固體圖像拍攝元件以及圖像拍攝裝置的製作方法

2023-06-02 01:47:21 2

專利名稱：固體圖像拍攝元件以及圖像拍攝裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及固體圖像拍攝元件以及圖像拍攝裝置。
背景技術：
近年來，使用CCD或CMOS等的固體圖像拍攝元件(以下，有時稱為「圖像拍攝元件」)的數位照相機或數碼圖像拍攝機的高功能化和高性能化吸引了眾多的目光。由於半導體製造技術的迅速進步，固體圖像拍攝元件的像素結構的細微化不斷發展。其結果是，實現了固體圖像拍攝元件的像素以及驅動電路的高集成化，並且作為圖像拍攝元件也實現了進一步的高性能化。特別是最近，還開發出了一種使用不是在形成固體圖像拍攝元件的布線的面(表面)的一側，而是在背面側接收光的背面照射型(backside illumination)的圖像拍攝元件的照相機，其特性等引人注目。在通常的圖像拍攝元件中，由於在具有布線等的表面側接收光，因此，由於表面側的結構複雜從而產生光損耗等問題。但是，在背面照射型的圖像拍攝元件中，因為在受光部上沒有特別遮光的部件，因此，幾乎不會產生由元件結構引起的光損耗。例如，專利文獻1中公開了這種背面照射型的固體圖像拍攝元件。專利文獻2公開了在背面照射型的圖像拍攝元件中的光電轉換部的側壁上設置反射膜，利用該像素高效率地進行光電轉換的技術。專利文獻3介紹了一種在光敏部的後側設置反射層，利用反射層將通過光電轉換部的入射光進行反射，以提高光電轉換效率的技術。背面照射型的圖像拍攝元件如專利文獻4所示，在製作以往的表面側受光的圖像拍攝元件之後，將基板與表面側粘接，並對背面側進行削磨直到光敏部能接收光的程度。專利文獻1 JP特開2005-347709號公報專利文獻2 JP特開2006-80457號公報專利文獻3 JP特開2006-54262號公報專利文獻4 JP特開平6-326293號公報無論是表面照射型還是背面照射型，都用固體圖像拍攝元件的表面以及背面中的一方進行圖像拍攝。

發明內容
本發明是鑑於上述課題而實現的發明，其目的是提供一種在圖像拍攝元件的表面側和背面側使用各自的像素進行圖像拍攝的固體圖像拍攝元件以及圖像拍攝裝置。本發明的固體圖像拍攝元件具有半導體層，其具有第一面和位於上述第一面的相反側的第二面；多個光敏單元，在上述半導體層中的上述第一面與上述第二面之間以二維狀排列；多個微聚光透鏡的第一陣列，配置在上述第一面一側，分別向包括在上述多個光敏單元中的第一光敏單元組中的各光敏單元聚光；和多個微聚光透鏡的第二陣列，配置在上述第二面一側，分別向包括在與上述多個光敏單元中的上述第一光敏單元組不同的第二光敏單元組中的各光敏單元聚光。
在一實施方式中，上述多個光敏單元以行和列狀排列，包括在上述第一光敏單元組中的光敏單元和包括在上述第二光敏單元組中的光敏單元在行以及列的方向上交替排列。在一實施方式中，上述多個光敏單元分別位於具有長方形的形狀的多個像素區域內。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的各微聚光透鏡具有菱形的形狀。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的各微聚光透鏡具有菱形的形狀。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的各微聚光透鏡具有長方形的形狀。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的微聚光透鏡的排列間距是上述多個像素區域的排列間距的2倍。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的各微聚光透鏡具有上述多個像素區域的各面積的2倍的面積。