專利名稱：聚光元件以及固體攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字照相機等所使用的聚光元件以及固體攝像裝置。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字照相機或帶照相機的移動電話等的普及，固體攝像裝置的市場有著顯著的增長。在這樣的趨勢中，對固體攝像元件的要求逐漸變?yōu)楦哽`敏度化/高像素化，近年隨著數(shù)字靜止照相機或移動電話等的薄型化，因而對照相機組件部分的薄型化的要求則變得更加強烈。換言而說，這意味著在照相機部分所使用得透鏡逐漸成為短焦距，入射到固體攝像元件的光為廣角(以固體攝像元件的入射面的垂直軸為基準(zhǔn)，而測定出大角度)的緣故。
目前，在作為固體攝像裝置被廣泛使用的CCD(charge coupleddevice電荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體元件)等圖像傳感器中，把作為具有多個受光部分的半導(dǎo)體集成電路排列為二維，把來自攝影對象的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
固體攝像元件的靈敏度是對于入射光量根據(jù)受光元件的輸出電流的大小來定義的，由此可知確實地把入射的光傳送到受光元件是成為提高靈敏度的重要要素。
圖4是以往一般的像素的基本構(gòu)造的一示例圖。如圖4所示，垂直入射到微透鏡105的光106(用虛線表示的光)，通過紅色(R)綠色(G)藍色(B)中的某一個色彩過濾器2進行色分離后，在受光元件6中被轉(zhuǎn)換為電信號。從得到的比較高的聚光效率可知，微透鏡幾乎被使用在所有的固體攝像裝置中。
在使用上述微透鏡的固體攝像裝置中，曾提出過的構(gòu)成例是對各像素非對稱地配置透鏡的方案(如，參照專利文獻1)。在此專利文獻1中，記載有能夠?qū)⑿狈较蛉肷涞墓鈱?dǎo)入的實施方式。
另外，還公開了作為使用菲涅耳透鏡的固體攝像裝置的種種技術(shù)(例如，參照專利文獻2、專利文獻3)。
在專利文獻2中所公開的技術(shù)中，透鏡的結(jié)構(gòu)為具有多層持有不同折射率的同心圓，中心部的折射率最高，越向周邊部折射率也越來越減少。并且，在專利文獻3中所公開的技術(shù)中，所利用的是折射率分布型透鏡，其結(jié)構(gòu)為厚度分布型的透鏡和通過這些組合而持有的連續(xù)的折射率分布。
專利文獻2日本特開2000-39503號公報專利文獻3日本特開平5-251673號公報今后，為了開發(fā)與廣角入射相對應(yīng)的固體攝像裝置，需要確實地把入射的光以特定的角度傳送到受光元件。
然而，在以往的微透鏡中，由于聚光效率依存于信號光的入射角度，而導(dǎo)致聚光效率的降低。即，如圖4所示，對于垂直入射到透鏡的光106而言，雖然能夠高效率地聚光，但是對于從斜方向入射的光107(用實線表示的光)而言則降低了聚光效率。這是因為從斜方向入射的光107被固體攝像元件中的AL線路3遮住，不能到達受光元件6的緣故。
如上所述，因為固體攝像裝置是由多個像素被排列為二維構(gòu)成的，當(dāng)入射光為廣角時，在固體攝像裝置的中央附近的圖像和在周邊附近的圖像的入射角不同(參照圖1)。其結(jié)果是發(fā)生這樣的問題周邊附近的像素的聚光效率低于中央附近。
圖2是示出在以往，周邊像素的結(jié)構(gòu)的示例圖。在周邊附近的像素的情況下，因為入射光的入射角度比較大，通過把電線布線部分向內(nèi)側(cè)方向偏離(使其壓縮)，試圖提高聚光效率。
在圖3示出以往采用了微透鏡的固體攝像裝置的聚光效率的入射角度依存性。如圖3所示，可以知道對于入射角度為20°左右的光，能夠高效率地聚光。然而，當(dāng)超過上述入射角度時，效率則急劇減小。作為結(jié)果是這樣一種現(xiàn)狀，即周邊像素的光量約為中央部分的40％左右，元件全體的靈敏度被周邊元件的靈敏度所制約。并且，因為此值隨著像素大小的減小會更加降低，所以在像小型照相機這樣的短焦距光學(xué)系統(tǒng)上應(yīng)用是非常困難的。并且還會發(fā)生這樣的問題在制造工序中不能壓縮更多的電路。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于上述課題，本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)元件等，該光學(xué)元件比現(xiàn)有的微透鏡更能對入射角大的光進行聚光，從而能夠?qū)崿F(xiàn)適應(yīng)于薄型照相機所用的短焦距光學(xué)系統(tǒng)(入射角θ大的光學(xué)系統(tǒng))的固體攝像裝置等。
為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種聚光元件，對入射光進行聚光，其特征在于該聚光元件包括上述入射光入射的基板，以及在上述基板上的、上述入射光入射位置上所形成的透光膜的集合體；上述透光膜具有帶形狀，該帶形狀的寬度與上述入射光的波長同等程度，或比上述入射光的波長短，上述帶形狀呈中心對稱形狀，該中心對稱形狀與中心偏離，上述透光膜的集合體產(chǎn)生實效折射率分布。
據(jù)此，能夠?qū)崿F(xiàn)一種光學(xué)元件，該光學(xué)元件比現(xiàn)有的微透鏡更能對高角度入射的光進行聚光。
而且，通過控制上述光學(xué)元件的折射率分布，能夠形成偏轉(zhuǎn)元件，該偏轉(zhuǎn)元件可以控制以特定的角度入射的光的射出角度，還能夠形成在任意的位置上對入射光進行聚光的聚光元件。
在上述透光膜，根據(jù)作為輸入對象的光的波長，或根據(jù)作為對象的色的代表波長，上述透光膜的相位調(diào)制不同。據(jù)此，可以根據(jù)入射光的波長對各像素的透鏡結(jié)構(gòu)進行最佳化，也可以消除由色所產(chǎn)生的聚光效率的不同。
并且，在上述透光膜，根據(jù)作為輸入對象的光的焦距的設(shè)定，上述透光膜的相位調(diào)制不同。據(jù)此，入射光的焦距則成為可變的，從而能夠設(shè)計適于各像素結(jié)構(gòu)的透鏡。
