CN104639921B - 双像素大小彩色影像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种双像素大小彩色影像传感器及其制造方法，传感器包含：成像表面，其用于入射光的成像；以及多个彩色像素，每一彩色像素包含(a)四个大感光单元，其包含对入射光的第一色彩敏感的两个大第一色彩感光单元，以及(b)四个小感光单元，其包含对入射光的第一色彩敏感的两个小第一色彩感光单元。大及小第一色彩感光单元经配置成使得不与大和/或小第一色彩感光单元相关联的所述成像表面的相连接区不为连续直线。一种用于在双像素大小影像传感器的成像表面上制造彩色滤光片数组的方法包含：在成像表面的第一部分上形成第一色彩涂层以形成对第一色彩敏感的大及小第一色彩感光单元，不同于所述第一部分的所述成像表面的相连接部分不为连续直线。
Description
技术领域
本发明涉及影像处理领域，尤其涉及一种双像素大小彩色影像传感器及其制造方法。
背景技术
标准影像传感器具有约60至70dB或更小的有限动态范围。举例而言，8位传感器具有仅48dB的动态范围。然而，真实世界的亮度动态范围大得多，且自然场景常常跨越90dB或更大的范围。当影像传感器撷取具有超过传感器动态范围的亮度动态范围的场景时，信息必定会损失。取决于曝光设定，较亮区可饱和和/或较暗区可曝光不足，从而产生质量不能够重现实际场景的经撷取影像。
为了同时地撷取场景的最明亮部分(highlight)及阴影(shadow)，影像传感器已使用高动态范围(HDR)技术以增加经撷取动态范围。用以增加动态范围的最常见技术中的一者是将运用标准低动态范围影像传感器撷取的多次曝光合并成单一HDR影像，其相比于单一曝光影像具有大得多的动态范围。举例而言，可以一系列不同曝光时间记录同一场景的影像，其中设定最长曝光以最佳地撷取所述场景的最暗部分，且设定最短曝光以最佳地撷取所述场景的最亮部分。然而，此等影像组合方法频繁地遭受(例如)由于场景中的对象在曝光的间移动而造成的假影。
已开发出在单一图框中撷取HDR彩色影像的HDR彩色影像传感器。其一个实例为彩色像素数组的每隔一个列以较短曝光时间操作的影像传感器。分别自以较短曝光时间为列及以较长曝光时间操作为列获得亮光数据及低光数据。另一实例为基于特征为分段线性光响应曲线(piecewise linear photoresponse curve)的像素的影像传感器。所述光响应曲线是由具有不同光响应度的线性区段组成。在曝光期间，将所述像素部分地重设多次以获取对应于此等不同光响应度的数据。然而，此两种传感器仍可遭受与移动对象相关联的假影，此是因为用于自动态范围的不同部分获取数据的时段不相同。
发明内容
在一实施例中，一种用于撷取彩色影像的双像素大小彩色影像传感器包含：(a)成像表面，其用于入射光的成像；以及(b)多个彩色像素，每一彩色像素包含(i)四个大感光单元，其包含对所述入射光的第一色彩敏感的两个大第一色彩感光单元，以及(ii)四个小感光单元，其包含对所述入射光的所述第一色彩敏感的两个小第一色彩感光单元。所述大及小第一色彩感光单元经配置成使得不与大第一色彩感光单元相关联且不与小第一色彩感光单元相关联的所述成像表面的相连接区不为连续直线。
在一实施例中，一种用于撷取彩色影像的双像素大小彩色影像传感器包含：(a)成像表面，其用于入射光的成像；以及(b)多个彩色像素，每一彩色像素包含(i)四个大感光单元，其包含对所述入射光的第一色彩敏感的两个大第一色彩感光单元，以及(ii)四个小感光单元，其包含对所述入射光的所述第一色彩敏感的两个小第一色彩感光单元。所述大及小第一色彩感光单元经配置成使得不与大第一色彩感光单元相关联且不与小第一色彩感光单元相关联的所述成像表面的相连接区具有不大于两个大第一色彩感光单元及两个小第一色彩感光单元的区域的区域。
在一实施例中，一种用于在双像素大小影像传感器的成像表面上制造彩色滤光片数组的方法包含：在所述成像表面的第一部分上形成第一色彩涂层以形成对第一色彩敏感的大及小第一色彩感光单元，其特征在于不同于所述第一部分的所述成像表面的相连接部分不为连续直线。
附图说明
图1说明根据实施例的情境，其中包含一个例示性双像素大小彩色影像传感器的一个例示性HDR摄影机产生场景的HDR影像。
图2A以俯视平面图说明根据实施例的一个例示性双像素大小彩色影像传感器，其中每一彩色像素包含具有三种不同色彩的大感光单元及具有三种不同色彩的小感光单元。
图2B以正视图说明图2A的双像素大小彩色影像传感器。
图3说明根据实施例的一种用于制造双像素大小彩色影像传感器的彩色滤光片数组的例示性方法。
图4说明根据实施例的图3所说明的方法的光阻旋涂步骤的一个例示性实施例。
图5为说明根据实施例的应用于多个影像传感器的图4的方法的图解。
图6为说明根据实施例的在制造期间的图2的双像素大小彩色影像传感器的状态的图解。
图7说明具有拜耳(Bayer)彩色滤光片的习知彩色影像传感器。
图8以俯视平面图说明根据实施例的一个例示性双像素大小彩色影像传感器，其中不与大或小绿色感光单元相关联的成像表面的相连接区不形成连续直线。
图9说明根据实施例的一种用于制造双像素大小彩色影像传感器的彩色滤光片数组的例示性方法，其中不与大或小第一色彩感光单元相关联的成像表面的相连接区不形成连续直线。
图10为说明根据实施例的在形成大及小绿色感光单元的后在制造期间的图8的双像素大小彩色影像传感器的状态的图解。
