專利名稱：具有全局分離的色帶的圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子彩色圖像傳感器，尤其涉及用于制造小型攝影裝置或照相機(例如，可以將其結合到移動電話當中)的非常小的傳感器。
背景技術：
我們希望能夠盡可能以成本最為低廉的工藝制造整個照相機，同時又能滿足不斷提高的分辨率、比色質量和緊湊性要求。
可以通過下述方式制造彩色圖像傳感器對硅晶片的正面進行各種操作，例如，設置掩模、雜質注入、具有各種成分的臨時層或定型層的淀積、對這些層的蝕刻、熱處理等；采用這些操作界定感光點矩陣和用于處理與這些點相關的電信號的電路；之后，在所述硅晶片的正面上淀積濾色器層，對它們進行單獨蝕刻，以界定矩陣圖案；所述矩陣包括處于行和列中的、針對傳感器的每一像素的、由三個或優選四個不同顏色的濾色器構成的組。每一基本濾光器位于相應的感光區之上，用于接收單一顏色的光。位于緊鄰的感光區上的緊密相鄰的濾光器具有不同的顏色。因此，每一像素理論上包括位于界定像素的四個相鄰感光區上的四個濾色器(通常兩個為綠色，一個為紅色，一個為藍色)。
由于分辨率高的緣故，相鄰區域相互靠得非常近，因而存在相當的產生光串擾的風險，所述光串擾或者是由于以某一感光區為目標的某些光落在了相鄰區域上導致的，或者是由于某一感光區內的一些光生電子實際上被相鄰的區域俘獲所導致的。當然，其給空間分辨率造成了一定的損失，其主要影響具有高空間頻率的圖像景物。但是，最重要的是，在涉及到比色法時，相鄰區域之間的這一光串擾現象被證明是非常關鍵的即使只具有低空間頻率的圖像區域(例如，具有均勻的紅色的圖像區域)也有可能受到影響——由于對應于其他顏色的相鄰像素系統地探測到并非以其為目標的電子，因而顏色品質受到了系統地降低。由均勻紅色區域產生的電子圖像不再是紅色，而是包括綠色和藍色成分。
這一導致了比色法的劣化的光串擾在CMOS技術中尤為敏感，因為在該技術中，串擾源自位于濾色器和感光區之間的層的大高度(幾微米)。
在彩色圖像傳感器中還存在其他比色法問題，尤其是網紋干擾問題，該問題是由所執行的內插處理導致的，執行該處理的目的在于向某些像素提供第一顏色的亮度值，所述像素并不對應于這一顏色，但是其位于顯示該顏色的兩個像素之間。
在專利FRA2829289中公開了一種具有減薄的襯底的結構，由此降低比色質量缺陷問題。

發明內容
本發明提出了一種改進比色法的方式，其既適用于常規結構，也適用于減薄襯底的結構，而且適用于任何采用了該技術的應用(CMOS或非CMOS)。
本發明的主題是一種設有光學系統的彩色圖像傳感器，所述光學系統用于將所要觀察的景物投射到在與所述光學系統集成的同一單塊半導體芯片上制造的感光區陣列上，其特征在于，感光區陣列被劃分為至少兩個能夠單獨讀取的矩陣且所述光學系統包括幾個光學組件，將每一光學組件設計為將所要觀察的整個景物投射到相應的矩陣上，兩個不同顏色的均勻濾光器分別置于所述的各個矩陣之上，從而使單一顏色的光通向每一矩陣。
因此，并不是采用不同濾色器覆蓋傳感器的相鄰像素，而是使得所有的矩陣當中的每一個矩陣被單色濾光器覆蓋，所述單色濾光器不同于相鄰矩陣的單色濾光器。
目前，已知能夠生產出具有非常短的焦距的光學系統，所述光學系統能夠將景物的聚焦圖像投射到具有幾十萬像素的矩陣上，所述矩陣的每一邊具有幾毫米的尺寸。可以在傳感器的組合制造過程中將這些系統制造并安裝到所述傳感器上，也就是說，在將硅晶片劃分為單獨的傳感器之前，將其制造并安裝到所述晶片上。因此，有可能集合制造包括很多相對于彼此得到了非常精確的定位的光學組件的板，以及集合制造承載了各個傳感器的硅晶片，通過與所述光學組件相同的方式使所述傳感器的矩陣得到非常精確的定位，可以將所述板和所述晶片并置，從而使每一光學組件面對相應的感光矩陣；之后，將所述晶片/板組合件劃分為單個傳感器，每一傳感器包括幾個光學組件和幾個矩陣，其能夠以針對每一矩陣的相應單色接收所要觀察的景物的完整圖像。
