(57)【要約】【課題】より大きなフィルファクタと、光検出器の感光領域におけるより小さな空間的拡散とを達成させる。【解決手段】ピクセルは、入射光を受けるよう構成された表面と、半導体構造によって形成された底面とを含む。光検出器が、前記底面内に配置される。誘電体構造が、前記表面と前記底面との間に配置される。前記表面と前記光検出器との間の前記誘電体構造のボリュームが、前記表面上の前記入射光の一部を前記光検出器へ転送するよう構成された光路を提供する。組み込み式光学素子が、前記光路内において少なくとも部分的に配置され、且つ、前記光路を部分的に画定するよう構成される。【選択図】図６
2006229217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を受けるよう構成された表面と、
半導体基板によって形成された底面と、
前記底面内に配置された光検出器と、
前記表面と前記底面との間に配置された誘電体構造と、
光路内において少なくとも部分的に配置され、且つ、該光路を部分的に画定するよう構成された、組み込み式光学素子
とを備え、
前記表面と前記光検出器との間の前記誘電体構造のボリュームが、前記表面上の前記入射光の一部を前記光検出器に転送するよう構成された前記光路を提供することからなる、ピクセル。
【請求項２】
前記組み込み式光学素子が、前記光路を介して前記光検出器へと転送される入射光の前記一部分を、向上させるよう構成される、請求項１に記載のピクセル。
【請求項３】
前記組み込み式光学素子が、組み込み式レンズを含む、請求項１に記載のピクセル。
【請求項４】
前記組み込み式光学素子が、
回転対称光学素子と、
回転非対称光学素子
とからなるグループから選択される、請求項１に記載のピクセル。
【請求項５】
前記組み込み式光学素子が、
球面の幾何学構造を有する光学素子と、
非球面の幾何学構造を有する光学素子
とからなるグループから選択される、請求項１に記載のピクセル。
【請求項６】
望ましくない光を遮断するよう構成された組み込み式の光学的なオブスキュレーション素子を備える、請求項１に記載のピクセル。
【請求項７】
前記光学的なオブスキュレーション素子は、
吸収性のある光学素子と、
反射性のある光学素子と、
スペクトル的に選択性のある光学素子
とからなるグループから選択されることからなる、請求項６に記載のピクセル。
【請求項８】
前記表面を覆うように形成され、且つ、前記入射光を受けて該入射光を前記組み込み式光学素子に再方向付けするよう構成された、表面レンズを備える、請求項１に記載のピクセル。
【請求項９】
前記組み込み式光学素子は、
前記表面レンズの光軸と一直線上にある光軸と、
前記表面レンズの光軸に対して傾けられた光軸と、
前記表面レンズの光軸から偏心させられた光軸
とからなるグループから選択された光軸を有することからなる、請求項８に記載のピクセル。
【請求項１０】
前記表面と前記組み込み式光学素子との間の前記光路内において配置された色フィルタと、
前記組み込み式光学素子と前記光検出器との間の前記光路内において配置された色フィルタと、
前記組み込み式光学素子内へと集積された色フィルタ
とからなるグループから選択された色フィルタを備えることからなる、請求項１に記載のピクセル。
【請求項１１】
前記組み込み式光学素子は、
正の光学倍率をもった凸状構造を有する光学素子と、
負の光学倍率をもった凹状構造を有する光学素子と、
実質的には光学倍率をもたない実質的には平坦な構造を有する光学素子と、
光学倍率の組み合わせをもった鞍形構造を有する光学素子
とからなるグループから選択されることからなる、請求項１に記載のピクセル。
【請求項１２】
前記ピクセルは、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）ピクセルである、請求項１に記載のピクセル。
【請求項１３】
ピクセルのアレイであって、各ピクセルが、
光検出器と、
前記ピクセル上に入射する光と前記光検出器との間に配置された誘電体と、
前記誘電体内に配置され、且つ、前記ピクセル上に入射する光の一部を再方向付けするよう構成された、組み込み式レンズ
とを備えるピクセルのアレイを備える、イメージセンサ。
【請求項１４】
各ピクセルは、前記誘電体を覆うように形成され、且つ、前記ピクセル上に入射する光を受けて前記ピクセル上に入射する光を前記組み込み式レンズに再方向付けするよう構成された、表面レンズを備える、請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項１５】
前記ピクセルのアレイは、
ピクセルアレイ全体にわたって実質的には均一のピクセル間隔を有するピクセルを含むピクセルのアレイと、
ピクセルアレイ全体にわたって変動するピクセル間隔を有するピクセルを含むピクセルのアレイ
とからなるグループから選択されることからなる、請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項１６】
前記ピクセルのアレイは、
ピクセルアレイ全体にわたって変動する入射角において実質的には均一なシフトを有する組み込み式レンズを有するピクセルを含むピクセルのアレイと、
ピクセルアレイ全体にわたって変動する入射角において変動するシフトを有する組み込み式レンズを有するピクセルを含むピクセルのアレイ
とからなるグループから選択されることからなる、請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項１７】
前記ピクセルのアレイは、
ピクセルアレイ全体にわたって変動する入射角において実質的には均一な傾きを有する組み込み式レンズを有するピクセルを含むピクセルのアレイと、
ピクセルアレイ全体にわたって変動する入射角において変動する傾きを有する組み込み式レンズを有するピクセルを含むピクセルのアレイ
とからなるグループから選択されることからなる、請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項１８】
前記ピクセルのアレイは、
ピクセルアレイ全体にわたって実質的には均一の幾何学構造を有する組み込み式レンズを有するピクセルを含むピクセルのアレイと、
ピクセルアレイ全体にわたって変動する幾何学構造を有する組み込み式レンズを有するピクセルを含むピクセルのアレイ
とからなるグループから選択されることからなる、請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項１９】
前記ピクセルのアレイは、
ピクセルアレイ全体にわたって実質的には均一の光学倍率を有する組み込み式レンズを有するピクセルを含むピクセルのアレイと、
ピクセルアレイ全体にわたって変動する光学倍率を有する組み込み式レンズを有するピクセルを含むピクセルのアレイ
とからなるグループから選択されることからなる、請求項１３に記載のイメージセンサ。
【請求項２０】
前記組み込み式レンズは、マイクロレンズを含む、請求項１３に記載の光学センサ。
【請求項２１】
半導体ベースのピクセルを動作させる方法であって、
