专利名称：宽频带光感像素阵列的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及图像传感器，更具体涉及基于通过互补金属氧化物半导体(CMOS)技术制造的集成电路的图像传感器。
背景技术：
使用电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的数字成像器在以下领域中很有用安全(例如人脸识别、人脸跟踪)、汽车安全(对象分类、行人识别、车道跟踪)以及诸如内窥镜检查法的医疗诊断技术，在医疗诊断技术中可视图像可以轻易地指出异常组织。许多这样的系统中的主要限制在于高故障率(包括错误的负向和错误的正向响应)，这是由于系统不能够从2-D可视图像中提取足够频谱信息(例如，区分碎石与行人)，或者图像系统过分复杂而造成的。
在某些军事和科学应用中，通过使用多传感器获取了足够的信息，从而在宽带上以相同观点、大小和读数，产生分离频谱图像，包括可见光频谱和近红外的频谱。然后通过将来自红外的热特征与可见频谱信息相叠加，来将多频谱图像集成到单宽频带图像，从而使观察对象不明确的识别较少些。类似的策略用于内窥镜检查法，其中将来自两个照相机的输出(一个对绿波长区域敏感，有一个对红敏感)组合，以区分异常组织和正常组织。
这些系统需要多传感器(或组合有分光计的传感器)、用于显示红外线的外来(exotic)半导体技术以及复杂的图像处理方法以叠加多图像。
关于使用连接有CCD成像设备的分光计的系统的两个文档是Gil等在2001年8月21日申请的题为“Spectral Bio-Imaging of the Eye”的美国专利6,276,798以及Meglinsky等所著的、发表于Proc.SPIE Vol.4241，pp.78-87，5/2001的“Modeling of skin reflectance spectra”。如上所提到的，这些类型的系统可以在所需的不同频段上产生多帧图像，但其主要由于分光计而十分复杂和昂贵。
关于可以在两个或更多红外能量频带获得多帧图像的系统的文档是Pavlidis等在2002年4月9日提交的题为“Near-IR Human Detector”的美国专利6,370,260(在此也称之为’260专利)，以及Razeghi在2002年7月16日提交的题为“Multi-Spectral Quantum Well InfraredPhotodetector”的美国专利6,420,728(在此也称之为’728专利)。’260专利使用两个照相机来获取滤波到两个红外波长频段(0.8到1.4微米和1.4到2.2微米)的场景的两幅图像，并处理这两幅图像以将其融合到一起。这实现起来计算密集并且代价昂贵。’728专利描述了用于制造光检测器的技术，该光检测器基于电磁频谱红外部分的多个频段内入射到有源电路上的组合能量而产生输出，但是所述的设计使用了相对较昂贵的化合物半导体材料组合，其仅对红外能量有响应。
所需的是一种节约成本的技术，用于产生包括宽带(即至少可见光和近红外)信息的图像帧。
通过举例的方式来图示说明本发明，但本发明并不局限于这些附图，在附图中，相似的参考标号指示相近的元件，其中图1是根据本发明优选实施例示出宽带光感像素阵列的平面图；图2是根据本发明优选实施例，图1中所示图像传感器的一个像素组的平面图；图3是根据本发明优选实施例的像素组的电结构示意框图；图4和5是根据本发明优选实施例、具有光敏二极管反向电压与曝光时间曲线的图；图6是根据本发明优选实施例的像素测量电路的电结构示意框图；图7是根据本发明优选实施例的一个像素组的平面图；和图8是根据本发明优选实施例、用于宽频带光感像素阵列的方法的流程图。
本领域技术人员将认识到，图中元件是为了简洁清楚的目的而示出的，无需按比例绘制。例如，图中某些元件的尺寸相对于其他元件来说可能是夸张的，这是为了有助于增进对本发明实施例的理解。
具体实施例方式
在详细描述根据本发明的特殊光感像素阵列之前，应该观察到，本发明主要在于与光感像素阵列有关的装置元件的组合。因此，装置元件和方法步骤在图中通过常规的符号适当地表示，仅示出了那些与理解本发明有关的特定细节，以使本公开的细节不至于模糊，这对于在此明白本描述利益的本领域普通技术人员来说将会显而易见。
