CN116783712A - 固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法以及电子设备 - Google Patents

Abstract

提供一种固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法以及电子设备，其无需繁杂的工序即可制造透镜部阵列，进而使像素部的制造变得容易，并且能够改善透镜位移、透镜的聚光特性。像素部20包括：像素阵列210，配置有多个光电转换部2111～2114；以及透镜部阵列220，具备多个透镜部LNS220，所述多个透镜部LNS220与像素阵列210的各光电转换部2111(～2114)的一面侧对应地配置，汇聚入射的光并使所述光入射到对应配置的光电转换部2111(～2114)，在像素阵列210的光入射面侧，沿Z方向层叠并贴合有透镜部阵列220，所述透镜部阵列220在光学薄膜FLM220上一体形成有透镜部LNS220。

Description

固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法以及电子设备

技术领域

本发明关于一种固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法、以及电子设备。

背景技术

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器已作为使用了检测光并产生电荷的光电转换元件的固体摄像装置(图像传感器)投入实际使用。

CMOS图像传感器已被广泛用作数码相机、摄像机、监控相机、医疗用内窥镜、个人电脑(PC)、手机等便携终端装置(移动设备)等各种电子设备的一部分。

CMOS图像传感器一般使用红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的三原色滤光器或青色、品红色、黄色、绿色的四补色滤光器拍摄彩色图像。

通常，在CMOS图像传感器中，像素(pixel)单独地具备滤光器。在滤光器中，作为形成RGB传感器的多像素二维状地排列有像素组，所述像素组方阵排列主要使红色光透过的红色(R)滤光器、主要使绿色光透过的绿色(Gr、Gb)滤光器、以及主要使蓝色光透过的蓝色(B)滤光器这四个滤光器。

另外，在专利文献1中所揭示的CMOS图像传感器的设计可由任意的滤色器(CF)，例如R、G、B、IR路径(850nm、940nm的NIR光)、在可视区域中不存在滤色器的透明(M：Monochrome)、或者青色、品红色、黄色等像素来做使用。

又，像素组中的任意像素都可以具有一个或多个片上滤色层。例如，任意像素可具有双层滤色器结构，所述双层滤色器结构在特定波长或波段中通过组合具有IR截止或通过特性的NIR滤光器和R、G或B层而形成。

又，在数码相机等摄像装置中，作为用于实现自动对焦(Auto Focus：AF)的方式，已知有例如在像素阵列的像素的一部分中配置用于获取自动对焦(AF)的相位差信息的相位差检测像素而进行自动对焦的像面相位差法等的相位差检测方式(PDAF；phaseDetection Auto Focus)。

在像面相位差法中，例如像素的受光区域的一半被遮光膜遮光，由在右半部受光的相位差检测像素和在左半部受光的相位差检测像素检测像面上的相位差(例如参照专利文献2)。

在使用该遮光膜的像面相位差法中，由于开口率降低引起的灵敏度劣化大，因此用于生成通常图像的像素成为缺陷像素，而该缺陷像素成为图像分辨率下降等的主要原因。

作为解决这些问题的方法，已知有如下的相位差检测方式：不使用遮光膜，而是将像素内的光电转换部(光电二极管(PD))分割为两个部分(设置两个)，根据由一对光电转换部(光电二极管)得到的信号的相位偏移量检测相位差(例如参照专利文献3、4)。以下将其称为双PD方式。

该相位差检测方式通过对摄像透镜的通过光束进行光瞳分割以形成一对分割图像并检测其图案偏移(相移量)，来检测摄像透镜的散焦量。

在该情况下，相位差检测难以导致缺陷像素，也可以通过将分割后的光电转换部(PD)的信号相加，而作为良好的图像信号来做使用。

上述各种CMOS图像传感器的像素阵列由间距为几微米以下的周期性像素阵列构成。

在像素阵列的各像素中，滤光器的光入射侧基本上被作为具有规定焦距的透镜部的微透镜覆盖，以使更多的光聚焦(聚集)到Si表面(光电二极管表面)。

图1的(A)至(C)是表示在每个像素中具备微透镜的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图。

图1的(A)是平面地表示作为RGB传感器而形成的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的各构成元件的概略配置例的图。

图1的(B)是图1的(A)中的x1-x2线的简略剖视图。

图1的(C)是图1的(A)中的y1-y2线的简略剖视图。

在图1的固体摄像装置1中，多像素MPXL1中方阵排列有两行两列的G像素(彩色像素)SPXLG1、R像素(彩色像素)SPXLR、B像素(彩色像素)SPXLB以及G像素(彩色像素)SPXLG2，所述G像素SPXLG1包括主要使绿色光透过的绿色(G)滤光器FLT-G1，所述R像素SPXLR包括主要使红色光透过的红色(R)滤光器FLT-R，所述B像素SPXLB包括主要使蓝色光透过的蓝色(B)滤光器FLT-B，所述G像素SPXLG2包括主要使绿色光透过的绿色(G)滤光器FLT-G2。

在多像素MPXL1的光电转换区域PD(1～4)的光入射面与各滤光器的光出射侧面之间形成有氧化膜OXL。

多像素MPXL1的光电转换区域PD在其光入射部分与各彩色像素SPXLG1、SPXLR、SPXLB、SPXLG2对应地分离(分割)为第一光电转换区域PD1、第二光电转换区域PD2、第三光电转换区域PD3以及第四光电转换区域PD4。

具体而言，光电转换区域PD在其光入射部分被作为背侧分离部的背侧金属(BackSide Metal)BSM分离为四个。

在图1的示例中，背侧金属BSM以从氧化膜OXL向滤光器侧突出的方式形成在各彩色像素SPXLG1、SPXLR、SPXLB、SPXLG2的边界部滤光器。

又，在光电转换区域PD中，也可以以使背侧金属BSM与光电转换区域PD的深度方向重叠的方式形成作为沟槽式背侧分离的背侧深沟槽隔离(BDTI)。

由此，G像素SPXLG1包括第一光电转换区域PD1，R像素SPXLR包括第二光电转换区域PD2，B像素SPXLB包括第三光电转换区域PD3，G像素SPXLG2包括第四光电转换区域PD4。

并且，在固体摄像装置1中，在各彩色像素区域的各滤光器的光入射面侧分别配置有其自身的微透镜MCL1、MCL2、MCL3、MCL4。

微透镜MCL1使光入射到G像素SPXLG1的第一光电转换区域PD1，微透镜MCL2使光入射到R像素SPXLR的第二光电转换区域PD2，微透镜MCL3使光入射到B像素SPXLB的第三光电转换区域PD3，微透镜MCL4使光入射到G像素SPXLG2的第四光电转换区域PD4。

此外，在多像素MPXL1中，也可以构成为在2×2的方阵排列的四个彩色像素SPXLG1、SPXLR、SPXLB、SPXLG2中共享一个或两个微透镜MCL。

又，任意的像素也可以具有其他的滤色器，并构成为任意的彩色像素。

在该多个像素中共享一个微透镜的固体摄像装置(CMOS图像传感器)中，可以在全部像素中存在距离信息，并具有PDAF(Phase Detection Auto Focus)功能。

然而，CMOS图像传感器的当前趋势是使用小尺寸的像素来提高分辨率。

若像素尺寸变小，则有效地聚焦光变得重要。同时，在具备微透镜的CMOS图像传感器中，控制微透镜的焦距是重要的。

在此，对应用于CMOS图像传感器的微透镜的焦距的控制进行考察。

图2的(A)及(B)是用于说明应用于CMOS图像传感器的微透镜的焦距的控制的图。

图2的(A)是表示在每个像素中具备微透镜的CMOS图像传感器的一个像素的概略构成例的简略剖视图。图2的(B)是用于说明微透镜的形状及焦距的图。

图2的(A)的多像素MPXL1A除了在基板BS1上形成有微透镜MCL之外，基本结构与图1相同。

另外，在图2的(B)中，h表示微透镜(μ透镜)MCL的高度(宽度)，n表示微透镜MCL的折射率，n1表示光入射侧介质(空气)的折射率，n2表示像素侧介质的折射率，r1表示微透镜MCL的光入射侧的第一面MS1的曲率半径(RoC：Radius of Curvature)，r2表示微透镜MCL的光出射侧的第二面MS2的曲率半径(本例中为∞)，f表示微透镜MCL的焦距。

微透镜MCL的焦距f由曲率半径r1和微透镜MCL的材质决定。

又，在像素阵列中的微透镜阵列中，能够通过改变微透镜MCL的曲率半径RoC，或者通过改变微透镜基板层BS1的厚度，来改变焦距f和焦点的位置。

微透镜MCL的曲率半径RoC由微透镜MCL的高度决定。并且，在工艺条件下，对微透镜MCL的高度h施加了最大限制。

又，在微透镜MCL中最通常使用的材料的折射率n1为1.6以下。

如上所述，由工艺条件和材料的折射率决定微透镜MCL的焦距f的最低限度。

因此，为了缩短焦距f，需要考虑复杂的设计和层内透镜等工艺条件。

(微透镜表面反射引起的光损失的控制)

如上所述，微透镜MCL由折射率n1为1.6以下的光学上透明的材料形成。

当光入射到微透镜MCL的表面MS1时，由于微透镜MCL的表面MS1的反射，光的一部分丢失，形成低折射率的介质(1.0、空气)和高折射率的介质(微透镜)的界面。

实际的反射损失量取决于入射光的角度和波长。

CMOS图像传感器的反射损失可能在较大入射角(尤其是在30度等)下变得严重。这降低了较大入射角下的响应性。因此，在一部分应用中，在较大入射角下需要高响应性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-139286公报

专利文献2：日本专利第5157436号

专利文献3：日本专利第4027113号

专利文献4：日本专利第5076528号

专利文献5：US2007/0035844 A1

专利文献6：US10310144 B2

发明内容

本发明所要解决的技术问题

然而，上述的在每个像素中具备微透镜的固体摄像装置(CMOS图像传感器)中存在以下的缺点。

如上所述，在具备微透镜的固体摄像装置(CMOS图像传感器)中，由于工艺条件等，微透镜MCL的性能存在以下的限制。

即，在微透镜MCL的制造中，因焦距依赖、受工艺条件限制的折射面的曲率半径、透镜材料的光学性质、与光刻工艺兼容的材料的可获取性而受到大幅的限制。

此外，焦点的大小受到衍射和透镜像差的限制。

在制造包括作为受到这种多个限制的透镜部的微透镜的透镜部阵列时，需要利用各微透镜分别进行对微透镜的限制条件的选定和阵列内的焦距的调整等，存在需要烦杂的工序的缺点。

如上所述，在工艺条件下，对微透镜MCL的高度h施加最大限制。

又，在微透镜MCL中最通常使用的材料的折射率n1为1.6以下。

这自动限制了微透镜MCL可达到的最大曲率半径RoC和焦距f。

在以往的工艺中，如图2的(A)所示，微透镜MCL形成并载置在具有与微透镜相同的光学特性的透明材料的基板层BS1上。

又，可以改变基板层BS1的厚度来调整焦点的位置。

为了缩短焦距f，需要考虑复杂的设计和层内透镜等工艺条件。

尤其，在数位相机或用于AR/VR的PDAF等CMOS图像传感器的各种应用中，非常需要控制焦距、焦点的形状、尺寸以及位置的功能。

例如，根据应用，从传感器的光学设计的观点来看，优选使焦点尽可能小。并且，优选以满足某一光学特性的方式来决定焦点的位置对准哪里(例如，PD表面上，作为金属栅格的背侧金属BSM上)。

