CN101682700B - 具有宽动态范围和良好颜色再现与分辨率的像素阵列以及采用该像素阵列的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

提供了具有宽动态范围、良好颜色再现和良好分辨率的像素阵列以及采用该像素阵列的图像传感器。该像素阵列包括多个第一类光电二极管、多个第二类光电二极管和多个图像信号转换电路。多个第二类光电二极管置于二维排列的第一类光电二极管之间。多个图像信号转换电路置于第一类光电二极管与第二类光电二极管之间，以处理第一类光电二极管和第二类光电二极管探测到的图像信号。第一类光电二极管的面积大于第二类光电二极管的面积。

Description

具有宽动态范围和良好颜色再现与分辨率的像素阵列以及采用该像素阵列的图像传感器
技术领域
本发明涉及图像传感器像素阵列，更具体地，涉及具有宽动态范围和良好颜色再现与分辨率的像素阵列以及采用该像素阵列的图像传感器。
背景技术
理想的图像传感器对0lux强度的光作出反应。然而，实际的图像传感器对大于0的预定lux强度值的光开始作出反应。该实际的图像传感器开始作出反应的起点称为像素的最小光强度。光强度增加而图像传感器不再作出反应的点称为像素的最大光强度。
动态范围定义为***能够表示的相对光强度的反应范围。通常，该动态范围的下限由最小光强度限定，而上限由最大光强度限定。图像传感器不能感测和表示强度大于最大光强度的光。
图1示出了当光探测器的曝光时间长和短时，对应于光强度的像素输出电压。
参照图1，当包含在图像传感器中的光探测器用短曝光时间获取图像信号时，实线A表示产生与该图像信号(光)对应的像素输出电压数据的像素的响应。另一方面，当该光探测器用长曝光时间获取图像信号时，点划线B表示对应于该图像信号的像素输出电压。
实线A，即光探测器用短曝光时间获取图像信号时的响应曲线，表示为具有平缓坡度的直线，它随着图像信号强度的增加而增加，直到对应于该图像信号的像素输出电压数值数据饱和(称为饱和点)。另一方面，点划线B，即光探测器具有长曝光时间时的响应曲线，表示为具有陡峭坡度的直线，它随着图像信号强度的增加而增加，直到对应于该图像信号的像素输出电压数值数据饱和。
参见实线A，当曝光时间短时，对应于区域①、②、③和④的图像信号能够被转换为电信号。特别地，与图像信号强度高的整个区域④对应的图像信号能够被转换为电信号。参照点划线B，当曝光时间长时，对应于区域①、②、③和④的图像信号也能够被转换成电信号。然而，具有与作为图像信号强度高的区域④的一部分的区域⑤对应的强度的图像信号具有相同的电信号。换言之，该像素的缺点是不能将具有与区域⑤对应的强度的图像信号彼此区分开。然而，该像素的优点是更精确地表示与图像信号强度低的区域①对应的图像信号强度的变化。
因此，当将亮图像信号转换成电信号时，用短曝光时间(相当于A)来获取所述图像信号更可取。另一方面，当将暗图像信号转换成电信号时，用长曝光时间(相当于B)来获取所述图像信号更可取。
通常，为了增加动态范围，根据曝光时间将光强度分为几个区域，并且按如下步骤进行摄影(photographing)。首先，将用短曝光时间获取的图像帧数据存储在存储器中。
第二，将用长曝光时间获取的图像帧数据存储在存储器中。
第三，将通过图1所示的几个区域彼此分开并存储在存储器中的这两种类型的帧数据适当地组合以产生具有宽动态范围的新的图像帧数据。这里，第一摄影和第二摄影是用相同的图像但不同的曝光时间形成的。
当光强度属于区域②和③时，像素输出电压数据能够通过将用长曝光时间得到的数量B以及用短曝光时间得到的数量A相加来获得，并可用公式1表示。
[公式1]
D(②)＝xA+yB
D(③)＝yA+xB
这里，D(②)表示光强度属于区域②时的像素输出电压，而D(③)表示光强度属于区域③时的像素输出电压。变量x(x＞0)和变量y(y＞0)的和为1，并且假定变量x小于变量y(x＜y)。
