[go: up one dir, main page]

TW201926984A - 固態攝影裝置、用於驅動固態攝影裝置的方法和電子設備 - Google Patents

固態攝影裝置、用於驅動固態攝影裝置的方法和電子設備 Download PDF

Info

Publication number
TW201926984A
TW201926984A TW107142826A TW107142826A TW201926984A TW 201926984 A TW201926984 A TW 201926984A TW 107142826 A TW107142826 A TW 107142826A TW 107142826 A TW107142826 A TW 107142826A TW 201926984 A TW201926984 A TW 201926984A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
infrared
pixel
light
photoelectric conversion
filter
Prior art date
Application number
TW107142826A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI715894B (zh
Inventor
田中俊介
大高俊徳
阿久津貴弘
Original Assignee
英屬開曼群島商普里露尼庫斯股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 英屬開曼群島商普里露尼庫斯股份有限公司 filed Critical 英屬開曼群島商普里露尼庫斯股份有限公司
Publication of TW201926984A publication Critical patent/TW201926984A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI715894B publication Critical patent/TWI715894B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/772—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising A/D, V/T, V/F, I/T or I/F converters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/805—Coatings
    • H10F39/8053—Colour filters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

本發明的一個目的在於提供一種固態攝影裝置，其能夠捕獲如RGB圖像之類的可見光圖像以及如NIR圖像之類的紅外圖像，且對紅外光保持較高的光接收靈敏度，本發明的目的還在於提供一種驅動這種固態攝影裝置的方法和一種電子設備。該固態攝影裝置包括：其中設有單元像素群的像素部件，所述單元像素群包括執行光電轉換的至少用於可見光的多個像素；以及用於從該像素部件中讀取所述像素訊號的讀取部件，其中所述用於可見光的多個像素具有對紅外光的光接收靈敏度，以及在紅外讀取模式下，該讀取部件設置為將從所述用於可見光的多個像素中讀取的紅外光的所述像素訊號相加。

