CN1297161A

CN1297161A - 集成有光学低通滤波器的固体成像器件

Info

Publication number: CN1297161A
Application number: CN00120455A
Authority: CN
Inventors: 李在哲; 林成禹; 高湷洙; 金示浩; 吴用琥
Original assignee: HARVIT CO Ltd
Current assignee: HARVIT CO Ltd
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2001-05-30
Also published as: JP2001157121A; EP1104181A2; TWI245941B; KR100340938B1; EP1104181A3; US6819361B1; KR20010047006A

Abstract

提供一种固体成像器件,其中集成有用作其透明窗口的光学低通滤波器。该集成结构简化了成像系统的结构,降低了其尺寸和制造成本。该光学低通滤波器成形为光学相位光栅型低通滤波器以获得满意的频率特性。该光学低通滤波器以如下方式构造,使得具有一定厚度产生φ相移的光栅、厚度为φ－相移光栅两倍产生2φ相移的光栅、以及产生0相移的光栅部分构成一基本图形,该基本图形周期性地排列。

Description

集成有光学低通滤波器的固体成像器件

本发明涉及采用固体成像器件的成像系统，更具体地说，涉及采用光学低通滤波器构成固体成像器件的透明窗口的方法。本发明将光学低通滤波器集成在固体成像器件中，以简化成像系统的结构，降低其尺寸和制造成本。本发明提供一种具有优越频率特性的固体成像器件，以及一种采用相位光栅作为光学低通滤波器构成该固体成像器件的方法。

在当前广泛用作图像传感器的电荷耦合器件(CCD)图像传感器或者自90年代以来使用的CMOS图像传感器中，由光接收元件制作的图像传感器是二维排列的，以将输入图像转换成电子信号。

图1表示传统的摄录组合像机(camcorder)或数字相机系统的结构。待成像的运动画面或静止画面1由光学透镜结构3聚焦，然后通过光学低通滤波器2，入射至设在图像传感器4表面的光接收元件中。光学透镜结构3包括适当的光学透镜例如凹透镜和凸透镜，以便将输入图像1聚焦在成像器件4上。图1所示的光学透镜结构3或光学低通滤波器一般包括一个UV滤波器或IR滤波器，分别用于阻挡包含在输入图像1中的紫外光线或红外光线。该UV或IR滤波器一般通过在透镜或透明基片上涂覆适当的材料来制造。为了在图1的成像系统中将输入至固体成像器件的图像恢复成原始状态，需要使光学低通滤波器2的截止频率为采样空间频率的一半。

图2表示二维图像传感器中在光接收元件的重复周期在x方向为X并且在y方向为Y的情况下的理想采样。如果采用具有图2空间采样特性的二维传感器对具有图3A空间频谱的图像成像，则采样图像具有图3B的空间频谱，其中重复了原始图像的空间频谱。在图3B中，采样图像频谱的重复周期对应于采样间隔的倒数，也即，在x方向为1/X并且在y方向为1/Y。相应地，为了将输入该二维图像传感器的图像恢复成原始状态，需要能够通过对应于自原点起一个周期的频谱但是阻断更高空间频率的光学低通滤波器。

如上所述，为了将输入固体成像器件的图像恢复至原始状态，图1所示的光学低通滤波器2最好具有为采样空间频率一半的截止频率。此处，采样空间频率对应于固体成像器件的光接收元件的重复周期的倒数。也就是说，在图2的二维光接收元件结构中，

f_{s} = \frac{1}{d}

并且

f_{c} = \frac{f_{s}}{2} = \frac{1}{2 d},

其中d为x方向的X以及y方向的Y。此处，f_s表示采样频率而f_c表示理想光学低通滤波器的截止频率。

图4表示该光学透镜结构的空间频率传递特性。图4中虚线限定的频带为理想光学低通滤波器的频率传递函数。该透镜的最大传递频率f_m为2(NA/λ)。此处，NA表示透镜的数值孔径，λ表示入射光的波长。尽管该透镜用作一种光学低通滤波器，但是其最大截止频率f_m通常显著高于图4中所示的光学低通滤波器的截止频率f_c。该透镜的频率传递特性可以近似至图4的直线，以便进行数学模拟，该直线表示的近似值与实际传递特性之间的差别随着f_m越来越大于f_c而变得越来越小。

