TWI776018B - 合併選擇性紅外線濾光器之組合可見及紅外線影像感測器及相關之像素陣列 - Google Patents

合併選擇性紅外線濾光器之組合可見及紅外線影像感測器及相關之像素陣列 Download PDF

Info

Publication number
TWI776018B
TWI776018B TW108104707A TW108104707A TWI776018B TW I776018 B TWI776018 B TW I776018B TW 108104707 A TW108104707 A TW 108104707A TW 108104707 A TW108104707 A TW 108104707A TW I776018 B TWI776018 B TW I776018B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
filter
vis
image sensor
special
passband
Prior art date
Application number
TW108104707A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202010116A (zh
Inventor
大衛 何
陸震偉
劉成明
Original Assignee
美商豪威科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US16/106,373 external-priority patent/US10609309B1/en
Application filed by 美商豪威科技股份有限公司 filed Critical 美商豪威科技股份有限公司
Publication of TW202010116A publication Critical patent/TW202010116A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI776018B publication Critical patent/TWI776018B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H04N23/13—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths with multiple sensors
    • H04N23/16—Optical arrangements associated therewith, e.g. for beam-splitting or for colour correction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

本發明揭示一種像素陣列，其包含：一綠色像素，其包含一第一綠色濾光器及一第一清透濾光器；一紅色像素，其包含一紅色濾光器及一第一特殊濾光器；一藍色像素，其包含一藍色濾光器及一第二特殊濾光器；以及一IR像素，其包含一IR濾光器及一第二綠色濾光器與一第二清透濾光器中之一者，其中該第一特殊濾光器以一第一IR最小傳輸率在以850nm為中心之一阻帶處抑制一IR傳輸，且該第二特殊濾光器以一第二IR最小傳輸率在以850nm為中心之該阻帶處抑制一IR傳輸，且其中該第一最小IR傳輸率不同於該第二最小IR傳輸率。

Description

合併選擇性紅外線濾光器之組合可見及紅外線影像感測器及相關之像素陣列
本發明大體而言係關於影像感測器系統，其包括可見(VIS)光譜像素及紅外線(IR)光譜像素之混合影像感測器像素陣列。更具體地，影像感測器系統使用其VIS影像感測能力來產生VIS彩色影像，並使用其IR感測能力來執行IR成像功能。
影像感測領域之最新發展已產生具有安全性及機器視覺應用之影像感測器，包括手勢感測、深度分析、虹膜偵測、眼睛追蹤、夜晚或弱光視覺等。在一個態樣中，此些影像感測器使用傳統VIS光譜影像感測像素來產生VIS影像。在另一態樣中，此些感測器亦使用額外IR光譜像素來產生IR影像。基本上，此些感測器具有產生VIS及IR影像兩者之雙重目的。
習知上，此雙重用途之影像感測器採用直接組合設計，其中IR子感測器經實體並置靠近VIS子感測器。VIS子感測器僅包含VIS成像像素，且IR子感測器僅包含IR成像像素。此設計提供了簡單性，但VIS及IR子感測器在成像目標方面不可避免地具有不同之有利位置。因此，所得VIS及IR影像不僅具有不同之光譜(VIS對IR)，而且亦不能完全相互疊 加。此為後續影像處理造成困難。
100:混合VIS-IR影像感測器系統
110:主透鏡
120:VIS-IR帶通濾光器模組
121:VIS-IR帶通濾光器
122:防護玻璃罩基板
130:VIS-IR影像感測器像素陣列
131:綠色(G)像素
131a:微透鏡
131b:G濾光器
131c:影像感測部件
132:紅色(R)像素
132a:微透鏡
132b:濾光器
132c:影像感測部件
133:藍色(B)像素
133a:微透鏡
133b:濾光器
133c:影像感測部件
134:IR像素
134a:微透鏡
134b:濾光器
134c:影像感測部件
135:最小重複單元
140:控制器模組
141:VIS視覺模式控制子模組
142:IR視覺模式控制子模組
150:功能邏輯模組
160:IR光源模組
200:波長對傳輸率曲線組
210:B傳輸率曲線
220:G傳輸率曲線
230:R傳輸率曲線
240:IR傳輸率曲線
250:波長對傳輸率曲線
260:VIS通帶
270:IR通帶
300:改良之VIS-IR影像感測器像素陣列
310:選擇性IR濾光器
320:IR通過濾光器
400:特性光傳輸率曲線
405:阻帶
410:經改良之特性傳輸率曲線
500:VIS-IR影像感測器系統
600:示例性方法
610:步驟
620:步驟
621:步驟
622:步驟
623:步驟
624:步驟
630:步驟
631:步驟
632:步驟
633:步驟
634:步驟
700:VIS-IR像素陣列
731:綠色(G)像素
731a:微透鏡
731b:濾光器
731c:影像感測部件
731d:特殊濾光器
732:紅色(R)像素
732a:微透鏡
732b:濾光器
732c:影像感測部件
732d:特殊濾光器
733:藍色(B)像素
733a:微透鏡
733b:濾光器
733c:影像感測部件
733d:特殊濾光器
734:IR像素
734a:微透鏡
734b:濾光器
734c:影像感測部件
734d:特殊濾光器
800:VIS-IR像素陣列
831:綠色(G)像素
831b:濾光器
831d:特殊濾光器
832b:濾光器
832d:特殊濾光器
833:藍色(B)像素
833b:濾光器
833d:特殊濾光器
834:IR像素
834b:濾光器
834d:特殊濾光器
902:特性傳輸率曲線
904:最小傳輸率
905:阻帶
906:特性傳輸率曲線
908:第二最小傳輸率
以下參考下圖描述本發明非限制性及非窮盡實例，其中除非另有規定，否則相同元件符號貫穿各種視圖指代相同零件。
圖1A為展示混合VIS-IR影像感測器系統之示例性實施例之示意圖。
圖1B為示例性VIS-IR影像感測器像素陣列之俯視圖，展示含有個別像素之最小重複單元。
圖2A為波長對傳輸率標繪圖，展示VIS-IR帶通濾光器之特性光傳輸率曲線。