Description

固態攝影裝置、用於驅動固態攝影裝置的方法和電子設備
本發明涉及一種固態攝影裝置、一種用於驅動固態攝影裝置的方法以及一種電子設備。
將包括用於檢測光並生成電荷的光電轉換部件的固態攝影裝置（圖像感測器）以CMOS（互補金屬氧化物半導體）圖像感測器來實現，這已經處於實際運用階段。CMOS圖像感測器已經廣泛地用作多種電子設備的部件，如數位機、錄影機、監控錄影器、醫用內視鏡、個人電腦（PC）、行動電話和其他可擕式終端（移動裝置）。
CMOS圖像感測器對應於每個像素均包括光電二極體（光電轉換部件）和具有浮動擴散（FD）的浮點擴散（FD）放大器。CMOS圖像感測器中的讀取操作的主流是行並行輸出處理，所述行並行輸出處理是通過選擇像素陣列中的某一列且同時在行方向上讀取像素來執行的。
CMOS圖像感測器的每個像素對應於一個光電二極體均包括例如4個主動元件：用作轉移柵極的轉移電晶體、用作復位柵極的復位電晶體、用作源極跟隨器柵極（放大柵極）的源極跟隨器電晶體以及用作選擇柵極（參見例如日本專利申請公告號2005-223681）的選擇電晶體。
一般來說，CMOS圖像感測器使用對應於紅色（R）、綠色（G）和藍色（B）的三原色濾光器或對應於青色、品紅色、黃色和綠色的四色互補色濾光器來捕獲彩色圖像。
一般來說，CMOS圖像感測器中的每個像素均具有濾光器。CMOS圖像感測器包括以二維形式設置的單元RGB像素群，且每個單元RGB像素群包括按正方形幾何形狀設置的4個濾光器，即主要透射紅色光的紅色（R）濾光器、主要透射綠色光的綠色（Gr、Gb）濾光器以及主要透射藍色光的藍色（B）濾光器。
位於CMOS圖像感測器上的入射光經過濾光器並被光電二極體接收。光電二極體接收波長區域（380 nm至1100 nm）比人類可視區域（380 nm至780 nm）寬的光並產生訊號電荷，並且因此光電二極體可能存在由紅外線光產生的錯誤並且因此降低了色彩還原的品質。因此，先前的慣用做法是通過紅外截止濾光器（IR截止濾光器）來消除紅外光。但是，IR截止濾光器使可見光衰減約10%至20%，導致固態攝影裝置的靈敏度下降以及圖像品質降低。
一種不包括IR截止濾光器的CMOS圖像感測器（固態攝影裝置）被設計出，以克服此問題（參見例如日本專利申請公佈號2017-139286）。這種CMOS圖像感測器包括以二維形式設置的RGBIR像素群，且每個RGBIR像素群由按正方形幾何形狀設置的4個像素構成，即包括主要透射紅色光的紅色（R）濾光器的R像素、包括主要透射綠色光的綠色（G）濾光器的G像素、包括主要透射藍色光的藍色（B）濾光器的B像素以及接收紅外光的近紅外（NIR）專用像素。這種CMOS圖像感測器作為NIR-RGB感測器來工作，NIR-RGB感測器能夠捕獲所謂的NIR圖像和RGB圖像。
在這種CMOS圖像感測器中，使用來自接收紅外光的像素的輸出訊號來校正來自接收紅色、綠色和藍色光的像素的輸出訊號，從而在不使用IR截止濾光器的情況下實現高品質的色彩還原。
再者，在一種包括單元RGBIR像素群或單元RGB像素群的CMOS圖像感測器中，單元像素群中的4個像素可以共用浮點擴散FD、復位電晶體RST-Tr、源極跟蹤器電晶體SF-Tr以及選擇電晶體SEL-Tr。
再者，公知還有一種紅外（IR、NIR）感測器，其中單元像素群中的4個像素被具有較大像素尺寸的一個NRI專用像素替代。
圖1是示出作為具有單元RGBIR圖元群的NIR-RGB感測器而形成的固體攝像裝置（CMOS圖像感測器）的構成部分的示意性設置的平面圖。在圖1所示的示例中，單元RGBIR圖元群中的圖元具有相同的尺寸，並且捕獲所謂的RGB圖像和NIR圖像。
圖2是示出作為NIR感測器而形成的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的構成部分的示意性設置的平面圖。在圖2所示的示例中，NIR專用像素具有比NIR-RGB感測器更大的像素尺寸。
作為常規NIR-RGB感測器而形成的圖1的CMOS圖像感測器的優勢在於能夠利用一個感測器來捕獲RGB圖像和NIR圖像。然而，這種CMOS圖像感測器的缺點在於其紅外光解析度大約與RGB像素的解析度相同，但是NIR靈敏度低（約為正常靈敏度的四分之一）。
作為常規NIR感測器而形成的圖2的CMOS圖像感測器的缺點在於其NIR靈敏度高（約高四倍），但是無法捕獲如RGB圖像之類的可見光彩色圖像。
本發明的一個目的在於提供一種固態攝影裝置，其能夠捕獲如RGB圖像之類的可見光圖像以及如NIR圖像之類的紅外圖像，且對紅外光保持較高的光接收靈敏度，本發明的目的還在於提供一種驅動這種固態攝影裝置的方法和一種電子設備。
根據本發明第一方面的固態攝影裝置包括：其中設有單元像素群的像素部件，所述單元像素群包括執行可產生像素訊號的光電轉換用於可見光的多個像素；以及用於從該像素部件中讀取像素訊號的讀取部件，其中用於可見光的多個像素對紅外光具有光接收靈敏度，以及在紅外讀取模式下，該讀取部件被設置為將從所述用於可見光的多個像素中讀取的紅外光的所述像素訊號結合。
本發明第二方面在於一種驅動固態攝影裝置的方法，該固態攝影裝置包括：其中設有單元像素群的像素部件，所述單元像素群包括執行可產生像素訊號的光電轉換的用於可見光的多個像素，該用於可見光的多個像素對紅外光具有光接收靈敏度，該方法包括如下步驟：在紅外讀取模式下，從所述用於可見光的多個像素中紅外光的所述像素訊號，並將紅外光的所述像素訊號相加。
一種根據本發明第三方面的電子設備包括：固態攝影裝置；以及用於在該固態攝影裝置上形成標的圖像的光學系統，其中該固態攝影裝置包括：其中設有單元像素群的像素部件，所述單元像素群包括執行可產生像素訊號的光電轉換的用於可見光的多個像素；以及用於從該像素部件中讀取像素訊號的讀取部件，該用於可見光的多個像素對紅外光具有光接收靈敏度，以及在紅外讀取模式下，該讀取部件被設置為將從所述用於可見光的多個像素中讀取的紅外光的所述像素訊號結合。
根據本發明，能夠捕獲如RGB圖像之類的可見光圖像以及如NIR圖像之類的紅外圖像且保持對紅外光的高光接收靈敏度。
下文將參考附圖描述本發明的實施例。
第一實施例
圖3係根據本發明第一實施例的固態攝影裝置的配置的方塊圖。在本實施例中，固態攝影裝置10由例如CMOS圖像感測器構成。
如圖3所示，固態攝影裝置10主要由用作圖像捕獲部件的像素部件20、垂直掃描電路（行掃描電路）30、讀取電路（行讀取電路）40、水平掃描電路（行掃描電路）50以及時序控制電路60構成。在這些部件中，例如，垂直掃描電路30、讀取電路40、水平掃描電路50和時序控制電路60構成了用於讀出像素訊號的讀取部件70。
在根據第一實施例的固態攝影裝置10中，像素部件20包括單元像素群，每個所述單元像素群均包括用於可見光的多個像素（也稱為“顏色像素”），這些用於可見光的多個像素執行光電轉換，使得捕獲由RGB光形成的可見光圖像以及由NIR光形成的紅外圖像且保持對紅外光較高的光接收靈敏度成為可能。這些用於可見光的多個像素（顏色像素）對紅外光具有光接收靈敏度。在紅外讀取模式MIRRD下，讀取部件70能夠將從所述多個顏色像素中讀取的紅外光的訊號相加。在第一實施例中，紅外光的波長是800 nm或更長。也能夠使這些顏色像素配置成使得讀取部件70能夠同時讀取可見光區域的顏色像素訊號和紅外區域的紅外像素訊號。
在第一實施例中，每個所述單元像素群均包括多個光電轉換部件，這些光電轉換部件配置成將從一個表面側入射且對應於多個可見光波段（顏色）的光進行光電轉換。所述多個光電轉換部件包括對應於紅色（R）區域的紅色（R）光電轉換部件、對應於綠色（Gb、Gr）區域的第一綠色（Gb）光電轉換部件和第二綠色（Gr）光電轉換部件以及對應於藍色（B）區域的藍色（B）光電轉換部件。
在第一模式MOD1下，讀取部件70被設置為不進行任何處理而輸出從第一綠色（Gb）光電轉換部件、藍色（B）光電轉換部件、紅色（R）光電轉換部件以及第二綠色（Gr）光電轉換部件中讀取的訊號。在包括紅外讀取模式的第二模式MOD2下，讀取部件70被設置為將從第一綠色（Gb）光電轉換部件、藍色（B）光電轉換部件、紅色（R）光電轉換部件以及第二綠色（Gr）光電轉換部件中讀取的訊號相加。在第一實施例中，基本上，第一模式MOD1是指紅色（R）綠色（G）藍色（B）圖像捕獲模式，並且第二模式MOD2是指紅外（IR、NIR）圖像捕獲模式。在第一實施例中，這些單元像素群作為單元RGB像素群來形成。
下文將簡述固態攝影裝置10各個部件的配置和功能並且詳述這些像素的配置和設置。
像素部件20和像素PXL的配置
在像素部件20中，多個像素各包括光電二極體（光電轉換部件）以及像素內放大器，其按由N列(row)M行(column)組成的二維陣列設置。
圖4是示出根據本發明第一實施例的其中一個浮點擴散被固態攝影裝置的像素部件中的4個像素共用的配置的電路圖。
在圖4中，像素部件20包括按具有2行2列的正方形幾何形狀設置的4個像素PXL11、PXL12、PXL21、PXL22。
像素PXL11包括光電二極體PD11和轉移電晶體TG11-Tr。
像素PXL12包括光電二極體PD12和轉移電晶體TG12-Tr。
像素PXL21包括光電二極體PD21和轉移電晶體TG21-Tr。
像素PXL22包括光電二極體PD22和轉移電晶體TG22-Tr。
在像素部件20中，這4個像素PXL11、PXL12、PXL21、PXL22共用浮點擴散FD11、復位電晶體RST11-Tr、源極跟蹤器電晶體SF11-Tr以及選擇電晶體SEL11-Tr。
