CN108347551A - 高动态范围的图像传感器件 - Google Patents

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Abstract

一种高动态范围的图像传感器件，包括：贝尔模式单元阵列，其中每个贝尔模式单元包含多个像素，每个像素包含至少一个用于探测近红外光的光电二极管和至少一个用于探测可见光的光电二极管，其中至少两个光电二极管具有不同的积分时间，每一个光电二极管上设有用于引导入射光以到达相应的光电二极管的微透镜；滤光片组合阵列，其中每个滤光片组合与一个像素及其多个光电二极管相对应且该滤光片组合包含至少两个不同的滤光片，所对应的光电二极管中至少两个所对应的积分时间不同；本发明通过最小化的运动伪影和多个积分时间整合时域HDR功能，可应用于可见光感测、非可见光感测和两者的组合，以获取改进质量的HDR图像。

Description

高动态范围的图像传感器件
技术领域
本发明涉及的是一种可见光-红外光图像传感器领域的技术，具体是一种高动态范围的图像传感器件。
背景技术
电荷耦合器件(CCD)传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器都广泛用于可见光及红外(IR)成像，动态范围是这两种固态传感器件的重要的性能指标。动态范围可以定义为图像传感器能够测出的最高亮度和最低亮度之比。HDR(High Dynamic Range，高动态范围)图像通常比一般图像更加清晰和丰富，这是由于它更好地同时保留了高光和阴影细节部分。一些现有技术(如包围曝光)通过拍摄不同曝光时间的多张图像以及结合每张图像的特征来产生一张HDR图像。这样的方法要花费几十毫秒的时间且容易受到物体运动的影响，生成不需要的运动伪影。因此，需要通过革新图像传感器架构来提高动态范围和图像质量。而由于缺乏高性能的系统、器件和方法，获取HDR图像面临着巨大挑战。
固态传感器，即贝尔模式滤光片传感器，是最常用的传感器类型。如图1所示，该类型传感器包含设置在正方形栅格光电二极管顶部上的光学滤光片(Optical Filter)阵列，以筛选红光、绿光或蓝光。从顶部视角来看，一个贝尔单元的四个像素所示为四个正方形，包括对角的两个绿色滤光片、红色滤光片和蓝色滤光片。每个像素或滤光片都可具有相同的宽度尺寸X。宽度X的一个典型值是3.0μm。每个正方形包含表示微透镜(ulens)的圆圈。每个光学滤光片都具有布置在其上方的微透镜(ulens)和布置在其下方的光电二极管(PD)。图1(c)可视为从图1(a)的行与列相乘的基础上得到的扩展形式。每个贝尔单元分配的积分时间或长(L)或短(S)，且相邻两个贝尔单元的积分时间不同。由于一个贝尔单元的2*2个像素的积分时间相同，所以需要两个贝尔单元来获取带有两个积分时间的相同图像，这与类似的所有像素都具有统一积分时间的一般传感器相比，降低了图像分辨率。
对于可见光-红外光图像传感器，如图11(a)、(c)所示，与图1比较，一个绿色滤光片替换为NIR滤光片。由于具有与其他光学滤光片类似的工作原理，NIR滤光片可使预定波段的光线穿过并阻断其他波长的光线。虽然采用NIR滤光片可进行NIR探测，但牺牲了分辨率、亮度响应和信噪比的性能。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种高动态范围的图像传感器件，将一个像素分成多个子像素，通过晶体管设置光电二极管的与子像素一一对应的积分时间，实现在同一像素内的不同曝光水平；通过滤光片的选择实现可见光、可见光-非可见光的感测，获得高质量的HDR图像。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种图像传感器件，包括：贝尔模式单元阵列，其中的每个贝尔模式单元包含多个像素，每个像素进一步包含：至少一个用于探测近红外光(NIR)的光电二极管和至少一个用于探测可见光的光电二极管，其中至少两个光电二极管具有不同的积分时间。
