捕獲可見光和紅外光圖像的圖像傳感器及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)和方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]許多成像系統(tǒng)日夜皆操作。舉例而言，安全性成像系統(tǒng)常常一天二十四小時(shí)地捕獲監(jiān)視相片或監(jiān)視視頻。作為另一實(shí)例，汽車后視成像系統(tǒng)通常必須能夠日夜捕獲視頻。
[0002]在白天期間，日光通常足以照射用于成像的場(chǎng)景。然而，對(duì)于夜間成像，通常需要人工光源充分照射場(chǎng)景。盡管人工光源可為可見光源，但人工光源通常為紅外光源。因此，日夜皆操作的許多成像系統(tǒng)必須能夠在可見光以及紅外光場(chǎng)景照射兩個(gè)情況下捕獲圖像。
[0003]不過，由可見光以及紅外光兩者照射圖像場(chǎng)景是常見的。舉例而言，日光含有紅外光以及可見光。作為另一實(shí)例，夜晚主要由紅外線人工光源照射的場(chǎng)景亦可部分地由來自附近雜散光源的可見光照射。因此，對(duì)可見光以及紅外光兩者敏感的圖像傳感器將常常自可見光以及紅外光兩者產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。然而，混合可見光圖像數(shù)據(jù)與紅外光圖像數(shù)據(jù)通常不合需要，因?yàn)槠淇杀舜烁蓴_。
[0004]防止同時(shí)自可見光以及紅外光兩者產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)傳統(tǒng)方法為根據(jù)預(yù)期或所要照射對(duì)入射于圖像傳感器上的光濾光。具體地，在白天期間或在預(yù)期可見光照射的時(shí)間期間，將紅外線阻隔濾光片以機(jī)械方式切換至圖像傳感器的光學(xué)路徑中，藉此防止紅外光到達(dá)圖像傳感器。在夜晚期間或在預(yù)期紅外光照射的時(shí)間期間，移除紅外線阻隔濾光片并將可見光阻隔濾光片切換至光學(xué)路徑中，藉此防止可見光到達(dá)圖像傳感器。盡管此等濾光技術(shù)可提供令人滿意的結(jié)果，但其通常要求移動(dòng)通常昂貴且易于發(fā)生故障的部件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在實(shí)施例中，一種用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的圖像傳感器包含:具有長(zhǎng)度、寬度以及高度的半導(dǎo)體基板；安置于半導(dǎo)體基板中的多個(gè)可見光光檢測(cè)器；以及安置于半導(dǎo)體基板中的多個(gè)組合光光檢測(cè)器。多個(gè)可見光光檢測(cè)器中的每一個(gè)在高度方向上具有各自的深度，且多個(gè)組合光光檢測(cè)器中的每一個(gè)在高度方向上具有大于多個(gè)可見光光檢測(cè)器中的每一個(gè)的各自的深度的各自的深度。
[0006]在實(shí)施例中，一種用于對(duì)場(chǎng)景成像的系統(tǒng)包含用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的圖像傳感器、傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)生器以及信道控制器。圖像傳感器包含:具有長(zhǎng)度、寬度以及高度的半導(dǎo)體基板；安置于半導(dǎo)體基板中的多個(gè)可見光光檢測(cè)器；以及安置于半導(dǎo)體基板中的多個(gè)組合光光檢測(cè)器。多個(gè)可見光光檢測(cè)器中的每一個(gè)在高度方向上具有各自的深度，且多個(gè)組合光光檢測(cè)器中的每一個(gè)在高度方向上具有大于多個(gè)可見光光檢測(cè)器中的每一個(gè)的各自的深度的各自的深度。傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)生器自由多個(gè)可見光光檢測(cè)器中的每一個(gè)所產(chǎn)生的各自的信號(hào)，并自由多個(gè)組合光光檢測(cè)器中的每一個(gè)所產(chǎn)生的各自的信號(hào)產(chǎn)生傳感器數(shù)據(jù)。信道控制器用以過濾傳感器數(shù)據(jù)來產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，使得(a)在系統(tǒng)的可見光操作模式中，輸出數(shù)據(jù)表示由多個(gè)可見光光檢測(cè)器中的每一個(gè)所產(chǎn)生的信號(hào)，且(b)在系統(tǒng)的紅外光操作模式中，輸出數(shù)據(jù)表示由多個(gè)組合光光檢測(cè)器中的每一個(gè)所產(chǎn)生的信號(hào)。
[0007]在實(shí)施例中，一種用于操作包含用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的圖像傳感器的系統(tǒng)的方法包含以下步驟:(a)產(chǎn)生表示入射于圖像傳感器上的光的傳感器數(shù)據(jù)；(b)自傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)生可見光量值信號(hào)，可見光量值信號(hào)表示入射于圖像傳感器上的紅光、綠光與藍(lán)光的總和；(C)自傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)生組合光量值信號(hào)，組合光量值信號(hào)表示入射于圖像傳感器上的白光與紅外光的總和；(d)自組合光量值信號(hào)減去可見光量值信號(hào)以產(chǎn)生差信號(hào)；(e)將差信號(hào)與第一閾值以及第二閾值比較；(f)回應(yīng)于差信號(hào)上升至第一閾值以上，使系統(tǒng)自可見光操作模式切換至紅外光操作模式；以及(g)回應(yīng)于差信號(hào)下降至第二閾值以下，使系統(tǒng)自紅外光操作模式切換至可見光操作模式。
