專利名稱：固態(tài)成像設(shè)備和電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像設(shè)備和電子裝置，并且具體地，涉及其中具有光電轉(zhuǎn)換部分
的像素在光接收表面上以矩陣排列的固態(tài)成像設(shè)備、以及包括該固態(tài)成像設(shè)備的電子裝置。
背景技術(shù)：
例如，CMOS (互補(bǔ)M0S)傳感器或CCD (電荷耦合器件)已知為固態(tài)成像設(shè)備。
配置如CMOS傳感器或CCD傳感器的固態(tài)成像設(shè)備，使得光入射在半導(dǎo)體基底的表 面上形成的光電二極管(光電轉(zhuǎn)換部分)上，并且通過在光電二極管中生成的信號(hào)電荷獲 取圖像信號(hào)。 例如，在CMOS傳感器中，為在光接收表面上以二維矩陣排列的每個(gè)像素提供光電 二極管。當(dāng)接收光時(shí)，在每個(gè)光電二極管中生成和積累的信號(hào)電荷通過CMOS電路的驅(qū)動(dòng)傳 輸?shù)礁≈脭U(kuò)散。信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為信號(hào)電壓并且被讀取。 此外，例如，在CCD傳感器中，類似于CMOS傳感器為在光接收表面上以二維矩陣排 列的每個(gè)像素提供光電二極管。當(dāng)接收光時(shí)，在每個(gè)光電二極管中生成和積累的信號(hào)電荷 通過CCD垂直傳輸路徑和CCD水平傳輸路徑傳輸并且被讀取。 圖19是示出現(xiàn)有技術(shù)中的固態(tài)成像設(shè)備的示例的示意性配置的視圖。例如，成像 設(shè)備包括傳感器單元101和透鏡模塊102。 例如，傳感器單元101具有基底111和在基底111上形成的絕緣層112，在基底111
中CMOS或CCD型像素以陣列布置。在絕緣層112中形成金屬布線和光波導(dǎo)。 此外，在絕緣層112上提供如紅色(R)濾色鏡、綠色(G)濾色鏡和藍(lán)色(B)濾色鏡
的濾色鏡113，并且在濾色鏡113上提供芯片上(on-chip)微透鏡114。芯片上微透鏡114
和光波導(dǎo)改進(jìn)了當(dāng)入射在傳感器單元101上的光入射在像素上時(shí)的效率。 透鏡模塊102包括多個(gè)光學(xué)部件，如第一到第五透鏡121到125和光學(xué)部件126。 考慮到入射在傳感器單元101上的光的容錯(cuò)(tolerance)、視角的依賴性等，設(shè)計(jì)
透鏡模塊102使得光在傳感器單元101上形成最佳光斑(spot)。 圖20示出從傳感器單元101的光入射側(cè)(芯片上微透鏡側(cè))看到的像素的布局 的示例。 例如，如附圖所示，"2X2"像素設(shè)為一個(gè)像素單元PU，并且兩個(gè)綠色(G)像素布置 在一個(gè)對(duì)角線方向，并且一個(gè)紅色(R)像素和一個(gè)藍(lán)色(B)像素布置在另一對(duì)角線方向。
在具有上述配置的傳感器單元101中，當(dāng)狀態(tài)改變?yōu)橛糜谕哥R模塊的設(shè)置等的散 焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，在適當(dāng)?shù)木劢範(fàn)顟B(tài)下入射在某一像素單元中的每個(gè)顏色的像素上的光入射在相 鄰像素單元的像素上。這是所謂的串?dāng)_，并且這導(dǎo)致圖像的質(zhì)量的劣化。
在JP_A_2000_150845、 JP_A_2002_359363 、 JP_A_2003_324 1 89 、 JP-A-2004-221532、JP-A-2005-294749和JP-A-2006-86320中公開了現(xiàn)有技術(shù)中的固態(tài)成 像設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上，希望提出一種抑制在固態(tài)成像設(shè)備中當(dāng)入射光散焦時(shí)出現(xiàn)的串?dāng)_的技 術(shù)。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供一種固態(tài)成像設(shè)備，包括傳感器單元，其具有半導(dǎo)體基
底，其中包括光電轉(zhuǎn)換部分的像素以陣列布置在光接收表面上；透鏡模塊，其具有包括透鏡
的多個(gè)光學(xué)部件，并且布置所述透鏡模塊，使得包括關(guān)于要成像的圖像的信息的光入射在
所述傳感器單元的所述光接收表面上；以及相移掩模，其中設(shè)置用于將所有光束分為多個(gè)
組的區(qū)域，并且所述相移掩模使得對(duì)于光在每個(gè)區(qū)域中出現(xiàn)不同相移。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備包括傳感器單元、透鏡模塊和相移掩模。 所述傳感器單元具有半導(dǎo)體基底，其中包括光電轉(zhuǎn)換部分的像素以陣列布置在光