表面を介して入射光を受け、及び、
前記表面と光検出器との間に配置された誘電体構造の中に画定された光路内において、前記入射光の一部を該光検出器に転送する
といったことを含み、
前記転送することは、前記光路内に配置された少なくとも部分的に配置された組み込み式光学素子によって、前記光路を介して前記光検出器に転送された入射光の一部を向上させることを含むことからなる、方法。
【請求項２２】
前記転送することは、組み込み式レンズによって、前記光路を介して前記光検出器に転送された入射光の一部を向上させることを含むことからなる、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
イメージング技術は、画像を代表信号に変換する分野である。イメージングシステムは、商用、民生用、工業用、医療用、軍事用、及び科学用のマーケットを含む多くの分野において、広範囲の用途がある。大部分のイメージセンサは、各ピクセルがあるタイプの光検出器（例えば、フォトダイオードか、又はフォトゲート）を含む状態において、光を捕捉するためのピクセルのアレイを用いるシリコンベースの半導体デバイスである。該光検出器は、該光検出器上に入射する光子（フォトン）を対応する電荷に変換する。ＣＣＤ（電荷結合素子）とＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）イメージセンサとが、半導体ベースのイメージセンサのタイプとして最も広く認知され且つ用いられている。
【０００２】
高品質な画像を生成するイメージセンサの能力は、イメージセンサの感光度に依存し、同様に、該イメージセンサは、そのピクセルの量子効率（ＱＥ）と光学効率（ＯＥ）とに依存する。イメージセンサは、頻繁にそのＱＥによって、すなわちそのピクセルＱＥによって指定され、該ピクセルＱＥは、典型的には、光検出器上に入射する光子を電荷に変換する際の、ピクセルの光検出器の効率として画定される。ピクセルのＱＥは、一般的には、プロセス技術（すなわち、シリコンの純度）と、用いられる光検出器のタイプ（例えば、フォトダイオードか、又はフォトゲート）とによって制約を受ける。しかしながら、ピクセルのＱＥにかかわらず、電荷に変換されることとなるピクセル上に入射する光に関して、該光は、光検出器に到達しなければならない。このことを考慮すると、本明細書内において説明されるようなＯＥは、ピクセル表面から光検出器へと光子を転送する際の、ピクセルの効率のことを指し、ピクセルの表面上に入射する光子の数に対する、光検出器上に入射する光子の数の比率として定義される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
少なくとも２つの要因が、ピクセルのＯＥに著しく影響を及ぼす可能性がある。第１に、ホスト装置の任意の撮像光学部品（ディジタルカメラのレンズシステムのような）に関連したアレイ内におけるピクセルの位置が、ピクセルのＯＥに影響を及ぼす可能性がある。何故ならば、該ピクセルの位置は、光がピクセルの表面上に入射する角度に影響を及ぼすからである。第２に、ピクセル構造の他の素子に関連したピクセルの光検出器の幾何学的な配列が、ピクセルのＯＥに影響を及ぼす可能性がある。何故ならば、そのような構造の素子が、適切に構成されない場合にはピクセル表面から光検出器への光の伝搬に悪影響を及ぼす可能性があるためである。後者は、ＣＭＯＳイメージセンサに関して特に当てはまる。該ＣＭＯＳイメージセンサは、典型的には、各ピクセル内においてリセット及びアクセストランジスタ及び関連した相互接続回路構成及び選択回路構成といったような能動素子を含む。いくつかのタイプのＣＭＯＳイメージセンサは、各ピクセル内において増幅回路構成とアナログ／ディジタル変換回路構成とを更に含む。
【０００４】
ＣＭＯＳイメージセンサ内に含まれる上記回路構成は、光子を集めるＣＭＯＳピクセルの実際の領域を効果的に低減する。ピクセルのフィルファクタ（充填比）は、典型的には、ピクセルの全領域に対する、感光領域の比率として定義される。誘電体材料を含む、ドーム型の表面マイクロレンズは、一般的には、ピクセルを覆うように蒸着させられて、ピクセル上への入射光を光検出器に向けて再方向付けする。ピクセルを覆うように蒸着された該表面マイクロレンズは、感光度を改善させることができ、ピクセルのフィルファクタを増加させることができる。更に、ピクセルを覆うように蒸着された表面マイクロレンズは、光検出器の感光領域上の小さな領域内へと光子を集束させることができ、空間分解能と色の忠実度とを改善させる。
【０００５】
経済的な理由及び性能上の理由のため、ＣＭＯＳイメージセンサ内のピクセルは、更なる回路構成がＣＭＯＳイメージセンサ内へと集積されながら、技術機能サイズをどんどん縮小している。追加の回路構成が、ピクセルのフィルファクタを低減するよう導く可能性がある。更に、より小さな技術機能サイズによって、結果として、対応するように、ピクセルを覆うように蒸着されたより小さな表面マイクロレンズが生じる。より小さな機能サイズの表面マイクロレンズは、より曲げられたマイクロレンズ表面を有する傾向がある。より曲げられたマイクロレンズ表面は、レンズの倍率を過大に高め、その結果として、光検出器の感光領域において、容認不可能なより大きな空間的拡散が生じる。
【０００６】
マイクロレンズの材料を変更させること、マイクロレンズの曲率半径を変更させること、及び層の厚みを変更させることといったような多くの方法が、より大きなフィルファクタと、光検出器の感光領域におけるより小さな空間的拡散とを達成させるために試みられてきた。
これらの理由及び他の理由のために、本発明の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、本発明は、入射光を受けるよう構成された表面を含むピクセルを提供する。前記ピクセルは、半導体基板によって形成された底面と、該底面内に配置された光検出器とを備える。前記ピクセルは、前記表面と前記底面との間に配置された誘電体構造を備える。前記表面と前記光検出器のとの間の誘電体構造のボリュームが、該表面上の入射光の一部を光検出器へと転送するよう構成された光路を提供する。前記ピクセルは、前記光路内において少なくとも部分的に配置され且つ部分的に前記光路を画定するよう構成された、組み込み式光学素子を備える。
【実施例】
【０００８】
本発明の実施形態は、添付図面に関連してより良く理解される。図の要素は、互いに必ずしも縮尺通りである必要があるというわけではない。同様の番号は、対応する類似の部分を示す。
【０００９】
下記の詳細な説明において、添付図面に参照がなされる。該添付図面は、本明細書の一部を形成し、本発明を実践することができる特定の実施形態を例示する目的で示される。この点に関して、「上部」、「底部」、「前方」、「後方」、「先行する」、「後続する」等のような方向性を示す用語が、記載されている図形（複数可）の配向に関連して用いられる。本発明の実施形態の構成要素を、多くの異なる配向において配置することができるため、方向性を示す用語は、例示を目的とするために使用され、制限することではない。理解されるように、本発明の範囲を逸脱すること無く、他の実施形態を利用することができ、構造上の変更か又は論理的な変更を行うことができる。従って、下記の詳細な説明は、制限する意味では受け取られず、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって画定される。
