CN104702924A - 捕获可见光和红外光图像的图像传感器及关联系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器包含：具有长度、宽度以及高度的半导体基板；安置于半导体基板中的多个可见光光检测器；以及安置于半导体基板中的多个组合光光检测器。多个可见光光检测器中的每一个在高度方向上具有各自的深度，且多个组合光光检测器中的每一个在高度方向上具有大于多个可见光光检测器中的每一个的各自的深度的各自的深度。

Description

捕获可见光和红外光图像的图像传感器及关联系统和方法

背景技术

许多成像系统日夜皆操作。举例而言，安全性成像系统常常一天二十四小时地捕获监视相片或监视视频。作为另一实例，汽车后视成像系统通常必须能够日夜捕获视频。

在白天期间，日光通常足以照射用于成像的场景。然而，对于夜间成像，通常需要人工光源充分照射场景。尽管人工光源可为可见光源，但人工光源通常为红外光源。因此，日夜皆操作的许多成像系统必须能够在可见光以及红外光场景照射两个情况下捕获图像。

不过，由可见光以及红外光两者照射图像场景是常见的。举例而言，日光含有红外光以及可见光。作为另一实例，夜晚主要由红外线人工光源照射的场景亦可部分地由来自附近杂散光源的可见光照射。因此，对可见光以及红外光两者敏感的图像传感器将常常自可见光以及红外光两者产生图像数据。然而，混合可见光图像数据与红外光图像数据通常不合需要，因为其可彼此干扰。

防止同时自可见光以及红外光两者产生图像数据的一个传统方法为根据预期或所要照射对入射于图像传感器上的光滤光。具体地，在白天期间或在预期可见光照射的时间期间，将红外线阻隔滤光片以机械方式切换至图像传感器的光学路径中，藉此防止红外光到达图像传感器。在夜晚期间或在预期红外光照射的时间期间，移除红外线阻隔滤光片并将可见光阻隔滤光片切换至光学路径中，藉此防止可见光到达图像传感器。尽管此等滤光技术可提供令人满意的结果，但其通常要求移动通常昂贵且易于发生故障的部件。

发明内容

在实施例中，一种用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器包含：具有长度、宽度以及高度的半导体基板；安置于半导体基板中的多个可见光光检测器；以及安置于半导体基板中的多个组合光光检测器。多个可见光光检测器中的每一个在高度方向上具有各自的深度，且多个组合光光检测器中的每一个在高度方向上具有大于多个可见光光检测器中的每一个的各自的深度的各自的深度。

在实施例中，一种用于对场景成像的系统包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器、传感器数据产生器以及信道控制器。图像传感器包含：具有长度、宽度以及高度的半导体基板；安置于半导体基板中的多个可见光光检测器；以及安置于半导体基板中的多个组合光光检测器。多个可见光光检测器中的每一个在高度方向上具有各自的深度，且多个组合光光检测器中的每一个在高度方向上具有大于多个可见光光检测器中的每一个的各自的深度的各自的深度。传感器数据产生器自由多个可见光光检测器中的每一个所产生的各自的信号，并自由多个组合光光检测器中的每一个所产生的各自的信号产生传感器数据。信道控制器用以过滤传感器数据来产生输出数据，使得(a)在系统的可见光操作模式中，输出数据表示由多个可见光光检测器中的每一个所产生的信号，且(b)在系统的红外光操作模式中，输出数据表示由多个组合光光检测器中的每一个所产生的信号。

在实施例中，一种用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的方法包含以下步骤：(a)产生表示入射于图像传感器上的光的传感器数据；(b)自传感器数据产生可见光量值信号，可见光量值信号表示入射于图像传感器上的红光、绿光与蓝光的总和；(c)自传感器数据产生组合光量值信号，组合光量值信号表示入射于图像传感器上的白光与红外光的总和；(d)自组合光量值信号减去可见光量值信号以产生差信号；(e)将差信号与第一阈值以及第二阈值比较；(f)回应于差信号上升至第一阈值以上，使系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式；以及(g)回应于差信号下降至第二阈值以下，使系统自红外光操作模式切换至可见光操作模式。

在实施例中，一种用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的方法包含以下步骤：(a)产生表示入射于图像传感器上的光的传感器数据；(b)自传感器数据产生可见光量值信号，可见光量值信号实质上仅表示入射于图像传感器上的绿光；(c)自传感器数据产生组合光量值信号，组合光量值信号表示入射于图像传感器上的绿光与红外光的总和；(d)自所述组合光量值信号减去所述可见光量值信号以产生差信号；(e)将差信号与第一阈值以及第二阈值比较；(f)回应于差信号上升至第一阈值以上，使系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式；以及(g)回应于差信号下降至第二阈值以下，使系统自红外光操作模式切换至可见光操作模式。