在這種4像素共用配置中，當單元像素群以拜耳（Bayer）陣列設置時，像素PXL11作為Gb像素形成、像素PXL12作為B像素形成、像素PXL21作為R像素形成，以及像素PXL22作為Gr像素形成。例如，像素PXL11的光電二極體PD11作為第一綠色（Gb）光電轉換部件來工作，像素PXL12的光電二極體PD12作為藍色（B）光電轉換部件來工作，像素PXL21的光電二極體PD21作為紅色（R）光電轉換部件來工作，並且像素PXL22的光電二極體PD22作為第二綠色（Gr）光電轉換部件來工作。
一般來說，每個像素的光電二極體PD達到飽和的靈敏度對於每種顏色（光波段）而言是不同的。例如，G像素的光電二極體PD11、PD22具有比B像素的光電二極體PD12和R像素的光電二極體PD21更高的靈敏度。
光電二極體PD11、PD12、PD21、PD22由掩埋型（pinned）光電二極體（PPD）構成。在形成光電二極體PD11、PD12、PD21、PD22的基材表面上，存在由於懸空鍵結或其他缺陷導致的表面層，並且因此，由於熱能而生成多個電荷（暗電流），從而無法讀出正確的訊號。在掩埋型光電二極體（PPD）中，光電二極體PD的電荷累積部件能夠埋設在基材中以減少暗電流混入訊號。
光電二極體PD11、PD12、PD21、PD22生成在量值上與入射光量相符的訊號電荷（此處為電子）並累積訊號電荷。下文將描述訊號電荷是電子且每個電晶體是N型電晶體的情況。然而，訊號電荷也可以是電洞或每個電晶體也可以是P型電晶體。
轉移電晶體TG11-Tr連接在光電二極體PD11與浮點擴散FD11之間並且通過控制線（或控制訊號）TG11來予以控制。在讀取部件70的控制下，在控制線TG11處於預定的高（H）電平的時段中，轉移電晶體TG11-Tr被選擇且進入導通狀態，並且將光電二極體PD11中光電轉換並累積的電荷（電子）轉移到浮點擴散FD11。
轉移電晶體TG12-Tr連接在光電二極體PD12與浮點擴散FD11之間並且通過控制線（或控制訊號）TG12來予以控制。在讀取部件70的控制下，在控制線TG12處於預定的高（H）電平的時段中，轉移電晶體TG12-Tr被選擇且進入導通狀態，並且將光電二極體PD12中光電轉換並累積的電荷（電子）轉移到浮點擴散FD11。
轉移電晶體TG21-Tr連接在光電二極體PD21與浮點擴散FD11之間並且通過控制線（或控制訊號）TG21來予以控制。在讀取部件70的控制下，在控制線TG21處於預定的高（H）電平的時段中，轉移電晶體TG21-Tr被選擇且進入導通狀態，並且將光電二極體PD21中光電轉換並累積的電荷（電子）轉移到浮點擴散FD11。
轉移電晶體TG22-Tr連接在光電二極體PD22與浮點擴散FD11之間並且通過控制線（或控制訊號）TG22來予以控制。在讀取部件70的控制下，在控制線TG22處於預定的高（H）電平的時段中，轉移電晶體TG22-Tr被選擇且進入導通狀態，並且將光電二極體PD22中光電轉換並累積的電荷（電子）轉移到浮點擴散FD11。
如圖4所示，復位電晶體RST11-Tr連接在供電源線VDD（或供電源電位）與浮點擴散FD11之間並且通過控制線（或控制訊號）RST11來予以控制。也可以是復位電晶體RST11-Tr連接在供電源線VDD以外的供電源線VRst與浮點擴散FD11之間並且通過控制線（或控制訊號）RST11來予以控制。在讀取部件70的控制下，在例如讀取的掃描操作期間，在控制線RST11處於H電平的時段中，復位電晶體RST11-Tr被選擇且進入導通狀態，並且將浮點擴散FD11復位到供電源線VDD（或VRst）的電位。
源極跟蹤器電晶體SF11-Tr和選擇電晶體SEL11-Tr串聯在供電源線VDD與垂直訊號線LSGN之間。浮點擴散FD11連接到源極跟蹤器電晶體SF11-Tr的柵極，以及選擇電晶體SEL11-Tr通過控制線（或控制訊號）SEL11來予以控制。在控制線SEL11處於H電平的時段中，選擇電晶體SEL11-Tr被選擇並進入導通狀態。由此，源極跟蹤器電晶體SF11-Tr向垂直訊號線LSGN輸出由浮點擴散FD11的電荷轉換的列輸出的讀出電壓（訊號）VSL（PIXOUT），其具有與這些電荷的量值（電位）對應的增益。
因為像素部件20包括按N列M行設置的像素PXL，所以各有N個控制線SEL、RST、TG和M個垂直訊號線LSGN。在圖3中，控制線（或控制訊號）SEL、RST、TG中每一個表示為一個列掃描控制線。
垂直掃描電路30根據時序控制電路60的控制通過快門列和讀取列中的列掃描控制線來驅動像素。再者，垂直掃描電路30根據地址訊號輸出從中讀出訊號的讀取列以及光電二極體PD中累積的電荷被復位所在的快門列的列位址的列選擇訊號。
在正常像素讀取操作中，通過由讀取部件70的垂直掃描電路30驅動像素來執行快門掃描及然後執行讀取掃描。
讀取電路40包括對應於像素部件20的行輸出而設置的多個行訊號處理電路（未示出），以及讀取電路40可以配置成使得這多個行訊號處理電路能夠執行行並行處理。
讀取電路40可以包括相關雙採樣（CDS）電路、模數轉換器（ADC）、放大器（AMP）、採樣/保持（S/H）電路等。
因此，如圖5A所示，例如，讀取電路40可以包括用於將來自像素部件20列輸出的讀出訊號VSL轉換成數位訊號的ADC 41。備選地，如圖5B所示，例如，讀取電路40可以包括用於將來自像素部件20列輸出的讀出訊號VSL放大的放大器（AMP）42。如圖5C所示，例如，讀取電路40可以包括用於對來自像素部件20列輸出的讀出訊號VSL進行採樣/保持的採樣/保持（S/H）電路43。
水平掃描電路50掃描讀取電路40的多個行訊號處理電路（如ADC）中處理的訊號，在水平方向上轉移訊號，並將這些訊號輸出到訊號處理電路（未示出）。
時序控制電路60生攝像素部件20、垂直掃描電路30、讀取電路40、水平掃描電路50等中進行訊號處理所需的時序訊號。
上文描述解釋了固態攝影裝置10各部件的配置和功能的概覽。接下來，將詳述根據第一實施例的像素的設置。
圖6是示出根據本發明第一實施例的具有單元像素群的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的構成的示意圖設置的平面圖。
圖6以平面圖示出圖4的電路，以及像素部件20包括按具有2列2列行的正方形幾何形狀設置的4個像素PXL11、PXL12、PXL21、PXL22。更具體地，矩形設置區域10包括其中分別設置有4個像素PXL11、PXL12、PXL21、PXL22的設置區域AR11、AR12、AR21、AR22，以及這4個設置區域為具有2列2行的正方形幾何形狀。
圖6所示的像素部件20具有為正方形設置的4像素共用配置，其中像素PXL11作為Gb像素形成、像素PXL12作為B像素形成、像素PXL21作為R像素形成以及像素PXL22作為Gr像素形成。
再者，在像素部件20中，這4個像素PXL11、PXL12、PXL21、PXL22共用浮點擴散FD11、復位電晶體RST11-Tr、源極跟蹤器電晶體SF11-Tr以及選擇電晶體SEL11-Tr。
圖7是以示意形式示出根據本發明第一實施例的固態攝影裝置的單元像素群的配置的簡化剖面圖。為了更容易地理解，圖7出於說明性目的示出按直線設置的第一綠色（Gb）像素PXL11、藍色（B）像素PXL12、紅色（R）像素PXL21和第二綠色（Gr）像素PXL22。
單元RGB像素群200主要由微透鏡陣列210、濾色器陣列220、作為光電轉換部件的光電二極體陣列230以及平板層240構成。
濾色器陣列220被劃分成第一綠色（Gb）濾色器區域221、藍色（B）濾色器區域222、紅色（R）濾色器區域223和第二綠色（Gr）濾色器區域224，從而形成顏色像素。微透鏡陣列210的微透鏡MCL設置在第一綠色（Gb）濾色器區域221、藍色（B）濾色器區域222、紅色（R）濾色器區域223和第二綠色（Gr）濾色器區域224的光入射一側。
用作光電轉換部件的光電二極體PD11、PD12、PD21、PD22被嵌入在半導體基材250中，半導體基材250具有第一基材表面251和與第一基材表面251對側的第二基材表面252，以及這些光電二極體能夠將接收的光進行光電轉換並累積電荷。
光電二極體陣列230的光電二極體PD11、PD12、PD21、PD22在第一基材表面251一側（背表面一側）以平板層240為介面與濾色器陣列220相鄰。在光電二極體PD11、PD12、PD21、PD22的第二基材表面252一側，形成有輸出部件231、232、233、234，這些輸出部件包括用於輸出與進行光電轉換並累積的電荷對應的訊號的輸出電晶體。
單元RGB像素群200中如上文描述配置的顏色像素不僅具有可見光範圍（400 nm至700 nm）中的固有特定反應性，而且還具有近紅外（NIR）區域（800nm至1000nm）中的高反應性。
在根據第一實施例的濾色器陣列220中，顏色（可見光）區域延伸到近紅外區域的起始域（例如，850 nm），以及紅色濾色器、綠色濾色器和藍色濾色器在近紅外區域中具有90%或更高的不同透光率。
在第一實施例中，用作第一綠色（Gb）光電轉換部件的光電二極體PD11、用作藍色（B）光電轉換部件的光電二極體PD12、用作紅色（R）光電轉換部件的光電二極體PD21以及用作第二綠色（Gr）光電轉換部件的光電二極體PD22還作為紅外（NIR）光電轉換部件來工作。
圖8圖示根據第一實施例的固態攝影裝置10中執行的第一模式下的讀取操作和第二模式下的讀取操作。
