CN110085610B - 图像传感器、图像处理方法以及计算机存储介质 - Google Patents

图像传感器、图像处理方法以及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种图像传感器、图像处理方法以及计算机存储介质，该图像传感器包括半导体基底和多个亚波长像素单元，所述多个亚波长像素单元设置在所述半导体基底表面；其中，每个亚波长像素单元包括光电二极管PD柱，在所述半导体基底表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；所述亚波长像素单元，用于通过所述亚波长像素单元内的PD柱吸收入射光中的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输。

Description

图像传感器、图像处理方法以及计算机存储介质
技术领域
本申请涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种图像传感器、图像处理方法以及计算机存储介质。
背景技术
图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备。图像传感器主要分为电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器和金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器。随着CMOS工艺和技术的不断提升，CMOS图像传感器越来越多地应用于各种消费类电子产品中，比如数码相机、手机以及视频监控系统等。
为了实现CMOS图像传感器的更小尺寸且依然可以拍摄出高质量、高清晰的图像，目前提出了曲面CMOS图像传感器。曲面CMOS图像传感器与传统的平面CMOS图像传感器在结构上并没有太大区别，而是采用特别精密的工艺同时与一个特制的弯折机配合来使得CMOS进行弯曲。由于这种CMOS弯曲所需要的工艺比较复杂，且容易导致CMOS出现断裂等问题，极大降低了曲面CMOS的良率，提高了成本。
发明内容
本申请的主要目的在于提出一种图像传感器、图像处理方法以及计算机存储介质，不仅降低了CMOS图像传感器断裂的风险，而且也降低了工艺难度，从而提高了CMOS图像传感器的良率，降低了成本；另外，还有效降低了图像边缘的阴影效应。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括半导体基底和多个亚波长像素单元，所述多个亚波长像素单元设置在所述半导体基底表面；其中，每个亚波长像素单元包括光电二极管PD柱，在所述半导体基底表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；
所述亚波长像素单元，用于通过所述亚波长像素单元内的PD柱吸收入射光中的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输。
在上述方案中，所述多个亚波长像素单元以凹形曲面形式排列在所述半导体基底表面。
在上述方案中，所述半导体基底表面包括所述中心位置、所述边缘位置、以及所述中心位置与所述边缘位置之间的过渡区域；其中，针对所述过渡区域，随着亚波长像素单元的排列位置与所述中心位置之间的距离增大，所述亚波长像素单元所包含的PD柱高度增加。
在上述方案中，所述亚波长像素单元还包括与PD柱连接的读出电路；其中，
所述PD柱，用于吸收入射光中的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号；
所述读出电路，用于读出所述电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输。
在上述方案中，所述图像传感器还包括图像处理器，用于接收所述数字信号，并根据所述数字信号生成所述入射光对应的图像。
在上述方案中，PD柱高度的取值范围为100nm～4um。
在上述方案中，PD柱的直径度量级别为百纳米级；其中，PD柱的直径至少包括下述其中一项：60nm的第一直径参数、90nm的第二直径参数和120nm的第三直径参数。
在上述方案中，所述亚波长像素单元包括一个PD柱，其中，
所述一个PD柱，具体用于当所述一个PD柱的直径符合第一直径参数时，吸收入射光中蓝光波长对应的蓝光信号，将吸收的蓝光信号转换为第一电信号；或者，
当所述一个PD柱的直径符合第二直径参数时，吸收入射光中绿光波长对应的绿光信号，将吸收的绿光信号转换为第二电信号；或者，
当所述一个PD柱的直径符合第三直径参数时，吸收入射光中红光波长对应的红光信号，将吸收的红光信号转换为第三电信号。
在上述方案中，所述亚波长像素单元包括多个PD柱且所述多个PD柱对应的多个直径中包括有三种直径参数，其中，
所述多个PD柱，具体用于通过所述三种直径参数对应的PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收的光信号转换为电信号；其中，不同直径参数对应的PD柱吸收不同波长对应的光信号，所述三种直径参数包括第一直径参数、第二直径参数和第三直径参数，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长。
在上述方案中，所述亚波长像素单元包括第一PD柱、第二PD柱、第三PD柱和第四PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱和第四PD柱的直径为120nm。
在上述方案中，所述第一PD柱，具体用于根据四个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号；以及，
所述第二PD柱，具体用于根据四个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号；以及，
所述第三PD柱和所述第四PD柱，具体用于根据四个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
在上述方案中，每个PD柱的上表面形状包括下述任意一项：圆形、正方形、三角形、平行四边形、菱形和多边形。
