聚光元件以及固体摄像装置制造方法及图纸

为了实现与用于薄型照相机的短焦距光学系统（入射角θ为大角的光学系统）相对应的固体摄像装置等，提供比现存的微透镜更能够对高角度的入射光进行聚光的光学元件等。各单位像素（大小２．８μｍ）包括：渐变折射率透镜１，用于绿色的色彩过滤器２，ＡＬ布线３，信号传送部４，平坦化层５，受光元件（Ｓｉ光电二极管）６，以及Ｓｉ基板７。分布折射率透镜为同心带形状，包括高折射率材料３３［ＴｉＯ↓［２］（ｎ＝２．５３）］和低折射率材料３４［空气（ｎ＝１．０）］。而且，在分布折射率透镜中，相邻的被分割区域的宽度３５为２００ｎｍ。并且，膜厚ｔ为０．５μｍ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及数字照相机等所使用的聚光元件以及固体摄像装置。
技术介绍
随着数字照相机或带照相机的移动电话等的普及，固体摄像装置的市场有着显著的增长。在这样的趋势中，对固体摄像元件的要求逐渐变为高灵敏度化/高像素化，近年随着数字静止照相机或移动电话等的薄型化，因而对照相机组件部分的薄型化的要求则变得更加强烈。换言而说，这意味着在照相机部分所使用得透镜逐渐成为短焦距，入射到固体摄像元件的光为广角(以固体摄像元件的入射面的垂直轴为基准，而测定出大角度)的缘故。目前，在作为固体摄像装置被广泛使用的CCD(charge coupleddevice电荷耦合元件)或CMOS(Complementary Metal-OxideSemiconductor金属氧化物半导体元件)等图像传感器中，把作为具有多个受光部分的半导体集成电路排列为二维，把来自摄影对象的光信号转换为电信号。固体摄像元件的灵敏度是对于入射光量根据受光元件的输出电流的大小来定义的，由此可知确实地把入射的光传送到受光元件是成为提高灵敏度的重要要素。图4是以往一般的像素的基本构造的一示例图。如图4所示，垂直入射到微透镜105的光106(用虚线表示的光)，通过红色(R)绿色(G)蓝色(B)中的某一个色彩过滤器2进行色分离后，在受光元件6中被转换为电信号。从得到的比较高的聚光效率可知，微透镜几乎被使用在所有的固体摄像装置中。在使用上述微透镜的固体摄像装置中，曾提出过的构成例是对各像素非对称地配置透镜的方案(如，参照专利文献1)。在此专利文献1中，记载有能够将斜方向入射的光导入的实施方式。另外，还公开了作为使用菲涅耳透镜的固体摄像装置的种种技术(例如，参照专利文献2、专利文献3)。在专利文献2中所公开的技术中，透镜的结构为具有多层持有不同折射率的同心圆，中心部的折射率最高，越向周边部折射率也越来越减少。并且，在专利文献3中所公开的技术中，所利用的是折射率分布型透镜，其结构为厚度分布型的透镜和通过这些组合而持有的连续的折射率分布。专利文献2日本特开2000-39503号公报专利文献3日本特开平5-251673号公报今后，为了开发与广角入射相对应的固体摄像装置，需要确实地把入射的光以特定的角度传送到受光元件。然而，在以往的微透镜中，由于聚光效率依存于信号光的入射角度，而导致聚光效率的降低。即，如图4所示，对于垂直入射到透镜的光106而言，虽然能够高效率地聚光，但是对于从斜方向入射的光107(用实线表示的光)而言则降低了聚光效率。这是因为从斜方向入射的光107被固体摄像元件中的AL线路3遮住，不能到达受光元件6的缘故。如上所述，因为固体摄像装置是由多个像素被排列为二维构成的，当入射光为广角时，在固体摄像装置的中央附近的图像和在周边附近的图像的入射角不同(参照图1)。其结果是发生这样的问题周边附近的像素的聚光效率低于中央附近。图2是示出在以往，周边像素的结构的示例图。在周边附近的像素的情况下，因为入射光的入射角度比较大，通过把电线布线部分向内侧方向偏离(使其压缩)，试图提高聚光效率。在图3示出以往采用了微透镜的固体摄像装置的聚光效率的入射角度依存性。如图3所示，可以知道对于入射角度为20°左右的光，能够高效率地聚光。然而，当超过上述入射角度时，效率则急剧减小。作为结果是这样一种现状，即周边像素的光量约为中央部分的40％左右，元件全体的灵敏度被周边元件的灵敏度所制约。并且，因为此值随着像素大小的减小会更加降低，所以在像小型照相机这样的短焦距光学系统上应用是非常困难的。并且还会发生这样的问题在制造工序中不能压缩更多的电路。
技术实现思路
因此，鉴于上述课题，本专利技术的目的在于提供一种光学元件等，该光学元件比现有的微透镜更能对入射角大的光进行聚光，从而能够实现适应于薄型照相机所用的短焦距光学系统(入射角θ大的光学系统)的固体摄像装置等。为了解决上述课题，本专利技术提供一种聚光元件，对入射光进行聚光，其特征在于该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体；上述透光膜具有带形状，该带形状的宽度与上述入射光的波长同等程度，或比上述入射光的波长短，上述带形状呈中心对称形状，该中心对称形状与中心偏离，上述透光膜的集合体产生实效折射率分布。据此，能够实现一种光学元件，该光学元件比现有的微透镜更能对高角度入射的光进行聚光。而且，通过控制上述光学元件的折射率分布，能够形成偏转元件，该偏转元件可以控制以特定的角度入射的光的射出角度，还能够形成在任意的位置上对入射光进行聚光的聚光元件。在上述透光膜，根据作为输入对象的光的波长，或根据作为对象的色的代表波长，上述透光膜的相位调制不同。据此，可以根据入射光的波长对各像素的透镜结构进行最佳化，也可以消除由色所产生的聚光效率的不同。并且，在上述透光膜，根据作为输入对象的光的焦距的设定，上述透光膜的相位调制不同。据此，入射光的焦距则成为可变的，从而能够设计适于各像素结构的透镜。或者通过光强度最强的入射光成分的入射角度，上述透光膜的相位调制不同，可以根据入射光的入射角度使各像素的透镜结构的最佳化成为可能，随着入射角度的增加可以消除聚光效率的低下。最好是在将入射光的波长作为λ，将聚光的焦距作为f，将光的入射角度作为θ，将入射侧介质的折射率作为n0，将射出侧介质的折射率作为n1的情况下，受面内各方向的距离x的影响，上述透光膜的相位调制φ(x)基本满足以下公式Φ(x)=-k0n12fx2-k0n0xsinθ]]>k0=2πλ]]>据此，可以仅在第一菲涅尔带区域聚光，使减少聚光损失及高效率地聚光成为可能。并且，最好是上述透光膜的相位调制φ(x)基本满足以下公式Φ(x)=-k0n12fx2-k0n0xsinθ+2mπ]]>k0=2πλ]]>m＝自然数据此，使在二个或更多的菲涅尔带区域的聚光成为可能，由于相位调制可以变大，所以可以实现对高角度入射光适应性强的聚光元件。最好是在将上述透光膜折射率的最大值作为n0+Δmax，在上述透光膜的面内各方向的折射率分布，将对n0的差作为Δn(x)的情况下，基本满足以下公式 Δn(x)=Δnmax]]>据此，可以将入射的光以特定的角度聚光在任意的位置上，从而形成高聚光效率的渐变折射率透镜。并且，最好是上述渐变折射率透镜基本满足以下公式k0ΔnmaxL＝2π据此，根据上述渐变折射率透镜，最大相位调制则成为入射光的1相位，从使聚光损失成为最小来看，使高效率的聚光成为可能。最好是在将上述透光膜的膜厚的最大值作为Lmax，将膜厚分布作为L(x)的情况下，基本满足以下公式L(x)=Lmax]]>据此，可以将入射的光以特定的角度聚光在任意的位置上，从而形成高聚光效率的膜厚分布透镜。并且，最好是在上述膜厚分布透镜基本满足以下公式k0Δn Lmax＝2π据此，上述膜厚分布透镜的最大相位调制则成为入射光的1相位，从使聚光损失成为最小来看，使高效率的聚光成为可能。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚光元件，对入射光进行聚光，其特征在于，该聚光元件包括：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体；上述透光膜具有带形状，该带形状的宽度与上述入射光的波长同等程度，或比上述入射光 的波长短，上述带形状呈中心对称形状，该中心对称形状与中心偏离，上述透光膜的集合体产生实效折射率分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：岁清公明，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]