CN205647747U - 图像传感器和图像传感器系统 - Google Patents

图像传感器和图像传感器系统 Download PDF

Info

Publication number
CN205647747U
CN205647747U CN201620500328.4U CN201620500328U CN205647747U CN 205647747 U CN205647747 U CN 205647747U CN 201620500328 U CN201620500328 U CN 201620500328U CN 205647747 U CN205647747 U CN 205647747U
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
pixel
material layer
image
color filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201620500328.4U
Other languages
English (en)
Inventor
S·伯萨克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Components Industries LLC
Original Assignee
Semiconductor Components Industries LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Components Industries LLC filed Critical Semiconductor Components Industries LLC
Application granted granted Critical
Publication of CN205647747U publication Critical patent/CN205647747U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14658—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers
    • H01L27/14663—Indirect radiation imagers, e.g. using luminescent members
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N2209/00—Details of colour television systems
    • H04N2209/04—Picture signal generators
    • H04N2209/041—Picture signal generators using solid-state devices
    • H04N2209/042—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor
    • H04N2209/045—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor using mosaic colour filter

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种图像传感器和图像传感器系统。所述图像传感器包括图像像素阵列，所述图像像素阵列按行和列排列，其中所述图像像素阵列包括光敏材料层；以及发光材料层，所述发光材料层将光发射到所述光敏材料层上，其中所述光敏材料层被配置成响应于至少由所述发光材料层所发射的所述光而生成电信号。本实用新型用于图像传感器领域。本实用新型的技术效果是紫外光检测能力得到了改善。

Description

图像传感器和图像传感器系统
技术领域
本实用新型整体涉及成像系统，并且更具体地讲，涉及包括具有紫外光检测能力的成像设备的成像系统。
背景技术
图像传感器通常在电子设备诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置方式中，电子设备设置有被布置成像素行和像素列的图像像素阵列。图像像素包含一个硅层，所述硅层形成光敏区域以便响应于图像光而生成电荷。电路通常耦接到每个像素列以用于读出来自图像像素的图像信号。
常规的成像系统使用被布置成拜耳马赛克图案的红色、绿色和蓝色(RGB)图像像素对可见光谱进行采样。图像像素每一者中的光敏区域响应于入射到像素上的红光、绿光或蓝光而生成图像信号。
在一些场景中，可能有利的是对可见光谱之外的光进行采样。例如，可能有用的是在弱光环境中或在诸如机器视觉、断裂力学、生物学、汽车或其他车辆环境监控、空间探索和分光光度法之类的应用中对紫外光进行采样。然而，常规成像系统的光敏区域中所使用的硅表现出紫外辐射的低吸收，这使得难以使用常规图像传感器来检测紫外光。虽然可对用于形成常规图像传感器中的光敏区域的硅进行改性以提高紫外吸收率，但这样做需要大幅变更光电二极管的结构和组成，这可能使制造变得复杂化并且增加生产成本。
因此可能有利的是能够提供紫外光检测能力改善的成像设备。
实用新型内容
本实用新型的一个方面的目的是提供一种改进的成像设备。
一种图像传感器包括图像像素阵列，所述图像像素阵列按行和列排列，其中所述图像像素阵列包括：光敏材料层；以及发光材料层，所述发光材料层将光发射到所述光敏材料层上，其中所述光敏材料层被配置成响应于至少由所述发光材料层所发射的所述光而生成电信号。
优选地，所述发光材料层包括光致发光材料，所述光致发光材料响应于从场景接收图像光而发射所述光。
优选地，所述光致发光材料包括氮化硅。
优选地，所述发光材料层被配置成从场景吸收图像光并且响应于吸收所述图像光而发射所述光，其中所述图像光包括第一波长带的光，并且其中所述发光材料层所发射的所述光包括与所述第一波长带不同的第二波长带的光。
优选地，所述第一波长带包括紫外波长带，并且其中所述第二波长带包括可见波长带。
优选地，所述图像像素阵列还包括微透镜结构，所述微透镜结构具有上表面和下表面；以及颜色滤光片层，所述颜色滤光片层形成于所述光敏材料层与所述微透镜结构的所述下表面之间。
优选地，所述发光材料层形成于所述微透镜结构的所述上表面上方。
优选地，所述发光材料层形成于所述微透镜结构的所述下表面与所述颜色滤光片层之间。
优选地，所述发光材料层形成于所述图像像素阵列中的每个所述图像像素上方。
优选地，所述颜色滤光片层包括颜色滤光片元件阵列，其中所述颜色滤光片元件阵列中的第一颜色滤光片元件将第一波长带的光透射到与所述图像像素阵列中的第一图像像素相对应的所述光敏材料层的第一部分，并且其中形成于所述光敏材料层的所述第一部分上方的所述发光材料层的第一部分被配置成发射所述第一波长带中的光。
优选地，所述颜色滤光片元件阵列中的第二颜色滤光片元件将所述第一波长带的光透射到与所述图像像素阵列中的第二图像像素相对应的所述光敏材料层的第二部分，并且其中所述发光材料层不形成于所述光敏材料层的所述第二部分上方。
优选地，所述颜色滤光片元件阵列中的第二颜色滤光片元件将与所述第一波长带不同的第二波长带的光透射到与所述图像像素阵列中的第二图像像素相对应的所述光敏材料层的第二部分，并且其中形成于所述光敏材料层的所述第二部分上方的所述发光材料层的第二部分被配置成发射所述第二波长带中的光。
优选地，所述颜色滤光片元件阵列中的第三颜色滤光片元件将与所述第一波长带和所述第二波长带不同的第三波长带的光透射到与所述图像像素阵列中的第三图像像素相对应的所述光敏材料层的第三部分，并且其中形成于所述光敏材料层的所述第三部分上方的所述发光材料层的第三部分被配置成发射所述第三波长带中的光。
优选地，所述颜色滤光片元件阵列中的第四颜色滤光片元件将所述第一波长带的光透射到与所述图像像素阵列中的第四图像像素相对应的所述光敏材料层的第四部分，并且其中所述发光材料层不形成于所述光敏材料层的所述第四部分上方。
在本实用新型的另一实施例中，提供一种使用像素阵列生成图像的方法，该方法包括利用所述像素阵列，从场景接收第一波长范围内的图像光；利用所述像素阵列中的光致发光材料，吸收所述所接收的图像光；利用所述光致发光材料，将与所述第一波长范围不同的第二波长范围内的光发射到所述像素阵列中的光敏区域上；利用所述光敏区域，响应于所述第二波长范围内的所述所发射的光而生成图像信号；以及基于所述图像信号来生成图像。
优选地，所述第一波长范围包括紫外波长，并且其中所述第二波长范围包括可见波长。
优选地，所述所接收的图像光包括可见光，所述方法还包括利用所述光敏区域，响应于在所述像素阵列处接收的所述可见光而生成附加的图像信号，其中生成所述图像包括基于所述图像信号和所述附加的图像信号而生成所述图像。
优选地，所述方法还包括利用所述像素阵列，从所述场景接收所述第二波长范围的光，其中利用所述光敏区域生成所述图像信号包括响应于所述光致发光材料所发射的所述第二波长范围的所述光以及响应于从所述场景接收的所述第二波长范围的所述光而生成所述图像信号；以及利用耦接至所述像素阵列的处理电路，将所述图像信号过滤成第一分量和第二分量，其中所述第一分量表示响应于所述光致发光材料所发射的所述第二波长范围的所述光而生成的所述图像信号的第一部分，而所述第二分量表示响应于从所述场景接收的所述第二波长范围的所述光而生成的所述图像信号的第二部分。
