WO2010016195A1 - 撮像用光検出装置 - Google Patents

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WO2010016195A1
WO2010016195A1 PCT/JP2009/003500 JP2009003500W WO2010016195A1 WO 2010016195 A1 WO2010016195 A1 WO 2010016195A1 JP 2009003500 W JP2009003500 W JP 2009003500W WO 2010016195 A1 WO2010016195 A1 WO 2010016195A1
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refractive index
light
index transparent
high refractive
photodetector
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PCT/JP2009/003500
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西脇青児
鈴木正明
若林信一
米本和也
平本政夫
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パナソニック株式会社
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    • H04N2209/042—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor
    • H04N2209/045—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor using mosaic colour filter

Definitions

  • the present invention relates to an imaging photodetection device used to capture an image of an object.
  • Non-Patent Document 1 Conventional imaging photodetection devices are disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, for example. An outline of the imaging photodetection device disclosed therein will be described.
  • FIG. 17A is a side view showing a schematic configuration of a conventional imaging device.
  • Light such as natural light enters the object 1 and the light reflected therefrom forms an image 3 on a light detection device 4 such as a CCD or CMOS by the lens system 2.
  • the lens system 2 is generally configured by combining a plurality of lenses arranged along the optical axis in order to ensure optical performance, but in FIG. 17A, the drawing is simplified and depicted as a single lens.
  • FIG. 17B is a diagram illustrating a schematic configuration of the light detection device 4, and is an enlarged cross-sectional view of a portion XVIIB of FIG. 17A.
  • a low refractive index transparent buffer layer 7 made of SiO 2 or the like
  • a high refractive index transparent buffer layer 8 made of SiN or the like
  • the microlenses 10 are stacked in this order.
  • an uneven structure is formed so that the film thickness of the transparent buffer layer 7 is reduced on each photodetector 6.
  • the surface 8a in contact with the color filter 9 of the transparent buffer layer 8 is flat.
  • microlenses 10 are disposed at the intersections of the orthogonal lattices, and one color filter 9 and one photodetector 6 are disposed on the central axis of each microlens 10.
  • the microlens 10 functions to refract incident light that is shifted with respect to the central axis of the microlens 10 like the light beam 11 a ′ and guides it to the photodetector 6.
  • the concavo-convex structure on the surface 7 a of the transparent buffer layer 7 also has a lens effect, and functions to refract the diverging light 11 b ′ deviating from the center of the photodetector 6 to guide it to the photodetector 6.
  • the color filter 9 is composed of three types, a red transmission filter 9R, a green transmission filter 9G, and a blue transmission filter 9B.
  • the red transmission filter 9R cuts (absorbs) light of wavelengths other than red as indicated by the curve R in FIG. )
  • the green transmission filter 9G has a light transmission characteristic (spectral sensitivity characteristic) that cuts (absorbs) light of wavelengths other than green, as indicated by a curve G in FIG.
  • the blue transmission filter 9B has a light transmission characteristic (spectral sensitivity characteristic) that cuts (absorbs) light having a wavelength other than blue as indicated by a curve B in FIG. 18 (see Non-Patent Document 2).
  • Color image information is obtained by four color filters 9 including a red transmission filter 9R, a green transmission filter 9G, a blue transmission filter 9B, and a green transmission filter 9G for brightness detection, and four photodetectors 6 corresponding thereto. Configure the color pixels to be detected.
  • the arrangement of the photodetectors 6 corresponding to these four color filters 9 is shown in FIG. In FIG. 19, R is a photodetector that detects red corresponding to the red transmission filter 9R, G is a photodetector that detects green corresponding to the green transmission filter 9G, and B is a photo that detects blue corresponding to the blue transmission filter 9B. Indicates a detector.
  • One color pixel 19 is configured. Such an arrangement is called a Bayer array, and its merit is that the position is shifted in the vertical direction (X-axis direction) or the horizontal direction (Y-axis direction) by half the size of the color pixel 19 (basic pixel size).
  • FIG. 20 is an enlarged plan view of the detection surface of the light detection device 4.
  • a plurality of photodetectors 6 are spaced apart and insulated from each other at the intersections of the orthogonal lattice.
  • a plurality of vertical transfer CCDs 17 which are signal lines extending in the vertical direction are provided between the photodetectors 6 adjacent in the horizontal direction, and the plurality of vertical transfer CCDs 17 are connected to a horizontal transfer CCD 18 which is a signal line extending in the horizontal direction.
  • the light collected by the microlens 10 is received and photoelectrically converted by the photodetector 6 located immediately below the microlens 10.
  • the charges accumulated in the photodetector 6 are sent to the vertical transfer CCD 17 and further sent to the horizontal transfer CCD 18 to be output as an image signal.
  • a color filter 9 is used in order to make each photo detector 6 enter light of a specific color.
  • light 30 from a subject that has passed through a microlens is dispersed using a microprism 31 so that red (R), green (G), and blue (B ) Has been proposed (see Patent Document 1).
  • the first reason is that color separation is performed using the color filter 9 in the conventional imaging photodetection device shown in FIG. 17B.
  • the blue transmission filter 9B absorbs light of wavelengths other than blue, and as is apparent from FIG. 18, the light transmitted through the blue transmission filter 9B is only about 20 to 30% of the incident light.
  • the other color filters 9R and 9G When the interval between the photodetectors 6 is reduced to increase the number of pixels, the sizes of the photodetectors 6 and the microlenses 10 are reduced. As a result, the amount of light incident on one microlens 10 is reduced, and much of the light is absorbed by the color filter 9, so that a sufficient amount of light cannot be supplied to the photodetector 6. Therefore, the detection signal is buried in a noise signal such as light shot noise. For this reason, in the conventional imaging photodetection device, the interval between the photodetectors 6 is limited to about 1.5 ⁇ m.
  • the microlenses 10 are arranged in one-to-one correspondence with the photodetector 6. If the interval between the photodetectors 6 is reduced to increase the number of pixels, the size of the microlens 10 is reduced, and accordingly, the size of the light beam transmitted through the microlens 10 is also reduced. Since the spread angle of the light transmitted through the pinhole is inversely proportional to the pinhole diameter, if the size of the light beam (that is, the diameter of the microlens 10) becomes small, the characteristic that the light diffuses (diffracts) becomes too large. It becomes difficult to obtain a desired light collecting performance using 10. In order to obtain the light condensing performance of the microlens 10, the diameter of the microlens 10 needs to be at least two to three times the wavelength, which hinders the increase in the number of pixels.
  • the prism 21 does not use a color filter that absorbs light, so that the light utilization efficiency is improved.
  • the action of the spectrum using the dispersion characteristics of the prism is extremely small, and the displacement between red and green or green and blue light is extremely small. Therefore, when the prism is used for light spectroscopy, it is necessary to set the distance between the prism and the light detection surface to at least several tens to several hundreds ⁇ m or more, which is not a realistic dimension for trial manufacture.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, significantly reduces the interval between photodetectors by improving the light utilization efficiency, and achieves both the securing of the size necessary for the microlens and the high density of pixels.
  • Another object of the present invention is to realize a photodetection device having realistic dimensions by utilizing a large spectral action.
  • An imaging photodetection device includes a plurality of photodetectors arranged along a first direction on a substrate, a low refractive index transparent layer formed above the plurality of photodetectors, A plurality of columnar or plate-like high refractive index transparent portions embedded in the low refractive index transparent layer along the first direction.
  • the central axis of the high refractive index transparent portion is bent stepwise. Light incident on the low-refractive-index transparent layer and the high-refractive-index transparent portion passes through them and is separated into zero-order diffracted light, first-order diffracted light, and ⁇ 1st-order diffracted light.
  • the color separation of light is performed not by light absorption but by diffraction, so that the light utilization efficiency is greatly improved.
  • two or three types of color information can be detected per microlens. Therefore, it is possible to achieve both ensuring the size of the microlens and increasing the pixel density.
  • spectroscopy is performed using the difference in diffraction angle depending on the wavelength, the distance between the high refractive index transparent portion and the photodetector can be narrowed, and a realistic dimension can be realized.
  • FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an imaging device using the imaging photodetection device of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of a portion II in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the principle that diffracted light is generated by the high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a wave optical diagram illustrating the principle that diffracted light is generated by a high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an imaging device using the imaging photodetection device of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present invention, and is an enlarged cross
  • FIG. 4B is a wave optical diagram for explaining the principle in which red wavelength light is separated as first-order diffracted light by the high refractive index transparent portion in FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a wave optical diagram illustrating the principle of separating light of green wavelength as 0th-order diffracted light by the high refractive index transparent portion in FIG. 4A.
  • FIG. 4D is a wave optical diagram illustrating the principle of separating blue wavelength light as ⁇ 1st order diffracted light by the high refractive index transparent portion in FIG. 4A.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating an intensity distribution of blue wavelength light propagating to a photodetector through a high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating an intensity distribution of blue wavelength light propagating to a photodetector through a high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present
  • FIG. 5B is a diagram illustrating an intensity distribution of light of blue wavelengths projected onto a photodetector through a high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6A is a diagram showing an intensity distribution of green wavelength light propagating to a photodetector through a high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating an intensity distribution of light having a green wavelength projected on the photodetector through the high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an intensity distribution of red wavelength light propagating to a photodetector through a high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a diagram showing an intensity distribution of red wavelength light projected on the photodetector through the high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8A is a spectral characteristic diagram of the amount of light detected by the photodetectors 6R, 6G, and 6B.
  • FIG. 8B is a spectral characteristic diagram when the photodetectors 6G and 6R are combined.
  • FIG. 8C is a spectral characteristic diagram when the photodetectors 6B and 6G are combined.
  • FIG. 9 is a diagram showing the spectral quantum efficiency of the photodetector using the depth condition from the surface as a parameter.
  • FIG. 10A is a spectral characteristic diagram of the amount of current generated in the photodetectors 6R, 6G, and 6B to which the effect of the spectral quantum efficiency of the photodetector is added.
  • FIG. 10B is a spectral characteristic diagram of the amount of current to which the effect of the spectral quantum efficiency of the photodetector when the photodetectors 6G and 6R are coupled is added.
  • FIG. 10C is a spectral characteristic diagram of the amount of current to which the effect of the spectral quantum efficiency of the photodetector when the photodetectors 6B and 6G are coupled is added.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view of a light detection surface showing a planar arrangement of components of the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A is a diagram illustrating an example of the arrangement of the photodetectors in the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12B is a diagram showing another example of the arrangement of the photodetectors in the imaging photodetection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 12C is a diagram showing still another example of the arrangement of the photodetectors in the imaging photodetection device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 12D is a diagram showing still another example of the arrangement of the photodetectors in the imaging photodetection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of the imaging photodetection device according to the second embodiment of the present invention, and is an enlarged sectional view of a part XIII in FIG.
  • FIG. 14 is an enlarged plan view of a light detection surface showing a planar arrangement of components of the imaging photodetection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15A is a diagram illustrating an example of the arrangement of the photodetectors in the imaging photodetection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15B is a diagram showing another example of the arrangement of the photodetectors in the imaging photodetection device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 15C is a diagram showing still another example of the arrangement of the photodetectors in the imaging photodetection device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 15D is a diagram illustrating still another example of the arrangement of the photodetectors in the imaging photodetection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15E is a diagram showing still another example of the arrangement of the photodetectors in the imaging photodetection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15F is a diagram illustrating still another example of the arrangement of the photodetectors in the imaging photodetection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16A is a diagram showing another example of the cross-sectional shape of the high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device of the present invention.
  • FIG. 16B is a diagram showing still another example of the cross-sectional shape of the high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device of the present invention.
  • FIG. 16C is a diagram showing still another example of the cross-sectional shape of the high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device of the present invention.
  • FIG. 16D is a diagram showing still another example of the cross-sectional shape of the high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device of the present invention.
  • FIG. 16E is a diagram showing still another example of the cross-sectional shape of the high refractive index transparent portion in the imaging photodetection device of the present invention.
  • FIG. 17A is a side view illustrating a schematic configuration of a conventional imaging device.
  • FIG. 17B is a diagram showing a schematic configuration of a conventional imaging photodetection device, and is an enlarged sectional view of a portion XVIIB in FIG.
  • FIG. 18 is a diagram showing spectral sensitivity characteristics of three types of color filters used in a conventional imaging photodetection device.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of the arrangement of photodetectors in a conventional imaging photodetection device.
  • FIG. 20 is an enlarged plan view of a light detection surface showing a planar arrangement of components of a conventional imaging photodetection device.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating the principle of a conventional imaging photodetection device that performs color separation using a microprism.
  • the width of the high refractive index transparent portion changes before and after the central axis is bent, and the central axis is bent.
  • the width of the high refractive index transparent part on the substrate side is preferably smaller than the width of the high refractive index transparent part on the opposite side. Thereby, the light can be separated more effectively.
  • the width of the high refractive index transparent portion is preferably interpreted to mean the width of the high refractive index transparent portion in the vicinity of the bend of the central axis.
  • the 0th-order diffracted light is detected by a first photodetector
  • the first-order diffracted light is detected by a second photodetector
  • the ⁇ 1st-order diffracted light is detected by a third photodetector.
  • different wavelengths of light can be detected by different photodetectors.
  • the light incident on the first photodetector is a light amount in a green wavelength region of 0.50 ⁇ m to 0.60 ⁇ m.
  • the light entering the second photodetector has a peak in the red wavelength region exceeding 0.60 ⁇ m, and the light incident on the third photodetector is in the blue wavelength region below 0.50 ⁇ m. It is preferable to have a light intensity peak. Thereby, the three primary colors can be detected.
  • the first photodetector detects light in a deep region that does not include the surface
  • the second photodetector detects light in a deep region that does not include the surface
  • the third photodetector It is preferable to detect light in the surface layer region including the surface. Thereby, color mixing can be suppressed and spectral performance can be improved.
  • the 0th-order diffracted light and the first-order diffracted light may be detected by a first photodetector, and the ⁇ 1st-order diffracted light may be detected by a second photodetector.
  • one primary color and its complementary color can be detected.
  • the light incident on the first photodetector is in a wavelength region other than the blue wavelength region of 0.50 ⁇ m or more. It is preferable that the light intensity peak and the light incident on the second photodetector have a light intensity peak in a blue wavelength region below 0.50 ⁇ m. Thereby, blue and its complementary color yellow can be detected.
  • the first photodetector detects light in a deep region not including the surface
  • the second photodetector detects light in a surface layer region including the surface.
  • the first-order diffracted light may be detected by a first photodetector, and the zero-order diffracted light and the ⁇ 1st-order diffracted light may be detected by a second photodetector.
  • a first photodetector the zero-order diffracted light and the ⁇ 1st-order diffracted light may be detected by a second photodetector.
  • the light incident on the first photodetector when the light incident on the low refractive index transparent layer and the high refractive index transparent portion is white light, the light incident on the first photodetector has a light quantity peak in a red wavelength region exceeding 0.60 ⁇ m.
  • the light incident on the second photodetector preferably has a light amount peak in a wavelength region other than the red wavelength region of 0.60 ⁇ m or less. Thereby, it is possible to detect red and its complementary color cyan.
  • the first photodetector detects light in a deep region not including the surface
  • the second photodetector detects light in a surface layer region including the surface.
  • the direction of bending of the central axis of the plurality of high refractive index transparent portions arranged along the first direction may be alternately reversed.
