具有选择性红外滤光片阵列的传感器组件的制作方法

本发明涉及一种图像传感器，更具体来说，涉及一种例如将红外泄露减小至可见像素的具有选择性红外(SIR，Selective Infrared)滤光片的图像传感器。

背景技术：

图像传感器已被广泛应用于数码相机、移动设备、安全系统、计算机和很多其他应用中。部分图像传感器设计用来捕获所有的可见光(例如，颜色)和红外光。例如，图像传感器的一部分像素可用于将可见光转换为显示颜色图像信息的电子信号并且另一部分像素可用于将红外光转换为显示红外图像信息的电子信号。针对多种用途，不同的像素可进行结合。然而，由于可见像素和红外像素在图像传感器上空间多路复用，因此，尤其是，在可见像素上会存有红外光的强光谱串扰(spectral crosstalk)。

在一种方法中，影像后处理技术被用于减少光谱串扰。例如，可见信号中的红外串扰可被推定然后被提取。理想地，由于来自红外光的影响可被除去，因此余下的将仅可显示来自可见光的影响。然而，由于这种技术难以准确推定红外串扰的量，因此存在限制。除此之外，由于可见像素初期捕获红外光和可见光的和，因此相比可见像素的全动态范围较小的范围可被单独用于可见光。其可在其他效果中减少动态范围和后处理信号的信噪比(SNR，Signal to Noise Ratio)。

因此，需要一种更好的用于减少光谱串扰的方法。

本发明通过在图像传感器中集成选择性红外滤光片，可克服现有技术的限制。

技术实现要素：

根据一个方面，图像传感器包括可见像素和红外像素。可见像素在经由可见像素接收的可见带宽内生成指示光的信号，且红外像素在经由红外像素接收的红外带宽内生成指示光的信号。选择性红外滤光片集成在图像传感器上。选择性红外滤光片阵列包括在可见像素中按过滤传播的红外带宽内的光而配置的选择性红外像素滤光片。通过这种方式，可减少可见像素中的红外串扰。在一部分实施例中，选择性红外滤光片阵列过滤650-800mm带宽的光和/或850+/-50mm带宽周围的光。例如，这种材料可从富士胶片电子材料(Fuji Film Electronic Materials)中获取。

其他方面包括构成、设备、系统、改善、方法、工艺、应用、计算机可读介质以及与上述中任一个相关的其他技术。

附图说明

本发明的实施例当参考附图时具有从下述详细说明和附属权利要求项中更加明显的其他优点和特征。

图1A是根据本发明一个实施例的利用传感器组件的共享传感器成像系统即多光圈的框图。

图1B示出用于捕获图1A的共享传感器成像系统中的可见光和红外光的传感器组件的滤光片设计的一个示例。

图2A是根据本发明一个实施例的使用选择性红外滤光片阵列的共享传感器成像系统的剖面图。

图2B是适用于图2A的共享传感器成像系统的传感器组件的剖面图。

图2C示出经由图2A的共享传感器成像系统的可见像素捕获的光的光谱响应。

图2D示出经由图2A的共享传感器成像系统的红外像素捕获的光的光谱响应。

图2E是适用于图2A的共享传感器成像系统的传感器组件的框结构的平面图。

图3A是根据本发明一个实施例的利用较长波长红外截止(cutoff)滤光片的共享传感器成像系统的剖面图。

图3B示出经由图3A的共享传感器成像系统的可见像素捕获的光的光谱响应。

图3C示出经由图3A的共享传感器成像系统的红外像素捕获的光的光谱响应。

图4A至图4C示出根据本发明一个实施例的多光圈影像系统的操作。

图5A是根据本发明另一实施例的使用多带滤光片的共享传感器成像系统的剖面图。

图5B是图5A的多带滤光片的一个实施例的示图。

图5C示出经由图5A的共享传感器成像系统的可见像素捕获的光的光谱响应。

图5D示出经由图5A的共享传感器成像系统的红外像素捕获的光的光谱响应。

图6是根据本发明一个实施例的使用多带滤光片的另一个共享传感器成像系统的剖面图。

图7是根据本发明一个实施例的用于捕获可见光和红外光的影像系统的剖面图。

附图示出了仅用于说明意图的多种实施例。本领域的技术人员可容易地从下述说明中认识到在不脱离本发明思想的前提下在此说明的结构和方法的替代实施例可被利用。

具体实施方式

附图和下述说明仅是涉及优选实施例的示例。应该注意从下述的说明中，本说明书中说明的结构和方法的替代实施例可被容易地认作为在不脱离所要求思想的前提下可被使用的多种替换。

