JP2011216896A - マイクロレンズ付き固体イメージセンサ及び非テレセントリック撮像レンズを備えた光学系 - Google Patents

マイクロレンズ付き固体イメージセンサ及び非テレセントリック撮像レンズを備えた光学系 Download PDF

Info

Publication number
JP2011216896A
JP2011216896A JP2011127820A JP2011127820A JP2011216896A JP 2011216896 A JP2011216896 A JP 2011216896A JP 2011127820 A JP2011127820 A JP 2011127820A JP 2011127820 A JP2011127820 A JP 2011127820A JP 2011216896 A JP2011216896 A JP 2011216896A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dimensional array
center point
photosensors
offset
color filter
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.)
Pending
Application number
JP2011127820A
Other languages
English (en)
Inventor
Clifford I Drowley
クリフォード アイ ドロウリー
Chih-Chun Wang
チン−チャン ワン
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.)
BUVAN HOLDINGS LLC
Original Assignee
BUVAN HOLDINGS 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 BUVAN HOLDINGS LLC filed Critical BUVAN HOLDINGS LLC
Publication of JP2011216896A publication Critical patent/JP2011216896A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00—Image coding
    • 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
    • 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
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
    • H01L27/14667—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device

Abstract

【課題】イメージャにおいて、画素サイトの集光効率を下げることなく非テレセントリックレンズを利用できるようにすることが望まれている。
【解決手段】
それぞれ中心点を有するフォトセンサ３５の二次元アレイを備えるイメージャにおいて、非テレセントリックレンズをフォトセンサの二次元アレイの上方に配置し、マイクロレンズ６０の二次元アレイをフォトセンサの二次元アレイの上方に配置する。各マイクロレンズは対応するフォトセンサに関連付けられており且つ中心点を有する。また、色フィルタアレイ４２０、４３０、４４０をフォトセンサの二次元アレイの上方に配置する。色フィルタアレイは複数個の色フィルタエリアを含む。各色フィルタエリア４２０は対応するフォトセンサ３５に関連付けられており且つ中心点を有する。更に、通過性の開口９５０の層をフォトセンサの二次元アレイの上方に配置する。
【選択図】 図１２

