Устройство захвата изображения и система захвата изображения

Устройство захвата изображения и система захвата изображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к устройству захвата изображения, включающему в себя асимметричную микролинзу, и к системе захвата изображения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Каждый из выложенных патентов Японии №2009-109965 и №2009-290157 описывает устройство захвата изображения, в котором пиксели захвата изображения и пиксели обнаружения фокуса, способные обнаруживать разности фаз, обеспечены в плоскости формирования изображения. Выложенный патент Японии №2009-109965 раскрывает структуру, в которой фокус микролинзы для пикселя обнаружения фокуса находится ближе к микролинзе, чем фокус микролинзы для пикселя захвата изображения. Выложенный патент Японии №2009-290157 раскрывает структуру, в которой позиция микролинзы для пикселя обнаружения фокуса и позиция микролинзы для пикселя захвата изображения различаются в соответствии с высотой изображения.

[0003] Выложенный патент Японии №2009-086144 раскрывает структуру, в которой пиксели, формирующие множество пикселей, обеспечены соответствующими микролинзами разных форм. Затем обнаружение фокуса выполняется посредством сравнения выходов от этих пикселей.

[0004] Каждый из выложенных патентов Японии №2009-109965 и 2009-290157 заявляет, что точность обнаружения фокуса может быть улучшена в устройстве захвата изображения, которое включает в себя пиксели обнаружения фокуса и пиксели захвата изображения, обеспеченные в плоскости формирования изображения. Однако не были сделаны достаточные исследования для улучшения как точности обнаружения фокуса на основе обнаружения разности фаз, так и рабочих показателей захвата изображения. Термин "рабочие показатели захвата изображений", например, относится к чувствительности к наклонно падающему свету или возможности уменьшить смешивание цветов, полученных из сигналов смежных пикселей разных цветов. Выложенный патент Японии №2009-086144 заявляет, что возможно устранить необходимость блока разделения оптического пути. Однако снова не были сделаны достаточные исследования для улучшения как точности обнаружения фокуса, так и рабочих показателей захвата изображения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] С учетом описанных выше проблем настоящее изобретение обеспечивает устройство захвата изображения, которое имеет пиксели, способные обнаруживать разности фаз в плоскости формирования изображения, и может улучшить как точность обнаружения фокуса, так и рабочие показатели захвата изображения.

[0006] Устройство захвата изображения в соответствии с аспектом настоящего изобретения включает в себя пиксельную область, имеющую множество пикселей, которые размещены двухмерным образом, множество пикселей включает в себя множество пикселей захвата изображения и множество пикселей обнаружения фокуса, каждый пиксель обнаружения фокуса выполнен с возможностью выдавать сигнал для обнаружения фокуса на основе обнаружении разности фаз; множество микролинз размещено согласно соответствующим блокам фотоэлектрического преобразования соответствующих пикселей захвата изображения; и множество микролинз размещено согласно соответствующим блокам фотоэлектрического преобразования соответствующих пикселей обнаружения фокуса. По меньшей мере одна из множества микролинз является асимметричной микролинзой, позиция вершины которой смещена от ее центральной позиции на виде в плане.

[0007] Дополнительные признаки настоящего изобретения станут поняты из последующего описания вариантов осуществления со ссылкой на приложенные чертежи. Каждый из описанных ниже вариантов осуществления настоящего изобретения может быть реализован отдельно или как комбинация множества вариантов осуществления или их признаков в случае необходимости, или когда комбинация элементов или признаков из отдельных вариантов осуществления в отдельном варианте осуществления является выгодной.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Фиг. 1 - общая блок-схема системы захвата изображения, применимой к настоящему изобретению.

[0009] Фиг. 2 - общая блок-схемой устройства захвата изображения, применимого к настоящему изобретению.

[0010] Фиг. 3A - вид сверху пиксельной области устройства захвата изображения, применимого к настоящему изобретению, фиг. 3B - вид сверху пикселей, размещенных в пиксельной области, и фиг. 3C иллюстрирует сечение фиг. 3B.

[0011] Фиг. 4A - вид сверху пиксельной области устройства захвата изображения, применимого к настоящему изобретению, фиг. 4B - вид сверху пикселя в пиксельной области, и фиг. 4C иллюстрирует сечение фиг. 4B.

[0012] Фиг. 5 - эквивалентная схема схемы пикселя, применимая к настоящему изобретению.

[0013] Фиг. 6 - эквивалентная схема схемы пикселя, применимая к настоящему изобретению.

[0014] Фиг. 7А и 7B каждая иллюстрирует пиксель, снабженный симметричной микролинзой сравнительного примера.

