一种监控多源火苗的cmos图像传感器结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种监控多源火苗的CMOS图像传感器结构。其包括多个感光区域，每个所述感光区域内的像素单元从上到下依次包括一微透镜、一微滤镜、一感光单元，其中不同的所述感光区域内的所述微滤镜所透过的光线的波长不同，且各所述感光区域的微滤镜所透过的光线的波长与各被监控物质的火苗的光谱响应特性一一对应；其中，不同所述感光区域的所述像素单元的微滤镜所透过的光线的波长的差大于等于50纳米。本实用新型能够及时、有效地识别监测范围内火源的材质。
【专利说明】一种监控多源火苗的CMOS图像传感器结构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于图像传感器领域，具体为一种监控多源火苗的CMOS图像传感器结构。
【背景技术】
[0002]危险火源是对财产、物质的最大威胁。为了在火源发展之初的火苗阶段就能够早期探测到火源的产生，人们通过各种技术手段检测火苗的产生。
[0003]远红外火焰传感器是一种常用的火苗探测设备。远红外火焰传感器可以用来探测火源或其它一些波长在700纳米?1000纳米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在880纳米附近时，其灵敏度达到最大。远红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为O?255范围内数值的变化。外界红外光越强，数值越小；红外光越弱，数值越大。远红外火焰传感器对于各类波长的火苗光都有响应。例如，在一个仓库中储存多种物质时，任何一种物质的火苗都会触发远红外火焰传感器发出警报。
[0004]然而，通常来说，不同物质所产生的火苗需要通过不同的灭火方式进行扑灭，即要求传感器能够对火苗的源头具有识别功能。而现有技术的远红外火焰传感器无法达到这一目的。
【发明内容】
[0005]本实用新型的主要目的是提供一种监控多源火苗的CMOS图像传感器结构。
[0006]为达成上述目的，本实用新型提供一种监控多源火苗的CMOS图像传感器结构，包括多个感光区域，每个所述感光区域内的像素单元从上到下依次包括一微透镜、一微滤镜、一感光单元，其中不同的所述感光区域内所述像素单元的微滤镜透过的光线的波长不同，且各所述感光区域的微滤镜所透过的光线的波长与各被监控物质的火苗的光谱响应特性一一对应；其中，不同所述感光区域的所述像素单元的微滤镜所透过的光线的波长的差大于等于50纳米。
[0007]可选的，所述被监控物质的火苗的光谱响应特性为尖峰波，各所述感光区域的微滤镜所透过的光线的波长与各所述尖峰波的尖峰处的波长--对应。
[0008]可选的，所述微滤镜透过的光线的波长范围为以对应的所述尖峰波的尖峰处的波长为中心的一定区间内。
[0009]可选的，所述微滤镜透过的光线的波长范围为以对应的所述尖峰波的尖峰处的波长为中心的±5纳米区间内。
[0010]可选的，各所述感光区域中的所述像素单元的个数相同。
[0011]可选的，所述多个感光区域呈阵列分布，且各所述感光区域的微滤镜所透过的光线的波长沿所述阵列的特定方向递增。
[0012]可选的，所述多个感光区域分布为一行，各所述感光区域的微滤镜所透过的光线的波长沿该行从左到右依次递增。
[0013]本实用新型的CMOS图像传感器结构通过对不同感光区域设置可透过对应于不同物质火苗光谱响应特性、具有不同波长范围的光线的微滤镜，从而对火苗的源头具有识别功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是不同物质的火苗具有不同的光谱响应的示意图；
[0015]图2是本实用新型提出的监控多源火苗的CMOS图像传感器结构的俯视图以及一个像素单元的剖视图；
[0016]图3是本实用新型提出的监控多源火苗的CMOS图像传感器结构的版图示意图。
【具体实施方式】
[0017]为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容作进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本实用新型的保护范围内。此外，本实用新型利用示意图进行了详细的表述，在详述本实用新型实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本实用新型的限定。
[0018]本实用新型采用CMOS图像传感器来监控多源火苗。相较于现有技术中的CMOS图像传感器对可见光内各类光谱(如红、绿、蓝等)感光，本实用新型通过对微滤镜的光谱响应范围的设计，以探测和识别不同物质的火苗，从而可针对性地给出灭火方案。
[0019]图1所示为不同物质对应的火苗在光谱上均为尖峰波且具有不同的尖峰表现。每种物质的火苗在可见光范围内均表现为一种特定的尖峰响应。由于尖峰响应的差异性特征明显，因此，本实用新型利用该特性通过CMOS图像传感器对尖峰的识别来判断是何种物质产生的火苗。
[0020]具体来说，本实用新型的CMOS图像传感器结构包括多个感光区域，每个感光区域包括至少一个像素单元。如图2所示,每个像素单元从下到上依次包括:感光单元201 (感光二极管)、中间层、微滤镜203和微透镜204。其中，感光单元201设置于衬底中，用于对进入其表面的光子进行光电转换。中间层的材质例如是氧化硅，其中设置有金属层用于将光电转换的电信号传输，相邻金属层之间对应于感光单元留有光通孔202，光线经光通孔202进入感光单元201的表面。微滤镜203对应设置在感光单元201和光通孔202的上方。微透镜204对应设置在微滤镜203的上方。
[0021]其中，微透镜204为一个凸透镜，其作用是将入射的光线进行聚焦，从而使经其折射后的光线能够经光通孔垂直于对应的感光单元的表面，以尽可能收集在该像素单元上方的入射光。
