本發(fā)明涉及一種攝像裝置及照相機。

背景技術(shù)：

近些年，視頻照相機或電子靜態(tài)照相機中使用的攝像裝置已經(jīng)變得普遍。在日本特開2008-71972號和日本特開2009-109965號公報中描述的攝像裝置包括被構(gòu)造為通過相位差法(phase difference method)進(jìn)行焦點檢測的像素。這些文件中的焦點檢測像素在微透鏡與光電轉(zhuǎn)換單元之間不具有光導(dǎo)(light guide)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為提高焦點檢測像素的敏感度，可以在微透鏡與光電轉(zhuǎn)換單元之間布置光導(dǎo)。如果布置光導(dǎo)，則難以通過在日本特開2008-71972號和日本特開2009-109965號公報中描述的微透鏡的形狀同時獲得焦點檢測精確度的提高和敏感度的提高。本發(fā)明的一方面提供一種在包括光導(dǎo)和微透鏡的焦點檢測像素中同時獲得焦點檢測精確度的提高和焦點檢測敏感度的提高的技術(shù)。

根據(jù)一些實施例，提供包括被構(gòu)造為通過相位差法進(jìn)行焦點檢測的焦點檢測像素的攝像裝置。所述焦點檢測像素包括布置在基板中的光電轉(zhuǎn)換單元、布置在光電轉(zhuǎn)換單元上方的微透鏡以及布置在光電轉(zhuǎn)換單元與微透鏡之間的光導(dǎo)。微透鏡沿第一平面的折射力小于微透鏡沿第二平面的折射力。第一平面穿過微透鏡的頂點，垂直于基板的頂面并且位于沿著焦點檢測像素進(jìn)行焦點檢測的方向。第二平面穿過微透鏡的頂點，垂直于基板的頂面并且與第一平面相交。

根據(jù)以下對示例性實施例的描述(參照附圖)，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。

附圖說明

圖1是用于說明根據(jù)一些實施例的攝像裝置的配置的示例的圖；

圖2A至圖2C是用于說明根據(jù)一些實施例的焦點檢測像素的配置的示例的圖；

圖3A至圖3D是用于說明根據(jù)一些實施例的微透鏡的配置的示例的圖；

圖4是用于說明圖3A至圖3D中所示的微透鏡的特征的圖；

圖5A和圖5B是用于說明圖3A至圖3D中所示的微透鏡的特征的圖；

圖6是用于說明圖3A至圖3D中所示的微透鏡的特征的圖；

圖7A至圖7D是用于說明圖3A至圖3D中所示的微透鏡的特征的圖；

圖8A至圖8D是用于說明圖2A至圖2C中所示的焦點檢測像素的變型例的圖；

圖9A至圖9D是用于說明圖2A至圖2C中所示的焦點檢測像素的另一變型例的圖；

圖10A和圖10B仍然是用于說明圖2A至圖2C中所示的焦點檢測像素的另一變型例的圖；

圖11A和圖11B仍然是用于說明圖2A至圖2C中所示的焦點檢測像素的另一變型例的圖；

圖12A至圖12D是用于說明根據(jù)一些實施例的攝像像素的配置的示例的圖；以及

圖13A至圖13D是用于說明根據(jù)一些實施例的焦點檢測像素的配置的示例的圖。

具體實施方式

現(xiàn)在將參照附圖，描述本發(fā)明的實施例。所有這些實施例中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并會省略對其重復(fù)性的描述?？梢詫嵤├m當(dāng)?shù)剡M(jìn)行組合。

將參照附圖1描述根據(jù)實施例的攝像裝置100的框圖?？梢詫F(xiàn)有的部件用作將參照圖1進(jìn)行描述的攝像裝置100的組成元件。因此，下面將簡要描述攝像裝置100的配置的示例。攝像裝置100包括攝像區(qū)域101、垂直掃描電路102、兩個讀取電路103、兩個水平掃描電路104以及兩個輸出放大器105。除攝像區(qū)域101之外的攝像裝置100的區(qū)域可被稱為周邊電路區(qū)域。在攝像裝置100中，以二維陣列形式布置多個像素。

垂直掃描電路102根據(jù)來自控制單元107的指令以行為單位選擇多個像素。讀取電路103包括列放大器、相關(guān)雙采樣(correlated double sampling，CDS)電路、加法電路等，并且根據(jù)來自控制單元107的指令對來自所選擇的像素的信號進(jìn)行加法、放大等。水平掃描電路104根據(jù)來自控制單元107的指令，將由讀取電路103讀取的一個像素行的信號順序地輸出到輸出放大器105。輸出放大器105將從讀取電路103供給的信號放大并將放大的信號供給到信號處理單元106。

