CN109543351B - 像素阵列版图的制作方法及像素阵列的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种像素阵列版图的制作方法和一种像素阵列制作方法，通过改变原始周期性像素阵列版图的某一区域内的多个像素单元的大小来实现像素单元在平面空间上的随机分布/近似随机分布，且通过进一步对所述选取的区域内的所述感光单元的形状进行调整，以使同一所述像素单元的各所述感光单元所占面积比例不变，或按各所述感光单元的面积改变的比例调整与各所述感光单元对应的所述电容单元的面积，以形成目标像素阵列版图。由于形成的所述目标像素阵列版图的周期性遭到了破环，因此通过所述目标像素阵列版图形成的目标像素阵列用以形成图像传感器对周期性图像进行成像时莫尔条纹的强度得到降低甚至不会再出现莫尔条纹。

Description

像素阵列版图的制作方法及像素阵列的制作方法
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，特别涉及一种像素阵列版图的制作方法及一种像素阵列的制作方法。
背景技术
图像传感器是将光信号转换为电信号的装置，在数字电视、可视通信、摄影市场中有着广泛的应用。根据光电转换方式的不同，图像传感器通常可以分为电荷耦合器件图像传感器(Charge-coupled Device，CCD)和互补性金属氧化物半导体图像传感器(CmosImage Sensor，CIS)两类。
图像传感器的像素单元是图像传感器实现感光的核心器件，对于以上两种图像传感器，成像单元一般以周期性矩形阵列形式排布，其虽然有制作工艺简单的优点，却存在拍摄周期性阵列图形的困难，具体表现在图像中出现的莫尔条纹(Moire Fringes)会严重干扰对图像细节的辨识。
莫尔条纹的产生根源是两个周期性的网格叠加导致在较长周期上格点发生重合。如音频中两种音调(频率)比较靠近的音源互相干涉导致的拍频(Beat Frequency)。不像人造的CCD或者CIS，人和哺乳动物的视网膜细胞在像平面上是呈随机分布的，故人或者动物的眼睛看周期性的图形是不会出现周期性的莫尔条纹的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种像素阵列版图的制作方法及一种像素阵列的制作方法，以解决使用现有图像传感器对周期性图像进行成像时会产生莫尔条纹的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种像素阵列版图的制作方法，包括：
提供一原始周期性像素阵列版图，所述原始周期性像素阵列版图包括多个相互隔离的像素单元，每个所述像素单元包括四个感光单元和与各感光单元相对应的电容单元；
在所述原始周期性像素阵列版图上选取一区域，在选取的区域内选取多个所述像素单元并对选取的所述像素单元进行放大，放大的所述像素单元不超出所述选取的区域的边缘；
在所述选取的区域内，对与放大的所述像素单元发生重叠的未被选取的所述像素单元的形状进行调整以使放大的所述像素单元和未被选取的所述像素单元相互隔离；以及
对所述选取的区域内的所述感光单元的形状进行调整，以使同一所述像素单元的各所述感光单元所占面积比例不变，或计算与所述原始周期性像素阵列版图相比所述选取的区域内的各所述感光单元的面积改变的比例，并按计算得到的各所述感光单元的面积改变的比例调整与各所述感光单元对应的电容单元的面积，以形成目标像素阵列版图。
可选的，在所述的像素阵列版图的制作方法中，在所述选取的区域内，对与放大的所述像素单元发生重叠的未被选取的所述像素单元的形状进行调整包括：
若放大的所述像素单元与未被选取的所述像素单元的第一边及两个相邻的第二边发生重叠，则缩短两个所述第一边；
若放大的所述像素单元与未被选取的所述像素单元的角发生重叠，则收缩发生重叠的角。
可选的，在所述的像素阵列版图的制作方法中，在所述选取的区域内所选取的多个所述像素单元互不相邻。
可选的，在所述的像素阵列版图的制作方法中，每个所述像素单元中的所有所述电容单元位于同一所述像素单元中的所有所述感光单元围合形成的区域内，在形成所述目标像素阵列版图的过程中，每个所述像素单元中的所有所述感光单元围合形成的区域大小不变。