圖2B為波長對傳輸率標繪圖，展示VIS-IR像素陣列內之像素之一組特性光傳輸率曲線。
圖2C為另一波長對傳輸率標繪圖，其展示另一VIS-IR像素陣列內之像素之另一組特性光傳輸率曲線。
圖3A為經改良VIS-IR像素陣列之部分之側視圖。
圖3B為另一經改良VIS-IR像素陣列之部分之另一側視圖。
圖4A為波長對傳輸率標繪圖，其展示選擇性IR濾光器之特性光傳輸率曲線。
圖4B是另一波長對傳輸率標繪圖，其展示改良之前及之後的選擇性IR濾光器之兩個特性光傳輸率曲線。
圖5為展示包含選擇性IR濾光器之混合VIS-IR影像感測器系統之示例性實施例之示意圖。
圖6展示示例性方法，其包含執行VIS視覺成像模式及IR視覺成像模式之多個步驟。
圖7A展示VIS-IR像素陣列之實施例。
圖7B展示圖7A之VIS-IR像素陣列之替代實施例。
圖8A展示VIS-IR像素陣列之另一實施例。
圖8B展示圖8A之VIS-IR像素陣列之替代實施例。
圖9為波長對傳輸標繪圖，其展示選定IR濾光器或抑制IR(SIR)濾光器之兩個特性光傳輸率曲線。
對應參考字符貫穿圖式之數個視圖指示對應組件。熟習此項技術者將瞭解，圖中之元件係為了簡單及清楚而說明，且不一定按比例繪製。例如，圖中之一些元件之尺寸可相對於其他元件經放大以幫助提高對本發明之各種實施例之理解。此外，為了便於更少地阻礙對本發明之此等各種實施例之觀察，通常未描繪在商業上可行之實施例中有用或必要之共同但充分理解之元件。
相關申請案之交叉參考
此申請案為2017年12月6日提出申請之美國專利申請案第15/620,757號之部分接續申請。
在以下描述中，闡述眾多具體細節以提供對實例之透徹理解。然而，熟習此項技術者將認識到，本文中所描述之技術可在無一或多個具體細節之情況下實踐，或與其他方法、組件、材料等一起實踐。在其他情況下，未詳細展示或描述眾所周知之結構、材料或操作以避免模糊某些態樣。
貫穿本說明書對「實例」或「實施例」之引用意謂結合實例所描述之特定特徵、結構或特性包括在本發明之至少一個實例中。因此，在貫穿本說明書之各處出現之「實例」或「實施例」不一定皆指相同實例。此外，在一或多個實例中，可將特定特徵、結構或特性以任何合適方式組合。
在此說明書中，使用數個術語。除非在本文中具體定義或其使用之上下文將另外明確建議，否則該等術語將具有其所屬技術之普通含義。
第一實施例：混合VIS-IR影像感測器系統
圖1A為混合VIS-IR影像感測器系統100之實施例之示意圖，其包含主透鏡110、VIS-IR帶通濾光器模組120、VIS-IR影像感測器像素陣列130、控制器模組140、功能邏輯模組150及IR光源模組160。本文中進一步揭示每一元件之特徵及功能。
主透鏡110將入射光聚焦以通過VIS-IR帶通濾光器模組120到達下伏VIS-IR影像感測器像素陣列130，作為實例，主透鏡110為光學透明的，且允許所有VIS-IR光譜光線從中通過。換言之，主透鏡110不具有IR衰減(IR截止)功能。
VIS-IR帶通濾光器模組120包含VIS-IR帶通濾光器(或多個濾光器)121，其附接至防護玻璃罩基板122之前側及/或後側。防護玻璃罩基板122提供對VIS-IR帶通濾光器121之機械支撐，且較佳為光學透明的以允許VIS及IR光兩者全光譜通過。VIS-IR帶通濾光器121較佳地由多個透明無機材料(例如，氧化矽及氧化鈦)之替代層組成之多層結構，且依賴於相消干擾之原理來阻止入射光之某些光譜帶，同時允許其他光譜帶從 中通過。在當前示例性實施例中，如圖1A中所說明之VIS-IR濾光器121允許VIS波帶及IR波帶通過，同時阻止其他波長。此在圖2A中展示，且在下面進一步詳述。
參考圖2A作為實例，其展示VIS-IR帶通濾光器121之特性波長對傳輸率曲線250。傳輸率曲線250包括VIS範圍中之大約400至650奈米(nm)波長之VIS通帶260。注意，VIS通帶260之形狀具有矩形之一般形式(或接近具有兩個陡峭邊之梯形，亦即，梯形之兩個底角略小於90度)，其中高度接近100%傳輸率之高度，且其在通帶260之外幾乎沒有洩漏。換言之，對於通過波長範圍之情況，VIS通帶260接近理想通帶。藉由使用由多層透明無機材料產生之相消干涉來實現此接近理想之通帶特性。應瞭解，此近矩形、無洩漏通帶特性不同於由有機化合物之絕對值產生之鐘形曲線形及洩漏之通帶特性，亦即如圖2B中所展示，將在本文發明中稍後進一步詳述之點。
波長-傳輸率曲線250亦包含在IR範圍中大約800nm至900nm波長之IR通帶270。再次注意，IR通帶270之形狀具有陡三角形(其兩個底角略小於90度)之形式，其以850nm為中心，且在IR通帶270外幾乎無洩漏，亦即，對於通過單一波長(大約850nm)之情況，IR通帶270接近於理想通帶。藉由使用由多層透明無機材料產生之相消干涉，再次實現此接近理想之通帶特性。
應瞭解，圖2A中之特性曲線250展示兩個通帶-VIS通帶260及IR通帶270。因此，VIS-IR濾光器121可被稱作為雙帶通濾光器，其用於在廣泛VIS(400nm至650nm)範圍與窄IR範圍(850±50nm，或800nm至900nm)內傳遞入射光。在其他實施例中，IR範圍可更窄，例如， 850±30nm、850±10nm，等。其他波長由此VIS-IR濾光器121阻止。
應瞭解，由多層透明無機材料產生之相消干涉實現之上述通帶值取決於入射光之主光線角度(CRA)。這是由於相消干擾之性質，其涉及自多層透明材料之界面反射之光。作為實例，在(入射光垂直於入射平面，且包括在正常平面中之)零度之CRA，窄IR通帶為大約850±50nm，亦即，800-900nm，如先前所揭示。相反，在30度之CRA(光以一角度傾斜進來，且偏離法向平面30度)中，IR通帶偏移至825±45nm，或780nm至870nm之新範圍。對CRA之此通帶依賴性將對影像感測器系統設計產生影響，且將在本發明中稍後再次提出。
現在參考圖1A，VIS-IR影像感測器像素陣列130位於VIS-IR帶通濾光器模組120下方。像素陣列130包含多個VIS及IR像素，其中一組VIS及IR像素形成多個重複單元135，其在圖1B中展示為像素陣列130之俯視圖之部分。最小重複單元被定義為構成整個像素陣列之最小像素組。根據圖1B，像素陣列130之最小重複單元135由配置在正方形2X2模式中之綠色(G)像素131、紅色(R)像素132、藍色(B)像素133及IR像素134組成。
圖1A展示像素陣列130之(代表性部分之)橫截面側視圖，其包含四個單獨像素131至134。為了說明之目的，在像素陣列130中僅展示四個像素131(G)、132(R)、133(B)及(B)和134(IR)。實際上，像素陣列130包含可具有不同配置之更多個別像素。所有四個像素131、132、133及134共用相似之特徵，且藉由將綠色(G)像素131描述為代表像素來在本文中揭示。
G像素131包含微透鏡131a、G濾光器131b及影像感測部件 131c。微透鏡131a可由樹脂材料製成，且主要用於將入射光集中至像素131自身中。G濾光器131b包括有機材料，且依賴於基於化學之光學吸收原理來通過特定波長之光帶同時阻止其他波長。在此實例中，G濾光器131b通過約450nm至650nm之綠色波段。
