CN111246133A - 一种图像传感器及图像处理方法 - Google Patents

一种图像传感器及图像处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111246133A
CN111246133A CN202010023855.1A CN202010023855A CN111246133A CN 111246133 A CN111246133 A CN 111246133A CN 202010023855 A CN202010023855 A CN 202010023855A CN 111246133 A CN111246133 A CN 111246133A
Authority
CN
China
Prior art keywords
triangular
layer
pixel units
rgb
pixel
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.)
Pending
Application number
CN202010023855.1A
Other languages
English (en)
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 CN202010023855.1A priority Critical patent/CN111246133A/zh
Publication of CN111246133A publication Critical patent/CN111246133A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • 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
    • H01L27/14645—Colour 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
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
    • 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
    • H04N25/79—Arrangements of circuitry being divided between different or multiple substrates, chips or circuit boards, e.g. stacked image sensors

Landscapes

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

Abstract

本申请实施例提供了一种图像传感器及图像处理方法，该图像传感器包括：由第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元组成的三角形叠层像素单元，其中，第一层三角形像素单元包括两种尺寸的光电二极管PD柱，第二层三角形像素单元包括除两种尺寸外的一种尺寸的PD柱；三角形叠层像素单元用于利用三种尺寸的PD柱吸收RGB三色光，并将RGB三色光对应的光信号转换成电信号；与三角形叠层像素单元的输出端连接的CMOS像素读出电路，用于放大电信号，并读出电信号。

Description

一种图像传感器及图像处理方法
技术领域
本申请涉及图像处理领域，尤其涉及一种图像传感器及图像处理方法。
背景技术
互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal-Oxide Semiconductor)图像传感器(互补金属氧化物半导体图像传感器，CMOS Image Sensor)具有集成度高、功耗小、速度快和成本低等特点，在高分辨率像素产品方面应用广泛。
通常CMOS图像传感器常用的像素阵列主要由正方形像素单元排布而成，其中排布有光电二极管(Photo Diode，PD)结构以进行光线吸收和光电转换；CMOS图像传感器将正方形像素单元按照四角阵列的方式进行排布，利用正方向像素单元吸收对应的RGB单色光，此时正方形像素单元的排布密度较低，进而导致CMOS图像传感器的分辨率低的问题；通常CMOS图像传感器采用三层感光元件分别记录RGB的其中一个颜色通道，然而，现有的三层感光元件由于其每层感光元件的厚度较大，导致像素尺寸大和CMOS图像传感器功耗大的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种图像传感器及图像处理方法，能够提高图像传感器的分辨率、降低像素尺寸和图像传感器的功耗。
本申请的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：
由第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元组成的三角形叠层像素单元，其中，所述第一层三角形像素单元包括两种尺寸的光电二极管PD柱，所述第二层三角形像素单元包括除所述两种尺寸外的一种尺寸的PD柱；所述三角形叠层像素单元用于利用三种尺寸的PD柱吸收RGB三色光，并将所述RGB三色光对应的光信号转换成电信号；
与所述三角形叠层像素单元的输出端连接的CMOS像素读出电路，用于放大所述电信号，并读出所述电信号。
在上述图像传感器中，所述图像传感器还包括三角形滤色片，所述三角形滤色片覆盖在所述第一层三角形像素单元的输入端；
所述三角形滤色片，用于基于所述三角形滤色片的颜色信息对光源的成像光信号进行过滤，得到RGB三色光。
在上述图像传感器中，所述第一层三角形像素单元，具体用于利用所述两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，将所述两种RGB单色光对应的光信号转换成两种RGB单色光对应的电信号，并将所述两种RGB单色光对应的电信号传输至所述CMOS像素读出电路；
