彩色濾光器陣列、圖像傳感器以及用于減少光譜串?dāng)_的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 所揭示的實(shí)施例大體上涉及圖像傳感器，且尤其（但非排他性地）涉及包含彩色 濾光器陣列的圖像傳感器，彩色濾光器陣列包含參考像素以減少光譜串?dāng)_。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像傳感器能夠通過(guò)組合光敏像素的像素陣列與彩色濾光器組來(lái)捕獲彩色圖像。 像素陣列中的每一像素耦合到濾光器，其從入射在圖像傳感器上的光中移除除了特定波長(zhǎng) (即，光的特定顏色）以外的所有波長(zhǎng)。結(jié)果是，像素圖像中的每一像素捕獲單一顏色的光， 且針對(duì)每一像素，內(nèi)插其它顏色的顏色值。
[0003] 光譜串?dāng)_是發(fā)生在過(guò)濾單獨(dú)波長(zhǎng)的裝置中的問(wèn)題，當(dāng)本應(yīng)終止于特定信道中一 即，本應(yīng)由特定濾光器輸出一的光功率的小部分實(shí)際上終止于另一信道（例如，鄰近信道） 中時(shí)，耦合到彩色圖像傳感器中的像素陣列的彩色濾光器也發(fā)生光譜串?dāng)_問(wèn)題。在具有彩 色濾光器陣列的圖像傳感器中，光譜串?dāng)_通常是不完善的彩色濾光的結(jié)果：舉例來(lái)說(shuō)，藍(lán)色 濾光器能夠使一些紅色及綠色光通過(guò)，使得與藍(lán)色濾光器耦合的像素將不僅僅接收其應(yīng)該 接收的藍(lán)色光。在CMOS圖像傳感器中，串?dāng)_造成空間分辨率降級(jí)、顏色混合及圖像噪聲。此 能夠嚴(yán)重地影響傳感器的信噪比（SNR)且因此嚴(yán)重地影響系統(tǒng)的錯(cuò)誤率。在RGB圖像傳感 器中，能夠通過(guò)使用濾光器陣列中的透明濾光器獲得靈敏度，但其增加串?dāng)_。
[0004] 已嘗試用于減少光譜串?dāng)_的各種方法，但所有方法都具有缺陷。通過(guò)像素之間的 處理斷面控制能夠減少一些其它類型的串?dāng)_，但光譜串?dāng)_為自然材料性質(zhì)，其不能夠通過(guò) 處理而減少。用于減少光譜串?dāng)_的另一方式為使用較厚彩色濾光器；此能夠顯著地減少串 擾，但其也減少像素的信號(hào)強(qiáng)度及量子效率（QE)。用于減少光譜串?dāng)_的另一方式為增加濾 光器的顏料濃度，但材料的折射率將增加及引發(fā)較高的光學(xué)串?dāng)_。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] -方面，本發(fā)明涉及一種彩色濾光器陣列。所述彩色濾光器陣列包括：多個(gè)平鋪?zhàn)?小重復(fù)單元，每一最小重復(fù)單元包括MXN個(gè)別濾光器組，其中每一最小重復(fù)單元包含：多 個(gè)成像濾光器，其包含具有至少第一、第二及第三光響應(yīng)的個(gè)別濾光器；及至少一個(gè)參考濾 光器，其具有參考光響應(yīng)，其中所述參考濾光器定位在所述成像濾光器之間，且其中所述參 考光響應(yīng)實(shí)質(zhì)上透射所述多個(gè)成像濾光器未從入射在所述彩色濾光器陣列上的光中過(guò)濾 的串?dāng)_光譜。
[0006] 另一方面，本發(fā)明涉及一種圖像傳感器。所述圖像傳感器包括：像素陣列，其包含 多個(gè)個(gè)別像素；彩色濾光器陣列，其定位在所述像素陣列上方且光學(xué)耦合到所述像素陣列， 所述彩色濾光器陣列包括多個(gè)平鋪?zhàn)钚≈貜?fù)單元，每一最小重復(fù)單元包括MXN個(gè)別濾光 器組，其中每一最小重復(fù)單元包含：多個(gè)成像濾光器，其包含具有至少第一、第二及第三光 響應(yīng)的個(gè)別濾光器，及至少一個(gè)參考濾光器，其具有參考光響應(yīng)，其中所述參考濾光器定位 在所述成像濾光器之間，且其中所述參考光響應(yīng)實(shí)質(zhì)上僅透射所述多個(gè)成像濾光器未從入 射在所述彩色濾光器陣列上的光中過(guò)濾的串?dāng)_光譜；讀出電路，其耦合到所述像素陣列以 讀出來(lái)自所述個(gè)別像素的信號(hào)；及功能邏輯，其耦合到所述讀出電路以處理來(lái)自所述個(gè)別 像素的所述信號(hào)。
[0007]另一方面，本發(fā)明涉及一種方法。所述方法包括：使用像素陣列捕獲圖像，所述圖 像包括多個(gè)成像像素值及多個(gè)參考像素值，所述像素陣列包含多個(gè)個(gè)別像素且光學(xué)耦合到 定位在所述像素陣列上方的彩色濾光器陣列，所述彩色濾光器陣列包括多個(gè)平鋪?zhàn)钚≈貜?fù) 單元，每一最小重復(fù)單元包括MXN個(gè)別濾光器組，其中每一最小重復(fù)單元包含：多個(gè)成像 濾光器，每一成像濾光器耦合到成像像素，其中所述多個(gè)成像濾光器包含具有至少第一、第 二及第三光響應(yīng)的個(gè)別濾光器，及至少一個(gè)參考濾光器，其光學(xué)親合到參考像素，所述參考 濾光器具有參考光響應(yīng)，其中所述參考濾光器定位在所述成像濾光器之間，且其中所述參 考光響應(yīng)實(shí)質(zhì)上僅透射所述多個(gè)成像濾光器未從入射在所述彩色濾光器陣列上的光中過(guò) 濾的串?dāng)_光譜；基于一或多個(gè)參考像素值調(diào)整成像像素值以從所述成像像素值中減少或移 除光譜串?dāng)_。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 參考以下諸圖描述本發(fā)明的非限制性及非窮盡實(shí)施例，其中相似參考數(shù)字是指貫 穿各種視圖的相似部分，除非另有指定。
