固态成像装置和包括固态成像装置的成像系统.pdf

《固态成像装置和包括固态成像装置的成像系统.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固态成像装置和包括固态成像装置的成像系统.pdf（20页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103329024 A (43)申请公布日 2013.09.25 CN 103329024 A *CN103329024A* (21)申请号 201280005806.9 (22)申请日 2012.01.16 2011-007708 2011.01.18 JP G02B 7/34(2006.01) G02B 6/42(2006.01) H01L 27/146(2006.01) H04N 5/232(2006.01) (71)申请人 佳能株式会社 地址 日本东京 (72)发明人 池本圣雄 高木章成 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038。

2、 代理人 魏小薇 (54) 发明名称 固态成像装置和包括固态成像装置的成像系 统 (57) 摘要 本发明提供一种固态成像装置， 其即使在像 素尺寸较小时仍可以以高精度测距。该固态成 像装置包括 ： 具有折射率不同的多个区域的光波 导 ； 以及光电转换单元， 用于将被引导通过光波 导的光转换为电信号。光波导包括 ： 位于光入射 侧的主波导， 以及与主波导连接并位于光电转换 单元侧的第一副波导和第二副波导。主波导引导 从第一方向进入的光和从第二方向进入的光。第 一副波导和第二副波导分别引导已经从第一方向 进入并且已经通过主波导的光和已经从第二方向 进入并已经通过主波导的光。 (30)优先权数据 (。

3、85)PCT申请进入国家阶段日 2013.07.15 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2012/051282 2012.01.16 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/099262 EN 2012.07.26 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 10 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书10页 附图7页 (10)申请公布号 CN 103329024 A CN 103329024 A *CN103329024A* 1/2 页 2 1. 一种具有像素的固态成像装置， 包括 ： 光波导， 具有折射率不同。

4、的多个区域 ； 以及 光电转换单元， 用于把通过光波导引导的光转换为电信号， 其中 ： 所述光波导包括 ： 位于光入射侧的主波导， 以及与所述主波导连接并位于光电转换单 元侧的第一副波导和第二副波导 ； 所述主波导引导从第一方向进入的光和从第二方向进入的光 ； 以及 所述第一副波导和第二副波导分别引导已经从第一方向进入并且已经通过主波导的 光和已经从第二方向进入并且已经通过主波导的光。 2. 根据权利要求 1 所述的固态成像装置， 其中， 具有不同折射率的多个区域中的每个 区域包括芯部件和包层部件。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的固态成像装置， 其中 ： 在第一副波导和第二副波导中的一。

5、个副波导中， 从第一方向进入的由第一副波导和第 二副波导中的该一个副波导引入、 并且出射的光的强度高于从第二方向进入的由第一副波 导和第二副波导中的该一个副波导引入、 并且出射的光的强度 ； 以及 在第一副波导和第二副波导中的另一个副波导中， 从第二方向进入的由第一副波导和 第二副波导中的该另一个副波导引入、 并出射的光的强度高于从第一方向进入的由第一副 波导和第二副波导中的该另一个副波导引入、 并出射的光的强度。 4.根据权利要求1到3中任一项所述的固态成像装置， 其中， 所述第一副波导和第二副 波导被设置为之间的间隔等于或大于被引入到光电转换单元并被检测的入射光的波长的 1/20。 5.根。

6、据权利要求1到4中任一项所述的固态成像装置， 其中， 所述第一副波导和第二副 波导是关于要被检测的入射光的多模式波导。 6. 根据权利要求 2 所述的固态成像装置， 其中， 主波导中的出射端的宽度是被引入光 电转换单元并被检测的入射光的波长与形成主波导的芯部件的介质的折射率的乘积的 1.5 倍以上。 7.根据权利要求2或6所述的固态成像装置， 其中， 所述主波导的芯部件在宽度方面从 出射侧朝向光入射侧变得更大。 8. 根据权利要求 1 到 7 中任一项所述的固态成像装置， 其中 所述光电转换单元包括第一光电转换单元和第二光电转换单元 ； 所述第一光电转换单元被设置在所述第一副波导的出射侧 ； 。