  • the three photodetectors adjacent to each other in the first direction correspond to each of the plurality of high refractive index transparent portions, and are arranged along the first direction.
  • the two photodetectors on both outer sides correspond to the high refractive index transparent portions adjacent to each other in the first direction with respect to the high refractive index transparent portions corresponding to the three photodetectors. Is preferred. Thereby, since three light can be isolate
  • the high refractive index transparent portion may be arranged along a plurality of rows parallel to the first direction.
  • the positions in the first direction of the high refractive index transparent portions constituting the row of the high refractive index transparent portions parallel to the first direction are adjacent to each other in the second direction orthogonal to the first direction. It is preferable that the two rows are displaced by 0 times, 0.5 times, 1 time, or 1.5 times the arrangement pitch in the first direction. Thereby, it can respond to various pixel arrangements.
  • the direction of bending of the central axis of the plurality of high refractive index transparent portions arranged along the first direction may be the same.
  • the three photodetectors adjacent to each other in the first direction correspond to each of the plurality of high refractive index transparent portions, and each of the plurality of photodetectors includes the 0th-order diffracted light, the It is preferable to detect any one of the first-order diffracted light and the ⁇ 1st-order diffracted light.
  • the high refractive index transparent portion may be arranged along a plurality of rows parallel to the first direction.
  • the direction of bending of the central axis in the row of the high refractive index transparent portion parallel to the first direction is the same between two rows adjacent to each other in the second direction orthogonal to the first direction
  • the position in the first direction of each of the high refractive index transparent portions constituting the row of the high refractive index transparent portions parallel to the first direction is the first direction between two rows adjacent to each other in the second direction. It is preferable that the position is shifted by 0 times, 1/3 times, or 2/3 times the arrangement pitch. Thereby, it can respond to various pixel arrangements.
  • the direction of bending of the central axis in the row of the high refractive index transparent portion parallel to the first direction is reversed between two rows adjacent to each other in the second direction orthogonal to the first direction,
  • the position in the first direction of each of the high refractive index transparent portions constituting the row of the high refractive index transparent portions parallel to the first direction is the first direction between two rows adjacent to each other in the second direction. It is preferable that the position is shifted by 0 times, 1/3 times, or 2/3 times the arrangement pitch. Thereby, it can respond to various pixel arrangements.
  • FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an imaging apparatus using the photodetection device of the present invention.
  • Light such as natural light enters the object 1 and the light reflected therefrom forms an image 3 on a light detection device 4 such as a CCD or CMOS by the lens system 2.
  • the lens system 2 is generally configured by combining a plurality of lenses arranged along the optical axis in order to ensure optical performance, but in FIG. 1, the drawing is simplified and depicted as a single lens.
  • the normal axis of the light detection surface of the light detection device 4 (or the surface of the substrate 5 described later) is the Z axis
  • the vertical axis parallel to the light detection surface is the X axis
  • light detection is performed.
  • An XYZ orthogonal coordinate system is set with the horizontal axis parallel to the plane as the Y axis.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the photodetecting device 4 according to Embodiment 1 of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of a portion II in FIG.
  • a detection substrate 5 on which a plurality of photodetectors 6 are formed On a detection substrate 5 on which a plurality of photodetectors 6 are formed, a low refractive index transparent buffer layer 7 made of SiO 2 or the like, a high refractive index transparent buffer layer 8 made of SiN or the like, a low refractive index made of SiO 2 or the like.
  • the transparent layer 12 and the plurality of microlenses 10 are laminated in this order.
  • a plurality of high refractive index transparent portions 13 made of SiN or the like are embedded in the low refractive index transparent layer 12.
  • a concavo-convex structure is formed so that the film thickness of the transparent buffer layer 7 is reduced on the central axis of each microlens 10 and functions in the same manner as the lens (
  • the uneven structure of the surface 7a is called an internal microlens).
  • the surface 8a in contact with the low refractive index transparent layer 12 of the transparent buffer layer 8 is flat.
  • the microlens 10 is disposed at each intersection position of an orthogonal lattice formed by a plurality of straight lines parallel to the X-axis direction and a plurality of straight lines parallel to the Y-axis direction.
  • the high refractive index transparent portions 13 correspond one-to-one with the microlenses 10, and one high refractive index transparent portion 13 is disposed on the central axis of each microlens 10.
  • the photodetector 6 is also arranged at each intersection position of an orthogonal lattice formed by a plurality of straight lines parallel to the X-axis direction and a plurality of straight lines parallel to the Y-axis direction.
  • Every other central axis of each microlens 10 adjacent in the X-axis direction passes through the approximate center of the photodetector 6.
  • the central axis of each microlens 10 adjacent in the Y-axis direction passes through substantially the center of each adjacent photodetector 6 (see FIG. 11 described later).
  • the microlens 10 functions to refract incident light that is shifted with respect to the central axis of the microlens 10 like the light beam 11 a ′ and guides it to the high refractive index transparent portion 13.
  • the concavo-convex structure (internal microlens) on the surface 7a of the transparent buffer layer 7 also has a lens effect, and suppresses the diffracted light D 0 , D 1 , D ⁇ 1 emitted from the high refractive index transparent portion 13 from divergence Each of them serves as a small spot and leads to the corresponding photodetector 6.
  • the high refractive index transparent portion 13 functions as a waveguide, when light inclined with respect to the central axis of the microlens 10 is incident, the propagation direction of the light is corrected and guided to the photodetector 6. .
  • it is necessary to particularly distinguish the photodetector 6 depending on the wavelength of light incident thereon it is necessary to add one of the suffixes “R”, “G”, and “B”. If there is not, the subscript is omitted and displayed.
  • the center point in the X axis direction of the high refractive index transparent portion 13 is the Z axis direction.
  • the line obtained by connecting the two in order is referred to as the “central axis” of the high refractive index transparent portion 13.
  • the central axis 14 of the high refractive index transparent portion 13 is bent stepwise.
  • the dimension (width) in the X-axis direction of the high refractive index transparent portion 13 changes before and after the central axis 14 is bent, and the width w1 and the rear side on the front side (microlens 10 side) of the bending.
  • the width w2 at the (photodetector 6 side) satisfies w1> w2.
  • the lengths of the width w1 and w2 portions in the Z-axis direction are h1 and h2, respectively.
  • the high refractive index transparent portion 13 is classified into two types based on the direction of bending of the central axis 14.
  • the high refractive index transparent portion 13 is located on the lower side of the high refractive index transparent portion 13a in which the central axis 14 of the width w2 portion is located on the upper side with respect to the central axis 14 of the width w1 portion on the paper surface of FIG. And a high refractive index transparent portion 13b.
  • the subscript “a” or “b” is added, and it is not necessary to distinguish. Is displayed with the subscript omitted.
  • the bending directions of the central axes 14 of the two high refractive index transparent portions 13 adjacent in the X-axis direction are opposite to each other. That is, in the X-axis direction, the high refractive index transparent portions 13a and the high refractive index transparent portions 13b are alternately arranged.
  • the high refractive index transparent portion 13 is a plate shape continuous in the Y-axis direction (a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 2), or a column shape separated in one-to-one correspondence with the arrangement position of the microlens 10 in the Y-axis direction. Make.
  • the dimension in the Y-axis direction is 2 to 3 times or more the width of the thick portion in the X-axis direction (the width w1 in the first embodiment).
  • the light 11 incident on the high refractive index transparent portion 13 is separated into 0th order diffracted light D 0 , 1st order diffracted light D 1 , and ⁇ 1st order diffracted light D ⁇ 1 in the XZ plane when exiting the high refractive index transparent portion 13. , Detected by the photodetectors 6G, 6R, 6B, respectively.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the principle that diffracted light is generated by the high refractive index transparent portion 13 in the imaging photodetection device according to the first embodiment.
  • the high refractive index transparent portion 13 has a width (X-axis direction dimension) w1, w2 and a length (Z-axis direction dimension) h1, h2, and has a plate shape extending in a direction perpendicular to the paper surface (Y-axis direction). .
  • the refractive index of the high refractive index transparent portion 13 is n
  • the refractive index of the surrounding low refractive index transparent layer 12 is n 0 .
  • ⁇ h2 (n ⁇ n 0 ) Due to this phase shift, the emitted light is diffracted and separated into zero-order diffracted light D 0 , first-order diffracted light D 1 , and ⁇ 1st-order diffracted light D ⁇ 1 .
  • the wavelength of the light 11 is ⁇
  • closest to zero. If ⁇ k ⁇ 0 for this integer k, the wavefront 16 of the emitted light is the same as the plane wave A 0 , and most of the energy is distributed to the 0th-order diffracted light D 0 .
  • the wavefront 16 of the emitted light is almost the same as the plane wave A 1, and most of the energy is distributed to the first-order diffracted light D 1 . If ⁇ k ⁇ > 0, the wavefront 16 of the emitted light is almost the same as the plane wave A ⁇ 1, and most of the energy is distributed to the ⁇ 1st order diffracted light D ⁇ 1 .
  • white light 11 incident on the high refractive index transparent section 13 0-order diffracted light D 0 to green light, 1st-order diffracted light D 1 to red light, -1 respectively blue light in order diffracted light D -1 Output separately.
  • Equation 1 Since (Equation 1) does not include the dimensions w1, h1, etc., the portion on the front side (microlens 10 side) of the structure of the high refractive index transparent portion 13 from the bend of the central axis 14 seems unnecessary. It looks like, but it is not. The above is a description of geometric optics until it gets tired, and can be explained as follows in terms of wave optics.
  • FIGS. 4A to 4D are diagrams for explaining the principle that diffracted light is generated by the high refractive index transparent portion 13 in the wave optical method in the imaging photodetection device according to the first embodiment.
  • the light 11 incident on the high refractive index transparent portion 13 via the microlens 10 excites the 0th-order guided mode light M 0 propagating through the high refractive index transparent portion 13.
  • the guided mode light M 0 passes through the bent portion of the central axis 14 of the high refractive index transparent portion 13 so that the propagation mode is disturbed.
  • the 0th-order guided light is transmitted.
  • the zero-order guided mode light m 0 has a Gaussian shape in the light amplitude distribution, while the first-order guided mode light m 1 has the amplitude polarity reversed near the center axis of the propagation path.
  • the equivalent refractive index zero-order guided mode light m 0 is the primary becomes larger than the guided mode light m 1, in the same waveguide zeroth-order guided mode light m 0 and 1 order
  • the waveguide mode light m 1 When the waveguide mode light m 1 is mixed in a well-balanced manner, they interfere in a complicated manner along the propagation direction, and may be strengthened or weakened at intervals proportional to the wavelength. Since the polarity of the amplitude of the primary guided mode light m 1 is reversed in the vicinity of the central axis, the light interference is also reversed with respect to the central axis. For example, in the case of light of the red wavelength, as shown in FIG. 4B, 2 modes of light at a plurality of points P R constructively.
  • the light is radiated on the side toward 1 from the central axis of the channel as order diffracted light D 1 to the final point P R side.
  • the light of the two modes strengthens at a plurality of points P B.
  • Distance point P B is shorter than the distance between the point P R.
  • the width w2 is preferably small. Therefore, it is generally preferable to satisfy the relationship of w1> w2 in order to mix two types of mode light in a balanced manner in the high refractive index transparent portion 13 in which the central axis 14 is bent.
  • FIG. 5A, FIG. 6A, and FIG. 7A show the wavelengths of 0.45 ⁇ m, 0.55 ⁇ m,... Propagating to the photodetector side through the high refractive index transparent portion 13 in the imaging photodetection device according to the first embodiment, respectively.
  • the intensity distribution (calculation result based on wave optics) in the XZ cross section of 65-micrometer light is shown.
  • FIG. 5B, FIG. 6B, and FIG. 7B are diagrams showing intensity distributions (calculation results based on wave optics) in the XY cross section of the light projected on the light detection surface of the photodetector. The calculation was performed under the following conditions.
  • the microlens 10 was omitted, and white light with uniform intensity was incident along the Z-axis direction into a 1.5 ⁇ m ⁇ 1.5 ⁇ m square region centered on the origin in the XY coordinates.
  • the structural parts having the dimensions w2 and h2 were arranged so as to be arranged at a pitch of 1.5 ⁇ m in the X-axis direction and continued in the Y-axis direction.
  • the internal microlenses 7a are arranged at a pitch of 1.5 ⁇ m in both the X-axis direction and the Y-axis direction, and the distance from the tip of the internal microlens 7a to the surface of the photodetector 6 is 1.0 ⁇ m.
  • the high refractive index transparent portion 13 and the high refractive index transparent buffer layer 8 have a refractive index of 2.04 and an Abbe number of 20 assuming SiN, and the low refractive index transparent buffer layer 7 and the low refractive index transparent layer 12. Is assumed to have a refractive index of 1.456 and an Abbe number of 65 assuming SiO 2 .
  • the photodetectors 6R, 6G, and 6B are adjacent to each other in this order, and the sizes in the X-axis direction ⁇ Y-axis direction are 0.75 ⁇ m ⁇ 1.0 ⁇ m, 0.65 ⁇ m ⁇ 1.0 ⁇ m, and 0.85 ⁇ m ⁇ 1.0 ⁇ m in order ( The dividing line between the photodetectors 6G and 6B was shifted by 0.10 ⁇ m in the positive direction of the X axis from the uniform division. 5B, FIG. 6B, and FIG. 7B show only three photodetectors 6R, 6G, and 6B. Actually, these photodetectors are arranged in this order without gaps, and 1 in the Y-axis direction. ..
  • Embodiment 1 separates the light into red, green, and blue colors, and the different photodetectors 6R, 6G, and 6B. It can be seen that
  • FIG. 8A is a spectral characteristic diagram in which the amounts of light detected by the independent photodetectors 6R, 6G, and 6B on the light detection surface are plotted with the wavelength as the horizontal axis.
  • the light amount ratio on the vertical axis is the amount of light detected by each photodetector normalized with the amount of incident light as 1.
  • Curves R, G, and B show light amount distribution curves detected by the photodetectors 6R, 6G, and 6B, respectively.
  • the light intensity distribution curve G of light incident on the photodetector 6G has a light intensity peak in the green wavelength region of 0.50 ⁇ m to 0.60 ⁇ m
  • the light intensity distribution curve R of light incident on the photodetector 6R has a red wavelength exceeding 0.60 ⁇ m.
  • a light amount peak is formed in the region
  • a light amount distribution curve B of light incident on the photodetector 6B has a light amount peak in a blue wavelength region lower than 0.50 ⁇ m.
  • the characteristic shown in FIG. 8A corresponds to the spectral sensitivity characteristic of the color filter in the conventional photodetector shown in FIG. 18, and the high-resolution condition that the arrangement pitch of the photodetectors in the X-axis direction is 0.75 ⁇ m.
  • FIG. 8B is a spectral characteristic diagram created by the same method as in FIG. 8A when the photodetectors 6G and 6R are coupled
  • FIG. 8C is a diagram when the photodetectors 6B and 6G are coupled.
  • a curve G + R indicates a light amount distribution curve detected by a combined photodetector in which the photodetectors 6G and 6R are combined.
  • a curve B + G is detected by a combined photodetector in which the photodetectors 6B and 6G are combined. The light quantity distribution curve to be performed is shown.
  • the light amount distribution curve G + R of light incident on the combined photodetector has a light amount peak in a wavelength region other than the blue wavelength region of 0.50 ⁇ m or more.
