專利名稱：用于圖像傳感器或顯示單元的多微透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及改進(jìn)的半導(dǎo)體成像器件，具體地說，涉及用于成像器陣列或顯示單元的多微透鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
固態(tài)成像器，包括電荷耦合器件(CCD)和CMOS傳感器，已常用于光成像應(yīng)用。固態(tài)成像器電路包括像素單元的焦平面陣列，每個像素單元包括疊加在襯底摻雜區(qū)上的光門、光電導(dǎo)體或光電二極管，用于在襯底的基礎(chǔ)部分中積累光生電荷。微透鏡通常設(shè)置在成像器像素單元上面。微透鏡用于將光聚焦到初始電荷積聚區(qū)上。傳統(tǒng)技術(shù)使用具有聚合物涂層的單個微透鏡，使涂層具有方形或圓形的圖案，將所述圖案分別設(shè)置在像素上，然后在制造過程中將它們加熱，以便將微透鏡成形和固化。
微透鏡的使用，通過收集來自大的光收集區(qū)的光并將其聚焦到傳感器的小光敏區(qū)而顯著地改善了成像裝置的感光靈敏度。整個光收集面積和傳感器光敏面積之比稱為像素的占空系數(shù)。
微透鏡形成在光敏區(qū)上方的平面化區(qū)域中。光線通過平面化區(qū)域后，被濾色器濾波。每個傳統(tǒng)像素可以具有單獨的濾色器?；蛘撸袼氐臑V色器區(qū)域可以具有不同的深度，以便濾去不需要的波長。
隨著成像器陣列和像素光敏區(qū)的尺寸的減小，要提供能夠?qū)⑷肷涔饩€聚焦到光敏區(qū)的微透鏡就日益困難。所述問題部分地是由于構(gòu)建較小的微透鏡(既對成像器件過程具有最佳焦距又可最佳地調(diào)節(jié)光線穿過各種器件層時引入的光學(xué)像差)難度增加。而且，也很難校正由光敏區(qū)上方多個區(qū)域所造成的失真，導(dǎo)致相鄰像素之間的串?dāng)_增加。當(dāng)軸外光線以鈍角射到微透鏡上時，就產(chǎn)生”串?dāng)_”。軸外光線通過平面化區(qū)域和濾色器，未射到指定的光敏區(qū)，而射到了鄰近的光敏區(qū)上。結(jié)果，具有未調(diào)諧的或未最佳化微透鏡的較小成像器不能獲得最佳的彩色保真度和信/噪比。
和顯示系統(tǒng)一起使用的透鏡結(jié)構(gòu)還常缺少有效的透鏡系統(tǒng)。例如，有源矩陣液晶顯示器(LCD)系統(tǒng)具有正交偏振器，后者能夠利用電壓信號開啟或阻塞光路。LCD對于所考慮的偏振器角度采取平行或垂直狀態(tài)。當(dāng)光路開啟時，光線穿過濾色器出來，被用戶觀看。目前的系統(tǒng)，如果沒有彌散光線以提供良好視角所必須的昂貴而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在X和Y方向上都不能提供良好的視角。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種用于像素陣列的微透鏡結(jié)構(gòu)，其中與陣列中的像素關(guān)聯(lián)的微透鏡包括多個透鏡區(qū)，每個區(qū)具有不同的光學(xué)特性。所述多個透鏡區(qū)具有這樣的光學(xué)特性，使得到達(dá)光檢測器像素或從顯示像素散射的入射光的數(shù)量增加了。
以下詳細(xì)討論各種示范實施例以及它們的制造方法。以下結(jié)合附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的這些和其它特征。
附圖簡要說明

圖1示出按照本發(fā)明示范實施例構(gòu)建的微透鏡結(jié)構(gòu)的一部分的截面圖；圖1A示出圖1實施例的一部分的頂視圖；圖2示出按照本發(fā)明另一方面構(gòu)建的像素陣列另一示范實施例的一部分的頂視圖；圖3示出圖1的微透鏡的示范實施例的截面圖；圖4示出按照本發(fā)明另一實施例構(gòu)建的微透鏡的另一示范實施例的截面圖；圖5示出按照本發(fā)明示范實施例構(gòu)建的微透鏡的頂視圖；圖6示出圖5的微透鏡的截面圖；圖7示出按照本發(fā)明示范實施例構(gòu)建的成像器系統(tǒng)的方框圖8示出按照本發(fā)明示范實施例進(jìn)行的制造方法；圖9示出按照本發(fā)明另一示范實施例進(jìn)行的制造方法；圖10示出按照本發(fā)明另一示范實施例進(jìn)行的制造方法；以及圖11示出按照本發(fā)明另一示范實施例構(gòu)建的透鏡的截面圖。
發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明提供一種供光學(xué)檢測器或顯示系統(tǒng)使用的新的微透鏡結(jié)構(gòu)。本發(fā)明增加了到達(dá)成像器陣列中像素光敏區(qū)的入射光數(shù)量。本發(fā)明還可以用于更有效地從顯示單元散射光線。微透鏡結(jié)構(gòu)包括具有不同光學(xué)特性的多個透鏡區(qū)，以便更有效地將入射到微透鏡上的光折射到或轉(zhuǎn)移到像素的光敏區(qū)或從顯示結(jié)構(gòu)上折射或轉(zhuǎn)移。