[0008]在實(shí)施例中，一種用于操作包含用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的圖像傳感器的系統(tǒng)的方法包含以下步驟:(a)產(chǎn)生表示入射于圖像傳感器上的光的傳感器數(shù)據(jù)；(b)自傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)生可見光量值信號(hào)，可見光量值信號(hào)實(shí)質(zhì)上僅表示入射于圖像傳感器上的綠光；(C)自傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)生組合光量值信號(hào)，組合光量值信號(hào)表示入射于圖像傳感器上的綠光與紅外光的總和；(d)自所述組合光量值信號(hào)減去所述可見光量值信號(hào)以產(chǎn)生差信號(hào)；(e)將差信號(hào)與第一閾值以及第二閾值比較；(f)回應(yīng)于差信號(hào)上升至第一閾值以上，使系統(tǒng)自可見光操作模式切換至紅外光操作模式；以及(g)回應(yīng)于差信號(hào)下降至第二閾值以下，使系統(tǒng)自紅外光操作模式切換至可見光操作模式。
[0009]在實(shí)施例中，一種用于操作包含用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的圖像傳感器的系統(tǒng)的方法包含以下步驟:(a)產(chǎn)生表示入射于圖像傳感器上的光的傳感器數(shù)據(jù)；(b)自傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)生可見光量值信號(hào)，可見光量值信號(hào)表示入射于圖像傳感器上的紅光、綠光與藍(lán)光的總和；(C)將可見光量值信號(hào)與第一閾值以及第二閾值比較；(d)回應(yīng)于可見光量值信號(hào)下降至第一閾值以下，使系統(tǒng)自可見光操作模式切換至紅外光操作模式；以及(e)回應(yīng)于可見光量值信號(hào)上升至第二閾值以上，使系統(tǒng)自紅外光操作模式切換至可見光操作模式。
【附圖說明】
[0010]圖1為根據(jù)實(shí)施例的用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的一個(gè)例示性圖像傳感器的俯視平面圖。
[0011]圖2為沿著圖1的線A-A截得的圖1圖像傳感器的橫截面圖。
[0012]圖3為沿著圖1的線B-B截得的圖1圖像傳感器的橫截面圖。
[0013]圖4為根據(jù)實(shí)施例的用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的另一例示性圖像傳感器的俯視平面圖。
[0014]圖5為沿著圖4的線C-C截得的圖4圖像傳感器的橫截面圖。
[0015]圖6為沿著圖4的線D-D截得的圖4圖像傳感器的橫截面圖。
[0016]圖7示出了根據(jù)實(shí)施例的用于對(duì)場(chǎng)景成像的一個(gè)例示性系統(tǒng)。
[0017]圖8示出了根據(jù)實(shí)施例的用于對(duì)場(chǎng)景成像的另一例示性系統(tǒng)。
[0018]圖9示出了根據(jù)實(shí)施例的用于操作包含用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的圖像傳感器的系統(tǒng)的方法。
[0019]圖10示出了根據(jù)實(shí)施例的用于操作包含用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的圖像傳感器的系統(tǒng)的另一方法。
[0020]圖11示出了根據(jù)實(shí)施例的用于操作包含用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的圖像傳感器的系統(tǒng)的又一方法。
【具體實(shí)施方式】
[0021]申請(qǐng)人已開發(fā)用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的圖像傳感器。圖像傳感器的某些實(shí)施例并不需要移動(dòng)部件。另外，包含圖像傳感器的某些系統(tǒng)能夠在可見光與紅外光操作模式之間自動(dòng)地切換，如下文所論述。
[0022]圖1為用于捕獲可見光圖像以及紅外光圖像兩者的圖像傳感器100的俯視平面圖。圖2以及圖3為分別沿著圖1的線A-A以及B-B截得的圖像傳感器100的橫截面圖。最好在以下論述中一起查看圖1至圖3。
[0023]圖像傳感器100包含具有長(zhǎng)度104、寬度106以及高度108的半導(dǎo)體基板102 (諸如，硅基板)。多個(gè)可見光光檢測(cè)器110、112、114以及組合光光檢測(cè)器116安置于半導(dǎo)體基板102中，以在縱向104乘橫向106方向上形成單位晶胞120的陣列。舉例而言，通過將η型摻雜劑(諸如，砷或磷)植入半導(dǎo)體基板102中而形成可見光光檢測(cè)器110、112、114以及組合光光檢測(cè)器116。盡管為簡(jiǎn)單說明，將圖像傳感器100示出為僅包含四個(gè)單位晶胞120，但預(yù)期許多實(shí)施例將包含更多單位晶胞120。
[0024]每一單位晶胞120包含以正方形圖案安置的可見光光檢測(cè)器110、112以及114中的每一個(gè)以及一個(gè)組合光光檢測(cè)器116。實(shí)質(zhì)上僅通過紅光的紅色濾光片122安置于每一可見光光檢測(cè)器110上并與之光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，使得每一可見光光檢測(cè)器110回應(yīng)于入射于其上的紅光產(chǎn)生各自的信號(hào)。類似地，實(shí)質(zhì)上僅通過綠光的綠色濾光片124安置于每一可見光光檢測(cè)器112上并與之光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，使得每一可見光光檢測(cè)器112回應(yīng)于入射于其上的綠光產(chǎn)生各自的信號(hào)。另外，實(shí)質(zhì)上僅通過藍(lán)光的藍(lán)色濾光片126安置于每一可見光光檢測(cè)器114上并與之光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，使得每一可見光光檢測(cè)器114回應(yīng)于入射于其上的藍(lán)光產(chǎn)生各自的信號(hào)。此外，實(shí)質(zhì)上僅通過白光以及紅外光的白色I(xiàn)R濾光片128安置于每一組合光光檢測(cè)器116上并與之光學(xué)