专利名称：固态图像拾取元件和图像拾取设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种其上形成有相位差像素的固态图像拾取元件，以及配备有所述固态图像拾取元件的图像拾取设备。
背景技术：
相位差方法(光瞳分割法)的相位差像素可形成在诸如CXD型或CMOS型图像传感器的图像传感器(固态图像拾取元件)上，以使得可利用检测到的相位差像素的信号来测量与被摄体的距离。结果，可实现高速自动聚焦。此外，也可根据利用相位差像素捕捉的被摄体图像产生被摄体的立体图像。
对于执行相位差方法的光瞳分割的相位差像素，已知的有例如在专利文献I和2中描述的相位差像素。专利文献I的相位差像素被构造为针对多个相邻的像素提供一个微透镜。专利文献2的相位差像素被构造为针对每个像素提供的每个微透镜的一部分被遮光膜覆盖。在一些情况下，不设置微透镜，而通过将每个像素的遮光膜的开口缩小至偏心来形成相位差像素。
引文列表
专利文献
专利文献I JP-A-2OO7-158IO9
专利文献2 JP-A-2003-7994发明内容
技术问题
在常规的相位差像素中，一个微透镜被多个像素共用，或者每个像素的微透镜的一部分被遮光，或者遮光膜的开口缩窄至偏心。
就其中单个微透镜被多个像素共用的相位差像素而言，需要增大微透镜的曲率以变为平坦的微透镜。由于这个原因，存在这种相位差像素的相位差信息检测能力低的待解决的问题。
就其中每个像素的微透镜的一部分被遮光或者遮光膜的开口缩窄至偏心的相位差像素而言，随着遮光膜的开口变得更窄以至偏心，可以获得高精度相位差信息。然而，由于透射通过微透镜或者遮光膜开口的光量减少，存在光利用效率(即，相位差像素的灵敏度)降低的待解决的问题。
本发明的一个目的是提供一种固态图像拾取元件和一种设有所述固态图像拾取元件的图像拾取设备，其中该固态图像拾取元件设有具有高的相位差信息检测能力以及高的光利用效率的相位差像素。
解决方案
本发明的固态图像拾取元件包括:像素组，其由检测相位差的多个像素构成；光学元件，其安装在所述像素组的光进入侧的上层；以及槽，其形成在所述光学元件中，其中所述槽使得进入所述像素组的每个像素的入射光不对称，并且所述槽的侧表面被形成为光反射表面。
本发明的图像拾取设备包括:如上所述的固态图像拾取元件；摄像透镜，其执行被摄体的聚焦；以及控制单元，其测量从所述固态图像拾取元件的所述像素组的每个像素至所述被摄体的距离以执行摄像透镜的聚焦控制。
本发明的图像拾取设备包括:如上所述的固态图像拾取元件；以及信号处理单元，其接收由所述像素组的每个像素检测到的捕捉图像信号以产生被摄体的三维图像。
发明的有益效果
根据本发明，由于其被构造为从槽的侧表面反射的光入射到相位差像素上以获得不对称的光的信息，因此可在不牺牲灵敏度的情况下检测相位差信息。
图1是示出根据本发明的一个实施例的图像拾取设备的构造的功能性框图。
图2是根据本发明的一个实施例的相位差像素的说明性示图。
图3是示出表示图2中所示的相位差像素的灵敏度的入射角相关性的模拟结果的曲线图。
图4是本发明的第一实施例的相位差像素的说明性示图。
图5是沿着图4的线A-A截取的剖视图。
图6是本发明的第二实施例的相位差像素的说明性示图。
图7是本发明的第三实施例的相位差像素的剖视图。
图8是本发明的第四实施例的相位差像素的说明性示图。
图9是沿着图8的线B-B截取的剖视图。
图10是本发明的第五实施例的相位差像素的说明性示图。
图11是沿着图10的线C-C截取的剖视图。
图12是本发明的第六实施例的相位差像素的剖视图。
图13是本发明的第七实施例的相位差像素的说明性示图。
图14是沿着图13的线D-D截取的剖视图。
图15是本发明的第八实施例的相位差像素的说明性示图。
图16是沿着图15的线E-E截取的剖视图。
图17是本发明的第九实施例的相位差像素的说明性示图。
图18是本发明的第十实施例的相位差像素的说明性示图。
图19是沿着图18的线F-F截取的剖视图。
图20是本发明的第十一实施例的相位差像素的说明性示图。
图21是沿着图20的线H-H截取的剖视图。
