專利名稱：熔合式多陣列彩色圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體裝置的領(lǐng)域，且更明確地說，涉及多陣列圖像傳感器裝置。
技術(shù)背景半導(dǎo)體行業(yè)目前生產(chǎn)使用微透鏡的不同類型的基于半導(dǎo)體的圖像傳感器，例如電荷 耦合裝置(CCD)、 CMOS有源像素傳感器(APS)、光電二極管陣列、電荷注入裝置和 混合焦平面陣列，以及其它圖像傳感器。這些圖像傳感器使用微透鏡來將電磁輻射聚焦 到光電轉(zhuǎn)換裝置(例如，光電二極管)上。而且，這些圖像傳感器可使用彩色濾光片使 特定波長的電磁輻射穿過以供光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行感測，使得光電轉(zhuǎn)換裝置通常與特定色 彩相關(guān)聯(lián)。微透鏡有助于增加光學(xué)效率，并減少圖像傳感器的像素單元之間的串?dāng)_。圖1A和 圖1B展示使用拜耳彩色濾光片圖案化陣列100 (下文描述)的常規(guī)彩色圖像傳感器的 一部分的俯視圖和簡化橫截面圖。陣列100包含像素單元10，其每一者形成于襯底1 上。每一像素單元IO包含光電轉(zhuǎn)換裝置12r、 12g、 12b (例如，光電二極管)，以及電 荷收集阱13r、 13g、 13b。所說明的陣列100具有微透鏡20，其收集光并使光聚焦在光 電轉(zhuǎn)換裝置12r、 12g、 12b上，所述光電轉(zhuǎn)換裝置又將所聚焦的光轉(zhuǎn)換成電子，所述電 子存儲在相應(yīng)的電荷收集阱13r、 13g、 13b中。陣列IOO還可包含彩色濾光片陣列30或由彩色濾光片陣列30覆蓋。彩色濾光片陣 列30包含彩色濾光片31r、 31g、 31b，其每一者安置在像素單元10上方。濾光片31r、 31g、 31b中的每一者只允許特定波長的光穿過而到達(dá)相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換裝置。通常，彩 色濾光片陣列經(jīng)布置成重復(fù)拜耳圖案，所述圖案針對每個紅色濾光片31r和藍(lán)色濾光片 31b包含兩個綠色濾光片31g，如圖1A所示那樣布置。彩色濾光片陣列30與像素單元IO之間是層間電介質(zhì)(ILD)區(qū)域3。 ILD區(qū)域3 通常包含多層層間電介質(zhì)和導(dǎo)體，所述導(dǎo)體形成像素單元10的裝置之間以及從像素單 元10到陣列100外圍的電路150的連接。介電層5通常提供在彩色濾光片陣列30與微 透鏡20之間。拜耳圖案彩色濾光片以及在單個陣列上方使用交替RGB濾光片的其它彩色濾光片 圖案的一個主要缺點(diǎn)在于，像素間的串?dāng)_可能有效地降低色彩重構(gòu)能力。串?dāng)_以兩種方
式出現(xiàn)。光學(xué)串?dāng)_產(chǎn)生于若干來源， 一個來源是當(dāng)光以廣角度進(jìn)入微透鏡且并非適當(dāng)?shù)?聚焦在正確的像素上時。圖IB中展示角度光學(xué)串?dāng)_的實(shí)例。經(jīng)濾波的紅光15的大部 分到達(dá)正確的光電轉(zhuǎn)換裝置12r，但是既定用于紅色光電轉(zhuǎn)換裝置12r的經(jīng)濾波的紅光 16中的一些被誤導(dǎo)到鄰近的綠色像素和藍(lán)色像素。電學(xué)串?dāng)_也可通過模糊效應(yīng)而出現(xiàn)在陣列中。模糊出現(xiàn)在以下情況中光源的強(qiáng)度 太強(qiáng)以致像素單元10的電荷收集阱13r、 13g無法存儲更多電子，而將額外電子17提 供到襯底以及鄰近的電荷收集阱中。在特定色彩(例如，紅色)特別強(qiáng)的情況下，此模 糊效應(yīng)可能虛假地增加鄰近的綠色像素和藍(lán)色像素的響應(yīng)。因此，將有利的是，將替代性彩色濾光片布置用于圖像傳感器中以提供更精確的色 彩數(shù)據(jù)，且這可減輕光學(xué)和電學(xué)串?dāng)_。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明在各種示范性實(shí)施例中將具有分離的相應(yīng)彩色濾光片的多個圖像傳感器陣 列并入在同一成像器電路小片上。 一個示范性實(shí)施例是圖像傳感器，其包括位于襯底表 面處的多個像素單元陣列，其中每一像素單元包括光電轉(zhuǎn)換裝置。每一陣列經(jīng)配置以通 過光學(xué)系統(tǒng)來捕獲同一圖像，所述光學(xué)系統(tǒng)向每一陣列提供相同圖像。圖像處理器電路 連接到所述多個陣列，且經(jīng)配置以組合由相應(yīng)陣列捕獲的圖像，并產(chǎn)生輸出圖像。


