(57)【要約】【課題】本発明は、選択的赤外線フィルタアレイを有するセンサアセンブリを提供する。【解決手段】イメージセンサは、可視ピクセルおよび赤外線ピクセルをすべて含む。前記可視ピクセルは、前記可視ピクセルによって受信された可視帯域内の光を示す信号を生産し、前記赤外線ピクセルは、前記赤外線ピクセルによって受信された赤外線帯域内の光を示す信号を生産する。選択的赤外線（ＳＩＲ）フィルタアレイは、前記イメージセンサ上に集積される。前記ＳＩＲフィルタアレイは、前記可視ピクセルに伝播する前記赤外線帯域内の光をフィルタリングするように配置されるＳＩＲピクセルフィルタを含む。このような方式により、前記可視ピクセルに赤外線クロストークを減少させることができる。【選択図】図１Ａ
2017034676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の可視ピクセルおよび赤外線ピクセルを含むイメージセンサであって、前記可視ピクセルは、前記可視ピクセルによって受信された可視帯域内の光を示す可視ピクセル信号を生産し、前記赤外線ピクセルは、前記赤外線ピクセルによって受信された赤外線帯域内の光を示す赤外線ピクセル信号を生産する、イメージセンサ、および
前記イメージセンサ上に集積される選択的赤外線（ＳＩＲ）フィルタアレイであって、前記ＳＩＲフィルタアレイは、前記可視ピクセルに伝播する前記赤外線帯域内の光をフィルタリングするように配置される複数のＳＩＲピクセルフィルタを含む、選択的赤外線（ＳＩＲ）フィルタアレイ
を含む、センサアセンブリ。
【請求項２】
前記ＳＩＲピクセルフィルタは、少なくとも最大８５０ｎｍの波長までの赤外線をフィルタリングする、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項３】
前記赤外線帯域は前記可視帯域に隣接し、前記赤外線帯域は最大約８１０ｎｍまでの赤外線波長を含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項４】
前記赤外線帯域は前記可視帯域に隣接し、前記赤外線帯域は最大約９００ｎｍまでの赤外線波長を含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項５】
前記赤外線帯域は前記可視帯域に隣接しておらず、前記赤外線帯域は約８００ｎｍよりも短い赤外線波長を排除する、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項６】
前記可視帯域は最大約６５０ｎｍまでの可視波長を含み、前記赤外線帯域は約６５０〜８００ｎｍ範囲の赤外線波長を含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項７】
前記可視帯域は最大約６５０ｎｍまでの可視波長を含み、前記赤外線帯域は約６５０〜９００ｎｍ範囲の赤外線波長を含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項８】
前記可視帯域は最大約６５０ｎｍまでの可視波長を含み、前記赤外線帯域は約８００〜９００ｎｍ範囲の赤外線波長を含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項９】
前記イメージセンサ上に集積されるブラックフィルタアレイであって、前記ブラックフィルタアレイは、前記赤外線ピクセルに送信される前記可視帯域内の光をフィルタリングするように配置されるブラックピクセルフィルタを含む、ブラックフィルタアレイ
をさらに含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１０】
前記ブラックピクセルフィルタは、６５０ｎｍ以下の可視光をフィルタリングする、請求項９に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１１】
前記ブラックピクセルフィルタは、８００ｎｍ以下の可視光をフィルタリングする、請求項９に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１２】
前記イメージセンサ上に集積されるカラーフィルタアレイであって、前記可視ピクセルは、少なくとも２つの互いに異なるカラー帯域のカラーピクセルを含み、前記カラーピクセルは、前記カラーに対する前記カラー帯域内の光を示すカラーピクセル信号を生産し、前記カラーフィルタアレイは、前記カラーピクセルに対する前記カラー帯域外部光をフィルタリングするように配置されるカラーピクセルフィルタを含む、カラーフィルタアレイ
をさらに含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１３】
前記ＳＩＲフィルタアレイは、前記カラーフィルタアレイおよび前記カラーピクセルの間に位置する、請求項１２に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１４】
前記カラー帯域は、レッドカラー帯域、グリーンカラー帯域、およびブルーカラー帯域で構成される、請求項１２に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１５】
ピクセル間（ｐｉｘｅｌ  ｔｏ  ｐｉｘｅｌ）の間隔は、４μｍよりも大きくない、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１６】
前記イメージセンサは、四角形アレイに配列された少なくとも２百万ピクセルを含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１７】
前記可視ピクセル信号は、カラーピクチャエレメントから結合され、前記イメージセンサは、四角形アレイに配列された少なくとも２百万ピクチャエレメントを形成するのに十分な可視ピクセルを含む、請求項１に記載のセンサアセンブリ。
【請求項１８】
オブジェクトのイメージを形成するイメージング光学系、および
前記形成されたイメージをキャプチャするように配置されるセンサアセンブリ
を含み、
前記センサアセンブリは、
複数の可視ピクセルおよび赤外線ピクセルを含むイメージセンサであって、前記可視ピクセルは、前記可視ピクセルによって受信された可視帯域内の光を示す可視ピクセル信号を生産し、前記赤外線ピクセルは、前記赤外線ピクセルによって受信された赤外線帯域内の光を示す赤外線ピクセル信号を生産する、イメージセンサ、および
前記イメージセンサ上に集積される選択的赤外線（ＳＩＲ）フィルタアレイであって、前記ＳＩＲフィルタアレイは、前記可視ピクセルに送信される前記赤外線帯域内の光をフィルタリングするように配置される複数のＳＩＲピクセルフィルタを含む、選択的赤外線（ＳＩＲ）フィルタアレイ
を含む、可視＋赤外線イメージングシステム。
【請求項１９】
前記可視＋赤外線イメージングシステムは、前記可視帯域内の光のために前記イメージ光学系に対する第１アパーチャとして作動し、前記赤外線帯域内の光のために前記イメージ光学系に対する第２アパーチャとして作動するデュアル−アパーチャシステムであって、前記第１アパーチャは、前記第２アパーチャよりも大きい、デュアル−アパーチャシステム
をさらに含むデュアル−アパーチャイメージングシステムである、請求項１８に記載の可視＋赤外線イメージングシステム。
【請求項２０】
前記デュアル−アパーチャシステムは、前記第２アパーチャ外部から前記赤外線帯域内の光をフィルタリングする第１ゾーンと、前記第２アパーチャ内から前記可視および赤外線帯域内の光を送信する第２ゾーンとを有するマルチ−ゾーン波長フィルタを含む、請求項１９に記載の可視＋赤外線イメージングシステム。
【請求項２１】
前記赤外線帯域よりも大きい波長で赤外線光をフィルタリングするＩＲカット−オフフィルタ
をさらに含む、請求項２０に記載の可視＋赤外線イメージングシステム。
【請求項２２】
前記赤外線帯域は前記可視帯域に隣接しておらず、前記デュアル−アパーチャシステムは、前記可視および赤外線帯域内の光を送信するが、前記可視および赤外線帯域間の光をフィルタリングするデュアル帯域カットオフフィルタを含む、請求項１９に記載の可視＋赤外線イメージングシステム。
【請求項２３】
