固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備的制作方法
【專利摘要】提供了一種固態(tài)成像裝置，其包括由雙折射材料形成的透明基板，該雙折射材料具有在垂直于光接收表面的方向上的高折射率和在平行于光接收表面的方向上的低折射率，該透明基板設(shè)置在光接收表面上。還提供了一種包括該固態(tài)成像裝置的電子設(shè)備。
【專利說明】固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年4月1日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP2013-076282的權(quán)益， 其全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備，特別是，涉及以低成本實(shí)現(xiàn)小像素尺寸和 分辨率改善而不限制設(shè)計(jì)自由度的固態(tài)成像裝置和電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004] 近年來，已經(jīng)小型化了成像傳感器中的像素。通過小型化像素，增加了每個(gè)芯片的 像素?cái)?shù)量。結(jié)果，提供了分辨率改善的圖像。
[0005] 對于小型化像素，提出了一種構(gòu)造，其內(nèi)層透鏡或光學(xué)波導(dǎo)設(shè)置為使足夠的光入 射到每個(gè)像素中的光接收部分上(例如，見日本專利申請?zhí)崆肮_第2003-203694號(hào)、第 2005-294749 號(hào)和第 2007-180208 號(hào)）。
[0006] 當(dāng)分辨力的1/2小于像素尺寸時(shí)，通過僅減小像素尺寸可提供高分辨率。分辨率 由設(shè)置在成像傳感器外部的成像透鏡的衍射極限或像差決定。當(dāng)具有相同亮度的兩個(gè)點(diǎn)光 源設(shè)置在幾乎相同的位置且由成像傳感器上的透鏡進(jìn)行成像時(shí)，由于衍射極限和像差，成 像不具有點(diǎn)而是具有峰，其中該峰具有一定的寬度。分辨力可定義為兩個(gè)峰之間的最小可 辨別寬度。
[0007] 例如，采用瑞利（Rayleigh)極限。當(dāng)峰高度定義為1且兩個(gè)峰在1/e (=0· 368) 處相交時(shí)，兩個(gè)峰的結(jié)合曲線的谷為〇. 735,這是分辨極限。兩個(gè)峰之間的距離定義為分辨 力。
[0008] 當(dāng)像素尺寸大于分辨力的1/2時(shí)，分辨力由像素尺寸決定。這由奈奎斯特 (Nyquist)定理限定。這里，將原始信號(hào)中包括的最大頻率成分定義為f。當(dāng)原始信號(hào)以2f 或更大的頻率增益時(shí)，原始信號(hào)可完全復(fù)原。
[0009] 在普通的照相機(jī)中，如果F值大于5. 6,則分辨力是由透鏡的衍射極限限定的比 率，并且如果F值低于5. 6,則分辨力是由透鏡的像差限定的比率。安裝在緊湊數(shù)字相機(jī)、攝 像機(jī)和移動(dòng)電話上的照相機(jī)的F值通常在1. 2至5. 6的范圍內(nèi)。因此，分辨力是由透鏡的 像差限定的比率。
[0010] 當(dāng)F值在5.6至8的范圍內(nèi)時(shí)，提供最佳分辨率。此時(shí)，分辨力為約4μπι。由奈奎 斯特定理，像素尺寸應(yīng)為2 μ m。這意味著分辨率飽和，并且即使減小像素尺寸，分辨率也不 能變得更好。
[0011] 例如，提出了這樣的技術(shù)，折射率大于1的透明基板粘附到成像傳感器，因此由衍 射極限所限制的分辨力比率或者由透鏡像差限制的分辨力比率降低，結(jié)果得到改善的分辨 率(見日本專利申請?zhí)崆肮_第2010-161180號(hào)）。
[0012] 再者，提出了這樣的技術(shù)，光學(xué)部件構(gòu)造為具有平面板部分和凸出曲面部分，并且 波導(dǎo)用在平面板部分中，因此改善了分辨率(見日本專利申請?zhí)崆肮_第2011-135096號(hào))。
[0013] 然而，在日本專利申請?zhí)崆肮_第2010-161180號(hào)中描述的技術(shù)中，如果玻璃基 板等增厚至厘米級(jí)而進(jìn)行安裝，則分辨率沒有得到足夠改善。因此限制了成像透鏡系統(tǒng)。
[0014] 在日本專利申請?zhí)崆肮_第2011-135096號(hào)中描述的技術(shù)中，光學(xué)部件應(yīng)以良好 的精確度粘附每個(gè)像素。這樣的技術(shù)困難可能會(huì)增加成本。
[0015] 如上所述，在包括成像傳感器和諸如成像透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的現(xiàn)有固態(tài)成像裝置 中，對通過改變成像傳感器(半導(dǎo)體芯片）的構(gòu)造來改善分辨率有所限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0016] 所期望的是以低成本實(shí)現(xiàn)小像素尺寸和分辨率改善而不限制設(shè)計(jì)自由度。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，所提供的固態(tài)成像裝置包括由雙折射材料形成的透明 基板，該雙折射材料具有在垂直于光接收表面的方向上的高折射率和在平行于芯片表面的 方向上的低折射率，透明基板設(shè)置在光接收表面上。
[0018] 雙折射材料的高折射率ne和低折射率η。的折射率比ne/n?？蔀?. 1或更大。
[0019] 雙折射材料可為無機(jī)材料。
[0020] 無機(jī)材料可為石英、Ti02、方解石或鈮酸鋰。
[0021] 雙折射材料可為有機(jī)材料。
[0022] 有機(jī)材料可為聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯樹脂（PC)、聚苯乙烯（PS)、丙 烯腈-苯乙烯（AS樹脂）或聚甲基丙烯酸類苯乙烯（MS樹脂)。
[0023] 雙折射材料可具有電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)，該電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)結(jié)合了具有不同相對介電 常數(shù)的材料。
[0024] 電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)可通過結(jié)合具有不同相對介電常數(shù)的材料來構(gòu)成，以使具有相同 相對介電常數(shù)的材料的每個(gè)區(qū)域?yàn)?00nm或更小。
[0025] 電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)可通過將該具有相同相對介電常數(shù)的材料布置成格子形、六邊 形、八邊形或柱形狀而形成。
[0026] 雙折射材料可具有折射率色散，以使該折射率對于具有短波長的光是高的并且對 于具有長波長的光是低的。
[0027] 雙折射材料可具有40或更小的阿貝數(shù)。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，所提供的電子設(shè)備包括由雙折射材料形成的透明基 板，該雙折射材料具有在垂直于光接收表面的方向上的高折射率和在平行于該光接收表面 的方向上的低折射率，該透明基板設(shè)置在該光接收表面上。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例，在光接收表面上設(shè)置由雙折射材料形成的透明 基板，該雙折射材料具有在垂直于光接收表面的方向上的高折射率和在平行于芯片表面的 方向上的低折射率。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，所提供的固態(tài)成像裝置包括由具有折射率色散的材料 形成的透明基板，以使該折射率對于具有短波長的光是高的并且對于具有長波長的光是低 的，該透明基板設(shè)置在光接收表面上。
[0031] 具有折射率色散的材料可具有40或更小的阿貝數(shù)。