從下文參看附圖所提供的對示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述內(nèi)容，將更容易明白本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)與特征，在附圖中圖1A是常規(guī)拜耳圖案彩色圖像傳感器的一部分的俯視平面圖；圖1B是常規(guī)彩色圖像傳感器的一部分的橫截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的2x2陣列圖像傳感器的俯視平面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的3xl陣列圖像傳感器的俯視平面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的陣列的一部分的橫截面圖；圖5A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的展示視差偏移與陣列間的中心到中心距離之間的關(guān)系 的曲線圖；圖5B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的展示視差偏移與對象離陣列的透鏡的距離之間的關(guān)系 的曲線圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的陣列的一部分的橫截面圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的陣列的一部分的橫截面圖8A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的采用像素陣列的成像器的俯視平面圖； 圖8B是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的采用像素陣列的成像器的俯視平面圖；以及 圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的采用成像器像素陣列的成像系統(tǒng)的俯視平面圖。
具體實(shí)施方式
在以下具體實(shí)施方式
中參看附圖，所述附圖形成本文的一部分且說明其中可實(shí)踐本 發(fā)明的特定實(shí)施例。在圖式中，在所述若干視圖中相同參考標(biāo)號始終描述實(shí)質(zhì)上相似的 組件。充分詳細(xì)地描述這些實(shí)施例以足以使得所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，并 且應(yīng)了解，可利用其它實(shí)施例，且可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出結(jié)構(gòu)、 邏輯和電學(xué)改變。術(shù)語"晶片"和"襯底"應(yīng)理解為包含硅、絕緣體上硅(SOI)，或藍(lán)寶石上硅(SOS)技術(shù)、摻雜和未摻雜的半導(dǎo)體、由基底半導(dǎo)體基座支撐的外延硅層，以及其它半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)。此外，當(dāng)在以下描述內(nèi)容中提到"晶片"或"襯底"時，可能已利用先前的處理步 驟以在所述基底半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或基座中形成區(qū)域或結(jié)。另外，半導(dǎo)體無需是基于硅的，而 是可基于硅-鍺、鍺或砷化鎵。術(shù)語"像素"或"像素單元"指代含有用于將電磁輻射轉(zhuǎn)換成電信號的光電轉(zhuǎn)換裝 置的圖片元件單位單元。通常，圖像傳感器中的所有像素單元的制造將同時以類似方式 進(jìn)行。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多陣列圖像傳感器200的俯視平面圖。在所說明的實(shí)施 例中，圖像傳感器200是2x2陣列傳感器。圖像傳感器200包含襯底201，其上制造有 四個像素陣列213r、 213b、 213g、 213g'以及用于每一陣列213r、 213b、 213g、 213g'的 相關(guān)聯(lián)的支持電路250。