JP7317069B2 - 光学撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学撮像装置(optical imaging device)に関するものであって、特に、小さいチップサイズを提供し、且つ、光学指紋センサーに用いる光学撮像装置に関するものである。

生体認証技術はすでに、近年、普遍的になっている。一種の生体認証システムは光学指紋センサーのことである。指紋認証システムは、光学指紋センサー有して、ユーザーの指紋のイメージを撮影して、ユーザーの身元を認証するとともに、ユーザーが、指紋認証システムを組み込んだ装置にアクセスすることを許可するかしないかを決定する。指紋認証システムは、信頼性があり、煩わしくない方式で、モバイル装置、たとえば、携帯電話、ウェアラブル電子デバイス(たとえば、スマートウオッチ)、および、タブレット型コンピュータ中で、アクセス制御するのに用いられる。

既存の光学指紋センサーは光源を有して、指が接触するセンサー領域を照射し、撮像素子アレイを用いて、センサー領域からの反射光を受光する。指紋の隆起により反射される光線の強度は、溝により反射される光線の強度と異なる。よって、撮像素子アレイは、指紋の隆起と溝、および、その他の特徴の正確なイメージを捕捉することができる。

従来の光学指紋センサーは、大量の光学素子、たとえば、ビームスプリッター、コリメータ―、集束ミラー、および、撮像素子を有するシステムを提供する。このような従来の光学指紋センサーは、それらの本来の目的を達成するのに十分能力があるが、全方面で完全に満足がいくものではない。

たとえば、従来の光学指紋センサー中の各撮像素子は、対応するコリメータ―を介して、真上のセンサー領域から反射される光線を受光する。その結果、従来の光学指紋センサー中のチップにより提供されるセンサーのアクティブ領域の面積は、通常、検査される指紋の面積と一致している。センサーの製作コストは主に、チップのサイズで占められる。それゆえに、光学指紋センサーを有するチップの解決策を提供することが望まれる。

本発明は、上述の問題を解決するため、基板、不透明層スタック、および、複数の検出ユニットを有する光学撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、基板、不透明層スタック、および、複数の検出ユニットを有する光学撮像装置を提供する。不透明層スタックは、基板上の第一不透明層、および、第一不透明層上の第二不透明層を有する。基板と不透明層スタックのスタックの上面図では、複数の検出ユニットがマトリクスに配置されることが示される。各検出ユニットは、それぞれ、基板中に設置され、且つ、互いに隔てられる第一オプトエレクトロニクス素子、第二オプトエレクトロニクス素子、第三オプトエレクトロニクス素子、および、第四オプトエレクトロニクス素子と、それぞれ、第一～第四オプトエレクトロニクス素子を露出する第一不透明層中の四個の第一開口、および、第一オプトエレクトロニクス素子に接続される第一光学チャネル、第二オプトエレクトロニクス素子に接続される第二光学チャネル、第三オプトエレクトロニクス素子に接続される第三光学チャネル、および、第四オプトエレクトロニクス素子に接続される第四光学チャネルを形成するように配置される第二不透明層中の一個の第二開口、を有する。

本発明の一実施形態は、第一検出装置を有する光学撮像装置を提供する。第一検出装置は、複数の第一画素、第一不透明層、および、少なくとも一つの第一マイクロレンズを有する。複数の第一画素はそれぞれ、複数の第一オプトエレクトロニクス素子を有する。第一不透明層は、少なくとも一つの開口を有し、且つ、複数の第一オプトエレクトロニクス素子上方に設置される。少なくとも一つの第一マイクロレンズは、第一不透明層上方に設置される。少なくとも一つの第一マイクロレンズは、複数の第一画素の少なくとも一つと重なる。

本発明の一実施形態は、基板、複数の第一開口を有する第一不透明層、および、マイクロレンズ層を有する光学撮像装置を提供する。基板は、基板中に設置され、且つ、互いに隔てられる複数のオプトエレクトロニクス素子を有する。第一不透明層は、基板上方に設置される。複数の第一開口は、互いに隔てられる。マイクロレンズ層は、第一不透明層上に複数のマイクロレンズを有する。基板、第一不透明層、および、マイクロレンズ層のスタックの上面図では、複数のオプトエレクトロニクス素子の一つ、複数の第一開口の一つ、および、複数のマイクロレンズの一つは、ほぼ直線に配置される。

本発明の一実施形態は、基板、不透明層スタック、複数の内部検出ユニット、および、複数の周辺検出ユニットを有する光学撮像装置を提供する。不透明層スタックは、基板上の第一不透明層、第一不透明層上の第二不透明層、および、第二不透明層上の第三不透明層を有する。基板と不透明層スタックのスタックの上面図では、複数の内部検出ユニットは、マトリクスに配置されることが示される。上面図では、複数の周辺検出ユニットは、マトリクスを囲むことを示す。各内部、および、周辺検出ユニットは、基板中に設置され、且つ、互いに隔てられる第一オプトエレクトロニクス素子、第二オプトエレクトロニクス素子、第三オプトエレクトロニクス素子、および、上面図では、第一オプトエレクトロニクス素子よりも、マトリクスの中心からより遠いことが示される第四オプトエレクトロニクス素子と、少なくとも第一オプトエレクトロニクス素子を露出する第一不透明層中の少なくとも一つの第一開口と、第二透明層中の少なくとも一つの第二開口、および、第三不透明層中で、マイクロレンズを組み込む一個の第三開口、を有する。各内部検出ユニットは、第一不透明層中で、４個の第一開口を有し、それぞれ、第一～第四オプトエレクトロニクス素子を露出する。各内部検出ユニットは、第二不透明層中で、互いに隔てられた四個の第二開口を有する。各周辺検出ユニットは、第二開口を介して、マイクロレンズと第一オプトエレクトロニクス素子を接続する第一光学チャネルを形成する。各内部検出ユニットは、一番目の第二開口を介して、マイクロレンズから第一オプトエレクトロニクス素子に延伸する第一光学チャネル、二番目の第二開口を介して、マイクロレンズから第二オプトエレクトロニクス素子に延伸する第二光学チャネル、三番目の第二開口を介して、マイクロレンズから第三オプトエレクトロニクス素子に延伸する第三光学チャネル、および、四番目の第二開口を介して、マイクロレンズから第四オプトエレクトロニクス素子に延伸する第四光学チャネルを形成する。

このほか、本発明の一実施形態は、基板、不透明層スタック、複数の内部検出ユニット、および、複数の周辺検出ユニットを有する光学撮像装置を提供する。不透明層スタックは、基板上の第一不透明層、第一不透明層上の第二不透明層、および、第二不透明層上の第三不透明層を有する。基板と不透明層スタックのスタックの上面図では、複数の内部検出ユニットは、マトリクスに配置されることが示される。上面図では、複数の周辺検出ユニットは、マトリクスを囲むことを示す。各内部、および、周辺検出ユニットは、基板中に設置され、且つ、互いに隔てられた第一オプトエレクトロニクス素子、第二オプトエレクトロニクス素子、上面図では、第二オプトエレクトロニクス素子よりも、マトリクスの中心からさらに遠いことが示される第三オプトエレクトロニクス素子、および、上面図では、第一オプトエレクトロニクス素子よりも、マトリクスの中心からさらに遠いことが示される第四オプトエレクトロニクス素子、および、第三不透明層中に、マイクロレンズを組み込んだ一個の第三開口を有する。各内部検出ユニットは、第一不透明層中に４個の第一開口を有し、それぞれ、第一～第四オプトエレクトロニクス素子を露出する。各内部検出ユニットは、第二不透明層中で互いに隔てられた四個の第二開口を有する。各内部検出ユニットは、一番目の第二開口を介して、マイクロレンズから第一オプトエレクトロニクス素子に延伸する第一光学チャネル、二番目の第二開口を介して、マイクロレンズから第二オプトエレクトロニクス素子に延伸する第二光学チャネル、三番目の第二開口を介して、マイクロレンズから第三オプトエレクトロニクス素子に延伸する第三光学チャネル、および、四番目の第二開口を介して、マイクロレンズから第四オプトエレクトロニクス素子に延伸する第四光学チャネルを形成する。

本発明の光学撮像装置は、傾斜した入射光を受光するオプトエレクトロニクス素子により、光学撮像装置が、拡大したＦＯＶを提供することができ、光学撮像装置が設置されるチップの尺寸が減少する。

本発明は、後続の詳細な記述と例、および、添付図面により完全に理解することができる。
本発明による光学撮像装置を光学指紋センサーに応用する一実施形態を概略的に示す側面図である。 本発明による光学撮像装置の一実施形態を概略的に示す上面図である。 図２Ａの線Ｂ－Ｂに沿った断面図である。 図２Ａの線ＣーＣに沿った断面図である。 本発明の一実施形態による光学撮像装置により提供される技術効果を示す図である。 本発明の一実施形態による光学撮像装置により提供される技術効果を示す図である。 本発明の一実施形態による光学撮像装置により提供される技術効果を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による光学撮像装置により提供される技術効果を概略的に示す図である。 本発明による光学撮像装置の別の実施形態を示す上面図である。 図５Ａの線Ｂ－Ｂに沿った断面図である。 図５Ａの線Ｃ－Ｃに沿った断面図である。 本発明による光学撮像装置の別の実施形態を概略的に示す上面図である。 図６Ａの線Ｂ２－Ｂ２、および、線Ｂ３―Ｂ３に沿った断面図である。 図６Ａの線Ｃ―Ｃに沿った断面図である。 本発明による光学撮像装置の別の実施形態を概略的に示す上面図である。 本発明による光学撮像装置の別の実施形態を概略的に示す上面図である。 本発明の別の実施形態による光学撮像装置の上面図である。 図９Ａの線Ｂ－Ｂに沿った断面図である。 本発明による光学撮像装置のその他の実施形態を概略的に示す上面図である。 図１０Ａに示される光学撮像装置の一部の上面図である。 図１０Ａに示される光学撮像装置の一部の上面図である。 図１０Ａに示される光学撮像装置の一部の上面図である。 図１０Ｃ、および、図１０Ｄの線Ｂ―Ｂに沿った断面図である。 図１０Ｃ、および、図１０Ｄの線Ｃ―Ｃに沿った断面図である。 図１０Ａに示される光学撮像装置の一部の上面図である。 図１０Ｇの線Ｂ―Ｂに沿った断面図である。 図１０Ｇの線Ｃ―Ｃに沿った断面図である。

以下の記述は、本開示の一般的な原理を説明するためのものであり、意味の制限であると解釈すべきではない。本開示の範囲は、特許請求の範囲を参照することにより決定される。

このほか、異なる実施形態の図面は、本発明をはっきりと説明するため、類似の、および／または、対応する符号を用いて、類似の、および／または、対応する素子を示している。しかし、異なる実施形態の図面中の類似の、および／または、対応する符号の使用は、異なる実施形態間の任意の相互関係を意味するものではない。このほか、この明細書中、たとえば、 "第二材料層上／上方の第一材料層"という表現は、第一材料層と第二材料層の直接接触を示す、あるいは、第一材料層と第二材料層の間の一つ以上の中間層との非接触状態を示す。上記の状況において、第一材料層は、第二材料層と直接接触しない。

理解すべきことは、第一、第二、第三等の用語がここで用いられて、各種素子、部品、領域、層、位置、および／または、セクションを記述しているが、これらの素子、部品、領域、層、位置 、および／または、セクションは、これらの用語により制限されるべきではない。これらの用語は、一つの素子、部品、領域、層、位置、あるいは、セクションともう一つの領域、層、あるいは、セクションを区別するためだけに用いられる。よって、以下で討論される第一素子、部品、領域、層、位置、あるいは、セクションは、本発明の教示を逸脱しない条件下で、第二素子、部品、領域、層、位置、あるいは、セクションと称することができる。

後続の記述において、 “実質的な幾何学的中心” “実質上の反対方向” “実質的な平面” “ほぼ同じ”等の語句は、設計上、幾何学的中心、反対方向、平面、同一等であることが望まれることを意味し、実際面では、実際の製造プロセスの制限のせいで、数学的に、あるいは、理論的に、幾何学的中心、反対方向、平面、同一等になるのは困難である。その上、差異が、対応する標準や規格の許容範囲内であるとき、幾何学的中心、反対方向、平面、同一等になると認められる。当業者は、異なる標準や規格が各種特性と条件に基づくことを認識するはずであり、よって、特に記載しない。

図１は、本発明による光学撮像装置１００の一実施形態の光学指紋センサーへの応用を概略的に示す側面図である。

光学指紋センサーは、光学撮像装置１００、および、光学撮像装置１００上のカバー基板３００を有する。いくつかの実施形態において、カバー基板３００は、アクティブ発光デバイス、たとえば、有機発光ダイオード (ＯＬＥＤ)、ペロブスカイト量子ドット等を有する。指３５０の指紋表面は、アクティブ発光デバイスから発射される光線により照射されるとともに、光線を光学撮像装置１００に反射する。光学撮像装置１００は、指３５０の指紋の隆起と溝により反射される光線を受光、および、検出するとともに、その後、光信号を電気信号に変換して、指３５０の指紋のイメージを形成する。光学撮像装置１００の実施形態は、拡大された視野 (ＦＯＶ)を提供するので、センサーのアクティブ領域の面積は、検出される指３５０の指紋の面積よりも小さい。いくつかの実施形態において、光学撮像装置１００、および、カバー基板３００を有する光学指紋センサーは、ＯＬＥＤディスプレイシステム１０００中で用いられる。

図２Ａは、光学撮像装置１００の一実施形態を概略的に示す上面図である。光学撮像装置１００は、複数の検出ユニット５０を有する。いくつかの実施形態において、複数の検出ユニット５０は、図２Ａに示されるように、マトリクスに配置される。図２Ａにおいて、マトリクスの中心Ｃの近く、且つ、周辺の検出ユニット５０が代表的に示される。いくつかの実施形態において、検出ユニット５０のマトリクスは、図２Ａに示されるように、矩形であり、検出ユニット５０は矩形である。いくつかのその他の実施形態において、検出ユニット５０のマトリクスは多角形であり、検出ユニット５０は多角形である。いくつかの実施形態において、中心Ｃは、検出ユニット５０のマトリクスの幾何学的中心、あるいは、実質的な幾何学的中心である。別の実施形態において、中心Ｃは、検出ユニット５０のマトリクスにとって所定の基準点であるが、明細書中では、“中心”とも称する。図２Ｂは、図２Ａの線Ｂ－Ｂに沿った光学撮像装置１００の断面図である。図２Ｃは、図２Ａの線ＣーＣに沿った光学撮像装置１００の断面図である。