又，在以往的CMOS图像传感器中，提出了在微透镜MCL的光入射面上形成有防反射层的方案(例如参照专利文献5、6)。

但是，在这些CMOS图像传感器中，需要对各个微透镜的每个光入射面制作防反射层，在透镜部阵列的制造上需要更繁杂的工序。

又，近年来，在CMOS图像传感器中，期望改善在不同入射角下也能够无灵敏度不均地受光的微透镜位移和微透镜的聚光特性。

此处，将结合图3及图4进一步讨论与微透镜阵列的现有技术相关的问题。

图3的(A)及(B)是用于说明与PDAF/普通像素的现有技术相关的问题的图。

图4的(A)及(B)是用于说明与具有金属屏蔽件的PDAF像素的现有技术相关的问题的图。

CIS像素中使用的以往的微透镜阵列会受透镜阴影效果的影响。阴影是由微透镜在大主光角(Chief Ray Angle：CRA)下的聚焦动作所引起的。

为了改善阴影效果，微透镜的位置根据CRA从像素平面的中心向边缘移动。其作为微透镜位移而广为人知。

微透镜阵列用于将入射光聚焦到光电转换区域PD。由微透镜位移来调整微透镜MCL的配置，以校正大CRA下的镜头阴影效果(图像平面边缘处的QE降低)。

如图3的(A)所示，CRA下的入射可能通过移动开口部(aperture)APTR/金属屏蔽件MTLS表面上的焦点来使性能降低。因此，为了维持CRA下的性能，进行如图3的(B)所示的微透镜位移。

如此，用于补偿相对于具有大CRA的入射的性能的降低的微透镜位移可以恢复焦点位置并使其相对于中心对称，但是难以控制焦点的形状失真。

在目前的微透镜阵列的聚焦机制中主要存在如下所示的第一至第五问题。

此外，这些问题中的第三至第五问题涉及PDAF设计。

(第一问题)

如图3的(A)及图4的(B)所示，在像素中，由于来自微透镜MCL的表面的反射R而损失某种程度的光。这是因为在现有的设计中，微透镜MCL的表面被镀有一层薄层，只能在窄波段和窄范围的角度内提供防反射。

(第二问题)

微透镜阵列在图像平面的任何地方仅使用相同形状的聚焦元件(MCL)。因此，仅通过微透镜位移难以完全减轻图像表面边缘的性能降低。

(使用了金属屏蔽件/双PD的PDAF设计中特有的问题)

(第三问题)

调整焦点形状/尺寸：在使用金属屏蔽件的设计中，有时希望以控制进入开口部的光的向前及向后散射的量的方式设计焦点的形状和尺寸。

这有助于最大限度地减少串扰、耀斑、杂光等相关问题对画质的负面影响。

(第四问题)

沿z轴调整焦距和焦点位置：沿z方向调整焦距和焦点位置是重要的。在一个实施方式中，优选将光聚焦在金属屏蔽件的平面上。

这可以通过增加微透镜MCL表面的曲率(MCL的高度)或微透镜MCL的基板层BS1的厚度来执行。这可能会使基板层BS1变得非常厚，增加串扰。有比其他方法更复杂的方法，例如采用层内透镜将焦点移到所需位置。

然而，这些替代品通常是昂贵且难以制造的。

(第五问题)

调整聚焦元件的形状：优选将微透镜的形状设计成能够看到成像透镜的出射光瞳的所需部分。这难以在微透镜MCL的形状不变的现有技术中实现。

本发明的目的在于提供一种固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法以及电子设备，其无需繁杂的工序即可制造透镜部阵列，进而使像素部的制造变得容易，并且能够改善透镜位移、透镜的聚光特性。

本发明的目的在于提供一种固体摄像装置、固体摄像装置的制造方法以及电子设备，其无需繁杂的工序即可制造透镜部阵列，并且能够降低透镜部的光入射面上的反射损失，进而使像素部的制造变得容易，并且能够改善透镜位移、透镜的聚光特性。

用于解决技术问题的技术方案

本发明第一观点的固体摄像装置具有像素部，阵列状地配置有进行光电转换的多个像素，所述像素部包括：像素阵列，阵列状地配置有多个光电转换部，所述光电转换部对从一面侧入射的规定波长的光进行光电转换；以及透镜部阵列，具备多个透镜部，所述多个透镜部与所述像素阵列的各光电转换部的一面侧对应地配置成阵列状，汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应配置的所述光电转换部，所述透镜部阵列配置有至少一个光学薄膜，所述光学薄膜跨整个阵列的至少一部分区域的多个透镜部一体形成，并至少在形成透镜部的区域具备规定的光学功能部。

本发明第二观点是一种固体摄像装置的制造方法，所述固体摄像装置具有像素部，阵列状地配置有进行光电转换的多个像素，所述像素部包括像素阵列；以及配置在所述像素阵列的光入射侧的透镜部阵列，所述制造方法具有：像素阵列形成工序，将包括多个光电转换部的像素形成为阵列状，所述多个光电转换部对从一面侧入射的规定波长的光进行光电转换；透镜部阵列形成工序，对应于所述像素阵列的各光电转换部的一面侧将多个所述透镜部形成为阵列状，并形成包括多个透镜部的透镜部阵列，所述多个透镜部汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应形成的所述光电转换部，在所述透镜部阵列形成工序中包括光学薄膜形成工序，形成至少一个光学薄膜，所述光学薄膜跨整个阵列的至少一部分区域的多个透镜部一体形成，并至少在形成透镜部的区域具备规定的光学功能部。

本发明第三观点的电子设备具有：固体摄像装置；以及光学系统，在所述固体摄像装置上将被摄体像成像，所述固体摄像装置包括像素部，阵列状地配置有进行光电转换的多个像素，所述像素部包括：像素阵列，阵列状地配置有多个光电转换部，所述多个光电转换部对从一面侧入射的规定波长的光进行光电转换；以及透镜部阵列，具备多个透镜部，所述多个透镜部与所述像素阵列的各光电转换部的一面侧对应地配置成阵列状，汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应配置的所述光电转换部，所述透镜部阵列配置有至少一个光学薄膜，所述光学薄膜跨整个阵列的至少一部分区域的多个透镜部一体形成，并至少在形成透镜部的区域具备规定的光学功能部。

发明效果

根据本发明，无需繁杂的工序即可制造透镜部阵列，进而使像素部的制造变得容易，并且能够改善透镜位移、透镜的聚光特性。

又，根据本发明，无需繁杂的工序即可制造透镜部阵列，并且能够降低透镜部的光入射面上的反射损失，进而使像素部的制造变得容易，并且能够改善透镜位移、透镜的聚光特性。

附图说明

图1是表示在每个像素中具备微透镜的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图。

图2是用于说明应用于CMOS图像传感器的微透镜的焦距的控制的图。

图3是用于说明与PDAF/普通像素的现有技术相关的问题的图。

图4是表示本发明第一实施方式的固体摄像装置的构成例的框图。

图5是表示在本第一实施方式的固体摄像装置的像素部的四个像素中共享一个浮置扩散层的多像素的一个示例的电路图。

图6是表示本发明的实施方式的读取电路中的列信号处理电路的构成例的图。

图7是表示本发明第一实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部的概略构成例的图。

图8是平面地表示本发明第一实施方式的像素部中的透镜部阵列的概略构成的图。

图9是用于说明本发明第一实施方式的像素部中的透镜部的概略构成的图。

图10是用于说明本发明第一实施方式的像素部中的透镜部的其他概略构成的图。

图11是用于比较说明比较例的像素阵列的阴影抑制效果和本发明第一实施方式的像素阵列的阴影抑制效果的图。

图12是表示本发明第一实施方式的透镜部阵列的制造装置的一个示例的图。

图13是用于说明本发明第一实施方式的固体摄像装置中的像素部的制造方法的概要的图。

图14是用于说明本发明第二实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部中的透镜部的概略构成的图。

图15是用于说明本发明第二实施方式的像素部中的透镜部的其他的概略构成的图。

图16是用于说明本发明第三实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部中的透镜部的概略构成的图。

图17是用于说明本发明第四实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部中的透镜部的概略构成的图。

图18是表示本发明第四实施方式的固体摄像装置的应用例的图。

图19是用于说明本第五实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部中的透镜部的概略构成的图。

图20是用于说明本发明第六实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图，是模式化地对应表示现有微透镜和作为兼具微透镜的功能的衍射光学元件的菲涅尔区板的结构及功能等的图。

图21是用于说明本发明第七实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图，是模式化地对应表示现有微透镜和兼具微透镜的功能的衍射光学元件(DOE)的结构及功能等的图。

图22是用于说明本发明第八实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图，是模式化地对应表示现有微透镜和兼具微透镜的功能的衍射光学元件(DOE)的结构及功能等的图。

图23是表示本发明的第九实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图。

图24是表示形成在能够用作本发明的本第九实施方式的微细结构体的薄膜上的AR结构体的一个示例的图。

图25是表示本发明的本第十实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图。

图26是表示应用了本发明实施方式的固体摄像装置的电子设备的结构的一个示例的图。

具体实施方式

以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图4是表示本发明第一实施方式的固体摄像装置的构成例的框图。

在本实施方式中，固体摄像装置10例如由CMOS图像传感器构成。作为一个示例，该CMOS图像传感器被应用于背照式图像传感器(BSI)。

如图4所示，作为主要构成元件，该固体摄像装置10具有作为摄像部的像素部20、垂直扫描电路(行扫描电路)30、读取电路(列读取电路)40、水平扫描电路(列扫描电路)50、以及定时控制电路60。

在这些构成元件中，例如由垂直扫描电路30、读取电路40、水平扫描电路50、以及定时控制电路60构成像素信号的读取部70。

在本第一实施方式中，如后所述，在固体摄像装置10中，阵列状(行列状)地排列在像素部20的多像素由具有光电转换区域的至少两个(在本第一实施方式中为四个)像素(彩色像素)形成。

在本第一实施方式中，像素部20包括像素阵列及透镜部阵列而形成，所述像素阵列中阵列状地配置有对从一面侧入射的规定波长的光进行光电转换的多个光电转换部，所述透镜部阵列具备多个透镜部，所述多个透镜部与像素阵列的各光电转换部的一面侧对应地配置成阵列状，汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应配置的光电转换部。

在本实施方式中，透镜部阵列配置有一个光学薄膜，所述光学薄膜跨整个阵列的至少一部分区域(在本实施方式中为整个阵列)的多个透镜部一体形成，并至少在形成透镜部的区域具备规定的光学功能部。

在本第一实施方式中，透镜部形成有薄膜一体(薄膜一体形成)型光学元件，所述光学元件作为光学功能部相对于光学薄膜一体形成，汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应配置的光电转换部。

在本第一实施方式中，薄膜一体型光学元件由根据像素阵列中的像素的位置而改变形状的非球面微透镜形成。

作为一个示例，非球面微透镜也可以由作为具有两个以上不平行的平面的棱镜状光学元件的微棱镜形成。

在本第一实施方式中，非球面微透镜也可以由顶部配置在光入射侧的多锥体形成。

在本实施方式中，作为薄膜一体型光学元件，除了利用光的折射的上述非球面微透镜之外，还可以举出利用衍射的菲涅尔透镜、二元元件、包含全息光学元件的衍射光学元件。

另外，在本第一实施方式中，作为一个示例，多像素形成为RGB传感器。

以下，将在说明固体摄像装置10的各部的结构及功能的概要之后，详细说明像素部20中的多像素等的具体结构、配置等。

(像素部20及多像素MPXL20的结构)

像素部20中以N行×M列的二维的行列状(矩阵状)排列有多个多像素，所述多像素包括光电二极管(光电转换部)和像素内放大器。

图5是表示在本第一实施方式的固体摄像装置的像素部的四个像素中共享一个浮置扩散层的多像素的一个示例的电路图。

在图5的像素部20中，多像素MPXL20中四个像素(在本实施方式中为彩色像素)、即第一彩色像素SPXL11、第二彩色像素SPXL12、第三彩色像素SPXL21以及第四彩色像素SPXL22被配置为2×2的正方形。

第一彩色像素SPXL11包括由第一光电转换区域形成的光电二极管PD11及传输晶体管TG11-Tr而构成。

第二彩色像素SPXL12包括由第二光电转换区域形成的光电二极管PD12及传输晶体管TG12-Tr而构成。

第三彩色像素SPXL21包括由第三光电转换区域形成的光电二极管PD21及传输晶体管TG21-Tr而构成。

第四彩色像素SPXL22包括光电二极管PD22及传输晶体管TG22-Tr而构成。

并且，像素部20的多像素MPXL20在四个彩色像素SPXL11、SPXL12、SPXL21、SPXL22中共享浮置扩散层FD(Floating Diffusion；浮动扩散层)11、复位晶体管RST11-Tr、源极跟随晶体管SF11-Tr、以及选择晶体管SEL11-Tr。

