Устройство захвата изображения и система захвата изображения Российский патент 2018 года по МПК H01L27/146 H04N5/232 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству захвата изображения, включающему в себя асимметричную микролинзу, и к системе захвата изображения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Каждый из выложенных патентов Японии №2009-109965 и №2009-290157 описывает устройство захвата изображения, в котором пиксели захвата изображения и пиксели обнаружения фокуса, способные обнаруживать разности фаз, обеспечены в плоскости формирования изображения. Выложенный патент Японии №2009-109965 раскрывает структуру, в которой фокус микролинзы для пикселя обнаружения фокуса находится ближе к микролинзе, чем фокус микролинзы для пикселя захвата изображения. Выложенный патент Японии №2009-290157 раскрывает структуру, в которой позиция микролинзы для пикселя обнаружения фокуса и позиция микролинзы для пикселя захвата изображения различаются в соответствии с высотой изображения.

[0003] Выложенный патент Японии №2009-086144 раскрывает структуру, в которой пиксели, формирующие множество пикселей, обеспечены соответствующими микролинзами разных форм. Затем обнаружение фокуса выполняется посредством сравнения выходов от этих пикселей.

[0004] Каждый из выложенных патентов Японии №2009-109965 и 2009-290157 заявляет, что точность обнаружения фокуса может быть улучшена в устройстве захвата изображения, которое включает в себя пиксели обнаружения фокуса и пиксели захвата изображения, обеспеченные в плоскости формирования изображения. Однако не были сделаны достаточные исследования для улучшения как точности обнаружения фокуса на основе обнаружения разности фаз, так и рабочих показателей захвата изображения. Термин "рабочие показатели захвата изображений", например, относится к чувствительности к наклонно падающему свету или возможности уменьшить смешивание цветов, полученных из сигналов смежных пикселей разных цветов. Выложенный патент Японии №2009-086144 заявляет, что возможно устранить необходимость блока разделения оптического пути. Однако снова не были сделаны достаточные исследования для улучшения как точности обнаружения фокуса, так и рабочих показателей захвата изображения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] С учетом описанных выше проблем настоящее изобретение обеспечивает устройство захвата изображения, которое имеет пиксели, способные обнаруживать разности фаз в плоскости формирования изображения, и может улучшить как точность обнаружения фокуса, так и рабочие показатели захвата изображения.

[0006] Устройство захвата изображения в соответствии с аспектом настоящего изобретения включает в себя пиксельную область, имеющую множество пикселей, которые размещены двухмерным образом, множество пикселей включает в себя множество пикселей захвата изображения и множество пикселей обнаружения фокуса, каждый пиксель обнаружения фокуса выполнен с возможностью выдавать сигнал для обнаружения фокуса на основе обнаружении разности фаз; множество микролинз размещено согласно соответствующим блокам фотоэлектрического преобразования соответствующих пикселей захвата изображения; и множество микролинз размещено согласно соответствующим блокам фотоэлектрического преобразования соответствующих пикселей обнаружения фокуса. По меньшей мере одна из множества микролинз является асимметричной микролинзой, позиция вершины которой смещена от ее центральной позиции на виде в плане.

[0007] Дополнительные признаки настоящего изобретения станут поняты из последующего описания вариантов осуществления со ссылкой на приложенные чертежи. Каждый из описанных ниже вариантов осуществления настоящего изобретения может быть реализован отдельно или как комбинация множества вариантов осуществления или их признаков в случае необходимости, или когда комбинация элементов или признаков из отдельных вариантов осуществления в отдельном варианте осуществления является выгодной.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг. 1 - общая блок-схема системы захвата изображения, применимой к настоящему изобретению.

[0009] Фиг. 2 - общая блок-схемой устройства захвата изображения, применимого к настоящему изобретению.

[0010] Фиг. 3A - вид сверху пиксельной области устройства захвата изображения, применимого к настоящему изобретению, фиг. 3B - вид сверху пикселей, размещенных в пиксельной области, и фиг. 3C иллюстрирует сечение фиг. 3B.

[0011] Фиг. 4A - вид сверху пиксельной области устройства захвата изображения, применимого к настоящему изобретению, фиг. 4B - вид сверху пикселя в пиксельной области, и фиг. 4C иллюстрирует сечение фиг. 4B.

[0012] Фиг. 5 - эквивалентная схема схемы пикселя, применимая к настоящему изобретению.

[0013] Фиг. 6 - эквивалентная схема схемы пикселя, применимая к настоящему изобретению.

[0014] Фиг. 7А и 7B каждая иллюстрирует пиксель, снабженный симметричной микролинзой сравнительного примера.

[0015] Фиг. 8А и 8B каждая иллюстрирует пиксель, снабженный симметричной микролинзой сравнительного примера.

[0016] Фиг. 9A - вид сверху асимметричной микролинзы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, и фиг. 9B и 9C - сечения асимметричной микролинзы на фиг. 9A.

[0017] Фиг. 10А-10D сравнивают асимметричную микролинзу в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения с симметричной микролинзой предшествующего уровня техники.

[0018] Фиг. 11A - вид сверху устройства захвата изображения, включающего в себя асимметричную микролинзу в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, и фиг. 11B-11D иллюстрируют структуры сечения целевого пикселя на фиг. 11A.

[0019] Фиг. 12А и 12C - вид сверху пикселя, снабженного асимметричной микролинзой, и фиг. 12B - сечение фиг. 12A.

[0020] Фиг. 13А-13B - вид сверху и сечение, соответственно, пикселей в устройстве захвата изображения варианта осуществления 1.

[0021] Фиг. 14А и 14B иллюстрируют другие пиксели в устройстве захвата изображения варианта осуществления 1.

[0022] Фиг. 15А и 15B - вид сверху и сечение, соответственно, пикселей в устройстве захвата изображения сравнительного примера.

[0023] Фиг. 16 показывает оптические характеристики варианта осуществления 1 и сравнительного примера.

[0024] Фиг. 17А и 17B - вид сверху и сечение, соответственно, пикселя в устройстве захвата изображения варианта осуществления 2, и фиг. 17C и 17D - вид сверху и сечение, соответственно, пикселя в устройстве захвата изображения сравнительного примера.

[0025] Фиг. 18 показывает оптические характеристики варианта осуществления 2 и сравнительного примера.

[0026] Фиг. 19A - вид сверху пикселя в устройстве захвата изображения варианта осуществления 3, и фиг. 19B и 19C - сечения фиг. 19A.

[0027] Фиг. 20A - вид сверху устройства захвата изображения варианта осуществления 3, и фиг. 20B-20D каждая обеспечивает вид сверху и сечение пикселя на фиг. 20A.

[0028] Фиг. 21A - вид сверху пикселя в устройстве захвата изображения варианта осуществления 4, и фиг. 21B и 21C - сечения фиг. 21A.

[0029] Фиг. 22A - вид сверху устройства захвата изображения варианта осуществления 4, и фиг. 22B-22D каждая обеспечивает вид сверху и сечение пикселя на фиг. 22A.

[0030] Фиг. 23A - вид сверху пиксельной области в устройстве захвата изображения варианта осуществления 5, и фиг. 23B и 23C - вид сверху пикселей на фиг. 23A.

[0031] Фиг. 24A - вид сверху пиксельной области в устройстве захвата изображения варианта осуществления 6, и фиг. 24B - сечение фиг. 24A.

[0032] Фиг. 25А и 25B каждая обеспечивает вид сверху и сечение пикселя в устройстве захвата изображения варианта осуществления 7.

[0033] Фиг. 26A - вид сверху устройства захвата изображения варианта осуществления 7, и фиг. 26B и 26C - сечение пикселя на фиг. 26A.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0034] Система захвата изображения и устройство захвата изображения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на фиг. 1 и 2.

[0035] Фиг. 1 является блок-схемой системы захвата изображения. Система 100 захвата изображения включает в себя линзу 101 захвата изображения, устройство 102 захвата изображения, контроллер 103 линзы, контроллер 104 устройства захвата изображения, блок 105 обработки изображений, контроллер 106 апертуры/затвора, центральный процессор (ЦП; CPU) 107, блок 108 отображения, функциональный переключатель 109 и блок 110 записи.

[0036] Устройство 102 захвата изображения настоящего варианта осуществления способно к обнаружению фокуса на основе разности фаз в плоскости формирования изображения. Теперь будет описана операция обнаружения фокуса.

[0037] Свет от объекта проходит через линзу 101 захвата изображения и собирается на устройство 102 захвата изображения. Устройство 102 захвата изображения преобразовывает свет, падающий через линзу 101 захвата изображения, в электрический сигнал, выполняет предопределенную обработку электрического сигнала и выдает полученный в результате сигнал в ЦП 107.

[0038] Работой устройства 102 захвата изображения управляют в соответствии с управляющим сигналом от контроллера 104 устройства захвата изображения. Контроллер 104 устройства захвата изображения принимает сигнал обнаружения разности фаз и т.п. от устройства 102 захвата изображения и передает сигнал изображения и сигнал, указывающий состояние нахождения в фокусе, в ЦП 107. Кроме того, контроллер 104 устройства захвата изображения передает управляющий сигнал для переключения режима работы затвора устройства 102 захвата изображения устройству 102 захвата изображения. При приеме сигналов от контроллера 104 устройства захвата изображения ЦП 107 передает сигнал, указывающий состояние нахождения в фокусе, контроллеру 103 линзы. В ответ на сигнал от ЦП 107 контроллер 103 линзы управляет линзой 101 захвата изображения. Эта операция позволяет отрегулировать состояние нахождения в фокусе устройства 102 захвата изображения.

[0039] ЦП 107 передает выходной сигнал изображения от устройства 102 захвата изображения блоку 105 обработки изображений. Сигнал изображения, обработанный блоком 105 обработки изображений, отображается блоком 108 отображения и записывается в блоке 110 записи. Функциональный переключатель 109 обеспечен для пользователя, чтобы изменять операцию захвата изображения системы 100 захвата изображения в зависимости от объекта и т.п. Контроллер 106 апертуры/затвора принимает сигнал от ЦП 107 и управляет открытым и закрытым состоянием апертуры и/или механического затвора таким образом, что величина экспозиции является подходящей для яркости объекта.

[0040] Теперь будет описано устройство 102 захвата изображения со ссылкой на фиг. 2.

