[发明专利]具有白色像素和彩色像素的彩色图像传感器

说明书

本发明涉及彩色图像传感器。为了有益于良好的亮度分辨率和不会由于硅对近红外辐射的敏感度而过度降低的色度学，本发明提出了制造包括彩色像素(R)、(G)、(B)以及白色像素(T)的像素的镶嵌，所述彩色像素涂覆有彩色滤色器并分布在矩阵中，白色像素未涂覆有彩色滤色器并且分布在矩阵中。彩色像素包括与白色像素的光电二极管构造不同的光电二极管，不同的构造使得彩色像素的光电二极管比白色像素的光电二极管具有更低的对红外辐射的敏感度。

技术领域

本发明涉及电子彩色图像传感器，其包括光敏像素的矩阵(所述光敏像素测量它们所接收的光的量)。最常见的传感器最初是以CCD技术实现的传感器，并且越来越常见是包括以MOS技术实现的有源像素的传感器。将参照以MOS技术实现的有源像素来描述本发明。

背景技术

以MOS技术实现的有源像素通常包括光电二极管和多个晶体管，所述光电二极管由硅制成，而所述多个晶体管使得能够检测在照明影响下在光电二极管中产生的电荷的量。在像素中检测到的信号电平从矩阵中传送至读取电路，例如，每列像素一个读取电路，在各个列上逐行并行执行读取。

为了能够利用单个像素矩阵来得到彩色图像，通常设定为在像素上方，在光进入侧沉积不同颜色的滤色器的镶嵌最常见的是所谓的拜耳镶嵌，其包括原色的四个滤色器(即红色滤色器、蓝色滤色器和两个绿色滤色器)的组的规则布置。具有互补合成色青色、洋红色和黄色的滤色器的布置也是可能的。

滤色器是使用有机彩色颜料制造的。然而，它们具有大幅衰减由传感器的光电二极管接收的光量的缺点；覆盖有红色滤色器的像素最多只接收在红色波长接收的光的75％，同样，覆盖有蓝色或绿色滤色器的像素并不会均匀地转换在蓝色或绿色发出的所有光；这源自于以下事实：根据频率的滤色器的透射曲线不是矩形的，而是高斯的，并且透射峰值不是100％。

因此，在较低的光照水平下，像素不再是足够敏感的，并且所得的图像是人眼无法利用的。

在现有技术中已经提出了形成包括涂覆有彩色滤色器的像素(在下文中，其将被称为彩色像素(例如，红色像素、蓝色像素、绿色像素)以便回想到滤色器的存在)和未涂覆有彩色滤色器的像素(在下文中，其将被称为白色像素)两者的矩阵。

因此，在低光照的情况下，白色像素收集所有的光并给出主要的亮度信息。彩色像素收集较少的光并给出色度信息。该色度信息将比利用拜耳滤色器的矩阵具有更低的分辨率，并且比白色像素的电平具有更低的信号电平(这因为其来自接收更少光的像素)，但是这是次要的缺点，因为低光照亮度信息比色度精度更重要。白色像素的数量越多，亮度信息越准确地表示图像的亮度。

彩色滤色器(特别是使用有机颜料形成的最便宜的滤色器)的镶嵌通常遇到的另一个问题是这些滤色器事实上对于近红外线都是非常透明的，特别是在从750纳米到1100纳米的波长段内。硅对这些波长是敏感的，并产生与其所接收的近红外辐射成比例的电荷。在红色、蓝色或绿色像素中产生的这些电荷不是由像素接收到的真实的红色或蓝色或绿色辐射产生的。因此，这些电荷在这些像素中产生不表示由传感器观察到的场景的实际颜色的信号部分。为了防止传感器接收到这种干扰的红外辐射，现有技术已经提出，在传感器前方放置一个带阻光滤色器，其允许可见光波长的光通过，但阻挡近红外。这样的滤色器是昂贵的，这是因为它必须有效地阻挡红外，同时特别是要允许红色波长带通过。

还已经提出了在常规的红色、绿色和蓝色的彩色像素的镶嵌中分布可以称为黑色像素的附加像素，该附加像素涂覆有完全阻挡可见波长但允许红外通过的滤色器。这样的滤色器可以像其它滤色器一样使用有机颜料制造，例如通过在所讨论的像素的位置中叠加红色滤色器和蓝色滤色器。如果其是被修改的拜耳镶嵌，则单个像素组于是包括红色像素、蓝色像素、两个绿色像素和黑色像素；这些像素彼此靠近并且从观察的场景接收基本相同的量的红外线。然后，从受红外辐射影响的红色、绿色和蓝色像素产生的信号中，减去从紧邻位置的仅接收红外辐射的黑色像素得到的值。对于所有像素执行的该相减消除了红外辐射对这些像素的不利影响。