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的微聚光透鏡的排列間距是上述多個像素區域的排列間距的2倍。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的各微聚光透鏡具有上述多個像素區域的各面積的2倍的面積。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的微聚光透鏡的排列通過平行移動與包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的微聚光透鏡的排列重合。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的微聚光透鏡的排列不會通過平行移動與包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的微聚光透鏡的排列重合。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的微聚光透鏡的面積與包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的微聚光透鏡的面積不同。在一實施方式中，上述多個光敏單元以相鄰的行在行方向上移動半個間距的方式排列，包括在上述第一光敏單元組中的光敏單元與包括在上述第二光敏單元組中的光敏單元屬於不同的行。在一實施方式中，上述多個光敏單元分別位於具有菱形的形狀的多個像素區域內。在一實施方式中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一以及第二陣列中的各微聚光透鏡具有長方形的形狀。本發明的圖像拍攝裝置具有固體圖像拍攝元件和在上述固體圖像拍攝元件中入射光的光學系統，上述固體圖像拍攝元件具有半導體層，其具有第一面和位於上述第一面的相反側的第二面；多個光敏單元，在上述半導體層中的上述第一面與上述第二面之間以二維狀排列；多個微聚光透鏡的第一陣列，配置在上述第一面一側，分別向包括在上述多個光敏單元中的第一光敏單元組中的各光敏單元聚光；和多個微聚光透鏡的第二陣列，配置在上述第二面一側，分別向包括在與上述多個光敏單元中的上述第一光敏單元組不同的第二光敏單元組中的各光敏單元聚光，上述光學系統將來自被攝體的光照射到上述第一陣列以及上述第二陣列。(發明效果)本發明的固體圖像拍攝元件是兩面照射型，並且，設置在第一面一側的微聚光透鏡聚光的光敏單元與設置在第二面一側的微聚光透鏡聚光的光敏單元不同。因此，能用表面以及背面兩個面同時獲取不同的圖像。通過在表面以及背面改變微聚光透鏡的排列方式，能在表面以及背面改變圖像拍攝採樣的位置以及頻率。


圖IA是表面照射型的固體圖像拍攝元件的剖視圖。圖IB是背面照射型的固體圖像拍攝元件的剖視圖。圖2是示意性表示在本發明使用的兩面照射型的固體圖像拍攝元件的構成例的剖視圖。圖3是本發明的實施方式1的固體圖像拍攝元件的表面側俯視圖。圖4是本發明的實施方式1的固體圖像拍攝元件的背面側俯視圖。圖5A是圖3的固體圖像拍攝元件的AA線剖視圖。圖5B是圖3的固體圖像拍攝元件的BB線剖視圖。圖6是表示本發明的實施方式1的固體圖像拍攝裝置的像素區域的尺寸的俯視圖。圖7是本發明的實施方式1的圖像拍攝裝置的構成圖。圖8是本發明的實施方式2的圖像拍攝元件的俯視構成圖。圖9是本發明的實施方式3的圖像拍攝元件的俯視構成圖。圖IOA是本發明的實施方式3的圖像拍攝元件的表面側俯視圖。圖IOB是本發明的實施方式3的圖像拍攝元件的背面側俯視圖。圖11是本發明的實施方式4的圖像拍攝裝置的構成圖。圖12是本發明的實施方式4的光分支圖像拍攝部的構成圖。
