CN1825907A - 设有聚光性微型透镜的固体拍摄装置及采用其的相机装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固体拍摄装置，具备：多个受光部，二维地配置在半导体衬底上，其中入射来自拍摄光学系统的出射光；和多个聚光用透镜，分别配置在所述多个受光部的上部。所述多个聚光用透镜或所述多个受光部中的至少任何一方，在所述拍摄光学系统的射出光瞳位置的绝对值大的区域间距小，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域间距大。

Description

设有聚光性微型透镜的固体拍摄装置及采用其的相机装置

技术领域

本发明涉及固体拍摄装置及采用其的相机装置。更具体地涉及采用CCD(Charge-Coupled Device，电荷耦合器件)型或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体)型的图像传感器构成的、搭载在便携式电话机等上的小型相机。

背景技术

以往，例如在搭载在便携式电话机上的小型相机中，广泛使用CCD型或CMOS型的图像传感器(固体拍摄装置)。这些图像传感器具备多个光电二极管，在各个光电二极管的光入射面侧，一般，为提高在图像区域的光检测效率，设置具有聚光性的微型透镜。

通常，从相机透镜(拍摄光学系统)射出的、入射在各光电二极管的光的角度，为在图像区域的中心部和周边部不同的角度。因此，在按相同的排列间距配置微型透镜和光电二极管的时候，即，以微型透镜和光电二极管的位置分别一致的方式配置两者的情况下，与在图像区域的中心部的感光灵敏度(光检测效率)相比，周边部(在是面传感器的情况下，尤其在四角)的感光灵敏度降低。这是因为，作为相机透镜，主要使用大致按在将主光线的从光学系统最终面的射出角设定为θ、将像高设定为z、将射出光瞳位置设定为e时的、z/p＝tanθ＝θ的关系，具有射出光瞳位置e几乎与像高z无关的按照所谓近轴光线近似的透镜特性的透镜。其中，上述p，为光电二极管的排列间距。

因此，在使用具有按照近轴光线近似的透镜特性的相机透镜时，使微型透镜的排列间距一致小于光电二极管的排列间距，以随着像高增大(随着从图像区域的中心部远离到周边部)，微型透镜与光电二极管的位置的偏移增大的方式，配置各微型透镜。即，对图像区域的周边部的光电二极管倾斜地入射光。因此，从图像区域的中心部到周边部，使相对光电二极管的位置的微型透镜的位置，向中心部方向一点一点地偏置。由此，能够改进在周边部的光电二极管的聚光效率。从而，能够修正在图像区域的周边部的黑斑，结果，能够在图像区域的大致整个区域，确保相同程度的感光灵敏度。

另外，在近年的小型相机中，随着相机透镜的小型化及薄型化，多使用透镜特性不按照近轴光线近似的相机透镜(例如，塑料透镜)。例如，在使用随着像高增大，暂时增加主光线出射角，然后减小主光线出射角这样的透镜特性显著偏离近轴光线近似的相机透镜的时候，在以随着远离图像区域的中心部，微型透镜与光电二极管的位置的偏移增大的方式配置的情况下，相反，降低在图像区域的周边部的感光灵敏度。

在使用如此的主光线的从光学系统最终面的出射角不随着从光轴的像高的增加一致单调增加的拍摄光学系统时，在从图像区域的中心部到周边部的预定位置的至少一部中，减小固体拍摄装置的微型透镜的排列间距，在超过预定位置的周边部的至少一部中，与预定位置的排列间距相比增大微型透镜的排列间距。由此，提出了能够进行在图像区域的周边部的黑斑的修正的方案(例如，参照特开2004-228645)。

但是，该方案，是以在从图像区域的中心部到周边部的预定位置的至少一部中减小排列间距的方式配置多个微型透镜的方案。因此，在使用主光线的从光学系统最终面的出射角以从光轴增加到某像高，如果超过该像高就减少的方式变化的拍摄光学系统的时候，难进行适当的黑斑的修正。

