一种光电传感器、包含其的光学设备及光线调制方法技术

本公开提供了一种光电传感器、包含其的光学设备及光线调制方法。光电传感器包括超透镜阵列和传感装置，其中超透镜阵列包括多个超透镜，每个超透镜包括多个超像素单元。传感装置包括与所述多个超像素单元一一对应的多个接收单元，每个接收单元包括多个像素。每个像素被配置为将特定波段的光信号转换成电信号。每个超像素单元被配置为对入射光进行相位调制，使得不同波段的光线分别传输至与所述超像素单元对应的接收单元中与波段匹配的像素；所述多个超像素单元包括至少两种超像素单元，所述至少两种超像素单元彼此之间相位分布不同使得传输至相应像素的光波段不相同或部分重叠。本公开基于超透镜实现彩色图像传感，能够提高能量利用率。能量利用率。能量利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种光电传感器、包含其的光学设备及光线调制方法


[0001]本公开涉及光电传感器
，具体而言，涉及一种光电传感器、包含其的光学设备及光线调制方法。

技术介绍

[0002]常规的彩色图像传感器主要将入射光经过微透镜阵列分别进行会聚后通过拜耳滤光片区分RGB不同色彩分量(不同波长)的强度，根据对应不同色彩传感器的接收强度可重构入射光的色彩。以红绿蓝三色光强含量均分的情况为例，每个单色传感器接收到的入射光能量最大仅为1/3，再加上拜耳滤色片本身对单色光也不能完全透过而又造成一定的损耗，因此到达传感器的能量有限，受限于摄像元件的灵敏度，彩色图像重构存在一定的挑战。
[0003]现有技术中提出了一种将超透镜与彩色像素封装在一起的方案，但这种技术方案中，超透镜同时对三种波段的光线进行调制，且对其中一个波段需要调制两个焦点。这种分光方案导致超透镜的设计难度增加，对大角度入射光线响应弱，导致该方案实际取得的光能利用效率远低于光能利用率的理论预期值。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本申请第一方面提供了一种光电传感器，所述光电传感器包括超透镜阵列和传感装置；
[0005]超透镜阵列包括多个超透镜，多个超透镜中的每一个包括多个超像素单元；
[0006]传感装置包括与多个超像素单元一一对应设置的多个接收单元，多个接收单元中的每一个包括多个像素，多个像素中的每一个被配置为将特定波段的光信号转换成电信号；
[0007]每个超像素单元被配置为对入射光进行相位调制，使得不同波段的光线分别传输至与超像素单元对应的接收单元中与波段匹配的像素；多个超像素单元包括至少两种超像素单元，至少两种超像素单元彼此之间相位分布不同使得传输至相应像素的光波段不相同或部分重叠。
[0008]本申请第二方面提供了一种光学设备，其特征在于，光学设备包括光学系统以及根据上述任一实施例提供的光电传感器；
[0009]光电传感器位于光学系统的像平面。
[0010]本申请第三方面提供了一种光线调制方法，适用于根据上述任一实施例提供的光电传感器，包括：
[0011]提供阵列排布的多个超透镜，将多个超透镜中的每一个划分为多个超像素单元；
[0012]设置多个接收单元与多个超像素单元一一对应；多个接收单元中的每一个均包括多个像素；多个像素中的每个像素被配置为将特定波段的光信号转换成电信号；
[0013]每个超像素单元对入射光进行相位调制，使得不同波段的光线分别传输至与超像
素单元对应的接收单元中与波段匹配的像素；
[0014]差别化设计多个超像素单元的相位分布，使得多个超像素单元包括至少两种超像素单元，且至少两种超像素单元彼此之间相位分布不同使得传输至相应像素的光波段不相同或部分重叠。
[0015]本申请实施例提供的技术方案，至少取得了以下有益效果：
[0016]本申请实施例所提供的方案采用超透镜将不同波段的光线分别直接偏折到接收不同波段的像素，可避免滤光片导致光能量损耗的问题，提高了能量利用率；进一步地，超透镜为亚波长尺寸光学元件，适用于当前微米量级的传感器架构，同时其制备工艺与成熟的半导体传感器技术兼容，具有较强的实用性和量产潜力。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。
[0018]图1为本公开实施例所提供的一种光电传感器的整体结构示意图；
[0019]图2为本公开实施例所提供的一种光电传感器的工作原理示意图；
[0020]图3为本公开实施例所提供的一种光电传感器的多个子像素的平面排布方式；
[0021]图4为本公开实施例所提供的一种光电传感器的超单元立体结构示意图；
[0022]图5为本公开实施例所提供的一种光电传感器的工作原理示意图；
[0023]图6为本公开实施例所提供的一种光电传感器的多个子像素的平面排布方式；
[0024]图7为本公开实施例所提供的一种光电传感器的多个子像素的平面排布方式；
[0025]图8为本公开实施例所提供的一种光电传感器的超单元结构和探测形式示意图；
[0026]图9为本公开实施例所提供的一种光线路径示意图；
[0027]图10为本公开实施例所提供的一种光线路径示意图；
[0028]图11为本公开实施例所提供的一种光线路径示意图；
[0029]图12为本公开实施例一所提供的红光和绿光检测的一组结构中针对波长700nm和546nm的理论相位分布；
[0030]图13为本公开实施例一所提供的y＝0截线上纳米结构的相位匹配情况；
[0031]图14为本公开实施例一所提供的绿光和蓝光检测的一组结构中针对波长546nm和436nm的理论相位分布；
[0032]图15为本公开实施例一所提供的y＝0截线上纳米结构的相位匹配情况；
[0033]图16为本公开实施例一所提供的700nm、546nm和436nm单色光照射下传感器平面的归一化强度分布情况；
[0034]图17为本公开实施例二所提供的子像素尺寸为3μm时白光照射的归一化光强分布情况；
[0035]图18为本公开实施例二所提供的子像素尺寸分别为2.2μm和0.85μm时白光照射的归一化光强分布情况。
[0036]附图标记列表：
[0037]10
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超透镜、101
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超像素单元、102
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第一超像素单元、103
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第二超像素单元、11
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纳米结构、12
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衬底、20