图5A表示传统固体成像器件外观的透视图，图5B表示该传统固体成像器件沿图5A中线A-A所取的截面图。在该传统固体成像器件中，固体成像器件芯片53和54的盖板51和52由透明玻璃板制成，因为入射光应当透过盖板51和52，即透明窗口，射向位于固体成像器件芯片表面上的光接收装置上。

图6A、6B和6C表示采用双折射片的传统光学低通滤波器，目前大量用作传统成像系统中光学低通滤波器。参见图6A，入射在双折射片一个表面上的入射光束在通过该双折射片时被分束成两束，其间距为d_n。双折射片的厚度和折射率与该间距d_n的的关系满足下式：

d_{n} = \frac{t (n_{e}^{2} - n_{o}^{2})}{2 n_{e} n_{o}}

其中t表示双折射片的厚度，n_e表示非常折射率，n_o表示寻常折射率。如图6B所示，采用该双折射片的传统光学低通滤波器以如下方式构造，即一个x方向双折射片和一个y方向双折射片堆叠放置使得光束沿x方向和y方向分离。通常将一个IR去除滤波器插入在这两个双折射片之间。

在采用双折射片的传统光学低通滤波器的操作中，垂直入射在滤波器表面上的入射光束在x方向的双折射片上被分成两束，并且这两束光的每一束在y方向的双折射片上进一步分成两束。从而一个入射光束在到达固体成像器件的光接收元件时被分成四束。也就是说，采用双折射片的光学低通滤波器用作了4束分束器，如图6C所示。通过将一束入射光分成四束，将具有较高空间频率的图像在固体成像器件采样之前转换成了较低的空间频率。

2片型双折射片的一般光学传递特性函数等于周期1/d_n傅立叶变换后的cos函数绝对值的幅值。也即，该传递函数的值正比于abs(cos(2π×f×d_n))，其中f为空间频率，d_n为双折射片所分束光束之间的距离，如图6A所示。通过将图4中所示透镜传递函数乘以双折射片的传递函数，可以得到透过光学透镜到达双折射片的图像的光学传递函数。

在双折射片应用于采用固体成像器件的传统成像系统中时，与理想光学低通滤波器相比，在低于截止频率的空间频带中其传递函数会产生较大的损耗。该损耗降低了图像传感器的分辨率。另外，在高于截止频率的的空间频带中存在周期性的传递函数，从而不能消除高频成分。由此产生假频从而导致余辉。换句话说，采用双折射片的的光学低通滤波器在较低频带具有较大的损耗，在较高频带具有较大的多余部分，导致分辨率降低并且去除余辉的效果较差。另外，传统双折射片滤波器的频率特性取决于双折射片的厚度，一般为0.5mm。由此，采用它的成像系统的输入部分较大，从而难以降低系统的尺寸。

为了改进采用双折射片的传统光学低通滤波器，已经提出具有各种结构的光学相位光栅型低通滤波器。美国专利US 4,083,627提出了垂直光栅滤波器，美国专利US 4,083,627和图7C提出了圆形光栅滤波器，美国专利US 4,009,939提出了菱形光栅滤波器。另外，美国专利US 4,795,236和US 4,178,611提出了平行重复光栅滤波器，以及美国专利US 4,795,236提出了光学相位光栅型低通滤波器，其构造方式为使用了光栅基片的全部两个表面，并且具有不同于光栅基片折射率的光栅被平行重复排列。

然而，大多数前述光学相位光栅型低通滤波器由于不能制造而未被实际采用。这是因为图7A至7E(参见其另一申请IIE002079)的光学相位光栅型低通滤波器具有如下结构，即具有彼此不同的相移的两个光栅被二维排列。因而，根据本发明人进行的计算机模拟和傅立叶变换，其性能与采用双折射片的传统低通滤波器相比没有显著改善。也就是说，传统光学相位光栅型低通滤波器具有如下缺点，由于光学相位光栅型低通滤波器具有相位不同的两个光栅，使得其空间频谱的传递特性与采用双折射片的传统滤波器相比没有多大改善。相应地，难以降低采用有使用双折射片的传统光学低通滤波器的成像系统以及固体成像器件的尺寸。而且，其频率传递特性也不理想。另外，由于频率特性较差，为改进采用双折射片的传统光学低通滤波器而提出的传统光学相位光栅型低通滤波器不能实际使用。

因此，本发明的目的在于提供一种集成有光学低通滤波器的固体成像器件，及其制造方法，该光学低通滤波器在低于对应于固体成像器件采样空间频率一半的截止频率的频带提高了光学传递函数，而在高于该截止频率的频带抑制了传递函数。

