圖像拾取裝置和圖像拾取系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包含非對稱微透鏡的圖像拾取裝置和圖像拾取系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]日本專利公開N0.2009-109965和N0.2009-290157分別描述了在成像面中設(shè)置圖像拾取像素和能夠進行相位差檢測的焦點檢測像素的圖像拾取裝置。日本專利公開N0.2009-109965公開了用于焦點檢測像素的微透鏡的焦點比用于圖像拾取像素的微透鏡的焦點更接近微透鏡的結(jié)構(gòu)。日本專利公開N0.2009-290157公開了根據(jù)圖像高度改變用于焦點檢測像素的微透鏡的位置和用于圖像拾取像素的微透鏡的位置的結(jié)構(gòu)。
[0003]日本專利公開N0.2009-086144公開了形成一組像素的像素具有不同形狀的各微透鏡的結(jié)構(gòu)。然后，通過比較來自這些像素的輸出執(zhí)行焦點檢測。
[0004]日本專利公開N0.2009-109965和日本專利公開N0.2009-290157分別陳述了可在包含設(shè)置在成像面中的焦點檢測像素和圖像拾取像素的圖像拾取裝置中提高焦點檢測精度。但是，還沒有進行足夠的研究以同時提高基于相位差檢測的焦點檢測精度和圖像拾取性能。術(shù)語“圖像拾取性能”指的是例如對傾斜入射光的靈敏度或減少源自不同顏色的相鄰像素信號的顏色的混合的能力。日本專利公開N0.2009-086144陳述了能夠不需要光路分離單元。但是，也還沒有進行足夠的研究以同時提高焦點檢測精度和圖像拾取性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述的問題，本發(fā)明提供一種具有能夠在成像面中進行相位差檢測的像素并且可同時改善焦點檢測精度和圖像拾取性能的圖像拾取裝置。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的圖像拾取裝置包括具有二維布置的多個像素的像素區(qū)域，多個像素包含多個圖像拾取像素和多個焦點檢測像素，焦點檢測像素分別被配置為輸出基于相位差檢測的用于焦點檢測的信號；被布置為與相應(yīng)的圖像拾取像素的相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換單元對應(yīng)的多個微透鏡；和被布置為與相應(yīng)的焦點檢測像素的相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換單元對應(yīng)的多個微透鏡。多個微透鏡中的至少一個是頂點位置離開其在平面圖中的中心位置的不對稱微透鏡。
[0007]將參照附圖閱讀實施例的以下說明，本發(fā)明的其它特征將變得十分明顯。以下描述的本發(fā)明的實施例中的每一個可被單獨地實現(xiàn)，或者，在必要的情況下或者在在單個實施例中組合來自各單個實施例的要素或特征有益的情況下，實現(xiàn)為多個實施例或其特征的組合。
【附圖說明】
[0008]圖1是適用于本發(fā)明的圖像拾取系統(tǒng)的一般框圖。
[0009]圖2是適用于本發(fā)明的圖像拾取裝置的一般框圖。
[0010]圖3A是適用于本發(fā)明的圖像拾取裝置的像素區(qū)域的頂視圖，圖3B是配置于像素區(qū)域中的像素的頂視圖，圖3C示出圖3B的截面圖。
[0011]圖4A是適用于本發(fā)明的圖像拾取裝置的像素區(qū)域的頂視圖，圖4B是像素區(qū)域中的像素的頂視圖，圖4C示出圖4B的截面圖。
[0012]圖5是適用于本發(fā)明的像素電路的等價電路圖。
[0013]圖6是適用于本發(fā)明的像素電路的等價電路圖。
[0014]圖7A和圖7B分別示出具有比較例的對稱微透鏡的像素。
[0015]圖8A和圖8B分別示出具有比較例的對稱微透鏡的像素。
[0016]圖9A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的不對稱微透鏡的頂視圖，圖9B和圖9C是圖9A中的不對稱微透鏡的截面圖。
[0017]圖10A?10D比較根據(jù)本發(fā)明的實施例的不對稱微透鏡與現(xiàn)有技術(shù)的對稱微透鏡。
[0018]圖11A是包含根據(jù)本發(fā)明的實施例的不對稱微透鏡的圖像拾取裝置的頂視圖，圖11B?11D示出圖11A中的目標(biāo)像素的截面結(jié)構(gòu)。
[0019]圖12A和圖12C分別是具有不對稱微透鏡的像素的頂視圖，圖12B是圖12A的截面圖。
[0020]圖13A和圖13B分別是實施例1的圖像拾取裝置中的像素的頂視圖和截面圖。
[0021]圖14A和圖14B示出實施例1的圖像拾取裝置中的其它像素。
[0022]圖15A和圖15B分別是比較例的圖像拾取裝置的像素的頂視圖和截面圖。
[0023]圖16表示實施例1和比較例的光學(xué)特性。
[0024]圖17A和圖17B分別是實施例2的圖像拾取裝置中的像素的頂視圖和截面圖，圖17C和圖17D分別是比較例的圖像拾取裝置的像素的頂視圖和截面圖。
[0025]圖18表示實施例2和比較例的光學(xué)特性。
[0026]圖19A是實施例3的圖像拾取裝置中的像素的頂視圖，圖19B和圖19C是圖19A的截面圖。
[0027]圖20是實施例3的圖像拾取裝置的頂視圖，圖20B?20D分別提供圖20A中的像素的頂視圖和截面圖。
[0028]圖21A是實施例4的圖像拾取裝置中的像素的頂視圖，圖21B和圖21C是圖21A的截面圖。
[0029]圖22A是實施例4的圖像拾取裝置的頂視圖，圖22B?22D分別提供圖22A中的像素的頂視圖和截面圖。
[0030]圖23A是實施例5的圖像拾取裝置中的像素區(qū)域的頂視圖，圖23B和圖23C分別是圖23A中的像素的頂視圖。
[0031]圖24A是實施例6的圖像拾取裝置中的像素區(qū)域的頂視圖，圖24B是圖24A的截面圖。
[0032]圖25A和圖25B分別提供實施例7的圖像拾取裝置中的像素的頂視圖和截面圖。
[0033]圖26A是實施例7的圖像拾取裝置的頂視圖，圖26B和圖26C分別是圖26A中的像素的截面圖。
【具體實施方式】
[0034]將參照圖1和圖2描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖像拾取系統(tǒng)和圖像拾取裝置。
[0035]圖1是圖像拾取系統(tǒng)的框圖。圖像拾取系統(tǒng)100包括圖像拾取透鏡101、圖像拾取裝置102、透鏡控制器103、圖像拾取裝置控制器104、圖像處理單元105、孔徑/快門控制器106、中央處理單元(CPU) 107、顯示單元108、操作開關(guān)109和記錄單元110。
[0036]本實施例的圖像拾取裝置102能夠基于成像面中的相位差進行焦點檢測?，F(xiàn)在將描述焦點檢測動作。
[0037]來自被照體的光穿過圖像拾取透鏡101并且被收集到圖像拾取裝置102上。圖像拾取裝置102將通過圖像拾取透鏡101入射的光轉(zhuǎn)換成電信號、對電信號執(zhí)行預(yù)定處理并且將得到的信號輸出到CPU 107。
[0038]圖像拾取裝置102的動作根據(jù)來自圖像拾取裝置控制器104的控制信號被控制。圖像拾取裝置控制器104從圖像拾取裝置102接收相位差檢測信號等，并且，向CPU 107傳送圖像信號和指示對焦?fàn)顟B(tài)的信號。另外，圖像拾取裝置控制器104向圖像拾取裝置102傳送用于切換圖像拾取裝置102的驅(qū)動模式的控制信號。在接收到來自圖像拾取裝置控制器104的信號時，CPU 107向透鏡控制器103傳送指示對焦?fàn)顟B(tài)的信號。響應(yīng)來自CPU 107的信號，透鏡控制器103驅(qū)動圖像拾取透鏡101。該動作使得能夠調(diào)整圖像拾取裝置102的對焦?fàn)顟B(tài)。
