CN104425532B - 具有立体堆栈结构的图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，顶部板的像素作为图像像素以及底部板的像素作为用于实现相位差自动对焦的像素，从而相位差自动对焦可被实现而不会出现分辨率损失。在具有立体堆栈结构的图像传感器中，现存的成像表面相位差自动对焦装置所不足的分辨率降低的问题被克服，从而快速相位差自动对焦可被实现，同时不需要单独的相位差自动对焦模块即可维持高分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器，更加特别地，涉及具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，顶部板的像素作为图像像素以及底部板的像素作为用于实现相位差自动对焦的像素，从而相位差自动对焦可被实现而不会出现分辨率损失。
背景技术
近来，所谓的电子相机广泛应用。电子相机通过进程而操作，该进程中当物体通过光学系统被捕获时，图像在图像传感器上形成，所述图像传感器即半导体成像装置，物体的图像被转换为电信号，以及所获得的静态图像的图像数据被记录在诸如半导体存储器或者磁盘的记录媒介中。
大多数电子相机具有自动对焦(以下简称为’AF’)装置，为了自动对焦物体图像，该自动对焦装置控制捕捉环境。在用于获取此类自动对焦的传统方法中，所谓的相位差自动对焦(phase difference AF)技术被广泛应用。
在相位差自动对焦中，当在提供有CCD线传感器的相位差检测传感器中接收来自物体图像的光时，由于聚焦点与胶片表面之间的距离基于图像间距离(相位差)可被立即识别，从而允许聚焦点通过一次驱动而与胶片表面一致被广泛应用。
在传统的成像表面相位差自动对焦结构中，传感器的像素阵列中特定数量的像素被人为地遮挡或者光电二极管被允许移动，从而相位信息可被获取。
成像表面相位差自动对焦的结构包括具有用于实现图像的像素功能的第一成分以及用于实现相位差自动对焦功能的第二成分。在此情形下，第二成分通过执行用于第一成分的特殊进程而被获取并且作为多对(a plurality of pairs)而被提供。
基于此类结构，即便没有单独的相位差自动对焦传感器模块，由于仅通过传感器本身即可实现相位差自动对焦功能，从而可在袖珍数码相机中使用快速相位差自动对焦。
然而，当在传感器表面实现相位差自动对焦时，由于用于形成图像的像素丢失，整体分辨率降低。也就是说，在传统的成像表面相位差自动对焦结构中，问题在于：为了改进分辨率，难以实现相位差自动对焦，以及为了实现精确的相位差自动对焦，分辨率降低。
发明内容
相应地，本发明致力于解决现有技术中出现的问题，并且本发明旨在提供一种具有立体堆栈结构(3D stack structure)的图像传感器，其可实现快速相位差自动对焦，同时即使没有单独的相位差自动对焦模块，仍可维持高分辨率而不会出现分辨率损失。
为了达到上述目标，根据本发明的一个方面，提供了一种具有立体堆栈结构的图像传感器，其包括：
第一基板，其包括第一光电二极管；以及
第二基板，其包括第二光电二极管，并堆放于第一基板的上部，
其中，入射至第一光电二极管的部分光被遮挡，以实现相位差自动对焦功能。
优选地，根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器，第一光电二极管的尺寸小于第二光电二极管的尺寸。
优选地，形成于第一光电二极管上部的金属相互连接被延长，从而阻止光入射至第一光电二极管的一部分。
遮挡层可形成于第一基板和第二基板之间的粘合表面上，从而阻止光入射至第一光电二极管的一部分。
优选地，光波导管(light waveguide)形成于光在其被入射至第一光电二极管的部分的上部，从而光被更加敏感地传输至第一光电二极管。
优选地，塔波特效应感应式滤波器被提供在第一光电二极管的上部。
基于根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器，可实现相位差自动对焦而不会出现分辨率损失。
进一步地，与实现相位差自动对焦功能一样，通过调整底部板的结构可测量物体之间的距离并且捕捉三维图像。
附图说明
在阅读了下面结合附图的详细描述后，上述目标以及本发明的其它特征和优点将会变得更加明显，其中：
图1为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的一个实施例的示意图；
图2为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的另一个实施例的示意图；
图3为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的另一个实施例的示意图；
图4为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的另一个进一步实施例的示意图；