本发明的另一个目的在于提供一种固体成像器件，其透明窗口由具有优越频率传递函数并且具有0.5mm以下极薄厚度的光学相位光栅型低通滤波器构成，从而可以小尺寸实现并具有满意的频率特性。

为了实现本发明的上述目的，提供一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有光学低通滤波器，该光学低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器用作固体成像器件的透明窗口。该光学低通滤波器是光学相位光栅型低通滤波器。

为了实现本发明的上述目的，提供一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学低通滤波器，该光学低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口，其中该光学低通滤波器包括多个周期性排列的基本结构图形，其中各基本结构图形包括：一个φ-相移光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度；一个2φ-相移光栅，用于产生2φ相移，具有φ-相移光栅两倍的厚度；和一个用于产生0相移的部分，没有光栅。在该光学低通滤波器的一个表面上形成有用于阻断IR光线或UV光线的滤波器。

为了实现本发明的上述目的，提供一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学低通滤波器，该光学低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口，其中该光学低通滤波器包括：一个第一光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿水平方向周期性排列在一个透明光栅基片上；和一个第二光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿垂直方向周期性排列在另一个透明光栅基片上；其中第一和第二光栅的表面互相面对地彼此接合，从而构成一种在这两个透明光栅基片之间周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。在所述光学低通滤波器的接合光栅基片结构的上表面和下表面之一上形成有用于阻断IR或UV光线的滤波器；或者在所述光学低通滤波器的接合光栅基片结构的上表面和下表面上各形成有用于阻断IR或UV光线的滤波器。

为了实现本发明的上述目的，还提供一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学低通滤波器，该光学低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口，其中该光学低通滤波器包括：一个第一光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿水平方向周期性排列在一个透明光栅基片上；和一个第二光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿垂直方向周期性排列在另一个透明光栅基片上；其中所述两个光栅基片的其上未形成光栅的表面互相面对地彼此接合，从而构成一种周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。在所述两个光栅基片之间插入有用于阻断IR或UV光线的滤波器。

为了实现本发明的上述目的，提供一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学低通滤波器，该光学低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口，其中该光学低通滤波器包括：一个第一光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿水平方向周期性排列在一个透明光栅基片表面上；和一个第二光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿垂直方向周期性排列在另一个透明光栅基片表面上；其中第一和第二光栅以及光栅基片由具有相同折射率的材料制成，从而构成一种周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。

为了实现本发明的上述目的，还提供一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学相位光栅型低通滤波器，该光学相位光栅型低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学相位光栅型低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口。

图1表示传统成像系统的结构；

图2为表示传统CCD或CMOS固体成像器件中的理想采样图；

图3A为表示根据图2的二维固体成像器件的理想采样所得的频率传递函数的特性图，显示了采样前的原始函数特性；

图3B为表示根据图2的二维固体成像器件的理想采样所得的频率传递函数的特性图，显示了采样后的传递函数特性；

图4为表示传统成像系统中光学透镜的空间频率传递特性以及理想光学低通滤波器特性的函数特性图；

图5A为表示传统固体成像器件外观的透视图；

图5B为表示沿图5A中线A-A所取的传统固体成像器件的截面图；

图6A表示采用双折射片的传统光学低通滤波器的结构，显示了双折射片的衍射特性；

图6B表示采用3片双折射片的传统光学低通滤波器的结构；

图6C表示采用双折射片的传统光学低通滤波器的结构，显示了传统双折射片滤波器的工作特性；

图7A为表示根据本发明的固体成像器件外观的透视图；

图7B为表示沿图7A中线A-A所取的根据本发明的固体成像器件的截面图；

图8表示采用本发明固体成像器件的成像系统的结构实施例；

图9A和9B表示根据本发明的光学相位光栅型低通滤波器的一维基本构思；

图10为表示根据本发明的二维光学相位光栅型低通滤波器的工作原理图；

图11A为表示本发明光学相位光栅型低通滤波器的相位光栅结构实施例的简略透视图；

图11B为表示与红外或紫外滤波器相结合的本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一实施例的简略透视图；

图12A为表示在粘合前的本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一实施例光栅结构的简略透视图；

图12B为表示在粘合后的本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一实施例光栅结构的简略透视图；

图13A为表示本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一实施例光栅结构的简略透视图，其中相位光栅结构与置于其上方或者下方的红外或紫外滤波器结合；

