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CN106298821A - 影像感测器 - Google Patents

影像感测器 Download PDF

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CN106298821A
CN106298821A CN201510446571.2A CN201510446571A CN106298821A CN 106298821 A CN106298821 A CN 106298821A CN 201510446571 A CN201510446571 A CN 201510446571A CN 106298821 A CN106298821 A CN 106298821A
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blue
red
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CN201510446571.2A
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王唯科
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VisEra Technologies Co Ltd
Original Assignee
VisEra Technologies Co Ltd
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  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本发明提供一种影像感测器，包括：一滤光膜阵列，用于由一入射光线中取出多个色彩成份；以及多个光电元件，用于利用该滤光膜阵列接收该入射光，其中该滤光膜阵列包括：一绿色滤光膜，用于由该多个色彩成份中取出一绿色成份；一红色滤光膜，用于由该多个色彩成份中取出一红色成份；一蓝色滤光膜，用于由该多个色彩成份中取出一蓝色成份；以及一第一红外线滤光膜，用于取出一第一红外线成份，其中该第一红外线滤光膜包括该绿色滤光膜的材料以及具有一特定波长的一红外线高通滤光膜的材料。本发明的影像感测器前面并不需要额外的红外线截止滤光片，使得本发明可降低整个影像感测器的成本，且相像模组的厚度也更薄。

Description

影像感测器
技术领域
本发明涉及影像装置，特别涉及影像感测器。
背景技术
传统的彩色照像仪、影像感测器、及像素化影像阵列是使用多个像素或多个像素滤光膜的拜尔图样(Bayer pattern)，其具有红－绿－绿－蓝(R-G-G-B)的像素/滤波组态，如图1所示。在此种像素化阵列中，感测器包括个别的光学滤光膜以传递红、绿、蓝色，并且置于或镀于个别的像素的上。因此，会有一红色像素12a、一蓝色像素12b、及两个绿色像素12c以形成一2x2次阵列10，其可重复置于像素化阵列的中。
三个色彩通道(红色、绿色、蓝色)不仅可让与红色、绿色、蓝色相关的波长范围及频带的光线穿透，其也会让在红外线、近红外线、或响应频带中的大量波长的光线穿透。因此，在具有红色、绿色、蓝色像素下，色彩成像仪的灵敏度或是响应的量子效率通常具有较广的红外线或近红外线响应。举例来说，传统的CMOS影像感测器的频谱响应是如图2所示。红色、绿色、及蓝色像素的频谱响应是可比较的，或是高于可视频谱的像素响应。来自环境的红外线也因此会影像可视频谱中的色彩响应，且可能会影响影像的色彩还原。这种情况通常称为红外线污染(IRcontamination)。
