多重采样的像素阵列、图像传感器、像素单元制造技术

本发明专利技术公开了一种多重采样的像素阵列、图像传感器、像素单元。多重采样的像素阵列包括若干个像素单元，每个像素单元包括若干个子像素，每个子像素设置有一对应的有源传感器，按照使每个像素单元具有正多边形轮廓的方式，对每个像素单元包括的若干个子像素以及对应的有源传感器进行排布。本发明专利技术中由于每个像素单元具有正多边形轮廓，像素单元的面积较小，像素阵列中像素单元的排布更为紧凑，密度更高，采样的精度更高，消除或减缓了采样锯齿。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像传感器领域，具体地说，涉及一种多重采样的像素阵列、图像传感器、像素单元。
技术介绍
图像传感器在民用和商业范畴内得到了广泛的应用。目前，图像传感器由CMOS图像传感器（CMOS IMAGE SENSOR，以下简称CIS）和电荷耦合图像传感器（Charge-coupled Device，以下简称CCD）。与CCD图像传感器相比较，CMOS图像传感器具有制造成本低、功耗低以及图像延时较小的主要优势；同时，随着工艺的进步，CMOS图像传感器固有的Rolling ShutterEffect和信噪比较低的劣势正在慢慢改变，不少CMOS图像传感器产品的图像质量已经堪比CCD图像传感器产品。CMOS图像传感器在手机相机、网络摄像头、监控摄像头、光学鼠标、数码单反相机实得到了广泛应用。在这些领域使用的CMOS图像传感器通常是基于有源像素传感器（Active Pixel Sensor，简称APS）形成的像素单元组成。基于APS形成的CMOS图像传感器，其捕捉的图像的原理为：利用一感光二极管（photo diode，简称PD）接收入射光的光子，并进行光电转换输出电压信号，再通过后续电路如放大电路、滤波去噪电路等处理，最终输出形成图像信号。入射光越强，输出的电压信号越大。随着CMOS工艺的提高，有源像素传感器APS的尺寸越来越小，由此形成的图像传感器的像素也越来越多。但是，由于电路以及电子技术的限制，较多的像素也意味着可能较高的噪声隐患，对图像质量形成负面影响。此外，由于光学技术中的衍射极限（Diffraction Limit）的存在，当最小采样间隔小于一定距离时，光学的采样频率将无法进一步提高。为了解决这些技术问题，出现了多重采样（Multi-sampling）。所谓多重采样（Multi-sampling）是指由临近的若干有源像素传感器APS组成像素单元，将其均值作为像素单元的输出值。现有技术中，在进行多重采样时，像素单元中有源像素传感器APS、彩色滤镜阵列（Color Filter Array，简称CFA）是按照矩形网格的方式进行排列。图1为现有技术中采集灰度图像的像素阵列的剖面图。如图1所示，从剖面上看像素阵列基本分为上中下三层，上层101为微透镜层，中层102基质为氧化硅材料，下层103基质材料为硅。上层101用来放置微透镜Micro-lens–每个微透镜Micro-lens为一个凸透镜111，对应一个光通道及一个感光二极管（Photo Diode，简称PD）。中层102用来放置金属层M1～M3。相邻金属层之间留有光通道。下层103用来放置感光二极管113。其中金属层M1～M4之间电连接，用来传递电信号。作为微透镜的凸透镜111聚集光线，入射光进入光通道到达下层的感光二极管113。感光二极管113遇光子发生光电效应，再传出电信号，更为详细的技术原理此处不再赘述。图2为现有技术中基于有源传感器APS的像素阵列平面示意图，如图2所示，现有技术中的，彩色滤镜阵列模式通常采用Bayer模式，得到的RAW格式数字图像需要通过颜色差值算法来还原真实的图像颜色。根据其实像素对应的滤镜颜色不同，Bayer模式彩色滤镜阵列有四种变体：RGGB、GRBG、GBRG和BGGR四种。此处示意的像素阵列起始像素对应红色滤镜R，其Bayer模式为RGGB。每个像素的大小为Px width*Px width=a2。图3为现有技术中2x2多重采样图像像素阵列的平面示意图。如图3所示，每个像素单元包括2x2共四个有源传感器APS，对于彩色滤镜阵列来说以红色滤镜的像素为例，像素单元输出红色滤镜（Ra、Rb、Rc和Rd）的均值作为其像素R的数字输出，其他各像素以相同的方式输出绿色滤镜（G1G1G1G1；G2G2G2G2）和蓝色滤镜（BBBB）的数字值。像素单元R、G1、G2和B的数字值作为此像素阵列的RAW格式数据，在数字处理模块中经过针对RGGB的Bayer模式的颜色差值算法生成彩色图像。每个像素的大小为Px width*Px width。则每个像素单元大小为2Pxwidth*2Px width=(2a)2。图4为现有技术中n x n多重采样图像像素阵列的平面示意图。如图4所示，此像素阵列的像素单元中有n x n个有源传感器APS。以对应红色滤镜的像素为例，像素单元输出R00～R0n，R10～R1n,…Rn0～Rnn的均值作为像素R的数字输出。像素单元输出像素G1…G1、G2…G2和B…B的均值分别作为像素G、像素G、像素B的输出，然后参与RAW格式图像处理。每个像素的大小为Px width*Px width。则每个像素单元大小为nPxwidth*nPx width=(na)2。由此可见，由于现有技术中多重采样像素阵列中，有源传感器APS在平面排布上采用矩形网格，排布方式较为松散，当像素数量较多时，容易导致缺采样锯齿（Anti-aliasing）。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种多重采样的像素阵列、图像传感器、像素单元，用以解决现有技术中像素阵列平面排布采用矩形网格排布方式较为松散而导致的缺采样锯齿等技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多重采样的像素阵列，其包括若干个像素单元，每个像素单元包括若干个子像素，每个子像素设置有一对应的有源传感器，按照使每个像素单元具有正多边形轮廓的方式，对每个像素单元包括的若干个子像素以及对应的有源传感器进行排布。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多重采样的图像传感器，其包括多重采样的像素阵列，像素阵列包括若干个像素单元，每个像素单元包括若干个子像素，每个子像素设置有一对应的有源传感器，按照使每个像素单元具有正多边形轮廓的方式，对每个像素单元包括的若干个子像素以及对应的有源传感器进行排布。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多重采样的像素单元，其包括若干个子像素，每个子像素设置有一对应的有源传感器，按照使每个像素单元具有正多边形轮廓的方式，对每个像素单元包括的若干个子像素以及对应的有源传感器进行排布。优选地，在本专利技术的一实施例中，按照子像素的中心在水平方向或者垂直方向上对齐的方式，排布同一像素单元包括的若干个子像素以及对应的有源传感器。优选地，在本专利技术的一实施例中，同一像素单元的若干个子像素各自还包括对应设置的滤镜，同一像素单元的若干个子像素对应的若干个滤镜具有对同一的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多重采样的像素阵列，其特征在于，包括若干个像素单元，每个像素单元包括若干个子像素，每个子像素设置有一对应的有源传感器，按照使每个像素单元具有正多边形轮廓的方式，对每个像素单元包括的若干个子像素以及对应的有源传感器进行排布。

【技术特征摘要】
1.一种多重采样的像素阵列，其特征在于，包括若干个像素单元，每
个像素单元包括若干个子像素，每个子像素设置有一对应的有源传感器，按
照使每个像素单元具有正多边形轮廓的方式，对每个像素单元包括的若干个
子像素以及对应的有源传感器进行排布。
2.根据权利要求1所述的像素阵列，其特征在于，按照子像素的中心
在水平方向或者垂直方向上对齐的方式，排布同一像素单元包括的若干个子
像素以及对应的有源传感器。
3.根据权利要求1所述的像素阵列，其特征在于，同一像素单元的若
干个子像素各自还包括对应设置的滤镜，同一像素单元的若干个子像素对应
的若干个滤镜具有对同一的颜色进行还原的能力。
4.根据权利要求3所述的像素阵列，其特征在于，所述像素阵列包括
的像素单元按照BAYER模式排布。
5.根据权利要求1所述的像素阵列，其特征在于，输出同一像素单元
中各子像素的像素数字值，据此进行均值计算得到该像素单元的像素数字均
值...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉胤，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：