Description

本願は、この参照を以てその全内容が本願に繰り入れられるところの２００２年１０月１１日付米国暫定特許出願第６０／４１７９８２号に基づく優先権主張を伴っている。
本発明は、一般にイメージセンシング技術に関する。より詳細には、本発明は、マイクロレンズ、色フィルタエリア又は開口（絞り）を変位させて使用することにより、ＣＭＯＳイメージセンサにおけるフォトセンサ又はフォトダイオードの集光効率を向上させ且つ隣接画素間色信号クロストークを低減させる技術に関する。
イメージング技術の中心は、従来はＣＣＤ（電荷結合素子）イメージセンサであった。しかしながら、昨今においては、様々な理由からＣＭＯＳイメージング技術が選択されることが多くなってきている。
第１に、ＣＣＤイメージャを製造するにはＣＣＤ製造専用の特殊な設備が必要である。第２に、ＣＣＤイメージャは電力を食う。これは、ＣＣＤイメージャが本質的に容量性のデバイスであり、十分な電荷転送効率を実現するにはクロックのスイングを大きくしなければならずまた外部から制御信号を与える必要があるためである。第３に、ＣＣＤイメージャを用いる際には何個かのサポートチップが必要となる。例えば、デバイスを動作させるためのチップ、画像信号を整えるためのチップ、後処理を実行するためのチップ、並びに標準的なビデオ出力を発生させるためのチップである。このようなサポート回路を付設する必要があるため、ＣＣＤ系は複雑になりやすい。最後に、ＣＣＤ系には様々な電源、クロックドライバ及び電圧安定化回路（安定化電源）が必要である。これによって構成上の複雑さが更に増し、また必要な電力消費量もかなり増加する。
これに対し、ＣＭＯＳイメージャは、その構成がより簡素であるという特徴を有している。構成乃至構造が簡素であるということは、エンジニアリングコストや生産コストが低いということであり、同時に消費電力も概ね少ないということである。また、ＣＭＯＳイメージャは、今日のサブミクロンＣＭＯＳ製造プロセスにより、高度に集積化されるに至っている。例えば、ディジタルカメラ等で用いるＣＭＯＳベースのイメージングシステムは、その全体を単体の半導体チップ上に作り込むことができる。加えて、ＣＭＯＳイメージャには、ＣＣＤイメージャとは異なり、標準的なＣＭＯＳ製造設備によって製造できるという融通性があるため、工場の総コスト乃至一般コストをかなり低減することができる。こういった様々な理由から、ＣＭＯＳイメージャがイメージャとして選択される機会は、勢いを持って広がりつつある。
イメージセンサは、それぞれフォトダイオード又はフォトセンサを含む複数の画像要素即ち画素によるアレイを、備えるセンサである。図１に、一例に係るＣＭＯＳ単位画素１０におけるレイアウトを示す。この単位画素１０は、方形のイメージセンシングエリア１００、トランスファトランジスタ１０２、フローティングノード１０４、リセットトランジスタ１０６、ドライブトランジスタ１０８、セレクトトランジスタ１１０、並びに出力１１２から構成されており、電源ＶＤＤ１１４による電力供給を受けている。イメージセンシングエリア１００が方形にされているのは、単位画素１０の面積に対するイメージセンシングエリア１００の面積のパーセンテージ、即ちフィルファクタ（充填率）を、最大化するためである。図１に示す配置乃至構成におけるフィルファクタは、通常、３０％程度である。
図２に、従来のＣＭＯＳイメージセンサデバイスにおける画素２０のアレイの一部を平面的に示す。図中のイメージセンシングエリア２００上に円柱状のマイクロレンズ２０３を配置しているのは、マイクロレンズ２０３により方形のイメージセンシングエリア２００の中心に向けてより多くの入射光２０４を合焦させ、それによって、図１に示したレイアウトにおけるフィルファクタを実質的に高めるためである。即ち、無論、各単位画素２０の面積に対するそのイメージセンシングエリア２００の面積のパーセンテージは、マイクロレンズ２０３を用いても変わらないけれども、マイクロレンズ２０３を用いれば捕捉する光量が増大し、従って高い実効フィルファクタが実現される。円柱状のマイクロレンズ２０３を用いることにより、およそ７５％に達する実効フィルファクタを実現できる。
このように円柱状のマイクロレンズ２０３を使用することにより良好な実効フィルファクタを実現できるけれども、反面、方形のイメージセンシングエリア２００と円柱状のマイクロレンズ２０３とを併用することによって、性能上不利益な要素もまた発生する。
第１に、円柱状のマイクロレンズ２０３を用いることは、当該マイクロレンズ２０３の主軸（図２中のＸ軸）に対して直交する方向から到来する入射光２０４を合焦させる上で有効であるが、当該円柱状のマイクロレンズ２０３の主軸に対して直交していない即ち斜めの方向から到来する入射光２０４を合焦させるにはさほど有効でない。このような非有効性は、散乱や反射の結果最終的にマイクロレンズ２０３に対し斜めから到来する光についても言えることである。
円柱状のマイクロレンズ２０３がその入射光２０４をイメージセンシングエリア２００の中心方向へと効果的に合焦できないことは、隣り合う方形のイメージセンシングエリア２００同士のＸ軸方向間隔が狭い（図示の例では隣接画素間の水平方向間隔がおよそ０．８μｍである）ことと相俟って、問題を発生させる。即ち、隣接画素間隔が小さいとフォトダイオードの空乏領域外で発生した光電荷がランダム拡散するため、ある特定の画素に係る空乏領域外発生光電荷がその隣の画素により捕捉されやすくなる。このような隣接画素による光電荷の不要捕捉は、電気的なクロストーク、従って画像におけるシャープネスの低下をもたらすものである。
また、隣り合う方形のイメージセンシングエリア２００同士の間隔が狭いと、別のタイプのクロストーク即ち本件技術分野において色クロストークと称されるクロストークも発生する。色クロストークは、異色画素間で発生し色歪をもたらすクロストークであり、その発生要因は、多くの場合、シリコンベースのフォトダイオードにおける光子吸収反応が波長に依存していることである。
特に、色歪は、方形のイメージセンシングエリアと共にＲＧＢベイヤ（Ｂａｙｅｒ）パターン色フィルタを用いるイメージアレイにおいて顕著となる。実際のところ、方形のイメージセンシングエリアを用いた場合についての観測結果によれば、均一照射下において、ＧR（同一行内で赤色画素と隣り合っている緑色画素）の感度乃至応答速度とＧB（同一行内で青色画素と隣り合っている緑色画素）の感度乃至応答速度との間には、１０％オーダーの相違がある。このように緑色画素の感度乃至応答速度に差があると、色歪が発生する。
そして、イメージセンシングエリア同士が非常に近い位置にある場合は、空間解像度が低くなるという問題も見られる。ここに、イメージングシステムにおける解像度はＭＴＦ（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）値により定量化できるが、ＭＴＦ値が小さいイメージングデバイスはイメージング対象物体における細部やコントラストをうまくピックアップすることができない。
以上の説明に追加するに、写真、ビデオその他のイメージング用のディジタルイメージングシステムは、一般に、固体イメージングデバイス及び撮像レンズという二種類の主要コンポーネントを備えている。固体イメージングデバイスとはＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等のことであり、通常、光感知素子（即ち画素）の二次元アレイとして構成されている。ＣＭＯＳイメージセンサを例として言うと、各ＣＭＯＳ画素は通常その感知素子としてフォトダイオードを含んでおり、当該感知素子は大抵は幾つかのＭＯＳトランジスタと共に回路内に埋め込まれている。また、イメージングシステムのもう一つの主要部である撮像レンズは、通常、複数の構成要素からなりガラスレンズ、プラスチックレンズ又はガラスプラスチックハイブリッドレンズを有するアセンブリとして、構成され、一般に、センサアレイ上に光を合焦させるべくイメージングデバイスの前面に配置されている。