在上述方案中，每个PD柱的形状为圆柱体；其中，每个PD柱的上表面形状为所述圆柱体的其中一个圆形底面。
在上述方案中，所述半导体基底包括下述任意一项：硅衬底、柔性衬底、可变形衬底或者曲面衬底。
第二方面，本申请实施例提供了一种图像处理方法，所述方法应用于如第一方面中任一项所述的图像传感器，所述方法包括：
将多个亚波长像素单元按照预设排列规则进行排列；其中，所述多个亚波长像素单元设置在所述半导体基底表面，每个亚波长像素单元包括PD柱，所述预设排列规则用于实现在所述半导体基底表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；
通过所述亚波长像素单元吸收入射光中预设波长的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输。
在上述方案中，所述将多个亚波长像素单元按照预设排列规则进行排列，包括：
在所述半导体基底表面，将所述多个亚波长像素单元以凹形曲面形式进行排列；其中，所述半导体基底表面包括所述中心位置、所述边缘位置、以及所述中心位置与所述边缘位置之间的过渡区域；针对所述过渡区域，随着亚波长像素单元的排列位置与所述中心位置之间的距离增大，所述亚波长像素单元所包含的PD柱高度增加。
在上述方案中，所述亚波长像素单元包括第一PD柱、第二PD柱、第三PD柱和第四PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱和第四PD柱的直径为120nm。
在上述方案中，所述通过所述亚波长像素单元吸收入射光中预设波长的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据四个PD柱的光学共振，通过第一PD柱吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号；以及，
通过第二PD柱吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号；以及，
通过第三PD柱和第四PD柱吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
在上述方案中，所述将所述电信号转换为数字信号进行传输，包括：
分别读出所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号；
对所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号进行转换，将转换后得到的数字信号进行传输。
第三方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有图像处理程序，所述图像处理程序被至少一个处理器执行时实现如第二方面中任一项所述方法的步骤。
本申请实施例所提供的一种图像传感器、图像处理方法以及计算机存储介质，该图像传感器包括有半导体基底和多个亚波长像素单元，多个亚波长像素单元设置在所述半导体基底表面；每一个亚波长像素单元包括PD柱，可以通过PD柱吸收入射光中的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；在半导体基底表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；这样，不仅可以达到曲面CMOS图像传感器的效果，而且由于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度高，使得光信号的吸收效果好，从而降低了图像边缘的阴影效应；另外，该图像传感器是通过调整亚波长像素单元内的PD柱高度来实现曲面效果，无需对CMOS进行弯曲处理，这样还不仅降低了CMOS图像传感器断裂的风险，也降低了工艺难度，从而提高了CMOS图像传感器的良率，降低了成本。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种图像传感器的组成结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种图像传感器的组成结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种亚波长像素单元的俯视结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种亚波长像素单元的截面结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种图像传感器的截面结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种图像处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
目前，在实际应用中，为了实现CMOS图像传感器的更小尺寸，可以用曲面CMOS图像传感器替代传统的平面CMOS图像传感器。通过采用曲面CMOS传感器，可以减少所采用的光学元件数量，同时依然能够保证可以采集足够多的光线，拍摄出高质量、高清晰的图像。然而，现有的曲面CMOS图像传感器与传统的平面CMOS图像传感器在结构上并没有太大区别，首先采用特制工艺将CMOS弯曲，然后再用一层陶瓷图层来加强CMOS弯曲的稳定性，从而得到了曲面CMOS传感器。现有的曲面CMOS图像传感器在将CMOS弯曲过程中，需要采用特别精密的特制工艺与一个特制的弯折机进行配合来实现CMOS弯曲，使得加工工艺比较复杂，而且还容易导致CMOS出现断裂的问题；从而降低了曲面CMOS的良率，提高了成本。
本申请实施例提出了一种图像传感器，在亚波长像素单元中采用PD柱结构，通过调整亚波长像素单元所包含的PD柱高度，使得处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度，可以达到曲面CMOS图像传感器的效果，而且还可以降低图像边缘的阴影效应；另外，本申请实施例无需对CMOS进行弯曲处理，不仅降低了CMOS图像传感器断裂的风险，也降低了工艺难度，还可以达到提高CMOS图像传感器的良率，降低成本的目的。