前記可視帯域は最大約６５０ｎｍまでの可視波長を含み、前記赤外線帯域は約８００〜９００ｎｍ範囲の赤外線波長を含む、請求項２２に記載の可視＋赤外線イメージングシステム。
【請求項２４】
前記赤外線帯域は前記可視帯域に隣接しておらず、前記デュアル−アパーチャシステムは、
前記第２アパーチャ外部から前記赤外線帯域内の光をフィルタリングする第１ゾーンと、前記第２アパーチャ内から前記可視および赤外線帯域内の光を送信する第２ゾーンとを有するマルチ−ゾーン波長フィルタ、および
前記可視および赤外線帯域内の光を送信するが、前記可視および赤外線帯域間の光をフィルタリングするデュアル帯域カットオフフィルタ
を含む、請求項１９に記載の可視＋赤外線イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに関し、より詳細には、可視ピクセル（ｖｉｓｉｂｌｅ  ｐｉｘｅｌｓ）への赤外線漏出（ｌｅａｋａｇｅ）を減少させるための選択的赤外線（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｉｎｆｒａｒｅｄ：ＳＩＲ）フィルタを有するイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、デジタルカメラ、モバイルデバイス、保安システム、コンピュータなど、多様な分野において広く利用されてきた。一部のイメージセンサは、赤外線光と可視（例えば、カラー）光すべてをキャプチャするようにデザインされる。例えば、イメージセンサにおいて、ピクセルの一部は、可視光をカラーイメージ情報を示す電気信号に変換するのに利用されることができるし、他のピクセルは、赤外線光を赤外線イメージ情報を示す電気信号に変換するのに利用されることができる。異なるイメージは、多様な目的によって結合されることがある。しかし、このような可視ピクセルおよび赤外線ピクセルがイメージセンサにおいて空間的に多重化されるため、特に、可視ピクセル上に赤外線光の強いスペクトルクロストーク（ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が存在することがある。
【０００３】
ある接近法において、イメージ後処理技術（ｉｍａｇｅ  ｐｏｓｔ−ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）は、前記スペクトルクロストークを減少させるために利用されていた。例えば、可視信号において、前記赤外線クロストークは、どうにかして推定された後、減算される。理想的に、恐らく前記赤外線光からの影響が除去されたため、残ったものは単に前記可視光からの影響のみを表すものとなる。しかし、このような技術は、赤外線クロストークの量を正確に推定するのが困難であるため、制限される。さらに、前記可視ピクセルは、初期に前記赤外線および可視光の合をキャプチャするため、前記可視ピクセルの前記全体動的範囲よりも少ない前記可視光を単独で使用することができる。これは、他の効果との間において、前記動的範囲および後処理された信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を減少させることができる。
【０００４】
これにより、前記スペクトルクロストークを減少させるためのより優れた接近法（ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ）が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、イメージセンサに選択的赤外線（ＳＩＲ）フィルタを集積させることにより、従来技術の限界を克服する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一側面において、イメージセンサは、可視ピクセルおよび赤外線ピクセルを含む。前記可視ピクセルは、前記可視ピクセルによって受信された可視帯域内の光を示す信号を生産し、前記赤外線ピクセルは、前記赤外線ピクセルによって受信された赤外線帯域内の光を示す信号を生産する。ＳＩＲ線フィルタアレイは、前記イメージセンサ上に集積される。前記ＳＩＲフィルタアレイは、前記可視ピクセルに伝播する前記赤外線帯域内の光をフィルタリングするように配置されるＳＩＲピクセルフィルタを含む。このような方式により、前記可視ピクセルに赤外線クロストークが減少されることが可能となる。一部の実施形態において、前記ＳＩＲフィルタアレイは、６５０〜８００ｎｍ帯域の光および／または８５０ｎｍ＋／−５０ｎｍ帯域の周りの光をフィルタリングする。例えば、このような装置は、富士フィルム電子装置（Ｆｕｊｉ  Ｆｉｌｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）で使用することができる。
【０００７】
他の側面は、構成要素、デバイス、システム、改良、方法、プロセス、アプリケーション、コンピュータ記録媒体、および前記と関連する他の技術を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照しながら、後述する詳細な説明および特許請求の範囲から容易に理解される他の長所および特徴を有する。
【図１Ａ】本発明の一実施形態における、センサアセンブリを利用する共有センサイメージングシステムであるマルチ−アパーチャのブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａの前記共有センサイメージングシステムで可視と赤外線光すべてをキャプチャするセンサアセンブリのフィルタデザインの一例を示した図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態における、ＳＩＲフィルタアレイを利用する共有センサイメージングシステムの断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの前記共有センサイメージングシステムでの利用に適したセンサアセンブリの断面ビューである。
【図２Ｃ】図２Ａの前記共有センサイメージングシステムの可視ピクセルによってキャプチャされる光のスペクトル応答を示した図である。
【図２Ｄ】図２Ａの前記共有センサイメージングシステムの赤外線ピクセルによってキャプチャされる光のスペクトル応答を示した図である。
【図２Ｅ】図２Ａの前記共有センサイメージングシステムでの利用に適したセンサアセンブリに対するブロック構造の平面ビューである。
【図３Ａ】本発明の一実施形態における、長波長赤外線カットオフフィルタを利用する共有センサイメージングシステムの断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの前記共有センサイメージングシステムの可視ピクセルによってキャプチャされる光のスペクトル応答を示した図である。
【図３Ｃ】図３ａの前記共有センサイメージングシステムの赤外線ピクセルによってキャプチャされる光のスペクトル応答を示した図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態における、マルチ−アパーチャイメージングシステムの動作を示した図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態における、マルチ−アパーチャイメージングシステムの動作を示した図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態における、マルチ−アパーチャイメージングシステムの動作を示した図である。
【図５Ａ】本発明の他の一実施形態における、マルチ−帯域フィルタを利用する共有センサイメージングシステムの断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの前記マルチ−帯域フィルタの一実施例を示した図である。
【図５Ｃ】図５Ａの前記共有センサイメージングシステムの可視ピクセルによってキャプチャされる光のスペクトル応答を示した図である。
【図５Ｄ】図５Ａの前記共有センサイメージングシステムの赤外線ピクセルによってキャプチャされる光のスペクトル応答を示した図である。
【図６】本発明の一実施形態における、マルチ−帯域フィルタを利用する他の共有センサイメージングシステムの断面図である。