图11以俯视平面图说明根据实施例的一个例示性双像素大小彩色影像传感器，其中不与大或小绿色感光单元相关联的成像表面的相连接区不形成连续直线。
图12以俯视平面图说明根据实施例的一个例示性双像素大小彩色影像传感器，其中不与大或小绿色感光单元相关联的成像表面的相连接区具有不大于两个大感光单元及两个小感光单元的区域的区域。
图13说明根据实施例的一种例示性方法，其用于制造双像素大小彩色影像传感器的彩色滤光片数组，使得不与大或小第一色彩感光单元相关联的成像表面的相连接区具有不大于两个大色彩感光单元及两个小第一色彩感光单元的区域的区域。
图14说明根据实施例的包含双像素大小彩色影像传感器的一个例示性HDR成像系统。
具体实施方式
本文揭示用于撷取HDR影像的双像素大小彩色影像传感器。典型拜耳型影像传感器的彩色像素是由分别对来自可见光谱的绿色、红色及蓝色部分的光敏感的两个绿色感光单元、一个红色感光单元及一个蓝色感光单元组成。所述感光单元是藉由将彩色滤光片数组施加至基础像素数组而形成。基础像素数组的每一像素连同彩色滤光片数组的一彩色滤光片界定一感光单元。在本发明所揭示的双像素大小彩色影像传感器中，每一彩色像素是由两个感光单元集合组成，其中每一集合包含不同色彩的感光单元。一个感光单元集合相比于另一集合对光较敏感。较敏感的感光单元集合针对场景的较暗部分提供高质量数据，而较不敏感的感光单元集合针对场景的较亮部分提供高质量数据。此途径具有同时获取所有数据的优点。因此，所述影像没有在用于自动态范围的不同部分获取数据的时段不相同的以多次曝光为基础的HDR成像系统及其他HDR成像系统中所经历的运动诱发假影。
本发明揭示双像素大小彩色影像传感器的若干不同布局连同用于制造相关联的彩色滤光片数组的方法。双像素大小彩色影像传感器的制造相比于习知拜耳型影像传感器的制造更具挑战性，且由此等传感器撷取的影像常常遭受在施加界定感光单元的色彩敏感度的彩色滤光片期间引入的色彩条纹假影。施加至基础像素数组的个别像素的彩色滤光片数组的厚度影响被透射至像素的光的量及光谱性质两者。适当确定入射于由不同色彩的感光单元组成的彩色像素上的光的色彩要依赖于对每一个别感光单元施加彩色滤光片时的良好控制。本文所揭示的某些实施例经优化以减轻对在制造彩色滤光片数组期间的制程控制的要求和/或在经撷取HDR影像中提供改良的色彩清晰度。
图1说明情境100，其中HDR摄影机110撷取场景140的影像以产生HDR彩色影像150。HDR摄影机110包含双像素大小彩色影像传感器120及物镜130，物镜130用于将场景140的影像形成至双像素大小彩色影像传感器120上。双像素大小彩色影像传感器120包含具有不同色彩的高敏感度感光单元121(在图1中仅标记一个高敏感度感光单元)及低敏感度感光单元122(在图1中仅标记一个低敏感度感光单元)。高敏感度感光单元121相比于低敏感度感光单元122具有较大光敏区域，且因此对光较敏感。因此，在低光情形中，高敏感度感光单元121相比于低敏感度感光单元122提供较好数据。在亮光情形中，高敏感度感光单元121可能饱和，且自低敏感度感光单元122获得较好数据。在图1所说明的情境中，场景140包含如下两者：亮光部分，亦即，由HDR摄影机110检视的太阳及日照部分；以及低光部分，亦即，背对太阳的人。双像素大小彩色影像传感器120的动态范围使得能够撷取HDR彩色影像150，其展示场景140的明亮日照部分及阴暗背光部分两者中的细节。比较而言，习知非HDR摄影机将很可能未能展示背光的人的脸部的良好细节。
图2A及图2B分别以俯视平面图及正视图说明双像素大小彩色影像传感器200。最好一起检视图2A及图2B。双像素大小彩色影像传感器200为图1的双像素大小彩色影像传感器120的实施例。如图2B所说明，双像素大小彩色影像传感器200包含基础像素数组230及彩色滤光片数组240。如图2A所说明，双像素大小彩色影像传感器200包含多个相同彩色像素210(在图2A中仅标记一个彩色像素)。每一彩色像素210包含四个大感光单元及四个小感光单元。四个大感光单元包含两个绿色感光单元211及212、一红色感光单元213及一蓝色感光单元214，所述感光单元为图1的高敏感度感光单元121的实施例。四个小感光单元包含两个绿色感光单元221及222、一红色感光单元223及一蓝色感光单元224，所述感光单元为图1的低敏感度感光单元122的实施例。大感光单元211至214中的每一者是藉由将彩色滤光片施加至双像素大小影像传感器200的基础像素数组的大像素而形成。在图2B中针对感光单元214说明此情形，其中感光单元214是由基础像素数组230的像素234及彩色滤光片数组240的彩色滤光片244形成。等效地，小感光单元221至224中的每一者是藉由将彩色滤光片数组240的彩色滤光片施加至双像素大小影像传感器200的基础像素数组的小像素而形成。大绿色感光单元211及212以及小绿色感光单元221及222包含彩色滤光片数组240的使可见光谱的绿色部分中的光透射的彩色滤光片。大红色感光单元213及小红色感光单元223包含彩色滤光片数组240的使可见光谱的红色部分中的光透射的彩色滤光片。大蓝色感光单元214及小蓝色感光单元224包含彩色滤光片数组240的使可见光谱的蓝色部分中的光透射的彩色滤光片。此组成可基于除了红色、绿色及蓝色以外的色彩，而不脱离本发明的范畴。涵盖所要光谱范围的各自部分的任何三种色彩可替换双像素大小彩色影像传感器200的红色、绿色及蓝色色彩。举例而言，黄色可替换绿色，青色可替换蓝色，且洋红色可替换红色。