在實踐中，采用四個矩陣，如果所述矩陣為正方形，那么將這些矩陣布置在正方形中，如果所述矩陣為矩形，那么將這些矩陣布置在矩形中，沿所述正方形或矩形的對角線放置兩個與綠色濾光器相關的矩陣，沿另一對角線放置另兩個矩陣，其中一個與紅色濾光器相關，另一個與藍色濾光器相關。
將來自同一個傳感器芯片的不同矩陣的信號結合起來，從而以各種不同的顏色提供圖像的總體表現。所述結合操作只是簡單地將接收自位于不同矩陣內并且在各個矩陣內處于相同的相對位置的幾個(四個)區域的光通量，分配給電子彩色圖像的同一點(一個點包括幾個彩色分量)，而不是將接收自同一矩陣的幾個相鄰感光區的光通量分配給該點。所述相對位置將考慮定位缺陷，其表示在光學組件的中心和對應矩陣的中心之間可能存在偏移，所述偏移對于各個不同的光學組件可能是不同的。
本發明使得解決，至少部分解決在某些情況下現有技術所面臨的比色法問題成為了可能。這是因為，現在相鄰感光區之間生成的串擾僅作用于同一顏色的像素之間。如現有技術中所述，這一串擾將通過分辨率的喪失而表現出來，這是不可避免的，并且必然導致對比色法的損害。
這一解決方案假設，在理論上，將所要觀察的景物的圖像以相同的方式準確地投射到各個矩陣上，那就是，將所要觀察的景物的任何一個圖像點以相同的相對位置投射到四個矩陣上。但是，如果所述光學組件的精確度不足以確保這一相對位置的一致性，那么稍后將看到，可以找到至少部分補償這些位置誤差的電子校正措施。
具體而言，所述矩陣優選大于所要觀察的景物的圖像。通過這種方式，假設由于所述光學組件和所述矩陣之間的相對定位缺陷的原因而沒有將所要觀察的景物的中心點準確地投射到四個矩陣的中心，那么有可能校準所述定位誤差，之后在不損失圖像片段的情況下使各個矩陣輸出的信號發生與所觀察到的誤差成比例的電子偏移，所要觀察的景物的整個圖像仍然被投射到四個矩陣上，即使所述圖像的中心不再準確地落在這些矩陣的中心上。
應當指出，只有當與兩個光學組件的中心的間隔相比較，從對象到傳感器的距離非常大時，由兩個并排設置的光學傳感器投射到兩個等同的矩陣上的對象圖像的中心才會以同樣的方式定位在兩個矩陣上。如果將所述對象置于非無窮遠處，那么對象靠得越近，投射到兩個矩陣上的圖像就越傾向于相互遠離。可以將所述偏移作為對象距離的函數(對于給定的光學組件間隔而言)計算，可以將這一偏移考慮在內，從而使各個矩陣提供的圖像變為點對點對應。兩個相鄰矩陣上的圖像之間的相對偏移與對應光學組件的間隔成正比，與對象的距離成反比。
根據本發明的一個重要特征，可以在如下情況下計算這一偏移，即，所述傳感器包括兩個針對綠色的矩陣，一個針對紅色的矩陣和一個針對藍色的矩陣。在這種情況下，如果希望拍攝非常近的對象(例如，所處的距離小于矩陣焦距的N倍，其中，N是投射到矩陣上的一行圖像的像素的數量)，那么將利用這一事實，即分隔對應于綠色矩陣的兩個光學組件的距離與分隔與紅色和藍色矩陣相關的組件的距離相同。其目標在于通過圖像相關算法尋找使兩個綠色矩陣的圖像最佳重疊的偏移，并由其推斷必須使不同的綠色、藍色和紅色矩陣發生的偏移，從而在四個矩陣的像素之間建立圖像對應。
根據本發明的另一特征，為了改進比色法，將不再采用兩個綠色矩陣、一個紅色矩陣和一個藍色矩陣，而是提供四個覆蓋著四種不同的濾色器，尤其是紅色、綠色、藍色和青色濾色器的矩陣。


通過閱讀結合附圖給出的下述具體實施方式
