專利名稱：彩色圖像感測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及彩色圖像感測。
背景技術(shù)：
彩色圖像傳感器排列典型地包括覆在光學(xué)傳感器陣列上面的有色濾光器排列。每個光學(xué)傳感器具有關(guān)聯(lián)的有色濾光器。通常有色濾光器配置成貝爾(Bayer)圖案。這是一種重復(fù)圖案，其中公共的2 X 2有色濾光器陣列鑲嵌成格子以形成有色濾光器排列。該2 X 2陣列包括位于第一對對角線頂角上的兩個綠色濾光器以及位于第二對對角線頂角上的紅色濾光器和藍(lán)色濾光器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的各種但無需全部實(shí)施方式，提供了一種裝置，包括:多個傳感器元件，配置成具有傳感器元件的重復(fù)圖案的排列，該多個傳感器元件包括:第一單色傳感器元件，配置成感測第一顏色的可見光；第二單色傳感器元件，配置成感測第二顏色的可見光；以及全色傳感器元件，配置成感測至少第一顏色和第二顏色的可見光，其中該多個傳感器元件的大部分是全色傳感器元件。根據(jù)本發(fā)明的各種但無需全部實(shí)施方式，提供了一種濾光器排列，包括多個傳感器濾光器，用于過濾透射到對應(yīng)的多個光學(xué)傳感器的光，其中傳感器濾光器布置成重復(fù)圖案并且包括:第一單色傳感器濾光器，配置成主要透射第一顏色而不是第二顏色的可見光；第二單色傳感器濾光器，配置成主要透射第二顏色而不是第一顏色的可見光；以及全色傳感器濾光器，配置成輸送至少第一顏色和第二顏色的可見光，其中該多個傳感器濾光器的大部分是全色傳感器濾光器。根據(jù)本發(fā)明的各種但無需全部實(shí)施方式，提供了一種方法，包括:使用具有傳感器濾光器的重復(fù)圖案的濾光器排列來提供對入射到光學(xué)傳感器上的光的過濾，這些傳感器濾光器包括:第一單色傳感器濾光器，配置成感測明顯比第二顏色多的第一顏色的可見光；第二單色傳感器濾光器，配置成感測明顯比第一顏色多的第二顏色的可見光；以及全色傳感器濾光器，配置成感測至少第一顏色和第二顏色的可見光，其中傳感器濾光器的大部分是全色傳感器濾光器。通過增加全色傳感器濾光器的數(shù)目，更多的光被增大了靈敏度的裝置檢測到。此靈敏度的增大支持更小檢測面積的傳感器元件的使用，其使得每單位面積的傳感器元件的數(shù)目能夠增加。


為了更好地理解本發(fā)明的各種實(shí)施方式示例，現(xiàn)在僅示例性地參考附圖，其中:圖1在橫截面視圖中示意性地示出了包括多個傳感器元件4的裝置2 ；圖2示意性地示出了布置成第一重復(fù)圖案的傳感器濾光器6的示例；
圖3示意性地示出了布置成第二重復(fù)圖案的傳感器濾光器6的示例；圖4示意性地示出了用于形成第一重復(fù)圖案的傳感器濾光器的公共基本單元；圖5示意性地示出了裝置2的一些但不是全部功能部件；以及圖6示意性地示出了在對來自傳感器元件的輸出的數(shù)字處理中使用的傳感器元件的局部組。
具體實(shí)施例方式圖1在橫截面視圖中示意性地示出了包括多個傳感器元件4的裝置2，其中傳感器元件4配置成傳感器元件排列14。該多個傳感器元件4的大部分是全色傳感器元件。裝置2例如可以是彩色成像設(shè)備或者用于彩色成像設(shè)備的模塊。彩色成像設(shè)備的一個示例是彩色數(shù)字照相機(jī)。彩色成像可以是高清晰度，例如排列14中的傳感器元件4的數(shù)目可以大于8百萬。傳感器兀件4的排列14包括具有多個光學(xué)傳感器8的底層傳感器排列18和具有傳感器濾光器6的上覆濾光器排列16。光學(xué)傳感器8可以是半導(dǎo)體器件，其布置成二維陣列以形成傳感器排列18。