(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）周期的に繰り返された複数のカーネルを有する画素のアレイであり、各カーネルは、光に応答して電荷を収集するｎ個の電荷収集領域を含み、ｎは２以上である、画素のアレイ；及び
（ｂ）各カーネルに対してｎ個の光学経路を有する、前記ｎ個の電荷収集領域に跨る連続した透明層であり、前記ｎ個の光学経路のうちの少なくとも２つは相異なり、各光学経路は異なる波長の光を所定の隣接する電荷収集領域に導き、光学経路の相違が、カーネル内の電荷収集領域の各々に色分解を提供する、透明層；
を有するイメージセンサ。
【請求項２】
前記光学経路の相違は、前記透明層の透明材料の異なる厚さによって生成されている、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項３】
前記光学経路の相違は、前記透明層の透明材料の異なる屈折率によって生成されている、請求項１に記載のイメージセンサ。
【請求項４】
前記ｎ個の光学経路は互いに異なる、請求項１乃至３の何れか一項に記載のイメージセンサ。
【請求項５】
前記電荷収集領域は活性層内に配置され、前記透明層は前記活性層の頂部の直に上にある、請求項１乃至４の何れか一項に記載のイメージセンサ。
【請求項６】
前記透明層にわたって配置された第２の層を更に有し、前記第２の層は、前記透明層に接触する当該第２の層の表面とは反対側の表面において、平坦あるいは実質的に平坦な表面を有する、請求項１乃至５の何れか一項に記載のイメージセンサ。
【請求項７】
前記第２の層にわたって配置された複数のマイクロレンズを更に有する請求項６に記載のイメージセンサ。
【請求項８】
当該イメージセンサは撮像装置内に含まれている、請求項１乃至７の何れか一項に記載のイメージセンサ。
【請求項９】
イメージセンサにおいて色分解を提供する方法であって：
（ａ）周期的に繰り返された複数のカーネルを含む画素のアレイを設けるステップであり、各カーネルは、光に応答して電荷を収集するｎ個の電荷収集領域を含み、ｎは２以上である、ステップ；及び
（ｂ）各カーネルに対してｎ個の光学経路を有する、前記ｎ個の電荷収集領域に跨る連続した透明層を設けるステップであり、前記ｎ個の光学経路のうちの少なくとも２つは相異なり、各光学経路は異なる波長の光を所定の隣接する電荷収集領域に導き、光学経路差が、カーネル内の電荷収集領域の各々に色分解を提供する、ステップ；
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、画素群の粒（カーネル）に細分化された画素アレイを有するイメージセンサに関し、より具体的には、色分解を改善し且つ量子効率を向上させるようにカーネル内の画素群に対して複数の異なる光学経路を有する上述のようなイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＣＭＯＳプロセスを用いて製造されるイメージセンサの画素が一層小さい寸法へとスケーリングされるに連れて、３つの画素を用いる撮像装置（イメージャ）の幾つかの性能特性が低下してきている。特に量子効率（ＱＥ）である１つの性能特性は急速に低下する。この性能損失は、画素アレイの頂部のカラーフィルタアレイ（ＣＦＡ）の付加に伴って悪化する。ＣＦＡの目的は、入射光の色分解を可能にして、カラー画像を再構成する能力を提供することである。しかしながら、所与の波長で、フィルタの大部分は吸収性である。故に、如何なる所与の波長も実効的に、画素アレイ上に一連の微小な開口（アパーチャ）を見ることになる。画素ピッチが縮小するに連れ、ＣＦＡパターン内のこの実効的な開口のサイズは可視光の波長と同等になる。光の回折は、光を隣接画素へと発散させ、標的とするカラー画素の実効的なＱＥを低下させる。例として、図１ａを考察する。入射赤色光に対し、青色画素１０３及び緑色画素１０１、１０４の青及び緑のＣＦＡは実効的に遮断的である。ベイヤー（Bayer）パターン１０５に関し、図１ｂは、これが赤色光用の赤色画素１０２上に微小な開口１１２を作り出すことを示している。ＣＦＡは、光子が電荷キャリアに変換されるイメージセンサの活性層上で有限な距離だけ離間されて位置付けられるため、特に２μｍ未満の画素ピッチでは、回折により、入射赤色光は隣接する青色及び緑色の画素内に広げられてしまう。回折は、色を分解するＣＦＡの有効性を損ね、色のクロストーク（カラークロストーク）を増大させる。回折はまた、赤色画素のＱＥを実効的に低下させる。
【０００３】