[0041] Множество пикселей двухмерным образом размещено в пиксельной области 201. Множество пикселей, размещенных по линии в направлении сверху вниз на чертеже формирует пиксельный столбец, и множество пикселей, размещенных в направлении, ортогональном по отношению к пиксельному столбцу, формирует пиксельную строку. В ответ на управляющие импульсы от схемы 202 вертикального сканирования сигналы соответствующих пиксельных строк подаются в значительной степени одновременно на множество соответствующих линий выходного сигнала. После подачи на линии выходного сигнала сигналы соответствующих пиксельных строк вводятся в схему 203 столбца. Схема 203 столбцов выполняет по меньшей мере одну из следующих операций: задержку, усиление, понижение уровня шума и аналого-цифровое преобразование сигнала. Затем в ответ на управляющие импульсы от схемы 204 горизонтального сканирования сигналы соответствующих пиксельных строк последовательно подаются на горизонтальные выходные линии, проходят через блок 205 вывода и выходную контактную площадку 206 и выдаются за пределы устройства 102 захвата изображения. В настоящем варианте осуществления схема 203 столбцов, схема 204 горизонтального сканирования, блок 205 вывода и выходная контактная площадка 206 размещены и сверху, и снизу пиксельной области 201. Каждый из компонентов, размещенных сверху и снизу пиксельной области 201, работает для выдачи сигналов либо из четных, либо из нечетных столбцов пиксельной области 201 за пределы устройства 102 захвата изображения. И сигнал захвата изображения, и сигнал обнаружения разности фаз (описанные ниже) проходят через каждый из описанных выше компонентов и выдаются за пределы устройства 102 захвата изображения.

[0042] Теперь будут описаны структуры пикселей обнаружения фокуса со ссылкой на фиг. 3А-3C и фиг. 4А-4C. На фиг. 3А-3C блок фотоэлектрического преобразования каждого пикселя снабжен элементом экранирования света, который экранирует часть блока фотоэлектрического преобразования от света на виде в плане. На фиг. 4А-4C каждый пиксель включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, и сигналы от блоков фотоэлектрического преобразования могут считываться независимо.

[0043] Фиг. 3A является видом в плане пиксельной области 300, фиг. 3B является видом в плане пикселей обнаружения фокуса, размещенных в пиксельной области 300, и фиг. 3C иллюстрирует сечение по линии IIIC-IIIC на фиг. 3B.

[0044] Пиксели 301А и 301B обнаружения фокуса и пиксели захвата изображения размещены в пиксельной области 300. Пиксель 301А обнаружения фокуса имеет апертуру на своей левой стороне на чертеже. Таким образом, пиксель 301А обнаружения фокуса имеет элемент 302 экранирования света на своей правой стороне на чертеже. Пиксель 301B обнаружения фокуса имеет апертуру на своей правой стороне на чертеже и имеет элемент 302 экранирования света на своей левой стороне на чертеже.

[0045] Хотя в этом варианте осуществления элемент 302 экранирования света сформирован посредством единственного слоя, элемент 302 экранирования света может быть сформирован посредством множества слоев или проводного соединения.

[0046] Блок фотоэлектрического преобразования сформирован посредством фотодиода, который включает в себя полупроводниковую область 303 n-типа и полупроводниковую область 304 p-типа. Блок фотоэлектрического преобразования может представлять собой встроенный фотодиод, в котором полупроводниковая область 303 n-типа снабжена полупроводниковой областью p-типа на ее передней стороне.

[0047] Межслойная изолирующая пленка 305 обеспечена для электрической изоляции между элементом 302 экранирования света и проводным соединением 307a, а также между проводным соединением 307a и проводным соединением 307b. Предопределенный слой 308 расположен на верхнем проводном соединении 307b. Предопределенный слой 308 сформирован по меньшей мере посредством одного элемента из группы, состоящей из выравнивающей пленки, слоя цветового фильтра, защитного слоя и т.п. Микролинза 309 расположена на предопределенном слое 308.

[0048] Пиксель захвата изображения имеет такую же структуру, как пиксель обнаружения фокуса, за исключением того, что он не включает в себя элемент 302 экранирования света. Для отличия от других структур пикселя пиксель обнаружения фокуса, такой как описанный выше, будет в дальнейшем упоминаться как пиксель обнаружения фокуса, включающий в себя элемент экранирования света. Множество пикселей обнаружения фокуса, каждый из которых включает в себя элемент экранирования света, включает в себя группу пар пикселей обнаружения фокуса с разделением зрачка. На основе сигналов, выданных от группы пар пикселей обнаружения фокуса с разделением зрачка выполняется обнаружение фокуса, основанное на обнаружении разности фаз. Элемент 302 экранирования света обеспечен для приема света, который проходит через часть выходного зрачка оптической системы формирования изображений, включающей в себя линзу 101 захвата изображения. Другими словами, элемент 302 экранирования света блокирует свет, который проходит через другую часть выходного зрачка оптической системы формирования изображений.

[0049] Далее будет описана структура другого пикселя обнаружения фокуса со ссылкой на фиг. 4А-4C.

[0050] Фиг. 4A является видом в плане пиксельной области 400, фиг. 4B является видом в плане пикселя обнаружения фокуса в пиксельной области 400, и фиг. 4C иллюстрирует сечение по линии IVC-IVC на фиг. 4B. В структуре, проиллюстрированной на фиг. 3А-3C, и пиксели обнаружения фокуса, и пиксели захвата изображения присутствуют в плоскости формирования изображения. В структуре, проиллюстрированной на фиг. 4А-4C, каждый пиксель служит и в качестве пикселя обнаружения фокуса, и в качестве пикселя захвата изображения.

[0051] Отличия от структуры, проиллюстрированной на фиг. 3А-3C состоит в том, что каждый пиксель включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, и что сигналы от блоков фотоэлектрического преобразования могут быть считаны независимо.

[0052] Множество пикселей 401, каждый из которых служит и как пиксель обнаружения фокуса, и как пиксель захвата изображения, размещено в пиксельной области 400.

[0053] Каждый пиксель 401 включает в себя блок PD(A) фотоэлектрического преобразования (фотодиод), имеющий полупроводниковую область 402_A n-типа и полупроводниковую область 403 p-типа, и другой блок PD(B) фотоэлектрического преобразования (фотодиод), имеющий полупроводниковую область 402_B n-типа и полупроводниковую область 403 p-типа. Полупроводниковая область 403 p-типа вставлена между полупроводниковой областью 402_A n-типа и полупроводниковой областью 402_B n-типа.

[0054] Каждый пиксель 401 дополнительно включает в себя электрод Tx_A затвора переноса, который переносит сигнал из полупроводниковой области 402_A n-типа в плавающую диффузионную область FD_A, и электрод Tx_B затвора переноса, который переносит сигнал из полупроводниковой области 402_B n-типа в плавающую диффузионную область FD_B.

[0055] Каждая из плавающих диффузионных областей FD_A и FD_B соединена с входным узлом транзистора усиления (не показан). Плавающие диффузионные области FD_A и FD_B могут быть выполнены с возможностью электрически соединяться друг с другом, чтобы складывать сигналы из полупроводниковых областей 402_A и 402_B n-типа в каждом пикселе. В качестве альтернативы плавающие диффузионные области FD_A и FD_B могут быть размещены в общей активной области.

[0056] Проводные соединения 405a-405c электрически изолированы друг от друга межслойной изолирующей пленкой 404. Предопределенный слой 406 расположен на верхнем проводном соединении 405c. Предопределенный слой 406 сформирован по меньшей мере посредством одного элемента из группы, состоящей из выравнивающей пленки, слоя цветового фильтра, защитного слоя и т.п. Микролинза 407 расположена на предопределенном слое 406.

[0057] Для отличия от других структур пикселя пиксель обнаружения фокуса, такой как описанный выше, будет в дальнейшем упоминаться как пиксель обнаружения фокуса, включающий в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования.

[0058] Как описано ниже, когда микролинзы 309 и 407 настоящего варианта осуществления, проиллюстрированные на фиг. 3C и 4C, ортогонально спроецированы на соответствующие блоки фотоэлектрического преобразования, самые верхние позиции (вершины) микролинз 309 и 407 смещены от их центральных позиций. В качестве альтернативы позиция вершины микролинзы 309 смещена от центральной позиции блока фотоэлектрического преобразования соответствующего пикселя и от центральной позиции в направлении к центру пиксельной области 300 (например, в направлении налево на фиг. 3B). В случае, когда пиксель обнаружения фокуса включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, позиция вершины микролинзы 407 смещена от полупроводниковой области 403 p-типа между полупроводниковыми областями 402_A и 402_B n-типа соответствующего пикселя и по направлению к центру пиксельной области 400.

[0059] Когда обычная микролинза ортогонально спроецирована на блок фотоэлектрического преобразования, позиция вершины микролинзы совпадает с ее центральной позицией. Таким образом, обычная микролинза симметрична относительно своей позиции вершины. Чтобы разъяснить отличие от такой обычной микролинзы, микролинзы, проиллюстрированные на фиг. 3C и 4C, будут в дальнейшем упоминаться как асимметричные микролинзы. С другой стороны, микролинзы предшествующего уровня техники будут упоминаться как симметричные микролинзы. Структура асимметричной микролинзы будет подробно описана позже.

[0060] Теперь со ссылкой на фиг. 5 и 6 будут описаны эквивалентные схемы пикселей устройств захвата изображения в отношении фиг. 3А-3C и фиг. 4А-4C. Каждая из фиг. 5 и 6 иллюстрирует в общей сложности четыре пикселя, размещенные в массиве из двух строк и двух столбцов.

[0061] Фиг. 5 иллюстрирует эквивалентную схему устройства захвата изображения, соответствующего фиг. 3А-3C. Хотя в конце ссылочных позиций добавлены символы для идентификации строк и столбцов, операции, общие для всех пикселей, будут описаны без добавления символов. Операции, уникальные для каждой пиксельной строки или столбца, будут описаны с добавлением символов по мере необходимости.

[0062] На фиг. 5 пиксели в первой строке являются пикселями обнаружения фокуса, и пиксели во второй строке являются пикселями захвата изображения. Поскольку сигналы пикселей обнаружения фокуса и обычных пикселей захвата изображения могут быть считаны одним и тем же способом считывания, эти пиксели будут описаны без различия между ними.

[0063] Сначала будет описана базовая операция считывания сигнала. Заряды, сгенерированные в блоке 501 фотоэлектрического преобразования, переносятся через транзистор 502 переноса в плавающую диффузионную область 506. Плавающая диффузионная область 506 соединена с затвором транзистора 504 усиления, который усиливает сигнал на основе перенесенных зарядов. Усиленный сигнал выдается через транзистор 505 выбора в линию выходного сигнала. Затем заряды, перенесенные в плавающую диффузионную область 506, сбрасываются транзистором 503 сброса.

[0064] В этом варианте осуществления два пикселя совместно используют транзистор 503 сброса, транзистор 504 усиления и транзистор 505 выбора.

[0065] Схемы 203 столбцов, описанные со ссылкой на фиг. 2 обеспечены на последующем каскаде линий выходного сигнала. В схемах 203 столбцов выполняется предопределенная обработка.

[0066] Сигналы множества пикселей, содержащихся в каждой строке, выдаются на соответствующие линии выходного сигнала. В ответ на управляющий сигнал, поданный на линию TX_1 управления переносом, транзисторы 502А и 502B переноса соответствующих пикселей в первой строке в значительной степени одновременно включаются. Это заставляет заряды в блоках 501А и 501B фотоэлектрического преобразования в первой строке быть перенесенными в плавающие диффузионные области 506А и 506B. Когда линия TSEL_1 управления выбором включена, транзисторы 505А и 505B выбора в первой строке включены, и, таким образом сигналы пикселей в первом и втором столбцах выдаются в линии выходного сигнала. Сигналы кадра изображения считываются посредством повторения этой операции для всех строк.

