專利名稱：固態(tài)圖像捕獲器件、固態(tài)圖像捕獲裝置和電子信息裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)圖像捕獲(solid state image capture)裝置，例如CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器，在作為圖像捕獲區(qū)的多個光接收元件上提供有許多電極布線層的開口、彩色濾光器(colorfilter)和微透鏡中的至少任一個，用來通過該多個光接收元件從目標(biāo)獲取圖像光；涉及一種提供有固態(tài)圖像捕獲器件和在固態(tài)圖像捕獲器件前面的圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的圖像捕獲裝置；以及涉及一種具有例如數(shù)字相機(數(shù)字?jǐn)z像機、數(shù)字照相機)、圖像輸入相機、掃描儀、傳真和裝配有相機的移動電話(cell phone)器件，且在圖像捕獲部分中利用固態(tài)圖像捕獲器件或固態(tài)圖像捕獲裝置作為圖像輸入器件的電子信息裝置。

背景技術(shù)：
通常我們知道，微透鏡陣列布置在多個光接收元件的光入射側(cè)，并且入射光聚焦在光接收元件上，使得無用的光的量降低了并且提高了聚焦率。
另一方面，對于圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的輸出角的特性，我們知道，主光線(chief ray)沿著在固態(tài)圖像捕獲器件的光接收區(qū)域的中心的光軸，從光接收區(qū)域表面的法線方向進(jìn)入，同時主光線以一定角度(傾斜)進(jìn)入光接收區(qū)域的周圍(periphery)(不包括中心)。這里，主光線定義為通過圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的孔徑光闌(aperture stop)中心的光。如果沒有提供孔徑光闌，那么主光線就定義為通過透鏡中心的光。
圖8是示出常規(guī)固態(tài)圖像捕獲器件的有效像素區(qū)的平面圖，利用UXGA作為例子。
在圖8中，常規(guī)的固態(tài)圖像捕獲器件的有效像素區(qū)100是矩形的。例如，在固態(tài)圖像捕獲器件為UXGA的情況下，該UXGA具有有效像素為1200(行)×1600(列)的大量光接收元件。當(dāng)有效像素區(qū)100的中心(對角線的交叉點)定義為“0”圖像高度時，矩形有效像素區(qū)100的四個角可以定義為“100％”圖像高度。因此，圖像高度以同心的方式表示光線離中心多遠(yuǎn)。只要在制造或特定用途時出現(xiàn)變化，有效像素區(qū)的“0”圖像高度就存在于光軸上。
圖9是示出主光線以入射角進(jìn)入圖8中的固態(tài)圖像捕獲器件的圖像捕獲區(qū)的情形的基本結(jié)構(gòu)的縱向截面圖。
在圖9中，主光線通過用作圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的透鏡101進(jìn)入有效像素區(qū)100。此時，從光軸方向進(jìn)入透鏡101的光102，進(jìn)入有效像素區(qū)100的中心，同光軸傾斜進(jìn)入的光103，進(jìn)入有效像素區(qū)100的周圍。這里，進(jìn)入圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的光的量最大(the most intense amount.of light)的角定義為主光線的入射角。有效像素區(qū)100的入射角(CRA；主光線角)的傾斜度(gradient)，隨著該角從有效像素區(qū)100的中心移動到它的周圍而增大。主光線入射角也根據(jù)透鏡101的類型而改變。在圖9中，僅有一個透鏡，但是還可能存在利用多于一個透鏡的情況。透鏡的形狀不僅包括球面形的(spherical shape)，還包括球面形和非球面形(aspherical shape)的多個透鏡的組合或僅為非球面形。因此，主光線入射角的各種特征取決于透鏡101。在圖10中示意性示出了示意性的主光線入射角。以圖10中示出的角進(jìn)入的主光線朝著圖8中的固態(tài)圖像捕獲器件的有效像素區(qū)100的圖像高度方向。
因為當(dāng)主光線從有效像素區(qū)(光接收區(qū)域)100的中心向它的周圍移動時主光線入射角傾斜更大，例如，參考文獻(xiàn)1公開了一種用來排列微透鏡的方法，該方法例如如下方式，由于離光接收區(qū)域100的中心部分越遠(yuǎn)，光接收區(qū)域100中微透鏡的排列間距(pitch)逐漸變得比光接收元件的排列間距越來越小，由此微透鏡向中心部分的那側(cè)靠近，以使得聚焦率增加。這在圖11中示出了。
圖11是示出關(guān)于參考文獻(xiàn)1中公開的關(guān)于常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置，與微透鏡的光接收元件有關(guān)的偏移量以及圖像高度和微透鏡的排列間距之間關(guān)系的圖。
如圖11所示，與光接收元件有關(guān)的微透鏡的偏移量設(shè)定為隨著遠(yuǎn)離根據(jù)常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置的光接收區(qū)域100的中心部分(圖像高度“0”)而逐漸增大。相反，微透鏡的排列間距設(shè)定為隨著遠(yuǎn)離光接收區(qū)域100的中心部分(圖像高度“0”)而逐漸變小。結(jié)果，遠(yuǎn)離光接收區(qū)域100外圍那側(cè)而進(jìn)入的入射光(目標(biāo)的光(subject light))聚焦在光接收元件上，由此實現(xiàn)了圖像斑點調(diào)整(shading correction)。
然而，近年來，根據(jù)固態(tài)圖像捕獲裝置的用途，使用具有與圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的輸出特性不同的特性的各種透鏡(以圖12中示出的非球面透鏡作為例子)。因此，更經(jīng)常使用具有如圖13所示的主光線特性的透鏡，其中隨著圖像高度從圖像高度0增加到一定圖像高度，入射角增加，之后入射角又降低；僅僅使用用微透鏡的排列間距比光接收元件的排列間距逐漸變小的方式來排列微透鏡的方法是不夠的。
因此，例如，參考文獻(xiàn)2公開了一種用來增加從中心部分到外圍部分的預(yù)定位置的部分中微透鏡的排列間距和減小從外圍部分的預(yù)定位置到外邊緣的部分中排列間距的方法。這在圖14中示出了。
圖14是示出關(guān)于參考文獻(xiàn)2中公開的關(guān)于常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置，與光接收元件有關(guān)的微透鏡偏移量以及圖像高度和微透鏡的排列間距之間關(guān)系的圖。在圖14中，豎軸表示與關(guān)于光接收元件有關(guān)的微透鏡的偏移量以及微透鏡的排列間距，而橫軸表示圖像高度。
如圖14所示，用下面的方式設(shè)置常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置，與光接收元件有關(guān)的微透鏡偏移量隨著離光接收區(qū)域100的中心(圖像高度“0”)的距離增加而逐漸增大，同時微透鏡的排列間距在中心部分和具有80％的光接收區(qū)域100中的圖像高度的外圍部分之間設(shè)置為逐漸變小。接下來，反之，對于進(jìn)一步遠(yuǎn)離超過80％圖像高度點的外圍部分，與光接收元件有關(guān)的微透鏡的偏移量設(shè)置為隨著離中心(圖像高度0％)距離增加而逐漸變小，而微透鏡的排列間距設(shè)置為逐漸變大。這種構(gòu)造據(jù)說即使在圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的主光線輸出角并不隨著離光軸的圖像高度的增加而簡單增加的情況下，也能夠調(diào)整圖像斑點。