7、以及 所述第二光电转换单元被设置在所述第二副波导的出射侧。 9. 根据权利要求 8 所述的固态成像装置， 其中 ： 所述像素包括第一像素和第二像素， 并且所述光电转换单元包括所述第一光电转换单 元和所述第二光电转换单元 ； 所述第一像素包括位于所述第一副波导的出射侧的所述第一光电转换单元 ； 以及 所述第二像素包括位于所述第二副波导的出射侧的所述第二光电转换单元。 10. 根据权利要求 9 所述的固态成像装置， 其中 ： 所述第一像素在所述第二副波导的一部分中包括用于阻挡传播光的光阻挡部件 ； 以及 所述第二像素在所述第一副波导的一部分中包括用于阻挡传播光的光阻挡部件。 权 利 要 求 书 C。

8、N 103329024 A 2 2/2 页 3 11.根据权利要求8到10中任一项所述的固态成像装置， 还包括多个像素， 其每个像素 包括所述第一光电转换单元和所述第二光电转换单元， 其中基于来自所述第一光电转换单 元和第二光电转换单元的信号， 算术处理单元输出被检体的测距信号。 12.根据权利要求8到11中任一项所述的固态成像装置， 其中， 来自所述像素中包括的 所述第一光电转换单元和第二光电转换单元的信号被加到一起以用作像素中的图像信号。 13. 一种成像系统， 包括 ： 根据权利要求 1 到 12 中任一项所述的固态成像装置 ； 以及 用于形成用于所述固态成像装置的被检体图像的光学系统，。

9、 其中 ： 从第一方向进入的光通过位于光学系统的出射瞳的表面上的第一出射瞳区域并进入 主波导 ； 以及 从第二方向进入的光通过位于光学系统的出射瞳的表面上并不同于第一出射瞳区域 的第二出射瞳区域并且进入主波导。 14. 根据权利要求 13 所述的成像系统， 其中， 所述第一出射瞳区域和所述第二出射瞳 区域被定位为关于所述光学系统的出射瞳的中心彼此对称。 权 利 要 求 书 CN 103329024 A 3 1/10 页 4 固态成像装置和包括固态成像装置的成像系统 技术领域 0001 本发明涉及固态成像装置和包括固态成像装置的成像系统， 更具体涉及用于数字 静物摄像机、 数字视频摄像机等的固态。

10、成像装置。 背景技术 0002 在数字静物摄像机或视频摄像机中， 已知用于检测用于自动聚焦 （AF） 的距离的技 术。关于这种用于检测用于 AF 的距离的技术， 日本专利申请公开 2002-314062（下文称为 专利文献 1） 提出一种固态成像装置， 其中成像装置的一部分像素具有测距功能， 并且检测 是通过相位差系统进行的。 0003 相位差系统是这样的方法， 其中比较通过摄像机镜头的光瞳上的不同区域的光学 图像， 并且使用利用立体图像的三角测量以检测距离。 0004 在该方法中， 与常规对比系统的情况不同， 不需要移动透镜以进行测距， 从而可以 进行高精度的高速 AF。另外， 可以在拍摄运。

11、动图像时进行实时 AF。 0005 在上述专利文献 1 中， 作为测距像素的结构， 公开了这样的结构 ： 其中提供了微透 镜和其下方的多个光电转换单元。 0006 这使得可以将通过摄像机镜头的光瞳上的预定区域的光选择性地引入光电转换 单元以进行测距。 发明内容 0007 技术问题 0008 然而， 在上述专利文献 1 公开的结构中， 通过微透镜的光受到在布线部件等处散 射的影响， 并且光束不能被充分分离， 并且因此， 存在降低测距精度的问题。 0009 另外， 在专利文献 1 公开的结构中， 具有小入射角的光到达两个光电转换单元之 间的区域， 未被光电转换单元检测， 并变为损失。因此， 由测距。

12、像素检测的光强度较低并更 易于受到噪声的影响， 从而降低了测距精度。 0010 另外， 当在专利文献 1 中描述的结构应用于具有小像素尺寸的固态成像装置时， 存在如下的问题。 0011 随着像素尺寸变得越小， 用于将光引入光电转换单元的微透镜的 F 值变得越大， 并且像素尺寸与衍射图像的尺寸变得几乎相同。 0012 因此， 光在像素中延伸， 并因此不能充分分离光束， 并且进一步降低了测距精度。 0013 问题的解决方案 0014 考虑上述问题做出本发明， 本发明的目的为提供固态成像装置和具有固态成像装 置的成像系统， 其可以以高精度进行测距， 尤其是， 其即使在像素尺寸较小时仍可以以高精 度进。