所述的每个贝尔模式单元包含四个像素，每个像素包含四个光电二极管。
所述的每个像素中进一步包含至少一个可见光滤光片和至少一个近红外光滤光片。
所述多个像素中：
第一像素包含至少一个绿滤光片和一个NIR滤光片，该绿滤光片覆盖至少一个对应第一像素的用于探测可见光的光电二极管，该NIR滤光片覆盖一个对应第一像素的用于探测近红外光的光电二极管；
第二像素包含至少一个蓝滤光片和一个NIR滤光片，该蓝滤光片覆盖至少一个对应第二像素的用于探测可见光的光电二极管，该NIR滤光片覆盖一个对应第二像素的用于探测近红外光的光电二极管；
第三像素包含至少一个红滤光片和一个NIR滤光片，该红滤光片覆盖至少一个对应第三像素的用于探测可见光的光电二极管，该NIR滤光片覆盖一个对应第三像素的用于探测近红外光的光电二极管；
第四像素包含至少一个绿滤光片和一个NIR滤光片，该绿滤光片覆盖至少一个对应第四像素的用于探测可见光的光电二极管，该NIR滤光片覆盖一个对应第四像素的用于探测近红外光的光电二极管。
其次，本发明涉及一种图像传感器件，包括：滤光片组合阵列，其中的每个滤光片组合与一个像素及其多个光电二极管相对应且该滤光片组合包含至少两个不同的滤光片。
所述的滤光片组合包括：至少一个NIR滤光片和至少一个彩色滤光片。
所述的一个像素包含四个光电二极管，每个滤光片覆盖一个光电二极管，即子像素。
所述的每一个光电二极管上进一步设有用于引导入射光以到达相应的光电二极管的微透镜。
上述的每一个光电二极管均具有其积分时间，每一个滤光片组合所对应的光电二极管中至少两个所对应的积分时间不同。
所述的每一个像素对应的四个光电二极管中至少三个所对应的积分时间均不相同。
再次，本发明涉及一种图像传感器件，包括：像素阵列，其中的每个像素包含四个光电二极管且至少一个用于探测近红外光。
所述的每个光电二极管与用于控制其积分时间的开关相连。
所述的开关优选为电荷转移(TX)晶体管。
当多个光电二极管所对应的积分时间相同，则这些光电二极管的信号通过合并方式读取。
上述滤光片优选为单材料均匀滤光片。
所述的积分时间是指：光电二极管收集由入射光子产生的电荷的时间。
所述的光电二极管优选与电路总成相连以控制积分时间。
所述的电路总成包括：像素电路、行控制电路、列读取电路、时序生成器和处理电路，其中：时序生成器和处理电路控制列读取电路的时钟时序，通过行控制电路控制像素电路，并对接收到的信号进行处理。
所述的每一行像素与行控制电路相连，每一列像素与列读取电路相连。
所述的像素电路包括：开关、开关控制线、电荷探测节点(FD)、缓存放大器、寻址晶体管(行选择晶体管，RS)和复位晶体管(RST)，其中：开关与对应的开关控制线相连，并通过电荷探测节点分别与缓存放大器和复位晶体管相连；缓存放大器通过寻址晶体管连接感测线(Vout)电荷探测节点通过复位晶体管导电性地接入参考电压(VDDA)线。
所述的参考电压线和感测线接入列读取电路，行选择晶体管、复位晶体管通过相应的信号控制线与开关控制线接入行控制电路。
技术效果
现有技术中的采用的HDR曝光方式，1：如果想保证和非HDR方式相同的曝光时间，只能通过降低分辨率的方式来实现；2：如果想保证相同的分辨率，就只能增加曝光时间。而本发明，在保证较少的曝光时间的情况下，不会降低图像分辨率。与现有技术相比，本发明通过晶体管控制在同一像素中的光电二极管的不同积分时间，实现在一次曝光探测中获取多曝光水平的图像，与多次探测相比花费的时间大幅减少，可最小化移动产生的运动伪影，与所有像素具有统一积分时间的图像传感器相比，分辨率不会在获取HDR图像时降低；通过将每个像素内的部分可见光滤光片替换为红外光或其他非可见光的滤光片，可见光与非可见光在一个像素内组合，分别探测对应波长的光，可获取改进质量的HDR图像。