参照公式1，当光强度属于区域②时，即，它为暗(称为D(②))时，所应用的、用长曝光时间得到的数量B大于所应用的、用短曝光时间得到的数量A。相反地，当光强度属于比区域②亮的区域③(称为D(③))时，所应用的、用短曝光时间得到的数量A大于所应用的、用长曝光时间得到的数量B。
通常，通过采用具有不同曝光时间的两种摄影信息将图像信号转换成电信号，以增加图像传感器的动态范围。然而，这种方法的缺点是：不得不用具有不同的曝光时间的两种时间进行摄影，不容易将光强度归类到区域②和③，并且不容易确定应用于区域②和③的比率(x，y)。由于这些缺点，移动图像的应用受到了限制。
通用图像传感器的滤色器采用使用RGB(红、绿和蓝)颜色的拜耳模式。这种情况中，RGB滤色器用于表示颜色的范围受限于人所感知的范围。
图2示出了由CIE(国际照明委员会)在1976年定义的采用均匀色空间的色坐标。
参照图2，区域a表明人眼所感知的颜色范围，区域b表明图像传感器所使用的RGB滤色器所表示的颜色范围。因此，包含两个部分且为区域a和b差值的区域c(阴影区)是能够被人眼感知但不能被使用RGB滤色器的图像传感器表示的区域。因此，使用三色滤色器的传统图像传感器的问题是存在不能被表示的颜色区域。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种像素阵列，该像素阵列具有宽动态范围、良好的颜色再现和与传统像素阵列结构相比改善的分辨率。
本发明提供了一种图像传感器，该图像传感器具有宽动态范围、接近于人的颜色测量(scalability)能力的颜色再现和改善的分辨率。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种具有动态范围的像素阵列，包括多个第一类光电二极管、多个第二类光电二极管和多个图像信号转换电路。多个第二类光电二极管置于二维排列的第一类光电二极管之间。多个图像信号转换电路置于第一类光电二极管与第二类光电二极管之间，以处理第一类光电二极管和第二类光电二极管探测到的图像信号。第一类光电二极管的面积大于第二类光电二极管的面积。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有动态范围的像素阵列，包括：二维排列的多个第一类光电二极管；多个第二类光电二极管，置于第一类光电二极管之间；以及多个图像信号转换电路，置于第一类光电二极管与第二类光电二极管之间，以将第一类光电二极管和第二类光电二极管探测到的图像信号转换为电信号，其中第一类光电二极管的面积大于第二类光电二极管的面积，第一类光电二极管和第二类光电二极管上设置有R(红色)滤光器、G(绿色)滤光器和B(蓝色)滤光器。
根据本发明的又一方面，提供了一种具有动态范围的像素阵列，包括：二维排列的多个第一类光电二极管；多个第二类光电二极管，置于第一类光电二极管之间；以及多个图像信号转换电路，置于第一类光电二极管与第二类光电二极管之间，以将第一类光电二极管和第二类光电二极管探测到的图像信号转换为电信号，其中第一类光电二极管的面积大于第二类光电二极管的面积，第一类光电二极管上设置有R滤光器、G滤光器、B滤光器，第二类光电二极管上设置有C(青色)滤光器、M(品红)滤光器、和Y(黄色)滤光器中的一种或多种。
根据本发明的又一方面，提供了一种具有动态范围的像素阵列，包括：二维排列的多个第一类光电二极管；多个第二类光电二极管，置于第一类光电二极管之间；以及多个图像信号转换电路，置于第一类光电二极管与第二类光电二极管之间，以将第一类光电二极管和第二类光电二极管探测到的图像信号转换为电信号，其中第一类光电二极管的面积大于第二类光电二极管的面积，其中R滤光器、G滤光器、和B滤光器的每个波长范围被分成至少两个范围，其中对R滤光器所覆盖的波长范围的一部分进行覆盖的R1滤光器、对G滤光器所覆盖的波长范围的一部分进行覆盖的G1滤光器、以及对B滤光器所覆盖的波长范围的一部分进行覆盖的B1滤光器置于第一类光电二极管上，并且其中对R滤光器所覆盖的波长范围中除R1滤光器所覆盖的部分之外的剩余波长范围进行覆盖的R2滤光器、对G滤光器所覆盖的波长范围中除G1滤光器所覆盖的部分之外的剩余波长范围进行覆盖的G2滤光器、以及对B滤光器所覆盖的波长范围中除B1滤光器所覆盖的部分之外的剩余波长范围进行覆盖的B2滤光器置于第二类光电二极管上。
