(57)【要約】【課題】設計の自由度に制約を与えることなく、低コストで画素サイズの小型化と解像度の向上を実現できるようにする。【解決手段】受光面に対して垂直方向に屈折率が高く、かつチップ面に対して平行方向に屈折率が低い複屈折材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置して成る。【選択図】図４
2014203854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面に対して垂直方向に屈折率が高く、かつ受光面に対して平行方向に屈折率が低い複屈折材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置した
固体撮像装置。 
【請求項２】
前記複屈折材料の高い屈折率ｎｅと低い屈折率ｎｏの屈折率比がｎｅ/ｎｏ＝１.１以上となる構造を有する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記複屈折材料は、無機材料とされる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記無機材料が、石英、ＴｉＯ2、方解石、または、ニオブ酸リチウムである
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記複屈折材料は、有機材料とされる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記有機材料が、ポリメタクリル酸メチル(ＰＭＭＡ)、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン(ＰＳ)、アクリロニトリルスチレン(ＡＳ樹脂)、ポリメタクリルスチレン(ＭＳ樹脂)である
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複屈折材料は、比誘電率の異なる材料を組み合わせた誘電体多層構造を有する
請求項１に記載の固体撮像装置。 
【請求項８】
前記誘電体構造は、誘電体多層構造において同一の比誘電率となる部分が５００ｎｍ以下となるように、比誘電率の異なる材料を組み合わせて構成される
請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記誘電体構造は、前記同一の比誘電率となる材料を井形、六角形、八角形、または柱状に並べて形成される
請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記複屈折材料が、短波長の光に対して屈折率が高くなり、長波長の光に対して屈折率が低くなる屈折率分散性をさらに有する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記複屈折材料のアッベ数が４０以下である
請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
受光面に対して垂直方向に屈折率が高く、かつ受光面に対して平行方向に屈折率が低い複屈折材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置した固体撮像装置を備える
電子機器。
【請求項１３】
短波長の光に対して屈折率が高く、長波長の光に対して屈折率が低い屈折率分散材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置する
固体撮像装置。 
【請求項１４】
屈折率分散材料のアッベ数が４０以下である
請求項１３に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
屈折率分散材料が、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン(ＰＳ)、アクリロニトリルスチレン(ＡＳ樹脂)、ポリメタクリルスチレン(ＭＳ樹脂)、ガラス系材料、またはＴｉＯ2とされる
請求項１４に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
短波長の光に対して屈折率が高く、長波長の光に対して屈折率が低い屈折率分散材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置する固体撮像装置を備える
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像装置および電子機器に関し、特に、設計の自由度に制約を与えることなく、低コストで画素サイズの小型化と解像度の向上を実現できる固体撮像装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、イメージセンサにおいて画素微細化の開発が続いている。画素の微細化によって１チップ当たりの画素数が増加するため、その結果として、解像度が向上した画像が得られるようになる。
【０００３】
また、微細化された画素においても、各画素の受光部に充分な量の光が入射するように、層内レンズや光導波路を設けた構成が提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照。）。
【０００４】
画素サイズを小さくすることで高い解像度が得られる効果は、分解能の１/２が画素サイズよりも小さい範囲で成り立つ。分解能は、イメージセンサの外部に設けられた結像レンズの回折限界や収差で決まるが、２つの同じ輝度の点光源がほぼ同じ位置に存在し、イメージセンサ上にレンズで結像したときに、回折限界や収差の影響で点ではなくピークとして広がりを持って結像される。この２つのピークを識別できる最小幅を分解能と定義することができる。
【０００５】
例えば、レーリー限界を用いた場合、ピーク高さを1として場合に、２つのピークが１/ｅ(＝０.３６８)で交差したときに、２つのピークの合成曲線のくぼみが０.７３５となり、これが分解できる限界となる。このときの２つのピーク間距離が、分解能と定義される。
【０００６】
なお、ここで画素サイズが分解能の１/２より大きくなるときに画素サイズで分解能が決まる理由は、ナイキストの定理による。原信号に含まれる最大周波数成分をｆとすると、２ｆよりも高い周波数で取得することで、原信号を完全に復元することができるということを示している。
【０００７】
一般的なカメラでは、Ｆ値が５.６より大きい範囲での分解能はレンズの回折限界で律速され、Ｆ値がそれより小さい範囲ではレンズの収差で律速されている。コンパクトデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話に搭載されているカメラ等のＦ値は、通常１.２乃至５.６の範囲に収まるものが多いので、分解能はレンズの収差で律速されていることになる。
【０００８】
また、最も解像度が良くなるのはＦ値が５.６乃至８のときで、このとき分解能は、４μｍ程度となり、ナイキストの定理から、画素サイズとしては２μｍとなる。このとき解像度が限界を迎え、それ以上、画素サイズを小さくしても解像度が良くならないことを意味する。
【０００９】
例えば、イメージセンサ上に屈折率が１より大きい透明基板を貼ることで、回折限界によって律速される分解能、またはレンズの収差によって律速される分解能を小さくし、結果として解像度を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
また、平板状の部分と凸な曲面形状の部分とを有する光学部品を構成し、かつ平板状の部分に導波路を用いることで、解像度を向上させる技術も提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２０３６９４号公報
【特許文献２】特開２００５−２９４７４９号公報
【特許文献３】特開２００７−１８０２０８号公報
【特許文献４】特開２０１０−１６１１８０号公報
【特許文献５】特開２０１１−１３５０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献４の場合、ガラス基板等をｃｍオーダーで厚く装着しなければ十分な解像度向上の結果が得られない。そのために結像レンズ系に制約が生じる。
【００１３】