本發明的其他特征和優點將變得顯而易見，其中圖1以頂視圖的方式示出了具有按照行和列排列的感光區陣列的彩色圖像傳感器的已知構造的例子；圖2以較小的比例尺、通過截面圖示出了同一傳感器，所述傳感器具有將有待觀察的圖像整體投射到感光區陣列上的光學系統；圖3以截面圖的形式示出了根據本發明的傳感器，其具有幾個將同一圖像投射到幾個不同顏色的矩陣上的光學組件；圖4示出了圖3的傳感器的頂視圖；圖5示出了用于說明由于所述光學組件與所述矩陣之間的相對定位誤差導致的固有漂移的示意圖；圖6示出了一種變型，其中，四個矩陣是更大的矩陣的四個象限；圖7示出了在每一矩陣之上具有幾個透鏡的示范性實施例；圖8示出了用于說明圖像偏移的示意圖，所述圖像偏移是由于設置在非無窮遠處的觀察同一圖像的兩個光學組件偏移中心(off-centering)而導致的；以及圖9示出了實用的矩陣實施例，其允許將圖像的定位界定在半個像素之內，從而提高采用兩個綠色矩陣的分辨率。
具體實施例方式
圖1以頂視圖的方式示出了CMOS技術中彩色圖像傳感器的感光矩陣的像素的一般布局的例子。圖中僅示出了幾個像素，但是應當理解，所述矩陣可以包括幾十萬個像素，例如，120萬個像素。在這一例子中，這些像素的感光區具有基本為八邊形的形狀。通過通常為水平和垂直的導線(未示出)控制所述像素，所述導線并非完全筆直，相反其遵循所述八邊形的輪廓線。
圖1還示出了所述顏色的組織與每一像素相關的字母R、G和B表示對應的像素分別被紅色(R)、綠色(G)或藍色(B)的單獨濾光器覆蓋。相鄰像素顏色交替變化，綠色像素的數量是紅色像素和藍色像素的兩倍。
圖2采用比圖1更小的比例尺，以截面圖的形式示意性地示出了可以制造出帶有下述部件的彩色圖像傳感器的方法，這里所述彩色圖像傳感器為薄硅傳感器- 具有電連接12的基底10；- 在非常薄(具有大約10微米量級的厚度)的硅襯底20內形成的感光區的矩陣；- 濾色器矩陣層30，其中，相鄰像素被如圖1所示的、不同顏色R、G、B交替變化的濾光器所覆蓋；以及- 光學圖像形成系統40，其能夠將有待觀察的景物的整個圖像(通過濾色器)投射到感光矩陣上。所述光學系統由一個或多個透明板構成，采用這些板形成一個或多個一個疊置在另一個之上的玻璃或透明塑料透鏡，這里只示出了單個透鏡L。必須將所述光學系統沿高度方向精確定位在所述感光矩陣之上，從而將所觀察到的景物的圖像聚焦到所述矩陣的平面上。圖2示出了具有精確定義的厚度的透明分隔層35，其用于確保這一精確定位。
圖3以截面圖的方式示出了根據本發明的傳感器，圖4以頂視圖的方式示出了這一傳感器。
將感光點矩陣劃分為形成于同一集成電路芯片上的幾個矩陣，并且將所述光學系統劃分為一樣多的光學組件。每一光學組件將有待觀察的整個景物的完整光學圖像投射到相應的矩陣上。采用具有均一顏色的單個濾光器覆蓋每一矩陣。
在優選實施例中，有四個由M1、M2、M3和M4表示的、正方形或矩形并置矩陣(兩行，每行兩個矩陣)，所述矩陣由相應的濾光器F1、F2、F3、F4以及相應的光學組件L1、L2、L3、L4覆蓋，其中，將每一所述光學組件表示為透鏡。矩陣M1和M4對角布置，矩陣M2和M3亦如此。對角布置的兩個矩陣，這里為M1和M4的濾光器F1和F4優選為綠色。另兩個矩陣的濾光器分別為紅色(矩陣M2上的F2)和藍色(矩陣M3上的F3)。圖3中只能看到濾光器F1和F2、光學組件L1和L2以及矩陣M1和M2。
所述光學組件將基本相同的可見景物投射到每一所述矩陣上(僅存在小的漂移，如下文所述，這是由于所述矩陣相對于彼此橫向偏移導致的)。
圖中將所述矩陣示為正方形矩陣，但是它們也可以是攝取矩形格式的畫面的矩形。
在由微機械和微組裝技術實施的高精確度工業制造中，可以將所述光學組件視為是相同的，具有相同的焦距，并且就與所述四個感光矩陣所在的公共面的距離而言得到了準確、等同的定位。
在這種情況下，假設有待觀察的圖像只是非常簡單的表示景物的理論輪廓的白色矩形測試圖案，那么這一輪廓將被作為四個等同的矩形輪廓投射到每一矩陣上，如圖4中的虛線矩形所示。這里，采取沒有圖像失真的簡化假設，如果存在失真，其對于所有的光學組件也都是一樣的。
