CN115236782A - 光谱滤波器以及包括光谱滤波器的图像传感器和电子设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种光谱滤波器，以及一种图像传感器和一种电子设备，其中图像传感器和电子设备均包括该光谱滤波器。光谱滤波器包括彼此间隔开的第一金属反射层和第二金属反射层、设置在第一金属反射层和第二金属反射层之间的多个腔体、以及设置在多个腔体之间并选择性地透射特定波长区域的光的带通滤波器。多个腔体中的每个腔体可以具有多模式结构，该多模式结构具有多个中心波长。

Description

光谱滤波器以及包括光谱滤波器的图像传感器和电子设备

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2021年4月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0052531和2022年3月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0032230的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及一种光谱滤波器，以及一种图像传感器和一种电子设备，其中图像传感器和电子设备均包括该光谱滤波器。

背景技术

在相关技术中，图像传感器将波段分为三个部分，即，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)；然而，为了提高颜色表达准确度和对象识别性能，需要开发具有将波段划分为更多部分的光谱滤波器的图像传感器。现有的光谱滤波器已用于包括庞大且复杂的光学元件部分的专用相机，并且关于具有集成在半导体芯片上的光谱滤波器的图像传感器的技术研究和开发仍在进行。

发明内容

提供了一种光谱滤波器，以及一种图像传感器和一种电子设备，其中图像传感器和电子设备均包括该光谱滤波器。

附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过实践本公开所呈现的实施例而获知。

根据实施例的一个方面，一种光谱滤波器包括：第一金属反射层；第二金属反射层，布置在第一金属反射层上方；多个腔体，布置在第一金属反射层和第二金属反射层之间，并且每个腔体具有多个中心波长；以及带通滤波器，布置在第一金属反射层下方或第二金属反射层上方，并且包括透射不同波长区域的光的多个频段滤波器(band filter)，其中，多个频段滤波器被布置为与多个腔体相对应，多个频段滤波器中的每个频段滤波器透射特定波长区域的光，与多个频段滤波器中的每个频段滤波器相对应的多个腔体中的每个腔体具有包括特定波长区域中的中心波长的多个中心波长。

带通滤波器可以包括滤色器或宽带滤波器。

多个频段滤波器可以被设置为与多个腔体一一对应。

多个频段滤波器可以包括透射第一波长区域的光的第一频段滤波器、透射第二波长区域的光的第二频段滤波器以及透射第三波长区域的光的第三频段滤波器。

多个腔体可以包括与第一频段滤波器相对应的第一腔体、与第二频段滤波器相对应的第二腔体以及与第三频段滤波器相对应的第三腔体。

第一腔体可以具有包括第一波长区域中的中心波长的多个中心波长，第二腔体可以具有包括第二波长区域中的中心波长的多个中心波长，以及第三腔体可以具有包括第三波长区域中的中心波长的多个中心波长。

第一腔体至第三腔体可以具有不同的有效折射率。

第一腔体至第三腔体可以具有相同的厚度。

第一腔体至第三腔体中的每个腔体可以具有大于或等于约200nm并且小于或等于约1000nm的厚度。

第一腔体至第三腔体中的至少一个腔体可以包括基底和以特定形状布置在基底中的至少一个图案。

第一腔体至第三腔体中的每个腔体的基底可以包括氧化钛。

第一腔体至第三腔体中的每个腔体的基底可以包括氮化硅或氧化铪。多个频段滤波器中的每个频段滤波器可以被设置为与两个或更多个腔体相对应。

第一金属反射层和第二金属反射层可以包括相同金属材料或不同金属材料。

第一金属反射层和第二金属反射层可以包括Al、Cu、Ag、Au、Ti、W或TiN。第一金属反射层或第二金属反射层还可以包括多晶硅。

第一金属反射层和第二金属反射层中的每个金属反射层可以具有约10nm至约80nm的厚度。

光谱滤波器还可以包括：多个介电层，布置在多个腔体的上方或下方，并具有不同的有效折射率。

根据另一实施例的一个方面，一种图像传感器包括：光谱滤波器；以及像素阵列，接收透射通过光谱滤波器的光，其中，光谱滤波器还包括：第一金属反射层；第二金属反射层，布置在第一金属反射层上方；多个腔体，布置在第一金属反射层和第二金属反射层之间，并且每个腔体具有多个中心波长；以及带通滤波器，布置在第一金属反射层下方或第二金属反射层上方，并且包括选择性地透射不同波长区域的光的多个频段滤波器(bandfilter)，其中，多个频段滤波器被布置为与多个腔体相对应，多个频段滤波器中的每个频段滤波器透射特定波长区域的光，且与多个频段滤波器中的每个频段滤波器相对应的多个腔体中的每个腔体具有包括特定波长区域中的中心波长的多个中心波长。

像素阵列可以包括多个像素，并且每个像素可以包括布线层和布置在布线层处的光电二极管，布线层包括驱动电路。

多个频段滤波器可以包括透射第一波长区域的光的第一频段滤波器、透射第二波长区域的光的第二频段滤波器以及透射第三波长区域的光的第三频段滤波器。

多个腔体可以包括与第一频段滤波器相对应的第一腔体、与第二频段滤波器相对应的第二腔体以及与第三频段滤波器相对应的第三腔体。

第一腔体可以具有包括第一波长区域中的中心波长的多个中心波长，第二腔体可以具有包括第二波长区域中的中心波长的多个中心波长，以及第三腔体可以具有包括第三波长区域中的中心波长的多个中心波长。

第一腔体至第三腔体可以具有不同的有效折射率。

第一腔体至第三腔体可以具有相同的厚度。

第一腔体至第三腔体中的至少一个腔体可以包括基底和以特定形状布置在基底中的至少一个图案。

光谱滤波器还可以包括：多个介电层，布置在多个腔体的上方或下方，并具有不同的有效折射率。

图像传感器还可以包括时序控制器、行解码器和输出电路。

根据另一实施例的一个方面，一种电子设备包括上述图像传感器。

电子设备可以包括移动电话、智能电话、平板计算机、智能平板计算机、数码相机、摄像机、笔记本计算机、电视、智能电视、智能冰箱、安全相机、机器人或医疗相机。

根据实施例的又一方面，一种光谱滤波器包括：第一金属反射层；第二金属反射层，设置在第一金属反射层上方；多个腔体，设置在第一金属反射层和第二金属反射层之间；以及带通滤波器，设置在第一金属反射层下方或第二金属反射层上方，带通滤波器包括透射多个波长区域中的光的多个频段滤波器，其中，多个频段滤波器被设置为与多个腔体相对应，多个频段滤波器中的每个频段滤波器透射对应波长区域中的光，并且与多个频段滤波器中的每个频段滤波器相对应的多个腔体中的每个腔体具有多个对应中心波长，所述多个对应中心波长包括在所述对应波长区域中的对应中心波长。

根据另一实施例的另一方面，一种光谱滤波器包括：谐振器阵列，包括：第一金属反射层；第二金属反射层；以及多个多模式腔体，设置在第一金属反射层和第二金属反射层之间，多个多模式腔体的厚度是均匀的；以及滤波器阵列，设置在谐振器阵列的下方或上方，滤波器阵列包括透射多个波长区域中的光的多个滤波器，其中，多个滤波器中的一个滤波器与多个多模式腔体中的一个多模式腔体或多个多模式腔体相对应，并且该一个滤波器透射多个波长区域中的一个波长区域中的光，并且其中，多个多模式腔体中的一个多模式腔体具有包括该一个滤波器的多个波长区域中的一个波长区域内的中心波长的多个中心波长。

在光谱滤波器中，多个多模式腔体中的一个多模式腔体包括第一介电图案，使得多个多模式腔体中的一个多模式腔体具有第一有效折射率；以及多个多模式腔体中的另一多模式腔体包括第二介电图案，使得多个多模式腔体中的另一多模式腔体具有第二有效折射率。

