[发明专利]固态成像装置和电子设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年4月1日提交的日本优先权专利申请JP2013-076282的权益，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及固态成像装置和电子设备，特别是，涉及以低成本实现小像素尺寸和分辨率改善而不限制设计自由度的固态成像装置和电子设备。

背景技术

近年来，已经小型化了成像传感器中的像素。通过小型化像素，增加了每个芯片的像素数量。结果，提供了分辨率改善的图像。

对于小型化像素，提出了一种构造，其内层透镜或光学波导设置为使足够的光入射到每个像素中的光接收部分上（例如，见日本专利申请提前公开第2003-203694号、第2005-294749号和第2007-180208号）。

当分辨力的1/2小于像素尺寸时，通过仅减小像素尺寸可提供高分辨率。分辨率由设置在成像传感器外部的成像透镜的衍射极限或像差决定。当具有相同亮度的两个点光源设置在几乎相同的位置且由成像传感器上的透镜进行成像时，由于衍射极限和像差，成像不具有点而是具有峰，其中该峰具有一定的宽度。分辨力可定义为两个峰之间的最小可辨别宽度。

例如，采用瑞利（Rayleigh）极限。当峰高度定义为1且两个峰在1/e（=0.368）处相交时，两个峰的结合曲线的谷为0.735，这是分辨极限。两个峰之间的距离定义为分辨力。

当像素尺寸大于分辨力的1/2时，分辨力由像素尺寸决定。这由奈奎斯特（Nyquist）定理限定。这里，将原始信号中包括的最大频率成分定义为f。当原始信号以2f或更大的频率增益时，原始信号可完全复原。

在普通的照相机中，如果F值大于5.6，则分辨力是由透镜的衍射极限限定的比率，并且如果F值低于5.6，则分辨力是由透镜的像差限定的比率。安装在紧凑数字相机、摄像机和移动电话上的照相机的F值通常在1.2至5.6的范围内。因此，分辨力是由透镜的像差限定的比率。

当F值在5.6至8的范围内时，提供最佳分辨率。此时，分辨力为约4μm。由奈奎斯特定理，像素尺寸应为2μm。这意味着分辨率饱和，并且即使减小像素尺寸，分辨率也不能变得更好。

例如，提出了这样的技术，折射率大于1的透明基板粘附到成像传感器，因此由衍射极限所限制的分辨力比率或者由透镜像差限制的分辨力比率降低，结果得到改善的分辨率（见日本专利申请提前公开第2010-161180号）。

再者，提出了这样的技术，光学部件构造为具有平面板部分和凸出曲面部分，并且波导用在平面板部分中，因此改善了分辨率（见日本专利申请提前公开第2011-135096号）。

然而，在日本专利申请提前公开第2010-161180号中描述的技术中，如果玻璃基板等增厚至厘米级而进行安装，则分辨率没有得到足够改善。因此限制了成像透镜系统。

在日本专利申请提前公开第2011-135096号中描述的技术中，光学部件应以良好的精确度粘附每个像素。这样的技术困难可能会增加成本。

如上所述，在包括成像传感器和诸如成像透镜的光学系统的现有固态成像装置中，对通过改变成像传感器（半导体芯片）的构造来改善分辨率有所限制。

发明内容

所期望的是以低成本实现小像素尺寸和分辨率改善而不限制设计自由度。

根据本发明的第一实施例，所提供的固态成像装置包括由双折射材料形成的透明基板，该双折射材料具有在垂直于光接收表面的方向上的高折射率和在平行于芯片表面的方向上的低折射率，透明基板设置在光接收表面上。

双折射材料的高折射率n_e和低折射率n_o的折射率比n_e/n_o可为1.1或更大。

双折射材料可为无机材料。

无机材料可为石英、TiO₂、方解石或铌酸锂。

双折射材料可为有机材料。

有机材料可为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯树脂（PC）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-苯乙烯（AS树脂）或聚甲基丙烯酸类苯乙烯（MS树脂）。

双折射材料可具有电介质多层结构，该电介质多层结构结合了具有不同相对介电常数的材料。

电介质多层结构可通过结合具有不同相对介电常数的材料来构成，以使具有相同相对介电常数的材料的每个区域为500nm或更小。

电介质多层结构可通过将该具有相同相对介电常数的材料布置成格子形、六边形、八边形或柱形状而形成。