參考文獻(xiàn)1日本專利No.2600250
參考文獻(xiàn)2日本特開公布No.2004-228645

發(fā)明內(nèi)容
然而，上面描述的常規(guī)的固態(tài)圖像捕獲裝置，具有下面的問題。
在參考文獻(xiàn)1中公開的常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置僅在光通量的輸出角(光通量的入射角)相對于圖像高度按比例增加的情況下對斑點(shading)特性具有調(diào)整效果。然而，當(dāng)偏移量不隨著來自圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的主光線的輸出角或圖像高度的增加而恒定增加時(例如，在使用圖12示出的非球面透鏡作為圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的情況下)，調(diào)整效果不是有效的。
接下來，同參考文獻(xiàn)1中公開的常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置不同，參考文獻(xiàn)2中公開的常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置能夠反映近年來廣泛使用的圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的輸出角(以圖12中示出的非球面透鏡作為例子)。然而，仍然存在下面的問題。
首先，關(guān)于微透鏡的排列，要明白，如果微透鏡的偏移量隨著圖像高度的增加而增加然后偏移量降低，那么常規(guī)的固態(tài)圖像捕獲裝置能夠使用作為例子在圖12中示出的非球面透鏡。然而，不能具體定義圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的輸出角和微透鏡之間的對應(yīng)關(guān)系，以示出微透鏡的最佳排列，并因此產(chǎn)生色斑或亮斑。
另外，關(guān)于微透鏡排列的問題是它們怎么能夠被連續(xù)排列，并且在設(shè)計具有許多像素的光接收元件時為每個像素確定最佳偏移量是不現(xiàn)實的。因此，也可能存在色斑(例如，紅、綠和藍(lán)中的任何一個變?nèi)?或亮斑(屏幕的周圍部分變暗)。如果微透鏡和光接收元件之間的排列位移不合適(out of place)，顯示屏上的圖像就會變得不連續(xù)并且顯示質(zhì)量明顯降低。
此外，輸出角(入射角)根據(jù)圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的類型而變化。如果使用的圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)每次即使輕微改變，圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的輸出角就變化，那么微透鏡的排列必須重新開始再設(shè)計，考慮到設(shè)計時間這是不利的。
本發(fā)明旨在于解決上面描述的常規(guī)問題。本發(fā)明的目的是提供一種固態(tài)圖像捕獲器件、提供有該固態(tài)圖像捕獲器件的固態(tài)圖像捕獲裝置和利用該固態(tài)圖像捕獲器件或該固態(tài)圖像捕獲裝置作為圖像捕獲部分中的圖像輸入器件的電子信息裝置，其中為了防止由于圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的輸出角造成的色斑和亮斑并提高顯示質(zhì)量，相對于光接收元件的微透鏡的偏移量表示為根據(jù)光學(xué)隨入射角而變化的函數(shù)，以使得微透鏡可以連續(xù)布置在光接收區(qū)域，并且該函數(shù)可以再次利用，以縮短設(shè)計周期和降低設(shè)計成本。
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件包括提供在作為光接收區(qū)域的光接收元件上方的光輸入側(cè)上的電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個，其中多個光接收元件設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上或提供在襯底上的半導(dǎo)體區(qū)域上，其中電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個相對于光接收元件或相對于希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量是基于進(jìn)入光接收區(qū)域到固態(tài)圖像捕獲器件表面的光通量的入射角θ0、以及配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的折射率nk和膜厚度tk通過斯涅耳(Snell)定律計算的，以便電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個相對于多個光接收元件或相對于希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置偏移以布置在光接收區(qū)域中，由此實現(xiàn)了上述的目的。
優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，其中希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置位于電極布線層的開口的最上層、中間層和最下層以及襯底上像素的中心和光電轉(zhuǎn)換器件的中心中的任何一個。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)確定為ak，并且該偏移量通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣， 偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)確定為ak，并且該偏移量通過以下計算 偏移量＝∑kak×sinθ0。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的厚膜層的校正系數(shù)確定為ak1，并且通過該厚膜層的偏移量通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣， 偏移量＝∑kak1×tk×tanθk， 以及將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的薄膜層的校正系數(shù)確定為ak2，并且通過該薄膜層的偏移量通過以下近似計算 偏移量＝∑k2ak2×sinθ0。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為入射光的上部光線和下部光線之間的特定角，且該偏移量通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣， 偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為入射光的上部光線和下部光線之間的特定角，且該偏移量通過以下近似計算 偏移量＝∑kak×sinθ0。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為入射光的上部光線和下部光線之間的中間角，且該偏移量通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣， 偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為入射光的上部光線和下部光線之間的中間角，且該偏移量通過以下近似計算 偏移量＝∑kak×sinθ0。