在实施例中，基础像素数组230为电荷耦合装置(CCD)。在另一实施例中，基础像素数组230为互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器。
图3说明用于制造用于双像素大小彩色影像传感器的彩色滤光片以形成感光单元的方法300。方法300可用以制造图2的双像素大小彩色影像传感器200的彩色滤光片以形成感光单元211至214及221至224。在步骤310中，形成第一色彩的大及小感光单元。举例而言，步骤310形成双像素大小彩色影像传感器200(图2)的大绿色感光单元211及212以及小绿色感光单元221及222。在实施例中，步骤310包含(a)将第一色彩光阻(例如，绿色光阻)旋涂至双像素大小彩色影像传感器(例如，双像素大小彩色影像传感器200(图2))的成像表面上，(b)在成像表面的所要部分中显影第一色彩光阻，以及(c)清除残余光阻。
在步骤320中，将第二色彩的光阻旋涂至双像素大小彩色影像传感器的成像表面上。举例而言，将红色光阻旋涂至双像素大小彩色影像传感器200(图2)的成像表面上。在步骤330中，在成像表面的第二区中显影第二色彩光阻以形成第二色彩的大及小感光单元。成像表面的第二区位于成像表面的未由步骤310中形成的第一色彩感光单元占据的部分中。举例而言，显影红色光阻以形成双像素大小彩色影像传感器200(图2)的大红色感光单元213及小红色感光单元223。在可选择的步骤335中，自双像素大小彩色影像传感器的成像表面移除残余第二色彩光阻，例如，自双像素大小彩色影像传感器200(图2)的成像表面清除残余红色光阻。
在步骤340中，将具有第三色彩的光阻旋涂至双像素大小彩色影像传感器的成像表面上。举例而言，将蓝色光阻旋涂至双像素大小彩色影像传感器200(图2)的成像表面上。在步骤350中，在成像表面的第三区中显影第三色彩光阻以形成具有第三色彩的大及小感光单元。成像表面的第三区为未由步骤310及330中形成的其他色彩的感光单元占据的成像表面的部分。举例而言，显影蓝色光阻以形成双像素大小彩色影像传感器200(图2)的大蓝色感光单元214及小蓝色感光单元224。在可选择的步骤355中，自双像素大小彩色影像传感器的成像表面移除残余第三色彩光阻，例如，自双像素大小彩色影像传感器200(图2)的成像表面清除残余蓝色光阻。
图4说明方法400，其为方法300(图3)的步骤320的实施例。方法400包含步骤410及420。在步骤410中，将第二色彩光阻施加至固持一或多个影像传感器的支撑结构。在实施例中，支撑结构为固持多个影像传感器(例如，10至10000个影像传感器)的晶圆。可将第二色彩光阻施加至支撑结构的局部区域。此局部区域可含有影像传感器，在此状况下，将第二色彩光阻施加至影像传感器的影像表面。替代地，局部区域可不含有影像传感器，且将第二色彩光阻直接地施加至支撑结构。在实施例中，将第二色彩光阻施加至支撑结构的中心附近的位置。在步骤420中，使支撑结构围绕实质上垂直于由支撑结构固持的一或多个影像传感器的成像表面的旋转轴线自旋。旋转造成第二色彩光阻在远离旋转轴线的方向上在支撑结构的表面上流动和/或在由支撑结构固持的影像传感器的表面上流动。藉由适当地调节旋转速率、第二色彩光阻黏度及表面能，使第二色彩光阻分散在由支撑结构固持的一或多个影像传感器的影像表面上。方法400可经扩展以应用于方法300(图3)的步骤340。
图5为说明在多个影像传感器被旋涂有第二色彩光阻的实施例中的图4的方法400的图解500。支撑结构510固持多个影像传感器520(i)(在图5中仅标记一个影像传感器)。图5以俯视平面图展示支撑结构510及影像传感器520(i)。在方法400的步骤410中，将第二色彩光阻施加至支撑结构510的局部区域530。在方法400的步骤420中，使支撑结构在方向550上围绕旋转轴线540自旋。旋转轴线540垂直于支撑结构510的平面，以及影像传感器520(i)的成像表面。在此实施例中，局部区域530及旋转轴线540在支撑结构510上居中。随着支撑结构510围绕旋转轴线540自旋，第二色彩光阻在由箭头560(在图5中仅标记一个箭头)指示的径向向外方向上自局部区域530散开。此情形引起涂布影像传感器520(i)的成像表面以及支撑结构510的表面的经曝露部分。
图6为说明在执行方法300(图3)的步骤310的后在制造期间的图2的双像素大小彩色影像传感器200的状态的图解600。在制造制程中的此点，双像素大小彩色影像传感器200(图2)包含：完全形成的大绿色感光单元，例如，大绿色感光单元211及212(图2)；以及完全形成的小绿色感光单元，例如，小绿色感光单元221及222(图2)。不与大或小绿色感光单元相关联的双像素大小彩色影像传感器200的成像表面的部分包含相连接区640(在图6中标记两个相连接区)。此等相连接区为连续直线。由于包含于大及小绿色感光单元中的彩色滤光片具有有限厚度，故不与大或小绿色感光单元相关联的相连接区为浅线性信道。此等通道是藉由大及小绿色感光单元的相连接线性区而彼此分离。在后继制造步骤(方法300(图3)的步骤320)中，将第二色彩光阻(例如，红色光阻)旋涂至双像素大小彩色影像传感器200的成像表面上。在此步骤中，相比于在跨越大及小绿色感光单元的信道及区两者的方向上的流动(如由箭头655所指示)，对跨越成像表面的光阻流动的阻力在经由通道流动(如由箭头650所指示)的情况下可较小。