在本实用新型的另一个实施例中提供了一种图像传感器系统，所述图像传感器系统包括：镜头；和图像传感器，所述图像传感器包括光敏材料区域，所述光敏材料区域响应于光而生成电信号；以及发光材料层，所述发光材料层将光发射到所述光敏材料区域上；其中通过所述镜头将光聚焦到所述图像传感器上。
优选地，所述光敏材料区域至少部分地基于由所述发光材料层发射到所述光敏材料区域上的所述光来生成所述电信号。
附图说明
图1为根据本实用新型的实施例的示例性成像系统的示意图。
图2为根据本实用新型的实施例的用于沿图像传感器中的列线读出来自图像像素的像素数据的示例性像素阵列和相关控制电路的示意图。
图3为根据本实用新型的实施例的图2所示类型的示例性像素阵列一部分的横截面侧视图，所述像素阵列可包括用于检测紫外光的光致发光层。
图4为根据本实用新型的实施例的图2所示类型的示例性像素阵列一部分的俯视图，所述像素阵列可包括用于检测紫外光的光致发光层。
图5为根据本实用新型的实施例的图2所示类型的示例性像素阵列一部分的横截面侧视图，所述像素阵列可包括用于检测紫外光的图案化光致发光层。
图6A-图6E为根据本实用新型的实施例的图2所示类型的示例性像素阵列一部分的俯视图，所述像素阵列可包括用于检测紫外光的图案化光致发光层。
图7为根据本实用新型的实施例的示例性步骤的流程图，这些步骤可通过成像系统执行，以使用光致发光层检测紫外光并响应于紫外光而生成图像信号。
图8为根据本实用新型的实施例的处理器系统的框图，该处理器系统可采用图1-7的实施例。
具体实施方式
电子设备诸如数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备包括图像传感器，该图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如将入射光转换为图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量的像素(如，几百或几千或更多)。典型的图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(如，百万像素)。图像传感器可包括控制电路，诸如用于操作图像像素的电路，和用于读出图像信号的读出电路，所述图像信号与光敏元件所生成的电荷相对应。读出电路可包括耦接至每个像素列的可选择读出电路，该电路可启用或禁用以减少设备中的功率消耗并改善像素读出操作。
图1为示例性成像系统的示意图，该成像系统使用图像传感器捕获图像。图1的成像系统10可为便携式电子设备，诸如相机、移动电话、摄像机或捕获数字图像数据的其他成像设备。成像系统10可包括相机模块12，该相机模块12用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可包括一个或多个镜头14以及一个或多个对应的图像传感器16。在图像捕获操作期间，来自某个场景的光可通过镜头14聚焦到图像传感器16上。图像传感器16可包括用于将模拟像素数据转换成要提供给处理电路18(有时在本文称为图像处理电路18或处理器18)的对应数字图像数据的电路。如果需要，相机模块12可设置有镜头14阵列和对应图像传感器16阵列。
处理电路18可包括一个或多个集成电路(如，图像处理电路、微处理器、存储设备诸如随机存取存储器和非易失性存储器等)，并且可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的组件(如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相连的模块12内集成电路的一部分的电路)来实施。可使用处理电路18处理和存储已被相机模块12捕获的图像数据。如果需要，已处理的图像数据可使用耦接至处理电路18的有线和/或无线通信路径提供给外部设备(如，计算机或其他设备诸如显示设备)。
如图2所示，图像传感器16可包括含有像素200(有时在本文称作图像像素200或图像传感器像素200)的像素阵列100以及控制和处理电路102。阵列100可包含例如几百或几千行以及几百或几千列像素200。控制电路102可耦接到行解码器电路104和列解码器电路106。行解码器电路104可从控制电路102接收行地址，并且通过控制路径108将对应的行控制信号诸如重置控制信号、行选择控制信号、传输控制信号和读取控制信号提供给像素200。可将一根或多根导线诸如列线110耦接至阵列100中的像素200的每一列。列线110可用于读出来自像素200的图像信号以及用于将偏置信号(如，偏置电流或偏置电压)提供给像素200。在像素读出操作期间，可使用行解码器电路104选择阵列100中的像素行，并且可沿列线110读出与该像素行中的图像像素200相关的图像数据。
列解码器电路106可包括采样保持电路、放大器电路、模拟/数字转换电路、偏置电路、列存储器、用于选择性启用或禁用列电路的闩锁电路，或耦接至阵列100中的一个或多个像素列以用于操作像素200以及用于读出来自像素200的图像信号的其他电路。列解码器电路106可用于向列线110的所选子集上的列电路选择性地提供功率。对于所选择像素列中的像素，可使用读出电路诸如与列解码器电路106相连的信号处理电路(如，采样保持电路和模拟/数字转换电路)向处理器18提供数字图像数据(例如，如图1所示)。
如果需要，图2的阵列100中的像素200可设置有各通过一种或多种颜色的光的颜色滤光片元件阵列(例如，颜色滤光片202的阵列)。像素200中的全部或一些可设置有颜色滤光片元件202。像素200的颜色滤光片元件可为红色滤光片元件(如，使红光通过同时将其他颜色的光反射和/或吸收的光阻材料)、蓝色滤光片元件(如，使蓝光通过同时将其他颜色的光反射和/或吸收的光阻材料)和/或绿色滤光片元件(如，使绿光通过同时将其他颜色的光反射和/或吸收的光阻材料)。颜色滤光片元件202也可被配置为过滤人可见光谱之外的光。例如，颜色滤光片元件202可被配置为过滤紫外光或红外光(如，颜色滤光片元件202可仅允许红外光或紫外光通过)。颜色滤光片元件可将图像像素200配置为仅检测特定波长或波长范围(有时在本文称作波长带)的光，并且可被配置为允许多个波长的光通过，同时阻挡某些其他波长的光(例如，波长对应于某个可见颜色和/或红外波长或紫外波长的光)。
使两种或更多种颜色的光(如，选自红光、蓝光和绿光的两种或更多种颜色的光)通过的颜色滤光片元件有时在本文称为“宽带”滤光片元件。例如，被配置为使红光和绿光通过的黄色滤光片元件以及被配置为使红光、绿光和蓝光通过的透明色滤光片元件在本文可称为宽带滤光片元件或宽带颜色滤光片元件。被配置为使红光和蓝光通过的洋红色滤光片元件在本文也可称为宽带滤光片元件或宽带颜色滤光片元件。相似地，包括宽带颜色滤光片元件(如，黄色、洋红色或透明色滤光片元件)并且因此对两种或更多种颜色的光敏感(如，响应于检测到选自红光、蓝光和绿光的两种或更多种颜色的光捕获图像信号)的图像像素有时在本文可称为宽带像素或宽带图像像素。由宽带图像像素生成的图像信号有时在本文可称为宽带图像信号。宽带图像像素可具有天然敏感度，该天然敏感度由形成宽带颜色滤光片元件的材料和/或形成图像传感器像素的材料(如，硅)限定。在另一个合适的布置方式中，宽带图像像素可形成为不具有任何颜色滤光片元件。如果需要，宽带图像像素的敏感度可通过使用光吸收剂诸如颜料调整为更佳的颜色再现特性和/或噪声特性。相比之下，“着色”像素在本文可用于指代主要对一种颜色的光(如，红光、蓝光、绿光或任何其他合适颜色的光)敏感的图像像素。着色像素有时在本文可称为窄带图像像素，因为着色像素具有比宽带图像像素窄的光谱响应。
可形成于像素阵列100中的图像传感器像素200的示例性群组的横截面侧视图示于图3中。如图3所示，图像传感器像素200可包括四个相邻图像传感器像素(例如，第一像素200A、第二像素200B、第三像素200C和第四像素200D)。每个图像像素200可设置有对应镜头201诸如微透镜、对应颜色滤光片诸如颜色滤光片202(本文有时称为颜色滤光片元件202或颜色滤光片层202)以及光敏材料层诸如外延硅层203(本文有时称为硅晶片203、晶片203、光敏层203或光敏区域203)。硅层203可形成像素阵列100中的一个或多个光电二极管的光敏部分。例如，像素200A-像素200D每一者可设置有对应光电二极管，该光电二极管具有形成于硅层203中的光敏区域。如果需要，像素阵列100中的每个像素可设置有由硅层203形成的一个或多个光电二极管。
微透镜201可形成于颜色滤光片元件202的上表面上方以将入射光诸如图像光50(有时在本文称为光50、入射光50、入射的光50或光子50)导向穿过颜色滤光片202，以使得在硅层203处仅接收到对应于颜色滤光片202(基于例如颜色滤光片202的光透射特性)的颜色(即，一定波长或波长范围)的光。如果需要，颜色滤光片元件202可任选地形成于颜色滤光片壳体结构206内(有时统称为装箱的颜色滤光片阵列(color filter array in abox)或“CIAB”结构)。然而，这仅仅是示例性的。如果需要，所有或一部分像素阵列100可省去壳体结构206。