总之，即使在采用主光线的从光学系统最终面的出射角以从光轴增加到某像高，如果超过某像高就减少的方式变化的拍摄光学系统的时候，也在像高接近“零”的区域，近轴光线近似大致成立，通过使微型透镜的排列间距一致小于光电二极管的排列间距，能够确保聚光效率。相反，在像高从“零”到达到中间的区域的至少一部分区域上，与以减小的方式配置微型透镜的排列间距相反，感光灵敏度下降，结果，出现难在整个图像区域确保聚光效率的问题。

发明内容

根据本发明的第1方面，提供一种固体拍摄装置，具备(与技术方案1对应)：多个受光部，二维地配置在半导体衬底上，入射来自拍摄光学系统的出射光，和多个聚光用透镜，分别配置在所述多个受光部的上部；其中，所述多个聚光用透镜或所述多个受光部中的至少任何一方，在所述拍摄光学系统的射出光瞳位置的绝对值大的区域间距小，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域间距大。

根据本发明的第2方面，提供一种相机装置，具备(与技术方案9对应)：固体拍摄装置，具有二维地配置在半导体衬底上的多个受光部及分别配置在所述多个受光部的上部的多个聚光用透镜，和拍摄光学系统，分别通过所述多个聚光用透镜，出射入射到所述多个受光部的光；其中，所述多个聚光用透镜或所述多个受光部中的至少任何一方，在所述拍摄光学系统的射出光瞳位置的绝对值大的区域间距小，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域间距大。

附图说明

图1A和图1B是表示根据本发明的第1实施方式的CMOS型图像传感器的构成例的图示。

图2是表示图1A和图1B所示的图像传感器和相机透镜的关系的图示。

图3是用于说明相机透镜的透镜特性(主光线入射角-像高)的图示。

图4是用于说明使微型透镜的定标(scaling)量最佳化的方法的图示。

图5A和图5B是表示按最佳化的方法计算最佳的微型透镜排列间距和微型透镜相对光电二极管的偏移量的结果的图示。

图6A和图6B是与以往技术(以往例1)对比地表示图5A和图5B所示的、按最佳化的方法计算出的结果的图示。

图7A和图7B是与以往技术(以往例2)对比地表示图5A和图5B所示的、按最佳化的方法计算出的结果的图示。

图8是表示用于灵敏度计算的图像传感器的构成例的剖面图。

图9是与以往技术(以往例1及2)对比地表示灵敏度计算的结果的图示。

图10A和图10B是说明根据本发明的第2实施方式的相机透镜的透镜特性(主光线入射角-像高)、和作为拍摄光学系统采用该相机透镜时的光电二极管和微型透镜的排列间距的关系的图示。

图11是表示根据其它实施方式的CMOS型图像传感器构成例的剖面图。

图12是表示根据另一其它实施方式的CMOS型图像传感器构成例的剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。但是，应注意图示是模式的说明，尺寸的比率等与现实的比率等不同。此外，即使在附图的相互间，当然也包括相互的尺寸的关系或比率不同的部分。

[第1实施方式]

图1A和图1B是表示根据本发明的第1实施方式的CMOS型的图像传感器(固体拍摄装置)10的基本构成的图示。另外，图1A是设在图像传感器上的图像区域的俯视图，图1B是沿着图1A的IB-IB线的剖面图。此处，以用于搭载在便携式电话机等上的小型相机的CMOS型的面传感器为例，说明在使用透镜特性显著偏移近轴光线近似的相机透镜(拍摄光学系统)时，通过根据图像区域内的像素的位置改变微型透镜(聚光用透镜)的定标量(以下，称为排列间距)，无论在图像区域的哪个区域，都能够有效率地向光电二极管(受光部)入射从相机透镜的最终面所射出的光，尤其，通过防止图像区域的周边部和中心部的中间区域上的感光灵敏度的降低，来谋求黑斑特性的改进(降低)时的情况。

如图1A和图1B所示，在半导体衬底11的表面部上形成图像区域11a。在上述图像区域11a上，二维状配置多个光电二极管13。在本实施方式时，分别具有同一排列间距P(P12＝P23＝P34＝P45)地，相互配置上述多个光电二极管13。

