[發明專利]具有高動態范圍的圖像傳感器像素陣列

有效

• 申請號: 201310746919.0
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103681721B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 陳嘉胤
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/355;H04N5/374
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;陳慧弘

本發明公開了一種圖像傳感器的像素陣列，其包括多個像素單元，每一個像素單元包括尺寸相同的多個第一像素；尺寸相同且與所述多個第一像素的顏色相對應的多個第二像素，所述第二像素的尺寸小于所述第一像素，每一所述第二像素鄰接于與其顏色對應的所述第一像素。本發明的圖像像素陣列能夠進行均勻采樣并且有效地提高了圖像的動態范圍。

技術領域

本發明屬于集成電路領域，具體地說，涉及一種多次使用多種類型PD的CMOS圖像像素陣列。

背景技術

圖像傳感器在民用和商業范疇內得到了廣泛的應用。目前，圖像傳感器由CMOS圖像傳感器（CMOS IMAGE SENSOR，以下簡稱CIS）和電荷耦合圖像傳感器（Charge-coupledDevice，以下簡稱CCD）。對于CCD來說，一方面，在專業的科研和工業領域，具有高信噪比的CCD成為首選；另外一方面，在高端攝影攝像領域，能提供高圖像質量的CCD也頗受青睞。對于CIS來說，在網絡攝像頭和手機拍照模塊得到了廣泛應用。CCD與CIS相比來說，前者功耗較高、集成難度較大，而后者功耗低、易集成且分辨率較高。雖然說，在圖像質量方面CCD可能會優于CIS，但是，隨著CIS技術的不斷提高，一部分CIS的圖像質量已經接近于同規格的CCD。

現有技術中，CIS中的像素陣列采用有源像素傳感器（Active Pixel Sensor，APS）作為其感光單元。一個APS（即一個像素單元）包括一個光電二極管（Photo Diode，PD）和一個放大器（Active Amplifier）。圖1a和圖1b所示為現有技術中像素陣列的示意圖。如圖1a所示，一行橫向排列的像素，其顏色濾波陣列(color filter array，CFA)在平面中按R G1RG1R…循環排列，圖1b所示的剖面圖取自于圖1a中的三個像素G1R G1。像素陣列具有三層：濾鏡層、金屬層（M1，M2，M3，M4）和PD層。濾鏡層包括微透鏡（Micro-lens）3和濾色層（ColorFilter）2。金屬層放置電路和光通道，PD層底部放置光電二極管1。圖1a和圖1b中，像素呈方形，邊長為d，相鄰兩像素間光電二極管最短距離為d。

除去噪聲的影響，像素陣列的動態范圍基本由光電二極管的動態范圍決定。而一般來說，APS陣列中的光電二極管皆為同一種類型，其動態范圍是固定的，因此圖像像素動態范圍較低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種圖像傳感器像素陣列，克服現有技術中圖像像素陣列動態范圍較低的問題。

為達成上述目的，本發明提供一種圖像傳感器的像素陣列，其包括多個像素單元，每一個像素單元包括尺寸相同的多個第一像素；尺寸相同且與所述多個第一像素的顏色相對應的多個第二像素，所述第二像素的尺寸小于所述第一像素，每一所述第二像素鄰接于與其顏色對應的所述第一像素。

優選的，所述多個第一像素以兩兩上下交錯相鄰且相鄰邊緣不完全重合的方式排列，所述多個第一像素的內邊圍成一封閉空間，至少一個所述第二像素填充于所述封閉空間。

優選的，所述多個第一像素以風車形相鄰邊緣部分重合的方式圍成所述封閉空間。

優選的，所述第二像素與所述第一像素的形狀完全相同，尺寸成比例縮小。

優選的，所述第一像素的數量為4，形狀為平行四邊形，所述第一像素圍成平行四邊形封閉空間，一個所述第二像素填充于所述四邊形封閉空間。

優選的，所述第二像素在相同方向上鄰接于顏色相對應的所述第一像素。

優選的，所述多個像素單元斜向排列。

優選的，所述第一像素的數量為4，形狀為長寬不相同的平行四邊形，每一所述第一像素的一條寬度方向的邊緣與相鄰的所述第一像素的長度方向的邊緣重合，另一條寬度方向的邊緣與相鄰的所述第一像素的長度方向的邊緣對齊，以使所述多個第一像素的外邊形成一平行四邊形同時內邊圍成一平行四邊形封閉空間。