図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃを参照すると、光学撮像装置１００は複数の検出ユニット５０を有し、複数の検出ユニット５０は、基板１０、および、基板１０上の不透明層スタックを有する。不透明層スタックは、基板１０上の不透明層２０、および、不透明層２０上の不透明層４０を有する。

基板１０は、これらに制限されないが、半導体基板、たとえば、シリコン基板を有する。このほか、基板１０は、ゲルマニウムを有する元素半導体; 炭化ケイ素、ガリウムヒ素、ガリウムリン、リン化インジウム、ヒ化インジウム、および／または、アンチモン化インジウムを有する化合物半導体; SiGe 合金、GaAsP 合金、AlInAs 合金、AlGaAs 合金、GaInAs 合金、GaInP 合金、および／または、GaInAsP 合金、あるいは、それらの組み合わせを有する合金半導体を有する。このほか、基板１０は、シリコンオンインシュレーター (ＳＯＩ)を有する。

図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃに示されるように、いくつかの実施形態において、検出ユニット５０の少なくとも一つは、複数の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４、不透明層３０、および、マイクロレンズ４０Ａを有する。複数の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４は、それぞれ、基板１０中に形成される。複数の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４はそれぞれ、複数の、たとえば、第一～第四オプトエレクトロニクス素子１、２、３、および、４を有する。不透明層３０は、開口３１、３２、３３、および、３４を有し、且つ、複数のオプトエレクトロニクス素子１、２、３、および、４上に設置される。マイクロレンズ４０Ａは、不透明層３０上に設置される。マイクロレンズ４０Ａは、複数の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４の少なくとも一つと重なる。示される実施形態において、マイクロレンズ４０Ａは、複数の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４と重なる。いくつかの実施形態において、複数のオプトエレクトロニクス素子１、２、３、および、４、開口３１、３２、３３、および、３４、および、マイクロレンズ４０Ａは、マイクロレンズ４０Ａから、複数のオプトエレクトロニクス素子１、２、３、および、４に光線を送るように構成される。

図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃに示されるように、いくつかの実施形態において、各検出ユニット５０は、それぞれ、基板１０中に設置され、且つ、互いに隔てられる第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４を有する。各検出ユニット５０はさらに、不透明層２０中の四個の開口２２、および、不透明層４０中の一個の開口４１を有する。第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４は、各検出ユニット５０中の四個の開口２２のそれぞれにより露出される。開口４１は不透明層４０中に形成され、且つ、第一オプトエレクトロニクス素子１に接続される第一光学チャネル６１、第二オプトエレクトロニクス素子２に接続される第二光学チャネル６２、第三オプトエレクトロニクス素子３に接続される第三光学チャネル６３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に接続される第四光学チャネル６４を形成するように配置される。

特に、図２Ｂ、および、図２Ｃに示されるように、第一光学チャネル６１は、光線８０を、開口４１から、四個の開口２２の一番目により露出される第一オプトエレクトロニクス素子１に導き、これにより、第一光学チャネル６１を通過する光線８０は、第一オプトエレクトロニクス素子１により受光、および、検出される。同様に、第二光学チャネル６２は、光線８０を、開口４１から、四個の開口２２の二番目により露出される第二オプトエレクトロニクス素子２に導き、これにより、第二光学チャネル６２を通過する光線８０は、第二オプトエレクトロニクス素子２により受光、および、検出される。同様に、第三光学チャネル６３は、光線８０を、開口４１から、四個の開口２２の三番目により露出される第三オプトエレクトロニクス素子３に導き、これにより、第三光学チャネル６３を通過する光線８０は、第三オプトエレクトロニクス素子３により受光、および、検出される。同様に、第四光学チャネル６４は、光線８０を、開口４１から、四個の開口２２の四番目により露出される第四オプトエレクトロニクス素子４に導き、これにより、第四光学チャネル６４を通過する光線８０が、第四オプトエレクトロニクス素子４により受光、および、検出される。光線８０は、図１に示される指３５０の指紋の隆起と溝により反射される。十分なエネルギーの入射光８０が、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に当たるとき、電子正孔対を生成し、指３５０の指紋のイメージの電気信号として作用する光電流を生成する。共通の開口４１は、光線８０を、各検出ユニット５０中の第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に導き、よって、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４は、傾斜した入射光を受光する。その結果、光学撮像装置１００は拡張したＦＯＶを有し、且つ、光学撮像装置１００が設置されるチップの寸法が減少する。図１に示されるように、光学撮像装置１００を有する光学指紋センサーが、ＯＬＥＤディスプレイシステム１０００に用いられるとき、傾斜した入射光を受光する光学撮像装置１００は、広角の指紋イメージを収集することに貢献する。光学撮像装置１００の拡張したＦＯＶについての詳細は以下で記述する。

いくつかの実施形態において、不透明層２０は、パターン化されて、四個の開口２２を形成する金属層である。別の実施形態において、不透明層２０は、１つ、または、複数の金属以外の不透明材料で形成される単層、あるいは、多層構造である。いくつかの実施形態において、不透明層４０は、パターン化されて開口４１を形成する一つ、あるいは、複数のポリマー不透明材料で形成される単層、あるいは、多層構造である。この実施形態において、不透明層２０として作用する金属層が基板１０上に形成され、続いて、金属層上でパターン化プロセスを実行して、不透明層２０中に、四個の開口２２を形成し、フォトレジスト層、例えば、一層のフォトレジストがパターン化された第一不透明層２０上に形成され、続いて、光源に露出されて、開口４１を有するパターン化された第二不透明層４０を形成する。フォトレジストは、ネガ型フォトレジスト、あるいは、ポジ型フォトレジストである。ネガ型フォトレジストに関し、光源により照射されるとき、ネガ型フォトレジストの領域は不溶性になるので、後続の現像段階で、溶剤をネガ型フォトレジストに使用して、ネガ型フォトレジストの非照射領域を除去する。よって、ネガ型フォトレジスト中に形成されるパターンは、光源とネガ型フォトレジストの間のテンプレートの不透明領域により定義される陰パターンである。ポジ型フォトレジストにおいて、ポジ型フォトレジストの照射領域は水溶性になり、且つ、現像期間中に、溶剤の使用により除去される。よって、ポジ型フォトレジスト中に形成されるパターンは、光源とポジ型フォトレジストの間のテンプレートの不透明領域の陽画像である。

いくつかの実施形態において、一層、あるいは、多層の透過性材料 (たとえば、可視光を通過させる)、たとえば、図２Ｂ、および、図２Ｃに示される透明層７１、および、透明層７２が、不透明層２０と不透明層４０の間に形成されて、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に入射する光線の入射角を調整する。さらに、図２Ａの上面図で示されるように、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に入射する光線の入射角も、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４から、開口４１までのそれぞれの距離をシフトすることにより調整される。いくつかの実施形態において、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に入射する光線の入射角は、それぞれ、０～３０度の範囲である。いくつかの実施形態において、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に入射する光線の入射角はそれぞれ、０～４０度の範囲である。

図２Ｂ、および、図２Ｃに示されるように、いくつかの実施形態において、不透明層スタックはさらに、不透明層２０と不透明層４０の間の不透明層３０を有し、各検出ユニット５０はさらに、互いに隔てられ、且つ、不透明層３０に位置する四個の開口３１、３２、３３、および、３４を有する。このような実施形態において、各検出ユニット５０がさらに、開口４１中に埋め込まれる一つのマイクロレンズ４０Ａを有することが望ましい。マイクロレンズ４０Ａは、ほぼ平坦な底面、および、湾曲した凸面を有して、指３５０の指紋の隆起と溝 (図１に示される)により反射される光線８０を集中させるとともに、それぞれの開口３１、３２、３３、および、３４を介して、収束した光線を、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に導き、これにより、光学撮像装置１００の受光効率を増加させる。このような実施形態において、第一光学チャネル６１は、マイクロレンズ４０Ａから延伸して、第三開口３１を介して、光線８０を第一オプトエレクトロニクス素子１に導き、第二光学チャネル６２は、マイクロレンズ４０Ａから延伸して、第三開口３２を介して、光線８０を第二オプトエレクトロニクス素子２に導き、第三光学チャネル６３は、マイクロレンズ４０Ａから延伸して、第三開口３３を介して、光線８０を第三オプトエレクトロニクス素子３に導き、第四光学チャネル６４は、マイクロレンズ４０Ａから延伸して、第三開口３４を介して、光線８０を第四オプトエレクトロニクス素子４に導く。

いくつかの実施形態において、不透明層３０は、パターン化されて、開口３１、３２、３３、および、３４を形成する一つ、あるいは、多種のポリマー不透明材料により形成される単層、あるいは、多層構造である。一実施形態において、不透明層３０の一つ、あるいは、多種のポリマー不透明材料は、不透明層４０の材料とほぼ同じである。別の実施形態において、不透明層３０の一つ、あるいは、多種のポリマー不透明材料は、不透明層４０の材料と異なる。いくつかの実施形態において、不透明層２０が形成され、その中に四個の開口２２を形成するようにパターン化された後、フォトレジスト層、たとえば、一層のフォトレジストがパターン化された第一不透明層２０上に形成され、続いて、光源に露出させて、開口３１、３２、３３、および、３４を有するパターン化された第三不透明層３０を形成し、その後、上述のように、不透明層４０が、不透明層３０上で形成され、パターン化される。また、不透明層４０の形成に用いられるフォトレジスト層で記述されるように、不透明層３０の形成に用いられるフォトレジスト層は、ネガ型フォトレジスト、あるいは、ポジ型フォトレジストである。

図２Ｂ、および、図２Ｃに示される透明層７１、および、透明層７２の少なくとも一つが必要に応じて形成されるこの実施形態において、透明層７１は、不透明層２０と不透明層３０の間に必要に応じて形成され、および／または、透明層７２は、不透明層３０と不透明層４０の間に必要に応じて形成される。

いくつかの実施形態において、各検出ユニット５０において、マイクロレンズ４０Ａは、可視光を通過させるマイクロレンズ材料を開口４１中に成膜する(たとえば、スピンオン方法、あるいは、蒸着プロセスにより)ことにより形成される。湾曲した上面を有するマイクロレンズテンプレートが、マイクロレンズ材料上でパターン化される。いくつかの実施形態において、マイクロレンズテンプレートは、分配された露光光線量を用いて露出されるフォトレジスト材料(たとえば、ネガ型フォトレジストにとって、さらに多くの光線が湾曲底部で露光し、少ない光線が湾曲頂部で露光する)を有し、現像、および、ベークされて、丸みを帯びた形を形成する。その後、マイクロレンズ４０Ａは、マイクロレンズテンプレートにしたがって、マイクロレンズ材料を選択的にエッチングすることにより形成される。

いくつかの実施形態において、各検出ユニット５０中の第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４は、ＣＭＯＳ (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)イメージセンサーであり、相互接続構造１２と電気的に接続されるトランジスタに電気的に接続されるフォトダイオードを有する。いくつかの実施形態において、フォトダイオードは有機フォトダイオードである。

光学撮像装置１００は、表面照射(ＦＳＩ)、あるいは、背面照射 (ＢＳＩ)である。光学撮像装置１００がＦＳＩであるとき、相互接続構造は不透明層２０上に設置され、且つ、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に入射する光線８０は、相互接続構造により部分的にブロックされるとともに、さらなる破壊的な干渉を被る。図２Ｂ、および、図２Ｃに示されるこの実施形態において、光学撮像装置１００は、基板１０下方に設置される相互接続構造１２を有するＢＳＩであり、これにより、光線８０は、直接、各検出ユニット５０中の第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に照射する。よって、光学撮像装置１００は、好ましくは、ＢＳＩであり、破壊的な干渉を減少させ、量子効率を向上させる。さらに、前述のように、光学撮像装置１００の各検出ユニット５０中の第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４は、傾斜した入射光を受光する。光学撮像装置１００がＢＳＩであるとき、光学撮像装置１００は、ＦＳＩ装置よりも、傾斜した入射光８０に対する感度が高い。

いくつかの実施形態において、相互接続構造１２は、複数の金属相互接続層を有し、基板１０下方に形成される誘電体構造中に形成される。いくつかの実施形態において、複数の金属相互接続層は、基板１０下方に、層間絶縁膜(ＩＬＤ)層を形成することにより形成される。ＩＬＤ層はその後、エッチングされて、ビアホール、および／または、金属トレンチを形成する。ビアホール、および／または、金属トレンチはその後、導電材料が充填されて、一つ以上の複数の金属相互接続層を形成する。いくつかの実施形態において、ＩＬＤ層は、物理気相蒸着、あるいは、化学気相蒸着技術により蒸着される。複数の金属相互接続層は、蒸着プロセス、および／または、メッキプロセス (たとえば、電気メッキ、無電解メッキ等)を用いて形成される。各種実施形態において、複数の金属相互接続層は、たとえば、タングステン、銅、あるいは、アルミニウム銅合金を有する。

いくつかの実施形態において、光学撮像装置１００はさらに、不透明層２０と不透明層４０の間に設置された多層光学フィルター１１を有する。不透明層３０が形成される複数の実施形態において、多層光学フィルター１１は、不透明層２０と不透明層３０の間に設置される。透明層７１が形成される複数の実施形態において、多層光学フィルター１１は、不透明層２０と透明層７１の間に形成される。いくつかの実施形態において、多層光学フィルター１１は干渉型フィルターであり、且つ、誘電材料、あるいは、無機材料を有する。材料は、TiO2、 HfO2、NbTiO5、SiO2、その他の適当な材料、あるいは、それらの組み合わせを有する。多層光学フィルター１１は、蒸着プロセス、エッチングプロセス、リソグラフィプロセス、その他の適当なプロセス、あるいは、それらの組み合わせにより形成される。多層光学フィルター１１は、特定の波長範囲を有する光線をブロックするように提供される。この実施形態において、多層光学フィルター１１は、赤外線が、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に進入するのをブロックするように提供され、指紋を検出する感度を増加させる。赤外線は、太陽光、指３５０(図１に示される)からの熱放射等によりもたらされる。