在传统的彩色照像机中，为了要还原一真实彩色影像，通常会使用一红外线截止(IR cut-off)滤光片以截断或降低在红外线频带或频谱范围的光线或能量，藉以仅让可见光穿过滤光膜以被红－绿－绿－蓝像素进行成像，以能降低、限制、或实质上消除红外线污染。这种红外线截止滤光膜通常用在玻璃或塑胶元件上的多层镀膜所实现，例如是一平整玻璃基板，其可加入至照像机的镜头组成的元件中，或是加在镜头元件的表面上。
发明内容
本发明是提供一种影像感测器，包括：一滤光膜阵列，用于由一入射光线中取出多个色彩成份；以及多个光电元件，用于利用该滤光膜阵列接收该入射光，其中该滤光膜阵列包括：一绿色滤光膜，用于由该多个色彩成份中取出一绿色成份；一红色滤光膜，用于由该多个色彩成份中取出一红色成份；一蓝色滤光膜，用于由该多个色彩成份中取出一蓝色成份；以及一第一红外线滤光膜，用于取出一第一红外线成份，其中该第一红外线滤光膜包括该绿色滤光膜的材料以及具有一特定波长的一红外线高通滤光膜的材料。
本发明更提供一种影像感测器，包括：一半导体基板，包括多个光电元件；以及一滤光膜阵列，置于该半导体基板的上，其中该滤光膜阵列包括一绿色滤光膜、一红色滤光膜、一蓝色滤光膜、以及一第一红外线滤光膜，其中该第一红外线滤光膜包括该绿色滤光膜的材料及具有一特定波长的一红外线高通滤光膜的材料。
附图说明
图1是显示传统的拜尔图样的示意图。
图2是显示一CMOS RGB彩色感测器的频谱响应图。
图3是显示根据本发明一实施例中的IRP4Gd滤光膜的响应图。
图4A是显示根据本发明一实施例中的第一色彩马赛克图样的示意图。
图4B是显示根据本发明一实施例中的第二色彩马赛克图样的示意图。
图5是显示根据本发明一实施例中的影像感测器的截面图。
图6是显示根据本发明另一实施例中的影像感测器的截面图。
图7是显示根据本发明又一实施例中的影像感测器的截面图。
其中，附图标记说明如下：
12a～红色像素；
12b～蓝色像素；
12c～绿色像素；
10～次阵列；
210－230、310－330～曲线；
400A、400B～阵列单元；
410、420、430、440、450、460、470～色彩图样；
471～透明像素；
500、600、700～影像感测器；
510、610、710～半导体基板；
520、620、720～第一阶层；
530、630～第二阶层；
511－516、611－616、711－716～光电元件；
521－526、532、533、621－626、632、633、721－726～滤光膜；
531、631～透明材料；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图3是显示根据本发明一实施例中的IRP4Gd滤光膜的响应图。本发明中的IRP4Gd滤光膜的设计是混合绿色滤光膜及红外线穿透滤光膜(例如为一高通滤光膜)的响应，其可让波长超过650nm的光线穿过(后述实施例是以IR-pass@650nm滤光膜表示)。举例来说，绿色滤光膜及红外线穿透滤光膜的响应是分别如图3中的曲线310及320所示。IRP4Gd滤光膜的响应是如图3中的曲线330所示。IRP4Gd滤光膜可用两种方式来实现，例如是将绿色滤光膜及IR-pass@650nm滤光膜相迭，或是将绿色滤光膜及IR-pass@650nm滤光膜的材料混合为单一材料。
对于本发明中的色彩相减演算法而言，绿色、红色、及蓝色通道的响应可由下列方程式所表示：
SG-SIRP4Gd＝SG’V
SR-SIRP4Rd＝SR’V
SB-SIRP4Bd＝SB’V