  • the light amount distribution curve B of light incident on 6B has a light amount peak in the blue wavelength region below 0.50 ⁇ m. Therefore, it is possible to detect blue and yellow, which is a complementary color of blue.
  • the light amount distribution curve R of light incident on the photodetector 6R has a light amount peak in the red wavelength region exceeding 0.60 ⁇ m, and is incident on the combined photodetector.
  • the light amount distribution curve B + G of light has a light amount peak in a wavelength region other than the red wavelength region of 0.60 ⁇ m or less. Therefore, it is possible to detect red and cyan which is a complementary color of red. In this way, the primary color and its complementary color can be detected by combining the photodetectors such that the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light or the ⁇ 1st-order diffracted light are detected by the same photodetector.
  • FIG. 9 shows the wavelength dependence (spectral quantum efficiency) of the quantum efficiency of the photodetector determined from the dispersion of the complex refractive index of Si, and uses the range of the depth d ⁇ m from the surface as a parameter.
  • Spectral quantum efficiency means the normalized number of electrons generated by the photoelectric effect when a certain amount of light of a certain wavelength is irradiated.
  • the amount of current generated by the photodetector is obtained by multiplying the spectral quantum characteristic by the spectral characteristic of the light amount as shown in FIGS. 8A to 8C.
  • FIG. 10B shows the photodetection region of the photodetector in the spectral characteristics of FIG.
  • FIG. 6 is a spectral characteristic diagram when designed in a range of 0.0 to 0.2 ⁇ m.
  • FIG. 6 is a spectral characteristic diagram when designed in a range of 0.0 to 1.2 ⁇ m.
  • FIG. 10A red, green, and blue spectral characteristics with less color mixing than in FIG. 8A are obtained, and in FIG. 10B, blue and yellow spectral characteristics with less color mixing are obtained in FIG. 8B.
  • FIG. 10C the spectral characteristics of red and cyan are obtained with less color mixing than in FIG. 8C.
  • FIG. 11 is an enlarged plan view of components including the light detection surface of the imaging light detection device according to the first embodiment.
  • a plurality of vertical transfer CCDs 17 which are signal wirings extending in the X-axis direction are provided, and the plurality of vertical transfer CCDs 17 are horizontal transfer which are signal wirings extending in the Y-axis direction. It is connected to the CCD 18.
  • White light incident on the imaging photodetection device passes through the high refractive index transparent portions 13a and 13b, and is diffracted to be classified for each wavelength in the XZ plane, received by the photodetectors 6R, 6G, and 6B and photoelectrically detected. Converted. The electric charge accumulated in each photodetector is sent to the vertical transfer CCD 17 and further sent to the horizontal transfer CCD 18 to be output as an image signal.
  • the high refractive index transparent portions 13a and 13b are alternately arranged.
  • the row of high refractive index transparent portions arranged along the X axis direction in this way is the arrangement pitch of the high refractive index transparent portions in the X axis direction (more precisely, the portion having the width w2 of the high refractive index transparent portion).
  • the high refractive index transparent portions 13a and 13b are alternately arranged also in the Y-axis direction.
  • the photodetector 6G is disposed directly below the high refractive index transparent portions 13a and 13b (that is, on the central axis of the internal microlens 7a). Further, the photodetectors 6R and 6G are alternately arranged between the photodetectors 6G and 6G adjacent in the X-axis direction. That is, in the X-axis direction, the photodetectors 6R, 6G, 6B, and 6G are arranged in this order, and this arrangement is repeatedly arranged.
  • the rows of photodetectors thus arranged along the X-axis direction are sequentially arranged in the Y-axis direction while being displaced in the X-axis direction by one time the X-axis direction arrangement pitch of the high refractive index transparent portion. ing.
  • the widths (X-axis direction dimensions) w R , w G , and w B of the photodetectors 6R, 6G, and 6B may be the same or different.
  • w R 0.75 ⁇ m
  • w G 0.65 ⁇ m
  • w B 0.85 ⁇ m
  • the center in the X-axis direction of the alignment coincided with the central axis 14 of the portion having the width w2 of the high refractive index transparent portion 13.
  • FIG. 12A shows the arrangement of the photodetectors 6R, 6G, and 6B in the light detection device 4 shown in FIG. In order to simplify the drawing, the symbol “6” is omitted, and only the subscripts R, G, and B are shown.
  • One color pixel 19 includes four basic pixels of 2 columns ⁇ 2 rows including two green (basic pixels G), one blue (basic pixel B), and one red (basic pixel R). .
  • the arrangement of FIG. 12A differs from the Bayer arrangement in the conventional photodetector shown in FIG. 19 in that two green G's are arranged adjacent to each other in the Y-axis direction in the color pixel 19.
  • the color pixel 19 ′ can be formed at a position shifted in the X-axis direction or the Y-axis direction by half the size of the color pixel 19 (basic pixel size). Accordingly, the resolution is improved to half the size of the color pixel 19 (1/4 area of the color pixel 19), that is, the size of the basic pixel, which is the same as the Bayer array in FIG.
  • color separation of light is performed by the color filter 9 that selectively absorbs two of the three colors of red, green, and blue. 70 to 80% of the light was absorbed by the color filter 9.
  • the color separation of light is performed using light diffraction instead of light absorption, so that the total energy of light can be utilized. Therefore, in the first embodiment, the light use efficiency is improved 2 to 3 times the conventional efficiency.
  • one color information is detected by one microlens.
  • two or more types of color information are detected by one microlens. Accordingly, if the size of the microlens 10 (or the internal microlens 7a) is made constant, the pixel density can be doubled or more in the first embodiment compared to the conventional case.
  • the conventional photodetector shown in FIG. 21 has a problem that the spectral action (difference in refraction angle depending on the wavelength) is small because the dispersion characteristics of the prism are used for color separation of light.
  • the imaging photodetection device according to the first embodiment uses a phase shift that occurs in the wavefront of light (in other words, mode transition that occurs in a waveguide in which the central axis 14 is bent). Spectral action (difference due to diffraction angle wavelength) is large. Accordingly, as shown in FIGS.
  • the distance between the tip of the high refractive index transparent portion and the light detection surface is set to 1 to 3 ⁇ m
  • the zero-order diffracted light (green) and the first-order diffracted light A displacement of 0.5 ⁇ m or more can be given between the three spots of (red) and ⁇ 1st order diffracted light (blue), which can be said to be a realistic dimension for trial manufacture.
  • the arrangement of the high refractive index transparent portions 13a and 13b and the photodetectors 6R, 6G, and 6B is not limited to FIGS. 11 and 12A, and can be variously changed.
  • 12B, 12C, and 12D are diagrams showing another example of the arrangement of the photodetectors 6R, 6G, and 6B in the same manner as FIG. 12A. 12B, 12C, and 12D, as in FIG. 12A, the photodetectors 6R, 6G, 6B, and 6G are arranged in this order in the row of photodetectors along the X-axis direction, and this arrangement is repeatedly arranged. ing.
  • Such a row of photodetectors along the Y-axis direction is arranged in the X-axis direction arrangement pitch of the high refractive index transparent portion (more precisely, the arrangement pitch in the X axis direction of the portion having the width w2 of the high refractive index transparent portion, That is, with respect to the arrangement pitch of the internal microlenses 7a in the X-axis direction, the Y-axis is sequentially shifted in the X-axis direction by 0 times in FIG. 12B, 0.5 times in FIG. 12C, and 1.5 times in FIG. Arranged in the direction.
  • the illustration of the arrangement of the high refractive index transparent portions 13a and 13b for realizing the arrangement of the photodetectors 6R, 6G, and 6B as shown in FIGS. 12B, 12C, and 12D is omitted, it is easily estimated from FIG. would be able to. That is, in any of FIGS. 12B, 12C, and 12D, similarly to FIG. 11, the high refractive index transparent portions 13a and 13b are alternately arranged in the row of the high refractive index transparent portions along the X-axis direction. .
  • Such a row of high refractive index transparent portions is the arrangement pitch of the high refractive index transparent portions in the X axis direction (more precisely, the arrangement pitch in the X axis direction of the portion having the width w2 of the high refractive index transparent portions, that is, the inside 12B, the position is shifted in the X axis direction by 0 times in FIG. 12B, 0.5 times in FIG. 12C, and 1.5 times in FIG. Be placed.
  • the high refractive index transparent portions may be formed in a plate shape continuous in the Y axis direction. it can. Furthermore, in FIG.
  • the high refractive index transparent portion is a plate whose XZ cross-sectional shape is constant in the Y axis direction. Can be formed.
  • the positions of the microlens 10 and the internal microlens 7a in the X-axis direction corresponding to the positions of the high refractive index transparent portions are the same in the X-axis direction between adjacent columns in the Y-axis direction. The position is shifted by 0.5 times the arrangement pitch.
  • the circular microlenses 10 and the internal microlenses 7a are arranged in a honeycomb shape. Accordingly, the arrangement efficiency of the microlens 10, the high refractive index transparent portion 13, and the internal microlens 7a in the Y-axis direction can be reduced to further increase the light utilization efficiency from the subject.
  • FIGS. 12A to 12D described above are examples of pixel arrangements assuming that the three primary colors are detected.
  • the arrangement of the photodetectors is different from that shown in FIGS. 12A to 12D.
  • Various settings can be made according to the desired pixel arrangement.
  • FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of the photodetecting device 4 according to Embodiment 2 of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of a portion XIII of FIG.
  • FIG. 14 is an enlarged plan view of a light detection surface showing a planar arrangement of components of the light detection device 4 according to the second embodiment.
  • FIG. 15A is a view showing the arrangement of the photodetectors 6R, 6G, and 6B in the light detection device 4 shown in FIG. 14 in the same manner as FIG. 12A.
  • the same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the second embodiment has the same bending direction of the central axis 14 of the high refractive index transparent portion 13 arranged along the X-axis direction, and thus the bending of the central axis 14 is the same. This is different from the first embodiment in which the directions are alternately reversed.
  • the XZ cross section shown in FIG. 13 only the high refractive index transparent portion 13a exists, and the high refractive index transparent portion 13b does not exist.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in the arrangement of the high refractive index transparent portion 13 as described above.
  • the correspondence relationship between the high refractive index transparent portion 13 and the photodetector 6 is also different from the first embodiment. That is, as is apparent from FIG. 13, the second embodiment is different in the X-axis direction in that one high refractive index transparent portion 13 corresponds to the photodetectors 6R, 6G, and 6B adjacent in the X-axis direction. Of the adjacent photodetectors 6R, 6G, and 6B, the outer photodetectors 6R and 6B are different from the first embodiment in which two high-refractive-index transparent portions 13 correspond to each other. In the second embodiment, the photodetectors 6R, 6G, and 6B are arranged in this order in the X-axis direction, and this arrangement is repeatedly arranged.
  • the rows of the high refractive index transparent portions 13 a arranged along the X-axis direction are repeatedly arranged in the Y-axis direction without being displaced in the X-axis direction.
  • the high refractive index transparent portions 13a are continuously arranged along the Y-axis direction.
  • the photodetectors 6R, 6G, and 6B are arranged in this order, and this arrangement is repeatedly arranged.
  • the rows of photodetectors arranged in this way along the X-axis direction are repeatedly arranged in the Y-axis direction without being displaced in the X-axis direction.
  • the photodetectors 6R, 6G, and 6B are adjacent to each other in the Y-axis direction.
  • the photodetectors 6G are respectively disposed directly below the high refractive index transparent portion 13a (that is, on the central axis of the internal microlens 7a).
  • the color pixel 19 is composed of two green (basic pixels G) and two blue (basic pixels B).
  • the position shifted by half the size of the color pixel 19 (basic pixel size) in the X-axis direction or the Y-axis direction is composed of two green (basic pixels G) and two reds (basic pixels R).
  • the color pixel 19 ′ is composed of two blue (basic pixels B) and two red (basic pixels R).
  • These color pixels 19, 19 ′, 19 ′′ are formed. Each of them lacks any one of green, blue, and red and does not constitute a Bayer array.
  • the color pixel 20 or the color pixel 20 ′ shifted by the size of the basic pixel with respect to the color pixel 20 also contains one green, one blue and one red. Therefore, as with the Bayer array, the resolution is improved to the size of the basic pixel.
  • the arrangement of the high refractive index transparent portion 13 and the photodetectors 6R, 6G, and 6B is not limited to FIGS. 14 and 15A, and can be variously changed.
  • 15B to 15F are diagrams showing another example of the arrangement of the photodetectors 6R, 6G, and 6B in the same manner as FIG. 15A.
  • the photodetectors 6R, 6G, and 6B are arranged in this order, and this arrangement is repeatedly arranged.
  • Such a row of photodetectors along the Y-axis direction is arranged in the X-axis direction arrangement pitch of the high refractive index transparent portion (more precisely, the arrangement pitch in the X axis direction of the portion having the width w2 of the high refractive index transparent portion, That is, with respect to the arrangement pitch of the internal microlenses 7a in the X-axis direction), they are sequentially arranged in the Y-axis direction while being displaced in the X-axis direction by 1/3 times in FIG.
  • FIG. 15B and FIG. 15C even if the color pixel is composed of three basic pixels continuous in the Y-axis direction of 3 columns ⁇ 1 row, the resolution is basically the same as the color pixels 20 and 20 ′ described in FIG. 15A. The pixel size can be improved.
  • the photodetectors 6R, 6G, and 6B are arranged in this order in the X-axis direction, the columns in which this arrangement is repeatedly arranged, and the photodetectors 6B, 6G, and 6R are arranged in this order in the X-axis direction. Rows in which this arrangement is repeatedly arranged are alternately arranged in the Y-axis direction.
  • the position of the photodetector 6G in the X-axis direction is the X-axis direction arrangement pitch of the high refractive index transparent portion (more precisely, the arrangement pitch in the X axis direction of the portion having the width w2 of the high refractive index transparent portion, that is, the internal Position in the X-axis direction between adjacent rows in the Y-axis direction by 0 times in FIG. 15D, 1/3 times in FIG. 15E, and 2/3 times in FIG.
  • the rows of photodetectors are sequentially arranged in the Y-axis direction while being displaced in the X-axis direction so as to be shifted.
  • the arrangement of the high refractive index transparent portions 13a and 13b for realizing the arrangement of the photodetectors 6R, 6G, and 6B as shown in FIGS. 15B to 15F is omitted, it can be easily estimated from FIG. Will. That is, in FIG. 15B and FIG. 15C, as in FIG. 14, the row of high refractive index transparent portions along the X-axis direction is composed of only the high refractive index transparent portion 13a.
  • Such a row of high refractive index transparent portions is the arrangement pitch of the high refractive index transparent portions in the X axis direction (more precisely, the arrangement pitch in the X axis direction of the portion having the width w2 of the high refractive index transparent portions, that is, the inside
  • the microlenses 7a are sequentially arranged in the Y-axis direction while being displaced in the X-axis direction by 1/3 times in FIG. 15B and 2/3 times in FIG. 15C.
  • a column in which only the high refractive index transparent portion 13a is disposed along the X-axis direction and a column in which only the high refractive index transparent portion 13b is disposed along the X-axis direction are represented by the Y-axis. Alternating in the direction. Further, the positions of the high refractive index transparent portions 13a and 13b are arranged in the X axis direction arrangement pitch of the high refractive index transparent portions 13a and 13b (more precisely, the arrangement in the X axis direction of the portion having the width w2 of the high refractive index transparent portion). 15D in FIG. 15D, 1/3 in FIG. 15E, and 2/3 in FIG. 15F, between the adjacent columns in the Y-axis direction. The rows of high refractive index transparent portions are sequentially arranged in the Y-axis direction while being displaced in the X-axis direction so as to be displaced in the axial direction.