根据本发明的又一方面，提供了一种具有动态范围的像素阵列，包括：二维排列的多个第一类光电二极管；多个第二类光电二极管，置于第一类光电二极管之间；以及多个图像信号转换电路，置于第一类光电二极管与第二类光电二极管之间，以将第一类光电二极管和第二类光电二极管探测到的图像信号转换为电信号，其中第一类光电二极管的面积大于第二类光电二极管的面积，其中第一类光电二极管上设置有R滤光器、G滤光器、B滤光器，第二类光电二极管上设置有红外滤光器，或者没有滤色器置于第二类光电二极管上。
根据本发明的又一方面，提供了一种具有动态范围的像素阵列，包括：二维排列的多个第一类光电二极管；多个第二类光电二极管，置于第一类光电二极管之间；以及多个图像信号转换电路，置于第一类光电二极管与第二类光电二极管之间，以将第一类光电二极管和第二类光电二极管探测到的图像信号转换为电信号，其中第一类光电二极管的面积大于第二类光电二极管的面积，其中第一类光电二极管上设置有R滤光器、G滤光器和B滤光器中的两种，第二类光电二极管上设置有红外滤光器，或者没有滤色器置于第二类光电二极管上。
附图说明
图1示出了当曝光时间长和短时，对应于光强度的像素输出电压；
图2示出了由CIE(国际照明委员会)在1976年定义的采用均匀色空间的色坐标；
图3示出了当像素的曝光时间相同时，大面积像素和小面积像素取决于光强度的像素输出电压；
图4示出了具有宽动态范围、良好的分辨率和改善的颜色再现的像素阵列；
图5示出了通过像素阵列和滤色器构造的通用图像传感器的一部分；
图6示出了根据本发明的第一实施方式的图像传感器；
图7示出了根据本发明的第二实施方式的图像传感器；
图8示出了根据本发明的第三实施方式的图像传感器；
图9示出了根据本发明的第四实施方式的图像传感器；
图10示出了根据图像传感器波长的传输滤光特性；
图11示出了采用六色滤色器时的色坐标；
图12示出了根据本发明的第五实施方式的图像传感器；
图13示出了根据本发明的第六实施方式的图像传感器；
图14示出了根据本发明的第七实施方式的图像传感器；
图15示出了根据本发明的第八实施方式的图像传感器；
图16示出了根据本发明的像素阵列的一部分；
图17示出了与图16所示的本发明像素阵列相关联的单位像素的图像信号转换电路。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。
为了增加动态范围、分辨率和颜色再现，本发明提出如下方面：
1、像素阵列，该像素阵列包含两种彼此具有不同尺寸和形状的光电二极管；
2、包含多个滤色器的图像传感器，这些滤色器排列在像素阵列上并一起用于按需控制动态范围以及获得具有与传统技术相比更宽范围的颜色再现和为正方形传统像素阵列分辨率的1.3倍的分辨率；以及
3、自适应图像传感器，只采用排列在像素阵列上的有限类型滤色器，但是根据该图像传感器的应用环境，在像素阵列的预定区域中不使用滤色器。
由于光电二极管是首先探测到外部施加的图像信号的探测器，所以光电二极管的功能对图像传感器而言是重要的。众所周知，随着接收图像信号的光电二极管探测面积的增加，图像信号的探测效率也增加。这里，探测效率与背景技术中描述的动态范围相关。图像信号的良好探测效率意味着彼此具有微小差别的图像信号能够容易地被转换成对应于这些图像信号的电信号。例如，施加至多个二维排列的光电二极管并彼此具有微小差别的暗图像信号和彼此具有微小差别的亮信号能够被转换成表示这些差别的电信号。因此，良好的探测效率意味着宽的动态范围。