光学撮像装置１００の一実施形態を説明する上面図である図２Ａにおいて、直交デカルト座標系(Cartesian rectangular coordinate system)が図面に導入されて、光学撮像装置１００の表示を支援し、光学撮像装置１００のいくつかの素子を定義する。特に、図２Ａは、基板１０ (図２Ｂ、および、図２Ｃに示される)と、不透明層２０ (図２Ｂ、および、図２Ｃに示される)、不透明層４０ (図２Ｂ、および、図２Ｃに示される)と必要に応じて形成される場合の不透明層３０ (図２Ｂ、および、図２Ｃに示される)の不透明層スタックの上面図を示す。複数の検出ユニット５０は、図２Ａに示されるような矩形であるマトリクスに配置される。直交デカルト座標系は、検出ユニット５０のマトリクスの中心Ｃで交錯するｘ軸とｙ軸を提供するとともに、図２Ａに示されるように、検出ユニット５０の配置を、象限I、象限II、象限III、および、象限IVの領域に分割する。

図２Ａで示されるように、各検出ユニット５０において、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４は、それぞれ、基板１０中に設置され、且つ、互いに隔てられ、四個の開口２２は不透明層２０中に設置され、それぞれ、第一～第四オプトエレクトロニクス素子１、２、３、４を露出する。実施形態は、各検出ユニット５０が、４個のオプトエレクトロニクス素子、および、同じ、あるいは、対応する数量のその他の素子を有することを示しているが、これは、説明の目的のためであり、制限を意図するものではない。必要に応じた任意の適当な数量のオプトエレクトロニクス素子が、各検出ユニット５０中に設置される。いくつかの実施形態において、各検出ユニット５０は複数の画素に分割され、画素の数量は、各検出ユニット５０中のオプトエレクトロニクス素子の数量以上であり、オプトエレクトロニクス素子はそれぞれ、異なる画素中に設置される。

図２Ａにおいて、各検出ユニット５０の四個のオプトエレクトロニクス素子中、マトリクスの中心Ｃに最も近接する素子、および、そこから最も遠い素子は、それぞれ、第一オプトエレクトロニクス素子１、および、第四オプトエレクトロニクス素子４として定義される。各検出ユニット５０の別の二個のオプトエレクトロニクス素子中、ｘ軸に近い一つ(および／または、ｙ軸から遠い一つ)、および、ｙ軸に近い一つ(および／または、ｘ軸から遠い一つ)はそれぞれ、第二オプトエレクトロニクス素子２、および、第三オプトエレクトロニクス素子３として定義される。いくつかの実施形態において、象限I、象限II、象限III、および、象限IV の領域中の第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４の分布は、ｘ軸、ｙ軸、あるいは、中心Ｃに対して互いに対称である。図２Ａで示される実施形態において、各検出ユニット５０は、それぞれ、四個の画素中に設置された第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４により、２×２アレイで配置される４個の画素に分割される。各検出ユニット５０において、第一オプトエレクトロニクス素子１が設置される画素は画素５０１であり、第二オプトエレクトロニクス素子２が設置される画素は画素５０２であり、第三オプトエレクトロニクス素子３が設置される画素は画素５０３であり、第四オプトエレクトロニクス素子４が設置される画素は画素５０４である。

図２Ａ中の代表的な検出ユニット５０では、第一光学チャネル６１、第二光学チャネル６２、第三光学チャネル６３、および、第四光学チャネル６４の基板１０と不透明層スタックのスタックの上面図で示される延伸方向は、矢印記号で示される。特に、図２Ａにおいて、第一光学チャネル６１と第四光学チャネル６４は、ほぼ反対方向に延伸し、第二光学チャネル６２と第三光学チャネル６３は、ほぼ反対方向に延伸する。注意すべきことは、矢印は、単に、延伸方向を示しており、光学チャネルの実際の形状を示すものではない。別の実施形態において、各自第一光学チャネル６１、第二光学チャネル６２、第三光学チャネル６３、および、第四光学チャネル６４の延伸方向６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ、および、６４Ａは、必要に応じて、適切に分配される。いくつかの実施形態において、第一光学チャネル６１の延伸方向６１Ａとｘ軸に平行な方向の間の角度は、０～８０度の範囲にあり、且つ、図２Ａの実施形態中では、約４５度である。いくつかの実施形態において、第二光学チャネル６２の延伸方向６２Ａとｘ軸に平行な方向の間の角度は、０～８０度の範囲にあり、且つ、図２Ａの実施形態中では、約４５度である。いくつかの実施形態において、第三光学チャネル６３の延伸方向６３Ａとｘ軸に平行な方向の間の角度は、０～８０度の範囲にあり、且つ、図２Ａの実施形態中では、約４５度である。いくつかの実施形態において、第四光学チャネル６４の延伸方向６４Ａとｘ軸に平行な方向の間の角度は、０～８０度の範囲にあり、且つ、図２Ａの実施形態中では、約４５度である。

図３Ａは、本発明の光学撮像装置の一実施形態により提供されるＦＯＶを拡大した側面図である。符号“３１０”は、本発明の光学撮像装置のセンサーアクティブ領域を示す。たとえば、センサーアクティブ領域３１０は、チップ中の図２Ａ、図５Ａ、図６Ａ、図７、図８、図９Ａ、および、図１０Ａのどれかで示される検出ユニットのマトリクス、あるいは、それらの変更の占有領域(footprint)である。センサーアクティブ領域３１０と同じセンサーアクティブ領域を有する従来の光学指紋センサーにより提供されるＦＯＶは、通常、従来の光学指紋センサーのセンサーアクティブ領域とほぼ同じ面積を有するＦＯＶ３２０である。比較すると、本発明の光学撮像装置により提供されるＦＯＶはＦＯＶ３３０であり、ＦＯＶ３２０より大きい。

図３Ｂは、どのように、ＦＯＶ３３０が拡大するかを示す上面図である。図４Ａは、図１に示されるように、指３５０が、カバー基板３００に置かれるときの本発明の光学撮像装置により形成される指紋イメージを示す図である。図２Ａ～図２Ｃに示される光学撮像装置１００は一例として用いられて、ＦＯＶを拡大し、指紋イメージを形成するメカニズムを説明する。本発明の光学撮像装置、たとえば、図５Ａ、図６Ａ、図７、図８、図９Ａ、および、図１０Ａ、あるいは、それらの変更例で示される光学撮像装置のその他の実施形態も、同じ、あるいは、類似するパフォーマンスを提供する。

図３Ｂと図２Ａを参照すると、サブＦＯＶ３１１は、象限I中の第一オプトエレクトロニクス素子１ (画素５０１)、象限II中の第二オプトエレクトロニクス素子２ (画素５０２)、象限III中の第四オプトエレクトロニクス素子４ (画素５０４)、および、象限IV中の第三オプトエレクトロニクス素子３ (画素５０３)のＦＯＶの組み合わせである。サブＦＯＶ３１１とセンサーアクティブ領域３１０は、ほぼ同じ面積を有する。サブＦＯＶ３１１は、図３Ｂに示されるセンサーアクティブ領域３１０の右上、且つ、センサーアクティブ領域３１０上にシフトする。同様に、図３Ｂと図２Ａを参照すると、サブＦＯＶ３１２は、象限I中の第二オプトエレクトロニクス素子２ (画素５０２)、象限II中の第一オプトエレクトロニクス素子１ (画素５０１)、象限III中の第三オプトエレクトロニクス素子３ (画素５０３)、および、象限IV中の第四オプトエレクトロニクス素子４ (画素５０４)のＦＯＶの組み合わせである。サブＦＯＶ３１２とセンサーアクティブ領域３１０は、ほぼ同じ面積を有する。サブＦＯＶ３１２は、図３Ｂに示されるセンサーアクティブ領域３１０の左上、且つ、センサーアクティブ領域３１０上にシフトする。同様に、図３Ｂと図２Ａを参照すると、サブＦＯＶ３１３は、象限I中の第四オプトエレクトロニクス素子４ (画素５０４)、象限II中の第三オプトエレクトロニクス素子３ (画素５０３)、象限III中の第一オプトエレクトロニクス素子１ (画素５０１)、および、象限IV中の第二オプトエレクトロニクス素子２ (画素５０２)のＦＯＶの組み合わせである。サブＦＯＶ３１３とセンサーアクティブ領域３１０は、ほぼ同じ面積を有する。サブＦＯＶ３１３は、図３Ｂに示されるセンサーアクティブ領域３１０の左下、且つ、センサーアクティブ領域３１０上にシフトする。同様に、図３Ｂと図２Ａを参照すると、サブＦＯＶ３１４は、象限I中の第三オプトエレクトロニクス素子３ (画素５０３)、象限II中の第四オプトエレクトロニクス素子４ (画素５０４)、象限III中の第二オプトエレクトロニクス素子２ (画素５０２)、および、象限IV中の第一オプトエレクトロニクス素子１ (画素５０１)のＦＯＶの組み合わせである。サブＦＯＶ３１４とセンサーアクティブ領域３１０は、ほぼ同じ面積を有する。サブＦＯＶ３１４は、図３Ｂに示されるセンサーアクティブ領域３１０の右下、且つ、センサーアクティブ領域３１０上にシフトする。本発明の光学撮像装置の完全なＦＯＶ３３０は、サブＦＯＶ３１１、３１２、３１３、および、３１４の組み合わせの結果である。

図４Ａと図３Ｂを参照すると、光学撮像装置１００を有する電子デバイス (たとえば、図１に示されるＯＬＥＤディスプレイシステム１０００)は、異なる指紋イメージにアクセスすることができる。特に、電子デバイスは、サブＦＯＶ３１１に特徴づけられた画素にアドレスして、指紋イメージ４０１を生成し、サブＦＯＶ３１２に用いられる画素にアドレスして、指紋イメージ４０２を生成し、サブＦＯＶ３１３に特徴づけられた画素にアドレスして、指紋イメージ４０３を生成し、サブＦＯＶ３１４に用いられる画素にアドレスして、指紋イメージ４０４を生成する。電子デバイスはさらに、指紋イメージ４０１、４０２、４０３、および、４０４から共通特徴を探すとともに、それらを融合して、図４Ｂに示されるように、完成された指紋イメージ４００に統合する。いくつかの実施形態において、指紋イメージ４０１、４０２、４０３、および、４０４は、電子デバイスにより個別に用いられる。いくつかの実施形態において、電子デバイスは、完全な指紋イメージ４００を用いる。

図５Ａは、本発明の別のいくつかの実施形態による光学撮像装置５００を示す上面図である。光学撮像装置５００は、図５Ａに示されるように、マトリクスに配置された複数の検出ユニット５０を有する。図５Ａにおいて、マトリクスの中心Ｃ近く、且つ、周辺の検出ユニット５０が、代表的に示される。図５Ｂは、図５Ａの線Ｂ―Ｂに沿った光学撮像装置５００の断面図である。図５Ｃは、図５Ａの線Ｃ―Ｃに沿った光学撮像装置５００の断面図である。

図５Ａ～図５Ｃに示される光学撮像装置５００と図２Ａ～図２Ｃの光学撮像装置１００の差異は、マイクロレンズの構造、および、不透明層７５上の不透明層９５の構造により、光学撮像装置１００の不透明層２０と不透明層４０の間の不透明層３０の構造を代替することである。この実施形態において、不透明層２０と不透明層７５の材料とプロセスの組み合わせは、関連する開口を形成するプロセスを含み、光学撮像装置１００の不透明層２０と不透明層４０の材料とプロセスの組み合わせに類似する。光学撮像装置５００の素子、あるいは、特徴は、図２Ａ～図２Ｃに示される光学撮像装置１００の素子、あるいは、特徴に類似し、且つ、光学撮像装置１００との差異にほぼ影響を受けず、後では説明を省略する。

図５Ａ、図５Ｂ、および、図５Ｃを参照すると、いくつかの実施形態において、光学撮像装置５００は複数の検出ユニット５０を有し、複数の検出ユニット５０は、基板１０、および、基板１０上の不透明層スタックを有する。不透明層スタックは、基板１０上の不透明層２０、および、不透明層２０上の不透明層７５を有する。光学撮像装置５００の基板１０と不透明層２０、および、基板１０、および、不透明層２０中に形成、あるいは、設置される特徴(機能)は、光学撮像装置１００に類似する。各検出ユニット５０はさらに、不透明層２０中に、四個の開口２２、および、不透明層７５中に、一個の開口７６を有し、共通の開口７６と第一オプトエレクトロニクス素子１を接続する第一光学チャネル６１、共通の開口７６と第二オプトエレクトロニクス素子２を接続する第二光学チャネル６２、共通の開口７６と第三オプトエレクトロニクス素子３を接続する第三光学チャネル６３、および、共通の開口７６と第四オプトエレクトロニクス素子４を接続する第四光学チャネル６４、を形成する。

図５Ａ、図５Ｂ、および、図５Ｃに示されるように、いくつかの実施形態において、検出ユニット５０の少なくとも一つは、複数の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４、不透明層７５、および、複数の、たとえば、第一～第四マイクロレンズ９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃ、および、９５Ｄを有する。複数の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４はそれぞれ、基板１０中に形成される。複数の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４はそれぞれ、複数の、たとえば、第一～第四オプトエレクトロニクス素子１、２、３、および、４を有する。不透明層７５は一開口７６を有し、且つ、複数のオプトエレクトロニクス素子１、２、３、および、４上に設置される。示される実施形態において、開口７６は、複数の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４と重なる。複数のマイクロレンズ９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃ、および、９５Ｄは、不透明層７５上に設置される。複数のマイクロレンズ９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃ、および、９５Ｄはそれぞれ、複数の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４の少なくとも一つと重なる。示される実施形態において、第一マイクロレンズ９５Ａは画素５０４と重なり、第一マイクロレンズ９５Ｂは画素５０３と重なり、第一マイクロレンズ９５Ｃは画素５０２と重なり、第一マイクロレンズ９５Ｄは画素５０１と重なる。いくつかの実施形態において、複数のオプトエレクトロニクス素子１、２、３、および、４、開口７６、および、複数のマイクロレンズ９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃ、および、９５Ｄは、光線を、開口７６を介して複数のオプトエレクトロニクス素子１、２、３、および、４に伝送する。

