具有高动态范围的图像传感器像素阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种图像传感器的像素阵列，其包括多个像素单元，每一个像素单元包括尺寸相同的多个第一像素；尺寸相同且与所述多个第一像素的颜色相对应的多个第二像素，所述第二像素的尺寸小于所述第一像素，每一所述第二像素邻接于与其颜色对应的所述第一像素。本发明专利技术的图像像素阵列能够进行均匀采样并且有效地提高了图像的动态范围。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种图像传感器的像素阵列，其包括多个像素单元，每一个像素单元包括尺寸相同的多个第一像素；尺寸相同且与所述多个第一像素的颜色相对应的多个第二像素，所述第二像素的尺寸小于所述第一像素，每一所述第二像素邻接于与其颜色对应的所述第一像素。本专利技术的图像像素阵列能够进行均匀采样并且有效地提高了图像的动态范围。【专利说明】具有高动态范围的图像传感器像素阵列
本专利技术属于集成电路领域，具体地说，涉及一种多次使用多种类型ro的CMOS图像像素阵列。
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-coupledDevice,以下简称(XD)。对于CXD来说，一方面，在专业的科研和工业领域，具有高信噪比的CCD成为首选；另外一方面，在高端摄影摄像领域，能提供高图像质量的CCD也颇受青睐。对于CIS来说，在网络摄像头和手机拍照模块得到了广泛应用。CXD与CIS相比来说，前者功耗较高、集成难度较大，而后者功耗低、易集成且分辨率较高。虽然说，在图像质量方面CCD可能会优于CIS，但是，随着CIS技术的不断提高，一部分CIS的图像质量已经接近于同规格的 CCD。现有技术中，CIS中的像素阵列采用有源像素传感器(Active Pixel Sensor, APS)作为其感光单元。一个APS (即一个像素单元)包括一个光电二极管(Photo Diode，PD)和一个放大器(Active Amplifier)。图1a和图1b所示为现有技术中像素阵列的示意图。如图1a所示,一行横向排列的像素,其颜色滤波阵列(color filter array, CFA)在平面中按R GlR GlR…循环排列，图1b所示的剖面图取自于图1a中的 三个像素GlR Gl0像素阵列具有三层:滤镜层、金属层(M1，M2，M3，M4)和层。滤镜层包括微透镜(Micro-1ens) 3和滤色层(Color Filter)2。金属层放置电路和光通道，I3D层底部放置光电二极管I。图1a和图1b中，像素呈方形，边长为d，相邻两像素间光电二极管最短距离为d。除去噪声的影响，像素阵列的动态范围基本由光电二极管的动态范围决定。而一般来说，APS阵列中的光电二极管皆为同一种类型，其动态范围是固定的，因此图像像素动态范围较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种图像传感器像素阵列，克服现有技术中图像像素阵列动态范围较低的问题。为达成上述目的，本专利技术提供一种图像传感器的像素阵列，其包括多个像素单元，每一个像素单元包括尺寸相 同的多个第一像素；尺寸相同且与所述多个第一像素的颜色相对应的多个第二像素，所述第二像素的尺寸小于所述第一像素，每一所述第二像素邻接于与其颜色对应的所述第一像素。优选的，所述多个第一像素以两两上下交错相邻且相邻边缘不完全重合的方式排列，所述多个第一像素的内边围成一封闭空间，至少一个所述第二像素填充于所述封闭空间。优选的，所述多个第一像素以风车形相邻边缘部分重合的方式围成所述封闭空间。优选的，所述第二像素与所述第一像素的形状完全相同，尺寸成比例缩小。优选的，所述第一像素的数量为4，形状为平行四边形，所述第一像素围成平行四边形封闭空间，一个所述第二像素填充于所述四边形封闭空间。优选的，所述第二像素在相同方向上邻接于颜色相对应的所述第一像素。优选的，所述多个像素单元斜向排列。