接收表面上。 所述透鏡模塊具有包括透鏡的多個(gè)光學(xué)部件，并且布置所述透鏡模塊，使得包括
關(guān)于要成像的圖像的信息的光入射在所述傳感器單元的所述光接收表面上。 所述相移掩模具有設(shè)置為將所有光束分為多個(gè)組的區(qū)域，并且所述相移掩模使得
對(duì)于光在每個(gè)區(qū)域中出現(xiàn)不同相移。 此外，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種電子裝置，包括傳感器單元，其具有半
導(dǎo)體基底，其中包括光電轉(zhuǎn)換部分的像素以陣列布置在光接收表面上；包括透鏡模塊和相
移掩模的光學(xué)系統(tǒng)，所述透鏡模塊具有包括透鏡的多個(gè)光學(xué)部件，并且布置所述透鏡模塊，
使得包括關(guān)于要成像的圖像的信息的光入射在所述傳感器單元的所述光接收表面上，所述
相移掩模中設(shè)置用于將所有光束分為多個(gè)組的區(qū)域，并且所述相移掩模使得對(duì)于光在每個(gè)
區(qū)域中出現(xiàn)不同相移；以及信號(hào)處理電路，其處理所述傳感器單元的輸出信號(hào)。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置包括傳感器單元、光學(xué)系統(tǒng)和用于處理所述傳感器
單元的輸出信號(hào)的信號(hào)處理電路。這里，所述傳感器單元和光學(xué)系統(tǒng)配置為包括根據(jù)本發(fā)
明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備可以抑制在固態(tài)成像設(shè)備中當(dāng)入射光散焦時(shí) 出現(xiàn)的串?dāng)_。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置可以抑制在成像時(shí)當(dāng)入射光散焦時(shí)出現(xiàn)的串?dāng)_。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的示意性配置的視圖；
圖2A和2B是示出在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備中在透鏡表面上的 振幅分布和在焦平面上的振幅分布之間的關(guān)系的視圖； 圖3A是示出在本發(fā)明的第一實(shí)施例中的相移掩模的具體示例的平面圖；
圖3B是圖3A的截面視圖； 圖4是示出當(dāng)會(huì)聚具有其在透鏡上的振幅分布是恒定的波長(zhǎng)的光時(shí)、在連接焦點(diǎn)
的光接收表面上的光束模式的視圖； 圖5A是示出相移掩模的具體示例的平面圖； 圖5B是示出使用模擬的光束模式的結(jié)果的視 圖6A是示出相移掩模的具體示例的平面圖；
圖6B是示出使用模擬的光束模式的結(jié)果的視圖；
圖7A是示出相移掩模的具體示例的平面圖；
圖7B是示出使用模擬的光束模式的結(jié)果的視圖； 圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的示意性配置的視圖； 圖9A是示出像素的布局的示例的視圖； 圖9B是示出第一掩模的具體示例的平面圖； 圖9C是示出第二掩模的具體示例的平面圖； 圖9D是通過組合第一和第二掩模獲得的相移掩模的平面圖； 圖10A是示出像素布局的示例的視圖； 圖10B到10D是示出分別對(duì)于綠色(G)光、藍(lán)色(B)光和紅色(R)光有效地出現(xiàn) 的相差的視圖； 圖11A是示出當(dāng)沒有相移掩模時(shí)、在550nm(綠光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的光 束模式的視圖； 圖11B示出當(dāng)提供相移掩模時(shí)、在550nm(綠光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的光束 模式； 圖12A是示出當(dāng)沒有相移掩模時(shí)、在450nm(藍(lán)光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的光 束模式的視圖； 圖12B示出當(dāng)提供相移掩模時(shí)、在450nm(藍(lán)光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的光束 模式； 圖13A是示出當(dāng)沒有相移掩模時(shí)、在650nm(紅光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的光 束模式的視圖； 圖13B示出當(dāng)提供相移掩模時(shí)、在650nm(紅光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的光束