図５Ｂ、および、図５Ｃを参照すると、いくつかの実施形態において、不透明層スタックはさらに、不透明層７５上の不透明層９５を有し、各検出ユニット５０はさらに、不透明層９５中にそれぞれ組み込まれる第一マイクロレンズ９５Ａ、第二マイクロレンズ９５Ｂ、第三マイクロレンズ９５Ｃ、および、第四マイクロレンズ９５Ｄを有する。第一マイクロレンズ９５Ａ、第二マイクロレンズ９５Ｂ、第三マイクロレンズ９５Ｃ、および、第四マイクロレンズ９５Ｄはそれぞれ、ほぼ平坦な底面、および、湾曲した凸面を有して、指３５０の指紋の隆起と溝により反射される光線８０ (光学撮像装置１００を光学撮像装置５００で代替する図１を参照する)を集束させるとともに、収束した光線を、各検出ユニット５０中の共通の開口７６を介して、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に導き、これにより、光学撮像装置５００の受光効率を向上させる。このような実施形態において、第一光学チャネル６１は、第一マイクロレンズ９５Ａから延伸して、共通の開口７６を介して、光線８０を、第一オプトエレクトロニクス素子１に導き、第二光学チャネル６２は、第二マイクロレンズ９５Ｂから延伸して、共通の開口７６を介して、光線８０を、第二オプトエレクトロニクス素子２に導き、第三光学チャネル６３は、第三マイクロレンズ９５Ｃから延伸して、共通の開口７６を介して、光線８０を、第三オプトエレクトロニクス素子３に導き、第四光学チャネル６４は、第四マイクロレンズ９５Ｄから延伸して、共通の開口７６を介して、光線８０を、第四オプトエレクトロニクス素子４に導く。

いくつかの実施形態において、不透明層９５は、一つ、あるいは、多種のポリマー不透明材料で形成される単層、あるいは、多層構造であり、パターン化されて、複数の開口を形成し、マイクロレンズが不透明層９５中に埋め込まれる。一実施形態において、不透明層９５の一つ、あるいは、多種のポリマー不透明材料は、不透明層７５の材料とほぼ同じである。別の実施形態において、不透明層９５の一つ、あるいは、多種のポリマー不透明材料は、不透明層７５の材料と異なる。いくつかの実施形態において、不透明層７５が形成され、パターン化されて、共通の開口７６を形成した後、フォトレジスト層、たとえば、一層のフォトレジストがパターン化された不透明層７５上に形成され、続いて、光源に露出されて、マイクロレンズを埋め込むための開口を有するパターン化された不透明層９５を形成する。また、図２Ｂ、および、図２Ｃに示される不透明層４０の形成に用いられるフォトレジスト層に記述されるように、不透明層９５の形成に用いられるフォトレジスト層は、ネガ型フォトレジスト、あるいは、ポジ型フォトレジストである。

図５Ｂ、および、図５Ｃに示され、図２Ｂ、および、図２Ｃに類似する透明層７１、および、透明層７２の少なくとも一つが必要に応じて形成される実施形態において、透明層７１が、不透明層２０と第二不透明層７５の間に必要に応じて形成され、および／または、透明層７２が、不透明層９５と不透明層７５の間に必要に応じて形成される。

いくつかの実施形態において、各検出ユニット５０において、第一マイクロレンズ９５Ａ、第二マイクロレンズ９５Ｂ、第三マイクロレンズ９５Ｃ、および、第四マイクロレンズ９５Ｄは、可視光を通過させるマイクロレンズ材料を、不透明層９５中の開口に成膜する(たとえば、スピンオン方法、あるいは、蒸着プロセス)ことにより形成される。湾曲した上面を有するマイクロレンズテンプレートが、マイクロレンズ材料上でパターン化される。いくつかの実施形態において、マイクロレンズテンプレートは、分配された露光光線量を用いて露出されるフォトレジスト材料(たとえば、ネガ型フォトレジストにとって、さらに多くの光線が湾曲底部で露光し、少ない光線が湾曲頂部で露光する)を有し、現像、および、ベークされて、丸みを帯びた形を形成する。第一マイクロレンズ９５Ａ、第二マイクロレンズ９５Ｂ、第三マイクロレンズ９５Ｃ、および、第四マイクロレンズ９５Ｄは、マイクロレンズテンプレートにしたがって、マイクロレンズ 材料を選択的にエッチングすることにより形成される。

光学撮像装置５００は、ＦＳＩ、あるいは、ＢＳＩである。図５Ｂ、および、図５Ｃに示される実施形態において、光学撮像装置５００は、図２Ｂ、および、図２Ｃに示される基板１０下方に設置された光学撮像装置１００に類似する相互接続構造１２を有するＢＳＩであり、且つ、説明される光学撮像装置５００は、好ましくは、ＢＳＩであり、破壊的な干渉を減少させ、且つ、量子効率を向上させる。さらに、光学撮像装置５００の各検出ユニット５０中の第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４は、傾斜した入射光を受光する。光学撮像装置５００がＢＳＩであるとき、光学撮像装置５００は、ＦＳＩ装置よりも、傾斜した入射光８０に対し、さらに高い感度を有する。

いくつかの実施形態において、図２Ｂ、および、図２Ｃに示される光学撮像装置１００で記述されるように、光学撮像装置５００はさらに、不透明層２０と不透明層７５の間に設置される多層光学フィルター１１を有する。

光学撮像装置５００の実施形態を説明する図５Ａの上面図において、直交デカルト座標系が、図２Ａの図面に導入される。図２Ａの上述の記述と同じように、図５Ａの実施形態は、各検出ユニット５０が、４個のオプトエレクトロニクス素子、および、同じ、あるいは、対応する数量のその他の素子を有することを示しているが、これは、説明の目的のためであり、制限を意図するものではない。必要に応じた任意の適当な数量のオプトエレクトロニクス素子が、各検出ユニット５０中に設置される。いくつかの実施形態において、各検出ユニット５０は複数の画素に分割され、画素の数量は、各検出ユニット５０中のオプトエレクトロニクス素子の数量以上であり、オプトエレクトロニクス素子はそれぞれ、異なる画素中に設置される。

図５Ａに示される実施形態において、各検出ユニット５０の四個のオプトエレクトロニクス素子は、図２Ａで記述されるのと同じ方式にしたがって定義され、各検出ユニット５０は、２×２アレイで配置される四個の画素に分割される。各検出ユニット５０において、第一オプトエレクトロニクス素子１が設置される画素は、画素５０１であり、第二オプトエレクトロニクス素子２が設置される画素は画素５０２であり、第三オプトエレクトロニクス素子３が設置される画素は、画素５０３であり、第四オプトエレクトロニクス素子４が設置される画素は、画素５０４である。

図５Ａ中の二個の隣接する各自検出ユニット５０において、第一光学チャネル６１、第二光学チャネル６２、第三光学チャネル６３、および、第四光学チャネル６４の基板１０と不透明層スタックのスタックを示す上面図の延伸方向は矢印で示される。特に、図５Ａにおいて、第一光学チャネル６１と第四光学チャネル６４は、ほぼ反対方向に延伸し、第二光学チャネル６２と第三光学チャネル６３は、ほぼ反対方向に延伸する。注意すべきことは、矢印は、単に、延伸方向を示しており、光学チャネルの実際の形状を示すものではない。別の実施形態において、各自第一光学チャネル６１、第二光学チャネル６２、第三光学チャネル６３、および、第四光学チャネル６４の延伸方向６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ、および、６４Ａは、必要に応じて、適切に分配される。いくつかの実施形態において、第一光学チャネル６１の延伸方向６１Ａとｘ軸に平行な方向の間の角度は、０～８０度の範囲にあり、且つ、図５Ａの実施形態では、約４５度である。いくつかの実施形態において、第二光学チャネル６２の延伸方向６２Ａとｘ軸に平行な方向の間の角度は、０～８０度の範囲にあり、且つ、図５Ａの実施形態では、約４５度である。いくつかの実施形態において、第三光学チャネル６３の延伸方向６３Ａとｘ軸に平行な方向の間の角度は、０～８０度の範囲にあり、且つ、図５Ａの実施形態では、約４５度である。いくつかの実施形態において、第四光学チャネル６４の延伸方向６４Ａとｘ軸に平行な方向の間の角度は、０～８０度の範囲にあり、且つ、図５Ａの実施形態では、約４５度である。

図２Ａの光学撮像装置１００のいくつかの実施形態において、各検出ユニット５０中、一個のマイクロレンズが必要に応じて設置され、且つ、光線を、四個のオプトエレクトロニクス素子に導く。図５Ａの光学撮像装置５００のいくつかの実施形態において、各検出ユニット５０中、四個のマイクロレンズが必要に応じて設置されて、それぞれ、光線を四個のオプトエレクトロニクス素子に導く。図２Ａに示す場合、各検出ユニット５０中に提供されるマイクロレンズ４０Ａは一つしかないので、マイクロレンズ４０Ａの直径は、検出ユニット５０を超過しない状況下で、できるだけ大きい。図２Ａと図５Ａの検出ユニット５０が同じサイズであるとき、マイクロレンズ４０Ａの直径は、第一マイクロレンズ９５Ａ、第二マイクロレンズ９５Ｂ、第二マイクロレンズ９５Ｃ、および、第二マイクロレンズ９５Ｄのどの直径よりも大きい。大きい直径のマイクロレンズ４０Ａを有する図２Ａに示される光学撮像装置１００は、図５Ａの光学撮像装置５００よりも、さらに良い光学感度を提供する。

図６Ａは、本発明の別のいくつかの実施形態による光学撮像装置６００を説明する上面図である。光学撮像装置６００は、マトリクスに配置された複数の内部検出ユニット５１、および、マトリクスを囲む複数の周辺検出ユニット５５を有する。いくつかの実施形態において、複数の周辺検出ユニット５５は、光学撮像装置６００の辺縁箇所に設置される。図６Ａにおいて、マトリクスの角に近い検出ユニット５１、および、５５が代表的に示される。図６Ｂは、図６Ａの線Ｂ２―Ｂ２、および、図６Ａの線Ｂ３－Ｂ３に沿った光学撮像装置６００の断面図である。図６Ｃは、図６Ａの線Ｃ－Ｃに沿った光学撮像装置６００の断面図である。また、図６Ａに示されるように、直交デカルト座標系は、内部検出ユニット５１のマトリクスの中心Ｃで交錯するｘ軸とｙ軸を提供し、且つ、検出ユニット５１、および、５５の配置を、象限I、象限II、象限III、および、象限IV の領域に分割する。いくつかの実施形態において、中心Ｃは、内部検出ユニット５１のマトリクスの幾何学的中心、あるいは、実質的な幾何学的中心である。別の実施形態において、中心Ｃは、内部検出ユニット５１のマトリクスにとって所定の基準点であるが、明細書中で、 “中心”と称することもできる。

図６Ａの光学撮像装置６００と図２Ａの光学撮像装置１００を比較すると、各内部検出ユニット５１の素子、あるいは、特徴（機能）、および、光学撮像装置６００の内部検出ユニット５１のマトリクスは、図２Ａ～図２Ｃの光学撮像装置１００の各検出ユニット５０の素子、あるいは、特徴（機能）、および、検出ユニット５０のマトリクスと類似する、あるいは、同じである。図６Ａの光学撮像装置６００はさらに、検出ユニット５１のマトリクスを囲む複数の周辺検出ユニット５５を有する。図６Ｂ、および、図６Ｃは、周辺検出ユニット５５の断面構造を示す。

図６Ａ、図６Ｂ、および、図６Ｃにおいて、図２Ｂ、および、図２Ｃとともに参照すると、光学撮像装置６００は、複数の内部検出ユニット５１、および、複数の周辺検出ユニット５５を有し、複数の内部検出ユニット５１、および、複数の周辺検出ユニット５５は、基板１０、および、基板１０上の不透明層スタックを有する。不透明層スタックは、基板１０上の不透明層２０、および、不透明層２０上の不透明層４０を有する。不透明層スタックはさらに、不透明層２０と不透明層４０の間の不透明層３０を有する。各内部検出ユニット５１において、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、第四オプトエレクトロニクス素子４、四個の開口２２、一個の開口４１、マイクロレンズ４０Ａ、四個の開口３１、３２、３３、および、３４、第一光学チャネル６１、第二光学チャネル６２、第三光学チャネル６３、第四光学チャネル６４、透明層７１、および、透明層７２に関する詳細は、図２Ｂ、および、図２Ｃに示される検出ユニット５０ものと同じあるいは実質上同じであり、且つ、それらに関連する詳細な記述は、光学撮像装置１００の検出ユニット５０の上述の記述を参照することができ、以下では省略する。

光学撮像装置６００は、ＦＳＩ、あるいは、ＢＳＩである。図６Ｂ、および、図６Ｃに示される実施形態において、光学撮像装置６００はＢＳＩであり、基板１０下方に設置される相互接続構造１２を有し、図２Ｂ、および、図２Ｃに示される光学撮像装置１００に類似する。説明される光学撮像装置６００は、好ましくは、ＢＳＩであり、破壊的な干渉を減少させ、且つ、量子効率を向上させる。さらに、光学撮像装置６００の各内部検出ユニット５１中の第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４は、傾斜した入射光を受光する。光学撮像装置６００がＢＳＩであるとき、光学撮像装置６００は、ＦＳＩ装置よりも、傾斜した入射光８０に対してさらに感度が高い。

いくつかの実施形態において、図２Ｂ、および、図２Ｃに示される光学撮像装置１００の記述のように、光学撮像装置６００はさらに、不透明層２０と不透明層４０の間に設置される多層光学フィルター１１を有する。

各周辺検出ユニット５５と各内部検出ユニット５１の差異は、各周辺検出ユニット５５中の不透明層２０と不透明層３０が、各内部検出ユニット５１中のそれらのようにパターン化、あるいは、開口されないことである。周辺検出ユニット５５は、主に、内側方向に、周辺検出ユニット５５と内部検出ユニット５１の結合範囲に送られる光線を受光して、さらに、光学撮像装置６００のＦＯＶを拡大するように提供される。