  • FIGS. 15A and 15D since the positions of the high refractive index transparent portions in the X-axis direction match between the rows of the high refractive index transparent portions, it is possible to form the high refractive index transparent portions in a plate shape continuous in the Y axis direction. it can. Further, in FIG. 15A, since the direction of the bending of the central axis of the high refractive index transparent portion also coincides between the rows of the high refractive index transparent portions, the high refractive index transparent portion has a plate shape whose XZ cross-sectional shape is constant in the Y-axis direction. Can be formed. On the other hand, in FIG. 15B, FIG. 15C, FIG. 15E, and FIG.
  • the positions of the microlens 10 and the internal microlens 7a in the X-axis direction correspond to the positions of the high refractive index transparent portions.
  • the position is shifted by 1/3 or 2/3 times the arrangement pitch in the X-axis direction. That is, when viewed in parallel with the Z axis, the circular microlenses 10 and the internal microlenses 7a are arranged in a substantially honeycomb shape. Accordingly, the arrangement efficiency of the microlens 10, the high refractive index transparent portion 13, and the internal microlens 7a in the Y-axis direction can be reduced to further increase the light utilization efficiency from the subject.
  • FIGS. 15A to 15F described above are examples of pixel arrangements assuming that the three primary colors are detected.
  • the arrangement of the photodetectors is as shown in FIGS. 15A to 15D.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except for the above, and has the same effect as described in the first embodiment, and can be modified in the same manner as described in the first embodiment.
  • Embodiments 1 and 2 described above are merely preferred specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to these, and various modifications can be made.
  • the cross-sectional shape along the XZ plane of the high refractive index transparent portion 13 is not limited to the one shown in the first and second embodiments as long as the central axis 14 is bent in a step shape.
  • one of the two surfaces defining the widths w1 and w2 (the upper surface in FIG. 3) is the front portion of the bent central axis 14 ( The portion having the width w1) and the rear portion (portion having the width w2) constitute the same surface without a step.
  • FIG. 16A one of the two surfaces defining the widths w1 and w2 of the high refractive index transparent portion 13 (the upper surface in FIG.
  • both surfaces (upper and lower surfaces in FIG. 16B) that define the widths w1 and w2 of the high refractive index transparent portion 13 may be bent in the same direction as the bending direction of the central axis 14.
  • the central shaft 14 may be gently bent so that the bent portion of the central shaft 14 occupies a region in the Z-axis direction. Furthermore, the width w1 of the front part of the central shaft 14 may be changed without being constant. Similarly, the width w2 of the rear part of the central shaft 14 may be changed without being constant. good. Further, the number of step-like bends of the central axis 14 need not be one, and may be two or more.
  • the high refractive index transparent portions 13 adjacent to each other in the Y-axis direction may be partially continuous with each other while changing the lengths (dimensions in the Z-axis direction) h1 and h2 and the direction of bending of the central axis 14. It may be independent. In the case of being independent, the low refractive index transparent layer 12 is filled between the adjacent high refractive index transparent portions 13.
  • the high refractive index transparent portion 13 is in contact with the lower surface of the microlens 10 in the Z-axis direction, but the high refractive index transparent portion 13 and the microlens 10 are separated from each other. Also good. In this case, a low refractive index transparent layer 12 may be provided between them.
  • the high-refractive-index transparent portion 13 has a function as a waveguide that guides incident light to the photodetector 6 side while suppressing the spread thereof, so that the microlens 10 having a similar function may be omitted depending on conditions. (Actually, the microlens 10 is omitted in the wave optical calculations in FIGS. 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, and 7B). However, since the high refractive index transparent portion 13 extends in the Y-axis direction, the effect as a waveguide is small in the Y-axis direction.
  • At least the incident side surface of the high refractive index transparent portion 13 and the low refractive index transparent layer 12 has an X axis for each row of the high refractive index transparent portion. It is preferable to form a cylindrical surface whose direction is the central axis direction.
  • the photodetectors 6 are arranged two-dimensionally along the X-axis direction and the Y-axis direction, but may be arranged one-dimensionally.
  • the high refractive index transparent portion 13 is also arranged in a one-dimensional manner along the arrangement direction of the photodetectors 6.
  • the present invention is not limited to this, for example, a high refractive index material such as tantalum oxide or titanium oxide, A resin material such as polyimide resin, a nanocomposite, or the like can be used as long as a refractive index difference of 0.2 or more can be secured with respect to the low refractive index transparent layer 12.
  • a high refractive index material such as tantalum oxide or titanium oxide
  • a resin material such as polyimide resin, a nanocomposite, or the like can be used as long as a refractive index difference of 0.2 or more can be secured with respect to the low refractive index transparent layer 12.
  • the 0th-order diffracted light D 0 , the 1st-order diffracted light D 1 , and the ⁇ 1st-order diffracted light D ⁇ 1 are light of three primary colors of green, red, and blue.
  • At least one of the first-order diffracted light D 1 and the ⁇ 1st-order diffracted light D ⁇ 1 may be light having a wavelength other than the three primary colors (for example, infrared light).
  • the field of application of the present invention is not particularly limited, and can be widely used as a small and high-resolution imaging photodetection device for capturing an image of an object.

Abstract

　撮像用光検出装置（４）は、基板（５）上に少なくとも第１方向に沿って配列された複数の光検出器（６）と、複数の光検出器の上方に形成された低屈折率透明層（１２）と、第１方向に沿って低屈折率透明層内に埋め込まれた複数の高屈折率透明部（１３）とを備える。高屈折率透明部の基板に直交し且つ第１方向に沿った断面において、高屈折率透明部の中心軸（１４）が階段状に折れ曲がっている。低屈折率透明層及び高屈折率透明部に入射する光は、それらを通過することで、０次回折光と１次回折光と－１次回折光とに分離される。これにより、光利用効率の向上と画素の高密度化とを両立させることができる。

Description

撮像用光検出装置
　本発明は物体の映像を撮影するために用いられる撮像用光検出装置に関する。
　従来の撮像用光検出装置が例えば非特許文献１及び非特許文献２に開示されている。これらに開示された撮像用光検出装置の概略を説明する。
　図１７Ａは、従来の撮像装置の概略構成を示した側面図である。自然光等の光が物体１に入射し、これを反射した光は、レンズ系２によりＣＣＤやＣＭＯＳ等の光検出装置４上に像３を形成する。レンズ系２は、一般には光学性能を確保するために光軸に沿って並んだ複数のレンズを組み合わせて構成されるが、図１７Ａでは図面を簡略化して単一のレンズとして描かれている。
　図１７Ｂは、光検出装置４の概略構成を示した図であり、図１７Ａの部分XVIIＢの拡大断面図である。複数のフォトディテクター６が形成された検出基板５上に、ＳｉＯ2等からなる低屈折率の透明バッファー層７、ＳｉＮ等からなる高屈折率の透明バッファー層８、複数の色フィルター９、複数のマイクロレンズ１０がこの順で積層されている。透明バッファー層７の透明バッファー層８と接する表面７ａには、各フォトディテクター６の上で透明バッファー層７の膜厚が小さくなるような凹凸構造が形成されている。一方、透明バッファー層８の色フィルター９と接する表面８ａは平坦である。
　マイクロレンズ１０は直交格子の交点位置に配置されており、各マイクロレンズ１０の中心軸上に１つの色フィルター９及び１つのフォトディテクター６が配置されている。