[0032] 具有折射率色散的材料可為聚碳酸酯樹脂（PC)、聚苯乙烯（PS)、丙烯腈-苯乙烯 (AS樹脂)、聚甲基丙烯酸類苯乙烯（MS樹脂)、玻璃基材料或Ti02。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例，所提供的電子設(shè)備包括固態(tài)成像裝置，該固態(tài)成像裝 置包括透明基板，該透明基板由具有折射率色散的材料形成，以使該折射率對于具有短波 長的光是高的并且對于具有長波長的光是低的，該透明基板設(shè)置在該光接收表面上。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例，光接收表面上設(shè)置有具有折射率色散的材料形 成的透明基板，以使該折射率對于具有短波長的光是高的并且對于具有長波長的光是低 的。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明，可以以低成本實(shí)現(xiàn)小像素尺寸和分辨率改善而不限制設(shè)計(jì)自由度。
[0036] 如附圖所示，根據(jù)本發(fā)明下面最優(yōu)實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它的目 標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯易懂。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037] 圖1是用于示出成像傳感器的分辨力的示意圖；
[0038] 圖2是圖1右側(cè)所示的放大的圖表；
[0039] 圖3是示出分辨力和透鏡的F值之間關(guān)系的圖表，其是普通照相機(jī)的分辨率的準(zhǔn) 則；
[0040] 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置構(gòu)造的透視圖；
[0041] 圖5是示出成像透鏡系統(tǒng)的像差的示意圖；
[0042] 圖6是用于示出其上設(shè)置雙折射透明基板的成像透鏡系統(tǒng)的像差變化的示意圖；
[0043] 圖7是圖6中傳感器芯片和雙折射透明基板的放大圖；
[0044] 圖8是用于示出雙折射透明基板的雙折射性的示意圖；
[0045] 圖9是雙折射透明基板的部分放大圖；
[0046] 圖10是用于不出入射表面和偏振方向之間關(guān)系的不意圖；
[0047] 圖11是不出p波偏振光的光反射和s波偏振光的光反射的入射角依賴性的圖；
[0048] 圖12是示出雙折射性效果的圖表；
[0049] 圖13是示出雙折射性效果的另一個(gè)圖表；
[0050] 圖14是示出雙折射性效果的再一個(gè)圖表；
[0051] 圖15是用于示出聚合物的雙折射性表達(dá)機(jī)理的示意圖；
[0052] 圖16是用于示出采用具有相對介電常數(shù)￡1和相對介電常數(shù)82的材料的電介質(zhì) 多層結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0053] 圖17是用于示出光斜入射在電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)上情況的示意圖；
[0054] 圖18A、18B和18C示出了電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的示例；
[0055] 圖19是示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的透視圖；
[0056] 圖20是用于示出成像透鏡系統(tǒng)的色差的示意圖；
[0057] 圖21是用于示出通過設(shè)置具有折射率色散的透明基板使成像透鏡系統(tǒng)的色差變 化的示意圖；
[0058] 圖22是示出具有折射率色散的透明基板的阿貝數(shù)和色差之間關(guān)系的圖；
[0059] 圖23A-23C示出了采用電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)形成雙折射透明基板的制造工藝；
[0060] 圖24A-24C示出了采用電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)形成雙折射透明基板的另一個(gè)制造工藝； 以及
[0061] 圖25是示出作為根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備的照相機(jī)設(shè)備的構(gòu)造示例的模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0062] 在下文，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0063] 首先，將描述分辨力。
[0064] 成像傳感器的分辨力由設(shè)置在成像傳感器外部的成像透鏡的衍射極限或像差決 定。圖1是用于示出分辨力的示意圖。
[0065] 如圖1所示，具有相同亮度的點(diǎn)光源11-1和點(diǎn)光源11-2設(shè)置為距成像傳感器14 的光接收表面幾乎相同的距離。通過透鏡12和光圈13聚集在成像傳感器14的光接收表 面(成像傳感器14的左側(cè)）上的光具有跨度，即不是點(diǎn)而是峰，這是因?yàn)槭艿窖苌錁O限或像 差的影響。在圖1右側(cè)示出的圖表中，水平軸表示所接收光的強(qiáng)度，垂直軸表示成像傳感器 光接收表面上的位置。該圖表示出了從兩個(gè)點(diǎn)光源接收的光的強(qiáng)度變化。
[0066] 圖2是圖1右側(cè)所示的放大的圖表。在圖2中，水平軸表示光接收表面上的位置， 垂直軸表不所接收光的強(qiáng)度。例如，在圖2中，線21表不對應(yīng)于點(diǎn)光源11-1的光強(qiáng)上的變 化，線22表示對應(yīng)于點(diǎn)光源11-2的光強(qiáng)上的變化。
[0067] 線21具有峰P1，線22具有峰P2。分辨力限定為兩個(gè)峰P1和P2之間的最小可辨 別寬度。
[0068] 這里，采用瑞利極限。當(dāng)峰P1和P2的峰高度(光強(qiáng))定義為1且線21和22在1/ e (=0.368)處相交時(shí)，兩個(gè)峰的結(jié)合曲線的谷(光強(qiáng)）為0.735,這是分辨力極限。兩個(gè)峰 P1和P2之間的距離ω定義為分辨力。
[0069] 當(dāng)像素尺寸大于分辨力的1/2時(shí)，僅通過減小像素尺寸可提供高分辨率。根據(jù)奈 奎斯特定理，當(dāng)像素尺寸大于分辨力的1/2時(shí)，分辨率由像素尺寸決定。根據(jù)奈奎斯特定 理，原始信號(hào)中包括的最大頻率成分由f表示。當(dāng)原始信號(hào)以2f或更大的頻率增益時(shí)，原 始信號(hào)可完全復(fù)原。
[0070] 圖3是示出分辨力和透鏡的F值之間關(guān)系的圖表，其在普通照相機(jī)中是分辨率的 標(biāo)準(zhǔn)。在圖3中，水平軸表示F值，垂直軸表示分辨力。該圖表示出了經(jīng)過透鏡的光的衍射 引起的分辨力上的變化、經(jīng)過透鏡的光的像差引起的分辨力上的變化以及二者結(jié)合而提供 的分辨力上的變化。
[0071] 如圖3所示，當(dāng)F值大于5. 6時(shí)，分辨力是由透鏡的衍射極限限定的比率，并且當(dāng) F值低于5. 6時(shí)，分辨力是由透鏡的像差限定的比率。緊湊數(shù)字相機(jī)、攝像機(jī)和移動(dòng)電話上 安裝的照相機(jī)的F值通常在1. 2至5. 6的范圍內(nèi)。因此，分辨力是由這些照相機(jī)的透鏡的 像差限定的比率。
[0072] 再者，如圖3所示，當(dāng)F值在5. 6至8的范圍內(nèi)時(shí)，提供最佳分辨率。此時(shí)，分辨力 為約4μπι。這意味著分辨率是飽和的。因此，緊湊數(shù)字相機(jī)、攝像機(jī)和移動(dòng)電話上安裝的照 相機(jī)的像素尺寸為2 (=4 (1/2)) μ m。這意味著分辨率是飽和的，并且即使減小像素尺寸， 分辨率也不能變得更好。
[0073] 例如，提出了這樣的技術(shù)，在透鏡和成像傳感器之間的一部分間隔處設(shè)置埋設(shè)層， 其折射率（η>1)大于空氣的折射率(折射率1)。
[0074] 通過采用這樣的構(gòu)造，可提高折射率而不改變從透鏡12的觀看角度θ，因此進(jìn)一 步降低了衍射極限（圖2中的距離ω)處的分辨力。因此，可降低像素尺寸的限制同時(shí)提供 高分辨率的圖像。
[0075] 然而，為了獲得這樣的構(gòu)造且充分改善分辨率，要安裝的玻璃基板等應(yīng)以厘米級(jí) 增厚。因此限制了成像透鏡系統(tǒng)。
[0076] 再者，提出了這樣的技術(shù)，將具有高折射率的材料作為底部具有凸出曲面部分(球 面或柱面）的光學(xué)部件，設(shè)置成與成像傳感器的光接收表面接觸。