光學(xué)傳感器8可以集成在半導(dǎo)體晶片中。每個光學(xué)傳感器8具有關(guān)聯(lián)的上覆傳感器濾光器6，其對透射到底層光學(xué)傳感器8以供檢測的光進(jìn)行過濾。光學(xué)傳感器8和關(guān)聯(lián)的上覆傳感器濾光器6的每個組合形成傳感器元件4。傳感器濾光器6可以具有不同的光學(xué)透射屬性。它們例如可以是單色(有色的)或全色(無色的)。單色和全色傳感器濾光器6在濾光器排列16內(nèi)布置成重復(fù)圖案。這產(chǎn)生了具有不同有色傳感器元件4的相同重復(fù)圖案的傳感器元件排列14。圖2示意性地示出了在第一濾光器排列16中布置成第一重復(fù)圖案的傳感器濾光器6的示例，該第一濾光器排列16產(chǎn)生具有第一重復(fù)圖案的第一傳感器元件排列14。單色傳感器濾光器包括紅色濾光器、藍(lán)色濾光器和綠色濾光器。圖3示意性地示出了在第二濾光器排列16中布置成第二重復(fù)圖案的傳感器濾光器6的示例，該第二濾光器排列16產(chǎn)生具有第二重復(fù)圖案的第二傳感器元件排列14。單色傳感器濾光器包括紅色濾光器和藍(lán)色濾光器，但是不包括綠色濾光器。在圖2和圖3中，濾光器排列16包括第一單色傳感器濾光器(附圖中標(biāo)記為R)，配置成透射第一顏色(紅色)的可見光；第二單色傳感器濾光器(附圖中標(biāo)記為B)，配置成透射第二顏色(藍(lán)色)的可見光；以及全色傳感器濾光器(附圖中未標(biāo)記)，配置成輸送所有可見光。第一單色傳感器濾光器配置成主要透射第一顏色(紅色)的可見光。第一單色傳感器濾光器配置成透射明顯比第二顏色(藍(lán)色)更多的第一顏色(紅色)的可見光。第二單色傳感器濾光器配置成主要透射第二顏色(藍(lán)色)的可見光。第二單色傳感器濾光器配置成透射明顯比第一顏色(紅色)更多的第二顏色(藍(lán)色)的可見光。全色傳感器濾光器配置成主要透射所有顏色的可見光。單色濾光器可以是僅透射單色光的絕對單色濾光器或者透射明顯比其他可見光更多的單色光的相對單色濾光器。例如，相對單色濾光器可以透射一些全色可見光，但是其更強(qiáng)烈地衰減位于窄單色譜外的全色可見光。單色光可以具有譜范圍，例如20-100nm或者更小。例如，第二單色傳感器濾光器(藍(lán)色)在整個可見光譜上可以通過一定量的光。作為示例，在440nm波長處可以透射、0%，在380nm到500nm之間的波長處透射>50%，而在大于500nm的波長處，諸如620nm (紅色)，透射5%。在圖2但不在圖3中，濾光器排列16附加地包括第三單色傳感器濾光器(附圖中標(biāo)記為G)，配置成透射第三顏色(綠色)的可見光。單色濾光器在除了可見光譜的特定且有限范圍之外的所有范圍內(nèi)提供顯著衰減。其作為針對光的窄帶帶通濾波器操作。全色濾光器在可見光譜的任何部分均不提供顯著衰減。其可以或者可以不提供可見光譜之外的衰減。此多個傳感器濾光器6的大部分是全色傳感器濾光器。在所示示例中，每單位面積的全色傳感器元件是單色傳感器元件的三倍。每個單色傳感器元件通過一個全色傳感器元件與(具有不同顏色的)最近的鄰居單色傳感器元件分隔開。在所示示例中，濾光器排列16 (以及傳感器元件排列14)包括以馬賽克形式重復(fù)的公共基本單元20。公共基本單元20包括傳感器濾光器6的4X4陣列。公共基本單元20被鑲嵌成格子以形成排列16，該排列16覆在光學(xué)傳感器8上以形成傳感器元件排列14。公共基本單元20中的傳感器濾光器6的大部分是全色傳感器濾光器。在公共基本單元20中，每個單色傳感器濾光器通過一個全色傳感器濾光器與最近的鄰居傳感器濾光器分隔開。 如圖4所示,公共基本單元20由多個子單元22形成。公共基本單元20包括棋格形式子單元22的2X2陣列。