參閱圖1和1A，圖中分別示出按照本發(fā)明構(gòu)建的成像器陣列2第一實施例的截面圖和頂視圖。提供多個微透鏡結(jié)構(gòu)，每個微透鏡結(jié)構(gòu)具有上透鏡部分1和下透鏡部分2。在鈍化區(qū)6、介入?yún)^(qū)4(例如濾色器陣列、金屬化區(qū)等等)和成像像素5的陣列上面形成這些結(jié)構(gòu)。每個像素5具有用于將光子轉(zhuǎn)換成電荷的光傳感器。通過在每個微透鏡中創(chuàng)建兩個或兩個以上透鏡層1、3以便將光線更直接地聚焦到像素5的光敏區(qū)來提高每個像素5的光收集效率?？梢园淹哥R層1、3制成各種對稱的幾何形狀(例如圓形，方形等)和不對稱形狀，為入射光線到達(dá)像素5的光敏區(qū)提供通路。圖1A示出的透鏡區(qū)1、3為圓形的并且與透鏡區(qū)1、3的其它透鏡結(jié)構(gòu)不鄰接，但應(yīng)理解，各種形狀都可用于本發(fā)明，以下將詳述。
圖2示出本發(fā)明第二實施例的頂視圖，其中微透鏡陣列具有第一組微透鏡，每個微透鏡具有兩個透鏡區(qū)1、3；以及第二組微透鏡，每個微透鏡具有單一透鏡10。圖2圖解說明微透鏡陣列可以具有不同的微透鏡結(jié)構(gòu)，分別與像素陣列中的不同像素相關(guān)聯(lián)。
每個微透鏡結(jié)構(gòu)的構(gòu)建基于對兩個或兩個以上透鏡區(qū)1、3的所需組合折射效果的確定。所需組合折射效果是由區(qū)域1、3的組合光學(xué)特性產(chǎn)生的，它改善了像素5的占空系數(shù)。
穿過兩種介質(zhì)邊界區(qū)域的光線的折射性能用Snells方程描述N1*sinθ1＝N2*sinθ2(1)所述方程適用于簡單的幾何光學(xué)。折射就是當(dāng)光波穿過將兩種介質(zhì)分隔開的邊界時光波路徑的彎折。光波遇到邊界時的角度稱為入射角(θ1)。光波通過(介質(zhì))后相對于介質(zhì)邊界運行的角度稱為折射角(θ2)。N1和N2是指與兩種材料關(guān)聯(lián)的折射率，在這兩種材料之間形成邊界并且光波穿過此邊界。折射的起因是當(dāng)光波穿過其中的介質(zhì)改變時光波的速度發(fā)生了改變。
參閱圖3，關(guān)系式N1＞N2＞N0是具有兩個不同區(qū)域1、3的微透鏡的一組折射率的實例。這樣選擇區(qū)域1、3的尺寸和折射率，使得與使用單一微透鏡或其它傳統(tǒng)微透鏡結(jié)構(gòu)相比，將更多的光線轉(zhuǎn)向檢測器區(qū)。N1是第一透鏡區(qū)1的折射率。N2是第二透鏡區(qū)3的折射率，而N0是在第一透鏡區(qū)1外的介質(zhì)(例如空氣或其它氣體)的折射率。
圖3示出圖1實施例的展開圖。通過在每個微透鏡中創(chuàng)建多于一個的透鏡區(qū)1、3以便將光線更直接地聚焦到像素5的光敏區(qū)來提高每個像素5的光收集效率。這樣定位透鏡區(qū)材料1、3以便使入射光7轉(zhuǎn)向(或射向)基礎(chǔ)光敏區(qū)5。可以把透鏡區(qū)1、3制成各種對稱的幾何形狀(例如圓形、方形等)和不對稱形狀，以便為入射光線到達(dá)像素5的光敏區(qū)提供通路。
本發(fā)明的第三實施例包括具有多于兩個的透鏡區(qū)以便更有選擇性地調(diào)節(jié)光線到光敏區(qū)的折射的微透鏡。圖4示出微透鏡9，其第一透鏡區(qū)8形成在第二透鏡區(qū)1的上面，而第二透鏡區(qū)1又形成在第三透鏡區(qū)3的上面。所述各透鏡區(qū)被形成為具有不同的折射率N3、N2和N1。這樣選擇各透鏡區(qū)的折射率以及透鏡的尺寸和形狀，以便與其它介入層的折射特性結(jié)合，為示范的微透鏡9下的像素5的光敏區(qū)提供所需的占空系數(shù)。也可以根據(jù)所述基礎(chǔ)區(qū)域(例如平面化層6或其它層4)的光學(xué)特性(這些特性也會影響占空系數(shù))來選擇每個透鏡區(qū)8、1、3的折射率和形狀。在圖4所示的實施例中，入射光被多個區(qū)域8、1、3折射，使得光線的所需部分射向光敏區(qū)5。在整個像素陣列上方，可以把所述各透鏡區(qū)中最上面的透鏡區(qū)(例如透鏡區(qū)8)制成分段透鏡區(qū)或單一透鏡區(qū)8?？梢栽诔上衿麝嚵兄忻總€像素的上面或所述陣列中一部分像素的上面形成微透鏡9。
圖5和6分別示出本發(fā)明第四實施例的頂視圖和截面圖。在此實施例中，下透鏡環(huán)13使來自透鏡區(qū)11外周部分的光線偏轉(zhuǎn)到像素5的光敏區(qū)。透鏡區(qū)13僅折射由透鏡區(qū)11折射的光線的一部分，以便選擇性地調(diào)節(jié)特定光敏區(qū)5的占空系數(shù)?？梢栽谕哥R區(qū)11上設(shè)置一個或多個附加的透鏡區(qū)，以便進(jìn)一步使光線射向像素5的光敏區(qū)。在此示范實施例中，在另一微透鏡區(qū)13的上面形成曲面的微透鏡區(qū)11。但是，這兩個微透鏡區(qū)11、13可以顛倒；此時，透鏡區(qū)13形成在透鏡區(qū)11的上面，選擇性地將光線折射到像素5的光敏區(qū)如圖6所示，進(jìn)入透鏡區(qū)11的光線17被折射到下透鏡區(qū)13中。透鏡區(qū)13進(jìn)一步將靠近外周邊緣的光線17以銳角折射到像素5的光敏區(qū)。