[0015] Фиг. 8А и 8B каждая иллюстрирует пиксель, снабженный симметричной микролинзой сравнительного примера.

[0016] Фиг. 9A - вид сверху асимметричной микролинзы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, и фиг. 9B и 9C - сечения асимметричной микролинзы на фиг. 9A.

[0017] Фиг. 10А-10D сравнивают асимметричную микролинзу в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения с симметричной микролинзой предшествующего уровня техники.

[0018] Фиг. 11A - вид сверху устройства захвата изображения, включающего в себя асимметричную микролинзу в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, и фиг. 11B-11D иллюстрируют структуры сечения целевого пикселя на фиг. 11A.

[0019] Фиг. 12А и 12C - вид сверху пикселя, снабженного асимметричной микролинзой, и фиг. 12B - сечение фиг. 12A.

[0020] Фиг. 13А-13B - вид сверху и сечение, соответственно, пикселей в устройстве захвата изображения варианта осуществления 1.

[0021] Фиг. 14А и 14B иллюстрируют другие пиксели в устройстве захвата изображения варианта осуществления 1.

[0022] Фиг. 15А и 15B - вид сверху и сечение, соответственно, пикселей в устройстве захвата изображения сравнительного примера.

[0023] Фиг. 16 показывает оптические характеристики варианта осуществления 1 и сравнительного примера.

[0024] Фиг. 17А и 17B - вид сверху и сечение, соответственно, пикселя в устройстве захвата изображения варианта осуществления 2, и фиг. 17C и 17D - вид сверху и сечение, соответственно, пикселя в устройстве захвата изображения сравнительного примера.

[0025] Фиг. 18 показывает оптические характеристики варианта осуществления 2 и сравнительного примера.

[0026] Фиг. 19A - вид сверху пикселя в устройстве захвата изображения варианта осуществления 3, и фиг. 19B и 19C - сечения фиг. 19A.

[0027] Фиг. 20A - вид сверху устройства захвата изображения варианта осуществления 3, и фиг. 20B-20D каждая обеспечивает вид сверху и сечение пикселя на фиг. 20A.

[0028] Фиг. 21A - вид сверху пикселя в устройстве захвата изображения варианта осуществления 4, и фиг. 21B и 21C - сечения фиг. 21A.

[0029] Фиг. 22A - вид сверху устройства захвата изображения варианта осуществления 4, и фиг. 22B-22D каждая обеспечивает вид сверху и сечение пикселя на фиг. 22A.

[0030] Фиг. 23A - вид сверху пиксельной области в устройстве захвата изображения варианта осуществления 5, и фиг. 23B и 23C - вид сверху пикселей на фиг. 23A.

[0031] Фиг. 24A - вид сверху пиксельной области в устройстве захвата изображения варианта осуществления 6, и фиг. 24B - сечение фиг. 24A.

[0032] Фиг. 25А и 25B каждая обеспечивает вид сверху и сечение пикселя в устройстве захвата изображения варианта осуществления 7.

[0033] Фиг. 26A - вид сверху устройства захвата изображения варианта осуществления 7, и фиг. 26B и 26C - сечение пикселя на фиг. 26A.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0034] Система захвата изображения и устройство захвата изображения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на фиг. 1 и 2.

[0035] Фиг. 1 является блок-схемой системы захвата изображения. Система 100 захвата изображения включает в себя линзу 101 захвата изображения, устройство 102 захвата изображения, контроллер 103 линзы, контроллер 104 устройства захвата изображения, блок 105 обработки изображений, контроллер 106 апертуры/затвора, центральный процессор (ЦП; CPU) 107, блок 108 отображения, функциональный переключатель 109 и блок 110 записи.

[0036] Устройство 102 захвата изображения настоящего варианта осуществления способно к обнаружению фокуса на основе разности фаз в плоскости формирования изображения. Теперь будет описана операция обнаружения фокуса.

[0037] Свет от объекта проходит через линзу 101 захвата изображения и собирается на устройство 102 захвата изображения. Устройство 102 захвата изображения преобразовывает свет, падающий через линзу 101 захвата изображения, в электрический сигнал, выполняет предопределенную обработку электрического сигнала и выдает полученный в результате сигнал в ЦП 107.

