[發明專利]具有合并和分裂模式的圖像傳感器、像素單元

有效

• 申請號: 201310753984.6
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103686103B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 李琛;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: H04N9/04
• 分類號: H04N9/04;H04N5/341;H04N5/3745
• 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,林彥之

技術領域

本發明屬于圖像傳感器領域，具體地說，涉及一種具有合并和分裂模式的圖像傳感器、像素單元。

背景技術

圖像傳感器是相機的重要組成部分。傳統相機與現代數碼相機使用不同的圖像傳感器。傳統相機使用的圖像傳感器是通過膠片來實現，而現代數碼相機使用的圖像傳感器是通過CMOS圖像傳感器(CMOS IMAGE SENSOR，以下簡稱CIS)或者充電耦合器件(Charge-coupled Device，以下簡稱CCD)來實現。

對于傳統相機來說，膠片可分為黑白膠片和彩色膠片。但是，無論哪種類型的膠片，其一般情況下都包括兩個基本組成部分：一個單層或多層的感光乳劑層、一個感光乳劑層的支持體即片基。感光乳劑層由乳劑制成，而乳劑實際上是通過在明膠介質中隨機懸浮對光敏感的微細顆粒形成。通常，對光敏感的微細顆粒的材質為鹵化銀顆粒。

對于使用CCD器件作為圖像傳感器的數碼相機來說，在專業的科研和工業領域，具有高信噪比的CCD成為首選；在高端攝影攝像領域，能提供高圖像質量的CCD也頗受青睞。對于使用CIS器件作為圖像傳感器的數碼相機來說，在網絡攝像頭和手機拍照模塊得到了廣泛應用。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。

但是，基于CMOS的現代數碼相機中，存在如下技術問題：

(1)靈敏度和較動態范圍、圖像傳感器之間存在矛盾

對于一個像素單元來說，如果該像元的面積越大，就會具有較為優秀的靈敏度和較高的動態范圍。因此，在目前的單反、微單、高清監控等使用高端CMOS圖像傳感器的設備中，通常采用具有較大像素的前照技術來實現。但是，為了使圖像傳感器的尺寸變小，又必須采盡可能小的像素單元。因此，靈敏度和較動態范圍、圖像傳感器像素大小之間存在矛盾。

(2)無論是CIS還是CCD，均會出現莫爾條紋，莫爾條紋和分辨率存在矛盾

莫爾條紋是兩條線或兩個物體之間以恒定的角度和頻率發生干涉的視覺結果。人眼無法分辨這兩條線或兩個物體，只能看到干涉的花紋，這種光學現象就是莫爾條紋。

傳統相機中，由于光敏感微細顆粒懸浮的隨機性，因此，當采用膠卷傳感器拍攝物體時，即使物體是由規則線條或圖形組成的，也不會發生莫爾條紋。

圖5為現有技術中CIS或CCD圖像傳感器的平面排列方式示意圖；圖6為現有技術中出現的莫爾條紋示意圖；如圖5所示，由于其像素通常采用規則排列構成，因此在拍攝由規則條紋或者圖形構成的物體時，通常會出現莫爾條紋，如圖6所示。

分析莫爾條紋出現的原因，其實質上是由于信號取樣頻率接近感光器分辨率所致。因此，為了避免莫爾條紋，通常采用的方法是用一個低通濾鏡把高于感光器分辨率的信號過濾掉。但是，低通濾鏡的存在又降低圖像傳感器成像的分辨率。因此，分辨率和莫爾條紋之間通常存在矛盾。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有合并和分裂模式的圖像傳感器、像素單元及開關控制電路，用以解決現有技術的上述技術問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種具有合并和分裂模式的圖像傳感器，其包括若干個具有合并和分裂模式的像素單元和開關控制電路；其中，每個像素單元包括不規則排列的若干個子像素組，每個子像素組包括若干個子像素；針對每個子像素組設置一所述開關控制電路，用于根據光照條件串行開啟每個子像素組中的子像素，使圖像傳感器處于分裂工作模式，依次輸出每個子像素中感光單元的輸出信號；或者并行開啟每個子像素組中的子像素，使圖像傳感器處于合并工作模式，同時輸出每個子像素中感光單元的輸出信號。

優選地，在本發明的一實施例中，所述像素單元的排布采用bayer模式，每個像素單元包括一個紅色子像素組、兩個綠色子像素組、一個藍色子像素組。