[0039]CPU 107向圖像處理單元105傳送從圖像拾取裝置102輸出的圖像信號。通過圖像處理單元105處理的圖像信號通過顯示單元108被顯示并且記錄于記錄單元110中。操作開關(guān)109被提供給用戶以根據(jù)被照體等改變圖像拾取系統(tǒng)100的圖像拾取動作。孔徑/快門控制器106接收來自CPU 107的信號，并且，控制孔徑和/或機械快門的打開和關(guān)閉狀態(tài)，使得曝光量適于被照體的亮度。
[0040]現(xiàn)在將參照圖2描述圖像拾取裝置102。
[0041]在像素區(qū)域201中二維布置多個像素。沿圖中的上下方向配置成列的多個像素形成像素列，并且，沿與像素列正交的方向配置的多個像素形成像素行。響應(yīng)來自垂直掃描電路202的控制脈沖，各像素行的信號被基本上同時輸出到多個相應(yīng)的信號輸出線。在被輸出到信號輸出線之后，各像素行的信號被輸入到列電路203。列電路203執(zhí)行以下動作中的至少一個:信號保持、放大、去噪聲和模數(shù)轉(zhuǎn)換。然后，響應(yīng)來自水平掃描電路204的控制脈沖，各像素行的信號被依次輸出到水平輸出線、穿過輸出單元205和輸出焊盤206并被輸出到圖像拾取裝置102的外面。在本實施例中，列電路203、水平掃描電路204、輸出單元205和輸出焊盤206被配置于像素區(qū)域201之上和之下。配置于像素區(qū)域201之上和之下的部件中的每一個動作以任意地從像素區(qū)域201的偶數(shù)或奇數(shù)列向圖像拾取裝置102的外面輸出信號。圖像拾取信號和相位差檢測信號(后面描述)均穿過上述部件中的每一個并且被輸出到圖像拾取裝置102的外面。
[0042]現(xiàn)在參照圖3A?3C和圖4A?4C描述焦點檢測像素的結(jié)構(gòu)。在圖3A?3C中，在平面圖中，各像素的光電轉(zhuǎn)換單元具有將光電轉(zhuǎn)換單元的一部分遮光的遮光部件。在圖4A?4C中，各像素包含多個光電轉(zhuǎn)換單元，并且，來自多個光電轉(zhuǎn)換單元的信號可被獨立地讀出。
[0043]圖3A是像素區(qū)域300的平面圖，圖3B是配置于像素區(qū)域300中的焦點檢測像素的平面圖，圖3C示出沿圖3B的線IIIC-1IIC切取的截面圖。
[0044]在像素區(qū)域300中配置焦點檢測像素301A和301B和圖像拾取像素。焦點檢測像素301A在圖中的其左側(cè)具有孔徑。S卩，焦點檢測像素301A在圖中的其右側(cè)具有遮光部件302。焦點檢測像素301B在圖中的其右側(cè)具有孔徑，并且，在圖中的其左側(cè)具有遮光部件302。
[0045]雖然在本實施例中遮光部件302由單個層形成，但遮光部件302可由多個層或者由布線形成。
[0046]光電轉(zhuǎn)換單元由包含N型半導(dǎo)體區(qū)域303和P型半導(dǎo)體區(qū)域304的光電二極管形成。光電轉(zhuǎn)換單元可以是N型半導(dǎo)體區(qū)域303在其前側(cè)具有P型半導(dǎo)體區(qū)域的嵌入光電二極管。
[0047]為了遮光部件302與布線307a之間以及布線307a與布線307b之間的電氣絕緣，設(shè)置層間絕緣膜305。在最上面的布線307b上設(shè)置預(yù)定層308。預(yù)定層308由平坦化膜、濾色器層和保護層等中的至少一個形成。在預(yù)定層308上設(shè)置微透鏡309。
[0048]圖像拾取像素除了不包含遮光部件302以外具有與焦點檢測像素相同的結(jié)構(gòu)。為了與其它像素結(jié)構(gòu)區(qū)分，以下，諸如上述的焦點檢測像素將被稱為包含遮光部件的焦點檢測像素。分別包含遮光部件的多個焦點檢測像素包含一組的多對的光瞳分割的焦點檢測像素。根據(jù)從一組的多對的光瞳分割的焦點檢測像素輸出的信號，執(zhí)行基于相位差檢測的焦點檢測。遮光部件302被設(shè)置為接收穿過包含圖像拾取