イメージングシステムの性能は、センサにおける集光効率に強く依存している。先に掲げたＣＭＯＳイメージセンサの例においては、集光効率は全画素面積に対するフォトダイオード面積の比、即ちフィルファクタによって決定づけられており、通常、その値が大きい方が望ましいとされている。これは、フィルファクタが大きい、ということは、画素に入射しフォトダイオードにより収集される光エネルギが大きい、ということであるからである。しかしながら、実際に実現可能なフィルファクタの値は、ＣＭＯＳ製造に際するフォトダイオード対ＣＭＯＳトランジスタ間のデザインルールに依存している。次に、図３に示す例によってこのことを説明する。
図３中、画素エリア乃至サイトに相当するシリコンエリア３０内にはフォトダイオード３５が形成されている。この画素エリア乃至サイトは、通常、誘電体４０によって覆われている。キャプチャ対象画像からの入射光５０は、この誘電体層４０を通り、フォトダイオード３５が形成されているシリコンエリア３０上に射突する。但し、図示の通り、全ての入射光５０がフォトダイオード３５上に射突する訳ではない。このことから、入射光５０の量に対するフォトダイオード３５上への射突光の量の比を以て、集光効率としている。
ここに、図４中の３００及び４００のように画素のサイズを小さくすることは、ダイのサイズを小さくでき又はダイのサイズを維持しつつセンサ解像度を高められるという点で、経済的にはある程度有益であるが、反面、レイアウトデザインルールに従いフォトダイオード３５０の面積を相対的に小さくしなければならなくなるため、フィルファクタが小さくなりセンサ性能が低下する。
画素のフィルファクタが小さくなったことに伴う集光効率の低下を補う手段としては、従来から、図５に示すように画素（３００及び４００）の上にマイクロレンズ６０を置き、画素（４００）の表面に当たった光をフォトダイオード３５０内へと屈折させる、という手段が用いられている。図示されている通り、マイクロレンズ６０は撮像レンズからの光５００をフォトダイオード３５０上へと集めるから、集光効率が改善され実効フィルファクタが大きくなる。
マイクロレンズ６０の実効性は、撮像レンズのテレセントリック度によって左右される。例えば薄型レンズアセンブリを用いるスリムなカメラでは、図７に示すように撮像レンズ９０のテレセントリック度が低くなりがちであり（即ち非テレセントリックになりがちであり）、この場合、センサ７０に対する光線８５の入射角が大きくなり得る。これに対し、テレセントリックレンズ８０を用いた場合は、図６に示すようにセンサ７０に対する光線８２の入射角は小さくなる。なお、入射角は、通常、図６及び図７に示した主光線を用いて計測される。１／３”ＳＸＧＡセンサ用の典型的なレンズにおいては、主光線角は１２〜２３度である。
図７に示した例の如く主光線角が大きいことは、マイクロレンズ付きアレイに大きく影響する事柄である。即ち、入射光に角度がついていると、アレイの光学的中心に対する画素位置の関数によって定まる距離だけ、合焦スポットがフォトダイオードサイトから外方へと動く。この現象について図８及び図９に示す。
図８に示すように、テレセントリックレンズから入射しマイクロレンズ６０に射突した光５５０は、マイクロレンズ６０によりまた誘電体層４０を介し、フォトダイオード３５を含む画素サイト３０上に合焦される。図８では入射光５５０の角度が小さいため高い集光効率が実現される。これに対して、非テレセントリックレンズを用いた場合は、図９に示すように、非テレセントリックレンズから入射しマイクロレンズ６０に射突した光５６０は、マイクロレンズ６０によりまた誘電体層４０を介し、フォトダイオード３５を含む画素サイト３０上に合焦される。図９においては、図８と比べ入射光５６０の角度が大きいため、マイクロレンズ６０によって光が合焦される位置は画素サイト３０の隅部寄りに移っており、そのため集光効率はかなり低くなっている。
従って、イメージャにおいて、画素サイトの集光効率を下げることなく非テレセントリックレンズを利用できるようにすることが、望まれている。
本発明の第１の構成に係るイメージャは、それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有するマイクロレンズの二次元アレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された二次元アレイと、を備え、マイクロレンズが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置されたイメージャである。
本発明の第２の構成に係るイメージャは、それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する色フィルタエリアを複数個含む色フィルタアレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された色フィルタアレイと、を備え、色フィルタエリアが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置されたイメージャである。
本発明の第３の構成に係るイメージャは、それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する通過性の開口の層であってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された層と、を備え、開口が、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置されたイメージャである。
本発明の第４の構成に係るイメージャは、それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有するマイクロレンズの二次元アレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された二次元アレイと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する色フィルタエリアを複数個含む色フィルタアレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された色フィルタアレイと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する通過性の開口の層であってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された層と、を備え、マイクロレンズが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、色フィルタエリアが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、開口が、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置されたイメージャである。
本発明の第５の構成に係るイメージングシステムは、それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、フォトセンサの二次元アレイの上方に配置された非テレセントリックレンズと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有するマイクロレンズの二次元アレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された二次元アレイと、を有し、マイクロレンズが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、オフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びにマイクロレンズの光学特性に基づき、各画素の光感度が最大限に高まるよう定められたイメージングシステムである。
本発明の第６の構成に係るイメージングシステムは、それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、フォトセンサの二次元アレイの上方に配置された非テレセントリックレンズと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する色フィルタエリアを複数個含む色フィルタアレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された色フィルタアレイと、を有し、色フィルタエリアが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、オフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びに色フィルタエリアの光学特性に基づき、クロストークが最小限に抑えられるよう定められたイメージングシステムである。