図２は、従来技術を、裏面照射型イメージセンサの赤及び緑のＣＦＡを通る４ｐｍｏｓ画素の断面図で示している。これはまた、発明の詳細な説明において本発明を説明するための基準点としても使用される。
【０００４】
なおも図２を参照するに、光生成電荷キャリアが収集される箇所となるフォトダイオード２００が示されている。読み出しのとき、電荷キャリアは、転送ゲート２０１の電圧を調整することによって浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）２０５に電気的に転送される。浮遊拡散層信号はソースフォロアトランジスタ２０３の入力に与えられる。ソースフォロア２０３の低インピーダンス出力が、出力ライン２０４を駆動する。読み出し後、浮遊拡散層２０５内の信号は、リセットゲート２０２の電圧を制御することによって、リセットドレイン２１３内に注ぎ込まれて空（エンプティ）にされる。光生成電荷キャリアは、フォトダイオード同士の間の側壁アイソレーション２１０によって、最も近いフォトダイオード２００内に導かれ、デバイス層内でのカラークロストークが抑制される。暗電流を抑制するため、シリコンとフォトダイオード２００近傍の誘電体との間の表面に、薄いピン止め（ピニング）層２１２が存在している。やはり暗電流を抑制するため、側壁アイソレーション２１０に沿って、薄いｎドーピング層２１１が存在している。入射光２５０は、先ずカラーフィルタアレイ層２３０を通過し、その後、反射防止コーティング層２２２、典型的に二酸化シリコンであるスペーサ層２２１を通過してから、アクティブな活性デバイス層２２０に到達する。しかしながら、光学スタック２２１、２２２及び２３０は、用途に応じて、より多くの層又はより少ない層で構成されることも可能であり、しばしば、頂部層にマイクロレンズアレイを含む。図３は、図２の非共有ピン止めフォトダイオード構造の単一の画素を模式的に示している。
【０００５】
図４は、ベイヤーパターンを有する従来技術に係る１．１μｍ画素アレイのＱＥについてのシミュレーション結果を示している。青色画素１０３に関する青色応答曲線５０３のピークＱＥは４０％である。緑色画素１０１、１０４に関する緑色応答曲線５０１、５０４のピークＱＥは３５％である。赤色画素１０２に関する赤色応答曲線５０２のピークＱＥは２３％である。これらのシミュレーションにおいて、誘電体スペーサ層２２１の厚さは０．５μｍである。誘電体スペーサ２２１の厚さを増大させることは、より低いピークＱＥと増大されたカラークロストークとをもたらし、性能を低下させる。
【０００６】
現在既知の利用されているイメージセンサは満足できるものではあるが、上述の欠点を解決することが望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ＣＦＡをバイナリー光学経路格子（グレーティング）で置換することによって、隣接画素間でのカラークロストークを改善するとともにＱＥを高めることを目的とする。実効的なＱＥは１００％より高くなり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、或る特定の波長に関し、イメージセンサ上に当たる光強度が、カラーカーネル内の１つの画素の表面近傍で建設的に干渉し、且つ該カラーカーネル内のその他の画素で相殺的に干渉するように、カラーカーネル内の各画素の光学経路差を調整することによって達成される。別の特定の波長においては、光は、カラーカーネル内の第２の画素の表面近傍で建設的に干渉し、且つ該カラーカーネル内のその他の画素で相殺的に干渉する。
【０００９】
本発明の上述及びその他の目的、特徴及び利点が、本発明の例示的な実施形態を図示して説明する図面と関連付けて以下の詳細な説明を読んだ当業者に明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、隣接画素間でのカラークロストークを改善するとともにＱＥを高めるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本明細書は、本発明の主題を具体的に指摘し且つはっきりと主張する請求項で締めくくるものであるが、本発明は、以下の図を含む添付の図面に関連付けて以下の説明を読むことにより、一層十分に理解されるであろう。
【図１ａ】従来技術に係るベイヤーカラーフィルタアレイパターンを示す図である。
【図１ｂ】従来技術に係るベイヤーカラーフィルタアレイパターンを示す図である。
【図２】ベイヤーＣＦＡパターンの赤色及び緑色の部分を通るように切断された、従来技術に係る、裏面照射型イメージセンサの４つの画素の断面を示す図である。
【図３】従来技術に係るｐｍｏｓ非共有画素を模式的に示す図である。