图1A是根据本发明一个实施例的利用传感器组件的共享传感器成像系统即多光圈的框图。图像系统可是数码相机的部分或集成于移动手机、网络摄像机、生物传感器、影像扫描器或其他任何要求图像捕获功能的多媒体设备。图1A所示的系统包括成像光学系110(例如，透镜和/或反射镜系统)、多光圈系统120和图像传感器130。成像光学系110从场景(scene)将对象物在图像传感器130上成像。在图1A中，对象物150在焦点上，因此对应图像160位于图像传感器130的平面。如图4所示，并不是一直如此。位于其他深度的对象物在图像传感器130上将不对准焦点。

多光圈系统120包括至少两个光圈，如图1所示光圈122和124。在该示例中，光圈122是限制可见光传播的光圈，且光圈124限制红外光传播。在该示例中，两个光圈122和124位于一起但其也可分离。这种多光圈系统120通过波长选择性光学元件例如波长滤光片可被实现。为了方便，用于实现光圈的波长滤光片将被称为光圈滤光片。不同类型的光圈滤光片的示例在下表进行说明。正如在本发明中使用的，术语例如“光”、“光学系”和“光学”等并不意味着局限于电磁光谱的可见部分，也可包括成像发生之包含红外的电磁光谱的其他部分。

图像传感器130全部检测与光圈122相对应的可见图像和与光圈124相对应的红外图像。实际上，存有共享单一传感器阵列130的两个成像系统：使用光学系110、光圈120和图像传感器130的可见成像系统；以及使用光学系110、光圈124和图像传感器130的红外成像系统。虽然在该示例中成像光学系110被两个成像系统充分共享，但此并不需要。此外，两个成像系统不必是可见且是红外的。其可是其他光谱组合，例如，红和绿，或红外和白(例如，可见但不具有颜色)。

图像显示器130受电磁辐射的曝光典型地被快门170和多光圈系统120的光圈控制。当快门170打开时，光圈系统控制光量以及曝光图像传感器130光的准直度。快门170可以是机械快门或者该快门可是集成在图像传感器中的电子快门。图像传感器130包括形成两维像素阵列的感光部位(像素)的行与列。图像传感器可是互补金属氧化物半导体(CMOS，Compliment Metal Oxide Semiconductor)有源像素传感器或电荷耦合元件(CCD，Charge Coupled Device)图像传感器。或者，图像传感器可涉及其他Si(例如，a-Si)、III-V(例如，GaAs)或基于导电高分子的图像传感器结构。

当光经由成像光学系110投射到图像传感器130时，每个像素生成一个电子信号，该电子信号指示入射到该像素的电磁辐射(能量)。为了分离投射到图像传感器130的成像平面的图像的不同光谱分量，将光谱滤光片阵列132置于成像光学系110和图像传感器130之间。光谱滤光片阵列132可与图像传感器130集成以形成传感器组件，从而图像传感器的每个像素具有相应的像素滤光片。每个光谱滤光片用于将预定波长带宽的光传至像素。通常，使用红、绿和蓝(RGB)滤光片与红外(I)滤光片的组合。然而，也可以使用其他滤光片方案，例如，CYGMI(青色、黄色、绿色、品红色、红外)、RGBEI(红色、绿色、蓝色、翠绿色、红外)等。或者，图像传感器可具有红色、绿色和蓝色传感器元件互相层叠而非依赖于单独像素滤光片的层叠设计。红外传感器元件可是该层叠的一部分用于形成RGBI层叠，或可与RGB层叠分开实现。

曝光的图像传感器130的每个像素生成与透过和该像素结合的光谱滤光片阵列132的电磁辐射成比例的电子信号。像素阵列因此生成表示透过该光谱滤光片阵列132的电磁能量(辐射)的光谱分布。从像素接收的信号通过使用一个或多个片上放大器(on-chip amplifier)可被放大。在一个实施例中，图像传感器的每一个光谱频道可使用一个单独的放大器被放大，因此允许针对不同的波长带宽单独地控制ISO速度。

