專利名稱：圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，更具體涉及增大從芯片中心至其邊緣的透鏡直徑以獲得整體一致的靈敏度的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
目前就提高圖像傳感器制造中的光靈敏度進(jìn)行了各種研究。其中的一個例子是聚光技術(shù)(light-condensing technology)。
例如，試圖提高占空因素(fill factor)(即光接收部分與圖像傳感器總面積之比)，以提高具有感測光的光接收部分和把感測的光轉(zhuǎn)換成要用作數(shù)據(jù)的電信號的CMOS邏輯電路部分的CMOS圖像傳感器中的光靈敏度。
除聚光技術(shù)中的占空因素問題之外的其它要解決的問題是，克服隨入射角變化各區(qū)域之間的靈敏度不同的問題。
這是確定極近拾取(extreme near-by pick-up)所要求的設(shè)備質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
以下將結(jié)合附圖描述現(xiàn)有的圖像傳感器的微透鏡結(jié)構(gòu)和根據(jù)光入射角的區(qū)域之間的光靈敏度。
圖1是現(xiàn)有圖像傳感器的部分簡圖，圖2A和2B是分別示出長距離(long-distance)拾取和就近(near-by)拾取的情況下的光通路簡圖。
現(xiàn)有技術(shù)中，CCD或CMOS圖像傳感器中用的微透鏡控制光路和增大收到的總光量。
換句話說，現(xiàn)有技術(shù)中，一個芯片上形成的微透鏡具有與另一個芯片上的相同的形狀和尺寸。
如圖1所示，微芯片13有位于多個光接收部分11上并分別與它們對應(yīng)的多個微透鏡12。每個微透鏡12有相同直徑“III”和相同高度“I”。
即，無論微透鏡在芯片的中心部分上或其邊緣上，微透鏡形成有相同的尺寸。
而且，光接收部分11設(shè)計成其具有彼此相同的尺寸“II”，且無論光接收部分在芯片的中心部分上或在芯片邊緣上，各個光接收部分11之間的距離“IV”一致。
微透鏡12之間的距離“V”也設(shè)計成一致。
在現(xiàn)有圖像傳感器中，光入射角取決于芯片位置。而且，在極近拾取的情況下，光靈敏度隨入射角的降低達(dá)到最大。
圖2A是示出長距離拾取的簡圖。如圖2A所示，隨著芯片的位置不同光入射角也不同。
圖2B是極近拾取的簡圖。如圖2B所示，入射角在芯片邊緣處最大。
從物體15開始的光路徑通過經(jīng)過透鏡14而聚焦，且光在圖像傳感器芯片13中心部分上的入射角與在芯片邊緣處的不同。
即，如圖2A所示，圖像傳感器芯片邊緣處的入射角θ1大于在芯片中心部分上的入射角θ2。而且，如圖2B所示，圖像傳感器芯片邊緣處的入射角θ3大于芯片中心部分上的入射角θ4。
入射角的變化在近拾取情況(圖2所示)下更明顯。因此，即使在芯片的相同區(qū)域上，光入射角θ4大于θ2，光入射角θ3大于θ1。
在本例中，在入射角θ3所處的部分上以及在其附近像素上，入射角變得很大，使得當(dāng)入射角超出允許范圍時物體的拾取變得困難。
入射角隨著其在芯片上的位置而不同是指在各個光接收部分上光的靈敏度不同。
但是，現(xiàn)有的圖像傳感器受到下述的某些限制。
首先，由于盡管光入射角隨不同的芯片區(qū)域而不同，但是微透鏡卻等同地設(shè)計，所以光靈敏度的不同在這些區(qū)域中發(fā)生。
其次，不可能拾取或解碼信息。在利用極近拾取所要求的設(shè)備(即點碼(dot code)的拾取/檢測所需的設(shè)備)時，盡管肉眼看不見全面拾取(generalpick-up)情況下由光靈敏度不同引起的不均勻性，但光靈敏度不同引起的特性差別極大，使得不能拾取和解碼信息。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供一種圖像傳感器，它基本上克服了現(xiàn)有技術(shù)中的限制和缺陷引起的一個或多個問題。
本發(fā)明的目的是，提供一種圖像傳感器，它改變透鏡從芯片中心部分到邊緣部分的直徑，由此獲得整體均勻的靈敏度。
為達(dá)到該目的和其它優(yōu)點，按發(fā)明目的，如這里具體化和概括描述的那樣，本發(fā)明的圖像傳感器包括多個光接收部分，它把對應(yīng)物體的光的信號轉(zhuǎn)換成電信號；像素陣列區(qū)，有分別位于對應(yīng)的多個光接收部分上的多個微透鏡，以聚光。各個微透鏡從像素陣列區(qū)的中心部分到其邊緣部分改變它們的直徑。
通過以下對發(fā)明的描述、檢驗或?qū)嵺`，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能更好理解本發(fā)明的其它優(yōu)點，目的和特征。通過說明書，權(quán)利要求書以及附圖中指出的具體結(jié)構(gòu)，將能實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點。
