專利名稱：多光譜感光器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多光譜感光器件及其制作方法。更準(zhǔn)確而言，本發(fā)明涉及可以同
時(shí)感應(yīng)多個(gè)光譜(如可見光和紅外線)的用于全色圖像的感光器件及其制作方法。這里， 全色是指整個(gè)感興趣的光譜。對(duì)于普通(可見光)感光器件，全色指涵蓋紅，綠，藍(lán)和白色 的整個(gè)可見光譜。對(duì)于紅外和彩色合一的感光器件，全色是指可見光譜和紅外光譜。本發(fā) 明可適用于包含黑白和彩色圖像的多光譜感光器件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造彩色圖像感光芯片(或器件)的技術(shù)，或者采用單層的感光象 素，或者采用三層的感光象素。采用單層感光象素的感光芯片，為了得到彩色圖像，就必須 按某種圖案，如貝葉圖案(Bayer Pattern)或蜂窩圖案，涂上濾波膜。而采用三層感光象素 的感光芯片，就不需要采用彩色鍍膜。這些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造彩色圖像感光芯片(或器件) 的技術(shù)，仍然有尚待改進(jìn)的地方。 在單層的傳統(tǒng)的彩色圖像感光芯片中，為了得到色彩信號(hào)，主要用了兩種不同的 圖案，圖1是第一種彩色濾光圖案，即青黃桃綠(桃指桃紅或品紅)圖案(或稱復(fù)合色彩色 濾光圖案)，該圖案由青色、黃色、桃紅色和綠色組成。圖2和圖3(a)、(b)分別是幾種由三 原色，即紅綠藍(lán)組成的彩色濾光圖案，各按貝葉圖案(Bayer Pattern)或蜂窩圖案排列，這 兩個(gè)圖案由紅色、綠色和藍(lán)色組成。 在用青黃桃綠圖案做成的彩色感光芯片中，感光元素陣列由許多組合象素構(gòu)成。 其中一個(gè)組合象素由四個(gè)象素組成，分別被涂上青黃桃綠濾光膜。但是，由于顯示器工業(yè)界 使用的是三原色(即紅綠藍(lán))圖案，而不是青黃桃綠圖案，因此，必須將青黃桃綠圖案做色 彩矩陣變換以得到紅綠藍(lán)圖案。而且，由于每一個(gè)象點(diǎn)只包含一種色彩(或青，或黃，或桃， 或綠)，為在每點(diǎn)獲得紅綠藍(lán)三種色彩，還必須用插值方法，從相鄰點(diǎn)中插出少掉的色彩。在 用貝葉圖案(美國(guó)專利號(hào)#3，971，065)做成的彩色感光芯片中，感光元素陣列也由許多組 合象素構(gòu)成。其中一個(gè)組合象素亦由四個(gè)象素組成，但卻只被涂上紅綠藍(lán)三種濾光膜。貝 葉圖案進(jìn)一步要求在每一個(gè)組合象素中，其中一個(gè)對(duì)角線上的兩個(gè)元素，必須都是綠色或 代表亮度的色彩，而另外兩個(gè)色彩則是紅和藍(lán)，或?qū)梢姽庾V的其他兩個(gè)不同的區(qū)域敏感 的色彩。同樣，由于每一個(gè)象點(diǎn)只包含一種顏色(或紅，或綠，或藍(lán))，為在該點(diǎn)獲得其他兩 個(gè)少掉的顏色，必須用插值方法從相鄰點(diǎn)中插出少掉的顏色。貝葉圖案有四種不同的幾何 圖案，其中每一種代表一種特定的紅綠藍(lán)位置的安排。在圖3所示的蜂窩圖案中，一個(gè)復(fù)合
象素僅由三個(gè)象素組成，分別涂上紅綠藍(lán)三種顏色，并且按六邊型的蜂窩形狀排列。在蜂窩 圖案中，紅綠藍(lán)三種顏色被均勻?qū)ΨQ地安排；交換兩種顏色的位置仍然構(gòu)成蜂窩圖案。
如上所述，由復(fù)合色(青黃桃綠)圖案，貝葉圖案，或蜂窩圖案實(shí)現(xiàn)濾光膜技術(shù)有 三個(gè)共同的困難第一個(gè)困難是濾光膜導(dǎo)致的靈敏度的降低(相對(duì)于黑白感光芯片而言)。 第二個(gè)困難是由于彩色插值導(dǎo)致的有效清晰度(或稱解析度)的降低。彩色插值還引進(jìn)了 第三個(gè)困難，即雜色問題。雜色通常可以用低通濾波來解決，但低通濾波會(huì)減少圖像清晰度，從而加重第二個(gè)困難。 為了避免因采用濾光膜而導(dǎo)致的靈敏度的降低，提高總體的感光靈敏度，美國(guó)專 利6， 137， 100公開了一種平衡三原色紅綠藍(lán)感光元素的感光響應(yīng)的方法，該方法采用光敏 二極管作為感光元件并考慮到了光敏二極管對(duì)于不同色彩的靈敏度是不一樣的特點(diǎn)。具體 而言，光敏二極管對(duì)綠色更敏感一些，其次是紅色，再后是藍(lán)色。該方法因此將藍(lán)色的感光 面積做得最大，紅色次之，綠色最小。用這種方法取得的色彩靈敏度的改進(jìn)仍然是非常有限 的，而且這種方法只強(qiáng)調(diào)了三原色紅綠藍(lán)彩色圖案。 彩色感光器件通常感應(yīng)對(duì)應(yīng)于紅綠藍(lán)的連續(xù)的光譜。另外也有對(duì)整個(gè)可見光譜， 或?qū)t外光譜，或?qū)烧叨几泄獾暮诎赘泄馄骷＿@種黑白感光器件比傳統(tǒng)的貝葉圖案彩 色感光器件(在同等制作條件下)通常靈敏十倍以上，但不能產(chǎn)生彩色。
本發(fā)明人在稍早一點(diǎn)的《多光譜感光器件及其制作方法》(PCT/CN2007/071262)發(fā)
明申請(qǐng)中，提供了一種采用兩層感光象素的感光芯片。這種新的方法，將頂層和底層的光 譜，按正交或互補(bǔ)的方式分層，如圖4和圖5所示，使得在任一個(gè)象素位置，頂層和底層的感 光象素，分別感應(yīng)(在可見光譜內(nèi)，或在可見光及紅外光譜內(nèi))正交或互補(bǔ)的光譜，從而能 最大化使用入射光能。這種方法可以使用彩色鍍膜也可以不采用彩色鍍膜，同時(shí)能夠兼顧 空間分辨率，色彩還原，和感光靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。但這個(gè)新的發(fā)明，對(duì)于頂層和底層在物理結(jié) 構(gòu)上，并沒有做優(yōu)化的設(shè)計(jì)。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造彩色圖像感光芯片(或器件)的技術(shù)，還有另一個(gè)特點(diǎn)，就是， 它們要么采用普通的正面感光方式，要么采用背面感光方式(例如美國(guó)專利[4， 388， 532]， [4， 679， 068] ， [5， 244， 817] ， [6， 169， 369] ， [6， 429， 036] ， [7， 265， 397])。值得一提的是，美 國(guó)專利[5， 134， 274]和[6， 191,404]提出了一種同時(shí)能接受正面感光和背面感光的雙向感 光芯片(和系統(tǒng))。所謂正面感光是指感光象素位于芯片基層的面向光源的一面，而背面感 光則是指感光象素位于芯片基層的背向光源的一面。背面感光要求芯片基層足夠薄并經(jīng)過 特殊封裝處理，以便光能透過基層，達(dá)到感光象素。這種雙面感光芯片能夠同時(shí)能接受來自 正面和背面的光源，因而，具有將兩種不同光源的信號(hào)整合的特點(diǎn)。但是，這種雙向感光芯 片只包含了一層的感光象素，位于芯片基層的某一面。因而，當(dāng)使用者需要得到色彩(或多 光譜)感光信號(hào)，或者需要在一個(gè)感光芯片上，接收兩個(gè)不同景象(或內(nèi)容)，這種可以雙面 感光但是單層的感光芯片，就遇到了困難。此外，這種雙面感光的單層感光芯片要求來自正 反兩個(gè)方向的光信號(hào)，在幾何空間上有對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是說，只能用于單一景象。
因此，這些現(xiàn)有的感光芯片技術(shù)仍具有一些不足之處。對(duì)于單層感光芯片而言，在 靈敏度方面已經(jīng)遇到瓶頸，其空間和能量的使用效率也不如多層。而對(duì)于多層(兩層或三 層)的感光芯片而言，其加工復(fù)雜度自然困難很多。另外一個(gè)現(xiàn)有的感光芯片技術(shù)都不具 備的功能是，他們不能同時(shí)從正反兩個(gè)方向感應(yīng)對(duì)應(yīng)不同景象的光。 所以，仍然有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，尋求能將黑白感光器件和彩色感光器件 的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起的感光器件及其制作方法，并能同時(shí)或異時(shí)感應(yīng)來自兩個(gè)不同方向的 光，以進(jìn)一步提高感光芯片的性能和擴(kuò)充單一芯片的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)所遇到的限制和困難，提供一種能夠以同一器件同時(shí)獲得不同方向的景象的多光譜感光器件及其制作方法。 為便于描述本發(fā)明并解釋其與現(xiàn)有技術(shù)的差別，我們現(xiàn)給出如下名詞的定義 雙層感光器件，雙面感光器件，和雙向感光器件。其中，雙層感光器件是指感光象素被物 理上分成兩層(如本發(fā)明人在稍早的發(fā)明申請(qǐng)《多光譜感光器件及其制作方法》(PCT/ CN2007/071262)所描述的兩層感光器件)，每一層都含有感應(yīng)特定光譜的感光象素。雙面 感光器件是指感光器件具有兩個(gè)感光表面，每一個(gè)面都能至少?gòu)囊粋€(gè)方向上感光。雙向感 光器件是指感光器件能從兩個(gè)(通?；コ?80度)的方向上感光，亦即從感光器件的正面 和背面都能感光。 —個(gè)感光器件可以同時(shí)具有雙層，雙面，和雙向這三個(gè)特點(diǎn)中的一個(gè)，兩個(gè)，和所 有三個(gè)特點(diǎn)。本發(fā)明主要涉及雙面雙層感光器件(如圖6(a)-(c)所示)，雙向感光器件 (如美國(guó)專利[5， 134,274]和[6， 191， 404])，雙面雙向感光器件(如圖6(a)-(c)和圖16 所示)，雙面雙層雙向感光器件(如圖9(a)-(c)所示)。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是 —種多光譜感光器件，包括至少一個(gè)不透明的基層；每一基層具有至少兩個(gè)面，每 個(gè)面上都設(shè)置有感光象素組，各個(gè)感光象素組用于感應(yīng)其所在面的正面方向照射來的任選 光譜的光。 