本实用新型涉及电子电路领域，尤其涉及一种图像传感器。
背景技术：
图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被广泛的应用在如数码相机等电子光学设备中。根据数字数据传送方式的不同，图像传感器可分为电荷耦合元件(CCD，Charge Coupled Device)和金属氧化物半导体元件(CMOS，Complementary Metal-Oxide Semiconductor)两大类。其中，CMOS传感器由于具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特点，在近几年发展迅速。
填充因子是衡量图像传感器的像素灵敏度的一个重要参数，具体的，填充因子指的是感光面积占整个像素面积的比例。当今CMOS传感器的一个重要开发目标是提高填充因子大小。随着当前像素尺寸的逐渐缩小，提高填充因子越来越困难。目前流行的技术是将CMOS传感器由传统的前感光式(FSI，Front Side Illumination)转变为背部感光式(BSI，Back Side Illumination)，在背部感光式CMOS传感器中，放大器等晶体管以及互联电路置于CMOS传感器背部，CMOS传感器前部全部留给光电二极管，从而可实现100％的填充因子。
然而，背部感光式图像传感器的光学性能仍有待改善。
技术实现要素：
本实用新型解决的问题是提供一种图像传感器，可增加斜入射所述微透镜顶部的光线与滤色器顶部平面间的夹角，有助于使经微透镜顶部折射的光线射向滤色器底部，从而避免经所述微透镜折射的光线被所述金属栅格阻挡或吸收，有利于提高所述滤色器的输入光量，进而能够提高光电二极管的输入光量，并能够改善不同位置的光电二极管的光输入的一致性，从而可改善图像传感器的光学性能。
为解决上述问题，本实用新型提供一种图像传感器，包括：滤色器；覆盖所述滤色器侧壁表面的金属栅格；位于所述滤色器顶部表面的微透镜；覆盖所述微透镜顶部表面的光折射层，且所述光折射层的折射率小于所述微透镜的折射率。
可选的，所述光折射层各区域的折射率相等。
可选的，所述光折射层的折射率为1.1～3.5。
可选的，所述光折射层的层数为单层；在垂直所述滤色器顶部方向上，沿所述光折射层顶部至底部，所述光折射层的折射率连续递增。
可选的，所述光折射层的层数为多层，在单一层内各区域的折射率相等；在垂直所述滤色器顶部方向上，沿所述光折射层顶部至底部，不同层的光折射层的折射率递增。
可选的，相邻层光折射层的折射率的比值为1.1～3.5。
可选的，所述滤色器的数量为多个，相邻所述滤色器共用金属栅格；所述微透镜的数量与所述滤色器的数量相等。
可选的，沿所述微透镜排列方向，所述光折射层的折射率连续递增或递减。
可选的，位于单一微透镜顶部的所述光折射层的各区域的折射率相等；沿所述微透镜排列方向，位于不同微透镜顶部的所述光折射层的折射率递增或递减。
可选的，沿所述微透镜排列方向，位于不同微透镜顶部的所述光折射层的折射率递减，且位于相邻微透镜顶部的所述光折射层的折射率的比值为1.1～3.5。
与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：
本实用新型提供的图像传感器的技术方案中，微透镜顶部表面覆盖有光折射层，光线由空气斜射入所述光折射层时，折射角小于入射角，因而相较于光线直接斜射入所述微透镜顶部，所述微透镜顶部的入射光线与滤色器顶部平面间的夹角较大。又由于所述光折射层的折射率小于所述微透镜的折射率，因而入射至微透镜顶部的光线的折射角小于入射角，使所述微透镜顶部的入射光线与滤色器顶部平面间的夹角大，有助于保证经微透镜顶部折射的光线射向滤色器底部，从而可避免经微透镜折射的光线被所述金属栅格阻挡或吸收，有助于提高所述滤色器的输入光量，进而能够提高光电二极管的输入光量，并能够改善不同位置的光电二极管的光输入的一致性，从而可改善图像传感器的光学性能。