本発明の第７の構成に係るイメージングシステムは、それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、フォトセンサの二次元アレイの上方に配置された非テレセントリックレンズと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する通過性の開口の層であってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された層と、を有し、開口が、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、オフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びに開口の光学特性に基づき、漏洩光信号が最小限に抑えられるよう定められたイメージングシステムである。
本発明のもう一つの構成に係るイメージングシステムは、それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、フォトセンサの二次元アレイの上方に配置された非テレセントリックレンズと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有するマイクロレンズの二次元アレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された二次元アレイと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する色フィルタエリアを複数個含む色フィルタアレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された色フィルタアレイと、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する通過性の開口の層であってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された層と、を有し、マイクロレンズが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、色フィルタエリアが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、開口が、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、マイクロレンズのオフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びにマイクロレンズの光学特性に基づき、各画素の光感度が最大限に高まるよう定められ、色フィルタエリアのオフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びに色フィルタエリアの光学特性に基づき、クロストークが最小限に抑えられるよう定められ、開口のオフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びに開口の光学特性に基づき、漏洩光信号が最小限に抑えられるよう定められたイメージングシステムである。
典型的なＣＭＯＳイメージセンサ用の単位画素におけるレイアウトを示す図である。 イメージセンシングエリア上に円柱状のマイクロレンズを配置した画素のアレイの一部を示す図である。 画素における集光効率を表す図である。 小型化された画素における集光効率を表す図である。 小型化され更にその上にマイクロレンズが配置された画素における集光効率を表す図である。 テレセントリックレンズにおける小さな主光線角を示す図である。 非テレセントリックレンズにおける大きな主光線角を示す図である。 テレセントリックレンズを有するイメージャにおける集光効率を表す図である。 非テレセントリックレンズを有するイメージャにおける集光効率を表す図である。 非テレセントリックレンズ、非変位マイクロレンズ及び非変位色フィルタアレイ層を有するイメージャにおける集光効率の例を表す図である。 本発明の一実施形態に係り、非テレセントリックレンズ、変位マイクロレンズ及び非変位色フィルタアレイ層を有するイメージャにおける集光効率の例を表す図である。 本発明の一実施形態に係り、非テレセントリックレンズ、変位マイクロレンズ及び変位色フィルタアレイ層を有するイメージャにおける集光効率の例を表す図である。 マイクロレンズを有する画素の頂面図である。 非合焦光の集光を表す図である。 マイクロレンズ、色フィルタアレイ及び開口層を有するイメージャを示す図である。 本発明の一実施形態に係り、変位マイクロレンズ、変位色フィルタアレイ及び変位開口層を有するイメージャを示す図である。 マイクロレンズオフセット対画素位置についてのシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係り、変位マイクロレンズ、変位色フィルタアレイ及び変位開口層を有するイメージャの頂面図である。 レンズの光軸に対し放射パターンで変位させてあるマイクロレンズを有するイメージャを示す図である。
本発明は、様々なコンポーネント若しくはステップによって又はそれらの様々な配置乃至組合せによって、実現することができる。添付図面は好適な実施形態を説明するためのものであり、図面に基づき本発明を限定解釈してはならない。
以下、本発明の好適な実施形態に関して説明する。但し、本発明を本願に記載の実施形態に限定する意図はないことを理解されたい。むしろ、添付した請求の範囲に記載の通り、本発明の技術的範囲及び神髄には、本願に記載の実施形態に対する代替物、変形物乃至均等物まで包含され得る。
また、本発明を全般的に理解できるようにするため、以下の説明では図面を参照する。図中、同一の又は等価な構成要素に対しては一貫して同様の参照符号を付してある。また、本発明を示す図面における尺度乃至縮尺が均一ではないことに注意すべきであろう。即ち、本発明の特徴及び基本概念を適切に描き出すため、本発明に係る図面においては意図的に、特定領域を他の領域に対し拡大又は縮小して描いてある。
先に述べたように、非テレセントリックレンズを用いると入射光が大きな角度で画素サイトに達するため、集光効率に悪い影響が生じ得る。図１０に、非テレセントリックレンズを用いたイメージャの例を示す。この図に示した例においては、図示しない非テレセントリックレンズから到来しマイクロレンズ６０に射突した光５６０が、マイクロレンズ６０により合焦され、誘電体層４１０と、色フィルタエリア４２０、４３０及び４４０を含む色フィルタアレイ層とを通る。色フィルタアレイ層を通った光５６０は、もう一層の誘電体層を通り、フォトダイオード３５が形成されている画素サイト３０に入射する。また、この図に示した例では入射光５６０の角度が大きいため、マイクロレンズ６０による光５６０の合焦位置は画素サイト３０の隅部寄りに変位しており、従って集光効率はかなり低くなっている。この図において、画素サイト３０の中心点乃至中心線３７５と、マイクロレンズ６０の中心点乃至中心線６０５とが一致しており、両者の間に物理的なオフセット（ずれ）がないことに、注意されたい。
レンズスポットの変位を補償するため、本発明の実施形態においては、マイクロレンズを逆方向に変位させることによって合焦スポットをフォトダイオード上に戻している。この実施形態を図１１に示す。