[0038] Работой устройства 102 захвата изображения управляют в соответствии с управляющим сигналом от контроллера 104 устройства захвата изображения. Контроллер 104 устройства захвата изображения принимает сигнал обнаружения разности фаз и т.п. от устройства 102 захвата изображения и передает сигнал изображения и сигнал, указывающий состояние нахождения в фокусе, в ЦП 107. Кроме того, контроллер 104 устройства захвата изображения передает управляющий сигнал для переключения режима работы затвора устройства 102 захвата изображения устройству 102 захвата изображения. При приеме сигналов от контроллера 104 устройства захвата изображения ЦП 107 передает сигнал, указывающий состояние нахождения в фокусе, контроллеру 103 линзы. В ответ на сигнал от ЦП 107 контроллер 103 линзы управляет линзой 101 захвата изображения. Эта операция позволяет отрегулировать состояние нахождения в фокусе устройства 102 захвата изображения.

[0039] ЦП 107 передает выходной сигнал изображения от устройства 102 захвата изображения блоку 105 обработки изображений. Сигнал изображения, обработанный блоком 105 обработки изображений, отображается блоком 108 отображения и записывается в блоке 110 записи. Функциональный переключатель 109 обеспечен для пользователя, чтобы изменять операцию захвата изображения системы 100 захвата изображения в зависимости от объекта и т.п. Контроллер 106 апертуры/затвора принимает сигнал от ЦП 107 и управляет открытым и закрытым состоянием апертуры и/или механического затвора таким образом, что величина экспозиции является подходящей для яркости объекта.

[0040] Теперь будет описано устройство 102 захвата изображения со ссылкой на фиг. 2.

[0041] Множество пикселей двухмерным образом размещено в пиксельной области 201. Множество пикселей, размещенных по линии в направлении сверху вниз на чертеже формирует пиксельный столбец, и множество пикселей, размещенных в направлении, ортогональном по отношению к пиксельному столбцу, формирует пиксельную строку. В ответ на управляющие импульсы от схемы 202 вертикального сканирования сигналы соответствующих пиксельных строк подаются в значительной степени одновременно на множество соответствующих линий выходного сигнала. После подачи на линии выходного сигнала сигналы соответствующих пиксельных строк вводятся в схему 203 столбца. Схема 203 столбцов выполняет по меньшей мере одну из следующих операций: задержку, усиление, понижение уровня шума и аналого-цифровое преобразование сигнала. Затем в ответ на управляющие импульсы от схемы 204 горизонтального сканирования сигналы соответствующих пиксельных строк последовательно подаются на горизонтальные выходные линии, проходят через блок 205 вывода и выходную контактную площадку 206 и выдаются за пределы устройства 102 захвата изображения. В настоящем варианте осуществления схема 203 столбцов, схема 204 горизонтального сканирования, блок 205 вывода и выходная контактная площадка 206 размещены и сверху, и снизу пиксельной области 201. Каждый из компонентов, размещенных сверху и снизу пиксельной области 201, работает для выдачи сигналов либо из четных, либо из нечетных столбцов пиксельной области 201 за пределы устройства 102 захвата изображения. И сигнал захвата изображения, и сигнал обнаружения разности фаз (описанные ниже) проходят через каждый из описанных выше компонентов и выдаются за пределы устройства 102 захвата изображения.

[0042] Теперь будут описаны структуры пикселей обнаружения фокуса со ссылкой на фиг. 3А-3C и фиг. 4А-4C. На фиг. 3А-3C блок фотоэлектрического преобразования каждого пикселя снабжен элементом экранирования света, который экранирует часть блока фотоэлектрического преобразования от света на виде в плане. На фиг. 4А-4C каждый пиксель включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, и сигналы от блоков фотоэлектрического преобразования могут считываться независимо.

[0043] Фиг. 3A является видом в плане пиксельной области 300, фиг. 3B является видом в плане пикселей обнаружения фокуса, размещенных в пиксельной области 300, и фиг. 3C иллюстрирует сечение по линии IIIC-IIIC на фиг. 3B.

[0044] Пиксели 301А и 301B обнаружения фокуса и пиксели захвата изображения размещены в пиксельной области 300. Пиксель 301А обнаружения фокуса имеет апертуру на своей левой стороне на чертеже. Таким образом, пиксель 301А обнаружения фокуса имеет элемент 302 экранирования света на своей правой стороне на чертеже. Пиксель 301B обнаружения фокуса имеет апертуру на своей правой стороне на чертеже и имеет элемент 302 экранирования света на своей левой стороне на чертеже.

[0045] Хотя в этом варианте осуществления элемент 302 экранирования света сформирован посредством единственного слоя, элемент 302 экранирования света может быть сформирован посредством множества слоев или проводного соединения.