13、行测距。 0015 根据本发明的固态成像装置包括 ： 光波导， 具有折射率不同的多个区域 ； 以及光 电转换单元， 用于将通过光波导引导的光转换为电信号， 其中 ： 光波导包括 ： 位于光入射侧 说 明 书 CN 103329024 A 4 2/10 页 5 的主波导， 以及与主波导连接并位于光电转换单元侧的第一副波导和第二副波导 ； 主波导 引导从第一方向进入的光和从第二方向进入的光 ； 以及第一副波导和第二副波导分别引导 已经从第一方向进入并且已经通过主波导的光和已经从第二方向进入并已经通过主波导 的光。 0016 发明的有益效果 0017 根据本发明， 可以实现一种固态成像装置， 其可以。

14、以高精度进行测距， 并且尤其 是， 其即使在像素尺寸较小时仍可以以高精度进行测距 ； 并且实现一种包括该固态成像装 置的成像系统。 附图说明 0018 图 1 为在根据第一实施例的固态成像装置中设置的测距像素的示意截面图。 0019 图 2A 为示出根据第一实施例的光波导中的波导模式的图。 0020 图 2B 为示出根据第一实施例的光波导中的波导模式的图。 0021 图 3 为示出根据第一实施例的像素中的检测光强度与入射角的依赖性的图。 0022 图 4A 为利用根据第一实施例的成像装置测量到被检体的距离的方法的说明图。 0023 图 4B 为利用根据第一实施例的成像装置测量到被检体的距离的方。

15、法的说明图。 0024 图 5 为在根据第一实施例的固态成像装置中设置的测距像素的示意截面图。 0025 图 6 为示出根据第一实施例的像素中的检测光强度与入射角的依赖性的图。 0026 图 7A 为包括根据第一实施例的像素的固态成像装置的制造处理步骤的说明图。 0027 图 7B 为包括根据第一实施例的像素的固态成像装置的制造处理步骤的说明图。 0028 图 7C 为包括根据第一实施例的像素的固态成像装置的制造处理步骤的说明图。 0029 图 8 为在根据第一实施例的固态成像装置中设置的测距像素的示意截面图。 0030 图 9A 为在根据第二实施例的固态成像装置的一部分中设置的测距像素的示意。

16、截 面图。 0031 图 9B 为在根据第二实施例的固态成像装置的一部分中设置的测距像素的示意截 面图。 0032 图 10A 为在根据第二实施例的固态成像装置的一部分中设置的测距像素的示意 截面图。 0033 图 10B 为在根据第二实施例的固态成像装置的一部分中设置的测距像素的示意 截面图。 具体实施方式 0034 本发明使用这样的特性 ： 波导中的光传播状态 （波导模式） 根据进入波导的光束的 入射角而变化。 0035 更具体地， 在像素中设置多个光电转换单元， 并适当地形成波导结构。 这使得可以 将入射光中以预定角度入射的光引导到预定光电转换单元并对其进行检测， 以实现能够以 高精度测。

17、距的固态成像装置。 0036 根据本发明的固态成像装置是这样的固态成像装置， 其包括光波导和光电转换单 元， 光波导具有折射率不同的多个区域， 光电转换单元用于将被引导通过光波导的光转换 说 明 书 CN 103329024 A 5 3/10 页 6 为电信号。 0037 根据本发明， 光波导包括 ： 位于光入射侧的主波导， 以及第一副波导和第二副波 导， 其与主波导连接并位于光电转换单元侧。 0038 主波导引导从第一方向进入的光和从第二方向进入的光。 第一副波导和第二副波 导分别引导已经从第一方向进入并且已经通过主波导的光和已经从第二方向进入并已经 通过主波导的光。 0039 在根据本发明。

18、的固态成像装置中， 具有不同折射率的多个区域的每个区域都包括 芯部件和包层部件。 0040 另外， 在根据本发明的固态成像装置中， 在第一副波导和第二副波导的一个副波 导中， 由第一副波导和第二副波导中的该一个副波导引入的从第一方向入射并出射的光的 强度高于由第一副波导和第二副波导中的该一个副波导引入的从第二方向入射并出射的 光的强度， 而在第一副波导和第二副波导的另一个副波导中， 由第一副波导和第二副波导 中的另一个副波导引入的从第二方向入射并出射的光的强度高于由第一副波导和第二副 波导中的另一个副波导引入的从第一方向入射并出射的光的强度。 0041 下面参考附图描述根据本发明实施例的固态成。

