可消除红外光成分的彩色影像传感器的制作方法

本发明涉及一种影像传感器，具体地，涉及一种可通过后处理以消除红外光成分影响的彩色影像传感器及其彩色滤光层配置与操作方法。

背景技术：

公知的彩色影像传感器(colorimagesensor)中，影像感测阵列的各像素上分别覆盖有红色、绿色及蓝色彩色滤光层(colorfilter)，以使彩色滤光层下方的像素仅能感测特定光谱范围的能量。

例如，图1分别显示红色、绿色及蓝色彩色滤光层的归一化波长响应(normalizedwavelengthresponse)。从图1中可清楚看出大约800纳米(nm)以上的红外光(irlight)仍能够穿过红色、绿色及蓝色彩色滤光层。由于像素是用于感测照射至其感测面的光能量，当其上方的彩色滤光层无法有效阻挡红外光时，各像素所输出的侦测信号则同时包含有红外光成分的光能量。例如，被红色彩色滤光层覆盖的像素的侦测信号同时包含了红光及红外光的光成分，被绿色彩色滤光层覆盖的像素的侦测信号同时包含了绿光及红外光的光成分，被蓝色彩色滤光层覆盖的像素的侦测信号同时包含了蓝光及红外光的光成分。尤其，当环境中另外存在红外光光源时，侦测信号中的红外光成分的能量有可能超过红、绿、蓝光成分的能量，则可能导致无法正确侦测各色光的情形。

上述红外光成分会在某些应用中产生明显的影响。例如，若想要根据红色光、绿色光及蓝色光的侦测信号重建环境光光谱(ambientlightspectrum)时，可能会因红外光成分的存在而无法重建正确的波长响应。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种可克服上述公知的彩色影像传感器缺点的彩色影像传感器及其彩色滤光层配置与操作方法。

本发明的目的在于提供一种彩色影像传感器及其操作方法，其可通过后处理(post-processing)消除红外光成分以提高色彩感测的精确度及重建宽广的可见光响应(broadvisiblelightresponse)。

本发明另一目的在于提供一种彩色影像传感器的彩色滤光层配置，其可同时实现手势辨识以及环境光侦测的功效。

本发明提供一种彩色影像传感器，包含感测阵列及处理单元。所述感测阵列包含红色像素、绿色像素、蓝色像素、红绿色像素以及红蓝色像素，分别用于输出侦测信号，其中，所述感测阵列被划分为非矩形的第一像素区域及非矩形的第二像素区域，且所述第一像素区域及所述第二像素区域包含相同数目的所述红色像素、相同数目的所述绿色像素、相同数目的所述蓝色像素、相同数目的所述红绿色像素以及相同数目的所述红蓝色像素。所述处理单元用于计算所述红色像素相对应的所述侦测信号与所述红绿色像素相对应的所述侦测信号的信号差以作为红色侦测信号，计算所述绿色像素相对应的所述侦测信号与所述红绿色像素相对应的所述侦测信号的信号差以作为绿色侦测信号，计算所述蓝色像素相对应的所述侦测信号与所述红蓝色像素相对应的所述侦测信号的信号差以作为蓝色侦测信号，以消除红外光成分。

本发明还提供一种彩色影像传感器，其包含感测阵列、多个红色滤光层、多个绿色滤光层、多个蓝色滤光层、多个红绿色滤光层以及多个红蓝色滤光层以及处理单元。所述感测阵列包含多个感测像素分别输出侦测信号，其中所述多个感测像素被划分为4个非矩形的像素区域且该4个非矩形的像素区域中每一者的所有感测像素的所述侦测信号用于形成侦测信号之和或平均侦测信号，其中，所述4个非矩形的像素区域包含纵向相对的第一像素区域与第二像素区域及横向相对的第三像素区域与第四像素区域。所述多个红色滤光层、所述多个绿色滤光层、所述多个蓝色滤光层、所述多个红绿色滤光层以及所述多个红蓝色滤光层分别形成在所述多个感测像素上以形成多个红色像素、多个绿色像素、多个蓝色像素、多个红绿色像素以及多个红蓝色像素，其中，所述4个非矩形的像素区域分别包含相同数目的所述红色像素、相同数目的所述绿色像素、相同数目的所述蓝色像素、相同数目的所述红绿色像素以及相同数目的所述红蓝色像素。所述处理单元用于计算所述红色像素相对应的所述侦测信号与所述红绿色像素相对应的所述侦测信号的信号差以作为红色侦测信号，计算所述绿色像素相对应的所述侦测信号与所述红绿色像素相对应的所述侦测信号的信号差以作为绿色侦测信号，计算所述蓝色像素相对应的所述侦测信号与所述红蓝色像素相对应的所述侦测信号的信号差以作为蓝色侦测信号。

在一实施例中，所述红色像素可为在感测像素上形成红色滤光层而成；所述绿色像素可为在感测像素上形成绿色滤光层而成；所述蓝色像素可为在感测像素上形成蓝色滤光层而成；所述红绿色像素可为在感测像素上依序堆叠红色滤光层及绿色滤光层而成；所述红蓝色像素可为在感测像素上依序堆叠红色滤光层及蓝色滤光层而成；其中，所述滤光层可利用涂层(coating)或设置滤光层板(overlaid)的方式形成。

在一实施例中，所述感测阵列还可包含至少一个全色像素用于输出环境光侦测信号。例如，每一像素区域包含相同数目的全色像素；其中，所述全色像素是指未覆盖任何颜色滤光层的感测像素，其可侦测环境光中所有发光二极管所能侦测的光谱能量。

在一实施例中，所述处理单元还可根据所述红色侦测信号、所述绿色侦测信号及所述蓝色侦测信号之比例建立混光响应；其中，所述比例可根据实际应用而决定。

在一实施例中，所述处理单元还可计算所述感测阵列的多个像素区域的每一像素区域的所有感测像素输出的所述侦测信号的侦测信号之和(sumofdetectionsignal)或平均侦测信号(averageofdetectionsignal)，并据以进行手势判断。

在一实施例中，所述处理单元可利用软件、硬件或固件的方式实现所述红色侦测信号、所述绿色侦测信号及所述蓝色侦测信号的后处理。

本发明实施例的彩色影像传感器及其彩色滤光层配置与操作方法中，通过预设的彩色滤光层配置以及利用后处理运算侦测信号，可同时实现手势判断、环境光侦测以及增进颜色侦测精确度的功效。此外，还可通过所得到的各色光侦测信号来建立想要的混色光响应，藉以增进彩色影像传感器的实用性。

为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，在本发明的说明中，相同的构件是以相同的符号表示，于此先述明。

附图说明

图1示出彩色滤光层的归一化波长响应的示意图。

图2为本发明实施例的彩色影像传感器的示意图。

图3示出本发明实施例的彩色影像传感器的归一化波长响应的示意图。

图4示出本发明实施例的彩色影像传感器的各色光侦测信号及混光响应的示意图。

图5示出本发明实施例的彩色影像传感器的彩色滤光层配置的示意图。

图6示出本发明实施例的彩色影像传感器的操作方法的流程图。

符号标记

1彩色影像传感器11感测阵列

13模拟数字转换器15处理单元

a1～a4画素区域f1～f5滤光层

p1～p6感测画素s1～s6电信号

g1～g6增益sc控制信号

sd′、sd、sr、sg、sb、smix侦测信号

具体实施方式

参考图2，其示出本发明实施例的彩色影像传感器1的示意图。所述彩色影像传感器1包含感测阵列11、模拟数字转换器(adc)13以及处理单元15。必须说明的是，虽然图2示出所述模拟数字转换器13独立于所述感测阵列11及所述处理单元15外，本发明并不以此为限。

在一实施例中，所述模拟数字转换器13可与所述感测阵列11共同形成光电装置，用于侦测光能量并输出数字电信号，所述处理单元15所处理的侦测信号sd则为数字信号。

另一实施例中，所述模拟数字转换器13可包含于所述处理单元15中，所述处理单元15接收模拟侦测信号sd′(电信号)并进行处理。例如，所述处理单元15可先进行模拟侦测信号sd′的差分运算(详述于后)后再将运算结果转换为数字信号或者可先将模拟侦测信号sd′转换为数字信号后再进行差分运算。必须说明的是，由于所述处理单元15可处理模拟或数字侦测信号，其取决于所述模拟数字转换器13的设置位置，下列说明中侦测信号以sd进行说明，但其并非用于限定本发明。

所述感测阵列11包含多个感测像素，例如本实施例中以p1～p6等6个感测像素表示，分别用于输出侦测信号sd。例如，每一感测像素包含至少一个光二极管(photodiode)，用于感测光能量并输出电信号s1～s6并包含放大单元以预设增益(gain)，例如g1～g6放大所述多个电信号s1～s6以输出所述侦测信号sd；其中，所述多个电信号s1～s6，其可为电流信号或电压信号，与入射至所述多个感测像素p1～p6的光强度相关。必须说明的是，所述感测阵列1所包含的感测像素的数目及配置并不限于图2所示，可根据不同应用而定且并无特定限制。

在一实施例中，所述感测阵列11例如可包含红色像素、绿色像素、蓝色像素、红绿色像素、红蓝色像素以及全色像素，分别用于输出侦测信号sd。所述红色像素可通过在感测像素p1上形成红色滤光层f1而形成；所述绿色像素可在感测像素p2上形成绿色滤光层f2而成；所述蓝色像素可在感测像素p3上形成蓝色滤光层f3而成；所述红绿色像素可在感测像素p4上依序堆叠(stack)红色滤光层及绿色滤光层f4而成；所述红蓝色像素可在感测像素p5上依序堆叠红色滤光层及蓝色滤光层f5而成；所述全色像素是指其上未覆盖滤光层的感测像素p6，因此所述全色像素可感测光二极管所能感测的所有光谱；其中，上述滤光层例如可通过设置滤光片(colorfilterplate)或直接在像素上涂层(coating)滤光材料而成。

例如图3中分别示出本实施例中上述6种感测像素的归一化波长响应(normalizedwavelengthresponse)。必须说明的是，图3中各颜色像素的波长响应与所使用的滤光层相关，并不限定为图3所示。

为了正确侦测不同色光，本实施例中所述处理单元15利用后处理的方式将相对所述多个感测像素的侦测信号sd进行处理以消除红外光成分。例如，所述处理单元15可用于计算所述红色像素相对应的侦测信号digit(s1×g1)与所述红绿色像素相对应的侦测信号digit(s4×g4)的信号差以作为红色侦测信号sr＝digit(s1×g1)-digit(s4×g4)；计算所述绿色像素相对应的侦测信号digit(s2×g2)与所述红绿色像素相对应的侦测信号digit(s4×g4)的信号差以作为绿色侦测信号sg＝digit(s2×g2)-digit(s4×g4)；并计算所述蓝色像素相对应的侦测信号digit(s3×g3)与所述红蓝色像素相对应的侦测信号digit(s5×g5)的信号差以作为蓝色侦测信号sb＝digit(s3×g3)-digit(s5×g5)。此外，此处全色像素是用于直接侦测环境光成分而设置，因此当所述彩色影像传感器1仅用以侦测红、绿、蓝各色光的光成分时，所述全色像素可不予实施。

换句话说，本实施例中，所述红色像素的侦测信号digit(s1×g1)因包含了红外光成分而并不直接用作为红色侦测信号sr；所述绿色像素的侦测信号digit(s2×g2)因包含了红外光成分而并不直接用作为绿色侦测信号sg；所述蓝色像素的侦测信号digit(s3×g3)因包含了红外光成分而并不直接用作为蓝色侦测信号sb。藉此，通过上述差分运算可正确求得红、绿、蓝色光的波长响应。必须说明的是，所述后处理(或差分运算)可利用软件、硬件或固件的方式在所述处理单元15中实现。此外，虽然图2示出所述处理单元15是处理数字信号的，如前所述所述处理单元15亦可能直接处理各感测像素输出的模拟信号，例如s1×g1、s2×g2、s3×g3、s4×g4、s5×g5、s6×g6。

