[發(fā)明專利]集成有光學(xué)低通濾波器的固體成像器件

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00120455.6
• 申請(qǐng)日: 2000-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN1297161A
• 公開（公告）日: 2001-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李在哲;林成禹;高湷洙;金示浩;吳用琥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈維特有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/46
• 分類號(hào): G02B27/46
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 馬浩

本發(fā)明涉及采用固體成像器件的成像系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及采用光學(xué)低通濾波器構(gòu)成固體成像器件的透明窗口的方法。本發(fā)明將光學(xué)低通濾波器集成在固體成像器件中，以簡(jiǎn)化成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低其尺寸和制造成本。本發(fā)明提供一種具有優(yōu)越頻率特性的固體成像器件，以及一種采用相位光柵作為光學(xué)低通濾波器構(gòu)成該固體成像器件的方法。

在當(dāng)前廣泛用作圖像傳感器的電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器或者自90年代以來(lái)使用的CMOS圖像傳感器中，由光接收元件制作的圖像傳感器是二維排列的，以將輸入圖像轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。

圖1表示傳統(tǒng)的攝錄組合像機(jī)(camcorder)或數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。待成像的運(yùn)動(dòng)畫面或靜止畫面1由光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)3聚焦，然后通過(guò)光學(xué)低通濾波器2，入射至設(shè)在圖像傳感器4表面的光接收元件中。光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)3包括適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)透鏡例如凹透鏡和凸透鏡，以便將輸入圖像1聚焦在成像器件4上。圖1所示的光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)3或光學(xué)低通濾波器一般包括一個(gè)UV濾波器或IR濾波器，分別用于阻擋包含在輸入圖像1中的紫外光線或紅外光線。該UV或IR濾波器一般通過(guò)在透鏡或透明基片上涂覆適當(dāng)?shù)牟牧蟻?lái)制造。為了在圖1的成像系統(tǒng)中將輸入至固體成像器件的圖像恢復(fù)成原始狀態(tài)，需要使光學(xué)低通濾波器2的截止頻率為采樣空間頻率的一半。

圖2表示二維圖像傳感器中在光接收元件的重復(fù)周期在x方向?yàn)閄并且在y方向?yàn)閅的情況下的理想采樣。如果采用具有圖2空間采樣特性的二維傳感器對(duì)具有圖3A空間頻譜的圖像成像，則采樣圖像具有圖3B的空間頻譜，其中重復(fù)了原始圖像的空間頻譜。在圖3B中，采樣圖像頻譜的重復(fù)周期對(duì)應(yīng)于采樣間隔的倒數(shù)，也即，在x方向?yàn)?/X并且在y方向?yàn)?/Y。相應(yīng)地，為了將輸入該二維圖像傳感器的圖像恢復(fù)成原始狀態(tài)，需要能夠通過(guò)對(duì)應(yīng)于自原點(diǎn)起一個(gè)周期的頻譜但是阻斷更高空間頻率的光學(xué)低通濾波器。

如上所述，為了將輸入固體成像器件的圖像恢復(fù)至原始狀態(tài)，圖1所示的光學(xué)低通濾波器2最好具有為采樣空間頻率一半的截止頻率。此處，采樣空間頻率對(duì)應(yīng)于固體成像器件的光接收元件的重復(fù)周期的倒數(shù)。也就是說(shuō)，在圖2的二維光接收元件結(jié)構(gòu)中， f s = 1 d ]]>并且 f c = f s 2 = 1 2 d , ]]>其中d為x方向的X以及y方向的Y。此處，f_s表示采樣頻率而f_c表示理想光學(xué)低通濾波器的截止頻率。

圖4表示該光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)的空間頻率傳遞特性。圖4中虛線限定的頻帶為理想光學(xué)低通濾波器的頻率傳遞函數(shù)。該透鏡的最大傳遞頻率f_m為2(NA/λ)。此處，NA表示透鏡的數(shù)值孔徑，λ表示入射光的波長(zhǎng)。盡管該透鏡用作一種光學(xué)低通濾波器，但是其最大截止頻率f_m通常顯著高于圖4中所示的光學(xué)低通濾波器的截止頻率f_c。該透鏡的頻率傳遞特性可以近似至圖4的直線，以便進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，該直線表示的近似值與實(shí)際傳遞特性之間的差別隨著f_m越來(lái)越大于f_c而變得越來(lái)越小。

圖5A表示傳統(tǒng)固體成像器件外觀的透視圖，圖5B表示該傳統(tǒng)固體成像器件沿圖5A中線A-A所取的截面圖。在該傳統(tǒng)固體成像器件中，固體成像器件芯片53和54的蓋板51和52由透明玻璃板制成，因?yàn)槿肷涔鈶?yīng)當(dāng)透過(guò)蓋板51和52，即透明窗口，射向位于固體成像器件芯片表面上的光接收裝置上。