[发明专利]摄像装置和移动信息终端

说明书

技术领域

本发明涉及设置有成像光学系统和图像传感器的摄像装置，以及结合有该摄像装置的移动信息终端。

背景技术

数字摄像机已经结合到各种移动装置中，例如移动电话和PDA。此外，数字摄像机已经广泛用于电视电话和车载摄像机或船载摄像机，允许驾驶者监控车辆的内部或外部的图像。数字摄像机具有摄像装置和外围电路装置。摄像装置是成像光学系统和固态图像传感器的单元。固态图像传感器光电地转换由成像光学系统形成的目标图像。外围电路装置驱动固态图像传感器并从固态图像传感器读取成像信号和对成像信号进行各种信号处理，以获取数字图像信号。然后外围电路装置存储数字图像信号。

例如，对于将数字摄像机结合到通常用作移动信息终端的移动电话或PDA中，它相对容易地使用各种安装技术减小外围电路装置的宽度。另一方面，在不影响它的光学性能的情况下它难以减小摄像装置的宽度。通过减小成像光学系统的总长度，能够容易地减小摄像装置的宽度。然而，当成像光学系统具有短的宽度时，在成像平面上，离开光轴的每个点上的主光线的入射角变得大于具有长焦距的成像光学系统。这是由于孔径光阑平面和成像平面之间的短几何距离，并且由于光学设计的限制，这是不可避免的。

另一方面，前侧照射型CMOS传感器(front side illumination CMOS sensor)通常用作固态图像传感器，具有配置在它的入射表面上的微透镜。因此，每个像素的开口率(aperture efficiency)被提高，以尽量将成像光引导到它的光电转换部分。因此，与没有微透镜的图像传感器相比，前侧照射型CMOS传感器的开口率和光电转换率被提高。前侧照射型CMOS传感器光电和高效地转换垂直入射光。然而，因为光电转换部分位于配线层的下方，在倾斜入射光到达光电转换部分之前，倾斜入射光被配线层反射或泄漏到相邻的像素。因此，倾斜入射光不能对像素的光电转换有贡献。当光垂直地入射在成像表面上时，每个像素具有最高的光电转换效率。如果设定垂直入射光的转换效率为100％，那么以20°数量级的角度入射的光的光电转换效率急剧地减小到35％的数量级。当入射角超过30°的数量级时，大部分光被配线层反射或阻挡或者泄漏到相邻的像素中。因此，光电转换效率减小到垂直入射的5％。

如上所述，因为在前侧照射型CMOS传感器的每个像素中光电转换部分位于配线层的下方，因此光漫射角(light diffusion angle)的容许范围就小。当入射的角度(入射角)大于竖直入射角(＝0°)时，光立刻泄漏到相邻的像素中。因此，灵敏度被降低。随着靠近图像的周边，具有大入射角的光增加。结果，在图像的周边能够用于光电转换的光就减少。因此，与它的屏幕中心相比，图像的周边区域变得相对地暗。换言之，CMOS传感器不能基于由光学系统担保的由开口率表示的亮度来再现图像。通常，具有暗的周边部分的图像通过后来的图像处理来校正。然而，这种校正导致信噪比(SN ratio)的恶化。当过分地校正极其暗的图像时，信噪比的恶化超过容许范围，并且因此导致图像不可用。在彩色CMOS传感器中，泄漏到相邻像素中的光导致颜色混合。颜色混合也能够在图像处理中校正。这种校正也导致信噪比的恶化。当过分地校正具有过度的颜色混合的图像时，信噪比的恶化超过容许范围，并且因此导致图像不可用。由于这些原因，前侧照射型CMOS传感器不适用于小型摄像装置。

为了校正图像周边的主光线的入射角，微透镜的节距可以设定成小于像素节距(即所谓的缩放比例)。理想地，主光线的角度被校正为等于垂直入射角的零度。因此，图像的周边的照射变暗被降低。然而，在实际中，缩放比例不是优选的，不足以解决该问题。微透镜具有导致光损的像差。另外，微透镜缩放比例不能良好地配合光学器件，因为主光线角变化(chief ray angle variation)随图像高度不是线性的。当主光线角变大时，该瑕疵变得相当明显。由于该原因，用于当前的摄像装置的光学系统可选地设计成主光线在成像表面上的入射角被限制为大致30°或更小，如美国专利申请公开公报No.2007/0070525(对应于日本专利公开公报No.2007-122007)，美国专利申请公开公报No.2008/0266676(对应于日本专利公开公报No.2008-268946)和美国专利申请公开公报No.2008/0180814(对应于日本专利公开公报No.2008-185687)所披露。