进一步，像素信号通过使用可被集成在图像传感器130的芯片上的一个或多个模数(A/D，Analog to Digital)转换器，可被样本化、量子化且转换为数字格式。数字化的图像数据经由处理器180例如与图像传感器耦合的数字信号处理器被处理，其被配置来执行公知的信号处理功能例如插值、过滤、白平衡、亮度校正、和/或数据压缩技术(例如，MPEG或JPEG格式技术)。

处理器180可包括用于获取与经由多光圈成像系统100捕获的图像相结合的深度信息的信号处理功能184。信号处理功能可提供具有包括各种深度的焦点、焦点控制和立体3D图像浏览功能的拓展成像功能的多光圈成像系统100。

处理器180可与额外的计算资源相耦合，例如额外的处理器、用于存储捕获的图像的存储内存以及用于存储软件程序的程序内存。控制器190也可被用于控制和协助成像系统100中的构成的操作。在此记载的经由处理器180执行的功能可在处理器180、控制器190和额外的计算资源中进行分配。

图1B示出用于捕获图1A的共享传感器成像系统中的可见光和红外光的传感器组件的滤光片设计的一个示例。在图1B的设计中，传感器组件内的颜色像素接收可见带宽I内的光，其波长最长为约650nm。传感器组件具有额外的颜色像素滤光片(例如，R，G，B颜色像素滤光片)，其未显示在图1B中，且将可见带宽I细分为单个颜色要素。传感器组件内红外像素接收红外带宽II么的光，在本示例中，其波长范围大约是800-900nm。在本示例中，可见带宽I和红外带宽II通过大约650-800nm的缓冲带宽而被分开。

图1B示出多带宽滤光片138、可见滤光片阵列132C和红外滤光片阵列1321的理想光谱响应。多带宽滤光片138显示根据传感器组件的外部构成要素的波长过滤的净效应(net effect)。例如，其可作为如图所示具有连个通频带的单一波长滤光片而实现。或者，其可作为多个构成元素而实现，例如，切断长于900纳米波长的一个波长滤光片加上切断650-800纳米之间带宽的第二波长滤光片。可见带宽I和红外带宽II全部通过多带宽滤光片138。

然而，传感器组件的可见像素应仅检测可见光而不是红外光。颜色滤光片阵列132C过滤向可见像素传播的红外光。在大多数设计中，可不是单一形态的可见像素滤光片。相反，可使多种形态的颜色像素滤光片(例如，R、G、B像素滤光片)从而图1B所示的光谱响应132C意味着代表这些不同形态的聚合响应。类似地，传感器组件的红外像素应仅检测红外光而不是可见光。红外滤光片阵列132I过滤向红外像素传播的可见光。

需要注意可见带宽I根据多带宽滤光片138和颜色滤光片阵列132C的聚合效应而被决定。在图1B中，针对多带宽滤光片138的650纳米的截止波长由于短于颜色滤光片阵列132C，因此多带宽滤光片138针对可见带宽I决定长波长界限。实际上，关于颜色滤光片阵列132C的截止波长可在650-800纳米之间的任意处发生，只要颜色滤光片阵列132C仍过滤IR带宽II。或者，颜色滤光片阵列132C可具有较短的截止波长，或两个滤光片协力运作以来决定有效的截止波长。除此之外，颜色滤光片阵列132C也能透过红外波长只要其长于900纳米，其原因在于多带宽滤光片138过滤这些较长的波长。类似的备注(remarks)针对IR带宽II也适用于多带宽滤光片138和IR滤光片阵列132I。

从下述的实施例可得知，不需要图1B中示出的特定波长。可见带宽I和红外带宽II相比所示的可占据不同的波长带宽。在部分设计中，可见带宽I和红外带宽II可连续或重复。由于大部分的波长构成要素不具有图1B所示的理想性能，因此可期待带宽之间的混合。

在图1A中，颜色滤光片阵列132C和红外滤光片阵列132I是光谱滤光片阵列132的一部分。图1A也提供了多光圈系统120以定义用于两个带宽I和II的不同大小的光圈。在该示例中，颜色带宽I从较大的光圈122中提供图像且红外带宽II从较小光圈124中提供图像。因此，多光圈系统120可被实现为针对较小光圈124外部的区域切断红外带宽II的波长元件。两个图像进行比较以推定深度信息。