模式；
圖14A和14B是用于說明本發(fā)明的第二實(shí)施例的效果的視圖 圖15A和15B是用于說明本發(fā)明的第二實(shí)施例的效果的視圖 圖16A和16B是用于說明本發(fā)明的第二實(shí)施例的效果的視圖 圖17A和17B是用于說明本發(fā)明的第二實(shí)施例的效果的視圖 圖18是示出作為根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電子裝置的相機(jī)的示意性配置的視
圖19是示出現(xiàn)有技術(shù)中的固態(tài)成像設(shè)備的示例的示意性配置的視圖；以及 圖20是示出現(xiàn)有技術(shù)中的像素的布局的示例的視圖。
具體實(shí)施例方式
下文中，參照附圖，將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備和包括該固態(tài)成像
設(shè)備的電子裝置。 第一實(shí)施例 圖1是示出根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的示意性配置的視圖。 例如，固態(tài)成像設(shè)備包括傳感器單元1、透鏡模塊2和布置在傳感器單元1和透鏡
5模塊2之間的相移掩模3。 例如，傳感器單元1具有半導(dǎo)體基底ll，其中以陣列布置包括光電二極管的CMOS 或CCD型像素。 此外，例如，在半導(dǎo)體基底11上形成絕緣層12，并且在絕緣層12中提供金屬布線、 光波導(dǎo)等。 此外，例如，在絕緣層12上提供濾色鏡13，如紅色(R)濾色鏡、綠色(G)濾色鏡和 藍(lán)色(B)濾色鏡，并且在濾色鏡13上提供芯片上微透鏡14。 芯片上微透鏡14和光波導(dǎo)改進(jìn)當(dāng)在半導(dǎo)體基底11的像素上入射的光入射在像素 上時(shí)的效率。 透鏡模塊2包括多個(gè)光學(xué)部件，如第一到第五透鏡21到25和光學(xué)部件26。
考慮到對(duì)傳感器單元1的入射光L的容錯(cuò)、視角的依賴性等，設(shè)計(jì)透鏡模塊2，使得 包括關(guān)于要成像的圖像的信息的光入射在傳感器單元的光接收表面上，并且在傳感器單元 l上形成最佳光斑。 這里，根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備還包括相移掩模3。 相移掩模具有設(shè)置為將所有光束分為多個(gè)組的區(qū)域，并且使得對(duì)于光在每個(gè)區(qū)域 中出現(xiàn)不同相移。 下文中，將描述相移掩模的操作。 圖2A和2B示出在透鏡表面上的振幅分布和在焦平面上的振幅分布之間的關(guān)系。 圖2A示出透鏡表面相對(duì)焦平面的位置，并且圖2B示出在透鏡表面上的振幅分布相對(duì)焦平 面上的振幅分布。 通常，使用透鏡會(huì)聚的原理可以描述為由以下表達(dá)式(1)和(2)示出的傅立葉變 換等式F。
— 、— ^0',力-^:exp 4/
2/+0,力]=J"J^O,力exp
c&辦
…(2)在表達(dá)式(1)和(2)中，ur (x' ，y')是在光斑表面上的振幅分布，并且V (x，y) 是在透鏡表面上的振幅分布。A是光的波長(zhǎng)，f是透鏡的焦距，并且k。是波數(shù)。
然而，這是近似。假設(shè)在x' y'平面上的會(huì)聚光斑系統(tǒng)是D，重要的是滿足由以下 表達(dá)式(3)示出的夫瑯和費(fèi)(Fraunhofer)近似。 D2
/義
《1 該原理指示會(huì)聚光斑是在透鏡表面上的振幅分布的傅立葉變換。 使用該原理，可以通過使用相移掩模相反地改變透鏡表面上的振幅分布(遠(yuǎn)場(chǎng)圖
像)，基于傅立葉變換規(guī)則，改變?cè)诮裹c(diǎn)的光斑分布(光束模式)。 相移掩模3布置在入射光L的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域(非焦點(diǎn))。考慮到容錯(cuò)，優(yōu)選的是相移掩 模3布置在光通量直徑大的位置。 例如，相移掩模3布置在傳感器單元1和透鏡模塊2之間。
替代地，相移掩模3可以提供在透鏡模塊2中。 圖3A是示出相移掩模的具體示例的平面圖，并且圖3B是圖3A的截面圖。 圖3A和3B中示出的相移掩模具有設(shè)為將所有光束分為兩組的區(qū)域，并且使得對(duì)
于光在一個(gè)區(qū)域A1中出現(xiàn)0的相移、而在另一區(qū)域A2中出現(xiàn)Ji的相移。 例如，為了使得相移出現(xiàn)，優(yōu)選的是在兩個(gè)區(qū)域A1和A2中的掩模的厚度分別為^