[0046] Блок фотоэлектрического преобразования сформирован посредством фотодиода, который включает в себя полупроводниковую область 303 n-типа и полупроводниковую область 304 p-типа. Блок фотоэлектрического преобразования может представлять собой встроенный фотодиод, в котором полупроводниковая область 303 n-типа снабжена полупроводниковой областью p-типа на ее передней стороне.

[0047] Межслойная изолирующая пленка 305 обеспечена для электрической изоляции между элементом 302 экранирования света и проводным соединением 307a, а также между проводным соединением 307a и проводным соединением 307b. Предопределенный слой 308 расположен на верхнем проводном соединении 307b. Предопределенный слой 308 сформирован по меньшей мере посредством одного элемента из группы, состоящей из выравнивающей пленки, слоя цветового фильтра, защитного слоя и т.п. Микролинза 309 расположена на предопределенном слое 308.

[0048] Пиксель захвата изображения имеет такую же структуру, как пиксель обнаружения фокуса, за исключением того, что он не включает в себя элемент 302 экранирования света. Для отличия от других структур пикселя пиксель обнаружения фокуса, такой как описанный выше, будет в дальнейшем упоминаться как пиксель обнаружения фокуса, включающий в себя элемент экранирования света. Множество пикселей обнаружения фокуса, каждый из которых включает в себя элемент экранирования света, включает в себя группу пар пикселей обнаружения фокуса с разделением зрачка. На основе сигналов, выданных от группы пар пикселей обнаружения фокуса с разделением зрачка выполняется обнаружение фокуса, основанное на обнаружении разности фаз. Элемент 302 экранирования света обеспечен для приема света, который проходит через часть выходного зрачка оптической системы формирования изображений, включающей в себя линзу 101 захвата изображения. Другими словами, элемент 302 экранирования света блокирует свет, который проходит через другую часть выходного зрачка оптической системы формирования изображений.

[0049] Далее будет описана структура другого пикселя обнаружения фокуса со ссылкой на фиг. 4А-4C.

[0050] Фиг. 4A является видом в плане пиксельной области 400, фиг. 4B является видом в плане пикселя обнаружения фокуса в пиксельной области 400, и фиг. 4C иллюстрирует сечение по линии IVC-IVC на фиг. 4B. В структуре, проиллюстрированной на фиг. 3А-3C, и пиксели обнаружения фокуса, и пиксели захвата изображения присутствуют в плоскости формирования изображения. В структуре, проиллюстрированной на фиг. 4А-4C, каждый пиксель служит и в качестве пикселя обнаружения фокуса, и в качестве пикселя захвата изображения.

[0051] Отличия от структуры, проиллюстрированной на фиг. 3А-3C состоит в том, что каждый пиксель включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, и что сигналы от блоков фотоэлектрического преобразования могут быть считаны независимо.

[0052] Множество пикселей 401, каждый из которых служит и как пиксель обнаружения фокуса, и как пиксель захвата изображения, размещено в пиксельной области 400.

[0053] Каждый пиксель 401 включает в себя блок PD(A) фотоэлектрического преобразования (фотодиод), имеющий полупроводниковую область 402_A n-типа и полупроводниковую область 403 p-типа, и другой блок PD(B) фотоэлектрического преобразования (фотодиод), имеющий полупроводниковую область 402_B n-типа и полупроводниковую область 403 p-типа. Полупроводниковая область 403 p-типа вставлена между полупроводниковой областью 402_A n-типа и полупроводниковой областью 402_B n-типа.

[0054] Каждый пиксель 401 дополнительно включает в себя электрод Tx_A затвора переноса, который переносит сигнал из полупроводниковой области 402_A n-типа в плавающую диффузионную область FD_A, и электрод Tx_B затвора переноса, который переносит сигнал из полупроводниковой области 402_B n-типа в плавающую диффузионную область FD_B.

[0055] Каждая из плавающих диффузионных областей FD_A и FD_B соединена с входным узлом транзистора усиления (не показан). Плавающие диффузионные области FD_A и FD_B могут быть выполнены с возможностью электрически соединяться друг с другом, чтобы складывать сигналы из полупроводниковых областей 402_A и 402_B n-типа в каждом пикселе. В качестве альтернативы плавающие диффузионные области FD_A и FD_B могут быть размещены в общей активной области.

[0056] Проводные соединения 405a-405c электрически изолированы друг от друга межслойной изолирующей пленкой 404. Предопределенный слой 406 расположен на верхнем проводном соединении 405c. Предопределенный слой 406 сформирован по меньшей мере посредством одного элемента из группы, состоящей из выравнивающей пленки, слоя цветового фильтра, защитного слоя и т.п. Микролинза 407 расположена на предопределенном слое 406.

