[發明專利]多光譜傳感器

有效

• 申請號: 201380007003.1
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN104081528B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: W·范德騰佩爾;D·范紐溫霍夫;M·奎吉克
• 申請（專利權）人: 軟動力學傳感器公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;G01J3/28;H01L31/103
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 羅婷婷

本發明涉及色彩和不可見光(例如IR)傳感器(即多光譜傳感器)，該傳感器可在相機(諸如用于深度測量、反射率測量和色彩測量，并用于生成3D圖像數據或3D圖像的TOF相機)中使用，還涉及相機本身和操作相機的方法。

技術背景

相機具有平面接收表面，并且坐標系可基于這個表面來定義，其中x，y處于該相機的那個表面的平面中，且z是沿著該相機的光學路徑的軸。飛行時間成像系統測量在從LED或激光器(例如，激光二極管)發出的脈沖光和反射脈沖之間的時間差或相位差。在3D飛行時間成像系統中，關鍵的功能性是不僅提供處于該相機的視野中的場景的z數據(z是測量到的深度圖)，還提供所觀察的場景的IR照明和色彩數據，并且甚至還以例如嵌有至少一些色彩分量和深度值的3D形式提供該場景本身的圖像。為了這么做，可使用兩個相機。另一實現選項是在一個單獨相機中具有兩組像素陣列(兩個傳感器)。以任一方式，這樣的色彩數據隨后由系統利用2個分開的傳感器和透鏡系統來構建。在增加的材料賬單之上，該方法要求仔細的校準和密集的計算以將像素色彩數據映射在深度數據上并反之亦然。所謂的圖像配準過程是因為這2個成像系統未必包括具有相同光學屬性的透鏡，并因為它們還可不包括相同的分辨率，并因為它們也未必被很好地對準。

US20110074989提供了將R、G或B像素與深度測量像素組合，而無需考慮對深度測量活性區域進行優化的需要，也無需考慮對可能由于深度感測像素空間排列而發生的空間混疊進行優化的需要的方式。此外，RGBZ圖像是通過在RGB像素上內插Z像素來產生的，這種內插容易導致配準誤差。

發明概述

本發明的目的是提供替換的不可見光(例如，IR)和色彩傳感器(即多光譜傳感器)，該傳感器可在相機(諸如至少提供3D數據，以及在甚至更優選的實施例中提供色彩數據和與取決于距離的因素(例如，不可見光反射率)有關的附加數據(例如，IR反射數據測量)的TOF相機)中使用，以及提供相機本身以及操作相機的方法。

本發明的各實施例的優點在于它可通過在單個傳感器中組合至少2個功能性(即，色彩圖像和距離圖像測量)并優選為組合3個功能性(即，色彩/深度/諸如反射率測量之類的依賴于距離的因素)來至少提供色彩/深度圖。在優選實施例中，還可提供基于取決于距離的因素(諸如不可見光)的圖，該圖為例如與不可見光(例如，由該場景中的對象在預定感測綜合時間期間反射的IR光)的量相對應的IR反射率圖。本發明的各實施例提供以最小的性能損失將兩個功能性組合的最優方式。本發明的實施例的另一優點在于使像素的光學活性部分(尤其是深度測量區域)最大化。本發明的各實施例的又一優點在于創建色彩/深度3D圖像(例如，RGBZ圖像)，而無需空間地(即，在各色彩像素(例如RGB像素)上)內插Z像素，由此避免了配準誤差也避免了空間混疊誤差?？臻g混疊可在色彩像素與不可見光(例如IR像素)處于不同的位置時發生。在這樣的情形中，內插對于補償不同位置之間的距離可能是必要的。

本發明的各實施例提供色彩或多光譜圖像傳感器設備，該圖像傳感器設備包括與圖像的單個像素相關聯的像素傳感器，其中該像素傳感器包括：

-基板，其中電荷載流子可響應于光入射在該基板上而生成，

-用于電接觸該像素傳感器的第一和第二接觸元件，其中該第一和第二接觸元件彼此毗鄰安置，

-第一檢測元件(314、404、504、604)，該第一檢測元件被配置用于檢測在第一檢測區域中生成的電荷載流子，

-用于控制第一檢測區域的檢測能力的裝置(301)

-第二檢測元件(316、401、500、600)，該第二檢測元件被配置用于檢測在第二檢測區域中生成的電荷載流子，

-第一濾波器元件，該第一濾波器元件被配置用于令第一波長范圍的光通過，其中該第一濾波器元件重疊在該基板的包括第一和第二接觸元件的部分上，以及

-第二濾波器元件，該第二濾波器元件被配置用于令第二波長范圍的光通過，其中該第二濾波器元件重疊在該基板的包括第二檢測元件的部分上，其中第二波長范圍不同于第一波長范圍，并且與一色彩波長范圍相關聯。

本發明的各實施例提供具有根據本發明的色彩或多光譜圖像傳感器設備的3D圖像傳感器，該3D圖像傳感器設備包括多個像素傳感器，其中此多個像素傳感器中的每一像素傳感器與單個像素相關聯。

本發明的各實施例提供包括根據本發明的各實施例的圖像傳感器設備以及以下的相機：

-連接到第一組檢測元件的色彩計算單元，該色彩計算單元的輸出是色彩值，

-IR計算單元，該IR計算單元的輸出是：