【００１０】
図１は、シリコン基板３５上に形成されたピクセル３４の焦点面ピクセルアレイ３２を含む相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）能動ピクセルイメージセンサ（ＡＰＳ）３０の一実施形態を概して示すブロック図である。ＡＰＳ３０は、コントローラ３６、行選択回路３８、及び列選択及び読み出し回路４０を含む。ピクセルアレイ３２は、ピクセル３４の各行が行信号バス４２を介して行選択回路３８に結合され、且つ、ピクセル３４の各列が出力線４４を介して列選択及び読み出し回路４０に結合された状態で、複数の行と列とをなすように配置される。図１内において概して示されているように、各ピクセル３４は、光検出器４６、電荷転送セクション４８、及び読み出し回路５０を含む。光検出器４６は、例えば、フォトダイオードか又はフォトゲートのような、入射する光子を電子に変換するための、光子から電子への変換器素子を備える。
【００１１】
ＣＭＯＳイメージセンサ３０は、コントローラ３６によって動作させられ、該コントローラ３６は、ある積分期間中にピクセル３４によって蓄積された電荷の読み出しを、行選択回路３８と列選択及び読み出し回路４０とを介して、適切な行信号線４２と出力線４４とをそれぞれ選択し且つアクティブにすることによって制御する。典型的には、ピクセル３４の読み出しは、一度に１行が実行される。この点に関して、選択された行の、全てのピクセル３４が、その対応する行信号線４２により同時にアクティブにされ、そのアクティブにされた行からのピクセル３４の蓄積された電荷が、出力線４４をアクティブにすることによって、列選択及び読み出し回路４０によって読み出される。
【００１２】
ＡＰＳ３０の一実施形態において、ピクセル３４は、実質的にはピクセルアレイ３２全体にわたって均一のピクセルサイズを有する。ＡＰＳ３０の一実施形態において、ピクセル３４は、ピクセルアレイ３２全体にわたってピクセルサイズが様々に変動させられる。ＡＰＳ３０の一実施形態において、ピクセル３４は、ピクセルアレイ３２全体にわたって実質的には均一なピクセル間隔を有する。ＡＰＳ３０の一実施形態において、ピクセル３４は、ピクセルアレイ３２全体にわたって変動するピクセル間隔を有する。ＡＰＳ３０の一実施形態において、ピクセル３４は、ピクセルアレイ３２全体にわたって実質的には均一なピクセルの深さを有する。ＡＰＳ３０の一実施形態において、ピクセル３４は、ピクセルアレイ３２全体にわたって変動するピクセルの深さを有する。
【００１３】
図２Ａは、図１のＡＰＳ３０のようなＡＰＳの中に結合された図１のピクセル３４のようなピクセルの一実施形態を概して示すブロック及び概略図である。ピクセル３４は、光検出器４６、電荷転送セクション４８、及び読み出し回路５０を備える。電荷転送セクション４８は、（往々にしてアクセストランジスタと呼ばれる）転送ゲート５２、浮動拡散領域５４、及びリセットトランジスタ５６を更に備える。読み出し回路５０は、行選択トランジスタ５８、及びソースフォロワトランジスタ６０を更に備える。
【００１４】
コントローラ３６が、行信号バス４２ａを介してリセット、アクセス、及び行選択信号を提供することにより、該コントローラ３６によって、ピクセル３４が、２つのモード、すなわち積分及び読み出しモードにおいて動作させられる。該行信号バス４２ａは、例示されるように、別個のリセット信号バス６２、アクセス信号バス６４、及び行選択信号バス６６を含む。１つのピクセル３４だけが示されているが、行信号バス６２、６４、及び６６は所与の行の全ピクセルにわたって延在し、イメージセンサ３０のピクセル３４の各行が、それ自身の対応する行信号バス６２、６４、及び６６のセットを有する。ピクセル３４は、転送ゲート５２とリセットゲート５６とがターンオンされた状態において、最初にリセット状態にある。積分を開始するために、リセットトランジスタ５６と転送ゲート５２とがターンオフにされる。積分期間中、光検出器４６は、光から生成された電荷を蓄積する。該電荷は、ピクセル３４上に入射する光子の流れ６２の一部に比例し、該光子の流れ６２の一部は、ピクセル３４の一部を通って内部的に伝搬して光検出器４６上に入射する。蓄積された電荷の量は、光検出器４６に打ち当たる光の強度を表す。
【００１５】
ピクセル３４が、所望の期間について積分された後に、行選択トランジスタ５８がターンオンされ、浮動拡散領域５４が、リセットトランジスタ５６の制御を介してＶＤＤ７０にほぼ等しいレベルにリセットされる。リセットレベルは、従って、ソースフォロワトランジスタ６０と出力線４４ａとを介して列選択及び読み出し回路４０によってサンプリングされる。引き続き、転送ゲート５２がターンオンされ、蓄積された電荷が、光検出器４２から浮動拡散領域５４へと転送される。その電荷の転送によって、浮動拡散領域５４の電位が、ほぼＶＤＤ７０のリセット値から、光によって生成された蓄積された電荷によって指示される信号値へとずらされる。その信号値は、次いで、ソースフォロワトランジスタ６０と出力線４４ａとを介して列選択及び読み出し回路４０によってサンプリングされる。該信号値とリセット値との間の差分は、光検出器４６上に入射する光の強度に比例し、イメージ信号を構成する。
【００１６】
図２Ｂは、図２Ａによって示されたピクセル３４の配置（レイアウト）の１つの例示である。ピクセル制御素子（例えば、リセットトランジスタ５６、行選択トランジスタ５８、ソースフォロワトランジスタ６０）と、関連付けられた相互接続回路構成（例えば、信号バス６２、６４、６６、及び関連付けられたトランジスタ接続）とが、光検出器４６が配置されたシリコン基板に被せた金属層内に概して実装される。他のレイアウト設計も可能であるが、ピクセル制御素子と、関連付けられた相互接続回路構成とが、そのレイアウト設計にかかわらずピクセル３４内においてかなりの空間を消費することは明らかである。そのような空間の消費は、各ピクセル内においてアナログ／ディジタル変換器回路構成を含むディジタルピクセルセンサ（ＤＰＳ）内においてなおいっそう多大である。
【００１７】
図３は、ＣＭＯＳピクセル１３４の実質的には理想なモデルの断面図の１つの例示である。光検出器４６は、ピクセル底面を形成するシリコン（Ｓｉ）基板７０内に配置される。ピクセル制御素子と、関連付けられた相互接続回路構成とが、７２において概して示され、複数の誘電絶縁層（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）か又は他の適合可能な誘電体材料）７６によって分離された複数の金属層７４内において配置されている。垂直方向に相互接続されたスタブ又はバイア７７は、異なる金属層７４内に配置された素子を電気的に接続する。誘電パッシベーション層７８が、交互に配置された金属層７４と誘電絶縁層７６とを覆うように配置される。レジスト材料を含む色フィルタ層８０（後述される、例えば、赤か、緑か、又は青のベイヤーパターン）が、パッシベーション層７８を覆うように配置される。