图22是本发明的第十二实施例的相位差像素的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的一个实施例的图像拾取设备的构造的功能性框图。将拍摄被摄体的静止图像或运动图像的数码相机10例示作为本实施例的图像拾取设备。数码相机10包括摄像镜头20、固态图像拾取元件21、模拟信号处理单元22、模/数(A/D)转换单元23、驱动单元24和闪光灯25。固态图像拾取元件21位于摄像镜头20的后侧，设置在其成像平面上。模拟信号处理单元22对从固态图像拾取元件21输出的模拟图像数据执行诸如自动增益控制(AGC)或相关双采样之类的模拟处理。模/数(A/D)转换单元23将从模拟信号处理单元22输出的模拟图像数据转换为数字图像数据。驱动单元24根据来自系统控制单元(CPU) 29 (将在稍后描述)的命令控制A/D转换单元23、模拟信号处理单元22、固态图像拾取元件21和摄像镜头20。驱动单元24包括定时发生器。闪光灯25根据来自CPU29的命令发射光。
本实施例的数码相机10还包括数字信号处理单元26、压缩/解压处理单元27、显示单元28、系统控制单元(CPU)29、诸如帧存储器的内部存储器30、介质接口(I/F)单元31和将这些组件彼此连接的总线40。数字信号处理单元26接收从A/D转换单元23输出的数字图像数据并对接收到的数字图像数据执行插值处理或白平衡校正、RGB/YC转换处理等等。压缩/解压处理单元27或者按JPEG格式等压缩图像数据，或者将压缩的图像数据解压。显示单元28显示例如菜单，或者显示即时预览图像(实时取景图像)或者捕捉的图像。CPU29全面地控制整个数码相机。介质接口(I/F)单元31提供与存储JPEG图像数据等的记录介质32的接口。此外，用户用来输入命令的操作单元33连接至系统控制单元29。
固态图像拾取元件21 (其细节将在稍后描述)可以为CXD型或CMOS型，只要像素被排列为按照二维阵列布置即可。具有将在下面描述的构造的多个相位差像素安装在固态图像拾取元件21中作为固态图像拾取元件21的一些像素。CPU29接收相位差像素的检测信号、利用数字信号处理单元26解释相位差像素的检测信号并测量与被摄体的距离。另夕卜，CPU29基于测量的距离通过驱动单元24来移动摄像镜头20的焦点定位透镜以聚焦到被摄体上。
固态图像拾取元件21的有效像素区域的所有像素被分组为多个对，每一对有两个像素，其中每一对的两个像素形成相位差像素。在这种情况下，由于在每一对的一个像素和每一对的另一像素之间的光入射方向存在差异，因此发生视差。提供相位差以允许每一对的一个像素的捕捉图像变为从左眼看到的图像，而每一对的另一像素的拾取图像变为从右眼看到的图像，从而图1的CPU29可从左眼和右眼的捕捉图像产生立体图像。
图2是根据本发明的第一实施例的相位差像素的说明性示图，其中四个像素被示出为沿着水平方向平行，并且对应于每个像素的光电二极管H)被安装在半导体基板40中。沿着水平方向彼此相邻的两个光电二极管ro1、PD2构成形成一对的相位差像素。
布线层(就CMOS型而言)或电荷转移电极(就CCD型而言)或者遮光膜(三者均是公知的并且未示出)层叠在其上形成有两个光电二极管ro1、ro2的半导体基板40上，并且滤色器层41层叠于其上。此外，对应于每个像素的微透镜(MCL) 43形成于其上。微透镜43由具有折射率η (例如，约η=1.6)的透明树脂层形成。
例如空气(折射率η=1)的低折射率层44形成在固态图像拾取元件21的最上层表面上。折射率介于微透镜43与低折射率层44 二者的折射率之间的中间的中间折射率层45形成在微透镜43和低折射率层44之间。中间折射率层45的折射率η为例如约η=1.4。
根据以上描述的构造，在入射在光电二极管PDl上的光和入射在光电二极管Η)2上的光之间不发生相位差，两个像素(光电二极管PDl和PD2 二者)不成为相位差像素。
因此，在本实施例中，平行于图1的摄像镜头20的光轴的狭缝(槽)46形成在彼此相邻的交替布置的光电二极管之间的光学元件(中间折射率层45和微透镜43)上。狭缝46填充有与低折射率层44的材料相同的材料。因此，进入中间折射率层45并入射在狭缝46的侧表面(光反射表面)上的光被从该侧表面全反射以入射在布置在其正下方的光电二极管PD (图2中的PD2)上。
也就是说，将狭缝46夹在中间的两个光电二极管PDl和PD2，或者与先前的两个光电二极管PDl和PD2相似但被夹在各狭缝46之间的两个光电二极管PDl和PD2变为具有不对称的光学特性，并因此成为相位差像素。
