CN1951105A - 具有在传感器元件的相应区域上形成图像的成像元件阵列的彩色图像传感器 - Google Patents
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Abstract
彩色图像传感器(100)产生表示物体的彩色图像信号(144)，包括：光学基板和光传感器(112)。光学基板包括空间上分离的成像元件(101，102，103)。每一成像元件被构造成对相应颜色的光线成像。光传感器包括传感器元件(如121)的多个区域(131，132，133)，其被设置成和相应的成像元件相对。每一区域中的传感器元件可以响应于入射在其上的相应颜色的光线，产生彩色图像信号的分量。
Description
背景技术
电子图像传感器不仅包含在数字照相机中，还包含在消费电子产品如移动电话和个人数字助理(PDA)中。这样的产品由于受到市场压力而降低尺寸，或者将较多特征组装到给定尺寸的产品中。
图1是在现代产品如数字照相机、移动电话和PDA中看到的典型的常规彩色图像传感器10的高度简化的例子的示意性立体图。图像传感器10由单个光传感器12和在光传感器的主表面16上形成物体的图像的单个成像元件14组成。
光传感器12一般由传感器元件的二维(一般为矩形)阵列和相关的读出电路(未示出)构成。用虚线示出例示性的传感器元件20的边界。示出的光传感器12的例子的高度简化表现在其仅仅具有48个传感器元件。典型的光传感器具有几十万或者几百万个传感器元件。每个传感器元件一般是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器元件或者电荷耦合器件(CCD)传感器元件。读出电路接收由传感器元件响应于来自物体的光线而产生的电学值，并且一般以光栅扫描顺序将该电学值变换成模拟或者数字图像信号。为了使光传感器产生补充提供关于物体的颜色信息的彩色图像信号，光传感器在主表面16上另外还包含镶嵌滤色镜(colormosaic filter)30。
镶嵌滤色镜最常见的类型是以其发明人命名的Bayer镶嵌滤色镜。图1中示出的Bayer镶嵌滤色镜30的例子具有N/4个红色滤色镜、N/2个绿色滤色镜和N/4个蓝色滤色镜，其中N是光传感器12中的传感器元件20的数量。在此红色滤色镜、绿色滤色镜和蓝色滤色镜总称为滤色镜。每一滤色镜过滤入射到光传感器的各个传感器元件上的光线。滤色镜以四个正方形块的形式设置，用32表示它的一个例子。区块32由一个红色滤色镜34、两个对角相对的绿色滤色镜36与37、和一个蓝色滤色镜38组成。滤色镜的其余的块在结构上相似。滤色镜的颜色在图1中用不同的影线表示。尝试过Bayer图案的许多变化，包括滤色镜的伪随机排列和采用四种或者更多颜色的滤色镜。
每一传感器元件20产生代表入射到传感器元件上的光线强度的电学值。入射到传感器元件上的光线是被覆盖在传感器元件上的滤色镜传送的颜色。例如，红色滤色镜34下方的传感器元件产生代表入射到传感器元件上的红光强度的电学值。因为表示彩色图像的彩色图像信号一般包括表示入射到光传感器12的每一传感器元件上方的滤色镜上的红光、绿光和蓝光强度的电学值，所以光传感器另外还包括处理电路(未示出)，该处理电路从与传感器元件连接的读出电路(未示出)接收电学值，并为每一传感器单元合成缺少的电学值。处理电路利用由相邻的传感器元件之一产生的电学值，采用内插法合成缺少的电学值。
通过为被绿色滤色镜覆盖的每一传感器元件合成红色值和蓝色值，为被红色滤色镜覆盖的每一传感器元件合成绿色值和蓝色值，以及为被蓝色滤色镜覆盖的每一传感器元件合成红色值和绿色值，处理电路产生彩色图像信号。例如，处理电路根据由被绿色滤色镜36和37覆盖的传感器元件产生的电学值，此外还可能根据被绿色滤色镜覆盖的相邻的传感器元件，为被红色滤色镜34覆盖的传感器单元合成绿色值。合成绿色值所依据的电学值全部是绿色值。生成的彩色图像信号的2/3是用被适当颜色的滤色镜覆盖的相邻传感器元件产生的电学值内插的。
当响应于彩色图像信号而显示图像时，对于某些类型的物体，在常规光传感器12中需要合成缺少的电学值导致许多问题。具有明显色差的图像的相邻区域可能产生错误的颜色。以锯齿边缘显示几乎水平或者垂直的线，并且可能呈现色彩问题。常规的彩色图像传感器10一般还包含介于成像元件14和光传感器12之间的空间滤光片(未示出)。空间滤光片降低形成在光传感器12上的图像的高空间频率含量。这在以显示的图像为代价的情况下改善了一部分上述影响，该显示的图像的清晰度要低于由光传感器12中传感器元件20的数量和成像元件14的光学性能蕴涵的清晰度。
常规光传感器12的另一问题是，从一个传感器元件到相邻传感器元件的光泄漏不仅在显示的图像中产生模糊不清，还导致错误的颜色。
常规彩色图像传感器10的又一问题源于成像元件14以复色光在光传感器12上形成图像。因此，成像元件14必须校正颜色以确保形成在光传感器12上的图像对于所有颜色都是清晰的。这一般需要成像元件14是多组件透镜，在通过透镜的光传送方向上，其一般要大于单组件透镜。这增加了彩色图像传感器的总深度。在上述高度小型化应用中，大图像传感器深度是特别不希望的。需要校正颜色还限制了透镜材料的选择。
常规彩色图像传感器10的又一问题是无论覆盖的滤色镜的颜色如何，所有传感器元件采用同一曝光时间。这限制了图像传感器的动态范围。例如，如果物体包括明亮的绿色区域，则光传感器12的曝光时间必须降低以避免使具有绿色滤色镜的传感器元件饱和。也将同样减少的曝光应用于具有红色和蓝色滤色镜的传感器元件，从而物体的微红部分被成像在上面的传感器元件的滤色镜产生的电学值将包含不期望的噪音成分。
常规彩色图像传感器10的最后一个问题是其低的光性能。滤色镜使下面的传感器元件一般仅仅接收入射到滤色镜上的光线的一小部分。
因此，需要不遭受上述问题的彩色图像传感器。
发明内容
本发明的第一方面是，提供用于产生表示物体的彩色图像信号的彩色图像传感器。该彩色图像传感器包括光学基板和光传感器。光学基板包括空间上分离的成像元件。每一成像元件被构造成对相应颜色的光线成像。光传感器包括被设置成和相应的成像元件相对的传感器元件的多个区域。每一区域中的传感器元件可以响应于入射于其上的相应颜色的光线，产生彩色图像信号的分量。
本发明的第二方面是，提供制造彩色图像传感器的方法，其中模制具有光学基板和侧板的成像元件阵列，提供光传感器，并且将成像元件阵列固定到光传感器上。光学基板具有空间上分离的成像元件，每一个都被构造成对相应颜色的光线成像。光传感器包括传感器元件的多个区域。每一区域可以响应于入射于其上的相应颜色的光线，产生图像信号分量。将成像元件阵列固定到光传感器上，使成像元件被设置成和相应的区域相对。
最后，本发明的第三方面提供用于产生表示物体的彩色图像信号的方法，其中以不同颜色的光线独立和并行地形成物体的图像，并且将该图像转换成彩色图像信号的相应的图像信号分量。
本发明的实施例在不采用镶嵌滤色镜的情况下产生彩色图像信号。和常规光传感器的面积相比，除去镶嵌滤色镜以外允许光传感器的每一区域的面积减小。这允许成像元件做得较小，并被定位于光传感器。此外，在以窄带光线形成图像的实施例中，成像元件可以更简单，因此比常规的成像元件小。在一些实施例中，成像元件包含衍射元件，其在深度上明显小于具有类似特性的透镜。在其它实施例中，每一个成像元件和单个衍射元件或者单个非球面凸面一样简单。
在光学基板中限定成像元件以形成被模制成单个单元的成像元件阵列精确地限定成像元件的相对位置。在光传感器的制造期间，也通过光刻精确地限定了光传感器中的相应区域的位置。在精确地限定成像单元的相对位置且精确地限定传感器元件的多个区域的相对位置的情况下，仅仅需要一次对准操作，将成像元件和传感器元件中它们的相应区域对准。此外，对于光传感器的整个晶片而言，这一对准操作可以执行一次。
在用广谱光线例如白光形成至少一幅图像的实施例中，成像元件阵列的其它实施例提供用于常规的多色成像元件的装配。
附图说明
图1是常规彩色图像传感器的高度简化的例子的立体图。
图2是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第一实施例的立体图。
图3是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第二实施例的立体图。
图4是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第三实施例的立体图。
图5是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第四实施例的立体图。
图6是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第五实施例的立体图。
图7是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第六实施例的立体图。
图8是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第七实施例的立体图。
图9是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第八实施例的立体图。
图10A-10D示出了光传感器的高度简化示例上的传感器元件的一些多区排列的例子。
图11A-11D分别是本发明的彩色图像传感器的第九实施例的平面图、两个正交的截面图和立体图。
图12A-12C是图11A-11D中示出的成像元件阵列的三个可供选择的实施例的截面图。
图12D-12B是图11A-11D中示出的彩色图像传感器的两个可供选择的实施例的截面图。
图13是解释本发明的用于制造彩色图像传感器的方法的实施例的流程图。
图14是解释能够用于测量制造偏移或者视差偏移的偏移测量程序的实施例的流程图。
图15是解释本发明的用于产生表示物体的彩色图像信号的方法的第一实施例的流程图。