可以根據(jù)對微透鏡區(qū)和光敏區(qū)之間各層的光學(xué)折射特性的考慮來選擇所述多個透鏡區(qū)的折射率，以便使最多光線透射到像素5的光敏區(qū)。如上所述，按照本發(fā)明的微透鏡陣列可以在像素陣列的不同部分中包括不同的微透鏡結(jié)構(gòu)。入射到像素陣列中心的像素上的光可以和入射到像素陣列外緣的像素上的光截然不同。因此，可以在陣列中部的像素上設(shè)置一種微透鏡結(jié)構(gòu)，而另一種不同的微透鏡結(jié)構(gòu)可以用于陣列中其它外周像素中的入射光傳輸。
圖7示出圖像處理系統(tǒng)，它包括處理器31、存儲器33、輸入/輸出系統(tǒng)35、存儲單元37和成像器39?？偩€30連接所述各圖像處理系統(tǒng)部件。成像器39包括具有按照本發(fā)明的關(guān)聯(lián)的微透鏡結(jié)構(gòu)的像素陣列。
具有按照本發(fā)明構(gòu)成的并參閱圖1-7描述的微透鏡的像素陣列可以用于CMOS、CCD或其它成像器中。本發(fā)明的微透鏡結(jié)構(gòu)可以用作像素的單一微透鏡或者用作各個像素的微透鏡陣列。
圖8示出圖1、1A和3所示的微透鏡結(jié)構(gòu)的制造方法。所述方法使用包含像素陣列、周邊電路、觸點和布線的襯底。在像素陣列上面形成一個或多個保護(hù)層(例如硼磷硅玻璃(BPSG)、硼硅玻璃(BSG)、磷硅玻璃(PSG)、二氧化硅、氮化硅或其它透明材料)并且將其平面化?？梢栽诒Ｗo(hù)層上形成間隔層。然后開始構(gòu)成微透鏡結(jié)構(gòu)。在S51，形成第一透鏡區(qū)，例如透鏡區(qū)3(圖3)，所用材料及其厚度將和其它透鏡區(qū)結(jié)合在一起增加傳送到像素5的光敏區(qū)的入射光?？梢岳美缧康裙に囘^程來涂敷第一透鏡區(qū)3，第一透鏡區(qū)3可以用透明或聚合物材料制成。也可以使用其它透鏡形成材料，包括光學(xué)熱塑性材料，例如有機(jī)玻璃(polymethymethacrylate)；聚碳酸酯；聚烯烴；乙酸丁酸纖維；或聚苯乙烯；聚酰亞胺(polymide)；熱固性樹脂，例如環(huán)氧樹脂；光敏膠或輻射可固化樹脂，例如丙烯酸鹽、甲基丙烯酸鹽、聚氨酯丙烯酸鹽、環(huán)氧丙烯酸鹽或聚酯丙烯酸鹽。
在S53，使第一透鏡區(qū)具有圖案，以便形成單個微透鏡區(qū)3?？梢岳脴?biāo)準(zhǔn)光刻設(shè)備和技術(shù)來實現(xiàn)所述圖案形成過程。在S55，通過透鏡加工(例如烘焙)將單個微透鏡區(qū)3成形為所需結(jié)構(gòu)，例如不對稱圓形。在S57，在第一透鏡區(qū)3上涂刷第二透鏡區(qū)1，第二透鏡區(qū)1所用材料及其厚度應(yīng)能和入射光所穿過的其它透鏡區(qū)結(jié)合在一起增加像素5光敏區(qū)的占空系數(shù)因素或入射光強(qiáng)度。在S59，使第二透鏡區(qū)1具有圖案。然后，在S61，通過烘焙，將第二透鏡區(qū)1加工成形(例如塑變)。
圖9示出形成圖4中微透鏡結(jié)構(gòu)的示范的制造方法。最初，在S71，在像素陣列中的各像素上形成透鏡區(qū)3。在S73，使透鏡區(qū)3具有圖案，以便逐一地產(chǎn)生成形的微透鏡區(qū)3。在加工步驟S73，將透鏡區(qū)3做成圓形、矩形或其它形狀的圖案。在S75，通過烘焙，將加工成圖案的透鏡區(qū)3成形為光聚焦透鏡結(jié)構(gòu)。必要時，在加工步驟S79，將另一透鏡區(qū)，例如1(圖4)，形成在以前的透鏡區(qū)3上面。對于每一個新涂敷的層，重復(fù)加工步驟S73、S75。在S77，確定是否要涂敷另一透鏡區(qū)。如果不再涂敷另一透鏡區(qū)，則加工結(jié)束。如果還要形成另一透鏡區(qū)，則重復(fù)加工步驟S79、S73和S75。
圖10示出按照本發(fā)明形成包含多個透鏡區(qū)的示范微透鏡陣列的另一示范的制造方法。在步驟S91-S93，在像素5上形成所有微透鏡層。在S95，使各層具有圖案，而在S97，將各層成形。
在S97，通過烘焙利用諸如塑變等使透鏡區(qū)(例如1、3)一起成形。執(zhí)行步驟S91-S97，使得示范的微透鏡中所得到的多個透鏡區(qū)向各自的光敏區(qū)(例如5)提供最大的光折射。
具有圖案的各個微透鏡的形狀可以是圓形、雙凸形、卵形、矩形、六角形或任何其它合適的形狀?？梢酝ㄟ^以下方法來實現(xiàn)透鏡區(qū)的成形進(jìn)行熱處理，以便從所涂敷的、具有圖案的透鏡形成區(qū)形成折射透鏡區(qū)。形成折射透鏡區(qū)所用的成形過程取決于用于形成透鏡區(qū)的材料。如果可以對透鏡形成區(qū)的材料進(jìn)行熱處理，則可以利用諸如烘焙等熱處理過程。如果材料是對光非常敏感的，則可以使用特殊的曝光技術(shù)。
本發(fā)明也可以和光投影系統(tǒng)以及光檢測系統(tǒng)一起使用。如果從襯底出來的光線和進(jìn)入襯底的光線相同，也應(yīng)用同樣的原理。雖然和成像器系統(tǒng)相比，對于顯示系統(tǒng)的最佳性能來說結(jié)構(gòu)參數(shù)可能要改變，但本發(fā)明仍然提供光分布的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。
參閱圖11，在顯示區(qū)131上形成透鏡結(jié)構(gòu)。顯示區(qū)131可以是顯示像素或者發(fā)光單元。在透鏡整體中同一顯示區(qū)131上可以形成多個透鏡結(jié)構(gòu)，以便進(jìn)一步增加光散射和改進(jìn)顯示區(qū)131的視角。光線從顯示區(qū)131發(fā)射出來，進(jìn)入層129，層129可以是上玻璃層或其它顯示層(例如，LCD系統(tǒng)中的上玻璃層)，然后光線進(jìn)入偏振器127，按照偏振器的作用被折射。然后光線進(jìn)入折射率為N2的第一透鏡區(qū)125，在此光線被折射到折射率為N1的第二透鏡區(qū)123。然后光線又被第二透鏡區(qū)123折射進(jìn)入空氣，在空氣中再次被折射。圖11的顯示透鏡結(jié)構(gòu)包括的區(qū)123和125，和本發(fā)明其它實施例中相應(yīng)透鏡區(qū)的形成方式以及所用形成材料都相同。
應(yīng)當(dāng)再次指出，雖然具體結(jié)合具有像素陣列的成像電路對本發(fā)明作了說明，但本發(fā)明具有更廣泛的適用性，可以用在任何成像裝置和顯示裝置中。同理，上述過程也只是用來形成本發(fā)明透鏡的許多方法中的一種。上述說明和附圖示出本發(fā)明的示范實施例。本發(fā)明不應(yīng)限于所示實施例。屬于以下權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的對本發(fā)明的任何修改動應(yīng)被認(rèn)為是本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種光檢測系統(tǒng)，它包括光敏區(qū)；以及透鏡結(jié)構(gòu)，用于將光線聚焦到所述光敏區(qū)，所述透鏡結(jié)構(gòu)包括第一透鏡區(qū)和第二透鏡區(qū)，所述第一和第二透鏡區(qū)具有不同的光學(xué)特性。
2.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中包括多個所述透鏡結(jié)構(gòu)和多個所述光敏區(qū)，其中每一個所述透鏡結(jié)構(gòu)各自設(shè)置在所述多個光敏區(qū)中每一個之上。
3.如權(quán)利要求2所述的光檢測系統(tǒng)，其中每一個所述透鏡結(jié)構(gòu)的所述第二透鏡區(qū)與其它透鏡結(jié)構(gòu)的所述第二透鏡區(qū)不鄰接。
4.如權(quán)利要求2所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)與其它所述透鏡結(jié)構(gòu)的其它第一和第二透鏡區(qū)不鄰接。
5.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一透鏡區(qū)形成在所述第二透鏡區(qū)之上。
6.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一透鏡區(qū)具有圓形形狀并形成在所述第二透鏡區(qū)之上。
7.如權(quán)利要求6所述的光檢測系統(tǒng)，其中還包括排列成陣列的多個所述光敏區(qū)，每一個光敏區(qū)具有關(guān)聯(lián)的透鏡結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一透鏡區(qū)形成在所述第二透鏡區(qū)之上并制作成非球面形狀。
9.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述透鏡結(jié)構(gòu)還包括第三透鏡區(qū)。
10.如權(quán)利要求9所述的光檢測系統(tǒng)，其中還包括多個所述光敏區(qū)和多個所述透鏡結(jié)構(gòu)，其中將每一個所述透鏡結(jié)構(gòu)制作成圖案并將其形成在所述多個光敏區(qū)中相應(yīng)的光敏區(qū)之上。
11.如權(quán)利要求9所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第三透鏡區(qū)形成在所述第一透鏡區(qū)之上。
12.如權(quán)利要求9所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第三透鏡區(qū)具有圓形形狀并形成在所述第一透鏡區(qū)之上。
13.如權(quán)利要求9所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第三透鏡區(qū)形成在所述第一透鏡區(qū)之上并制作成非球面形狀。
14.如權(quán)利要求9所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一、第二和第三透鏡區(qū)具有不同的折射率。
15.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)具有不同的折射率。
16.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述光敏區(qū)是光電二極管。
17.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第二透鏡區(qū)折射由所述第一透鏡區(qū)折射的光線的一部分。
18.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中形成與所述第二透鏡區(qū)接觸的所述第一透鏡。
19.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一透鏡區(qū)具有大于所述第二透鏡區(qū)的直徑。
20.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中在所述光敏區(qū)的比所述第二透鏡區(qū)大的部分之上形成所述第一透鏡區(qū)并將其制作成圖案。
21.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)之一折射未入射到所述第一和第二透鏡區(qū)中另一個的一部分入射光。
22.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)由各自的第一和第二材料形成。
23.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)由相同材料形成但具有不同的幾何形狀。
24.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)對于入射光具有各自的第一和第二光焦點。
25.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上非球面形狀。
26.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上圓形形狀。
27.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上兩面凸形狀。
28.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上卵形形狀。
29.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上矩形形狀。
30.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上六角形形狀。
31.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一透鏡區(qū)形成在所述第二透鏡區(qū)的一部分之上并與其直接接觸，并且其中所述第二透鏡區(qū)具有環(huán)形的光折射區(qū)。
32.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述第一透鏡區(qū)的折射率大于所述第二透鏡區(qū)的折射率。
33.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述光敏區(qū)是CMOS成像器的一部分。
34.如權(quán)利要求1所述的光檢測系統(tǒng)，其中所述光敏區(qū)是CCD成像器的一部分。
35.一種成像裝置，它包括包括多個光敏區(qū)的成像陣列；以及多個透鏡結(jié)構(gòu)，它們設(shè)置在所述光敏區(qū)中相應(yīng)的光敏區(qū)上的所述成像陣列上，多于一個透鏡結(jié)構(gòu)包括多個微透鏡，所述微透鏡中至少一個包括多個透鏡區(qū)，所述透鏡區(qū)中至少兩個具有不同的折射特性。
36.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中至少兩個透鏡區(qū)具有圓形形狀。
37.如權(quán)利要求36所述的成像裝置，其中每一個最上面的透鏡區(qū)不與其它最上面的透鏡區(qū)接觸。
38.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中所述多個透鏡區(qū)中的至少兩個制作成非球面形狀。
39.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中所述光敏區(qū)包括光電二極管。
40.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中至少一個透鏡區(qū)折射由至少一個其他透鏡區(qū)折射的光線的一部分。
41.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中形成與另一個透鏡區(qū)接觸的至少一個透鏡區(qū)。
42.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中每一個所述透鏡結(jié)構(gòu)與所述透鏡結(jié)構(gòu)中的其它透鏡結(jié)構(gòu)不鄰接。
43.如權(quán)利要求42所述的成像裝置，其中所述多個透鏡區(qū)之一具有大于另一個關(guān)聯(lián)的透鏡區(qū)的直徑。
44.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中在透鏡結(jié)構(gòu)中所述多個透鏡區(qū)的上透鏡區(qū)與至少一個其他透鏡結(jié)構(gòu)中的另一個上透鏡區(qū)不鄰接。
45.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中在所述光敏區(qū)的比同一透鏡結(jié)構(gòu)中另一透鏡區(qū)大的部分之上形成所述多個透鏡區(qū)之一并將其制作成圖案。
46.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中所述多個透鏡區(qū)之一折射未入射到同一透鏡結(jié)構(gòu)中所述多個透鏡區(qū)中另一個的部分入射光。
47.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中所述多個透鏡區(qū)由多于一種材料形成。
48.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中所述多個透鏡區(qū)由相同材料形成但具有至少一種不同的幾何形狀。
49.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中每一個所述多個透鏡區(qū)對于入射光具有第一和第二光焦點。
50.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中所述多個透鏡區(qū)之一形成在另一個透鏡區(qū)的一部分之上并與其直接接觸。
51.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中所述多個透鏡區(qū)之一具有環(huán)形的光折射區(qū)。
52.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中所述光敏區(qū)是CMOS成像器的一部分。
53.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中所述光敏區(qū)是CCD成像器的一部分。
54.如權(quán)利要求35所述的成像裝置，其中同一透鏡結(jié)構(gòu)中所述多個透鏡區(qū)之一形成在所述多個透鏡區(qū)中具有不同直徑的另一個透鏡區(qū)之上并與其直接接觸。
55.如權(quán)利要求54所述的成像裝置，其中同一透鏡結(jié)構(gòu)中所述多個透鏡區(qū)中的至少一個包括環(huán)形聚光區(qū)。
56.一種圖像處理系統(tǒng)，它包括處理器，它通過總線連接到存儲器裝置；以及成像裝置，它連接到所述總線，所述成像裝置包括包括多個光敏區(qū)的成像陣列；以及多個透鏡結(jié)構(gòu)，它們設(shè)置在所述光敏區(qū)中相應(yīng)的光敏區(qū)上的所述成像陣列上，至少一個所述透鏡結(jié)構(gòu)包括多個微透鏡，至少一些所述微透鏡各自包括多個透鏡區(qū)，所述各個透鏡區(qū)中的至少兩個具有不同的折射特性。
57.如權(quán)利要求56所述的圖像處理系統(tǒng)，其中所述多個透鏡區(qū)具有圓形形狀。
58.如權(quán)利要求56所述的圖像處理系統(tǒng)，其中所述多個透鏡結(jié)構(gòu)中多于一個制作成非球面形狀。
59.如權(quán)利要求56所述的圖像處理系統(tǒng)，其中所述透鏡結(jié)構(gòu)中的至少一個的最上面的透鏡區(qū)與另一個所述透鏡結(jié)構(gòu)的最上面的透鏡區(qū)不鄰接。
60.如權(quán)利要求56所述的圖像處理系統(tǒng)，其中所述多個透鏡區(qū)之一折射未入射到所述多個透鏡區(qū)中另一個的部分入射光。
61.如權(quán)利要求56所述的圖像處理系統(tǒng)，其中多個透鏡區(qū)由多于一種材料形成。
62.如權(quán)利要求56所述的圖像處理系統(tǒng)，其中所述多個透鏡區(qū)之一包括環(huán)形的光折射區(qū)。
63.一種CMOS成像器，它包括光敏區(qū)；以及透鏡結(jié)構(gòu)，它在垂直方向上位于所述光敏區(qū)之上，其中所述透鏡結(jié)構(gòu)包括折射率分別為N1和N2的第一和第二種材料，其中N1＞N2。
64.如權(quán)利要求63所述的CMOS成像器，其中還包括多個所述透鏡結(jié)構(gòu)和多個所述光敏區(qū)，其中每一個所述透鏡結(jié)構(gòu)各自設(shè)置在所述多個光敏區(qū)之上。
65.如權(quán)利要求63所述的CMOS成像器，其中所述第一種材料形成在所述第二種材料之上。
66.如權(quán)利要求64所述的CMOS成像器，其中所述第一種材料具有圓形形狀并形成在所述第二種材料之上。
67.一種顯示系統(tǒng)，它包括多個顯示結(jié)構(gòu)；以及透鏡結(jié)構(gòu)，它形成在所述多個顯示結(jié)構(gòu)中至少一個之上，所述透鏡結(jié)構(gòu)適合于將來自所述顯示結(jié)構(gòu)的光線重新引向所述透鏡結(jié)構(gòu)之外，所述透鏡結(jié)構(gòu)包括第一透鏡區(qū)和第二透鏡區(qū)，所述第一和第二透鏡區(qū)具有彼此不同的光學(xué)特性。
68.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中在所述多個顯示結(jié)構(gòu)中每一個之上設(shè)置一個所述透鏡結(jié)構(gòu)。
69.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中在所述多個顯示結(jié)構(gòu)中至少一些顯示結(jié)構(gòu)之上設(shè)置多個所述透鏡結(jié)構(gòu)。
70.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中包括第一多個所述透鏡結(jié)構(gòu)和第二多個所述透鏡結(jié)構(gòu)，其中將所述第一多個中的每一個透鏡結(jié)構(gòu)分別設(shè)置在所述第二多個中的顯示結(jié)構(gòu)之上。
71.如權(quán)利要求70所述的顯示系統(tǒng)，其中所述透鏡結(jié)構(gòu)中每一個的所述第二透鏡區(qū)與另一個透鏡結(jié)構(gòu)的所述第二透鏡區(qū)不鄰接。
72.如權(quán)利要求70所述的顯示系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)與其它所述透鏡結(jié)構(gòu)中其它第一和第二透鏡區(qū)不鄰接。
73.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中所述第一透鏡區(qū)形成在所述第二透鏡區(qū)之上。
74.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中所述第一透鏡區(qū)具有圓形形狀并形成在所述第二透鏡區(qū)之上。
75.如權(quán)利要求74所述的顯示系統(tǒng)，其中所述多個顯示結(jié)構(gòu)排列成陣列，所述多個中的每一個顯示結(jié)構(gòu)具有關(guān)聯(lián)的透鏡結(jié)構(gòu)。
76.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中將所述第一透鏡區(qū)設(shè)置在所述第二透鏡區(qū)之上并制作成非球面形狀。
77.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中所述透鏡結(jié)構(gòu)還包括第三透鏡區(qū)。
78.如權(quán)利要求77所述的顯示系統(tǒng)，其中將每一個所述透鏡結(jié)構(gòu)制作成圖案并將其形成在所述多個顯示結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)的顯示結(jié)構(gòu)之上。
79.如權(quán)利要求77所述的顯示系統(tǒng)，其中將所述第三透鏡區(qū)設(shè)置在所述第一透鏡區(qū)之上，其中將所述第二透鏡區(qū)設(shè)置在所述第一和所述第三透鏡區(qū)之間。
80.如權(quán)利要求77所述的顯示系統(tǒng)，其中所述第三透鏡區(qū)具有圓形形狀并設(shè)置在所述第一透鏡區(qū)之上。
81.如權(quán)利要求77所述的顯示系統(tǒng)，其中將所述第三透鏡區(qū)設(shè)置在所述第一透鏡區(qū)之上并制作成非球面形狀。
82.如權(quán)利要求77所述的顯示系統(tǒng)，其中所述第一、第二和第三透鏡區(qū)具有彼此不同的折射率。
83.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中所述第一和第二透鏡區(qū)具有不同的折射率。
84.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中所述顯示結(jié)構(gòu)是有源矩陣液晶顯示器中的顯示像素。
85.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中所述第二透鏡區(qū)折射由所述第一透鏡區(qū)折射的光線的一部分。
86.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中形成與所述第二透鏡區(qū)接觸的所述第一透鏡區(qū)。
87.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中所述第一透鏡區(qū)具有大于所述第二透鏡區(qū)的直徑。
88.如權(quán)利要求67所述的顯示系統(tǒng)，其中在所述顯示結(jié)構(gòu)的比所述第二透鏡區(qū)大的部分之上形成所述第一透鏡區(qū)并將其制作成圖案。
89.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中所述第一和第二透鏡區(qū)之一折射未入射到所述第一和第二透鏡區(qū)中另一個的部分入射光。
90.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中所述第一和第二透鏡區(qū)由各自的第一和第二種材料形成。
91.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中所述第一和第二透鏡區(qū)由相同的材料形成但具有不同的幾何形狀。
92.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上非球面形狀。
93.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上圓形形狀。
94.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上兩面凸形狀。
95.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上卵形形狀。
96.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上矩形形狀。
97.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中至少一個具有基本上六角形形狀。
98.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中所述第一透鏡區(qū)形成在所述第二透鏡區(qū)的一部分之上并與其直接接觸，并且其中所述第二透鏡區(qū)具有環(huán)形的光折射區(qū)。
99.如權(quán)利要求67所述的成像裝置，其中將第一和第二多個所述透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述多個顯示結(jié)構(gòu)之上，所述第一多個透鏡結(jié)構(gòu)的所述第一透鏡區(qū)具有第一折射率，所述第二多個透鏡結(jié)構(gòu)的所述第二透鏡區(qū)具有第二折射率。
100.一種形成用于成像器的透鏡結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括在多個光敏區(qū)上形成具有第一折射率的第一多個聚光區(qū)；以及在所述第一多個聚光區(qū)上形成具有第二折射率的第二多個聚光區(qū)。
101.如權(quán)利要求100所述的方法，其中所述第一多個聚光區(qū)的折射率大于所述第二多個聚光區(qū)的折射率。
102.如權(quán)利要求100所述的方法，其中還包括在所述第二多個聚光區(qū)上分別形成多個第三聚光區(qū)。
103.如權(quán)利要求100所述的方法，其中所述第一和第二多個聚光區(qū)中的每一個以基本上圓形形狀形成在所述光敏區(qū)上。
104.如權(quán)利要求100所述的方法，其中所述聚光區(qū)以半圓形形狀形成在所述光敏區(qū)上。
105.如權(quán)利要求100所述的方法，其中所述聚光區(qū)以矩形形狀形成在所述光敏區(qū)上。
106.如權(quán)利要求100所述的方法，其中所述聚光區(qū)以六角形形狀形成在所述光敏區(qū)上。
107.如權(quán)利要求100所述的方法，其中所述聚光區(qū)以兩面凸形狀形成在所述光敏區(qū)上。
108.如權(quán)利要求100所述的方法，其中所述聚光區(qū)以卵形形狀形成在所述光敏區(qū)上。
109.如權(quán)利要求100所述的方法，其中所述成形步驟包括熱處理。
110.如權(quán)利要求100所述的方法，其中所述成形步驟包括烘焙。
111.一種形成成像器結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括在成像器襯底上形成第一組和第二組光敏區(qū)；在所述第一組的每一個所述光敏區(qū)上形成具有第一折射特性的第一透鏡區(qū)；在每一個所述第一透鏡區(qū)上形成具有第二折射特性的第二透鏡區(qū)；以及在所述第二組的每一個所述第二光敏區(qū)上形成具有折射特性的至少一個另外的透鏡區(qū)。
112.如權(quán)利要求111所述的方法，其中所述第一透鏡區(qū)的折射率大于所述第二透鏡區(qū)的折射率。
113.如權(quán)利要求111所述的方法，其中所述第一和第二透鏡區(qū)中的至少一個以圓形形狀形成在所述第一組的所述光敏區(qū)上。
114.如權(quán)利要求111所述的方法，其中所述第一和第二透鏡區(qū)以圓形形狀形成在所述第一組的所述光敏區(qū)上。
115.如權(quán)利要求111所述的方法，其中所述第一和第二透鏡區(qū)以半圓形形狀形成在所述第一組的所述光敏區(qū)上。
116.如權(quán)利要求111所述的方法，其中所述第一和第二透鏡區(qū)以矩形形狀形成在所述第一組的所述光敏區(qū)上。
117.如權(quán)利要求111所述的方法，其中所述第一和第二透鏡區(qū)以六角形形狀形成在所述第一組的所述光敏區(qū)上。
118.如權(quán)利要求111所述的方法，其中所述第一和第二透鏡區(qū)以兩面凸形狀形成在所述第一組的所述光敏區(qū)上。
119.如權(quán)利要求111所述的方法，其中所述第一和第二透鏡區(qū)以卵形形狀形成在所述第一組的所述光敏區(qū)上。
120.如權(quán)利要求111所述的方法，其中所述成形包括熱處理。
全文摘要
具有多個透鏡的成像器或顯示系統(tǒng)，在成像器或顯示陣列中的一個或多個像素上形成所述透鏡，將所述透鏡制成圖案和成形。所述多個透鏡增強(qiáng)了被折射到光敏區(qū)上或從顯示像素上散射的光的強(qiáng)度。
文檔編號H04N5/335GK1816915SQ200480019193
公開日2006年8月9日 申請日期2004年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月8日
發(fā)明者D·維爾斯, U·C·貝蒂格爾 申請人:微米技術(shù)有限公司