圖2B展示波長對傳輸率曲線組200，其包括G帶通特性曲線220，其對應於G濾光器131b。G曲線220包括大約450nm至650nm之主色G帶通範圍，但是在450nm至650nm主通帶之外亦具有顯著之洩漏範圍，例如，在300nm至450nm範圍內，且在700nm至1100nm之近IR和IR範圍亦如此。洩漏範圍歸因於基於化學之光學吸收之性質。在450nm至650nm主色G通帶內，曲線之外觀類似於部分傾斜且非光滑之鐘形曲線形狀。此非理想之通帶形狀亦歸因於基於化學之光學吸收。該等特性不同於圖2A及其相關描述中所揭示之VIS-IR帶通濾光器121之近理想特性。應瞭解，儘管依賴於相消干擾之多層濾光器適用於例如濾光器121之大尺寸(毫米級及以上)濾光器，但此類型之濾光器設計通常不可能製造用於小影像感測器像素(微米級或更小)，例如像素131。相反，依賴於基於化學之光學吸收之有機化合物濾光器更適合於例如濾光器131b之小尺寸濾光器，因為必要之製程(例如，光刻、旋塗及乾燥)可容易地應用於製造小的微米(或亞微米)尺寸之濾光器。
返回圖1A，G像素131包括在G濾光器131b正下方之影像感測部件131c。影像感測部件131c可為CMOS(互補金屬氧化物半導體)或CCD(電荷耦接裝置，類似於CMOS，但具有微小變化)組態。例如，在CMOS組態中，感測部件131c由矽基板(未標記)製成，光電二極體(未展示)形成在矽基板中。亦可存在例如光電二極體釘紮層(未展示)，光電二 極體周圍之阱結構(未展示)及隔離溝槽(未展示)之其他部件。該等零件基於光電效應產生光電信號。各種電晶體閘極(傳輸閘極、重設閘極、源極跟隨器及列選擇)、浮動節點及電氣佈線可用於放大及中繼稍後要處理之光電信號，但亦未展示。
類似於上述G像素131之描述，例如R像素132、藍色像素133及IR像素134之其他像素各自包括其必需微透鏡(132a、133a及134a)、濾光器(132b、133b及134b)以及影像感測部件(132c、133c及134c)。特別地，濾光器131b、132b、133b及134b各自具有其自身之特定特性傳輸率曲線，亦即分別為G傳輸率曲線220、R傳輸率曲線230、B傳輸率曲線210及IR傳輸率240，如圖2B中所展示。該等濾光器依賴於基於化學之光學吸收，且其特性曲線具有超出其主光譜通帶之洩漏範圍，以及在其主光譜通帶內具有傾斜及非光滑之鐘形曲線形狀。
應瞭解，在上述實施例中，G傳輸率曲線220之主通帶為約450nm至650nm(具有約80%峰值傳輸率)；R傳輸率曲線230之主要通帶約為650nm至850nm(具有約50%峰值傳輸率)；B傳輸率曲線210之主要通帶約為380nm至450nm(具有約70%峰值傳輸率)；且IR傳輸率曲線240之主要通帶約為800nm至1000nm(具有約20%峰值傳輸率)，其中主要IR通帶與R傳輸率曲線230之主要通帶在約800nm至850nm處重疊。
另外，三條VIS傳輸率曲線(G曲線220、R曲線230及B曲線210)中之每一條在其各別主光譜通帶之外含有一或多個洩漏通帶，例如，位於大約700nm至1100nm之近IR及IR範圍之漏帶，具有約為20%之峰值傳輸率。此意謂每一VIS像素(R、G及B)能夠在一定程度上偵測IR光。
圖2C展示另一替代波長對傳輸率曲線組250。此組曲線 250類似於圖2B中之曲線組200，除了IR曲線260具有比圖2B中發現之先前IR曲線240高得多之傳輸率位準。IR曲線240及260兩者皆具有位於大約800nm至1000nm之主光譜通帶，但曲線260具有約50%之峰值傳輸率位準，其遠高於曲線240之20%。
控制器模組140可與VIS-IR影像感測器像素陣列130實體及電耦接，如圖1A中所展示，且操作混合VIS-IR影像感測器系統以在多種操作模式中進行選擇。在一實施例中，該等模式包括(1)VIS視覺模式，其通常適合於人類視覺；(2)IR視覺模式，其通常適用於安全視覺、機器視覺及夜視。在此實施例中，控制器模組140包括控制VIS視覺模式之VIS視覺模式控制子模組141，以及控制IR視覺模式之IR視覺模式控制子模組142。作為實例，VIS控制子模組141選擇性地控制像素陣列130之VIS像素(例如，像素131、132及133)，如藉由虛線連接像素131、132及133與VIS控制子模組141所展示。IR控制子模組142選擇性地控制像素陣列130之IR像素(例如，像素134)，如藉由虛線連接像素134與IR控制子模組142所展示。應瞭解，控制器模組140對像素陣列130之上述控制為任選的。
功能邏輯模組150接收自像素陣列130讀出之影像信號(未展示)，並將該等信號處理成影像，例如VIS及IR影像。VIS像素信號用於產生VIS影像，且IR信號用於產生IR影像。影像處理通常由作為功能邏輯模組150之部分的影像信號處理器(ISP，未展示)執行。
IR光源模組160操作以用IR光譜光照射成像物件。在實例中，IR光源模組160為IR發光二極體(LED)，其在大約850nm發射相對窄光譜範圍之IR光，具有大約正負50nm、30nm、10nm或甚至更少之容差。850±50nm之發射IR光可為連續的，或在快速，劇烈之脈衝(例如， MHz脈衝頻率，與奈秒尺度之每一脈衝週期)。在如圖1A中所展示之實施例中，在IR視覺模式期間，IR控制子模組142控制IR光源模組160以發射約850nm之IR光脈衝。
本文中揭示VIS及IR視覺模式之工作方式。當選擇IR模式用於機器視覺或夜視應用時，IR控制子模組142經接合以控制IR光源模組160以發射約850±50nm之強烈IR光之快速脈衝(公差可小於50nm，例如30nm，10nm等)以照射成像物件。此照明IR光具有足夠之功率來超過自然產生之環境光。此操作方案在白天與夜晚皆有效，但在環境自然光較低之夜晚(或在有霧之環境中)尤其有效。反射離開成像物件之光含有約850±50nm(公差可小於50奈米)之IR光譜分量之高百分比，且其他不太重要之光譜分量(例如VIS光譜)被視為雜訊。因此，此反射光基本上為約850±50nm(公差可小於50奈米)之IR光。上文所提及之所反射IR光通過主透鏡110而沒有任何明顯之濾光。在此IR光繼續通過VIS-IR雙帶通濾光器模組120時，窄850±50nm(公差可小於50nm)之IR通帶270(如圖2B中所展示)，其重疊或完全包括850±50nm(公差可小於50nm)之所反射IR光譜範圍，允許大部分此所反射IR光通過而沒有明顯之損失，以繼續到達下伏像素陣列130。
應瞭解，VIS-IR帶通濾光器120具有窄IR通帶，其中心與由光源160發射之IR光之光譜範圍之中心(例如，850nm中心)重合。亦應瞭解，如圖2A中所展示之IR通帶270足夠寬(亦即，圍繞其中心具有足夠之公差)，以准許自成像物件反射之大部分IR光從中通過。應進一步瞭解，IR通帶270並非極其寬以准許過多雜訊通過。作為說明性實例中，光源160發射具有約850±40nm之光譜範圍之IR光，且VIS-IR帶通濾光器 120具有約為850±50nm之對應IR通帶。
在IR視覺模式中，像素陣列130基本上用作IR感測器陣列，其依賴於其IR像素134來產生IR信號。在實施例中，VIS像素131、132及133不接合以在此IR視覺模式下操作，且僅IR像素134由IR控制子模組142控制以參與操作。關於將控制模組140連接至像素陣列130之控制線，請參見圖1A。VIS控制子模組141脫離VIS像素131、132及133。在子模組141及142進行之選擇為任選之替代方案中，VIS及IR像素兩者經接合以操作，但由於落在像素陣列130上之光之IR分量之高百分比，信號輸出主要為IR信號。因此，像素陣列130基本上用作IR感測器。IR機器視覺模式在例如距離量測、運動追蹤等應用中可能很有用。