图16是解释本发明的用于产生表示物体的彩色图像信号的方法的第二实施例的流程图。
具体实施方式
图2是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第一实施例100的立体图。彩色图像传感器100产生表示物体的彩色图像信号，它由光传感器112和用101、102和103示意性示出的成像元件组成。光传感器112具有设置在它的主表面116上的传感器元件。在操作中，光传感器响应于入射到主表面116上的光线，产生彩色图像信号114。设置成像元件101、102和103，用不同颜色的光线在光传感器112的相应区域131、132和133上形成物体的图像。在上面形成图像的光传感器的各区域基本上被空间隔离，以阻止图像之间的光泄漏。
在彩色图像传感器100中，以不规则的阵列设置传感器元件，其中每一区域131、132和133由传感器元件的矩形阵列构成。虚线表示区域131中例示的传感器元件121、区域132中例示的传感器元件122和区域133中例示的传感器元件123的边界。另外的虚线如虚线126表示每一区域131、132和133中相邻传感器元件之间的边界。在本实施例和下述实施例的说明中，在每一区域中例示的传感器元件的参考数字还将用于涉及该区域中的所有传感器元件。每一传感器元件是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器元件。可选择地，每一传感器可以是电荷耦合器件(CCD)传感器元件或者另一种合适类型的传感器元件。
图2中示出的光传感器112的例子的高度简化在于，它的每一区域仅仅具有24个传感器元件。光传感器的典型例子在区域131-133的每一个中具有几十万或者几百万个传感器元件。在下述的彩色图像的实施例中，光传感器同样也是高度简化的。此外，公开的图形是示意性的，它们不描述成像元件对通过该成像元件看到的物体的外观的影响。
光传感器112的每一区域131、132和133具有相关的读出电路(未示出)。每一读出电路接收由该区域中的传感器元件响应于来自物体的光线而产生的电学值，并且一般以光栅扫描顺序将该电学值变换成模拟或者数字图像信号分量。可选择地，光传感器112可以具有对所有区域共用的单个读出电路。由区域131-133产生的图像信号分量或者从图像信号分量得到的信号构成表示物体的彩色图像信号114。
如上所述，成像元件101、102和103分别在光传感器112的区域131、132和133上，以不同颜色的光线形成物体的图像。为此，彩色图像传感器100还由光学上被设置为与成像元件101和区域131相连的滤色镜141、光学上被设置为与成像元件102和区域132相连的滤色镜142、以及光学上被设置为与成像元件103和区域133相连的滤色镜143组成。当入射到区域上的光线以任一顺序通过成像元件和滤色镜时，成像元件、该区域和滤色镜被设置为在光学上相连。
在图2示出的例子中，滤色镜141设置在位于成像元件101和光传感器的区域131之间的光传感器112的主表面116上，滤色镜142设置在位成像元件102和于光传感器的区域132之间的光传感器的主表面上，滤色镜143设置在位于成像元件103和光传感器的区域133之间的光传感器的主表面上。在一个可供选择的配置中，滤色镜141、142和143分别被独立地保持在成像元件101、102和103与区域131、132和133之间。在另一可供选择的配置中，分别用成像元件101、102和103支撑滤色镜141、142和143。例如，每一滤色镜可以设置在对应的成像元件的表面上。上面设有滤色镜的表面可以是面向物体的表面，或者面向光传感器的表面。在另一配置中，滤色镜141、142和143分别被设置在物体和成像元件101、102和103之间。也可能是其它配置。
在图2所示的例子中，滤色镜141是将红色光传送到光传感器112的区域131的红色滤色镜，滤色镜142是将绿色光传送到区域132的绿色滤色镜，滤色镜143是将蓝色光传送到区域133的蓝色滤色镜。在其它实施例中，滤色镜141-143的颜色不同于所述的颜色。
和参考图1所述的常规彩色图像传感器10相比，彩色图像传感器100的总深度，即光传感器112的与主表面116相对的主表面和成像元件101-103的远离光传感器112的表面之间的距离至少要小大约30％。这一深度的减小得益于两个主要的因素。
首先，彩色图像传感器100中的成像元件101-103和光传感器112之间的距离要小于常规彩色图像传感器10中的成像元件14和光传感器12之间的距离。彩色图像传感器100中缺少镶嵌滤色镜大大减少了所需将空间的假象减小到规定等级的空间滤光，而且可以消除对空间滤光的需要。在减少空间滤光的情况下，光传感器112提供规定的空间分辨率，且每一区域131-133具有的传感器元件的数量不多于图1所示常规光传感器12的传感器元件的一半。因此区域131-133均具有约为常规光传感器12的1/√2的线性尺寸。为了形成完全覆盖区域131-133的图像，可以和该区域的线性尺寸的减少成比例地减小成像元件101-103和光传感器112之间的距离，即相对于常规彩色图像传感器10中的成像元件14和光传感器12之间的距离约为1/√2，或者约30％。此外，和该区域线性尺寸的减小成比例地减小成像元件本身的尺寸。
第二，在彩色图像传感器100中，成像元件101-103的深度要小于彩色图像传感器10的成像元件14的深度。在彩色图像传感器100中，成像元件101-103在光传感器112的区域131-133上用颜色互不相同的窄带光线形成图像。窄带光线具有的波长范围一般是作为单原色如红、绿或者蓝所感知到的波长。由至少跨越可见光谱的组分组成的光线称为广谱光线。作为白光感知到的广谱光线将被称为白光，并且对于本公开的内容而言，白色将被当做一种颜色。即使在图2所示的例子中，成像元件101-103传送光谱光线，但滤色镜141-143仅仅将窄带光线从成像元件101-103分别传送到光传感器112的区域131-133中的传感器元件上。因此，关于在光传感器112上形成图像，仅仅需要考虑成像元件101-103关于分别由滤色镜141-143传送的窄带光线的成像特性。这允许成像元件101-103在配置上比用广谱光线形成图像的成像元件14更简单。因为认为它们仅仅用窄带光线形成图像，所以成像元件101-103即使需要色差校正，也只是需要少量而已。因此，和成像元件14相比，每一成像元件101-103需要较少的组件来形成特定光学特性的图像。此外，如上所述，每一组件的尺寸要小些。和成像元件14相比，减小成像元件101-103中的组件数量及其尺寸降低了成像元件的深度。
下面要进行详细说明的是，用窄带光线形成图像的每个成像元件101-103可以和单个非球面凸面一样简单。此外，用窄带光线在区域131-133上形成图像的成像元件101-103允许成像元件101-103包含一个或者多个取代对应的折射组件的衍射组件。衍射组件一般不如具有类似光学性能的折射组件深。和成像元件14相比，采用衍射组件进一步减小了成像元件101-103的深度，因此和彩色图像传感器10相比，进一步减小了彩色图像传感器100的深度。包含与下面参考图11A-11D说明的成像元件阵列类似的成像元件阵列的实施例的彩色图像传感器100的实施例的总深度比其他可比较的常规彩色图像传感器要小大约60％。
如上所述，和彩色图像传感器10相比，尽管在每一区域131-133中传感器元件的数量较小，彩色图像传感器100还是遭受较少的空间频率假象。彩色图像传感器100提供了另外的性能优点。首先，因为成像元件101-103用不同颜色的光线分别在光传感器112的区域131-133上形成物体的图像，所以用128示意性表示的辅助电路能够包含对每一区域独立地实施曝光控制的曝光控制电路。该独立的曝光控制设置曝光，利用该曝光，由每一区域131-133中的传感器元件捕获图像，以提供入射到该区域上的光线的动态范围和该区域中的传感器元件的动态范围之间的最佳关系。可以采用常规的曝光控制技术，提供独立地施加给每一区域的曝光控制。
在其中辅助电路128包含独立的曝光控制电路的彩色图像传感器100的实施例中，辅助电路128还包含用于每一区域131-133的标准化电路。每一标准化电路响应于由曝光控制提供的曝光数据而动作，以处理由其对应的区域产生的图像信号分量，如果存在差别，则补偿在区域之间曝光时的差别。具有最短的曝光时间的区域的标准化电路使由该区域产生的图像信号分量保持不变。具有较长曝光时间的任何区域的标准化电路以和该区域的曝光对最短曝光的比率成比例的方式，衰减由该区域产生的图像信号分量。标准化电路将图像信号分量之间的等级关系校正到如果光传感器112的所有区域具有相同的曝光时将获得的等级关系。该衰减不仅减小了图像信号分量，而且使和图像信号分量混合的噪音得到衰减。相对于具有等于最短曝光的相同曝光的所有区域所获得的信噪比而言，这增加了图像信号分量的信噪比，从而增加了彩色图像信号的信噪比。
和上面参考图1说明的常规光传感器12相比，光传感器112的每一区域131-133具有较少的传感器元件，因此，在给定的读出速度，从光传感器112的区域131-133中的任一区域读出图像信号分量所需的时间要小于从光传感器12读出彩色图像信号所需的时间。此外，在光传感器112中，各个区域131-133的读出时间的优势是通过并行地读出所有区域131-133来保持的。因此，和从常规的光传感器12读出彩色图像信号相比，能够较快地从光传感器112读出由三个图像信号分量构成的完整的彩色图像信号。其结果是，和常规的彩色图像传感器10相比，彩色图像传感器100具有减小的滚动光阀假象。
彩色图像传感器100的减小的读出时间和没有由彩色图像传感器100的一些实施例执行的内插操作使彩色图像传感器100以比常规的彩色图像传感器10快的速度摄取图像。
