具有改善的光敏感度的图像传感器制造技术

一种用于采集彩色图像的图像传感器，其包括具有第一组像素和第二组像素的二维阵列，其中来自第一组像素的像素具有比来自第二组像素的像素更窄的光谱光响应，并且其中第一组像素所具有的各个像素有与一组至少两种的颜色相对应的光谱光响应。进一步地，第一组像素和第二组像素的布置定义了一个图案，该图案具有包括至少十二个像素的最小重复单元，该最小重复单元具有多个细胞，其中每个细胞具有从第一组像素中选择的代表一种特定颜色的至少两个像素和从第二组像素中选择的多个像素（全色＝白色像素），这些细胞被排列为允许在不同照明条件下再现所采集的彩色图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有改善的光敏感度的二维图像传 。技术背景电子成像系统依靠电子图像传 来^:可视图像的电 ^。这样的电子 图像传^的示例包括电荷耦合器件(ccD)图像传ritl和有源像素传ii^(aps) 器件(因育滩在互补金属氧化物半导体处理中伟'照，所以aps器件经常被称为 cmos传麟)。典型地，这些图像传/i^包^i午多光敏劍象素，通常以行和列的 规则图案排列。为了取得彩色图像典型地在该像素的图紅制作滤色器的图案， 使用不同的滤波材料制作这些滤波器以使各个像素仅对可见光谱中的一部分敏 感。该滤色器必然 ^>了到达剔象素的光量，并且由此陶氏劄象素的光敏感度。 改善电子彩色图像传感器的光敏感度或拍照適变，以便允许在较低的照明水平上 采集图像或允许在较短的曝光时间内采集较高照明水平上的图像的需求持续存 在。图像传 ^1:线形或是二维的。通常，这對专ii^具有两种不同类型的应用。二维传繊典型i腿舒图像采集驢如像数码相机、手iw其它应用。线型传感器常用于扫描文本。在以上任^瞎况下，当使用滤色器时图像传感器的敏 感底就斷氐了。由伊斯曼柯达公司生产的kli4104型线型图像传litl，包括四，状的单个 像素宽的像素阵列，滤色器应用到这些阵列其中的三个以使^^阵歹iM^;tW红、 绿或蓝中的任一个敏感，并且没有滤色器阵列应用至i傑四个阵列；而且，三4^ 色阵列具有较大的像素，以彬尝由滤色器誠的在光敏感虹的下降，且第四阵 列具WS小的像素以采集高辨,率的单色图像。当〗顿该图像传^l采集图像时， 图像被表示为一幅高^P率、高摄像感 单色图像，禾口三幅具有^m相同摄像 感光度的低分辨率图像，三幅图像中的每个对应来自图像的红、绿或蓝光中任意 一个；因此，在电子图像中的每一个点包括一个单色值， 一红色值， 一绿色值以 及一蓝色值。然而，因为其为线型图像传,，其需要图像传自和图^t间的13相对机,动，以便在像素的四，型阵列之间扫描图像。这限制了图像被扫描的速度，并且阻止了该传/iWE手持式相机中^^集包含运动目标的场景时的应用。在现有技术中还有一种电子图像系统，在Akira Muramatsu的美国专利 4,823,186中描述了这种电子图像系统，其包括两个传繊，其中^^H专繊包括 --个像素二维阵列，但一个传li^没有滤色器，另一个传繊包括与像素一起的 滤色器图案，并且具有光束分离器以向每个图像传S^供图像。因为彩色传感 器有应用的滤色器的图案，在该彩色传繊中的WS象素仅掛共一种颜色。当用 该系统采集图像时，在电子图像中的齡点包括一个单色值和一个彩色值，i蘇^ 色图像必须从邻近的彩色值中内插得至赃^iM象素OT缺失的彩色值。虽然该系 统比单个传统图像传感器改善了光敏感度，但由于需要两个传 和一个波束分 离器，该系统总体上的复杂度、尺寸和成本更大。而且，波束分离器只把来自图 像的一半的光量引入^M专感器，P艮制了摄^3U变的改善。除了上面蹈啲线型图像传繊，在现有技术中还有带有像素二维阵列的图 像传麟，这里的像素包含多个没有!鹏用滤色器的像素。例如，Sato等人的美 国专利4,390,895,Yamagami等人的美国专利5,323,233和Gindele等人的美国专利 6,476,865。在針所弓间的专利中，未滤色或单色像素的敏感度显著地高于彩色 像素，需要对彩色像素应用增益以匹 自像素阵列的彩色和单色信号。增加增 益也使噪声与信号一起增大，弓胞结果图像的整体信噪比的下降。美国专利申请 2003/0210332中的结构公开了大多数像素，妹滤色的像素阵列，但是如上所^^ 色像素的敏感度不够。因此，继纟^t改善i顿具有像素二维阵列的单个传繊的电子图像采集装 置的光敏感度的需求。
技术实现思路
本专利技术掛共一种图像传S^，具有Jif共高敏感度并且有效生成^fe图像的二 维彩色和^fe像素阵列。简单概括，按照本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种采^^色图像的图像传 感器，该图像传自包括一个具有两组像素的像素二维阵列，来自第一像素组的 像素具有与来自第二像素组的像素相比较窄的光谱响应，来自第一像素组中的各 个像素具有与一组至少两种颜色相对应的光谱响应，第一和第二组像素的分布定义了一个图案，该图案具有包括至少十二个像素的最小重复单元，该最小重复单 碰而被定义为具有多个细胞，其中齡细胞具有/规一像素组中选择的4樣一种特定颜色的至少两个像素和AAm二像素组中选择的被排歹伪允许在不同照明条 件下再卿;f采集的彩色图像的多个像素。按照本专利技术的图像传^待别适^T低水平照明劍牛，其中所述低7jC平照明剝牛是由场景照明低，曝光时间短，光圈小舰魁ij达传麟的其它限制誠。 它们具有广泛的应用，这對专麟可有鄉鹏用于多种图像采集體。从下面对tti^实施例和附加的权利要求的详细介绍的i爐中，并参照附图， 将更加清楚iiW牟和意iRSU本专利技术的这，其它的方面、目标、特点以及优点。 附图说明图1是可应用传统传^I和处理方法^本专利技术的传S^和处理方法的传统 数字静止照相机系统的框图；图2 (现有技术)是示出最小重复单元和非最小重复单元的传统拜尔滤色器阵列图案；图3掛共了红、纟蘇曈像素的典型光谱量子效率曲线，以及宽光i^fea子效率，全部乘以红外iUb搶波器的传撇寺性。图4A—D衛共了本专利技术的滤色器阵列图案的多个娜的最小重复单元，其 具有按行和歹鹏咧的相同颜色光响应的彩色像氣图5标图4A的最小重复单元的细胞结构；图6A是图4A的内插絶图像；图6B是与图4A和图5中的细胞相对应的低^f摔彩色图傲 图7A—C彰示合并图4A中的像素的多种方法；图8A—D *于图4A的滤色器阵列图案，其具有可选择的颜色光响应特性的 彩色像素，包括四种颜M项以及青色、洋红和黄，项；图9掛共本专利技术的可选择的滤色器阵列的最小重复单元，其中鲍像素以对 角线排列；图10A—B掛共本专利技术的可选择的滤色器阵列的两个郷的最小重复单元， 其中的^N象素形成彩色像素^A其中的栅格；图IIA—D提供本专利技术的可选滤色器阵列的两个变形的最小重复单元和 分布，其中^h细胞有两种颜色；图12A—B衛共本专利技术的可选滤色器阵列的两个娜的最小重复单元，其中旨细胞有两种颜色且#像素以对角线分布；图13A—C衛共图4A的娜，其中最小重复单元小于8 * 8像素；图14A—B掛共本专利技术的可变滤色器阵列的两个变形的最小重复单元，其中最小重复单元是6*6像素；图15A—B衛共本专利技术的可选滤色器阵列的两个变形的最小重复单元，其中最小重复阵列是4*4像素；图16是图4A的最小重复单元，该最小重复单元中的^H象素带有下标； 图17A—E^:图16的一个细胞的^N象素和彩色像素，以及合并彩色像素的多种方法；图18是本专利技术的处理框图，，在本专利技术的传感器中处S^色和^fe像素 繊勺方法；图19A—D说明本专利技术的在图18所示的低^fj率局部彩色图像中内插缺失 颜色的方法。具体实 式由于采用图像装置和相关电路进行信号采集和校正以及曝光控制的数码相 机是公知的，这里的介绍将特别针对构成按照本专利技术的方法和设备的一部分的元 件，或者更直接地与按照本专利技术的方法和设备相配合的元件。掛匕没有特另U标 或介绍的元件从现有技术中公知的元件中被选择。将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于采集彩色图像的图像传感器，包括：ａ）具有第一组像素和第二组像素的二维阵列，其中来自第一组像素的像素具有比来自第二组像素的像素更窄的光谱光响应，并且其中第一组像素所具有的各个像素有与一组至少两种颜色相对应的光谱光响应；以及ｂ）第一组像素和第二组像素的布置定义了一个图案，该图案具有包括至少十二个像素的最小重复单元，该最小重复单元具有多个细胞，其中每个细胞具有从第一组像素中选择的代表一种特定颜色的至少两个像素和从第二组像素中选择的多个像素，这些细胞被排列为允许在不同照明条件下再现所采集的彩色图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-7-28 11/191,7291.一种用于采集彩色图像的图像传感器，包括a)具有第一组像素和第二组像素的二维阵列，其中来自第一组像素的像素具有比来自第二组像素的像素更窄的光谱光响应，并且其中第一组像素所具有的各个像素有与一组至少两种颜色相对应的光谱光响应；以及b)第一组像素和第二组像素的布置定义了一个图案，该图案具有包括至少十二个像素的最小重复单元，该最小重复单元具有多个细胞，其中每个细胞具有从第一组像素中选择的代表一种特定颜色的至少两个像素和从第二组像素中选择的多个像素，这些细胞被排列为允许在不同照明条件下再现所采集的彩色图像。2. 权利要求1所述的图像传繊，其中最小重复单元具有至少三个细胞。3. 权利要求1所述的图像传感器，其中最小重复单元具有至少三个细胞， 其中包括具有至少两个第一颜色的像素的至少一个第一颜色的细胞，具有至少两 个第二颜色的像素的至少一个第二颜色的细胞，以及具有至少两个第，色的像 素的至少一个第三颜色的细胞。4. 权禾腰求3所述的图像传繊，其中第一颜色是绿色，第二颜色是红色， 且第三颜色是蓝色。5. 权利要求3所述的图像传感器，其中第一颜色是品红色，第二颜色， 绿色，且第三颜色是黄色。6. 权利要求1所述的图像传感器，其中最小重复单元具有至少四个细胞。7. 权利要求6所述的图像传麟，其中细胞包括具有至少两个绿色像素的 至少一个绿色细胞，具有至少两^KT色像素的至少一个红色细胞，以及具有至少 两个蓝色像素的至A一个蓝色细胞。8. 权利要求6所述的图像传繊，其中细胞包^#^具有至少两个绿色像素的至少两个绿色细胞，具有至少两^hit色像素的至少一个红色细胞，以及具有至少两个蓝色像素的至少一个蓝色细胞。9. 权利要求1所述的图像传麟，其中第二组像素线性分布在最小重复单 元的行、列自角线上。10. 权利要求9所述的图像传皿，其中第一组像素中的M彩色像素在每 个行和列iJ131至少一个不同像素与相邻的對喊^色像素分隔开。11. 权利要求10所述的图像传麟，其中最小重复单元是 PPPPPP PPABABCBCB PP PP PPPP ABABCBCB其中P表示第二组像素，并且 A表示第一组像素中的第一颜色 B标第一组像素中的第二颜色 C恭于第一组像素中的第三颜色。12. 权利要求ll所述的图像传麟，其中A3和C分别从红色，绿色和蓝色中选择。13. 权利要求ll所述的图像传繊，其中A， B和C分别是红色，绿色和蓝色。14. 权利要求ll所述的图像传自，其中A， B和C分别AAM绿色，品红色或黄色中选择。15. 权利要求ll所述的图像传麟，其中A， B和C分别题!絶，黄色和品红色。16. 权禾腰求10所述的图像传麟，其中最小重复单元是-PP PPP PPP ABABCDCDPP PP PPPP ABABCDCD 其中P^/于第二组像素，并且 A ^^第一组像素中的第一颜色 B泰示第一组像素中的第二颜色 C ^第一组像素中的第H^色 D ^^第一组像素中的第四颜色。17. 权利要求16所述的图像传繊，其中A， B， C和D分别从红色，绿色，蓝色和第四种颜色中选择。18.权利要求16所述的图像传自，其中A， B， C和D分别是红色，绿色的第一光谱带，蓝色，和绿色的第二光谱带。19. 权利要求16所述的图像传繊，其中A， B， C和D分别/AM绿，品红，黄色鄉四种颜色中选择。20. 权利要求16所述的图像传繊，其中A， B， C和D分别题绿，黄色，21 权利要求9所述的图像传繊，其中第一像素组的彩色像素在針行和歹U上被第二像素组的至少一个像素分隔开。22. 权利要求21所述的图像传感器，其中最小重复单元是 PPPPPPPP APAPBPBP PPPPPPPP APAPBPBPPP PPPPPPBPBPCPCPPP PPPPPPBPBPCPCP其中P代表第二组像素A 代表第一组像素中的第一颜色B代表第一组像素中的第二颜色，并且C 代表第一组像素中的第，色。23. 权利要求22所述的图像传感器，其中A， B和C分别从红色，*絶或蓝色中选择。24. 权利要求22所述的图像传感器，其中A， B和C分别是红色，绿色和25. 权利要求22所述的图像传感器，其中A， B和C分别/AM绿，品红或黄色中选择。26. 权禾腰求22所述的图像传感器，其中A， B和C分别题绿，黄色和品红。27. 权利要求21所述的图像传感器，其中最小重复单元是 PPPPPPPPAPAPBPBPPPPPPPPPAPAPBPBPPP PPPPPPDPDPCPCPPP PPPPPPDPDPCPCP其中Pf^第二组像素A 4 第一组像素中的第一颜色B f^第一组像素中的第二颜色C代表第一组像素中的第HiJ色，并且D f^第一组像素中的第四颜色。28. 权利要求27所述的图像传繊，其中A， B， C和D分别从红色，绿色，蓝色和第四颜色中选择。29. 权利要求27所述的图像传麟，其中A， B， C和D分别是红色，绿色的第一光谱带，蓝色，和绿色的第二光谱带。30. 权利要求27所述的图像传麟，其中A， B， C和D分别,AM绿，品红， 黄色和第四颜色中选择。31. 权利要求27所述的图像传,，其中A， B， C和D分别是蓝绿，黄色，品红和绿色。32. 权利要求21所述的图像传繊，其中最小重复单元是 PBPBPBPB APAPCPCP PBPBPBPB APAPCPCP 其中Pf^第二组像素，并且A代表第一组像素中的第一颜色 B寸，第一组像素中的第二颜色，并且 C 4樣第一组像素中的第三颜色。33. 权利要求32所述的图像传麟，其中A， B和C分别从红色，绿色或蓝色中选择。34. 权利要求32所述的图像传繊，其中A， B和C分别是红色，绿色和蓝色。35. 权禾腰求32所述的图像传繊，其中A， B和C分别AAM绿，品红或黄色中选择。36. 权利要求32所述的图像传麟，其中A， B和C分别是蓝绿，黄色和品红。37. 权利要求21所述的图像传感器，其中最小重复单元是 PBPBPDPD APAPCPCP PBPBPDPD APAPCPCP 其中P^/于第二组像素，并且A g第一组像素中的第一颜色 B彭，第一组像素中的第二颜色 C^^第一组像素中的第三颜色，并且 D ^^第一组像素中的第四颜色。38. 权利要求37所述的图像传麟，其中A， B， C和D分别从红色，绿色， 蓝色和第四颜色中选择。39. 权利要求37所述的图像传繊，其中A， B， C和D分别是红色，绿色 的第一光谱带，蓝色，和《絶的第二光谱带。40. 权禾腰求37所述的图像传麟，其中A， B， C和D分别AM绿，品红， 黄色，四颜色中选择。41. 权利要求37所述的图像传麟，其中A， B， C和D分别题绿，黄色， 品红和雜。42. 权利要求1所述的图像传麟，其中在最小重复单元中的第一组像素的 多个相同彩色像素按照湘咲系统翻咧。43. 权利要求42所述的图像传麟，其中最小重复单元是 PP PPP PPP AAAABBBBPPPPP PPPAAAABBBB PP PP PPPP BBBBCCCC PP PPP PPP BBBBCCCC 其中Pf^第二组像素，并且 A f^第一组像素中的第一颜色 B代表第一组像素中的第二颜色，并且 C < 第一组像素中的第31色。44...

【专利技术属性】
技术研发人员：JT坎普顿，JF小哈米尔顿，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]