當為人類視覺選擇VIS視覺模式時，控制模組140可經接合以抑制IR光源模組160，以使得其不發射IR光。VIS-IR影像感測器系統100現在依賴於自然光照來照射成像物件。傳入之自然光(圖1A中未展示)通常含有所有VIS光譜光，以及一些自然發生之IR光譜光。傳入之自然光通過主透鏡110而沒有任何明顯之濾光。在入射光繼續通過VIS-IR雙帶通濾光器模組120時，寬400nm至650nm VIS通帶260(圖2B中展示)允許主光譜範圍400nm至650nm之VIS光從中通過，而窄850±50nmIR通帶270(圖2B中展示)僅允許在850±50nm窄光譜範圍內之少量自然發生之IR光從中通過。將其他光譜之入射光，包括在850±50nm範圍外之大部分IR，過濾掉。入射光之未濾過之VIS及IR部分繼續到達下伏像素陣列130。
像素陣列130用作常規RGB感測器陣列以產生VIS影像信號(R、G及B信號)。在實施例中，VIS控制子模組141接合VIS像素131、132及133以操作以產生VIS成像信號，而IR控制子模組142使IR像素134 脫離操作。在子模組141及142進行之選擇為任選之替代方案中，允許所有VIS及IR像素131、132、133及134操作，但IR像素134之輸出不直接用於形成最終彩色影像。VIS像素131、132及133產生RGB信號，其中功能邏輯模組150使用該等RGB信號在例如插值之常規影像處理步驟之後產生最終彩色影像。
經濾光之入射光內之IR分量確實會在一定程度上影響RGB信號。例如，如在圖2B中所展示，R濾色器132b之R傳輸率曲線230、G濾色器131b之G傳輸率曲線220以及B濾色器133b之B傳輸率曲線210各自含有在約700nm至1100nm之IR範圍內之洩露通帶，該洩露通帶比下伏VIS-IR雙通帶濾光器模組之850±50nm通帶寬。因此，由VIS像素131，132和133產生之RGB信號各自在其中含有一些IR分量(在850±50nm處)。此些被視為IR雜訊。
可使用進階信號處理來移除此些IR分量，但此移除可能僅在一些情況下有效。作為實例，當濾光器131b、132b、133b及134b具有光傳輸特性，如圖2B中所展示，IR像素134可經設置在與VIS像素131、132及133相同之時間操作。藉由IR像素134產生之IR信號然後可被用作校正基線自由VIS像素131、132及133產生之VIS信號減去IR分量(在850±50nm處)，使得VIS信號可經準確地校正以移除IR雜訊。
然而，在一些情況下，無法準確移除IR雜訊。例如，當濾光器131b、132b、133b及134b具有如圖2C中所展示之傳輸特性時，其中IR傳輸率曲線260比圖2B中之IR曲線240更顯著(或以其他方式不同)，上文所提及IR校正方案將變得不準確及不可靠。此係因為由IR像素134產生之IR信號與由VIS像素131、132及133產生之RGB信號內之IR分量大不相 同(例如，高得多)。此複雜性不能藉由簡單方法來解決。關閉IR像素134且僅接合VIS像素131、132及133，因為落在該等VIS像素上之入射光之IR影響將保持不變。因此，RGB信號將繼續具有一些IR雜訊分量，使得最終彩色影像可能遭受IR相關假影，例如微紅色調。當最終彩色影像具有先天藍色調(或其他冷色調)時，與紅色調(或其他暖色調)相比，此微紅色調尤其明顯。此部分是因為，在VIS像素131、132及133中，IR雜訊對B像素133及G像素131之不利影響比其對R像素132之影響更大。B及G光譜比R譜離IR光譜更遠；而R光譜與IR光譜之間存在自然重疊。
應瞭解，在上述IR雜訊問題中，罪魁禍首之IR雜訊係指通過VIS-IR帶通濾光器120之IR通帶270之IR分量，如圖1A及圖2A所展示。示例性IR雜訊出現在850±50nm處(在零度CRA處)。另一示例性IR雜訊出現在825±45nm處(在30度CRA處)。
第二實施例：經改良之VIS-IR影像感測器系統
為了解決與VIS視覺操作模式有關之上文所提及IR雜訊問題，本文中揭示示例性第一改良。基本概念為使用一些手段來阻止通過IR通帶270之入射IR雜訊(例如，大約850±50nm)。圖3A展示此改良之設計。改良之VIS-IR影像感測器像素陣列300為優於如圖1A中所展示之原始VIS-IR像素陣列130之改良版本。改良之像素陣列300具有與原始像素陣列130相同之組件，包括微透鏡131a至134a、濾光器131b至134b以及影像感測部件131c至134c。另外，改良之像素陣列300包含選擇性IR截止濾光器310，其與VIS濾光器131b、132b及133b疊加，亦即上覆於其上面或下伏於其下面(例如，上覆於其上面)。選擇性IR濾光器310可為上覆於多個VIS濾光器上面之單個濾光器單元(例如，131b、132b及133b之某一組 合)，或在如圖3B中所展示之替代方案中，其可為上覆於單個VIS濾光器上面之單個濾光器。對於此實施例，每一VIS濾光器具有其自、身之對應選擇性IR濾光器310，其上覆於其上面或下伏於其下面。此外，改良之像素陣列300包括任選IR通過濾光器320，其與IR濾光器134b疊加，亦即上覆於其上面或下伏於其下面(例如，上覆於其上面)。本文中揭示選擇性IR截止濾光器310及任選IR通過濾光器320之特徵。
選擇性IR濾光器310為帶凹口之濾光器，亦被稱為帶阻濾光器，其阻止在某個阻帶內(例如，850±50nm)內之光傳輸，同時允許其餘之光譜從中通過。選擇性IR濾光器310包括有機材料，其依賴於基於化學之光學吸收原理以在通過其他波長時阻止特定波長之光帶。術語「選擇性」指示選擇性IR濾光器310選擇性地阻止IR具有相對窄之阻帶，例如，大約850±50nm。
圖4A展示此選擇性IR濾光器310之特性光傳輸率曲線400。由於選擇性IR濾光器310依賴於基於化學之光學吸收來阻止某一光帶通過，因此阻帶405之形狀不理想，且具有類似於部分傾斜及不光滑之倒鐘形曲線形狀之外觀。應瞭解，雖然基於相消干涉之多層濾光器適用於大尺寸(毫米及以上)濾光器，例如濾光器121(如圖1A所展示)，但此濾光器設計通常不可能製造濾光器用於小影像感測器像素(微米級或更低)，例如圖3A中之像素陣列300之像素。相反，依賴於基於化學之光學吸收之有機化合物濾光器更適合於此情況，因為必要之製程(例如，光刻、旋塗及乾燥)可容易地應用於製造小的微米(或次微米)大小濾光器。
根據圖4A，特性傳輸率曲線400具有阻帶405之區域，其位於約550nm至950nm處。在此阻帶405區域之外，光傳輸相對較高(例 如，90%至100%)。在此阻帶405內，光傳輸明顯減少。此外，在約850nm處，光傳輸被完全阻止。阻帶405之整體有效性取決於其頻寬。
存在許多方法來定量地表徵阻帶405之頻寬。例如，如圖4A中所展示，阻帶405在大約550nm處開始，且在大約950nm處結束。然而，阻帶之此表徵(「表觀阻帶」)可能不反映阻帶405之真實有效性，因為在阻帶405內，光傳輸之減少不均勻。與此相反，半功率評估在量化阻帶405之有效性方面似乎為更準確。一般而言，在半功率頻寬Whp(如圖4A中展示)內，大約一半之入射光信號能量被濾光器阻止。此對應於傳輸率曲線400之大約30%之傳輸率位準。根據圖4A，半功率頻寬Whp，可被視為阻帶405之有效頻寬，其中Whp在810nm至880nm(寬度約70nm)之範圍內，其中850nm為阻止所有光之中心點。由於在阻帶405經歪斜至高波長側，描繪阻帶405之有效頻寬Whp之更準確方式為使用三數字記號，810-850-880nm，其中三個數字各自表示此阻帶之有效頻寬區域之左端、中心及右端。
