CN101283453A - 固态成像装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种固态成像装置，包括：多个光电二极管区域(2)，其以阵列方式排列；不透光分界区域(6)，其存在于每个光电二极管区域周围；以及微透镜阵列(8a)，其包括与所述多个光电二极管区域对应地以阵列方式排列的多个微透镜；其中，每个微透镜用于使得朝向对应光电二极管区域周围的不透光分界区域直线传播的入射光会聚到所述光电二极管区域内，微透镜阵列是使用透光类金刚石碳(DLC)膜而形成的，所述DLC膜包括与各微透镜对应的折射率受调制的区域，当光束通过所述折射率受调制的区域时产生光会聚效应。

Description

固态成像装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及固态成像装置，尤其涉及固态成像装置中的改进的光学部件。

背景技术

众所周知，诸如CCD(电荷耦合装置)图像传感器和CMOS(补型MOS(金属氧化物半导体)晶体管)图像传感器等固态成像装置广泛应用于录像机、数码相机、扫描仪等。

在CCD和CMOS图像传感器固态成像装置中，多个光电二极管排列成一维或二维阵列。在CCD图像传感器中，通过CCD读出光电二极管中发生光电转换的电荷，然后再进行放大。另一方面，在CMOS图像传感器中，在读出光电二极管中发生光电转换的电荷之前使用CMOS晶体管放大电荷。

也就是说，在CCD图像传感器中，CCD设置在对应光电二极管的附近，而在CMOS图像传感器中，CMOS晶体管设置在对应光电二极管附近。使用遮光膜覆盖不有助于实现光电转换的CCD和CMOS晶体管。为了提高每个光电二极管上的光入射效率，在固态成像装置中使用微透镜阵列。

图19示出用于彩色图像的传统CCD图像传感器(参见非专利文献1：Kazuya Yonemoto，“CCD/CMOS图像传感器的基础和应用(Basics and Applications of CCD/CMOS Image Sensors)”，2003年第一版CQ Publishing Co.，Ltd.，p.94，Fig.4-3)的示意性横截面。该彩色固态成像装置包括在硅基板1上排列成二维阵列的多个光电二极管2。一个彩色像素包括一组共三个光电二极管2，这三个光电二极管2分别用于接收透射通过吸收型滤色片3中包含的红光透射区域、绿光透射区域和蓝光透射区域的红光R、绿光G和蓝光B。也就是说，构成一个彩色像素的三个光电二极管2沿着图19中的横向周期地排列。光电二极管2还沿着与图19的纸面正交的方向排列。

沿着光电二极管2的行形成用作竖直CCD的多个寄存器4和多个多晶硅栅电极5，光电二极管2沿着与图19的纸面正交的方向排列。使用转移栅极(未示出)将通过光电二极管2中的光电转换产生的电荷读入到与该光电二极管2的左侧或右侧相邻的寄存器4中，并在栅极电极5的控制下将读取电荷顺次转移到相邻寄存器4中。如此由竖直CCD顺次转移的电荷进一步由水平CCD(未示出)转移，最终由放大器放大并检测为电信号。

为了实现上述固态成像装置的功能，应该抑制CCD和转移栅极区域中的光电转换，这是因为这将对光电二极管2中产生的电荷产生噪声。为了达到该目的，使用遮光膜6覆盖除了光电二极管2以外的区域。换句话说，在入射到固态成像装置上的入射光7中，仅检测到通过形成于遮光膜6中的开口入射到光电二极管2上的光，而不会检测到由遮光膜6遮蔽的光。

这样，为了将尽可能多的入射光7会聚到光电二极管2上，提供微透镜阵列8，该微透镜阵列包括与滤色片3的各个颜色区域对应设置的多个微透镜。

非专利文献1：Kazuya Yonemoto，“CCD/CMOS图像传感器的基础和应用(Basics and Applications of CCD/CMOS Image Sensors)”，2003年第一版CQ Publishing Co.，Ltd.，p.94，Fig.4-3

发明内容

本发明要解决的问题

通常通过压印玻璃或塑料板来形成如图19所示的传统固态成像装置中的微透镜阵列8。如此通过压印形成的微透镜阵列8相对较厚重。如果可以使用薄膜形成这种微透镜阵列8，将可以减少固态成像装置的厚度和重量。

此外，在图19的彩色固态成像装置中包含的吸收型滤色片3的每个颜色区域中，仅透射特定波长范围内的光，而其它波长范围内的光被吸收并转换成热量。如果可以为滤色片使用光学衍射元件(全息元件)的分光效应，将可以从入射到像素上的光中分离并提取出红色、绿色和蓝色三色光，这将提高彩色固态成像装置中的光利用效率。

基于以上考虑，本发明的一个目的是改进固态成像装置中的光学部件，从而减少固态成像装置的厚度和重量，并进一步提高固态成像装置中的光利用效率。

解决问题的手段

根据本发明的一方面，一种固态成像装置包括：多个光电二极管区域，其以阵列方式排列；不透光分界区域，其存在于每个光电二极管区域周围；以及微透镜阵列，其包括与所述光电二极管区域对应地以阵列方式排列的多个微透镜；其中，每个微透镜用于使得朝向对应光电二极管区域周围的不透光分界区域直线传播的入射光会聚到所述光电二极管区域内，并且所述微透镜阵列是使用透光类金刚石碳(DLC)膜而形成的，所述DLC膜包括与各微透镜对应的折射率受调制的区域，当光束通过所述折射率受调制的区域时产生光会聚效应。

可以在所述DLC膜的主面侧与各微透镜对应地形成具有相对较高折射率的折射型透镜区域，所述透镜区域可以具有由所述主面和与粗略球形表面的一部分对应的界面限定的凸透镜形状。可选的是，所述折射型透镜区域可以具有柱形凸透镜形状，所述柱形凸透镜形状由所述DLC膜的主面和与粗略圆柱形表面的一部分对应的界面限定，所述粗略圆柱形表面的中心轴线平行于所述主面。

所述折射型透镜区域还可以具有穿透所述DLC膜的粗略圆柱形形状，在这种情况下，所述圆柱形形状的中心轴线与所述DLC膜正交，并且越接近所述中心轴线折射率越高。可选的是，所述折射型透镜区域可以具有穿透所述DLC膜的带状区域，在这种情况下，越接近通过所述带状区域的宽度方向中央且与所述DLC膜正交的平面折射率越高。