具體實施例方式首先，參照圖IA以及圖IB對以往的固體圖像拍攝元件的基本構成例進行說明。 圖IA表示表面照射型的固體圖像拍攝元件的剖視構成例，圖IB表示背面照射型的固體圖像拍攝元件的剖視構成例。圖IA的固體圖像拍攝元件具有半導體層100，其具有第一面(表面)IOOa和位於第一面IOOa的相反側的第二面(背面)100b;和多個光敏單元la、lb、lc、…，在半導體層100的第一面IOOa與第二面IOOb之間以二維狀排列。在半導體層100的第一面(表面)IOOa—側形成將光敏單元la、lb、lc、···與未圖示的驅動電路進行連接的布線5。另外， 在半導體層100的第一面IOOa—側具有用於向各光敏單元la、lb、lc、…聚光的多個微聚光透鏡的陣列200。在表面照射型的情況下，光從第一面IOOa入射到光敏單元la、lb、lc、…。圖IB的固體圖像拍攝元件也具有半導體層100，其具有第一面(表面)IOOa和位於第一面IOOa的相反側的第二面(背面)100b;和多個光敏單元la、lb、lc、…，在半導體層100的第一面IOOa與第二面IOOb之間以二維狀排列。但是，該半導體層100比圖IA 所示的半導體層100薄，並被設計成從第二面IOOb入射的光有效地入射到光敏單元la、lb、 lc、…。在背面照射型的情況下也在半導體層100的第一面100a—側形成布線5。但是， 在半導體層100的第一面IOOa —側未設置用於向各光敏單元la、lb、lc、…聚光的多個微聚光透鏡的陣列200，取而代之，而是在第二面IOOb —側設置用於向各光敏單元la、lb、 lc、…聚光的多個微聚光透鏡的陣列300。參照圖2對本發明的固體圖像拍攝元件的基本構成的例子進行說明。圖2示意性地表示本發明的固體圖像拍攝元件的一個例子的剖視結構。圖2的固體圖像拍攝元件具有半導體層100，其具有第一面(表面)IOOa和位於第一面IOOa的相反側的第二面(背面)100b;和多個光敏單元la、lb、lc、…，在半導體層100的第一面IOOa與第二面IOOb之間以二維狀排列。在半導體層100的第一面(表面)IOOa—側形成將光敏單元la、lb、lc、…與未圖示的驅動電路進行連接的布線5。在本實施方式中，在半導體層100的第一面IOOa—側設有微聚光透鏡的第一陣列 200 ；在第二面IOOb —側設有微聚光透鏡的第二陣列300。微聚光透鏡的第一陣列200並不是向各光敏單元la、lb、lc、…聚光，而是向一部分的光敏單元(在圖2中是「光敏單元 lb」)聚光。另一方面，微聚光透鏡的第二陣列300向光敏單元la、lb、lc、…中的微聚光透鏡的第一陣列200不聚光的其他的光敏單元(在圖2中是「光敏單元la、lc」)聚光。以下，對本發明的實施方式進行說明。對所有附圖中公共的技術特徵標註相同的參考標號，說明書中的標號也共同使用。(實施方式1)首先，參照附圖3、4、5A以及5B對本發明的固體圖像拍攝元件的第一實施方式進行說明。圖3是本實施方式的固體圖像拍攝元件的表面側的平面俯視布局圖。圖4是其背面側的俯視布局圖。圖5A是圖3的A-A線剖視圖，圖5B是圖3的B-B線剖視圖。如圖5A以及圖5B所示，本實施方式的固體圖像拍攝元件具有半導體層100，其具有第一面(表面)IOOa和位於第一面IOOa的相反側的第二面(背面)IOOb ；和多個光敏單元la、lb、lc、…，在半導體層100的第一面IOOa與第二面IOOb之間以二維狀排列。光敏單元la、lb、lc、…是典型的光電二極體，是通過在半導體層100中擴散雜質而形成的。 光敏單元la、lb、lc、…分別通過光電轉換而生成與入射光的量(光量)相應的電荷。在半導體層100的第一面IOOa —側形成將光敏單元la、lb、lc、…與未圖示的驅動電路進行連接的布線5。在現實的固體圖像拍攝元件中，在半導體層100的內部或表面上形成開關電晶體等的元件(未圖示)。用於從光敏單元la、lb、lc、…中讀出電荷的信號的構成以及方法是眾所周知的，因此，在此省略其詳細的說明。在半導體層100的第一面IOOa—側設有覆蓋布線5的透明材料層6。在透明材料層6上形成微聚光透鏡的第一陣列200。