專利名稱：攝像用光檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為了拍攝物體的影像而使用的攝像用光檢測裝置。
背景技術(shù)：
例如在非專利文獻1及非專利文獻2中公開了以往的攝像用光檢測裝置。圖17A是表示以往的攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。自然光等的光入射到物體1上，將其反射后的光通過透鏡系統(tǒng)2在COKCharge-coupledDevice，電荷耦合元件)或 CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體)等的光檢測裝 置4上形成像3。透鏡系統(tǒng)2 —般為了確保光學(xué)性能、將沿著光軸排列的多個透鏡組合而構(gòu) 成，但在圖17A中將圖面簡單化而描繪為單一的透鏡。圖17B是表示光檢測裝置4的概略結(jié)構(gòu)的圖，是圖17A的部分XVIIB的放大剖視 圖。在形成有多個光電探測器(photodetectoiOe的檢測基板5上，依次層疊由SiO2等構(gòu) 成的低折射率的透明緩沖層7、由SiN等構(gòu)成的高折射率的透明緩沖層8、多個慮色器9、多 個微透鏡10。在透明緩沖層7的與透明緩沖層8接觸的表面7a上，形成有透明緩沖層7的 膜厚在各光電探測器6之上變小的凹凸構(gòu)造。另一方面，透明緩沖層8的與慮色器9接觸 的表面8a是平坦的。微透鏡10配置在正交柵格的交點位置上，在各微透鏡10的中心軸上配置有1個 慮色器9及1個光電探測器6。微透鏡10起到使如光線Ila'那樣相對于微透鏡10的中心軸移位而入射的光折 射而向光電探測器6導(dǎo)引的作用。透明緩沖層7的表面7a的凹凸構(gòu)造也具有透鏡效果，起 到使朝向從光電探測器6的中心離開的方向的發(fā)散光lib'折射而向光電探測器6導(dǎo)引的作用。慮色器9由紅色透射濾波器9R、綠色透射濾波器9G、藍色透射濾波器9B的3種構(gòu) 成，紅色透射濾波器9R如圖18的曲線R所示，具有將紅色以外的波長的光切斷(吸收)的 光透射特性(光譜靈敏度特性)，綠色透射濾波器9G如圖18的曲線G所示，具有將綠色以 外的波長的光切斷(吸收)的光透射特性(光譜靈敏度特性)，藍色透射濾波器9B如圖18 的曲線B所示，具有將藍色以外的波長的光切斷(吸收)的光透射特性(光譜靈敏度特性) (參照非專利文獻2)。通過由紅色透射濾波器9R、綠色透射濾波器9G、藍色透射濾波器9B、 以及明亮度檢測用的綠色透射濾波器9G構(gòu)成的4個慮色器9、和對應(yīng)于它們的4個光電探 測器6構(gòu)成檢測彩色的圖像信息的彩色像素。在圖19中表示對應(yīng)于這4個慮色器9的光電 探測器6的配置。在圖19中，R表示對應(yīng)于紅色透射濾波器9R的檢測紅色的光電探測器， G表示對應(yīng)于綠色透射濾波器9G的檢測綠色的光電探測器，B表示對應(yīng)于藍色透射濾波器 9B的檢測藍色的光電探測器。由在一個對角上配置有兩個綠(基本像素G)、在另一個對角 上配置有藍(基本像素B)及紅(基本像素R)的2列X 2行的4個基本像素構(gòu)成1個彩色 像素19。將這樣的配置稱作Bayer排列，其優(yōu)點是在沿垂直方向(X軸方向)或水平方向 (Y軸方向)移位了彩色像素19的一半的尺寸(基本像素的尺寸)的位置上也能夠構(gòu)成彩色像素19'。由此，能夠?qū)⑽鱿穸雀纳频讲噬袼?9的一半的尺寸(彩色像素19的1/4的面積)、即基本像素的尺寸。圖20是光檢測裝置4的檢測面的放大俯視圖。多個光電探測器6在正交柵格的 交點位置上相互離開且絕緣而配置。在水平方向上相鄰的光電探測器6之間，設(shè)有沿垂直 方向延伸的信號配線即多個垂直傳送(XD17，多個垂直傳送(XD17與沿水平方向延伸的信 號配線即水平傳送CCD18連接。由微透鏡10聚光的光由位于其正下方的光電探測器6接 受并進行光電變換。儲存在光電探測器6中的電荷被傳送給垂直傳送(XD17、再傳送給水平 傳送(XD18，作為圖像信號輸出。在上述圖17B所示的光檢測裝置4中，為了使特定的顏色的光入射到各光電探測 器6中而使用慮色器9。對此，提出了如下的光檢測裝置，即如圖21所示，利用微棱鏡31 使透射了微透鏡(未圖示)的來自被攝體的光30分散，并用光電探測器32R、32G、32B檢測 紅(R)、綠(G)、藍(B)的各色光(參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特表2002-502120號公報非專利文獻1 光技術(shù)接點，Vol. 40，No. 1(2002)，P24非專利文獻2 晶體管技術(shù)，2003年2月號，P128對于攝像用光檢測裝置，對小型且高像素化的要求日益升高。但是，在上述以往的 攝像用光檢測裝置中，因為以下的理由，在滿足該要求的方面是有限的。第1理由是因為在圖17B所示的以往的攝像用光檢測裝置中使用慮色器9進行顏 色分離。例如，在藍色透射濾波器9B中，藍色以外的波長的光被吸收，所以由圖18可知，透 射了藍色透射濾波器9B的光是入射的光的僅2 3成左右。這對于其他的慮色器9R、9G 也是同樣的。如果為了高像素化而減小光電探測器6的間隔，則光電探測器6及微透鏡10 的尺寸變小。由此，入射到1個微透鏡10中的光的光量變少，進而，由于其大部分被慮色器 9吸收，所以不能將足夠量的光供給到光電探測器6中。因而，檢測信號被散粒噪聲等噪聲信 號淹沒。因此，在以往的攝像用光檢測裝置中，光電探測器6的間隔以1.5μπι左右為極限。第2理由是因為在圖17Β所示的以往的攝像用光檢測裝置中，與光電探測器6 — 對一對應(yīng)地配置微透鏡10。如果為了高像素化而減小光電探測器6的間隔，則微透鏡10的 尺寸變小，隨之透射微透鏡10的光束的尺寸也變小。由于如透射了針孔(pin hole)的光 的擴散角與針孔直徑成反比例那樣，如果光束的尺寸(即微透鏡10的直徑)變得微小，則 光擴散(衍射)的特性變得過大，所以難以使用微透鏡10得到希望的聚光性能。為了得到 微透鏡10的聚光性能，微透鏡10的直徑需要至少是波長的2 3倍以上，這妨礙了高像素 化。在圖21所示的以往的光檢測裝置中，由于不使用吸收光的慮色器，所以光利用效 率提高。但是，利用棱鏡的分散特性的分光(光譜)作用(折射角的基于波長的差)極其 小，紅色與綠色、或者色綠與藍色的光之間的變位極其小。因而，在將棱鏡用于光的分光的 情況下，需要將棱鏡與光檢測面的間隔設(shè)定為至少幾十 幾百μ m以上，在試制方面不是 現(xiàn)實的尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述以往的問題，通過提高光利用效率而大幅縮短光電探測器的間隔，并且同時實現(xiàn)微透鏡所需要的尺寸的確保和像素的高密度化。此外，本發(fā)明的目 的是通過利用較大的分光作用實現(xiàn)具有現(xiàn)實的尺寸的光檢測裝置。本發(fā)明的攝像用光檢測裝置具備多個光檢測器，在基板上至少沿著第1方向排 列；低折射率透明層，形成在上述多個光檢測器的上方；以及柱狀或板狀的多個高折射率 透明部，沿著上述第1方向埋入在上述低折射率透明層內(nèi)，在上述高折射率透明部的與上 述基板正交并且沿著上述第1方向的截面中，上述高折射率透明部的中心軸以階梯狀彎 折，向上述低折射率透明層及上述高折射率透明部入射的光通過該低折射率透明層及高折 射率透明部，從而被分離為0次衍射光、1次衍射光和-1次衍射光。根據(jù)本發(fā)明的攝像用光檢測裝置，由于不是通過光的吸收而是通過衍射進行光的 顏色分離，所以光的利用效率大幅地提高。此外，每1個微透鏡能夠進行兩種或3種顏色信 息的檢測。因而，能夠同時實現(xiàn)微透鏡的尺寸確保和像素的高密度化。進而，由于利用波長 帶來的衍射角的差進行分光，所以能夠使高折射率透明部與光電探測器的間隔變窄，能夠 實現(xiàn)現(xiàn)實性的尺寸。


