CN1222045C - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像传感器，其中，透镜直径从芯片中心区向它的边缘变化，以获得整体一致的灵敏度。图像传感器包括：多个光接收部分，它们把相应于物体的光的信号转换成电信号；像素阵列区，具有形成在光接收部分且分别对应光接收部分使光聚焦的多个微透镜。图像传感器中，各个微透镜的直径从像素阵列区中心区朝它的边缘变化。

Description

图像传感器
本申请要求2001年7月25日提交的第2001-44945号韩国专利申请的优先权，该申请在本申请中引作参考。
技术领域
本发明涉及一种图像传感器，更具体涉及增大从芯片中心至其边缘的透镜直径以获得整体一致的灵敏度的图像传感器。
背景技术
目前就提高图像传感器制造中的光灵敏度进行了各种研究。其中的一个例子是聚光技术(light-condensing technology)。
例如，试图提高占空因素(fill factor)(即光接收部分与图像传感器总面积之比)，以提高具有感测光的光接收部分和把感测的光转换成要用作数据的电信号的CMOS逻辑电路部分的CMOS图像传感器中的光灵敏度。
除聚光技术中的占空因素问题之外的其它要解决的问题是，克服随入射角变化各区域之间的灵敏度不同的问题。
这是确定极近拾取(extreme near-by pick-up)所要求的设备质量的关键因素。
以下将结合附图描述现有的图像传感器的微透镜结构和根据光入射角的区域之间的光灵敏度。
图1是现有图像传感器的部分简图，图2A和2B是分别示出长距离(long-distance)拾取和就近(near-by)拾取的情况下的光通路简图。
现有技术中，CCD或CMOS图像传感器中用的微透镜控制光路和增大收到的总光量。
换句话说，现有技术中，一个芯片上形成的微透镜具有与另一个芯片上的相同的形状和尺寸。
如图1所示，微芯片13有位于多个光接收部分11上并分别与它们对应的多个微透镜12。每个微透镜12有相同直径“III”和相同高度“I”。
即，无论微透镜在芯片的中心部分上或其边缘上，微透镜形成有相同的尺寸。
而且，光接收部分11设计成其具有彼此相同的尺寸“II”，且无论光接收部分在芯片的中心部分上或在芯片边缘上，各个光接收部分11之间的距离“IV”一致。
微透镜12之间的距离“V”也设计成一致。
在现有图像传感器中，光入射角取决于芯片位置。而且，在极近拾取的情况下，光灵敏度随入射角的降低达到最大。
图2A是示出长距离拾取的简图。如图2A所示，随着芯片的位置不同光入射角也不同。
图2B是极近拾取的简图。如图2B所示，入射角在芯片边缘处最大。
从物体15开始的光路径通过经过透镜14而聚焦，且光在图像传感器芯片13中心部分上的入射角与在芯片边缘处的不同。
即，如图2A所示，图像传感器芯片边缘处的入射角θ1大于在芯片中心部分上的入射角θ2。而且，如图2B所示，图像传感器芯片边缘处的入射角θ3大于芯片中心部分上的入射角θ4。
入射角的变化在近拾取情况(图2所示)下更明显。因此，即使在芯片的相同区域上，光入射角θ4大于θ2，光入射角θ3大于θ1。
在本例中，在入射角θ3所处的部分上以及在其附近像素上，入射角变得很大，使得当入射角超出允许范围时物体的拾取变得困难。
入射角随着其在芯片上的位置而不同是指在各个光接收部分上光的灵敏度不同。
但是，现有的图像传感器受到下述的某些限制。
首先，由于尽管光入射角随不同的芯片区域而不同，但是微透镜却等同地设计，所以光灵敏度的不同在这些区域中发生。
其次，不可能拾取或解码信息。在利用极近拾取所要求的设备(即点码(dot code)的拾取/检测所需的设备)时，尽管肉眼看不见全面拾取(generalpick-up)情况下由光灵敏度不同引起的不均匀性，但光灵敏度不同引起的特性差别极大，使得不能拾取和解码信息。
发明内容
因此，本发明提供一种图像传感器，它基本上克服了现有技术中的限制和缺陷引起的一个或多个问题。
本发明的目的是，提供一种图像传感器，它改变透镜从芯片中心部分到边缘部分的直径，由此获得整体均匀的灵敏度。
为达到该目的和其它优点，按发明目的，如这里具体化和概括描述的那样，本发明的图像传感器包括：多个光接收部分，它把对应物体的光的信号转换成电信号；像素阵列区，有分别位于对应的多个光接收部分上的多个微透镜，以聚光。所述微透镜从像素阵列区的中心部分到其边缘部分改变它们的直径。
通过以下对发明的描述、检验或实践，本领域技术人员将能更好理解本发明的其它优点，目的和特征。通过说明书，权利要求书以及附图中指出的具体结构，将能实现和获得本发明的目的和其它优点。
应了解的是，对本发明前面的一般描述和以下的详细描述都只是示例性的和说明性的，其试图对请求保护的发明提供进一步说明。
附图说明