所述的多光譜感光器件，所述基層為一個(gè)，該基層具有兩個(gè)感光面，所述兩個(gè)感光 面各自含有相同或不同分布的感應(yīng)各種光譜的感光象素。 所述任選光譜包括蘭色，綠色，紅色，青色，黃色，白色，紅外色，紅色+紅外光譜， 黃色+紅外光譜，及可白光+紅外光譜中的一種或多種。 所述的多光譜感光器件，在所述基層的每個(gè)面的前方各裝有一套鏡頭。 —種上述的多光譜感光器件的制作方法，包括 制作至少一個(gè)不透明的基層，每一基層具有至少兩個(gè)面； 在基層的每個(gè)面上都設(shè)置感光象素組，各個(gè)感光象素組用于感應(yīng)其所在面的正面 方向照射來的任選光譜的光。 本發(fā)明的另一種多光譜感光器件，包括至少一個(gè)透明的基層；每一基層具有至少 兩個(gè)面，每個(gè)面上都設(shè)置有感光象素組，各個(gè)感光象素組用于感應(yīng)其所在面的正面或背面 方向照射來的任選光譜的光。 所述的多光譜感光器件，所述基層為一個(gè)，該基層具有兩個(gè)感光面，所述兩個(gè)感光 面各自含有相同或不同分布的感應(yīng)各種光譜的感光象素。 其中，所述任選光譜包括蘭色，綠色，紅色，青色，黃色，白色，紅外色，紅色+紅外 光譜，黃色+紅外光譜，及可白光+紅外光譜的一種或多種。 從一個(gè)方向照射時(shí)，處于背面的感光象素所感應(yīng)的光譜，與正面相同位置上的感 光象素所感應(yīng)的光譜正交。 進(jìn)一步的，從一個(gè)方向照射時(shí)，處于背面的感光象素所感應(yīng)的光譜，與正面相同位 置上的感光象素所感應(yīng)的光譜互補(bǔ)。 所述的多光譜感光器件，還包括選向裝置，所述選向裝置用于在選定某一面上的 全部或部分象素進(jìn)行感光時(shí)，遮擋該面對(duì)稱面上的對(duì)應(yīng)位置的象素。 所述選向裝置可以為同步多快門系統(tǒng)，所述同步多快門系統(tǒng)中的各個(gè)快門設(shè)置于所述基層的各個(gè)面的前方，位于一組的兩個(gè)正背相對(duì)的兩個(gè)面的前方的兩個(gè)快門在同一時(shí) 刻分別處于一開一關(guān)狀態(tài)。 所述選向裝置也可以為遮光鍍膜，所述遮光鍍膜按預(yù)設(shè)象素選向的圖案覆設(shè)所述 基層的各個(gè)面上的部分象素，且同一位置上的處于正背相對(duì)面的兩個(gè)象素，最多只有一個(gè) 象素覆設(shè)有遮光鍍膜。 所述象素選向的圖案選自對(duì)角圖案、水平隔兩行圖案、水平隔行圖案、垂直隔兩列 圖案、垂直隔列圖案、和分區(qū)圖案。 所述的多光譜感光器件，所述正面和背面的象素具有方向的對(duì)稱性。
所述的多光譜感光器件，所述基層的每個(gè)面的前方各裝有一套鏡頭。
—種上述多光譜器件的制作方法，包括
制作至少一個(gè)透明的基層；每一基層具有至少兩個(gè)面； 在基層的每個(gè)面上都設(shè)置感光象素組，各個(gè)感光象素組用于感應(yīng)其所在面的正面
或背面方向照射來的任選光譜的光。 本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于 通過設(shè)置包括至少兩個(gè)面的基層，并在基層的每一面設(shè)置感光象素，首先可以簡(jiǎn) 化加工工藝。現(xiàn)有技術(shù)的多層感光器件(包括發(fā)明人稍早一點(diǎn)的《多光譜感光器件及其制 作方法》(PCT/CN2007/071262)發(fā)明申請(qǐng))，都是一種立體加工工藝，需要一層一層的對(duì)芯片 進(jìn)行加工，最終將加工后的各層成型在一起，其加工工藝較為復(fù)雜，良率難以提高。而本發(fā) 明則是在基層的各個(gè)面上進(jìn)行加工，是一種更接近平面的加工工藝，例如當(dāng)基層為兩面時(shí)， 當(dāng)加工完正面后，只需將基層翻過來直接在背面進(jìn)行加工即可，因而在加工工藝上得到了 較大的簡(jiǎn)化。其次，通過在基層的不同面上設(shè)置感光象素，可以實(shí)現(xiàn)以同一器件觀察到不同 方向的不同景象。例如，同樣以基層為兩面為例，當(dāng)基層為不透明時(shí)，基層的正背兩面可以 感應(yīng)來自各自面對(duì)的光源，從而得到各自正方向上的景象。當(dāng)基層為透明時(shí)，基層的正背兩 面同樣可以感應(yīng)來自各自方向的光源，從而可以通過快門選向或象素選向的手段得到各自 方向上的景象。相比，現(xiàn)有技術(shù)如果需要實(shí)現(xiàn)得到不同方向的景象，需要多套感光芯片及其 處理電路；而本發(fā)明是在一個(gè)基層的不同面上實(shí)現(xiàn)感應(yīng)不同方向的景象，因而除了感光象 素包括了不同方向上的多組之外，只需要一套光電轉(zhuǎn)換電路，一套電信號(hào)處理和輸出電路 等等相關(guān)處理電路，乃至一套傳輸線路，因此而節(jié)省了空間和經(jīng)濟(jì)上的成本。
對(duì)于透光性基層，在處于正背相對(duì)面的同一位置都設(shè)置有感光象素。這里所說的 處于正背相對(duì)面的同一位置，是指光源正射下，被同一射線照射的在兩個(gè)面上的相應(yīng)位置。 以基層為兩面為例，如果一個(gè)點(diǎn)光源垂直照射基層正面，在基層正面的照射位置為A點(diǎn)，穿 過基層到基層背面的照射位置為B點(diǎn)，此時(shí)，則認(rèn)為A點(diǎn)和B點(diǎn)處于兩個(gè)相對(duì)面上的同一位 置。由此產(chǎn)生的一個(gè)問題是正面光源甲會(huì)照射到A點(diǎn)和B點(diǎn)；同樣，背面光源乙同樣也會(huì) 照射到B點(diǎn)和A點(diǎn)，從而造成來自兩個(gè)方向的景象的互相干擾。為消除這種雙向干擾， 一個(gè) 簡(jiǎn)單的處理方式是如果在兩個(gè)相對(duì)面中的一面上設(shè)置了感光象素，則在另一面的同一位
置上不設(shè)置感光象素。然而，由于兩個(gè)相對(duì)面的同一位置都設(shè)置感光象素能帶來許多的優(yōu) 點(diǎn)例如，入射光的所有譜段的能量可以被更大地利用，以獲得光使用的更高效率，從而獲 得更高的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，也同時(shí)可以減少光能轉(zhuǎn)化為熱能產(chǎn)生的電子噪聲信號(hào)。為此，
本發(fā)明通過設(shè)置選向裝置，使得在正面光源甲照射到A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)，背面光源乙無法到達(dá)B
7點(diǎn)和A點(diǎn)，或者背面光源乙照射到B點(diǎn)和A點(diǎn)時(shí)，正面光源甲無法到達(dá)A點(diǎn)和B點(diǎn)(即分時(shí) 選向)；或者采用象素選向方式，即可以強(qiáng)行設(shè)置以A點(diǎn)和B點(diǎn)為正面感光組，只接受正面 光源甲；而以另一位置的C點(diǎn)(位于背面)和D點(diǎn)(位于正面)為背面感光組，只接受背面 光源乙，從而使得同一位置上的處于正背相對(duì)面的兩個(gè)象素，只有一個(gè)象素覆設(shè)有遮光鍍 膜，造成兩個(gè)相對(duì)面上的被遮覆的象素位置相錯(cuò)，從而可以在保證最大化的利用入射光能 量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)不受干擾的得到不同方向的景象。 需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，本發(fā)明所描述的基層透光式雙面雙層感光器件，不僅在用于 雙向感光時(shí)能帶來極大的便利和優(yōu)越性，同樣在用于單向感光時(shí)，也可以極大地提高感光 器件的靈敏度和增加色彩的表現(xiàn)范圍。本發(fā)明同時(shí)提供了一種低成本的將彩色和紅外光的 感應(yīng)在一個(gè)感光器件上集成實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單方法。 本發(fā)明將通過實(shí)施例描述多個(gè)能用于可見光和紅外光的多光譜感光器件的優(yōu)選 實(shí)現(xiàn)方法。這些優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方法，僅僅是作為舉例來說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方法而已，而不 是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。 對(duì)于相關(guān)業(yè)界的有識(shí)之士而言，本發(fā)明的上述及其它目的和優(yōu)點(diǎn)，在閱讀過下面 的優(yōu)選的帶有多個(gè)插圖解釋的實(shí)現(xiàn)案例的細(xì)節(jié)描述之后，將是十分明顯的。


圖1是一個(gè)青黃桃綠彩色濾光器圖案的示意圖。
圖2是一個(gè)紅綠藍(lán)濾光器貝葉圖案及其變型的示意圖。
圖3(a) 、 (b)分別是紅綠藍(lán)濾光器蜂窩排列的示意圖。 圖4 (a)是一個(gè)說明紅，綠，藍(lán)，黃，青，白，和紅外等色彩的光譜之間的關(guān)系的示意 圖；圖4(b)是一個(gè)說明光在(不透明)物體中的入射深度與波長(zhǎng)之間的關(guān)系的示意圖；請(qǐng) 注意圖中用來簡(jiǎn)化不同的感光器件的實(shí)現(xiàn)及其描述的分層線。 圖5(a)和圖5(b)給出一些正交和互補(bǔ)色彩對(duì)的例子。其中，圖5(a)和圖5(b) 左半邊的上下兩層的色彩是互補(bǔ)的，圖5(a)和圖5(b)右半邊的上下兩層的色彩是正交的。
圖6(a)至圖6(c)描述本發(fā)明中的一種采用了貝葉圖案排列的雙面雙層彩色感光 器件的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，其中基層不透明，正面和反面是完全對(duì)稱的。注意到圖6(a)， (b)， (c)描 述的感光器件同時(shí)具備有雙層和雙面的特點(diǎn)，因而被稱為雙面雙層彩色感光器件.
圖7(a)至圖7(c)描述本發(fā)明中的一種基層不透明的采用了廣義貝葉圖案排列的 雙面雙層彩色感光器件的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)和其變化情況，其中基層不透明，正面和反面是完全對(duì) 稱的。這種優(yōu)選實(shí)現(xiàn)可以得到用CYMG彩色空間表示的感光器件。 圖8(a)至圖8(d)描述本發(fā)明中的一種正面采用了蜂窩排列的雙面雙層彩色感光 器件的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)和其變化情況，其中基層不透明，背面可采用貝葉圖案排列(圖8(b))，或 同樣的蜂窩圖案排列(圖8(c))，或均勻分布排列(圖8(d))，或其它圖案。這個(gè)圖的目的 是說明，對(duì)于基層不透明的雙面雙層彩色感光器件，正面和反面可以根據(jù)需要，采用任何圖 案，而不一定非要完全一樣。 圖9(a)至圖9(c)描述本發(fā)明中的一種基層透明的雙面雙層彩色感光器件的優(yōu) 選實(shí)現(xiàn)，其中基層透明，正面采用廣義貝葉圖案排列的青，綠，藍(lán)色，背面采用的是紅或紅外 色。在圖示的例子中，紅色和紅+紅外色各占一個(gè)對(duì)角線。
圖10(a)至圖10(c)描述本發(fā)明中的另一種基層透明的雙面雙層彩色感光器件的
優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，其中基層透明，正面采用藍(lán)色，背面采用的是黃色，綠色，紅或紅外色。 圖11 (a)和圖11 (b)描述本發(fā)明中的又一種基層透明的雙面雙層彩色感光器件的
優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，其中基層透明，正面采用的蜂窩排列的藍(lán)，綠，青色，背面采用的是蜂窩排列的紅
或紅外色。正面的象素與背面的象素，在幾何位置上完全對(duì)應(yīng)，以便正面的光，能夠透過基
層，入射到背面。在圖示的例子中，在背面，紅色占據(jù)2/3的象素，而另外1/3的象素可以由
紅或紅+紅外組成。 圖12(a)和圖12(b)描述本發(fā)明中的又一種基層透明的雙面雙層彩色感光器件的 優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，其中基層透明，正面采用的蜂窩排列的藍(lán)色，背面采用的是蜂窩排列的紅，綠，和 黃色。正面的象素與背面的象素，在幾何位置上完全對(duì)應(yīng)，以便正面的光，能夠透過基層，入 射到背面。 圖13(a)至圖13(c)描述本發(fā)明中的一種基層透明的雙面雙層彩色感光器件的優(yōu) 選實(shí)現(xiàn)，其中基層透明，正面采用的均勻排列的藍(lán)色，背面采用的廣義貝葉圖案排列的紅+ 紅外，綠，和黃色。正面的象素與背面的象素，在幾何位置上完全對(duì)應(yīng)，以便正面的光，能夠 透過基層，入射到背面。 圖14(a)至圖14(c)描述本發(fā)明中的一種基層透明的雙面雙層多光譜感光器件的
優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，其中基層透明，正面采用的均勻排列的空色，綠色，藍(lán)色，和白(或白+紅外)色，
背面采用的廣義貝葉圖案排列的紅+紅外，空，和白(或白+紅外)色。正面的象素與背面
的象素，在幾何位置上完全對(duì)應(yīng)，以便正面的光，能夠透過基層，入射到背面。 圖15(a)至圖15(c)描述本發(fā)明中的另一種基層透明的雙面雙層多光譜感光器件
的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，其中基層透明，正面采用的均勻排列的空色，綠色，紅色(或黃色)，和白(或
白+紅外)色，背面采用的廣義貝葉圖案排列的藍(lán)，空，和白(或白+紅外)色。正面的象
素與背面的象素，在幾何位置上完全對(duì)應(yīng)，以便正面的光，能夠透過基層，入射到背面。 圖16顯示的是一個(gè)采用基層透光的雙面雙層感光器件的雙向感光系統(tǒng)示意圖。
在這個(gè)系統(tǒng)中，中間的雙面雙層感光器件，由于基層透光，正面的感光象素能同時(shí)接受來自
正面的光和來自背面的光，而同樣，背面的感光象素也能同時(shí)接受來自正面的光和來自背
面的光。為了能夠分離出正面和背面的景象，系統(tǒng)中采用了一開一關(guān)的同步機(jī)械快門系統(tǒng)。
當(dāng)位于正面的機(jī)械快門處于關(guān)的狀態(tài)時(shí)，背面的快門就處于開的狀態(tài)，反之亦然。 圖17顯示的是一個(gè)采用具備選向功能的雙面雙層感光器件的雙向感光系統(tǒng)示意
圖。在這個(gè)系統(tǒng)中，中間的雙面雙層感光器件，感光器件可以是采用了基層不透光的雙向雙
面雙層感光器件，也可以是具有象素選向功能的雙向雙面雙層感光器件。在此系統(tǒng)中，因?yàn)?br> 感光器件具備選向功能，因而，不需要機(jī)械快門，感光器件能夠同時(shí)接受正面和背面的光，
并在正面的象素上得到正面的景象，背面的象素上得到背面的景象。 圖18顯示的是一個(gè)準(zhǔn)備用于制作具有象素選向功能的雙面雙層感光器件的做不 透明鍍膜之前的情況。其中，圖18(a)顯示了此感光器件在受到正面光的照射時(shí)，將在正面 象素上得到青色，綠色，和藍(lán)色，而在背面的象素上得到紅色。圖18(b)顯示了當(dāng)感光器件 在受到背面光的照射時(shí)，將在正面象素上得到黃色，綠色，和紅色，而在背面的象素上得到 藍(lán)色。注意到正面的象素是8個(gè)一組，而不是四個(gè)一組，才形成重復(fù)排列。即前四個(gè)象素與 后四個(gè)象素構(gòu)成垂直鏡象對(duì)稱。這樣排列的目的，是為下面圖19中的不透明鍍膜的對(duì)角排列做準(zhǔn)備。 圖19(a)和圖19(b)顯示的是一個(gè)用圖18所示的雙面雙層感光器件做對(duì)角不透 明鍍膜后，得到的雙向感光器件。圖19(a)左邊顯示的是在正面的反對(duì)角線的象素表面，做 有不透明鍍膜。之后，當(dāng)它受到正面光的照射時(shí)，正面的正對(duì)角線上將得到青色，藍(lán)色和綠 色，而背面的正對(duì)角線上將得到紅色；無論正面還是背面，由于(正面)反對(duì)角線上的不透 明鍍膜，反對(duì)角線上的象素將得不到正面的光的任何信息。圖19(b)右邊顯示的是在背面 的正對(duì)角線的象素表面，做有不透明鍍膜。之后，當(dāng)它受到背面光的照射時(shí)，背面的反對(duì)角 線上將得到藍(lán)色，而正面的反對(duì)角線上將得到紅色，綠色，和黃色；無論正面還是背面，由于 (背面)正對(duì)角線上的不透明鍍膜，正對(duì)角線上的象素將得不到背面的光的任何信息。因 此，最后的結(jié)果是，此雙向雙面雙層感光器件的正面，將得到正面的景象，而背面將得到背 面的景象，從而能夠同時(shí)得到并分離正面和背面的景象。 圖20 (a)和圖20 (b)顯示的是采用水平雙行遮光鍍膜的一種雙面雙層感光器件的 一種優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式。圖20(a)左面的圖顯示了正面的遮光鍍膜及處于正面照射時(shí)的情況， 每隔兩行，正面的感光象素外表面被鍍以遮光鍍膜，沒有遮光鍍膜的感光象素，分別按照廣 義貝葉排列，感應(yīng)青，藍(lán)，綠的色彩光譜。圖20(a)右面的圖顯示了處于正面照射時(shí)背面感 光象素的情況，對(duì)應(yīng)于正面被鍍以遮光鍍膜的背面感光象素，因?yàn)榈貌坏秸彰?，所以不能?應(yīng)正面的光(但能感應(yīng)背面的光)。而對(duì)應(yīng)于正面沒有遮光鍍膜的背面感光象素，則能夠感 應(yīng)來自正面的紅色的光。圖20(b)右面的圖顯示了背面的遮光鍍膜及處于背面照射時(shí)的情 況，每隔兩行(剛好于正面的遮光鍍膜交錯(cuò))，背面的感光象素外表面被鍍以遮光鍍膜，沒 有遮光鍍膜的感光象素，感應(yīng)藍(lán)色光譜。圖20(b)左面的圖顯示了處于背面照射時(shí)正面感 光象素的情況，對(duì)應(yīng)于背面被鍍以遮光鍍膜的正面感光象素，因?yàn)榈貌坏秸彰?，所以不能?應(yīng)背面的光(但能感應(yīng)正面的光)。而對(duì)應(yīng)于背面沒有遮光鍍膜的正面感光象素，則能夠感 應(yīng)來自正面的紅色，綠色，和黃色的光。沒被鍍膜的象素可以有多種排列和，圖中僅僅是優(yōu) 選圖案之一。 圖21(a)和圖21(b)與圖20(a)和圖20(b)顯示的情況類似，但鍍膜的圖案由每 隔兩行改成了每隔一行，相應(yīng)的沒被鍍膜的象素的排列，也做了調(diào)整。沒被鍍膜的象素可以 有多種排列和，圖中僅僅是優(yōu)選圖案之一。 圖22(a)和圖22(b)與圖20(a)和圖20(b)顯示的情況也類似，但鍍膜的圖案由 每隔兩行改成了每?jī)闪校鄳?yīng)的沒被鍍膜的象素的排列，也做了調(diào)整。沒被鍍膜的象素可以 有多種排列和，圖中僅僅是優(yōu)選圖案之一。 圖23(a)和圖23(b)與圖20(a)和圖20(b)顯示的情況也類似，但鍍膜的圖案由 每隔兩行改成了每隔一列，相應(yīng)的沒被鍍膜的象素的排列，也做了調(diào)整。沒被鍍膜的象素可 以有多種排列和，圖中僅僅是優(yōu)選圖案之一。 圖24(a)和圖24(b)顯示的專門用于白(或白+紅外)的黑白雙向感光芯片的象 素選向的一種優(yōu)選鍍膜方式。采用這種方式能夠得到較高的空間分辨率。黑白雙向感光芯 片同樣也可以采用圖21至圖24的水平或垂直鍍膜方式。此圖不應(yīng)該被看成是本發(fā)明的象 素選向方法用于黑白雙向感光芯片的一個(gè)限制。 圖25顯示的是一個(gè)準(zhǔn)備用于制作具有象素選向功能的雙面雙層多光譜感光器件 的做不透明鍍膜之前的情況。如圖25(a)所示，此感光器件在受到正面光的照射時(shí)，將在正
10面象素上得到空色，綠色，藍(lán)色，和白+紅外色，而在背面的象素上得到空色，紅色，和白+紅 外色。如圖25(b)所示，當(dāng)感光器件在受到背面光的照射時(shí)，將在正面象素上得到k空色， 綠色，紅色，和白+紅外色，而在背面的象素上得到藍(lán)色，空色，和白+紅外色。注意到正面 的象素是8個(gè)一組，而不是四個(gè)一組，才形成重復(fù)排列。即前四個(gè)象素與后四個(gè)象素構(gòu)成垂 直鏡象對(duì)稱。這樣排列的目的，是為下面圖26中的不透明鍍膜的對(duì)角排列做準(zhǔn)備。
圖26(a)和圖26(b)顯示的是一個(gè)用圖18所示的雙面雙層多光譜感光器件做對(duì) 角不透明鍍膜后，得到的雙向感光器件。圖26(a)左邊顯示的是在正面的反對(duì)角線的象素 表面，做有不透明鍍膜。之后，當(dāng)它受到正面光的照射時(shí)，正面的正對(duì)角線上將得到空色，藍(lán) 色綠色，和白+紅外，而背面的正對(duì)角線上將得到紅色，空色，和白+紅外；無論正面還是背 面，由于(正面)反對(duì)角線上的不透明鍍膜，反對(duì)角線上的象素將得不到正面的光的任何信 息。圖26(b)右邊顯示的是在背面的正對(duì)角線的象素表面，做有不透明鍍膜。之后，當(dāng)它受 到背面光的照射時(shí)，背面的反對(duì)角線上將得到藍(lán)色，空色，和白+紅外色，而正面的反對(duì)角 線上將得到紅色，綠色，空色，和白+紅外色；無論正面還是背面，由于(背面)正對(duì)角線上 的不透明鍍膜，正對(duì)角線上的象素將得不到背面的光的任何信息。因此，最后的結(jié)果是，此 雙面雙層感光器件的正面，將得到正面的景象，而背面，將得到背面的景象，從而能夠同時(shí) 得到并分離正面和背面的景象。 圖27(a)和圖27(b)與圖26(a)和圖26(b)顯示的情況類似，但鍍膜的圖案由每 隔兩行改成了每隔一行，相應(yīng)的沒被鍍膜的象素的排列，也做了調(diào)整。沒被鍍膜的象素可以 有多種排列和，圖中僅僅是優(yōu)選圖案之一。 圖28(a)和圖28(b)與圖26(a)和圖26(b)顯示的情況也類似，但鍍膜的圖案由 每隔兩行改成了每?jī)闪?，相?yīng)的沒被鍍膜的象素的排列，也做了調(diào)整。沒被鍍膜的象素可以 有多種排列和，圖中僅僅是優(yōu)選圖案之一。 圖29(a)和圖29(b)與圖26(a)和圖26(b)顯示的情況也類似，但鍍膜的圖案由 每隔兩行改成了每隔一列，相應(yīng)的沒被鍍膜的象素的排列，也做了調(diào)整。沒被鍍膜的象素可 以有多種排列和，圖中僅僅是優(yōu)選圖案之一。 圖30(a)和圖30(b)顯示的可分離白色和白+紅外色的黑白雙面雙層多光譜感光 芯片的象素選向的一種優(yōu)選鍍膜方式。采用這種方式能夠得到較高的空間分辨率。圖30(a) 和圖30(b)與圖24(a)和圖24(b)不同的地方在于，圖30中的感光芯片能分離出可見光和 紅外光。黑白雙面雙層多光譜感光芯片同樣也可以采用圖27至圖29的水平或垂直鍍膜方 式。此圖不應(yīng)該被看成是本發(fā)明的象素選向方法用于黑白雙向感光芯片的一個(gè)限制。
圖31顯示的是一種采用了對(duì)角圖案象素選向的，可同時(shí)用于可見光和紅外光的 超高靈敏度的黑白感光器件。通過圖31顯示的對(duì)角圖案優(yōu)選鍍膜方式，可在圖24顯示的 高靈敏度黑白多光譜雙向感光芯片中增加或分離紅外色的感應(yīng)。 圖32顯示的是一種用雙面感光器件來實(shí)現(xiàn)雙向感光的簡(jiǎn)單的分區(qū)象素選向方 式.在這種實(shí)現(xiàn)中，通過遮光鍍膜的方式，人為地限制正面的一個(gè)象素區(qū)域只能感應(yīng)正面 的光，而背面的一個(gè)象素區(qū)域只能感應(yīng)背面的光。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的多光譜感光器件、制作方法和感光系統(tǒng)，主要是在具有一個(gè)或多個(gè)面的基層的每一個(gè)面上設(shè)置感光象素組，以實(shí)現(xiàn)同時(shí)獲得不同方向的景象。需要了解的是，基層 的形狀并不受限，例如其可以是長(zhǎng)方形，圓餅狀，6面體等等。在基層為不透明時(shí)，其形狀的 設(shè)置有更大的選擇性。而在基層為透明時(shí)，則優(yōu)選采用兩面薄長(zhǎng)方體和六面體，以方便相對(duì) 面的對(duì)應(yīng)象素位置的獲取。 下面以基層為一平面體(厚度極薄的長(zhǎng)方體)為例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。這時(shí)，本 發(fā)明的感光器件實(shí)現(xiàn)的是雙向感光，即基層正面感光和基層背面感光。本發(fā)明的一種簡(jiǎn)單 的實(shí)現(xiàn)雙向同時(shí)感光的多光譜感光象素的感光芯片方法，是在同一個(gè)基層的正背兩個(gè)面上 都設(shè)置用于感應(yīng)來自其對(duì)應(yīng)(外表面)方向的光的感光象素組，感光象素組包括至少一個(gè) 象素。如圖6所示，基層不透明，因此，兩個(gè)方向的光互不干擾。這樣實(shí)現(xiàn)的雙向感光芯片， 從正反兩個(gè)方向來看，都是等同于一個(gè)單層的感光芯片。我們將這種感光芯片，叫做復(fù)合雙 面感光芯片。圖7顯示的是一個(gè)采用青黃桃綠四色圖案實(shí)現(xiàn)的雙面雙層感光芯片示意圖。 這種實(shí)現(xiàn)從景象獲取上相當(dāng)于兩個(gè)單層感光芯片的集成，然而兩個(gè)單層感光芯片都有各自 的處理電路，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上，每個(gè)感光芯片都需要各自的布線連接系統(tǒng)的信號(hào)處理單元；而 本發(fā)明從物理實(shí)體上看，實(shí)際上是一個(gè)器件，不僅器件內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換電路等相關(guān)電路僅 需一套，器件外部的布線也僅是一套，不僅在經(jīng)濟(jì)上比兩個(gè)單層感光芯片的集成要節(jié)約；而 在空間上也更加節(jié)省，更加適應(yīng)當(dāng)今數(shù)碼產(chǎn)品的小型化，功能多樣化的趨勢(shì)。復(fù)合雙面感光 芯片的正面和背面，可以采用不同的色彩和象素排列，即正面和背面的感光象素可具有相 同或不同的分布，并分別感應(yīng)相同或不同的光譜。圖8顯示的是，當(dāng)正面采用紅綠藍(lán)蜂窩排 列(圖8(a))的時(shí)候，背面分別可以采用紅綠藍(lán)貝葉排列(圖8(b))，紅綠藍(lán)蜂窩排列(圖 8 (c))，及青黃桃綠四色圖案排列(圖8 (d))。這里僅是簡(jiǎn)單舉例而已，不應(yīng)被看成是這一發(fā) 明內(nèi)容的限制。 —個(gè)用復(fù)合雙面感光芯片做成的雙向感光系統(tǒng)的示意圖，如圖17所示。其屬于 本發(fā)明范疇的物理集成方式，有簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，也可以開辟新的應(yīng)用，但對(duì)于復(fù)合雙面感光芯 片，由于其來自正面的光，不能達(dá)到背面，反之亦然。因而尚不能充分發(fā)揮雙層感光芯片的 優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明的一種稍微復(fù)雜但更加優(yōu)秀的實(shí)現(xiàn)上述目的的透射式雙面感光芯片的技 術(shù)方案如下 首先，透明或幾乎透明的基層(如超薄的一個(gè)硅N層或P層)被用作感應(yīng)特定光 譜的雙層感光芯片的分層線。該基層被分成正面和背面，正面設(shè)置感應(yīng)第一組色彩的感光 象素，背面設(shè)置感應(yīng)第二組色彩的感光象素。 其中，光譜包含藍(lán)色，綠色，紅色，和紅外色的光譜。位于正面的第一組色彩選自空 色，藍(lán)色，綠色，青色，白色，和白色+紅外色的不多于四種的色彩。 設(shè)置色彩分層線(下文將結(jié)合圖4(b)給予詳細(xì)的說明)，使得正面設(shè)置的色彩， 當(dāng)處于正面照射時(shí)，全都位于該分層線之上，背面設(shè)置的色彩全都位于該分層線之下。如圖 4(b)所示，色彩分層線是在藍(lán)色和綠色之間的分界線(第一條分層線)，或是在綠色和紅色 之間的分界線(第二條分層線)，或是在紅色和紅外色之間的分界線(第三條分層線)，或 是紅外色的最長(zhǎng)感興趣的波長(zhǎng)界定線(第四條分層線)。 進(jìn)一步的，背面中設(shè)置的每一個(gè)色彩的波長(zhǎng)都比正面的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置的色彩的 波長(zhǎng)長(zhǎng)，且背面的象素與正面的象素在位置上有對(duì)應(yīng)關(guān)系，但圖案可能不同。背面中設(shè)置的每一個(gè)色彩都與正面對(duì)應(yīng)位置處的色彩的光譜總和在可見光空間(或可見光+紅外光)正
交。所謂兩個(gè)色彩正交，是指兩個(gè)色彩感應(yīng)的光譜(理論上)沒有重疊部分。 再進(jìn)一步地，背面中設(shè)置的每一個(gè)色彩都與正面中對(duì)應(yīng)位置處的色彩的光譜總和
在可見光空間(或可見光+紅外光)互補(bǔ)。所謂兩個(gè)色彩在某個(gè)光譜內(nèi)(如可見光，或可
見光+紅外光)互補(bǔ)，是指兩個(gè)正交的色彩感應(yīng)的光譜，加起來剛好涵蓋整個(gè)所述光譜(即
可見光，或可見光+紅外光)。 再進(jìn)一步地，當(dāng)處于正面照射時(shí)，所述背面的第二組色彩包括取自空色，綠色，紅
色，黃色，白色，紅外，紅+紅外，黃+紅外，和白+紅外中的最多四種的色彩。 色彩按照同一排列(所有象素色彩相同)，水平排列(同一行的象素色彩相同)，
垂直排列(同一列的象素色彩相同)，對(duì)角排列(同一對(duì)角線的象素色彩相同)，廣義貝葉
排列(一條對(duì)角線上的象素色彩相同，另外一條對(duì)角線上的象素色彩不同)，YUV422排列，
橫向YUV422排列，蜂窩排列，或均布排列(四個(gè)象素均勻交錯(cuò)等距排列)來布置。這些排
列的圖案的一部分，將在后文給予詳細(xì)說明，另一部分可在相關(guān)文獻(xiàn)中或本發(fā)明人在稍早
的《多光譜感光器件及其制作方法》(PCT/CN2007/071262)發(fā)明申請(qǐng)中找到。 正面也可包括一個(gè)含有第一組感應(yīng)可見光的強(qiáng)度(白色)的感光象素，背面可包
括一個(gè)含有第二組感應(yīng)紅外光譜和可見光譜的強(qiáng)度(白+紅外)的感光象素。這種作法通
常可用于黑白感光器件。 上述透射式雙面感光器件有多種優(yōu)選制作方法，其中兩種分別如圖9和圖10所 示。圖11和圖12是一個(gè)采用了蜂窩排列的上述實(shí)現(xiàn)的例子。 感光芯片的正面或背面的象素可以具有方向上的對(duì)稱性，此時(shí)，稱該感光芯片為 雙向?qū)ΨQ感光芯片，所謂雙向?qū)ΨQ的感光芯片是指，該感光芯片可以從正面照射，也可以從 背面照射，而且，對(duì)于固定的照射方向，我們將感光芯片翻一個(gè)面，將得到相同的色彩。對(duì)于 對(duì)稱的感光芯片設(shè)計(jì)，正面和背面可以互換。也就是說，當(dāng)我們將芯片反一個(gè)面時(shí)，以上關(guān) 于正面和背面的陳述依然成立。對(duì)稱性是滿足雙向感光的一個(gè)充分條件。對(duì)于只接收一個(gè) 方向的光信號(hào)的感光芯片設(shè)計(jì)，正面必須面對(duì)光源，否則芯片工作就可能不正常。這種單向 感光的感光芯片，在一個(gè)方向的性能上可能比滿足對(duì)稱性的雙向感光芯片更優(yōu)越。但雙向 感光芯片能同時(shí)觀察到兩個(gè)方向的景象。 圖11和圖12是采用蜂窩排列的對(duì)稱的彩色感光芯片的另一個(gè)例子。圖14和圖 15是包含了白色和紅外光的對(duì)稱多光譜感光芯片的一個(gè)例子。 采用了正交彩色分層線的對(duì)稱感光芯片的一個(gè)特點(diǎn)就是，當(dāng)光源改變方向的時(shí) 候，綠色不變，紅色與藍(lán)色互換，黃色和青色互換，空色與白色(或白+紅外)互換。其原理 是通常感光象素吸收光譜的能力與其厚度有關(guān)，以藍(lán)綠紅為例，三者的波長(zhǎng)依次為入1、 入2、 A3，且Al < A2< A3。如果光源從正面照射，設(shè)芯片正面某一位置的感光象素的 厚度設(shè)置使得其可以吸收A 1的光，因而呈現(xiàn)藍(lán)色；芯片背面對(duì)應(yīng)位置的感光象素的厚度 設(shè)置使得其可以吸收A2和^3，因而呈現(xiàn)綠+紅=黃色；反之，當(dāng)光源從背面照射，這時(shí)， 背面感光象素將吸收A 1和A 2的光，因而呈現(xiàn)藍(lán)+綠=青色，正面吸收A 3的光，因而呈 現(xiàn)紅色。即，對(duì)稱的感光芯片的任一個(gè)面上的象素，在正面感光和背面感光時(shí)，將感應(yīng)不同 的光譜，因而將得到不同的色彩。 當(dāng)對(duì)稱的雙向感光芯片用于景象不同的兩個(gè)方向時(shí)，顯然，來自不同方向的光，不
13能同時(shí)打在同一個(gè)象素點(diǎn)上。否則就會(huì)出現(xiàn)混淆的圖像。那么，怎么將透射式雙面感光芯 片同時(shí)應(yīng)用于不同的景象呢？至少有兩種實(shí)現(xiàn)方法。 第一種將雙向感光芯片用于景象不同的兩個(gè)方向的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方法是分時(shí)選向。在 這種實(shí)現(xiàn)中，在正面和背面的鏡頭后面分別裝有一個(gè)同步機(jī)械快門。采用分時(shí)的手段，即正
面的快門與背面的快門分時(shí)開啟，而在同一時(shí)刻，另一快門關(guān)閉，使得對(duì)稱的雙向感光芯片 在一個(gè)單一的時(shí)間段(比如奇數(shù)時(shí)間段)，只能收到來自正面的光，而在另一時(shí)間段(比如
偶數(shù)時(shí)間段)，只能收到來自背面的光。采用分時(shí)選向的雙向影像系統(tǒng)如圖16所示。
第二種將雙向感光芯片用于景象不同的兩個(gè)方向的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方法是象素選向。在 這種實(shí)現(xiàn)中，象素陣列被分成正面感光組(如位于正對(duì)角線上的象素，或奇數(shù)行或奇數(shù)列 上的象素)和背面感光組(如位于反對(duì)角線上的象素，或偶數(shù)行或偶數(shù)列上的象素)。通過 在正面對(duì)背面感光組上的象素做遮光鍍膜，并在背面對(duì)正面感光組上的象素做遮光鍍膜， 我們就通過象素選向的方式，使得不同的象素感應(yīng)了來自不同方向的光。象素選向雖然犧 牲了圖像的空間解析度，并要求彩色象素圖案作相應(yīng)的調(diào)整，使得處于正面和背面感光組 上象素的都能夠各自實(shí)現(xiàn)色彩重建，然而，其不需要像分時(shí)選向一樣需要一個(gè)機(jī)械快門系 統(tǒng)，更加適用于空間有限的應(yīng)用場(chǎng)景。圖17顯示的是采用了象素選向的雙向感光芯片的雙 向影像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。后文中，我們將介紹幾種雙向感光芯片的幾種象素選向的優(yōu)選 實(shí)現(xiàn)方式。 第三種將雙向感光芯片用于景象不同的兩個(gè)方向的實(shí)現(xiàn)方法是簡(jiǎn)單的分區(qū)選向， 如圖32所示。 本發(fā)明的多光譜感光將對(duì)光譜中對(duì)應(yīng)的四個(gè)連續(xù)的譜段，即紅，綠，藍(lán)，和紅外進(jìn) 行感光。在此，我們將紅外也一般化地稱之為一個(gè)基本色彩。在許多應(yīng)用中，紅外可以被忽 略。此外，我們也對(duì)復(fù)合色彩譜段，如黃(對(duì)應(yīng)于紅和綠)，青(對(duì)應(yīng)于綠和藍(lán))和白，進(jìn)行 感光。 圖4給出了感興趣的色彩的光譜之間的關(guān)系，其中，圖4(a)展示了不同色彩之間 的波長(zhǎng)的關(guān)系，圖4(b)展示了不同波長(zhǎng)的光的入射深度。圖4(b)中有四條色彩分層線，第 一條分層線是在藍(lán)色和綠色之間的分界線，第二條分層線是在綠色和紅色之間的分界線， 第三條分層線是在紅色和紅外色之間的分界線(第三條分層線)，第四條分層線是紅外色 的最長(zhǎng)感興趣的波長(zhǎng)界定線。雖然，每一層的感光象素，不一定非要做在同一高度，但如圖 4(b)所示，如果正面只用某一分層線之上的色彩，而背面只用該分層線之下的色彩，那么， 正面和背面的色彩感光象素，都可各自在同一深度實(shí)現(xiàn)。同一面的色彩感光象素在同一深 度實(shí)現(xiàn)的好處是感光器件做起來容易很多。如圖4(a)所示，其中背面的紅比其上面的青或 藍(lán)波長(zhǎng)更長(zhǎng)，黃比藍(lán)的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，而處于背面的白色感光象素，其正面就只好是空的，或透 明。黃和青由于有一個(gè)共同的綠色光譜，因此不能用在同一個(gè)象素的位置上。
空色(透明或全空的色彩)在正面(或被當(dāng)作成在正面)實(shí)現(xiàn)。全色(白色或白 +紅外)在背面(或被當(dāng)作成在背面)實(shí)現(xiàn)。所以空色總是在每條分層線之上，而全色總是 在每條分層線之下。 為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的描述，在此引進(jìn)兩個(gè)有用的概念補(bǔ)色和正交色。為此，我們將 稱空色(透明或全空的色彩)也稱之為一個(gè)基本色彩，它跟全色構(gòu)成補(bǔ)色。本發(fā)明中的全 色對(duì)可見光而言是指白色，而對(duì)紅外及可見光的組合光譜而言，是指白色+紅外。
對(duì)于任一感興趣的光譜空間(例如可見光譜，或可見光和紅外的組合光譜)，兩個(gè)色彩如果沒有重疊的光譜段，就被稱之正交。例如，紅，綠，藍(lán)相互之間都是正交的。另外，藍(lán)與黃正交，青和紅也正交。類似地，紅外與整個(gè)可見光譜正交，因此，紅外與所有可見光內(nèi)的色彩，包括原色，補(bǔ)色，和白色，都正交。 對(duì)于任一感興趣的光譜空間(例如可見光譜，或可見光和紅外的組合光譜)，兩個(gè)正交的色彩如果加起來對(duì)應(yīng)于整個(gè)感興趣的光譜段，就被稱為互補(bǔ)。例如，對(duì)于可見光而言，青與紅互補(bǔ)，藍(lán)與黃互補(bǔ)，類似地，對(duì)于紅外和可見光的組合光譜而言，紅外與白光互補(bǔ)，而紅+紅外與青色互補(bǔ)。 圖5中給出了一些在可見光內(nèi)，或可見光和紅外的組合光譜內(nèi)正交或互補(bǔ)色彩對(duì)的例子，其中，圖5(a)給出了可見光的互補(bǔ)和正交色彩對(duì)的舉例，圖5(b)給出了紅外和可見光的正交色彩對(duì)的舉例，可用于兩層感光器件。 —旦某條分層線被確定，那么，正面的感光象素的色彩都應(yīng)當(dāng)在該分層線之上，而背面的感光象素的色彩則設(shè)置為與對(duì)應(yīng)位置上的正面的色彩正交，而且從能量最大化的角度來看，最好互補(bǔ)。背面的感光象素的色彩沒有必要全都在該分層線之下，但是，如果背面的感光象素的色彩都在該分層線之下的話，實(shí)現(xiàn)起來會(huì)簡(jiǎn)單很多。 一般而言，每一層不應(yīng)包含超過四種的色彩，以便獲得更好的空間分辨率。 將同一面的不同感光象素，根據(jù)保持較高的空間分辨率的優(yōu)秀圖案來排列，這些優(yōu)秀圖案包括但不局限于廣義貝葉圖案(如圖9(b))， YUV422圖案(YUYV排列)和蜂窩圖案(如圖3(a)和圖3(b))。 本發(fā)明主要考慮象素按方型排列或蜂窩排列的感光器件，方型排列的象素可分解成為四個(gè)象素或八個(gè)象素一組的宏象素，而蜂窩排列的象素可分解成三個(gè)象素一組的宏象素。宏象素是可以通過簡(jiǎn)單復(fù)制就能得到整個(gè)象素陣列的最小的象素組，一般由兩兩相鄰的象素組合而成。對(duì)于方型排列的象素，宏象素也可包含多于八個(gè)的象素。對(duì)于兩層的感光器件，多于八個(gè)象素的宏象素的實(shí)現(xiàn)成本較高，而好處卻不大。 —個(gè)四象素的宏象素在一個(gè)單層里，可以包含一種，兩種，三種，或四種不同的色彩。如果一個(gè)四象素的宏象素只含一種色彩，那么，就只有一種排列，即同一排列。如果一個(gè)四象素的宏象素包含兩種色彩，那么，就有三種排列即對(duì)角排列(對(duì)角象素色彩相同)，垂直排列(垂直象素色彩相同)，和水平排列(水平象素色彩相同)。如果一個(gè)四象素的宏象素包含三種色彩，那么就有很多可能性，但可歸類為是廣義貝葉排列(相同兩色放在對(duì)角線上)，YUV422排列(相同兩色垂直排列)，橫向YUV422排列(相同兩色水平排列)。如果一個(gè)四象素的宏象素包含四種色彩，那么，所有的圖案都稱為均布排列，因?yàn)樵趺捶哦际菍?duì)稱的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)里，八個(gè)象素的宏象素是將后面的四個(gè)象素按照鏡象對(duì)稱的方法，將前面的四個(gè)象素做鏡象復(fù)制。 —個(gè)三象素的宏象素在一個(gè)單層里，可以包含一種，兩種，或三種不同的色彩，總共有十三種可能性。蜂窩排列本身可以做成對(duì)垂直方面的分辨率有利的垂直對(duì)齊方式(如圖3(a))和對(duì)水平方面的分辨率有利的水平對(duì)齊(如圖3(b))兩種。我們將把三個(gè)象素的宏象素的排列統(tǒng)稱為蜂窩排列，不管它包含有幾個(gè)象素。 圖6(a) 、 (b)、和(c)分別給出了按貝葉排列的雙面雙層彩色感光器件的一種優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，正面包含紅，綠，藍(lán)三色，按照貝葉排列，而背面也采用完全相同的色彩和排列。中間
15的基層不透明，這樣，正面的感光象素只能感應(yīng)來自正面的光，而背面的感光象素只能感應(yīng) 來自背面的光。 圖7 (a) 、 (b)、和(c)給出將青黃桃綠做均勻排列的雙面雙層彩色感光器件的一種 優(yōu)選實(shí)現(xiàn)，正面(即正面)包含青，黃，桃，和綠色，做均勻排列，而背面(既背面)也采用完 全相同的色彩和排列。中間的基層不透明，這樣，正面的感光象素只能感應(yīng)來自正面的光， 而背面的感光象素只能來自背面的光。 基層不透明的實(shí)施方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可行，相當(dāng)于將兩個(gè)普通的貝葉式感光芯片 做簡(jiǎn)單的集成。 圖8(a)、(b)、(c)和(d)是為了說明對(duì)于基層不透明的雙面雙層感光器件，正面和 背面完全可以采用不同的色彩和排列方式。例如，圖8(a)顯示的是一個(gè)采用了紅綠藍(lán)蜂窩 圖案的正面，而反面卻可以采用圖8(b)所示的紅綠藍(lán)貝葉圖案，也可以采用如圖8(c)所示 完全一樣的紅綠藍(lán)蜂窩圖案，也可采用圖8(d)所示的青紅桃綠色彩均布圖案。當(dāng)然，更多 的圖案和色彩搭配都是可能的。 基層不透光的雙面雙層彩色感光芯片，可用于雙向感光系統(tǒng)。 一個(gè)將如圖6至圖8 所示的基層不透光的彩色感光芯片用于雙向感光的系統(tǒng)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方法如圖17所示意。由 于基層不透明，因此，所述感光芯片的兩面，可同時(shí)接受來自正面和背面的光。感光芯片的 正面將得到正面的景象，而感光芯片的背面將得到背面的景象。我們將這種(基層不透光 的)選向方式稱之為隔離選向。 下面以圖8為例，總結(jié)本發(fā)明中基層不透光的雙面雙層彩色多光譜感光器件及相 應(yīng)的雙向感光系統(tǒng)的制作方法 制作一個(gè)不透光的基層，在基層的正面，按照第一組的色彩圖案(如貝葉圖案，蜂 窩圖案，青黃桃綠圖案，等等)做成彩色多光譜感光器件；所選色彩和圖案由應(yīng)用決定，不 受限制。 基層的背面設(shè)置感應(yīng)第二組色彩的感光象素，按照第二組的色彩圖案(如貝葉圖 案，蜂窩圖案，青黃桃綠圖案，等等)做成彩色多光譜感光器件所選色彩和圖案由應(yīng)用決 定，不受限制，并且可以與正面的情況完全不同。 在所述的彩色多光譜感光器件的兩面，各自裝上鏡頭；在此系統(tǒng)中，如果裝設(shè)快 門，主要是為了控制曝光。 在圖9所示的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，基層透光，正面分別含有藍(lán)色，綠色，和青色。能量光譜 更寬的青色，將占據(jù)更多的象素，如圖9(b)所示的一個(gè)對(duì)角，而其背面含有感應(yīng)紅色或感 應(yīng)紅色加紅外光譜的感光象素。 設(shè)置色彩分層線(見圖4(b)的說明)，使得正面設(shè)置的色彩全都位于該分層線之 上，背面設(shè)置的色彩全都位于該分層線之下。所述色彩分層線是在藍(lán)色和綠色之間的分界 線(第一條分層線)，或是在綠色和紅色之間的分界線(第二條分層線)，或是在紅色和紅 外色之間的分界線(第三條分層線)，或是紅外色的最長(zhǎng)感興趣的波長(zhǎng)界定線(第四條分層 線)。圖9(a)中的色彩分層線是紅色與綠色交界的地方。 進(jìn)一步地，正面的色彩按照同一排列，水平排列，垂直排列，對(duì)角排列，廣義貝葉排 列，YUV422排列，橫向YUV422排列，蜂窩排列，或均布排列來布置。背面設(shè)置的每一個(gè)色彩 的波長(zhǎng)都比正面對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置的色彩的波長(zhǎng)更長(zhǎng)。圖9(b)顯示的是廣義貝葉排列。
進(jìn)一步地，使背面設(shè)置的每一個(gè)色彩都與正面對(duì)應(yīng)位置處的色彩在可見光空間或可見及紅外光空間正交，進(jìn)一步的優(yōu)選是，使背面設(shè)置的每一個(gè)色彩都與正面對(duì)應(yīng)位置處的色彩在可見光空間或可見及紅外光空間互補(bǔ)。 在圖IO所示的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，基層透光，正面全部由藍(lán)色組成，而其背面含有感應(yīng)綠色，紅色，和黃色的感光象素。能量光譜更寬的黃色，將占據(jù)更多的象素，如圖10(a)所示的一個(gè)對(duì)角。圖10(a)中的色彩分層線是藍(lán)色與綠色交界的地方。注意到，在此圖中，我們將正面畫在了下面，目的是表明，所謂正面和背面，完全決定于(光的)方向的選定。
進(jìn)一步地，背面的色彩按照同一排列，水平排列，垂直排列，對(duì)角排列，廣義貝葉排列，YUV422排列，橫向YUV422排列，蜂窩排列，或均布排列來布置。背面設(shè)置的每一個(gè)色彩的波長(zhǎng)都比正面對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置的色彩的波長(zhǎng)長(zhǎng)。圖10(b)顯示的是廣義貝葉排列。
進(jìn)一步地，使背面設(shè)置的每一個(gè)色彩都與正面對(duì)應(yīng)位置處的色彩在可見光空間或可見及紅外光空間正交，進(jìn)一步的優(yōu)選為，使背面設(shè)置的每一個(gè)色彩都與正面對(duì)應(yīng)位置處的色彩在可見光空間或可見及紅外光空間互補(bǔ)。 圖10與圖9的差別主要是分層線的選定。這個(gè)差別，導(dǎo)致了圖10中感光器件與圖9中感光器件在方向上的對(duì)稱性。圖9和圖10所示的就是前述雙向?qū)ΨQ的感光芯片的一個(gè)例子。如果光來自圖9中的正面，那么，圖9顯示的就是正面感光時(shí)的情況，而圖10顯示的就是這個(gè)感光芯片背面感光時(shí)的情況。反過來，如果光來自圖10中的正面，那么，圖10顯示的就是正面感光時(shí)的情況，而圖9顯示的就是這個(gè)感光芯片背面感光時(shí)的情況。也就是說，圖9和圖10是同一個(gè)感光芯片分別從正面照射和背面照射時(shí)得到的色彩情況。
又一類雙面雙層的彩色多光譜感光器件，如圖13(a)， (b)，和(c)所示，可同時(shí)感應(yīng)可見光和紅外光。其中，紅外總是在背面(背面)，并且要么是獨(dú)立色彩，要么跟另一個(gè)色彩合在一起(如白+紅外或紅+紅外)。正面(正面)包含藍(lán)色，而背面的各位置使用的色彩則是跟正面的藍(lán)色正交的綠色，黃色，和紅+紅外色。此優(yōu)選實(shí)現(xiàn)是一個(gè)將彩色和紅外色感光器件合在一起的例子。為了讓紅+紅外色得到更高的空間分辨率，紅+紅外色占據(jù)了背面的一個(gè)對(duì)角。對(duì)應(yīng)位置的正面和背面的象素在可見光+紅外光譜內(nèi)正交。
又一類雙面雙層多光譜彩色感光器件，如圖14(a)和(b)所示。圖14所示的是一個(gè)更為復(fù)雜優(yōu)選實(shí)現(xiàn)的一個(gè)例子。在本實(shí)施例中，雖然白色包含了分層線以上的譜段，如我們前面所述，因?yàn)閷?duì)應(yīng)的正面色彩是空的或透明的，白色可以也應(yīng)該在背面實(shí)現(xiàn)。在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，彩色，白色，還有紅外色，被同時(shí)采用。圖14(a)顯示的是色彩分層的情況，圖14(b)顯示的是正面包含有空色(透明)，綠色，藍(lán)色(或青色)，和白色(或白+紅外)，而圖14 (c)顯示的是背面空色，紅色(或紅+紅外)，還有白色(或白+紅外)。對(duì)應(yīng)位置的正面和背面的象素在可見光+紅外光譜內(nèi)正交。 圖15所示的是圖14所示的感光芯片用于背面照射時(shí)的可能情況。 圖9和圖10實(shí)際上是一個(gè)雙向?qū)ΨQ感光芯片的從正面和背面照射時(shí)的情況。圖
11和圖12與圖9和圖10的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方法是一樣的，只是采用了紅綠藍(lán)蜂窩排列而已，也構(gòu)
成一個(gè)雙向?qū)ΨQ感光芯片。圖14和圖15所示的感光芯片則是在可見光及紅外光譜內(nèi)雙向
對(duì)稱。這些雙向?qū)ΨQ的感光芯片的一個(gè)共同的特點(diǎn)就是，基層透明而且沒有象素選向功能。
此類感光芯片可用于只接受一個(gè)方向的光，也可用于雙向感光。 當(dāng)基層透明且不具備象素選向功能的雙向感光芯片被用于雙向感光時(shí)，來自兩個(gè)
17方向的光，將同時(shí)在正面和背面的感光象素上產(chǎn)生作用，從而正面和背面的景象會(huì)混在一
起。 一個(gè)分離正面和背面景象的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方法是采用如圖16所示的同步雙快門系統(tǒng)。其中
正面的快門和背面的快門總是處于一開一關(guān)狀態(tài)，使得在任一時(shí)間內(nèi)，感光芯片只能得到
正面或者背面的光，但不能同時(shí)。這個(gè)方法叫做分時(shí)選向，即通過同步雙快門的快速切換，
我們能在不同的時(shí)間段，在同一個(gè)雙向感光芯片上得到不同方向的景象。 下面以圖13為例，總結(jié)本發(fā)明中基層透光的雙面雙層彩色多光譜感光器件及相
應(yīng)的雙向感光系統(tǒng)的優(yōu)選制作方法 制作一個(gè)透光的基層，在基層的正面，從空色，藍(lán)色，綠色，青色，和白色中，選用不 多于四種的色彩(第一組色彩)，按照選定的色彩圖案(如貝葉或廣義貝葉圖案，蜂窩圖案， 青黃桃綠圖案，YUV422圖案等等)做成彩色多光譜感光器件； 設(shè)置色彩分層線(如圖4(b)所示)，使得除空色外，正面設(shè)置的色彩全都位于該分 層線之上，背面設(shè)置的色彩全都位于該分層線之下，并且分層線之下的色彩的波長(zhǎng)，比分層 線之上的波長(zhǎng)長(zhǎng)。 在基層的背面設(shè)置感應(yīng)第二組色彩的感光象素，所述感光象素與正面的象素在位 置上有重疊對(duì)應(yīng)關(guān)系；每個(gè)背面的象素與對(duì)應(yīng)位置上的正面的象素在可見光或可見光及紅 外光譜內(nèi)正交或互補(bǔ)。更進(jìn)一步地，背面的感光象素，選自空色，綠色，紅色，黃色，白色，紅 外，紅+紅外，黃+紅外，和白+紅外中的最多四種的色彩。 如果將此感光器件用于雙向感光，那么，如圖16所示的分時(shí)選向方式，將被優(yōu)選 使用來做正面和背面的景象隔離。此感光器件當(dāng)然也可以用來專注于一個(gè)方向。
另外一種實(shí)現(xiàn)選向感應(yīng)的方法是象素選向。下面將描述幾個(gè)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)。
圖18顯示的是準(zhǔn)備用于象素選向雙向感光芯片的對(duì)稱雙面雙層感光芯片的象素 排列圖案。圖18(a)顯示的是當(dāng)此感光芯片處于正面照射時(shí)的情況，圖18(b)顯示的是當(dāng) 此感光芯片處于背面照射時(shí)的情況。如果我們將正面處于反對(duì)角線上元素做遮光鍍膜，如 圖19(a)所示，并在背面處于正對(duì)角線上元素做遮光鍍膜，如圖19(b)所示，我們就得到具 有象素選向功能的雙向感光芯片。在圖19所示的感光芯片里，處于正對(duì)角線上的正面和背 面的象素，感應(yīng)的全是來自正面的光，而處于反對(duì)角線上的正面和背面的象素，感應(yīng)的全是 來自背面的光，從而達(dá)到象素選向的目的。 象素選向是通過在正面和背面的不同象素上，做遮光鍍膜來實(shí)現(xiàn)的。遮光鍍膜的 圖案可以有很多種。除了圖19所示的對(duì)角圖案外，還有圖20所示的雙行水平圖案，圖21 所示的隔行水平圖案，圖22所示的雙列垂直圖案，還有圖23所示的隔列垂直圖案。這些圖 案，以及后面其它優(yōu)選實(shí)現(xiàn)的象素選向圖案，僅僅是作為解釋本發(fā)明的精義所舉的例子，而 不應(yīng)看成是本發(fā)明的所有個(gè)例和限制。采用對(duì)角象素圖案時(shí)，為了得到均勻的象素分布，彩 色象素將以8個(gè)象素一組來重復(fù)，而不是像其他圖案一樣，以四個(gè)或三個(gè)一組來重復(fù)。
當(dāng)象素選向雙向感光芯片涉及白光和紅外光時(shí)，象素選向的圖案就又要復(fù)雜一 些。由于多光譜感光是本發(fā)明的一個(gè)重要應(yīng)用，我們下面將列舉更多的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)。
圖24顯示的是專門用于白色和紅外光譜的象素選向雙向感光芯片。在這個(gè)感光 芯片中，沒有彩色，只有白色或白色+紅外色。這種感光芯片可以用于需要超高靈敏度的雙 向感光系統(tǒng)。 圖25顯示的是準(zhǔn)備用于象素選向雙向多光譜感光芯片的對(duì)稱雙面雙層感光芯片的象素排列圖案。這個(gè)感光芯片含有紅，綠，藍(lán)，空，和白色。圖25(a)顯示的是當(dāng)此感光芯片處于正面照射時(shí)，正面和背面的色彩情況及彩色象素排列。圖25(b)顯示的是當(dāng)此感光芯片處于背面照射時(shí)，正面和背面的色彩情況及彩色象素排列。如果我們將正面處于反對(duì)角線上元素做遮光鍍膜，如圖26(a)所示，并背面處于正對(duì)角線上元素做遮光鍍膜，如圖26(b)所示，我們就得到具有象素選向功能的雙向感光芯片。在圖26所示的感光芯片里，處于正對(duì)角線上的正面和背面的象素，感應(yīng)的全是來自正面的光，而處于反對(duì)角線上的正面和背面的象素，感應(yīng)的全是來自背面的光，從而達(dá)到象素選向的目的。 同樣地，對(duì)于含有白色和紅外色的象素選向多光譜雙向感光芯片，除了圖26所示的對(duì)角圖案外，還可以采用圖27所示的雙行水平圖案，圖28所示的隔行水平圖案，圖29所示的雙列垂直圖案，還有圖30所示的隔列垂直圖案。 如果需要在圖24顯示的高靈敏度黑白多光譜雙向感光芯片中，增加或單獨(dú)分離出紅外色來，那么，可以采用圖31所示的對(duì)角圖案和象素分布。其中，正面的八個(gè)一組的象素單元中，反對(duì)角線上的象素有遮光鍍膜，正對(duì)角線上分布有白色+紅外色，兩個(gè)空色，和一個(gè)白色(或紅外色)。背面的八個(gè)一組的象素單元中，正對(duì)角線上的象素有遮光鍍膜，反對(duì)角線上分布有白色+紅外色，兩個(gè)空色，和一個(gè)白色(或紅外色)。 下面以圖30為例，總結(jié)本發(fā)明中基層透光的具有象素選向的雙面雙層彩色多光譜感光器件及相應(yīng)的雙向感光系統(tǒng)的優(yōu)選制作方法 制作一個(gè)透光的基層，在基層的正面，從空色，藍(lán)色，綠色，青色，和白色中，選用不多于四種的色彩(第一組色彩)，按照選定的色彩圖案(如貝葉或廣義貝葉圖案，蜂窩圖案，青黃桃綠圖案，YUV422圖案等等)做成彩色多光譜感光器件； 設(shè)置色彩分層線(如圖4(b)所示)，使得除空色外，正面設(shè)置的色彩全都位于該分層線之上，背面設(shè)置的色彩全都位于該分層線之下。分層線之下的色彩的波長(zhǎng)，比分層線之上的波長(zhǎng)長(zhǎng)。 在基層的背面設(shè)置感應(yīng)第二組色彩的感光象素，所述背面的感光象素與正面的象素在位置上有重疊對(duì)應(yīng)關(guān)系；每個(gè)背面的象素與對(duì)應(yīng)位置上的正面的象素在可見光或可見光及紅外光譜內(nèi)正交或互補(bǔ)。更進(jìn)一步地，背面的感光象素，選自空色，綠色，紅色，黃色，白色，紅外，紅+紅外，黃+紅外，和白+紅外中的最多四種的色彩。 按照某種優(yōu)選的圖案，如圖26至30所示的對(duì)角圖案，水平隔兩行圖案，水平隔行圖案，垂直隔兩列圖案，垂直隔列圖案，在正面的部分象素表面涂或噴上遮光鍍膜，而在另一部分的背面的象素上，在背面也涂或噴上遮光鍍膜，使得對(duì)應(yīng)正面無遮光鍍膜的(正面和背面的)象素，只能感應(yīng)正面的光，而對(duì)應(yīng)背面無遮光鍍膜的(正面和背面的)象素，只能感應(yīng)背面的光。 此感光器件主要用于雙向感光，由于具有象素選向功能，可以采用圖17所示的簡(jiǎn)單鏡頭系統(tǒng)?？扉T是可有可無的。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解，對(duì)于其它圖例的(雙向或單向的)全光譜彩色感光器件的制作方法與此相同或類似，在此從略。 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也能夠理解，通過變化正面(正面)和背面(背面)的色彩和排列方法，可以產(chǎn)生許多與以上的優(yōu)選法實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)施方法。 本發(fā)明既可以用濾光膜來制作彩色感光器件，也可以不用濾光膜來制作彩色感光器件。但由于濾光膜會(huì)吸收光能，而部分被吸收的光能通常轉(zhuǎn)化成了熱噪聲，本發(fā)明優(yōu)選不
用濾光膜來最大程度地將光照明轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)陣列來制作圖像感光器件。 本發(fā)明通過在多光譜感光器件的一個(gè)基層的兩面或更多面設(shè)置感光象素，不僅從
物理結(jié)構(gòu)上優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了雙面雙層設(shè)計(jì)，而且能夠同時(shí)感應(yīng)兩個(gè)方向的不同景象，從而以同
一器件而能得到不同方向的不同景象，可以節(jié)省空間和經(jīng)濟(jì)上的成本。對(duì)于不透明基層，是
通過隔離選向方式實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)感光芯片同時(shí)看到并分離處于兩個(gè)相反方向的景象。對(duì)于
透明基層，可以通過巧妙地安排正面和背面的象素，在保證完全的色彩重建的基礎(chǔ)上，以較
低的成本最大化地使用入射光的能量，或取得最高的空間分辨率，或獲得最寬廣的色彩表
現(xiàn)范圍。而通過分時(shí)選向或象素選向的方式，實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)感光芯片同時(shí)看到并分離處于
兩個(gè)相反方向的景象；而當(dāng)不使用選向手段時(shí)，例如在航天，工業(yè)，和特技攝影等應(yīng)用中，也
可以輕松地實(shí)現(xiàn)兩種景象的合成。 本發(fā)明通過前述雙面、雙向、雙層等感光方式的應(yīng)用，從而能夠以單一感光器件用 于雙向感光系統(tǒng)，極大地降低系統(tǒng)成本，減少尺寸，減少系統(tǒng)復(fù)雜度；且使得一些需要在同 一個(gè)系統(tǒng)上接受到多光譜或多方向(或來自兩個(gè)方向的多光譜信號(hào))的應(yīng)用，成為可能。例 如，目前用于檢查病人的腸胃系統(tǒng)的藥丸相機(jī)，只在一頭裝有照相頭。為獲得腸胃系統(tǒng)某一 位置的圖像，可能需要多次的拍攝，從而給病人帶來極大的痛苦及巨大的經(jīng)濟(jì)花銷。為此， 則需要提高單次拍攝的拍攝范圍，而如果需要在藥丸相機(jī)的另一端也裝有照相頭，采用現(xiàn) 有技術(shù)手段，就必須在一個(gè)非常小的空間內(nèi)，裝兩套系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)上有較大的難度。而采用本 發(fā)明，只需在另一頭增加一個(gè)鏡頭而已，其感光芯片仍舊只是采用一片，不僅對(duì)空間的要求 不高，而且經(jīng)濟(jì)成本也低于兩套系統(tǒng)的花銷，更進(jìn)一步的，如果將基層制成正六面體，甚至 可以同時(shí)感應(yīng)上下左右前后六個(gè)方向的景象，極大的提高了單次獲得所需圖像的可能性。 此外，本發(fā)明可以在一個(gè)監(jiān)控相機(jī)上，監(jiān)控前后兩個(gè)方向，對(duì)于很多裝有前后兩個(gè)攝像頭的 3G手機(jī)，采用本發(fā)明，可用一個(gè)雙向攝像頭來取代，通過電子或機(jī)械切換來實(shí)現(xiàn)前后景象的 切換。對(duì)于一些高級(jí)賓館的監(jiān)控系統(tǒng)來說，其如果要監(jiān)控樓道的兩端的景象，采用本發(fā)明， 就可以不再需要兩套監(jiān)控系統(tǒng)分別監(jiān)視兩個(gè)方向，而只需一套監(jiān)控系統(tǒng)就能完成必要的監(jiān) 控?；蛘咴诂F(xiàn)代軍隊(duì)中的單兵作戰(zhàn)設(shè)備中，通常在作戰(zhàn)頭盔上需要裝設(shè)夜視監(jiān)控系統(tǒng)，如 果需要監(jiān)控前后兩個(gè)方向，需要兩套監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于要求輕便的單兵作戰(zhàn)設(shè)備來說，并不適 宜。而采用本發(fā)明，只是需要兩個(gè)鏡頭，其感光系統(tǒng)只是一套，因而可以節(jié)省單兵作戰(zhàn)設(shè)備 的經(jīng)濟(jì)成本和整體重量。 雖然本發(fā)明以優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)為例來加以描述，但這種揭示不應(yīng)被理解為具有限制 性。對(duì)于那些精于圖像感光器件(如半導(dǎo)體芯片)又熟讀本文的人來說，許多變化和發(fā)揮 都是可能的，這些變化和發(fā)揮仍然落在本發(fā)明的范疇，只要它們屬于本發(fā)明的真正精髓和 簡(jiǎn)單變化。
權(quán)利要求
一種多光譜感光器件，其特征在于，包括至少一個(gè)不透明的基層；每一基層具有至少兩個(gè)面，每個(gè)面上都設(shè)置有感光象素組，各個(gè)感光象素組用于感應(yīng)其所在面的正面方向照射來的任選光譜的光。
2. 如權(quán)利要求1所述的多光譜感光器件，其特征在于，所述基層為一個(gè)，該基層具有兩 個(gè)感光面，所述兩個(gè)感光面各自含有相同或不同分布的感應(yīng)各種光譜的感光象素。
3. 如權(quán)利要求1-2所述的多光譜感光器件，其特征在于，所述任選光譜包括蘭色，綠 色，紅色，青色，黃色，白色，紅外色，紅色+紅外光譜，黃色+紅外光譜，及可白光+紅外光譜 中的一種或多種。
4. 如權(quán)利要求1-3所述的多光譜感光器件，其特征在于，所述基層的每個(gè)面的前方各 裝有一套鏡頭。
5. —種多光譜感光器件的制作方法，其特征在于，包括 制作至少一個(gè)不透明的基層，每一基層具有至少兩個(gè)面；在基層的每個(gè)面上都設(shè)置感光象素組，各個(gè)感光象素組用于感應(yīng)其所在面的正面方向 照射來的任選光譜的光。
6. —種多光譜感光器件，其特征在于，包括至少一個(gè)透明的基層；每一基層具有至少 兩個(gè)面，每個(gè)面上都設(shè)置有感光象素組，各個(gè)感光象素組用于感應(yīng)其所在面的正面或背面 方向照射來的任選光譜的光。
7. 如權(quán)利要求6所述的多光譜感光器件，其特征在于，所述基層為一個(gè)，該基層具有兩 個(gè)感光面，所述兩個(gè)感光面各自含有相同或不同分布的感應(yīng)各種光譜的感光象素。
8. 如權(quán)利要求6-7所述的多光譜感光器件，其特征在于，所述任選光譜包括蘭色，綠 色，紅色，青色，黃色，白色，紅外色，紅色+紅外光譜，黃色+紅外光譜，及可白光+紅外光譜 的一種或多種。
9. 如權(quán)利要求6-8所述的多光譜感光器件，其特征在于，從一個(gè)方向照射時(shí)，處于背面 的感光象素所感應(yīng)的光譜，與正面相同位置上的感光象素所感應(yīng)的光譜正交。
10. 如權(quán)利要求6-9所述的多光譜感光器件，其特征在于，從一個(gè)方向照射時(shí)，處于背 面的感光象素所感應(yīng)的光譜，與正面相同位置上的感光象素所感應(yīng)的光譜互補(bǔ)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6-10所述的多光譜感光器件，其特征在于，還包括選向裝置，所述選 向裝置用于在選定某一面上的全部或部分象素進(jìn)行感光時(shí)，遮擋該面對(duì)稱面上的對(duì)應(yīng)位置 的象素。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的多光譜感光器件，其特征在于，所述選向裝置為同步多快 門系統(tǒng)，所述同步多快門系統(tǒng)中的各個(gè)快門設(shè)置于所述基層的各個(gè)面的前方，位于一組的 兩個(gè)正背相對(duì)的兩個(gè)面的前方的兩個(gè)快門在同一時(shí)刻分別處于一開一關(guān)狀態(tài)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的多光譜感光器件，其特征在于所述選向裝置為遮光鍍膜， 所述遮光鍍膜按預(yù)設(shè)象素選向的圖案覆設(shè)所述基層的各個(gè)面上的部分象素，且同一位置上 的處于正背相對(duì)面的兩個(gè)象素，只有最多一個(gè)象素覆設(shè)有遮光鍍膜。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11和13所述的多光譜感光器件，其特征在于，所述象素選向的圖案 選自對(duì)角圖案、水平隔兩行圖案、水平隔行圖案、垂直隔兩列圖案，垂直隔列圖案，和分區(qū)圖 案。
15. 根據(jù)權(quán)利要求6-14任意一項(xiàng)所述的多光譜感光器件，其特征在于所述正面和背面的象素具有方向的對(duì)稱性。
16. 如權(quán)利要求6-15任意一項(xiàng)所述的多光譜感光器件，其特征在于，所述基層的每個(gè)面的前方各裝有一套鏡頭。
17. —種多光譜器件的制作方法，其特征在于包括 制作至少一個(gè)透明的基層；每一基層具有至少兩個(gè)面；在基層的每個(gè)面上都設(shè)置感光象素組，各個(gè)感光象素組用于感應(yīng)其所在面的正面或背 面方向照射來的任選光譜的光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多光譜感光器件及其制作方法，包括至少一個(gè)不透明的基層；每一基層具有至少兩個(gè)面，每個(gè)面上都設(shè)置有感光象素組，各個(gè)感光象素組用于感應(yīng)其所在面的正面方向照射來的任選光譜的光?；蛘甙ㄖ辽僖粋€(gè)透明的基層；每一基層具有至少兩個(gè)面，每個(gè)面上都設(shè)置有感光象素組，各個(gè)感光象素組用于感應(yīng)其所在面的正面或背面方向照射來的任選光譜的光。本發(fā)明以同一器件實(shí)現(xiàn)雙向感光，能夠感應(yīng)兩個(gè)方向的不同景象，也可用于單向感光，以提高感光器件的性能。
文檔編號(hào)H01L21/70GK101740587SQ200810217270
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者胡笑平 申請(qǐng)人:博立碼杰通訊(深圳)有限公司