可选方案中，所述光折射层的折射率为1.1～3.5，所述光折射层的折射率适当，一方面，使得光线经所述光折射层顶部折射的折射角小，从而提高微透镜顶部的入射光线与滤色器顶部平面间的夹角，有助于保证经微透镜折射的光线射向滤色器底部。另一方面，使得所述光折射层与所述微透镜的折射率的比值适当，避免光线经所述微透镜折射后朝滤色器两侧侧壁方向发散。前述两方面均有利于防止光线被所述金属栅格阻挡或吸收，有助于提高所述滤色器的输入光量，进而能够提高光电二极管的输入光量，并能够改善不同位置的光电二极管的光输入的一致性。
附图说明
图1是一种图像传感器的结构示意图；
图2是本实用新型一实施例的图像传感器的结构示意图；
图3是本实用新型另一实施例的图像传感器的结构示意图；
图4是本实用新型又一实施例的图像传感器的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有图像传感器的光学性能仍有待提高。
现结合一种图像传感器进行分析，参考图1，所述图像传感器包括：滤色器10；覆盖所述滤色器侧壁表面的金属栅格20；位于所述滤色器10顶部表面的微透镜30。
其中，所述滤色器10的数量为多个，所述微透镜30的数量与所述滤色器10的数量相等。
所述图像传感器还包括：半导体衬底50，所述半导体衬底50内具有光电二极管60。其中，所述光电二极管60的数量与所述滤色器10的数量相等，且所述光电二极管60的位置与所述滤色器10的位置相对应。所述滤色器10过滤的光最终被传输至对应的光电二极管60。
上述图像传感器的光学性能差，分析其原因在于：
由于多个所述微透镜30排列位置不同，因而不同微透镜30与光源的距离具有差异，且同一微透镜30不同区域与光源的距离也具有差异。对于靠近光源的微透镜30，所述微透镜30顶部的入射光线与所述滤色器10顶部平面间的夹角大，甚至所述微透镜30顶部的入射光线垂直于所述滤色器10顶部平面。对于远离光源的微透镜30，光线斜射入所述微透镜30顶部，且所述微透镜30距光源越远，所述微透镜30顶部的入射光线与所述滤色器10顶部平面的夹角越小。
当所述微透镜30距光源较远时，参考图1，光线90斜入射所述微透镜30顶部，经所述微透镜30折射后，光线90朝所述滤色器10侧壁方向会聚，容易被所述金属栅格20阻挡或吸收，导致所述滤色器10的输入光量低，进而造成与所述滤色器10对应的光电二极管60的输入光量低。因此不同位置的光电二极管60的光输入的一致性差，靠近光源的微透镜30对应的光电二极管60的输入光量高，远离光源的微透镜30对应的光电二极管60的输入光量低，造成图像传感器成像质量低，影响图像传感器的光学性能。
为此，本实用新型提供一种图像传感器，包括：滤色器；覆盖所述滤色器侧壁表面的金属栅格；位于所述滤色器顶部表面的微透镜；覆盖所述微透镜顶部表面的光折射层，且所述光折射层的折射率小于所述微透镜的折射率。
光线由空气斜射入所述光折射层时，折射角小于入射角，因而所述光折射层可增大微透镜表面的入射光线与滤色器顶部平面间的夹角。又由于所述光折射层的折射率小于所述微透镜的折射率，因而入射至微透镜顶部的光线的折射角小于入射角，使所述微透镜顶部的入射光线与滤色器顶部平面间的夹角大，能够保证经微透镜顶部折射的光线射向滤色器底部，有助于避免光线被所述金属栅格阻挡或吸收，从而有利于提高所述滤色器的输入光量，进而能够提高光电二极管的输入光量，并能够改善不同位置的光电二极管的光输入的一致性，有利于提高图像传感器的成像质量，改善图像传感器的光学性能。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
参考图2，一种图像传感器，包括：滤色器100；覆盖所述滤色器100侧壁表面的金属栅格200；位于所述滤色器100顶部表面的微透镜300；覆盖所述微透镜300顶部表面的光折射层400，且所述光折射层400的折射率小于所述微透镜300的折射率。
