[發明專利]一種三維CMOS數字圖像傳感器

有效

• 申請號: 201310597097.4
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103617998A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 陳沁;何進
• 申請（專利權）人: 深港產學研基地
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/374
• 代理公司: 深圳市惠邦知識產權代理事務所 44271
• 代理人: 滿群

技術領域

本發明屬于圖像和數字傳感器技術領域，尤其涉及一種基于金屬納米平面透鏡和金屬納米彩色濾波器的三維CMOS（Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，互補金屬氧化物半導體）數字圖像傳感器。

背景技術

人類對影像特別是數字影像的需求從黑白發展到彩色，從二維發展到三維。三維彩色立體電影已經風靡全球，觀看者可以獲得傳統二維黑白影像所無法呈現出來的身臨其境的感受。在當前的三維顯示技術中，一般需要對左右眼的影像進行空間的分離，一個簡單技術就是在液晶顯示器的表面制作微柱透鏡來實現光的分束，制作好的三維影像的每個像素對應左右眼的信息由每個像素的微柱透鏡分別投射到不同方向，實現三維立體的顯示。三維數字電影的制作是個非常復雜的過程，即使是靜態的三維照片一般都至少需要兩個鏡頭和兩個圖像傳感器才能夠拍攝，無疑是三維影像技術普及的一個阻礙。理論上把顯示的整個光路倒過來就是拍攝光路，因此左右眼對應影像的分別記錄是實現三維圖像記錄的技術重點。大尺度的微柱透鏡在顯示設備中可以利用介質材料回流的工藝來制備，但在高分辨率的情況下，小尺寸微柱透鏡的制備和其光學性能的退化都是嚴重問題，限制了微柱透鏡在高分辨率三維CMOS圖像傳感器中的應用。此外，現有的CMOS數字圖像傳感器通常采用聚合物彩色濾波器，其熱穩定性和抗輻射性都較差，也不利于降低串擾和提高分辨率。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是，如何提供一種三維CMOS數字圖像傳感器，能僅需要一個鏡頭和一個圖像傳感芯片就能夠實現三維的影像拍攝功能，并且不需要聚合物彩色濾波器來實現彩色成像。

本發明的上述技術問題這樣解決：構建一種三維CMOS數字圖像傳感器，其特征在于，由平面陣列分布的三維像素構成，包括由金屬互聯層頂層構成的用于左眼和右眼光分束的金屬納米平面透鏡和位于金屬互聯層頂層下方的用于記錄左眼和右眼圖像信息的三維像素；每個三維像素包括相鄰排列的一個用于記錄左眼圖像信息的左眼子像素和一個用于記錄右眼圖像信息的右眼子像素。

按照本發明提供的三維CMOS數字圖像傳感器，該三維CMOS數字圖像傳感器還包括由金屬互聯層底層構成的金屬納米彩色濾波器。

按照本發明提供的三維CMOS數字圖像傳感器，所述金屬納米彩色濾波器優選在CMOS數字圖像傳感器標準工藝的金屬互聯層底層中通過制備金屬納米結構獲得。

按照本發明提供的三維CMOS數字圖像傳感器，所述金屬納米彩色濾波器包括但不限制于是由周期金屬納米孔陣列構成的，周期從150納米到500納米，納米孔直徑100納米到300納米。

按照本發明提供的三維CMOS數字圖像傳感器，所述金屬納米平面透鏡是在CMOS數字圖像傳感器標準工藝的金屬互聯層頂層中通過制備金屬納米結構獲得。

按照本發明提供的三維CMOS數字圖像傳感器，所述金屬納米平面透鏡包括但不限制于是：

㈠由一組平行金屬狹縫構成，該狹縫的寬從30納米到150納米，狹縫間距從50納米到150納米。

㈡由一組二維分布的金屬納米顆粒構成，納米顆粒尺寸從30納米到150納米，狹縫間距從50納米到150納米。

按照本發明提供的三維CMOS數字圖像傳感器，所述的金屬是鋁、銅、金或銀，優選鋁或銅。

按照本發明提供的三維CMOS數字圖像傳感器，三維像素是三原色的紅像素、綠像素或藍像素，紅（R）、綠（G）、藍（B）像素相間排列。

本發明提供的三維CMOS數字圖像傳感器，與現有技術相比，本發明具有以下優勢：通過把一個像素分成兩個獨立感光的子像素，分別記錄對應左右眼的圖像信息，可以實現單鏡頭單圖像傳感器的三維圖像記錄功能。同時，通過直接采用CMOS圖像傳感器標準工藝中的金屬互聯層來制備納米光學元件如分束透鏡和彩色濾波器，提高了工藝兼容性，克服了傳統聚合物材料在熱環境和輻射環境下的不穩定性。此外，通過金屬納米結構來實現光學功能，實現了亞波長尺度下的光學元件，能夠提高成像分辨率，而且由于彩色濾波器集成到金屬互聯層的底層將進一步減小串擾，金屬納米結構增強的近場效應將提高光電管的響應。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施例進一步對本發明進行詳細說明。

圖1-1是本發明金屬納米平面透鏡的第一實施例的樣品掃描電子顯微鏡圖；

圖1-2是入射光在透過金屬納米平面透鏡第一實施例樣品后在垂直于樣品表面且與金屬狹縫正交的截面中的電場分布測量結果；