信號處理單元106利用由攝像裝置100供給的信號進(jìn)行焦點檢測或圖像生成?？刂茊卧?07控制整個攝像裝置100的運行。信號處理單元106和控制單元107可以包括在攝像裝置100中，或者可以包括在安裝有攝像裝置100的電子設(shè)備(例如，照相機)中。信號處理單元106和控制單元107可以通過由諸如CPU等的處理器執(zhí)行程序來實現(xiàn)，或者可以通過諸如ASIC等的硬件(例如，電路)來實現(xiàn)。

接下來將參照圖2A至圖2C來描述焦點檢測像素200的結(jié)構(gòu)。焦點檢測像素200是被構(gòu)造為通過相位差法進(jìn)行焦點檢測的像素。攝像裝置100包括攝像區(qū)域101中的一個或更多個焦點檢測像素200。在攝像裝置100包含多個焦點檢測像素200的情況下，焦點檢測像素200可以分散地布置在攝像區(qū)域101，并且可以一維地或二維地布置。焦點檢測像素200可以專門用于焦點檢測或者可以既用于焦點檢測又用于圖像生成。多個像素除包括焦點檢測像素200外，還可以包括攝像像素。攝像像素是不用于進(jìn)行焦點檢測而是用于生成圖像的像素。稍后將描述攝像像素的結(jié)構(gòu)。如圖2A所示，焦點檢測像素200特別地包括：布置有光電轉(zhuǎn)換單元202的基板201、光導(dǎo)204、濾色器207以及微透鏡209。

下面設(shè)定坐標(biāo)系SYS以說明焦點檢測像素200的形狀。坐標(biāo)系SYS的X方向是平行于基板201的頂面201a并且平行于進(jìn)行焦點檢測的方向的方向。進(jìn)行焦點檢測的方向是焦點檢測像素200能夠檢測到焦點偏移的方向。在圖2A至圖2C所示的示例中，兩個光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b被排列的方向是進(jìn)行焦點檢測的方向。坐標(biāo)系SYS的Y方向是平行于基板201的頂面201a并且垂直于X方向的方向。坐標(biāo)系SYS的Z方向是垂直于基板201的頂面201a的方向，并且光在Z方向上從正面進(jìn)入焦點檢測像素200。焦點檢測像素200的兩個光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b沿X方向布置。然而，攝像裝置100可以包括沿Y方向布置有兩個光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的其他焦點檢測像素。

為焦點檢測像素200定義六個平面。如圖2C所示，穿過微透鏡209的頂點209b并垂直于基板201的頂面201a的平面稱為平面PL1。平面PL1平行于X-Z平面。穿過微透鏡209的頂點209b、垂直于基板201的頂面201a并與平面PL1相交的平面稱為平面PL2。穿過微透鏡209的頂點209b、垂直于平面PL1和基板201的頂面的平面稱為平面PL3。平面PL3平行于Y-Z平面。平面PL2與平面PL3相交。

如圖2B所示，穿過光電轉(zhuǎn)換單元202的中心202c并垂直于基板201的頂面201a的平面稱為平面PL1’。平面PL1’平行于X-Z平面。穿過光電轉(zhuǎn)換單元202的中心202c、垂直于基板201的頂面201a并與PL1’相交的平面稱為平面PL2’。平面PL2’被定義為與平面PL2重合或平行。穿過光電轉(zhuǎn)換單元202的中心202c并垂直于平面PL1’和基板201的頂面201a的平面稱為平面PL3’。平面PL3’平行于Y-Z平面。平面PL2’與平面PL3’相交。中心202c是例如光電轉(zhuǎn)換單元202在平行于基板201的頂面201a的平面上的幾何重心。

在本實施例中，在Z方向上，微透鏡209的頂點209b與光電轉(zhuǎn)換單元202的中心202c匹配(match)。由于這個原因，平面PL1、平面PL2和平面PL3分別與平面PL1’、平面PL2’和平面PL3’相同。在微透鏡209的頂點209b與光電轉(zhuǎn)換單元202的中心202c在Z方向上不匹配的實施例中，這些平面不相同。圖2A是沿平面PL1截開的焦點檢測像素200的截面圖。圖2B示出從Z方向上看的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b、柵極210a和210b以及光導(dǎo)204的頂面。圖2C示出從Z方向上看的微透鏡209。在圖2C中，虛線表示距基板201的頂面201a的高度的等高線。