其中SG、SR、SB是分别表示绿色、红色、蓝色通道的原始信号；SIRP4Gd是表示用于绿色扣除(green deduction)的红外线穿透滤光膜的信号；SIRP4Rd是表示用于红色扣除(red deduction)的红外线穿透滤光膜的信号；SIRP4Bd是表示用于蓝色扣除(blue deduction)的红外线穿透滤光膜的信号；SG’V、SR’V、SB’V是分别表示绿色、红色、蓝色通道的调整后(色彩平衡)的信号。更进一步而言，红外线信号SIRP4Gd、SIRP4Rd、SIRP4Bd是分别从绿色、红色、及蓝色通道扣除。因此，本发明并不需要在影像感测器前方放置额外的红外线截止(IR-cut)滤光片，使得本发明可降低整个影像感测器的成本，且相像模组的厚度也更薄。
如上所述，IRP4Gd滤光膜可由将绿色滤光膜及IR-pass@650nm滤光膜相迭、或是将绿色滤光膜及IR-pass@650nm滤光膜的材料混合为单一材料来实现。此外，IRP4Rd滤光膜可由IR-pass@650nm滤光膜所实现，且IRP4Bd滤光膜可由让波长超过800nm的光线通过的红外线穿透滤光膜所实现(后述实施例是以IR-pass@800nm滤光膜表示)。然而，IR-pass@800nm滤光膜(例如为一高通滤光膜)可简单地将红色滤光膜及蓝色滤光膜的材料混合所实现。
本发明的影像感测器包括一二维像素化成像阵列(pixelated imagingarray)，其包括多个影像感测像素或是光电元件，安排、置放、或建立于一半导体基板(semiconductor substrate)的上。举例来说，影像感测器可包括一互补式金属氧化物半导体(CMOS)或感光耦合元件(CCD)感测器、装置、或类似元件，其细节可参考后述实施例。
图4A是显示根据本发明一实施例中的第一色彩马赛克图样(colormosaic pattern)的示意图。如图4A所示，因为使用了红外线扣除(IRsubtraction)演算法，不同的红外线像素(例如IRP4Rd、IRP4Gd、IRP4Bd)可安置于阵列单元400A中的不同位置。举例来说，阵列单元400A包括三个水平相邻的色彩图样410、420及430。色彩图样410包括红色、蓝色、绿色滤光膜及IRP4Bd滤光膜。色彩图样420包括红色、蓝色、绿色滤光膜及IRP4Rd滤光膜。色彩图样430包括红色、蓝色、绿色滤光膜及IRP4Gd滤光膜。更适宜地，色彩图样410、420及430的每一者在某些实现方式中可单独使用。
图4B是显示根据本发明一实施例中的第二色彩马赛克图样的示意图。选择性地，色彩图样可在阵列单元400B中以2x2视窗的方式排列。阵列单元400B包括色彩图样440、450、460及470。色彩图样440、450、及460是类似于图4A中的色彩图样410、420、及430。然而，色彩图样470中包括了一透明像素471(例如标示为Clear)。
图5是显示根据本发明一实施例中的影像感测器的截面图。影像感测器500包括一半导体基板510、一第一阶层520、及一第二阶层530。用于不同色彩通道的光电元件511～516(例如分别用于绿色、红色、蓝色、IRP4Rd、IRP4Gd及IRP4Bd)是在半导体基板510上实现。这些色彩滤光膜521～526在第一阶层520的顺序从左至右分别为绿色滤光膜521、红色滤光膜522、蓝色滤光膜523、IRP4Rd滤光膜524、红色滤光膜525、以及绿色滤光膜526。第二阶层530包括一透明材料531、一蓝色滤光膜532、以及一IRP4Rd滤光膜533。透明材料531覆盖了滤光膜521～524以达到镀膜表面的平整性。蓝色滤光膜532是覆盖于红色滤光膜525的上，且蓝色滤光膜532及红色滤光膜525相迭是形成IRP4Bd滤光膜(注：蓝色+红色)，其可让波长超过800nm的光线通过。IRP4Rd滤光膜533是覆盖于绿色滤光膜526的上，且IRP4Rd滤光膜及绿色滤光膜526相迭是形成IRP4Gd滤光膜，其可让波长超过650nm的光线通过。
更进一步而言，虽然上述实施例中具有6种类型的滤光膜，例如是红色滤光膜、绿色滤光膜、蓝色滤光膜、IRP4Gd滤光膜、IRP4Rd滤光膜、及IRP4Bd滤光膜，上述6种滤光膜的材料在制造影像感测器500时可简化为4种材料。举例来说，因为蓝色滤光膜532需置于红色滤光膜525的上，且IRP4Rd滤光膜533需置于绿色滤光膜526的上，因此这些色彩滤光膜的制造顺序依序为绿色滤光膜、红色滤光膜、蓝色滤光膜、及IRP4Rd滤光膜。在植入上述色彩滤光膜后，会执行一“镀膜平整”的处理，使得透明材料531可置于滤光膜521～524的上以形成一平整表面。
图6是显示根据本发明另一实施例中的影像感测器的截面图。影像感测器600包括一半导体基板610、一第一阶层620、及一第二阶层630。用于不同色彩通道的光电元件611～616(例如分别用于绿色、红色、蓝色、IRP4Rd、IRP4Gd及IRP4Bd)是在半导体基板610上植入。这些色彩滤光膜621～626在第一阶层620的顺序从左至右分别为绿色滤光膜621、红色滤光膜622、蓝色滤光膜623、IRP4Rd滤光膜624、蓝色滤光膜625、以及绿色滤光膜626。第二阶层630包括一透明材料631、一红色滤光膜632、以及一IRP4Rd滤光膜633。透明材料631覆盖了滤光膜621～624以达到镀膜表面的平整性。红色滤光膜632是覆盖于蓝色滤光膜625的上，且红色滤光膜632及蓝色滤光膜625相迭是形成IRP4Bd滤光膜(注：蓝色+红色)，其可让波长超过800nm的光线通过。IRP4Rd滤光膜633是覆盖于绿色滤光膜626的上，且IRP4Rd滤光膜633及绿色滤光膜626相迭是形成IRP4Gd滤光膜，其可让波长超过650nm的光线通过。
影像感测器600是类似于影像感测器500。影像感测器500及600的不同在于IRP4Bd滤光膜的相迭方式不同。举例来说，在图5中的影像感测器500的蓝色滤光膜532是置于红色滤光膜525的上，但是图6中的影像感测器600的红色滤光膜632是置于蓝色滤光膜625的上。
图7是显示根据本发明又一实施例中的影像感测器的截面图。虽然在影像感测器500及600的制程中所使用的材料可简化到4种材料(例如红色、蓝色、绿色、及IRP4Rd)，影像感测器500及600的制程亦可使用6种材料。举例来说，除了红色、蓝色、绿色、及IRP4Rd通道的4种材料之外，IRP4Gd及IRP4Bd色彩通道的材料亦可用于影像感测器700中。换言之，蓝色滤光膜及红色滤光膜的材料可混合以产生IRP4Bd通道的材料，且绿色滤光膜及IRP4Rd滤光膜的材料可混合以产生IRP4Gd通道的材料。影像感测器700包括一半导体基板710、以及一第一阶层720。用于不同色彩通道的光电元件711～716(例如分别用于绿色、红色、蓝色、IRP4Rd、IRP4Gd及IRP4Bd)是在半导体基板710上实现。这些色彩滤光膜721～726在第一阶层720的顺序从左至右分别为绿色滤光膜721、红色滤光膜722、蓝色滤光膜723、IRP4Rd滤光膜724、IRP4Bd滤光膜725、以及IRP4Gd滤光膜726。IRP4Bd滤光膜(注：蓝色+红色)可让波长超过800nm的光线通过，且IRP4Gd滤光膜可让波长超过650nm的光线通过。
综上所述，本发明是提供一种影像感测器。该影像感测器包括用于绿色扣除的一红外线穿透滤光膜IRP4Gd，其中该IRP4Gd滤光膜可由将绿色滤光膜及IR-pass@650nm滤光膜相迭、或是混合绿色滤光膜及IR-pass@650nm滤光膜的材料所实现。具有了IRP4Gd滤光膜的材料，用于红色扣除及蓝色扣除的红外线滤光膜可由已存在的红色滤光膜、蓝色滤光膜、及IRP4Rd滤光膜所实现，故各色彩通道(红色、蓝色、绿色)可具有自己的扣除通道。因此，本发明的影像感测器可为绿色、红色、蓝色通道提供较佳的色彩平衡。更进一步，本发明的影像感测器前面并不需要额外的红外线截止滤光片，使得本发明可降低整个影像感测器的成本，且相像模组的厚度也更薄。
本发明虽以较佳实施例披露如上，然其并非用于限定本发明的范围，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种影像感测器，包括：
一滤光膜阵列，用于由一入射光线中取出多个色彩成份；以及
多个光电元件，用于利用所述滤光膜阵列接收所述入射光，
其中所述滤光膜阵列包括：
一绿色滤光膜，用于由所述多个色彩成份中取出一绿色成份；
一红色滤光膜，用于由所述多个色彩成份中取出一红色成份；
一蓝色滤光膜，用于由所述多个色彩成份中取出一蓝色成份；以及
一第一红外线滤光膜，用于取出一第一红外线成份，其中所述第一红外线滤光膜包括所述绿色滤光膜的材料以及具有一特定波长的一红外线高通滤光膜的材料。
2.如权利要求1所述的影像感测器，其中所述特定波长为650nm，且所述第一红外线滤光膜是由混合所述绿色滤光膜的材料及所述红外线高通滤光膜的材料所实现。
3.如权利要求1所述的影像感测器，其中所述特定波长为650nm，且所述第一红外线滤光膜是将所述绿色滤光膜及所述红外线高通滤光膜相迭所实现。
4.如权利要求1所述的影像感测器，其中所述滤光膜阵列还包括：
一第二红外线滤光膜，用于取出一第二红外线成份；以及
一第三红外线滤光膜，用于取出一第三红外线成份。
5.如权利要求4所述的影像感测器，其中所述第二红外线滤光膜是由混合所述红色滤光膜的材料及所述蓝色滤光膜的材料所实现，且所述第二红外线滤光膜为一红外线穿透滤光膜，用于让具有超过800nm的波长的所述入射光线穿透。
6.如权利要求4所述的影像感测器，其中所述第二红外线滤光膜是将所述红色滤光膜及所述蓝色滤光膜相迭所实现，且所述第二红外线滤光膜为一红外线穿透滤光膜，用于让具有超过800nm的波长的所述入射光线穿透。
7.如权利要求4所述的影像感测器，其中所述第三红外线滤光膜是由所述红外线高通滤光膜所实现，且所述第一红外线滤光膜是由将所述绿色滤光膜及所述第三红外线滤光膜所实现、或是将所述绿色滤光膜的材料及所述第三红外线滤光膜的材料混合所实现。
8.如权利要求4所述的影像感测器，其中所述滤光膜阵列还包括三个水平相邻阵列单元，其中所述三个水平相邻阵列单元中的一第一阵列单元包括所述绿色滤光膜、所述红色滤光膜、所述蓝色滤光膜、及所述第一红外线滤光膜，且所述三个水平相邻阵列单元中的一第二阵列单元包括所述绿色滤光膜、所述红色滤光膜、所述蓝色滤光膜、及所述第二红外线滤光膜，且所述三个水平相邻阵列单元中的一第三阵列单元包括所述绿色滤光膜、所述红色滤光膜、所述蓝色滤光膜、及所述第三红外线滤光膜。
9.如权利要求4所述的影像感测器，其中所述影像阵列还包括排列于一2x2窗的四个阵列单元，且所述四个阵列单元包括一第一阵列单元、一第二阵列单元、一第三阵列单元、及一第四阵列单元，
其中所述第一阵列单元包括所述绿色滤光膜、所述红色滤光膜、所述蓝色滤光膜、及所述第一红外线滤光膜，且所述第二阵列单元包括所述绿色滤光膜、所述红色滤光膜、所述蓝色滤光膜、及所述第二红外线滤光膜，且所述第三阵列单元包括所述绿色滤光膜、所述红色滤光膜、所述蓝色滤光膜、及所述第三红外线滤光膜，且所述第四阵列单元包括所述绿色滤光膜、所述红色滤光膜、所述蓝色滤光膜、及一透明像素。
10.如权利要求4所述的影像感测器，其中所述第一红外线单元、所述第二红外线单元、及所述第三红外线单元是分别由所述绿色成份、所述蓝色成份、及所述红色成份中扣除以得到色彩平衡的绿色成份、蓝色成份、及红色成份。
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