19、像装置。 0042 注意， 原则上在全部附图中使用相同的附图标记表示具有相同功能的部件， 并尽 可能省略对其的重复描述。 0043 第一实施例 0044 作为第一实施例， 参考图 1 描述根据本发明的固态成像装置的示例结构。 0045 在图 1 中， 在该实施例的固态成像装置的一部分中布置测距像素 100。 0046 像素 100 自光入射侧 （+z 侧） 起包括 ： 主波导 101（芯部件 102 和包层部件 103） 、 副波导 （第一副波导） 104 和副波导 （第二副波导） 105、 以及基板 108。这里， 芯部件 102 和 包层部件 103 形成光波导的具有不同折射率的多个区域。。

20、 0047 主波导 101 的入射侧 （+z 侧） 上的端表面称为入射端表面 109， 而出射侧 （-z 侧） 上 的端表面称为出射端表面 110。 0048 副波导 104 和 105 被设置在主波导 101 的出射端表面 110 与基板 108 之间， 并且 每个都具有芯部件 106 和包层部件 107。 0049 芯部件 102 和 106、 以及包层部件 103 和 107 由成像波长带中的透明材料形成， 诸 如 SiO2、 SiN 或有机材料等。 0050 注意， 芯部件 102 由折射率高于包层部件 103 的材料形成， 芯部件 106 由折射率高 于包层部件 107 的材料形成。。

21、 0051 这使得将光约束在芯部件 102 和 106 中以传播。 0052 基板 108 由吸收成像波长带中的光的材料形成， 例如 Si， 并且包括光电转换单元， 该光电转换单元通过离子注入等在基板 108 的内部的至少部分区域中形成。 0053 从外部进入像素 100 的光束被调整为能够传播通过主波导 101 和副波导 104 和 105 以出射到基板 108 中。 0054 如果光电转换单元被设置在副波导104或105下方， 则出射光到达光电转换单元、 被转换为电子， 并且该电子输出到信号处理电路 （未示出） 。 0055 从第一方向进入像素100的光束111被转换为主波导101的波导模。

22、式113 （图2A） ， 说 明 书 CN 103329024 A 6 4/10 页 7 传播通过主波导， 并且进一步被转换为副波导 104 的波导模式 115（图 2A） 并传播通过副波 导 104。另一方面， 从第二方向进入像素 100 的光束 112 被转换为主波导 101 的波导模式 114（图 2B） 、 传播通过主波导、 并且进一步被转换为副波导 105 的波导模式 116（图 2B） 并 传播通过副波导 105。波导模式由光波导的多个本征模 (eigenmode) 的和表示并且指示传 播通过光波导的状态。 0056 本征模由光波导的芯部件和包层部件的形状和折射率唯一确定。当光束 。

23、111 和 112 进入主波导 101 时， 光束 111 和 112 被耦合到多个本征模并以固有的波导模式传播。 0057 形成波导模式的本征模的比率根据入射角而变化， 其导致波导模式中的不同电场 分布。 0058 通过适当设置主波导 101 的形状和介质， 可以进行在具有根据入射角而不同的电 场分布的波导模式中的传播。 0059 另外， 通过把传播通过主波导 101 的光的各个波导模式与各个副波导的波导模式 耦合， 使得具有不同入射角的各个入射光束传播通过不同副波导 104 和 105。 0060 随着在波导的连接部分处的两个波导模式的电场分布彼此更接近， 波导模式之间 的耦合效率变得更高。

24、。 0061 主波导 101 以及副波导 104 和 105 被设置为使得主波导 101 中的波导模式 113 和 副波导 104 中的波导模式 115 的电场分布彼此接近。 0062 另外， 主波导101和副波导104和105被设置为使得主波导101中的波导模式114 和副波导 105 中的波导模式 116 的电场分布彼此接近。通过这样， 由于波导模式 113 与波 导模式 115 高效率地耦合， 因此从第一方向进入的光束 111 传播到副波导 104。 0063 另一方面， 波导模式113与波导模式116之间的耦合效率降低， 以减少传播到副波 导 105 的光。 0064 另外， 如果入射。