所述第二层三角形像素单元，具体用于利用所述一种尺寸的PD柱吸收一种RGB单色光，将所述一种RGB单色光对应的光信号转换成一种RGB单色光对应的电信号，并将所述一种RGB单色光对应的电信号传输至所述CMOS像素读出电路。
所述CMOS像素读出电路，具体用于放大所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，并读出所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号。
在上述图像传感器中，所述三角形叠层像素单元之间按照六角阵列排布；
所述三角形叠层像素单元的六角阵列排布为汇聚于一点的六个三角形像素单元组成一个正六边形。
在上述图像传感器中，所述第一层三角形像素单元还包括第一转移门连接电路，所述第一转移门连接电路穿过所述第二层三角形像素单元，所述第一层三角形像素单元通过第一转移门连接电路与所述CMOS像素读出电路连接。
在上述图像传感器中，所述第一层三角形像素单元包括一个n区，所述两种RGB单色光对应的电信号集中到所述第一层三角形像素单元的n区；
所述第二层三角形像素单元包括一个n区，所述一种RGB单色光对应的电信号集中到所述第二层三角形像素单元的n区。
在上述图像传感器中，相邻两个PD柱之间距离为预设距离，所述第一层三角形像素单元中PD柱的个数由所述第一层三角形像素单元的大小和所述预设距离确定，所述第二层三角形像素单元中PD柱的个数由所述第一层三角形像素单元对应的第一转移门连接电路的尺寸、所述第二层三角形像素单元的大小和所述预设距离确定。
在上述图像传感器中，所述CMOS像素读出电路包括：与所述第一转移门连接电路连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的放大管；
所述转移晶体管，用于将所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号转移至读出区，以从所述读出区读取所述电信号；
所述放大管，用于将所述读出区的电信号放大。
在上述图像传感器中，所述CMOS像素读出电路还包括：与所述读出区和所述放大管连接的复位晶体管；
所述读出区，还用于读出所述复位晶体管中的复位电平；
所述放大管，还用于对所述复位电平进行放大。
本申请实施例提供一种图像处理方法，应用于图像传感器，所述图像传感器包括由第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元组成的三角形叠层像素单元和CMOS像素读出电路，所述第一层三角形像素单元包括两种尺寸的PD柱，所述第二层三角形像素单元包括除两种尺寸外的一种尺寸的PD柱，所述方法包括：
利用所述第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，将所述两种RGB单色光对应的光信号转换成两种RGB单色光对应的电信号；
利用所述第二层三角形像素单元的一种尺寸的PD柱吸收一种RGB单色光，将所述一种RGB单色光对应的光信号转换成一种RGB单色光对应的电信号；
利用所述CMOS像素读出电路于放大所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，并读出所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号。
在上述方法中，所述图像传感器还包括覆盖在所述第一层三角形像素单元的输入端的三角形滤色片，所述利用所述第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光之前，所述方法还包括：
基于所述三角形滤色片的颜色信息对光源的成像光信号进行过滤，得到RGB三色光；
相应的，所述利用所述第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，包括：
利用所述两种尺寸的PD柱，从所述RGB三色光中分别吸收两种RGB单色光。
在上述方法中，CMOS像素读出电路包括：与所述第一层三角形像素单元和所述第二层三角形像素单元连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的放大管；所述利用所述CMOS像素读出电路于放大所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，并读出所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，包括：
利用所述转移晶体管将所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号转移至读出区；
从所述读出区读取所述电信号；
利用放大管将所述读出区的电信号放大。
本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，应用于图像传感器，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的方法。
本申请实施例提供了一种图像传感器及图像处理方法，该图像传感器包括：由第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元组成的三角形叠层像素单元，其中，第一层三角形像素单元包括两种尺寸的光电二极管PD柱，第二层三角形像素单元包括除两种尺寸外的一种尺寸的PD柱；三角形叠层像素单元用于利用三种尺寸的PD柱吸收RGB三色光，并将RGB三色光对应的光信号转换成电信号；与三角形叠层像素单元的输出端连接的CMOS像素读出电路，用于放大电信号，并读出电信号。采用上述图像传感器实现方案，利用两层三角形像素单元排布三种尺寸的PD柱，以利用三种尺寸的PD柱分别吸收RGB三色光，减小了像素尺寸，且直接利用两种叠层像素单元获得R、G、B三个通道的信号，减少了每个叠层像素单元采集的信号数量，进而降低了互补金属氧化物半导体图像传感器的功耗；将像素单元按照三角形进行排布，能够提高上层像素和下层像素的信号量，将像素单元设置成三角形，提高了像素密度，从而提高了图像传感器的分辨率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种图像传感器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种示例性的三角形滤色片阵列的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种示例性的图像传感器的截面电路示意图；