また、特許文献５の場合は、画素ごとに精度良く光学部品を接着する必要があり、技術的に困難な面があるためにコストが高くなる。
【００１４】
このように、従来の技術では、イメージセンサと結像レンズ等の光学系とを備えた固体撮像装置において、イメージセンサ（半導体チップ）の構成を工夫することによる解像度の向上は限界があった。
【００１５】
本技術はこのような状況に鑑みて開示するものであり、設計の自由度に制約を与えることなく、低コストで画素サイズの小型化と解像度の向上を実現できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本技術の第１の側面は、受光面に対して垂直方向に屈折率が高く、かつチップ面に対して平行方向に屈折率が低い複屈折材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置した固体撮像装置である。
【００１７】
前記複屈折材料の高い屈折率ｎｅと低い屈折率ｎｏの屈折率比がｎｅ/ｎｏ＝１.１以上となる構造を有するようにすることができる。
【００１８】
前記複屈折材料は、無機材料とされるようにすることができる。
【００１９】
前記無機材料が、石英、ＴｉＯ2、方解石、または、ニオブ酸リチウムであるようにすることができる。
【００２０】
前記複屈折材料は、有機材料とされるようにすることができる。
【００２１】
前記有機材料が、ポリメタクリル酸メチル(ＰＭＭＡ)、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン(ＰＳ)、アクリロニトリルスチレン(ＡＳ樹脂)、ポリメタクリルスチレン(ＭＳ樹脂)であるようにすることができる。
【００２２】
前記複屈折材料は、比誘電率の異なる材料を組み合わせた誘電体多層構造を有するようにすることができる。
【００２３】
前記誘電体構造は、誘電体多層構造において同一の比誘電率となる部分が５００ｎｍ以下となるように、比誘電率の異なる材料を組み合わせて構成されるようにすることができる。
【００２４】
前記誘電体構造は、前記同一の比誘電率となる材料を井形、六角形、八角形、または柱状に並べて形成されるようにすることができる。
【００２５】
前記複屈折材料が、短波長の光に対して屈折率が高くなり、長波長の光に対して屈折率が低くなる屈折率分散性をさらに有するようにすることができる。
【００２６】
前記複屈折材料のアッベ数が４０以下であるようにすることができる。
【００２７】
本技術の第２の側面は、受光面に対して垂直方向に屈折率が高く、かつチップ面に対して平行方向に屈折率が低い複屈折材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置した電子機器である。
【００２８】
本技術の第１の側面および第２の側面においては、受光面に対して垂直方向に屈折率が高く、かつチップ面に対して平行方向に屈折率が低い複屈折材料により構成される透明基板が、前記受光面上に配置される。
【００２９】
本技術の第３の側面は、短波長の光に対して屈折率が高く、長波長の光に対して屈折率が低い屈折率分散材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置する固体撮像装置である。
【００３０】
屈折率分散材料のアッベ数が４０以下であるようにすることができる。
【００３１】
屈折率分散材料が、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン(ＰＳ)、アクリロニトリルスチレン(ＡＳ樹脂)、ポリメタクリルスチレン(ＭＳ樹脂)、ガラス系材料、またはＴｉＯ2とされるようにすることができる。
【００３２】
本技術の第４の側面は、短波長の光に対して屈折率が高く、長波長の光に対して屈折率が低い屈折率分散材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置する固体撮像装置を備える電子機器である。
【００３３】
本技術の第３の側面および第４の側面においては、短波長の光に対して屈折率が高く、長波長の光に対して屈折率が低い屈折率分散材料により構成される透明基板が、前記受光面上に配置される。
【発明の効果】
【００３４】
本技術によれば、設計の自由度に制約を与えることなく、低コストで画素サイズの小型化と解像度の向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】イメージセンサの分解能について説明する図である。
【図２】図１の右側のグラフを拡大した図である。
【図３】一般的なカメラの解像度の基準となる分解能とレンズのＦ値の関係を示す図である。
【図４】本技術を適用した固体撮像装置の一実施の形態に係る構成例を示す斜視図である。
【図５】結像レンズ系の収差を説明する図である。
【図６】複屈折性透明基板を設けたことによる結像レンズ系の収差の変化を説明する図である。
【図７】図６のセンサチップおよび複屈折性透明基板の部分を拡大した図である。
【図８】複屈折性透明基板の複屈折性を説明する図である。
【図９】図８の複屈折性透明基板の一部を拡大した図である。
【図１０】入射面と偏光方向の関係を説明する図である。
【図１１】ｐ波偏光の光とs波偏光の光の反射率の入射角度依存特性を説明する図である。
【図１２】複屈折の効果を説明する図である。
【図１３】複屈折の効果を説明する別の図である。
【図１４】複屈折の効果を説明するさらに別の図である。
【図１５】ポリマーの複屈折性発現機構を説明する模式図である。
【図１６】比誘電率ε１と比誘電率ε２の材料を用いた誘電体多層構造について説明する図である。
【図１７】誘電体多層構造において斜めに光が入射する場合を説明する図である。
【図１８】誘電体多層構造の例を示す図である。
【図１９】本技術を適用した固体撮像装置の別の実施の形態を示す斜視図である。
【図２０】結像レンズ系の色収差を説明する図である。
【図２１】屈折率分散性透明基板を設けたことによる結像レンズ系の色収差の変化を説明する図である。
【図２２】屈折率分散性透明基板のアッベ数と、色収差の関係を示す図である。
【図２３】誘電体多層構造を用いて複屈折性透明基板を形成する場合の製造プロセスの例を説明する図である。
【図２４】誘電体多層構造を用いて複屈折性透明基板を形成する場合の製造プロセスの別の例を説明する図である。
【図２５】本技術を適用した電子機器としての、カメラ装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して、ここで開示する技術の実施の形態について説明する。
【００３７】
最初に分解能について説明する。
【００３８】
イメージセンサの分解能は、イメージセンサの外部に設けられた結像レンズの回折限界や収差で決まる。図１は、分解能について説明する図である。
【００３９】
図１に示されるように２つの同じ輝度の光源である点光源１１−１および点光源１１−２が、イメージセンサ１４の受光面からほぼ同じ距離に存在するものとする。このとき、イメージセンサ１４の受光面（図中左側の面）上にレンズ１２および絞り１３を介して結像する光は、回折限界や収差の影響で点ではなくピークとして広がりを持つ。なお、図１の右側に示されるグラフは、横軸が受光した光の強度を表し、縦軸がイメージセンサの受光面上での位置をあらわし、２つの点光源に対応して受光した光の強度の変化を示したものである。
【００４０】
図２は、図１の右側のグラフを拡大した図である。同図は、横軸が受光面上での位置とされ、縦軸が受光した光の強度とされる。例えば、図２に示される線２１は、点光源１１−１に対応する光の強度の変化を表しており、線２２は、点光源１１−２に対応する光の強度の変化を表している。
【００４１】
線２１はＰ１でピークが形成されており、線２２はＰ２でピークが形成されている。この２つのピークＰ１およびＰ２を識別できる最小幅が分解能と定義される。
【００４２】
レーリー限界を用いた場合、ピークＰ１およびＰ２の高さ（光強度）を１とすると、線２１および線２２が１/ｅ(＝０.３６８)で交差したときに、２つのピークの合成曲線のくぼみの位置（光強度）が０.７３５となり、これが分解できる限界となる。このときのピークＰ１およびＰ２間の距離ωが分解能と定義される。
【００４３】
