TWI624179B - 包括菱形像素之彩色濾光器 - Google Patents

包括菱形像素之彩色濾光器 Download PDF

Info

Publication number
TWI624179B
TWI624179B TW106104335A TW106104335A TWI624179B TW I624179 B TWI624179 B TW I624179B TW 106104335 A TW106104335 A TW 106104335A TW 106104335 A TW106104335 A TW 106104335A TW I624179 B TWI624179 B TW I624179B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light response
filter
diamond
color filter
spectral light
Prior art date
Application number
TW106104335A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201737700A (zh
Inventor
杜立 毛
Original Assignee
豪威科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 豪威科技股份有限公司 filed Critical 豪威科技股份有限公司
Publication of TW201737700A publication Critical patent/TW201737700A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI624179B publication Critical patent/TWI624179B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/135—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on four or more different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14607—Geometry of the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/131—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing infrared wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/133—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing panchromatic light, e.g. filters passing white light
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N2209/00—Details of colour television systems
    • H04N2209/04—Picture signal generators
    • H04N2209/041—Picture signal generators using solid-state devices
    • H04N2209/042—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor
    • H04N2209/045—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor using mosaic colour filter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本發明描述一種彩色濾光器陣列之實施例，該彩色濾光器陣列包括複數個平鋪最小重複單元。各最小重複單元包括四個菱形彩色濾光器之一主集合，該等菱形彩色濾光器經定位使得各菱形彩色濾光器之至少兩個頂點接觸一鄰接菱形彩色濾光器之一頂點，且使得該四個菱形濾光器形成一中心間隙空間及四個周邊間隙空間，其中該主集合包括具有一第一光譜光回應之至少一個彩色濾光器、具有一第二光譜光回應之至少一個彩色濾光器，及具有一第三光譜光回應之至少一個彩色濾光器。各最小重複單元亦包括菱形濾光器之一副集合，該副集合包含經定位於該中心間隙空間中之一菱形濾光器及經定位於該四個周邊間隙空間之三者中之菱形濾光器，其中該副集合中之該等菱形濾光器具有不同於該第一光譜光回應、該第二光譜光回應，及該第三光譜光回應中之任一者之一第四光譜光回應。

Description

包括菱形像素之彩色濾光器
所揭示之實施例大體上係關於影像感測器，且特定言之(但非排他地)，係關於包括具有菱形濾光器之一彩色濾光器陣列(CFA)之影像感測器。