图7说明具有拜耳彩色滤光片数组的习知非HDR影像传感器700。影像传感器700包含多个相同彩色像素710(在图7中仅标记一个彩色像素)。每一彩色像素710是由如下四个相同大小的感光单元组成：两个绿色感光单元711及712、一个红色感光单元713，以及一个蓝色感光单元714。可根据在红色及蓝色感光单元的前形成绿色感光单元的制程而制造影像传感器700。在此状况下，不存在具有大于单一感光单元的大小的不与绿色感光单元相关联的相连接区。因此，无通道形成于绿色感光单元的间，且在施加第二色彩光阻期间，对表面上的光阻流动的阻力未被预期为具有显著方向相依性。结果，在影像传感器700的彩色滤光片数组的制造中应用的旋涂制程无需考虑对流体流动的方向相依阻力。
图8以俯视平面图说明双像素大小彩色影像传感器800，其为图1的双像素大小彩色影像传感器120的另一实施例。双像素大小彩色影像传感器800相同于图2的双像素大小彩色影像传感器200，只不过相比于双像素大小彩色影像传感器200(图2)，使小绿色感光单元221的位置与小红色感光单元223的位置进行了交换。双像素大小彩色影像传感器800的彩色滤光片数组经组态成使得不与大或小绿色感光单元相关联的成像表面的相连接区840不形成连续直线(在图8中指示一个相连接区840)。相连接区840包含相连接线性区段845(在图8中标记一个线性区段845)。每一线性区段845具有不大于两个大感光单元(例如，大绿色感光单元)及一个小感光单元(例如，小绿色感光单元)的长度的长度。每一线性区段845包含至多两个大感光单元及一个小感光单元，其皆具有不同于绿色的色彩。举例而言，线性区段845可由大红色感光单元、小蓝色感光单元及大蓝色感光单元组成。
双像素大小彩色影像传感器800的此色彩组合物可基于除了红色、绿色及蓝色以外的色彩，而不脱离本发明的范畴。涵盖所要光谱范围的各自部分的任何三种色彩可替换双像素大小彩色影像传感器800的红色、绿色及蓝色色彩。举例而言，黄色可替换绿色，青色可替换蓝色，且洋红色可替换红色。
图9说明用于制造双像素大小彩色影像传感器的彩色滤光片数组的方法900。方法900为图3的方法300的实施例，且(例如)用以制造图8的双像素大小彩色影像传感器800。方法900相同于图3的方法300，惟方法300(图3)的步骤310是由步骤910替换除外。在步骤910中，形成第一色彩的大及小感光单元，使得不与第一色彩感光单元相关联的成像表面的相连接区不形成连续直线。举例而言，形成双像素大小彩色影像传感器800的大绿色感光单元211及212以及小绿色感光单元221及222，使得相连接区840不为连续直线。
图10为说明在执行方法900(图9)的步骤910的后在制造期间的图8的双像素大小彩色影像传感器800的状态的图解1000。在制造制程中的此点，双像素大小彩色影像传感器800(图8)包含：完全形成的大绿色感光单元，例如，大绿色感光单元211及212(图8)；以及完全形成的小绿色感光单元，例如，小绿色感光单元221及222(图8)。不与大或小绿色感光单元相关联的双像素大小彩色影像传感器800的成像表面的部分包含相连接区840。由于包含于大及小绿色感光单元中的彩色滤光片具有有限厚度，故相连接区840为浅通道。在后继制造步骤(方法900(图9)的步骤320)中，将第二色彩光阻(例如，红色光阻)旋涂至双像素大小彩色影像传感器800的成像表面上。
相比于由双像素大小彩色影像传感器200(图2)的相连接区640(图6)形成的通道，由相连接区840形成的通道不为直连续线。如图10所说明，相连接区840是由彼此串联地连接的线性区段1051组成(在图10中仅标记一个线性区段)。一对相连接线性区段的线性区段1051经配置为非平行，亦即，每一对相连接线性区段1051彼此成相对角1060(在图10中仅标记一个相对角)。相对角1060大于0°且小于180°。在实施例中，相对角1060为直角。在另一实施例中，相对角1060在介于80°与100°的间的范围内。
箭头1050指示经由相连接区840的光阻流动。相比于由双像素大小彩色影像传感器200的相连接区640(图6)形成的连续直线性信道，相对角1060在由相连接区840形成的通道中引入额外流动阻力。在由相连接区840形成的通道中，光阻流动方向1055垂直于大致沿着箭头1050的一般光阻流动方向。方向1055跨越大及小绿色感光单元的相连接区及相连接区840两者。方向1055垂直于沿着箭头1050的流动方向，如在许多线性区段1051上平均化。归因于由相对角1060引入的额外阻力，对沿着方向1050及在由相连接区840形成的通道内的光阻流动的阻力的差异小于对沿着图6的箭头650及655的光阻流动的阻力的差异。在实施例中，对在方向1055上的光阻流动的阻力与在由相连接区840形成的通道内的流动阻力实质上相同。因此，在方法900(图9)的步骤320中较容易达成第二色彩光阻跨越所述成像表面或如结合图4及图5所论述的一起处理的多个成像表面的分散以形成第二色彩光阻的均一涂层，例如，红色光阻。相比于根据方法300(图3)而制造的双像素大小彩色影像传感器200，此情形放宽针对双像素大小彩色影像传感器800达成第二色彩光阻的所要涂层厚度及涂层厚度均一性所必要的制程控制的要求。