図１１に示した実施形態においては、図示しない非テレセントリックレンズから到来しマイクロレンズ６０に射突した光５６０が、変位即ちオフセットが施されているマイクロレンズ（以下「変位マイクロレンズ」とも呼ぶ。他の変位対象部分についても同様）６０により合焦され、誘電体層４１０と、色フィルタエリア４２０、４３０及び４４０を含む色フィルタアレイ層とを通る。色フィルタアレイ層を通った光５６０は、もう一層の誘電体層を通り、フォトダイオード３５が形成されている画素サイト３０に入射する。注記すべきことに、本実施形態においてはマイクロレンズ６０を変位させてあるため、画素サイト３０の中心点乃至中心線３７５と、マイクロレンズ６０の中心点乃至中心線６０５とが、図１０に示した例とは異なり一致しておらず、両者の間には物理的なオフセットがある。このようなオフセットが施されているため、本実施形態によれば、変位マイクロレンズ６０により光５６０の多くの合焦位置をフォトダイオード３５上へと変位させることができる。即ち、入射光５６０の角度が大きくても、変位マイクロレンズ６０によってより多くの光５６０を画素サイト３０のフォトダイオード３５上へと変位、合焦させ、集光効率をかなりの程度高めることができる。
また、図１１に示した実施形態では、イメージセンサを用いて有色画像を再現するため、色フィルタを用いている。本発明のより好適な実施形態においては、マイクロレンズ６０を変位させるのに加えて、マイクロレンズ６０の下方にある色フィルタをも変位させることにより、主光線角が大きい場合に対処している。即ち、図１１に示した例では色フィルタアレイ（ＣＦＡ）に対し適切な変位が施されていないため、変位マイクロレンズ６０により集められた光５６０のうち一部分が、所期外の色フィルタを通ってしまっている。そこで、図１２に示すように、マイクロレンズ６０と同じやり方で且つマイクロレンズ６０の光路高に対するフィルタの光路高の比率に応じた距離だけ、アレイに対し色フィルタを変位させる。このようにすれば、入射光５６０が所期外の部位を通ることによる混色効果を排除できる。
図１２に示した実施形態においては、図示しない非テレセントリックレンズから到来しマイクロレンズ６０に射突した光５６０が変位マイクロレンズ６０により合焦され、誘電体層４１０と、変位色フィルタエリア４２０、４３０及び４４０を含む変位色フィルタアレイ層と、を通る。変位色フィルタアレイ層を通った光５６０は、もう一層の誘電体層を通り、フォトダイオード３５が形成されている画素サイト３０に入射する。注記すべきことに、図中、３７５は画素サイト３０の中心点乃至中心線であり、６０５はマイクロレンズ６０の中心点乃至中心線であり、４３５はフォトダイオード３５に関連付けられている色フィルタエリア４３０の中心点乃至中心線である。
本実施形態においては、マイクロレンズ６０を変位させてあるため、中心点３７５と中心点６０５とが、図１０に示した例とは異なり一致しておらず、両者の間に物理的なオフセットがある。更に、本実施形態においては、色フィルタアレイの色フィルタエリア４３０をも変位させてあるため、中心点３７５と中心点４３５とが、図１０に示した例や図１１に示した例とは異なり一致しておらず、両者の間に物理的なオフセットがある。こういったオフセットが施されているため、本実施形態によれば、変位マイクロレンズ６０によってより多くの光５６０をフォトダイオード３５上へと変位、合焦させることができ、また変位色フィルタエリア４３０によって光５６０をフィルタリングすること即ち所期外の色フィルタを光５６０が通らないようにすることができる。即ち、入射光５６０の角度が大きくても、変位マイクロレンズ６０によってより多くの光５６０を画素サイト３０のフォトダイオード３５上へと変位、合焦させることができ、また変位色フィルタエリア４３０によって光５６０をフィルタリングすること即ち所期外の色フィルタを光５６０が通らないようにすることができ、これらによって集光効率をかなりの程度高めることができる。
また、マイクロレンズや色フィルタを変位させるという上述の技術はかなりの程度実効的であるけれども、散乱入射光の効果を補償するものではない。この光散乱が発生するのは、マイクロレンズの効率が１００％ではないためである。即ち、レンズ形成プロセスにおいて作り出されるのは通常はそのレンズ部分が円形になっている部材であるが、他方で画素は普通は正方形であるため、図１３に示すように、画素エリアのうち面積でおよそ２５％程に達するエリアは、マイクロレンズの円形部分で覆われないエリアとなる。この図中、６１０はマイクロレンズ、６２０はその非合焦領域である。入射光のうちマイクロレンズ６１０により合焦されない光即ち非合焦光乃至漏洩光は、フォトダイオードに合焦する光路とは異なる光路をたどり、偶然にフォトダイオードをよぎることもある。マイクロレンズを変位させてあると、こういった漏洩光が別の（間違った）画素上に射突しやすいため、光学的クロストークや画素間混色が生じ得る。図１４に、別の画素上に射突しており光学的クロストークや画素間混色をもたらすこの種の漏洩光の例を示す。
図１４に示すように、変位マイクロレンズ６００を通った光は、誘電体層４１０並びに変位色フィルタエリア４５０、４６０及び４７０を通り、画素サイト３０内のフォトダイオード３５に射突する。しかしながら、マイクロレンズ６００を迂回してしまい適切な画素サイト上に合焦しなくなる光も、生じ得る。即ち、図中に示したように、マイクロレンズ６００を迂回した漏洩光が不適切にも変位色フィルタエリア４６０によりフィルタリングされ画素サイト３０１内のフォトダイオード３５１上に射突することがある。注記すべきことに、画素サイト３０１内のフォトダイオード３５１に対応する変位色フィルタエリアは４７０であって４６０ではない。このように不適切なフィルタリングが施されると、光学的クロストークや画素間混色が発生する。
本発明の好適な実施形態においては、画素の形状乃至寸法と異なる形状乃至寸法の変位マイクロレンズによる非テレセントリックレンズの補償と同時に漏洩入射光の補償を実現するため、マイクロレンズの下にある不透明な（例えば金属の）開口を変位させるという手法でこの種の漏洩光発生状況に対策している。この開口は、ＣＭＯＳイメージセンサプロセスにて形成される金属層のうち一番上の層等、適切な（好ましくは不透明な）層を用いれば形成できる。その層即ち開口層は、図１６に示すように、マイクロレンズ６００からの光が開口を通るよう、しかし開口周囲への非合焦入射光（混色を発生させ得る光）はブロックされるよう、配置形成する。このようにすることによって、マイクロレンズ６００を通らなかった光のうちかなりの部分が金属その他による変位開口層によりブロックされるため、クロストークが最小限に抑えられ、その結果として、非合焦光が所期外の画素に達することが概ね防止され、混色が防止される。
図１５に、非変位マイクロレンズ６０、スペーサ４１２、非変位色フィルタアレイ層４８０、プレーナ層４１３及び保護層４１４を有する典型的なイメージャ構造を示す。保護層４１４の下方には金属開口を有する開口層９５があり、更に下方には信号をルーティングするための金属層９７及び９９がある。ＨM3は金属開口層９５の高さ即ち画素サイト３０と保護層４１４の間の距離であり、ＨMLは画素サイト３０とマイクロレンズ６０の間の距離である。この典型的な構造においては、先に述べた構造と同じく開口層９５に変位が施されていないため、主光線角が広いときにマイクロレンズ６００を通らずにやってくる光のうちかなりの部分を、開口層９５ではブロックできない。ブロックできないとクロストークが生じ、非合焦光が所期外の画素に達して混色を発生させることとなる。
図１６に、本発明の一実施形態を示す。この実施形態にて設けられている金属その他の変位開口層９５０は、マイクロレンズ６００を通っていない光のうちかなりの部分をブロックする。その結果、クロストークが最小限に抑えられ、非合焦光が所期外の画素に到達することを概ね防止でき、混色を防止できる。
この図に示すイメージャは、変位マイクロレンズ６００と、スペーサ４１２と、変位色フィルタアレイ層４８０とを有している。本実施形態における開口層９５０は、変位マイクロレンズ６００を通らなかった光のうちのかなりの部分をブロックできるよう、変位されている。開口層９５０は、好ましくは金属開口層とする。