參考圖3A及圖3B，其展示直接上覆於VIS濾光器131b、132b及133b上面之選擇性IR濾光器310，具有VIS光譜以及850±50nm處之IR雜訊之示例性入射自然光首先到達選擇性IR濾光器310。如圖4A中所描繪之阻帶405具有810-850-880nm之有效頻寬，其基本上與800-850-900nm(850±50nm之替代記號，指示左端、中心及右端)之IR雜訊範圍重疊。特別地，兩個中心在850nm處重合。換言之，阻帶中最有效之部分符合最高IR雜訊點。另外，IR雜訊範圍之左端(800nm)及右端(900nm)僅略微落在阻帶405之有效頻寬(810nm至880nm)之外。因此，選擇性IR濾光器310看起來基本上消除IR之效應，該IR雜訊在VIS人類視覺模式期 間將造成最終在最終彩色影像中產生微紅色調。
轉至圖3A及圖3B中之IR通過濾光器320，應瞭解，此為任選元件。由於選擇性IR濾光器310已被添加至VIS濾光器131b、132b及133b，而非至IR濾光器134b，因此IR濾光器134b需要一些平坦化以增加總厚度。IR通過濾光器320提供此平坦化功能。另外，IR通過濾光器320可位於IR濾光器134b之正上方抑或下方。IR通過濾光器含有適用於小型影像感測器像素(微米級或更低)之有機材料。
IR通過濾光器320允許寬範圍之IR通過。其IR通過範圍較佳地覆蓋其鄰接之IR濾光器134b之整個IR通過範圍，其經描繪為具有圖2B中之特性傳輸率曲線240或圖2C中之曲線260。濾光器320之IR傳遞函數可以多種方式實施。首先，IR通過濾光器320可足夠透明以通過VIS及IR之所有光譜(從而使濾光器320成為「全通」濾光器，其基本上為非濾光器)。第二，濾光器320可為低通濾光器，以僅通過IR範圍中之較長波長光譜，例如，大約700nm及以上。第三，在根本沒有實施任選IR通過濾光器320之情況下，現有之IR濾光器134b可簡單地做得更厚(例如，具有基本上等於選擇性IR濾光器310之厚度之額外厚度)，以實現與相鄰VIS濾光器131b、132b及133b之平坦化。可能存在其他有效選擇。如熟習此項技術者可認識到，可針對以上每一選項適當地選擇不同有機材料。
圖5為改良之混合VIS-IR影像感測器系統500之示意圖。其與圖1A中所示之VIS-IR系統100大致相似，但包括改良之像素陣列300內之選擇性IR濾光器310及任選之IR通過濾光器320。其他組件保持與原始系統100相同。選擇IR濾光器310之存在允許改良之混合VIS-IR系統500在以VIS視覺模式接合時減少其最終VIS影像中之IR雜訊。其IR視覺模式保 持與原始系統100中相同。
第三實施例：經進一步改良之VIS-IR影像感測器系統
如先前所論述，VIS-IR濾光器模組120由多層透明材料製成，其使用相消干涉來產生其通帶。因此，其通帶可能會移位，此取決於入射光之主光線角度(CRA)。作為特定實例，在零度之CRA處，如圖2A中所展示之IR通帶270為約850±50nm，亦即，800-850-900nm。相比之下，在30度之CRA下，IR通帶270現在變為825±45nm，或780-825-870nm。對CRA之此通帶依賴性允許IR雜訊隨CRA移位，因此使得選擇性IR濾光器在某些CRA值下比其他CRA值更低效，如下面進一步闡釋。
如先前所揭示，選擇性IR濾光器310具有810-850-880nm之有效阻止頻寬，其適用於800-850-900nm處之零度CRA入射IR雜訊。然而，在30度CRA下，VIS-IR濾光器120之IR通帶270移位至825±45nm，或780-825-870nm，因此，入射IR雜訊現在移位至780-825-870nm之範圍。本選擇性IR濾光器將對於處理此移位之IR雜訊不是非常有效。首先，850nm之選擇性IR濾光器阻止頻寬中心不再與825nm之移位IR雜訊中心重合。更重要調是，移位之IR雜訊之左端(780nm)現在很好地落在選擇性IR濾光器阻止頻寬之左端(810nm)之外。此意謂在30度CRA下，當前選擇性IR濾光器310將失去一些降低IR雜訊之效果。
為了解決IR雜訊之上述CRA從屬移位，選擇性IR濾光器310為藉由加寬其阻帶之有效頻寬Whp而得以改良。圖4B說明對混合VIS-IR系統之第二改良之實施例(其為對選擇性IR濾光器310之第一改良)。圖4B展示改良之前的選擇性IR濾光器310之原始特性傳輸率曲線400，其與圖4A中所展示之傳輸率曲線400相同。經改良之特性傳輸率曲線410為改 良後之選擇性IR濾光器310之特性傳輸率曲線。經改良之曲線410(實曲線)具有比原始曲線400(虛線曲線)更寬之有效頻寬。在此實施例中，經改良之曲線410具有720-850-880nm之有效阻止頻寬。藉由修改選擇性IR濾光器310內之有機材料來實現此有效頻寬之擴展。
經改良之720-850-880nm之阻止頻寬比810-850-880nm之預改良頻寬更有效，以濾除入射IR雜訊。下表在數量上比較兩個頻寬。
Figure 108104707-A0305-02-0021-1
在零度CRA下，入射之IR光雜訊具有800-850-900nm之範圍。經改良之選擇性IR濾光器阻帶720-850-880nm基本上捕獲所有IR雜訊範圍。阻帶中心與850nm下之雜訊範圍中心重合。雜訊範圍之左端(800nm)完全落在經改良之阻帶之左端(720nm)內。更令人印象深刻的是，在30度CRA下，入射之IR光雜訊具有780-825-870nm之偏移範圍，且此偏移雜訊範圍之左端(780nm)亦完全落在經改良之阻帶之左端(720nm)內。720-850-880nm之此經改良之阻帶比810-850-880nm之先前選擇性IR濾光器阻帶明顯更有利。
總之，預先存在之選擇性IR濾光器310為藉由擴大其有效IR阻帶Whp(例如，自先前810-850-880nm至更寬之720-850-880nm範圍)而經改良。此允許改良之選擇性IR濾光器效能以更好地處理在不同方向(例如，自0至30度CRA)進入之入射IR雜訊。
經改良之選擇性IR濾光器310類似地在VIS-IR影像感測器 系統500中實施，如圖5中所展示。先前揭示仍然適用，除了經改良之選擇性IR濾光器310現在具有更寬之有效頻寬(例如，720-850-880nm)，且此第二經改良系統500可較佳處置各種CRA角度(例如，自零至30度)之輸入IR雜訊。
第四實施例：操作方法
上文所揭示之數個實施例可利用本文中所描述之操作方法。圖6展示示例性方法600，其包括多個步驟。步驟中之某些之順序不需要按時間順序配置。在步驟610處，進行選擇以接合VIS視覺模式抑或IR視覺模式。步驟610可由圖1A中之控制器模組140執行以選擇VIS模式141或IR模式142。若選擇接合VIS模式141，如步驟620中所展示，則在隨後之步驟621中，成像物件之IR光照被抑制。此可藉由避免圖1A中之IR光源160經接通來實現。自然光用於照明此VIS模式之成像物件。自成像物件反射之自然光可包含VIS及IR光譜分量。在步驟622中，所反射之自然光經篩選以允許特定之VIS及IR頻帶通過。例如，VIS-IR濾光器120允許寬VIS頻帶260及窄IR頻帶270分別通過VIS及IR分量，如圖1A及圖2A中所展示。步驟623為任選的，其中通過之IR頻帶270經阻止到達下伏像素陣列130，特別其VIS像素131、132及133。例如，選擇性IR濾光器310(參見圖3A及圖5)具有阻帶405(參見圖4A)，其阻止已經通過IR頻帶270之IR雜訊。最終，反射之自然光之剩餘VIS分量用於形成相對無IR雜訊影響之最終VIS影像。