参见图1，其示出了本申请实施例提供的一种图像传感器的组成结构示意图。如图1所示，该图像传感器10可以包括：半导体基底110和多个亚波长像素单元120，其中，
多个亚波长像素单元120设置在半导体基底110表面；其中，多个亚波长像素单元120中包括n个亚波长像素单元1201，n为大于或等于1的正整数；该亚波长像素单元1201包括光电二极管(Photo Diode，PD)柱1201a，在半导体基底110表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；
亚波长像素单元1201，用于通过该亚波长像素单元1201内的PD柱1201a吸收入射光中的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输。
本申请实施例提供了一种图像传感器10，该图像传感器10可以是CMOS图像传感器。图像传感器10包括有半导体基底110和多个亚波长像素单元120，亚波长像素单元1201包括PD柱1201a，可以通过PD柱1201a吸收入射光中的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；由于多个亚波长像素单元120设置在半导体基底110表面，并且在半导体基底110表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；这样，不仅可以达到曲面CMOS图像传感器的效果，而且由于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度高，使得光信号的吸收效果好，从而降低了图像边缘的阴影效应；另外，该图像传感器10是通过调整亚波长像素单元1201内的PD柱高度来实现曲面效果，无需对CMOS进行弯曲处理，这样还不仅降低了CMOS图像传感器断裂的风险，也降低了工艺难度，从而还可以达到提高CMOS图像传感器的良率，降低成本的目的。
在CMOS图像传感器中，图像的颜色标准一般采用RGB色彩模式。其中，RGB代表了红(Red，R)、绿(Green，G)、蓝(Blue，B)三个通道的颜色，这三个通道的颜色按照不同的比例混合或叠加，可以得到图像中人类视力所感知的所有颜色。对于红色来说，其为入射光中红光波长所对应的红光信号；对于蓝色来说，其为入射光中蓝光波长所对应的蓝光信号；对于绿色来说，其为入射光中绿光波长所对应的绿光信号。这样，亚波长像素单元1201可以通过PD柱吸收入射光中的红光信号、蓝光信号或者绿光信号，然后将吸收到的光信号转换为电信号。
在一些实施例中，亚波长像素单元1201的像素尺寸小于或等于入射光对应的工作波长。
需要说明的是，亚波长是指结构的特征尺寸与工作波长相当或更小的周期(或非周期)结构。亚波长结构的特征尺寸小于波长，它的反射率、透射率、偏振特性和光谱特性等都显示出与常规衍射光学元件截然不同的特征，具有更大的应用能力。示例性地，假定入射光包括有红光波长、蓝光波长和滤光波长等三种波长，而这三种波长中的工作波长为400nm，那么亚波长像素单元1201的像素尺寸小于或等于400nm。
在一些实例中，如图1所示，亚波长像素单元1201还可以包括与PD柱1201a连接的读出电路1201b；其中，
所述PD柱1201a，用于吸收入射光中的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号；
所述读出电路1201b，用于读出所述电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输。
需要说明的是，亚波长像素单元1201可以包括有PD柱1201a和读出电路1201b，而PD柱1201a和读出电路1201b连接。其中，PD柱1201a可以是一个PD柱，这时候只能吸收入射光中一种波长对应的光信号；PD柱1201a也可以是多个PD柱，这时候可以吸收入射光中三种波长对应的光信号；本申请实施例不作具体限定。
还需要说明的是，当读出电路1201b将数字信号进行传输之后，可以通过图像处理器对数字信号进行接收和处理，以获得入射光对应的图像。参见图2，其示出了本申请实施例提供的另一种图像传感器的组成结构示意图。如图2所示，在一些实施例中，在图1所示的图像传感器10的基础上，图像传感器10还可以包括图像处理器201，用于接收所述数字信号，并根据所述数字信号生成所述入射光对应的图像。
需要说明的是，图像处理器201与亚波长像素单元1201中的读出电路1201b连接；这样在电信号转换为数字信号之后，读出电路1201b可以将数字信号传输给图像处理器201，然后由图像处理器201根据数字信号生成入射光对应的图像。其中，图像处理器201可以是图像信号处理器(Image Signal Processor，ISP)，这样，数字信号传输至ISP之后，可以通过ISP的图像处理就能够得到该入射光对应的图像。
另外，由于不同的波长，其需要的PD柱的直径是不同的；这样，亚波长像素单元1201中所包含的PD柱对应的直径参数可以有多个。一般而言，入射光中包括有红光波长、蓝光波长和滤光波长等三种波长，也就是说，亚波长像素单元1201中所包含的直径参数可以有三个。因此，在一些实施例中，PD柱的直径至少包括下述其中一项：60nm的第一直径参数、90nm的第二直径参数和120nm的第三直径参数。
需要说明的是，PD柱的直径度量级别为百纳米级。对于红光波长、蓝光波长和滤光波长等这三种波长中的每一种波长，在亚波长像素单元1201中所选择PD柱的直径是不同的。例如，对于蓝光波长来说，PD柱的直径需要满足60nm的第一直径参数；对于绿光波长来说，PD柱的直径需要满足90nm的第二直径参数；对于红光波长来说，PD柱的直径需要满足120nm的第三直径参数。
进一步地，在亚波长像素单元1201中，由于PD柱1201a可以是一个PD柱，也可以是多个PD柱；这样，当亚波长像素单元1201只包括一个PD柱时，这时候只能吸收入射光中一种波长对应的光信号；当亚波长像素单元1201包括多个PD柱时，这时候可以吸收入射光中三种波长对应的光信号。下面将针对这两种情况分别进行描述。
在一些实施例中，可选地，亚波长像素单元1201包括一个PD柱，其中，
所述一个PD柱，具体用于当所述一个PD柱的直径符合第一直径参数时，吸收入射光中蓝光波长对应的蓝光信号，将吸收的蓝光信号转换为第一电信号；或者，
当所述一个PD柱的直径符合第二直径参数时，吸收入射光中绿光波长对应的绿光信号，将吸收的绿光信号转换为第二电信号；或者，
当所述一个PD柱的直径符合第三直径参数时，吸收入射光中红光波长对应的红光信号，将吸收的红光信号转换为第三电信号。
在一些实施例中，可选地，亚波长像素单元1201包括多个PD柱且所述多个PD柱对应的多个直径中包括有三种直径参数，其中，
所述多个PD柱，具体用于通过所述三种直径参数对应的PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收的光信号转换为电信号；其中，不同直径参数对应的PD柱吸收不同波长对应的光信号，所述三种直径参数包括第一直径参数、第二直径参数和第三直径参数，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长。
需要说明的是，当亚波长像素单元1201只包括一个PD柱时，如果该PD柱的直径为60nm，那么该PD柱可以吸收入射光中蓝光波长对应的蓝光信号，并将吸收的蓝光信号转换为第一电信号；如果该PD柱的直径为90nm，那么该PD柱可以吸收入射光中绿光波长对应的绿光信号，并将吸收的绿光信号转换为第二电信号；如果该PD柱的直径为120nm，那么该PD柱可以吸收入射光中红光波长对应的红光信号，并将吸收的红光信号转换为第三电信号。
还需要说明的是，当亚波长像素单元1201包括多个PD柱时，如果多个PD柱对应的多个直径中包括有三种直径参数，那么60nm的直径参数对应的PD柱可以吸收入射光中蓝光波长对应的蓝光信号，并将吸收的蓝光信号转换为第一电信号；90nm的直径参数对应的PD柱可以吸收入射光中绿光波长对应的绿光信号，并将吸收的绿光信号转换为第二电信号；120nm的直径参数对应的PD柱可以吸收入射光中红光波长对应的红光信号，并将吸收的红光信号转换为第三电信号。
进一步地，为了提高三种波长的光吸收效率，可以通过亚波长像素单元1201中的多个PD柱进行光学共振实现。参见图3，其示出了本申请实施例提供的一种亚波长像素单元的俯视结构示意图。如图3所示，亚波长像素单元1201的俯视图为正方形，而且该亚波长像素单元1201中包括4个PD柱，比如第一PD柱、第二PD柱、第三PD柱和第三PD柱；其中，第一PD柱用竖线填充，第二PD柱用横线填充，第三PD柱用斜线填充，第四PD柱也用斜线填充。
基于图3所示的亚波长像素单元1201，可以根据这四个PD柱的光学共振来吸收入射光中三种波长对应的光信号。其中，不同的填充图案，代表了PD柱的直径参数是不同的；例如，用竖线填充的第一PD柱，对应的直径为60nm；用横线填充的第二PD柱，对应的直径为90nm；用斜线填充的第三PD柱和第四PD柱，对应的直径为120nm。假定这四个PD柱的高度全部约为400nm，那么对于蓝光信号和绿光信号而言，一个400nm高度的PD柱已经可以使得光吸收率达到90％以上；但是对于红光信号而言，一个PD柱的吸收率偏低，此时可以用两个400nm的PD柱来吸收入射光中的红光，使得光吸收率达到90％以上；因此，在一个亚波长像素单元中，可以是1个60nm直径参数的PD柱(吸收蓝光)、1个90nm直径参数的PD柱(吸收绿光)、2个120nm直径参数的PD柱(吸收红光)，从而保证了光吸收率均达到90％以上。除此之外，在一个亚波长像素单元中，也可以是2个60nm直径参数的PD柱(吸收蓝光)、1个90nm直径参数的PD柱(吸收绿光)、1个120nm直径参数的PD柱(吸收红光)，还可以是1个60nm直径参数的PD柱(吸收蓝光)、2个90nm直径参数的PD柱(吸收绿光)、1个120nm直径参数的PD柱(吸收红光)，本申请实施例不作具体限定。
为了提高光吸收率，在图3中，以1个60nm直径参数的PD柱(吸收蓝光)、1个90nm直径参数的PD柱(吸收绿光)、2个120nm直径参数的PD柱(吸收红光)为例，这里，每一个PD柱所产生的共振波长与该PD柱的折射率和该PD柱的尺寸(主要是指该PD柱的直径)有关，而且每一种波长将会处于对应的共振波长的范围之内。这时候可以通过调整该PD柱的折射率，和/或，调整该PD柱的尺寸，从而来调整每一个PD柱所产生的共振波长。通常来说，通过调整PD柱的尺寸，也即调整PD柱的直径，可以实现对每一个PD柱所产生的共振波长的调整；比如，对于蓝光波长，可以通过调整第一PD柱的直径，使其满足60nm，此时蓝光波长将会处于第一PD柱所产生的共振波长的范围之内，从而实现对蓝光信号的共振吸收。因此，在一些实施例中，亚波长像素单元1201可以包括第一PD柱、第二PD柱、第三PD柱和第四PD柱；第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱和第四PD柱的直径为120nm；其中，
第一PD柱，具体用于根据四个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号；以及，
第二PD柱，具体用于根据四个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号；以及，
第三PD柱和第四PD柱，具体用于根据四个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
举例来说，根据这四个PD柱的光学共振，假定待吸收的光信号为蓝光信号，那么可以调整第一PD柱的直径使其满足60nm，这样第一PD柱所产生的共振波长会满足蓝光波长的需求，通过第一PD柱可以吸收蓝光波长对应的蓝光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第一电信号；假定待吸收的光信号为绿光信号，那么可以调整第二PD柱的直径使其满足90nm，这样第二PD柱所产生的共振波长会满足绿光波长的需求，通过第二PD柱可以吸收绿光波长对应的绿光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第二电信号；假定待吸收的光信号为红光信号，那么可以调整第三PD柱和第四PD柱的直径使其均满足120nm，这样第三PD柱所产生的共振波长和第四PD柱所产生的共振波长都会满足红光波长的需求，通过第三PD柱和第四PD柱可以吸收红光波长对应的红光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第三电信号；从而根据这四个PD柱的光学共振可以吸收蓝光波长、绿光波长以及红光波长对应的RGB色彩模式中的三种光信号，可以使得光吸收率高达90％以上。
