CN108231811A - 能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列 - Google Patents

能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列 Download PDF

Info

Publication number
CN108231811A
CN108231811A CN201810062611.7A CN201810062611A CN108231811A CN 108231811 A CN108231811 A CN 108231811A CN 201810062611 A CN201810062611 A CN 201810062611A CN 108231811 A CN108231811 A CN 108231811A
Authority
CN
China
Prior art keywords
array
pixel
grating
wave length
microlens array
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.)
Pending
Application number
CN201810062611.7A
Other languages
English (en)
Inventor
郭安然
伍明娟
高建威
皮晓静
向华兵
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.)
CETC 44 Research Institute
Original Assignee
CETC 44 Research Institute
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 CETC 44 Research Institute filed Critical CETC 44 Research Institute
Priority to CN201810062611.7A priority Critical patent/CN108231811A/zh
Publication of CN108231811A publication Critical patent/CN108231811A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0006Arrays
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/18Diffraction gratings
    • G02B5/1809Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627Microlenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14806Structural or functional details thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本发明提出了一种能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列,包括像元阵列、平坦化层、光栅阵列和微透镜阵列;像元阵列由多个按阵列形式分布的像元组成;光栅阵列由多个按阵列形式分布的亚波长光栅组成;微透镜阵列由多个按阵列形式分布的微透镜组成;其创新在于:所述微透镜的直径与像元的对角线等长;相邻微透镜之间设置有隔离槽,隔离槽的深度达到光栅阵列表面。本发明的有益技术效果是:提出了一种用于偏振成像器件的微透镜阵列,该微透镜阵列能有效降低像元间的光串扰。

Description

能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列
技术领域
本发明涉及一种偏振成像器件,尤其涉及一种能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列。
背景技术
传统成像技术一般通过捕捉波长和强度信息来实现成像功能,利用偏振信息成像则是近年来兴起的一个新兴领域。众所周知,光本质上是一种电磁波,当光在传播过程中,其电场振动偏于某个方向即为光的偏振特性;利用偏振信息进行成像,能够提供更为丰富的场景信息,当光线经过物体表面反射后,其偏振特性会发生相应的变化,因而可以从中提取出物体的成分信息和表面特性,提高目标识别的能力。现有的偏振成像技术,其原理是利用多个不同角度的偏振器对入射光中不同方向的电场振动进行分解,再使用图像传感器分别采集不同的偏振分量,最后通过算法计算获得偏振程度和偏振角度等偏振信息,增强图像识别能力。偏振成像在目标识别、大气观测、地面遥测、医学诊断、图像去雾等领域有着广泛的应用前景。
现有的偏振成像器件主要有旋转偏振器、光路分离和分焦平面三种技术方案;其中,旋转偏振器方案即是在镜头前面增加一个线偏振器,通过驱动装置传动偏振器旋转,此种方案较为简单和廉价,合成一副完整偏振图像需要将偏振器依次旋转到多个角度分步获取偏振信息,成像非常耗时,帧率较低。光路分离方按是将多个相机组成阵列,在每个相机前面加装不同方向的偏振器,最后将各相机获得的不同偏振方向的图像合成为一副完整图像,这种方法可以同时获取不同方向的偏振信息,但过大的体积使其缺乏便携性。分焦平面方案是将不同角度的微型偏振器集成在感光芯片焦平面的邻近像元上,每个微型偏振器与像元一一对应,四个带有不同角度微型偏振器的像元就构成了一个偏振像元,基于此方案的偏振相机具有很高的集成度和图像采集效率,因而成为了偏振成像器件的主流发展方向。
现有技术中,基于分焦平面方案的偏振成像器件,其微型偏振器通常采用亚波长光栅,亚波长光栅具有检偏的特性,当亚波长光栅的线宽远小于入射波长时,只有特定方向的偏振分量才能通过亚波长光栅,通过将四个检偏角度分别为0°、45°、90°、135°的亚波长光栅以及相应的像元组合在一起,就构成了一个偏振功能单元;对于偏振成像器件而言,偏振消光比是其主要参数之一,偏振消光比指的是像元所接收到特定偏振方向光强与其他偏振方向光强之比,由于每个亚波长光栅四周均为其他检偏角度的亚波长光栅,因而必须严格限制像元之间的光串扰才能保证较高的偏振消光比,然而,由于亚波长光栅同时具备衍射特性,入射光进入亚波长光栅后,会在衍射作用下进入邻近像元,造成光串扰。
发明内容
为解决背景技术中所述的光串扰问题,本发明提出了一种能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列,包括像元阵列、平坦化层、光栅阵列和微透镜阵列;所述像元阵列由多个按阵列形式分布的像元组成;所述光栅阵列由多个按阵列形式分布的亚波长光栅组成;所述微透镜阵列由多个按阵列形式分布的微透镜组成;所述平坦化层设置在像元阵列表面,所述光栅阵列设置在平坦化层表面,多个亚波长光栅与多个像元一一对应,所述微透镜阵列设置在光栅阵列表面,多个微透镜与多个亚波长光栅一一对应;相对应的微透镜、亚波长光栅和像元三者同心;其创新在于:所述微透镜的直径与像元的对角线等长;相邻微透镜之间设置有隔离槽,隔离槽的深度达到光栅阵列表面。
本发明的原理是:现有技术中,微透镜的直径一般有两种设置方式,其一,使微透镜的直径与像元的边长等长,其二,使微透镜的直径与像元的对角线等长;微透镜的直径与像元的边长等长时,微透镜只能将亚波长光栅部分覆盖,亚波长光栅上未被微透镜覆盖的区域会被入射光直接照射,相应区域存在较强的衍射,衍射光会进入邻近像元中引起光串扰;微透镜的直径与像元的对角线等长时,单个微透镜的尺寸大于像元尺寸,相邻微透镜的边沿会互相连接,入射光会通过相邻微透镜的连接区域横向传播至周围的像元中,引起光串扰;本发明中,将微透镜的直径设置为与像元的对角线等长,同时,在相邻微透镜之间设置隔离槽;这种微透镜既可以将亚波长光栅全覆盖,又可以使相邻微透镜之间物理隔离,由于亚波长光栅被全覆盖,亚波长光栅边沿的衍射作用较弱,同时,由于相邻微透镜之间物理隔离,可以有效阻断光的横向传播,通过前述的两方面效果,就可以有效改善像元间的光串扰。
优选地,所述亚波长光栅的外框宽度记为L1,所述隔离槽的宽度计为L2,所述亚波长光栅的光栅周期记为L3;L1、L2和L3满足如下关系:L1≤L2≤(L1+2×L3)。
优选地,所述微透镜阵列采用旋涂玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯制作。
优选地,所述平坦化层采用二氧化硅制作。
本发明的有益技术效果是:提出了一种用于偏振成像器件的微透镜阵列,该微透镜阵列能有效降低像元间的光串扰。
附图说明
图1、本发明的俯视图;
图2、本发明的侧面剖视图;
图中各个标记所对应的名称分别为:像元1、平坦化层2、亚波长光栅3、微透镜4、隔离槽5、亚波长光栅的外框6。
具体实施方式
一种能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列,包括像元阵列、平坦化层2、光栅阵列和微透镜阵列;所述像元阵列由多个按阵列形式分布的像元1组成;所述光栅阵列由多个按阵列形式分布的亚波长光栅3组成;所述微透镜阵列由多个按阵列形式分布的微透镜4组成;所述平坦化层2设置在像元阵列表面,所述光栅阵列设置在平坦化层2表面,多个亚波长光栅3与多个像元1一一对应,所述微透镜阵列设置在光栅阵列表面,多个微透镜4与多个亚波长光栅3一一对应;相对应的微透镜4、亚波长光栅3和像元1三者同心;其创新在于:所述微透镜4的直径与像元1的对角线等长;相邻微透镜4之间设置有隔离槽5,隔离槽5的深度达到光栅阵列表面。
进一步地,所述亚波长光栅3的外框宽度记为L1,所述隔离槽5的宽度计为L2,所述亚波长光栅3的光栅周期记为L3;L1、L2和L3满足如下关系:L1≤L2≤(L1+2×L3)。
进一步地,所述微透镜阵列采用旋涂玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯制作。
进一步地,所述平坦化层2采用二氧化硅制作。
具体实施时,隔离槽5可在微透镜阵列制作好后,通过刻蚀工艺制得;光栅阵列和微透镜阵列的制作工艺均十分成熟,故本文不再赘述。
实施例:
制备像元尺寸为7.4μm的CCD芯片;在CCD芯片上沉积二氧化硅膜,采用化学或机械抛光对二氧化硅膜进行处理,得到平坦化层2;在平坦化层2表面沉积200nm的铝层,采用电子束光刻工艺,将铝层刻蚀为光栅阵列,光栅阵列中,单个亚波长光栅3的线宽为140nm、周期为300nm、外框宽度为340nm;在光栅阵列表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯,并加热固化;采用掩模光刻工艺将聚甲基丙烯酸甲酯刻蚀为与像元对应的阵列;加热使聚甲基丙烯酸甲酯热熔,得到微透镜阵列;采用光刻在相邻微透镜4之间刻蚀出宽度为800nm的隔离槽5。现有技术中,未设置微透镜阵列时,偏振成像器件像元间光串扰一般在-19.2dB;设置微透镜阵列后,微透镜的直径与像元的边长等长时,偏振成像器件像元间光串扰一般在-21.5dB,微透镜的直径与像元的对角线等长时,偏振成像器件像元间光串扰一般在-24.8dB;采用本发明方案时,偏振成像器件像元间光串扰可降低至-29.8dB。

Claims (4)

1.一种能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列,包括像元阵列、平坦化层(2)、光栅阵列和微透镜阵列;所述像元阵列由多个按阵列形式分布的像元(1)组成;所述光栅阵列由多个按阵列形式分布的亚波长光栅(3)组成;所述微透镜阵列由多个按阵列形式分布的微透镜(4)组成;所述平坦化层(2)设置在像元阵列表面,所述光栅阵列设置在平坦化层(2)表面,多个亚波长光栅(3)与多个像元(1)一一对应,所述微透镜阵列设置在光栅阵列表面,多个微透镜(4)与多个亚波长光栅(3)一一对应;相对应的微透镜(4)、亚波长光栅(3)和像元(1)三者同心;其特征在于:所述微透镜(4)的直径与像元(1)的对角线等长;相邻微透镜(4)之间设置有隔离槽(5),隔离槽(5)的深度达到光栅阵列表面。
2.根据权利要求1所述的能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列,其特征在于:所述亚波长光栅(3)的外框宽度记为L1,所述隔离槽(5)的宽度计为L2,所述亚波长光栅(3)的光栅周期记为L3;L1、L2和L3满足如下关系:L1≤L2≤(L1+2×L3)。
3.根据权利要求1所述的能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列,其特征在于:所述微透镜阵列采用旋涂玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯制作。
4.根据权利要求1所述的能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列,其特征在于:所述平坦化层(2)采用二氧化硅制作。
CN201810062611.7A 2018-01-23 2018-01-23 能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列 Pending CN108231811A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810062611.7A CN108231811A (zh) 2018-01-23 2018-01-23 能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810062611.7A CN108231811A (zh) 2018-01-23 2018-01-23 能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108231811A true CN108231811A (zh) 2018-06-29

Family

ID=62668578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810062611.7A Pending CN108231811A (zh) 2018-01-23 2018-01-23 能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108231811A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108807447A (zh) * 2018-08-03 2018-11-13 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN110504279A (zh) * 2019-08-30 2019-11-26 Oppo广东移动通信有限公司 一种偏振式cis、图像处理方法及存储介质和终端设备
US20220086321A1 (en) * 2020-09-15 2022-03-17 Micron Technology, Inc. Reduced diffraction micro lens imaging

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101436605A (zh) * 2007-11-16 2009-05-20 东部高科股份有限公司 图像传感器及其制造方法
CN102629041A (zh) * 2012-02-09 2012-08-08 京东方科技集团股份有限公司 一种3d显示装置及其制造方法
CN203365711U (zh) * 2013-08-15 2013-12-25 东南大学 一种微透镜和微透镜阵列结构
CN103843320A (zh) * 2011-09-28 2014-06-04 富士胶片株式会社 图像传感器和成像装置
CN104216135A (zh) * 2014-09-05 2014-12-17 西北工业大学 一种获取全偏振参数的微偏振片阵列、制备方法及其应用
CN105097856A (zh) * 2014-05-23 2015-11-25 全视科技有限公司 增强型背侧照明的近红外图像传感器
CN105225644A (zh) * 2015-11-05 2016-01-06 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 一种激光显示装置及其制作方法
CN107403812A (zh) * 2017-06-29 2017-11-28 华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七七研究所) 一种InGaAs阵列探测器及其制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101436605A (zh) * 2007-11-16 2009-05-20 东部高科股份有限公司 图像传感器及其制造方法
CN103843320A (zh) * 2011-09-28 2014-06-04 富士胶片株式会社 图像传感器和成像装置
CN102629041A (zh) * 2012-02-09 2012-08-08 京东方科技集团股份有限公司 一种3d显示装置及其制造方法
CN203365711U (zh) * 2013-08-15 2013-12-25 东南大学 一种微透镜和微透镜阵列结构
CN105097856A (zh) * 2014-05-23 2015-11-25 全视科技有限公司 增强型背侧照明的近红外图像传感器
CN104216135A (zh) * 2014-09-05 2014-12-17 西北工业大学 一种获取全偏振参数的微偏振片阵列、制备方法及其应用
CN105225644A (zh) * 2015-11-05 2016-01-06 苏州苏大维格光电科技股份有限公司 一种激光显示装置及其制作方法
CN107403812A (zh) * 2017-06-29 2017-11-28 华中光电技术研究所(中国船舶重工集团公司第七七研究所) 一种InGaAs阵列探测器及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108807447A (zh) * 2018-08-03 2018-11-13 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN108807447B (zh) * 2018-08-03 2020-12-18 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN110504279A (zh) * 2019-08-30 2019-11-26 Oppo广东移动通信有限公司 一种偏振式cis、图像处理方法及存储介质和终端设备
US20220086321A1 (en) * 2020-09-15 2022-03-17 Micron Technology, Inc. Reduced diffraction micro lens imaging

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11733100B2 (en) Polarization imaging system
JP6260006B2 (ja) 撮像装置、並びにそれを用いた撮像システム、電子ミラーシステムおよび測距装置
US9532033B2 (en) Image sensor and imaging device
JP5428509B2 (ja) 2次元固体撮像装置、及び、2次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法
JP7207451B2 (ja) 固体撮像素子及び電子機器
US8969776B2 (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus having an on-chip micro lens with rectangular shaped convex portions
CN108231811A (zh) 能降低偏振成像器件像元间光串扰的微透镜阵列
US9853073B2 (en) Image sensor for producing vivid colors and method of manufacturing the same
US9276035B2 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method of solid-state imaging device
CN101546779B (zh) 固体摄像元件
TW201706224A (zh) 具有選擇性紅外濾光片陣列的感測器元件
US7986019B2 (en) Solid-state imaging device and its manufacturing method
CN102959434B (zh) 分色滤光阵列,固体摄像元件,摄像装置和显示装置
US9425229B2 (en) Solid-state imaging element, imaging device, and signal processing method including a dispersing element array and microlens array
CN106575657A (zh) 固体摄像装置及其制造方法
TW202205654A (zh) 攝像裝置及電子機器
US20180278859A1 (en) Image sensor and image-capturing device
CN104954645B (zh) 摄像元件、摄像设备和图像处理方法
WO2021029130A1 (ja) 撮像素子、撮像装置および撮像方法
US10834313B2 (en) Plenoptic sub aperture view shuffling with improved resolution
CN109148500A (zh) 双层彩色滤光器及其形成方法
CN102569315B (zh) 固态成像器件、其制造方法和电子装置
JP2008098345A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法並びにカメラ
WO2021042290A1 (zh) 图像传感器及其制作方法、电子设备
KR100672662B1 (ko) 시모스 이미지 센서 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180629

RJ01 Rejection of invention patent application after publication