光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法
光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法
【专利摘要】公开一种光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法。实施方式涉及的光学装置包含：基板；和第1光学层。上述基板具有第1面、和与上述第1面在相反侧的第2面。上述第1光学层设置在上述第1面之上，并包含沿着上述第1面配置的多个第1折射率设定部。上述多个第1折射率设定部的各个具有使磁导率变化的多个金属图形。
【专利说明】光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法[0001 ] 相关专利申请的参照
[0002]本申请要求享受2013年I月30日申请的日本专利申请号2013-015621的优先权的利益，在本申请中援引其日本专利申请的全部内容。
【技术领域】
[0003]本实施方式涉及光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法。
【背景技术】
[0004]由于作为光学装置的透镜的厚度很薄，所以需要使用折射率高的材料。例如，在作为透镜使用SiO2系的玻璃的场合，SiO2的折射率为约1.45。如果透镜的折射率例如为3，则透镜的厚度与使用SiO2系的玻璃的场合相比为约1/3。
[0005]折射率通过介电常数和磁导率的各个的平方根的积来决定。因此，如果能增大介电常数及磁导率的任一方则能提高折射率。在光学装置中，最好得到希望的折射率。
【发明内容】
[0006]本发明打算解决的课题在于提供一种能够得到希望的折射率的光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法。
[0007]实施方式的光学装置具备:基板，具有第I面、和与上述第I面在相反侧的第2面；和第I光学层，设置在上述第I面上，并具有沿着上述第I面配置的多个第I折射率设定部;
[0008]上述多个第I折射率设定部的各个具有使上述多个第I折射率设定部的上述各个的磁导率变化的多个金属图形，具有与上述磁导率对应的折射率。
[0009]其他的实施方式的固体拍摄装置具备:固体拍摄元件；和配置在上述固体拍摄元件的光轴上的光学装置；
[0010]上述光学装置包含:基板，具有第I面、和与上述第I面在相反侧的第2面；和第I光学层，设置在上述第I面之上，并具有沿着上述第I面配置的多个折射率设定部；
[0011]上述多个折射率设定部的各个具有使上述多个折射率设定部的上述各个的磁导率变化的多个金属图形，具有与上述磁导率对应的折射率。
[0012]此外，其他的实施方式的光学装置的制造方法中，上述光学装置包含:基板，具有第I面、和与上述第I面在相反侧的第2面；和第I光学层，设置在上述第I面之上，并具有沿着上述第I面配置的多个第I折射率设定部；上述多个第I折射率设定部的各个具有使上述各个的磁导率变化的多个金属图形，上述多个第I折射率设定部的上述各个具有与上述磁导率对应的折射率； [0013]上述光学装置的制造方法具备以下步骤:在上述第I面上形成按顺序层叠第I金属膜、层间膜、第2金属膜的层叠体；在上述层叠体上形成掩模；和通过经由上述掩模将上述层叠体蚀刻，将上述第I金属膜及上述第2金属膜图形化而形成上述2个金属图形。[0014]根据上述构成的光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法，可以得到希望的折射率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1 (a)及(b)是示例第I实施方式涉及的光学装置的模式图。
[0016]图2(a)及(b)是示例金属图形的模式图。
[0017]图3(a)及(b)是示例金属图形的布局的模式图。
[0018]图4(a)及(b)是表示进行光学模拟时的定义的图。
[0019]图5(a)及(b)是表示光学模拟结果的图。
[0020]图6(a)及(b)是表示金属图形的几何关系的变化的例子的模式图。
[0021]图7(a)?图7(c)是示例光学装置的制造方法的模式的剖面图。
[0022]图8(a)及(b)是示例光学装置的制造方法的模式的剖面图。
[0023]图9(a)及(b)是示例第3实施方式涉及的光学装置的模式的剖面图。
[0024]图10(a)及(b)是示例2个金属图形的配置的模式图。
[0025]图11 (a)及(b)是示例2个金属图形的间隔的模式图。
[0026]图12(a)及(b)是示例金属图形的其他形状的模式图。
[0027]图13是表示光学模拟结果的图。
[0028]图14(a)及(b)是示例金属图形的其他形状的模式图。
[0029]图15是示例光学装置的其他构成的模式图。
[0030]图16是示例第4实施方式涉及的固体拍摄装置的模式的剖面图。
[0031]图17是示例参考例涉及的固体拍摄装置的模式的剖面图。
[0032]图18是示例第4实施方式涉及的其他固体拍摄装置的模式的剖面图。
【具体实施方式】
[0033]以下，根据【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。以下的说明中，为同样的部件附加同样的标号，关于已说明的部件适当地省略其说明。
[0034](第I实施方式)
[0035]图1 (a)及(b)是示例第I实施方式涉及的光学装置的模式图。
[0036]图1(a)中，表示光学装置110的模式的剖面图。图1 (b)中，表示光学装置110的模式的俯视图。图1(a)中表示的图是图1(b)的A-A线的模式的剖面图。
[0037]第I实施方式涉及的光学装置110包含基板10、和第I光学层20。光学装置110作为光学透镜起作用。基板10由使预定波长的光透射的材料形成。本实施方式中，基板10由例如使可见光透射的材料(SiO2等)形成。在这里，可见光为波长360纳米(nm)以上且830nm以下的光。
[0038]基板10具有第I面10a、和与第I面IOa在相反侧的第2面10b。基板10例如成平板形状。如图1(a)所示，第I面IOa与第2面IOb例如平行。本实施方式中，与第I面IOa正交的方向为Z方向，与Z方向正交的方向之一为X方向，与Z方向及X方向正交的方向为Y方向。光学装置Iio的光轴C为例如Z方向。光例如通过第I光学层20从基板10的第I面IOa入射，从第2面IOb出射。[0039]基板10的厚度(第I面IOa和第2面IOb在Z方向的距离)例如由作为光学透镜的光路长度来决定。如图1(b)所示，基板10在Z方向看的外形为例如矩形。再者，除矩形以外，基板10在Z方向看的外形也可以是圆形等。
[0040]第I光学层20设置在基板10的第I面IOa之上。第I光学层20包含多个第I折射率设定部21。说明实施方式的附图中，为了说明的方便，通过虚线表示第I折射率设定部21。如图1 (b)所示，多个第I折射率设定部21沿着第I面IOa以二维状配置。
[0041]图1(b)中表示的例子中，多个第I折射率设定部21分别配置在X方向及Y方向。即，多个第I折射率设定部21沿着第I面IOa以行列状配置。再者，多个第I折射率设定部21的排列不限于行列状。
[0042]多个第I折射率设定部21的各个具有使各个的磁导率变化的多个金属图形。即，第I折射率设定部21的磁导率通过多个金属图形来调整。多个第I折射率设定部21的各个具有与磁导率对应的折射率。即，具有通过多个金属图形设定的折射率。
[0043]设置有多个金属图形的第I折射率设定部21是所谓超材料(metamaterial)。所谓超材料是使金属以某种图形周期性地排列而形成的具有自然界中没有的特性的人工物质。
[0044]以下，作为多个金属图形的一个例子，举例说明设置有2个金属图形的情况。可是，本实施方式中，不限于此，也可在第I折射率设定部21设置3个以上的金属图形。
[0045]光学装置110中，通过沿着第I面IOa以行列状配置的多个第I折射率设定部21在XY方向的各个位置设定折射率。光学装置Iio中，通过关于多个第I折射率设定部21的各个设定折射率，对于透射的光作为光学透镜起作用。即，发挥作为光学透镜的功能。
[0046]例如，在光学装置110的XY平面的中心为光轴c的场合，若设定为越沿着XY平面从光轴c离开折射率变得越小，则光学装置110作为凸透镜起作用。相反，若设定为越沿着XY平面从光轴C离开折射率变得越大，则光学装置110作为凹透镜起作用。这样，通过根据多个第I折射率设定部21在XY方向的各个位置设定的折射率，得到光学装置110的希望的透镜特性。
[0047]图2(a)及(b)是示例金属图形的模式图。
[0048]图2 (a)是示例2个金属图形mp的模式的立体图。图2 (b)是示例金属图形mp的模式的侧视图。图2(a)中，为了说明的方便，仅表示金属图形mp。