影像感測器廣泛用於數位相機、蜂巢式電話及保安攝影機中，亦廣泛用於醫學、汽車及其他應用中。用於製造影像感測器之技術，且尤其係用於製造互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)影像感測器之技術已快速地持續發展，且對更高解析度及更低電力消耗之要求已促進影像感測器之進一步微型化及整合。 習知CMOS影像感測器使用具有鄰接正方形濾光器之彩色濾光器陣列(CFA)，該等正方形濾光器具有諸如紅色、綠色及藍色(RGB)之一組原色，經配置成通稱之一拜耳圖案。在一些實施例中，額外可見光或非可見光濾光器可包括於彩色濾光器陣列中，以增加影像感測器之靈敏度及/或在可見光波長範圍外提供成像能力。 但額外像素可能會減小解析度且致使色彩混疊。若使用非可見光濾光器，則解析度可能會減小，此係因為其減少可見光像素之數目。色彩混疊導致錯誤色彩出現於影像之一區域中。
描述一種用於使用菱形像素之彩色濾光器陣列之設備、系統及方法之實施例。描述特定細節以提供對實施例之一理解，然熟習此項技術者將認識到，可無需所描述之細節之一或多者或使用其他方法、組件、材料等實踐本發明。在一些例項中，未詳細展示或描述熟知結構、材料或操作，但儘管如此，其仍涵蓋於本發明之範疇內。 貫穿此說明書對「一項實施例」或「一實施例」之參考意謂所描述之一特徵、結構或特性可包括於至少一個所描述之實施例中。因此，出現「在一項實施例中」或「在一實施例中」並不一定皆指代相同實施例。此外，在一或多項實施例中，可以任何合適方式組合特定特徵、結構或特性。 圖1繪示一互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器100之一實施例，CMOS影像感測器100包括一彩色像素陣列105、耦合至該像素陣列之一讀出電路170、耦合至該讀出電路之功能邏輯115及耦合至該像素陣列之控制電路120。彩色像素陣列105係具有X個像素行及Y個像素列之個別成像感測器或像素(例如，像素P1、P2、…、Pn)之一二維(「2D」)陣列。彩色像素陣列105可經實施為如圖2A中所展示之一前側照式影像感測器，或經實施為如圖2B中所展示之一背側照式影像感測器。如所繪示，將陣列中之各像素配置至一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)中以擷取一個人、位置或物體之影像資料，接著可使用該影像資料再現個人、位置或物體之一2D影像。彩色像素陣列105使用耦合至該像素陣列之一彩色濾光器陣列(CFA)將色彩指派至各像素，如下文關於彩色濾光器陣列之所揭示實施例所進一步論述。所繪示之像素陣列105具有鄰接正方形像素，但在彩色濾光器陣列具有菱形濾光器(諸如下文所描述者)之實施例中，陣列中之各像素之形狀及定向將通常實質上匹配其光學耦合至之濾光器之形狀及定向。 在像素陣列105中之各像素已擷取其影像資料或影像電荷之後，由讀出電路170讀出該影像資料，且將其傳送至功能邏輯115用於儲存、額外處理等。讀出電路170可包括放大電路、類比轉數位(「ADC」)轉換電路，或其他電路。功能邏輯115可儲存該影像資料，或藉由應用影像後效果(例如，剪裁、旋轉、消除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱該影像資料。在一項實施例中，功能邏輯115亦可用於處理該影像資料以校正(即，減小或消除)固定圖案雜訊。控制電路120經耦合至像素陣列105以控制彩色像素陣列105之操作特性。舉例而言，控制電路120可產生用於控制影像擷取之一快門信號。 圖2A繪示一CMOS影像感測器中之一對前側照式(FSI)像素200之一實施例之一橫截面。FSI像素200之前側係基板202之側，光敏區域204及相關聯像素電路經安置於其上，且用於再分配信號之金屬堆疊206係形成於其上。金屬堆疊206包括金屬層M1及M2，其等經圖案化以建立一光通道，透過該光通道，入射於FSI像素200上之光可到達光敏或光電二極體(「PD」)區域204。為了實施一彩色影像感測器，前側可包括一彩色濾光器陣列201，其中其彩色濾光器(在此特定橫截面中僅繪示兩個個別濾光器203及205)之各者係安置於一微透鏡210下方，微透鏡210可將入射光聚焦至PD區域204上。彩色濾光器陣列201可係用本文中所論述之最小重複單元之任一者形成之一彩色濾光器陣列。 圖2B繪示一CMOS影像感測器中之一對背側照式(BSI)像素250之一實施例之一橫截面。如在FSI像素200中，像素250之前側係基板202之側，光敏區域204及相關聯像素電路經安置於其上，且金屬堆疊206經形成於其上以用於再分配信號。該背側係與該前側相對之基板202之側。為了實施一彩色影像感測器，該背側可包括彩色濾光器陣列201，其中其個別濾光器(在此特定橫截面中繪示個別濾光器203及205)之各者係安置於一微透鏡210下方。彩色濾光器陣列201可係用本文中所論述之最小重複單元之任一者形成之一彩色濾光器陣列。微透鏡206輔助將入射光聚焦至光敏區域204上。像素250之背側照明意謂金屬堆疊206中之金屬互連線不會遮蔽被成像之物體與光敏區域204之間的路徑，從而導致光敏區域204之更大信號產生。 圖3繪示一彩色濾光器陣列(CFA) 300及經平鋪以形成CFA之最小重複單元(MRU)之一集合。CFA 300包括實質上對應於CFA 300經光學耦合至其或將被光學耦合至其之像素陣列中之若干個別像素的若干個別濾光器。各個別濾光器經光學耦合至像素陣列中之一對應個別像素，且具有自光回應之一集合中選出之一特定色彩光回應。一特定光回應對電磁光譜之某些部分具有高靈敏度，且同時對光譜之其他部分具有低靈敏度。像素本身未經著色，但因為CFA藉由將一濾光器放置於像素上方而將一分開之光回應指派至各像素，通常將一像素稱為其光學耦合至之特定光回應之一像素。