在一些实施例中，每个PD柱的上表面形状包括下述任意一项：圆形、正方形、三角形、平行四边形、菱形和多边形。
进一步地，每个PD柱的形状为圆柱体；其中，每个PD柱的上表面形状为所述圆柱体的其中一个圆形底面。
需要说明的是，针对该亚波长像素单元1201中的每个PD柱，PD柱的上表面形状可以为规则形，比如圆形和正方形等；PD柱的上表面形状也可以为不规则形，比如菱形和多边形等。示例性地，如图3所示，该PD柱的上表面形状为圆形；但是在实际应用中，PD柱的上表面形状可以根据实际情况进行设定，本申请实施例不作具体限定。
一般来说，传统像素单元可以包括聚焦层、滤光层、PD层和金属布线(Metalwiring)层。其中，聚焦层包含有聚焦镜片，可以对入射光进行光线聚焦；滤光层包含有滤光片，可以对入射光进行红光、蓝光和绿光等颜色过滤处理；PD层是由传统PD结构组成的，用于对吸收的光信号进行光电转换，可以得到电信号；而Metal wiring层布置有读出电路，可以对电信号进行读出，然后将电信号转换为数字信号进行传输；比如将数字信号传输至ISP，后续经过ISP的图像处理就可以得到该入射光对应的图像。
参见图4，其示出了本申请实施例提供的一种亚波长像素单元的截面结构示意图。如图4所示，亚波长像素单元1201只包括PD柱1201a形成的PD层401和读出电路1201b形成的Metal wiring层402；在图4中，PD柱1201a为深灰色填充部件，读出电路1201b为浅灰色填充部件。也就是说，本申请实施例的亚波长像素单元1201不包括聚焦层和滤光层，主要是本申请实施例利用了亚波长像素单元1201中的PD柱来替代传统PD结构，而且通过PD柱的光学共振来吸收入射光中的光信号，一方面通过光学共振可以增强局域的光学态密度，极大提升了局域的光场强度，从而也就取代了聚焦层内聚焦镜片的聚焦光束作用，无需聚焦镜片就可以获得很高的光吸收效率，也就提高了CMOS图像传感器的量子效率；另一方面利用PD柱的直径参数的不同，通过不同直径参数对应的PD柱所产生的共振波长也就实现了对不同波长的选择，即不同波长将会处于不同直径参数对应的PD柱所产生的共振波长的范围之内，可以实现对蓝光波长、滤光波长和红光波长等这三种波长的分别吸收，从而取代了滤光层内滤光片的颜色过滤作用。
对于图像传感器10中的多个亚波长像素单元120，每个亚波长像素单元内的PD柱高度，可以随着亚波长像素单元所处位置的不同而发生变化；这样，通过调整每个亚波长像素单元内的PD柱高度，可以实现图像传感器的曲面效果。因此，在一些实施例中，多个亚波长像素单元120以凹形曲面形式排列在半导体基底110表面。
进一步地，在一些实施例中，半导体基底110表面包括中心位置、边缘位置和所述中心位置与所述边缘位置之间的过渡区域；其中，针对所述过渡区域，随着亚波长像素单元的排列位置与中心位置之间的距离增大，所述亚波长像素单元所包含的PD柱高度增加。
需要说明的是，半导体基底110表面可以划分为中心位置、边缘位置和所述中心位置与所述边缘位置之间的过渡区域；其中，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度最低，处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度最高；处于过渡区域的亚波长像素单元，随着与中心位置之间的距离越远，所排列的亚波长像素单元所包含的PD柱高度越高；当亚波长像素单元处于边缘位置时，此时与中心位置之间的距离达到最大，即处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度最高。
参见图5，其示出了本申请实施例提供的一种图像传感器的截面结构示意图。如图5所示，半导体基底110表面可以划分为中心位置510、第一边缘位置520、第二边缘位置530、以及中心位置510与第一边缘位置520之间的第一过渡区域540、中心位置510与第二边缘位置530之间的第二过渡区域550；多个亚波长像素单元120设置在半导体基底110表面，这里多个亚波长像素单元120包括有7个亚波长像素单元，比如第一亚波长像素单元、第二亚波长像素单元、第三亚波长像素单元、第四亚波长像素单元、第五亚波长像素单元、第六亚波长像素单元和第七亚波长像素单元，而每个亚波长像素单元中包括有PD柱和读出电路；其中，深灰色填充部件为PD柱，浅灰色填充部件为读出电路。
对于图5所示的图像传感器，处于中心位置510的第四亚波长像素单元，该第四亚波长像素单元所包含的PD柱高度最低；处于第一边缘位置520的第一亚波长像素单元或者第二边缘位置530的第七亚波长像素单元，这两个亚波长像素单元所包含的PD柱高度最高；而处于第一过渡区域540内的第二亚波长像素单元和第三亚波长像素单元，随着亚波长像素单元的排列位置与中心位置之间的距离增大，该亚波长像素单元所包含的PD柱高度逐渐增加；即第二亚波长像素单元所包含的PD柱高度高于第三亚波长像素单元所包含的PD柱高度；同理，处于第二过渡区域550内的第五亚波长像素单元和第六亚波长像素单元，第六亚波长像素单元所包含的PD柱高度高于第五亚波长像素单元所包含的PD柱高度；也就是说，第一亚波长像素单元、第二亚波长像素单元、第三亚波长像素单元和第四亚波长像素单元所包含的PD柱高度呈逐渐减小趋势，而第四亚波长像素单元、第五亚波长像素单元、第六亚波长像素单元和第七亚波长像素单元所包含的PD柱高度呈逐渐增大趋势，使得该图像传感器的表面形成了类似于曲面CMOS的效果；另外，由于该图像传感器是通过调整PD柱高度来实现曲面效果，无需对CMOS进行弯曲处理，这样还不仅降低了CMOS图像传感器断裂的风险，也降低了工艺难度，从而还可以达到提高CMOS图像传感器的良率，降低成本的目的。
在一些实施例中，PD柱高度的取值范围为100nm～4um。
需要说明的是，PD柱的高度会影响光信号的吸收；如果PD柱的高度越高，光信号的吸收效果越好。但是PD柱的高度并不是可以无限高，一般而言，PD柱高度取决于加工工艺所能够做到的最长PD柱结构，PD柱高度可以从100nm变化到4um左右。而且在半导体基底110表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度是最低的，比如100nm；处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度是最高的，比如4um；而处于中心位置和边缘位置之间的过渡区域，随着亚波长像素单元的排列位置向边缘位置方向的移动(即与中心位置的距离越来越远)，该亚波长像素单元所包含的PD柱高度从100nm向4um逐渐增加。由于PD柱高度较大的光吸收率要高于PD柱高度较低的光吸收率，使得中心位置的光吸收率低于边缘位置的光吸收率，这样消除了图像边缘的畸变，可以有效降低图像边缘的阴影效应。
在一些实施例中，半导体基底110包括下述任意一项：硅衬底、柔性衬底、可变形衬底或者曲面衬底。
需要说明的是，半导体基底110可以是硅衬底，也可以是柔性衬底，还可以是可变形衬底或者曲面衬底；在实际应用中，根据实际情况进行设定，本申请实施例不作具体限定。
也就是说，多个亚波长像素单元除了可以设置在硅衬底之外，还可以设置在柔性衬底上，这样通过调整每个亚波长像素单元内的PD柱高度，可以进一步提高图像传感器的曲率；另外，多个亚波长像素单元还可以设置在可变形衬底上，此时也可以实现图像传感器的曲率可调，但是这时候需要考虑靠近边缘位置的多个亚波长像素单元之间的距离间隔可以适当增加，用于防止衬底弯曲之后这些亚波长像素单元内的PD柱之间的相互挤压触碰。除此之外，对于图像传感器的曲面效果，还可以将多个亚波长像素单元设置在曲面衬底上，此时每个亚波长像素单元内的PD柱高度可以是相同的，这时候通过曲面衬底的弯曲度也可以实现图像传感器的曲率。
上述实施例提供了一种图像传感器，该图像传感器可以是CMOS图像传感器。该图像传感器包括有半导体基底和多个亚波长像素单元，多个亚波长像素单元设置在所述半导体基底表面；每一个亚波长像素单元包括PD柱，可以通过PD柱吸收入射光中的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，在半导体基底表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；这样，通过利用具有光学共振的PD柱来代替传统PD结构，同时利用PD柱高度的不同来代替弯折工艺，使得处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度最低，向边缘位置移动的亚波长像素单元所包含的PD柱高度逐渐增加，使得整个图像传感器的上表面呈现了曲面效果，从而实现了曲面CMOS图像传感器的结构和功能；同时由于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度高，使得光信号的吸收效果好，从而还降低了图像边缘的阴影效应；另外，该图像传感器是通过调整亚波长像素单元内的PD柱高度来实现曲面效果，无需对CMOS进行弯曲处理，这样不仅降低了CMOS图像传感器断裂的风险，也降低了工艺难度，从而提高了CMOS图像传感器的良率，降低了成本。
参见图6，其示出了本申请实施例提供的一种图像处理方法的流程示意图。如图6所示，该方法可以包括：
S601：将多个亚波长像素单元按照预设排列规则进行排列；其中，所述多个亚波长像素单元设置在所述半导体基底表面，每个亚波长像素单元包括PD柱，所述预设排列规则用于实现在所述半导体基底表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；
S602：通过所述亚波长像素单元吸收入射光中预设波长的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输。
在本申请实施例中，该方法应用于前述实施中所述的图像传感器10，该图像传感器10可以是CMOS图像传感器。这样，将多个亚波长像素单元按照预设排列规则进行排列；通过所述亚波长像素单元吸收入射光中预设波长的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；由于所述多个亚波长像素单元设置在所述半导体基底表面，每个亚波长像素单元包括PD柱，所述预设排列规则用于实现在所述半导体基底表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度，这样不仅可以达到曲面CMOS图像传感器的效果，而且由于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度高，使得光信号的吸收效果好，从而降低了图像边缘的阴影效应；另外，该图像传感器是通过调整亚波长像素单元内的PD柱高度来实现曲面效果，无需对CMOS进行弯曲处理，这样还不仅降低了CMOS图像传感器断裂的风险，也降低了工艺难度，从而提高了CMOS图像传感器的良率，降低了成本。
在一些实施例中，所述将多个亚波长像素单元按照预设排列规则进行排列，可以包括：
在所述半导体基底表面，将所述多个亚波长像素单元以凹形曲面形式进行排列；其中，所述半导体基底表面包括所述中心位置、所述边缘位置、以及所述中心位置与所述边缘位置之间的过渡区域；针对所述过渡区域，随着亚波长像素单元的排列位置与所述中心位置之间的距离增大，所述亚波长像素单元所包含的PD柱高度增加。
需要说明的是，半导体基底表面可以划分为中心位置、边缘位置和所述中心位置与所述边缘位置之间的过渡区域；其中，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度最低，处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度最高；处于过渡区域的亚波长像素单元，随着与中心位置之间的距离越远，所排列的亚波长像素单元所包含的PD柱高度越高；当亚波长像素单元处于边缘位置时，此时与中心位置之间的距离达到最大，即处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度最高；由于PD柱高度较大的光吸收率要高于PD柱高度较低的光吸收率，使得中心位置的光吸收率低于边缘位置的光吸收率，有效降低了图像边缘的阴影效应。
在一些实施例中，所述亚波长像素单元包括第一PD柱、第二PD柱、第三PD柱和第四PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱和第四PD柱的直径为120nm。
进一步地，所述通过所述亚波长像素单元吸收入射光中预设波长的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，可以包括：
根据四个PD柱的光学共振，通过第一PD柱吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号；以及，
通过第二PD柱吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号；以及，
通过第三PD柱和第四PD柱吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
进一步地，所述将所述电信号转换为数字信号进行传输，可以包括：
分别读出所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号；
对所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号进行转换，将转换后得到的数字信号进行传输。
需要说明的是，亚波长像素单元1201内PD柱的直径度量级别为百纳米级。为了保证较高的光吸收率，在一个亚波长像素单元中，可以是1个60nm直径参数的PD柱(吸收蓝光)、1个90nm直径参数的PD柱(吸收绿光)和2个120nm直径参数的PD柱(吸收红光)，可以根据这四个PD柱的光学共振来吸收入射光中的光信号。
举例来说，根据这四个PD柱的光学共振，假定待吸收的光信号为蓝光信号，那么可以调整第一PD柱的直径使其满足60nm，这样第一PD柱所产生的共振波长会满足蓝光波长的需求，通过第一PD柱可以吸收蓝光波长对应的蓝光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第一电信号；假定待吸收的光信号为绿光信号，那么可以调整第二PD柱的直径使其满足90nm，这样第二PD柱所产生的共振波长会满足绿光波长的需求，通过第二PD柱可以吸收绿光波长对应的绿光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第二电信号；假定待吸收的光信号为红光信号，那么可以调整第三PD柱和第四PD柱的直径使其均满足120nm，这样第三PD柱所产生的共振波长和第四PD柱所产生的共振波长都会满足红光波长的需求，通过第三PD柱和第四PD柱可以吸收红光波长对应的红光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第三电信号；从而根据这四个PD柱的光学共振可以吸收蓝光波长、绿光波长以及红光波长对应的RGB色彩模式中的三种光信号，可以使得光吸收率高达90％以上。
上述实施例提供了一种图像处理方法，首先将多个亚波长像素单元按照预设排列规则进行排列；其中，所述多个亚波长像素单元设置在所述半导体基底表面，每个亚波长像素单元包括PD柱，所述预设排列规则用于实现在所述半导体基底表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；然后通过所述亚波长像素单元吸收入射光中预设波长的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；这样，通过调整亚波长像素单元内的PD柱高度来实现曲面效果，无需对CMOS进行弯曲处理，不仅降低了CMOS图像传感器断裂的风险，而且也降低了工艺难度，从而提高了CMOS图像传感器的良率，降低了成本；另外，由于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度高，使得光信号的吸收效果好，从而还降低了图像边缘的阴影效应。
可以理解地，在前述实施例中所述的像素单元20的各组成部件可以集成在一个处理单元中，也可以是各个部件单独物理存在，也可以两个或两个以上部件集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有图像处理程序，所述图像处理程序被至少一个处理器执行时实现前述实施例中所述方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但是本申请并不局限于此。上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。

Claims (19)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括半导体基底和多个亚波长像素单元，所述多个亚波长像素单元设置在所述半导体基底表面；其中，每个亚波长像素单元包括光电二极管PD柱，在所述半导体基底表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；
所述亚波长像素单元，用于通过所述亚波长像素单元内的PD柱吸收入射光中的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；
其中，所述多个亚波长像素单元以凹形曲面形式排列在所述半导体基底表面。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述半导体基底表面包括所述中心位置、所述边缘位置、以及所述中心位置与所述边缘位置之间的过渡区域；其中，针对所述过渡区域，随着亚波长像素单元的排列位置与所述中心位置之间的距离增大，所述亚波长像素单元所包含的PD柱高度增加。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述亚波长像素单元还包括与PD柱连接的读出电路；其中，
所述PD柱，用于吸收入射光中的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号；
所述读出电路，用于读出所述电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括图像处理器，用于接收所述数字信号，并根据所述数字信号生成所述入射光对应的图像。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，PD柱高度的取值范围为100nm～4um。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，PD柱的直径度量级别为百纳米级；其中，PD柱的直径至少包括下述其中一项：60nm的第一直径参数、90nm的第二直径参数和120nm的第三直径参数。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述亚波长像素单元包括一个PD柱，其中，
所述一个PD柱，具体用于当所述一个PD柱的直径符合第一直径参数时，吸收入射光中蓝光波长对应的蓝光信号，将吸收的蓝光信号转换为第一电信号；或者，
当所述一个PD柱的直径符合第二直径参数时，吸收入射光中绿光波长对应的绿光信号，将吸收的绿光信号转换为第二电信号；或者，
当所述一个PD柱的直径符合第三直径参数时，吸收入射光中红光波长对应的红光信号，将吸收的红光信号转换为第三电信号。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述亚波长像素单元包括多个PD柱且所述多个PD柱对应的多个直径中包括有三种直径参数，其中，
所述多个PD柱，具体用于通过所述三种直径参数对应的PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收的光信号转换为电信号；其中，不同直径参数对应的PD柱吸收不同波长对应的光信号，所述三种直径参数包括第一直径参数、第二直径参数和第三直径参数，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述亚波长像素单元包括第一PD柱、第二PD柱、第三PD柱和第四PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱和第四PD柱的直径为120nm。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述第一PD柱，具体用于根据四个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号；以及，
所述第二PD柱，具体用于根据四个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号；以及，
所述第三PD柱和所述第四PD柱，具体用于根据四个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个PD柱的上表面形状包括下述任意一项：圆形、正方形、三角形、平行四边形和菱形。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，每个PD柱的形状为圆柱体；其中，每个PD柱的上表面形状为所述圆柱体的其中一个圆形底面。
13.根据权利要求1至12任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述半导体基底包括下述任意一项：硅衬底、柔性衬底和曲面衬底。
14.一种图像处理方法，所述方法应用于如权利要求1至13任一项所述的图像传感器，所述方法包括：
在所述半导体基底表面，将所述多个亚波长像素单元以凹形曲面形式的预设排列规则进行排列；其中，所述多个亚波长像素单元设置在所述半导体基底表面，每个亚波长像素单元包括PD柱，所述预设排列规则用于实现在所述半导体基底表面，处于中心位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度低于处于边缘位置的亚波长像素单元所包含的PD柱高度；
通过所述亚波长像素单元吸收入射光中预设波长的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述半导体基底表面包括所述中心位置、所述边缘位置、以及所述中心位置与所述边缘位置之间的过渡区域；针对所述过渡区域，随着亚波长像素单元的排列位置与所述中心位置之间的距离增大，所述亚波长像素单元所包含的PD柱高度增加。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述亚波长像素单元包括第一PD柱、第二PD柱、第三PD柱和第四PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱和第四PD柱的直径为120nm。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述通过所述亚波长像素单元吸收入射光中预设波长的光信号，将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据四个PD柱的光学共振，通过第一PD柱吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号；以及，
通过第二PD柱吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号；以及，
通过第三PD柱和第四PD柱吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述将所述电信号转换为数字信号进行传输，包括：
分别读出所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号；
对所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号进行转换，将转换后得到的数字信号进行传输。
19.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有图像处理程序，所述图像处理程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求14至18任一项所述方法的步骤。
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