在第一模式MOD1（RGB圖像捕獲模式）下，在讀取部件70的控制下，從用作第一綠色（Gb）光電轉換部件的光電二極體PD11、用作藍色（B）光電轉換部件的光電二極體PD12、用作紅色（R）光電轉換部件的光電二極體PD21以及用作第二綠色（Gr）光電轉換部件的光電二極體PD22讀取的訊號被輸出而不進行任何處理，如圖8中（A）部分所示。
在第二模式MOD2（NIR圖像捕獲模式）下，在讀取部件70的控制下，從用作第一綠色（Gb）光電轉換部件的光電二極體PD11、用作藍色（B）光電轉換部件的光電二極體PD12、用作紅色（R）光電轉換部件的光電二極體PD21以及用作第二綠色（Gr）光電轉換部件的光電二極體PD22讀取的多個（例如全部）訊號能夠被相加，如圖8中（B）部分所示。
因此，根據第一實施例的固態攝影裝置10能夠捕獲RGB圖像和NIR圖像並保持高NIR靈敏度。
如上所述，在根據第一實施例的固態攝影裝置10中，像素部件20包括單元RGB像素群200，該單元RGB像素群具有多個執行光電轉換的用於可見光的顏色像素。這多個顏色（RGB）像素具有對紅外光的光接收靈敏度。在紅外讀取模式MIRRD下，讀取部件70能夠將從這多個顏色像素讀取的紅外光的訊號相加。例如，在第一模式MOD1（RGB圖像捕獲模式）下，在讀取部件70的控制下，從包括用作第一綠色（Gb）光電轉換部件的光電二極體PD11的Gb像素PXL11、包括用作藍色（B）光電轉換部件的光電二極體PD12的B像素PXL12、包括用作紅色（R）光電轉換部件的光電二極體PD21的R像素PXL21以及包括用作第二綠色（Gr）光電轉換部件的光電二極體PD22的Gr像素PXL22讀取的訊號被輸出而不進行任何處理。在包括紅外讀取模式MIRRD的第二模式MOD2（NIR圖像捕獲模式）下，在讀取部件70的控制下，能夠將從包括用作第一綠色（Gb）光電轉換部件的光電二極體PD11的Gb像素PXL11、包括用作藍色（B）光電轉換部件的光電二極體PD12的B像素PXL12、包括用作紅色（R）光電轉換部件的光電二極體PD21的R像素PXL21以及包括用作第二綠色（Gr）光電轉換部件的光電二極體PD22的Gr像素PXL22讀取的多個（例如全部）訊號相加。
如上所述的根據第一實施例的固態攝影裝置10能夠捕獲如RGB圖像的可見光圖像和如NIR圖像的紅外圖像且保持對紅外光的高光接收靈敏度。例如，監控攝影器能夠設有期望的特徵，包括近紅外（NIR）區域中的更高靈敏度。再者，在具有800 nm或更長波長的近紅外（NIR）區域中，能夠以不降低像素解析度的高靈敏度捕獲NIR圖像。
第二實施例
圖9係根據本發明第二實施例的固態攝影裝置中執行的第二模式下的讀取操作。
第二實施例不同於第一實施例之處在於如下幾點。在第二實施例中，讀取部件70能夠從包括用作第一綠色（Gb）光電轉換部件的光電二極體PD11的Gb像素PXL11、包括用作藍色（B）光電轉換部件的光電二極體PD12的B像素PXL12、包括用作紅色（R）光電轉換部件的光電二極體PD21的R像素PXL21以及包括用作第二綠色（Gr）光電轉換部件的光電二極體PD22的Gr像素PXL22同時讀取（捕獲）可見光區域中顏色訊號（RGB）以及紅外區域中的紅外像素訊號（NIR）。
根據第二實施例的固態攝影裝置10A能夠利用Gb像素PXL11、B像素PXL12、R像素PXL21和Gr像素PXL22來捕獲可見光區域和例如800 nm或更短的近紅外（NIR）區域的像素訊號。
讀取部件70同時從包括用作第一綠色（Gb）光電轉換部件的光電二極體PD11的Gb像素PXL11同時讀取（G + NIR）顏色像素訊號（G）和紅外區域的紅外像素訊號（NIR）。
讀取部件70同時從包括用作藍色（B）光電轉換部件的光電二極體PD12的B像素PXL12同時讀取（B + NIR）顏色像素訊號（B）和紅外區域的紅外像素訊號（NIR）。
讀取部件70同時從包括用作紅色（R）光電轉換部件的光電二極體PD21的R像素PXL21同時讀取（R + NIR）顏色像素訊號（R）和紅外區域的紅外像素訊號（NIR）。
讀取部件70同時從包括用作第二綠色（Gr）光電轉換部件的光電二極體PD22的Gr像素PXL22同時讀取（G + NIR）顏色像素訊號（G）和紅外區域的紅外像素訊號（NIR）。
第二實施例使得不僅能夠獲得與第一實施例相同的效果，而且能夠獲取著色的NIR圖像，其能夠以可分辨的方式顯示例如靜脈和動脈。因為固態攝影裝置10A能夠捕獲著色的紅外圖像，所以能夠在此區域中以不同顏色對例如人體的靜脈和動脈攝影，從而實現更準確度和更高安全度水平的生物特徵識別。因此，根據第二實施例的固態攝影裝置10A在生物特徵識別技術，如靜脈、動脈或虹膜特徵識別中是有效的。
第三實施例
圖10係根據本發明第三實施例的具有單元像素群的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的構成的示意性設置的平面圖。圖11圖示根據本發明第三實施例的固態攝影裝置中執行的第一模式下的讀取操作和第二模式下的讀取操作。
第三實施例不同於第一實施例之處在於如下幾點。第三實施例中的單元像素群200B各作為單元RGBIR像素群來形成，其中設在設置區域AR22中的PXL22的濾光器被紅外專用像素PXL22B替代，該紅外專用像素包括用於接收紅外光的紅外（NIR）光電轉換部件。
在第一模式MOD1下，讀取部件70被設置為不進行任何處理而輸出從包括用作綠色光電轉換部件的光電二極體PD11的G像素PXL11、包括用作藍色光電轉換部件的光電二極體PD12的B像素PXL12以及包括用作紅色光電轉換部件的光電二極體PD21的R像素PXL21讀取的訊號。備選地，在第一模式MOD1下，讀取部件70能夠將從包括用作紅外（NIR）光電轉換部件的光電二極體PD22的紅外專用像素PXL22B讀取的訊號相加到從包括用作綠色光電轉換部件的光電二極體PD11的G像素PXL11、包括用作藍色光電轉換部件的光電二極體PD12的B像素PXL12以及包括用作紅色光電轉換部件的光電二極體PD21的R像素PXL21讀取的訊號。在包括紅外讀取模式MIRRD的第二模式MOD2下，如圖11所示，讀取部件70被設置為將從包括用作綠色光電轉換部件的光電二極體PD11的G像素PXL11、包括用作藍色光電轉換部件的光電二極體PD12的B像素PXL12、包括用作紅色光電轉換部件的光電二極體PD21的R像素PXL21以及包括用作紅外（NIR）光電轉換部件的光電二極體PD22的紅外專用像素PXL22B讀取的訊號相加。
在第三實施例中，紅外讀取模式MIRRD包括第一像素訊號讀取模式MIRRD1、第二像素訊號讀取模式MIRRD2、第三像素訊號讀取模式MIRRD3和第四像素訊號讀取模式MIRRD4。在第一像素訊號讀取模式MIRRD1下，從紅外專用像素PXL22B讀取紅外像素訊號。在第二像素訊號讀取模式MIRRD2下，從紅外專用像素PXL22B和顏色像素：G像素PXL11、B像素PXL12和R像素PXL21讀取紅外像素訊號。在第三像素訊號讀取模式MIRRD3下，從顏色像素：G像素PXL11、B像素PXL12和R像素PXL21讀取紅外像素訊號。在第四像素訊號讀取模式MIRRD4下，將從紅外專用像素PXL22B和顏色像素：G像素PXL11、B像素PXL12和R像素PXL21讀取的紅外像素訊號相加。
在第三實施例中，讀取部件70能夠在第一像素訊號讀取模式MIRRD1、第二像素訊號讀取模式MIRRD2、第三像素訊號讀取模式MIRRD3和第四像素訊號讀取模式MIRRD4的至少兩種之間進行切換並根據所切換的模式來讀取像素訊號。
圖12係根據本發明第三實施例的讀取部件執行的紅外讀取模式下在第一至第四像素訊號讀取模式之間進行的切換操作控制的流程圖。
讀取部件70從控制系統（未示出）接收模式訊號MOD（ST1），並且確定接收的模式訊號是否指示第二模式MOD2中包括的紅外讀取模式MIRRD的第一像素訊號讀取模式MIRRD1（ST2）。當在步驟ST2中讀取部件70確定接收的模式訊號指示紅外讀取模式MIRRD的第一像素訊號讀取模式MIRRD1時，讀取部件70從紅外專用像素PXL22B讀取紅外像素訊號（ST3）。
當在步驟ST2中讀取部件70確定接收的模式訊號不指示紅外讀取模式MIRRD的第一像素訊號讀取模式MIRRD1時，讀取部件70確定接收的模式訊號是否指示第二像素訊號讀取模式MIRRD2（ST4）。當在步驟ST4中讀取部件70確定接收的模式訊號指示紅外讀取模式MIRRD的第二像素訊號讀取模式MIRRD2時，讀取部件70從紅外專用像素PXL22B和顏色像素：G像素PXL11、B像素PXL12和R像素PXL21讀取紅外像素訊號（ST5）。
當在步驟ST4中讀取部件70確定接收的模式訊號不指示紅外讀取模式MIRRD的第二像素訊號讀取模式MIRRD2時，讀取部件70確定接收的模式訊號是否指示第三像素訊號讀取模式MIRRD3（ST6）。當在步驟ST6中讀取部件70確定接收的模式訊號指示紅外讀取模式MIRRD的第三像素訊號讀取模式MIRRD3時，讀取部件70從顏色像素：G像素PXL11、B像素PXL12和R像素PXL21讀取紅外像素訊號（ST7）。
當在步驟ST6中讀取部件70確定接收的模式訊號不指示紅外讀取模式MIRRD的第三像素訊號讀取模式MIRRD3時，讀取部件70確定接收的模式訊號是否指示第四像素訊號讀取模式MIRRD4（ST8）。當在步驟ST8中讀取部件70確定接收的模式訊號指示紅外讀取模式MIRRD的第四像素訊號讀取模式MIRRD4時，讀取部件70將從紅外專用像素PXL22B和顏色像素：G像素PXL11、B像素PXL12和R像素PXL21讀取的紅外像素訊號相加（ST9）。