因此，若一像素不具有濾光器或經光學耦合至一清透(即，無色或全色)濾光器，則像素可稱為「清透像素」，若像素經光學耦合至一藍色濾光器，則像素可稱為一「藍色像素」，若像素經光學耦合至一綠色濾光器，則像素可稱為「綠色像素」，或若像素經光學耦合至一紅色濾光器，則像素可稱為「紅色像素」等等。 CFA 300中之個別濾光器經分組成最小重複單元(MRU)，諸如MRU 302，且MRU 302經垂直及水平平鋪，如由箭頭所指示，以形成CFA 300。一最小重複單元係一重複單元，使得其他重複單元皆不具有較少個別濾光器。一彩色濾光器陣列可包括若干不同重複單元，但若在陣列中存在具有更少個別濾光器之另一重複單元，則一重複單元並非係一最小重複單元。其他實施例亦可包括具有一MRU之一濾光器陣列，其包括比對於MRU 302所繪示之更大或更少數目個像素(例如，參見圖4D、圖5B、圖6B及圖7B)。 圖4A至圖4D一起繪示一最小重複單元(MRU) 400及其主濾光器集合及副濾光器集合之一實施例。方向術語-北、南、東、西、頂部、底部、左、右、上、下等用於指代相對於此等圖式中所展示之個別濾光器、濾光器之群組及濾光器圖案之頁面之定向。此方向術語用於幫助描述所展示之事物，而非係指單獨之一濾光器圖案或與另一裝置(諸如，一影像感測器)組合之一濾光器圖案在實際使用中可能具有之任何定向。此外，關於包含MRU 400之實施例之濾光器及濾光器集合使用術語「主」及「副」，但此等術語並不意謂或暗示一個濾光器集合比另一者更重要，僅表示其等不同於彼此。 圖4A至圖4B一起繪示一主濾光器集合425之構造。主濾光器集合425包括四個四邊菱形濾光器402a至402d。菱形意謂濾光器係菱形的，或換言之，其等具有一菱形形狀。一菱形係一簡單(即，非自相交)四邊形，其中全部四個邊皆具有相同長度；對角線相互垂直且對分；且各對角線對分兩個內對角。儘管所繪示之濾光器402a至402d係正方形(其等已經旋轉45度)，但其等仍係菱形，此係因為一正方形係一菱形之一特殊情況(例如，參見圖7A至圖7B中一菱形並非係一正方形之更一般情況)。在所繪示之實施例中，濾光器402a至402d係菱形，且具有實質上相同大小，但在其他實施例中，濾光器402a至402d無需具有相同大小。 各菱形濾光器402具有四個頂點，在圖式中，針對各濾光器，此等頂點標記為N、S、E及W，其等對應於各濾光器之頂點相對於頁面之定向之北、南、東及西。為了形成主濾光器集合425，濾光器402a至402d經放在一起使得各菱形濾光器402之頂點之兩者與另一菱形濾光器之頂點接觸。對分開觀測之主濾光器集合425及MRU 400，亦係如此。但當多個MRU 400經平鋪成一完整濾光器陣列時，除陣列之邊緣處之濾光器外，每個濾光器之全部四個頂點實際上皆與另一濾光器之頂點接觸(參見例如圖5A至圖5B，圖6A至圖6B)。 在所繪示之實施例中，濾光器402a具有經定位與濾光器402b之頂點W重合之頂點E及與濾光器402c之頂點N重合之頂點S。濾光器402b具有經定位與濾光器402a之頂點E重合之頂點W及與濾光器402d之頂點N重合之頂點S。濾光器402c具有經定位與濾光器402d之頂點W重合之頂點E及與濾光器402a之頂點S重合之頂點N。濾光器402d具有經定位與濾光器402c之頂點E重合之頂點W及與濾光器402b之頂點S重合之頂點N。 為將光譜光回應指派至MRU 400中之個別濾光器，該等個別濾光器可被分成兩個群組：主集合中之濾光器，其等具有三個不同彩色光譜光回應S1、S2及S3；及副集合中之一濾光器，其具有與S1、S2或S3不同之一第四光回應S4。在主集合425中，且因此在MRU 400中，三個光譜光回應S1至S3被指派至四個濾光器402a至402d，此意謂光回應S1至S3之任一者可在主濾光器集合425及MRU 400中出現兩次；換言之，相同彩色光回應濾光器可在MRU中出現一次以上。在主濾光器集合425之所繪示實施例中，光譜光回應S2出現兩次，且其經定位使得相同彩色光回應濾光器對角相對且非鄰接；此配置係熟知之拜耳圖案至菱形像素之一應用。但在其他實施例中，相同彩色光回應濾光器可係與所展示不同地定位。舉例而言，相同光回應濾光器可係沿著一不同對角線而定位，或可係水平地或垂直地鄰接。 經選擇用於一MRU中之彩色光回應集合通常具有至少三種色彩，但在一些實施例中，其可包括四種以上色彩。在具有四個彩色光回應之MRU 400之一實施例中，光回應S1至S4之集合可為紅色、綠色、藍色及清透或全色(即，中性或無色)。但在其他實施例中，CFA 300可包括除所列出之外或取代所列出之其他光回應。例如，其他實施例可包括可見光光回應濾光器，諸如青色(C)、品紅(M)、黃色(Y)及清透(即，無色)濾光器。另外其他實施例可包括具有非可見光光回應之濾光器，諸如紅外線濾光器、紫外線濾光器、x射線濾光器等。 如本文中所使用，一白色光回應、一清透光回應、一無色光回應或一全色光回應係指具有比在彩色光回應之一集合中所表示之彼等光譜靈敏度更廣泛之一光譜靈敏度之一光回應。一全色光靈敏度可跨整個可見光光譜具有較高靈敏度。術語全色像素將指代具有一全色光回應之一像素。儘管全色像素通常具有比彩色光回應集合更廣泛之一光譜靈敏度，但各全色像素可具有一相關聯濾光器。此濾光器係一中性密度濾光器或一彩色濾光器。 圖4B繪示起因於將菱形濾光器402a至402d放在一起(如圖4A中所展示)之主集合425之一實施例。當如所展示般放在一起時，濾光器402a至402d形成一中心間隙空間405c及四個周邊間隙空間405n、405s、405e及405w。