当随后将第三色彩光阻(亦即，蓝色光阻)涂布至双像素大小彩色影像传感器800的成像表面上时，不与其他色彩感光单元相关联的成像表面的相连接区具有不大于大感光单元及小感光单元的区域的区域。因此，对跨越成像表面的光阻流动的阻力在所有方向上实质上相同。因此，可在方法900(图9)的步骤340中达成双像素大小彩色影像传感器800的成像表面的第三色彩光阻的均一涂层，而不必考虑流体流动阻力的任何方向相依性。
图11以俯视平面图说明双像素大小彩色影像传感器1100，其为双像素大小彩色影像传感器800至不同感光单元形状的扩展的实例。双像素大小彩色影像传感器1100为图1的双像素大小彩色影像传感器120的实施例。双像素大小彩色影像传感器1100包含多个相同彩色像素1010。每一彩色像素1110包含四个大感光单元及四个小感光单元。四个大感光单元包含两个绿色感光单元1111及1112、一红色感光单元1113及一蓝色感光单元1114，所述感光单元为图1的高敏感度感光单元121的实施例。四个小感光单元包含两个绿色感光单元1121及1122、一红色感光单元1123及一蓝色感光单元1124，所述感光单元为图1的低敏感度感光单元122的实施例。双像素大小彩色影像传感器1100的小感光单元为圆形，且大感光单元经塑形为正方形，其中在每一拐角处具有四分的一圆形切口。双像素大小彩色影像传感器1100可根据图9的方法900而制造。将双像素大小彩色影像传感器800(图8)的论述扩展至双像素大小彩色影像传感器1100及其他双像素大小彩色影像传感器，其仅仅为双像素大小彩色影像传感器800的具有不同感光单元形状的版本。
图12以俯视平面图说明双像素大小彩色影像传感器1200，其为图1的双像素大小彩色影像传感器120的实施例。双像素大小彩色影像传感器1200相同于图2的双像素大小彩色影像传感器200，只不过感光单元被不同地配置。双像素大小彩色影像传感器1200包含多个相同第一类型彩色像素1210及多个相同第二类型彩色像素1220。彩色像素的列在由第一类型彩色像素1210组成的列与由第二类型彩色像素1220组成的列的间交替。每一第一类型彩色像素1210及每一第二类型彩色像素1220包含四个大感光单元及四个小感光单元。四个大感光单元包含绿色感光单元211及212、红色感光单元213及蓝色感光单元214，所述感光单元为图1的高敏感度感光单元121的实施例。四个小感光单元包含两个绿色感光单元221及222、一红色感光单元223及一蓝色感光单元224，所述感光单元为图1的低敏感度感光单元122的实施例。第二类型彩色像素1220的感光单元是与第一类型彩色像素1210的感光单元不同地配置。相比于第一类型彩色像素1210，大绿色感光单元211与大蓝色感光单元214已在第二类型彩色像素1220中交换位置，大绿色感光单元212与大红色感光单元213已在第二类型彩色像素1220中交换位置，且小蓝色感光单元224与小红色感光单元223已在第二类型彩色像素1220中交换位置。
不与大绿色感光单元211或212或者小绿色感光单元221或222相关联的双像素大小彩色影像传感器1200的成像表面的相连接区具有不大于两个大绿色感光单元211或212及两个小绿色感光单元221或222的区域的区域。双像素大小彩色影像传感器1200的相连接区包含至多两个大感光单元及两个小感光单元。在双像素大小彩色影像传感器1200的成像表面的内部区中，相连接区是由大红色感光单元213、大蓝色感光单元214、小红色感光单元223及小蓝色感光单元224组成。
双像素大小彩色影像传感器1200的此色彩组成可基于除了红色、绿色及蓝色以外的色彩，而不脱离本发明的范畴。涵盖所要光谱范围的各自部分的任何三种色彩可替换双像素大小彩色影像传感器1200的红色、绿色及蓝色色彩。举例而言，黄色可替换绿色，青色可替换蓝色，且洋红色可替换红色。
图13说明用于制造双像素大小彩色影像传感器的方法1300。方法1300为图3的方法300的实施例，且用以制造(例如)图12的双像素大小彩色影像传感器1200的彩色滤光片数组。方法1300相同于图3的方法300，只不过方法300(图3)的步骤310由步骤1310替换。在步骤1310中，形成大及小第一色彩像素，使得不与大或小第一色彩感光单元相关联的成像表面的相连接区具有不大于两个大第一色彩感光单元及两个小第一色彩感光单元的区域的区域。举例而言，形成双像素大小彩色影像传感器1200(图12)的大绿色感光单元211及212以及小绿色感光单元221及222，使得双像素大小彩色影像传感器1200的成像表面的相连接区具有不大于两个大绿色感光单元211或212或者两个小绿色感光单元221或222的区域的区域。
当根据图13的方法1300来制造图12的双像素大小彩色影像传感器1200时，对跨越成像表面的第二色彩光阻及第三色彩光阻(亦即，红色光阻及蓝色光阻)两者的流动的阻力在所有方向上实质上均一。因此，可在方法1300的步骤320及340中达成具有红色及蓝色光阻的成像表面的均一涂层，而无需考虑流体流动阻力的方向差异。