图13B为表示本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一实施例光栅结构的简略透视图，其中相位光栅结构与置于其上方以及下方的红外或紫外滤波器结合；

图14A为表示在粘合前的本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一实施例光栅结构的简略透视图；

图14B为表示在粘合后的本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一实施例光栅结构的简略透视图；

图15为表示本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一实施例光栅结构的简略透视图；以及

图16为表示本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一实施例光栅结构的简略透视图。

图7A表示根据本发明的固体成像器件外观的透视图，图7B表示沿图7A中线A-A所取的根据本发明的固体成像器件的截面图。在本发明的固体成像器件中，透过输入光束的透明窗口71和72由光学低通滤波器构成。当图像透过光学低通滤波器到达位于固体成像器件芯片72和73表面上的光接收装置时，其高空间频率成分被去除。在成像系统采用本发明的光学低通滤波器的情况下，成像系统可以无需附加的光学低通滤波器即可制成。

图8表示采用本发明固体成像器件的成像系统的结构。采用本发明的固体成像器件，可以无须采用光学低通滤波器2即可制成具有阻断较高空间频率成分特性的成像系统，而光学低通滤波器2对于采用图1固体成像器件的传统系统则是需要的。

在传统双折射片滤波器中，其频率传递特性决定于双折射片的厚度，一般为0.5mm。此厚度太大以至于不能应用于本发明固体成像器件的透明窗口中。因此，图7A和7B的固体成像器件的光学低通滤波器71和72使用采用有双折射片的传统光学低通滤波器于以构成并非优选。

如上所述，由于频率特性不理想，美国专利US 4,083,627、US4,795,236、US 4,009,939、和US 4,178,611为弥补采用双折射片的传统光学低通滤波器缺点所提出的光学相位光栅型低通滤波器不能实际应用。相应地，为了构造其中集成有光学低通滤波器的固体成像器件，最好采用本发明人申请的在先技术的光学相位光栅型低通滤波器(韩国专利申请No.99-46950)作为固体成像器件的透明窗口。在此情况下，本发明的基本精神和范围并不因为固体成像器件的透明窗口简单替换为光学低通滤波器而受到限制。

本发明的一个实施例

图9A和9B表示采用在先申请技术(韩国专利申请No.99-46950)中提出的相位光栅的光学低通滤波器的一维基本结构，其中所述的相位光栅最适用于本发明的固体成像器件。该相位光栅的表面具有一个带有既定重复周期的凸起和凹陷的光栅。对于透过该光栅的光束该相位光栅的垂直凸起部分与凹陷部分之间的相位差对应于特定的φ相移，它由光栅的厚度确定。

在本发明一维光栅的光学传递特性中，当垂直入射在光栅表面的平行光到达图像传感器表面时，如图9A所示，光束具有0、+1和-1级主极大，并且在主极大之外的其它区域具有较低的光学传递特性。此处，当0级主极大的光强为α时，+1和-1级光束分别位于距离原点+β/2和-β/2的点处，其强度变为(1-α)/2。图9A光栅的空间传递特性可以由下式表示：

I(x)=αδ(x)+0.5(1-α)[δ(x-β/2)+δ(x+β/2)]

其中δ(x)表示脉冲函数。对空间传递特性I(x)进行傅立叶变换，可以获得本发明的一维相位光栅滤波器的频率传递函数(L_G)。L_G由下式给出：

L_G(f)=α+(1-α)cos(πβf)

图9B表示频率传递特性。在图9B中，主极大之间的较小值与主极大相比可以忽略。在值α以下可以获得使光学低通滤波器的理想特性与该低通滤波器的实际频率特性之差的最小化。当理想特性与实际特性之差为Δ时，

Δ = {&Integral;}_{O}^{f_{m}} {(L_{ideal} - L_{lens} \times L_{G})}^{2} df

其中f为空间频率，f_m为透镜的最大空间传递频率，L_ideal为该光学低通滤波器的理想传递特性，L_lens为透镜的传递特性，以及L_G为本发明相位光栅的频率传递特性。如图4中虚线所示，当空间频率低于光学低通滤波器的理想截止频率f_c时L_ideal为1，而在其大于f_c时L_ideal为0。也即，L_ideal=1若f＜f_c，并且L_ideal=0若f≥f_c。如果假设传递特性在其f_m远大于f_c时是线性的，则L_lens可以由方程L_lens=1-f/f_m表示。