图3是示出表示所研究的构成相位差像素的两个光电二极管PDl和PD2的灵敏度的入射角相关性的模拟结果的曲线图。在横坐标轴限定光的入射角Θ (见图2的右上部)，并且在纵坐标轴限定灵敏度。根据模拟结果，可看出形成一对的两个相位差像素HH和TO2的光接收灵敏度具有光入射角相关性。
由于微透镜的一部分未被遮光，因此根据本实施例的相位差像素ro1、PD2的灵敏度没有降低。与此同时，入射光被理想地从狭缝46的侧表面全反射，从而侧表面理想地按照镜面形成而非按照不平状态形成。
图4是固态图像拾取元件的表面示图，所述固态图像拾取元件具有形成图2中所述的一对的相位差像素，所述一对安装在光接收表面的分立的位置。在图4中，层叠在每个像素上的微透镜由〇表示，并且除微透镜之外的信号读出单元等未被示出。图5是沿着图4的线A-A截取的剖视图。在图5中示出的实施例的固态图像拾取元件形成有平坦化层42而非滤色器层41，因此具有能够拍摄黑白图像的构造。
图4中所示的固态图像拾取元件21形成有按照方点阵形状排列的多个像素，并且在每个像素上配有微透镜。在本实施例中，相位差像素对50布置在从光接收表面的中心水平延伸的像素行的分立的位置(在示出的实例中，间隔两个像素)处，并且每一对像素通过沿着竖直方向延伸的狭缝46彼此分离。
另外，相位差像素对51也布置在从光接收表面的中心竖直延伸的像素列的分立的位置(在示出的实例中，间隔两个像素)处，并且每一对像素通过沿着水平方向延伸的狭缝46彼此分离。
基于沿水平方向的相 位差像素对50来检测被摄体沿水平方向的相位差。基于沿竖直方向的相位差像素对51来检测被摄体沿竖直方向的相位差。也就是说，各对相位差像素是立体双目相位差检测像素。
图6是根据本发明的第二实施例的相位差像素的说明性示图。相位差像素组52安装在光接收表面的分立的位置处，也就是说，在示出的实例中，在光接收表面的中心和沿着其水平方向和竖直方向间隔四个像素的位置处。
通过将最紧密相邻的2X2=4个像素形成为一组来构成相位差像素组52。当从顶部观看时，通过十字形狭缝47将四个像素分离。在本实施例中，四个像素变为四重(quadruple)立体相位差像素，其中基于单个相位差像素组52检测沿着竖直方向和水平方向的相位差。
与此同时，可形成除像素组中的十字形槽之外的包围像素组的矩形槽。另外，一个共微透镜可安装在具有十字形槽或矩形槽的像素组上，与将在稍后描述的图15的实施例中相似。
图7是根据本发明的第三实施例的相位差像素的剖视图。第一和第二实施例被构造为相位差像素通过狭缝46、47分离，并且具有低折射率的材料被嵌入狭缝中。在低折射率材料为空气的情况下，狭缝46、47形成空气间隙部分。
相反，在本实施例中，金属板48被埋入狭缝46、47中。金属板48例如按照如下方式形成:在中间折射率层45被层叠之后通过蚀刻开出狭缝46、47，以及随后通过沉积来以金属填充狭缝46、47。另外，中间折射率层45的表面可在埋入金属板48之后通过例如CMP进行抛光，以制造固态图像拾取元件21。金属板48可被埋入在中间折射率层45中而非狭缝46、47中。
在本实施例中也可获得与第一和第二实施例中的效果相同的效果，并且另外，在第一和第二实施例中，超过全反射条件的光被透射穿过狭缝。然而，如果像在本实施例中一样通过具有高光反射率的金属板形成光反射表面，则可反射所有的入射光。
与此同时，上面描述的实施例是应用于其中各个像素按照方点阵形状排列的固态图像拾取元件的实例。然而，实施例也可应用于所谓的蜂窝状像素排列，其中偶数像素行被排列为相对于奇数像素行偏移1/2像素节距。在这种情况下，狭缝46、47或者金属板48变得具有斜45度形状。
图8是根据本发明的第四实施例的相位差像素的说明性示图，并且图9是沿着图8的线B-B截取的剖视图。在本实施例中，在有效区域中的所有像素都是相位差像素。也就是说，在整个光接收表面上形成沿着竖直方向的每隔一列的狭缝49。与图7的实施例相似，在本实施例中，狭缝49内也可填充有金属。
因此，可从所有的像素获得立体相位差信息，并且另外可利用单个固态图像拾取元件21获得立体三维图像。也就是说，右眼看到的被摄体的图像可通过每个狭缝49左侧的像素捕捉，并且左眼看到的被摄体的图像可通过每个狭缝49右侧的像素捕捉。尽管每个像素都是相位差像素，但这并不是其中微透镜的一部分被遮光的构造或者其中遮光膜的开口被缩窄至偏心的构造。因此，捕捉(拾取)被摄体的立体图像而不降低灵敏度变得可能。此外，所有像素变得可以测量与被摄体的距离。