附图说明

根据以下结合附图的描述，本公开的一些实施例的上述和其它方面、特征以及方面将更清楚，在附图中：

图1是根据示例实施例的图像传感器的截面的示意图；

图2是根据示例实施例的光谱滤波器的截面图；

图3A至图3C是图2的光谱滤波器中的第一带通滤波器、第二带通滤波器和第三带通滤波器的透射光谱的示例的图；

图4是图2的带通滤波器的示例的图；

图5是图2的带通滤波器的另一示例的图；

图6A至图6C是图2的光谱滤波器中的第一腔体、第二腔体和第三腔体的透射光谱的示例的图；

图7是根据另一示例实施例的光谱滤波器的图；

图8A和图8B示出了图7的光谱滤波器中的第一腔体和第二腔体的透射光谱的仿真结果；

图9A示出了通过图7的光谱滤波器在第一像素和第二像素中检测到的吸收光谱的仿真结果；

图9B示出了通过图7的光谱滤波器在第三像素和第四像素中检测到的吸收光谱的仿真结果；

图9C示出了通过图7的光谱滤波器在第五像素和第六像素中检测到的吸收光谱的仿真结果；

图9D示出了通过图7的光谱滤波器在第七像素和第八像素中检测到的吸收光谱的仿真结果；

图10是根据另一示例实施例的光谱滤波器的图；

图11是根据另一示例实施例的光谱滤波器的图；

图12是根据示例实施例的图像传感器的框图；

图13是适用于图12的图像传感器的光谱滤波器的示例的平面图；

图14是适用于图12的图像传感器的光谱滤波器的另一示例的平面图；

图15是适用于图12的图像传感器的光谱滤波器的另一示例的平面图；

图16是根据示例实施例的包括图像传感器的电子设备的示意框图；

图17是图16的相机模块的示意性框图；以及

图18至图19是根据示例实施例的应用了图像传感器的电子设备的各种示例的图。

具体实施方式

现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，呈现的实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。本文中所使用的术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或多个的任意和所有组合。诸如“......中的至少一个”之类的表述在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。例如，表述“a、b和c中的至少一个”应该被理解为仅包括a，仅包括b，仅包括c，包括a和b两者，包括a和c两者，包括b和c两者，包括a、b和c的全部，或者其变型。

在描述实施例的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)对术语“一”、“一个”、“所述”及类似指示物的使用应当被解释为涵盖单数和复数两者。除非本文中另外指出或者与上下文明显矛盾，否则可以按照任何适当顺序执行本文中描述的所有方法的操作，并且实施例不限于所描述的操作顺序。

而且，术语“部件”、“模块”等指代处理至少一个功能或操作的单元，并且可以用硬件、软件或其组合来实现。

所呈现的各种附图中示出的连接线或连接件意在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理或逻辑耦接，且因此应该注意，在实际设备中可以存在许多替代或者附加的功能关系、物理连接或逻辑连接。

本文中提供的任何和所有示例或示例语言的使用仅意在更好地阐述技术构思，且不对实施例的范围施加限制，除非另外要求。

图1是根据示例实施例的图像传感器1000的截面的示意图。图1的图像传感器1000可以包括例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器或电荷耦合器件(CCD)图像传感器。

参考图1，图像传感器1000可以包括像素阵列65和布置在像素阵列65上的谐振器结构80。像素阵列65可以包括以二维的(2D)方式布置的多个像素，并且谐振器结构80(例如谐振器阵列)可以包括与多个像素相对应地布置的多个谐振器。

像素阵列65的每个像素可以包括作为光电转换元件的光电二极管62和驱动光电二极管62的驱动电路52。光电二极管62可以埋入半导体衬底61中。半导体衬底61可以是例如硅衬底。然而，本公开不限于此。可以在半导体衬底61的下表面61a上布置布线层51，并且可以在布线层51中布置驱动电路52(例如金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)等)。

包括多个谐振器的谐振器结构80可以布置在半导体衬底61上方。每个谐振器可以布置为透射特定期望波长区域的光。每个谐振器可以包括彼此间隔开的第一反射层81、第二反射层82，以及布置在第一反射层81和第二反射层82之间的腔体83a、83b、83c和83d。第一反射层81和第二反射层82中的每个反射层可以包括例如金属反射层或布拉格反射层。腔体83a、83b、83c和83d中的每个腔体可以布置为引起特定期望波长区域的光的谐振。

第一功能层71可以布置在半导体衬底61的上表面61b和谐振器结构80之间。第一功能层71可以通过穿过谐振器结构80来改善向光电二极管62入射的光的透射率。为此，第一功能层71可以包括介电层或具有调整的折射率的介电图案。

第二功能层72可以布置在谐振器结构80的上表面上。第二功能层72可以改善向谐振器结构80入射的光的透射率。为此，第二功能层72可以包括介电层或具有调整的折射率的介电图案。第三功能层90还可以设置在第二功能层72的上表面上。第三功能层90可以包括例如抗反射层、聚光透镜、滤色器、短波长吸收滤波器、长波长截止滤波器等。然而，这仅是示例。

第一功能层71、第二功能层72和第三功能层90中的至少一个功能层可以与谐振器结构80一起构成下文描述的光谱滤波器。在下文中，将详细描述根据示例实施例的光谱滤波器。

下文详细描述根据示例实施例的适用于图像传感器1000的光谱滤波器。根据示例实施例的光谱过滤器可以检测具有约350nm至约1000nm的波长范围或约350nm至约1500nm的波长范围的光。然而，本公开不限于此。

图2是根据示例实施例的光谱滤波器1100的截面图。图2示出了第一波长区域至第三波长区域中的光入射到光谱滤波器1100上的示例。这里，第一波长区域可以包括第一波长λ1、第一波长λ1’和第一波长λ1”，第二波长区域可以包括第二波长λ2、第二波长λ2’和第二波长λ2”，以及第三波长区域可以包括第三波长λ3、第三波长λ3’和第三波长λ3”。

参考图2，光谱滤波器1100可以包括以二维的(2D)方式布置的多个滤波器(即，第一滤波器111、第二滤波器112和第三滤波器113)，例如滤波器阵列。包括分别与第一滤波器111、第二滤波器112和第三滤波器113相对应的多个像素(即，第一像素101、第二像素102和第三像素103)的像素阵列4100可以设置在光谱滤波器1100的下方。图2示出了存在三个滤波器(即第一滤波器111、第二滤波器112和第三滤波器113)以及三个像素(即第一像素101、第二像素102和第三像素103)的情况。

尽管第一滤波器111、第二滤波器112和第三滤波器113可以布置在基本相同的平面上，但是本公开不限于此。第一滤波器111可以具有第一波长区域中的中心波长。第一波长区域可以在例如约350nm至约500nm的范围内。然而，这仅仅是示例性的，并且第一波长区域也可以根据设计考虑具有各种波长范围。

第二滤波器112可以具有第二波长区域中的中心波长。第二波长区域可以比第一波长区域长。第二波长区域可以在例如约500nm至约650nm的范围内；然而，这样的范围仅作为示例提供。第三滤波器113可以具有第三波长区域中的中心波长。第三波长区域可以比第二波长区域长。第三波长区域可以在例如约650nm至约800nm的范围内；然而，这样的范围仅作为示例提供。

第一滤波器111、第二滤波器112和第三滤波器113可以包括谐振器140以及布置在谐振器140上方的带通滤波器150。谐振器140(例如谐振器阵列)可以包括第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143，并且带通滤波器150可以包括第一频段滤波器151、第二频段滤波器152和第三频段滤波器153。

谐振器140可以具有法布里-珀罗结构。具体地，谐振器140可以包括彼此间隔开的第一金属反射层131、第二金属反射层132，以及设置在第一金属反射层131和第二金属反射层132之间的第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143。第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143中的每个腔体可以具有如下所述的具有多个中心波长的多模式腔体结构。

当光穿过第二金属反射层132并入射到第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143中的每个腔体上时，光可以在第一金属反射层131和第二金属反射层132之间在第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143中内部反射，在此期间发生相长干涉和相消干涉。在第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143中的每个腔体中，具有特定中心波长并满足相长干涉条件的光可以通过第一金属反射层131输出并入射到像素阵列4100的第一像素101、第二像素102和第三像素103中的每个像素上。

还可以在谐振器140和像素阵列4100之间设置下介电层170，并且还可以在谐振器140和带通滤波器150之间设置上介电层180。下介电层170和上介电层180可以包括增加中心波长的透射率的透明介电材料。下介电层170和上介电层180可以包括例如氧化钛、氮化硅、氧化铪、氧化硅、高折射率聚合物等；然而，本公开不限于此。

第一滤波器111还可以包括设置在第一金属反射层131和第二金属反射层132之间的第一腔体141，以及设置在第一腔体141上方的第一频段滤波器151。第二滤波器112还可以包括设置在第一金属反射层131和第二金属反射层132之间的第二腔体142，以及设置在第二腔体142上方的第二频段滤波器152。第三滤波器113还可以包括设置在第一金属反射层131和第二金属反射层132之间的第三腔体143，以及设置在第三腔体143上方的第三频段滤波器153。