所述虛線矩形未必相對于它們所要投射的感光矩陣以同樣的方式定位。其原因首先在于，所述光學組件沒有在確切的同一位置“看到”所述矩形，因為它們相對于彼此存在橫向偏移，這和兩個并排站立的沿同一方向拍攝照片的人所看到的圖像將隨著照相機的偏移而成比例偏移是一樣的。這里，所述光學組件的偏移為幾微米，其導致的矩形的某種程度的偏移等于傳感器的偏移乘以放大率。這里，將放大率定義為投射到矩陣上的對象的圖像的尺寸與對象自身的尺寸的比率，因此對于處于無窮遠的景物而言，偏移為零。此外，由于在將光學組件轉移到矩陣上時存在工業制造精確度的限制，因而所述光學組件未必能夠按照必要的要求相對于矩陣得到精確的橫向定位，因而其中心未必與矩陣的中心準確地垂直。因此，一方面存在由于對象的相對近的接近性導致的偏移，另一方面存在由于光學組件相對于矩陣的相對定位的不理想而導致的固有偏移。
但是，如果所述光學部件是等同的，并且與投射這些矩形的感光區的表面等距離設置，那么所投射的矩形的尺寸對于所有的矩形而言都是精確相等的。
因此，有可能在制造廠或隨后通過校準至少確定不同矩陣的相對固有偏移。設置在足夠大的距離(對于由N行像素構成的矩陣而言，該距離大于焦距的N倍)處的諸如上述矩形的白色測試圖案或者由幾個白點構成的簡單圖像將在每一矩陣上生成圖像，通過移位向量由所述四幅圖像確認對應關系，之后所述對應關系將在足夠大距離處觀察到的任何景物的四幅圖像轉化為點對點對應。
圖5示出了用于說明矩陣之間的固有相對偏移的計算的矩陣M1的頂視圖。
由O1表示位于矩陣M1的垂直上方的光學組件的光心。這一組件將中心相對于傳感器的中心軸O處于無窮遠的距離處的對象的矩形圖像IM1投射到所述矩陣上。所投射的圖像的中心與點O1垂直，因此在圖5所示的頂視圖中與該點重合。可以認為矩陣M1自身具有中心C1，如果光學組件和矩陣之間的位置調整是理想的，那么C1也將與點O1重合。為了簡化起見，可以認為中心C1是矩陣M1的可用部分的中心行和中心列的交點。由于存在缺陷，中心C1可能相對于中心O1稍微偏移。在由矩陣的像素行和像素列構成的坐標系中標識矩陣IM1以及中心O1相對于中心C1的準確位置。在廠內校準過程中執行這一標識操作。還采用投射到其他矩陣上的、處于無窮遠的同一矩形的圖像IM2、IM3和IM4，針對其他矩陣執行這一操作。
就矩陣M1而言，點O1和C1沿x軸和y軸的位置差，以及相對于其他矩陣而言，類似點O2和C2、O3和C3以及O4和C4沿x軸和y軸的位置差將確定在讀取每一矩陣輸出的電子信號時必然產生的沿行和列的偏移，以便使所觀察的景物的每一圖像點與每一矩陣中的對應點相對應，其中，假設所述景物處于無窮遠。
將這些偏移存儲在校準寄存器中。因此，這些寄存器將含有對應于光學部件的中心與各個矩陣的中心之間的相對偏移的信息。之后，根據這些寄存器的內容將四個矩陣輸出的電子信號結合起來，以補償這些偏移，并在各個矩陣輸出的圖像之間重新建立精確、系統的對應。
分別(但是優選同時)收集由各個矩陣輸出的電子信號。
矩陣M1和矩陣M4將提供表示所觀察的景物的圖像的綠色分量的信號。矩陣M2和矩陣M3將分別提供圖像的紅色分量和藍色分量。
圖4所示的矩陣是不鄰接的。這樣有可能根據需要在矩陣之間的縫隙內安放電子驅動器。但是，如圖6所示，也可以優選具有這樣的布局，其中，并置四個矩陣，并使之僅形成單個大連續矩陣M。因此，必須將這一矩陣劃分為四個理論上可以單獨讀取的象限。因此，優選將與所述矩陣相關的讀出電路劃分為四個元件，如圖6所示，其具有與矩陣M的四個相應象限相關的讀出寄存器R1、R2、R3和R4的形式。