當在步驟ST8中讀取部件70確定接收的模式訊號不指示紅外讀取模式MIRRD的第四像素訊號讀取模式MIRRD4時，讀取部件70可以返回到步驟ST1並重複上述的一系列操作。
第三實施例使得不僅能夠獲得與第一實施例相同的效果，而且能夠進一步改善NIR靈敏度。
第四實施例
圖13係根據本發明第四實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。圖14示出根據本發明第四實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。
第四實施例不同於第三實施例之處在於如下幾點。在第四實施例中，用作紅色（R）光電轉換部件的光電二極體PD11C、用作綠色（G）光電轉換部件的光電二極體PD12C以及用作藍色（B）光電轉換部件的光電二極體PD21C按此次序設置並且也作為用作紅外（NIR）光電轉換部件的光電二極體來工作。用作紅外（NIR）光電轉換部件的光電二極體PD22未予提供。
在第四實施例中，單元像素群200C各包括濾光器群260，該濾光器群包括能夠接收可見光和具有特定波長的紅外光的多個濾光器。濾光器群260包括第一濾光器261和第二濾光器262。第一濾光器261設在紅色濾色器FLT-R、綠色濾色器FLT-G和藍色濾色器FLT-B的光入射一側上。第二濾光器262設在濾色器陣列220C的紅色濾色器FLT-R、綠色濾色器FLT-G和藍色濾色器FLT-B與用作紅色（R）光電轉換部件的光電二極體PD11C、用作綠色（G）光電轉換部件的光電二極體PD12C以及用作藍色（B）光電轉換部件的光電二極體PD21C的一側表面之間，以及第二濾光器262由選擇性IR截止材料形成。
濾色器陣列220C與第二濾光器262的位置不限於圖13所示的那些。也可以是第二濾光器262設在微透鏡陣列210一側，以及濾色器陣列220C設在光電二極體PD11C、PD12C、PD21C的一側表面上。
第四實施例的固態攝影裝置10C包括光學系統上的如IR濾光器的第一濾光器261，以及還包括由晶片上選擇性IR濾光器構成的第二濾光器262。
在第四實施例中，多個濾光器由例如帶通濾光器形成。在圖14所示的示例中，第一濾光器261的通過（透射）波段的範圍例如從380 nm到1100 nm，這比範圍約從380 nm到780 nm的可見光區域更寬。第二濾光器262的通過（透射）波段的範圍涉及例如約從380 nm至780 nm的可見光區域和900 nm或更長的區域。第二濾光器262阻隔範圍從780 nm至900 nm的波段。因此，第二濾光器262可以視為選擇性紅外（IR）截止濾光器。
在第四實施例中，多個濾光器（第四實施例中的兩個濾光器261、262）的至少其中之一能夠切換可接收光波長。再者，第二濾光器262設在用作紅色（R）光電轉換部件的光電二極體PD11C、用作綠色（G）光電轉換部件的光電二極體PD12C以及用作藍色（B）光電轉換部件的光電二極體PD21C的一側表面（光入射一側）上。多個濾光器（第四實施例中的兩個濾光器261、262）設在光學系統、套件和像素上。
在圖14中，虛線TC1表示的曲線指示第一濾光器261的透光特徵，以及粗實線TC2表示的曲線指示第二濾光器262的透光特徵。在第四實施例中，第一濾光器261和第二濾光器262的通過波段是部分不同（截止波長不同），如圖14所示。
如圖14所示，包括濾光器群260的固態攝影裝置10C能夠透射具有RGB或其他顏色的可見光和具有特定波長的紅外光以及在光電轉換部件處接收透射的光。在第四實施例中，特定紅外波長的範圍從800 nm至1000 nm，以及更優選地，從850 nm至950 nm。
例如，如果濾光器群260能夠截止波長為650 nm至800 nm的非必要光以及波長為1000 nm或更長的紅外光，則用於生物特徵識別接收常規可見光和波長範圍從800 nm至1000 nm的紅外光的圖像感測器能夠捕獲具有RGB顏色的可見光圖像和減少混色的NIR圖像。
第四實施例使得不僅能夠獲得與第一實施例相同的效果，而且能夠捕獲RGB圖像和減少串擾的NIR圖像。
第五實施例
圖15係根據本發明第五實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。圖16示出根據本發明第五實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。在圖16中，粗實線TC11表示的曲線指示第一濾光器261D的透光特徵。
第五實施例不同於第四實施例之處在於如下幾點。在上述的第四實施例中，第一濾光器261的通過（透射）波段由例如從380 nm到1100 nm的一個波段構成，這比範圍約從380 nm到780 nm的可見光區域更寬。
相比而言，第一濾光器261D的通過（透射）波段由多個光波段（在第五實施例中為兩個光波段）構成。更具體地，第一濾光器261D具有兩個通過（透射）波段區域。一個是範圍涉及約從380 nm至700 nm的可見光波段（可見光區域）的第一通過（透射）區域TWB11，以及另一個是範圍涉及約從850 nm至1000 nm的紅外光波段（紅外區域）的第二通過（透射）區域TWB12。即，第一濾光器261D作為蓋上（on-lid）雙帶通濾光器來工作也作為紅外（IR）濾光器來工作。
圖17圖示一種確定被阻隔的光波段邊緣處的截止波長以便光阻隔波長介於可見光波段與紅外光波段之間的光的方法。
在對波長介於多個光波段之間，更具體為介於可見光波段與紅外光波段之間的光進行光阻隔時，如圖17所示，被阻隔的光波段邊緣的截止波長TSWBV、TSWBIR由構成第一濾光器261D的紅外濾光器或構成第二濾光器262D的晶片上選擇性紅外濾光器確定。
第五實施例使得以最小數量的濾光器（IR濾光器）來選擇期望的光波段來進行攝影成為可能。例如，在對可見光波段和紅外光波段攝影時，具有如圖16所示的透光率的IR濾光器能夠單獨用於攝影。
備選地，可以使用選擇性IR濾光器確定截止波長以減少角度依賴性和串擾。
第六實施例
圖18係出根據本發明第六實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。圖19係根據本發明第六實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。
第六實施例不同於第五實施例之處在於如下幾點。在上述的第五實施例中，第一濾光器261D的通過（透射）波段由多個光波段（在第五實施例中為兩個光波段）構成。更具體地，第一濾光器261E具有兩個通過（透射）波段區域。一個是範圍涉及約從380 nm至700 nm的可見光波段（可見光區域）的第一通過（透射）區域TWB11，以及另一個是範圍涉及約從850 nm至1000 nm的紅外光波段（紅外區域）的第二通過（透射）區域TWB12。
第六實施例還配置成能夠選擇通過區域（通過波段）。如圖19所示，當選定波段A時，濾光器261E作為IR濾光器工作，其能夠僅在範圍涉及約從380 nm至700 nm的可見光波段（可見光區域）的第一通過（透射）區域TWB11中工作。當選定波段B時，濾光器261E作為IR濾光器工作，其能夠僅在範圍涉及約從850 nm至1000 nm的紅外光波段（紅外區域）的第二通過（透射）區域TWB12中工作。當選定波段C時，濾光器261E作為IR濾光器工作，其能夠在範圍涉及約從380 nm至700 nm的可見光波段（可見光區域）的第一通過（透射）區域TWB11和範圍涉及約從850 nm至1000 nm的紅外光波段（紅外區域）的第二通過（透射）區域中攝影。
第六實施例使得以最小數量的濾光器（IR濾光器）來選擇期望的光波段來進行攝影成為可能。
第七實施例
圖20係根據本發明第七實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。圖21係根據本發明第七實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。
在圖21中，橫坐標是波長，縱坐標是量化效率（QE）。在圖21中，TC21線指示作為蓋上雙帶通濾光器工作且也作為紅外（IR）濾光器工作的第一濾光器261F的透光特徵，以及TC22線指示作為晶片上IR截止濾光器工作的第二濾光器262F的透光特徵。
第七實施例不同於第六實施例之處在於如下幾點。在第七實施例中，由選擇性紅外濾光器構成的第二濾光器262F由阻隔紅外光波段的選擇性紅外（IR）截止濾光器構成。
第七實施例使得將光學系統上的IR濾光器和晶片上IR截止濾光器組合成R、G和B像素以及以最小數量的濾光器（IR濾光器）來選擇期望的光波段來進行攝影成為可能。
第八實施例
圖22係根據本發明第八實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。圖23係根據本發明第八實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。
在圖23中，橫坐標是波長，縱坐標是量化效率（QE）。在圖23中，TC31線指示作為蓋上雙帶通濾光器工作且也作為紅外（IR）濾光器工作的第一濾光器261G的透光特徵，以及TC32線指示作為晶片上IR通過濾光器工作的第二濾光器262G的透光特徵。
第八實施例不同於第六實施例之處在於如下幾點。在第八實施例中，由選擇性紅外濾光器構成的第二濾光器262G由透射紅外光波段的選擇性紅外（IR）通過濾光器構成。此外，在第八實施例中，濾光器陣列220G中的每個濾光器由透射完整可見光波段的透明濾光器FLT-C構成。