在将L_ideal、L_lens和L_G的公式代入上述积分方程得出Δ时，可以发现Δ的值正比于f_m[α²+0.5(1-α)²]。此处，为最小化Δ，值α变为1/3。继而，为了使理想滤波器特性与本发明光学相位光栅型低通滤波器的实际特性之差最小化，输入光束必须等分为三个主极大0、+1和-1级。

当按在先申请技术的设计将输入光束等分为三的相位光栅结构如图10所示二维排列时，输入光束被等分为9个主极大。本发明的二维光栅由于输入平行光被分成9束而用作光学低通滤波器，使得输入光束具有较高空间频率的图像被压缩至较低的频带。其基本结构以如下方式构成，使得在0-相移光栅的右方和下方与之相邻设置一相移光栅，并在该0-相移光栅的对角侧设置一个2-相移光栅。重复该基本结构图形以实现所述光学低通滤波器。

本发明的光学相移低通滤波器的相移差别通过设置具有特定厚度的光栅来实现。图11A和11B表示为实现本发明的相位光栅的结构。如果具有特定厚度的光栅产生φ相移，则厚度为该特定厚度两倍的光栅产生2φ相移，并且没有光栅的部分产生0相移。该光栅的基本结构以如下方式构造，φ-相移光栅(111)设置在0-相移光栅的右方和下方与之相邻，具有φ-相移光栅两倍厚度的2φ-相移光栅(112)设置在0-相移光栅的对角侧。重复该基本结构图形以实现光学低通滤波器。

通过以图11A所示的光学低通滤波器替代透明窗口71和72，可以实现图7所示的其中集成有光学低通滤波器的固体成像器件。图11B表示在图11A的光学低通滤波器的一个表面接合有一个用于阻断IR光线或UV光线的滤波器。在图7的透明窗口71和72由图11B的光学低通滤波器替代的情况下，可以构造成其中集成有IR或UV滤波器以及光学低通滤波器的固体成像器件。

在制造本发明的相移光栅时，光栅厚度在制造过程中可能会稍微改变。然而即使在此情况下，如果由光栅引起的相移误差不大于φ，则其厚度变化不会妨碍本发明的实际应用。相应地，由于光栅厚度的细微变化引起非常小的相移误差没有偏离本发明的基本精神和范围。

本发明的另一个实施例

图12A和12B表示本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一实施例。为了使光栅如图11A所示在预定部分具有0相移，在0相移部分的右方和下方具有φ相移，并且在0相移部分的对角侧具有2φ相移，在光栅基片120上沿方向y周期性平行设置φ相移的光栅122，在光栅基片120上沿方向x周期性平行设置φ相移的光栅125，并且这两个光栅表面彼此接合，互相面对，从而构成光学相位光栅型低通滤波器。该光栅和基片最好采用具有相同折射率的材料制造。图7的本发明固体成像器件的透明窗口可以由图12B的光学低通滤波器替代，从而构成其中集成有光学低通滤波器的固体成像器件。

图13A表示在图12B光学低通滤波器的一个表面上接合有IR或UV滤波器的结构。在图7固体成像器件的透明窗口71和72由图13A的光学低通滤波器结构替代的情况下，可以构成其中集成有光学低通滤波器以及IR或UV滤波器的固体成像器件。图13B表示在图12B光学低通滤波器的全部两个表面上都接合有IR或UV滤波器的结构。在图7固体成像器件的透明窗口71和72由图13B的光学低通滤波器结构替代的情况下，可以构成其中集成有光学低通滤波器以及IR或UV滤波器的固体成像器件。

本发明的再一个实施例

图14A表示分别沿x方向和y方向排列的光栅。图14B表示这两个光栅互相结合后的结构。通过将这两个光栅基片其上未形成光栅的表面互相接合在一起，0-光栅与0-光栅彼此相对的部分形成0-相位光栅部分，0-光栅与φ-光栅或者φ-光栅与0-光栅彼此相对的部分形成φ-相位光栅部分，而φ-光栅与φ-光栅彼此相对的部分形成2φ-相位光栅部分。

图7所示本发明固体成像器件的透明窗口71和72可以由图14B的光学低通滤波器替代，从而可以构成其中集成有光学低通滤波器的固体成像器件。

在成像系统的构造中，光学低通滤波器一般与IR或UV滤波器相结合。相应地，当两个光栅基片如图14A所示彼此接合时，在这两个光栅基片之间插入一个涂层或滤波片以去除IR光线或UV光线，如图15所示，从而实现其中集成有IR或UV滤波器的光学低通滤波器。