[0049]如图2 (a)所示，I个第I折射率设定部21中，设置至少2个金属图形mp。本实施方式中，作为例子说明在I个第I折射率设定部21中设置有第I金属图形mpl、和第2金属图形mp2的情况。本实施方式中，将第I金属图形mpl及第2金属图形mp2统称为金属图形mp。
[0050]如图2(a)所示，金属图形mp在Z方向看的形状为例如H型。第I金属图形mpl在Z方向看的形状也可与第2金属图形mp2在Z方向看的形状相同。如图2(b)所示，I个第I折射率设定部21中，在Z方向以预定的间隔配置第I金属图形mpl和第2金属图形mp2。例如，第I金属图形mpl配置在Z方向看与第2金属图形mp2重叠的位置。
[0051]在第I金属图形mpl和第2金属图形mp2之间，设置透光性部件22。根据透光性部件22在Z方向的厚度设定第I金属图形mpl和第2金属图形mp2的间隔。透光性部件22尽可能采用低的折射率的材料，但是希望发挥作为超材料的特性。对于透光性部件22的材料，适于例如SiO2和/或树脂。
[0052]如图2 (b)所示，多个第I折射率设定部21中相邻的2个之间，也可以设置具有比基板10的折射率更低的折射率的中间部23。中间部23通过透光性的材料(例如，与透光性部件22同样的材料)构成，也可以是间隙(空间)。若中间部23成为间隙，则相邻的2个第I折射率设定部21之间的折射率成为I (空气的折射率)，光学装置110的实际折射率变小。
[0053]第I折射率设定部21的折射率通过2个金属图形mp的各个的几何关系来调整。例如，通过2个金属图形mp的各个的大小、图形宽度、间隔等调整折射率。
[0054]图3(a)及(b)是示例金属图形的布局的模式图。
[0055]图3(a)中，表不不例金属图形mp的布局的模式的俯视图，图3(b)中，表不不例金属图形mp的布局的模式的剖面图。图3(a)及(b)表示的例子中，多个第I折射率设定部21的各个中，配置2个金属图形mp(图2(a)表示的第I金属图形mpl及第2金属图形
mp2) ο
[0056]光学装置110中，关于多个第I折射率设定部21的各个，2个金属图形mp的几何关系按照折射率来设定。例如，以光轴c为中心越从光轴c离开,金属图形mp在Z方向看的大小变得越大，或变得越小。由此，适当地设定光学装置110在XY平面的折射率，即使是平板形状也作为光学透镜起作用。
[0057]在这里，光学透镜的折射率通过光学透镜的介电常数和磁导率的各个的平方根的积来决定。因此，通过使介电常数及磁导率的至少一方变化来改变折射率。本实施方式涉及的光学装置110中，采用金属图形mp，使介电常数及磁导率的至少一方变化，设定第I折射率设定部21的折射率。并且，通过关于多个第I折射率设定部21的各个设定折射率，使光学装置110作为光学透镜起作用。
[0058]其次，关于金属图形mp的折射率的变化的光学模拟来说明。
[0059]图4(a)及(b)是表示进行光学模拟时的定义的图。
[0060]图4(a)中，表示金属图形mp在Z方向看的尺寸的定义，图4(b)中表示金属图形mp在Y方向看的尺寸的定义。如图4(a)所示，H型的金属图形mp具有互相平行的2个图形Pl及P2、连接2个图形pi及p2的图形p3。
[0061]如图4(a)所示，将图形pi的内侧和图形p2的内侧的距离作为L。将图形pi的外侦lJ和图形p2的外侧的距离作为U。将图形pi及图形p2的宽度作为W。如图4(b)所示,将金属图形mp的厚度作为T。将第I金属图形mpl和第2金属图形mp2的间隔(节距)作为D。以这样的图形mpl及mp2的组作为单位图形，通过在X方向及Y方向以希望的节距及周期排列多个单位图形来构成超材料(使相邻的单位图形不接触。)。
[0062]图5(a)及(b)是表示光学模拟结果的图。
[0063]图5(a)的横轴为波长，纵轴为折射率。图5(b)的横轴为波长，纵轴为透射率。这个光学模拟中，根据H型的金属图形mp的几何关系，调整在可见光范围的波长的折射率的变化。
[0064]图5(a)中，表示采样Rl?R5的模拟结果。采样Rl?R3是以L=IOOOnm的2层金属图形mp。采样Rl是D=30nm,采样R2是D=50nm,采样R3是D=60nm。采样R4是以L=1500nm,D=40nm的2层金属图形mp。采样R5是以L=500nm,D=60nm的3层金属图形mp。[0065]从图5(a)中表示的模拟结果可知，折射率根据金属图形mp的几何关系变化。再者，在任一个采样Rl?R5中，在可见光范围的波长中超过SiO2系的玻璃的折射率(约
1.45)。
[0066]图5(b)中表不的模拟结果表不米样R3的透射率。米样R3中，在可见光范围的任一个的波长中得到超越0.9的透射率。
[0067]本申请发明人包含上述的模拟结果，关于金属图形mp的各种几何关系实施了光学模拟。其结果，已知:作为金属图形mp,通过使间隔U在2微米(μ m)以下,距离L在I μ m以下，宽度W在IOOnm以下，厚度T在IOOnm以下，在可见光范围的波长中超过SiO2系的玻璃的折射率，透射率成为80%以上。
[0068]还有，作为金属图形mp的材料，优选地使用金(Au)、银(Ag)、铝(Al)及铜(Cu)中选择的至少I个。
[0069]本实施方式涉及的光学装置110基于上述的模拟结果根据金属图形mp的几何关系设定第I折射率设定部21中的折射率。通过在多个第I折射率设定部21的各个中设定折射率，光学装置110发挥希望的透镜特性。
[0070]图6(a)及(b)是表示金属图形的几何关系的变化的例子的模式图。
[0071]图6(a)中，表不金属图形mp的几何关系在一方向变化的例子。在这里,金属图形mp的大小越从中央在X方向离开变得越大。通过图6(a)表示的金属图形mp的几何关系的变化，光学装置110发挥圆柱形透镜那样的光学特性。
[0072]图6(b)中，表示金属图形mp的几何关系以二维状变化的例子。在这里，金属图形mp的大小越从中央在X方向及Y方向离开变得越大。通过图6(b)表示的金属图形mp的几何关系的变化，光学装置110发挥凸透镜或凹透镜那样的光学特性。
[0073]从图5(a)表示的模拟结果，呈现距离L越大折射率变得越大的倾向。由此，如图6(b)所示，若越从中央在X方向及Y方向离开金属图形mp的距离L变得越小，则从中央向外侧折射率变小。因此，根据图6(b)表示的金属图形mp的距离L的变化，光学装置110作为凸透镜起作用。
[0074](第2实施方式)
[0075]其次，关于第2实施方式来说明。第2实施方式中，关于光学装置110的制造方法来说明。
[0076]图7(a)?图8(b)是示例光学装置的制造方法的模式的剖面图。
[0077]首先，如图7(a)所示，准备玻璃等的基板10。其次，在基板10的第I面IOa上形成第I金属膜201。作为第I金属膜201的材料，为在Au、Ag、Al及Cu中选择的至少I个。第I金属膜201例如通过溅射形成。
[0078]其次，如图7 (b)所示，在第I金属膜201上形成透光性材料膜220。对于透光性材料膜220，例如使用Si02。其次，在透光性材料膜220上形成第2金属膜202。作为第2金属膜202的材料，为在Au、Ag、Al及Cu中选择的至少I个。第2金属膜202例如通过溅射形成。
[0079]还有，本实施方式中以形成2层的金属图形mp的情况作为例子，但是在形成3层以上的金属图形mp的场合，经由透光性材料膜使对应层数的金属膜层叠即可。
[0080]其次，如图7 (C)所示，在第2金属膜202上涂布光刻胶膜300，通过光刻及蚀刻形成光刻胶图形301。光刻胶图形301在Z方向看的形状对应于形成的金属图形mp的形状。
[0081]其次，如图8 (a)所示，将光刻胶图形301作为掩模，一并蚀刻第2金属膜202、透光性材料膜220及第I金属膜201。作为蚀刻，能使用例如RIE (Reactive 1n Etching:反应离子蚀刻)和IBE (1n Beam Etching:离子束蚀刻)。根据这样的蚀刻，没有进行蚀刻而留下的第2金属膜202成为第2金属图形mp2。还有,没有进行蚀刻而留下的第I金属膜201成为第I金属图形mpl。蚀刻后，除去光刻胶图形301。
[0082]由此，如图8(b)所示，在基板10的第I面IOa上形成第I光学层20，光学装置110完成。在第I光学层20，设置多个第I折射率设定部21。在多个第I折射率设定部21的各个，设置2个金属图形mp。在相邻的2个第I折射率设定部21之间，设置通过蚀刻而除去第2金属膜202、透光性材料膜220及第I金属膜201的中间部23。
[0083]这个光学装置110的制造方法中，根据图7(c)和图8(a)表示的光刻胶图形301的形状设定金属图形mp的形状。因此，根据这个光刻胶图形301的形状设定第I折射率设定部21的折射率。还有，通过将光刻胶图形301作为掩模进行蚀刻来一并形成第I金属图形mpl及第2金属图形mp2。即，2个金属图形mp通过I次的蚀刻步骤来形成。
[0084]还有，如果作为第2金属膜202、透光性材料膜220及第I金属膜201的蚀刻使用FIB (Focused 1n Beam:聚焦离子束)，则不需要光刻胶图形301的形成步骤。
[0085](第3实施方式)