图4(a)为本申请实施例提供的一种示例性的第一层三角像素单元1的像素截面示意图；
图4(b)为本申请实施例提供的一种示例性的第二层三角像素单元1的像素截面示意图；
图5为本申请实施例提供的一种示例性的图像传感器的CMOS像素读出电路的电路结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种图像处理方法的流程图。
具体实施方式
应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请。并不用于限定本申请。
实施例一
本申请实施例提供一种图像传感器1，如图1所示，所述图像传感器1包括：
由第一层三角形像素单元100和第二层三角形像素单元101组成的三角形叠层像素单元10，其中，所述第一层三角形像素单元100包括两种尺寸的光电二极管PD柱，所述第二层三角形像素单元101包括除所述两种尺寸外的一种尺寸的PD柱；所述三角形叠层像素单元10用于利用三种尺寸的PD柱吸收RGB三色光，并将所述RGB三色光对应的光信号转换成电信号
与所述三角形叠层像素单元10的输出端连接的CMOS像素读出电路11，用于放大所述电信号，并读出所述电信号。
本申请实施例提出的一种图像传感器应用于对采集到的光信号进行图像处理，得到光信号对应的图像的场景下。
本申请实施例中，图像传感器包括三角形叠层像素单元和CMOS像素读出电路，其中，三角形叠层像素单元有第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元组成，第一层三角形像素单元中包括了两种尺寸的PD柱，分别用于吸收两种RGB单色光，第二层三角形像素单元中包括了一种尺寸的PD柱，用于吸收一种RGB单色光，由此每一个三角形叠层像素单元包括了三种尺寸的PD柱，可以吸收RGB三色光；光源发出的成像光信号首先经过第一层三角形像素单元，第一层三角形像素单元利用两种尺寸的PD柱吸收两种RGB单色光，剩余的成像光信号经过第二层三角形像素单元，第二层三角形像素单元利用一种尺寸的PD柱从中吸收一种RGB单色光，由此三角形叠层像素单元通过三种尺寸的PD柱吸收RGB三色光，并将RGB三色光转换成RGB三色光对应的电信号，之后，每一层三角形像素单元将至少一种RGB单色光(一种RGB单色光或两种RGB单色光)对应的电信号传输至对应的CMOS像素读出电路中。CMOS像素读出电路将RGB三色光对应的电信号放大并读出。
本申请实施例中，第一层三角形像素单元包括一组混合排布的两种尺寸PD柱，该一组混合排布的两种尺寸PD柱按照三角形的形状进行排布，第二层三角形像素单元包括一组PD柱，该一组PD柱对应同一尺寸，且按照三角形的形状进行排布。
本申请实施例中，第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元中PD柱的尺寸由其需要吸收的至少一种RGB单色光决定的，具体的根据实际情况进行设置，本申请实施例不做具体的限定。
可选的，三角形叠层像素单元中的第一层三角形像素单元的PD柱用于吸收蓝光和绿光，第二层三角形像素单元的PD柱用于吸收红光；三角形叠层像素单元中的第一层三角形像素单元的PD柱用于吸收蓝光和红光，第二层三角形像素单元的PD柱用于吸收绿光；三角形叠层像素单元中的第一层三角形像素单元的PD柱用于吸收红光和绿光，第二层三角形像素单元的PD柱用于吸收蓝光。
可选的，PD柱的形状包括长方形、圆形、平行四边形和菱形等，具体的根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。
可选的，所述PD柱的尺寸是基于RGB单色光的共振波长和所述光信号的折射率确定的。
本申请实施例中，PD柱的直径是基于RGB单色光的共振波长和光信号的折射率确定的，或者通过光学模拟得到的，具体的根据实际情况进行选择，本申请实施例不做具体的限定。
本申请实施例中，利用公式(1)确定PD柱的尺寸
PD柱的尺寸＝(共振波长-预设常数)/折射率 (1)
例如，对于圆柱形PD柱而言，当吸收绿光时，圆柱形PD柱的直径为90nm；当吸收蓝光时，圆柱形PD柱的直径为60nm；当吸收红光时，圆柱形PD柱的直径为120nm。
可选的，所述图像传感器1还包括三角形滤色片12，所述三角形滤色片覆盖12在所述第一层三角形像素单元100的输入端；
所述三角形滤色片12，用于基于所述三角形滤色片的颜色信息对光源的成像光信号进行过滤，得到RGB三色光。
本申请实施例中，在第一层三角形像素单元的输入端覆盖有三角形滤色片，该三角形滤色片的大小和形状与三角形叠层像素单元的大小和形状相同，该三角形滤色片用于透过RGB三色光，过滤掉其他紫外光和红外光等杂光。
本申请实施例中，光源发出的成像光信号透过三角形滤色片，经三角形滤色片的颜色信息的过滤，过滤掉成像光信号中的紫外光、红外光和其他颜色的杂光，得到RGB三色光，之后，RGB三色光透过第一层三角形像素单元，第一层三角形像素单元利用两种尺寸的PD柱进行共振吸收，从RGB三色光中吸收两种RGB单色光，之后，剩余光透过第二层三角像素单元，第二层三角形像素单元利用一种尺寸的PD柱进行共振吸收，从剩余光中吸收一种RGB单色光。
本申请实施例中，三角形滤色片的颜色信息为白色。
本申请实施例中，三角形滤色片之间按照六角阵列排布，具体的，三角形滤色片的六角阵列排布为汇聚于一点的六个三角形滤色片组成一个正六边形。如图2所示，汇聚与点一的六个白色三角形滤色片组成一个正六边形。