[0057] Для отличия от других структур пикселя пиксель обнаружения фокуса, такой как описанный выше, будет в дальнейшем упоминаться как пиксель обнаружения фокуса, включающий в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования.

[0058] Как описано ниже, когда микролинзы 309 и 407 настоящего варианта осуществления, проиллюстрированные на фиг. 3C и 4C, ортогонально спроецированы на соответствующие блоки фотоэлектрического преобразования, самые верхние позиции (вершины) микролинз 309 и 407 смещены от их центральных позиций. В качестве альтернативы позиция вершины микролинзы 309 смещена от центральной позиции блока фотоэлектрического преобразования соответствующего пикселя и от центральной позиции в направлении к центру пиксельной области 300 (например, в направлении налево на фиг. 3B). В случае, когда пиксель обнаружения фокуса включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, позиция вершины микролинзы 407 смещена от полупроводниковой области 403 p-типа между полупроводниковыми областями 402_A и 402_B n-типа соответствующего пикселя и по направлению к центру пиксельной области 400.

[0059] Когда обычная микролинза ортогонально спроецирована на блок фотоэлектрического преобразования, позиция вершины микролинзы совпадает с ее центральной позицией. Таким образом, обычная микролинза симметрична относительно своей позиции вершины. Чтобы разъяснить отличие от такой обычной микролинзы, микролинзы, проиллюстрированные на фиг. 3C и 4C, будут в дальнейшем упоминаться как асимметричные микролинзы. С другой стороны, микролинзы предшествующего уровня техники будут упоминаться как симметричные микролинзы. Структура асимметричной микролинзы будет подробно описана позже.

[0060] Теперь со ссылкой на фиг. 5 и 6 будут описаны эквивалентные схемы пикселей устройств захвата изображения в отношении фиг. 3А-3C и фиг. 4А-4C. Каждая из фиг. 5 и 6 иллюстрирует в общей сложности четыре пикселя, размещенные в массиве из двух строк и двух столбцов.

[0061] Фиг. 5 иллюстрирует эквивалентную схему устройства захвата изображения, соответствующего фиг. 3А-3C. Хотя в конце ссылочных позиций добавлены символы для идентификации строк и столбцов, операции, общие для всех пикселей, будут описаны без добавления символов. Операции, уникальные для каждой пиксельной строки или столбца, будут описаны с добавлением символов по мере необходимости.

[0062] На фиг. 5 пиксели в первой строке являются пикселями обнаружения фокуса, и пиксели во второй строке являются пикселями захвата изображения. Поскольку сигналы пикселей обнаружения фокуса и обычных пикселей захвата изображения могут быть считаны одним и тем же способом считывания, эти пиксели будут описаны без различия между ними.

[0063] Сначала будет описана базовая операция считывания сигнала. Заряды, сгенерированные в блоке 501 фотоэлектрического преобразования, переносятся через транзистор 502 переноса в плавающую диффузионную область 506. Плавающая диффузионная область 506 соединена с затвором транзистора 504 усиления, который усиливает сигнал на основе перенесенных зарядов. Усиленный сигнал выдается через транзистор 505 выбора в линию выходного сигнала. Затем заряды, перенесенные в плавающую диффузионную область 506, сбрасываются транзистором 503 сброса.

[0064] В этом варианте осуществления два пикселя совместно используют транзистор 503 сброса, транзистор 504 усиления и транзистор 505 выбора.

[0065] Схемы 203 столбцов, описанные со ссылкой на фиг. 2 обеспечены на последующем каскаде линий выходного сигнала. В схемах 203 столбцов выполняется предопределенная обработка.

[0066] Сигналы множества пикселей, содержащихся в каждой строке, выдаются на соответствующие линии выходного сигнала. В ответ на управляющий сигнал, поданный на линию TX_1 управления переносом, транзисторы 502А и 502B переноса соответствующих пикселей в первой строке в значительной степени одновременно включаются. Это заставляет заряды в блоках 501А и 501B фотоэлектрического преобразования в первой строке быть перенесенными в плавающие диффузионные области 506А и 506B. Когда линия TSEL_1 управления выбором включена, транзисторы 505А и 505B выбора в первой строке включены, и, таким образом сигналы пикселей в первом и втором столбцах выдаются в линии выходного сигнала. Сигналы кадра изображения считываются посредством повторения этой операции для всех строк.