在第一陣列200上隔著由折射率低於透鏡材料的材料形成的透明層7設有透明基板8。在半導體層100的第二面IOOb —側設有微聚光透鏡的第二陣列300。微聚光透鏡的第一陣列200的俯視布局如圖3所示。在圖3中，為了簡化，記載了 包括在微聚光透鏡的第一陣列200中的4個透鏡h、2b、2c和2d ；以及包括在光敏單元陣列中的9個光敏單元la、lb、lc、…、li。在現實的微聚光透鏡的第一陣列200中包括多個透鏡，在現實的光敏單元陣列中包括多個光敏單元。在本實施方式中，多個光敏單元la、 lb、lc、…、Ii呈行或列狀排列。由圖3可知，透鏡2a、2b、2c、2d分別向光敏單元lb、ld、lf、lh聚光。因此，9個光敏單元la、lb、lc、…、Ii中的一部分，即只有包括在第一光敏單元組中的光敏單元從第一面IOOa被光照射。在圖3中，從表面側接收光的光敏單元lb、ld、lf、lh用斜線的陰影線表
7J\ ο另一方面，在半導體層100的第二面IOOb —側設置的微聚光透鏡的第二陣列300 的俯視布局如圖4所示。在圖4中，為了簡化，記載了 包括在微聚光透鏡的第二陣列300中的5個透鏡3a、3b、3c、3d和3e ；以及包括在光敏單元陣列中的9個光敏單元la、lb、lc、…、 Ii0由圖4可知，透鏡3a、3b、3c、3d以及分別向光敏單元la、lc、le、lg和Ii聚光。因此，9個光敏單元la、lb、lc、…、Ii中的其他的部分，即只有包括在第二光敏單元組中的光敏單元從第二面IOOb被光照射。在圖4中，從背面側接收光的光敏單元la、lC、le、lg和Ii 用斜線的陰影線表示。如上所述，在本實施方式中，包括在第一光敏單元組中的光敏單元lb、ld、lf、lh 和包括在第二光敏單元組中的光敏單元la、lc、le、lg、li在行以及列的方向上交替排列， 形成棋盤形圖案。通過對圖3以及圖4進行對比可知，微聚光透鏡的第一陣列200通過平行移動與微聚光透鏡的第二陣列300重合。接下來，參照圖6。圖6是與圖3對應的圖，為了簡化，省略了透鏡加以外的透鏡。 在圖6中記載了劃分光敏單元1&、讓、1^"、11的虛線。交叉的虛線形成的長方形(包括正方形)的各邊在像素之間的中間，位於像素的邊界。通過該虛線劃分的1個區域相當於 「像素區域」，像素區域的X方向的尺寸用「H」表示，Y方向的尺寸用「V」表示。因此，水平方向的像素間距為「H」，垂直方向的像素間距為「V」。像素區域的形狀不局限於長方形，也可以是正方形、菱形、六角形和八角形。另外，光敏單元的形狀無需與像素區域的形狀相似。 光敏單元的尺寸為像素區域的尺寸以下。上述「像素區域」具有根據光敏單元的排列間距來決定的尺寸。在本發明的實施方式中，微聚光透鏡的第一陣列200以及第二陣列300中所包括的各透鏡具有大於上述「像素區域」的尺寸。如圖6所示，微聚光透鏡的形狀為菱形，在從垂直的方向觀察圖像拍攝面時，微聚光透鏡的外緣與各像素區域的外緣外接。微聚光透鏡的面積是像素區域的面積的2 倍。在本實施方式的固體圖像拍攝元件的表面側接收光的像素的個數為像素的總數的1/2。 從表面側接收光的像素的配置構成根據微聚光透鏡的配置關係來規定，因此，在本實施方式中，在水平以及垂直方向上實現「像素錯開」。從圖4可知，這種構成在背面側也相同。在本實施方式中，微聚光透鏡的面積大於微聚光透鏡聚光的像素區域的面積，覆蓋與進行聚光的像素區域相鄰的像素區域的一部分。在此，關注圖6所示的微聚光透鏡加以及光敏單元lb。微聚光透鏡加覆蓋了與光敏單元Ib相鄰的光敏單元(例如光敏單元 IaUc)的一部分。因此，微聚光透鏡加能將入射到與光敏單元Ib相鄰的光敏單元(例如光敏單元la、lc)的光的一部分聚光於光敏單元lb。在本實施方式中，由於微聚光透鏡加的作用，光敏單元Ib的聚光區域已擴大為2倍。在這個意義上，可以說微聚光透鏡加將光敏單元Ib所涉及的像素區域的面積實際擴大為2倍的面積。