所說明的實(shí)施例含有兩個綠色像素陣列213g、 213g'、 一個紅 色像素陣列213r和一個藍(lán)色像素陣列213b。不透明壁260分隔各個陣列。四個成像濾 光片231r、 231b、 231g、 231g'以拜耳圖案分別布置在像素陣列213r、 213b、 213g、 213g' 上方。紅色濾光片231r布置在紅色像素陣列213r上方，藍(lán)色濾光片231b布置在藍(lán)色 像素陣列213b上方，且綠色濾光片231g、 231g'布置在相應(yīng)的綠色像素陣列213g、 213g' 上方。四個成像透鏡220布置在成像濾光片231r、 231b、 231g、 231g'上方。在單個電路小片上包含多陣列彩色圖像傳感器允許減少色彩串?dāng)_假象，尤其是對于 具有小于6微米x6微米的像素大小的緊湊型相機(jī)模塊來說。布置在單個電路小片上并 含有分離的彩色濾光片231r、 231b、 231g、 231g'的多個成像陣列213r、 213b、 213g、 213g'實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的色彩性能，同時減小成像透鏡系統(tǒng)的焦距。此布置可顯著減少色彩串?dāng)_；此外，具有較短焦距的成像透鏡可使視差效應(yīng)減到最小，并允許采用圖像傳感器 200的相機(jī)模塊更為緊湊。多陣列布局具有優(yōu)于常規(guī)系統(tǒng)的若干優(yōu)點(diǎn)。除提供具有較短焦距的透鏡以外，彩色 濾光片還可更容易地嵌入成像透鏡本身中而不需要用于每一像素的各個彩色濾光片，從 而提供更好的靈活性來調(diào)諧并優(yōu)化彩色濾光片以獲得更好的彩色圖像重構(gòu)和最大光子 通過量。如上文所論述，可顯著減少色彩串?dāng)_，因?yàn)椴煌牟噬珵V光片陣列被完全隔離。另外，由于每一彩色濾波的陣列的單個像素精度，所以與使用拜耳圖案濾光片的陣 列相比，色彩混淆現(xiàn)象將減少，且去馬賽克將沒有必要。使用分離的彩色陣列還允許在 例如曝光時間控制等方面中具有更多靈活性，且實(shí)現(xiàn)分離的像素參數(shù)優(yōu)化(例如光譜響 應(yīng)、轉(zhuǎn)換增益等)?？墒褂幂^短的焦距透鏡，因?yàn)槊恳煌哥R的圖像區(qū)域可為典型拜耳圖案傳感器陣列的 區(qū)域的25%。此較短的焦距轉(zhuǎn)化為成像模塊的延長的場深度，并可減輕對自動聚焦機(jī)構(gòu) 的需求。在以上實(shí)施例中， 一旦每一陣列已捕獲到圖像，便根據(jù)所述陣列上方的濾光片的色 彩為所述圖像指派色彩。現(xiàn)在可組合這些圖像以形成單個RGB彩色輸出，其中所述輸 出的每一像素使用來自所述陣列中的每一者的對應(yīng)像素的像素值。RGB色彩輸出可能在至少一個線性方向上展現(xiàn)出某種程度的視差，因?yàn)樗鲫嚵?正試圖從同一平面上的不同位置捕獲同一圖像。 一般來說，較短的焦距可消除在同一電 路小片上使用分離的彩色陣列所固有的視差的較大部分。對于視差大到足以干擾圖像的 正確重構(gòu)(例如，待捕獲的對象離成像器透鏡非常近)的情形來說，可對所捕獲的圖像 執(zhí)行后處理(下文詳細(xì)論述)。圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一多陣列圖像傳感器300的俯視平面圖。在所說 明的實(shí)施例中，圖像傳感器300是3xl陣列傳感器。圖像傳感器300包含襯底301，其 收容三個像素陣列313r、 313b、 313g以及用于每一陣列的相關(guān)聯(lián)的支持電路350。此實(shí) 施例含有一個綠色像素陣列313g、 一個紅色像素陣列313r和一個藍(lán)色像素陣列313b。 不透明壁360分隔各個陣列。三個成像濾光片331r、 331b、 331g布置在每一像素陣列 313r、 313b、 313g上方。紅色濾光片331r布置在像素陣列313r上方，藍(lán)色濾光片331b 布置在像素陣列313b上方，且綠色濾光片331g布置在像素陣列313g上方。三個成像 透鏡320布置在相應(yīng)的成像濾光片331r、 331b、 331g上方。如上文所陳述， 一旦每一陣列已捕獲到圖像，便根據(jù)陣列上方的濾光片的色彩為所 述圖像指派色彩?，F(xiàn)在可組合這些圖像以形成單個RGB彩色輸出。3xl陣列圖像傳感器具有將任何視差限制在一個線性方向上的額外優(yōu)點(diǎn)。