光電轉(zhuǎn)換單元202是布置在基板201內(nèi)的半導(dǎo)體區(qū)域。光電轉(zhuǎn)換單元202的導(dǎo)電類型與光電轉(zhuǎn)換單元202周圍部分的導(dǎo)電類型相反。在本實施例中，光電轉(zhuǎn)換單元202由兩個光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b形成。兩個光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b互相電氣隔離。例如，可以在兩個光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b之間布置具有與光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的雜質(zhì)區(qū)域。替代地，可以布置元件隔離區(qū)域。如上所述，光電轉(zhuǎn)換單元202具有關(guān)于中心202c對稱的形狀。光電轉(zhuǎn)換單元202也具有關(guān)于平面PL1’和平面PL3’中的各個對稱的形狀。光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b位于平面PL3’的相對側(cè)上。柵極210a和210b分別組成被構(gòu)造為傳輸在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b中生成的電荷的傳輸晶體管。柵極210a和210b具有關(guān)于平面PL3’對稱的形狀。

在基板201上配設(shè)絕緣層203。絕緣層203能夠透過可見光。絕緣層203可以是由一種材料制成的單層膜，或者可以是由相互不同的多種材料制成的堆疊膜。絕緣層203的材料的示例是氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)、碳化硅(SiC)。例如，絕緣層203可以是氧化硅的單層膜或者可以是氧化硅、氮化硅和碳化硅的堆疊膜。絕緣層203包含布線圖205。布線圖205可以具有單層結(jié)構(gòu)或者可以具有多層結(jié)構(gòu)(圖2A至圖2C示出具有雙層結(jié)構(gòu)的示例)。

攝像裝置100包括在絕緣層203上的、橫跨攝像區(qū)域101的濾色器層206，還包括在濾色器層上的、橫跨攝像區(qū)域101的微透鏡層208。各個焦點檢測像素200具有在濾色器層206中的濾色器207。濾色器207是使R(紅)的光分量、G(綠)的光分量或B(藍(lán))的光分量或者C(青)的光分量、M(品紅)的光分量或Y(黃)的光分量透過的濾光器。替代地，濾色器207可以是使RGB的所有光分量或CMY的所有光分量透過的濾光器(所謂的白光濾光器)或者可以是使IR(紅外光)透過的濾光器。

各個焦點檢測像素200具有在微透鏡層208中的微透鏡209。在本實施例中，微透鏡層208的頂面的部分(具有在Z方向上凸出的部分)作為頂面，將被稱為一個微透鏡。因此，微透鏡層208的頂面的切平面的梯度改變的部分和平坦部分，形成兩個相鄰微透鏡之間的邊界。微透鏡209的形狀關(guān)于穿過微透鏡209的頂點209b并平行于Z方向的直線對稱(下文中將該直線稱為微透鏡209的中心軸線)。微透鏡209的形狀也關(guān)于平面PL1和平面PL3中的各個對稱。

為了提高濾光器膜厚度的穩(wěn)定性，攝像裝置100可以在濾色器層206與微透鏡層208之間包括平坦化層。微透鏡層208、濾色器層206和平坦化層由諸如樹脂的材料制成。

光導(dǎo)204被嵌入絕緣層203中并被布置在微透鏡209與光電轉(zhuǎn)換單元202之間。光導(dǎo)204的折射率大于絕緣層203的折射率。由于這個原因，穿過濾色器207并從光導(dǎo)204的頂面204a進(jìn)入光導(dǎo)204的光被限制在光導(dǎo)204內(nèi)并被引導(dǎo)到光電轉(zhuǎn)換單元202。光導(dǎo)204可以由一種材料制成或者可以由多種材料制成。利用例如絕對折射率來進(jìn)行折射率的比較。由于折射率依賴于頻率，因此可以在透過濾色器207的光的波長的中心附近進(jìn)行比較。光導(dǎo)204的折射率可以是形成光導(dǎo)204的大部分的材料的折射率。這也適用于絕緣層203的折射率。

接下來將參照圖3A至圖3D描述微透鏡209的形狀。將微透鏡209在平面PL1至PL3上的頂面209a(即，頂面209a與平面PL1至PL3之間的交點)，分別稱為頂面301至303。將微透鏡209在平面PL1至PL3上的頂面209a的邊緣，分別稱為邊緣209c至209e。