這樣一來，根據本實施方式，能通過微聚光透鏡的陣列200實際變更像素排列。另外，如圖3以及圖4所示，微聚光透鏡的排列間距大於像素區域的排列間距(光敏單元的排列間距)，是其2倍。在本實施方式中，根據上述微聚光透鏡和作為像素的光敏單元的配置關係，能在圖像拍攝元件的表面側和背面側同時獲得不同的圖像，而且在各自的面上實現了像素錯開的構成。因此，雖然在表面側的圖像拍攝中所使用的像素數是所有像素數的1/2，但在水平以及垂直方向上的解析度不會變差。而且，由於微聚光透鏡的面積是像素區域的2倍，因此，感光度成為2倍。同樣，雖然在背面側的圖像拍攝中所使用的像素數是所有像素數的 1/2，但在水平以及垂直方向上的解析度不會變差。而且，由於微聚光透鏡的面積是像素區域的2倍，因此，感光度成為2倍。接下來，對使用上述圖像拍攝元件的圖像拍攝裝置的實施方式進行說明。圖7表示本實施方式中的圖像拍攝裝置的構成。圖7所示的圖像拍攝裝置是具有2個透鏡9和上述固體圖像拍攝元件11的雙視野照相機。2個透鏡9的間隔為例如1 20釐米。2個反射鏡10分別將透過2個透鏡9 的光引導到固體圖像拍攝元件11的表面以及背面。在固體圖像拍攝元件11中同時入射具有視差的圖像，對應的光敏單元組進行光電轉換。根據本實施方式，從不同角度觀察到的被攝體的圖像能利用1個固體圖像拍攝元件11同時獲取。該圖像拍攝裝置具有信號生成及像素信號接收部12、元件驅動部13、視頻信號生成部14和視頻接口部15。信號生成及像素信號接收部12生成用於驅動圖像拍攝元件11的基本信號，並接收來自固體圖像拍攝元件11的圖像信號。元件驅動部13從信號生成及像素信號接收部12 接收用於驅動固體圖像拍攝元件11的基本信號，並生成用於驅動固體圖像拍攝元件11的信號。視頻信號生成部14接收來自信號生成及像素信號接收部12的圖像信號，並生成視頻信號。視頻接口部15向外部輸出視頻信號。在具有圖7所示的構成的本實施方式的圖像拍攝裝置中，2個透鏡9通過反射鏡 10在固體圖像拍攝元件11的表面和背面這兩個面上分別形成被攝體的圖像。由2個透鏡 9中的一方形成的圖像通過屬於固體圖像拍攝元件11的第一光敏單元組的光敏單元的光電轉換而生成第一圖像信號。同樣，由2個透鏡9中的另一個形成的圖像通過屬於固體圖像拍攝元件11的第二光敏單元組的光敏單元的光電轉換而生成第二圖像信號。各自的圖像信號通過信號生成及像素信號接收部13被輸入到視頻信號生成部 14。在視頻信號生成部14中生成2個視頻信號。生成的2個視頻信號分別經視頻接口部被作為具有視差的影像信息而輸出到外部。被輸出的圖像分別是由圖像拍攝元件的一半的像素製成的。但是，由於具有像素錯開的構成，因此，水平以及垂直方向的解析度不會變差， 能作為確保畫質質量的雙視野照相機圖像使用。根據如上所述的本實施方式，在兩面照射型的固體圖像拍攝元件中，在長方形的像素區域的表面和背面這兩個面上對應配置菱形的微聚光透鏡。通過使它們的面積比為 1 2，能在固體圖像拍攝元件的各個面上實現像素錯開的構成。其結果是，能作為不同的圖像，而且以解析度不會變差的高品質獲得感光度高的圖像。而且，如果使用這種兩面照射型的固體圖像拍攝元件，則能以1個固體圖像拍攝元件實現雙視野照相機的功能。
本發明的圖像拍攝裝置不局限於雙視野立體圖像拍攝機，只要能獲取2個圖像， 可以是任意的圖像拍攝裝置。(實施方式2)接下來，參照圖8對本發明的圖像拍攝元件的第2實施方式進行說明。圖8是對本實施方式中的像素與微聚光透鏡的配置關係進行了表示的圖像拍攝元件的表面側俯視圖。在本實施方式中，光敏單元1以及像素區域4的形狀都是菱形。相比之下，設置在固體圖像拍攝元件的表面側的微聚光透鏡2以及設置在固體圖像拍攝元件的背面側的微聚光透鏡3的形狀都是長方形。在本實施方式中，針對菱形的像素區域，微聚光透鏡為長方形。微聚光透鏡2、3與像素區域4外接。它們的面積比為1 2。在固體圖像拍攝元件的表面側和背面側接收光的像素的數量分別是整體像素數的1/2。