【００１８】
感光度を改善するために、ドーム型の表面マイクロレンズ８２は、適合可能な材料を備える。該材料（例えば、フォトレジスト材料か、他の適合可能な有機材料か、又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２））は、１よりも大きな屈折率を有し、ピクセル上の入射光を光検出器４６に向かって再方向付けするためにピクセルを覆うように蒸着される。表面マイクロレンズ８２は、正の光学倍率をもった凸状構造を有する。表面マイクロレンズ８２は、入射する光子が光検出器に打ち当たる角度を改善させることによって、ピクセルのフィルファクタを効果的に増加させることができる。該フィルファクタは、典型的には、ピクセルの全領域に対する感光領域の比率として定義される。図３に示された実質的には理想的なモデルにおいて、表面マイクロレンズ８２は、光検出器４６の８６において示される小さな実現可能な感光領域内へと光子を効果的に集束させることができ、光検出器４６の感光領域における空間的拡散を低減する。
【００１９】
合わせて、上述のピクセルの素子は、下記においてひとまとめにピクセル構造と呼ばれる。前述のように、ピクセルの感光度は、構造がピクセルの表面から光検出器までの光の伝搬に影響を及ぼす可能性があることから、ピクセル構造の他の素子に関連して光検出器の幾何学的な配列による影響を受ける（すなわち、光学効率（ＯＥ））。実際には、光検出器のサイズと形状、光検出器からピクセルの表面までの距離、及び光検出器に対する制御回路構成と相互接続回路構成との配置が、全てピクセルのＯＥに影響を与える可能性がある。
【００２０】
従来、ピクセルの感光度を最大化するための取り組みにおいて、イメージセンサの設計者は典型的には、幾何学的な光学部品に基づいて光検出器とマイクロレンズとの間の光路８４か又は光の円錐を画定してきた。光路８４は、典型的には、誘電パッシベーション層７８と、複数の誘電絶縁層７６だけを含む。性質上、円錐形の状態として図示されているが、光路８４は、同様に適合可能な他の形状を有することもできる。しかしながら、光路８４の形状にかかわらず、技術がより小さな機能サイズに縮小させられるにつれ、そのようなアプローチを実行することが次第に困難となってきており、光の伝搬におけるピクセルの構造の影響が増加する可能性がある。
【００２１】
図３において示された光路８４は、ピクセル１３４内における実質的には理想な光路を表す。表面マイクロレンズ８２は、実質的にはピクセル１３４のピクセル光学部品に整合され、これにより、表面マイクロレンズ８２は、高い、光の集束倍率を有することとなり、それが、大きなフィルファクタと高感度とをもたらす。更に、図３において示されるように、この理想化されたシナリオにおいて、光子が、光路８４に沿って、光検出器４６の８６において示される小さな実現可能な感光領域の上へと表面マイクロレンズ８２によって集束され、その結果として、空間的拡散が最小化される。最小の空間的拡散は、空間分解能と色の忠実度とを改善する。しかしながら、図３に示された理想的な状況は、特に、ピクセル内においてどんどん回路構成が含められつつ、ＣＭＯＳピクセル技術が機能サイズをどんどん縮小する時には、従来の表面マイクロレンズによって典型的には得ることができない。
【００２２】
図４は、従来のＣＭＯＳピクセル２３４の断面図の１つの例示である。ＣＭＯＳピクセル２３４は、ＣＭＯＳピクセル２３４が、ピクセル上の入射光を光検出器４６に向かって再方向付けするためにピクセルを覆うように配置されたドーム型の表面マイクロレンズ２８２を含むことを除いて、上述のＣＭＯＳピクセル１３４に類似する。表面マイクロレンズ２８２は、正の光学倍率をもった凸状構造を有する。ピクセル１３４のピクセル光学部品に整合される表面マイクロレンズ８２とは異なって、表面マイクロレンズ２８２は、不足倍率（アンダーパワー）の表面マイクロレンズである。不足倍率の表面マイクロレンズ２８２によって、結果として、光検出器４６の感光領域をはるかに遠く越えた焦点を有する理想的ではない光路２８４が生じる。このことにより、結果として、光検出器４６の感光領域において空間的拡散が広がる（すなわち、光路２８４内の光子が、８６おいて示される所望の小さな感光領域よりも光検出器４６の広い領域に打ち当たる）。その広がった空間的拡散は、ピクセル２３４の空間分解能と色の忠実度とを劣化させる。
【００２３】
図５は、従来のＣＭＯＳピクセル３３４の断面図の１つの例示である。ＣＭＯＳピクセル３３４は、ＣＭＯＳピクセル３３４が、ピクセル上の入射光を光検出器４６に向かって再方向付けするためにピクセルを覆うように配置されたドーム型の表面マイクロレンズ３８２を含むことを除いて、上述のＣＭＯＳピクセル１３４に類似する。表面マイクロレンズ３８２は、正の光学倍率をもった凸状構造を有する。ピクセル１３４のピクセル光学部品に整合される表面マイクロレンズ８２とは異なって、表面マイクロレンズ３８２は、超過倍率（オーバーパワー）の表面マイクロレンズである。
【００２４】
背景において説明したように、イメージセンサがどんどんと縮小された技術機能サイズとなるにつれ、表面マイクロレンズは、より曲げられたマイクロレンズ表面を有する傾向にある。該より曲げられたマイクロレンズ表面によって、典型的には、超過倍率の表面マイクロレンズとなり、それは、ピクセル３３４の表面マイクロレンズ３８２によって図示されている。図５において示されているように、表面マイクロレンズ３８２により、光路３８４が、光検出器４６の感光領域の手前の焦点によって理想的でない状態にさせられる。従って、光路３８４内の光は、もはや集束されないが、その代りに、それが光検出器４６の感光領域にぶつかるときには拡大し、そのことが、光検出器４６の感光領域における空間的拡散を広げる（すなわち、光路３８４内の光子が、８６おいて示される所望の小さな感光領域よりも光検出器４６の広い領域に打ち当たる）。その広げられた空間的拡散は、ピクセル３３４の空間分解能と色の忠実度とを劣化させる。
【００２５】
図６は、本発明の一実施形態によるＣＭＯＳピクセル４３４の断面図の１つの例示である。光検出器４６は、ピクセルの底面を形成するシリコン（Ｓｉ）基板７０内に配置される。ピクセル制御素子と、関連付けられた相互接続回路構成とが、７２において概して示されて、複数の誘電絶縁層（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）か又は他の適合可能な誘電体材料）７６によって分離された複数の金属層内において配置されている。垂直方向に相互接続されたスタブ又はバイア７７は、異なる金属層７４内に配置された素子を電気的に接続する。
【００２６】
