使用具有組合的rgb和ir感測的像素的圖像傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，尤其涉及一種具有被配置為感測多種顏色的可見光以及紅外/近紅外光的像素的圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]參考圖1。一種常規(guī)的彩色圖像傳感器利用像素的拜耳(Bayer)模式和像素濾光片，其中傳感器像素10包括像素的2X2子陣列，該子陣列包括紅色(R)像素12、兩個綠色(G)像素14和16以及藍(lán)色⑶像素18。像素化的成像陣列20通過在如圖2所示的行和列的矩陣中排列多個顏色傳感器像素10而形成。如圖3所示，傳感器像素10內(nèi)的每個顏色像素(12-18)包括襯底30，在該襯底30內(nèi)形成有光電二極管32 (或者其它CMOS半導(dǎo)體感測結(jié)構(gòu))，其中在光電二極管32上方布置有顏色濾光片層34和光學(xué)透鏡36。顏色濾光片層34的特性取決于光電二極管32是被提供用于紅色像素12、綠色像素14或16還是藍(lán)色像素18，其中每個濾光片層34被設(shè)計(jì)為通過光譜中的具體可見光區(qū)域或帶。光學(xué)透鏡36可以包括為個體像素12-18自身所提供的一個或多個微透鏡以及為整個陣列20所提供的宏透鏡。
[0003]顏色濾光片層34不僅通過光譜的可見光部分中與像素的顏色(S卩，紅色、綠色或藍(lán)色)相關(guān)聯(lián)的波長范圍，而且還通過光譜的紅外(IR)或近紅外(NIR)區(qū)域或帶中的光的波長。對于紅色像素12而言尤其是這種情形。光電二極管32對于IR或NIR波長的響應(yīng)可以與該光電二極管針對具體可見顏色范圍中的可見光的響應(yīng)相當(dāng)。因此，每個光電二極管32所接收到的IR或NIR可能會對傳感器感測所期望的可見光的能力具有不利影響。這種現(xiàn)象在現(xiàn)有技術(shù)中被稱作IR/NIR污染，并且除其它問題之外，其是洗掉光電二極管32在可見光譜中的顏色響應(yīng)的原因。
[0004]本領(lǐng)域需要解決與彩色成像傳感器中的IR/NIR波長的接收相關(guān)聯(lián)的該問題和其它問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個實(shí)施例中，一種傳感器像素，包括:包括第一像素和第二像素的顏色像素的子陣列；在第一像素上方的紅色濾光片；在第二像素上方的紅外濾光片；在第一像素和第二像素上方的干涉濾光片；其中該紅色濾光片包括第一透射通帶，第一透射通帶通過光譜中高于第一波長的區(qū)域；其中該紅外濾光片包括第二透射通帶，第二透射通帶通過光譜中高于第二波長的區(qū)域，該第二波長大于該第一波長；并且其中干涉濾光片包括第三透射通帶，第三透射通帶通過光譜中低于第三波長的區(qū)域，該第三波長大于該第二波長。
[0006]在一個實(shí)施例中，一種傳感器系統(tǒng)包括:感測元件的陣列，其中每個感測元件包括傳感器像素的子陣列，該子陣列包括被配置為主要感測第一可見顏色的第一像素以及被配置為主要在高于光譜中的第一波長的紅外顏色中進(jìn)行感測的第二像素；在感測元件的陣列上方的干涉濾光片，該干涉濾光片具有通過光譜中低于第二波長的區(qū)域的透射通帶，該第二波長大于該第一波長；并且其中該第一像素進(jìn)一步被配置為生成指示感測第一可見顏色的第一顏色值；其中該第二像素被配置為生成指示在光譜中處于該第一波長和第二波長之間的感測區(qū)域中的感測的紅外顏色值；和處理電路，被配置為接收該第一顏色值和紅外顏色值，并且根據(jù)該第一顏色值和紅外顏色值之間的差值來計(jì)算經(jīng)校正的第一顏色值。
