CN110112155B - 像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质 - Google Patents

像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN110112155B
CN110112155B CN201910328825.9A CN201910328825A CN110112155B CN 110112155 B CN110112155 B CN 110112155B CN 201910328825 A CN201910328825 A CN 201910328825A CN 110112155 B CN110112155 B CN 110112155B
Authority
CN
China
Prior art keywords
column
signal
array
wavelength
columns
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
CN201910328825.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110112155A (zh
Inventor
杨鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Original Assignee
Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
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 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd filed Critical Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Priority to CN201910328825.9A priority Critical patent/CN110112155B/zh
Publication of CN110112155A publication Critical patent/CN110112155A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110112155B publication Critical patent/CN110112155B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • 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
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • 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
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本申请实施例公开了一种像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质，该像素单元包括：光电二极管PD阵列和读出电路，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的同一层区域内，其中，所述PD阵列，用于通过所述PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，所述三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；所述读出电路，与所述PD阵列连接，用于读出所述电信号，将所述电信号转换为数字信号进行传输。

Description

像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质
技术领域
本申请涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质。
背景技术
图像传感器是一种将光学信号转换成电子信号的设备。图像传感器主要分为电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器和金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器。随着CMOS工艺和技术的不断提升，CMOS图像传感器越来越多地应用于各种消费类电子产品中，比如数码相机、手机以及视频监控系统等。
在CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)的应用中，尤其是亚波长像素中，每个亚波长像素中至少包括光电二极管(Photo Diode，PD)所形成的PD层和读出电路所形成的金属布线(Metal wiring)层。随着像素尺寸的变小，目前最流行的技术是从传统的前感光式(Front Side Illumination，FSI)变为背部感光式(Back Side Illumination，BSI)，将Metal wiring层放置于PD层的后面，这样虽然可以避免Metal wiring层对入射光的干扰，提高了感光度，但是仍然无法降低CIS的厚度。
发明内容
本申请的主要目的在于提出一种像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质，不仅提高了CIS的集成度，而且还降低了CIS的厚度。
为达到上述目的，本申请的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种像素单元，所述像素单元包括：PD阵列和读出电路，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的同一层区域内，其中，