通过附图能更进一步理解发明，附图是本申请的一个构成部分，附图示出发明实施例，它们与说明书一起用于解释发明原理。附图中：
图1是现有图像传感器的截面简图；
图2A和2B分别是长距离拾取和就近拾取情况下的光路简图；
图3是表示按本发明的图像传感器的微透镜直径变化的平面图；
图4是表示按本发明的图像传感器的截面简图；以及
图5是按本发明的图像传感器的光入射角变化与光灵敏度变化的关系曲线图。
具体实施方式
现在参见附图详细描述图示的本发明的优选实施例。全部附图中相同或相似的部件尽可能用相同的附图标记表示。
图3是表示按本发明的图像传感器的微透镜直径变化的平面图，图4是表示按本发明的图像传感器的截面简图。
图5是本发明图像传感器的光入射角与光灵敏度的关系曲线图。
本发明图像传感器的微透镜结构能用于CCD或CMOS图像传感器。
本发明的微透镜设计成从芯片中心至芯片边缘有更大(或更小)的直径，以使光入射角差减至最小，甚至在极近拾取情况下，最终防止光灵敏度差。
以下将描述其直径逐渐变大的微透镜。
以下说明相应于本发明的微透镜平面图。以像素阵列区31的中心为基础，“A”表示位于第一微透镜直径分区(divisional section)32a上的微透镜的直径，该分区具有从中心开始的第一半径。“B”表示位于第二微透镜直径分区32b上的微透镜直径，该分区从第一微透镜直径分区32a的周边开始，具有从中心开始的第二半径(a+b)。直径“B”大于直径“A”。“C”表示位于第三微透镜直径分区32c上的微透镜直径，该分区从第二微透镜直径分区32b的周边开始，具有从中心开始的第三半径(a+b+c)。“C”直径比“B”直径大。“D”表示位于第四微透镜直径分区32d上的微透镜直径，该分区从第三微透镜直径分区32c的周边开始，具有从中心开始的第四半径(a+b+c+d)。“D”直径比“C”直径大。
本实施例中，可把a、b、c和d限定为相同的长度，或限定为a＜b＜c＜d，或a＞b＞c＞d。
而且，每个微透镜直径分区可以是四边形或多边形。
当然，考虑到设计余量，不仅可设置四个微透镜直径分区32a至32d，也可以设四个以上或以下的微透镜直径分区。
而且，甚至在一个微透镜直径分区的情况下，微透镜直径也可形成为向外具有更大或更小的直径。
此外，在微透镜直径从中心至外侧越来越小的情况下，可用凹透镜。
以下描述按本发明的图像传感器的剖面结构。
如图4所示，形成对应各个光接收部分43的微透镜41。各个光接收部分43的宽度43a至43d相等(即，43a＝43b＝43c＝43d)，而与它们在芯片上的位置无关(即无论它们是位于芯片的中心部分或位于芯片的边缘部分)，而且，各个光接收部分43相互隔开(即44a＝44b＝44c)。
这时，通过在相同屏幕上局部分辨率差允许的范围内使光接收部分的宽度和光接收部分之间的距离不同，能在芯片的中心部分和边缘部分获得一致的灵敏度。
这包括从中心到外边提高或减小光接收部分的宽度和它们之间的距离。
从芯片中心到边缘增大微透镜的直径41a至41d(即41a＜41b＜41c＜41)。
由于微透镜直径41a至41d的变化，所以相邻微透镜之间的距离45a、45b和45c朝芯片中心增大(即45a＞45b＞45c)。
根据设计余量，各个微透镜41的高度42可以在所有区域相等或不同。
控制微透镜41的曲率变化程度，使得光聚焦深度在允许范围内变化。即，微透镜41的直径在光聚焦深度的允许误差范围内变化。
换句话说，该些微透镜不必在所有方向有相同的直径。如果一个微透镜的中心轴处于从芯片中心朝所有方向(例如，辐射型)延伸的线上，那么，微透镜的形状为在完整圆形中其直径向外侧逐渐增大。
即，如果微透镜的长轴位于从芯片的边缘向中心延伸的线上，则长轴直径朝边缘增大，且垂直于长轴的短轴被设计成一致的。
以下描述按本发明的图像传感器的光灵敏度特征。
如图5所示，入射角为0°的区域51是芯片的中心部分，入射角最大的区域52是芯片的边缘区。本例中，本发明的灵敏度偏差53极小。
这就是说芯片的光灵敏度无论是在芯片中心或在芯片边缘都很均匀。而且，由于甚至在极近拾取的情况下，全部方向的入射角大小均在允许范围内，所以能进行有效拾取。
另一方面，现有的图像传感器有与入射角相关的大的灵敏度偏差54。即，现有图像传感器的灵敏度在入射角为0°时与在入射角处于允许范围(基于20°)内时不同。因此，在极近拾取的情况下，除芯片中心部分外的所有区域的入射角都在允许范围之外，这使得不可能拾取整个物体。
因此，按本发明的图像传感器设计成使它的直径从芯片的中心朝边缘变化。由此将入射角偏差减至最小，并最终减小整个区域内的灵敏度偏差。
因此，由于本发明均匀的光灵敏度，所以甚至在就近拾取的情况下，在此情形中大多数区域超出了入射角的允许范围，也可进行物体拾取和解码。
本领域技术人员应了解，本发明可进行各种改进和变化。因此，本发明涵盖了所附权利要求书及其等同物限定的范围内的各种改进和变化。

