專利名稱：像素陣列上的非對稱微透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及跨越圖像傳感器的光敏部位(site)的微透鏡領(lǐng) 域，更具體地，本發(fā)明涉及跨越光敏部位的非對稱微透鏡，所述光敏 部位以基本一致的方式捕獲入射光。
背景技術(shù)：
參考圖1,圖像傳感器10通常包括像素20,所述像素20具有用 于捕獲入射光的光敏區(qū)域或光電二極管30以及與光敏區(qū)域相鄰的用 于處理的相關(guān)聯(lián)的電路40等。在一些情況下，圖像傳感器10的像素 20被非對稱地排列，以在容納相關(guān)聯(lián)的電路40的同時最大化Y象素的 性能。然而，在這種情況下，像素20的其中四個通常形成規(guī)則的網(wǎng) 格圖案，從而形成超晶格(supercell) 50。參考圖2,微透鏡60被定 位成跨越像素20的"光敏部分"并且在空間上位于該"光敏部分" 中心的上方。參考圖3,可替換地，微透鏡65可被定位成跨越整個"像 素"并且位于整個"像素"中心的上方，從而產(chǎn)生規(guī)則的微透鏡陣列。
雖然如圖2中的微透鏡60的現(xiàn)有技術(shù)的排列是符合要求的，但 它仍有缺點微透鏡60是像素的區(qū)域的一小部分，并且因此光電二 極管30捕獲入射光的一小部分。
更進一步，雖然微透鏡65在非對稱定位的像素上的現(xiàn)有技術(shù)的 排列(如圖3)是符合要求的，但它們?nèi)杂腥秉c。參考圖4,只要光 電二極管30相對于諸如位于像素中心的微透鏡60是對稱的，那么隨 著入射光角度的增加，所有像素的性能就會以相同的方式降低。如圖 5所示，以某些角度穿過微透鏡65的光(虛線所示)并沒有被引導到 光電二極管30上，從而當光電二極管30不是與微透鏡對稱排列時導 致所捕獲圖像的不希望有的退化。
因此，就存在著改進光在非對稱定位的像素上的聚焦的需求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述問題中的一個或多個?？傮w上，根據(jù)本發(fā)明
的一個方面，本發(fā)明在于一種圖像傳感器，包括(a)多個光敏部位； (b)多個形狀非對稱的微透鏡，被定位成跨越光敏部位；其中入射 光被形狀非對稱的微透鏡的非對稱表面沿著預定的方向引導到用于以 基本一致的方式捕獲光的光敏部位上。
參考附圖，根據(jù)下面的優(yōu)選實施例的詳細描述和隨附的權(quán)利要 求，將會更加清楚明確地理解本發(fā)明的這些以及其他方面、目的、特 征和優(yōu)勢。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的優(yōu)勢在于增加了像素陣列的聚光能力以及消除了照明 的入射角被改變或變化時出現(xiàn)的偽像。本發(fā)明的優(yōu)勢還包括對像素空 間的高效利用而言允許有更大的設(shè)計自由。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)像素陣列的頂視圖，其中孔非對稱地排列；
圖2是圖1的頂視圖，其中微透鏡跨越像素陣列的光電二極管并
且位于光電二極管中心的上方；
圖3是圖1的頂視圖，其中微透鏡跨越陣列中的像素并且位于像
素中心的上方；
圖4是現(xiàn)有技術(shù)像素陣列的側(cè)視圖，其中光電二極管和微透鏡對 稱排列；
圖5是現(xiàn)有技術(shù)像素陣列的側(cè)視圖，其中微透鏡對稱而光電二極 管非對稱排列；
圖6是本發(fā)明的像素陣列的側(cè)視圖，其中光電二極管非對稱排列 并且微透鏡非對稱排列(每個微透鏡的光軸與光電二極管的中心最 準)；
圖7是圖6的頂視圖；以及
圖8是本發(fā)明的圖6的可替換的實施例的頂視圖。
具體實施例方式
參考圖6和7,示出了具有本發(fā)明的多個微透鏡或微透鏡陣列80 的圖像傳感器70的側(cè)視圖和頂視圖，所述多個微透鏡或微透鏡陣列80 分別跨越多個像素90,其中每個像素都具有光敏區(qū)域或光電二極管
100。如上所述，像素90是非對稱排列的。然而，應該注意到像素被 編組在一起，以便形成超晶格110的陣列。應該注意到，為筒便起見， 在圖6和7中僅示出了兩個超晶格110a和110b，每個超晶格都包括 兩個像素。為完整起見，應該注意到光每文區(qū)域100 -皮沿著硅襯底的頂 部放置，如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的。像素90被如此排列，以便刻意使 它們包含非對稱排列的光敏區(qū)域100。微透鏡130的光學表面120被 非對稱地構(gòu)形?，F(xiàn)有技術(shù)的微透鏡(60和65)基本上被構(gòu)形成是半 球形的。如在圖6中可以更清楚地看到的，本發(fā)明的微透鏡130基本 上是被截斷的半球，這允許非對稱的排列。換句話說，每個微透鏡130 都包括沿周邊基本上構(gòu)形為弓形的部分并且包括沿剩余邊基本上彼此 垂直的基本呈直邊的部分。為清楚起見，應該注意到，與現(xiàn)有技術(shù)的 微透鏡(60和65)相比，本發(fā)明的微透鏡130已經(jīng)被沿一個或多個 邊修整過。這使得微透鏡130的光軸與光電二極管100對準。僅參考 圖7，注意在包含超晶格110的兩個像素內(nèi)，微透鏡130彼此鄰接， 以便每個單獨的微透鏡(130a、 130b、 130c和130d)相對于超晶格110 的虛y軸是對稱的，但是如上所述在任何單獨的像素90內(nèi)仍不對稱。 換句話說，每一兩個像素的超晶格110都包括跨越超晶格110且兩個 一組的形狀非對稱的微透鏡130,并且一對直邊部分(每個微透鏡都 有這一對中的一個直邊部分)被如此定位，以Y吏得由這兩個微透4竟形 成的周邊部分是兩個弓形邊和兩個直邊。
上述的像素陣列作用是這樣的，使得穿過微透鏡130的入射光被 基本上一致地(即從像素到像素是一致的)引導到光電二極管100上， 如實線和虛線所示，即使當光電二極管間的間隔(即距離)不恒定或 是變化的也是如此。換句話說，光是基本一致地分布在光電二極管100 上，而不管它是超晶格內(nèi)的哪個像素，其中基本上直接從上面穿過的 光被基本一致地引導到光電二極管100的一部分上，而以角度穿過微 透鏡130的光被基本一致地引導到光電二極管100的各部分上。