所述PD阵列，用于通过所述PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，所述三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；
所述读出电路，与所述PD阵列连接，用于读出所述电信号，将所述电信号转换为数字信号进行传输。
在上述方案中，所述三个PD柱以近似等边三角形排列方式设置。
在上述方案中，所述三个PD柱的直径度量级别为百纳米级。
在上述方案中，所述PD阵列包括第一PD柱、第二PD柱和第三PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱的直径为120nm。
在上述方案中，所述PD阵列，具体用于根据三个PD柱的光学共振，通过每个PD柱分别吸收入射光三种波长中不同波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号。
在上述方案中，所述第一PD柱，具体用于根据三个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号。
在上述方案中，所述第二PD柱，具体用于根据三个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号。
在上述方案中，所述第三PD柱，具体用于根据三个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
在上述方案中，每个PD柱的上表面形状包括下述任意一项：圆形、正方形、三角形、平行四边形、菱形和多边形。
在上述方案中，每个PD柱的形状为圆柱体；其中，每个PD柱的上表面形状为所述圆柱体的其中一个圆形底面。
在上述方案中，所述像素单元为亚波长像素单元；其中，所述像素单元的像素尺寸小于或等于所述三种波长中的工作波长。
第二方面，本申请实施例提供了一种图像传感器，所述图像传感器至少包括第一方面中任一项所述的像素单元。
第三方面，本申请实施例提供了一种图像处理方法，所述方法应用于如第二方面所述的图像传感器，所述方法包括：
根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，所述三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；
通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的同一层区域内。
在上述方案中，所述根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据三个PD柱的光学共振，通过每个PD柱分别吸收入射光三种波长中不同波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号。
在上述方案中，所述PD阵列包括第一PD柱、第二PD柱和第三PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱的直径为120nm。
在上述方案中，在所述根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号之前，所述方法还包括：
将所述第一PD柱、所述第二PD柱和所述第三PD柱以近似等边三角形排列方式进行设置。
在上述方案中，所述根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据三个PD柱的光学共振，通过第一PD柱吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号；
通过第一PD柱吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号；
通过第三PD柱吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
在上述方案中，所述通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输，包括：
通过读出电路分别读出所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号，以及对所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号进行转换；
将转换后得到的数字信号进行传输。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有图像处理程序，所述图像处理程序被至少一个处理器执行时实现如第三方面中任一项所述方法的步骤。
本申请实施例所提供的一种像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质，该像素单元包括PD阵列和读出电路，PD阵列与读出电路位于像素单元的同一层区域内；其中，PD阵列用于通过所述PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，所述三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；读出电路用于读出所述电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；这样，由于本申请采用PD阵列来替代传统PD结构，而且将PD阵列与读出电路放置于像素单元的同一层区域内，从而不仅提高了CIS的集成度，而且还降低了CIS的厚度；另外，PD阵列中包括有三个PD柱且三个PD柱的直径各不相同，使得CIS可以同时吸收RGB色彩模式中三种波长对应的光信号，还提高了CIS的光吸收效率。
附图说明
图1A为相关技术方案提供的FSI型像素单元的截面结构示意图；