在上述半导体衬底11的表面部上，设置具有均匀厚度的透光膜15。在该透光膜15内，设置用于限制光向上述各光电二极管13入射的遮光膜17。在遮光膜17上，与上述光电二极管13的各自位置对应地形成开口部17a。即，上述光电二极管13的各自位置和上述遮光膜17的各开口部17a的位置大致一致。

另外，在上述透光膜15的表面部上，与各个光电二极管13对应地，设置聚光性的微型透镜19。在本实施方式时，上述微型透镜19的排列间距L在图像区域11a内不一样，例如，以在图像区域11a的中心部排列间距L小于上述光电二极管13的排列间距P，在周边部排列间距L大于上述光电二极管13的排列间距P的方式设定(L12＝L45＞L23＝L34，并且，L12＝L45＞P12＝P23＝P34＝P45＞L23＝L34)。

图2是表示上述构成的CMOS型的图像传感器10和相机透镜21的关系的图示。即，从相机透镜21的最终面射出的光，按照对应于像素的位置的主光线入射角，分别入射到图像传感器10上的光电二极管13，在此，具有与主光线入射角对应的像高地被成像(受光)。

此处，所谓“主光线”，说的是成像在某点的光束的中心的光线，所谓“像高”，指的是在成像面上的距光轴的距离。另外，在本实施方式中，将射出光瞳位置的定义规定为以下。即，在像高z的位置上，在主光线入射角是θ时，按tanθ＝z/e(z)的式定义像高z的射出光瞳位置e(z)。

图3是表示上述相机透镜21的透镜特性(主光线入射角和像高的关系)的图示。相机透镜21，例如，在由塑料透镜构成时，因小型化和薄型化，随着像高的增加，慢慢增大射出角(相当于对图像传感器的入射角)。此外，该相机透镜21的射出角，例如，以从光轴到某像高(在本实施方式时，为3.5mm附近)相同地增大，如果超过该像高，就从此缓慢减小的方式变化。

如此，相机透镜21，其透镜特性显著偏离以往的近轴光线近似(图3中用虚线表示)，在作为拍摄光学系统采用不按照如此的近轴光线近似的相机透镜21的情况下，例如如图1B所示，在图像区域11a的周边部及中心部的附近，相对于微型透镜19的主光线入射角接近“零”。与此相对，在周边部和中心部的中间的区域，相对于微型透镜19的主光线入射角一致单调增加。

因此，通过在图像区域11a的周边部，以微型透镜19的排列间距L大于光电二极管13的排列间距P的方式设定，能够以与光电二极管13的位置大致一致的方式配置微型透镜19。所以，即使在与具有图3中用实线所示的透镜特性的相机透镜21组合时，也不在图像区域11a的周边部(在是图像传感器时，尤其在四角)，发生来自相机透镜21的射出光被遮光膜17遮住的现象，能够确保足够的感光灵敏度(光检测效率)。

另外，在图像区域11a的中心部和周边部的中间的区域，通过以微型透镜19的排列间距L小于光电二极管13的排列间距P的方式设定，能够在光电二极管13的内侧(靠近中心部)配置微型透镜19。所以，即使在与具有图3中用实线所示的透镜特性的相机透镜21组合的时候，在图像区域11a的中心部和周边部的中间的区域，来自相机透镜21的射出光也不会被遮光膜17遮住，能够高效率地受光来自相机透镜21的射出光。

即，通过使微型透镜19的排列间距L在图像区域11a内不一样，在中心部(射出光瞳位置的绝对值大的区域)，排列间距L小于光电二极管13的排列间距P，在周边部(射出光瞳位置的绝对值小的区域)，排列间距L大于光电二极管13的排列间距P的方式配置，能够提高图像区域11a的在所有光电二极管13的感光灵敏度。

以下，更详细地说明，在使用具有图3中用实线所示的透镜特性的相机透镜21时的、相对于光电二极管13使微型透镜19的排列间距最佳化的方法。

图4是说明使微型透镜的排列间距最佳化的方法的图示。此处，以对于位于从图像区域(或相机透镜)的中心部离开的位置上的像素，将光电二极管和微型透镜的位置关系最佳化的情况为例，进行说明。

例如，如图4所示，假设从相机透镜21以射出角θ₁射出的光，入射到折射率n₂的微型透镜(入射角θ₂)19，根据斯内尔定律，下述式(1)成立。其中，n₁是空气的折射率。