第一频段滤波器151、第二频段滤波器152和第三频段滤波器153中的每个频段滤波器可以透射特定波长区域的光并阻挡其他波长区域的光。图3A至图3C示出了第一频段滤波器151、第二频段滤波器152和第三频段滤波器153的透射光谱的示例。图3A示出了第一频段滤波器151的透射光谱，并且第一频段滤波器151可以透射第一波长区域的光。图3B示出了第二频段滤波器152的透射光谱，并且第二频段滤波器152可以透射第二波长区域的光。图3C示出了第三频段滤波器153的透射光谱，并且第三频段滤波器153可以透射第三波长区域的光。

在图2的光谱滤波器1100中，当第一波长区域的光、第二波长区域的光和第三波长区域的光入射到带通滤波器150上时，第一波长区域中的第一波长λ1的光、第一波长λ1’的光、第一波长λ1”的光可以穿过第一频段滤波器151。第二波长区域中的第二波长λ2的光、第二波长λ2’的光和第二波长λ2”的光可以穿过第二频段滤波器152，并且第三波长区域中的第三波长λ3的光、第三波长λ3’的光和第三波长λ3”的光可以穿过第三频段滤波器153。

例如，滤色器可以用作带通滤波器150。例如，滤色器可以是应用于诸如液晶显示设备、有机发光显示设备等彩色显示设备的典型滤色器。在这种情况下，第一频段滤波器151可以是蓝色滤色器，第二频段滤波器152可以是绿色滤色器，并且第三频段滤波器153可以是红色滤色器。

除了上述滤色器之外，宽带通滤波器也可以用作带通滤波器150。在这种情况下，第一频段滤波器151、第二频段滤波器152和第三频段滤波器153可以分别是第一宽带滤波器、第二宽带滤波器和第三宽带滤波器。第一宽带滤波器至第三宽带滤波器中的每个宽带滤波器可以具有例如多腔体结构或金属反射镜结构。

图4是宽带滤波器的示例的图。参考图4，宽带滤波器2510可以包括彼此间隔开的多个反射层(即，第一反射层2513、第二反射层2514和第三反射层2515)，以及设置在第一反射层2513、第二反射层2514和第三反射层2515之间的多个腔体(即，第一腔体2511和第二腔体2512)。图4示出了三个反射层(即，第一反射层2513、第二反射层2514和第三反射层2515)和两个腔体(即，第一腔体2511和第二腔体2512)；然而，反射层和腔体的数量可以变化。

第一反射层2513、第二反射层2514和第三反射层2515可以彼此间隔开，第一腔体2511可以设置在第一反射层2513和第二反射层2514之间，并且第二腔体2512可以设置在第二反射层2514和第三反射层2515之间。

第一腔体2511和第二腔体2512中的每个腔体可以包括具有特定折射率的材料。第一腔体2511和第二腔体2512中的每个腔体可以包括具有不同折射率的两种或更多种材料。

第一反射层2513、第二反射层2514和第三反射层2515中的每个反射层可以是布拉格反射层。布拉格反射层可以是分布式布拉格反射器(DBR)。第一反射层2513、第二反射层2514和第三反射层2515中的每个反射层可以具有例如其中交替堆叠有不同折射率的多个材料层的结构。

图5是宽带滤波器的另一示例的图。参考图5，宽带滤波器2520可以包括彼此间隔开的第一金属反射镜层2522、第二金属反射镜层2523，以及设置在第一金属反射镜层2522和第二金属反射镜层2523之间的腔体2521。

返回参考图2，第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143可以设置在第一金属反射层131和第二金属反射层132之间。第一金属反射层131和第二金属反射层132可以包括能够反射特定波长区域的光的金属材料。第一金属反射层131和第二金属反射层132可以包括例如Al、Cu、Ag、Au、Ti、W、TiN等；然而，本公开不限于此。第一金属反射层131和第二金属反射层132还可以包括多晶硅。

第一金属反射层131和第二金属反射层132可以包括相同的金属材料。例如，第一金属反射层131和第二金属反射层132可以包括Al。备选地，第一金属反射层131和第二金属反射层132可以包括Cu。第一金属反射层131和第二金属反射层132可以包括不同的金属材料。例如，第一金属反射层131可以包括Cu，并且第二金属反射层132可以包括Au。然而，这仅是示例。

第一金属反射层131和第二金属反射层132可以具有数十纳米的厚度；然而，本公开不限于此。例如，第一金属反射层131和第二金属反射层132中的每个金属反射层可以具有约10nm至约80nm的厚度。

第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143中的每个腔体可以具有多模式腔体结构，该多模式腔体结构具有多个中心波长。因此，为了实现多模式腔体结构，第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143中的每个腔体可以形成为具有大于或等于特定厚度的厚度。第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143可以具有相同的厚度。第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143可以具有不同的有效折射率，使得它们具有不同的中心波长。

第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143可以包括例如硅、氧化硅、氮化硅、氧化铪或氧化钛；然而，这仅仅是示例，并且第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143可以包括其他各种介电材料。

第一腔体141可以包括基底140a。此外，第一腔体141可以包括至少一个第一图案141a，以特定形状设置在基底140a中并包括不同于基底140a的材料的介电材料。第一腔体141的有效折射率可以根据基底140a的材料、第一图案141a的材料、第一图案141a的材料的含量等来确定。

例如，第一腔体141的基底140a可以包括氧化钛。第一腔体141的基底140a可以包括氮化硅或氧化铪。然而，这仅是示例。

具体地，在第一腔体141中，基底140a可以包括氧化钛，并且第一图案141a可以包括氧化硅。然而，这仅仅是示例。基底140a可以包括氧化硅，并且第一图案141a可以包括氧化钛。

第一腔体141可以具有大于或等于特定厚度的厚度，以使其是多模式的。例如，第一腔体141可以具有大于或等于约200nm并且小于或等于约1000nm的厚度。例如，第一腔体141可以具有大于或等于约250nm并且小于或等于约700nm的厚度。然而，本公开不限于此。

第二腔体142可以包括基底140a和以特定形状设置在基底140a中的至少一个第二图案142a。第二腔体142可以具有与第一腔体141的有效折射率不同的有效折射率，使得第二腔体142具有与第一腔体141的中心波长不同的中心波长。第二腔体142的有效折射率可以根据基底140a的材料、第二图案142a的材料、第二图案142a的材料的含量等来确定。第二图案142a可以包括与第一图案141a相同的材料。在这种情况下，第二图案142a的材料的含量可以不同于第一图案141a的材料的含量。第二图案142a可以包括与第一图案141a的材料不同的材料。类似于第一腔体141，第二腔体142可以具有大于或等于特定厚度的厚度，以使其是多模式的。

第三腔体143可以包括基底140a和以特定形状设置在基底140a中的至少一个第三图案143a。第三腔体143可以具有与第一腔体141和第二腔体142的有效折射率不同的有效折射率，使得第三腔体143具有与第一腔体141和第二腔体142的中心波长不同的中心波长。第三腔体143的有效折射率可以根据基底140a的材料、第三图案143a的材料、第三图案143a的材料的含量等来确定。第三图案143a可以包括与第一图案141a和第二图案142a相同的材料。在这种情况下，第三图案143a的材料的含量可以不同于第一图案141a和第二图案142a的材料的含量。第三图案143a可以包括不同于第一图案141a和第二图案142a的材料的材料。

与第一腔体141和第二腔体142类似，第三腔体143可以具有大于或等于特定厚度的厚度，以使其是多模式的。第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143可以具有相同的厚度。例如，第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143可以具有大于或等于约200nm且小于或等于约1000nm(例如，约大于或等于250nm且小于或等于等于700nm)的厚度。

图6A至图6C示出了第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143的透射光谱的示例。图6A至图6C示出了第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143中的每个腔体具有三个中心波长的情况。然而，本公开不限于此，并且第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143中的每个腔体可以基于它们的厚度和有效折射率而具有两个或多于四个的中心波长。

图6A示出了第一腔体141的透射光谱，并且第一腔体141可以具有第一波长λ1、第二波长λ2和第三波长λ3作为中心波长。这里，第一波长λ1、第二波长λ2和第三波长λ3中的每个波长可以分别在第一波长区域、第二波长区域和第三波长区域中。

图6B示出了第二腔体142的透射光谱，并且第二腔体142可以具有第一波长λ1’、第二波长λ2’和第三波长λ3’作为中心波长。第一波长λ1’、第二波长λ2’和第三波长λ3’中的每个波长可以分别与第一波长λ1、第二波长λ2和第三波长λ3以特定距离间隔开；然而，本公开不限于此。第一波长λ1’、第二波长λ2’和第三波长λ3’中的每个波长可以分别在第一波长区域、第二波长区域和第三波长区域中。