いくつかの実施形態において、図６Ｂに示されるように、各内部検出ユニット５１に類似し、各周辺検出ユニット５５は、それぞれ、基板１０中に設置され、且つ、互いに隔てられる第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４を有する。示される実施形態において、各周辺検出ユニット５５中の第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４は、各内部検出ユニット５１と同じ方式により定義される。いくつかの実施形態において、図６Ｂに示されるように、不透明層２０は、第一オプトエレクトロニクス素子１を露出する一つの開口２２を有するが、不透明層２０は、第四オプトエレクトロニクス素子４を被覆する。その結果、不透明層２０により被覆される第四オプトエレクトロニクス素子４は、ダミーオプトエレクトロニクス素子であると見なされ、被覆された第四オプトエレクトロニクス素子４を有する画素５０４は、ダミー画素であると見なされる。このような実施形態において、開口３１は不透明層３０中に形成され、マイクロレンズ４０Ａは、不透明層４０中の開口４１中に形成、且つ、埋め込まれる。よって、各周辺検出ユニット５５は、開口３１を介して、マイクロレンズ４０Ａと第一オプトエレクトロニクス素子１を接続する第一光学チャネル６１を形成するが、マイクロレンズ４０Ａと第四オプトエレクトロニクス素子４の間に、光学チャネルが形成されない。図６Ａにおいて、各検出ユニット５１、および、５５の四個のオプトエレクトロニクス素子において、マトリクスの中心Ｃに最も近く、且つ、最も遠い素子は、それぞれ、第一オプトエレクトロニクス素子１、および、第四オプトエレクトロニクス素子４として定義される。その結果、周辺検出ユニット５５は、大部分は、内側方向で、周辺検出ユニット５５と内部検出ユニット５１の結合範囲に送られる光線８０を受光し、よって、さらに、光学撮像装置６００のＦＯＶを拡大するのに貢献する。

図６Ａに示されるように、内部検出ユニット５１のマトリクス、および、各内部検出ユニット５１は矩形、あるいは、検出ユニット５０について記述されるように、多角形である。いくつかの実施形態において、各周辺検出ユニット５５も、矩形である。いくつかの実施形態において、各周辺検出ユニット５５は、各内部検出ユニット５１と、ほぼ同じ寸法を有する。別のいくつかの実施形態において、周辺検出ユニット５５の少なくともいくつかは、各内部検出ユニット５１と異なる寸法を有する。内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５が矩形であり、且つ、実質上、同じ寸法を有するこの実施形態において、周辺検出ユニット５５は、それぞれ、内部検出ユニット５１のマトリクスの四辺と接触する四列のサイド検出ユニット５２を有する。周辺検出ユニット５５が、四列のサイド検出ユニット５２を有するこの実施形態において、周辺検出ユニット５５はさらに、それぞれ、内部検出ユニット５１のマトリクスの四個のコーナーと接触し、且つ、二個の隣接するサイド検出ユニット５２の間にある四個のコーナー検出ユニット５３を有する。

周辺検出ユニット５５が、四列のサイド検出ユニット５２を有するこの実施形態において、サイド検出ユニット５２は、二個以上の光学チャネルを有して、周辺検出ユニット５５と内部検出ユニット５１の結合範囲にとって内側方向、あるいは、相対的に内側方向で、周辺検出ユニット５５と内部検出ユニット５１の結合範囲に送られる光線８０を導く。図６Ａにおいて、サイド検出ユニット５２は、ｘ軸にほぼ平行な方向で配置される二列のサイド検出ユニット５２Ｘ、および、ｙ軸にほぼ平行な方向に配置されるその他の二列のサイド検出ユニット５２Ｙを有する。二列のサイド検出ユニット５２Ｘは、それぞれ、内部検出ユニット５のマトリクスのｘ軸にほぼ平行な二個の反対側と接触する。二列のサイド検出ユニット５２Ｙはそれぞれ、内部検出ユニット５１のマトリクスのｙ軸にほぼ平行なその他の二個の反対側と接触する。

図６Ｃにおいて、一個のサイド検出ユニット５２Ｘ、および、一個のサイド検出ユニット５２Ｙが示される。図６Ａ、および、図６Ｃを参照すると、第二オプトエレクトロニクス素子２は、図２Ａの検出ユニット５０で記述されるように、ｘ軸に近接する。サイド検出ユニット５２Ｘに関し、マイクロレンズ４０Ａから第二オプトエレクトロニクス素子２への光線８０は、周辺検出ユニット５５と内部検出ユニット５１の結合範囲に対し、相対して、内側方向であると見なされる。よって、各サイド検出ユニット５２Ｘはさらに、不透明層２０中に、第二オプトエレクトロニクス素子２を露出する追加の開口２２を有し、不透明層３０中に、追加の開口３２を有することが望ましく、よって、各サイド検出ユニット５２Ｘが設置されて、追加の開口３２を介して、マイクロレンズ４０Ａから第二オプトエレクトロニクス素子２に延伸する第二光学チャネル６２を形成する。よって、サイド検出ユニット５２Ｘはさらに、光学撮像装置６００のＦＯＶを拡大するのに貢献する。

図６Ａ、および、図６Ｃを参照すると、図２Ａの検出ユニット５０に記述されるように、第三オプトエレクトロニクス素子３はｙ軸に近接する。サイド検出ユニット５２Ｙに関し、マイクロレンズ４０Ａから第三オプトエレクトロニクス素子３への光線８０は、周辺検出ユニット５５と内部検出ユニット５１の結合範囲に対し、相対して、内側方向であると見なされる。よって各サイド検出ユニット５２Ｙはさらに、不透明層２０中に、第三オプトエレクトロニクス素子３を露出する追加の開口２２、および、不透明層３０中の追加の開口３３を有することが望ましく、よって、各サイド検出ユニット５２Ｙは、追加の開口３３を介して、マイクロレンズ４０Ａから第三オプトエレクトロニクス素子３に延伸する第三光学チャネル６３を形成する。よって、サイド検出ユニット５２Ｙは、さらに、光学撮像装置６００のＦＯＶを拡大するのに貢献する。

図６Ｂ、および、図６Ａを参照すると、各コーナー検出ユニット５３は一個の光学チャネル (第一光学チャネル６１)だけを有する。別の実施形態において、コーナー検出ユニット５３の少なくとも一つはさらに、必要に応じて、マイクロレンズ４０Ａと第二～第四オプトエレクトロニクス素子２～４のどれかを接続するさらに多くの光学チャネルを有する。

図７は、本発明の別のいくつかの実施形態による光学撮像装置７００を説明する上面図である。光学撮像装置７００は、マトリクスに配置される複数の内部検出ユニット５１、および、図７に示されるマトリクスを囲む複数の周辺検出ユニット５５を有する。図７において、マトリクスの角に近い検出ユニット５１、および、５５が代表的に示される。図７に示される光学撮像装置７００、および、図６Ａ～図６Ｃに示される光学撮像装置６００は類似するが、内部検出ユニット５１と周辺検出ユニット５５の画素の分布は異なる。図７に示される光学撮像装置７００の断面図は、光学撮像装置７００が、光学撮像装置６００のマイクロレンズ４０Ａの替わりに、各内部検出ユニット５１と周辺検出ユニット５５中の開口４１に組み込まれる一個のマイクロレンズ４２Ａを含むことを除いて、図６Ｂ、図６Ｃ、図２Ｂおよび、図２Ｃと同じである。マイクロレンズ４２Ａは、マイクロレンズ４２Ａが、後に記述されるいくつかの実施形態中のマイクロレンズ４０Ａより大きい直径を有することを除いて、光学撮像装置６００のマイクロレンズ４０Ａと同じである。光学撮像装置７００の断面構造についての以下の記述は、図６Ｂ、図６Ｃ、図２Ｂおよび、図２Ｃを参照する。

図７では、図６Ｂと図６Ｃを参照、さらに、図２Ｂ、および、図２Ｃを参照すると、光学撮像装置７００は、複数の内部検出ユニット５１、および、複数の周辺検出ユニット５５を有し、複数の内部検出ユニット５１、および、複数の周辺検出ユニット５５は、基板１０、および、基板１０上の不透明層スタックを有する。不透明層スタックは、基板１０上の不透明層２０、および、不透明層２０上の不透明層４０を有する。不透明層スタックはさらに、不透明層２０と不透明層４０の間に、不透明層３０を有する。各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５において、記述された差異以外に、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、第四オプトエレクトロニクス素子４、四個の開口２２、一個の開口４１、四個の開口３１、３２、３３、および、３４、第一光学チャネル６１、第二光学チャネル６２、第三光学チャネル６３、第四光学チャネル６４、透明層７１、透明層７２、多層光学フィルター１１、および、相互接続構造１２についての詳細は、図６Ａ～図６Ｃと図２Ｂ、および、図２Ｃに示される光学撮像装置６００の内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５とほぼ同じ、あるいは、類似し、且つ、それらに関する詳細な記述は、光学撮像装置６００、および、１００の上述の記述を参照することができ、よって、以下では省略する。

図６Ａの各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５は、それぞれ、２×２アレイで配置される４個の画素に分割され、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４は、それぞれ、四個の画素５０１、５０２、５０３、および、５０４中に設置される。図７の各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５は、３×３アレイで配置される９個の画素に分割され、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４は、それぞれ、３×３アレイの角の４個の画素５７１、５７２、５７３、および、５７４中に設置される。各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５中の残りの５個の画素５７５は、４個の画素５７１、５７２、５７３、および、５７４のように、オプトエレクトロニクス素子を備えることができる。いくつかの実施形態において、各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５中の残りの５個の画素５７５中のオプトエレクトロニクス素子は、不透明層２０ (図６Ａ、および、図６Ｂを参照)により被覆される。その結果、不透明層２０により被覆されるオプトエレクトロニクス素子は、ダミー オプトエレクトロニクス素子としてみなされ、被覆されたオプトエレクトロニクス素子を有する画素５７５はダミー画素と見なされる。このような実施形態の少なくとも一つにおいて、ダミー画素５７５の少なくとも一つは、画素５７１、５７２、５７３、および、５７４の二つの間に介在する。いくつかのその他の実施形態において、前述の光学チャネル６１～６４のように、各内部検出ユニット５１はさらに、マイクロレンズ４２Ａと、別の５個の画素中の所望の一つのオプトエレクトロニクス素子、あるいは、複数のオプトエレクトロニクス素子を接続する一つ以上の光学チャネルを有する。いくつかのその他の実施形態において、各内部検出ユニット５５はさらに、前述の光学チャネル６１～６３以外の一つ以上の光学チャネルを有して、マイクロレンズ４２Ａを、所望のオプトエレクトロニクス素子、あるいは、前述の光学チャンネル６１－６３としてのオプトエレクトロニクス素子１～３以外のオプトエレクトロニクス素子に接続する。

図７に示される光学撮像装置７００の実施形態は、内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５を有し、それぞれ、３×３アレイで配置される９個の画素に分割される。いくつかの実施形態において、３×３アレイ中の９個の画素は、図２Ａ、および、図６Ａに示される２×２アレイ中の４個の画素よりも多くのマージンを提供して、マイクロレンズ４２Ａの直径を調整することができる。いくつかの実施形態において、図７に示される光学撮像装置７００は、図２Ａに示される光学撮像装置１００、および、図６Ａに示される光学撮像装置６００のマイクロレンズ４０Ａよりも大きい直径を有するマイクロレンズ４２Ａを提供し、よって、図２Ａの光学撮像装置１００、および、図６Ａの光学撮像装置６００よりも高い光学感度を提供する。

図８は、本発明の別のいくつかの実施形態による光学撮像装置８００を説明する上面図である。光学撮像装置８００は、マトリクスに配置された複数の内部検出ユニット５１、および、図８に示されるマトリクスを囲む複数の周辺検出ユニット５５を有する。図８において、マトリクスの角に近い検出ユニット５１、および、５５が代表的に示される。図８に示される光学撮像装置８００、および、図７に示される光学撮像装置７００は類似するが、各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５の画素中のオプトエレクトロニクス素子の分布、および、周辺検出ユニット５５の光学チャネルの分布において異なる。よって、図７の光学撮像装置７００に関し、光学撮像装置８００の断面構造について以下の記述は、図６Ｂ、図６Ｃ、図２Ｂ、および、図２Ｃを参照することもできる。

図８では、図７、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、および、さらに、図２Ｂ、および、図２Ｃを参照すると、光学撮像装置８００は、複数の内部検出ユニット５１、および、複数の周辺検出ユニット５５を有し、複数の内部検出ユニット５１、および、複数の周辺検出ユニット５５は、基板１０、および、基板１０上の不透明層スタックを有する。不透明層スタックは、基板１０上の不透明層２０、および、不透明層２０上の不透明層４０を有する。不透明層スタックはさらに、不透明層２０と不透明層４０の間の不透明層３０を有する。各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５中、記述された差異を除いて、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、第四オプトエレクトロニクス素子４、四個の開口２２、１個の開口４１、マイクロレンズ４２Ａ、四個の開口３１、３２、３３、および、３４、第一光学チャネル６１、第二光学チャネル６２、第三光学チャネル６３、第四光学チャネル６４、透明層７１、透明層７２、多層光学フィルター１１、および、相互接続構造１２についての詳細な記述は、図６Ａ～図６Ｃ、および、さらに、図２Ｂ、および、図２Ｃに関連する図７に示される光学撮像装置７００の内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５とほぼ同じ、あるいは、類似し、それらに関する詳細な記述は、光学撮像装置７００、６００、および、１００の上述の記述を参照することができ、以下では省略する。さらに、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４中のいくつかは、不透明層２０により被覆され、よって、図８の周辺検出ユニット５５で示されない。

図８に示されるように、各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５の４個のオプトエレクトロニクス素子において、第四オプトエレクトロニクス素子４は、第一オプトエレクトロニクス素子１より、内部検出ユニット５１のマトリクスの中心Ｃからより遠く、且つ、第三オプトエレクトロニクス素子３は、第二オプトエレクトロニクス素子２より、内部検出ユニット５１のマトリクスの中心Ｃからより遠い。第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４の配置における光学撮像装置７００、６００、および、１００との差異は、断面特徴と構造にほぼ影響しない。いくつかの実施形態において、象限I、象限II、象限III、および、象限IV の領域中の第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４の分布は、ｘ軸、ｙ軸、あるいは、中心Ｃに対して、互いに対称である。