第八實施例使得將光學系統上的IR濾光器和晶片上IR截止濾光器組合成NIR像素以及以最小數量的濾光器（IR濾光器）來選擇期望的光波段來進行攝影成為可能。
第九實施例
圖24係根據本發明第九實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。圖25示出根據本發明第九實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。
在圖25中，橫坐標是波長，縱坐標是量化效率（QE）。在圖25中，TC41線指示作為蓋上雙帶通濾光器工作以及還作為紅外（IR）濾光器來工作的第一濾光器261H的透光特徵。
第九實施例不同於第六實施例之處在於如下幾點。在第九實施例中，由選擇性紅外濾光器和濾光器陣列220H的濾光器構成的第二濾光器262H由透射完整可見光波段的透明濾光器FLT-C構成。
第九實施例使得將光學系統上的IR濾光器和晶片上IR通過濾光器組合成單色像素以及以最小數量的濾光器（IR濾光器）來選擇期望的光波段來進行攝影成為可能。
第十實施例
圖26係根據本發明第十實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。圖27係根據本發明第十實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。
第十實施例不同於第四實施例之處在於如下幾點。在第十實施例中，濾光器群260I可以包括設在紅色濾色器FLT-R、綠色濾色器FLT-G和藍色濾色器FLT-B的光入射一側上的第三濾光器263。例如，第二紅外截止濾光器262I在CMOS圖像感測器（CIS）中在晶片上形成，以及第一濾光器261和/或第三濾光器263在CIS的玻璃蓋上或下或光學透鏡系統中形成。
在圖27中，虛線TC1表示的曲線指示第一濾光器261的透光特徵，粗實線TC2表示的曲線指示第二濾光器262的透光特徵，以及粗實線TC3表示的曲線指示第三濾光器263的透射特徵。在圖27所示的示例中，第三濾光器263的通過（透射）波段的範圍例如約從380 nm到950 nm，這比範圍約從380 nm到780 nm的可見光區域更寬。
在第十實施例中，通過切換多個濾光器的可接收光波長（例如，通過切換多個濾光器的組合），能夠切換到僅接收可見光的第一光接收模式和能夠接收包括紅外光的入射光的第二光接收模式。
在第十實施例中，例如，在用於僅接收可見光的第一光接收模式下，由第二濾光器262和第三濾光器263來執行攝影。在能夠接收包括紅外光的入射光的第二光接收模式下，由第一濾光器261和第二濾光器262來執行攝影。
第十實施例使得不僅能夠獲得與四實施例相同的效果，而且能夠捕獲RGB圖像和進一步減少串擾的NIR圖像。
上述的固態攝影裝置10、10A至10I能夠作為攝影裝置應用於電子設備，如數位相機、錄影機、移動終端、監控錄影器和醫用內視鏡攝影器。
圖28係應用根據本發明實施例的固態攝影裝置的包括攝影器系統的電子設備的配置的示例。
如圖28所示，電子設備100包括CMOS圖像感測器110，該CMOS圖像感測器能夠由根據本發明的固態攝影裝置10構成。再者，電子設備100包括用於將入射光導向到CMOS圖像感測器110的像素區域（以便形成標的圖像）的光學系統（如透鏡）120。電子設備100包括用於處理CMOS圖像感測器110的輸出訊號的訊號處理電路（PRC）130。
訊號處理電路130對CMOS圖像感測器110的輸出訊號執行預定的訊號處理。在訊號處理電路130中處理的圖像訊號可以採用多種方式來處理。例如，可以將圖像訊號作為影片圖像顯示在由液晶顯示器等構成的監視器上，或可以通過印表機列印圖像訊號或直接記錄在如記憶體卡的儲存媒體上。
如上所述，可以提供包含如CMOS圖像感測器110的固態攝影裝置10、10A至10I的高性能、結構緊湊且低成本的攝影器系統。再者，製造如監控攝影器和醫用內視鏡攝影器的電子設備，其也能夠應用於需要在如安裝尺寸、可連接纜線、纜線長度和安裝高度的安裝條件受限下安裝攝影器的情況
10、10A-10I‧‧‧固態攝影裝置
20‧‧‧像素部件
30‧‧‧垂直掃描電路
40‧‧‧讀取電路
50‧‧‧水平掃描電路
60‧‧‧時序控制電路
70‧‧‧讀取部件
41‧‧‧ADC
42‧‧‧放大器
43‧‧‧採樣/保持（S/H）電路
200、200B、200C‧‧‧單元RGB像素群
210‧‧‧微透鏡陣列
220‧‧‧濾色器陣列
230‧‧‧光電二極體陣列
240‧‧‧平板層
221‧‧‧第一綠色（Gb）濾色器區域
222‧‧‧藍色（B）濾色器區域
223‧‧‧紅色（R）濾色器區域
224‧‧‧第二綠色（Gr）濾色器區域
250‧‧‧半導體基材
251‧‧‧第一基材表面
252‧‧‧第二基材表面
231、232、233、234‧‧‧輸出部件
260、260I‧‧‧濾光器群
261、261D-261H‧‧‧第一濾光器
262、262D-262I‧‧‧第二濾光器
263‧‧‧第三濾光器
100‧‧‧電子設備
110‧‧‧CMOS圖像感測器
120‧‧‧光學系統
130‧‧‧訊號處理電路
ST1-ST9‧‧‧步驟流程
圖1係作為具有單元RGBIR像素群的NIR-RGB感測器而形成的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的構成部分的示意性設置的平面圖。 圖2係作為NIR感測器而形成的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的構成部分的示意性設置的平面圖。 圖3係根據本發明第一實施例的固態攝影裝置的配置的方塊圖。 圖4係根據本發明第一實施例的其中一個浮點擴散被固態攝影裝置的像素部件中的4個像素共用的配置的電路圖。 圖5A係根據該實施例的讀取電路中的行訊號處理電路的配置。 圖5B係根據該實施例的讀取電路中的行訊號處理電路的配置。 圖5C係根據該實施例的讀取電路中的行訊號處理電路的配置。 圖6係根據本發明第一實施例的具有單元RGB像素群的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的構成部分的示意性設置的平面圖。 圖7係以示意形式示出根據本發明第一實施例的固態攝影裝置的單元像素群的配置的簡化剖面圖。 圖8係根據本發明第一實施例的固態攝影裝置中執行的第一模式下的讀取操作和第二模式下的讀取操作。 圖9係根據本發明第二實施例的具有單元像素群的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的構成部分的示意性設置的平面圖。 圖10係根據本發明第三實施例的具有單元像素群的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的構成部分的示意性設置的平面圖。 圖11係根據本發明第三實施例的固態攝影裝置中執行的第一模式下的讀取操作和第二模式下的讀取操作。 圖12係根據本發明第三實施例的讀取部件執行的紅外讀取模式下在第一至第四像素訊號讀取模式之間進行的切換操作控制的流程圖。 圖13係根據本發明第四實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。 圖14係根據本發明第四實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。 圖15係根據本發明第五實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。 圖16係根據本發明第五實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。 圖17係一種確定被阻隔的波段邊緣處的截止波長以便光阻隔波長介於可見光波段與紅外光波段之間的光的方法。 圖18係根據本發明第六實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。 圖19係根據本發明第六實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。 圖20係根據本發明第七實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。 圖21係根據本發明第七實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。 圖22係根據本發明第八實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。 圖23係根據本發明第八實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。 圖24係根據本發明第九實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。 圖25係根據本發明第九實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。 圖26係根據本發明第十實施例的固態攝影裝置（CMOS圖像感測器）的示意性配置的簡化剖面圖。 圖27係根據本發明第十實施例的濾色器陣列和濾光器的透光特徵。 圖28係應用根據本發明實施例的固態攝影裝置的電子設備的配置的示例。