【図７】本発明の一実施形態における、可視および赤外線光をキャプチャするイメージングシステムの断面図である。  図面および後述する説明は、好ましい実施形態に関する例示に過ぎない。当業者であれば、後述する説明から、本明細書に示された前記構造および方法の他の実施形態が本明細書で説明された原理から逸脱せずに利用されること可能であることを容易に認識できるであろう。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面および後述する説明は、好ましい実施形態に関する例示に過ぎない。本明細書で説明された前記構造および方法とは異なる実施形態は、説明された原理から逸脱せずに利用されることが可能な代案として容易に認識されるという点に注目しなければならない。
【００１０】
図１Ａは、本発明の一実施形態における、センサアセンブリを利用する共有センサイメージングシステムであるマルチ−アパーチャのブロック図である。前記イメージングシステムは、デジタルカメラの一部であってもよいし、モバイルフォン、ウェブキャプ、生体認識センサ、イメージスキャナ、またはイメージキャプチャ機能を必要とする他のマルチメディアデバイスに集積されてもよい。図１に示された前記システムは、イメージング光学系１１０（例えば、レンズおよび／またはミラーシステム）、マルチ−アパーチャシステム１２０、およびイメージセンサ１３０を含む。前記イメージング光学系１１０は、シーン（ｓｃｅｎｅ）からオブジェクト１５０を前記イメージセンサ１３０によってイメージ化する。図１において、前記オブジェクト１５０は、前記対応するイメージ１６０が前記イメージセンサ１３０の平面に位置するようにフォーカスさせる。図４に示すように、常にそうではない。他の深さに位置するオブジェクトは、前記イメージセンサ１３０にフォーカスが合わないはずである。
【００１１】
前記マルチ−アパーチャシステム１２０は、アパーチャ１２２および１２４と同様、図１で示すように少なくとも２つのアパーチャを含む。この例示において、アパーチャ１２２は、可視光の電波を制限するアパーチャであり、アパーチャ１２４は、赤外線光の電波を制限する。この例示において、前記２つのアパーチャ１２２、１２４は共に配置されているが、これらは分離することもできる。マルチ−アパーチャシステム１２０のこのようなタイプは、波長フィルタのような波長−選択的光学構成要素によって実現されてもよい。便宜のために、前記アパーチャによって実現されるのに利用される波長フィルタは、アパーチャフィルタと言及される。アパーチャフィルタの他のタイプの例示は、下記の図面で説明される。本明細書で利用される「光」、「光学系」、および「光学」のような用語は、電磁気スペクトルの可視パートによって制限されるように意図されるものではなく、赤外線を含む、イメージングの発生が可能な前記電磁気スペクトルの他のパートも含む。
【００１２】
前記イメージセンサ１３０は、アパーチャ１２２に対応する前記可視イメージとアパーチャ１２４に対応する前記赤外線イメージすべてを感知する。事実上、シングルセンサアレイ１３０を共有する２つのイメージングシステムが存在する（光学系１１０、アパーチャ１２２、およびイメージセンサ１３０を利用する可視イメージングシステムと、光学系１１０、アパーチャ１２４、およびイメージセンサ１３０を利用する赤外線イメージングシステム）。この例示において、前記イメージング光学系１１０は、前記２つのイメージングシステムによって十分に共有されるが、これは必要ではない。その上、前記２つのイメージングシステムは、可視および赤外線である必要がない。これらは、他のスペクトルの組み合わせであってもよい（例えば、レッドおよびグリーン、赤外線およびホワイト）（例えば、カラーを除いた可視））。
【００１３】
電磁放射（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）に対する前記イメージセンサ１３０の露出は、典型的に、シャッタ１７０および前記マルチ−アパーチャシステム１２０の前記アパーチャによって制御される。前記シャッタ１７０が開くとき、前記アパーチャシステムは、前記光の量および前記イメージセンサ１３０に露出する前記光のコリメーションの程度を制御する。前記シャッタ１７０は、機械式シャッタであってもよいし、そうでなければ、前記イメージセンサに集積される電子シャッタであってもよい。前記イメージセンサ１３０は、典型的に、二次元ピクセルアレイを形成する感光性（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）サイト（ピクセル）のロー（ｒｏｗｓ）およびコラム（ｃｏｌｕｍｎｓ）を含む。前記イメージセンサは、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）アクティブピクセルセンサまたはＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサであってもよい。代案として、前記イメージセンサは、他のＳｉ（例えば、ａ−Ｓｉ）、ＩＩＩ−Ｖ（例えば、ＧａＡｓ）、または導電性ポリマ基盤のイメージセンサ構造と関連してもよい。前記光が前記イメージ光学系１１０によって前記イメージセンサ１３０に投映される場合、各ピクセルは、そのピクセルに電磁放射（エネルギー）の入射を示す電気信号を生産する。前記イメージセンサ１３０の前記イメージ平面に投映されるイメージの前記他のスペクトル構成要素を分離するために、典型的に、スペクトルフィルタアレイ（ら）１３２は、前記イメージング光学系１１０および前記イメージセンサ１３０の間に介在される。前記スペクトルフィルタアレイ（ら）１３２は、前記イメージセンサの各ピクセルが対応するピクセルフィルタを有するようにセンサアセンブリを形成するために、前記イメージセンサ１３０に集積されてもよい。各スペクトルフィルタは、前記ピクセル上に予め決められた波長帯域の光を透過するように調整されてもよい。一般的に、レッド、グリーン、およびブルー（ＲＧＢ）フィルタ＋赤外線（Ｉ）フィルタの組み合わせが利用される。しかし、他のフィルタ方式も可能である。例えば、ＣＹＧＭＩ（サイオン、イエロ、グリーン、マゼンタ、赤外線）、ＲＧＢＥＩ（レッド、グリーン、ブルー、エメラルド、赤外線）、などがある。代案として、前記イメージセンサは、レッド、グリーン、およびブルーセンサエレメントが個別のピクセルフィルタに依存する代りに、それぞれの上部に積層されるスタックドデザイン（ｓｔａｃｋｅｄ  ｄｅｓｉｇｎ）を有してもよい。前記赤外線センサエレメントは、ＲＧＢＩ積層を形成するために積層の一部であってもよいし、前記ＲＧＢ積層から個別に実現されてもよい。
【００１４】
前記露出されたイメージセンサ１３０の各ピクセルは、前記ピクセルと関連する前記スペクトルアレイ１３２を通じて透過される前記電磁放射に比例する電気信号を生産する。したがって、前記ピクセルのアレイは、前記スペクトルフィルタアレイ１３２を通じて透過される前記電磁気エネルギー（複写）の前記空間分布を示すイメージデータ（フレーム）を生成する。前記ピクセルから受信される前記信号は、１つまたはそれ以上のオン−チップアンプを利用して増幅されてもよい。一実施形態において、前記イメージセンサの各スペクトルチャネルは、別途のアンプを利用して増幅されることにより、他の波長帯域に対して個別にＩＳＯ速度を制御するように許容する。
【００１５】
また、ピクセル信号は、前記イメージセンサ１３０の前記チップ上に集積される１つまたはそれ以上のアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１４０を利用し、デジタルフォーマットのワードによってサンプリングされ、量子化され、変換されてもよい。前記デジタル化されたイメージデータは、補間、フィルタリング、ホワイトバランス、輝度補正、および／またはデータ圧縮技術（例えば、ＭＰＥＧまたはＪＰＥＧタイプの技術）のような周知の信号処理機能を実行するように構成される。前記イメージセンサに連結したデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）のようなプロセッサ１８０によって処理される。
【００１６】