【図４】ベイヤーカラーフィルタアレイのＱＥを波長に対してプロットした図である。
【図５】本発明の第１実施形態を示す図であり、この平面図は、光学経路グレーティングを備えた画素アレイを示している。Ｗ、Ｘ、Ｙ及びＺは、カラーカーネル内の各画素上の透明層の相異なる厚さを表す。
【図６】光学経路グレーティング（Ｗ、Ｘ、Ｙ及びＺ）を備えたカラーカーネルの平面図と画素デバイス構造との更なる細部を示す図である。
【図７】光学経路グレーティングのカラーカーネルの赤色及び緑色の部分（Ｙ及びＺ）を通るように切断された、裏面照射型イメージセンサの４つの画素の断面を示す図である。
【図８】１．１μｍ画素に関して図５のカラーカーネル内の各画素のＱＥを波長に対してシミュレーションしてプロットした図である。
【図９ａ】カラークロストークを改善し且つ所与の波長で１００％以上の所与の画素のＱＥ値をもたらすために、どのように建設的干渉及び相殺的干渉が使用されるかを例示する図である。図５のカラーカーネルに関して、４つの異なる波長での、シリコン表面のすぐ上での光の強度プロットが示されている。このプロットは平面図であり、光は法線入射である。このプロットでの波長は４２０ｎｍである。
【図９ｂ】図９ａと同様の図であり、このプロットでの波長は４７０ｎｍである。
【図９ｃ】図９ａと同様の図であり、このプロットでの波長は５９０ｎｍである。
【図９ｄ】図９ａと同様の図であり、このプロットでの波長は６５０ｎｍである。
【図１０】光学経路グレーティングを製造する一手法の開始時を示す図である。各々が４つの画素を含む２つの断面が示されている。一方の断面は、図５の画素３０３及び３０４を通るように切断されたものであり、他方の断面は、図５の画素３０１及び３０３を通るように切断されたものである。
【図１１】マイクロレンズを備えた光学経路グレーティングを示す３Ｄ図である。
【図１２ａ】透明層の上にマイクロレンズを配置する手法を例示する図である。
【図１２ｂ】透明層の上にマイクロレンズを配置する手法を例示する図である。
【図１３ａ】透明層にマイクロレンズパターンを転写する手法を例示する図である。
【図１３ｂ】透明層にマイクロレンズパターンを転写する手法を例示する図である。
【図１４ａ】第１のエッチングを実行する手法を例示する図である。
【図１４ｂ】第１のエッチングを実行する手法を例示する図である。
【図１５ａ】第２のレジストがパターニングされた後に光学経路グレーティングを製造する手法を例示する図である。
【図１５ｂ】第２のレジストがパターニングされた後に光学経路グレーティングを製造する手法を例示する図である。
【図１６ａ】第２のエッチング工程後の最終的な光学経路グレーティングを例示する図である。
【図１６ｂ】第２のエッチング工程後の最終的な光学経路グレーティングを例示する図である。
【図１７】異なる屈折率を有する２つの材料とマイクロレンズアレイとを用いた光学経路グレーティングを示す３Ｄ図である。
【図１８】異なる屈折率を有する２つの材料と、４つの画素を覆うように単一のマイクロレンズが配置されるマイクロレンズアレイとを用いた光学経路グレーティングを示す３Ｄ図である。
【図１９】図７のイメージセンサアレイを有する撮像装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで定義される光学経路は：
光学経路＝ｎ×ｄ        （１）
である。ただし、ｎは屈折率であり、ｄは光が通過する材料の厚さである。
【００１３】
次いで、図７を参照するに、本発明の第１実施形態に係るイメージセンサのイメージセンサアレイ４０１の一部が示されている。なお、この断面図は、単純にするため、４つの画素のみを示しているが、イメージセンサアレイ４０１は典型的に何千又は何百万もの画素を含んでいる。また、イメージセンサアレイ４０１は典型的に、図１９にて議論するように、アクティブピクセルセンサの一部である。再び図７を参照するに、イメージセンサアレイ４０１は、活性層４２０に配置された複数の画素３０１及び３０２を含んでいる。画素３０１及び３０２は好ましくは、詳細に後述するように、アレイ全体にわたって繰り返される２×２のアレイに共にグループ化される。この２×２アレイのことを以下ではカラーカーネルと呼ぶ。２×２アレイが好ましいが、その他のカラーカーネルサイズも使用され得る。各画素３０１及び３０２は、入射光２５０を受け取る活性層の表面から僅かに離隔して配置された、好ましくはピン止め（pinned）フォトダイオード４００である電荷収集領域を含んでいる。活性層４２０の照射側とは反対側にポリシリコンゲート４０１、４０２、４０３及び金属配線４０４を含む構成は、裏面照射型と呼ばれている。ピン止めフォトダイオード４００は入射光に応答して電荷を収集する。ピン止めフォトダイオード４００はピン止め（ピニング）層４１２を含み、ピニング層４１２は、その上に配置された反対導電型のドープト領域の下にある。この好適実施形態ではピン止めフォトダイオード４００及び裏面照射型が用いられているが、フォトダイオードが電荷収集領域として用いられてもよく、表面照射型が電荷収集領域として用いられてもよい。これらは何れも周知であるので、ここでは説明しないこととする。