和t2的情況下在兩個(gè)區(qū)域之間提供水平差(level difference)。 由于水平差而出現(xiàn)的相差表示為以下表達(dá)式(4)。 在表達(dá)式(4)中，n是用于形成相移掩模的材料的折射率，t「^是水平差，并且入 是光的波長(zhǎng)。 這里，假設(shè)插入部分的F數(shù)足夠大，并且透射通過其的光束是平行光束。為了使得 在一個(gè)區(qū)域A1中出現(xiàn)0的相移、而在另一區(qū)域A2中出現(xiàn)Ji的相移，優(yōu)選的是設(shè)置n、、和 ^，使得表達(dá)式(4)的值設(shè)為1/2。 如從表達(dá)式(4)可見，由于水平差(trt2)而出現(xiàn)的相差與波長(zhǎng)A成反比。因此， 如果波長(zhǎng)改變，則作為結(jié)果出現(xiàn)的相差也改變。 圖4示出當(dāng)用透鏡會(huì)聚光束時(shí)在連接焦點(diǎn)的光接收表面上的光束模式，其中在透 鏡上的振幅分布V (x， y)是恒定的，并且其在550nm(綠光)的波長(zhǎng)處具有0. 3的NA。
該光束模式是圓形的，并且稱為艾里(Airy)盤。圖4示出接近法線(normal)會(huì) 聚時(shí)該光斑分布的形狀。 圖5A是示出相移掩模的具體示例的平面圖。此外，圖5B示出當(dāng)使用圖5A所示的 相移掩模時(shí)連接焦點(diǎn)的光接收表面上的光束模式的結(jié)果，該結(jié)果基于其中由具有0. 3的NA 的透鏡在550nm(綠色)的波長(zhǎng)處執(zhí)行會(huì)聚的模擬。 如圖5A所示，在一個(gè)區(qū)域A1中出現(xiàn)0的相移，而在另一區(qū)域A2中出現(xiàn)Ji的相移， 光斑SP是入射光的光斑，并且相移掩模布置在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域。 如圖5B所示，獲得在分支方向上擴(kuò)展的對(duì)稱模式作為在光接收表面上的光束模 式。 此外，圖6A是示出相移掩模的具體示例的平面圖。此外，圖6B示出當(dāng)使用圖6A 所示的相移掩模時(shí)、在形成焦點(diǎn)的光接收表面上的光束模式的結(jié)果，該結(jié)果基于其中由具 有0. 3的NA的透鏡在550nm(綠色)的波長(zhǎng)處執(zhí)行會(huì)聚的模擬。 如圖6A所示，在一個(gè)區(qū)域A1中出現(xiàn)0的相移，而在另一區(qū)域A2中出現(xiàn)Ji/2的相 移，光斑SP是入射光的光斑，并且相移掩模布置在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域。 如圖6B所示，在光接收表面上的光束模式是在分支方向上擴(kuò)展的非對(duì)稱模式。具
體地，在光接收表面上的光束模式是偏轉(zhuǎn)為具有n/2的相差的區(qū)域A2的模式。 此外，圖7A是示出相移掩模的具體示例的平面圖。此外，圖7B示出當(dāng)使用圖7A
所示的相移掩模時(shí)、在形成焦點(diǎn)的光接收表面上的光束模式的結(jié)果，該結(jié)果基于其中由具
有0. 3的NA的透鏡在550nm(綠色)的波長(zhǎng)處執(zhí)行會(huì)聚的模擬。 如圖7A所示，在一個(gè)區(qū)域A1中出現(xiàn)O的相移，而在另一區(qū)域A2中出現(xiàn)-Ji/2的 相移，光斑SP是入射光的光斑，并且相移掩模布置在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域。
如圖7B所示，在光接收表面上的光束模式是在分支方向上擴(kuò)展的非對(duì)稱模式。具
體地，在光接收表面上的光束模式是偏轉(zhuǎn)為具有0的相差的區(qū)域Al的模式。 使用這些特性，可能形成對(duì)于綠色、藍(lán)色和紅色的三種顏色的每一個(gè)最佳的光斑模式。 根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備，通過提供相移掩模，可以根據(jù)入射光的波長(zhǎng)改變 在光接收表面上的光束模式。因此，可以抑制當(dāng)入射光散焦時(shí)出現(xiàn)的串?dāng)_。
第二實(shí)施例 圖8是示出根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的示意性配置的視圖。 例如，固態(tài)成像設(shè)備包括傳感器單元1、透鏡模塊2和布置在傳感器單元1和透鏡
模塊2之間的相移掩模3。 相移掩模3包括第一和第二掩模31和32的多個(gè)掩模。因?yàn)閺谋磉_(dá)式(3)相移量 與波長(zhǎng)成反比，所以可以通過使用波長(zhǎng)來改變相位。 例如，傳感器單元1具有在半導(dǎo)體基底11上形成的絕緣層15，在半導(dǎo)體基底11中 以陣列布置包括光電二極管的CMOS或CCD型像素。在絕緣層15中提供金屬布線、光波導(dǎo) 等。在絕緣層15上形成濾色鏡13等。盡管圖8所示的傳感器單元1的配置不同于第一實(shí) 施例的配置，但是圖8所示的傳感器單元1可以是與第一實(shí)施例中基本相同的傳感器單元。