　マイクロレンズ１０は、光線１１ａ’のようにマイクロレンズ１０の中心軸に対してシフトして入射する光を屈折させてフォトディテクター６に導く働きをなす。透明バッファー層７の表面７ａの凹凸構造もレンズ効果を有し、フォトディテクター６の中心から外れた方向に向かう発散光１１ｂ’を屈折させてフォトディテクター６に導く働きをなす。
　色フィルター９は赤透過フィルター９Ｒ、緑透過フィルター９Ｇ、青透過フィルター９Ｂの３種類から構成され、赤透過フィルター９Ｒは図１８の曲線Ｒで示されるように赤以外の波長の光をカット（吸収）する光透過特性（分光感度特性）を有し、緑透過フィルター９Ｇは図１８の曲線Ｇで示されるように緑以外の波長の光をカット（吸収）する光透過特性（分光感度特性）を有し、青透過フィルター９Ｂは図１８の曲線Ｂで示されるように青以外の波長の光をカット（吸収）する光透過特性（分光感度特性）を有する（非特許文献２参照）。赤透過フィルター９Ｒ、緑透過フィルター９Ｇ、青透過フィルター９Ｂ、及び明るさ検出用の緑透過フィルター９Ｇからなる４つの色フィルター９と、これらに対応した４つのフォトディテクター６とでカラーの画像情報を検出するカラー画素を構成する。これら４つの色フィルター９に対応するフォトディテクター６の配置を図１９に示す。図１９において、Ｒは赤透過フィルター９Ｒに対応し赤色を検出するフォトディテクター、Ｇは緑透過フィルター９Ｇに対応し緑色を検出するフォトディテクター、Ｂは青透過フィルター９Ｂに対応し青色を検出するフォトディテクターを示す。一方の対角に２つの緑（基本画素Ｇ）が配置され、他方の対角に青（基本画素Ｂ）及び赤（基本画素Ｒ）が配置された２列×２行の４つの基本画素で１つのカラー画素１９が構成される。このような配置はベイヤー配列と呼ばれ、そのメリットは、カラー画素１９の半分のサイズ（基本画素のサイズ）だけ垂直方向（Ｘ軸方向）又は水平方向（Ｙ軸方向）にシフトした位置にもカラー画素１９’を構成できる点にある。これにより、カラー画素１９の半分のサイズ（カラー画素１９の１／４の面積）、即ち基本画素のサイズにまで解像度が改善される。
　図２０は、光検出装置４の検出面の拡大平面図である。複数のフォトディテクター６が直交格子の交点位置に互いに離間し且つ絶縁されて配置されている。水平方向に隣り合うフォトディテクター６間には、垂直方向に延びる信号配線である複数の垂直転送ＣＣＤ１７が設けられており、複数の垂直転送ＣＣＤ１７は水平方向に延びる信号配線である水平転送ＣＣＤ１８と接続されている。マイクロレンズ１０で集光された光はその真下に位置するフォトディテクター６により受光され光電変換される。フォトディテクター６に蓄積した電荷は垂直転送ＣＣＤ１７に送られ、さらに水平転送ＣＣＤ１８に送られて、画像信号として出力される。
　上記図１７Ｂに示した光検出装置４では、各フォトディテクター６に特定の色の光を入射させるために色フィルター９を用いている。これに対して、図２１に示すように、マイクロレンズ（図示せず）を透過した被写体からの光３０をマイクロプリズム３１を用いて分散させ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色光をフォトディテクター３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂで検出する光検出装置が提案されている（特許文献１参照）。
特表２００２－５０２１２０号公報
光技術コンタクト，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１（２００２）、Ｐ２４ トランジスタ技術，２００３年２月号、Ｐ１２８
　撮像用光検出装置に対しては、小型且つ高画素化に対する要求が益々高まっている。しかしながら、上記の従来の撮像用光検出装置では、以下の理由によりこの要求を満たすには限界があった。
　第１の理由は、図１７Ｂに示した従来の撮像用光検出装置では色フィルター９を用いて色分離を行っていることに起因する。例えば青透過フィルター９Ｂでは、青以外の波長の光は吸収されるので、図１８から明らかなように、青透過フィルター９Ｂを透過する光は入射した光の僅か２～３割程度である。これは他の色フィルター９Ｒ，９Ｇについても同様である。高画素化のためにフォトディテクター６の間隔を小さくすると、フォトディテクター６やマイクロレンズ１０のサイズが小さくなる。これにより、１つのマイクロレンズ１０に入射する光の光量が少なくなり、更に色フィルター９でその多くが吸収されてしまうので、十分な量の光をフォトディテクター６に供給できなくなる。従って、検出信号は光ショットノイズ等のノイズ信号に埋もれてしまう。このため、従来の撮像用光検出装置ではフォトディテクター６の間隔は１．５μｍ程度が限界とされている。
　第２の理由は、図１７Ｂに示した従来の撮像用光検出装置では、フォトディテクター６に一対一に対応してマイクロレンズ１０が配置されていることに起因する。高画素化のためにフォトディテクター６の間隔を小さくすると、マイクロレンズ１０のサイズが小さくなり、これにともなってマイクロレンズ１０を透過する光束のサイズも小さくなる。ピンホールを透過した光の広がり角がピンホール径に反比例するように、光束のサイズ（即ちマイクロレンズ１０の直径）が微小になると光が拡散（回折）する特性が大きくなりすぎるので、マイクロレンズ１０を使って所望の集光性能を得ることが困難になる。マイクロレンズ１０の集光性能を得るためには、マイクロレンズ１０の直径は少なくとも波長の２～３倍以上である必要があり、これが高画素化を妨げていた。
　図２１に示した従来の光検出装置では、光を吸収する色フィルターを用いないので、光利用効率は向上する。しかしながら、プリズムの分散特性を利用した分光の作用（屈折角の波長による差）は極めて小さく、赤と緑、又は緑と青の光の間の変位は極めて小さい。従って、プリズムを光の分光に用いる場合、プリズムと光検出面との間隔を少なくとも数十～数百μｍ以上に設定する必要があり、試作する上で現実的な寸法にはならない。
　本発明は上記の従来の問題を解決し、光利用効率を向上させることでフォトディテクターの間隔を大幅に短縮化し、且つ、マイクロレンズに必要なサイズの確保と画素の高密度化とを両立させることを目的とする。また、本発明は、大きな分光作用を利用することで現実的な寸法を有する光検出装置を実現することを目的とする。
　本発明の撮像用光検出装置は、基板上に少なくとも第１方向に沿って配列された複数の光検出器と、前記複数の光検出器の上方に形成された低屈折率透明層と、前記第１方向に沿って前記低屈折率透明層内に埋め込まれた柱状又は板状の複数の高屈折率透明部とを備える。前記高屈折率透明部の、前記基板に直交し且つ前記第１方向に沿った断面において、前記高屈折率透明部の中心軸が階段状に折れ曲がっている。前記低屈折率透明層及び前記高屈折率透明部に入射する光は、それらを通過することで、０次回折光と１次回折光と－１次回折光とに分離される。
　本発明の撮像用光検出装置によれば、光の吸収ではなく回折によって光の色分離を行うので、光の利用効率が大幅に向上する。また、１個のマイクロレンズ当たり２種類または３種類の色情報の検出が可能になる。従って、マイクロレンズのサイズ確保と画素の高密度化とを両立させることが可能となる。更に、波長による回折角の差を利用して分光するので、高屈折率透明部と光検出器との間隔を狭くすることができ、現実的な寸法を実現できる。
図１は、本発明の撮像用光検出装置を用いた撮像装置の概略構成を示した側面図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置の概略構成を示した図であり、図１の部分IIの拡大断面図である。 図３は、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、高屈折率透明部によって回折光が発生する原理を説明する図である。 図４Ａは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、高屈折率透明部によって回折光が発生する原理を波動光学的に説明する図である。 図４Ｂは、図４Ａにおいて、高屈折率透明部によって赤波長の光が１次回折光として分離される原理を波動光学的に説明する図である。 図４Ｃは、図４Ａにおいて、高屈折率透明部によって緑波長の光が０次回折光として分離される原理を波動光学的に説明する図である。 図４Ｄは、図４Ａにおいて、高屈折率透明部によって青波長の光が－１次回折光として分離される原理を波動光学的に説明する図である。 図５Ａは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、高屈折率透明部を介してフォトディテクターに伝搬する青波長の光の強度分布を示した図である。 図５Ｂは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、高屈折率透明部を介してフォトディテクター上に投影された青波長の光の強度分布を示した図である。 図６Ａは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、高屈折率透明部を介してフォトディテクターに伝搬する緑波長の光の強度分布を示した図である。 図６Ｂは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、高屈折率透明部を介してフォトディテクター上に投影された緑波長の光の強度分布を示した図である。 図７Ａは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、高屈折率透明部を介してフォトディテクターに伝搬する赤波長の光の強度分布を示した図である。 図７Ｂは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、高屈折率透明部を介してフォトディテクター上に投影された赤波長の光の強度分布を示した図である。 図８Ａはフォトディテクター６Ｒ、６Ｇ、６Ｂで検出される光量の分光特性図である。 図８Ｂはフォトディテクター６Ｇ、６Ｒを結合した場合の分光特性図である。 図８Ｃはフォトディテクター６Ｂ、６Ｇを結合した場合の分光特性図である。 図９は表面からの深さ条件をパラメータにしたフォトディテクターの分光量子効率を示す図である。 図１０Ａはフォトディテクターの分光量子効率の効果を加えたフォトディテクター６Ｒ、６Ｇ、６Ｂで発生する電流量の分光特性図である。 図１０Ｂはフォトディテクター６Ｇ、６Ｒを結合した場合のフォトディテクターの分光量子効率の効果を加えた電流量の分光特性図である。 図１０Ｃはフォトディテクター６Ｂ、６Ｇを結合した場合のフォトディテクターの分光量子効率の効果を加えた電流量の分光特性図である。 図１１は、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置の構成要素の平面配置を示した光検出面の拡大平面図である。 図１２Ａは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置の一例を示した図である。 図１２Ｂは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置の別の例を示した図である。 図１２Ｃは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置のさらに別の例を示した図である。 図１２Ｄは、本発明の実施形態１に係る撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置のさらに別の例を示した図である。 図１３は、本発明の実施形態２に係る撮像用光検出装置の概略構成を示した図であり、図１の部分XIIIの拡大断面図である。 図１４は、本発明の実施形態２に係る撮像用光検出装置の構成要素の平面配置を示した光検出面の拡大平面図である。 図１５Ａは、本発明の実施形態２に係る撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置の一例を示した図である。 図１５Ｂは、本発明の実施形態２に係る撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置の別の例を示した図である。 図１５Ｃは、本発明の実施形態２に係る撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置のさらに別の例を示した図である。 図１５Ｄは、本発明の実施形態２に係る撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置のさらに別の例を示した図である。 図１５Ｅは、本発明の実施形態２に係る撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置のさらに別の例を示した図である。 図１５Ｆは、本発明の実施形態２に係る撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置のさらに別の例を示した図である。 図１６Ａは、本発明の撮像用光検出装置において、高屈折率透明部の断面形状の別の例を示した図である。 図１６Ｂは、本発明の撮像用光検出装置において、高屈折率透明部の断面形状のさらに別の例を示した図である。 図１６Ｃは、本発明の撮像用光検出装置において、高屈折率透明部の断面形状のさらに別の例を示した図である。 図１６Ｄは、本発明の撮像用光検出装置において、高屈折率透明部の断面形状のさらに別の例を示した図である。 図１６Ｅは、本発明の撮像用光検出装置において、高屈折率透明部の断面形状のさらに別の例を示した図である。 図１７Ａは、従来の撮像装置の概略構成を示した側面図である。 図１７Ｂは、従来の撮像用光検出装置の概略構成を示した図であり、図１７Ａの部分XVIIＢの拡大断面図である。 図１８は、従来の撮像用光検出装置に用いられる３種の色フィルタの分光感度特性を示した図である。 図１９は、従来の撮像用光検出装置において、フォトディテクターの配置の一例を示した図である。 図２０は、従来の撮像用光検出装置の構成要素の平面配置を示した光検出面の拡大平面図である。 図２１は、マイクロプリズムを用いて色分離を行う従来の撮像用光検出装置の原理を示した図である。
　上記の本発明の撮像用光検出装置において、前記高屈折率透明部の前記断面において、前記高屈折率透明部の幅が前記中心軸の折れ曲がりの前後で変化し、前記中心軸の前記折れ曲がりに対して前記基板側での前記高屈折率透明部の幅はこれと反対側での前記高屈折率透明部の幅よりも小さいことが好ましい。これにより、光の分離をより効果的に行うことができる。なお、ここで、「前記高屈折率透明部の幅」とは、中心軸の折れ曲がり近傍での高屈折率透明部の幅を意味すると解釈されることが好ましい。
　前記０次回折光が第１光検出器で、前記１次回折光が第２光検出器で、前記－１次回折光が第３光検出器で、それぞれ検出されることが好ましい。これにより、異なる光検出器で波長が異なる光をそれぞれ検出することができる。
　上記において、前記低屈折率透明層及び前記高屈折率透明部に入射する光が白色光の場合、前記第１光検出器に入射する光は０．５０μｍ～０．６０μｍの緑波長領域で光量ピークをなし、前記第２光検出器に入射する光は０．６０μｍを越える赤波長領域で光量ピークをなし、前記第３光検出器に入射する光は０．５０μｍ未満下の青波長領域で光量ピークをなすことが好ましい。これにより、三原色を検出することができる。
　この場合、前記第１光検出器はその表面を含まない深層領域で光を検出し、前記第２光検出器はその表面を含まない深層領域で光を検出し、前記第３光検出器はその表面を含む表層領域で光を検出することが好ましい。これにより、混色を抑え、分光性能を向上させることができる。
　あるいは、前記０次回折光と前記１次回折光とが第１光検出器で、前記－１次回折光が第２光検出器で、それぞれ検出されても良い。これにより、１つの原色と、その補色とを検出することができる。
　上記において、前記低屈折率透明層及び前記高屈折率透明部に入射する光が白色光の場合、前記第１光検出器に入射する光は０．５０μｍ以上の青波長領域以外の波長領域で光量ピークをなし、前記第２光検出器に入射する光は０．５０μｍ未満下の青波長領域で光量ピークをなすことが好ましい。これにより、青と、その補色であるイエローとを検出することができる。
　この場合、前記第１光検出器はその表面を含まない深層領域で光を検出し、前記第２光検出器はその表面を含む表層領域で光を検出することが好ましい。これにより、混色を抑え、分光性能を向上させることができる。
　あるいは、前記１次回折光が第１光検出器で、前記０次回折光と前記－１次回折光とが第２光検出器で、それぞれ検出されても良い。これにより、１つの原色と、その補色とを検出することができる。
　上記において、前記低屈折率透明層及び前記高屈折率透明部に入射する光が白色光の場合、前記第１光検出器に入射する光は０．６０μｍを越える赤波長領域で光量ピークをなし、前記第２光検出器に入射する光は０．６０μｍ以下の赤波長領域以外の波長領域で光量ピークをなすことが好ましい。これにより、赤と、その補色であるシアンとを検出することができる。