所述DLC膜可以包括多个带状环形区域，所述多个带状环形区域构成对应于各微透镜的同心圆，在这种情况下，所述带状环形区域的折射率受调制以作为衍射光栅使用，并且带状环形区域距离所述同心圆的中心越远则宽度越窄。在这种情况下，优选的是，所述DLC膜包括对应于各微透镜的m个同心环区，每个环区包括n个带状环形区域，其中在每个环区中，内侧的带状环形区域的折射率比外侧的带状环形区域的折射率高，各个环区中的对应带状环形区域具有彼此相等的折射率。

可选的是，所述DLC膜可以包括对应于各微透镜的彼此平行的多个带状区域，在这种情况下，所述带状区域的折射率受调制以作为衍射光栅使用，并且带状区域距离规定带状区域越远则宽度越窄。在这种情况下，优选的是，所述DLC膜包括对应于各微透镜的彼此平行的m个带区，每个带区包括n个带状区域，其中在每个带区中，靠近规定带状区域的带状区域的折射率比远离所述规定带状区域的带状区域的折射率高，并且各个带区中的对应带状区域具有彼此相等的折射率。

根据本发明的另一方面，一种固态成像装置包括：多个光电二极管区域，其以阵列方式排列；以及全息元件；其中，所述全息元件包括在透光基板上形成的透光DLC膜，所述DLC膜包括交替排列的相对较高折射率带状区域和相对较低折射率带状区域，所述全息元件具有滤色片功能，即：通过全息术使入射光发生衍射并分光，然后以与所述光电二极管区域的排列对应的周期将不同波长的光导向预定位置。

所述DLC全息元件可以具有如下滤色片功能，即：使入射光发生衍射并分光，然后以与所述光电二极管区域的排列对应的周期将蓝光、绿光和红光导向预定位置。在从蓝光区域的470μm到红光区域的630μm的波长范围内，所述DLC全息元件的衍射效率相对于入射光的变化可以为小于40％。

所述全息元件的DLC膜可以与微透镜阵列结合。在这种情况下，所述DLC膜中的高折射率带状区域可以具有均一的宽度和间隔，所述微透镜阵列可以包括以与所述光电二极管区域的排列对应的周期设置的多个微透镜。可选的是，高折射率带状区域可以具有对应于所述光电二极管区域的排列发生周期性变化的宽度和间隔，从而使得所述全息元件不仅具有分光功能并且具有微透镜阵列功能。

所述全息元件可以包括多个DLC膜，这些DLC膜各自相对于波长彼此不同的光具有衍射效率峰值。在这种情况下，所述多个DLC膜可以包括第一和第二DLC膜，优选的是，所述第一DLC膜相对于红光具有衍射效率峰值，所述第二DLC膜相对于蓝光具有衍射效率峰值。

根据本发明的另一方面，一种固态成像装置包括：多个光电二极管，其以阵列方式排列；微透镜阵列，其包括多个微透镜，所述多个微透镜以与所述光电二极管的排列对应的周期设置；以及全息元件；其中，所述微透镜阵列是使用透光DLC膜而形成的，所述DLC膜包括与各微透镜对应的折射率受调制的区域，当光束通过所述折射率受调制的区域时会产生光会聚效应。所述全息元件也包括透光DLC膜，所述DLC膜具有交替排列的较高折射率带状区域和较低折射率带状区域，所述全息元件具有这样的滤色片功能：使入射光发生衍射并分光，然后以与所述光电二极管区域的排列对应的周期将不同波长的光导向规定位置。

优选的是，在上述DLC膜中相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域中，折射率以多级形式发生变化。另外优选的是，在上述DLC膜中相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域中，折射率连续地变化。上述DLC膜中相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域相对于所述DLC膜的厚度方向倾斜。

在所述固态成像装置的制造方法中，优选地通过等离子体CVD法形成所述DLC膜。此外，可以使用紫外光、X射线、同步辐射射线、离子和电子束中的任意射束照射所述DLC膜，从而在所述DLC膜中形成具有相对较高折射率的区域。在所述固态成像装置的制造方法中，还可以通过暴露于具有周期性强度分布的紫外光，从而在所述DLC膜中形成具有相对较高折射率的区域，通过透过相位光栅掩模的两种衍射光的干涉获得所述周期性强度分布。

本发明的效果

根据本发明，可以改进所述固态成像装置的光学部件从而减少

所述固态成像装置的厚度和重量并进一步提高所述固态成像装置的

光利用效率。

附图说明

图1是示意性示出根据本发明实施例的固态成像装置的剖视图。

图2是示意性示出根据本发明另一个实施例的彩色固态成像装置的剖视图。

图3是示意性示出根据本发明另一个实施例的彩色固态成像装置的剖视图。

图4是示意性示出根据本发明另一个实施例的彩色固态成像装置的剖视图。

图5示出用于本发明的固态成像装置中的折射型微透镜阵列的制造方法的示意性剖视图。

图6示出用于图5的折射型微透镜阵列的制造方法中的压印模的形成方法的示意性剖视图。

图7示出浮凸式衍射型微透镜的制造方法的示意性剖视图。

图8示出用于图7的浮凸式微透镜的制造方法中的掩模的示意性平面图。

图9(a)是示出用于根据本发明的透光型显示面板中的衍射型微透镜的示意性平面图，而图9(b)是相应的剖视图。

图10示出图9的衍射型微透镜的制造方法实例的示意性剖视图。

图11是示出根据本发明的衍射型微透镜的制造方法的另一个实例的示意性剖视图。

图12是示出在形成于DLC膜内的折射率调制型衍射光栅中衍射效率与波长的关系的曲线图。

图13是示出DLC全息膜的制造方法实例的示意性剖视图。

图14是示出DLC全息膜的制造方法的另一个实例的示意性剖视图。

图15是示出DLC全息膜的制造方法的另一个实例的示意性剖视图。

图16是示出两层全息滤色片的示意性剖视图。

图17是示意性示出在图16的全息滤色片中衍射效率与波长的关系的曲线图。

图18是示出具有波长分离功能和微透镜功能的衍射光栅的实例的示意性平面图。

图19是示出传统彩色固态成像装置的实例的示意性剖视图。

附图标记说明

1  硅基板

2  光电二极管

3  吸收型滤色片

3a 形成于DLC膜中的衍射型滤色片

4  寄存器

5  栅电极

6  遮光膜

7  入射光

8  微透镜阵列

8a 形成于DLC膜中的微透镜阵列

8b 微透镜阵列

9  具有微透镜功能和滤色片功能的DLC全息膜

具体实施方式

图1示出根据本发明实施例的固态成像装置的示意性剖视图。图1的固态成像装置与图19的传统固态成像装置的不同之处仅在于，图1中的固态成像装置包括形成于透光类金刚石碳(DLC)膜中的微透镜阵列8a。与传统固态成像装置相比，这种包括形成于DLC膜中的微透镜阵列8a的固态成像装置可以降低厚度并减小重量。