附图说明
图1为现有RGB象限像素传感器示意图；
图中：(a)为一个贝尔单元的俯视图，(b)为一个贝尔单元的侧视图，(c)为像素图案；
图2为实施例1示意图；
图中：(a)为一个贝尔单元的俯视图，(b)为一个贝尔单元的侧视图，(c)为像素图案；
图3为实施例1电路总成图；
图4为实施例1像素电路图；
图5为实施例1读取时序脉冲示意图；
图中：(a)为行选择控制信号，(b)为行控制电路控制的信号，(c)为具有四个不同积分时间的读取时序，(d)为具有三个不同积分时间的读取时序，(e)为具有两个不同积分时间的读取时序，(f)为具有三个不同积分时间的数据合并模式的读取时序，(g)、(h)为具有两个不同积分时间的数据合并模式的读取时序；
图6为实施例1具有两个不同积分时间的简化示意图；
图中：(a)为俯视图，(b)为侧视图；
图7为图6所示结构的像素电路图；
图8为图6所示结构的行控制电路控制的信号的脉冲示意图；
图9为图6所示结构的读取时序脉冲示意图；
图10为成像流程图；
图11为RGB-NIR象限像素传感器的贝尔单元示意图；
图中：(a)、(c)为现有技术的俯视图和侧视图，(b)、(d)为实施例2的俯视图和侧视图；
图12为实施例2的像素电路图；
图13为实施例2读取时序示意图。
具体实施方式
实施例1
如图2所示，本实施例采用RGB象限像素传感器结构，包括：贝尔模式单元阵列，其中的每个贝尔模式单元包含四个像素，其中每个像素进一步包含：一个用于探测近红外光的光电二极管(PD)和三个用于探测可见光的光电二极管，四个光电二极管为2*2构型，并具有不同的积分时间。
本实施例包括：滤光片组合阵列，其中的每个滤光片组合与一个像素及其四个光电二极管相对应。
所述的每个滤光片(Optical Filter)覆盖一个光电二极管，即子像素。
所述的贝尔模式单元中的像素呈8行(0～7标记)乘8列(0～7标记)布置，共64个，为正方形，每个像素分为2*2个方形子像素，呈4*4构型的棋盘图案，共256个子像素。
所述的像素的宽度为X，子像素的宽度为Y，X＝2Y。本实施例中X＝3.0μm，Y＝1.5μm。
本实施例的滤光片组合为方形的RGB滤光片。
本实施例的一个贝尔模式单元中包括：红(Red)滤光片、蓝(Blue)滤光片和呈对角的两个绿(Green)滤光片。
所述的RGB滤光片为单材料均匀滤光片。
所述的每一个光电二极管上进一步设有用于引导入射光以到达相应的光电二极管的微透镜(ulens)。
如图2(b)所示，同一个像素的四个子像素共享一个彩色滤光片(CF)，彩色滤光片上方为2*2构型的圆形微透镜，下方为2*2构型的光电二极管。
所述的每个光电二极管分别通过开关接入电路总成，并通过开关控制光电二极管的积分时间。
所述的开关为电荷转移(TX)晶体管，以脉冲积分模式进行操作。
所述的积分时间是指：光电二极管收集由入射光子产生的电荷的时间。
曝光时，微透镜引导光子穿过光学滤光片，随后到达光电二极管，光电二极管响应曝光而生成电荷(如电子/空穴)，这些电荷的移动产生电流。为了确定光线/光子照射传感系统的数量，需要对电流进行测量。由于光电转换产生的电流一般非常微弱，影响直接测量值的精确度，因此，将穿过光电二极管的电压设定为已知电势，并在读出电压之前，使用光电二极管对光子收集一段时间，以得到累积的电流。较长的积分时间意味着更多的电荷得到转换。
所述的积分时间可默认设定、由用户设置或直接确定，还可根据亮度情况(如黑暗环境下进行较长时间的曝光)自动设置每次积分时间。
所述的同一个像素中的四个子像素分别对应不同的积分时间，即一个像素带有四个积分时间，由长到短依次编号为L3、L2、L1和S。为了说明目的，图中每个子像素的灰度独立表示积分时间对应的水平。如具有最长积分时间的L3展现的灰度比具有最短积分时间的S更亮。