通過布置 所述陣列使得視差僅出現(xiàn)在一個線性方向上，可減少從所捕獲的圖像數(shù)據(jù)重構(gòu)圖像所必 需的后處理的量和類型。圖4是根據(jù)本發(fā)明任一實(shí)施例(例如，根據(jù)圖2和圖3所示的2x2或3xl像素陣 列)的圖像傳感器400的一部分的橫截面圖。傳感器400包含襯底401，其上制造有多 個像素陣列413r、 413g以及用于每一陣列的相關(guān)聯(lián)的支持電路(未圖示)。所說明的部 分展示一個綠色像素陣列413g和一個紅色像素陣列413r。應(yīng)了解，存在至少一個藍(lán)色 和陣列以及可能的另一綠色陣列，所述陣列在橫截面圖中均未展示。不透明壁460分隔 各個陣列和成像透鏡431r、 431g，所述成像透鏡431r、 431g布置在每一相應(yīng)的像素陣 列413r、 413g上方。隨著待成像的對象470移動得更接近成像透鏡420，各個陣列413r、 413g將展現(xiàn)出 其間的視差偏移的增加。兩個陣列之間的視差偏移的量值由以下公式約計(jì)w. w = =-O…(1)其中d是圖像像素陣列上的視差偏移距離，F(xiàn)是透鏡的焦距，D是兩個陣列之間的 中心到中心距離，且0是待成像的對象470與成像透鏡420之間的距離。此外，w是 兩個像素之間的中心到中心距離，且n是待基于視差計(jì)算而偏移的像素的數(shù)目。根據(jù)公式1，焦距F的減小和/或陣列之間的中心到中心距離D的減小將導(dǎo)致對于 給定的物距0的總體視差偏移的減小。物距O可手動設(shè)置，或可由常規(guī)距離檢測裝置 (例如，紅外傳感器或自動對焦機(jī)構(gòu)(未圖示))檢測。 一旦已測量或約計(jì)物距O，便可 執(zhí)行視差偏移計(jì)算。在圖4所示的實(shí)例中，對象470的一部分由傳感器陣列413g上的像素475捕獲， 但由傳感器陣列413r上的像素476而不是對應(yīng)像素475所捕獲。通過選擇一個陣列(例 如，413g)作為參考陣列，從物距O、焦距F和中心到中心距離D計(jì)算視差偏移d。接 著可通過將視差偏移d除以像素之間的中心到中心距離w來計(jì)算使413r的輸出圖像偏 移所需的像素的數(shù)目n。在此實(shí)例中，當(dāng)提供RGB輸出時，用于綠色陣列的像素475 的輸出將與紅色陣列的像素476的輸出一起使用。當(dāng)然，RGB輸出還將包含來自第二 綠色陣列以及藍(lán)色陣列的對應(yīng)像素，其在必要時被偏移以校正視差偏移。圖5A (例如)是展示視差偏移d與陣列間的中心到中心距離D之間的關(guān)系的曲線
圖，其基于2微米的像素大小和100 mm的物距O。圖5B是展示視差偏移d與對象離 陣列的透鏡的距離O之間的關(guān)系的另一曲線圖，其基于2微米的像素大小和3 mm的中 心到中心距離D。隨著物距O的增加，視差偏移d變得可忽略不計(jì)。舉例來說，對于圖5B所示的具 有2微米的像素大小以及3 mm的中心到中心距離D的設(shè)計(jì)實(shí)例來說，在物距O大于1 m的情況下，視差偏移d會變得可忽略不計(jì)。在圖像含有具有不同物距O的對象情況下，尤其當(dāng)這些距離O都較小和較大時， 可依據(jù)用戶偏好和處理設(shè)定而定，針對一個對象或另一個對象來校正圖像。同樣，隨著 焦距F和中心到中心距離D的減小，即使對于具有較小物距O的對象來說，視差偏移 d也將較不明顯，從而在捕獲具有較近和較遠(yuǎn)對象兩者的圖像時實(shí)現(xiàn)較少的折衷。圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例(例如，根據(jù)圖2和圖3所示的2x2或3xl像素陣 列)的陣列的一部分的橫截面圖。傳感器600包含襯底601，其上制造有多個像素陣列 613r、 613g、 613b以及用于每一陣列的相關(guān)聯(lián)的支持電路(未圖示)。所說明的部分展 示一個紅色像素陣列613r、 一個綠色像素陣列613g和一個藍(lán)色像素陣列613b，其每一 者具有相應(yīng)的彩色濾光片631r、 631g、 631b。為簡單起見，圖6所示的實(shí)施例展示寬度 為八個像素的像素陣列613r、 613g、 613b，但應(yīng)了解，像素陣列613r、 613g、 613b可 含有如所需要一樣多或一樣少的像素。還應(yīng)了解，可能存在所述橫截面圖中并未展示的 額外陣列。不透明壁660分隔各個陣列以及成像透鏡陣列620，所述成像透鏡陣列620 布置在每一相應(yīng)的像素陣列613r、 613g、 613b上方。在此實(shí)施例中，并非在每一陣列613r、 613g、 613b上方制造單個透鏡(如在圖2 到圖4所示的實(shí)施例中)，而是在每一陣列613r、 613g、 613b中的一個或一個以上像素 上方制造相應(yīng)的微透鏡陣列620。各個透鏡可覆蓋任何數(shù)目的像素并使光聚焦在其上； 在圖6A所示的特定實(shí)施例中，每一陣列620中的每一微透鏡覆蓋像素陣列613r、 613g、 613b的四像素區(qū)段(具有2x2圖案)并使光聚焦在其上。圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例(例如，根據(jù)圖2和圖3所示的2x2或3xl像素陣 列)的陣列的一部分的橫截面圖。傳感器700包含襯底701，其上制造有多個像素陣列 713r、 713g、 713b以及用于每一陣列的相關(guān)聯(lián)的支持電路(未圖示)。所說明的部分展 示一個紅色像素陣列713r、 一個綠色像素陣列713g和一個藍(lán)色像素陣列713b，其每一 者具有相應(yīng)的彩色濾光片731r、 731g、 731b。為簡單起見，圖6所示的實(shí)施例展示寬度 為八個像素的像素陣列713r、 713g、 713b，但應(yīng)了解，像素陣列713r、 713g、 713b可 含有如所需要一樣多或一樣少的像素。還應(yīng)了解，可能存在所述橫截面圖中并未展示的
額外陣列。不透明壁760分隔各個陣列和成像透鏡陣列720，所述成像透鏡陣列720布 置在每一相應(yīng)的像素陣列713r、 713g、 713b上方。圖7所示的實(shí)施例另外含有透鏡元 件780r、 781r、 780g、 781g、 780b、 781b。對透鏡元件780r、 781r、 780g、 781g、 780b、 781b進(jìn)行優(yōu)化以針對每一彩色濾光 片731r、 731g、 731b的波長范圍產(chǎn)生最佳焦點(diǎn)分辨率和無像差性能。舉例來說，由于 像素陣列713r與單個紅色濾光片731r相關(guān)聯(lián)，所以可針對紅光波長范圍而不是可見光 的整個范圍來優(yōu)化透鏡組780r、 781r。還可優(yōu)化各個彩色陣列以在不同陣列713r、 713g、 713b之間變化摻雜物植入和外延(EPI)層厚度。舉例來說，通過在藍(lán)色像素陣列713b 內(nèi)將EPI層(未圖示)制造為具有足夠小的厚度來只響應(yīng)于藍(lán)光波長，可省略藍(lán)色濾光 片731b。圖8A的框圖說明更詳細(xì)的單芯片CMOS圖像傳感器800。圖像傳感器800包含根 據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的像素單元陣列801。陣列801包括紅色陣列813r、綠色陣列813g和 藍(lán)色陣列813b，其類似于圖3所示的實(shí)施例。陣列801還可包括圖2所示的實(shí)施例的 一個或一個以上陣列，或使用多個彩色陣列的任何其它類似布置。逐一讀出陣列801中的像素單元行。因此，陣列801的一行中的像素單元都被選擇 以同時由行選擇線讀出，且所選擇行中的每一像素單元向用于其列的讀出線提供代表接 收到的光的信號。在陣列801中，每一列也具有選擇線，且響應(yīng)于列選擇線而選擇性地 讀出每一列的像素單元。行驅(qū)動器882響應(yīng)于行地址解碼器881而選擇性地激活陣列801中的行線。列驅(qū)動 器884響應(yīng)于列地址解碼器885而選擇性地激活列選擇線。陣列801由時序與控制電路 883操作，所述電路控制地址解碼器881、 885以選擇適當(dāng)?shù)男芯€和列線用于像素信號 讀出。列讀出線上的信號通常包含用于每一像素單元的像素復(fù)位信號(Vrst)和像素圖像 信號(Vsig)。響應(yīng)于列驅(qū)動器884而將所述兩個信號讀入到取樣與保持電路(S/H) 886 中。差分放大器(AMP) 887針對每一像素單元產(chǎn)生差分信號(Vrst-Vsig)，且每一像素 單元的差分信號由模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC) 888放大并數(shù)字化。模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器888 向圖像處理器889供應(yīng)數(shù)字化像素信號，圖像處理器889執(zhí)行適當(dāng)?shù)膱D像處理，所述處 理可包含在提供界定圖像輸出的數(shù)字信號之前，組合多個陣列的輸出并執(zhí)行上文所描述 的視差調(diào)整計(jì)算。