关于图1的固态成像装置所需的透光DLC层中的微透镜阵列的形成，本发明的发明人首先确认，通过使用能量束照射DLC膜可以提高DLC膜的折射率。通过在诸如硅基板、玻璃基板、聚合物基板等各种基底上执行等离子体CVD(化学汽相沉积)法，可以形成DLC膜。通过等离子体CVD法获得的透光DLC膜通常具有大约1.55的折射率。

可以使用紫外(UV)线、X射线、同步辐射(SR)射线、离子束、电子束等作为用于提高DLC膜折射率的能量束。SR射线通常包括从紫外线到X射线的宽波长范围内的电磁波。

例如，当在800keV加速电压条件下以5×10¹⁷/cm²剂量注入He离子时，折射率的改变量增加到大约Δn＝0.65。类似地，可以通过注入例如H、Li、B和C等离子来提高折射率。此外，使用具有0.1到130nm光谱的SR射线进行照射，可以将折射率的改变量最大提高到大约Δn＝0.65。此外，在使用UV照射的情况下，当以频率为100Hz以及能量密度为每个脉冲160mW/mm²的脉冲施加波长248nm的KrF受激准分子激光时，折射率的改变量可以增加到大约Δn＝0.22。类似地，可以使用ArF(193nm)、XeCl(308nm)、XeF(351nm)等受激准分子激光或Ar激光(488nm)的照射来增加折射率。应该理解到，通过使用这种能量束照射DLC膜获得的折射率的改变量远大于通过使用UV射线照射传统石英玻璃获得的折射率的改变量(约Δn＝0.01或更小)。

图5示出使用DLC膜的折射型微透镜阵列的制造方法的示意性剖视图。

在图5(a)中，在DLC膜21上形成掩模层22。对于掩模层22，可以使用能够限制能量束23透射的各种材料。例如，可以从金、铬、镍、铝、钨等材料中选择掩模层的材料，从而根据能量束的透射量的设计要求使得掩模层的材料最优化。掩模层22具有排列成阵列的微小凹陷22a。每个凹陷22a具有由粗略球形表面的一部分或粗略圆柱形表面(其中心轴线与附图纸面正交)的一部分形成的底面。能量束23通过具有凹陷22a阵列的掩模层22导向DLC膜21。

在图5(b)中，在使用能量束23照射之后移除掩模层22，从而得到形成于DLC膜21中的微透镜阵列21a。也就是说，通过能量束23的照射，与掩模层22的凹陷22a阵列对应地在DLC膜21中形成高折射率区域21a的阵列。由于掩模层22的凹陷22a具有球形或圆柱形底面，因此在远离凹陷22a中心以及接近凹陷22a外周的位置处掩模层的厚度较大。这意味着与凹陷22a的外周部分相比，能量束23能够更容易地穿透凹陷22a的中心部分。因此，高折射率区域21a具有中心部分厚于外周部分的浅球形或圆柱形凸透镜的形状。因此，这些高折射率区域21a中的每一个本身都可以作为微透镜使用。

在如图5(a)所示使用能量束23制造微透镜阵列的情况下，通过控制粗略球形或圆柱形表面形状的凹陷22a的深度，可以调节图5(b)中的微透镜21a的厚度(即焦距)。即使在不改变凹陷22a的深度的情况下，也可以通过改变所施加的能量束23的透射率来调节微透镜21a的焦距。例如，在使用He离子束作为能量束23的情况下，可以通过增加离子的加速度能量来增加透射率，从而缩短微透镜21a的焦距。此外，因为折射率的改变量Δn随着能量束23的剂量的增加而增加，因此还可以通过相对于DLC膜控制能量束23的剂量率来调节微透镜21a的焦距。

图5(c)示出另一个微透镜阵列的示意性剖视图。该微透镜21b具有穿透DLC膜21的圆柱形或带状区域。当微透镜21b是圆柱形时，其中心轴线21c平行于DLC膜21的厚度方向，并且越接近中心轴线21c折射率就越高。在带状微透镜21b的情况下，通过宽度方向中心的中心平面(与附图纸面正交)21c平行于DLC膜21的厚度方向，并且越接近中心轴线21c折射率就越高。

可以采用与图5(a)相似的方式形成图5(c)中的微透镜阵列。具体地说，通过使用能够穿透掩模层22和DLC膜21的高能量束23进行照射，则较接近中心轴线或平面21c的部分受到能量束照射的剂量较高，从而更高程度地提高折射率。

可以以各种方式制造包括凹陷22a的掩模层22，其中每个凹陷22a具有如图5(a)所示的粗略球形或圆柱形的底面。例如，可以在DLC膜21上形成厚度均匀的掩模层22，并在掩模层上形成抗蚀层，该抗蚀层具有排列成阵列的微小孔或平行排列的线性开口。通过穿过抗蚀层的微小孔或线性开口进行各向同性蚀刻，可以在掩模层22中在孔或开口下方形成粗略半球形或半圆柱形的凹陷22a。

也可以利用图6的示意性剖视图所示的方法制造的压印模，以简单的方式形成包括凹陷22a的掩模层22，每个凹陷22a具有如图5(a)所示的粗略球形或圆柱形底面。

在图6(a)中，例如在二氧化硅基板31上形成抗蚀图案32。在基板31上，抗蚀图案32在排列成阵列的多个微小圆形区域或平行排列的多个狭窄带状区域上形成。

在图6(b)中，加热并熔化抗蚀图案32。在每个微小圆形区域或狭窄带状区域上熔化的抗蚀图案32由于表面张力而获得粗略球形或圆柱形表面形状的凸透镜形状32a。

在图6(c)中，当对二氧化硅基板31a以及粗略凸透镜形状的抗蚀剂32b实施反应离子蚀刻(RIE)时，二氧化硅基板31a被蚀刻，并且通过RIE使抗蚀剂32b的半径或宽度减小。

因此，如图6(d)所示，可以获得二氧化硅压印模31c，该压印模具有粗略球形或圆柱形表面形状的阵列凸起31b。通过控制图6(c)中的抗蚀剂32b的蚀刻率与二氧化硅基板31a的蚀刻率之间的比例，可以调节凸起31b的高度。

如此获得的压印模31c适用于制造包括如图5(a)所示的凹陷22a的掩模层22。例如，当掩模层22由具有高延展性的金材料形成时，通过使用压印模31c压印金掩模层22可以容易地形成凹陷22a。一旦形成了压印模31c，就可以重复使用，从而与通过蚀刻在掩模层22中形成凹陷22a的情况相比，这样可以更容易并且低成本地制造凹陷22a。

