固态成像装置和包括固态成像装置的成像系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种固态成像装置，其即使在像素尺寸较小时仍可以以高精度测距。该固态成像装置包括：具有折射率不同的多个区域的光波导；以及光电转换单元，用于将被引导通过光波导的光转换为电信号。光波导包括：位于光入射侧的主波导，以及与主波导连接并位于光电转换单元侧的第一副波导和第二副波导。主波导引导从第一方向进入的光和从第二方向进入的光。第一副波导和第二副波导分别引导已经从第一方向进入并且已经通过主波导的光和已经从第二方向进入并已经通过主波导的光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态成像装置和包括固态成像装置的成像系统
本专利技术涉及固态成像装置和包括固态成像装置的成像系统，更具体涉及用于数字静物摄像机、数字视频摄像机等的固态成像装置。
技术介绍
在数字静物摄像机或视频摄像机中，已知用于检测用于自动聚焦（AF）的距离的技术。关于这种用于检测用于AF的距离的技术，日本专利申请公开2002-314062（下文称为专利文献1）提出一种固态成像装置，其中成像装置的一部分像素具有测距功能，并且检测是通过相位差系统进行的。相位差系统是这样的方法，其中比较通过摄像机镜头的光瞳上的不同区域的光学图像，并且使用利用立体图像的三角测量以检测距离。在该方法中，与常规对比系统的情况不同，不需要移动透镜以进行测距，从而可以进行高精度的高速AF。另外，可以在拍摄运动图像时进行实时AF。在上述专利文献1中，作为测距像素的结构，公开了这样的结构：其中提供了微透镜和其下方的多个光电转换单元。这使得可以将通过摄像机镜头的光瞳上的预定区域的光选择性地引入光电转换单元以进行测距。
技术实现思路
技术问题然而，在上述专利文献1公开的结构中，通过微透镜的光受到在布线部件等处散射的影响，并且光束不能被充分分离，并且因此，存在降低测距精度的问题。另外，在专利文献1公开的结构中，具有小入射角的光到达两个光电转换单元之间的区域，未被光电转换单元检测，并变为损失。因此，由测距像素检测的光强度较低并更易于受到噪声的影响，从而降低了测距精度。另外，当在专利文献1中描述的结构应用于具有小像素尺寸的固态成像装置时，存在如下的问题。随着像素尺寸变得越小，用于将光引入光电转换单元的微透镜的F值变得越大，并且像素尺寸与衍射图像的尺寸变得几乎相同。因此，光在像素中延伸，并因此不能充分分离光束，并且进一步降低了测距精度。问题的解决方案考虑上述问题做出本专利技术，本专利技术的目的为提供固态成像装置和具有固态成像装置的成像系统，其可以以高精度进行测距，尤其是，其即使在像素尺寸较小时仍可以以高精度进行测距。根据本专利技术的固态成像装置包括：光波导，具有折射率不同的多个区域；以及光电转换单元，用于将通过光波导引导的光转换为电信号，其中：光波导包括：位于光入射侧的主波导，以及与主波导连接并位于光电转换单元侧的第一副波导和第二副波导；主波导引导从第一方向进入的光和从第二方向进入的光；以及第一副波导和第二副波导分别引导已经从第一方向进入并且已经通过主波导的光和已经从第二方向进入并已经通过主波导的光。专利技术的有益效果根据本专利技术，可以实现一种固态成像装置，其可以以高精度进行测距，并且尤其是，其即使在像素尺寸较小时仍可以以高精度进行测距；并且实现一种包括该固态成像装置的成像系统。附图说明[图1]图1为在根据第一实施例的固态成像装置中设置的测距像素的示意截面图。[图2A]图2A为示出根据第一实施例的光波导中的波导模式的图。[图2B]图2B为示出根据第一实施例的光波导中的波导模式的图。[图3]图3为示出根据第一实施例的像素中的检测光强度与入射角的依赖性的图。[图4A]图4A为利用根据第一实施例的成像装置测量到被检体的距离的方法的说明图。[图4B]图4B为利用根据第一实施例的成像装置测量到被检体的距离的方法的说明图。[图5]图5为在根据第一实施例的固态成像装置中设置的测距像素的示意截面图。[图6]图6为示出根据第一实施例的像素中的检测光强度与入射角的依赖性的图。[图7A]图7A为包括根据第一实施例的像素的固态成像装置的制造处理步骤的说明图。[图7B]图7B为包括根据第一实施例的像素的固态成像装置的制造处理步骤的说明图。[图7C]图7C为包括根据第一实施例的像素的固态成像装置的制造处理步骤的说明图。[图8]图8为在根据第一实施例的固态成像装置中设置的测距像素的示意截面图。[图9A]图9A为在根据第二实施例的固态成像装置的一部分中设置的测距像素的示意截面图。[图9B]图9B为在根据第二实施例的固态成像装置的一部分中设置的测距像素的示意截面图。[图10A]图10A为在根据第二实施例的固态成像装置的一部分中设置的测距像素的示意截面图。[图10B]图10B为在根据第二实施例的固态成像装置的一部分中设置的测距像素的示意截面图。具体实施方式本专利技术使用这样的特性：波导中的光传播状态（波导模式）根据进入波导的光束的入射角而变化。更具体地，在像素中设置多个光电转换单元，并适当地形成波导结构。这使得可以将入射光中以预定角度入射的光引导到预定光电转换单元并对其进行检测，以实现能够以高精度测距的固态成像装置。根据本专利技术的固态成像装置是这样的固态成像装置，其包括光波导和光电转换单元，光波导具有折射率不同的多个区域，光电转换单元用于将被引导通过光波导的光转换为电信号。根据本专利技术，光波导包括：位于光入射侧的主波导，以及第一副波导和第二副波导，其与主波导连接并位于光电转换单元侧。主波导引导从第一方向进入的光和从第二方向进入的光。第一副波导和第二副波导分别引导已经从第一方向进入并且已经通过主波导的光和已经从第二方向进入并已经通过主波导的光。在根据本专利技术的固态成像装置中，具有不同折射率的多个区域的每个区域都包括芯部件和包层部件。另外，在根据本专利技术的固态成像装置中，在第一副波导和第二副波导的一个副波导中，由第一副波导和第二副波导中的该一个副波导引入的从第一方向入射并出射的光的强度高于由第一副波导和第二副波导中的该一个副波导引入的从第二方向入射并出射的光的强度，而在第一副波导和第二副波导的另一个副波导中，由第一副波导和第二副波导中的另一个副波导引入的从第二方向入射并出射的光的强度高于由第一副波导和第二副波导中的另一个副波导引入的从第一方向入射并出射的光的强度。下面参考附图描述根据本专利技术实施例的固态成像装置。注意，原则上在全部附图中使用相同的附图标记表示具有相同功能的部件，并尽可能省略对其的重复描述。第一实施例作为第一实施例，参考图1描述根据本专利技术的固态成像装置的示例结构。在图1中，在该实施例的固态成像装置的一部分中布置测距像素100。像素100自光入射侧（+z侧）起包括：主波导101（芯部件102和包层部件103）、副波导（第一副波导）104和副波导（第二副波导）105、以及基板108。这里，芯部件102和包层部件103形成光波导的具有不同折射率的多个区域。主波导101的入射侧（+z侧）上的端表面称为入射端表面109，而出射侧（-z侧）上的端表面称为出射端表面110。副波导104和105被设置在主波导101的出射端表面110与基板108之间，并且每个都具有芯部件106和包层部件107。芯部件102和106、以及包层部件103和107由成像波长带中的透明材料形成，诸如SiO2、SiN或有机材料等。注意，芯部件102由折射率高于包层部件103的材料形成，芯部件106由折射率高于包层部件107的材料形成。这使得将光约束在芯部件102和106中以传播。基板108由吸收成像波长带中的光的材料形成，例如Si，并且包括光电转换单元，该光电转换单元通过离子注入等在基板108的内部的至少部分区域中形成。从外部进入像素100的光束被调整为能够传播通过主波导101和副波导104和105以出射到基板108中。如果光电转换单元被设置在副波导104本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.18 JP 2011-0077081.一种固态成像装置，包括：第一像素，所述第一像素包括第一光电转换单元、第一主波导、以及第一副波导和第二副波导，所述第一主波导用于引导从第一方向进入的光和从不同于第一方向的第二方向进入的光，所述第一副波导和第二副波导中的每一个位于第一主波导的出射侧并被配置为耦合被引导通过第一主波导的光；以及第二像素，所述第二像素包括第二光电转换单元、第二主波导、以及第三副波导和第四副波导，所述第二主波导用于引导从所述第一方向进入的光和从所述第二方向进入的光，所述第三副波导和第四副波导中的每一个位于第二主波导的出射侧并被配置为耦合被引导通过第二主波导的光，其中，所述第一光电转换单元和第二光电转换单元被设置在基板中，其中所述第一副波导和第三副波导中的每一个被配置为使得其具有与从所述第一方向进入并被引导通过第一主波导和第二主波导中的对应一个的光耦合的波导模式，并且允许从所述第一方向进入的光相比于从所述第二方向进入的光以更大的量出射，其中所述第二副波导和第四副波导中的每一个被配置为使得其具有与从所述第二方向进入并被引导通过第一主波导和第二主波导中的对应一个的光耦合的波导模式，并且允许从所述第二方向进入的光相比于从所述第一方向进入的光以更大的量出射，其中传播通过第一副波导的光以比传播通过第二副波导的光更大的量被引入到第一光电转换单元中，并且其中传播通过第四副波导的光以比传播通过第三副波导的光更大的量被引入到第二光电转换单元中。2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述第一副波导和第二副波导之间设置有间隔，所述第三副波导和第四副波导之间设置有间隔，所述间隔等于或大于被引入到第一光电转换单元和第二光电转换单元的任一个光电转换单元中并被该光电转换单元检测的入射光的波长的1/20。3.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述第一副波导至第四副波导是关于要被检测的入射光的多模式波导。4.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，第一主波导和第二主...

【专利技术属性】
技术研发人员：池本圣雄，高木章成，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：
国别省市：