[0086]其次，关于第3实施方式来说明。
[0087]图9(a)及(b)是示例第3实施方式涉及的光学装置的模式的剖面图。
[0088]图9 (a)表示的光学装置121，除了在基板10的第I面IOa上设置的第I光学层20之外，还具备在基板10的第2面IOb上设置的第2光学层30。第2光学层30包含多个第2折射率设定部31。多个第2折射率设定部31沿着第2面IOb以二维状配置。
[0089]多个第2折射率设定部31的各个具有调整磁导率的2个金属图形mp。多个第I折射率设定部31的各个具有根据2个金属图形mp设定的折射率。光学装置121中，通过在基板10的第I面IOa上设置的第I光学层20和在基板10的第2面IOb上设置的第2光学层30，在基板10的内部发挥作为光学透镜的功能。
[0090]为制造光学装置121，通过例如图7(a)?图8(b)表示的步骤形成2个光学装置110，使2个光学装置110的彼此的基板10的第2面IOb贴合即可。
[0091]如图9 (b)表示的光学装置122具有在基板10的第I面IOa上层叠第I光学层20及第2光学层30的构成。在第I光学层20和第2光学层30之间设置中间层25。光学装置122中，通过在基板10的第I面IOa上设置的第I光学层20及第2光学层30，发挥作为2个光学透镜的功能。再者，在第I光学层20上，也可形成多组中间层25及第2光学层30。由此，在第I面IOa上，形成3个以上的光学透镜。
[0092]为制造光学装置122，通过例如图7(a)?图8(b)表示的步骤形成2个光学装置110，在Z方向层叠2个光学装置110即可。
[0093]其次，关于2个金属图形mp的配置例来说明。
[0094]图10(a)及(b)是示例2个金属图形的配置的模式图。
[0095]图10(a)表示的配置例中，2个金属图形mp (第I金属图形mpl及第2金属图形mp2)沿着基板10的第I面IOa配置。[0096]图2(a)及(b)表示的第I金属图形mpl配置为在与第I面IOa正交的方向(Z方向)与第2金属图形mp2重叠。对此，图10(a)表示的第I金属图形mpl沿着第I面IOa例如在X方向与第2金属图形mp2并列配置。第I金属图形mpl在Z方向的高度与第2金属图形mp2在Z方向的高度相同。
[0097]这样的2个金属图形mp的配置中，除了金属图形mp的大小(图4(a)表示的距离L、U及宽度W，图4(b)表示的厚度T)之外，根据沿着2个金属图形mp的第I面IOa的间隔
调整折射率。
[0098]图10(b)表示的第I金属图形mpl沿着第I面IOa例如在X方向与第2金属图形mp2并列配置。第I金属图形mpl在Z方向的高度与第2金属图形mp2在Z方向的高度不同。
[0099]这样的2个金属图形mp的配置中，除了金属图形mp的大小(图4(a)表示的距离L、U及宽度W，图4(b)表示的厚度T)之外，根据2个金属图形mp的间隔(最近距离)调整折射率。
[0100]图11(a)及(b)是示例金属图形的间隔的模式图。
[0101]图11(a)表示的例子中，关于多个第I折射率设定部21的各个，适当地设定2个金属图形mp (第I金属图形mpl及第2金属图形mp2)在Z方向的间隔(节距)D。第I折射率设定部21的折射率根据间隔D设定。图11(a)表示的例子中，关于多个第I折射率设定部21，2个金属图形mp的间隔D在X方向慢慢变化。
[0102]图11 (b)表示的例子中，适当地设定相邻的2个第I折射率设定部21的各个的金属图形mp的X方向的间隔Dx。在多个第I折射率设定部21分别在X方向及Y方向配置的场合，也可以适当地设定相邻的金属图形mp在Y方向的间隔和/或在X方向的间隔。若相邻的金属图形mp的间隔(例如，X方向的间隔Dx)变大，金属图形mp以外的低折射率区域扩大。由此，第I光学层20的实际折射率下降。
[0103]如图10(a)?图11(b)所示，根据2个金属图形mp的几何关系和/或相邻的金属图形mp的几何关系设定第I折射率设定部21的折射率，光学装置110作为光学透镜起作用。
[0104]图12(a)及(b)是示例金属图形的其他形状的模式图。
[0105]图12(a)中，表不金属图形mplO的模式的俯视图，图12(b)中，表不金属图形mplO的模式的侧视图。如图12(a)所示，金属图形mplO在Z方向看的形状具有环状图形cp的一部分被切断的形状。如图12(b)所示，金属图形mplO具有第I金属图形mpll和第2金属图形mpl2。本实施方式中，将第I金属图形mpll及第2金属图形mpl2统称为金属图形mplO。
[0106]第I金属图形mpll在Z方向看的形状也可与第2金属图形mpl2在Z方向看的形状相同。如图12(b)所示，第2金属图形mpl2在Z方向与第I金属图形mpll以预定的间隔配置。例如，第I金属图形mpll在Z方向看配置在与第2金属图形mpl2重叠的位置。
[0107]如图12(a)所示，将金属图形mplO在Y方向的大小作为U1，将金属图形mplO的宽度作为W1，将环状图形CP的被切断的部分的间隔作为SI。如图12(b)所示，将金属图形mplO的厚度作为Tl。将第I金属图形mpll和第2金属图形mpl2的间隔(节距)作为D1。将这样的图形mpll及mpl2的组作为单位图形，通过在X方向及Y方向以希望的节距及周期排列多个单位图形来构成超材料(使相邻的单位图形不接触。)。
[0108]图13是表示光学模拟结果的图。
[0109]图13(a)的横轴为波长，纵轴为折射率。图13(b)的横轴为波长，纵轴为透射率。这个光学模拟中，根据预定的金属图形mplO，调整在可见光范围的波长的折射率的变化。
[0110]图13中，表示采样RlO的模拟结果。采样RlO是大小Ul=IOOOnm,宽度Wl=IOOnm,间隔Sl=IOOnm,厚度Tl=IOOnm,间隔Dl=100nm。从图13表示的模拟结果可知，采样RlO的折射率的波长依赖性，呈现比图5 (a)表示的采样Rl?R5的折射率的波长依赖性更小的倾向。
[0111]本申请发明人包含上述的模拟结果，关于金属图形mplO的各种几何关系实施了光学模拟。其结果，已知:作为金属图形mplO,通过使大小Ul在2μηι以下，宽度Wl在IOOnm以下，厚度Tl在IOOnm以下，间隔SI在200nm以下，在可见光范围的波长中超过SiO2系的玻璃的折射率，透射率成为80%以上。
[0112]还有,作为金属图形mplO的材料,优选地使用Au、Ag、Al及Cu中选择的至少用I个。
[0113]图14(a)及(b)是示例金属图形的其他形状的模式图。
[0114]图14(a)是示例2个金属图形mp20的模式的立体图。图14(b)是示例金属图形mp20的模式的侧视图。如图14(a)所示，2个金属图形mp20成为使图2(a)表示的2个金属图形mp (第I金属图形mpl及第2金属图形mp2)分别进行90度旋转的构成。本实施方式中，将第I金属图形mp21及第2金属图形mp22统称为金属图形mp20。
[0115]如图14(a)所示，金属图形mp20在X方向看的形状是H型。第I金属图形mp21在X方向看的形状也可与第2金属图形mp22在X方向与看的形状相同。如图14(b)所示，I个第I折射率设定部21中，在X方向以预定的间隔配置第I金属图形mp21和第2金属图形mp22。例如，第I金属图形mp21在X方向看配置在与第2金属图形mp22重叠的位置。
[0116]第I折射率设定部21的折射率，根据2个金属图形mp20的各个的几何关系来调整。通过在第I折射率设定部21设置这样的2个金属图形mp20，适当地设定光学装置110在XY平面的折射率，即使是平板形状也可作为光学透镜起作用。
[0117]上述说明的实施方式中，金属图形的形状不限于金属图形mp、mplO及mp20。金属图形的形状是抑制由通过金属图形的光引起的涡流的发生的形状即可。还有，金属图形最好对可见光为非共振。通过采用非共振的金属图形，能在宽广的频带得到高折射率。
[0118]图15是示例光学装置的其他构成的模式图。
[0119]图15表不的光学装置130包含支持部15、和第I光学层20。光学装置130中，第I光学层20通过支持部15支持。例如，支持部15设置为包围第I光学层20的侧面。SP，光学装置130不具备光学装置110的基板10。第I光学层20通过支持部15支持以代替基板10。光学装置130中，通过关于多个第I折射率设定部21的各个设定折射率，与光学装置110同样地发挥作为光学透镜的功能。
[0120](第4实施方式)
[0121]其次，关于第4实施方式来说明。
[0122]图16是示例第4实施方式涉及的固体拍摄装置的模式的剖面图。
[0123]如图16所示，固体拍摄装置500具备固体拍摄元件510、和透镜群520。固体拍摄元件510是经由透镜群520接受到达的光，并以像素单位变换为电信号的光电变换元件。固体拍摄元件510包括多个像素。多个像素以线状或以二维状配置。
[0124]透镜群520包含多个光学透镜(例如，光学透镜521?524)。作为光学透镜521?524中的I个的光学透镜522，适用本实施方式涉及的光学装置110。光学透镜522是例如用于抑制色差的透镜。再者，作为光学透镜522，也可适用光学装置121、122及130。