沿著行方向排列的像素在1條直線上，沿著列方向排列的像素也在1條直線上。艮口， 未實現像素錯開的配置。因此，與實施方式1的固體圖像拍攝元件相比，水平以及垂直方向的解析度降低。但是，由於接收來自圖像拍攝元件的表面側的光的像素與接收來自背面側的光的像素不同，因此，具有能在圖像拍攝元件的表面和背面分別進行圖像拍攝的效果。根據如上所述的本實施方式，在兩面照射型的圖像拍攝元件中，由於在菱形的像素區域的表面和背面這兩個面上對應配置長方形的微聚光透鏡，因此，能在圖像拍攝元件的表面和背面分別進行圖像拍攝。而且，通過配置具有各像素區域的面積的2倍面積的微聚光透鏡，使感光度成為2倍。(實施方式3)接下來，參照圖9、圖IOA以及圖IOB對本發明的固體圖像拍攝元件的第3實施方式進行說明。圖9是對本實施方式的像素與微聚光透鏡的配置關係進行了表示的圖像拍攝元件的表面側俯視圖。在該圖中也表示了設置在背面側的微聚光透鏡3aa。在圖9中，微聚光透鏡3aa的外形用虛線表示。微聚光透鏡3aa具有像素麵積的4倍的面積，從背面側聚光到光敏單元le。在表面側記載了微聚光透鏡h、2b和2c。這些微聚光透鏡加、2b和2c與實施方式1中的微聚光透鏡2a、2b和2c具有相同的構成。圖IOA是記載了本實施方式的固體圖像拍攝元件的表面側的比圖9還寬的範圍的俯視布局圖，圖IOB是與圖IOA對應的本實施方式的固體圖像拍攝元件的背面側的俯視布局圖。固體圖像拍攝元件的像素區域與實施方式1同樣具有長方形形狀。另一方面，設置在固體圖像拍攝元件的表面側的微聚光透鏡2的形狀是菱形。像素區域以及微聚光透鏡 2a、2b和2c的配置關係與實施方式1的情況相同。但是，固體圖像拍攝元件的背面側的微聚光透鏡3aa的面積是像素區域的4倍。該微聚光透鏡3aa只向全部像素的1/4的像素聚光。如上所述，在本實施方式中，表面側的微聚光透鏡2a、2b、2c、…的排列不會因為平行移動而與背面側的微聚光透鏡3aa的排列重合。通過對圖IOA和圖IOB進行比較可以明確，由於在表面側和背面側微聚光透鏡的排列模式不同，因此，可以在表面側和背面側使圖像拍攝採樣的空間頻率變化。
在本實施方式中，在固體圖像拍攝元件的表面側，雖然使用全部像素的1/2進行圖像拍攝，但是，由於微聚光透鏡2是以像素錯開的構成配置的，因此，能在解析度不變差的情況下進行圖像拍攝。而且，因為微聚光透鏡2a、2b和2c的面積是像素區域的2倍，所以，感光度成為2倍。另一方面，在圖像拍攝元件的背面側，由於使用全部像素的1/4進行圖像拍攝，因此，解析度在水平以及垂直方向上分別成為1/2。但是，由於微聚光透鏡3aa的面積是像素區域的面積的4倍，因此，感光度也成為4倍。在本實施方式中，除了能在固體圖像拍攝元件的表面和背面分別進行圖像拍攝，還能獲得解析度和感光度不同的圖像。根據如上所述的本發明的實施方式3，在兩面照射型的圖像拍攝元件中，通過在表面側將菱形的微聚光透鏡對應配置在長方形的像素區域，能獲得解析度不會變差並且感光度高的圖像。另外，通過在背面側配置相對於像素區域具有4倍的面積的微聚光透鏡，雖然解析度在水平以及垂直方向上分別成為1/2，但是具有能獲得感光度提高了 4倍的別樣圖像的效果。(實施方式4)接下來，參照圖11對本發明的圖像拍攝裝置的其他的實施方式進行說明。本實施方式的圖像拍攝裝置具有與實施方式1的圖像拍攝元件相同的圖像拍攝元件。本實施方式的圖像拍攝裝置是一個透鏡的圖像拍攝裝置。圖11的圖像拍攝裝置具有將來自透鏡9的光分支成2束，在兩面照射型的圖像拍攝元件11的表面側和背面側成像的光分支圖像拍攝部16，這一點與圖7的圖像拍攝裝置不同。本實施方式中的圖像拍攝裝置的其他的基本構成與實施方式1中的圖像拍攝裝置的構成相同。光分支圖像拍攝部16的構成例如圖12所示。半反射鏡17將來自透鏡9的光分成2束，並通過反射鏡10將被分開的各自的光入射到兩面照射型的圖像拍攝元件11。對光分支圖像拍攝部16進行調整，以便2個入射光以光學上相同的倍率在相同位置上成像。