参看图1，平面图示出了根据本发明优选实施例的宽频带光感像素阵列100。宽带光感像素阵列100包括一组像素组102和控制电路区110、115。这组像素组102包括形成在阵列中、电连接到控制电路108的像素组105，控制电路108位于控制电路区110、115。控制电路108从像素组105收集信息以形成图像帧，诸如产生“静止”图片，或形成周期帧以形成视频图像。通过信号120将这些帧连接到帧存储器或另一处理器(图1中未示出)。
参看图2，根据本发明优选实施例，示出了宽频带光感像素阵列100的一组像素组102中的一个像素组105的平面图。像素组105包括一组可见光像素，其包括一组CMOS光检测器205、215、225以及相应的一组不同可见光频带的单色像素光滤波器206、216、226，每个单色像素光滤波器位于每个对应的CMOS光检测器之前。每个CMOS光检测器205、215、225包括光敏硅二极管结(光电二极管)区202。每个单色像素光滤波器覆盖至少CMOS光检测器205、215、225之一的光敏区202。单色像素光滤波器和相应的CMOS光检测器组合的结果是，每个可见光像素检测波长范围(也称作光频带或色彩通道)内光能量，优选地被确定为与可见色彩蓝、绿、红中的一种相关联。例如，光检测器205是蓝光检测器，光检测器215是绿光检测器，光检测器225是红光检测器。在每个CMOS光检测器205、215、225内包括一个区域，其包括像素电路210、220、230。每个像素电路210、220、230包括连接到硅光检测器的电子元件，其将入射到光检测器上的光所产生的模拟信号转换成数字电信号(称为可见光输出信号)。像素电路210、220、230通常是相同的或者彼此非常类似。
像素组105是独特的，因为它还包括包含CMOS光检测器235的近红外光像素以及位于CMOS光检测器235之前的近红外像素光滤波器236。CMOS光检测器235包括硅光检测器，具有光敏硅二极管结(光电二极管)区202。称为红外的光波长的范围以及称为近红外的光波长的子范围并没有精确地定义，但红外波长通常被认为从大约0.780微米(可见光频谱的低频端)到5至10微米范围中的某处，而近红外波长通常被认为从大约0.780微米到超过1微米的某处。对于本发明，包括在近红外中的波长是包含CMOS光检测器235和近红外像素光滤波器236的光像素可以在用于所需使用(例如移动对象对静止对象)的时间内获取可测量响应的波长。此范围可以窄到与不限制整体透射率而制造的实际滤波器一样。该范围的长波长端是有限的，其中，由CMOS光检测器的灵敏度和近红外像素光滤波器到较长波长的透射率而限制。包括在CMOS光检测器235区内的区域包括像素电路240。像素电路240包括连接到硅光检测器的电子元件，硅光检测器将入射到光检测器上的光所产生的模拟信号转换成数字电信号，称为近红外光输出信号。
可见光输出信号和近红外光输出信号通过列/行矩阵寻址连接到控制电路108，其中列/行矩阵寻址可以是常规的或独特的设计。控制电路108随后处理来自所有像素组105的可见光输出信号和近红外光输出信号，以产生帧图像信号120。
每个可见光和红外光像素优选设计为，对于通常的成像应用，一边上大约3到20微米，并且四个光像素的彼此排列结构相当随意。一组像素组102的可见光滤波器206、216、226和红外光滤波器236优选使用染料构图光抗蚀剂来制造，但本发明不局限于该技术。
参看图3，根据本发明优选实施例，示出了像素组105的电结构示意框图。一组可见光像素的CMOS光检测器205、215、225包括蓝光电二极管310、绿光电二极管320和红光电二极管330，以及三个光电二极管复位晶体管蓝光电二极管复位晶体管312、绿光电二极管复位晶体管322和红光电二极管复位晶体管332。由于对应的可见光滤波器206、216、226(图2)，每个光电二极管310、320、330基本上响应对应于其各自名称的色彩频带内的光，并基本上不响应其他色彩频带中的光。在图3所示的电路中，蓝光电二极管310的阴极连接到第一可见光输出信号311以及蓝光电二极管复位晶体管312的输出端。绿光电二极管320的阴极连接到第二可见光输出信号321以及绿光电二极管复位晶体管322的输出端。红光电二极管330的阴极连接到第三可见光输出信号331以及红光电二极管复位晶体管332的输出端。第一固定参考电压Vdd连接到蓝、绿、红复位晶体管312、322、332的供应端360。固定参考电压Vdd是正的第二固定参考电压Vss，第二固定参考电压Vss连接到蓝、绿、红光电二极管310、320、330的阳极。第一复位信号352的反数(二进制)从产生第一复位信号352的控制电路110连接到蓝、绿、红复位晶体管312、322、332的复位输入。