在图8中例示的实施例中，当水平方向的像素数设为X时，每隔x=2形成竖直延伸的狭缝49。然而，还可以每隔X >3形成狭缝49。即使在这种情况下，也可检测水平方向的立体相位差信息。当捕捉被摄体的图像时，利用夹在相位差像素之间的正常像素的灵敏度特征可执行像素校正。
狭缝49可不沿着竖直方向(列方向)形成而是沿着水平方向(行方向)形成。在这种情况下，可获得纵向(竖直方向)的相位差信息。此外，在其中像素排列偏移45度的蜂窝像素排列的固态图像拾取元件中，狭缝49的光反射表面形成的方向也可倾斜45度。
图10是根据本发明的第五实施例的相位差像素的说明性示图，并且图11是沿着图10的线C-C截取的剖视图。在图8的实施例中，在相邻的狭缝49之间的两个像素的每个均设有微透镜。然而，本实施例的构造是，在相邻的狭缝49之间的两个像素共用单个微透镜43a。根据本实施例，单个微透镜被两个相位差像素共用，从而除了通过取决于狭缝的光反射表面位于左侧还是右侧的位置差导致的相位差信息之外，还增加了通过微透镜带来的光分离的相位差，以提高相位差检测能力。
图12是根据本发明的第六实施例的相位差像素的剖视图。假设当从上方看时像素的排列与图10中的相同。在图11中所示的实施例中，中间折射率层45的表面形成为一个平面。然而，本实施例与图11的实施例的不同之处在于，中间折射率层45的厚度是均匀的，从而具有与微透镜43a的表面一致的曲面形状。根据本实施例，增加了通过中间折射率层45的表面的透镜效果带来的光分离效果，以进一步提高相位差检测能力。
图13是根据本发明的第七实施例到的相位差像素的说明性示图，并且图14是沿着图13的线D-D截取的剖视图。在本实施例中，最紧密相邻的九个像素(3X3个像素)形成一组，并且沿着水平方向每隔三个像素形成竖直延伸的狭缝61，并且沿着竖直方向每隔三个像素形成水平延伸的狭缝62，从而各个组在整个光接收表面上彼此分离。
根据本实施例，每组的九个像素中的每个都可以拍摄具有不同相位差信息的被摄体的图像，从而可获得与被摄体的距离测量信息并且同时可拍摄被摄体的三维图像。随着视图变为多视图，三维图像变为平滑圆润的图像。在本实施例中，3X3个像素形成一组，但是2X3个像素或4X3个像素可形成一组，并且正常的nXm (包括n=m的情况)个像素可形成一组。随着一组中的像素数变得过多，像素之间的相位差变小，从而一组中的像素数的上限可为约4X4个像素或5X5个像素。
图15是根据本发明的第八实施例的相位差像素的说明性示图。图16是沿着图15的线E-E截取的剖视图。在图13的实施例中，一组的九个像素的每个像素都具有微透镜43。然而，本实施例具有一组的九个像素共用单个平坦的微透镜43b的构造。
如在本实施例中，每个组的九个像素共用单个微透镜43b，因此，可检测通过狭缝61、62的光反射表面的九个像素的位置关系导致的相位差以及通过光分离的相位差来进一步提高相位差检测能力。在图15的实施例中，可基于九个像素的中心像素的检测信号获得围绕中心像素的八个像素中的每个的相位差。
图17是根据本发明的第九实施例的相位差像素的说明性示图。本实施例与图12的实施例相似，与图15的实施例不同，不同之处在于，中间折射率层45b的形状按照圆形形状形成，以与微透镜43b的表面一致。
根据本实施例，增加了通过中间折射率层45b的透镜效果带来的光分离效果，从而进一步提闻了相位差检测能力。
图18是根据本发明的第十实施例的相位差像素的说明性示图。图19是沿着图18的线F-F截取的剖视图。该截面的基本结构与图12的实施例的截面的基本结构相同。然而，本实施例与图12的实施例的不同之处在于，安装了滤色器层41而非图12的实施例的平坦化层42。
本实施例的固态图像拾取元件并非其中多个像素按照二维阵列排列的方点阵排列，而是蜂窝排列。也就是说，偶数像素行形成为相对于奇数像素行偏移1/2像素节距。结果，隔两个像素形成的狭缝49形成为沿着倾斜方向延伸。
当只看奇数像素行时，每个像素按照方点阵排列，并且在每个像素上设置RGB三个主要颜色的滤色器。另外，当仅看偶数像素行时，每个像素按照方点阵排列，并且在每个像素上设置RGB三个主要颜色的滤色器。