本実施形態における金属層の変位のさせ方は、シリコン基板を基準としたマイクロレンズ６００の高さに対する金属層の高さの比に従い対応するマイクロレンズ６００の変位幅を案分して金属変位幅を導出することにより、決定することができる。即ち、図１５と同様にシリコン基板からの金属開口層９５０の高さがＨM3であり且つマイクロレンズ６００の高さがＨMLであるとし、更にマイクロレンズ６００の変位幅がΔＭＬであるとすると、金属パターンにおける変位幅ΔＭ3はΔＭ3＝（ＨM3／ＨML）・ΔＭＬという式に従い計算することができる。なお、この計算においては、一番上の金属層を開口乃至遮蔽として想定しているが、金属等からなる他の層を開口乃至遮蔽として用いる場合にあっても同様の関係を適用することができる。また、図１８に、変位のさせ方の例を俯瞰して示す。この図においては、マイクロレンズアレイ６７５が画素サイトアレイ６７８に対して変位乃至オフセットしており、また色フィルタアレイ層６７６及び開口層６７７が画素サイトアレイ６７８に対して変位乃至オフセットしている。注記すべきことに、画素アレイの中心部においては変位をゼロとすることが望ましい。
即ち、非テレセントリックレンズの合焦面における主光線角の変化量は、当該非テレセントリックレンズの光軸からの距離の関数である。非テレセントリックレンズが有しているこのような特性に対応すべく、本発明のある実施形態に係るフォトセンサアレイにおいては、フォトセンサアレイ面における各マイクロレンズと対応するフォトセンサとの空間的オフセットの量を、当該非テレセントリックレンズの光軸に対して放射パターンをなすよう、マイクロレンズ毎に変えている。本発明のこの実施形態を、図１９に示す。
図１９中、９１０はフォトセンサ９００のアレイであり、９３０は対応するマイクロレンズ９２０のアレイである。対応するフォトセンサ９００からの各マイクロレンズ９２０のオフセット量９４０は、図示しない非テレセントリックレンズの光軸からの放射方向距離の関数として与えられる非テレセントリックレンズの主光線角変化に応じて、変えてある。また、非テレセントリックレンズの光軸は、フォトセンサアレイ９１０の中心点９５０に一致させてある。注記すべきことに、一般的に言えば、フォトセンサアレイ９１０の中心点９５０をマイクロレンズの中心点やフォトセンサの中心点と一致させる必要はない。
抑えるべき漏洩光の発生量に対しマイクロレンズの形状が大きな影響を与え得ることは、認識されるべきであろう。例えば、マイクロレンズの製造に当たり、レンズ素材上にレンズ部分の形状をパターニングし、円形のレンズ部分を得るためリフロー処理を施すものとする。パターニングした形状が八角形であれば、リフロー後に得られるレンズ部分の形状は円形に近くなる。円形レンズ部分の表面の曲率は、その表面のどの点においても（即ちマイクロレンズの中心からどの方向を見ても）同一である。これに対して、パターニングした形状が正方形である場合は、リフロー後に得られるレンズ部分の表面の曲率は、八角形パターニングの場合に比べ縦横方向と対角方向とで異なる値になりやすい。曲率におけるこのような偏差は、光線がどちらの方向から入射するかによって屈折角が異なる、という現象をもたらすものであり、この偏差が大きければ画素間クロストークが大きくなる。従って、画素間クロストークが少ないのは、正方形パターニングによるマイクロレンズではなく八角形パターニングによるマイクロレンズの方である。
上述したように、本発明の実施形態によれば、入射光をイメージセンサ上へと精度よく合焦させることができ、それによって画素間クロストーク及び混色を抑制乃至排除できる。更に、マイクロレンズを変位させることにより、非テレセントリック撮像レンズを用いつつも良好な集光効率を実現できる。また、マイクロレンズの下方に色フィルタが配置されているイメージャにおいて、このモザイク状の色フィルタを変位させることにより、混色を抑制乃至排除できる。加えて、開口層を変位させること例えば金属層内の開口を変位させることにより、マイクロレンズ間基板ギャップ部分内に射突する光による散乱効果に起因したクロストークを低減でき、更に性能を向上させることができる。そして、正方形ではなく八角形のパターンからマイクロレンズを製造することにより、マイクロレンズ表面の曲率を均一化してクロストーク効果を最小化することができる。
本発明の実施形態において変位のさせ方を好適に決めるために採用できる手法には、様々な手法がある。その一例としては、最適なマイクロレンズ変位幅を計算できるＣＯＤＥ Ｖシミュレーションツールがある。このツールによるシミュレーションプロセスを実行するには、まずそれに先だって、シミュレーション条件を決定する幾つかの重要なパラメータを決めておく。決めておくべきパラメータには、マイクロレンズの曲率、マイクロレンズの高さ（厚み）及びサイズ（直径）、各誘電体層の厚み及び屈折率等がある。使用する非テレセントリックレンズにおける後側焦点距離、レンズ開口乃至絞り、対画像半径主光線角特性等も、シミュレーションに必要とされる。
このシミュレーションの基本原理はレイトレーシングである。まず、ある方向に進んでいる光線が誘電体層と誘電体層との境界面にぶつかると、屈折によってその光線の進む方向が変わる。屈折後にその光線が進んでいく方向は、その光線の波長、誘電体層境界面の曲率、並びに（接合部を挟んで両側にある）両誘電体層における屈折率に応じて決まる。即ち、θ1を入射角、θ2を出射角（屈折角）、ｎ1及びｎ2を両誘電体層における屈折率とすると、入射角θ1と出射角θ2の関係はスネルの法則ｎ1・ｓｉｎθ1＝ｎ2・ｓｉｎθ2により決まる。光学系に対し様々な部位から様々な角度で入射する様々な光線について計算を行うことにより、その光学系の性能を評価乃至査定することができる。
最適なマイクロレンズ変位幅を計算するプロセスにおいては、光線がまず撮像レンズによりセンサ表面上に合焦され、更にマイクロレンズにより再合焦される、と想定する。ここに、再合焦された光線を集光するにはセンサとマイクロレンズとがオフセットしていなければならないが、各部材のレイアウトやシリコン製造プロセスを考慮すれば、センサレイアウトをオフセットさせることよりもマイクロレンズレイアウトをオフセットさせることの方がずいぶん容易であることがわかる。本シミュレーションにおいては、入射瞳の中心及びマイクロレンズの中心を通る光線即ち主光線がシリコン表面にぶつかる位置に基づく推定によって、最適なオフセット幅（変位幅）が結果として得られる。図１７に、主光線角の変化量が合焦面上における光軸からの距離に対して線形的に変化する場合について、シミュレーション結果、即ち画素位置に対するマイクロレンズオフセットの関係を示す。この図に示した例では画素位置に対するマイクロレンズオフセットの関係は近似的に良好な線形関係である。但し、このような関係が常に成り立つとは限らない。即ち、主光線角の変化量が、合焦面上における光軸からの距離の線形関数でない場合がある。
まとめると、本発明に係るイメージャ乃至イメージングシステムは、それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイを備える。本発明の好適な実施形態においては、フォトセンサの二次元アレイの上方に非テレセントリックレンズを配置する。フォトセンサの二次元アレイの上方には変位マイクロレンズの二次元アレイを配置する。各マイクロレンズとこれに対応するフォトセンサとの関係は、マイクロレンズの中心点が対応するフォトセンサの中心点に対してオフセットしている、という関係である。このオフセットは一次元的であってもよいし二次元的であってもよい。フォトセンサの二次元アレイの上方には変位色フィルタアレイを配置する。変位色フィルタアレイは、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられた複数の色フィルタエリアを含む。色フィルタエリアは、その色フィルタエリアの中心点が対応するフォトセンサの中心点からオフセットするよう、対応するフォトセンサの上方に配置する。このオフセットは一次元的であってもよいし二次元的であってもよい。そして、フォトセンサの二次元アレイの上方には、それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており中心点を有する通過性の変位開口の層を配置する。この開口は、その開口の中心点が対応するフォトセンサの中心点からオフセットするよう、対応するフォトセンサの上方に配置する。このオフセットは一次元的であってもよいし二次元的であってもよい。
以上、本発明の実施形態乃至実施例に関し図示及び説明したが、本件技術分野における習熟者であれば理解できるように、本発明の神髄乃至技術的範囲は、本願中における個別的な記述及び図示事項によって限定されるものではなく、様々な変形例乃至変更例を包含する広がりを有するものである。