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传感装置、201
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接收单元、202
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第一接收单元、203
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第二接收单元、204
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第三接收单元、205
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第四接收单元、21
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像素、22
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滤光片、23
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子像素、211
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第一像素、212
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第二像素、213
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第三像素、214
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第四像素、216
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第六像素、217
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第七像素、218
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第八像素、219
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第九像素、01
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彩色像素、221
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第一滤光片、222
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第二滤光片、223
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第三滤光片、224
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第四滤光片、226
‑
第六滤光片、227
‑
第七滤光片、228
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电传感器，其特征在于，所述光电传感器包括超透镜阵列和传感装置(20)；所述超透镜阵列包括多个超透镜(10)，所述多个超透镜(10)中的每一个包括多个超像素单元(101)；所述传感装置(20)包括与所述多个超像素单元(101)一一对应设置的多个接收单元(201)，所述多个接收单元(201)中的每一个包括多个像素(21)，所述多个像素(21)中的每一个被配置为将特定波段的光信号转换成电信号；每个超像素单元(101)被配置为对入射光线(60)进行相位调制，使得不同波段的光线分别传输至与所述超像素单元对应的接收单元中与波段匹配的像素；所述多个超像素单元(101)包括至少两种超像素单元，所述至少两种超像素单元彼此之间相位分布不同使得传输至相应像素的光波段不相同或部分重叠。2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述多个像素(21)中的每一个包括沿着光路依次设置的滤光片(22)和子像素(23)，所述滤光片(22)被配置为透过所述特定波段的光线；所述子像素(23)被配置为将所述特定波段的光信号转换成电信号。3.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述多个超像素单元(101)中任意两个相邻的超像素单元彼此之间相位分布不同使得传输至相应像素的光波段不相同或部分重叠。4.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述多个超像素单元(101)中的每一个被配置为对所述入射光线(60)进行相位调制，使得所述不同波段的光线中部分波段的光信号被相应波段的像素转换成电信号；所述部分波段包括至少两种波段。5.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，所述多个超像素单元(101)包括第一超像素单元(102)和第二超像素单元(103)；所述多个接收单元(201)包括与所述第一超像素单元(102)对应设置的第一接收单元(202)和与所述第二超像素单元(103)对应设置的第二接收单元(203)；所述第一接收单元(202)包括第一像素(211)和第二像素(212)；所述第二接收单元(203)包括第三像素(213)和第四像素(214)；所述第一超像素单元(102)被配置成不同波段的光线经过所述第一超像素单元(102)后第一波段光线和第二波段光线被所述第一超像素单元(102)调制后分别传输至所述第一像素(211)和所述第二像素(212)；所述第二超像素单元(103)被配置成不同波段的光线经过所述第二超像素单元(103)后第三波段光线和第四波段光线被所述第二超像素单元(103)调制后分别传输至所述第三像素(213)和所述第四像素(214)；所述第一像素(211)被配置成将所述第一波段的光信号转换成电信号；所述第二像素(212)被配置成将所述第二波段的光信号转换成电信号；所述第三像素(213)被配置成将所述第三波段的光信号转换成电信号；所述第四像素(214)被配置成将所述第四波段的光信号转换成电信号。6.根据权利要求5所述的光电传感器，其特征在于，所述第一波段为红色波段；所述第二波段和所述第四波段为绿色波段；所述第三波段为蓝...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建发，王大承，郝成龙，谭凤泽，朱健，
申请(专利权)人：深圳迈塔兰斯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：