像素阵列100可设置有钝化层204，该钝化层插入到硅层203与像素阵列100中的一个或多个其他层之间。在图3的示例性例子中，钝化层204插入到外延硅203与颜色滤光片元件202之间。如果需要，钝化层204可由高K介电材料诸如HfO或TaO和氧化物层形成。然而，这仅仅是示例性的。一般来讲，钝化层204可由任何合适的介电材料或其他材料形成。
如果需要，像素阵列100可设置有平面层205(本文有时称为平面化层205)。平面化层205可形成于颜色滤光片阵列202上方以提供其上可形成有微透镜201的平表面。
如果需要，图像传感器16可设置有滤光片300，该滤光片形成于像素阵列100上方。滤光片300可被配置成通过和/或阻挡给定波长或波长范围的光。在图2的示例性例子中，滤光片300可为可见光截止滤光片，该可见光截止滤光片阻挡具有可见波长的光(例如，具有大于或等于约400nm且小于或等于约700nm的波长或波长范围的光)，同时允许具有电磁光谱紫外部分中的波长的光(例如，具有大于或等于约100nm且小于或等于约400nm的波长或波长范围的光)通过。通过这种方式，滤光片300也可称为UV通过滤光片。在一些示例性布置方式中，滤光片300可被配置成阻挡和/或通过可见光谱中的光。例如，滤光片300可被配置成阻挡红光、绿光和蓝光的任何合适组合(滤光片300可为红光、绿光或蓝光截止滤光片，滤光片300可为红光、绿光或蓝光通过滤光片等等)。如果需要，滤光片300可被配置成通过和/或阻挡具有光谱可见部分之中和光谱可见部分之外的波长的光的组合。
在本文有时称为例子的一个合适布置方式中，像素阵列100可设置有光致发光(PL)材料层207(本文有时称为发光层207、波长偏移层207或发射层207)。光致发光层207可由响应于吸收光子而发射光的材料形成。在一个合适的例子中，光致发光材料207可为氮化硅(SiNx)层。氮化硅层207可使用气相沉积工艺形成，其中硅烷(SiH4)与氨(NH3)的混合物用于将氮化硅层沉积在像素阵列100的一个或多个表面上。然而，这仅仅是示例性的。如果需要，光致发光层207可由任何合适的光致发光材料形成。
当光(例如，光子50)被光致发光层207吸收时，光致发光材料中的电子可被激发到较高能态(能级)，同时仍然束缚于光致发光材料中的相应原子(例如，假定所吸收的光子的能量不足够大，不会引起光致电离)。在激发之后，电子可经历弛豫过程而达到较低能态，在此期间其他光子(光)被重新辐射(发射)。光致发光材料所发射的光可具有与光致发光材料所吸收的光不同的波长。例如，光致发光层207可被配置成吸收具有与电磁光谱紫外区域对应的波长范围的光，并且可发射具有与电磁光谱可见区域对应的波长范围的光。换句话讲，光致发光层207可吸收紫外光并且发射可见光。以这种方式，光致发光层207可用于从给定图像场景吸收紫外光并且生成对应的可见光，然后可在硅层203处接收到该可见光，以生成指示紫外辐射的“紫外”图像信号。以这种方式，硅层203可响应于入射紫外光而生成图像信号，即便硅层203具有低紫外吸收特性(例如，由于入射紫外光在层207中转换或波长偏移到易被层203吸收的可见光)。
光致发光材料207的吸收和发射特征可被调整成使得光致发光层207吸收特定波长或波长范围的光并且发射特定波长或波长范围(例如，与所吸收的波长范围不同)的光。例如，光致发光材料207可被调节或以其他方式改性成使得光致发光材料207被配置成响应于给定波长的紫外辐射而产生最大可见光致发光发射(例如，具有最大光致发光强度)。在一个合适的例子中，光致发光材料207可被调整成响应于吸收第一紫外波长的光而发射第一可见波长的光，可被调整成响应于吸收第二紫外波长的光而发射第二可见波长的光，并且可被调整成响应于吸收第三紫外波长的光而发射第三可见波长的光。
如果需要，第一、第二和第三相应的紫外波长和可见波长可各自不同。例如，光致发光材料207可被调整成响应于第一紫外波长而发射蓝光，可被调整成响应于第二紫外波长而发射绿光，并且可被调整成响应于第三紫外波长而发射红光。在这种布置方式中，第一紫外波长可具有第一能级，第二紫外波长可具有大于第一能级的能级，并且第三紫外波长可具有大于第一能级和第二能级的能级。换句话讲，较低能量的紫外辐射可引起光致发光层207发射较低能量的可见辐射，而较高能量的紫外辐射可引起光致发光层207发射较高能量的可见辐射。在一个合适的例子中，光致发光层207可被配置成吸收紫外辐射并且发射红外辐射。
可通过调节可用于形成光致发光层207的沉积工艺中所用的硅烷和氨的相对量，来实现对光致发光层207进行调整，使之表现出所需波长或波长范围的峰值光致发光发射。使用不同SiH4/NH3比率形成的光致发光层207可响应于不同波长的入射光而展现出不同的光致发光发射特性。
像素阵列100可设置有一个或多个发光层207。如图3的示例性例子所示，发光层207可形成于像素阵列100上的微透镜201上方(例如，发光层207可形成像素阵列100的最外层)。在这种布置方式中，发光层207可吸收入射到像素阵列100上的光并且可将光(例如，可见光)发射通过微透镜201和颜色滤光片202，使得在硅层203处吸收所发射的光。在图3的示例性例子中，滤光片300可为UV通过/可见光截止滤光片。在这种布置方式中，像素阵列100可仅接收使用图像传感器16捕获的来自场景或环境的紫外光。以这种方式，像素200A-像素200D的硅层203所吸收的唯一可见光可由发光层207生成。
在另一个合适的例子中，发光层207可形成于微透镜201与硅层203之间。如图3所示，例如，发光层207可形成于颜色滤光片层202与平面化层205之间。在另一个合适的布置方式中，发光层207可形成于(插入到)平面化层205与微透镜201之间。在其中发光层207形成于微透镜201下面的配置中(即，发光层207不是像素阵列100的最外层)，紫外辐射可入射到微透镜201上。在这种配置中，可能有利的是由不吸收紫外光并且在存在紫外辐射的情况下不会劣化的材料来形成微透镜201。例如，微透镜201可由能够使紫外光聚焦的介电材料形成。在其中微透镜201不是像素阵列100的最外层的布置方式中(例如，当发光层207形成于微透镜201上方时)，微透镜201可由合适的材料形成。例如，微透镜201可为聚合物镜头。
在一个合适的布置方式中，单个发光层207可形成于像素阵列100上(例如，使得单个层207覆盖所有像素200)。在这种布置方式中，发光层207可被配置成吸收一定范围的紫外波长并且发射一定范围的可见波长(例如，发光层207可不调整成在具体可见波长处产生峰值发射或具有对特定范围的紫外波长的峰值响应)。在这种布置方式中，发光层207可将相同波长范围的光发射到像素阵列100中的每个像素200上。发光层207所发射的光可由颜色滤光片202过滤，使得与每个相应像素200相对应的硅203区域仅接收给定颜色的光。换句话讲，每个像素200可从发光层207接收相同或相似可见颜色或混合颜色的光，并且形成于每个像素200上方的颜色滤光片202可过滤来自发光层207的光，使得硅203接收到给定像素被配置成要进行检测的适当颜色的光。
如果需要，一些或所有发光层207可被调整或调节成在像素阵列100中的具体对应像素200上方生成给定波长的光致发光发射。在图3的示例性例子中，像素200A和200C可设置有绿色滤光片202并且可响应于绿光而生成图像信号，而像素200B和200D可设置有红色滤光片202并且可响应于红光而生成图像信号。在这种配置中，像素200A和200C可设置有发光层207，所述发光层被调整成生成具有与绿色可见光相对应的峰值波长范围的光致发光发射，而像素200B和200D可设置有发光层207，所述发光层被调整成生成具有与红色可见光相对应的峰值波长范围的光致发光发射。通过调整发光层207，像素阵列100中给定的一个像素(或多个像素)200可在与给定像素被配置成要进行检测的该种颜色光相对应的波长处接收峰值发射强度。
像素阵列100一部分的示例性顶视图示于图4中(例如，图3表示沿着图4中的线A-A截取的像素阵列100的横截面视图)。如图4所示，像素阵列100中的像素200设置有颜色滤光片阵列(例如，由颜色滤光片202形成)，该阵列允许单个图像传感器使用被布置成拜耳马赛克图案的对应红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)图像传感器像素对红光、绿光和蓝光(RGB)进行采样。拜耳马赛克图案由2×2个图像像素的重复单元格组成，其中两个绿色图像像素沿对角线彼此相对(即，两个沿对角线相对的绿色像素)并且与红色图像像素相邻，该红色图像像素与蓝色图像像素沿对角线相对(即，沿对角线相对的红色和蓝色像素)。然而，与拜耳马赛克图案相关的信噪比(SNR)的限制使得难以减小图像传感器诸如图像传感器16的尺寸。