可选的，所述第一层三角形像素单元100，具体用于利用所述两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，将所述两种RGB单色光对应的光信号转换成两种RGB单色光对应的电信号，并将所述两种RGB单色光对应的电信号传输至所述CMOS像素读出电路；
所述第二层三角形像素单元101，具体用于利用所述一种尺寸的PD柱吸收一种RGB单色光，将所述一种RGB单色光对应的光信号转换成一种RGB单色光对应的电信号，并将所述一种RGB单色光对应的电信号传输至所述CMOS像素读出电路。
所述CMOS像素读出电路11，具体用于放大所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，并读出所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号。
可选的，所述三角形叠层像素单元10之间按照六角阵列排布；
所述三角形叠层像素单元10的六角阵列排布为汇聚于一点的六个三角形像素单元组成一个正六边形。
本申请实施例中，三角形叠层像素单元的六角阵列排布方式为：相邻两个三角形像素叠层单元的一边相连，使得汇聚于一点的六个三角形叠层像素单元组成一个正六边形，由此，将像素单元排布成六角密堆阵列结构，此时，该六个三角形叠层像素单元中的PD柱也组成了正六边形。
可选的，所述第一层三角形像素单元100还包括第一转移门连接电路，所述第一转移门连接电路穿过所述第二层三角形像素单元，所述第一层三角形像素单元通过第一转移门连接电路与所述CMOS像素读出电路11连接。
本申请实施例中，第一转移门连接电路处于第一层三角形像素单元和个CMOS像素读出电路之间，用于连接第一层三角形像素单元和与CMOS像素读出电路，当第一层三角形像素单元将吸收的两种RGB单色光转换为两种RGB单色光对应的电信号之后，通过第一转移门连接电路将两种RGB单色光对应的电信号传输至CMOS像素读出电路，以供CMOS像素读出电路将两种RGB单色光对应的电信号进行放大并读出。
示例性的，三角形叠层像素单元的像素截面图如图3所示，三角形叠层像素单元包括覆盖白色滤色片的第一层三角形像素单元、第二层像素单元和CMOS像素读出电路，其信号流通方向为先经过白色滤色片，再依次经过第一层三角形像素单元和第二层像素单元，之后再经过CMOS像素读出电路。第一层三角形像素单元由一组混合排布成三角形的10个PD柱组成，如图4(a)所示，其中B代表蓝色、R代表红色，分别用于吸收蓝光和红光，在10个PD柱的下方设置有一个n区，该一个n区连接第一层三角形像素单元的转移门连接电路，第一层三角形像素单元的转移门连接电路连接CMOS像素读出电路；第二层三角形像素单元由9个PD柱和第一层像素单元的转移门电路组成，该9个PD柱和第一层像素单元的转移门电路共同排布成三角形，如图4(b)所示，其中G代表绿色，用于吸收绿光，在9个PD柱的下方设置有一个n区，该一个n区连接CMOS像素读出电路。
可选的，所述第一层三角形像素单元100包括一个n区，所述两种RGB单色光对应的电信号集中到所述第一层三角形像素单元的n区；
所述第二层三角形像素单元101包括一个n区，所述一种RGB单色光对应的电信号集中到所述第二层三角形像素单元的n区。
本申请实施例中，在每一层三角形像素单元的下方设置一个n区，该n区等同于对应的每一层三角形像素单元的输出端，该n区与转移门连接电路进行连接，每一层三角形像素单元将光电转换之后的电信号集中到n区，并由转移门连接电路传输至CMOS像素读出电路。
进一步地，每一个PD柱对应一个p区，第一层三角形像素单元的p区等同于第一层三角形像素单元的输入端，滤色片覆盖在第一层三角形像素单元的输入端上。
可选的，相邻两个PD柱之间距离为预设距离，所述第一层三角形像素单元100中PD柱的个数由所述第一层三角形像素单元100的大小和所述预设距离确定，所述第二层三角形像素单元101中PD柱的个数由所述第一层三角形像素单元101对应的第一转移门连接电路的尺寸、所述第二层三角形像素单元101的大小和所述预设距离确定。
本申请实施例中，每一层三角形像素单元中的相邻两个PD柱100之间距离为预设距离，第一层三角形像素单元中PD柱的个数由叠层像素单元的大小和预设距离确定，第二层三角形像素单元中PD柱的个数由第一转移门连接电路的尺寸、叠层像素单元的大小和预设距离确定。
本申请实施例中，每一层三角形像素单元中的相邻两个PD柱之间的预设距离大于或者等于50nm，由此可以避免相邻PD柱之间的相互干扰。
本申请实施例中，由于第一层三角形像素单元不存在其他层三角形像素单元对应的转移门连接电路，故，第一层三角形像素单元中PD柱的个数由叠层像素单元的大小除以预设距离得到；由于第二层三角形像素单元还包括第一层三角形像素单元对应的第一转移门连接电路，故，第二层三角形像素单元中PD柱的个数由叠层像素单元的大小减去第一转移门电路的尺寸之后，除以预设距离得到，具体的计算方法根据实际情况进行设置及调整，本申请实施例不做具体的限定。
可选的，所述CMOS像素读出电路11包括：与所述第一转移门连接电路连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的放大管；
所述转移晶体管，用于将所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号转移至读出区，以从所述读出区读取所述电信号；
所述放大管，用于将所述读出区的电信号放大。
本申请实施例中，转移晶体管的源极与第一转移门连接电路连接；所述转移晶体管的漏极与FD(读出区)连接；PD柱将电信号聚焦到转移晶体管的n+区，并经过转移晶体管转移到FD。
本申请实施例中，光线在PD柱的耗尽区发生光电转换，将光信号转换成电信号，之后转移晶体管将电信号聚集到转移晶体管的n+区沟道中；并将n+区沟道中的电信号转移到FD。
可选的，所述CMOS像素读出电路11还包括：与所述读出区和所述放大管连接的复位晶体管；
所述读出区，还用于读出所述复位晶体管中的复位电平；
所述放大管，还用于对所述复位电平进行放大。
本申请实施例中，复位管的源极和电源连接；复位管的漏极和FD连接，其中，复位管中存储有复位电平，通过FD读出复位电平。