[0007]在一個實(shí)施例中，一種方法，包括:利用顏色像素的子陣列中的第一像素感測光譜中第一波長和第二波長之間的第一區(qū)域中的輻射，其中該第一波長由第一顏色濾光片針對第一像素所設(shè)置，并且其中該第二波長由干涉濾光片針對顏色像素的子陣列進(jìn)行設(shè)置；生成指示對第一區(qū)域進(jìn)行感測的第一顏色值；利用顏色像素的子陣列中的第二像素感測光譜中處于第三波長和第二波長之間的第二區(qū)域中的輻射，其中該第三波長由紅外濾光片針對該第二像素進(jìn)行設(shè)置，并且其中該第三波長大于該第一波長并且小于該第二波長；生成指示對該第二區(qū)域進(jìn)行感測的紅外顏色值；以及根據(jù)該第一顏色值和紅外顏色值之間的差值來計(jì)算經(jīng)校正的第一顏色值。
[0008]在一個實(shí)施例中，一種傳感器系統(tǒng)，包括:顏色像素的子陣列，包括第一像素和第二像素；在該第一像素和第二像素上方的干涉濾光片，其中該干涉濾光片被配置為通過光譜中的可見部分和光譜中的近紅外部分；在第一像素上方的第一顏色濾光片，其中該第一顏色濾光片被配置為通過光譜中的可見部分之內(nèi)且小于該可見部分的第一顏色部分；和在第二像素上方的紅外濾光片，其中該紅外濾光片被配置為通過光譜中的近紅外部分和紅外部分，但是并不通過光譜中的可見部分。
【附圖說明】
[0009]為了更好地理解實(shí)施例，現(xiàn)在將僅通過示例對附圖加以參考，其中:
[0010]圖1是常規(guī)傳感器像素子陣列的顏色像素布局的示意性圖示；
[0011]圖2是包括圖1的傳感器像素子陣列的傳感器陣列的示意性圖示；
[0012]圖3是個體顏色像素的橫截面示意圖；
[0013]圖4是一個實(shí)施例中的顏色像素布局的示意性圖示；
[0014]圖5是包括圖4的傳感器像素子陣列的傳感器陣列的示意性圖示；
[0015]圖6是像素子陣列的個體像素的橫截面示意圖；和
[0016]圖7A-7D圖示了像素子陣列的個體像素的可見光濾光片、紅外光濾光片和干涉濾光片的透射特性。
【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)在參考圖4，示出了一個實(shí)施例中的顏色像素布局的示意性圖示。該布局表示像素和像素濾光片的常規(guī)Bayer模式(參見圖1)的修改形式。傳感器像素110包括像素的2X2子陣列，該子陣列包括紅色像素112、綠色像素114、藍(lán)色像素116和紅外像素118。像素化成像陣列120通過將多個顏色傳感器像素110排列在如圖5所示的行和列的矩陣中而形成。
[0018]圖4中示出了紅外像素118，其與綠色像素114對角線相反地占據(jù)了該子陣列的左下角，但是將要理解的是，紅外像素118可以以與紅色像素112、綠色像素114或藍(lán)色像素116對角線相反的方式而被置于子陣列的任意角落。
[0019]如圖6所示，用于可見光感測的每個顏色像素112-116以及用于紅外和/或近紅外(IR/NIR)感測的顏色像素118包括其中形成光電二極管132 (或者其它CMOS半導(dǎo)體感測結(jié)構(gòu))的襯底130，其中在光電二極管132上方布置有顏色濾光片層134、干涉濾光片層136和光學(xué)透鏡138。顏色濾光片層134的特性取決于光電二極管132被提供用于紅色像素112 (被設(shè)計(jì)為主要檢測紅光)、綠色像素114 (被設(shè)計(jì)為主要檢測綠光)、藍(lán)色像素(被設(shè)計(jì)為主要檢測藍(lán)光)還是IR/NIR像素118 (被設(shè)計(jì)為主要檢測IR/NIR光)，其中每個濾光片層134被設(shè)計(jì)為通過光譜中的具體區(qū)域或帶。