組み込み式マイクロレンズ４８８が、交互に配置された金属層７４と誘電絶縁層７６とを覆うように形成される。組み込み式マイクロレンズ４８８は、正の光学倍率をもった凸状構造を有する。誘電パッシベーション層７８が、組み込み式マイクロレンズ４８８を覆うように配置される。レジスト材料を含む色フィルタ層８０（後述される、例えば、赤か、緑か、又は青のベイヤーパターン）が、パッシベーション層７８を覆うように配置される。ドーム型の表面マイクロレンズ４８２は、適合可能な材料を備える。該材料（例えば、フォトレジスト材料か、他の適合可能な有機材料か、又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２））は、１よりも大きな屈折率を有し、ピクセル上の入射光を光検出器４６に向かって再方向付けするためにピクセル４３４を覆うように配置される。表面マイクロレンズ４８２は、正の光学倍率をもった凸状構造を有する。
【００２７】
組み込み式マイクロレンズ４８８は、１よりも大きな屈折率を有する適合可能な材料を含む。一実施形態において、組み込み式マイクロレンズ４８８は、比較的大きな屈折率を有する材料（例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）か又は比較的大きな屈折率を有する他の適合可能な材料）を含む。一実施形態において、組み込み式マイクロレンズ４８８は、化学蒸着プロセス等を用いて、交互に配置された金属層７４と誘電絶縁層７６とを覆うように窒化シリコンの薄膜を蒸着させることによって形成される。窒化シリコン薄膜が蒸着された後、組み込み式マイクロレンズ４８８の凸状構造を形成するためにエッチングが行われる。
【００２８】
組み込み式マイクロレンズ４８８は、光子を、光検出器４６の８６において示された小さな実現可能な感光領域内へとより良く集束させるために、表面マイクロレンズ４８２から提供された光を再方向付けをして、光検出器４６の感光領域における空間的拡散を低減させる。組み込み式マイクロレンズ４８８はまた、入射する光子が光検出器４６に打ち当たる角度を改善させることによって、ピクセル４３４のフィルファクタを効果的に増加させることもできる。
【００２９】
図６において示されるように、表面マイクロレンズ４８２は、図４内に示されたマイクロレンズ２８２に類似した不足倍率の表面マイクロレンズとなるであろうけれども、ピクセル４３４は、正の光学倍率を有する組み込み式マイクロレンズ４８８を備え、該マイクロレンズ４８８が、正の光学倍率を有するマイクロレンズ４８２と共に動作して、ピクセル４３４のピクセル光学部品にほぼ整合するより理想的な光路４８４を達成する。共に動作させることによって、表面マイクロレンズ４８２と、組み込み式マイクロレンズ４８８とが、大きなフィルファクタと高感度とをもたらす高い光集束倍率を有する。更に、図６内に示されるように、光子が、表面マイクロレンズ４８２によって集束され、そして光路４８４に沿って、光検出器４６の８６において示された小さな実現可能な感光領域上へと、組み込み式マイクロレンズ４８８によって更に集束されて、結果として、空間的拡散が最小となる。その最小の空間的拡散は、ピクセル４３４の空間分解能と色の忠実度とを改善させる。
【００３０】
組み込み式マイクロレンズ４８８は、ＣＭＯＳピクセル４３４を形成する層内へと組み込まれる。結果として、組み込み式マイクロレンズ４８８は、既存のＣＭＯＳプロセス技術と互換性を持ち、縮小する技術機能サイズに、より容易にスケール変更させる。
【００３１】
更に、マイクロレンズ４８８の追加は、表面マイクロレンズ４８２と共同して、イメージセンサの設計と、イメージセンサの製造プロセスとに、追加のフレキシビリティを提供することができる。
【００３２】
組み込み式マイクロレンズ４８８を有するピクセル４３４の一実施例は、組み込み式マイクロレンズを備えていないが表面マイクロレンズを備える実質的には類似のピクセルと比較した場合に、ＯＥにおける約２０〜３０％の改善を達成した。
【００３３】
図７は、本発明の一実施形態によるＣＭＯＳピクセル５３４の断面図の１つの例示である。ＣＭＯＳピクセル５３４の構造は、ＣＭＯＳピクセル４３４の上述の構造に類似する。ＣＭＯＳピクセル５３４は、交互に配置された金属層７４と誘電絶縁層７６とを覆うように形成された組み込み式マイクロレンズ５９０を備える。組み込み式マイクロレンズ４８８の凸状構造の代りに、組み込み式マイクロレンズ５９０は、負の光学倍率をもった凹状構造を有する。誘電パッシベーション層７８が、組み込み式マイクロレンズ５９０を覆うように配置される。レジスト材料を含む色フィルタ層８０が、パッシベーション層７８を覆うように配置される。１よりも大きな屈折率を有する適合可能な材料を含むドーム型の表面マイクロレンズ５８２が、ピクセル上の入射光を光検出器４６に向かって再方向付けするために、ピクセル５３４を覆うように蒸着される。表面マイクロレンズ５８２は、正の光学倍率をもった凸状構造を有する。
【００３４】
組み込み式マイクロレンズ５９０は、１よりも大きな屈折率を有する適合可能な材料を含む。一実施形態において、組み込み式マイクロレンズ５９０は、比較的大きな屈折率を有する材料（例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）か又は比較的大きな屈折率を有する他の適合可能な材料）を含む。一実施形態において、組み込み式マイクロレンズ５９０は、化学蒸着プロセス等を用いて、交互に配置された金属層７４と誘電絶縁層７６とを覆うように窒化シリコンの薄膜を蒸着させることによって形成される。窒化シリコン薄膜が蒸着された後、組み込み式マイクロレンズ５９０の構造を形成するためにエッチングが行われる。
【００３５】
組み込み式マイクロレンズ５９０は、光子を、光検出器４６の８６において示された小さな実現可能な感光領域内へとより良く集束させるために、表面マイクロレンズ５８２から提供された光を再方向付けをし、光検出器４６の感光領域における空間的拡散を低減させる。組み込み式マイクロレンズ５９０はまた、入射する光子が光検出器４６に打ち当たる角度を改善させることによって、ピクセル５３４のフィルファクタを効果的に増加させることもできる。
【００３６】
図７において示されるように、表面マイクロレンズ５８２は、図５内に示されたマイクロレンズ３８２に類似した超過倍率の表面マイクロレンズとなるであろうけれども、ピクセル５３４は、負の光学倍率を有する組み込み式マイクロレンズ５９０を備え、該マイクロレンズ５９０は、正の光学倍率を有するマイクロレンズ５８２と共に動作して、ピクセル５３４のピクセル光学部品にほぼ整合するより理想的な光路５８４を達成する。共に動作させることによって、表面マイクロレンズ５８２と、組み込み式マイクロレンズ５９０とが、大きなフィルファクタと高感度とをもたらす高い光集束倍率を有する。更に、図７内に示されるように、表面マイクロレンズ５８２によって別様に過度に集束されることとなる光子が、組み込み式マイクロレンズ５９０によって光路５８４に沿って、光検出器４６の８６において示された小さな実現可能な感光領域上へと再方向付けされ、その結果として、空間的拡散が最小となる。その最小の空間的拡散は、ピクセル５３４の空間分解能と色の忠実度とを改善させる。