$n_1{\sin \mathrm{\θ}}_1=n_2\sin {\mathrm{\θ}}_2$

${\mathrm{\θ}}_2={\sin }^{-1}\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1}{n_2}\right)\·\·\·\left(1\right)$

此外，从下述式(2)可以求出微型透镜19与光电二极管13的偏移量x。

$x=h\tan {\mathrm{\θ}}_2$

$=h\tan \left({\sin }^{-1}\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1}{n_2}\right)\right)\·\·\·\left(2\right)$

从以上得知，如果从光电二极管13按下述式(3)所示的量移动微型透镜19地对其配置，则通过微型透镜19的中心部的光线能够入射到光电二极管13的正好中心部，原理上能够防止灵敏度的降低。

$h\tan \left({\sin }^{-1}\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1}{n_2}\right)\right)\·\·\·\left(3\right)$

即，如果将x(n)作为从图像区域11a的中心部起第n个像素中的微型透镜19对光电二极管13的移动量(此处，以光电二极管13为基准，如果是向中心部方向的偏移，就将符号预定为“正”，如果相反，就预定为“负”)，则满足下述式(4)地进行布局设计，在光学设计上最佳。

$x\left(n\right)=h\tan \left({\sin }^{-1}\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{pn}\right)}{n_2}\right)\right)\·\·\·\left(4\right)$

此处，“p”是光电二极管13的排列间距(像素间距)，像高(z)具有z＝np的关系。

接着，求出像素间距。首先，由下述式(5)求出从图形区域11a的中心部起的第n个像素中的微型透镜19的排列间距的值Pm(n)。

$p_m\left(n\right)=p-(x(n+1)-x\left(n\right))\≈p-\frac{\∂x\left(n\right)}{\∂n}\·\·\·\left(5\right)$

在该式(5)中，代入按上述式(4)最佳化了的x(n)的式，微型透镜19的排列间距的值Pm(n)，为下述式(6)。

$p_m\left(n\right)=p-\frac{\∂x\left(n\right)}{\∂n}$

$=p-h{\sec }^2\left({\sin }^{-1}\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)\right)$

$\frac{1}{\sqrt{1-{\left(\frac{n_1{\sin \mathrm{\θ}}_1\left(z\right)}{n_2}\right)}^2}}\frac{n_1}{n_2}{\cos \mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)\frac{{\∂\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{\∂n}\·\·\·\left(6\right)$

由此得知，按照该式(6)对从图形区域11a的中心部起的第n个像素的微型透镜19进行布局设计，在光学设计上最佳。

为了了解微型透镜19的排列间距的值Pm(n)的性质，如果用“n”对上述式(6)进行微分，则得出下述式(7)。

$\frac{p_m\left(n\right)}{\∂n}=$

$\frac{\∂}{\∂n}(-h\frac{n_1}{n_2}{\sec }^2\left({\sin }^{-1}\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)\right)\frac{1}{\sqrt{1-{\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)}^2}}{\cos \mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)\frac{{\∂\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{\∂n})$

$=2h\frac{n_1}{n_2}{\sec }^3\left({\sin }^{-1}\left(\frac{n_1{\sin \mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)\right)$

$\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\frac{1}{\sqrt{1-{\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)}^2}}\cos {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)\frac{{\∂\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{\∂n}$

$+\frac{h}{2}\frac{n_1}{n_2}{\sec }^2\left({\sin }^{-1}\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)\right){(1-{\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)}^2)}^{-\frac{3}{2}}{\cos \mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)\frac{{\∂\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{\∂n}$

$+\frac{h}{2}\frac{n_1}{n_2}{\sec }^2\left({\sin }^{-1}\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)\right)\frac{1}{\sqrt{1-{\left(\frac{n_1{\sin \mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)}^2}}\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)\frac{{\∂\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{\∂n}$

$-h\frac{n_1}{n_2}{\sec }^2\left({\sin }^{-1}\left(\frac{n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)\right)\frac{1}{\sqrt{1-{\left(\frac{n_1{\sin \mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{n_2}\right)}^2}}\cos {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)\frac{{{\∂}^2\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{\∂n^2}\·\·\·\left(7\right)$