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為從入射光的上部光線到下部光線的中間角和入射光的主光線之間的中間角，且該偏移量通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣， 偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為從入射光的上部光線到下部光線的中間角和入射光的主光線的之間的中間角，且該偏移量通過以下近似計算 偏移量＝∑kak×sinθ0。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為主光線的角，且該偏移量通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣， 偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為主光線的角，且該偏移量通過以下近似計算 偏移量＝∑kak×sinθ0。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為由于一些條件在主光線的入射角改變的情況下在入射主光線的變化偏離寬度內(nèi)的入射角，且該偏移量通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣， 偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為由于一些條件在主光線的入射角改變的情況下在入射主光線的變化偏離寬度內(nèi)的入射角，且該偏移量通過以下近似計算 偏移量＝∑kak×sinθ0。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，主光線的入射角由于一些條件變化的情況是主光線的入射角由于聚焦條件變化的情況。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，主光線的入射角由于一些條件變化的情況是主光線的入射角由于縮放(zoom)條件變化的情況。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將不同的校正系數(shù)設(shè)置為光接收區(qū)域和/或光接收元件的長邊方向和短邊方向的校正系數(shù)ak。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，將不同的標(biāo)準(zhǔn)位置設(shè)置為在電極布線層的開口的長邊方向和短邊方向、像素間距的中心、或光電轉(zhuǎn)換器件的中心的校正系數(shù)ak。
更優(yōu)選，除了微透鏡、彩色濾光器和電極布線層的開口相對于光接收元件或相對于光接收元件之上的希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置偏移之外，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個相對于所有的光接收元件或相對于光接收元件之上的希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置是均勻偏移的以布置在光接收區(qū)域中、在所有的光接收元件中或響應(yīng)于電極布線層布局的重復(fù)或響應(yīng)于彩色濾光器的重復(fù)。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件中，且在配置光接收區(qū)域的光接收元件上方每層的折射率nk中觀察波長依賴性的情況下，電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡相對于光接收元件或相對于光接收元件之上的希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量，根據(jù)折射率隨彩色濾光器的每種顏色或每個波長而改變。
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置，提供有根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件和在該固態(tài)圖像捕獲器件前面的圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)，其中光從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入到光接收區(qū)域。
更優(yōu)選，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，該圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)是球面透鏡、非球面透鏡或菲涅耳透鏡。
根據(jù)本發(fā)明的電子信息裝置，使用根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件或根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置作為圖像捕獲部分中的圖像輸入器件。
在下文將描述本發(fā)明具有上述結(jié)構(gòu)的函數(shù)。
為了解決上述問題，本申請的發(fā)明人通過利用斯涅耳定律(折射定律)和數(shù)學(xué)近似法原理作為物理理論，得出電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個相對于光接收元件或相對于(inrelationto)光接收元件之上的希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量，以在像素區(qū)域中布置電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡，。
關(guān)于從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)以輸出角θ0進(jìn)入的光通量，配置固態(tài)圖像捕獲器件的材料層k中的光通量的角θk通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk)。
因此，微透鏡等的偏移量可以通過利用θk計算如下 偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
在上述等式中，tk是材料層k的膜厚度，以及nk是材料層Mk的折射率。另外，ak是材料層k的校正系數(shù)，其中通常假設(shè)為“1”，但可以不是“1”，或可以是該值，ak＝“0”(極薄的膜；“0”指的是薄層，例如柵極氧化層，可被排除)。因為不固定微透鏡的厚度，校正系數(shù)ak用于校正，例如，微透鏡的膜厚度，不包括材料層，其在平坦(even)膜厚度處疊置(laminate)。然而，校正系數(shù)還可用于其它目的(例如，如果與折射率的所希望的值分散(dispersion))。
而且，當(dāng)角度θ小時，通常滿足tanθ≈sinθ和sinθ≈θ的近似關(guān)系。如果引入該假設(shè)，可以示范用于微透鏡等的偏移量的計算等式。結(jié)果，微透鏡等的偏移量通過以下計算 偏移量＝∑kak×sinθ0。
還能夠利用不同于上述的另外的近似表達(dá)改變該等式。
而且，從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入到每個光接收元件的主光線的輸出角、從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入到每個光接收元件的光通量的上部光線和下部光線之間的特定角和從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入到每個光接收元件的光通量的上部光線和下部光線之間的中間角可以用作入射角θ0。此外，如果來自圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101的主光線的輸出角由于聚焦條件而改變，那么在從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入每個光接收元件的主光線的偏離寬度內(nèi)的輸出角可以用作入射角θ0。