Claims (25)

  1. 一種固態攝影裝置，包括： 具有單元像素群的一像素部件，所述單元像素群包括執行可產生像素訊號的光電轉換用於可見光的多個像素；以及 用於從所述像素部件中讀取所述像素訊號的讀取元件； 其中所述用於可見光的多個像素具有對紅外光的光接收靈敏度；以及 在紅外讀取模式下，所述讀取部件被設置為將從所述用於可見光的多個像素中讀取的紅外光的所述像素訊號結合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的固態攝影裝置，其中所述紅外光的波長具有800 nm或更長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的固態攝影裝置，其中所述讀取部件被設置為從所述用於可見光的多個像素中同時讀取可見光區域的顏色像素訊號和紅外區域的紅外像素訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的固態攝影裝置，其中所述紅外像素訊號在近紅外區域中具有800 nm或更短的波長。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的固態攝影裝置，其中所述像素部件包含配置於其中的單元像素群，所述單元像素群均包括用於可見光的多個像素， 所述單元像素群均包括多個光電轉換部件，所述多個光電轉換部件配置成將從一個表面側入射且對應於多個可見光波段的光進行光電轉換， 所述多個光電轉換部件包括對應於紅色區域的紅色光電轉換部件、對應於綠色區域的綠色光電轉換部件以及對應於藍色區域的藍色光電轉換部件， 在第一模式下，所述讀取部件被設置為輸出從所述紅色光電轉換部件、所述綠色光電轉換部件以及所述藍色光電轉換部件中讀取的訊號，以及 在包括所述紅外讀取模式的第二模式下，所述讀取部件被設置為將從所述紅色光電轉換部件、所述綠色光電轉換部件以及所述藍色光電轉換部件中讀取的所述像素訊號結合。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的固態攝影裝置，其中所述像素部件包含配置於其中的單元像素群，所述單元像素群均包括所述用於可見光的多個像素以及用於接收紅外光的紅外專用像素，以及 所述紅外讀取模式包括： 第一像素訊號讀取模式，用於從所述紅外專用像素中讀取紅外像素訊號； 第二像素訊號讀取模式，用於從所述紅外專用像素和所述用於可見光的像素中讀取紅外像素訊號； 第三像素訊號讀取模式，用於從所述用於可見光的像素中讀取紅外像素訊號；以及 第四像素訊號讀取模式，用於將所述紅外專用像素和所述用於可見光的像素中讀取的紅外像素訊號相加。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的固態攝影裝置，其中所述讀取部件被設置為在所述第一像素訊號讀取模式、所述第二像素訊號讀取模式、所述第三像素訊號讀取模式和所述第四像素訊號讀取模式的至少兩種之間進行切換，並根據所切換的模式來讀取所述像素訊號。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的固態攝影裝置，其中所述單元像素群包括多個光電轉換部件，所述多個光電轉換部件配置成將從一個表面側入射且對應於所述多個可見光波段的光進行光電轉換， 所述多個光電轉換部件包括對應於紅色區域的紅色光電轉換部件、對應於綠色區域的綠色光電轉換部件、對應於藍色區域的藍色光電轉換部件以及對應於紅外區域的紅外光電轉換部件， 在第一模式下，所述讀取部件被設置為輸出從所述紅色光電轉換部件、所述綠色光電轉換部件以及所述藍色光電轉換部件中讀取的訊號，以及 在包括所述紅外讀取模式的第二模式下，所述讀取部件進一步被設置為將從所述紅色光電轉換部件、所述綠色光電轉換部件、所述藍色光電轉換部件以及所述紅外光電轉換部件中讀取的所述像素訊號結合。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的固態攝影裝置，其中所述單元像素群包括多個濾光器，所述多個濾光器被設置為接收可見光以及具有特定波長的紅外光。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的固態攝影裝置，其中所述特定紅外波長的範圍介於800 nm至1000 nm之間。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的固態攝影裝置，其中所述多個濾光器的至少其中之一能夠切換可接收光波長。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的固態攝影裝置，其中所述多個濾光器的至少其中之一設置在配置成執行光電轉換的光電轉換部件的光入射一側上。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的固態攝影裝置，其中所述固態攝影裝置被設置為通過切換所述多個濾光器的可接收光波長，於基本上僅接收可見光的第一光接收模式以及接收包括紅外光在內的入射光的第二光接收模式之間切換。
  14. 如申請專利範圍第9項所述的固態攝影裝置，其中所述多個濾光器的通過波波段部分地不同。
  15. 如申請專利範圍第9項所述的固態攝影裝置，其中所述單元像素群包括： 具有多個用於可見光的濾光器的濾光器陣列；以及 用於可見光的多個光電轉換部件，所述多個用於可見光的光電轉換部件配置成將穿透設在一側的所述濾光器傳遞之光進行光電轉換，所述多個光電轉換元件對應於所述多個濾光器，以及 所述濾光器包括： 設在所述濾色器的光入射一側上的第一濾光器；以及 設在所述多個光電轉換部件的光入射一側上的第二濾光器。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的固態攝影裝置，其中 所述第一濾光器包括一紅外濾光器， 所述第二濾光器包括一晶載選擇性紅外濾光器，以及 其中所述紅外濾光器被設置為透射多個光波波段。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的固態攝影裝置，其中所述多個光波波段的至少其中之一是可見光波波段或紅外光波波段。
  18. 如申請專利範圍第16項所述的固態攝影裝置，其中被阻隔的光波波段邊緣的截止波長由所述第一濾光器的所述紅外濾光器或所述第二濾光器的所述晶載選擇性紅外濾光器決定。
  19. 如申請專利範圍第16項所述的固態攝影裝置，其中所述選擇性紅外濾光器包括阻隔紅外光波波段的選擇性紅外截止濾光器。
  20. 如申請專利範圍第16項所述的固態攝影裝置，其中所述選擇性紅外濾光器包括透射紅外光波波段的選擇性紅外通過濾光器，以及 所述濾光器陣列中的一或多個濾光器由至少透射一可見光波波段的透明濾光器構成。
  21. 如申請專利範圍第16項所述的固態攝影裝置，其中所述選擇性紅外濾光器和所述濾光器陣列的所述一或多個濾光器包括至少透射一可見光波段的透明濾光器。
  22. 如申請專利範圍第15項所述的固態攝影裝置，其中所述多個濾光器還包括設在所述濾色器的光入射一側上的第三濾光器， 在用於基本上僅接收可見光的第一光接收模式下，由所述第二濾光器和所述第三濾光器來執行攝影，以及 在接收包括紅外光的入射光的第二光接收模式下，由所述第一濾光器和所述第二濾光器來執行攝影。
  23. 如申請專利範圍第15項所述的固態攝影裝置，其中所述多個光電轉換部件包括對應於紅色區域的紅色光電轉換部件、對應於綠色區域的綠色光電轉換部件以及對應於藍色區域的藍色光電轉換部件。
  24. 一種用於驅動固態攝影裝置的方法，所述固態攝影裝置包括其中設有單元像素群的像素部件，所述單元像素群包括執行可產生像素訊號的光電轉換的用於可見光的多個像素，所述用於可見光的多個像素對紅外光具有光接收靈敏度，所述方法包括如下步驟： 在紅外讀取模式下，從所述用於可見光的多個像素中紅外光的所述像素訊號，並將紅外光的所述像素訊號相加。
  25. 一種電子設備，包括： 固態攝影裝置；以及 用於在所述固態攝影裝置上形成標的圖像的光學系統， 其中所述固態攝影裝置包括： 其中設有單元像素群的像素部件，所述單元像素群包括執行可產生像素訊號的光電轉換的用於可見光的多個像素；以及 用於從所述像素部件中讀取所述像素訊號的讀取部件， 所述用於可見光的多個像素對紅外光具有光接收靈敏度，以及 在紅外讀取模式下，所述讀取部件被設置為將從所述用於可見光的多個像素中讀取的紅外光的所述像素訊號結合。
TW107142826A 2017-11-30 2018-11-29 固態攝影裝置、用於驅動固態攝影裝置的方法和電子設備 TWI715894B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-230521 2017-11-30
JP2017230521 2017-11-30
JP2018-194303 2018-10-15
JP2018194303A JP7280681B2 (ja) 2017-11-30 2018-10-15 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201926984A true TW201926984A (zh) 2019-07-01
TWI715894B TWI715894B (zh) 2021-01-11

