图像传感器以及图像获取装置的制作方法

1.本技术涉及图像处理技术领域，更具体地，涉及一种图像传感器以及图像获取装置。


背景技术：

2.当前，摄像头结构主要包含镜头、红外截止滤光片和图像传感器，图像传感器的传感器阵列可以感知环境亮度，图像传感器的滤色片可以感知环境色彩。相关技术中，传感器阵列大多只包括红色像素、绿色像素和蓝色像素，仅允许一定波长范围内的光线通过，导致进光量损失较大，使得图像传感器在暗光条件下的成像性能较差，从而导致摄像头夜晚弱光下图像信噪比下降。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种图像传感器以及图像获取装置。
4.根据本技术的第一方面，本技术实施例提供了一种图像传感器，包括多个传感器子阵列，多个滤色器子阵列以及第一截止滤光层，多个传感器子阵列排布形成图像传感器的传感器阵列，传感器阵列具有入光面，传感器子阵列包括第一传感器组、第二传感器组、第三传感器组以及第四传感器组，多个滤色器子阵列一一对应地设置于多个传感器子阵列的入光面的一侧，滤色器子阵列包括红色滤色器、绿色滤色器以及蓝色滤色器，红色滤色器设置于第一传感器的入光面的一侧以形成图像传感器的红色像素组，绿色滤色器设置于第二传感器的入光面的一侧以形成图像传感器的绿色像素组，蓝色滤色器设置于第三传感器的入光面的一侧以形成图像传感器的蓝色像素组，第一截止滤光层设置于第四传感器的入光面的一侧以形成图像传感器的白色像素组，第一截止滤光层用于透过可见光。
5.根据本技术的第二方面，本技术实施例提供了一种图像获取装置，包括镜头以及上述的图像传感器，镜头设置于图像传感器的入光侧。
6.本技术实施例提供的图像传感器中，包括多个传感器子阵列、多个滤色器子阵列以及第一截止滤光层，多个传感器子阵列排布形成图像传感器的传感器阵列，传感器子阵列包括以预设排列模式设置的第一传感器组、第二传感器组、第三传感器组以及第四传感器组。多个滤色器子阵列一一对应地设置在传感器子阵列的入光面的一侧，以用于把光线过滤成单色光。多个滤色器子阵列可以包括红色滤色器、绿色滤色器以及蓝色滤色器。具体而言，红色滤色器设置于第一传感器组的入光面的一侧，以使红色滤色器和第一传感器组共同形成红色像素组；绿色滤色器设置于第二传感器组的入光面的一侧，以使绿色滤色器和第二传感器组共同形成绿色像素组；蓝色滤色器设置于第三传感器组的入光面的一侧，以使蓝色滤色器和第三传感器组共同形成蓝色像素组。第一截止滤光层设置于第四传感器组的入光面的一侧，以使第一截止滤光层和第四传感器组共同形成白色像素组，其中，第一截止滤光层用于透过可见光，例如用于截止可见光与近红外光之外的光线。
7.上述图像传感器通过设置白色像素组，能够透过所有波段的可见光线，从而增加
图像传感器的进光量，提升夜晚图像的信噪比。进一步地，在第四传感器组的入光面一侧设置第一截止滤光层，第一截止滤光层用于透过可见光，因此增大了每个传感器子阵列的进光量，能够在光线不足的情况下显著提升图像传感器的进光量，提升图像的亮度特征，从而提高物体识别的准确性。
附图说明
8.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
9.图1示出了本技术实施例提供的图像获取装置的模块图。
10.图2示出了本技术实施例提供的图像传感器的结构示意图。
11.图3示出了图2所述的图像传感器的另一种结构示意图。
12.图4示出了图2所述的图像传感器的又一种结构示意图。
13.图5示出了图2所述的图像传感器的剖面结构示意图。
14.图6示出了图2所述的图像传感器的另一种剖面结构示意图。
15.图7示出了图2所述的图像传感器的又一种剖面结构示意图。
16.图8示出了图2所述的图像传感器的像素子阵列的正投影示意图。
17.图9示出了图2所述的图像传感器的像素子阵列的另一种正投影示意图。
18.图10示出了图2所述的图像传感器的再一种剖面结构示意图。
19.图11示出了图2所述的图像传感器的另一种剖面结构示意图。