Claims (8)

  1. それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有するマイクロレンズの二次元アレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された二次元アレイと、
    を備え、
    マイクロレンズが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置されたイメージャ。
  2. それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する色フィルタエリアを複数個含む色フィルタアレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された色フィルタアレイと、
    を備え、
    色フィルタエリアが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置されたイメージャ。
  3. それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する通過性の開口の層であってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された層と、
    を備え、
    開口が、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置されたイメージャ。
  4. それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有するマイクロレンズの二次元アレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された二次元アレイと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する色フィルタエリアを複数個含む色フィルタアレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された色フィルタアレイと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する通過性の開口の層であってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された層と、
    を備え、
    マイクロレンズが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、
    色フィルタエリアが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から上記第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、
    開口が、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点から上記第１の方向に沿いオフセットした位置となるよう、対応するフォトセンサの上方に配置されたイメージャ。
  5. それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、
    フォトセンサの二次元アレイの上方に配置された非テレセントリックレンズと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有するマイクロレンズの二次元アレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された二次元アレイと、
    を有し、
    マイクロレンズが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、
    オフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びにマイクロレンズの光学特性に基づき、各画素の光感度が最大限に高まるよう定められたイメージングシステム。
  6. それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、
    フォトセンサの二次元アレイの上方に配置された非テレセントリックレンズと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する色フィルタエリアを複数個含む色フィルタアレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された色フィルタアレイと、
    を有し、
    色フィルタエリアが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、
    オフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びに色フィルタエリアの光学特性に基づき、クロストークが最小限に抑えられるよう定められたイメージングシステム。
  7. それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、
    フォトセンサの二次元アレイの上方に配置された非テレセントリックレンズと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する通過性の開口の層であってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された層と、
    を有し、
    開口が、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、
    オフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びに開口の光学特性に基づき、漏洩光信号が最小限に抑えられるよう定められたイメージングシステム。
  8. それぞれ中心点を有するフォトセンサの二次元アレイと、
    フォトセンサの二次元アレイの上方に配置された非テレセントリックレンズと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有するマイクロレンズの二次元アレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された二次元アレイと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する色フィルタエリアを複数個含む色フィルタアレイであってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された色フィルタアレイと、
    それぞれ対応するフォトセンサに関連付けられており且つそれぞれ中心点を有する通過性の開口の層であってフォトセンサの二次元アレイの上方に配置された層と、
    を有し、
    マイクロレンズが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、
    色フィルタエリアが、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、
    開口が、その中心点の位置が対応するフォトセンサの中心点からオフセットした位置となるよう、またこのオフセットの幅及び方向がフォトセンサの二次元アレイ面に沿って空間的に変化するよう、対応するフォトセンサの上方に配置され、
    マイクロレンズのオフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びにマイクロレンズの光学特性に基づき、各画素の光感度が最大限に高まるよう定められ、
    色フィルタエリアのオフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びに色フィルタエリアの光学特性に基づき、クロストークが最小限に抑えられるよう定められ、
    開口のオフセットの幅及び方向における空間的変化が、非テレセントリックレンズの光学特性、フォトセンサの二次元アレイの光学特性並びに開口の光学特性に基づき、漏洩光信号が最小限に抑えられるよう定められたイメージングシステム。
JP2011127820A 2002-10-11 2011-06-08 マイクロレンズ付き固体イメージセンサ及び非テレセントリック撮像レンズを備えた光学系 Pending JP2011216896A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US41798202P 2002-10-11 2002-10-11
US60/417,982 2002-10-11