此外，透鏡模塊2也可以是與第一實(shí)施例中相同的透鏡模塊。
下文中，將詳細(xì)描述本實(shí)施例中的相移掩模。 圖9A示出從傳感器單元1的光入射側(cè)(濾色鏡側(cè))看到的像素的布局的示例。
例如，如圖所示，"2X2"像素設(shè)為一個(gè)像素單元PU，并且兩個(gè)綠色(G)像素布置在 一個(gè)對(duì)角線方向，并且一個(gè)紅色(R)像素和一個(gè)藍(lán)色(B)像素布置在另一對(duì)角線方向。在 光接收表面上重復(fù)布置具有包括四個(gè)(2X2)像素的上述配置的像素單元。
圖9B是示出第一掩模31的具體示例的平面圖。 第一掩模是用于綠光的相移掩模。第一掩模是使得在綠色的波長(zhǎng)處出現(xiàn)Ji的奇 數(shù)倍的相差、并且在藍(lán)色和紅色的波長(zhǎng)處出現(xiàn)n的偶數(shù)倍的相差的掩模。如果藍(lán)色、綠色 和紅色的波長(zhǎng)分別設(shè)為450nm、550nm和650nm，則當(dāng)在550nm的波長(zhǎng)處形成等于大約5 ji的 相差的水平差時(shí)，幾乎可以實(shí)現(xiàn)上面的條件。 也就是說，如圖9B所示，第一掩模31具有設(shè)為將所有光束分為兩組的區(qū)域，并且 使得對(duì)于綠光(550nm的波長(zhǎng))在一個(gè)區(qū)域A1中出現(xiàn)5ji的相移、而在另一區(qū)域A2中出現(xiàn) 0的相移。 圖9C是示出第二掩模32的具體示例的平面圖。 第二掩模是用于藍(lán)光和紅光的相移掩模。優(yōu)選地，對(duì)應(yīng)于藍(lán)色和紅色的波長(zhǎng)的相 移掩模使得在綠色的波長(zhǎng)處出現(xiàn)n的偶數(shù)倍的相差，在藍(lán)色的波長(zhǎng)處出現(xiàn)n/2的(4m+l) 倍的相差，并且在紅色的波長(zhǎng)處出現(xiàn)n/2的(4m-l)倍的相差(其中，m是整數(shù))。在此情 況下，當(dāng)在綠色的550nm的波長(zhǎng)處形成等于大約2 ji的相差的水平差時(shí)，幾乎可以實(shí)現(xiàn)上面 的條件。 也就是說，如圖9C所示，第二掩模32具有設(shè)為將所有光束分為兩組的區(qū)域，并且 使得對(duì)于綠光(550nm的波長(zhǎng))在一個(gè)區(qū)域A3中出現(xiàn)0的相移、而在另一區(qū)域A4中出現(xiàn) 2ji的相移。
劃分區(qū)域A3和A4的劃分線垂直于劃分區(qū)域A1和A2的劃分線。 圖9D是通過組合第一和第二掩模31和32獲得的相移掩模的平面圖。當(dāng)組合兩
個(gè)掩模時(shí)的區(qū)域的劃分和每個(gè)區(qū)域的相差如圖9D所示。 也就是說，對(duì)于綠光(550nm的波長(zhǎng))，在區(qū)域Al和A3相互重疊的區(qū)域A13中相差 是5ji。此外，在區(qū)域A2和A3相互重疊的區(qū)域A23中相差是0。此外，在區(qū)域A2和A4相互 重疊的區(qū)域A24中相差是2ji 。此外，在區(qū)域A1和A4相互重疊的區(qū)域A14中相差是7 ji 。
在通過組合第一和第二掩模31和32形成的相移掩模3中，通過相互垂直的劃分 線設(shè)置用于將所有光束分為四組的區(qū)域，并且所述劃分線通過將劃分像素單元的像素的劃 分線在平行于光接收表面的平面上旋轉(zhuǎn)45。獲得。對(duì)于所有光束中的綠光，在從某一區(qū)域 起的順時(shí)針方向出現(xiàn)0、2Ji 、7ji和5ji的相移。代替順時(shí)針方向，可以應(yīng)用逆時(shí)針方向。
假設(shè)藍(lán)色(B)光、綠色(G)光和紅色(R)光的波長(zhǎng)分別是450nm、550nm和650nm， 通過由組合第一和第二掩模31和32形成的相移掩模3出現(xiàn)的相差如下。
圖10A示出像素布局的示例。圖10B到10D分別示出對(duì)于綠色(G)光、藍(lán)色(B) 光和紅色(R)光有效地出現(xiàn)的相差。 也就是說，對(duì)于綠色(G，550nm)光，在區(qū)域A1中的相差是Ji ，并且在區(qū)域A2中的 相差是O。 此外，有效地，對(duì)于藍(lán)色(B，450nm)光，在區(qū)域A4中的相差是Ji/2，并且在區(qū)域A3 中的相差是O。 此外，有效地，對(duì)于紅色(R，650nm)光，在區(qū)域A4中的相差是-ji/2，并且在區(qū)域 A3中的相差是O。 圖11A示出當(dāng)不存在相移掩模時(shí)、在550nm(綠光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的光 束模式。該光束模式是圓形的。 圖11B示出當(dāng)提供上述相移掩模時(shí)、在550nm(綠光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的 光束模式。 對(duì)于綠光，實(shí)質(zhì)上出現(xiàn)圖10B所示的相差，并且在光接收表面上的光束模式是在 分支方向上擴(kuò)展的對(duì)稱模式，也就是說，獲得其中光束入射在兩個(gè)綠色像素上的模式。