在实施例中，一种用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的方法包含以下步骤：(a)产生表示入射于图像传感器上的光的传感器数据；(b)自传感器数据产生可见光量值信号，可见光量值信号表示入射于图像传感器上的红光、绿光与蓝光的总和；(c)将可见光量值信号与第一阈值以及第二阈值比较；(d)回应于可见光量值信号下降至第一阈值以下，使系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式；以及(e)回应于可见光量值信号上升至第二阈值以上，使系统自红外光操作模式切换至可见光操作模式。

附图说明

图1为根据实施例的用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的一个例示性图像传感器的俯视平面图。

图2为沿着图1的线A-A截得的图1图像传感器的横截面图。

图3为沿着图1的线B-B截得的图1图像传感器的横截面图。

图4为根据实施例的用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的另一例示性图像传感器的俯视平面图。

图5为沿着图4的线C-C截得的图4图像传感器的横截面图。

图6为沿着图4的线D-D截得的图4图像传感器的横截面图。

图7示出了根据实施例的用于对场景成像的一个例示性系统。

图8示出了根据实施例的用于对场景成像的另一例示性系统。

图9示出了根据实施例的用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的方法。

图10示出了根据实施例的用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的另一方法。

图11示出了根据实施例的用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的又一方法。

具体实施方式

申请人已开发用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器。图像传感器的某些实施例并不需要移动部件。另外，包含图像传感器的某些系统能够在可见光与红外光操作模式之间自动地切换，如下文所论述。

图1为用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器100的俯视平面图。图2以及图3为分别沿着图1的线A-A以及B-B截得的图像传感器100的横截面图。最好在以下论述中一起查看图1至图3。

图像传感器100包含具有长度104、宽度106以及高度108的半导体基板102(诸如，硅基板)。多个可见光光检测器110、112、114以及组合光光检测器116安置于半导体基板102中，以在纵向104乘横向106方向上形成单位晶胞120的阵列。举例而言，通过将n型掺杂剂(诸如，砷或磷)植入半导体基板102中而形成可见光光检测器110、112、114以及组合光光检测器116。尽管为简单说明，将图像传感器100示出为仅包含四个单位晶胞120，但预期许多实施例将包含更多单位晶胞120。

每一单位晶胞120包含以正方形图案安置的可见光光检测器110、112以及114中的每一个以及一个组合光光检测器116。实质上仅通过红光的红色滤光片122安置于每一可见光光检测器110上并与之光学对准，使得每一可见光光检测器110回应于入射于其上的红光产生各自的信号。类似地，实质上仅通过绿光的绿色滤光片124安置于每一可见光光检测器112上并与之光学对准，使得每一可见光光检测器112回应于入射于其上的绿光产生各自的信号。另外，实质上仅通过蓝光的蓝色滤光片126安置于每一可见光光检测器114上并与之光学对准，使得每一可见光光检测器114回应于入射于其上的蓝光产生各自的信号。此外，实质上仅通过白光以及红外光的白色IR滤光片128安置于每一组合光光检测器116上并与之光学对准，使得每一组合光光检测器116回应于入射于其上的白光及/或红外光产生各自的信号。因此，单位晶胞120的彩色滤光片122、124、126以及128共同形成红色-绿色-蓝色-白色彩色滤光片图案。然而，在一些替代性实施例中，省略白色IR滤光片128，使得组合光光检测器116接收未经滤光的光。

16每一组合光光检测器116包含在高度108方向上堆叠的第一部分132以及第二部分134(参见图2以及图3)。第一部分132相对接近半导体基板外表面136而安置且主要吸收可见光，因为可见光相对较少地穿透半导体基板102的深度。另一方面，第二部分134安置于第一部分132下方且因此主要吸收红外光，因为红外光相对深入地穿透至半导体基板102中。在(诸如)目前图中所示出的一些实施例中，第二部分134在纵向104乘横向106方向上具有比第一部分132大的横截面积，以促进高红外光敏感度并帮助最小化串扰。此外，在一些实施例中，每一第二部分134在高度108方向上在至少一个可见光光检测器110、112、114下延伸，以帮助最大化第二部分134的横截面积同时最小化可见光光检测器的间距。因此，每一组合光光检测器116在高度108方向上具有各自的深度138，所述深度大于每一可见光光检测器110、112、114在高度108方向上的各自的深度140。在一些实施例中，每一第一部分132具有大于每一第二部分134的各自的n型掺杂剂浓度的各自的n型掺杂剂浓度。

图4至图6示出了用于与可见光照射抑或红外光照射一起使用的另一图像传感器。图4为图像传感器400的俯视平面图，且图5以及图6分别为沿着图4的线C-C以及D-D截得的图像传感器400的横截面图。最好在以下论述中一起查看图4至图6。