不管就圖4所示的構造而言還是就圖6所示的構造而言，在兩種情況下，為了確保能夠將各個光學組件的相對定位誤差考慮在內，希望矩陣的有效表面在面積上能夠比所觀察的景物的圖像的最大面積至少大幾十行和幾十列。這樣，能夠更好地考慮固有定位誤差以及由所拍攝的對象的處于接近位置而導致的圖像的偏移，同時排除由于圖像溢出到矩陣之外而喪失一部分所觀察的景物的風險。
假設希望獲得分辨率為120萬像素(例如，包括1000行和1200列像素)的圖像(一個像素對應于特定顏色的像點)，那么將采用四個并置的不同顏色的矩陣實施本發明，每一矩陣包括大約500行、600列，這些矩陣的像素與現有技術中采用的三色矩陣的像素具有相同的尺寸和間距。
假設，不同顏色的矩陣的邊的長度是現有技術的整個矩陣的長度的一半(對于相同分辨率、相同像素面積以及相同靈敏度而言)，那么投射圖像的光學組件也具有二分之一的橫向尺寸。結果，光學組件的焦距變為二分之一。因此，它們不僅厚度更小，而且所處位置更加接近感光矩陣的表面。相應地降低了傳感器的總厚度。傳感器的厚度在小型圖像傳感器的制造數據中占據著日益重要的地位。通過本發明獲得的這一參數的改善是非常有意義的。
采用集合制造過程制造具有這樣的構成的傳感器，也就是說，不僅在同一個集成電路晶片上制造多個圖像傳感器，還使包括多個光學系統的板附著于這一晶片，之后，將所述晶片/板組合件切割成單個傳感器，每一傳感器包括與光學系統集成的硅芯片。
所述光學組件由其上形成了透鏡的透明板構成。這些板可以由玻璃構成，并對其進行模制處理。所述組件可以包括一個或多個疊置的透鏡。如果有幾個透鏡(會聚和/或發散透鏡)，那么通過這樣的方式疊置所述板，即，使透鏡之間的縫隙對應于所要形成的光學功能部件。可以采用同樣的方式，由覆蓋有不透明層的透明板(不管是否以透鏡的形式對其進行了模制)形成固定光闌，其中，所述不透明層在每一光學組件的光軸周圍敞開。
圖7示出了一種圖像傳感器，其中，每一光學組件包括兩個形成于疊置的模制玻璃板41和42中的疊置透鏡，所述玻璃板41和42通過分隔板43隔開，以調整透鏡之間的預期垂直間隔。所述透鏡之一覆蓋有不透明層44(例如，鋁層)，所述不透明層44在四個位置局部敞開，從而在每一矩陣之上界定(固定)光闌45，來自所觀察的景物的光將穿過所述光闌。
也可以在位于板42之上并與之間隔一定距離的另一板上定義光闌。所述光闌可以具有視場光闌的作用，在這種情況下，其優選具有矩形形狀(與矩陣的形狀相同)，從而防止矩陣受到與相鄰矩陣相關的光學部件的照明。
根據本發明的傳感器尤其適用于所觀察的景物與圖像傳感器保持足夠的距離的情況，從而使圖像偏移(而不是由于制造缺陷導致的固有偏移)變得可忽略。
對于近處景物而言，將導致與像素尺寸相比不可忽略的偏移(例如，對于N行矩陣而言，景物所處的位置小于N倍的焦距)，這時可以根據景物的接近程度調整所述偏移——所需補償的偏移與光學組件的間隔d成正比，與所觀察的目標的距離成反比。
就由四個矩陣構成的、包括兩個綠色矩陣的傳感器而言，有可能利用這樣的實際情況，即如果存在固有偏移或由目標的接近性而導致的偏移，那么兩個綠色矩陣應當看到相同的圖像。我們可以看到，可以在廠內對固有偏移進行校準，并在以后以系統的方式對其予以考慮，因而在考慮其余的說明時，只需對由目標的接近性引起的偏移進行校準。因此，在下文中將認為光學組件的光心O1、O2、O3和O4分別與矩陣M1到M4的中心C1、C2、C3和C4重合。
當所拍攝的目標處于非無窮遠處D時，由中心間隔距離d的兩個等同的光學部件投射的該目標的圖像相對于所述光學部件的中心橫向偏移，偏移距離與d/D成比例，或者更精確而言，所述偏移距離等于dF/D，其中，F為焦距。
換言之，參考圖8-在圖8a中，設想具有中心O的單個光學組件L，其將處于距離D處的對象(矢量VS)的圖像(矢量vs)投射到所述矩陣上。對象VS和圖像vs的中心相對于矩陣的假想中心C設置，這一中心與光心O垂直。