因此，彼此倾斜相邻的像素具有相同的滤色器。每隔一像素行形成具有G (绿色)滤色器的倾斜地排列的像素行。在其余倾斜排列的像素行中，一个倾斜排列的像素行(其中连续地形成各自具有R (红色)滤色器的两个像素，接着连续地形成各自具有B (蓝色)滤色器的两个像素以及连续地形成各自具有R (红色)滤色器的两个像素)和与此形成对照的另一倾斜排列的像素行(其中连续地形成各自具有B (蓝色)滤色器的两个像素，接着连续地形成各自具有R (红色)滤色器的两个像素以及连续地形成各自具有B (蓝色)滤色器的两个像素)平行地交替地排列，以将具有G滤色器的倾斜排列的像素行夹在中间。
在这种按照双Bayer阵列(dual Bayer array)形成的滤色器排列中，在具有相同颜色并倾斜地和连续地形成的两个像素上设置单个微透镜43a。相位差像素插入所述具有相同颜色的两个像素中，使得不需要将相位差像素按照特定滤色器排列进行排列。此外，以双重方式形成Bayer阵列，从而通过增加两个像素的相同颜色的像素可以捕捉高灵敏度三维被摄体的图像，以及通过改变两个像素的每个的曝光时间可以捕捉具有宽动态范围的三维被摄体的图像。
与此同时，当彼此倾斜相邻的两个像素被设为一个像素单元时，其可被构造为使得其中交替地配备R滤色器和B滤色器的列和其中交替地配备B滤色器和R滤色器的另一列交替地形成，来作为奇数列中的像素单元上配备的滤色器排列，并且在偶数列中的像素单元上仅配备G滤色器。这种滤色器排列就是所谓的蜂窝滤色器排列。
图20是根据本发明的第十一实施例的相位差像素的说明性示图，并且图21是沿着图20的线H-H截取的剖视图。本实施例是固态图像拾取元件，与图15的实施例相似，其中最紧密相邻的九个像素(3X3个像素)形成一组以形成狭缝61、62。在实施例中，每个组按照方形阵列形成，并且其中具有相同颜色的滤色器设置在同一组上，并且RGB滤色器设置在按照Bayer阵列排列的每个组上。另外，单个微透镜43b层叠在每个组上，并且中间折射率层45b按照透镜形状层叠在微透镜43b上。
另外，在本实施例中，所有像素按照多重立体相位差像素形成，从而可测量与被摄体的距离并且可捕捉三维被摄体图像。与此同时，每个组的滤色器排列不限于Bayer阵列，并且可为带状排列。
图22是根据本发明的第十二实施例的相位差像素的剖视图。第一至第十一实施例的固态图像拾取元件是表面照射型固态图像拾取元件，并且具有其中光电二极管ro和信号读出电路形成在半导体基板的顶表面上的结构，并且微透镜等层叠在顶表面的上层上。根据该结构，所述信号读出电路等将形成在顶表面上，从而开口率降低。
因此，其被构造为使得光电二极管ro和信号读出电路形成在半导体基板的顶表面上，并且微透镜等形成在半导体基板的背面，因此，来自被摄体的入射光在半导体基板的背面上被接收，并且通过设置在顶表面上的光电二极管ro检测根据渗透到半导体基板中的光的量的信号电荷。根据具有这种构造的背面照射的固态图像拾取元件，开口率可增大。
图22示出了将图19的实施例应用到背面照射的固态图像拾取元件的实施例。信号读出电路的布线层30形成在半导体基板40的顶表面上，并且其上形成有狭缝49的微透镜43a或中间折射率层45a形成在其背面。这样，本发明的上面描述的各实施例可应用到背面照射的固态图像拾取元件。
与此同时，在上面描述的实施例中，其表面按照曲面形成的微透镜或中间折射率层形成在其光电二极管的正上方。然而，如在日本专利公开特许公开N0.2009-87983中的描述，通过执行调整(scaling)可实施抗阴影的对策，在所述调整过程中，考虑到入射光随着更靠近固态图像拾取元件的光接收表面的周边部分而变为倾斜的入射光的事实，将微透镜等偏移到倾斜地引导入射光的光接收表面的中心方向。在上面描述的每个实施例中，可执行调整，其中其上形成有狭缝49等的微透镜或中间折射率层随着更靠近光接收表面的周边部分而变为偏移到光接收表面的中心方向。
与此同时，在上面描述的实施例中，各个实施例被独立地描述，多个实施例也可结合实施。
本说明书公开了以下内容。
(I) 一种固态图像拾取元件，其包括:像素组，其由检测相位差的多个像素构成；光学元件，其形成在所述像素组的光进入侧的上层处；以及槽，其形成在所述光学元件中，其中所述槽使得进入所述像素组的所述多个像素中的每个的入射光不对称，并且所述槽的侧表面是光反射表面。
(2)根据(I)所述的固态图像拾取元件，其中所述像素组由两个相邻像素构成，所述光学元件包括两个微透镜，所述两个微透镜各自形成在所述两个相邻像素的光进入侧的上层处并对应于所述两个像素中的每个，并且所述槽将所述两个微透镜彼此分离。