或者通過光強度最強的入射光成分的入射角度，上述透光膜的相位調(diào)制不同，可以根據(jù)入射光的入射角度使各像素的透鏡結(jié)構(gòu)的最佳化成為可能，隨著入射角度的增加可以消除聚光效率的低下。
最好是在將入射光的波長作為λ，將聚光的焦距作為f，將光的入射角度作為θ，將入射側(cè)介質(zhì)的折射率作為n0，將射出側(cè)介質(zhì)的折射率作為n1的情況下，受面內(nèi)各方向的距離x的影響，上述透光膜的相位調(diào)制φ(x)基本滿足以下公式[數(shù)式1]Φ(x)=-k0n12fx2-k0n0xsinθ]]>k0=2πλ]]>據(jù)此，可以僅在第一菲涅爾帶區(qū)域聚光，使減少聚光損失及高效率地聚光成為可能。
并且，最好是上述透光膜的相位調(diào)制φ(x)基本滿足以下公式[數(shù)式2]Φ(x)=-k0n12fx2-k0n0xsinθ+2mπ]]>k0=2πλ]]>m＝自然數(shù)據(jù)此，使在二個或更多的菲涅爾帶區(qū)域的聚光成為可能，由于相位調(diào)制可以變大，所以可以實現(xiàn)對高角度入射光適應(yīng)性強的聚光元件。
最好是在將上述透光膜折射率的最大值作為n0+Δmax，在上述透光膜的面內(nèi)各方向的折射率分布，將對n0的差作為Δn(x)的情況下，基本滿足以下公式 Δn(x)=Δnmax[φ(x)2π+C]]]>據(jù)此，可以將入射的光以特定的角度聚光在任意的位置上，從而形成高聚光效率的漸變折射率透鏡。
并且，最好是上述漸變折射率透鏡基本滿足以下公式[數(shù)式4]k0ΔnmaxL＝2π據(jù)此，根據(jù)上述漸變折射率透鏡，最大相位調(diào)制則成為入射光的1相位，從使聚光損失成為最小來看，使高效率的聚光成為可能。
最好是在將上述透光膜的膜厚的最大值作為Lmax，將膜厚分布作為L(x)的情況下，基本滿足以下公式[數(shù)式5]L(x)=Lmax[φ(x)2π+C]]]>據(jù)此，可以將入射的光以特定的角度聚光在任意的位置上，從而形成高聚光效率的膜厚分布透鏡。
并且，最好是在上述膜厚分布透鏡基本滿足以下公式[數(shù)式6]k0Δn Lmax＝2π據(jù)此，上述膜厚分布透鏡的最大相位調(diào)制則成為入射光的1相位，從使聚光損失成為最小來看，使高效率的聚光成為可能。
在上述分布折射率透鏡，從膜厚為均一的這點來看，工藝是容易進行的，從而能夠降低制造成本。
并且，在上述漸變折射率透鏡，由于膜厚分布為不均一的這點來看，可以僅使用第一菲涅爾帶區(qū)域，從而提高了聚光效率。
并且，設(shè)計為在上述漸變折射率透鏡具有同心形狀的結(jié)構(gòu)，該同心結(jié)構(gòu)在面內(nèi)各方向的線寬與作為入射對象的光的波長同等程度，或按照以所定的值來分割的二個或更多的分割區(qū)域，對于上述線寬而言，線寬的合計所占的比例互不相同。若利用此方法，通過使同心圓的線寬發(fā)生變化，而使有效折射率發(fā)生變化，從而可以容易地形成漸變折射率元件。
此時，最好是透光膜的截面形狀為矩形。據(jù)此，可以發(fā)生更顯著的折射率變化，從而提高聚光效果。
并且，設(shè)計為在上述漸變折射率透鏡具有不均一地分散有透光材料的結(jié)構(gòu)，該透光材料具有在面內(nèi)方向上作為入射對象的光的波長同等程度，或具有較小的直徑。若利用此方法，通過使相鄰的上述透光膜材料的間隔發(fā)生變化，從而可以有效折射率發(fā)生變化，容易地形成漸變折射率元件。
并且，設(shè)計為在上述透光膜的面內(nèi)方向，具有連續(xù)且不均一地折射率或膜厚變化的結(jié)構(gòu)。據(jù)此，由于入射光的相位是連續(xù)變化的，從而提高聚光效率。
并且，設(shè)計為在上述膜厚分布透鏡的面內(nèi)方向，具有離散且不均一的膜厚變化的結(jié)構(gòu)。通過利用此方法，可以在維持高聚光效率的同時使工藝容易化。
而且，上述透光膜還具有含有高折射率材料的特征，此高折射率材料的折射率在1.45(含1.45)以上、3.4(含3.4)以下。
而且，上述透光膜含有TiO2、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4以及Si2N3中的某一個。由于上述這些均為高折射率材料，因此可以使透光膜的膜厚變薄，易于進行制造工藝。
而且，上述透光膜含有添加了B及P的SiO2(BPSG硼磷硅酸鹽玻璃(Boro-Phospho Silicated Glass))以及TEOS(四乙氧基硅烷Tetraethoxysilane)中的某一個。由于這些是以往半導(dǎo)體工藝中所一般使用的材料，所以可以容易地形成聚光元件，并可以降低制造成本。
而且，上述透光膜含有苯并環(huán)丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺及聚酰亞胺中的某一個。由于樹脂可以直接加工，并可以以納米打印直接形成聚光元件，因此，可以提高量產(chǎn)。
并且，本發(fā)明提供一種固體攝像裝置，該固體攝像裝置設(shè)置有二個或更多地單位像素，其特征在于，包括本發(fā)明所涉及的對入射光進行聚光的聚光元件，以及受光元件，該受光元件入射在上述聚光元件所聚的光，并變換為電荷。據(jù)此，可以不使用微透鏡，就可以提高像素的聚光效率。從而實現(xiàn)高分辨度、高靈敏度的固體攝像裝置。
而且，具有以下特征即上述聚光元件形成在所對應(yīng)的像素區(qū)域的全區(qū)域。據(jù)此，光的入射面成為整個像素區(qū)域，從而降低聚光損失。
而且，具有以下特征即上述固體攝像裝置至少包括第一單位像素以及第二單位像素；上述第一單位像素，用于上述入射光中的第一色光；上述第二單位像素，用于第二色光，該第二色光所具有的代表波長與上述第一色光的代表波長不同；上述第一單位像素包括第一聚光元件；上述第二單位像素包括第二聚光元件，該第二聚光元件的上述第二色光焦距與上述第一聚光元件的上述第一色光焦距相等。據(jù)此，可以根據(jù)入射光的波長，對各像素的透鏡結(jié)構(gòu)進行最佳化，并能夠消除由色而造成的聚光效率的不同。
而且，具有以下特征即上述焦距通過控制上述透光膜的折射率分布，被設(shè)定為規(guī)定的值。據(jù)此，入射光的焦距成為可變的，從而能夠設(shè)計適于各像素結(jié)構(gòu)的透鏡。
并且，具有以下特征即通過控制上述透光膜的折射率分布，上述聚光元件的聚光效率被設(shè)定為規(guī)定值以上，此聚光效率是在具有光強度最大的入射角度的光的上述受光元件的聚光效率。據(jù)此，可以根據(jù)入射光的入射角度對各像素的透鏡結(jié)構(gòu)進行最佳化，并可以消除隨著入射角度的增加而造成的聚光效率的低下。
而且，具有以下特征即上述單位像素在上述聚光元件的射出面?zhèn)?，具有布線層，此布線層在上述受光元件的上部的開口部，上述聚光元件所聚的光的焦點與上述布線層的上述開口部的位置一致。據(jù)此，可以最大限度地使用受光面，從而提高聚光效率。
而且，具有以下特征即在上述單位像素包括上述偏轉(zhuǎn)元件及在上述聚光元件的射出側(cè)的聚光透鏡。據(jù)此，可以降低像素內(nèi)的聚光損失，并可以容易地設(shè)計上述偏轉(zhuǎn)元件或上述聚光元件。
而且，具有以下特征即上述二個或更多的單位像素被排列為二維狀。據(jù)此，可以實現(xiàn)靈敏度高的二維圖像輸入裝置。
而且，具有以下的特征即在位于上述二個或更多的單位像素所形成的面的中央的上述單位像素的聚光元件，和在位于上述面的周邊的、和位于上述中央的單位像素使用同一色彩的單位像素的聚光元件，上述透光膜的折射率分布不同。據(jù)此，可以根據(jù)固體攝像裝置上的像素的位置，對透鏡結(jié)構(gòu)進行最佳化，從而可以緩和固體攝像裝置的壓縮結(jié)構(gòu)。并且，聚光元件的制造方法變得容易，從而提高聚光元件全體的靈敏度。
而且，具有以下的特征即上述固體攝像裝置被形成為，在位于上述二個或更多的單位像素所形成的面的中央的上述單位像素，上述受光元件的中心軸和上述聚光元件的中心軸一致；在位于周邊的上述單位像素，上述聚光元件的中心軸比上述受光元件的中心軸更靠近上述面的中央。據(jù)此，可以形成低度的壓縮結(jié)構(gòu)，從而可以進一步提高周邊像素的聚光效率。
發(fā)明效果本發(fā)明的固體攝像裝置由于具有上述透鏡的結(jié)構(gòu)，因此能夠提高分辯率以及靈敏度，并能夠?qū)崿F(xiàn)制造工序的簡易化。


圖1是示出以往所涉及的固體攝像裝置的基本結(jié)構(gòu)的一示例圖。
圖2是示出以往所涉及的周邊的像素的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是示出以往使用微透鏡的固體攝像裝置的聚光效率的入射角依存性的圖。
圖4是示出在以往一般的像素的基本結(jié)構(gòu)的一示例圖。
圖5是示出實施方式1所涉及的固體攝像元件的基本結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是實施方式1所涉及的漸變折射率透鏡的俯視圖。
圖7是實施方式1所涉及的漸變折射率透鏡的斷面圖。
圖8是示出實施方式1所涉及透鏡的折射率分布的圖。
圖9(a)～(c)是示出在實施方式1中，為了說明光的傳播方式的概念圖。
圖10是示出在實施方式1中，為了將從斜方向入射到光透過膜的光在Z軸上聚光的條件的圖。
圖11是示出在實施方式1中光的相位調(diào)制的圖。
圖12(a)～(c)是實施方式2所涉及的具有同心圓結(jié)構(gòu)的漸變折射率透鏡在掃描型電子顯微鏡下的照片。
圖13(a)～(c)是實施方式2所涉及的光以垂直方向入射到透鏡表面的情況下，聚光點在光學(xué)顯微鏡下的照片。
圖14(a)、(b)是示出在實施方式2中，光在斜方向入射或垂直入射的情況下的焦點位置變化的圖。
圖15(a)～(d)是示出在實施方式2中，在入射窗區(qū)域為圓形的情況下和4角形的情況下，進行比較的圖。
圖16(a)～(d)是示出實施方式3～5所涉及的漸變折射率透鏡的制作工藝的圖。
圖17(a)～(c)是示出實施方式3所涉及的1個像素的基本結(jié)構(gòu)的圖。
圖18(a)～(c)是示出實施方式3所涉及的透鏡的折射率分布的圖。
圖19是示出實施方式4所涉及的固體攝像裝置中像素排列的樣子的圖。
圖20是示出在實施方式4所涉及的像素中，光傳播經(jīng)過的模擬結(jié)果的圖。
圖21(a)、(b)是示出實施方式4所涉及的固體攝像裝置的聚光效率的圖。
圖22(a)～(c)是示出實施方式5所涉及的1個像素的基本結(jié)構(gòu)的圖。
圖23(a)～(c)是示出實施方式5所涉及的透鏡的折射率分布的圖。
圖24是示出在實施方式5所涉及的像素中，光傳播經(jīng)過的模擬結(jié)果的圖。
圖25(a)、(b)是示出實施方式5所涉及的固體攝像裝置的聚光效率的圖。
圖26是示出實施方式6所涉及的1個像素的基本結(jié)構(gòu)的圖。
圖27是示出實施方式6所涉及的漸變折射率透鏡的表面結(jié)構(gòu)的圖。
圖28(a)～(e)是示出實施方式6所涉及的漸變折射率透鏡的制作工藝的圖。
圖29是示出實施方式7所涉及的1個像素的基本結(jié)構(gòu)的圖。
圖30是示出實施方式7所涉及的漸變折射率透鏡的表面結(jié)構(gòu)的圖。
圖31(a)～(e)是示出實施方式7所涉及的漸變折射率透鏡制作工藝的圖。
圖32是示出實施方式8所涉及的膜厚分布透鏡的斷面結(jié)構(gòu)的圖。
圖33是示出實施方式9所涉及的膜厚分布透鏡的斷面結(jié)構(gòu)的圖。
圖34是示出實施方式10所涉及的膜厚分布透鏡的斷面結(jié)構(gòu)的圖。
圖35是示出實施方式11所涉及的1個像素的基本結(jié)構(gòu)的圖。
圖36(a)、(b)是示出實施方式11所涉及的透鏡的表面結(jié)構(gòu)及折射率分布的圖。
符號說明1漸變折射率透鏡(同心圓結(jié)構(gòu))2色彩過濾器3AL布線4電信號傳送部5平坦化層6受光元件(Si光電二極管)7Si基板8半導(dǎo)體集成電路(根據(jù)上述2～7而構(gòu)成)9入射光10 高折射率區(qū)域[GeO2(n＝1.65)]11 低折射率區(qū)域[SiO2(n＝1.45)]16 入射角17 出射角19 漸變折射率透鏡101 漸變折射率透鏡(同心圓結(jié)構(gòu)型)102 低折射率材料[空氣(n＝1.0)]103 高折射率材料[TiO2(n＝1.65)]104 入射光(斜入射)105 微透鏡106 入射光(垂直入射)107 入射光(斜入射)108 漸變折射率透鏡(僅利用偏轉(zhuǎn)成分)109 層內(nèi)透鏡112 臺階狀膜厚分布透鏡20 受光部分
21 像素26 相位調(diào)制27 第1帶28 第2帶29 第3帶201 出射側(cè)區(qū)域(折射率n1)202 透鏡區(qū)域(折射率n0+Δn(x))203 入射側(cè)區(qū)域(折射率n1)204 入射光1205 入射光2206 光路長差1(偏轉(zhuǎn)成分)207 光路長差2(聚光成分)208 焦點距離33 高折射率材料(TiO2)34 低折射率材料(空氣)35 鄰接的分割區(qū)域的寬度36 抗蝕膜37 TiO238 金屬模具39 Ar(砹)離子研磨40 濕式蝕刻42 半導(dǎo)體集成電路(根據(jù)上述2～7而構(gòu)成)43 SiO244 抗蝕膜45 電子束描繪46 電子束蒸鍍47 Au(金)48 離子注入
481 Ge(鍺)49 膜厚分布透鏡(使用第一帶)50 膜厚分布透鏡(使用多個帶)57 1像素58 入射光(垂直入射)59 焦點位置的移動(f×tanq)62 聚光點63 漏光66 入射光(0°入射)67 入射光(α/2°入射)68 入射光(α°入射)69 0°入射光用漸變折射率透鏡70 α/2°入射光用漸變折射率透鏡71 α°入射光用漸變折射率透鏡75 入射光76 光學(xué)透鏡77 固體撮像裝置78 裝置中央部的入射光79 裝置中央部像素用漸變折射率透鏡80 裝置周邊部的入射光81 裝置周邊部像素用漸變折射率透鏡86 入射光(0°入射)87 入射光(低角度入射)88 入射光(高角度入射)89 0°入射光用漸變折射率透鏡90 低角度入射光用漸變折射率透鏡91 高角度入射光用漸變折射率透鏡
具體實施例方式
以下參照附圖，對本發(fā)明所涉及的實施方式進行具體說明。
(實施方式1)圖5是示出本實施方式所涉及的固體攝像元件的基本結(jié)構(gòu)的圖。各個像素(大小為2.8μm)包括漸變折射率透鏡(也稱為“光透過膜的集合體”)1、綠色用色彩過濾器2、AL線路3、信號傳送部4、平坦化層5、受光元件(硅光電二極管)6、硅基板7。圖6是示出漸變折射率透鏡的俯視圖。
此漸變折射率透鏡1的同心圓結(jié)構(gòu)包括高折射率材料33[TiO2(n＝2.53)]和低折射率材料34[空氣(n＝1.0)]，且具有多個分割區(qū)域，此分割區(qū)域的寬35由相鄰的2個區(qū)域組成，例如此寬度是一定的，值為200nm。并且，膜厚t為0.5μm。
如圖6所示，各透光膜具有帶形狀，是與中心偏離了的中心對稱形狀，具有規(guī)定的線寬。在圖6中的同心狀的高折射率透光材料33和同心狀的低折射率透光材料34，分別形成一個帶。因此，漸變折射率透鏡1也是二個或更多的帶的集合體。并且，將帶的寬度稱為“線寬”。
在此，“分割區(qū)域”是指以與入射光的波長同等程度，或以在此以下的任意的寬度來分割的同心狀區(qū)域。
圖7是示出漸變折射率透鏡的斷面結(jié)構(gòu)的圖。同心圓的各透光膜(即，帶)的線寬在圓的中心部最大，越是外環(huán)，線寬越小。各帶的寬度與入射光的波長同程度或比波長小時，所感到的光的有效折射率可以由體積比來算出，此體積比是高折射材料與低折射材料的體積比。本結(jié)構(gòu)的最大特長是，僅改變線寬，就可以自由自在地控制折射率分布。
此時的折射率的變化如圖8所示，為非對稱。透鏡的折射率在圓的中心部為最高，越往周邊越低。即如圖5所示的入射光9，從一定的方向入射的光的折射率分布，對于漸變折射率透鏡1而言是非對稱的。
在圖8中以實線示出的拋物線表示，為了將波長λ(550nm)的入射光以焦距f(4.43μm)來聚光的折射率分布，以下式來表示。
Δn(x)=Δnmax[φ(x)2π+C]---(1)]]>在此，Δn(x)是入射側(cè)介質(zhì)和透鏡材料的折射率差(此次為1.53)，Φ(x)是由透光膜而產(chǎn)生的相位調(diào)制，以來自像素中央的距離x的2次函數(shù)所定義。
在本實施方式中，通過對入射光進行相位調(diào)制來控制光的傳播方向。圖9(a)～(c)是為了說明光的傳播方向的概念圖。
本實施方式所涉及的透光膜19是聚光元件，用于在任意的位置對以特定的角度入射的光進行聚光，大體上可以分為2個作用。1個是偏轉(zhuǎn)作用，即以任意的角度17，以特定的角度16將入射的光9射出；另1個是聚光作用，即以任意的焦點來聚光。為了產(chǎn)生這樣的偏轉(zhuǎn)作用和聚光作用，需要以下所描述的設(shè)計。
圖10示出了一個為了聚光的條件，即將以斜方向入射到透光膜的光204、205，聚光到Z軸上。
為了對相位不同的入射光204、205以焦距208進行聚光，則需要吸收在入射光204和入射光205之間的光路長差206和光路長差207。此時，光路長差206是用于使光發(fā)生偏轉(zhuǎn)的光路長差，光路長差207是為了聚光而需要的光路長差。將入射光的波數(shù)作為k0，將聚光的焦距作為f，將光的入射角度作為θ，將透鏡厚度作為Lmax，將入射側(cè)介質(zhì)的折射率作為n0，當(dāng)將出射側(cè)介質(zhì)的折射率作為n1時，根據(jù)偏轉(zhuǎn)成分的相位調(diào)制ΦA(chǔ)和根據(jù)聚光成分的相位調(diào)制ΦB以公式(2)和公式(3)來表示。
ΦA(chǔ)＝-k0n0xsinθ (2)[數(shù)式9]
ΦB=-k0n12fx2---(3)]]>此時，由透光膜所產(chǎn)生的全相位調(diào)制Φ(x)則成為公式(4)和公式(5)。
Φ(x)=-k0n12fx2-k0n0xsinθ---(4)]]>[數(shù)式11]Φ(x)=-k0n12fx2-k0n0xsinθ+2mπ---(5)]]>此時，如圖11所示，上述公式(4)所示的相位調(diào)制26，未劃分菲涅爾帶區(qū)域，是一個連續(xù)的相位變化。對此，公式(5)所示的相位調(diào)制則成為將公式(4)以2π分割后所得到的相位調(diào)制，即成為第1菲涅爾帶區(qū)域27、第2菲涅爾帶區(qū)域28、第3菲涅爾帶區(qū)域29。由于每1個相位都以菲涅爾帶區(qū)域來區(qū)別，因此對于實際效果的相位調(diào)制而言公式(4)等于公式(5)。
在上述公式(1)中是根據(jù)折射率分布將相位調(diào)制賦與入射光的，也可以形成以公式(6)所表示的具有膜厚分布L(x)的透光膜。
L(x)=Lmax[Φ(x)2π+C]---(6)]]>并且，將在形成具有多個菲涅爾帶區(qū)域的透光膜時的、各菲涅爾帶區(qū)域境界的相位差作為2π的條件是公式(7)。
k0ΔnmaxL＝2π 或 k0Δn Lmax＝2π (7)一般來說在透光膜薄的情況下是不存在光損失因素的，因此，若滿足了上述公式(7)，則聚光效率達到100％。
(實施方式2)
圖12(a)～(c)是本發(fā)明所涉及的實施方式2中，具有同心圓結(jié)構(gòu)的漸變折射率透鏡在掃描型電子顯微鏡(SEM)下的照片。此漸變折射率透鏡是在熔融石英基板上，利用電子束(EBelectron beam)描繪來形成的，具體而言，此漸變折射率透鏡利用了用于EB描繪的抗蝕膜(ZEP520折射率1.56)以及空氣的折射率差。詳細(xì)的制作方法待后述。透鏡直徑為2.8μm，透鏡厚為1μm，分割區(qū)域的寬度為0.2μm。折射率分布按照上述公式(5)，以焦距為5μm、入射光的波長0.55μm、入射側(cè)介質(zhì)的折射率為1.45(溶融石英)、射出側(cè)介質(zhì)的折射率為1(空氣)來設(shè)計。
圖12(a)是入射角度設(shè)定值為0°(θ＝0°)的漸變折射率透鏡在SEM下的俯視照片。在圖12(a)中可以確認(rèn)出排列有多個完整的同心圓。圖12(b)中示出入射角度設(shè)定值為5°、圖12(c)中示出入射角度設(shè)定值為10°，因此，同心圓移到紙面的右側(cè)。這意味著有效折射率高的區(qū)域向右側(cè)移。
圖13(a)～(c)是示出當(dāng)光以垂直方向入射到透鏡表面時，在光學(xué)顯微鏡下的聚光點的照片(透過測定)。此時，光源的中心波長為0.55μm。
伴隨著設(shè)定角度的增加，可以確認(rèn)到聚光點在不斷地向紙面的右側(cè)(有效折射率高的方向)偏移。此從中心偏離是由本實施方式的分布折射率透鏡所具有的偏轉(zhuǎn)成分而產(chǎn)生的。
圖14示出了光從斜方向(圖14(a))入射以及垂直(圖14(b))入射時的焦點位置變化。(圖14(a))所示的透鏡被設(shè)定為以具有角度入射的光9也可以在像素中央聚光，在這種透鏡上當(dāng)光垂直入射時，其聚光點為(圖14(b))所示的位置，即示出了從像素中央偏離了f×tan的位置。此時，通過測定從中央偏離的部分，能夠檢測出制作的透鏡是對應(yīng)于哪個角度的透鏡。此次制作的對應(yīng)于5°、10°的透鏡的實驗值為5.2°、11.1°，從而可知能夠達到非常高的精度。
圖15(a)～(d)示出了比較入射窗區(qū)域為圓形和四角形的情況。入射窗區(qū)域為圓形時(圖15(a))，如圖15(b)所示，由于透鏡與透鏡之間的縫隙，從而造成除聚光點62以外還出現(xiàn)了泄漏的光63，這是造成聚光損失的最大的原因。然而，將入射窗區(qū)域設(shè)定為四角形，及使鄰接透鏡具有共有區(qū)域，來形成本發(fā)明的漸變折射率時，如圖15(c)及圖15(d)所示，由于對入射到像素全領(lǐng)域的光都可以聚光，從而降低了上述的聚光損失(泄漏的光63)。
圖16(a)～(d)示出了漸變折射率透鏡的制作工序。透鏡是通過納米打印和蝕刻技術(shù)來形成的。首先，利用通常的半導(dǎo)體工藝，在硅基板上形成半導(dǎo)體集成電路8(上述在圖9中未描繪)和色彩過濾器2，上述半導(dǎo)體集成電路8包括聚光元件、線路、遮光層以及信號傳送部。1像素的大小是2.8μm角，受光部是1.1μm角。然后，利用等離子CVD形成二氧化硅膜37，并在其上面涂抗蝕膜36。(圖16(a))。二氧化硅膜和抗蝕膜的厚度均為0.5μm。將把同心圓結(jié)構(gòu)圖案化了的碳化硅(SiC)制成的模具(金屬模具)38，在抗蝕膜層以150℃來加熱壓印，從而在抗蝕膜上形成印出的細(xì)微結(jié)構(gòu)(圖16(b))。模具是通過通常的電子束微影技術(shù)和蝕刻技術(shù)而形成的。此后，以180℃進行后烘(postbake)之后，通過Ar離子研磨，進行第1階段的蝕刻技術(shù)39(圖16(c))。除去抗蝕膜之后，通過濕式蝕刻40，在像素上形成同心圓結(jié)構(gòu)(圖16(d))。
在此之后將要在實施方式3～5中說明的透鏡是由上述納米打印法而形成的，利用二氧化硅和空氣的折射率差的漸變折射率透鏡。
(實施方式3)圖17(a)～(c)是示出實施方式3所涉及的1個像素的基本結(jié)構(gòu)的圖。涉及本像素的透鏡是對入射光賦與了上述公式(4)的相位調(diào)制，具有單一菲涅爾帶區(qū)域的折射率分布。入射光66，以入射角0°入射到入射窗，并通過用于0°入射光的漸變折射率透鏡69來聚光；入射光67，以入射角α/2°入射到入射窗，并通過用于α/2°入射光的漸變折射率透鏡70來聚光；以及入射光68，以入射角α°入射到入射窗，并通過用于α°入射光的漸變折射率透鏡71來聚光；透過色彩過濾器2，在受光部變換為電信號。在此角度α，用下面的公式(8)來定義。在此，D為像素大小。
α=sin-1(n1D2n0f)---(8)]]>在本實施方式所涉及的漸變折射率透鏡中，由于可以根據(jù)入射光的波長對各像素的透鏡結(jié)構(gòu)進行最佳化，因此，不會產(chǎn)生因入射角度而造成的聚光效率的不同，從而實現(xiàn)高效率地聚光。在用于0°入射光的漸變折射率透鏡中，同心圓的中心在像素的中央部分，對此，隨著入射角度的增加，圓的中心則向入射側(cè)偏移。
這是因為如上述公式(4)和上述公式(1)所示，折射率分布的2次曲線的最大值隨著入射角度θ的增大，向光入射側(cè)偏移的緣故(參照圖18)。
入射角度在α以下的情況，可以使膜厚保持一定(1相位)，在單一菲涅爾帶區(qū)域設(shè)計透鏡。此時，由于光連續(xù)地入射到透鏡，因此，可以降低透鏡表面因散射造成的損失，從而提高聚光效率。入射角度在α以上的情況，為了加長光路長(加大相位調(diào)制)，可以進一步增加膜厚。
并且，可以從上述公式(4)及公式(5)得知，相位調(diào)制因?qū)ο蠊獾牟ㄩL而不同。這意味著與入射到各像素的光的顏色相對應(yīng)，而保持的最佳透鏡結(jié)構(gòu)。在本實施方式中可以知道，將波長0.45μm，0.55μm，0.65μm的光，分別入射到具有用于顏色的透鏡結(jié)構(gòu)的像素上時，均可示出80％左右的高聚光效率。
(實施方式4)圖19是示出在實施方式4所涉及的VGA使用(31萬像素)的固體攝像裝置中像素排列的樣子的圖。信號光75被光學(xué)透鏡76聚光，且照射在具有漸變折射率透鏡的固體攝像裝置77上。在由聚光元件及布線等所構(gòu)成的半導(dǎo)體集成電路8以及漸變折射率透鏡被排列為二維的固體攝像裝置中，在中心部分的像素和周邊部分的像素，光的入射角度不同。中心部分基本上是以0°入射，而周邊部分則約以30°入射。因此，在本實施方式中，從攝像裝置的中央部分到周邊部分，形成了一種漸變折射率透鏡，其可以對應(yīng)于斜方向的入射光，從而使入射到各像素中的光為最強的入射光。各個透鏡根據(jù)攝像裝置上的像素的位置，對透鏡進行最佳化，使之具有最高的聚光效率。另外，對于入射角度在20°以下的光，通過壓縮半導(dǎo)體集成電路而提高聚光效率。對于入射角度在20°以上的光，在保持最大壓縮量(最下層AL線路的偏移為0.438μm)的同時，進行透鏡結(jié)構(gòu)的最佳化。
圖20示出了對于入射角度45°的入射光，在進行了電路的壓縮和透鏡結(jié)構(gòu)最佳化的像素中的，光傳播經(jīng)過的模擬結(jié)果示意圖。在此圖中可以確認(rèn)到入射光的傳播方向在通過透鏡時被彎曲，在第一線路層(遮光層)結(jié)成焦點，并傳播到受光元件的樣子。這是說明了，可以按照上述公式(4)及公式(1)來改變透鏡結(jié)構(gòu)，從而能夠控制光的射出角度及焦距等。
圖21(a)是示出聚光效率的入射角度依存性的圖。在未進行電路壓縮及入射角度θ被設(shè)定為0°的透鏡中，隨著入射角度的增加，聚光效率逐漸降低。隨著壓縮量的增加，聚光效率的高峰為，向高角度側(cè)偏移，最大壓縮范圍為0.438μm，此時效率的頂峰位置為20°。在保持最大壓縮量的狀態(tài)下，對透鏡結(jié)構(gòu)進行最佳化時，頂峰則更加向高角度側(cè)偏移，在θ設(shè)定為15°的透鏡中最大效率的頂峰位置為45°。
將此結(jié)果作為固體撮像裝置全體的特性來繪圖的話，則成為如圖21(b)所示。橫軸的角度表示入射到固體攝像元件的光的角度，0°表示中心部分，30°以上表示周邊的像素。使用微透鏡的固體攝像裝置的聚光效率，從入射角度在20°附近的像素開始急劇下降，然而對此，在本發(fā)明的漸變折射率透鏡，即使是周邊的像素也可以保持80％的聚光效率。正如可以從圖21(b)得知的那樣，與微透鏡相比，本發(fā)明的漸變折射率透鏡對入射光的角度適應(yīng)性強。據(jù)此，通過將壓縮結(jié)構(gòu)和本發(fā)明的透鏡進行組合，可以緩解隨著入射角度的增加而造成的聚光效率的降低，因此，可以期待著在帶有照相機的移動電話等具有短焦距的光學(xué)系統(tǒng)上的應(yīng)用。
(實施方式5)圖22(a)～(c)是示出本實施方式5所涉及的1個像素的基本結(jié)構(gòu)的圖。在本像素中的透鏡具有對入射光賦與上述公式(5)的相位調(diào)制，且具有多個菲涅爾帶區(qū)域的折射率分布。入射光86，以入射角0°入射到入射窗，并通過用于0°入射光的漸變折射率透鏡89來聚光；入射光87，以入射角α/2°入射到入射窗，并通過用于α/2°入射光的漸變折射率透鏡90來聚光；以及入射光88，以入射角α°入射到入射窗，并通過用于α°入射光的漸變折射率透鏡91來聚光；透過色彩過濾器2，在受光部變換為電信號。
與上述實施方式4的透鏡相同，在本實施方式所涉及的漸變折射率透鏡也是隨著入射角度的增加，如圖23(a)～(c)所示，表示第一菲涅爾帶區(qū)域的折射率分布的曲線中，最大值向入射側(cè)偏移。當(dāng)角度再增大時，則第二、第三菲涅爾帶區(qū)域也會出現(xiàn)。對于以45°以上的高角度入射的光，通過使用多個菲涅爾帶區(qū)域，也可以維持高聚光效率。在原理上，膜厚為1相位時聚光效率為100％，膜厚不適用于上述公式(7)的條件時，或各菲涅爾帶區(qū)域排列的周期結(jié)構(gòu)未滿足上述公式(5)時，聚光效率降低。
圖24示出了針對入射角度為45°的入射光，在對透鏡結(jié)構(gòu)進行了最佳化的像素中，光傳播經(jīng)過的模擬結(jié)果。此時未進行電路的壓縮?？梢源_認(rèn)出入射光由透鏡校正到受光元件方向，并穿過第一布線層(遮光層)，傳送到受光元件的樣子。
圖25(a)是示出聚光效率依存于入射角度的圖。當(dāng)入射角度θ的設(shè)定從0°開始增大時，聚光效率的頂峰向高角度側(cè)移動，以40°設(shè)定θ時，聚光效率的頂峰位于40°的位置上。
圖25(b)是示出聚光效率依存于像素位置的圖。示出了入射角增加時的像素位置在攝像裝置的周邊。作為比較，同時還示出了具有微透鏡結(jié)構(gòu)的固體攝像裝置的數(shù)據(jù)。另外，在此結(jié)構(gòu)中不進行半導(dǎo)體集成電路的壓縮。從圖25(b)可以明確的是，在具有透鏡(該透鏡持有多個菲涅爾帶區(qū)域)的固體攝像裝置中，盡管未進行壓縮，也可以在入射角20°以上的高角度區(qū)域，成功地獲得微透鏡以上的聚光效率。此結(jié)果示出了在無需壓縮時，在聚光效率不依存于像素的位置的情況下，也可以制作出高靈敏度的攝像裝置。
(實施方式6)圖26是示出實施方式6所涉及的SVGA所對應(yīng)(48萬像素)的固體攝像元件的基本結(jié)構(gòu)的圖。各像素(大小2.8μm)包括漸變折射率透鏡1、用于綠色的色彩過濾器2，AL線路3，信號傳送部4，平坦化層5，受光元件(Si光電二極管)6，以及Si基板7。
圖27是漸變折射率透鏡的俯視圖。在面內(nèi)的各方向上，折射率從高折射率區(qū)域10[GeO2(n＝1.65)]向低折射率區(qū)域11[SiO2(n＝1.45)]連續(xù)變化。由于折射率是連續(xù)地進行分布的，因此可以消除透鏡表面的散射損失，從而聚光效率得到了很大的改善。在本實施方式的折射率分布是以按照上述公式(4)的單一菲涅爾帶區(qū)域來分布的。并且，膜厚為1μm。
圖28(a)～(e)是示出本實施方式所涉及的漸變折射率透鏡的制做工序的圖。透鏡的形成是通過注入離子來進行的。首先，利用通常的半導(dǎo)體制作工藝，在Si基板上形成半導(dǎo)體集成電路42(圖28中未進行描繪)，該單到體集成電路42包括受光元件，以及線路、遮光層、信號傳送部。1像素的大小為2.8μm角，受光部為1.1μm角。然后，利用濺射設(shè)備形成二氧化硅膜43，并在其上面涂抗蝕膜44。然后，由電子束曝光45來進行圖案化(圖28(a))。二氧化硅膜和抗蝕膜的厚度分別為0.5μm和0.5μm。沖洗之后(圖28(b))，將作為屏蔽的金屬(此次使用Au)進行電子束蒸鍍46(圖28(c))。除去抗蝕膜后以180keV的加速電壓進行Ge離子的注入(圖28(d))。除去抗蝕膜后，通過進行600℃的后烘，則可以在像素上形成連續(xù)的折射率分布透鏡(圖28(e))。
(實施方式7)圖29是示出實施方式7中的VGA所對應(yīng)(31萬像素)的固體攝像元件的基本結(jié)構(gòu)的圖。各像素(大小2.8μm)包括漸變折射率透鏡101、用于綠色的色彩過濾器2，AL布線3，信號傳送部4，平坦化層5，受光元件(Si光電二極管)6，以及Si基板7。
圖30是本實施方式所涉及的漸變折射率透鏡的俯視圖。本結(jié)構(gòu)的透鏡的結(jié)構(gòu)是透光材料不均一地分散于具有不同折射率的透光膜之中或之上，該透光材料在面內(nèi)各方向上具有與入射的對象光的波長同等程度或比其直徑小。此時所感到的光的有效折射率可以利用高折射率材料103和低折射率材料102的體積比來算出。本結(jié)構(gòu)的最大特點是，通過改變相鄰的高低折射率材料的間隔，而使有效折射率發(fā)生變化，從而可以容易地形成漸變折射率元件。在本實施例中，采用的結(jié)構(gòu)是將一邊為0.2μm以下的高折射率材料103[TiO2(n＝2.53)]分散到低折射率材料102[SiO2(n＝1.45)]中。
圖31(a)～(d)是示出本實施方式所涉及的漸變折射率透鏡的制作工序的圖。透鏡的形成根據(jù)電子束描畫和蝕刻技術(shù)來進行。首先，利用通常的半導(dǎo)體工藝，在硅基板上形成半導(dǎo)體集成電路42(上述在圖31中未描繪)，該半導(dǎo)體集成電路包括聚光元件、布線、遮光層以及信號傳送部。1像素的大小是2.8μm角，受光部是1.1μm角。然后，利用濺射裝置形成二氧化硅膜43，并在其上涂抗蝕膜44。而后，利用電子束曝光45進行圖案化(圖31(a))。二氧化硅膜和抗蝕劑的厚度分別為0.5μm和0.5μm。顯影后進行蝕刻26，在像素表面形成細(xì)微結(jié)構(gòu)(圖31(b))。另外，上述實施方式2的透鏡是曝光抗蝕膜，在顯影后的階段結(jié)束制作工序的透鏡。除去抗蝕膜后，利用等離子CVD來堆積二氧化鈦(圖31(c))。將覆蓋了整個像素的二氧化鈦層，通過表面研磨去除后，以800℃進行后烘(圖31(d))。經(jīng)過以上的工序，可以在像素上形成具有光折射率材料不均一地分散的折射率分布透鏡。
在上述實施方式1到7中，上述公式(4)、(5)所給出的相位調(diào)制是根據(jù)在透光膜的面內(nèi)各方向上的折射率分布而實現(xiàn)的，當(dāng)然也可以根據(jù)法線方向上的膜后分布來實現(xiàn)。
(實施方式8)圖32示出了在實施方式8中，通過上述公式(4)、(6)所得到的膜厚分布透鏡的斷面圖。由于相位調(diào)制為單一菲涅爾帶區(qū)域，因此光可以連續(xù)地入射到透鏡，這樣在表面的散射損失非常小，從而提高聚光效率。為了形成適應(yīng)于更高角度入射的透鏡，光的入射側(cè)的膜厚可以按照上述公式(4)、(6)增加即可。
(實施方式9)圖33示出了在實施方式9中，通過上述公式(5)、(6)所得到的膜厚分布透鏡的斷面圖。由于相位調(diào)制為多個菲涅爾帶區(qū)域，因此比起單一菲涅爾帶區(qū)域的透鏡而言，更能夠?qū)?yīng)高角度入射的光。并且，膜厚是一定的，為入射光的1相位，因此可以容易地安裝到固體攝像元件上。
在膜厚分布透鏡中，對于比較大的透鏡而言，可以通過機械研磨等來形成。然而，在直徑僅為數(shù)十μm以下的微透鏡中，由于結(jié)構(gòu)非常細(xì)微，微透鏡通過回流自己組織化來形成，因此球面形狀的控制非常困難。為此，為了形成細(xì)微膜厚分布透鏡，則不是需要連續(xù)的表面，而是需要不連續(xù)的表面。
(實施方式10)圖34示出了在實施方式10中，在透光膜的面內(nèi)各方向，膜厚為離散的、且不均一變化的膜厚分布透鏡的圖。通過將透鏡的表面以作為入射對象的光的波長同等程度、或具有微小落差的臺階結(jié)構(gòu)來形成，不連續(xù)的膜厚分布幾乎不影響聚光效率。落差的大小為0.1μm的本實施例中的膜厚分布透鏡(直徑為3μm)，其聚光效率為80％，是一個非常高的值。對于微小透鏡的形成，可以采用上述實施方式1到實施方式5所示的納米打印技術(shù)，或上述實施方式7所示的電子束描繪技術(shù)等，容易地進行。
(實施方式11)圖35示出了在實施方式11中，僅利用本發(fā)明的透光膜的偏轉(zhuǎn)作用的固體攝像元件。各像素(大小2.8μm)包括漸變折射率透鏡108、用于綠色的色彩過濾器2，AL線路3，信號傳送部4，平坦化層5，受光元件(Si光電二極管)6，Si基板7，以及層內(nèi)透鏡109。
圖36(a)是漸變折射率透鏡的俯視圖。折射率在面內(nèi)各方向從高折射率區(qū)域10[GeO2(n＝1.65)]到低折射率領(lǐng)域11[SiO2(n＝1.45)]連續(xù)地變化。在本實施方式中的折射率分布被設(shè)計為，賦與了上述公式(2)所示的相位調(diào)制的設(shè)計。上述公式(2)的成分是X的一次函數(shù)，因此折射率的變化為直線，光的入射側(cè)的折射率變高。在本實施方式中，雖然列舉了單一菲涅爾帶區(qū)域，當(dāng)然也可以利用多個菲涅爾帶區(qū)域。并且，同樣，相位調(diào)制也可以根據(jù)膜厚分布來實現(xiàn)。
另外，在實施方式1、3～7、11中采用了CCD，當(dāng)然也可以使用MOS傳感器。并且，也可以利用與說明了的漸變折射率透鏡以及膜厚分布透鏡具有相同特性的、由其它材料形成的漸變折射率透鏡以及膜厚分部透鏡。并且，也可以采用除說明了的制造方法以外的制造方法來制造漸變折射率透鏡以及膜厚分布透鏡。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明所涉及的聚光元件以及固體攝像裝置能夠適用于數(shù)字?jǐn)z影機、數(shù)字靜止照相機以及帶有照相機的移動電話，由于提高了性能以及實現(xiàn)了低價格化，從而在產(chǎn)業(yè)上有益。
權(quán)利要求
1.一種聚光元件，對入射光進行聚光，其特征在于，該聚光元件包括上述入射光入射的基板，以及在上述基板上的、上述入射光入射位置上所形成的透光膜的集合體；上述透光膜具有帶形狀，該帶形狀的寬度與上述入射光的波長同等程度，或比上述入射光的波長短，上述帶形狀呈中心對稱形狀，該中心對稱形狀與中心偏離，上述透光膜的集合體產(chǎn)生實效折射率分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述透光膜將入射的光聚光在上述透光膜中心的位置，上述入射的光是以非對稱于該透光膜表面中心的角度入射的光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光元件，其特征在于，在將上述入射光的入射角度作為θ，將規(guī)定的常數(shù)作為A及B的情況下，上述入射光的相位變化量Φ(x)基本滿足以下計算公式，該Φ(x)受面內(nèi)各方向的距離x之影響Φ(x)＝Ax2+Bxsinθ+2mπ，其中，m是自然數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光元件，其特征在于，將上述透光膜和光入射側(cè)的介質(zhì)的折射率差作為Δnmax，在位置x的上述透光膜和上述光入射側(cè)的介質(zhì)的折射率差作為Δn(x)時，基本滿足Δn(x)＝Δnmax[Φ(x)/2π+C]，其中，C是常數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述透光膜的法線方向的高度是一定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述透光膜含有TiO2、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5、Si3N4以及Si2N3中的某一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述透光膜含有添加了B及P的SiO2即硼磷硅酸鹽玻璃和四乙氧基硅烷中的某一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚光元件，其特征在于，上述透光膜含有苯并環(huán)丁烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺及聚酰亞胺中的某一個。
9.一種固體攝像裝置，設(shè)置有二個或更多的單位像素，該單位像素包括聚光元件，該聚光元件對入射光進行聚光，該固體攝像裝置特征在于，上述聚光元件包括上述入射光入射的基板，以及在上述基板上的、上述入射光入射位置上所形成的透光膜的集合體；上述透光膜具有帶形狀，該帶形狀的寬度與上述入射光的波長同等程度，或比上述入射光的波長短，上述帶形狀呈中心對稱形狀，該中心對稱形狀與中心偏離，上述透光膜的集合體產(chǎn)生實效折射率分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于，在單位像素的上述聚光元件與鄰接的其它單位像素的聚光元件之間所共有的區(qū)域，也形成與中心偏離的上述透光膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述固體攝像裝置至少包括第一單位像素以及第二單位像素；上述第一單位像素，用于上述入射光中的第一色光；上述第二單位像素，用于第二色光，該第二色光所具有的代表波長與上述第一色光的代表波長不同；上述第一單位像素包括第一聚光元件；上述第二單位像素包括第二聚光元件，該第二聚光元件的上述第二色光焦距與上述第一聚光元件的上述第一色光焦距相等。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述焦點位置通過控制上述透光膜的折射率分布，被設(shè)定在規(guī)定的位置上。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述單位像素還包括聚光透鏡，該聚光透鏡在上述聚光元件的射出側(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于，在位于上述二個或更多的單位像素所形成的面的中央的上述單位像素的聚光元件，和在位于上述面的周邊的單位像素的聚光元件，上述透光膜的折射率分布不同。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述固體攝像裝置進一步被形成為在位于中央的上述單位像素，上述受光元件的中心軸和上述聚光元件的中心軸一致；在位于周邊的上述單位像素，上述聚光元件的中心軸比上述受光元件的中心軸更靠近上述面的中央。
全文摘要
為了實現(xiàn)與用于薄型照相機的短焦距光學(xué)系統(tǒng)(入射角θ為大角的光學(xué)系統(tǒng))相對應(yīng)的固體攝像裝置等，提供比現(xiàn)存的微透鏡更能夠?qū)Ω呓嵌鹊娜肷涔膺M行聚光的光學(xué)元件等。各單位像素(大小2.8μm)包括漸變折射率透鏡1，用于綠色的色彩過濾器2，AL布線3，信號傳送部4，平坦化層5，受光元件(Si光電二極管)6，以及Si基板7。分布折射率透鏡為同心帶形狀，包括高折射率材料33[TiO
文檔編號H01L27/14GK1938615SQ200480042730
公開日2007年3月28日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
發(fā)明者歲清公明 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社