光學構件、固態成像裝置及其制造方法

專利名稱：光學構件、固態成像裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及光學構件和采用該光學構件的固態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)和互補金屬氧化物半導體 (CMOS, Complementary Metal-oxide Semiconductor)傳感器的固態成像裝置，通常是提供光學構件，例如芯片上透鏡(0CL :0n Chip Lens，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(Sneir s law)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 μ m或者更厚，從而該構造應用到固態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成像裝置，在入射光具有擴散角(spread angle)的情況下，在固態成像裝置中心附近的像素與在固態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，其中與固態成像裝置中心附近的像素相比較，固態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公開No. 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公開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區域(zone region)的結合構造，該分區區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。另外，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的每個配置都基于菲涅耳透鏡，從而傾斜進入一定區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。
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等采用的現有普通光學透鏡。然而，應當注意的是，對于與固態成像裝置的結合，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封裝在一起。而且，本發明不僅可以應用到固態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，可以獲得與固態成像裝置中相同的優點。這里，成像裝置意味著例如照相機(或者照相機系統)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檢測。根據本發明的實施例，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的光學特性(例如，聚集功能、散射功能或者入射角轉換功能)。因此，關于高折射率層和低折射率層在橫向上交替排列的光學構件，可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引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，并且用簡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點，其中與球形透鏡相比，可以光學地擴展設計寬度。


圖IA是圖解等相位波面的示意圖(部分1)，用于描述根據第一實施例的光學透鏡的基本原理；圖IB是圖解等相位波面的示意圖(部分幻，用于描述根據第一實施例的光學透鏡的基本原理；圖IC至IF是根據第一實施例的光學透鏡的平面示意圖；圖2A是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態成像裝置的第一實例 (應用實例1)的截面示意圖；圖2B是根據第一實施例(應用實例1)的固態成像裝置的更具體的截面圖；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1)的模擬結果的示意圖(λ = 780,640nm)；圖2E是圖解第一實施例(應用實例1)的模擬結果的示意圖(λ = 540,480nm)；圖3A是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態成像裝置的第二實例 (應用實例2)的截面示意圖；圖;3B是圖解第一實施例(應用實例2)的模擬結果的示意圖(λ = 780,640nm)；圖3C是圖解第一實施例(應用實例2)的模擬結果的示意圖(λ = 540,480nm)；圖4A是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態成像裝置的第三實例 (應用實例3)的截面示意圖；圖4B是圖解第一實施例(應用實例3)的模擬結果的示意圖(λ = 780,640nm)；圖4C是圖解第一實施例(應用實例3)的模擬結果的示意圖(λ = 540,480nm)；圖5A是用于描述應用根據第一實施例的光學透鏡的固態成像裝置的第四實例 (應用實例4)的截面示意圖；圖5B是根據第一實施例(應用實例4)的固態成像裝置的更具體的截面圖；圖5C是圖解第一實施例(應用實例4)的模擬結果的示意圖(λ = 780,640nm)；圖5D是圖解第一實施例(應用實例4)的模擬結果的示意圖(λ = 540,480nm)；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；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；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；圖7A是用于描述根據修改1的固態成像裝置的截面示意圖，該修改1的固態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(λ = 540nm)；圖8A是用于描述根據修改2的固態成像裝置的截面示意圖，該修改2的固態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(λ = 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；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是用于描述固態成像裝置的光接收光學系統的示意圖；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IOD是在根據第二實施例的光學透鏡應用到固態成像裝置的像素陣列單元的情況下的平面示意圖；圖IlA是用于描述應用根據第二實施例的光學透鏡的固態成像裝置的截面示意圖；圖IlB是圖解根據第二實施例的固態成像裝置的模擬結果的示意圖(λ = 540)；圖12Α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12Β是用于描述透鏡重心(center of gravity)的示意圖；圖12C至12F是應用根據第三實施例的光學透鏡的固態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成像裝置的第一實例 (應用實例1)的截面示意圖；圖1 是圖解第三實施例(應用實例1)的模擬結果的示意圖(λ = 540nm)；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成像裝置的第二實例(應用實例2 =CMOS響應)的電路圖；圖14C是應用到根據第三實施例(應用實例2)的固態成像裝置的像素陣列單元上的交替設置層的平面示意圖；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成像裝置的第三實例(應用實例3 =CCD響應)的電路圖；圖15C是根據第三實施例(應用實例幻的固態成像裝置的基板表面附近的截面構造圖；圖15D是應用到根據第三實施例(應用實例3)的固態成像裝置的像素陣列單元上的交替設置層的平面示意圖；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明實施例進行描述。