前記プロセッサ１８０は、前記マルチ−アパーチャイメージングシステム１００によってキャプチャされたイメージと関連する深さ情報を得るための信号処理機能１８３を含んでもよい。このような信号処理機能は、フォーカスの可変の深さ、フォーカス制御、およびステレオスコープ３Ｄイメージビュー機能を含む、拡張されたイメージング機能を備えたマルチ−アパーチャイメージングシステム１００を提供してもよい。
【００１７】
また、前記プロセッサ１８０は、追加のプロセッサ、キャプチャされたイメージを格納するためのストレージメモリ、およびソフトウェアプログラムを格納するためのプログラムメモリのような追加のコンピュータリソースに結合してもよい。また、コントローラ１９０は、イメージングシステム１００の構成要素の動作を調整して制御するために利用されてもよい。前記プロセッサ１８０によって実行されると説明された機能は、代りに、前記プロセッサ１８０、前記コントローラ１９０、および追加のコンピュータリソースの間に割り当てられてもよい。
【００１８】
図１Ｂは、図１Ａの前記共有センサイメージングシステムで利用されることのできる可視と赤外線光すべてをキャプチャするセンサアセンブリのフィルタデザインの一例を示した図である。図１Ｂの前記デザインにおいて、前記センサアセンブリ内の前記カラーピクセルは、最大約６５０ｎｍまでの波長である可視帯域Ｉ内の光を受信する。前記センサアセンブリは、典型的に、図１Ｂには示されていない、前記可視帯域Ｉを個別のカラーエレメントに分割する追加のカラーピクセルフィルタ（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーピクセルフィルタ）を有する。前記センサアセンブリ内の前記赤外線ピクセルは、この例示において、約８００〜９００ｎｍ範囲の波長である赤外線帯域ＩＩ内の光を受信する。この例示において、前記可視帯域Ｉおよび赤外線帯域ＩＩは、約６５０〜８００ｎｍのバッファ帯域によって分離される。
【００１９】
図１Ｂは、可視フィルタアレイ１３２Ｃおよび赤外線フィルタアレイ１３２Ｉのマルチ−帯域フィルタ１３８の理想的なスペクトル応答を示している。前記マルチ−帯域フィルタ１３８は、前記センサアセンブリの外部構成要素による波長フィルタリングの純効果を示す。例えば、それは、図に示されているように、２つの透過帯域の単一波長フィルタとして実現されてもよい。代案として、それは、例えば、９００ｎｍよりも長い波長をカットアウトする第１波長フィルタ＋６５０〜８００ｎｍ間の帯域をカットアウトする第２波長フィルタのマルチフル構成要素によって実現されてもよい。前記可視帯域Ｉおよび前記赤外線帯域ＩＩはすべて、前記マルチ−帯域フィルタ１３８によって透過されてもよい。
【００２０】
しかし、前記センサアセンブリ上の可視ピクセルは、赤外線光ではない可視光のみを感知しなければならない。前記カラーフィルタアレイ１３２Ｃは、前記可視ピクセルに向かって伝播する赤外線光をフィルタリングする。大部分のデザインにおいて、可視ピクセルフィルタが１つのタイプであるということはない。むしろ、カラーピクセルフィルタ（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂピクセルフィルタ）のマルチフルタイプがあるため、図１Ｂに示す前記スペクトル応答１３２Ｃは、このような他のタイプのアグリゲート（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）応答を代表することを意味する。同じように、前記センサアセンブリ上の赤外線ピクセルは、可視光ではなく赤外線光のみを感知しなければならない。前記赤外線フィルタアレイ１３２Ｉは、前記赤外線ピクセルに向かって伝播する可視光をフィルタリングする。
【００２１】
前記可視帯域Ｉは、前記マルチ−帯域フィルタ１３８および前記カラーフィルタアレイ１３２Ｃの前記アグリゲート効果によって決まるということに留意しなければならない。図１Ｂにおいて、前記マルチ−帯域フィルタ１３８に対する６５０ｎｍの前記カットオフ波長は、前記カラーフィルタアレイ１３２Ｃのものよりも短いため、前記マルチ−帯域フィルタ１３８は、可視帯域Ｉに対して前記長波長境界を決定する。実際に、前記カラーフィルタアレイ１３２Ｃに対する前記カットオフ波長は、前記カラーフィルタアレイ１３２Ｃが前記ＩＲ帯域ＩＩをフィルタリングする限り、６５０〜８００ｎｍの間のどこででも発生するようになる。代案として、前記カラーフィルタアレイ１３２Ｃは、前記短いカットオフ波長を有してもよいし、２つのフィルタは、前記効果的なカットオフ波長を決めるために協力して動作してもよい。また、前記マルチ−帯域フィルタ１３８がこのような長い波長をフィルタリングするため、前記カラーフィルタアレイ１３２Ｃは、赤外線波長が９００ｎｍよりも長い限り、やはり赤外線波長を透過することができる。類似のリマーク（ｒｅｍａｒｋｓ）は、前記ＩＲ帯域ＩＩに対し、前記マルチ−帯域フィルタ１３８およびＩＲフィルタアレイ１３２Ｉに適用される。
【００２２】
後述する実施例から分かるように、図１Ｂに示された前記特定の波長は、必要ではない。前記可視帯域Ｉおよび赤外線帯域ＩＩは、図に示すものよりも異なる波長帯域を占めてもよい。一部のデザインにおいて、前記可視帯域Ｉおよび赤外線帯域ＩＩは、連続または重複してもよい。大部分の波長構成要素は、図１Ｂに示された理想的な性能を備えていないため、前記帯域間の混合が期待されるであろう。
【００２３】
図１Ａにおいて、前記カラーフィルタアレイ１３２Ｃおよび赤外線フィルタアレイ１３２Ｉは、スペクトルフィルタアレイ１３２の一部である。また、図１Ａは、２つの帯域ＩおよびＩＩに対して異なる大きさのアパーチャを定義するマルチ−アパーチャシステム１２０を提供する。この例示において、前記カラー帯域Ｉは、大きいアパーチャ１２２から前記イメージを提供し、赤外線帯域ＩＩは、小さいアパーチャ１２４から前記イメージを提供する。したがって、前記マルチ−アパーチャシステム１２０は、前記小さいアパーチャ１２４の外部領域に対する赤外線帯域ＩＩをカットアウトする波長構成要素によって実現されてもよい。前記２つのイメージは、深さ情報を推定するために比較される。
【００２４】
図２Ａ〜２Ｅは、本発明の一実施形態における、ＳＩＲフィルタアレイ２６０を利用する共有センサイメージングシステム２００を示した図である。図２Ａは、前記共有センサイメージングシステムの断面図である。前記システムは、イメージング光学系１１０、アパーチャフィルタ２１０、機械アパーチャ２１７、８１０ｎｍのカットオフの赤外線カット−オフフィルタ２２０（カット−オフは、送信が最大値の５０％に減少する前記波長で定義される）、およびセンサアセンブリ２７０を含む。前記センサアセンブリ２７０は、ブラックフィルタアレイ２４０、レッドカラーフィルタアレイ２３０Ｒ、グリーンカラーフィルタアレイ２３０Ｇ、ブルーカラーフィルタアレイ２３０Ｂ、ＳＩＲフィルタアレイ２６０、および光−感光ピクセルを有するイメージセンサ１３０を含む。
【００２５】
前記システム２００は、可視帯域内の光のための第１アパーチャを有するイメージングシステムとして作動し、赤外線帯域内の光のための他の第２アパーチャを有するイメージングシステムとして細動する。前記可視アパーチャは、典型的に、前記赤外線アパーチャよりも大きい。このようなデュアルアパーチャ構造は、前記アパーチャフィルタ２１０によって実現される。前記アパーチャフィルタ２１０は、マルチ−ゾーン波長フィルタである。それは、すなわち、異なる波長応答があるマルチゾーンを有する。図２Ａにおいて、マルチ−ゾーン波長フィルタは、図２Ａにおいて透明に見える中心ゾーンを有し、図２Ａにおいてクロス−ハッチングされた外側アンニュラ（ａｎｎｕｌａｒ）ゾーンを有する。前記中心ゾーンは、すべての波長を透過する。前記外側ゾーンは、前記スペクトル応答２１５を有する。それは、最大約６５０ｎｍの可視光を送信し、６５０ｎｍよりも長い波長をフィルタリングするショート透過フィルタである。
【００２６】
この実施形態において、前記アパーチャフィルタ２１０は、前記外側ゾーンで赤外線遮断物質によってコーティングされたガラスディスクである。前記中心ゾーンは、コーティングされていないものであってもよいし、物理的孔であってもよい。前記アパーチャフィルタ２１０は、前記クリアコーティングに対する小さな−直径マスクされた中心を有するマルチ−レイヤコーティング技術によって製作されてもよい。一実施形態において、前記アパーチャフィルタ２１０は、例えば、高くて（例えば、ＴｉＯ２、酸化チタン）低い屈折指数（例えば、ＳｉＯ２、二酸化ケイ素）を有する物質が交互に蒸着される、多様な指数の蒸着物質によって光波の干渉特性を利用することによって製作されてもよい。