在有时在本文作为例子进行讨论的一个合适场景中，拜耳图案中的绿色像素替换为透明图像像素。图像像素200的单元格可由两个透明图像像素(有时在本文称为透明(C)图像像素)形成，所述两个透明图像像素沿对角线彼此相对(即两个沿对角线相对的透明像素)并且与红色(R)图像像素相邻，该红色(R)图像像素与蓝色(B)图像像素沿对角线彼此相对。可利用视觉透明颜色滤光片形成单元格中的透明图像像素200，该视觉透明颜色滤光片透射整个可见光谱内的光(如，透明像素200可捕获白光)。透明图像像素200可具有天然敏感度，该天然敏感度由形成透明颜色滤光片元件的材料和/或形成图像传感器像素的材料(如，硅)限定。如果需要，透明图像像素200的敏感度可通过使用光吸收剂诸如颜料调整为更佳的颜色再现特性和/或噪声特性。单元格可在整个图像像素阵列100内重复以形成红色、透明和蓝色图像像素200的马赛克。以这种方式，红色图像像素可响应于红光生成红色图像信号，蓝色图像像素可响应于蓝光生成蓝色图像像素，并且透明图像像素可响应于白光生成白色图像信号。白色图像信号也可通过响应于红光、蓝光和/或绿光的任何合适组合的透明图像像素生成。然而，这仅仅是示例性的。如果需要，可与单元格中的沿对角线相对透明图像像素相邻形成任何颜色图像像素。例如，单元格可由两个透明图像像素210限定，该像素210形成为沿对角线彼此相对并且与红色图像像素相邻，该红色图像像素与绿色(G)图像像素沿对角线相对(即，沿对角线相对的红色像素和绿色像素)。在又一个合适的布置方式中，单元格可由两个透明图像像素200限定，该透明图像像素200形成为沿对角线彼此相对并且与蓝色图像像素相邻，该蓝色图像像素与绿色图像像素沿对角线相对(即，沿对角线相对的蓝色像素和绿色像素)。
与具有较窄颜色滤光片(如，透射可见光谱子集之上的光的滤光片)的图像像素诸如绿色图像像素相比，透明图像像素C可有助于增加图像像素210通过收集另外的光所捕获的图像信号的信噪比(SNR)。透明图像像素C可特别改善低光条件下的SNR，在低光条件下SNR有时可限制图像的图像质量。从具有透明图像像素的图像像素阵列100收集的图像信号可转换成红色、绿色和蓝色图像信号，以与用于驱动大多数图像显示器(如，显示屏、监视器等)的电路和软件兼容。该转换通常涉及使用颜色校正矩阵(CCM)对所捕获图像信号进行修改。可对透明图像像素所生成的白色图像信号进行颜色校正操作(例如，使用CCM)，以提取绿色图像信号。
如图4所示，发光层207(由像素200上的对角线指示)可形成于像素阵列100中的所有像素200上方。然而，这仅仅是示例性的。如果需要，发光层207可选择性地形成于像素阵列100中的仅一些像素200上方(即，发光层207可在阵列100上方图案化)。如上文结合图3所述，发光层207可被配置成在每个像素200处生成相似发射，或可被修改成在与像素阵列100中的特定颜色滤光片202相对应的波长处产生具有峰值强度的发射。例如，形成于蓝色像素B上方的发光层207部分可被调整成表现出与蓝光波长相对应的峰值发射，形成于绿色像素G上方的发光层207部分可被调整成表现出与绿光波长相对应的峰值发射，并且形成于红色像素R上方的发光层207部分可被调整成表现出与红光波长相对应的峰值发射。
可形成为像素阵列100一部分的图像像素200的横截面侧视图示于图5中。如上文结合图3所述，像素阵列100可设置有微透镜201、颜色滤光片202、硅层203、钝化层204、平面化层205和光致发光层207。图像传感器16可包括滤光片300，该滤光片将所选波长或波长范围的光透射到像素阵列100。在图5的示例性例子中，滤光片300可被配置成通过和/或吸收可见波长与紫外波长的组合。例如，滤光片300可为透射紫外光和可见光两者的UV通过/可见光通过滤光片。如果需要，滤光片300可为透射紫外光、红光和蓝光并阻挡绿光的UV通过/绿光截止滤光片。然而，这仅仅是示例性的。滤光片300可为UV通过/红光截止滤光片、UV通过/蓝光截止滤光片，或可被配置成通过UV光并且仅透射与一个波长范围相对应的可见光(例如，UV通过/绿光通过滤光片、UV通过/蓝光通过滤光片、UV通过/红光通过滤光片等等)。一般来讲，滤光片300可被配置成阻挡和/或通过电磁光谱的红外、可见和紫外区域中的任何波长组合。
如果需要，发光层207可为图案化的发光层，其形成于一些像素200上方而不覆盖其他像素200。这种布置方式的例子示于图6A中，该图示出了发光层207可如何仅形成于被配置成响应于绿光而生成图像信号的像素200(即，设置有绿色滤光片的像素200)上方，而不形成于被配置成响应于红光而生成图像信号的像素200(即，设置有红色滤光片的像素200)上方或被配置成响应于蓝光而生成图像信号的像素200(即，设置有蓝色滤光片的像素200)上方。在这种布置方式中，在沿着图6A的线A-A截取的图5所示横截面视图中，发光层207可不存在于像素200B和200D中。如果需要，滤光片300可为UV通过/绿光截止滤光片。通过这种方式，红色像素R和蓝色像素B(即，不包括发光层207的像素)可通过滤光片300接收来自环境的红光和蓝光，并且可响应于环境光而生成图像信号。滤光片300可阻挡来自环境的绿光到达像素阵列100。以这种方式，在绿色像素G处接收到的唯一绿光可为由发光层207响应于吸收透射穿过滤光片300的紫外光而发射的绿光。如果需要，发光层207可被调整成使得发射材料的峰值光致发光发射具有与可见绿光相对应的波长(例如，响应于给定波长的紫外光)。具有图6A所示配置的图像像素阵列100可被配置成生成图像，其中所捕获场景中的红光和蓝光被示出为图像的红色和蓝色部分，并且其中场景中的紫外光由图像的绿色部分示出。由于像素阵列100所接收到的绿光被发光层207发射，图像的绿色部分可被视为“假”着色的(即，图像的绿色部分不表示所捕获场景中的绿光)。通过这种方式，所捕获场景中的绿光可能不会在像素阵列100处接收并且可能不会体现于所捕获图像中。
如图6B的示例性例子所示，发光层207可仅形成于被配置成响应于绿光而生成图像信号的像素200(即，设置有绿色滤光片的像素200)以及被配置成响应于红光而生成图像信号的像素200(即，设置有红色滤光片的像素200)上方，而不形成于被配置成响应于蓝光而生成图像信号的像素200(即，设置有蓝色滤光片的像素200)上方。在这种布置方式中，在沿着图6B的线A-A截取的图5所示横截面视图中，发光层207可不存在于蓝色像素200A和200C上方。如果需要，滤光片300可为UV通过/蓝光通过滤光片。通过这种方式，蓝色像素B(即，不包括发光层207的像素)可通过滤光片300接收来自环境的蓝光，并且响应于该环境光而生成图像信号。滤光片300可阻挡来自环境的绿光和红光到达像素阵列100。通过这种方式，分别在绿色像素G和红色像素R处接收到的唯一绿光和红光可为由发光层207响应于吸收透射穿过滤光片300的紫外光而发射的绿光和红光。如果需要，发光层207可被调整成使得发射材料的峰值光致发光发射具有与可见绿光和红光相对应的波长(例如，响应于给定波长的紫外光)。例如，形成于红色像素R上方的发光层207部分可被调整成具有带有与可见红光相对应的波长的峰值光致发光发射，并且形成于红色像素G上方的发光层207部分可被调整成具有带有与可见绿光相对应的波长的峰值光致发光发射。具有图6B所示配置的图像像素阵列100可被配置成生成图像，其中所捕获场景中的蓝光由图像的蓝色部分示出，并且其中场景中的紫外光被示出为图像的绿色部分和红色部分。由于像素阵列100所接收到的红光和绿光由发光层207发射，图像的红色和绿色部分可被视为“假”的(即，图像的红色和绿色部分不表示所捕获场景中的红光和绿光)。以这种方式，所捕获场景中的红光和绿光可能不会在像素阵列100处接收并且可能不会体现于所捕获图像中。通过将形成于红色像素R和绿色像素G上方的发光层207部分调整成响应于不同波长的紫外光而光致发光，存在于所捕获场景中的不同波长的紫外光可由所捕获图像中的不同“假”颜色表示。
如图6C所示，发光层207可选择性地形成于被配置成响应于绿光而生成图像信号的一些但非所有像素200(即，设置有绿色滤光片的像素200)上方，而不形成于被配置成响应于红光而生成图像信号的像素200(即，设置有红色滤光片的像素200)上方或被配置成响应于蓝光而生成图像信号的像素200(即，设置有蓝色滤光片的像素200)上方。在这种布置方式中，在沿着图6C的线A-A截取的图5所示横截面视图中，发光层207可存在于绿色像素200A和200C上方，并且可不存在于红色像素200B和200D上方。穿过图6C所示的绿色像素和蓝色像素截取的横截面视图将揭示发光层207可不存在于至少一些绿色像素和/或蓝色像素上方。如果需要，滤光片300可为UV通过/可见光通过滤光片。以这种方式，其上不形成发光层207的红色像素R、蓝色像素B和绿色像素G(即，不包括发光层207的像素)可通过滤光片300接收来自环境的红光、蓝光和绿光，并且响应于该环境光而生成图像信号。在不包括发光层207的绿色图像像素G处，存在于所捕获场景中的绿光和由发光层207响应于吸收透射穿过滤光片300的紫外光而发射的绿光两者都可接收到。如果需要，发光层207可被调整成使得发射材料的峰值光致发光发射具有与可见绿光相对应的波长(例如，响应于给定波长的紫外光)。具有图6C所示配置的图像像素阵列100可被配置成生成图像，其中所捕获场景中的红光、蓝光和绿光被示出为图像的红色、蓝色和绿色部分，并且其中场景中的紫外光也由图像的绿色部分示出。由于像素阵列100所接收到的一些绿光被发光层207发射，图像的一些绿色部分可被视为“假”着色的(即，图像的绿色部分不表示所捕获场景中的绿光)。