(3)根据(I)所述的固态图像拾取元件，其中所述像素组由最靠近的四个相邻像素构成，所述光学元件包括四个微透镜，所述四个微透镜各自形成在所述四个相邻像素的光进入侧的上层处并对应于所述四个像素中的每个，并且当从上面看时所述槽形成为十字形，以将所述四个微透镜彼此分离。
(4)根据(I)所述的固态图像拾取元件，其中所述光学元件形成在所述像素组的所述多个像素的光进入侧的上层处，并且所述槽形成为包围所述光学元件的外周边。
(5)根据(2)至(4)的任一项所述的固态图像拾取元件，还包括:中间折射率层，其形成在所述微透镜的光进入侧的上层处，并具有低于所述微透镜的折射率的折射率；以及低折射率层，其形成在所述中间折射率层的光进入侧的上层处，并具有低于所述中间折射率层的折射率的折射率，其中所述槽也形成在所述中间折射率层处，并且与所述低折射率层的材料相同的材料被填入所述槽中。
(6)根据(2)至(4)的任一项所述的固态图像拾取元件，还包括:中间折射率层，其形成在所述微透镜的光进入侧的上层处，并具有低于所述微透镜的折射率的折射率；以及低折射率层，其形成在所述中间折射率层的光进入侧的上层处，并具有低于所述中间折射率层的折射率的折射率，其中所述槽被填充有具有高光反射率的材料。
(7)根据(2)或(3)所述的固态图像拾取元件，其中其上形成有所述槽的微透镜随着从所述固态图像拾取元件的光接收表面的中心向其外周边靠近而变为朝着光接收表面的中心方向偏移。
(8)根据(I)至(7)的任一项所述的固态图像拾取元件，还包括多个像素组，其中所述多个像素组被安装在所述固态图像拾取元件的光接收表面的分立的位置处。
(9)根据(I)至(7)的任一项所述的固态图像拾取元件，还包括多个像素组，其中所述多个像素组连续地安装在所述固态图像拾取元件的整个光接收表面上。
( 10)根据(I)所述的固态图像拾取元件，其中所述光学元件包括单个微透镜，其共同覆盖所述像素组的所述多个像素。
(11)根据(4)所述的固态图像拾取元件，还包括多个像素组，其中所述多个像素组连续地安装在整个光接收表面上，并且所述光学元件被共用，以覆盖每个像素组的像素，并且所述光学元件具有对应于每个像素组的微透镜，所述固态图像拾取元件还包括:中间折射率层，其形成在所述微透镜的光进入侧的上层处，并由具有低于所述微透镜的折射率的折射率的材料制成；以及低折射率层，其形成在所述中间折射率层的光进入侧的上层处，并具有低于所述中间折射率层的折射率的折射率，其中所述槽还形成在所述中间折射率层处，并且与所述低折射率层的材料相同的材料被填入所述槽中。
(12)根据(11)所述的固态图像拾取元件，其中所述中间折射率层的表面具有与所述微透镜的表面一致的形状。
(13)根据(4)所述的固态图像拾取元件，还包括多个像素组，其中所述多个像素组连续地安装在整个光接收表面上，并且所述光学元件被共用以覆盖每个像素组的像素，并且所述光学元件具有与每个像素组对应的微透镜，所述固态图像拾取元件还包括:中间折射率层，其形成在所述微透镜的光进入侧的上层处，并由折射率低于所述微透镜的折射率的材料制成；以及低折射率层，其形成在所述中间折射率层的光进入侧的上层处，并具有低于所述中间折射率层的折射率的折射率，其中所述槽还形成在所述中间折射率层处，并且所述槽被填充有具有高光反射率的材料。
(14)根据(9)至(13)中任一项所述的固态图像拾取元件，其中所述像素组按照方点阵排列在所述固态图像拾取元件的所述光接收表面上，每个像素组的每个像素具有相同颜色的滤色器，并且所述像素组的滤色器排列按照Bayer阵列或带状阵列排列。
(15)根据(9)至(13)中任一项所述的固态图像拾取元件，其中形成在所述固态图像拾取元件的光接收表面上的奇数行像素组和形成在其上的偶数行像素组形成为偏移1/2像素节距，每个像素组的每个像素具有相同颜色的滤色器，所述奇数行像素组的滤色器按照Bayer阵列排列，并且所述偶数行像素组的滤色器按照Bayer阵列排列。
(16)根据(9)至(13)中任一项所述的固态图像拾取元件，其中形成在所述固态图像拾取元件的光接收表面上的奇数行像素组和形成在其上的偶数行像素组形成为偏移1/2像素节距，每个像素组的每个像素具有相同颜色的滤色器，奇数列或偶数列的一个像素组具有绿色滤色器，并且奇数列或偶数列的另一个像素组具有以组为单元交替布置的红色滤色器和蓝色滤色器。