图14说明用于在单一图框中撷取HDR彩色影像的HDR彩色成像系统1400。HDR彩色成像系统1400包含用于撷取场景的影像的图1的双像素大小彩色影像传感器120。所述影像是由图3的物镜130形成。在某些实施例中，双像素大小彩色影像传感器120为双像素大小彩色影像传感器200(图2A及图2B)、双像素大小彩色影像传感器800(图8)、双像素大小彩色影像传感器1100(图11)及双像素大小彩色影像传感器1200(图12)中的一者。双像素大小彩色影像传感器120与处理器1410通信，处理器1410与非挥发性内存1420及介面1430通信。内存1420包含机器可读指令1422，使得处理器1410可根据指令1422而处理由双像素大小彩色影像传感器120撷取的影像。在实施例中，指令1422进一步包含用于控制由双像素大小彩色影像传感器120撷取的影像的指令。视情况，内存1420包含用于储存(例如)自双像素大小彩色影像传感器120接收的影像数据和/或通过由处理器1410进行的图像处理而产生的影像(诸如，HDR影像)的数据储存器1424。
介面1430将数据传达至诸如人或外部计算机系统的接收者。介面1430可包含：显示器；以太网络端口、USB端口、蓝芽埠、Wi-Fi埠，或其他形式的连接性；和/或用于控制由双像素大小彩色影像传感器120撷取的影像和/或HDR成像系统1400的其他功能性的控制面板。举例而言，介面1430可接收用以撷取影像的命令、用于双像素大小彩色影像传感器120的设定(诸如，曝光时间及增益)，和/或用于物镜130的设定(诸如，焦点、变焦和/或孔径光阑)。视情况，HDR成像系统1400包含用于HDR成像系统1400中包含的组件的环境保护的罩壳1490。举例而言，罩壳1490为摄影机本体。HDR成像系统进一步包含任选电源供应器1480。
双像素大小彩色影像传感器200及其实施例、双像素大小彩色影像传感器800、双像素大小彩色影像传感器1100以及双像素大小彩色影像传感器1200可具有任何数目个彩色像素，例如，768×1024像素、1024×1280像素、900×1600像素、3000×4000像素，而不脱离本发明的范畴。
特征组合
上文所描述的特征以及下文所主张的特征可以各种方式进行组合，而不脱离本发明的范畴。举例而言，应了解，本文所描述的一种双像素大小彩色影像传感器或其制造方法的态样可并有或调换本文所描述的另一双像素大小彩色影像传感器或其制造方法的特征。以下实例说明上文所描述的实施例的可能非限制性组合。应清楚的是，可对本文中的方法及系统进行许多其他改变及修改，而不脱离本发明的精神及范畴：
(A)一种双像素大小彩色影像传感器可包含：成像表面，其用于入射光的成像；以及多个彩色像素，每一彩色像素包含(a)包含对所述入射光的第一色彩敏感的大第一色彩感光单元的大感光单元，以及(b)包含对所述入射光的所述第一色彩敏感的小第一色彩感光单元的小感光单元，所述大及小第一色彩感光单元经配置成使得不与大第一色彩感光单元相关联且不与小第一色彩感光单元相关联的所述成像表面的相连接区不为连续直线。
(B)在被表示为(A)的双像素大小影像传感器中，所述大感光单元可包含四个大感光单元，且所述小感光单元可包含四个小感光单元。
(C)在被表示为(B)的双像素大小影像传感器中，所述四个大感光单元可包含两个大第一色彩感光单元，且所述四个小感光单元包含两个小第一色彩感光单元。
(D)在被表示为(C)的双像素大小彩色影像传感器中，所述四个大感光单元可进一步包含对所述入射光的不同于所述第一色彩的色彩敏感的两个大其他色彩感光单元，且所述四个小感光单元可进一步包含对所述入射光的不同于所述第一色彩的色彩敏感的两个小其他色彩感光单元。
(E)在被表示为(D)的双像素大小彩色影像传感器中，不与大第一色彩感光单元相关联且不与小第一色彩感光单元相关联的所述成像表面的相连接区可由大其他色彩感光单元、小其他色彩感光单元或其组合占据。
(F)在被表示为(D)及(E)的双像素大小彩色影像传感器中的任一者中，所述两个大其他色彩感光单元可包含对所述入射光的第二色彩敏感的第二色彩感光单元，以及对所述入射光的第三色彩敏感的第三色彩感光单元；且所述两个小其他色彩感光单元可包含对所述入射光的所述第二色彩敏感的第二色彩感光单元，以及对所述入射光的所述第三色彩敏感的第三色彩感光单元。
(G)在被表示为(D)至(F)的双像素大小彩色影像传感器中的任一者中，大和/或小其他色彩感光单元的每一相连接区可在包括至多一个小其他色彩感光单元及两个大其他色彩感光单元的共同直线上居中。
(H)在被表示为(A)至(G)的双像素大小彩色影像传感器中的任一者中，不与大第一色彩感光单元相关联且不与小第一色彩感光单元相关联且不紧接于所述成像表面的边缘的所述成像表面的所述相连接区可形成相连接线性区段，其中一对相连接线性区段的线性区段不平行。
(I)在被表示为(H)的双像素大小彩色影像传感器中，一对相连接线性区段的所述线性区段可相对于彼此成大约90°的相对角。
(J)在被表示为(I)的双像素大小彩色影像传感器中，每一线性区段可不长于两个大第一色彩感光单元及一个小第一色彩感光单元的总长度。
(K)一种双像素大小彩色影像传感器可包含：成像表面，其用于入射光的成像；以及多个彩色像素，每一彩色像素包含(a)包含对所述入射光的第一色彩敏感的大第一色彩感光单元的大感光单元，以及(b)包含对所述入射光的所述第一色彩敏感的小第一色彩感光单元的小感光单元，所述大及小第一色彩感光单元经配置成使得不与大第一色彩感光单元相关联且不与小第一色彩感光单元相关联的所述成像表面的相连接区具有不大于两个大第一色彩感光单元及两个小第一色彩感光单元的区域的区域。
(L)在被表示为(K)的双像素大小影像传感器中，所述大感光单元可包含四个大感光单元，且所述小感光单元可包含四个小感光单元。
