的單位單元中時，可以說第一頂點205位于單位單元的中心Cl處。在本實施例中，第一位置207位于圖1中陣列區域120的中心O處。
[0034]光學元件112具有非球面形狀。當橫截面212被設為參照物時，光學元件112是對稱的(線對稱)。但是，光學元件112不具有相對于底表面243的穿過第二頂點206的法線旋轉對稱的形狀。光學元件112可以例如具有如圖8A至SC中所示的平面形狀(這將在下面描述)或被稱為淚珠形狀的形狀。
[0035]參照圖2A，光學元件112的橫截面212包括第三端部203和第四端部204。如橫截面212中所示,光學元件112具有在Z = O的位置處沿著X軸延伸的底表面244。光學元件112的第三端部203距中心O較近，而光學元件112的第四端部204距中心O較遠。在X軸方向上第三端部203和第四端部204之間的長度為長度221。第三端部203和第四端部204之間的長度可以為光學元件112在X軸方向上的最大長度。
[0036]如圖2A所示，光學元件112具有位于X軸方向上的第二位置208處的第二頂點206。在Z軸方向上第二頂點206在與底表面244隔開長度230的位置處。換句話說，光學元件112的高度是長度230，其與光學元件111的高度相同。在正交投影圖像中，第二位置208和第三端部203之間的長度小于第二位置208和第四端部204之間的長度。當假設光學元件112被設在作為具有長度220的矩形區域的單位單元中時，可以說相比于單位單元的中心C2，第二頂點206與中心O的距離要近長度223。
[0037]當光學兀件111和光學兀件112彼此相比較時,在X軸方向上,第一端部201和第一位置207之間的長度大于第三端部203和第二位置208之間的長度。換句話說，不像光學元件111的第一頂點205和中心之間的位置關系，第二頂點206從光學元件112的中心向中心O偏移。另外，長度221比長度220小長度222，其中長度221是第三端部203和第四端部204之間的長度，長度220是第一端部201和第二端部202之間的長度。
[0038]光學兀件111和光學兀件112中的每一個具有下面將描述的多個外緣。光學兀件111具有從第一頂點205延伸到第二端部202的外緣241 (第一外緣)。類似地，光學元件112具有從第二頂點206延伸到第四端部204的外緣242(第二外緣)。外緣242的曲率半徑與外緣241的曲率半徑相同。當光學元件具有這樣的形狀時，在光學元件的頂點被偏移的情況中，即使在X軸方向上與中心O分隔開的位置處也可以抑制光學元件的光收集性能的降低。在外緣241和/或外緣242具有非均一曲率半徑的情況中，可以確定外緣241的曲率半徑的中間值和/或外緣242的曲率半徑的中間值。只要曲率半徑或曲率半徑的中間值在80%或以上且120%或以下的范圍內，就可以取得本實施例的效果。換句話說，只要曲率半徑或曲率半徑的中間值之間的差異在± 20 %以內，就可以取得所述效果。
[0039]接下來，將參照圖2B描述根據本實施例的光學元件陣列被包括在光電轉換裝置中的情況。圖2B是包括與圖2A對應的光學元件陣列的光電轉換裝置的一部分的示意性截面圖。在半導體襯底250上提供有多層布線結構252、濾色器層253和平面化層254，其中半導體襯底250包括多個光電轉換元件251，多層布線結構252包括多個布線層和多個絕緣層，濾色器層253包括多個濾色器。在平面化層254上提供有光學元件陣列100。半導體襯底是例如N型半導體襯底，并且包括外延層和充當阱(well)的P型半導體區域。光電轉換元件是例如光電二極管。在圖2B中，示出了充當光電轉換元件的N型半導體區域。在這里，像素是矩形區域，并且也被視為單位單元(unit cell)。每個像素包括至少一個光電轉換元件。在本實施例中，為包括在光學元件陣列100中的每個光學元件提供單個像素。換句話說，根據圖像拾取區域來布置光學元件陣列100，在圖像拾取區域中布置光電轉換裝置的多個像素。在這里，圖像拾取區域是其中布置有用于獲取圖像信號的像素的區域，并且圖像拾取區域的中心是其中布置有用于獲取光學信號的像素的區域的中心。其中布置有用于獲取光學信號的像素的區域不包括光學黑色像素或電路區域。圖2B示出了三個光學元件111和三個光學元件112。為該三個光學元件111提供三個光電轉換元件(第一光電轉換元件)，并且為該三個光學元件112提供三個光電轉換元件(第二光電轉換元件)。所述三個光學元件111被之間無間隙地布置，并且彼此相接觸。在這里，間隙是指光學元件之間的平坦區域。在之間有間隙Gl的情況下布置所述三個光學元件112。現在將描述光在上述光電轉換裝置中的行為。
[0040]一般而言，成像透鏡(未示出)被設在光電轉換裝置的圖像拾取區域上方。成像透鏡被布置為使得其光軸對應于圖像拾取區域的中心并且將來自對象的光聚焦到圖像拾取區域的平面上。在這個時候，主光線(chief ray)的入射角在圖像拾取區域的中心處小，并且主光線的入射角在圖像拾取區域的外圍處大。在這里，入射角是例如垂直于光電轉換裝置的頂表面的方向和主光線之間的角度。為了增加在圖像拾取區域外圍處的靈敏度，有必要收集入射光并且使光入射到光電轉換裝置的每個光電轉換元件的光接收表面上的方向與垂直于光接收表面的方向接近。
[0041]參照圖2B，光261是在圖像拾取區域的中心(也是光學元件陣列100的中心)處入射到光學元件陣列100上并且在基本上垂直于表面255的方向上入射到半導體襯底250的表面255上的主光線。光262是在與圖像拾取區域的中心隔開即與光學元件陣列100的中心隔開的位置處入射到光學元件陣列100上并且斜入射到半導體襯底250的表面255上的主光線。每個光學元件112能夠減小光262入射到相應光電轉換元件的光接收表面上的入射角。另外，即使在圖像拾取區域的外圍處也可以取得高的光收集性能。作為結果，可以在圖像拾取區域的外圍處增加靈敏度。
[0042]接下來，將參照圖3A和3B描述根據本實施例的光學元件所取得的效果。圖3A和3B示出其中使用了包括具有與圖2A和2B中光學元件的形狀不同的形狀的光學元件312的光學元件陣列300的情況。圖3A是與圖2A對應的示意圖，并且示出了每個光學元件111和每個光學元件312的橫截面形狀。圖3B是與圖2B對應的示意截面圖，并且示出了包括光學元件111和光學元件312的光電轉換裝置。在圖3A和3B中所示的結構中，光學元件111與圖2A和2B中所示的光學元件111相同，因此省略對它的描述。
[0043]圖3A中所示的光學元件312的橫截面包括與中心O相距較近的光學元件312的端部303和與光學元件312的中心O相距較遠的光學元件312的端部304，并且是沿著X軸取得的。如橫截面中所示，光學元件312具有在Z = O的位置處沿著X軸延伸的底表面。光學元件312的端部303與中心O相距較近，而光學元件312的端部304與中心O相距較遠。在X軸方向上端部303和端部304之間的長度為長度220。端部303和端部304之間的長度是光學兀件312在X軸方向上的最大長度。
[0044]參照圖3A，光學元件312在X軸方向上的位置308處具有頂點306。頂點306在Z軸方向上與底表面隔開長度230的位置處。換句話說，光學元件312的高度是長度230，其與光學元件111的高度相同。位置308和端部303之間的長度小于位置308和端部304之間的長度。當假設光學元件312被設在作為具有長度220的矩形區域的單位單元中時，可以說相比于單位單元的中心C3，頂點306相距中心O要近長度223。
[0045]與光學兀件111相似，圖3A中所不的光學兀件312的橫截面具有從頂點306延伸到端部304的外緣342。光學元件312與圖2A和圖2B中所示的光學元件112之間的差異是X軸方向上的長度和外緣的曲率半徑。外緣342的曲率半徑不同于圖2A和2B中所示的光學元件112的外緣242的曲率半徑。換句話說，外緣342的曲率半徑不同于光學元件111的外緣241的曲率半徑。外緣342的曲率半徑或曲率半徑的中間值不在外緣241的曲率半徑或曲率半徑的中間值的80%或以上且120%或以下(即，大于或等于80%且小于或等于120%)的范圍內。更具體地說，外緣342的曲率半徑在外緣241的曲率半徑的80%或以上且120%或以下(即，大于或等于80%且小于或等于120% )的范圍之上。
[0046]圖3B示出了其中光262以類似于圖2B中的方式入射到包括具有上述結構的光學元件312的光電轉換裝置上的情況。光學元件312的光收集性能小于圖2B所示的光學元件112的光收集性能，并且光262入射到布線層上而不是入射到相應的光電轉換元件251上。
[0047]圖2B所示的光學元件112的曲率半徑與光學元件111的曲率半徑相同。采用這種光學元件陣列，可以抑制光學元件的光收集性能在陣列區域的外圍處的降低。在包括所述光學元件陣列的光電轉換裝置中，可以抑制靈敏度在圖像拾取區域的外圍處的降低。
[0048]根據本實施例的光學元件陣列可以通過下面的方法形成。例如，在光電轉換裝置的多層布線結構上形成濾色器層253。然后，形成用于形成光學元件的光敏抗蝕劑的膜。光敏抗蝕劑是例如正型抗蝕劑，并且可以通過旋涂來施加。光敏抗蝕劑通過使用基于上述光學元件陣列的形狀而形成的光掩模來經受曝光，然后被顯影。這樣，形成光學元件。半色調掩模或面積灰度(area gradat1n)掩模可用作光掩模。面積灰度掩模是通過調整小遮光元件的密度和面積來控制其透射率的光掩模。光學元件陣列可以通過其他方法形成。在光學元件由于制造中的變化而具有與設計不同的高度和形狀的情況中，當差異在下面的范圍內時，可以取得抑制靈敏度在外圍處的降低的效果。即，外圍處的光學元件的高度需要在圖像拾取區域中心處的光學元件的高度的80%或以上且120%或以下(即，大于或等于80%且小于或等于120% )的范圍內，并且外圍處的光學元件的外緣的曲率半徑需要在圖像拾取區域中心處的光學元件的外緣的曲率半徑的80%或以上且120%或以下(即，大于或等于80%且小于或等于120% )的范圍內。針對高度的范圍可以是90%或以