圖1是表示使用本發(fā)明的攝像用光檢測裝置的攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖2是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖，是圖 1的部分II的放大剖視圖。圖3是在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，說明通過高折射率透 明部產(chǎn)生衍射光的原理的圖。圖4A是在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，以波動光學(xué)說明通過 高折射率透明部產(chǎn)生衍射光的原理的圖。圖4B是在圖4A中，以波動光學(xué)說明通過高折射率透明部將紅波長的光分離為1 次衍射光的原理的圖。圖4C是在圖4A中，以波動光學(xué)說明通過高折射率透明部將綠波長的光分離為0 次衍射光的原理的圖。圖4D是在圖4A中，以波動光學(xué)說明通過高折射率透明部將藍波長的光分離為_1 次衍射光的原理的圖。圖5A是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，經(jīng)由高折射率透 明部傳輸給光電探測器的藍波長的光的強度分布的圖。圖5B是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，經(jīng)由高折射率透 明部投影到光電探測器上的藍波長的光的強度分布的圖。圖6A是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，經(jīng)由高折射率透 明部傳輸給光電探測器的綠波長的光的強度分布的圖。圖6B是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，經(jīng)由高折射率透 明部投影到光電探測器上的綠波長的光的強度分布的圖。圖7A是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，經(jīng)由高折射率透 明部傳輸給光電探測器的紅波長的光的強度分布的圖。圖7B是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，經(jīng)由高折射率透明部投影到光電探測器上的紅波長的光的強度分布的圖。 圖8A是由光電探測器6R、6G、6B檢測到的光量的光譜特性圖。圖8B是將光電探測器6G、6R結(jié)合的情況下的光譜特性圖。圖8C是將光電探測器6B、6G結(jié)合的情況下的光譜特性圖。圖9是表示以距離表面的深度條件為參數(shù)的光電探測器的光譜量子效率的圖。圖IOA是由添加了光電探測器的光譜量子效率的效果的光電探測器6R、6G、6B產(chǎn) 生的電流量的光譜特性圖。圖IOB是將光電探測器6G、6R結(jié)合的情況下的添加了光電探測器的光譜量子效率 的效果的電流量的光譜特性圖。圖IOC是將光電探測器6B、6G結(jié)合的情況下的添加了光電探測器的光譜量子效率 的效果的電流量的光譜特性圖。 圖11是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置的構(gòu)成要素的平面配 置的光檢測面的放大俯視圖。圖12A是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的 配置的一例的圖。圖12B是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的 配置的另一例的圖。圖12C是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的 配置的再另一例的圖。圖12D是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的 配置的再另一例的圖。圖13是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的攝像用光檢測裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖，是圖 1的部分XIII的放大剖視圖。圖14是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的攝像用光檢測裝置的構(gòu)成要素的平面配 置的光檢測面的放大俯視圖。圖15A是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的 配置的一例的圖。圖15B是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的 配置的另一例的圖。圖15C是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的 配置的再另一例的圖。圖15D是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的 配置的再另一例的圖。圖15E是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的 配置的再另一例的圖。圖15F是表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的 配置的再另一例的圖。圖16A是表示在本發(fā)明的攝像用光檢測裝置中，高折射率透明部的截面形狀的另 一例的圖。
圖16B是表示在本發(fā)明的攝像用光檢測裝置中，高折射率透明部的截面形狀的再 另一例的圖。圖16C是表示在本發(fā)明的攝像用光檢測裝置中，高折射率透明部的截面形狀的再 另一例的圖。圖16D是表示在本發(fā)明的攝像用光檢測裝置中，高折射率透明部的截面形狀的再 另一例的圖。圖16E是表示在本發(fā)明的攝像用光檢測裝置中，高折射率透明部的截面形狀的再 另一例的圖。圖17A是表示以往的攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖17B是表示以往的攝像用光檢測裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖，是圖17A的部分XVIIB 的放大剖視圖。圖18是表示在以往的攝像用光檢測裝置中使用的3種慮色器的光譜靈敏度特性 的圖。圖19是表示在以往的攝像用光檢測裝置中，光電探測器的配置的一例的圖。圖20是表示以往的攝像用光檢測裝置的構(gòu)成要素的平面配置的光檢測面的放大 俯視圖。圖21是表示使用微棱鏡進行顏色分離的以往的攝像用光檢測裝置的原理的圖。
具體實施例方式在上述本發(fā)明的攝像用光檢測裝置中，優(yōu)選的是，在上述高折射率透明部的上述 截面中，上述高折射率透明部的寬度在上述中心軸的彎折處的前后變化，相對于上述中心 軸的上述彎折處，上述基板側(cè)的上述高折射率透明部的寬度比與其相反側(cè)的上述高折射率 透明部的寬度小。由此，能夠更有效地進行光的分離。另外，這里，所謂的“上述高折射率透 明部的寬度”，優(yōu)選地解釋為是指中心軸的彎折處附近的高折射率透明部的寬度。優(yōu)選的是，上述0次衍射光由第1光檢測器、上述1次衍射光由第2光檢測器、上 述-1次衍射光由第3光檢測器分別檢測。由此，能夠通過不同的光檢測器分別檢測波長不 同的光。在上述中，優(yōu)選的是，在入射到上述低折射率透明層及上述高折射率透明部中的 光是白色光的情況下，入射到上述第1光檢測器中的光在0. 50 μ m 0. 60 μ m的綠波長區(qū) 域中呈光量峰值，入射到上述第2光檢測器中的光在超過0. 60 μ m的紅波長區(qū)域中呈光量 峰值，入射到上述第3光檢測器中的光在小于0. 50 μ m的藍波長區(qū)域中呈光量峰值。由此， 能夠檢測三原色。在此情況下，優(yōu)選的是，上述第1光檢測器在不包括其表面的深層區(qū)域檢測光，上 述第2光檢測器在不包括其表面的深層區(qū)域檢測光，上述第3光檢測器在包括其表面的表 層區(qū)域檢測光。由此，能夠抑制混色、提高光譜性能?；蛘撸部梢允?，上述0次衍射光和上述1次衍射光由第1光檢測器、上述-1次衍 射光由第2光檢測器分別檢測。由此，能夠檢測1個原色和其互補色。在上述中，優(yōu)選的是，在入射到上述低折射率透明層及上述高折射率透明部中的 光是白色光的情況下，入射到上述第1光檢測器中的光在0. 50 μ m以上的藍波長區(qū)域以外的波長區(qū)域中呈光量峰值，入射到上述第2光檢測器中的光在小于0. 50 μ m的藍波長區(qū)域 中呈光量峰值。由此，能夠檢測藍色、和作為其互補色的黃色。