所述的积分时间中，长积分时间(L3、L2、L1)信号可保留阴影细节，如弱光下的场景；短积分时间(S)信号可保留高亮细节，如亮光下的场景。两种积分时间信号可合并获得图像，并且是实现HDR成像的关键。
所述的子像素通过TX晶体管可单独设置不同的有效积分时间，以用于生成HDR图像。由于可通过相应的TX晶体管单独控制每个子像素的积分时间，因此每个像素都可获取和转换与四个积分时间对应的图像信号，并且像素具有更多单独控制的子像素，则获取的图像信号可对应更多的不同的积分时间，在一次曝光中，每个像素也可获取对应于不同积分水平的多个读数。
所述的四个光电二极管PD1、PD2、PD3、PD4分别与TX晶体管TX1、TX2、TX3、TX4的栅极端子相连，并对应积分时间L3、L1、L2、S。
所述的像素和相应的滤光片可采用任意构型定向，如转动45°。
在象限像素传感器中，每个微透镜都可与其对应的光电二极管基本对齐，从而可将照射到微透镜上的大部分光线/光子引导穿过光学滤光片，并由光电二极管探测。
如图3所示，所述的电路总成包括：像素电路、行控制电路、列读取电路、时序生成器和处理电路，其中：时序生成器和处理电路控制列读取电路的时钟时序，通过行控制电路控制像素电路，并对接收到的信号进行处理。
所述的像素阵列的每一行均与行控制电路相连，每一列均与列读取电路相连。
如图4所示，同一像素的四个子像素共享像素电路架构。所述的像素电路包括：TX晶体管、TX控制线、电荷探测节点(FD)、缓存放大器、寻址晶体管(行选择晶体管，RS)和复位晶体管(RST)，其中：TX晶体管与对应的TX控制线相连，并通过电荷探测节点分别与缓存放大器和复位晶体管相连；缓存放大器通过寻址晶体管连接感测线(Vout)，电荷探测节点通过复位晶体管导电性地接入参考电压(VDDA)线。
所述的参考电压线和感测线接入列读取电路，行选择晶体管、复位晶体管通过相应的信号控制线与开关控制线接入行控制电路。
所述的TX晶体管TX1、TX2、TX3、TX4的源极端子/漏极端子与对应的TX控制线TX01、TX02、TX03、TX04相连，漏极端子/源极端子与FD相连。
所述的缓存放大器为源极跟随器(SF)晶体管。
所述的电荷探测节点(FD)也指浮动扩散节点或浮动扩散区域，可通过掺杂半导体的区域(如由离子注入、杂质扩散或其他掺杂技术在硅衬底中形成的掺杂硅区域)实现，其电容可用来探测已从光电二极管PD1～PD4转移来的电荷。
所述的RST晶体管用于在完成电荷到电压的转换，以及所得光电二极管信号从子像素/像素通过感测线的转移之后复位子像素/像素，以便积累新的电荷。
所述的RST晶体管的复位移除了聚积的电荷，但会生成KTC-复位(热)噪音；所述的KTC-复位噪音采用关联双采样(CDS)信号处理技术从像素信号中移除，以实现所需的低噪音性能。
采用CDS信号处理技术的CMOS图像传感器在一个像素中通常需要四个晶体管，其中一个作为电荷转移晶体管，多个光电二极管可共享晶体管以降低像素大小。
所述的RST晶体管通过线RSTO控制，RS晶体管通过线RSO控制。
所述的行控制电路连接水平电路线，如TX01、TX02、TX03、TX04、RSTO、RSO；列读取电路连接垂直电路线，如Vout和VDDA。
如图10所示，本实施例涉及一种基于上述传感系统的HDR图像获取方法，电路总成控制曝光时间和光电二极管的积分时间，曝光时，入射到微透镜的光子被引导穿过滤光片进行过滤，与微透镜对应的光电二极管探测并按积分时间收集入射光子响应于曝光产生的电荷，积聚在电荷探测节点，生成光电二极管信号；电路总成通过开关根据积分时间相同或不同合并或分别读取光电二极管信号，并转换为积分时间对应的图像信号，生成HDR图像。