[0077] 通過采用這樣的構(gòu)造，曲面部分的周圍空間的折射率低于曲面部分的折射率。因 此，入射到曲面部分上的光在曲面部分內(nèi)傳播，縮窄為近場光，并且入射到光接收表面上。 因此，能避免衍射極限或像差的影響。
[0078] 然而，為了獲得這樣的構(gòu)造，光學(xué)部件應(yīng)當(dāng)以良好的精確度粘合每個(gè)像素。這樣的 技術(shù)難度可能會(huì)增加成本。
[0079] 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置(成像傳感器)的構(gòu)造的透視圖。在 圖4中，成像傳感器40包括傳感器芯片41和設(shè)置在傳感器芯片41的光接收表面上的雙折 射透明基板42。
[0080] 這里，雙折射性表示對應(yīng)于透過元件的光束方向而具有不同折射率的特性。
[0081] 具有雙折射性的材料的示例包括無機(jī)材料，例如，石英(水晶)、Ti02、方解石和鈮酸 鋰。再者，可采用有機(jī)材料，例如，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯樹脂（PC)、聚苯乙烯 (PS)、丙烯腈-苯乙烯（AS樹脂)和聚甲基丙烯酸類苯乙烯（MS樹脂)?？商娲?，可采用具 有電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的材料，該電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)組合了具有不同特定介電常數(shù)的材料。
[0082] 雙折射透明基板42對光束在垂直方向（z軸方向）上的偏振光成分具有折射率ne 以及對光束在水平方向（X軸方向和y軸方向）上的偏振光成分具有折射率n。（〈nj。換言 之，當(dāng)雙折射透明基板42設(shè)置在傳感器芯片41的光接收表面上時(shí)，高折射率n e的方向調(diào) 整為垂直于光接收表面，并且低折射率η。的方向調(diào)整為平行于光接收表面。
[0083] 通過采用圖4所示的構(gòu)造，成像透鏡系統(tǒng)的像差可得到有效減小，并且分辨率可 得到改善。
[0084] 圖5是用于示出成像透鏡系統(tǒng)的像差的示意圖。這里，將主要描述球形像差。
[0085] 在圖5中，透鏡31對應(yīng)于成像透鏡系統(tǒng)。透鏡31聚集的光通過光圈32到達(dá)傳感 器芯片41的光接收表面。這里，沒有設(shè)置雙折射透明基板42。
[0086] 在圖5中，光軸由通過透鏡31的中心且達(dá)到傳感器芯片41的光接收表面的中心 附近的直線表示。9 1表示經(jīng)過透鏡端部附近(光圈32附近)的光束的入射角。 表示在光軸附近的光束的入射角。^表示從經(jīng)過透鏡端部附近的光束到透鏡31的厚度中 心上的光束的距離。1^表示從光軸周圍的光束到透鏡31的厚度中心上的光軸的距離。fQ 表示透鏡31的焦距。
[0087] 由于經(jīng)過透鏡31中心的光軸周圍的光束和在光圈附近經(jīng)過透鏡端部的光束之間 存在像差，焦點(diǎn)被偏移。經(jīng)過透鏡端部附近的光束的焦距短于光軸周圍的光束。因此，當(dāng)光 束聚焦在光軸周圍時(shí)，經(jīng)過透鏡端部附近的光束的焦點(diǎn)被偏移并且產(chǎn)生像差。
[0088] 如圖5所示，垂直于光接收表面的方向上的像差定義為垂直像差ΛΧι。相反，在平 行于光接收表面的方向上的像差定義為水平像差A(yù) yi。水平像差和垂直像差之間的關(guān)系由 下面的數(shù)字等式（1)表示。
[0089] [數(shù)字等式1]
[0090] Δ yj = Δ XjTan Θ j. . . (1)
[0091] 再者，存在等同于分辨率的模糊（Bokeh)量的參數(shù)。模糊量ε s由下面的數(shù)字等式 (2)表示。
[0092] [數(shù)字等式2]
[0093] ε s = l/4Ayi. . . (2)
[0094] 另外，垂直像差由下面的數(shù)字等式（3)表示。
[0095] [數(shù)字等式3]
[0096] Δ Xj = r^Tan Θ 3-r〇/ran Θ j. . . (3)
[0097] 圖6是示出其上設(shè)置有雙折射透明基板42的成像透鏡系統(tǒng)的像差變化的示意圖。 如圖6所示，雙折射透明基板42設(shè)置在傳感器芯片41的光接收表面上。圖7是圖6中傳 感器芯片41和雙折射透明基板42的放大圖。如上所述，在雙折射透明基板42中，高折射 率\的方向調(diào)整為垂直于光接收表面，低折射率η。的方向調(diào)整為平行于光接收表面。
[0098] 在圖6和7中，光軸由經(jīng)過透鏡31的中心且達(dá)到傳感器芯片41的光接收表面的 中心附近的直線表示。9 1表示經(jīng)過透鏡端部附近(光圈32)的光束的入射角。 表示在光軸附近的光束的入射角。^表示從經(jīng)過透鏡端部附近的光束到透鏡31的厚度中 心上的光束的距離。^表示從光軸周圍的光束到透鏡31的厚度中心上的光軸的距離。
[0099] 再者，在圖6和7中，fQ表示透鏡31的焦距，表示在設(shè)置雙折射透明基板42時(shí) 透鏡31的焦距。d表示雙折射透明基板42的厚度。Θ 2表示經(jīng)過透鏡端部附近的光束在雙 折射透明基板42內(nèi)的入射角，θ4表示光軸附近的光束在雙折射透明基板42內(nèi)的入射角。
[0100] 當(dāng)圖6和7中的水平像差和垂直像差表不為Δ χ2和Δ y2時(shí)，水平像差和垂直像差 之間的關(guān)系由下面的數(shù)字等式（4)表示。
[0101] [數(shù)字等式4]
[0102] Δ y2 = Δ x2*Tan θ 2· · · (4)
[0103] 焦距由下面的數(shù)字等式（5 )表示。
[0104] [數(shù)字等式5]
[0105] fj = (r^d^Tan Θ 4)/Tan Θ 3+d. . . (5)
[0106] 這里，如果沒有粘合雙折射透明基板42,那么從雙折射透明基板42的最外表面 (圖6和7中的上表面)到經(jīng)過透鏡端部附近的光束的焦點(diǎn)（圖6和7中的點(diǎn)線)的距離定義 為z。距離z由下面的數(shù)字等式6表示。
[0107] [數(shù)字等式6]
[0108] Z = d- { Δ Xj+ (f!-f〇)}. . . (6)
[0109] 接下來，當(dāng)粘附雙折射透明基板42時(shí)，從雙折射透明基板42的最外表面到經(jīng)過透 鏡端部附近的光束的距離定義為Z'，并且z和z'之差定義為Λ Z。在此情況下，差值Λ z 由下面的數(shù)字等式7表示。
[0110] [數(shù)字等式7]
[0111] Δ z = z*Tan Θ 丄/Tan θ 2-ζ· · · (7)
[0112] 在此情況下，垂直像差Λ χ2由下面的數(shù)字等式（8)表示。
[0113] [數(shù)字等式8]
[0114] Δ χ2 = Δ Xj+ (fi-fg) - Δ z. . . (8)
[0115] 另外，應(yīng)用斯涅爾（Sne 11)定理獲得數(shù)字等式（9 )和（10 )。
[0116] [數(shù)字等式9]
[0117] Sin Θ 3 = n*Sin θ 4· · · (9)
[0118] [數(shù)字等式10]
[0119] Sin Θ fr^Sin θ 2· · · (1〇)
[0120] 等式（9)和（10)中的η表示雙折射透明基板42的折射率。
[0121] 如上所述，雙折射透明基板42具有雙折射性，并且在垂直方向上具有高折射率ne。 在此情況下，如圖8所示，經(jīng)過透鏡端部附近的光束的p波偏振光(在平行于入射表面的方 向上的偏振光）的垂直分量受折射率n e的影響根據(jù)斯涅爾定理而折射較大。相反，p波偏 振光的水平分量受折射率η。的影響而折射。結(jié)果，與沒有雙折射透鏡基板相比，p波偏振光 的垂直分量和水平分量的合成波以折射較大的光束傳播。
[0122] 圖9是圖8所示的由點(diǎn)線環(huán)繞的部分雙折射透明基板42的放大圖。
[0123] 圖10是示出入射表面和偏振方向之間關(guān)系的示意圖。如圖10所示，在平行于入 射表面的方向上的偏振光稱為Ρ波偏振光，在垂直于入射表面的方向上的偏振光稱為S波 偏振光。
[0124] 圖9不出了 ρ波偏振光受折射率ne的影響而折射的垂直分量和ρ波偏振光受折 射率η。的影響而折射的水平分量的合成波。如圖9所示，與沒有雙折射透明基板相比，合 成波以折射較大的光束傳播。
[0125] 換言之，因?yàn)殡p折射透明基板42具有雙折射性，所以光束的入射角越靠近90度， 光束折射越大；光束的入射角越靠近零度，光束折射越小。例如，9 2和04之差變?yōu)樾∮趫D 7中的03和之差。