如图6D的示例性例子所示，发光层207可形成于被配置成响应于红光而生成图像信号的像素200(即，设置有红色滤光片的像素200)以及被配置成响应于蓝光而生成图像信号的像素200(即，设置有蓝色滤光片的像素200)上方，并且可选择性地形成于被配置成响应于绿光而生成图像信号的一些但非所有像素200(即，设置有绿色滤光片的像素200)上方。在这种布置方式中，在沿着图6D的线A-A截取的图5所示横截面视图中，发光层207可存在于绿色像素200A及红色像素200B和200D上方，并且可不存在于绿色像素200C上方。如果需要，滤光片300可为UV通过/可见光通过滤光片。通过这种方式，其上不形成发光层207的绿色像素G(即，不包括发光层207的像素)可通过滤光片300接收来自环境的绿光，并且响应于该环境光而生成图像信号。在不包括发光层207的绿色图像像素G、红色图像像素R和蓝色图像像素B处，存在于所捕获场景中的绿光、红光和蓝光以及由发光层207响应于吸收透射穿过滤光片300的紫外光而发射的绿光、红光和蓝光两者都可接收到。如果需要，形成于绿色像素G上方的发光层207部分可被调整成使得发射材料的峰值光致发光发射具有与可见绿光相对应的波长(例如，响应于给定波长的紫外光)，形成于红色像素R上方的发光层207部分可被调整成使得发射材料的峰值光致发光发射具有与可见红光相对应的波长(例如，响应于给定波长的紫外光)，并且形成于蓝色像素B上方的发光层207部分可被调整成使得发射材料的峰值光致发光发射具有与可见蓝光相对应的波长(例如，响应于给定波长的紫外光)。如果需要，发光层207被配置成对于给定波长生成具有峰值强度的发射，所述给定波长对于红色像素、绿色像素和蓝色像素可分别不同。具有图6D所示配置的图像像素阵列100可被配置成生成图像，其中所捕获场景中的红光、蓝光和绿光被示出为图像的红色、蓝色和绿色部分，并且其中场景中的紫外光也被示出为图像的红色、绿色和蓝色部分。由于像素阵列100所接收到的红光、蓝光和绿光中的一些被发光层207发射，图像的这些红色、蓝色和绿色部分可被视为“假”着色的(即，图像的红色、蓝色和绿色部分不表示所捕获场景中的红光、蓝光和绿光)。
如图6E的示例性例子所示，发光层207可选择性地形成于被配置成响应于红光而生成图像信号的一些但非所有像素200(即，设置有红色滤光片的像素200)、被配置成响应于蓝光而生成图像信号的一些但非所有像素200(即，设置有蓝色滤光片的像素200)以及被配置成响应于绿光而生成图像信号的一些但非所有像素200(即，设置有绿色滤光片的像素200)上方。在这种布置方式中，在沿着图6E的线A-A截取的图5所示横截面视图中，发光层207可存在于绿色像素200A及红色像素200B和200D上方，并且可不存在于绿色像素200C上方。穿过图6E所示的红色像素、绿色像素和蓝色像素截取的横截面视图将揭示发光层207可不存在于至少一些红色像素、绿色像素和/或蓝色像素上方。在该配置中，滤光片300可为UV通过/可见光通过滤光片。通过这种方式，其上不形成发光层207的绿色像素G、红色像素R和蓝色像素B(即，不包括发光层207的像素)可通过滤光片300接收来自环境的红光、绿光和蓝光，并且响应于该环境光而生成图像信号。在不包括发光层207的绿色图像像素G、红色图像像素R和蓝色图像像素B处，存在于所捕获场景中的绿光、红光和蓝光以及由发光层207响应于吸收透射穿过滤光片300的紫外光而发射的绿光、红光和蓝光两者都可接收到。如果需要，形成于绿色像素G上方的发光层207部分可被调整成使得发射材料的峰值光致发光发射具有与可见绿光相对应的波长(例如，响应于给定波长的紫外光)，形成于红色像素R上方的发光层207部分可被调整成使得发射材料的峰值光致发光发射具有与可见红光相对应的波长(例如，响应于给定波长的紫外光)，并且形成于蓝色像素B上方的发光层207部分可被调整成使得发射材料的峰值光致发光发射具有与可见蓝光相对应的波长(例如，响应于给定波长的紫外光)。如果需要，发光层207被配置成对于给定波长生成具有峰值强度的发射，所述给定波长对于红色像素、绿色像素和蓝色像素可分别不同。具有图6D所示配置的图像像素阵列100可被配置成生成图像，其中所捕获场景中的红光、蓝光和绿光被示出为图像的红色、蓝色和绿色部分，并且其中场景中的紫外光也被示出为图像的红色、绿色和蓝色部分。由于像素阵列100所接收到的红光、蓝光和绿光中的一些被发光层207发射，图像的这些红色、蓝色和绿色部分可被视为“假”着色的(即，图像的红色、蓝色和绿色部分不表示所捕获场景中的绿光)。
在上文结合图6A-图6E所述的布置方式中，像素阵列中的给定颜色(即，红色、绿色和/或蓝色)的一些像素可包括发射层207，而阵列中的给定颜色的其他像素可不包括给定颜色。由于检测紫外光的给定颜色(例如，绿色)像素也接收并检测所捕获场景中的可见绿光，可能有利的是过滤来自这些像素的信号，以将响应于紫外光而生成的信号部分与响应于所捕获场景中的可见绿光而生成的信号部分分开。这可通过如下方式实现：使用由仅接收来自环境的绿光的绿色像素(即，不包括发光层207的绿色像素)所生成的信号来确定响应于环境光而生成的信号量，并且从组合环境和紫外光信号(即，假绿光信号)减去该量，所述组合环境和紫外光信号由这样的绿色像素生成，所述绿色像素会对所捕获场景中的绿光以及由发光层207响应于所捕获场景中的紫外光所发射的绿光作出响应而生成信号。
在明亮条件下，由接收环境光和发射材料层所发射的光两者的像素生成的信号可以环境光分量为主，而响应于光致发光层所发射的光而生成的分量可比较少。在这种场景中，可能难以从总体信号中提取表示在像素阵列100处接收到的紫外光的信号分量。然而，在弱光条件下，响应于紫外光而生成的信号可对接收环境光和发光层207所发射的光两者的像素生成的总体信号起到更大的相对贡献。在此类场景中，紫外光信号可被提取出并且可提供所捕获场景的细节，这些细节因所捕获场景中可见光的低水平而无法用其他方式检测到。虽然已结合绿色图像像素所生成的信号描述了上述过滤过程，但这仅仅是示例性的。一般来讲，类似过程可用于红色像素和蓝色图像像素响应于环境光和发光层207所发射的光而生成的信号。
如果需要，发光层207可形成于所有或一部分图像像素阵列100上方。例如，具有图6A-图6E所示任何图案的发光层207可形成于像素阵列100中的所有像素上方。如果需要，图6A-图6E所示的图案可按任何合适配置来组合，以覆盖所有或一部分像素阵列100。在一个合适的布置方式中，发光层207可形成于像素阵列100中的一些但非所有像素200上方。例如，发光层207可仅形成于像素阵列100中的某些集群或群组的像素200上方，而发光层207可不形成于像素阵列100中的其他集群或群组的像素200上方。如果需要，像素阵列100中的至少第一群组像素200可包括以结合图6A-图6E所示和所述的第一图案形成的发光层207，并且像素阵列100中的至少第二群组像素200可包括以结合图6A-图6E所示和所述的与第一图案不同的第二图案形成的发光层207。然而，这仅仅是示例性的。一般来讲，发光层207可按所有或一部分像素阵列100上方的任何合适图案或配置形成于像素200的任何组合上方。
上文结合图6A-图6E所述的例子仅仅是示例性的。一般来讲，像素阵列100可包括第一颜色的像素200，所述第一颜色的像素200具有被配置成通过第一波长范围的光(例如，红光、绿光或蓝光)的颜色滤光片元件202；可包括第二颜色的像素200，所述第二颜色的像素200具有被配置成通过与第一波长范围不同的第二波长范围的光(例如，红光、绿光或蓝光)的颜色滤光片元件202；并且可包括第三颜色的像素200，所述第三颜色的像素200具有被配置成通过与第一波长范围和第二波长范围不同的第三波长范围的光(例如，红光、绿光或蓝光)的颜色滤光片元件202。在一些合适场景中，像素阵列100可包括第一颜色、第二颜色和第三颜色每一者的像素200(即，红色像素、绿色像素和蓝色像素)，使得像素阵列100能够基于从场景接收或从发光层207发射的红光、绿光和蓝光来生成图像。
在一个合适的例子中，发光层207可形成于所有第一颜色的像素、所有第二颜色的像素以及所有第三颜色的像素上方。如果需要，发光层207可形成于所有第一颜色的像素、全无第二颜色的像素以及全无第三颜色的像素上方。在一个合适的布置方式中，发光层207可形成于所有第一颜色的像素、所有第二颜色的像素以及全无第三颜色的像素上方。在一个示例性布置方式中，发光层207可形成于所有第一颜色的像素、一些但非所有第二颜色的像素以及全无第三颜色的像素上方。在一个示例性例子中，发光层207可形成于所有第一颜色的像素、一些但非所有第二颜色的像素以及一些但非所有第三颜色的像素上方。在一个合适的例子中，发光层207可形成于所有第一颜色的像素、所有第二颜色的像素以及一些但非所有第三颜色的像素上方。在一个合适的配置中，发光层207可形成于一些但非所有第一颜色的像素、一些但非所有第二颜色的像素以及一些但非所有第三颜色的像素上方。在一个示例性场景中，发光层207可形成于一些但非所有第一颜色的像素、全无第二颜色的像素以及全无第三颜色的像素上方。在一个示例性布置方式中，发光层207可形成于一些但非所有第一颜色的像素、一些但非所有第二颜色的像素以及全无第三颜色的像素上方。