　この場合、前記第１光検出器はその表面を含まない深層領域で光を検出し、前記第２光検出器はその表面を含む表層領域で光を検出することが好ましい。これにより、混色を抑え、分光性能を向上させることができる。
　上記の本発明の撮像用光検出装置において、前記第１方向に沿って配置された前記複数の高屈折率透明部の前記中心軸の折れ曲がりの向きが交互に反転していてもよい。この場合、前記複数の高屈折率透明部のそれぞれに対して前記第１方向に互いに隣り合う３つの前記光検出器が対応し、前記第１方向に沿って配置された前記３つの光検出器のうちの両外側の２つの光検出器は、前記３つの光検出器に対応する高屈折率透明部に対して前記第１方向において互いに隣り合う高屈折率透明部にも対応していることが好ましい。これにより、１つの高屈折率透明部で３つの光を分離することができるので、高解像度化が可能となる。
　上記において、前記第１方向と平行な複数の列に沿って前記高屈折率透明部が配置されていても良い。この場合、前記第１方向と平行な前記高屈折率透明部の列を構成する各高屈折率透明部の前記第１方向の位置が、前記第１方向と直交する第２方向において互いに隣り合う２つの列間で前記第１方向の配置ピッチの０倍、０．５倍、１倍、又は１．５倍だけ位置ずれしていることが好ましい。これにより、様々な画素配置に対応することができる。
　あるいは、上記の本発明の撮像用光検出装置において、前記第１方向に沿って配置された前記複数の高屈折率透明部の前記中心軸の折れ曲がりの向きが同じであってもよい。この場合、前記複数の高屈折率透明部のそれぞれに対して前記第１方向に互いに隣り合う３つの前記光検出器が対応し、前記複数の光検出器のそれぞれは、前記０次回折光、前記１次回折光、及び前記－１次回折光のうちのいずれか１つを検出することが好ましい。これにより、１つの高屈折率透明部で３つの光を分離することができるので、高解像度化が可能となる。
　上記において、前記第１方向と平行な複数の列に沿って前記高屈折率透明部が配置されていても良い。
　この場合、前記第１方向と平行な前記高屈折率透明部の列における前記中心軸の折れ曲がりの向きが前記第１方向と直交する第２方向において互いに隣り合う２つの列間で同じであり、前記第１方向と平行な前記高屈折率透明部の列を構成する各高屈折率透明部の前記第１方向の位置が、前記第２方向において互いに隣り合う２つの列間で前記第１方向の配置ピッチの０倍、１／３倍、又は２／３倍だけ位置ずれしていることが好ましい。これにより、様々な画素配置に対応することができる。
　あるいは、前記第１方向と平行な前記高屈折率透明部の列における前記中心軸の折れ曲がりの向きが前記第１方向と直交する第２方向において互いに隣り合う２つの列間で反転しており、前記第１方向と平行な前記高屈折率透明部の列を構成する各高屈折率透明部の前記第１方向の位置が、前記第２方向において互いに隣り合う２つの列間で前記第１方向の配置ピッチの０倍、１／３倍、又は２／３倍だけ位置ずれしていることが好ましい。これにより、様々な画素配置に対応することができる。
　以下、本発明の好適な実施形態を図面を用いて説明する。これらの図において従来例と共通する要素には、同一の符号を付している。但し、以下の実施形態は一例に過ぎず、本発明はこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。
　図１は、本発明の光検出装置を用いた撮像装置の概略構成を示した側面図である。自然光等の光が物体１に入射し、これを反射した光は、レンズ系２によりＣＣＤやＣＭＯＳ等の光検出装置４上に像３を形成する。レンズ系２は、一般には光学性能を確保するために光軸に沿って並んだ複数のレンズを組み合わせて構成されるが、図１では図面を簡略化して単一のレンズとして描かれている。以下の説明の便宜のために、光検出装置４の光検出面（または後述する基板５の表面）の法線方向軸をＺ軸、光検出面に平行な垂直方向軸をＸ軸、光検出面に平行な水平方向軸をＹ軸とするＸＹＺ直交座標系を設定する。
　（実施形態１）
　図２は、本発明の実施形態１に係る光検出装置４の概略構成を示した図であり、図１の部分IIの拡大断面図である。複数のフォトディテクター６が形成された検出基板５上に、ＳｉＯ2等からなる低屈折率の透明バッファー層７、ＳｉＮ等からなる高屈折率の透明バッファー層８、ＳｉＯ2等からなる低屈折率透明層１２、複数のマイクロレンズ１０がこの順で積層されている。低屈折率透明層１２内には、ＳｉＮ等からなる複数の高屈折率透明部１３が埋め込まれている。透明バッファー層７の透明バッファー層８と接する表面７ａには、各マイクロレンズ１０の中心軸上で透明バッファー層７の膜厚が小さくなるような凹凸構造が形成され、レンズと同じ作用をする（表面７ａの凹凸構造を内部マイクロレンズと呼ぶ）。一方、透明バッファー層８の低屈折率透明層１２と接する表面８ａは平坦である。
　マイクロレンズ１０はＸ軸方向に平行な複数の直線及びＹ軸方向に平行な複数の直線によって形成される直交格子の各交点位置に配置されている。高屈折率透明部１３はマイクロレンズ１０と一対一に対応し、各マイクロレンズ１０の中心軸上に１つの高屈折率透明部１３が配置されている。フォトディテクター６も、Ｘ軸方向に平行な複数の直線及びＹ軸方向に平行な複数の直線によって形成される直交格子の各交点位置に配置されている。Ｘ軸方向（図２の紙面の上下方向）に隣り合う各マイクロレンズ１０の中心軸はひとつおきにフォトディテクター６のほぼ中心を通過する。Ｙ軸方向（図２の紙面に直交する方向）に隣り合う各マイクロレンズ１０の中心軸は、隣り合う各フォトディテクター６のほぼ中心を通過する（後述する図１１参照）。
　マイクロレンズ１０は、光線１１ａ’のようにマイクロレンズ１０の中心軸に対してシフトして入射する光を屈折させて高屈折率透明部１３に導く働きをなす。透明バッファー層７の表面７ａの凹凸構造（内部マイクロレンズ）もレンズ効果を有し、高屈折率透明部１３を出射する各回折光Ｄ0，Ｄ1、Ｄ-1が発散するのを抑え、それぞれを小さいスポットのまま対応するフォトディテクター６に導く働きをなす。更に、高屈折率透明部１３は導波路の働きをなすので、マイクロレンズ１０の中心軸に対して傾いた光が入射すると、その光の伝搬方位を矯正し、フォトディテクター６に導く働きをなす。本明細書では、フォトディテクター６を、これに入射する光の波長によって特に区別する必要がある場合には添字「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」のいずれかを付し、区別する必要がない場合には添字を省略して表示する。
　図２に示すように、高屈折率透明部１３のＸ軸及びＺ軸を含む面（ＸＺ面）に沿った断面において、高屈折率透明部１３のＸ軸方向の中央の点をＺ軸方向に順に結んで得られる線を、高屈折率透明部１３の「中心軸」と呼ぶ。高屈折率透明部１３の中心軸１４は階段状に折れ曲がっている。本実施形態１では、高屈折率透明部１３のＸ軸方向寸法（幅）は中心軸１４の折れ曲がりの前後で変化しており、折れ曲がりの前側（マイクロレンズ１０側）での幅ｗ１と後側（フォトディテクター６側）での幅ｗ２はｗ１＞ｗ２を満たす。幅ｗ１、ｗ２の部分のＺ軸方向長さは順にｈ１，ｈ２である。本実施形態１では、幅ｗ１の部分の中心軸１４と幅ｗ２の部分の中心軸１４とはいずれもＺ軸に平行であり、両者のＸ軸方向の段差ｓはｓ＝（ｗ１－ｗ２）／２である。さらに、本実施形態１では、中心軸１４の折れ曲がりの向きに基づいて高屈折率透明部１３は２種類に分類される。即ち、高屈折率透明部１３は、図２の紙面において、幅ｗ１の部分の中心軸１４に対して幅ｗ２の部分の中心軸１４が上側に位置する高屈折率透明部１３ａと下側に位置する高屈折率透明部１３ｂとを含む。本明細書では、中心軸１４の折れ曲がりの向きの違いによって高屈折率透明部１３を特に区別する必要がある場合には添字「ａ」又は「ｂ」を付し、区別する必要がない場合には添字を省略して表示する。本実施形態１では、Ｘ軸方向に隣り合う２つの高屈折率透明部１３の中心軸１４の折れ曲がりの向きが互いに逆である。即ち、Ｘ軸方向において、高屈折率透明部１３ａと高屈折率透明部１３ｂとが交互に配置されている。
　高屈折率透明部１３は、Ｙ軸方向（図２の紙面に垂直な方向）に連続する板状、または、Ｙ軸方向のマイクロレンズ１０の配置位置に一対一に対応して分離された柱状をなす。高屈折率透明部１３が柱状の場合、そのＹ軸方向寸法はＸ軸方向に太い部分の幅（本実施形態１では幅ｗ１）の２～３倍以上である。
　高屈折率透明部１３に入射する光１１は、高屈折率透明部１３を出射する際にＸＺ面内で０次回折光Ｄ0、１次回折光Ｄ1、－１次回折光Ｄ-1に分離し、それぞれフォトディテクター６Ｇ、６Ｒ、６Ｂで検出される。高屈折率透明部１３ａと高屈折率透明部１３ｂとは中心軸１４の折れ曲がりの向きが逆であるので、０次回折光Ｄ0に対する１次回折光Ｄ1及び－１次回折光Ｄ-1の出射方向は高屈折率透明部１３ａと高屈折率透明部１３ｂとで逆となる。０次回折光Ｄ0、１次回折光Ｄ1、及び－１次回折光Ｄ-1の各光分布が互いにはっきりと分離するためには、高屈折率透明部１３の先端とフォトディテクター６との間に１μｍ以上の間隔が設けられることが好ましい。
　図３は、本実施形態１の撮像用光検出装置において、高屈折率透明部１３によって回折光が発生する原理を説明する図である。高屈折率透明部１３は幅（Ｘ軸方向寸法）ｗ１，ｗ２、長さ（Ｚ軸方向寸法）ｈ１，ｈ２を有し、紙面に垂直な方向（Ｙ軸方向）に延びた板状とする。中心線１４の折れ曲がりの段差をｓとする（簡単のためｓ＝（ｗ１－ｗ２）／２の場合を図示している）。高屈折率透明部１３の屈折率をｎ、その周囲の低屈折率透明層１２の屈折率をｎ0とする。マイクロレンズ１０を経て高屈折率透明部１３に入射する光１１の波面を平面波１５とすると、この光１１が高屈折率透明部１３及びその周囲の低屈折率透明層１２を透過することで、出射した光の波面１６には次式で示す位相シフトδが発生する（真空中での長さに換算）。
　　　（式１）　　δ＝ｈ２（ｎ－ｎ0）
　この位相シフトにより出射光は０次回折光Ｄ0、１次回折光Ｄ1、－１次回折光Ｄ-1に回折分離する。光１１の波長をλとすると、｜δ－ｋλ｜を最もゼロに近づける整数ｋが必ず存在する。この整数ｋに対してδ－ｋλ＝０ならば、出射した光の波面１６は平面波Ａ0と同じであり、大半のエネルギーが０次回折光Ｄ0に配分される。δ－ｋλ＜０ならば、出射した光の波面１６は平面波Ａ1とほぼ同じになり、大半のエネルギーが１次回折光Ｄ1に配分される。δ－ｋλ＞０ならば、出射した光の波面１６は平面波Ａ-1とほぼ同じになり、大半のエネルギーが－１次回折光Ｄ-1に配分される。
　例えば、δが１．１μｍの場合、緑波長の光の場合にはｋ＝２、λ＝０．５５μｍの条件でδ－ｋλ＝０が成り立つが、同じｋに対し、赤波長ではδ－ｋλ＜０、青波長ではδ－ｋλ＞０になる。従って、高屈折率透明部１３に入射する白色の光１１は、０次回折光Ｄ0に緑の光、１次回折光Ｄ1に赤の光、－１次回折光Ｄ-1に青の光がそれぞれ分離して出力される。なお、（式１）に寸法ｗ１、ｈ１等が含まれていないことから、高屈折率透明部１３の構造のうち、中心軸１４の折れ曲がりより前側（マイクロレンズ１０側）の部分は不要の様にも見えるが、そうではない。以上は飽くまで幾何光学的な説明であり、波動光学的には次のように説明できる。
　図４Ａ～図４Ｄは、本実施形態１の撮像用光検出装置において、高屈折率透明部１３によって回折光が発生する原理を波動光学的に説明する図である。図４Ａに示すように、マイクロレンズ１０を経て高屈折率透明部１３に入射する光１１は高屈折率透明部１３の内部を伝搬する０次の導波モードの光Ｍ0を励起する。この導波モード光Ｍ0は高屈折率透明部１３の中心軸１４の折れ曲がり部分を通過することで伝搬モードが乱され、折れ曲がり部分の後側（フォトディテクター６側）の伝搬では０次の導波モードの光ｍ0の他に、１次の導波モードの光ｍ1、及び高次の導波モード光や放射モード光等が発生する。０次の導波モード光ｍ0は光の振幅分布がガウシアン形状をなすが、１次の導波モード光ｍ1は伝搬路の中心軸近傍で振幅の極性が反転する。しかも、等価屈折率は０次の導波モード光ｍ0が１次の導波モード光ｍ1よりも大きくなるので、同一の導波路内に０次の導波モード光ｍ0と１次の導波モード光ｍ1がバランスよく混在すると、これらが伝搬方向に沿って複雑に干渉し、波長に比例した間隔で強めあったり弱めあったりする。１次の導波モード光ｍ1の振幅の極性が中心軸近傍で反転することから、光の干渉も中心軸を境に反転する。例えば、赤波長の光の場合は、図４Ｂに示すように、複数のポイントＰRで２つのモードの光が強め合う。高屈折率透明部１３の出射端に最終のポイントＰRが位置する場合、１次回折光Ｄ1のように伝搬路の中心軸から最終のポイントＰR側に向かう側に光が放射される。青波長の光の場合は、図４Ｄに示すように、複数のポイントＰBで２つのモードの光が強め合う。ポイントＰBの間隔はポイントＰRの間隔よりも短い。高屈折率透明部１３の出射端に最終のポイントＰBが位置する場合、－１次回折光Ｄ-1のように伝搬路の中心軸から最終のポイントＰB側に向かう側に光が放射される。一方、緑波長の光の場合は、図４Ｃに示すように、複数のポイントＰGで２つのモードの光が強め合う。ポイントＰGの間隔はポイントＰRの間隔よりも短く、ポイントＰBの間隔よりも長い。高屈折率透明部１３の出射端が最終のポイントＰGと仮想的な次のポイントＰG’との中間に位置する場合、０次回折光Ｄ0のように伝搬路の中心軸に沿った方向に光が放射される。従って、高屈折率透明部１３に入射する白色の光１１は、０次回折光Ｄ0に緑の光、１次回折光Ｄ1に赤の光、－１次回折光Ｄ-1に青の光がそれぞれ分離して出力される。上記の説明は一例であって、高屈折率透明部１３の各部の寸法によっては、１次回折光Ｄ1が青の光、－１次回折光Ｄ-1が赤の光となる場合もある。寸法ｗ２、ｈ２を有する構造部分で２種類のモード光をバランスよく混在させるには、寸法ｗ１、ｈ１を有する構造部分と段差ｓを有する中心軸１４の折れ曲がり構造とが不可欠であり、このことは上述の様な波動光学的な説明で初めて明らかにされる。入射光１１を効率よく導波モードに変換するには、幅ｗ１はある程度大きい必要がある。また、折れ曲がり後に発生する導波モードの次数（すなわち導波モード光の総数）をできるだけ少なくするには、幅ｗ２は小さい方が好ましい。従って、中心軸１４が折れ曲がった高屈折率透明部１３で２種類のモード光をバランスよく混在させるには一般にはｗ１＞ｗ２の関係を満足することが好ましい。
　図５Ａ、図６Ａ、図７Ａは、本実施形態１の撮像用光検出装置において、高屈折率透明部１３を介してフォトディテクター側に伝搬する、それぞれ波長０．４５μｍ、０．５５μｍ、０．６５μｍの光のＸＺ断面での強度分布（波動光学に基づく計算結果）を示している。図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂは、フォトディテクターの光検出面上に投影された光のＸＹ断面での強度分布（波動光学に基づく計算結果）を示した図である。計算は以下の条件で行った。マイクロレンズ１０を省略し、ＸＹ座標で原点を中心にした１．５μｍ×１．５μｍの正方形の領域に一様強度の白色光をＺ軸方向に沿って入射させた。高屈折率透明部１３の幅ｗ１＝０．３０μｍ、ｗ２＝０．１５μｍ、長さｈ１＝ｈ２＝０．６０μｍ、中心軸１４の折れ曲がり段差ｓ＝０．１０μｍとし、高屈折率透明部１３を寸法ｗ２、ｈ２を有する構造部分がＸ軸方向に１．５μｍピッチで並ぶように配置し、Ｙ軸方向には連続させた。さらに、内部マイクロレンズ７ａはＸ軸方向、Ｙ軸方向ともに１．５μｍピッチで並び、内部マイクロレンズ７ａの先端からフォトディテクター６の表面までの距離は１．０μｍとした。なお、高屈折率透明部１３と高屈折率の透明バッファー層８とはＳｉＮを想定して屈折率２．０４、アッベ数２０とし、低屈折率の透明バッファー層７と低屈折率透明層１２とはＳｉＯ2を想定して屈折率１．４５６、アッベ数６５とした。フォトディテクター６Ｒ、６Ｇ、６Ｂはこの順に隣接し、Ｘ軸方向×Ｙ軸方向のサイズは順に０．７５μｍ×１．０μｍ、０．６５μｍ×１．０μｍ、０．８５μｍ×１．０μｍとした（均等な分割からフォトディテクター６Ｇ、６Ｂの間の分割線を０．１０μｍだけＸ軸の正の向きにシフトさせた）。図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂでは３個のフォトディテクター６Ｒ、６Ｇ、６Ｂしか示していないが、実際にはこれらのフォトディテクターがこの順でＸ軸方向に隙間なく並び、Ｙ軸方向には１．５μｍピッチ（すなわち０．５μｍの隙間を空けて）で並んでいた。Ｙ軸方向に設けられた隙間はＣＣＤ転送路や配線等に用いられる。図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂから分かるように、本実施形態１の高屈折率透明部１３により、光が赤、緑、青の色毎に分別され、それぞれ異なったフォトディテクター６Ｒ、６Ｇ、６Ｂで検出されることが分かる。