應(yīng)了解的是，對本發(fā)明前面的一般描述和以下的詳細(xì)描述都只是示例性的和說明性的，其試圖對請求保護(hù)的發(fā)明提供進(jìn)一步說明。


通過附圖能更進(jìn)一步理解發(fā)明，附圖是本申請的一個構(gòu)成部分，附圖示出發(fā)明實施例，它們與說明書一起用于解釋發(fā)明原理。附圖中圖1是現(xiàn)有圖像傳感器的截面簡圖；圖2A和2B分別是長距離拾取和就近拾取情況下的光路簡圖；圖3是表示按本發(fā)明的圖像傳感器的微透鏡直徑變化的平面圖；圖4是表示按本發(fā)明的圖像傳感器的截面簡圖；以及圖5是按本發(fā)明的圖像傳感器的光入射角變化與光靈敏度變化的關(guān)系曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參見附圖詳細(xì)描述圖示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例。全部附圖中相同或相似的部件盡可能用相同的附圖標(biāo)記表示。
圖3是表示按本發(fā)明的圖像傳感器的微透鏡直徑變化的平面圖，圖4是表示按本發(fā)明的圖像傳感器的截面簡圖。
圖5是本發(fā)明圖像傳感器的光入射角與光靈敏度的關(guān)系曲線圖。
本發(fā)明圖像傳感器的微透鏡結(jié)構(gòu)能用于CCD或CMOS圖像傳感器。
本發(fā)明的微透鏡設(shè)計成從芯片中心至芯片邊緣有更大(或更小)的直徑，以使光入射角差減至最小，甚至在極近拾取情況下，最終防止光靈敏度差。
以下將描述其直徑逐漸變大的微透鏡。
以下說明相應(yīng)于本發(fā)明的微透鏡平面圖。以像素陣列區(qū)31的中心為基礎(chǔ)，“A”表示位于第一微透鏡直徑分區(qū)(divisional section)32a上的微透鏡的直徑，該分區(qū)具有從中心開始的第一半徑。“B”表示位于第二微透鏡直徑分區(qū)32b上的微透鏡直徑，該分區(qū)從第一微透鏡直徑分區(qū)32a的周邊開始，具有從中心開始的第二半徑(a+b)。直徑“B”大于直徑“A”?！癈”表示位于第三微透鏡直徑分區(qū)32c上的微透鏡直徑，該分區(qū)從第二微透鏡直徑分區(qū)32b的周邊開始，具有從中心開始的第三半徑(a+b+c)?！癈”直徑比“B”直徑大?！癉”表示位于第四微透鏡直徑分區(qū)32d上的微透鏡直徑，該分區(qū)從第三微透鏡直徑分區(qū)32c的周邊開始，具有從中心開始的第四半徑(a+b+c+d)。“D”直徑比“C”直徑大。
本實施例中，可把a、b、c和d限定為相同的長度，或限定為a＜b＜c＜d，或a＞b＞c＞d。
而且，每個微透鏡直徑分區(qū)可以是四邊形或多邊形。
當(dāng)然，考慮到設(shè)計余量，不僅可設(shè)置四個微透鏡直徑分區(qū)32a至32d，也可以設(shè)四個以上或以下的微透鏡直徑分區(qū)。
而且，甚至在一個微透鏡直徑分區(qū)的情況下，微透鏡直徑也可形成為向外具有更大或更小的直徑。
此外，在微透鏡直徑從中心至外側(cè)越來越小的情況下，可用凹透鏡。
以下描述按本發(fā)明的圖像傳感器的剖面結(jié)構(gòu)。
如圖4所示，形成對應(yīng)各個光接收部分43的微透鏡41。各個光接收部分43的寬度43a至43d相等(即，43a＝43b＝43c＝43d)，而與它們在芯片上的位置無關(guān)(即無論它們是位于芯片的中心部分或位于芯片的邊緣部分)，而且，各個光接收部分43相互隔開(即44a＝44b＝44c)。
這時，通過在相同屏幕上局部分辨率差允許的范圍內(nèi)使光接收部分的寬度和光接收部分之間的距離不同，能在芯片的中心部分和邊緣部分獲得一致的靈敏度。
這包括從中心到外邊提高或減小光接收部分的寬度和它們之間的距離。
從芯片中心到邊緣增大微透鏡的直徑41a至41d(即41a＜41b＜41c＜41)。
由于微透鏡直徑41a至41d的變化，所以相鄰微透鏡之間的距離45a、45b和45c朝芯片中心增大(即45a＞45b＞45c)。
根據(jù)設(shè)計余量，各個微透鏡41的高度42可以在所有區(qū)域相等或不同。
控制微透鏡41的曲率變化程度，使得光聚焦深度在允許范圍內(nèi)變化。即，微透鏡41的直徑在光聚焦深度的允許誤差范圍內(nèi)變化。
換句話說，該些微透鏡不必在所有方向有相同的直徑。如果一個微透鏡的中心軸處于從芯片中心朝所有方向(例如，輻射型)延伸的線上，那么，微透鏡的形狀為在完整圓形中其直徑向外側(cè)逐漸增大。
即，如果微透鏡的長軸位于從芯片的邊緣向中心延伸的線上，則長軸直徑朝邊緣增大，且垂直于長軸的短軸被設(shè)計成一致的。