图2A至图2E根据本发明一个实施例示出使用选择性红外滤光片阵列260的共享传感器成像系统200。图2A是共享传感器成像系统200的剖面图。该系统包括成像光学系110、光圈滤光片210、机械光圈217、具有810纳米截止的红外截止滤光片220(截止可被定义为传播降低至最大值50％的波长)、以及传感器组件270。传感器组件270包括黑滤光片阵列240、红颜色滤光片阵列230R、绿颜色滤光片阵列230G、蓝牙色滤光片阵列230B、选择性红外滤光片阵列260、以及具有感光像素阵列的图像传感器130。

系统200按具有用于可见带宽内的光的第一光圈的成像系统而动作，且按具有用于红外带宽内的光的另一第二光圈的成像系统而动作。可见光圈典型地大于红外光圈。这种双光圈结构根据光圈滤光片210实现。光圈滤光片210是多区域波长滤光片。即，其具有不同波长响应的多区域。在图2A中，多区域波长滤光片具有图2中透明所示的中心区域，且在图2中具有画有交叉阴影线(cross-hatched)外侧环纹(annular)区域。中心区域透过全部波长。外侧区域具有光谱响应215。其是传送最大约650纳米的可见光且过滤长于650纳米的波长的短通滤光片。

在该实施例中，光圈滤光片210是在外侧区域涂覆红外隔离材料的玻璃片(glass disk)。中心区域不涂覆或可是物理性的孔。光圈滤光片210可根据具有与透明涂覆相关的小直径涂层的中心的多层涂覆技术来制作。在一个实施例中，光圈滤光片210可经由沉积各种指数的材料，例如，交替沉积具有高折射指数(例如，二氧化钛TiO₂)和低折射指数(例如，二氧化硅SiO₂)，通过利用光波的干扰性而进行制造。

穿过光圈滤光片210的光被成像光学系110传导至传感器组件270。光被设定可见光圈大小的机械光圈270物质性限制。其也被具有光谱响应225的810纳米红外截止滤光片220过滤。其是能传送最大约810纳米的可见和红外光且过滤长于810纳米波长的短通滤光片。

传感器组件270还可包括部分集成的滤光片：红色滤光片阵列230R、绿色滤光片阵列230G、蓝色滤光片阵列230B、选择性红外滤光片阵列260和黑滤光片阵列240。相应的光谱响应分别由曲线235R、235G、235B、265和245 显示。针对颜色像素，红色像素滤光片230R、绿色像素滤光片230G和蓝色像素滤光片230B为图像传感器130中的可见像素提供相应的颜色响应。选择性红外滤光片阵列260如图2C所说明的，若未过滤红外光，则由图像传感器130传送至可见像素。黑滤光片阵列240是具有约800纳米截止波长的长通滤光片，其中该传送增至最大值的50％。

图2B是适用于图2A的共享传感器成像系统的传感器组件的剖面图。传感器组件270利用CMOS制造技术而被制造。从下到上，传感器组件270包括光电二极管130(例如，图像传感器像素)的阵列、钝化层276、红外/颜色滤光片阵列(ICFA)274和微透镜阵列271。传感器组件也包括其他电路和互连线，其并未详细显示。结合在硅基板的光电二极管130将光转换为电子信号。钝化层276位于有效电路上部用于绝缘。ICFA包括RGB滤光片阵列230、选择性红外滤光片阵列260和黑滤光片阵列240。ICFA位于钝化层276上部且位于微透镜阵列271下部。微透镜阵列271将经由ICFA过滤的光聚焦于光电二极管130。每个微透镜可与一个光电二极管相结合。

选择性红外滤光片阵列260包括用于过滤传播到可见像素的红外串扰的选择性红外像素滤光片。选择性红外像素滤光片260如图2B所示可位于颜色像素滤光片230和颜色像素130之间。在一个实施例中，选择性红外像素滤光片由可从富士胶片电子材料中获取的材料而制成。

黑滤光片阵列240包括用于过滤传播到红外像素的可见串扰的黑像素滤光片。黑像素滤光片由具有针对光谱的红外带宽中的波长高透射率的滤光片材料而制成。在一个实施例中，黑滤光片由可由富士胶片电子材料提供的材料而制成。在另一实施例中，黑滤光片由布鲁尔科技(Brewer Science)销售的黑聚酰亚胺材料(商标为“DARC 400”)制成。这些黑滤光片具有不同的截止波长。图2A所示的黑滤光片具有约800纳米的截止波长。