[0067] Сигналы от пикселей обнаружения фокуса и сигналы от пикселей захвата изображения могут быть выданы за пределы устройства захвата изображения без различения. Сигналы от пикселей обнаружения фокуса извлекаются из выходных сигналов, и, таким образом, может быть выполнено обнаружение фокуса на основе разности фаз.

[0068] В качестве альтернативы сигналы от пикселей захвата изображения и сигналы от пикселей обнаружения фокуса могут выдаваться для разных кадров.

[0069] Со ссылкой на фиг. 6 будет описано устройство захвата изображения, показанное на фиг. 4А-4C. Хотя в конце ссылочных позиций добавлены символы для идентификации строк и столбцов, операции, общие для всех пикселей, будут описаны без добавления символов. Операции, уникальные для каждой пиксельной строки или столбца, будут описаны с добавлением символов по мере необходимости.

[0070] В устройстве захвата изображения, проиллюстрированном на фиг. 4А-4C, каждый пиксель включает в себя множество блоков фотоэлектрического преобразования, сигналы от которых могут быть считаны независимо. Например, первый пиксель включает в себя блоки 601_A1 и 601_A2 фотоэлектрического преобразования, для которого обеспечены транзисторы 602_A1 и 602_A2 переноса, соответственно. Вследствие управления через линии TX_A1 и TX_A2 управления переносом, которые являются разными управляющими проводными соединениями, сигналы от блоков 601_A1 и 601_A2 фотоэлектрического преобразования могут быть считаны независимо.

[0071] Будет описана базовая операция считывания сигнала. Заряды, сгенерированные в блоке 601 фотоэлектрического преобразования, переносятся через транзистор 602 переноса в плавающую диффузионную область 606. Плавающая диффузионная область 606 соединена с затвором транзистора 604 усиления, который усиливает сигнал на основе перенесенных зарядов. Усиленный сигнал выдается через транзистор 605 выбора в линию выходного сигнала. Затем заряды, перенесенные в плавающую диффузионную область 606, сбрасываются транзистором 603 сброса.

[0072] В этом варианте осуществления два блока фотоэлектрического преобразования, включенные в каждый пиксель, совместно используют транзистор 603 сброса, транзистор 604 усиления 604 и транзистор 605 выбора.

[0073] Схемы 203 столбцов, описанные со ссылкой на фиг. 2 обеспечены на последующем каскаде линий выходного сигнала. В схемах 203 столбцов выполняется предопределенная обработка.

[0074] Сигналы множества пикселей, содержащихся в каждой строке, выдаются в соответствующие линии выходного сигнала. В ответ на управляющий сигнал, поданный на линию TX_A1 управления переносом, считываются сигналы блоков 601_A1 и 601_B1 фотоэлектрического преобразования пикселей в первой строке. Транзисторы 602_A1 и 602_B1 переноса одновременно включаются. Это заставляет заряды в блоках 601_A1 и 601_B1 фотоэлектрического преобразования быть перенесенными в плавающие диффузионные области 606А и 606B. Когда линия TSEL_1 управления выбором включена, транзисторы 605А и 605B выбора в первой строке одновременно включены, и сигналы пикселей в первом и втором столбцах одновременно выдаются в линию выходного сигнала. Затем в ответ на управляющий сигнал, поданный в линию TX_A2 управления переносом, считываются сигналы других блоков 601_A2 и 601_B2 фотоэлектрического преобразования пикселей в первой строке. Транзисторы 602_A2 и 602_B2 переноса одновременно включаются. Это заставляет заряды в блоках 601_A2 и 601_B2 фотоэлектрического преобразования быть перенесенными в плавающие диффузионные области 606А и 606B. Когда линия TSEL_1 управления выбором включена, транзисторы 605А и 605B выбора в первой строке включены, и сигналы пикселей в первом и втором столбцах выдаются в линию выходного сигнала. Сигнал экрана изображения считывается посредством повторения этой операции для всех строк.

[0075] В устройстве захвата изображения этого варианта осуществления в основном каждый пиксель служит и в качестве пикселя обнаружения фокуса, и в качестве пикселя захвата изображения. Таким образом, возможно должным образом выбрать необходимую область и необходимое количество пикселей из плоскости формирования изображения и выдать их за пределы устройства захвата изображения. Кроме того, возможно извлечь сигналы пикселей обнаружения фокуса из выходных сигналов и выполнить обнаружение фокуса на основе разности фаз.

[0076] Теперь будет описана асимметричная микролинза, используемая в устройстве захвата изображения настоящего изобретения.

[0077] Перед описанием асимметричной микролинзы в качестве сравнительного примера будет описана структура, использующая симметричную микролинзу.