画素サイズを小さくすることで高い解像度が得られる効果は、画素サイズが分解能の１/２よりも大きい範囲で成り立つ。ナイキスト定理により、画素サイズが分解能の１/２より大きくなるときに画素サイズで分解能が決まることが分かっているからである。ナイキスト定理は、例えば、原信号に含まれる最大周波数成分をｆとすると、２ｆよりも高い周波数で取得することで、原信号を完全に復元することができるということを示している。
【００４４】
図３は、一般的なカメラの解像度の基準となる分解能とレンズのＦ値の関係を示す図である。同図は横軸がＦ値を表し、縦軸が分解能を表し、レンズを通過した光の回折による分解能の変化、レンズを通過した光の収差による分解能の変化、およびそれらを合成して得られた分解能の変化が示されている。
【００４５】
図３から分かるように、Ｆ値が５.６より大きい範囲での分解能はレンズの回折特性で律速され、Ｆ値が５.６より小さい範囲ではレンズの収差特性で律速されている。コンパクトデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話などに搭載されているカメラのＦ値は、通常１.２乃至５.６の範囲に収まるものが多い。したがってこれらのカメラでは、レンズの収差特性で分解能が律速されていることになる。
【００４６】
また、図３から分かるように、最も解像度が良くなるのはＦ値が５.６乃至８.０のときで、このとき分解能は、４μｍ程度となり、このとき解像度が限界を迎えることになる。従って、コンパクトデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話などに搭載されているカメラでは、画素サイズとしては２（＝４（１／２））μｍとなるが、このとき解像度が限界を迎え、これ以上、画素サイズを小さくしても解像度が良くならないことを意味する。
【００４７】
そこで、例えば、レンズとイメージセンサとの間の空間の一部に、空気（屈折率１）よりも高い屈折率（ｎ＞１）を有する材料から成る、埋め込み層を設ける技術が提案されている。
【００４８】
このような構成を採用することで、レンズ１２からの見込み角度θを変えることなく、屈折率を高めることができるため、回折限界での分解能（図２における距離ω）をより小さくすることができる。これにより、高解像度の画像が得られると共に、画素サイズ縮小の限界をさらに小さくすることが可能となる。
【００４９】
しかしながら、このような構成を採用するためには、ガラス基板等をｃｍオーダーで厚く装着しなければ十分な解像度向上の結果が得られない。そのために結像レンズ系に制約が生じる。
【００５０】
また、例えば、高屈折率材料を、下に凸な曲面形状（球面或いは円筒面）の部分を有する光学部品として、イメージセンサの受光面に接触させて配置する技術も提案されている。
【００５１】
このような構成を採用することにより、曲面形状の部分の周囲の空間は、曲面形状の部分よりも屈折率が低くなるので、曲面形状の部分に入射した光が、曲面の内側を進み、絞られた所で近接場光となって、受光面に入射することになる。これにより、回折限界や収差の影響を避けることが可能となる。
【００５２】
しかしながら、このような構成を採用するためには、画素ごとに精度良く光学部品を接着する必要があり、技術的に困難な面があるためにコストが高くなる。
【００５３】
図４は、本技術を適用した固体撮像装置（イメージセンサ）の一実施の形態に係る構成例を示す斜視図である。同図に示されるイメージセンサ４０は、センサチップ４１の受光面上に複屈折性透明基板４２が配置された構成とされている。
【００５４】
ここで、複屈折性とは、部材を透過する光線の方向に応じて異なる屈折率を有する特性を表す。
【００５５】
複屈折性を有する材料としては、例えば、石英（水晶）、ＴｉＯ2、方解石、ニオブ酸リチウムなどの無機材料が挙げられる。あるいはまた、例えば、ポリメタクリル酸メチル(ＰＭＭＡ)、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン(ＰＳ)、アクリロニトリルスチレン(ＡＳ樹脂)、ポリメタクリルスチレン(ＭＳ樹脂)等の有機材料を用いることもできる。あるいはまた、比誘電率の異なる材料を組み合わせた誘電体多層構造を有する材料を用いることもできる。
【００５６】
複屈折性透明基板４２は、垂直方向（ｚ軸方向）の光線の偏光成分に対して屈折率ｎｅを有し、水平方向（ｘ軸方向およびｙ軸方向）の光線の偏光成分に対して屈折率ｎｏ（＜ｎｅ）を有する構成とされている。すなわち、センサチップ４１の受光面上に複屈折性透明基板４２が配置される際に、高い屈折率ｎｅの方向が受光面に対して垂直となり、低い屈折率ｎｏの方向が受光面と平行となるように調整される。
【００５７】
図４に示されるような構成を採用することにより、結像系レンズ系の収差を効果的に減らし、解像度を向上させることが可能となる。
【００５８】
図５は、結像レンズ系の収差を説明する図である。ここでは、主に球面収差について説明する。
【００５９】
図５の例では、レンズ３１が結像レンズ系を構成するものとし、レンズ３１により集光された光が絞り３２を介してセンサチップ４１の受光面に達するものとする。なお、ここでは、複屈折性透明基板４２は設けられていない。
【００６０】
図５において、光軸は、レンズ３１の中心を通りセンサチップ４１の受光面の中心付近に達する直線により表されている。θ１は、レンズ端に近い（絞り３２に近い）ところを通過する光線での入射角度を表し、θ３（＜＜θ１）、は光軸付近での光線の入射角度を表している。ｒ０は、レンズ３１の厚みの中心位置においてレンズ端に近いところを通過する光線から光軸までの距離を表し、ｒ１は、レンズ３１の厚みの中心位置において光軸付近での光線から光軸までの距離を表わしている。ｆ０はレンズ３１の焦点距離を表わしている。
【００６１】
レンズ３１の中心を通過する光軸付近の光線と、レンズ端で絞りに近いところを通過する光線では収差があるために焦点位置がずれてくる。光軸付近の光線の焦点距離に比べて、レンズ端に近いところを通過する光線では短い焦点距離となっている。したがって光軸付近の光線で焦点を合わせると、レンズ端に近いところを通過する光線の焦点がずれてしまい、収差が発生する。
【００６２】
図５に示されるように、受光面に対して垂直方向の収差は縦収差Δｘ１と定義される。これに対して受光面に対して平行方向の収差は横収差Δｙ１と定義される。横収差と縦収差の関係は、式（１）により表される。
【００６３】
【数１】
2014203854.tif 000003
・・・（１）
【００６４】
また、分解能と等価なパラメータとしてボケ量がある。ボケ量εＳは、式（２）により表される。
【００６５】
【数２】
2014203854.tif 000004
・・・（２）
【００６６】
さらに縦収差は、式（３）により表される。
【００６７】
【数３】
2014203854.tif 000005
・・・（３）
【００６８】
図６は、複屈折性透明基板４２を設けたことによる結像レンズ系の収差の変化を説明する図である。同図に示されるように、図６の場合、センサチップ４１の受光面に複屈折性透明基板４２が配置されている。また、図７は、図６のセンサチップ４１および複屈折性透明基板４２の部分を拡大した図である。なお、上述したように、複屈折性透明基板４２は、高い屈折率ｎｅの方向が受光面に対して垂直となり、低い屈折率ｎｏの方向が受光面と平行となるように調整されて配置されている。
【００６９】
図６および図７において、光軸は、レンズ３１の中心を通りセンサチップ４１の受光面の中心付近に達する直線により表されている。θ１は、レンズ端に近い（絞り３２に近い）ところを通過する光線での入射角度を表し、θ３（＜＜θ１）、は光軸付近での光線の入射角度を表している。ｒ０は、レンズ３１の厚みの中心位置においてレンズ端に近いところを通過する光線から光軸までの距離を表し、ｒ１は、レンズ３１の厚みの中心位置において光軸付近の光線から光軸までの距離を表わしている。
【００７０】
また、図６および図７において、ｆ０はレンズ３１の焦点距離を表わし、ｆ１は複屈折性透明基板４２を配置した場合のレンズ３１の焦点距離を表わしている。ｄは、複屈折性透明基板４２の厚さを表している。θ２はレンズ端に近いところを通過する光線の複屈折性透明基板４２中での入射角度、θ４は光軸付近の光線の複屈折性透明基板４２中での入射角度を示す。
【００７１】