图像传感器400类似于图1的图像传感器100，但图像传感器400具有拜耳彩色滤光片图案而非红色-绿色-蓝色-白色彩色滤光片图案，其特性为每一单位晶胞120中为两个绿色彩色滤光片、一个红色滤光片以及一个蓝色滤光片。具体地，各自的绿色IR彩色滤光片428(而非白色IR彩色滤光片128)安置于每一组合光光检测器116上并与之光学对准。每一绿色IR彩色滤光片实质上仅通过绿光以及红外光。结果，每一组合光光检测器116回应于入射于其上的绿色光及/或红外光产生各自的信号。可利用每一组合光光检测器116对与每一单位晶胞120的可见光光检测器相同色彩的可见光敏感的事实来帮助检测场景照射条件，如下文所论述。

只要每一单位晶胞120的组合光光检测器116以及至少一个可见光光检测器110、112、114具有相同类型的可见光彩色滤光片，则可修改图像传感器400的彩色滤光片图案。举例而言，在特定替代性实施例中，分别将青色、黄色以及洋红色彩色滤光片安置于可见光光检测器110、112以及114上并与之光学对准，并将黄色IR彩色滤光片安置于组合光光检测器116上并与之光学对准，以形成青色-黄色-黄色-洋红色彩色滤光片图案。

图7示出了用于对场景702成像的系统700，此情况为本文中所公开的图像传感器的一个可能应用。系统700包含光圈704、光学器件706、图1的图像传感器100、图像传感器控制器708、传感器数据产生器709、信道控制器710、红外光源712以及照明控制器714。

场景702由可见光716(诸如，日光)及/或由来自红外光源712的红外光718照射。自场景702反射的光720进入光圈704并由光学器件706成像至图像传感器100上。光学器件706包含(例如)一个或多个透镜。图像传感器控制器708控制图像传感器100。举例而言，在一些实施例中，图像传感器控制器708控制每一光检测器110、112、114、116中的电荷的堆积以及读取。传感器数据产生器709自由图像传感器100中的每一可见光光检测器110、112、114以及由每一组合光光检测器116所产生的信号产生传感器数据722。

信道控制器710使系统700在可见光操作模式与红外光操作模式之间自动地切换。信道控制器710包含可见光量值模块726、组合光量值模块728、减法模块730、比较模块732以及过滤器逻辑734。可见光量值模块726自传感器数据722产生可见光量值信号736，其中可见光量值信号736表示入射于图像传感器100上的红光、绿光与蓝光的总和。另一方面，组合光量值模块728自传感器数据722产生组合光量值信号738，其中组合光量值信号738表示入射于图像传感器100上的白光与红外光的总和。

减法模块730自组合光量值信号738减去可见光量值信号736以产生差信号740。当场景702主要由可见光716照射时，入射于图像传感器100上的红光、绿光与蓝光的总和将大致与入射于图像传感器100上的白光相同，因为白光包含红光、绿光以及蓝光。因此，当主要由可见光716照射场景702时，差信号740将较小。相比之下，当场景702主要由红外光718照射时，相比于红光、绿光以及蓝光，显著更多的红外光将入射于图像传感器100上。因此，当场景702主要由红外光718照射时，差信号740将较大。

比较模块732将差信号740与第一阈值742以及第二阈值744比较。回应于差信号740上升至第一阈值742以上，比较模块732使系统700自其可见光操作模式切换至其红外光操作模式，且回应于差信号740下降至第二阈值744以下，比较模块732使系统700自其红外光操作模式切换至其可见光操作模式。尽管第一阈值742与第二阈值744可相同，但预期第一阈值742将通常大于第二阈值744以在进行操作模式之间的切换时达成迟滞。

过滤器逻辑734根据系统操作模式过滤传感器数据722以产生以通信方式耦接至输出端口748的输出数据746。在系统700的可见光操作模式中，过滤器逻辑734过滤传感器数据722，使得输出数据746表示入射于图像传感器100上的红光、绿光以及蓝光，或换言之，使得输出数据746表示由图像传感器100的可见光光检测器110、112、114所产生的信号。在系统700的红外光操作模式中，过滤器逻辑734过滤传感器数据722，使得输出数据746表示入射于图像传感器100上的白光以及红外光，或换言之，使得输出数据746表示由图像传感器100的组合光光检测器116所产生的信号。输出数据746(例如)由成像处理模块(未示出)后处理、显示于输出装置(未示出)上及/或经储存以供未来使用。

照明控制器714至少部分地基于系统700的操作模式，控制红外光源712的操作。具体地，当系统700自其可见光操作模式中切换至其红外光操作模式时，照明控制器714启动红外光源712，且当系统700自其红外光操作模式切换至其可见光操作模式时，照明控制器714去启动红外光源712。然而，在一些替代性实施例中，照明控制器714独立于系统700操作模式控制红外光源712的操作，诸如，根据当日时间。