中心間隙空間405c係一封閉空間，此意謂其完全由四個邊緣限界：濾光器402a之邊緣SE、濾光器402b之邊緣SW、濾光器402c之邊緣NE及濾光器402d之邊緣NW。在主集合425中，周邊間隙空間405n、405s、405e及405w係開放空間，在此意義上，其等僅在兩個邊上受限界。空間405n係由濾光器402a之邊緣NE及濾光器402b之邊緣NW限界；空間405s係由濾光器402c之邊緣SE及濾光器402d之邊緣NW限界；空間405e係由濾光器402b之邊緣SE與濾光器402之邊緣NE限界；且空間405w係由濾光器402a之邊緣SW與濾光器402c之邊緣NW限界。 結果係一主集合425，其中各菱形濾光器402a至402d具有與兩個其他菱形濾光器接觸之頂點，且其中四個菱形濾光器具有經定位於四邊形408之頂點處的中心。在其中濾光器402a至402d係正方形之一實施例中，如圖式中所展示，四邊形408亦將係正方形。但若濾光器402a至402d係更一般之菱形(參見圖7A至圖7B)，則四邊形408將係一矩形。 圖4C繪示一副濾光器集合至主集合425之新增。副集合包括四個濾光器404，其具有與主集合中之光譜光回應S1、S2及S3之任一者不同之一第四光譜光回應S4。在一項實施例中，S4係一非可見光光回應，諸如紅外線、紫外線或X射線，但在其他實施例中，S4可係一可見光光回應，諸如全色。四個副集合濾光器404係定位於主集合425中：一個副集合濾光器處於中心間隙空間405c中，且四個周邊間隙空間405n、405s、405e及405w中之任何三者中各有一個副集合濾光器。在MRU 400之所繪示實施例中，濾光器404c經定位於中心間隙空間405c中，使得濾光器402a至402d之中心及濾光器404c之中心形成一五點形。濾光器404n經定位於周邊間隙空間405n中，濾光器404e經定位於周邊間隙空間405e中，且濾光器404s經定位於周邊間隙空間405s中。但如上所述，MRU 400之不同實施例可使用四個周邊間隙空間之任何三者。圖4D繪示起因於圖4A至圖4C中所繪示之組件之MRU 400之一實施例。 圖5A至圖5B繪示一彩色濾光器陣列500及其MRU 502之實施例。MRU 502類似於MRU 400，但其具有光譜光回應S1至S4之特定指派。圖5B繪示MRU 502之一實施例，其中光譜光回應S1至S3係自包括紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)之一主彩色集(其亦稱為RGB彩色集合)中選出。在所繪示之實施例中，S1係紅色，S2係綠色，且S3係藍色，使得主集合形成一拜耳圖案。光譜光回應S4係一非可見光光回應，在所繪示之實施例中，其係紅外線(IR)，但在另一實施例中，其可係另一非可見光光回應，諸如，紫外線或X射線。在另外實施例中，光譜光回應S4可係與S1、S2及S3不同之一可見光光回應，(例如，一全色光回應。 彩色濾光器陣列(諸如，CFA 500)維持一真正RGB拜耳圖案且不產生色彩保真度或混疊問題。無需特殊4×4或8×8圖案或複雜內插演算法，且CFA 500可提供全解析度或近全解析度彩色成像以及全解析度或近全解析度紅外線成像。全解析度或近全解析度紅外線成像在生物計量應用(諸如，虹膜辨別)中可能係重要的。 圖6A至圖6B繪示一彩色濾光器陣列600及其MRU 602之其他實施例。MRU 602類似於MRU 400，但其具有光譜光回應之特定指派。圖6B繪示MRU 600之一實施例，其中光譜光回應S1至S3係自包括品紅(M)、黃色(Y)及青色(C)之一主彩色集(其也亦稱為CMY彩色集合)中選出。在所繪示之實施例中，S1係品紅，S2係黃色，且S3係青色，使得主濾光器集合係一拜耳圖案之一CMY等效物。光譜光回應S4係一非可見光光回應，在所繪示之實施例中，其係紅外線(IR)，但在另一實施例中，其可係另一非可見光光回應，諸如，紫外線或X射線。在另外實施例中，光譜光回應S4可係與S1、S2及S3不同之一可見光光回應，例如，一全色光回應。 圖7A至圖7B繪示具有一更一般菱形形狀之一MRU 700之一實施例。圖7A繪示一菱形之一實施例。如上所述，一菱形係一簡單(即，非自相交)四邊形，其中全部四個邊皆具有相同長度；對角線相互垂直且對分；且各對角線對分兩個內對角。所繪示之菱形具有長度a之一短對角線及長度b之一長對角線。針對一般菱形，a≠b，但針對其中a＝b之特殊情況，菱形變成一正方形，諸如，上文圖4A至圖4D、圖5A至圖5B及圖6A至圖6B所展示之正方形。圖7B繪示一MRU 700之一實施例，其中菱形濾光器係其中a≠b之菱形。MRU 700在多數方面類似於MRU 400；主要差異在於菱形濾光器之形狀。 圖8示意性地繪示使用一濾光器陣列(諸如，圖5A中所展示之濾光器陣列)之一影像感測器中之讀取電路之一實施例。圖8展示個別濾光器，其等與各其他者分開以留出用於繪製電路線之空間，但在一真實實施例中，濾光器將如圖5A中所展示般配置，電路線在濾光器下方或上方佈線(例如，參見圖2A至圖2B)。 在一些實施例中，可能有用的係僅使用主濾光器集合或僅使用副濾光器集合，而並非係使用兩者來擷取影像。例如，可能有用的係擷取一彩色影像而非一IR影像，且在此等情況中，讀取光學耦合至IR濾光器之像素將浪費時間及處理資源。類似地，可能有用的係擷取一IR影像而非一彩色影像，且在此類情況中，可能希望僅讀取耦合至IR濾光器之像素而不浪費時間及處理資源於讀取光學耦合至彩色濾光器之像素。 