(M)在被表示为(L)的双像素大小影像传感器中，所述四个大感光单元可包含两个大第一色彩感光单元，且所述四个小感光单元可包含两个小第一色彩感光单元。
(O)在被表示为(M)的双像素大小彩色影像传感器中，所述四个大感光单元可进一步包含对所述入射光的不同于所述第一色彩的色彩敏感的两个大其他色彩感光单元；且所述四个小感光单元可进一步包含对所述入射光的不同于所述第一色彩的色彩敏感的两个小其他色彩感光单元。
(P)在被表示为(O)的双像素大小彩色影像传感器中，所述两个大其他色彩感光单元可包含对所述入射光的第二色彩敏感的第二色彩感光单元，以及对所述入射光的第三色彩敏感的第三色彩感光单元；且所述两个小其他色彩感光单元可包含对所述入射光的第二色彩敏感的第二色彩感光单元，以及对所述入射光的第三色彩敏感的第三色彩感光单元。
(Q)在被表示为(O)及(P)的双像素大小彩色影像传感器中的任一者中，大其他色彩感光单元、小其他色彩感光单元或其组合的每一相连接区可包含至多两个小其他色彩感光单元及两个大其他色彩感光单元。
(R)在被表示为(A)至(Q)的双像素大小彩色影像传感器中的任一者中，所述第一色彩可表示可见光谱的绿色部分。
(S)在被表示为(F)、(G)及(P)至(R)的双像素大小彩色影像传感器中的任一者中，所述第一色彩可表示可见光谱的绿色部分，且所述第二色彩可表示具有长于所述第一色彩的波长的可见光谱的部分，且所述第三色彩可表示具有短于所述第一色彩的波长的可见光谱的部分。
(T)在被表示为(A)至(S)的双像素大小彩色影像传感器中的任一者中，所述大感光单元相比于所述小感光单元可对光较敏感。
(U)一种用于在双像素大小影像传感器的成像表面上制造彩色滤光片数组的方法可包含：在所述成像表面的第一部分上形成第一色彩涂层以形成对第一色彩敏感的大及小第一色彩感光单元，其中不同于所述第一部分的所述成像表面的相连接部分不为连续直线。
(V)在被表示为(U)的方法中，不同于所述第一部分的所述成像表面的所述相连接部分可形成相连接线性区段，其中每一对相连接线性区段的所述线性区段不平行。
(X)在被表示为(V)的方法中，每一对相连接线性区段的所述线性区段的间的相对角可对经由所述相连接线性区段在所述成像表面上的流体流动引入阻力。
(Y)在被表示为(X)的方法中，所述相对角可在自80°至100°的范围内。
(Z)在被表示为(V)至(Y)的方法中的任一者中，每一线性区段可不长于两个大第一色彩感光单元及一个小第一色彩感光单元的总长度。
(AA)在被表示为(U)的方法中，不同于所述第一部分的所述成像表面的所述相连接部分可具有不大于两个大第一色彩感光单元及两个小第一色彩感光单元的区域的区域。
(AB)被表示为(U)至(AA)的方法中的任一者可进一步包含：(a)在形成第一色彩涂层的所述步骤的后，将第二色彩光阻施加至固持所述影像传感器的结构；(b)使所述双像素大小影像传感器围绕实质上正交于所述成像表面的轴线自旋，以将所述第二色彩光阻分散于所述成像表面上；以及(c)在位于所述成像表面的其他部分内的所述成像表面的第二部分中显影所述第二色彩光阻，以形成对第二色彩敏感的大及小感光单元。
(AC)在被表示为(AB)的方法中，在所述自旋步骤中，对跨越所述成像表面的所述第二色彩光阻的流动的阻力可对于所述第二色彩光阻的所有流动方向实质上均一。
(AD)在被表示为(U)至(AC)的方法中的任一者中，所述第一色彩可表示可见光谱的绿色部分。
(AE)在被表示为(AB)至(AC)的方法中的任一者中，所述第一色彩可表示可见光谱的绿色部分，且所述第二色彩可表示具有长于所述第一色彩的波长的可见光谱的部分，且所述第三色彩可表示具有短于所述第一色彩的波长的可见光谱的部分。
可在以上方法及系统中做出改变，而不脱离本发明的范畴。因此应注意，在以上描述中含有且在随附图式中展示的事物应被解译为说明性而非限制性的。以下申请专利范围意欲涵盖在语言上可能被称为属于本方法及系统的范畴内的本文所描述的一般及特定特征，以及对所述范畴的所有叙述。
Claims (20)
1.一种双像素大小彩色影像传感器，其包括：
成像表面，其用于入射光的成像；以及
多个彩色像素，每个彩色像素包括(a)四个大感光单元，其包含对所述入射光的第一色彩敏感的两个大第一色彩感光单元，以及(b)四个小感光单元，其包含对所述入射光的所述第一色彩敏感的两个小第一色彩感光单元，所述大第一色彩感光单元及所述小第一色彩感光单元经配置成使得不与所述大第一色彩感光单元相关联且不与所述小第一色彩感光单元相关联的所述成像表面的相连接区不为连续直线，除紧接于所述成像平面的边缘的相连接区之外的所有相连接区形成线性区段，其中所述线性区段具有选自包括以下的组的至少一个特性：
(i)所述线性区段中的每对相连接的线性区段相对于彼此成90°的相对角；
(ii)所述线性区段中的每个不长于两个所述大第一色彩感光单元及一个所述小第一色彩感光单元的总长度。
2.根据权利要求1所述的双像素大小彩色影像传感器，所述大感光单元相比于所述小感光单元对光较敏感。
3.根据权利要求1所述的双像素大小彩色影像传感器，相连接线性区段的一对的线性区段相对于彼此成90°的相对角。
4.根据权利要求1所述的双像素大小彩色影像传感器，每个所述线性区段不长于两个所述大第一色彩感光单元及一个所述小第一色彩感光单元的总长度。
5.一种双像素大小彩色影像传感器，包括：
成像平面，其用于入射光的成像；以及
多个彩色像素，每个彩色像素包括(a)四个大感光单元，其包含对所述入射光的第一色彩敏感的两个大第一色彩感光单元，以及(b)四个小感光单元，其包含对所述入射光的所述第一色彩敏感的两个小第一色彩感光单元，所述大第一色彩感光单元及所述小第一色彩感光单元经配置成使得不与所述大第一色彩感光单元相关联且不与所述小第一色彩感光单元相关联的所述成像表面的相连接区不为连续直线，
所述四个大感光单元更包括对所述入射光的不同于所述第一色彩的色彩敏感的两个大其他色彩感光单元；以及
所述四个小感光单元更包括对所述入射光的不同于所述第一色彩的色彩敏感的两个小其他色彩感光单元；
其特征在于不与所述大第一色彩感光单元相关联且不与所述小第一色彩感光单元相关联的所述成像表面的所述相连接区是由所述大其他色彩感光单元、所述小其他色彩感光单元或其组合占据，其中所述大和/或小其他色彩感光单元的每个所述相连接区在包括至多一个所述小其他色彩感光单元及两个所述大其他色彩感光单元的一共同直线上居中。
6.根据权利要求5所述的双像素大小彩色影像传感器，
两个所述大其他色彩感光单元包括对所述入射光的第二色彩敏感的第二色彩感光单元，以及对所述入射光的第三色彩敏感的第三色彩感光单元；以及
两个所述小其他色彩感光单元包括对所述入射光的所述第二色彩敏感的第二色彩感光单元，以及对所述入射光的所述第三色彩敏感的第三色彩感光单元。
7.根据权利要求6所述的双像素大小彩色影像传感器，所述第一色彩表示可见光谱的绿色部分，所述第二色彩表示具有长于所述第一色彩的波长的可见光谱的部分，且所述第三色彩表示具有短于所述第一色彩的波长的可见光谱的部分。
8.一种双像素大小彩色影像传感器，包括：
成像平面，其用于入射光的成像；以及
多个彩色像素，每个彩色像素包括(a)四个大感光单元，其包含对所述入射光的第一色彩敏感的两个大第一色彩感光单元，以及(b)四个小感光单元，其包含对所述入射光的所述第一色彩敏感的两个小第一色彩感光单元，所述大第一色彩感光单元及所述小第一色彩感光单元进一步经配置成使得不与所述大第一色彩感光单元相关联且不与所述小第一色彩感光单元相关联的所述成像表面的相连接区(i)不为连续直线以及(ii)具有不大于两个所述大第一色彩感光单元及两个所述小第一色彩感光单元的区域的区域。
9.根据权利要求8所述的双像素大小彩色影像传感器，所述大感光单元相比于所述小感光单元对光较敏感。
10.根据权利要求8所述的双像素大小彩色影像传感器，
四个所述大感光单元更包括对所述入射光的不同于所述第一色彩的色彩敏感的两个大其他色彩感光单元；以及
四个所述小感光单元更包括对所述入射光的不同于所述第一色彩的色彩敏感的两个小其他色彩感光单元。
11.根据权利要求10所述的双像素大小彩色影像传感器，
两个所述大其他色彩感光单元包括对所述入射光的第二色彩敏感的第二色彩感光单元，以及对所述入射光的第三色彩敏感的第三色彩感光单元；以及
两个所述小其他色彩感光单元包括对所述入射光的所述第二色彩敏感的第二色彩感光单元，以及对所述入射光的所述第三色彩敏感的第三色彩感光单元。
12.根据权利要求11所述的双像素大小彩色影像传感器，所述第一色彩表示可见光谱的绿色部分，所述第二色彩表示具有长于所述第一色彩的波长的可见光谱的部分，且所述第三色彩表示具有短于所述第一色彩的波长的可见光谱的部分。
13.根据权利要求10所述的双像素大小彩色影像传感器，所述大其他色彩感光单元、所述小其他色彩感光单元或其组合的每一所述相连接区包括至多两个所述小其他色彩感光单元及两个所述大其他色彩感光单元。
14.一种用于在一双像素大小影像传感器的成像表面上制造彩色滤光片数组的方法，其包括：
在所述成像表面的第一部分上形成第一色彩涂层，以形成对第一色彩敏感的大及小第一色彩感光单元，其特征在于不同于所述第一部分的所述成像表面的相连接部分不为连续直线，且其中所述相连接部分具有不大于两个大第一色彩感光单元及两个小第一色彩感光单元的区域的区域。
15.根据权利要求14所述的方法，不同于所述第一部分的所述成像表面的所述相连接部分形成相连接线性区段，其特征在于所述相连接线性区段的每一对的线性区段不平行。
16.根据权利要求15所述的方法，介于所述相连接线性区段的每一对的线性区段的间的相对角对经由所述相连接线性区段在所述成像表面上的流体流动引发阻力。
17.根据权利要求15所述的方法，每一所述线性区段不长于两个所述大第一色彩感光单元及一个所述小第一色彩感光单元的总长度。
18.根据权利要求16所述的方法，所述相对角介于80°至100°的范围内。
19.一种用于在一双像素大小影像传感器的成像表面上制造彩色滤光片数组的方法，其包括：
在所述成像表面的第一部分上形成第一色彩涂层，以形成对第一色彩敏感的大及小第一色彩感光单元，其特征在于不同于所述第一部分的所述成像表面的相连接部分不为连续直线；
在形成所述第一色彩涂层的所述步骤后，将第二色彩光阻施加至固持所述影像传感器的结构；
使所述双像素大小影像传感器围绕实质上正交于所述成像表面的轴线自旋，以将所述第二色彩光阻分散于所述成像表面上；以及
显影位于所述成像表面的其他部分内的所述成像表面的第二部分中的所述第二色彩光阻，以形成对第二色彩敏感的大及小感光单元。
20.根据权利要求19所述的方法，在所述自旋步骤中，对所述第二色彩光阻横越所述成像表面的流动的阻力对于所述第二色彩光阻的所有流动方向实质上均一。
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