在上述例子中，“所有像素”、“一些但非所有像素”以及“全无像素”可指像素阵列100中的整组给定颜色的像素200，或可仅指像素阵列100中的给定群组或集群像素中的像素200(即，像素阵列100中的不到全部像素200)。如果需要，第一颜色的像素可为红色像素、绿色像素或蓝色像素，第二颜色的像素可为红色像素、绿色像素或蓝色像素，并且第三颜色的像素可为红色像素、绿色像素或蓝色像素。在本文有时描述为例子的一些布置方式中，第一颜色、第二颜色和第三颜色各自不同(即，像素阵列100可包括红色像素、绿色像素和蓝色像素)。一般来讲，上文结合发光层207描述的任何图案可按任何合适的布置方式或配置组合在所有或一部分像素阵列100上方。形成于给定像素200上方的光致发光层207可被调整成吸收给定波长范围的紫外光，并且发射与给定像素200的颜色滤光片元件被配置成透射的波长范围相对应的给定波长范围的可见光。通过这种方式，像素阵列100可响应于从场景接收或发光材料207对于红光、绿光和蓝光的任何组合(或任何其他合适的波长范围)所发射的可见光和/或紫外光的任何组合，而生成图像信号。如果需要，图像传感器16可生成这样的图像，所述图像包括表示来自场景的红光、绿光和/或蓝光的红色、绿色和/或蓝色部分，以及表示场景中的紫外光(例如，具有不同波长)的“假”红色、绿色和/或蓝色部分。
图7中示出了示例性步骤的流程图，这些步骤可在使用包括发光层的图像传感器检测紫外光并响应于紫外光而生成图像信号时执行。
在步骤702处，可在像素阵列处接收要使用图像传感器捕获的来自场景的光。
在步骤704处，在像素阵列处接收的紫外光可被光致发光材料层(例如，发光层207)吸收。
在步骤706处，光致发光材料层可响应于从场景吸收紫外光而发射可见波长的光(例如，层207可使紫外光有效地波长偏移到所需可见波长处的可见光)。
在步骤708处，可在像素阵列中的光敏材料层处接收光致发光材料所发射的可见光。
在步骤710处，光敏材料可响应于从光致发光材料接收的可见光而生成图像信号。
在步骤712处，可基于图像信号来生成图像。通过这种方式，其中紫外光和/或可见光存在于场景中的图像可被用户捕获并可视化。
图8以简化形式示出了典型处理器系统1800，诸如数字相机，该处理器系统1800包括成像设备2000(如，成像设备2000，诸如图1-图6E的图像传感器16，该图像传感器16采用具有发光层207的图像像素阵列100)。处理器系统1800是可包括成像设备2000的具有数字电路的示例性系统。在不进行限制的前提下，这种系统可包括计算机系统、静态或视频摄像机系统、扫描仪、机器视觉、车辆导航、视频电话、监控系统、自动对焦系统、星体跟踪器系统、运动检测系统、图像稳定系统，以及其他采用成像设备的系统。
处理器系统1800通常包括镜头1896，该镜头用于在快门释放按钮1897被按下时，将图像聚焦到设备2000的像素阵列100上；中央处理单元(CPU)1895，诸如微处理器，其控制相机功能和一个或多个图像流功能，通过总线1893与一个或多个输入/输出(I/O)设备1891通信。成像设备2000还通过总线1893与CPU 1895通信。系统1800还包括随机存取存储器(RAM)1892并且可包括可移动存储器1894，诸如闪存存储器，该存储器也通过总线1893与CPU 1895通信。成像设备2000可在单个集成电路或不同芯片上与CPU相组合，也可具有或没有存储器。尽管总线1893被示为单总线，但该总线也可以是一个或多个总线或桥接器或其他用于互连系统组件的通信路径。
图像传感器可包括被布置成行和列的图像像素阵列。图像像素阵列可包括光敏材料层和发光材料层，该发光材料层将光发射到光敏材料层上。光敏材料层可被配置成响应于至少由发光材料层发射的光而生成电信号。
如果需要，发光材料层可包括光致发光材料，该光致发光材料响应于从场景接收图像光而发射光。如果需要，光致发光材料可包括氮化硅。
如果需要，发光材料层可被配置成从场景吸收图像光并且响应于吸收图像光而发射光。图像光可包括第一波长带的光，并且发光材料层所发射的光可包括与第一波长带不同的第二波长带的光。如果需要，第一波长带可包括紫外波长带，并且第二波长带可包括可见波长带。
如果需要，图像像素阵列可包括具有上表面和下表面的微透镜结构以及颜色滤光片层，该颜色滤光片层形成于光敏材料层与微透镜结构下表面之间。如果需要，发光材料层可形成于微透镜结构的上表面上方。如果需要，发光材料层可形成于微透镜结构下表面与颜色滤光片层之间。如果需要，发光材料层可形成于图像像素阵列中的每个图像像素上方。如果需要，颜色滤光片层可包括颜色滤光片元件阵列。颜色滤光片元件阵列中的第一颜色滤光片元件可将第一波长带的光透射到与图像像素阵列中的第一图像像素相对应的光敏材料层的第一部分。形成于光敏材料层的第一部分上方的发光材料层的第一部分可被配置成发射第一波长带中的光。
如果需要，颜色滤光片元件阵列中的第二颜色滤光片元件可将第一波长带的光透射到与图像像素阵列中的第二图像像素相对应的光敏材料层的第二部分。发光材料层可不形成于光敏材料层的第二部分上方。
如果需要，颜色滤光片元件阵列中的第二颜色滤光片元件可将与第一波长带不同的第二波长带的光透射到与图像像素阵列中的第二图像像素相对应的光敏材料层的第二部分。形成于光敏材料层的第二部分上方的发光材料层的第二部分可被配置成发射第二波长带中的光。
如果需要，颜色滤光片元件阵列中的第三颜色滤光片元件可将与第一波长带和第二波长带不同的第三波长带的光透射到与图像像素阵列中的第三图像像素相对应的光敏材料层的第三部分。形成于光敏材料层的第三部分上方的发光材料层的第三部分可被配置成发射第三波长带中的光。
如果需要，颜色滤光片元件阵列中的第四颜色滤光片元件可将第一波长带的光透射到与图像像素阵列中的第四图像像素相对应的光敏材料层的第四部分。发光材料层可不形成于光敏材料层的第四部分上方。
使用像素阵列生成图像的方法可包括：利用像素阵列从场景接收第一波长范围内的图像光，利用像素阵列中的光致发光材料吸收所接收的图像光，利用光致发光材料将与第一波长范围不同的第二波长范围内的光发射到像素阵列中的光敏区域，利用光敏区域响应于所发射的第二波长范围内的光而生成图像信号，以及基于图像信号来生成图像。
如果需要，第一波长范围可包括紫外波长，而第二波长范围可包括可见波长。
如果需要，所接收的图像光可包括可见光。该方法可包括利用光敏区域响应于在像素阵列处接收的可见光而生成附加的图像信号。生成图像可包括基于图像信号和附加的图像信号来生成图像。
如果需要，该方法可包括利用像素阵列从场景接收第二波长范围的光。利用光敏区域生成图像信号可包括响应于光致发光材料所发射的第二波长范围的光以及响应于从场景接收的第二波长范围的光而生成图像信号。该方法可包括利用耦接至像素阵列的处理电路将图像信号过滤成第一分量和第二分量。第一分量可表示响应于光致发光材料所发射的第二波长范围的光而生成的图像信号的第一部分，而第二分量可表示响应于从场景接收的第二波长范围的光而生成的图像信号的第二部分。
系统可包括中央处理单元、存储器、输入-输出电路和图像传感器。图像传感器可包括响应于光而生成电信号的光敏材料区域，以及将光发射到光敏材料区域上的发光材料层。
如果需要，光敏材料区域可至少部分地基于由发光材料层发射到光敏材料区域上的光来生成电信号。
前述内容仅是对本实用新型原理的示例性说明，因此本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下进行多种修改。上述实施例可单独地或以任意组合方式实施。

Claims (16)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
图像像素阵列，所述图像像素阵列按行和列排列，其中所述图像像素阵列包括：
光敏材料层；以及
发光材料层，所述发光材料层将光发射到所述光敏材料层上，其中所述光敏材料层被配置成响应于至少由所述发光材料层所发射的所述光而生成电信号。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述发光材料层包括光致发光材料，所述光致发光材料响应于从场景接收图像光而发射所述光。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于可，所述光致发光材料包括氮化硅。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述发光材料层被配置成从场景吸收图像光并且响应于吸收所述图像光而发射所述光，其中所述图像光包括第一波长带的光，并且其中所述发光材料层所发射的所述光包括与所述第一波长带不同的第二波长带的光。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一波长带包括紫外波长带，并且其中所述第二波长带包括可见波长带。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像像素阵列还包括：
微透镜结构，所述微透镜结构具有上表面和下表面；以及
颜色滤光片层，所述颜色滤光片层形成于所述光敏材料层与所述微透镜结构的所述下表面之间。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述发光材料层形成于所述微透镜结构的所述上表面上方。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述发光材料层形成于所述微透镜结构的所述下表面与所述颜色滤光片层之间。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述发光材料层形成于所述图像像素阵列中的每个所述图像像素上方。