而且，不同的校正系數(shù)ak可以用于光接收區(qū)域的長邊方向和短邊方向。
而且，關(guān)于光接收區(qū)域的中心，可能存在由金屬等制成的電極布線層的開口和光接收元件的中心彼此不匹配的情況，或者存在光接收元件的中心(包括光電二極管和讀出電極(readout electrode)的區(qū)域)和組成光接收元件的光電二極管的中心彼此不匹配的情況。在像這樣的情況下，可以根據(jù)不協(xié)調(diào)(incoordination)的量預(yù)先對每個光接收元件移動微透鏡等。
而且，波長相關(guān)性是在幾乎所有材料層的折射率中觀察的。因此，微透鏡的偏移量可以根據(jù)折射率對每個波長而改變。
如上所述，本發(fā)明能夠通過基于斯涅耳定律的函數(shù)，用這種方式布置與圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的不同輸出角(來自圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的入射角)有關(guān)的微透鏡、彩色濾光器和電極布線層的開口，以相對于光接收區(qū)域中的各個光接收元件連續(xù)地偏移它們，由此獲得了良好的圖像，而沒有由于圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的輸出角而導(dǎo)致的色斑或亮斑。而且，對于微透鏡等的偏移量可表示為函數(shù)，以便該函數(shù)根據(jù)不同類型的圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)可重復(fù)使用，由此縮短了設(shè)計周期并降低了設(shè)計成本。
參考附圖，通過閱讀和理解下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將變得更明顯。



圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)圖像捕獲器件的示范性本質(zhì)結(jié)構(gòu)的縱向截面圖； 圖2是說明入射角θ0和折射角θk的圖并且進(jìn)一步說明光的偏移量； 圖3是說明在通過微透鏡等的光通量通過每一層之后，用于確定光通量的偏移量的方法的圖； 圖4是說明微透鏡相對于電極布線層的開口的偏移量的圖； 圖5是說明在光接收區(qū)域中提供的光接收元件為矩形且校正系數(shù)對于光接收元件的長邊方向和短邊方向不同的情況的圖； 圖6是說明入射光的上部光線、主光線和下部光線的圖； 圖7是示意性地示出相對于根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件的圖像捕獲區(qū)域中的圖像高度，除了主光線角還考慮到上部光線和下部光線的入射光角度的圖表； 圖8是示意性地示出常規(guī)的固態(tài)圖像捕獲器件的圖像捕獲區(qū)域的平面圖； 圖9是示出具有入射角的主光線進(jìn)入圖8中的固態(tài)圖像捕獲器件的圖像捕獲區(qū)域中的狀態(tài)的基本結(jié)構(gòu)的縱截面圖； 圖10是示意性地示出主光線的入射角相對圖8中固態(tài)圖像捕獲器件的圖像捕獲區(qū)域中的圖像高度的圖； 圖11是示出關(guān)于參考文獻(xiàn)1中公開的常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置的與微透鏡的光接收元件有關(guān)的偏移量以及微透鏡的排列間距和圖像高度之間關(guān)系的圖； 圖12是示意性地示出非球面透鏡作為圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的縱截面圖； 圖13是示意性地示出關(guān)于參考文獻(xiàn)2中公開的常規(guī)固態(tài)圖象捕捉裝置的主光線角增加并在一定入射角降低的透鏡特性； 圖14是示出關(guān)于參考文獻(xiàn)2中公開的常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置的與微透鏡的光接收元件有關(guān)的偏移量以及微透鏡的排列間距和圖像高度之間關(guān)系的圖； 圖15是示出電子信息裝置的示范性示意結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，該裝置利用用于根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像捕獲部分的固態(tài)圖像捕獲器件。
10固態(tài)圖像捕獲器件 11半導(dǎo)體襯底 12，12a，12b，12c，12d光接收元件 13，13a，13b，13c 電極布線層 14，14a，14b，14c，14d彩色濾光器 15，15a，15b，15c，15d微透鏡 90電子信息裝置 92存儲器部分 93顯示器部分 94通信部分 95圖像輸出部分 100圖像捕獲區(qū)域 101，101a，101b模塊透鏡(圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng))
具體實施例方式 在下文，將參考附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明利用固態(tài)圖像捕獲器件的固態(tài)圖像捕獲裝置的實施例，將利用根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件的固態(tài)圖像捕獲裝置應(yīng)用到CMOS圖像傳感器。另外，利用根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲器件的固態(tài)圖像捕獲裝置的實施例不僅可應(yīng)用到CMOS圖像傳感器，而且可應(yīng)用到CCD圖像傳感器。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)圖像捕獲器件的示范性基本結(jié)構(gòu)的縱向截面圖。而且，圖1還示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)圖像捕獲器件中的光接收區(qū)域的一部分。
在圖1中，根據(jù)該實施例的固態(tài)圖像捕獲器件10包括光接收區(qū)域，其中多個光接收元件12(12a，12b)兩維(或矩陣)地布置在半導(dǎo)體襯底11上。光接收元件12配置有光電轉(zhuǎn)換元件，例如光電二極管和電荷讀出電極(以包括晶體管)等。
在多個光接收元件12的光入射側(cè)，提供由金屬等制成的多層結(jié)構(gòu)的電極布線層13(13a，13b，......)，以避免直接位于光接收元件12上方的方式形成電極布線層的開口。在電極布線層13上方，以對應(yīng)于各個光接收元件12的方式提供彩色濾光器(color filter)14(14a，14b)。而且，在彩色濾光器14上方，以對應(yīng)于各個光接收元件12和彩色濾光器14的方式提供微透鏡15(15a，15b，......)。通過光刻技術(shù)在透鏡材料中形成圖案并且隨后通過熱處理使該透鏡材料液化以形成透鏡形狀，通常以這種方式形成微透鏡15；然而，只要示范了透鏡的特性，用于制造該微透鏡的方法不限于光刻技術(shù)。而且，現(xiàn)今通常形成關(guān)于金屬層的多層；然而，還可形成單層金屬層。而且，盡管未示于圖中，但以這樣的方式配置固態(tài)圖像捕獲裝置，在固態(tài)圖像捕獲器件10的光入射側(cè)上提供圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)(例如，模塊透鏡(module lens))，以允許光進(jìn)入固態(tài)圖像捕獲器件10。