　図８Ａは光検出面上の独立したフォトディテクター６Ｒ、６Ｇ、６Ｂで検出される光量を波長を横軸にしてプロットした分光特性図である。縦軸の光量比とは入射光量を１として規格化した各フォトディテクターでの検出光量である。曲線Ｒ、Ｇ、Ｂはそれぞれフォトディテクター６Ｒ、６Ｇ、６Ｂで検出される光量分布曲線を示す。フォトディテクター６Ｇに入射する光の光量分布曲線Ｇは０．５０μｍ～０．６０μｍの緑波長領域で光量ピークをなし、フォトディテクター６Ｒに入射する光の光量分布曲線Ｒは０．６０μｍを越える赤波長領域で光量ピークをなし、フォトディテクター６Ｂに入射する光の光量分布曲線Ｂは０．５０μｍ未満下の青波長領域で光量ピークをなしている。図８Ａに示した特性は図１８で示した従来の光検出装置に於ける色フィルターの分光感度特性に相当し、フォトディテクターのＸ軸方向の配置ピッチが０．７５μｍという高解像の条件にも関わらず、良好な分光性能を示している。なお、曲線Ｒ、Ｇ、Ｂの総和は入射光量から２～３割少なくなるが、その減少分のうちの一部は反射成分、一部はフォトディテクター６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの外に漏れる成分であり、後者は迷光となって他の領域のフォトディテクターに検出されるので実際の分光特性は図８Ａより若干劣化する。
　図８Ｂはフォトディテクター６Ｇ、６Ｒを結合した場合、図８Ｃはフォトディテクター６Ｂ、６Ｇを結合した場合の、図８Ａと同様の手法で作成した分光特性図である。図８Ｂにおいて曲線Ｇ＋Ｒはフォトディテクター６Ｇ、６Ｒが結合された結合化フォトディテクターで検出される光量分布曲線を示し、図８Ｃにおいて曲線Ｂ＋Ｇはフォトディテクター６Ｂ、６Ｇが結合された結合化フォトディテクターで検出される光量分布曲線を示す。フォトディテクター６Ｇ、６Ｒを結合すると、図８Ｂに示すように、結合化フォトディテクターに入射する光の光量分布曲線Ｇ＋Ｒは０．５０μｍ以上の青波長領域以外の波長領域で光量ピークをなし、フォトディテクター６Ｂに入射する光の光量分布曲線Ｂは０．５０μｍ未満下の青波長領域で光量ピークをなす。従って、青色と、青色の補色であるイエローとを検出することができる。フォトディテクター６Ｂ、６Ｇを結合すると、図８Ｃに示すように、フォトディテクター６Ｒに入射する光の光量分布曲線Ｒは０．６０μｍを越える赤波長領域で光量ピークをなし、結合化フォトディテクターに入射する光の光量分布曲線Ｂ＋Ｇは０．６０μｍ以下の赤波長領域以外の波長領域で光量ピークをなす。従って、赤色と、赤色の補色であるシアンとを検出することができる。このように、０次回折光と１次回折光又は－１次回折光とが同一のフォトディテクターで検出されるようにフォトディテクターを組み合わせることにより、原色とその補色とを検出することができる。
　図９はＳｉの複素屈折率の分散から割り出したフォトディテクターの量子効率の波長依存性（分光量子効率）を示しており、表面からの深さｄμｍの範囲をパラメータにしている。分光量子効率とは、ある波長の光を一定量だけ照射したときに光電効果により発生する、規格化された電子数を意味する。分光量子特性に図８Ａ～図８Ｃのような光量の分光特性を掛け合わせたものがフォトディテクターで発生する電流量になる。曲線ａ１はｄ＝０．０～０．２μｍ、曲線ａ２はｄ＝０．０～０．５μｍ、曲線ａ３はｄ＝０．０～０．８μｍ、曲線ａ４はｄ＝０．０～１．２μｍ、曲線ａ５はｄ＝０．０～３．０μｍ、曲線ｂ１はｄ＝０．２～３．０μｍ、曲線ｂ２はｄ＝０．５～３．０μｍ、曲線ｂ３はｄ＝０．８～３．０μｍ、曲線ｂ４はｄ＝１．２～３．０μｍでの分光量子効率である。短波長の光は表層で吸収されやすく、長波長になるほど深層でも吸収されることが分かる。
　フォトディテクターのどの深さの領域に感度を持たせるかは、自由な設定が技術的に可能である。この技術を図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃで示した分光特性に導入すると次のようになる。図１０Ａは、図８Ａの分光特性において、フォトディテクターの光検出領域を、フォトディテクター６Ｒでｄ＝０．５～３．０μｍ、フォトディテクター６Ｂでｄ＝０．０～０．２μｍ、フォトディテクター６Ｇでｄ＝０．２～３．０μｍで設計した場合の分光特性図である。図１０Ｂは、図８Ｂの分光特性において、フォトディテクターの光検出領域を、フォトディテクター６Ｇ，６Ｒが結合された結合化フォトディテクターでｄ＝０．５～３．０μｍ、フォトディテクター６Ｂでｄ＝０．０～０．２μｍで設計した場合の分光特性図である。図１０Ｃは、図８Ｃの分光特性において、フォトディテクターの光検出領域を、フォトディテクター６Ｒでｄ＝０．５～３．０μｍ、フォトディテクター６Ｇ，６Ｂが結合された結合化フォトディテクターでｄ＝０．０～１．２μｍで設計した場合の分光特性図である。図１０Ａでは図８Ａに比べてより混色が少ない赤、緑、青の分光特性が得られており、図１０Ｂでは図８Ｂに比べて混色が少ない青、イエローの分光特性が得られており、図１０Ｃでは図８Ｃに比べて混色が少ない赤、シアンの分光特性が得られている。このように、本実施形態１にフォトディテクターの分光量子効率の特性を組み合わせることで、理想的な分光性能に近づけられることが分かる。
　図１１は、本実施形態１の撮像用光検出装置の光検出面を含む構成要素の拡大平面図である。Ｙ軸方向に隣り合うフォトディテクター６間には、Ｘ軸方向に延びる信号配線である複数の垂直転送ＣＣＤ１７が設けられており、複数の垂直転送ＣＣＤ１７はＹ軸方向に延びる信号配線である水平転送ＣＣＤ１８と接続されている。
　撮像用光検出装置に入射する白色の光は、高屈折率透明部１３ａ，１３ｂを通過し、回折することでＸＺ面内で波長毎に分別され、フォトディテクター６Ｒ、６Ｇ、６Ｂにより受光され光電変換される。各フォトディテクターに蓄積した電荷は垂直転送ＣＣＤ１７に送られ、さらに水平転送ＣＣＤ１８に送られて、画像信号として出力される。
　Ｘ軸方向においては、高屈折率透明部１３ａ，１３ｂが交互に配置されている。このようにしてＸ軸方向に沿って配置された高屈折率透明部の列は、高屈折率透明部のＸ軸方向の配置ピッチ（より正確には高屈折率透明部の幅ｗ２を有する部分のＸ軸方向の配置ピッチ、即ち内部マイクロレンズ７ａのＸ軸方向配置ピッチ）の１倍だけＸ軸方向に位置ずれしながら、順次Ｙ軸方向に配置されている。その結果、Ｙ軸方向においても、高屈折率透明部１３ａ，１３ｂが交互に配置されている。
　フォトディテクター６Ｇは高屈折率透明部１３ａ，１３ｂの真下（即ち、内部マイクロレンズ７ａの中心軸上）にそれぞれ配置されている。さらに、Ｘ軸方向に隣り合うフォトディテクター６Ｇ，６Ｇ間にはフォトディテクター６Ｒ，６Ｇが交互に配置されている。即ち、Ｘ軸方向においては、フォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ，６Ｇがこの順に並び、この並びが繰り返して配置されている。このようにしてＸ軸方向に沿って配置されたフォトディテクターの列は、高屈折率透明部のＸ軸方向配置ピッチの１倍だけＸ軸方向に位置ずれしながら、順次Ｙ軸方向に配置されている。フォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの幅（Ｘ軸方向寸法）ｗR、ｗG、ｗBは同一でも異なっていても良い。図５Ｂ、図６Ｂ、図７Ｂの例では、ｗR＝０．７５μｍ、ｗG＝０．６５μｍ、ｗB＝０．８５μｍであり、Ｘ軸方向に沿ったフォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからなる並びのＸ軸方向の中心が、高屈折率透明部１３の幅ｗ２を有する部分の中心軸１４に一致していた。
　図１２Ａに、図１１に示した光検出装置４におけるフォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置を示す。図面を簡単化するために、符号「６」を省略し、添字Ｒ、Ｇ、Ｂのみを記載している。１つのカラー画素１９は、２つの緑（基本画素Ｇ）と１つの青（基本画素Ｂ）と１つの赤（基本画素Ｒ）とを含む２列×２行の４つの基本画素で構成される。図１２Ａの配置は、図１９に示した従来の光検出装置におけるベイヤー配列と違って、２つの緑Ｇは、カラー画素１９内においてＹ軸方向に隣り合って配置されている。しかし、ベイヤー配列と同様に、カラー画素１９の半分のサイズ（基本画素のサイズ）だけＸ軸方向又はＹ軸方向にシフトした位置にもカラー画素１９’を構成できる。従って、解像度がカラー画素１９の半分のサイズ（カラー画素１９の１／４の面積）、すなわち基本画素のサイズにまで改善されることは図１９のベイヤー配列と同じである。
　上述したように、図１７Ｂに示した従来の撮像用光検出装置では光の色分離を赤、緑、青の３色のうちの２色を選択的に吸収する色フィルター９により行っていたので、色フィルター９により７～８割の光が吸収されていた。これに対して、本実施形態１の撮像用光検出装置では、光の色分離を光の吸収ではなく、光の回折を利用して行っているので、光の全エネルギーを活用できる。従って、本実施形態１では、光の利用効率が従来の２～３倍に向上する。
　また、図１７Ｂに示した従来の撮像用光検出装置では、マイクロレンズ１個で１つの色の情報を検出していた。これに対して、本実施形態１の撮像用光検出装置では、マイクロレンズ１個で２種類以上の色情報を検出する。従って、マイクロレンズ１０（または内部マイクロレンズ７ａ）のサイズを一定にして比較すると、本実施形態１では従来に比べ画素密度を２倍以上にすることが可能となる。
　更に、図２１に示した従来の光検出装置では、光の色分離を行うためにプリズムの分散特性を利用するので分光の作用（屈折角の波長による差）が小さいという問題があった。これに対して、本実施形態１の撮像用光検出装置では、光の波面に発生する位相シフト（更に言い換えれば、中心軸１４が折れ曲がった導波路内で発生するモード移行）を利用するので、分光の作用（回折角の波長による差）が大きい。従って、図５Ａ、図６Ａ、及び図７Ａに示したように、高屈折率透明部の先端と光検出面との間隔を１～３μｍに設定すれば、０次回折光（緑）、１次回折光（赤）、－１次回折光（青）の３つのスポット間に０．５μｍ以上の変位を与えることができ、試作する上で十分現実的な寸法といえる。
　高屈折率透明部１３ａ，１３ｂ及びフォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置は図１１及び図１２Ａに限定されず、種々に変更することができる。図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄは、フォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置の別の例を図１２Ａと同様に示した図である。図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄでは、図１２Ａと同様に、Ｘ軸方向に沿ったフォトディテクターの列においては、フォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ，６Ｇがこの順に並び、この並びが繰り返して配置されている。このようなＹ軸方向に沿ったフォトディテクターの列が、高屈折率透明部のＸ軸方向配置ピッチ（より正確には高屈折率透明部の幅ｗ２を有する部分のＸ軸方向の配置ピッチ、即ち内部マイクロレンズ７ａのＸ軸方向配置ピッチ）に対して、図１２Ｂでは０倍、図１２Ｃでは０．５倍、図１２Ｄでは１．５倍だけＸ軸方向に位置ずれしながら、順次Ｙ軸方向に配置されている。
　図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄのようなフォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置を実現するための高屈折率透明部１３ａ，１３ｂの配置は、図示を省略するが、図１１より容易に推測することができるであろう。即ち、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄのいずれにおいても、図１１と同様に、Ｘ軸方向に沿った高屈折率透明部の列においては高屈折率透明部１３ａ，１３ｂが交互に配置される。このような高屈折率透明部の列が、高屈折率透明部のＸ軸方向の配置ピッチ（より正確には高屈折率透明部の幅ｗ２を有する部分のＸ軸方向の配置ピッチ、即ち内部マイクロレンズ７ａのＸ軸方向配置ピッチ）に対して、図１２Ｂでは０倍、図１２Ｃでは０．５倍、図１２Ｄでは１．５倍だけＸ軸方向に位置ずれしながら、順次Ｙ軸方向に配置される。図１２Ａ、図１２Ｂでは、高屈折率透明部の列間において高屈折率透明部のＸ軸方向位置が一致するので、高屈折率透明部をＹ軸方向に連続する板状に形成することができる。さらに、図１２Ｂでは、高屈折率透明部の列間において高屈折率透明部１３ａ，１３ｂのＸ軸方向位置が一致するので、高屈折率透明部をＸＺ断面形状がＹ軸方向に一定の板状に形成することができる。一方、図１２Ｃ、図１２Ｄでは、高屈折率透明部の位置に対応してマイクロレンズ１０及び内部マイクロレンズ７ａのＸ軸方向の位置が、Ｙ軸方向に隣り合う列間でＸ軸方向のその配置ピッチの０．５倍だけ位置ずれされる。即ち、Ｚ軸と平行に見たとき、円形であるマイクロレンズ１０及び内部マイクロレンズ７ａがハニカム状に配置される。従って、マイクロレンズ１０、高屈折率透明部１３、及び内部マイクロレンズ７ａのＹ軸方向の配置ピッチを小さくして、被写体からの光の利用効率を更に高めることができる。
　上述した図１２Ａ～図１２Ｄは三原色を検出することを想定した画素配置の例である。例えば、上述したようにフォトディテクター６Ｇとフォトディテクター６Ｒ又はフォトディテクター６Ｂとを結合して原色とその補色とを検出する場合には、フォトディテクターの配置は、図１２Ａ～図１２Ｄとは異なる配置となり、所望する画素配置に応じて種々に設定することができる。
　（実施形態２）
　図１３は、本発明の実施形態２に係る光検出装置４の概略構成を示した図であり、図１の部分XIIIの拡大断面図である。図１４は、本実施形態２に係る光検出装置４の構成要素の平面配置を示した光検出面の拡大平面図である。図１５Ａは、図１４に示した光検出装置４におけるフォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置を図１２Ａと同様に示した図である。本実施形態２において、実施形態１と同じ要素には同一の符号を付してそれらについての詳細な説明を省略する。
　図１３から明らかなように、本実施形態２は、Ｘ軸方向に沿って配置された高屈折率透明部１３の中心軸１４の折れ曲がりの向きが同じである点で、中心軸１４の折れ曲がりの向きが交互に反転していた実施形態１と異なる。図１３に示したＸＺ断面には、高屈折率透明部１３ａのみが存在し、高屈折率透明部１３ｂは存在しない。
　本実施形態２は、高屈折率透明部１３の配置に関して実施形態１と上記のように異なる結果、高屈折率透明部１３とフォトディテクター６との対応関係も実施形態１と異なる。即ち、図１３から明らかなように、本実施形態２は、Ｘ軸方向に隣り合うフォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに対して１つの高屈折率透明部１３が対応する点で、Ｘ軸方向に隣り合うフォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂのうち両外側のフォトディテクター６Ｒ，６Ｂに対してはそれぞれ２つの高屈折率透明部１３が対応する実施形態１と異なる。本実施形態２では、Ｘ軸方向においては、フォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂがこの順に並び、この並びが繰り返して配置されている。
　図１４を参照すると、本例では、Ｘ軸方向に沿って配置された高屈折率透明部１３ａの列が、Ｘ軸方向に位置ずれすることなくＹ軸方向に繰り返し配置されている。その結果、Ｙ軸方向に沿って高屈折率透明部１３ａが連続して配置されている。
　さらに、Ｘ軸方向においては、フォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂがこの順に並び、この並びが繰り返して配置されている。このようにしてＸ軸方向に沿って配置されたフォトディテクターの列が、Ｘ軸方向に位置ずれすることなくＹ軸方向に繰り返し配置されている。その結果、フォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６ＢのそれぞれがＹ軸方向に互いに隣り合う。実施形態１と同様に、フォトディテクター６Ｇは高屈折率透明部１３ａの真下（即ち、内部マイクロレンズ７ａの中心軸上）にそれぞれ配置されている。
　図１５Ａを参照すると、カラー画素を２列×２行の４つの基本画素で構成しようとすると、カラー画素１９は２つの緑（基本画素Ｇ）と２つの青（基本画素Ｂ）とで構成され、カラー画素１９の半分のサイズ（基本画素のサイズ）だけＸ軸方向又はＹ軸方向にシフトした位置には、２つの緑（基本画素Ｇ）と２つの赤（基本画素Ｒ）とで構成されるカラー画素１９’や、２つの青（基本画素Ｂ）と２つの赤（基本画素Ｒ）とで構成されるカラー画素１９”が形成される。これらのカラー画素１９，１９’，１９”はいずれも緑、青、赤のうちのいずれか１つを欠いており、ベイヤー配列を構成しない。しかし、カラー画素を１列×３行のＸ軸方向に連続する３つの基本画素で構成すると、カラー画素２０や、カラー画素２０に対して基本画素のサイズだけシフトしたカラー画素２０’は、いずれも緑、青、赤を１つずつ含む。従って、ベイヤー配列と同様に、解像度が基本画素のサイズにまで改善される。