每個子單元22包括多數(shù)的全色傳感器濾光器以及單個單色傳感器濾光器6。子單元的“顏色”由該單個單色傳感器濾光器6的顏色定義。對于公共基本單元20中的多個子單元中的每一個，子單元22的該單個單色傳感器濾光器在子單元22內(nèi)具有公共固定位置。在公共基本單元20內(nèi)，子單元22被布置成公共基本單元內(nèi)的行和列。共享相同列但是在相鄰行的子單元22具有不同的顏色。共享相同行但是在相鄰列中的子單元具有不同的顏色。在圖2中，公共基本單元20內(nèi)對角線定位的一對子單元22具有相同的顏色(綠色)，而公共基本單元20內(nèi)對角線定位的另一對子單元22具有不同的顏色(紅色，藍(lán)色)。結(jié)果，子單元22形成濾光器排列14內(nèi)的“貝爾圖案”。在圖3中，公共基本單元20內(nèi)對角線定位的一對子單元22具有相同的顏色(紅色)，而公共基本單元20內(nèi)對角線定位的另一對子單元22也具有公共但是不同的顏色(藍(lán)色)。參考圖2，第一單色(紅色)傳感器濾光器R因而在濾光器排列16內(nèi)配置成第一重復(fù)圖案。第一重復(fù)圖案可以定乂為:{(3+4m，l+4n)m=0...Μ, n=0…N}。第二單色(藍(lán)色)傳感器濾光器B在濾光器排列16內(nèi)布置成第二重復(fù)圖案。第二重復(fù)圖案可以定義為:{(l+4m, 3+4n)m=0…Μ, η=0…N}。第一重復(fù)圖案和第二重復(fù)圖案包括在第一方向(行方向)和第二正交方向(列方向)具有公共周期P的相同的公共重復(fù)圖案。第一重復(fù)圖案和第二重復(fù)圖案分別偏移半個公共周期P/2。第三單色(綠色)傳感器濾光器G在濾光器排列16內(nèi)布置成第三重復(fù)圖案。第三重復(fù)圖案可以定義為:{(l+4m, l+4n) ; (3+4m, 3+4n) ;m=0…M, n=0…N}。第三單色(綠色)傳感器濾光器G的數(shù)目是第一單色(紅色)傳感器濾光器R的兩倍。存在與第一單色(紅色)傳感器濾光器R相同數(shù)目的第二單色(藍(lán)色)傳感器濾光器B。每個公共基本單元20包括配置成感測紅色光的一個單色傳感器元件4，配置成感測藍(lán)色光的一個單色傳感器元件4，配置成感測綠色光的兩個單色傳感器元件4以及12個全色傳感器元件4。參考圖3，第一單色(紅色)傳感器濾光器R在濾光器排列16內(nèi)配置成重復(fù)圖案。此重復(fù)圖案可以定義為:{(l+4m, l+4n) ; (3+4m, 3+4n) ;m=0…M, n=0…N}。第二單色(藍(lán)色)傳感器濾光器B在濾光器排列16內(nèi)布置成重復(fù)圖案。此重復(fù)圖案可以定義為:{(3+4m, l+4n) ; (l+4m, 3+4n) ;m=0…M, n=0…N}。存在與第一單色(紅色)傳感器濾光器R相同數(shù)目的第二單色(藍(lán)色)傳感器濾光器B。每個公共基本單元20包括配置成感測紅色光的兩個單色傳感器元件R，配置成感測藍(lán)色光的兩個單色傳感器元件B，以及12個全色傳感器元件。圖5示意性地示出了裝置2的一些但不是全部功能部件。裝置2包括:至少一個處理器30 ；以及包括計算機(jī)程序代碼34的至少一個存儲器32。該至少一個存儲器和計算機(jī)程序代碼配置成與該至少一個處理器一起使得裝置2至少執(zhí)行亮度插值。也可以執(zhí)行色度插值。 處理器30配置成從存儲器32讀取以及向其寫入。處理器30還可以包括輸出接口和輸入接口，數(shù)據(jù)和/或命令經(jīng)由該輸出接口由處理器30輸出，并且數(shù)據(jù)和/或命令經(jīng)由該輸入接口被輸入到處理器30中。