可选的，在所述的像素阵列版图的制作方法中，对所述选取的区域内的所述感光单元的形状进行调整包括：
在每个所述像素单元中的所有所述感光单元围合形成的区域的外围添加辅助框，所述辅助框的形状和所述感光单元的形状保持一致，参照所述辅助框的边对所述感光单元的形状进行调整。
可选的，在所述的像素阵列版图的制作方法中，每个所述像素单元包括两个第一感光单元、一个第二感光单元和一个第三感光单元，其中两个所述第一感光单元呈对角形式分布。
可选的，在所述的像素阵列版图的制作方法中，所述原始周期性像素阵列版图的所有所述像素单元的大小相等，以及每个所述像素单元的所有所述感光单元的大小相等。
本发明还提供一种像素阵列的制作方法，包括：
通过如上所述的像素阵列版图的制作方法形成所述目标像素阵列版图；
通过所述目标像素阵列版图在半导体衬底上形成多个光电二极管和与各所述光电二极管相连接的用于储存电荷的电容器；
在各所述光电二极管上设置滤光片；
在各所述滤光片上设置微透镜，从而形成目标像素阵列。
可选的，在所述的像素阵列的制作方法中，在各所述光电二极管上设置的滤光片的形状均与所述光电二极管的感光面的形状保持一致。
可选的，在所述的像素阵列的制作方法中，在各所述滤光片上设置的微透镜的形状与所述滤光片的形状相匹配。
在本发明提供的像素阵列版图的制作方法和像素阵列的制作方法中，通过改变原始周期性像素阵列版图的某一区域内的多个像素单元的大小来实现像素单元在平面空间上的随机分布/近似随机分布，且通过进一步对所述选取的区域内的所述感光单元的形状进行调整，以使同一所述像素单元的各所述感光单元所占面积比例不变，或计算与所述原始周期性像素阵列版图相比所述选取的区域内的各所述感光单元的面积改变的比例，并按计算得到的各所述感光单元的面积改变的比例调整与各所述感光单元对应的电容单元的面积，以形成目标像素阵列版图。由于形成的所述目标像素阵列版图的周期性遭到了破环，因此通过所述目标像素阵列版图形成的目标像素阵列用以形成图像传感器对周期性图像进行成像时莫尔条纹的强度得到降低甚至不会再出现莫尔条纹。
附图说明
图1是本发明实施例的像素阵列版图的制作方法的流程示意图；
图2～图5为本发明实施例的像素阵列版图的制作方法各步骤对应的版图示意图；
图6为通过本发明实施例一的像素阵列版图的制作方法制得的版图示意图；
图7为本发明实施例的像素阵列的制作方法的流程示意图；
图8-图9为本发明实施例的像素阵列的制作方法各步骤对应的阵列示意图；
具体实施方式
本发明旨在消除对周期性图像进行成像时出现的莫尔条纹。消除莫尔条纹的方法有多种，从根本上消除莫尔条纹的方法是将其中一副网格的周期性破环。故本发明提供一种像素阵列版图的制作方法，目的就是将现有的图像传感器像素阵列的空间周期性打破，变为较为随机的像素分布，以使得对周期性图像进行成像时莫尔条纹的强度得到降低甚至不会再出现莫尔条纹。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的像素阵列版图的制作方法及像素阵列的制作方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
【实施例一】
如图1所示，在本实施例提供的像素阵列版图的制作方法中，所述方法包括：
步骤S101，提供一原始周期性像素阵列版图，所述原始周期性像素阵列版图包括多个相互隔离的像素单元，每个所述像素单元包括四个感光单元和与各感光单元相对应的电容单元；
步骤S102，在所述原始周期性像素阵列版图上选取一区域，在选取的区域内选取多个所述像素单元并对选取的所述像素单元进行放大，放大的所述像素单元不超出所述选取的区域的边缘；
步骤S103，在所述选取的区域内，对与放大的所述像素单元发生重叠的未被选取的所述像素单元的形状进行调整以使放大的所述像素单元和未被选取的所述像素单元相互隔离；
步骤S104，对所述选取的区域内的所述感光单元的形状进行调整，以使同一所述像素单元的各所述感光单元所占面积比例不变，或计算与所述原始周期性像素阵列版图相比所述选取的区域内的各所述感光单元的面积改变的比例，并按计算得到的各所述感光单元的面积改变的比例调整与各所述感光单元对应的所述电容单元的面积，以形成目标像素阵列版图。
如背景技术所述，莫尔条纹的产生根源是两个周期性的网格叠加导致在较长周期上格点发生重合，而本实施例中，由于形成的所述目标像素阵列版图的周期性遭到了破环，因此通过所述目标像素阵列版图形成的目标像素阵列用以形成图像传感器对周期性图像进行成像时莫尔条纹的强度得到降低甚至不会再出现莫尔条纹。
以下请参阅图2-图5具体说明本实施例提供的像素阵列版图的制作方法。
首先，执行步骤S101，如图2所示，提供一原始周期性像素阵列版图，所述原始周期性像素阵列版图包括多个相互隔离的像素单元1，所有所述像素单元1以方格阵列形式排布，每个所述像素单元1包括四个感光单元，具体的，包括两个第一感光单元11、一个第二感光单元12和一个第三感光单元13，其中两个所述第一感光单元11呈对角形式分布；还包括分别与所述第一感光单元、所述第二感光单元12和所述第三感光单元13相对应的电容单元(图2未示出)。
具体的，每个所述原始周期性像素阵列版图的所有所述像素单元1的大小相等，且参照本领域的主流设计方案，每个所述像素单元1的所有所述感光单元的大小也相等。即在所述原始周期性像素阵列版图中，所述第一感光单元11、所述第二感光单元12以及所述第三感光单元13的大小均相等。
且优选的，每个所述像素单元1的所有所述电容单元位于所有所述感光单元所围合形成的区域内，图2中用菱形表示，以使各所述感光单元的形状规则化，从而便于在后续步骤中对各所述感光单元的形状进行调整，同时，在形成所述目标像素阵列版图的过程中，每个所述像素单元1的所有所述感光单元围合所形成的区域大小不变，以避免干扰后续步骤中对各所述感光单元的形状的调整。
一般地，像素阵列中的每个子像素均包括四个光电二极管和与各光电二极管对应的电容器，利用像素阵列版图去制作像素阵列时，所述感光单元用以形成光电二极管，所述电容单元用以形成电容器，对于通过所述原始周期性像素阵列版图制得的像素阵列，四个电容器均设置四个光电二极管所围合形成的区域中。
另外，实际像素阵列的制作过程中，每个子像素的电路的其它部分例如选通晶体管、悬浮区、前置线性放大管等也形成在电容器所在的区域内，即形成在图2所示的菱形区域内，与电容器同一平面布置或者叠加布置。
然后，执行步骤S102，如图3所示，在所述原始周期性像素阵列版图上选取一区域，所选区域包括一m*n的子阵列版图，其中m和n均为正整数，例如可为2X2、3X3、5X14等等。选定子阵列版图后，对所述子阵列版图内的多个所述像素单元1进行放大，放大的所述像素单元1均不超出所述选取的区域的边缘。图3中用散点标示出来的表示放大的所述像素单元1。
这里需要说明的是，本步骤选取的区域的大小影响到莫尔条纹的消除效果，选择的所述区域越大，则消除莫尔条纹的效果越好，如果整个区域内的所述像素单元1是完全无序分布，那么可以完全消除莫尔条纹，图3所示是以3X3的子阵列版图作为示例，并不代表本发明的最佳方案。
另外，本步骤优选在选取区域选取的多个所述像素单元1互不相邻，以使得选取区域内的所有所述像素单元1尽可能无序分布，从而以达到良好的消除莫尔条纹的效果。
从图3可以看出，对选取区域内的多个所述像素单元1进行放大后，放大的所述像素单元1和未被选取的所述像素单元1会部分重叠。故接着，执行步骤S103，在所述选取的区域内，对与放大的所述像素单元1发生重叠的未被选取的所述像素单元1的形状进行调整以使放大的所述像素单元1和未被选取的所述像素单元1相互隔离。
具体的，若放大的所述像素单元1与未被选取的所述像素单元1的第一边及两个相邻的第二边发生重叠，则缩短两个所述第二边，例如，请参考图4并结合图3，对所述像素单元101进行放大后，与所述像素单元102三条边：L1、L2和L3均发生重叠，为使所述像素单元101和所述像素单元102相互隔离，则同时缩短所述像素单元102的两条边：L1和L3；以及
若放大的所述像素单元1与未被选取的所述像素单元1的角发生重叠，则收缩发生重叠的角。例如，请参考图5并结合图3，对所述像素单元101进行放大后，与所述像素单元103的角发生重叠，为使所述像素单元101和所述像素单元103相互隔离，则收缩所述像素单元103发生重叠的角，使得所述发生重叠的角以其对顶角θ的形式存在。如此，便在使得各所述像素单元1相互隔离的同时，进一步增加了所述像素单元1无序分布的程度。
对于像素阵列来说，每个子像素中各光电二极管的感光面所占面积比例影响到整个子像素的感光度的输出以及每个子像素的各光电二极管之间的白平衡。而从图5可以看出，对所述选取的区域内的所述感光单元进行放大或形状调整后，相对于所述原始周期性像素阵列版图来说，所述目标像素阵列版图中的每个所述像素单元的所述感光单元所占的面积比例发生了变化，若用以形成目标像素阵列，则会破环原始的感光度输出和各光电二极管之间的白平衡。故再接着，执行步骤S104，对所述选取的区域内的所述感光单元的形状进行调整，以使同一所述像素单元1的各所述感光单元所占面积比例不变，以形成目标像素阵列版图。在本实施例的优选方案中，所述原始周期性像素阵列版图中所有所述感光单元所占面积比例相等，故通过上述步骤形成的所述目标像素阵列版图中所述感光单元所占面积比例也保持相等。
具体的，如图6所示，可在每个所述像素单元1中的所有所述感光单元围合形成的区域，即电路区域的外围添加辅助框，所述辅助框的形状与所述像素单元1的形状保持一致，参照所述辅助框的边对处于辅助框外部的各所述感光单元的形状以通过移动感光单元之间的边界方式进行调整。基于上述像素阵列版图的制作方法，请参考图7，本实施例还提供一种像素阵列的制作方法，包括：
S201，通过如上所述的像素阵列版图的制作方法形成所述目标像素阵列版图；
S202，通过所述目标像素阵列版图在半导体衬底上形成多个光电二极管和与各所述光电二极管相连接的用于储存电荷的电容器；
S203，在各所述光电二极管上设置滤光片；
S204，在各所述滤光片上设置微透镜，从而形成目标像素阵列。
形成的所述目标像素阵列中，所述光电二极管的位置与所述感光单元相对应，所述电容器的位置与所述电容单元相对应，所述目标像素阵列用以形成图像传感器。
其中，步骤S203中，在各所述光电二极管上设置的滤光片的形状均与所述光电二极管的感光面的形状保持一致，具体的，请参考图8，并结合图2中各所述感光单元的设置，设置的滤光片包括：绿色滤光片(G)、红色滤光片(R)和蓝色滤光片(B)。其中，绿色滤光片(G)的位置与所述第一感光单元11相对应，红色滤光片(R)的位置与所述第二感光单元12相对应，蓝色滤光片(B)的位置与所述第三感光单元13相对应。
另外；请参考图9，步骤S204中，在各所述滤光片上设置的微透镜2的形状均与所述滤光片的形状相匹配。
由于所述目标像素阵列版图上同一所述像素单元1的各所述感光单元所占面积比例不变，故通过所述目标像素阵列版图形成的目标像素阵列中，各光电二极管所占面积比例也不变，进而可保持原始的感光度输出和各光电二极管之间的白平衡，使得最后图像传感器成像光强均匀化。
【实施例二】
与实施例一不同的是，为保持原始的感光度输出和各光电二极管之间的白平衡，本实施例执行的步骤S104包括：计算与所述原始周期性像素阵列版图相比所述选取的区域内的各所述感光单元的面积改变的比例，并按计算得到的各所述感光单元的面积改变的比例调整与各所述感光单元对应的电容单元(未图示)的面积，以形成目标像素阵列版图。
其中，在未被选取的所述像素单元1中，各所述电容单元面积减小的比例与相对应的所述感光单元面积减小的比例一致；在未被放大的所述像素单元1中，各所述电容单元面积增大的比例与对应的所述感光单元面积增大的比例一致。
如实施例一所述，对于像素阵列来说，每个子像素中各光电二极管的感光面所占面积比例影响到整个子像素感光度的输出以及各光电二极管之间的白平衡。实施例一采用调整面积的比例来保持原始的感光度输出及各光电二极管之间的白平衡，是基于每个子像素中各光电二极管的感光面同步缩小或增大，各光电二极管之间的感光度也会同步减小或增大，故而白平衡能够得以保持的原理。
而事实上，之所以感光面面积比例改变后会影响到感光度输出和白平衡，是因为：像素阵列的各子像素是通过存储电荷的电容器C将光电二极管获得的光电荷Q转换为电容器两端的电压信号V，即，子像素输出的电压信号V＝Q/C，当光电二极管的面积发生改变后，输出的电压信号V也发生了改变，而感光度的输出对应于电容器两端的电压信号，故感光度的输出受到了影响，既而破坏了各光电二极管之间的白平衡。因此，在感光面积发生改变的前提下，可通过同比例调整电容器的大小来保持每个子像素输出的电压信号V不变。而对于电容器来说，电容器的极板之间的距离由绝缘层膜厚决定，是固定的，故只可通过改变电容器的极板的面积来调整电容器的大小。
鉴于此，本实施例，对所述选取的区域内的各像素单元进行放大或进行形状调整后，相应地调整与各感光单元对应的电容单元的面积，如此，便使得通过所述目标像素阵列版图制得的所述像素阵列的各子像素中，光电二极管和电容器极板的面积比例保持不变，各子像素的输出电压不变，各光电二极管之间的白平衡得以保持。如此，便可使得通过所述目标像素阵列制得的图像传感器成像光强均匀化。
综上所述，本发明提供的像素阵列版图的制作方法及图像传感器的制作方法解决了使用现有图像传感器对周期性图像进行成像时会产生莫尔条纹的问题。而且，提高了图像的保真度和减少了后期处理的工作，对各种高分辨成像场合，如地球遥感卫星、执法侦察、显示屏幕拍摄、服装摄影、各种其他的专业摄影和业余摄影等有着广泛的应用前景。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种像素阵列版图的制作方法，其特征在于，包括：
提供一原始周期性像素阵列版图，所述原始周期性像素阵列版图包括多个相互隔离的像素单元，每个所述像素单元包括四个感光单元和与各感光单元相对应的电容单元；
在所述原始周期性像素阵列版图上选取一区域，在选取的区域内选取多个所述像素单元并对选取的所述像素单元进行放大，放大的所述像素单元不超出所述选取的区域的边缘；
在所述选取的区域内，对与放大的所述像素单元发生重叠的未被选取的所述像素单元的形状进行调整以使放大的所述像素单元和未被选取的所述像素单元相互隔离；以及
对所述选取的区域内的所述感光单元的形状进行调整，以使同一所述像素单元的各所述感光单元所占面积比例不变，或计算与所述原始周期性像素阵列版图相比所述选取的区域内的各所述感光单元的面积改变的比例，并按计算得到的各所述感光单元的面积改变的比例调整与各所述感光单元对应的电容单元的面积，以形成目标像素阵列版图。
2.如权利要求1所述的像素阵列版图的制作方法，其特征在于，在所述选取的区域内，对与放大的所述像素单元发生重叠的未被选取的所述像素单元的形状进行调整包括：
若放大的所述像素单元与未被选取的所述像素单元的第一边及两个相邻的第二边发生重叠，则缩短两个所述第一边；
若放大的所述像素单元与未被选取的所述像素单元的角发生重叠，则收缩发生重叠的角。
3.如权利要求1所述的像素阵列版图的制作方法，其特征在于，在所述选取的区域内所选取的多个所述像素单元互不相邻。
4.如权利要求1所述的像素阵列版图的制作方法，其特征在于，每个所述像素单元中的所有所述电容单元位于同一所述像素单元中的所有所述感光单元围合形成的区域内，在形成所述目标像素阵列版图的过程中，每个所述像素单元中的所有所述感光单元围合形成的区域大小不变。
5.如权利要求4所述的像素阵列版图的制作方法，其特征在于，对所述选取的区域内的所述感光单元的形状进行调整包括：
在每个所述像素单元中的所有所述感光单元围合形成的区域的外围添加辅助框，所述辅助框的形状和所述感光单元的形状保持一致，参照所述辅助框的边对所述感光单元的形状进行调整。
6.如权利要求1所述的像素阵列版图的制作方法，其特征在于，每个所述像素单元包括两个第一感光单元、一个第二感光单元和一个第三感光单元，其中两个所述第一感光单元呈对角形式分布。
7.如权利要求1所述的像素阵列版图的制作方法，其特征在于，所述原始周期性像素阵列版图的所有所述像素单元的大小相等，以及每个所述像素单元的所有所述感光单元的大小相等。
8.一种像素阵列的制作方法，其特征在于，包括：
通过如权利要求1～7中任一项所述的像素阵列版图的制作方法形成所述目标像素阵列版图；
通过所述目标像素阵列版图在半导体衬底上形成多个光电二极管和与各所述光电二极管相连接的用于储存电荷的电容器；
在各所述光电二极管上设置滤光片；
在各所述滤光片上设置微透镜，从而形成目标像素阵列。
9.如权利要求8所述的像素阵列的制作方法，其特征在于，在各所述光电二极管上设置的滤光片的形状均与所述光电二极管的感光面的形状保持一致。
10.如权利要求8所述的像素阵列的制作方法，其特征在于，在各所述滤光片上设置的微透镜的形状与所述滤光片的形状相匹配。
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