图1B为相关技术方案提供的BSI型像素单元的截面结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种像素单元的组成结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种像素单元的俯视结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种像素单元与传统像素单元的截面结构对比示意图；
图5为本申请实施例提供的一种图像传感器的组成结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种图像处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
目前，在实际应用中，像素单元作为CIS的重要组成部分，可以完成对入射光的聚焦、颜色过滤以及将吸收的光信号转换为电信号，同时对电信号进行读出。一般来说，像素单元可以包括聚焦层、滤光层、PD层和Metal wiring层。其中，聚焦层包含有聚焦镜片，可以对入射光进行光线聚焦；滤光层包含有滤光片，可以对入射光进行红光、蓝光和绿光等颜色过滤处理；PD层是由PD结构组成的，用于对吸收的光信号进行光电转换，可以得到电信号；而Metal wiring层布置有读出电路，可以对电信号进行读出，然后将电信号转换为数字信号进行传输；比如将数字信号传输至图像信号处理器(Image Signal Processor，ISP)，经过ISP的图像处理就可以得到该入射光对应的输出图像。
根据采光方式的不同，CIS可以分为FSI型CIS和BSI型CIS；其中，FSI型CIS中包括有FSI型像素单元，它是将Metal wiring层放置于PD层的前面，而BSI型CIS中包括有BSI型像素单元，它是将Metal wiring层放置于PD层的后面。参见图1A和图1B，其分别示出了相关技术方案中FSI型像素单元和BSI型像素单元的截面结构示意图。
其中，在图1A中，FSI型像素单元可以包括聚焦层110、滤光层120、Metal wiring层130和PD层140；这里，聚焦层110包括有第一聚焦镜片1101、第二聚焦镜片1102和第三聚焦镜片1103，滤光层120包括有蓝色滤光片1201、绿色滤光片1202或红色滤光片1203，Metalwiring层130包括有读出电路1301，PD层140包括有第一PD结构1401、第二PD结构1402和第三PD结构1403。其中，沿着入射光方向，依次经过聚焦层110、滤光层120、Metal wiring层130和PD层140，在PD层140的前面还设置有光接收面150，用于吸收入射光中的光信号；这里，聚焦层110排列在最前面，用于对入射光进行聚焦；聚焦层110之后进行滤光层120，用于对聚焦后的入射光进行颜色过滤处理；比如，通过蓝色滤光片1201可以得到过滤后的蓝光信号，通过绿色滤光片1202可以得到过滤后的绿光信号，通过红色滤光片1203可以得到过滤后的红光信号；然后将过滤后的光信号照射到PD层140中，比如将过滤后的蓝光信号照射到第一PD结构1401，可以通过光接收面150可以吸收过滤后的蓝光信号并进行光电转换；将过滤后的绿光信号照射到第二PD结构1402，可以通过光接收面150可以吸收过滤后的绿光信号并进行光电转换；将过滤后的红光信号照射到第三PD结构1403，可以通过光接收面150可以吸收过滤后的红光信号并进行光电转换；经过光电转换之后可以输出电信号，再由Metal wiring层130中的读出电路1301读出电信号，将电信号转换为数字信号进行传输。由于Metal wiring层130位于PD层140的前面，过滤后的光信号会被Metal wiring层130的金属布线遮挡，导致CIS的感光度较低，而且Metal wiring层130和PD层140无法结合到一起，增加了CIS的厚度。
在图1B中，BSI型像素单元仍然包括聚焦层110、滤光层120、Metal wiring层130和PD层140。与图1A所示的FSI型像素单元相比，BSI型像素单元只是将PD层140放置于Metalwiring层130的前面；这样，沿着入射光方向，依次经过聚焦层110、滤光层120、PD层140和Metal wiring层130。由于PD层140放置于Metal wiring层130的前面，这样过滤后的光信号不会被Metal wiring层130的金属布线遮挡和干扰，可以提高CIS的感光度；但是Metalwiring层130和PD层140仍然无法结合到一起，增加了CIS的厚度。
无论是图1A所示的FSI型像素单元，还是图1B所示的BSI型像素单元，由于Metalwiring层130和PD层140无法结合到同一层区域内，造成了CIS的厚度较厚。这样，为了降低CIS的厚度，本申请实施例提供了一种像素单元，通过用PD阵列替换传统的PD结构，可以使得PD阵列与读出电路布置于同一层区域内，而且PD阵列中排列了三个不同直径的PD柱，从而在提高CIS光吸收效率的同时，不仅提高了CIS的集成度，而且还降低了CIS的厚度。
参见图2，其示出了本申请实施例提供的一种像素单元20的组成结构示意图。如图2所示，像素单元20可以包括PD阵列210和读出电路220，PD阵列210与读出电路220位于像素单元20的同一层区域内，其中，
PD阵列210，用于通过PD阵列210中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，所述三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；
读出电路220，与PD阵列210连接，用于读出所述电信号，将所述电信号转换为数字信号进行传输。