在系统700的替代性实施例中，用图4的图像传感器400替换图像传感器100，并修改可见光量值模块726以及组合光量值模块728以说明图像传感器100与图像传感器400之间的差异。具体地，修改可见光量值模块726，使得可见光量值信号736实质上仅表示入射于图像传感器100上的绿光，并修改组合光量值模块728，使得组合光量值信号738表示入射于图像传感器400上的绿光与红外光的总和。在此替代性实施例中，可见光量值信号736以及组合光量值信号738以类似于上文所论述的方式的方式指示场景702的照射。具体地，当场景702主要由可见光716照射时，可见光量值信号736将具有大致与组合光量值信号738相同的值。相比之下，当场景702主要由红外光718照射时，可见光量值信号736的值将显著小于组合光量值信号738的值。在红外光操作模式中，输出数据746表示入射于图像传感器400上的绿光以及红外光，因为图像传感器400的组合光光检测器116回应于绿光以及红外光，如上文所论述。

可在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式组合系统700的组件。举例而言，在一些实施例中，将图像传感器控制器708、传感器数据产生器709以及信道控制器710中的一个或多个与图像传感器100集成。可由离散电路以及包含由处理器执行的机器可读指令的软件中的一个或两者实施图像传感器控制器708、传感器数据产生器709、信道控制器710以及照明控制器714。

图8示出了用于对场景702成像的系统800。系统800类似于系统700，但用信道控制器810取代信道控制器710。信道控制器810包含可见光量值模块726，其产生表示入射于图像传感器100上的红光、绿光与蓝光的总和的可见光量值信号736，如上文关于图7所论述。信道控制器810还包含比较模块832，其基于可见光量值信号736的值判定系统800的操作模式。具体地，比较模块832将可见光量值信号736与第一阈值842以及第二阈值844比较。回应于可见光量值信号736下降至第一阈值842以下，比较模块832使系统800自其可见光操作模式切换至其红外光操作模式，且回应于可见光量值信号736上升至第二阈值844以上，比较模块832使系统800自其红外光操作模式切换至其可见光操作模式。尽管第一阈值842与第二阈值844可相同，但预期第二阈值844将通常大于第一阈值842以在于操作模式之间切换时达成迟滞。信道控制器810的过滤器逻辑734以及系统800的剩余部分以与系统700相同的方式进行操作。

系统800可经修改以代替图像传感器100包含图4的图像传感器400。另外，信道控制器810可经修改以进一步包含图7的组合光量值模块728、减法模块730以及比较模块732，使得操作模式随以下两者而改变：(1)可见光量值信号736与组合光量值信号738之间的差，以及(2)可见光量值信号736的值。然而，在于两个比较模块之间存在操作模式冲突的状况下，比较模块732以及832中的一个将需要置换另一比较模块。

图9示出了用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的方法900。在步骤902中产生表示入射于图像传感器上的光的传感器数据。在步骤902的一个实例中，传感器数据产生器709自由图像传感器100的可见光光检测器110、112、114以及由组合光光检测器116所产生的信号产生传感器数据722。(参见(例如)图1以及图7)。

在步骤904中，自传感器数据产生表示入射于图像传感器上的红光、绿光与蓝光的总和的可见光量值信号。在步骤904的一个实例中，可见光量值模块726产生表示入射于图像传感器100上的红光、绿光与蓝光的总和的可见光量值信号736。在步骤906中，自传感器数据产生表示入射于图像传感器上的白光与红外光的总和的组合光量值信号。在步骤906的一个实例中，组合光量值模块728产生表示入射于图像传感器100上的白光与红外光的总和的组合光量值信号738。

在步骤908中，自组合光量值信号减去可见光量值信号以产生差信号。在步骤908的一个实例中，减法模块730自组合光量值信号738减去可见光量值信号736以产生差信号740。在步骤910中，将差信号与第一阈值以及第二阈值比较。在步骤910的一个实例中，比较模块732将差信号740与第一阈值742以及第二阈值744比较。在步骤912中，回应于差信号上升至第一阈值以上，将系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式。在步骤912的一个实例中，回应于差信号740上升至第一阈值742以上，比较模块732使系统700自可见光操作模式切换至红外光操作模式。在步骤914中，回应于差信号下降至第二阈值以下，将系统自红外光操作模式切换至可见光操作模式。在步骤914的一个实例中，回应于差信号740下降至第二阈值744以下，比较模块732使系统700自其红外光操作模式切换至其可见光操作模式。

图10示出了用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的另一方法1000。在步骤1002中产生表示入射于图像传感器上的光的传感器数据。在步骤1002的一个实例中，传感器数据产生器709自由图像传感器400的可见光光检测器110、112、114所产生的信号以及由组合光光检测器116所产生的信号产生传感器数据722。(参见(例如)图4以及图7)。

在步骤1004中，自传感器数据产生实质上仅表示入射于图像传感器上的绿光的可见光量值信号。在步骤1004的一个实例中，可见光量值模块726产生表示入射于图像传感器400上的绿光的可见光量值信号736。在步骤1006中，自传感器数据产生表示入射于图像传感器上的绿光与红外光的总和的组合光量值信号。在步骤1006的一个实例中，组合光量值模块728产生表示入射于图像传感器400上的绿光与红外光的总和的组合光量值信号738。

在步骤1008中，自组合光量值信号减去可见光量值信号以产生差信号。在步骤1008的一个实例中，减法模块730自组合光量值信号738减去可见光量值信号736以产生差信号740。在步骤1010中，将差信号与第一及第二阈值比较。在步骤1010的一个实例中，比较模块732将差信号740与第一阈值742以及第二阈值744比较。在步骤1012中，回应于差信号上升至第一阈值以上，将系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式。在步骤1012的一个实例中，回应于差信号740上升至第一阈值742以上，比较模块732使系统700自可见光操作模式切换至红外光操作模式。在步骤1014中，回应于差信号下降至第二阈值以下，将系统自红外光操作模式切换至可见光操作模式。在步骤1014的一个实例中，回应于差信号740下降至第二阈值744以下，比较模块732使系统700自其红外光操作模式切换至其可见光操作模式。

图11示出了用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的又一方法1100。在步骤1102中产生表示入射于图像传感器上的光的传感器数据。在步骤1102的一个实例中，传感器数据产生器709自由图像传感器100或400的可见光光检测器110、112、114所产生的信号以及由组合光光检测器116所产生的信号产生传感器数据722。(参见(例如)图1、图4以及图8)。

在步骤1104中自传感器数据产生表示入射于图像传感器上的红光、绿光与蓝光的总和的可见光量值信号。在步骤1104的一个实例中，可见光量值模块726产生表示入射于图像传感器100或图像传感器400上的红光、蓝光与绿光的总和的可见光量值信号736。在步骤1106中，将可见光量值信号与第一阈值以及第二阈值比较。在步骤1106的一个实例中，比较模块832将可见光量值信号736与第一阈值842以及第二阈值844比较。在步骤1108中，回应于可见光量值信号下降至第一阈值以下，将系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式。在步骤1108的一个实例中，回应于可见光量值信号736下降至第一阈值842以下，比较模块832使系统800自可见光操作模式切换至红外光操作模式。在步骤1110中，回应于可见光量值信号上升至第二阈值以上，将系统自红外光操作模式切换至可见光操作模式。在步骤1110的一个实例中，回应于可见光量值信号736上升至第二阈值844以上，比较模块832使系统700自其红外光操作模式切换至其可见光操作模式。

特征之组合

可在不脱离本发明的范围的情况下，以各种方式组合上文所描述的特征以及下文所主张的特征。以下实例说明一些可能组合：

(A1)一种用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器可包含：具有长度、宽度以及高度的半导体基板；安置于半导体基板中的多个可见光光检测器；以及安置于半导体基板中的多个组合光光检测器。多个可见光光检测器中的每一个在高度方向上可具有各自的深度，且多个组合光光检测器中的每一个在高度方向上可具有大于多个可见光光检测器中的每一个的各自的深度的各自的深度。

(A2)在如(A1)所表示的图像传感器中，多个组合光光检测器中的每一个可包含在高度方向上堆叠的第一部分以及第二部分。

(A3)在如(A2)所表示的图像传感器中，在多个组合光光检测器中的每一个中，第一部分可具有纵向乘横向第一横截面积，第二部分可具有纵向乘横向第二横截面积，且第二横截面积可大于第一横截面积。

(A4)在如(A2)或(A3)所表示的图像传感器中的任一个中，多个组合光光检测器中的至少一个的第二部分可在高度方向上在多个可见光光检测器中的一个或多个下延伸。

(A5)在如(A2)至(A4)所表示的图像传感器中的任一个中，在多个组合光光检测器中的每一个中，第一部分可具有第一浓度的n型掺杂，第二部分可具有第二浓度的n型掺杂，且第一浓度可大于第二浓度。

(A6)如(A1)至(A5)所表示的图像传感器中的任一个可进一步包含以下部件：(a)用以实质上仅通过红光的多个红色彩色滤光片，其中多个红色彩色滤光片中的每一个与多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准，(b)用以实质上仅通过绿光的多个绿色彩色滤光片，其中多个绿色彩色滤光片中的每一个与多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准，(c)用以实质上仅通过蓝光的多个蓝色彩色滤光片，其中多个蓝色彩色滤光片中的每一个与多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准，以及(d)用以实质上仅通过白光以及红外光的多个白色IR彩色滤光片，其中多个白色IR彩色滤光片中的每一个与多个组合光光检测器中的相应组合光光检测器光学对准。多个红色、绿色、蓝色以及白色IR彩色滤光片可共同形成红色-绿色-蓝色-白色彩色滤光片图案。

(A7)如(A1)至(A5)所表示的图像传感器中的任一个可进一步包含以下部件：(a)用以实质上仅通过红光的多个红色彩色滤光片，其中多个红色彩色滤光片中的每一个与多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准，(b)用以实质上仅通过绿光的多个绿色彩色滤光片，其中多个绿色彩色滤光片中的每一个与多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准，(c)用以实质上仅通过蓝光的多个蓝色彩色滤光片，其中多个蓝色彩色滤光片中的每一个与多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准，以及(d)用以实质上仅通过绿光以及红外光的多个绿色IR彩色滤光片，其中多个绿色IR彩色滤光片中的每一个与多个组合光光检测器中的相应组合光光检测器光学对准。多个红色、绿色、蓝色以及绿色IR彩色滤光片可共同形成拜耳彩色滤光片图案。

(B1)一种用于对场景成像的系统可包含选自上文如(A1)至(A7)所表示的图像传感器中的任一个的第一图像传感器、传感器数据产生器以及信道控制器。传感器数据产生器可自由第一图像传感器的多个可见光光检测器中的每一个所产生的各自的信号以及自由多个组合光光检测器中的每一个所产生的各自的信号产生传感器数据。信道控制器可用以过滤传感器数据来产生输出数据，使得(a)在系统的可见光操作模式中，输出数据表示由第一图像传感器的多个可见光光检测器中的每一个所产生的信号，以及(b)在系统的红外光操作模式中，输出数据表示由第一图像传感器的多个组合光光检测器中的每一个所产生的信号。

(B2)在如(B1)所表示的系统中，信道控制器可包含可见光量值模块、组合光量值模块、减法模块以及比较模块。可见光量值模块可用以自传感器数据产生可见光量值信号，其中可见光量值信号表示入射于图像传感器上的红光、绿光与蓝光的总和。组合光量值模块可用以自传感器数据产生组合光量值信号，其中组合光量值信号表示入射于图像传感器上的白光与红外光的总和。减法模块可用以通过自组合光量值信号减去可见光量值信号而产生差信号。比较模块可用以：(a)将差信号与第一阈值以及第二阈值比较，(b)回应于差信号上升至第一阈值以上，使系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式，以及(c)回应于差信号下降至第二阈值以下，使系统自红外光操作模式切换至可见光操作模式。

(B3)在如(B1)所表示的系统中，信道控制器可包含可见光量值模块、组合光量值模块、减法模块以及比较模块。可见光量值模块可用以自传感器数据产生可见光量值信号，其中可见光量值信号实质上仅表示入射于图像传感器上的绿光。组合光量值模块可用以自传感器数据产生组合光量值信号，其中组合光量值信号表示入射于图像传感器上的绿光与红外光的总和。减法模块可用以通过自组合光量值信号减去可见光量值信号而产生差信号。比较模块可用以：(a)将差信号与第一阈值以及第二阈值比较，(b)回应于差信号上升至第一阈值以上，使系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式，以及(c)回应于差信号下降至第二阈值以下，使系统自红外光操作模式切换至可见光操作模式。

(B4)在如(B1)所表示的系统中，信道控制器可包含可见光量值模块以及比较模块。可见光量值模块可用以自传感器数据产生可见光量值信号，其中可见光量值信号表示入射于图像传感器上的红光、绿光与蓝光的总和。比较模块可用以：(a)将可见光量值信号与第一阈值以及第二阈值比较，(b)回应于可见光量值信号下降至第一阈值以下，使系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式，以及(c)回应于可见光量值信号上升至第二阈值以上，使系统自红外光操作模式切换至可见光操作模式。

(B5)如(B1)至(B4)所表示的系统中的任一个可更包含照明控制器以及用以通过红外光照射场景的红外光源。照明控制器可用以：(a)回应于系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式，启动红外光源；以及(b)回应于系统自红外光操作模式切换至可见光操作模式，去启动红外光源。

可在不背离本发明的范围的情况下对以上方法以及系统进行改变。因此，应注意，以上描述中所含有且随附图式中所示出的物质应以说明性而非限制性意义进行解释。以上权利要求意欲包含本文中所描述的一般以及特定特征，以及在语言上可称为属于范围内的本发明方法以及系统的范畴的所有叙述。

Claims (20)

1.一种用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器，包括：

半导体基板，其具有长度、宽度以及高度；

多个可见光光检测器，其设置于所述半导体基板中，所述多个可见光光检测器中的每一个在所述高度方向上具有各自的深度；以及

多个组合光光检测器，其设置于所述半导体基板中，所述多个组合光光检测器中的每一个在所述高度方向上具有大于所述多个可见光光检测器中的每一个的所述各自的深度的各自的深度。

2.如权利要求1所述的图像传感器，所述多个组合光光检测器中的每一个包括在所述高度方向上堆叠的第一部分以及第二部分，其中：

所述第一部分具有纵向乘横向第一横截面积；

所述第二部分具有纵向乘横向第二横截面积；以及

所述第二横截面积大于所述第一横截面积。

3.如权利要求2所述的图像传感器，其中所述多个组合光光检测器中的至少一个的所述第二部分在所述高度方向上在所述多个可见光光检测器中的一个或多个下延伸。

4.如权利要求3所述的图像传感器，其中在所述多个组合光光检测器中的每一个中，所述第一部分具有第一浓度的n型掺杂，所述第二部分具有第二浓度的n型掺杂，且所述第一浓度大于所述第二浓度。

5.如权利要求3所述的图像传感器，还包括：

多个红色彩色滤光片，其用以实质上仅通过红光，所述多个红色彩色滤光片中的每一个与所述多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准；

多个绿色彩色滤光片，其用以实质上仅通过绿光，所述多个绿色彩色滤光片中的每一个与所述多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准；

多个蓝色彩色滤光片，其用以实质上仅通过蓝光，所述多个蓝色彩色滤光片中的每一个与所述多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准；以及

多个白色IR彩色滤光片，其用以实质上仅通过白光以及红外光，所述多个白色IR彩色滤光片中的每一个与所述多个组合光光检测器中的相应组合光光检测器光学对准；

所述多个红色、绿色、蓝色以及白色IR彩色滤光片共同形成红色-绿色-蓝色-白色彩色滤光片图案。

6.如权利要求3所述的图像传感器，还包括：

多个红色彩色滤光片，其用以实质上仅通过红光，所述多个红色彩色滤光片中的每一个与所述多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准；

多个绿色彩色滤光片，其用以实质上仅通过绿光，所述多个绿色彩色滤光片中的每一个与所述多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准；

多个蓝色彩色滤光片，其用以实质上仅通过蓝光，所述多个蓝色彩色滤光片中的每一个与所述多个可见光光检测器中的相应可见光光检测器光学对准；以及

多个绿色IR彩色滤光片，其用以实质上仅通过绿光以及红外光，所述多个绿色IR彩色滤光片中的每一个与所述多个组合光光检测器中的相应组合光光检测器光学对准；

所述多个红色、绿色、蓝色以及绿色IR彩色滤光片可共同形成拜耳彩色滤光片图案。

7.一种用于对场景成像的系统，包括：

图像传感器，其用于捕获可见光图像以及红外光图像两者，其包含：

半导体基板，其具有长度、宽度以及高度，

多个可见光光检测器，其设置于所述半导体基板中，所述多个可见光光检测器中的每一个在所述高度方向上具有各自的深度，以及

多个组合光光检测器，其设置于所述半导体基板中，所述多个组合光光检测器中的每一个在所述高度方向上具有大于所述多个可见光光检测器中的每一个的所述各自的深度的各自的深度；

传感器数据产生器，其用于自由所述多个可见光光检测器中的每一个所产生的各自的信号以及自由所述多个组合光光检测器中的每一个所产生的各自的信号产生传感器数据；以及

信道控制器，其用以过滤所述传感器数据来产生输出数据，使得：

在所述系统的可见光操作模式中，所述输出数据表示由所述多个可见光光检测器中的每一个所产生的所述信号，且

在所述系统的红外光操作模式中，所述输出数据表示由所述多个组合光光检测器中的每一个所产生的所述信号。

8.如权利要求7所述的系统，所述信道控制器包含：

可见光量值模块，其用以自所述传感器数据产生可见光量值信号，所述可见光量值信号表示入射于所述图像传感器上的红光、绿光与蓝光的总和；

组合光量值模块，其用以自所述传感器数据产生组合光量值信号，所述组合光量值信号表示入射于所述图像传感器上的白光与红外光的总和；

减法模块，其用以通过自所述组合光量值信号减去所述可见光量值信号而产生差信号；以及

比较模块，其用以：

将所述差信号与第一阈值以及第二阈值比较，

回应于所述差信号上升至所述第一阈值以上，使所述系统自所述可见光操作模式切换至所述红外光操作模式，以及

回应于所述差信号下降至所述第二阈值以下，使所述系统自所述红外光操作模式切换至所述可见光操作模式。

9.如权利要求7所述的系统，所述信道控制器包含：

可见光量值模块，其用以自所述传感器数据产生可见光量值信号，所述可见光量值信号表示入射于所述图像传感器上的绿光；

组合光量值模块，其用以自所述传感器数据产生组合光量值信号，所述组合光量值信号表示入射于所述图像传感器上的绿光与红外光的总和；

减法模块，其用以通过自所述组合光量值信号减去所述可见光量值信号而产生差信号；以及

比较模块，其用以：

将所述差信号与第一阈值以及第二阈值比较，

回应于所述差信号上升至所述第一阈值以上，使所述系统自所述可见光操作模式切换至所述红外光操作模式，以及

回应于所述差信号下降至所述第二阈值以下，使所述系统自所述红外光操作模式切换至所述可见光操作模式。

10.如权利要求7所述的系统，所述信道控制器包含：

可见光量值模块，其用以自所述传感器数据产生可见光量值信号，所述可见光量值信号表示入射于所述图像传感器上的红光、绿光与蓝光的总和；以及

比较模块，其用以：

比较所述可见光量值信号与第一阈值以及第二阈值，

回应于所述可见光量值信号下降至所述第一阈值以下，使所述系统自所述可见光操作模式切换至所述红外光操作模式，以及

回应于所述可见光量值信号上升至所述第二阈值以上，使所述系统自所述红外光操作模式切换至所述可见光操作模式。

11.如权利要求7所述的系统，还包括：

红外光源，其用以通过红外光照射所述场景；以及

照明控制器，其用以：

回应于所述系统自所述可见光操作模式切换至所述红外光操作模式，启动所述红外光源；以及

回应于所述系统自所述红外光操作模式切换至所述可见光操作模式，去启动所述红外光源。

12.如权利要求7所述的系统，所述多个组合光光检测器中的每一个包括在所述高度方向上堆叠的第一部分以及第二部分，其中：

所述第一部分具有纵向乘横向第一横截面积；

所述第二部分具有纵向乘横向第二横截面积；以及

所述第二横截面积大于所述第一横截面积。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述多个组合光光检测器中的至少一个的所述第二部分在所述高度方向上在所述多个可见光光检测器中的一个或多个下延伸。

14.一种用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的方法，包括以下步骤：

产生表示入射于所述图像传感器上的光的传感器数据；

自所述传感器数据产生可见光量值信号，所述可见光量值信号表示入射于所述图像传感器上的红光、绿光与蓝光的总和；

自所述传感器数据产生组合光量值信号，所述组合光量值信号表示入射于所述图像传感器上的白光与红外光的总和；

自所述组合光量值信号减去所述可见光量值信号以产生差信号；

将所述差信号与第一阈值以及第二阈值比较；

回应于所述差信号上升至所述第一阈值以上，使所述系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式；以及

回应于所述差信号下降至所述第二阈值以下，使所述系统自所述红外光操作模式切换至所述可见光操作模式。

15.如权利要求14所述的方法，还包括过滤所述传感器数据以产生输出数据，使得：

在所述可见光操作模式中，所述输出数据表示入射于所述图像传感器上的红光、绿光以及蓝光；且

在所述红外光操作模式中，所述输出数据表示入射于所述图像传感器上的白光以及红外光。

16.一种用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的方法，包括以下步骤：

产生表示入射于所述图像传感器上的光的传感器数据；

自所述传感器数据产生可见光量值信号，所述可见光量值信号实质上仅表示入射于所述图像传感器上的绿光；

自所述传感器数据产生组合光量值信号，所述组合光量值信号表示入射于所述图像传感器上的绿光与红外光的总和；

自所述组合光量值信号减去所述可见光量值信号以产生差信号；

将所述差信号与第一阈值以及第二阈值比较；

回应于所述差信号上升至所述第一阈值以上，使所述系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式；以及

回应于所述差信号下降至所述第二阈值以下，使所述系统自所述红外光操作模式切换至所述可见光操作模式。

17.如权利要求16所述的方法，还包括过滤所述传感器数据以产生输出数据，使得：

在所述可见光操作模式中，所述输出数据表示入射于所述图像传感器上的红光、绿光以及蓝光；且

在所述红外光操作模式中，所述输出数据表示入射于所述图像传感器上的绿光以及红外光。

18.一种用于操作包含用于捕获可见光图像以及红外光图像两者的图像传感器的系统的方法，包括以下步骤：

产生表示入射于所述图像传感器上的光的传感器数据；

自所述传感器数据产生可见光量值信号，所述可见光量值信号表示入射于所述图像传感器上的红光、绿光与蓝光的总和；

比较所述可见光量值信号与第一阈值以及第二阈值；

回应于所述可见光量值信号下降至所述第一阈值以下，使所述系统自可见光操作模式切换至红外光操作模式；以及

回应于所述可见光量值信号上升至所述第二阈值以上，使所述系统自所述红外光操作模式切换至所述可见光操作模式。

19.如权利要求18所述的方法，还包括过滤所述传感器数据以产生输出数据，使得：

在所述可见光操作模式中，所述输出数据表示入射于所述图像传感器上的红光、绿光以及蓝光；且

在所述红外光操作模式中，所述输出数据表示入射于所述图像传感器上的白光以及红外光。

20.如权利要求18所述的方法，还包括过滤所述传感器数据以产生输出数据，使得：

在所述可见光操作模式中，所述输出数据表示入射于所述图像传感器上的红光、绿光以及蓝光；且

在所述红外光操作模式中，所述输出数据表示入射于所述图像传感器上的绿光以及红外光。