在图2示出的例子中，光传感器112由硅基板130组成，在该硅基板上，采用常规的半导体处理，分别在区域131、132和133中制造与传感器元件121、122和123类似的传感器元件。传感器元件的一部分可以设置在基板130中，但为了下面的说明，认为其是在基板上。在其中设置传感器元件的区域131-133之外的基板部分可以被辅助电路128占用，该辅助电路128包括如曝光控制电路和信号处理电路，该信号处理电路处理图像信号分量和/或从该图像信号分量得到的彩色图像信号，这一点将在下面说明。
设置在基板130上的作为辅助电路128的一部分的上述信号处理电路可以执行下述功能，如压缩图像信号分量和/或彩色图像信号，将彩色图像信号转换成JPEG或MPEG格式的彩色图像信号等。形成辅助电路128的一部分的信号处理电路的另一种可能的功能是使分别由区域131-133产生的红、绿和蓝色图像信号分量相加，产生亮度信号，并从该亮度信号中减去红色图像信号分量和蓝色图像信号分量，产生相应的色差信号，这在现有技术中是已知的。在一些实施例中，亮度信号和色差信号共同构成彩色图像信号。在其它实施例中，红、绿和蓝色图像信号分量共同构成彩色图像信号。可以和上述例子不同地构成彩色图像信号。
在基板130上制造传感器元件和相关电路之后，将不同颜色的滤色镜141-143置于基板的主表面116上。
在可供选择的实施例中，将传感器元件的每一区域131-133制造在各个基板(未示出)上。每一基板还可以在上面制造一个或多个与传感器元件相关的电路，如上所述。然后将各个按区域大小排列的基板安装到一个板如印刷电路板上，其限定基板之间的位置关系。装配在各个基板上的传感器元件共同形成传感器元件的阵列，装配在各基板的每一个上的传感器元件构成该阵列的各个区域。
在示出的例子中，区域131-133位于光传感器112中，其中心在三角形的顶点。从而使区域对仅仅在它们的相邻角处并置。这一设置使得从形成在光传感器112的每一区域131-133上的图像向相邻区域的光泄漏最小化。这样的光泄漏是不期望的，因为它能够响应于由彩色图像传感器100产生的彩色图像信号114，在显示的图像中形成重影。与下面参考图7-9说明的屏幕类似的光吸收屏幕可以设置在区域131-133的相邻部分之间，以消除残余的光泄漏。
图2示出的彩色图像传感器100的例子在光传感器112的每一区域131-133中具有相同数量的传感器元件。然而，和亮度信息相比，许多彩色成像系统以较少的色度信息运行。为了减少色度信息的数量，辅助电路128可以包括下述电路，该电路对色差信号的采样减少，从而减少它们的信号含量。可选择的是，区域131和133可以被构成为以较少的信息量产生相应的图像信号分量。
图3是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第二实施例150的立体图，适合用在和亮度信息相比，以较少的色度信息运行的应用中。和上面参考图2说明的彩色图像传感器100的元件相对应的彩色图像传感器150的元件用相同的参考数字表示，不再详述。
在彩色图像传感器150中，和在上面用距离可见光谱的中心较近的光线即绿色光形成图像的区域132相比，用距离可见光谱的中心较远的光线即红色光或者蓝色光在上面形成相应图像的光传感器162的区域131和133都具有较少的传感器元件。在示出的例子中，每一区域131和133中的传感器元件的数量和区域132中的传感器元件的数量的比率(传感器元件比)为1/4。也可以是其它的传感器元件比，如1/2。
在彩色图像传感器150中，所有区域131和133中的传感器元件的大小相等：例如，区域131中的传感器元件121、区域132中的122和区域133中的123的面积和线性尺寸都相同。其结果是，依照与传感器元件比成比例的方式，区域131和133的面积比区域132小，并且线性尺寸也要小，约为传感器元件比的平方根。此外，成像元件101和103的直径比成像元件102小，并且成像元件101和103与主表面166之间的距离要小于成像元件102与主表面166之间的距离，其值近似与传感器元件比的平方根成比例。最后，滤色镜141和143的线性尺寸大约按传感器元件比的平方根的比例小于滤色镜142。
在彩色图像传感器150的一些实施例中，辅助电路128包括下述电路，该电路对由区域131和133的读出电路(未示出)产生的图像信号分量进行上采样，以提供与由区域132的读出电路(未示出)产生的图像信号分量中的每一绿色值对应的红色值和蓝色值。上采样技术在本领域中是已知的，在此不作说明。在和其它区域相比，一些区域具有较少的传感器元件的下述实施例中，辅助电路128可以包括执行上采样的电路。
通过相对于在上面用距离可见光谱的中心较近的光线形成图像的该区域中的传感器元件，增大用距离可见光谱的中心较远的光线在上面形成图像的该区域中的光传感器的尺寸，从而使光传感器的所有区域的面积和线性尺寸相同，能够简化成像元件的设计，使它们的尺寸都相同，并且被设置为距离光传感器的主表面的距离相同。
图4是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第三实施例200的立体图，其中，光传感器212的区域131-133的面积和线性尺寸相同。彩色图像传感器200适合用在和亮度信息相比，以较少的色度信息运行的应用中。在彩色图像传感器200中，和在上面用距离可见光谱的中心较近的光线即绿色光形成图像的光传感器的区域132相比，用距离可见光谱的中心较远的光线即红色光和蓝色光在上面形成相应图像的光传感器212的区域131和133都具有较少的传感器元件。在示出的例子中，传感器元件比为1/4。也可以是其它的传感器元件比，如1/2。和上面参考图2说明的彩色图像传感器100的元件对应的彩色图像传感器200的元件用相同的参考数字表示，不再详述。
在彩色图像传感器200中，光传感器212的所有区域131、132和133的大小相等，但是用距离可见光谱的中心较远的光线即红色光和蓝色光在上面形成相应图像的光传感器的区域131中的传感器元件221和区域133中的传感器元件223，在数量上要小于在上面用距离可见光谱的中心较近的光线即绿色光形成图像的光传感器的区域132中的传感器元件222，但面积和线性尺寸要比它大。区域131中的传感器元件221和区域133中的传感器元件223在面积上大于区域132中的传感器元件222，其比例为传感器元件比的倒数，并且线性尺寸也比它大，其比例约为传感器元件比的平方根的倒数。成像元件101、102和103直径相等，并且离光传感器212的主表面216的距离相同。和图3中示出的彩色图像传感器相比，这简化了成像元件的设计。最终，滤色镜141、142和143的大小相等。
在彩色图像传感器200的一些实施例中，如上所述，对由区域131和133产生的图像信号分量进行上采样。
在上述彩色图像传感器的一些实施例中，传感器元件被制造在同一基板中，其一般为单晶硅。硅的光-载流子转换效率随着跨越可见光谱的波长变化。此外，滤色镜141-143对于它们传送的光具有不同的剩余衰减。在上述参考图4的实施例中，相对于区域132中的传感器元件222，区域131和133中传感器元件221和223的较大尺寸分别导致彩色图像传感器在可见光谱的远端比可见光谱的中间部分具有较高的灵敏度。相对于绿光而言，这补偿了硅对蓝光的较低灵敏度，从而增加了由区域133产生的蓝色图像信号分量的信噪比。但是，区域131中传感器元件221的较大尺寸可能提供对红光的过高灵敏度，从而导致饱和效应。一般按照传感器元件对入射到该区域上的光线的颜色的灵敏度的相反比例，确定由各个区域产生的图像信号分量的比例，来平衡光传感器的区域对不同颜色光线的不同灵敏度。
图5是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第四实施例250的立体图，其中光传感器的各个区域中的传感器元件的面积不同，从而为该区域提供对来自物体的相应颜色的光线的大约相等的灵敏度。彩色图像传感器250适合于用在和亮度信息相比，以较少的色度信息运行的应用中。在彩色图像传感器250中，和在上面用距离可见光谱的中心较近的光线即绿色光形成图像的光传感器的区域132相比，用距离可见光谱的中心较远的光线即红色光和蓝色光在上面形成相应图像的光传感器262的区域131和133都具有较少的传感器元件。在示出的例子中，传感器元件比为1/4。也可以是其它的传感器元件比，如1/2。和上面参考图2说明的彩色图像传感器100的元件对应的图像传感器250的元件用相同的参考数字表示，不再详述。
在彩色图像传感器250中，和在上面用距离可见光谱的中心较近的光线即绿色光形成图像的光传感器的区域132中的传感器元件272相比，用距离可见光谱的中心较远的光线即红色光和蓝色光在上面形成相应图像的光传感器262的区域131中的传感器元件271和区域133中的传感器元件273都具有较少的传感器元件。此外，每一区域131-133中的传感器元件在面积和线性尺寸上不相同，以平衡它们的对入射于其上的光线的灵敏度。例如，一个基于硅的传感器元件的实施倒对于波长约450nm的蓝光的灵敏度一般约为对波长约550nm的绿光的灵敏度的0.67倍，并且对波长650nm的红光的灵敏度一般约为其对绿光的灵敏度的1.25倍。在彩色图像传感器250中，通过使在上面用红光形成图像的区域131的传感器元件271的面积约为在上面用绿光形成图像的区域132的传感器元件272的面积的0.8倍，并且使在上面用蓝光形成图像的区域133的传感器元件273的面积约为传感器元件272的面积的1.5倍，来平衡该区域对相应颜色光线的灵敏度。在另一方式下，传感器元件271的线性尺寸约为传感器元件272的0.9倍，传感器元件273的线性尺寸约为传感器元件272的1.25倍。
其结果是，区域131和132的面积比等于传感器元件271和传感器元件272的面积比与传感器元件比的乘积，并且线性尺寸比等于传感器元件271和传感器元件272的线性尺寸比与传感器元件比的乘积。同样，区域133和132的面积比等于传感器元件273和传感器元件272的面积比与传感器元件比的乘积，并且线性尺寸比等于传感器元件273和传感器元件272的线性尺寸比与传感器元件比的乘积。
