[發明專利]3D CMOS圖像傳感器的像素單元

有效

• 申請號: 201310530868.8
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103545334B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 陳嘉胤
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

本發明公開了一種3D CMOS圖像傳感器的像素陣列，屬于集成電路領域。該像素陣列，其從下到上依次包括：基底，所述基底中設置有傳感器層，用于對光通路中的入射光進行光電轉換；金屬層，用于將光電轉換的電信號傳輸到外圍電路進行處理；微透鏡層，用于對照射進所述光通道的光線進行聚焦形成所述入射光；遮光層，用于使奇數列像素中傳感層感應的入射光方向、偶數列像素中傳感層感應的入射光方向，分別分布在像素陣列法向兩側，從而通過所述外圍電路的處理形成模擬左右眼通道的數字圖像。本發明中，基于單塊圖像傳感器實現3D立體視覺，降低了3D立體視覺的成本。

技術領域

本發明屬于集成電路領域，具體地說，涉及一種3D CMOS圖像傳感器的像素單元。

背景技術

圖像傳感器在民用和商業范疇內得到了廣泛的應用。目前，圖像傳感器由CMOS圖像傳感器（CMOS IMAGE SENSOR，以下簡稱CIS）和電荷耦合圖像傳感器（Charge-coupledDevice，以下簡稱CCD）。CCD與CIS相比來說，功耗較高、集成難度較大，而后者功耗低、易集成且分辨率較高。雖然說，在圖像質量方面CCD可能會優于CIS。但是，隨著CIS技術的不斷提高，一部分CIS的圖像質量已經接近于同規格的CCD。

對于CCD來說，一方面，在專業的科研和工業領域，由于其具有高信噪比成為首選；另外一方面，在高端攝影攝像領域，能提供高圖像質量的CCD也頗受青睞。而對于CIS來說，在科研技術領域如生物化學、醫學、地質勘探、航天技術，以及娛樂工業領域如電子游戲、3D電影、網絡虛擬現實得到了廣泛應用。在科研技術領域和娛樂工業領域應用時，常常由一塊CIS、一個攝影鏡頭與一個暗室構成單眼透視視覺系統。然而，隨著3D技術的出現和不斷發展，單眼透視視覺系統并不能滿足人們對模擬人眼雙眼立體視覺Stereoscopy的3D技術需求。

如圖1所示，為現有技術中采集彩色圖像的CIS像素陣列的剖面圖。該像素陣列為bayer模式，為了便于理解，圖1中只示意出了像素陣列第一行中三個子像素的剖視圖。從剖面上來看，像素陣列從上到下分為三層，上層為濾鏡層101，中層為氧化硅材料層102，該氧化硅材料層102中設置有金屬層103，下層為硅材料層104，該硅材料層104中設置有感光二極管105。濾鏡層101之上設置有微透鏡層106（Micro-lens layer），濾鏡層101中的各個濾鏡111位于同一平面，圖中示意出了從左到右依次為紅色濾鏡、綠色濾鏡、紅色濾鏡、綠色濾鏡…..；且每一濾鏡111與微透鏡層106中的微透鏡116是一一對 應的，一個微透鏡116對應一個光通道及一個感光二極管105。微透鏡116用于聚集光線，聚焦的光線經過濾鏡111經由光通道到達下層的感光二極管105。金屬層103即M1～M4之間電連接，用來傳遞電信號，相鄰金屬層之間留有光通道。

圖2為現有就技術中模擬人眼雙眼立體視覺Stereoscopy數字拍攝的基本原理圖。圖3為現有技術中模擬人眼雙眼立體視覺Stereoscopy數字拍攝系統的簡要組成圖，如圖2所示，在一定范圍內，人眼雙眼視覺具有深度信息，因此人腦能感知到3D效果。在此范圍之外，深度信息精度不夠，雙眼視覺的3D效果失效。每個人的瞳距d（兩眼201之間距離）存在個體差異，但只在一定范圍內變化。當雙眼關注的物體距離S變化時，雙眼視線夾角N隨之變化。假設d的變化可以忽略，Smin<S<Smax時Stereoscopy處于工作范圍，此時Nmin<N<Nmax。如圖3所示，攝像機201拍攝物體200，CIS圖像傳感器中的像素陣列202模擬兩只人眼，由于人眼有兩只，感光的視網膜有兩張，直觀地模擬Stereoscopy需要兩個完全分離的光通路，也需要至少兩個CIS。人眼雙眼視覺類似，設兩塊CIS之間距離為D，物體距離S’,而兩個Camera光軸的夾角為N’，則S’min<S’<S’max,即N’min<N<N’max時Stereoscopy的3D效果有效。