圖12A示出當(dāng)不存在相移掩模時(shí)、在450nm(藍(lán)光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的光 束模式。該光束模式是圓形的。 圖12B示出當(dāng)提供上述相移掩模時(shí)、在450nm(藍(lán)光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的 光束模式。 對(duì)于藍(lán)光，實(shí)質(zhì)上出現(xiàn)圖10C所示的相差，并且在光接收表面上的光束模式是在 分支方向上擴(kuò)展的非對(duì)稱模式。具體地，在光接收表面上的光束模式是用n/2的相差偏轉(zhuǎn) 到區(qū)域A4的模式。也就是說，獲得偏轉(zhuǎn)到藍(lán)色像素的模式。 圖13A示出當(dāng)不存在相移掩模時(shí)、在650nm(紅光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的光 束模式。該光束模式是圓形的。 圖13B示出當(dāng)提供上述相移掩模時(shí)、在650nm(紅光)的波長(zhǎng)處在光接收表面上的 光束模式。 對(duì)于紅光，實(shí)質(zhì)上出現(xiàn)圖10D所示的相差，并且在光接收表面上的光束模式是在 分支方向上擴(kuò)展的非對(duì)稱模式。具體地，在光接收表面上的光束模式是用0的相差偏轉(zhuǎn)到
9區(qū)域A3的模式。也就是說，獲得偏轉(zhuǎn)到紅色像素的模式。 此外，當(dāng)每個(gè)像素的尺寸設(shè)為2平方Pm時(shí)執(zhí)行衍射計(jì)算。在此情況下，獲得這樣 的結(jié)果，其中與不存在相移板的情況相比，光量增加48%的綠光、73%的藍(lán)光和43%的紅 光。 因?yàn)閷?shí)際照明光不限于只具有如這里假設(shè)的三種波長(zhǎng)并且波長(zhǎng)連續(xù)分布，所以增 加量小于上述增加量。然而，認(rèn)為基于上述那些可以獲得預(yù)定效果。 將描述當(dāng)入射光散焦時(shí)出現(xiàn)的串?dāng)_的抑制，這可以通過提供相移掩模根據(jù)入射光 的波長(zhǎng)改變?cè)诠饨邮毡砻嫔系墓馐Ｊ絹韺?shí)現(xiàn)。 圖14A和14B、15A和15B、16A和16B、以及17A和17B是用于說明根據(jù)上述實(shí)施例 的固態(tài)成像設(shè)備的效果的視圖。 圖14A示出其中以上面的模式重復(fù)排列綠色(G)、藍(lán)色(B)和紅色(R)的像素的布局。 考慮這樣的情況，其中三個(gè)光斑SP1到SP3入射在其上形成焦點(diǎn)的光接收表面上 的像素上，所述像素以上面的模式排列。 綠色(G)、藍(lán)色(B)和紅色(R)的像素的每個(gè)在由圖14A中的箭頭指示的位置接收 的光強(qiáng)在圖14B中示出。 在上面的配置中，當(dāng)入射光散焦時(shí)，入射具有圖15A中示出的模式的三個(gè)光斑SP1 到SP3。 綠色(G)、藍(lán)色(B)和紅色(R)的像素的每個(gè)在由圖15A中的箭頭指示的位置接收 的光強(qiáng)在圖15B中示出。 也就是說，圖15B指示藍(lán)色(B)和紅色(R)的每個(gè)的信號(hào)強(qiáng)度的振幅已經(jīng)降低并 且在像素之間的串?dāng)_CT已經(jīng)出現(xiàn)。
接下來，將描述本實(shí)施例的情況。 圖16A示出其中以上面的模式重復(fù)排列綠色(G)、藍(lán)色(B)和紅色(R)的像素的布局。 在本實(shí)施例中，每個(gè)分為兩個(gè)部分的綠光的三個(gè)光斑SPG1到SPG3、藍(lán)光的三個(gè)光 斑SPB1到SPB3和紅光的三個(gè)光斑SPR1到SPR3入射在其上形成焦點(diǎn)的光接收表面。
綠色(G)、藍(lán)色(B)和紅色(R)的像素的每個(gè)在由圖16A中的箭頭指示的位置接收 的光強(qiáng)在圖16B中示出。 當(dāng)在上面的情況下入射光散焦時(shí)，如圖17A所示獲得這樣的狀態(tài)，其中綠光的三 個(gè)光斑SPG1到SPG3、藍(lán)光的三個(gè)光斑SPB1到SPB3和紅光的三個(gè)光斑SPR1到SPR3入射。
