(57)【要約】  イメージセンサは、複数の感光部位（１００）、感光部位（１００）の上に広がるように配置された複数の非対称形状のマイクロレンズ（１３０）を備え、光がほぼ均一に捕捉されるように、入射光が非対称形状のマイクロレンズの非対称表面（１２０）によって所定の方向で感光部位（１００）上に導かれる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサであって、
（ａ）複数の感光部位と、
（ｂ）前記感光部位の上に広がるように配置された複数の非対称形状のマイクロレンズと、を備え、
入射光は、光をほぼ均一に捕捉するために、前記非対称形状のマイクロレンズの非対称表面によって所定の方向で前記感光部位の上へと導かれることを特徴とするイメージセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のイメージセンサであって、
前記感光部位間の距離は一定していないことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載のイメージセンサであって、
前記感光部位はグループ化されて配置され、各グループは規則的なグリッドパターンを有する１つのスーパーセルを構成することを特徴とするイメージセンサ。
【請求項４】
請求項２に記載のイメージセンサであって、
前記感光部位はグループ化されて配置され、各グループは、規則的なグリッドパターンを有する１つのスーパーセルを構成することを特徴とするイメージセンサ。
【請求項５】
請求項１に記載のイメージセンサであって、
前記非対称形状は、周辺端部にそってほぼ弧状の部分を有し、残りの端部に沿って、相互にほぼ垂直に配置された２つのほぼ直線の部分を有することを特徴とするイメージセンサ。
【請求項６】
請求項３に記載のイメージセンサであって、
前記非対称形状は、周辺端部にそってほぼ弧状の部分を有し、残りの端部に沿って、相互にほぼ垂直に配置された２つのほぼ直線の部分を有することを特徴とするイメージセンサ。
【請求項７】
請求項５に記載のイメージセンサであって、
４つの非対称形状のマイクロレンズはグループ化されてスーパーセル上に広がり、各マイクロレンズから１本ずつ延びる一対の直線部分は、相互に対面して配置され、前記４つのマイクロレンズによって形成される周辺部分が４つの弧状の端部を有することを特徴とするイメージセンサ。
【請求項８】
請求項５に記載のイメージセンサであって、
２つの非対称形状のマイクロレンズはグループ化されてスーパーセル上に広がり、各マイクロレンズから１本ずつ延びる一対の直線部分は、前記２つのマイクロレンズによって形成される周辺部分が２つの弧状の端部と２つの直線の端部を有することを特徴とするイメージセンサ。
【請求項９】
デジタルカメラであって、
イメージセンサを有し、前記イメージセンサは、
（ａ）複数の感光部位と、
（ｂ）前記感光部位の上に広がるように配置された複数の非対称形状のマイクロレンズと、を備え、入射光は、光をほぼ均一に捕捉するために、前記非対称形状のマイクロレンズの非対称表面によって所定の方向で前記感光部位に導かれることを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１０】
請求項９に記載のデジタルカメラであって、
前記感光部位間の距離は一定していないことを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１１】
請求項９に記載のデジタルカメラであって、
前記感光部位はグループ化されて配置され、各グループは規則的なグリッドパターンを有する１つのスーパーセルを構成することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のデジタルカメラであって、
前記感光部位はグループ化されて配置され、各グループは、規則的なグリッドパターンを有する１つのスーパーセルを構成することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１３】
請求項９に記載のデジタルカメラであって、
前記非対称形状は、周辺端部にそってほぼ弧状の部分を有し、残りの端部に沿って、相互にほぼ垂直に配置された２つのほぼ直線の部分を有することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１４】
請求項１１に記載のデジタルカメラであって、
前記非対称形状は、周辺端部にそってほぼ弧状の部分を有し、残りの端部に沿って、相互にほぼ垂直に配置された２つのほぼ直線の部分を有することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１５】
請求項１３に記載のデジタルカメラであって、