本实施例中，所述滤色器100的数量为多个，相邻所述滤色器100共用金属栅格200，且所述微透镜300的数量与所述滤色器100的数量相等。所述滤色器100包括红色滤色器(未示出)、绿色滤色器(未示出)及蓝色滤色器(未示出)，可分别过滤出红光、绿光及蓝光。在其他实施例中，所述滤色器的数量还可以为多个，相应的，所述微透镜的数量也为单个。
本实施例中，所述微透镜300在与滤色器100顶部垂直的平面上的截面形状为半圆形，所述微透镜300的顶部呈曲面状，底部平坦。
本实施例中，所述光折射层400顶部平面平行于所述滤色器100顶部平面。除覆盖所述微透镜300顶部表面外，所述光折射层400还覆盖所述金属栅格200顶部。
本实施例中，所述光折射层400各区域的折射率相等。
本实施例中，所述图像传感器还包括半导体衬底500，所述半导体衬底500内具有光电二极管600，其中，所述光电二极管600的数量与所述滤色器100的数量相等，且所述光电二极管600的位置与所述滤色器100的位置相对应。所述滤色器100过滤的光最终被传输至对应的光电二极管600。
相邻所述光电二极管600间的半导体衬底500内具有沟槽700，所述沟槽700底部高于所述半导体衬底500底部，且所述沟槽700的位置与所述金属栅格200的位置相对应。所述沟槽700能够起到防止相邻光电二极管600内的光电子发生串扰的作用。
为减少光线的反射，所述图像传感器还包括覆盖所述半导体衬底700顶部的抗反射层800，所述滤色器100及金属栅格200覆盖所述抗反射层800顶部。
以下将结合图像传感器中光的传播路径，对所述图像传感器的原理进行分析，其中，带有箭头的实线显示来自光源的光线900在所述光折射层400、微透镜300及滤色器100内的传播路径；作为对比，带有箭头的虚线显示光线900直接斜射入所述微透镜300顶部的传播路径。
本实施例中，所述光线900经所述光折射层400和微透镜300两次折射进入所述滤色器100。
首先，所述光线900以入射角i1斜射入所述光折射层400顶部，折射角为r1，法线垂直于所述光折射层400顶部。由于所述光折射层400的折射率大于空气的折射率，因而r1＜i1，即相较于入射光线，经所述光折射层400折射的光线900与滤色器100顶部平面间的夹角增大。
然后，经所述光折射层400折射的光线900以入射角i2射入至所述微透镜300顶部，法线沿入射点与所述微透镜300底部中心的连线方向；由于所述光折射层400的折射率小于所述微透镜300的折射率，因而折射角r2小于入射角i2，另外，当所述微透镜300顶部的入射光线与法线方向相一致时，光线900的传播方向不变。
在r2＜i2的情况下，使所述微透镜300顶部的入射光线与滤色器100顶部平面间的夹角大，有助于保证经微透镜300顶部折射的光线900射向滤色器100底部，可避免经微透镜300折射的光线900被所述金属栅格200阻挡或吸收，从而可提高所述滤色器100的输入光量。由于所述滤色器100的位置与所述光电二极管600的位置相对应，滤色器100过滤的光被传输至对应的光电二极管600，因而所述滤色器100的输入光量增强有利于提高所述光电二极管600的输入光量。
本实施例中，经所述微透镜300顶部折射的光线900朝所述微透镜300底部中心附近区域会聚，进而射向滤色器100底部，有助于避免光线900被所述金属栅格200及所述沟槽700阻挡或吸收，从而使得所述光电二极管600的输入光量增强。
另外，本实用新型提供的技术方案有助于改善图像传感器的光输入的一致性，所述光输入的一致性包括以下两个方面：
一方面，对于远离光源的微透镜300，光线900斜射入所述光折射层400顶部，所述光折射层400能够提高所述滤色器100的输入光量，进而可起到提高与滤色器100对应的光电二极管600的输入光量的作用。因而所述光折射层400有助于缩减远离光源的微透镜300与靠近光源的微透镜300相对应的滤色器100的输入光量的差值，进而能够缩减与滤色器100相应的光电二极管600差值，即可改善不同位置的光电二极管600的光输入的一致性。