图5为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的另一个进一步实施例的示意图；
图6为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的另一个进一步实施例的示意图；
图7为用于解释塔波特(Talbot)效应的图表；以及
图8为通过使用塔波特(Talbot)效应感应式滤波器的通过基于角度的模拟反应所获得的结果的图表。
具体实施例
本发明的优选实施例将会结合附图作更加详细的介绍，其实施例在附图中进行阐述。尽可能地，贯穿说明书和附图，同样的附图标记对应同样的或相似的部件。
本发明的特征在于：在具有立体堆栈结构的图像传感器中，当穿过顶部板的光被底部板的光电二极管的人为结构所遮挡时产生的不同类型的相位信息被用于实现相位差自动对焦。
图1为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的一个实施例的示意图。
参照图1，具有立体堆栈结构的图像传感器具有第一基板110和第二基板120的堆栈结构，其中第一基板110包括第一光电二极管111以及第二基板120包括第二光电二极管121。
在用于实现相位差自动对焦功能的第一实施例中，如图1所示，形成在第一基板110中的第一光电二极管111的尺寸小于形成在第二基板120中的第二光电二极管121的尺寸。
当第一光电二极管111的尺寸小于第二光电二极管121的尺寸时，入射至第一光电二极管111的光减少，以及由于所述光的减少而产生的不同类型的相位信息被用于实现相位差自动对焦功能。
参照图1，滤色镜(C/F)和显微镜头(M/L)形成于第二基板120的上部。由于此类滤色镜和显微镜头属于图像传感器的常用技术，对其相应的细节描述将被省略。
图2为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的另一个实施例的示意图。
参照图2，根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器具有第一基板110和第二基板120的堆栈结构，其中第一基板110包括第一光电二极管111以及第二基板120包括第二光电二极管121。
第二基板120(顶部板)用于形成图像，以及第一基板110(底部板)用于实现相位差自动对焦功能。
图2为用于实现相位差自动对焦功能的另一个实施例，阐述了在第一基板110(底部板)的图像传感器中的金属相互连接112被延长，以获得人为遮挡入射至第一光电二极管111的光的效果。位于第一基板110任何位置的金属相互连接112可被使用。
图3和图4为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的另一个实施例的示意图。
参照图3，根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器具有第二基板120和第一基板110的堆栈结构，第二基板120用于形成图像，第一基板110用于实现相位差自动对焦功能。
第一基板110包括第一光电二极管111以及第二基板120包括第二光电二极管121。
参照图3，为了实现相位差自动对焦功能，遮挡层140形成于第一基板110和第二基板120的粘合表面130上，以部分遮挡入射至第一光电二极管111的光。
遮挡层140的材料执行吸收入射光的功能，除了黑色材料之外，还可包括多种材料。
如图4所示，优选地，在没有遮挡层140的部分提供光波导管150，以允许光被更加敏感的被传输至第一光电二极管111。
图5为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的另一个进一步实施例的示意图。
参照图5，可以明白，第一光电二极管111的尺寸小于第二光电二极管121的尺寸，以及光波导管150形成于第一光电二极管111的上部，从而光被更加敏感地传输至第一光电二极管111。
图6为说明根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器的另一个进一步实施例的示意图。
参照图6，可以明白，为了实现相位差自动对焦功能，塔波特(Talbot)效应感应式滤波器160形成于第一基板110中的第一光电二极管111的上部，以减少塔波特(Talbot)效应。
塔波特(Talbot)效应感应式滤波器160的模式可以有多种变化，并在可实现相位差自动对焦功能的范围内被执行。
图7为解释塔波特(Talbot)效应的图表，并且图8为通过使用塔波特(Talbot)效应感应式滤波器的通过基于角度的模拟反应所获得的结果的图表。
塔波特(Talbot)效应为当光通过平面波穿过时衍射光栅的图像在晶格面后被重复的现象。图7为塔波特(Talbot)效应感应式滤波器160的一个实施例，其中，塔波特(Talbot)效应感应式滤波器160包括第一板161和第二板162，第一板161与第一光电二极管111之间的距离ZT可以是第一板161与第二板162之间距离ZT/2的两倍。