【００１４】
駆動されるとき、転送ゲート４０１は、ピン止めフォトダイオード４００から電荷−電圧変換領域４０５へと電荷を通す。電荷−電圧変換領域４０５は、好ましくは浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）であり、電荷を電圧信号に変換する。好ましくはソースフォロア増幅器である増幅器又はバッファ４０３が上記電圧を、更なる処理のために出力ライン上に通す。リセットゲート４０２は、浮遊拡散層４０５を所定の信号レベルにリセットするために駆動される。
【００１５】
詳細に後述するように、変化する厚さを有する透明な格子（グレーティング）層３００が、入射光２５０を活性層４２０内に導くように、画素３０１及び３０２（並びに、この図にしめしていない画素群）に跨って配置されている。この透明層は、二酸化シリコン、窒化シリコン又は透明有機材料の何れかで製造され得る。
【００１６】
図５のイメージセンサアレイ４０１（一般に、画素アレイとも称される）の平面図を参照するに、上に透明層を重ねられた２×２のカラーカーネル３１０が示されている。透明層３００（図７参照）の厚さは、カラーカーネル３１０内の各画素３０１、３０２、３０３及び３０４（４つ全ての画素については図５及び６を参照）の上で異なっている（Ｙ、Ｚ、Ｗ及びＸ）。これは４つの光学経路を作り出す。本発明はその好適実施形態においては厚さを用いて異なる光学経路を作り出しているが、異なる屈折率を有する複数の材料が、異なる光学経路を作り出すために用いられてもよい。例において、Ｙ、Ｚ、Ｗ及びＸについて二酸化シリコンの透明層３００の厚さは、それぞれ、２．５μｍ、３．０μｍ、１．５μｍ及び２．０μｍである。従って、４つの光学経路が作り出される。青色光は、画素３０３の上だけで建設的に干渉し、この画素内に効率的に導かれる。同様に、緑青色光は画素３０１内に導かれ、緑赤色光は画素３０４内に導かれ、赤色光は画素３０２内に導かれる。なお、透明層３００の繰り返しパターンは、画素のカーネルごとに繰り返される。
【００１７】
図６は、カラーカーネル３１０内の４つの画素３０１、３０２、３０３及び３０４と、イメージャ表面の下に埋め込まれたデバイス要素との、より詳細な平面図を示している。これらの要素は、フォトダイオード４００と、転送ゲート４０１と、リセットゲート４０２と、ソースフォロア４０３と、ソースフォロア出力４０４と、浮遊拡散層４０５と、側壁アイソレーション４１０と、リセットドレイン４１３と、金属配線群（図示せず）からゲート４０１、４０２、４０３及びソース／ドレイン注入領域４０５、４１３、４０４へのコンタクト群３５０とを含んでいる。これらのデバイス要素は、図７の断面図にも示されている。光学スタックは単純に透明層３００である。図７の断面図中には、２つの高さＹ及びＺのみが存在している。
【００１８】
図８は、図５−７により説明した本発明の第１実施形態を用いた１．１μｍ画素アレイについて、ＱＥのシミュレーション結果を示している。青色画素３０３に関する青色応答曲線６０３のピークＱＥは１２０％である。緑／青色画素３０１に関する緑／青色応答曲線６０１のピークＱＥは１１６％である。緑／赤色画素３０４に関する緑／赤色応答曲線６０４のピークＱＥは１０５％である。赤色画素３０２に関する赤色応答曲線６０２のピークＱＥは８６％である。建設的干渉及び相殺的干渉を利用するように光学経路が調整されているので、所与の波長に対するＱＥは、所与の画素に対して１００％より大きくなり得る。
【００１９】
図９ａ−９ｄは、建設的干渉及び相殺的干渉がどのようにして１００％より大きいピークを有するＱＥカーブを生じさせるかを示している。照射側のシリコン活性層４２０のすぐ上での光強度の４つの平面プロットが、相異なる波長に関して示されている。青色光（４２０ｎｍ）では、大部分の光強度７０３が画素３０３上にある。同様に、緑／青色光（４７０ｎｍ）では、大部分の光強度７０１が画素３０１上にある。やはり同様に、緑／赤色光（５９０ｎｍ）では、大部分の光強度７０４が画素３０４上にある。最後に、赤色光（６５０ｎｍ）では、大部分の光強度７０２が画素３０２上にある。