在一次曝光中，像素阵列中的光电二极管将入射光子转换成电荷(如电子/空穴)，电荷整合进相应的子像素或像素中。完成整合周期后，将收集到的电荷转换成电压，并将电压提供给输出终端并输入列读取电路；通过由行控制电路控制的像素寻址和扫描方案，将模拟像素电压转移给输出终端。在CMOS图像传感器中，电压的转换直接在像素中完成，所述的模拟信号也可在芯片读出之前，在芯片上转化为数字信号。
如图4和图5所示，各种信号线RSO、RSTO、TX01、TX02、TX03、TX04参照时间进行脉冲化，以读取光电二极管信号。脉冲的高电平为打开操作的有效电压，低电平为关闭操作的有效电压。
所述的行控制电路通过TX控制线向TX晶体管发出相应的电荷转移控制信号，TX晶体管打开，对应的光电二极管聚积在电荷探测节点FD的电荷通过SF晶体管的栅极转换为电压，并传输给RS。
所述的时序生成器和处理电路控制行控制电路产生行选择控制信号，寻址(筛选)的行选择控制信号RS0、RS1、RS2...RSx按序对应像素阵列中的每一行，并被按序读取。每个行选择控制信号由相应行中的脉冲表示，纵向长划线指示时钟周期。
当行选择控制信号位于高电平时，对应行的RS打开，与Vout相连的列读取电路根据读取信号读取该行上的光电二极管信号，将像素阵列中每一行读取后完成一个周期，重复该周期，即可得到。
所述的RS的控制线RSO的电平通常很高且RSTO周期性地受脉冲化，以便TX01、TX02、TX03、TX04中的每一个在RSTO的两个脉冲之间时都可单独读取。
所述的列读取电路设有SHR(取样和保持像素复位)信号和SHS(取样和保持像素)信号，作为光电二极管信号的读取信号。在TX控制线的时间轴上进行由脉冲表示的TX读取(光电二极管信号读取)之前，SHR信号升高以保持复位信号；在TX读取之后，SHS信号升高以保持光电二极管信号。这样可以确保适当的复位和光电二极管信号的读数读取。
以读取第0行的信号为例，在读取阶段的开始，行控制电路向复位晶体管发出复位控制信号RST0，RST打开并将FD复位至VDDA水平电压。完成复位后，TX晶体管(如TX1)收到电荷转移控制信号(如TX01)，TX1打开；此时，对应的光电二极管PD1生成并整合的来自入射光线的电荷已转移至共享的电荷探测节点FD处；TX1打开后，当第0行的行选择信号RS0位于高电平时，第0行的行选择晶体管RS打开，使得FD应用于SF晶体管栅极上的电荷通过与感测线Vout相连的列读取电路读出。读取光电二极管信号后复位电荷探测节点FD，当TX02处于高电平时，可打开TX2，读取PD2，依此类推。
本实施例可对TX晶体管进行一次脉冲化以执行一次电荷转移操作，也可进行多次脉冲化以执行多次电荷转移操作。在特殊的构型中，如图3所示的存在多行乘多列构型的图像像素的像素阵列，当需要读取探测到的电荷值(即与FD相连的SF晶体管的源极信号表示的探测电荷值)时，行选择控制信号位于高电平，在图4中的Vout的输出端生成表示共享的电荷探测节点FD上的电荷量的相应图像信号输出电压(如一个或多个光电二极管发出的图像水平电压)。
如图5(c)所示，四个晶体管PD1～PD4的参照时间的信号线与一个像素中的四个光电二极管TX1～TX4和光电二极管的积分时间L3、L1、L2、S相对应。TX晶体管在脉冲化积分模式下操作，以呈现HDR成像所需的不同积分时间。每一次光电二极管信号的读取都以前一次TX读取的脉冲结束为开始，以下一次TX读取的脉冲结束为结束。在光电二极管信号的读取期间(一帧)，每个TX晶体管的栅极都可设置光电二极管的积分时间，积分时间可以为任意长度。