本申请实施例提供了一种像素单元20，该像素单元20包括PD阵列210和读出电路220，而PD阵列220包括三个不同直径的PD柱，这样通过PD阵列220中的三个PD柱可以分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，而且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号，然后将吸收到的光信号转换为电信号；读出电路220与PD阵列210连接，可以由读出电路220读出所述电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；由于PD阵列210与读出电路220位于像素单元20的同一层区域内，从而不仅提高了CIS的集成度，而且还降低了CIS的厚度。
针对CIS来说，图像的颜色标准一般采用RGB色彩模式。其中，RGB代表了红(Red，R)、绿(Green，G)、蓝(Blue，B)三个通道的颜色，这三个通道的颜色按照不同的比例混合或叠加，可以得到图像中人类视力所感知的所有颜色。对于红色来说，其为三种波长中的红光波长；对于蓝色来说，其为三种波长中的蓝光波长；对于绿色来说，其为三种波长中的绿光波长。根据这三种波长，后续经过ISP的图像处理就可以得到入射光对应的彩色图像。
在一些实施例中，像素单元20为亚波长像素单元；其中，像素单元20的像素尺寸小于或等于所述三种波长中的工作波长。
需要说明的是，亚波长是指结构的特征尺寸与工作波长相当或更小的周期(或非周期)结构。亚波长结构的特征尺寸小于波长，它的反射率、透射率、偏振特性和光谱特性等都显示出与常规衍射光学元件截然不同的特征，具有更大的应用能力。
在本申请实施例中，像素单元20为亚波长像素单元。示例性地，实际应用中，假定三种波长中的工作波长为400nm，那么像素单元20的像素尺寸小于或等于400nm。
还需要说明的是，每一层区域面积和像素单元的俯视面积相等；也就是说，PD阵列210与读出电路220位于像素单元20的俯视图区域内。通常，像素单元的俯视图为正方形。参见图3，其示出了本申请实施例提供的一种像素单元的俯视结构示意图。从图3中可以看到，像素单元的俯视图为正方形，而且其中包括有PD阵列210和读出电路220；其中，读出电路220用金属布线表示。
在一些实施例中，所述三个PD柱以近似等边三角形排列方式设置。
需要说明的是，近似等边三角形也称为近似正三角形、或者类等边三角形。针对这三个PD柱的排列方式，不仅可以采用近似等边三角形排列方式，也可以采用其他排列方式，比如倒三角形排列方式、非正三角形排列方式等，本申请实施例仍不作具体限定。示例性地，如图3所示，PD阵列210包括有三个PD柱，而且这三个PD柱则是以近似等边三角形排列方式进行设置。
另外，由于不同的波长，其需要的PD柱的直径是不同的；因此，三个PD柱的直径是各不相同的，且三个PD柱的直径度量级别为百纳米级。在一些实施例中，PD阵列210包括第一PD柱、第二PD柱和第三PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱的直径为120nm。
也就是说，三种波长中每一种波长，在PD阵列210中所选择PD柱的直径是不同的。对于蓝光波长来说，需要选择第一PD柱，该PD柱的直径为60nm；对于绿光波长来说，需要选择第二PD柱，该PD柱的直径为90nm；对于红光波长来说，需要选择第三PD柱，该PD柱的直径为120nm。
可以理解地，为了提高三种波长的光吸收效率，可以通过PD阵列210中的三个PD柱进行光学共振实现。其中，每一种波长将会处于每一个PD柱的共振波长的范围之内。这里，每一个PD柱的共振波长与该PD柱的折射率和该PD柱的尺寸(主要是指该PD柱的直径)有关。这时候可以通过调整该PD柱的折射率，和/或，调整该PD柱的尺寸，从而来调整每一个PD柱的共振波长。通常来说，通过调整PD柱的尺寸，也即调整PD柱的直径，可以实现对每一个PD柱的共振波长的调整；比如，对于蓝光波长，可以通过调整第一PD柱的直径，使其满足60nm，此时蓝光波长将会处于第一PD柱的共振波长的范围之内，从而实现对蓝光信号的共振吸收。因此，在一些实施例中，PD阵列210，具体用于根据三个PD柱的光学共振，通过每个PD柱分别吸收入射光三种波长中不同波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号。
可选地，所述第一PD柱，具体用于根据三个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号。
可选地，所述第二PD柱，具体用于根据三个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号。
可选地，所述第三PD柱，具体用于根据三个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
举例来说，根据PD阵列210中三个PD柱的光学共振，假定待吸收的光信号为蓝光信号，那么可以调整第一PD柱的直径使其满足60nm，这样第一PD柱的共振波长会满足蓝光波长的需求，通过第一PD柱可以吸收蓝光波长对应的蓝光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第一电信号；假定待吸收的光信号为绿光信号，那么可以调整第二PD柱的直径使其满足90nm，这样第二PD柱的共振波长会满足绿光波长的需求，通过第二PD柱可以吸收绿光波长对应的绿光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第二电信号；假定待吸收的光信号为红光信号，那么可以调整第三PD柱的直径使其满足120nm，这样第三PD柱的共振波长会满足红光波长的需求，通过第三PD柱可以吸收红光波长对应的红光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第三电信号；通过这三个PD柱的光学共振可以吸收蓝光波长、绿光波长以及红光波长对应的RGB色彩模式中的三种光信号，可以使得光吸收率高达95％以上。
在一些实施例中，每个PD柱的上表面形状包括下述任意一项：圆形、正方形、三角形、平行四边形、菱形和多边形。