【００３７】
組み込み式マイクロレンズ５９０は、ＣＭＯＳピクセル５３４を形成する層内へと組み込まれる。結果として、組み込み式マイクロレンズ５９０は、既存のＣＭＯＳプロセス技術と互換性を持ち、縮小する技術機能サイズに、より容易にスケール変更させる。
【００３８】
更に、マイクロレンズ５９０の追加は、表面マイクロレンズ５８２と共同して、イメージセンサの設計と、イメージセンサの製造プロセスとに、追加のフレキシビリティを提供することができる。
【００３９】
図６において示されたピクセル４３４と、図７において示されたピクセル５３４とにおいて、色フィルタ層８０が、パッシベーション層７８を覆うように配置される。従って、ピクセル４３４内において、色フィルタ層８０が、サービスマイクロレンズ４８２によって再方向付けされた光を、該光が光路４８４に沿って、組み込み式マイクロレンズ４８８に到達する前にフィルタリングする。同様に、ピクセル５３４において、色フィルタ層８０が、表面マイクロレンズ５８２によって再方向付けされた光を、該光が光路５８４に沿って、組み込み式マイクロレンズ５９０に到達する前にフィルタリングする。
【００４０】
図８は、本発明の一実施形態によるＣＭＯＳピクセル６３４の断面図の１つの例示である。ＣＭＯＳピクセル６３４の構造は、ＣＭＯＳピクセル４３４の上述の構造に類似する。レジスト材料を含む色フィルタ層６８０（後述される、例えば、赤か、緑か、又は青のベイヤーパターン）が、交互に配置された金属層７４と誘電絶縁層７６とを覆うように配置される。組み込み式マイクロレンズ６８８は、色フィルタ層６８０を覆うように形成される。組み込み式マイクロレンズ６８８は、正の光学倍率をもった凸状構造を有する。誘電パッシベーション層７８が、組み込み式マイクロレンズ６８８を覆うように配置される。１よりも大きな屈折率を有する適合可能な材料を含むドーム型の表面マイクロレンズ６８２が、ピクセル上に入射する光を光検出器４６に向かって再方向付けするために、ピクセル６３４を覆うように蒸着される。表面マイクロレンズ６８２は、正の光学倍率をもった凸状構造を有する。
【００４１】
組み込み式マイクロレンズ６８８は、１よりも大きな屈折率を有する適合可能な材料を含む。一実施形態において、組み込み式マイクロレンズ６８８は、比較的大きな屈折率を有する材料（例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）か又は比較的大きな屈折率を有する他の適合可能な材料）を含む。一実施形態において、組み込み式マイクロレンズ６８８は、化学蒸着プロセス等を用いて、色フィルタ層６８０を覆うように窒化シリコンの薄膜を蒸着させることによって形成される。窒化シリコン薄膜が蒸着された後、組み込み式マイクロレンズ６８８の構造を形成するためにエッチングが行われる。
【００４２】
組み込み式マイクロレンズ６８８は、上述のような、ピクセル４３４の組み込み式マイクロレンズ４８８の場合に類似して、光子を光検出器４６の８６において示された小さな実現可能な感光領域内へとより良く集束させるために、表面マイクロレンズ６８２から提供された光を再方向付けする。ピクセル４３４と異なり、ピクセル６３４は、光路６８４に沿って、組み込み式マイクロレンズ６８８によって光が再方向付けがされた後に、該光をフィルタリングする、色フィルタ層６８０を備える。
【００４３】
図８において示されるように、表面マイクロレンズ６８２は、図４内に示されたマイクロレンズ２８２に類似した不足倍率の表面マイクロレンズとなるであろうけれども、ピクセル６３４は、正の光学倍率を有する組み込み式マイクロレンズ６８８を備え、該マイクロレンズ６８８は、正の光学倍率を有するマイクロレンズ６８２と共に動作して、ピクセル６３４のピクセル光学部品にほぼ整合するより理想的な光路６８４を達成する。共に動作させることによって、表面マイクロレンズ６８２と、組み込み式マイクロレンズ６８８とが、大きなフィルファクタと高感度とをもたらす高い光集束倍率を有する。更に、図８内に示されるように、光子が、表面マイクロレンズ６８２によって集束され、そして組み込み式マイクロレンズ６８８によって光路６８４に沿って、光検出器４６の８６において示された小さな実現可能な感光領域上へと、更に集束され、その結果として、空間的拡散が最小となる。その最小の空間的拡散は、ピクセル６３４の空間分解能と色の忠実度とを改善させる。
【００４４】
ピクセル４３４と５３４とにおいて、色フィルタ層８０が、光路に沿って、組み込み式マイクロレンズの前に配置される。図８内に示されたピクセル６３４において、色フィルタ層６８０は、光路６８４に沿って、組み込み式マイクロレンズ６８８の後に配置される。本発明によるピクセルの別の実施形態において、色フィルタは、組み込み式色フィルタのマイクロレンズのように、組み込み式光学素子内へと集積される。
【００４５】
組み込み式マイクロレンズ６８８は、ＣＭＯＳピクセル６３４を形成する層内へと組み込まれる。結果として、組み込み式マイクロレンズ６８８は、既存のＣＭＯＳプロセス技術と互換性を持ち、縮小する技術機能サイズに、より容易にスケール変更させる。
【００４６】
更に、マイクロレンズ６８８の追加は、表面マイクロレンズ６８２と共同して、イメージセンサの設計と、イメージセンサの製造プロセスとに、追加のフレキシビリティを提供することができる。
【００４７】
図９は、本発明の一実施形態によるＣＭＯＳピクセル７３４の断面図の１つの例示である。ＣＭＯＳピクセル７３４の構造は、ＣＭＯＳピクセル６３４の構造に類似する。しかしながら、ＣＭＯＳピクセル７３４は、表面マイクロレンズを含まない。
【００４８】
レジスト材料を含む色フィルタ層７８０（後述される、例えば、赤か、緑か、又は青のベイヤーパターン）が、交互に配置された金属層７４と誘電絶縁層７６とを覆うように配置される。組み込み式マイクロレンズ７８８は、色フィルタ層７８０を覆うように形成される。組み込み式マイクロレンズ７８８は、正の光学倍率をもった凸状構造を有する。誘電パッシベーション層７８が、組み込み式マイクロレンズ７８８を覆うように配置される。
【００４９】
組み込み式マイクロレンズ７８８は、１よりも大きな屈折率を有する適合可能な材料を含む。一実施形態において、組み込み式マイクロレンズ７８８は、比較的大きな屈折率を有する材料（例えば、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）か又は比較的大きな屈折率を有する他の適合可能な材料）を含む。一実施形態において、組み込み式マイクロレンズ７８８は、化学蒸着プロセス等を用いて、色フィルタ層７８０を覆うように窒化シリコンの薄膜を蒸着させることによって形成される。窒化シリコン薄膜が蒸着された後、組み込み式マイクロレンズ７８８の構造を形成するためにエッチングが行われる。
【００５０】