在这种四像素共享结构中，例如，第一彩色像素SPXL11形成为G(绿色)像素，第二彩色像素SPXL12形成为R(红色)像素，第三彩色像素SPXL21形成为B(蓝色)像素，第四彩色像素SPXL22形成为G(绿色)像素。

例如，第一彩色像素SPXL11的光电二极管PD11作为第一绿色(G)光电转换部而发挥功能，第二彩色像素SPXL12的光电二极管PD12作为红色(R)光电转换部而发挥功能，第三彩色像素SPXL21的光电二极管PD21作为蓝色(B)光电转换部而发挥功能，第四彩色像素SPXL22的光电二极管PD22作为第二绿色(G)光电转换部而发挥功能。

作为光电二极管PD11、PD12、PD21、PD22例如使用了埋入式光电二极管(PPD)。

由于在形成光电二极管PD11、PD12、PD21、PD22的基板表面存在由悬空键等的缺陷引起的表面能级，因此导致在热能的作用下产生较多的电荷(暗电流)，无法读取正确的信号。

在埋入式光电二极管(PPD)中，能够通过将光电二极管PD的电荷存储部埋入基板内，减少暗电流混入信号。

光电二极管PD11、PD12、PD21、PD22产生并存储与入射光量相对应的量的信号电荷(此处为电子)。

以下，对信号电荷为电子、各晶体管为n型晶体管的情况进行说明，但是，信号电荷也可以是空穴，各晶体管也可以是p型晶体管。

传输晶体管TG11-Tr连接在光电二极管PD11与浮置扩散层FD11之间，并由控制线(或控制信号)TG11控制。

在读取部70的控制下，传输晶体管TG11-Tr在控制线(或控制信号)TG11为规定电平的高电平(H)期间被选择而成为导通状态，将由光电二极管PD11光电转换而存储的电荷(电子)传输到浮置扩散层FD11。

传输晶体管TG12-Tr连接在光电二极管PD12与浮置扩散层FD11之间，并由控制线(或控制信号)TG12控制。

在读取部70的控制下，传输晶体管TG12-Tr在控制线(或控制信号)TG12为规定电平的高电平(H)期间被选择而成为导通状态，将由光电二极管PD12光电转换而存储的电荷(电子)传输到浮置扩散层FD11。

传输晶体管TG21-Tr连接在光电二极管PD21与浮置扩散层FD11之间，并由控制线(或控制信号)TG21控制。

在读取部70的控制下，传输晶体管TG21-Tr在控制线(或控制信号)TG21为规定电平的高电平(H)期间被选择而成为导通状态，将由光电二极管PD21光电转换而存储的电荷(电子)传输到浮置扩散层FD11。

传输晶体管TG22-Tr连接在光电二极管PD22与浮置扩散层FD11之间，并由控制线(或控制信号)TG22控制。

在读取部70的控制下，传输晶体管TG22-Tr在控制线(或控制信号)TG22为规定电平的高电平(H)期间被选择而成为导通状态，将由光电二极管PD22光电转换而存储的电荷(电子)传输到浮置扩散层FD11。

如图5所示，复位晶体管RST11-Tr连接在电源线VDD(或电源电位)与浮置扩散层FD11之间，并由控制线(或控制信号)RST11控制。

此外，复位晶体管RST11-Tr也可以构成为连接在与电源线VDD不同的电源线VRst与浮置扩散层FD之间，并由控制线(或控制信号)RST11控制。

复位晶体管RST11-Tr在读取部70的控制下，例如在读取扫描时，在控制线(或控制信号)RST11为H电平期间被选择而成为导通状态，并将浮置扩散层FD11复位为电源线VDD(或VRst)的电位。

源极跟随晶体管SF11-Tr和选择晶体管SEL11-Tr串联连接在电源线VDD与垂直信号线LSGN之间。

浮置扩散层FD11与源极跟随晶体管SF11-Tr的栅极连接，选择晶体管SEL11-Tr由控制线(或控制信号)SEL11控制。

选择晶体管SEL11-Tr在控制线(或控制信号)SEL11为H电平的期间被选择而成为导通状态。由此，源极跟随晶体管SF11-Tr将根据与电荷量(电位)对应的增益将浮置扩散层FD11的电荷转换为电压信号的列输出的读取电压(信号)VSL(PIXOUT)输出到垂直信号线LSGN。

垂直扫描电路30根据定时控制电路60的控制，通过行扫描控制线在快门行及读取行中驱动像素。

又，垂直扫描电路30根据地址信号，输出读取信号的读取行和对存储在光电二极管PD中的电荷进行复位的快门行的行地址的行选择信号。

在一般的像素读取动作中，由读取部70的垂直扫描电路30的驱动来进行快门扫描，然后进行读取扫描。

读取电路40可构成为包括与像素部20的各列输出对应配置的多个列信号处理电路(未图示)，并由多个列信号处理电路执行列并行处理。

读取电路40可包括相关双采样(CDS：Correlated Double Sampling)电路和ADC(模拟数字转换器；A/D转换器)、放大器(AMP，Amplifier)、采样保持(S/H)电路等而构成。

如此，例如如图6的(A)所示，读取电路40可包括ADC41而构成，所述ADC41将像素部20的各列输出的读取信号VSL转换为数字信号。

或者，例如如图6的(B)所示，读取电路40可配置有放大器(AMP)42，所述放大器(AMP)42对像素部20的各列输出的读取信号VSL进行放大。

又，例如如图6的(C)所示，读取电路40可配置有采样保持(S/H)电路43，所述采样保持(S/H)电路43对像素部20的各列输出的读取信号VSL进行采样和保持。

水平扫描电路50扫描由读取电路40的ADC等的多个列信号处理电路处理的信号，将该信号传输到水平方向，并将该信号输出到未图示的信号处理电路。

定时控制电路60产生像素部20、垂直扫描电路30、读取电路40、水平扫描电路50等的信号处理所需的定时信号。

以上，对固体摄像装置10的各部的结构及功能的概要进行了说明。

接着，对本第一实施方式的像素部20中的像素配置的具体结构进行说明。

图7的(A)～(C)是表示本第一实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部的概略构成例的图。

图7的(A)是平面地表示形成为RGB传感器的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部的各构成元件的概略配置例的图。

图7的(B)是图7的(A)中的x11-x12线的简略剖视图。

图7的(C)是图7的(A)中的y11-y12线的简略剖视图。

又，图8是平面地表示本第一实施方式的像素部中的透镜部阵列的概略构成的图。

图9是用于说明本第一实施方式的像素部中的透镜部的概略构成的图。

另外，在本实施方式中，第一方向例如是行列状地排列多个像素的像素部20的列方向(水平方向，X方向)或行方向(垂直方向，Y方向)或对角方向。

在以下的说明中，作为一个示例，将第一方向设为列方向(水平方向，X方向)。同时，将第二方向设为行方向(垂直方向，Y方向)。

在本第一实施方式中，如图7的(A)～(C)所示，像素阵列210与透镜部阵列220贴合并在Z方向上层叠而形成像素部20，所述像素阵列210阵列状地配置有对从一面侧入射的规定波长的光进行光电转换的多个光电转换部(有时也称为光电转换区域)2111、2112、2113、2114，所述透镜部阵列220具备多个透镜部LNS220(LNS221～LNS224)，所述多个透镜部LNS220(LNS221～LNS224)与像素阵列210的各光电转换部2111(～2114)的一面侧对应地配置成阵列状，汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应配置的光电转换部211(2111～2114)。透镜部阵列220被贴合在像素阵列210和滤色器阵列212。

在本示例中，如图9所示，在像素阵列210的光入射面侧贴合有透镜部阵列220，所述透镜部阵列220在光学薄膜FLM221一体形成有透镜部LNS220。

在本实施方式中，透镜部阵列220跨整个阵列的多个透镜部LNS220一体形成，在形成透镜部LNS220的区域配置有具备规定的光学功能部(例如聚光功能)的一个光学薄膜FLM221。

在本第一实施方式中，透镜部LNS220作为光学功能部相对于第一光学薄膜FLM221一体形成，并由作为薄膜一体型光学元件的微透镜LNS221、LNS222、LNS223、LNS224形成，所述微透镜汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧(第一基板面231侧)入射到对应配置的光电转换部2111(～2114)。

在本第一实施方式中，作为一个示例，作为薄膜一体型光学元件的微透镜LNS221、LNS222、LNS223、LNS224由具有两个以上不平行平面的棱镜状光学元件(微棱镜)形成。

在本第一实施方式中，如图9所示，薄膜一体型微透镜LNS221(～LNS224)由顶部配置在光入射侧的多锥体(本示例中为四锥体)形成。

另外，将在后面对作为该薄膜一体型光学元件的微透镜LNS221(～LNS224)的结构进行详细说明。

在图7的(A)的像素部20中，多像素MPXL20中四个像素(在本实施方式中为彩色像素)、即第一彩色像素SPXL11、第二彩色像素SPXL12、第三彩色像素SPXL21以及第四彩色像素SPXL22被配置为2×2的正方形。

具体而言，多像素MPXL20以在作为第一方向的X方向上，第一彩色像素SPXL11与第二彩色像素SPXL12相邻，并且第三彩色像素SPXL21与第四彩色像素SPXL22相邻，在与第一方向正交的作为第二方向的Y方向上，第一彩色像素SPXL11与第三彩色像素SPXL21相邻，并且第二彩色像素SPXL12与第四彩色像素SPXL22相邻的方式被正方排列。

在本第一实施方式中，第一彩色像素SPXL11形成为包括主要使绿色光透过的绿色(G)滤光器FLT-G的G像素SPXLG。第二彩色像素SPXL12形成为包括主要使红色光透过的红色(R)滤光器FLT-R的R像素SPXLR。第三彩色像素SPXL21形成为包括主要使蓝色光透过的蓝色(B)滤光器FLT-B的B彩色像素SPXLB。第四彩色像素SPXL22形成为包括主要使绿色光透过的绿色(G)滤光器FLT-G的G像素SPXLG。

并且，如图7的(A)、(B)及(C)所示，多像素MPXL20的像素阵列210包括光电转换部211、滤色器部212、氧化膜213、第一背侧分离部214及第二背侧分离部215而构成。

在图7所示的像素阵列210中，作为由四个外缘边L11～L14划定的矩形区域RCT20的光电转换部211(PD10)在其光入射部分与第一彩色像素SPXL11、第二彩色像素SPXL12、第三彩色像素SPXL21及第四彩色像素SPXL22对应地被分离(划分)为第一光电转换区域(PD11)2111、第二光电转换区域(PD12)2112、第三光电转换区域(PD21)2113及第四光电转换区域(PD22)2114。

像素阵列210的光电转换部211(PD10)通过第一背侧分离部214及第二背侧分离部215被分离(划分)为第一光电转换区域(PD11)2111、第二光电转换区域(PD12)2112、第三光电转换区域(PD21)2113及第四光电转换区域(PD22)2114这四个矩形区域。

被分离(划分)为第一光电转换区域(PD11)2111、第二光电转换区域(PD12)2112、第三光电转换区域(PD21)2113及第四光电转换区域(PD22)2114的光电转换部211形成为埋入在半导体基板230中，并形成为具有对接收到的光进行光电转换及电荷存储的功能，所述半导体基板230具有第一基板面231侧、以及与第一基板面231侧相对侧的第二基板面232侧。

光电转换部211的第一光电转换区域(PD11)2111、第二光电转换区域(PD12)2112、第三光电转换区域(PD21)2113及第四光电转换区域(PD22)2114经由包括作为平坦层的功能的氧化膜(OXL)213在第一基板面231侧(背面侧)配置有滤色器部212。