图3示出了当像素的曝光时间相同时，大面积像素和小面积像素取决于光强度的像素输出电压。
参照图3，虚线表示当像素具有大面积时取决于光强度的像素输出电压，并且具有陡峭的坡度。当光电二极管的面积大且光强度为0lux时，不产生对应于0lux光强度的输出电压。只有当光强度为A lux以上时，才能产生输出电压。当光强度增加并且达到B lux时，像素输出电压饱和。在这种情况中，虽然光强度进一步增加，但是像素输出电压不变。这里，A lux和B lux分别对应于大面积像素的最小光强度和最大光强度。
另一方面，如实线所示、表示当像素面积小时取决于光强度的像素输出电压的响应曲线具有平缓的坡度。当光电二极管的面积小且光强度为0lux时，不产生对应于0lux光强度的输出电压。只有当光强度为C lux以上时，才能产生输出电压。当光强度增加并且达到D lux时，像素输出电压饱和。在这种情况中，虽然光强度进一步增加，但是像素输出电压不变。这里，C lux和D lux分别对应于小面积像素的最小光强度和最大光强度。
参照图3，当像素具有大面积时，光强度A和光强度B之间的部分⑥是有效使用部分，当所述像素具有小面积时，光强度C和光强度D之间的部分⑦是有效使用部分。当同时使用大面积像素和小面积像素时，部分⑧是有效使用部分。
数字图像的动态范围定义为在图像中没有数据损坏的情况下，最暗入射光的光强度与最亮入射光的光强度比。特别地，在图像传感器领域中，动态范围以对数值表示的、处于完全饱和状态中的白光与处于完全黑暗状态中的黑光的光强度比。
这由下面的公式2表示。
[公式2]
Figure G2007800534149D00081
参照公式2和图3所示的特征曲线，大面积像素的动态范围DR大、小面积像素的动态范围DR小、以及同时使用大面积像素和小面积像素时的动态范围DR大-小由下面的公式3计算。这里，A是0.01lux，C是1lux，B是200lux以及D是1000lux。
[公式3]
Figure G2007800534149D00082
Figure G2007800534149D00083
Figure G2007800534149D00084
参照公式3，可以看出，同时使用大面积像素和小面积像素时的动态范围DR大-小最高。
如公式3和图3所示，根据本发明，提出了同时使用大面积光电二极管和小面积光电二极管来增加动态范围的像素阵列。
图4示出了具有宽动态范围、良好的分辨率和改善的颜色再现的像素阵列。
参照图4，像素阵列400具有对不同尺寸和形状的两类光电二极管PD1和PD2进行二维排列的结构。这里，具有不同尺寸和形状的两类光电二极管是具有八边形和相对大面积的第一类光电二极管PD1以及具有正方形和相对小面积的第二类光电二极管PD2。
在图4中，第一类光电二极管PD1和第二类光电二极管PD2交替排列。然而，能够根据目的和***环境控制这两种光电二极管PD1和PD2的排列比。虽然没有在图4中准确示出，但是在第一类光电二极管和第二类光电二极管之间的空间中布置了用于将相应光电二极管探测到的图像信号转换成相应电信号的图像信号转换电路。由于图像信号转换电路的结构和操作是众所周知的，所以省略了对它们的详细描述。稍后参照图16对光电二极管和图像信号转换电路的布局进行详细描述。
参照图4，在根据本发明的像素阵列中，排列了八边形的第一类光电二极管PD1。八边形的第一类光电二极管的面积通常与正方形的传统光电二极管的面积相同或大于正方形的传统光电二极管的面积，并可根据情形小于该传统光电二极管的面积。显然，当面积相对比正方形的传统光电二极管的面积大的第一类单元光电二极管探测图像信号时，第一类单元光电二极管的图像信号探测效率高于具有相对较小面积的传统单元光电二极管的图像信号探测效率。此外，在第一类光电二极管之间的空间中，排列有具有正方形且面积相对比第一类光电二极管面积小的第二类光电二极管PD2，从而增加了对于被分配用于探测图像信号的有限面积内的光电二极管的孔隙率(porosity)。根据本发明，除了第一类光电二极管，还排列了第二类光电二极管，从而只要适当使用所添加的光电二极管，本发明的像素阵列结构就能够具有改善的探测图像信号的能力。
简单地说，在本发明的像素阵列中，二维排列了八边形的第一类光电二极管和正方形的第二类光电二极管，从而能够增加图像传感器的动态范围。参照公式2和图3描述具有前述结构的图像传感器的动态范围增加的原理。
在下文中，将描述通过采用在其中根据本发明排列有第一类光电二极管和第二类光电二极管的像素阵列而实现的本发明的图像传感器。
图5示出了采用像素阵列和滤色器构造的通用图像传感器的一部分。
参照图5，通用图像传感器500包括光电二极管510和在光电二极管510上形成的第一缓冲层520、滤色器530、第二缓冲层540和微透镜550。图5所示的图像传感器的垂直结构在采用像素阵列和滤色器的通用方法中是众所周知的，所以省略了对每个部件功能和操作的详细描述。参照图5，根据在相应光电二极管上形成的滤色器的类型，确定包含在图像信号中的各种频率分量、即各种类型的颜色分量的探测。
就滤色器而言，有红色滤光器(filter)(在下文中，称为R滤光器)、绿色滤光器(在下文中，称为G滤光器)、蓝色滤光器(在下文中，称为B滤光器)、青色滤光器(在下文中，称为C滤光器)、品红滤光器(在下文中，称为M滤光器)、和黄色滤光器(在下文中，称为Y滤光器)。此外，可以使用能够改善颜色表示能力的新的滤色器装置。
图6示出了根据本发明的第一实施方式的图像传感器。
参照图6，在本发明的图像传感器600中，滤色器置于图4所示的本发明像素阵列400上。该像素阵列中光电二极管上所表示的首字母R、G和B意味着分别将R滤光器、G滤光器和B滤光器置于相应的光电二极管上。
首先，描述置于八边形的第一类光电二极管上的滤色器。
参照图6，在八边形的第一类光电二极管上，二维排列着具有水平排列在一条线中的多个G滤光器(用G表示)的多个1G水平滤光器线。此外，在其上二维排列着具有水平交替排列的R滤光器(用R表示)和B滤光器(用B表示)的多个1RB水平滤光器线。图6中，用虚线表示的多个1G水平滤光器线表示为1(n-1)G、1nG、和1(n+1)G，而多个1RB水平滤光器线表示为1(n-1)RB、1nRB。这里，n表示整数。参照图6，一条1RB水平滤光器线位于1G水平滤光器线之间。
这里，在G和RB水平滤光器线的前面添加数字1，如表示为所述1G和1RB水平滤光器线。这意味着水平滤光器线仅位于第一类光电二极管上，从而将该水平滤光器线与稍后描述的仅位于第二类光电二极管上的水平滤光器线区分开。根据稍后描述的本发明的另一实施方式，除非另有描述，否则R滤光器、G滤光器和B滤光器排列在包含在图6所示的图像传感器中的第一类光电二极管上。因此，在下文中，省略了对R滤光器、G滤光器和B滤光器在光电二极管上排列的描述。
接下来，描述排列在正方形的第二类光电二极管上的滤色器。
参照图6，在第二类光电二极管上，具有水平排列在一条线中的多个G滤光器的多个2G水平滤光器线二维排列并垂直排列在一条线上。类似地，具有水平交替排列在一条线中的R滤光器和B滤光器的多个2RB水平滤光器线二维排列并垂直排列在一条线上。这里，每个2RB水平滤光器线位于2G水平滤光器线之间。多个2G水平滤光器线表示为2(n-1)G、2nG、和2(n+1)G，而多个2RB水平滤光器线表示为2(n-1)RB、2nRB。
参照图6，1G水平滤光器线和2G水平滤光器线存在于实际上相同的线中。类似地，1RB水平滤光器线和2RB水平滤光器线存在于实际上相同的线中。这是因为从前文所见，图6所示的图像传感器的第一类光电二极管和第二类光电二极管是交替排列的，并且滤色器被置于这些光电二极管上。上面描述的水平滤光器线的概念被类似地应用于后面的描述。
图7示出了根据本发明的第二实施方式的图像传感器。
第一类光电二极管、以及位于包含在图7所示的图像传感器700中的第一类光电二极管上的多个1G水平滤光器线和多个1RB水平滤光器线与图6所示的相同。然而，图7所示的图像传感器700与图6所示的图像传感器600不同之处在于，位于第二类光电二极管上的2G水平滤光器线与实际上在相同线上的多个1RB水平滤光器线成一直线，以及2RB水平滤光器线与实际上在相同线上的多个1G水平滤光器线成一直线。
图8示出了根据本发明的第三实施方式的图像传感器。
参照图8，第一类光电二极管、位于包含在图8所示的图像传感器800中的第一类光电二极管上的多个1G水平滤光器线和多个1RB水平滤光器线与图6所示的相同。然而，图8所示的图像传感器800与图6所示的图像传感器600不同之处在于，包含水平交替排列在一条线上的M滤光器和C滤光器的多个2MC水平滤光器线垂直排列在第二类光电二极管上，并且每个2MC水平滤光器线与实际上在相同线上的1G水平滤光器线成一直线。此外，包含水平排列在一条线中的多个Y滤光器的多个2Y水平滤光器线垂直排列在第二类光电二极管上，并且每个2Y水平滤光器线与实际上在相同线上的1BR水平滤光器线成一直线。
图9示出了根据本发明的第四实施方式的图像传感器。
参照图9，图像传感器900与图8所示的图像传感器800不同之处在于，多个2MC水平滤光器线的位置与多个2Y水平滤光器线的位置互换，但其他部分相同。
参照图8和图9，在根据本发明的图像传感器中，R滤光器、G滤光器和B滤光器置于第一类光电二极管上，以及C滤光器、M滤光器和Y滤光器置于第二类光电二极管上。
在下文中，描述了这样一种事实，除了所述RGB滤色器外，使用MCY滤色器即品红滤光器、青色滤光器和黄色滤光器以增加颜色再现。
图10示出了根据图像传感器波长的传输滤光特性。
参照图10，示出了当使用三色滤色器(称为RGB)和六色滤色器(称为
Figure G2007800534149D00121
)时取决于光波长的传输滤光特性。这里，B滤光器所覆盖的波长范围被分成六色滤色器
Figure G2007800534149D00122
中的两种滤色器
Figure G2007800534149D00123
所覆盖的波长范围，G滤光器所覆盖的波长范围被分成两种滤色器
Figure G2007800534149D00124
所覆盖的波长范围，R滤光器所覆盖的波长范围被分成两种滤色器所覆盖的波长范围。
图11示出了采用六色滤色器时的色坐标。
参照图11，当六色滤色器
Figure G2007800534149D00126
取代三色滤色器RGB被应用于本发明的图像传感器时，可以看出，能够表示由双点划线所表示的六边区域中的颜色，因此与由RGB滤光器所表示的三角区域中的颜色相比能够获得更宽的颜色表示范围。
图12示出了根据本发明的第五实施方式的图像传感器。
参照图12，在根据本发明的图像传感器1200中，图10所示的三种滤色器
Figure G2007800534149D00127
以拜耳模式排列在第一类光电二极管上，而其余的三种滤色器
Figure G2007800534149D00128
排列在第二类光电二极管上。如图12所示，对应于基于绿色(green-based color)的滤色器
Figure G2007800534149D00129
的数目可以是其他滤色器数目的两倍。
图13示出了根据本发明的第六实施方式的图像传感器。
参照图13，在根据本发明的图像传感器1300中，三种滤色器
Figure G2007800534149D00131
Figure G2007800534149D00132
以拜耳模式排列在第一类光电二极管上，而三种滤色器
Figure G2007800534149D00133
排列在第二类光电二极管上。此外，类似于图12所示地，对应于基于绿色的滤色器
Figure G2007800534149D00134
的数目可以是其他滤色器数目的两倍。
在图12和13中，R滤光器、G滤光器、和B滤光器中的每个所覆盖的波长范围被分成两个范围，从而获得了六种滤光器。然而，该范围也可以被分成两个或更多的范围，从而滤光器的数目是3的倍数。
图14示出了根据本发明的第七实施方式的图像传感器。
参照图14，在根据本发明的图像传感器1400中，R滤光器、G滤光器和B滤光器排列在第一类光电二极管上，没有滤色器排列在第二类光电二极管上。或者，在第二类光电二极管上设置红外滤光器。
当没有滤色器排列在第二类光电二极管上时，第二类光电二极管探测包含在图像信号中的黑色分量和白色分量。当第二类光电二极管上设置有红外滤光器时，第二类光电二极管探测包含在该图像信号中的红外分量。因此，在图14所示的图像传感器1400中，第一类光电二极管探测包含在图像传感器中的颜色分量，而第二类光电二极管探测包含在图像传感器中的黑色和白色分量或者红外分量。
图15示出了根据本发明的第八实施方式的图像传感器。
参照图15，只将R滤光器和B滤光器排列在第一类光电二极管上，没有排列G滤光器。从上面可以看出，R滤光器和B滤光器交替排列。此外，没有滤色器置于第二类光电二极管上，或者，可将红外滤光器、R滤光器、G滤光器或B滤光器置于其上。图15图示了没有G滤光器置于第一类光电二极管上。然而，根据情况，R滤光器或者B滤光器也可以不存在于其上。
参照图15，图像传感器1500的优点在于，根据某种目的和目标，第一类光电二极管探测被适当选择的两种颜色分量，以及第二类光电二极管探测黑色和白色分量、红外分量和被适当选择的其他种颜色分量。
图16示出了根据本发明的像素阵列的一部分。
参照图16，该像素阵列包括八边形的光电二极管、正方形的光电二极管以及用虚线圆圈表示的图像信号转换电路。
图17示出了与图16所示的本发明像素阵列相关联的单位像素的图像信号转换电路。
参照图17，用于将八边形的大光电二极管PD1和正方形的小光电二极管PD2探测到的电荷转换成电信号的图像信号转换电路被共享使用。如上所述，大面积像素和小面积像素被置于阵列中并相互之间具有联系，因此优点为能够减少由用于将光电二极管所产生的电荷转换成电信号的图像信号转换电路所引起的变化。此外，由于小像素PD2和大像素PD1共享一个浮置扩散节点(floating diffusion node)(A)，因此优点为大像素和小像素的转换效率相同。
虽然参照示例性实施方式对本发明进行了具体的说明和描述，但是本领域技术人员将理解，在不背离由所附权利要求所限定的本发明精神和范围的情况下，可以在其中进行各种形式和细节的变化。
工业应用性
如上所述，根据本发明具有宽动态范围的像素阵列和图像传感器的优点为：能够增加动态范围，选择滤色器的类型以增加颜色再现范围，以及能够根据环境应用图像传感器。此外，除了以垂直和水平模式进行排列之外，像素阵列还可以以蜂窝模式进行排列，因此与仅以蜂窝模式进行排列的像素相比，它们的分辨率和性能能够得到改善。

Claims (8)

1.一种具有动态范围的像素阵列，包括：二维排列的多个第一类光电二极管；多个第二类光电二极管，置于所述第一类光电二极管之间；以及多个图像信号转换电路，置于所述第一类光电二极管与所述第二类光电二极管之间，以将所述第一类光电二极管和所述第二类光电二极管探测到的图像信号转换成电信号，
其中，所述第一类光电二极管的面积大于所述第二类光电二极管的面积，
其中，所述第一类光电二极管上设置有R滤光器、G滤光器和B滤光器，以及
其中，所述第二类光电二极管上设置有C(青色)滤光器、M(品红)滤光器和Y(黄色)滤光器。
2.根据权利要求1所述的像素阵列，
其中，具有水平排列的多个G滤光器的多个第一G水平滤光器线、以及具有水平交替排列的多个R滤光器和多个B滤光器的多个第一RB水平滤光器线位于所述第一类光电二极管上，
其中，具有水平排列的多个Y滤光器的多个第二Y水平滤光器线、以及具有水平交替排列的多个C滤光器和多个M滤光器的多个第二CM水平滤光器线位于所述第二类光电二极管上，
其中，多个所述第一G水平滤光器线和多个所述第一RB水平滤光器线垂直交替排列，以及
其中，多个所述第二CM水平滤光器线和多个所述第一G水平滤光器线排列在相同的线中，多个所述第二Y水平滤光器线和多个所述第一RB水平滤光器线排列在相同的线中。
3.根据权利要求1所述的像素阵列，
其中，具有水平排列的多个G滤光器的多个第一G水平滤光器线、以及具有水平交替排列的多个R滤光器和多个B滤光器的多个第一RB水平滤光器线位于所述第一类光电二极管上，
其中，具有水平排列的多个Y滤光器的多个第二Y水平滤光器线、以及具有水平交替排列的多个C滤光器和多个M滤光器的多个第二CM水平滤光器线位于所述第二类光电二极管上，
其中，多个所述第一G水平滤光器线和多个所述第一RB水平滤光器线垂直交替排列，以及
其中，多个所述第二Y水平滤光器线和多个所述第一G水平滤光器线排列在相同的线中，多个所述第二CM水平滤光器线和多个所述第一RB水平滤光器线排列在相同的线中。
4.一种具有动态范围的像素阵列，包括：二维排列的多个第一类光电二极管；多个第二类光电二极管，置于所述第一类光电二极管之间；以及多个图像信号转换电路，置于所述第一类光电二极管与所述第二类光电二极管之间，以将所述第一类光电二极管和所述第二类光电二极管探测到的图像信号转换成电信号，
其中，所述第一类光电二极管的面积大于所述第二类光电二极管的面积，
其中，R滤光器、G滤光器和B滤光器位于所述第一类光电二极管和所述第二类光电二极管上，
其中，所述R滤光器、所述G滤光器和所述B滤光器的每个波长范围被分成至少两个范围，
其中，对所述R滤光器所覆盖的波长范围的一部分进行覆盖的R1滤光器、对所述G滤光器所覆盖的波长范围的一部分进行覆盖的G1滤光器、以及对所述B滤光器所覆盖的波长范围的一部分进行覆盖的B 1滤光器置于所述第一类光电二极管上，以及
其中，对所述R滤光器所覆盖的波长范围中除所述R1滤光器所覆盖的部分之外的剩余波长范围进行覆盖的R2滤光器、对所述G滤光器所覆盖的波长范围中除所述G1滤光器所覆盖的部分之外的剩余波长范围进行覆盖的G2滤光器、以及对所述B滤光器所覆盖的波长范围中除所述B1滤光器所覆盖的部分之外的剩余波长范围进行覆盖的B2滤光器置于所述第二类光电二极管上。
5.根据权利要求4所述的像素阵列，其中，所述R1滤光器、所述G1滤光器和所述B1滤光器以拜耳模式排列。
6.根据权利要求4所述的像素阵列，其中，所述G滤光器的数目是所述R滤光器的数目的两倍，且所述G滤光器的数目是所述B滤光器数目的两倍。
7.一种具有动态范围的像素阵列，包括：二维排列的多个第一类光电二极管；多个第二类光电二极管，置于所述第一类光电二极管之间；以及多个图像信号转换电路，置于所述第一类光电二极管与所述第二类光电二极管之间，以将所述第一类光电二极管和所述第二类光电二极管探测到的图像信号转换成电信号，
其中，所述第一类光电二极管的面积大于所述第二类光电二极管的面积，
其中，所述第一类光电二极管上设置有R滤光器、G滤光器和B滤光器，以及
其中，所述第二类光电二极管上设置有红外滤光器，或者，没有滤色器设置于所述第二类光电二极管上。
8.一种具有动态范围的像素阵列，包括：二维排列的多个第一类光电二极管；多个第二类光电二极管，置于所述第一类光电二极管之间；以及多个图像信号转换电路，置于所述第一类光电二极管与所述第二类光电二极管之间，以将所述第一类光电二极管和所述第二类光电二极管探测到的图像信号转换成电信号，
其中，所述第一类光电二极管的面积大于所述第二类光电二极管的面积，
其中，所述第一类光电二极管上设置有R滤光器、G滤光器和B滤光器中的两种，以及
其中，所述第二类光电二极管上设置有红外滤光器，或者没有滤色器置于所述第二类光电二极管上。
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