<第一實施例凸透鏡的基本原理>圖IA至IF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IA 和IB是圖解等相位波面的示意圖，而圖IC至IF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(亞波長透鏡，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IA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 > nO)的矩形層(稱為高折射率層)21，折射率nl高于(大于)折射率nO。假設只具有折射率nO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_1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= 1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IA所示，假設光從具有折射率nO的單一材料層1側進入。此時，光速 c由c = cO/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IA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，根據波函數的連續性，低折射率層20_j內的波面和高折射率層21_k內的波面連續地連接，并且因此彎曲了所有的等相位波面。如圖IA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，等相位波面變為如圖IC至IF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變為凹入表面，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_k和具有小折射率的低折射率層20_ j，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IB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具有小折射率的矩形低折射率層20_j，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 μ m，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 μ m。如果透鏡厚度可以變薄，則在該透鏡應用到固態成像裝置的情況下，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_k和具有小折射率的低折射率層20_j的每一個的形狀，可以采用任意形狀，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被轉換成環形，或者不同形狀結合并且轉換成環形，從而每個環的寬度垂直和水平相同。例如，如圖IC所示，高折射率層21_k和低折射率層20_j可以每個是圓或者圓環形狀，每一個自身封閉。如圖ID所示，高折射率層21_k和低折射率層20_j可以每個是橢圓或者橢圓環形狀，每個自身封閉。如圖IE所示，高折射率層21_k和低折射率層20」可以每個是正方形或者正方形環形狀，每個自身封閉。如圖IF所示，高折射率層21_k和低折射率層20_j可以每個是矩形或者矩形環形狀，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20_j每個都可以是三角形或者三角形環形狀，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形狀，而在外圍采用矩形環形狀，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成像裝置的情況下，所希望的是圖IC至IF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成像裝置的第一實例(應用實例1)的示意圖。這里，圖2A是根據應用實例1的固態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)的固態成像裝置100A包括由氮化硅Si3N4(在下文，稱為SiN)制成的薄膜層130 (厚度=0. 1 μ m)，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IA至圖IF描述的構造(交替設置層112A)作為主要部分的光學透鏡110A。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，例如光敏二極管。例如，如果硅Si、氮化硅SiN和氧化硅SiA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興λ 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，λ是光的波長，而m是等于或者大于0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IlOA側上的邊界附近(基板表面)上。固態成像裝置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IlOA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IlOA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Iym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，其中芯片上透鏡108的中心和等同于光學透鏡IlOA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IlOA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1IOA包括作為介質的氧化硅SW2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IA至IF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IA至IF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IA至IF描述的單一材料層3。光學透鏡IlOA的一個周期(即透鏡尺寸)調整為3.6μπι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112Α的距離(厚度實質的透鏡長度)設定為3.6 μ m，并且交替設置層112Α的厚度(實質的透鏡厚度)設定為 0. 5 μ m。從此也可理解，由高折射率層21_k和低折射率層20_j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nO為1. 46的氧化硅SW2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121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120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1)，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 μ m高折射率層121R_2，高折射率層121L_2 :0. 25 μ m高折射率層121R_3，高折射率層121L_3 :0. 20 μ m高折射率層121R_4，高折射率層121L_4 :0. 15 μ m高折射率層121R_5，高折射率層121L_5 :0. IOym
