[发明专利]一种三维CMOS数字图像传感器

说明书

技术领域

本发明属于图像和数字传感器技术领域，尤其涉及一种基于金属纳米平面透镜和金属纳米彩色滤波器的三维CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）数字图像传感器。

背景技术

人类对影像特别是数字影像的需求从黑白发展到彩色，从二维发展到三维。三维彩色立体电影已经风靡全球，观看者可以获得传统二维黑白影像所无法呈现出来的身临其境的感受。在当前的三维显示技术中，一般需要对左右眼的影像进行空间的分离，一个简单技术就是在液晶显示器的表面制作微柱透镜来实现光的分束，制作好的三维影像的每个像素对应左右眼的信息由每个像素的微柱透镜分别投射到不同方向，实现三维立体的显示。三维数字电影的制作是个非常复杂的过程，即使是静态的三维照片一般都至少需要两个镜头和两个图像传感器才能够拍摄，无疑是三维影像技术普及的一个阻碍。理论上把显示的整个光路倒过来就是拍摄光路，因此左右眼对应影像的分别记录是实现三维图像记录的技术重点。大尺度的微柱透镜在显示设备中可以利用介质材料回流的工艺来制备，但在高分辨率的情况下，小尺寸微柱透镜的制备和其光学性能的退化都是严重问题，限制了微柱透镜在高分辨率三维CMOS图像传感器中的应用。此外，现有的CMOS数字图像传感器通常采用聚合物彩色滤波器，其热稳定性和抗辐射性都较差，也不利于降低串扰和提高分辨率。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种三维CMOS数字图像传感器，能仅需要一个镜头和一个图像传感芯片就能够实现三维的影像拍摄功能，并且不需要聚合物彩色滤波器来实现彩色成像。

本发明的上述技术问题这样解决：构建一种三维CMOS数字图像传感器，其特征在于，由平面阵列分布的三维像素构成，包括由金属互联层顶层构成的用于左眼和右眼光分束的金属纳米平面透镜和位于金属互联层顶层下方的用于记录左眼和右眼图像信息的三维像素；每个三维像素包括相邻排列的一个用于记录左眼图像信息的左眼子像素和一个用于记录右眼图像信息的右眼子像素。

按照本发明提供的三维CMOS数字图像传感器，该三维CMOS数字图像传感器还包括由金属互联层底层构成的金属纳米彩色滤波器。

按照本发明提供的三维CMOS数字图像传感器，所述金属纳米彩色滤波器优选在CMOS数字图像传感器标准工艺的金属互联层底层中通过制备金属纳米结构获得。

按照本发明提供的三维CMOS数字图像传感器，所述金属纳米彩色滤波器包括但不限制于是由周期金属纳米孔阵列构成的，周期从150纳米到500纳米，纳米孔直径100纳米到300纳米。

按照本发明提供的三维CMOS数字图像传感器，所述金属纳米平面透镜是在CMOS数字图像传感器标准工艺的金属互联层顶层中通过制备金属纳米结构获得。

按照本发明提供的三维CMOS数字图像传感器，所述金属纳米平面透镜包括但不限制于是：

㈠由一组平行金属狭缝构成，该狭缝的宽从30纳米到150纳米，狭缝间距从50纳米到150纳米。

㈡由一组二维分布的金属纳米颗粒构成，纳米颗粒尺寸从30纳米到150纳米，狭缝间距从50纳米到150纳米。

按照本发明提供的三维CMOS数字图像传感器，所述的金属是铝、铜、金或银，优选铝或铜。

按照本发明提供的三维CMOS数字图像传感器，三维像素是三原色的红像素、绿像素或蓝像素，红（R）、绿（G）、蓝（B）像素相间排列。

本发明提供的三维CMOS数字图像传感器，与现有技术相比，本发明具有以下优势：通过把一个像素分成两个独立感光的子像素，分别记录对应左右眼的图像信息，可以实现单镜头单图像传感器的三维图像记录功能。同时，通过直接采用CMOS图像传感器标准工艺中的金属互联层来制备纳米光学元件如分束透镜和彩色滤波器，提高了工艺兼容性，克服了传统聚合物材料在热环境和辐射环境下的不稳定性。此外，通过金属纳米结构来实现光学功能，实现了亚波长尺度下的光学元件，能够提高成像分辨率，而且由于彩色滤波器集成到金属互联层的底层将进一步减小串扰，金属纳米结构增强的近场效应将提高光电管的响应。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1-1是本发明金属纳米平面透镜的第一实施例的样品扫描电子显微镜图；

图1-2是入射光在透过金属纳米平面透镜第一实施例样品后在垂直于样品表面且与金属狭缝正交的截面中的电场分布测量结果；