綠色(G)、藍(lán)色(B)和紅色(R)的像素的每個(gè)在由圖17A中的箭頭指示的位置接收 的光強(qiáng)在圖17B中示出。 也就是說，圖17B指示綠色(G)、藍(lán)色(B)和紅色(R)的每個(gè)的信號(hào)強(qiáng)度的振幅沒 有降低并且已經(jīng)抑制在像素之間的串?dāng)_CT。
第三實(shí)施例 圖18是示出作為根據(jù)本實(shí)施例的電子裝置的相機(jī)的示意性配置的視圖。根據(jù)本 實(shí)施例的相機(jī)是能夠拍攝靜態(tài)圖像或運(yùn)動(dòng)圖像的攝像機(jī)的示例。 根據(jù)本實(shí)施例的相機(jī)包括傳感器單元51、具有透鏡模塊的光學(xué)系統(tǒng)52、相移掩模53、信號(hào)處理電路54等。在光學(xué)系統(tǒng)52中可提供相移掩模53。 在本實(shí)施例中，傳感器單元51、透鏡模塊和相移掩模53與根據(jù)第一和第二實(shí)施例 的固態(tài)成像設(shè)備中的那些具有相同配置。 光學(xué)系統(tǒng)52在傳感器單元51的成像表面上形成來自被攝體的圖像光(入射光)。
然后，在預(yù)定時(shí)段期間在傳感器單元51中積累信號(hào)電荷。積累的信號(hào)電荷輸出為 輸出信號(hào)Vout。 快門設(shè)備控制相對(duì)于傳感器單元51的光照明時(shí)段和光阻擋時(shí)段。 圖像處理器提供用于控制傳感器單元51的傳輸操作和快門設(shè)備的快門操作的驅(qū)
動(dòng)信號(hào)。通過從圖像處理器提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(定時(shí)信號(hào))執(zhí)行傳感器單元51的信號(hào)傳輸。
信號(hào)處理電路54對(duì)傳感器單元51的輸出信號(hào)Vout執(zhí)行各種類型的信號(hào)處理，并且將其輸
出為圖像信號(hào)。將信號(hào)處理之后的圖像信號(hào)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)(如存儲(chǔ)器)中或輸出到監(jiān)視器。 根據(jù)本實(shí)施例的電子裝置，在其中提供的固態(tài)成像設(shè)備中可以抑制當(dāng)入射光散焦 時(shí)出現(xiàn)的串?dāng)_。 例如，通過對(duì)其中容易出現(xiàn)散焦的成像設(shè)備(如定焦相機(jī))采用本發(fā)明，可以抑制 由串?dāng)_導(dǎo)致的圖像質(zhì)量的劣化。 本發(fā)明不限于應(yīng)用于檢測(cè)可見光的入射光量的分布并且將其成像為圖像的固態(tài)
成像設(shè)備。本發(fā)明還可以應(yīng)用于將紅外線、x射線或微粒的入射量的分布成像為圖像的固
態(tài)成像設(shè)備。廣義上，本發(fā)明可以應(yīng)用于每種固態(tài)成像設(shè)備(物理量分布檢測(cè)設(shè)備)，如檢
測(cè)如壓力和電容的其它物理量的分布并且將其成像為圖像的指紋檢測(cè)傳感器。 此外，本發(fā)明不限于應(yīng)用于以行為單元順序掃描像素陣列部分的單元像素并且從
每個(gè)單元像素讀取像素信號(hào)的固態(tài)成像設(shè)備，并且可以應(yīng)用于選擇像素單元中的任意像素
并且從像素單元中選擇的像素讀取信號(hào)的X-Y尋址型固態(tài)成像設(shè)備。 此外，固態(tài)成像設(shè)備可以形成為一個(gè)芯片或可以形成為模塊型設(shè)備，其中成像單 元和信號(hào)處理器或光學(xué)系統(tǒng)共同封裝，并且其具有成像功能。 此外，本發(fā)明不限于應(yīng)用于固態(tài)成像設(shè)備，并且也可以應(yīng)用于成像設(shè)備。這里，成
像設(shè)備指具有像相機(jī)系統(tǒng)的成像功能的電子裝置，如數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)、移動(dòng)電話等。此
外，在電子裝置中安裝的模塊型設(shè)備(也就是說，相機(jī)模塊)可以用作成像設(shè)備。 在成像設(shè)備(如用于包括攝像機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和移動(dòng)電話的移動(dòng)設(shè)備的相機(jī)模
塊)中，通過使用根據(jù)上面實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備作為固態(tài)成像設(shè)備，可以用簡(jiǎn)單配置獲