另一方面，对于远离光源的微透镜300，光线斜入射所述微透镜300顶部。所述光折射层400能够起到增大微透镜300顶部的入射光线与滤色器100顶部平面间夹角的作用，从而使远离光源的微透镜300顶部的入射光线与靠近光源的微透镜300顶部的入射光线方向趋于一致，有利于改善不同排列位置的微透镜300顶部入射光线方向的一致性。
若所述光折射层400的折射率过低，光线900经所述光折射层400顶部折射的折射角r1过大，造成入射至所述微透镜300顶部的光线900与滤色器100顶部平面间的夹角小，光线900经微透镜300顶部表面折射后容易聚向滤色器100侧壁方向，导致光线被所述金属栅格200阻挡或吸收。若所述光折射层400的折射率过高，使所述光折射层400的折射率大于所述微透镜300的折射率，造成光线900在所述微透镜300顶部折射的折射角r2大于入射角i2，则光线900在经所述微透镜300折射后容易朝滤色器100两侧侧壁方向发散，导致光线900被所述金属栅格200阻挡或吸收。本实施例中，所述光折射层400的折射率为1.1～3.5。
若所述微透镜300的折射率与所述光折射层400的折射率的比值过低，使得所述光折射层400的折射率大于所述微透镜300的折射率，因而光线900在所述微透镜300顶部折射的折射角r2大于入射角i2，导致光线900朝滤色器100两侧侧壁方向发散，容易被所述金属栅格200阻挡或吸收，造成滤色器100的输入光量低。本实施例中，所述微透镜300的折射率与所述光折射层400的折射率的比值为1.1～4.5。
在其他实施例中，所述光折射层为单层，在垂直所述滤色器顶部方向上，沿所述光折射层顶部至底部，所述光折射层的折射率连续递增。
由于所述光折射层的折射率连续递增，入射至所述光折射层顶部的光线在所述光折射层内部经多次折射，且每次折射的折射角均小于入射角。经过多次折射，光线与滤色器顶部平面间的夹角不断增大，从而使所述微透镜顶部平面的入射光线与滤色器顶部平面间的夹角大，能够使经所述微透镜折射的光线聚向微透镜底部中心附近区域，进而射向滤色器底部，可避免光线被所述金属栅格吸收，有利于提高所述滤色器的输入光量，进而能够提高光电二极管的输入光量，并能够改善不同位置的光电二极管的光输入的一致性，从而可改善图像传感器的光学性能。
图3是本实用新型另一实施例的结构示意图。
本实施例中，所述微透镜300的数量为多个。在其他实施例中，所述微透镜的数量还可以为一个。
所述光折射层400的层数为多层，在单一层内各区域的折射率相等；在垂直所述滤色器100顶部方向上，沿所述光折射层400顶部至底部，不同层的光折射层400的折射率递增。
本实施例中，以所述光折射层400的层数为两层作为示例。所述光折射层400包括第一光折射层410以及位于第一光折射层410顶部的第二光折射层420。所述第一光折射层410内各区域的折射率相等；所述第二光折射层420内各区域的折射率相等；且所述第二光折射层420的折射率小于所述第一光折射层410的折射率。
以下将结合图像传感器中光的传播路径，对所述图像传感器的原理进行分析，其中，带有箭头的实线显示来自光源的光线910在所述第一光折射层410、第二光折射层420及微透镜300内的传播路径。
本实施例中，斜射入所述光折射层400顶部的光线910经所述第二光折射层420、第一光折射层410和微透镜300三次折射进入所述滤色器100。
首先，光线910斜射入所述第二光折射层420顶部，法线垂直于所述滤色器100顶部。由于所述第二光折射层420的折射率大于空气的折射率，因此折射角r3小于入射角i3，即经第二光折射层420折射的光线910与滤色器100顶部平面间的夹角增大。
然后，经第二光折射层420折射的光线910入射至所述第一光折射层410顶部，法线垂直于滤色器100顶部。由于所述第二光折射层420的折射率小于所述第一光折射层410的折射率，因而折射角r4小于入射角i4，且i4等于r3；即经所述第一光折射层410折射，光线910与滤色器100顶部平面间的夹角进一步增大。
最后，经所述第一光折射层410折射的光线910入射至所述微透镜300顶部，由于光线910与滤色器100顶部平面间的夹角大，且由于所述第一光折射层410的折射率小于所述微透镜300的折射率，因而经所述微透镜300折射的光线910聚向微透镜300底部中心附近区域，进而射向滤色器100底部，有助于避免光线910被所述金属栅格200吸收，从而能够提高所述滤色器100的输入光量，进而可提高与滤色器100对应的光电二极管600的输入光量。
对于远离光源的微透镜300，所述光折射层400能够提高与微透镜300位置相对应的光电二极管600的输入光量，有助于改善不同位置的光电二极管600的光输入的一致性。另外，光线910经所述第二光折射层420及所述第一光折射层410折射，使所述微透镜300顶部的入射光线与滤色器100顶部平面间夹角增大，有利于提高远离光源的微透镜300顶部的入射光线与靠近光源的微透镜300顶部的入射光线方向的一致性。
若所述第一光折射层410与所述第二光折射层420的折射率的比值过低，造成所述第一光折射层410的折射率小于所述第二光折射层420的折射率，则光线910在所述第一光折射层410顶部的折射角r4大于入射角i4，导致所述微透镜300顶部的入射光线与滤色器100顶部平面间的夹角小，造成光线910经微透镜300折射后容易被所述金属栅格200阻挡或吸收。若所述第一光折射层410与所述第二光折射层420的折射率的比值过高，造成所述第一光折射层410的折射率大于所述微透镜300的折射率，则所述光线910经所述微透镜300折射后容易朝滤色器100两侧侧壁方向发散，导致光线910被所述金属栅格200阻挡或吸收。本实施例中，所述第一光折射层410与所述第二光折射层420的折射率的比值为1.1～3.5。
在其他实施例中，所述光折射层的层数大于两层，相邻层光折射层的折射率的比值为1.1～3.5。
图4是本实用新型另一实施例的结构示意图。
所述微透镜的数量为多个。本实施例中，所述微透镜的数量为3个，分别为第一微透镜310、第二微透镜310、第三微透镜330。
位于单一微透镜顶部的所述光折射层的各区域的折射率相等；沿所述微透镜排列方向，位于不同微透镜顶部的所述光折射层的折射率递增或递减。
位于不同微透镜顶部，各部分光折射层的折射率受到所述微透镜和光源之间距离的影响。若沿所述微透镜排列方向，微透镜与光源的距离逐渐减小，则不同微透镜顶部的所述光折射层的折射率递减；若沿所述微透镜排列方向，微透镜与光源的距离逐渐增大，则不同微透镜顶部的所述光折射层的折射率递增。
本实施例中，所述光折射层包括光折射层第一部分401、光折射层第二部分402及光折射层第三部分403，分别覆盖所述第一微透镜310、第二微透镜310及第三微透镜330。所述光折射层第一部分401的各区域的折射率相等；所述光折射层第二部分402的各区域的折射率相等；所述光折射层第三部分403的各区域的折射率相等。另外，所述光折射层第一部分401的折射率大于光折射层第二部分402的折射率，且所述光折射层第二部分402的折射率大于光折射层第三部分403的折射率。
所述第一微透镜310、第二微透镜320及第三微透镜330排列位置不同，因而所述第一微透镜310、第二微透镜320及第三微透镜330距光源的远近具有差异。本实施例中，所述第一微透镜310距光源较远，所述第三微透镜330距光源较近。
微透镜越靠近光源，入射至覆盖微透镜表面的光折射层顶部的光线与滤色器100顶部平面间夹角越大，相应的，所述光折射层顶部入射光线的入射角越小。本实施例中，所述光折射层第一部分401顶部的入射光线901的入射角为m1，所述光折射层第二部分402顶部的入射光线902的入射角为m2，所述光折射层第三部分403顶部的入射光线903的入射角为m3，其中m1＞m2＞m3，且法线均垂直于所述滤色器100顶部。
由于所述光折射层第一部分401的折射率大于光折射层第二部分402的折射率，且所述光折射层第二部分402的折射率大于光折射层第三部分403的折射率，因此所述光折射层第一部分401的折射能力高于光折射层第二部分402的折射能力，所述光折射层第二部分402的折射能力高于光折射层第三部分403的折射能力。光线经所述光折射层第一部分401折射的折射角与入射角的比例为k1，经所述光折射层第二部分402折射的折射角与入射角的比例为k2，经所述光折射层第三部分403折射的折射角与入射角的比例为k3，由于所述光折射层第一部分401、光折射层第二部分402及光折射层第三部分403的折射率均大于空气的折射率，因而k1、k2及k3均小于1，并且，k1＜k2＜k3。
一方面，k1、k2及k3均小于1，因而相较于光线直接入射所述第一微透镜310、第二微透镜320及第三微透镜330顶部，由于存在所述光折射层第一部分401、光折射层第二部分402及光折射层第三部分403，所述第一微透镜310、第二微透镜320及第三微透镜330顶部的入射光线与滤色器100顶部平面间的夹角均有增加。使所述微透镜顶部的入射光线与滤色器100顶部的平面间的夹角大，有利于使经微透镜顶部折射的光线聚向微透镜底部中心附近区域，从而避免光线被所述金属栅格200吸收，有助于提高所述滤色器100的输入光量，进而能够提高与所述滤色器100对应的光电二极管600的输入光量。
另一方面，由于k1＜k2＜k3，因而所述光折射层第一部分401、光折射层第二部分402及光折射层第三部分403起到缩小所述第一微透镜310、第二微透镜320及第三微透镜330顶部入射光线方向差异性的作用，有助于提高所述第一微透镜310、第二微透镜320及第三微透镜330所对应的滤色器100的光输入的一致性，进而有利于改善与所述滤色器100对应的光电二极管600的光输入的一致性，从而能够提高图像传感器的成像质量。
沿所述微透镜排列方向，位于不同微透镜顶部的所述光折射层的折射率递减，且位于相邻微透镜顶部的所述光折射层的折射率的比值为1.1～3.5。本实施例中，所述光折射层第一部分401的折射率与光折射层第二部分402的折射率的比值为1.1～3.5，且所述光折射层第二部分402的折射率与光折射层第三部分403的折射率的比值为1.1～3.5。所述光折射层第一部分401、光折射层第二部分402及光折射层第三部分403的折射率比值适当，有助于改善与第一微透镜310、第二微透镜320及第三微透镜330位置相对应的光电二极管600的光输入的一致性，从而能够提高图像传感器的成像质量，改善图像传感器的光学性能。
考虑到位于单一微透镜顶部的所述光折射层顶部表面各区域距光源的距离不同，因而在其他实施例中，沿所述微透镜排列方向，位于不同微透镜顶部的所述光折射层的折射率连续递增或递减。具体的，沿所述微透镜排列方向，位于单一微透镜顶部的所述光折射层连续递增或递减，且位于不同微透镜顶部的所述光折射层的折射率也连续递增或递减。
综上，所述微透镜300顶部表面覆盖有光折射层400，且所述光折射层400的折射率小于所述微透镜300的折射率。斜射入所述光折射层400顶部的光线的折射角小于入射角，有利于增大所述微透镜300顶部的入射光线与滤色器100顶部平面间的夹角。由于所述光折射层400的折射率小于所述微透镜300的折射率，因而使所述微透镜300顶部的入射光线与滤色器100顶部平面间的夹角大，有利于保证经微透镜300折射的光线聚向滤色器100底部，避免经微透镜300折射的光线被所述金属栅格200阻挡或吸收，有利于提高所述滤色器100的输入光量，进而能够提高光电二极管600的输入光量，并能够改善不同位置的光电二极管600的光输入的一致性，从而可改善图像传感器的光学性能。
虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。