图6C示出了第三腔体143的透射光谱，并且第三腔体143可以具有第一波长λ1”、第二波长λ2”和第三波长λ3”作为中心波长。第一波长λ1”、第二波长λ2”和第三波长λ3”中的每个波长可以分别与第一波长λ1’、第二波长λ2’和第三波长λ3’以特定距离间隔开；然而，本公开不限于此。第一波长λ1”、第二波长λ2”和第三波长λ3”中的每个波长可以分别在第一波长区域、第二波长区域和第三波长区域中。

如图6A至图6C所示，第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143中的每个腔体可以实现具有多个中心波长的多模式，并且由于第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143具有不同的有效折射率，第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143可以具有不同的中心波长。

如上所述，在图2的光谱滤波器1100中，当第一波长区域的光、第二波长区域的光和第三波长区域的光入射到带通滤波器150上时，第一波长区域中的第一波长λ1的光、第一波长λ1’的光和第一波长λ1”的光可以穿过第一频段滤波器151。第二波长区域中的第二波长λ2的光、第二波长λ2’的光和第二波长λ2”的光可以穿过第二频段滤波器152，并且第三波长区域中的第三波长λ3的光、第三波长λ3’的光和第三波长λ3”的光可以穿过第三频段滤波器153。

当已经穿过第一频段滤波器151的第一波长λ1的光、第一波长λ1’的光和第一波长λ1”的光入射到第一腔体141中时，仅第一波长λ1的光可以穿过第一腔体141并入射到第一像素101上。当已经穿过第二频段滤波器152的第二波长λ2的光、第二波长λ2’的光和第二波长λ2”的光入射到第二腔体142中时，仅第二波长λ2的光可以通过第二腔体142输出并入射到第二像素102上。当已经穿过第三频段滤波器153的第三波长λ3的光、第三波长λ3’的光和第三波长λ3”的光入射到第三腔体143中时，仅第三波长λ3的光可以通过第三腔体143输出并入射到第三像素103上。因此，第一像素101、第二像素102和第三像素103中的每个像素可以检测第一波长λ1的光、第二波长λ2的光和第三波长λ3的光。

根据实施例，通过将透射特定波长区域的光的带通滤波器150与具有多个中心波长的多模式结构的第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143中的每个腔体相结合，可以实现能够检测期望波长的光的光谱滤波器1100。此外，通过以相同的厚度形成具有多模式结构的第一腔体141、第二腔体142和第三腔体143，可以通过更简单的工艺来制造光谱滤波器1100。

图7是根据另一示例实施例的光谱滤波器1200的图。图7示出了第一波长区域至第四波长区域中的光入射到光谱滤波器1200上的示例。这里，第一波长区域可以包括第一波长λ1、第一波长λ1’和第一波长λ1”，第二波长区域可以包括第二波长λ2、第二波长λ2’和第二波长λ2”，第三波长区域可以包括第三波长λ3、第三波长λ3’和第三波长λ3”，并且第四波长区域可以包括第四波长λ4、第四波长λ4’和第四波长λ4”。在下文中，将集中在与上述实施例的不同之处来描述实施例。

参考图7，光谱滤波器1200可以包括多个滤波器(即，第一滤波器211、第二滤波器212、第三滤波器213、第四滤波器214、第五滤波器215、第六滤波器216、第七滤波器217、第八滤波器218)，并且包括多个像素(即，第一像素101、第二像素102、第三像素103、第四像素104、第五像素105、第六像素106、第七像素107和第八像素108)的像素阵列4100可以设置在光谱滤波器1200的下方。图7示出了八个滤波器(即，第一滤波器211至第八滤波器218)和八个像素(即，第一像素101至第八像素108)。

第一滤波器211和第二滤波器212可以具有第一波长区域中的中心波长。第一波长区域可以在例如约350nm至约500nm的范围内。第三滤波器213和第四滤波器214可以具有第二波长区域中的中心波长。第二波长区域可以在例如约500nm至约650nm的范围内。

第五滤波器215和第六滤波器216可以具有第三波长区域中的中心波长。第三波长区域可以在例如约650nm至约800nm的范围内。第七滤波器217和第八滤波器218可以具有第四波长区域中的中心波长。第四波长区域可以在例如约800nm至约1000nm或约800nm至约1500nm的范围内。

第一滤波器211至第八滤波器218可以包括谐振器260，以及设置在谐振器260上方的带通滤波器250。谐振器260可以包括设置在第一金属反射层231和第二金属反射层232之间的第一腔体261、第二腔体262、第三腔体263、第四腔体264、第五腔体265、第六腔体266、第七腔体267和第八腔体268。带通滤波器250可以包括第一频段滤波器251、第二频段滤波器252、第三频段滤波器253和第四频段滤波器254。还可以在谐振器260和像素阵列4100之间设置下介电层270，并且还可以在谐振器260和带通滤波器250之间设置上介电层280。

第一腔体261至第八腔体268中的每个腔体可以具有如上所述的具有多个中心波长的多模式结构。为此，第一腔体261至第八腔体268中的每个腔体可以具有大于或等于特定厚度的厚度。此外，第一腔体261至第八腔体268可以具有不同的有效折射率，使得它们具有不同的中心波长。

如上所述，宽带滤波器的滤色器可以用作带通滤波器250。第一频段滤波器251至第四频段滤波器254中的每个频段滤波器可以透射特定波长区域的光并阻挡其他波长区域的光。

第一频段滤波器251可以透射第一波长区域(例如，约350nm至约500nm)的光。第一频段滤波器251可以与第一腔体261和第二腔体262相对应。第一频段滤波器251可以设置在第一腔体261和第二腔体262上方。第二频段滤波器252可以透射第二波长区域(例如，约500nm至约650nm)的光。第二频段滤波器252可以与第三腔体263和第四腔体264相对应。第二频段滤波器252可以设置在第三腔体263和第四腔体264上方。

第三频段滤波器253可以透射第三波长区域(例如，约650nm至约800nm)的光。第三频段滤波器253可以与第五腔体265和第六腔体266相对应。第三频段滤波器253可以设置在第五腔体265和第六腔体266上方。

第四频段滤波器254可以透射第四波长区域(例如，约800nm至约1000nm)的光。第四频段滤波器254可以与第七腔体267和第八腔体268相对应。第四频段滤波器254可以设置在第七腔体267和第八腔体268上方。

例如，可以分别使用蓝色滤色器、绿色滤色器和红色滤色器作为第一频段滤波器251、第二频段滤波器252和第三频段滤波器253，并且可以使用近场射线(NIR)滤波器作为第四频段滤波器。当第四波长区域具有NIR波长的范围时，可以使用蓝色滤色器作为第四频段滤波器254。

在图7的光谱滤波器1200中，当第一波长区域的光、第二波长区域的光、第三波长区域的光和第四波长区域的光入射到带通滤波器250上时，第一波长区域中的第一波长λ1的光、第一波长λ1’的光和第一波长λ1”的光可以穿过第一频段滤波器251并入射到第一腔体261和第二腔体262上。这里，第一波长λ1的光可以通过第一腔体261输出以入射到第一像素101上，并且第一波长λ1’的光可以通过第二腔体262输出以入射到第二像素102上。

第二波长区域中的第二波长λ2的光、第二波长λ2’的光和第二波长λ2”的光可以穿过第二频段滤波器252并入射到第三腔体263和第四腔体264上。这里，第二波长λ2的光可以通过第三腔体263输出以入射到第三像素103上，并且第二波长λ2’的光可以通过第四腔体264输出以入射到第四像素104上。

第三波长区域中的第三波长λ3的光、第三波长λ3’的光和第三波长λ3”的光可以穿过第三频段滤波器253并入射到第五腔体265和第六腔体266上。这里，第三波长λ3的光可以通过第五腔体265输出以入射到第五像素105上，并且第三波长λ3’的光可以通过第六腔体266输出以入射到第六像素106上。

第四波长区域中的第四波长λ4的光、第四波长λ4’的光和第四波长λ4”的光可以穿过第四频段滤波器254并入射到第七腔体267和第八腔体268上。这里，第四波长λ4的光可以通过第七腔体267输出以入射到第七像素107上，并且第四波长λ4’的光可以通过第八腔体268输出以入射到第八像素108上。

在下文中，将描述关于图7的光谱滤波器1200的仿真结果。具有30nm的厚度的Cu层和具有10nm的厚度的Al层分别用作第一金属反射层231和第二金属反射层232。第一腔体261至第八腔体268具有400nm的厚度。