与通过使用压印模在玻璃或塑料基板中形成的传统微透镜阵列相比，可以在薄得多的DLC膜中形成如上所述的本实施例的折射型微透镜阵列。然而，与下面将要描述的衍射型微透镜相比，即使使用DLC膜的折射型微透镜也需要厚度为至少大约10μm到大约20μm或更厚的相对较厚的DLC膜。

虽然传统上主要将折射型微透镜作为微透镜使用，然而为了减小光学装置的尺寸、重量和成本等，近来衍射型微透镜引起了人们的兴趣。衍射型微透镜利用光的衍射现象获得透镜功能。衍射型微透镜大致分为两种类型：浮凸式(或厚度调制型)微透镜和折射率调制型微透镜。在浮凸式微透镜中，典型的是，在透光基板的表面上同心地形成多个微小环状凹槽，凹槽的深度(即基板的厚度)周期性地变化。另一方面，在折射率调制型微透镜中，典型地将平面基板分成多个同心微小带状环形区域，这些区域的折射率周期性地改变。

透光基板中的周期性厚度变化或周期性折射率变化使得通过基板的光发生周期性相位改变，从而与衍射光栅类似地产生光的衍射效应。随着衍射光栅的栅距变小，通过衍射光栅的光的衍射角变大。这样，通过使同心衍射光栅的栅距随着远离同心圆的中心和靠近圆周而变小，可以与凸透镜的情况类似地使透过衍射光栅的光会聚。

图7示出浮凸式微透镜的已知制造方法的示意性剖视图(参见“微透镜(阵列)的超精细加工和大规模生产技术(Technique ofUltraprecision Machining and Mass Production of Microlens(Array)”，Technical Information Institute Co.，Ltd.出版，2003年4月28日，pp.20-21和pp.71-81)。图8示出用于图7所示制造方法中的曝光掩模的示意性平面图，每个曝光掩模具有与熟知的菲涅耳波带片相似的图案。

在图7(a)中，在硅基板11上形成正性光阻剂层12，然后使用紫外光14a通过第一光掩模13照射正性光阻剂层12。第一光掩模13具有如图8(a)所示的同心带状环形图案，随着环从同心圆的中心向圆周靠近，环之间的间距减小。虽然为了清楚起见和简化附图，在图8(a)中仅示出两个透光环，但是毫无疑问，实际上可以包括多个环。

在图7(b)中，将露出的抗蚀层12显影以形成第一抗蚀图案12a。使用第一抗蚀图案12a作为掩模，通过箭头14b表示的反应离子蚀刻(RIE)形成具有预定深度的带状凹槽环。

在图7(c)中，移除第一抗蚀图案12a以便获得二级浮凸微透镜11a(光的相位改变成二级)。根据是二级或是多级浮凸微透镜来设定带状凹槽环的宽度和深度，以便获得最佳的衍射效率。

图7(d)到图7(f)示出在与图7(a)到图7(c)所示步骤类似的步骤之后制造四级浮凸微透镜的步骤。

在图7(d)中，在通过与图7(a)到图7(c)所示步骤类似的步骤形成的硅基板11a的上表面上进一步形成第二抗蚀层15，然后使用紫外光14c通过第二掩模16照射第二抗蚀层15。图8(b)示出第二掩模16的示意性平面图。从图8(a)和图8(b)可以看出，第二掩模16的透光带状环的数量是第一掩模13的两倍。换句话说，第二掩模的透光和不透光带状环的宽度是第一掩模的透光和不透光带状环的宽度的大约一半。

在图7(e)中，将露出的第二抗蚀层15显影以形成如附图所示的第二抗蚀图案15a。使用第二抗蚀图案15a作为掩模，通过箭头14d表示的RIE进一步执行蚀刻，从而蚀刻到预定深度。

在图7(f)中，移除第二抗蚀图案15a以便获得能够实现四级相位变化的浮凸微透镜11b。与二级衍射型透镜相比，多级衍射型透镜能够提供更高的衍射效率和更高的光会聚效率。当将上述光刻和RIE步骤重复N次时，可以制造出2^N级浮凸式微透镜。虽然无限级衍射透镜理论上可以提供100％的衍射效率，但是这将增加制造步骤的数量和制造成本。实际上，保证95％衍射效率的8级衍射型透镜将是足够的(通过将上述步骤重复3次进行制造，即N＝3)。

在上述衍射型微透镜中，由于需要通过蚀刻在基板上形成凹槽，因此浮凸式微透镜需要具有一定厚度的透光基板。也难以控制通过蚀刻形成的凹槽的深度。此外，由于在浮凸式微透镜的表面上具有微小突出部和凹入部，因此存在容易附着灰尘和污垢的问题。

另一方面，通常，难以将折射率调制型微透镜制造为衍射型微透镜。虽然已知通过使用诸如紫外光等能量束照射石英玻璃可以增加折射率，然而，例如在这种情况下的折射率改变量Δn小至0.01或更小。然而，当使用DLC膜时，通过上述能量束照射可以极大地增加折射率改变量Δn，相应地可以以简单的方式制造折射率调制型微透镜。

图9(a)的示意性平面图和图9(b)的示意性剖视图示出利用DLC膜形成的衍射型微透镜。该衍射型微透镜可以制造成薄于折射型微透镜。可以在厚度为大约1μm-2μm的DLC薄膜41中制造衍射型微透镜40。该衍射型微透镜40包括多个同心带状环形区域Rmn。在本文中，符号Rmn表示在第m个环区中的第n个带状环形区域，还表示从同心圆的中心到相关带状环形区域的外周的半径。越远离同心圆的中心，带状环形区域Rmn的宽度越窄。

彼此相邻的带状环形区域Rmn的折射率彼此不同。如果图9的衍射型微透镜是二级衍射型透镜，那么其包括第一到第三环区(m＝3)，每个环区包括第一和第二带状环形区域(n＝2)。在同一环区中，内侧的带状环形区域的折射率比外侧的带状环形区域的折射率高。

如上所述，在四级衍射型透镜的一个环区中包括第一到第四带状环形区域(n＝4)，在这样的情况下，在同一环区中，距离同心圆中心较近的带状环形区域具有较高的折射率。也就是说，在单个环区中形成从内侧到外侧的四级折射率变化。这种每个环区的四级折射率变化周期一共重复m次。