进一步地，每个PD柱的形状为圆柱体；其中，每个PD柱的上表面形状为所述圆柱体的其中一个圆形底面。
需要说明的是，针对PD阵列210中的每个PD柱，PD柱的上表面形状可以为规则形，比如圆形和正方形等，如图3所示，该PD柱的上表面形状为圆形；PD柱的上表面形状也可以为不规则形，比如菱形和多边形等；在实际应用中，PD柱的上表面形状根据实际情况进行设定，本申请实施例不作具体限定。
还需要说明的是，在像素单元20中，针对PD阵列210中的三个PD柱，需要在PD柱与PD柱之间留有间隔。由于三个PD柱进行光学共振时会使得边缘场很强，通过增加间隔可以防止相邻PD柱之间光的相互串扰，从而减小PD柱之间的光耦合。因此，实际应用中，在工艺上通常采用圆柱体的PD柱，可以更好的控制相邻PD柱之间的间隔；而且通过调整圆形的直径，就可以实现调整每个PD柱的共振波长，从而也就实现了对三种波长的光信号的吸收。
参见图4，其示出了本申请实施例提供的一种像素单元与传统像素单元的截面结构对比示意图。如图4所示，本申请实施例的像素单元410包括PD阵列210和读出电路220，其中，PD阵列210与读出电路220位于同一层区域401内；而传统像素单元420包括聚焦镜片4201、滤光片4202、传统PD结构4203和传统读出电路4204，其中，聚焦镜片4201位于聚焦层110内，滤光片4202位于滤光层120内，传统PD结构4203位于PD层140内，传统读出电路4204位于Metal wiring层130内。
经过图4的对比可以发现，本申请实施例的像素单元410不包括聚焦镜片4201和滤光片4202，主要是本申请实施例利用了PD阵列210中的三个PD柱来替代传统PD结构，而且PD阵列210中的三个PD柱可以通过光学共振来分别吸收三种波长的光信号，一方面可以通过光学共振来增强局域的光学态密度，极大提升了局域的光场强度，从而也就取代了聚焦镜片4201的聚焦光束的作用，无需聚焦镜片就可以获得很高的光吸收效率，也即提高了CIS的量子效率；另一方面PD阵列210中的三个PD柱的直径各不相同，通过三个PD柱的光学共振可以分别得到每个PD柱的共振波长，而根据每个PD柱的共振波长也就实现了对三种波长的选择，即每种波长处于每个PD柱的共振波长的范围之内，以实现对这三种波长的分别吸收，从而取代了滤光片4202的颜色过滤作用。另外，本申请实施例的像素单元410可以将PD阵列210与读出电路220结合到一起，共同放置于同一层区域内，从而还可以降低CIS的厚度。
上述实施例提供了一种像素单元，该像素单元可以包括PD阵列和读出电路，PD阵列与读出电路位于像素单元的同一层区域内；其中，PD阵列用于通过PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，所述三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；读出电路用于读出所述电信号，并将所述电信号转换为数字信号进行传输；这样，由于本申请采用PD阵列来替代传统PD结构，而且将PD阵列与读出电路放置于像素单元的同一层区域内，从而不仅提高了CIS的集成度，而且还降低了CIS的厚度；另外，PD阵列中包括有三个PD柱，三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号，可以使得CIS同时吸收RGB色彩模式中三种波长对应的光信号，还提高了CIS的光吸收效率。
参见图5，其示出了为本申请实施例提供的一种图像传感器的组成结构示意图。如图5所示，图像传感器50至少包括前述实施例中任一项所述的像素单元20。
参见图6，其示出了本申请实施例提供的一种图像处理方法的流程示意图。如图6所示，该方法可以包括：
S601：根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，所述三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；
S602：通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的同一层区域内。
在本申请实施例中，该方法应用于前述实施中所述的图像传感器50，该图像传感器50可以是CIS。这样，首先根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；然后过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输；由于本申请采用了PD阵列来替代传统PD结构，可以将PD阵列与读出电路放置于像素单元的同一层区域内；同时PD阵列中包括有三个PD柱且三个PD柱的直径各不相同，并且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号，从而能够在提升CIS光吸收效率的同时，不仅提高了CIS的集成度，还降低了CIS的厚度。
在一些实施例中，所述根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，可以包括：
根据三个PD柱的光学共振，通过每个PD柱分别吸收入射光三种波长中不同波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号。
需要说明的是，为了提高三种波长的光吸收效率，可以通过PD阵列中的三个PD柱(比如第一PD柱、第二PD柱和第三PD柱等)进行光学共振实现。其中，每一种波长将会处于每一个PD柱的共振波长的范围之内。这里，每一个PD柱的共振波长与该PD柱的折射率和该PD柱的尺寸(主要是指该PD柱的直径)有关。这时候可以通过调整该PD柱的折射率，和/或，调整该PD柱的尺寸，从而来调整每一个PD柱的共振波长。比如，对于蓝光波长，可以通过调整第一PD柱的直径，使其满足60nm，此时蓝光波长将会处于第一PD柱的共振波长的范围之内，从而实现对蓝光信号的共振吸收；对于绿光波长，可以通过调整第二PD柱的直径，使其满足90nm，此时绿光波长将会处于第二PD柱的共振波长的范围之内，从而实现对绿光信号的共振吸收；对于红光波长，可以通过调整第三PD柱的直径，使其满足120nm，此时红光波长将会处于第三PD柱的共振波长的范围之内，从而实现对红光信号的共振吸收。