４つの非対称形状のマイクロレンズはグループ化されてスーパーセル上に広がり、各マイクロレンズから１本ずつ延びる一対の直線部分は、相互に対面して配置され、前記４つのマイクロレンズによって形成される周辺部分が４つの弧状の端部を有することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１６】
請求項１３に記載のデジタルカメラであって、
２つの非対称形状のマイクロレンズはグループ化されてスーパーセル上に広がり、各マイクロレンズから１本ずつ延びる一対の直線部分は、前記２つのマイクロレンズによって形成される周辺部分が２つの弧状の端部と２つの直線の端部を有することを特徴とするデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、イメージセンサの感光部位の上に広がる(spanning)マイクロレンズの分野に関し、より詳しくは、感光部位の上に広がる、入射光をほぼ均一に捕捉する非対称マイクロレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すると、イメージセンサ１０は一般的に、入射光を捕捉するための感光領域つまりフォトダイオード３０と、処理のための感光領域に隣接する関連回路４０を有するピクセル２０などを備える。場合により、イメージセンサ１０のピクセル２０は、関連回路４０を収容しながら、ピクセルの性能を最大限にするために、非対称に配置されることがある。しかしながら、図１の例の場合、４つのピクセル２０が一般的に規則的なグリッドパターンを成し、これがスーパーセル５０を形成する。図２を参照すると、マイクロレンズ６０は、ピクセル２０の「感光部分」の上に広がり、空間的に「感光部分」と中心が合うように配置されている。あるいは、図３を参照すると、マイクロレンズ６５は、「ピクセル」全体の上に広がり、「ピクセル」全体と中心が合うように設置され、マイクロレンズの規則的なアレイが構成されている。
【０００３】
図２に示されるような先行技術におけるマイクロレンズ６０の配置は満足できるものであるが、マイクロレンズ６０がピクセルの面積のうちの一部分しか占めないために、フォトダイオード３０が捕捉できるのも入射光の一部分にすぎないという欠点がある。
【０００４】
またさらに、非対称に配置されたピクセルの上にマイクロレンズ６５を配置するという先行技術（図３）もまた、満足できるものであるものの、欠点を持つ。図４を参照すると、フォトダイオード３０がマイクロレンズ６０に関して対称で、ピクセル内で中心が合わされていると、入射光の角度が大きくなるとすべてのピクセルの性能が同様に低下する。図５に示されるように、特定の角度でマイクロレンズ６５を通過する光（破線で示す）は、フォトダイオード３０の上に導かれず、したがって、フォトダイオード３０がマイクロレンズと対称に配置されないと、捕捉画像の望ましくない劣化が発生する。
【０００５】
そこで、非対称に配置されたピクセルへの光の集束を改善する必要がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の問題の１つ又は複数を克服するためのものである。簡単に言えば、本発明の一態様において、本発明は、（ａ）複数の感光部位と、（ｂ）感光部位の上に広がるように配置された複数の非対称形状のマイクロレンズと、を備え、光をほぼ均一に捕捉するために、入射光が非対称形状のマイクロレンズの非対称表面によって所定の方向で感光部位へと導かれるイメージセンサにある。
【０００７】
本発明の上記およびその他の態様、目的、特徴、利点は、好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明と付属の特許請求範囲を読み、添付の図面を参照することによってより明確に理解、了解されるであろう。
【０００８】
本発明は、ピクセルアレイの集光能力を高め、照明の入射角度が変更される、あるいは変化すると発生するアーチファクトを除去するという利点を有する。また、ピクセルのスペースを効率的に利用する設計上の自由度がより大きくなるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図６、図７は、複数の、またはアレイ状の本発明によるマイクロレンズ８０を備えるイメージセンサ７０の、それぞれ側面図と上面図であり、マイクロレンズ８０は、各々が１の感光領域又はフォトダイオード１００を有する複数のピクセル９０の上に広がるように、それぞれ配置されている。前述のように、ピクセル９０は非対称に配置されている。しかしながら、ピクセルはグループ化され、スーパーセル１１０のアレイを形成している点に注意する。図６、図７においては、分かりやすくするために、各々２個のピクセルからなる２つのスーパーセル１１０ａ，１１０ｂだけが示されている点に注意する。十分に理解するために、感光領域１００は、当業界で周知のごとく、シリコン基板の上部に配されている点に注意する。ピクセル９０は、設計によって、感光領域１００の非対称配置を含むように配置されている。