　高屈折率透明部１３及びフォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置は図１４及び図１５Ａに限定されず、種々に変更することができる。図１５Ｂ～図１５Ｆは、フォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置の別の例を図１５Ａと同様に示した図である。
　図１５Ｂ、図１５Ｃでは、図１５Ａと同様に、Ｘ軸方向に沿ったフォトディテクターの列においては、フォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂがこの順に並び、この並びが繰り返して配置されている。このようなＹ軸方向に沿ったフォトディテクターの列が、高屈折率透明部のＸ軸方向配置ピッチ（より正確には高屈折率透明部の幅ｗ２を有する部分のＸ軸方向の配置ピッチ、即ち内部マイクロレンズ７ａのＸ軸方向配置ピッチ）に対して、図１５Ｂでは１／３倍、図１５Ｃでは２／３倍だけＸ軸方向に位置ずれしながら、順次Ｙ軸方向に配置されている。図１５Ｂ、図１５Ｃでは、カラー画素を３列×１行のＹ軸方向に連続する３つの基本画素で構成しても、図１５Ａで説明したカラー画素２０，２０’と同様に、解像度を基本画素のサイズにまで改善することができる。
　図１５Ｄ～図１５Ｆでは、Ｘ軸方向にフォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂがこの順に並び、この並びが繰り返して配置された列と、Ｘ軸方向にフォトディテクター６Ｂ，６Ｇ，６Ｒがこの順に並び、この並びが繰り返して配置された列とが、Ｙ軸方向に交互に配置されている。さらに、フォトディテクター６ＧのＸ軸方向の位置が、高屈折率透明部のＸ軸方向配置ピッチ（より正確には高屈折率透明部の幅ｗ２を有する部分のＸ軸方向の配置ピッチ、即ち内部マイクロレンズ７ａのＸ軸方向配置ピッチ）に対して、図１５Ｄでは０倍、図１５Ｅでは１／３倍、図１５Ｆでは２／３倍だけＹ軸方向に隣り合う列間でＸ軸方向に位置ずれするように、フォトディテクターの列がＸ軸方向に位置ずれしながら順次Ｙ軸方向に配置されている。
　図１５Ｂ～図１５Ｆのようなフォトディテクター６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置を実現するための高屈折率透明部１３ａ，１３ｂの配置は、図示を省略するが、図１４より容易に推測することができるであろう。即ち、図１５Ｂ、図１５Ｃでは、図１４と同様に、Ｘ軸方向に沿った高屈折率透明部の列は高屈折率透明部１３ａのみで構成される。このような高屈折率透明部の列が、高屈折率透明部のＸ軸方向の配置ピッチ（より正確には高屈折率透明部の幅ｗ２を有する部分のＸ軸方向の配置ピッチ、即ち内部マイクロレンズ７ａのＸ軸方向配置ピッチ）に対して、図１５Ｂでは１／３倍、図１５Ｃでは２／３倍だけＸ軸方向に位置ずれしながら、順次Ｙ軸方向に配置される。
　図１５Ｄ～図１５Ｆでは、Ｘ軸方向に沿って高屈折率透明部１３ａのみが配置された列と、Ｘ軸方向に沿って高屈折率透明部１３ｂのみが配置された列とが、Ｙ軸方向に交互に配置される。さらに、高屈折率透明部１３ａ，１３ｂの位置が、高屈折率透明部１３ａ，１３ｂのＸ軸方向配置ピッチ（より正確には高屈折率透明部の幅ｗ２を有する部分のＸ軸方向の配置ピッチ、即ち内部マイクロレンズ７ａのＸ軸方向配置ピッチ）に対して、図１５Ｄでは０倍、図１５Ｅでは１／３倍、図１５Ｆでは２／３倍だけＹ軸方向に隣り合う列間でＸ軸方向に位置ずれするように、高屈折率透明部の列がＸ軸方向に位置ずれしながら順次Ｙ軸方向に配置される。
　図１５Ａ、図１５Ｄは、高屈折率透明部の列間において高屈折率透明部のＸ軸方向位置が一致するので、高屈折率透明部をＹ軸方向に連続する板状に形成することができる。さらに、図１５Ａでは、高屈折率透明部の列間において高屈折率透明部の中心軸の折れ曲がりの向きも一致するので、高屈折率透明部をＸＺ断面形状がＹ軸方向に一定の板状に形成することができる。一方、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｅ、図１５Ｆでは、高屈折率透明部の位置に対応してマイクロレンズ１０及び内部マイクロレンズ７ａのＸ軸方向の位置が、Ｙ軸方向に隣り合う列間でＸ軸方向のその配置ピッチの１／３倍又は２／３倍だけ位置ずれされる。即ち、Ｚ軸と平行に見たとき、円形であるマイクロレンズ１０及び内部マイクロレンズ７ａが略ハニカム状に配置される。従って、マイクロレンズ１０、高屈折率透明部１３、及び内部マイクロレンズ７ａのＹ軸方向の配置ピッチを小さくして、被写体からの光の利用効率を更に高めることができる。
　上述した図１５Ａ～図１５Ｆは三原色を検出することを想定した画素配置の例である。例えば、実施形態１で説明したようにフォトディテクター６Ｇとフォトディテクター６Ｒ又はフォトディテクター６Ｂとを結合して原色とその補色とを検出する場合には、フォトディテクターの配置は、図１５Ａ～図１５Ｄとは異なる配置となり、所望する画素配置に応じて種々に設定することができる。
　本実施形態２は、上記以外は実施形態１と同様であり、実施形態１で説明したのと同様の効果を奏し、また、実施形態１で説明したのと同様の変更が可能である。
　上述した実施形態１，２は本発明の好適な具体例に過ぎず、本発明はこれらに限定されず、種々の変更が可能である。
　高屈折率透明部１３のＸＺ面に沿った断面形状は、その中心軸１４が階段状に折れ曲がっていれば良く、上記の実施形態１，２に示したものに限定されない。例えば、実施形態１，２に示した高屈折率透明部１３では、その幅ｗ１，ｗ２を規定する両面のうちの一方の面（図３の上面）は、中心軸１４の折れ曲がりの前側部分（幅ｗ１を有する部分）と後側部分（幅ｗ２を有する部分）とが段差のない同一面を構成していた。しかしながら、図１６Ａのように、高屈折率透明部１３の幅ｗ１，ｗ２を規定する両面のうちの一方の面（図１６Ａの上面）が中心軸１４の折れ曲がりの向きと反対の向きに折れ曲がり、他方の面（図１６Ａの下面）が中心軸１４の折れ曲がりの向きと同じ向きに折れ曲がっていても良い。あるいは、図１６Ｂのように、高屈折率透明部１３の幅ｗ１，ｗ２を規定する両面（図１６Ｂの上下面）が中心軸１４の折れ曲がりの向きと同じ向きに折れ曲がっていても良い。さらに、中心軸１４の折れ曲がりよりも前側の部分の幅ｗ１と後側の部分の幅ｗ２との関係が、図１６Ｃのようにｗ１＝ｗ２であっても良く、あるいは、図１６Ｄのようにｗ１＜ｗ２であって良い。また、図１６Ｅのように、中心軸１４の折れ曲がり部分がＺ軸方向にある領域を占めるように中心軸１４が緩やかに折れ曲がっていても良い。さらに、中心軸１４の折れ曲がりより前側の部分の幅ｗ１が一定でなく変化していても良く、同様に中心軸１４の折れ曲がりよりも後側の部分の幅ｗ２が一定でなく変化していても良い。また、中心軸１４の階段状の折れ曲がりの数は１つである必要はなく、２つ以上であっても良い。
　Ｙ軸方向に隣り合う高屈折率透明部１３は、長さ（Ｚ軸方向の寸法）ｈ１，ｈ２や中心軸１４の折れ曲がりの向きを変えながら互いに一部で連続していてもよく、完全に独立していても良い。独立している場合には、隣り合う高屈折率透明部１３間には低屈折率透明層１２が充填される。
　また、上記の実施形態１，２では、Ｚ軸方向において、高屈折率透明部１３がマイクロレンズ１０の下面と接していたが、高屈折率透明部１３とマイクロレンズ１０とは離間していてもよい。この場合、両者間には低屈折率透明層１２が設けられても良い。
　高屈折率透明部１３は、入射した光をその広がりを抑えながらフォトディテクター６側に導くという導波路としての機能を有するので、条件によってはこれと類似の機能を有するマイクロレンズ１０を省略することも可能である（実際に、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂでの波動光学計算ではマイクロレンズ１０を省略した）。ただし、高屈折率透明部１３はＹ軸方向に延設されているので、Ｙ軸方向には導波路としての効果が少ない。従って、高屈折率透明部１３にマイクロレンズ１０の代用をさせるには、少なくとも高屈折率透明部１３および低屈折率透明層１２の入射側表面に、高屈折率透明部の列ごとにＸ軸方向を中心軸方向とするシリンドリカル面を形成することが好ましい。
　上記の実施形態１，２では、フォトディテクター６がＸ軸方向及びＹ軸方向に沿って２次元状に配列されていたが、１次元状に配列されていても良い。この場合、高屈折率透明部１３も、フォトディテクター６の配列方向に沿って１次元状に配列される。
　上記の実施形態１，２では、高屈折率透明部１３の材料としてＳｉＮを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば酸化タンタルや酸化チタン等の高屈折率材料や、低屈折率透明層１２に対して０．２以上の屈折率差を確保できるのであればポリイミド樹脂等の樹脂材料やナノコンポジット等を用いることもできる。
　上記の実施形態１，２では、０次回折光Ｄ0、１次回折光Ｄ1、－１次回折光Ｄ-1が緑、赤、青の三原色の光である場合を説明したが、０次回折光Ｄ0、１次回折光Ｄ1、－１次回折光Ｄ-1のうちの少なくとも１つが三原色以外の波長の光（例えば赤外光）であっても良い。
　図１７Ｂ及び図１９に示した従来の光検出装置の受光領域には、実際にはマイクロレンズとフォトディテクターとの間に金属配線などの遮光部が存在するため、受光領域に入射した光の一部は遮光部によって遮られてしまう。これは、上記の実施形態１，２に示した光検出装置でも同様である。しかしながら、最近、金属配線の影響を受けずに受光領域の全面で受光できる裏面照射型の固体撮像素子が開発されている。光の回折を利用して色分離を行うことで光利用効率を高めることができる本発明の光検出装置を、上記の裏面照射型の固体撮像素子に適用すると、光利用効率を更に向上させることができ、効果的であると考えられる。
　以上に説明した実施の形態は、いずれもあくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものであって、本発明はこのような具体例にのみ限定して解釈されるものではなく、その発明の精神と請求の範囲に記載する範囲内でいろいろと変更して実施することができ、本発明を広義に解釈すべきである。
　本発明の利用分野は特に制限はなく、物体の像を撮影するための、小型且つ高解像度の撮像用光検出装置として広範囲に利用することができる。
１　物体
２　レンズ系
３　像
４　光検出装置
５　検出基板
６、６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ　フォトディテクター
７　低屈折率の透明バッファー層
７ａ　内部マイクロレンズ
８　高屈折率の透明バッファー層
１０　マイクロレンズ
１１　入射光線
１２　低屈折率透明層
１３、１３ａ，１３ｂ　高屈折率透明部
１４　高屈折率透明部の中心軸
Ｄ0　　　０次回折光
Ｄ1　　　１次回折光
Ｄ-1　　－１次回折光

Claims (16)

  1. 　基板上に少なくとも第１方向に沿って配列された複数の光検出器と、前記複数の光検出器の上方に形成された低屈折率透明層と、前記第１方向に沿って前記低屈折率透明層内に埋め込まれた柱状又は板状の複数の高屈折率透明部とを備え、
    　前記高屈折率透明部の、前記基板に直交し且つ前記第１方向に沿った断面において、前記高屈折率透明部の中心軸が階段状に折れ曲がり、
    　前記低屈折率透明層及び前記高屈折率透明部に入射する光は、それらを通過することで、０次回折光と１次回折光と－１次回折光とに分離されることを特徴とする撮像用光検出装置。
  2. 　前記高屈折率透明部の前記断面において、前記高屈折率透明部の幅が前記中心軸の折れ曲がりの前後で変化し、前記中心軸の前記折れ曲がりに対して前記基板側での前記高屈折率透明部の幅はこれと反対側での前記高屈折率透明部の幅よりも小さい請求項１に記載の撮像用光検出装置。
  3. 　前記０次回折光が第１光検出器で、前記１次回折光が第２光検出器で、前記－１次回折光が第３光検出器で、それぞれ検出される請求項１又は２に記載の撮像用光検出装置。
  4. 　前記低屈折率透明層及び前記高屈折率透明部に入射する光が白色光の場合、前記第１光検出器に入射する光は０．５０μｍ～０．６０μｍの緑波長領域で光量ピークをなし、前記第２光検出器に入射する光は０．６０μｍを越える赤波長領域で光量ピークをなし、前記第３光検出器に入射する光は０．５０μｍ未満下の青波長領域で光量ピークをなす請求項３に記載の撮像用光検出装置。
  5. 　前記０次回折光と前記１次回折光とが第１光検出器で、前記－１次回折光が第２光検出器で、それぞれ検出される請求項１又は２に記載の撮像用光検出装置。
  6. 　前記低屈折率透明層及び前記高屈折率透明部に入射する光が白色光の場合、前記第１光検出器に入射する光は０．５０μｍ以上の青波長領域以外の波長領域で光量ピークをなし、前記第２光検出器に入射する光は０．５０μｍ未満下の青波長領域で光量ピークをなす請求項５に記載の撮像用光検出装置。
  7. 　前記１次回折光が第１光検出器で、前記０次回折光と前記－１次回折光とが第２光検出器で、それぞれ検出される請求項１又は２に記載の撮像用光検出装置。
  8. 　前記低屈折率透明層及び前記高屈折率透明部に入射する光が白色光の場合、前記第１光検出器に入射する光は０．６０μｍを越える赤波長領域で光量ピークをなし、前記第２光検出器に入射する光は０．６０μｍ以下の赤波長領域以外の波長領域で光量ピークをなす請求項７に記載の撮像用光検出装置。
  9. 　前記第１方向に沿って配置された前記複数の高屈折率透明部の前記中心軸の折れ曲がりの向きが交互に反転しており、
    　前記複数の高屈折率透明部のそれぞれに対して前記第１方向に互いに隣り合う３つの前記光検出器が対応し、
    　前記第１方向に沿って配置された前記３つの光検出器のうちの両外側の２つの光検出器は、前記３つの光検出器に対応する高屈折率透明部に対して前記第１方向において互いに隣り合う高屈折率透明部にも対応している請求項１又は２に記載の撮像用光検出装置。
  10. 　前記第１方向に沿って配置された前記複数の高屈折率透明部の前記中心軸の折れ曲がりの向きが同じであり、
    　前記複数の高屈折率透明部のそれぞれに対して前記第１方向に互いに隣り合う３つの前記光検出器が対応し、
    　前記複数の光検出器のそれぞれは、前記０次回折光、前記１次回折光、及び前記－１次回折光のうちのいずれか１つを検出する請求項１又は２に記載の撮像用光検出装置。
  11. 　前記第１方向と平行な複数の列に沿って前記高屈折率透明部が配置されており、
    　前記第１方向と平行な前記高屈折率透明部の列を構成する各高屈折率透明部の前記第１方向の位置が、前記第１方向と直交する第２方向において互いに隣り合う２つの列間で前記第１方向の配置ピッチの０倍、０．５倍、１倍、又は１．５倍だけ位置ずれしている請求項９に記載の撮像用光検出装置。
  12. 　前記第１方向と平行な複数の列に沿って前記高屈折率透明部が配置されており、
    　前記第１方向と平行な前記高屈折率透明部の列における前記中心軸の折れ曲がりの向きが前記第１方向と直交する第２方向において互いに隣り合う２つの列間で同じであり、
    　前記第１方向と平行な前記高屈折率透明部の列を構成する各高屈折率透明部の前記第１方向の位置が、前記第２方向において互いに隣り合う２つの列間で前記第１方向の配置ピッチの０倍、１／３倍、又は２／３倍だけ位置ずれしている請求項１０に記載の撮像用光検出装置。
  13. 　前記第１方向と平行な複数の列に沿って前記高屈折率透明部が配置されており、
    　前記第１方向と平行な前記高屈折率透明部の列における前記中心軸の折れ曲がりの向きが前記第１方向と直交する第２方向において互いに隣り合う２つの列間で反転しており、
    　前記第１方向と平行な前記高屈折率透明部の列を構成する各高屈折率透明部の前記第１方向の位置が、前記第２方向において互いに隣り合う２つの列間で前記第１方向の配置ピッチの０倍、１／３倍、又は２／３倍だけ位置ずれしている請求項１０に記載の撮像用光検出装置。
  14. 　前記第１光検出器はその表面を含まない深層領域で光を検出し、前記第２光検出器はその表面を含まない深層領域で光を検出し、前記第３光検出器はその表面を含む表層領域で光を検出する請求項４に記載の撮像用光検出装置。
  15. 　前記第１光検出器はその表面を含まない深層領域で光を検出し、前記第２光検出器はその表面を含む表層領域で光を検出する請求項６に記載の撮像用光検出装置。
  16. 　前記第１光検出器はその表面を含まない深層領域で光を検出し、前記第２光検出器はその表面を含む表層領域で光を検出する請求項８に記載の撮像用光検出装置。
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