图8A和图8B示出了图7的光谱滤波器1200中的第一腔体261和第二腔体262的透射光谱的仿真结果。这里，第一腔体261仅包括氧化钛，而第二腔体262的基底包括氧化钛，并且第二腔体262的图案包括氧化硅。第二腔体262中的图案的含量为20％。

参考图8A和图8B，第一腔体261和第二腔体262中的每个腔体具有两个中心波长(即，第一腔体261具有两个中心波长，蓝色光区域的波长和红色光区域的波长；以及第二腔体262具有两个中心波长，蓝色光区域的另一波长和红色光区域的另一波长)。此外，第二腔体262的中心波长从第一腔体261的中心波长偏移特定距离。

图9A示出了通过图7的光谱滤波器1200在第一像素101和第二像素102中检测到的吸收光谱的仿真结果。这里，蓝色滤色器用作第一频段滤波器251。参考图9A，在第一像素101和第二像素102中检测蓝色光区域的波长。

图9B示出了通过图7的光谱滤波器1200在第三像素103和第四像素104中检测到的吸收光谱的仿真结果。这里，绿色滤色器用作第二频段滤波器252。参考图9B，在第三像素103和第四像素104中检测绿色光区域的波长。

图9C示出了通过图7的光谱滤波器1200在第五像素105和第六像素106中检测到的吸收光谱的仿真结果。这里，红色滤色器用作第三频段滤波器253。参考图9C，在第五像素105和第六像素106中检测红色光区域的波长。

图9D示出了通过图7的光谱滤波器1200在第七像素107和第八像素108中检测到的吸收光谱的仿真结果。这里，蓝色滤色器用作第四频段滤波器254。参考图9D，在第七像素107和第八像素108中检测NIR光区域的波长。

如上所述，根据实施例，可以实现具有范围从例如紫外线到NIR的宽带特性的光谱滤波器1200。前述实施例描述了带通滤波器250包括四个频段滤波器(即，第一频段滤波器251至第四频段滤波器254)的情况；然而，本公开不限于此，并且带通滤波器250可以包括各种数量的频段滤波器。此外，尽管前述实施例描述了第一频段滤波器251至第四频段滤波器254中的每个频段滤波器包括两个腔体的情况，但是本公开不限于此，并且与第一频段滤波器251至第四频段滤波器254中的每个频段滤波器相对应的腔体的数量可以变化。

图10是根据另一示例实施例的光谱滤波器1300的图。

参考图10，光谱滤波器1300可以包括多个滤波器(即，第一滤波器311、第二滤波器312和第三滤波器313)，并且包括多个像素(即，第一像素101、第二像素102和第三像素103)的像素阵列4100可以设置在光谱滤波器1300下方。图10示出了三个滤波器，即，第一滤波器311、第二滤波器312和第三滤波器313的示例。

第一滤波器311、第二滤波器312和第三滤波器313可以包括谐振器340以及设置在谐振器340上方的带通滤波器350。谐振器340可以包括设置在第一金属反射层331和第二金属反射层332之间的第一腔体341、第二腔体342和第三腔体343。带通滤波器350可以包括第一频段滤波器351、第二频段滤波器352和第三频段滤波器353。由于上文描述了谐振器340和带通滤波器350，因此省略其任何冗余描述。

还可以在谐振器340和像素阵列4100之间设置下介电层370，并且还可以在谐振器340和带通滤波器350之间设置上介电层380。下介电层370和上介电层380可以改善光谱滤波器1300的透射率。下介电层370和上介电层380可以包括例如氧化钛、氮化硅、氧化铪、氧化硅、高折射率聚合物等；然而，前述仅作为示例提供。

第一介电层371和第二介电层381可以分别设置在第一腔体341的下方和上方。第一介电层371和第二介电层381可以改善第一滤波器311的透射率。例如，第一介电层371和第二介电层381可以改善第一波长区域的透射率。

第一介电层371和第二介电层381中的每个介电层可以包括具有不同折射率的介电材料。具体地，第一介电层371可以包括基底370a和以特定形状设置在基底370a中的至少一个第一图案371a，并且第二介电层381可以包括基底380a和以特定形状设置在基底380a中的至少一个第一图案381a。第一介电层371和第二介电层381中的每个介电层的有效折射率可以根据基底370a和380a的材料、第一图案371a和381a的材料、第一图案371a和381a的材料的含量等来确定。

第三介电层372和第四介电层382可以分别设置在第二腔体342的下方和上方。第三介电层372和第四介电层382可以改善第二滤波器312的透射率。例如，第三介电层372和第四介电层382可以改善第二波长区域的透射率。第三介电层372和第四介电层382可以具有不同于第一介电层371和第二介电层381的有效折射率的有效折射率。第三介电层372可以包括基底370a和以特定形状设置在基底370a中的至少一个第二图案372a，并且第四介电层382可以包括基底380a和以特定形状设置在基底380a中的至少一个第二图案382a。第三介电层372和第四介电层382中的每个介电层的有效折射率可以根据基底370a和380a的材料、第二图案372a和382a的材料、第二图案372a和382a的材料的含量等来确定。

第五介电层373和第六介电层383可以分别设置在第三腔体343的下方和上方。第五介电层373和第六介电层383可以改善第三滤波器313的透射率。例如，第五介电层373和第六介电层383可以改善第三波长区域的透射率。第五介电层373和第六介电层383可以具有不同于第一介电层371、第二介电层381、第三介电层372和第四介电层382的有效折射率的有效折射率。第五介电层373可以包括基底370a和以特定形状设置在基底370a中的至少一个第三图案373a，并且第六介电层383可以包括基底380a和以特定形状设置在基底380a中的至少一个第三图案383a。第五介电层373和第六介电层383中的每个介电层的有效折射率可以根据基底370a和380a的材料、第三图案373a和383a的材料、第三图案373a和383a的材料的含量等来确定。

图11是根据另一示例实施例的光谱滤波器1400的图。除了设置在谐振器440下方的带通滤波器450之外，图11的光谱滤波器1400可以与图2的光谱滤波器1100相同。

参考图11，光谱滤波器1400可以包括多个滤波器(即，第一滤波器411、第二滤波器412和第三滤波器413)，并且包括多个像素(即，第一像素101、第二像素102和第三像素103)的像素阵列4100可以设置在光谱滤波器1400下方。

第一滤波器411、第二滤波器412和第三滤波器413可以包括谐振器440和设置在谐振器440下方的带通滤波器450。谐振器440可以包括设置在第一金属反射层431和第二金属反射层432之间的第一腔体441、第二腔体442和第三腔体443。带通滤波器450可以包括第一频段滤波器451、第二频段滤波器452和第三频段滤波器453。由于上文描述了谐振器440和带通滤波器450，因此省略其任何冗余描述。

可以在谐振器440下方设置下介电层470，并且可以在谐振器440上方设置上介电层480。下介电层470和上介电层480可以包括图10的下介电层370和上介电层380，以改善光谱滤波器1300的透射率。

图12是根据示例实施例的图像传感器1000的示意框图。

参考图12，图像传感器1000可以包括光谱滤波器9100、像素阵列4100、时序控制器4010、行解码器4020和输出电路4030。光谱滤波器9100可以包括透射不同波长区域的光并以2D方式设置的多个滤波器。像素阵列4100可以包括检测透射通过多个滤波器的不同波长的光的多个像素。详细地，像素阵列4100可以包括沿多个行和列以2D方式设置的像素。行解码器4020可以响应于从时序控制器4010输出的行地址信号来选择像素阵列4100的行中的一个。输出电路4030可以从沿所选行设置的像素以列为单位输出光检测信号。为此，输出电路4030可以包括列解码器和模数转换器(ADC)。例如，输出电路4030可以包括在列解码器和像素阵列4100之间针对每列设置的多个ADC，或者设置在列解码器的输出端处的单个ADC。时序控制器4010、行解码器4020和输出电路4030可以实现为单个芯片或单独的芯片。用于处理通过输出电路4030输出的图像信号的处理器可以被实现为具有时序控制器4010、行解码器4020和输出电路4030的单个芯片。像素阵列4100可以包括检测不同波长的光的多个像素，并且像素可以以各种方式设置。

图13是可应用于图12的图像传感器1100的光谱滤波器9100的示例的平面图。

参考图13，光谱滤波器9100可以包括以2D方式设置的多个滤波器组9110。滤波器组9110中的每个滤波器组可以包括设置成4×4阵列的十六个滤波器(即，第一滤波器F1、第二滤波器F2、第三滤波器F3、第四滤波器F4、第五滤波器F5、第六滤波器F6、第七滤波器F7、第八滤波器F8、第九滤波器F9、第十滤波器F10、第十一滤波器F11、第十二滤波器F12、第十三滤波器F13、第十四滤波器F14、第十五滤波器F15和第十六滤波器F16)。