近红外光像素的CMOS光检测器235包括红外光电二极管340和近红外光电二极管复位晶体管342。由于对应的近红外光滤波器236(图2)，光电二极管340基本上响应对应于其各自名称的色彩频带内的光，基本上不响应其他色彩频带中的光。红外光电二极管340的阴极连接到近红外光输出信号341以及近红外光电二极管复位晶体管342的输出端。第一固定参考电压Vdd连接到近红外复位晶体管342的供应端360。第二固定参考电压Vss连接到近红外光电二极管340的阳极。第二复位信号355的反数(二进制)从产生第二复位信号355的控制电路110连接到近红外复位晶体管342的复位输入。
当声明(assert)第一复位信号时(即，当电压为数字“高”电压时)，蓝、绿、红复位晶体管312、322、332导通，且蓝、绿、红光电二极管310、320、330全部反向，具有Vdd-Vss的偏压。当不声明第一复位信号时，蓝、绿、红可见光滤波器206、216、226(图2)的频带内的光能使得储存在结电容中的电荷通过蓝、绿、红光电二极管310、320、330的反向泄漏而耗散，使得光电二极管310、320、330阴极上的电压(也称为光电二极管上的反向偏压电势或反向电压)相对阳极电压降低。光电二极管310、320、330阴极上的电压是第一、第二和第三输出信号311、321、331的值。特定光电二极管310、320、330上的反向电压的降低的速率很大程度上取决于在对应光电二极管310、320、330感应区的有源部分上反射的光的色彩频带内的光的强度(能量)、对应光敏区域202的灵敏度以及对应光电二极管310、320、330的结电容(直到结电压达到使得对应光电二极管变得具有足够正向偏压的电压)。电压改变的速率在一个宽范围内是单调的并且接近线性，因此可以通过一条直线的斜率来近似。可见光滤波器206、216、226的带内透射率的差以及光敏区域对不同光波长的不同灵敏度通常将导致包括可见光滤波器206、216、226在内的完整CMOS光检测器205、215、225的不同的额定灵敏度。
图4中图示说明了这一点，示出了当白光入射到像素组105上时，第一、第二和第三输出信号311、321、331(统称为一组可见输出信号311、321、331)的输出值相对于时间的图线405、410、415。可以使用该白光来测量可见光像素的额定灵敏度。在图4中，可以看出由于可见光滤波器206、216、226和CMOS光检测器205、215、225的不同带内灵敏度而引起的可见光像素的额定灵敏度的变化。宽带可见光传感器阵列100的每个可见光像素的额定灵敏度在建立过程或设计过程中进行校准。该校准可以确定多个公共的额定灵敏度，其中每个都可用于相同色彩频带的所有像素。然后，在通常操作期间，每个测量的可见光输出信号311、321、331的斜率都可以与每个额定灵敏度进行比较，以确定可见光光电二极管310、320、330中每个的光敏区202在可见曝光周期期间(诸如图4中的T)检测到的三种光频带中的每个频带内的光能量。可见光曝光周期是第一复位信号352的非声明状态的持续时间。
在图4中所使用的时间标尺中，一组可见光输出信号405、410、415相对于时间的图线的斜率具有相似的数量级。根据本发明优选实施例，这组可见光像素的特征在于，第一额定灵敏度优选为每个可见光像素的额定灵敏度的算术平均值。例如，该组可见光像素中每个可见光像素的近似额定灵敏度为0.5、1.15、2.5，如图线405、410、415所示，因此该组可见光像素的额定灵敏度为1.38。可使用其他技术来获取该组的额定灵敏度(例如可以使用中值(median value))。可使用该组可见光色彩频带的第一额定灵敏度，通过使用Exposurevisible＝Vmax/(额定可见光灵敏度)的关系来确定可见光曝光周期，在图4中示为T。Vmax是最大可测电压范围，近似为Vnf-Vss，其中Vnf是略低于Vdd的公知噪声电压电平。因此，在图4的例子中，Exposurevisible＝(Vnf-Vss)/1.38＝T。
当声明第二复位信号时(即，当电压为数字“高”电压时)，近红外复位晶体管342导通，且近红外光电二极管340反向，具有Vdd-Vss的偏压。当不声明近红外复位信号时，近红外可见光滤波器236(图2)的频带内的光能使得储存在结电容中的电荷流向近红外光电二极管340的阳极，使得光电二极管340上的反向电压相对阳极电压降低。红外光电二极管340上的反向电压降低的速率很大程度上取决于在红外光电二极管340感应区的有源部分上反射的光的色彩频带内的光的强度(能量)、对应光敏区域202的灵敏度以及对应光电二极管340的结电容(直到结电压达到使得对应光电二极管变得具有足够正向偏压的电压)。电压改变的速率在一个宽范围内是单调的并且接近线性，因此可以通过一条直线的斜率来近似。根据本发明优选实施例，当光敏区域202(图2)具有相同大小且在相同时间在相同集成电路模具上制造时，光敏区域202的灵敏度对可见光频带的不同色彩频带大致相同。但是，近红外光滤波器236的带内透射率与可见光滤波器206、216、226的透射率相比的重大差异造成了包括近红外光滤波器236在内的完整CMOS光检测器235的相当低的额定灵敏度(硅也会影响灵敏度，而不只是滤波器)。
图4中也说明了这一点，根据本发明优选实施例，示出了当相对高期望亮度的“白”光入射到像素组105上时，近红外输出信号341的输出值420相对于时间的图线。可使用该白光来测量近红外光像素的额定灵敏度。
在图4中，可以看出，当通过在图4中使用的时间标尺作图时，近红外输出信号341相对于时间的斜率接近平坦。在过去成像设备中的一个问题是，公共曝光周期通常用于所有像素。这将使得近红外光能量的测量非常不精确，如图4中通过近红外输出值图线420的小斜率所示。但是通过独特地将用于可见光像素的曝光周期与用于近红外光像素的曝光周期分开，不同的曝光周期可用于近红外光像素，并且可以获得近红外光强度的精确测量。红外光像素的近似额定灵敏度是0.14，如图线420所示。使用用于确定可见光曝光周期的相同方法，Exposurenear infrared＝(Vnf-Vss)/0.14，其大约为10T。控制电路110自动地确定这个比率，或者可以由操作员在控制电路110中手动设置。图5中示出了这一点，其中近红外曝光周期是第二复位信号的非声明状态的持续时间，设置为10T。使用用于近红外像素的近红外曝光周期和用于可见光像素的可见光曝光周期的基本上不同的持续时间，可以在入射光强度的宽广范围上，为广阔带宽光(光波长范围从蓝到近红外)的组成频带获得精确的测量。“基本上不同的持续时间”意味着3∶1或更高的比率。
在对近红外光像素的额定灵敏度校准之后，近红外光输出信号341的测量斜率可与近红外光像素的额定灵敏度相比较，以确定近红外光光电二极管340的光敏区202在近红外曝光周期(诸如图5中的10T)期间检测到的近红外光频带内的光能的量。
再参考图3，一组可见光输出信号311、321、331和红外光输出信号341连接到像素测量电路350，像素测量电路350包括一组单个的像素电路，其中每个像素电路都是像素电路210、220、230、240之一的一部分。在本发明的该示例实施例中，每个单个像素电路包括比较器315、325、335、345，其输出316、326、336、346连接到相应的数字计数器318、328、338、348，其一个输入是光输出信号311、321、331、341之一。每个比较器315、325、335、345具有相应的参考电压VRef4、VRef3、VRef2、VRef1，参考电压是由连接到比较器作为比较输出的控制电路108产生的。当连接到该比较器的光输出信号311、321、331、341小于连接到该比较器的参考电压时，每个比较器的输出316、326、336、346处于第一二进制状态(例如低或0)，反之处于第二二进制状态(例如高或1)。在可见光曝光周期期间，参考电压VRef4、VRef3、VRef2设置为从前面的帧测量中确定的范围Vnf-Vss内的值。在可见光曝光时间期间的每个预设数量的相等可见光时间间隔末尾，当比较器315、325、335之一的输出处于第一二进制状态时，对应的数字计数器318、328、338递增，当输出处于另外的二进制状态时，对应的数字计数器318、328、338不会递增。之后，在可见光曝光时间的末尾，每个对应的数字计数器318、328、338包含可见光时间间隔的计数，在可见光时间间隔期间，对应可见光输出信号311、321、331小于各自的参考电压VRef4、VRef3、VRef2。该信息，在这里称为宽频带像素信息，通过像素输出信号309连接到控制电路108。因此，像素输出信号309包括基于可见光输出信号和近红外光输出信号的组的一组值。从宽频带像素信息中，控制电路108确定每个可见光输出信号311、321、331的电压与时间的测量斜率。通过比较测量斜率和相应可见光像素的额定灵敏度，可以建立入射到可见光像素的组的每个光像素上的光强度，并由控制电路108产生图像帧。
将类似技术用于测量近红外光输出信号341的斜率，除非使用的近红外曝光周期和近红外相等时间间隔不同于可见光曝光周期和可见光相等时间间隔。
在每个可见光和近红外曝光时间的末尾包括计数器中的值的宽频带像素信息通信连接到控制电路108，用于融合到图像帧中。根据环境来完成融合，以呈现增强的图像，其以一种易于使用的方式将更多信息呈现给了使用者，而使用者不必观察单独的可见光和近红外图像，不必使用复杂的图像缝合处理技术，同时避免了与获取的两个图像中的视差或时间偏移问题相关联的问题，同时使用可见光和近红外光的精确测量。可使用诸如加重边缘、增强对比和消除背景来操控宽频带像素信息，以增强图像，其通常使用这样的基本功能加、减、除(ratio)或乘宽频带像素(强度)信息。
参看图6，根据本发明优选实施例，示出了像素测量电路350的另一可替换版本。在此可替换版本中，一组可见光输出信号311、321、331和红外光输出信号341通过乘法器610相乘，乘法器输出611连接到比较器630的一个输入。四个参考电压VRef4、VRef3、VRef2、VRef1通过乘法器620同步相乘，乘法器输出连接到比较器630的另一输入。一个图像帧的宽频带像素信息储存在多计数器640(包括四个二进制计数器)中，并通过像素输出信号609在控制电路108控制的时刻连接到控制电路108。因此，像素输出信号609包括基于可见光输出信号和近红外光输出信号的组的一组值。参看图7，示出了像素测量电路350的该可替换版本的宽频带光感像素阵列100的像素组105之一的平面图。在此平面图中，乘法器610、620、比较器630和多计数器640位于像素组105的电路区650、660中，光敏区602位于方分组中，光滤波器606、616、626、636覆盖光敏区602。该可替换版本中的复位晶体管可仍旧位于每个光敏区602的角落，或者它们可以位于电路区650、660。
在像素测量电路350的这些变化中，将认识到，例如，如果三种可见光色彩和近红外频带中的每个通过精确到M比特的公共数量测量，并且如果近红外与可见光曝光时间的比值为N，则每像素组的总比特数是(3N+1)M，而控制电路为一个图像帧所处理的总比特数为G(3N+1)M，其中G为像素组数。根据本发明优选实施例，定义减少的色彩模式，其中，每像素组中光像素的子组用来产生宽频带像素信息。没有使用的光像素被关闭。例如，在某些情况中，可能不需要近红外信息。那么，控制电路在一个图像帧中所处理的总比特数为G(3N)M。在另一例子中，也许仅有红和红外频带是有价值的。则控制电路在一个图像子帧中所处理的总比特数为G(N+1)M，从中可以看出，由于较少的处理周期可用于更小数量的子帧数据上，子帧周期可小于帧周期。宽频带光感像素阵列100消耗的能量也可近似为(CP+K)，其中C表示开启的光频带数，P表示一个光频带(色彩)所消耗的能量，K是用于控制电路的能量常数，其为所有光频带模式保留开启。将认识到，当用于减少的色彩模式的光频带数量小于光频带的最大数量时，通过关闭这些光像素和与不需要特定减少色彩模式的那些光像素直接相关联的电路，可以充分减少宽频带光感像素阵列100的能量要求。一种这样做的方法是将第一复位信号分离成三个可见光复位信号，每复位晶体管312、322、332一个，用于将不需要的光频带的复位信号保持在低状态；用于同时切断连接到与不需要的光频带相关联的电路元件(例如，图3中，一个或多个比较器315、325、335、345和数字计数器318、328、338、348)的电源。总之，像素测量电路350连接到可见光输出信号311、321、331和近红外输出信号341的组，并产生象素输出信号309、609，其包含基于从可见光输出信号311、321、331和近红外输出信号341的组中选择的光输出信号子组(至少包括一个光输出信号)的一组值。将认识到，可见光像素和近红外光像素的组的子组以及每像素组中直接关联的电路元件(不是所选光输出信号子组的成员)在减少的色彩模式中都被关闭。