图7所示本发明固体成像器件的透明窗口71和72可以由图15的光学低通滤波器替代，从而实现其中集成有光学低通滤波器以及IR或UV滤波器的固体成像器件。

本发明的又一个实施例

图16表示本发明光学相位光栅型低通滤波器的另一种结构。为了使光栅如图11A所示在预定部分具有0相移，在0相移部分的右方和下方具有φ相移，并且在0相移部分的对角侧具有2φ相移，在光栅基片160的一个表面上沿方向y周期性平行设置φ相移的光栅161，在光栅基片160的另一表面上沿方向x周期性平行设置φ相移的光栅162，从而构成光学相位光栅型低通滤波器。该光栅和基片最好采用具有相同折射率的材料制造。根据此结构，两个光栅161和162分别设置在基片160的全部两个表面上，互相垂直，从而透过0-相位光栅的光束再通过0-相位光栅的部分成为0-相位光栅部分，透过0-相位光栅的光束再通过φ-相位光栅或者透过φ-相位光栅的光束再通过0-相位光栅的部分成为φ-相位光栅部分，透过φ-相位光栅的光束再通过φ-相位光栅的部分成为2φ-相位光栅部分。

图7的本发明固体成像器件的透明窗口71和72可以由图16的光学低通滤波器替代，从而构成其中集成有光学低通滤波器的固体成像器件。

本发明提供一种固体成像器件，其中集成有用作其透明窗口的光学低通滤波器。根据本发明，光学相位光栅型低通滤波器替代了固体成像器件的透明窗口，从而制成尺寸比采用分离光学低通滤波器的传统成像系统小的成像系统。另外，该成像系统的频率特性比采用双折射片的传统成像系统更为优越。

Claims

1．一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学低通滤波器，该光学低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口。

2．如权利要求1所述的固体成像器件，其中所述光学低通滤波器是光学相位光栅型低通滤波器。

3．一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学低通滤波器，该光学低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口，

其中该光学低通滤波器包括多个周期性排列的基本结构图形，

其中各基本结构图形包括：

一个φ-相移光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度；

一个2φ-相移光栅，用于产生2φ相移，具有φ-相移光栅两倍的厚度；和

一个用于产生0相移的部分，没有光栅。

4．如权利要求3所述的固体成像器件，其中在所述光学低通滤波器的一个表面上形成有用于阻断IR光线或UV光线的滤波器。

5．一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学低通滤波器，该光学低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口，

其中该光学低通滤波器包括：

一个第一光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿水平方向周期性排列在一个透明光栅基片上；和

一个第二光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿垂直方向周期性排列在另一个透明光栅基片上；

其中第一和第二光栅的表面互相面对地彼此接合，从而构成一种在这两个透明光栅基片之间周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。

6．如权利要求5所述的固体成像器件，其中在所述光学低通滤波器的接合光栅基片结构的上表面和下表面之一上形成有用于阻断IR或UV光线的滤波器。

7．如权利要求5所述的固体成像器件，其中在所述光学低通滤波器的接合光栅基片结构的上表面和下表面上各形成有用于阻断IR或UV光线的滤波器。

8．一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学低通滤波器，该光学低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口，

其中该光学低通滤波器包括：

其中所述两个光栅基片的其上未形成光栅的表面互相面对地彼此接合，从而构成一种周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。

9．如权利要求8所述的固体成像器件，其中在所述两个光栅基片之间插入有用于阻断IR或UV光线的滤波器。

10．一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学低通滤波器，该光学低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口，

其中该光学低通滤波器包括：

一个第一光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿水平方向周期性排列在一个透明光栅基片表面上；和

一个第二光栅，用于产生φ相移，具有预定的厚度，并且沿垂直方向周期性排列在另一个透明光栅基片表面上；

其中第一和第二光栅以及光栅基片由具有相同折射率的材料制成，从而构成一种周期性排列有产生φ相移的φ-相移光栅、产生2φ相移的2φ-相移光栅、和0-相移光栅的结构。

11．一种用于传感输入图像的固体成像器件，其中集成有一个光学相位光栅型低通滤波器，该光学相位光栅型低通滤波器用于抑制高于一特定频率的空间频率成分并且透过低于该特定频率的成分，该光学相位光栅型低通滤波器用作该固体成像器件的透明窗口。