第一滤波器F1和第二滤波器F2可以具有紫外区域的中心波长UV1和UV2，并且第三滤波器F3到第五滤波器F5可以具有蓝色光区域的中心波长B1至B3。第六滤波器F6至第十一滤波器F11可以具有绿色光区域的中心波长G1到G6，第十二滤波器F12到第十四滤波器F14可以具有红色光区域的中心波长R1至R3。第十五滤波器F15和第十六滤波器F16可以具有NIR区域的中心波长NIR1和NIR2。

图14是可应用于图12的图像传感器的光谱滤波器9100的另一示例的平面图。为了便于说明，图14是一个滤波器组9120的平面图。

参考图14，每个滤波器组9120可以包括设置成3×3阵列的九个滤波器(即，第一滤波器F1至第九滤波器F9)。第一滤波器F1和第二滤波器F2可以具有紫外区域的中心波长UV1和UV2，并且第四滤波器F4、第五滤波器F5和第七滤波器F7可以具有蓝色光区域的中心波长B1至B3。第三滤波器F3和第六滤波器F6可以具有绿色光区域的中心波长G1和G2，第八滤波器F8和第九滤波器F9可以具有红色光区域的中心波长R1和R2。

图15是可应用于图12的图像传感器的光谱滤波器9100的另一示例的平面图。为了便于说明，图15是一个滤波器组9130的平面图。

参考图15，每个滤波器组9130可以包括设置成5×5阵列的二十五个滤波器(即，第一滤波器F1至第十六滤波器F16、第十七滤波器F17、第十八滤波器F18、第十九滤波器F19、第二十滤波器F20、第二十一滤波器F21、第二十二滤波器F22、第二十三滤波器F23、第二十四滤波器F24和第二十五滤波器F25)。第一滤波器F1至第三滤波器F3可以具有紫外区域的中心波长UV1至UV3，并且第六滤波器F6、第七滤波器F7、第八滤波器F8、第十一滤波器F11和第十二滤波器F12可以具有蓝色光区域的中心波长B1至B5。第四滤波器F4、第五滤波器F5和第九滤波器F9可以具有绿色光区域的中心波长G1至G3，并且第十滤波器F10、第十三滤波器F13、第十四滤波器F14、第十五滤波器F15、第十八滤波器F18和第十九滤波器F19可以具有红色光区域的中心波长R1至R6。第二十滤波器F20、第二十三滤波器F23、第二十四滤波器F24和第二十五滤波器F25可以具有NIR区域的中心波长NIR1至NIR4。

具有上述光谱滤波器的图像传感器1000可以被各种高性能光学设备或高性能电子设备采用。电子设备可以包括例如智能电话、移动电话、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机(PC)、各种便携式设备、家用电器、安全相机、医疗相机、汽车、物联网(IoT)设备和其他移动或非移动计算设备，但本公开不限于此。

除了图像传感器1000之外，电子设备还可以包括用于控制图像传感器的处理器，例如应用处理器(AP)，通过处理器驱动操作系统或应用程序来控制多个硬件或软件组成元件，并执行各种数据处理和计算。处理器还可以包括图形处理单元(GPU)和/或图像信号处理器。当处理器包括图像信号处理器时，可以使用处理器存储和/或输出通过图像传感器获得的图像(或视频)。

图16是包括图像传感器1000的电子设备ED01的示意框图。参考图16，在网络环境ED00中，电子设备ED01可以通过第一网络ED98(例如，短距离无线通信网络等)与另一电子设备ED02通信，或者可以通过第二网络ED99(例如，长距离无线通信网络等)与另一电子设备ED04和/或服务器ED08通信。电子设备ED01可以通过服务器ED08与电子设备ED04通信。电子设备ED01可以包括处理器ED20、存储器ED30、输入设备ED50、音频输出设备ED55、显示设备ED60、音频模块ED70、传感器模块ED76、接口ED77、触觉模块ED79、相机模块ED80、电源管理模块ED88、电池ED89、通信模块ED90、订户标识模块ED96和/或天线模块ED97。在电子设备ED01中，可以省略组成元件中的一些(例如，显示设备ED60等)，或者可以添加其他组成元件。组成元件中的一部分可以被实现为一个集成电路。例如，传感器模块ED76(例如，指纹传感器、虹膜传感器、照度传感器等)可以通过嵌入在显示设备ED60(例如，显示器等)中来实现。此外，当图像传感器1000包括光谱功能时，传感器模块ED76的一些功能(例如，颜色传感器和照度传感器)可以由图像传感器1000而不是单独的传感器模块来实现。

处理器ED20可以通过执行软件(例如，程序ED40等)来控制连接到处理器ED20的电子设备ED01的一个或多个其他组成元件(例如，硬件和软件组成元件等)，并且执行各种数据处理或计算。作为数据处理或计算的一部分，处理器ED20可以将从其他组成元件(例如，传感器模块ED76、通信模块ED90等)接收的命令和/或数据加载到易失性存储器ED32中，处理存储在易失性存储器ED32中的命令和/或数据，并将结果数据存储在非易失性存储器ED34中。处理器ED20可以包括主处理器ED21(例如，中央处理单元、应用处理器等)、以及可独立于主处理器ED21操作或与主处理器ED21一起操作的辅处理器ED23(例如，图形处理单元、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)。辅处理器ED23可以比主处理器ED21使用更少的电力，并且可以执行专门的功能。

辅处理器ED23可以在主处理器ED21处于非活动状态(即，睡眠状态)时代替主处理器ED21，或在主处理器ED21处于活动状态(即，应用执行状态)时与主处理器ED21一起，控制与电子设备ED01的组成元件中的一些组成元件(例如，显示设备ED60、传感器模块ED76、通信模块ED90等)有关的功能和/或状态。辅处理器ED23(例如，图像信号处理器、通信处理器等)可以被实现为功能相关的其他组成元件(例如相机模块ED80、通信模块ED90等)的一部分。

存储器ED30可以存储电子设备ED01的组成元件(例如，处理器ED20、传感器模块ED76等)所需要的各种数据。该数据可以包括例如软件(例如，程序ED40等)和关于与其有关的命令的输入数据和/或输出数据。存储器ED30可以包括易失性存储器ED32和/或非易失性存储器ED34。非易失性存储器ED34可以包括固定地安装在电子设备ED01中的内部存储器ED36和可移除的外部存储器ED38。

可以将程序ED40作为软件存储在存储器ED30中，并且程序ED40可以包括操作系统ED42、中间件ED44和/或应用ED46。

输入设备ED50可以从电子设备ED01的外部(例如，用户等)接收要用于电子设备ED01的组成元件(例如，处理器ED20等)的命令和/或数据。输入设备ED50可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(例如，手写笔等)。

音频输出设备ED55可以向电子设备ED01的外部输出音频信号。音频输出设备ED55可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体回放或录制回放之类的通用目的，以及听筒可以用于接收来电。听筒可以通过耦合为扬声器的一部分来实现，或者可以由独立的单独设备来实现。

显示设备ED60可以可视地向电子设备ED01的外部提供信息。显示设备ED60可以包括显示器、全息设备或投影仪，以及控制对应设备的控制电路。显示设备ED60可以包括设置为检测触摸的触摸电路和/或设置为测量由触摸产生的力的强度的传感器电路(例如，压力传感器等)。

音频模块ED70可以将声音转换为电信号或可以反向地将电信号转换为声音。音频模块ED70可以通过输入设备ED50获得声音，或者可以通过以有线或无线方式连接到音频输出设备ED55和/或电子设备ED01的另一电子设备(例如，电子设备ED02等)的扬声器和/或耳机输出声音。

传感器模块ED76可以检测电子设备ED01的操作状态(例如，功率、温度等)或外部环境状态(例如，用户状态等)，以及可以生成与所检测的状态相对应的电信号和/或数据值。传感器模块ED76可以包括手势传感器、陀螺仪传感器、大气压力传感器、磁性传感器、加速度传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)传感器、生物特征传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。

接口ED77可以支持用于电子设备ED01以有线或无线方式连接到另一电子设备(例如，电子设备ED02等)的一个或多个指定协议。接口ED77可以包括高清晰度多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、SD卡接口和/或音频接口。

连接端子ED78可以包括用于将电子设备ED01物理地连接到另一电子设备(例如，电子设备ED02等)的连接器。连接端子ED78可以包括HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器和/或音频连接器(例如，耳机连接器等)。

触觉模块ED79可以将电信号转换为用户通过触觉或动感可感知的机械刺激(例如，振动、移动等)或电刺激。触觉模块ED79可以包括电机、压电设备和/或电刺激设备。

相机模块ED80可以捕获静止图像和视频。相机模块ED80可以包括镜头组件，镜头组件包括一个或多个镜头、图1的图像传感器1000、图像信号处理器和/或闪光灯。相机模块ED80中包括的镜头组件可以收集从主体发射的光用于图像捕获。

电源管理模块ED88可以管理供应给电子设备ED01的电力。电源管理模块ED88可以被实现为电源管理集成电路(PMIC)的一部分。

电池ED89可以向电子设备ED01的组成元件供电。电池ED89可以包括不可再充电的原电池、可再充电的二次电池和/或燃料电池。

通信模块ED90可以在电子设备ED01和另一电子设备(例如，电子设备ED02、电子设备ED04或服务器ED08等)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，并且可以通过建立的通信信道来支持通信。通信模块ED90可以独立于处理器ED20(例如，应用处理器等)操作，并且可以包括支持有线通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。通信模块ED90可以包括无线通信模块ED92(例如，蜂窝通信模块、短距离无线通信模块、全球导航卫星系统(GNSS)通信模块等)和/或有线通信模块ED94(例如，局域网(LAN)通信模块、电力线通信模块等)。上述通信模块中，对应的通信模块可以通过第一网络ED98(例如，诸如蓝牙、Wi-Fi直连或红外数据协会(IrDA)之类的短距离通信网络)或第二网络ED99(例如，诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(LAN、WAN等)之类的长距离通信网络)与另一电子设备通信。这些各种类型的通信模块可以被集成到一个组成元件(例如，单个芯片等)中，或者可以被实现为多个单独的组成元件(例如，多个芯片)。无线通信模块ED92可以通过使用订户标识模块ED96中存储的订户信息(例如，国际移动订户标识符(IMSI)等)在通信网络(例如第一网络ED98和/或第二网络ED99)内验证和认证电子设备ED01。

天线模块ED97可以向外部(例如，另一电子设备等)发送信号和/或电力，或者可以从外部接收信号和/或电力。天线可以包括以导电图案形成在衬底(例如，印刷电路板(PCB)等)上的发射器。天线模块ED97可以包括一个或多个天线。当天线模块ED97包括多个天线时，通信模块ED90可以从天线中选择适于在诸如第一网络ED98和/或第二网络ED99之类的通信网络中使用的通信方法的天线。可以通过所选的天线在通信模块ED90和另一电子设备之间发送或接收信号和/或电力。可以包括除了天线之外的其他部件(例如，RFIC等)作为天线模块ED97的一部分。

组成元件中的一些可以通过外围设备之间的通信方法(例如，总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外围接口(SPI)、移动行业处理器接口(MIPI)等)彼此连接，并且可以相互交换信号(例如，命令、数据等)。

可以通过连接到第二网络ED99的服务器ED08在电子设备ED01和外部电子设备ED04之间发送或接收命令或数据。电子设备ED02和ED04可以是与电子设备ED01相同或不同的类型。在电子设备ED01中执行的全部操作或部分操作可以在电子设备ED02、ED04和ED08中的一个或多个电子设备中执行。例如，当电子设备ED01需要执行功能或服务时，电子设备ED01可以请求一个或多个电子设备执行功能或服务的一部分或全部，而不是执行功能或服务。接收到请求的一个或多个电子设备可以执行与请求相关的附加功能或服务，并且将执行的结果发送给电子设备ED01。为此，可以使用云计算、分布式计算和/或客户端-服务器计算技术。

图17是图16的相机模块ED80的示意框图。参考图17，相机模块ED80可以包括镜头组件CM10、闪光灯CM20、图像传感器1000(例如，图12的图像传感器1000等)、图像稳定器CM40、存储器CM50(例如，缓冲存储器等)和/或图像信号处理器CM60。镜头组件CM10可以收集从主体发射的光用于图像捕获。相机模块ED80可以包括多个镜头组件CM10，并且在这种情况下，相机模块ED80可以是双目相机、360度相机或球形相机。镜头组件CM10中的一些可以具有相同的镜头属性(例如，视角、焦距、自动对焦、F数、光学变焦等)，或不同的镜头属性。镜头组件CM10可以包括广角镜头或远摄镜头。

闪光灯CM20可以发射光，该光用于加强从主体发射或反射的光。闪光灯CM20可以包括一个或多个发光二极管(例如，红-绿-蓝(RGB)LED、白光LED、红外LED、紫外LED等)和/或氙灯。图像传感器1000可以包括图1的图像传感器，并且将从主体发射或反射并透射穿过透镜组件CM10的光转换成电信号，从而获得与主体相对应的图像。图像传感器1000可以包括从具有不同属性的图像传感器中选择的一个或多个传感器，例如RGB传感器、黑白(BW)传感器、IR传感器或UV传感器。图像传感器1000中包括的每个传感器可以由电荷耦合器件(CCD)传感器和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器来实现。

图像稳定器CM40可以响应于相机模块ED80或包括相机模块ED80的电子设备ED01的移动，在特定方向上移动镜头组件CM10中包括的一个或多个镜头或图像传感器1000，或者可以通过控制(例如，调整读出定时等)图像传感器1000的移动特性来补偿由于移动引起的负面影响。图像稳定器CM40可以通过使用设置在相机模块ED80内部或外部的陀螺传感器(未示出)或加速度传感器(未示出)来检测相机模块ED80或电子设备ED01的移动。图像稳定器CM40可以以光学形式实现。

存储器CM50可以存储通过图像传感器1000获得的图像的部分数据或整个数据，以用于后续图像处理操作。例如，当高速获得多个图像时，仅显示低分辨率图像，而将所获得的原始数据(例如，拜耳图案化的数据、高分辨率数据等)存储在存储器CM50中。然后，存储器CM50可以用于将所选(例如，用户选择等)的图像的原始数据发送到图像信号处理器CM60。存储器CM50可以合并到电子设备ED01的存储器ED30中，或者被配置为独立操作的单独存储器。

图像信号处理器CM60可以对通过图像传感器1000获得的图像或存储在存储器CM50中的图像数据执行图像处理。图像处理可以包括深度图生成、三维建模、全景生成、特征点提取、图像合成和/或图像补偿(例如，降噪、分辨率调整、亮度调整、模糊、锐化、柔化等)。图像信号处理器CM60可以对包括在相机模块ED80中的组成元件(例如，图像传感器1000等)执行控制(例如，曝光时间控制或读出定时控制等)。由图像信号处理器CM60处理的图像可以被再次存储在存储器CM50中以用于附加的处理，或者被提供给相机模块ED80的外部组成元件(例如，存储器ED30、显示设备ED60、电子设备ED02、电子设备ED04、服务器ED08等)。图像信号处理器CM60可以合并到处理器ED20中，或者被配置为独立于处理器ED20操作的单独处理器。当图像信号处理器CM60被配置为与处理器ED20分离的处理器时，由图像信号处理器CM60处理的图像可以经过处理器ED20的附加图像处理，然后通过显示设备ED60显示。

电子设备ED01可以包括具有不同属性或功能的多个相机模块ED80。在这种情况下，相机模块ED80中的一个相机模块可以是广角相机，并且另一相机模块可以是远摄相机。类似地，相机模块ED80中的一个相机模块可以是前侧相机，并且另一相机模块可以是后侧相机。

根据实施例的图像传感器1000可以应用于图18的(a)中所示的移动电话或智能电话5100m、图18的(b)中所示的平板计算机或智能平板计算机5200、图18的(c)中所示的数码相机或摄像机5300、图18的(d)中所示的笔记本计算机5400、图18的(e)中所示的电视或智能电视5500等。例如，智能电话5100m或智能平板计算机5200可以包括多个高分辨率相机，每个高分辨率相机具有安装在其上的高分辨率图像传感器。通过使用高分辨率相机，可以提取图像中的主体的深度信息，可以调整图像的失焦，或者可以自动识别图像中的主体。

此外，图像传感器1000可以应用于图19的(a)中所示的智能冰箱5600、图19的(b)中所示的安全相机5700、图19的(c)中所示的机器人5800、图19的(d)中所示的医疗相机5900等。例如，智能冰箱5600可以通过使用图像传感器自动识别冰箱中的食物，并通过智能电话向用户通知特定食物的存在、输入或输出的食物的类型等。安全相机5700可以提供超高分辨率图像并且可以通过使用高灵敏度在黑暗环境中识别图像中的物体或人。机器人5800可以设置在人不可直接到访的灾难或工业现场中，并且可以提供高分辨率图像。医疗相机5900可以为诊断或手术提供高分辨率图像，并且因此可以动态地调整视野。