図８に示されるように、内部検出ユニット５１のマトリクス、および、各内部検出ユニット５１は矩形、あるいは、検出ユニット５０についての記述のように、多角形である。いくつかの実施形態において、各周辺検出ユニット５５も矩形である。いくつかの実施形態において、各周辺検出ユニット５５は、各内部検出ユニット５１とほぼ同じ寸法を有する。いくつかのその他の実施形態において、周辺検出ユニット５５の少なくともいくつかは、各内部検出ユニット５１と異なる寸法を有する。内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５が矩形であり、且つ、同じ寸法を有する実施形態において、周辺検出ユニット５５は、四列のサイド検出ユニット５２を有し、それぞれ、内部検出ユニット５１のマトリクスの四辺と接触する。周辺検出ユニット５５が、四列のサイド検出ユニット５２を有する実施形態において、周辺検出ユニット５５はさらに、４個のコーナー検出ユニット５３を有し、それぞれ、内部検出ユニット５１のマトリクスの四個のコーナーと接触し、且つ、二個の隣接するサイド検出ユニット５２の間に位置する。図８において、サイド検出ユニット５２は、ｘ軸にほぼ平行な方向で配置される二列のサイド検出ユニット５２Ｘ、および、ｙ軸にほぼ平行な方向で配置される別の二列のサイド検出ユニット５２Ｙを有する。二列のサイド検出ユニット５２Ｘはそれぞれ、内部検出ユニット５１のマトリクスのｘ軸にほぼ平行な二個の反対側と接触する。二列のサイド検出ユニット５２Ｙはそれぞれ、内部検出ユニット５１のマトリクスのｙ軸にほぼ平行な別の二個の反対側と接触する。図８の線Ｂ－Ｂに沿ったサイド検出ユニット５２Ｙの断面図は図６Ｂと同じであり、図８の線Ｃ－Ｃに沿ったサイド検出ユニット５２Ｘの断面図は、図６Ｃに示されるサイド検出ユニット５２Ｘと同じである。

いくつかの実施形態において、図８に示されるように、各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５は、３×３アレイで配置される９個の画素に分割され、且つ、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４はそれぞれ、３×３アレイの対応する四辺の４個の中間画素５８１、５８２、５８３、および、５８４中に設置される。各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５中の残りの５個の画素５８５は、４個の画素５８１、５８２、５８３、および、５８４のように、オプトエレクトロニクス素子が提供される。いくつかの実施形態において、各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５の残りの５個の画素５８５中のオプトエレクトロニクス素子は、不透明層２０ (図６Ａ、および、図６Ｂを参照)により被覆される。その結果、不透明層２０により被覆されるオプトエレクトロニクス素子は、ダミーオプトエレクトロニクス素子であると見なされ、被覆されたオプトエレクトロニクス素子を有する画素５８５はダミー画素であると見なされる。このような実施形態の少なくとも一つにおいて、ダミー画素５８の少なくとも一つは、画素５８１、５８２、５８３、および、５８４の二つ個の間に介在する。

各周辺検出ユニット５５と各内部検出ユニット５１の差異は、各周辺検出ユニット５５中の不透明層２０、および、不透明層３０が、各内部検出ユニット５１中のそれらのように、パターン化、あるいは、開口されないことである。周辺検出ユニット５５は、主に、周辺検出ユニット５５と内部検出ユニット５１の結合範囲に、内側方向に送られる光線を受光し、さらに、光学撮像装置８００のＦＯＶを拡大するように提供される。

図８では、図６Ｃを参照すると、第二オプトエレクトロニクス素子２は中心Ｃに近い。サイド検出ユニット５２Ｘに関し、マイクロレンズ４２Ａから第二オプトエレクトロニクス素子２の光線８０は、周辺検出ユニット５５と内部検出ユニット５１の結合範囲に対して、相対的に内側方向であると見なされる。よって、図８に示される実施形態において、各サイド検出ユニット５２Ｘは、不透明層２０中に、第二オプトエレクトロニクス素子２を露出する開口２２、および、不透明層３０中に開口３２、を有し、これにより、各サイド検出ユニット５２Ｘが設置されて、開口３２を介して、マイクロレンズ４２Ａから第二オプトエレクトロニクス素子２に延伸する第二光学チャネル６２を形成する。よって、サイド検出ユニット５２Ｘは、光学撮像装置８００のＦＯＶを拡大するのに貢献する。

図８では、図６Ｂを参照すると、第一オプトエレクトロニクス素子１は中心Ｃに近い。サイド検出ユニット５２Ｙに関連して、マイクロレンズ４２Ａから第一オプトエレクトロニクス素子１への光線８０は、周辺検出ユニット５５と内部検出ユニット５１の結合範囲に対して、相対的に内側方向であると見なされる。よって、図８の実施形態において、各サイド検出ユニット５２Ｙは、不透明層２０中で、第一オプトエレクトロニクス素子１を露出する開口２２、および、不透明層３０中の開口３１を有し、これにより、各サイド検出ユニット５２Ｙが設置されて、開口３１を介して、マイクロレンズ４２Ａから第一オプトエレクトロニクス素子１に延伸する第一光学チャネル６１を形成する。よって、サイド検出ユニット５２Ｙは、光学撮像装置８００のＦＯＶを拡大するのに貢献する。

図８において、各コーナー検出ユニット５３中に光学チャネルが形成されない。別の実施形態において、コーナー検出ユニット５３の少なくとも一つはさらに、必要に応じて、マイクロレンズ４２Ａと第一～第四オプトエレクトロニクス素子１～４のどれかを接続する少なくとも一つの光学チャネルを有することができる。

図８において、各サイド検出ユニット５２中に、一個だけ光学チャネルが形成される。別の実施形態において、サイド検出ユニット５２の少なくとも一つはさらに、必要に応じて、さらに多くの光学チャネルを有することができる。その他のこのような実施形態の一つが、図９Ａ、および、図９Ｂに示される。

図９Ａは、本発明の別のいくつかの実施形態による光学撮像装置９００の上面図である。光学撮像装置９００は、マトリクスに配置された複数の内部検出ユニット５１、および、図９Ａに示されるマトリクスを囲む複数の周辺検出ユニット５５を有する。図９Ａにおいて、マトリクスの角に近い検出ユニット５１、および、５５が代表的に示される。図９Ａの光学撮像装置９００、および、図８の光学撮像装置８００は類似するが、周辺検出ユニット５５中の光学チャネルの分布が異なる。図９Ｂは、図９Ａの線Ｂ―Ｂに沿った断面図である。さらに、図７、および、図８の光学撮像装置７００、８００に関し、光学撮像装置９００の断面構造についての以下の記述は、図６Ｂ、図６Ｃ、２Ｂおよび、図２Ｃも参照する。

図９Ａでは、図８、図７、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、および、さらに、図２Ｂ、および、図２Ｃを参照すると、光学撮像装置９００は、複数の内部検出ユニット５１、および、複数の周辺検出ユニット５５を有し、複数の内部検出ユニット５１、および、複数の周辺検出ユニット５５は、基板１０、および、基板１０上の不透明層スタックを有する。不透明層スタックは、基板１０上の不透明層２０、および、不透明層２０上の不透明層４０を有する。不透明層スタックは、不透明層２０と不透明層４０の間に不透明層３０を有する。各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５において、記述された差異を除いて、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、第四オプトエレクトロニクス素子４、四個の開口２２、一個の開口４１、マイクロレンズ４２Ａ、四個の開口３１、３２、３３、および、３４、第一光学チャネル６１、第二光学チャネル６２、第三光学チャネル６３、第四光学チャネル６４、透明層７１、透明層７２、多層光学フィルター１１、相互接続構造１２、サイド検出ユニット５２、サイド検出ユニット５２Ｘ、サイド検出ユニット５２Ｙ、および、コーナー検出ユニット５３についての詳細は、図７、および、図６Ａ～図６Ｃ、さらに、図２Ｂ、および、図２Ｃを参照し、図８に示される光学撮像装置８００の内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５とほぼ同じ、あるいは、類似し、且つ、それらに関する詳細な記述は、光学撮像装置８００、７００、６００、および、１００の上述の記述を参照することができ、以下では省略する。さらに、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４のいくつかは、不透明層２０により被覆され、よって、図９の周辺検出ユニット５５で示されない。

図９Ａに示されるように、各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５の四個のオプトエレクトロニクス素子は、光学撮像装置８００について記述された素子として定義される。いくつかの実施形態において、象限I、象限II、象限III、および、象限IV の領域中の第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４の分布は、ｘ軸、ｙ軸、あるいは、中心Ｃに対して互いに対称である。

いくつかの実施形態において、図９Ａに示されるように、各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５は、３×３アレイで配置される９個の画素に分割され、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４はそれぞれ、３×３アレイの対応する四辺の４個の中間画素５９１、５９２、５９３、および、５９４中に設置される。各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５中の残りの５個の画素５９５は、４個の画素５９１、５９２、５９３、および、５９４のように、オプトエレクトロニクス素子が提供される。いくつかの実施形態において、各内部検出ユニット５１、および、周辺検出ユニット５５中の残りの５個の画素５９５中のオプトエレクトロニクス素子は、不透明層２０ (図６Ａ、および、図６Ｂを参照)により被覆される。その結果、不透明層２０により被覆されるオプトエレクトロニクス素子は、ダミー オプトエレクトロニクス素子としてみなされ、被覆されたオプトエレクトロニクス素子を有する画素５９５は、ダミー画素としてみなされる。このような実施形態の少なくとも一つにおいて、ダミー画素５９５の少なくとも一つは、画素５９１、５９２、５９３、および、５９４の二つの間に介在する。

図９Ａ、および、図９Ｂに示される光学撮像装置９００の各周辺検出ユニット５５と、図６Ｂ、および、図６Ｃに関連する図８に示される光学撮像装置８００の各周辺検出ユニット５５の差異は、光学撮像装置９００の各周辺検出ユニット５５が、不透明層２０中で、第一オプトエレクトロニクス素子１、および、第二オプトエレクトロニクス素子２を露出する二個の開口２０、および、不透明層３０中の二個の開口３１、３２を有することで、これにより、各周辺検出ユニット５５が設置されて、開口３１を介して、マイクロレンズ４２Ａから第一オプトエレクトロニクス素子１に延伸する第一光学チャネル６１、および、開口３２を介して、マイクロレンズ４２Ａから第二オプトエレクトロニクス素子２に延伸する第二光学チャネル６２が形成される。第一オプトエレクトロニクス素子１、および、第二オプトエレクトロニクス素子２が中心Ｃに近接するので、マイクロレンズ４２Ａから第一オプトエレクトロニクス素子１、および、マイクロレンズ４２Ａから第二オプトエレクトロニクス素子２の光線８０は、周辺検出ユニット５５と内部検出ユニット５１の結合範囲に対して、相対的に内側方向であると見なされる。よって、周辺検出ユニット５５は、光学撮像装置９００のＦＯＶを拡大するのに貢献する。

いくつかの実施形態において、図９Ａ、および、図９Ｂに示されるように、各サイド検出ユニット５２Ｘはさらに、不透明層２０中で、第四オプトエレクトロニクス素子４を露出するもう一つの開口２２、および、不透明層３０中の開口３４を有し、これにより、各サイド検出ユニット５２Ｘが設置されて、開口３４を介して、マイクロレンズ４２Ａから第四オプトエレクトロニクス素子４に延伸する第四光学チャネル６４をさらに形成する。いくつかの実施形態において、図９Ａ、および、図９Ｂに示されるように、各サイド検出ユニット５２Ｙはさらに、不透明層２０中で、第三オプトエレクトロニクス素子３を露出するもう一つの開口２２、および、不透明層３０中の開口３３を有し、これにより、各サイド検出ユニット５２Ｙが設置されて、開口３３を介して、マイクロレンズ４２Ａから第三オプトエレクトロニクス素子３に延伸する第三光学チャネル６３をさらに形成する。

図１０Ａは、本発明の別のいくつかの実施形態による光学撮像装置１２００の上面図である。図１０Ｂ～図１０Ｅは、図１０Ａの光学撮像装置１２００の一部を示す図である。光学撮像装置１２００は、マトリクスに配置される複数の検出ユニット２５０を有する。図１０Ａにおいて、マトリクスの角に近い検出ユニット２５０が代表的に示される。いくつかの実施形態において、各検出ユニット２５０は、第一オプトエレクトロニクス素子２０１、第二オプトエレクトロニクス素子２０２、第三オプトエレクトロニクス素子２０３、第四オプトエレクトロニクス素子２０４、および、マイクロレンズ２４０Ａを有する。この実施形態において、複数の開口２３１が提供され、且つ、開口２３１は、近接する４個の検出ユニット２５０に共通である。

いくつかの実施形態において、図１０Ａ、図１０Ｂに関連して、各検出ユニット２５０は、複数の画素 (図示しない)に分割され、画素の数量は、各検出ユニット２５０中のオプトエレクトロニクス素子２０１～２０４の数量以上であり、且つ、オプトエレクトロニクス素子２０１～２０４は、それぞれ、異なる画素中に含まれる。いくつかの実施形態において、開口２３１は、異なる検出ユニット２５０の複数の画素と重なる。たとえば、図１０Ｂに関連して、開口２３１は、４個の隣接する検出ユニット２５０中にそれぞれ含まれる４個の画素と重なる。

いくつかの実施形態において、図１０Ａに示されるように、複数の検出ユニット２５０は、複数の内部検出ユニット２５９、および、複数の内部検出ユニット２５９を囲む複数の周辺検出ユニット２５５を有する。検出ユニット２５０のマトリクスが矩形であり、且つ、検出ユニット２５０が同じ寸法を有する実施形態において、周辺検出ユニット２５５は、それぞれ、内部検出ユニット２５９のマトリクスの四辺と接触する四列のサイド検出ユニット２５６Ｘ、２５６Ｙ、２５７Ｘ、および、２５７Ｙを有する。周辺検出ユニット２５５は、四列のサイド検出ユニットを有するこの実施形態において、周辺検出ユニット２５５はさらに、４個のコーナー検出ユニット２５１、２５２、２５３、および、２５４を有し、それぞれ、内部検出ユニット２５９のマトリクスの四個のコーナーと接触し、且つ、二個の隣接するサイド検出ユニットの間に位置する。示される実施形態において、サイド検出ユニット２５６Ｘの列は、コーナー検出ユニット２５１と２５２の間に位置し、サイド検出ユニット２５６Ｙの列は、コーナー検出ユニット２５１と２５３の間に位置し、サイド検出ユニット２５７Ｘの列は、コーナー検出ユニット２５３と２５４の間に位置し、サイド検出ユニット２５７Ｙの列は、コーナー検出ユニット２５２と２５４の間に位置する。

