CN215526186U - 一种光学成像组件和光学成像系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种光学成像组件，包括多个像素单元和位于所述像素单元之上的微透镜，所述像素单元包括光电二极管和电路层，还包括多个光学滤波器件，所述多个光学滤波器件位于所述微透镜和所述电路层之间且覆盖所述多个像素单元，每个光学滤波器件对应一个或多个所述像素单元。还公开了一种光学成像系统，包括上述光学成像组件，光学成像组件之前设置有光学镜头。本实用新型将光学滤波器件FPI整合于CIS内，减小了光学滤波器件独立外设的折反射干扰，提升成像光学特性。

Description

一种光学成像组件和光学成像系统

技术领域

本实用新型涉及图像处理的技术领域，并且特别涉及一种光学成像组件和光学成像系统。

背景技术

传统的CMOS图像传感器系采用前面照明(Front Side Illumination，FSI)技术来制造像素阵列上的像素，在传统FSI结构中，自上至下依次为微透镜(Micro-lens)、彩色滤光镜(Color Filter)、电路层(Wiring Layers)和光电二极管(Photodiodes)。CMOS总面积约等于光电二极管有效面积与电路层有效面积之和，光电二极管和配套电路需要争抢感光元件上有限的空间。电路占据的面积大，光电二极管占据的面积就小，CMOS实际收集的光线就少。对于智能手机、便携数码相机等小型影像记录设备来说，这就意味着成像质量难以提升，最集中表现就是高ISO拍摄时的噪点大、杂讯多。

为此，现有技术中提出了另一种CMOS图像传感器，其为背面照明(Back SideIllumination，BSI)的CMOS图像传感器，在BSI结构中，光电二极管和电路层的位置发生了调换，自上至下依次为微透镜(Micro-lens)、彩色滤光镜(Color Filter)、光电二极管(Photodiodes)和电路层(Wiring Layers)。光电二极管可以接收到更多光线(开口率更大)，使CMOS具有更高灵敏度和信噪比，改善高ISO下的成像质量。配套电路无需再和光电二极管争抢面积，更大规模的电路有助于提高速度，实现超高速连拍、超高清短片拍摄等功能。

目前，在光谱成像的应用中，一般采用法布里-珀罗干涉器FPI+CIS(CMOS ImageSensor)+透镜Lens的结构，将法布里-珀罗干涉器FPI只能作为独立部分插入在Lens和CMOS图像传感器之间，会产生多次折射反射形成干扰，成像光学特性受到限制。

实用新型内容

为了解决现有技术中法布里-珀罗干涉器FPI只能作为独立部分插入Lens和CMOS图像传感器CIS之间产生多次折射反射形成干扰，成像光学特性受到限制的技术问题，本实用新型提出了一种光学成像组件和光学成像系统，以试图解决现有技术中存在的上述问题。

根据本实用新型的一个方面，提出了一种光学成像组件，包括多个像素单元和位于像素单元之上的微透镜，像素单元包括光电二极管和电路层，其特征在于，还包括多个光学滤波器件，多个光学滤波器件位于微透镜和电路层之间且覆盖多个像素单元，每个光学滤波器件对应一个或多个像素单元。通过在原有的CMOS图像传感器结构上集成光学滤波器件减少独立设置光学滤波器件时存在多次折射反射形成的干扰的问题，保证成像光学特性。

优选的，光学滤波器件设置于微透镜和光电二极管之间。

优选的，光学滤波器件设置于光电二极管和电路层之间。光学滤波器件的设置位置具体可根据结构和工艺的需求设置于以上两个位置，均可以实现减少多次折反射的技术效果。

进一步优选的，其特征在于，光学滤波器件为法布里-珀罗干涉仪FPI。采用法布里-珀罗干涉器FPI可以使得CMOS图像传感器基础上实现光谱解析的功能。

进一步优选的，光电二极管为micro-LED。采用micro-LED具有尺寸小、集成度高和自发光的特点，在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势。

进一步优选的，每个法布里-珀罗干涉仪FPI对应1个或多个micro-LED。

进一步优选的，每个像素单元对应1个或多个micro-LED。FPI、micro-LED和像素三者对应关系并不互相冲突，可以任意组合。

根据本实用新型的另一方面，提出了一种光学成像系统，包括如上述的光学成像组件，光学成像组件之前设置有光学镜头。

本申请的一种光学成像组件通过将光学滤波器件法布里-珀罗干涉仪FPI集成于CMOS图像传感器结构中的微透镜和电路层之间，实现了法布里-珀罗干涉仪FPI与CMOS图像传感器一体化的FPI-CIS结构，通过FPI-CIS与Lens透镜构建光学成像系统，与当前FPI+CIS+Lens的结构相比，减少了FPI作为独立部分插入在Lens与CMOS图像传感器之间的多次折反射造成的干扰，保证成像光学特性不受限制。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本实用新型的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是现有技术中背照式CMOS图像传感器结构示意图；

图2a-b是一个实施例的光电二极管与像素对应图；

图3是根据本实用新型的一个实施例的光学成像组件的主要结构示意图；

图4是根据本实用新型的一个具体的实施例的光学成像组件的主要结构爆炸图；

图5是根据本实用新型的另一个具体的实施例的1个FPI对应4个micro-LED的结构示意图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实践本实用新型的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变，而不背离本实用新型的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被采用，并且本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