此外，在这一实施例中，成像元件101和102的线性尺寸直径比与距离比等于传感器元件271和272的线性尺寸比与传感器元件比的乘积。同样，成像元件103和102的直径比与距离比等于传感器元件273和272的线性尺寸比与传感器元件比的乘积。距离比是相应的成像元件离主表面266的距离之比。最终，滤色镜141、142和143的面积与线性尺寸分别和区域131、132和133的面积与线性尺寸相似。
尽管由滤色镜141、142和143传送的光线的剩余衰减存在差别，还是可以采用刚才描述的面积和线性尺寸的不同比率，来平衡区域131、132和133的灵敏度。
在上述彩色图像传感器的实施例中，将窄带滤色镜设置在每一成像元件和光传感器的对应区域之间，从而使图像以不同颜色的光线形成在每一区域上。每一滤色镜仅仅让从物体入射其上的光线的相对一小部分光线到达位于光传感器底部区域的传感器元件，因为滤色镜几乎挡住了由物体反射的窄波段波长的光线。这降低了由彩色图像传感器输出的彩色图像信号的信噪比，特别是在低照度条件下。
图6是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第五实施例300的立体图，其具有大大高于常规彩色图像传感器和本发明的彩色图像传感器的上述实施例的信噪比。在本实施例中，用白光在光传感器312的区域132上形成物体的图像，用窄带光线，一般是距离可见光谱的中心较远的窄带光线如红色光和蓝色光，在光传感器的剩余区域131和133上形成物体的图像。
在彩色图像传感器300中，白色滤色镜342在光学上设置为与光传感器312的成像元件302和区域132串联。白色滤色镜342之所以被这些命名，是因为它传送白光或者其它的广谱光线。在一个实施例中，白色滤色镜342是红外线阻挡滤色镜，传送整个可见光谱。在另一实施例中，白色滤色镜传送红、绿和蓝色光谱分量。在另一实施例中，白色滤色镜还传送近红外线以提供在黑暗中生成摄影的能力。和传送窄带光线的任一滤色镜141、142和143相比，白色滤色镜342传送来自物体的光线的较大部分，因此能够使彩色图像信号的信噪比增加约12dB。
示出的彩色图像传感器300的例子适合用在和亮度信息相比，以较少的色度信息运行的应用中。和在上面用白光形成图像的光传感器的区域132相比，用窄带光线在上面形成物体图像的光传感器312的区域131和133都具有较少且较大的传感器元件。在示出的例子中，传感器元件比为1/4。也可以是其它的传感器元件比，如1/2。这些区域可以选择为具有相等数量的传感器元件。和上面参考图2说明的彩色图像传感器100的元件对应的图像传感器300的元件用相同的参考数字表示，不再详述。
在彩色图像传感器300中，光传感器312的区域131、132和133的大小相等，但是和在上面用波长范围中比窄带光线宽的白光形成图像的区域132中的传感器元件322相比，用距离可见光谱的中心较远的窄带光线即红色光和蓝色光在上面形成相应图像的光传感器的每一区域131和133中的传感器元件321和区域323在数量上要少，但面积要比它大。滤色镜141、142和143的大小相等。
成像元件101、302和103的直径相等，并且都被设置为离光传感器312的主表面316的距离相等。成像元件302与成像元件101和103的不同之处在于：成像元件302用复色光在区域132上形成图像。因此成像元件302是多组件、颜色被校正的成像元件，从而在深度上要大于成像元件101和103。成像元件302在结构上和上面参考图1说明的成像元件14类似，但直径(从而深度)比成像元件14小，并且其离主表面316要比成像元件14离主表面16近，因为区域132的线性尺寸比光探测器12(图1)小。从而，尽管彩色图像传感器300要比上面参考图2-5说明的彩色图像传感器100、150、200和250深，但彩色图像传感器300仍然没有上面参考图1说明的常规彩色图像传感器10深。此外，因为给出的传感器元件面积和结构，和常规彩色图像传感器10相比，彩色图像传感器300在低光照条件下以较大的信噪比产生彩色图像信号314。
如上所述，光传感器312的区域131、132和133的线性尺寸和面积相等，但和区域132相比，区域131和133具有较少的传感器元件。这和上面参考图4说明的图像传感器200的光传感器212类似。但是，对于本发明而言这并不是至关重要的：区域131-133可以具有相等数量的等面积传感器元件，如同上面参考图2说明的彩色图像传感器100那样。在另一可供选择的实施方式中，区域131、132和133中的传感器元件的面积都相等，但是和区域132相比，区域131和133具有较少的传感器元件，和上面参考图3说明的图像传感器150类似。在另一可供选择的实施方式中，区域131、132和133中的传感器元件的面积不同，以平衡光传感器312的光谱灵敏度。在这种情况下，和区域132相比，区域131和133可以具有较少的传感器元件，如同上面参考图5说明的彩色图像传感器250，或者象上面提到的那样，区域131、132和133可以都具有相等数量的传感器元件。
如上所述，由成像元件302在区域132上成像的白光是全光谱白光或者由红、绿和蓝色光谱组分组成的白光。象上述所说明的那样，常规的彩色图像传感器利用分别接收红、绿、蓝光的传感器元件产生彩色图像信号。在这样的常规彩色图像传感器中，分别响应于红、绿、蓝光而产生的红、绿、蓝色图像信号分量相加，产生亮度信号。此外，从亮度信号中减去红色图像信号分量并从亮度信号中减去蓝色图像信号分量，以产生相应的色差信号。亮度信号和色差信号共同构成彩色图像信号。
在彩色图像传感器300的实施例中，由在上面成像元件302用白光形成图像的区域132产生的图像信号分量提供亮度信号，由分别用红光和蓝光在上面形成图像的区域131和133产生的图像信号分量被上采样并被从亮度信号中减去，以提供相应的色差信号。亮度信号和色差信号构成彩色图像信号314。其中白光由红、绿、蓝光谱组分构成的彩色图像传感器300的实施例产生彩色图像信号314，在比色分析中其和图1示出的常规彩色图像传感器10产生的彩色图像信号相匹配。其中白光是全光谱白光的彩色图像传感器300的实施例产生彩色图像信号314，在比色分析中其不同于常规彩色图像传感器产生的彩色图像信号，因为区域132响应于全可见光谱，而不是响应于可见光谱的红、绿、蓝光谱分量，来产生亮度信号。比色分析中的差别对于许多应用来说是可以接受的。
在根据本发明的上述彩色光传感器的实施例中，光传感器的各区域的中心设置在三角形的顶点。这使并置区域的部分的大小最小化，从而使从形成在每一区域上的图像向相邻区域的光泄漏的影响最小化。可选择地，光传感器的各区域可以设置成一条直线，以进一步减小彩色图像传感器的大小。
图7是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第六实施例350的立体图，其中，光传感器的多个区域垂直地设置成一条直线。在本次公开中，术语“水平的”和“垂直的”采用的是其常规的视频含义，以分别表示图像的较长尺寸和较短尺寸的方向，而不是和重力相关的含义。彩色图像传感器350是基于上面参考图4说明的彩色图像传感器200。和上面参考图2和图4说明的彩色图像传感器的元件对应的彩色图像传感器350的元件用相同的参考数字表示，不再详述。
图像传感器350由光传感器362与用101、102和103示意性表示的成像元件组成。光传感器362具有设置在它的主表面366上的传感器元件。设置成像元件，从而用不同颜色的光线在主表面366上，在相应的垂直排列的区域131、132和133中，形成物体的图像。
在图7示出的彩色图像传感器350的例子中，光传感器362的所有区域131、132和133的大小相等，但是和在上面用离可见光谱的中心较近的光线即绿光形成图像的区域132中的传感器元件372相比，用离可见光谱的中心较远的光线即红色光和蓝色光在上面形成相应图像的光传感器的区域131和133中的传感器元件371和区域373在数量上少，但面积比它大。区域131中的传感器元件371和区域133中的传感器元件373在面积上大于区域132中的传感器元件372，其比例为传感器元件比的倒数，并且线性尺寸也比它大，其比例约为传感器元件比的倒数的平方根。成像元件101、102和103直径相等，并且离光传感器362的主表面366的距离相同。
在图像传感器350中，区域131和133沿着它们的长边和区域132并置。为了防止光线从形成在光传感器362的每一区域上的图像向相邻区域泄漏，图像传感器350还由屏幕381和382组成。该屏幕基本上从光传感器362的主表面366向着成像元件101-103垂直延伸。屏幕381在区域131和区域132之间从光传感器362延伸，屏幕382在区域133和区域132之间从光传感器362延伸。这些屏幕平行于各区域的长边设置。尽管仅仅是不透明材料的相应晶片的屏幕将防止光泄漏，其中晶片还另外或者可选择地具有相对的光吸收主表面的屏幕还防止入射到上面的光线反射到光传感器362的相邻区域上，并防止在形成在该区域上的图像中引起重影和/或光斑。
在示出的图像传感器350的例子中，光传感器362的区域131、132和133的线性尺寸和面积相等，但和区域132相比，区域131和133具有较少的传感器元件，这和上面参考图4说明的图像传感器200的光传感器212类似。但是，对于本发明而言这并不是至关重要的：区域131、132和133可以具有相等数量的等面积传感器元件，如同上面参考图2说明的彩色图像传感器100那样。在另一可供选择的实施方式中，区域131、132和133中的传感器元件的面积都相等，但是和区域132相比，区域131和133具有较少的传感器元件，和上面参考图3说明的图像传感器150类似。在另一可供选择的实施方式中，区域131、132和133中的传感器元件的面积不同，以平衡光传感器362的光谱灵敏度。在这种情况下，和区域132相比，区域131和133可以具有较少的传感器元件，如同上面参考图5说明的彩色图像传感器250，或者象上面提到的那样，各区域可以都具有相等数量的传感器元件。最终，滤色镜142可以是和上面参考图6说明的白色滤色镜342类似的白色滤色镜。