所述的光电二极管上的电压和信号读取时间都可通过脉冲设置于相应的TX晶体管，以设定积分时间。如TX2在图5(c)所示的第一次读取TX的脉冲之后，可通过控制线信号TX02(L1)的高电压再次打开TX晶体管TX2，且相应的光电二极管PD2中的电荷从PD2通过TX2甩出至FD，此时FD通过复位晶体管RST复位至VDDA。当TX2处于低电平(即关闭)时，电荷可在PD2上积累一段时间(积分时间)。当脉冲化控制线信号TX2(L1)时，如其末端的脉冲，聚积的电荷转移至FD并经SF晶体管和RS读取，作为相应的光电二极管信号。在一帧中，TX晶体管单独控制。根据各种积分时间，四个光电二极管中的每一个转换的电荷不同，实现了HDR成像中同一像素内的不同曝光水平。
本实施例的四个光电二极管具有四个不同的积分时间，也可设定其中两个光电二极管相同的积分时间，实现同一像素内的三个积分时间，如图5(c)所示，TX1与TX4对应的光电二极管PD1和PD4具备相同的积分时间L3；或进一步设定另外两个光电二极管的积分时间相同，实现两个不同的积分时间，如图5(d)和(e)所示，TX2与TX3对应的光电二极管PD2与PD3具备相同的积分时间。灵活设置积分时间可提供更多的成像选择。
如图5(f)～(h)所示，可将任意数量的积分时间和读取时序相同的光电二极管中的电荷合并进电荷探测节点FD中(即数据合并模式)，也可在同一像素内采用一组或多组数据合并模式，一并进行读取，可有效提高读取效率和信噪比。
如图5(f)所示，TX1～TX4对应的光电二极管PD1～PD4具有三个不同的积分时间。TX1和TX4对应的光电二极管PD1、PD4的积分时间(L3)和读取时序相同，可合并进电荷探测节点FD中，一并进行读取；TX2和TX3对应的光电二极管PD2、PD3的积分时间分别为L1、L2，因此不予合并。
如图5(g)所示，TX1～TX4对应的光电二极管PD1～PD4具有两个不同的积分时间。TX1和TX4对应的光电二极管PD1、PD4的积分时间(L2)和读取时序相同，可合并进电荷探测节点FD中，一并进行读取；TX2和TX3对应的光电二极管PD2、PD3的积分时间(L1)和读取时序相同，因此也可合并进行读取。
如图5(h)所示，TX1～TX4对应的光电二极管PD1～PD4具有两个不同的积分时间。TX1和TX4对应的光电二极管PD1、PD4的积分时间(L2)和读取时序相同，可合并进电荷探测节点FD中，一并进行读取；TX2和TX3对应的光电二极管PD2、PD3的积分时间分别为L1、L2，且读取时序不同，因此不予合并。
如图6所示，对于具有两个积分时间的象限像素传感器的一种情况进行了简化。在每个像素中，两个子像素具有较短积分时间S，另外两个子像素具有较长积分时间L，且相同积分时间的子像素对应的光电二极管共享TX晶体管，以便对光电二极管信号进行合并读取，从而四个子像素对应的四个光电二极管设置为具有不同积分时间的两个群组，即2-2模式；也可采用1-3模式。
所述的共享TX晶体管可通过同一像素内具有相同积分时间的子像素将其各自的TX晶体管与多晶硅或金属线进行电连接。
所述的具有相同积分时间的子像素并不一定相邻。
如图7所示，由于光电二极管PD1、PD2具有相同的积分时间S，其对应的TX晶体管TX1均接入相同的TX控制线TX01；光电二极管PD3、PD4具有相同的积分时间L，其对应的TX晶体管TX2均接入相同的TX控制线TX02。
如图8和图9所示，参照时间的信号线只需TX01和TX02两条，积分时间只需区分TX1和TX2对应的光电二极管，但每个光电二极管均具有积分时间，以控制曝光水平。
本实施例的光学滤光片可换成基本对紫外光(UV)透明的滤光片用于UV成像，并在滤光片的下方设置对UV敏感的对应的光电二极管。
实施例2
如图11(b)和(d)所示，本实施例采用RGB-NIR象限像素传感器结构，包括：贝尔模式单元阵列，其中的每个贝尔模式单元包含2*2个像素，其中每个像素进一步包含：一个用于探测近红外光(NIR)的光电二极管和三个用于探测可见光的光电二极管，四个光电二极管具有不同的积分时间。
所述的每个像素中进一步包含三个可见光滤光片和一个NIR滤光片。