第一板161形成于上部并包括多个间距为d的狭缝。第二板162形成于传感器单元，即在本发明的第一光电二极管111的一侧，并包括多个间距为d的狭缝。图7显示了第一板161的狭缝等于第二板162的狭缝，当然，狭缝也可彼此不同地形成。
此时，已经穿过第一板161和第二板162的光的波长由第一板161与第一光电二极管111之间的距离ZT以及狭缝的间距d所决定。
本发明利用了塔波特(Talbot)效应，即在被入射至第一板161之后已经穿过第一板161的狭缝的光，由于衍射现象而穿过第二板162的狭缝，衍射至打开的狭缝之外部分的光没有穿过第二板162并最终被遮挡的现象。
当狭缝的间距为d和入射光的波长为λ时，在其中发生塔波特(Talbot)效应的距离ZT可通过下列等式1表述。
等式1：
ZT＝2d2/λ。
图8显示了通过结合塔波特(Talbot)效应感应式滤波器160和传感器并发射光波长以及荧光材料的激发波长，基于角度所获得的模拟结果，其中，当激发波长为633nm时，角度为0°至3°下的透射比低，但是当光发射波长为648nm时，在同样的角度下，透射比大约为在激发波长中透射比的10倍。
利用该结果，设置理想的入射角度θ，从而可调整入射至第一光电二极管的光。
如上所述，根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器，现存的成像表面相位差自动对焦装置的缺点即分辨率降低的问题，被克服了，从而能够实现快速相位差自动对焦，同时不需要单独的相位差自动对焦模块即可维持高分辨率。
进一步地，根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器，相位差自动对焦功能可根据情况在智能手机中实现，从而实际捕捉成为可能。
此外，根据本发明的具有立体堆栈结构的图像传感器被不同地应用于物体之间的距离测量或者与相位差自动对焦功能简单实现一样的三维图像捕捉中也特别有利。
尽管本发明的优选实施例为了释明目的而被阐述，本领域的技术人员能够理解在不脱离随附的权利要求所公开的本发明的范围和精神的前提下所作的各种修改，补充和替换同样为本发明所公开。
Claims (12)
1.一种具有立体堆栈结构的图像传感器，其包括：
第一基板，其包括第一光电二极管；以及
第二基板，其包括第二光电二极管，并堆放于第一基板的上部，
其中，入射至第一光电二极管的部分光被遮挡，以实现相位差自动对焦功能。
2.根据权利要求1所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，第一光电二极管的尺寸小于第二光电二极管的尺寸。
3.根据权利要求1所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，金属相互连接形成于第一光电二极管的上部，从而光被阻止入射至第一光电二极管的一部分。
4.根据权利要求1所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，遮挡层形成于第一基板和第二基板之间的粘合表面上，从而光被阻止入射至第一光电二极管的一部分。
5.根据权利要求4所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，遮挡层包括黑色材料。
6.根据权利要求1所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，光波导管形成于光在其被入射至第一光电二极管的部分的上部。
7.根据权利要求4所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，光波导管形成于光在其被入射至第一光电二极管的部分的上部。
8.根据权利要求1所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，塔波特效应感应式滤波器形成于第一光电二极管的上部。
9.根据权利要求2所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，遮挡层形成于第一基板和第二基板之间的粘合表面上，从而光被阻止入射至第一光电二极管的一部分。
10.根据权利要求9所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，遮挡层包括黑色材料。
11.根据权利要求9所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，光波导管形成于光在其被入射至第一光电二极管的部分的上部。
12.根据权利要求2所述的具有立体堆栈结构的图像传感器，其中，光波导管形成于光在其被入射至第一光电二极管的部分的上部。
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