-在圖8b中，采用與圖8a中的光學組件L相同，但相互之間橫向偏移距離d的兩個光學組件L1和L4替代所述的簡單光學組件，也就是說它們的中心O1和O4實際上相對于單個光學組件的中心O橫向偏移+d/2和d/2。它們觀察與圖8a中相同的目標(仍然以矢量VS表示)，該對象的中心仍然相對于兩個光學組件構成的集合的中心設置，也就是說其中心仍然設置在中心O上，實際上其代表包括兩個光學組件的圖像傳感器的中央總軸。因此，矢量VS在一側相對于第一光學組件的中心O1偏心(off-center)，在另一側相對于第二光學組件的中心O4偏心。由D非無窮這一實際情況引入了視差效應。
由兩個光學組件給出的圖像vs1和vs4不僅在光學部件之間間隔距離d的影響下而相互之間偏移距離d，并且由于每一光學組件對所述目標進行側向觀察，存在偏心，因而所述圖像還將相互偏移額外的距離dF/D。
假設C1是矩陣M1的中心，其與位于左側的光學組件L1的中心O1垂直，C4是矩陣M4的中心，其與位于右側的光學部件的中心O4垂直，C1和C4偏移距離d，也就是說C1相對于C偏移+d/2，C4偏移-d/2。
由光學部件L1給出的圖像vs1相對于中心C1向左側偏移的距離等dF/2D。換言之，所述目標的圖像的中心并非與中心C1重合，而是向左側偏移dF/2D，同樣地，由光學部件L4給出的圖像vs4相對于中心C4向右側偏移dF/2D的距離。
就根據本發明的包括四個投影光學組件的系統而言，利用了這樣的實際情況，即假定沿對角線布置的兩個綠色矩陣(M1和M4)看到相同的景物，但是，只要放大率非零，該景物就會在所述的兩個矩陣上發生偏移。
采用對來自矩陣M1的圖像與來自矩陣M4的相繼偏移的圖像之間的關聯的計算尋求移位值，該偏移值能夠提供最佳關聯，并因此代表投射到兩個矩陣上的圖像之間存在的總偏移。假設不存在由光學組件的不良定位引起的固有偏移，或者從總偏移中減去對應于固有偏移的校準值，那么剩下的就是由于目標的接近性而導致的偏移dF/D。這一偏移為向量，該向量所在方向是連接綠色矩陣的重校準中心的對角線方向。
這一偏移檢索算法簡單，因為由于所拍攝的對象的接近性導致的偏移的方向是已知的——從矩陣M1和矩陣M4提取大概含有所觀察的主要目標的圖像帶(image band)。在考慮校準之后，相對于每一矩陣的中心標識(referenced)這些圖像帶——因而，相對于光學組件的中心O1和O4標識這些圖像帶。這一標識對于兩矩陣都是一樣的，也就是說，如果所述圖像帶的中心位于矩陣M1的中心O1上，那么矩陣M4中的對應帶的中心則位于O4上。所述圖像帶是整個圖像的樣本，因為無需采用整個圖像建立關聯。
使來自M1和M4的圖像帶彼此相減。確定并存儲由所述減法得到的代表圖像的照度(該值可以是由所述減法得到的非常簡單的圖像的平均照度)。
之后，使所述圖像樣本沿連接所述矩陣的中心的對角線偏移一距離增量(這意味著一行像素和一列像素的偏移)，從而對其加以修改。因此，現在獲得了另外兩個圖像帶，其中心相對于矩陣的中心偏移了一增量。重復所述減法操作，并確定由所述減法得到的圖像的照度(illumination)。
相繼重復這一操作，其每次相對于矩陣的中心遞增所述帶的相對位置。沿某一方向執行所述增量操作，其中，相繼采取沿連接所述矩陣的中心的對角線的方向進一步分離(而非相互靠近)的兩個圖像帶。可以通過檢驗圖8b理解這一操作當所拍攝的目標靠近圖像傳感器時，所述圖像將進一步朝向對角線的外側偏移。一種更為簡便的做法是從對應于目標處于無窮遠處的、沒有偏移的理想情況開始，逐漸探查不斷增大的偏移的存在。