[0078] Каждая из фиг. 7А и 7B иллюстрирует сравнительный пример устройства захвата изображения, описанного в отношении фиг. 3А-3C и фиг. 5. Каждая из фиг. 8А и 8B иллюстрирует сравнительный пример устройства захвата изображения, описанного в отношении фиг. 4А-4C и фиг. 6. Симметричная микролинза относится к микролинзе, у которой ее самая высокая точка находится в ее центре на виде в плане. Микролинзы, проиллюстрированные на фиг. 7А и 7B и фиг. 8А и 8B имеют одинаковую форму.

[0079] Характеристика наклонного падения хорошо известна как характеристика устройств захвата изображения. Это характеристика, которая указывает, до какой степени свет, наклонно падающий на плоскость формирования изображения, может быть собран в блок фотоэлектрического преобразования. Известен способ улучшения характеристики наклонного падения, в котором центр микролинзы смещается от центра блока фотоэлектрического преобразования.

[0080] На фиг. 7А и 7B и фиг. 8А и 8B величина смещения симметричной микролинзы изменяется для улучшения рабочих показателей чувствительности и обнаружения фокуса. Величина смещения на фиг. 7A больше, чем величина смещения на фиг. 7B, и величина смещения на фиг. 8A больше, чем величина смещения на фиг. 8B.

[0081] На фиг. 7A полупроводниковая область 701 n-типа и полупроводниковая область 702 p-типа формируют фотодиод, служащий в качестве блока фотоэлектрического преобразования. Межслойная изолирующая пленка 703 расположена на блоке фотоэлектрического преобразования. Элемент 704 экранирования света экранирует часть полупроводниковой области 701 n-типа от света. Проводные соединения 705a и 705b изолированы друг от друга межслойной изолирующей пленкой 703. Предопределенный слой 706 (например, цветовой фильтр) расположен на проводном соединении 705b, который является самым верхним слоем проводного соединения. Микролинза 707 расположена на верхней стороне предопределенного слоя 706. Базовая структура на фиг. 7B совпадает со структурой на фиг. 7A. Позиция микролинзы 708 относительно полупроводниковой области 701 n-типа на фиг. 7B отличается от позиции микролинзы 707 относительно полупроводниковой области 701 n-типа на фиг. 7A.

[0082] В структуре, проиллюстрированной на фиг. 7A, свет, собранный микролинзой 707 в область слева от центра полупроводниковой области 701 n-типа, блокируется элементом 704 экранирования света. Таким образом, рабочий показатель обнаружения фокуса, достигнутый в структуре на фиг. 7A, является высоким. Однако в случае генерации сигнала для захвата изображения с использованием этого пикселя требуются улучшения с точки зрения чувствительности, поскольку большое количество света блокируется элементом 704 экранирования света.

[0083] В структуре, проиллюстрированной на фиг. 7B, во всей области микролинзы 708, соответствующей полупроводниковой области 701 n-типа, свет падает на блок фотоэлектрического преобразования без блокировки элементом 704 экранирования света. Таким образом, чувствительность, достигнутая в этой структуре, выше, чем на фиг. 7A. Однако свет, который должен быть первоначально заблокирован элементом 704 экранирования света, также падает на блок фотоэлектрического преобразования. В частности, свет, падающий на левую сторону микролинзы 708, который должен быть заблокирован элементом 704 экранирования света для обнаружения фокуса, вместо этого падает на блок фотоэлектрического преобразования без блокировки. Таким образом, хотя структура на фиг. 7B предпочтительна по сравнению с фиг. 7A с точки зрения чувствительности, требуются улучшения с точки зрения точности обнаружения фокуса.

[0084] Таким образом, в структурах на обеих фиг. 7А и 7B требуется сделать некоторое улучшение для достижения как точности обнаружения фокуса, так и чувствительности.

[0085] На фиг. 8A полупроводниковая область 801_A n-типа и полупроводниковая область 802 p-типа, а также полупроводниковая область 801_B n-типа и полупроводниковая область 802 p-типа формируют два фотодиода, каждый из которых служит в качестве блока фотоэлектрического преобразования. Межслойная изолирующая пленка 803 расположена на этих двух блоках фотоэлектрического преобразования. Проводные соединения 804a к 804c изолированы друг от друга межслойной изолирующей пленкой 803. Предопределенный слой 805 (например, цветовой фильтр) расположен на проводном соединении 804c, который является самым верхним слоем проводного соединения. Микролинза 806 расположена на верхней стороне предопределенного слоя 805. Базовая структура на фиг. 8B совпадает со структурой на фиг. 8A. Позиция микролинзы 807 относительно полупроводниковых областей 801_A и 801_B n-типа на фиг. 8B отличается от позиции микролинзы 806 относительно полупроводниковых областей 801_A и 801_B n-типа на фиг. 8A.