低折射率層120R_1，低折射率層120L_1 :0. IOym低折射率層120R_2，低折射率層120L_2 :0. 15 μ m低折射率層120R_3，低折射率層120L_3 :0. 20 μ m低折射率層120R_4，低折射率層120L_4 :0. 225 μ m低折射率層120R_5+低折射率層120L_5 :0. 40 μ m從附圖可以理解，光學透鏡IlOA的交替設置層112A是具有訓LL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SW2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SW2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 μ m，并且透鏡厚度為0. 5 μ m。圖2C圖解了關于波長λ為540nm的綠光通過圖2A所示的光學透鏡IlOA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μπι)。這里，這可以看作模擬所占的時間。首先，⑴圖2C中展示了在光通過圖2Α所示的光學透鏡IlOA的交替設置層112Α 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112Α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112Α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IlOA的中心，并且對于綠光(λ = 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(λ = 780nm)、紅光(λ = 640nm)和藍光(λ = 460nm)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)的固態成像裝置100A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IlOA相同的構造，并且分別表示出近紅外光(λ = 780nm)、紅光(λ = 640nm)、綠光 (λ = 540nm)和藍光(λ = 460nm)的結果。由此可以理解的是，用光學透鏡IlOA聚集任何波長的光，由此提供凸透鏡的作用。<第一實施例凸透鏡的應用實例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)的固態成像裝置100A相同的方式構造，除了橫向上的最小線寬設定為 0.2μπι而不是0. Ιμπι。隨同橫向上最小線寬的該修改，關于交替設置層112Α內的每個低折射率層120_j和高折射率層121_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IlOA的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(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_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 μ m高折射率層121R_2，高折射率層121L_2 :0. 25 μ m
高折射率層121R_3，高折射率層121L_3 :0. 25 μ m高折射率層121R_4+高折射率層121L_4 :0. 20 μ m低折射率層120R_1，低折射率層120L_1 :0. 20 μ m低折射率層120R_2，低折射率層120L_2 :0. 25 μ m低折射率層120R_3，低折射率層120L_3 :0. 375 μ m圖;3B和3C是圖解根據圖3A所示的第一實施例(應用實例幻的光學特性的模擬結果的示意圖，并且分別表示出近紅外光(λ = 780nm)、紅光(λ = 640nm)、綠光(λ = 540nm)和藍光(λ = 460nm)的結果。由此可以理解的是，即使在橫向上的最小線寬從0. 1 μ m變為0. 2 μ m的情況下，交替設置層112A內的每個低折射率層120_j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(應用實例幻的固態成像裝置100A基本上以與根據第一實施例 (應用實例1)的固態成像裝置100A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 μ m而不是0. 5 μ m。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120_j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120_j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 μ m變化到0. 3 μ m，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 μ m高折射率層121R_2，高折射率層121L_2 :0. 25 μ m高折射率層121R_3，高折射率層121L_3 :0. 20 μ m高折射率層121R_4，高折射率層121L_4 :0. 15 μ m高折射率層121R_5，高折射率層121L_5 :0. IOym低折射率層120R_1，低折射率層120L_1 :0. IOym低折射率層120R_2，低折射率層120L_2 :0. 15 μ m低折射率層120R_3，低折射率層120L_3 :0. 20 μ m低折射率層120R_4，低折射率層120L_4 :0. 225 μ m低折射率層120R_5+低折射率層120L_5 :0. 40 μ m圖4B和4C是圖解根據展示在圖4A中的第一實施例(應用實例幻的光學特性模擬結果的示意圖，并且分別表示出近紅外光(λ = 780nm)、紅光(λ = 640nm)、綠光(λ = 540nm)和藍光(λ = 460nm)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 μ m變為0. 3 μ m的情況下，交替設置層112A內的每個低折射率層120_j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 μ m而不是3. 6 μ m。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120_j和高折射率層121_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 μ m。光學透鏡IlOA的一個周期(即透鏡尺寸)調整到1.4μπι的像素尺寸(=像素間距)。在光學透鏡IlOA的一個周期內的交替設置層112Α內的低折射率層120_j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 μ m高折射率層121R_2，高折射率層121L_2 :0. 15 μ m高折射率層121R_3，高折射率層121L_3 :0. IOym低折射率層120R_1，低折射率層120L_1 :0. IOym低折射率層120R_2，低折射率層120L_2 :0. 13 μ m低折射率層120R_3+低折射率層120L_3 :0. 19 μ m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IlOA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 μ m)作為抗反射膜124，其寬度與每個高折射率層121_1^相同。抗反射膜1 是由氮化硅SiN和氧化硅S^2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IM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IM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IM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 μ m。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(λ = 780nm)、紅光(λ = 640nm)、綠光(λ = 540nm)和藍光(λ = 460nm)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 μ m變為1. 4 μ m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120_j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IlOA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110A。根據第一比較實例的固態成像裝置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lym，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加，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) ±曾加。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。
在圖6A的實施例中，多顏色混合；對于小F值光，靈敏性比理論靈敏性下降；因為球形透鏡由回流制造，所以不能生成橫向上變形的構造；且在像素矩形單元的端部上引起陰影。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IlOA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121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IlOA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。在日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IlOA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。在日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成像裝置100A。聚光元件(即凸透鏡)通過結合多個分區區域構造，該多個分區區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，在該多個分區區域中，至少一個分區區域包括下級(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)的制造工藝易于使用。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，根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。另外，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. 2005-2035 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1)的示意圖。這里，圖7A是用于描述根據修改1的固態成像裝置的截面示意圖，該固態成像裝置應用了根據修改1的光學透鏡。圖7B是圖解其光學特性的模擬結果的示意圖(λ =MOnm)。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1，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_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120_j)，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3.6μπι，并且交替設置層112Α的厚度(實質的透鏡厚度)是 0.5μπι。光學透鏡IlOA的一個周期(例如，透鏡尺寸)調整到3.25 μ m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 μ m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 μ m的增量)時，低折射率層120以合適的尺寸(以0. 05 μ m的增量)設定為相等的寬度時的調整。可以進行這樣的設置，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)的固態成像裝置100A相同的方式構造，除了低折射率層120_j的寬度設定為相等的寬度。隨同改變低折射率層120_j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120_j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120_j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 μ m高折射率層121R_2，高折射率層121L_2 :0. 25 μ m高折射率層121R_3，高折射率層121L_3 :0. 20 μ m高折射率層121R_4，高折射率層121L_4 :0. 15 μ m低折射率層120R_1，低折射率層120L_1 :0. 20 μ m低折射率層120R_2，低折射率層120L_2 :0. 20 μ m低折射率層120R_3，低折射率層120L_3 :0. 20 μ m低折射率層120R_4+低折射率層120L_4 :0. 20 μ m由上面的設定可以理解的是，具有小折射率的低折射率層120_j的寬度是0. 2μπι的相等寬度，并且具有大折射率的高折射率層121_1^的寬度從中心朝著端部逐漸減少，例如 0. 65 μ m、0. 25 μ m、0. 2 μ m 禾口 0. 15 μ m。由附圖可以理解的是，還關于第一實施例(修改1)，光學透鏡IlOA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SW2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 μ m, 高折射率層121的橫向上的最小線寬為0. 15 μ m,而透鏡的厚度為0. 5 μ m。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(λ = 540nm)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120_j)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120_j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(λ = 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(λ = 780nm)、紅光(λ = 640nm)和藍光(λ = 460nm)也提供相同的凸透鏡的作用。因此，采用第一實施例(修改1)，第一實施例(修改1)具有這樣的構造，其中具有小折射率的低折射率層120_j的寬度相等，并且高折射率層121_1^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_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1，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，這變為有效的手段，如果寬度再擴大，則損失等相位波面(波面)的連續性。<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(λ = 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，其中一起采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120_j)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3.6μπι，并且交替設置層112Α的厚度(實質的透鏡厚度)是 0.5μπι。光學透鏡IlOA的一個周期(例如，透鏡尺寸)調整到3.85 μ m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 μ m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 μ m的增量)，高折射率層121以合適的尺寸(以0. 