図６と図７の場合における縦収差と横収差を、それぞれΔｘ２とΔｙ２で表した場合、横収差と縦収差の関係は、式（４）により表される。
【００７２】
【数４】
2014203854.tif 000006
・・・（４）
【００７３】
また、焦点距離ｆ１は、式（５）で表すことができる。
【００７４】
【数５】
2014203854.tif 000007
・・・（５）
【００７５】
ここで、複屈折性透明基板４２の最表面（図中の上側の面）から、仮に複屈折性透明基板４２を貼り付けないとした場合のレンズ端に近いところを通過する光線(図中の点線)の焦点の位置までの距離をｚとする。距離ｚは、式（６）により表される。
【００７６】
【数６】
2014203854.tif 000008
・・・（６）
【００７７】
次に、複屈折性透明基板４２を貼り付けた場合、複屈折性透明基板４２の最表面からレンズ端に近いところを通過する光線(図中の実線)の焦点位置までの距離をz´とし、さらにｚとｚ´との差分をΔｚと定義する。この場合、差分Δｚは、式（７）により表される。
【００７８】
【数７】
2014203854.tif 000009
・・・（７）
【００７９】
このとき縦収差Δｘ２は、式（８）により表される。
【００８０】
【数８】
2014203854.tif 000010
・・・（８）
【００８１】
また、スネル則を適用することにより、式（９）および式（１０）が導出される。
【００８２】
【数９】
2014203854.tif 000011
・・・（９）
【数１０】
2014203854.tif 000012
・・・（１０）
【００８３】
なお、式（９）および式（１０）におけるｎは、複屈折性透明基板４２の屈折率を表す。
【００８４】
上述したように、複屈折性透明基板４２は複屈折性を有しており、垂直方向に高い屈折率ｎｅを有する。この場合、図８に示されるように、レンズ端に近いところを通過する光線のp波偏光(入射面に対して平行方向に偏光)の垂直成分が、屈折率ｎｅの影響を受けてスネル則により大きく屈折する。一方、ｐ波偏光の水平成分は屈折率ｎｏの影響を受けて屈折する。その結果、p波偏光の垂直成分と水平成分の合成波は、複屈折性のない透明基板の場合と比べて、より大きく屈折した光線となって進むことになる。
【００８５】
図９は、図８の複屈折性透明基板４２の一部であって、図８中点線の円で囲まれた部分を拡大した図である。
【００８６】
また、図１０は、入射面と偏光方向の関係を説明する図である。同図に示されるように、入射面に対して平行方向の偏光がp波偏光と称され、入射面に対して垂直方向の変更がｓ波変更と称される。
【００８７】
図９には、屈折率ｎｅの影響を受けて屈折したp波偏光の垂直成分および屈折率ｎｏの影響を受けて屈折したp波偏光の水平成分の合成波が示されている。同図に示されるように、合成波は、複屈折性のない透明基板の場合と比べて、より大きく屈折した光線となって進む。
【００８８】
つまり、複屈折性透明基板４２は複屈折性を有しているので、光線の入射角度が９０°に近づくほど大きく屈折し、光線の入射角度が０°に近づくほど小さく屈折する。例えば、図７におけるθ３とθ１の差分と比較して、θ２とθ４の差分が小さくなる。
【００８９】
その結果、レンズ端に近い位置を通過した光線が、複屈折性透明基板４２を通過した場合は、複屈折性のない透明基板を通過した場合に比べて焦点距離が伸びることになり収差が減ることになる。図８では、複屈折性透明基板４２を通過した光線が実線で示されており、複屈折性のない透明基板を通過した光線が点線で示されている。なお、複屈折性のない透明基板では、垂直方向と水平方向ともに屈折率はｎｏとされている。
【００９０】
図８と図９では、ｐ波偏光の光線の屈折について詳細に説明したが、これは、結像レンズ系を通過した光線ではｐ波偏光の光線が支配的になるからである。すなわち、p波偏光とｓ波偏光では反射率の入射角度依存特性が異なるからである。
【００９１】
レンズ３１のレンズ端に近いところを通過する光は、レンズ面に対して斜めに入射する。s偏光(入射面に対して垂直方向に偏光)の光は、入射角度が増加するにしたがって反射率が高くなるが、ｐ偏光の光はブリュースター角までは入射角度が増加するにしたがって反射率が低下し、結果として透過率が大きくなる。
【００９２】
図１１は、ｐ波偏光の光とs波偏光の光の反射率の入射角度依存特性を説明する図である。同図は、横軸が入射角度とされ、縦軸が反射率とされ、ｐ波偏光の光およびs波偏光の光のそれぞれの反射率の変化が示されている。同図に示されるように、ｐ波偏光の光は、ブリュースター角までは入射角度が増加するにしたがって反射率が低下している。一方、s波偏光の光は、入射角度が増加するにしたがって反射率が高くなっている。
【００９３】
図６では、レンズ３１のみによって結像レンズ系が構成されるものとして説明したが、実際には、結像レンズ系は多数枚のレンズによって構成されることが一般的である。光線が結像レンズ系の多数枚レンズ系を通ることによってs波偏光の光は繰り返し反射ロスを生じることで弱くなる一方、p波偏光の光は透過率が大きくなるので、p波偏光の光が支配的になってセンサチップ４１の受光面に到達することになる。
【００９４】
従って、入射角度の大きい光線となる、レンズ端に近いところを通過する光線の場合、ｐ波偏光の光線の屈折を考慮する必要がある。
【００９５】
また、上述した複屈折の効果は、カメラのＦ値によっても変化する。レンズの開口ＮＡは、ＮＡ=Sinθ１と表すことができ、さらにＮＡ=１/(２＊Ｆ値)と定義されるため、Ｆ値によって入射角度θ１が変化するからである。
【００９６】
図１２は、複屈折の効果を説明する図である。同図では、横軸が基板の厚みとされ、縦軸がボケ量とされ、複屈折性を有する材料と複屈折性の無い材料を用いて透明基板を形成し、基板の厚みに応じたボケ量の測定結果が示されている。
【００９７】
なお、複屈折性を有する材料で形成された透明基板（水晶基板を想定）の屈折率は、ｎｅ＝１.５５３２５、ｎｏ＝１.５４４２５とされる。また、複屈折性の無い材料で形成された透明基板（ＳｉＯ2多結晶またはアモルファス基板を想定）の屈折率はｎｏとされる。さらにレンズの縦収差Δｘ＝０.１ｍｍとし、Ｆ値を２.８とし、レンズの空気中の焦点距離ｆ０を１２.５ｍｍとする。
【００９８】
図１２より、複屈折性を有する透明基板（複屈折有）の方が、複屈折性の無い透明基板（複屈折無）に比べて、ボケ量が減っている。従って、透明基板の複屈折性によって分解能が小さくなって、解像度が向上することが分かる。
【００９９】
図１３は、複屈折の効果を説明する別の図である。同図では、図１２と同様に、横軸が基板の厚みとされ、縦軸がボケ量とされ、複屈折性を有する材料と複屈折性の無い材料を用いて透明基板を形成し、基板の厚みに応じたボケ量の測定結果が示されている。
【０１００】
なお、図１３における複屈折性を有する材料で形成された透明基板（ＴｉＯ2基板を想定）の屈折率は、ｎｅ＝２.９５、ｎｏ＝２.６５とされる。また、複屈折性の無い材料で形成された透明基板の屈折率はｎｏとされる。さらにレンズの縦収差Δｘ＝０.１ｍｍとし、Ｆ値を２.８とし、レンズの空気中の焦点距離ｆ０を１２.５ｍｍとする。
【０１０１】
図１３の場合、図１２の場合より、複屈折性を有する透明基板（複屈折有）のボケ量がさらに減っている。
【０１０２】
図１４は、複屈折の効果を説明するさらに別の図である。同図では、図１２と同様に、横軸が基板の厚みとされ、縦軸がボケ量とされ、複屈折性を有する材料と複屈折性の無い材料を用いて透明基板を形成し、基板の厚みに応じたボケ量の測定結果が示されている。
【０１０３】
図１４における複屈折性を有する材料で形成された透明基板は、水晶基板、ＴｉＯ2基板、および、方解石基板を想定しており、複屈折性の無い材料で形成された透明基板は、ＳｉＯ2多結晶またはアモルファス基板を想定している。なお、方解石基板の屈折率は、ｎｅ＝１.６６３４、ｎｏ＝１.４８８７とされる。
【０１０４】
各透明基板の屈折率の比ｎｅ/ｎｏは、水晶基板が１.００５８、ＴｉＯ2基板が１.１１３２、および方解石基板が１.１７３５となる。図１４に示されるように、方解石基板のボケ量が最も顕著に減っている。従って、屈折率の比ｎｅ/ｎｏが大きいほど、透明基板の複屈折性によって分解能が小さくなって、解像度が向上することが分かる。
【０１０５】