圖3A示出在疊置狀態(tài)下的頂面301至頂面303，并且還示出光導(dǎo)204。頂面301至頂面303的寬度分別用W1至W3表示，并且光導(dǎo)204的頂面204a的寬度用W4表示。該寬度是在與基板201的頂面201a平行的方向上的長度。在本實施例中，由于光導(dǎo)204的頂面204a是圓形的，因此寬度W4在平面PL1至PL3上具有相同的值。在本實施例中W1至W4滿足如下關(guān)系：W4<W1＝W3<W2。也就是，在平面PL1、平面PL2、平面PL3的各面上，微透鏡209的寬度大于光導(dǎo)204的頂面204a的寬度。此外，微透鏡209在PL1上的寬度等于微透鏡209在PL3上的寬度并且小于微透鏡209在PL2上的寬度。

圖3B是針對于頂面301的圖。由于頂面301關(guān)于微透鏡209的中心軸線對稱，因此圖3B僅示出了一半。將微透鏡209的頂點209b與邊緣209c之間的截面，在基板201的頂面201a與平面PL1的交線方向上四等分。從邊緣209c側(cè)起，依次用301a至301d表示由此獲得的四個部分。距離邊緣209c最近的部分301a的頂面比從邊緣209c起的第二部分301b的頂面更平緩。從邊緣209c起的第二部分301b的頂面比從邊緣209c起的第三部分301c的頂面更陡。從邊緣209c起的第三部分301c的頂面比從邊緣209c起的第四部分301d的頂面更陡。

例如以φ1作為由部分301a的頂面與平行于基板201的頂面201a的平面PL4(即，平行于X-Y平面的平面)形成的角的代表值。由平面PL4與部分301a的頂面形成的角的代表值是，表示由平面PL4與部分301a的上表面形成的角的值，例如由平面PL4與部分301a的頂面形成的角的最大值、最小值或平均值，或者在部分301a中心處的值。由平面PL4與部分301a的頂面形成的角的平均值可以是在部分301a的頂面的端部的兩個角的平均值，或者可以是在部分301a的頂面上的三個或更多個位置的角的平均值。這也適用于由平面PL4與將在下面描述的微透鏡209的各部分形成的角的代表值。使φ4作為由平面PL4與部分301b的頂面形成的角的代表值。由于部分301a的頂面比部分301b的頂面更平緩，因此φ1<φ4成立，例如5°≤φ1≤30°和40°≤φ4≤60°。

圖3C是針對于頂面302的圖。由于頂面302關(guān)于微透鏡209的中心軸線對稱，因此圖3C僅示出了一半。微透鏡209的頂點209b與邊緣209d之間的截面，在基板201的頂面201a與平面PL2的交線方向上四等分。從邊緣209c側(cè)起，依次用302a至302d表示由此獲得的四份。距離邊緣209d最近的部分302a的頂面比從邊緣209d的第二部分302b的頂面更陡。從邊緣起209d的第二部分302b的頂面比從邊緣209d起的第三部分302c的頂面更陡。從邊緣209d起的第三部分302c的頂面比從邊緣209d起的第四部分302d的頂面更陡。例如，以φ2作為由平面PL4與部分302a的頂面形成的角的代表值，并以φ5作為由平面PL4與部分302b的頂面形成的角的代表值。由于部分302a的頂面比部分302b的頂面更陡，因此φ2>φ5成立，例如40°≤φ2≤60°和30°≤φ5≤40°。

圖3D是針對于頂面303的圖。由于頂面303關(guān)于微透鏡209的中心軸線對稱，因此圖3D僅示出了一半。微透鏡209的頂點209b和邊緣209e之間的截面，在基板201的頂面201a與平面PL3的交線方向上四等分。從邊緣209e側(cè)起，依次用303a至303d表示由此獲得的四個部分。距離邊緣209e最近的部分303a的頂面比從邊緣209e起的第二部分303b的頂面更陡。從邊緣209e起的第二部分303b的頂面比從邊緣209e起的第三部分303c的頂面更陡。從邊緣209e起的第三部分303c的頂面比從邊緣209e起的第四部分303d的頂面更陡。例如，以φ3作為由平面PL4與部分303a的頂面形成的角的代表值，并以φ6作為由平面PL4與部分303b的頂面形成的角的代表值。由于部分303a的頂面比部分303b的頂面更陡，因此φ3>φ6成立，例如50°≤φ3≤80°和30°≤φ6≤50°。