25、方向相对于第一方向偏转， 则入射光以具有不同于波导模式 113 的电场分布的波导模式传播， 因此， 减少了传播到副波导 104 的光。 0065 类似地， 来自第二方向的入射光束 112 传播到副波导 105， 并且减少了传播到副波 导 105 的光。 0066 因此， 对于副波导 104， 引入来自第一方向的光束 111 并减少来自除该方向之外的 方向的光。 0067 此外， 对于副波导 105， 引入来自第二方向的光束 112 并减少来自除该方向之外的 方向的光。 0068 另外， 分别在副波导 104 和 105 中以波导模式 115 和 116 传播的光被约束在相应 的副波导中， 并在。

26、其空间范围被抑制的情况下出射到基板中。 0069 这限制了基板中的出射光分布。如果光电转换单元被适当地设置在副波导 104 和 105 的每个的下方， 则每个副波导中的光出射到光电转换单元所在的区域， 因此可以高效地 检测光。 0070 即使在除波导之外的区域中设置布线等， 入射光也通过波导的芯部件集中传播， 因此减轻了布线部件等的散射影响。即使像素尺寸变得较小， 光也被约束在波导的芯部件 中， 因此光可以不在像素中延伸地传播。 通过这些效果， 可以把根据入射角的光高效引入到 光电转换单元中。 说 明 书 CN 103329024 A 7 5/10 页 8 0071 主波导可以甚至使得具有小入。

27、射角的光根据入射方向而在不同波导模式中传播。 0072 通过耦合主波导中的波导模式与副波导中的波导模式并传播通过副波导， 即使具 有小入射角的光也可以被分离。 0073 如果在每个副波导的出射侧设置光电转换单元， 则可以检测被分离的每种光， 并 且可以减少到达没有光电转换单元的区域的损失光。 0074 主波导 101 和副波导 104 和 105 中的波导模式取决于各个波导的形状、 介质或位 置。 0075 在该实施例中描述的结构中， 通过适当设置各个波导的形状、 介质和位置， 可以获 得上述效果， 并且可以以高精度和高效率检测根据入射角的光。 0076 图 2A 和 2B 示出波导中的波导模。

28、式。 0077 图 2A 示出以角度 +（第一方向） 进入的光束 111 的在主波导 101 中的第一波导 模式 113 中和在副波导 104 中的波导模式 115 中的电场强度分布。 0078 图 2B 示出以角度 -（第二方向） 进入的光束 112 的在主波导 101 中的第一波导 模式 114 中和在副波导 105 中的波导模式 116 中的电场强度分布。这样， 在各个波导中的 波导模式根据入射角而不同。 0079 如图2A所示， 从第一方向进入的光束111被转换为第一波导模式113， 被引导通过 波导 101， 并且通过被耦合到波导模式 115 而被引导通过副波导 104。 0080 。

29、另一方面， 如图 2B 所示， 从第二方向进入的光束 112 被转换为第二波导模式 114， 被引导通过波导 101， 并且通过被耦合到波导模式 116 而被引导通过副波导 105。 0081 图 3 示出传播通过像素 100 的副波导 104 或副波导 105 并出射到基板 108 的光电 转换单元侧的光与入射角的依赖性。 0082 水平轴表示入射光的入射角， 而垂直轴表示光强度。实线表示从副波导 104 出射 到光电转换单元侧的光的光强度， 而虚线表示从副波导 105 出射到光电转换单元侧的光的 光强度。 0083 可以看到， 如图 3 所示， 光根据入射角而传播通过不同的副波导， 并出射。

30、到基板中 的光电转换单元侧。 0084 下面参考图4A和4B描述使用根据该实施例的成像装置来测量到被检体的距离的 方法。 0085 如图 4A 所示， 图像形成透镜 121 在成像装置 120 的平面上形成外部世界的图像。 成像装置 120 包括多个像素 100， 并且如图 4B 所示， 在基板 108 中包括光电转换单元 （第一 光电转换单元） 125 和光电转换单元 （第二光电转换单元） 126。 0086 光电转换单元 125 和 126 分别被设置在副波导 104 和 105 下方。 0087 图像形成透镜 121 与成像装置 120 之间的距离对于像素的尺寸而言较大。因此， 通过图像。

31、形成透镜 121 的出射瞳上的不同区域的光束作为不同入射角的光束入射到成像 装置 120 上。 0088 在成像装置120的像素的每个中包括的光电转换单元126中， 检测到通过区域122 （第一出射瞳区域） 的光束， 所述区域 122 基本对应于图像形成透镜 121 的出射瞳 （形成被检 体图像的光学系统的出射瞳） 的第一方向。 0089 类似地， 在光电转换单元 125 中， 检测到通过区域 123（第二出射瞳区域） 的光束， 说 明 书 CN 103329024 A 8 6/10 页 9 区域 123 基本对应于图像形成透镜 121 的出射瞳的第二方向。因此， 可以检测通过图像形 成透镜 。