其目標在于找到某一偏移，該偏移對于由所述減法得到的圖像給出了最小的照度值。這一偏移表示上述dF/2D值，因為最小的照度值是對應于可重疊圖像帶的照度值，由圖中可以看出，對于所拍攝的對象的距離D而言，在每一圖像均沿相反方向相互偏移dF/2D之后，所述圖像變得可重疊。
一旦找到了這一最佳dF/2D值，那么尚需采用該值-首先，確定每一綠色矩陣將提供的正常綠色圖像，就像所述綠色矩陣恰好位于傳感器的中心O處，而沒有由此中心偏移d/2一樣。因此，通過使矩陣M1的圖像向中心C1靠攏dF/2D而使矩陣M1的圖像發生偏移，并且通過使矩陣M4的圖像向中心C4靠攏dF/2D而使矩陣M4的圖像發生偏移；以及-其次，尤其推導藍色和紅色矩陣所需的偏移。所述的由所拍攝的對象的接近性而導致的偏移在兩個綠色矩陣之間是相同的，使矩陣M2的紅色圖像沿矩陣M2和M3的中心之間的對角線偏移dF/2D的量，使矩陣M3的藍色圖像沿這一對角線偏移相同的量就足夠了。所述紅色和藍色矩陣的偏移dF/2D沿該對角線處于相反方向，并且處于使圖像更加靠近每一矩陣的中心的方向，因為所述光學組件的布局傾向于使它們更加遠離。
之后，采用針對每一矩陣(綠色、藍色和紅色)計算的偏移確定復合定序(recombination sequencing)，其使每一像點與每一矩陣內的相應點相對應，最終得到完整的彩色圖像。
在尋找最佳偏移值的算法中，可以執行更為精細的增量運算，例如，僅對兩個圖像帶之一增加一個像素，之后對另一圖像帶增加一個像素。也可能沿行增加一個像素，但沿列不增加，并等待沿列增加一個像素，但不沿行增加的下一增量運算。
因而，這里描述了具有改進的比色法的彩色圖像傳感器，即使針對靠近的目標其也能夠提供準確圖像。
還可能借助兩個綠色矩陣的存在而提高傳感器的視清晰度。為了實現這一目的，可以使所述綠色矩陣相對于彼此精確定位，使得投射到一個矩陣上的圖像和投射到另一個矩陣上的圖像之間具有半像素的相對偏移(為了簡化說明，假設已經考慮并校正了由處于所述矩陣之上的光學組件的中心的非精確定位導致的固有偏移)。因此，在綠色信道中存在更大的采樣。所述偏移是沿行的半個像素和沿列的半個像素。所投射的圖像也必然沿所述對角線相互偏移半個像素。
一種對兩個圖像進行半個像素以內的定位的可能的方式采用這樣的矩陣，構成該矩陣的像素的尺寸和間距是所述矩陣的預期像素尺寸的二分之一，并執行相鄰像素上的電荷的加和，從而重構標準尺寸的像素。在讀出之前在每一像素上執行這一加和操作，而不管是在CCD還是在CMOS技術中。根據對其執行加法操作的相鄰較小像素，形成具有正常尺寸的，中心處于半個像素之內的像素，所述兩個矩陣可以具有不同的驅動器，從而在它們之間實現有效的半像素偏移。
在CCD技術中，通過四相傳輸門控制在讀出寄存器中執行所述加和操作(也稱為“進倉(binning)”)。
在CMOS技術中，在與四個小的相鄰光電二極管相關的電荷儲存節點處執行加和操作，通過傳輸門將所述節點與這些光電二極管隔開，從而通過對這些門的適當控制來選擇哪些相鄰光電二極管將看到其電荷被轉移到指定存儲節點內。采用九個按行和列組織的相鄰光電二極管，有可能將所述光電二極管劃分成由四個相鄰光電二極管構成的組，而電荷儲存節點則位于每一組的中央。有四種可能的組，這些組構成了沿行或列或者沿對角線相互隔開半個像素的更大的像素。
因此，如果一個矩陣按照某種方式組織其像素，另一矩陣可以按照另外一種方式組織其像素，從而使兩個矩陣之間的偏移為沿對角線的半個像素。
圖9示出了一具體實施例，該實施例中給出了八邊形光電二極管，所述八邊形光電二極管的總面積等于對于預期像素間距所應具有的光電二極管尺寸的四分之一。箭頭示出了從四個光電二極管向存儲節點放電，所述存儲節點被這四個光電二極管包圍。針對光電二極管激活的傳輸門的選擇決定該光電二極管將向所述存儲節點放電。在圖9a中，通過激勵傳輸門而使四個二極管按照一定的方式組合，而在圖9b中，則通過激活傳輸門使所述二極管以不同的方式圍繞在存儲節點周圍。使圖9a中采用的存儲節點(第一綠色矩陣)均相對于圖9b中采用的存儲節點(第二綠色矩陣)偏移半個像素。