本申请实施例中，分别从复位管读出复位电平、从转移晶体管读出电信号，之后，对复位电平和电信号进行放大之后，对放大的电信号和放大的复位电平进行相关双采样，从而降低读出电信号的噪声。
如图5所示，为三角形叠层像素单元电路的简化示意图，三角形叠层像素单元1的第一层PD柱吸收蓝光和红光，第二层PD柱吸收绿光，在三角形叠层像素单元1的第一层PD柱上覆盖白色滤色片；三角形叠层像素单元2的第一层PD柱吸收红光和绿光，第二层PD柱吸收蓝光，在叠层像素单元2的第一层PD柱上覆盖白色滤色片；三角形叠层像素单元3的第一层PD柱吸收蓝光和绿光，第二层PD柱吸收红光，其中，以三角形叠层像素单元1的第一层PD柱为例，该第一层PD柱对应的转移门连接电路和转移晶体管的源极连接，转移晶体管的漏极与FD连接；FD还与复位管的漏极连接，复位管的源极和电源连接；FD还与BSF的栅极连接，BSF的源极和电源连接，BSF的漏极与选通管的源极连接，选通管的漏极和输出端连接。
可以理解的是，利用两层三角形像素单元排布三种尺寸的PD柱，以利用三种尺寸的PD柱分别吸收RGB三色光，减小了像素尺寸，且直接利用两种叠层像素单元获得R、G、B三个通道的信号，减少了每个叠层像素单元采集的信号数量，进而降低了互补金属氧化物半导体图像传感器的功耗；将像素单元按照三角形进行排布，能够提高上层像素和下层像素的信号量，将像素单元设置成三角形，提高了像素密度，从而提高了图像传感器的分辨率。
实施例二
本申请实施例提供一种图像处理方法，应用于图像传感器，图像传感器包括由第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元组成的三角形叠层像素单元和CMOS像素读出电路，第一层三角形像素单元包括两种尺寸的PD柱，第二层三角形像素单元包括除两种尺寸外的一种尺寸的PD柱，如图6所示，该方法包括：
S101、利用第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，将两种RGB单色光对应的光信号转换成两种RGB单色光对应的电信号。
本申请实施例提供的一种图像处理方法适用于对采集到的光信号进行图像处理，得到光信号对应的图像的场景下。
本申请实施例中，图像传感器包括三角形叠层像素单元和CMOS像素读出电路，其中，三角形叠层像素单元有第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元组成，第一层三角形像素单元中包括了两种尺寸的PD柱，分别用于吸收两种RGB单色光，第二层三角形像素单元中包括了一种尺寸的PD柱，用于吸收一种RGB单色光，由此每一个三角形叠层像素单元包括了三种尺寸的PD柱，可以吸收RGB三色光；光源发出的成像光信号首先经过第一层三角形像素单元，第一层三角形像素单元利用两种尺寸的PD柱吸收两种RGB单色光，剩余的成像光信号经过第二层三角形像素单元，第二层三角形像素单元利用一种尺寸的PD柱从中吸收一种RGB单色光，由此三角形叠层像素单元通过三种尺寸的PD柱吸收RGB三色光，并将RGB三色光转换成RGB三色光对应的电信号。
可选的，三角形叠层像素单元中的第一层三角形像素单元的PD柱用于吸收蓝光和绿光，第二层三角形像素单元的PD柱用于吸收红光；三角形叠层像素单元中的第一层三角形像素单元的PD柱用于吸收蓝光和红光，第二层三角形像素单元的PD柱用于吸收绿光；三角形叠层像素单元中的第一层三角形像素单元的PD柱用于吸收红光和绿光，第二层三角形像素单元的PD柱用于吸收蓝光。
本申请实施例中，图像传感器还包括覆盖在所述第一层三角形像素单元的输入端的三角形滤色片，图像传感器基于三角形滤色片的颜色信息对光源的成像光信号进行过滤，得到RGB三色光；之后，图像传感器利用两种尺寸的PD柱，从RGB三色光中分别吸收两种RGB单色光。
本申请实施例中，在第一层三角形像素单元的输入端覆盖有三角形滤色片，该三角形滤色片的大小和形状与三角形叠层像素单元的大小和形状相同，该三角形滤色片用于透过RGB三色光，过滤掉其他紫外光和红外光等杂光。
本申请实施例中，光源发出的成像光信号透过三角形滤色片，经三角形滤色片的颜色信息的过滤，过滤掉成像光信号中的紫外光、红外光和其他颜色的杂光，得到RGB三色光，之后，RGB三色光透过第一层三角形像素单元，第一层三角形像素单元利用两种尺寸的PD柱进行共振吸收，从RGB三色光中吸收两种RGB单色光，之后，剩余光透过第二层三角像素单元，第二层三角形像素单元利用一种尺寸的PD柱进行共振吸收，从剩余光中吸收一种RGB单色光。
本申请实施例中，三角形滤色片的颜色信息为白色。
本申请实施例中，三角形滤色片之间按照六角阵列排布，具体的，三角形滤色片的六角阵列排布为汇聚于一点的六个三角形滤色片组成一个正六边形。如图2所示，汇聚与点一的六个白色三角形滤色片组成一个正六边形。
S102、利用第二层三角形像素单元的一种尺寸的PD柱吸收一种RGB单色光，将一种RGB单色光对应的光信号转换成一种RGB单色光对应的电信号。
当图像传感器利用第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，并将两种RGB单色光对应的光信号转换成两种RGB单色光对应的电信号之后，图像传感器利用第二层三角形像素单元的一种尺寸的PD柱吸收一种RGB单色光，并将一种RGB单色光对应的光信号转换成一种RGB单色光对应的电信号。
S103、利用CMOS像素读出电路于放大两种RGB单色光对应的电信号和一种RGB单色光对应的电信号，并读出两种RGB单色光对应的电信号和一种RGB单色光对应的电信号。
当图像传感器利用第二层三角形像素单元的一种尺寸的PD柱吸收一种RGB单色光，并将一种RGB单色光对应的光信号转换成一种RGB单色光对应的电信号之后，图像传感器利用CMOS像素读出电路于放大两种RGB单色光对应的电信号和一种RGB单色光对应的电信号，并读出两种RGB单色光对应的电信号和一种RGB单色光对应的电信号。
本申请实施例中，CMOS像素读出电路包括：与第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元连接的转移晶体管、与转移晶体管连接的读出区和与读出区连接的放大管；图像传感器利用转移晶体管将两种RGB单色光对应的电信号和一种RGB单色光对应的电信号转移至读出区；从读出区读取电信号；利用放大管将读出区的电信号放大。