32、121 的出射瞳上的不同区域的光学图像， 并且可以比较来自多个光电转换单元 126 的像素信号和来自多个光电转换单元 125 的像素信号。 0090 因此， 通过已知方法， 可以从其产生被检体测距信号， 并可以输出该被检体测距信 号以检测到被检体的距离。 执行这样的已知方法， 可使用执行特定处理的算术处理单元。 本 发明包括包含算术处理单元的固态成像装置。 0091 下面， 参考图 5 描述以下结构的示例 ： 在该结构中主波导的芯部件的宽度从出射 端表面 110 朝向入射端表面 109 变得更大。 0092 在图 5 中， 像素 100 从光入射侧 （+z 侧） 包括主波导 131（芯部件 1。

33、32 和包层部件 133） 、 副波导 104 和 105、 以及基板 108。 0093 副波导 104 和 105 被设置在主波导 131 的出射端表面 110 与基板 108 之间。主波 导 131 的芯部件 132 被形成为从出射端表面 110 朝向入射端表面 109 变得更大 （呈锥形） 。 注意， 芯部件 132 由折射率高于包层部件 133 的折射率的材料形成。 0094 从外部进入像素 100 的光束传播通过主波导 131 和副波导 104 与 105 以出射到基 板 108 中。 0095 如果光电转换单元被设置在副波导104或105下方， 则出射光到达光电转换单元， 被转换。

34、为电子， 并且该电子输出到信号处理电路 （未示出） 。 0096 通过适当设置， 除了主波导131的芯部件132的宽度和高度之外， 还可以详细控制 锥形形状的侧壁的倾斜度、 主波导 131 的波导模式。另外通过耦合并传播主波导 131 的波 导模式和副波导 104 与 105 的波导模式， 可以详细控制像素的入射角的特性。例如， 可以详 细控制检测光为最大的那个入射角和检测光随着入射角变化的方式。 0097 另外， 如果芯部件132是锥形， 则可以将进入像素100的整个表面的光束引入到副 波导 104 和 105 的芯部件 106， 并且可以增加出射到基板侧的光。 0098 使用该锥形， 可以。

35、确保其中设置有用于提取电信号的布线的空间 （其在图 5 中未 示出） 。另外， 其中光传播的区域限于像素中的预定区域， 并且可以减轻由光泄漏到相邻像 素导致的串扰。 0099 图 6 示出传播通过像素 100 的副波导 104 或副波导 105 并出射到基板 108 的光与 入射角的依赖性。 0100 水平轴表示入射光的入射角， 而垂直轴表示光强度。实线表示从副波导 104 出射 的光的光强度， 而虚线表示从副波导 105 出射的光的光强度。 0101 可以看到， 如图所示， 光根据入射角传播通过不同的副波导， 并出射到基板中。 0102 优选地， 主波导 131 的侧壁的倾斜度是缓和的。进入。

36、主波导 131 的光被侧壁全反 射并传播。 0103 随着侧壁的倾斜度变得更陡， 入射光进入侧壁的角度变得更浅， 并且被全反射的 光减少。 0104 通过使得侧壁的倾斜度缓和， 被全反射的光增多， 并且传播的光增多。 0105 另外， 当波导中的光传播时， 波导的宽度变化转换波导模式。 随着侧壁的倾斜度变 得更陡， 波导模式被更突然地转换， 并且光的一部分变得更容易被转换为波导模式以外的 反射光或散射光。 说 明 书 CN 103329024 A 9 7/10 页 10 0106 通过使得侧壁的倾斜度较缓和， 被转换为波导模式以外的光的光的比率减小， 并 且可以使得光高效地传播。 0107 在。

37、主波导 131 的侧壁与光轴 （z 轴） 之间形成的角度期望地等于或小于 45 度， 更期 望地等于或小于 35 度。 0108 通过使得主波导 131 的侧壁形成这样的角度， 光可以高效地传播。 0109 注意， 在本发明中， 主波导 131 的芯部件的形状不限于锥形， 并且侧壁可以为阶梯 状。 0110 例如， 可以使用以下这样的结构 ： 在该结构中逐个设置两个或多个具有不同芯部 件宽度的波导， 因此使得芯部件的宽度从出射侧朝向入射侧变得更大。 0111 通过制造并从出射侧逐个堆叠波导可以容易地制造这样的结构， 并且可以获得上 述效果。 0112 为了使得主波导 131 中的光以不同波导模。

