一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构及制备方法，光谱成像芯片结构包括像素感光单元，所述像素感光单元上间隔若干行像素分布若干行光谱滤波结构，每行光谱滤波结构为一个中心波长，其他像素感光单元上周期性排列拜耳阵列。该光谱成像芯片结构在RGB图像传感器基础上，稀疏分布若干行光谱滤波结构，能够在实现普通RGB图像传感器高分辨率成像的同时，增加光谱成像效果，可用于提高相机拍摄图像的色彩还原效果，也可以用于物质识别功能。识别功能。识别功能。

【技术实现步骤摘要】
一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构及制备方法


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构及制备方法。

技术介绍

[0002]光谱成像是利用光谱成像技术获取目标物的三维光谱图像信息，包含了二维的图像信息和一维的光谱信息，具备“图谱合一”的特性，图像信息能够反映目标物体的大小、形状和缺陷等外部特征，光谱信息能够反映目标物体的内部物理、化学成分，利用光谱成像技术可以实现对物质的识别功能。
[0003]一体式生长的光谱成像芯片，是利用现成的成熟的CMOS像素感光单元，在封装之前，在半导体工艺线上利用标准工艺生长一层FP腔滤光薄膜，FP腔根据腔长大小可透过不同特定波长的光，从而可实现多谱段光谱成像，最后形成单芯片式光谱成像系统。
[0004]传统的一体式生长的光谱成像芯片上的FP腔结构采用的是线扫式或者马赛克式的排列方式。线扫式的排列方式是在像素感光单元的每一个像素上均有FP腔结构，每一行FP腔腔长相同，可以透过同一个制定波长的光，从而实现某一个谱段的光谱成像。马赛克式的排列方式是在像素感光单元的每一个像素上均有FP腔结构，每个相邻像素上的FP腔腔长结构均不同，以一定的N*N结构的像素阵列为周期重复排布在像素感光单元的像素区内。
[0005]传统的RGB图像传感器是在图像传感器像素感光单元上贴合一层拜耳分布阵列，由RGB宽谱滤光片阵列组成如图1所示，由RGGB的2*2像素阵列周期排列组成，可最终将灰度图像转换成彩色图像。
[0006]传统RGB图像传感器中在拍照方面存在一定色彩失真的情况，这是由于传统图像传感器中只有RGB三个宽谱段的滤波响应，在色彩还原方面输入的色彩信息量不足以能完全还原真实环境中色彩信息，所以存在色彩失真的情况。
[0007]光谱成像由于谱段数多，光谱分辨率高，能够提供更多的输入色彩信息量，在色彩还原方面存在得天独厚的优势。但是实现一体式快照时光谱成像对于工艺要求较高，且谱段信息过多会存在一定的信息冗余，而且谱段数较多，会在一定的程度上损失成像的图像分辨率。

技术实现思路

[0008]针对RGB图像传感器中在拍照时存在色彩失真等技术问题，本专利技术提供了一种一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构及制备方法，结合普通RGB图像传感器和线扫式光谱成像芯片结构的优势，在RGB图像传感器的基础上增加几个对色彩还原有用的光谱谱段，周期性离散的分布这几个光谱滤波结构，构成稀疏分布的光谱成像芯片，既具备光谱成像的多个谱段响应，又保留了RGB图像传感器的图像分辨率。
[0009]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案如下：
[0010]本专利技术提供了一种一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构，包括像素感光单
元，所述像素感光单元上间隔若干行像素分布若干行光谱滤波结构，每行光谱滤波结构为一个中心波长，其他像素感光单元上周期性排列拜耳阵列。
[0011]进一步地，所述像素感光单元上间隔固定像素行距分布一行光谱滤波结构。
[0012]进一步地，所述像素感光单元上分布N个谱段波长的光谱滤波结构，N大于2。
[0013]进一步地，所述光谱滤波结构为FP腔结构，所述FP腔结构包括两端由高、低折射率材料交替排列构成的布拉格反射镜，以及中间的SiO2通光层。
[0014]进一步地，所述光谱滤波结构还包括匹配层，所述匹配层一体式沉积生长在所述像素感光单元上，所述FP腔结构一体式沉积生长在所述匹配层上。
[0015]进一步地，所述光谱滤波结构还包括过渡层、截止滤波膜，所述过渡层一体式沉积生长在所述FP腔结构上，所述截止滤波膜一体式沉积生长在所述过渡层上。
[0016]进一步地，所述截止滤波膜包括至少一层，当截止滤波膜有多层时，多层截止滤波膜分别截止不同的干扰波段，最下层截止滤波膜一体式沉积生长在所述过渡层上，所述多层截止滤波膜之间粘接固定。
[0017]进一步地，所述光谱滤波结构间隔的固定像素行距不小于4。
[0018]进一步地，所述拜耳阵列为RGGB彩色滤波片结构、RYYB彩色滤波片结构、RGWB彩色滤波片结构中的一种。
[0019]进一步地，所述光谱成像芯片结构采用CMOS像素感光单元，与CMOS兼容的光谱滤波结构、拜耳阵列一体式生长在CMOS像素感光单元上。
[0020]本专利技术还提供了一种一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构制备方法，包括如下步骤
[0021]准备图像感光单元，确定光谱滤波结构所在像素行；
[0022]制备光谱滤波结构，逐次制备同一谱段的光谱滤波结构，直到获得所有谱段光谱滤波结构；
[0023]在像素感光单元其他区域制备拜耳阵列；
[0024]在像素感光单元光谱滤波结构和拜耳阵列上生长平坦层和保护层。
[0025]进一步地，所述光谱成像芯片结构保护层外贴合一层微透镜阵列结构。
[0026]本专利技术与现有技术相比的有益效果：
[0027]本专利技术提供的一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构，在RGB图像传感器上，稀疏分布若干行光谱滤波结构，能够在实现普通RGB图像传感器高分辨率成像的同时，增加光谱成像效果，可用于提高相机拍摄图像的色彩还原效果，也可以用于物质识别功能。该设计结合了光谱相机和RGB相机的优势，可应用在手机等对体积要求较高的平台上。
[0028]同时，在像素感光单元上制备光谱滤波结构、拜耳阵列采用一体式半导体兼容工艺，成本低，利于推广使用。
附图说明
[0029]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。
[0030]图1为经典拜耳阵列排列方式示意图；
[0031]图2为本专利技术具体实施例提供的稀疏分布的线扫式光谱成像芯片结构示意图；
[0032]图3为本专利技术具体实施例提供的四谱段稀疏分布的线扫式光谱成像芯片结构示意图。
具体实施方式
[0033]下面对本专利技术的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本专利技术。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本专利技术。
[0034]在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与本专利技术的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0035]本专利技术针对手机等相机在拍摄过程中存在色彩失真情况，通过在传统RGB图像传感器上增加光谱成像的方式提高手机相机摄像头拍摄色彩还原效果。本专利技术结合线扫式光谱成像芯片的排布方式，在RGB图像传感器RGGB等拜耳阵列排布的基础上，以稀疏分布的方式周期性排列若干行线扫光谱滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构，其特征在于，包括像素感光单元，所述像素感光单元上间隔若干行像素分布若干行光谱滤波结构，每行光谱滤波结构为一个中心波长，其他像素感光单元上周期性排列拜耳阵列。2.根据权利要求1所述的一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构，其特征在于，所述像素感光单元上间隔固定像素行距分布一行光谱滤波结构。3.根据权利要求1所述的一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构，其特征在于，所述像素感光单元上分布N个谱段波长的光谱滤波结构，N大于2。4.根据权利要求1所述的一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱滤波结构为FP腔结构，所述FP腔结构包括两端由高、低折射率材料交替排列构成的布拉格反射镜，以及中间的SiO2通光层。5.根据权利要求4所述的一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱滤波结构还包括匹配层，所述匹配层一体式沉积生长在所述像素感光单元上，所述FP腔结构一体式沉积生长在所述匹配层上。6.根据权利要求4所述的一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片结构，其特征在于，所述光谱滤波结构还包括过渡层、截止滤波膜，所述过渡层一体式沉积生长在所述FP腔结构上，所述截止滤波膜一体式沉积生长在所述过渡层上。7.根据权利要求6所述的一体式稀疏分布线扫式光谱成像芯片...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晨，刘舒扬，王天鹤，赵安娜，张云昊，周志远，潘建旋，姜洪妍，王才喜，
申请(专利权)人：天津津航技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：