以下描述按本發(fā)明的圖像傳感器的光靈敏度特征。
如圖5所示，入射角為0°的區(qū)域51是芯片的中心部分，入射角最大的區(qū)域52是芯片的邊緣區(qū)。本例中，本發(fā)明的靈敏度偏差53極小。
這就是說芯片的光靈敏度無論是在芯片中心或在芯片邊緣都很均勻。而且，由于甚至在極近拾取的情況下，全部方向的入射角大小均在允許范圍內(nèi)，所以能進(jìn)行有效拾取。
另一方面，現(xiàn)有的圖像傳感器有與入射角相關(guān)的大的靈敏度偏差54。即，現(xiàn)有圖像傳感器的靈敏度在入射角為0°時與在入射角處于允許范圍(基于20°)內(nèi)時不同。因此，在極近拾取的情況下，除芯片中心部分外的所有區(qū)域的入射角都在允許范圍之外，這使得不可能拾取整個物體。
因此，按本發(fā)明的圖像傳感器設(shè)計成使它的直徑從芯片的中心朝邊緣變化。由此將入射角偏差減至最小，并最終減小整個區(qū)域內(nèi)的靈敏度偏差。
因此，由于本發(fā)明均勻的光靈敏度，所以甚至在就近拾取的情況下，在此情形中大多數(shù)區(qū)域超出了入射角的允許范圍，也可進(jìn)行物體拾取和解碼。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，本發(fā)明可進(jìn)行各種改進(jìn)和變化。因此，本發(fā)明涵蓋了所附權(quán)利要求書及其等同物限定的范圍內(nèi)的各種改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，包括多個光接收部分，用于將相應(yīng)于物體的光的信號轉(zhuǎn)換成電信號；像素陣列區(qū)，有在該些光接收部分上形成的并分別對應(yīng)該些光接收部分以對光聚焦的多個微透鏡，其中，各個微透鏡具有從像素陣列區(qū)的中心到該區(qū)的邊緣變化的直徑。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，微透鏡直徑在多個微透鏡直徑分區(qū)單元中變化，該微透鏡直徑分區(qū)有它們自已的以像素陣列區(qū)中心為基礎(chǔ)增大的半徑(a)，(a+b)，(a+b+c)...，(n)，且半徑(n)的長度與像素陣列區(qū)的中心與它的邊緣之間的長度相同。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中，劃分微透鏡直徑分區(qū)的各個半徑的長度或以相同的長度(a＝b＝c)增大，或以遞減的長度(a＞b＞c)增大，或以遞增的長度(a＜b＜c)增大。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，微透鏡的直徑以像素陣列區(qū)中心為基礎(chǔ)朝像素陣列區(qū)邊緣或者增大或者減小。
5.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中，微透鏡在相同微透鏡直徑分區(qū)中具有彼此相同的直徑，微透鏡的直徑朝微透鏡直徑分區(qū)的外側(cè)增大或減小。
6.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，該些光接收部分有彼此相同的寬度，且各個光接收部分之間的距離一致。
7.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，光接收部分的寬度和它們自己之間的距離從光接收部分的中心到外側(cè)增大或減小。
8.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中，微透鏡之間的距離在像素陣列區(qū)的中心部分最大，并朝其邊緣逐漸減小，因為，微透鏡直徑從像素陣列區(qū)的中心朝它的邊緣增大。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圖像傳感器，其中，透鏡直徑從芯片中心區(qū)向它的邊緣變化，以獲得整體一致的靈敏度。圖像傳感器包括多個光接收部分，它們把相應(yīng)于物體的光的信號轉(zhuǎn)換成電信號；像素陣列區(qū)，具有形成在光接收部分且分別對應(yīng)光接收部分使光聚焦的多個微透鏡。圖像傳感器中，各個微透鏡的直徑從像素陣列區(qū)中心區(qū)朝它的邊緣變化。
文檔編號H04N5/335GK1417865SQ0215583
公開日2003年5月14日 申請日期2002年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月25日
發(fā)明者權(quán)五鳳 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司