05 μ m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(修改幻的固態成像裝置100A基本上以與根據第一實施例(應用實例1)的固態成像裝置100A相同的方式構造，除了高折射率層121_1^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120_j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(修改幻，在一個周期內交替設置層112A內的低折射率層120_j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_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 μ m高折射率層121R_2，高折射率層121L_2 :0. 15 μ m高折射率層121R_3，高折射率層121L_3 :0. 15 μ m高折射率層121R_4，高折射率層121L_4 :0. 15 μ m高折射率層121R_5，高折射率層121L_5 :0. 15 μ m低折射率層120R_1，低折射率層120L_1 :0. IOym低折射率層120R_2，低折射率層120L_2 :0. 20 μ m低折射率層120R_3，低折射率層120L_3 :0. 30 μ m低折射率層120R_4，低折射率層120L_4 :0. 40 μ m低折射率層120R_5+低折射率層120L_5 :0. 50 μ m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_1^的寬度是 0. 15 μ m的相等寬度，并且具有小折射率的低折射率層120_j的寬度從中心朝著端部逐漸 ±曾加，例如 0. ΙΟμπκΟ. 20μ 、0· 30μ 、0· 40 μ m 禾P 0. 50 μ m。由附圖可以理解的是，關于第一實施例(修改2)，光學透鏡IlOA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SiO2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. IOym, 高折射率層121的橫向上的最小線寬為0. 15 μ m,而透鏡的厚度為0. 5 μ m。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(λ = 540nm)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120_j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(λ = 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(λ = 780nm)、紅光(λ = 640nm)和藍光(λ = 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120_j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120_j設置為板狀，中心非密集而遠離中心密集，并且因此可以發現與第一實施例(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(修改幻的構造，其提供便利透鏡制造的優點。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，這變為有效的手段， 如果寬度再擴大，則損失等相位波面(波面)的連續性。〈第二實施例凸透鏡+傾斜入射光的糾正(分離類型)>圖9至IOD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是用于描述固態成像裝置100A的光接收光學系統的示意圖。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IOD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。為了通過采用這樣的構造對傾斜入射光的入射提供糾正功能，在該構造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，最有效的是采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，非對稱的重心變為光學透鏡的端部(在圖IOA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IOA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nO的矩形層(稱為低折射率層)20和具有高于(大于)折射率nO的折射率nl (nl > nO)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nO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_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。另外，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_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IB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的光入射側或光發出側或其兩側來應用到固態成像裝置100A，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為垂直入射光的交替設置層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成像裝置100A，如圖IOB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IOA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 20_」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 μ m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IOD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IOC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
25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成像裝置100B內(即與固態成像裝置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)，而不提供出瞳孔糾正機構(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IlA和IlB是用于描述應用根據第二實施例的光學透鏡的固態成像裝置的示意圖。其中，圖IlA是應用具有入射角轉變功能的交替設置層2B的固態成像裝置的截面示意圖，而圖IlB是圖解其光學特性的模擬結果的示意圖。如圖IlA所示，根據第二實施例的固態成像裝置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IlOB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IlA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IlOB的第二實施例(應用實例)，在一個周期(像素尺寸=3.6μπι) 內，交替設置層112Β內的低折射率層120_j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 μ m高折射率層121R_3 :0. 35 μ m高折射率層121R_2 :0. 25 μ m高折射率層121R_1+高折射率層121L_1 :0. 20 μ m高折射率層121L_2 :0. 15 μ m高折射率層121L_3 :0. 11 μ m高折射率層121L_4 :0. IOym低折射率層120R_3 :0. IOym低折射率層120R_2 :0. 12 μ m低折射率層120R_1 :0. 185 μ m低折射率層120L_1 :0. 235 μ m低折射率層120L_2 :0. 260 μ m低折射率層120L_3 :0. 345 μ m低折射率層120L_4 :0. 745 μ m圖IlB是圖解圖IlA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(λ = 540nm)傾斜入射光進入固態成像裝置100Β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很少高折射率層121，由此綠光傾斜入射光通常可以聚集在根據交替設置層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(λ = 780)、紅光(λ = 640nm)和藍光(λ = 460nm)，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) ”的描述。在像素矩陣或者一定區域面內，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nO。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。
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高折射率層和低折射率層；并且其中所述光學構件是芯片上透鏡或內部聚光透鏡。
2.根據權利要求1所述的光學構件，其中高折射率層具有大折射率且低折射率層具有小折射率。
3.根據權利要求2所述的光學構件，其中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薄。
4.根據權利要求3所述的光學構件，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。
5.根據權利要求4所述的光學構件，還包括位于每個所述高折射率層的上側和下側的抗反射膜。
6.根據權利要求4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。
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。
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增加；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減小；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。
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。
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。
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。
14.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。
15.根據權利要求14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從所述構件的一端朝著所述光學重心位置逐漸減小。
16.根據權利要求14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加；并且其中所述低折射率層設置為具有相等的寬度。
17.根據權利要求14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小；并且其中所述高折射率層設置為具有相等的寬度。
18.根據權利要求15至17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。
19.根據權利要求18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射側之一上存在于所述光學構件的另一端。
20.根據權利要求15至17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。
21.根據權利要求18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射側之一上存在于所述光學構件的另一端。
22.根據權利要求15至17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。
23.一種固態成像裝置，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，并且其中所述光學構件是芯片上透鏡或內部聚光透鏡以及光接收部分，構造為接收通過所述光學構件的光。
24.根據權利要求23所述的光學構件，其中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薄。
25.根據權利要求M所述的光學構件，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。
26.根據權利要求25所述的光學構件，還包括位于每個所述高折射率層的上側和下側的抗反射膜。
27.根據權利要求25所述的固態成像裝置，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。
28.根據權利要求27所述的固態成像裝置，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。
29.根據權利要求觀所述的固態成像裝置，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。
30.根據權利要求四所述的固態成像裝置，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。
31.根據權利要求30所述的固態成像裝置，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。
32.根據權利要求31所述的固態成像裝置，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。
33.一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；以及形成多層所述高折射率層和所述低折射率層，其中所述光學構件是芯片上透鏡或內部聚光透鏡。
34.根據權利要求33的光學構件的制造方法，其中由此制造光學構件，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。
35.根據權利要求34的光學構件的制造方法，還包括關于每個所述高折射率層的上側和下側，提供抗反射膜。
36.一種固態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；以及在所述低折射率層上形成具有大折射率的高折射率層；形成多層所述高折射率層和所述低折射率層，其中所述光學構件是芯片上透鏡或內部聚光透鏡。
37.根據權利要求36的固態成像裝置的制造方法，還包括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。
38.根據權利要求37的固態成像裝置的制造方法，還包括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。
39.根據權利要求37的固態成像裝置的制造方法，還包括關于每個所述高折射率層的上側和下側，提供抗反射膜。
全文摘要
本發明提供一種光學構件、固態成像裝置及其制造方法，該光學構件包括在相對光軸的橫向上交替地設置有高折射率層和低折射率層；并且其中所述光學構件是芯片上透鏡或內部聚光透鏡。
文檔編號H01L27/14GK102214670SQ20111014444
公開日2011年10月12日 申請日期2008年6月4日 優先權日2007年6月4日
發明者戶田淳 申請人:索尼株式會社