此外，在本實施例中，平面PL1上的、微透鏡209的頂面301中的靠近邊緣209c的部分比平面PL2上的、微透鏡209的頂面302中的靠近邊緣209d的部分更平緩。即，滿足φ1<φ2。如上所述，靠近邊緣的部分可以是距離通過將微透鏡等分為四個部分而獲得的四個部分中的邊緣最近的部分。此外，滿足φ1<(1/2)×φ2。平面PL3上的、微透鏡209的頂面303中的靠近邊緣209e的部分比平面PL2上的、微透鏡209的頂面302中的靠近邊緣209d的部分更陡。即，滿足φ2<φ3。

接下來將參照圖4描述微透鏡209的聚光。圖4是示出平面PL1上的焦點檢測像素200和平面PL2上的焦點檢測像素200在疊置狀態(tài)下的圖。一些元件未在圖4中示出。盡管光電轉(zhuǎn)換單元202在平面PL1和平面PL2之間的大小是不同的，但是圖4用相同的大小將其示出。從垂直于基板201的頂面201a的方向(即Z方向)進(jìn)入的光中，進(jìn)入靠近頂面301的邊緣的部分的光401會聚到距基板201的頂面的高度H2處的點402。另一方面，作為從垂直于基板201的頂面201a進(jìn)入的光，進(jìn)入靠近頂面302的邊緣的部分的光403會聚到距基板201的頂面的高度H3處的點404。由于滿足φ1<φ2，因此H2<H3。即，微透鏡209沿平面PL1的折射力小于微透鏡209沿平面PL2的折射力。微透鏡的折射力是指使進(jìn)入微透鏡的光束彎曲的力，并且有時候被稱為微透鏡的力。使光導(dǎo)204的頂面204a距基板201的頂面201a的高度為H1，可以滿足H2<(1/3)×H1<H3。即，進(jìn)入靠近頂面301的邊緣的部分的光401可以會聚在小于高度H1的1/3的高度處的基板側(cè)上，并且進(jìn)入靠近頂面302的邊緣的部分的光403可以會聚在大于高度H1的1/3的高度處的微透鏡側(cè)上。

接下來將參照圖5A和圖5B描述焦點檢測像素200的敏感度。圖5A示出平面PL1上的焦點檢測像素200，圖5B示出平面PL2上的焦點檢測像素200。一些元件未在圖5A和圖5B中示出。進(jìn)入微透鏡209的頂面301的光501，在具有如波形502所示的通過衍射效應(yīng)傳播的波的同時，進(jìn)行會聚。類似地，進(jìn)入微透鏡209的頂面302的光，在具有如波形504所示的通過衍射效應(yīng)傳播的波的同時，進(jìn)行會聚。由于微透鏡209沿平面PL1的折射力小于微透鏡209沿平面PL2的折射力，因此波形502比波形504更寬。由于這個原因，光501的一些分量并未進(jìn)入光導(dǎo)204，但是光503的大部分分量進(jìn)入光導(dǎo)204。因此，與微透鏡209的頂面301的形狀相比，微透鏡209的頂面302的形狀獲得更高的焦點檢測像素200的敏感度。

接下來將參照圖6描述焦點檢測像素200的焦點檢測原理。圖6說明了攝像光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳600、微透鏡209和光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b的之間的位置關(guān)系。出射光瞳600包括兩個光瞳區(qū)域601和602。從出射光瞳600進(jìn)入的光的入射角用θ表示。如果光相對于Z方向為順時針，則θ為正。如果光為逆時針，則θ為負(fù)。從光瞳區(qū)域601進(jìn)入的光603(即具有入射角θ>0的光)穿過微透鏡209并進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a。從光瞳區(qū)域602進(jìn)入的光604(即具有入射角θ<0的光)穿過微透鏡209并進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202b。通過測量光603和光604之間的相位差進(jìn)行焦點檢測。

接下來將參照圖7A至圖7D描述根據(jù)焦點檢測像素200的焦點檢測的精確度。圖7A示出在平面PL1上的焦點檢測像素200，圖7B示出了在平面PL2上的焦點檢測像素200。一些元件未在圖7A至圖7D中示出。圖7C和圖7D示出參照圖6描述的入射角θ與光電轉(zhuǎn)換單元202的敏感度之間的關(guān)系。在圖7C中，曲線702示出光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a對進(jìn)入微透鏡209的頂面301的光的敏感度，曲線703示出光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202b對進(jìn)入微透鏡209的頂面301的光的敏感度。在圖7D中，曲線705示出光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a對進(jìn)入微透鏡209的頂面302的光的敏感度，曲線706示出光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202b對進(jìn)入微透鏡209的頂面302的光的敏感度。敏感度的單位任意。