Claims (8)

1.一种图像传感器，包括：
多个光接收部分，用于将相应于物体的光的信号转换成电信号；
像素阵列区，有在该些光接收部分上形成的并分别对应该些光接收部分以对光聚焦的多个微透镜，其中，从像素阵列区的中心到该区的边缘，所述微透镜具有变化的直径。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，微透镜直径在多个微透镜直径分区单元中变化，该微透镜直径分区有它们自己的以像素阵列区中心为基础增大的半径：a，a+b，a+b+c...，n，且半径n的长度与像素阵列区的中心与它的边缘之间的长度相同。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中，划分微透镜直径分区的各个半径的长度或以相同的长度a＝b＝c增大，或以递减的长度a＞b＞c增大，或以递增的长度a＜b＜c增大。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中，微透镜的直径以像素阵列区中心为基础朝像素阵列区边缘或者增大或者减小。
5.如权利要求2所述的图像传感器，其中，微透镜在相同微透镜直径分区中具有彼此相同的直径，微透镜的直径朝微透镜直径分区的外侧增大或减小。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其中，该些光接收部分有彼此相同的宽度，且各个光接收部分之间的距离一致。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其中，光接收部分的宽度和它们自己之间的距离从光接收部分的中心到外侧增大或减小。
8.如权利要求1所述的图像传感器，其中，微透镜之间的距离在像素阵列区的中心部分最大，并朝其边缘逐渐减小，因为，微透镜直径从像素阵列区的中心朝它的边缘增大。
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Effective date of registration: 20070525

Address after: North Chungcheong Province

Patentee after: Magnachip Semiconductor Ltd.

Address before: Gyeonggi Do, South Korea

Patentee before: Hairyoksa Semiconductor Co., Ltd.

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Owner name: KONO SCIENCE CO., LTD.

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Patentee after: Magnachip Semiconductor Ltd.

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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

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