所述的每个可见光滤光片和NIR滤光片覆盖一个光电二极管，即子像素。
所述的每一个光电二极管上进一步设有用于引导入射光以到达相应的光电二极管的微透镜。
本实施例包括滤光片组合阵列，其中的每个滤光片组合与一个像素及其四个光电二极管相对应且该滤光片组合包含至少两个不同的滤光片。
所述的一个贝尔模式单元中的滤光片组合阵列包括：红色-NIR滤光片组合、蓝色-NIR滤光片组合和呈对角的两个绿色-NIR滤光片组合。
所述的红色-NIR滤光片组合的红滤光片覆盖一个对应该像素的用于探测可见光的光电二极管，NIR滤光片覆盖一个对应该像素的用于探测近红外光的光电二极管。
所述的蓝色-NIR滤光片组合的蓝滤光片覆盖一个对应该像素的用于探测可见光的光电二极管，NIR滤光片覆盖一个对应该像素的用于探测近红外光的光电二极管。
所述的绿色-NIR滤光片组合的绿滤光片覆盖一个对应该像素的用于探测可见光的光电二极管，NIR滤光片覆盖一个对应该像素的用于探测近红外光的光电二极管。
所述的NIR滤光片属于IR滤光片，其红外光辐射跨度波长为750nm～1mm。
所述的红外光常可细分为：近红外(NIR)(0.75～1.1μm)、中红外(MIR)(1.1～30μm)和远红外(FIR)(30～1,000μm)。
所述的RGB滤光片可为边长为Y的三个方形滤光片，也可为L型滤光片，宽度为X，并能够覆盖一个像素内除被NIR滤光片覆盖的光电二极管以外的三个光电二极管。
对于每个像素，多个子像素可地对应不同波段，相邻的子像素的相同波段可共享同一个光学滤光片。
所述的一个像素中的微透镜、滤光片和光电二极管可通过选择具有对特定波长敏感的材料的光电二极管，选择性在预定波段(如NIR)下工作，从而仅探测预定的波段。如对可见光敏感的光电二极管可放置在RGB滤光片下方，对NIR敏感的光电二极管(如硅光电二极管)(具有宽探测光谱和特定厚度)可放置在NIR滤光片下方。
如图12和图13所示，所述的一个像素中的四个子像素的光电二极管TX1～TX4依次对应积分时间L3、L1、L2和LNIR。
本实施例的时序生成器和处理电路可设置成执行去马赛克操作并将色度滤光片应用于来自列读取电路的白平衡图像信号进行色度去噪。如时序生成器和处理电路可对图像信号去马赛克并同时地、按顺序地或以散步方式应用色度滤光片。所述的色度滤光片可增加每种颜色的图像信号之间的噪音相关性(如蓝光、绿光、红光和红外光通道中的噪音波动可相关联地增加或减少)。通过增加噪音相关性，时序生成器和处理电路可减少生成噪音放大的数量。
对可见光光谱中的光线敏感的像素称作可见光像素。像素阵列中每个像素整体上形成红外滤光片，在该情形下，可响应红外光生成一部分由像素阵列中的所述可见光像素(如，蓝光像素、绿光像素、红光像素)获取的图像信号，生成错误的像素值。
时序生成器和处理电路可在色度滤光片和去马赛克化图像数据上执行红外图像信号污染减法操作。时序生成器和处理电路可确定响应于红外光而产生的每种颜色的部分图像信号的估计值。时序生成器和处理电路可从图像信号减去估计值，以移除红外光对图像信号的影响。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (21)

1.一种图像传感器件，其特征在于，包括：贝尔模式单元阵列，其中的每个贝尔模式单元包含多个像素，其中每个像素进一步包含：
至少一个用于探测近红外光的光电二极管和至少一个用于探测可见光的光电二极管，其中至少两个光电二极管具有不同的积分时间。
2.根据权利要求1所述的图像传感器件，其特征是，每个贝尔模式单元包含四个像素，每个像素包含四个光电二极管。
3.根据权利要求1所述的图像传感器件，其特征是，每个像素中进一步包含至少一个可见光滤光片和至少一个近红外光滤光片。
4.根据权利要求2或3所述的图像传感器件，其特征是，所述多个像素中：
第一像素包含至少一个绿滤光片和一个NIR滤光片，该绿滤光片覆盖至少一个对应第一像素的用于探测可见光的光电二极管，该NIR滤光片覆盖一个对应第一像素的用于探测近红外光的光电二极管；
第二像素包含至少一个蓝滤光片和一个NIR滤光片，该蓝滤光片覆盖至少一个对应第二像素的用于探测可见光的光电二极管，该NIR滤光片覆盖一个对应第二像素的用于探测近红外光的光电二极管；
第三像素包含至少一个红滤光片和一个NIR滤光片，该红滤光片覆盖至少一个对应第三像素的用于探测可见光的光电二极管，该NIR滤光片覆盖一个对应第三像素的用于探测近红外光的光电二极管；
第四像素包含至少一个绿滤光片和一个NIR滤光片，该绿滤光片覆盖至少一个对应第四像素的用于探测可见光的光电二极管，该NIR滤光片覆盖一个对应第四像素的用于探测近红外光的光电二极管。
5.一种图像传感器件，其特征在于，包括：滤光片组合阵列，其中的每个滤光片组合与一个像素及其多个光电二极管相对应且该滤光片组合包含至少两个不同的滤光片。
6.根据权利要求5所述的图像传感器件，其特征是，所述的滤光片组合包括：至少一个NIR滤光片和至少一个彩色滤光片。
7.根据权利要求6所述的图像传感器件，其特征是，所述的一个像素包含四个光电二极管，每个滤光片覆盖一个光电二极管，即子像素。
8.根据权利要求6所述的图像传感器件，其特征是，每一个光电二极管上进一步设有用于引导入射光以到达相应的光电二极管的微透镜。
9.根据权利要求5～8中任一所述的图像传感器件，其特征是，每一个光电二极管均具有其积分时间，每一个滤光片组合所对应的光电二极管中至少两个所对应的积分时间不同。
10.根据权利要求9中任一所述的图像传感器件，其特征是，每一个像素对应的四个光电二极管中至少三个所对应的积分时间均不相同。
11.一种图像传感器件，其特征在于，包括：像素阵列，其中的每个像素包含四个光电二极管且至少一个用于探测近红外光。
12.根据权利要求11所述的图像传感器件，其特征是，每个光电二极管与用于控制其积分时间的开关相连。
13.根据权利要求12所述的图像传感器件，其特征是，所述的开关为电荷转移(TX)晶体管。
14.根据权利要求1或9或11或12所述的图像传感器件，其特征是，当多个光电二极管所对应的积分时间相同，则这些光电二极管的信号通过合并方式读取。
15.根据权利要求3或4或5或6或7或9所述的图像传感器件，其特征是，所述的滤光片为单材料均匀滤光片。
16.根据权利要求1或9或12或14所述的图像传感器件，其特征是，所述的积分时间是指：光电二极管收集由入射光子产生的电荷的时间。
17.根据上述任一权利要求所述的图像传感器件，其特征是，所述的光电二极管与电路总成相连以控制积分时间。
18.根据权利要求17所述的图像传感器件，其特征是，所述的电路总成包括：像素电路、行控制电路、列读取电路、时序生成器和处理电路，其中：时序生成器和处理电路控制列读取电路的时钟时序，通过行控制电路控制像素电路，并对接收到的信号进行处理。
19.根据权利要求18所述的图像传感器件，其特征是，每一行像素与行控制电路相连，每一列像素与列读取电路相连。
20.根据权利要求18所述的图像传感器件，其特征是，所述的像素电路包括：开关、开关控制线、电荷探测节点(FD)、缓存放大器、寻址晶体管(行选择晶体管，RS)和复位晶体管(RST)，其中：开关与对应的开关控制线相连，并通过电荷探测节点分别与缓存放大器和复位晶体管相连；缓存放大器通过寻址晶体管连接感测线(Vout)，电荷探测节点通过复位晶体管导电性地接入参考电压(VDDA)线。
21.根据权利要求18所述的图像传感器件，其特征是，所述的参考电压线和感测线接入列读取电路，行选择晶体管、复位晶体管通过相应的信号控制线与开关控制线接入行控制电路。
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