滤光片阵列在US2009/0159799“Color infrared light sensor,camera and method for capturing images”中进行了更详细的记载，其被作为参考结合在此。

如图2B所示，滤光片阵列可全部接收可见和红外光。红色滤光片阵列230R具有光谱响应235R(如图2A和C所示)且传送红色和红外光。选择性红外滤光片阵列260过滤红外光且仅允许红光到达下层的光电二极管。针对绿色滤光片阵列230G和蓝色滤光片阵列230B也发生类似的过程。

图2C针对经由图像传感器的可见像素130R、G、B捕获的光示出用于多光圈成像系统的全部光谱响应。参考图2A，经由可见像素130捕获的光透过光圈滤光片210、红外截止滤光片220、颜色滤光片阵列230R、G、B中的一个以及选择性红外滤光片阵列260。现先忽略光圈滤光片210。图2C示出所有其他滤光片的光谱响应。可看出，用于三个颜色像素滤光片230R、G、B的光谱响应延伸至红外范围。尤其是，光谱响应235R示出红色像素滤光片230R将因红外泄露导致强光谱串扰的强红外光发送至红色像素130R。由于图像传感器130对红外辐射的感光度约高于其对可见光感光度的四倍，因此其具有很大的影响。光谱串扰会影响图像质量(例如，颜色校正、颜色再生、噪音)、动态范围、以及深度预测的准确性。

选择性红外像素滤光片260显著地降低光谱串扰。265示出选择性红外像素滤光片260的光谱响应，其大致具有由抑止频带划分的两个通带。第一通带包括可见光且然后从650纳米90％透光率将至大约850-900纳米零透光率。第二通带传送大致从850-900纳米的光。290C针对红外截止滤光片225、颜色滤光片阵列235(由代表三色像素滤光片的一般光谱行为的聚合曲线而表示)、以及选择性红外滤光片阵列265。由阴影区域显示的聚合颜色响应290C不是计算的实际响应，该响应要求将构成光谱响应相乘。进一步，阴影区域仅意在表示系统的一般光谱行为。尤其是，与光谱响应235相比，聚合颜色响应290C的红外光被选择性红外像素滤光片显著降低，其为可见像素130R、G、B降低光谱串扰。

参考图2B，针对红外像素130I，黑滤光片阵列240过滤可见光且将红外光传送到钝化层276。图2D针对经由图像传感器的红外像素130I捕获的光，示出用于多光圈成像系统200的全部光谱响应290I。图2D与图2C方法相同。光谱响应225和235是用于传送到红外像素130I的光所遇到的滤光片元素。聚合红外响应290I在底部图中示出。如图2C，阴影区域示出主要光谱贡献中的重叠且仅意在表示系统的一般光谱行为。红外像素130I从大约750-810纳米的波长带宽中接收红外光。

图2C和图2D忽略光圈滤光片210的影响，其是在中心区域的全通滤光片和在外侧区域具有大约650纳米截止波长的短通滤光片。针对来自中心区域的光，光圈滤光片210针对图2C和图2D所示的光谱响应就没有任何影响。即，传播到颜色像素130R、G、B的光将仍经受图2C所示的光谱滤光且传播到红外像素130I的光将仍经受图2D所示的光谱滤光。针对来自外侧区域的光，光圈滤光片210将有效过滤大于650纳米的波长。根据需要将有效阻止至红外像素130I的传送，且将进一步降低向颜色像素130R、G、B的红外串扰。

在图2A和图2B中，像素130按直线阵列示出。其并不是必须的。例如，图2E是根据本发明一个实施例传感器组件270的框结构282的平面图。传感器组件270具有框像素，例如2X2像素的框282，其中每个框包括红色、绿色、蓝色和红外(RGBI)像素。这种传感器组件的配置在US2009/0159799“Color infrared light sensor,camera and method for capturing images”中进行了更详细的记载，其被作为参考结合在此。典型的像素大小范围为0.8至2微米，且典型地不大于4微米。

传感器组件270的像素数量取决于第二光圈的大小和框中像素的数量。传感器组件270典型地包括排列于具有像素至像素间隔不大于4微米的矩形阵列的2-16百万RGBI像素。典型地，传感器组件270的大小为1/4英寸或更大。传感器组件270生成用于形成原始马赛克图像的可见信号和红外信号。可使用去马赛克工艺从该马赛克颜色图像中重建全解析度颜色图像。