特定のプロセスの実施形態に依存して、このタイプの蒸着処理とエッチング処理とが、表面マイクロレンズ４８２、５８２、及び６８２のような表面マイクロレンズと比較した時に、組み込み式マイクロレンズ４８８、５９０、６８８、及び７８８のようなより低いコストとより大きな屈折率の組み込み式マイクロレンズとをもたらすことができる。表面マイクロレンズは、典型的には、シリコンウェハ上の繊維であり、表面マイクロレンズを形成する薄膜は、溶媒を有する。該溶媒によって、表面マイクロレンズ薄膜が、本質的に、形成プロセス中に、水を横切って浮動することができる。典型的なプロセス内のいくつかの時点において、この液体溶媒が取り去られる。更に、表面マイクロレンズは、ピクセルの表面にあるため、典型的にはコーティングされる。特定のプロセスの実施形態に依存して、表面マイクロレンズを形成するために使用されるこれらプロセスは、よりコストがかかるものとなる可能性があり、結果として、より低い屈折率を有するレンズとなる。
【００５１】
組み込み式マイクロレンズ７８８は、ＣＭＯＳピクセル７３４を形成する層内へと組み込まれる。結果として、組み込み式マイクロレンズ７８８は、既存のＣＭＯＳプロセス技術と互換性を持ち、縮小する技術機能サイズに、より容易にスケール変更させる。
【００５２】
組み込み式マイクロレンズ７８８は、ピクセル７３４上に入射する光を光検出器４６に向かって再方向付けする。組み込み式マイクロレンズ７８８は、光検出器４６の感光領域における空間的拡散を低減させるために、光子を光検出器４６の８６において示された小さな実現可能な感光領域内へと集束させる。その低減された空間的拡散は、ピクセル７３４の空間分解能と色の忠実度とを改善させる。組み込み式マイクロレンズ７８８はまた、入射する光子が光検出器４６に打ち当たる角度を改善させることによって、ピクセル７３４のフィルファクタを効果的に増加させることもできる。
【００５３】
図９において示されるように、正の光学倍率を有する組み込み式マイクロレンズ７８８は、ピクセル７３４のピクセル光学部品にほぼ整合する光路７８４を実現するために動作する。組み込み式マイクロレンズ７８８は、好適には、大きなフィルファクタと高感度とをもたらす高い光集束倍率を有する。
【００５４】
組み込み式マイクロレンズ７８８を有するピクセル７３４の一実施例は、組み込み式マイクロレンズを含まない実質的には類似のピクセルと比較した時に、ＯＥにおける約５０〜６０％の改善を達成した。ピクセルサイズがより小さな技術機能サイズに対応して低減される時に、ＯＥにおける改善度は増加する。
【００５５】
マイクロレンズ４８８、５９０、６８８、及び７８８のような組み込み式マイクロレンズは、上述のようにピクセルのＯＥを改善させることができる。更に、組み込み式マイクロレンズを、他の特定の対象物か、又はピクセルの性能に関連した測定可能な基準を、改善するため及び／または最適化させるために用いることができる。幾つかの例示的なＯＥ依存性ピクセル性能基準は、ピクセル応答、ピクセル色応答（例えば、赤か、緑か、又は青の応答）、及びピクセル・クロストークを含み、組み込み式マイクロレンズによって改善される及び／または最適化させられることが可能である。
【００５６】
ピクセル応答は、ある画定された積分期間中に、ピクセルの検出器によって積分された電荷量として定義される。ピクセル応答を、マイクロレンズ４８８、５９０、６８８、及び７８８のような組み込み式マイクロレンズによって改善することができる。
【００５７】
図１内に示されたピクセルアレイ３２のような、カラーイメージセンサのピクセルアレイは、頻繁に、典型的には、該アレイの各ピクセルが別個の主要カラーを検知するために割り当てられるように構成される。そのような割り当ては、割り当てられた主要カラーに対応する、関連付けられた色フィルタを各ピクセルが有する状態で、ピクセルアレイを覆うように色フィルタアレイを配置することによってなされる。そのような色フィルタの例は、ピクセル１３４、２３４、３３４、４３４、及び５３４の色フィルタ層８０と、ピクセル６３４の色フィルタ層６８０と、ピクセル７３４の色フィルタ層７８０とを含む。色フィルタを光が通過する時には、割り当てられた主要カラーの波長のものだけが通過する。多くの色フィルタアレイが発展させられてきたが、一般的に使用される１つの色フィルタアレイは、ベイヤーパターンである。ベイヤーパターンは、緑色のピクセル間に固定された赤色のピクセルの行と、緑色のピクセル間に固定された青色のピクセルの行とを交互に配置したものを用いる。そのようなものとして、ベイヤーパターンは、赤色のピクセルか又は青色のピクセルの２倍の緑色のピクセルを有する。ベイヤーパターンは、形状を画定する際に、最も強い影響力のあるものとして、緑色の照度を見ることを人間の目が好むことを利用しており、ベイヤーパターンを用いるピクセルアレイは、該アレイが水平に配向されようと又は垂直に配向されようと、実質的には等しいイメージ検出応答を提供する。
【００５８】
ある波長か又は波長範囲を検知するよう構成される（緑か、青か、又は赤を検知するように割り当てられるベイヤーパターンに従って配列されたピクセルアレイの一部を含むピクセルのような）ピクセルを配置（レイアウト）する時には、ピクセルの応答をその割り当てられた色（すなわち、色応答）に最適化することができることは有益である。組み込み式マイクロレンズ４８８、５９０、６８８、及び７８８のような組み込み式マイクロレンズは、ピクセルの色応答を改善させることができる。
【００５９】
カラーイメージセンサにおいて、ピクセル・クロストークという語句は、一般的には、ピクセルの、割り当てられた色とは異なる色（すなわち波長）を、有する光であってピクセルの光検出器上に入射する該光に起因するピクセルの応答の、一部か又は総量を指す。このようなクロストークは、割り当てられた色に応答して、ピクセルによって集められた電荷の量を歪ませるので、容認することができない。例えば、緑色のピクセルの光検出器に影響を与える可視スペクトラムの赤色及び／又は青色部分からの光は、ピクセルに、光検出器に影響を与えた可視スペクトラムの緑色部分からの光だけが別様に集められる場合よりも、多くの電荷を集めさせることになる。そのようなクロストークは、歪みか又はアーチファクトを生じさせる可能性があり、従って、検出された画像の品質が低減される。クロストークを、マイクロレンズ４８８、５９０、６８８、及び７８８のような組み込み式マイクロレンズによって実質的に低減することができる。
【００６０】
上述の組み込み式マイクロレンズ４８８、５９０、６８８、及び７８８は、組み込み式光学素子の実施形態である。マイクロレンズとは異なる、他の適合可能な組み込み式光学素子を、本発明の実施形態に従って、ピクセル内における光路を部分的に画定するために、ピクセル内へと組み込むこともできる。例えば、上述の組み込み式マイクロレンズ４８８、５９０、６８８、及び７８８は、回転対称である。ピクセルの別の実施形態は、プリズムのように回転非対称である組み込み式光学素子を含むことができる。
【００６１】