[0125]作为光学透镜522适用的光学装置110、121、122及130的折射率比采用SiO2系的玻璃的光学透镜的折射率更高。因此，通过作为光学透镜522适用光学装置110、121、122及130，光学透镜522的厚度变薄。
[0126]图17是示例参考例涉及的固体拍摄装置的模式的剖面图。
[0127]图17表示的固体拍摄装置900具备固体拍摄元件510、和透镜群920。透镜群920包含多个光学透镜(例如，光学透镜921?924)。对于透镜群920中包含的多个光学透镜921?924，能适用SiO2系的玻璃。
[0128]在这里，作为光学透镜922，将使用折射率约1.45的SiO2系的玻璃的情况的光学透镜922的厚度(光轴方向的长度)作为HO。还有，将图16表示的透镜群520的光学透镜522的厚度(光轴方向的长度)作为Hl。在作为光学透镜522例如适用平均折射率3.0的光学装置110的场合，光学透镜522的厚度Hl与光学透镜922的厚度HO之比成为约1/3。
[0129]还有，在图17表示的固体拍摄装置900的光学透镜924和固体拍摄元件510的距离作为L0，图16表示的固体拍摄装置500的光学透镜524和固体拍摄元件510的距离作为LI的场合，距离LI比距离LO更短。这是因为光学装置110持有负的abbe数(参照图5(a))。通过在用于抑制色差的光学透镜522中使用持有负的abbe数的光学装置110，抑制光学距离的增加，距离LI变短。由此，达成固体拍摄装置500的全部的小型化。
[0130]图18是示例第4实施方式涉及的其他固体拍摄装置的模式的剖面图。
[0131]如图18所示，固体拍摄装置600具备固体拍摄元件510、和透镜群620。透镜群620包含多个光学透镜(例如，光学透镜621?624)。对于光学透镜621?624中的光学透镜622及光学透镜623，本实施方式涉及的光学装置110适用。再者，作为光学透镜622及623，也可以适用光学装置121、122及130。
[0132]对于透镜群620中的2个光学透镜622及623，适用光学装置110、121、122及130，透镜群620的厚度比透镜群520的厚度更薄。因此，固体拍摄装置600比固体拍摄装置500
更小型化。
[0133]还有，透镜群620的多个光学透镜621?624中，对于3个以上的光学透镜，也可适用光学装置110、121、122及130。由此，透镜群620更薄型化，达成固体拍摄装置600的小型化。
[0134]固体拍摄装置500及600中，说明了对于透镜群520及620的光学透镜适用光学装置110、121、122及130的例子，但是，光学装置110、121、122及130也可适用于透镜群520及620以外的情况。例如，也可以是通过光学装置110、121、122及130在XY面内的折射率的调整，成为与在XY面内设置多个光学透镜同样的构成。根据这样的透镜构成，例如对于每像素配置透镜的微透镜阵列适用光学装置110、121、122及130。
[0135]如以上说明，根据实施方式，能得到具有希望的折射率的光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法。[0136]以上，一边参照具体例子一边关于实施方式来说明。可是，实施方式不限于这些具体例子。例如，作为基板10的形状以平板形状的情况为例子，但是，基板10的第I面IOa和第2面IOb的至少一方也可以弯曲。还有，对于这些具体例子，只要本领域技术人员施加适当的设计变更，而具有实施方式的特征，就包含于实施方式的范围内。前述的各具体例子具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等，并不限于示例的那样而能够进行适当地变更。
[0137]还有，只要前述的各实施方式具备的各要素在技术上尽可能合成，将他们进行的组合也均包含实施方式的特征，就包含于实施方式的范围内。在其他，在实施方式的思想的范围内可以了解，如果是本领域技术人员，在各种的变更例及修改例能想到和做到，关于那些变更例及修改例也属于实施方式的范围。
[0138]说明了本发明的几个实施方式，但是，这些实施方式仅作为例子出示，不打算限定发明的范围。这些新的实施方式可以以其他的各种方式实施，能够在不越出发明的要旨的范围，进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和/或其变形包含于发明的范围和/或要旨，并且，包含于权利要求书的范围记载的发明及其均等的范围内。
【权利要求】
1.一种光学装置，其特征在于，具备: 基板，具有第1面、和与上述第1面在相反侧的第2面；和 第1光学层，设置在上述第1面之上，并具有沿着上述第1面配置的多个第1折射率设定部； 上述多个第1折射率设定部的各个具有使上述多个第1折射率设定部的上述各个的磁导率变化的多个金属图形，具有与上述磁导率对应的折射率。
2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述多个第1折射率设定部沿着上述第1面以二维状配置。
3.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述多个第1折射率设定部的上述折射率沿着上述第1面变化； 上述第1光学层对于透射的光作为透镜起作用。
4.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述折射率是对于可见光的折射率。
5.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述多个第1折射率设定部的各个具有2个上述金属图形； 上述2个上述金属图形互相重叠地配置在与上述第1面正交的方向。
6.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述多个金属图形中的第1金属图形的形状与上述多个金属图形中的第2金属图形的形状相同。
7.如权利要求6所述的光学装置，其特征在于， 上述第1金属图形的在与上述第1面正交的方向看的形状与上述第2金属图形的在上述方向看的形状相同。
8.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述第1光学层具有中间部； 上述中间部设置在上述多个第1折射率设定部中的相邻的2个第1折射率设定部之间，具有比上述基板的折射率更低的折射率。
9.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，还具备: 第2光学层，具有沿着上述第1面配置的多个第2折射率设定部； 上述多个第2折射率设定部的各个具有使上述第2折射率设定部的上述各个的磁导率变化的多个金属图形，具有与上述磁导率对应的折射率。
10.如权利要求9所述的光学装置，其特征在于， 上述第2光学层设置在上述基板的上述第2面之上。
11.如权利要求9所述的光学装置，其特征在于， 上述第2光学层设置在上述第1光学层之上。
12.—种固体拍摄装置，其特征在于，具备: 固体拍摄元件；和 配置在上述固体拍摄元件的光轴上的光学装置； 上述光学装置包含: 基板，具有第1面、和与上述第1面在相反侧的第2面；和第I光学层，设置在上述第I面之上，并具有沿着上述第I面配置的多个折射率设定部; 上述多个折射率设定部的各个具有使上述多个折射率设定部的上述各个的磁导率变化的多个金属图形，具有与上述磁导率对应的折射率。
13.如权利要求12所述的固体拍摄装置，其特征在于， 上述多个折射率设定部沿着上述第I面以二维状配置。
14.如权利要求12所述的固体拍摄装置，其特征在于， 上述多个折射率设定部的上述折射率沿着上述第I面变化； 上述第I光学层对于透射的光作为透镜起作用。
15.一种光学装置的制造方法，其特征在于， 上述光学装置包含:基板，具有第I面、和与上述第I面在相反侧的第2面；和第I光学层，设置在上述第I面之上，并具有沿着上述第I面配置的多个第I折射率设定部；上述多个第I折射率设定部的各个具有使上述各个的磁导率变化的多个金属图形，上述多个第I折射率设定部的上述各个具有与上述磁导率对应的折射率； 上述光学装置的制造方法包括以下步骤: 在上述第I面之上形成按顺序层叠第I金属膜、层间膜、第2金属膜的层叠体； 在上述层叠体之上形成掩模；和 通过经由上述掩模将上述层叠体蚀刻，将上述第I金属膜及上述第2金属膜图形化而形成上述2个金属图形。
16.如权利要求15所述的光学装置的制造方法，其特征在于， 上述多个第I折射率设定部沿着上述第I面以二维状配置。
17.如权利要求15所述的光学装置的制造方法，其特征在于， 上述多个第I折射率设定部的上述折射率沿着上述第I面变化。
【文档编号】G03F7/00GK103969709SQ201310292485
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年1月30日
