CN105590942B - 一种复合式图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种复合式图像传感器，包括：处理电信号的配线层；堆叠于所述配线层第一方向的将第一光波信号转换为电信号的第一光电二极管层；堆叠于所述配线层第二方向的将第二光波信号转换为电信号的第二光电二极管层，所述第一方向与所述第二方向相反。本发明实施例通过设置第一光电二极管层和第二光电二极管层不在同一层，且由配线层隔离开，可对第一光波信号和第二光波信号的焦距进行兼顾调整，能够使得复合式图像传感器形成的第一光波图像和第二光波图像处在一个平面，提升图像品质。

Description

一种复合式图像传感器
技术领域
本发明涉及图像传感技术领域，具体涉及一种复合式图像传感器。
背景技术
图像传感器是一种将光信号转换成电信号的设备，其广泛地应用在相机、具有摄像头的手机等电子设备中；复合式图像传感器是指集成有可感应多个光波并识别出各光波图像的器件的图像传感器，如集成有可感应红外光和可见光，并识别出红外光图像和可见光图像的红外光和可见光的复合式图像传感器。复合式图像传感器由于集成了多光波的感应功能，且可实现器件的小型化，因此在图像传感器领域变得尤其重要和实用；如集成有可感应红外光和可见光的复合式图像传感器，可基于对红外光信号的捕捉，实现人脸识别，指纹识别，虹膜识别等应用，基于对可见光信号的捕捉，实现环境拍摄，辅助识别等应用。
本发明的发明人发现，由于不同光波的波长相差比较大，这就导致现有复合式图像传感器形成的各光波的图像不在一个平面，各光波的焦距无法兼顾的问题，导致图像品质下降的现象；如可见光与红外光的波长相差比较大，图像传感器的可见光对焦完美时，红外光就虚焦，而红外光对焦完美时，可见光就虚焦，这就导致复合式图像传感器形成的可见光图像和红外光图像不在一个平面，图像品质下降。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种复合式图像传感器，以解决复合式图像传感器形成的各光波的图像不在一个平面，各光波的焦距无法兼顾的问题，提升图像品质。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种复合式图像传感器，包括：
处理电信号的配线层；
堆叠于所述配线层第一方向的将第一光波信号转换为电信号的第一光电二极管层；
堆叠于所述配线层第二方向的将第二光波信号转换为电信号的第二光电二极管层，所述第一方向与所述第二方向相反。
其中，所述第一方向为上，所述第一光电二极管层堆叠于所述配线层上；所述第二方向为下，所述第二光电二极管层堆叠于所述配线层下。
其中，所述配线层的厚度与第一光波图像和第二光波图像的像面偏差相应。
其中，所述复合式图像传感器还包括：
感应第一光波信号的第一微透镜层；
感应第二光波信号的第二微透镜层；所述第一微透镜层与所述第二微透镜层处于同一层；
堆叠于所述第一微透镜层下的滤光片层；
堆叠于所述第二微透镜层下，通过所述第二光波信号的第二光波通过层；所述第二光波通过层不设置滤光片，且所述第二光波通过层与所述滤光片层处于同一层。
其中，所述第一光电二极管层堆叠于所述滤光片层下；
所述复合式图像传感器还包括：
堆叠于所述第二光波通过层下，导通所述第二光波信号的第二光波导光层；所述第一光电二极管层与所述第二光波导光层处于同一层。
其中，所述复合式图像传感器还包括：
堆叠于所述第二光电二极管层下的基板层。
其中，所述第一光波信号为可见光信号，所述第二光波信号为红外光信号。
其中，所述第二微透镜层为红外光微透镜层；
所述第一微透镜层包括：
感应红光信号的红光微透镜层；
感应绿光信号的绿光微透镜层；