なお、実際にカメラなどに用いられる場合、上述のような複屈折の効果が期待される透明基板の材料は、屈折率の比ｎｅ/ｎｏが１.１以上であることが望ましい。
【０１０６】
また、高分子(ポリマー)や低分子の有機材料においても、複屈折性を有するものがある。図４に示される複屈折性透明基板４２は、高分子や低分子の有機材料で構成されるようにしてもよい。図１５は、ポリマーの複屈折性発現機構を説明する模式図である。
【０１０７】
ポリマーは、その分子１つ１つがナノサイズのひも状になっている。全くの不規則な状態（アモルファス状態）では、ポリマー分子は折れ曲がり、コイル状になっている。アモルファス状態のポリマー分子は、方向性が無いため、光に対しても全く均一な媒体となる。
【０１０８】
アモルファス状態のポリマー分子に対して、溶融押し出し法や延伸法といった成形を行うと、ポリマー分子が配向する。配向状態では、配向方向（図中の水平方向）に偏光した直線偏光に対する屈折率ｎｐと、配向方向に直交する方向に（図中の垂直方向）に偏光した直線偏光に対する屈折率ｎｖとが異なる。
【０１０９】
このように偏光面よって屈折率が異なる複屈折性の大きさは、Δｎ（＝ｎｐ − ｎｖ）で表わされる。またΔｎが正になる場合を正の複屈折、負になる場合を負の複屈折と称する。ポリマーの種類により、複屈折の正負が決まる。
【０１１０】
なお、スチレン系やＰＭＭＡのポリマーはΔｎが負になりやすいことが知られている。
【０１１１】
また、高分子の場合と同様に、低分子の場合でも配向性を高めることによって、複屈折性が発現する。
【０１１２】
従って、高分子や低分子の有機材料で複屈折性透明基板４２を形成する場合、Δｎが正の場合、透明基板に対して垂直方向に分子が並ぶようにするとよい。また、Δｎが負の場合、透明基板に対して平行方向に分子が並ぶようにするとよい。このように分子を並べることによって、高分子や低分子の有機材料で構成された透明基板は、垂直方向に高い屈折率となる複屈性を有することになる。
【０１１３】
以上に示した複屈折性透明基板４２は、材料の物性による複屈折性を有するものであるが、材料に複屈折性がなくても、特定の構造を透明基板に導入することによっても複屈折性が生じる場合がある。例えば、比誘電率の異なる材料を組み合わせた誘電体多層構造を採用することにより、材料に複屈折性がなくても、複屈折性を有する透明基板を形成することができる。
【０１１４】
図１６は、比誘電率ε１と比誘電率ε２の材料を用いた誘電体多層構造について説明する図である。同図において、図中垂直方向に長い長方形であって、白い長方形が比誘電率ε１の材料を表しており、ハッチングされた長方形が比誘電率ε２の材料を表している。この例では、図中垂直方向に長い長方形として示された比誘電率ε１の材料と比誘電率ε２の材料が、光の入射方向と平行に配置され、２つ材料が図中水平方向に交互に並べられて誘電体多層構造が形成されている。
【０１１５】
なお、図１６に示される比誘電率ε２の材料と比誘電率ε１の材料のそれぞれは、例えば、四角い柱上、丸い柱上に形成されるようにしてもよいし、他の形状で形成されるようにしてもよい。
【０１１６】
同図の図中上から下に向かって光が入射するものとし、かつ図中の左右方向に偏光する光をＡとし、紙面の奥行方向に偏光する光をＢとする。このときＡとＢの平均比誘電率εＡおよびεＢは、式（１１）および式（１２）で表わされる。
【０１１７】
【数１１】
2014203854.tif 000013
・・・（１１）
【数１２】
2014203854.tif 000014
・・・（１２）
【０１１８】
式（１１）および式（１２）において、ｆは、比誘電率ε１の材料の体積占有率である。
【０１１９】
光の屈折率は比誘電率の平方根となる。従って、屈折率１.４ (ε１＝１.９６)と屈折率２.０(ε２＝４.０)の材料を用いてｆ＝０.５の誘電体多層構造を形成した場合、εＡ＝２.９８、εＢ＝２.６３となる。この場合、図中の左右方向に偏光する光Ａの屈折率ｎＡ＝１.７３、紙面の奥行方向に偏光する光Ｂの屈折率ｎＢ＝１.６２となり、複屈折効果が得られることになる。
【０１２０】
なお、ここでの低屈折率材料（比誘電率ε１の材料）には、空気を用いることもできる。その場合、屈折率の差がさらに大きくなるために効果的である。
【０１２１】
図１６に示した例においては、誘電体多層構造を構成する材料の長手方向と平行に光が入射することを前提としていたが、例えば、図１７に示されるように、斜めに光が入射する場合でも、誘電体多層構造による複屈折効果が得られる。
【０１２２】
図１７において、図中垂直方向に長い長方形であって、白い長方形が比誘電率ε１の材料を表しており、ハッチングされた長方形が比誘電率ε２の材料を表している。図１７では、図１６の場合と同様に、図中垂直方向に長い長方形として示された比誘電率ε１の材料と比誘電率ε２の材料が配置され、２つ材料が図中水平方向に交互に並べられて誘電体多層構造が形成されている。
【０１２３】
図１７では、図１６の場合とは異なり、図中右上から左下に向かって斜めに光が入射し、かつ、図中の左上右下方向に偏光する光をＡとし、紙面の奥行方向に偏光する光をＢとする。
【０１２４】
図１７の場合、光Ａの屈折率と光Ｂの屈折率の大小関係が、図１６の場合とは逆になる（ｎＡ＞ｎＢ）が、やはり誘電体多層構造による複屈折効果が得られる。
【０１２５】
図１７を参照して上述したように、誘電体多層構造では、光が斜めに入射する場合にも複屈折効果が得られるので、様々な構造を採用することもできる。
【０１２６】
図１８は、誘電体多層構造の例を示す図である。図１８Ａおよび図１８Ｂは、誘電体多層構造の上面図であり、図１８Ｃは、図１８Ａの線Ａ−Ａ´または図１８Ｂの線Ｂ−Ｂ´における断面図である。なお、図１８Ａ乃至図１８Ｃにおいて、白い部分が比誘電率ε１の材料を表しており、ハッチングされた部分が比誘電率ε２の材料を表している。
【０１２７】
図１８Ａは、誘電体多層構造の正面図として比誘電率ε２の材料を井形（四角形状）に並べた例を示している。なお、比誘電率ε１の材料を井形に並べるようにしてもよい。また、ここでは、井形に並べる例が示されているが、六角形状や八角形状に並べられるようにしても構わない。
【０１２８】
図１８Ｂは、誘電体多層構造の正面図として比誘電率ε２の材料（または比誘電率ε１の材料）を格子状に並べた例を示している。なお、ここでは、格子状に並べる例が示されているが、例えば、円形状に並べられるようにしても構わない。
【０１２９】
図１８Ｃは、図１８Ａまたは図１８Ｂの断面図であり、比誘電率ε２の材料と比誘電率ε１の材料が図中水平方向に交互に並べられている。
【０１３０】
図１８に示されるような誘電体多層構造において複屈折性を得るためには、構造のパターンが、波長サイズと同等または小さくなるようにする必要がある。例えば、可視光領域では、幅５００ｎｍ以下のパターン構造体にする必要がある。つまり、誘電体多層構造において同一の比誘電率となる部分が５００ｎｍ以下となるようにする必要がある。また、パターンについては周期的であった方が、誘電体多層構造の面内に分布が生じないため、より好適である。
【０１３１】
本技術を適用したイメージセンサ４０における複屈折性透明基板４２は、図１６乃至図１８を参照して上述した誘電体多層構造により形成されるようにすることもできる。
【０１３２】
ここまで、複屈折性透明基板４２により、主に結像レンズ系の球面収差を改善させることで、画素を小型化して分解能を向上できるようにする方式について説明した。しかし、結像レンズ系の色収差を改善させることで、やはり画素を小型化して分解能を向上させるようにすることもできる。
【０１３３】
図１９は、本技術を適用した固体撮像装置（イメージセンサ）の別の実施の形態を示す斜視図である。同図に示されるイメージセンサ４０は、センサチップ４１の受光面上に屈折率分散性透明基板４３が配置された構成とされている。
【０１３４】
ここで、屈折率分散性とは、部材を透過する光線の波長に応じて異なる屈折率を有する特性を表す。
【０１３５】
図２０は、結像レンズ系の色収差を説明する図である。
【０１３６】
図２０の例では、レンズ３１が結像レンズ系を構成するものとし、レンズ３１により集光された光が絞り３２を介してセンサチップ４１の受光面に達するものとする。なお、ここでは、屈折率分散性透明基板４３は設けられていない。
【０１３７】
図２０において、光軸は、レンズ３１の中心を通りセンサチップ４１の受光面の中心付近に達する直線により表されている。