优选的，所述第一像素的数量为4，形状为长宽不相同的平行四边形，每一所述第一像素的一条宽度方向的边缘与相邻的所述第一像素的长度方向的边缘重合，另一条宽度方向的边缘与相邻的所述第一像素的长度方向的边缘对齐，以使所述多个第一像素的外边形成一平行四边形同时内边围成一平行四边形封闭空间。优选的，全部所述第二像素填充于所述四边形封闭空间。优选的，所述第一像素沿顺时针方向分别为绿色子像素、红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素。本专利技术通过采用不同面积大小的第一像素和第二像素来形成像素单元，在相同曝光时间内，面积较大的第一像素的动态范围较大输出的信号值较小，而面积较小的第二像素则输出较大信号值。因此，同时使用这两种像素的像素阵列能够获取比只使用一种像素的像素阵列更高的动态范围。【专利附图】【附图说明】图1a为现有技术中像素阵列的一行横向排列的像素的分布示意图；图1b为图1a所示的像素的剖视图；图2为本专利技术一实施例图像传感器像素阵列一个像素单元中第一像素的分布示意图；图3为本专利技术一实施例图像传感器像素阵列一个像素单元的分布示意图；图4为本专利技术一实施例图像传感器像素阵列多个第一像素和第二像素的分布示意图；图5为本专利技术一实施例图像传感器像素阵列多个第一像素和第二像素的剖视图；图6为本专利技术另一实施例图像传感器像素阵列一个像素单元的分布示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。本专利技术的下述实施例中，配合第一像素和第二像素的排列方式，使得像素阵列在颜色还原准确的基础上实现动态范围的大幅提升。其中，根据通过滤色层的颜色波长段可以对RGB三色的单色光进行选取,例如:Red红色_620nm, Green绿_540nm, Blue-蓝色nm。本专利技术的图像传感器的像素阵列包括多个像素单元。每一个像素单元包括尺寸相同的多个第一像素，和尺寸相同的多个第二像素。如图2a?2b所示，在本实施例中，第一像素为4个,分别为I个红色子像素R、2个绿色子像素G1, G2和I个蓝色子像素B。第二像素的颜色和第一像素--对应，因此本实施例中第二像素同样为4个,分别为I个红色子像素r、2个绿色子像素gl，g2、I个蓝色子像素b，每一个第二像素邻接于与其颜色相对应的第一像素。需要注意的是，本专利技术中，第二像素的尺寸要小于第一像素，也就是说一个像素阵列中采用了两种面积大小的像素，面积较大的第一像素动态范围较大，面积较小的第二像素动态范围较小更易饱和，因此，在相同曝光值下能够获取比只使用一种像素的像素阵列更高的动态范围。请继续参考图2a~2b，4个第一像素R，G1, G2, B是以两两上下交错相邻且相邻边缘不完全重合的方式排列，且4个第一像素的内边围成一个封闭空间。在本实施例中，4个第一像素是以风车形排列，也即是4个第一像素以首尾相连、相邻边缘部分重合的方式来旋转排列。图2示出了两种排列方式,分别为Positive型(Type P)和Negative型(TypeN)，图2a示意了 Type P排列方式，第一像素按顺时针方向G1R G2B的顺序排列，后一个像素于前一个像素的相对位置为右下、左下、左上、右上。第一像素的边长为D，所围成的封闭空间同样是正方形，其边长为d，d<D。图2b示意了 Type N型排列方式，第一像素按顺时针G1R G2B的顺序，后一个像素于前一个像素的相对位置为右上、右下、左下、左上。和现有技术下的Bayer模式相比较，本实施例中像素阵列的第一像素依旧是以G1RG2B的形式作为颜色还原单位，其一份R、两份G和一份本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器的像素阵列，包括多个像素单元，其特征在于，每一像素单元包括：尺寸相同的多个第一像素；尺寸相同且与所述多个第一像素的颜色相对应的多个第二像素，所述第二像素的尺寸小于所述第一像素，每一所述第二像素邻接于与其颜色对应的所述第一像素。

【技术特征摘要】

【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：上海;31