【发明者】国分弘一 申请人:株式会社 东芝
【专利摘要】公开一种光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法。实施方式涉及的光学装置包含：基板；和第1光学层。上述基板具有第1面、和与上述第1面在相反侧的第2面。上述第1光学层设置在上述第1面之上，并包含沿着上述第1面配置的多个第1折射率设定部。上述多个第1折射率设定部的各个具有使磁导率变化的多个金属图形。
【专利说明】光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法[0001 ] 相关专利申请的参照
[0002]本申请要求享受2013年I月30日申请的日本专利申请号2013-015621的优先权的利益，在本申请中援引其日本专利申请的全部内容。
【技术领域】
[0003]本实施方式涉及光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法。
【背景技术】
[0004]由于作为光学装置的透镜的厚度很薄，所以需要使用折射率高的材料。例如，在作为透镜使用SiO2系的玻璃的场合，SiO2的折射率为约1.45。如果透镜的折射率例如为3，则透镜的厚度与使用SiO2系的玻璃的场合相比为约1/3。
[0005]折射率通过介电常数和磁导率的各个的平方根的积来决定。因此，如果能增大介电常数及磁导率的任一方则能提高折射率。在光学装置中，最好得到希望的折射率。
【发明内容】
[0006]本发明打算解决的课题在于提供一种能够得到希望的折射率的光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法。
[0007]实施方式的光学装置具备:基板，具有第I面、和与上述第I面在相反侧的第2面；和第I光学层，设置在上述第I面上，并具有沿着上述第I面配置的多个第I折射率设定部;
[0008]上述多个第I折射率设定部的各个具有使上述多个第I折射率设定部的上述各个的磁导率变化的多个金属图形，具有与上述磁导率对应的折射率。
[0009]其他的实施方式的固体拍摄装置具备:固体拍摄元件；和配置在上述固体拍摄元件的光轴上的光学装置；
[0010]上述光学装置包含:基板，具有第I面、和与上述第I面在相反侧的第2面；和第I光学层，设置在上述第I面之上，并具有沿着上述第I面配置的多个折射率设定部；
[0011]上述多个折射率设定部的各个具有使上述多个折射率设定部的上述各个的磁导率变化的多个金属图形，具有与上述磁导率对应的折射率。
[0012]此外，其他的实施方式的光学装置的制造方法中，上述光学装置包含:基板，具有第I面、和与上述第I面在相反侧的第2面；和第I光学层，设置在上述第I面之上，并具有沿着上述第I面配置的多个第I折射率设定部；上述多个第I折射率设定部的各个具有使上述各个的磁导率变化的多个金属图形，上述多个第I折射率设定部的上述各个具有与上述磁导率对应的折射率； [0013]上述光学装置的制造方法具备以下步骤:在上述第I面上形成按顺序层叠第I金属膜、层间膜、第2金属膜的层叠体；在上述层叠体上形成掩模；和通过经由上述掩模将上述层叠体蚀刻，将上述第I金属膜及上述第2金属膜图形化而形成上述2个金属图形。[0014]根据上述构成的光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法，可以得到希望的折射率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1 (a)及(b)是示例第I实施方式涉及的光学装置的模式图。
[0016]图2(a)及(b)是示例金属图形的模式图。
[0017]图3(a)及(b)是示例金属图形的布局的模式图。
[0018]图4(a)及(b)是表示进行光学模拟时的定义的图。
[0019]图5(a)及(b)是表示光学模拟结果的图。
[0020]图6(a)及(b)是表示金属图形的几何关系的变化的例子的模式图。
[0021]图7(a)?图7(c)是示例光学装置的制造方法的模式的剖面图。
[0022]图8(a)及(b)是示例光学装置的制造方法的模式的剖面图。
[0023]图9(a)及(b)是示例第3实施方式涉及的光学装置的模式的剖面图。
[0024]图10(a)及(b)是示例2个金属图形的配置的模式图。
[0025]图11 (a)及(b)是示例2个金属图形的间隔的模式图。
[0026]图12(a)及(b)是示例金属图形的其他形状的模式图。
[0027]图13是表示光学模拟结果的图。
[0028]图14(a)及(b)是示例金属图形的其他形状的模式图。
[0029]图15是示例光学装置的其他构成的模式图。
[0030]图16是示例第4实施方式涉及的固体拍摄装置的模式的剖面图。
[0031]图17是示例参考例涉及的固体拍摄装置的模式的剖面图。
[0032]图18是示例第4实施方式涉及的其他固体拍摄装置的模式的剖面图。
【具体实施方式】
[0033]以下，根据【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。以下的说明中，为同样的部件附加同样的标号，关于已说明的部件适当地省略其说明。
[0034](第I实施方式)
[0035]图1 (a)及(b)是示例第I实施方式涉及的光学装置的模式图。
[0036]图1(a)中，表示光学装置110的模式的剖面图。图1 (b)中，表示光学装置110的模式的俯视图。图1(a)中表示的图是图1(b)的A-A线的模式的剖面图。
[0037]第I实施方式涉及的光学装置110包含基板10、和第I光学层20。光学装置110作为光学透镜起作用。基板10由使预定波长的光透射的材料形成。本实施方式中，基板10由例如使可见光透射的材料(SiO2等)形成。在这里，可见光为波长360纳米(nm)以上且830nm以下的光。
[0038]基板10具有第I面10a、和与第I面IOa在相反侧的第2面10b。基板10例如成平板形状。如图1(a)所示，第I面IOa与第2面IOb例如平行。本实施方式中，与第I面IOa正交的方向为Z方向，与Z方向正交的方向之一为X方向，与Z方向及X方向正交的方向为Y方向。光学装置Iio的光轴C为例如Z方向。光例如通过第I光学层20从基板10的第I面IOa入射，从第2面IOb出射。[0039]基板10的厚度(第I面IOa和第2面IOb在Z方向的距离)例如由作为光学透镜的光路长度来决定。如图1(b)所示，基板10在Z方向看的外形为例如矩形。再者，除矩形以外，基板10在Z方向看的外形也可以是圆形等。
[0040]第I光学层20设置在基板10的第I面IOa之上。第I光学层20包含多个第I折射率设定部21。说明实施方式的附图中，为了说明的方便，通过虚线表示第I折射率设定部21。如图1 (b)所示，多个第I折射率设定部21沿着第I面IOa以二维状配置。
[0041]图1(b)中表示的例子中，多个第I折射率设定部21分别配置在X方向及Y方向。即，多个第I折射率设定部21沿着第I面IOa以行列状配置。再者，多个第I折射率设定部21的排列不限于行列状。
[0042]多个第I折射率设定部21的各个具有使各个的磁导率变化的多个金属图形。即，第I折射率设定部21的磁导率通过多个金属图形来调整。多个第I折射率设定部21的各个具有与磁导率对应的折射率。即，具有通过多个金属图形设定的折射率。
[0043]设置有多个金属图形的第I折射率设定部21是所谓超材料(metamaterial)。所谓超材料是使金属以某种图形周期性地排列而形成的具有自然界中没有的特性的人工物质。
[0044]以下，作为多个金属图形的一个例子，举例说明设置有2个金属图形的情况。可是，本实施方式中，不限于此，也可在第I折射率设定部21设置3个以上的金属图形。
[0045]光学装置110中，通过沿着第I面IOa以行列状配置的多个第I折射率设定部21在XY方向的各个位置设定折射率。光学装置Iio中，通过关于多个第I折射率设定部21的各个设定折射率，对于透射的光作为光学透镜起作用。即，发挥作为光学透镜的功能。
[0046]例如，在光学装置110的XY平面的中心为光轴c的场合，若设定为越沿着XY平面从光轴c离开折射率变得越小，则光学装置110作为凸透镜起作用。相反，若设定为越沿着XY平面从光轴C离开折射率变得越大，则光学装置110作为凹透镜起作用。这样，通过根据多个第I折射率设定部21在XY方向的各个位置设定的折射率，得到光学装置110的希望的透镜特性。
[0047]图2(a)及(b)是示例金属图形的模式图。
[0048]图2 (a)是示例2个金属图形mp的模式的立体图。图2 (b)是示例金属图形mp的模式的侧视图。图2(a)中，为了说明的方便，仅表示金属图形mp。
[0049]如图2 (a)所示，I个第I折射率设定部21中，设置至少2个金属图形mp。本实施方式中，作为例子说明在I个第I折射率设定部21中设置有第I金属图形mpl、和第2金属图形mp2的情况。本实施方式中，将第I金属图形mpl及第2金属图形mp2统称为金属图形mp。