[0086] В структуре на фиг. 8A область между полупроводниковой областью 801_A n-типа и полупроводниковой областью 801_B n-типа находится в центре пикселя. Свет, собранный микролинзой 806 в области слева от центра, падает на область между полупроводниковой областью 801_A n-типа и полупроводниковой областью 801_B n-типа. Затем генерируется относительно большое количество зарядов, и сигналы считываются через полупроводниковую область 801_B n-типа. Таким образом, точность обнаружения фокуса, достигнутая в структуре на фиг. 8A, является высокой. Однако в случае генерации сигнала для захвата изображения с использованием этого пикселя, требуются улучшения с точки зрения чувствительности, поскольку большое количество света блокируется проводными соединениями 804a к 804c.

[0087] В структуре, проиллюстрированной на фиг. 8B, свет, собранный микролинзой 807, падает на блок фотоэлектрического преобразования без блокировки проводными соединениями 804a-804c. Таким образом, чувствительность, достигнутая в этой структуре, выше, чем на фиг. 8A. Однако, поскольку свет падает на область ближе к полупроводниковой области 801_B n-типа, требуются улучшения с точки зрения точности обнаружения фокуса.

[0088] Таким образом, в структурах обеих фиг. 8А и 8B должно быть сделано некоторое улучшение для достижения как точности обнаружения фокуса, так и чувствительности.

[0089] Далее будет описано устройство захвата изображения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В настоящем варианте осуществления используется асимметричная микролинза. Использование асимметричной микролинзы может увеличить степень свободы при установке позиции фокуса в блоке фотоэлектрического преобразования.

[0090] В случае использования симметричной микролинзы, как в сравнительных примерах, трудно изменить планарную позицию фокуса, не перемещая всю микролинзу, при этом сохраняя позицию фокуса в направлении глубины. Напротив, использование асимметричной микролинзы позволяет изменить планарную позицию фокуса, в значительной степени не изменяя положение фокуса в направлении глубины. Таким образом, использование асимметричной микролинзы позволяет достигнуть и точности обнаружения фокуса, и чувствительности независимо от планарной топологии полупроводниковых областей, формирующих блок фотоэлектрического преобразования, проводных соединений, сделанных из поликремния или металла, элементов экранирования света и т.п.

[0091] Для асимметричной микролинзы настоящего варианта осуществления только необходимо, чтобы по меньшей мере самая верхняя точка микролинзы была смешена от ее центральной позиции на виде в плане. При этой структуре планарная позиция фокуса может быть легко изменена.

[0092] Помимо этой структуры будет описана структура асимметричной микролинзы, которая может увеличить область заполнения микролинзы.

[0093] Асимметричная микролинза настоящего варианта осуществления будет описана со ссылкой на фиг. 9А-9C. Фиг. 9A является схематическим видом в плане асимметричной микролинзы 111. Фиг. 9B и 9C являются схематическими сечениями асимметричной микролинзы 111.

[0094] Фиг. 9A является схематическим видом в плане, иллюстрирующим нижнюю часть 900 асимметричной микролинзы 111 в плоскости, содержащей направление оси X и направление оси Y. Нижняя часть 900 совпадает с формой изображения (изображения ортогональной проекции), полученного посредством проекции асимметричной микролинзы 111 на плоскость, содержащую направление оси X и направление оси Y. В нижней части 900 асимметричная микролинза 111 имеет первую длину L1 вдоль направления оси X, а также имеет первую длину L1 вдоль направления оси Y. В случае структуры, в которой нет промежутка между смежными микролинзами, нижняя часть 900 задана на высоте микролинзы, на которой смежные микролинзы находятся в контакте друг с другом.

[0095] В пределах нижней части 900 (асимметричной микролинзы 111) имеются позиции с первой позиции P1 по шестую позицию P6 вдоль направления оси X. Третья позиция P3, первая позиция P1, шестая позиция P6, пятая позиция P5, вторая позиция P2 и четвертая позиция P4 размещены в таком порядке от центра O области массива.

[0096] На внешнем крае нижней части 900 асимметричной микролинзы 111 сторона 911 первой области 121, которая является самой близкой к центру O и простирается вдоль направления оси Y, расположена в третьей позиции P3. На внешнем крае нижней части 900 асимметричной микролинзы 111 сторона 915 первой