在本實施方式中，由於使用實施方式1的固體圖像拍攝元件，因此，能在固體圖像拍攝元件的表面側和背面側獲得不同的圖像。而且，能在水平以及垂直方向上獲得解析度不會變差的感光度為2倍的圖像。並且，由於使用了光分支圖像拍攝部16，因此，從固體圖像拍攝元件11獲得的2個圖像的位置只相差一個像素。如果將它們合成，則能在彼此傾斜的方向上的像素之間進行內插。即，能獲得傾斜方向上的解析度得到改善的1個圖像。由於入射到固體圖像拍攝元件11的光被分支成2束，因此，固體圖像拍攝元件11 的表面側以及背面側的各自的光量為入射到透鏡9的光的1/2。由於微聚光透鏡的面積是像素區域的面積的2倍，因此，受光量成為1倍，不會發生感光度的增減。根據以上所述的本實施方式，通過安裝使用半反射鏡的光分支圖像拍攝部，能以像素單位獲得圖像拍攝位置不同的2個圖像，並且通過將它們合成，能獲得傾斜方向上的解析度得到改善的圖像。在由於固體圖像拍攝元件的結構問題的緣故而使得光敏單元的表面側的受光量與背面側的受光量不同的情況下，優選改變配置在背面側的透明材料的透過率，調節表面和背面的受光量。雖然在上述實施方式中將光敏單元、像素區域設為長方形或菱形，但即使不完全是該形狀也能大體上獲得上述效果。對於微聚光透鏡的形狀也同喻而語。(產業上的可利用性)本發明的固體圖像拍攝裝置可以廣泛應用於包括數位照相機以及數碼圖像拍攝機的民用照相機、轉播用照相機以及工業用照相機。
附圖符號的說明
1、la、lb、lc、ld、le、lf、lg、lh、li.
圖像拍攝元件的光敏單元
2" 2a 3" 3a 4.. 5..
6.. 7.. 8.. 9..
10 11 12
13
14
15
16 17 100" 100a
微聚光透鏡
2b、2c、2d…設置在半導體層的表面側的微聚光透鏡微聚光透鏡
;3b、3C、3d、3e、3f、3aa…設置在半導體層的背面側的微聚光透鏡像素區域布線
透明材料層低折射率透明層透明基板透鏡反射鏡
兩面照射型的圖像拍攝元件信號生成及像素信號接收部元件驅動部
視頻信號生成部視頻接口部光分支圖像拍攝部半反射鏡 半導體層
半導體層的第一〖 IOOb…半導體層的第二〖 200…微聚光透鏡的第一 300…微聚光透鏡的第二
5 (表面) 5 (背面)
陣列(表面側微透鏡陣列) 陣列(背面側微透鏡陣列)
權利要求
1.一種固體圖像拍攝元件，具有半導體層，具有第一面和位於上述第一面的相反側的第二面；多個光敏單元，在上述半導體層中的上述第一面與上述第二面之間以二維狀排列；多個微聚光透鏡的第一陣列，配置在上述第一面一側，分別向包括在上述多個光敏單元中的第一光敏單元組中的各光敏單元聚光；和多個微聚光透鏡的第二陣列，配置在上述第二面一側，分別向包括在與上述多個光敏單元中的上述第一光敏單元組不同的第二光敏單元組中的各光敏單元聚光。
2.根據權利要求1所述的固體圖像拍攝元件，其中，上述多個光敏單元以行和列狀排列，包括在上述第一光敏單元組中的光敏單元和包括在上述第二光敏單元組中的光敏單元在行以及列的方向上交替排列。
3.根據權利要求2所述的固體圖像拍攝元件，其中，上述多個光敏單元分別位於具有長方形的形狀的多個像素區域內。
4.根據權利要求2或3所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的各微聚光透鏡具有菱形的形狀。
5.根據權利要求2至4中任意一項所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的各微聚光透鏡具有菱形的形狀。
6.根據權利要求3所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的各微聚光透鏡具有長方形的形狀。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的微聚光透鏡的排列間距是上述多個像素區域的排列間距的2倍。