マイクロレンズ１３０の光学面１２０は非対称形状である。従来のマイクロレンズ（６０，６５）はほぼ半球形である。図６に明確に示されているように、本発明のマイクロレンズ１３０は、ほぼ、端を面取りした半球形で、非対称の配置が可能となっている。つまり、各マイクロレンズ１３０は、周辺端部に沿ってほぼ弧状の部分を有し、残りの端部に沿って相互にほぼ垂直に配置された２つのほぼ直線の部分を有する。明確を期すために、本発明のマイクロレンズ１３０は、従来のマイクロレンズ（６０，６５）と比較して、ひとつまたは複数の端部に沿って切りそろえられている点に注意する。これによって、マイクロレンズ１３０の光学軸はフォトダイオード１００と整合する。図７だけを参照し、スーパーセル１１０を構成する２つのピクセルの中で、マイクロレンズ１３０は相互に接触し、個々のマイクロレンズ（１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ）がスーパーセル１１０の想像上のｙ軸に関して対称であるが、前述のように、いずれの個別のピクセル９０においても対称ではない点に注意する。つまり、２つのピクセルからなる各スーパーセル１１０は、スーパーセル１１０の上に広がるようにグループ分けされて配置された２つの非対称形状のマイクロレンズ１３０を有し、各マイクロレンズからそれぞれ１本ずつ延びる一対の直線部分は、２つのマイクロレンズによって形成される周辺部分が２つの弧状縁辺と２つの直線縁辺を有するものとなるように配置される。
【００１０】
上記のピクセルアレイは、フォトダイオードからフォトダイオードまでの空間（つまり、距離）が一定でない、あるいは変化しているとしても、マイクロレンズ１３０を通過する入射光が、実線と破線で示されるように、ほぼ均一に、つまり異なるピクセル間で一貫した方向に沿ってフォトダイオード１００に向けられるように機能する。言い換えれば、光は、スーパーセルの中のどのピクセルであるかを問わず、光ダイオード１００を通じてほぼ同様に分配され、ほぼ直上から通過してくる光は、ほぼ一貫してフォトダイオード１００の上へと向けられ、マイクロレンズ１３０をいずれかの角度で通過する光は、ほぼ一貫してフォトダイオード１００の部分に向けられる。
【００１１】
図８には、スーパーセル１１０の配置の別の実施形態の例が示される。この実施例において、想像上のｘ軸とｙ軸の周辺に４つのピクセル９０が対称に配置されている。
【００１２】
図９において、一般的な商業的実現例を示すために、本発明によるイメージセンサ７０を備えるデジタルカメラ１４０の側面図が示されている。
【００１３】
本発明は、好ましい実施例に関して説明してきた。しかしながら、当業者は本発明の範囲から逸脱することなく、変更や改変を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】非対称に配置された開口部を有する先行技術に係るピクセルアレイの上面図である。
【図２】図１において、マイクロレンズが、ピクセルアレイのフォトダイオードの上に広がり、かつこれと中心合わせされた場合の上面図である。
【図３】図１において、マイクロレンズが、アレイのピクセルの上に広がり、かつこれと中心合わせされた場合の上面図である。
【図４】フォトダイオードとマイクロレンズを対称配置した先行技術に係るピクセルアレイの側面図である。
【図５】マイクロレンズを対称に配置し、フォトダイオードを非対称に配置した先行技術に係るピクセルアレイの側面図である。
【図６】フォトダイオードを非対称に配置し、マイクロレンズを非対称に配置した本発明に係るピクセルアレイの側面図である（各マイクロレンズの光学軸は、フォトダイオードの中心と整合する）。
【図７】図６の上面図である。
【図８】本発明の図６の別の実施形態に係る上面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  イメージセンサ、２０  ピクセル、３０  感光領域、フォトダイオード、４０  関連回路、５０  スーパーセルを形成する規則的なグリッドパターン、６０  フォトダイオードに中心合わせされたマイクロレンズ、６５  ピクセル上に中心合わせされたマイクロレンズ、７０  イメージセンサ、８０  マイクロレンズアレイ、９０  複数のピクセル、１００  感光領域、フォトダイオード、１１０  ピクセルのスーパーセル、１１０ａ，１１０ｂ  スーパーセル、１２０  マイクロレンズの光学面、１３０，１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ  マイクロレンズ、１４０  デジタルカメラ。
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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