[0050]如图2(a)所示，金属图形mp在Z方向看的形状为例如H型。第I金属图形mpl在Z方向看的形状也可与第2金属图形mp2在Z方向看的形状相同。如图2(b)所示，I个第I折射率设定部21中，在Z方向以预定的间隔配置第I金属图形mpl和第2金属图形mp2。例如，第I金属图形mpl配置在Z方向看与第2金属图形mp2重叠的位置。
[0051]在第I金属图形mpl和第2金属图形mp2之间，设置透光性部件22。根据透光性部件22在Z方向的厚度设定第I金属图形mpl和第2金属图形mp2的间隔。透光性部件22尽可能采用低的折射率的材料，但是希望发挥作为超材料的特性。对于透光性部件22的材料，适于例如SiO2和/或树脂。
[0052]如图2 (b)所示，多个第I折射率设定部21中相邻的2个之间，也可以设置具有比基板10的折射率更低的折射率的中间部23。中间部23通过透光性的材料(例如，与透光性部件22同样的材料)构成，也可以是间隙(空间)。若中间部23成为间隙，则相邻的2个第I折射率设定部21之间的折射率成为I (空气的折射率)，光学装置110的实际折射率变小。
[0053]第I折射率设定部21的折射率通过2个金属图形mp的各个的几何关系来调整。例如，通过2个金属图形mp的各个的大小、图形宽度、间隔等调整折射率。
[0054]图3(a)及(b)是示例金属图形的布局的模式图。
[0055]图3(a)中，表不不例金属图形mp的布局的模式的俯视图，图3(b)中，表不不例金属图形mp的布局的模式的剖面图。图3(a)及(b)表示的例子中，多个第I折射率设定部21的各个中，配置2个金属图形mp(图2(a)表示的第I金属图形mpl及第2金属图形
mp2) ο
[0056]光学装置110中，关于多个第I折射率设定部21的各个，2个金属图形mp的几何关系按照折射率来设定。例如，以光轴c为中心越从光轴c离开,金属图形mp在Z方向看的大小变得越大，或变得越小。由此，适当地设定光学装置110在XY平面的折射率，即使是平板形状也作为光学透镜起作用。
[0057]在这里，光学透镜的折射率通过光学透镜的介电常数和磁导率的各个的平方根的积来决定。因此，通过使介电常数及磁导率的至少一方变化来改变折射率。本实施方式涉及的光学装置110中，采用金属图形mp，使介电常数及磁导率的至少一方变化，设定第I折射率设定部21的折射率。并且，通过关于多个第I折射率设定部21的各个设定折射率，使光学装置110作为光学透镜起作用。
[0058]其次，关于金属图形mp的折射率的变化的光学模拟来说明。
[0059]图4(a)及(b)是表示进行光学模拟时的定义的图。
[0060]图4(a)中，表示金属图形mp在Z方向看的尺寸的定义，图4(b)中表示金属图形mp在Y方向看的尺寸的定义。如图4(a)所示，H型的金属图形mp具有互相平行的2个图形Pl及P2、连接2个图形pi及p2的图形p3。
[0061]如图4(a)所示，将图形pi的内侧和图形p2的内侧的距离作为L。将图形pi的外侦lJ和图形p2的外侧的距离作为U。将图形pi及图形p2的宽度作为W。如图4(b)所示,将金属图形mp的厚度作为T。将第I金属图形mpl和第2金属图形mp2的间隔(节距)作为D。以这样的图形mpl及mp2的组作为单位图形，通过在X方向及Y方向以希望的节距及周期排列多个单位图形来构成超材料(使相邻的单位图形不接触。)。
[0062]图5(a)及(b)是表示光学模拟结果的图。
[0063]图5(a)的横轴为波长，纵轴为折射率。图5(b)的横轴为波长，纵轴为透射率。这个光学模拟中，根据H型的金属图形mp的几何关系，调整在可见光范围的波长的折射率的变化。
[0064]图5(a)中，表示采样Rl?R5的模拟结果。采样Rl?R3是以L=IOOOnm的2层金属图形mp。采样Rl是D=30nm,采样R2是D=50nm,采样R3是D=60nm。采样R4是以L=1500nm,D=40nm的2层金属图形mp。采样R5是以L=500nm,D=60nm的3层金属图形mp。[0065]从图5(a)中表示的模拟结果可知，折射率根据金属图形mp的几何关系变化。再者，在任一个采样Rl?R5中，在可见光范围的波长中超过SiO2系的玻璃的折射率(约
1.45)。
[0066]图5(b)中表不的模拟结果表不米样R3的透射率。米样R3中，在可见光范围的任一个的波长中得到超越0.9的透射率。
[0067]本申请发明人包含上述的模拟结果，关于金属图形mp的各种几何关系实施了光学模拟。其结果，已知:作为金属图形mp,通过使间隔U在2微米(μ m)以下,距离L在I μ m以下，宽度W在IOOnm以下，厚度T在IOOnm以下，在可见光范围的波长中超过SiO2系的玻璃的折射率，透射率成为80%以上。
[0068]还有，作为金属图形mp的材料，优选地使用金(Au)、银(Ag)、铝(Al)及铜(Cu)中选择的至少I个。
[0069]本实施方式涉及的光学装置110基于上述的模拟结果根据金属图形mp的几何关系设定第I折射率设定部21中的折射率。通过在多个第I折射率设定部21的各个中设定折射率，光学装置110发挥希望的透镜特性。
[0070]图6(a)及(b)是表示金属图形的几何关系的变化的例子的模式图。
[0071]图6(a)中，表不金属图形mp的几何关系在一方向变化的例子。在这里,金属图形mp的大小越从中央在X方向离开变得越大。通过图6(a)表示的金属图形mp的几何关系的变化，光学装置110发挥圆柱形透镜那样的光学特性。
[0072]图6(b)中，表示金属图形mp的几何关系以二维状变化的例子。在这里，金属图形mp的大小越从中央在X方向及Y方向离开变得越大。通过图6(b)表示的金属图形mp的几何关系的变化，光学装置110发挥凸透镜或凹透镜那样的光学特性。
[0073]从图5(a)表示的模拟结果，呈现距离L越大折射率变得越大的倾向。由此，如图6(b)所示，若越从中央在X方向及Y方向离开金属图形mp的距离L变得越小，则从中央向外侧折射率变小。因此，根据图6(b)表示的金属图形mp的距离L的变化，光学装置110作为凸透镜起作用。
[0074](第2实施方式)
[0075]其次，关于第2实施方式来说明。第2实施方式中，关于光学装置110的制造方法来说明。
[0076]图7(a)?图8(b)是示例光学装置的制造方法的模式的剖面图。
[0077]首先，如图7(a)所示，准备玻璃等的基板10。其次，在基板10的第I面IOa上形成第I金属膜201。作为第I金属膜201的材料，为在Au、Ag、Al及Cu中选择的至少I个。第I金属膜201例如通过溅射形成。
[0078]其次，如图7 (b)所示，在第I金属膜201上形成透光性材料膜220。对于透光性材料膜220，例如使用Si02。其次，在透光性材料膜220上形成第2金属膜202。作为第2金属膜202的材料，为在Au、Ag、Al及Cu中选择的至少I个。第2金属膜202例如通过溅射形成。
[0079]还有，本实施方式中以形成2层的金属图形mp的情况作为例子，但是在形成3层以上的金属图形mp的场合，经由透光性材料膜使对应层数的金属膜层叠即可。
[0080]其次，如图7 (C)所示，在第2金属膜202上涂布光刻胶膜300，通过光刻及蚀刻形成光刻胶图形301。光刻胶图形301在Z方向看的形状对应于形成的金属图形mp的形状。
[0081]其次，如图8 (a)所示，将光刻胶图形301作为掩模，一并蚀刻第2金属膜202、透光性材料膜220及第I金属膜201。作为蚀刻，能使用例如RIE (Reactive 1n Etching:反应离子蚀刻)和IBE (1n Beam Etching:离子束蚀刻)。根据这样的蚀刻，没有进行蚀刻而留下的第2金属膜202成为第2金属图形mp2。还有,没有进行蚀刻而留下的第I金属膜201成为第I金属图形mpl。蚀刻后，除去光刻胶图形301。
[0082]由此，如图8(b)所示，在基板10的第I面IOa上形成第I光学层20，光学装置110完成。在第I光学层20，设置多个第I折射率设定部21。在多个第I折射率设定部21的各个，设置2个金属图形mp。在相邻的2个第I折射率设定部21之间，设置通过蚀刻而除去第2金属膜202、透光性材料膜220及第I金属膜201的中间部23。
[0083]这个光学装置110的制造方法中，根据图7(c)和图8(a)表示的光刻胶图形301的形状设定金属图形mp的形状。因此，根据这个光刻胶图形301的形状设定第I折射率设定部21的折射率。还有，通过将光刻胶图形301作为掩模进行蚀刻来一并形成第I金属图形mpl及第2金属图形mp2。即，2个金属图形mp通过I次的蚀刻步骤来形成。
[0084]还有，如果作为第2金属膜202、透光性材料膜220及第I金属膜201的蚀刻使用FIB (Focused 1n Beam:聚焦离子束)，则不需要光刻胶图形301的形成步骤。
[0085](第3实施方式)
[0086]其次，关于第3实施方式来说明。
[0087]图9(a)及(b)是示例第3实施方式涉及的光学装置的模式的剖面图。