図２Ａ、図２Ｂ、および、図２Ｃに示される実施形態の光学撮像装置１００は、各検出ユニット５０において、光線８０を、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に導くための共通のマイクロレンズ４０Ａを有し、図５Ａ、図５Ｂ、および、図５Ｃに示される実施形態の光学撮像装置５００は、各検出ユニット５０において、光線８０を、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、および、第四オプトエレクトロニクス素子４に導くための共通の開口７６を不透明層７５に有する。比較すると、この実施形態の光学撮像装置１２００は、光線をオプトエレクトロニクス素子に導くための共通のマイクロレンズも不透明層中の共通の開口も提供する。いくつかの実施形態において、光学撮像装置１２００の検出ユニット２５０のそれぞれにおいて、第一オプトエレクトロニクス素子２０１、第二オプトエレクトロニクス素子２０２、第三オプトエレクトロニクス素子２０３、および、第四オプトエレクトロニクス素子２０４はそれぞれ、その他の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａからの光線を受光する。その結果、オプトエレクトロニクス素子２０１～２０４に入射する光線の入射角の範囲がさらに増加する。

図１０Ｂは、各検出ユニット２５０の第一～第四オプトエレクトロニクス素子２０１～２０４の光路についての詳細を説明する上面図である。いくつかの実施形態において、検出ユニット２５０の３×３アレイは、図１０Ａに示されるマトリクスから受け継がれ、且つ、明確にするため、３×３アレイの中央の検出ユニット２５０の光路だけが示される。注意すべきことは、この実施形態の検出ユニット２５０は、図１０Ｂと同じ、あるいは、類似する光路を有することである。

図１０Ｂに示される実施形態において、中央の検出ユニット２５０に関し、光線は、右下の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａから、右下の開口２３１を介して、第一オプトエレクトロニクス素子２０１に導かれて、第一光学チャネル２６１を形成し、第一光学チャネル２６１は、右下の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａから、右下の開口２３１を介して、オプトエレクトロニクス素子２０１に延伸する。光線は、左下の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａから、左下の開口２３１を介して、第二オプトエレクトロニクス素子２０２に導かれて、第二光学チャネル２６２を形成し、第二光学チャネル２６２は、左下の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａから、左下の開口２３１を介して、オプトエレクトロニクス素子２０２に延伸する。光線は、右上の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａから、右上の開口２３１を介して、第三オプトエレクトロニクス素子２０３に導かれて、第三光学チャネル２６３を形成し、第三光学チャネル２６３は、右上の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａから、右上の開口２３１を介して、オプトエレクトロニクス素子２０３に延伸する。光線は、左上の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａから、左上の開口２３１を介して、第四オプトエレクトロニクス素子２０４に導かれて、第四光学チャネル２６４を形成し、第四光学チャネル２６４は、左上の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａから、左上の開口２３１を介して、オプトエレクトロニクス素子２０４に延伸する。

検出ユニット２５０は、共通の開口２３１の態様に基づいた図１０Ｃ～図１０Ｆに示されるように、複数の群、たとえば、群２５０Ａを有する。図１０Ｃ、および、図１０Ｄは、図１０Ａの光学撮像装置１２００の一例の群２５０Ａの上面図であり、図１０Ｅ、および、図１０Ｆは、図１０Ｃ、および、図１０Ｄの各自線Ｂ―Ｂ、および、線Ｃ―Ｃに沿った断面図である。示される実施形態において、第一光学チャネル２６１は第四光学チャネル２６４と重なり、第三光学チャネル２６３は第二光学チャネル２６２と重なる。よって、それらは、同一の光学撮像装置１２００ (図１０Ａに示される)中で合わせて提供されるが、わかりやすくするために、図１０Ｃの上面図は、第一光学チャネル２６１、および、第三光学チャネル２６３だけを示し、図１０Ｄの上面図は、第二光学チャネル２６２、および、第四光学チャネル２６４だけを示す。

図１０Ａ、および、図１０Ｃ～図１０Ｆを参照すると、光学撮像装置１２００は複数の検出ユニット２５０を有し、複数の検出ユニット２５０は、基板２１０、および、基板２１０上の不透明層スタックを有する。複数の検出ユニット２５０中に含まれる複数の画素はそれぞれ、基板２１０中に形成される。不透明層スタックは、基板２１０上の不透明層２２０、および、不透明層２２０上の不透明層２３０、および、不透明層２３０上の不透明層２４０を有する。この実施形態において、検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａは、不透明層２４０中の開口２４１中に埋め込まれ、検出ユニット２５０の開口２３１は、不透明層２３０中に形成される。不透明層２４０は、マイクロレンズ層とも称される。いくつかの実施形態において、各検出ユニット２５０はさらに、不透明層２２０中の四個の開口２２２を有して、それぞれ、基板２１０中に形成される第一オプトエレクトロニクス素子２０１、第二オプトエレクトロニクス素子２０２、第三オプトエレクトロニクス素子２０３、および、第四オプトエレクトロニクス素子２０４を露出する。いくつかの実施形態において、光学撮像装置１２００はさらに、不透明層２３０と不透明層２２０の間に設置される多層光学フィルター２１１を有する。いくつかの実施形態において、一層の透過性材料、あるいは、多層構造の透過性材料(たとえば、可視光を通過させる)、たとえば、図１０Ｅ、および、図１０Ｆの透明層２７１、および、透明層２７２が、不透明層２２０と不透明層２４０の間に形成されて、第一オプトエレクトロニクス素子２０１、第二オプトエレクトロニクス素子２０２、第三オプトエレクトロニクス素子２０３、および、第四オプトエレクトロニクス素子２０４に入射する光線の入射角を調整する。透明層２７１が形成される複数の実施形態において、多層光学フィルター２１１は、不透明層２２０と透明層２７１の間に設置される。示される実施形態において、光学撮像装置１２００は、基板２１０下方に設置される相互接続構造２１２を有するＢＳＩである。いくつかの実施形態において、各検出ユニット２５０の第一オプトエレクトロニクス素子２０１、第二オプトエレクトロニクス素子２０２、第三オプトエレクトロニクス素子２０３、および、第四オプトエレクトロニクス素子２０４は、相互接続構造２１２に電気的に接続されるトランジスタに電気的に接続されるフォトダイオードを有するＣＭＯＳイメージセンサーである。いくつかの実施形態において、フォトダイオードは有機フォトダイオードである。この実施形態において、不透明層２２０、２３０、および、２４０、マイクロレンズ２４０Ａ、開口２２２、および、２３１、多層光学フィルター２１１、透明層２７１と２７２、基板２１０、第一オプトエレクトロニクス素子２０１、第二オプトエレクトロニクス素子２０２、第三オプトエレクトロニクス素子２０３、第四オプトエレクトロニクス素子２０４、および、相互接続構造２１２の材料、および、プロセスの組み合わせは、図２Ｂ、および、図２Ｃに示される光学撮像装置１００の不透明層２０、３０、および、４０、マイクロレンズ４０Ａ、開口２２と３１、多層光学フィルター１１、透明層７１と７２、基板１０、第一オプトエレクトロニクス素子１、第二オプトエレクトロニクス素子２、第三オプトエレクトロニクス素子３、第四オプトエレクトロニクス素子４、および、相互接続構造１２に類似する。光学撮像装置１２００の素子、あるいは、特徴の詳細な記述は、図２Ａ～図２Ｃに示される光学撮像装置１００に類似し、且つ、光学撮像装置１００との差異にほぼ影響を受けず、以下説明を省略する。

光学撮像装置１２００のマトリクスが、図１０Ａ、図１０Ｃ、および、図１０Ｄに示されるように、矩形である実施形態において、各群２５０Ａは、４個の検出ユニット２５０、および、４個の検出ユニット２５０に共通の１個の開口２３１を有する。光学撮像装置１２００が他の形状を有するその他の実施形態において、各群２５０Ａ中の検出ユニット２５０の数量は４個とは異なってもよい。いくつかの実施形態において、各群２５０Ａは、４個の検出ユニット２５０の一番目の第一オプトエレクトロニクス素子２０１、４個の検出ユニット２５０の二番目の第二オプトエレクトロニクス素子２０２、４個の検出ユニット２５０の三番目の第三オプトエレクトロニクス素子２０３、および、４個の検出ユニット２５０の四番目の第四オプトエレクトロニクス素子２０４を有する。図１０Ｃ、および、図１０Ｄに示される群２５０Ａの実施形態において、第一～第四オプトエレクトロニクス素子２０１～２０４は、その他のオプトエレクトロニクス素子より、さらに、共通の開口２３１に近接する。この実施形態において、各群２５０Ａにおいて、四個の検出ユニット２５０は２×２アレイで配置され、且つ、共通の開口２３１はアレイの中心に設置される。いくつかの実施形態において、図１０Ｃ、および、図１０Ｄに示される群２５０Ａの四個の検出ユニット２５０は、図１０Ｃ、および、図１０Ｄで示されない光学撮像装置１２００ (図１０Ａに示される)の別の検出ユニット２５０より、さらに、図１０Ｃ、および、図１０Ｄの共通の開口２３１に近接する。示される実施形態において、共通の開口２３１は、同一の群２５０Ａに分類される４個の検出ユニット２５０と重なる。

図１０Ｃ～図１０Ｆの例示的な群２５０Ａにおいて、４個の検出ユニット２５０および共通の開口２３１は、第一～第四光学チャネル２６１～２６４を形成するように設置される。第一光学チャネル２６１は、４個の検出ユニット２５０の四番目のマイクロレンズ２４０Ａから、共通の開口２３１を介して、４個の検出ユニット２５０の一番目の第一オプトエレクトロニクス素子２０１までの経路に延伸して、光線８０を、同一経路に沿って、光学撮像装置１２００ (図１０Ａに示される)に入射させる。第二光学チャネル２６２は、４個の検出ユニット２５０の三番目のマイクロレンズ２４０Ａから、共通の開口２３１を介して、４個の検出ユニット２５０の二番目の第二オプトエレクトロニクス素子２０２までの経路に延伸して、光線８０を、同一経路に沿って、光学撮像装置１２００ (図１０Ａに示される)に入射させる。第三光学チャネル２６３は、４個の検出ユニット２５０の二番目のマイクロレンズ２４０Ａから、共通の開口２３１を介して、４個の検出ユニット２５０の三番目の第三オプトエレクトロニクス素子２０３までの経路に延伸して、光線８０を、同一経路に沿って、光学撮像装置１２００ (図１０Ａに示される)に入射させる。第四光学チャネル２６４は、４個の検出ユニット２５０の一番目のマイクロレンズ２４０Ａから、共通の開口２３１を介して、４個の検出ユニット２５０の四番目の第四オプトエレクトロニクス素子２０４のまで経路に延伸して、光線８０を、同一経路に沿って、光学撮像装置１２００ (図１０Ａに示される)に入射させる。いくつかの実施形態において、明確にするために、図１０Ｃ～図１０Ｆ中で示されていないが、図１０Ｃ、および、図１０Ｆに示される第一光学チャネル２６１の端点として作用する第一オプトエレクトロニクス素子２０１を有する検出ユニット２５０に関し、たとえば、この検出ユニット２５０は、別の群２５０Ａに属すると分類することもでき、このような検出ユニット２５０の第二～第四オプトエレクトロニクス素子２０２～２０４は、さらに、それぞれ、別の異なる群２５０Ａに属すると分類され、且つ、それらの別の異なる群２５０Ａの第二～第四光学チャネル２６２～２６４の端点として作用する。

検出ユニット２５０は、共通のマイクロレンズ２４０Ａの一態様に従って、複数の群、たとえば、図１０Ｇ～図１０Ｉに示される群２５０Ｂを有する。図１０Ｇは、図１０Ａの光学撮像装置１２００の一例の群２５０Ｂの上面図であり、図１０Ｈ、および、図１０Ｉは、図１０Ｇの線Ｂ―Ｂ、および、線Ｃ－Ｃに沿った断面図である。

光学撮像装置１２００のマトリクスが、図１０Ａ、および、図１０Ｇに示されるような矩形である実施形態において、各群２５０Ｂは５個の検出ユニット２５０を有し、５個の検出ユニット２５０のひとつのマイクロレンズ２４０Ａは、５個の検出ユニット２５０の別の四個に共通するように設置される。光線８０ (図１０Ｉ、および、図１０Ｈに示される)は、４個の対応する開口２３１を介して、共通のマイクロレンズ２４０Ａから、別の四個の検出ユニット２５０のそれぞれのオプトエレクトロニクス素子の対応する一個に導かれる。光学撮像装置１２００が別の形状を有するその他の実施形態において、各群２５０Ｂ中の検出ユニット２５０の数量は５個とは異なってもよい。

いくつかの実施形態において、各群２５０Ｂは、別の四個の検出ユニット２５０の一番目の第一オプトエレクトロニクス素子２０１、別の四個の検出ユニット２５０の二番目の第二オプトエレクトロニクス素子２０２、別の四個の検出ユニット２５０の三番目の第三オプトエレクトロニクス素子２０３、および、別の四個の検出ユニット２５０の四番目の第四オプトエレクトロニクス素子２０４を有する。図１０Ｇに示される実施形態において、３×３アレイに配置される９個の検出ユニット２５０が示され、且つ、群２５０Ｂは、中央の検出ユニット２５０、および、３×３アレイの４個のコーナー検出ユニット２５０を有する。この実施形態において、中央の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａは、共通で、光線を、４個のコーナー検出ユニット２５０のオプトエレクトロニクス素子に導く。いくつかの実施形態において、４個のコーナー検出ユニット２５０のそれぞれの中央の検出ユニット２５０に最も近いオプトエレクトロニクス素子が、中央の検出ユニット２５０のマイクロレンズ２４０Ａからの光線を受光するように設計されるが、別の実施形態において、同じコーナー検出ユニット２５０の別のオプトエレクトロニクス素子の一つにより代替されることができる。いくつかの実施形態において、開口２３１はそれぞれ、中央の検出ユニット２５０と、コーナー検出ユニット２５０の異なる１つと重なる。図１０Ｇの実施形態において、開口２３１は、それぞれ、中央の検出ユニット２５０の反対の角、および、各自コーナー検出ユニット２５０の上方に設置される。