此外，图像传感器1000可以应用于图19的(e)中所示的车辆6000。车辆6000可以包括设置在不同位置的多个车辆相机6010、6020、6030和6040。车辆相机6010、6020、6030和6040中的每个车辆相机可以包括根据实施例的图像传感器。车辆6000可以通过使用车辆相机6010、6020、6030和6040来向驾驶员提供关于车辆6000的内部或外围的各种信息，并且因此可以自动识别图像中的物体或人并可以提供自动驾驶所需的信息。

根据示例实施例，通过将具有多个中心波长的多模式腔体与仅透射特定波长区域的光的带通滤波器结合，可以实现能够检测期望波长的光的、具有宽带特性的光谱滤波器。此外，通过以相同的厚度形成多模式腔体，可以通过更简单的工艺制造光谱滤波器。根据另一示例实施例，可以提供包括上述光谱滤波器的图像传感器和包括该图像传感器的电子设备。

应当理解的是，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对每个实施例中的特征或方面的描述一般应当被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已参照附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (32)

1.一种光谱滤波器，包括：

第一金属反射层；

第二金属反射层，设置在所述第一金属反射层上方；

多个腔体，设置在所述第一金属反射层和所述第二金属反射层之间；以及

带通滤波器，设置在所述第一金属反射层下方或所述第二金属反射层上方，所述带通滤波器包括透射多个波长区域中的光的多个频段滤波器，

其中，所述多个频段滤波器被设置为与所述多个腔体相对应，

所述多个频段滤波器中的每个频段滤波器透射对应波长区域中的光，并且

与所述多个频段滤波器中的每个频段滤波器相对应的所述多个腔体中的每个腔体具有包括所述对应波长区域中的对应中心波长的多个对应中心波长。

2.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述带通滤波器是滤色器或宽带滤波器。

3.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述多个频段滤波器与所述多个腔体一一对应。

4.根据权利要求3所述的光谱滤波器，其中，所述多个频段滤波器包括被配置为透射第一波长区域中的光的第一频段滤波器、被配置为透射第二波长区域中的光的第二频段滤波器以及被配置为透射第三波长区域中的光的第三频段滤波器。

5.根据权利要求4所述的光谱滤波器，其中，所述多个腔体包括与所述第一频段滤波器相对应的第一腔体、与所述第二频段滤波器相对应的第二腔体以及与所述第三频段滤波器相对应的第三腔体。

6.根据权利要求5所述的光谱滤波器，其中，所述第一腔体具有包括所述第一波长区域中的中心波长的多个第一中心波长，所述第二腔体具有包括所述第二波长区域中的中心波长的多个第二中心波长，以及所述第三腔体具有包括所述第三波长区域中的中心波长的多个第三中心波长。

7.根据权利要求5所述的光谱滤波器，其中，所述第一腔体的折射率、所述第二腔体的折射率和所述第三腔体的折射率是不同的。

8.根据权利要求7所述的光谱滤波器，其中，所述第一腔体的厚度、所述第二腔体的厚度和所述第三腔体的厚度是相同的。

9.根据权利要求8所述的光谱滤波器，其中，所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体的厚度大于或等于200nm且小于或等于1000nm。

10.根据权利要求7所述的光谱滤波器，其中，所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体中的至少一个腔体包括基底和以一形状设置在所述基底中的至少一个图案。

11.根据权利要求10所述的光谱滤波器，其中，所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体中的每个腔体的基底包括氧化钛。

12.根据权利要求10所述的光谱滤波器，其中，所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体中的每个腔体的基底包括氮化硅或氧化铪。

13.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述多个频段滤波器中的每个频段滤波器与所述多个腔体中的两个腔体或更多个腔体相对应。

14.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述第一金属反射层包括第一金属材料，以及所述第二金属反射层包括第二金属材料，并且其中，所述第一金属材料和所述第二金属材料是相同的或不同的。

15.根据权利要求14所述的光谱滤波器，其中，所述第一金属反射层或所述第二金属反射层包括Al、Cu、Ag、Au、Ti、W或TiN。

16.根据权利要求15所述的光谱滤波器，其中，所述第一金属反射层或所述第二金属反射层还包括多晶硅。

17.根据权利要求1所述的光谱滤波器，其中，所述第一金属反射层的厚度和所述第二金属反射层的厚度为10nm至80nm。

18.根据权利要求1所述的光谱滤波器，还包括：多个介电层，设置在所述多个腔体的上方或下方，并且具有多个不同的有效折射率。

19.一种图像传感器，包括：

光谱滤波器；以及

像素阵列，接收透射通过所述光谱滤波器的光，

其中，所述光谱滤波器包括：

第一金属反射层；

第二金属反射层，设置在所述第一金属反射层上方；

多个腔体，设置在所述第一金属反射层和所述第二金属反射层之间；以及

带通滤波器，设置在所述第一金属反射层下方或所述第二金属反射层上方，所述带通滤波器包括透射多个波长区域中的光的多个频段滤波器，

其中，所述多个频段滤波器被设置为与所述多个腔体相对应，

所述多个频段滤波器中的每个频段滤波器透射对应波长区域中的光，并且

与所述多个频段滤波器中的每个频段滤波器相对应的所述多个腔体中的每个腔体具有包括所述对应波长区域中的对应中心波长的多个对应中心波长。

20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述像素阵列包括多个像素，并且所述多个像素中的每个像素包括布线层和设置在所述布线层处的光电二极管，所述布线层包括驱动电路。

21.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，所述多个频段滤波器包括透射第一波长区域中的光的第一频段滤波器、透射第二波长区域中的光的第二频段滤波器以及透射第三波长区域中的光的第三频段滤波器。

22.根据权利要求21所述的图像传感器，其中，所述多个腔体包括与所述第一频段滤波器相对应的第一腔体、与所述第二频段滤波器相对应的第二腔体以及与所述第三频段滤波器相对应的第三腔体。

23.根据权利要求22所述的图像传感器，其中，所述第一腔体具有包括所述第一波长区域中的中心波长的多个第一中心波长，所述第二腔体具有包括所述第二波长区域中的中心波长的多个第二中心波长，以及所述第三腔体具有包括所述第三波长区域中的中心波长的多个第三中心波长。

24.根据权利要求23所述的图像传感器，其中，所述第一腔体的反射率、所述第二腔体的反射率和所述第三腔体的反射率是不同的。

25.根据权利要求24所述的图像传感器，其中，所述第一腔体的厚度、所述第二腔体的厚度和所述第三腔体的厚度是相同的。

26.根据权利要求24所述的图像传感器，其中，所述第一腔体、所述第二腔体和所述第三腔体中的至少一个腔体包括基底和以一形状设置在所述基底中的至少一个图案。

27.根据权利要求19所述的图像传感器，其中，所述光谱滤波器还包括：多个介电层，设置在所述多个腔体的上方或下方，并且具有不同的多个有效折射率。

28.根据权利要求19所述的图像传感器，还包括时序控制器、行解码器和输出电路。

29.一种包括权利要求19所述的图像传感器的电子设备。

30.根据权利要求29所述的电子设备，其中，所述电子设备包括移动电话、智能电话、平板计算机、智能平板计算机、数码相机、摄像机、笔记本计算机、电视、智能电视、智能冰箱、安全相机、机器人或医疗相机。

31.一种光谱滤波器，包括：

谐振器阵列，包括：

第一金属反射层；

第二金属反射层；以及

多个多模式腔体，设置在所述第一金属反射层和所述第二金属反射层之间，所述多个多模式腔体的厚度是均匀的；以及

滤波器阵列，设置在所述谐振器阵列的下方或上方，所述滤波器阵列包括透射多个波长区域中的光的多个滤波器，

其中，所述多个滤波器中的一个滤波器与所述多个多模式腔体中的一个多模式腔体或多个多模式腔体相对应，并且所述一个滤波器透射所述多个波长区域中的一个波长区域内的光，并且

其中，所述多个多模式腔体中的一个多模式腔体具有多个中心波长，所述多个中心波长包括在所述一个滤波器的所述多个波长区域中的一个波长区域内的中心波长。

32.根据权利要求31所述的光谱滤波器，其中，所述多个多模式腔体中的一个多模式腔体包括第一介电图案，使得所述多个多模式腔体中的所述一个多模式腔体具有第一有效折射率；以及所述多个多模式腔体中的另一多模式腔体包括第二介电图案，使得所述多个多模式腔体中的所述另一多模式腔体具有第二有效折射率。

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