(17)—种图像拾取设备，其包括:根据(I)至(8)中任一项所述的固态图像拾取元件；摄像透镜，其执行被摄体的聚焦；以及控制单元，其通过根据所述固态图像拾取元件的所述像素组的每个像素的检测信号测量与被摄体的距离来执行摄像镜头的聚焦控制。
(18) 一种图像拾取设备，其包括:根据(9)至(16)中任一项所述的固态图像拾取元件；以及信号处理单元，其接收通过所述像素组的每个像素检测到的捕捉图像信号以产生三维图像。
(19) 一种根据(I)至(18)的任一项所述的固态图像拾取元件，其中所述固态图像拾取元件具有其中所述固态图像拾取元件的背面受照射的构造。
根据以上描述的实施例，所述槽在沿着光轴的方向上形成，以从槽的侧面全反射入射光，以在不用缩窄所述遮光膜的开口的情况下获得相位差像素之间的光的不对称的光信息，从而可在不牺牲灵敏度的情况下获得相位差信息。
产业上的可应用性
根据本发明的固态图像拾取元件可测量与被摄体的距离，可捕捉聚焦的被摄体的图像，从而当应用于诸如数码相机、配有相机的移动电话和配有相机的电子设备之类的图像拾取设备时，所述固态图像拾取元件是有用的。
虽然已经详细描述或参照特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员清楚的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行各种修改或修正。
本申请要求于2010年9月29日提交的日本专利申请N0.2010-220074的优先权和利益，该申请的公开内容通过引用并入本文。
参考标号列表
20:摄像镜头，21:固态图像拾取元件
26:数字信号处理单元，29:系统控制单元
40:半导体基板，41:滤色器层，42 ;平坦化层
43,43a:微透镜(光学元件)，44:低折射率层(空气等)
45、45a、45b:中间折射率层(光学元件)
46、47、49、61、62:狭缝(槽)，48:金属板
权利要求
1.一种固态图像拾取元件，其包括: 像素组，其由检测相位差的多个像素构成； 光学元件，其形成在所述像素组的光进入侧的上层处；以及 槽，其形成在所述光学元件中， 其中所述槽使得进入所述像素组的所述多个像素中的每个的入射光不对称，并且所述槽的侧表面是光反射表面。
2.根据权利要求1所述的固态图像拾取元件，其中所述像素组由两个相邻像素构成， 所述光学元件包括两个微透镜，所述两个微透镜各自形成在所述两个相邻像素的光进入侧的上层处并对应于所述两个像素中的每个，并且 所述槽将所述两个微透镜彼此分离。
3.根据权利要求1所述的固态图像拾取元件，其中所述像素组由最靠近的四个相邻像素构成， 所述光学元件包括四个微透镜，所述四个微透镜各自形成在所述四个相邻像素的光进入侧的上层处并对应于所述四个像素中的每个，并且 当从上面看时所述槽形成为十字形，以将所述四个微透镜彼此分离。
4.根据权利要求1所述的固态图像拾取元件，其中所述光学元件形成在所述像素组的所述多个像素的光进入侧的上层处，并且 所述槽形成为包围所述光学元件的外周边。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的固态图像拾取元件，还包括: 中间折射率层，其形成在所述微透镜的光进入侧的上层处，并具有低于所述微透镜的折射率的折射率；以及 低折射率层，其形成在所述中间折射率层的光进入侧的上层处，并具有低于所述中间折射率层的折射率的折射率， 其中所述槽也形成在所述中间折射率层处，并且与所述低折射率层的材料相同的材料被填入所述槽中。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的固态图像拾取元件，还包括: 中间折射率层，其形成在所述微透镜的光进入侧的上层处，并具有低于所述微透镜的折射率的折射率；以及 低折射率层，其形成在所述中间折射率层的光进入侧的上层处，并具有低于所述中间折射率层的折射率的折射率， 其中所述槽被填充有具有高光反射率的材料。