在第一光电转换区域(PD11)2111、第二光电转换区域(PD12)2112、第三光电转换区域(PD21)2113及第四光电转换区域(PD22)2114的第二基板面232侧(前面侧)形成有输出部OP11、OP12、OP21、OP22，所述输出部OP11、OP12、OP21、OP22包括输出与光电转换而存储的电荷对应的信号的输出晶体管等。

滤色器部212被划分为绿色(G)滤光器区域2121、红色(R)滤光器区域2122、蓝色(B)滤光器区域2123以及绿色(G)滤光器区域2124以形成各彩色(color)像素。

在绿色(G)滤光器区域2121的光入射侧配置有作为透镜部阵列220的一个透镜部LNS220的微透镜(微棱镜)LNS221。

在红色(R)滤光器区域2122的光入射侧配置有作为透镜部阵列220的一个透镜部LNS220的微透镜(微棱镜)LNS222。

在蓝色(B)滤光器区域2123的光入射侧配置有作为透镜部阵列220的一个透镜部LNS220的微透镜(微棱镜)LNS223。

在绿色(G)滤光器区域2124的光入射侧配置有作为透镜部阵列220的一个透镜部LNS220的微透镜(微棱镜)LNS224。

如上所述，作为由四个外缘边L11～L14划定的矩形区域RCT20的光电转换部211(PD10)被第一背侧分离部214及第二背侧分离部215分离(划分)为第一光电转换区域(PD11)2111、第二光电转换区域(PD12)2112、第三光电转换区域(PD21)2113及第四光电转换区域(PD22)2114这四个矩形区域。

具体而言，光电转换部211(PD10)在其光入射部分被背侧分离部214分离为四个，所述背侧分离部基本上形成在与背侧金属(Back Side Metal)BSM相同的位置，并形成为相同的形状等。

在第一彩色像素SPXL11的第一光电转换区域2111和第二彩色像素SPXL12的第二光电转换区域2112的边界部形成有第一分离部2141。

在第三彩色像素SPXL21的第三光电转换区域2113和第四彩色像素SPXL22的第四光电转换区域2114的边界部形成有第二分离部2142。

在第一彩色像素SPXL11的第一光电转换区域2111和第三彩色像素SPXL21的第三光电转换区域2113的边界部形成有第三分离部2143。

在第二彩色像素SPXL12的第二光电转换区域2112和第四彩色像素SPXL22的第四光电转换区域2114的边界部形成有第四分离部2144。

在本第一实施方式中，背侧分离部214基本上与通常的背侧金属BSM相同，以从氧化膜213向滤光器部212侧突出的方式，形成在各彩色像素SPXL11、SPXL12、SPXL21、SPXL22的边界部。

又，在光电转换部PD10中，也可以以在背侧分离部214和光电转换部210的深度方向(基板230的深度方向：Z方向)上重合的方式，形成作为背侧深沟槽隔离(BDTI)的沟槽式背侧分离的第二背侧分离部215。

如上所述，透镜部阵列220配置有一个光学薄膜FLM221，所述光学薄膜FLM221跨整个阵列的多个透镜部LNS220一体形成，并在形成透镜部LNS220的区域具备规定的光学功能部(例如聚光功能)。

光学薄膜FLM221由折射率n例如为1.5～1.6的光学树脂形成，配置在像素部20的像素阵列210的整体上，在与配置成行列状的光电转换部(区域)2111(～2114)对应的位置一体形成有微透镜(微棱镜)LNS221、LNS222、LNS223、LNS224。

在图7～图9的示例中，透镜部LNS220的微透镜LNS221作为光学功能部相对于光学薄膜FLM221一体形成，具有汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧(第一基板面231侧)入射到对应配置的光电转换部(区域)2111的光学功能。

微透镜LNS222作为光学功能部相对于光学薄膜FLM221一体形成，具有汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧(第一基板面231侧)入射到对应配置的光电转换部(区域)2112的光学功能。

微透镜LNS223作为光学功能部相对于光学薄膜FLM221一体形成，具有汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧(第一基板面231侧)入射到对应配置的光电转换部(区域)2113的光学功能。

微透镜LNS224作为光学功能部相对于光学薄膜FLM221一体形成，具有汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧(第一基板面231侧)入射到对应配置的光电转换部(区域)2114的光学功能。

在本第一实施方式中，如图9所示，微透镜(微棱镜)LNS221(～LNS224)由顶部TP配置在光入射侧的多锥体(本示例中为四锥体)形成。多锥体不限于图7～图9所示的四锥体结构体，如图10的(A)～(D)所示，也可以是其他形状的四锥体及大于四的五以上的锥体。

在此，对图7～图9所示的四锥体微透镜LNS221～LNS224的概略构成例进行说明。

微透镜LNS221由四锥体形成，所述四锥体的底面BTM11与顶部TP11之间的高度为h11，并具有四个锥体侧面SS11、SS12、SS13、SS14。

在图7～图9的示例中，微透镜LNS221形成为直锥体，其顶部TP11配置在与入射光的光电转换部2111的中央部对向的位置处。

但是，微透镜LNS221也可以构成为具有顶部TP11和与入射光的光电转换部2111的中央部对向的位置错位，随着该错位而将光引导到光电转换部的表面的构造。

另外，在本第一实施方式中，顶部TP11不是所谓的顶点，而是形成为具有规定宽度的面部区域TP11。该面部区域TP11具有与光电转换部的一个面(第一基板面231)平行的面。面部区域TP11能够根据像素位置调整其并行度。

如图7及图9所示，照射光(入射光)在像素阵列的中心附近，相对于面部区域TP111以及锥体侧面SS11、SS12、SS13、SS14，相对于基板230的法线以规定角度入射，所述规定角度包括大致垂直(基板230的法线方向)。另一方面，照射光(入射光)在像素阵列的周边部，相对于基板230的法线以规定角度入射，所述规定角度包括根据透镜的CRA而从垂直偏离的主光角度。

入射到微透镜LNS221的光在透镜内传播，并聚光到在光电转换部2111的中央部划定的焦点位置FP。或者，入射到微透镜LNS221的光不会在透镜内传播并聚光到在光电转换部2111的中央部划定的焦点位置FP，而是被引导到光电转换部2111的表面侧的任意位置。

另外，顶部TP11也可以是不具有面部区域的顶点。

微透镜LNS222由四锥体形成，所述四锥体的底面BTM21与顶部TP21之间的高度为h21，并具有四个锥体侧面SS21、SS22、SS23、SS24。

在图7～图9的示例中，微透镜LNS222形成为直锥体，其顶部TP21配置在与入射光的光电转换部2112的中央部对向的位置处。

但是，微透镜LNS222也可以构成为具有顶部TP21和与入射光的光电转换部2112的中央部对向的位置错位，随着该错位而将光引导到光电转换部的表面的构造。

又，在本第一实施方式中，顶部TP21不是所谓的顶点，而是形成为具有规定宽度的面部区域TP211。该面部区域TP21具有与光电转换部的一个面(第一基板面231)平行的面。面部区域TP21能够根据像素位置调整其并行度。

如图7及图9所示，照射光(入射光)在像素阵列的中心附近，相对于面部区域TP211以及锥体侧面SS21、SS22、SS23、SS24，相对于基板230的法线以规定角度入射，所述规定角度包括大致垂直(基板230的法线方向)。另一方面，照射光(入射光)在像素阵列的周边部，相对于基板230的法线以规定角度入射，所述规定角度包括根据透镜的CRA而从垂直偏离的主光角度。

入射到微透镜LNS222的光在透镜内传播，并聚光到在光电转换部2112的中央部划定的焦点位置FP。或者，入射到微透镜LNS222的光不会在透镜内传播并聚光到在光电转换部2112的中央部划定的焦点位置FP，而是被引导到光电转换部2112的表面侧的任意位置。

另外，顶部TP21也可以是不具有面部区域的顶点。

微透镜LNS223由四锥体形成，所述四锥体的底面BTM31与顶部TP31之间的高度为h31，并具有四个锥体侧面SS31、SS32、SS33、SS34。

在图7～图9的示例中，微透镜LNS223形成为直锥体，其顶部TP31配置在与入射光的光电转换部2113的中央部对向的位置处。

但是，微透镜LNS223也可以构成为具有顶部TP31和与入射光的光电转换部2113的中央部对向的位置错位，随着该错位而将光引导到光电转换部的表面的构造。

又，在本第一实施方式中，顶部TP31不是所谓的顶点，而是形成为具有规定宽度的面部区域TP311。该面部区域TP31具有与光电转换部的一个面(第一基板面231)平行的面。面部区域TP31能够根据像素位置调整其并行度。

如图7及图9所示，照射光(入射光)在像素阵列的中心附近，相对于面部区域TP311以及锥体侧面SS31、SS32、SS33、SS34，相对于基板230的法线以规定角度入射，所述规定角度包括大致垂直(基板230的法线方向)。另一方面，照射光(入射光)在像素阵列的周边部，相对于基板230的法线以规定角度入射，所述规定角度包括根据透镜的CRA而从垂直偏离的主光角度。

入射到微透镜LNS223的光在透镜内传播，并聚光到在光电转换部2113的中央部划定的焦点位置FP。或者，入射到微透镜LNS223的光不会在透镜内传播并聚光到在光电转换部2113的中央部划定的焦点位置FP，而是被引导到光电转换部2113的表面侧的任意位置。

另外，顶部TP31也可以是不具有面部区域的顶点。

微透镜LNS224由四锥体形成，所述四锥体的底面BTM41与顶部TP41之间的高度为h41，并具有四个锥体侧面SS41、SS42、SS43、SS44。

在图7～图9的示例中，微透镜LNS224形成为直锥体，其顶部TP41配置在与入射光的光电转换部2114的中央部对向的位置处。

但是，微透镜LNS224也可以构成为具有顶部TP41和与入射光的光电转换部2114的中央部对向的位置错位，随着该错位而将光引导到光电转换部的表面的构造。

又，在本第一实施方式中，顶部TP41不是所谓的顶点，而是形成为具有规定宽度的面部区域TP411。该面部区域TP41具有与光电转换部的一个面(第一基板面231)平行的面。面部区域TP41能够根据像素位置调整其并行度。

如图7及图9所示，照射光(入射光)在像素阵列的中心附近，相对于面部区域TP411以及锥体侧面SS41、SS42、SS43、SS44，相对于基板230的法线以规定角度入射，所述规定角度包括大致垂直(基板230的法线方向)。另一方面，照射光(入射光)在像素阵列的周边部，相对于基板230的法线以规定角度入射，所述规定角度包括根据透镜的CRA而从垂直偏离的主光角度。

入射到微透镜LNS224的光在透镜内传播，并聚光到在光电转换部2114的中央部划定的焦点位置FP。或者，入射到微透镜LNS224的光不会在透镜内传播并聚光到在光电转换部2114的中央部划定的焦点位置FP，而是被引导到光电转换部2114的表面侧的任意位置。

另外，顶部TP41也可以是不具有面部区域的顶点。

又，微透镜LNS221～LNS24根据对应配置的像素阵列210中的光电转换部2111～2114在阵列上的位置，调整顶点(顶部)相对于基板230的角度、四个锥体侧面SS11～SS14、SS21～SS24、SS31～SS34、SS41～SS44、以及面部区域TP11～T41的边的长度。

另外，在本第一实施方式中，微透镜LNS221～LNS24基本上形成为相对于在空间上具有均匀的强度分布的入射光束，主要从像素阵列的像素排列的第一方向(X方向)侧入射的第一入射光量与主要从第二方向(Y方向)侧入射的第二入射光量相等。

图10的(A)～(D)是用于说明本发明第一实施方式的像素部中的透镜部的其他概略构成的图。

图10的(A)示出了与图9的示例相比顶部TP的面部区域较宽且高度较高的四锥体结构的微透镜(微棱镜)LNS221a的一个示例。

图10的(B)示出了八锥体结构的微透镜(微棱镜)LNS221b的一个示例。

图10的(C)示出了具有平滑角(corners)SCNR的八锥体结构的微透镜(微棱镜)LNS221c的一个示例。

图10的(D)示出了具有锥形结构的最终形态的球面SPH或非球面ASPH的微透镜(微棱镜)LNS221d的一个示例。

一体形成在本第一实施方式的光学薄膜FLM221的薄膜一体(薄膜一体形成)型微透镜(微棱镜)LNS221(～LNS24)的各个元件可以具有如图7～9、图的10(A)～(D)所示的形状等各种形状。