図１０Ｇ～図１０Ｉの群２５０Ｂにおいて、５個の検出ユニット２５０、および、４個の開口２３１が設置されて、第一光学チャネル２６１、第二光学チャネル２６２、第三光学チャネル２６３、第四光学チャネル２６４、を形成する。第一光学チャネル２６１は、共通のマイクロレンズ２４０Ａから、四個の開口２３１の一番目を介して、四個のコーナー検出ユニット２５０の一番目の第一オプトエレクトロニクス素子２０１までの経路に延伸して、光線８０を、同一経路に沿って、光学撮像装置１２００ (図１０Ａに示される)に入射させる。第二光学チャネル２０２は、共通のマイクロレンズ２４０Ａから、四個の開口２３１の二番目を介して、四個のコーナー検出ユニット２５０の二番目の第二オプトエレクトロニクス素子２０２までの経路に延伸して、光線８０を、同一経路に沿って、光学撮像装置１２００ (図１０Ａに示される)に入射させる。第三光学チャネル２６３は、共通のマイクロレンズ２４０Ａから、四個の開口２３１の三番目を介して、四個のコーナー検出ユニット２５０の三番目の第三オプトエレクトロニクス素子２０３までの経路に延伸して、光線８０を、同一経路に沿って、光学撮像装置１２００ (図１０Ａに示される)に入射させる。第四光学チャネル２６４は、共通のマイクロレンズ２４０Ａから、四個の開口２３１の四番目を介して、四個のコーナー検出ユニット２５０の四番目の第四オプトエレクトロニクス素子２０４までの経路に延伸して、光線８０を、同一経路に沿って、光学撮像装置１２００ (図１０Ａに示される)に入射させる。

いくつかの実施形態において、明確にするために、図１０Ｇ～図１０Ｉに示されていないが、図１０Ｇに示されるこの群２５０Ｂに関し、その中央の検出ユニット２５０が、別のその他の群２５０Ｂに属すると分類して、その四個のコーナー検出ユニット２５０中の一個とすることもできる。図１０Ｇに示されるこの群２５０Ｂの四個のコーナー検出ユニット２５０も、別のその他の群２５０Ｂに属すると分類して、且つ、その中央の検出ユニット２５０中の一個とすることもできる。図１０Ｇに示され、例示的な群２５０Ｂに分類されない残りの４個の検出ユニット２５０も、ある別の群２５０Ｂに属すると分類されるとともに、その四個のコーナー検出ユニット２５０中のひとつとなり、または、その中央の検出ユニット２５０となることもできる。

たとえば、図１０Ｃ～図１０Ｆの実施形態の群２５０Ａと、たとえば、図１０Ｇ～図１０Ｉの実施形態の群２５０Ｂは、互いに独立して分類され、これにより、図１０Ａの光学撮像装置１２００の各検出ユニット２５０は、群２５０Ａのいくつかに分類され、且つ、群２５０Ｂのいくつかにも分類される。図１０Ｇに示されるように、この３×３アレイの９個の検出ユニット２５０も、検出ユニット２５０の４個の２×２アレイを提供するように分類されて、その４個の２×２アレイのいずれかは、群２５０Ａ、たとえば、図１０Ｃ～図１０Ｆに示されるように例示的な群２５０Ａとして分類もできる。同様に、図１０Ｃ～図１０Ｆの例示的な群２５０Ａの４個の検出ユニット２５０の任意の一つは、いくつかの群２５０Ｂに属すると分類され、たとえば、図１０Ｇから図１０Ｉに示されるような群２５０Ｂの４個のコーナー検出ユニット２５０の一つとなるとともに、別の群２５０Ｂに属するとも分類され、その中央の検出ユニット２５０となることができる。

図１０Ｂ～図１０Ｉに示される実施形態において、各検出ユニット２５０の４個のオプトエレクトロニクス素子は、不透明層２２０により被覆されず、且つ、有効になって、対応するマイクロレンズ２４０Ａから光線８０を受光する。いくつかの実施形態において、ひとつ、あるいは、いくつかの所定の検出ユニット２５０中のいくつかのオプトエレクトロニクス素子に接続される光学チャネルを形成するマイクロレンズが設置されず、且つ、このようなオプトエレクトロニクス素子は、受光を機能させないダミーオプトエレクトロニクス素子として作用する。いくつかの実施形態において、ダミーオプトエレクトロニクス素子は、不透明層２２０により完全に被覆され、且つ、上面図では不可視であり、望まれない受光に起因するノイズ入力を防止する。

図１０Ａの上面図に示される実施形態において、周辺検出ユニット２５５の一つ、あるいは、二つのオプトエレクトロニクス素子だけが示されており、内部検出ユニット２５９の第一～第四オプトエレクトロニクス素子２０１～２０４は、有効になって、対応するマイクロレンズ２４０Ａからの光線を受光する。コーナー検出ユニット２５１において、第一オプトエレクトロニクス素子２０１だけが有効になって、対応するマイクロレンズ２４０Ａからの光線を受光し、第二～第四オプトエレクトロニクス素子２０２～２０４は、不透明層 (たとえば、図１０Ｆ中の不透明層２２０)により完全に被覆されるダミーであり、且つ、図１０Ａでは示されない。いくつかの実施形態において、コーナー検出ユニット２５１の第二～第四オプトエレクトロニクス素子２０２～２０４のすべてを示す断面図は、図６Ｂと等しく、たとえば、オプトエレクトロニクス素子４が、不透明層２０により完全に被覆される。同様に、コーナー検出ユニット２５２において、第二オプトエレクトロニクス素子２０２だけが有効になって、受光し、第一、第三、および、第四オプトエレクトロニクス素子２０１、２０３、および、２０４は受光不能になる。同様に、コーナー検出ユニット２５３において、第三オプトエレクトロニクス素子２０３だけが有効になって、受光し、第一、第二、および、第四オプトエレクトロニクス素子２０１、２０２、および、２０４が受光不能になる。同様に、コーナー検出ユニット２５４において、第四オプトエレクトロニクス素子２０４だけが有効になって、受光し、第一～第三オプトエレクトロニクス素子２０１～２０３が受光不能になる。同様に、辺縁の検出ユニット２５６において、第一、および、第二オプトエレクトロニクス素子２０１、および、２０２だけが有効になって、受光し、第三、および、第四オプトエレクトロニクス素子２０３、および、２０４が受光不能になる。同様に、辺縁の検出ユニット２５６ｙにおいて、第一、および、第三オプトエレクトロニクス素子２０１、および、２０３だけが有効になって受光し、第二、および、第四オプトエレクトロニクス素子２０２、および、２０４が受光不能になる。同様に、辺縁の検出ユニット２５７ｘにおいて、第三、および、第四オプトエレクトロニクス素子２０３、および、２０４だけが有効になって、受光し、第一、および、第二オプトエレクトロニクス素子２０１、および、２０２は受光不能になる。同様に、辺縁の検出ユニット２５７ｙにおいて、第二、および、第四オプトエレクトロニクス素子２０２、および、２０４だけが有効になって、受光し、第一、および、第三オプトエレクトロニクス素子２０１、および、２０３は受光不能になる。

上述のように、本発明において、光学撮像装置が提供される。傾斜した入射光を受光するオプトエレクトロニクス素子により、光学撮像装置は、拡大したＦＯＶを提供することができる。よって、光学撮像装置が設置されるチップの尺寸は減少する。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、様々な修正および同様の配置を含むことを意図している（当業者には明らかであるように）。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなすべての修正および同様の配置を包含するように、最も広い解釈を与えられるべきである。

１、２、３、４、２０１、２０２、２０３、２０４…第一～第四オプトエレクトロニクス素子
１０、２１０…基板
１１、２１１…多層光学フィルター
１２、２１２…相互接続構造
２０、３０、４０、７５、９５、２２０、２３０、２４０…不透明層
２１、４１、７６、２２２、２４１…開口
３１、３２、３３、３４、２３１…開口
４０Ａ、４２Ａ、９５Ａ、９５Ｂ、９５Ｃ、９５Ｄ、２４０Ａ…マイクロレンズ
５０、２５０…検出ユニット
５１、２５９…内部検出ユニット
５２、５２Ｘ、５２Ｙ、２５６Ｘ、２５６Ｙ、２５７Ｘ、２５７Ｙ…サイド検出ユニット
５３、２５１、２５２、２５３、２５４…コーナー検出ユニット
５５、２５５…周辺検出ユニット
６１、２６１…第一光学チャネル
６２、２６２…第二光学チャネル
６３、２６３…第三光学チャネル
６４、２６４…第四光学チャネル
６１Ａ、６２Ａ、６３Ａ、６４Ａ…延伸方向
７１、７２、２７１、２７２…透明層
８０…光線
１００、５００、６００、７００、８００、９００、１２００…光学撮像装置
２５０Ａ、２５０Ｂ…群
３００…カバー基板
３１０…センサーアクティブ領域
３１１、３１２、３１３、３１４…サブＦＯＶ
３２０、３３０…ＦＯＶ
３５０…指
４００…指紋イメージ
４０１、４０２、４０３、４０４…指紋イメージ
５０１、５０２、５０３、５０４、５７１、５７２、５７３、５７４、５７５…画素
５８１、５８２、５８３、５８４、５８５、５９１、５９１、５９２、５９３、５９４、５９５…画素
１０００…ＯＬＥＤディスプレイシステム

Claims (8)

1. マトリクスに配置される複数の第一検出装置、および前記第一検出装置を囲むように配置される複数の第二検出ユニットを有する光学撮像装置であって、
   前記複数の第一検出装置はそれぞれ、
   複数の第一オプトエレクトロニクス素子を有する第一画素を含む複数の第一画素、
   前記複数の第一オプトエレクトロニクス素子上に、複数の第一の開口を有する第一不透明層、および
   前記第一不透明層上の少なくとも一つの第一マイクロレンズであって、前記複数の第一画素の二つ以上と重なる第一マイクロレンズ、を有し、
   前記複数の第二検出ユニットはそれぞれ、
   複数の第二オプトエレクトロニクス素子を有する第二画素を含む複数の第二画素と、
   前記複数の第二画素の上に形成され、前記複数の第二オプトエレクトロニクス素子の配置に対応して設けられる第二の開口を有する前記第一不透明層、
   前記複数の第二画素の上に形成された前記第一不透明層上に形成される第二マイクロレンズ、を有し、
   前記複数の第一オプトエレクトロニクス素子および前記複数の第二オプトエレクトロニクス素子の配置は、前記マトリクスの中心に対して対称であり、
   前記複数の第二オプトエレクトロニクス素子の少なくとも一つは、第二不透明層により被覆されるダミーオプトエレクトロニクス素子であることを特徴とする光学撮像装置。
2. 前記複数の第一オプトエレクトロニクス素子、前記複数の第一の開口、および、前記少なくとも一つの第一マイクロレンズは、傾斜した光線を、前記第一マイクロレンズから、前記複数の第一オプトエレクトロニクス素子に送るように構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学撮像装置。
3. 第一検出装置を有する光学撮像装置であって、前記第一検出装置は、
   複数の第一オプトエレクトロニクス素子を有する複数の第一画素と、
   前記複数の第一オプトエレクトロニクス素子上に、少なくとも一つの開口を有する第一不透明層、および、
   前記第一不透明層上に少なくとも一つの第一マイクロレンズ、を有し、前記少なくとも一つの第一マイクロレンズは、前記複数の第一画素の少なくとも一つと重なり、
   前記光学撮像装置は、さらに、第二検出ユニットを有し、前記第二検出ユニットは、
   複数の第二オプトエレクトロニクス素子を有する複数の第二画素と、
   前記複数の第二オプトエレクトロニクス素子上に、前記少なくとも一つの開口を有する前記第一不透明層、および、
   前記第一不透明層上に少なくとも一つの第二マイクロレンズ、を有し、前記少なくとも一つの第二マイクロレンズは、前記複数の第二画素の少なくとも一つと重なり、
   前記少なくとも一つの開口は、少なくとも一つの前記第一画素、および、少なくとも一つの前記第二画素と重なることを特徴とする光学撮像装置。
4. 前記第一検出装置、および、前記第二検出ユニットは、前記少なくとも一つの開口を介して、光線を、前記少なくとも一つの第一マイクロレンズから、前記複数の第二オプトエレクトロニクス素子のひとつに送るように構成され、前記光線は、０～４０度の範囲の入射角で、前記複数の第二オプトエレクトロニクス素子の一つに入射することを特徴とする請求項３に記載の光学撮像装置。
5. さらに、前記光学撮像装置の辺縁部分で、第三検出ユニットを有し、前記第三検出ユニットは、
   複数の第三オプトエレクトロニクス素子を有する複数の第三画素と、
   前記複数の第三オプトエレクトロニクス素子上で、少なくとも一つの第三開口を有する前記第一不透明層と、
   前記第一不透明層上に少なくとも一つの第三マイクロレンズ、を有し、
   前記少なくとも一つの第三マイクロレンズは、前記複数の第三画素の少なくとも一つと重なり、
   前記複数の第三オプトエレクトロニクス素子の少なくとも一つは、第二不透明層により被覆されることを特徴とする請求項３に記載の光学撮像装置。
6. さらに、
   前記複数の第一オプトエレクトロニクス素子と前記第一不透明層の間の多層光学フィルター、および、
   前記多層光学フィルターと前記第一不透明層の間の透明層、
   を有することを特徴とする請求項３に記載の光学撮像装置。
7. さらに、
   前側と後側を有する基板であって、前記複数の第一オプトエレクトロニクス素子が前記後側中に組み込まれる基板、および、
   前記基板の前記前側上に位置し、前記複数の第一オプトエレクトロニクス素子に電気的に接続される相互接続構造、
   を有することを特徴とする請求項３に記載の光学撮像装置。
8. さらに、前記第一不透明層と前記少なくとも一つの第一マイクロレンズの間に、透明層を有することを特徴とする請求項３に記載の光学撮像装置。

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