(57)【要約】本発明は、周辺の感度の低下を防ぎ、クロストークを可能な限り抑制する構造を持つイメージセンサに関する。本発明に係るイメージセンサは、所定の間隔で配置されたフォトダイオードと、入射する光を前記フォトダイオードに集光するために、フォトダイオードの上部が重なり合うように左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されたマイクロレンズとを含み、前記マイクロレンズは、第１の領域（フォトダイオードの中心領域からエッジ領域手前までの領域）では、＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向への距離に応じて所定のシフト割合で配置され、第２の領域（エッジ領域）では、前記第１の領域の最後にある画素のシフト比率と同じシフト割合で配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔で配置されたフォトダイオードと、
入射する光を前記フォトダイオードに集光するために、フォトダイオードの上部が重なり合うように左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されたマイクロレンズとを含むイメージセンサであって、
前記マイクロレンズは、第１の領域（フォトダイオードの中心領域からエッジ領域手前までの領域）では、＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向への距離に応じて所定のシフト割合で配置され、第２の領域（エッジ領域）では、前記第１の領域の最後にある画素のシフト比率と同じシフト割合で配置されているイメージセンサ。
【請求項２】
シフト比率は、＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向において互いに異なっている請求項１記載の左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズを含むイメージセンサ。
【請求項３】
マイクロレンズの中心とフォトダイオードの中心とが一致しておらず、マイクロレンズの中心を基準として、＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向においてオフセットが存在する請求項１記載の左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズを含むイメージセンサ。
【請求項４】
前記マイクロレンズのピッチは、第１の領域の＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向において画素ピッチ（Ａ＊Ｂ）より小さく、所定の比率で減少している請求項１または２記載の左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズを含むイメージセンサ。
【請求項５】
前記マイクロレンズのピッチは、第１の領域の＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向において互いに異なっている請求項４記載の左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズを含むイメージセンサ。
【請求項６】
前記マイクロレンズのピッチは、第２の領域の＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向における画素ピッチと等しい請求項１または２記載の左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズを含むイメージセンサ。
【請求項７】
前記マイクロレンズのピッチは、第２の領域の＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向において互いに異なっている請求項６記載の左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズを含むイメージセンサ。
【請求項８】
所定の間隔で配置されたフォトダイオードと、
入射する光を前記フォトダイオードに集光するために、フォトダイオードの上部が重なり合うように左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されたマイクロレンズとを含むイメージセンサであって、
前記マイクロレンズは、第１の領域（フォトダイオードの中心領域からエッジ領域手前までの領域）では、右側および左側の感度を合わせるために、＋Ｘ方向の傾きと−Ｘ方向の傾きが互いに異なるような割合で配置され、第２の領域（エッジ領域）では、前記第１の領域の最後にある画素のシフト比率と同じシフト割合で配置されているイメージセンサ。
【請求項９】
前記マイクロレンズのピッチは、第１の領域の＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向において画素ピッチ（Ａ＊Ｂ）より小さく、所定の比率で減少している請求項８記載の左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズを含むイメージセンサ。
【請求項１０】
前記マイクロレンズのピッチは、第１の領域の＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向において互いに異なっている請求項９記載の左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズを含むイメージセンサ。
【請求項１１】
前記マイクロレンズのピッチは、第２の領域の＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向における画素ピッチ（Ａ＊Ｂ）と等しい請求項８記載の左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズを含むイメージセンサ。
【請求項１２】
前記マイクロレンズのピッチは、第２の領域の＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向において互いに異なっている請求項１１記載の左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズを含むイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに関し、特に、光感度を向上させるためにマイクロレンズを介して入射される光をフォトダイオードに集光するためのマイクロレンズのレイアウトに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、画素領域の中心からエッジ方向へ、外部レンズを通ってセンサに入射する光の角度の変化を示す。一般に、光の入射角は、線形的に増加するが、途中で飽和し、その後、エッジ領域において減少する。
【０００３】
図２は、外部レンズの中心領域およびエッジ領域に入射する光の経路を示す。エッジ領域においてマイクロレンズの中心とフォトダイオードの中心が一致していると、フォトダイオードの集光率が減少する。
【０００４】
図３は、エッジ領域において、マイクロレンズに入射する光をフォトダイオードで集光させるためのマイクロレンズのシフト状態を示す。
【０００５】
エッジ領域において、マイクロレンズに入射する光をフォトダイオードで集光させるためには、マイクロレンズをシフトさせなければならない。
【０００６】
また、携帯電話に使用される光学レンズの大部分は非球面レンズが使用されるため、画像フィールドに対する入射角が非線形的になる。
【０００７】