进一步认识到，虽然上述本发明的实施例和变化在对光频带蓝、绿、红敏感的每像素组中包括一组可见光像素，每像素组中的可见光像素的组也可替换地在宽频带光感像素阵列100中对青、黄、洋红的光频带敏感，宽频带光感像素通过使用具有由传递青、黄、洋红光频带的染料组成的滤波器的染料构图光抗蚀剂来产生包括“全可见色彩”的图像。在另一可替换实施中，宽频带光感像素阵列100可包括像素组以及每个像素组中的近红外光像素，像素组包括仅一个可见色彩的可见光像素。因此，可见光像素的组可以包括大于0的任意数量的可见光频带。在可见光像素的组不是3个的情况中，滤波器的色彩模式需要与结合图2和7所述的不同。
将认识到，可见光和近红外光像素不需要配置成如图2和7所示；例如，行或列可以彼此偏移。而且，可见光和近红外光像素的形状不必是如图2和7所示的方形；例如，它们可以是矩形或者六边形。将进一步认识到，像素组中像素数可以不是上面所述的4个。在某些应用中，有可能希望具有更多的光频带，然后例如可以将像素组排列成3*3或4*4的阵列。某些色彩频带可能在像素组中重复，以得到特定像素的增强分辨率。进一步将认识到，尽管CMOS光检测器235优选是硅二极管结，如图3和6中所示连接，其依赖于作为积分机制(integrating mechanism)的其结电容，有许多带有光敏硅二极管结的电元件的其他组合和连接，其将提供光输出信号，具有单调和接近线性变化的必要特征以响应持续能量的入射光，并且其中任意一个都可相应用于本发明。因此，在说明书的上下文中，术语CMOS光检测器是指光敏硅二极管结的任意这样的组合，以及与CMOS集成技术兼容的有源和无源器件。
参看图8，流程图示出了在宽频带光敏像素阵列中使用的方法的步骤。在步骤805，可见光曝光周期与近红外曝光周期的比率由控制电路进行控制，从而使之基本上等价于第二额定灵敏度与第一额定灵敏度的比率。可见光曝光周期建立了一组具有第一额定灵敏度的可见光像素的曝光周期，可使得可见光光电二极管310、320、330产生一组可见光输出信号，每个信号具有在可见光曝光周期期间的输出值。近红外曝光周期建立了具有第二额定灵敏度的近红外光像素的曝光周期，可使得红外光电二极管340产生近红外输出信号，其在近红外曝光周期期间具有输出值。在步骤810，通过控制电路110判断是否需要指出减少的色彩模式。例如，可以有操作员可选择按钮或虚拟按钮来指出需要减少的色彩模式。当这样的指示被控制电路110在步骤810接收到时，就在步骤815选择特定减少的色彩模式。这可能通过例如由控制电路110在显示器上呈现可能减少的色彩模式列表，并由操作员确定所需要的输入，从而完成上述操作。将认识到，在某些应用中，减少的色彩模式可能是作为对环境条件的响应而自动确定的，并且在此情况中，步骤810和815可以合并为一个步骤，简单地检测减少的色彩命令的接收，其指出了命令哪个减少的色彩模式。在步骤820，可见光像素和近红外光像素的组的子组以及每个像素组中仅与该子组相关联的电路元件被控制电路110在指示减少的色彩模式期间产生的控制信号关闭。在前述说明中，本发明及其利益和优点是参考特定实施例说明的。但是，本领域普通技术人员应该认识到，在不脱离本发明如所附权利要求阐述的范围的前提下，可作出各种修改和改变。因此，说明书和附图应被视为说明性的，而没有限制含义，所有这样的修改都应被视为包含在本发明的范围内。利益、优点、问题的解决方案，以及能够促使任何利益、优点或解决方案发生或使之更为显著的任意元素都不应被解释为任意或所有权利要求的关键、所需或重要的特征或元素。
如这里所使用的，术语“包括、包含(comprises、comprising)”及其任何其他变化意旨涵盖非排他性的包含，因此，包括一系列元素的过程、方法、物品或装置不仅仅包括所列出的这些元素，还可包括其他未明确列出的或这样的过程、方法、物品或装置固有的其他元素。