如果着眼于像高为“0”mm附近，上述式(7)可近似于下述式(8)。

${\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)\≅0,\sin {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)\≅0,\cos {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)\≅\sec {\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)\≅1\·\·\·\left(8\right)$

因此，可以用下述式(9)表示上述式(7)。

$\frac{p_m\left(n\right)}{\∂n}=-h\frac{n_1}{n_2}\frac{{\∂}^2{\mathrm{\θ}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{{\∂n}^2}\·\·\·\left(9\right)$

此处，在是下述式(10)成立的相机透镜的时候，在像高为“0”mm附近，微型透镜19的排列间距的值Pm(n)是单调增加函数。

$\frac{{\&PartialD;}^2{\mathrm{\&theta;}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{\&PartialD;n^2}<0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(10\right)$

因此，与以往技术(例如，特开2004-228645)的所谓“减小像高“0”mm附近的微型透镜的排列间距”的方法相比较，得出，如本实施方式，按上述式进行布局设计，在原理上是有利的。

在实际的相机透镜中，上述式(10)大多成立。例如，在相机透镜的一般的解说书即 小仓敏布著“照相透镜的基础和发展朝日有声杂志1995 年”的45页中，有“在从透镜的后方看射出光瞳时的光阑的像中，到达胶片的光束，全部，取从该射出光瞳射出的那个方向，聚集在成像点上”的记述。

在采用具有与该解说一致的透镜特性的相机透镜(射出光瞳位置，不管像高如何，总为恒定)时的入射角θ₁、射出光瞳位置e、像高z的关系，用下述式(11)表示。

$z=e\tan \mathrm{\&theta;}$

$\mathrm{\&theta;}={\tan }^{-1}\left(\frac{z}{e}\right)={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{np}}{e}\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(11\right)$

因此，下述式(12)成立。

$\frac{{\&PartialD;}^2{\mathrm{\&theta;}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{{\&PartialD;n}^2}=\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;n}\frac{{\&PartialD;\mathrm{\&theta;}}_1\left(\mathrm{np}\right)}{\&PartialD;n}=\frac{p}{e}\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;n}\frac{1}{1+{\left(\frac{\mathrm{np}}{e}\right)}^2}$

$=\frac{p}{e}\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;n}\frac{1}{1+{\left(\frac{\mathrm{np}}{e}\right)}^2}=-2n{\left(\frac{p}{e}\right)}^3{\left(\frac{1}{1+{\left(\frac{\mathrm{np}}{e}\right)}^2}\right)}^2\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(12\right)$

上述式(12)通常取负的值。由此也能得知，本实施方式的最佳化的方法如何有效。

在以上的说明中，在说明的情况中，例示了具体的构成，但如果返回到本实施方式的本质，最佳化包括以下步骤。

(1)确认规格(来自相机透镜21的入射角θ₁、透光膜15的厚度(高度)和折射率(n₂)等)。

(2)通过光学计算，计算入射光入射到微型透镜19的位置和该入射光入射到光电二极管13的成像面的位置的偏移量x。

(3)按与在上述(2)所算出的偏移量x相应的量移动微型透镜19的位置。

(4)对在上述(3)所算出的移动量微分，计算微型透镜19的排列间距的值Pm(n)。

另外，微型透镜19的排列间距L，不需要严格与用上述最佳化的方法得到的值(Pm(n))一致。也可以在考虑到经济性等的同时，在不脱离本实施方式的本质的范围内，设定排列间距L。此时，需要采用所设定的微型透镜19的排列间距L的值(Pm(n))，用光学模拟器进行灵敏度计算，确认未发现灵敏度显著降低。

尤其，在构成复杂化的情况下，例如在透光膜存在多个层，其折射率不同等的情况下，返回到本实施方式的本质，实际进行光学计算。然后，优选以通过该光学计算所算出的偏移量x为依据，确定微型透镜19的排列间距L。

接着，说明具体的微型透镜的排列间距的设计方法和灵敏度计算。此处，作为具体的例子，说明在将光电二极管13的排列间距设定为5μm时，与具有图3中用实线表示的透镜特性的相机透镜21组合的情况。