[0022]像素单元的微滤镜203具有极强的光谱选择性，可根据需要透过不同波长的光线，并且这些光线的波长与不同物质的火苗的光谱响应特性一一对应。具体来说，如前所述，每种物质的火苗的光谱响应特性表现为尖峰波，且尖峰处于特定波长处，因此较佳的，若某一物质的火苗在光谱上的表现为具有处于波长λ的尖峰的尖峰波，则对应该物质的火苗的微滤镜其所透过的光线的波长范围只能是波长在以该波长λ为中心的一定区间内，如波长为λ ±5nm区间内的光。该光线借助微透镜204聚集、透过对应的微滤镜203、通过光通孔202照射到感光单元201上。每个像素单元的微滤镜203都可根据需要对不同探测对象的可能光谱进行定制。由此可见，这种CMOS图像传感器要求每个像素单元具有较高的灵敏度。需要注意的是，为避免发生误判，在本发明中不同感光区域的像素单元的微滤镜所透过的光线的波长的差应大于等于50纳米。
[0023]图3为本实用新型一实施例的监控多源火苗的CMOS图像传感器结构的版图示意图，整个CMOS图像传感器结构分为四个部分，即四个感光区域，从左到右依次为1#火源光谱传感器单元301、2#火源光谱传感器单元302、3#火源光谱传感器单元303和4#火源光谱传感器单元304，每个感光区域的像素单元的数量相同，且像素单元的微滤镜所透光的光线的波长范围相同，作为探测一种特定物质的火苗的CMOS图像传感器单元，因此本实施例的图像传感器可以探测四种易燃物质的火苗。假设这四种物质的火苗在图1所示的光谱上分别表现为尖峰处于波长λ 1，λ 2，λ 3和λ 4处的尖峰波。
[0024]第一感光区域1#火源光谱传感器单元301具有50*50 = 2500个像素单元，每个像素单元上方都有定制的微滤镜203，其特性为只能透过波长为以尖峰2的波长λ I为中心的±5纳米范围内(即λ1±5ηπι)的光，可以探测1#物质的火苗。
[0025]第二感光区域2#火源光谱传感器单元302具有50*50 = 2500个有效像素，每个像素单元上方都有定制的微滤镜203，其特性为只能透过波长为以尖峰3的波长λ 2为中心的±5纳米范围内(即λ2±5ηπι)的光，可以探测2#物质的火苗。
[0026]第三感光区域3#火源光谱传感器单元303具有50*50 = 2500个有效像素，每个有效像素上方都有定制的微滤镜203，其特性为只能透过波长为以尖峰5的波长λ 3为中心的±5纳米范围内(即λ3±5ηπι)的光，可以探测3#物质的火苗。
[0027]第四感光区域4#火源光谱传感器单元304具有50*50 = 2500个有效像素，每个有效像素上方都有定制的微滤镜203，其特性为只能透过波长为以尖峰12的波长λ 4为中心的±5纳米范围内(即λ4±5ηπι)的光，可以探测4#物质的火苗。
[0028]在一个特定应用中，可以根据仓库中所存储的货品的类型，确定不同货品火苗的光谱响应，从而定制不同光谱响应的微滤镜203，制成监控多种火苗的CMOS图像传感器结构。图像传感器的各个感光区域可以呈阵列分布，而每个感光区域所能透过的光线的波长也可以沿阵列特定方向依次增加。例如在上述实施例中，四个感光区域构成一行四列的阵列，则各感光区域可以采用所透过的波长从左至右依次递增的方式排布，只要保证不同感光区域所透过的波长的差大于等于50nm即可。在一种货品火苗产生的初期，通过对应的CMOS图像传感器感知并获取异常数据信号，自动触发启动特定的灭火材料进行灭火。为扑灭火苗提供了及时、有效、定制的处理方式。
[0029]虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然所述诸多实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本实用新型，本领域的技术人员在不脱离本实用新型精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本实用新型所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【权利要求】
1.一种监控多源火苗的CMOS图像传感器结构，其特征在于，包括多个感光区域，每个所述感光区域内的像素单元从上到下依次包括一微透镜、一微滤镜、一感光单元，其中不同的所述感光区域内的所述微滤镜所透过的光线的波长不同，且各所述感光区域的微滤镜所透过的光线的波长与各被监控物质的火苗的光谱响应特性一一对应；其中，不同所述感光区域的所述像素单元的微滤镜所透过的光线的波长的差大于等于50纳米。
2.根据权利要求1所述的监控多源火苗的CMOS图像传感器结构，其特征在于，所述被监控物质的火苗的光谱响应特性为尖峰波，各所述感光区域的微滤镜所透过的光线的波长与各所述尖峰波的尖峰处的波长一一对应。
3.根据权利要求2所述的监控多源火苗的CMOS图像传感器结构，其特征在于，所述微滤镜所透过的光线的波长范围为以对应的所述尖峰波的尖峰处的波长为中心的一定区间内。
4.根据权利要求3所述的监控多源火苗的CMOS图像传感器结构，其特征在于，所述微滤镜透过的光线的波长范围为以对应的所述尖峰波的尖峰处的波长为中心的±5纳米区间内。
5.根据权利要求1所述的监控多源火苗的CMOS图像传感器结构，其特征在于，各所述感光区域中的所述像素单元的个数相同。
6.根据权利要求1所述的监控多源火苗的CMOS图像传感器结构，其特征在于，所述多个感光区域呈阵列分布，且各所述感光区域的微滤镜所透过的光线的波长沿所述阵列的特定方向递增。
7.根据权利要求6所述的监控多源火苗的CMOS图像传感器结构，其特征在于，所述多个感光区域分布为一行，各所述感光区域的微滤镜所透过的光线的波长沿该行从左到右依次递增。
【文档编号】H01L27/146GK204011427SQ201420393683
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】李琛 申请人:上海集成电路研发中心有限公司