可以理解的是，利用两层三角形像素单元排布三种尺寸的PD柱，以利用三种尺寸的PD柱分别吸收RGB三色光，减小了像素尺寸，且直接利用两种叠层像素单元获得R、G、B三个通道的信号，减少了每个叠层像素单元采集的信号数量，进而降低了互补金属氧化物半导体图像传感器的功耗；将像素单元按照三角形进行排布，能够提高上层像素和下层像素的信号量，将像素单元设置成三角形，提高了像素密度，从而提高了图像传感器的分辨率。
实施例三
本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，上述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，上述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，应用于图像传感器1中，所述图像传感器包括由第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元组成的三角形叠层像素单元和CMOS像素读出电路，所述第一层三角形像素单元包括两种尺寸的PD柱，所述第二层三角形像素单元包括除两种尺寸外的一种尺寸的PD柱，该计算机程序实现如实施例二所述的图像处理方法。
具体来讲，本实施例中的一种图像处理方法对应的程序指令被一电子设备读取或被执行时，包括如下步骤：
利用所述第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，将所述两种RGB单色光对应的光信号转换成两种RGB单色光对应的电信号；
利用所述第二层三角形像素单元的一种尺寸的PD柱吸收一种RGB单色光，将所述一种RGB单色光对应的光信号转换成一种RGB单色光对应的电信号；
利用所述CMOS像素读出电路于放大所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，并读出所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号。
在本发明的实施例中，进一步地，图像传感器还包括覆盖在所述第一层三角形像素单元的输入端的三角形滤色片，所述利用所述第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光之前，上述一个或者多个程序被上述一个或者多个处理器执行，还实现以下步骤：
基于所述三角形滤色片的颜色信息对光源的成像光信号进行过滤，得到RGB三色光；
相应的，所述利用所述第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，包括：
利用所述两种尺寸的PD柱，从所述RGB三色光中分别吸收两种RGB单色光。
在本发明的实施例中，进一步地，CMOS像素读出电路包括：与所述第一层三角形像素单元和所述第二层三角形像素单元连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的放大管；所述利用所述CMOS像素读出电路于放大所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，并读出所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，上述一个或者多个程序被上述一个或者多个处理器执行，具体实现以下步骤：
利用所述转移晶体管将所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号转移至读出区；
从所述读出区读取所述电信号；
利用放大管将所述读出区的电信号放大。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
由第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元组成的三角形叠层像素单元，其中，所述第一层三角形像素单元包括两种尺寸的光电二极管PD柱，所述第二层三角形像素单元包括除所述两种尺寸外的一种尺寸的PD柱；所述三角形叠层像素单元用于利用三种尺寸的PD柱吸收RGB三色光，并将所述RGB三色光对应的光信号转换成电信号；
与所述三角形叠层像素单元的输出端连接的CMOS像素读出电路，用于放大所述电信号，并读出所述电信号。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括三角形滤色片，所述三角形滤色片覆盖在所述第一层三角形像素单元的输入端；
所述三角形滤色片，用于基于所述三角形滤色片的颜色信息对光源的成像光信号进行过滤，得到RGB三色光。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，
所述第一层三角形像素单元，具体用于利用所述两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，将所述两种RGB单色光对应的光信号转换成两种RGB单色光对应的电信号，并将所述两种RGB单色光对应的电信号传输至所述CMOS像素读出电路；
所述第二层三角形像素单元，具体用于利用所述一种尺寸的PD柱吸收一种RGB单色光，将所述一种RGB单色光对应的光信号转换成一种RGB单色光对应的电信号，并将所述一种RGB单色光对应的电信号传输至所述CMOS像素读出电路；
所述CMOS像素读出电路，具体用于放大所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，并读出所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述三角形叠层像素单元之间按照六角阵列排布；
所述三角形叠层像素单元的六角阵列排布为汇聚于一点的六个三角形像素单元组成一个正六边形。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一层三角形像素单元还包括第一转移门连接电路，所述第一转移门连接电路穿过所述第二层三角形像素单元，所述第一层三角形像素单元通过第一转移门连接电路与所述CMOS像素读出电路连接。