[0009] 圖1為包含彩色濾光器陣列的圖像傳感器的實(shí)施例的示意圖。
[0010] 圖2A到2B分別為一對(duì)前側(cè)照明像素的實(shí)施例及一對(duì)背側(cè)照明像素的實(shí)施例的橫 截面。
[0011] 圖3A到3C為解釋用于描述彩色濾光器陣列及最小重復(fù)單元的術(shù)語(yǔ)的圖解。
[0012] 圖4A到4B為最小重復(fù)單元（圖4A)及對(duì)應(yīng)彩色濾光器陣列（圖4B)的實(shí)施例的 平面圖。
[0013] 圖5為說(shuō)明彩色濾光器陣列的實(shí)施例中的光譜串?dāng)_的曲線圖。
[0014] 圖6A到6B為說(shuō)明校正彩色濾光器陣列中的光譜串?dāng)_的實(shí)施例的曲線圖。
[0015] 圖7A到7B為包含參考像素的最小重復(fù)單元（圖7A)及對(duì)應(yīng)彩色濾光器陣列（圖 7B)的實(shí)施例的平面圖。
[0016] 圖8A到8B為包含參考像素的最小重復(fù)單元（圖8A)及對(duì)應(yīng)彩色濾光器陣列（圖 8B)的實(shí)施例的平面圖。
[0017] 圖9A為包含參考像素的紅色-綠色-藍(lán)色（RGB)最小重復(fù)單元及對(duì)應(yīng)彩色濾光 器陣列的實(shí)施例的平面圖。
[0018] 圖9B為包含參考像素的青色-品紅色-黃色（CMY)最小重復(fù)單元及對(duì)應(yīng)彩色濾 光器陣列的實(shí)施例的平面圖。
[0019] 圖10為用于校正圖像以考慮光譜串?dāng)_的過(guò)程的實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 描述用于圖像傳感器的設(shè)備、系統(tǒng)及方法的實(shí)施例，圖像傳感器包含具有參考像 素以減少光譜串?dāng)_的彩色濾光器陣列。描述特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)所述實(shí)施例的透徹理解，但 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，能夠在不具有一或多個(gè)所描述細(xì)節(jié)的情況下或在具有其它 方法、組件、材料等等的情況下實(shí)踐本發(fā)明。在一些情況下，未展示或詳細(xì)地描述眾所周知 的結(jié)構(gòu)、材料或操作，但這些仍涵蓋于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0021] 貫穿本說(shuō)明書(shū)的對(duì)"一個(gè)實(shí)施例"或"一實(shí)施例"的參考意指所描述的特征、結(jié)構(gòu)或 特性能夠包含于至少一個(gè)所描述實(shí)施例中，使得"在一個(gè)實(shí)施例中"或"在一實(shí)施例中"的 出現(xiàn)未必皆是指同一實(shí)施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性能夠以任何合適方式組合于一或 多個(gè)實(shí)施例中。
[0022] 圖1說(shuō)明互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS)圖像傳感器100實(shí)施例，互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體（CMOS)圖像傳感器100包含彩色像素陣列105、耦合到所述像素陣列的讀出電路 170、耦合到所述讀出電路的功能邏輯115,及耦合到所述像素陣列的控制電路120。彩色像 素陣列105能夠?qū)嵤┰谇皞?cè)照明圖像傳感器中，如圖2A所展示；或?qū)嵤楸硞?cè)照明圖像傳 感器，如圖2B所展示。彩色像素陣列105為布置成X個(gè)像素列及Y個(gè)像素行的個(gè)別成像傳 感器或像素（例如，像素P1、P2、……、Pn)的二維（2D)陣列。如所說(shuō)明，將所述陣列中的 每一個(gè)別像素布置成行（例如，行R1到Ry)及列（例如，列C1到Cx)以獲取人員、位置或 對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)或像素?cái)?shù)據(jù)能夠隨后用于呈現(xiàn)人員、位置或?qū)ο蟮?D圖像。彩 色像素陣列1〇5(如果存在）使用耦合到所述像素陣列的彩色濾光器陣列（"CFA"）指派顏 色到每一像素。
[0023] 在像素陣列105中的每一像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，圖像數(shù)據(jù)由讀 出電路170從個(gè)別像素中讀出且傳送到功能邏輯1