如上面參照圖4所述，微透鏡209沿平面PL1的折射力小于微透鏡209沿平面PL2的折射力。由于這個原因，傾斜地進(jìn)入頂面301的光701的會聚點的位置比傾斜地進(jìn)入頂面302的光704的會聚點更靠近基板201。因此，具有角θ>0的光的、進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202b并在進(jìn)入上表面301的光701中用作假信號的光分量的比率，低于在進(jìn)入頂面302的光704中的比率。因此，與微透鏡209的上表面302的形狀相比，微透鏡209的頂面301的形狀獲得更高的焦點檢測像素200的焦點檢測的精確度。

微透鏡209的頂面301沿進(jìn)行焦點檢測的方向(X方向)布置，但是微透鏡209的頂面302與進(jìn)行焦點檢測的方向相交。由于這個原因與進(jìn)入微透鏡209的頂面302的光相比，進(jìn)入微透鏡209的頂面301的光幾乎不產(chǎn)生假信號。因此，在本實施例中，微透鏡209的頂面301的形狀使焦點檢測精確度優(yōu)先。微透鏡209的頂面302的寬度大于微透鏡209的頂面301的寬度。由于這個原因，微透鏡209的頂面302比微透鏡209的頂面301接收更多的光。因此，在本實施例中微透鏡209的頂面302的形狀使敏感度優(yōu)先。在本實施例中，通過這種方式同時獲得焦點檢測像素200的焦點檢測精確度的提高和敏感度的提高。

在本實施例中，微透鏡209具有關(guān)于平面PL3對稱的形狀，光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b以及柵極210a和210b具有關(guān)于平面PL3’對稱的形狀。因此入射光的敏感度關(guān)于θ＝0對稱。此外，由于柵極210a和210b位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b的端部，因此減小了柵極210a和210b的光損失比例。

接下來將參照圖8A至圖8D描述焦點檢測像素200的變型例。在該變型例中，微透鏡209的結(jié)構(gòu)與上述實施例的結(jié)構(gòu)不同。下面將主要描述不同之處，并省略對可以相同的部分的描述。圖8A至圖8D分別對應(yīng)圖2C和圖3B至圖3D。在圖8A至圖8D所示的變型例中，在平面PL1上的微透鏡209的頂面301與在平面PL3上的微透鏡209的頂面303具有相同的形狀。因此，上面定義的各種角滿足如下關(guān)系：

φ1<φ4，

φ2<φ5，

φ3<φ6，

φ1＝φ3<φ2，

W4<W1＝W3<W2

在該變型例中，具有比微透鏡209的頂面302的寬度更小的寬度的頂面303的形狀使焦點檢測的精確度優(yōu)先。即，微透鏡209沿平面PL3的折射力小于微透鏡209沿平面PL2的折射力。

接下來將參照圖9A至圖9D描述焦點檢測像素200的另一種變型例。在該變型例中，微透鏡209的結(jié)構(gòu)與上述實施例的結(jié)構(gòu)不同。下面將主要描述不同之處，并省略對可以相同的部分的描述。圖9A至圖9D分別對應(yīng)圖2C、圖3B至圖3D。在圖9A至圖9D所示的變型例中，上面定義的各種角度滿足如下關(guān)系：

φ1<φ4,

φ2<φ5,

φ3>φ6,

φ1<φ3<φ2,

W4<W1＝W3<W2

在該變型例中，具有比微透鏡209的頂面302的寬度更小的寬度的頂面303的形狀使敏感度優(yōu)先。即，微透鏡209沿平面PL3的折射力大于微透鏡209沿平面PL2的折射力。在該變型例中，成立φ2＝φ3。

接下來仍然將參照圖10A和圖10B描述焦點檢測像素200的另一種變型例。在該變型例中，光電轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)和柵極的結(jié)構(gòu)與上述實施例中的結(jié)構(gòu)不同。下面將主要描述不同之處，并省略對可以相同的部分的描述。微透鏡209的形狀可以是上述變型例中描述的形狀的一種。圖10A和圖10B二者均對應(yīng)于圖2B。在該變型例中，光電轉(zhuǎn)換單元202包括彼此電氣隔離的四個光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a、202b、202d和202e。光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202d的組與光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202b和202e的組布置在X方向。光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202a和202b的組與光電轉(zhuǎn)換區(qū)域202d和202e的組在Y方向上布置。因此，可以利用該變型例的焦點檢測像素200在X方向和Y方向二者上均實現(xiàn)焦點檢測。光電轉(zhuǎn)換單元202的形狀關(guān)于平面PL1’和平面PL3’中的各個對稱。