在一些实施例中，所述PD阵列包括第一PD柱、第二PD柱和第三PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱的直径为120nm。
进一步地，在所述根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号之前，所述方法还可以包括：
将所述第一PD柱、所述第二PD柱和所述第三PD柱以近似等边三角形排列方式进行设置。
进一步地，所述根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，可以包括：
根据三个PD柱的光学共振，通过第一PD柱吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号；
通过第一PD柱吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号；
通过第三PD柱吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
进一步地，所述通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输，可以包括：
通过读出电路分别读出所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号，以及对所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号进行转换；
将转换后得到的数字信号进行传输。
需要说明的是，PD阵列中PD柱的直径度量级别为百纳米级。其中，三种波长中每一种波长，在PD阵列中所选择PD柱的直径是不同的。对于蓝光波长来说，需要选择第一PD柱，该PD柱的直径为60nm；对于绿光波长来说，需要选择第二PD柱，该PD柱的直径为90nm；对于红光波长来说，需要选择第三PD柱，该PD柱的直径为120nm。
还需要说明的是，为了提高预设波长的光吸收效率，可以通过PD阵列中的三个PD柱进行光学共振实现。示例性地，根据PD阵列210中三个PD柱的光学共振，假定待吸收的光信号为蓝光信号，那么可以调整第一PD柱的直径使其满足60nm，这样第一PD柱的共振波长会满足蓝光波长的需求，通过第一PD柱可以吸收蓝光波长对应的蓝光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第一电信号，然后由读出电路对第一电信号进行读出以及数字转换，再将转换后得到的数字信号继续进行传输；假定待吸收的光信号为绿光信号，那么可以调整第二PD柱的直径使其满足90nm，这样第二PD柱的共振波长会满足绿光波长的需求，通过第二PD柱可以吸收绿光波长对应的绿光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第二电信号，然后由读出电路对第二电信号进行读出以及数字转换，再将转换后得到的数字信号继续进行传输；假定待吸收的光信号为红光信号，那么可以调整第三PD柱的直径使其满足120nm，这样第三PD柱的共振波长会满足红光波长的需求，通过第三PD柱可以吸收红光波长对应的红光信号，并且经过光电转换后得到与之对应的第三电信号，然后由读出电路对第三电信号进行读出以及数字转换，再将转换后得到的数字信号继续进行传输；通过这三个PD柱的光学共振可以吸收蓝光波长、绿光波长以及红光波长对应的RGB色彩模式中的三种光信号，后续经过ISP的图像处理就可以得到入射光对应的彩色图像。
上述实施例提供了一种图像处理方法，首先根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；这里，三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；然后通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的同一层区域内；由于本申请采用了PD阵列来替代传统PD结构，可以将PD阵列与读出电路放置于像素单元的同一层区域内；同时PD阵列中包括有三个PD柱且三个PD柱的直径各不相同，并且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号，从而能够在提升CIS光吸收效率的同时，不仅提高了CIS的集成度，还降低了CIS的厚度。
可以理解地，在前述实施例中所述的像素单元20的各组成部件可以集成在一个处理单元中，也可以是各个部件单独物理存在，也可以两个或两个以上部件集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有图像处理程序，所述图像处理程序被至少一个处理器执行时实现前述实施例中所述方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，本申请实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但是本申请并不局限于此。上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本申请的保护之内。

Claims (19)

1.一种像素单元，所述像素单元包括：光电二极管PD阵列和读出电路，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的同一层区域内，其中，
所述PD阵列，用于通过所述PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，所述三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；