感应蓝光信号的蓝光微透镜层；
所述红光微透镜层，绿光微透镜层，蓝光微透镜层和所述红外光微透镜层处于同一层；
所述第二光波通过层为红外光通过层；
所述滤光片层包括：
堆叠于所述红光微透镜层下的红光滤光片层；
堆叠于所述绿光微透镜层下的绿光滤光片层；
堆叠于所述蓝光微透镜层下的蓝光滤光片层；
所述红光滤光片层，绿光滤光片层，蓝光滤光片层和所述红外光通过层处于同一层。
其中，所述第二光波导光层为红外光导光层；所述第一光电二极管层包括：
堆叠于所述红光滤光片层下的将红光信号转换为电信号的红光电二极管层；
堆叠于所述绿光滤光片层下的将绿光信号转换为电信号的绿光电二极管层；
堆叠于所述蓝光滤光片层下的将蓝光信号转换为电信号的蓝光电二极管层；
所述红光电二极管层，绿光电二极管层，蓝光电二极管层和红外光导光层处于同一层。
其中，所述第二微透镜层的曲面弧度小于第一微透镜层的曲面弧度。
基于上述技术方案，本发明实施例提供的复合式图像传感器中，将第一光波信号转换为电信号的第一光电二极管层堆叠于配线层的第一方向，将第二光波信号转换为电信号的第二光电二极管层堆叠于配线层的第二方向，且第一方向与第二方向相反；通过设置第一光电二极管层和第二光电二极管层不在同一层，且由配线层隔离开，可对第一光波信号和第二光波信号的焦距进行兼顾调整，能够使得复合式图像传感器形成的第一光波图像和第二光波图像处在一个平面，提升图像品质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的复合式图像传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的复合式图像传感器的另一结构示意图；
图3为本发明实施例提供的复合式图像传感器的再一结构示意图；
图4为本发明实施例提供的复合式图像传感器的又一结构示意图；
图5为可见光和红外光的成像面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的复合式图像传感器的结构示意图，参照图1，本发明实施例提供的复合式图像传感器可以包括：配线层1，第一光电二极管层2，和第二光电二极管层3；
其中，配线层1可用于处理电信号；同时，配线层还可实现电信号的读取；
第一光电二极管层2堆叠于配线层1的第一方向，第一光电二极管层2可将第一光波信号转换为电信号；
第二光电二极管层3堆叠于配线层1的第二方向，第二光电二极管层3可将第二光波信号转换为电信号；其中，第一方向与第二方向相反；
图1所示中，第一光电二极管层2堆叠于配线层1上，第二光电二极管层3堆叠于配线层1下，即第一方向为上，第二方向为下；
另一方面，本发明实施例并不排除第一光电二极管层2堆叠于配线层1下，第二光电二极管层3堆叠于配线层1上的情况，即第一方向为下，第二方向为上。
本发明实施例提供的复合式图像传感器中，将第一光波信号转换为电信号的第一光电二极管层堆叠于配线层的第一方向，将第二光波信号转换为电信号的第二光电二极管层堆叠于配线层的第二方向，且第一方向与第二方向相反；通过设置第一光电二极管层和第二光电二极管层不在同一层，且由配线层隔离开，可对第一光波信号和第二光波信号的焦距进行兼顾调整，能够使得复合式图像传感器形成的第一光波图像和第二光波图像处在一个平面，提升图像品质。
可选的，配线层的厚度可根据第一光波图像和第二光波图像的像面偏差调整，第一光波图像为第一光波信号相应形成的图像，第二光波图像为第二光波信号相应形成的图像；
优选的，配线层的厚度可与第一光波图像和第二光波图像的像面偏差相应；
如以第一光波信号为可见光信号，第二光波信号为红外光信号为例，可见光与红外光的理论像面偏差为18微米，本发明实施例可设置配线层的厚度与可见光和红外光的理论像面偏差相应，即可见光与红外光的理论像面偏差是多少，配线层就是多厚；
