光學構件、固態(tài)成像裝置及其制造方法

文檔序號：6897406閱讀：104來源：國知局

專利名稱：光學構件、固態(tài)成像裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學構件和采用該光學構件的固態(tài)成像裝置及其制造方法。
背景技術：
關于包括電荷耦合器件(CCD, Charge Coupled Device )和互補金屬氧 4匕物半導體(CMOS, Complementary Metal-oxide Semiconductor)傳感器的固態(tài)成像裝置，通常是提供光學構件，例如芯片上透鏡(OCL:OnChipLens，也稱為微型透鏡)或內透鏡等，并且將入射光聚集到光接收部分中。這里，對于光學構件，采用這樣的構件，該構件具有利用斯涅耳定律(Snell'slaw) 的折射型透鏡構造。
然而，應當注意的是，對于利用斯涅耳定律的折射型透鏡構造，透鏡自身很厚，例如約1 pm或者更厚，從而該構造應用到固態(tài)成像裝置的芯片上透鏡或者內部聚光透鏡時，裝置上層變得很厚。因此，來自相鄰像素的不希望的光入射(也稱為傾斜入射光)增加，由傾斜入射光引起的顏色混合增加，并且因此色彩再現性變差。
而且，已有的芯片上透鏡和內透鏡的制造工藝包括大量的工序，例如回流抗蝕劑(reflowing resist)等，并且該制造工藝復雜，且成本高。另外，當通過回流制造這樣的透鏡時，只可以制造球面透鏡，不能制造非對稱的透鏡形狀，例如在橫向方向上變形的透鏡形狀。
此外，當減少外部圖像形成系統(tǒng)透鏡的F值時，傾斜入射光增加，上層變厚，從而相對理想靈敏度的變差變得突出，并且因此不能獲得原有的靈敏度(F值光靈敏度變差)。
而且，關于已有的芯片上透鏡，聚光效率根據入射角而變差。就是說，垂直入射到芯片上透鏡的光可以以高效率聚光，而傾斜入射光的聚光效率降低。關于由以二維方式排列的多個像素構造的固態(tài)成像裝置，在入射光具有擴散角(spread angle )的情況下，在固態(tài)成像裝置中心附近的像素與在固態(tài) 成像裝置周邊上的像素之間入射角不同，并且因此這樣的現象(陰影，shading)變得明顯，其中與固態(tài)成像裝置中心附近的像素相比較，固態(tài)成像裝置周邊上的像素的聚光效率變差，也就是，與裝置的中心相比較，裝置端部的靈敏度降低。
關于由傾斜入射光引起的色彩再現性變差，可以考慮進行用于恢復色彩再現性的計算處理，但是這會導致其中引起額外噪聲的負面影響，并且圖像質量變差。
此外，當減小外部圖像形成系統(tǒng)透鏡的F值時，引起其中傾斜入射光增加的F值光靈敏度變差的現象，從而上層變厚，并且從理想靈敏度的變差變得突出，因此，不能獲得原有的靈敏度。
另一方面，作為用于解決其中上層變厚的問題以及靈敏度變差的一項技術，已經提出了采用菲涅耳透鏡的配置(例如，見日本未審查專利申請公開 No. 2005-011969和日本未審查專利申請公開No. 2006-351972 )。
例如，關于日本未審查專利申請^HfNo. 2005-011969所描述的配置，基于菲涅耳透鏡構造了內部聚光透鏡，該內部聚光透鏡用于進一步會聚在上部透鏡例如芯片上透鏡會聚的光，并且使其進入光電轉換單元。該透鏡的特征在于，該透鏡是折射型透鏡，但是可以通過形成為波型而減少厚度。
而且，關于日本未審查專利申請^^開No. 2006-351972所描述的配置，聚光元件由多個具有同中心構造的分區(qū)區(qū)域(zone region)的結合構造，該分區(qū)區(qū)域用等于或者小于入射光的波長的線寬分割。其特征在于，聚光元件構造有具有兩級同心圓構造為基礎的分布折射率透鏡(例如菲涅耳透鏡)。
然而，應當注意的是，日本未審查專利申請公開No. 2005-011969中描述的配置基于菲涅耳透鏡的概念，并且因此該菲涅耳透鏡是折射型，從而與波長量級(wavelength order)相比，其厚度的減少存在限制。
而且，為了制造這樣的波型，甚至需要比通常的折射型透鏡工藝更復雜的工藝，還提高成本。而且，只能制造球面透鏡，從而設計中不能引入非對稱。
另夕卜，曰本未審查專利申請公開No. 2005-011969和曰本未審查專利申請公開No. 2006-351972的每個配置都基于菲涅耳透鏡，從而傾斜進入一定區(qū)域的光沒有聚集在某些情況下原本要聚集的點(詳細情況稍后描述)。這降低了聚光效率，并且在散射的光進入相鄰像素中的情況下還引起顏色混合。

發(fā)明內容
已經認識到需要提供新的光學構件配置。在與光學長度(透鏡長度)相比相對薄的高折射率層和低折射率層在光學構件的橫向(垂直于光軸的平面上的任意方向)交替排列的情況下，當高折射率層和低折射率層每一個的寬度充分大于入射光的波長量級時，穿過光學構件的光的等相位波面
(equiphase wave surface)以與在入射側的介質的等相位波面相同的方式形成，并且不被彎曲。
然而，應當注意的是，當高折射率層和低折射率層每一個的寬度都等于或者小于入射光的波長量級時，根據波函數的連續(xù)性，低折射率層內的波面和高折射率層內的波面相連，并且因此引起整個等相位波面彎曲的現象。
根據本發(fā)明實施例的光學構件基于上述評論進行構造。就是說，關于根據本發(fā)明的光學構件的實施例，具有大折射率的高折射率層和具有小折射率的低折射率層與光學長度相比都相對薄，它們在相對光軸的橫向上交替設置。這里，高折射率層和低折射率層每一個的寬度都等于或者小于入射光的波長量級。
如果通過排列都具有等于或小于波長量級的寬度的低折射率層和高折射率層來提供光學構件的功能，則等相位波面的彎曲情形可以通過調整在構件的中心和端部每一個高折射率層的密度的位置關系來調整。
因此，如果可以提供凸透鏡功能(聚光特性)，則可以提供凹透鏡功能 (散射特性)。而且，還可以提供將傾斜入射光轉換成垂直入射光的功能(傾斜光糾正功能)。因此，可以實現具有新配置的光學構件(光學透鏡)，由此通過調整低折射率層和高折射率層每一個的排列寬度可以控制等相位波長表面(波面)的彎曲狀態(tài)。
例如，高折射率層每一個都可以對稱設置以在構件的機械中心上密集設置，而在遠離該中心非密集設置，由此用作凸透鏡功能(聚光特性)。從低折射率層的角度看，低折射率層每一個都對稱設置以在構件的機械中心上非密集設置，而在遠離該中心密集設置，由此用作凸透鏡功能(聚光特性)。
高折射率層每一個都對稱設置以在構件的機械中心上非密集設置，而在遠離該中心密集設置，由此用作凹透鏡功能(散射特性)。從低折射率層的角度看，低折射率層每一個都對稱設置以在構件的機械中心上密集設置，而在遠離該中心非密集設置，由此用作凹透鏡功能(散射特性)。
高折射率層和低折射率層的至少一種層的每一個的寬度可以在橫向上
非對稱設置，由此用作傾斜光糾正功能。
這樣的光學構件可以用作獨立的構件替代激光掃描光學系統(tǒng)等釆用的
現有普通光學透鏡。
然而，應當注意的是，對于與固態(tài)成像裝置的結合，所希望的是形成與
半導體基板一體化的光學構件，像素陣列單元等形成在該半導體基板。
固態(tài)成像裝置可以構造為單芯片(one-chip)裝置，或者可以構造為具有成像功能的模塊，其中成像單元和信號處理單元或者光學系統(tǒng)封裝在一起。
而且，本發(fā)明不僅可以應用到固態(tài)成像裝置而且可以應用到成像裝置。在此情況下，作為成像裝置，可以獲得與固態(tài)成像裝置中相同的優(yōu)點。這里，成像裝置意味著例如照相機(或者照相機系統(tǒng))或者具有成像功能的便攜式裝置。而且，術語"成像(imaging )"不限于普通照相機拍攝時的圖像捕獲，而也包括廣泛意義上的指紋;險測。
根據本發(fā)明的實施例，光學構件通過在相對光軸的橫向上交替地排列高折射率層和低折射率層來構造，該高折射率層和低折射率層等于或者小于入射光的波長量級，比透鏡長度更薄，由此當入射光通過光學構件時，等相位波面可以根據高折射率層和低折射率層每一個的寬度的排列狀態(tài)彎曲。因此，光學構件顯示出對應于高折射率層和低折射率層每一個的寬度的排列狀態(tài)的光學特性(例如，聚集功能、散射功能或者入射角轉換功能)。
以采用比光學長度短且薄的構件，并且與具有采用現有斯涅耳定律的折射型透鏡構造的構件相比可以采用薄的構件。因此，可以減輕或者消除具有相對厚構造的透鏡例如現有透鏡中引起的問題。
例如，成像裝置的上層變薄，并且顏色混合減少，由此改善了色彩再現性。無需提供由于計算處理對顏色混合的測量，由此減少額外的噪聲發(fā)生。而且，可以防止F值光靈敏度的變差，并且可以糾正傾斜入射光為垂直入射光，由此提供對于陰影的措施。
而且，該構件由交替排列的薄低折射率層和薄高折射率層構造，由此不提供具有大折射率的臺階，例如菲涅耳透鏡，并且減少對于傾斜入射光由于折射或者反射引起的散射光。因此，可以改善聚光效率，并且也可以解決由傾斜入射光？ 1起的顏色混合的問題。
在橫向上交替地簡單排列薄低折射率層和薄高折射率層能夠根據半導體工藝制造，并且用筒單的制造工藝可以降低成本。
通過調整低折射率層和高折射率層每一個的排列寬度可以控制光學特性，并且因此提供了這樣的優(yōu)點，其中與球形透鏡相比，可以光學地擴展設計寬度。

圖1A是圖解等相位波面的示意圖(部分l)，用于描述才艮據第一實施例
的光學透鏡的基本原理；
圖1B是圖解等相位波面的示意圖(部分2),用于描述才艮據第一實施例的光學透鏡的基本原理；
圖1C至1F是根據第一實施例的光學透鏡的平面示意圖2A是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第一實例(應用實例1)的截面示意圖2B是根據第一實施例(應用實例1)的固態(tài)成像裝置的更具體的截面圖2C是圖解第一實施例(應用實例1)的模擬結果的示意圖(在程序的中間);
圖2D是圖解第一實施例(應用實例l)的模擬結果的示意圖(X = 780， 640應)；
圖2E是圖解第一實施例(應用實例1 )的模擬結果的示意圖(入=540， 480
nm);
圖3A是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第二實例(應用實例2)的截面示意圖3B是圖解第一實施例(應用實例2)的模擬結果的示意圖(X = 780, 640 nm );
圖3C是圖解第一實施例(應用實例2)的模擬結果的示意圖(人=540, 480腿)；
圖4A是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第三實例(應用實例3)的截面示意圖4B是圖解第一實施例(應用實例3)的模擬結果的示意圖(X = 780， 640腿)；
圖4C是圖解第一實施例(應用實例3)的模擬結果的示意圖(X = 540， 480 nm );
圖5A是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第四實例(應用實例4)的截面示意圖5B是根據第一實施例(應用實例4)的固態(tài)成像裝置的更具體的截面圖5C是圖解第一實施例(應用實例4)的模擬結果的示意圖(X = 780， 640腿)；
圖5D是圖解第一實施例(應用實例4)的模擬結果的示意圖(^ = 540， 480謹)；
圖6A是用于描述關于根據第一實施例的交替設置層的凸透鏡的第一比較實例的示意圖6B是用于描述關于根據第一實施例的交替設置層的凸透鏡的第二比較實例的示意圖6C是用于描述關于根據第一實施例的交替設置層的凸透鏡的第三比較實例的示意圖7A是用于描述根據修改1的固態(tài)成像裝置的截面示意圖，該修改1 的固態(tài)成像裝置應用了根據第一實施例的光學透鏡的修改1;
圖7B是圖解修改1的模擬結果的示意圖(X = 540nm);
圖8A是用于描述根據修改2的固態(tài)成像裝置的截面示意圖，該修改2 的固態(tài)成像裝置應用了根據第一實施例的光學透鏡的修改2;
圖8B是圖解修改2的模擬結果的示意圖U = 540nm);
圖9是圖解當傾斜光以第一實施例的構造(例如，圖2A中的應用實例 1)進入時的模擬結果的示意圖IOA是圖解等相位波面的示意圖，用于描述根據第二實施例的光學透鏡的基本原理；
圖10B是用于描述固態(tài)成像裝置的光接收光學系統(tǒng)的示意圖；圖IOC是等同于根據第二實施例的單一光學透鏡的平面示意圖；圖10D是在根據第二實施例的光學透鏡應用到固態(tài)成像裝置的像素陣
列單元的情況下的平面示意圖11A是用于描述應用根據第二實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的截面示意圖11B是圖解根據第二實施例的固態(tài)成像裝置的模擬結果的示意圖(入= 540 );
圖12A是圖解等相位波面的示意圖，用于描述根據第三實施例的光學透
鏡的基本原理；
圖12B是用于描述透鏡重心(center of gravity)的示意圖12C至12F是應用根據第三實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的平面
示意圖(部分1 );
圖12G至12H是應用根據第三實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的平面示意圖(部分2);
圖13A是用于描述應用根據第三實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第一實例(應用實例1)的截面示意圖13B是圖解第三實施例(應用實例1)的模擬結果的示意圖(^ = 540
nm );
圖14A和14B是用于描述應用根據第三實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第二實例(應用實例2: CMOS響應)的電^各圖14C是應用到根據第三實施例(應用實例2)的固態(tài)成像裝置的像素陣列單元上的交替設置層的平面示意圖15A和15B是用于描述應用根據第三實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第三實例(應用實例3: CCD。向應)的電^各圖15C是根據第三實施例(應用實例3)的固態(tài)成像裝置的基板表面附近的截面構造圖15D是應用到根據第三實施例(應用實例3)的固態(tài)成像裝置的像素陣列單元上的交替設置層的平面示意圖16是圖解等相位波面的示意圖，用于描述根據第四實施例的光學透鏡的基本原理；
圖17A是用于描述根據本實施例的制造工藝的概念性示意圖，其中根據第一至第四實施例的交替設置層與固態(tài)成像裝置一體化；圖17B是用于描述關于根據本實施例的制造工藝的比較實例(在形成內
透鏡的情況下)的概念性示意圖；和
圖17C是用于描述關于根據本實施例的制造工藝的比較實例(在形成芯片上透鏡的情況下)的概念性示意圖。
具體實施例方式
下面，將參照附圖關于本發(fā)明實施例進行描述。 <第一實施例凸透鏡的基本原理〉
圖1A至1F是用于描述光學透鏡的第一實施例的基本原理的示意圖。這里，圖1A和1B是圖解等相位波面的示意圖，而圖1C至1F是根據第一實施例的光學透鏡的平面示意圖。
本實施例以及稍后描述的其它實施例的每個光學透鏡，通過在相對光軸的橫向上交替地排列具有大折射率的矩形層和具有小折射率的矩形層來基本上包括透鏡功能，每個矩形層的寬度構造為等于或者小于波長量級 (wavelength order )。
例如，"寬度等于或者小于波長量級的構造"可以通過采用具有亞波長
的周期結構的聚光元件(亞波長透#:, SWLL)的配置形成，該亞波長的周
期結構通過使用以光學光刻和電子光刻為代表的平面工藝技術形成。
SWLL用作固態(tài)成像裝置的聚光元件，由此用通常的半導體工藝可以形成芯片上透鏡，并且透鏡的形狀可以得到控制而不受限。
這里，第一實施例涉及具有聚光作用的凸透鏡。因此，以板狀對稱地構造高折射率層，以在中心(透鏡的機械中心在本實施例中與光軸相同)密集地設置，并且在遠離中心非密集地設置。對于具有小折射率的層的方面，對稱地構造低折射率層，以在構件的機械中心非密集地設置，而在遠離中心更密集地設置。第一實施例與稍后描述的第二和第三實施例不同之處在于透鏡是對稱的(具有對稱構造)。
為了通過采用密度朝著中心增加而遠離中心減少的構造提供凸透鏡功能，例如，希望的是采用第一凸透鏡提供方法、第二凸透鏡提供方法和第三凸透鏡提供方法之一，在第一凸透鏡提供方法中，高折射率層的寬度朝著透鏡的中心逐漸增加；在第二凸透鏡提供方法中，低折射率層的寬度朝著透鏡的中心逐漸減少；而在第三凸透鏡提供方法中，同時采用第一凸透鏡提供方
13法和第二凸透鏡提供方法。從聚光效率的觀點看，最有效的是采用第三凸透鏡提供方法。
首先，如圖1A所示，假設只具有折射率nO的板狀單一材料層存在，并且與其相鄰地(具體地講，等相位波面1—4側)提供板狀層(稱為交替設置層)2A，其中在橫向上交替地排列折射率為nO的矩形層(稱為低折射率層) 20和折射率為nl (其中nl〉n0)的矩形層(稱為高折射率層)21，折射率 nl高于(大于)折射率n0。假設只具有折射率n0的板狀單一材料層3還提供在交替設置層2A的后面。盡管詳細情況將稍后描述，但是交替設置層2A 用作具有聚光效率的光學透鏡(凸透鏡)。
關于交換設置層2A，光學中心CL右側的部件用"R"表示，而其左側的部件用"L"表示。當不需要區(qū)別右側和左側時，將省略"R"和"L"進行描述。在稍后描述的其它實施例中，這些是相同的。
關于如圖所示的第一實施例的基本實例的構造，具有大折射率的五個矩形高折射率層21關于中心CL對稱地提供，而其間提供具有小折射率的四個低折射率層20。高折射率層21R—1至21R_5和21L一l至21L_5的寬度構造為朝著中心CL逐漸增加，而低折射率層20R—1至20R_4和20L—1至20L_4 的寬度構造為朝著中心CL逐漸減少。就是說，關于第一實施例的基本實例，采用第三凸透鏡提供方法，其中同時采用第一和第二凸透鏡提供方法。
總體上講，交替設置層2A具有這樣的構造，其中具有大折射率的高折射率層21R—k和21L—k (在本實例中，k^l至5)設置成板狀，在中心密集設置，而遠離中心非密集設置。當關注高折射率層21時，其寬度在透鏡的中心上寬，而在周邊窄。
現在，如圖1A所示，4艮設光從具有折射率n0的單一材料層1側進入。此時，光速c由c = c0/nl獲得。這里，cO是真空中的光速。因此，關于板狀交替設置層2A的每個高折射率層21,可以設想光速在其中降低，并且因此形成作為單一材料層1的相同等相位波面(波面)，如圖1A所示。然而，應當注意的是，此時具有高折射率nl的高折射率層21和與其相鄰的具有小折射率的低折射率層20的橫向長度(即寬度)大于波長量級。
另一方面，在具有高折射率nl的高折射率層21和與其相鄰的具有小折射率的低折射率層20的橫向長度(寬度)等于或者小于波長量級的情況下，不形成作為單一材料層1的相同等相位波面(波面)，并且波面根據高折射率層21和與其相鄰的低折射率層20的寬度如何排列而被彎曲。
具體地講，根據波函數的連續(xù)性，低折射率層20J內的波面和高折射率層21—k內的波面連續(xù)地連接，并且因此彎曲了所有的等相位波面。如圖1A 所示，在具有大折射率的高折射率層21—k構造為板狀以在中心密集設置而遠離中心非密集設置的情況下，等相位波面變?yōu)槿鐖D1C至1F所示。其原因是具有大折射率的位置(高折射率層21 )的光速與具有小折射率的位置(低折射率層20)的光速不同。
正如從圖上可以理解的，光的波面根據交替設置層2A變?yōu)榘既氡砻妫?并且它通過在其后側中設置的僅有折射率nO的單一材料層3。因此，如圖所示，產生了這樣的功能，其中入射光的路徑在以透鏡重心為其邊界的左側和右側轉入中心側，由此可以提供聚光特性。通過結合具有大折射率的高折射率層21的光速與具有小折射率的低折射率層20的光速之差和波函數的連續(xù) 性，可以獲得凸透鏡的作用。
正如上面的描述可以理解的，通過在橫向上以寬度構造成等于或小于波長量級的矩形形狀交替地排列具有大折射率的高折射率層21一k和具有小折射率的低折射率層20J，并此時提供其中具有大折射率的高折射率層21—k 在中心密集設置而遠離中心非密集設置的構造，從而根據第一實施例的光學透鏡可以用作具有聚光特性的凸透鏡。
波面根據具有高折射率nl的高折射率層21和具有低折射率的低折射率層20的寬度如何排列而被彎曲，從而光的波面的彎曲水平可以通過調整如何排列每個寬度來控制，并且因此可以控制凸透鏡的聚光特性。就是說，可以這樣考慮，根據第一實施例的交替設置層2A是采用波面控制配置的聚光透鏡(即凸透鏡)。
正如從圖1B所示的構造可以理解的，其透鏡厚度是交替設置層2A的厚度，在交替設置層2A中在橫向上交替地排列具有大折射率的高折射率層 21一k和具有小折射率的矩形低折射率層20J,由此可以獲得極薄的凸透鏡。例如，關于采用現有斯涅耳定律的折射型透鏡構造，透鏡的厚度等于或者大于1 iam，而采用根據本實施例的配置的光學透鏡，透鏡的厚度可以減小為等于或者小于0.5 |um。
如果透鏡厚度可以變薄，則在該透鏡應用到固態(tài)成像裝置的情況下，上層變薄，由此顏色混合減少，并且因此色彩再現性得以改善。而且，顏色混合減少了，也就不需要提供用于恢復色彩再現性的計算處理，并且由計算處理引起的額外噪聲也減少。而且，透鏡厚度薄，從而即使在外部圖像形成系統(tǒng)透鏡的F值減小的情況下，傾斜入射光也不增加，不引起F值光靈敏度變差的問題。
不言而喻，還有平面構造，交替設置層2A需要具有這樣的構造，其中中心的密度高，而遠離中心密度變低，并且只有在此情況下，才可以采用各種平面構造。至于具有大折射率的高折射率層21一k和具有小折射率的低折射率層20J的每一個的形狀，可以釆用任意形狀，例如圓形、橢圓形、正方形、矩形或三角形等。隨后，這些形狀中的形狀可以看作它們:坡轉換成環(huán)形，或者不同形狀結合并且轉換成環(huán)形，從而每個環(huán)的寬度垂直和水平相同。
例如，如圖1C所示，高折射率層21—k和低折射率層20J可以每個是圓或者圓環(huán)形狀，每一個自身封閉。如圖1D所示，高折射率層21一k和低折射率層20J可以每個是橢圓或者橢圓環(huán)形狀，每個自身封閉。如圖1E所示，高折射率層21—k和低折射率層20J可以每個是正方形或者正方形環(huán)形狀，每個自身封閉。如圖1F所示，高折射率層21—k和低折射率層20」可以每個是矩形或者矩形環(huán)形狀，每個自身封閉。
盡管圖中沒有示出，但是高折射率層21—k和低折射率層20J每個都可以是三角形或者三角形環(huán)形狀，每個自身封閉。同樣，盡管圖中沒有示出，但是例如可以進行這樣的設置，其中在中心和外圍部分采用不同的形狀，使得在中心采用圓或者圓環(huán)形狀，而在外圍采用矩形環(huán)形狀，并且這些被結合，由此每個自身封閉。
然而，應當注意的是，作為凸透鏡的聚光作用受交替設置層2A的平面構造的影響，即如何排列高折射率層21和低折射率層20的平面構造，從而在上述形狀應用到固態(tài)成像裝置的情況下，所希望的是圖1C至1F中示范的平面構造，特別是在中心部分的高折射率層21_1的形狀與光接收部分的平面形狀相匹配。
<第一實施例凸透鏡的應用實例1>
圖2A至2E是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第一實例(應用實例1)的示意圖。這里，圖2A是^^據應用實例1的固態(tài)成像裝置的截面示意圖，圖2B是根據第一實施例(應用實例1)的固態(tài)成像裝置的更具體的截面圖，而圖2C至2E是圖解其光學特性的模擬結果的示意圖。
根據第一實施例(應用實例1 )的固態(tài)成像裝置100A包括由氮化硅SigN4 (在下文，稱為SiN)制成的薄膜層130 (厚度=0.1 pm)，其折射率nl為 2.0，該薄膜層130在半導體基板(在下文，也稱為硅基板)102上，該半導體基板102由硅Si制造且折射率n3為4.1以及消光系數(涉及光吸收的系數)k為0.04，并且在其上層上包括具有參照圖1A至圖1F描述的構造(交替設置層112A)作為主要部分的光學透鏡IIOA。
薄膜層130提供為對硅基板102的抗反射膜。因此，光可以有效地進入光接收部分，例如光壽l二極管。例如，如果硅Si、氮化硅SiN和氧化硅Si02 的折射率分別為n—Si、 n—SiN和n—Si02,則保持n—Si > n—SiN 〉 n—Si02的關系。在此情況下，薄膜層130的厚度d具有d-入x(m/2+l/4)/n—SiN的關系，從而可以有效地進行抗反射膜的功能。這里，X是光的波長，而m是等于或者大于O的整數。
如圖2B所示，由PN結制造的光電轉換單元(光接收部分)104以預定的像素間距設置在硅基板102的光學透鏡IIOA側上的邊界附近(基板表面) 上。固態(tài)成像裝置100A包括像素陣列單元，該像素陣列單元通過垂直地和水平地或者在傾斜方向上規(guī)則排列多個(例如，幾百萬)光電轉換單元104 形成。
如果必要，濾色器106和芯片上透鏡108提供在光學透鏡110A的光入射表面的上層上。芯片上透鏡108是具有利用斯涅耳定律的折射型透鏡構造
的透鏡。
關于圖2B所示的實例，圖解了這樣的實例，其中芯片上透鏡108用作上層透鏡(表面透鏡)，并且光學透鏡110A的交替設置層112A用作內部聚光透鏡，但是芯片上透鏡108也可以用交替設置層112A置換。在此情況下，交替設置層112A沒有埋入在裝置上層內，而是作為透鏡構造設置在裝置的最上層上，并且其表面與空氣接觸。
芯片上透鏡108是具有利用斯涅耳定律的折射型透鏡構造的透鏡，該透鏡自身約為l iim厚，從而裝置上層變厚，并且可以引起由傾斜入射光造成的顏色混合的問題，但是該問題可以通過用交替設置層112A置換芯片上透鏡108來減少。
圖2B所示的實例圖解了像素陣列單元外圍部分的狀態(tài)，其中芯片上透鏡108的中心和等同于光學透鏡110A的一個周期的交替設置層112A的中心被移動和設置，使得通過芯片上透鏡108的傾斜入射光通過交替設置層 112A的中心。然而，這樣的設置在像素陣列單元的中心部分是不必要的，從而芯片上透鏡108的中心和等同于光學透鏡110A的一個周期的交替設置層112A的中心設置為相同。
盡管這里將省略詳細的描述，但是配線層109提供在交替設置層112A 和硅基板102的表面(薄膜層130側)之間。關于配線層109，用于控制每個光電轉換單元104的電荷存儲操作和信號讀出操作的鋁配線提供為不妨礙光電轉換單元104的光程。
光學透鏡110A包括作為介質的氧化硅Si02的厚層(稱為氧化硅層)，該氧化硅的厚層的折射率nl為1.46，并且包括在表面附近上其光入射側的交替設置層112A，該交替設置層112A具有與參照圖1A至1F描述的交替設置層2A相同的構造。從交替設置層112A的光入射側用作單一材料層111, 該單一材料層111類似于參照圖1A至1F描述的單一材料層1，并且從交替設置層112A的硅基板102用作單一材料層113,該單一材料層113類似于參照圖1A至1F描述的單一材料層3。
光學透鏡110A的一個周期(即透鏡尺寸)調整為3.6 的像素尺寸(= 像素間距)。從硅基板102和薄膜層130之間的邊界表面到交替設置層1UA 的距離(厚度實質的透鏡長度)設定為3.6pm，并且交替設置層1UA的厚度(實質的透鏡厚度)設定為0.5 iam。從此也可理解，由高折射率層2l_k 和低折射率層20J構造的交替排列的交替設置層112A設定成比光程(透鏡長度)薄得多。
關于交替設置層112A，折射率n0為1.46的氧化硅Si02的矩形低折射率層120和折射率nl為2.0的氮化硅SiN的矩形高折射率層Ul設置為使得高折射率層121的寬度朝著透鏡的中心逐漸增加，而低折射率層U0朝著透鏡的中心逐漸減少，由此構造板狀的高折射率層121,以在中心密集設置，而遠離中心非密集設置。
關于第一實施例(應用實例l)，一個周期內的交替設置層112A內的低折射率層120_j和高折射率層121—k(圖中都未示出)的寬度和邊界距離(在
本實施例中，相鄰低折射率層120R_5和120L—5的合成寬度)設定如下。高折射率層121R—1+高折射率層121L—1: 0.45 pm高折射率層121R—2，高折射率層121L—2: 0.25 pm
高折射率層121R—3,高折射率層121L—3: 0.20 |um
高折射率層121R—4,高折射率層121L—4: 0.15 |um
高折射率層121R—5，高折射率層121L—5: 0.10 pm
低折射率層120R—1，低折射率層120L—1: 0.10 |iim
低折射率層120R—2，低折射率層120L—2: 0.15 pm
低折射率層120R—3，低折射率層120L—3: 0.20pm
低折射率層120R—4，低折射率層120L—4: 0.225pm
低折射率層120R—5+低折射率層120L—5: 0.40|im
從附圖可以理解，光學透鏡110A的交替設置層112A是具有SWLL構造的聚光元件，其中入射光用低折射率層120和高折射率層121的周期結構彎曲，低折射層120由折射率為1.46的氧化硅Si02制造，而高折射層121 由折射率為2.0的氮化硅SiN制造。在本實例中，關于具有氮化硅SiN和氧化硅Si02的周期結構的交替設置層112A，低折射率層120和高折射率層121 都構造為使得橫向上的最小線寬為0.1并且透鏡厚度為0.5 jim。
圖2C圖解了關于波長入為540 nm的綠光通過圖2A所示的光學透鏡 IIOA的模擬結果。附圖中，光速c乘以時間T獲得cT， cT表示光在真空中行進的距離(累計pm)。這里，這可以看作模擬所占的時間。
首先，(1 )圖2C中展示了在光通過圖2A所示的光學透鏡IIOA的交替設置層112A后的即時模擬結果。從該結果可以理解的是，通過交替設置層 112A的綠光的前方波面(硅基板102側)是凹入表面。
在圖2C中，(2)展示了當光通過交替設置層112A時的模擬結果，并且通常進一步到達硅基板102的表面(即光電轉換元件)。從該結果可以理解的是，綠光聚集到每個光學透鏡110A的中心，并且對于綠光(X二540nm) 具有凸透鏡的作用。盡管附圖中省略了，但是對于近紅外光(X = 780nm)、紅光(X = 640nm)和藍光(入=460 nm )具有類似的透鏡作用。
圖2D和2E是圖解關于根據第一實施例(應用實例1)的固態(tài)成像裝置 IOOA的模擬結果的示意圖，其光學透鏡具有與根據圖2A所示根據第一實施例(應用實例1)的光學透鏡IIOA相同的構造，并且分別表示出近紅外光 (X = 780 nm )、紅光(X = 640 nm )、綠光(X = 540 nm )和藍光(X = 460 nm ) 的結果。由此可以理解的是，用光學透鏡IIOA聚集任何波長的光，由此提供凸透鏡的作用。
<第一實施例凸透4竟的應用實例2〉
圖3A至3C是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第二實例(應用實例2)的示意圖。這里，圖3A是根據第一實施例(應用實例2)的固態(tài)成像裝置的截面示意圖，而圖3B和3C是圖解其光學特性的模擬結果的示意圖。
根據第一實施例(應用實例2)的固態(tài)成像裝置IOOA基本上以與根據第一實施例(應用實例1)的固態(tài)成像裝置IOOA相同的方式構造，除了橫向上的最小線寬設定為0.2 ium而不是O.l ]um。隨同橫向上最小線寬的該修改，關于交替設置層112A內的每個低折射率層120J和高折射率層121一k 的數量、寬度、邊界距離進行調整。
具體地講，關于第一實施例(應用實例2),光學透鏡110A的一個周期內的交替設置層112A內的低折射率層120J和高折射率層121—k(附圖中均未示出)的寬度以及邊界距離(在本實例中，相鄰高折射率層121R—4和 121L一4的合成寬度)設定如下。
高折射率層121R—1+高折射率層121L—1: 0.75 |am
高折射率層121R—2,高折射率層121L—2: 0.25 |iim
高折射率層121R—3,高折射率層121L—3: 0.25 pm
高折射率層121R—4+高折射率層121L—4: 0.20fim
低折射率層120R一1，低折射率層120LJ: 0.20 ]um
低折射率層120R—2,低折射率層120L—2: 0.25 |am
低折射率層120R—3,低折射率層120L一3: 0.375farn
圖3B和3C是圖解根據圖3A所示的第一實施例(應用實例2)的光學特性的^f莫擬結果的示意圖，并且分別表示出近紅外光(人^780nm)、紅光(X =640nm)、綠光(人=540 nm )和藍光(人^460nm)的結果。
由此可以理解的是，即使在橫向上的最小線寬從O.l iam變?yōu)?.2 iam的情況下，交替設置層112A內的每個低折射率層120J和高折射率層121一k 的數量、寬度、邊界距離適當設定，由此用交替設置層112A可以聚集任何波長的光，并且可以提供凸透鏡的作用。
<第一實施例凸透鏡的應用實例3〉
圖4A至4C是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第三實例(應用實例3)的示意圖。其中，圖4A是根據第一實施例(應用實例3)的固態(tài)成像裝置的截面示意圖，而圖4B和4C是圖解其光學特性的模擬結果的示意圖。
根據第一實施例(應用實例3)的固態(tài)成像裝置IOOA基本上以與根據第一實施例(應用實例1)的固態(tài)成像裝置IOOA相同的方式構造，除了交替設置層112A的厚度(實質的透鏡厚度)設定為0.3 nm而不是0.5 |um。隨同透鏡厚度的該修改，關于交替設置層112A內的每個低折射率層120J和高折射率層121—k的數量、寬度、邊界距離進行調整。關于本實例，進行了與第一實施例(應用實例1)完全相同的調整。
具體地講，關于第一實施例(應用實例3)，一個周期內的交替設置層 112A內的低折射率層120J和高折射率層121—k (附圖中都未示出)的寬度以及邊界距離(在本實例中，相鄰低折射率層120R—5和120L—5的合成寬度) 設定如下。如上所述，關于第一實施例(應用實例1),垂直方向上的厚度尺寸從0.5 |um變化到0.3 lum，但是橫向上的寬度尺寸相同。
高折射率層121R—1+高折射率層121L_1: 0.45 (im
高折射率層121R—2，高折射率層121L—2: 0.25 pm
高折射率層121R—3,高折射率層121I^3: 0.20 fim
高折射率層121R—4,高折射率層121L—4: 0.15 |im
高折射率層121R—5,高折射率層1211^_5: 0.10 pm
低折射率層120R—1,低折射率層120LJ: 0.10 jim
低折射率層120R—2，低折射率層120L—2: 0.15 |am
低折射率層120R—3，低折射率層120L—3: 0.20|am
低折射率層120R—4,低折射率層120L—4: 0.225|am
低折射率層120R—5+低折射率層120L—5: 0.40pm
圖4B和4C是圖解根據展示在圖4A中的第一實施例(應用實例3)的光學特性模擬結果的示意圖，并且分別表示出近紅外光(X = 780nm)、紅光 (入二640nm)、綠光(X = 540nm)和藍光(X = 460 nm )的結果。
由此可以理解的是，即使在交替設置層112A的厚度(實質的透鏡厚度) 從0.5 pm變?yōu)?.3 pm的情況下，交替設置層112A內的每個低折射率層120」和高折射率層121—k的數量、寬度、邊界距離適當設定，由此用交替設置層 112A可以聚集任何波長的光，并且可以提供凸透鏡的作用。<第一實施例凸透鏡的應用實例4>
圖5A至5D是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第四實例(應用實例4)的示意圖。這里，圖5A是根據第一實施例(應用實例4)的固態(tài)成像裝置的截面示意圖，圖5B是進一步的示意性截面圖，而圖5C和5D是圖解其光學特性的模擬結果的示意圖。
根據第一實施例(應用實例4)的固態(tài)成像裝置100A基本上以與根據第一實施例(應用實例1)的固態(tài)成像裝置100A相同的方式構造，除了像素尺寸或者透鏡尺寸設定到小于1.4 pm而不是3.6 pm。隨同像素尺寸或者透鏡尺寸的該修改，關于從硅基板102和薄膜層130之間的邊界表面到交替設置層112A的距離(厚度實質的透鏡長度)、交替設置層112A的厚度(實質的透鏡厚度)、以及交替設置層112A內的每個低折射率層120J和高折射率層121一k的數量、寬度、邊界距離進行調整。
具體地講，關于第一實施例(應用實例4)，首先，交替設置層112A的厚度(實質的透鏡厚度)設定到0.5 pm。光學透鏡110A的一個周期(即透鏡尺寸)調整到1.4 |um的像素尺寸(=像素間距)。
在光學透鏡110A的一個周期內的交替設置層112A內的低折射率層 120J和高折射率層121—k (附圖中都未示出)的寬度，以及邊界距離(在本實例中，相鄰低折射率層120R—3和120L—3的合成寬度)設定如下。
高折射率層121R—1+高折射率層121L—1: 0.25 (im
高折射率層121R—2,高折射率層121L—2: 0.15 |um
高折射率層121R—3，高折射率層121L—3: 0.10 (im
低折射率層120R—1，低折射率層120L—1: 0.10 |um
低折射率層120R—2,低折射率層120L—2: 0.13 |um
低折射率層120R—3+低折射率層120L—3: 0.19pm
而且，交替設置層112A的由氮化硅SiN制成的每個高折射率層121—k 組成光學透鏡110A的主要部分，關于每個高折射率層121—k的上和下側，提供用折射率n4為1.7的SiON制造的薄膜(厚度=0.08 |iim )作為抗反射膜 124，其寬度與每個高折射率層121—k相同。抗反射膜124是由氮化硅SiN 和氧化硅Si02之間的中間折射率材料(在本實例中為折射率為1.7的SiON) 制造的薄膜，并且用于減少由反射引起的光學損失。
抗反射膜124是薄膜，并且不影響交替設置層112A自身的透鏡作用，與其厚度和寬度無關，與它們是否提供到每個高折射率層121—k無關。不言
而喻，抗反射膜124不僅可以提供到第一實施例(應用實例4)，而且可以提供第一實施例(應用實例1至3)。
在提供抗反射膜124的情況下，透鏡長度為從硅基板102和薄膜層130 之間的邊界表面到抗反射膜124的距離，并且在本實例中設定到2.3 fim。
圖5C和5D是圖解根據圖5A所示的第一實施例(應用實例4)的光學特性的模擬結果，并且分別表示出近紅外光(X = 780 nm )、紅光(X = 640 nm )、綠光(X = 540nm)和藍光(X = 460 nm )的結果。
由此可以理解的是，即使在像素尺寸或者透鏡尺寸從3.6 pm變?yōu)?.4 |im 的情況下，透鏡長度以及交替設置層112A內的每個低折射率層120J和高折射率層121—k的數量、寬度、邊界距離適當設定，由此用交替設置層112A 可以聚集任何波長的光，并且可以提供凸透鏡的作用。
<第一比較實例>
圖6A是用于描述第一比較實例的示意圖，其相對于使用包括在根據第一實施例的光學透鏡110A中的交替設置層112A (包括交替設置層2A作為單一材料)的凸透鏡IIOA。
根據第一比較實例的固態(tài)成像裝置100A包括在硅基板102之上的配線層109、在其配線層109的上層上的內部聚光透鏡105和在其內部聚光透鏡 105的上層上的濾色器106和芯片上透鏡108。
內部聚光透鏡105和芯片上透鏡108都是具有利用斯涅耳定律的折射型透鏡構造的透鏡。因此，透鏡自身厚，例如約為1 iam，并且因此用作硅基板102的光入射側的裝置上層變厚。因此，來自相鄰像素的不希望的傾斜入射光增加。由該傾斜入射光引起的顏色混合增力口，并且因此色彩再現性變差。
也可以考慮進行計算處理，例如矩陣計算，以恢復色彩再現性，但是產生額外的噪聲，并且圖像質量變差。
當減少外部圖像形成系統(tǒng)透鏡的F值時，由于由配線層109的金屬配線引起的遮蔽，傾斜入射光增加，從而從理想靈敏度的變差因上層變厚而變得突出，并且因此引起F值光靈敏度的變差，其中不能獲得原始的靈敏度。
所謂的陰影現象也變得突出，其中與以二維方式設置的光電轉換單元 104的像素陣列單元的中心相比，端部上的靈敏度減少。這是因為主光線傾斜進入，并且因此例如橢圓影響(influence of ellipse )增加。
23也可以考慮每個透鏡制造成在橫向上變形的非對稱透鏡形狀，以便將傾斜入射光糾正為垂直入射光。然而，應當注意的是，從制造工藝的角度看，
例如，當用回流(reflow)制造每個透鏡時，其制造受重力或者表面張力的影響，從而每個透鏡僅可以制造成球形。換言之，球形透鏡用回流制造，從而不能制造具有橫向上變形構造的透鏡，并且因此不能制造糾正傾斜入射光為垂直入射光的透鏡。
另一方面，關于根據第一實施例的每個光學透鏡110A,交替設置層112A 構造為主要部分，因此用極薄的透鏡可以實現具有聚光作用的凸透鏡功能。因此，裝置的上層可以變薄，并且顏色混合減少，從而改善色彩再現性，并且由計算處理產生的額外噪聲也減少，而且，F值光靈敏性上的變差減少。
此外，用作光學透鏡110A的主要部分的交替設置層112A具有這樣的構造，其中低折射率層120和高折射率層121以預定的寬度交替地排列，并且可以用簡單易行的加工技術制造，例如光刻技術或反應離子蝕刻(RIE， Reactive Ion Etching )等技術(稍后詳細描述)，由此可以用簡單易行的制造工藝來抑制成本。
同樣，由應用實例1至4可以理解的是，利用交替設置層112A的凸透鏡作用必要時可以通過調整每個矩形低折射率層120和高折射率層Ul的排列的寬度和數量來修改，并且因此與球形透鏡相比可以光學地擴展設計寬度。
<第二比較實例>
圖6B是用于描述第二比較實例的示意圖，其相對于使用包括在根據第一實施例的光學透鏡110A中的交替設置層112A (包括交替設置層2A作為單一材料)的凸透鏡。
在曰本未審查專利申請公開No. 2005-011969中描述了根據第二比較實例的固態(tài)成像裝置100A。簡言之，內部聚光透鏡以菲涅耳透鏡為基礎構造，其使得由上部透鏡例如芯片上透鏡聚集的光進一步經受聚集，以使聚焦的光進入對應的光電轉換單元。
具體地講，該透鏡是折射型透鏡，但是構造成波形，由此透鏡可以變薄。然而，應當注意的是，該透鏡為折射型，從而將透鏡制造成比波長量級薄受到限制。而且，制造該折射型使得制造工藝比普通折射型透鏡工藝復雜，并且需要更多的成本。而且，該透鏡僅可以以球形表面制造，從而非對稱不能提供到該透鏡。
另外，在菲涅耳透鏡的情況下，傾斜進入一定區(qū)域的光不能聚集到原本在某些情況下要聚集到的點上。例如，在圖6B中，在光如實線所示進入透鏡的表面部分中的情況下，該光被聚集，但是在光如虛線所示進入臺階壁
(stepwise wall)中的情況下，該光被折射或者反射，并且因此該光沒有聚集而是如圖所示被散射。這引起聚光效率變差，而且，在散射的光進入相鄰像素的情況下，引起顏色混合。 <第三比較實例〉
圖6C是用于描述第三比較實例的示意圖，其相對于使用包括在根據第一實施例的光學透鏡110A中的交替設置層112A (包括交替設置層2A作為單一材料)的凸透鏡。
在曰本未審查專利申請公開No. 2006-351972中描述了根據第三比較實例的固態(tài)成像裝置IOOA。聚光元件(即凸透鏡)通過結合多個分區(qū)區(qū)域構造，該多個分區(qū)區(qū)域具有由等于或者短于入射光波長的線寬分割的同心構造。這里，在該多個分區(qū)區(qū)域中，至少一個分區(qū)區(qū)域包括下級(lower stage) 光傳輸膜和上級(upper stage)光傳輸膜，下級光傳輸膜具有第一線寬和第一膜厚的同心構造，而上級光傳輸膜具有第二線寬和第二膜厚的同心構造，上級光傳輸膜構造在該下級光傳輸膜之上。簡言之，聚光元件用具有兩級同心構造(即菲涅耳透鏡)為基礎的分布折射率透鏡構造。
因此，根據日本未審查專利申請No. 2006-351972中描述的第三比較實例的聚光元件(凸透鏡)是折射率透鏡，但是以菲涅耳透鏡為基礎構造，并且因此產生如根據日本未審查專利申請公開No. 2005-011969中描述的第二比較實例的內部聚光透鏡相同的情形。該情形如圖6C所示，其中當傾斜入射光進入圍繞每個區(qū)域邊界的折射率臺階時，光在壁上反射或折射，并且因此光被折射或者反射，因此，光沒有聚集而是如圖所示被散射。這引起聚光效率變差，而且在散射的光進入相鄰像素中時，引起顏色混合。
另一方面，關于根據第一實施例的交替設置層2A (交替設置層112A), 具有大折射率的高折射率層121和具有小折射率的低折射濾層120的寬度在波長量級內逐漸變化，從而沒有大折射率的臺階例如菲涅耳透鏡，并且即使是傾斜入射光也很少有反射或者折射引起的散射光。因此，聚光的變差降低，從而光可以有效聚集。而且，與根據日本未審查專利申請公開No. 2005-011969中描述的第二比較實例的內部聚光透鏡和根據日本未審查專利申請公開No. 2006-351972 中描述的第三比較實例的聚光元件的工藝相比，根據第一實施例的交替設置層112A (交替設置層2A)的制造工藝易于^f吏用。例如，由圖6C所示的構造可以理解的是，以兩級完成蝕刻，從而工藝數量增加，并且因此成本增加。而且，這樣復雜的蝕刻影響再現性和均勻性，并且容易引起制造的不規(guī)則。
關于根據第一實施例的交替設置層112A (交替設置層2A)，高折射率層21 (高折射率層121 )和低折射率層20 (低折射率層120 )在橫向上交替排列，從而基本上所有必需的是高折射率層21 (高折射率層121 )的沉積及一次性蝕刻，以及隨后的低折射率層20 (低折射率層120)的沉積及簡單易行的工藝技術，例如光刻技術或RIE法等，由此減少工藝數量，減少成本并改進再現性和均勻性。
由上面的描述可以理解的是，根據第一實施例的交替設置層2A(交替設置層112A)與根據第二比較實例(日本未審查專利申請公開No. 2005-011969)的內部聚光透鏡或者根據第三比較實例(日本未審查專利申請公開No. 2006-351972)的聚光元件之間的原理完全不同，才艮據第一實施例的交替設置層2A (交替設置層112A)可以這樣考慮，采用利用波面控制配置的聚光透鏡(即凸透鏡)作為內部聚光透鏡(或表面透鏡)。關于根據第二比較實例的內部聚光透鏡和根據第三比較實例的聚光元件，不能產生根據第一實施例的交替設置層2A (交替設置層112A)所提供的優(yōu)點。
<第四比較實例>
盡管附圖中沒有示出，但是就日本未審查專利申請公開No. 2005-252391 而言，已經揭示了這樣的構造，其中具有折射率的散射體(scatterer)提供在像素內的上層上(稱為第四比較實例)。然而，應當注意的是，第四比較實例的配置不同于根據第一實施例的交替設置層2A (交替設置層112A)的配置，根據第一實施例的交替設置層2A(交替設置層112A)是這樣的構造，其中以板狀設置了具有大折射率的高折射率層121，在中心密集而遠離中心非密集，且具體地講是這樣的構造，其中具有大折射率的高折射率層121的寬度朝著透鏡的中心增加，即這樣的構造，其中中心寬闊，而周邊狹窄。
另夕卜，第四比較實例的配置不是透鏡功能，而是采用散射效應或者MTF 控制功能的低通濾波器(low-pass filter)的功能。在這一點上，關于根據第一實施例的交替設置層2A (交替設置層112A)，結合了在具有大折射率的高折射率層21 (高折射率層121 )和具有小折射率的低折射率層20 (低折射率層120)之間的光速不同的特征與波函數的連續(xù)性，由此產生了凸透鏡的作用，從而其原理和目標與第四比較實例的配置完全不同。 <第五比較實例>
盡管附圖中沒有示出，但是就日本未審查專利申請公開No. 2005-203526 而言，已經描述了這樣的構造，其中折射率分布型透鏡埋設在對應于透鏡基板上的像素形成的通孔中，其折射率在通孔的直徑方向上變化(稱為第五比較實例)。然而，應當注意的是，第五比較實例的配置是這樣的，折射率分布在通孔的直徑方向即橫向上逐漸變化，并且其基本構造概念與第一實施例的配置不同，在第一實施例中凸透鏡作用使用交替設置層2A (交替設置層 112A)產生，其結合了在具有大折射率的高折射率層21 (高折射率層121) 和具有小折射率的低折射率層20 (低折射率層120)之間的光速不同的特征與波函數的連續(xù)性。
關于第五比較實例的配置，同時進行了這樣的描述，其中具有大折射率的層和具有小折射率的層在橫向上依次設置，但是實際上，不僅從橫向上而且從下面進行了沉積，從而沒有實現根據第一實施例的構造，并且因此不易于制造其中折射率僅在橫向上不同的多層構造。
另一方面，關于根據第一實施例的交替設置層112A (交替設置層2A)，高折射率層21 (高折射率層121 )和低折射率層20 (低折射率層120)交替地排列在橫向上，從而基本上所有必需的是高折射率層21 (高折射率層121 ) 的沉積及一次性蝕刻，以及在垂直方向上的多層構造，例如隨后的低折射率層20 (低折射率層120 )的沉積工藝，例如光刻技術或RIE法等，由此提供以簡單易行且少量工藝可以進行制造的優(yōu)點。
<第一實施例凸透鏡的修改1>
圖7A和7B是用于描述根據第一實施例的光學透鏡的第一修改(修改l ) 的示意圖。這里，圖7A是用于描述根據修改1的固態(tài)成像裝置的截面示意圖，該固態(tài)成像裝置應用了根據修改l的光學透鏡。圖7B是圖解其光學特性的模擬結果的示意圖(X = 540nm)。
關于第一實施例的基本實例，為了通過采用其中朝著中心密度增加而遠離中心密度減少的構造來提供凸透鏡功能，已經采用了第三凸透鏡提供方法，其中一起采用第一和第二凸透鏡提供方法，但是對于修改l,只采用第一凸透鏡提供方法，其中具有大折射率的層(高折射率層121一k)的寬度朝著透鏡的中心逐漸增加。相對于具有小折射率的層(低折射率層120J)，所有的都構造為具有相等的寬度。
假設從硅基板102與薄膜層130之間的邊界表面到交替設置層112A的距離(厚度實質的透鏡長度)是3.6pm，并且交替設置層112A的厚度(實質的透鏡厚度)是0.5 iam。光學透鏡110A的一個周期(例如，透鏡尺寸) 調整到3.25 |im的像素尺寸(像素間距)。這與第一實施例(應用實例1)中透鏡尺寸或者像素尺寸設定到3.6 ^im稍微不同。像素尺寸與前面的實例稍有變化，但是這是為了如果當高折射率層121設定到合適尺寸(以0.05 pm 的增量)時，低折射率層120以合適的尺寸(以0.05 iam的增量)設定為相等的寬度時的調整?？梢赃M行這樣的設置，其中當像素尺寸盡可能設定到在前面的實例中的像素尺寸時，低折射率層120部分設定為相等的寬度。
根據第一實施例(修改1)的固態(tài)成像裝置100A基本上以與根據第一實施例(應用實例1)的固態(tài)成像裝置100A相同的方式構造，除了低折射率層120J的寬度設定為相等的寬度。隨同改變低折射率層120J到相等的寬度的該修改，對于交替設置層112A內每個低折射率層120J和高折射率層121—k的數量、寬度和邊界距離進行調整。
具體地講，關于第一實施例(修改1 )，在一個周期內交替設置層112A 內的低折射率層120J和高折射率層121—k (附圖中都未示出)的寬度以及邊界距離(在本實例中為相鄰低折射率層120R—4和120L_4的合成寬度)設定如下。
高折射率層121R—1+高折射率層121L—1:0.65 ,
高折射率層121R—2，高折射率層121L—20.25 ,
高折射率層121R—3，高折射率層121L—30.20 |am
高折射率層121R—4，高折射率層121L—40.15阿
低折射率層120R一1，低折射率層120L—10.20 |um
低折射率層120R_2,低折射率層120L—20.20拜
低折射率層120R—3，低折射率層120L—30.20阿
低折射率層120R—4+低折射率層120L—4:0.20,
由上面的設定可以理解的是，具有小折射率的低折射率層120J的寬度是0.2 pm的相等寬度，并且具有大折射率的高折射率層121—k的寬度從中心朝著端部逐漸減少，例如0.65 |am、 0.25 |um、 0.2 |am和0.15阿。
由附圖可以理解的是，還關于第一實施例(修改1 )，光學透鏡110A的交替設置層112A是具有SWLL構造的聚光元件，其中入射光通過由折射率為1.46的氧化硅Si02制造的低折射率層120和由折射率為2.0的氮化硅制造的高折射率層121之間的周期結構彎曲。關于本實例，交替設置層112A構造為使得低折射率層120的橫向上的最小線寬為0.20 pm，高折射率層121 的橫向上的最小線寬為0.15 |um，而透鏡的厚度為0.5 pm。
圖7B是圖解圖7A所示第一實施例(修改1 )的光學特性模擬結果的示意圖，這是綠光(X = 540 nm)的結果。由此可以理解的是，即使以其中當對于具有小折射率的層(低折射率層120J)的所有寬度設定為相等時，高折射率層121的寬度朝著透鏡中心逐漸增加這樣的構造，通過適當設定交替設置層112A內每個低折射率層120J和高折射率層121—k的數量、寬度、邊界距離，用交替設置層112A可以聚集綠光(X = 540nm)，由此提供凸透鏡作用。
盡管附圖中沒有示出，但是對于近紅外光(X = 780nm)、紅光(X = 640 nm)和藍光(X = 460nm)也提供相同的凸透鏡的作用。
因此，采用第一實施例(修改l),第一實施例(修改l)具有這樣的構造，其中具有小折射率的低折射率層120J的寬度相等，并且高折射率層 121—k的寬度朝著透鏡的中心逐漸增加，由此可以實現這樣的構造，其中具有大折射率的高折射率層121一k設置為板狀，中心密集設置而遠離中心非密集設置，并且因此可以發(fā)現與第一實施例(其基本實例和應用實例1至4) 一樣存在聚光特性。
關于第一實施例(修改1 )的構造，提供便利透鏡制造的優(yōu)點。就是說，在此情況下，關于埋設低折射率層120的工藝，由于光刻分辨率的不足，存在埋設寬度不能變窄，或者埋設寬度變窄時由于空位(void)的產生而使埋設變差的困難。對于修改l，可以通過設定低折射率層120為可以使用光刻埋設的相等的寬度進行制造。特別是，當可埋設的寬度恰為波長量級時，這變?yōu)橛行У氖侄?，如果寬度再擴大，則損失等相位波面(波面)的連續(xù)性。
<第一實施例凸透鏡的修改2〉
圖8A和8B是用于描述根據第一實施例的光學透鏡的第二修改(修改2 )的示意圖。這里，圖8A是用于描述根據修改2的固態(tài)成像裝置的截面示意圖，其應用根據修改2的光學透鏡。圖8B是圖解其光學特性的模擬結果的示意圖d 540nm)。
關于第一實施例的基本實例，為了通過采用朝著中心密度增加而遠離中心密度減少的構造來提供凸透鏡功能，已經采用了第三凸透鏡提供方法，其中一起釆用第一和第二凸透鏡提供方法，但是對于修改2，只采用第二凸透鏡提供方法，其中具有小折射率的層(低折射率層120J)的寬度朝著透鏡的中心逐漸減少。關于具有大折射率的層(高折射率層121_k)，所有的構造
為具有相等的寬度。
假設從硅基板102與薄膜層130之間的邊界表面到交替設置層112A的距離(厚度實質的透鏡長度)是3.6iiim，并且交替設置層112A的厚度(實質的透鏡厚度)是0.5 lum。光學透鏡110A的一個周期(例如，透鏡尺寸) 調整到3.85 )am的像素尺寸(像素間距)。這與第一實施例(應用實例1)中透鏡尺寸或者像素尺寸設定到3.6 (Lim稍微不同。像素尺寸與前面的實例稍有變化，但是這是為了如果當低折射率層120設定到合適尺寸(0.05 iim的增量)，高折射率層121以合適的尺寸(以0.05 pm的增量)設定為相等的寬度時的調整。可以進行這樣的配置，其中當像素尺寸盡可能設定到在前面的實例中的像素尺寸，但是高折射率層121部分設定為相等的寬度。
根據第一實施例(修改2)的固態(tài)成像裝置IOOA基本上以與根據第一實施例(應用實例1)的固態(tài)成像裝置100A相同的方式構造，除了高折射率層121—k的寬度設定為相等的寬度。隨同改變高折射率層121—k到相等的寬度的該修改，關于交替設置層112A內每個低折射率層120J和高折射率層121—k的數量、寬度和邊界距離進行調整。
具體地講，關于第一實施例(修改2)，在一個周期內交替設置層112A 內的低折射率層120J和高折射率層121—k (附圖中都未示出)的寬度以及邊界距離(在本實例中為相鄰低折射率層120R一5和120L—5的合成寬度)設定如下。
高折射率層121R—1+高折射率層121L—1: 0.15 jam 高折射率層121R—2,高折射率層121L一2: 0.15 (am 高折射率層121R—3,高折射率層121L—3: 0.15 |am 高折射率層121R—4，高折射率層121L—4: 0.15 pm高折射率層121R—5，高折射率層121L—5: 0.15 (im 低折射率層120R一1，低折射率層120L—1: 0.10 jum 低折射率層120R—2,低折射率層120L一2: 0.20 |um 低折射率層120R—3,低折射率層120L—3: 0.30pm 低折射率層120R—4，低折射率層120L—4: 0.40jim 低折射率層120R—5+低折射率層120L—5: 0.50|um
由上面的設定可以理解的是，具有大折射率的高折射率層121—k的寬度是0.15 pm的相等寬度，并且具有小折射率的低折射率層120J的寬度從中 '"、4月著^離吾卩逐洋斤i曾力口，侈寸^口 0.10 |um、 0.20 ium、 0.30 pm、 0.40 jam禾口 0.50 |um。
由附圖可以理解的是，關于第一實施例(修改2),光學透鏡110A的交替設置層112A也是具有SWLL構造的聚光元件，其中入射光被由折射率為 1.46的氧化硅Si02制造的低折射率層120和由折射率為2.0的氮化硅制造的高折射率層121之間的周期結構彎曲。關于本實例，交替設置層112A構造為使得低折射率層120的橫向上的最小線寬為0.10 |im,高折射率層121的橫向上的最小線寬為0.15 |Lim，而透鏡的厚度為0.5 jim。
圖8B是圖解圖8A所示第一實施例(修改2)的光學特性模擬結果的示意圖，這是綠光(X= 540 nm)的結果。由此可以理解的是，即使以其中當關于具有大折射率層(高折射率層121—k)的所有寬度設定為相等，低折射率層120的寬度朝著透鏡的中心逐漸減少時，通過適當設定交替設置層112A 內每個低折射率層120J和高折射率層121一k的數量、寬度、邊界距離，用交替設置層112A可以聚集綠光(X = 540nm)，由此提供凸透鏡作用。
盡管附圖中沒有示出，但是對于近紅外光(X = 780nm)、紅光(^ = 640 nm)和藍光(X = 460nm)也提供相同的凸透鏡的作用。
因此，采用第一實施例(修改2)，該第一實施例(修改2)具有這樣的構造，其中具有大折射率的高折射率層121—k的寬度相等，并且低折射率層 120J的寬度朝著透鏡的中心逐漸減少，由此可以實現這樣的構造，其中具有小折射率的低折射率層120J設置為板狀，中心非密集而遠離中心密集，并且因此可以發(fā)現與第一實施例(其基本實例和應用實例1至4) 一樣存在聚光特性。
關于第一實施例(修改2)的構造，其提供便利透鏡制造的優(yōu)點。就是說，在此情況下，關于使用光刻來蝕刻高折射率層121的工藝，由于光刻分辨率的不足，難于進行窄寬度光刻或者蝕刻工藝使得寬度不能變窄，或者在蝕刻工藝時由于側蝕刻的產生而寬度控制能力變差，對于修改2可以通過將高折射率層121的寬度設定為可以使用光刻蝕刻的相等的寬度來進行制造。特別是，當可使用光刻蝕刻的寬度恰為波長量級時，這變?yōu)橛行У氖侄?，?果寬度再擴大，則損失等相位波面(波面)的連續(xù)性。
<第二實施例凸透鏡+傾斜入射光的糾正(分離類型)〉圖9至10D是用于描述根據第二實施例的光學透鏡的基本原理的示意圖。這里，圖9是圖解當傾斜入射光以第一實施例的構造(例如圖2A所示的應用實例1 )時的模擬結果的示意圖。圖IOA是圖解等相位波面的示意圖，用于描述根據第二實施例的光學透鏡的基本原理。圖IOB是用于描述固態(tài)成像裝置IOOA的光接收光學系統(tǒng)的示意圖。圖IOC是根據第二實施例的單一光學透鏡的平面示意圖。圖IOD是根據第二實施例的光學透鏡應用到固態(tài)成像裝置的像素陣列單元的情況下的平面示意圖。應當注意的是，在圖10D中，關于根據每個像素的交替設置層的透鏡形狀，通過從整個像素陣列單元提取和放大單獨圖解代表的位置。
根據第二實施例的透鏡構造，其特征在于，提供關于傾斜入射光的入射
的糾正機構。與稍后描述的第三實施例的不同點在于，具有傾斜入射光糾正功能的光學構件作為分離構件(設置在另一層中)添加到具有凸透鏡功能的交替設置層112A。
關于第一實施例(例如，圖2A中的應用實例1)的構造，當傾斜入射光進入時，如圖9所示，可以發(fā)現聚光位置在橫向上相對于透鏡中心稍微偏移。這與即使以普通的球面透鏡引起的現象是共同的。因此，關于根據第一實施例的光學透鏡的構造，存在這樣的可能性，在圖像傳感器中引起由從相鄰像素進入的不希望的傾斜入射光引起的顏色混合問題，或者像素陣列單元的端部的靈敏度變差的陰影問題。
關于根據第二實施例的光學透鏡的構造，為了減少傾斜入射光的入射引起的問題，提供了用于轉換傾斜入射光為垂直入射光的糾正功能。如圖IOA 所示，其糾正功能的配置的特征在于，以透鏡的中心作為分界線，在一側上 (在所圖解的實例中的左側)，按比率存在具有大折射率的很多高折射率層 21，并且在相對側上(在所圖解的實例中的右側)，按比率存在很少的高折射率層21。不言而喻，本實施例不同于上述的第一實施例在于透鏡的左右是非對稱的。
中以透鏡中心為分界線，在一側上(在所圖解的實例中的左側)，按比率存在具有大折射率的很多高折射率層21,并且在相對側上(在所圖解的實例中的右側)，按比率存在很少的高折射系數層21，例如，當聚焦在高折射率層
21上時，假定具有大折射率的高折射率層21的寬度在光學透鏡的一個周期
上(即透鏡尺寸)沿一個方向(在圖解實例的左側)逐漸增加，則可以采用
第一傾斜入射光糾正方法。相反，當聚焦在低折射率層20上時，假定具有小折射率的第折射率層20的寬度在光學透鏡的一個周期上(即透鏡尺寸) 沿一個方向(在圖解實例中的右側)逐漸增加，則還可以采用第二傾斜入射光糾正方法。此外，還可以采用第三傾斜入射光糾正方法，其中一起采用第一和第二傾斜入射光糾正方法。從糾正效率的角度看，最有效的是釆用第三傾斜入射光糾正方法。
根據第二實施例的光學透鏡具有轉變傾斜入射光為垂直入射光的功能
(稱為入射角轉變功能)，從而與稍后描述的第三實施例不同之處在于，非對稱的重心變?yōu)楣鈱W透4fe的端部(在圖10A中的左端的高折射率層21L—4 的中心)。應當注意的是，關于"重心，，的定義將在第三實施例中進行描述。換言之，考慮到稍后描述的第三實施例的構造描述，第一傾斜入射光糾正方法是假定這樣構造的方法，其中具有大折射率的高折射率層21的寬度從構件(透鏡交替設置層2B)的一端側朝著光學重心位置(在本實例中的透鏡的另一端側)逐漸增加。同樣，換言之，考慮到稍后描述的第三實施例的構造描述，第二傾斜入射光糾正方法是假定這樣構造的方法，其中具有小折射率的低折射率層20的寬度從構件(透鏡交替設置層2B)的一端側朝著光學重心位置(在本實例中的透鏡的另一端側)逐漸減少。由此描述可以理解的是，對于入射角轉變功能的基本方針，第二和第三實施例之間沒有差別。
首先，如圖10A所示，假設提供有幾個(附圖中的1—1至1—6六個)僅具有折射率n0的板狀單一材料層1存在于光輸出側，以及與其(具體地講， 1—6層)相鄰的是板狀層(稱為交替設置層)2B,其中在橫向上交替地排列具有折射率n0的矩形層(稱為低折射率層)20和具有高于(大于)折射率n0 的折射率nl (nl > n0)的矩形層(稱為高折射率層)21。盡管附圖中沒有示出，但是可以考慮僅具有折射率n0的板狀單一材料層提供在交替設置層
2B的光入射側。盡管詳細情況將稍后描述，但是交替設置層2B用作用于將傾斜入射光轉換為垂直入射光的光學透鏡功能。
關于附圖所示第二實施例的基本實例的配置，采用了這樣的構造，其中在關于中心CL的左側，按比率存在很多具有大折射率的高折射率層21,而在右側，按比率存在很少的高折射率層21,左側的高折射率層21L—1至21L—4 的寬度構造為朝著中心CL逐漸減小，而右側的高折射率層21R一1至21R—4 的寬度構造為朝著中心CL逐漸增加，并且具有大折射率的高折射率層21 的寬度構造為沿從右到左的一個方向上逐漸增加。
另夕卜，左側的低折射率層20L—1至20L—3的寬度構造為朝著中心CL逐漸增加，而右側的低折射率層20R—1至20R一3的寬度構造為朝著中心CL逐漸減小，并且具有小折射率的低折射率層20的寬度構造為沿從右到左的方向上逐漸減小。
就是說，關于第二實施例的基本實例，采用上述的第三傾斜入射光糾正方法，其中一起采用上述的第一和第二傾斜入射光糾正方法。因此，如附圖所示，傾斜入射光能夠轉換成垂直入射光。
關于與根據圖1B所示第一實施例的交替設置層2A的比較，以交替設置層2A的透鏡中心為邊界，只采用左、右構造中的一個構造(僅附圖所示實例中的右側)相當于根據第二實施例的交替設置層2B。關于根據第一實施例的交替設置層2A，在以透鏡中心為邊界在左右激活了轉變入射光的路徑為中心側的功能，并且可以考慮只采用其功能的一側相當于根據第二實施例的交替設置層2B。
交替設置層2B可以通過設置在交替設置層2A的光入射側或光發(fā)出側或其兩側來應用到固態(tài)成像裝置IOOA，由此可以實現這樣的功能，其中凸透鏡功能的聚光點以可靠的方式移動到像素的中心或者光電轉換單元104之上。
關于根據第二實施例的透鏡構造，具有這種入射角轉換功能用于將傾斜入射光轉變?yōu)榇怪比肷涔獾慕惶嬖O置層2B層疊在用作具有聚光作用的光學透鏡功能的根據第一實施例的交替設置層2A上。此時，可以采用這樣的構造，其中交替設置層2B設置在光入射側，即這樣的構造，其中具有入射角轉變功能的交替設置層2B層疊在具有凸透鏡功能的交替設置層2A之上。作為選擇，可以采用這樣的構造，其中交替設置層2A設置在光入射側，
即這樣的構造，其中具有入射角轉變功能的交替設置層2B層疊在具有凸透鏡功能的交替設置層2A之下。此外，可以采用這樣的構造，交替設置層2B 設置在光入射側和光發(fā)出側，即這樣的構造，其中具有入射角轉變功能的交替設置層2B層疊在具有凸透鏡功能的交替設置層2A的之上和之下。
如果傾斜入射光可以轉換成垂直入射光，則可以解決其中光從相鄰像素進入的顏色混合問題和其中在像素陣列單元的端部靈敏性變差變得突出的陰影問題。
例如，如果該作用應用到固態(tài)成像裝置100A,如圖10B所示，當入射位置靠近像素陣列單元的端部時，來自圖像形成透鏡的主光線呈現為傾斜入射，從而通過弱化在像素陣列單元中心的傾斜糾正功能，并且朝著像素陣列單元的端部增強糾正功能，該作用變得更為有效。例如，入射位置越靠近像素陣列單元的端部，具有大折射率的高折射率層21的非對稱率越高。
由圖10A所示的構造可以清楚理解的是，其透鏡的厚度是交替設置層 2B的厚度，在交替設置層2B具有大折射率的矩形高折射率層21—k和具有小折射率的矩形低折射率層20J在橫向上交替排列，由此可以提供極薄的入射角轉變透鏡(傾斜光糾正透鏡)。例如，透鏡的厚度可以減少到0.5 !im或者更小。
關于平面構造，交替設置層2B也需要具有這樣的構造，其中，以透鏡中心為邊界，一側上按比率存在具有大折射率的很多高折射率層21，而相對側上按比率存在很少高折射率層21,并且只要滿足這一點，可以采用各種類型的平面構造。
例如，如圖IOC所示，可以采用這樣的構造，其中通過以預定的寬度向一側偏移排列線性的低折射率層20和線性的高折射率層21。而且，盡管附圖中沒有示出，但是可以采用彎曲的低折射率層20和彎曲的高折射率層21 。
在交替設置層2B與用作凸透鏡的交替設置層2A結合應用到固態(tài)成像裝置100A的像素陣列單元的情況下，傾斜入射光的入射在像素陣列單元的中心不引起問題，從而不需要在其中心提供交替設置層2B。另一方面，在越靠近像素陣列單元的端部的入射位置傾斜入射光的入射引起問題。因此，如圖10D所示，例如，設置交替設置層2B使得光軸面對像素陣列單元的中心，該交替設置層2B具有這樣的構造，其中線性的低折射率層20和線性的高折射率層21通過以預定的寬度偏移到一側進行排列，如圖10C所示。
此時，需要進行這樣的配置，其中越靠近像素陣列單元的端部的入射位置增強入射角轉換功能，并且在越靠近像素陣列單元的端部的入射位置提高
低折射率層20與高折射率層21比率的變化水平。就是說，希望提供這樣的構造，其中在像素陣列單元的中心沒有非對稱性，而在越靠近像素陣列單元的端部的入射位置提高非對稱性。
這里，展示了在這種情況下的實例，其中光電轉換元件(光接收部分) 以二維方式排列，但是這也可以應用到這樣的情況，其中光電轉換元件(光接收部分)以一維方式排列。
因此，在越靠近像素陣列單元的端部的入射位置糾正了主光線的傾斜入射，由此根據交替設置層2A的每個凸透鏡的聚光點可以進入像素的中心。這樣的透鏡形狀提供在固態(tài)成像裝置100B內(即與固態(tài)成像裝置100B — 體化)，由此可以減少在像素陣列單元的端部引起的靈敏度變差(陰影)，而不沖是供出瞳孑L纟"i正才幾構(pupil correction mechanism )，并且可以減少顏色混合，并因此可以改善色彩再現性。
<第二實施例入射角轉變功能的應用實例〉
圖IIA和11B是用于描述應用根據第二實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的示意圖。其中，圖IIA是應用具有入射角轉變功能的交替設置層2B 的固態(tài)成像裝置的截面示意圖，而圖IIB是圖解其光學特性的模擬結果的示意圖。
如圖IIA所示，根據第二實施例的固態(tài)成像裝置100B以根據如圖2A 所示第一實施例的交替設置層2A的根據應用實例1的固態(tài)成像裝置100A 為基礎提供，并且還包括光學透鏡110B,其中具有入射角轉變功能(傾斜糾正功能)的交替設置層112B設置在具有凸透鏡功能的交替設置層112A 的光入射側(下面的空間)。因此，根據第二實施例的光學透鏡110B構造為分別包括交替設置層112A的凸透鏡功能和交替設置層112B的傾斜糾正功能。
在光從空間的右下角側進入的情況下，圖解了圖IIA所示的交替設置層 112A和交替設置層112B之間的設置關系。應當注意的是，根據交替設置層 112B的入射角轉變透鏡(傾斜光糾正透鏡)的中心相對于根據交替設置層 112A的凸透鏡的中心稍微偏移到空間的右側。關于光學透鏡110B的第二實施例(應用實例)，在一個周期(像素尺寸
=3.6 (am)內，交替設置層112B內的低折射率層120J和高折射率層121—k (附圖中都沒有示出)的寬度設置如下。高折射率層121R—4: 0.45 |im 高折射率層121R—3: 0.35 |um 高折射率層121R—2: 0.25
高折射率層121R—l+高折射率層121L—1: 0.20 pm
高折射率層121L—2: 0.15
高折射率層121L—3: 0.11 |im
高折射率層121L—4: 0.10 pm
低折射率層120R—3: 0.10 jam
低折射率層120R—2: 0.12 |um
低折射率層120R—1: 0.185 |iim
低折射率層120L—1: 0.235 |iim
寸氐折射率層120L—2: 0.260
低折射率層120L—3: 0.345 |am
低折射率層120L—4: 0.745
圖11B是圖解圖IIA所示第二實施例(應用實例)的光學特性的模擬結果的示意圖，這是綠光(X = 540nm)傾斜入射光進入固態(tài)成像裝置100B 的結果。由此還可以理解的是，設置交替設置層112B以重疊在交替設置層 112A上，該交替設置層112B具有這樣的構造，其中以透鏡中心為分界線，在一側按比率存在具有大折射率的很多高折射率層121，而在相對側按比率存在;f艮少高折射率層121，由此綠光傾斜入射光通?？梢跃奂诟鶕惶嬖O 置層112A的凸透鏡的中心。這意味著根據入射角轉變功能的傾斜糾正功能起到有效作用。
雖然在附圖中進行了省略，但是對于近紅外光(入=780)、紅光(入=640 nm)和藍光(X = 460 nm),也有類似的傾斜糾正功能的效果，其中傾斜入射光通常聚集在根據交替設置層112A的凸透鏡的中心。
根據交替設置層112A的凸透鏡功能和根據交替設置層112B的入射角轉變功能(傾斜糾正功能)包括在固態(tài)成像裝置100B中，由此傾斜入射光可以轉變成垂直入射光，可以減少陰影和顏色混合，并且可以獲得高圖像質
37量。
<第三實施例凸透鏡+傾斜入射光糾正(一體型)>
圖12A至12H是用于描述根據第三實施例的光學透鏡的基本原理的示意圖。其中，圖12A是圖解等相位波面的示意圖，用于描述根據第三實施例的光學透鏡的基本原理。圖12B是用于描述透鏡重心的示意圖，而圖12C 至12H是根據第三實施例的光學透鏡的平面示意圖。
根據第三實施例的透鏡構造的特征在于，提供關于傾斜入射光入射的糾正機構，并且在這一點上與第二實施例是共同的。對于上述實施例的不同點在于，采用了結合凸透鏡功能和傾斜入射光糾正功能的交替設置層。
如圖12A所示，根據第三實施例的交替設置層2C的基本概念是以具有對稱構造的交替設置層2A為基礎應用根據第二實施例具有非對稱構造的交替設置層2B的配置，在該非對稱構造中，以透鏡中心為邊界線，在一側按比率存在具有高折射率的很多高折射率層，而在相對側按比率存在很少高折射率層；在該對稱構造中，具有大折射率的層設置成板狀，在中心密集而遠離中心非密集設置。
就是說，根據第三實施例的交替設置層2C的特征在于，通過包括這樣的構造，其中寬度等于或者小于波長量級的具有大折射率的層設置為板狀，在中心密集而遠離中心非密集設置，并且相對于透鏡中心的橫向上包括非對稱構造，從而同時包括凸透鏡功能和入射角轉換功能(傾斜入射光糾正功能)。
包括這樣的構造，其中具有大折射率的高折射率層21的寬度從重心的兩側看朝著非對稱重心逐漸增加。而且，包括這樣的構造，其中具有小折射率的低折射率層20的寬度朝著非對稱重心逐漸減小。相對于第一實施例的區(qū)別在于，在左右側的一側上，低折射率層20和高折射率層21的陣列設置為非密集，而相對于透鏡的重心的另一側上設置為密集。
為了應用非對稱構造到具有對稱構造的交替設置層2A，例如，可以采用采取這樣的構造的第一非對稱方法，在該構造中具有大折射率的高折射率層21的寬度從構件(透鏡交替設置層2C)的一端部側朝著光學重心位置逐漸增加，即這樣的構造，其中具有大折射率的高折射率層21的寬度朝著非對稱重心逐漸增加。
作為選擇，可以采用采取這樣的構造的第二非對稱方法，在該構造中具有小折射率的低折射率層20的寬度從構件(透鏡交替設置層2C)的一端部側朝著光學重心位置逐漸減少，即這樣的構造，其中具有小折射率的低折射率層20的寬度朝著非對稱重心逐漸減小。作為選擇，可以采用其中一起采用第一和第二非對稱方法的第三非對稱方法。從非對稱效率的觀點看，采用第三非對稱方法最為有效。
現在，將參照圖12B進行有關"重心(center of gravity)"的4苗述。在^(象素矩陣或者一定區(qū)域面內，假設具有大折射率的高折射率層21的折射率為 nl，并且具有小折射率的低折射率層20的折射率為n0。在此情況下，關于平面內的(x, y )坐標，下面的表達式(1 )成立，其位置(xl, yl )定義為光學重心。
J7"—力/(乂，力血辦=0…(i)
這意味著在重心位置上對周圍折射率的主力矩(primary moment)的積分為0。圖12B圖解了在一維的情況下重心位置的概念圖，但是事實上，重心位置是二維的，從而變?yōu)?x，y)坐標，并且一個位置同時滿足(x,y)的積分為0的條件就是二維的重心。
在第一實施例的情況下，包括這樣的對稱構造，其中具有大折射率的高折射率層21在中心密集設置，而遠離中心非密集設置，從而重心等同于透鏡的機械中心。在第二實施例的情況下，可以考慮只采用具有對稱構造的第一實施例的左和右中的一側，并且因此光學透鏡的端部為重心，即非對稱重
另一方面，在第三實施例的情況下，第二實施例應用到具有對稱構造的第一實施例，使得具有大折射率的高折射率層21的比率在其左右側上是非對稱的，從而重心相對于透鏡的機械中心偏移，并且變?yōu)榉菍ΨQ重心。這從圖12C至12H所示的平面示意圖也是明顯易懂的。
就是說，不言而喻，關于平面構造，這里根據第三實施例的交替設置層 2C也采用第二實施例應用到第一實施例的構造。例如，在采用類似于根據第一實施例的交替設置層2A的圓形構造的情況下，對于具有大折射率的高折射率層21一k和具有小折射率的低折射率層20J的每一個的形狀，可以采用任意形狀，比如圓形、橢圓形、正方形、矩形和三角形等。隨后，關于這些形狀，環(huán)形形狀由可以看作相同的形狀或者不同的形狀形成，使得每個環(huán)的寬度在以重心而不是透鏡中心作為邊界線的左右側之間逐漸不同。
例如，圖12C對應于圖1C,在圖12C中釆用了非對稱的圓或者圓環(huán)形狀，使得高折射率層21_k和低折射率層20J的每一個具有圓或者圓環(huán)形狀，并且對于每個環(huán)的寬度，以透鏡中心為邊界線，在左側，低折射率層20朝著透鏡中心逐漸減小，而高折射率層21朝著重心逐漸增加，并且在右側，低折射率層20朝著重心逐漸減小，而高折射率層21朝著透鏡中心逐漸增加，
且其每個寬度和變化水平在兩側上不同。
圖12D對應于圖1D，在圖12D中采用非對稱橢圓或者橢圓環(huán)形形狀。圖12E對應于圖1E，在圖12E中采用非對稱正方形或者正方環(huán)形形狀。圖 12F對應于圖1F，在圖12F中采用非對稱的矩形或者矩形環(huán)形形狀。
不言而喻，各透鏡的總聚光效果受交替設置層2A即關于如何排列高折射率層21和低折射率層20的平面構造的影響，從而在將其應用到固態(tài)成像裝置的情況下，所希望的是將圖12C至12F所示例的平面構造的形狀，特別是重心的高折射率層21—1的形狀調整到光接收部分的平面形狀。
而且，在相對于重心的兩側具有將傾斜入射光轉換為垂直光的功能，從而可以采用采取相對于重心的任何一側的構造。例如，如圖12G所示，可以采用這樣的構造，其中對于圖12C所示的平面布置，具有小折射率的環(huán)形低折射率層20J或者具有大折射率的環(huán)形高折射率層21—k的一部分去掉，從而不能形成環(huán)形。作為選擇，如圖12H所示，可以采用這樣的構造，其中對于圖12E所示的平面布置，具有小折射率的矩形低折射率層20J或者具有大折射率的矩形高折射率層21—k的一部分去掉，從而不能形成環(huán)形。
在應用到固態(tài)成像裝置100C的像素陣列單元的情況下，沒有由于在像素陣列單元的中心傾斜入射光的入射而引起的問題，從而在其中心不需要提供傾斜光糾正功能。另一方面，傾斜入射光的入射在越靠近像素陣列單元的端部的入射位置引起問題。因此，需要提供這樣的配置，使得在越靠近像素陣列單元的端部的入射位置提高入射角轉換功能，并且在越靠近像素陣列單元的端部的入射位置提高低折射率層20和高折射率層21的比率的變化水平。
就是說，所希望的是采用這樣的構造，其中在像素陣列單元的中心沒有非對稱性，而在靠近像素陣列單元的端部的入射位置提高非對稱性。另一方面是希望采用這樣的構造，其中非對稱重心位置的位置在越靠近像素陣列單元的端部的入射位置在像素陣列單元的中心方向上從像素(光電轉換單元、光接收部分)的中心偏移。
這里，實例展示為其中光電轉換元件(光接收部分)以二維方式排列的情況，但是這也可以應用到其中光電轉換元件(光接收部分)以一維方式排列的情況。
因此，與第二實施例相類似，在越靠近像素陣列單元的端部的入射位置
糾正主光線的傾斜入射，由此根據交替設置層2A的每個凸透鏡的聚光點可以移到像素的中心。這樣的透鏡形狀提供在固態(tài)成像裝置100C內(即與固態(tài)成像裝置IOOC—體化)，由此可以減少在像素陣列單元的端部引起的靈敏度(陰影)的變差，減少顏色混合，并且因此可以改善色彩再現性。另外，凸透鏡作用和傾斜光糾正作用由單一交替設置層2C實現，由此構造可以在尺寸上減小。
<第三實施例凸透鏡功能+入射角轉換功能的應用實例1〉
圖13A和13B是用于描述應用根據第三實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第一實例(應用實例1)的示意圖。這里，圖13A是根據第三實施例 (應用實例1)的固態(tài)成像裝置的截面示意圖，而圖13B是圖解其光學特性的模擬結果的示意圖。
如圖13A所示，根據第三實施例(應用實例1)的固態(tài)成像裝置100C 以圖5A所示根據第一實施例的交替設置層2A的應用實例4的固態(tài)成像裝置IOOA為基礎提供，其中像素尺寸和透鏡尺寸為1.4 (im。
關于光學透鏡110C的第三實施例(應用實例)，在一個周期內交替設置層112C內的低折射率層120J和高折射率層121一k(附圖中都未示出)的寬度設定如下。
高折射率層121R—1 +高折射率層121L—1: 0.25 |Lim
高折射率層121R—2: 0.10 (im
高折射率層121L—2: 0.15阿
高折射率層121L—3: 0.10 pm
低折射率層120R—1: 0.14 pm
低折射率層120L—1: 0.155|Lim
低折射率層120L—2: 0.195pm
而且，對于制造光學透鏡110C的主要部分的交替設置層112C的由氮化硅SiN制造的每個高折射率層121Jc的上下側，提供折射率n4為1.7的SiON 制造的薄膜(厚度=0.08 (im)作為抗反射膜124，該抗反射膜124與每個高反射率層121一k的寬度相同。這一點類似于第一實施例的應用實例4。
圖13B是圖解圖13A所示第三實施例(應用實例1 )的光學特性的模擬結果的示意圖，這是綠光(入^540nm)傾斜入射光進入固態(tài)成像裝置100C 的結果。由此也可以理解的是，即使采用包括具有凸透鏡功能的根據第一實施例的交替設置層112A的配置和具有傾斜入射角轉換功能(光糾正功能) 的根據第二實施例的交替設置層112B的配置的單一交替設置層112C的情況下，綠光傾斜入射光通常也可以聚集在根據交替設置層112C的凸透鏡的中心上。這意味著根據入射角轉換功能的傾斜糾正功能在有效工作。
盡管在附圖上進行了省略，但是相對于近紅外光(入=780)、紅光(入= 640nm)和藍光(X = 460nm),也有類似的傾斜糾正功能的作用，其中傾斜入射光通常聚集在根據交替設置層2C的凸透鏡的中心上。
包括凸透鏡功能和入射角轉換功能(傾斜糾正功能)的交替設置層112C 包括在固態(tài)成像裝置100C中，由此傾斜入射光可以轉換成垂直入射光，可以減少陰影和顏色混合，并且可以獲得高圖像質量。
當前，用于傳感器的通常的透鏡用回流制造，但是透鏡的形狀總是由表面張力而成為球形，并且因此不能制造非對稱的透鏡。因此，不能獲得這樣的效果。
<第三實施例應用實例2 ( CMOS響應)>
圖14A至14C是用于描述應用根據第三實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第二實例(應用實例2)的示意圖。這里，圖MA和14B是根據第三實施例(應用實例2)的固態(tài)成像裝置的電路圖。圖14C是應用到根據第三實施例(應用實例2)的固態(tài)成像裝置中的像素陣列單元的交替設置層的平面示意圖。應當注意的是，圖14C中，關于根據每個像素的交替設置層的透鏡形狀，通過從整個像素陣列單元提取并放大單獨圖解代表性的位置。
根據第三實施例(應用實例2)的固態(tài)成像裝置是應用到CMOS傳感器的固態(tài)成像裝置，并且在下文將稱為CMOS固態(tài)成像裝置201。在此情況下，提供這樣的構造，其中對于像素陣列單元內的每個像素(具體地講，光電轉換元件)提供單一單元放大器。像素信號在對應單元放大器放大，然后通過噪聲消除電路等輸出。如圖14A所示，CMOS固態(tài)成像裝置201是所謂典型的列型(column type),其包括像素陣列單元210,這里以矩陣方式排列包括光接收元件(電荷產生單元的實例)的多個像素211，用于對應于入射光的量輸出信號，其中來自每個像素211的信號輸出是電壓信號，并且在列中平行地提供相關雙采樣(Correlated Double Sampling, CDS )處理功能單元和數字轉換單元(模擬數字轉換器，ADC)等。
具體地講，如圖所示，CMOS固態(tài)成像裝置201包括以矩陣方式排列多個像素211的像素陣列單元210、提供在像素陣列單元210的外部上的驅動控制單元207、列處理單元226和輸出電^各228。
驅動控制單元207具有用于接續(xù)地讀出像素陣列單元210的信號的控制電路功能。例如，作為驅動控制單元207，提供用于控制列地址和列掃描的水平掃描電路(列掃描電路)212、用于控制行地址和行掃描的垂直掃描電路(行掃描電路)214、具有例如對于外部裝置接口 (interface)功能和用于產生內部時鐘功能的通信和時鐘控制單元220。
水平掃描電路212具有讀出掃描單元的功能，用于從列處理單元226讀出計數值。驅動控制單元207的各個部件與像素陣列單元210—起，采用與半導體集成電路相同的制造技術，與半導體區(qū)域例如單晶硅一體形成，并且構造為用作半導體系統(tǒng)的實例的固態(tài)成像裝置(成像裝置)。
在圖14A中，為了簡便從附圖中省略了部分行和列，但是事實上，幾十到幾千個像素211設置在每行和每列。該像素211由光電轉換元件212和像素內放大器(單元放大器；像素信號產生單元)205構造，光電轉換元件212 也稱為光接收元件(電荷產生單元)，而像素內放大器205具有用于放大的半導體裝置(例如，晶體管)。至于像素內放大器205，例如，采用具有浮置擴散》文大器構造(floating diffusion amplifier configuration )的i丈大器。
像素211分別經由用于選擇行的行控制線215連接到垂直掃描電路214 并經由垂直信號線219連接到列處理單元226。這里行控制線215表示從垂直掃描電路214進入像素的總配線(overall wiring )。
水平掃描電路212和垂直掃描電路214構造為包括例如移位寄存器或者解碼器，并且響應于從通信和時鐘控制單元220提供的控制信號開始地址選擇操作(掃描)。因此，用于驅動像素211的不同脈沖信號(例如，重置脈沖RST、轉移脈沖TRF和DRN控制脈沖DRN等)包括在行控制線215中。盡管附圖中沒有示出，但是通信和時鐘控制單元220包括為每個部件的
運行提供必要時鐘以及提供預訂定時脈沖信號的定時發(fā)生器TG (讀出地址
控制裝置的實例)功能模塊，以及通信接口功能模塊，該通信接口功能模塊
用于經由端子220a接收主時鐘CLKO、用于經由端子220b指令運行模式等接收數據DATA并且還經由端子220c輸出包括CMOS固態(tài)成像裝置201信息的數據。
像素以二維矩陣方式排列，從而所希望的是經由垂直信號線219在列方向上通過存取和捕獲模擬像素信號輸出進行垂直掃描讀取，該模擬像素信號由像素內放大器(像素信號發(fā)生單元)205以行為增量產生(以列并行)，然
像素數據)到輸出側來進行水平掃描讀取，由此實現加速像素信號和像素數據。不言而喻，通過直接選址希望的像素211不僅可以進行掃描讀取而且可以進行隨機讀取，以僅讀出必要像素211的信息。
通信和時鐘控制單元220提供與經由端子220a輸入的主時鐘CLKO具有相同頻率的時鐘CLK1、通過將時鐘CLK1分為兩個獲得的時鐘或者通過進一步分割時鐘CLK1獲得的低速時鐘到裝置內的每個部件，例如水平掃描電路212、垂直掃描電路214和列處理單元226等。
垂直掃描電路214選擇像素陣列單元210的行，并且給該行提供必要的脈沖。垂直掃描電路214包括例如垂直解碼器和垂直驅動電路，垂直解碼器用于在垂直方向上規(guī)定讀出行(選擇像素陣列單元210的行)，而垂直驅動電路用于提供脈沖到對應于垂直解碼器規(guī)定的讀出地址(行方向)上的像素 211的行控制線215以對其驅動。應當注意的是，垂直解碼器選擇電子快門等的行以及讀取信號的行。
水平掃描電路212接續(xù)地在與低速時鐘CLK2同步地選擇列處理單元 226內未示出的列電路，并且引導其信號到水平信號線(水平輸出線)218。例如，水平掃描電路212包括例如水平解碼器和水平驅動電路，水平解碼器用于在水平方向上規(guī)定讀出列(選擇列處理單元226內的每個列電路)，而水平驅動電路用于按照由水平解碼器規(guī)定的讀出地址使用選擇開關227引導列處理單元226的每個信號到水平信號線218。應當注意的是，對于水平信號線218的數量，例如，由列AD電路處理的n個字節(jié)(n為正整數)，具體地講，例如，如果10(=11)個字節(jié)，則對應于其字節(jié)的數量設置十個水平信號線218。
關于具有這樣構造的CMOS固態(tài)成像裝置201,來自像素211的像素信號輸出經由垂直信號線219以垂直列為增量提供到列處理單元226的列電路。
列處理單元226的每個列電路接收像素信號的一個列值(one column worth),并處理其信號。例如，每個列電路具有ADC (模擬數字轉換器)電路，用于使用低速時鐘CLK2將模擬信號轉換成10字節(jié)數字數據。
列處理單元226通過設計其電路構造可以具有噪聲消除功能，由此經由垂直信號線219輸入的電壓模式的像素信號可以經受處理，以獲得像素重置后的即刻信號水平(噪聲水平)與真實(對應于光接收量)信號水平Vsig 之間的差別。因此可以去除稱為固定圖案噪聲(FPN)或者重置噪聲的噪聲信號成分。
在列處理單元226處理的模擬像素信號(或者數字像素數據)經由來自水平掃描電路212的水平選擇信號驅動的水平選擇開關217傳輸到水平信號線218，并且進而輸入到輸出電路228。應當注意的是，上述10字節(jié)是實例，可以采用其它數目的字節(jié)，例如少于10字節(jié)(例如，8字節(jié))，或者超過10 字節(jié)的數目(例如，14字節(jié))等。
根據這樣的構造，從用作電荷產生單元的像素211以矩陣方式設置的像素陣列單元210，對于每個行的每個垂直列依次輸出像素信號。隨后，一個圖像，即對應于以矩陣方式設置光接收元件的像素陣列單元210的一幀圖像用整個像素陣列單元210的像素信號組表示。
圖14B圖解了采用CMOS固態(tài)成像裝置201的成像裝置200的構造實例。例如，包括成像功能等的的照相機(或者照相機系統(tǒng))或者便攜式裝置采用成像裝置200。這也類似于稍后描述的成像裝置300。
從輸出電路228獲得的像素信號作為CMOS輸出(Vout)輸入到圖14B 所示的圖像信號處理單元240。來自由中央處理單元(CPU)、只讀存儲器 (ROM)和隨機存取存儲器(RAM)等構造的中央控制單元242的控制信號輸入到CMOS固態(tài)成像裝置201的驅動控制單元(驅動單元的實例)207 和提供在CMOS固態(tài)成像裝置201的后續(xù)階段的圖像信號處理單元240。驅動控制單元207基于來自中央控制單元242的控制信號決定驅動時間。 CMOS固態(tài)成像裝置201的像素陣列單元210 (具體地講，制造像素211的晶體管)基于來自驅動控制單元207的驅動脈沖來驅動。
中央控制單元242控制驅動控制單元207，并且還控制在圖像信號處理單元240的信號處理和圖像輸出處理等。
圖像信號處理單元240進行下面的各項處理，例如，AD轉換處理，用于數字化每個像素的成像信號R、 G和B;同步化處理，用于同步化數字化的成像數據R、G和B;垂直帶條噪聲糾正處理，用于糾正由拖尾現象(smear phenomenon)和才莫糊現象(blooming phenomenon)引起的垂直帶條噪聲成分(vertical banding noise component); WB控制處理，用于控制白平tf ( WB ) 調整；伽瑪(gamma)糾正處理，用于調整等級水平；動態(tài)范圍擴展處理，用于采用具有不同電荷存儲時間的兩個屏幕的像素信息擴展動態(tài)范圍；YC 信號產生處理，用于產生亮度數據(Y)和顏色數據(3),或類似處理。因此，可以獲得基于紅(R)、綠(G)和藍(B)(每一段R、 G和B的像素數據)的主顏色成像數據的圖像。
由此產生的每個圖像傳輸到未示出的顯示單元，并且呈現給操作者作為可視圖像，或者被存儲和保存在存儲裝置比如硬盤裝置等中，或者傳輸到另一個功能單元作為被處理的數據。
現在，關于根據第三實施例(應用實例2)的CMOS固態(tài)成像裝置201，交替設置層2提供在像素陣列單元210之上，從而透鏡中心對應于每個像素 211。其平面狀態(tài)設定為如圖14C所示。
就是說，首先，對于交替設置層2，基于釆用圓形或者圓環(huán)形高折射率層21—k和低折射率層20J,例如圖1C和12C所示。隨后，交替設置層2 設置為使得其光軸面對像素陣列單元210的中心。此時，需要這樣的配置，其中提高入射角轉換功能在越靠近像素陣列單元210的端部的入射位置增強入射角轉換功能，并且在越靠近像素單元210的端部的入射位置提高低折射率層20和高折射率層21比率的改變水平。就是說，所希望的是提供這樣的構造，其中在像素陣列單元210的中心采用如圖1C所示不具有非對稱性的交替設置層2A，并且在其它部分采用如圖12C所示的交替設置層2C,并且在越靠近像素陣列單元210的端部的入射位置增強其非對稱性。簡而言之，采用這樣的構造，其中在像素陣列單元210的中心提供對稱的圓或者圓環(huán)形，并且在越靠近像素陣列單元210的端部的入射位置提供越非對稱的形狀。
此時，非對稱重心位置在像素陣列單元210的中心方向上偏移，并且偏移量設定為隨著入射位置靠近像素陣列單元210的端部而增加。因此，在靠
近像素陣列單元210的端部的入射位置糾正了主光線的傾斜入射，由此每個透鏡的聚光點可以移到對應像素211的中心。我們發(fā)現，在CMOS固態(tài)成像裝置201內(在像素陣列單元210之上)提供這樣的透鏡形狀，由此減少了像素陣列單元210的端部引起的靈敏度的變差(陰影)，以及顏色混合減少，并且因此色彩再現性得以改善。
<第三實施例應用實例3 (CCD響應)〉
圖15A至15D是用于描述應用根據第三實施例的光學透鏡的固態(tài)成像裝置的第三實例(應用實例3)的示意圖。這里，圖15A和15B是根據第三實施例(應用實例3)的固態(tài)成像裝置的電路圖。圖15C是根據第三實施例 (應用實例3)的固態(tài)成像裝置的基板表面周圍的截面結構結構。圖15D是應用到根據第三實施例(應用實例3)的固態(tài)成像裝置中的像素陣列單元的交替設置層的平面示意圖。應當注意的是，在圖15D中，關于根據每個像素的交替設置層的透鏡形狀，通過從整個像素陣列單元提取和放大單獨圖解了代表性的位置。
根據第三實施例(應用實例3)的固態(tài)成像裝置是應用到采用內線轉移法(interline transfer method )的CCD固態(tài)成像裝置(IT—CCD圖像傳感器) 的固態(tài)成像裝置，并且在下文將稱為CCD固態(tài)成像裝置301。
如圖14A所示，CCD固態(tài)成像裝置301包括以矩陣方式(即二維矩陣方式)排列多個像素311的像素陣列單元310，像素311包括光接收元件(電荷產生單元的實例)，用于對應于入射光量輸出信號。像素陣列單元310具體地包括光電轉換元件312,也稱為光接收元件(電荷產生單元)，用于對應于入射光量輸出信號。
而且，在垂直轉移方向上提供多個垂直轉移CCD322，用于垂直轉移在光電轉換元件312產生的信號電荷。垂直轉移CCD 322的電荷轉移方向，即像素信號的讀出方向是垂直方向(附圖中的X方向)。
關于圖15A所示的CCD固態(tài)成像裝置301的構造，僅圖解了幾個像素 311，但是事實上，這在橫向上是重復的，并且其所得結構在垂直方向上還是重復的。
此外，組成讀出柵極324的MOS晶體管設置在垂直轉移CCD 322和每個光電轉換元件312之間，并且未示出的溝道停止(channel stop )提供在每個單元(增量部件)的邊界部分。
用作成像區(qū)域的像素矩陣單元310由多個垂直轉移CCD 322構造，為像素311的每個垂直行提供垂直轉移CCD 322,用于垂直轉移由讀出柵極324 從每個像素311讀出的信號電荷。
積聚在像素311的光電轉換元件312中的信號電荷由對應于施加到讀出柵極324的讀出脈沖ROG的驅動脈沖(pROG讀出到相同垂直行的垂直轉移 CCD 322。垂直轉移CCD 322例如由基于垂直轉移時鐘Vx例如三階段 (phrase)至八階段的驅動脈沖cpVx轉移驅動(transfer-driven),并且在水平空白周期(blanking period)的部分期間的在一時間依次在垂直方向上轉移相當于讀出信號電荷的一條掃描線(一條線)的部分(稱為線轉移)。
而且，關于CCD固態(tài)成像裝置301，以一條線IC供的水平轉移CCD 326 (H寄存器部分、水平轉移部分)，其相鄰于多個垂直轉移CCD 322的每個轉移目標側端部，即最后行的垂直轉移CCD 322，該水平轉移CCD 326在預定(例如水平)方向上延伸。水平轉移CCD 326例如基于兩階段水平轉移時鐘HI和H2由驅動脈沖cpHl和cpH2轉移驅動，并且在水平消隱周期 (horizontal blanking period)后的水平掃描期間在水平方向上依次轉移從多個垂直轉移CCD 322轉移到一線值的信號電荷。因此，提供對應于兩階段驅動的多個水平轉移電極。
關于水平轉移CCD 326的轉移目標的端部，例如，提供輸出放大器328，該輸出放大器328包括具有浮置擴散放大器(FDA)的電荷電壓轉換單元。輸出放大器328在電荷電壓轉換單元依次將由水平轉移CCD 326水平轉移的信號轉換為電壓信號，將其放大到預定水平，并且將其輸出。像素信號源自于作為根據來自物體的光入射量的CCD輸出(Vout)的該電壓信號。因此，構造了采用線間轉移(interlinetransfer)方法的CCD固態(tài)成像裝置301。
源自輸出放大器328的像素信號作為CCD輸出(Vout)輸入到圖15B 所示的圖像信號處理單元340。來自中央控制單元342的圖像開關控制信號用作信號開關控制單元的實例輸入到圖像信號處理單元340。 CCD固態(tài)成像
圖15B圖解了當采用CCD固態(tài)成像裝置301時成像裝置300的構造實例。該構造基本上與圖14B所示的構造相同，除了成像裝置從CMOS固態(tài) 成像裝置201替換到CCD固態(tài)成像裝置301。
48現在，關于根據第三實施例(應用實例3)的CCD固態(tài)成像裝置301, 交替設置層2設置在像素陣列單元310上，從而透鏡中心對應于每個像素311 的中心。就是說，采用交替設置層2的透鏡構造存在于成像裝置內。
例如，圖15C圖解了基板表面和附近的截面結構圖。關于用于接收入射光的像素311,由交替設置層組成的光學透鏡提供為內部聚光透鏡，對應于由PN結制造的光電轉換元件312,并且在其上提供濾色器和芯片上透鏡。
圖15D圖解了其平面狀態(tài)?；旧蠎昧伺c圖14C所示的CMOS固態(tài) 成像裝置201的情況相同的概念。首先，對于交替設置層2，基本上采用矩形或者矩形環(huán)狀的高折射率層21—k和低折射率層20J,例如圖1E和12E 所示。隨后，交替設置層2設置為使得其光軸面對像素陣列單元310的中心。此時，所希望的是提供這樣的構造，其中在像素陣列單元310的中心采用圖 1E所示沒有非對稱的交替設置層2A,并且在其它部分采用圖12E所示的交替設置層2C，且在靠近像素陣列單元310的端部的入射位置提高其非對稱性。簡言之，采用這樣的構造，其中在像素陣列單元310的中心提供對稱的矩形或者矩形環(huán)形，并且在越靠近像素陣列單元310的端部的入射位置提供更加非對稱的形狀。
此時，非對稱重心位置在像素陣列單元310的中心方向上偏移，并且偏移量設定為在越靠近像素陣列單元310的端部的入射位置增加。因此，在越靠近像素陣列單元310的端部的入射位置糾正了主光線的傾斜入射，由此每個透鏡的聚光點可以移到對應像素311的中心。我們已經發(fā)現，在CCD固態(tài)成像裝置301內(在像素陣列單元310之上)提供這樣的透鏡形狀，由此減少在像素陣列單元310的端部引起的靈敏度的變差(陰影)，且顏色混合減少，并且因此色彩再現性得以改善，且可以獲得高圖像質量。
<第三實施例凸透鏡的修改+入射角轉換>
關于第三實施例的基本實例，為了將非對稱構造應用到具有對稱構造的交替設置層2A,已經采用了第三非對稱方法，其中一起采用第一和第二非對稱方法，但是可以僅采用其中之一。這一點對于第一實施例是共同的，其中凸透鏡提供方法不限定到一起采用第一和第二凸透鏡提供方法的第三凸透鏡提供方法，并且可以僅由第一和第二凸透鏡提供方法之一構造。
例如，盡管附圖中沒有示出，但是修改1可以通過僅應用采取這樣構造的第一非對稱方法提供，在該構造中大折射率層(高折射率層21—k)的寬度朝著非對稱重心增加。在此情況下，對于小折射率層，所有的寬度需要設定到相等的寬度。也是在此情況下，即使從重心的兩側看，提供這樣的構造，其中具有大折射率的高折射率層21—k的寬度朝著非對稱重心逐漸增加。
而且，盡管附圖中沒有示出，但是修改2可以僅通過采取這樣構造的第二非對稱方法提供，在該構造中小折射率層(低折射率層20J)的寬度朝著非對稱重心減少。在此情況下，對于大折射率層(高折射率層21—k),所有的寬度需要設定為相等的寬度。還是在此情況下，提供這樣的構造，其中具有小折射率的低折射率層20J的寬度朝著非對稱重心逐漸減少。
<第四實施例凹透鏡的基本原理>
圖16是用于描述光學透鏡的第四實施例的基本原理的示意圖。這里，圖16是圖解等相位波面的示意圖，用于描述第四實施例的基本原理。
關于上述的第一至第三實施例，具有聚光作用的凸透鏡功能包括在交替設置層2A至2C中，但是該第四實施例的特征在于，具有散射作用的凹透鏡功能包括在交替設置層2D中。
關于第四實施例，為了在交替設置層2D中包括具有散射作用的凹透鏡功能，采用這樣的對稱構造，其中寬度等于或者小于波長量級的大折射率層設置為板狀，在中心非密集而遠離中心密集設置。就是說，大折射率層的寬度和小折射率層的寬度之間的關系與第一實施例相反，由此凹透鏡功能可以包括在交替設置層2D中。
為了通過提供密度在中心低而遠離中心增加的構造而包括凹透鏡功能，例如，所希望的是采用第一凹透鏡提供方法、第二凹透鏡^提供方法和第三凹透鏡提供方法之一，在第一凹透鏡提供方法中大折射率層的寬度朝著透鏡的中心逐漸減小，在第二凹透鏡提供方法中小折射率層的寬度朝著透鏡的中心逐漸增加，而在第三凹透鏡提供方法中一起采用第一凹透鏡提供方法和第二凹透鏡提供方法。
從散射效率的觀點看，最為有效的是釆用第三凹透鏡提供方法。在此情況下，波面是凹面，由此可以包括光的散射性。
而且，在這樣的情況下，其中關于埋設低折射率層的工藝，存在著由于不足的光刻分辨率埋設寬度不能變窄，或者在埋-沒寬度變窄時由于空位的產生埋設變差的困難，制造可以這樣進行，設定低折射率層的寬度為可以采用類似第四實施例(修改l)的光刻來埋設的相等的寬度。特別是，當該可以埋設的寬度恰好在波長量級時，這變?yōu)橛行У氖侄?，這里如果寬度進一步擴展，則損失等相位波面(波面)的連續(xù)性。
而且，在這樣的情況下，其中關于采用光刻蝕刻高折射率層的工藝，難于進行窄寬度光刻或者蝕刻工藝，從而由于不足的光刻分辨率寬度不能變窄，或者由于在蝕刻工藝時側蝕刻的發(fā)生而使寬度控制能力變差，制造可以這樣進行，設定高折射率層的寬度到可以使用類似第四實施例(修改2)的光刻來蝕刻的相等的寬度。特別是，當可以采用光刻的蝕刻的寬度恰好為波長量級時，這變?yōu)橛行У氖侄?，這里如果寬度進一步擴展，則損失等相位波面(波面)的連續(xù)性。
對于該凹透鏡的優(yōu)點，例如，將在包括多條配線的配線層上蝕刻高折射
率層21—K形成的凹入部分用低折射率層20J埋設，由此對于每個光電轉換
單元(光接收部分)可以形成內部散射透鏡(凹透鏡)，并且因此可以在合適的位置而不依賴于配線的不規(guī)則來設置內部散射透鏡。因此，入射光可以以最合適的方式在光電轉換單元聚集。
當內部散射透鏡的中心形成為從光電轉換單元的中心朝著像素陣列單元(成像區(qū)域)的中心側偏移時，改善了由傾斜入射光引起的陰影，并且可
以進行出瞳孔糾正(pupil correction )。多個透鏡的至少一個是形成在內部散射透鏡之上的芯片上透鏡，由此結合用作聚光透鏡的芯片上透鏡和內部散射透鏡入射光可以聚集在光接收部分。
還是關于第四實施例，與第二實施例類似，具有入射角轉換功能(傾斜光糾正功能)的交替設置層2B可以與具有凹透鏡功能的交替設置層2D結合。而且，與第三實施例相類似，包括凹透鏡功能和傾斜入射光糾正功能的交替設置層2D可以通過應用根據第二實施例具有非對稱構造的交替設置層 2B的配置來提供，在交替設置層2D中，以透鏡中心作為邊界線，在一側，按比率存在具有大折射率的很多高折射率層，而在相對側，按比率存在很少高折射率層。
由上面的描述可以理解的是，當通過在橫向上排列寬度等于或者小于波長量級的低折射率層20J和高折射率層21—k來提供作為光學構件的功能時，調整在透鏡中心和端部的高折射率層21—k的密度的每一個的布置關系，由此可以提供凸透鏡功能(聚光性)，并且可以提供凹透鏡功能(擴展性)。本實施例通過提供聚光性和擴展性可以應用到光學裝置，例如固態(tài)成像裝置IOO和顯示器等。
<制造工藝〉
圖17A是用于描述根據本實施例在這樣的情況下的制造工藝的概念性示意圖，在該情況中根據第一至第四實施例的交替設置層2 (2A至2D)與固態(tài)成像裝置一體形成。圖17B和17C是用于描述相對根據本實施例的制造工藝的比較實例的概念性示意圖。其中，圖17B圖解了內部透鏡制造工藝，而圖17C圖解了芯片上透鏡的制造工藝。
在根據第一至第四實施例的交替設置層2 (2A至2D)與固態(tài)成像裝置一體形成的情況下，首先，用作光學透鏡110的介質的制造單一材料層3的氧化硅SiCb (折射率n一1.46)以預定的厚度形成在已經形成像素單元的硅基板(附圖中未示出)的上層上。制造薄膜層130的氮化硅SiN薄膜根據需要形成在硅基板(附圖中未示出)的上層上，并且在其上層上，以預定厚度形成用作光學透鏡110的介質的制造單一材料層3的氧化硅SiO2?，F在，預定厚度意味著從硅基板的表面到制造交替設置層2的稍后描述的氮化硅SiN 的距離。
隨后，如圖17A中的(1)所示，制造交替設置層2的氮化硅SiN以預定厚度層疊在由氧化硅Si02制造的單一材料層3的上層上。現在，預定厚度意味著交替設置層2的厚度，即透鏡厚度。
隨后，關于圖17A中的(2)所示的抗蝕劑涂敷工藝，抗蝕劑膜形成在由氮化硅SiN制造的交替設置層2的上層上。此外，類似圖17A中(3)所示的曝光和顯影工藝，利用抗蝕劑圖案曝光抗蝕劑膜，從而具有逐漸變化的預定寬度的低折射率層20J和高折射率層21—k的每一個以預定的順序排列，并且對應于用作低折射率層20J的部分的部分從抗蝕劑膜去除(蝕刻)。不言而喻，每個低折射率層20J和高折射率層21_k的排列位置設定到對應于像素(具體地講，光接收部分)的位置的位置。
在制造交替設置層2的氮化硅和未示出的硅基板之間提供具有對應于透鏡長度的厚度的由氧化硅Si02制造的單一材料層3，從而不引起通過蝕刻到硅基板表面附近而由于損壞造成的問題。
隨后，關于圖17A中的(4)所示的開口 (RIE加工)工藝，采用反應離子蝕刻(RIE)通過對應于用作低折射率層20J的部分的抗蝕劑膜的開口部分進行蝕刻，由此在交替設置層2的氮化硅SiN上提供開口部分，其到達最下層的Si02膜。
隨后，關于圖17A中的(5)所示的抗蝕劑去除工藝，去除制造交替設置層2的氮化硅SiN上的抗蝕劑膜。因此，在由氧化硅Si02制造的單一材料層3的上層上形成交替設置層2，在交替設置層2中開口部分形成在用作低折射率層20J的部分。
此外，在應用內透鏡的情況下，為了平坦化等，對于圖17A中(6)所示的埋設工藝，例如再次使用化學氣相沉積(CVD)等，在由氧化硅Si02 制造的單一材料層3的上層上的交替設置層2的在用作低折射率層20J部分形成開口部分處，以預定的厚度形成用作低折射率層20J和用作交替設置層 2的保護的氧化硅SI02膜。因此，由氮化硅SiN制造的交替設置層2的形成開口部分的用作低折射率層20J的部分埋入氧化硅SI02，并且用作介質的氧化硅SI02的單一材料1以預定的厚度形成在光入射側。
盡管附圖中沒有示出，但是還可以在其上形成濾色器或微型透鏡以對應于像素。
另一方面，在應用到芯片上透鏡設置在濾色器上的情況下，圖17A中(6 ) 所示的埋入工藝是不必要的。
應當注意的是，關于在此所示的制造工藝，對于埋入工藝，不僅用作低折射率層20」的部分由氧化硅SI02埋入，而且氧化硅SI02膜形成在交替設置低折射率層20J和高折射率層21_k的交替設置層2的上層上，由此形成單一材料層l,但是形成單一材料層1并不是必不可少的。而且，在極端的情況下，可以省略整個埋入工藝。在此情況下，提供在氮化硅SiN中的開口部分沒有由氧化硅SI02埋入，從而低折射率層20J是空氣。
在任何情況下，釆用交替設置層2的配置的芯片上透鏡形成在成像裝置的最上層上。在此情況下，事實上，其表面與空氣接觸。
因此，根據本實施例的制造工藝不包括回流工藝，并且可以僅由光刻和蝕刻的簡單易行的工藝技術進行制造，由此可以提供沒有復雜的工藝例如回蝕刻(etchback)等的易行的工藝，并且不僅實現了減少工藝數量和降低成本，而且可以獲得再現性、均勻性和批量生產的優(yōu)點。
此外，具有逐漸變化的預定寬度的每個低折射率層20J和高折射率層 21—k通過光致抗蝕劑掩才莫的設計可以以預定的順序排列。通過調整每個矩形低折射率層20J和每個矩形高折射率層21一k排列的寬度和數量可以適當地改變根據交替設置層2的透鏡作用。非對稱的構造可以在平面內方向上易于制造，并且因此與制造現有球形透鏡的情況相比，可以光學地擴展設計寬度。
另一方面，關于圖17B所示的比較實例的制造工藝，在形成內透鏡的情況下，首先，如圖17B中的(1)所示，用作透鏡介質的氮化硅SiN以預定的厚度形成在氧化硅SI02上。預定的厚度是比最終的內透鏡的厚度稍微厚的水平。
接下來，關于圖17B中(2)所示的抗蝕劑涂敷工藝，抗蝕劑膜形成在透鏡介質層的上層上。此外，關于圖17B中的(3)所示的曝光和顯影，采用抗蝕劑圖案例如以預定順序排列的透鏡來曝光該抗蝕劑膜，并且去除對應于相當于抗蝕劑膜和相鄰透鏡之間的部分(蝕刻)。
隨后，關于圖17B中(4)所示的回流工藝，溶解抗蝕劑以形成透鏡形狀。例如，通過設定后烘焙到15(TC溶解(回流)抗蝕劑，由此形成透鏡形狀。因此，對于抗蝕劑，必須是弱抗熱材料。
隨后，關于圖17B中的(5)所示的回蝕刻(RIE加工)工藝，采用反應離子蝕刻(RIE)方法進行蝕刻，由此去除抗蝕劑。因此，如圖17B中的 (6)所示，凸透鏡形成在透鏡介質層上。此時，存在引起過量進入(形成存積膜(depository film))以使透鏡之間的間隙變窄的問題的可能性。
隨后，為了平坦表面，用圖17B中的(7 )所示的埋入工藝，氧化硅Si02 膜以預定的厚度形成。盡管附圖中沒有示出，但是還可以在其上形成濾色器和微型透鏡以對應于像素。
另一方面，在形成設置在濾色器上的芯片上透鏡的情況下，首先，如圖 17C中(l)所示，用作透鏡介質的聚合材料例如OPV等以預定的厚度形成在濾色器的上層上，該濾色器進一步形成在硅基板102之上的上層上。預定厚度是比最終內透鏡的厚度稍微厚的水平。
其后，以與形成上述內透鏡的情況相同的方式，進行直到圖17C中(5) 所示的回蝕刻(RIE加工)工藝的工藝，由此形成凸透鏡，如圖17C中的(6) 所示。
在應用到芯片上透鏡的情況下，根據內透鏡形成的如圖17B中(6)所示的埋入工藝不是必需的。然而，應當注意的是，為了表面保護等，還可以才艮據情況埋入具有低折射率的聚合材料。
因此，關于根據比較實例的制造工藝，凸透鏡由回流和回蝕刻形成，而與是否形成內透鏡或者芯片上透鏡無關。關于用作透鏡形狀起源的抗蝕劑的回流，為了采用表面張力制造球形形狀，在表面內不能提供非對稱構造。而且，工藝數量增加，并且成本增加。
本領域的技術人員應當理解的是，在所附權利要求限定的范圍或其等同特征的范圍內，根據設計需要和其它因素，可以進行各種修改、結合、部分結合和替換。
本發(fā)明包含2007年6月4日提交日本專利局的日本專利申請JP 2007-148165的相關主題，將其全部內容引用結合于此。
權利要求
1、一種光學構件，其中在相對光軸的橫向上交替地設置有具有大折射率的高折射率層和具有小折射率的低折射率層，所述高折射率層和所述低折射率層與光學長度相比都相對地??；并且其中所述高折射率層和所述低折射率層的每一個寬度都等于或者小于入射光的波長量級。
2、根據權利要求1所述的光學構件，其中所述高折射率層的每一個都對稱設置，以在所述構件的機械中心密集設置，而遠離所述中心非密集設置。
3、根據權利要求2所述的光學構件，其中所述高折射率層設置為使得所述高折射率層的每一個寬度朝著所述構件的機械中心逐漸增加；并且其中所述低折射率層設置為使得所述低折射率層的每一個寬度朝著所述構件的機械中心逐漸減小。
4、根據權利要求2所述的光學構件，其中所述高折射率層設置為使得所述高折射率層的每一個寬度朝著所述構件的機械中心逐漸增加；并且其中所述低折射率層設置為具有相等的寬度。
5、根據權利要求2所述的光學構件，其中所述低折射率層設置為使得所述低折射率層的每一個寬度朝著所述構件的機械中心逐漸減小；并且其中所述高折射率層設置為具有相等的寬度。
6、根據權利要求1所述的光學構件，其中所述高折射率層每一個都對稱設置，以在所述構件的機械中心非密集設置，而遠離所述中心密集設置。
7、根據權利要求6所述的光學構件，其中所述高折射率層設置為使得所述高折射率層的每一個寬度朝著所述構件的機械中心逐漸減??；并且其中所述低折射率層設置為使得所述低折射率層的每一個寬度朝著所述構件的機械中心逐漸增加。
8、根據權利要求6所述的光學構件，其中所述高折射率層設置為使得所述高折射率層的每一個寬度朝著所述構件的機械中心逐漸減小；并且其中所述低折射率層設置為具有相等的寬度。
9、根據權利要求6所述的光學構件，其中所述低折射率層設置為使得所述低折射率層的每一個寬度朝著所述構件的機械中心逐漸增加；并且其中所述高折射率層設置為具有相等的寬度。
10、根據權利要求1所述的光學構件，其中所述高折射率層和所述低折射率層中至少一種層的每一個寬度在所述橫向上非對稱設置。
11、根據權利要求10所述的光學構件，其中所述高折射率層設置為使得所述高折射率層的每一個寬度從所述構件的一端朝著光學重心位置逐漸增力口；并且其中所述低折射率層設置為使得所述低折射率層的每一個寬度從所述構件的一端朝著所述光學重心位置逐漸減小。
12、根據權利要求10所述的光學構件，其中所述高折射率層設置為使得所述高折射率層的每一個寬度從所述構件的一端朝著光學重心位置逐漸增力口；并且其中所述低折射率層設置為具有相等的寬度。
13、根據權利要求10所述的光學構件，其中所述低折射率層設置為使得所述低折射率層的每一個寬度從所述構件的一端朝著光學重心位置逐漸減?。徊⑶移渲兴龈哒凵渎蕦釉O置為具有相等的寬度。
14、根據權利要求11至13任意一項所述的光學構件，其中所述光學重心位置位于所述構件的另一端。
15、根據權利要求14所述的光學構件，包括第一光學構件，其中所述高折射率層每一個都對稱設置，以在所述光學構件的機械中心密集設置，而遠離所述中心非密集設置；以及第二光學構件，其中所述光學重心位置至少在所述第一光學構件的光入射側和光發(fā)射側之一上存在于所述光學構件的另一端。
16、根據權利要求11至13任意一項所述的光學構件，其中所述高折射率層每一個都非對稱設置，以在所述構件的機械中心密集設置，而遠離所述中心非密集設置。
17、根據權利要求14所述的光學構件，包括第一光學構件，其中所述高折射率層每一個都對稱設置，以在所述光學構件的機械中心非密集設置，而遠離所述中心密集設置；以及第二光學構件，其中所述光學重心位置至少在所述第一光學構件的光入射側和光發(fā)射側之一上存在于所述光學構件的另一端。
18、根據權利要求11至13任意一項所述的光學構件，其中所述高折射率層每一個都非對稱設置，以在所述構件的機械中心非密集設置，而遠離所述中心密集設置。
19、一種固態(tài)成像裝置，包括光學構件，其中具有大折射率的高折射率層和具有小折射率的低折射率層在相對光軸的橫向上交替設置，所述高折射率層和所述低折射率層每一個與光學長度相比都相對地薄，并且所述高折射率層和所述低折射率層的每一個寬度等于或者小于入射光的波長量級；以及光接收部分，構造為接收通過所述光學構件的光。
20、根據權利要求19所述的固態(tài)成像裝置，還包括像素陣列單元，其中多個所述光接收部分以一維或者二維方式排列；的每一個寬度在所述橫向上對稱設置的光學構件，以及所述高折射率層和所述低折射率層中至少一種層的每一個寬度在所述橫向上非對稱設置的光學構件；并且其中對稱設置的所述光學構件在所述像素陣列單元的中心使用，而非對稱性越強的所述光學構件在越靠近所述像素陣列單元的端部的位置使用。
21、根據權利要求19所述的固態(tài)成像裝置，還包括像素陣列單元，其中多個所述光接收部分以一維或者二維方式排列；其中對于對應于所述光接收部分的所述光學構件，采用所述高折射率層的每一個寬度在所述橫向上對稱設置的光學構件，以及所述高折射率層和所述低折射率層中至少一種層的每一個寬度在所述橫向上非對稱設置的光學構件；并且其中對稱設置的所述光學構件在所述像素陣列單元的中心使用，且光學重心位置設置為越靠近所述像素陣列單元的端部的位置從所述光接收部分的中心向所述像素陣列單元的中心方向偏移。
22、一種光學構件的制造方法，包括步驟形成具有大折射率的高折射率層和具有小折射率的低折射率層中任何一種的膜；形成多個開口部分，所述多個開口部分在所述膜的橫向上排列；并且以所述高折射率層和所述低折射率層中另一種埋入所述開口部分的每由此制造光學構件，其中所述高折射率層和所述低折射率層在相對光軸的橫向上交替設置。
23、一種固態(tài)成像裝置的制造方法，包括步驟在形成有光接收部分的半導體基板上形成具有小折射率的低折射率層；在所述低折射率層上形成具有大折射率的高折射率層；在對應于所述折射率層的所述光接收部分的位置形成多個開口部分，并且排列所述多個開口部分；以及以所述低折射率層埋入所述開口部分的每一個；由此制造與所述半導體基板一體的光學構件，在所述光學構件中所述高折射率層和所述低折射率層在相對光軸的橫向上交替設置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學構件、固態(tài)成像裝置及其制造方法，該光學構件包括具有大折射率的高折射率層和具有小折射率的低折射率層，它們與光程相比都相對薄，在相對光軸的橫向上交替設置。高折射率層和低折射率層每一個的寬度都等于或小于入射光的波長量級。
文檔編號H01L27/14GK101320745SQ200810110369
公開日2008年12月10日申請日期2008年6月4日優(yōu)先權日2007年6月4日
發(fā)明者戶田淳申請人:索尼株式會社

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