これを克服するために、マイクロレンズの製作に際して、画素ピッチよりマイクロレンズのピッチを小さくし、エッジ領域にあるマイクロレンズは、フォトダイオード（ＰＤ）の中心からシフトして、フォトダイオードに集光されるように製作する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が達成しようとする技術的な課題は、マイクロレンズのピッチを左側と右側とで異なる割合で減少させ、また、上側と右側とで各々異なるようにシフトさせ、エッジ領域ではマイクロレンズのピッチと画素ピッチが同じになるように、マイクロレンズを所定の間隔で配置し、これにより周辺の感度の低下を防ぎ、クロストークを可能な限り抑制する構造を持つイメージセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、イメージセンサは、所定の間隔で配置されたフォトダイオードと、入射する光を前記フォトダイオードに集光するために、フォトダイオードの上部が重なり合うように左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されたマイクロレンズとを含み、
前記マイクロレンズは、第１の領域（フォトダイオードの中心領域からエッジ領域手前までの領域）では、＋Ｘ方向と−Ｘ方向、又は／及び＋Ｙ方向と−Ｙ方向への距離に応じて所定のシフト割合で配置され、第２の領域（エッジ領域）では、前記第１の領域の最後にある画素のシフト比率と同じシフト割合で配置されている。
【００１０】
本発明の一態様によれば、イメージセンサは、所定の間隔で配置されたフォトダイオードと、入射する光を前記フォトダイオードに集光するために、フォトダイオードの上部が重なり合うように左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されたマイクロレンズとを含み、
前記マイクロレンズは、第１の領域（フォトダイオードの中心領域からエッジ領域手前までの領域）では、右側および左側の感度を合わせるために、＋Ｘ方向の傾きと−Ｘ方向の傾きが互いに異なるような割合で配置され、第２の領域（エッジ領域）では、前記第１の領域の最後にある画素のシフト比率と同じシフト割合で配置されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図４は、本発明の一実施形態に係る左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されたマイクロレンズのレイアウトを示したものであり、イメージセンサのフォトダイオードの中心領域からエッジ領域手前までの領域である第１の領域と、エッジ領域である第２の領域とにおけるマイクロレンズのレイアウト(layout)構造を示す。
【００１３】
画素ピッチがＡ＊Ｂであれば、マイクロレンズのピッチは、第１の領域においてＡ又はＢより小さく、所定の比率で減少する。
【００１４】
但し、マイクロレンズのピッチは、＋Ｘ方向（第３の方向）と−Ｘ方向（第４の方向）とでそれぞれ異なっており、＋Ｙ方向（第５の方向）と−Ｙ方向（第６の方向）とでそれぞれ異なっている。
【００１５】
第２の領域では、マイクロレンズと画素のピッチが同じになるように設計される。
【００１６】
しかしながら、第１の領域において、＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｙ方向によって所定の比率が異なっているので、仮に第２の領域で画素のピッチとマイクロレンズのピッチとが同一であっても、それぞれ異なるシフト値を持つことになる。
【００１７】
図５は、マイクロレンズからの光を多角形状のフォトダイオードに集光するのが困難である例を示したものである。
【００１８】
マイクロレンズから集光される光を、多角形状のフォトダイオードの中心に一致させることが困難である場合、マイクロレンズの中心とフォトダイオード（ＰＤ）の中心とが一致しておらず、中心間で所定の値のオフセットが生ずる。
【００１９】
したがって、第１の領域では、マイクロレンズは前記オフセット値を持っている状態で、所定のシフト割合で配置され、第２の領域でのシフト比率が一定に保持される。
【００２０】
前記第２の領域においてシフト比率が一定に保持される理由は、光の入射角が飽和し、仮に増加するとしても、マージン(margin)があり、問題が生じないためである。
【００２１】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズのレイアウトにおいて、中心からマイクロレンズのシフト比率を示すグラフである。
【００２２】
前記第１の領域において、マイクロレンズのピッチが、中心を基準として、＋Ｘ方向と−Ｘ方向との間の中心が所定の値だけオフセットしながら同じ比率で増加するように、シフトしている。
【００２３】
前記第２の領域では、前記第１の領域の最後の画素シフト比率をそれぞれ保持する。＋Ｙ方向および−Ｙ方向についても同様の原理としてそれぞれシフトする。
【００２４】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズのレイアウトにおいて、中心からマイクロレンズのシフト程度を示すグラフであり、第１の領域において、＋Ｘ方向と−Ｘ方向とのシフト比率の傾きが、互いに異なる場合を示したものである。
【００２５】
マイクロレンズのシフト比率が互いに異なる場合、左側／右側の感度を合わせるために、シフト比率が＋Ｘ方向と−Ｘ方向とでそれぞれ異なっており、第２の領域では、第１の領域の最終端にあるピクセルのシフト比率をそれぞれ保持する。＋Ｙ方向および−Ｙ方向についても同様の原理としてそれぞれシフトする。
【００２６】
本発明によれば、画素サイズが小さくなるほど、フォトダイオード面積が占める比率が益々小さくなり、また、マイクロレンズの高さが低くなるに従って、フォトダイオードに入射する入射角が増加する。その結果、光クロストークが減少し、周辺の光量が多くなるという効果がある。
【００２７】
以上より、本発明は、図面に示された実施形態を参考として説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これらから様々な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解されたい。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的な思想により決まるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】画素領域の中心からエッジ方向へ、外部レンズを通ってセンサに入射する光の角度の変化を示す。
【図２】外部レンズの中心領域およびエッジ領域に入射する光の経路を示す。
【図３】エッジ領域において、マイクロレンズに入射する光をフォトダイオードで集光させるためのマイクロレンズのシフト状態を示す。
【図４】本発明の一実施形態に係る左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されたマイクロレンズのレイアウトを示す。
【図５】マイクロレンズからの光を多角形状のフォトダイオードに集光するのが困難である例を示したものである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズのレイアウトにおいて、中心からマイクロレンズのシフト比率を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る左右上下の比率に応じて互いに異なる割合で配置されるマイクロレンズのレイアウトにおいて、中心からマイクロレンズのシフト程度を示すグラフである。
【図１】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【国際調査報告】
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