6.根据权利要求1或3所述的图像传感器，其特征在于，
所述第一层三角形像素单元包括一个n区，所述两种RGB单色光对应的电信号集中到所述第一层三角形像素单元的n区；
所述第二层三角形像素单元包括一个n区，所述一种RGB单色光对应的电信号集中到所述第二层三角形像素单元的n区。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，相邻两个PD柱之间距离为预设距离，所述第一层三角形像素单元中PD柱的个数由所述第一层三角形像素单元的大小和所述预设距离确定，所述第二层三角形像素单元中PD柱的个数由所述第一层三角形像素单元对应的第一转移门连接电路的尺寸、所述第二层三角形像素单元的大小和所述预设距离确定。
8.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述CMOS像素读出电路包括：与所述第一转移门连接电路连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的放大管；
所述转移晶体管，用于将所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号转移至读出区，以从所述读出区读取所述电信号；
所述放大管，用于将所述读出区的电信号放大。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述CMOS像素读出电路还包括：与所述读出区和所述放大管连接的复位晶体管；
所述读出区，还用于读出所述复位晶体管中的复位电平；
所述放大管，还用于对所述复位电平进行放大。
10.一种图像处理方法，其特征在于，应用于图像传感器，所述图像传感器包括由第一层三角形像素单元和第二层三角形像素单元组成的三角形叠层像素单元和CMOS像素读出电路，所述第一层三角形像素单元包括两种尺寸的PD柱，所述第二层三角形像素单元包括除两种尺寸外的一种尺寸的PD柱，所述方法包括：
利用所述第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，将所述两种RGB单色光对应的光信号转换成两种RGB单色光对应的电信号；
利用所述第二层三角形像素单元的一种尺寸的PD柱吸收一种RGB单色光，将所述一种RGB单色光对应的光信号转换成一种RGB单色光对应的电信号；
利用所述CMOS像素读出电路于放大所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，并读出所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述图像传感器还包括覆盖在所述第一层三角形像素单元的输入端的三角形滤色片，所述利用所述第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光之前，所述方法还包括：
基于所述三角形滤色片的颜色信息对光源的成像光信号进行过滤，得到RGB三色光；
相应的，所述利用所述第一层三角形像素单元的两种尺寸的PD柱分别吸收两种RGB单色光，包括：
利用所述两种尺寸的PD柱，从所述RGB三色光中分别吸收两种RGB单色光。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，CMOS像素读出电路包括：与所述第一层三角形像素单元和所述第二层三角形像素单元连接的转移晶体管、与所述转移晶体管连接的读出区和与所述读出区连接的放大管；所述利用所述CMOS像素读出电路于放大所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，并读出所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号，包括：
利用所述转移晶体管将所述两种RGB单色光对应的电信号和所述一种RGB单色光对应的电信号转移至读出区；
从所述读出区读取所述电信号；
利用放大管将所述读出区的电信号放大。
13.一种存储介质，其上存储有计算机程序，应用于图像传感器，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求10-12任一项所述的方法。
CN202010023855.1A 2020-01-09 2020-01-09 一种图像传感器及图像处理方法 Pending CN111246133A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010023855.1A CN111246133A (zh) 2020-01-09 2020-01-09 一种图像传感器及图像处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010023855.1A CN111246133A (zh) 2020-01-09 2020-01-09 一种图像传感器及图像处理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111246133A true CN111246133A (zh) 2020-06-05

Family

ID=70878107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010023855.1A Pending CN111246133A (zh) 2020-01-09 2020-01-09 一种图像传感器及图像处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111246133A (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1774814A (zh) * 2003-02-19 2006-05-17 微米技术有限公司 Cmos图像传感器及其制造方法