可以基于包括标量近似的衍射理论根据下面表达式(1)设定带状环形区域Rmn的外周的半径。在表达式(1)中，L表示透镜的衍射级，λ表示光的波长而f表示透镜的焦距。折射率改变量Δn的最大量必须能够得到最大相位调制振幅

表达式1

$\mathrm{Rmn}=\sqrt{\frac{2\mathrm{mnf\λ}}{L}+{\left(\frac{\mathrm{mn\λ}}{L}\right)}^2}...\left(1\right)$

图10示出图9所示二级衍射型微透镜的制造方法实例的示意性剖视图。

在图10(a)中，通过公知的EB(电子束)蒸发方法在DLC膜41上形成例如Ni导电层42。在该Ni导电层42上，形成抗蚀图案43，以覆盖对应于图9中的n＝1的带状环形区域Rmn(m＝1到3)。通过电镀法在抗蚀图案43的每个开口中形成金掩模44。

在图10(b)中，移除抗蚀图案43以留下金掩模图案44。使用能量束45通过金掩模图案44的开口照射DLC膜41。因此，被能量束45照射的带状环形区域Rm1的折射率增加，被遮盖而未暴露于能量束45的带状环形区域Rm2维持DLC膜的初始折射率。因此，可以得到如图9所示的二级衍射型微透镜。在使用能量束照射后，将金掩模图案在室温下在氰基蚀刻剂中浸没大约几分钟，从而溶解并移除掩模图案。

虽然在图10所示的实例中在每个DLC膜上为每个DLC膜形成了掩模层，但是还可以利用具有与图13(a)所示掩模相反的开口和遮盖部分的独立掩模采用能量束照射DLC膜。此外，应该理解到，可以利用具有与图8(b)所示掩模相反的开口和遮盖部分的独立掩模进一步使用能量束照射DLC膜，来形成四级衍射型微透镜。在这种情况下，还应该理解到，与图7所示的浮凸微透镜制造方法相比，使用能量束照射DLC膜来形成衍射型微透镜的方法非常简单。

此外，可以通过如下方式采用一次能量束照射来制造多级衍射型微透镜，即：利用具有如图7(f)所示形状的模具而不是如图6(d)所示的模具压印DLC膜上的金掩模层，然后透过压印的金掩模层进行能量束照射。

虽然在衍射型微透镜的上述实施例中描述的是与折射型透镜的球形凸透镜对应的衍射型透镜，但是应该理解到，本发明还适用于与折射型透镜的柱形凸透镜对应的衍射型微透镜。在这样的情况下，可以形成彼此平行的多个折射率受调制的带状区域，而不是形成多个折射率受调制的同心带状环形区域。在该情况下，例如，在图9(b)的剖视图中，多个彼此平行的折射率受调制的带状区域沿着垂直于附图纸面的方向延伸。此外，在该情况下，图10(b)中的金掩模44也可以沿着垂直于附图纸面的方向延伸。

在图11中示出使用DLC膜制造衍射型微透镜的另一个方法的示意性剖视图。采用该方法，可以制造与折射型透镜的柱形凸透镜对应的衍射型微透镜。在图11中，为了简化附图和清楚起见，由玻璃制成的浮凸式相位光栅掩模(衍射光栅)显示为具有均匀的栅距。

在图11的制造方法中，在DLC膜82附近设置由玻璃制成的浮凸式相位光栅掩模84，在DLC膜和相位光栅掩模之间设置例如厚度为100μm的间隔物86。在这样的状态下，例如使用(248nm波长的)KrF激光以16mw/mm²的能量密度照射一小时可以获得衍射型微透镜。此时，区域82b内的折射率增加，该区域82b暴露于来自相位光栅掩模84的+1级衍射光和-1级衍射光之间的干涉形成的光。另一方面，在没有暴露于干涉所形成的光的区域82a中，折射率维持DLC膜的初始状态。

在这样的情况下，+1级衍射光和-1级衍射光之间的干涉所形成的光以与浮凸式相位光栅掩模84的凹凸周期的一半对应的周期出现。因此，可以使用以一定凹凸周期形成的浮凸式相位光栅掩模84，该凹凸周期是DLC膜中的高折射率区域82b的期望周期的两倍。此外，越靠近高折射率区域82b的宽度方向的中央，干涉光的强度越高。因此，在DLC膜82中，在低折射率区域82a和高折射率区域82b之间的界面附近折射率连续地变化，从而可以获得高衍射效率。如果需要的话，可以使用振幅型相位光栅掩模代替浮凸式相位光栅掩模84，可以通过图案化铬膜、铬氧化物膜、铝膜等形成振幅型相位光栅掩模。

此外，虽然在图11所示衍射型微透镜的制造方法中作为示例示出高、低折射率区域之间的边界区域与膜厚度方向平行，但是如果需要的话，可以使该边界区域相对于膜厚度方向倾斜。为了达到该目的，在图11所示的制造方法中，可以使紫外光85以相对于DLC膜表面倾斜的角度入射，从而利用0级衍射光与+1级或-1级衍射光之间的干涉所形成的光。然而，0级衍射光与+1级或-1级衍射光之间的干涉形成的光以与相位光栅掩模84的凹凸周期相同的周期出现。这样，需要使用凹凸周期与DLC膜中的折射率区域82b的期望周期相同的相位光栅掩模84。

图2示出根据本发明另一个实施例的彩色固态成像装置的示意性剖视图。图2的彩色固态成像装置与图19所示的传统彩色固态成像装置的显著差别在于：图2的彩色固态成像装置包括形成于DLC膜中的衍射型滤色片3a。

在图2的彩色固态成像装置中，当自然光7进入全息滤色片3a中时，光以决定于波长的不同角度发生衍射，并且其分光成红光R、绿光G和蓝光B。采用与全息滤色片3a相邻设置的微透镜8b，各个波长的分光分离并会聚到透镜8b的焦平面上。更具体地说，滤色片3a形成并设置成：使红光R、绿光G和蓝光B分别发生衍射并会聚到像素中的接收红光的光电二极管、接收绿光的光电二极管和接收蓝光的光电二极管上。

在该彩色固态成像装置中，由于将不聚光并且衍射效率对波长依赖性较低的透光型全息膜用作全息滤色片3a，因此不需要使全息滤色片3a与微透镜8b的排列周期对准。此外，与如图19所示为每个接收各色光的光电二极管设置一个微透镜的情况相比，这里为包括三个光电二极管的一个彩色像素设置一个微透镜8b，从而使得排列周期变成三倍，于是使得容易制造和对准微透镜阵列。

图12的曲线图以实例的方式示出折射率调制型全息膜中的折射率变化量Δn对衍射效率的影响的计算机模拟结果。在该图中，横轴表示光的波长(μm)，而纵轴表示衍射效率。带有黑色圆圈标记的曲线表示衍射效率。