在图2A至2D的示例中，红外截止滤光片220具有大约810纳米的截止波长。然而，因为选择性滤光片阵列260过滤向可见像素的红外光，因此红外截止滤光片的截止波长可被延伸至更长的波长。

图3A至图3C示出如此示例。图3A是利用较长波长红外截止(cutoff)滤光片320的共享传感器成像系统的剖面图，其具有大约900纳米而不是810纳米的截止波长。红外截止滤光片320是传送具有波长长至大约900纳米的可见光和红外光的短通滤光片。图3A也示出这种滤光片320的光谱响应325。否则，系统300与系统200相同。较长截止波长可由选择性红外像素滤光片的光谱响应265决定。例如，其可被选择为光谱响应265增至一定阈值的波长。

图3B和图3C示出该系统的光谱响应。除了光谱响应225被光谱响应325替代以外，其与图2C和图2D相同。将图3B与图2C相比，具有波长为850纳米至900纳米的稍微多数量的红外光被聚合颜色响应390C传送。然而，这种额外的红外串扰仍少于当仅颜色像素滤光片(曲线235)被使用时的情况。将图3C与图2D相比较，聚合响应390I示出更多的红外光被红外像素130I所接收。

通过利用选择性红外滤光片260，在本示例中，红外截止滤光片320的截止波长可被从810纳米延长至900纳米。其结果是，经由红外像素接收的红外光数量增加，导致更高的SNR。当红外图像数据被用来计算深度信息，该增加的信息能产生更准确的深度预测。

例如，在一应用中，多光圈系统可被用来提高景深(DOF，Depth of Field)或相机的其他深度方面。DOF决定当图像被捕获时距离位于焦点处的相机的距离范围。在该范围内对象物则是可接受性地清晰。针对中远距离和给定图像格式，DOF由成像光学系N的焦距、与透镜开口(光圈)结合的f数、和/或对象物至相机距离而决定。光圈越宽(接收的光越多)，DOF越被限制。多光圈成像系统的DOF方面在图4中进行说明。

图4A至图4C示出根据本发明一个实施例的多光圈影像系统的操作。参考图4B，其示出在图像传感器430中对象物150的成像。可见光和红外光经由多光圈系统420可进入成像系统。在一个实施例中，多光圈系统420可是滤光片涂覆的透明基板。一个滤光片涂层424具有直径为D1的中央圆孔。该滤光片涂层传送可见光且反射和/或吸收红外光。不透明罩422具有直径为D2的较大圆形开口。罩422不传送可见光或红外光。其可是发射红外光和可见光的薄膜涂层，或该罩可是光学系统中用于把持和定位基板的不透明支持物的一部分。通过这种方式，多光圈系统420起到用于可见光的直径为D2的圆形光圈和用于红外光的较小直径为D1的圆形光圈。可见光系统相比红外光系统具有较大的光圈和较快的f-数。透过光圈系统的可见光和红外光经由成像光学系410投射到图像传感器430。

图像传感器的像素因此接收针对可见光的更宽光圈光学图像信号452B，针对红外光，覆盖第二较窄光圈光学图像信号454B。较宽光圈可见图像信号452B具有较短的DOF，而较窄光圈红外图像信号454具有更长的DOF。在图4B中，对象物150B位于焦点N的平面，以使相应图像160B位于图像传感器430的焦点。

靠近透镜的焦点N的平面的对象物150被投射至具有相对较小散焦模糊的图像传感器平面430。远离焦点N的平面的对象物被投射至位于图像传感器430前方或后方的图像平面。因此，经由图像传感器430捕获的图像模糊。因为可见光452B相比红外光454B具有较快的f-数，因此随着对象物150移动远离焦点N的平面，可见图像相比红外图像将更快变模糊。其由图4A和图4C以及每个图右侧的模糊表而显示。

图4B的大部分示出从对象物150B到图像传感器430的光束传播。图4B的右手侧也包括模糊表435，其示出自对象物的轴上点152起由可见光和红外光导致的模糊。在图4B中，轴上点152生成相对小的可见模糊432B且生成也相对小的红外模糊434B。其是因为在图4B中，对象物处于焦点。