【０１３８】
色収差は、レンズ３１の材料に波長分散特性があるために生じる現象であり、短波長の光は高屈折率となるためにレンズ３１による焦点距離ｆＳが短くなるが、長波長の光は低屈折率になるためにレンズ３１による焦点距離ｆＬが長くなる。これによって色収差が発生する。
【０１３９】
図２１は、屈折率分散性透明基板４３を設けたことによる結像レンズ系の色収差の変化を説明する図である。同図に示されるように、図２１の場合、センサチップ４１の受光面に屈折率分散性透明基板４３が配置されている。
【０１４０】
屈折率分散性透明基板４３は、短波長の光を大きく屈折させ、長波長の光を小さく屈折させるようになされている。図２１では、屈折率分散性透明基板４３を設けたことにより、図２０の場合と比較して、短波長の光の焦点距離ｆＳが伸びる一方で、長波長の光の焦点距離ｆＬはほとんど伸びない。このため、縦収差、横収差ともにほぼ０となっており、色収差が改善している。
【０１４１】
このように、屈折率分散性透明基板４３を設けることで色収差が改善するので、画素を小型化して分解能を向上させるようにすることができる。
【０１４２】
図２２は、屈折率分散性透明基板４３の材料の波長分散特性を表わす指標であるアッベ数と、色収差の関係を示す図である。同図は、横軸が屈折率分散性透明基板４３の材料のアッベ数とされ、縦軸がセンサチップ４１の受光面上での色収差（横収差）とされ、アッベ数に応じた色収差の変化が示されている。ここでは、空気中での焦点距離が１５ｍｍのレンズ３１を使用し、屈折率分散性透明基板４３の厚みを１０ｍｍとしている。
【０１４３】
アッベ数νdの定義は式（１３）で表わされる。
【０１４４】
【数１３】
2014203854.tif 000015
・・・（１３）
【０１４５】
アッベ数は、フラウンフォーファー線と呼ばれる元素特有のスペクトル上の暗線の波長に対して決められる。
【０１４６】
式（１３）において、ｎｄ、ｎＦ、およびｎＣは、それぞれ波長５８７.５６ｎｍ(Ｈｅ元素)、４８６.１３ｎｍ(Ｈ元素)、および６５６.２７ｎｍ(Ｈ元素)に対応する屈折率となる。式（１３）は、アッベ数νdが小さいほど、屈折率の波長分散特性が大きいことを意味している。
【０１４７】
図２２に示されるように、アッベ数が小さいほど、色収差が小さくなっていることが分かる。特にアッベ数が４０以下になると顕著に色収差が低下している。
【０１４８】
以上のような波長分散特性の大きい(アッベ数νdが小さい)透明基板を用いた収差低減効果は単独でも生じるが、複屈折率基板と合わせて用いることで、さらに収差を小さくして解像度向上が顕著になる。
【０１４９】
このように、アッベ数が４０以下になる材料を用いて屈折率分散性透明基板４３を形成することにより、色収差を顕著に改善することができる。
【０１５０】
屈折率分散性透明基板４３の材料としては、例えば、ＰＣ、ＰＳ、ＡＳ樹脂、ＭＳ樹脂等の有機材料、ガラス系材料やＴｉＯ2等の酸化物から成る無機材料などが利用できる。
【０１５１】
なお、屈折率分散性透明基板４３と複屈折性透明基板４２の両方を合わせて用いるようにしてもよい。このようにすることで、球面収差などの収差とともに色収差が改善するので、画素をさらに小型化して分解能を向上させるようにすることができる。
【０１５２】
次に、図４を参照して上述したイメージセンサ４０の製造方法について説明する。最初に、複屈折性を有する無機材料を用いて複屈折性透明基板４２を形成する場合のイメージセンサ４０の製造方法について説明する。
【０１５３】
結像レンズ系とイメージセンサ４０のセンサチップ４１との間の空間の一部であって、センサチップ４１の受光面直上に、空気（屈折率１）よりも高い屈折率（ｎ＞１）で、かつ複屈折性を有する材料から成る複屈折性透明基板４２を配置する。
【０１５４】
なお、センサチップ４１の受光面上に複屈折性透明基板４２が配置される際に、高い屈折率ｎｅの方向が受光面に対して垂直となり、低い屈折率ｎｏの方向が受光面と平行となるように調整される。
【０１５５】
複屈折性透明基板４２の表面から、結像レンズ系（レンズ３１）および絞り３２までの間は、何もない空間とされる。
【０１５６】
複屈折性透明基板４２には、受光検出する波長帯域の光に対して、透過率が高い材料、望ましくは、透明の材料を使用する。
【０１５７】
複屈折性透明基板４２の材料には、例えば、石英(ＳｉＯ2)、ＴｉＯ2、方解石(ＣａＣＯ3)、ニオブ酸リチウム等の酸化物などの無機材料が用いられる。なお、上述した無機材料の中で、ＴｉＯ2は、屈折率の波長分散特性より、アッベ数が８.３（＜４０）となることから、色収差も同時に減らすことができる。このため、ＴｉＯ2を用いて複屈折性透明基板４２を形成することにより解像度向上の効果が特に顕著になる。
【０１５８】
複屈折性透明基板４２の厚みは、例えば、１ｍｍ以上とされ、望ましくは３ｍｍとされる。このようにすることで、図１２乃至図１４を参照して上述したように、ボケ量が減り、分解能が小さくなって、解像度が向上する。
【０１５９】
複屈折性透明基板４２をセンサチップ４１の受光面上に配置する際には、樹脂系の接着剤を使って貼り合せてもよいし、レーザー等のアニールで結合力を増加させて密着させてもよい。
【０１６０】
このようにしてイメージセンサ４０が製造される。
【０１６１】
次に、図４を参照して上述したイメージセンサ４０の製造方法であって、複屈折性を有する有機材料を用いて複屈折性透明基板４２を形成する場合のイメージセンサ４０の製造方法について説明する。
【０１６２】
結像レンズ系とイメージセンサ４０のセンサチップ４１との間の空間の一部であって、センサチップ４１の受光面直上に、空気（屈折率１）よりも高い屈折率（ｎ＞１）で、かつ複屈折性を有する材料から成る複屈折性透明基板４２を配置する。
【０１６３】
なお、センサチップ４１の受光面上に複屈折性透明基板４２が配置される際に、高い屈折率ｎｅの方向が受光面に対して垂直となり、低い屈折率ｎｏの方向が受光面と平行となるように調整される。
【０１６４】
複屈折性透明基板４２の表面から、結像レンズ系（レンズ３１）および絞り３２までの間は、何もない空間とされる。
【０１６５】
複屈折性透明基板４２には、受光検出する波長帯域の光に対して、透過率が高い材料、望ましくは、透明の材料を使用する。
【０１６６】
複屈折性透明基板４２の材料には、例えば、ポリメタクリル酸メチル(ＰＭＭＡ)、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン(ＰＳ)、アクリロニトリルスチレン(ＡＳ樹脂)、ポリメタクリルスチレン(ＭＳ樹脂)等の有機材料が用いられる。
【０１６７】
複屈折性透明基板４２の厚みは、例えば、１ｍｍ以上とされ、望ましくは３ｍｍとされる。このようにすることで、図１２乃至図１４を参照して上述したように、ボケ量が減り、分解能が小さくなって、解像度が向上する。
【０１６８】
複屈折性透明基板４２をセンサチップ４１の受光面上に配置する際には、樹脂系の接着剤を使って貼り合せてもよいし、レーザー等のアニールで結合力を増加させて密着させてもよい。
【０１６９】
複屈折性透明基板４２を形成する際に、溶融押し出し法や延伸法で分子の配向性を増加させることで、複屈折性を高めてもよい。このようにすることで、ポリメタクリル酸メチル(ＰＭＭＡ)やポリカーボネート樹脂（ＰＣ）の複屈折性が増加する。
【０１７０】
なお、ＰＭＭＡ、ＰＳ、ＡＳ樹脂やＭＳ樹脂の場合は、Δｎが負になりやすいために、望ましくは複屈折性透明基板４２に対して平行方向に分子の配向性を有するようにするとよい。すなわち、複屈折性透明基板４２と平行となる方向に応力をかけるように、溶融押し出し法や延伸法で、複屈折性透明基板４２を作製すればよい。
【０１７１】
またＰＣのアッベ数は３０（＜４０）、ＰＳのアッベ数は３１（＜４０）、ＡＳ樹脂のアッベ数は３５（＜４０）、ＭＳ樹脂のアッベ数は３５（＜４０）であるから、これらの材料により色収差も改善させることができる。このため、ＰＣ、ＰＳ、ＡＳ樹脂、または、ＭＳ樹脂を用いて複屈折性透明基板４２を形成することにより解像度向上の効果が特に顕著になる。
【０１７２】
このようにしてイメージセンサ４０が製造される。
【０１７３】
次に、図４を参照して上述したイメージセンサ４０の製造方法であって、誘電体多層構造を用いて複屈折性透明基板４２を形成する場合のイメージセンサ４０の製造方法について説明する。