图8是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第七实施例400的立体图，其中，光传感器的多个区域水平地设置成一条直线。彩色图像传感器400是基于上面参考图4说明的彩色图像传感器200。和上面参考图2和图4说明的彩色图像传感器的元件对应的彩色图像传感器400的元件用相同的参考数字表示，不再详述。
图像传感器400由光传感器412与用101、102和103示意性表示的成像元件组成。光传感器412具有设置在它的主表面416上的传感器元件。设置成像元件101、102和103，从而在主表面416上，在相应的水平排列的区域131、132和133中形成物体的图像。
在图像传感器400中，区域131和133都沿着它们的短边和区域132并置。为了防止光线从形成在每一区域上的图像向相邻区域泄漏，图像传感器400还由屏幕483和484组成。屏幕483在区域131和区域132之间从光传感器412延伸，屏幕484在区域132和区域133之间从光传感器412延伸。除了它们的大小和相对于光传感器的各区域的位置之外，屏幕483和484和上面参考图7说明的屏幕381和382相同，因此不再作进一步说明。
各区域中传感器元件的大小和数量、滤色镜的颜色和成像元件的结构可以和例示出的、如参考图7说明的不相同。
本发明的彩色图像传感器的上述实施例具有三个成像元件，每一个都在光传感器的相应区域中的传感器元件上形成物体的图像。但是，彩色图像传感器可以具有多于三个的成像元件，每一个都在光传感器的相应区域中的传感器元件上形成图像。
图9是本发明的彩色图像传感器的高度简化的第八实施例450的立体图，具有四个成像元件。每一成像元件用相应颜色的光线，在光传感器的相应区域中的传感器元件上形成物体的图像。在本实施例中，各区域的中心设置在矩形的角处。彩色图像传感器450是基于上面参考图4说明的彩色图像传感器200。和上面参考图2和图4说明的彩色图像传感器的元件对应的彩色图像传感器450的元件用相同的参考数字表示，不再详述。
图像传感器450由光传感器462与用101、102、103和104示意性表示的成像元件组成。成像元件101、102、103和104以矩形阵列设置，用不同颜色的光线分别在光传感器462的区域131、132、133和134上形成物体的相应图像。彩色图像传感器450还由光学上设置为和每一成像元件101、102、103和104串联的滤色镜组成。在示出的例子中，滤色镜141、142、143和144分别设置在区域131、132、133和134上方光传感器的主表面466上，滤色镜也可以是其它的设置，如上所述。
在图9示出的例子中，滤色镜141是红色滤色镜，将红光传送到光传感器462的区域131上，滤色镜142是绿色滤色镜，将绿光传送到区域132上，滤色镜143是蓝色滤色镜，将绿光传送到区域133上，滤色镜144是绿色滤色镜，将绿光传送到区域134上。绿色滤色镜彼此对角设置，红色和蓝色滤色镜也是对角设置。在另一实施例中，滤色镜141、142、143和144的颜色和上述说明的颜色不同。在一个例子中，滤色镜144是白色滤色镜，和上面参考图6说明的白色滤色镜342类似。在这样的实施例中，区域134响应于用白光形成在上面的图像，产生亮度信号，并且区域131、132和133分别响应于用红、绿和蓝光形成于其上的图像，产生红、绿和蓝色图像信号分量。
在彩色图像传感器450中，光传感器462的所有区域131、132、133和134的大小相等，但是和在上面用离可见光谱的中心较近的光线即绿光形成图像的光传感器的区域132中的传感器元件472相比，以及和在上面用离可见光谱的中心较近的光线即绿光，或者波长范围中较宽的光线即白光在上面形成图像的区域134中的传感器元件474相比，用离可见光谱的中心较远的光线即红色光和蓝色光在上面形成相应图像的光传感器的每一区域131和133中的传感器元件471和区域473在数量上要少，但面积要比它们大。区域131中的传感器元件471和区域133中的传感器元件473的面积大于区域132中的传感器元件472和区域134中的传感器元件474，其比例为传感器元件比的倒数，线性尺寸也比它们大，其比例约为传感器元件比的倒数的平方根。成像元件101、102、103和104的直径相等，并且离光传感器462的主表面466的距离相同。
在其中滤色镜144为白色滤色镜的彩色图像传感器450的可供选择的实施例中，在数量和大小上，区域132中的传感器元件可以和区域131与133中的传感器元件类似。
在彩色图像传感器450中，区域131与132和区域133与134沿着它们的长边并置，并且区域132与133和区域131与134沿着它们的短边并置。为了防止光线从形成在光传感器462的每一区域上的图像向相邻区域泄漏，彩色图像传感器450还由屏幕481、482、483和484组成。这些屏幕基本上正交地从光传感器462的主表面466相成像元件101-104延伸。屏幕481在区域131和区域132之间从光传感器462延伸，屏幕482在区域133和区域134之间从光传感器462延伸，屏幕483在区域132和区域133之间从光传感器462延伸，屏幕484在区域131和区域134之间从光传感器462延伸。屏幕481和482设置为和各区域的长边平行，屏幕483和484设置为和各区域的短边平行。尽管仅仅是不透明材料的相应晶片的屏幕将防止光泄漏，其中晶片还另外或者可选择地具有相对的光吸收主表面的屏幕还防止入射到上面的光线反射到光传感器462的相邻区域上，并防止在形成在该区域上的图像中引起重影和/或光斑。
在彩色图像传感器450中，光传感器462的区域131、132、133和134的线性尺寸和面积相等，但和区域132和134相比，区域131和133具有较少的传感器元件，这和上面参考图4说明的图像传感器200的光传感器212类似。但是，对于本发明而言这并不是至关重要的：所有的四个区域可以具有相等数量的等面积传感器元件，如同上面参考图2说明的彩色图像传感器100那样。在另一可供选择的实施方式中，区域131、132、133和134中的传感器元件的面积都相等，但是和区域132与134相比，区域131和133具有较少的传感器元件，和上面参考图3说明的图像传感器150类似。在另一可供选择的实施方式中，区域131、132、133和134中的传感器元件的面积不同，以平衡光传感器462的区域的光谱灵敏度。在这种情况下，和区域132与134相比，区域131和133可以具有较少的传感器元件，如同上面参考图5说明的彩色图像传感器250，或者象上面提到的那样，各区域可以具有相等数量的传感器元件。最后，滤色镜144可以是和上面参考图6说明的白色滤色镜342类似的白色滤色镜。在这种情况下，和区域134相比，区域131、132和133可以具有较少的传感器元件。
根据本发明的彩色图像传感器的上述实施例具有三个或者四个成像元件，每一个在光传感器的对应区域中的传感器元件上形成图像。但是，利用4个以上的成像元件，每一个在光传感器的对应区域中的传感器元件上形成图像提供了其它优点。和用于产生彩色图像信号的三个图像信号分量所需要的最小数量相比，具有较多的成像元件和传感器元件的对应区域提供了更容易的对有缺陷的传感器元件的校正并且有助于避免遮断。
图10A-10D示出了在光传感器512的高度简化示例上传感器元件的一些多区排列的例子，适合于在上述彩色图像传感器中使用相应数量的成像元件。
在图10A、10B和10C示出的光传感器512的例子中，传感器元件设置在5个区域131、132、133、134和135中，每一区域具有它自己的滤色镜(用阴影)和成像元件(未示出)。在示出的例子中，传感器元件都具有相同的大小，尽管对于本发明来说这并不是至关重要的。在示出的例子中，区域132的传感器元件的数量是其它区域的4倍，并且具有用靠近可见光谱中心的光线或者比在剩余区域上形成图像的光线在波长范围中更宽的光线形成在它上面的图像。在示出的例子中，用绿光在区域132上形成图像，用红光在区域131和134上形成图像，并且用蓝光在区域133和135上形成图像。可选择地用白光在区域132上形成图像，如上所述。
在图10A示出的例子中，由垂直排列的区域131和135组成的区域对、区域132以及由垂直排列的区域133和134组成的区域对按顺序水平排列。在图10B示出的例子中，由水平排列的区域131和133组成的区域对、区域132以及由水平排列的区域135和134组成的区域对按顺序垂直排列。在图10C示出的例子中，区域131、132和134按顺序水平排列，区域133、132和135按顺序垂直排列。
在图10D示出的光传感器512的例子中，传感器元件设置在七个区域中。区域131-135如上所述，并且象参考图10A说明的那样设置。区域136、区域132和区域137垂直排列。每一区域136和137具有绿色滤色镜(用阴影表示)。对应的成像元件(未示出)用绿光在每一区域136和137上形成图像。在示出的例子中，传感器元件的大小都相同，尽管对于本发明而言这并不是至关重要的。在示出的例子中，在区域132上，和在剩余区域上形成图像的光线相比，用带宽中更宽的光线形成图像。
在图10A-10D中示出的每一例子中，光传感器512的每一区域响应于形成在它上面的图像，产生图像信号分量。误差检测和校正电路(未示出)对由有缺陷的传感器元件产生的部分检查图像信号分量。检查这样的一部分信号的方法在本领域中是公知的，不作详细说明。一般来说，这样的方法检测相对于其它图像信号分量的相应部分，或者相对于由相邻传感器元件产生的同一图像信号分量的部分而言，超出范围之外的每一图像信号分量的各部分。在刚才说明的光传感器512的例子中，因为有响应于用红光形成的图像而产生的两个图像信号分量，和响应于用蓝光形成的图像而产生的两个图像信号分量，误差校正电路使用响应于同一颜色的图像而产生的图像信号分量，检测有缺陷的传感器元件，并且用源于设置在其它区域中相应位置的在上面用同一颜色形成图像的传感器元件的一部分信号，取代源于一个区域中的有缺陷的传感器元件的一部分信号。