針對此等應用，圖8提供一種配置，其中光學耦合至主濾光器集合中之一濾光器(在此實施例中，其係RGB彩色濾光器)之各像素耦合至一列線及一位元線，且來自主濾光器集合之列線及位元線耦合至一主讀取電路。光學耦合至來自副濾光器集合之濾光器(在此實施例中，其係具有一IR光回應之濾光器)之像素亦各耦合至一列線及一位元線，但副集合之列線及位元線與主集合之列線及位元線完全分開且獨立。來自副濾光器集合像素之列線及位元線耦合至一副讀取電路。列線、位元線及讀取電路之此配置容許與光學耦合至來自副濾光器集合之濾光器之像素分開且獨立地讀取光學耦合至來自主濾光器集合之濾光器之像素。在所繪示之實施例中，將主讀取電路及副讀取電路展示為分開之電路，但在其他實施例中，其等可為相同電路，但受控於不同邏輯。 實施例之上文描述，包括發明摘要中所描述之內容，不意欲為詳盡的或將本發明限制為所描述之形式。雖然為了繪示性目的，本文中描述本發明之特定實施例及實例，但如熟習此項技術者應認識到，鑒於上文詳細描述，在本發明之範疇內，多種等效修改係可能的。 隨附申請專利範圍中所使用之術語不應被解譯為將本發明限制於說明書及申請專利範圍中揭示之特定實施例。實情係，本發明之範疇將完全由隨附申請專利範圍確定，申請專利範圍應使用申請專利範圍解釋之公認原則來解譯。
100‧‧‧互補金屬氧化物半導體影像感測器/CMOS影像感測器
105‧‧‧彩色像素陣列
115‧‧‧功能邏輯
120‧‧‧控制電路
170‧‧‧讀出電路
200‧‧‧前側照式像素/FSI像素
201‧‧‧彩色濾光器陣列
202‧‧‧基板
203‧‧‧濾光器
204‧‧‧光敏區域/光電二極體區域/PD區域
205‧‧‧濾光器
206‧‧‧金屬堆疊
210‧‧‧微透鏡
250‧‧‧背側照式像素/BSI像素
300‧‧‧彩色濾光器陣列/CFA
302‧‧‧MRU
400‧‧‧最小重複單元/MRU
402a‧‧‧濾光器
402b‧‧‧濾光器
402c‧‧‧濾光器
402d‧‧‧濾光器
404c‧‧‧濾光器
404e‧‧‧濾光器
404n‧‧‧濾光器
404s‧‧‧濾光器
405c‧‧‧中心間隙空間
405e‧‧‧周邊間隙空間
405n‧‧‧周邊間隙空間
405s‧‧‧周邊間隙空間
405w‧‧‧周邊間隙空間
408‧‧‧四邊形
500‧‧‧彩色濾光器陣列
502‧‧‧MRU
600‧‧‧彩色濾光器陣列/MRU
602‧‧‧MRU
700‧‧‧MRU
C1-Cx‧‧‧行
M1‧‧‧金屬層
M2‧‧‧金屬層
P1-Pn‧‧‧像素
R1-Ry‧‧‧列
W、S、N、E‧‧‧頂點
SE、SW、NE、NW‧‧‧邊緣
S1、S2、S3、S4‧‧‧光譜光回應
參考以下圖式描述本發明之非限制及非詳盡實施例，其中貫穿各種視圖相似元件符號指代相似部件，除非另外指定。圖式並非按比例繪製，除非明確指示。 圖1係包括一彩色濾光器陣列之一影像感測器之一實施例之一示意圖。 圖2A至圖2B分別係一對前側照式像素之實施例及一對背側照式像素之實施例之橫截面。 圖3係藉由平鋪多個最小重複單元(MRU)形成之一彩色濾光器陣列(CFA)之一實施例之一圖。 圖4A至圖4D係一最小重複單元及其組件之一實施例之圖。 圖5A至圖5B分別係一彩色濾光器陣列及其最小重複單元之一實施例之圖。 圖6A至圖6B分別係一彩色濾光器陣列及其最小重複單元之另一實施例之圖。 圖7A至圖7B係一菱形及使用非正方形菱形濾光器形成之一MRU之一實施例之圖。 圖8係繪示用於讀取具有所描述之一濾光器陣列之一實施例之一影像感測器中之像素之一對讀取電路之一實施例之一圖。

Claims (16)

  1. 一種彩色濾光器陣列，其包括：複數個平鋪(tiled)最小重複單元，各最小重複單元至少包括：四個菱形(rhombic)彩色濾光器之一主(primary)集合，經定位使得各菱形彩色濾光器之至少兩個頂點(vertices)接觸一鄰接(adjoining)菱形彩色濾光器之一頂點(vertex)，且使得該四個菱形濾光器形成一中心間隙(interstitial)空間及四個周邊間隙空間，其中該主集合包括具有一第一光譜光回應(photoresponse)之至少一個彩色濾光器、具有一第二光譜光回應之至少一個彩色濾光器，及具有一第三光譜光回應之至少一個彩色濾光器；及菱形濾光器之一副(secondary)集合，該副集合包含經定位於該中心間隙空間中之一菱形濾光器及經定位於該四個周邊間隙空間中之三者中之若干菱形濾光器，其中該副集合中之該等菱形濾光器具有不同於該第一光譜光回應、該第二光譜光回應，及該第三光譜光回應中之任一者之一第四光譜光回應。
  2. 如請求項1之彩色濾光器陣列，其中該第一光譜光回應係紅色(R)，該第二光譜光回應係綠色(G)，該第三光譜光回應係藍色(B)，且該第四光譜光回應係一非可見光光回應。
  3. 如請求項2之彩色濾光器陣列，其中該非可見光光回應係紅外線(IR)、紫外線或X射線。
  4. 如請求項1之彩色濾光器陣列，其中該第一光回應係青色(C)，該第二光回應係黃色(Y)，該第三光回應係品紅(M)，且該第四光回應係一非可見光光回應。
  5. 如請求項4之彩色濾光器陣列，其中該非可見光光回應係紅外線(IR)、紫外線或X射線。
  6. 如請求項1之彩色濾光器陣列，其中來自該副集合之菱形濾光器係定位於一北周邊間隙空間、一南周邊間隙空間中，及定位於一東周邊間隙空間與一西周邊間隙空間之至少一者中。
  7. 如請求項6之濾色器陣列，其中來自該副集合之菱形濾光器係定位於一北周邊間隙空間、一南周邊間隙空間中及一東周邊間隙空間中。
  8. 一種影像感測器，其包括：一像素陣列，其包括複數個個別像素；一彩色濾光器陣列，其經定位於該像素陣列上方(over)使得該像素陣列中之各個別像素經光學耦合至該彩色濾光器陣列之一對應濾光器，該彩色濾光器陣列包含複數個平鋪最小重複單元，各最小重複單元至少包括：四個菱形彩色濾光器之一主集合，經定位使得各菱形彩色濾光器之至少兩個頂點接觸一鄰接菱形彩色濾光器之一頂點，且使得 該四個菱形濾光器形成一中心間隙空間及四個周邊間隙空間，其中該主集合包括具有一第一光譜光回應之至少一個彩色濾光器、具有一第二光譜光回應之至少一個彩色濾光器，及具有一第三光譜光回應之至少一個彩色濾光器；及菱形濾光器之一副集合，該副集合包含經定位於該中心間隙空間中之一菱形濾光器及經定位於該四個周邊間隙空間之至少三者中之若干濾光器，其中該副集合中之該等菱形濾光器具有不同於該第一光譜光回應、該第二光譜光回應，及該第三光譜光回應中之任一者之一第四光譜光回應；讀出電路，其經耦合至該像素陣列以自該等個別像素讀出信號；及功能邏輯(function logic)，其經耦合至該讀出電路以處理來自該等個別像素讀取之該等信號。
  9. 如請求項8之影像感測器，其中該第一光譜光回應係紅色(R)，該第二光譜光回應係綠色(G)，該第三光譜光回應係藍色(B)，且該第四光譜光回應係一非可見光光回應。
  10. 如請求項9之影像感測器，其中該非可見光光回應係紅外線(IR)、紫外線或X射線。
  11. 如請求項8之影像感測器，其中該第一光回應係青色(C)，該第二光回應係黃色(Y)，該第三光回應係品紅(M)，且該第四光回應係一非可見光光回應。
  12. 如請求項11之影像感測器，其中該非可見光光回應係紅外線(IR)、紫外線或X射線。
  13. 如請求項8之影像感測器，其中來自該副集合之菱形濾光器係定位於一北周邊間隙空間、一南周邊間隙空間中，並且定位於一東周邊間隙空間與一西周邊間隙空間之至少一者中。
  14. 如請求項13之影像感測器，其中來自該副集合之菱形濾光器係定位於一北周邊間隙空間、一南周邊間隙空間中及一東周邊間隙空間中。
  15. 如請求項8之影像感測器，其中各濾光器之形狀實質上匹配其對應像素之大小。
  16. 如請求項8之影像感測器，其中該讀出電路包含：一第一讀出電路，其經耦合至經光學耦合至來自該主集合之濾光器的像素；及一第二讀出電路，其經耦合至經光學耦合至來自該副集合之濾光器的像素；其中可與經光學耦合至來自該副集合之濾光器的像素分開且獨立地讀取經光學耦合至來自該主集合之濾光器的像素。
TW106104335A 2016-03-03 2017-02-10 包括菱形像素之彩色濾光器 TWI624179B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/060,187 US9716868B1 (en) 2016-03-03 2016-03-03 Color filter including diamond-shaped pixels
US15/060,187 2016-03-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201737700A TW201737700A (zh) 2017-10-16
TWI624179B true TWI624179B (zh) 2018-05-11

Family

ID=59350243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106104335A TWI624179B (zh) 2016-03-03 2017-02-10 包括菱形像素之彩色濾光器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9716868B1 (zh)
CN (1) CN107154411B (zh)
TW (1) TWI624179B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108666330B (zh) * 2017-04-01 2020-05-05 奇景光电股份有限公司 影像感测器
WO2021248379A1 (zh) * 2020-06-10 2021-12-16 深圳市汇顶科技股份有限公司 图像传感器和电子设备

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6522356B1 (en) * 1996-08-14 2003-02-18 Sharp Kabushiki Kaisha Color solid-state imaging apparatus
US20070153104A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-05 Ellis-Monaghan John J Pixel array, imaging sensor including the pixel array and digital camera including the imaging sensor
US7375803B1 (en) * 2006-05-18 2008-05-20 Canesta, Inc. RGBZ (red, green, blue, z-depth) filter system usable with sensor systems, including sensor systems with synthetic mirror enhanced three-dimensional imaging
US7414630B2 (en) * 2005-01-05 2008-08-19 Digital Imaging Systems Gmbh Hexagonal color pixel structure with white pixels
US20110090382A1 (en) * 2001-08-22 2011-04-21 Glenn William E Apparatus and method for producing video signals
US8599291B2 (en) * 2009-10-14 2013-12-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Color filter array, image sensor having the same, and signal interpolating method
US9036061B2 (en) * 2011-12-27 2015-05-19 Fujifilm Corporation Color imaging apparatus
US20150171146A1 (en) * 2012-07-24 2015-06-18 Sony Corporation Imaging element, electronic device, and information processing device
US20150212367A1 (en) * 2012-07-13 2015-07-30 Boe Technology Group Co., Ltd. Color filter substrate, array substrate, liquid crystal panel and liquid crystal display device
US20150228689A1 (en) * 2014-02-11 2015-08-13 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with infrared pixels having increased quantum efficiency

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100494098B1 (ko) 2004-06-28 2005-06-10 엠텍비젼 주식회사 Cmos 이미지 센서
WO2006064564A1 (ja) * 2004-12-16 2006-06-22 Fujitsu Limited 撮像装置、撮像素子および画像処理方法
JP2009049117A (ja) * 2007-08-17 2009-03-05 Fujifilm Corp 固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法及び固体撮像素子、並びに固体撮像素子用パターンマスクセット
US8446470B2 (en) 2007-10-04 2013-05-21 Magna Electronics, Inc. Combined RGB and IR imaging sensor
KR20100051223A (ko) * 2008-11-07 2010-05-17 주식회사 동부하이텍 마스크 및 이 마스크를 이용하여 제조된 이미지 센서 및 그제조 방법
US8405748B2 (en) * 2010-07-16 2013-03-26 Omnivision Technologies, Inc. CMOS image sensor with improved photodiode area allocation
US8416325B2 (en) * 2010-10-04 2013-04-09 Fujifilm Corporation Imaging apparatus and color contamination correction method
CN104205332B (zh) * 2012-03-30 2016-05-18 富士胶片株式会社 摄像元件以及摄像装置
US9549158B2 (en) * 2012-04-18 2017-01-17 Brightway Vision Ltd. Controllable single pixel sensors
US9667933B2 (en) * 2013-07-01 2017-05-30 Omnivision Technologies, Inc. Color and infrared filter array patterns to reduce color aliasing
US9369681B1 (en) * 2014-11-25 2016-06-14 Omnivision Technologies, Inc. RGBC color filter array patterns to minimize color aliasing
US9425227B1 (en) * 2015-05-20 2016-08-23 Visera Technologies Company Limited Imaging sensor using infrared-pass filter for green deduction

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6522356B1 (en) * 1996-08-14 2003-02-18 Sharp Kabushiki Kaisha Color solid-state imaging apparatus
US20110090382A1 (en) * 2001-08-22 2011-04-21 Glenn William E Apparatus and method for producing video signals
US7414630B2 (en) * 2005-01-05 2008-08-19 Digital Imaging Systems Gmbh Hexagonal color pixel structure with white pixels
US20070153104A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-05 Ellis-Monaghan John J Pixel array, imaging sensor including the pixel array and digital camera including the imaging sensor
US7375803B1 (en) * 2006-05-18 2008-05-20 Canesta, Inc. RGBZ (red, green, blue, z-depth) filter system usable with sensor systems, including sensor systems with synthetic mirror enhanced three-dimensional imaging
US8599291B2 (en) * 2009-10-14 2013-12-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Color filter array, image sensor having the same, and signal interpolating method
US9036061B2 (en) * 2011-12-27 2015-05-19 Fujifilm Corporation Color imaging apparatus
US20150212367A1 (en) * 2012-07-13 2015-07-30 Boe Technology Group Co., Ltd. Color filter substrate, array substrate, liquid crystal panel and liquid crystal display device
US20150171146A1 (en) * 2012-07-24 2015-06-18 Sony Corporation Imaging element, electronic device, and information processing device
US20150228689A1 (en) * 2014-02-11 2015-08-13 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with infrared pixels having increased quantum efficiency

Also Published As

Publication number Publication date
CN107154411A (zh) 2017-09-12
US9716868B1 (en) 2017-07-25
TW201737700A (zh) 2017-10-16
CN107154411B (zh) 2020-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9521381B2 (en) RGBC color filter array patterns to minimize color aliasing
TWI600927B (zh) 用於減少顏色混疊之彩色濾光器陣列圖案
US10015416B2 (en) Imaging systems with high dynamic range and phase detection pixels
TWI628470B (zh) 低彩色誤差及高信嗓比之多層彩色濾光器
TWI615033B (zh) 彩色濾光片陣列、影像感測器及用以減少光譜串擾之方法
KR101613015B1 (ko) 컬러 앨리어싱을 줄이기 위한 컬러 및 적외선 필터 어레이 패턴
TWI519161B (zh) 影像感測器及影像感測程序
TWI610426B (zh) 具有比例濾波陣列及像素內合併的影像感測器
US20180301484A1 (en) Image sensors with high dynamic range and autofocusing hexagonal pixels
US9368530B2 (en) Image sensor and color filter array including multiple selectable meshed filter sets
TWI624179B (zh) 包括菱形像素之彩色濾光器
TWI549276B (zh) 具有金屬網孔以偵測紅外光之彩色影像感測器