【００２０】
光学経路グレーティングを視覚化する助けとなるよう、図１０は、図５−７の４×４画素の切断図を示している。活性層４２０の頂部上の光学スタック３００を明瞭に視認することができる。単一のカラーカーネル内の４つの画素（３０１、３０２、３０３及び３０４）は、４つの透明な柱部分（ピラー）間の高低差Δ１０５０によって識別される。
【００２１】
図８に示すように、青、緑／青、緑／赤、及び赤の応答曲線（６０３、６０１、６０４及び６０２）のピークＱＥは、それぞれ、４４０ｎｍ、４８５ｎｍ、５８５ｎｍ及び６４５ｎｍの波長の位置にある。これは法線（垂直）入射の場合である。残念ながら、入射光の角度を法線入射から離れるように傾けることは、異なる画素の光学経路の差を増大させる。これは、建設的干渉及び相殺的干渉の細部を変化させ、異なる応答曲線でＱＥがピークとなる波長に僅かな差異を生じさせる。ピーク位置の差異は、傾斜角の増大に伴って更に増大する。このイメージャがカメラシステム内に配置されるとき、画素アレイの中心にある主光線は法線入射であるが、アレイのエッジ近傍では主光線の角度が３０°を超え得る。応答曲線は傾斜角に依存するので、これは、常に補正することが容易であるわけでない画像を横切っての色ズレ（色相シフト）をもたらす。
【００２２】
入射光の傾斜角の変化に伴う色相シフトを最小化するための手法が幾つか存在する。１つの手法は、より多くの高低差を用いてバイナリー光学経路グレーティングを精緻化し、この精緻化されたシステムを最適化するものである。これは、透明層内により多くの取り得る高さを設けるために、より多くのエッチングを必要とする。この精緻化はまた、画素を複数のサブピクセル領域に分割することを伴う。例えば、８つの取り得る高さが存在し、且つ各画素が１６個の正方形の小領域に分割される場合を検討する。これは、４画素では、５１２の自由度を光学スタックに与える。数値シミュレーションを用いて、或る範囲の波長に対して全てのケースをモデル化し、４画素の良好な色分解が得られ且つ色相シフトが最小化されるようにシステムを最適化することができる。しかしながら、色相シフトを最小化することをシステムに強いることは、各画素上の光学経路を同一にすることを強いることと同じである。この問題に対する解決策は、シリコン表面のすぐ上に焦点を有するマイクロレンズのように見えるものである。バイナリー光学技術を用いてマイクロレンズのような構造を作り出す代わりに、単純に一連の連続したマイクロレンズを作り出すことは一層容易である。
【００２３】
図１１は、図１０の光学経路グレーティングと同様の光学経路グレーティングを示しており、画素間の光学経路差はΔ１２５０であり、各画素上にマイクロレンズ１２１０が存在している。この新たな構造は、傾斜角の変化に伴う色相変化に関して、より良好な性能を有する。
【００２４】
図１２−１６は、図１１に示したようなマイクロレンズの形状をした湾曲表面を有する光学経路グレーティングを製造する一手法を示している。なお、図１２−１６は、これらの図では直接的に示さないが図１０、１１、１７及び／又は１８で示した符号によって参照して、Δ変化を記述する。以下にて説明する手順は、ベイヤーＣＦＡのリソグラフィ工程より少ない数のリソグラフィ工程のみを必要とする。図１２ａは、カラーカーネルの画素３０３及び３０４を通る断面の４つの画素を示し、図１２ｂは、カラーカーネルの画素３０１及び３０２を通る断面の４つの画素を示している。活性層４２０内のデバイスの製造は完了しており、裏面照射型イメージャは薄化されている。活性層４２０の照射側に、Ｄより大きい厚さの二酸化シリコン又はその他の透明層３００が成長あるいは堆積されている。層３００の頂部は、パターニングされたマイクロレンズアレイ１０２５である。このマイクロレンズアレイを製造する方法は、マイクロギャップパターニング、リフロー及びグレイスケールフォトリソグラフィを含め、多数存在する。
【００２５】
図１３ａ−１３ｂは、マイクロレンズ表面を透明層材料に転写する１：１の指向性のエッチング後の二酸化シリコン層３００を示している。マイクロレンズのエッジにおける層３００の厚さはＤである。レジスト層１０２０が、イメージアレイの一部に塗布され、画素３０１及び３０２がレジスト１０２０で覆われるようにパターニングされる。このパターンは、画素３０３及び３０４内の透明層３００を露出させる。露出された透明層３００は２Δ１０３０の厚さエッチングされる。
【００２６】
図１４ａ−１４ｂは共に、透明層の２Δ１０３０の厚さが、前段落にて説明したようにエッチング除去された後の断面図を示している。
【００２７】