即，各个微透镜(微棱镜)LNS221(～LNS24)的形状不受图7～图10所示的形状的限制。

一体形成在光学薄膜FLM221的各个微透镜(微棱镜)的形状和尺寸通过计算而设计，以获得所需的焦点形状、尺寸和距离。设计变量包括面的数量、形状、宽度以及各面之间的角度。各个微透镜(微棱镜)可以具有比图10的(A)～(D)所示的表面更多的表面。

CIS像素中使用的以往的微透镜阵列受到透镜阴影效果的影响。阴影是由大CRA(Chief Ray Angle：主光角)下的微透镜的聚焦动作所引起的。

为了改善阴影效果，微透镜的位置根据CRA从像素平面的中心向边缘移动。如上所述，这作为微透镜位移而广为人知。

一体形成在光学薄膜FLM221的各个微透镜(微棱镜)可以通过稍微改变微透镜的光入射及波导路径的形状和角度来确保传感器面上的照明均匀性。

在本第一实施方式中，优选地，作为薄膜一体型光学元件阵列的微透镜阵列由图10的(D)所示的具有根据像素阵列中的像素的位置而改变形状的非球面ASPH的微透镜221d形成。

图11的(A)及(B)是用于比较说明比较例的像素阵列的阴影抑制效果和本发明第一实施方式的像素阵列的阴影抑制效果的图。

图11的(A)是用于说明应用微透镜位移的比较例的阴影抑制效果的图。图11的(B)是用于说明未应用微透镜位移而根据像素阵列中的像素的位置改变微透镜的形状的本第一实施方式中的阴影抑制效果的图。

在比较例中，在制法上，微透镜221dc不依赖于像素阵列210中的像素的位置，只能以相同形状进行制造，因此，在像素阵列的周边部(边缘部)中进入像素的光入射量减少，而产生阴影。

作为解决该问题的方法，通常会进行微透镜位移，但其无法完全去除阴影。

与此相对，在本第一实施方式的固体摄像装置10中，根据像素阵列中的像素的位置来改变微透镜221dp的形状。

具体而言，如图11的(B)所示，在像素阵列210的中央区域210CTR中，减小了微透镜221dp的非球面ASPH的从球面SPH的变形的程度。

并且，在像素阵列210的周边区域210PRF中，增大了微透镜221dp的非球面ASPH的从球面SPH的变形的程度。

此外，对每个微透镜2221dp进行了变形程度的微调。

因此，在本第一实施方式的固体摄像装置10中，与应用微透镜位移的比较例相比，能够高精度地抑制阴影。

在本第一实施方式中，透镜部阵列220由通过激光等将使用PC等在计算上设计的多个微透镜(微棱镜)内置到卷膜上而成的阵列形成。

例如，代替根据像素阵列的光电转换部(像素)的位置来移动微透镜排列，通过计算来设计微透镜的角度。微透镜排列配置在光电转换部(像素)排列上。由此，获取针对像素排列更加均匀的响应。

另外，针对光学薄膜FLM221的微透镜LNS221～LNS224的形成并不限于在此说明的使用了激光描绘的光刻技术的方法，也可以使用制作模具并将其转印到卷膜上的方法等。

图12是表示本发明第一实施方式的透镜部阵列220的制造装置的一个示例的图。

图12的本发明的实施方式的透镜部阵列制造装置300包括激光器310、分束器(BS)320、激光控制用光电探测器(PD)330、滑块340、载置于滑块340上的可进行聚焦控制的光学头350、以及用于形成激光通向光学头350的光路的反射镜(MR)360、370而构成。

通过该制造装置300能够控制性良好、高精度地制作透镜部阵列220。

将该透镜部阵列220的光学薄膜FLM221贴合在像素阵列210的光入射面侧来制作像素部20。

图13是用于说明本第一实施方式的固体摄像装置中的像素部的制造方法的概要的图。

如图13所示，经过像素阵列形成工序ST1、包含光学薄膜形成工序ST21的透镜部阵列形成工序ST2、以及贴合工序ST3来制作具有像素阵列210和透镜部阵列220的像素部20。

另外，在此作为一个示例，作为串行工序示出了像素阵列形成工序ST1和包含光学薄膜形成工序ST21的透镜部阵列形成工序ST2，但本发明不限于此，也可以并行地进行两个工序。

在像素阵列形成工序ST1中，将包括对从一面侧入射的规定波长的光进行光电转换的多个光电转换部2111～2114的像素形成为阵列状。

另外，在此根据本实施方式的结构，对将包含四个(多个)光电转换部2111～2114的像素形成为阵列状的示例进行说明，但多个可以是任意个，本发明当然不限于四个。

在透镜部阵列形成工序ST2中，与像素阵列210的各光电转换部2111～2114的一面侧对应地将多个透镜部LNS221～LNS224形成为阵列状。

由此，形成包括多个透镜部LNS221～LNS224的透镜部阵列220，所述透镜部LNS221～LNS224汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应形成的所述光电转换部2111～2114。

该透镜部阵列形成工序ST2中包含薄膜形成工序ST21。

在薄膜形成工序ST21中，形成一个光学薄膜FLM221，所述光学薄膜FLM221跨整个阵列区域的多个透镜部一体形成，并在形成透镜部的区域具备规定的光学功能部、例如具备聚光功能。

然后，在贴合工序ST3中，将透镜部阵列220的光学薄膜FLM221贴合在像素阵列210的光入射面侧而制作像素部20。

如上说明，在本第一实施方式中，像素部20形成为像素阵列210与透镜部阵列220贴合并在Z方向层叠，所述像素阵列210阵列状地配置有对从一面侧入射的规定波长的光进行光电转换的多个光电转换部2111、2112、2113、2114，所述透镜部阵列220具备多个透镜部LNS220，所述多个透镜部LNS220与像素阵列210的各光电转换部2111(～2114)的一面侧对应地配置成阵列状，汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应配置的光电转换部2111(～2114)。

在本第一实施方式中，在像素阵列210的光入射面侧贴合有透镜部阵列220，所述透镜部阵列220中透镜部LNS220一体形成在作为卷膜的光学薄膜FLM221。

在本第一实施方式中，透镜部阵列220配置有一个光学薄膜FLM221，所述光学薄膜FLM221跨整个阵列的多个透镜部LNS220一体形成，并在形成透镜部LNS220的区域具备规定的光学功能部(例如聚光功能)。

在本第一实施方式中，透镜部LNS220作为光学功能部相对于第一光学薄膜FLM221一体形成，并由微透镜(微棱镜)LNS221、LNS222、LNS223、LNS224形成，所述微透镜(微棱镜)LNS221、LNS222、LNS223、LNS224汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧(第一基板面231侧)入射到对应配置的所述光电转换部2111(～2114)。

在本第一实施方式中，微透镜LNS221(～LNS224)由顶部配置在光入射侧的多锥体或包括图10的(D)的非球面体形成。

因此，根据本第一实施方式，不会在由微透镜形成透镜部的情况下受到的光学结构或特性中受到过度的限制。

因此，根据本第一实施方式，具有如下优点，即能够无需烦杂的工序而制造透镜部阵列220，进而使像素部20的制造变得容易。

又，由于能够使用于微透镜的下方的基板的厚度变薄，因此能够降低相邻像素间的串扰。

又，由于能够比以往的微透镜阵列的制造方法更精密地控制片状的光学部件阵列，因此能够得到没有阴影的图像，并提高性能。

又，根据本第一实施方式，能够根据配置位置轻易地变更微透镜的形状。因此，能够更适当地修正大CRA所导致的图像表面边缘处的性能降低，进而能够高精度地抑制阴影。

(第二实施方式)

图14是用于说明本第二实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部中的透镜部的概略构成的图。

本第二实施方式与第一实施方式的差异点如下。

在第一实施方式中，多像素MPXL20的透镜部220具有微透镜LNS211～LNS224，所述微透镜LNS211～LNS224分别使光入射到四个彩色像素SPXL11、SPXL12、SPXL21、SPXL22的光电转换部PD11、PD12、PD21、PD22的每一个。

与此相对，在本第二实施方式的多像素MPXL20A中，构成为第一彩色像素SPXL11A的第一光电转换部PD11被分离部214(215)分离(划分)为两个区域PD11a及PD11b，通过利用一个微透镜LNS221A使光能够入射到两个区域PD11a及PD11b，从而能够具有PDAF信息。

同样地，构成为第二彩色像素SPXL12A的第一光电转换部PD12被分离部214(215)分离(划分)为两个区域PD12a及PD12b，通过利用一个微透镜LNS222A使光能够入射到两个区域PD12a及PD12b，从而能够具有PDAF信息。

又，构成为第三彩色像素SPXL21A的第一光电转换部PD21被分离部214(215)分离(划分)为两个区域PD21a及PD21b，通过利用一个微透镜LNS223A使光能够入射到两个区域PD21a及PD21b，从而能够具有PDAF信息。

构成为第四彩色像素SPXL22A的第一光电转换部PD22被分离部214(215)分离(划分)为两个区域PD22a及PD22b，通过利用一个微透镜LNS224A使光能够入射到两个区域PD22a及PD22b，从而能够具有PDAF信息。

另外，在本第二实施方式中，微透镜LNS221A～LNS224A的顶部形成为不具有面部区域的顶点部，构成为能够使光有效地入射到狭窄的两个区域。

图15的(A)～(C)是用于说明本发明第二实施方式的像素部中的透镜部的其他的概略构成的图。

图15的(A)示出了与图14的示例相比顶部TP的面部区域较宽且高度较高的四锥体结构的微透镜(微棱镜)LNS221Aa的一个示例。

图15的(B)示出了八锥体结构的微透镜(微棱镜)LNS221Ab的一个示例。

图15的(C)示出了具有平滑角(corners)SCNR的八锥体结构的微透镜(微棱镜)LNS221Ac的一个示例。

图15的(D)示出了具有锥形结构的最终形态的球面SPH或非球面ASPH的微透镜(微棱镜)LNS221Ad的一个示例。

一体形成在本第二实施方式的光学薄膜FLM221的薄膜一体(薄膜一体形成)型微透镜(微棱镜)LNS221(～LNS24)的各个元件可以具有如图14、图15的(A)～(D)所示的形状等各种形状。

即，各个微透镜的形状不受图14～图15的(D)所示的形状的限制。

一体形成在光学薄膜FLM221的各个微透镜(微棱镜)的形状和尺寸通过计算而设计，以获得所需的焦点形状、尺寸和距离。设计变量包括面的数量、形状、宽度以及各面之间的角度。各个微棱镜可以具有比图15的(A)～(D)所示的表面更多的表面。

根据本第二实施方式，与上述第一实施方式的效果相同，能够无需烦杂的工序而制造透镜部阵列220A，进而使像素部20A的制造变得容易。又，由于能够使用于微透镜的下方的基板的厚度变薄，因此能够降低相邻像素间的串扰。

又，由于能够比以往的微透镜阵列的制造方法更精密地控制片状的光学部件阵列，因此能够得到没有阴影的图像，并提高性能。

又，根据本第二实施方式，能够根据配置位置轻易地变更微透镜(在本第一实施方式中为微棱镜)的形状。因此，能够更适当地修正大CRA所导致的图像表面边缘处的性能降低。

进而，可以实现可从共享像素使用一个微透镜的PDAF功能。

(第三实施方式)

图16是用于说明本第三实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部中的透镜部的概略构成的图。

本第三实施方式作为一个示例所示的微透镜与第一实施方式的微透镜的差异点如下。

在第一实施方式中，多像素MPXL20的透镜部220具有微透镜LNS221～LNS224，所述微透镜LNS221～LNS224形成为大致正方形，分别使光入射到四个彩色像素SPXL11、SPXL12、SPXL21、SPXL22的光电转换部PD11、PD12、PD21、PD22的每一个。