在图10A-10C中示出的例子中，对于源于区域132中有缺陷的传感器元件的一部分信号，误差校正电路从源于区域132中的相邻传感器元件的图像信号分量的一部分，合成替换信号部分，此外或者可选择的是，误差校正用源于设置在其它区域中相应位置的传感器元件的图像信号分量的一部分，取代源于有缺陷的传感器元件的一部分信号。对于源于图10D示出的例子的区域132中的有缺陷的传感器元件的部分信号，通过使源于设置在其它区域中相应位置上的传感器元件的图像信号分量的一部分相加，误差校正电路合成替换信号部分。
在根据本发明的彩色图像传感器的实施例中，成像元件彼此横向偏移设置。其结果是，形成在区域132上的图像中出现的物体的一个或者多个部分能够被形成在一个或者多个其它区域上的图像中的物体的其它部分遮掩。由上述三区域实施例产生的彩色图像信号将缺少用于物体的被遮掩部分的全色信息。图10A-10D中示出的五区域和七区域实施例通过将用同一颜色的光线在上面形成图像的区域放置在区域132的相对的边上，来避免这一问题。
例如，参考图10A，因为区域134垂直地和水平地从区域131偏移，用绿光在区域132中形成其图像但在用红光在区域131上形成的图像中被遮掩的物体的一部分一般出现在用红光形成在区域134上的图像中。形成光传感器512的一部分或者在光传感器512的外部的辅助电路(未示出)组合响应于用红光在区域131和134上形成的图像而产生的图像信号分量，以产生虚拟的红色图像信号分量，其模拟用红光形成在区域132上的图像。同样，辅助电路组合响应于用蓝光在区域133和135上形成的图像而产生的图像信号分量，以产生虚拟的蓝色图像信号分量，其模拟用蓝光形成在区域132上的图像。红色和蓝色虚拟图像信号分量中的遮蔽基本上和绿色图像信号分量中的相同。因此，在一些实施例中，虚拟的红色和蓝色图像信号分量能够和由区域132产生的绿色图像信号分量相加，产生亮度信号，并且能够被上采样和被从亮度信号中减掉，以产生色差信号。亮度信号和色差信号共同构成由光传感器512产生的彩色图像信号114。
如上所述，传感器元件的大小和它们在每一区域中的数量可以和上面图10A-10D的说明中例示的不相同。
在根据本发明的彩色图像传感器的上述实施例中，示意性地描绘成像元件如成像元件101-103以简化附图。常规的成像元件能够用作上述实施例中的成像元件。如上所述，光传感器中传感器元件的最大区域的较小尺寸允许本发明的彩色图像传感器相对于常规彩色图像传感器而言，使用较小的常规成像元件，其设置得更靠近光传感器的主要表面。此外，那些用窄带光线形成图像的常规成像元件能够被构造为使用较少的组件，因此和常规彩色图像传感器相比能够更小。
根据本发明的彩色图像传感器的另一实施例包括成像元件的单一结构模制阵列，而不是刚刚说明的较小、较简单的常规成像元件。图11A-11D分别是本发明的彩色图像传感器的第九实施例600的平面图、两个正交的截面图和立体图。彩色图像传感器600包括结构单一的、模制的成像元件阵列650，其还封装设置在光传感器612的主表面616上的传感器元件。成像元件阵列650不仅小和便宜，它还能够利用晶片级组件和光传感器612一起装配。换言之，在硅晶片成为各个彩色图像传感器之前，单一的对准和连接步骤能够用于同时将成像元件阵列650固定到在硅晶片上制造的每一光传感器上。尽管图11A-11D中示出的彩色图像传感器600的例子是基于上述参考图7的彩色图像传感器350，但很显然，为了安装在上述任一实施例上，可以容易地构成成像元件阵列650。和上面参考图2和图7说明的彩色图像传感器的元件对应的彩色图像传感器600的元件用相同的参考数字表示，在此不再详述。
彩色图像传感器600由光传感器612和固定到光传感器612的主表面上的成像元件阵列650构成。光传感器612和参考图7的上述光传感器362类似。光传感器612具有设置在其主表面616上的传感器元件(未示出以简化附图，但参见图7)。该传感器元件设置在光传感器612的垂直排列的区域131、132和133中。分别覆盖区域131、132和133的滤色镜141、142和143也安装在光传感器612的主表面616上。成像元件阵列650固定于其上的环形焊盘652也位于光传感器612的主表面616上。
成像元件阵列650的基本形状是矩形的、被分割的、底部开口的盒，并且由光学基板654、长侧板656和短侧板657组成。侧板基本上从光学基板垂直地延伸，以形成平面安装表面658，该表面和焊盘652邻接并被固定到焊盘652上。侧板的高度设置成像元件101、102和103和主表面616之间的间隔，所述成像元件101、102和103是成像元件阵列650的一部分。该间隔一般设置该成像元件，使其将平行光线聚焦在主表面616上。在一个实施例中，侧板将光学基板设置成距离主表面616为2mm。
光学基板654被成形为限定成像元件101、102和103。在光学基板654上，精确限定成像元件101-103彼此之间的位置，在一个实施例中，还精确限定成像元件101-103相对于长侧板656和短侧板656中至少两个相邻侧板的外主表面660的位置。成像元件101、102和103在光学基板654上彼此隔开，以使它们的光轴相隔的距离等于光传感器612的区域131-133的中心之间的距离。通过相对于光传感器612精确地对准外主表面660，成像元件相对于外主表面660精确限定的定位使成像元件101-103在装配期间能够相对于光传感器612的区域131-133被精确定位。
光学基板654具有两个对置的主表面，即外主表面662和内主表面664。在示出的例子中，凸面、球形折射面666被限定在外主表面662中，衍射校正元件668被限定在内主表面664中，每一个都和对应的一个折射面666轴向对准。成像元件101、102和103中每一个都由一个折射面666和一个与之轴向对准的校正元件668组成。
在示出的例子中，每一折射面666都是球形的。球形表面容易精确地模制，但会遭受球面像差。和该折射面轴向对准的校正元件668被构造成校正与之对准的折射面的球面像差。
折射面666的曲率半径互不相同，因为每一个都用不同颜色光线形成图像。同样，衍射校正元件668在尺寸上的特征也互不相同，因为每一衍射校正元件用不同颜色的光线校正相邻的球形折射元件的球面像差。因此，对于红、绿和蓝色光线而言，成像元件101、102和103的光学特征分别被最优化。
屏幕681和682平行于短侧板657在长侧板656之间延伸，并将成像元件阵列650的基本的矩形盒形状分割成三个部分。每个部分容纳光传感器612的传感器元件的区域131、132和133之一。如上所述，屏幕具有光吸收表面，阻止各区域之间的光泄漏。
图12A是成像元件阵列650尤其是成像元件102的可供选择的实施例的截面图。该成像元件阵列中其它的成像元件的结构是类似的。在本实施例中，凸面、非球面折射面670被限定在光学基板654的外主表面662中，内主表面664为平面。在成像元件阵列650的本实施例中，成像元件101、102和103中的每一个由和折射面670类似的一个折射面组成。光学设计程序一般用于限定每一成像元件101、102和103的折射面670的特征，其为成像元件提供特定的成像特征，还用成像元件用来形成图像的那种颜色的光线使球面像差最小化。
图12B是成像元件阵列650尤其是成像元件102的另一可供选择的实施例的截面图。该成像元件阵列中其它的成像元件的结构是类似的。在本实施例中，凸面、球形折射面666被限定在光学基板654的外主表面662中，凹面、非球面折射面672被限定在内主表面664中。非球面折射面672校正球形折射面666的球面像差。在成像元件阵列650的本实施例中，成像元件101、102和103中的每一个由和折射面666与672类似的两个相对的折射面组成。
在成像元件101、102和103中，折射面666的曲率半径互不相同，并且折射面672的曲率半径互不相同，因为每一对折射面用不同颜色的光线形成图像。因此，对于红、绿和蓝色光线而言，成像元件101、102和103的光学特征分别被最优化。光学设计程序一般用于限定每一成像元件101、102和103的折射面666和672的特征，其为成像元件提供特定的成像特征，还用成像元件用来形成图像的那种颜色的光线使球面像差最小化。
图12C是成像元件阵列650尤其是成像元件102的另一可供选择的实施例的截面图。该成像元件阵列中其它的成像元件的结构是类似的。在本实施例中，衍射面669被限定在光学基板654的外主表面662中，内主表面664为平面。在成像元件阵列650的本实施例中，成像元件101、102和103中的每一个由和衍射元件669类似的一个衍射面组成。光学设计程序一般用于限定每一成像元件101、102和103的衍射元件669的特征，其为成像元件提供特定的成像特征，还用成像元件用来形成图像的那种颜色的光线使像差最小化。
图12D是图11A-11D中示出的彩色图像传感器600的可供选择的实施例，特别是其中成像元件阵列650提供用于常规成像元件的固定件(mount)的可供选择的实施例的截面图，该常规成像元件用白光在光传感器612的区域132上形成图像。在本实施例中，图像传感器阵列650没有和用白光在上面形成图像的区域132对准的成像元件。取而代之的是，成像元件阵列的该部分限定用于常规的多组件成像元件(未示出)的固定件676，还限定孔678，该孔用于通过光学基板654的从多组件成像元件到光传感器的区域132的光线。
图12E是图11A-11D中示出的彩色图像传感器600的另一可供选择的实施例，特别是其中成像元件101与103和成像元件102被设置为离光传感器612的主表面616的距离不相同的实施例的截面图。在本实施例中，光传感器612的区域131和133的面积和区域132的面积不相同。在成像元件阵列650中，使光学基板654成梯级状，从而将成像元件101与103和成像元件102设置为离主表面616的距离不相同。此外，被限定在光学基板654中的成像元件101-103的尺寸也不相同。
