[发明专利]像素单元、图像传感器及光谱仪

说明书

本发明提供一种像素单元、图像传感器及光谱仪，其中，像素单元包括光电转换结构和超透镜结构，光电转换结构能够在光照下产生电流；超透镜结构设置在光电转换结构上，超透镜结构能够从光像中筛选出预设波长的光，并将预设波长的光聚焦在光电转换结构上。本发明提供的像素单元、图像传感器及光谱仪，能够提高像素单元的集成度，并改善色偏以及色差，从而能够减小图像传感器及光谱仪的体积，并提高成像效果。

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体地，涉及一种像素单元、图像传感器及光谱仪。

背景技术

图像传感器(Image sensor)也称感光元件，其是利用光电器件的光电转换功能，将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号的一种功能器件，主要应用于例如光谱仪、超光谱成像仪、数码相机等电子光像成像设备中。

图像传感器主要包括两种，分别为CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)图像传感器和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器，这两种图像传感器均包括多个像素单元，以能够将其感光面上的光像分成多个小单元，并借助多个像素单元分别将多个小单元光像转换成与各小单元光像对应的可用的电信号，从而获得与光像相应比例关系的电信号。

但是现有的像素单元体的集成度较低，且容易产生色差以及色偏，这样就会造成应用有像素单元的图像传感器以及例如光谱仪、超光谱成像仪、数码相机等电子光像成像设备的体积较大，且例如成像光强度较低、成像分辨率较低等成像效果较差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种像素单元、图像传感器及光谱仪，其能够提高像素单元的集成度，并改善色偏以及色差，从而能够减小图像传感器及光谱仪的体积，并提高成像效果。

为实现上述目的，本发明提供一种像素单元，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。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，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。

可选的，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。