图4A至图4C示出散焦的影响。在图4A中，对象物150A位于焦点N的标准平面的一侧。其结果是，相应图像160A形成在图像传感器430前方的位置。光传播额外的距离至图像传感器430，因此生成相比图4B更大的模糊点。因为可见光452A是更快的f-数，因此其更快偏离且生成更大的模糊点432A。红外光454是较慢的f-数，因此其生成不大于图4B的模糊点434A。如有f-数足够慢，红外模糊点将被视为在穿过关注深度的范围具有恒定的大小。

图4C示出相同效果，但其在相反方向。在此，对象物150C生成将处于图像传感器430后方的图像160C。图像传感器430在其到达实际图像平面之前捕获光，从而导致模糊。由于更快的f-数，可见模糊点432C较大。由于较慢的f-数，红外模糊点434C与散焦变得更慢。

可见像素捕获可见光数据且被用于生成现有全解析度颜色图像。红外像素捕获红外光数据且被用于增强图像的清晰度。两数据组间清晰度的不同被用于预测图像中对象物的深度。

后处理功能的示例，包括用于计算清晰度和/或深度的变数，在美国申请号13/144,499“Improving the depth of field in an imaging system”；美国申请号13/392,101“Reducing noise in a color image”；美国申请号13/579,568“Processing multi-aperture image data”；美国申请号13/579,569“Processing multi-aperture image data”以及美国申请号13/810,227“Flash system for multi-aperture imaging”进行了记载，其整体被结合在此。

参考图1B，多带宽滤光片138设计用来在单独的波长带宽中传送可见光和红外光。多带宽滤光片138的红外光通带设计用来定位在红外滤光片阵列132I的通带内且定位在可见滤光片阵列132C的抑止频带内。通过这种方法，来自多带宽滤光片138的传送红外光被压缩在可见像素，且被红外像素而接收。图5至图7针对使用多带宽滤光片的成像系统给出与红外滤光片阵列相集成的传感器组件的使用的示例。

图5A至图5D示出一个示例。图5A是使用多带滤光片520而不是图2和图3中的红外截止滤光片220和320的共享传感器成像系统500的剖面图。多带宽滤光片520具有两个通带：一个用于长至约650纳米的波长，且另一个用于约800纳米至900纳米的波长。图5A也示出这种滤光片520的光谱响应525。否则，系统500与系统200和300相同。

图5B是多带宽滤光片520的一个实施例的示图，其在玻璃基板512的相反一侧与光圈滤光片210相集成。光圈滤光片210涂覆在玻璃基板512的顶部侧(入射光表面)且多带宽滤光片520涂覆在玻璃基板的底部侧。光圈滤光片210与前述记载相同。其具有中心区域传送所有波长以及外侧区域过滤红外波长(例如，具有650纳米的截止波长)。玻璃基板512基于光学属性例如吸收系数、折射指数、色散、相对介电常数等而被选择。玻璃基板512的总厚度优选为0.3毫米或更小。多带宽过滤片520包括两个或多个透明过滤片图层，通过沉积各种指数的材料而制成。光谱响应525(如图5A、D)示出多带宽滤光片520在可见带宽和红外带宽内传送光但过滤在可见和红外通带之间抑止带宽的光。在本示例中，可见带宽长至波长650纳米且红外带宽是从800纳米到900纳米。

图5C和图5D示出系统的光谱响应。除了光谱响应225和325被光谱响应525替代以外，其与图2和图3相同。从图5C的顶部表可看出，用于多带宽滤光片520的第二通带允许红外光的部分泄露至可见像素130R、G、B，但由于选择性红外滤光片260的良好滤光片特性并不是太多。此外，多带宽滤光片520也降低具有波长为650纳米至800纳米的大量红外串扰。

在图5D的底部图中可看出，多带宽滤光片520允许红外像素130I在波长频带为800纳米至900纳米内接收更多的红外光，其因此增加用于红外信号的SNR。

图6示出多带宽滤光片使用的另一个示例。在该示例中，红光，而不是红外光，被用于获取深度信息。图6是使用光圈滤光片620的共享传感器成像系统600的剖面图。除了图5中的光圈滤光片210被光圈滤光片620替代以外，系统600与系统500相同。光圈滤光片620的外侧区域具有传送长至约580纳米的可见光且过滤大于580纳米可见波长的光谱响应625。外侧区域有效过滤红光(波长在约580-650纳米的范围)，意味着红光将仅经受被中心区域定义的较小光圈而非较大的全部光圈。滤光片620也在800-900纳米带宽内通过红外波长。