図１５ａ−１５ｂは、パターニングされたレジスト１０２０が、前段落で説明したように第１のエッチングで除去された後の、当該プロセスにおける次工程を示している。第２のレジスト層１０４０がイメージアレイに塗布され、パターニングされる。このパターンは、画素３０１、３０３内の透明層３００を露出させ、画素３０２及び３０４内の透明層３００を覆う。露出された透明層はエッチング除去される。
【００２８】
図１６ａ−１６ｂは共に、透明層のΔ１０５０の厚さが、前段落にて説明したようにエッチング除去された後の断面図を示している。レジスト１０４０（図１５）は除去されている。透明層の最終的な厚さは、画素３０２、３０１、３０４及び３０３に関して、それぞれ、Ｄ、Ｄ−Δ、Ｄ−２Δ、及びＤ−３Δである。
【００２９】
図１１の光学経路グレーティングは、図１０の光学経路グレーティングより優れた色相シフト性能を有するが、透明材料は１００％透明であるわけではないので、角度が急になると、透明材料の最も高いピラー（画素３０２）が、より短いピラー群（画素３０１、３０４及び３０３）の上に影を落とすことになる。このシャドーイングは、光学経路長の変化を根本的要因とする色相シフトに代えて、短めの画素上の光強度の低下を根本的要因とする色相シフトを生じさせる。
【００３０】
図１７は、シャドーイング及び光学経路長の差異に起因する色相シフトを最小化する一手法を示している。元の光学経路グレーティング３００とマイクロレンズ１４３０との間に、第２の透明材料１３２０が挿入されている。カラーカーネル内の異なる画素間の光学経路差を維持するため、２つの材料（３００及び１３２０）の屈折率は異ならなければならない。マイクロレンズアレイ１４３０は、層１３２０の平坦な表面の頂部に配置されている。平面的なマイクロレンズアレイにより、シャドーイングに起因する問題が排除される。
【００３１】
最後に、図１８は、マイクロレンズ１５３０のサイズが、個々の画素（３０１、３０２、３０３及び３０４）ではなく、カラーカーネルのサイズに等しいことを除いて、図１７と同様の構造を示している。これは、各マイクロレンズ１５３０からの光束を各光学グレーティングブロック（３０１、３０２、３０３及び３０４）を通るように合焦することで、色相シフトが更に低減されるという利点を有する。
【００３２】
図１９は、本発明に係るイメージセンサアレイ４０１とともに使用され得る撮像システムのブロック図である。撮像システム１２００は、デジタルカメラ付き電話１２０２及び計算装置１２０４を含んでいる。デジタルカメラ付き電話１２０２は、本発明を組み入れたイメージセンサを使用することができる画像捕捉装置の一例である。例えばデジタルスチルカメラ及びデジタルビデオカメラなどの他の種類の画像捕捉装置も、本発明とともに使用され得る。
【００３３】
デジタルカメラ付き電話１２０２は、本発明に従った一実施形態において、可搬式、手持ち式、電池駆動の装置である。デジタルカメラ付き電話１２０２は、メモリ１２０６に格納されるデジタル画像を作り出す。メモリ１２０６は、例えば、内蔵フラッシュＥＰＲＯＭメモリ、又は取り外し可能なメモリカードとし得る。代替的に、メモリ１２０６を実装するために、例えば磁気ハードドライブ、磁気テープ又は光ディスクなど、他の種類のデジタル画像記憶媒体も使用され得る。
【００３４】
デジタルカメラ付き電話１２０２はレンズ１２０８を用いて、シーン（図示せず）からの光の焦点を、アクティブピクセルセンサ１２１２のイメージセンサアレイ４０１上に合わせる。イメージセンサアレイ４０１は、本発明に従った一実施形態において、ベイヤーカラーフィルタパターンを用いてカラー画像情報を提供する。イメージセンサアレイ４０１は、タイミング発生器１２１４によって制御される。タイミング発生器１２１４はまた、周囲照明が暗いとき、シーンを照明するためにフラッシュ１２１６を制御する。
【００３５】
イメージセンサアレイ４０１から出力されるアナログ出力信号は、増幅され、且つアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路１２１８によってデジタルデータに変換される。デジタルデータは、バッファメモリ１２２０に格納された後、デジタルプロセッサ１２２２によって処理される。デジタルプロセッサ１２２２は、フラッシュＥＰＲＯＭメモリとし得るファームウェアメモリ１２２４に格納されたファームウェアによって制御される。デジタルプロセッサ１２２２は実時間クロック１２２６を含んでおり、該クロックは、デジタルカメラ付き電話１２０２及びデジタルプロセッサ１２２２が低電力状態にあるときであっても日付及び時間を保持する。処理されたデジタル画像ファイルはメモリ１２０６に格納される。メモリ１２０６はまた、例えば、音楽ファイル（例えば、ＭＰ３ファイル）、呼び出し音、電話番号、カレンダー、及びやることリストなど、他の種類のデータを格納してもよい。
【００３６】
本発明に従った一実施形態において、デジタルカメラ付き電話１２０２は静止画を捕捉する。デジタルプロセッサ１２２２は、カラー補間とそれに続く色・階調補正とを実行して、レンダリングされるｓＲＧＢ画像データを作り出す。レンダリングされるｓＲＧＢ画像データは、画像ファイルとして圧縮されてメモリ１２０６に格納される。単なる例として、画像データは、既知の“Ｅｘｉｆ”画像フォーマットを使用するＪＰＥＧフォーマットに準拠して圧縮され得る。このフォーマットは、特定の画像メタデータを様々なＴＩＦＦタグを用いて記憶するＥｘｉｆアプリケーションセグメントを含んでいる。例えば、写真が撮影された日付及び時間、レンズのｆ値、並びにその他のカメラ設定を記憶するために、また、画像の見出しを記憶するために、別々のＴＩＦＦタグが用いられ得る。
【００３７】
デジタルプロセッサ１２２２は、本発明に従った一実施形態において、ユーザによって選択される異なる画像サイズを作り出す。１つのそのようなサイズは、低解像度の“サムネイル”サイズ画像である。サムネイルサイズ画像を生成することは、Kuchta等への“Electronic  Still  Camera  Providing  Multi-Format  Storage  Of  Full  And  Reduced  Resolution  Images”なるタイトルの米国特許第５１６４８３１号に記載されている。サムネイル画像は、ＲＡＭメモリ１２２８に格納され、例えばアクティブマトリクス型ＬＣＤ又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）とし得るディスプレイ１２３０に供給される。サムネイルサイズ画像を生成することは、撮影した画像をカラーディスプレイ１２３０上で素早く閲覧することを可能にする。
【００３８】
本発明に従った他の一実施形態において、デジタルカメラ付き電話１２０２はまた、ビデオクリップを作り出して格納する。ビデオクリップは、イメージセンサアレイ４０１の複数の画素を共に足し合わせて（例えば、イメージセンサアレイ４０１の各４カラム×４ロウの領域内の同一色の画素を足し合わせる）、より低解像度のビデオ画像フレームを作成することによって生成される。ビデオ画像フレームは、例えば毎秒１５フレームの読み出し速度を用いて、規則的な間隔でイメージセンサアレイ４０１から読み取られる。
【００３９】
音声コーデック１２３２が、デジタルプロセッサ１２２２に接続され、マイク（Ｍｉｃ）１２３４から音声信号を受信する。音声コーデック１２３２はまた、音声信号をスピーカ１２３６に提供する。これらの構成要素は、電話での会話と、ビデオシーケンス又は静止画とともに音声トラックの記録及び再生を行うこととの双方に使用される。
【００４０】
スピーカ１２３６は、本発明に従った一実施形態において、電話の着信をユーザに知らせるためにも使用される。これは、ファームウェアメモリ１２２４に格納された標準呼び出し音を用いて、あるいは携帯電話ネットワーク１２３８からダウンロードされてメモリ１２０６に格納されたカスタム呼び出し音を用いて行われ得る。さらに、電話の着信の無音（例えば、聞き取れない）通知を提供するために、バイブレーション装置（図示せず）が用いられてもよい。
【００４１】
デジタルプロセッサ１２２２は無線モデム１２４０に接続されている。無線モデム１２４０は、デジタルカメラ付き電話１２０２が無線周波数（ＲＦ）チャネル１２４２を介して情報の送信及び受信を行うことを可能にする。無線モデム１２４０は、例えば３ＧＳＭネットワークなどの別のＲＦリンク（図示せず）を用いて、携帯電話ネットワーク１２３８と通信する。携帯電話ネットワーク１２３８は、デジタルカメラ付き電話１２０２からアップロードされたデジタル画像を格納する写真サービスプロバイダ１２４４と通信する。これらの画像は、インターネット１２４６を介して、計算装置１２０４を含むその他の装置によってアクセスされる。携帯電話ネットワーク１２３８はまた、本発明に従った一実施形態において、通常の電話サービスを提供するために、標準電話ネットワーク（図示せず）に接続される。グラフィカルユーザインタフェース（図示せず）がディスプレイ１２３０上に表示され、ユーザ制御１２４８によって制御される。ユーザ制御部１２４８は、本発明に従った実施形態において、電話番号をダイヤルするための専用プッシュボタン（例えば、電話キーパッド）、モード（例えば、“電話”モード、“カレンダー”モード、“カメラ”モード）を設定するための制御具、４方向制御（上、下、左、右）と中央のプッシュボタン“ＯＫ”若しくは“選択”スイッチとを含むジョイスティックコントローラを含む。
【００４２】
ドック１２５１は、デジタルカメラ付き電話１２０２内の電池（図示せず）を再充電する。ドック１２５１は、ドックインタフェース１２５２を介してデジタルカメラ付き電話１２０２を計算装置１２０４に接続する。ドックインタフェース１２５２は、本発明に従った一実施形態において、例えばＵＳＢインタフェースなどの有線インタフェースとして実装される。代替的に、本発明に従った他の実施形態において、ドックインタフェース１２５２は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ又はＩＥＥＥ８０２．１１ｂ無線インタフェースなどの無線インタフェースとして実装される。ドックインタフェース１２５２は、メモリ１２０６から計算装置１２０４に画像をダウンロードするために使用される。ドックインタフェース１２５２はまた、計算装置１２０４からデジタルカメラ付き電話１２０２内のメモリ１２０６にカレンダー情報を転送するために使用される。
【符号の説明】
【００４３】
１００    ベイヤーＣＦＡパターン
１０１    緑色フィルタ
１０２    赤色フィルタ
１０３    青色フィルタ
１０４    緑色フィルタ
１０５    ベイヤーカラーカーネル
１１２    赤色光の実効的な開口（アパーチャ）
２００    フォトダイオード注入
２０１    転送ゲート
２０２    リセットゲート
２０３    ソースフォロアトランジスタ
２０４    出力
２０５    浮遊拡散層
２１０    側壁アイソレーション
２１１    Ｎドーピング層
２１２    ピニング注入
２１３    リセットドレイン
２２０    活性層
２２１    誘電体層
２２２    反射防止層
２３０    ＣＦＡ層
２５０    法線入射光
３００    透明層
３０１    緑／青色画素
３０２    赤色画素
３０３    青色画素
３０４    緑／赤色画素
３１０    カラーカーネル
３５０    コンタクト
４００    ピン止めフォトダイオード
４０１    イメージセンサアレイ
４０１    転送ゲート
４０２    リセットゲート
４０３    バッファ
４０４    ソースフォロア出力
４０４    金属配線
４０４    注入領域
４０５    注入領域
４０５    変換領域
４０５    浮遊拡散層
４１０    側壁アイソレーション
４１２    ピニング層
４１３    リセットドレイン
４２０    活性層
５０１    緑色応答曲線
５０２    赤色応答曲線
５０３    青色応答曲線
５０４    緑色応答曲線
６０１    緑／青色応答曲線
６０２    赤色応答曲線
６０３    青色応答曲線
６０４    緑／赤色応答曲線
７０１    ４７０ｎｍ光の強度ピーク領域
７０２    ６５０ｎｍ光の強度ピーク領域
７０３    ４２０ｎｍ光の強度ピーク領域
７０４    ５９０ｎｍ光の強度ピーク領域
１０１０  画素３０３及び３０４を通る断面
１０１１  画素３０１及び３０２を通る断面
１０２０  パターニングされたレジスト層
１０２５  パターニングされたマイクロレンズアレイ
１０３０  透明層のエッチング量
１０４０  第２のパターニングされたレジスト層
１０５０  透明層のエッチング量
１２００  撮像システム
１２０２  撮像装置
１２０４  計算装置
１２０６  メモリ
１２０８  レンズ
１２１０  マイクロレンズ
１２１２  アクティブピクセルセンサ
１２１４  タイミング発生器
１２１６  フラッシュ
１２１８  アナログ／デジタル変換器
１２２０  バッファメモリ
１２２２  プロセッサ
１２２４  ファームウェア
１２２６  クロック
１２２８  ＲＡＭ
１２３０  ディスプレイ
１２３２  音声コーデック
１２３４  マイク
１２３６  スピーカ
１２３８  ネットワーク
１２４０  無線モデム
１２４２  接続
１２４４  サービスプロバイダ
１２４６  インターネット
１２４８  ユーザ制御
１２５０  画素間での透明層厚さの差
１２５１  ドック
１２５２  インタフェース
１３２０  第２の透明材料層
１４３０  マイクロレンズ
１５３０  マイクロレンズ
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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