8.根據權利要求7所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的各微聚光透鏡具有上述多個像素區域的各面積的2倍的面積。
9.根據權利要求1至6中任意一項所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的微聚光透鏡的排列間距是上述多個像素區域的排列間距的2倍。
10.根據權利要求9所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的各微聚光透鏡具有上述多個像素區域的各面積的2倍的面積。
11.根據權利要求1至10中任意一項所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的微聚光透鏡的排列通過平行移動與包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的微聚光透鏡的排列重合。
12.根據權利要求1所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的微聚光透鏡的排列不會通過平行移動與包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的微聚光透鏡的排列重合。
13.根據權利要求1所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一陣列中的微聚光透鏡的面積與包括在上述多個微聚光透鏡的第二陣列中的微聚光透鏡的面積不同。
14.根據權利要求1所述的固體圖像拍攝元件，其中，上述多個光敏單元以相鄰的行在行方向上移動半個間距的方式排列，包括在上述第一光敏單元組中的光敏單元與包括在上述第二光敏單元組中的光敏單元屬於不同的行。
15.根據權利要求14所述的固體圖像拍攝元件，其中，上述多個光敏單元分別位於具有菱形的形狀的多個像素區域內。
16.根據權利要求15所述的固體圖像拍攝元件，其中，包括在上述多個微聚光透鏡的第一以及第二陣列中的各微聚光透鏡具有長方形的形狀。
17.一種圖像拍攝裝置，具有固體圖像拍攝元件和使光入射到上述固體圖像拍攝元件的光學系統，在該圖像拍攝裝置中，上述固體圖像拍攝元件具有半導體層，具有第一面和位於上述第一面的相反側的第二面； 多個光敏單元，在上述半導體層中的上述第一面與上述第二面之間以二維狀排列； 多個微聚光透鏡的第一陣列，配置在上述第一面一側，分別向包括在上述多個光敏單元中的第一光敏單元組中的各光敏單元聚光；和多個微聚光透鏡的第二陣列，配置在上述第二面一側，分別向包括在與上述多個光敏單元中的上述第一光敏單元組不同的第二光敏單元組中的各光敏單元聚光， 上述光學系統將來自被攝體的光照射到上述第一陣列以及上述第二陣列。
全文摘要
本發明提供一種固體圖像拍攝元件以及圖像拍攝裝置。該固體圖像拍攝元件具有半導體層(100)，其具有第一面(100a)和位於上述第一面(100a)的相反側的第二面(100b)；和多個光敏單元(1a、1b、…)，在半導體層(100)中的第一面(100a)與第二面(100b)之間以二維狀排列；和多個微聚光透鏡的第一陣列(200)，配置在第一面(100a)一側，分別向包括在多個光敏單元(1a、1b、…)中的第一光敏單元組中的各光敏單元聚光；和多個微聚光透鏡的第二陣列(300)，配置在第二面(100b)一側，分別向包括在與多個光敏單元中的第一光敏單元組不同的第二光敏單元組中的各光敏單元聚光。
文檔編號H01L27/146GK102227811SQ201080003383
公開日2011年10月26日 申請日期2010年9月24日 優先權日2009年10月7日
發明者三崎正之, 平本政夫, 瀧澤輝之, 鈴木正明 申請人:松下電器產業株式會社