[0126] 結(jié)果，與光束通過沒有雙折射透明基板的情況相比，當(dāng)經(jīng)過透鏡端部的光束通過 雙折射透明基板42時(shí)，焦距變長，因此減小了像差。在圖8中，通過雙折射透明基板42的 光束由實(shí)線繪制，通過沒有雙折射透明基板的光束由點(diǎn)線繪制。沒有雙折射透明基板在垂 直和水平方向上具有折射率η。。
[0127] 參見圖8和9,詳細(xì)描述ρ波偏振光的光束的折射。這是因?yàn)樵诮?jīng)過成像透鏡系統(tǒng) 的光束中，Ρ波偏振光占主要。換言之，Ρ波偏振光的反射率的入射角依賴性與s波偏振光 的不同。
[0128] 經(jīng)過透鏡31端部附近的光斜入射在透鏡表面上。s波偏振光(在垂直于入射表面 的方向上的偏振光）隨著入射角增加具有較高的反射率。Ρ波偏振光隨著入射角增加具有 較低的反射率，低至布魯斯特（Brewster)角。結(jié)果，透射率增加。
[0129] 圖11是不出ρ波偏振光和s波偏振光的光反射率的入射角依賴性的圖表。在圖 11中，水平軸表不入射角，垂直軸表不反射率。圖11不出了 P波偏振光和s波偏振光的反 射率上的變化。如圖11所示，P波偏振光隨著入射角的增加具有低至布魯斯特角的反射率。 相反，s波偏振光隨著入射角的增加具有較高的反射率。
[0130] 參見圖6,成像透鏡系統(tǒng)僅由透鏡31構(gòu)成。實(shí)際上，成像透鏡系統(tǒng)通常由很多透鏡 構(gòu)成。當(dāng)光束通過成像透鏡系統(tǒng)的很多透鏡時(shí)，s波偏振光通過反復(fù)產(chǎn)生反射損耗而變?nèi)酰?但是P波偏振光具有大的光透過率。P波偏振光變?yōu)橹饕⑶疫_(dá)到傳感器芯片41的光接 收表面。
[0131] 因此，對于具有大的入射角且經(jīng)過透鏡端部的每一束光，應(yīng)考慮到光束的P波偏 振光的折射。
[0132] 上述的雙折射效果通過照相機(jī)的F值改變。透鏡的數(shù)值孔徑（NA)可由NA=Sin Θ i 表示。此外，NA=1/ (2*F值)。因此，入射角根據(jù)F值變化。
[0133] 圖12是示出雙折射性效果的圖表。在圖12中，水平軸表示基板的厚度，垂直軸表 示模糊量。透明基板采用具有雙折射性和無雙折射性的材料形成。模糊量根據(jù)基板的厚度 測量。
[0134] 由具有雙折射性的材料形成的透明基板(假設(shè)為石英基板)具有1. 55325的折射率 ne和1. 54425的折射率η。。由無雙折射性的材料形成的透明基板(假設(shè)為Si02多晶基板或 非晶基板)具有折射率η。。透鏡的垂直像差Λ Χ為0. lmm，F(xiàn)值為2. 8,并且透鏡在空氣中的 焦距fQ為12. 5mm。
[0135] 如圖12所示，透明基板(具有雙折射性)的模糊量低于透明基板(無雙折射性)。因 此，可得出的結(jié)論是透明基板的雙折射性降低了分辨力，因此改善了分辨率。
[0136] 圖13是示出雙折射性效果的另一個(gè)圖表。在圖13中，與圖12類似，水平軸表示基 板的厚度，垂直軸表示模糊量。透明基板采用具有雙折射性和無雙折射性的材料形成。根 據(jù)基板的厚度測量模糊量。
[0137] 在圖13中由具有雙折射性的材料形成的透明基板(假設(shè)為Ti02基板)具有2. 95的 折射率I以及2. 65的折射率η。。由無雙折射性的材料形成的透明基板具有折射率η。。透 鏡的垂直像差ΛΧ為0. 1mm，F(xiàn)值為2. 8,并且透鏡在空氣中的焦距&為12. 5mm。
[0138] 如圖13所不，透明基板(具有雙折射性）的|旲糊量進(jìn)一步減少。
[0139] 圖14是示出雙折射性效果的再一個(gè)圖表。在圖14中，與圖12類似，水平軸表示基 板的厚度，垂直軸表示模糊量。透明基板采用具有雙折射性和無雙折射性的材料形成。模 糊量根據(jù)基板的厚度測量。
[0140] 圖14中由具有雙折射性的材料形成的透明基板假設(shè)為石英基板、Ti02基板或方解 石基板。由無雙折射性的材料形成的透明基板假設(shè)為Si0 2多晶基板或非晶基板。方解石 基板具有1. 6634的折射率ne和1. 4887的折射率η。。
[0141] 透明石英基板的折射率比ne/n。為1. 0058。透明Ti02基板的折射率比ne/n。為 1. 1132。透明方解石基板的折射率比ne/n。為1. 1735。如圖14所示，方解石基板的模糊量 顯著減少。因此，可得出的結(jié)論是，由于透明基板的雙折射性，折射率比ny n。越大，分辨力 越小，且分辨率改善越大。
[0142] 出于實(shí)際目的，在照相機(jī)等中采用透明基板時(shí)，通過雙折射性提供上述效果的透 明基板的材料期望具有1. 1或更大的折射率比ηε/η。。
[0143] 再者，某些高分子有機(jī)材料(聚合物）或低分子有機(jī)材料具有雙折射性。圖4所示 的雙折射透明基板42可由高分子有機(jī)材料或低分子有機(jī)材料構(gòu)造。圖15是用于示出聚合 物的雙折射性表達(dá)機(jī)理的示意圖。
[0144] 聚合物包括串狀納米尺寸分子。在完全無規(guī)則狀態(tài)(非晶狀態(tài)）下，聚合物分子彎 曲成線圈狀。非晶狀態(tài)下的聚合物分子沒有方向性，并且因此對于光變?yōu)橥耆鶆虻慕橘|(zhì)。
[0145] 當(dāng)應(yīng)用熔化擠出法或拉伸法于非晶狀態(tài)下的聚合物分子時(shí)，定向了聚合物分子。 在定向狀態(tài)下，對定向方向（圖15中的水平方向）上偏振的直線偏振光的折射率^與對垂 直于定向方向的方向（圖15中的垂直方向）上偏振的直線偏振光的折射率n v不同。
[0146] 因此，其中折射率根據(jù)偏振表面而不同的雙折射的大小由Λη (=np-nv)表示。當(dāng) Λη為正值時(shí)，稱為正雙折射。當(dāng)Λη為負(fù)值時(shí)，稱為負(fù)雙折射。聚合物類型決定了極性，即 雙折射的正值或負(fù)值。
[0147] 已經(jīng)知曉苯乙烯或ΡΜΜΑ聚合物的Λ η易于變?yōu)樨?fù)值。
[0148] 與高分子材料類似，即使在低分子材料中也通過改善定向表達(dá)雙折射。
[0149] 因此，當(dāng)雙折射透明基板42由高分子有機(jī)材料或低分子有機(jī)材料形成時(shí)，如果 Λη是正值，則該分子可布置在垂直于透明基板的方向上，或者如果Λη是負(fù)值，該分子可 布置在平行于透明基板的方向上。通過以這樣的方式布置分子，由高分子或低分子有機(jī)材 料組成的透明基板將具有在垂直方向上具有高折射率的雙折射。
[0150] 上述雙折射透明基板42由于材料的物理特性具有雙折射性。然而，即使材料沒有 雙折射性，雙折射性也可通過在透明基板中引入特定的結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生。例如，在采用包括具有 不同相對介電常數(shù)的材料的電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)時(shí)，即使材料沒有雙折射性，也可形成具有雙 折射性的透明基板。
[0151] 圖16是采用具有相對介電常數(shù)ει和相對介電常數(shù)ε2的材料的電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu) 的示意圖。在圖16中，在垂直方向上較長的矩形中，白色矩形表示具有介電常數(shù) ει的材 料，其余矩形，即陰影線矩形表示具有介電常數(shù)ε2的材料。在圖16所示的該實(shí)施例中，以 垂直方向上較長的矩形示意的具有相對介電常數(shù)^和相對介電常數(shù)8 2的材料均設(shè)置為 平行于光入射方向，并且兩種材料交替地布置在水平方向上，因此形成電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)。
[0152] 如圖16所示具有相對介電常數(shù)ε i和相對介電常數(shù)ε 2的材料例如可形成方柱形 狀、圓柱形狀或其它形狀。
[0153] 在圖16中，光從頂部入射到底部。圖16中左右方向上的偏振光表示為"Α"。圖16 中深度方向上的偏振光表示為"Β"。平均相對介電常數(shù)^和ε 2由下面的數(shù)字等式（11) 和（12)表不：
[0154] [數(shù)字等式11]
[0155] ε A = fX ε ^(1-f) X ε 2____(11)
[0156] [數(shù)字等式12] 1 _ f , 1-f
[0157] ~~Z~ 一 ~~Z I Z εΒ ε1 ε2 .... (12)
[0158] 在數(shù)字等式（11)和（12)中，f表示具有相對介電常數(shù)ε i的材料的體積占有率。
[0159] 光的折射率是相對介電常數(shù)的平方根。因此，具有f=0. 5的電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)采用 折射率為1. 4 ( ε 1=1· 96)和折射率為2. 0 ( ε 2=4· 0)的材料，ε Α=2· 98且ε Β=2· 63。在此 情況下，圖16中在左右方向上的偏振光Α具有1. 73的折射率^，并且在深度方向上的偏振 光B具有1. 26的折射率nB，因此提供雙折射的效果。
[0160] 空氣可用作具有低折射率的材料(具有相對介電常數(shù)ε i的材料)。在此情況下，折 射率之差較大，是有效的。
[0161] 圖16所不的實(shí)施例基于光平行于構(gòu)成電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的材料的垂直方向入射的 前提。例如如圖17所示，即使在光斜入射時(shí)，電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)也可提供雙折射效果。
[0162] 在圖17中，在垂直方向上較長的白色矩形表示具有介電常數(shù)ει的材料，并且其 余矩形，即陰影線矩形表示具有介電常數(shù)ε 2的材料。在圖17中，與圖16類似，以垂直方 向上較長的矩形示出的具有相對介電常數(shù)^和相對介電常數(shù)82的材料設(shè)置為平行于光 入射方向，并且兩種材料交替地布置在水平方向上，因此形成電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)。
[0163] 與圖16不同，圖17中的光從右上方斜入射到左下方。圖17中左下和右上方向上 的偏振光表不為"Α"。圖17中深度方向上的偏振光表不為"Β"。
[0164] 盡管圖17中光Α和Β的折射率之間的大小關(guān)系（ηΑ>ηΒ)與圖16中的相反，但是電 介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)可提供雙折射效果。
[0165] 如上面參考圖17所描述，即使在光斜入射時(shí)，電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)也可提供雙折射效 果。這樣，可采用各種結(jié)構(gòu)。
[0166] 圖18AU8B和18C示出了電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的示例。圖18Α和18Β是電介質(zhì)多層結(jié) 構(gòu)的俯視圖。圖18C是沿著圖18Α的Α-Α'線或圖18Β的Β-Β'線剖取的截面圖，白色部分 表示具有介電常數(shù)^的材料，陰影線部分表示具有介電常數(shù)8 2的材料。
[0167] 圖18Α是電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的前視圖，其中具有介電常數(shù)ε2的材料布置成網(wǎng)格(方 形）形狀。具有介電常數(shù)h的材料可布置成格子形狀。這里，布置的示例為格子形狀，但 是可為六邊形或八邊形。
[0168] 圖18B是電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的前視圖，其中具有介電常數(shù)ε2的材料(或者具有介電 常數(shù)h的材料）布置成格子形狀。這里，布置的示例為格子形狀，但是可為圓形。
[0169] 圖18C是圖18A或圖18B的截面圖，其中具有介電常數(shù)ε2的材料和具有介電常 數(shù)εi的材料交替地布置在水平方向上。
[0170] 為了在圖18A至18C所示的電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)中提供雙折射，結(jié)構(gòu)圖案應(yīng)與波長具 有相同的尺寸或者小于波長。例如，在可見光的范圍上，結(jié)構(gòu)圖案應(yīng)具有500nm或更小的寬 度。換言之，在電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)中，具有相同特定介電常數(shù)的段區(qū)應(yīng)為500nm或更小。另外， 周期圖案是期望的，因?yàn)樵陔娊橘|(zhì)多層結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)未產(chǎn)生分布。
[0171] 在應(yīng)用于本發(fā)明成像傳感器40中的雙折射透明基板42可由圖16至18所示的上 述電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)形成。
[0172] 如至此所述，通過采用雙折射透明基板42,改善了成像透鏡系統(tǒng)的球形像差，因此 提供了小像素尺寸和分辨率改善。再者，改善了成像透鏡系統(tǒng)的色差，因此提供了小像素尺 寸和分辨率改善。
[0173] 圖19是示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置(成像傳感器）的透視圖。 圖19所示的成像傳感器40的結(jié)構(gòu)為在傳感器芯片41的光接收表面上設(shè)置有具有折射率 色散的透明基板43。
[0174] 這里，折射率色散表示對應(yīng)于透過元件的光束方向而具有不同折射率的特性。
[0175] 圖20是成像透鏡系統(tǒng)的色差的示意圖。
[0176] 在圖20中，透鏡31對應(yīng)于成像透鏡系統(tǒng)。透鏡31聚集的光通過光圈32到達(dá)傳 感器芯片41的光接收表面。這里，沒有設(shè)置具有折射率色散的透明基板43。
[0177] 在圖20中，光軸由經(jīng)過透鏡31的中心且到達(dá)傳感器芯片41的光接收表面中心附 近的直線表示。
[0178] 色差是在透鏡31的材料具有色散特性時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。由于具有短波長的光具有 高折射率，透鏡31的焦距f s變短。相反，由于具有長波長的光具有低折射率，透鏡31的焦 距4變長。這樣，產(chǎn)生了色差。
[0179] 圖21是用于示出通過設(shè)置具有折射率色散的透明基板43使成像透鏡系統(tǒng)的色差 變化的示意圖。如圖21所示，具有折射率色散的透明基板43設(shè)置在傳感器芯片41的光接 收表面上。
[0180] 具有折射率色散的透明基板43構(gòu)造為主要折射具有短波長的光而輕微折射具有 長波長的光。在圖21中，由于設(shè)置具有折射率色散的透明基板43,具有短波長的光的焦距 fs繼續(xù)變長，但是具有長波長的光的焦距4略微變長。因此，垂直像差和水平像差均近似 為零,改善了色差。
[0181] 這樣，通過設(shè)置具有折射率色散的透明基板43,改善了色差，因此提供了小像素尺 寸和分辨率改善。
[0182] 圖22是示出色差和阿貝數(shù)之間關(guān)系的圖，阿貝數(shù)（Abbe number)是示出具有折射 率色散的透明基板43的材料的色散特性的系數(shù)。在圖22中，水平軸表示具有折射率色散 的透明基板43的阿貝數(shù)，垂直軸表示傳感器芯片41的光接收表面上的色差(水平像差)，并 且示出了對應(yīng)于阿貝數(shù)的色差上的變化。這里，透鏡31在空氣中的焦距為15mm，并且具有 折射率色散的透明基板43的厚度為10mm。
[0183] 阿貝數(shù)vd由數(shù)字等式（13)表示。
[0184] [數(shù)字等式13]
[0185] - nF -nc …（13)
[0186] 阿貝數(shù)由光譜上特定用于各元件的黑線的波長決定，其稱為夫瑯禾費(fèi) (Fraunhofer)線。
[0187] 在數(shù)字等式（13)中，1^、％和11。分別表示在波長為587. 56nm (元素 He)、486. 13nm (元素 Η)和656. 27nm (元素 Η)上的折射率。根據(jù)數(shù)字等式（13)，阿貝數(shù)vd越小，折射率 的色散特性越大。
[0188] 如圖22所示，可發(fā)現(xiàn)阿貝數(shù)越小，色差越小。尤其是，當(dāng)阿貝數(shù)為40或更小時(shí)，色 差顯著減小。
[0189] 像差可通過簡單地采用具有色散特性的透明基板而減小（阿貝數(shù)vd是小的)。如 果將具有色散特性的透明基板與雙折射基板結(jié)合使用，則像差可進(jìn)一步減小，因此顯著改 善分辨率。
[0190] 這樣，通過采用具有40或更小的阿貝數(shù)的材料形成具有折射率色散的透明基板 43,可顯著改善色差。
[0191] 作為具有折射率色散的透明基板43的材料，可采用諸如PC、PS、AS樹脂和MS樹脂 的有機(jī)材料或諸如玻璃基材料和氧化物的無機(jī)材料，其中氧化物例如為Ti〇 2。