若選擇接合IR模式142，如步驟630所展示，則在步驟631中使用IR光照來照射成像物件。例如，可接通圖1A中之IR光源160以向成像物件發射IR光之快速脈衝。由於IR脈衝之相對高功率，反射光具有顯 著之IR分量，且VIS光譜可被視為低位準雜訊。IR模式142適用於白天及夜晚兩者，且在低光條件下(包含黑暗或有霧之環境)工作尤其良好。在步驟632中，允許IR分量通過以到達下伏像素陣列。例如，VIS-IR濾光器120(參見圖1A)允許IR頻帶270(參見圖2A)通過所反射光之IR分量。步驟633為任選的，其中允許通過之IR光進一步傳播以到達下伏像素陣列之感測區域。例如，IR通過濾光器320允許IR分量到達IR像素134之成像部件134c(參見圖3A及圖5)。最終，使用IR組件來執行IR視覺功能，例如距離量測、物體追蹤、低光成像等。
第五實施例：濾光器及特殊濾光器之組合
圖7A展示類似於圖3A及圖3B之本發明之實施例。VIS-IR像素陣列700包含綠色(G)像素731、紅色(R)像素732、藍色(B)像素733及IR像素734。儘管G像素731、R像素732、B像素733及IR像素734在圖7A中以線性配置展示，但其可配置成方形之2X2圖案，如圖1B所展示。
像素陣列700具有與圖1A之原始像素陣列130相同之組件，包括微透鏡731a至734a(第一至第四微透鏡)、濾光器731b至734b以及影像感測部件731c至734c(第一至第四影像感測部件)。另外，像素陣列700包括特殊濾光器731d至734d。特殊濾光器731d至734d包括類似於IR濾光器134b之IR濾光器，清透濾光器(C)及類似於選擇性IR濾光器310之SIR(抑制IR)濾光器。清透濾光器(C)通過可見光及IR光兩者。儘管圖7A展示覆蓋在特殊濾光器731d至734d上面之濾光器731b至734b，但濾光器731b至734d可下伏於特殊濾光器731d至734d下面。
在圖7A中所展示之實施例中，濾光器731b(第一G濾光器)及734b(第二G濾光器)類似於G濾光器131b，濾光器732b為類似於R濾光 器132b之R濾光器，以及濾光器733b為類似於B濾光器133b之B濾光器。特殊濾光器731d為第一清透濾光器(C)。特殊濾光器732d(第一特殊濾光器)為第二清透濾光器(C)。第一及第二清透濾光器通過可見光及IR光。特殊濾光器733d(第二特殊濾光器)為類似於選擇性IR濾光器310之SIR濾光器。特殊濾光器734d為類似於IR濾光器134b之IR濾光器。在實施例中，濾光器731b至734b之厚度可為0.7μm，且特殊濾光器731d至734d之厚度可為1.0μm。替代地，濾光器734b可為類似於IR濾光器134b之IR濾光器，且特殊濾光器734d可為第三清透濾光器，如圖7B中所展示。
濾光器731b、732b及733b分別具有其自身之特定特性傳輸率曲線，亦即，圖2B或圖2C之G傳輸率曲線220、R傳輸率曲線230及B傳輸率曲線210。在圖7A之實施例中，濾光器734b與濾光器731b相同。在圖7B之實施例中，濾光器734b為IR濾光器，其具有圖2B之IR傳輸率曲線240或圖2C之曲線260。SIR濾光器733d類似於具有圖4A或圖4B之特性傳輸率曲線400之選擇性IR濾光器310。清透濾光器(C)通過可見光及IR光兩者。
而選擇性IR濾光器310(SIR濾光器733d)為帶凹口之濾光器，亦被稱為帶阻濾光器，其阻止在某一阻帶內(例如，850±50nm)內之光傳輸，且允許其餘之光譜從中通過。根據圖4A，特性傳輸率曲線400具有阻帶405之區域，其位於約550nm至950nm處。在此阻帶405區域之外，光傳輸相對較高(例如，90%至100%)。在此阻帶405內，光傳輸明顯減少。此外，在約850nm處，光傳輸完全或部分地阻止。阻帶405之整體有效性取決於其頻寬。
在圖8A中所展示之另一實施例中，本發明之VIS-IR像素 陣列800包含綠色(G)像素831、紅色(R)像素832、藍色(B)像素833及IR像素834。儘管在圖8A中以線性配置展示G像素831、R像素832、B像素833及IR像素834，但其可經配置成方形之2X2圖案，如圖1B所展示。
濾光器831b(第一G濾光器)及834b(第二G濾光器)類似於G濾光器131b，濾光器832b為類似於R濾光器132b之R濾光器，且濾光器833b為類似於B濾光器113b之B濾光器。特殊濾光器831d為第一清透濾光器。特殊濾光器834d為類似於IR濾光器134b之IR濾光器。特殊濾光器832d(第一特殊濾光器)為類似於選擇性IR濾光器310之特殊濾光器SIR1濾光器，然而具有示例性特性傳輸率曲線902，其中在阻帶905處具有第一最小傳輸率904(例如，850±50nm)，如圖9中所展示，特殊濾光器833d(第二特殊濾光器)為類似於選擇性IR截止濾光器310之SIR2濾光器，然而具有示例性特性傳輸率曲線906，其中在阻帶905處具有第二最小傳輸率908(例如，850±50nm)，如在圖9中所展示。在實施例中，濾光器831b至834b之厚度可為0.7μm，且特殊濾光器831d至834d之厚度可為1.0μm。替代地，濾光器834b可為類似於IR濾光器134b之IR濾光器，且特殊濾光器834d可為清透濾光器(第三清透濾光器)，如圖8B中所展示。請注意，圖8B中不存在第二個清透濾光器。
最小傳輸率904與最小傳輸率908不同。SIR1濾光器及SIR2濾光器可由不同材料或不同材料組成製成。
以此方式，用於紅色像素832之特殊濾光器832d(第一特殊濾光器)之阻帶905(例如，850±50nm)處之傳輸率904不同於用於藍色像素833之特殊濾光器833d(第二特殊濾光器)之阻帶905(例如，850±50nm)處之傳輸率908。因此，特殊濾光器832d(第一特殊濾光器)之阻帶905(例 如，850±50nm)處之傳輸率904與濾光器832b之通帶650至850nm中之傳輸率之比(R)不同於特殊濾光器833d(第二特殊濾光器)之阻帶905(例如，850±50nm)處之傳輸率908與濾光器833b(B)之通帶380至450nm中之傳輸率之比率。此將提供更好之色彩平衡結果，亦即R，G和B之間更好之平衡。
換言之，SIR1/R≠SIR2/B，其中SIR1為紅色像素處之特殊濾光器之阻帶905(例如，850±50nm)處之IR之傳輸率，R為紅色濾光器在通帶650nm至850nm中之紅色像素處之傳輸率，SIR2為在藍色像素處之特殊濾光器之阻帶905(例如，850±50nm)處之IR之傳輸率，B為在通帶380nm至450nm中之藍色像素處之藍色濾光器之傳輸率。例如，紅色濾光器在通帶650nm至850nm中之紅色像素處之傳輸率可為50%(曲線230)，且藍色濾光器在通帶380nm至450nm中之藍色像素處之傳輸率可為70%(曲線210)。在另一實施例中，SIR1可與SIR2相同。