在此情況下，優(yōu)選的是，上述第1光檢測器用不包括其表面的深層區(qū)域檢測光，上 述第2光檢測器用包括其表面的表層區(qū)域檢測光。由此，能夠抑制混色、提高光譜性能。 或者，也可以是，上述1次衍射光由第1光檢測器、上述0次衍射光和上述-1次衍 射光由第2光檢測器分別檢測。由此，能夠檢測1個原色和其互補色。在上述中，優(yōu)選的是，在入射到上述低折射率透明層及上述高折射率透明部中的 光是白色光的情況下，入射到上述第1光檢測器中的光在超過0. 60 μ m的紅波長區(qū)域中呈 光量峰值，入射到上述第2光檢測器中的光在0. 60 μ m以下的紅波長區(qū)域以外的波長區(qū)域 中呈光量峰值。由此，能夠檢測紅色、和作為其互補色的藍綠色。在此情況下，優(yōu)選的是，上述第1光檢測器用不包括其表面的深層區(qū)域檢測光，上 述第2光檢測器用包括其表面的表層區(qū)域檢測光。由此，能夠抑制混色、提高光譜性能。在上述本發(fā)明的攝像用光檢測裝置中，也可以是，沿著上述第1方向配置的上述 多個高折射率透明部的上述中心軸的彎折的方向相互反向。在此情況下，優(yōu)選的是，對于上 述多個高折射率透明部的每一個高折射率透明部，對應(yīng)在上述第1方向上相互相鄰的3個 上述光檢測器；沿著上述第1方向配置的上述3個光檢測器中的兩外側(cè)的兩個光檢測器對 于與上述3個光檢測器對應(yīng)的高折射率透明部，還對應(yīng)于在上述第1方向上相互相鄰的高 折射率透明部。由此，能夠用1個高折射率透明部分離3種光，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高析像度化。在上述中，也可以是，沿著與上述第1方向平行的多個列配置上述高折射率透明 部。在此情況下，優(yōu)選的是，構(gòu)成與上述第1方向平行的上述高折射率透明部的列的各高折 射率透明部的第1方向的位置，在與上述第1方向正交的第2方向上相互相鄰的兩個列之 間，位置偏移了上述第1方向的配置間距的0倍、0. 5倍、1倍或1. 5倍。由此，能夠?qū)?yīng)于 各種像素配置?；蛘?，在上述本發(fā)明的攝像用光檢測裝置中，也可以是，沿著上述第1方向配置的 上述多個高折射率透明部的上述中心軸的彎折的方向相同。在此情況下，優(yōu)選的是，對于上 述多個高折射率透明部的每一個高折射率透明部，對應(yīng)在上述第1方向上相互相鄰的3個 上述光檢測器；上述多個光檢測器分別檢測上述0次衍射光、上述1次衍射光和上述-1次 衍射光中的任一種。由此，能夠用1個高折射率透明部分離3種光，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高析像度 化。在上述中，也可以是，沿著與上述第1方向平行的多個列配置上述高折射率透明部。在此情況下，優(yōu)選的是，與上述第1方向平行的上述高折射率透明部的列的上述 中心軸的彎折的方向在與上述第1方向正交的第2方向上相互相鄰的兩個列之間相同；構(gòu) 成與上述第1方向平行的上述高折射率透明部的列的各高折射率透明部的上述第1方向 的位置，在上述第2方向上相互相鄰的兩個列之間，位置偏移上述第1方向的配置間距的0 倍、1/3倍或2/3倍。由此，能夠?qū)?yīng)于各種像素配置。或者，優(yōu)選的是，與上述第1方向平行的上述高折射率透明部的列的上述中心軸 的彎折的方向在與上述第1方向正交的第2方向上相互相鄰的兩個列間反轉(zhuǎn)；構(gòu)成與上述 第1方向平行的上述高折射率透明部的列的各高折射率透明部的上述第1方向的位置，在 上述第2方向上相互相鄰的兩個列之間，位置偏移了上述第1方向的配置間距的0倍、1/3倍或2/3倍。由此，能夠?qū)?yīng)于各種像素配置。以下，利用

本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。在這些圖中，對于與以往例共通的 要素賦予相同的標(biāo)號。但是，以下的實施方式不過是一例，本發(fā)明當(dāng)然并不限于這些實施方 式。圖1是表示使用本發(fā)明的攝像用光檢測裝置的攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。 自然光等的光入射到物體1上，將其反射后的光通過透鏡系統(tǒng)2在CXD (Charge-coupled Device,電荷華禹合元件)或 CMOS (ComplementaryMetal Oxide Semiconductor,互補金屬氧 化物半導(dǎo)體)等的光檢測裝置4上形成像3。透鏡系2統(tǒng)一般是為了確保光學(xué)性能、將沿著 光軸排列的多個透鏡組合而構(gòu)成，但在圖1中將圖面簡單化而描繪為單一的透鏡。為了以 下的說明的方便，設(shè)定以光檢測裝置4的光檢測面(或者后述的基板5的表面)的法線方 向軸為Z軸、以平行于光檢測面的垂直方向為X軸、以平行于光檢測面的水平方向軸為Y軸 的XYZ正交坐標(biāo)系。(實施方式1)圖2是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的光檢測裝置4的概略結(jié)構(gòu)的圖，是圖1的 部分II的放大剖視圖。在形成有多個光電探測器6的檢測基板5上，依次層疊有由SiO2等 構(gòu)成的低折射率的透明緩沖層7、由SiN等構(gòu)成的高折射率的透明緩沖層8、由SiO2等構(gòu)成 的低折射率透明層12以及多個微透鏡10。在低折射率透明層12內(nèi)，埋入有由SiN等構(gòu)成 的多個高折射率透明部13。在透明緩沖層7的與透明緩沖層8接觸的表面7a上，形成有在 各微透鏡10的中心軸上透明緩沖層7的膜厚變小的凹凸構(gòu)造，實現(xiàn)與透鏡相同的作用(將 表面7a的凹凸構(gòu)造稱作內(nèi)部微透鏡)。另一方面，透明緩沖層8的與低折射率透明層12接 觸的表面8a平坦。微透鏡10配置在由平行于X軸方向的多個直線及平行于Y軸方向的多個直線形 成的正交柵格的各交點位置上。高折射率透明部13與微透鏡10 —對一地對應(yīng)，在各微透 鏡10的中心軸上配置有1個高折射率透明部13。光電探測器6也配置在由平行于X軸方 向的多個直線及平行于Y軸方向的多個直線形成的正交柵格的各交點位置上。在X軸方向 (圖2的紙面的上下方向)上相鄰的各微透鏡10的中心軸隔一個通過光電探測器6的大致 中心。在Y軸方向(圖2的正交于紙面的方向)上相鄰的各微透鏡10的中心軸通過相鄰 的各光電探測器6的大致中心(參照后述的圖11)。微透鏡10起到使如光線Ila'那樣相對于微透鏡10的中心軸移位而入射的光折 射而導(dǎo)引到高折射率透明部13的作用。透明緩沖層7的表面7a的凹凸構(gòu)造(內(nèi)部微透 鏡)也具有透鏡效果，起到抑制從高折射率透明部13射出的各衍射光Dc^Dpl1發(fā)散、將其 分別在較小的光斑狀態(tài)下向?qū)?yīng)的光電探測器6導(dǎo)引的作用。進而，高折射率透明部13由 于起到導(dǎo)波路徑的作用，所以如果相對于微透鏡10的中心軸傾斜的光入射，則起到矯正該 光的傳輸方位、并向光電探測器6導(dǎo)引的作用。在本說明書中，在需要將光電探測器6按照 入射到其中的光的波長而特別區(qū)分的情況下賦予尾標(biāo)“R”、“G”、“B”的某一個，在不需要區(qū) 分的情況下省略尾標(biāo)而顯示。如圖2所示，在高折射率透明部13的沿著包含X軸及Z軸的面(XZ面)的截面中， 將沿Z軸方向依次連結(jié)高折射率透明部13的X軸方向的中央的點得到的線稱作高折射率 透明部13的“中心軸”。高折射率透明部13的中心軸14以階梯狀彎折。在本實施方式1中，高折射率透明部13的X軸方向尺寸(寬度)在中心軸14的彎折的前后變化，彎折的前側(cè)(微透鏡10側(cè))的寬度wl與后側(cè)(光電探測器6側(cè))的寬度w2滿足wl>w2。寬度wl、 w2的部分的Z軸方向長度依次是hi、h2。在本實施方式1中，寬度wl的部分的中心軸14 和寬度《2的部分的中心軸14都平行于Z軸，兩者的X軸方向的階差s是<formula>formula see original document page 11</formula> 進而，在本實施方式1中，基于中心軸14的彎折的方向，將高折射率透明部13分類為兩種。 艮口，高折射率透明部13在圖2的紙面上，包括寬度w2的部分的中心軸14相對于寬度wl的 部分的中心軸位于上側(cè)的高折射率透明部13a和位于下側(cè)的高折射率透明部13b。在本說 明書中，在需要按中心軸14的彎折的方向的差異而特別區(qū)分高折射率透明部13的情況下 賦予尾標(biāo)“a”或“b”，在不需要區(qū)分的情況下省略尾標(biāo)而顯示。在本實施方式1中，在X軸 方向相鄰的兩個高折射率透明部13的中心軸14的彎折的方向相反。即，在X軸方向上，高 折射率透明部13a和高折射率透明部13b交替地配置。高折射率透明部13呈沿Y軸方向(垂直于圖2的紙面的方向)連續(xù)的板狀、或者 一對一地對應(yīng)于Y軸方向的微透鏡10的配置位置而分離的柱狀。在高折射率透明部13是 柱狀的情況下，其Y軸方向尺寸是在X軸方向上較粗的部分的寬度(在本實施方式中是寬 度wl)的2 3倍以上。入射到高折射率透明部13中的光11在從高折射率透明部13射出時在XZ面內(nèi)分 離為0次衍射光DtlU次衍射光Dp -1次衍射光，分別由光電探測器6G、6R、6B檢測。高 折射率透明部13a和高折射率透明部13b由于中心軸14的彎折的方向相反，所以相對于0 次衍射光Dtl的1次衍射光D1及-1次衍射光I1的射出方向在高折射率透明部13a、高折射 率透明部13b中相反。為了使0次衍射光DtlU次衍射光D1、及-1次衍射光的各光分布 相互清晰地分離，優(yōu)選地在高折射率透明部13的前端與光電探測器6之間設(shè)置Iym以上 的間隔。圖3是說明在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中，通過高折射率透 明部13產(chǎn)生衍射光的原理的圖。高折射率透明部13具有寬度(X軸方向尺寸)wl、w2、長度 (Z軸方向尺寸)hl、h2，為沿垂直于紙面的方向(Y軸方向)延伸的板狀。設(shè)中心線14的彎 折的階差為s (為了簡單，圖示了 S= (wl_w2)/2的情況。設(shè)高折射率透明部13的折射率 為η、其周圍的低折射率透明層12的折射率為IV如果設(shè)經(jīng)由微透鏡10入射到高折射率 透明部13中的光11的波面為平面波15，則該光11透射高折射率透明部13及其周圍的低 折射率透明層12，從而在射出的光的波面16中發(fā)生由下式表示的相位移動δ (換算為真空 中的長度)。(式 1) <formula>formula see original document page 11</formula>
通過該相位移動，射出光衍射分離為0次衍射光Dtl、1次衍射光D1Cl次衍射光D_lt) 如果設(shè)光11的波長為λ，則必定存在使I δ-kx I最接近于零的整數(shù)k。對于該整數(shù)k，如 果=0，則射出的光的波面16與平面波Atl相同，大半的能量被分配給0次衍射光 D00如果δ-kX <0，則射出的光的波面16與平面波A1大致相同，大半的能量被分配給1 次衍射光Dp如果δ-kX >0，則射出的光的波面16與平面波I1大致相同，大半的能量 被分配給-1次衍射光D_lt) 例如，在δ是1. 1 μ m的情況下，在綠波長的光的情況下，在k = 2、λ = 0. 55 μ m 的條件下S-kX = 0成立，而對于相同的k，在紅波長時為δ-kλ <0，在藍波長時為δ-kA >0。因而，入射到高折射率透明部13中的白色的光11被分離并輸出為，0次衍射 光Dtl為綠光、1次衍射光D1*紅光、-1次衍射光I1為藍光。另外，由于在(式1)中沒有 包含尺寸wl、hi等，所以看似不需要高折射率透明部13的構(gòu)造中比中心軸14的彎折靠前 側(cè)(微透鏡10側(cè))的部分，但并非如此。以上不過是幾何光學(xué)的說明，在波動光學(xué)方面可 以如以下這樣說明。
圖4A 圖4D是在波動光學(xué)上說明有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置 中，通過高折射率透明部13產(chǎn)生衍射光的原理的圖。如圖4A所示，經(jīng)由微透鏡10入射到 高折射率透明部13中的光11激勵出在高折射率透明部13的內(nèi)部中傳輸?shù)?次導(dǎo)波模式 的光Μ『該導(dǎo)波模式光M0因通過高折射率透明部13的中心軸14的彎折部分而使傳輸模 式紊亂，在彎折部分的后側(cè)(光電探測器6側(cè))的傳輸中除了 0次導(dǎo)波模式的光Hitl以外，還 產(chǎn)生1次導(dǎo)波模式的光Hi1、以及高次導(dǎo)波模式光及放射模式光等。0次導(dǎo)波模式的光Hltl的 光的振幅分布呈高斯形狀，但1次導(dǎo)波模式的光Hl1在傳輸路徑的中心軸附近、振幅的極性 顛倒。并且，由于0次導(dǎo)波模式的光Hl0的等價折射率比1次導(dǎo)波模式的光Hl1的等價折射率 大，所以如果在同一導(dǎo)波路徑內(nèi)平衡良好地混合ο次導(dǎo)波模式的光HItl和1次導(dǎo)波模式的光 Hl1,則它們沿著傳輸方向復(fù)雜地干涉，以與波長成比例的間隔變強或變?nèi)?。由?次導(dǎo)波模 式的光Hl1的振幅的極性在中心軸附近顛倒，所以光的干涉也以中心軸為邊界反向。例如， 在紅波長的光的情況下，如圖4Β所示，在多個點Pk處兩個模式的光相互加強。在最終的點 Pk位于高折射率透明部13的射出端的情況下，如1次衍射光D1那樣，光從傳輸路徑的中心 軸向朝向最終的點Pk側(cè)的一側(cè)放射。在藍波長的光的情況下，如圖4D所示，在多個點Pb處 兩個模式的光相互加強。點Pb的間隔比點Pk的間隔短。在最終的點Pb位于高折射率透明 部13的射出端的情況下，如-1次衍射光那樣，光從傳輸路徑的中心軸向朝向最終的點 Pb側(cè)的一側(cè)放射。另一方面，在綠波長的光的情況下，如圖4C所示，在多個點Pe處兩個模 式的光相互加強。點Pe的間隔比點Pk的間隔短，比點Pb的間隔長。在高折射率透明部13 的射出端位于最終的點Pe與虛擬的下個點Pe'的中間的情況下，如0次衍射光Dtl那樣光向 沿著傳輸路徑的中心軸的方向放射。因而，入射到高折射率透明部13中的白色的光11被 分離并輸出為，0次衍射光Dtl為綠光、1次衍射光D1為紅光、-1次衍射光I1為藍光。上述 說明是一例，根據(jù)高折射率透明部13的各部的尺寸，也有1次衍射光D1為藍光、-1次衍射 光I1為紅光的情況。為了在具有尺寸w2、h2的構(gòu)造部分處使兩種模式的光平衡良好地混 合，具有尺寸wl、hi的構(gòu)造部分和具有階差s的中心軸14的彎折構(gòu)造是不可或缺的，這在 如上述的波動光學(xué)的說明中首次體現(xiàn)。為了將入射光11高效率地變換為導(dǎo)波模式，寬度wl 需要達到某種程度。此外，為了盡量減少在彎折后發(fā)生的導(dǎo)波模式的次數(shù)(即導(dǎo)波模式光 的總數(shù))，優(yōu)選地寬度《2較小。因而，為了在中心軸14彎折的高折射率透明部13中使兩種 模式的光平衡良好地混合，一般優(yōu)選滿足wl > w2的關(guān)系。圖5A、圖6A、圖7A表示在有關(guān)本發(fā)明的實施方式1的攝像用光檢測裝置中、經(jīng)由 高折射率透明部13向光電探測器側(cè)傳輸?shù)母鱾€波長為0. 45 μ m、0. 55 μ m、0. 65 μ m的光的 XZ截面中的強度分布(基于波動光學(xué)的計算結(jié)果)。圖5B、圖6B、圖7B是表示投影到光 電探測器的光檢測面上的光的XY截面中強度分布(基于波動光學(xué)的計算結(jié)果)的圖。計 算在以下的條件下進行。省略微透鏡10，使均勻強度的白色光沿著Z軸方向入射到XY坐 標(biāo)中以原點為中心的1.5μπιΧ1.5μπι的正方形區(qū)域中。設(shè)高折射率透明部13的寬度wl=0. 30ym,w2 = 0. 15 μ m，長度 hi = h2 = 0. 60 μ m，中心軸 14 的彎折階差s = 0. 10 μ m, 將高折射率透明部13配置為，使具有尺寸w2、h2的構(gòu)造部分沿X軸方向以1. 5 μ m的間距 排列，在Y軸方向上連續(xù)。進而，內(nèi)部微透鏡7a在X軸方向、Y軸方向上都以1. 5 μ m間距 排列，使從內(nèi)部微透鏡7a的前端到光電探測器6的表面的距離為1. 0 μ m。另外，高折射率 透明部13和高折射率的透明緩沖層8設(shè)想為SiN而折射率為2. 04、阿貝數(shù)為20，低折射 率的透明緩沖層7和低折射率透明層12設(shè)想為SiO2而折射率為1. 456、阿貝數(shù)為65。光 電探測器6R、6G、6B以該順序相鄰，X軸方向XY軸方向的尺寸依次為0. 75 μ mX l.Oym,0.65μπιΧ1. ΟμπκΟ. 85ymXl. Ομπι(由于是均勻的分害ij，所以使光電探測器6G、6B之間的 分割線向X軸的正方向移動了 0. ομπι)。在圖5Β、圖6Β、圖7Β中僅表示了 3個光電探測 器6R、6G、6B，但實際上這些光電探測器以該順序沿X軸方向無間隙地排列，在Y軸方向上以
1.5 μ m間距(即隔開0. 5 μ m的間隙)排列。在Y軸方向設(shè)置的間隙用于CXD傳送路徑及 配線等。由圖5B、圖6B、圖7B可知，通過本實施方式1的高折射率透明部13，將光按照紅、 綠、藍的顏色分解，并用各不相同的光電探測器6R、6G、6B檢測。圖8A是將由光檢測面上的獨立的光電探測器6R、6G、6B檢測到的光量以波長為橫 軸繪制的光譜特性圖。所謂縱軸的光量比，是以入射光量為1而標(biāo)準(zhǔn)化的各光電探測器中 的檢測光量。曲線R、G、B分別表示由光電探測器6R、6G、6B檢測到的光量分布曲線。入射 到光電探測器6G中的光的光量分布曲線G在0. 50 μ m 0. 60 μ m的綠波長區(qū)域中呈光量 峰值，入射到光電探測器6R中的光的光量分布曲線R在超過0. 60 μ m的紅波長區(qū)域中呈光 量峰值，入射到光電探測器6B中的光的光量分布曲線B在小于0. 50 μ m的藍波長區(qū)域中呈 光量峰值。圖8A所示的特性對應(yīng)于圖18所示的以往的光檢測裝置中的慮色器的光譜靈敏 度特性，盡管是光電探測器的X軸方向的配置間距為0. 75 μ m的高析像度的條件，但也表現(xiàn) 出良好的光譜性能。另外，曲線R、G、B的總和從入射光量減少了 2 3成，但該減少量中的 一部分是反射成分，一部分是泄露到光電探測器6R、6G、6B之外的成分，后者成為雜散光， 被其他區(qū)域的光電探測器檢測到，所以實際的光譜特性比圖8A稍稍變差。圖8B是將光電探測器6G、6R結(jié)合的情況下、圖8C是將光電探測器6B、6G結(jié)合的 情況下的、用與圖8A相同的方法制作的光譜特性圖。在圖8B中，曲線G+R表示由結(jié)合了 光電探測器6G、6R的結(jié)合化光電探測器檢測到的光量分布曲線，在圖8C中，曲線B+G表示 由結(jié)合了光電探測器6B、6G的結(jié)合化光電探測器檢測到的光量分布曲線。如果將光電探 測器6G、6R結(jié)合，則如圖8B所示，入射到結(jié)合化光電探測器中的光的光量分布曲線G+R在 0. 50 μ m以上的藍波長區(qū)域以外的波長區(qū)域中呈光量峰值，入射到光電探測器6B中的光的 光量分布曲線B在小于0. 50 μ m的藍波長區(qū)域中呈光量峰值。因而，能夠檢測到藍色、和作 為藍色的互補色的黃色。如果將光電探測器6B、6G結(jié)合，則如圖8C所示，入射到光電探測 器6R中的光的光量分布曲線R在超過0. 60 μ m的紅波長區(qū)域中呈光量峰值，入射到結(jié)合化 光電探測器中的光的光量分布曲線B+G在0. 60 μ m以下的紅波長區(qū)域以外的波長區(qū)域中呈 光量峰值，。因而，能夠檢測到紅色、和作為紅色的互補色的青綠色。這樣，通過將光電探測 器組合以使得能夠通過同一個光電探測器檢測到0次衍射光、1次衍射光和-1次衍射光，能 夠檢測到原色和其互補色。圖9表示根據(jù)Si的復(fù)折射率的分散推斷出的光電探測器的量子效率的波長依存 性(光譜量子效率)，以距離表面的深度dym的范圍為參數(shù)。所謂光譜量子效率，是指當(dāng)將某個波長的光照射一定量時通過光電效應(yīng)產(chǎn)生的、標(biāo)準(zhǔn)化的電子數(shù)。對光譜量子特性乘以圖8A 圖8C若是的光量的光譜特性后的值成為由光電探測器產(chǎn)生的電流量。曲線al是d =0. O 0. 2 μ m、曲線 a2 是 d = 0. 0 0. 5 μ m、曲線 a3 是 d = 0. 0 0. 8 μ m、曲線 a4 是 d = 0. 0 1. 2 μ m、曲線 a5 是 d = 0. 0 3. 0 μ m、曲線 bl 是 d = 0. 2 3. 0 μ m、曲線 b2 是d = 0. 5 3. 0 μ m、曲線b3是d = 0. 8 3. 0 μ m、曲線b4是d = 1. 2 3. 0 μ m下的光 譜量子效率?？芍滩ㄩL的光容易被表層吸收，越是長波長，在深層也被吸收。使光電探測器的哪個深度的區(qū)域具有靈敏度，這在技術(shù)上可以進行自由的設(shè)定。 如果將該技術(shù)引入到圖8A、圖8B、圖8C所示的光譜特性中，則如下。圖IOA是在圖8A的光 譜特性中、將光電探測器的光檢測區(qū)域在光電探測器6R中設(shè)計為d = 0. 5 3. 0 μ m、在光 電探測器6B中設(shè)計為d = 0. 0 0. 2 μ m、在光電探測器6G中設(shè)計為d = 0. 2 3. 0 μ m的 情況下的光譜特性圖。圖IOB是在圖8B的光譜特性中、將光電探測器的光檢測區(qū)域在結(jié)合 了光電探測器6G、6R的結(jié)合化光電探測器中設(shè)計為d = 0. 5 3. 0 μ m、在光電探測器6B中 設(shè)計為d = 0. 0 0. 2 μ m的情況下的光譜特性圖。圖IOC是在圖8C的光譜特性中、將光 電探測器的光檢測區(qū)域在光電探測器6R中設(shè)計為d = 0. 5 3. 0 μ m、在結(jié)合了光電探測器 6G、6B的結(jié)合化光電探測器中設(shè)計為d = 0. 0 1. 2 μ m的情況下的光譜特性圖。在圖IOA 中能夠得到混色少于圖8A的紅、綠、藍的光譜特性，在圖IOB中能夠得到混色少于圖8B的 藍、黃的光譜特性，在圖IOC中能夠得到混色少于圖8C的紅、青綠的光譜特性。這樣，可知 通過在本實施方式1中組合光電探測器的光譜量子效率的特性，能夠接近于理想的光譜性 能。圖11是包括本實施方式1的攝像用光檢測裝置的光檢測面的構(gòu)成要素的放大俯 視圖。在Y軸方向上相鄰的光電探測器6之間，設(shè)有沿X軸方向延伸的信號配線即多個垂 直傳送(XD17，多個垂直傳送(XD17與沿Y軸方向延伸的信號配線即水平傳送(XD18連接。入射到攝像用光檢測裝置中的白色的光通過高折射率透明部13a、13b，通過衍射 而在XZ面內(nèi)被按照波長分解，并由光電探測器6R、6G、6B受光并光電變換。儲存在各光電 探測器中的電荷被傳送到垂直傳送(XD17、再傳送到水平傳送(XD18，作為圖像信號輸出。在X軸方向上，交替地配置有高折射率透明部13a、13b。這樣沿著X軸方向配置 的高折射率透明部的列在X軸方向位置錯開高折射率透明部的X軸方向的配置間距(更正 確地講，是高折射率透明部的具有寬度《2的部分的X軸方向的配置間距、即內(nèi)部微透鏡7a 的X軸方向配置間距)的1倍，并且依次沿Y軸方向配置。結(jié)果，在Y軸方向上，也交替地 配置高折射率透明部13a、13b。光電探測器6G分別配置在高折射率透明部13a、13b的正下方(即內(nèi)部微透鏡7a 的中心軸上)。進而，在沿X軸方向相鄰的光電探測器6G、6G間交替地配置有光電探測器 6R、6G。即，在X軸方向上，依次排列著光電探測器6R、6G、6B、6G，該排列反復(fù)地配置。這樣 沿著X軸方向配置的光電探測器的一列在X軸方向位置偏移高折射率透明部的X軸方向配 置間距的1倍，并且依次沿Y軸方向配置。光電探測器6R、6G、6B的寬度(X軸方向尺寸)wK、 wG、wB既可以相同也可以不同。在圖5B、圖6B、圖7B的例子中，wK = 0. 75 μ m、wG = 0. 65 μ m、 wB = 0. 85 μ m，由沿著X軸方向的光電探測器6R、6G、6B構(gòu)成的排列的X軸方向的中心與高 折射率透明部13的具有寬度w2的部分的中心軸14 一致。在圖12A中，表示圖11所示的光檢測裝置4的光電探測器6R、6G、6B的配置。為了使圖面簡單化，省略了標(biāo)號“6”，僅記載了尾標(biāo)R、G、B。1個彩色像素19由包含兩個綠(基 本像素G)、1個藍(基本像素B)和1個紅(基本像素R)的2列X 2行的4個基本像素構(gòu) 成。圖12A的配置與圖19所示的以往的光檢測裝置中的拜耳排列不同，兩個綠G在彩色像 素19內(nèi)在Y軸方向相鄰而配置。但是，與拜耳排列同樣，在沿X軸方向或Y軸方向移位了 相當(dāng)于彩色像素19的一半的尺寸(基本像素的尺寸)的量的位置上，也能夠構(gòu)成彩色像素 19'。因此析像度改善到彩色像素19的一半的尺寸(彩色像素19的1/4的面積)、即基本 像素的尺寸這一點與圖19的拜耳排列相同。 如上所述，在圖17B所示的以往的攝像用光檢測裝置中，通過有選擇地吸收紅、 綠、藍3個顏色中的兩個顏色的慮色器9進行光的顏色分離，所以由慮色器9吸收了 7 8 成的光。相對于此，在本實施方式1的攝像用光檢測裝置中，不利用光的吸收、而利用光的 衍射來進行光的顏色分離，所以能夠利用光的全部能量。因而，在本實施方式1中，光的利 用效率提高到以往的2 3倍。此外，在圖17B所示的以往的攝像用光檢測裝置中，通過1個微透鏡檢測1個顏色 的信息。相對于此，在本實施方式1的攝像用光檢測裝置中，通過1個微透鏡檢測兩種以上 的顏色信息。因而，如果將微透鏡10 (或內(nèi)部微透鏡7a)的尺寸設(shè)為一定并比較，則在本實 施方式1中與以往相比能夠使像素密度成為2倍以上。進而，在圖21所示的以往的光檢測裝置中，為了進行光的顏色分離而利用棱鏡的 分散特性，所以有分光的作用(基于折射角的波長的差)較小的問題。相對于此，在本實施 方式1的攝像用光檢測裝置中，由于利用在光的波面上發(fā)生的相位移動(再換言之，是在中 心軸14彎折的導(dǎo)波路徑內(nèi)發(fā)生的模式轉(zhuǎn)移)，所以分光的作用(基于衍射角的波長的差) 較大。因而，如圖5A、圖6A及圖7A所示，如果將高折射率透明部的前端與光檢測面的間隔 設(shè)定為1 3 μ m，則能夠?qū)?次衍射光(綠)、1次衍射光(紅)、_1次衍射光(藍)的3個 光斑間帶來0. 5 μ m以上的變位，可以說是在試制方面足夠現(xiàn)實的尺寸。高折射率透明部13^1313及光電探測器61 、66、68的配置并不限于圖11及圖12八， 可以各種各樣地變更。圖12B、圖12C、圖12D是與圖12A同樣地表示光電探測器6R、6G、6B 的配置的另一例的圖。在圖12B、圖12C、圖12D中，與圖12A同樣，在沿著X軸方向的光電 探測器的列中，依次排列著光電探測器6R、6G、6B、6G，該排列反復(fù)配置。這樣的沿著Y軸方 向的光電探測器的列相對于高折射率透明部的X軸方向配置間距(更正確地講，是高折射 率透明部的具有寬度《2的部分的X軸方向的配置間距、即內(nèi)部微透鏡7a的X軸方向配置 間距)、在X軸方向位置偏移圖12B中0倍、圖12C中0.5倍、圖12D中1.5倍，并且依次沿 Y軸方向配置。 用來實現(xiàn)圖12B、圖12C、圖12D所示的光電探測器6R、6G、6B的配置的高折射率透 明部13a、13b的配置省略了圖示，但能夠比圖11更容易地推測。即，在圖12B、圖12C、圖 12D中，都與圖11同樣，在沿著X軸方向的高折射率透明部的列中交替地配置有高折射率 透明部13a、13b。這樣的高折射率透明部的列相對于高折射率透明部的X軸方向的配置間 距(更正確地講，是高折射率透明部的具有寬度《2的部分的X軸方向的配置間距、即內(nèi)部 微透鏡7a的X軸方向配置間距)、在X軸方向位置偏移圖12B中0倍、圖12C中0. 5倍、圖 12D中1. 5倍，并且依次沿Y軸方向配置。在圖12A、圖12B中，由于在高折射率透明部的列 之間，高折射率透明部的X軸方向位置一致，所以能夠?qū)⒏哒凵渎释该鞑啃纬蔀樵赮軸方向上連續(xù)的板狀。進而，在圖12B中，由于在高折射率透明部的列之間，高折射率透明部13a、 13b的X軸方向位置一致，所以能夠?qū)⒏哒凵渎释该鞑啃纬蔀閄Z截面形狀在Y軸方向上為 一定的板狀。另一方面，在圖12C、圖12D中，對應(yīng)于高折射率透明部的位置，微透鏡10及 內(nèi)部微透鏡7a的X軸方向的位置在Y軸方向上相鄰的列之間，位置偏移X軸方向的其配置 間距的0. 5倍。S卩，當(dāng)與Z軸平行觀察時，為圓形的微透鏡10及內(nèi)部微透鏡7a以蜂窩狀配 置。因而，能夠減小微透鏡10、高折射率透明部13、及內(nèi)部微透鏡7a的Y軸方向的配置間 距、進一步提高來自被攝體的光的利用效率。上述圖12A 圖12D是設(shè)想檢測三原色的像素配置的例子。例如在如上述那樣將 光電探測器6G與光電探測器6R或光電探測器6B結(jié)合而檢測原色和其互補色的情況下，光 電探測器的配置成為與圖12A 圖12D不同的配置，可以根據(jù)希望的像素配置進行各種設(shè)
定。(實施方式2)圖13是表示有關(guān)本發(fā)明的實施方式2的光檢測裝置4的概略結(jié)構(gòu)的圖，是圖1的 部分XIII的放大剖視圖。圖14是表示有關(guān)本實施方式2的光檢測裝置4的構(gòu)成要素的平 面配置的光檢測面的放大俯視圖。圖15A是與圖12A同樣表示圖14所示的光檢測裝置4 的光電探測器6R、6G、6B的配置的圖。在本實施方式2中，對于與實施方式1相同的要素賦 予相同的標(biāo)號，并省略關(guān)于它們的詳細的說明。由圖13可知，本實施方式2在沿著X軸方向配置的高折射率透明部13的中心軸 14的彎折的方向相同這一點上與中心軸14的彎折的方向交替反向的實施方式1不同。在 圖13所示的XZ截面中僅存在高折射率透明部13a，不存在高折射率透明部13b。本實施方式2在高折射率透明部13的配置上與實施方式1如上述那樣不同，結(jié)果 高折射率透明部13與光電探測器6的對應(yīng)關(guān)系也與實施方式1不同。S卩，由圖13可知，本 實施方式2中對于在X軸方向相鄰的光電探測器6R、6G、6B對應(yīng)1個高折射率透明部13這 一點上，與對于在X軸方向相鄰的光電探測器6R、6G、6B中的兩外側(cè)的光電探測器6R、6B分 別對應(yīng)兩個高折射率透明部13的實施方式1不同。在本實施方式2中，在X軸方向上，光 電探測器6R、6G、6B依次排列，將該排列反復(fù)配置。如果參照圖14，則在本例中，沿著X軸方向配置的高折射率透明部13a的列不在X 軸方向位置偏移而在Y軸方向反復(fù)配置。結(jié)果，沿著Y軸方向連續(xù)地配置高折射率透明部 13a0進而，在X軸方向上，依次排列著光電探測器6R、6G、6B，該排列反復(fù)配置。這樣沿 著X軸方向配置的光電探測器的列不在X軸方向位置偏移而在Y方向反復(fù)配置。結(jié)果，光 電探測器6R、6G、6B分別在Y軸方向上相互相鄰。與實施方式1同樣，光電探測器6G分別 配置在高折射率透明部13a的正下方(即內(nèi)部微透鏡7a的中心軸上)。如果參照圖15A，則如果想要將彩色像素用2列X 2行的4個基本像素構(gòu)成，則彩 色像素19由兩個綠(基本像素G)和兩個藍(基本像素B)構(gòu)成，在沿X軸方向或Y軸方向 移位了相當(dāng)于彩色像素19的一半的尺寸(基本像素的尺寸)的量的位置上，形成由兩個綠 (基本像素G)和兩個紅(基本像素R)構(gòu)成的彩色像素19'、以及由兩個藍(基本像素B) 和兩個紅(基本像素R)構(gòu)成的彩色像素19〃。這些彩色像素19、19'、19〃都欠缺綠、藍、 紅中的某1個，沒有構(gòu)成拜耳排列。但是，如果將彩色像素用1列X3行的在X軸方向上連續(xù)的3個基本像素構(gòu)成，則彩色像素20、相對于彩色像素移位了相當(dāng)于基本像素的尺寸的量的彩色像素20'都各包含1個綠、藍、紅。因而，與拜耳排列同樣，將析像度改善到基本像 素的尺寸。高折射率透明部13及光電探測器6R、6G、6B的配置并不限于圖14及圖15A，可以 進行各種變更。圖15B 圖15F是與圖15A同樣地表示光電探測器6R、6G、6B的配置的其 他例的圖。在圖15B、圖15C中，與圖15A同樣，在沿著X軸方向的光電探測器的列中，依次排 列著光電探測器6R、6G、6B，該排列反復(fù)配置。這樣的沿著Y軸方向的光電探測器的列相對 于高折射率透明部的X軸方向配置間距(更正確地講，是高折射率透明部的具有寬度w2的 部分的X軸方向的配置間距、即內(nèi)部微透鏡7a的X軸方向配置間距)、在X軸方向位置偏移 圖15B中1/3倍、圖15C中2/3倍，并且依次沿Y軸方向配置。在圖15B、圖15C中，即使將 彩色像素用3列Xl行的在Y軸方向上連續(xù)的3個基本像素構(gòu)成，也與在圖15A中說明的 彩色像素20、20'同樣，能夠?qū)⑽鱿穸雀纳频交鞠袼氐某叽?。在圖15D 圖15F中，沿X軸方向依次排列光電探測器6R、6G、6B并將該排列反復(fù) 配置的列、和沿X軸方向依次排列光電探測器6B、6G、6R并將該排列反復(fù)配置的列在Y軸方 向上交替地配置。進而，將光電探測器的列在X軸方向上位置偏移并依次沿Y軸方向配置， 以使得在Y軸方向上相鄰的列間、光電探測器6G的X軸方向的位置相對于高折射率透明部 的X軸方向配置間距(更正確地講，是高折射率透明部的具有寬度《2的部分的X軸方向的 配置間距、即內(nèi)部微透鏡7a的X軸方向配置間距)、在X軸方向位置偏移圖15D中0倍、圖 15E中1/3倍、圖15F中2/3倍。用來實現(xiàn)圖15B 圖15F的光電探測器6R、6G、6B的配置的高折射率透明部13a、 13b的配置省略圖示，但根據(jù)圖14應(yīng)該能夠容易地推測。S卩，在圖15B、圖15C中，與圖14 同樣，沿著X軸方向的高折射率透明部的列僅由高折射率透明部13a構(gòu)成。這樣的高折射 率透明部的列相對于高折射率透明部的X軸方向配置間距(更正確地講，是高折射率透明 部的具有寬度《2的部分的X軸方向的配置間距、即內(nèi)部微透鏡7a的X軸方向配置間距)， 在X軸方向位置偏移圖15B中1/3倍、圖15C中2/3倍，并依次沿Y軸方向配置。在圖15D 圖15F中，沿著X軸方向僅配置有高折射率透明部13a的列、和沿著X 軸方向僅配置有高折射率透明部13b的列在Y軸方向上交錯地配置。進而，將高折射率透明 部的列在X軸方向上位置偏移并依次沿Y軸方向配置，以使得高折射率透明部13a、13b的 位置在Y軸方向上相鄰的列之間相對于高折射率透明部13a、13b的X軸方向配置間距(更 正確地講，是高折射率透明部的具有寬度《2的部分的X軸方向的配置間距、即內(nèi)部微透鏡 7a的X軸方向配置間距)、在X軸方向位置偏移圖15D中0倍、圖15E中1/3倍、圖15F中 2/3 倍。圖15A、圖15D由于在高折射率透明部的列之間，高折射率透明部的X軸方向位置 一致，所以能夠?qū)⒏哒凵渎释该鞑啃纬蔀樵赮軸方向上連續(xù)的板狀。進而，在圖15A中，由 于在高折射率透明部的列之間，高折射率透明部的中心軸的彎折的方向也一致，所以能夠 將高折射率透明部形成為XZ截面形狀在Y軸方向上一定的板狀。另一方面，在圖15B、圖 15C、圖15E、圖15F中，對應(yīng)于高折射率透明部的位置，微透鏡10及內(nèi)部微透鏡7a的X軸方 向的位置在Y軸方向上相鄰的列間位置偏移了 X軸方向的其配置間距的1/3倍或2/3倍。艮口，在與Z軸平行觀察時，圓形的微透鏡10及內(nèi)部微透鏡7a配置為大致蜂窩狀。因而，能 夠減小微透鏡10、高折射率透明部13及內(nèi)部微透鏡7a的Y軸方向的配置間距、進一步提高 來自被攝體的光的利用效率。 上述圖15A 圖15F是設(shè)想檢測三原色的像素配置的例子。例如，在如實施方式1 中說明那樣將光電探測器6G與光電探測器6R或光電探測器6B結(jié)合而檢測原色和其互補 色的情況下，光電探測器的配置為與圖15A 圖15D不同的配置，可以根據(jù)希望的像素配置 進行各種設(shè)定。本實施方式2除了上述以外與實施方式1是同樣的，起到與在實施方式1中說明 的效果同樣的效果，此外，能夠進行與在實施方式1中說明的同樣的變更。上述實施方式1、2不過是本發(fā)明的優(yōu)選的具體例，本發(fā)明并不限于這些，能夠進 行各種變更。高折射率透明部13的沿著XZ面的截面形狀只要其中心軸14以階梯狀彎折就可 以，并不限于上述實施方式1、2所示的形狀。例如，在實施方式1、2所示的高折射率透明部 13中，規(guī)定其寬度wl、w2的兩面中的一個面(圖3的上面)構(gòu)成了中心軸14的彎折的前 側(cè)部分(具有寬度wl的部分)和后側(cè)部分(具有寬度的部分)沒有階差的同一個面。 但是，也可以如圖16A那樣，規(guī)定高折射率透明部13的寬度wl、w2的兩面中的一個面(圖 16A的上面)向與中心軸14的彎折的方向相反的方向彎折、另一個面(圖16A的下面)向 與中心軸14的彎折的方向相同的方向彎折?；蛘?，也可以如圖16B那樣，將規(guī)定高折射率 透明部13的寬度wl、w2的兩面(圖16B的上下面)向與中心軸14的彎折的方向相同的 方向彎折。進而，中心軸14的比彎折處靠前側(cè)的部分的寬度wl與靠后側(cè)的部分的寬度w2 的關(guān)系也可以如圖16C那樣是wl = w2，或者也可以如圖16D那樣是wl < w2。此外，也可 以如圖16E那樣，中心軸14緩緩地彎折，以使中心軸14的彎折部分在Z軸方向上占據(jù)某個 區(qū)域。進而，中心軸14的比彎折處靠前側(cè)的部分的寬度wl也可以不是一定而是變化的，同 樣，中心軸14的比彎折處靠后側(cè)的部分的寬度w2也可以不是一定的而是變化的。此外，中 心軸14的階梯狀的彎折的數(shù)量并不需要是1個，也可以是兩個以上。在Y軸方向相鄰的高折射率透明部13也可以一邊改變長度(Z軸方向的尺寸)hl、 h2及中心軸14的彎折的方向一邊相互在一部分上連續(xù)，也可以完全獨立。在獨立的情況 下，在相鄰的高折射率透明部13之間填充低折射率透明層12。此外，在上述實施方式1、2中，在Z軸方向上，高折射率透明部13與微透鏡10的 下面接觸，但高折射率透明部13與微透鏡10也可以離開。在此情況下，也可以在兩者間設(shè) 置低折射率透明層12。高折射率透明部13由于具有將入射的光一邊抑制其擴散一邊向光電探測器6側(cè) 導(dǎo)引的作為導(dǎo)波路徑的功能，所以根據(jù)條件也可以將具有與其類似的功能的微透鏡10省 略(實際上，在圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7A、圖7B中的波動光學(xué)計算中省略了微透鏡 10)。但是，高折射率透明部13由于在Y軸方向上延伸設(shè)置，所以在Y軸方向上作為導(dǎo)波路 徑的效果較少。因而，為了使高折射率透明部13作為微透鏡10的代替，優(yōu)選的是至少在高 折射率透明部13及低折射率透明層12的入射側(cè)表面上，按照高折射率透明部的每個列形 成以X軸方向為中心軸方向的圓筒形面。 在上述實施方式1、2中，光電探測器6沿著X軸方向及Y軸方向以2維狀排列，但也可以以1維狀排列。在此情況下，高折射率透明部13也沿著光電探測器6的排列方向以 1維狀排列。在上述實施方式1、2中，表示了使用SiN作為高折射率透明部13的材料的例子， 但本發(fā)明并不限于此，例如也可以使用氧化鉭或氧化鈦等的高折射率材料，或者如果是對 于低折射率透明層12能夠確保0. 2以上的折射率差的材料，也可以使用聚酰亞胺樹脂等的 樹脂材料或納米復(fù)合材料等。在上述實施方式1、2中，說明了 0次衍射光DtlU次衍射光Dp _1次衍射光I1是 綠、紅、藍的三原色的光的情況，但也可以是，0次衍射光DtlU次衍射光Dp -1次衍射光I1 中的至少1個為三原色以外的波長的光(例如紅外光) 。在圖17B及圖19所示的以往的光檢測裝置的受光區(qū)域中，實際上在微透鏡與光 電探測器之間存在金屬配線等的遮光部，所以入射到受光區(qū)域中的光的一部分被遮光部遮 擋。這在上述實施方式1、2所示的光檢測裝置中也是同樣的。但是，最近開發(fā)了能夠不受 金屬配線的影響而用受光區(qū)域的整面受光的背面照射型的固體攝像元件。如果將通過利用 光的衍射進行顏色分離來提高光利用效率的本發(fā)明的檢測裝置用在上述背面照射型的固 體攝像元件中，則能夠進一步提高光利用效率，認(rèn)為是有效的。以上說明的實施方式都不過是想要使本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容變得清楚的，本發(fā)明并不 限定于這樣的具體例而解釋，在本發(fā)明的主旨和權(quán)利要求書記載的范圍內(nèi)能夠進行各種變 更來實施，應(yīng)當(dāng)廣義地解釋本發(fā)明。工業(yè)實用性本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域并沒有特別的限制，能夠作為用來攝影物體的像的、小型且高 析像度的攝像用光檢測裝置大范圍地使用。標(biāo)號說明1 物體2透鏡系統(tǒng)3 像4光檢測裝置5檢測基板6、6R、6G、6B 光電探測器7低折射率的透明緩沖層7a內(nèi)部微透鏡8高折射率的透明緩沖層10微透鏡11入射光線12低折射率透明層13、13a、13b高折射率透明部14高折射率透明部的中心軸DtlO次衍射光D1I次衍射光D_rl次衍射光
權(quán)利要求
一種攝像用光檢測裝置，其特征在于，具備多個光檢測器，在基板上至少沿著第1方向排列；低折射率透明層，形成在上述多個光檢測器的上方；以及柱狀或板狀的多個高折射率透明部，沿著上述第1方向埋入在上述低折射率透明層內(nèi)，在上述高折射率透明部的與上述基板正交并且沿著上述第1方向的截面中，上述高折射率透明部的中心軸以階梯狀彎折，向上述低折射率透明層及上述高折射率透明部入射的光通過該低折射率透明層及高折射率透明部，從而被分離為0次衍射光、1次衍射光和-1次衍射光。
2.如權(quán)利要求1所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，在上述高折射率透明部的上述截面中，上述高折射率透明部的寬度在上述中心軸的彎 折的前后變化，相對于上述中心軸的上述彎折，上述基板側(cè)的上述高折射率透明部的寬度 小于與其相反側(cè)的上述高折射率透明部的寬度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，上述O次衍射光由第1光檢測器檢測，上述1次衍射光由第2光檢測器檢測，上述-1 次衍射光由第3光檢測器檢測。
4.如權(quán)利要求3所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，在入射到上述低折射率透明層及上述高折射率透明部中的光是白色光的情況下，入射 到上述第1光檢測器中的光在0. 50 μ m 0. 60 μ m的綠波長區(qū)域中呈光量峰值，入射到上 述第2光檢測器中的光在超過0. 60 μ m的紅波長區(qū)域中呈光量峰值，入射到上述第3光檢 測器中的光在小于0. 50 μ m的藍波長區(qū)域中呈光量峰值。
5.如權(quán)利要求1或2所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，上述O次衍射光和上述1次衍射光由第1光檢測器檢測，上述-1次衍射光由第2光檢 測器檢測。
6.如權(quán)利要求5所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，在入射到上述低折射率透明層及上述高折射率透明部中的光是白色光的情況下，入射 到上述第1光檢測器中的光在0. 50 μ m以上的藍波長區(qū)域以外的波長區(qū)域中呈光量峰值， 入射到上述第2光檢測器中的光在小于0. 50 μ m的藍波長區(qū)域中呈光量峰值。
7.如權(quán)利要求1或2所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，上述1次衍射光由第1光檢測器檢測，上述0次衍射光和上述-1次衍射光由第2光檢 測器檢測。
8.如權(quán)利要求7所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，在入射到上述低折射率透明層及上述高折射率透明部中的光是白色光的情況下，入 射到上述第1光檢測器中的光在超過0. 60 μ m的紅波長區(qū)域中呈光量峰值，入射到上述第 2光檢測器中的光在0. 60 μ m以下的紅波長區(qū)域以外的波長區(qū)域中呈光量峰值。
9.如權(quán)利要求1或2所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，沿著上述第1方向配置的上述多個高折射率透明部的上述中心軸的彎折的方向相互 反向，對于上述多個高折射率透明部的每一個高折射率透明部，對應(yīng)在上述第1方向上相互 相鄰的3個上述光檢測器，沿著上述第1方向配置的上述3個光檢測器中的兩外側(cè)的兩個光檢測器對于對應(yīng)于上 述3個光檢測器的高折射率透明部，還對應(yīng)于在上述第1方向上相互相鄰的高折射率透明 部。
10.如權(quán)利要求1或2所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，沿著上述第1方向配置的上述多個高折射率透明部的上述中心軸的彎折的方向相同， 對于上述多個高折射率透明部的每一個高折射率透明部，對應(yīng)在上述第1方向上相互 相鄰的3個上述光檢測器，上述多個光檢測器的每個光檢測器檢測上述0次衍射光、上述1次衍射光和上述-1次 衍射光中的任一種。
11.如權(quán)利要求9所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于， 沿著與上述第1方向平行的多個列配置有上述高折射率透明部，構(gòu)成與上述第1方向平行的上述高折射率透明部的列的各高折射率透明部的上述第1 方向的位置，在與上述第1方向正交的第2方向上相互相鄰的兩個列之間，位置偏移了上述 第1方向的配置間距的0倍、0. 5倍、1倍或1. 5倍。
12.如權(quán)利要求10所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于， 沿著與上述第1方向平行的多個列配置有上述高折射率透明部，與上述第1方向平行的上述高折射率透明部的列的上述中心軸的彎折的方向在與上 述第1方向正交的第2方向上相互相鄰的兩個列之間相同，構(gòu)成與上述第1方向平行的上述高折射率透明部的列的各高折射率透明部的上述第1 方向的位置，在上述第2方向上相互相鄰的兩個列之間，位置偏移了上述第1方向的配置間 距的0倍、1/3倍或2/3倍。
13.如權(quán)利要求10所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于， 沿著與上述第1方向平行的多個列配置有上述高折射率透明部，與上述第1方向平行的上述高折射率透明部的列的上述中心軸的彎折的方向在與上 述第1方向正交的第2方向上相互相鄰的兩個列之間反向；構(gòu)成與上述第1方向平行的上述高折射率透明部的列的各高折射率透明部的上述第1 方向的位置，在上述第2方向上相互相鄰的兩個列之間，位置偏移了上述第1方向的配置間 距的0倍、1/3倍或2/3倍。
14.如權(quán)利要求4所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，上述第1光檢測器在不包括其表面的深層區(qū)域檢測光，上述第2光檢測器在不包括其 表面的深層區(qū)域檢測光，上述第3光檢測器在包括其表面的表層區(qū)域檢測光。
15.如權(quán)利要求6所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，上述第1光檢測器在不包括其表面的深層區(qū)域檢測光，上述第2光檢測器在包括其表 面的表層區(qū)域檢測光。
16.如權(quán)利要求8所述的攝像用光檢測裝置，其特征在于，上述第1光檢測器在不包括其表面的深層區(qū)域檢測光，上述第2光檢測器在包括其表 面的表層區(qū)域檢測光。
全文摘要
攝像用光檢測裝置(4)具備在基板(5)上至少沿著第1方向排列的多個光檢測器(6)、形成在多個光檢測器的上方的低折射率透明層(12)、和沿著第1方向埋入在低折射率透明層內(nèi)的多個高折射率透明部(13)。在高折射率透明部的與基板正交并且沿著第1方向的截面中，高折射率透明部的中心軸(14)以階梯狀彎折。入射到低折射率透明層及高折射率透明部中的光通過該低折射率透明層及高折射率透明部，從而被分離為0次衍射光、1次衍射光和-1次衍射光。由此，能夠同時實現(xiàn)光利用效率的提高和像素的高密度化。
文檔編號H04N5/335GK101816184SQ20098010061
公開日2010年8月25日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者平本政夫, 米本和也, 若林信一, 西脅青兒, 鈴木正明 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社