【０１７４】
結像レンズ系とイメージセンサ４０のセンサチップ４１との間の空間の一部であって、センサチップ４１の受光面直上に、空気（屈折率１）よりも高い屈折率（ｎ＞１）で、かつ複屈折性を有する材料から成る複屈折性透明基板４２を配置する。
【０１７５】
なお、センサチップ４１の受光面上に複屈折性透明基板４２が配置される際に、高い屈折率ｎｅの方向が受光面に対して垂直となり、低い屈折率ｎｏの方向が受光面と平行となるように調整される。
【０１７６】
複屈折性透明基板４２の表面から、結像レンズ系（レンズ３１）および絞り３２までの間は、何もない空間とされる。
【０１７７】
複屈折性透明基板４２には、受光検出する波長帯域の光に対して、透過率が高い材料、望ましくは、透明の材料を使用する。
【０１７８】
なお、複屈折性透明基板４２は、例えば、図１６を参照して上述した誘電体多層構造を用いて形成される。すなわち、比誘電率ε１の材料（低屈折率材料）と比誘電率ε２の材料（高屈折率材料）が、交互に並べられて誘電体多層構造が形成される。
【０１７９】
複屈折性透明基板４２をセンサチップ４１の受光面上に配置する際には、樹脂系の接着剤を使って貼り合せてもよいし、レーザー等のアニールで結合力を増加させて密着させてもよい。
【０１８０】
図２３は、誘電体多層構造を用いて複屈折性透明基板４２を形成する場合の製造プロセスの例を説明する図である。ここでは、低屈折率材料（比誘電率ε１の材料）には、空気を用いる場合の例について説明する。
【０１８１】
最初に、図２３Ａに示されるように、複屈折性透明基板４２の主たる材料（高屈折率材料）上にレジスト４２ａを塗布する。
【０１８２】
そして、レジストマスクを使って部分的に露光した後、現像して所望のレジストパターンを形成する。これにより、図２３Ｂに示されるように、レジスト４２ａの一部が除去され、櫛形となったレジストパターンが形成される。
【０１８３】
なお、マスクの幅は可視光に対して複屈折性を発現するために波長オーダー以下(５００ｎｍ以下)が好適であるが、波長サイズより小さければ特に規定はない。従って、例えば、図２３Ｂに示されるレジストパターンにおいて、凸状のレジストどうしの間隔が５００ｎｍ以下となるように、レジストマスクを生成しておく必要がある。
【０１８４】
ここでは、露光によるリソグラフィ技術を用いる例について説明したが、電子線描画によるパターンニング等を用いてもよい。
【０１８５】
次に、図２３Ｂに示されるレジストパターンを用いて、部分的にエッチングを行なって誘電体多層構造を形成する。エッチングは、ＲＩＥ等のドライエッチングでもよいが、ウエットのようなケミカルなエッチングでもよい。
【０１８６】
これにより、図２３Ｃに示されるような誘電体多層構造を用いた複屈折性透明基板４２が形成されることになる。このとき、図中の白い部分では、エッチングにより高屈折率材料が除去されて空気が存在していることなる。また、図中の白い部分に空気とは異なる低屈折率材料を埋め込むようにしてもよい。
【０１８７】
あるいはまた、誘電体多層構造を用いた複屈折性透明基板４２を、金型を用いて形成するようにしてもよい。
【０１８８】
図２４は、誘電体多層構造を用いて複屈折性透明基板４２を形成する場合の製造プロセスの別の例を説明する図である。ここでは、低屈折率材料（比誘電率ε１の材料）には、空気を用いる場合の例について説明する。
【０１８９】
最初に、図２４Ａに示されるように、主たる材料（高屈折率材料）を加工するための金型を用意する。図２４には、加工前の複屈折性透明基板４２であって、高屈折率材料で形成された板状の透明基板と、櫛形の金型１０１が示されている。ここで、金型１０１は、必ずしも金属で形成される必要はなく、例えば、シリコンなどの半導体により形成されるようにしてもよい。
【０１９０】
次に、図２４Ｂに示されるように、金型１０１を用いて高屈折率材料で形成された透明基板を加工する。この際、金型１０１を加熱し、高屈折率材料で形成された透明基板（加工前の複屈折性透明基板４２）をプレスする。
【０１９１】
そして、金型１０１を冷却し、高屈折率材料で形成された透明基板からリリースする。これにより、図２４Ｃに示されるように、高屈折率材料で形成された透明基板が櫛形に加工されて複屈折性透明基板４２が完成する。
【０１９２】
金型を用いて誘電体多層構造を用いた複屈折性透明基板４２を形成する場合、一度金型１０１を作製してしまえば、プレス工程で大量に同じ形状の構造基板を作ることが可能であるため、量産性向上とともに低コスト化を図ることができる。
【０１９３】
なお、複屈折性透明基板４２の厚みは、例えば、１ｍｍ以上とされ、望ましくは３ｍｍとされる。このようにすることで、図１２乃至図１４を参照して上述したように、ボケ量が減り、分解能が小さくなって、解像度が向上する。
【０１９４】
このようにしてイメージセンサ４０が製造される。
【０１９５】
次に、図１９を参照して上述したイメージセンサ４０の製造方法について説明する。
【０１９６】
結像レンズ系とイメージセンサ４０のセンサチップ４１との間の空間の一部であって、センサチップ４１の受光面直上に、空気（屈折率１）よりも高い屈折率（ｎ＞１）で、かつ屈折率分散性を有する屈折率分散性透明基板４３が配置する。
【０１９７】
屈折率分散性透明基板４３の表面から、結像レンズ系（レンズ３１）および絞り３２までの間は、何もない空間とされる。
【０１９８】
屈折率分散性透明基板４３には、受光検出する波長帯域の光に対して、透過率が高い材料、望ましくは、透明の材料を使用する。
【０１９９】
屈折率分散性透明基板４３の材料には、例えば、ＰＣ、ＰＳ、ＡＳ樹脂、ＭＳ樹脂等の材料が用いられる。また、ガラス系基板やＴｉＯ2等の酸化物の材料が用いられるようにしてもよい。これらの材料は、複屈折性も有するので、色収差だけでなく、球面収差などの収差も改善することができる。
【０２００】
屈折率分散性透明基板４３の厚みは、例えば、１ｍｍ以上とされ、望ましくは３ｍｍとされる。このようにすることで、図１２乃至図１４を参照して上述したように、ボケ量が減り、分解能が小さくなって、解像度が向上する。
【０２０１】
屈折率分散性透明基板４３をセンサチップ４１の受光面上に配置する際には、樹脂系の接着剤を使って貼り合せてもよいし、レーザー等のアニールで結合力を増加させて密着させてもよい。
【０２０２】
なお、屈折率分散性透明基板４３の材料は、上述したようにアッベ数が４０以下となるものが望ましい。
【０２０３】
例えば、アッベ数νｄが４０以下になるガラス系材料には、次のようなものがある。
【０２０４】
Ｓ−ＢＡＨ２８  （νｄ＝３８）、Ｓ−ＴＩＭ  １（  νｄ＝３６）、Ｓ−ＴＩＭ  ２  （νｄ＝３６）、Ｓ−ＴＩＭ  ５  （νｄ＝３８）、Ｓ−ＴＩＭ  ８  （νｄ＝３９）、Ｓ−ＴＩＭ  ２２  （νｄ＝３４）、Ｓ−ＴＩＭ  ２５  （νｄ＝３２）、Ｓ−ＴＩＭ  ２７  （νｄ＝３４）、Ｓ−ＴＩＭ  ２８  （νｄ＝３１）、Ｓ−ＴＩＭ  ３５  （νｄ＝３０）、Ｓ−ＴＩＭ  ３９  （νｄ＝３３）、Ｓ−ＴＩＨ  ４  （νｄ＝２８）、Ｓ−ＴＩＨ  ６  （νｄ＝２５）、Ｓ−ＴＩＨ  １０  （νｄ＝２９）、Ｓ−ＴＩＨ  １１  （νｄ＝２６）、Ｓ−ＴＩＨ  １３  （νｄ＝２８）、Ｓ−ＴＩＨ  １４  （νｄ＝２７）、Ｓ−ＴＩＨ  １８  （νｄ＝２９）、Ｓ−ＴＩＨ  ２３  （νｄ＝２６）、Ｓ−ＴＩＨ  ５３  （νｄ＝２４）、Ｓ−ＬＡＭ６６  （νｄ＝３５）、Ｓ−ＬＡＨ６０  （νｄ＝３７）、Ｓ−ＬＡＨ６３  （νｄ＝４０）、Ｓ−ＦＴＭ１６  （νｄ＝３５）、Ｓ−ＮＰＨ  １  （νｄ＝２３）、ＢＡＨ３２  （νｄ＝３９）、ＰＢＭ  ３  （νｄ＝３７）、ＰＢＨ  １  （νｄ＝３０）、ＰＢＨ  ３  （νｄ＝２８）、ＰＢＨ７１  （νｄ＝２１）、ＬＡＭ  ７  （νｄ＝３５）、ＬＡＨ７８  （νｄ＝３２）、ＢＰＨ  ５  （νｄ＝４０）、ＢＰＨ  ８  （νｄ＝３５）、ＰＢＭ  １  （νｄ＝３６）、ＰＢＭ  ２  （νｄ＝３６）、ＰＢＭ  ４  （νｄ＝３６）、ＰＢＭ  ５  （νｄ＝３８）、ＰＢＭ  ６  （νｄ＝３５）、ＰＢＭ  ８  （νｄ＝３９）、ＰＢＭ  ９  （νｄ＝３８）、ＰＢＭ  ２２  （νｄ＝３４）、ＰＢＭ  ２５  （νｄ＝３２）、ＰＢＭ  ２７  （νｄ＝３５）、ＰＢＭ  ２８  （νｄ＝３１）、ＰＢＭ  ３５  （νｄ＝３０）、ＰＢＭ  ３９  （νｄ＝３３）、ＴＩＭ１１  （νｄ＝３６）、ＰＢＨ  ４  （νｄ＝２８）、ＰＢＨ  ６  （νｄ＝２５）、ＰＢＨ  １０  （νｄ＝２８）、ＰＢＨ１１  （νｄ＝２６）、ＰＢＨ  １３  （νｄ＝２８）、ＰＢＨ  １４  （νｄ＝２７）、ＰＢＨ  ２１  （νｄ＝２１）、ＰＢＨ  ２３  （νｄ＝２６）、ＰＢＨ  ２５  （νｄ＝２７）、ＰＢＨ  ５３  （νｄ＝２４）、ＰＢＨ  ７２  （νｄ＝２１）、ＴＰＨ５５  （νｄ＝２５）、ＴＩＨ５３  （νｄ＝２４）、ＢＡＭ２１  （νｄ＝３９）、ＢＡＨ２２  （νｄ＝３６）、ＢＡＨ２８  （νｄ＝３８）、ＢＡＨ３０  （νｄ＝３９）、ＢＡＨ７８  （νｄ＝３８）、ＬＡＨ７１  （νｄ＝３２）、Ｓ−ＬＡＨ７５  （νｄ＝３５）、ＢＰＨ４０  （νｄ＝３８）、ＢＰＨ４５  （νｄ＝３４）、ＢＰＨ５０  （νｄ＝３２）。
【０２０５】
このようにしてイメージセンサ４０が製造される。
【０２０６】
図２５は、本技術を適用した電子機器としての、カメラ装置の構成例を示すブロック図である。
【０２０７】
図２５のカメラ装置６００は、レンズ群などからなる光学部６０１、上述した画素４０２の各構成が採用される固体撮像装置（撮像デバイス）６０２、およびカメラ信号処理回路であるＤＳＰ回路６０３を備える。また、カメラ装置６００は、フレームメモリ６０４、表示部６０５、記録部６０６、操作部６０７、および電源部６０８も備える。ＤＳＰ回路６０３、フレームメモリ６０４、表示部６０５、記録部６０６、操作部６０７および電源部６０８は、バスライン６０９を介して相互に接続されている。
【０２０８】
光学部６０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像装置６０２の撮像面上に結像する。固体撮像装置６０２は、光学部６０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像装置６０２として、上述した実施の形態に係る固体撮像装置を用いることができる。
【０２０９】
表示部６０５は、例えば、液晶パネルや有機ＥＬ(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像装置６０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部６０６は、固体撮像装置６０２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
【０２１０】
操作部６０７は、ユーザによる操作の下に、カメラ装置６００が有する様々な機能について操作指令を発する。電源部６０８は、ＤＳＰ回路６０３、フレームメモリ６０４、表示部６０５、記録部６０６および操作部６０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【０２１１】
また、本技術は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像するイメージセンサへの適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像するイメージセンサや、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等のイメージセンサ（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
【０２１２】
なお、本明細書において上述した一連の処理は、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０２１３】
また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０２１４】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
【０２１５】
（１）
受光面に対して垂直方向に屈折率が高く、かつ受光面に対して平行方向に屈折率が低い複屈折材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置した
固体撮像装置。 
（２）
前記複屈折材料の高い屈折率ｎｅと低い屈折率ｎｏの屈折率比がｎｅ/ｎｏ＝１.１以上となる構造を有する
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記複屈折材料は、無機材料とされる
（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記無機材料が、石英、ＴｉＯ2、方解石、または、ニオブ酸リチウムである
（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
前記複屈折材料は、有機材料とされる
（１）または（２）に記載の固体撮像装置。
（６）
前記有機材料が、ポリメタクリル酸メチル(ＰＭＭＡ)、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン(ＰＳ)、アクリロニトリルスチレン(ＡＳ樹脂)、ポリメタクリルスチレン(ＭＳ樹脂)である
（５）に記載の固体撮像装置。
（７）
前記複屈折材料は、比誘電率の異なる材料を組み合わせた誘電体多層構造を有する
（１）または（２）に記載の固体撮像装置。 
（８）
前記誘電体構造は、誘電体多層構造において同一の比誘電率となる部分が５００ｎｍ以下となるように、比誘電率の異なる材料を組み合わせて構成される
（７）に記載の固体撮像装置。
（９）
前記誘電体構造は、前記同一の比誘電率となる材料を井形、六角形、八角形、または柱状に並べて形成される
（８）に記載の固体撮像装置。
（１０）
前記複屈折材料が、短波長の光に対して屈折率が高くなり、長波長の光に対して屈折率が低くなる屈折率分散性をさらに有する
（１）乃至（９）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１１）
前記複屈折材料のアッベ数が４０以下である
（１０）に記載の固体撮像装置。
（１２）
受光面に対して垂直方向に屈折率が高く、かつ受光面に対して平行方向に屈折率が低い複屈折材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置した固体撮像装置を備える
電子機器。
（１３）
短波長の光に対して屈折率が高く、長波長の光に対して屈折率が低い屈折率分散材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置する
固体撮像装置。 
（１４）
屈折率分散材料のアッベ数が４０以下である
（１３）に記載の固体撮像装置。
（１５）
屈折率分散材料が、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン(ＰＳ)、アクリロニトリルスチレン(ＡＳ樹脂)、ポリメタクリルスチレン(ＭＳ樹脂)、ガラス系材料、またはＴｉＯ2とされる
（１４）に記載の固体撮像装置。
（１６）
短波長の光に対して屈折率が高く、長波長の光に対して屈折率が低い屈折率分散材料により構成される透明基板を、前記受光面上に配置する固体撮像装置を備える
電子機器。
【符号の説明】
【０２１６】
３１  レンズ，  ３２  絞り，  ４０  イメージセンサ，  ４１  センサチップ，  ４２  複屈折性透明基板，  ４３  屈折率分散性透明基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2014203854.tif 000031
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2014203854.tif 000036
【図２２】
2014203854.tif 000037
【図２３】
2014203854.tif 000038
【図２４】
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【図２５】
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