所述读出电路，与所述PD阵列连接，用于读出所述电信号，将所述电信号转换为数字信号进行传输。
2.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述三个PD柱以近似等边三角形排列方式设置。
3.根据权利要求2所述的像素单元，其特征在于，所述三个PD柱的直径度量级别为百纳米级。
4.根据权利要求3所述的像素单元，其特征在于，所述PD阵列包括第一PD柱、第二PD柱和第三PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱的直径为120nm。
5.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述PD阵列，具体用于根据三个PD柱的光学共振，通过每个PD柱分别吸收入射光三种波长中不同波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号。
6.根据权利要求4所述的像素单元，其特征在于，所述第一PD柱，具体用于根据三个PD柱的光学共振吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号。
7.根据权利要求4所述的像素单元，其特征在于，所述第二PD柱，具体用于根据三个PD柱的光学共振吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号。
8.根据权利要求4所述的像素单元，其特征在于，所述第三PD柱，具体用于根据三个PD柱的光学共振吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
9.根据权利要求1所述的像素单元，其特征在于，每个PD柱的上表面形状包括下述任意一项：圆形、正方形、三角形、平行四边形、菱形和多边形。
10.根据权利要求9所述的像素单元，其特征在于，每个PD柱的形状为圆柱体；其中，每个PD柱的上表面形状为所述圆柱体的其中一个圆形底面。
11.根据权利要求1至10任一项所述的像素单元，其特征在于，所述像素单元为亚波长像素单元；其中，所述像素单元的像素尺寸小于或等于所述三种波长中的工作波长。
12.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器至少包括如权利要求1至11任一项所述的像素单元。
13.一种图像处理方法，所述方法应用于如权利要求12所述的图像传感器，所述方法包括：
根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号；其中，所述三种波长包括蓝光波长、绿光波长和红光波长，所述三个PD柱的直径各不相同且不同的PD柱吸收不同波长对应的光信号；
通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输；其中，所述PD阵列与所述读出电路位于所述像素单元的同一层区域内。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据三个PD柱的光学共振，通过每个PD柱分别吸收入射光三种波长中不同波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述PD阵列包括第一PD柱、第二PD柱和第三PD柱；其中，第一PD柱的直径为60nm，第二PD柱的直径为90nm，第三PD柱的直径为120nm。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号之前，所述方法还包括：
将所述第一PD柱、所述第二PD柱和所述第三PD柱以近似等边三角形排列方式进行设置。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述根据PD阵列中的三个PD柱分别吸收入射光中三种波长对应的光信号，并将吸收到的光信号转换为电信号，包括：
根据三个PD柱的光学共振，通过第一PD柱吸收入射光中蓝色波长对应的蓝光信号，并将吸收到的蓝光信号转换为第一电信号；
通过第一PD柱吸收入射光中绿色波长对应的绿光信号，并将吸收到的绿光信号转换为第二电信号；
通过第三PD柱吸收入射光中红色波长对应的红光信号，并将吸收到的红光信号转换为第三电信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述通过读出电路读出所述电信号，以及将所述电信号转换为数字信号进行传输，包括：
通过读出电路分别读出所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号，以及对所述第一电信号、所述第二电信号和所述第三电信号进行转换；
将转换后得到的数字信号进行传输。
19.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有图像处理程序，所述图像处理程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求13至18任一项所述方法的步骤。
CN201910328825.9A 2019-04-23 2019-04-23 像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质 Active CN110112155B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910328825.9A CN110112155B (zh) 2019-04-23 2019-04-23 像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910328825.9A CN110112155B (zh) 2019-04-23 2019-04-23 像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110112155A CN110112155A (zh) 2019-08-09
