固体摄像元件以及摄像装置制造方法及图纸

在本发明专利技术的固体摄像元件，单位像素（3）的聚光元件（11）具有以射入单位像素（3）的受光元件（14）的光的波长以下的线宽被分离的、以相对于聚光元件（11）的受光面垂直方向的轴为中心的同心结构的多个光透过膜（33），并具有由多个光透过膜（33）的组合所控制的有效折射率分布，同心结构的多个光透过膜（33）的外缘的形状在受光面上为，与同心结构的中心最近的光透过膜（33）呈正圆、与同心结构的中心远离的光透过膜（33）呈椭圆，椭圆的长轴相对于短轴的比率为，越是与同心结构的中心远离的光透过膜（33）的外缘的形状比率越高，多个单位像素（3）各自的椭圆的长轴方向，在受光面上与连接多个单位像素各自的同心结构的中心和固体摄像元件的中心的矢量相正交。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固体摄像元件以及摄像装置
本专利技术涉及一种用于数码照相机等的固体摄像元件，尤其涉及可更换透镜的单反式数码照相机中使用的固体摄像元件。
技术介绍
近年来，随着数码照相机以及附带照相机功能的手机等的普及，固体摄像元件市场也在显著扩大。另外，可换用例如广角或者长焦距等各种光学透镜的单反式数码照相机也在普及。在这种趋势下，对于数码照相机等的薄型化的要求依然强烈。换言之，意味着照相机部分所使用的透镜成为短焦距，而射入固体摄像元件的光的范围成为广角(从固体摄像元件的入射面的垂直轴开始测量的大角度)。在CXD型或者CMOS型图像传感器等固体摄像元件中，通过将具有受光元件的多个半导体集成电路(单位像素)排列成二维状而形成摄像区域，并以此将来自被写体的光信号变换成电信号。固体摄像元件灵敏度的定义基于受光元件的输出电流相对于入射光量的大小，因此，为了提高灵敏度，将射入的光着实导入受光元件是重要的要素。图10是表示现有的一般单位像素300的基本结构的一个例子的图。该单位像素300如图10所示，由微透镜305、滤色片302、A1配线303、信号传送部304、平坦化层308、受光元件306以及Si基板307构成。在该结构中，垂直射入微透镜305的入射光356 (虚线表示的光)被红色(R)、绿色(G)以及蓝色(B)中的任一个滤色片302进行色分离之后，在受光元件306被变换为电信号。由于这种具有微透镜的结构能够获得较高的聚光效率，因此被用在几乎所有的固体摄像元件中。然而，如上所述，固体摄像元件由二维排列的多个单位像素构成，因此，随着从摄像区域的中央部(中心部)移向周边部，射入单位像素的光的入射角度发生倾斜。其结果，会造成周边部的单位像素的聚光效率比中央部的单位像素低的问题。例如，在通过图10所示的现有的单位像素300受光的情况下，在摄像区域的中央部，由于射入单位像素300的光的入射角度变小(由于成为虚线所表示的入射光356)，因此，几乎都在受光元件306被聚光而成为有效光，但在摄像区域的周边部，由于射入单位像素300的光的入射角度变大(由于成为实线所表示的入射光357)，因此，入射光357被单位像素300中的Al配线303遮光，而无法到达受光元件306。因此，聚光效率会降低。对此，现在采用如图11所示的方法，在摄像区域的周边部的单位像素300中，通过使Al配线303和受光元件306向摄像区域的外侧方向(偏向端部)偏离(收缩)，来提高入射角度大的入射光357的聚光效率。另外，作为解决所述聚光效率减少的其他手段，还有通过与入射光的波长等同或者比其小的微细结构，来实现具有有效性的折射率分布的折射率分布型透镜的固体摄像元件(例如，参照专利文献I)。具体是，在固体摄像元件的摄像区域的中心部，通过对被分割成与入射光的波长等同或者比其短的线宽的同心结构的多个带区域进行组合，从而形成具有相对于单位像素的中心对称的有效折射率分布的折射率分布型透镜。另外，在固体摄像元件的摄像区域的周边部，通过对被分割成与入射光的波长等同或者比其短的线宽的同心结构的多个带区域进行组合，并使该同心结构的中心和单位像素的中心相错开(偏移)，来形成具有相对于单位像素的中心非对称的有效折射率分布的折射率分布型透镜。根据该结构，即使射入固体摄像元件的周边部的光相对于入射面(受光面)的垂直轴以较大的倾斜角度射入，也能够使入射光在受光元件聚光，从而在固体摄像元件的周边部也能够获得与中央部的灵敏度等同的灵敏度。其结果，如果来自照相机光学透镜的主光线的入射角度是固定的，就能够防止灵敏度降低。专利文献1:日本特开2006-351972号公报但是，在来自光学透镜的光的入射角度因更换透镜而变化的情况下，有时光会偏离受光元件。例如，在配线以及受光元件的收缩量或者同心结构的光透过膜中心的偏移量采用的是与安装有长焦距透镜时的入射角度小的光对应的设计的情况下，如果安装广角透镜，就会有入射角度大的光从光学透镜射入，因此入射光的一部分会偏离受光兀件而导致灵敏度降低。相对而言，如果为了对应更大角度的入射光而采用收缩或者偏移量被增加的设计的话，相反，在更换成了长焦距透镜时，会有入射角度小的光入射，这还是会导致灵敏度降低。
技术实现思路
鉴于解决所述问题开发了本专利技术，本专利技术的目的在于提供一种即使在入射光的入射角度因更换透镜等而发生了变化的情况下，也能够抑制灵敏度降低的固体摄像元件以及摄像装置。为了解决所述问题，本专利技术的一形态的固体摄像元件具有被排列成二维状的单位像素，该单位像素具有受光元件和聚光元件，所述固体摄像元件的特征在于:所述聚光元件具有同心结构的多个光透过膜并具有由所述多个光透过膜的组合所控制的有效折射率分布，所述同心结构的多个光透过膜以射入所述受光元件的光的波长以下的线宽被分离，并以相对于所述聚光元件的受光面垂直方向的轴为中心，所述同心结构的多个光透过膜的外缘的形状在所述受光面上为，与所述同心结构的中心最近的所述光透过膜呈正圆、与所述同心结构的中心远离的所述光透过膜呈椭圆，所述椭圆的长轴相对于短轴的比率为，越是与所述同心结构的中心远离的所述光透过膜的外缘的形状，所述比率越高，多个所述单位像素各自的所述椭圆的长轴方向，在所述受光面上，与连接多个所述单位像素各自的所述同心结构的中心和所述固体摄像元件的中心的矢量相正交。在由同心结构的光透过膜的组合所控制的有效折射率分布中，以同心结构的中心位置为顶点，有效折射率呈连续函数式的减少。根据本形体，同心结构的形状随着远离同心结构的中心，从正圆变向椭圆。随之，有效折射率变得在椭圆的短轴方向上具有比长轴方向大的减少率。即，有效折射率分布成为有偏倚的分布。并且，从正圆变向椭圆的这一形状变化，随着远离同心结构的中心而逐渐显现，椭圆区域，即，有效折射率分布的减少率变大的区域仅限于单位像素内的端部周围。如果将具备这种聚光元件的单位像素配置在例如固体摄像元件周边部，根据单位像素的端部周边的有效折射率的减少率大的这一效果，对于历来而言在安装有广角透镜时无法很好地进行聚光而泄露到受光元件外的倾斜入射光，也能够大幅弯曲其前进方向从而将光导入受光元件，其结果聚光效率得以提高。另外，在安装有长焦距透镜时入射角度小的光被射入的情况下，由于椭圆区域仅限于单位像素的端部周边，因此也能够将光导入受光元件，而不会造成光的过度弯曲。因此，能够对从窄角(狭角)至广角的广范围的入射光进行无损聚光，从而能够抑制灵敏度的降低。另外，在本专利技术的一形态的固体摄像元件，可以是:所述固体摄像元件的中心的所述单位像素的所述同心结构的中心，在所述受光面上，与所述单位像素的中心一致，与所述固体摄像元件的中心远离的所述单位像素的所述同心结构的中心，在所述受光面上，从所述单位像素的中心向所述固体摄像元件的中心偏离，所述偏离的量，越是与所述固体摄像元件的中心远离的所述单位像素越大。通过这种结构，在固体摄像元件的中心的单位像素，同心结构的中心与单位像素的中心相一致，单位像素内的几乎所有区域的光透过膜成为正圆形的形状。在固体摄像元件的中心的单位像素，无论照相机透镜是广角透镜还是长焦距透镜，光的入射角度相对于摄像面(受光面)的垂直方向始终是平行的，因此，入射光通过由正圆的光透过膜构成的聚光元件被聚集到受光元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体摄像元件，具有被排列成二维状的单位像素，该单位像素具有受光元件和聚光元件，所述固体摄像元件的特征在于：所述聚光元件具有同心结构的多个光透过膜并具有由所述多个光透过膜的组合所控制的有效折射率分布，所述同心结构的多个光透过膜以射入所述受光元件的光的波长以下的线宽被分离，并以相对于所述聚光元件的受光面垂直方向的轴为中心，所述同心结构的多个光透过膜的外缘的形状在所述受光面上为，与所述同心结构的中心最近的所述光透过膜呈正圆、与所述同心结构的中心远离的所述光透过膜呈椭圆，所述椭圆的长轴相对于短轴的比率为，越是与所述同心结构的中心远离的所述光透过膜的外缘的形状，所述比率越高，多个所述单位像素各自的所述椭圆的长轴方向，在所述受光面上，与连接多个所述单位像素各自的所述同心结构的中心和所述固体摄像元件的中心的矢量相正交。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.08 JP 2011-1522791.一种固体摄像元件，具有被排列成二维状的单位像素，该单位像素具有受光元件和聚光元件，所述固体摄像元件的特征在于: 所述聚光元件具有同心结构的多个光透过膜并具有由所述多个光透过膜的组合所控制的有效折射率分布，所述同心结构的多个光透过膜以射入所述受光元件的光的波长以下的线宽被分离，并以相对于所述聚光元件的受光面垂直方向的轴为中心， 所述同心结构的多个光透过膜的外缘的形状在所述受光面上为，与所述同心结构的中心最近的所述光透过膜呈正圆、与所述同心结构的中心远离的所述光透过膜呈椭圆， 所述椭圆的长轴相对于短轴的比率为，越是与所述同心结构的中心远离的所述光透过膜的外缘的形状，所述比率越高， 多个所述单位像素各自的所述椭圆的长轴方向，在所述受光面上，与连接多个所述单位像素各自的所述同心结构的中心和所述固体摄像元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄田学，斋藤繁，田中圭介，小野泽和利，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：