[0088]图9 (a)表示的光学装置121，除了在基板10的第I面IOa上设置的第I光学层20之外，还具备在基板10的第2面IOb上设置的第2光学层30。第2光学层30包含多个第2折射率设定部31。多个第2折射率设定部31沿着第2面IOb以二维状配置。
[0089]多个第2折射率设定部31的各个具有调整磁导率的2个金属图形mp。多个第I折射率设定部31的各个具有根据2个金属图形mp设定的折射率。光学装置121中，通过在基板10的第I面IOa上设置的第I光学层20和在基板10的第2面IOb上设置的第2光学层30，在基板10的内部发挥作为光学透镜的功能。
[0090]为制造光学装置121，通过例如图7(a)?图8(b)表示的步骤形成2个光学装置110，使2个光学装置110的彼此的基板10的第2面IOb贴合即可。
[0091]如图9 (b)表示的光学装置122具有在基板10的第I面IOa上层叠第I光学层20及第2光学层30的构成。在第I光学层20和第2光学层30之间设置中间层25。光学装置122中，通过在基板10的第I面IOa上设置的第I光学层20及第2光学层30，发挥作为2个光学透镜的功能。再者，在第I光学层20上，也可形成多组中间层25及第2光学层30。由此，在第I面IOa上，形成3个以上的光学透镜。
[0092]为制造光学装置122，通过例如图7(a)?图8(b)表示的步骤形成2个光学装置110，在Z方向层叠2个光学装置110即可。
[0093]其次，关于2个金属图形mp的配置例来说明。
[0094]图10(a)及(b)是示例2个金属图形的配置的模式图。
[0095]图10(a)表示的配置例中，2个金属图形mp (第I金属图形mpl及第2金属图形mp2)沿着基板10的第I面IOa配置。[0096]图2(a)及(b)表示的第I金属图形mpl配置为在与第I面IOa正交的方向(Z方向)与第2金属图形mp2重叠。对此，图10(a)表示的第I金属图形mpl沿着第I面IOa例如在X方向与第2金属图形mp2并列配置。第I金属图形mpl在Z方向的高度与第2金属图形mp2在Z方向的高度相同。
[0097]这样的2个金属图形mp的配置中，除了金属图形mp的大小(图4(a)表示的距离L、U及宽度W，图4(b)表示的厚度T)之外，根据沿着2个金属图形mp的第I面IOa的间隔
调整折射率。
[0098]图10(b)表示的第I金属图形mpl沿着第I面IOa例如在X方向与第2金属图形mp2并列配置。第I金属图形mpl在Z方向的高度与第2金属图形mp2在Z方向的高度不同。
[0099]这样的2个金属图形mp的配置中，除了金属图形mp的大小(图4(a)表示的距离L、U及宽度W，图4(b)表示的厚度T)之外，根据2个金属图形mp的间隔(最近距离)调整折射率。
[0100]图11(a)及(b)是示例金属图形的间隔的模式图。
[0101]图11(a)表示的例子中，关于多个第I折射率设定部21的各个，适当地设定2个金属图形mp (第I金属图形mpl及第2金属图形mp2)在Z方向的间隔(节距)D。第I折射率设定部21的折射率根据间隔D设定。图11(a)表示的例子中，关于多个第I折射率设定部21，2个金属图形mp的间隔D在X方向慢慢变化。
[0102]图11 (b)表示的例子中，适当地设定相邻的2个第I折射率设定部21的各个的金属图形mp的X方向的间隔Dx。在多个第I折射率设定部21分别在X方向及Y方向配置的场合，也可以适当地设定相邻的金属图形mp在Y方向的间隔和/或在X方向的间隔。若相邻的金属图形mp的间隔(例如，X方向的间隔Dx)变大，金属图形mp以外的低折射率区域扩大。由此，第I光学层20的实际折射率下降。
[0103]如图10(a)?图11(b)所示，根据2个金属图形mp的几何关系和/或相邻的金属图形mp的几何关系设定第I折射率设定部21的折射率，光学装置110作为光学透镜起作用。
[0104]图12(a)及(b)是示例金属图形的其他形状的模式图。
[0105]图12(a)中，表不金属图形mplO的模式的俯视图，图12(b)中，表不金属图形mplO的模式的侧视图。如图12(a)所示，金属图形mplO在Z方向看的形状具有环状图形cp的一部分被切断的形状。如图12(b)所示，金属图形mplO具有第I金属图形mpll和第2金属图形mpl2。本实施方式中，将第I金属图形mpll及第2金属图形mpl2统称为金属图形mplO。
[0106]第I金属图形mpll在Z方向看的形状也可与第2金属图形mpl2在Z方向看的形状相同。如图12(b)所示，第2金属图形mpl2在Z方向与第I金属图形mpll以预定的间隔配置。例如，第I金属图形mpll在Z方向看配置在与第2金属图形mpl2重叠的位置。
[0107]如图12(a)所示，将金属图形mplO在Y方向的大小作为U1，将金属图形mplO的宽度作为W1，将环状图形CP的被切断的部分的间隔作为SI。如图12(b)所示，将金属图形mplO的厚度作为Tl。将第I金属图形mpll和第2金属图形mpl2的间隔(节距)作为D1。将这样的图形mpll及mpl2的组作为单位图形，通过在X方向及Y方向以希望的节距及周期排列多个单位图形来构成超材料(使相邻的单位图形不接触。)。
[0108]图13是表示光学模拟结果的图。
[0109]图13(a)的横轴为波长，纵轴为折射率。图13(b)的横轴为波长，纵轴为透射率。这个光学模拟中，根据预定的金属图形mplO，调整在可见光范围的波长的折射率的变化。
[0110]图13中，表示采样RlO的模拟结果。采样RlO是大小Ul=IOOOnm,宽度Wl=IOOnm,间隔Sl=IOOnm,厚度Tl=IOOnm,间隔Dl=100nm。从图13表示的模拟结果可知，采样RlO的折射率的波长依赖性，呈现比图5 (a)表示的采样Rl?R5的折射率的波长依赖性更小的倾向。
[0111]本申请发明人包含上述的模拟结果，关于金属图形mplO的各种几何关系实施了光学模拟。其结果，已知:作为金属图形mplO,通过使大小Ul在2μηι以下，宽度Wl在IOOnm以下，厚度Tl在IOOnm以下，间隔SI在200nm以下，在可见光范围的波长中超过SiO2系的玻璃的折射率，透射率成为80%以上。
[0112]还有,作为金属图形mplO的材料,优选地使用Au、Ag、Al及Cu中选择的至少用I个。
[0113]图14(a)及(b)是示例金属图形的其他形状的模式图。
[0114]图14(a)是示例2个金属图形mp20的模式的立体图。图14(b)是示例金属图形mp20的模式的侧视图。如图14(a)所示，2个金属图形mp20成为使图2(a)表示的2个金属图形mp (第I金属图形mpl及第2金属图形mp2)分别进行90度旋转的构成。本实施方式中，将第I金属图形mp21及第2金属图形mp22统称为金属图形mp20。
[0115]如图14(a)所示，金属图形mp20在X方向看的形状是H型。第I金属图形mp21在X方向看的形状也可与第2金属图形mp22在X方向与看的形状相同。如图14(b)所示，I个第I折射率设定部21中，在X方向以预定的间隔配置第I金属图形mp21和第2金属图形mp22。例如，第I金属图形mp21在X方向看配置在与第2金属图形mp22重叠的位置。
[0116]第I折射率设定部21的折射率，根据2个金属图形mp20的各个的几何关系来调整。通过在第I折射率设定部21设置这样的2个金属图形mp20，适当地设定光学装置110在XY平面的折射率，即使是平板形状也可作为光学透镜起作用。
[0117]上述说明的实施方式中，金属图形的形状不限于金属图形mp、mplO及mp20。金属图形的形状是抑制由通过金属图形的光引起的涡流的发生的形状即可。还有，金属图形最好对可见光为非共振。通过采用非共振的金属图形，能在宽广的频带得到高折射率。
[0118]图15是示例光学装置的其他构成的模式图。
[0119]图15表不的光学装置130包含支持部15、和第I光学层20。光学装置130中，第I光学层20通过支持部15支持。例如，支持部15设置为包围第I光学层20的侧面。SP，光学装置130不具备光学装置110的基板10。第I光学层20通过支持部15支持以代替基板10。光学装置130中，通过关于多个第I折射率设定部21的各个设定折射率，与光学装置110同样地发挥作为光学透镜的功能。
[0120](第4实施方式)
[0121]其次，关于第4实施方式来说明。
[0122]图16是示例第4实施方式涉及的固体拍摄装置的模式的剖面图。
[0123]如图16所示，固体拍摄装置500具备固体拍摄元件510、和透镜群520。固体拍摄元件510是经由透镜群520接受到达的光，并以像素单位变换为电信号的光电变换元件。固体拍摄元件510包括多个像素。多个像素以线状或以二维状配置。
[0124]透镜群520包含多个光学透镜(例如，光学透镜521?524)。作为光学透镜521?524中的I个的光学透镜522，适用本实施方式涉及的光学装置110。光学透镜522是例如用于抑制色差的透镜。再者，作为光学透镜522，也可适用光学装置121、122及130。
[0125]作为光学透镜522适用的光学装置110、121、122及130的折射率比采用SiO2系的玻璃的光学透镜的折射率更高。因此，通过作为光学透镜522适用光学装置110、121、122及130，光学透镜522的厚度变薄。
[0126]图17是示例参考例涉及的固体拍摄装置的模式的剖面图。
[0127]图17表示的固体拍摄装置900具备固体拍摄元件510、和透镜群920。透镜群920包含多个光学透镜(例如，光学透镜921?924)。对于透镜群920中包含的多个光学透镜921?924，能适用SiO2系的玻璃。
[0128]在这里，作为光学透镜922，将使用折射率约1.45的SiO2系的玻璃的情况的光学透镜922的厚度(光轴方向的长度)作为HO。还有，将图16表示的透镜群520的光学透镜522的厚度(光轴方向的长度)作为Hl。在作为光学透镜522例如适用平均折射率3.0的光学装置110的场合，光学透镜522的厚度Hl与光学透镜922的厚度HO之比成为约1/3。
[0129]还有，在图17表示的固体拍摄装置900的光学透镜924和固体拍摄元件510的距离作为L0，图16表示的固体拍摄装置500的光学透镜524和固体拍摄元件510的距离作为LI的场合，距离LI比距离LO更短。这是因为光学装置110持有负的abbe数(参照图5(a))。通过在用于抑制色差的光学透镜522中使用持有负的abbe数的光学装置110，抑制光学距离的增加，距离LI变短。由此，达成固体拍摄装置500的全部的小型化。
[0130]图18是示例第4实施方式涉及的其他固体拍摄装置的模式的剖面图。
[0131]如图18所示，固体拍摄装置600具备固体拍摄元件510、和透镜群620。透镜群620包含多个光学透镜(例如，光学透镜621?624)。对于光学透镜621?624中的光学透镜622及光学透镜623，本实施方式涉及的光学装置110适用。再者，作为光学透镜622及623，也可以适用光学装置121、122及130。
[0132]对于透镜群620中的2个光学透镜622及623，适用光学装置110、121、122及130，透镜群620的厚度比透镜群520的厚度更薄。因此，固体拍摄装置600比固体拍摄装置500
更小型化。
[0133]还有，透镜群620的多个光学透镜621?624中，对于3个以上的光学透镜，也可适用光学装置110、121、122及130。由此，透镜群620更薄型化，达成固体拍摄装置600的小型化。
[0134]固体拍摄装置500及600中，说明了对于透镜群520及620的光学透镜适用光学装置110、121、122及130的例子，但是，光学装置110、121、122及130也可适用于透镜群520及620以外的情况。例如，也可以是通过光学装置110、121、122及130在XY面内的折射率的调整，成为与在XY面内设置多个光学透镜同样的构成。根据这样的透镜构成，例如对于每像素配置透镜的微透镜阵列适用光学装置110、121、122及130。
[0135]如以上说明，根据实施方式，能得到具有希望的折射率的光学装置、固体拍摄装置及光学装置的制造方法。[0136]以上，一边参照具体例子一边关于实施方式来说明。可是，实施方式不限于这些具体例子。例如，作为基板10的形状以平板形状的情况为例子，但是，基板10的第I面IOa和第2面IOb的至少一方也可以弯曲。还有，对于这些具体例子，只要本领域技术人员施加适当的设计变更，而具有实施方式的特征，就包含于实施方式的范围内。前述的各具体例子具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等，并不限于示例的那样而能够进行适当地变更。
[0137]还有，只要前述的各实施方式具备的各要素在技术上尽可能合成，将他们进行的组合也均包含实施方式的特征，就包含于实施方式的范围内。在其他，在实施方式的思想的范围内可以了解，如果是本领域技术人员，在各种的变更例及修改例能想到和做到，关于那些变更例及修改例也属于实施方式的范围。
[0138]说明了本发明的几个实施方式，但是，这些实施方式仅作为例子出示，不打算限定发明的范围。这些新的实施方式可以以其他的各种方式实施，能够在不越出发明的要旨的范围，进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和/或其变形包含于发明的范围和/或要旨，并且，包含于权利要求书的范围记载的发明及其均等的范围内。
【权利要求】
1.一种光学装置，其特征在于，具备: 基板，具有第1面、和与上述第1面在相反侧的第2面；和 第1光学层，设置在上述第1面之上，并具有沿着上述第1面配置的多个第1折射率设定部； 上述多个第1折射率设定部的各个具有使上述多个第1折射率设定部的上述各个的磁导率变化的多个金属图形，具有与上述磁导率对应的折射率。
2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述多个第1折射率设定部沿着上述第1面以二维状配置。
3.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述多个第1折射率设定部的上述折射率沿着上述第1面变化； 上述第1光学层对于透射的光作为透镜起作用。
4.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述折射率是对于可见光的折射率。
5.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述多个第1折射率设定部的各个具有2个上述金属图形； 上述2个上述金属图形互相重叠地配置在与上述第1面正交的方向。
6.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述多个金属图形中的第1金属图形的形状与上述多个金属图形中的第2金属图形的形状相同。
7.如权利要求6所述的光学装置，其特征在于， 上述第1金属图形的在与上述第1面正交的方向看的形状与上述第2金属图形的在上述方向看的形状相同。
8.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于， 上述第1光学层具有中间部； 上述中间部设置在上述多个第1折射率设定部中的相邻的2个第1折射率设定部之间，具有比上述基板的折射率更低的折射率。
9.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，还具备: 第2光学层，具有沿着上述第1面配置的多个第2折射率设定部； 上述多个第2折射率设定部的各个具有使上述第2折射率设定部的上述各个的磁导率变化的多个金属图形，具有与上述磁导率对应的折射率。
10.如权利要求9所述的光学装置，其特征在于， 上述第2光学层设置在上述基板的上述第2面之上。
11.如权利要求9所述的光学装置，其特征在于， 上述第2光学层设置在上述第1光学层之上。
12.—种固体拍摄装置，其特征在于，具备: 固体拍摄元件；和 配置在上述固体拍摄元件的光轴上的光学装置； 上述光学装置包含: 基板，具有第1面、和与上述第1面在相反侧的第2面；和第I光学层，设置在上述第I面之上，并具有沿着上述第I面配置的多个折射率设定部; 上述多个折射率设定部的各个具有使上述多个折射率设定部的上述各个的磁导率变化的多个金属图形，具有与上述磁导率对应的折射率。
13.如权利要求12所述的固体拍摄装置，其特征在于， 上述多个折射率设定部沿着上述第I面以二维状配置。
14.如权利要求12所述的固体拍摄装置，其特征在于， 上述多个折射率设定部的上述折射率沿着上述第I面变化； 上述第I光学层对于透射的光作为透镜起作用。
15.一种光学装置的制造方法，其特征在于， 上述光学装置包含:基板，具有第I面、和与上述第I面在相反侧的第2面；和第I光学层，设置在上述第I面之上，并具有沿着上述第I面配置的多个第I折射率设定部；上述多个第I折射率设定部的各个具有使上述各个的磁导率变化的多个金属图形，上述多个第I折射率设定部的上述各个具有与上述磁导率对应的折射率； 上述光学装置的制造方法包括以下步骤: 在上述第I面之上形成按顺序层叠第I金属膜、层间膜、第2金属膜的层叠体； 在上述层叠体之上形成掩模；和 通过经由上述掩模将上述层叠体蚀刻，将上述第I金属膜及上述第2金属膜图形化而形成上述2个金属图形。
16.如权利要求15所述的光学装置的制造方法，其特征在于， 上述多个第I折射率设定部沿着上述第I面以二维状配置。
17.如权利要求15所述的光学装置的制造方法，其特征在于， 上述多个第I折射率设定部的上述折射率沿着上述第I面变化。
【文档编号】G03F7/00GK103969709SQ201310292485
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年1月30日
【发明者】国分弘一 申请人:株式会社 东芝
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