用合适的塑料将成像元件阵列650模制成单个部件。用于模制成像元件阵列650的塑料材料的期望特征包括硬度、低混浊、低色散、均匀的折射率分布、低热膨胀系数、对湿度的低灵敏度、低吸水性、可见光中的高光透射率、高抗冲击性和低双折射率。合适的材料包括聚碳酸酯、丙烯酸树脂(PMMA)、聚苯乙烯、聚烯烃、NAS和Optores。具体的材料包括由商标ArtonF的日本东京104的JSR公司销售的具有酯侧链的降冰片烯共聚物。
在一个实施例中，成像元件阵列650模制在由Bayer A.G.ofLeverkusen，Germany销售的商标APEC的共聚碳酸酯材料中。某些类型的这种材料能够经受一般的焊接温度，该温度让成像元件阵列650通过回流焊接处理固定到光传感器612上。在本领域中，不认为聚碳酸酯具有理想的光学性能，但聚碳酸酯的光学性能对于这一应用而言已经足够，在该应用中，成像元件101、102和103的组件都被分别设计成使它们的光学特征对于它们用来形成图像的窄带光线而言是最佳的。
在模制之后，衍射校正元件668被掩模，并将光吸收材料施加到成像元件阵列的内表面上。光吸收材料确保仅仅被成像元件101-103成像的光线入射到光传感器612上，并且还使屏幕681和682吸收光线。
成像元件阵列650可以选择为由零件制造，虽然这样做会大大损失能够从单一模制部件获得的低生产成本和高尺寸精度与可重复性。可选择的是，可以在不具有屏幕681和682的情况下模制成像元件阵列，并且在以后安装不同的光吸收材料的屏幕。屏幕对准不是至关重要的。
图13是解释本发明的用于制造彩色图像传感器的方法700的实施例的流程图。
在块704中，模制具有光学基板和侧板的成像元件阵列。光学基板包括空间上隔开的成像元件，每一个被构造成对相应颜色的光线成像。
在块706中，提供具有多个区域的传感器元件的光传感器。每一区域可以响应于入射到该区域上的对应颜色的光线，产生对应的图像信号分量。
在块708中，将成像元件阵列固定到光传感器上，使成像元件和光传感器的对应区域相对。
在该方法的一个实施例中，通过焊接将成像元件阵列固定到光传感器上。
在该方法的另一实施例中，在硅晶片上将几百个光传感器612制作成一个阵列，以矩阵的形式模制几百个成像元件阵列650，该矩阵在尺寸上等于，在大小上约等于在硅晶片上制作的光传感器阵列。这样的硅晶片一般直径在约150mm到约300mm的范围内。成像元件阵列的矩阵被模制为包括柔性塑料丝，其使每一成像元件阵列和相邻的阵列互连。在矩阵中互连成像元件阵列极大地方便了对成像元件阵列的处理，因为它使成像元件阵列作为单个单元进行处理。该矩阵中相邻的成像元件阵列之间的间隔接近晶片上光传感器之间的间隔。
将成像元件阵列的矩阵放到夹具中，该夹具限定要隐蔽地装入成像元件阵列的凹槽，并且和每一成像元件阵列的至少两个相邻侧板精确地接合。侧板是限定成像元件阵列的位置的部件。夹具中相邻凹槽之间的间隔精确地匹配晶片上相邻光传感器之间的间隔。
执行对准操作，使夹具和晶片上的参考掩模精确地对准。该单个对准操作使所有成像元件阵列和它们对应的光传感器精确地对准。然后加热该晶片和夹具组件，使施加到每一光传感器主表面上的焊盘652上的焊锡熔化。然后让该组件冷却。一旦该焊锡凝固，它就将成像元件阵列固定到它们对应的光传感器上。然后将该夹具从成像元件阵列上拆下，利用常规的单一化处理，使光传感器与成像元件阵列的组件成为单个的彩色图像传感器。这一装配方法是基于由Ertel et al.在美国专利申请序列号10/402721中公开的方法，该申请转让给本次公开的受让人，并且在此通过参考的方式引入。可以有选择地使用其它的晶片级或者单独装配方法。
本发明的彩色图像传感器的上述实施例响应于由对应的成像元件形成在光传感器上的图像，产生彩色图像信号。为了使响应于彩色图像信号而显示的图像中的色彩误差最小化，彩色图像信号的的对应部分应该表示物体的同一部分。如果形成在光传感器的该区域上的图像相对于该区域的(0，0)传感器元件被不同地定位，则在该图像中产生色彩误差。相对于两个或者更多区域之间的(0，0)传感器元件而言的图像位置差将被称为图像偏移。一个区域的(0，0)传感器元件是这样的传感器元件，其中开始进行由该区域中的传感器元件产生的电学值的光栅扫描读取。
图像偏移源于两个主要的因素：制造偏移和视差偏移。制造偏移主要由制造中成像元件和光传感器的对应区域之间的对准误差引起。视差偏移主要由成像元件的空间隔离引起。
利用如上面参考图11A-11D说明的一个部件成像元件阵列将使制造偏移最小化。一个部件成像元件阵列大大地降低了由各个成像元件之间的距离误差引起的制造偏移。此外，成像元件阵列和光传感器之间的位置对准误差被呈现的是形成在光传感器的所有区域上的图像中的相等的位置误差，因此产生最小的图像偏移。然而，成像元件阵列和光传感器之间的旋转对准误差一般呈现为光传感器的对应区域上的图像位置的差，因此可以产生图像偏移。
现在参考图14说明能够用来测量制造偏移或者视差偏移的偏移测量程序720。这一描述和下面对偏移减轻的描述将对测量和减轻光传感器的两个区域之间的偏移进行说明。指定该区域中的一个为参考区域，另一个是非参考区域。用靠近可将光谱中心或者波长范围中较宽的光线在上面形成图像的区域，如图2中的区域132一般被指定为参考区域。显然这里说明的方法能够应用于测量和减轻参考区域与一个或者更多其它的非参考区域之间和/或者在非参考区域之间的偏移。
在块724中，在由光传感器的多个区域产生的图像信号分量表示的图像中探测边界。用于探测由视频信号表示的图像中的边界的算法在本领域中是已知的。通过探测水平边界和垂直边界来获取较多精确的结果。在其中图像是已知测试模式的图像的偏移测量方法的实施例中，因为已知边界的大概位置，所以能够采用较简单的边界探测算法，。
在块726中，对每一参考区域和非参考区域，确定水平边界和垂直边界相对于参考点的位置。例如可以确定每一边界相对于该区域的(0，0)传感器元件的位置。可选择地，可以确定每一类型的多余一个边界的位置。
在块728中，计算非参考区域中每一边界的位置和参考区域中同一边界的位置之间的差值，从而垂直地和水平地量化非参考区域与参考区域之间的图像偏移。
在本发明的让偏移减轻的彩色图像传感器的实施例中，和对应于参考区域的行和列的数量相比，非参考区域具有更多的传感器元件的行和列，即多于在类似于图2的实施例中行和列的相同数量，或者多于在类似于图3的实施例中行和列的数量的一小部分。非参考区域的(0，0)传感器元件最初位于从该区域中顶部左侧的传感器元件开始，向右的一列或者多列以及向下的一行或者多行。
通过在彩色图像传感器的制造期间执行对准操作来减轻制造偏移。在对准操作中，从来自测试图的平行光照射涉及对准的彩色图像传感器，并执行上述偏移测量程序720，来测量非参考区域和参考区域之间的图像偏移的垂直和水平分量。在多色光下该测试图具有清楚、明显的垂直和水平边界，以使对准操作的精度最佳，并确保图像形成在光传感器的每一区域上。根据非参考区域的行和列来表示图像偏移，并且具有整数部分和小数部分。执行舍入操作以产生四舍五入的图像偏移。然后通过该四舍五入的图像偏移的逆运算，移动指定作为该区域的(0，0)传感器元件的传感器元件。
在一个例子中，在上述参考图2的彩色图像传感器100中，相对于由成像元件102在参考区域132上用绿色光形成的图像，由成像元件101用红色光在区域131上形成的图像的图像偏移为+1.3行和-1.9列，其四舍五入到+1行和-2列。在这种情况下，当执行程序720时，相对于(0，0)传感器元件的位置而言，区域131的被指定作为(0，0)传感器元件的传感器元件移动-1行和+2列。可以利用(0，0)传感器元件的新的位置重新执行该程序720，以确认目前区域131的图像偏移少于一行和一列。
在已经确定非参考区域中的(0，0)传感器元件的新位置之后，彩色图像传感器100在非易失存储器中存储指示非参考区域中的(0，0)传感器元件的位置的数据。在彩色图像传感器100的正常操作下，非参考区域的读出电路(未示出)至少在加电时参考非易失存储器，以确定该区域的(0，0)传感器元件的位置。然后读出电路读取与始于(0，0)传感器元件的全部图像大小对应的传感器的行和列的数量。例如，产生表示1024×768象素的图像的彩色图像信号的彩色图像传感器100的一个实施例在每一行读出1024个传感器元件，在光传感器的每一区域中读出768行的传感器元件，从而产生彩色图像信号。从每一区域读出传感器元件的这一数量和传感器元件的行数，而和该区域中(0，0)传感器元件的位置无关。在一些实施例中，仅仅执行上述粗偏移减轻处理。
在其它实施例中，辅助电路128包括执行内插处理的电路，和刚刚说明的在彩色图像传感器的正常操作期间执行的操作相比，它能够提供制造偏移的较精确的减轻。在那样的实施例中，执行刚才说明的粗偏移减轻处理，将制造偏移减轻到低于一个传感器元件的大小。通过在彩色图像传感器的正常操作期间，在非参考区域为每一个传感器产生一个内插值，辅助电路执行进一步减轻制造偏移的细偏移减轻。利用由程序720测量的一小部分偏移确定权重并采用该权重，从由传感器元件及其三个最邻近传感器元件产生的原始电学值产生用于每一传感器的内插值，如上所述。
在这样的实施例中，执行上述对准操作，并移动(0，0)传感器元件的位置。此外，计算测量的图像偏移和四舍五入的图像偏移之间的差值，以提供第一行权重和第一列权重。从整体中减去第一权重，以提供第二行权重和第二列权重。将四个权重存储在上述非易失存储器中，用于在彩色图像传感器的正常操作期间使用。在上述例子中，行权重为0.3和0.7，列权重为0.1和0.9。
由传感器元件在该区域中产生的原始电学值能够作为原始图像的相应象素的值，且内插值可以作为内插图像的相应象素的值。内插图像可以视为覆盖原始图像但从原始图像偏移，偏移量等于测定的图像偏移和四舍五入的图像偏移之间的差值。此外，可以将内插图像的每一象素视为覆盖原始图像的多达四个象素。
在彩色图像传感器的正常操作期间，辅助电路利用存储在非易失存储器中的权重，从被内插图像覆盖的原始图像的多达四个象素的象素值，为内插图像的每一象素计算内插值。原始图像象素值是由对应的传感器元件提供的原始电学值。这一内插类型在本领域中是已知的，因此不再进一步详细说明。将内插值作为该区域的图像信号分量输出。其它的内插技术是已知的，可以作为替代方法使用。
通过执行映射偏移减轻，可以获得制造偏移的进一步减轻。这里，采用具有多色的水平和垂直线的网格的测试图，并运行偏移测量程序720，测量图像中多个位置的每一处的偏移。从由程序720产生的偏移测量中计算平均图像偏移，对平均偏移进行四舍五入，并通过四舍五入的平均偏移的逆运算，移动非参考区域的(0，0)传感器元件的位置。将四舍五入后的平均偏移存储在非易失存储器中。
在每一测量的图像偏移和四舍五入的平均偏移之间计算行差值和列差值，以提供相应的第一行权重和第一列权重。从整体中减去第一权重，以提供相应的第二行权重和第二列权重。因此，为该图像中的每一测量位置，即测量图像偏移的每一位置计算由两个行权重和两个列权重组成的一组权重。然后将这组权重从测量位置映射到非参考区域中的每一传感器元件上，以为每一传感器元件提供一组传感器元件的权重。利用传感器元件的权重来为该传感器元件产生内插值。将用于每一传感器元件的传感器元件权重存储在上述非易矢存储器中，用于在彩色图像传感器的正常操作期间为每一传感器元件计算内插值。可供选择的是，为了节约非易失存储器的空间，可以将上述差值存储在非易失存储器中。在每一次上电时，如上所述，将该差值重新映射到传感器元件上，并为单个的传感器元件计算各个传感器元件权重。
利用一个或者多个上述操作对准本发明的彩色图像传感器，产生以最小的颜色假象表示在无穷远处的物体的彩色图像信号。关于这里所述类型的彩色图像传感器，一般比约2米还远的物体可以视为在无穷远处。
对于比无穷远更近的物体，由于由成像元件的空间隔离引起的视差，响应于由本发明的彩色图像传感器产生的彩色图像信号而显示的彩色图像可能呈现颜色假象。视差导致光传感器的相应区域上形成的至少部分图像之间的偏移。在彩色图像传感器的正常操作期间，能够采用和上述粗、细和映射偏移减轻方法类似的方法来减轻视差影响。视差减轻与制造偏移减轻不同的是，(a)视差减轻包括在彩色图像传感器的正常操作期间实时地并利用物体的边界来执行偏移测量，(b)因为物体的不同部分离彩色图像传感器的距离不同，所以在图像的不同部分之间，应用的视差减轻的量可能大不相同。
在简单地应用上述粗偏移减轻的彩色图像传感器的一个实施例中，通过在彩色图像传感器的正常操作期间，执行偏移测量程序720，利用作为物体的一部分的边界测量图像偏移，来获得视差减轻。假定在图像的中心附近最不希望具有可见的图像偏移的情况下，在程序720的块724中执行的边界检测操作一般被设置为在图像的中心附近开始查找边界。然后，响应于由偏移测量程序提供的偏移测量，暂时改变非参考区域中(0，0)传感器元件的位置。当摄取图像时，从(0，0)传感器元件的新位置开始，从非参考区域读取图像信号分量。在摄取图像并从传感器元件读取电学值之后，(0，0)传感器元件的位置一般回到它原来的位置。在其它实施例中，(0，0)传感器的位置保持在由视差减轻程序设置的位置上。
刚才描述的视差减轻程序在与执行了视差测量的边界相邻的该部分图像上，将视差偏移减少到低于一个传感器元件的尺寸。在与该边界相邻的部分图像中，通过还应用上述细偏移减轻处理，能够进一步减少视差偏移。如上所述，细偏移减轻处理采用的是，利用物体的边界进行偏移测量。
在将细制造偏移减轻处理作为工厂对准操作的一部分执行的实施例中，将由细视差减轻处理产生的权重暂时加到由细制造偏移减轻处理产生的权重上，从而产生下述权重，该权重用于根据由非参考区域的传感器元件产生的原始数值计算内插值。
刚才说明的视差减轻处理减小了与在上述偏移测量中使用的边界相邻的部分图像中的视差，但可能增加图像的其它部分的视差。通过将图像分成多个区域，在每一区域上执行偏移测量，并且利用测量到的该区域的偏移在该区域上执行偏移减轻，在该整个图像上获得更均匀的视差减轻。一个实施例在图像的整个区域上执行许多偏移测量，并且从偏移测量值中检测具有类似视差偏移的图像中各区域的边界。可以将这些区域视为和物体中不同的目标对应。然后单独地对这些区域应用视差减轻处理。
现在参考图15说明用于产生表示物体的彩色图像信号的本发明的方法的第一实施例800。
在块804中，提供光传感器。该光传感器具有传感器元件阵列，并且可以响应于入射到它上面的光线产生彩色图像信号。
在块806中，来自物体的不同颜色的光线在光传感器的相应区域上独立地成像。
在一个实施例中，从来自物体的光线的一部分中过滤光线，以提供第一颜色的光线。在另一实施例中，从来自物体的光线的另一部分中过滤光线，以提供第二颜色的光线。
在另一实施例中，彩色图像信号具有和光传感器的每一区域对应的图像信号分量，成像操作在光传感器的每一区域上形成图像，并且对图像信号分量进行处理，以从彩色图像信号中除掉图像之间的视差的影响。
在另一实施例中，提供成像元件，并将该成像元件固定到光传感器上，彩色图像传感器具有与光传感器的每一区域对应的图像信号分量，并且对该图像信号分量进行处理，以从彩色图像信号中除掉成像元件和光传感器之间的偏移的影响。
在另一实施例中，彩色图像传感器具有与光传感器的每一区域对应的图像信号分量，彼此独立地控制用于产生图像信号分量的曝光时间，并对图像信号分量进行处理以产生彩色图像信号。该处理包括校正曝光时间中的差值。
现在参考图16说明用于产生表示物体的彩色图像信号的本发明的方法的第二实施例820。
在块824中，用不同颜色的光线独立和并行地形成物体的图像。
在块826中，将该图像变换成彩色图像信号的相应的图像信号分量。
本公开文本利用解释性的实施例对本发明进行详细说明。但是，由附属的权利要求限定的本发明并不局限于所述精确的实施例。
Claims (26)
1.一种彩色图像传感器，用于产生表示物体的彩色图像信号，该彩色图像传感器包括：
光学基板，包含空间上分离的成像元件，每一成像元件被构造成对相应颜色的光线成像；
光传感器，包括传感器元件的多个区域，所述区域被设置成和相应的成像元件相对，每一区域中的传感器元件响应于入射在其上的相应颜色的光线，产生彩色图像信号的分量。
2.权利要求1的图像传感器，其中成像元件中的至少一个包括凸表面，用于对相应颜色的光线成像。
3.权利要求2的图像传感器，其中凸表面是非球面的。
4.权利要求2的图像传感器，其中凸表面是球形的，和
成像元件中的一个还包括与球形凸表面相对的非球面，该非球面被构造成校正关于对应颜色的光线的像差。
5.权利要求2的图像传感器，其中凸表面是球形的，和
成像元件中的一个还包括与球形凸表面元件相对的衍射元件，该衍射元件被构造成校正关于对应颜色的光线的像差。
6.权利要求1的图像传感器，其中成像元件的至少一个包括用于对相应颜色的光线成像的衍射元件。
7.权利要求1-6的任何一个的传感器元件，还包括设置在成像元件的第一个和光传感器之间的第一滤色镜，该第一滤色镜用于将第一颜色的光线传送到区域的第一个上。
8.权利要求7的图像传感器，其中：
光传感器还包括传感器元件的附加区域；和
图像传感器还包括多色成像元件，该多色成像元件设置成和传感器元件的附加区域相对，在其上对来自物体的广谱光线成像。
9.权利要求8的图像传感器，其中区域的第一个和附加区域的不同之处在于传感器元件的(a)面积和(b)数量中的至少一种。
10.权利要求8或9的图像传感器，其中区域的第一个中的传感器元件和附加区域中的传感器元件的不同之处在于成比例的面积，该比例平衡对入射到其上的对应光线的灵敏度。
11.权利要求1-10中任何一个的图像传感器，其中光学基板还包括固定到光传感器上的侧板。
12.权利要求11的图像传感器，其中用焊锡将侧板固定到光传感器上。
13.权利要求1-12中任何一个的图像传感器，其中使光学基板成梯级状，从而将成像元件设置在距离光传感器为相应距离的位置上。
14.一种制造彩色图像传感器的方法，该方法包括：
模制包括光学基板和侧板的成像元件阵列，光学基板包括空间上分离的成像元件，每一成像元件都被构造成对相应颜色的光线成像；
提供包括传感器元件的多个区域的光传感器，每一区域响应于入射到它上面的相应颜色的光线，产生图像信号分量；和
将成像元件阵列固定到光传感器上，使成像元件被设置成和各区域中相应的区域相对。
15.权利要求14的方法，其中固定操作包括将成像元件阵列的侧板焊接到光传感器上。
16.权利要求14或15的方法，其中：
成像元件阵列是成像元件阵列的矩阵的元件，
光传感器是在晶片中制造的光传感器阵列的元件；和
该方法还包括在固定之前使成像元件阵列的矩阵和光传感器的阵列对准。
17.权利要求14、15或16的方法，其中模制包括模制用柔性丝互连的成像元件阵列的矩阵。
18.一种用于产生表示物体的彩色图像信号的方法，该方法包括：
以不同颜色的光线独立和并行地形成物体的图像；和
将该图像转换成彩色图像信号的相应的图像信号分量。
19.权利要求18的方法，其中形成操作包括用窄带光线形成多个图像之一。
20.权利要求18或19的方法，其中形成操作包括用广谱光线形成至少一幅图像。
21.权利要求18、19或20的方法，其中形成操作包括用窄带光线衍射地形成多个图像之一。
22.权利要求18、19或20的方法，其中形成操作包括用窄带光线折射地形成多个图像之一。
23.权利要求18-22中任何一个的方法，其中形成操作包括衍射地校正多个图像之一中的像差。
24.权利要求18-23中任何一个的方法，其中形成操作包括单独地或者并行地过滤来自物体的光线，以提供不同颜色的光线。
25.权利要求18-24中任何一个的方法，还包括为图像之间的偏移校正彩色图像信号。
26.权利要求18-25中任何一个的方法，还包括防止图像之间的光泄漏。
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