應瞭解，VIS-IR像素陣列700及800可代替圖1A中之VIS-IR像素陣列130或圖5中之VIS-IR像素陣列300，形成混合VIS-IR影像感測器系統100或500。混合VIS-IR影像感測器系統100或500包含VIS-IR帶通濾光器121，其具有包含400nm至650nm之可見通帶及800nm至900nm之IR通帶之傳輸率曲線。VIS-IR像素陣列700或800可位於VIS-IR帶通濾光器121下面。混合VIS-IR影像感測器系統以VIS模式或IR模式工作。VIS模式產生可見影像，且IR模式產生IR影像。混合VIS-IR影像感測器系統亦包含用於發射在800nm至900nm之IR通帶中之光之光源160。
本發明之所說明實例之以上描述(包括摘要中所描述之內容)並非旨在窮舉或將本發明限制於所揭示之精確形式。雖然本文中出於 說明之目的描述本發明之具體實例，但如熟習此項技術者將認識到，可在本發明之範圍內做出各種修改。
根據以上詳細描述，可對本發明進行該等修改。以下申請專利範圍中使用之術語不應被解釋為將本發明限制於說明書中所揭示之具體實例。相反，本發明之範圍完全由所附申請專利範圍判定，該申請專利範圍應如請求項解釋之既定原則來解釋。
100:混合VIS-IR影像感測器系統
110:主透鏡
120:VIS-IR帶通濾光器模組
121:VIS-IR帶通濾光器
122:防護玻璃罩基板
130:VIS-IR影像感測器像素陣列
131:綠色(G)像素
131a:微透鏡
131b:G濾光器
131c:影像感測部件
132:紅色(R)像素
132a:微透鏡
132b:濾光器
132c:影像感測部件
133:藍色(B)像素
133a:微透鏡
133b:濾光器
133c:影像感測部件
134:IR像素
134a:微透鏡
134b:濾光器
134c:影像感測部件
140:控制器模組
141:VIS視覺模式控制子模組
142:IR視覺模式控制子模組
150:功能邏輯模組
160:IR光源模組

Claims (17)

  1. 一種影像感測器系統，其包含：一像素陣列，其包括多個最小重複單元(minimal repeating units)，每一重複單元包含：一綠色像素，其包含一第一微透鏡、一第一綠色濾光器、一第一清透(clear)濾光器及一第一影像感測部件；一紅色像素，其包含一第二微透鏡、一紅色濾光器、一第一特殊濾光器一及第二影像感測部件；一藍色像素，其包含一第三微透鏡、一藍色濾光器、一第二特殊濾光器及一第三影像感測部件；一IR像素，其包含一第四微透鏡、一IR濾光器及一第四影像感測部件；其中該第一特殊濾光器為以一第一IR最小傳輸率(minimum transmission)在以850nm為中心之一阻帶(stopband)處抑制一IR傳輸之一濾光器，且該第二特殊濾光器為以一第二IR最小傳輸率在以850nm為中心之一阻帶處抑制一IR傳輸之一濾光器，且其中該第一IR最小傳輸率不同於該第二IR最小傳輸率；其中該第一IR最小傳輸率與該紅色濾光器之在一通帶(passband)650nm至850nm中之一紅色傳輸率之一比率不同於該第二IR傳輸率對該藍色濾光器之一通帶380nm至450nm中之一藍色傳輸率之一比率。
  2. 如請求項1之影像感測器系統，其中該第一特殊濾光器為一第二清透 濾光器。
  3. 如請求項1之影像感測器系統，其中該第一綠色濾光器、該紅色濾光器及該藍色濾光器分別上覆(overlying)於該第一清透濾光器、該第一特殊濾光器及該第二特殊濾光器上面。
  4. 如請求項1之影像感測器系統，其中該第一綠色濾光器、該紅色濾光器及該藍色濾光器分別下伏(underlying)於該第一清透濾光器、該第一特殊濾光器及該第二特殊濾光器下面。
  5. 如請求項1之影像感測器系統，該IR像素進一步包含一第二綠色濾光器。
  6. 如請求項5之影像感測器系統，其中該第二綠色濾光器上覆於該IR濾光器上面。
  7. 如請求項5之影像感測器系統，其中該第二綠色濾光器下伏於該IR濾光器。
  8. 如請求項1之影像感測器系統，該IR像素進一步包含一第三清透濾光器。
  9. 如請求項8之影像感測器系統，其中該IR濾光器上覆於該第三清透濾 光器上面。
  10. 如請求項8之影像感測器系統，其中該IR濾光器下伏於該第三清透濾光器。
  11. 如請求項1之影像感測器系統，其進一步包含一VIS-IR帶通濾光器(VIS-IR bandpass filter)，其具有包括400nm至650nm之一可見通帶及800nm至900nm之一IR通帶之一傳輸率曲線(transmission curve)，其中該像素陣列位於該VIS-IR帶通濾光器下面。
  12. 如請求項1之影像感測器系統，其中該影像感測器系統以一VIS模式及一IR模式中之一者工作，其中該VIS模式產生可見影像且該IR模式產生IR影像。
  13. 如請求項12之影像感測器系統，其進一步包含用於發射800nm至900nm之該IR通帶中之光的一光源。
  14. 如請求項1之影像感測器系統，其中該第一綠色濾光器、該紅色濾光器及該藍色濾光器之一厚度為0.7μm。
  15. 如請求項1之影像感測器系統，其中該第一清透濾光器、該第一特殊濾光器及該第二特殊濾光器之一厚度為1.0μm。
  16. 一種像素陣列，其包含：一綠色像素，其包含一第一綠色濾光器及一第一清透濾光器；一紅色像素，其包含一紅色濾光器及一第一特殊濾光器；一藍色像素，其包含一藍色濾光器及一第二特殊濾光器；一IR像素，其包含一IR濾光器以及一第二綠色濾光器及一第二清透濾光器中之一者；其中該第一特殊濾光器以一第一IR最小傳輸率下在以850nm為中心之一阻帶處抑制一IR傳輸，且該第二特殊濾光器以一第二IR最小傳輸率在以850nm為中心之該阻帶處抑制一IR傳輸，且其中該第一IR最小傳輸率不同於該第二IR最小傳輸率；其中該第一IR最小傳輸率與該紅色濾光器之在一通帶650nm至850nm中之一紅色傳輸率之一比率不同於該第二IR傳輸率對該藍色濾光器之在一通帶380nm至450nm中之一藍色傳輸率之一比率。
  17. 一種像素陣列，其包含：一綠色像素，其包含一第一綠色濾光器及一第一清透濾光器；一紅色像素，其包含一紅色濾光器及一第二清透濾光器；一藍色像素，其包含一藍色濾光器及一特殊濾光器；一IR像素，其包含一IR濾光器以及一第二綠色濾光器及一第三清透濾光器中之一者；其中該藍色濾光器為以一第一IR最小傳輸率在以850nm為中心之一阻帶處抑制一IR傳輸之一濾光器，且該特殊濾光器為以一第二IR最小傳輸率在以850nm為中心之該阻帶處抑制一IR傳輸之一濾光器，且其中該 第一IR最小傳輸率不同於該第二IR最小傳輸率；其中該第一IR最小傳輸率與該紅色濾光器之在一通帶650nm至850nm中之一紅色傳輸率之一比率不同於該第二IR傳輸率對該藍色濾光器之一通帶380nm至450nm中之一藍色傳輸率之一比率。
TW108104707A 2018-08-21 2019-02-13 合併選擇性紅外線濾光器之組合可見及紅外線影像感測器及相關之像素陣列 TWI776018B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/106,373 2018-08-21
US16/106,373 US10609309B1 (en) 2017-06-12 2018-08-21 Combined visible and infrared image sensor incorporating selective infrared optical filter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202010116A TW202010116A (zh) 2020-03-01
TWI776018B true TWI776018B (zh) 2022-09-01

Family

ID=69595749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108104707A TWI776018B (zh) 2018-08-21 2019-02-13 合併選擇性紅外線濾光器之組合可見及紅外線影像感測器及相關之像素陣列

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN110854142A (zh)
TW (1) TWI776018B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI832257B (zh) * 2022-05-25 2024-02-11 宏碁股份有限公司 影像感測方法與影像感測裝置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201642454A (zh) * 2015-05-20 2016-12-01 采鈺科技股份有限公司 影像感測器
TW201733103A (zh) * 2016-03-10 2017-09-16 采鈺科技股份有限公司 影像感測器結構
TW201842360A (zh) * 2017-03-07 2018-12-01 日商富士軟片股份有限公司 濾波器、光感測器、固體攝像元件及圖像顯示裝置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6818962B2 (en) * 2002-10-25 2004-11-16 Omnivision International Holding Ltd Image sensor having integrated thin film infrared filter
US20090159799A1 (en) * 2007-12-19 2009-06-25 Spectral Instruments, Inc. Color infrared light sensor, camera, and method for capturing images
US8408821B2 (en) * 2010-10-12 2013-04-02 Omnivision Technologies, Inc. Visible and infrared dual mode imaging system
JP2015185943A (ja) * 2014-03-20 2015-10-22 株式会社東芝 フィルタアレイ付マイクロレンズおよび固体撮像装置
US20160161332A1 (en) * 2014-12-09 2016-06-09 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Image sensor using pixels with combined rgb and ir sensing
US20170034456A1 (en) * 2015-07-31 2017-02-02 Dual Aperture International Co., Ltd. Sensor assembly with selective infrared filter array
US9609239B2 (en) * 2015-08-20 2017-03-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Infrared image sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201642454A (zh) * 2015-05-20 2016-12-01 采鈺科技股份有限公司 影像感測器
TW201733103A (zh) * 2016-03-10 2017-09-16 采鈺科技股份有限公司 影像感測器結構
TW201842360A (zh) * 2017-03-07 2018-12-01 日商富士軟片股份有限公司 濾波器、光感測器、固體攝像元件及圖像顯示裝置

Also Published As

Publication number Publication date
TW202010116A (zh) 2020-03-01
CN110854142A (zh) 2020-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11031423B2 (en) Imaging element and camera system
US9666620B2 (en) Stacked filter and image sensor containing the same
KR102523203B1 (ko) 고체 화상 센서 및 그 제조 방법, 및 전자 장치
EP3133646A2 (en) Sensor assembly with selective infrared filter array
JP5017193B2 (ja) 固体撮像装置及びカメラ
US10056417B2 (en) Image-sensor structures
US9679933B2 (en) Image sensors and methods of forming the same
KR102310586B1 (ko) 비가시용 ｉｒ 픽셀에서의 가시용 컬러 노이즈 저감 기능을 갖는 4-컬러 픽셀 이미지 센서
TWI628470B (zh) 低彩色誤差及高信嗓比之多層彩色濾光器
KR102197476B1 (ko) 이미지 센서
JP2022051762A (ja) 固体撮像素子、固体撮像素子の瞳補正方法、撮像装置及び情報処理装置
JP2010212306A (ja) 固体撮像装置
US9435922B2 (en) Image sensor and method using near infrared signal
TWI776018B (zh) 合併選擇性紅外線濾光器之組合可見及紅外線影像感測器及相關之像素陣列
KR20010034926A (ko) 적외선 필터가 없는 픽셀 구조
Takemoto et al. Multi-storied photodiode CMOS image sensor for multiband imaging with 3D technology
CN114488376A (zh) 红外截止滤光片结构
US10425597B2 (en) Combined visible and infrared image sensor incorporating selective infrared optical filter
US10609309B1 (en) Combined visible and infrared image sensor incorporating selective infrared optical filter
CN104934454B (zh) 具有微透镜的图像传感器
CN106909013A (zh) 红晕降低的摄像装置
CN107431078A (zh) 固体摄像元件和电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent