CN101986432B - Cmos图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种CMOS图像传感器，包括透镜和多个彩色滤光单元，所述彩色滤光单元采用拜尔图样排布，每一彩色滤光单元与所述透镜之间均设置有一遮光层，所述CMOS图像传感器的每个像素单元的奇数行彩色滤光单元对应的遮光层的面积大于或者小于偶数行彩色滤光单元对应的遮光层的面积。本发明的CMOS图像传感器能够消除因入射光线倾斜而产生的空间噪声。

Description

CMOS图像传感器
技术领域
本发明涉及一种CMOS图像传感器。
背景技术
集成电路技术使计算机、控制系统、通讯和图像等许多领域发生了巨大的变化。在图像领域中，互补金属-氧化物-半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor,CMOS)有源像素图像传感器已在电荷耦合成像器件涉及的应用中占领了相当大的领域。
请参阅图1，图1是现有技术的一种采用拜尔彩色滤光图样(Bayer color filterpattern)的CMOS图像传感器的示意图。这种CMOS图像传感器的彩色滤光单元采用拜尔图样排布，其中，奇数行的彩色滤光单元由红色(Red)滤光单元和绿色(Green)滤光单元间隔排布形成，偶数行的彩色滤光单元由绿色滤光单元和蓝色(Blue)滤光单元间隔排布形成。相邻两行的相邻的四个彩色滤光单元形成一个所述CMOS图像传感器的像素单元，即每个像素单元包括一个红色滤光单元、一个蓝色滤光单元和2个绿色滤光单元。定义所述CMOS图像传感器的每个像素单元的四个彩色滤光单元对应形成R、Gr、B、Gb四个子像素单元，其中，Gr表示奇数行的绿色滤光单元对应的子像素单元，Gb表示偶数行的绿色滤光单元对应的子像素单元。
请参阅图2，图2是图1中所述CMOS图像传感器的结构示意图。所述CMOS图像传感器包括一透镜11、多个微棱镜(microlens)13、多个彩色滤光(color filter)单元15和多个感光元件(sensor)17。所述微棱镜13、所述彩色滤光单元15和所述感光元件17一一对应设置。外界光线依次经所述透镜11、微棱镜13、彩色滤光单元15而照射到所述感光元件17上。
然而，穿过所述透镜11的光线存在主光线入射角(Chief Ray Angle,CRA)，如图3所示，所述主光线入射角的范围通常为21到27度。由于穿过所述透镜11的光线倾斜照射到所述微棱镜13上，而所述CMOS图像传感器的一个像素单元中的Gr、Gb两个子像素单元不在同一行，因此，所述CMOS图像传感器的一个像素单元中的Gr、Gb两个子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度(sensitivity)不同。定义Gr和Gb两个子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度分别为LGr、LGb，定义参数由图4可知，当L>3％时，采用所述CMOS图像传感器拍摄的图像会产生明显的空间噪声(spatial noise)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决上述问题的CMOS图像传感器。
一种CMOS图像传感器，包括透镜和多个彩色滤光单元，所述彩色滤光单元采用拜尔图样排布，每一彩色滤光单元与所述透镜之间均设置有一遮光层，所述CMOS图像传感器的每个像素单元的奇数行彩色滤光单元对应的遮光层的面积大于或者小于偶数行彩色滤光单元对应的遮光层的面积。
本发明优选的一种技术方案，所述CMOS图像传感器还包括多个感光元件，一个所述彩色滤光单元设置于一个所述遮光层和一个所述感光元件之间。
本发明优选的一种技术方案，所述感光元件是发光二极管。
本发明优选的一种技术方案，每一彩色滤光单元和遮光层之间均设置有一微棱镜。
本发明优选的一种技术方案，所述CMOS图像传感器的每个像素单元包括R、Gr、B、Gb四个子像素单元，Gr和Gb两个子像素单元的感光灵敏度为LGr、LGb，则的值小于3％。
一种CMOS图像传感器，包括透镜和多个彩色滤光单元，所述彩色滤光单元采用拜尔图样排布，每一彩色滤光单元与所述透镜之间均设置有一微棱镜，在所述彩色滤光单元的延伸方向，所述微棱镜与所述彩色滤光单元之间有一位置差。
本发明优选的一种技术方案，所述位置差为1.05μm。
本发明优选的一种技术方案，所述CMOS图像传感器还包括多个感光元件，一个所述彩色滤光单元设置于一个所述微棱镜和一个所述感光元件之间。
本发明优选的一种技术方案，所述感光元件是发光二极管。
本发明优选的一种技术方案，所述CMOS图像传感器的每个像素单元包括R、Gr、B、Gb四个子像素单元，Gr和Gb两个子像素单元的感光灵敏度为LGr、LGb，的值小于3％。
与现有技术相比，本发明的CMOS图像传感器利用每个像素单元的奇数行彩色滤光单元对应的遮光层的面积大于或者小于偶数行彩色滤光单元对应的遮光层的面积，或者利用所述微棱镜与所述彩色滤光单元之间产生的位置差，使得参数的值小于3％，从而消除所述CMOS图像传感器拍摄的图像产生的空间噪声。
附图说明
图1是现有技术的一种采用拜尔彩色滤光图样的CMOS图像传感器的示意图。
图2是图1所述的CMOS图像传感器的结构示意图。
图3是图2所述的CMOS图像传感器的主光线入射角示意图。
图4是图2所述的CMOS图像传感器拍摄到的图像画面的示意图。
图5是本发明第一实施方式的CMOS图像传感器的结构示意图。
图6是本发明第二实施方式的CMOS图像传感器的结构示意图。
图7是图6所示的CMOS图像传感器的感光元件的感光灵敏度随微棱镜位移值变化的关系示意图。
图8是图6所示的CMOS图像传感器的Gr、Gb两个子像素单元的感光灵敏度差随微棱镜位移值变化的关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
请参阅图5，图5是本发明第一实施方式的CMOS图像传感器的结构示意图。所述CMOS图像传感器包括透镜21、多个遮光层22、多个微棱镜23、多个彩色滤光单元25和多个感光元件27。所述遮光层22设置于所述透镜21和所述彩色滤光单元25之间，所述微棱镜23设置于所述彩色滤光单元25和所述遮光层22之间。所述多个遮光层22、多个微棱镜23、多个彩色滤光单元25和多个感光元件27之间一一对应设置，即每一彩色滤光单元25与所述透镜21之间均设置有一遮光层22，每一所述彩色滤光单元25设置于一个所述遮光层22和一个所述感光元件27之间。优选的，所述感光元件27是发光二极管(photodiode)，所述遮光层22为金属遮光层(metal shield)。
所述彩色滤光单元25采用拜尔图样排布，其中，奇数行的彩色滤光单元由红色滤光单元和绿色滤光单元间隔排布形成，偶数行的彩色滤光单元由绿色滤光单元和蓝色滤光单元间隔排布形成。相邻两行的相邻的四个彩色滤光单元形成CMOS图像传感器的一个像素单元，即每个像素单元包括一个红色滤光单元、一个蓝色滤光单元和2个绿色滤光单元。定义所述CMOS图像传感器的每个像素单元的四个彩色滤光单元对应形成R、Gr、B、Gb四个子像素单元，其中，Gr表示奇数行的绿色滤光单元对应的子像素单元，Gb表示偶数行的绿色滤光单元对应的子像素单元。
由于光线的倾斜照射，当Gr子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度LGr大于Gb子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度LGb时，设置Gr子像素单元对应遮光层22的面积大于Gb子像素单元对应的遮光层22的面积，即所述CMOS图像传感器的每个像素单元的奇数行彩色滤光单元对应的遮光层22的面积大于偶数行彩色滤光单元对应的遮光层22的面积。由于Gr子像素单元对应遮光层22的面积较大，遮住了较多的光线，从而降低了Gr子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度LGr，而Gb子像素单元对应遮光层22的面积相对较小，遮住了较少的光线，从而相对增加了Gb子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度LGb。因此，通过调整遮光层22的面积，即可使得参数的值小于3％，从而消除所述CMOS图像传感器拍摄的图像产生的空间噪声。
依据相同的原理，由于光线的倾斜照射，当Gr子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度LGr小于Gb子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度LGb时，Gr子像素单元对应遮光层22的面积小于Gb子像素单元对应的遮光层22的面积，即所述CMOS图像传感器的每个像素单元的奇数行彩色滤光单元对应的遮光层22的面积小于偶数行彩色滤光单元对应的遮光层22的面积。由于Gr子像素单元对应遮光层22的面积相对较小，遮住了较少的光线，从而相对增加了Gr子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度LGr，而Gb子像素单元对应遮光层22的面积较大，遮住了较多的光线，从而降低了Gb子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度LGb。因此，通过调整遮光层22的面积，即可使得参数的值小于3％，从而消除所述CMOS图像传感器拍摄的图像产生的空间噪声。
请参阅图6，图6是本发明第二实施方式的CMOS图像传感器的结构示意图。所述CMOS图像传感器包括透镜31、多个微棱镜33、多个彩色滤光单元35和多个感光元件37。所述微棱镜33设置于所述透镜31和所述彩色滤光单元35之间，所述彩色滤光单元35设置于所述微棱镜33和所述感光元件37之间。优选的，所述感光元件37是发光二极管。
所述多个微棱镜33、多个彩色滤光单元35和多个感光元件37之间一一对应设置，即每一所述彩色滤光单元35设置于一个所述微棱镜33和一个所述感光元件37之间。所述彩色滤光单元35采用拜尔图样排布，在所述多个彩色滤光单元35的延伸方向，所述微棱镜33与所述彩色滤光单元35之间有一位置差。
当光线倾斜照射到所述微棱镜13上时，通过使所述微棱镜33与所述彩色滤光单元35之间产生所述位置差，即可改变所述CMOS图像传感器的每个子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度，如图7所示。由图可见，当所述位置差为0.9μm时，所述CMOS图像传感器的每个子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度达到最大值1。当所述微棱镜33与所述彩色滤光单元35之间的位置差为1.05μm时，所述CMOS图像传感器的一个像素单元中的Gr、Gb两个子像素单元对应的感光元件的感光灵敏度差值最小，接近为0，如图8所示。因此，通过调整所述微棱镜33与所述彩色滤光单元35之间的位置差，即可改变参数的值，从而使得参数的值小于3％，进而消除所述CMOS图像传感器拍摄的图像产生的空间干扰。
与现有技术相比，本发明的CMOS图像传感器利用每个像素单元的奇数行彩色滤光单元对应的遮光层的面积大于或者小于偶数行彩色滤光单元对应的遮光层的面积，或者利用所述微棱镜与所述彩色滤光单元之间产生的位置差，使得参数的值小于3％，从而消除所述CMOS图像传感器拍摄的图像产生的空间干扰。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims (8)

1.一种CMOS图像传感器，包括透镜和多个彩色滤光单元，所述彩色滤光单元采用拜尔图样排布，其特征在于，每一彩色滤光单元与所述透镜之间均设置有一遮光层，所述CMOS图像传感器的每个像素单元的奇数行彩色滤光单元对应的遮光层的面积大于或者小于偶数行彩色滤光单元对应的遮光层的面积。
2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述CMOS图像传感器还包括多个感光元件，一个所述彩色滤光单元设置于一个所述遮光层和一个所述感光元件之间。
3.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，每一彩色滤光单元和遮光层之间均设置有一微棱镜。
4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述CMOS图像传感器的每个像素单元包括R、Gr、B、Gb四个子像素单元，Gr和Gb两个子像素单元的感光灵敏度为LGr、LGb，则的值小于3％。
5.一种CMOS图像传感器，包括透镜和多个彩色滤光单元，所述彩色滤光单元采用拜尔图样排布，每一彩色滤光单元与所述透镜之间均设置有一微棱镜，其特征在于，在所述多个彩色滤光单元的延伸方向，所述微棱镜与所述彩色滤光单元之间有一位置差。
6.如权利要求5所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述位置差为1.05μm。
7.如权利要求5所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述CMOS图像传感器还包括多个感光元件，一个所述彩色滤光单元设置于一个所述微棱镜和一个所述感光元件之间。
8.如权利要求5所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述CMOS图像传感器的每个像素单元包括R、Gr、B、Gb四个子像素单元，Gr和Gb两个子像素单元的感光灵敏度为LGr、LGb，的值小于3％。
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