固态摄像装置和电子设备

技术领域

本发明涉及固态摄像装置和电子设备。

背景技术

使用微透镜来代替摄像透镜(物镜)的固态摄像装置包括例如下面描述的专利文献1和2公开的装置，该微透镜具有与固态摄像器件的单位像素相同水平的表面尺寸并具有3mm以下的总长度。在如上所述的固态摄像装置中，多个固态摄像器件在单个摄像器件表面上以矩阵形状紧密排列。这种固态摄像装置能够通过将由上述的各个固态摄像器件获取的图像信息组合成一个来获取被摄体的图像。因此，在这种固态摄像装置中，需要各个固态摄像器件在彼此不重叠的情况下检测预定范围内的入射光，并且需要获取检测的入射光的摄像信息，因此，包括各个固态摄像器件的各个像素优选地具有彼此不重叠的窄视角。

因此，为了避免如上所述的重叠，在下面的专利文献1中，在微透镜和固态摄像器件之间设置有两个针孔，并且在下面的专利文献2中，设置有一个针孔。在专利文献1和2中，通过用上述针孔限制各个固态摄像器件能够检测的入射光的范围，避免了各个像素的视角的重叠。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利第5488928号

专利文献2：JP-T-2007-520743

发明内容

技术问题

然而，在上面的专利文献1和2公开的固态摄像装置中，由于各个固态摄像器件能够检测的入射光的范围受到针孔的限制，因此可以说入射光的利用效率低。

因此，在本发明中，提出了一种新颖且改进的固态摄像装置和电子设备，该固态摄像装置和电子设备能够在避免相邻像素的视角重叠的同时提高入射光的利用效率。

解决问题的技术方案

根据本发明，提供了一种固态摄像装置，其包括多个像素，所述多个像素在摄像器件表面上以矩阵形状布置，其中，各个所述像素包括：至少一个固态摄像器件；以及至少一个导光单元，所述至少一个导光单元被布置在所述固态摄像器件的被摄体侧，其中，所述导光单元沿着所述导光单元的导光方向从所述被摄体侧朝着所述固态摄像器件侧依次包括：第一透明体；具有正光焦度的第一透镜组；具有开口部的遮光单元；以及具有正光焦度的第二透镜组。

此外，根据本发明，提供了一种包括固态摄像装置的电子设备，所述固态摄像装置包括多个像素，所述多个像素在摄像器件表面上以矩阵形状布置，其中，各个所述像素包括：至少一个固态摄像器件；以及至少一个导光单元，所述至少一个导光单元被布置在所述固态摄像器件的被摄体侧，其中，所述导光单元沿着所述导光单元的导光方向从所述被摄体侧朝着所述固态摄像器件侧依次包括：第一透明体；具有正光焦度的第一透镜组；具有开口部的遮光单元；以及具有正光焦度的第二透镜组。

本发明的有益效果

如上所述，根据本发明，能够在避免相邻像素的视角重叠的同时提高入射光的利用效率。

上述效果不一定是限制性的，并且除了上述效果以外或者代替上述效果，还可以产生本申请中描述的任何效果或者能够从本申请中理解的其他效果。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的像素10的示意图。

图2是示出了入射光在图1所示的导光单元200中的传播的示意图。

图3是根据本发明的第一实施例的固态摄像装置1的截面示意图。

图4是根据本发明的第一实施例的固态摄像装置1的平面示意图。

图5是根据本发明的第二实施例的固态摄像装置1a的截面示意图。

图6是根据本发明的第三实施例的固态摄像装置1b的截面示意图。

图7A是根据本发明的第四实施例的固态摄像装置1c的截面示意图。

图7B是图7A中的部分a的放大图。

图7C是图7B中的部分b的放大图。

图8是根据本发明的第五实施例的指纹认证设备700的示意图。

图9是根据本发明的第五实施例的面部认证设备710的示意图。

图10是用于说明根据本发明的第五实施例的固态摄像装置1的用法的说明图。

图11是根据比较例的像素20的示意图。

图12A是根据本发明的第六和第七实施例的固态摄像装置1d的截面示意图。

图12B是图12A中的部分c的放大图。

图13是根据本发明的第八实施例的像素10c的示意图。

图14是根据本发明的第八实施例的指纹认证设备700a的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细说明本发明的示例性实施例。在本申请和附图中，将相同的附图标记分配给具有基本相同的功能构造的部件，因此将省略重复的说明。

此外，在本申请和附图中，能够通过在共同附图标记的末尾处添加不同的数字字符而将具有基本相同或相似的功能构造的部件彼此区分开。然而，在不需要将具有基本相同或相似的功能构造的各个功能部件彼此区分开时，仅使用共同附图标记。此外，能够通过在共同附图标记的末尾处添加不同的字母字符而将不同实施例中的相似部件彼此区分开。然而，在不需要将各个相似部件彼此区分开时，仅使用共同附图标记。

此外，在以下说明中所参考的附图是为了便于本发明的实施例的说明及其理解而提供的附图，并且为了易于理解，附图中的形状、尺寸和比例可以与实际状态不同。此外，参考以下说明和公知技术，可以适当地修改附图中的各个部件的设计。

在以下说明中，用于透镜的术语“正焦度(positive power)”和“负焦度(negativepower)”表示透镜折射光束的能力，并且焦度例如通过调节折射率和曲率而变化。此外，在以下说明中，透镜焦度中的“正焦度”表示将光弯曲到聚集方向(透镜的内侧)的能力，同时“负焦度”表示将光弯曲到扩散方向(透镜的外侧)的能力。

此外，在以下说明中，主光束表示穿过光学系统(稍后描述的像素10)的中心的入射光。此外，上光束表示穿过相对于光学系统的中心轴位于上侧的边缘以在固态摄像器件中形成图像的入射光，并且下光束表示穿过相对于光学系统的中心轴位于下侧的边缘以在固态摄像器件中形成图像的入射光。

此外，在以下说明中，“视角”表示各个像素10能够检测的图像的范围(角度)。

将按照以下顺序进行说明。

1.本发明人实现根据本发明的实施例的背景

2.第一实施例

3.第二实施例

4.第三实施例

5.第四实施例

6.第五实施例

7.第六实施例

8.第七实施例

9.第八实施例

10.结论

11.补充

<1.本发明人实现根据本发明的实施例的背景>

接下来，在说明根据本发明的各个实施例的细节之前，将参考图11说明本发明人实现根据本发明的实施例的背景。图11是根据比较例的像素20的示意图。比较例是指在本发明人实现本发明的实施例之前已经研究的固态摄像装置的构造，并且更详细地，表示非开普勒式(Keplerian)光学系统的构造。

如前所述，例如，使用具有与固态摄像器件的单位像素相同水平的表面尺寸的微透镜来代替摄像透镜(物镜)的固态摄像装置的示例包括上述专利文献1和2公开的装置。在如上所述的固态摄像装置中，多个固态摄像器件在单个摄像器件表面上以矩阵形状紧密排列。这种固态摄像装置能够通过将由上述的各个固态摄像器件获取的图像信息组合成一个来获取被摄体的图像。因此，在这种固态摄像装置中，需要各个固态摄像器件在彼此不重叠的情况下检测较窄预定范围内的入射光，并且需要获取检测的入射光的摄像信息，因此，包括各个固态摄像器件的各个像素被构造成具有彼此不重叠的窄视角。

具体地，根据比较例的固态摄像装置包括多个彼此紧密布置的如图11所示的像素20。各个像素20包括固态摄像器件300a、300b和导光单元202，导光单元202将来自被摄体的光引导到各个固态摄像器件300a、300b。在图11中，左侧是被摄体侧。

在图11中，固态摄像器件300a不仅检测由实线表示的(由主光束以及将主光束夹在中间的上光束和下光束的三条线表示的)入射光600a，而且还检测由双点划线(alternate long and two short dashes lines)表示的(由主光束以及将主光束夹在中间的上光束和下光束的三条线表示的)入射光600b。假设入射光600b的主光束相对于入射光600a的主光束倾斜大约5度的角度。

在这种情况下，具体地，入射光600a在不偏离固态摄像器件300a的导光单元202的情况下到达固态摄像器件300a。另一方面，入射光600b穿过与其下光束相邻的固态摄像器件300b的导光单元202，并到达固态摄像器件300a。该入射光600b的下光束是原本应由与其相邻的固态摄像器件300b检测的入射光。在这种情况下，当固态摄像器件300a检测原本应由相邻的固态摄像器件300b检测的入射光时，固态摄像器件300a、300b检测的入射光的摄像信息包括彼此重叠的部分。结果，在这种情况下，即使将由各个固态摄像器件300a、300b获取的摄像信息组合成一个，也将获取与被摄体的实际图像不同的伪图像。因此，为了避免这种问题，期望将进入固态摄像器件300a的入射光600b的下光束切断，并且期望将与各个固态摄像器件300a、300b相关的像素20调节为具有彼此不重叠的预定视角。

因此，在上述专利文献1和2公开的固态摄像装置中，通过应用针孔来限制从多个方向进入各个固态摄像器件的入射光，能够以各个像素具有彼此不重叠的预定视角的方式进行调节。然而，在上述专利文献1和2公开的固态摄像装置中，由于用针孔来限制各个固态摄像器件能够检测的入射光的范围，因此入射光的利用效率低。

鉴于这种情况，本发明人努力研究了在避免相邻像素的视角重叠的同时是否能够提高入射光的利用效率。在进行这项研究的同时，本发明人独特地构思了使用开普勒式光学系统的思想，该开普勒式光学系统在固态摄像器件中形成图像之前，在将光引导到固态摄像器件的导光单元中形成图像一次。

具体地，在非开普勒式光学系统的比较例中，根据本发明人的研究，如图11所示，入射光600a和入射光600b在固态摄像器件300a的摄像器件表面502上形成图像。当通过使用针孔等将进入固态摄像器件300a的入射光600b的下光束切断时，优选在上述的成像位置处切断光，在该位置处，入射光600a和入射光600b的重叠少。然而，如图11所示，入射光600a和入射光600b的成像位置彼此非常接近，因此，入射光600a和入射光600b在摄像器件表面502附近也彼此重叠。因此，当在摄像器件表面502上切断入射光600b的下光束时，可能会切断原本应由固态摄像器件300a检测的入射光600a的至少一部分。

另一方面，根据本发明人的研究，当在通过固态摄像器件300形成图像之前的前一阶段中使用开普勒式光学系统形成图像一次时，尽管稍后将描述细节(参考图2中的箭头)，但是已经发现，与上述比较例相比，前一阶段中的入射光600a、600b的成像位置能够更远地分离。基于这个最初发现，本发明人独特地构思，通过在前一阶段中发生成像的位置处设置遮光单元240(参考图1)，能够在不切断原本应由固态摄像器件300a检测的入射光600a的情况下切断入射光600b的下光束。

也就是说，基于上述的最初发现，本发明人想到了一种固态摄像装置，其通过使用开普勒式光学系统在避免相邻的像素20的视角重叠的同时，由于不切断原本应由固态摄像器件300a检测的入射光600a，因此能够提高入射光600a的利用效率。换句话说，本发明人实现了如下固态摄像装置的实施例：该固态摄像装置使用具有与固态摄像器件的单位像素相同水平的表面尺寸并具有3mm以下的总长度的微透镜而不使用摄像透镜(物镜)，并且该固态摄像装置能够在避免相邻像素的视角重叠的同时提高入射光的利用效率。在下文中，将顺序地详细说明根据本发明的实施例。

<2.第一实施例>

首先，将参考图1至图4说明根据本发明的第一实施例的固态摄像装置1。图1是根据本实施例的像素10的示意图，并且图2是示出了入射光在图1所示的导光单元200中的传播的示意图。此外，图3是根据本实施例的固态摄像装置1的截面示意图，并且图4是根据本实施例的固态摄像装置1的平面示意图。需要注意，在图1至图3中，附图的左侧是被摄体侧。

具体地，固态摄像装置1是检测来自被摄体侧的可见光以对被摄体进行摄像的装置。在固态摄像装置1的摄像器件表面(摄像表面)上，多个单位单元以二维格子形状(矩阵)布置。单位单元是构成固态摄像装置1的单位，并且在以下说明中被称为像素10，并且分别生成采集的图像数据中的像素数据。此外，如图1所示，各个像素10包括至少一个固态摄像器件300和布置在固态摄像器件300的被摄体侧的至少一个导光单元200。

例如，固态摄像器件300是电荷耦合器件(CCD：Charge Coupled Device)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS：Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)图像传感器，并且对接收的光进行光电转换以生成模拟电信号。通过使用处理电路等将生成的电信号转换为采集的图像数据中的数字像素数据。

此外，布置在固态摄像器件300的被摄体侧的导光单元200可以将光引导到固态摄像器件300。在以下说明中，导光单元200的导光方向是图1中从左向右的方向，也就是说，是导光单元200将入射光引导到固态摄像器件300的方向。此外，在以下说明中，除非另外说明，否则“长度”是沿着导光方向的长度。

具体地，如图1所示，导光单元200从被摄体侧到固态摄像器件300侧依次包括透明体(第一透明体)210、具有正光焦度(optical power)的透镜组(第一透镜组)220、遮光单元240和具有正光焦度的透镜组(第二透镜组)250。在本实施例中，导光单元200形成开普勒式光学系统，该开普勒式光学系统在透镜组220和透镜组250之间聚焦一次(参考图2)。因此，透镜组220和透镜组250之间的距离L需要大于透镜组220的焦距fg

此外，假设被摄体侧的透明体210具有负焦度。在这种情况下，由透镜组220形成的图像将形成在比焦距fg

[数学式1]

L＞(f

在本实施例中，如图1所示，设置有具有开口部240a的遮光单元240，该开口部240a与位于透镜组220和透镜组250之间的焦点重叠以切断光。

此外，在根据本实施例的固态摄像装置1中，优选地，以进入位于摄像器件表面(摄像表面)的中心的像素10的入射光的角度范围满足下面的条件表达式(b)的方式来构造导光单元200。具体地，在根据本实施例的固态摄像装置1中，优选地，进入位于摄像器件表面的中心的像素10的上光束和下光束形成的角度θ的范围满足下面的条件表达式(b)。需要注意，在条件表达式(b)中，聚光方向取负值，且光扩散方向取正值。

[数学式2]

-10°≤θ≤10° (b)

更具体地，如前所述，在固态摄像装置1中，期望将各个像素10调节为具有预定视角，而不与相邻的像素10重叠。为了避免如上所述的重叠，优选地，上光束和下光束之间形成的角度θ例如为10°以下。

此外，还假设使用固态摄像装置1会使被摄体靠近该固态摄像装置。当使被摄体显著靠近该固态摄像装置时，上光束和下光束之间形成的角度θ为聚光方向，也就是说，为负值。此外，当使用固态摄像装置1而使被摄体靠近该固态摄像装置时，假设布置有盖玻璃400(参考图3)或保护膜以保护导光单元200。因此，导光单元200的长度可能变得比从被摄体到导光单元200的距离更短。另外，难以制造高焦度的微透镜。因此，在本实施例中，当基于上面的描述考虑玻璃的光学特性以形成盖玻璃400等时，上光束和下光束之间形成的角度θ优选为例如-10°以上。

此外，在本实施例中，进入位于摄像器件表面的中心的像素10的上光束和下光束之间形成的角度θ的范围更优选为-2°≤θ≤2°。

此外，在本实施例中，透镜组250的焦距fg

[数学式3]

3mm＞f

具体地，在根据本实施例的固态摄像装置1中，假设多个像素10的尺寸为几mm以下，并且大约为0.6μm以上。因此，由于受到像素10的该尺寸的限制，因此假设透镜组250的焦距fg

此外，在本实施例中，透镜组250的焦距fg

接下来，将参考图2说明如上所述的根据本实施例的导光单元200的效果，也就是说，光如何在导光单元200中传播。在图2中，为了便于理解，省略了遮光单元240的图示。

图2示出了两个入射光600a、600b。具体地，作为入射光600a，示出了在中心具有主光束的上光束和下光束，并且该主光束垂直于固态摄像器件300的摄像器件表面。另外，作为入射光600b，示出了在中心具有主光束的上光束和下光束，并且该主光束相对于入射光600a的主光束倾斜大约5度的角度。由于入射光600b的下光束偏离导光单元200，换句话说，该下光束是将被切断的入射光，因此该下光束应由相邻的固态摄像器件300检测。

如图2所示，在本实施例中，由于光学系统是在透镜组220和透镜组250之间聚焦一次的开普勒式光学系统，因此入射光600a和入射光600b在成像位置500处形成图像。根据本发明人的研究，可以在成像位置500处将入射光600a的成像和入射光600b的成像分离大约2.3μm。另一方面，如图2所示，在再次形成图像的摄像器件表面502上，入射光600a的成像和入射光600b的成像仅分离0.6μm。

具体地，在摄像器件表面502上，入射光600a的成像和入射光600b的成像彼此显著靠近，并且入射光600a和入射光600b彼此重叠。因此，当在摄像器件表面502上切断入射光600b时，可能会切断原本应由固态摄像器件300检测的入射光600a的至少一部分，在这种情况下，可能会降低入射光600a的利用效率。此外，由于入射光600a和入射光600b在被摄体侧也彼此重叠，因此也可以考虑在被摄体侧(像素10的左侧)切断入射光600b，并且也可能会切断入射光600a的至少一部分。

另一方面，在本实施例中，在成像位置500处，入射光600a的成像和入射光600b的成像充分地分离。因此，通过在成像位置500处设置遮光单元240，可以在不切断原本应由固态摄像器件300检测的入射光600a的情况下切断入射光600b。也就是说，根据本实施例，在使用具有与固态摄像器件的单位像素相同水平的表面尺寸的微透镜而不使用摄像透镜的固态摄像装置1中，可以在避免相邻的像素10的视角重叠的同时，提高入射光600a的利用效率。

更具体地，如图1所示，导光单元200包括透明体210。例如，透明体210是d线折射率(d-line refractivity)为1.55且长度为50μm的透明体。

如图1所示，透镜组220包括微透镜(第一微透镜)222、微透镜(第二微透镜)226和透明体(第四透明体)224，微透镜222具有朝着固态摄像器件300侧的凸形状，微透镜226具有朝着被摄体侧的凸形状，透明体224布置在微透镜222和微透镜226之间。更具体地，微透镜222例如由d线折射率为1.9且厚度为5μm的透镜材料制成，并且该透镜的曲率为-15μm。微透镜226例如由d线折射率为1.9且厚度为1μm的透镜材料制成，并且该透镜的曲率为15μm。此外，透明体224例如是d线折射率为1.48且厚度为3μm的透明体。可以通过衍射元件等实现微透镜222、226。

此外，导光单元200包括透镜组220和透镜组250之间的透明体(第二透明体)230。具体地，透明体230例如是d线折射率为1.55且长度为70μm的透明体。此外，在透明体230中，布置有上述的遮光单元240。如前所述，遮光单元240是在中心具有开口部240a的开口遮光体。

此外，如图1所示，透镜组250包括微透镜(第四微透镜)252、微透镜(第三微透镜)256和透明体(第五透明体)254，微透镜252具有朝着固态摄像器件300侧的凸形状，微透镜256具有朝着被摄体侧的凸形状，透明体254布置在微透镜252和微透镜256之间。更具体地，微透镜252例如由d线折射率为1.9且厚度为1μm的透镜材料制成，并且该透镜的曲率为-7μm。微透镜256例如由d线折射率为1.9且厚度为1μm的透镜材料制成，并且该透镜的曲率为7μm。此外，透明体254例如是d线折射率为1.48且厚度为2μm的透明体。可以通过衍射元件等实现微透镜252、256。

此外，导光单元200还包括透镜组250和固态摄像器件300之间的透明体(第三透明体)260。具体地，透明体260例如是d线折射率为1.55且长度为17μm的透明体。

上述的透镜材料和透明体可以由SiO

也就是说，在本实施例中，从被摄体侧的透明体210到固态摄像器件300，导光单元200优选地被埋入在空气以外的透明介质中。

将参考图3和图4说明由排列的多个如上所述的像素10构成的固态摄像装置1的细节。如图3所示，多个像素10排列，并且盖玻璃400布置在多个像素10的被摄体侧。换句话说，盖玻璃400以在多个像素10之间共享的方式被布置在透明体210的被摄体侧的表面上。此外，盖玻璃400例如由d线折射率为1.55且厚度为45μm的玻璃材料制成。

此外，在图3中，上述的透明体210由两个透明体210b、210c构成。具体地，透明体210b例如是d线折射率为1.55且厚度为5μm的透明体，并且透明体210c例如是d线折射率为1.9和5μm且具有折射主光束的功能的透明体。由于导光单元200的其他元件类似于上述图1中的导光单元200，因此，在此省略了说明。

在图3中，例如，13个像素10在垂直方向上排列，并且穿过各个像素10的视角中心的光轴相对于穿过位于摄像器件表面502的中心的像素10的视角中心的光轴(该光轴垂直于摄像器件表面)从该图顶部依次倾斜-31.3°、-25.1°、-19.8°、-14.8°、-9.9°、-4.6°、0°、4.9°、9.9°、14.8°、19.8°、25.1°、31.3°。在本实施例中，通过给出如上所述的倾角，可以构造具有多个像素10并在整体上具有期望的视角的固态摄像装置1。例如，排列有多个固态摄像器件300的摄像器件表面502的一侧的长度约为152.2μm。

在本实施例中，如图3所示，优选地以具有折射主光束的功能的透明体210c的表面从该图顶部依次倾斜-41°、-41°、-41°、-34.5°、-25.5°、-12.75°、0°、12.75°、25.5°、34.5°、41°、41°、41°的方式来布置各个透明体210c。此外，在本实施例中，通过位于图3顶部的像素10的透镜组220的微透镜222，入射光向上偏心4.8μm，并且通过图3中自顶部起的第二个像素10的透镜组220的微透镜222，入射光向上偏心2.4μm。通过图3中自底部起的第二个像素10的透镜组220的微透镜222，入射光向下偏心2.4μm，并且通过位于图3底部的像素10的透镜组220的微透镜222，入射光向下偏心4.8μm。因此，根据本实施例，可以构造具有多个像素10并在整体上具有期望的视角的固态摄像装置1。也就是说，即使没有摄像透镜(物镜)，根据本实施例的固态摄像装置1也可以用作具有预定视角的摄像装置(相机)。

也就是说，在本实施例中，以在各个像素10中透明体210c的被摄体侧的表面相对于摄像器件表面502具有不同角度的方式来布置各个透明体210c。此外，在本实施例中，在本实施例中，以在各个像素10中微透镜222的固态摄像器件300侧的表面相对于摄像器件表面502具有不同角度的方式来布置各个微透镜222。具体地，在本实施例中，通过针对像素10的各个位置依次对透明体210c的被摄体侧的表面和微透镜222的固态摄像器件300侧的表面进行倾斜，入射光被折射。当入射光在不同倾角的表面上折射时，主光束的角度在各个像素10中彼此不同，并且可以构造具有多个像素10并在整体上具有期望的视角的固态摄像装置1。在本实施例中，不是每个像素10而是每预定数量的像素10，透明体210c的表面和微透镜222的表面可以被布置为相对于摄像器件表面502具有不同角度。此外，在本实施例中，例如，可以通过利用透明体210b、210c的折射率的差异来折射入射光，而不是通过表面的角度来折射入射光。

在本实施例中，如前所述，入射光在透镜组220和透镜组250之间形成图像一次，并且在固态摄像器件300的摄像器件表面502上再次形成图像。此外，一个像素10至少在透镜组250的固态摄像器件300侧的表面和固态摄像器件300之间具有如下光轴：该光轴垂直于包括在相关像素10中的固态摄像器件300的摄像器件表面502。

接下来，将参考图4说明根据本实施例的固态摄像装置1的平面构造。在图4中，小的矩形表示各个像素10，并且箭头504表示穿过视角中心的光轴方向。在图4中，示出了沿着垂直方向和水平方向分别排列有13个像素10的固态摄像装置1，但是在本实施例中，像素10的数量或其布置不限于图4所示的形式，并且能够适当地选择。

在上述说明中，已经说明了像素10具有单个固态摄像器件300和单个导光单元200，但是在本实施例中，其不限于此，并且像素10可以包括多个固态摄像器件300和多个导光单元200。在这种情况下，单个像素10中的多个固态摄像器件300将具有共同的主光束。

如上所述，根据本实施例，在使用具有与固态摄像器件的单位像素相同水平的表面尺寸的微透镜来代替摄像透镜(物镜)的固态摄像装置1中，可以在避免相邻的像素10的视角重叠的同时提高入射光的利用效率。

此外，根据本实施例，由于不使用摄像透镜(物镜)，因此可以以低成本制造难以使用普通摄像透镜的用于检测红外线的固态摄像装置。此外，根据本实施例，由于不使用摄像透镜，因此能够提供没有色差的固态摄像装置1。例如，当将本实施例应用于检测红外线和可见光的固态摄像装置1时，可以抑制红外线和可见光之间的焦点差(focus difference)的发生。

此外，由于根据本实施例的固态摄像装置1不包括摄像透镜，因此可以在半导体制造过程中制造该固态摄像装置。因此，根据本实施例，可以抑制制造成本的增加。

<3.第二实施例>

接下来，将参考图5说明根据本发明的第二实施例的固态摄像装置1a。图5是根据本实施例的固态摄像装置1a的截面示意图。

在上述的第一实施例中，连同透镜组220和250一起，分别包括微透镜222、226、252、256中的两者。另一方面，在本实施例中，如图5所示，代替根据第一实施例的透镜组220、250，分别包括微透镜222a、256a中的一者。具体地，微透镜222a对应于根据第一实施例的透镜组220的微透镜222，并且微透镜256a对应于根据第一实施例的透镜组250的微透镜256。在第二实施例中，除了上述要点以外的其他要点与第一实施例相同，并且类似于第一实施例，导光单元200a用作在微透镜222a和微透镜256a之间聚焦的开普勒式光学系统。在本实施例中，导光单元200a的效果类似于第一实施例的导光单元的效果，因此，在此省略了详细说明。类似于第一实施例，可以通过衍射元件等实现微透镜222a、256a。

<4.第三实施例>

接下来，将参考图6说明根据本发明的第三实施例的固态摄像装置1b。图6是根据本实施例的固态摄像装置1b的截面示意图。

在上述的第一实施例中，盖玻璃400用于保护导光单元200。另一方面，在本实施例中，如图6所示，不需要设置盖玻璃400，并且入射光可以从大气直接进入到导光单元200，并且入射光可以被透明体210等折射。除了上述要点以外，第三实施例与第一实施例相同，并且类似于第一实施例，导光单元200用作在透镜组220和透镜组250之间聚焦的开普勒式光学系统。本实施例中的导光单元200的效果类似于第一实施例的导光单元的效果，因此，在此省略了详细说明。

<5.第四实施例>

此外，将参考图7A至图7C说明根据本发明的第四实施例的固态摄像装置1c。图7A是根据本实施例的固态摄像装置1c的截面示意图。图7B是图7A中的部分a的放大图，并且图7C是图7B中的部分b的放大图。

在上述的第三实施例中，固态摄像装置1b包括具有折射从大气直接进入的主光束的功能的多个透明体210。另一方面，在本实施例中，固态摄像装置1c包括具有连续凹面的单个透镜，在该单个透镜中，多个透明体210形成为一个。

如图7A所示，在本实施例中，作为多个像素10c共同的透明体210a，设置具有凹面(凹形状)的透镜。具体地，如作为图7A中的部分a的放大图的图7B所示，多个像素10b排列，并且多个像素10b共同的透明体210a在被摄体侧具有凹面，以便依次折射各个像素10b的主光束。在本实施例中，透明体210a是曲率半径为4.1mm的透明体，并且在长度和宽度为2.4mm×3.2mm的范围内的最大半径为2mm的表面上，固态摄像装置1c包括400个×533个排列的固态摄像器件300。此外，如作为图7B中的部分b的放大图的图7C所示，各个像素10b具有导光单元200b。在第四实施例中，除了上述要点以外的其他要点与第一实施例相同，并且类似于第一实施例，导光单元200b用作在透镜组220和透镜组250之间聚焦的开普勒式光学系统。本实施例中的导光单元200b的效果类似于第一实施例的导光单元的效果，因此，在此省略了详细说明。根据本实施例，通过如上所述地构造，例如，可以形成具有21.3万个像素且最大视角为40°的固态摄像装置1c。

<6.第五实施例>

上述的根据本发明的各个实施例的固态摄像装置1可以应用于电子设备，诸如指纹认证设备700、面部/虹膜认证设备710和研究观察设备。将参考图8至图10说明根据本实施例的固态摄像装置1的应用示例。图8是根据本实施例的指纹认证设备700的示意图，并且图9是根据本实施例的面部认证设备710的示意图。此外，图10是用于说明根据本实施例的固态摄像装置1的用法的说明图，并且具体地，是用于说明将固态摄像装置1应用于研究观察设备的情况的说明图。

首先，将参考图8说明根据本实施例的指纹认证设备700。指纹认证设备700是执行指纹认证的设备，并且包括根据本实施例的固态摄像装置1作为检测指纹的指纹传感器单元。此外，指纹认证设备700包括处理单元702和显示单元704。处理单元702是针对由固态摄像装置1检测的指纹执行认证的设备，并且处理单元702例如通过个人计算机实现。此外，显示单元704是显示由固态摄像装置1检测的指纹或认证结果的设备，并且显示单元704例如通过阴极射线管(CRT：Cathode Ray Tube)显示设备、液晶显示(LCD：Liquid CrystalDisplay)设备和有机发光二极管(OLED：Organic Light Emitting Diode)设备等实现。

具体地，固态摄像装置1根据处理单元702的控制对手指900的指纹进行摄像，并且经由数据线706将图像数据传输到处理单元702。处理单元702比较注册信息和接收的图像数据以确定认证成功或失败，该注册信息是已经预先在处理单元702中注册的指纹图像。然后，处理单元702将认证结果或采集的指纹图像输出到显示单元704。

上述的指纹认证设备700还可以是如下设备：其不仅执行指纹认证，而且还执行用户的静脉认证。

接下来，将参考图9说明根据本实施例的面部认证设备710。面部认证设备710是执行面部认证的设备，并且包括根据本实施例的固态摄像装置1作为对面部进行摄像的摄像单元。此外，类似于上述的指纹认证设备700，面部认证设备710包括处理单元702和显示单元704。处理单元702是针对由固态摄像装置1采集的面部图像执行认证的设备，并且处理单元702例如通过个人计算机实现。此外，显示单元704是显示由固态摄像装置1采集的面部图像或认证结果的设备，并且显示单元704例如通过CRT显示设备等实现。由于面部认证设备710的操作与上述的指纹认证设备700的操作大致相同，因此，在此省略了详细说明。此外，上述的面部认证设备700也可以是如下设备：其不仅执行面部认证，而且还执行虹膜认证。

根据本实施例的固态摄像装置1能够对靠近固态摄像装置1的诸如手指900的指纹等被摄体进行摄像。因此，根据本实施例，例如，可以提供例如同时执行指纹认证/虹膜认证/静脉认证和面部认证的认证设备的固态摄像装置1。

此外，将参考图10说明将固态摄像装置1应用于诸如细胞等的样品904的研究观察设备的情况。具体地，根据本实施例的固态摄像装置1可以应用于如下装置：该装置从靠近盖玻璃402的位置观察安装在盖玻璃402上的诸如细胞等的样品904。如图10所示，根据本实施例的固态摄像装置1可以被布置为与放置有样品904的盖玻璃402接触。这样布置的固态摄像装置1可以在没有物镜的情况下用作显微镜，并且即使具有简单的构造，该固态摄像装置1也能够精确地观察样品904。换句话说，上述的固态摄像装置1可以用作诸如无透镜显微镜等的研究或医学观察设备，以确定、筛选和分离细胞和病毒等。需要注意，盖玻璃402不限于由玻璃材料制成，而是可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂等制成，只要其由透明材料制成即可。

此外，在本实施例中，可以在盖玻璃400的前方或后方或者在各个微透镜之间或附近等设置诸如带通滤波器等的光学元件。

根据本实施例的固态摄像装置1不限于应用于上述的指纹认证设备700、面部认证设备710和研究观察设备。例如，根据本实施例的固态摄像装置1可以应用于各种电子设备，包括：用于执行静脉认证的静脉认证设备；用于执行虹膜认证的虹膜认证设备；用于确定或分离细胞或病毒的研究或医学观察设备，诸如无透镜显微镜等；用于检查半导体和玻璃的各种检查设备；以及接触式复印机等。

<7.第六实施例>

接下来，将参考图1、图12A和图12B说明根据本发明的第六实施例的固态摄像装置1d。图12A是根据本实施例的固态摄像装置1d的截面示意图。此外，图12B是图12A中的部分c的放大图。在本实施例中，不同于上述的第一实施例，使用双凹透镜404(在两侧都具有凹面的透镜)来代替盖玻璃400。此外，在本实施例中，像素10b被布置为与双凹透镜404隔开一个空间(充满大气的空间)。此外，在本实施例中，不同于图1所示的第一实施例的像素10，像素10b由固态摄像器件300和不具有透明体210的导光单元200c构成。

在本实施例中，如图12A所示，多个像素10d排列，并且在多个像素10b的被摄体侧，布置有双凹透镜404。双凹透镜404是具有负焦度的透镜。在本实施例中，通过使用如上所述的具有负焦度的双凹透镜404，能够消除精确定位的必要性，并且可以在无需使光大幅度弯曲的情况下有效地将光聚集到像素10b。具体地，双凹透镜404是具有曲率半径为-9mm的球面、透镜中心厚度为0.33mm且曲率半径为3.47mm的透镜，并且可以是相当于瑞翁公司的非晶型聚烯烃(ZEONEX)z300r的塑料双凹透镜。在本实施例中，双凹透镜404可以是衍射光栅，而不是具有负焦度的透镜。此外，在本实施例中，像素10b被布置为与双凹透镜404的像素侧的中心相距0.71mm的距离。

如图12B所示，例如，13个像素10b在垂直方向上排列，并且穿过各个像素10b的视角中心的光轴相对于穿过位于摄像器件表面502的中心的像素10b的视角中心的光轴(该光轴垂直于摄像器件表面)从图12B的顶部依次倾斜-29.5°、-22.5°、-17.1°、-12.3°、-7.9°、-3.9°、0°、3.9°、7.9°、12.3°、17.1°、22.5°、29.5°。在本实施例中，通过给出如上所述的倾角，可以构造具有多个像素10b并在整体上具有期望的视角的固态摄像装置1d。例如，排列有多个固态摄像器件300的摄像器件表面502的一侧的长度约为1.122mm。根据本实施例的固态摄像装置1d的表面类似于参考图4说明的第一个固态摄像装置1的表面，因此，在此省略了对根据本实施例的固态摄像装置1d的表面的说明。

此外，如果参考图1说明根据本实施例的像素10b，不同于图1所示的第一实施例的像素10，该像素10b由固态摄像器件300和不具有透明体210的导光单元200c构成。具体地，导光单元200c从被摄体侧朝着固态摄像器件300侧包括具有正光焦度的透镜组220、遮光单元240和具有正光焦度的透镜组250。

更具体地，在本实施例中，透镜组220包括微透镜222、微透镜226和透明体224，微透镜222具有朝着固态摄像器件300侧的凸形状，微透镜226具有朝着被摄体侧的凸形状，透明体224布置在微透镜222和微透镜226之间。更具体地，微透镜222例如由d线折射率为1.9且厚度为5μm的透镜材料制成，并且该透镜的曲率为-15μm。微透镜226例如由d线折射率为1.9且厚度为1μm的透镜材料制成，并且该透镜的曲率为15μm。此外，透明体224是d线折射率为1.48且厚度为3μm的透明体。可以通过衍射元件等实现微透镜222、226。

此外，导光单元200c包括透镜组220和透镜组250之间的透明体230。具体地，透明体230例如是d线折射率为1.55且长度为50μm的透明体。此外，在透明体230中，设置有上述的遮光单元240。如前所述，遮光单元240是在中心具有开口部240a的开口遮光体。

此外，透镜组250包括微透镜252、微透镜256和透明体254，微透镜252具有朝着固态摄像器件300侧的凸形状，微透镜256具有朝着被摄体侧的凸形状，透明体254布置在微透镜252和微透镜256之间。更具体地，微透镜252例如由d线折射率为1.9且厚度为1μm的透镜材料制成，并且该透镜的曲率为-6μm。微透镜256例如由d线折射率为1.9且厚度为1μm的透镜材料制成，并且该透镜的曲率为6μm。此外，透明体254例如是d线折射率为1.48且厚度为2μm的透明体。可以通过衍射元件等实现微透镜252、256。

此外，导光单元200c包括透镜组250和固态摄像器件300之间的透明体260。具体地，透明体260例如是d线折射率为1.55且长度为20.1μm的透明体。

如上所述，根据本实施例，通过使用如上所述的具有负焦度的双凹透镜404，能够消除精确定位的必要性，并且可以在无需使光大幅度弯曲的情况下有效地将光聚集到像素10b。

<8.第七实施例>

接下来，将参考图12A和图12B说明根据本发明的第七实施例的固态摄像装置1d，该固态摄像装置是双凹透镜404的变形例。在本实施例中，双凹透镜404不同于上述的第六实施例，但是像素10b与第六实施例相同。

在本实施例中，如图12A所示，排列有像素10d，并且双凹透镜404布置在多个像素10b的被摄体侧。双凹透镜404是具有负焦度的透镜。在本实施例中，通过使用如上所述的具有负焦度的双凹透镜404，也能够消除精确定位的必要性，并且可以在无需使光大幅度弯曲的情况下有效地将光聚集到像素10b。具体地，双凹透镜404是具有曲率半径为-13.2mm的球面、透镜中心厚度为0.33mm且曲率半径为5mm的透镜，并且可以是相当于豪雅公司的TAFD55的玻璃双凹透镜。此外，在本实施例中，像素10b被布置为与双凹透镜404的像素侧的中心相距0.5mm的距离。

如图12B所示，例如，13个像素10b在垂直方向上排列，并且穿过各个像素10b的视角中心的光轴相对于穿过位于摄像器件表面502的中心的像素10b的视角中心的光轴(该光轴垂直于摄像器件表面)从图12B的顶部依次倾斜-38.3°、-29.5°、-22.8°、-16.7°、-10.8°、-5.3°、0°、5.3°、10.8°、16.7°、22.8°、29.8°、38.3°。在本实施例中，通过给出如上所述的倾角，可以构造具有多个像素10b并在整体上具有期望的视角的固态摄像装置1d。例如，排列有多个固态摄像器件300的摄像器件表面502的一侧的长度约为0.912mm。根据本实施例的固态摄像装置1d的表面类似于参考图4说明的第一个固态摄像装置1的表面，因此，在此省略了对根据本实施例的固态摄像装置1d的表面的说明。

如上所述，根据本实施例，通过使用如上所述的具有负焦度的双凹透镜404，能够消除精确定位的必要性，并且可以在无需使光大幅度弯曲的情况下有效地将光聚集到像素10b。

在上述的第六和第七实施例中，已经说明了作为具有负焦度的透镜的双凹透镜404是通过单个透镜实现的。然而，在这些实施例中，具有负焦度的透镜不限于通过单个透镜实现，并且可以通过两个以上的透镜实现，并且没有特别地限制。

<9.第八实施例>

此外，在本实施例中，可以修改像素的构造。例如，将参考图13说明作为本发明的第八实施例的像素10的变形例。图13是根据本实施例的像素10c的示意图。

如图13所示，虽然在上述的第一实施例中，导光单元200中的透镜组220、250通过两个微透镜实现，但是在本实施例的像素10c包括的导光单元200d中，可以通过代替透镜组220、250的一个微透镜228、258实现。在本实施例中，通过使用这种结构，可以减少部件的数量，并且可以抑制固态摄像装置1e的制造成本的增加。

在本实施例中，导光单元200的透镜组220、250中的一者可以通过两个微透镜实现，并且另一者可以通过一个微透镜实现或者可以通过三个以上的微透镜实现，并且没有特别地限制。

此外，如作为根据本实施例的指纹认证设备700a的示意图的图14所示，使用像素10c的固态摄像装置1e可以应用于指纹认证设备700a。尽管在图14中示出为盖玻璃400存在于固态摄像装置1e和手指900之间，但是本实施例不限于图14所示的构造示例。在本实施例中，例如，可以使用第六和第七实施例中的位于被摄体侧的具有负焦度的透镜(双凹透镜404)来代替盖玻璃400，或者可以将指纹认证设备700a构造为与手指900直接接触，而无需两者之间的盖玻璃400或具有负焦度的透镜。

如上所述，根据本实施例，能够减少部件的数量，并且可以抑制固态摄像装置1e的制造成本的增加。

<10.结论>

如上所述，根据本发明的实施例，可以在避免相邻的像素10的视角重叠的同时提高入射光的利用效率。

此外，通过使用根据本发明的实施例的固态摄像装置1或电子设备，例如，能够产生下述效果。毋庸置疑，通过使用根据本实施例的固态摄像装置1或电子设备产生的效果不限于下述示例。

(1)根据本发明的实施例，在使用具有与固态摄像器件的单位像素相同水平的表面尺寸并具有1mm以下的总长度的微透镜而不使用摄像透镜(物镜)的固态摄像装置中，能够提高入射光的利用效率。

(2)根据本发明的实施例，可以以低成本制造难以使用普通摄像透镜的用于检测红外线的固态摄像装置。

(3)根据本发明的实施例，由于不使用摄像透镜，因此能够提供没有色差的固态摄像装置。

(4)根据本发明的实施例，由于可以在半导体制造过程中制造固态摄像装置，因此能够以低成本制造固态摄像装置和包括该固态摄像装置的电子设备。

(5)根据本发明的实施例，由于可以对靠近的被摄体进行摄像，因此能够对固态摄像装置的盖玻璃上或靠近固态摄像装置布置的盖玻璃上的被摄体进行摄像。因此，根据本发明的实施例，例如，能够提供同时执行指纹认证/虹膜认证/静脉认证和面部认证的认证设备的固态摄像装置。

(6)根据本发明的实施例，能够提供可以用于例如细胞筛选和病毒确定等的无透镜显微镜。

在本发明的实施例中，上述的固态摄像器件300可以是CCD图像传感器或CMOS图像传感器。

<11.补充>

如上所述，已经参考附图说明了本发明的示例性实施例，但是本发明的技术范围不限于示例。显然，本领域技术人员可以在权利要求所述的技术思想的范围内想到各种变更示例和修改示例，并且应当理解，这些变更示例和修改示例也自然属于本发明的技术范围。

此外，本申请中描述的效果仅是说明性的或示例性的，并不是限制性的。也就是说，除了上述效果以外或者代替上述效果，根据本发明的技术还可以从本申请的说明书中产生对本领域技术人员显而易见的其他效果。

以下构造也属于本发明的技术范围。

(1)一种固态摄像装置，其包括多个像素，所述多个像素在摄像器件表面上以矩阵形状布置，其中，

各个所述像素包括：

至少一个固态摄像器件；以及

至少一个导光单元，所述至少一个导光单元被布置在所述固态摄像器件的被摄体侧，

所述导光单元沿着所述导光单元的导光方向从所述被摄体侧朝着所述固态摄像器件侧依次包括：

第一透明体；

具有正光焦度的第一透镜组；

具有开口部的遮光单元；以及

具有正光焦度的第二透镜组。

(2)根据(1)所述的固态摄像装置，其中，

所述导光单元是在所述第一透镜组和所述第二透镜组之间具有焦点的开普勒式光学系统，并且

所述遮光单元的所述开口部被布置为与所述焦点重叠。

(3)根据(2)所述的固态摄像装置，其中，

所述第一透镜组的焦距fg

[数学式4]

L＞(f

(4)根据(3)所述的固态摄像装置，其中，

上光束和下光束之间形成的角度θ的范围满足下面的条件表达式(b)，所述上光束和所述下光束进入位于所述摄像器件表面的中心的所述像素。

[数学式5]

-10°≤θ≤10° (b)

在上面的所述条件表达式(b)中，聚光方向取负值，并且光扩散方向取正值。

(5)根据(3)或(4)所述的固态摄像装置，其中，

所述第二透镜组的所述焦距fg

[数学式6]

3mm＞f

(6)根据(1)至(5)中任一项所述的固态摄像装置，其中，

所述第一透镜组包括第一微透镜，所述第一微透镜具有朝着所述固态摄像器件侧的凸形状。

(7)根据(6)所述的固态摄像装置，其中，

在各个所述像素中，所述第一微透镜的所述固态摄像器件侧的表面相对于所述摄像器件表面具有不同的角度。

(8)根据(6)或(7)所述的固态摄像装置，其中，

所述第一透镜组沿着所述导光单元的所述导光方向从所述被摄体侧朝着所述固态摄像器件侧依次包括：

所述第一微透镜；以及

第二微透镜，所述第二微透镜具有朝着所述被摄体侧的凸形状。

(9)根据(8)所述的固态摄像装置，其中，

所述第一透镜组还包括第四透明体，所述第四透明体被布置在所述第一微透镜和所述第二微透镜之间。

(10)根据(1)至(9)中任一项所述的固态摄像装置，其中，

在各个所述像素中，所述第一透明体的所述被摄体侧的表面相对于所述摄像器件表面具有不同的角度。

(11)根据(10)所述的固态摄像装置，其中，

多个所述第一透明体是一体形成的透镜。

(12)根据(11)所述的固态摄像装置，其中，

所述透镜在所述被摄体侧的表面上具有凹形状。

(13)根据(1)所述的固态摄像装置，其中，

所述第一透明体是具有负光焦度的透镜。

(14)根据(13)所述的固态摄像装置，其中，

所述透镜是在两侧都具有凹面的双凹透镜。

(15)根据(14)所述的固态摄像装置，其中，

在所述透镜和所述第一透镜组之间，存在充满大气的空间。

(16)根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像装置，其中，

所述第二透镜组包括第三微透镜，所述第三微透镜具有朝着所述被摄体侧的凸形状。

(17)根据(16)所述的固态摄像装置，其中，

所述第二透镜组沿着所述导光单元的所述导光方向从所述被摄体侧朝着所述固态摄像器件侧依次包括：

第四微透镜，所述第四微透镜具有朝着所述固态摄像器件侧的凸形状；以及

所述第三微透镜。

(18)根据(17)所述的固态摄像装置，其中，

所述第二透镜组还包括第五透明体，所述第五透明体被布置在所述第四微透镜和所述第三微透镜之间。

(19)根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像装置，其还包括盖玻璃，所述盖玻璃以在所述多个像素之间共享的方式被布置在多个所述第一透明体的所述被摄体侧的表面上。

(20)根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像装置，其中，

所述导光单元还包括所述第一透镜组和所述第二透镜组之间的第二透明体。

(21)根据(1)至(12)中任一项所述的固态摄像装置，其中，

所述导光单元还包括所述第二透镜组和所述固态摄像器件之间的第三透明体。

(22)一种电子设备，其包括固态摄像装置，所述固态摄像装置包括多个像素，所述多个像素在摄像器件表面上以矩阵形状布置，其中，

各个所述像素包括：

至少一个固态摄像器件；以及

至少一个导光单元，所述至少一个导光单元被布置在所述固态摄像器件的被摄体侧，

所述导光单元沿着所述导光单元的导光方向从所述被摄体侧朝着所述固态摄像器件侧依次包括：

第一透明体；

具有正光焦度的第一透镜组；

具有开口部的遮光单元；以及

具有正光焦度的第二透镜组。

附图标记列表

1、1a、1b、1c、1d、1e 固态摄像装置

10、10a、10b、10c、20 像素

200、200a、200b、200c、202 导光单元

210、210a、210b、210c、224、230、254、260 透明体

220、250 透镜组

222、222a、226、228、252、256、256a、258 微透镜

240 遮光单元

240a 开口部

300、300a、300b 固态摄像器件

400、402 盖玻璃

404 双凹透镜

500 成像位置

502 摄像器件表面

504 箭头

600a、600b 入射光

700、700a 指纹认证设备

702 处理单元

704 显示单元

706 数据线

710 面部认证设备

900 手指

902 面部

904 样品

a、b、c、d 部分