在此参考任意电光技术使用的术语“连接(coupled)”被定义为连接(connected)，不必直接连接，也不必机械连接。在此使用的术语“程序”被定义为设计用于在计算机系统上执行的指令序列。“程序”或“计算机程序”可包括子程序、函数、流程、对象方法、对象实现、可执行应用、applet、servlet、源码、对象码、共享库/动态链接库和/或设计用于在计算机系统上执行的其他指令序列。
权利要求
1.一种宽频带光感像素阵列(100)，具有一组像素组(102)。每个像素组(105)具有包含一组CMOS光检测器(205、215、225)和相应的一组不同可见光频带的单色像素光滤波器(206、216、226)的一组可见光像素，其中，所述可见光像素的组具有第一额定灵敏度并产生一组可见光输出信号，每个可见光输出信号在可见光曝光周期期间具有输出值；所述宽频带光感像素阵列(100)其特征在于近红外光像素，包括CMOS光检测器(235)和相应的近红外像素光滤波器(236)，其中，所述近红外光像素具有第二额定灵敏度并产生近红外输出信号，所述近红外输出信号在近红外曝光周期期间具有输出值；和控制电路(108)，连接到可见光输出信号(311、321、331)的组及近红外输出信号(341)，其建立红外曝光周期与可见光曝光周期的比率，使该比率基本上等价于第一额定灵敏度与第二额定灵敏度的比率。
2.根据权利要求1所述的宽频带光感像素阵列(100)，其特征在于，所述CMOS光检测器(205、215、225)的组和所述CMOS光检测器(235)排列成基本上共面的配置。
3.根据权利要求1所述的宽频带光感像素阵列(100)，其特征在于，所述第一额定灵敏度与所述第二额定灵敏度的比率至少为3。
4.根据权利要求1所述的宽频带光感像素阵列(100)，其特征在于，所述可见光输出信号(311、321、331)的每个输出值响应于在可见光曝光周期期间入射到每个单色像素光滤波器(206、216、226)上的不同可见光频带之一的光的强度而增加，所述近红外光输出信号(341)的输出值响应于在近红外曝光周期期间入射到近红外像素光滤波器(236)上的近红外光的强度而增加。
5.根据权利要求1所述的宽频带光感像素阵列(100)，其特征在于，所述像素组的组(102)及控制电路在单独的CMOS集成电路上。
6.一种用于宽频带光感像素阵列中的方法，其特征在于，具有如下步骤控制(805)近红外曝光周期与可见光曝光周期的比率，使该比率基本上等价于第一额定灵敏度与第二额定灵敏度的比率，其中，所述可见光曝光周期是一组具有第一额定灵敏度的可见光像素的曝光周期，在此期间产生一组可见光输出信号，每个信号都具有输出值，和其中，所述近红外曝光周期是具有第二额定灵敏度的近红外光像素的曝光周期，在此期间产生具有输出值的近红外输出信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征进一步在于如下步骤在减少的色彩模式期间，关闭(820)所述可见光像素和近红外光像素的组的子组以及仅与该子组相关联的每个像素组(105)中的电路元件。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征进一步在于如下步骤产生像素输出信号，其包括基于从所述可见光输出信号和近红外光输出信号的组中选取、包括至少一个光输出信号的光输出信号子组的一组值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征进一步在于如下步骤关闭(820)所述可见光像素和近红外光像素的组的子组以及每像素组(105)中并非所选光输出信号子组成员的直接相关联的电路元件。
全文摘要
一种宽频带光感像素阵列(100)，包括像素组(105)，控制电路(108)控制可见光曝光周期与近红外曝光周期的比率，使其基本上等价于第二额定灵敏度与第一额定灵敏度的比率。可见光曝光周期是一组具有第一额定灵敏度的可见光像素的曝光周期。近红外曝光周期是具有第二额定灵敏度的近红外光像素的曝光周期。每像素组(105)中所述可见光像素和近红外光像素的组的子组以及仅与该子组相关联的电路元件可以在减少的色彩模式期间关闭。
文档编号G01J3/28GK1574383SQ20041004910
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月17日 优先权日2003年6月17日
发明者阿利森·伯乌勒, 弗朗西斯科·卡斯特罗, 李万青 申请人:摩托罗拉公司