[0192] 具有折射率色散的透明基板43和雙折射透明基板42二者可結(jié)合使用。這樣，改 善了色差以及球形像差，因此提供了較小的像素尺寸和分辨率改善。
[0193] 接下來，將描述上面參考圖4描述的成像傳感器40的制造方法。首先，通過采用 具有雙折射性的無機(jī)材料形成雙折射透明基板42描述成像傳感器40的制造方法。
[0194] 在傳感器芯片41的光接收表面的正上方、且在成像透鏡系統(tǒng)和成像傳感器40的 傳感器芯片41之間的一部分間隔處設(shè)置由具有雙折射性且折射率（η>1)高于空氣(折射率 為1)的材料構(gòu)成的雙折射透明基板42。
[0195] 當(dāng)雙折射透明基板42設(shè)置在傳感器芯片41的光接收表面上時(shí)，具有高折射率ne 的方向調(diào)整為垂直于光接收表面，并且具有低折射率η。的方向調(diào)整為平行于光接收表面。
[0196] 從雙折射透明基板42的表面到成像透鏡系統(tǒng)(透鏡31)留有空間并具有光圈32。
[0197] 雙折射透明基板42采用對要接收和檢測的波段內(nèi)的光具有高透過率的材料，期 望是透明的材料。
[0198] 作為雙折射透明基板42的材料，采用諸如石英的氧化物（Si02)、Ti0 2、方解石 (CaC03)或鈮酸鋰的無機(jī)材料。當(dāng)Ti02用在上述無機(jī)材料當(dāng)中時(shí)，由于折射率的色散特性， 阿貝數(shù)為8. 3 (〈40)，因此同時(shí)降低了色差。通過采用Ti02形成雙折射透明基板42,顯著 改善了分辨率。
[0199] 雙折射透明基板42具有1mm或更大的厚度，期望是3mm。如參考圖12至14所描 述，這允許減少模糊量，降低分辨力，并且改善分辨率。
[0200] 當(dāng)雙折射透明基板42設(shè)置在傳感器芯片41的光接收表面上時(shí)，可使用樹脂型粘 合劑將雙折射透明基板42粘合到傳感器芯片41的光接收表面，或者可使用退火，例如激光 退火，來增加雙折射透明基板42和傳感器芯片41的光接收表面之間的粘合力以將它們粘 合。
[0201] 這樣，制造了成像傳感器40。
[0202] 接下來，通過采用具有雙折射性的有機(jī)材料形成雙折射透明基板42描述上面參 考圖4描述的成像傳感器40的制造方法。
[0203] 在傳感器芯片41的光接收表面的正上方、且在成像透鏡系統(tǒng)和成像傳感器40的 傳感器芯片41之間的一部分間隔處設(shè)置由具有雙折射性且折射率（η>1)高于空氣(折射率 為1)的材料構(gòu)成的雙折射透明基板42。
[0204] 當(dāng)雙折射透明基板42設(shè)置在傳感器芯片41的光接收表面上時(shí)，具有高折射率ne 的方向調(diào)整為垂直于光接收表面，并且具有低折射率η。的方向調(diào)整為平行于光接收表面。
[0205] 從雙折射透明基板42的表面到成像透鏡系統(tǒng)(透鏡31)留有空間并具有光圈32。
[0206] 雙折射透明基板42采用對要接收和檢測的波段內(nèi)的光具有高透過率的材料，期 望是透明的材料。
[0207] 作為雙折射透明基板42的材料，采用有機(jī)材料，例如，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、 聚碳酸酯樹脂（PC)、聚苯乙烯（PS)、丙烯腈-苯乙烯（AS樹脂）和聚甲基丙烯酸類苯乙烯 (MS樹脂)。
[0208] 雙折射透明基板42具有1mm或更大的厚度，期望是3mm。如參考圖12至14所描 述，這允許減少模糊量，降低分辨力，并且改善分辨率。
[0209] 當(dāng)雙折射透明基板42設(shè)置在傳感器芯片41的光接收表面上時(shí)，可使用樹脂型粘 合劑將雙折射透明基板42粘合到傳感器芯片41的光接收表面，或者可使用退火，例如激光 退火，來增加雙折射透明基板42和傳感器芯片41的光接收表面之間的粘合力以將它們粘 合。
[0210] 在形成雙折射透明基板42時(shí)，熔化擠出法或拉伸法可用于提高分子的定向，因此 改善雙折射性。因此，可采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)或聚碳酸酯樹脂（PC)的雙折射。
[0211] 由于PMMA、PS、AS樹脂或MS樹脂的Λ η容易變?yōu)樨?fù)值，所以分子的定向期望平行 于雙折射透明基板42。換言之，雙折射透明基板42可通過熔化擠出法或拉伸法制造，以使 應(yīng)力施加到平行于雙折射透明基板42的方向。
[0212] PC具有30 (〈40)的阿貝數(shù)，PS具有31 (〈40)的阿貝數(shù)，AS樹脂具有35 (〈40) 的阿貝數(shù)，并且MS樹脂具有35 (〈40)的阿貝數(shù)。這些材料可用于改善色差。因此，雙折射 透明基板42通過采用PC、PS、AS樹脂或MS樹脂形成，因此顯著改善分辨率。
[0213] 這樣，制造了成像傳感器40。
[0214] 接下來，描述通過采用電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)形成雙折射透明基板42制造上面參考圖4 描述的成像傳感器40的方法。
[0215] 在傳感器芯片41的光接收表面的正上方、且在成像透鏡系統(tǒng)和成像傳感器40的 傳感器芯片41之間的一部分間隔處設(shè)置由具有雙折射性且折射率（η>1)高于空氣(折射率 為1)的材料構(gòu)成的雙折射透明基板42。
[0216] 當(dāng)雙折射透明基板42設(shè)置在傳感器芯片41的光接收表面上時(shí)，具有高折射率ne 的方向調(diào)整為垂直于光接收表面，并且具有低折射率η。的方向調(diào)整為平行于光接收表面。
[0217] 從雙折射透明基板42的表面到成像透鏡系統(tǒng)(透鏡31)留有空間并具有光圈32。
[0218] 雙折射透明基板42采用對要接收和檢測的波段內(nèi)的光具有高透過率的材料，期 望是透明的材料。
[0219] 雙折射透明基板42通過采用如上參考圖16描述的電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)形成。換言 之，具有相對介電常數(shù)^的材料(低折射率材料）和具有相對介電常數(shù)ε 2的材料(高折射 率材料）交替地布置，因此形成電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)。
[0220] 當(dāng)雙折射透明基板42設(shè)置在傳感器芯片41的光接收表面上時(shí)，可使用樹脂型粘 合劑將雙折射透明基板42粘合到傳感器芯片41的光接收表面，或者可使用退火，例如激光 退火，來增加雙折射透明基板42和傳感器芯片41的光接收表面之間的粘合力以將它們粘 合。
[0221] 圖23示出了采用電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)形成雙折射透明基板的制造工藝。作為低折射 率材料(具有相對介電常數(shù)h的材料)，這里采用空氣。
[0222] 首先，如圖23A所示，抗蝕劑42a施加在雙折射透明基板42的主體材料(高折射率 材料）之上。
[0223] 抗蝕劑42a采用抗蝕劑掩模局部曝光且顯影以形成所期望的抗蝕劑圖案。這樣， 抗蝕劑42a局部去除，且形成梳齒狀抗蝕劑圖案。
[0224] 為了發(fā)現(xiàn)掩模的寬度對于可見光的雙折射性，期望該寬度小于波長量級(jí)（500nm 或更小)，但是沒有特別規(guī)定，只要寬度小于波長尺寸。因此，在如圖22B所示的抗蝕劑圖案 中，例如，抗蝕劑掩模應(yīng)制造為使抗蝕劑的凸起部分之間的每個(gè)間隔為500nm或更小。
[0225] 盡管這里采用曝光光刻,但是可采用電子束光刻圖案化等。
[0226] 接下來，局部蝕刻圖23B所示的抗蝕劑圖案以形成電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)。蝕刻可為諸 如RIE的干蝕刻或諸如濕蝕刻的化學(xué)蝕刻。
[0227] 這樣，形成了如圖23C所示的采用電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的雙折射透明基板42。在圖23C 中，通過蝕刻去除高折射率材料使空氣存在于白色部分處?？商娲?低折射率材料可埋設(shè) 在白色部分中。
[0228] 可替代地，采用電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的雙折射透明基板42可采用模子形成。
[0229] 圖24示出了采用電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)形成雙折射透明基板42的另一個(gè)制造工藝。作 為低折射率材料(具有相對介電常數(shù)ε i的材料)，這里采用空氣。
[0230] 首先，如圖24A所示，制備用于模制主體材料(高折射率材料)的模子。圖24A示出 了模制前的雙折射透明基板42,即由高折射率材料形成的板狀透明基板，以及梳齒狀模子 101。模子101不一定由金屬形成，而是可由諸如娃的半導(dǎo)體形成。
[0231] 接下來，如圖24B所示，由高折射率材料形成的透明基板采用模子101模制。在此 情況下，加熱模子101以擠壓由高折射率材料形成的透明基板(模制前的雙折射透明基板 42)。
[0232] 然后，模子101被冷卻且與由高折射率材料形成的透明基板分離。因此，如圖24C 所示，由高折射率材料形成的透明基板模制為具有梳齒形狀以提供雙折射透明基板42。
[0233] 當(dāng)采用電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)的雙折射透明基板42用模子形成時(shí)，一旦制造了模子 101，則可在擠壓工序中形成具有相同形狀的大量結(jié)構(gòu)化基板。因此，適合于低成本的批量 制造。
[0234] 雙折射透明基板42具有1mm或更大的厚度，期望為3mm。如上面參考圖12至14 所描述，這允許減少模糊量，降低分辨力，并且改善分辨率。
[0235] 這樣，制造了成像傳感器40。
[0236] 接下來，將描述上面參考圖19所描述的成像傳感器40的制造方法。
[0237] 在傳感器芯片41的光接收表面的正上方、且在成像透鏡系統(tǒng)和成像傳感器40的 傳感器芯片41之間的一部分間隔處設(shè)置具有雙折射性且折射率（η>1)高于空氣(折射率為 1)的、且具有折射率色散的透明基板43。
[0238] 從具有折射率色散的透明基板43的表面到成像透鏡系統(tǒng)(透鏡31)留有空間并具 有光圈32。
[0239] 具有折射率色散的透明基板43采用對要接收和檢測的波段內(nèi)的光具有高透過率 的材料，期望是透明的材料。
[0240] 作為具有折射率色散的透明基板43的材料，可采用諸如PC、PS、AS樹脂和MS樹脂 的材料。再者，可采用玻璃基基板和諸如11〇 2的氧化物。由于這些材料具有雙折射性，除 了色差外可改善球形像差。
[0241] 具有折射率色散的透明基板43的材料具有1mm或更大的厚度，期望為3mm。如上 面參考圖12至14所描述，這允許減少模糊量，降低分辨力，并且改善分辨率。
[0242] 當(dāng)具有折射率色散的透明基板43的材料設(shè)置在傳感器芯片41的光接收表面上 時(shí)，可使用樹脂型粘合劑將具有折射率色散的透明基板43粘合到傳感器芯片41的光接收 表面，或者可使用退火，例如激光退火，來增加具有折射率色散的透明基板43和傳感器芯 片41的光接收表面之間的粘合力以將它們粘合。
[0243] 所期望的是，具有折射率色散的透明基板43的材料具有40或更低的阿貝數(shù)。
[0244] 具有40或更小阿貝數(shù)v d的玻璃基材料的示例包括如下：S_BAH28 ( v d=38)、 S---ΜΙ ( vd=36)、S-HM2 ( vd=36)、S-HM5 ( vd=38)、S-HM8 ( vd=39)、S-TIM22 ( vd=34)、 S-TIM25 ( vd=32)、 S-TIM27 ( vd=34)、 S-TIM28 ( vd=31)、 S-TIM35 ( vd=30)、 S-TIM39 (vd=33)、S-TIH4 ( vd=28)、S-TIH6 ( vd=25)、S-TIH10 ( vd=29)、S-TIH11 ( vd=26)、 S-TIH13 ( vd=28)、 S-TIH14 ( vd=27)、 S-TIH18 ( vd=29)、 S-TIH23 ( vd=26)、 S-TIH53 (vd=24)、S-LAM66 ( vd=35)、S-LAH60 ( vd=37)、S-LAH63 ( vd=40)、S-FTM16 ( vd=35)、 S-NPH1 ( vd=23)、BAH32 ( vd=39)、PBM3 ( vd=37)、PBHl ( vd=30)、PBH3 ( vd=28)、PBH71 (vd=21)、LAM7 ( vd=35)、LAH78 ( vd=32)、BPH5 ( vd=40)、BPH8 ( vd=35)、PBMl ( vd=36)、 PBM2 ( v d=36)、PBM4 ( v d=36)、BM5 ( v d=38)、PBM6 ( v d=35)、PBM8 ( v d=39)、PBM9 ( v d=38)、 PBM22 ( vd=34)、PBM25 ( vd=32)、PBM27 ( vd=35)、PBM28 ( vd=31)、PBM35 ( vd=30)、PBM39 (vd=33)、HMll ( vd=36)、PBH4 ( vd=28)、PBH6 ( vd=25)、PBH10 ( vd=28)、PBHll ( vd=26)、 PBH13 ( vd=28)、PBH14 ( vd=27)、PBH21 ( vd=21)、PBH23 ( vd=26)、PBH25 ( vd=27)、 PBH53 ( vd=24)、PBH72 ( vd=21)、TPH55 ( vd=25)、TIH53 ( vd=24)、BAM21 ( vd=39)、BAH22 (vd=36)、BAH28 ( vd=38)、BAH30 ( vd=39)、BAH78 ( vd=38)、LAH71 ( vd=32)、S-LAH75 (vd=35)、BPH40 ( vd=38)、BPH45 ( vd=34)、BPH50 ( vd=32)。
[0245] 這樣，制造了成像傳感器40。
[0246] 圖25是示出作為根據(jù)本發(fā)明的電子設(shè)備的照相機(jī)裝置的構(gòu)造示例的模塊圖。
[0247] 圖25所示的照相機(jī)裝置600包括具有一組透鏡的光學(xué)單元601、應(yīng)用上述像素的 構(gòu)造的固態(tài)成像裝置(成像裝置）602以及作為相機(jī)信號(hào)處理電路的DPS電路603。照相機(jī) 裝置600還包括幀存儲(chǔ)器604、顯示器605、記錄單元606、操作單元607和電源608。DSP電 路603、幀存儲(chǔ)器604、顯示器605、記錄單元606、操作單元607和電源608通過總線609互 連。
[0248] 光學(xué)單元601從物體取得入射光(成像光)，并且在固態(tài)成像裝置602的成像區(qū)域 上形成圖像。固態(tài)成像裝置602將通過光學(xué)單元601成像在成像區(qū)域上的入射光量轉(zhuǎn)換成 每個(gè)像素的電信號(hào)且輸出電信號(hào)作為像素信號(hào)。作為固態(tài)成像裝置602,可采用根據(jù)上述實(shí) 施例的固態(tài)成像裝置。
[0249] 顯示器605是平面型顯示裝置，例如，液晶面板、有機(jī)EL (電致發(fā)光）面板等，并且 顯示由固態(tài)成像裝置602捕獲的運(yùn)動(dòng)圖像或靜態(tài)圖像。記錄單元606記錄由固態(tài)成像裝置 602捕獲的運(yùn)動(dòng)圖像或靜態(tài)圖像到記錄介質(zhì)，例如，錄像帶、DVD (數(shù)字化多功能光盤）等。
[0250] 操作單元607通過使用者的操作發(fā)出照相機(jī)裝置600所屬的各種功能的操作指 令。電源608根據(jù)需要給DSP電路603、幀存儲(chǔ)器604、顯示器605、記錄單元606和操作單 元607提供用于操作的電源。
[0251] 本發(fā)明不僅可應(yīng)用于成像傳感器以檢測入射的可見光量的分布且捕獲圖像，而且 可應(yīng)用于通常的成像傳感器(物理量分布檢測設(shè)備)，包括用于捕獲紅外線、X射線或粒子等 入射量分布的成像傳感器，以及廣義上的指紋檢測傳感器，其檢測諸如壓力和電容的其它 物理量分布且捕獲圖像。
[0252] 上面描述過程的連續(xù)性不僅包括時(shí)序上沿著這里描述的順序執(zhí)行，而且包括在時(shí) 序上并列或不必要分開執(zhí)行的程序。
[0253] 本發(fā)明的實(shí)施例不限于上面描述的實(shí)施例，而是在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可 進(jìn)行各種變化和修改。
[0254] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在所附權(quán)利要求或其等同方案的范圍內(nèi)，根據(jù) 設(shè)計(jì)需要和其他因素，可以進(jìn)行各種修改、組合、部分組合和替換。
[0255] 本發(fā)明可以具有下面的構(gòu)造。
[0256] ( 1) 一種固態(tài)成像裝置，包括：
[0257] 由雙折射材料形成的透明基板，該雙折射材料具有在垂直于光接收表面的方向上 的高折射率和在平行于該光接收表面的方向上的低折射率，該透明基板設(shè)置在該光接收表 面上。
[0258] (2)根據(jù)上面（1)的固態(tài)成像裝置，其中
[0259] 該折射材料的該高折射率ne和該低折射率η。的折射率比ne/n。為1. 1或更大。
[0260] (3)根據(jù)上面（1)或（2)的固態(tài)成像裝置，其中
[0261] 該折射材料是無機(jī)材料。
[0262] (4)根據(jù)上面（3)的固態(tài)成像裝置，其中
[0263] 該無機(jī)材料是石英、Ti02、方解石或鈮酸鋰。
[0264] ( 5 )根據(jù)上面（1)的固態(tài)成像裝置，其中
[0265] 該折射材料是有機(jī)材料。
[0266] (6)根據(jù)上面（5)的固態(tài)成像裝置，其中
[0267] 該有機(jī)材料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯樹脂（PC)、聚苯乙烯（PS)、丙 烯腈-苯乙烯（AS樹脂）或聚甲基丙烯酸類苯乙烯（MS樹脂)。
[0268] (7)根據(jù)上面（1)或（2)的固態(tài)成像裝置，其中
[0269] 該折射材料具有電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)，該電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)中結(jié)合了具有不同相對介電 常數(shù)的材料。
[0270] (8)根據(jù)上面（7)的固態(tài)成像裝置，其中
[0271] 通過結(jié)合該具有不同相對介電常數(shù)的材料來設(shè)置該電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)，以使具有相 同相對介電常數(shù)的每個(gè)材料區(qū)域?yàn)?00nm或更小。
[0272] (9)根據(jù)上面（8)的固態(tài)成像裝置，其中
[0273] 通過將該具有相同相對介電常數(shù)的材料布置成格子形、六邊形、八邊形或柱形來 形成該電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)。
[0274] (10)根據(jù)上面（1)至（9)任何一項(xiàng)的固態(tài)成像裝置，其中
[0275] 該雙折射材料具有折射率色散，以使該折射率對于具有短波長的光是高的而對于 具有長波長的光是低的。
[0276] (11)根據(jù)上面（10)的固態(tài)成像裝置，其中
[0277] 折射材料具有40或更小的阿貝數(shù)。
[0278] (12)-種電子設(shè)備，包括由雙折射材料形成的透明基板，該雙折射材料具有在垂 直于光接收表面的方向上的高折射率和在平行于該光接收表面的方向上的低折射率，該透 明基板設(shè)置在該光接收表面上。
[0279] (13)-種固態(tài)成像裝置，包括透明基板，該透明基板由具有折射率色散的材料形 成，以使該折射率對于具有短波長的光是高的而對于具有長波長的光是低的，并且該透明 基板設(shè)置在該光接收表面上。
[0280] (14)根據(jù)上面（13)的固態(tài)成像裝置，其中
[0281] 具有折射率色散的材料具有40或更小的阿貝數(shù)。
[0282] ( 15)根據(jù)上面（14)的固態(tài)成像裝置，其中
[0283] 該具有折射率色散的材料是聚碳酸酯樹脂（PC)、聚苯乙烯（PS)、丙烯腈-苯乙烯 (AS樹脂)、聚甲基丙烯酸類苯乙烯（MS樹脂)、玻璃基材料或Ti0 2。
[0284] ( 16) -種電子設(shè)備，包括固態(tài)成像裝置，該固態(tài)成像裝置包括透明基板，該透明基 板由具有折射率色散的材料形成，以使該折射率對于具有短波長的光是高的而對于具有長 波長的光是低的，該透明基板設(shè)置在該光接收表面上。
[0285] 根據(jù)本發(fā)明的第三和第四實(shí)施例，在光接收表面上設(shè)置由具有折射率色散的材料 形成的透明基板，以使該折射率對于具有短波長的光是高的并且對于具有長波長的光是低 的。
【權(quán)利要求】
1. 一種固態(tài)成像裝置，包括： 由雙折射材料形成的透明基板，該雙折射材料具有在垂直于光接收表面的方向上的 高折射率和在平行于該光接收表面的方向上的低折射率，該透明基板設(shè)置在該光接收表面 上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 該雙折射材料的該高折射率和該低折射率η。的折射率比nyn。為1. 1或更大。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 該雙折射材料是無機(jī)材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中 該無機(jī)材料是石英、Ti02、方解石或鈮酸鋰。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 該雙折射材料是有機(jī)材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，其中 該有機(jī)材料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯樹脂（PC)、聚苯乙烯（PS)、丙烯 腈-苯乙烯（AS樹脂）或聚甲基丙烯酸類苯乙烯（MS樹脂)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 該雙折射材料具有電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)，該電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)中結(jié)合了具有不同相對介電常 數(shù)的材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的固態(tài)成像裝置，其中 通過結(jié)合該具有不同相對介電常數(shù)的材料來設(shè)置該電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)，以使具有相同相 對介電常數(shù)的每個(gè)材料區(qū)域?yàn)?00nm或更小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置，其中 通過將該具有相同相對介電常數(shù)的材料布置成格子形、六邊形、八邊形或柱形來形成 該電介質(zhì)多層結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 該雙折射材料具有折射率色散，以使該折射率對于具有短波長的光是高的而對于具有 長波長的光是低的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的固態(tài)成像裝置，其中 該雙折射材料具有40或更小的阿貝數(shù)。
12. -種電子設(shè)備，包括由雙折射材料形成的透明基板，該雙折射材料具有在垂直于光 接收表面的方向上的高折射率和在平行于該光接收表面的方向上的低折射率，該透明基板 設(shè)置在該光接收表面上。
13. -種固態(tài)成像裝置，包括透明基板，該透明基板由具有折射率色散的材料形成，以 使該折射率對于具有短波長的光是高的而對于具有長波長的光是低的，并且該透明基板設(shè) 置在該光接收表面上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的固態(tài)成像裝置，其中 該具有折射率色散的材料具有40或更小的阿貝數(shù)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的固態(tài)成像裝置，其中 該具有折射率色散的材料是聚碳酸酯樹脂（PC)、聚苯乙烯（PS)、丙烯腈-苯乙烯（AS 樹脂)、聚甲基丙烯酸類苯乙烯（MS樹脂)、玻璃基材料或Ti02。
16. -種電子設(shè)備，包括固態(tài)成像裝置，該固態(tài)成像裝置包括透明基板，該透明基板由 具有折射率色散的材料形成，以使該折射率對于具有短波長的光是高的而對于具有長波長 的光是低的，該透明基板設(shè)置在該光接收表面上。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK104103656SQ201410113531
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月1日
【發(fā)明者】戶田淳 申請人:索尼公司