此外，根据不同应用，所述处理单元15还可选择根据所述红色侦测信号sr、所述绿色侦测信号sg及所述蓝色侦测信号sb的比例建立混光响应(mixinglightresponse)，如下式(1)所示

smix＝kr×sr+kg×sg+kb×sb(1)

其中，kr、kg、kb分别为相对红、绿、蓝光的比例常数(ratioconstant)并可根据不同应用中所需要的各色光成分而决定，亦即可根据比例常数的设定调整所需的不同色光的比重。例如，图4中示出各色光侦测信号sr、sg、sb以及kr＝0.2、kg＝1.0、kb＝0.5条件下所求得的混光响应smix。可以了解的是，图4示出的波长响应仅为示例性，并非用于限定本发明。

本发明的彩色影像传感器1除了上述用于侦测不同色光(红、绿、蓝光)成分并根据不同色光成分计算混光响应外，还可用于根据多个像素区域的和(sum)或平均(average)进行手势判断。因此，优选地，将所述感测阵列11中的各颜色感测像素的配置进行设计。

本实施例中，所述感测阵列11的多个感测像素可被划分为至少两个像素区域且该至少两个像素区域中每一者的所有感测像素的所述侦测信号sd用于形成侦测信号之和或平均侦测信号，例如由所述处理单元15计算。如前所述，多个第一颜色滤光层(例如红色滤光层)f1、多个第二颜色滤光层(例如绿色滤光层)f2、多个第三颜色滤光层(例如蓝色滤光层)f3、多个第一滤光堆叠层(例如红绿色滤光层)f4以及多个第二滤光堆叠层(例如红蓝色滤光层)f5可分别形成于所述多个感测像素上以形成多个第一颜色像素(例如红色像素r)、多个第二颜色像素(例如绿色像素g)、多个第三颜色像素(例如蓝色像素b)、多个第一混色像素(例如红绿色像素r+g)以及多个第二混色像素(例如红蓝色像素r+b)。必须说明的是，所述多个第一颜色滤光层、所述多个第二颜色滤光层、所述多个第三颜色滤光层、所述多个第一滤光堆叠层以及所述多个第二滤光堆叠层的颜色并不限于本发明说明中所公开的。

本实施例中，像素区域的配置位置可根据所欲进行的手势辨识的方向而定。例如，若仅欲辨识水平或垂直方向的手势方向，所述感测阵列11可仅包含分布于横向或纵向方向的2个像素区域；而若欲同时辨识水平及垂直方向的手势方向，所述感测阵列11可包含4个像素区域a1～a4且该4个像素区域a1～a4中每一者分别相邻所述感测阵列11的边缘而设置。例如图5示出像素区域a1相邻于所述感测阵列11的上边缘；像素区域a2相邻于所述感测阵列11的右边缘；像素区域a3相邻于所述感测阵列11的下边缘；像素区域a4相邻于所述感测阵列11的左边缘。所述像素区域a1、a3可用于侦测垂直方向手势而所述像素区域a2、a4可用于侦测水平方向手势。

本实施例中，为使所述多个像素区域的每一者输出有效的结果，所述多个像素区域的每一者包含相同数目的所述红色像素r、相同数目的所述绿色像素g、相同数目的所述蓝色像素b、相同数目的所述红绿色像素r+g以及相同数目的所述红蓝色像素r+b。例如，图5中示出所有像素区域a1～a4均包含1个红色像素r、2个绿色像素g、2个蓝色像素b、2个红绿色像素r+g、1个红蓝色像素r+b。

此外，图5中示出每一所述多个像素区域还包含相同数目(例如此处为1个)的全色像素c，用于输出环境光侦测信号。可以理解的是，图5中各颜色感测像素的数目及配置仅为示例性的。