CN207367977U (zh) * 2016-09-19 2018-05-15 半导体元件工业有限责任公司 图像传感器
CN110225319A (zh) * 2019-06-11 2019-09-10 Oppo广东移动通信有限公司 一种图像传感器、图像处理方法及存储介质
CN110290334A (zh) * 2019-06-26 2019-09-27 Oppo广东移动通信有限公司 像素单元电路及图像处理方法、存储介质及cmos图像传感器
CN110336964A (zh) * 2019-06-11 2019-10-15 Oppo广东移动通信有限公司 一种cmos图像传感器及图像处理方法、存储介质
CN110379824A (zh) * 2019-07-08 2019-10-25 Oppo广东移动通信有限公司 一种cmos图像传感器及图像处理方法、存储介质
CN110520994A (zh) * 2017-04-05 2019-11-29 半导体组件工业公司 具有竖直堆叠光电二极管和竖直转移门的图像传感器
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
CN110650301A (zh) * 2019-10-14 2020-01-03 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器及成像方法、设备

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1774814A (zh) * 2003-02-19 2006-05-17 微米技术有限公司 Cmos图像传感器及其制造方法
CN207367977U (zh) * 2016-09-19 2018-05-15 半导体元件工业有限责任公司 图像传感器
CN110520994A (zh) * 2017-04-05 2019-11-29 半导体组件工业公司 具有竖直堆叠光电二极管和竖直转移门的图像传感器
CN110225319A (zh) * 2019-06-11 2019-09-10 Oppo广东移动通信有限公司 一种图像传感器、图像处理方法及存储介质
CN110336964A (zh) * 2019-06-11 2019-10-15 Oppo广东移动通信有限公司 一种cmos图像传感器及图像处理方法、存储介质
CN110290334A (zh) * 2019-06-26 2019-09-27 Oppo广东移动通信有限公司 像素单元电路及图像处理方法、存储介质及cmos图像传感器
CN110379824A (zh) * 2019-07-08 2019-10-25 Oppo广东移动通信有限公司 一种cmos图像传感器及图像处理方法、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
CN110650301A (zh) * 2019-10-14 2020-01-03 Oppo广东移动通信有限公司 图像传感器及成像方法、设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110225319B (zh) 一种图像传感器、图像处理方法及存储介质
US7427734B2 (en) Multiple photosensor pixel
EP2265001B1 (en) Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device and camera
US8243176B2 (en) Solid-state image sensor
CN110536084A (zh) 叠层互补金属氧化物半导体图像传感器及图像处理方法
CN110312088B (zh) 一种像素单元电路及图像处理方法、存储介质
US10777601B1 (en) CMOS image sensor with compact pixel layout
CN110445998B (zh) 一种彩色偏振式cis及图像处理方法、存储介质
US20210066384A1 (en) Image sensor and electronic device
CN110572594B (zh) 叠层互补金属氧化物半导体图像传感器及图像处理方法
CN110740277A (zh) 图像传感器及电子设备、成像方法
CN110290334B (zh) 像素单元电路及图像处理方法、存储介质及cmos图像传感器
CN109951656B (zh) 一种图像传感器和电子设备
CN110677606B (zh) 一种像素结构、cis和终端
CN111223882B (zh) 一种图像传感器及图像处理方法、存储介质
CN110691207A (zh) 一种图像传感器及图像处理方法、存储介质
CN111246133A (zh) 一种图像传感器及图像处理方法
US9331118B2 (en) Sensor and method for color photosensor array with shielded, deep-penetration, photodiodes for color detection
CN110336964B (zh) 一种cmos图像传感器及图像处理方法、存储介质
JPH0463473A (ja) 固体撮像装置
JP5253856B2 (ja) 固体撮像装置
CN110690237B (zh) 一种图像传感器、信号处理方法及存储介质
CN110854145A (zh) 一种像素结构、图像传感器及终端
CN110324545B (zh) 一种像素结构、图像传感器及终端
CN110418088B (zh) 一种像素结构、图像传感器及终端

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200605

RJ01 Rejection of invention patent application after publication