10.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述颜色滤光片层包括颜色滤光片元件阵列，其中所述颜色滤光片元件阵列中的第一颜色滤光片元件将第一波长带的光透射到与所述图像像素阵列中的第一图像像素相对应的所述光敏材料层的第一部分，并且其中形成于所述光敏材料层的所述第一部分上方的所述发光材料层的第一部分被配置成发射所述第一波长带中的光。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述颜色滤光片元件阵列中的第二颜色滤光片元件将所述第一波长带的光透射到与所述图像像素阵列中的第二图像像素相对应的所述光敏材料层的第二部分，并且其中所述发光材料层不形成于所述光敏材料层的所述第二部分上方。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述颜色滤光片元件阵列中的第二颜色滤光片元件将与所述第一波长带不同的第二波长带的光透射到与所述图像像素阵列中的第二图像像素相对应的所述光敏材料层的第二部分，并且其中形成于所述光敏材料层的所述第二部分上方的所述发光材料层的第二部分被配置成发射所述第二波长带中的光。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其特征在于，所述颜色滤光片元件阵列中的第三颜色滤光片元件将与所述第一波长带和所述第二波长带不同的第三波长带的光透射到与所述图像像素阵列中的第三图像像素相对应的所述光敏材料层的第三部分，并且其中形成于所述光敏材料层的所述第三部分上方的所述发光材料层的第三部分被配置成发射所述第三波长带中的光。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其特征在于，所述颜色滤光片元件阵列中的第四颜色滤光片元件将所述第一波长带的光透射到与所述图像像素阵列中的第四图像像素相对应的所述光敏材料层的第四部分，并且其中所述发光材料层不形成于所述光敏材料层的所述第四部分上方。
15.一种图像传感器系统，所述图像传感器系统包括：
镜头；和
图像传感器，所述图像传感器包括：
光敏材料区域，所述光敏材料区域响应于光而生成电信号；以及
发光材料层，所述发光材料层将光发射到所述光敏材料区域上；
其中通过所述镜头将光聚焦到所述图像传感器上。
16.根据权利要求15所述的图像传感器系统，其中所述光敏材料区域至少部分地基于由所述发光材料层发射到所述光敏材料区域上的所述光来生成所述电信号。
CN201620500328.4U 2015-05-29 2016-05-27 图像传感器和图像传感器系统 Active CN205647747U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/725,121 US9635325B2 (en) 2015-05-29 2015-05-29 Systems and methods for detecting ultraviolet light using image sensors
US14/725,121 2015-05-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN205647747U true CN205647747U (zh) 2016-10-12

Family

ID=57053780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201620500328.4U Active CN205647747U (zh) 2015-05-29 2016-05-27 图像传感器和图像传感器系统

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9635325B2 (zh)
CN (1) CN205647747U (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110431839A (zh) * 2017-01-18 2019-11-08 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 用于图像传感器的读取结构、图像传感器系统和用于读取图像传感器的方法
WO2020177407A1 (zh) * 2019-03-07 2020-09-10 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器、成像装置、电子设备、图像处理系统及信号处理方法
CN112840633A (zh) * 2018-07-31 2021-05-25 3M创新有限公司 交通工具辅助系统
CN112995455A (zh) * 2019-12-18 2021-06-18 安讯士有限公司 用于在图像流中引入光脉冲的摄像机和方法
CN112995455B (zh) * 2019-12-18 2024-05-31 安讯士有限公司 用于在图像流中引入光脉冲的摄像机和方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112015006176T5 (de) * 2015-03-19 2017-10-26 Olympus Corporation Endoskopvorrichtung
WO2018100732A1 (ja) 2016-12-02 2018-06-07 オリンパス株式会社 内視鏡用画像処理装置
KR102395992B1 (ko) * 2017-04-07 2022-05-10 삼성전자주식회사 광대역 컬러 필터를 포함하는 이미지 센서
KR20190018319A (ko) * 2017-08-14 2019-02-22 한양대학교 산학협력단 양자점층을 포함하는 이미지 센서
KR102666282B1 (ko) * 2017-12-12 2024-05-14 르파운드리 에스.알.엘. 가시광선 및 자외선 검출을 위한 반도체 광학 센서 및 그 제조 공정
KR101965529B1 (ko) * 2018-04-06 2019-04-03 한양대학교 산학협력단 양자점층을 포함하는 듀얼 이미지 센서
TWI832864B (zh) * 2018-08-07 2024-02-21 日商索尼半導體解決方案公司 攝像裝置及攝像系統
US11527572B2 (en) * 2020-08-05 2022-12-13 Jade Bird Display (shanghai) Limited Scan needle and scan display system including same

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4051374A (en) * 1976-06-04 1977-09-27 Eastman Kodak Company Imaging device having improved blue response
US4577098A (en) * 1982-04-14 1986-03-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid-state image sensor with a phototropic or fluorescent layer
US5990506A (en) * 1996-03-20 1999-11-23 California Institute Of Technology Active pixel sensors with substantially planarized color filtering elements
JP3003597B2 (ja) * 1996-11-18 2000-01-31 日本電気株式会社 固体撮像素子
US6078052A (en) 1997-08-29 2000-06-20 Picker International, Inc. Scintillation detector with wavelength-shifting optical fibers
US6597398B1 (en) * 1999-06-02 2003-07-22 Intel Corporation Image sensor response enhancement using fluorescent phosphors
US7375803B1 (en) 2006-05-18 2008-05-20 Canesta, Inc. RGBZ (red, green, blue, z-depth) filter system usable with sensor systems, including sensor systems with synthetic mirror enhanced three-dimensional imaging