20.图12示出了图2所述图像传感器的功能模块图。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件，本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一组件。说明书及权利要求并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”；“大致”是指本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
23.下面将结合具体实施方式以及附图来对本技术提出的图像传感器以及图像获取装置进行进一步阐述。
24.请参阅图1，本技术实施方式提供一种图像传感器100以及配置有图像传感器100的图像获取装置200，其中图像传感器100可以应用于图像获取装置200中，图像传感器100能够提高物体识别的准确性，从而提高图像获取装置200的性能。
25.图像获取装置200包括镜头210以及上述的图像传感器100，镜头210设置于图像传感器100的入光侧，镜头210用于收集外界环境光线，例如，环境光线通过镜头210的棱镜的
折射、聚焦后，投影到图像传感器100，从而形成影像。
26.在一些实施例中，图像获取装置200还可以包括座体230，座体230用于容置镜头210以及图像传感器100，从而提高图像获取装置200的稳固性。
27.在本技术中，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通，也可以是仅为表面接触。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
28.请参阅图2，图像传感器100包括多个传感器子阵列10、多个滤色器子阵列30以及第一截止滤光层50，多个传感器子阵列10排布形成图像传感器100的传感器阵列101，传感器阵列101具有入光面，入光面是传感器阵列101的感光的一侧(也即入光侧)，外部环境光线从传感器阵列101的入光侧入射至传感器阵列101的传感器中。
29.请参阅图3，传感器子阵列10包括以预设排列模式设置的第一传感器组12、第二传感器组14、第三传感器组16以及第四传感器组18。多个滤色器子阵列30一一对应地设置在传感器子阵列10的入光面的一侧，以用于把光线过滤成单色光。滤色器子阵列30可以包括红色滤色器32、绿色滤色器34以及蓝色滤色器36。具体而言，红色滤色器32设置于第一传感器组12的入光面的一侧，以使红色滤色器32和第一传感器组12共同形成红色像素组3201；绿色滤色器34设置于第二传感器组14的入光面的一侧，以使绿色滤色器34和第二传感器组14共同形成绿色像素组3401；蓝色滤色器36设置于第三传感器组16的入光面的一侧，以使蓝色滤色器36和第三传感器组16共同形成蓝色像素组3601。第一截止滤光层50设置于第四传感器组18的入光面181的一侧，以使第一截止滤光层50和第四传感器组18共同形成白色像素组3801，其中，第一截止滤光层50用于透过可见光，例如用于截止可见光与近红外光之外的光线。进一步地，第一截止滤光层50可以为多个，多个第一截止滤光层50和多个传感器子阵列10的第四传感器组18一一对应地设置。
30.上述图像传感器100通过设置白色像素组3801，白色像素组3801能够透过所有波段的光线，从而增加图像传感器100的进光量，提升夜晚图像的信噪比。进一步地，在第四传感器组18的入光面181一侧设置第一截止滤光层50，第一截止滤光层50用于透过可见光，因此增大了每个传感器子阵列10的进光量，能够在光线不足的情况下显著提升图像传感器100的进光量，提升图像的亮度特征，从而提高物体识别的准确性。
31.本技术中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
32.在本实施例中，对于红色滤色器32、绿色滤色器34和蓝色滤色器36而言，通常仅允许透过特定波段内的光线。例如，蓝色滤色器36的波段范围可以是中心波段为440纳米～475纳米左右，上截止波段约为550纳米左右，同时蓝色滤色器36还允许透过波段大于800纳米的红外光；绿色滤色器34的波段范围可以是中心波段为520纳米～550纳米，上下截止波段分别约为620纳米、460纳米，同时绿色滤色器34还允许透过波段大于700纳米的红外光；红色滤色器32的波段范围可以是下截止波段约为575纳米。由于蓝色光的典型波长为435～