在与使用DLC膜的折射率调制型全息膜有关的图12中，Δn设定为0.5，膜厚度设定为2.1μm，与高折射率区域的宽度和低折射率区域的宽度的比值对应的占空比设定为0.5，光的入射角设定为50度、高低折射率区域的周期设定为326nm。在本文中，DLC膜可以制成薄的，这是因为即使膜较薄，当Δn较大时也可以得到足够的衍射效率。

如图12所示，对于使用DLC膜的全息膜，容易得到超出70％的衍射效率，还可以在相同的光入射角下在非常宽的波长范围内得到良好的衍射效率。因此，在使用DLC膜的全息膜中，在从蓝光区的470μm到红光区的630μm的波长范围内，容易将与入射光有关的衍射效率的变化限制为小于40％，甚至小于30％。这意味着当B、G和R光以相同入射角照射时，使用DLC膜的全息膜可以以大致相等的效率使三色光发生衍射。

与图10相似的图13也示意性示出使用DLC膜的全息膜的制造方法的实例。在图13所示的DLC全息膜的制造方法中，通过等离子体CVD法在例如二氧化硅(SiO₂)玻璃基板20上形成DLC膜21。然后，将形成于二氧化硅玻璃基板24a上的掩模25a覆盖在DLC膜21上。虽然可以使用各种材料中的任一种形成掩模25a，但是优选的是使用金(Au)膜，这是因为金容易以高精度进行加工，能够良好地遮蔽能量束并且不会产生氧化和腐蚀的问题。例如，可以以下面的方式形成金掩模25a。

首先，通过公知的溅镀法或EB(电子束)蒸发法将大约0.5μm厚的金膜沉积在玻璃基板上，并在金膜上设置抗蚀层。在步进式光刻机中通过曝光使抗蚀层图案化。通过采用抗蚀层进行干法蚀刻使金膜图案化。然后移除抗蚀图案从而获得金掩模图案。

可选的是，可以首先通过溅镀法或EB蒸发法将大约50nm厚或更薄的Ni导电层沉积在玻璃基板上，并在Ni导电层上形成抗蚀层。通过采用抗蚀图案进行电镀将大约0.5μm厚的金膜沉积在Ni导电层上，然后将抗蚀图案移除以便获得金掩模。

以上述任意方法形成的金掩模具有与用于衍射效应的衍射光栅图案对应的图案。

如图13所示，在金掩模25a覆盖于DLC膜21上的状态下，从上方使用UV光26a照射DLC膜21。因此，DLC膜21中被金掩模25a覆盖而不暴露于UV光26a的区域没有发生折射率变化，维持通过等离子体CVD法沉积的膜的初始折射率n₁。另一方面，在DLC膜21中没有被金掩模25a覆盖而受到UV光26a照射的其它区域中，折射率增加到n₂。在使用UV光照射之后，从DLC全息膜21上移除二氧化硅玻璃基板24a和金掩模25a。如此获得的DLC全息膜21包括n₁和n₂两个值的折射率并作为二级折射率调制型衍射光栅使用。在折射率差Δn更大的DLC全息膜中，如上所述，可以降低衍射效率对波长的依赖性。

图14示出使用DLC膜的全息膜的另一个制造方法的示意性剖视图。在图14中，另外将形成于二氧化硅玻璃基板24a上的第二金掩模25b覆盖在DLC全息膜21上，DLC全息膜21以如图13所示相似的方法形成并且包括n₁和n₂二级折射率调制。在这样的状态下，再次使用UV光26b进行照射。

第二金掩模25b具有开口，每个开口仅将UV光引入以如图13所示的步骤形成的DLC全息膜中的高折射率n₂区域内的选定部分区域。这样，在使用UV光26b照射以后，相对较高折射率n₂区域内的选定部分区域的折射率进一步增加到n₃。也就是说，图14中形成的DLC全息膜21作为包括n₁、n₂和n₃三级折射率调制的衍射光栅。

如上所述，通过顺次使用具有部分修改图案的掩模重复地使用UV光照射DLC膜，可以获得包括所需多级折射率调制的DLC全息膜。与已知的二级折射率调制型衍射光栅相比，多级折射率调制型衍射光栅可以产生更高的衍射效率，从而进一步提高光的利用效率。

图15示出使用DLC膜的全息膜的另一个制造方法的示意性剖视图。在该制造方法中，在形成于二氧化硅玻璃基板(未示出)上的DLC膜21上形成金掩模34。该金掩模24a也可以通过电子束绘制形成，并具有预定全息(衍射光栅)图案。

在本文中，带状金膜34的特征是其上表面形成为半圆柱形。可以通过例如蚀刻或纳米压印(nanoimprint)(转印)形成这种半圆柱形表面。

使用例如He离子35通过如此形成的金掩模34照射DLC膜21。由于每个带状金膜34具有半圆柱形上表面，因此在每个带状金膜34的侧面附近，He离子的一部分可以穿透掩模并进入DLC膜21。因此，在如图15所示的DLC膜21中，在低折射率区域21a和高折射率区域21b之间的界面附近折射率连续地改变。在通过离子束照射如此改变DLC膜的折射率之后，通过将金掩模34在室温下在用于金的氰基蚀刻剂中浸没大约几分钟，可以溶解并移除金掩模34。

如上所述，在多级折射率调制型衍射光栅中，级数越高，对衍射效率的改进程度就越高。具有连续变化折射率的折射率调制型衍射光栅相当于具有无限级折射率调制的折射率调制型衍射光栅。也就是说，在图15中得到的DLC全息膜的衍射效率比图14的情况进一步提高，因此可以进一步提高光的利用效率。

当然，也可以使用如图11所示的方法制造具有滤色片功能的DLC全息膜。

图16是示意性示出在ITE Technical Report Vol.20，1996，pp.69-72中公开的全息滤色片的剖视图。该全息滤色片包括两个全息膜71和72，以便提高红光、绿光和蓝光之间的强度平衡。

通常，全息膜能够最有效地使某一波长的光发生衍射。也就是说，全息膜对于特定波长的光具有最大的衍射效率，并且随着波长相对于该特定波长的差增大，衍射效率趋于降低。尤其在折射率调制型全息膜中的折射率差Δn较小的情况下，如上所述，衍射效率对于波长的依赖性将较大。例如，在光敏聚合物全息膜的折射率差Δn为0.04或更小的情况下，难以获得衍射效率对波长依赖性较小的全息膜。