7.根据权利要求2或3所述的固态图像拾取元件，其中其上形成有所述槽的微透镜随着从所述固态图像拾取元件的光接收表面的中心向其外周边靠近而变为朝着光接收表面的中心方向偏移。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的固态图像拾取元件，还包括多个像素组， 其中所述多个像素组被安装在所述固态图像拾取元件的光接收表面的分立的位置处。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的固态图像拾取元件，还包括多个像素组， 其中所述多个像素组连续地安装在所述固态图像拾取元件的整个光接收表面上。
10.根据权利要求1所述的固态图像拾取元件，其中所述光学元件包括单个微透镜，其共同覆盖所述像素组的所述多个像素。
11.根据权利要求4所述的固态图像拾取元件，还包括多个像素组， 其中所述多个像素组连续地安装在整个光接收表面上，并且 所述光学元件被共用，以覆盖每个像素组的像素，并且所述光学元件具有对应于每个像素组的微透镜， 所述固态图像拾取元件还包括: 中间折射率层，其形成在所述微透镜的光进入侧的上层处，并由具有低于所述微透镜的折射率的折射率的材料制成；以及 低折射率层，其 形成在所述中间折射率层的光进入侧的上层处，并具有低于所述中间折射率层的折射率的折射率， 其中所述槽还形成在所述中间折射率层处，并且与所述低折射率层的材料相同的材料被填入所述槽中。
12.根据权利要求11所述的固态图像拾取元件，其中所述中间折射率层的表面具有与所述微透镜的表面一致的形状。
13.根据权利要求4所述的固态图像拾取元件，还包括多个像素组， 其中所述多个像素组连续地安装在整个光接收表面上，并且 所述光学元件被共用以覆盖每个像素组的像素，并且所述光学元件具有与每个像素组对应的微透镜， 所述固态图像拾取元件还包括: 中间折射率层，其形成在所述微透镜的光进入侧的上层处，并由折射率低于所述微透镜的折射率的材料制成；以及 低折射率层，其形成在所述中间折射率层的光进入侧的上层处，并具有低于所述中间折射率层的折射率的折射率， 其中所述槽还形成在所述中间折射率层处，并且所述槽被填充有具有高光反射率的材料。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的固态图像拾取元件，其中所述像素组按照方点阵排列在所述固态图像拾取元件的光接收表面上， 每个像素组的每个像素具有相同颜色的滤色器，并且 所述像素组的滤色器排列按照Bayer阵列或带状阵列排列。
15.根据权利要求9至13中任一项所述的固态图像拾取元件，其中形成在所述固态图像拾取元件的光接收表面上的奇数行像素组和形成在其上的偶数行像素组形成为偏移1/2像素节距， 每个像素组的每个像素具有相同颜色的滤色器， 所述奇数行像素组的滤色器按照Bayer阵列排列，并且 所述偶数行像素组的滤色器按照Bayer阵列排列。
16.根据权利要求9至13中任一项所述的固态图像拾取元件，其中形成在所述固态图像拾取元件的光接收表面上的奇数行像素组和形成在其上的偶数行像素组形成为偏移1/2像素节距， 每个像素组的每个像素具有相同颜色的滤色器，奇数列或偶数列的一个像素组具有绿色滤色器，并且 奇数列或偶数列的另一个像素组具有以组为单元交替布置的红色滤色器和蓝色滤色器。
17.一种图像拾取设备，其包括: 根据权利要求1至8中任一项所述的固态图像拾取元件； 摄像镜头，其执行被摄体的聚焦；以及 控制单元，其通过根据所述固态图像拾取元件的所述像素组的每个像素的检测信号测量与被摄体的距离来执行摄像镜头的聚焦控制。
18.一种图像拾取设备，其包括: 根据权利要求9至16中任一项所述的固态图像拾取元件；以及信号处理单元，其接收通过所述像素组的每个像素检测到的捕捉图像信号以产生三维图像。
19.一种根据权利 要求1至18中任一项所述的固态图像拾取元件，其中所述固态图像拾取元件具有其中所述固态图像拾取元件的背面受照射的构造。
全文摘要
本发明提供了一种固态图像拾取元件，其中可在不降低灵敏度的情况下利用相位差像素获得相位差信息。用于检测相位差的多个像素(PD1、PD2)被看作一个像素组，以及使得进入所述像素组(PD1、PD2)的每个像素的入射光不对称的狭缝(46)形成在于所述像素组(PD1、PD2)的光进入侧的上层形成的光学元件(微透镜)(43)之间，以及中间折射率层(45)之间。狭缝(46)的侧面作为光反射面。
文档编号H01L27/14GK103140925SQ20118004735
公开日2013年6月5日 申请日期2011年5月13日 优先权日2010年9月29日
发明者高桥周 申请人:富士胶片株式会社