450纳米，绿色光的典型波长为492纳米～577纳米，红色光的典型波长为622纳米～760纳米，因此，蓝色滤色器36可以允许透过蓝色光和红外光，绿色滤色器34可以透过绿色光和红外光，红色滤色器32可以透过红色光和红外光。
33.请参阅图4至图6，图5及图6示意性地示出了图像传感器100的剖面结构示意图，图中仅是为了示出各阵列结构之间的位置关系，该剖面结构也不完全是沿着某个平面剖出，而是可以沿着多个平面剖出，以显示出各像素组之间的元素，因此，图中所示的元素之间的位置关系，不应对本技术实施例所提供的图像传感器100的结构造成限制。在一些实施例中，滤色器子阵列30还可以包括白色滤色器38，白色滤色器38设置于第四传感器组18的入光面181的一侧，白色滤色器38覆盖于第四传感器组18，例如，白色滤色器38可以设置于第一截止滤光层50背离第四传感器组18的一侧。因此，在本实施例中，白色滤色器38、第一截止滤光层50和第四传感器组18共同形成白色像素组3801。白色滤色器38用于透过所有波段的光线。换句话说，红色光、蓝色光和绿色光在内的可见光以及红外光均可以透过白色滤色器38，能够增大图像传感器100的进光量，提升图像信噪比。
34.在其他一些实施例中，请参阅图7，为了简化图像传感器100的结构，滤色器子阵列30可以不包括白色滤色器38，即第四传感器组18的入光面181的一侧不设置滤色器，例如，第一截止滤光层50背离第四传感器组18的一侧、对应于蓝色滤色器36的位置处形成空腔380，空腔380所在的位置和蓝色滤色器36所在的位置处于同一个平面内，且空腔380内可以不设置任何阻挡光线传播的部件(例如，空腔380呈空置状态)，外界的环境光线经由空腔380传播至第四传感器组18时，并未被遮挡，因此本实施例中图像传感器100的进光量相对较大。第一截止滤光层50可以通过镀膜的工艺形成在白色滤色器38朝向第一传感器组18的一侧。
35.请参阅图8，图8示出了本技术的实施例所提供的像素子阵列的正投影示意图，在本实施例中，红色像素组3201、绿色像素组3401、蓝色像素组3601以及白色像素组3801共同形成图像传感器100的像素子阵列，多个像素子阵列排布形成凸显光传感器100的像素阵列。
36.红色像素组3201可以包括一个或多个红色像素123，每个红色像素123包括一个红色滤色器和一个第一传感器。由于红色滤色器32可以透过红色光和红外光，因此仅红色光和红外光可以到达红色像素组3201中的第一传感器组12。绿色像素组3401可以包括一个或多个绿色像素143，每个绿色像素143包括一个绿色滤色器和一个第二传感器。由于绿色滤色器34可以透过绿色光和红外光，因此仅绿色光和红外光可以到达绿色像素组3401中的第二传感器组14。蓝色像素组3601可以包括一个或多个蓝色像素163。每个蓝色像素163包括一个蓝色滤色器和一个第三传感器。由于蓝色滤色器36可以透过蓝色光和红外光，因此仅蓝色光和红外光可以到达蓝色像素组3601中的第三传感器组16。白色像素组3801可以包括一个或多个白色像素183，每个白色像素183包括一个白色滤色器和一个第四传感器，或者包括一个第一截止滤光层和一个第四传感器。由于白色滤色器38可以透过红色光、蓝色光、绿色光和红外光，因此，相比于第一传感器组12、第二传感器组14和第三传感器组16，白色像素组3801中的第四传感器组18可以接收更宽光谱的光线，在相同的光照条件下，第四传感器组18接收到的光子数量要大于第一传感器组12、第二传感器组14和第三传感器组16接收的光子数量，因此图像传感器100的进光量增加，提高了图像传感器的感光灵敏度。
37.在本实施例中，红色像素组3201与绿色像素组3401沿第一方向x并列设置、蓝色像素组3601与白色像素3801沿第一方向x并列设置，红色像素组3201与蓝色像素组3601沿第二方向y并列设置，其中，第二方向y与第一方向x垂直。应当理解的是，在其他一些实施例中，红色像素组3201、绿色像素组3401、蓝色像素组3601以及白色像素组3801可以按照其他顺序进行排列，本技术对此不作限制。
38.进一步地，白色像素组3801的面积大于红色像素组3201的面积、绿色像素组3401的面积以及蓝色像素组3601的面积中的至少一个，以便于提升图像传感器100的进光量，从而提升暗光条件下图像的信噪比。在本技术实施例中，红色像素组3201的面积、绿色像素组3401的面积、蓝色像素组3601的面积以及白色像素组3801的面积中，白色像素组3801的面积最大。例如，一个八平方微米的像素结构，红色像素组3201的面积、绿色像素组3401的面积、蓝色像素组3601的面积均为一平方微米，白色像素组3801的面积为五平方微米。应当理解的是，本技术说明书中所说的“像素组的面积”指的是该像素组沿着进光方向的感光部分的投影面积，例如，红色像素组3201可以包括层叠的红色滤色器32以及第一传感器组12，红色滤色器32为红色像素组3201的入光面侧，则红色像素组3201的面积可等同于该像素组中红色滤色器32的表面积；以此类推，绿色像素组3401的面积可以等同于该像素组中绿色滤色器34的表面积，蓝色像素组3601的面积可以等同于该像素组中蓝色滤色器36的表面积，白色像素组3801的面积可以等同于该像素组中白色滤色器38的表面积。当然，若白色像素组3801未包括白色滤色器38，那么同理类推，色像素组3801的面积可以等同于该像素组中第一截止滤光层50的表面积。
39.在图8所示的实施例中，红色像素组3201包括一个红色像素123，绿色像素组3401包括一个绿色像素143，蓝色像素组3601包括一个蓝色像素163，白色像素组3801包括一个白色像素183。进一步地，红色像素123的长宽比大致为2：1，绿色像素143的长宽比大致为2：1，蓝色像素163的长宽比大致为1.5：1，白色像素183的长宽比大致在1：1至2：1之间。
40.应当理解的是，在其他的实施例中，红色像素组3201可以包括多个红色像素123，绿色像素组3401可以包括多个绿色像素143，蓝色像素组3601可以包括多个蓝色像素163，白色像素组3801可以包括多个白色像素183，如图9所示。
41.请参阅图10，在本实施例中，传感器子阵列10中的传感器包括光电转换器件103，光电转换器件103用于将光信号转换成电信号例如电压信号，或者将光信号转换成电荷。在本技术实施例中，光电转换器件103可以为光电二极管。图像传感器100还包括硅基板60，光电转换器件103设置于硅基板60，光电转换器件103通过光子激发，使硅基板60中的电子产生跃迁，形成光电转换，即光线中的光子把能量传递给硅基板60中的电子，产生电信号。
42.在本实施例中，传感器子阵列10中的中的传感器还包括金属层105，金属层105设置于滤色器子阵列30与光电转换器件103之间，金属层105用于传输电信号，具体而言，金属层105可以通过图像传感器100中晶体管的开关控制电流，还能够把光电转换形成的电信号传输出去，最终形成电子图像。
43.在本实施例中，第一截止滤光层50的吸收波长范围为400纳米至1500纳米，以用于截止可见光与近红外光之外的光线，因此红色光、蓝色光、绿色光和近红外光均能到达第四传感器组18，可以在光线不足的情况下大幅度提升进光量，进而提升图像信噪比。在本技术实施例中，第一截止滤光层50的截止频率为950纳米，能够提升进光量，从而提升图像信噪
比。
44.在本实施例中，图像传感器100还包括第二截止滤光层70，第二截止滤光层70设置于第一传感器组12、第二传感器组14以及第三传感器组16的入光面的一侧，第二截止滤光层70和第一截止滤光层50共面设置，例如，第二截止滤光层70可以通过镀膜的工艺形成在红色滤色器32、绿色滤色器34以及蓝色滤色器36朝向传感器组的一侧。在本技术实施例中，第二截止滤光层70的数量可以为多个，多个第二截止滤光层70与多个传感器子阵列10一一对应，例如，多个第二截止滤光层70可以分别设置在第一传感器组12与红色滤色器32之间，第二传感器组14与绿色滤色器34之间以及第三传感器组16与蓝色滤色器36之间。进一步地，第二截止滤光层70为红外截止滤光层，第二截止滤光层70的吸收波长的范围为400纳米至3000纳米，用于截止可见光之外的光线。由于像素中的光电转换器件103对红外光敏感，通过设置第二截止滤光层70可以去除到达第一传感器组12、第二传感器组14和第三传感器组16的红外光，因此，仅红色光可以到达第一传感器组12、仅绿色光可以到达第二传感器组14、仅蓝色光可以到达第三传感器组16，能够在光线充足的情况下提供准确的色彩特征，进一步地，各像素组可以独立感光，使得各像素组的感光结果的色彩更准确。在本技术实施例中，第二截止滤光层70的截止频率为650纳米，可以在光线充足的条件下提供准确的色彩和亮度特征，保证色彩还原的准确性。
45.请参阅图11，在一些实施例中，图像传感器100还可以包括微透镜阵列80，微透镜阵列80设置于滤色器子阵列30背离传感器子阵列10的一侧，以用于汇聚光线。具体而言，微透镜阵列80阵列可以由多个微透镜进行阵列排布而形成，每个微透镜一一对应地与一个像素组对应设置，微透镜靠近滤色器子阵列30的一侧大致为平面，远离滤色器子阵列30的一侧大致为凸面，用于将光线聚集在传感器子阵列10的光电转换器103上增加光电转换效率，减少相邻像素之间的光信号串扰。
46.请参阅图12，在本实施例中，图像传感器100还可以包括电荷读出模块90，电荷读出模块90与传感器阵列101电性连接，电荷读出模块90能够读出光电转换器件103累积的电荷，根据所读出的电荷生成原始像素数据。进一步地，电荷读出模块90可以包括行驱动器92、列驱动器94、控制电路96、模数转换器98等子模块。
47.具体而言，行驱动器92以及列驱动器94分别电性连接于传感器阵列101的两端，行驱动器92可以以行为单位来驱动传感器阵列101中的行像素，列驱动器323可以以列为单位选择传感器阵列101中的列像素。控制电路96包括生成各种时序信号的时序发生器等(图中未示出)，并根据由时序发生器生成的各种时序信号来对行驱动器92和列驱动器94进行驱动控制，在控制电路96的控制下行驱动器92和列驱动器94驱动传感器阵列11曝光，数模转换器98将模拟电信号转换成数字信号。
48.进一步地，图像传感器100还可以包括图像处理器20以及接口40，数模转换器98将转换后的数字信号作为原始像素数据输入图像处理器20进行处理，图像处理器20对输入的原始像素数据进行处理并通过接口40与外部电路进行信息交换。
49.本技术实施例提供的图像传感器中，包括多个传感器子阵列、多个滤色器子阵列以及第一截止滤光层，多个传感器子阵列排布形成图像传感器的传感器阵列，传感器子阵列包括以预设排列模式设置的第一传感器组、第二传感器组、第三传感器组以及第四传感器组。多个滤色器子阵列一一对应地设置在传感器子阵列的入光面的一侧，以用于把光线
过滤成单色光。多个滤色器子阵列可以包括红色滤色器、绿色滤色器以及蓝色滤色器。具体而言，红色滤色器设置于第一传感器组的入光面的一侧，以使红色滤色器和第一传感器组共同形成红色像素组；绿色滤色器设置于第二传感器组的入光面的一侧，以使绿色滤色器和第二传感器组共同形成绿色像素组；蓝色滤色器设置于第三传感器组的入光面的一侧，以使蓝色滤色器和第三传感器组共同形成蓝色像素组。第一截止滤光层设置于第四传感器组的入光面的一侧，以使第一截止滤光层和第四传感器组共同形成白色像素组，其中，第一截止滤光层用于透过可见光，例如用于截止可见光与近红外光之外的光线。
50.上述图像传感器通过设置白色像素组，能够透过所有波段的可见光线，从而增加图像传感器的进光量，提升夜晚图像的信噪比。进一步地，在第四传感器组的入光面一侧设置第一截止滤光层，第一截止滤光层用于透过可见光，因此增大了每个传感器子阵列的进光量，能够在光线不足的情况下显著提升图像传感器的进光量，提升图像的亮度特征，从而提高物体识别的准确性。
51.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
52.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。