給出用于圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)(例如，模塊透鏡)的圖像高度的主光線C的入射角θ0(圖10中所示的CRA)，基于光通量(light flux)C(主光線)進(jìn)入光接收區(qū)域100到固態(tài)圖像捕獲器件表面的入射角θ0(主光線角)，配置光接收區(qū)域100的光接收元件12上方的每層的折射率nk和膜厚度tk，通過斯涅耳(Snell)定律，以計算電極布線層13的開口、彩色濾光器14和微透鏡15中至少任一個相對于多個光接收元件12的偏移量(shift amount)(光軸方向或接近光軸側(cè)方向的偏移量)。結(jié)果，使電極布線層13的開口、彩色濾光器14和微透鏡15中的至少任一個相對于多個光接收元件12偏移以布置在光接收區(qū)域100中。
在下文，相對于光接收元件12詳細(xì)地描述根據(jù)該實施例的用于得到固態(tài)圖像捕獲器件10中微透鏡15、彩色濾光器14和電極布線層13的開口的方法。
如圖2所示，考慮到光通量C以角θ0(從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入各個光接收元件12的主光線的出射角(angle of emergence))進(jìn)入的情況，其與配置固態(tài)圖像捕獲器件10的光接收元件12上方的材料層Mk上的光入射表面的法線L一起形成角θ0。如果材料層Mk的折射率定義為nk，則材料層Mk中的光通量C的行進(jìn)方向和法線L之間的角θk由斯涅耳折射定律計算， n0sinθ0＝nksinθk sinθk＝(n0/nk)sinθ0 θk＝arcsin{(sinθ0)n0/nk} 其中n0＝1(空氣)。
隨后，如果材料層Mk的膜厚度(調(diào)節(jié)光通量的位置以上的膜厚度)定義為tk，則利用等式材料層Mk中光通量的偏移量＝tk×tanθk中的θk計算材料層Mk中的光通量的偏移量。
這里，在電極布線層13的開口窄的情況下(光通量難以通過)，以調(diào)節(jié)通過電極布線層13的開口的光的量(amount of light)變得最大的這種方式確定偏移量。考慮到圖3中所示的截面，當(dāng)光從“M1”到“Mk”通過材料層(“M1”到“Mk”配置從微透鏡15到電極布線層13的開口的每個透射材料)時，光通量的總偏移量通過以下計算 從材料層M1到材料層Mk的光通量C的偏移量＝∑ktk×tanθk。然而，由于有的層，例如微透鏡15，它的膜厚度t1是不確定的(由于微透鏡是透鏡形狀，所以不能確定膜厚度)，以上等式被乘以校正系數(shù)ak， 從材料層M1到材料層Mk的光通量C的偏移量＝∑k×ak×tk×tanθk。
另外，在多數(shù)情況下校正系數(shù)ak定義為“1”。
此外，折射率nk是取決于材料的值，因此可用校正系數(shù)ak(0-2.0)調(diào)節(jié)。例如，盡管折射率n＝2通常用于Si3N4，但它可取決于其制造條件、波長等。而且，用于光纖等的丙烯酸樹脂(acrylic resin)(PMMA)，還具有各種折射率，其根據(jù)材料特性用校正系數(shù)ak調(diào)節(jié)。
執(zhí)行以上描述的微透鏡15相對于光接收元件12的偏移來校正光通量C的偏移量。因此，如果移動(shift)微透鏡15的位置使光通過例如圖4中期望的光通量C通過的位置，則以上描述的光通量C的偏移量可定義為微透鏡15的偏移量。因此，微透鏡15的偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
同樣，可以改變層間膜(取上述的和(總和))以計算彩色濾光器14、電極布線層13的開口等的偏移量。
而且，假設(shè)希望光通量C通過的標(biāo)準(zhǔn)位置(光通量偏移，是由于電極布線層13的開口的中心MR和光接收元件12(光接收部分)的開口的中心PD之間的深度差)在光接收區(qū)域100的短邊方向y和長邊方向x不同(電極布線層13的開口也是矩形的)，如圖5所示。如果電極布線層13的開口是矩形的且具有如同在長邊方向x上的足夠的余量，則調(diào)節(jié)希望光通量C通過的位置至光接收元件12(光接收部分)的中心PD，同時如果電極布線層13的開口小且光撞擊短邊方向y的周圍，則作為標(biāo)準(zhǔn)位置的希望光通量C通過的位置被調(diào)節(jié)至電極布線層13的開口的中心MR，導(dǎo)致了標(biāo)準(zhǔn)位置偏離中心PD。像這樣的情況是通過對短邊方向和長邊方向利用不同的值作為校正系數(shù)ak處理的。另外，這樣的情況還可通過對短邊方向和長邊方向設(shè)置不同的標(biāo)準(zhǔn)位置來處理。
從以上的說明來看，根據(jù)本發(fā)明的實施例通過，基于斯涅耳定律的函數(shù)，微透鏡15、彩色濾光器14和電極布線層13的開口等的連續(xù)布置對于圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的各個輸出角變得切實可行，由此實現(xiàn)了具有好的圖像而沒有由于圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的輸出角而導(dǎo)致的色斑(colorshading)或亮斑(luminance shading)的固態(tài)圖像捕獲器件10。而且，對于微透鏡15等的偏移量可表達(dá)為函數(shù)，以便根據(jù)各種圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)可再度利用該函數(shù)，由此縮短了設(shè)計周期并降低了設(shè)計成本。
在上述的實施例中，盡管將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件12上方的每層的校正系數(shù)確定為ak，微透鏡15、彩色濾光器14和電極布線層13的開口等的偏移量通過以下計算 偏移量＝∑kak×tk×tanθk， 該等式不限于此，但 偏移量＝ak×sinθk， 還可用于近似地計算偏移量(由數(shù)學(xué)方法近似)。當(dāng)這里tanθk近似于sinθk時，以下可以通過斯涅耳定律獲得 n0sinθ0＝nksinθk sinθk＝(n0/nk)sinθ0 ∑ktk×sinθk＝∑ktk×(n0/nk)×sinθ0 由此，tk×(n0/nk)＝akal1，且 偏移量＝akal1×sinθ0 因此，ak的大小受到限制，而akal1則不。
另外，將用于配置光接收區(qū)域100的光接收元件12上方的厚膜層的校正系數(shù)確定為ak1且通過厚膜層的偏移量通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣 偏移量＝∑kak1×tk×tanθk， 并且用于配置光接收區(qū)域100的光接收元件12上方的薄膜層的校正系數(shù)確定為ak2。當(dāng)通過薄膜層的偏移量通過以下近似計算 偏移量＝ak2al1×sinθ0， 對于厚膜層計算該偏移量而沒有近似表示，而通過薄膜層的偏移量可利用近似表示來計算。這里，不限制ak2al1的大小，與在前的ak不同。
在上述的實施例中，從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)朝著固態(tài)圖像捕獲器件10的每個光接收元件12進(jìn)入的主光線(光通量C)的輸出角用作入射角θ0，但入射角不限于此。如圖6所示，將通過中心的光定義為主光線；然而，可在從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101進(jìn)入到固態(tài)圖像捕獲器件10的每個光接收元件12的光通量C的上部光線(upper ray)(具有較小θ0的光線)和下部光線(lower ray)(具有較大θ0的光線)之間使用特定角，例如中間角(或平均角)。在關(guān)于圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101的該情況下，主光線的CRA不存在于如圖7所示的上部光線和下部光線的中間，且其像入射角1一樣向上不平行偏移，如由虛線所示。
也就是說，將用于配置固態(tài)圖像捕獲器件10的光接收區(qū)域100的每層的校正系數(shù)定義為ak，并且將入射角θ0定義為從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101進(jìn)入到每個光接收元件12的光通量C的上部光線(具有較小θ0的光線)和下部光線(具有較大θ0的光線)之間的特定角，例如中間角(或平均角)。電極布線層13的開口、彩色濾光器14和微透鏡15中的任一個相對于光接收元件12或希望光通量C通過的光接收元件12上方的標(biāo)準(zhǔn)位置(例如，電極布線層13的開口)的偏移量可通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) 微透鏡15等的偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
同樣，將用于配置固態(tài)圖像捕獲器件10的光接收區(qū)域100的每層的校正系數(shù)定義為ak，并且將入射角θ0定義為從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101進(jìn)入到每個光接收元件12的光通量C的上部光線和下部光線之間的特定角，例如中間角。電極布線層13的開口、彩色濾光器14和微透鏡15中的任一個相對于光接收元件12等的偏移量可通過以下計算 偏移量＝ak＝sinθ0。
甚至在入射光線的寬度寬的情況下，也可調(diào)節(jié)偏移量以在每個光接收元件12中聚焦最大量的光。
另外，將用于配置光接收區(qū)域100的光接收元件12上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，并且將入射光的入射角θ0定義為從上部光線到下部光線的中間角和入射光的主光線之間的中間角。該偏移量可通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) 偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
在這種情況下，在由圖7中的虛線所示的入射角1和主光線之間的圖7中的虛線所示的入射角2朝著主光線的上側(cè)偏移。
將用于配置光接收區(qū)域100的光接收元件12上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，并且將入射光的入射角θ0定義為從上部光線到下部光線的中間角和入射光的主光線之間的中間角。該偏移量通過近似計算 偏移量＝ak×sinθ0。
在這種情況下，在由圖7中的虛線所示的入射角1和主光線之間的圖7中的虛線所示的入射角2朝著主光線的上側(cè)偏移。
根據(jù)以上描述，希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置是最上層、中間層、最低層、襯底上的像素中心和光電轉(zhuǎn)換器件的中心中的任一個。
接下來，如果來自圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101的主光線(光通量C)的入射角θ0由于聚焦條件、縮放條件(zoom condition)等而改變，則在從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101朝著每個光接收元件12進(jìn)入的主光線(光通量C)的偏離寬度(deviation width)內(nèi)的輸出角可用作入射角θ0。例如，如果模塊透鏡根據(jù)圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101通過自動聚焦來獲取的圖像移動，則入射角θ0會改變。改變?nèi)肷浣铅?的范圍，也就是說使用主光線(光通量C)的偏離寬度內(nèi)的入射角。同樣應(yīng)用到具有不同縮放條件的器件上。簡而言之，盡管適合于將入射角θ0設(shè)置為使用最多的那個，但如果對于到光接收元件的入射角的偏離寬度，可允許的量小，則可將θ0設(shè)置在偏離寬度的中間。
也就是說，將用于配置固態(tài)圖像捕獲器件10的光接收區(qū)域100的每層的校正系數(shù)定義為ak，并且將入射角θ0定義為，在來自圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101的主光線的入射角由于一些條件(例如，當(dāng)透鏡由于變焦(zoomshot)移動時)改變的情況下，從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101到每個光接收元件12的主光線的偏離寬度內(nèi)的入射角。電極布線層13的開口、彩色濾光器14和微透鏡15中的任一個相對于光接收元件12或希望光通量C通過的光接收元件12上方的標(biāo)準(zhǔn)位置(例如，電極布線層13的開口)的偏移量可通過以下計算 θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk) 微透鏡等的偏移量＝∑kak×tk×tanθk。
同樣，將用于配置固態(tài)圖像捕獲器件10的光接收區(qū)域100的每層的校正系數(shù)定義為ak，并且將入射角θ0定義為在來自圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101的主光線的入射角由于一些條件而變化的情況下，從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)101到每個光接收元件12的主光線的偏離寬度內(nèi)的入射角。電極布線層13的開口、彩色濾光器14和微透鏡15中的任一個相對于光接收元件12或希望光通量C通過的光接收元件12上方的標(biāo)準(zhǔn)位置(例如，電極布線層13的開口)的偏移量可通過以下計算 偏移量＝∑kak×sinθ0。
而且，盡管在上述實施例中沒有具體地描述，但如果電極布線層13的開口和光接收元件間距(pitch)的中心(2.2μm間距，如果將一個光接收元件配置為2.2μm×2.2μm(高度和寬度))在光接收區(qū)域100中沒有相互匹配，或如果光接收元件12的中心和光電二極管的中心沒有相互匹配(圖5)，則除了微透鏡15、彩色濾光器14和電極布線層13的開口相對于光接收元件12偏移之外，微透鏡15、彩色濾光器14和電極布線層13的開口相對于所有的光接收元件12均勻地偏移，或響應(yīng)于電極布線層的布局(layout)的重復(fù)或響應(yīng)于彩色濾光器14的布局的重復(fù)，由此在光接收元件12中聚焦最多。
而且，將不同的校正系數(shù)設(shè)置為光接收區(qū)域100的長邊方向和短邊方向上的校正系數(shù)ak。同時或者替換的，可將不同的校正系數(shù)設(shè)置為光接收元件12的長邊方向和短邊方向上的校正系數(shù)ak。同時或者替換的，可將不同的校正系數(shù)設(shè)置為電極布線層13的開口的長邊方向和短邊方向上的校正系數(shù)ak。
而且，如果在配置固態(tài)圖像捕獲器件10的材料層Mk的折射率nk中觀察到波長依賴性，則會根據(jù)折射率對于(隨)彩色濾光器14的每個波長或每種顏色改變微透鏡15、彩色濾光器14和電極布線層13的開口的偏移量。
而且，盡管在上述實施例中微透鏡15、彩色濾光器14和電極布線層13的開口相對于光接收元件12偏移，但可偏移它們中的僅一個或兩個。
盡管在上述實施例中沒有具體地說明，但本發(fā)明可以應(yīng)用到例如具有利用上述的固態(tài)圖像捕獲器件10的數(shù)字相機(digital camera)(例如，數(shù)字?jǐn)z像機(digital videocamera)、數(shù)字照相機(digital stillcamera))、圖像輸入相機(image input camera)(例如，監(jiān)控相機(monitoring camera)、門對講相機(door intercom camera)、車載相機、用于電視電話的相機和用于移動電話(cell phone)的相機)和圖像輸入器件(例如，掃描儀、傳真和配備有相機的移動電話裝置)的電子信息裝置上。圖15是示出利用根據(jù)用于圖像捕獲部分的本發(fā)明實施例的固態(tài)圖像捕獲器件10的電子信息裝置的示范性示意結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
在圖15中，根據(jù)本發(fā)明的電子信息裝置90包括以下中的至少任一個存儲器部分92(例如，記錄介質(zhì))，用于在執(zhí)行用于記錄的預(yù)定信號處理之后，數(shù)據(jù)記錄(data-recording)通過利用固態(tài)圖像捕獲器件10作為圖像捕獲部分獲得的高質(zhì)量圖像數(shù)據(jù)；顯示器部分93(例如，液晶顯示器件)，用于在執(zhí)行預(yù)定的信號處理之后，在顯示屏(例如，液晶顯示屏)上顯示圖像數(shù)據(jù)；通信部分94(例如，發(fā)射和接收裝置)，用于為了通信而對圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行預(yù)定的信號處理之后通信圖像數(shù)據(jù)；和圖像輸出部分95，用于印刷(printing)(打印(type out))和輸出(印出(print out))圖像數(shù)據(jù)。
如上所述，本發(fā)明是通過使用它的優(yōu)選實施例示范的。然而，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)僅基于上述的實施例解釋。要明白本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)單獨基于權(quán)利要求解釋。還要明白，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以由本發(fā)明的詳細(xì)優(yōu)選實施例的描述，基于本發(fā)明的說明和公知常識，實施等效范圍的技術(shù)。此外，明白本說明書中引證的任何專利、任何專利申請和任何參考文獻(xiàn)都應(yīng)當(dāng)用與這里具體描述內(nèi)容相同方式的本說明書中的參考文獻(xiàn)結(jié)合。
工業(yè)實用性 在固態(tài)圖像捕獲器件(例如CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器)領(lǐng)域，在作為圖像捕獲區(qū)域的多個光接收元件上方提供有電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中至少任一個，用于通過多個光接收元件從目標(biāo)(subject)獲取圖像光；固態(tài)圖像捕獲裝置，提供有固態(tài)圖像捕獲器件和在固態(tài)圖像捕獲器件前面的圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)；和電子信息裝置，具有例如數(shù)字相機(例如，數(shù)字?jǐn)z象機、數(shù)字照相機)、圖像輸入相機、掃描儀、傳真和配備有相機的移動電話，利用固態(tài)圖像捕獲器件或固態(tài)圖像捕獲裝置作為圖像捕獲部分中的圖像輸入器件，本發(fā)明使其能夠布置與圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)(圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的入射角)的各個輸出角有關(guān)的微透鏡、彩色濾光器和電極布線層的開口中至少任一個，通過基于斯涅耳定律的函數(shù)，以這種方式使它們相對于光接收區(qū)域中的各個光接收元件連續(xù)偏移，由此獲得了良好的圖像而沒有由于圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)的輸出角引起的色斑或亮斑。而且，將微透鏡等的偏移量表示為函數(shù)，以便根據(jù)各種圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)使該函數(shù)是可再用的，由此縮短了設(shè)計周期并降低了設(shè)計成本。
各種其它修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的且可以容易得到，而沒有脫離本發(fā)明的范圍和精神。因此，不是指所附在這里的權(quán)利要求的范圍限制于這里提到的描述，而是廣義地解釋該權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)圖像捕獲器件，其中電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個提供在作為光接收區(qū)域的光接收元件上方的光入射側(cè)上，其中多個光接收元件設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上或提供在襯底上的半導(dǎo)體區(qū)域上，
其中電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個相對于光接收元件或相對于希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量是基于進(jìn)入光接收區(qū)域到固態(tài)圖像捕獲器件表面的光通量的入射角θ0、以及配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的折射率nk和膜厚度tk通過斯涅耳定律計算的，以便電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個相對于多個光接收元件或相對于希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置偏移以布置在光接收區(qū)域中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置位于電極布線層的開口的最上層、中間層和最下層中的任何一個以及襯底上像素的中心和光電轉(zhuǎn)換器件的中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)確定為ak，該偏移量通過以下計算
θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk)
n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣，
偏移量＝∑kαk×tk×tanθk。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)確定為ak，該偏移量通過以下近似計算
偏移量＝∑kαk×sinθ0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，
其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的厚膜層的校正系數(shù)確定為ak1，通過該厚膜層的偏移量通過以下計算
θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk)
n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣，
偏移量＝∑kαk1×tk×tanθk，以及
其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的薄膜層的校正系數(shù)確定為ak2，通過該薄膜層的偏移量通過以下近似計算
偏移量＝∑k2αk2×sinθ0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，
其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為入射光的上部光線和下部光線之間的特定角，該偏移量通過以下計算
θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk)
n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣，
偏移量＝∑kαk×tk×tanθk。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為入射光的上部光線和下部光線之間的特定角，該偏移量通過以下近似計算
偏移量＝∑kαk×sinθ0。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為入射光的上部光線和下部光線之間的中間角，該偏移量通過以下計算
θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk)
n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣，
偏移量＝∑kαk×tk×tanθk。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為入射光的上部光線和下部光線之間的中間角，該偏移量通過以下近似計算
偏移量＝∑kαk×sinθ0。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為從上部光線到下部光線的中間角和入射光的主光線之間的中間角，該偏移量通過以下計算
θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk)
n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣，
偏移量＝∑kαk×tk×tanθk。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為從上部光線到下部光線的中間角和入射光的主光線之間的中間角，該偏移量通過以下近似計算
偏移量＝∑kαk×sinθ0。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為主光線的角度，該偏移量通過以下計算
θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk)
n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣，
偏移量＝∑kαk×tk×tanθk。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為主光線的角度，該偏移量通過以下近似計算
偏移量＝∑kαk×sinθ0。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為由于一些條件在主光線的入射角改變的情況下在入射主光線的變化的偏離寬度內(nèi)的入射角，該偏移量通過以下計算
θk＝arcsin((sinθ0)n0/nk)
n0＝1假設(shè)介質(zhì)為空氣，
偏移量＝∑kαk×tk×tanθk。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將用于配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的校正系數(shù)定義為ak，以及將入射角θ0定義為由于一些條件在主光線的入射角改變的情況下在入射主光線的變化的偏離寬度內(nèi)的入射角，該偏移量通過以下近似計算
偏移量＝∑kαk×sinθ0。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的固態(tài)圖像捕獲器件，其中主光線的入射角由于一些條件改變的情況是主光線的入射角由于聚焦條件而改變的情況。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或15的固態(tài)圖像捕獲器件，其中主光線的入射角由于一些條件改變的情況是主光線的入射角由于縮放條件而改變的情況。
18.根據(jù)權(quán)利要求3至15中任一項的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將不同的校正系數(shù)設(shè)置為光接收區(qū)域和/或光接收元件的長邊方向和短邊方向的校正系數(shù)ak。
19.根據(jù)權(quán)利要求3至15中任一項的固態(tài)圖像捕獲器件，其中將不同的標(biāo)準(zhǔn)位置設(shè)置為電極布線層的開口的長邊方向和短邊方向、像素間距的中心或光電轉(zhuǎn)換器件的中心的校正系數(shù)ak。
20.根據(jù)權(quán)利要求1或2的固態(tài)圖像捕獲器件，其中除了微透鏡、彩色濾光器和電極布線層的開口相對于光接收元件或相對于光接收元件之上的希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移之外，電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個還相對于所有的光接收元件或相對于光接收元件之上的希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置均勻偏移，以在光接收區(qū)域中、在所有的光接收元件中或響應(yīng)于電極布線層布局的重復(fù)或響應(yīng)于彩色濾光器的重復(fù)被布置。
21.根據(jù)權(quán)利要求1或2的固態(tài)圖像捕獲器件，其中，在配置光接收區(qū)域的光接收元件上方的每層的折射率nk中觀察到波長依賴的情況下，電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡相對于光接收元件或相對于光接收元件之上的希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量，根據(jù)折射率隨彩色濾光器的每種顏色或每個波長而改變。
22.一種固態(tài)圖像捕獲裝置，提供有根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件和在該固態(tài)圖像捕獲器件前面的圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)，其中光從圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入到光接收區(qū)域。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中該圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)是非球面透鏡。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中該圖像捕獲光學(xué)系統(tǒng)是菲涅耳透鏡。
25.一種電子信息裝置，其利用根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲器件或根據(jù)權(quán)利要求22的固態(tài)圖像捕獲裝置作為圖像捕獲部分中的圖像輸入器件。
全文摘要
提供固態(tài)圖像捕獲器件、固態(tài)圖像捕獲裝置和電子信息裝置。在固態(tài)圖像捕獲器件中，電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個提供在作為光接收區(qū)域的光接收元件上方的光入射側(cè)上，其中多個光接收元件設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上或提供在襯底上的半導(dǎo)體區(qū)域上，其中電極布線層的開口、彩色濾光器和微透鏡中的至少任一個相對于光接收元件或相對于希望光通量通過的標(biāo)準(zhǔn)位置的偏移量是基于光通量進(jìn)入光接收區(qū)域到固態(tài)圖像捕獲器件表面的入射角θ0通過斯涅耳定律計算的。
文檔編號H01L27/14GK101308858SQ20081009712
公開日2008年11月19日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月14日
發(fā)明者舩尾大輔 申請人:夏普株式會社