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004543694A Division JP2006502588A (ja) 2002-10-11 2003-10-09 マイクロレンズ付き固体イメージセンサ及び非テレセントリック撮像レンズを備えた光学系

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011216896A true JP2011216896A (ja) 2011-10-27

Family

ID=32094130

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004543694A Pending JP2006502588A (ja) 2002-10-11 2003-10-09 マイクロレンズ付き固体イメージセンサ及び非テレセントリック撮像レンズを備えた光学系
JP2011127820A Pending JP2011216896A (ja) 2002-10-11 2011-06-08 マイクロレンズ付き固体イメージセンサ及び非テレセントリック撮像レンズを備えた光学系

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004543694A Pending JP2006502588A (ja) 2002-10-11 2003-10-09 マイクロレンズ付き固体イメージセンサ及び非テレセントリック撮像レンズを備えた光学系

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7427742B2 (ja)
EP (1) EP1550166A1 (ja)
JP (2) JP2006502588A (ja)
AU (1) AU2003284066A1 (ja)
WO (1) WO2004034477A1 (ja)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7375892B2 (en) * 2003-10-09 2008-05-20 Micron Technology, Inc. Ellipsoidal gapless microlens array and method of fabrication
EP1607041B1 (en) 2004-06-17 2008-01-16 Cadent Ltd. Method for providing data associated with the intraoral cavity
CN101431087B (zh) * 2004-09-14 2014-03-12 全视技术有限公司 低高度成像系统及相关方法
JP2008519289A (ja) * 2004-09-14 2008-06-05 シーディーエム オプティックス， インコーポレイテッド 低い高さのイメージングシステムおよび関連方法
US7616855B2 (en) 2004-11-15 2009-11-10 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Integrated waveguide and method for designing integrated waveguide
US7763918B1 (en) * 2004-12-02 2010-07-27 Chen Feng Image pixel design to enhance the uniformity of intensity distribution on digital image sensors
US7450161B1 (en) 2004-12-02 2008-11-11 Magnachip Semiconductor Ltd. System and method to enhance the uniformity of intensity distribution on digital imaging sensors
US7564629B1 (en) * 2004-12-02 2009-07-21 Crosstek Capital, LLC Microlens alignment procedures in CMOS image sensor design
US7297916B1 (en) * 2005-02-22 2007-11-20 Magnachip Semiconductor, Ltd. Optically improved CMOS imaging sensor structure to lower imaging lens requirements
US7796180B2 (en) * 2005-08-03 2010-09-14 Aptina Imaging Corporation Method for calculating circular symmetrical microlens/color filter array shift
JP4215071B2 (ja) * 2006-04-28 2009-01-28 三菱電機株式会社 イメージセンサ及びその製造方法
WO2008067472A2 (en) * 2006-11-29 2008-06-05 President And Fellows Of Harvard College A new spatio-spectral sampling paradigm for imaging and a novel color filter array design
JP2009016574A (ja) * 2007-07-04 2009-01-22 Panasonic Corp 固体撮像装置およびその製造方法
US8085391B2 (en) * 2007-08-02 2011-12-27 Aptina Imaging Corporation Integrated optical characteristic measurements in a CMOS image sensor
JP2009302483A (ja) * 2008-06-17 2009-12-24 Panasonic Corp 固体撮像装置及びその製造方法
US20100002302A1 (en) * 2008-07-01 2010-01-07 Jacques Duparre Method and apparatus for chief ray angle correction using a diffractive lens
US7687757B1 (en) * 2009-01-29 2010-03-30 Visera Technologies Company Limited Design of microlens on pixel array
FR2946157B1 (fr) * 2009-06-02 2015-03-27 Commissariat Energie Atomique Systeme d'imagerie a microlentilles et dispositif associe pour la detection d'un echantillon.
JP5538811B2 (ja) * 2009-10-21 2014-07-02 キヤノン株式会社 固体撮像素子
JP5001471B1 (ja) * 2011-04-22 2012-08-15 パナソニック株式会社 撮像装置、撮像システム、及び撮像方法
CN102907102B (zh) * 2011-04-22 2015-04-01 松下电器产业株式会社 摄像装置、摄像系统以及摄像方法
TWI484236B (zh) * 2013-09-09 2015-05-11 Himax Imaging Ltd 影像感測器
JP2015228466A (ja) 2014-06-02 2015-12-17 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像システム
JP6246076B2 (ja) 2014-06-05 2017-12-13 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法および半導体装置
US9705015B2 (en) * 2015-09-03 2017-07-11 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Component for the detection of electromagnetic radiation in a range of wavelengths and method for manufacturing such a component
JP2017054966A (ja) * 2015-09-10 2017-03-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP2017181831A (ja) 2016-03-31 2017-10-05 ソニー株式会社 表示装置及び電子機器
KR101861927B1 (ko) 2016-09-02 2018-05-28 재단법인 다차원 스마트 아이티 융합시스템 연구단 다중 필팩터가 적용된 이미지 센서
JP7084803B2 (ja) * 2018-07-06 2022-06-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 測距センサ及びタイムオブフライトセンサ
DE102020103092A1 (de) 2019-06-19 2020-12-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Bildsensor und elektronische vorrichtung umfassend einen bildsensor
US11336806B2 (en) * 2019-08-12 2022-05-17 Disney Enterprises, Inc. Dual-function display and camera
US11408767B1 (en) * 2021-04-12 2022-08-09 Viavi Solutions Inc. Optical filter for an optical sensor device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001160973A (ja) * 1999-12-02 2001-06-12 Nikon Corp 固体撮像素子及び電子カメラ
JP2001237404A (ja) * 2000-02-23 2001-08-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 増幅型固体撮像装置
JP2003273342A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Sony Corp 固体撮像素子及びその製造方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3170847B2 (ja) * 1992-02-14 2001-05-28 キヤノン株式会社 固体撮像素子及びそれを用いた光学機器
JPH08107194A (ja) * 1994-10-03 1996-04-23 Fuji Photo Optical Co Ltd 固体撮像装置
US5734155A (en) * 1995-06-07 1998-03-31 Lsi Logic Corporation Photo-sensitive semiconductor integrated circuit substrate and systems containing the same
JPH10125887A (ja) * 1996-10-21 1998-05-15 Toshiba Corp 固体撮像素子
JPH10189929A (ja) * 1996-12-20 1998-07-21 Sony Corp 固体撮像素子
JP3164069B2 (ja) * 1998-07-21 2001-05-08 日本電気株式会社 固体撮像装置
JP3372216B2 (ja) * 1998-11-11 2003-01-27 株式会社東芝 増幅型固体撮像装置
US6518640B2 (en) * 1999-12-02 2003-02-11 Nikon Corporation Solid-state image sensor, production method of the same, and digital camera
US6995800B2 (en) * 2000-01-27 2006-02-07 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup apparatus utilizing a plurality of converging lenses
JP3571982B2 (ja) * 2000-01-27 2004-09-29 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びそれを備えた固体撮像システム
GB0029947D0 (en) * 2000-12-08 2001-01-24 Sgs Thomson Microelectronics Solid state image sensors and microlens arrays

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001160973A (ja) * 1999-12-02 2001-06-12 Nikon Corp 固体撮像素子及び電子カメラ
JP2001237404A (ja) * 2000-02-23 2001-08-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 増幅型固体撮像装置
JP2003273342A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Sony Corp 固体撮像素子及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004034477A9 (en) 2004-06-17
WO2004034477A1 (en) 2004-04-22
US7427742B2 (en) 2008-09-23
JP2006502588A (ja) 2006-01-19
AU2003284066A1 (en) 2004-05-04
EP1550166A1 (en) 2005-07-06
US20040165097A1 (en) 2004-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2011216896A (ja) マイクロレンズ付き固体イメージセンサ及び非テレセントリック撮像レンズを備えた光学系
KR102004647B1 (ko) 이면 조사형 촬상 소자, 그 제조 방법 및 촬상 장치
JP6721511B2 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
JP6103301B2 (ja) 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
JP5157436B2 (ja) 固体撮像素子および撮像装置
JP6141024B2 (ja) 撮像装置および撮像システム
TWI636557B (zh) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic device
KR101373132B1 (ko) 마이크로 렌즈를 이용한 위상차 검출 픽셀
JP6812969B2 (ja) 固体撮像素子、撮像装置、及び、固体撮像素子の製造方法
JP2015176969A (ja) 固体撮像装置及び撮像システム
JP2014089432A (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置におけるマイクロレンズの形成方法、及び、電子機器
KR101038596B1 (ko) 고체 촬상 소자
JP2015167219A (ja) 撮像素子、製造装置、電子機器
JP2015149350A (ja) 固体撮像装置および撮像装置
TWI392350B (zh) 固態攝像元件及其製造方法
US20140203331A1 (en) Solid state imaging device and imaging apparatus
JP2014022649A (ja) 固体撮像素子、撮像装置、及び電子機器
KR100848945B1 (ko) 주광선 손실을 보상하는 마이크로렌즈 어레이 및 이를포함하는 이미지센서 조립체
JP7039205B2 (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び撮像装置
JP2016025149A (ja) 固体撮像装置および撮像装置
WO2021077374A1 (zh) 图像传感器、成像装置及移动平台
JPH0527196A (ja) 固体撮像素子
JPH0548980A (ja) 固体撮像素子
JPH04343471A (ja) 固体撮像素子
JP2017054984A (ja) 固体撮像素子

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121206

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121213

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20130228

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20130305

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20130326

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20130329

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130726