38、式传播并将光引入到副波导， 期望这样 的状态 ： 其中在主波导 131 的出射端表面 110 可以存在多个本征模。 0113 通过以下几项确定本征模的数目 ： 波导的宽度、 形成波导的介质的折射率、 以及传 播的光的波长。优选地， 位于出射端表面 110 的芯部件 132 的宽度较长。 0114 期望的是， 位于出射端表面 110 的芯部件 132 的宽度是通过把要被检测的光的波 长与形成芯部件132的介质的折射率相乘获得的乘积的1.5倍以上， 更期望的是， 位于出射 端表面 110 的芯部件 132 的宽度是所述乘积的大于两倍以上。 0115 这使得在主波导131的出射端表面110存在多个本。

39、征模， 并且可以获得上述效果。 0116 期望的是， 副波导104和105为多模式波导， 其中相对于将要检测的入射光存在多 个本征模。 0117 通过多个本征模之和来确定波导模式中的电场分布。随着本征模的数目变得更 大， 可以存在具有更多样化的电场分布的波导模式。 0118 通过使得副波导成为多模波导， 可以更容易地把副波导高效地耦合到主波导的波 导模式。 0119 从主波导 101 传播到副波导 104 和 105 的光可以增加以增加检测的光强度。 0120 随着检测的光强度变得更高， 减少了在光电转换单元、 布线等中导致的噪声对图 像信号的影响， 以改进信号的质量。 0121 期望的是副波。

40、导 104 和副波导 105 被设置为之间具有充分的空间。 0122 波导模式的电场分布范围可达芯部件和包层部件。 0123 当使得副波导 104 和副波导 105 彼此更接近时， 由于范围分别可达包层部件的重 叠电场分布， 所以两个波导的波导模式彼此耦合， 并且传播通过副波导中一个的光的一部 分传播到副波导中的另一个。光变为噪声以降低检测图像信号的精度。 0124 另外， 当光电转换单元被设置在每个副波导下方， 需要根据副波导之间的距离将 光电转换单元、 布线等形成为彼此更靠近， 这使得制造困难。 副波导之间的距离期望地等于 或大于要被检测的入射光的波长的 1/20, 更期望等于或大于 1/。

41、10， 进一步期望等于或大于 1/5。 0125 这可以减少传播通过一个副波导的光到另一个副波导的传播。 0126 注意， 为了不考虑到被检体的距离和被检体的位置而以高精度检测距离， 期望的 说 明 书 CN 103329024 A 10 8/10 页 11 是， 第一出射瞳区域 122 和第二出射瞳区域 123 被设置为关于出射瞳的中心 124 对称。 0127 相对于通过出射瞳的中心 124 并进入成像装置的主光束来定义第一方向和第二 方向。 0128 更具体地， 当主光束以倾斜方向进入成像装置的平面时， 将第一方向和第二方向 分别定义为在相反方向形成与倾斜主光束的入射角相等的角度。 通过。

42、改变主波导的芯部件 的形状， 可以改变根据入射光的入射角的波导模式的空间分布。 0129 通过基于波导模式的空间分布来确定设置副波导 104 和 105 的位置， 可以实现检 测的光强度与入射角的需要的依赖性。 0130 当图像形成透镜的出射瞳的位置相对于成像装置的平面在有限距离处、 并且主光 束的入射角随着视场而变化时， 可以根据入射角的变化量来在成像装置的平面中改变像素 中的芯部件的形状和副波导 104 与 105 的设置。 0131 另外， 可以根据副波导 104 和 105 的设置来改变光电转换单元的设置。 0132 像素 100 可以被设置在成像装置 120 的每个像素中。这使得可以。

43、在成像装置 120 中的任意区域或全部区域中进行测距。 0133 另外， 可以把通过在每个像素 100 中包括的光电转换单元 125 和 126 接收的光加 到一起 （算术处理） 以用作拍摄图像的图像信号。可以防止像素 100 变为拍摄图像的缺陷像 素， 并且可以改进拍摄图像的质量。 0134 在像素 100 中包括的副波导和光电转换单元不限于该实施例中的设置。 0135 例如， 可以将副波导设置在两行和两列中 （共四个） 。通过布置多个这样的像素， 可 以分离从垂直方向和水平方向进入的光。通过在每个副波导的出射侧提供光电转换单元， 可以进行在垂直方向和水平方向具有图案的被检体的测距。 013。