图5A和图5B，是表示按上述最佳化的方法，通过计算而实际地算出最佳的微型透镜19的排列间距L和微型透镜19相对于光电二极管(PD)13的偏移量x的结果(最佳设计值)的图示。此处，在图4所示的构成中，以将折射率n₁设定为1.0、将折射率n₂设定为1.5、将高度h设定为10μm时为例进行说明。另外，图5A表示像高和微型透镜19的排列间距L的关系，图5B表示像高和微型透镜19的偏移量x的关系。

从图5A也看出，光电二极管13的排列间距P，不管像高如何，都相同(在本实施方式时，为5μm)。相对于此，微型透镜19的排列间距L，在像高为“0”mm时大约为4.9964μm，与像高相应地单调增加，在像高为“5”mm时，大约为5.005μm。

另外，如图5B所示，微型透镜19相对于光电二极管13的偏移量x，在像高为“0”mm时为0μm。该偏移量x，与像高相应地增加，在像高为“3.5”mm(如果用％表示像高，则为3.5/5.0即70％)附近，得到最大值(大约1.85μm)。如果像高进一步增大，偏移量x开始减小，最终，即在像高为“5”mm时大约为1.2μm。

在本实施方式时，根据如此求出的最佳设计值，形成如图1A和图1B所示的构成的图像传感器10。即，如图5A中虚线所示，在像高为“0”mm时，即在射出光瞳位置的绝对值大的区域的情况下，微型透镜19的排列间距L大约为4.9964μm，为小于光电二极管13的排列间距P的值。此外，在像高为“5”mm时，即在射出光瞳位置的绝对值小的区域的情况下，微型透镜19的排列间距L大约为5.005μm，为大于光电二极管13的排列间距P的值。

图6A和图6B及图7A和图7B，与在像高低时以减小微型透镜的排列间距的方式设定，相反，在像高高时以增加的方式设定的以往的技术对比地，表示根据上述本实施方式的最佳的微型透镜19的排列间距L和微型透镜19相对于光电二极管13的偏移量x。

即，如图6A所示，例如在以往例1时，在像高为“0”mm的附近是与本实施方式时的最佳设计值同等的排列间距，随着像高增大，其排列间距慢慢减小。在该以往例1时，例如如图6B所示，微型透镜与光电二极管的偏移量x，在像高为“0”mm的附近成为接近本实施方式时的最佳设计值的值，但随着像高增大而背离，在像高为“3.5”mm附近，为与本实施方式时的最佳设计值相差大于等于1μm的值。另外，最终，在像高为“5”mm的附近，成为接近本实施方式时的最佳设计值的值。

另外，如图7A所示，例如在以往例2时，在像高为“0”mm附近是大于本实施方式时的最佳设计值的排列间距(大约4.998μm)，随着像高增大，其排列间距慢慢减小。在该以往例2时，例如如图7B所示，微型透镜与光电二极管的偏移量x，在像高为“2”mm附近为比本实施方式时的最佳设计值小0.4μm左右的值，在像高为“4”mm的附近，相反，为比本实施方式时的最佳设计值大0.5μm左右的值。另外，最终，在像高为“5”mm的附近，成为接近本实施方式的最佳设计值的值。

图8是表示用于灵敏度计算的图像传感器10的构成例的图示。在此例时，将像素间距设定为5μm、将包括透光膜15的微型透镜19的高度h设定为10μm、将微型透镜19的厚度设定为0.9μm、将遮光膜17的开口部17a的宽度设定为2μm、将遮光膜17距光电二极管13的高度设定为0.3μm、将微型透镜19的折射率θ₂设定为1.5、将空气的折射率θ₁设定为1.0，计算相对于波长400nm的光的光灵敏度。另外，在光灵敏度的计算中，采用市场上销售的图像传感器用光学模拟器(例如，リンクリサ-チ公司制造)。

图9是与以往技术(上述以往例1及2)对比地表示上述的灵敏度计算的结果的图示。从该图可以看出，在采用本实施方式的最佳设计值而使光电二极管13和微型透镜19的位置关系最佳化的图像传感器10的情况下，不管像高如何光灵敏度几乎保持恒定，为优选的结果。