[0067] Сигналы от пикселей обнаружения фокуса и сигналы от пикселей захвата изображения могут быть выданы за пределы устройства захвата изображения без различения. Сигналы от пикселей обнаружения фокуса извлекаются из выходных сигналов, и, таким образом, может быть выполнено обнаружение фокуса на основе разности фаз.

[0068] В качестве альтернативы сигналы от пикселей захвата изображения и сигналы от пикселей обнаружения фокуса могут выдаваться для разных кадров.

[0069] Со ссылкой на фиг. 6 будет описано устройство захвата изображения, показанное на фиг. 4А-4C. Хотя в конце ссылочных позиций добавлены символы для идентификации строк и столбцов, операции, общие для всех пикселей, будут описаны без добавления символов. Операции, уникальные для каждой пиксельной строки или столбца, будут описаны с добавлением символов по мере необходимости.

[0070] В устройстве захвата изображения, проиллюстрированном на фиг. 4А-4C, каждый пиксель включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, сигналы от которых могут быть считаны независимо. Например, первый пиксель включает в себя блоки 601_A1 и 601_A2 фотоэлектрического преобразования, для которого обеспечены транзисторы 602_A1 и 602_A2 переноса, соответственно. Вследствие управления через линии TX_A1 и TX_A2 управления переносом, которые являются разными управляющими проводными соединениями, сигналы от блоков 601_A1 и 601_A2 фотоэлектрического преобразования могут быть считаны независимо.

[0071] Будет описана базовая операция считывания сигнала. Заряды, сгенерированные в блоке 601 фотоэлектрического преобразования, переносятся через транзистор 602 переноса в плавающую диффузионную область 606. Плавающая диффузионная область 606 соединена с затвором транзистора 604 усиления, который усиливает сигнал на основе перенесенных зарядов. Усиленный сигнал выдается через транзистор 605 выбора в линию выходного сигнала. Затем заряды, перенесенные в плавающую диффузионную область 606, сбрасываются транзистором 603 сброса.

[0072] В этом варианте осуществления два блока фотоэлектрического преобразования, включенные в каждый пиксель, совместно используют транзистор 603 сброса, транзистор 604 усиления 604 и транзистор 605 выбора.

[0073] Схемы 203 столбцов, описанные со ссылкой на фиг. 2 обеспечены на последующем каскаде линий выходного сигнала. В схемах 203 столбцов выполняется предопределенная обработка.

[0074] Сигналы множества пикселей, содержащихся в каждой строке, выдаются в соответствующие линии выходного сигнала. В ответ на управляющий сигнал, поданный на линию TX_A1 управления переносом, считываются сигналы блоков 601_A1 и 601_B1 фотоэлектрического преобразования пикселей в первой строке. Транзисторы 602_A1 и 602_B1 переноса одновременно включаются. Это заставляет заряды в блоках 601_A1 и 601_B1 фотоэлектрического преобразования быть перенесенными в плавающие диффузионные области 606А и 606B. Когда линия TSEL_1 управления выбором включена, транзисторы 605А и 605B выбора в первой строке одновременно включены, и сигналы пикселей в первом и втором столбцах одновременно выдаются в линию выходного сигнала. Затем в ответ на управляющий сигнал, поданный в линию TX_A2 управления переносом, считываются сигналы других блоков 601_A2 и 601_B2 фотоэлектрического преобразования пикселей в первой строке. Транзисторы 602_A2 и 602_B2 переноса одновременно включаются. Это заставляет заряды в блоках 601_A2 и 601_B2 фотоэлектрического преобразования быть перенесенными в плавающие диффузионные области 606А и 606B. Когда линия TSEL_1 управления выбором включена, транзисторы 605А и 605B выбора в первой строке включены, и сигналы пикселей в первом и втором столбцах выдаются в линию выходного сигнала. Сигнал экрана изображения считывается посредством повторения этой операции для всех строк.

[0075] В устройстве захвата изображения этого варианта осуществления в основном каждый пиксель служит и в качестве пикселя обнаружения фокуса, и в качестве пикселя захвата изображения. Таким образом, возможно должным образом выбрать необходимую область и необходимое количество пикселей из плоскости формирования изображения и выдать их за пределы устройства захвата изображения. Кроме того, возможно извлечь сигналы пикселей обнаружения фокуса из выходных сигналов и выполнить обнаружение фокуса на основе разности фаз.

[0076] Теперь будет описана асимметричная микролинза, используемая в устройстве захвата изображения настоящего изобретения.

[0077] Перед описанием асимметричной микролинзы в качестве сравнительного примера будет описана структура, использующая симметричную микролинзу.

[0078] Каждая из фиг. 7А и 7B иллюстрирует сравнительный пример устройства захвата изображения, описанного в отношении фиг. 3А-3C и фиг. 5. Каждая из фиг. 8А и 8B иллюстрирует сравнительный пример устройства захвата изображения, описанного в отношении фиг. 4А-4C и фиг. 6. Симметричная микролинза относится к микролинзе, у которой ее самая высокая точка находится в ее центре на виде в плане. Микролинзы, проиллюстрированные на фиг. 7А и 7B и фиг. 8А и 8B имеют одинаковую форму.

[0079] Характеристика наклонного падения хорошо известна как характеристика устройств захвата изображения. Это характеристика, которая указывает, до какой степени свет, наклонно падающий на плоскость формирования изображения, может быть собран в блок фотоэлектрического преобразования. Известен способ улучшения характеристики наклонного падения, в котором центр микролинзы смещается от центра блока фотоэлектрического преобразования.

[0080] На фиг. 7А и 7B и фиг. 8А и 8B величина смещения симметричной микролинзы изменяется для улучшения рабочих показателей чувствительности и обнаружения фокуса. Величина смещения на фиг. 7A больше, чем величина смещения на фиг. 7B, и величина смещения на фиг. 8A больше, чем величина смещения на фиг. 8B.

[0081] На фиг. 7A полупроводниковая область 701 n-типа и полупроводниковая область 702 p-типа формируют фотодиод, служащий в качестве блока фотоэлектрического преобразования. Межслойная изолирующая пленка 703 расположена на блоке фотоэлектрического преобразования. Элемент 704 экранирования света экранирует часть полупроводниковой области 701 n-типа от света. Проводные соединения 705a и 705b изолированы друг от друга межслойной изолирующей пленкой 703. Предопределенный слой 706 (например, цветовой фильтр) расположен на проводном соединении 705b, который является самым верхним слоем проводного соединения. Микролинза 707 расположена на верхней стороне предопределенного слоя 706. Базовая структура на фиг. 7B совпадает со структурой на фиг. 7A. Позиция микролинзы 708 относительно полупроводниковой области 701 n-типа на фиг. 7B отличается от позиции микролинзы 707 относительно полупроводниковой области 701 n-типа на фиг. 7A.

[0082] В структуре, проиллюстрированной на фиг. 7A, свет, собранный микролинзой 707 в область слева от центра полупроводниковой области 701 n-типа, блокируется элементом 704 экранирования света. Таким образом, рабочий показатель обнаружения фокуса, достигнутый в структуре на фиг. 7A, является высоким. Однако в случае генерации сигнала для захвата изображения с использованием этого пикселя требуются улучшения с точки зрения чувствительности, поскольку большое количество света блокируется элементом 704 экранирования света.

[0083] В структуре, проиллюстрированной на фиг. 7B, во всей области микролинзы 708, соответствующей полупроводниковой области 701 n-типа, свет падает на блок фотоэлектрического преобразования без блокировки элементом 704 экранирования света. Таким образом, чувствительность, достигнутая в этой структуре, выше, чем на фиг. 7A. Однако свет, который должен быть первоначально заблокирован элементом 704 экранирования света, также падает на блок фотоэлектрического преобразования. В частности, свет, падающий на левую сторону микролинзы 708, который должен быть заблокирован элементом 704 экранирования света для обнаружения фокуса, вместо этого падает на блок фотоэлектрического преобразования без блокировки. Таким образом, хотя структура на фиг. 7B предпочтительна по сравнению с фиг. 7A с точки зрения чувствительности, требуются улучшения с точки зрения точности обнаружения фокуса.

[0084] Таким образом, в структурах на обеих фиг. 7А и 7B требуется сделать некоторое улучшение для достижения как точности обнаружения фокуса, так и чувствительности.

[0085] На фиг. 8A полупроводниковая область 801_A n-типа и полупроводниковая область 802 p-типа, а также полупроводниковая область 801_B n-типа и полупроводниковая область 802 p-типа формируют два фотодиода, каждый из которых служит в качестве блока фотоэлектрического преобразования. Межслойная изолирующая пленка 803 расположена на этих двух блоках фотоэлектрического преобразования. Проводные соединения 804a к 804c изолированы друг от друга межслойной изолирующей пленкой 803. Предопределенный слой 805 (например, цветовой фильтр) расположен на проводном соединении 804c, который является самым верхним слоем проводного соединения. Микролинза 806 расположена на верхней стороне предопределенного слоя 805. Базовая структура на фиг. 8B совпадает со структурой на фиг. 8A. Позиция микролинзы 807 относительно полупроводниковых областей 801_A и 801_B n-типа на фиг. 8B отличается от позиции микролинзы 806 относительно полупроводниковых областей 801_A и 801_B n-типа на фиг. 8A.

[0086] В структуре на фиг. 8A область между полупроводниковой областью 801_A n-типа и полупроводниковой областью 801_B n-типа находится в центре пикселя. Свет, собранный микролинзой 806 в области слева от центра, падает на область между полупроводниковой областью 801_A n-типа и полупроводниковой областью 801_B n-типа. Затем генерируется относительно большое количество зарядов, и сигналы считываются через полупроводниковую область 801_B n-типа. Таким образом, точность обнаружения фокуса, достигнутая в структуре на фиг. 8A, является высокой. Однако в случае генерации сигнала для захвата изображения с использованием этого пикселя, требуются улучшения с точки зрения чувствительности, поскольку большое количество света блокируется проводными соединениями 804a к 804c.

[0087] В структуре, проиллюстрированной на фиг. 8B, свет, собранный микролинзой 807, падает на блок фотоэлектрического преобразования без блокировки проводными соединениями 804a-804c. Таким образом, чувствительность, достигнутая в этой структуре, выше, чем на фиг. 8A. Однако, поскольку свет падает на область ближе к полупроводниковой области 801_B n-типа, требуются улучшения с точки зрения точности обнаружения фокуса.

[0088] Таким образом, в структурах обеих фиг. 8А и 8B должно быть сделано некоторое улучшение для достижения как точности обнаружения фокуса, так и чувствительности.

[0089] Далее будет описано устройство захвата изображения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В настоящем варианте осуществления используется асимметричная микролинза. Использование асимметричной микролинзы может увеличить степень свободы при установке позиции фокуса в блоке фотоэлектрического преобразования.

[0090] В случае использования симметричной микролинзы, как в сравнительных примерах, трудно изменить планарную позицию фокуса, не перемещая всю микролинзу, при этом сохраняя позицию фокуса в направлении глубины. Напротив, использование асимметричной микролинзы позволяет изменить планарную позицию фокуса, в значительной степени не изменяя положение фокуса в направлении глубины. Таким образом, использование асимметричной микролинзы позволяет достигнуть и точности обнаружения фокуса, и чувствительности независимо от планарной топологии полупроводниковых областей, формирующих блок фотоэлектрического преобразования, проводных соединений, сделанных из поликремния или металла, элементов экранирования света и т.п.

[0091] Для асимметричной микролинзы настоящего варианта осуществления только необходимо, чтобы по меньшей мере самая верхняя точка микролинзы была смешена от ее центральной позиции на виде в плане. При этой структуре планарная позиция фокуса может быть легко изменена.

[0092] Помимо этой структуры будет описана структура асимметричной микролинзы, которая может увеличить область заполнения микролинзы.

[0093] Асимметричная микролинза настоящего варианта осуществления будет описана со ссылкой на фиг. 9А-9C. Фиг. 9A является схематическим видом в плане асимметричной микролинзы 111. Фиг. 9B и 9C являются схематическими сечениями асимметричной микролинзы 111.

[0094] Фиг. 9A является схематическим видом в плане, иллюстрирующим нижнюю часть 900 асимметричной микролинзы 111 в плоскости, содержащей направление оси X и направление оси Y. Нижняя часть 900 совпадает с формой изображения (изображения ортогональной проекции), полученного посредством проекции асимметричной микролинзы 111 на плоскость, содержащую направление оси X и направление оси Y. В нижней части 900 асимметричная микролинза 111 имеет первую длину L1 вдоль направления оси X, а также имеет первую длину L1 вдоль направления оси Y. В случае структуры, в которой нет промежутка между смежными микролинзами, нижняя часть 900 задана на высоте микролинзы, на которой смежные микролинзы находятся в контакте друг с другом.

[0095] В пределах нижней части 900 (асимметричной микролинзы 111) имеются позиции с первой позиции P1 по шестую позицию P6 вдоль направления оси X. Третья позиция P3, первая позиция P1, шестая позиция P6, пятая позиция P5, вторая позиция P2 и четвертая позиция P4 размещены в таком порядке от центра O области массива.

[0096] На внешнем крае нижней части 900 асимметричной микролинзы 111 сторона 911 первой области 121, которая является самой близкой к центру O и простирается вдоль направления оси Y, расположена в третьей позиции P3. На внешнем крае нижней части 900 асимметричной микролинзы 111 сторона 915 первой области 121, которая является самой удаленной от центра O и простирается вдоль направления оси Y, расположена в четвертой позиции P4. Центр нижней части 900 асимметричной микролинзы 111 расположен в пятой позиции P5, которая является центром между третьей позицией P3 и четвертой позицией P4. Таким образом, четвертая позиция P4 удалена на первую длину L1 от третьей позиции P3, и пятая позиция P5 удалена на половину первой длины L1 (L1/2) от третьей позиции P3. Как описано ниже, шестая позиция P6 указывает позицию вершины асимметричной микролинзы 111 в направлении оси X. Первая область 121 является одной из ячеек, размещенных в двухмерной матрице в области массива. Каждая из ячеек снабжена одной микролинзой.

[0097] Как проиллюстрировано на фиг. 9A, нижняя часть 900 вертикально симметрична относительно оси X, и ее внешний край сформирован сторонами 911-918. Сторона 911 является прямой линией, соединяющей точку 901 с точкой 908, и сторона 912 является кривой, соединяющей точку 901 с точкой 902. Сторона 913 является прямой линией, соединяющей точку 902 с точкой 903, и сторона 914 является кривой, соединяющей точку 903 с точкой 904. Сторона 915 является прямой линией, соединяющей точку 904 с точкой 905, и сторона 916 является кривой, соединяющей точку 905 с точкой 906. Сторона 917 является прямой линией, соединяющей точку 906 с точкой 907, и сторона 918 является кривой, соединяющей точку 907 с точкой 908. Стороны 911 и 915 являются прямыми линиями, простирающимися вдоль направления оси Y. Стороны 913 и 917 являются прямыми линиями, простирающимися вдоль направления оси X. Каждая из сторон 912, 914, 916 и 918 имеет искривление и обеспечивает соединение между прямыми линиями.

[0098] В первой позиции P1 вдоль направления оси X нижняя часть 900 имеет первую ширину W1 вдоль направления оси Y. Во второй позиции P2 вдоль направления оси X нижняя часть 900 имеет вторую ширину W2 вдоль направления оси Y. В третьей позиции P3 и четвертой позиции P4 нижняя часть 900 имеет третью ширину W3 и четвертую ширину W4, соответственно, вдоль направления оси Y. Удовлетворяется по меньшей мере отношения W1>W2, и более предпочтительно удовлетворяются отношения W1>W2>W3>W4. Следует обратить внимание, что на фиг. 9A удовлетворяется W1 = L1.

[0099] Первая позиция P1 является любой позицией на расстоянии половины первой длины L1 или меньше от третьей позиции P3, и вторая позиция P2 является любой позицией на расстоянии больше половины первой длины L1 от третьей позиции P3. Первая позиция P1 может являться любой позицией на расстоянии меньше половины первой длины L1 от третьей позиции P3, и вторая позиция P2 может являться любой позицией на расстоянии половины первой длины L1 или больше от третьей позиции P3. Расстояние от центра O до второй позиции P2 больше, чем от центра O до первой позиции P1.

[00100] Фиг. 9B является схематическим сечением асимметричной микролинзы 111 вдоль оси X на фиг. 9A. В плоскости, содержащей направление оси Z и направление оси X, стороны 931-933 формируют внешний край сечения 920 асимметричной микролинзы 111. Сторона 931 является прямой линией, соединяющей точку 921 с точкой 922, сторона 932 является кривой, соединяющей точку 922 с точкой 923, и сторона 933 является кривой, соединяющей точку 923 с точкой 924. Асимметричная микролинза 111 имеет первую высоту H1 в первой позиции P1, вторую высоту H2 во второй позиции P2 и третью высоту H3 в шестой позиции P6. Эти высоты имеют отношения H3>H1>H2. При этом третья высота H3 самая большая в асимметричной микролинзе 111. Другими словами, точка 923 в шестой позиции P6 является вершиной асимметричной микролинзы 111. Асимметричная микролинза 111 имеет свою вершину в шестой позиции P6, которая ближе к центру O, чем пятая позиция P5. При этом вершина является самой верхней точкой в сечении 920. Хотя асимметричная микролинза 111 имеет вершину в настоящем варианте осуществления, самая верхняя область не обязательно должна быть точкой. Например, асимметричная микролинза 111 может иметь третью высоту H3 в любой точке вдоль линии от первой позиции P1 до пятой позиции P5.

[00101] Как проиллюстрировано на фиг. 9B, сторона 932 асимметричной микролинзы 111 имеет участок с радиусом изгиба, меньшим, чем у стороны 933. Сторона 932 может иметь участок с радиусом изгиба, большим, чем у стороны 933. При этой структуре свет, падающий со стороны 933, значительно искривляется посредством большой силы линзы, и эффективность сбора света повышается. Радиус изгиба может быть определен, например, на основе касательной в любой точке в сечении асимметричной микролинзы 111. Например, определена касательная стороны 933 в центре стороны 933 в направлении оси X (т.е., в центре между шестой позицией P6 и четвертой позицией P4). Радиус изгиба может быть получен из вписанной окружности касательной. Другие способы, обычно используемые для измерения радиуса изгиба, могут использоваться для определения радиуса изгиба каждой части.

[00102] Фиг. 9C показывает сечения асимметричной микролинзы 111 в первой позиции P1 и второй позиции P2 на фиг. 9A. Первое сечение 941 является сечением асимметричной микролинзы 111 в первой позиции P1 на фиг. 9A вдоль направления оси Y. Второе сечение 942 является сечением асимметричной микролинзы 111 во второй позиции P2 на фиг. 9A вдоль направления оси Y. В первом сечении 941 асимметричная микролинза 111 имеет первую ширину W1 и первую высоту H1, которая является самой большой и соответствует вершине первого сечения 941. Внешний край первого сечения 941 имеет первый радиус R1 кривизны. Во втором сечении 942 асимметричная микролинза 111 имеет вторую ширину W2 и вторую высоту H2, которая является самой большой и соответствует вершине второго сечения 942. Хотя асимметричная микролинза 111 имеет эти вершины в настоящем варианте осуществления, участки, имеющие первую высоту H1 и вторую высоту H2, не обязательно должны быть точками, как описано выше.

[00103] Внешний край второго сечения 942 имеет второй радиус R2 кривизны. Первый и второй радиусы R1 и R2 кривизны имеют отношение R1<R2. Это отношение может представлять собой R1>R2, но вторая ширина W2 может быть сужена, и отношение заполнения области может быть снижено. В этом случае вторая ширина W2 асимметричной микролинзы 111 может сформировать внешний край на фиг. 9A. Когда асимметричная микролинза 111 имеет сторону с длиной, равной второй ширине W2, в позиции, самой удаленной от центра O, возможно увеличить отношение заполнения области и вносить свет из более широкого диапазона.

[00104] Как проиллюстрировано на фиг. 9А-9C, асимметричная микролинза 111 имеет первую ширину W1, первую высоту H1 и первый радиус R1 кривизны в первой позиции P1, и имеет вторую ширину W2, вторую высоту H2 и второй радиус R2 кривизны во второй позиции P2. Отношения W1>W2, H1>H2 и R1<R2 позволяют асимметричной микролинзе 111 иметь большую область заполнения, поддерживая при этом высокую светособирающую способность, и, таким образом, светособирающее отношение может быть улучшено.

[00105] Далее будет сделано сравнение между асимметричной микролинзой 111 и симметричной микролинзой 1011 предшествующего уровня техники со ссылкой на фиг. 10А-10D. Части, одинаковые с частями на фиг. 9А-9C, обозначены такими же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено.

[00106] Фиг. 10A является схематическим видом в плане, иллюстрирующим нижнюю часть 900 асимметричной микролинзы 111, и фиг. 10B является схематическим видом в плане, иллюстрирующим нижнюю часть 1000 симметричной микролинзы 1011 для сравнения. Фиг. 10C является схематическим сечением асимметричной микролинзы 111, и фиг. 10D является схематическим сечением симметричной микролинзы 1011 для сравнения.

[00107] На фиг. 10А-10D микролинзы помещены в соответствующие первые области 121, имеющие одинаковую площадь.

[00108] Как проиллюстрировано на фиг. 10B, симметричная микролинза 1011 имеет нижнюю часть 1000. Нижняя часть 1000 имеет форму круга с радиусом, который равен половине первой длины L1 (L1/2). Как проиллюстрировано на фиг. 10B, вершина симметричной микролинзы 1011 расположена в пятой позиции P5, которая является центром первой области 121.

[00109] Фиг. 10C является схематическим сечением, иллюстрирующим сечение 1051 асимметричной микролинзы 111 вдоль оси X на фиг. 10A. Фиг. 10D является схематическим сечением, иллюстрирующим сечение 1052 симметричной микролинзы 1011 вдоль оси X на фиг. 10B. Обе из микролинз имеют третью высоту H3 в своих вершинах. Каждая из фиг. 10C и 10D обеспечивает виртуальную плоскость 1061 падения, равноудаленную от соответствующей нижней части, чтобы показать поведение света в микролинзе. Наклонный световой луч 1081, имеющий угол θ2 от нормали до принимающей свет поверхности каждой из микролинз, падает на микролинзу.

[00110] Световой луч 1081, падающий на симметричную микролинзу 1011, становится, например, световым лучом 1083, имеющим угол θ4 относительно светового луча 1081, и собирается. С другой стороны, световой луч 1081 на асимметричной микролинзе 111 становится, например, световым лучом 1082, имеющим угол θ3 относительно светового луча 1081, и собирается. Угол θ3 больше, чем угол θ4. Как показано в сечении 1051 на фиг. 10C, асимметричная микролинза 111 постепенно изменяет свой наклон с обеих сторон шестой позиции P6, и свет преломляется по-разному с обеих сторон шестой позиции P6. В настоящем варианте осуществления радиус кривизны в первой позиции P1 меньше, чем радиус кривизны во второй позиции P2. В точке вблизи четвертой позиции P4 асимметричная микролинза 111 может преобразовать наклонно падающий световой луч (угол θ2) в световой луч вдоль направления оси Z (угол θ3), и может эффективнее собрать наклонно падающий свет, чем симметричная микролинза 1011. Когда угол θ2 находится в диапазоне от 20 градусов до 40 градусов, чувствительность пикселей, использующих асимметричную микролинзу 111, составляет на 10-20% выше, чем у пикселей, использующих симметричную микролинзу 1011.

[00111] Асимметричная микролинза 111 имеет большую область заполнения, поддерживая при этом светособирающую способность на высоком уровне, и, таким образом, имеет высокое светособирающее отношение. Таким образом, посредством обеспечения по меньшей мере одной асимметричной микролинзы 111 на предопределенном расстоянии от центра O области массива, возможно обеспечить массив микролинз, имеющий высокое светособирающее отношение.

[00112] Поскольку вторая позиция P2 (фиг. 9A) может являться любой позицией, которая удовлетворяет описанным выше условиям, вторая позиция P2 может являться четвертой позицией P4. Таким образом, сторона 915 может иметь вторую ширину W2 в качестве своей длины. В этом случае асимметричная микролинза 111 может иметь большую область заполнения, чем описанная выше.

[00113] Асимметричная микролинза 111 может иметь вершину в первой позиции P1. Таким образом, шестая позиция P6 может находиться в том же местоположении, как и первая позиция P1. Первая ширина W1 в первой позиции P1 является самой большой шириной в настоящем варианте осуществления. Однако асимметричная микролинза 111 может иметь самую большую ширину в другой позиции или, в частности, между пятой позицией P5 и второй позицией P2. Асимметричная микролинза 111, имеющая самую большую ширину в такой позиции, может иметь более высокое отношение заполнения области.

[00114] Первая область 121 имеет квадратную форму в настоящем варианте осуществления. Однако первая область 121 может быть в форме любого прямоугольника, который ограничивает внешний край асимметричной микролинзы 111 в виде в плане. Первая область 121 может быть в форме прямоугольника, имеющего стороны с первой длиной L1. Множество микролинз может быть размещено по меньшей мере одномерно. Третья ширина W3 в третьей позиции P3 может быть равна первой длине L1 (W3=L1).

[00115] В настоящем варианте осуществления первая длина L1 имеет диапазон от 0,5 мкм до 50 мкм. Первая ширина W1 и вторая ширина W2 имеет диапазон от 0,5 мкм к 50 мкм. Отношение второй ширины W2 к первой ширине W1 имеет диапазон от 0,05 до 0,99 и предпочтительно от 0,2 до 0,8. Первая высота H1 и вторая высота H2 имеют диапазон от 0,1 мкм до 5,0 мкм. Первый радиус R1 кривизны определен первой высотой H1 и первой шириной W1, и второй радиус R2 кривизны определен второй высотой H2 и второй шириной W2. Первый радиус R1 кривизны и второй радиус R2 кривизны имеют диапазон от приблизительно 0,25 мкм до приблизительно 100 мкм. Ширины, высоты и радиусы кривизны асимметричной микролинзы могут должным образом установлены для достижения отношения заполнения области 80% или больше. Это вызвано тем, что, например, если отношение заполнения области асимметричных микролинз в устройстве захвата изображения составляет меньше 80%, по меньшей мере 20% света не могут быть собраны, и это приводит к значимому затенению вокруг изображения.

[00116] Асимметричная микролинза настоящего варианта осуществления может быть сформирована, например, с использованием методики фотолитографии. В этом случае фоторезист подвергается воздействию света посредством устройства экспозиции, которое использует маску градаций областей или маску серого тона, определяющую коэффициент пропускания на основе данных проектирования для формы асимметричной микролинзы. Затем фоторезист подвергается проявке, чтобы сформировать требуемую асимметричную микролинзу.

[00117] Когда имеется степень свободы конфигурации с точки зрения области заполнения микролинзы, контур асимметричной микролинзы может быть сформирован посредством искривленной формы, постепенно сужаемой в радиальном направлении на виде в плане, и искривленной формы, постепенно снижаемой в радиальном направлении в перекрестном сечении.

[00118] Была описана асимметричная микролинза. На предшествующем уровне техники не выполнялись исследования для применения асимметричной микролинзы к устройству захвата изображения, способному обнаруживать разности фаз в плоскости формирования изображения (в дальнейшем именуемому устройством захвата изображения с автофокусировкой плоскости изображения (AF)). Исследования, сделанные авторами настоящего изобретения, показали, что положение фокуса на виде в плане может свободно изменяться при помощи асимметричной микролинзы, а также показало, что в устройстве захвата изображения с автофокусировкой плоскости изображения возможно и поддержать чувствительность, и улучшить точность обнаружения фокуса.

[00119] Со ссылкой на фиг. 11А-11D дается описание того, каким образом собирается свет, когда асимметричная микролинза настоящего изобретения применяется к пикселю обнаружения фокуса.

[00120] Фиг. 11A является видом сверху устройства захвата изображения. Устройство 1100 захвата изображения включает в себя пиксельную область 1101 и область периферийной схемы вокруг пиксельной области 1101. По меньшей мере одна схема из схемы сканирования, схемы усиления и аналого-цифровой схемы обеспечена в области периферийной схемы. Целевой пиксель 1102 расположен во внешней части пиксельной области 1101. Каждая из фиг. 11B-11D иллюстрирует структуру сечения целевого пикселя 1102. Фиг. 11B иллюстрирует пример, в котором целевой пиксель 1102 является пикселем захвата изображения. Блок фотоэлектрического преобразования сформирован фотодиодом, включающим в себя полупроводниковую область 1103 n-типа и полупроводниковую область 1104 p-типа. Блок фотоэлектрического преобразования может являться встроенным фотодиодом, в котором полупроводниковая область 1103 n-типа снабжена полупроводниковой областью p-типа на ее передней стороне. Заряды в полупроводниковой области 1103 n-типа переносятся электродом Tx затвора переноса в плавающую диффузионную области FD. Проводные соединения 1106a-1106c электрически изолированы друг от друга межслойной изолирующей пленкой 1105. Предопределенный слой 1107 расположен на самом верхнем проводном соединении 1106c. Предопределенный слой 1107 сформирован по меньшей мере посредством одного элемента из группы, состоящей из выравнивающей пленки, слоя цветового фильтра, защитного слоя и т.п. Микролинза 1108 расположена на предопределенном слое 1107.

[00121] Каждая из фиг. 11C и 11D иллюстрирует пример, в котором целевой пиксель 1102 является пикселем обнаружения фокуса. Фиг. 11C иллюстрирует пример использования пикселя обнаружения фокуса, который включает в себя элемент экранирования света. Части, имеющие такие же функции, как на фиг. 3А-3C, обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено. Фиг. 11D иллюстрирует пример использования пикселя обнаружения фокуса, который включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования. Части, имеющие такие же функции, как на фиг. 4А-4C, обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено.

[00122] Пиксель захвата изображения, проиллюстрированный на фиг. 11B, использует симметричную микролинзу. Центр микролинзы 1108 на виде в плане смещен к центру пиксельной области 1101. Каждый из пикселей обнаружения фокуса, проиллюстрированных на фиг. 11C и 11D, использует асимметричную микролинзу. Уровни силы микролинзы на участках, обозначенных двунаправленными стрелками на фиг. 11C-11D, выше, чем на фиг. 11B. С помощью структур, проиллюстрированных на фиг. 11C и 11D, возможно поддержать чувствительность и улучшить точность обнаружения фокуса даже во внешней части пиксельной области 1101.

[00123] Со ссылкой на фиг. 12А-12C дано описание примера, в котором асимметричная микролинза настоящего изобретения используется для пикселя захвата изображения. Фиг. 12А и 12C являются видами сверху для объяснения форм пятна, соответствующих разным F-числам линз объективов. Фиг. 12B является сечением по линии XIIB-XIIB на фиг. 12A. На фиг. 12B части, имеющие такие же функции, как на фиг. 11B, обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено. На фиг. 12А и 12C каждое пятно, обозначенное сплошной линией, формировано, когда для пикселя захвата изображения используется асимметричная микролинза 1201, и каждое пятно, обозначенное пунктирной линией, сформировано, когда для пикселя захвата изображения используется асимметричная микролинза. Устройство захвата изображения разработано таким образом, что прежде чем свет, проходящий через микролинзу, достигает блока фотоэлектрического преобразования, проводящий шаблон, сделанный из металла или поликремния, не облучается светом. Однако в случае меньшего пикселя проводящий шаблон, сделанный из поликремния, может быть облучен светом вследствие оптических характеристик и ограничений проводящей схемы расположения компонентов шаблона. Например, как в случае пятен, обозначенных сплошными линиями на фиг. 12А и 12C, проводящий шаблон может быть либо облучен, либо не облучен в зависимости от F-числа линзы. В этом случае использование асимметричной микролинзы может уменьшить облучение светом проводящего образца. Например, это позволяет уменьшить явление изменения оптических характеристик в зависимости от F-числа. Это явление также может быть уменьшено в некоторой степени посредством планарного смещения фокуса с использованием симметричной микролинзы. Однако практически трудно изменить величину смещения для каждого пикселя. Таким образом, желательно использовать асимметричную микролинзу, чтобы изменить позицию фокуса на виде в плане. Это особенно эффективно, когда блок фотоэлектрического преобразования и проводящий шаблон, сделанный из поликремния, расположены в зеркальном размещении.

[00124] Как описано выше, идея настоящего изобретения включает в себя использование асимметричной микролинзы для любого из пикселей в устройстве захвата изображения с автофокусировкой плоскости изображения, чтобы улучшить и чувствительность, и точность обнаружения фокуса. Структуры настоящего изобретения будут описаны более подробно с использованием следующих конкретных вариантов осуществления. Следует понимать, что настоящее изобретение не должно интерпретироваться как ограниченное этими вариантами осуществления. Различные изменения и комбинации могут быть сделаны в рамках идеи изобретения.