通过设置配线层的厚度与第一光波图像和第二光波图像的像面偏差相应，可使得配线层的厚度兼顾第一光波信号和第二光波信号的焦距进行调整，进一步使得复合式图像传感器形成的第一光波图像和第二光波图像处在一个平面，提升图像品质。
图2示出了本发明实施例提供的复合式图像传感器的另一结构示意图，结合图1和图2所示，本发明实施例提供的复合式图像传感器还可以包括：第一微透镜层4，第二微透镜层5，滤光片层6，第二光波通过层7；
其中，第一微透镜层4可感应第一光波信号；
第二微透镜层5可感应第二光波信号，且第一微透镜层4和第二微透镜层5处于同一层；
滤光片层6堆叠于第一微透镜层4下，可从第一微透镜层感应的光波信号中滤除不需要的光波；
第二光波通过层7堆叠于第二微透镜层5下，可通过第二微透镜层5感应的光波信号；第二光波通过层7中不设置滤光片，且第二光波通过层7与滤光片层6处于同一层；
可选的，第一光波信号可以为可见光信号，第二光波信号可以为红外光信号；
参照图2，在本发明实施例中，第一光电二极管层2可堆叠于滤光片层6下；同时，复合式图像传感器还可以包括：第二光波导光层8；
第二光波导光层8可堆叠于第二光波通过层7下，其中第一光电二极管层2与第二光波导光层8处于同一层。
图3示出了本发明实施例提供的复合式图像传感器的再一结构示意图，结合图2和图3所示，本发明实施例提供的复合式图像传感器还可以包括：基板层9；
基板层9可堆叠于第二光电二极管层3下；基板层9可以为硅片基板。
下面以第一光波信号为可见光信号，第二光波信号为红外光信号为例，对本发明实施例提供的复合式图像传感器进行介绍；图4示出了本发明实施例提供的复合式图像传感器的又一结构示意图，结合图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供的复合式图像传感器中：
第二微透镜层5可以为红外光微透镜层；红外光微透镜层可以感应红外光信号；
第一微透镜层4可以包括：感应红光信号的红光微透镜层41，感应绿光信号的绿光微透镜层42，感应蓝光信号的蓝光微透镜层43；其中，红光微透镜层41，绿光微透镜层42，蓝光微透镜层43和红外光微透镜层5处于同一层；
第二光波通过层7可以为红外光通过层，红外光通过层堆叠于红外光微透镜层下；
滤光片层6可以包括：堆叠于红光微透镜层41下的红光滤光片层61，堆叠于绿光微透镜层42下的绿光滤光片层62，堆叠于蓝光微透镜层43下的蓝光滤光片层63；其中，红光滤光片层61，绿光滤光片层62，蓝光滤光片层63和红外光通过层7处于同一层；
在本发明实施例中，第二光波导光层8可以为红外光导光层，红外光导光层堆叠于红外光通过层7下；
第一光电二极管层2可以包括：堆叠于红光滤光片层61下的将红光信号转换为电信号的红光电二极管层21，堆叠于绿光滤光片层62下的将绿光信号转换为电信号的绿光电二极管层22，堆叠于蓝光滤光片层63下的将蓝光信号转换为电信号的蓝光电二极管层23；其中，红光电二极管层21，绿光电二极管层22，蓝光电二极管层23和红外光导光层8处于同一层；
处理电信号的配线层1堆叠于第一光电二极管层2和红外光导光层8下；
第二光电二极管层3可以为红外光电二极管层，红外光电二极管层堆叠于配线层1下；
基板层9可堆叠于红外光电二极管层3下。
图5示出了可见光和红外光的成像面示意图，图中实线表示可见光，虚线表示红外光，在本发明实施例中，第二微透镜层的曲面弧度小于第一微透镜层的曲面弧度，即红外光像素的微棱镜曲面弧度应该小于可见光像素的微棱镜曲面弧度，图5中上部的半椭圆形凸起为红外光像素的微棱镜；