本发明的彩色影像传感器1可在出厂前针对每一感测像素的放大单元的预设增益g1～g6进行校正(calibration)。例如，可利用窄频谱红外光源(例如，但不限于，900nm)，例如红外光激光发射器、红外光发光二极管、红外光有机发光二极管、卤素灯通过窄频红外光带通滤光器发光等，均匀照射所述感测阵列11的所有感测像素并调整所述多个预设增益g1～g6使每一感测像素r、g、b、r+g、r+b、c输出相同的预设侦测信号值；其中，所述预设侦测信号例如可为电压信号、电流信号或数字化电压信号等。本实施例中，g1指所述红色像素r的预设增益；g2指所述绿色像素g的预设增益；g3指所述蓝色像素b的预设增益；g4指所述红绿色像素r+g的预设增益；g5指所述红蓝色像素r+b的预设增益；g6指所述全色像素c的预设增益。

在一实施例中，所述处理单元15可利用所述侦测信号之和或所述平均侦测信号进行手势辨识。例如，所述处理单元15可根据所述多个像素区域a1、a3间的所述侦测信号之和或所述平均侦测信号的数值变化判断垂直方向手势和/或根据所述多个像素区域a2、a4间的所述侦测信号之和或所述平均侦测信号的数值变化判断水平方向手势。例如一种实施例中，当所述像素区域a1的侦测信号之和或平均侦测信号逐渐变大而所述像素区域a3的侦测信号之和或平均侦测信号逐渐变小，可辨识为对象朝上方或下方移动；当所述像素区域a2的侦测信号之和或平均侦测信号逐渐变大而所述像素区域a4的侦测信号之和或平均侦测信号逐渐变小，可辨识为对象朝右方或左方移动。然而，本发明的手势辨识方式并不以此为限。

参考图6，其示出本发明实施例的彩色影像传感器的操作方法的流程图，包含下列步骤：利用感测阵列感光以使各感测像素分别输出侦测信号sd(步骤s21)；计算红色像素的侦测信号与红绿色像素的侦测信号的信号差以作为红色侦测信号sr(步骤s22)；计算绿色像素的侦测信号与所述红绿色像素的侦测信号的信号差以作为绿色侦测信号sg(步骤s23)；计算蓝色像素的侦测信号与红蓝色像素的侦测信号的信号差以作为蓝色侦测信号sb(步骤s24)；根据所述红色侦测信号sr、所述绿色侦测信号sg及所述蓝色侦测信号sb建立混光响应smix(步骤s25)；以及根据多个像素区域的各侦测信号之和或平均侦测信号进行手势判断(步骤s26)；其中，步骤s25、s26可根据不同应用而选择不予实施。

例如，若所述彩色影像传感器1仅用于侦测各色光成分，所述处理单元15可计算出所述红色侦测信号sr、所述绿色侦测信号sg及所述蓝色侦测信号sb即可，即执行步骤s21～s24。

例如，若所述彩色影像传感器1还可根据各色光成分计算环境光(或可见光)的波长响应，则所述处理单元15还根据(1)式计算混光波长响应，即执行步骤s21～s25，而上述比例常数kr、kg、kb可为预设、根据操作参数自动调整或由使用者手动选择。

例如，若所述彩色影像传感器1同时具有手势辨识功能，所述处理单元15还计算所述感测阵列11的多个像素区域(例如图5的a1～a4)的每一像素区域的所有感测像素输出的侦测信号sd的侦测信号之和或平均侦测信号，并根据所述多个像素区域的每一者的所述侦测信号之和或所述平均侦测信号进行手势判断，即执行步骤s21～s24及s26；其中，步骤s26的一种实施方式已在前举例说明，故于此不再赘述。所述处理单元15根据判断结果输出控制信号sc以控制相对应的显示器或主机执行相对应动作，例如移动光标，但并不以此为限。

综上所述，公知彩色影像传感器的感测结果会明显受到红外光的影响，而在某些应用时可能产生错误。因此，本发明提出一种彩色影像传感器及其操作方法(图2及图5)，其通过后处理侦测信息以消除红外光成分藉以建立精确的红、绿、蓝光波长响应，并可将建立的红、绿、蓝光波长响应应用于例如建立环境光响应，而提高侦测精确度及实用性。此外，通过适当进行彩色滤光层(或彩色像素)配置，本发明的彩色影像传感器亦可适用于手势辨识的应用中。

虽然本发明已通过上述实例公开，但是其并非用于限定本发明，任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可以作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当以所附权利要求书所限定的范围为准。