得滿意圖像。 本發(fā)明不限于上述那些。 例如，上述實(shí)施例可以應(yīng)用于CMOS傳感器和CCD器件兩者。 此外，不具體限制相移掩模的配置，只要出現(xiàn)如上所述的相差，并且可以使用各種 材料并且可以設(shè)置各種層厚度。 此外，可以在不背離本發(fā)明的主題的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。 本申請(qǐng)包含涉及于2009年1月30日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP 2009-019500中公開的主題，在此通過引用并入其全部?jī)?nèi)容。
權(quán)利要求
一種固態(tài)成像設(shè)備，包括傳感器單元，其具有半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底中，包括光電轉(zhuǎn)換部分的像素以陣列布置在光接收表面上；透鏡模塊，其具有包括透鏡的多個(gè)光學(xué)部件，并且布置所述透鏡模塊，使得包括關(guān)于要成像的圖像的信息的光入射在所述傳感器單元的所述光接收表面上；以及相移掩模，其中設(shè)置用于將所有光束分為多個(gè)組的區(qū)域，并且所述相移掩模使得對(duì)于光在每個(gè)區(qū)域中出現(xiàn)不同相移。
2. 如權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述相移掩模布置在作為光的非聚焦區(qū)域的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像設(shè)備， 其中所述相移掩模提供在所述透鏡模塊中。
4. 如權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述相移掩模具有設(shè)置為將所有光束分為兩組的區(qū)域，并且使得對(duì)于光在一個(gè)區(qū) 域中出現(xiàn)O的相移，并且在另一區(qū)域中出現(xiàn)Ji的相移。
5. 如權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述相移掩模具有設(shè)置為將所有光束分為兩組的區(qū)域，并且使得對(duì)于光在一個(gè)區(qū) 域中出現(xiàn)0的相移，并且在另一區(qū)域中出現(xiàn)l/2Ji或-1/2ji的相移。
6. 如權(quán)利要求1到5的任一所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述傳感器單元還具有在所述半導(dǎo)體基底上形成的絕緣層、在所述絕緣層中形成 的布線和光波導(dǎo)、在所述絕緣層上形成的濾色鏡、以及在所述濾色鏡上形成的芯片上微透鏡。
7. 如權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，在所述傳感器單元中，光接收表面上重復(fù)布置四個(gè)(2X2)像素的像素單元，其 包括在一個(gè)對(duì)角線方向上的具有兩個(gè)綠色濾色鏡的綠色像素，并且包括在另一對(duì)角線方向 上的具有紅色濾色鏡的紅色像素和具有藍(lán)色濾色鏡的藍(lán)色像素，并且所述相移掩模具有設(shè)為通過劃分線將所有光束分為四組的區(qū)域，所述劃分線相互垂直 并且通過將用于劃分像素單元的像素的劃分線在平行于光接收表面的平面上旋轉(zhuǎn)45°而 獲得，并且使得對(duì)于光束中的綠光從某一區(qū)域起在順時(shí)針或逆時(shí)針方向出現(xiàn)0、2Ji 、7ji和 5ji的相移。
8. —種電子裝置，包括傳感器單元，其具有半導(dǎo)體基底，在所述半導(dǎo)體基底中，包括光電轉(zhuǎn)換部分的像素以陣 列布置在光接收表面上；包括透鏡模塊和相移掩模的光學(xué)系統(tǒng)，所述透鏡模塊具有包括透鏡的多個(gè)光學(xué)部件， 并且布置所述透鏡模塊，使得包括關(guān)于要成像的圖像的信息的光入射在所述傳感器單元的 所述光接收表面上，所述相移掩模中設(shè)置用于將所有光束分為多個(gè)組的區(qū)域，并且所述相 移掩模使得對(duì)于光在每個(gè)區(qū)域中出現(xiàn)不同相移；以及信號(hào)處理電路，其處理所述傳感器單元的輸出信號(hào)。
全文摘要
一種固態(tài)成像設(shè)備，包括傳感器單元，其具有半導(dǎo)體基底，其中包括光電轉(zhuǎn)換部分的像素以陣列布置在光接收表面上；透鏡模塊，其具有包括透鏡的多個(gè)光學(xué)部件，并且布置所述透鏡模塊，使得包括關(guān)于要成像的圖像的信息的光入射在所述傳感器單元的所述光接收表面上；以及相移掩模，其中設(shè)置用于將所有光束分為多個(gè)組的區(qū)域，并且所述相移掩模使得對(duì)于光在每個(gè)區(qū)域中出現(xiàn)不同相移。
文檔編號(hào)G02B5/30GK101794802SQ201010107989
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者湯川弘章 申請(qǐng)人:索尼公司