[发明专利]像素单元、图像传感器及光谱仪

权利要求书

1.一种像素单元，其特征在于，包括光电转换结构和超透镜结构，其中，所述光电转换结构能够在光照下产生电流；所述超透镜结构设置在所述光电转换结构上，所述超透镜结构能够从光像中筛选出预设波长的光，并将所述预设波长的光聚焦在所述光电转换结构上。

2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述超透镜结构包括透光的基底和多个超表面结构单元，其中，所述基底设置在所述光电转换结构上，多个所述超表面结构单元均设置在所述基底远离所述光电转换结构的一侧面上，并呈阵列分布，且各所述超表面结构单元在竖直方向上的长度均小于所述预设波长，多个所述超表面结构单元能够配合从光像中筛选出预设波长的光，并将所述预设波长的光聚焦在所述光电转换结构上。

3.根据权利要求2所述的像素单元，其特征在于，各所述超表面结构单元的形状包括棱柱体、圆柱体、球体和椭圆球体中的任意一种。

4.根据权利要求3所述的像素单元，其特征在于，各所述超表面结构单元的形状均为长方形柱体，各所述超表面结构单元的长轴平行于所述基底远离所述光电转换结构的一侧面，且各所述超表面结构单元的长轴与第一预设方向之间均具有预设度数的夹角，所述第一预设方向与所述基底远离所述光电转换结构的一侧面平行，以使多个所述超表面结构单元配合将所述预设波长的光聚焦在所述光电转换结构上。

5.根据权利要求4所述的像素单元，其特征在于，所述基底远离所述光电转换结构的一侧面的形状呈正方形，所述基底远离所述光电转换结构的一侧面分为呈正方形的多个子表面，所述子表面的数量与所述超表面结构单元的数量相同，多个所述超表面结构单元一一对应的设置在多个所述子表面上，各所述超表面结构单元的长轴与所述第一预设方向之间的夹角的所述预设度数通过以下公式获得：

其中，θ为所述超表面结构单元的长轴与所述第一预设方向之间的所述预设度数的夹角，π为圆周率，λ为所述预设波长，f为焦距，x为所述基底远离所述光电转换结构的一侧面在所述第一预设方向上的位置坐标，y为所述基底远离所述光电转换结构的一侧面在与所述第一预设方向垂直的第二预设方向上的位置坐标，s为所述基底远离所述光电转换结构的一侧面的边长。

6.根据权利要求2所述的像素单元，其特征在于，各所述超表面结构单元的制作材料包括a-Si、p-Si、Si₃N₄和TiO₂中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述光电转换结构包括光电转换金属件、衬底和透光的绝缘层，其中，所述绝缘层设置在所述衬底上，所述光电转换金属件设置在所述绝缘层中，所述光电转换金属件能够在光照下产生电流，所述超透镜结构设置在所述绝缘层背离所述衬底的一侧面上。

8.根据权利要求7所述的像素单元，其特征在于，所述光电转换金属件的数量为多个，多个所述光电转换金属件间隔的设置在所述绝缘层中。

9.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述像素单元还包括透光的保护层，所述保护层覆盖在所述超透镜结构背离所述光电转换结构的一侧面上，用于保护所述超透镜结构。

10.根据权利要求9所述的像素单元，其特征在于，所述保护层的制作材料包括聚甲基丙烯酸甲酯或聚二甲基硅氧烷。

11.一种图像传感器，其特征在于，包括至少三个如权利要求1-10任一项所述的像素单元，至少三个所述像素单元阵列分布，至少三个所述像素单元至少分别能够从光像中筛选出红光、绿光和蓝光，并分别将红光、绿光和蓝光聚焦，且分别产生与红光、绿光和蓝光对应的电流。

12.一种光谱仪，其特征在于，包括多个如权利要求1-10任一项所述的像素单元，多个所述像素单元阵列分布，多个所述像素单元至少分别能够从光像中筛选出不同波长的可见光，并分别将不同波长的可见光聚焦，且产生与不同波长的可见光对应的电流。