图1示出了现有技术中背照式CMOS图像传感器结构示意图，如图1所示，在该CMOS图像传感器结构中，自上而下包括微透镜1、彩色滤镜2、光电二极管3和电路层4，其中微透镜1阵列放置于彩色滤镜2之上，即在彩色滤镜2的Bayer阵列上方放置微透镜阵列，背照式CMOS图像传感器改变了传统CMOS感光元件中光电二极管3和电路层4的位置设置，让光线首先进入光电二极管，从而增大感光量，显著提高低光照条件下的拍照效果。光电二极管3与像素的对应形式多样，如图2a-b示出的光电二极管与像素对应图可知，可以为图2a中的一一对应关系，即1个像素对应一个光电二极管，亦可以为图2b中的4个像素对应1个光电二极管。

继续参考图3和图4，图3示出了根据本实用新型的一个实施例的光学成像组件的主要结构示意图，图4示出了根据本实用新型的一个具体的实施例的光学成像组件的主要结构爆炸图，如图3和4所示，在图1的背照式CMOS图像传感器结构中集成光学滤波器件5，该光学滤波器件5设置于光电二极管3的正上方，即图1中彩色滤镜2与光电二极管3之间，对进入光电二极管3之前的光进行光学滤波，由于集成于CMOS图像传感器结构内部，可以减少光学滤波器件5外设存在的折反射干扰，避免成像光学特性受到限制。

虽然图3和4中的实施例中示出将光学滤波器件5设置于光电二极管3的正上方，即图1中彩色滤镜2与光电二极管3之间，但应当认识到，光学滤波器件5还可以设置于光电二极管3的正下方，即光电二极管3和电路层4之间，同样能够实现本实用新型的技术效果。

在具体的实施例中，光电二极管3具体为(m*n)的micro-LED阵列，采用micro-LED具有尺寸小、集成度高和自发光的特点，在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势。

在具体的实施例中，光学滤波器件5为法布里-珀罗干涉器FPI，在光谱学中法布里-珀罗标准具可以使光谱仪的分辨本领得到显著提升，从而可以分辨出波长差极细微的光谱线，将其集成于CMOS图像传感器结构中，可以开发出真正意义上的FPI模组，整合FPI于CMOS图像传感器实现FPI与CMOS图像传感器一体化，将其集成于手机等移动设备可以充分发挥移动设备的摄像功能。

继续参考图5，图5示出了根据本实用新型的另一个具体的实施例的1个FPI对应4个micro-LED的结构示意图，如图5所示，1个法布里-珀罗干涉器FPI对应4个micro-LED，每个micro-LED下方为1个像素，即1个法布里-珀罗干涉器FPI对应4个像素。在一些其他的实施例中，法布里-珀罗干涉器FPI、micro-LED和像素三者之间的对应关系并不互相冲突，可以任意组合，例如1个法布里-珀罗干涉器FPI可以对应x个micro-LED，x个micro-LED对应y个像素。

本实用新型的光学成像组件通过将光学滤波器件(即法布里-珀罗干涉仪FPI)集成于CMOS图像传感器结构中，具体设置于微透镜和电路层之间的光电二极管的正上方或正下方，实现了法布里-珀罗干涉仪FPI与CMOS图像传感器一体化的FPI-CIS结构，在此基础上通过FPI-CIS与Lens透镜可以构建光学成像系统，与当前FPI+CIS+Lens的结构相比，减少了法布里-珀罗干涉仪FPI作为独立部分插入在Lens与CMOS图像传感器之间产生的多次折反射造成的干扰，保证成像光学特性不受限制。

显然，本领域技术人员在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下可以作出对本实用新型的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本实用新型的权利要求及其等同形式的范围内，则本实用新型还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。

Claims (8)

1.一种光学成像组件，包括多个像素单元和位于所述像素单元之上的微透镜，所述像素单元包括光电二极管和电路层，其特征在于，还包括多个光学滤波器件，所述多个光学滤波器件位于所述微透镜和所述电路层之间且覆盖所述多个像素单元，每个光学滤波器件对应一个或多个所述像素单元。

2.根据权利要求1所述的光学成像组件，其特征在于，所述光学滤波器件设置于所述微透镜和所述光电二极管之间。

3.根据权利要求1所述的光学成像组件，其特征在于，所述光学滤波器件设置于所述光电二极管和所述电路层之间。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的光学成像组件，其特征在于，所述光学滤波器件为法布里-珀罗干涉仪FPI。

5.根据权利要求4所述的光学成像组件，其特征在于，所述光电二极管为micro-LED。

6.根据权利要求5所述的光学成像组件，其特征在于，每个所述法布里-珀罗干涉仪FPI对应1个或多个所述micro-LED。

7.根据权利要求6所述的光学成像组件，其特征在于，每个所述像素单元对应1个或多个所述micro-LED。

8.一种光学成像系统，包括如权利要求1-7中任一项所述的光学成像组件，其特征在于，所述光学成像组件之前设置有光学镜头。

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