圖8B的框圖說明單芯片CMOS圖像傳感器800'的另一實(shí)施例。圖像傳感器800' 包含與圖8A所示的圖像傳感器800相同的元件，且另外包含用于每一陣列813r、813g、813b的各個行地址解碼器881r、 881g、 881b和行驅(qū)動器882r、 882g、 882b，從而實(shí)現(xiàn) 對紅色、綠色和藍(lán)色曝光時間的單獨(dú)控制，且還響應(yīng)于曝光時間的變化而實(shí)現(xiàn)白色平衡。相應(yīng)的行驅(qū)動器882r、 882g、 882b響應(yīng)于行地址解碼器881r、 881g、 881b而選擇 性地激活陣列813r、 813g、 813b中的行線的每一者。列驅(qū)動器884響應(yīng)于列地址解碼 器885而選擇性地激活列選擇線。陣列801由時序與控制電路883操作，所述電路控制 地址解碼器881r、 881g、 881b、 885以選擇適當(dāng)?shù)男芯€和列線進(jìn)行像素信號讀出。圖9說明包含圖8A的圖像傳感器800的處理器系統(tǒng)900。所述處理器系統(tǒng)900示 范說明具有可包含圖像傳感器裝置的數(shù)字電路的系統(tǒng)。在不加限制的情況下，此系統(tǒng)可 包含計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、相機(jī)系統(tǒng)、掃描儀、機(jī)器視覺、車輛導(dǎo)航、視頻電話、監(jiān)視系統(tǒng)、自 動對焦系統(tǒng)、星體追蹤儀系統(tǒng)、運(yùn)動檢測系統(tǒng)、圖像穩(wěn)定化系統(tǒng)和數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)。處理器系統(tǒng)卯0 (例如，相機(jī)系統(tǒng))通常包括中央處理單元(CPU) 995 (例如微 處理器)，其經(jīng)由總線993而與輸入/輸出(I/O)裝置991通信。圖像傳感器800也經(jīng) 由總線993而與CPU 995通信?；谔幚砥鞯南到y(tǒng)900還包含隨機(jī)存取存儲器(RAM) 992，且可包含可移除存儲器994 (例如快閃存儲器)，其也經(jīng)由總線993而與CPU995 通信。圖像傳感器800可與處理器(例如CPU、數(shù)字信號處理器或微處理器)組合， 單個集成電路或不同于所述處理器的芯片上可有或沒有存儲器存儲裝置。視差調(diào)整計(jì)算 可由圖像傳感器800或由CPU 995執(zhí)行。應(yīng)再次注意的是，以上描述內(nèi)容和圖式是示范性的且說明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的、特征 和優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)選實(shí)施例。不希望本發(fā)明限于所說明的實(shí)施例。屬于所附權(quán)利要求書的精神 和范圍內(nèi)的對本發(fā)明的任何修改(包含例如CCD陣列等其它成像器技術(shù)的使用)都應(yīng) 被視為本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器，其包括位于單個襯底上的多個像素單元陣列，其中每一像素單元陣列經(jīng)配置以捕獲共同施加到每一像素單元陣列的圖像的預(yù)定色彩。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括圖像處理器電路，所述電路經(jīng) 配置以組合所述多個像素單元陣列的對應(yīng)像素輸出，并產(chǎn)生經(jīng)組合的陣列彩色輸 出圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其中所述圖像處理器電路進(jìn)一步經(jīng)配置以在產(chǎn)生經(jīng)組合的陣列彩色輸出圖像之前，使所述多個像素單元陣列中的至少一者的 所述輸出在至少一個方向上偏移指定數(shù)目的像素。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其中所述圖像處理器電路進(jìn)一步經(jīng)配置以存儲物距值，并根據(jù)以下公式來計(jì)算所述指定數(shù)目的像素<formula>formula see original document page 2</formula>其中d表示對應(yīng)于所述指定數(shù)目的像素的距離，F(xiàn)表示透鏡的焦距，D表示兩個 鄰近像素單元陣列之間的中心到中心距離，O表示物距值，w表示兩個鄰近像素 之間的中心到中心距離，且n表示所述指定數(shù)目的像素。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像傳感器，其中所述圖像處理器進(jìn)一步經(jīng)配置以檢測所 述圖像中的至少一個對象與所述圖像傳感器之間的距離，并將所述距離設(shè)置為所 述物距值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述多個像素單元陣列包括以2x2圖案 布置的四個像素單元陣列。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中所述四個像素單元陣列中的每一者只與 紅色、綠色或藍(lán)色濾光片中的一者相關(guān)聯(lián)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器，其中所述四個像素單元陣列以拜耳圖案布置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述多個像素單元陣列包括以3xl圖案 布置的三個像素單元陣列。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像傳感器，其中所述三個像素單元陣列中的每一者分別 與紅色、綠色或藍(lán)色濾光片相關(guān)聯(lián)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，每一像素單元陣列進(jìn)一步包括微透鏡陣列， 所述微透鏡陣列包括多個微透鏡。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的圖像傳感器，其中所述微透鏡陣列的每一微透鏡適合于將 光聚焦在所述像素單元陣列的多個像素上。
13. —種成像系統(tǒng)，其包括-處理器，以及圖像傳感器，其耦合到所述處理器，所述傳感器包括位于單個襯底上的多個像素單元陣列，其中每一像素單元陣列經(jīng)配置以捕獲共 同施加到每一像素單元陣列的圖像的預(yù)定色彩。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的成像系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括圖像處理器電路，所述電路經(jīng)配 置以組合所述多個像素單元陣列的對應(yīng)像素輸出，并產(chǎn)生經(jīng)組合的陣列彩色輸出 圖像。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中所述圖像處理器電路進(jìn)一步經(jīng)配置以在產(chǎn)生經(jīng)組合的陣列彩色輸出圖像之前，使所述多個像素單元陣列中的至少一者的所 述輸出在至少一個方向上偏移指定數(shù)目的像素。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的成像系統(tǒng)，其中所述圖像處理器電路進(jìn)一步經(jīng)配置以存儲物距值，并根據(jù)以下公式來計(jì)算所述指定數(shù)目的像素J尸"其中d表示對應(yīng)于所述指定數(shù)目的像素的距離，F(xiàn)表示透鏡的焦距，D表示兩個 鄰近像素單元陣列之間的中心到中心距離，O表示物距值，w表示兩個鄰近像素 之間的中心到中心距離，且n表示所述指定數(shù)目的像素。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的成像系統(tǒng)，其中所述圖像處理器進(jìn)一步經(jīng)配置以檢測所述 圖像中的至少一個對象與所述圖像傳感器之間的距離，并將所述距離設(shè)置為所述 物距值。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的成像系統(tǒng)，其中所述多個像素單元陣列包括以2x2圖案布 置的四個像素單元陣列。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的成像系統(tǒng)，其中所述四個像素單元陣列中的每一者只與紅 色、綠色或藍(lán)色濾光片中的一者相關(guān)聯(lián)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的成像系統(tǒng)，其中所述四個像素單元陣列以拜耳圖案布置。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的成像系統(tǒng)，其中所述多個像素單元陣列包括以3xl圖案布 置的三個像素單元陣列。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的成像系統(tǒng)，其中所述三個像素單元陣列中的每一者分別與 紅色、綠色或藍(lán)色濾光片相關(guān)聯(lián)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的成像系統(tǒng)，每一像素單元陣列進(jìn)一步包括微透鏡陣列，所 述微透鏡陣列包括多個微透鏡。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的成像系統(tǒng)，其中所述微透鏡陣列的每一微透鏡適合于將光 聚焦在所述像素單元陣列的多個像素上。
25. —種捕獲圖像的方法，其包括以下步驟-在布置在單個襯底上的多個像素單元陣列上捕獲圖像的預(yù)定色彩，所述圖像被 共同施加到每一像素單元陣列。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟組合所述多個像素單元陣 列的對應(yīng)像素輸出并產(chǎn)生經(jīng)組合的陣列彩色輸出圖像。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟在產(chǎn)生經(jīng)組合的陣列彩色 輸出圖像之前，使所述多個像素單元陣列中的至少一者的所述輸出在至少一個方 向上偏移指定數(shù)目的像素。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其進(jìn)一步包括以下步驟存儲物距值，且根據(jù)以下 公式來計(jì)算所述指定數(shù)目的像素<formula>formula see original document page 4</formula>其中d表示對應(yīng)于所述指定數(shù)目的像素的距離，F(xiàn)表示透鏡的焦距，D表示兩個 鄰近像素單元陣列之間的中心到中心距離，O表示物距值，w表示兩個鄰近像素 之間的中心到中心距離，且n表示所述指定數(shù)目的像素。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其進(jìn)一步包括檢測所述圖像中的至少一個對象與所 述圖像傳感器之間的距離，并將所述距離設(shè)置為所述物距值。
30. —種成像設(shè)備，其包括多個像素像素單元陣列，其包括至少一個紅色、藍(lán)色和綠色像素單元陣列，每 一像素單元陣列具有相應(yīng)的紅色、藍(lán)色和綠色濾光片和透鏡；以及 圖像處理器，其經(jīng)配置以從所述多個像素像素單元陣列中的每一者獲取圖像輸 出，調(diào)整所述圖像輸出中的至少一者以補(bǔ)償視差，且組合所述圖像輸出以提供彩 色圖像輸出。
31.—種成像方法，其包括-從多個像素像素單元陣列獲取多個圖像輸出，所述像素單元陣列包括至少一個 紅色、藍(lán)色和綠色像素單元陣列，每一像素單元陣列具有相應(yīng)的紅色、藍(lán)色和綠 色濾光片和透鏡；調(diào)整所述圖像輸出中的至少一者以補(bǔ)償視差；以及組合所述圖像輸出以提供彩色圖像輸出。
全文摘要
本發(fā)明在各種示范性實(shí)施例中將具有分離的相應(yīng)彩色濾光片的多個圖像傳感器陣列并入在同一成像器電路小片上。一個示范性實(shí)施例是圖像傳感器，其包括位于襯底表面處的多個像素單元陣列，其中每一像素單元包括光電轉(zhuǎn)換裝置。所述陣列經(jīng)配置以共同捕獲圖像。圖像處理器電路連接到所述多個陣列，且經(jīng)配置以組合由所述多個陣列捕獲的所述所捕獲圖像，并輸出彩色圖像。
文檔編號G02B5/20GK101395926SQ200780007854
公開日2009年3月25日 申請日期2007年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月6日
發(fā)明者德米特里·巴金, 斯科特·T·史密斯 申請人:美光科技公司