如果比色法是比分辨率和圖像疊加中的精確度都重要的參數，或者用戶希望看到在任何情況下都準確疊加的遠平面景物的圖像，那么可以提供具有四個矩陣的傳感器，所述四個矩陣被四個不同顏色的濾光器，即紅色、綠色、藍色和青色濾光器覆蓋，每一濾光器均與一個矩陣相關。當然，這樣將不再可能通過處理來自兩個矩陣的圖像來確定和校準視差，因此用戶只局限于觀看遠景。
權利要求
1.一種設有光學系統的彩色圖像傳感器，所述光學系統用于將所要觀察的景物的圖像投射到在與所述光學系統集成的同一單塊半導體芯片上制造的感光區陣列上，其特征在于，所述光學系統包括幾個光學組件(L1，L2，L3，L4)且所述感光區陣列被劃分為至少兩個能夠單獨讀取的矩陣(M1，M2，M3，M4)，將每一光學組件設計為將所要觀察的整個景物投射到相應的矩陣上，兩個不同顏色的均勻濾光器(F1，F2，F3，F4)分別置于所述的各個矩陣之上，從而使單一顏色的光通向每一矩陣。
2.根據權利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，將所述感光區陣列劃分為設置于正方形中的四個矩陣，兩個沿所述正方形的對角線布置的矩陣與綠色濾光器相關，另外兩個布置在另一對角線上的矩陣中的一個與紅色濾光器相關，另一個與藍色濾光器相關。
3.根據權利要求1或2所述的圖像傳感器，其特征在于，其包括至少一個校準寄存器，所述校準寄存器含有所述光學組件的中心和所述矩陣的中心之間的相對偏移。
4.根據前述權利要求中的一項所述的圖像傳感器，其特征在于，所述矩陣大于所要觀察的景物的圖像，從而能夠在不損失圖像片段的情況下考慮所述光學組件和所述矩陣之間的相對定位誤差，即使所要觀察的景物的整個圖像的中心不再精確地定位在這些矩陣的中心上，所述的整個圖像仍然被投射到所述四個矩陣上。
5.根據權利要求1到4中的一項所述的圖像傳感器，其特征在于，其包括根據所要觀察的景物中的對象的距離，通過使兩個相鄰矩陣的圖像相對偏移與對應的光學組件的間隔成正比與所述對象的距離成反比的距離，而使所述各個矩陣的圖像點對點對應的裝置。
6.根據權利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，其包括用于通過圖像相關算法尋找使兩個綠色矩陣的圖像最佳重疊的偏移，并由其推斷必須使不同的綠色、藍色和紅色矩陣發生的偏移，從而在四個矩陣的像素之間建立圖像對應的裝置。
7.根據權利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，其包括四個被四種不同顏色的濾光器，尤其是紅色、綠色、藍色和青色濾光器覆蓋的矩陣。
全文摘要
本發明涉及電子彩色圖像傳感器，尤其涉及用于制造小型攝影裝置或照相機(例如，可以將其結合到移動電話當中)的非常小的傳感器。所述傳感器設有光學系統，所述光學系統用于將所要觀察的景物投射到在與所述光學系統集成的同一單塊半導體芯片上制造的感光區陣列上；這一光學系統包括幾個光學組件(L1，L2，L3，L4)和被劃分為至少兩個能夠單獨讀取的矩陣(M1，M2，M3，M4)的感光區陣列，將每一光學組件設計為將所要觀察的整個景物投射到相應的矩陣上，兩個不同顏色的均勻濾波器(F1，F2，F3，F4)分別置于所述的各個矩陣之上，從而使單一顏色的光通向每一矩陣。
文檔編號H01L27/146GK101088163SQ200580044324
公開日2007年12月12日 申請日期2005年12月1日 優先權日2004年12月24日
發明者L·布里索 申請人:E2V半導體公司