由于焦距越大、焦点越远、镜片曲率越小，焦距越小、焦点越近、曲率越大；本发明实施例通过设置红外光像素的微棱镜曲面弧度小于可见光像素的微棱镜，可使红外光线能量能够在红外光电二极管层激发电荷。
本发明实施例中，配线层根据红外光和可见光对焦面偏差值调整厚度，如实际像面偏差为18微米，则适应调整配线层厚度，使红外光的能量最强，焦点最准确；
进一步，通过设置红外光像素的微棱镜曲面弧度小于可见光像素的微棱镜，就可使红外光线能量能够在红外光电二极管层激发电荷；
并且，红外光的电子激发深度比较深，本发明实施例可将红外光二极管层设计的更加深，深度大于4微米。
本发明实施例提供的复合式图像传感器，能够解决复合式图像传感器形成的各光波的图像不在一个平面，各光波的焦距无法兼顾的问题，提升图像品质。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种复合式图像传感器，其特征在于，包括：
处理电信号的配线层；
堆叠于所述配线层第一方向的将第一光波信号转换为电信号的第一光电二极管层；
堆叠于所述配线层第二方向的将第二光波信号转换为电信号的第二光电二极管层，所述第一方向与所述第二方向相反；
其中，所述第一方向为上，所述第一光电二极管层堆叠于所述配线层上；所述第二方向为下，所述第二光电二极管层堆叠于所述配线层下；
还包括：
感应第一光波信号的第一微透镜层；
感应第二光波信号的第二微透镜层；所述第一微透镜层与所述第二微透镜层处于同一层；
堆叠于所述第一微透镜层下的滤光片层；
堆叠于所述第二微透镜层下，通过所述第二光波信号的第二光波通过层；所述第二光波通过层不设置滤光片，且所述第二光波通过层与所述滤光片层处于同一层。
2.根据权利要求1所述的复合式图像传感器，其特征在于，所述配线层的厚度与第一光波图像和第二光波图像的像面偏差相应。
3.根据权利要求1所述的复合式图像传感器，其特征在于，所述第一光电二极管层堆叠于所述滤光片层下；
所述复合式图像传感器还包括：
堆叠于所述第二光波通过层下，导通所述第二光波信号的第二光波导光层；所述第一光电二极管层与所述第二光波导光层处于同一层。
4.根据权利要求3所述的复合式图像传感器，其特征在于，还包括：
堆叠于所述第二光电二极管层下的基板层。
5.根据权利要求1-4任一项所述的复合式图像传感器，其特征在于，所述第一光波信号为可见光信号，所述第二光波信号为红外光信号。
6.根据权利要求5所述的复合式图像传感器，其特征在于，所述第二微透镜层为红外光微透镜层；
所述第一微透镜层包括：
感应红光信号的红光微透镜层；
感应绿光信号的绿光微透镜层；
感应蓝光信号的蓝光微透镜层；
所述红光微透镜层，绿光微透镜层，蓝光微透镜层和所述红外光微透镜层处于同一层；
所述第二光波通过层为红外光通过层；
所述滤光片层包括：
堆叠于所述红光微透镜层下的红光滤光片层；
堆叠于所述绿光微透镜层下的绿光滤光片层；
堆叠于所述蓝光微透镜层下的蓝光滤光片层；
所述红光滤光片层，绿光滤光片层，蓝光滤光片层和所述红外光通过层处于同一层。
7.根据权利要求6所述的复合式图像传感器，其特征在于，所述第二光波导光层为红外光导光层；所述第一光电二极管层包括：
堆叠于所述红光滤光片层下的将红光信号转换为电信号的红光电二极管层；
堆叠于所述绿光滤光片层下的将绿光信号转换为电信号的绿光电二极管层；
堆叠于所述蓝光滤光片层下的将蓝光信号转换为电信号的蓝光电二极管层；
所述红光电二极管层，绿光电二极管层，蓝光电二极管层和红外光导光层处于同一层。
8.根据权利要求1-4任一项所述的复合式图像传感器，其特征在于，所述第二微透镜层的曲面弧度小于第一微透镜层的曲面弧度。
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