并且，形成为大致正方形的微透镜LNS221～LNS224以大致均等的光量，使光从与像素阵列的像素排列的水平方向相当的第一方向(在本示例中为正交坐标系的X方向)侧、以及与该第一方向(X方向)正交的第二方向(在本示例中为Y方向)侧的所有方向，分别入射到对应的光电转换部PD11、PD12、PD21、PD22的每一个。

即，第一实施方式的微透镜LNS221～LNS224形成为相对于在空间上具有均匀的强度分布的入射光束，使得从第一方向入射的LX的第一入射光量和从第二方向入射的光LY的第二入射光量相等。

与此相对，在本第三实施方式的多像素MPXL20B中，微透镜LNS221B～LNS224B形成为相对于光电转换部PD11、PD12、PD21、PD22、相对于在空间上具有均匀的强度分布的入射光束，从第一方向X入射的光LX的第一入射光量和从第二方向Y入射的光LY的第二入射光量不同。

图16示出了微透镜LNS221B(～LNS224B)的一个示例，该示例的微透镜LNS221B(～LNS224B)形成为相对于光电转换部PD11、PD12、PD21、PD22从第一方向X入射的光LX的第一入射光量变多，相对于在空间上具有均匀的强度分布的入射光束，从第二方向Y入射的光LY的第二入射光量变多。

即，在微透镜LNS221B～LNS224B中，相对于在空间上具有均匀的强度分布的入射光束，第一方向X的光LX比第二方向Y的光LY更大量地入射到光电转换部PD11、PD12、PD21、PD22。

将结合图16对本第三实施方式的微透镜LNS221B～LNS224B的具体构成例进行说明。

在本第三实施方式的多像素MPXL20B中，微透镜LNS221B～LNS224B形成为大致长方体状，并形成为与该第一方向(X方向)正交的第二方向(在本示例中为Y方向)的第二光入射面LSI12的长度(宽度)WL12比与像素阵列的水平方向相当的第一方向(在本示例中为正交坐标系的X方向)的第一光入射面LSI11的长度(宽度)WL11长。

并且，例如，包含光电变换部PD11、PD12、PD21、PD22的彩色像素SPXL11B、SPXL12B、SPXL21B、SPXL22B形成为与第一方向X正交的第二方向Y的宽度WP12比第一方向X的宽度WP11长。

在具有此种结构的微透镜LNS221B～LNS224B中，主要使第一方向X的光通过第二光入射面LSI12入射到光电转换部PD11、PD12、PD21、PD22。

即，在微透镜LN221B～LNS224B中，使第一方向X的光LX通过第二光入射面LSI12入射得比通过第一光入射面LSI11入射的光LY多。

另外，在本第三实施方式中，可根据第二光入射面LSI12的形状、例如面积或第二光入射面LSI12与底面BTM所成的角度来调整(微调)来自第一方向X的光LX的第一入射光量。

同样地，可根据第一光入射面LSI11的形状、例如面积或第一光入射面LSI11与底面BTM所成的角度来调整(微调)来自第二方向Y的光LY的第二入射光量。

另外，在本实施方式中，对将第一方向作为X方向(水平方向)、将第二方向作为Y方向(垂直方向)的情况进行了说明，但是第一方向也可为Y方向(垂直方向)，第二方向也可为X方向(水平方向)。

根据本第三实施方式，与上述第一实施方式的效果相同，能够无需烦杂的工序而制造透镜部阵列220B，进而使像素部20的制造变得容易。又，由于能够使用于微透镜的下方的基板的厚度变薄，因此能够降低相邻像素间的串扰。

又，由于能够比以往的微透镜阵列的制造方法更精密地控制片状的光学部件阵列，因此能够得到没有阴影的图像，并提高性能。

进而，可以实现可从共享像素使用一个微透镜的PDAF功能。

又，根据本第三实施方式，能够根据配置位置轻易地变更微透镜(在本第三实施方式中为微棱镜)的形状。因此，可以更适当地修正大CRA所导致的图像表面边缘处的性能降低。

(第四实施方式)

图17是用于说明本第四实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部中的透镜部的概略构成的图。

本第四实施方式与第三实施方式的差异点如下。

在第三实施方式中，多像素MPXL20B的透镜部220B具有微透镜LNS211B～LNS224B，所述微透镜LNS211～LNS224分别使光入射到四个彩色像素SPXL11、SPXL12、SPXL21、SPXL22的光电转换部PD11、PD12、PD21、PD22的每一个。

与此相对，在本第四实施方式的多像素MPXL20C中，构成为第一彩色像素SPXL11C的第一光电转换部PD11被分离部214(215)分离(划分)为两个区域PD11a及PD11b，通过利用一个微透镜LNS221B使光能够入射到两个区域PD11a及PD11b，从而能够具有PDAF信息。

同样地，构成为第二彩色像素SPXL12C的第一光电转换部PD12被分离部214(215)分离(划分)为两个区域PD12a及PD12b，通过利用一个微透镜LNS222B使光能够入射到两个区域PD12a及PD12b，从而能够具有PDAF信息。

同样地，构成为第三彩色像素SPXL21C的第一光电转换部PD21及第四彩色像素SPXL22C的第一光电转换部PD22被分离部214(215)分离(划分)为两个区域，通过利用一个微透镜LNS223B、LNS224B使光能够入射到两个区域，从而能够具有PDAF信息。

另外，在本第四实施方式中，微透镜LNS221B～LNS224B的顶部形成为具有面部区域的顶点部，构成为能够有效地使光主要从第一方向X大量地入射到狭窄的两个区域。

具体而言，本第四实施方式的微透镜LNS221B～LNS224B构成为以能够仅使用第一方向(此处为X方向)的光信息、不使用第二方向(此处为Y方向)的光信息或者将第二方向的光信息用作偏移信息的方式，以高比例接收来自第一方向X侧的光LX，完全不接收或仅接收少量的来自第二方向Y侧的光LY。

另外，在本第四实施方式中，能够根据第二光入射面LSI12的面积、第二光入射面LSI12与底面BTM所成的倾斜角度来调整(微调)来自第一方向X的光LX的第一入射光量。

同样，能够根据第一光入射面LSI11的面积、第一光入射面LSI11与底面BTM所成的角度来调整(微调)来自第二方向Y的光LY的第二入射光量。

在这种情况下，第一光入射面LSI11与底面BTM所成的角度接近80～90度。由此，大幅抑制从第二方向Y的上方照射的光LY入射到第一光入射面LSI11。

在具有此种结构的微透镜LNS221B～LNS224B中，主要通过第二光入射面LSI12使第一方向X的光入射到光电转换部PD11a、PD11b、PD11a、PD12b(PD21a，PD21b，PD22a，PD22)。

即，在微透镜LNS221B～LNS224B中，使具有第一方向X的指向性的光通过第二光入射面LSI12入射得比通过第一光入射面LSI11入射的光LY多。

因此，在本第四实施方式中，能够仅使用第一方向(此处为X方向)的光信息，而不使用第二方向(此处为Y方向)的光信息或将第二方向的光信息用作偏移信息，例如能够提高PDAF功能的精度。

在此，对本第四实施方式的固体摄像装置10C的应用例进行说明。

图18的(A)及(B)是表示本发明第四实施方式的固体摄像装置的应用例的图。

图18的(A)示出了本发明第四实施方式的固体摄像装置的第一应用例，图18的(B)示出了本发明第四实施方式的固体摄像装置的第二应用例。

在固体摄像装置(CMOS图像传感器)中，为了维持多像素化带来的高分辨率化、抑制像素间距的缩小所导致的灵敏度和动态范围的降低，例如配置各两个或各四个相邻的多个同色像素，在追求分辨率的情况下读取像素信号，在需要分辨率和动态范围性能的情况下，有时会采用将同色像素的信号相加而进行读取的方法。

并且，该CMOS图像传感器在相邻的2、4等多个同色像素中共享一个微透镜。

图18的应用例示出了在多个同色像素中共享一个微透镜的像素阵列的两个示例。

图18的(A)示出了在两个同色像素(光电二极管PD)中共享一个微透镜LNS221C(～LNS224C)的应用例。

图18的(B)示出了在四个同色像素(光电二极管PD)中共享一个微透镜LNS221C(～LNS224C)的应用例。

根据本第四实施方式，与上述第一实施方式及第三实施方式的效果相同，能够无需烦杂的工序而制造透镜部阵列220，进而使像素部20的制造变得容易。又，由于能够使用于微透镜的下方的基板的厚度变薄，因此能够降低相邻像素间的串扰。

又，由于能够比以往的微透镜阵列的制造方法更精密地控制片状的光学部件阵列，因此能够得到没有阴影的图像，并提高性能。

进而，可以实现可从共享像素使用一个微透镜的PDAF功能。

又，根据本第四实施方式，能够根据配置位置轻易地变更微透镜(在本第四实施方式中为微棱镜)的形状。因此，可以更适当地修正大CRA所导致的图像表面边缘处的性能降低。

(第五实施方式)

图19的(A)～(C)是用于说明本第五实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部中的透镜部的概略构成的图。

图19的(A)表示透镜部的概略图，图19的(B)表示顶部TP具有规定宽度的微透镜的俯视图，图19的(C)表示顶部TP具有规定宽度的微透镜的俯视图。

另外，在图19中，为了方便理解，以相同附图标记表示与图16及图17相同的构成部分。

本第五实施方式与第四实施方式的差异点如下。

在第四实施方式中，采用了实现如下方法(光瞳分割方式)的构成，即，不使用遮光膜将像素内的光电转换部(光电二极管(PD))分割成两个部分(设置两个)，根据由一对光电转换部(光电二极管)得到的信号的相位偏移量检测相位差。

与此相对，在本第五实施方式中，采用了实现像面相位差法的构成，即，例如，一个光电转换区域PD(受光区域)的一半被遮光膜遮光，通过由右半部受光的相位差检测像素和由左半部受光的相位差检测像素检测像面上的相位差。

在使用该遮光膜的像面相位差法中，对光电转换区域PD的受光区域的大致一半的区域进行遮光的矩形状的金属屏蔽件MTLS20、及使光电转换区域PD的受光区域的剩下的一半区域开口的矩形状的开口部APRT20形成在光电转换区域PD的入射面(基板的第一面)侧。

通过改变后侧金属BSM的宽度来安装、组装金属屏蔽件MTLS20。由此，能够保证与PDAF的性能相称的响应性的角度响应。

在本第五实施方式中，微透镜LNZ221D的底面BTM20形成为第一方向(X方向)的长度与第二方向(Y方向)的长度相等的正方形(Lx＝Ly)。

并且，第一光入射面LSI11(平面abcd)与底面BTM20(平面cdgh)所成的角度被设定为接近90度的角度，例如被设定为80度～90度。

同样，第一光入射面LSI12(平面efgh)与底面BTM20(平面cdgh)所成的角度被设定为接近90度的角度，例如被设定为80度～90度。

通过采用此种结构，能够使从第一光入射面LSI11(平面abcd)或第一光入射面LSI12(平面efgh)进入光电转换区域PD1的光非常少。

为了进一步阻挡可能透过或反射到这些第一光入射表面LSI11(平面abcd)或第一光入射面LSI12(平面efgh)的光，可以用黑色吸收材料涂敷平面abcd及efgh。

如此，在本第五实施方式中，由于光点的形状是与开口部的形状一致的矩形，例如是长方形，因此在具有角度的入射中，能够防止因金属屏蔽件MTLS的反射而产生的多余的光变多。

又，根据本第五实施方式，能够通过变更输入平面的倾斜角度，更适当地修正大CRA所导致的图像表面边缘处的性能的降低。

又，微棱镜的各向异性设计也能够以与开口部匹配的方式形成焦点，如果焦点的形状与开口部的形状一致，则能够将杂散光所导致的画质劣化抑制到最小限度。

(第六实施方式)