いくつかの実施形態において、組み込み式光学素子は、組み込み式マイクロレンズ４８８、６８８、及び７８８のような正の光学倍率をもった凸状構造を有する。いくつかの実施形態において、組み込み式光学素子は、組み込み式マイクロレンズ５９０のような負の光学倍率をもった凹状構造を有する。いくつかの実施形態において、組み込み式光学素子は、実質的には光学倍率をもたない実質的には平坦な構造を有する。いくつかの実施形態において、組み込み式光学素子は、光学倍率の組み合わせをもった鞍形構造を有する。
【００６２】
組み込み式光学素子を有するピクセルを有するＡＰＳの一実施形態において、該組み込み式光学素子は、ピクセルアレイ全体にわたって、実質的には均一な光学倍率を有する。組み込み式光学素子を有するピクセルを有するＡＰＳの一実施形態において、該組み込み式光学素子は、ピクセルアレイ全体にわたって変動する光学倍率を有する。その変動する光学倍率を、例えば、組み込み式光学素子の構造の曲率を変動させること、及び／又は、組み込み式光学素子の形成する材料を変更させることによって達成することができる。
【００６３】
上述の組み込み式光学素子（例えば、組み込み式マイクロレンズ４８８、５９０、６８８、及び７８８）は、球面の幾何学構造を有する。組み込み式光学素子の他の実施形態は、非球面の幾何学構造を有する。
【００６４】
組み込み式光学素子を有するピクセルを有するＡＰＳの一実施形態において、該組み込み式光学素子は、ピクセルアレイ全体にわたって、実質的には均一の幾何学構造を有する。組み込み式光学素子を有するピクセルを有するＡＰＳの一実施形態において、該組み込み式光学素子は、ピクセルアレイ全体にわたって変動する幾何学構造を有する。ピクセルアレイ全体にわたって変更されることが可能な組み込み式光学素子の幾何学構造のタイプの例は、組み込み式光学素子のサイズ、組み込み式光学素子の厚み、及び組み込み式光学素子の曲率を含む。
【００６５】
上述の組み込み式マイクロレンズ４８８、５９０、及び６８８は、それぞれ自身の光軸を有し、該光軸は、対応する表面マイクロレンズ４８２、５８２、及び６８２の光軸の一直線上にある。本発明によるピクセルは、この位置合わせ（アライメント）と構成とに制限されない。例えば、本発明によるピクセルの一実施形態は、組み込み式光学素子を含み、該組み込み式光学素子は、対応する表面マイクロレンズの光軸に関連して傾けられた光軸を有する。ピクセルの一実施形態において、該ピクセルは、対応する表面マイクロレンズの光軸から偏心させられた光軸を有する組み込み式光学素子を含む。
【００６６】
組み込み式光学素子を有するピクセルを有するＡＰＳの一実施形態において、該組み込み式光学素子は、ピクセルアレイ全体にわたって変動する入射角において実質的には均一なシフト（すなわち偏心）を有する。組み込み式光学素子を有するピクセルを有するＡＰＳの一実施形態において、該組み込み式光学素子は、ピクセルアレイ全体にわたって、変動する入射角において変動するシフト（すなわち偏心）を有する。組み込み式光学素子を有するピクセルを有するＡＰＳの一実施形態において、該組み込み式光学素子は、ピクセルアレイ全体にわたって、変動する入射角における実質的には均一な傾きを有する。組み込み式光学素子を有するピクセルを有するＡＰＳの一実施形態において、該組み込み式光学素子は、ピクセルアレイ全体にわたって変動する入射角において変動する傾きを有する。
【００６７】
組み込み式光学素子を有するピクセルを有するＡＰＳの一実施形態において、該ピクセルは、ピクセルアレイ全体にわたって実質的には均一なピクセル間隔を有する。組み込み式光学素子を有するピクセルを有するＡＰＳの一実施形態において、該ピクセルは、ピクセルアレイ全体にわたって変動するピクセル間隔を有する。
【００６８】
図１０は、本発明の一実施形態によるＣＭＯＳピクセル８３４の断面図の１つの例示である。ＣＭＯＳピクセル８３４の構造は、ピクセル８３４が組み込み式光学素子８９２を含むことを除いて、ＣＭＯＳピクセル４３４の構造に実質的には類似する。組み込み式光学素子８９２は、望ましくない光を遮断する光学的なオブスキュレーション素子か又はアパーチャである。一実施形態において、組み込み式光学素子８９２は、吸収性のものである。一実施形態において、組み込み式光学素子８９２は、反射性のものである。一実施形態において、組み込み式光学素子８９２は、スペクトル的に選択性のあるものである。
【００６９】
本明細書内において特定の実施形態が図示され且つ説明されてきたが、示され且つ説明された特定の実施形態の代りに、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な代替及び／又は等価な実施例に置き換えられることが可能であることが、当業者であれば理解されよう。本出願は、本明細書内において説明された特定の実施形態の任意の適用物か又は変形形態を包含することが意図される。従って、本発明は、特許請求の範囲とその等価物とによってのみ制限されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】イメージセンサの一実施形態を概して示すブロック図である。
【図２Ａ】能動ピクセルセンサの一実施形態を概して示すブロック及び概略図である。
【図２Ｂ】図２Ａの能動ピクセルセンサの配置（レイアウト）の一例を示す図である。
【図３】表面マイクロレンズを有するピクセルの実質的には理想なモデルの断面図の一例を示す図である。
【図４】不足倍率（アンダーパワー）の表面マイクロレンズを有する従来のＣＭＯＳピクセルの断面図の一例を示す図である。
【図５】超過倍率（オーバーパワー）の表面マイクロレンズを有する従来のＣＭＯＳピクセルの断面図の一例を示す図である。
【図６】組み込み式マイクロレンズと表面マイクロレンズとを有するＣＭＯＳピクセルの一実施形態の断面図の一例を示す図である。
【図７】組み込み式マイクロレンズと表面マイクロレンズとを有するＣＭＯＳピクセルの一実施形態の断面図の一例を示す図である。
【図８】組み込み式マイクロレンズと表面マイクロレンズとを有するＣＭＯＳピクセルの一実施形態の断面図の一例を示す図である。
【図９】組み込み式マイクロレンズを有するＣＭＯＳピクセルの一実施形態の断面図の一例を示す図である。
【図１０】組み込み式マイクロレンズと組み込み式の光学的なオブスキュレーション素子か又はアパーチャとを有するＣＭＯＳピクセルの一実施形態の断面図の一例を示す図である。
【図１】
2006229217.tif 000003
【図２Ａ】
2006229217.tif 000004
【図２Ｂ】
2006229217.tif 000005
【図３】
2006229217.tif 000006
【図４】
2006229217.tif 000007
【図５】
2006229217.tif 000008
【図６】
2006229217.tif 000009
【図７】
2006229217.tif 000010
【図８】
2006229217.tif 000011
【図９】
2006229217.tif 000012
【図１０】
2006229217.tif 000013
【外国語明細書】
2006229217000001.pdf