另外，在以往例1时，像高为“3～5”mm附近的光灵敏度几乎没有。此外，在以往例2时，在像高为“4.5”mm附近，光灵敏度也大约变为1/2。

如上所述，根据本实施方式，能够使图像区域的周边部和中心部的中间的区域上的光电二极管和微型透镜的位置最佳化。其结果，通过图像区域内的任一个光电二极管，都能效率地受光。因此，在使用主光线从最终面的射出角以从光轴到某像高增加、如果超过该像高就减小的方式变化的相机透镜时，也能够取得不管像高如何都大致一定的感光灵敏度，在图像区域的整个区域上，都能够进行适当的黑斑修正。

[第2实施方式]

图10A和图10B是表示根据本发明的第2实施方式的，相机透镜的透镜特性和作为拍摄光学系统采用该相机透镜时的光电二极管和微型透镜的排列间距的关系的图示。另外，此处，作为相机透镜，说明具有主光线入射角随着像高非线性地增加(斜率恒为“正”)的透镜特性的相机透镜。

如图10A所示，该第2实施方式的相机透镜，在具有主光线入射角对应于像高只非线性地增加的透镜特性、斜率不会变成为“负”的这一点上，与第1实施方式时(例如，参照图3)不同。

另外，光电二极管的排列间距，例如如图10B所示，无论像高为多少，总是为3.3μm。但是，微型透镜的排列间距，在各像高中为不同的值，例如在像高为“0”mm时，大约是3.28μm，是比光电二极管的排列间距小的值。此外，在像高为“10”mm时，大约是3.29μm，是接近光电二极管的排列间距的值，但比其稍小。

在该第2实施方式中，通过也与相机透镜的特性(主光线入射角-像高)一致地，在图像区域内改变微型透镜的排列间距，而能够与上述第1实施方式时同样地，对于使用主光线从最终面的射出角以从光轴到某像高为止时缓慢增加的方式变化的相机透镜，也能够取得不管像高如何都大致一定的感光灵敏度，在整个图像区域上，都能够进行适当的黑斑修正。即，由于无论通过图像区域的哪个光电二极管，都能够有效率地受光，所以具有提高图像区域内的各像素的灵敏度，改善黑斑特性的效果。

另外，在上述第1、第2实施方式中，都说明了以将光电二极管的排列间距设定为一定，改变微型透镜的排列间距的方式构成时的情况。但也不局限于此，例如如图11所示，在以将微型透镜19的排列间距设定为一定，改变光电二极管13的排列间距的方式构成时，也能够得到同样的效果(L12＝L23＝L34＝L45，并且，P12＝P45＞L12＝L23＝L34＝L45＞P23＝P34)。

此外，例如如图12所示，也能够以改变微型透镜和光电二极管两者的排列间距的方式构成(L12＝L45＞L23＝L34、P12＝P45＞P23＝P34，并且，L12＝L45＝P12＝P45＞L23＝L34＝P23＝P34)。

此外，不局限于面传感器，在用于线性传感器的时候，也能够改善黑斑特性。

此外，虽然局限于聚光来自相机透镜的光的微型透镜地进行了说明，但在是所谓的层内透镜时也能够达到同样的效果。另外，当然在采用微型透镜和层内透镜的两者时也是有效的。

此外，各实施方式也能够适用于CCD型的图像传感器，但是如果用于CMOS型的图像传感器，效果更大。因为，由于与CCD型的图像传感器相比，在CMOS型的图像传感器中，光电二极管和微型透镜的距离比较大。

对于该行业的技术人员，容易进行附加的改进和变更。因此，本发明不局限于所述的特征内容和具体的实施例。所以能够在不脱离由技术方案及其等同部分确定的本发明的精神或概念的范围内，进行多种变更。

Claims (16)

1.一种固体拍摄装置，

具备：

多个受光部，其二维地配置在半导体衬底上，其中入射来自拍摄光学系统的出射光；和

多个聚光用透镜，其分别配置在所述多个受光部的上部，

其特征在于，所述多个聚光用透镜或所述多个受光部中的至少任何一方，在所述拍摄光学系统的射出光瞳位置的绝对值大的区域间距小，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域间距大。