US20080074505A1 (en) * 2006-07-26 2008-03-27 Intematix Corporation Phosphors for enhancing sensor responsivity in short wavelength regions of the visible spectrum
US7830434B2 (en) * 2006-08-16 2010-11-09 Intematix Corporation Semiconductor color image sensor responsive at shorter wavelengths
US7834956B2 (en) 2008-03-11 2010-11-16 Microsoft Corporation Photoluminescent backlighting of and infrared transmissive visible light barrier for light valve
US8872298B2 (en) * 2010-07-01 2014-10-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Unit pixel array of an image sensor
JP5713816B2 (ja) * 2011-03-16 2015-05-07 株式会社東芝 固体撮像装置及びカメラモジュール
KR101695252B1 (ko) * 2012-06-07 2017-01-13 한화테크윈 주식회사 멀티 대역 필터 어레이 기반 카메라 시스템 및 그의 영상 처리 방법
US8692212B1 (en) 2012-10-29 2014-04-08 3M Innovative Properties Company Optical digitizer system with position-unique photoluminescent indicia

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110431839A (zh) * 2017-01-18 2019-11-08 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 用于图像传感器的读取结构、图像传感器系统和用于读取图像传感器的方法
US11115613B2 (en) 2017-01-18 2021-09-07 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Readout arrangement for an image sensor, image sensor system and method for reading out an image sensor
CN110431839B (zh) * 2017-01-18 2022-07-05 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 用于图像传感器的读取结构、图像传感器系统和用于读取图像传感器的方法
CN112840633A (zh) * 2018-07-31 2021-05-25 3M创新有限公司 交通工具辅助系统
WO2020177407A1 (zh) * 2019-03-07 2020-09-10 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器、成像装置、电子设备、图像处理系统及信号处理方法
CN111669483A (zh) * 2019-03-07 2020-09-15 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器、成像装置、电子设备、图像处理系统及信号处理方法
CN113170061A (zh) * 2019-03-07 2021-07-23 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器、成像装置、电子设备、图像处理系统及信号处理方法
US11659294B2 (en) 2019-03-07 2023-05-23 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Image sensor, imaging apparatus, electronic device, image processing system, and signal processing method
CN113170061B (zh) * 2019-03-07 2023-07-04 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器、成像装置、电子设备、图像处理系统及信号处理方法
CN112995455A (zh) * 2019-12-18 2021-06-18 安讯士有限公司 用于在图像流中引入光脉冲的摄像机和方法
CN112995455B (zh) * 2019-12-18 2024-05-31 安讯士有限公司 用于在图像流中引入光脉冲的摄像机和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9635325B2 (en) 2017-04-25
US20160351609A1 (en) 2016-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205647747U (zh) 图像传感器和图像传感器系统
CN205726019U (zh) 成像系统、成像设备和图像传感器
EP2664153B1 (en) Imaging system using a lens unit with longitudinal chromatic aberrations and method of operating
US8408821B2 (en) Visible and infrared dual mode imaging system
CN102202185B (zh) 物理信息获取装置、固体摄像装置和物理信息获取方法
US10462433B2 (en) Image sensor with big and small pixels and method of manufacture
TWI249950B (en) Color imaging element and color signal processing circuit
CN102956655B (zh) 图像传感器、成像装置和活体成像装置
CN205792895U (zh) 成像系统
CN102449765B (zh) 用于亚衍射极限传感器的梯度滤色器
CN208797003U (zh) 具有光学黑色像素的图像传感器和像素阵列
US20100177221A1 (en) Pixel array having wide dynamic range and good color reproduction and resolution and image sensor using the pixel array
US20070272836A1 (en) Photoelectric conversion apparatus
CN208970511U (zh) 像素阵列及用于图像传感器的滤色器层
TW201027728A (en) Solid-state image capture device and image capture apparatus
WO2015158211A1 (zh) 图像传感器和监控系统
WO2021041928A1 (en) Systems and methods for creating a full-color image in low light
CN110574368B (zh) 固态摄像装置、摄像系统以及物体识别系统
US20050219659A1 (en) Reproduction of alternative forms of light from an object using digital imaging system
Skorka et al. Color correction for RGB sensors with dual-band filters for in-cabin imaging applications
US20230370733A1 (en) Sensor arrangement and method of producing a sensor arrangement
JP4342149B2 (ja) 固体撮像素子と撮像装置
JP2021040260A (ja) 撮像モジュール
CN108683893A (zh) 利用量子点技术扩展cmos摄像机中传感器色域的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant