镜光学系统的具有第一距离r51的半径的圆形部分的第一焦深±zD1通过下式(4)来获得，其中衍射极限Δ1作为容许模糊圆。
±zD1＝±nF1Δ1...(4)
第一焦深的范围相对于z轴方向(光轴方向)上的坐标z可被表示为z-zD1<z<z+zD1。
假定第一会聚光斑的强度分布接近高斯分布，则如下式(5)那样，第一会聚光斑的直径w1可被基本上表示为坐标z的函数。
w1(z)＝Δ1√{1+(z/zR1)2}...(5)
这里，zR1是与第一距离r51相对应的第一瑞利长度，并且被定义为zR1＝αRzD1，其中系数αR＝0.61π≈1.92。在第一瑞利长度z-zR1<z<z+zR1的范围中，第一会聚光斑的直径w1大于或等于第一衍射极限Δ1，并且小于或等于第一衍射极限Δ1的倍
这同样适用于与第二距离r52相对应的微透镜光学系统的第二瑞利长度zR2以及第二瑞利长度的范围z-zR2<z<z+zR2。
这同样适用于与第零距离r50相对应的微透镜光学系统的第零瑞利长度zR0以及第零瑞利长度的范围z-zR0<z<z+zR0。
在本实施例中，与第一距离r51相对应的微透镜光学系统的第一焦点z51相对于光电转换单元301和302的受光面形成在前聚焦侧。此外，在本实施例中，第一焦点z51形成在前聚焦侧的如下范围内：与第一距离r51相对应的微透镜光学系统的第一焦点z51与光电转换单元301和302的受光面之间的距离是第一瑞利长度zR1≈1.92zD1或更小。结果，可以将由穿过微透镜光学系统的具有第一距离r51的半径的圆形部分的光束形成的会聚光斑在光电转换单元301和302的受光面上的第一会聚光斑的直径w1抑制为第一衍射极限Δ1的1.4倍或更小(w1≤1.4Δ1)。
在本实施例中，可以通过形成微透镜光学系统的主曲面、使得光电转换单元301和302的受光面在从第一焦点z51到第一瑞利长度的范围内且在从第二焦点z52到第二瑞利长度的范围内，来有效地抑制串扰。另外，通过形成微透镜光学系统的主曲面、使得光电转换单元301和302的受光面在从第零焦点z50到第零瑞利长度的范围内，可以进一步高效地抑制串扰。
通过上述结构，如15D所示，在光以相对于光轴成25°的角度入射的情况下，来自微透镜光学系统的具有第一距离r51的半径的圆形部分的光束在光电转换单元的受光面上在第一衍射极限从Δ1至1.4Δ1的状态下在从入射点p51到入射点p51'的范围内扩展。另一方面，来自微透镜光学系统的具有第零距离r50的半径的圆形部分的光束会聚到并入射到的第零入射点p50、以及来自微透镜光学系统的具有第二距离r52的半径的圆形部分的光束扩散的从第二入射点p52起直到第二入射点p52'为止的区域这两者都包括在从入射点p51起直到入射点p51'为止的区域(即，来自微透镜光学系统的具有第一距离r51的半径的圆形部分的光束的区域)中。因此，可以保持由入射到微透镜光学系统的所有光束形成的光电转换单元301和302的受光面上的会聚光斑的会聚光斑直径为第一衍射极限Δ1的1.4倍或更小(w1≦1.4Δ1)，并且可以保持良好的光瞳分离性能。
此外，根据上述结构，来自微透镜光学系统的具有第一距离r51的半径的圆形部分的光束的一部分在光电转换单元的受光面上从像素的中心起沿径向方向扩散到入射点p51'，使得在像素中的光电转换单元301和光电转换单元302之间发生一定量的像素内串扰。可以通过调整来自光电转换单元301和302的受光面的第一焦点z51的光的前聚焦量的量来适当地调整像素内串扰的量。因此，在本实施例中，抑制了像素间串扰，同时良好地维持了光瞳分离性能，并且优选在像素的光电转换单元301和光电转换单元302之间发生一定量的像素内串扰。因此，即使根据成像光学系统的条件、受光量被偏置到光电转换单元301或光电转换单元302，也确保了相位差焦点检测信号所需的最小光量。
15E示出在圆极化平面波(波长λ＝540nm)以相对于光轴成25°的角度入射到设置有15D所示的微透镜光学系统的本实施例的像素上的情况下的该像素内部的光强度分布的示例。此外，15F示出受光面上的会聚光斑的示例。
如上所述，根据第五实施例，可以有效地抑制对相邻像素的串扰，同时可以确保作为相位差焦点检测信号所接收到的最小光量。这使得可以实现良好的摄像面上相位差焦点检测性能和良好的摄像性能。
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。
本申请要求2019年4月15日提交的日本专利申请2019-077356和2020年4月8日提交的日本专利申请2020-070011的权益，这两个申请的全部内容通过引用而被包含于此。

Claims (24)

1.一种图像传感器，其具有多个像素，所述多个像素包括焦点检测像素，所述焦点检测像素基于穿过成像光学系统的不同光瞳区域的光束来输出能够获得具有视差的一对焦点检测信号的信号，各像素包括：
至少一个光电转换单元；以及
微透镜光学系统，其相对于所述光电转换单元设置在光入射侧，
其中，所述微透镜光学系统的主曲面的形状是：使得所述微透镜光学系统在离所述微透镜光学系统的光轴的第一距离处的第一曲率大于所述微透镜光学系统在第二距离处的第二曲率，所述第二距离比所述第一距离离所述光轴更远。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述微透镜光学系统的主曲面的形状是：使得所述微透镜光学系统在离所述光轴的所述第一距离处的所述第一曲率大于所述微透镜光学系统在第三距离处的第三曲率，所述第三距离比所述第一距离离所述光轴更近。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
设所述像素的像素大小为P、所述第一距离为r1、并且所述第二距离为r2，则r1<0.35P<r2成立。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中，
设所述像素的像素大小为P、所述第二距离为r2，则r2≤P成立。
5.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，
设所述像素的像素大小为P、所述第一距离为r1、所述第二距离为r2、并且第三距离为r0，则0≤r0<0.29P≤r1<0.41P<r2≤0.5P成立。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像传感器，其中，利用穿过所述微透镜光学系统的以离所述光轴的多个距离作为半径的圆形部分的光束形成的会聚光斑的直径分别包括在所述微透镜光学系统的分别与所述多个距离相对应的焦深中。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的图像传感器，其中，所述微透镜光学系统包括一个微透镜。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的图像传感器，其中，所述微透镜光学系统包括一个微透镜以及一个或多个层内透镜。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的图像传感器，其中，各像素还包括设置在光入射侧的相反侧的布线层。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的图像传感器，其中，各像素还包括设置在光入射侧的布线层。
11.一种摄像设备，包括：
根据权利要求1所述的图像传感器；
所述成像光学系统；以及
处理部件，用于对从所述图像传感器输出的信号进行处理。
12.一种摄像设备，成像光学系统能够附接至所述摄像设备以及从所述摄像设备拆卸，所述摄像设备包括：
根据权利要求1所述的图像传感器；以及
处理部件，用于对从所述图像传感器输出的信号进行处理。
13.一种图像传感器，其具有多个像素，所述多个像素包括焦点检测像素，所述焦点检测像素基于穿过成像光学系统的不同光瞳区域的光束来输出能够获得具有视差的一对焦点检测信号的信号，各像素包括：
至少一个光电转换单元；以及
微透镜光学系统，其相对于所述光电转换单元设置在光入射侧，
其中，所述微透镜光学系统的主曲面的形状是：使得所述微透镜光学系统的以离所述微透镜光学系统的光轴的第一距离作为半径的圆形部分的第一焦点相对于所述微透镜光学系统的以第二距离作为半径的圆形部分的第二焦点位于光入射侧，所述第二距离比所述第一距离离所述光轴更远。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述微透镜光学系统的主曲面的形状是：使得所述微透镜光学系统的以离所述光轴的所述第一距离作为半径的圆形部分的所述第一焦点相对于所述微透镜光学系统的以第三距离作为半径的圆形部分的第三焦点位于光入射侧，所述第三距离比所述第一距离离所述光轴更近。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，
设所述像素的像素大小为P、所述第一距离为r1、并且所述第二距离为r2，则r1<0.35P<r2成立。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，
设所述像素的像素大小为P、所述第二距离为r2，则r2≤P成立。
17.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，
设所述像素的像素大小为P、所述第一距离为r1、所述第二距离为r2、并且第三距离为r0，则0≤r0<0.29P≤r1<0.41P<r2≤0.5P成立。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的图像传感器，其中，利用穿过所述微透镜光学系统的以离所述光轴的多个距离作为半径的圆形部分的光束形成的会聚光斑的直径分别包括在所述微透镜光学系统的分别与所述多个距离相对应的焦深中。
19.根据权利要求13至17中任一项所述的图像传感器，其中，所述微透镜光学系统包括一个微透镜。
20.根据权利要求13至17中任一项所述的图像传感器，其中，所述微透镜光学系统包括一个微透镜以及一个或多个层内透镜。
21.根据权利要求13至17中任一项所述的图像传感器，其中，各像素还包括设置在光入射侧的相反侧的布线层。
22.根据权利要求13至17中任一项所述的图像传感器，其中，各像素还包括设置在光入射侧的布线层。
23.一种摄像设备，包括：
根据权利要求13所述的图像传感器；
所述成像光学系统；以及
处理部件，用于对从所述图像传感器输出的信号进行处理。
24.一种摄像设备，成像光学系统能够附接至所述摄像设备以及从所述摄像设备拆卸，所述摄像设备包括：
根据权利要求13所述的图像传感器；以及
处理部件，用于对从所述图像传感器输出的信号进行处理。
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