2.如权利要求1所述的固体拍摄装置，按相同的间距配置有所述多个受光部，所述多个聚光用透镜，在所述拍摄光学系统的射出光瞳位置的绝对值大的区域间距小，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域间距大。

3.如权利要求2所述的固体拍摄装置，所述多个聚光用透镜，在所述射出光瞳位置的绝对值大的区域，间距小于所述多个受光部的间距，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域，间距大于所述多个受光部的间距。

4.如权利要求3所述的固体拍摄装置，所述多个聚光用透镜，分别根据下述偏移量进行配置，上述偏移量采用从所述拍摄光学系统射出的光的角度的像高依存性计算，是来自所述拍摄光学系统的射出光入射到聚光用透镜的位置和入射到受光部的位置的偏移量。

5.如权利要求1所述的固体拍摄装置，按相同的间距配置有所述多个聚光用透镜，所述多个受光部，在所述拍摄光学系统的射出光瞳位置的绝对值大的区域间距小，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域间距大。

6.如权利要求5所述的固体拍摄装置，所述多个受光部，在所述射出光瞳位置的绝对值大的区域间距小于所述多个聚光用透镜的间距，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域间距大于所述多个聚光用透镜的间距。

7.如权利要求6所述的固体拍摄装置，所述多个受光部，分别根据下述偏移量进行配置，上述偏移量采用从所述拍摄光学系统射出的光的角度的像高依存性计算，是来自所述拍摄光学系统的射出光入射到聚光用透镜的位置和入射到受光部的位置的偏移量。

8.如权利要求1所述的固体拍摄装置，所述拍摄光学系统，具有随着像高增大，主光线入射角暂时增加，然后主光线入射角减小这样的偏离近轴光线近似的透镜特性。

9.一种相机装置，

具备：

固体拍摄装置，其具有二维地配置在半导体衬底上的多个受光部，及分别配置在所述多个受光部的上部的多个聚光用透镜；和

拍摄光学系统，其分别通过所述多个聚光用透镜，射出入射到所述多个受光部的光，

其特征在于，所述多个聚光用透镜或所述多个受光部中的至少任何一方，在所述拍摄光学系统的射出光瞳位置的绝对值大的区域间距小，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域间距大。

10.如权利要求9所述的固体拍摄装置，按相同的间距配置有所述多个受光部，所述多个聚光用透镜，在所述拍摄光学系统的射出光瞳位置的绝对值大的区域间距小，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域间距大。

11.如权利要求10所述的固体拍摄装置，所述多个聚光用透镜，在所述射出光瞳位置的绝对值大的区域，间距小于所述多个受光部的间距，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域，间距大于所述多个受光部的间距。

12.如权利要求11所述的固体拍摄装置，所述多个聚光用透镜，分别根据下述偏移量进行配置，上述偏移量采用从所述拍摄光学系统射出的光的角度的像高依存性计算，是来自所述拍摄光学系统的射出光入射到聚光用透镜的位置和入射到受光部的位置的偏移量。

13.如权利要求9所述的固体拍摄装置，按相同的间距配置有所述多个聚光用透镜，所述多个受光部，在所述拍摄光学系统的射出光瞳位置的绝对值大的区域间距小，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域间距大。

14.如权利要求13所述的固体拍摄装置，所述多个受光部，在所述射出光瞳位置的绝对值大的区域，间距小于所述多个聚光用透镜的间距，在所述射出光瞳位置的绝对值小的区域，间距大于所述多个聚光用透镜的间距。

15.如权利要求14所述的固体拍摄装置，所述多个受光部，分别根据下述偏移量进行配置，上述偏移量采用从所述拍摄光学系统射出的光的角度的像高依存性计算，是来自所述拍摄光学系统的射出光入射到聚光用透镜的位置和入射到受光部的位置的偏移量。

16.如权利要求9所述的固体拍摄装置，所述拍摄光学系统，具有随着像高增大，主光线入射角暂时增加，然后主光线入射角减小这样的偏离近轴光线近似的透镜特性。

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