如圖8所示，示出了超晶格110排列的可替換的實施例。在這個 實施例中，有四個像素90關(guān)于虛x軸和y軸對稱。
參考圖9，示出了包含本發(fā)明的圖像傳感器70的數(shù)字照相機140 的側(cè);f見圖，以用于圖示典型的商業(yè)實施例。
已經(jīng)參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明。然而，將會理解的是在不脫
離本發(fā)明的范圍的前提下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以實現(xiàn)各種修改 和變更。
部件列表
10圖像傳感器
20像素
30光敏區(qū)域或光電二極管
40 相關(guān)聯(lián)的電路
50形成超晶格的規(guī)則網(wǎng)格圖案
60以光電二極管為中心的微透鏡
65以像素為中心的微透鏡
70圖像傳感器
80微透鏡陣列
90多個4象素
100光敏區(qū)域或光電二極管
110像素的超晶格
110a超晶格
110b超晶格
120微透鏡的光學表面
130微透鏡
130a微透鏡
130b微透鏡
130c孩i透鏡
130d微透鏡
140數(shù)字照相機
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括(a)多個光敏部位；以及(b)多個形狀非對稱的微透鏡，被定位成跨越所述光敏部位；其中入射光被形狀非對稱的微透鏡的非對稱表面沿預定的方向引導到用于以基本一致的方式捕獲光的光敏部位上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述光敏部位之間的 距離不恒定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述光敏部位被排列 成組，每組都形成具有規(guī)則網(wǎng)格圖案的超晶格。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述光敏部位被排列 成組，每組都形成具有規(guī)則網(wǎng)格圖案的超晶格。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中非對稱形狀包括沿周 邊的構(gòu)形為基本上弓形的部分并且包括沿剩余邊基本上彼此垂直定位 的兩個基本上呈直邊的部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中非對稱形狀包括沿周邊的構(gòu)形為基本上弓形的部分并且包括沿剩余邊基本上彼此垂直定位 的兩個基本上呈直邊的部分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中四個形狀非對稱的微 透鏡被編組以跨越超晶格，并且一對直邊部分-每個微透鏡有一個直 邊部分-被面向〗皮此定位，以使得由這四個孩i透鏡形成的周邊部分是 四個弓形邊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其中兩個形狀非對稱的微 透鏡被編組以跨越超晶格，并且一對直邊部分-每個微透鏡有一個直 邊部分-被如此定位，以使得由這兩個微透鏡形成的周邊部分是兩個 弓形邊和兩個直線邊。
9. 一種數(shù)字照相機，包括； 圖像傳感器，所述圖像傳感器包括(a) 多個光敏部位；以及(b) 多個形狀非對稱的微透鏡，被定位成跨越所述光敏部位； 其中入射光被形狀非對稱的微透鏡的非對稱表面沿預定的方向引導到 用于以基本一致的方式捕獲光的光敏部位上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字照相機，其中所述光敏部位之間 的距離不恒定。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字照相機，其中所述光敏部位被排列成組，每組都形成具有規(guī)則網(wǎng)格圖案的超晶格。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的數(shù)字照相機，其中所述光敏部位被排 列成組，每組都形成具有規(guī)則網(wǎng)格圖案的超晶格。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字照相機，其中非對稱形狀包括沿 周邊的構(gòu)形為基本上弓形的部分并且包括沿剩余邊基本上彼此垂直定 位的兩個基本上呈直邊的部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的數(shù)字照相機，其中非對稱形狀包括沿位的兩個基本上呈直邊的部分。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)字照相機，其中四個形狀非對稱的 微透鏡被編組以跨越超晶格，并且一對直邊部分-每個微透鏡有一個 直邊部分_被面向彼此定位，以使得由這四個微透鏡形成的周邊部分 是四個弓形的邊。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的數(shù)字照相機，其中兩個形狀非對稱的 微透鏡被編組，以跨越超晶格，并且一對直邊部分-每個微透鏡有一 個直邊部分-被如此定位，以使得由這兩個微透鏡形成的周邊部分是 兩個弓形邊和兩個直邊。
全文摘要
一種圖像傳感器，包括多個光敏部位(100)；多個形狀非對稱的微透鏡(130)，被定位成跨越光敏部位(100)；其中入射光被形狀非對稱的微透鏡(120)的非對稱表面沿預定的方向引導到用于以基本一致的方式捕獲光的光敏部位(100)上。
文檔編號H01L31/0232GK101189731SQ200680019420
公開日2008年5月28日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者R·D·麥格拉思, R·W·沃克 申請人:伊斯曼柯達公司