柵極210a、210b、210d和210e的形狀關(guān)于平面PL1’和平面PL3’中的各個對稱。在圖10A所示的變型例中，柵極210a和210b沿焦點檢測像素200的一側(cè)布置，并且柵極210d和210e沿焦點檢測像素200的相對側(cè)布置。在圖10B所示的變型例中，柵極210a、210b、210d和210e被布置在焦點檢測像素200的四個角。

接下來仍然將參照圖11A和11B描述焦點檢測像素200的另一種變型例。在該變型例中，光導(dǎo)204的形狀與上述實施例中的形狀不同。下面將主要描述不同之處，并省略對可以相同的部分的描述。微透鏡209的形狀可以是上述變型例中描述的形狀中的一種。圖11A和圖11B對應(yīng)于圖2A和圖2B。光導(dǎo)204的頂面204a和沿平行于基板201的頂面201a的平面截取的光導(dǎo)204的截面兩者均是橢圓的。橢圓的長軸位于平面PL1’且短軸位于平面PL3’。由于這個原因，在平面PL1’上光導(dǎo)204的頂面204a的寬度大于在平面PL3’上光導(dǎo)204的頂面204a的寬度。如上所述，在焦點檢測像素200中，具有比微透鏡209的頂面302的寬度更小的寬度的頂面301的形狀使焦點檢測的精確度優(yōu)先。因此在該變型例中，在平面PL1’上光導(dǎo)204的頂面204a的寬度被做得更大，從而抑制焦點檢測像素200的敏感度的降低。還是在該變型例中，在平面PL1上微透鏡209的寬度大于平面PL1’上光導(dǎo)204的頂面204a的寬度，并且在平面PL3上微透鏡209的寬度大于平面PL3’上光導(dǎo)204的頂面204a的寬度。

接下來將參照圖12A至圖12D描述根據(jù)一些實施例的攝像裝置100中配設(shè)的攝像像素1200。攝像像素1200與焦點檢測像素200的不同之處在于在微透鏡209的位置配設(shè)微透鏡1209，并且光電轉(zhuǎn)換單元202由一個區(qū)域形成，其它的地方可以是相同的。下面將主要描述不同之處，并且將省略對可以相同的部分的描述?？梢詫z像裝置100中配設(shè)的光電轉(zhuǎn)換單元202稱為攝像光電轉(zhuǎn)換單元，并且可以將攝像裝置100中配設(shè)的微透鏡1209稱為攝像微透鏡。圖12A至圖12D分別對應(yīng)圖2A、圖2B、圖3B、圖2C。用頂面1209a表示通過微透鏡1209的頂點1209b且垂直于基板201的頂面201a的在平面PL1上的微透鏡1209的頂面。攝像像素1200的平面PL1與焦點檢測像素200的平面PL2重合或平行。如圖12D所示，微透鏡1209的頂面上的等高線關(guān)于頂點1209b為中心同軸。

如圖12C所示，微透鏡1209的頂點1209b與邊緣1209e之間的截面，在基板201的頂面201a與平面PL1的交線方向上四等分。從邊緣1209e側(cè)起，依次用1209a至1209d表示由此獲得的四個部分。由于不需要考慮攝像像素1200的焦點檢測精確度，微透鏡1209可以具有上述的使敏感度優(yōu)先的形狀。例如，距離邊緣1209e最近的部分1201a的頂面比從邊緣1209e起的第二部分1201b的頂面更陡。從邊緣1209e起的第二部分1201b的頂面比從邊緣1209e起的第三部分1201c的頂面更陡。從邊緣1209e起的第三部分1201c的頂面比從邊緣1209e起的第四部分1201d的頂面更陡。例如，以φ0作為由平面PL4與部分1201a的頂面形成的角的代表值，并以φ7作為由平面PL4與部分1201b的頂面形成的角的代表值。由于部分1201a的頂面比部分1201b的頂面更陡，因此φ0>φ7成立，此外，φ0>φ1也成立。即，微透鏡1209在平面PL1上的頂面1209a的靠近邊緣的部分的斜率可以比微透鏡209在平面PL1上的頂面301的靠近邊緣的部分的斜率更陡。即，微透鏡1209沿平面PL1的折射力可以小于微透鏡209沿平面PL1的折射力。

在上述的實施例和各種變型例中，微透鏡209的頂點209b和光電轉(zhuǎn)換單元202的中心202c在Z方向上存在重疊的位置。替代地，微透鏡209的頂點209b和光電轉(zhuǎn)換單元202的中心202c可以互相偏移。例如微透鏡209的頂點209b可以朝向攝像區(qū)域101的中心偏移與攝像區(qū)域101的中心到焦點檢測像素200的距離相對應(yīng)的量。通過以這種方式使頂點偏移，可以提高布置在攝像區(qū)域101外周附近的焦點檢測像素200的敏感度和焦點檢測精確度。替代地，整個微透鏡層208可以相對于基板201偏移。例如，當(dāng)微透鏡層在Y方向偏移時，可以減小柵極210的光損失比例。微透鏡209或微透鏡層208可以偏移，同時光導(dǎo)204可以相對于光電轉(zhuǎn)換單元202偏移。

可以通過例如光刻法形成上述微透鏡層208。例如，為形成微透鏡層208，通過旋涂將正性光敏抗蝕劑施加到濾色器層206的頂面。利用圖案化的光掩模使抗蝕劑曝光和顯影，從而形成包括微透鏡209的微透鏡層208。光掩?？梢允腔诩?xì)圓點圖案的密度控制透光度的區(qū)域覆蓋調(diào)制掩模(area coverage modulation mask)。通過調(diào)整區(qū)域覆蓋調(diào)制掩模的透光度分布可以形成具有上述形狀的微透鏡209。

接下來將參照圖13A至圖13D描述根據(jù)一些實施例的攝像裝置。攝像裝置包括焦點檢測像素1300a和1300b。焦點檢測像素1300a和1300b與焦點檢測像素200的不同之處在于光電轉(zhuǎn)換單元和柵極的結(jié)構(gòu)不同，并且還配設(shè)有遮光部1301a和1301b。下面將主要描述不同之處，并省略對可以相同的部分的描述。微透鏡209的形狀可以說上述變型例中描述的形狀的一種。圖13A和圖13C二者均對應(yīng)于圖2A，圖13B和圖13D二者均對應(yīng)圖于2B。

在焦點檢測像素1300a中，光電轉(zhuǎn)換單元202由一個區(qū)域形成，并且為這一個區(qū)域布置有一個柵極210。光電轉(zhuǎn)換單元202的形狀關(guān)于平面PL1’和平面PL3’中的各個對稱。柵極210的形狀關(guān)于平面PL3’對稱。

遮光部1301a布置在光電轉(zhuǎn)換單元202與光導(dǎo)204之間。遮光部1301a由例如金屬制成。可以以與布線圖205相同的層來形成遮光部1301a。遮光部1301a覆蓋了光電轉(zhuǎn)換單元202的一部分。在圖13A所示的示例中，遮光部1301a覆蓋了光電轉(zhuǎn)換單元202的左半部分，但是未覆蓋光電轉(zhuǎn)換單元202的右半部分。在光電轉(zhuǎn)換單元202中，被遮光部1301a覆蓋的部分和未被遮光部1301a覆蓋位于關(guān)于平面PL3’相對的側(cè)面上。入射角θ(圖6)為正的光被遮光部1301a反射，因此不進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換單元202。另一方面，入射角θ為負(fù)的光進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換單元202。

焦點檢測像素1300b與焦點檢測像素1300a的不同之處在于遮光部1301b覆蓋了光電轉(zhuǎn)換單元202的右半部分，但是未覆蓋光電轉(zhuǎn)換單元202的左半部分，其余的可以相同。使用焦點檢測像素1300a和1300b，利用相位差法進(jìn)行焦點檢測。

將示例性地描述并入攝像裝置的照相機，作為根據(jù)上述實施例的攝像裝置的應(yīng)用示例。照相機的概念不僅包括主要目標(biāo)是拍攝的裝置還包括具有輔助拍攝功能的裝置(例如，個人計算機、便攜式終端或者車輛)。照相機可以是例如照相機頭的模塊組件。照相機包括在上面實施例中示例性描述的根據(jù)本發(fā)明的攝像裝置以及處理從攝像裝置輸出的信號的信號處理單元。信號處理單元可以包括，例如基于由攝像裝置獲得的信號處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的處理器?？梢栽跀z像裝置的半導(dǎo)體基板上或其他半導(dǎo)體基板上配設(shè)被構(gòu)造為生成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換器。

雖然已經(jīng)參照示例性實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。應(yīng)當(dāng)對以下權(quán)利要求的范圍給予最寬的解釋，以使其涵蓋所有這些變型例以及等同的結(jié)構(gòu)及功能。