(57)【要約】【課題】フォトダイオードに入射する光を集光させるマイクロレンズの形状を、特定方向に対してのみ光が通過可能に変更することにより、入力信号の損失なしにも位相差を検出することができるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルを提供する。【解決手段】位相差検出ピクセルは、フォトダイオードと、カラーフィルタ層と、位相差検出用マイクロレンズを含むマイクロレンズ層とを備える。位相差検出用マイクロレンズは、第１方向に傾斜して屈曲した第１入射面を有する第１位相差検出用マイクロレンズと、第１方向とは反対の第２方向に傾斜して屈曲した第２入射面を有する第２位相差検出用マイクロレンズとを含み、位相差検出用カラーフィルタに対して入射する光は、対応するフォトダイオードに集光される。これによりイメージセンサの全領域において位相差検出機能を実現することができ、物体間の距離測定や３次元イメージ撮影などに多様に応用可能である。【選択図】図１
2015050467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相差検出ピクセルにおいて、
半導体基板に形成されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの上部に形成された金属配線層と、
前記金属配線層の上部に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上部に形成され、一般カラーフィルタ、および一対の位相差検出用カラーフィルタを備えるカラーフィルタ層と、
前記一般カラーフィルタの上部に形成された一般マイクロレンズ、および前記一対の位相差検出用カラーフィルタの上部にそれぞれ形成された位相差検出用マイクロレンズを含むマイクロレンズ層とを備え、
前記位相差検出用マイクロレンズは、
凸レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状であって、一方の側に傾斜して屈曲した第１入射面を有する第１位相差検出用マイクロレンズと、
凸レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状であって、前記第１位相差検出用マイクロレンズと反対方向に傾斜して屈曲した第２入射面を有する第２位相差検出用マイクロレンズとを含み、
前記位相差検出用カラーフィルタに対して特定方向から入射する光が、前記位相差検出用カラーフィルタに対応する前記フォトダイオードに集光されるように形成されたことを特徴とする、マイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項２】
位相差検出ピクセルにおいて、
半導体基板に形成されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの上部に形成された金属配線層と、
前記金属配線層の上部に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上部に形成され、一般カラーフィルタ、および一対の位相差検出用カラーフィルタを備えるカラーフィルタ層と、
前記一般カラーフィルタの上部に形成された一般マイクロレンズ、および前記一対の位相差検出用カラーフィルタの上部にそれぞれ形成された位相差検出用マイクロレンズを含むマイクロレンズ層とを備え、
前記位相差検出用マイクロレンズは、
凹レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状であって、一方の側に傾斜して屈曲した第１入射面を有する第１位相差検出用マイクロレンズと、
凹レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状であって、前記第１位相差検出用マイクロレンズと反対方向に傾斜して屈曲した第２入射面を有する第２位相差検出用マイクロレンズとを含み、
前記位相差検出用カラーフィルタに対して特定方向から入射する光が、前記位相差検出用カラーフィルタに対応する前記フォトダイオードに集光されるように形成されたことを特徴とする、マイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項３】
前記一対の位相差検出用カラーフィルタは、
同じ色を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項４】
前記絶縁層と前記カラーフィルタ層との間に保護膜層をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項５】
前記一対の位相差検出用カラーフィルタと前記一般カラーフィルタとの間にそれぞれ形成された遮断膜をさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項６】
前記一対の位相差検出用カラーフィルタと前記一般カラーフィルタとの間にそれぞれ形成された積層フィルタをさらに備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項７】
前記一対の位相差検出用カラーフィルタの上部にそれぞれ複数の前記第１位相差検出用マイクロレンズおよび第２位相差検出用マイクロレンズが形成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項８】
前記位相差検出用マイクロレンズは、
０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの曲率半径を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項９】