因此，图6的红光可起到与图5A的红外光相似的作用。由于红色图像经由较小的光圈曝光，因此红色(R)图像将具有较大景深。绿色(G)、蓝色(B)和红外(I)图像由于其经由较大的光圈曝光，因此具有较小的景深。系统600可被用于生物识别(例如，IRIS和脸部识别)或与深度地图一起使用高质量红外和颜色图像的其他应用。

与选择性红外滤光片集成的传感器组件的应用并不局限于多光圈成像系统。其可用于捕获可见光和红外光的其他成像系统或设备，例如使用IrED用于照亮对象物的相机。图7示出这种应用。图7是用于捕获可见光和红外光的成像系统700的剖面图。除了光圈滤光片210、620被移除且多频带滤光片520被移动到其他位置(虽然在图6和图7中其也可留在相同位置)以外，系统700与系统500和600相同。由于没有光圈滤光片，因此每个R、G、B、I图像经由相同光圈被曝光。即，系统700捕获RGBI图像。R、G、B像素被颜色滤光片阵列230和选择性红外滤光片阵列260过滤，其过滤红外波长。I像素被黑滤光片阵列240过滤，其过滤可见波长。在一个替代设计中，多带宽滤光片525的可见通带可贯穿约400-650纳米。

具有选择性红外滤光片的图像传感器(也指传感器组件或具有红外/颜色滤光片阵列的图像传感器)并不局限于上述实施例。具有选择性红外滤光片的图像传感器也可用于使用具有深度地图的高质量颜色图像的散焦或自对对焦应用。在使用模糊图像预测深度的实施例中，清晰红外图像可帮助提高深度分辨率。在结构光被投射来测量用于姿势追踪的深度的实施例中，红外光束不降低颜色图像可被使用。

并且，具有选择性红外滤光片的图像传感器可用于各种应用，例如，平板、数码相机(数码静态相机、数码视频相机、任何其他可捕获可见和红外光的合适数码相机)、安全系统、游戏、手势检测、PC多媒体、动作追踪、或其他任何适合应用，包括那些使用深度信息、高频信息、3D信息、动态信息。此外，具有选择性红外滤光片的图像传感器在不同的照明下工作，例如，直接的太阳光、或其他任何提供可见和红外光的适合照明。

虽然详细的说明包括很多示例，但这些并不应该构建为限制本发明的范围，且其仅是用于说明本发明的不同示例和方面。其应该被理解为本发明的范围包括上述未被具体讨论的其他示例。例如，波长过滤可通过多种不同方法而实现，包括吸收或反射不需要的光，例如，吸收型滤光片或二色性型滤光片。过滤也不需要将光等级降至零或具有像从传送到隔离之转换的步进功能，其能从附图中的各种光谱响应中看出。进一步，本发明的范围也并不局限于上述示例中描述的具体波长方案和光圈滤光片。

此外，本发明的范围也不局限于上述所给示例中的具体数字。红外带宽可由几个要素例如SNR、检测感光度、图像质量、照明资源的光学特征(例如，光谱、强度、吸收或散射)、长/短距离应用、和室内/室外环境而决定。例如，810纳米的红外截止可被用于在直接、明亮的太阳光下追踪手势用于捕获具有深度消息的颜色图案。另一个示例，由于检测的红外光的增加数量，900纳米红外截止可被用于提高感光度和SNR。红外截止滤光片可是短通滤光片、带通滤光片、过滤预定红外带宽之外的红外光的其他适合滤光片、或上述的结合。可见或颜色带宽由用于颜色再生经由图像传感器130需要的颜色而被决定。例如，可见带宽的波长可以为650纳米或多个600买水。

如上所述，虽然根据实施例所限定的实施例和附图进行了说明，但对本技术领域具有一般知识的技术人员来说能从上述的记载中进行各种修改和变形。例如，根据与说明的技术中所说明的方法相不同的顺序来进行，和/或根据与说明的系统、结构、装置、电路等构成要素所说明的方法相不同的形态进行结合或组合，或根据其他构成要素或均等物进行替换或置换也可达成适当的效果。

因此，其他具体体现、其他实施例以及与权利要求范围相均等的都属于所述的权利要求所保护的范围。