这样，当全息膜用于将自然光分光成红光、绿光和蓝光时，全息膜设计成对于与红光、绿光和蓝光之中的中间波长区域对应的绿光具有最大的衍射效率。以这种方式设计出的全息膜对于红光和蓝光具有比绿光低的衍射效率，因此全息膜分光出的红光和蓝光的强度低于绿光的强度。

图16的全息滤色片包括两个全息膜71和72，以便解决衍射效率对于波长的依赖性不均一的问题，从而提高彩色固态成像装置的色彩平衡。第一全息膜71对于特定波长λ的光具有衍射效率η₁，而第二全息膜72对于该波长λ的光具有衍射效率η₂。在本文中，定义当所有入射光发生衍射时衍射效率为1，当所有入射光发生透射而不发生衍射时衍射效率为0。

当具有特定波长λ的强度水平为1的入射光通过第一全息膜71时，透射光和衍射光之间的强度比为(1-η₁)∶η₁。当透射通过第一全息膜71的光通过第二全息膜72时，透射光(平行于初始入射光方向)和衍射光(平行于第一全息膜71中的衍射方向)之间的强度比为(1-η₁)(1-η₂)∶η₂(1-η₁)。当通过第一全息膜71的衍射光通过第二全息膜72时，衍射光(平行于初始入射光方向)和透射光(平行于第一全息膜71的衍射方向)之间的强度比为η₁η₂∶η₁(1-η₂)。因此，通过两个全息膜71和72的光沿衍射方向的强度为η₂(1-η₁)+η₁(1-η₂)＝η₁+η₂-2η₁η₂。

图17示出与包括如图16所示的两个全息膜的全息滤色片有关的计算机模拟结果的实例。在图17的曲线图中，横轴表示光的波长(nm)，而纵轴表示全息膜的衍射效率。

曲线a示出由单个全息膜制成的全息滤色片的衍射效率的实例。该全息膜a设计成，衍射效率对于与红光和蓝光之中的中间波长对应的绿光为最大值。因此，当通过全息膜a使自然光分光之后，红光和蓝光的强度趋于小于绿光的强度。

相反，全息膜b设计成衍射效率对于红光为最大值，而全息膜c设计成衍射效率对于蓝光为最大值。具有这两个全息膜b和c的全息滤色片具有如曲线d所示的综合衍射效率。也就是说，全息滤色片d对于红光和蓝光具有比绿光更高的衍射效率，有时因为其衍射效率具有两个峰值而被称为双峰全息滤色片。

图3示出根据本发明另一个实施例的彩色固态成像装置的示意性剖视图。图3的固态成像装置与图19所示的传统彩色固态成像装置的不同之处仅在于，使用DLC膜的衍射型滤色片3a代替了吸收型滤色片3，并使用形成于DLC膜中的微透镜8a代替了微透镜8。也就是说，图3的彩色固态成像装置具有图1和图2所示的两个彩色固态成像装置的优点。

图4示出根据本发明另一个实施例的彩色固态成像装置的示意性剖视图。图4所示的固态成像装置与图19所示的传统彩色固态成像装置的不同之处仅在于，使用具有衍射型滤色片效应和衍射型微透镜效应的DLC膜的全息元件9代替了吸收型滤色片3和微透镜8。

图18是示出具有分光功能和微透镜阵列功能的已知全息元件(衍射光栅)的实例的示意性平面图。该衍射光栅包括形成于玻璃基板61上的光栅图案。该光栅图案包括彼此平行的多个带状区域62。带状区域62可以采用由例如铬(Cr)制成的金属膜形成。Cr膜62当然是不透光的，而光仅通过带状Cr膜62之间的间隙。

更具体地说，多个平行带状Cr膜区域62作为衍射光栅使用，光沿着与带状Cr膜62的纵向正交的方向衍射。由于已知衍射角依赖于波长，因此R、G和B光以彼此不同的衍射角衍射，从而导致自然光的颜色分离。

此外，图18的衍射光栅的特征在于带状Cr膜区域62的宽度及其间的间隔周期性地改变。这是为了给衍射光栅提供微透镜阵列效应。也就是说，众所周知，随着衍射光栅的间隔减少，相同波长的光的衍射角增加。因此，可以通过逐渐改变衍射光栅的间隔而产生透镜效应。

在图18的衍射光栅中，如上所述，光仅沿着与带状Cr膜62的纵向正交的方向发生衍射。因此，仅沿着该正交方向产生透镜效应，从而使其类似具有线状焦点的柱形透镜一样起作用。如果需要的话，当然可以使用与公知的菲涅耳波带片相似的衍射光栅来产生具有点状焦点的圆形透镜或方形透镜的效应。

图18的衍射光栅类似包括彼此平行的多个柱形透镜一样起作用，由箭头63表示的区域作为单个柱形透镜使用。在单个柱形透镜区域63中，带状Cr膜62的宽度及其间间隔从右侧向左侧减小。也就是说，在图18的衍射光栅中，带状Cr膜62的宽度和间隔与柱形透镜区域63的周期同步地发生周期性改变。图18所示的衍射光栅结构有时被称为啁啾结构。

在直接使用如图18所示的衍射光栅的情况下，因为带状Cr膜62不透射光，入射光的利用效率降低。此外，在图18的衍射光栅中，带状Cr膜区域62的间距非常小。例如，在微透镜区域63的中央，间距是大约0.5μm或更小。这样，需要通过不适用于大规模工业生产的电子束绘制法来制造如图18所示的衍射光栅。

这样，图4的彩色固态成像装置使用全息膜9，该全息膜9具有形成于DLC膜中的啁啾结构并具有微透镜效应和滤色片效应。将DLC全息膜9和图18中的衍射光栅进行比较，被Cr膜62遮蔽的光不能用作衍射光，从而造成图18中的衍射光栅的光利用效率较低，而通过低折射率n₁和高折射率n₂区域的光都可用作DLC全息膜9中的衍射光，从而提高了光的利用效率。

工业适用性

如上所述，根据本发明，可以改进固态成像装置中的光学部件，减少固态成像装置的厚度和重量，并进一步提高成像装置中的光利用效率。

Claims (29)

1.一种固态成像装置，包括：

多个光电二极管区域(2)，其以阵列方式排列；

不透光分界区域(6)，其存在于每个光电二极管区域周围；以及

微透镜阵列(8a)，其包括与所述多个光电二极管区域对应地以阵列方式排列的多个微透镜；其中，

每个微透镜用于使得朝向对应光电二极管区域周围的不透光分界区域直线传播的入射光(7)会聚到所述光电二极管区域内，并且

所述微透镜阵列是使用透光类金刚石碳(DLC)膜而形成的，所述DLC膜包括与各微透镜对应的折射率受调制的区域，当光束通过所述折射率受调制的区域时产生光会聚效应。

2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

在所述DLC膜(8a、21)的主面侧与各微透镜对应地形成具有相对较高折射率的折射型透镜区域，所述透镜区域具有由所述主面和与粗略球形表面的一部分对应的界面限定的凸透镜形状(21a)。