【００２７】
前記アパーチャフィルタ２１０を通じて透過する光は、前記イメージング光学系１１０によって前記センサアセンブリ２７０に伝達される。前記光は、前記可視アパーチャの前記大きさを設定する前記機械アパーチャ２１７によって物理的に制限される。また、それは、スペクトル応答２２５を有する前記８１０ｎｍ赤外線カット−オフフィルタ２２０によってフィルタリングされる。それは、最大約８１０ｎｍの可視および赤外線光を送信し、８１０ｎｍよりも長い波長をフィルタリングするショート透過フィルタである。
【００２８】
また、前記センサアセンブリ２７０は、一部が集積されたフィルタを含む（レッドカラーフィルタアレイ２３０Ｒ、グリーンカラーフィルタアレイ２３０Ｇ、ブルーカラーフィルタアレイ２３０Ｂ、ＳＩＲフィルタアレイ２６０、およびブラックフィルタアレイ２４０）。該当のスペクトル応答は、それぞれ、２３５Ｒ、２３５Ｇ、２３５Ｂ、２６５、および２４５の曲線で示される。前記カラーピクセルに対し、前記レッドピクセルフィルタ２３０Ｒ、前記グリーンピクセルフィルタ２３０Ｇ、および前記ブルーピクセルフィルタ２３０Ｂは、前記イメージセンサ１３０で前記可視ピクセルに対する前記該当のカラー応答を提供する。前記ＳＩＲフィルタアレイ２６０は、図２Ｃで説明するように、赤外線光をフィルタリングしなければ、前記イメージセンサ１３０から前記可視ピクセルに送信するようになる。前記ブラックフィルタアレイ２４０は、前記送信が最大値の５０％に増加する、約８００ｎｍの波長をカット−オンするロング透過フィルタである。
【００２９】
図２Ｂは、図２Ａの前記共有センサイメージングシステムでの利用に適したセンサアセンブリの断面ビューである。前記センサアセンブリ２７０は、ＣＭＯＳ製造技術を利用して製造される。下部から上部に、前記センサアセンブリ２７０は、フォトダイオード１３０のアレイ（例えば、前記イメージセンサピクセル）、パッシベーションレイヤ２７６、赤外線／カラーフィルタアレイ（ＩＣＦＡ）２７４、およびマイクロレンズアレイ２７１を含む。また、前記センサアセンブリは、明確には示されていない他の電気回路網および連結を含む。前記シリコン基板に埋め込まれた前記フォトダイオード１３０は、光を電気信号に変換する。前記パッシベーションレイヤ２７６は、絶縁のために前記アクティブ電気回路網の上部に位置する。前記ＩＣＦＡは、ＲＧＢフィルタアレイ２３０、ＳＩＲフィルタアレイ２６０、およびブラックフィルタアレイ２４０を含む。前記ＩＣＦＡは、前記パッシベーションレイヤ２７６の上部、および前記マイクロレンズアレイ２７１の下に位置する。前記マイクロレンズアレイ２７１は、前記ＩＣＦＡによってフィルタリングされたフォトダイオード１３０によって光をフォーカスする。各マイクロレンズは、１つのフォトダイオードと関連してもよい。
【００３０】
前記ＳＩＲフィルタアレイ２６０は、可視ピクセルに伝播する赤外線クロストークをフィルタリングするように配置されるＳＩＲピクセルフィルタを含む。前記ＳＩＲピクセルフィルタ２６０は、図２Ｂに示すように、前記カラーピクセルフィルタ２３０および前記カラーピクセル１３０の間に位置してもよい。一実施形態において、前記ＳＩＲピクセルフィルタは、富士フィルム電子装置から使用することのできる材料によって生成される。
【００３１】
前記ブラックフィルタアレイ２４０は、前記赤外線ピクセルに伝播する可視クロストークをフィルタリングするように配置されるブラックピクセルフィルタを含む。前記ブラックピクセルフィルタは、前記スペクトルの前記赤外線帯域の波長に対して高い送信率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）を有するフィルタ材料によって生成される。一実施形態において、前記ブラックフィルタは、富士フィルム電子装置によって供給される材料によって生成される。他の実施形態において、前記ブラックフィルタは、商標「ＤＡＲＣ  ４００」でブリューワサイエンスによって販売されるブラックポリイミド材料によって生成される。このようなブラックフィルタは、他のカットオフ波長を有する。図２Ａに示す前記ブラックフィルタは、約８００ｎｍのカットオフ波長を有する。
【００３２】
フィルタアレイは、本明細書で参照として引用された、「カラー赤外線光センサ、イメージをキャプチャするカメラおよび方法」、ＵＳ２００９／０１５９７９９でさらに詳細に説明されている。
【００３３】
図２Ｂに示すように、前記フィルタアレイは、可視と赤外線光すべてを受信することができる。前記レッドフィルタアレイ２３０Ｒは、スペクトル応答２３５Ｒ（図２Ａおよび図２Ｃに示される）を有し、レッドおよび赤外線光すべてを送信する。前記ＳＩＲフィルタアレイ２６０は、前記赤外線光をフィルタリングし、前記下にあるフォトダイオードに到達するためのレッド光のみを許容する。類似のプロセスは、前記グリーンフィルタアレイ２３０Ｇおよび前記ブルーフィルタアレイ２３０Ｂに対して発生する。
【００３４】
図２Ｃは、前記イメージセンサの可視ピクセル１３０Ｒ、Ｇ、Ｂによってキャプチャされた光である、前記マルチ−アパーチャイメージングシステム２００に対する前記全体スペクトル応答２９０Ｃを示している。図２Ａを参照すると、可視ピクセル１３０によってキャプチャされた光は、前記アパーチャフィルタ２１０、赤外線カット−オフフィルタ２２０、前記カラーフィルタアレイ２３０Ｒ、Ｇ、Ｂのうち１つ、および前記ＳＩＲフィルタアレイ２６０を透過する。ここで、前記アパーチャフィルタ２１０は無視する。図２Ｃは、前記他のすべてのフィルタの前記スペクトル応答を示している。図に示すように、前記３つカラーピクセルフィルタ２３０Ｒ、Ｇ、Ｂに対する前記スペクトル応答は、前記赤外線範囲に延長される。特に、前記スペクトル応答２３５Ｒは、前記レッドピクセルフィルタ２３０Ｒが前記レッドカラーピクセル１３０Ｒへの赤外線漏出から強いスペクトルクロストークを引き起こす強い赤外線光を送信することを示している。これは、赤外線コピーに対する前記イメージセンサ１３０の感度が、可視光に対する感度よりも約４倍も高いため、相当な影響を及ぼすようになる。前記スペクトルクロストークは、イメージ品質（例えば、カラー補正、カラー再現性、ノイズ）、動的範囲、および深さ推定の正確度に影響を及ぼすようになる。
【００３５】
前記ＳＩＲピクセルフィルタ２６０は、前記スペクトルクロストークを大きく減少させる。前記グラフ２６５は、停止帯域によって大きく２つの透過帯域に分離された、前記ＳＩＲピクセルフィルタ２６０の前記スペクトル応答を示している。前記第１透過帯域は、前記可視を含み、６５０ｎｍで９０％の送信率から約８００〜８５０ｎｍでゼロ送信率によってロールオフする。前記第２透過帯域は、約８５０〜９００ｎｍから始まる光を送信する。前記グラフ２９０Ｃは、前記赤外線カット−オフフィルタ２２５、前記カラーフィルタアレイ２３５（前記３つカラーピクセルフィルタの前記一般的なスペクトル動作を示すアグリゲートカーブによって示す）、および前記ＳＩＲフィルタアレイ２６５に対する前記スペクトル応答をオーバーレイする。ハッシュ領域によって示される前記アグリゲートカラー応答２９０Ｃは、前記構成要素スペクトル応答を共にマルチフライングすることを要求する、前記計算された実際の応答ではない。むしろ、前記ハッシュ領域は、単に前記システムの前記一般的なスペクトル動作を示すように意図される。特に、スペクトル応答２３５に比べ、前記アグリゲートカラー応答２９０Ｃにおける前記赤外線光は、前記ＳＩＲピクセルフィルタによって大きく減少されるという結果から、前記可視ピクセル１３０Ｒ、Ｇ、Ｂに対する前記スペクトルクロストークを減少させる。
【００３６】
図２Ｂを参照すると、前記赤外線ピクセル１３０Ｉに対し、前記ブラックフィルタアレイ２４０は、前記可視光をフィルタリングし、前記パッシベーションレイヤ２７６に前記赤外線光を送信する。図２Ｄは、前記イメージセンサの前記赤外線ピクセル１３０Ｉによってキャプチャされた光である、前記マルチ−アパーチャイメージングシステム２００に対する前記全体スペクトル応答２９０Ｉを示している。図２Ｄは、図２Ｃのような方式によって設定される。前記フィルタエレメントに対するスペクトル応答２２５および２３５は、前記赤外線ピクセル１３０Ｉに伝播する光によって発生する。前記アグリゲート赤外線応答２９０Ｉは、前記下のグラフで示される。図２Ｃに示すように、前記ハッシュ領域は、前記主要スペクトルコントリビュート（ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｏｒｓ）間の前記オーバラップを示しており、単に前記システムの前記一般的なスペクトル動作を示すように意図される。前記赤外線ピクセル１３０Ｉは、約７５０ｎｍ〜８１０ｎｍの前記波長帯域から赤外線光を受信する。
【００３７】
図２Ｃおよび図２Ｄは、前記中心ゾーンにおけるオール−透過フィルタであり、前記外側ゾーンで約６５０ｎｍの波長をカット−オフするショート透過フィルタである前記アパーチャフィルタ２１０の前記効果を無視する。前記中心ゾーンを通じて入ってくる光に対し、前記アパーチャフィルタ２１０は、図２Ｃおよび図２Ｄに示す前記スペクトル応答に何らの影響も及ぼさないであろう。すなわち、前記カラーピクセル１３０Ｒ、Ｇ、Ｂに伝播する光は、依然として図２Ｃに示した前記スペクトルフィルタリングを経るし、前記赤外線ピクセル１３０Ｉに伝播する光は、依然として図２Ｄに示した前記スペクトルフィルタリングを経るであろう。前記外側ゾーンを通じて入ってくる光に対し、前記アパーチャフィルタ２１０は、６５０ｎｍよりも長い波長を効果的にフィルタリングするであろう。これは、必要に応じて、効果的に前記赤外線ピクセル１３０Ｉに送信を遮断し、さらには前記カラーピクセル１３０Ｒ、Ｇ、Ｂに前記赤外線クロストークを減少させるであろう。
【００３８】
図２Ａ〜図２Ｂにおいて、前記ピクセル１３０は、線形アレイで示されている。これは必要ではない。例えば、図２Ｅは、本発明の一実施形態に係るセンサアセンブリ２７０におけるブロック構造２８２の平面ビューである。前記センサアセンブリ２７０は、例えば、２×２ピクセルのブロック２８２個であり、各ブロックは、レッド、グリーン、ブルー、および赤外線（ＲＧＢＩ）ピクセルを含むピクセルのブロックを有する。前記センサアセンブリのこのような構成は、本明細書で参照として引用された「カラー赤外線光センサ、イメージをキャプチャするカメラおよび方法」、ＵＳ２００９／０１５９７９９においてさらに詳細に説明されている。典型的なピクセルの大きさは０．８から２μｍの範囲を有し、典型的に４μｍよりも大きくはない。
【００３９】
前記センサアセンブリ２７０において、前記ピクセルの数は、前記第２アパーチャの大きさおよび前記ブロックにおけるピクセルの数によって異なる。前記センサアセンブリ２７０は、典型的にピクセル間ピクセル（ｐｉｘｅｌ  ｔｏ  ｐｉｘｅｌ）の間隔が４μｍよりも大きくない、四角形アレイに配列された２百万〜１千６百万ＲＧＢＩピクセルを含む。典型的に、前記センサアセンブリ２７０の大きさは、１／４インチまたはそれ以上である。前記センサアセンブリ２７０は、ローモザイク（ｒａｗ  ｍｏｓａｉｃ）イメージを形成するために可視および赤外線信号を生成する。デ−モザイク処理は、前記モザイクカラーイメージからフル−解像度カラーイメージを再構成するために利用されてもよい。
【００４０】
図２Ａ〜２Ｄの例示において、前記赤外線カット−オフフィルタ２２０は、約８１０ｎｍの波長をカット−オフする。しかし、前記ＳＩＲフィルタアレイ２６０が前記可視ピクセルへの赤外線光をフィルタリングするため、前記赤外線カット−オフフィルタの前記カット−オフ波長は、長波長に延長されてもよい。
【００４１】
図３Ａ〜３Ｃは、このような例示を示している。図３Ａは、８１０ｎｍの代りに約９００ｎｍの波長をカット−オフする長波長赤外線カットオフフィルタ３２０を利用する共有センサイメージングシステム３００の断面図である。前記赤外線カット−オフフィルタ３２０は、約最大９００ｎｍまでの波長を有する赤外線および可視光すべてを送信するショート透過フィルタである。図３Ａも、このフィルタ３２０の前記スペクトル応答３２５を示している。そうではない場合、前記システム３００は、システム２００と同じである。前記長カット−オフ波長は、前記ＳＩＲピクセルフィルタの前記スペクトル応答２６５によって決められてもよい。例えば、それは、前記スペクトル応答２６５が特定の臨界値に増加するのに前記波長によって選択されてもよい。
【００４２】
図２Ｂおよび３Ｂは、前記システムのスペクトル応答を示している。それは、前記スペクトル応答２２５がスペクトル応答３２５に代替されることを除いては、図２Ｃおよび２Ｄと同じである。図２Ｃと図３Ｂを比べると、８５０ｎｍから９００ｎｍまでの波長を有する前記赤外線光よりも少し多くの量は、前記アグリゲートカラー応答３９０Ｃによって送信される。しかし、このような追加の赤外線クロストークは、依然として前記カラーピクセルフィルタが利用されるとき（カーブ２３５）よりも少ない。図２Ｄと図３Ｃを比べると、前記アグリゲート応答３９０Ｉは、前記赤外線ピクセル１３０Ｉによって受信されたものよりも少し多くの赤外線光を示している。
【００４３】
前記ＳＩＲフィルタ２６０を利用することにより、前記赤外線カット−オフフィルタ３２０の前記カット−オフ波長は、この例示において、８１０ｎｍから９００ｎｍまで延長されるようになる。結果的に、前記赤外線ピクセルによって受信された赤外線光の量は、高いＳＮＲをもたらすように増加する。前記赤外線イメージデータが深さ情報を計算するのに利用される場合、この増加した信号もより正確な深さ推定をもたらすことができる。
【００４４】
例えば、１つのアプリケーションにおいて、前記マルチ−アパーチャシステムは、フィールドの深さ（ＤＯＦ）または前記カメラの他の深さの側面を改善させるために利用されてもよい。前記ＤＯＦは、前記イメージがキャプチャされるとき、フォーカスにある前記カメラからの距離の前記範囲を決める。この範囲内で前記オブジェクトはシャープに受け入れられる。適当に長い距離および与えられたイメージフォーマットに対し、ＤＯＦは、前記イメージング光学系Ｎの前記フォーカスの長さ、前記レンズオープニング（前記アパーチャ）と関連したｆ−ナンバー、および／または前記オブジェクト−カメラ（ｏｂｊｅｃｔ−ｔｏ−ｃａｍｅｒａ）の距離ｓによって決まる。前記広いアパーチャ（さらに光が受信される）は、前記ＤＯＦをさらに制限した。マルチ−アパーチャイメージングシステムのＤＯＦ側面は、図４に示されている。
【００４５】
図４Ａ〜４Ｃは、本発明の一実施形態における、マルチ−アパーチャイメージングシステムの動作を示した図である。図４Ｂを最初に考慮すると、前記イメージセンサ４３０上にオブジェクト１５０の前記イメージングを示している。可視および赤外線光は、前記マルチ−アパーチャシステム４２０を通じて前記イメージングシステムを入力してもよい。一実施形態において、前記マルチ−アパーチャシステム４２０は、フィルタにコーティングされた透明基板であってもよい。フィルタコーティング４２４は、直径Ｄ１の中心円形穴を有してもよい。前記フィルタコーティング４２４は、磁気光を送信し、赤外線光を反射および／または吸収する。不透明カバー４２２は、直径Ｄ２を有する大きな円形オープニングを有する。前記カバー４２２は、可視または赤外線光を送信しない。それは、赤外線および可視光を反射してもよいし、代案として、不透明ホルダの一部である薄いフィルムコーティングであり、前記光学システムにおいて前記基板に位置してもよい。このように、前記マルチ−アパーチャシステム４２０は、可視光に対する直径Ｄ２の円形アパーチャおよび赤外線光に対する小さな直径Ｄ１の円形アパーチャとしての役割をする。前記可視光システムは、前記赤外線光システムよりも大きいアパーチャおよび迅速なｆ−ナンバーを有する。前記アパーチャシステムを透過する可視および赤外線光は、前記イメージセンサ４３０上に前記イメージング光学系４１０によって投映される。
【００４６】
前記イメージセンサの前記ピクセルは、このように赤外線光に対する狭いアパーチャ光学イメージ４５４Ｂをオーバーレイしながら、可視光に対する広いアパーチャ光学イメージ信号４５２Ｂを受信することができる。前記広いアパーチャ可視イメージ信号４２５Ｂは、短いＤＯＦを有する反面、前記狭いアパーチャ赤外線イメージ信号４５４は、長いＤＯＦを有することができる。図４Ｂにおいて、前記オブジェクト１５０Ｂは、前記該当のイメージ１６０Ｂが前記イメージセンサ４３０でフォーカスされるようにフォーカスＮの前記平面に位置する。
【００４７】
前記レンズのフォーカスＮの前記平面に近いオブジェクト１５０は、相対的に小さなデフォーカスブローを有する前記イメージセンサ平面４３０上に投映される。フォーカスＮの前記平面から遠いオブジェクトは、前記イメージセンサ４３０の前または後ろのイメージ平面上に投映される。したがって、前記イメージセンサ４３０によってキャプチャされる前記イメージは薄暗い。前記可視光４２５Ｂが前記赤外線光４５４Ｂよりも迅速なｆ−ナンバーを有するため、前記可視イメージは、前記オブジェクト１５０がフォーカスＮの前記平面から遠くなるように、前記赤外線イメージよりも迅速にブローされるであろう。これは、図４Ａおよび４Ｃと各図面の右側にあるブローダイヤグラムによって示されている。
【００４８】
図４Ｂの大部分は、オブジェクト１５０Ｂから前記イメージセンサ４３０への光線の前記伝播を示している。図４Ｂの前記右側部分も、前記オブジェクトのオン−アクシスポイント（ｏｎ−ａｘｉｓ  ｐｏｉｎｔ）１５２から可視光および赤外線光のイメージングから引き起こる前記ブローを示したブローダイヤグラム４３５を含んでいる。図４Ｂにおいて、前記オン−アクシスポイント１５２は、相対的に小さな可視ブロー４３２Ｂを生産し、やはり相対的に小さな赤外線ブロー４３４Ｂも生産する。すなわち、図４Ｂにおいて、前記オブジェクトがフォーカスにあるためである。
【００４９】
図４Ａおよび４Ｃは、デフォーカスの前記影響を示している。図４Ａにおいて、前記オブジェクト１５０Ａは、フォーカスＮの前記公称平面（ｎｏｍｉｎａｌ  ｐｌａｎｅ）の一側に位置する。結果的に、前記該当のイメージ１６０Ａは、前記イメージセンサ４３０の前に位置するように形成される。前記光は、前記イメージセンサ４３０によって前記追加の距離を移動することにより、図４Ｂでさらに大きなブロースポットを生産する。前記可視光４５２Ａは迅速なｆ−ナンバーであるため、より迅速に発散して大きなブロースポット４３２Ａを生産する。前記赤外線光４５４は遅いｆ−ナンバーを有するため、図４Ｂよりも遥かに小さいブロースポット４３４Ａを生産する。前記ｆ−ナンバーが十分に遅ければ、前記赤外線ブロースポットは、関心の深さの前記範囲を横切る一定の大きさであると推測されるようになる。
【００５０】
図４Ｃは同じ効果を示しているが、その反対方向である。ここで、前記オブジェクト１５０Ｃは、前記イメージセンサ４３０の後ろに離れているイメージ１６０Ｃを生産する。前記イメージセンサ４３０は、ブローの結果、前記実際のイメージの平面に到達する前に、前記光をキャプチャする。前記可視ブロースポット４３２Ｃは、前記迅速なｆ−ナンバーのためにさらに大きくなる。前記赤外線光スポット４３４Ｃは、前記遅いｆ−ナンバーのためにデフォーカスで遅く大きくなる。
【００５１】
前記可視ピクセルは、可視光データをキャプチャし、従来のフル解像度カラーイメージを生成（ｃｒｅａｔｅ）するために利用される。赤外線ピクセルは、赤外線光データをキャプチャし、前記イメージのシャープネスを向上させるために利用される。前記２つのデータセットのシャープネスにおける差は、前記イメージでオブジェクトの前記深さを推定するのに利用される。
【００５２】
シャープネスおよび／または深さを計算するための変形（ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）を含む後処理機能の例は、アメリカ出願番号１３／１４４，４９９、「イメージングシステムでフィールドの前記深さ改善」、アメリカ出願番号１３／３９２，１０１、「カラーイメージでノイズ減少」、アメリカ出願番号１３／５７９，５６８、「マルチ−アパーチャイメージデータ処理」、アメリカ出願番号１３／５７９，５６９、「マルチ−アパーチャイメージデータ処理」、アメリカ出願番号１３／８１０，２２７、「マルチ−アパーチャイメージングのためのフラッシュシステム」に記載されており、この例示すべては本明細書に統合される。
【００５３】
図１Ｂを参照すると、前記マルチ−帯域フィルタ１３８は、別途の波長帯域内の可視および赤外線光を送信するようにデザインされる。前記マルチ−帯域フィルタ１３８の前記赤外線光透過帯域は、前記赤外線フィルタアレイ１３２Ｉの前記透過帯域内および前記可視フィルタアレイ１３２Ｃの前記中止帯域内で局部されるようにデザインされる。このような方式により、前記マルチ−帯域フィルタ１３８から前記送信された赤外線光は、可視ピクセルに抑制されているが、前記赤外線ピクセルによって受信される。図５〜７は、マルチ−帯域フィルタを利用するイメージングシステムに対する前記赤外線フィルタアレイに集積された前記センサアセンブリの利用の例を提供している。
【００５４】
図５Ａ〜５Ｄは、例示を示している。図５Ａは、図２および３における前記赤外線カット−オフフィルタ２２０、３２０の代わりに、マルチ−帯域フィルタ５２０を利用した共有センサイメージングシステム５００の断面図である。前記マルチ−帯域フィルタ５２０は、２つの透過帯域を有する（最大約６５０ｎｍまでの波長に対する１つと、約８００ｎｍ〜９００ｎｍからの波長に対する１つ）。また、図５Ａは、前記フィルタ５２０の前記スペクトル応答５２５を示している。そうではない場合、前記システム５００は、システム２００および３００と同じである。
【００５５】
図５Ｂは、ガラス基板５１２の両側にある前記アパーチャフィルタ２１０に集積された前記マルチ−帯域フィルタ５２０の一例を示した図である。前記アパーチャフィルタ２１０は、前記ガラス基板５１２の上部にコーティングされ、前記マルチ−帯域フィルタ５２０は、前記ガラス基板の下部にコーティングされる。前記アパーチャフィルタ２１０は、上述した記載と同じである。これは、すべての波長を送信する中心ゾーンおよび赤外線波長（例えば、６５０ｎｍのカット−オフ波長を有する）をフィルタリングする外側ゾーンを有する。前記ガラス基板５１２は、例えば、吸収係数（ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、反射指数（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）、色分散（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）、誘電率（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）などの光学特性に基づいて選択されてもよい。前記ガラス基板５１２の厚さの合計は０．３ｍｍ以下である。前記マルチ−帯域フィルタ５２０は、多様な指数の蒸着物質によって生成される２つまたはそれ以上の透明フィルタコーティングを含む。前記スペクトル応答５２５（図５Ａ、Ｃ、Ｄに示す）は、前記マルチ−帯域フィルタ５２０が前記可視および赤外線帯域内の光を送信するが、前記可視および赤外線透過帯域間の停止帯域における光をフィルタリングすることを示している。この例において、前記可視帯域は最大約６５０ｎｍの波長までであり、赤外線帯域は８５０ｎｍから９００ｎｍまでである。
【００５６】
図５Ｃおよび５Ｄは、前記システムのスペクトル応答を示している。これは、前記スペクトル応答２２５、３２５がスペクトル応答５２５に代替されることを除いては、図２および３と同じである。図５Ｃの前記下部のグラフから分かるように、前記マルチ−帯域フィルタ５２０に対する前記第２透過帯域は、前記可視ピクセル１３０Ｒ、Ｇ、Ｂ上への赤外線光の一部漏出を許容するが、前記ＳＩＲフィルタ２６０の前記優れたフィルタ特性により、一部漏出はほぼない。これに加え、前記マルチ−帯域フィルタ５２０は、６５０〜８００ｎｍからの波長を有する前記赤外線クロストークの多くの量を減少させることもできる。
【００５７】
図５Ｄの前記下部のグラフから分かるように、前記マルチ−帯域フィルタ５２０は、前記赤外線ピクセル１３０Ｉが８００〜９００ｎｍからの前記波長帯域内のさらに多くの赤外線光を受信することができるように許容するため、赤外線信号に対する前記ＳＮＲを増加させる。
【００５８】
図６は、マルチ−帯域フィルタの他の利用例を示している。この例において、赤外線光よりは、むしろ、レッド光が深さ情報を得るために利用される。図６は、アパーチャフィルタ６２０を利用する共有センサイメージング６００の断面図である。前記システム６００は、図５で前記アパーチャフィルタ２１０がアパーチャフィルタ６２０に代替されることを除いては、前記システム５００と同じである。アパーチャフィルタ６２０の前記外側ゾーンは、約５８０ｎｍまでの可視光を送信し、５８０ｎｍ以上の可視波長をフィルタリングするスペクトル応答６２５を有する。前記外側ゾーンは、効果的にレッド光（約５８０〜６５０ｎｍ範囲の波長）を、フィルタリング−レッド光が前記大きな全体アパーチャの代わりに、前記中心ゾーンによって定義される小さなアパーチャによって経ることを意味する。さらに、前記フィルタ６２０は、８００〜９００ｎｍ帯域の前記赤外線波長を透過する。
【００５９】
したがって、図６の前記レッド光は、図５ａの前記赤外線光と類似の役割をすることができる。前記レッド（Ｒ）イメージは、小さなアパーチャを通じて露出するため、大きいフィールドの深さを有することができる。前記グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）、および赤外線（Ｉ）イメージが大きいアパーチャを通じて露出するため、小さなフィールドの深さを有することができる。前記システム６００は、生体（例えば、虹彩および顔認識）または深さマップと共に、高品質赤外線およびカラーイメージを利用する他のアプリケーションに利用されることができる。
【００６０】
ＳＩＲフィルタに集積されたセンサアセンブリの前記アプリケーションは、マルチ−アパーチャイメージングシステムに制限されない。また、それは、可視および赤外線光すべてをキャプチャする他のイメージングシステムまたは装置（例えば、前記オブジェクトを照らすためにＩｒＥＤ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を利用するカメラ）に利用されてもよい。図７は、このようなアプリケーションを示している。図７は、可視および赤外線光をキャプチャするイメージングシステム７００の断面図である。前記システム７００は、前記アパーチャフィルタ２１０、６２０が除去され、前記マルチ−帯域フィルタ５２０が他の位置に移動されることを除けば（それは、また、図６および図７と同じ位置に残っている場合もある）、システム５００および６００と同じである。アパーチャフィルタがないため、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｉイメージそれぞれは同じアパーチャを通じて露出される。すなわち、システム７００は、ＲＧＢＩイメージをキャプチャする。前記Ｒ、Ｇ、Ｂピクセルは、前記赤外線波長をフィルタリングする前記ＳＩＲフィルタアレイ２６０および前記カラーフィルタアレイ２３０によってフィルタリングされる。前記Ｉピクセルは、前記可視波長をフィルタリングする前記ブラックフィルタアレイ２４０によってフィルタリングされる。代案デザインにおいて、前記マルチ−帯域フィルタ５２５の前記可視透過帯域は、約４００〜６５０ｎｍにかかっていてもよい。
【００６１】
ＳＩＲフィルタを有する前記イメージセンサ（または、センサアセンブリ、または赤外線／カラーフィルタアレイを有するイメージセンサとして言及された）は、上述した実施形態に制限されない。ＳＩＲフィルタを有する前記イメージセンサは、また、深くマップを有する高品質のカラーイメージを利用するリフォーカス（ｒｅｆｏｃｕｓ）またはオートフォーカスアプリケーションのために利用されてもよい。ブローリングされたイメージを利用して深さが推定される実施例において、鮮明な赤外線イメージは、前記深さ解像度を高めることができる。ジェスチャ追跡のための前記深さを測定するために構造光が投映される実施例において、赤外線ビームは、カラーイメージを低下させずに利用されることができる。
【００６２】
これに加え、ＳＩＲフィルタを有する前記イメージセンサは、例えば、タブレット、デジタルカメラ（デジタルスチールカメラ、デジタルビデオカメラ、可視および赤外線光をキャプチャする他の適切なデジタルカメラ）、保安システム、ゲーミング、ジェスチャ感知、ＰＣマルチメディア、モーション追跡、または深さ情報、その周波数情報、３Ｄ情報、モーション情報を利用するものを含む他の適切なアプリケーションである、多様なアプリケーションとして利用されることが可能である。さらに、ＳＩＲフィルタを有する前記イメージセンサも、例えば、直射日光、または可視および赤外線光を提供する他の適切な照明である、照明の他のタイプ下で作動する。
【００６３】
上述した詳細な説明は多くの特性を含むが、これらが本発明の範囲を制限すると解釈されてはならず、他の実施形態および本発明の側面を示すものに過ぎない。本発明の範囲は、上述されていない他の実施形態を含むように理解されなければならない。例えば、波長フィルタリングは、例えば、吸収タイプのフィルタまたはダイクロイックタイプのフィルタの望まない光の吸収または反射を含む多くの異なる手段によって達成されることができる。また、フィルタリングは、前記図面において、前記多様なスペクトル応答から分かるように、光レベルをゼロに減少させたり、送信から遮断までの転移のようなステップ−機能を有するように要求されない。さらに、本発明の範囲も、前記上述した例示に記載されたアパーチャフィルタおよび前記特定波長方式に制限されない。
【００６４】
さらに、本発明の範囲も、前記上述した実施例で与えられた前記具体的な数値に制限されない。前記赤外線帯域は、例えば、ＳＮＲ、感知感度、イメージ品質、照明ソースの光学特性（例えば、スペクトル、強度、吸収、または散乱）、ショート／ロング距離アプリケーション、および室内／室外環境の様々な要因によって決められてもよい。例えば、８１０ｎｍの赤外線カット−オフは、深さ情報を有するカラーイメージをキャプチャするのに明るい直射光線下のジェスチャを追跡するために利用されてもよい。他の例示として、９００ｎｍの赤外線カット−オフは、感知された赤外線光が増加した量によるＳＮＲおよび感度を増加させるために利用されてもよい。前記赤外線カット−オフフィルタは、ショート透過フィルタ、帯域透過フィルタ、予め決められた赤外線帯域外部の赤外線光をフィルタリングする他の適切なフィルタ、またはこれらの組み合わせであってもよい。前記可視も、カラー帯域は、カラー再現のための前記イメージセンサ１３０によって要求されるカラー情報によって決められてもよい。例えば、前記可視帯域の前記波長は６８０ｎｍまでであってもよいし、６００ｎｍまでであってもよい。
【００６５】
当業者によって明白な多様な他の修正、変更、および変形は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および範囲から逸脱せず、本明細書に開示された方法および装置の構成、動作、および詳細事項（ｄｅｔａｉｌｓ）からなされてもよい。このため、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその法的均等物によって決められなければならない。
【図１Ａ】
2017034676.tif 000003
【図１Ｂ】
2017034676.tif 000004
【図２Ａ】
2017034676.tif 000005
【図２Ｂ】
2017034676.tif 000006
【図２Ｃ】
2017034676.tif 000007
【図２Ｄ】
2017034676.tif 000008
【図２Ｅ】
2017034676.tif 000009
【図３Ａ】
2017034676.tif 000010
【図３Ｂ】
2017034676.tif 000011
【図３Ｃ】
2017034676.tif 000012
【図４Ａ】
2017034676.tif 000013
【図４Ｂ】
2017034676.tif 000014
【図４Ｃ】
2017034676.tif 000015
【図５Ａ】
2017034676.tif 000016
【図５Ｂ】
2017034676.tif 000017
【図５Ｃ】
2017034676.tif 000018
【図５Ｄ】
2017034676.tif 000019
【図６】
2017034676.tif 000020
【図７】
2017034676.tif 000021