[00125] В следующих конкретных вариантах осуществления пиксель, называемый "пикселем захвата изображения", не обязательно должен использоваться только для захвата изображения, но также может иметь функцию обнаружения фокуса или обнаружения силы света. Например, обнаружение фокуса включает в себя обнаружение резкости изображения из видеосигнала, полученного устройством захвата изображения. Затем сигнал для так называемого способа TV-AF может быть выдан для управления поиском позиции фокусирующей линзы, в которой обнаруженная резкость, являющаяся значением оценки автофокусировки, является самым высоким.

(ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1)

[00126] Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 13А и 13B и фиг. 14А и 14B. Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления совпадает с устройством захвата изображения, описанным со ссылкой на фиг. 3А-3C и фиг. 5. Части, имеющие такие же функции, как на фиг. 3А-3C, обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено.

[00127] Фиг. 13A является видом сверху пикселей обнаружения фокуса устройства захвата изображения настоящего варианта осуществления. На фиг. 13A каждая область, заштрихованная диагональными линиями, указывает элемент 302 экранирования света. Каждый круг на фиг. 13A представляет пятно, сформированное около элемента 302 экранирования света асимметричной микролинзой 1309. На правой стороне фиг. 13A левая половина блока фотоэлектрического преобразования экранирована от света элементом 302 экранирования света, и на левой стороне фиг. 13A правая половина блока фотоэлектрического преобразования экранирована от света элементом 302 экранирования света. Посредством использования сигналов от этих двух пикселей обнаружения фокуса может быть выполнено обнаружение фокуса на основе разности фаз. Фиг. 13B является сечением по линии XIIIB-XIIIB на фиг. 13A.

[00128] В настоящем варианте осуществления позиция вершины асимметричной микролинзы 1309 не накладывается на элемент 302 экранирования света на виде в плане. При этой структуре высота микролинзы понижена на стороне элемента 302 экранирования света, и сила линзы на элементе 302 экранирования света уменьшена. Это увеличивает количества света, падающего на элемент 302 экранирования света, увеличивает разделение изображений A-B, и тем самым улучшает точность обнаружения фокуса.

[00129] Фиг. 14А и 14B иллюстрируют другие пиксели варианта осуществления 1. Фиг. 14A является видом сверху пикселей обнаружения фокуса в устройстве захвата изображения настоящего варианта осуществления, и фиг. 14B является сечением по линии XIVB-XIVB на фиг. 14A. Вновь части, имеющие такие же функции, как на фиг. 3А-3C, обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено. Отличием от фиг. 13А и 13B является позиция вершины асимметричной микролинзы. В этом варианте осуществления позиция вершины асимметричной микролинзы 1409 накладывается на элемент 302 экранирования света на виде в плане. Высота микролинзы выше на стороне элемента 302 экранирования света. При этой структуре сила микролинзы выше в области, накладывающейся на элемент 302 экранирования света на виде в плане. Это увеличивает количество света, блокированного элементом 302 экранирования света, дает возможность точного разделения изображений A-B и тем самым улучшает точность обнаружения фокуса.

(СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР)

[00130] Фиг. 15A является видом сверху пикселей обнаружения фокуса в устройстве захвата изображения сравнительного примера, и фиг. 15B является перекрестным сечением по линии XVB-XVB на фиг. 15A. Отличием от вариантов осуществления, проиллюстрированных на фиг. 13А и 13B и фиг. 1А и 14B является то, что микролинза этого сравнительного примера является симметричной микролинзой 1509. Фиг. 16 показывает оптические характеристики устройства захвата изображения варианта осуществления 1 на фиг. 13А и 13B и фиг. 14А и 14B и устройства захвата изображения сравнительного примера на фиг. 15А и 15B. Сплошные линии представляют оптические характеристики устройства захвата изображения на фиг. 13А и 13B и фиг. 14А и 14B, и пунктирные линии представляют оптические характеристики устройства захвата изображения сравнительного примера на фиг. 15А и 15B. Фиг. 16 показывает, что пунктирные кривые, представляющие распределение интенсивности зрачка, являются более плавными. Это означает, что разделение изображений A-B является недостаточно хорошим в сравнительном примере, и что точность обнаружения фокуса выше в структурах, проиллюстрированных на фиг. 13А и 13B и фиг. 14А и 14B.

[00131] Таким образом, в варианте осуществления 1, который использует асимметричную микролинзу для пикселя обнаружения фокуса, планарная позиция фокуса может изменяться, и может быть достигнута более высокая точность обнаружения фокуса по сравнению с использованием симметричной микролинзы предшествующего уровня техники.

(ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2)

[00132] Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 17А-17D. Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления совпадает с устройством захвата изображения, описанным со ссылкой на фиг. 4А-4C и фиг. 6. Части, имеющие такие же функции, как на фиг. 4А-4C, обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено. Фиг. 17A является видом сверху пикселя в устройстве захвата изображения настоящего варианта осуществления, и фиг. 17B является сечением по линии XVIIB-XVIIB на фиг. 17A. Фиг. 17C является видом сверху пикселя в устройстве захвата изображения сравнительного примера, и фиг. 17D является сечением по линии XVIID-XVIID на фиг. 17C. Устройство захвата изображения этого сравнительного примера отличается от варианта осуществления 2 тем, что включает в себя симметричную микролинзу 1701.

[00133] Сечение, показанное на фиг. 17B, отличается от сечения на фиг. 4C. Фиг. 4C показывает сечение, ортогональное по отношению каналу, простирающемуся от блока фотоэлектрического преобразования до плавающей диффузионной области FD. С другой стороны, настоящий вариант осуществления показывает сечение, параллельное этому каналу.

[00134] Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления включает в себя электроды Tx_A и Tx_B затвора переноса, которые переносят заряды от блоков фотоэлектрического преобразования в плавающие диффузионные области FD. Электроды Tx_A и Tx_B затвора переноса сделаны из поликремния. Поскольку свет, падающий на поликремний, не может использоваться в качестве сигнала, количество света уменьшается при заданных углах падения.

[00135] Фиг. 18 сравнивает оптические характеристики устройства захвата изображения настоящего варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг. 17А и 17B, и устройства захвата изображения сравнительного примера, проиллюстрированного на фиг. 17C и 17D. Фиг. 18 показывает, что в сравнительном примере чувствительность понижена при угле падения в диапазоне от 0° до 15°, и кривые, представляющие распределения интенсивности зрачка, более плавные. Таким образом, чувствительность и точность обнаружения фокуса выше в настоящем варианте осуществления, чем в сравнительном примере.

(ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 3)

[00136] Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 19А-19C и фиг. 20А-20D. В качестве пикселя для обнаружения фокуса устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления использует пиксель обнаружения фокуса, который включает в себя элемент экранирования света. Фиг. 19B и 19C иллюстрируют структуры сечения пары пикселей с разделением зрачка, расположенных в предопределенной позиции в плоскости формирования изображения. Фиг. 20А-20D иллюстрируют различия в структуре сечения среди пикселей обнаружения фокуса в разных позициях в плоскости формирования изображения.

[00137] Фиг. 19A является видом сверху пикселя обнаружения фокуса и показывает внешние края элемента 1907 экранирования света и блока PD фотоэлектрического преобразования на виде в плане. Внешний край пикселя 1900 представляет границы со смежными пикселями. Например, этот внешний край определен границей между активной областью и областью изоляции элементов. Фиг. 19B и 19C являются сечениями по линии XIXB-XIXB и по линии XIXC-XIXC, соответственно, на фиг. 19A. Точка пересечения линий XIXB-XIXB и XIXC-XIXC является позицией, соответствующей вершине асимметричной микролинзы 1911. Позиция вершины смещена от центра блока PD фотоэлектрического преобразования на виде в плане.

[00138] На фиг. 19B и 19C полупроводниковая область 1903 n-типа и полупроводниковая область 1904 p-типа на поверхности полупроводниковой области 1903 n-типа формируют встроенный фотодиод, который служит блоком фотоэлектрического преобразования. Полупроводниковая область 1903 n-типа окружена слабо легированной полупроводниковой областью. Например, полупроводниковая область 1903 n-типа окружена эпитаксиальным слоем n-типа. Полупроводниковая область 1902 p-типа является сильно легированной полупроводниковой областью, расположенной вокруг полупроводниковой области 1903 n-типа. Полупроводниковая область 1902 p-типа обеспечена, чтобы уменьшить примешивание зарядов от смежных пикселей. Полупроводниковая область 1901 p-типа является слоем, расположенным на предопределенной глубине. Полупроводниковая область 1901 p-типа обеспечена, чтобы собирать сигнальные заряды в глубоком участке подложки в полупроводниковую область 1903 n-типа. В качестве альтернативы, когда полупроводниковая подложка n-типа обеспечена под полупроводниковой областью 1901 p-типа, полупроводниковая область 1901 p-типа может служить для уменьшения примешивания шумовых зарядов из этой полупроводниковой подложки n-типа. Полупроводниковая область p-типа может быть обеспечена между полупроводниковой областью 1903 n-типа и плавающей диффузионной областью FD, чтобы увеличить высоту потенциального барьера между областью полупроводниковой 1903 n-типа и плавающей диффузионной областью FD.

[00139] Антирефлексивная пленка 1905 расположена на верхней стороне блока PD фотоэлектрического преобразования. Антирефлексивная пленка 1905 включает в себя пленку из нитрида кремния. Элемент 1907 экранирования света расположен на антирефлексивной пленке 1905 с межслойной изолирующей пленкой 1906, вставленной между ними. Что касается фиг. 19A, элемент 1907 экранирования света 1907 помещен для экранирования правой стороны блока PD фотоэлектрического преобразования от света на виде в плане. Элемент PD экранирования света сформирован посредством проводного слоя 1908a, который является первым слоем проводного соединения. Проводной слой 1908b (второй слой проводного соединения) расположен на верхней стороне проводного слоя 1908a (первого проводного слоя) с межслойной изолирующей пленкой 1906, вставленной между ними, и проводной слой 1908c (третий слой проводного соединения) расположен на верхней стороне проводного слоя 1908b (второго слоя проводного соединения) с межслойной изолирующей пленкой 1906, вставленной между ними. Межслойная изолирующая пленка 1906 на верхней стороне проводного слоя 1908c (третьего слоя проводного соединения), который является самым верхним слоем проводного соединения, является планаризованной и снабжена защитной пленкой 1909 на ее верхней стороне. Пленка из оксида кремния может использоваться в качестве межслойной изолирующей пленки 1906, и пленка из нитрида кремния может использоваться в качестве защитной пленки 1909. Цветовой фильтр 1910 расположен на защитной пленке 1909, и асимметричная микролинза 1911 расположена на цветовом фильтре 1910. Выравнивающая пленка может быть обеспечена между цветовым фильтром 1910 и асимметричной микролинзой 1911 при необходимости.