44、6 或者， 可以在像素 100 中垂直或水平地设置三个或更多个副波导。出射瞳可以更 精细地分割， 并且通过在每个副波导的出射侧设置光电转换单元， 可以以更高精度进行测 距。 0137 可以在光入射侧设置用于限制进入像素 100 的光的波长带的滤色器。 0138 这可以使得波导模式中由于波长的变化影响更小， 因此， 可以改进检测的光强度 的角度选择性， 并且可以使检测距离的精度更高。 0139 滤色器由这样的材料形成 ： 该材料透射预定波长带中的光， 并吸收、 反射或散射其 它波长带中的光， 例如， 使用有机材料或无机材料以形成滤色器。 0140 如上所述， 通过在像素中提供主波导和多个副波导并。

45、适当地设置各个波导的形 状、 介质和设置， 可以分离根据入射角的光。通过检测各个光束， 可以实现可以以高精度进 行测距的固态成像装置。 0141 图 7A 到 7C 用于描述包括根据该实施例的像素 100 的固态成像装置的制造处理步 骤。 0142 首先， 将离子注入到由硅形成的基板108的预定位置， 以形成光电转换单元125和 126。当形成布线等 （未示出） 之后， 通过从背侧的 CMP、 回蚀刻等使得基板成为薄膜 （图 7A） 。 0143 然后， 通过如下步骤形成副波导 104 和 105 ： 形成 SiN 膜， 通过光刻、 削除 （lift-off） 等形成芯部件 106， 并且形成。

46、 SOG 膜并通过 CMP、 回蚀刻等进行平坦化以形成包 层部件 107（图 7B） 。另外， 通过形成主波导 101， 可以制造像素 100（图 7C） 。 说 明 书 CN 103329024 A 11 9/10 页 12 0144 形成根据本发明的固态成像装置的介质不限于该实施例， 而可以使用其它介质。 0145 可以对于主波导和副波导的芯部件、 或对于主波导和副波导的包层部件使用彼此 不同的介质。 0146 根据本发明， 如图 8 所示， 所述结构可以是背表面入射型， 其中在硅基板 108 中设 置主波导 101 和副波导 104 与 105。 0147 光电转换单元被设置在基板中的副。

47、波导 104 和 105 的前侧 （+z 侧） 。 0148 使用这样的结构， 检测从基板的背侧进入的光 （在 +z 方向中传播的光） 。布线等可 以被设置在硅基板 108 的前侧， 因此可以避免布线等阻挡入射光的传播。 0149 另外， 减小了由于布线等导致的空间约束条件， 因此可以更自由地选择主波导和 副波导的形状， 并且可以高效地将入射光引入到光电转换单元。 0150 第二实施例 0151 作为第二实施例， 参考图 9A 和 9B 描述根据本发明的固态成像装置的另一个示例 结构。 0152 在图 9A 和 9B 中， 在该实施例的固态成像装置的一部分中设置测距像素 200、 201。 0。

48、153 像素 （第一像素） 200 和像素 （第二像素） 201 每个从光入射侧 （+z 侧） 包括主波导 131 （芯部件 132 和包层部件 133） 、 副波导 104 和 105、 以及具有光电转换单元 202 或 203 的 基板 108。 0154 光电转换单元 202 或 203 被分别设置在副波导 104 和 105 的出射侧。 0155 从外部在第一方向进入如图 9A 所示的像素 200 中的光束 111 类似于第一实施例 的情况传播通过主波导 131 和副波导 104， 并被引入到光电转换单元 202。另一方面， 从第 二方向进入的光束 112 传播通过主波导 131 和副波导 105。传播通过副波导 105 的光出射 到基板 108 中并被吸收和衰减。 0156 这使得可以检测从第一方向进入的光束111。 类似地， 在图9B所示的像素201中， 可以检测从第二方向进入的光束 112。通过作为类似于第一实施例的情况那样布置的多个 像素 200 和 201 的各个像素中包括的光电转换单元 202、 203 的检测信号， 可以精确地检测 到被检体的距离。 0157 另外， 可以将通过光电转换单元 202、 203 检测的信号加到一起以用作拍摄图像的 像素 200 和 201 中的图像信号。 0158 使用这样的结构， 可以抑制由于。