[0020]圖7A針對用于紅色像素112的濾光片層134的示例圖示了相對波長的紅光透射特性150。將要注意到的是，用于紅色像素的濾光片層134包括通帶160，該通帶160允許波長大于大約580nm(+/-5%)的光通過(S卩，該濾光片允許可見紅光、近紅外光和紅外光通過)。
[0021]圖7B針對用于綠色像素114的濾光片層134的示例圖示了相對波長的綠光透射特性152。將要注意到的是，用于綠色像素的濾光片層134包括通帶162，該通帶162允許波長處于500nm-600nm(+/-5% )以及大于大約800nm的光通過(即，該濾光片允許可見綠光和紅外光通過)。
[0022]圖7C針對用于藍(lán)色像素116的濾光片層134的示例圖示了相對波長的藍(lán)光透射特性154。將要注意到的是，用于藍(lán)色像素的濾光片層134包括通帶164，該通帶164允許波長處于400nm-500nm(+/-5% )之間以及大于大約800nm的光通過(即，該濾光片允許可見藍(lán)光和紅外光通過)。
[0023]圖7D針對用于IR/NIR像素118的濾光片層134的示例圖示了相對波長的IR/NIR光透射特性156。將要注意到的是，用于IR/NIR像素的濾光片層134包括通帶166，該通帶166允許波長大于大約650nm(+/_5% )的光通過(即，該濾光片允許近紅外光和紅外光通過)。
[0024]干涉濾光片層138的透射特性基本上阻擋了光譜中的IR區(qū)域或帶，但是對于光譜中的可見光區(qū)域或帶以及光譜中的近紅外區(qū)域或帶則是透明的。圖7A-7D針對用于紅色像素112、綠色像素114、藍(lán)色像素116和IR/NIR像素118的干涉濾光片層136的示例圖示了相對波長的干涉光透射特性170a和170b。附圖標(biāo)記170a提供了處于O度的透射特性，而附圖標(biāo)記170b則提供了處于35度的透射特性。就此而言，將要理解的是，該透射特性根據(jù)光線的入射角度而發(fā)生變化，其中O度示出了同軸光的特性而35度則示出了離軸光的透射特性，并且參考了相機(jī)系統(tǒng)的最大離軸角度的示例。將要注意的是，干涉濾光片層136包括通帶168，該通帶168允許波長處于380nm-700nm之間的可見光和近紅外光通過。因此，關(guān)于IR/NIR像素118而言，用于IR/NIR像素118的濾光片層134和干涉濾光片層136的組合光透射特性將僅允許波長處于650nm-700nm之間的近紅外光到達(dá)光電二極管132 (如圖7B中以附圖標(biāo)記172所指示的)。
[0025]本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，用于可見相機(jī)的常規(guī)干涉濾光片具有處于大約650nm(同軸)的上限截止波長(upper cut-off)。這對于截止波長向左偏移(即，<650nm)的高角度光就存在問題并且因此開始刪除所期望的可見光。在這里所公開的實(shí)施例中，用于干涉濾光片136的上限截止波長例如被另外選擇為700nm，從而即使在高角度下，該濾光片也不會刪除可見光(即，在離軸情況下截止波長仍然>650nm)。該較高的截止波長將使得近紅外輻射得以通過，但是考慮到該問題并使用以下隨IR傳感器所獲得的信息所討論的處理來校正該問題。在所公開的實(shí)施例中，650nm表示被認(rèn)為是“所期望”光的最大波長。將截止波長置于700nm僅是作為示例，所要理解的是，可替換地選擇處于700nm附近的其它截止波長值，例如710nm-720nm。重要的是，針對上限截止波長所選擇的值(例如，在700nm-741nm的范圍內(nèi))足夠高而使得濾光片136的角位移并不