CN110112155B true CN110112155B (zh) 2021-03-16

Family

ID=67486296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910328825.9A Active CN110112155B (zh) 2019-04-23 2019-04-23 像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110112155B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110611778B (zh) * 2019-09-06 2022-04-12 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器、图像处理方法和装置、及存储介质
CN110536084A (zh) * 2019-09-10 2019-12-03 Oppo广东移动通信有限公司 叠层互补金属氧化物半导体图像传感器及图像处理方法
CN110691207A (zh) * 2019-09-18 2020-01-14 Oppo广东移动通信有限公司 一种图像传感器及图像处理方法、存储介质
CN110650301B (zh) * 2019-10-14 2022-03-01 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器及成像方法、设备
CN110740236B (zh) * 2019-10-16 2021-11-12 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器及电子设备、图像处理方法和存储介质
DE102019216641A1 (de) * 2019-10-29 2021-05-12 Robert Bosch Gmbh Optischer Sensor und LiDAR-System
CN111180476A (zh) * 2020-01-06 2020-05-19 Oppo广东移动通信有限公司 一种叠层cis、图像处理方法及存储介质和终端设备
CN111769126B (zh) * 2020-06-16 2024-06-07 Oppo广东移动通信有限公司 感光像素模块、图像传感器及电子设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101385250B1 (ko) * 2007-12-11 2014-04-16 삼성전자주식회사 Ｃｍｏｓ 이미지 센서

Also Published As

Publication number Publication date
CN110112155A (zh) 2019-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110112155B (zh) 像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质
CN110085611B (zh) 像素单元、图像传感器以及图像处理方法和存储介质
JP5296077B2 (ja) 撮像装置
US7791011B2 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method thereof and electronic apparatus and manufacturing method thereof
CN110164895B (zh) 互补金属氧化物图像传感器、图像处理方法及存储介质
CN110061019B (zh) 互补金属氧化物图像传感器、图像处理方法及存储介质
US8792027B2 (en) Solid-state image pickup device, imaging device, and dispersing element
CN110049261B (zh) 一种像素结构、图像传感器及终端
KR20140068042A (ko) 촬상 장치 및 필터
CN110611778B (zh) 图像传感器、图像处理方法和装置、及存储介质
WO2016158128A1 (ja) 光検出装置および撮像装置
CN103907189A (zh) 固体摄像元件、摄像装置和信号处理方法
CN110085610B (zh) 图像传感器、图像处理方法以及计算机存储介质
KR20220113513A (ko) 이미지 센서, 스펙트럼 분할 및 필터링 디바이스 및 이미지 센서 제조 방법
CN110071130B (zh) 互补金属氧化物图像传感器、图像处理方法及存储介质
CN110112156A (zh) 一种像素结构、cmos图像传感器和终端
CN110677606B (zh) 一种像素结构、cis和终端
CN110418055B (zh) 对焦方法、图像传感器及计算机存储介质
CN110278377A (zh) 对焦方法、图像传感器、终端设备及计算机存储介质
CN110797366A (zh) 像素结构、互补金属氧化物半导体图像传感器和终端
CN110418087B (zh) 图像传感器、图像处理方法和装置，及存储介质
CN110677605B (zh) 一种叠层cis、图像处理方法及存储介质和终端设备
CN110691208B (zh) 图像传感器、图像处理方法和装置、及存储介质
CN110324545B (zh) 一种像素结构、图像传感器及终端
CN117528239A (zh) 摄像模组、对焦方法、装置、电子设备及介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant