具有可见光及紫外光探测功能的单芯片影像传感器及其探测方法
【技术领域】
[0001]本发明为固态集成电路设计领域的一种技术，具体涉及影像传感器芯片设计领域。
【背景技术】
[0002]通常可见光传感器被用来在可见光环境中采集图像和视频。紫外线(Ultrav1let, UV)传感器通常用于探测除可见光外的紫外线。两种类型的传感器都被广泛使用。目前大部分的商用UV传感器为单独设置的模块，所以传统的可见光传感器在同一芯片中无法实现紫外线探测。同样也有专门的UV影像传感器，但它们只能采集完整UV图像而无法获得可见光影像。通常，在硅基影像传感器上设置特定滤色镜或胶片涂层，以使其能够对光谱中的某一波段敏感。对于可见光传感器，只有可见光能够透过滤色镜并达到传感器，而可见光谱以外的任何光线，包括紫外线，都会被过滤掉。即导致了同时将可见光和UV检测能力集成于单芯片中较为困难。
[0003]如今，移动设备的广泛使用使得整个系统需要变得越来越紧凑和多功能化。带有紫外线传感器的单芯片可见光传感器能够使移动设备具有实用的附加功能。例如，可以在户外活动时使用紫外线传感器检测紫外辐射，来确定使用多少防晒霜。目前这两种功能通过单独的可见光传感器和独立紫外线传感器模块实现。与带有独立UV传感器模块的移动设备相比，单芯片解决方案能够使得系统更加紧凑且能降低整体成本。通常，将更多器件集成于单芯片对于集成电路实现更低功耗、更高输出、更低成本、更小体积以及更简洁的电路板级和系统级的集成尤为关键。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有可见光及紫外光探测功能的单芯片影像传感器及其探测方法，能够在可见光环境下拍摄影像，并实时或分时地检测出其中的紫外线信息。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明涉及一种单芯片影像传感器，包括:位于单芯片上的可见光传感器和位于UV感测区域的UV传感器，该UV传感器为UV带通滤光层。
[0007]所述的可见光传感器包括:一光电探测器阵列，以及一用于获得可见光影像的滤色器阵列。
[0008]所述的可见光传感器包括:一封装层，所述UV带通滤光层设置于该封装层的上方或下方。
[0009]所述的UV带通滤光层与所述滤色器阵列为一体化结构，该一体化结构，通过增加特殊掺杂材料或和/或去除滤色器阵列上的某个遮挡UV光的材料层得以实现。
[0010]所述的UV感测区域，其部分或全部位于以下任一位置:
[0011]1)所述的可见光传感器的光电探测器阵列的区域，
[0012]2)所述的可见光传感器的参考行的区域，所述的UV带通滤光层直接设置于参考行的区域上的金属层上或替换相应位置的金属层。
[0013]3)所述单芯片上可见光传感器以外的区域，且不与可见光传感器的区域相接，此时所述的单芯片影像传感器上进一步设有用于该UV感测区域的独立的光电探测器和单独的读出电路。
[0014]所述的UV带通滤光层包括一能够将UV辐射转化为可见光的UV涂层。
[0015]优选地，所述的UV带通滤光层包括:一红外及可见光滤色层，以及一能够将UV辐射转化为可见光的UV涂层。
[0016]本发明还涉及一种信号传输方法，该方法以时序方式逐帧传输上述单芯片影像传感器才记得到的可见光影像数据和/或UV数据。
[0017]所述的UV数据中设有一数据头，该数据头中含有与所述UV数据相关的嵌入信息。
[0018]所述的相关的嵌入信息，包括所述的UV数据的:帧频、增益、均值中的任意一个或其组合。
[0019]所述的逐帧传输，通过在每一帧的开始处设置帧起始信号实现。
[0020]本发明进一步涉及一种UV辐射强度的检测方法，通过将上述单芯片影像传感器指向被测对象并倾斜一角度，通过对所述传感器测得的数据分析后实现。
[0021]所述的分析是指，选择所述数据中的平均值、最大值、中间值或标准差。
【附图说明】
[0022]图1为单芯片同时集成可见光传感器和UV传感器的示意图；
[0023]图2为单芯片同时集成可见光传感器和UV传感器的剖面图；
[0024]图3为实现可见光传感器和UV传感器整合于单芯片的多个方案示意图；
[0025]图4为混合可见光影像数据和UV数据的数据传输格式示例；
[0026]图中:100可见光传感器、110UV传感器、120单芯片、200光电探测器阵列、210滤色器阵列、220封装层、230UV带通滤光层、240UV涂层、250红外及可见光滤色层、300单芯片、310UV带通滤光层1、320UV带通滤光层2、330UV带通滤光层3、400数据时序、410UV数据、420数据头、430可见光数据、440帧起始信号。
【具体实施方式】
[0027]图1描述了将可见光传感器和UV传感器整合于一块单芯片的结构，该结构包括设置于一单芯片120内的一可见光传感器100和一 UV传感器110。
[0028]图2为本发明一种实施方案剖面结构。所述的单芯片进一步包括一光电探测器阵列200、用于获得彩色或单色可见光影像的滤色器阵列210设置于光电探测器阵列之上、一透明的封装层220进一步设置于滤色器之上，该封装层通常为薄玻璃或塑料制成。
[0029]进一步地，所述的封装层220上设有一小尺寸的UV带通滤光层230，该UV带通滤光层230包括但不限于一红外及可见光滤色层240和一 UV涂层250，其中:红外及可见光滤色层240为一层由能够阻挡可见光和红外线的材料制成的薄层，UV涂层250为一层由能够将UV光谱波段的入射光转换换为可见光波段的材料制成的薄层，例如荧光材料锰掺杂硫化锌(Zns:Mn)，但UV涂层250不局限仅此一种材料制成。
[0030]当穿过UV带通滤光层230后，到达单芯片中的光电探测器阵列200的光线主要为从紫外线转换而来的可见光，且只有位于UV带通滤光层下的小部分可以接收到这部分光，而单芯片的其他区域仍然感测到普通可见光的影像。在本实施方案中，不需要额外的读出电路来读出UV传感器数据，可以通过重复使用可见光影像读取部分的已有电路以节省设计面积和功耗。
[0031]上述实施方案能够在多种模式下运行。例如，模式1，只输出普通可见光影像；模型2，只输出影像中的UV部分；模式3，同时输出可见光影像和UV区域影像；模式4，同时输出可见光影像和UV数据的统计值；模式5，只输出UV数据的统计值等等。UV数据的统计值可根据应用需求选择不同类型。例如，可以采用平均值、最大值、中间值或标准差等等；可选地，可以将多次曝光、多次增益得到的数据合并为一个值，从而实现将高动态范围的数据作为最终UV彳目息。
[0032]在上述实施方式中，UV带通滤光层230设置于封装层220的上方；可选地，该UV带通滤光层230也可以设置于封装层220的下方，这样能够减少其对外部环境污染的敏感程度；又或者，将UV带通滤光层230合并入滤色器