3.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

在所述DLC膜(8a、21)的主面侧与各微透镜对应地形成具有相对较高折射率的折射型透镜区域，所述透镜区域是由所述主面和与粗略圆柱形表面的一部分对应的界面限定的柱形凸透镜形状(21a)，所述粗略圆柱形表面的中心轴线与所述主面平行。

4.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

在所述DLC膜(8a、21)中与各微透镜对应地形成具有相对较高折射率的折射型透镜区域，所述透镜区域具有穿透所述DLC膜的粗略圆柱形形状(21b)，所述圆柱形形状的中心轴线(21c)与所述 DLC膜正交，并且越接近所述中心轴线折射率越高。

5.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

在所述DLC膜(8a、21)中与各微透镜对应地形成具有相对较高折射率的折射型透镜区域，所述透镜区域是穿透所述DLC膜的带状区域(21b)，并且越接近通过所述带状区域的宽度方向中央且与所述DLC膜正交的平面(21c)折射率越高。

6.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

所述DLC膜(8a、41)包括多个带状环形区域(Rmn)，所述多个带状环形区域构成对应于各微透镜的同心圆，所述带状环形区域的折射率受调制以作为衍射光栅使用，并且所述带状环形区域距离所述同心圆的中心越远则宽度越窄。

7.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中，

所述DLC膜包括对应于各微透镜的m个同心环区，每个环区包括n个带状环形区域，在每个环区中，内侧的带状环形区域的折射率比外侧的带状环形区域的折射率高，各个环区中的对应带状环形区域具有彼此相等的折射率。

8.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中，

在相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域中，折射率以多级形式发生变化。

9.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中，

在相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域中，折射率连续地变化。

10.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中，

相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域相对于所述DLC膜的厚度方向倾斜。

11.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

所述DLC膜包括对应于各微透镜的彼此平行的多个带状区域，所述带状区域的折射率受调制以作为衍射光栅使用，并且所述带状区域距离规定带状区域越远则宽度越窄。

12.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中，

所述DLC膜包括对应于各微透镜的彼此平行的m个带区，每个带区包括n个带状区域，在每个带区中，靠近规定带状区域的带状区域的折射率比远离所述规定带状区域的带状区域的折射率高，并且各个带区中的对应带状区域具有彼此相等的折射率。

13.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中，

在相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域中，折射率以多级形式发生变化。

14.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中，

在相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域中，折射率连续地变化。

15.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中，

相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域相对于所述DLC膜的厚度方向倾斜。

16.一种固态成像装置，包括：

多个光电二极管区域(2)，其以阵列方式排列；以及

全息元件；其中，

所述全息元件包括在透光基板上形成的透光DLC膜(3a、9)，所述DLC膜包括交替排列的相对较高折射率带状区域和相对较低折射率带状区域，并且

所述全息元件具有如下滤色片功能，即：通过全息术使入射光发生衍射并分光，然后以与所述光电二极管区域的排列对应的周期将不同波长的光导向规定位置。

17.根据权利要求16所述的固态成像装置，其中，

所述全息元件具有如下滤色片功能，即：通过全息术使入射光发生衍射并分光，然后以与所述光电二极管区域的排列对应的周期将蓝光、绿光和红光导向规定位置。

18.根据权利要求16所述的固态成像装置，其中，

在从蓝光区域的470μm到红光区域的630μm的波长范围内，所述全息元件的衍射效率相对于所述入射光的变化小于40％。

19.根据权利要求16所述的固态成像装置，其中，

所述DLC膜(3a)与微透镜阵列(8b)结合，所述DLC膜中的高折射率带状区域具有均一的宽度和间隔，所述微透镜阵列包括以与所述光电二极管区域的排列对应的周期设置的多个微透镜。

20.根据权利要求16所述的固态成像装置，其中，

所述高折射率带状区域具有对应于所述光电二极管区域的排列发生周期性变化的宽度和间隔，从而使得所述全息元件(9)不仅具有分光功能而且具有微透镜阵列功能。

21.根据权利要求16所述的固态成像装置，其中，

所述全息元件包括多个DLC膜，所述多个DLC膜各自相对于波长彼此不同的光具有衍射效率峰值。

22.根据权利要求21所述的固态成像装置，其中，

所述多个DLC膜包括第一和第二DLC膜，所述第一DLC膜相对于红光具有衍射效率峰值，所述第二DLC膜相对于蓝光具有衍射效率峰值。

23.根据权利要求16所述的固态成像装置，其中，

在相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域中，折射率以多级形式发生变化。

24.根据权利要求16所述的固态成像装置，其中，

在相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域中，折射率连续地变化。

25.根据权利要求16所述的固态成像装置，其中，

相邻的低折射率带状区域和高折射率带状区域之间的分界区域相对于所述DLC膜的厚度方向倾斜。

26.一种固态成像装置，包括：

多个光电二极管(2)，其以阵列方式排列；

微透镜阵列，其包括多个微透镜，所述多个微透镜以与所述光电二极管的排列对应的周期设置；以及

全息元件；其中，

所述微透镜阵列是使用透光DLC膜(8a)而形成的，所述DLC膜包括与各微透镜对应的折射率受调制的区域，当光束通过所述折射率受调制的区域时会产生光会聚效应；

所述全息元件包括另一个透光DLC膜(3a)，所述DLC膜具有交替排列的相对较高折射率带状区域和相对较低折射率带状区域，并且

所述全息元件具有如下滤色片功能，即：使入射光发生衍射并分光，然后以与所述光电二极管的排列对应的周期将不同波长的光导向规定位置。

27.一种制造根据权利要求1所述的固态成像装置的方法，其中，

通过等离子体CVD法形成所述DLC膜。

28.根据权利要求27所述的制造固态成像装置的方法，其中，

使用紫外光、X射线、同步辐射射线、离子和电子束中的任意射束照射所述DLC膜，从而在所述DLC膜中形成具有相对较高折射率的区域。

29.一种制造根据权利要求8所述的固态成像装置的方法，其中，

通过暴露于具有周期性强度分布的紫外光而在所述DLC膜中形成具有相对较高折射率的区域，通过透过相位光栅掩模(84)的两种衍射光的干涉获得所述周期性强度分布。

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