[00140] Как видно на фиг. 19А и 19B, позиция вершины асимметричной микролинзы 1911 смещена от элемента 1907 экранирования света и расположена в апертурной области на виде в плане. Поскольку позиция вершины на виде в плане не накладывается на элемент 1907 экранирования света и расположена в апертурной области, свет, падающий на верхнюю сторону элемента 1907 экранирования света может эффективно сходиться к центру блока PD фотоэлектрического преобразования. Это может улучшить точность обнаружения фокуса.

[00141] Со ссылкой на фиг. 20А-20D будут описаны различия в структуре сечения среди пикселей обнаружения фокуса в разных позициях на плоскости формирования изображения. Фиг. 20A является видом сверху устройства захвата изображения, где точка b находится в значительной степени в центре пиксельной области, и точки c и d размещены в предопределенном направлении от точки b. Другими словами, точки c и d размещены вне точки b в пределах пиксельной области. Каждая из фиг. 20B-20D обеспечивает вид сверху пикселя и сечение по линии L-M вида сверху. В частности, фиг. 20B иллюстрирует структуру сечения пикселя обнаружения фокуса в точке b на фиг. 20A, фиг. 20C иллюстрирует структуру сечения пикселя обнаружения фокуса в точке c на фиг. 20A, и фиг. 20D иллюстрирует структуру сечения пикселя обнаружения фокуса в точке d на фиг. 20A. Части, имеющие такие же функции, как на фиг. 19А-19C обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено. Что касается одинаковых компонентов на фиг. 20B-20D, номерами для ссылок они обозначены только на фиг. 20B, и их повторное описание будет опущено.

[00142] Различия среди фиг. 20B-20D заключаются в позиции вершины (обозначенной метками x) асимметричных микролинз 2001-2003. Позиция вершины на фиг. 20C более удалена от соответствующего элемента 1907 экранирования света, чем позиция вершины на фиг. 20B. Таким образом, позиция вершины на фиг. 20C больше перемещена к центру пиксельной области, чем позиция вершины на фиг. 20B. Позиция вершины на фиг. 20D более удалена от соответствующего элемента 1907 экранирования света, чем позиции вершины на фиг. 20B и 20C. Таким образом, позиция вершины на фиг. 20D больше перемещена к центру пиксельной области, чем позиции вершины на фиг. 20B и 20C. Хотя позиция вершины асимметричной микролинзы 2001 на фиг. 20B расположена в апертурной области элемента 1907 экранирования света на виде в плане, позиция вершины асимметричной микролинзы 2003 на фиг. 20D смещена к позиции, накладывающейся на проводной слой 1908b или 1908c смежного пикселя на виде в плане. Позиция вершины асимметричной микролинзы 2002 на фиг. 20C может быть расположена в апертурной области элемента 1907 экранирования света на виде в плане или может быть смещена к позиции, накладывающейся на проводной слой 1908b или 1908c на виде в плане.

[00143] Как описано выше, посредством изменения позиции вершины асимметричной микролинзы в зависимости от местоположения в пиксельной области возможно не только достигнуть эффектов, полученных в описанных выше вариантах осуществления, но также и улучшить характеристику наклонного падения.

(ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 4)

[00144] Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 21А-21C и фиг. 22А-22D. Отличие от варианта осуществления 3 состоит в том, что пиксель обнаружения фокуса настоящего варианта осуществления включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования. Фиг. 21B и 21C являются сечениями пикселя обнаружения фокуса, расположенного в предопределенной позиции на плоскости формирования изображения. Фиг. 22А-22D иллюстрируют различия структуры сечения среди пикселей обнаружения фокуса в разных позициях на плоскости формирования изображения.

[00145] Фиг. 21A является видом сверху пикселя обнаружения фокуса, который включает в себя блоки PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования, электроды TX1 и TX2 затвора передачи и плавающие диффузионные области FD1 и FD2. Каждые из внешних краев блоков PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования и электродов TX1 и TX2 затвора передачи определены границей с областью изоляции элемента. Внешний край области между блоками PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования определен поверхностью p-n перехода, соединенной с полупроводниковой областью 2111 p-типа. Точка пересечения линий XXIB-XXIB и XXIC-XXIC является позицией, соответствующей вершине асимметричной микролинзы 2110. Позиция вершины находится далеко (смещена) от электродов TX1 и TX2 затвора передачи на виде в плане. При этой структуре возможно уменьшить количество света, поглощенного электродами TX1 и TX2 затвора передачи, и улучшить чувствительность. Внешний край пикселя 2100 представляет границы со смежными пикселями. Например, этот внешний край определен границей между активной областью и областью изоляции элемента. Фиг. 21B является сечением по линии XXIB-XXIB на фиг. 21A, и фиг. 21C является сечением по линии XXIC-XXIC на фиг. 21A.

[00146] Что касается фиг. 21B и 21C, два встроенных фотодиода, служащие в качестве блоков PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования, включают в себя полупроводниковые области 2103А и 2103B n-типа, соответственно, которые снабжены полупроводниковой областью 2104 p-типа на их поверхностях. Полупроводниковые области 2103А и 2103B n-типа окружены полупроводниковой областью 2111 p-типа, и заряды в полупроводниковой области 2103А n-типа могут быть считаны независимо от зарядов в полупроводниковой области 2103B n-типа.

[00147] Полупроводниковая область 2102 p-типа является сильно легированной полупроводниковой областью, расположенной вокруг полупроводниковых областей 2103А и 2103B n-типа. Полупроводниковая область 2102 p-типа обеспечена, чтобы уменьшить примешивание зарядов от смежных пикселей. Полупроводниковая область 2101 p-типа является слоем, расположенным на предопределенной глубине. Полупроводниковая область 2101 p-типа обеспечена для сбора сигнальных зарядов в глубоком участке подложки в полупроводниковых областях 2103А и 2103B n-типа. В качестве альтернативы, когда полупроводниковая подложка n-типа обеспечена под полупроводниковой областью 2101 p-типа, полупроводниковая область 2101 p-типа может служить для уменьшения примешивания шумовых зарядов от этой полупроводниковой подложки n-типа.

[00148] Антирефлексивная пленка 2105 расположена на верхней стороне блоков PD1 и PD2 фотоэлектрического преобразования. Антирефлексивная пленка 2105 включает в себя пленку из нитрида кремния. Проводные слои 2107a-2107c, которые являются слоями с первого по третий, электрически изолированы друг от друга межслойной изолирующей пленкой 2106. Межслойная изолирующая пленка 2106 на верхней стороне проводного слоя 2107c (третий слой), который является самым верхним слоем проводного соединения, является планаризованной и снабжается защитной пленкой 2108 на ее верхней стороне. Пленка из оксида кремния может использоваться в качестве межслойной изолирующей пленки 2106, и пленка из нитрида кремния может использоваться в качестве защитной пленки 2108. Цветовой фильтр 2109 расположен на защитной пленке 2108, и асимметричная микролинза 2110 расположена на цветовом фильтре 2109. Выравнивающая пленка может быть обеспечена между цветовым фильтром 2109 и асимметричной микролинзой 2110 при необходимости.

[00149] Со ссылкой на фиг. 22А-22D будут описаны различия структуры сечения среди пикселей обнаружения фокуса в разных позициях на плоскости формирования изображения. Фиг. 22A является видом сверху устройства захвата изображения, в котором точка b находится в значительной степени в центре пиксельной области, и точки c и d размещены в предопределенном направлении от точки b. Другими словами, точки c и d размещены вне точки b в пределах пиксельной области. Каждая из фиг. 22B-22D обеспечивает вид сверху пикселя и сечение по линии u3-u4 вида сверху. В частности, фиг. 22B иллюстрирует структуру сечения пикселя обнаружения фокуса в точке b на фиг. 22A, фиг. 22C иллюстрирует структуру сечения пикселя обнаружения фокуса в точке c на фиг. 22A, и фиг. 22D иллюстрирует структуру сечения пикселя обнаружения фокуса в точке d на фиг. 22A. Части, имеющие такие же функции, как на фиг. 21А-21C, обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено. Что касается одинаковых компонентов на фиг. 22B-22D, номерами для ссылок они обозначены только на фиг. 22B, и их повторное описание будет опущено.

[00150] Различия среди фиг. 22B-22D заключаются в позиции вершины (обозначенной метками x) асимметричных микролинз 2201-2203. Позиция вершины на фиг. 22C больше смещена к центру пиксельной области, чем позиция вершины на фиг. 22B. Позиция вершины на фиг. 22D больше смещена к центру пиксельной области, чем позиции вершины на фиг. 22B и 22C. Хотя позиция вершины асимметричной микролинзы 2201 на фиг. 22B расположена в апертурной области проводных слоев 2107a-2107c на виде в плане, позиция вершины асимметричной микролинзы 2203 на фиг. 22D смещена к позиции, накладывающейся на проводной слой 2107b или 2107c смежного пикселя на виде в плане. Позиция вершины асимметричной микролинзы 2202 на фиг. 22C может быть расположена в апертурной области на виде в плане или может быть смещена к позиции, накладывающейся на проводные слои 2107a-2107c на виде в плане.

[00151] Как описано выше, посредством изменения позиции вершины асимметричной микролинзы в зависимости от местоположения в пиксельной области возможно не только достигнуть эффектов, полученных в описанных выше вариантах осуществления, но также и улучшить характеристику наклонного падения.

(ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 5)

[00152] Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 23А-23C. Концепция настоящего варианта осуществления применима к любому из описанных выше вариантов осуществления. Как проиллюстрировано, и симметричные, и асимметричные микролинзы размещены в настоящем варианте осуществления. Например, асимметричные микролинзы используются для пикселей обнаружения фокуса.

[00153] Фиг. 23A является видом сверху всей пиксельной области. Фиг. 23B является видом сверху 15 пикселей в позиции b на фиг. 23A, и фиг. 23C является видом сверху 15 пикселей в позиции c на фиг. 23A. На фиг. 23B и 23C метка x указывает позицию вершины каждой микролинзы. Также на фиг. 23B и 23C сплошная линия указывает внешний край области пикселя каждого пикселя, расположенного на подложке полупроводника, такой как блок фотоэлектрического преобразования, и пунктирная линия указывает на внешний край каждой микролинзы, соответствующей одному пикселю. Внешний край микролинзы определен квадратом, имеющим свой центр в центре каждой симметричной микролинзы и имеющим шаг микролинз в качестве длины своей стороны.

[00154] На фиг. 23B позиция вершины каждой микролинзы не совпадает с центром соответствующей области пикселя. В любом из пикселей позиция вершины каждой микролинзы смещена к центру всей пиксельной области. Величина смещения позиции вершины каждой асимметричной микролинзы больше, чем величина смещения позиции вершины каждой симметричной микролинзы.

[00155] На фиг. 23C позиция вершины каждой микролинзы не совпадает с центром соответствующей области пикселя. В любом из пикселей позиция вершины каждой микролинзы смещена к центру всей пиксельной области. На фиг. 23B позиция вершины каждой микролинзы смещена в горизонтальном направлении (влево на чертеже). На фиг. 23C позиция вершины каждой микролинзы смещена в наклонном направлении (в направлении вверх и влево на чертеже). Величина смещения позиции вершины каждой асимметричной микролинзы больше, чем величина смещения позиции вершины каждой симметричной микролинзы.

[00156] Как описано выше, посредством изменения позиции вершины асимметричной микролинзы в зависимости от местоположения в пиксельной области возможно не только достигнуть эффектов, полученных в описанных выше вариантах осуществления, но также и улучшить характеристику наклонного падения.

(ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 6)

[00157] Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 24А и 24B. Концепция настоящего варианта осуществления применима к любому из описанных выше вариантов осуществления. Пиксельная область в устройстве захвата изображения настоящего варианта осуществления включает в себя эффективную пиксельную область и оптическую черную область (область OB), окружающую эффективную пиксельную область. Фиг. 24A является видом сверху устройства захвата изображения настоящего варианта осуществления, и фиг. 24B является перекрестным сечением по линии XXIVB-XXIVB на фиг. 24A. Части, имеющие такие же функции, как на фиг. 22B, обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено.

[00158] В настоящем варианте осуществления блоки фотоэлектрического преобразования каждого пикселя в области OB полностью экранированы от света элементом 2400 экранирования света. Асимметричные микролинзы 2401 размещены и в эффективной пиксельной области, и в области OB. При этой структуре может быть уменьшен уровень неоднородности на границе между эффективной пиксельной областью и областью OB.

[00159] Позиция вершины каждой асимметричной микролинзы может быть смещена к центру пиксельной области и в эффективной пиксельной области, и в области OB. Хотя здесь используется пиксель обнаружения фокуса, включающий в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, структура настоящего варианта осуществления также применима к пикселю обнаружения фокуса, включающему в себя элемент экранирования света.

[00160] В настоящем варианте осуществления возможно достигнуть не только эффектов, полученных в описанных выше вариантах осуществления, но также уменьшить уровень неоднородности на границе между эффективной пиксельной областью и областью OB.

(ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 7)

[00161] Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления будет описано со ссылкой на фиг. 25А и 25B и Фиг. 26А-26C. В описанных выше вариантах осуществления были описаны устройства захвата изображения с освещением с передней стороны. Устройство захвата изображения настоящего варианта осуществления отличается от описанных выше в этом, что имеет тип освещения с задней стороны. Тип освещения с задней стороны относится к структуре, в которой асимметричная микролинза расположена на основной поверхности (второй поверхности) напротив другой основной поверхности (первой поверхности), на которой обеспечен электрод затвора каждого транзистора и проводное соединение, чтобы свет падал от противоположной основной поверхности (второй поверхности).

[00162] Фиг. 25А и 25B иллюстрируют пиксели обнаружения фокуса, каждый из которых включает в себя элемент экранирования света, и фиг. 26А-26C иллюстрируют примеры пикселей обнаружения фокуса, каждый из которых включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования. На фиг. 25А и 25B части, имеющие такие же функции, как на фиг. 19А-19C, обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено. Также на фиг. 26А-26C части, имеющие такие же функции, как на фиг. 21А-21C, обозначены теми же номерами для ссылок, и их подробное описание будет опущено.

[00163] Фиг. 25А и 25B иллюстрируют структуры сечения пары пикселей обнаружения фокуса с разделением зрачка, расположенных в предопределенной позиции в плоскости формирования изображения. Элемент 1907 экранирования света расположен на задней стороне (на стороне падения света) и окружен изоляционным материалом 2500. Каждая из позиций вершин асимметричных микролинз 2501 и 2502 расположена в области (т.е., в апертурной области), в которой элемент 1907 экранирования света не присутствует на виде в плане.

[00164] Фиг. 26A является видом сверху устройства захвата изображения, фиг. 26B иллюстрирует структуру сечения пикселя обнаружения фокуса в позиции b на фиг. 26A, и фиг. 26C иллюстрирует структуру сечения пикселя обнаружения фокуса в позиции c на фиг. 26A. Позиция b находится ближе к центру пиксельной области, чем позиция c.

[00165] Элемент 2600 экранирования света, окруженный изоляционным материалом 2601, расположен на задней стороне (на стороне падения света). В устройстве захвата изображения с освещением с задней стороны величины смещения позиций вершин асимметричных микролинз 2602 и 2603 в разных местоположениях в пиксельной области отличаются.

[00166] В настоящем варианте осуществления, в котором асимметричные микролинзы используются для устройства захвата изображения с автофокусировкой плоскости изображения с освещением с задней стороны, возможно не только достигнуть эффектов, полученных в описанных выше вариантах осуществления, но также улучшить чувствительность. Кроме того, поскольку степень свободы изменения позиции фокуса увеличена, смешивание цветов может быть уменьшено.

[00167] Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Объем последующей формулы изобретения должен получить самую широкую интерпретацию, чтобы охватить все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.

Изобретение относится к устройству захвата изображения. Устройство захвата изображения содержит: пиксельную область, имеющую множество пикселей, которые размещены двухмерным образом, причем каждый из множества пикселей служит в качестве пикселя захвата изображения и пикселя обнаружения фокуса, каждый из множества пикселей выполнен с возможностью выдавать сигнал для обнаружения фокуса на основе обнаружения разности фаз; множество асимметричных микролинз, причем каждая из множества асимметричных микролинз размещена согласно множеству блоков фотоэлектрического преобразования соответствующих пикселей. При этом в случае, когда множество асимметричных микролинз ортогонально спроецированы на соответствующие блоки фотоэлектрического преобразования, позиции вершин множества асимметричных микролинз смещены от центральных позиций множества асимметричных микролинз. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Устройство захвата изображения, содержащее:

пиксельную область, имеющую множество пикселей, которые размещены двухмерным образом, причем каждый из множества пикселей служит в качестве пикселя захвата изображения и пикселя обнаружения фокуса, каждый из множества пикселей выполнен с возможностью выдавать сигнал для обнаружения фокуса на основе обнаружения разности фаз;

множество асимметричных микролинз, причем каждая из множества асимметричных микролинз размещена согласно множеству блоков фотоэлектрического преобразования соответствующих пикселей; и

при этом в случае, когда множество асимметричных микролинз ортогонально спроецированы на соответствующие блоки фотоэлектрического преобразования, позиции вершин множества асимметричных микролинз смещены от центральных позиций множества асимметричных микролинз.

2. Устройство захвата изображения по п. 1, в котором каждый из множества блоков фотоэлектрического преобразования принимает свет, который проходит через часть выходного зрачка оптической системы формирования изображений.

3. Устройство захвата изображения по п. 1, в котором сигнал каждого из множества блоков фотоэлектрического преобразования может быть считан независимо.

4. Устройство захвата изображения по п. 1, в котором множество пикселей включает в себя первый пиксель, расположенный в первой позиции, и второй пиксель, расположенный вне первой позиции в пиксельной области;

позиция вершины первой микролинзы, расположенной согласно блоку фотоэлектрического преобразования первого пикселя, смещена от центральной позиции блока фотоэлектрического преобразования первого пикселя к центру пиксельной области, и позиция вершины второй микролинзы, расположенной согласно блоку фотоэлектрического преобразования второго пикселя, смещена от центральной позиции блока фотоэлектрического преобразования второго пикселя к центру пиксельной области; и

расстояние, на которое позиция вершины второй микролинзы смещена от центральной позиции блока фотоэлектрического преобразования второго пикселя к центру пиксельной области, больше, чем расстояние, на которое позиция вершины первой микролинзы смещена от центральной позиции блока фотоэлектрического преобразования первого пикселя к центру пиксельной области.

5. Устройство захвата изображения по п. 4, в котором первый пиксель и второй пиксель являются пикселями обнаружения фокуса.

6. Устройство захвата изображения по п. 4, в котором первый пиксель и второй пиксель являются пикселями захвата изображения.

7. Устройство захвата изображения по п. 1, в котором контур по меньшей мере одной микролинзы, позиция вершины которой смещена от ее центральной позиции, в случае, когда она ортогонально спроецирована на соответствующий блок фотоэлектрического преобразования, сформирована с искривленной формой, радиально суженной на виде в плане, и искривленной формой, радиально уменьшенной в сечении.

8. Устройство захвата изображения по п. 1, в котором множество асимметричных микролинз размещено в первом направлении и включает в себя первую микролинзу, удаленную на первое расстояние в первом направлении от центра пиксельной области;

причем первая микролинза включает в себя нижнюю часть, которая простирается в плоскости, содержащей первое направление и второе направление, ортогональное по отношению к первому направлению;

причем нижняя часть на виде в плане имеет первую ширину вдоль второго направления в первой позиции, при этом первая позиция находится в пределах первой микролинзы и вдоль первого направления, а также имеет вторую ширину вдоль второго направления во второй позиции, при этом вторая позиция находится в пределах первой микролинзы и более удалена от центра пиксельной области, чем первая позиция, и вторая ширина меньше, чем первая ширина; и

по меньшей мере одна микролинза, позиция вершины которой смещена от ее центральной позиции, когда она ортогонально спроецирована на соответствующий блок фотоэлектрического преобразования, имеет первый радиус кривизны и первую высоту, самую большую в первом сечении, когда ее первое сечение вдоль второго направления сделано в первой позиции, а также имеет второй радиус кривизны, который больше, чем первый радиус кривизны, и вторую высоту, самую большую во втором сечении, и которая меньше, чем первая высота, когда ее второе сечение вдоль второго направления сделано во второй позиции.

9. Устройство захвата изображения по п. 1, в котором пиксельная область включает в себя эффективную пиксельную область и оптическую черную область, и микролинзы размещены как в эффективной пиксельной области, так и в оптической черной области, причем каждая микролинза имеет позицию вершины, смещенную от ее центральной позиции, когда она ортогонально спроецирована на соответствующий блок фотоэлектрического преобразования.

10. Устройство захвата изображения по п. 1, в котором множество пикселей включает в себя транзистор усиления, который усиливает сигнал, сгенерированный каждым блоком фотоэлектрического преобразования, и свет падает от основной поверхности напротив другой основной поверхности, где расположен электрод затвора транзистора усиления.

11. Устройство захвата изображения по п. 1, дополнительно содержащее множество симметричных микролинз, причем каждая из множества симметричных микролинз размещена согласно множеству блоков фотоэлектрического преобразования соответствующих пикселей.

12. Устройство захвата изображения по п. 11, в котором по меньшей мере одна из множества симметричных микролинз расположена на первом пикселе, по меньшей мере одна из множества асимметричных микролинз расположена на втором пикселе, и второй пиксель расположен за пределами первого пикселя в пиксельной области.

13. Устройство захвата изображения по п. 1, дополнительно содержащее транзистор переноса, выполненный с возможностью переноса зарядов, генерируемых в блоках фотоэлектрического преобразования,

причем позиции вершин микролинз смещены от центральных позиций микролинз в направлении от электрода затвора транзистора переноса.

14. Система захвата изображения, содержащая:

устройство захвата изображения по п. 1;

линзу захвата изображения, выполненную с возможностью собирать свет в устройство захвата изображения,

причем линзой захвата изображения управляют в соответствии с сигналом обнаружения разности фаз, выданным из устройства захвата изображения.