图20的(A)～(C)是用于说明本发明第六实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图，是模式化地对应表示现有微透镜和兼具微透镜的功能的作为衍射光学元件的菲涅尔区板(FZP)的结构及功能等的图。

图20的(A)是从上面观察的图，图20的(B)及(C)是从侧面侧观察的图。

本第六实施方式与上述的第一、第二、第三、第四及第五实施方式的差异点如下。

在第一～第五实施方式中，由微透镜LNS221～LNS224构成透镜部阵列的透镜部。

与此相对，在本第六实施方式中，由作为衍射光学元件的菲涅尔区板FZP220(FZP221～FZP224)构成透镜部阵列220E的透镜部LNS220E。

换言之，在本第六实施方式中，如图20所示，未根据像素阵列中的像素的位置而改变形状的现有的微透镜、根据像素阵列中的像素的位置而改变形状的第一实施方式等的微透镜被替换为使用衍射光学技术及二元光学技术安装的菲涅尔区板FZP220(FZP221～FZP224)。

例如，微菲涅尔透镜(FZP)可以通过修正微透镜来形成，并且可以由更薄的聚焦元件在相同位置处形成焦点。

可以通过改变倾斜面的长度和角度来实现各个元件的聚焦特性(焦距等)的位置依赖的调整。

各个微透镜元件的钎焊(拔模面与基座大致垂直)是为了避免来自微菲涅尔透镜的输入面的反射所导致的光损失而进行的。

菲涅尔区板FZP220的厚度TK足够薄，且焦距FL的控制是通过调整区域ZN的宽度和数量而不是曲率或材料来实现的。

又，也可以通过使区域ZN闪耀来控制焦点的数量。

通常，在CIS设计中，基于特定的应用来确定入射到光电转换部(PD)表面的光点的形状、尺寸、位置。

正确设计的DOE需要任意的透镜轮廓。

仅与现有的折射微透镜相比，衍射光学元件(DOE)对到达特定目标平面(例如，在CIS的情况下为PD表面、金属栅格等)的光的强度轮廓的形状提供了更大的自由度。DOE通常将空间上变化的相位轮廓导入到入射光线。

相位轮廓能够以确保所需强度图案在特定条件下到达PD表面的方式进行计算设计。

正确设计的DOE可安装任意的透镜轮廓，并作为低色散且高折射率的材料进行动作。使用DOE，可使设计尺寸变小、变轻，使所需元件变少。

从功能上来看，若将DOE与现有的折射光学系统进行组合，则可提高色像差和单色像差的控制，提高分辨率。

图20的(A)右侧的图示出了形成多个DOE的基础的菲涅尔区板(FZP)。图20的(C)示出了作为透镜进行动作，且在操作中使用FZP的光学原理的表面浮雕DOE结构的模拟轮廓。

实际上，如之后说明的图21所示，此种结构能够作为二元圆形栅格而有效地制造。

能够通过增加4、8等相位电平，将此种结构的光效率提高到与模拟轮廓菲涅尔透镜相同的程度。

菲涅尔透镜的F#(焦距/直径)取决于极限尺寸(可制造的最小特征尺寸)。然而，实际上，使用2π整数倍的相位阶跃即可消除此种限制。

根据本第六实施方式，与上述第一实施方式～第五实施方式的效果相同，能够无需烦杂的工序而制造透镜部阵列，进而使像素部的制造变得容易。又，由于不需要用于微透镜的基板，因此能够降低相邻像素间的串扰。

此外，为了使焦点聚焦在PDAF应用所需的金属屏蔽件或BSM上，可以有效地缩短聚焦元件的焦距FL。

又，由于能够轻易地变更焦距和焦点尺寸，因此能够轻易地变更PDAF像素输出的光入射角依赖性，并将串扰的影响抑制到最小限度。

又，由于能够比以往的微透镜阵列的制造方法更精密地控制片状的光学部件阵列，因此能够得到没有阴影的图像，并提高性能。

又，根据本第六实施方式，能够根据配置位置轻易地变更菲涅尔透镜的形状。因此，可以更适当地修正大CRA所导致的图像表面边缘处的性能降低。

另外，优选以能够确实地识别摄像透镜的出射光瞳的目标部分的方式确定菲涅尔透镜的形状。

(第七实施方式)

图21的(A)～(D)是用于说明本发明第七实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图，是模式化地对应表示现有微透镜和兼具微透镜的功能的衍射光学元件(DOE)的结构及功能等的图。

图21的(A)是表示衍射状态的图，图21的(B)是从上面观察的图，图21的(C)是从衍射光学元件(DOE)的侧面侧观察的图，图21的(D)及(E)是固体摄像装置的简略侧剖视图。

本第七实施方式与上述第一、第二、第三、第四及第五实施方式的差异点如下。

在第一～第五实施方式中，由微透镜LNS221～LNS224构成透镜部阵列的透镜部。

与此相对，在本第七实施方式中，由作为二元光学元件的衍射光学元件DOE220(DOE221～DOE224)构成透镜部阵列220的透镜部LNS220。

换言之，在本第七实施方式中，如图21所示，未根据像素阵列中的像素的位置而改变形状的现有的微透镜、根据像素阵列中的像素的位置而改变形状的第一实施方式的微透镜被替换为由周期变化的栅格状的结构单元的阵列形成的衍射光学元件DOE220(DOE221～DOE224)。

通过设计周期的变化、栅格线的高度来进行衍射光学元件DOE220的焦距FL和光点尺寸SPZ的控制。

衍射光学元件DOE220的结构相对于现有的微透镜阵列的结构的优点如下。

在现有的微透镜工艺中，能够实现小的像素尺寸(亚微米尺度)和大的像素数量(3D所需)，并由像素间距限制高度和曲率。

又，能够得到衍射极限下的焦点。

例如，在PDAF应用中，为了消除微透镜的轮廓错误需要有效地控制焦点尺寸。

AFM测量表明实际的微透镜轮廓有时与所需的理想轮廓不同。这可能在一个以上(一个或多个)光电二极管PD共享一个微透镜的情况下尤其成问题。

FZP或DOE也可以使用应用VLSI半导体制造技术的二元光学技术进行安装。可以使用此处说明的制造技术在光学薄膜上进行制造。

如图21的(A)～(D)所示，可以使用具有局部变化的周期的表面浮雕栅格结构来对各种区域进行建模。

图21的(A)示出了可代替微透镜使用的光学元件的俯视图。可以将多个此种个别元件组合而形成二维阵列状。如图21的(B)所示，可以使用光刻或微机械加工等半导体工艺技术在光学薄膜上形成二维阵列。

图21的(C)示出了元件的垂直剖面，包含设计变量的说明。通常，元件由1)衍射栅格元件GE、2)基板SB这两个部分构成。设计变量如下。

周期、周期的空间变化、表面浮雕的高度(h)、光栅的厚度(h1)、中央区域的基板(h2)的宽度(2a)、光栅的材料(折射率，n1)、两个连续的栅格线之间的介质的材料(折射率，n0)、栅格的基板的材料(折射率，n2)。基板下的材料的折射率为n3。

图21的(D)示出了由如DOE结构的圆形栅格取代现有微透镜的新的像素模型。

如图21的(B)所示的DOE阵列的光学薄膜可以配置在平面(图21的(D))或弯曲的基板CSB(图21的(E))的任意一者上。

根据本第七实施方式，与上述第一、第二、第三、第四及第五实施方式的效果相同，能够无需烦杂的工序而制造透镜部阵列，进而使像素部的制造变得容易。又，由于不需要用于微透镜的基板，因此能够降低相邻像素间的串扰。

此外，为了使焦点聚焦在PDAF应用所需的金属屏蔽件或BSM上，可以有效地缩短聚焦元件的焦距FL。

又，由于能够轻易地变更焦距和焦点尺寸，因此能够轻易地变更PDAF像素输出的光入射角依赖性，并将串扰的影响抑制到最小限度。

又，由于能够比以往的微透镜阵列的制造方法更精密地控制片状的光学部件阵列，因此能够得到没有阴影的图像，并提高性能。

又，根据本第七实施方式，能够根据配置位置轻易地变更DOE的形状。因此，可以更适当地修正大CRA所导致的图像表面边缘处的性能降低。

另外，优选以能够确实地识别摄像透镜的出射光瞳的目标部分的方式确定DOE的形状。

(第八实施方式)

图22的(A)～(E)是用于说明本发明第八实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图，是模式化地对应表示现有微透镜和兼具微透镜的功能的衍射光学元件(DOE)的结构及功能等的图。

图22的(A)～(C)是表示衍射状态的图，图22的(D)及(E)是从侧面侧进行观察的图。

本第八实施方式与上述第一、第二、第三、第四及第五实施方式的差异点如下。

在第一至第五实施方式中，由微透镜LNS221～LNS224构成透镜部阵列的透镜部。

与此相对，在本第八实施方式中，作为衍射光学元件，由全息光学元件HOE220(HOE221～HOE224)构成透镜部阵列220G的透镜部LNS220F。

换言之，在本第八实施方式中，如图22所示，未根据像素阵列中的像素的位置而改变形状的现有的微透镜、根据像素阵列中的像素的位置而改变形状的第一实施方式的微透镜被替换为使用PC在计算上(程式上)设计而构成的全息光学元件HOE220(HOE221～HOE224)。

在该示例中，菲涅尔区板FZP被记录为全息材料的相位轮廓。微透镜的轮廓可以针对平行光或发散的球面波这两者来进行设计。

优点：

如上所述，微透镜阵列的必要功能可以设置在光学薄膜上。并且，光学薄膜可以粘贴在像素阵列上。

因此，可以实现比现有微透镜阵列的制造工艺更有效的制造工艺。

并且，非线性微透镜位移的安装变得简单(计算设计)。

由于全息光学元件HOE220可以加工到平面光聚合物薄膜，因此可以解决由偏离理想的微透镜轮廓引起的问题。

又，能够进行用于以超级像素方式取得子像素的相同灵敏度的正确的控制。

另外，所谓超级像素是对颜色和纹理类似的像素进行分组的小区域。可以将输入图像分割成超级像素，从而分割成反映颜色类似像素的位置关系的小区域。

又，所谓子像素是构成显示器上的一个像素(pixel)的RGB的单色的各点。在图像处理领域中，有时不将图像作为像素单位，而是将更细的子像素作为虚拟单位来进行处理。

在本实施方式中，全息光学元件HOE220是另一类DOE，其通过将光学材料所需的相位轮廓记录到光聚合物等光敏材料而设计。

与微透镜阵列相对应的相位轮廓可以通过使适当的物体光与参照光干涉来生成。

图22的(B)示出了对与微透镜阵列对应的干涉条纹图案进行编码的透射型平面体光栅。

图22的(C)示出了以适当设计的全息光学元件HOE取代现有微透镜的CIS设备。

如图22的(C)所示，若以自然光LN照射所记录的干涉图案，则透射并生成球面波SW，在目标的焦点面上形成焦点的排列。

该技术可以使用第一实施方式中所记载的制造技术而应用于光学薄膜。光学薄膜可以粘贴或结合到CIS设备设计中。

也可以使用使折射率一致的光学胶合剂或光学粘着剂将光学薄膜粘着在像素(像素部)的顶部。或者一体同时并行地制作ARS和HOE等光学元件。

根据本第八实施方式，与上述第一、第二、第三、第四及第五实施方式的效果相同，能够无需烦杂的工序而制造透镜部阵列，进而使像素部的制造变得容易。又，由于不需要用于微透镜的基板，因此能够降低相邻像素间的串扰。

此外，为了使焦点聚焦在PDAF应用所需的金属屏蔽件或BSM上，可以有效地缩短聚焦元件的焦距FL。

又，由于能够轻易地变更焦距和焦点尺寸，因此能够轻易地变更PDAF像素输出的光入射角依赖性，并将串扰的影响抑制到最小限度。

又，由于能够比以往的微透镜阵列的制造方法更精密地控制片状的光学部件阵列，因此能够得到没有阴影的图像，并提高性能。

(第九实施方式)