存儲器32存儲包括計算機(jī)程序指令的計算機(jī)程序34，當(dāng)這些計算機(jī)程序指令被加載到處理器30中時，控制裝置2的操作。計算機(jī)程序指令34提供使得裝置能夠執(zhí)行以下描述的方法的邏輯和例程。處理器30通過讀存儲器32能夠加載和執(zhí)行計算機(jī)程序34。如圖7所示，計算機(jī)程序可以經(jīng)由任何適當(dāng)?shù)倪f送機(jī)制36到達(dá)裝置2。遞送機(jī)制36可以是例如計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)、計算機(jī)程序產(chǎn)品、存儲設(shè)備、諸如緊湊盤只讀存儲器(⑶-ROM)或數(shù)字多用盤(DVD)的記錄介質(zhì)、有形地實(shí)現(xiàn)計算機(jī)程序34的制品。遞送機(jī)制可以是配置成可靠地傳送計算機(jī)程序34的信號。裝置2可以將計算機(jī)程序34作為計算機(jī)數(shù)據(jù)信號進(jìn)行傳播或發(fā)射。盡管存儲器32被示出為單個部件，但是其可以實(shí)現(xiàn)為一個或多個獨(dú)立部分，其中一些或全部可以是集成的/可移除的和/或可以提供永久/半永久/動態(tài)/高速緩存存儲。裝置2為對應(yīng)于單色傳感器元件的每個圖像元素(像素)確定亮度。這是通過創(chuàng)建傳感器元件4的局部組40來實(shí)現(xiàn)的，如圖6中示意性示出。每個局部組40包括傳感器元件4的3X3陣列，其中單色傳感器元件4位于中央，全色傳感器元件構(gòu)成8個圍繞的相鄰傳感器元件4。這8個圍繞的全色傳感器元件包括4個頂角傳感器元件以及4個邊傳感器元件。裝置2為傳感器元件4的每個局部組40確定加權(quán)平均亮度。
傳感器的局部組40中的每個傳感器元件4的亮度值通過乘以加權(quán)參數(shù)而進(jìn)行加權(quán)。對加權(quán)后的亮度值的求和，并且該和被歸一化。應(yīng)用于每個亮度值的加權(quán)參數(shù)取決于相應(yīng)傳感器元件在該局部組內(nèi)的位置以及該局部組中相應(yīng)單色傳感器元件的顏色。針對局部組的邊傳感器元件可以使用公共加權(quán)參數(shù)。該公共加權(quán)參數(shù)可以隨該局部組40中相應(yīng)單色傳感器元件的顏色而變化。針對局部組的頂角傳感器元件可以使用公共加權(quán)參數(shù)。該公共加權(quán)參數(shù)可以隨該局部組40中相應(yīng)單色傳感器元件的顏色而變化。典型地，公共頂角加權(quán)參數(shù)不超過公共邊
加權(quán)參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括: 多個傳感器元件，配置成具有傳感器元件的重復(fù)圖案的排列，所述多個傳感器元件包括: 第一單色傳感器元件，配置成感測第一顏色的可見光； 第二單色傳感器元件，配置成感測第二顏色的可見光；以及 全色傳感器元件，配置成感測至少所述第一顏色和所述第二顏色的可見光， 其中所述多個傳感器元件的大部分是全色傳感器元件。
2.按權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一單色傳感器元件在所述排列內(nèi)配置成第一重復(fù)圖案，并且所述第二單色傳感器元件在所述排列內(nèi)配置成第二重復(fù)圖案。
3.按權(quán)利要求2的裝置，其中所 述第一重復(fù)圖案和第二重復(fù)圖案包括在第一方向和第二正交方向具有公共周期的相同的重復(fù)圖案，并且其中所述第一重復(fù)圖案和第二重復(fù)圖案分別偏移半個所述公共周期。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的裝置，其中所述第一顏色是紅色，第二顏色是藍(lán)色。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的裝置，還包括第三單色傳感器元件，配置成感測第三顏色的可見光。
6.按權(quán)利要求5的裝置，其中所述第三單色傳感器元件在所述排列內(nèi)配置成第三重復(fù)圖案。
7.按權(quán)利要求5或6的裝置，其中所述第三顏色是綠色。
8.按權(quán)利要求5-7任一的裝置，其中用于所述第三單色傳感器元件的每單位面積的傳感器元件數(shù)目是用于所述第一傳感器元件的每單位面積的傳感器元件數(shù)目的兩倍。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的裝置，其中用于所述全色傳感器元件的每單位面積的傳感器元件數(shù)目是每單位面積的單色傳感器元件數(shù)目的三倍。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的裝置，其中每個單色傳感器元件在所述排列中通過一個全色傳感器元件與最近的鄰居單色傳感器元件分隔開。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的裝置，其中所述排列包括以馬賽克形式重復(fù)的公共基本單元，其中所述公共基本單元包括其中大部分為全色傳感器元件的傳感器元件。
12.按權(quán)利要求11的裝置，其中所述公共基本單元包括至少一個第一單色傳感器元件并且包括至少一個第二單色傳感器元件。
13.按權(quán)利要求12的裝置，其中在公共基本單元中，每個單色傳感器元件通過一個全色傳感器元件與最近的鄰居單色傳感器元件分隔開。
14.按權(quán)利要求11、12或13的裝置，其中公共基本單元包括配置成感測紅色光的一個單色傳感器元件，配置成感測藍(lán)色光的一個單色傳感器元件，配置成感測綠色光的兩個單色傳感器元件以及12個全色傳感器元件。
15.按權(quán)利要求11、12或13的裝置，其中公共基本單元包括配置成感測紅色光的兩個單色傳感器元件，配置成感測藍(lán)色光的兩個單色傳感器元件以及12個全色傳感器元件。
16.按權(quán)利要求11-15任一的裝置，其中所述公共基本單元包括傳感器元件的4X4陣列，并且其中所述公共基本單元被鑲嵌成格子以形成所述排列。
17.按權(quán)利要求11-16任一的裝置，其中所述公共基本單元由多個子單元構(gòu)成，其中每個子單元包括多數(shù)的全色傳感器元件以及單個單色元件。
18.按權(quán)利要求17的裝置，其中針對公共基本單元中的所述多個子單元的每一個，子單元的所述單個單色元件在所述子單元內(nèi)具有公共固定位置。
19.按權(quán)利要求17或18的裝置，其中子單元在公共基本單元內(nèi)被布置成行和列，并且其中共享相同列但是位于相鄰行中的子單元包括不同顏色的單個單色傳感器元件，以及其中共享相同行但是位于相鄰列中的子單元包括不同顏色的單個單色傳感器元件。
20.按權(quán)利要求17-19中任一的裝置，其中所述公共基本單元包括鑲嵌成格子的子單元的2X2陣列。
21.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的裝置，還包括: 用于通過確定用于包括相應(yīng)的單色傳感器元件和多個相鄰全色傳感器元件的傳感器元件的局部組的加權(quán)平均亮度，來為對應(yīng)于單色傳感器元件的每個圖像元素確定亮度的裝置。
22.按權(quán)利要求21的裝置，其中所述組包括所述單色傳感器以及多個圍繞的全色傳感器。
23.按權(quán)利要求21或22的裝置，其中應(yīng)用于每個亮度的加權(quán)取決于相應(yīng)的傳感器元件的位置以及相應(yīng)的單色傳感器元件的顏色。
24.按權(quán)利要求21、22或23的裝置，其中針對所述局部組的邊傳感器元件應(yīng)用的公共加權(quán)大于針對所述局部組的頂角傳感器元件應(yīng)用的公共加權(quán)。
25.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的裝置，還包括: 用于為對應(yīng)于全色傳感器元件的每個圖像元素確定色度的裝置。
26.一種濾光器排列，包括多個傳感器濾光器，用于過濾透射到對應(yīng)的多個光學(xué)傳感器的光，其中所述傳感器濾光器布置成重復(fù)圖案并且包括: 第一單色傳感器濾光器，配置成主要透射第一顏色而不是第二顏色的可見光； 第二單色傳感器濾光器，配置成主要透射所述第二顏色而不是所述第一顏色的可見光；以及 全色傳感器濾光器，配置成輸送至少所述第一顏色和所述第二顏色的可見光， 其中所述多個傳感器濾光器的大部分是全色傳感器濾光器。
27.按權(quán)利要求26的濾光器排列，包括以馬賽克形式重復(fù)的傳感器濾光器的公共基本單元，其中所述公共基本單元包括其中大部分為全色傳感器濾光器的傳感器濾光器。
28.按權(quán)利要求27的濾光器排列，其中公共基本單元包括配置成主要透射紅色光的一個單色傳感器濾光器，配置成主要透射藍(lán)色光的一個單色傳感器濾光器，配置成主要透射綠色光的兩個單色傳感器濾光器以及12個全色傳感器濾光器。
29.按權(quán)利要求27的濾光器排列，其中公共基本單元包括配置成主要透射紅色光的兩個單色傳感器濾光器，配置成主要透射藍(lán)色光的兩個單色傳感器濾光器以及12個全色傳感器濾光器。
30.按權(quán)利要求27、28或29的濾光器排列，其中公共基本單元包括傳感器濾光器的4 X 4陣列，并且其中所述公共基本單元被鑲嵌成格子以形成所述濾光器排列。
31.按權(quán)利要求27-30任一的濾光器排列，其中所述公共基本單元由多個子單元構(gòu)成，其中每個子單元包括多數(shù)的全色傳感器濾光器以及單個單色傳感器濾光器。
32.按權(quán)利要求31的濾光器排列， 其中所述子單元布置成貝爾圖案。
33.按權(quán)利要求31或32的濾光器排列，其中針對公共基本單元中的所述多個子單元的每一個，子單元的所述單個單色傳感器濾光器在所述子單元內(nèi)具有公共固定位置。
34.按權(quán)利要求31、32或33的濾光器排列，其中所述公共基本單元包括鑲嵌成格子的子單元的2X2陣列。
35.一種方法,包括: 使用具有傳感器濾光器的重復(fù)圖案的濾光器排列來提供對入射到光學(xué)傳感器上的光的過濾，所述傳感器濾光器包括: 第一單色傳感器濾光器，配置成感測明顯比第二顏色多的第一顏色的可見光； 第二單色傳感器濾光器，配置成感測明顯比所述第一顏色多的所述第二顏色的可見光；以及 全色傳感器濾光器，配置成感測至少所述第一顏色和所述第二顏色的可見光， 其中所述傳感器濾光器的大部分是 全色傳感器濾光器。
全文摘要
一種裝置，包括多個傳感器元件，配置成具有傳感器元件的重復(fù)圖案的排列，該多個傳感器元件包括第一單色傳感器元件，配置成感測第一顏色的可見光；第二單色傳感器元件，配置成感測第二顏色的可見光；以及全色傳感器元件，配置成感測至少第一顏色和第二顏色的可見光，其中該多個傳感器元件的大部分是全色傳感器元件。
文檔編號H01L27/146GK103098214SQ201080068006
公開日2013年5月8日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者E·蒂洛斯, S·科斯基南 申請人:諾基亞公司