前記マイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、イメージセンサの中央および外郭のどの領域に配列されても位相差の検出が可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項１０】
前記マイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、前面光（Front Side Illumination）構造のイメージセンサおよび背面光（Back Side Illumination）構造のイメージセンサにすべて適用可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項１１】
前記マイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、物体間の距離測定または３次元イメージ撮影が可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項１２】
前記位相差検出用マイクロレンズは、
前記一般マイクロレンズに連結されて一体型に形成されたことを特徴とする、請求項２に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項１３】
位相差検出ピクセルにおいて、
半導体基板に形成されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの上部に形成された金属配線層と、
前記金属配線層の上部に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上部に形成され、一般カラーフィルタ、および一対の位相差検出用カラーフィルタを備えるカラーフィルタ層と、
前記一般カラーフィルタの上部に形成された一般マイクロレンズ、および前記一対の位相差検出用カラーフィルタの上部にそれぞれ形成された位相差検出用マイクロレンズを含むマイクロレンズ層とを備え、
前記位相差検出用マイクロレンズは、
前記一対の位相差検出用カラーフィルタの垂直上部から、前記一般マイクロレンズを基準として互いに反対方向に所定距離移動して形成されたことを特徴とする、マイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項１４】
前記一対の位相差検出用カラーフィルタの上部にそれぞれ複数の前記位相差検出用マイクロレンズが形成されたことを特徴とする、請求項１３に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項１５】
位相差検出ピクセルにおいて、
半導体基板に形成されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの上部に形成された金属配線層と、
前記金属配線層の上部に形成された絶縁層と、
前記絶縁層の上部に形成され、一般カラーフィルタ、および位相差検出用カラーフィルタを備えるカラーフィルタ層と、
前記一般カラーフィルタの上部に形成された一般マイクロレンズ、および前記位相差検出用カラーフィルタの上部に形成され、前記位相差検出用カラーフィルタに対して特定方向から入射する光が、前記位相差検出用カラーフィルタに対応する前記フォトダイオードに集光されるように形成された位相差検出用マイクロレンズを含むマイクロレンズ層とを備え、
２つ以上の位相差検出用カラーフィルタに対して１つの前記位相差検出用マイクロレンズが形成され、
前記絶縁層と前記カラーフィルタ層との間に保護膜層をさらに備えることを特徴とする、マイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項１６】
前記位相差検出用マイクロレンズの下部には、レッド（Ｒ）フィルタ、グリーン（Ｇｒ）フィルタ、ブルー（Ｂ）フィルタ、およびグリーン（Ｇｂ）フィルタが形成されたことを特徴とする、請求項１５に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項１７】
前記位相差検出用マイクロレンズの下部には、レッド（Ｒ）フィルタおよびグリーン（Ｇｒ）フィルタ、またはブルー（Ｂ）フィルタおよびグリーン（Ｇｂ）フィルタが形成されたことを特徴とする、請求項１５に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【請求項１８】
前記位相差検出用マイクロレンズの下部には、２つまたは４つのグリーン（Ｇ）フィルタが形成されたことを特徴とする、請求項１５に記載のマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差検出ピクセルに関するものであって、特に、フォトダイオードに入射する光を集光させるマイクロレンズの形状を、特定方向に対してのみ光が通過可能に変更することにより、入力信号の損失なしにも位相差を検出することができるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサのピクセルを用いた位相差検出装置は、同じ色を有する２つの画素が一対となって特定方向に対してのみ光が流入できるように、フォトダイオードの上端に特定物質を用いてそれぞれ異なる領域を遮断する構造を有する。
【０００３】
この時、焦点が合わない場合、このように製作された一対の画素に位相差が発生し、これを用いて別の位相差自動焦点（Auto Focus: ＡＦ）センサモジュールなしにも焦点を自動的に調整可能なカメラを製作することができる。
【０００４】
しかし、位相差を検出するために、フォトダイオードの上端の一部領域を遮断することにより、外部から流入する信号の量が減少する問題が発生してしまう。
【０００５】
位相差検出画素を用いるカメラは、当該画素が数万個以上配列されるので、信号減少問題を解決するために周囲ピクセルの信号を用いる場合、解像度が低下する問題が発生することがある。
【０００６】
従来の位相差ＡＦ実現装置は、外部の画像を電気的信号に変換させるフォトダイオードと、特定方向から入る光のみを選択的にフォトダイオードに集光させるブラックマスクとから構成される。
【０００７】
この時、位相差を発生させるために、２つのフォトダイオードの上にブラックマスクを反対方向に遮ることで一対となるようにし、これをイメージセンサに数万個配列して位相差ＡＦを実現する。
【０００８】
しかし、位相差を発生させるために、フォトダイオードの特定領域の上部にブラックマスクを配置してフォトダイオードに流入する光を遮断しなければならないことから、入力情報が損なわれて全体的に解像度が低下する問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする技術的課題は、フォトダイオードに入射する光を集光させる位相差検出用マイクロレンズの形状を、特定方向に対してのみ光が通過可能に変更することにより、入力信号の損失なしにも位相差を検出することができるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の技術的課題を達成するために、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、フォトダイオードの上部に形成された金属配線層と、前記金属配線層の上部に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上部に形成され、一般カラーフィルタ、および一対の位相差検出用カラーフィルタを備えるカラーフィルタ層と、前記一般カラーフィルタの上部に形成された一般マイクロレンズ、および前記一対の位相差検出用カラーフィルタの上部にそれぞれ形成された位相差検出用マイクロレンズを含むマイクロレンズ層とを備え、前記位相差検出用マイクロレンズは、凸レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状であって、一方の側に傾斜して屈曲した第１入射面を有する第１位相差検出用マイクロレンズと、凸レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状であって、前記第１位相差検出用マイクロレンズと反対方向に傾斜して屈曲した第２入射面を有する第２位相差検出用マイクロレンズとを含み、前記位相差検出用カラーフィルタに対して特定方向から入射する光が、前記位相差検出用カラーフィルタに対応する前記フォトダイオードに集光されるように形成されたことを特徴とする。
【００１１】
また上記の技術的課題を達成するために、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードの上部に形成された金属配線層と、前記金属配線層の上部に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上部に形成され、一般カラーフィルタ、および一対の位相差検出用カラーフィルタを備えるカラーフィルタ層と、前記一般カラーフィルタの上部に形成された一般マイクロレンズ、および前記一対の位相差検出用カラーフィルタの上部にそれぞれ形成された位相差検出用マイクロレンズを含むマイクロレンズ層とを備え、前記位相差検出用マイクロレンズは、凹レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状であって、一方の側に傾斜して屈曲した第１入射面を有する第１位相差検出用マイクロレンズと、凹レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状であって、前記第１位相差検出用マイクロレンズと反対方向に傾斜して屈曲した第２入射面を有する第２位相差検出用マイクロレンズとを含み、前記位相差検出用カラーフィルタに対して特定方向から入射する光が、前記位相差検出用カラーフィルタに対応する前記フォトダイオードに集光されるように形成されたことを特徴とする。
【００１２】
また上記の技術的課題を達成するために、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードの上部に形成された金属配線層と、前記金属配線層の上部に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上部に形成され、一般カラーフィルタ、および一対の位相差検出用カラーフィルタを備えるカラーフィルタ層と、前記一般カラーフィルタの上部に形成された一般マイクロレンズ、および前記一対の位相差検出用カラーフィルタの上部にそれぞれ形成された位相差検出用マイクロレンズを含むマイクロレンズ層とを備え、前記位相差検出用マイクロレンズは、前記一対の位相差検出用カラーフィルタの垂直上部から、前記一般マイクロレンズを基準として互いに反対方向に所定距離移動して形成されたことを特徴とする。
【００１３】
また上記の技術的課題を達成するために、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードの上部に形成された金属配線層と、前記金属配線層の上部に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上部に形成され、一般カラーフィルタ、および位相差検出用カラーフィルタを備えるカラーフィルタ層と、前記一般カラーフィルタの上部に形成された一般マイクロレンズ、および前記位相差検出用カラーフィルタの上部に形成され、前記位相差検出用カラーフィルタに対して特定方向から入射する光が、前記位相差検出用カラーフィルタに対応する前記フォトダイオードに集光されるように形成された位相差検出用マイクロレンズを含むマイクロレンズ層とを備え、２つ以上の位相差検出用カラーフィルタに対して１つの前記位相差検出用マイクロレンズが形成され、前記絶縁層と前記カラーフィルタ層との間に保護膜層をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルによれば、既存の位相差検出ピクセルの欠点である信号減少問題を解決し、イメージセンサの全領域において位相差検出機能を実現できる利点がある。
【００１５】
一方、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、単に位相差を検出する機能の実現に限らず、物体間の距離測定や３次元イメージ撮影などに多様に応用可能である利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルの一実施形態を示す図である。
【図２】本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルの他の実施形態を示す図である。
【図３】本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【図４】本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【図５】本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【図６】本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【図７】本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【図８】本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の具体的な実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
本発明は、位相差検出機能を有するイメージセンサにおいて、同じ色を有する２つの画素に対して、フォトダイオードの上部に特定方向に対してのみ光が流入可能な構造のマイクロレンズを形成することにより、位相差を検出して自動的に焦点を調整することを特徴とする。
【００１８】
図１は、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルの一実施形態を示す図である。
【００１９】
図１を参照すれば、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、半導体基板１１０に形成されたフォトダイオード１２０と、前記フォトダイオード１２０の上部に形成された第１金属配線Ｍ１および第２金属配線Ｍ２からなる金属配線層１３０と、前記第１金属配線Ｍ１および第２金属配線Ｍ２の上部に形成された絶縁層１４０と、絶縁層１４０の上部に形成された保護膜層１５０とを含む。
【００２０】
一方、前記保護膜層１５０の上部にはカラーフィルタ層１６０が形成され、カラーフィルタ層１６０の上部にマイクロレンズ層１７０が形成される。
【００２１】
カラーフィルタ層１６０には、一般カラーフィルタ１６１と同じ色を有する一対の位相差検出用カラーフィルタ１６２、１６３を備える。
【００２２】
また、マイクロレンズ層１７０には、一般マイクロレンズ１７１と、一対の位相差検出用マイクロレンズ１７２、１７３とを備える。
【００２３】
本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、フォトダイオードに入力される信号の損失を克服するために、フォトダイオードに光を集光させる位相差検出用マイクロレンズの形状を多様に変形させることを特徴とする。
【００２４】
図１には、凸レンズの一部の面を用いる形態の位相差検出用マイクロレンズが示されている。
【００２５】
すなわち、前記位相差検出用マイクロレンズ１７２、１７３は、第１位相差検出用マイクロレンズ１７２と、第２位相差検出用マイクロレンズ１７３とを備える。
【００２６】
この時、第１位相差検出用マイクロレンズ１７２は、凸レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状を有し、一方の側に傾斜して屈曲した第１入射面を有する。
【００２７】
一方、第２位相差検出用マイクロレンズ１７３は、凸レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状であって、前記第１位相差検出用マイクロレンズ１７２と反対方向に傾斜して屈曲した第２入射面を有する。
【００２８】
本発明では、同じ色のカラーフィルタ（例えば、グリーンカラーフィルタ）に対応する位相差検出用マイクロレンズの形状を、凸レンズの一方の面のみを用いるように実現することにより、左右または上下領域から流入する光のみがフォトダイオード１２０に集光されるようにした。
【００２９】
本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルにおいて、位相差検出用マイクロレンズは、０゜〜１２０゜の範囲で入射する光に対して一方の方向に対してのみ集光できるように、曲率半径を０．５ｍｍ〜１．５ｍｍに製作することが好ましい。
【００３０】
撮像レンズの主光線入射角（Chief Ray Angle: ＣＲＡ）に応じて流入する光の方向を調整しようとする場合には、位相差検出用マイクロレンズの大きさを調整して使用してもよい。
【００３１】
本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルに用いられるマイクロレンズの構造は、前面光（Front Side Illumination: ＦＳＩ）構造のイメージセンサおよび背面光（Back Side Illumination: ＢＳＩ）構造のイメージセンサにすべて適用可能である。
【００３２】
本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、イメージセンサの中央および外郭領域のどこに配列されても位相差ＡＦ機能を実現するのに適用可能である。
【００３３】
図２は、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルの他の実施形態を示す図である。
【００３４】
本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルにおいて、３０゜以上の非常に大きい入射角を有する光が入射する場合には、図２に実線で表されているように、特定方向を有するように製作された位相差検出用マイクロレンズによってクロストーク現象が発生することがある。
【００３５】
したがって、これを解決するために、図２（ａ）に示されているように、各カラーフィルタの間に光を遮断する遮断膜１６４をさらに備えたり、図２（ｂ）に示されているように、別の積層フィルタ１６５をさらに備えることが好ましい。
【００３６】
図３は、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【００３７】
図３を参照すれば、位相差検出ピクセルの信号の大きさを増加させ、ノイズを最小化するために、特定方向からのみ光が集光できるように、位相差検出用マイクロレンズ１７２、１７３の数が２つ形成されていることが分かる。
【００３８】
図３では、便宜上、位相差検出用マイクロレンズ１７２、１７３が２つであると示しているが、これは２つ以上に拡張可能であることはいうまでもない。
【００３９】
図２で説明したように、非常に大きい入射角を有する光が入射する場合には、特定方向を有するように製作された位相差検出用マイクロレンズによって信号が隣接したピクセルに集光されてクロストーク現象が発生し、これによってイメージセンサの効率が減少することがある。
【００４０】
したがって、これを解決するために、１つからなる位相差検出用マイクロレンズの代わりに、図３に示されているように、大きさの小さい２つ以上の位相差検出用マイクロレンズを配列することにより、信号の大きさおよびノイズ問題を改善できるようにした。
【００４１】
図４は、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【００４２】
図４を参照すれば、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、位相差検出用マイクロレンズが凹レンズ形状で実現されており、凹レンズの一方の面のみを用いて特定方向から流入する光のみがフォトダイオード１２０に集光可能にした。
【００４３】
前記位相差検出用マイクロレンズは、第１位相差検出用マイクロレンズ１７２と、第２位相差検出用マイクロレンズ１７３とを備える。
【００４４】
この時、第１位相差検出用マイクロレンズ１７２は、凹レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状を有し、一方の側に傾斜して屈曲した第１入射面を有する。
【００４５】
一方、第２位相差検出用マイクロレンズ１７３は、凹レンズの中心を基準として水平方向および垂直方向に４等分した形状であって、前記第１位相差検出用マイクロレンズと反対方向に傾斜して屈曲した第２入射面を有する。
【００４６】
本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルにおいて、位相差検出用マイクロレンズは、０゜〜１２０゜の範囲で入射する光に対して一方の方向に対してのみ集光できるように、曲率半径を０．５ｍｍ〜１．５ｍｍに製作することが好ましい。
【００４７】
図５は、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【００４８】
図５に示されているように、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、同じ色を有する２つの画素に対して特定方向に対してのみ光が流入可能に作用する位相差検出用マイクロレンズと、一般的な従来のマイクロレンズとが一体型に形成され、１つのマイクロレンズ１７５として実現されてもよい。
【００４９】
図５に示された位相差検出ピクセルの場合、本発明にかかる位相差検出用マイクロレンズと一般マイクロレンズとの間の領域(dead zone)がないことから、信号の大きさを改善することができ、レンズの曲率半径を調整して隣接ピクセルに集光される光を遮断することができる。
【００５０】
図６は、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【００５１】
本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルにおいて、マイクロレンズの形態は多様に変形実施可能である。図６を参照すれば、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、第１位相差検出用マイクロレンズ１７２および第２位相差検出用マイクロレンズ１７３の位置を移動させることにより、同じ色を有する２つの画素に対して特定方向に対してのみ光が流入可能にした。
【００５２】
第１位相差検出用マイクロレンズ１７２および第２位相差検出用マイクロレンズ１７３の移動量は、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルがイメージセンサの中央または外郭のどの領域に位置するかによって異なる。
【００５３】
この場合にも、第１位相差検出用マイクロレンズ１７２および第２位相差検出用マイクロレンズ１７３に対して１つのマイクロレンズを用いる代わりに、小さい大きさに製作されたマイクロレンズを２つ以上配列してもよい。
【００５４】
図７は、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【００５５】
位相差検出ピクセルとして使用しようとする領域に対しては、多数のピクセルに１つのマイクロレンズを形成する。
【００５６】
すなわち、図７（ａ）を参照すれば、グリーン（Ｇｒ）、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇｒ）、ブルー（Ｂ）ピクセルのアレイで構成された構造において、一般ピクセルは、それぞれの一般マイクロレンズ１７６を形成し、外部から流入する光が全方向に対して集光可能にした。これに対し、位相差の検出に用いられるピクセル（Ｇｂ、Ｇｒ）に対しては、４つのピクセルに１つの位相差検出用マイクロレンズ１７７を形成し、外部から流入する光が特定方向に対してのみ集光可能にした。
【００５７】
位相差検出は、同じカラー（Ｇｒ、Ｇｂ）を有するピクセルを使用し、レッド（Ｒ）およびブルー（Ｂ）ピクセルは位相差の検出に使用されない。
【００５８】
位相差検出のために１つの位相差検出用マイクロレンズ１７７を用いる場合、特定方向に対してのみ光が集光されるようにしたことから、信号の大きさが小さくなるので、周囲のピクセル値を用いてイメージ表現に用いることにより、解像度の低下を防止できるようにした。
【００５９】
一方、図７（ｂ）に示されているように、２つのカラーフィルタアレイに１つの位相差検出用マイクロレンズ１７７を用いる構造として実現してもよい。
【００６０】
図７（ａ）に示された４つのカラーフィルタアレイに１つの位相差検出用マイクロレンズ１７７を用いる構造と同様の方法で位相差を実現し、図７（ａ）に比べて光の流入する方向の大きさが大きく、信号の大きさが増加する利点がある。
【００６１】
一方、位相差検出用マイクロレンズ１７７の形状が正方形状でない長方形状であるので、イメージセンサの全方向において位相差を実現しようとする場合には、位置に応じて長方形を横または縦方向に配列すればよい。
【００６２】
図８は、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルのさらに他の実施形態を示す図である。
【００６３】
図８を参照すれば、一般ピクセルは、それぞれのマイクロレンズ１７６を形成し、外部から流入する光が全方向に対して集光可能にし、位相差検出のためのピクセルの場合、４つのピクセルにすべてグリーンフィルタを形成し、１つの位相差検出用マイクロレンズ１７７を形成し、外部から流入する光が特定方向に対してのみ集光可能にした。
【００６４】
図７に提示されたピクセル構造の場合、同じ色を有するグリーン（Ｇｒ、Ｇｂ）ピクセルの信号抽出時間が同一でなく、位相差検出時に誤差が発生することがある。しかし、図９に示された構造の場合、同じラインのピクセルに対してすべて同じ色のグリーンフィルタ(green filter)に代替することにより、流入する光の量が少なくてもこのような誤差なく位相差を実現できる利点がある。
【００６５】
図７および図８では、２つおよび４つのピクセルに１つのマイクロレンズを用いると示されているが、ピクセルの個数は２つ以上に拡張可能である。
【００６６】
以上で説明したように、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルによれば、既存の位相差検出ピクセルの欠点である信号減少問題を解決し、イメージセンサの全領域において位相差検出機能を実現できる利点がある。
【００６７】
一方、本発明にかかるマイクロレンズを用いた位相差検出ピクセルは、単に位相差を検出する機能の実現に限らず、物体間の距離測定や３次元イメージ撮影などに多様に応用可能である利点がある。
【００６８】
以上、本発明に対する技術思想を添付図面と共に述べたが、これは、本発明の好ましい実施形態を例示的に説明したものであって本発明を限定するものではない。また、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、誰でも本発明の技術的思想の範疇を逸脱しない範囲内で多様な変形および模倣が可能であることは自明である。
【符号の説明】
【００６９】
１１０：半導体基板
１２０：フォトダイオード
１３０：金属配線層
１４０：絶縁層
１５０：保護膜層
１６０：カラーフィルタ層
１７０：マイクロレンズ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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