图23是表示本发明第九实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图。

本第九实施方式与第一、第二、第三、第四及第五实施方式的差异点如下。

在第一～第五实施方式中，在作为阵列状地一体形成在第一光学薄膜FLM221上的透镜部LNS220的微透镜LNS221～LNS224的光入射面侧没有形成防反射膜。

与此相对，在本第九实施方式中，透镜部阵列220H在第一光学薄膜FLM221的光照射面(光入射面侧)上配置(贴合)第二光学薄膜FLM222，在第二光学薄膜FLM222中的与形成透镜部LNS220的微透镜LNS221～LNS224的光照射面(光入射面侧)对应的区域中形成有具有防光反射功能的微细结构体(Fine Structure)FNS220。

另外，在本第九实施方式中，透镜部阵列220H也可以不使用第二光学薄膜，而采用在光学薄膜FLM221的光照射面(光入射面侧)上的与形成透镜部LNS220的微透镜LNS221～LNS224的光照射面(光入射面侧)对应的区域中一体形成具有防光反射功能的微细结构体FNS220的结构。

另外，如上所述，利用这种微细结构的防反射，被称为防反射结构体(Anti-Reflection Structure；ARS)(例如，参照非专利文献1：车载技术Vol，No.7 2019，pp26-pp29)。

图24是表示形成在能够用作本第九实施方式的微细结构体的薄膜上的AR(Anti-Reflection)结构体的一个示例的图。

微细结构体FNS220以在形成透镜部LNS220的微透镜LNS221～LNS224的光照射面(光入射面侧)具有所谓的蛾眼型的纳米锥阵列等3D微细结构的方式形成。

该微细结构体FNS220例如可以使用与图12相同的制造装置由光学透明的材料制造。

例如，使用激光描绘的光刻技术，使用主动进行规则排列的方法。

包含蛾眼结构的层作为有效的折射率分布材料(表现如梯度折射率材料)的层发挥功能。小圆锥状的纳米锥形成为二维阵列。由于纳米锥阵列的周期比光的波长(λ)短，因此不会发生高阶的衍射和散射，但是在波长和角度的宽的频带上有效地降低光学元件的光入射面(表面)的反射损失。

通常，在光入射到透明的树脂基材或玻璃基材等的情况下，由于存在空气与基材的折射率差，因此在其界面产生反射光，并产生外部光的映入等而使可视性降低。

为了抑制这种界面上的反射光，光学薄膜使用光的干涉原理，在薄膜的上下作为反射光产生的光的相位反转，消除光的振幅，由此进行防反射。

但是，由于该方法存在入射光的波长和入射角的依赖性，因此有时反射光会根据外部光的入射条件而增加。

通常，为了抑制宽频带波长或宽范围入射角(CIS所需)下的反射需要使用多层薄膜。又，在使用光学树脂的情况下，材料的选择受到限制。这使得这种多层薄膜防反射涂层在CIS应用中趋于昂贵。

与此相对，如本第九实施方式，在基材的界面上形成微细结构的情况下，在各结构具有某种程度的大小的期间，产生光以其结构为基础作为波进行响应的衍射现象，但如果在基材的面内形成比外部光的波长小的ARS的结构，则传播的光不会产生如衍射的现象。

在此，入射到该界面并传播的光以基材的折射率好像相对于光的前进方向逐渐变化的状态而进行响应。此时，由于识别为折射率逐渐变化而界面模糊的状态，因此能够得到对入射的外部光的波长和角度的依赖性小、宽频带且高功能的防反射性能(参照上述非专利文献1)。

如此，微细结构体FNS220包括使针对入射光的折射率相对于光的前进方向逐渐变化的功能。

根据本第九实施方式，不仅能够得到与上述第一、第二、第三、第四及第五实施方式的效果相同的效果，而且能够降低透镜部的光入射面上的反射损失，能够提高量子效率，进而使像素部的制造变得容易。

(第十实施方式)

图25是表示本发明第十实施方式的固体摄像装置(CMOS图像传感器)的概略构成例的图。

本第十实施方式与第九实施方式的差异点如下。

在第九实施方式中，在作为阵列状地一体形成于光学薄膜FLM221上的透镜部LNS220的微透镜LNS221～LNS224的光入射面侧，直接或经由第二光学薄膜FLM222形成有作为防反射膜的微细结构体FNS220。

与此相对，在本第十实施方式中，透镜部阵列220I不使用光学薄膜FLM221，与图1的情况相同，由微透镜MCL220(MCL221～MCL224)代替微透镜NS221～LNS224而形成透镜部LNS220。

根据本第十实施方式，能够降低透镜部的光入射面上的反射损失，进而使像素部的制造变得容易。

以上说明的固体摄像装置10、10A～10I能够作为摄像装置而应用于数码相机或摄像机、便携终端、或者监控用相机、医疗用内窥镜用相机等电子设备。

图26是表示搭载了应用本发明实施方式的固体摄像装置的相机系统的电子设备的结构的一个示例的图。

如图26所示，该电子设备100具有能够应用本实施方式的固体摄像装置10、10A～10I的CMOS图像传感器110。

此外，电子设备100具有将入射光引导至该CMOS图像传感器110的像素区域(对被摄体图像成像)的光学系统(透镜等)120。

电子设备100具有处理CMOS图像传感器110的输出信号的信号处理电路(PRC)130。

信号处理电路130对CMOS图像传感器110的输出信号实施规定的信号处理。

由信号处理电路130处理的图像信号可为各种形态，例如，可作为动画显示在由液晶显示器等构成的监视器上，或者也可以输出到打印机，还可以直接记录在存储卡等记录介质上等。

如上所述，作为CMOS图像传感器110，可通过搭载上述固体摄像装置10、10A～10H，来提供高性能、小型、低成本的相机系统。

并且，能够实现在相机的设置要件中存在安装尺寸、可连接电缆根数、电缆长度、设置高度等限制的用途中使用的例如监视用相机、医疗用内窥镜用相机等电子设备。

附图标记说明

10、10A～10I：固体摄像装置

20、20A～20I：像素部

MPXL20、20A～20I：多像素

SPXL11(A～I)：第一像素

SPXL12(A～I)：第二像素

SPXL21(A～I)：第三像素

SPXL22(A～I)：第四像素

210：像素阵列

211：光电转换部

2111(PD11)：第一光电转换部

2112(PD12)：第二光电转换部

2113(PD21)：第三光电转换部

2114(PD22)：第四光电转换部

212：滤色器部

213：氧化膜(OXL)

214：第一分离部

215：第二分离部

220：透镜部阵列

FLM220：光学薄膜

FLM221：第一光学薄膜

FLM222：第二光学薄膜

LNS220：透镜部

LNS221～LNS224：微透镜(微棱镜)

FZP221～FZP224：菲涅尔区板

DOE221～DOE224：衍射光学元件

HOE221～HOE224：全息光学元件

FNS220：微细结构体

30：垂直扫描电路

40：读取电路

50：水平扫描电路

60：定时控制电路

70：读取部

100：电子设备

110：CMOS图像传感器

120：光学系统

130：信号处理电路(PRC)

Claims (17)

1.一种固体摄像装置，其特征在于，

具有像素部，所述像素部阵列状地配置有进行光电转换的多个像素，所述像素部包括：

像素阵列，阵列状地配置有多个光电转换部，所述多个光电转换部对从一面侧入射的规定波长的光进行光电转换；以及

透镜部阵列，具备多个透镜部，所述多个透镜部与所述像素阵列的各光电转换部的一面侧对应地配置成阵列状，汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应配置的所述光电转换部，

所述透镜部阵列配置有至少一个光学薄膜，所述至少一个光学薄膜跨整个阵列的至少一部分区域的多个透镜部一体形成，并至少在形成透镜部的区域具备规定的光学功能部。

2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述透镜部包括薄膜一体型光学元件，所述薄膜一体型光学元件作为所述光学功能部相对于所述一个光学薄膜一体形成，汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应配置的所述光电转换部，

所述薄膜一体型光学元件根据所述像素阵列中的像素的位置改变形状。

3.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述薄膜一体型光学元件以相对于在空间上具有均匀的强度分布的入射光束，使从所述像素阵列的像素排列的第一方向侧入射的第一入射光量和从与所述第一方向正交的第二方向侧入射的第二入射光量相等的方式形成。

4.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述薄膜一体型光学元件以相对于在空间上具有均匀的强度分布的入射光束，使从所述像素阵列的像素排列的第一方向侧入射的第一入射光量和从所述第二方向侧入射的第二入射光量不同的方式形成。

5.根据权利要求3或4所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述薄膜一体型光学元件包括主要入射来自第一方向侧的光的第一光入射面、以及主要入射来自第二方向的光的第二光入射面，

所述第一入射光量及所述第二入射光量中的至少一方根据对应的第一光入射面及第二光入射面中的至少一方的形状来进行调整。

6.根据权利要求2至5的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述薄膜一体型光学元件由根据所述像素阵列中的像素的位置而改变形状的非球面微透镜形成。

7.根据权利要求2至5的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述薄膜一体型光学元件由顶部配置在光入射侧的多锥体形成，根据对应配置的像素在像素阵列上的位置，调整顶点角度和边的长度。

8.根据权利要求2至6的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述透镜部包括作为所述薄膜一体型光学元件的衍射光学元件，其作为所述光学功能部相对于所述光学薄膜一体形成，汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应配置的所述光电转换部。

9.根据权利要求8所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述衍射光学元件由菲涅尔透镜形成。

10.根据权利要求8所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述衍射光学元件由二元光学元件形成。

11.根据权利要求8所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述衍射光学元件由全息光学元件形成。

12.根据权利要求2至11的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于，

在所述薄膜一体型光学元件的光照射面形成有具有防光反射功能的微细结构体。

13.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述透镜部包括：

微透镜，将光入射到对应的所述光电转换部；以及

所述光学功能部，形成在配置于所述微透镜的光照射面的所述光学薄膜上，所述光学功能部由具有防光反射功能的微细结构体形成。

14.根据权利要求12或13所述的固体摄像装置，其特征在于，

所述微细结构体包括使针对入射光的折射率相对于光的前进方向逐渐变化的功能。

15.一种固体摄像装置的制造方法，其特征在于，

所述固体摄像装置具有

像素部，所述像素部阵列状地配置有进行光电转换的多个像素，所述像素部包括：

像素阵列；以及

透镜部阵列，配置在所述像素阵列的光入射侧，

所述制造方法具有：

像素阵列形成工序，将包括多个光电转换部的像素形成为阵列状，所述多个光电转换部对从一面侧入射的规定波长的光进行光电转换；以及

透镜部阵列形成工序，对应于所述像素阵列的各光电转换部的一面侧将多个所述透镜部形成为阵列状，并形成包括多个透镜部的透镜部阵列，所述多个透镜部汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应形成的所述光电转换部，

在所述透镜部阵列形成工序中包括：

光学薄膜形成工序，形成至少一个光学薄膜，所述光学薄膜跨整个阵列的至少一部分区域的多个透镜部一体形成，并至少在形成透镜部的区域具备规定的光学功能部。

16.一种电子设备，其特征在于，具有：

固体摄像装置；以及

光学系统，在所述固体摄像装置将被摄体像成像，

所述固体摄像装置包括像素部，所述像素部阵列状地配置有进行光电转换的多个像素，

所述像素部包括：

像素阵列，阵列状地配置有多个光电转换部，所述多个光电转换部对从一面侧入射的规定波长的光进行光电转换；以及

透镜部阵列，具备多个透镜部，所述多个透镜部与所述像素阵列的各光电转换部的一面侧对应地配置成阵列状，汇聚入射的光并使所述光从光电转换部的一面侧入射到对应配置的所述光电转换部，

所述透镜部阵列配置有至少一个光学薄膜，所述至少一个光学薄膜跨整个阵列的至少一部分区域的多个透镜部一体形成，并至少在形成透镜部的区域具备规定的光学功能部。

17.一种光学薄膜，其特征在于，

所述光学薄膜由权利要求15所述的固体摄像装置的制造方法的光学薄膜形成工序形成。