[发明专利]在CMOS上感测图像的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及成像技术。更特别地，本发明提供用于在CMOS彩色传感器上捕获图像的方法和系统。仅仅作为举例，本发明已经用于在N-型衬底CMOS传感器的每个像素上捕获真彩色信息。但是，应认识到本发明具有宽得多的应用范围。

背景技术

得到生动的图像是人类自身长期坚持不懈的努力。早在石器时代，人类试图用洞穴图画记录他们的所见。在过去的几千年中，艺术家开发了用画笔和帆布记录图像的技术。艺术家已能用油画准确地得到现实世界的图像，但是油画的精确度不能与照像术相提并论。

在1826年，法国的发明人Nicéphore Niépce在石油衍生物涂敷的抛光的锡铅合金盘上形成了第一个摄影图像。从那时起，摄影成像的技术开始发展。在之后的几百年中更好的技术和设备改进了图像质量。在最近的50年中，彩色摄影技术得到了改进并且日臻完善。在最近的十年中，随着Kodak在1990推出的第一个可商业得到的数字式照相机，新型的图像捕获技术数字成像迅速地变成捕获图像的流行的方法。

对于数字成像，图像传感器(或负性胶卷的数字等同物)是数字成像器件比如数字式照像机、照像电话(camera phones)等的最重要的元件之一。长期以来，图像传感器基于由George Smith和Willard Boyle在Bell实验室开发的电耦器件(CCD)技术。过去，CCD基成像装置占据主导地位。最近，CMOS基图像传感器日益流行。

CMOS图像传感器技术通常具有数百万的传感器像素(光敏元件)，每个传感器像素包括两个到四个晶体管和一个光电二极管。通常，CMOS图像感测的常规方法使用一个np结，在N区之上施加很薄的p+层以减少噪音并提高图像捕获过程中的蓝光响应。以一种方式，CMOS传感器单元10以类似于电容器的方式工作。存储在电极中的电荷越多，跨越CMOS耗尽区的电压降越高。光子，所具有的能量可在半导体中被吸收产生自由载流子。自由载流子在电场下向CMOS传感器的N型区移动并中和电荷和降低电势。能量结合前后的电压差提供信号电平。然后将信号电平用作作为检测的光的量的读数，并用于形成图像。

基于应用，CMOS传感器往往比CCD传感器具有优点。例如，与CCD图像传感器相比，CMOS传感器通常具有更低的成本和更长的电池寿命。结果，对于便携式成像装置，比如照像电话和傻瓜相机，CMOS常常是优选的。在高端应用，CCD图像传感器就灵敏度而言往往不及CMOS图像传感器。因为CMOS图像传感器的各种优点，CMOS图像传感器的技术迅速发展。随着像素尺寸缩小和MOS晶体管沟道长度缩短，CMOS图像传感器的分辨率增加。虽然图像传感器分辨率的增加往往改善图像清晰度，但是降低的像素大小和增加的噪音水平已经成为改进图像质量的障碍。已经开发各种技术以改善电平性能，比如结构和电路的改进。例如，已经开发各种系统和方法以提供分色。在过去，三种主要的方法用于提供分色：滤色器、叠加结的光电二极管、和结分离。遗憾的是，上述技术对于图像感测和分色往往是不充分的。通过在以下充分说明的本发明，已经至少部分地克服了常规方法的这些及其它的限制。

因此，需要CMOS图像感测器件的改进的方法和系统。

发明内容

本发明涉及成像技术。更特别地，本发明提供用于在CMOS彩色传感器上捕获图像的方法和系统。仅仅作为举例，本发明已经用于在N-型衬底CMOS传感器的每个像素上捕获真彩色信息。但是，应认识到本发明具有宽得多的应用范围。

根据一个实施方案，本发明提供CMOS图像感测像素。所述像素包括n-型衬底。所述像素也包括覆盖所述n-型衬底的p-型外延层。所述像素另外包括覆盖所述p-型外延层的n-型层。以及在n型层上覆盖的p型层。另外，所述像素包括在p-型外延层和n-型层之间形成的pn结。此外，所述像素包括连接到所述CMOS图像感测像素的控制电路。

根据另一个实施方案，本发明提供使用CMOS图像传感器确定颜色的方法。所述CMOS图像传感器包括n-型衬底和p-型层，所述p-型层覆盖所述n-型衬底。所述方法包括在所述n-型衬底上施加第一电压的步骤。所述方法还包括得到第一输出的步骤，其与第一电压有关。所述方法另外包括在所述n-型衬底上施加第二电压的步骤。另外，所述方法包括得到第二输出的步骤，其与第一电压有关。另外，所述方法包括在所述n-型衬底上施加第三电压的步骤。所述方法另外包括得到第三输出的步骤，其与第一电压有关。所述方法也包括提供多个加权因子的步骤。所述方法包括基于所述多个加权因子、第一输出、第二输出和第三输出确定颜色。