Family

ID=66974397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107142826A TWI715894B (zh) 2017-11-30 2018-11-29 固態攝影裝置、用於驅動固態攝影裝置的方法和電子設備

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7280681B2 (zh)
CN (1) CN109981940B (zh)
TW (1) TWI715894B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI766411B (zh) * 2020-10-14 2022-06-01 鴻海精密工業股份有限公司 圖像感測器及電子設備

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112147731B (zh) * 2019-06-27 2023-12-05 Jsr株式会社 光学滤波器、固体摄像装置及照相机模块
WO2021016900A1 (zh) * 2019-07-31 2021-02-04 华为技术有限公司 一种图像传感器和图像感光的方法
CN110611779B (zh) * 2019-09-27 2021-11-26 华南师范大学 一种基于单图像传感器同时获取可见光与近红外波段的成像装置及其成像方法
JP7314752B2 (ja) * 2019-09-30 2023-07-26 株式会社リコー 光電変換素子、読取装置、画像処理装置および光電変換素子の製造方法
JP7695642B2 (ja) * 2020-07-20 2025-06-19 ソニーグループ株式会社 情報処理装置、情報処理システム、情報処理方法、及び情報処理プログラム
US12112568B2 (en) * 2020-10-23 2024-10-08 Fingerprint Cards Anacatum Ip Ab Biometric optical antispoofing based on imaging through a transmission angular dependent optical filter
JPWO2022209125A1 (zh) * 2021-03-31 2022-10-06
CN118509671A (zh) * 2024-07-19 2024-08-16 比亚迪股份有限公司 光学转换装置、图像处理装置、摄像头模组以及车辆

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW423252B (en) 1998-07-30 2001-02-21 Intel Corp Infrared correction system
JP3616622B2 (ja) * 2002-08-26 2005-02-02 株式会社東芝 赤外線撮像装置
JP4407448B2 (ja) 2004-09-24 2010-02-03 三菱電機株式会社 撮像装置
US7880785B2 (en) 2004-07-21 2011-02-01 Aptina Imaging Corporation Rod and cone response sensor
JP2008172580A (ja) * 2007-01-12 2008-07-24 Toshiba Corp 固体撮像素子及び固体撮像装置
JP5359465B2 (ja) * 2009-03-31 2013-12-04 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置
WO2014041742A1 (ja) 2012-09-14 2014-03-20 パナソニック株式会社 固体撮像装置及びカメラモジュール
US9111832B2 (en) * 2012-10-29 2015-08-18 Omnivision Technologies,Inc. Infrared reflection/absorption layer for reducing ghost image of infrared reflection noise and image sensor using the same
JP2015115344A (ja) * 2013-12-09 2015-06-22 株式会社東芝 固体撮像装置
JP2015233185A (ja) * 2014-06-09 2015-12-24 株式会社東芝 固体撮像装置
WO2016047240A1 (ja) * 2014-09-24 2016-03-31 ソニー株式会社 画像処理装置、撮像素子、撮像装置および画像処理方法
JP2016162946A (ja) 2015-03-04 2016-09-05 Jsr株式会社 固体撮像装置
US20170034456A1 (en) * 2015-07-31 2017-02-02 Dual Aperture International Co., Ltd. Sensor assembly with selective infrared filter array

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI766411B (zh) * 2020-10-14 2022-06-01 鴻海精密工業股份有限公司 圖像感測器及電子設備
US11523073B2 (en) 2020-10-14 2022-12-06 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Image sensor with noise cancellation feature and electronic device with same

Also Published As

Publication number Publication date
TWI715894B (zh) 2021-01-11
CN109981940A (zh) 2019-07-05
JP2019103129A (ja) 2019-06-24
JP7280681B2 (ja) 2023-05-24
CN109981940B (zh) 2021-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3493261B1 (en) Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electric apparatus
TWI715894B (zh) 固態攝影裝置、用於驅動固態攝影裝置的方法和電子設備
US10658405B2 (en) Solid-state image sensor, electronic apparatus, and imaging method
JP6440844B2 (ja) 固体撮像装置
JP5082528B2 (ja) 固体撮像装置及び撮像装置
US20130222603A1 (en) Imaging systems for infrared and visible imaging
US8878969B2 (en) Imaging systems with color filter barriers
WO2017126326A1 (ja) 固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器
TWI795897B (zh) 固體攝像裝置、固體攝像裝置的製造方法、以及電子機器
TW201027728A (en) Solid-state image capture device and image capture apparatus
US20220336508A1 (en) Image sensor, camera assembly and mobile terminal
CN110649057A (zh) 图像传感器、摄像头组件及移动终端
JP2010206678A (ja) 固体撮像装置、撮像モジュール、及び撮像システム
CN110784634A (zh) 图像传感器、控制方法、摄像头组件及移动终端
WO2021159944A1 (zh) 图像传感器、摄像头组件及移动终端
JP5789446B2 (ja) Ｍｏｓ型固体撮像素子及び撮像装置
US9392198B2 (en) Backside illuminated imaging systems having auto-focus pixels
JP6970595B2 (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器
JP2020027937A (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器
JP2016139664A (ja) 固体撮像装置
CN107251544B (zh) 固态成像装置、驱动方法和电子设备
JP2016103513A (ja) 撮像素子および撮像装置
WO2023248693A1 (ja) 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器
CN104347650A (zh) 固体摄像装置以及固体摄像装置的制造方法