CN112770069A - 图像装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种图像装置。图像装置包括：像素阵列，包括像素阵列的一部分的第一像素阵列部分和像素阵列的其他部分的第二像素阵列部分并输出图像；和在像素阵列之上设置的滤色器阵列，滤色器阵列包括第一像素阵列部分上的第一滤色器图案和第二像素阵列部分上的第二滤色器图案，其中，第一滤色器图案包括对应于第一像素阵列部分的多个不同滤色器并且位于第一图案区域，并且第二滤色器图案包括对应于第二像素阵列部分的多个不同滤色器并且位于第二图案区域，其中，第一滤色器图案中包括的红色(R)滤色器的数目等于第二滤色器图案中包括的R滤色器的数目。

Description

图像装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年10月21日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0130513的优先权，将其全部内容通过引用完全并入于此。
技术领域
本公开涉及图像装置。
背景技术
图像装置和/或系统中的图像传感器可以使用经由广角镜头进入的光数字地捕获被摄体的图像。图像装置和/或系统的图像传感器可以被分类为电荷耦合器件(CCD)类型和互补金属氧化物半导体(CMOS)类型。CMOS类型图像传感器缩写为CIS。CIS包括二维地布置的多个像素。每一个像素包括光电二极管。光电二极管将入射光转换为电信号。
近年来，随着计算机和通信产业的发展，对比如数码相机、录像摄像机、个人通信系统(PCS)、游戏装置、监控相机、医学微相机和机器人的各种应用，对于具有改进的性能的图像传感器的需要已经增加。另外，随着半导体器件变得高度集成，图像传感器也可以变得高度集成。
发明内容
一方面是提供具有改进的可靠性的图像装置。
根据示例实施例的一方面，提供了一种图像装置，包括：像素阵列，包括像素阵列的一部分的第一像素阵列部分和像素阵列的其他部分的第二像素阵列部分，并且输出图像、；和在像素阵列之上设置的滤色器阵列，滤色器阵列包括第一像素阵列部分上的第一滤色器图案和第二像素阵列部分上的第二滤色器图案，其中，所述第一滤色器图案包括对应于第一像素阵列部分的多个不同滤色器并且位于第一图案区域，并且第二滤色器图案包括对应于第二像素阵列部分的多个不同滤色器并且位于第二图案区域，其中，第一滤色器图案中包括的红色(R)滤色器的数目等于第二滤色器图案中包括的R滤色器的数目。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种图像装置，包括：像素阵列，包括位于像素阵列的中心的第一像素阵列部分和围绕像素阵列的中心的第二像素阵列部分；设置在像素阵列的顶部的滤色器阵列，滤色器阵列包括与第一像素阵列部分对应的第一图案区域和与第二像素阵列部分对应的第二图案区域，第一图案区域包括具有第一图案的第一滤色器图案，且第二图案区域包括具有与第一图案不同的第二图案的第二滤色器图案，其中，第一滤色器图案以N x N重复滤色器图案的阵列布置，且第二滤色器图案以不包括N x N重复滤色器图案的M x M重复滤色器图案的阵列布置，其中，N是大于1的自然数，且M是大于N的自然数，且其中，第一图案区域和第二图案区域分别包括R和B滤色器。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种图像装置,包括：像素阵列；和设置在像素阵列的顶部的滤色器阵列，滤色器阵列包括位于滤色器阵列的中心且具有第一图案的第一图案区域、围绕第一图案区域且具有与第一图案不同的第二图案的第二图案区域、和围绕第二图案区域且具有与第一图案和第二图案不同的第三图案的第三图案区域，其中，第一图案区域包括N x N重复滤色器图案的阵列，第二图案区域包括不包含N x N重复滤色器图案的M x M重复滤色器图案的阵列，且第三图案区域包括不包含M x M重复滤色器图案的T x T重复滤色器图案的阵列，且其中，N、M和T中的每个是大于1的自然数。
根据示例实施例的另一方面，提供了一种输出图像的像素阵列；和设置在像素阵列的顶部的滤色器阵列，滤色器阵列包括与像素阵列的中心部分对应且具有以第一图案布置的滤色器的第一图案区域、和与像素阵列的边缘部分对应且具有以与第一图案不同的第二图案布置的滤色器的第二图案区域。
附图说明
以上及其他方面将通过参考附图详细描述其示例性实施例变得更明显，在附图中：
图1是解释镜头阴影(shading)的示例性图；
图2是解释镜头阴影校正的示例性图；
图3是图示根据一些实施例的图像系统的示例性框图；
图4是图示根据一些实施例的、图3的图像系统的图像传感器的示例性框图；
图5是根据一些实施例的、图4的图像传感器的像素阵列的等效电路图；
图6是图示根据一些实施例的、图4的图像传感器的像素阵列的像素区域的布置的平面图；
图7是根据一些实施例的、解释图4的图像传感器的滤色器阵列的、平面图的示例性概念图；
图8是图示根据一些实施例的、图7的滤色器阵列的第一图案区域I的示例性平面图；
图9是沿着图8的第一图案区域I的线A-A’取得的截面图；
图10是图示图7的第二图案区域II的示例性平面图；
图11是沿着图10的第二图案区域II的线B-B’取得的截面图；
图12是图示根据一些实施例的、四元(tetra)像素阵列的示例性电路图；
图13是根据一些实施例的、使用拜耳(Bayer)像素阵列作为四元图案的示例性电路图；
图14是根据一些实施例的、解释图4的图像传感器的滤色器阵列的、平面图的示例性概念图；
图15是图示根据一些实施例的、图14的滤色器阵列的第三图案区域III的示例性平面图；
图16是沿着图15的第三图案区域III的线C-C’取得的截面图；
图17是图示根据一些实施例的、九元(nona)像素阵列的示例性电路图；
图18是根据一些实施例的、使用拜耳像素阵列作为九元图案的示例性电路图；
图19是图示根据一些实施例的、图4的图像传感器的滤色器阵列的示例性平面图；
图20是图示根据一些实施例的用于四元图案的合并(binning)操作的示例性平面图；和
图21是图示根据一些实施例的用于九元图案的合并操作的示例性平面图。
具体实施方式
本公开的方面不局限于在这里提出的。本公开的以上及其他方面将通过参考如下的详细描述而对本公开所属领域中的普通技术人员变得更明显。
图1是解释镜头阴影(shading)的示例性图。
参考图1，图像装置和/或系统包括广角镜头20，来自被摄体10的光15通过所述广角镜头20入射。
广角镜头20可以在其周边具有曲线形状。也就是，在从被摄体10反射之后，在广角镜头20的边缘入射的光15的量可能小于在广角镜头20的中心入射的光15的量。
这可以容易地从平面图的简化图示25看到。也就是，通过广角镜头20进入成像装置和/或系统的捕获的图像40的边缘部分EP的光量(例如，亮度)可能小于捕获的图像40的中心部分CP的光量。
为了校正该现象，可以使用各种方法。作为各种方法之一，将参考图2描述镜头阴影校正(LSC)。
图2是解释镜头阴影校正的示例性图。
参考图1和图2，可以作为用于校正通过广角镜头20捕获的图像40的示例来执行镜头阴影校正。
如上所述，由于广角镜头20的边缘的曲线形状，光量可能在捕获的图像40的边缘部分不足，这可能导致捕获的图像40的镜头阴影(或者敏感度不均匀性(sensitivity non-uniformity))。
具体地，在移动相机的情况下，因为像素的数目大且镜头的大小小，所以镜头阴影可能更突出。因此，捕获的图像40可以划分为多个块，且通过将不同权重值50应用于每个块的中心部分和边缘部分来存储在存储器中。然后，可以使用存储的值执行镜头阴影校正。其详细描述在题为“Lens Shading Correction Device and Method in Image Sensor”的美国专利申请公开No.2007-285552中公开。
但是，捕获的图像40中包括的噪声与镜头阴影校正中使用的权重值50一起放大。换句话说，对于捕获的图像40的中心部分62在乘以权重值50之后噪声较少地放大。但是，对于捕获的图像40的边缘部分64在乘以加权值50之后，噪声可能显著地放大。由此，当用于捕获被摄体10的环境具有低照度时，捕获的图像40的图像质量可能大大地恶化。
因此，为了避免根据用于镜头阴影校正的权重值50的噪声放大，在镜头阴影校正之前应该减小先前捕获的图像40的边缘部分64的噪声。
在用于减小边缘部分64的噪声的一些方法中，基于边缘部分64的相同滤色器像素的信息减小边缘部分64的噪声。
但是，图像装置和/或图像系统中的图像传感器通常对于滤色器像素使用拜耳(Bayer)图案。也就是，在拜耳图案的情况下，相同滤色器像素不彼此相邻，这可以减小导致减小噪声的限制的空间相关。
因此，在根据在这里公开的一些实施例的图像装置和/或图像系统中，在滤色器阵列的边缘使用比如四元(tetra)、九元(nona)或者十六元(hexa-deca)图案的大图案。因此，通过使用包括其中相同滤色器像素彼此相邻的图案的滤色器阵列，可以更有效地减小捕获的图像40中的噪声。在下文中，将具体描述根据一些实施例的图像装置。
图3是图示根据一些实施例的图像系统的示例性框图。图4是图示图3的图像系统的图像传感器的示例性框图。
参考图3和图4，根据一些实施例的图像系统可以包括应用处理器(AP)400、图像传感器100、合并(binning)单元200和图像信号处理器(ISP)300。应用处理器(AP)400可以包括一个或多个微处理器。
在一些实施例中，图像传感器100可以包括滤色器阵列1010，设置在滤色器阵列1010下的像素阵列1000，和用于驱动像素阵列1000的外围电路。外围电路可以通过从应用处理器400接收到的捕获信号Cap_sig驱动像素阵列1000。
图像信号处理器300可以从图像传感器100接收图像信息Img_Inf以执行合并、去马赛克和/或分辨率提高(upscale)操作，但是图像信号处理器300的操作不限于此。
图像信号处理器300中包括的合并单元200可以确定是否执行像素阵列100的合并。图像信号处理器(ISP)300可以包括一个或多个处理器和存储计算机代码的存储器，计算机代码当被执行时实现合并单元200的功能。在其他实施例中，合并单元200可以作为硬件电路提供。
更具体地，图像传感器100可以包括定时发生器2100、行解码器2200、行驱动器2300、相关双采样器(CDS)2500、模拟到数字转换器(ADC)2600、锁存器2700、列解码器2800等，但是图像传感器100的配置不限于此。
通过从行驱动器2300接收比如行选择信号、复位信号和电荷传送信号的多个驱动信号来驱动像素阵列1000。另外，转换的电输出信号经由垂直信号线提供到相关双采样器2500。定时发生器2100将定时信号和控制信号提供到行解码器2200和列解码器2800。
行驱动器2300根据行解码器2200的解码结果向像素阵列1000提供多个驱动信号，以驱动多个单元像素。总的来说，当单元像素以矩阵布置时，驱动信号提供给每行。
相关双采样器2500通过垂直信号线从像素阵列1000接收输出信号，并保持和采样接收到的信号。也就是，相关双采样器2500根据输出信号双倍采样某个噪声电平和信号电平，并输出与噪声电平和信号电平之间的差对应的差电平。模拟到数字转换器2600将与差电平对应的模拟信号转换为数字信号，并输出数字信号。
相关双采样器2500可以从拜耳图案的像素阵列接收数字信息，并输出比如四元图案或者九元图案的另一图案的值。
锁存器2700可以将数字信号锁存到图像信息Img_Inf中。锁存的图像信息Img_Inf可以根据列解码器2800的解码结果顺序地输出到图像信号处理器300。
图5是根据一些实施例的、图4的图像传感器100的像素阵列的等效电路图。
参考图5，像素P以矩阵布置来形成像素阵列1000。像素P的每个包括光电晶体管11、浮置扩散区域13、电荷传送晶体管15、驱动晶体管17、复位晶体管18和选择晶体管19。光电晶体管11、浮置扩散区域13、电荷传送晶体管15、驱动晶体管17、复位晶体管18和选择晶体管19的功能将相对于在第i行布置的像素P(i,j)，P(i,j+1)，P(i,j+2)，P(i,j+3)，...来描述。
光电晶体管11吸收入射光并积累与光的量对应的电荷。作为光电晶体管11，可以采用光电二极管、光敏晶体管、光栅、钳位光电二极管(pinned photodiode)或者其组合。在图5中，根据实施例，光电二极管图示为光电晶体管11的示例。
每个光电晶体管11与每个电荷传送晶体管15耦合，电荷传送晶体管15将积累的电荷传送到浮置扩散区域13。浮置扩散区域13将电荷转换为电压，且具有寄生电容以使得累积地存储电荷。
图示为源跟随器放大器的驱动晶体管17放大接收每个光电晶体管11中积累的电荷的浮置扩散区域13的电势的变化，并将积累的电荷输出到输出线Vout。
复位晶体管18周期性地复位浮置扩散区域13。复位晶体管18可以由单个MOS晶体管形成，该单个MOS晶体管由经由用于施加预定偏置(即，复位信号)的复位线RX(i)提供的偏置驱动。当复位晶体管18由经由复位线RX(i)提供的偏置导通时，提供到复位晶体管18的漏极的预定电势(例如，源极电压VDD)被传送到浮置扩散区域13。
选择晶体管19用于选择要基于行读取的像素P。选择晶体管19可以由信号MOS晶体管形成，该信号MOS晶体管由经由行选择线SEL(i)提供的偏置(例如，行选择信号)驱动。当选择晶体管19由经由行选择线SEL(i)提供的偏置导通时，提供到选择晶体管19的漏极的预定电势(例如，源极电压VDD)传送到驱动晶体管17的漏极区域。
用于将偏置施加到电荷传送晶体管15的传送线TX(i)，用于将偏置施加到复位晶体管18的复位线RX(i)，和用于将偏置施加到选择晶体管19的选择线SEL(i)可以布置为在行方向基本上彼此平行地延伸。
图6是图示根据一些实施例的、图4的图像传感器的像素阵列的像素区域的布置的平面图。
参考图6，像素阵列1000可以包括多个像素区域P1到P7、P101到P107、P201到P207、P301到P307、P401到P407、P501到P507和P601到P607。
多个像素区域P1到P7、P101到P107、P201到P207、P301到P307、P401到P407、P501到P507和P601到P607可以定义为多个行和多个列。虽然图6仅图示7行和7列的49个像素区域，为描述的简单和简明仅图示了一些像素区域，且实施例不限于此。也就是，可以不同地应用像素区域的数目。
行R1到R7的信号线可以连接到多个像素区域P1到P7、P101到P107、P201到P207、P301到P307、P401到P407、P501到P507、P601到P607的各自的行。行R1到R7的信号线中的每个可以对应于图5的行选择线SEL(i)。也就是，信号可以通过行R1到R7的信号线之一施加到行的整个像素区域。
列C1到C7的信号线可以连接到多个像素区域P1到P7、P101到P107、P201到P207、P301到P307、P401到P407、P501到P507、P601到P607的各自的列。列C1到C7的信号线中的每个可以对应于图5的输出线Vout。也就是，信号可以通过列C1到C7的信号线之一输出到列的像素区域。
在像素阵列1000的顶部，可以设置滤色器阵列1010。滤色器阵列1010可以在其边缘部分使用比如四元、九元或者十六元图案的大图案。根据一些实施例的滤色器阵列1010将参考图7具体描述。
图7是根据一些实施例的、解释图4的图像传感器的滤色器阵列的平面图的示例性概念图。
参考图7，根据一些实施例，滤色器阵列1010可以包括形成滤色器阵列的中心部分的第一图案区域I和形成边缘部分的第二图案区域II，所述边缘部分与除了第一图案区域I之外的滤色器阵列的其余部分对应。
虽然在图7中仅示出了121个滤色器的阵列，为描述的简单和简明仅图示了一些滤色器，且实施例不限于此。可以不同地应用滤色器阵列1010中的滤色器的数目。例如，注意到图7的滤色器阵列1010假定11行和11列的相应的像素阵列1000，即，包括行R1到R11和列C1到C11。
滤色器阵列1010的滤色器可以设置在像素阵列1000上，且连接到行R1到R11的信号线和列C1到C11的信号线。根据一些实施例的滤色器阵列1010的第一图案区域I可以配置为拜耳图案，且滤色器阵列1010的第二图案区域II可以配置为四元图案。不限于此，第一图案区域I可以配置为四元图案，且第二图案区域II可以配置为拜耳图案。替代地，可以使用九元图案代替四元图案。每个图案区域的配置图案不限于此。
第一图案区域I的滤色器阵列可以具有N x N(N是2或更大的自然数)滤色器图案，且第二图案区域II的滤色器阵列可以具有不包括N x N滤色器图案的M x M(M是2或更大的自然数)滤色器图案。在该配置中，在一些实施例中，第一图案区域I中的红色(R)滤色器的数目可以等于第二图案区域II中的R滤色器的数目。替代地或者另外地，在其他实施例中，第一图案区域I中的蓝色(B)滤色器的数目可以等于第二图案区域II中的B滤色器的数目。替代地或者另外地，在其他实施例中，第一图案区域I中的绿色(G)滤色器的数目可以等于第二图案区域II中的G滤色器的数目。
替代地或者地，在一些其它实施例中，第一图案区域I中的B滤色器的数目可以等于第二图案区域II中的R滤色器的数目，且第一图案区域I中的R滤色器的数目可以等于第二图案区域II中的B滤色器的数目，但是实施例不限于此。
图8是图示根据一些实施例的、图7的滤色器阵列的第一图案区域I的示例性平面图。
参考图8，该配置图示第一图案区域I配置为拜耳图案，但是实施例不限于此。也就是，在其他实施例中，第一图案区域I可以是四元图案、九元图案等。
虽然图8图示拜耳图案仅具有以4行和4列的16个滤色器，为简单和简明仅图示了一些滤色器，且实施例不限于此。也就是，可以不同地应用拜耳图案的滤色器的数目。
拜耳图案可以包括红色、绿色和蓝色三种颜色的滤色器。也就是，R滤色器R可以是仅透射红色(R)光的滤光器，G滤波器Gr和Gb可以是仅透射绿色(G)光的滤光器，且B滤色器B可以是仅透射蓝色(B)光的滤光器。在拜耳图案中，如图8所示，R、G和B滤色器R、Gb、Gr和B可以布置为具有预定图案。如图8所示，可以布置G滤色器以使得G滤色器Gr位于R滤色器R旁边，且G滤色器Gb位于B滤色器B旁边。
也就是，每个滤色器(例如，R、Gr、Gb或者B)可以形成1x1矩阵的区域以形成拜耳图案。根据一些实施例，图7的滤色器阵列1010的边缘部分或第二图案区域II可以配置为如图10所示的四元图案。
图9是沿着图8的第一图案区域I的线A-A’取得的截面图。
参考图9，根据一些实施例的图像传感器包括衬底160R和160Gr、光电晶体管11R和11Gr、抗反射膜150、侧抗反射膜140、滤色器R和Gr、上平面化层120、下平面化层130以及微透镜110-1和110-2，如图9所示。
衬底160R和160Gr例如可以采用P型或者N型块状衬底，或者可以采用在其上生长P型或者N型外延层的P型块状衬底，或者可以采用在其上生长P型或者N型外延层的N型块状衬底。除半导体衬底之外，衬底160R和160Gr还可以采用比如有机塑料衬底的衬底。
根据各种实施例，光电晶体管11R和11Gr可以是光电二极管、光敏晶体管、光栅、钳位光电二极管或者其组合。
抗反射膜150和侧抗反射膜140可以防止从外部入射到微透镜110-1和110-2上的光透入R和Gr区域中。抗反射膜150和侧抗反射膜140可以由绝缘膜形成，比如二氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜、树脂、其组合或者其层叠。
上平面化层120和下平面化层130可以形成为平的，滤色器R和Gr介于其间。上平面化层120和下平面化层130可以包括基于二氧化硅的材料、基于氮化硅的材料、树脂或者其组合中的至少一个。
图10是图示根据一些实施例的、图7的滤色器阵列的第二图案区域II的示例性平面图。
参考图10，图7的第二图案区域II可以配置为四元图案。虽然图10图示四元图案具有4行和4列的16个滤色器，为简单和简明仅图示了一些滤色器，且实施例不限于此。也就是，可以不同地应用四元图案的滤色器的数目。
四元图案可以包括以红色、绿色和蓝色三种颜色的滤色器。也就是，R滤色器R可以是仅透射红色(R)光的滤光器，G滤色器Gr和Gb可以是仅透射绿色(G)光的滤光器，且B滤色器B可以是仅透射蓝色(B)光的滤光器。
在四元图案中，如图10所示，R、G和B滤色器R、Gb、Gr和B可以布置为具有预定图案。如图10所示可以布置，G滤色器以使得G滤色器Gr位于R滤色器R旁边，且G滤色器Gb位于B滤色器B旁边。
也就是，每个滤色器(例如，R、Gr、Gb或者B)可以形成2x2矩阵的区域以形成四元图案。例如，如图10所示，每个滤色器(例如，R、Gr、Gb或者B)可以形成2x2矩阵，且四个2x2矩阵可以包括在四元图案中。在四元图案中，相同滤色器(例如，R、Gr、Gb或者B)可以彼此相邻以增加空间相似性。由此，可以有效地减小由于将在后面描述的由合并单元执行的合并导致的噪声。
第一图案区域I的滤色器阵列可以具有N x N(N是2或更大的自然数)重复滤色器图案，且第二图案区域II的滤色器阵列可以具有不包括N x N重复滤色器图案的M x M(M是2或更大的自然数)重复滤色器图案。在该配置中，在一些实施例中，第一图案区域I和第二图案区域II中的每个中的R滤色器的数目可以相同。替代地或者另外地，在一些其它实施例中，第一图案区域I和第二图案区域II中的每个中的B滤色器的数目可以相同。替代地或者另外地，在其它实施例中，第一图案区域I和第二图案区域II中的每个中的G滤色器的数目可以相同。
替代地或者地，在其它实施例中，第一图案区域I中的B滤色器的数目可以等于第二图案区域II中的R滤色器的数目，且第一图案区域I中的R滤色器的数目可以等于第二图案区域II中的B滤色器的数目，但是实施例不限于此。
图11是沿着图10的第二图案区域II的线B-B’取得的截面图。因为描述类似于图9的描述，且因为两张图使用类似的参考指示符，为了简明将省略其重复描述。
图12是图示根据一些实施例的、四元像素阵列的示例性电路图。因为描述类似于图5的描述且两张图使用类似的参考指示符，为了简明将省略其重复描述，且后续的描述将主要聚焦于与图5的差异。
参考图12，滤色器阵列可以形成为拜耳图案，且像素阵列1000的结构可以改变以实现具有四元图案的图像传感器。图5的光电晶体管11提供为包括第一光电晶体管11-1、第二光电晶体管11-2、第三光电晶体管11-3和第四光电晶体管11-4的光电晶体管，且图5的电荷传送晶体管15提供为第一电荷传送晶体管15-1、第二电荷传送晶体管15-2、第三电荷传送晶体管15-3和第四电荷传送晶体管15-4，如图12所示。
第一到第四电荷传送晶体管15-1到15-4的漏极可以彼此连接，且连接到浮置扩散区域13以实现四元图案。
图13是使用拜耳像素阵列作为四元图案的示例性电路图。
参考图13，在滤色器阵列和像素阵列两者形成为拜耳图案之后，可以在相关双采样器2500之前设置MUX 170以连接各个像素的Vout端子来形成四元图案。
相关双采样器2500可以从包括拜耳图案的像素阵列1000接收输出，并生成与包括四元图案的像素阵列1000相同的输出。
图14是根据一些实施例的、解释图4的图像传感器的滤色器阵列的平面图的示例性概念图。为了参考，除图7的滤色器阵列的第一图案区域I和第二图案区域II之外，滤色器阵列1020可以进一步包括第三图案区域III。例如，第三图案区域III可以围绕图7的滤色器阵列的第二图案区域II。假定如图14所示的第一图案区域I和第二图案区域II分别配置为拜耳图案和四元图案，如图7的滤色器阵列所示。第一图案区域I和第二图案区域II类似于参考图7图示和描述的，且由此为了简明将主要描述第三图案区域III。图14的滤色器阵列1020的每个图案区域的图案可以包括各种组合，但是不限于此。
参考图14，滤色器阵列1020可以包括形成中心部分的第一图案区域I和围绕第一图案区域I的第二图案区域II，以及形成边缘部分的第三图案区域III，所述边缘部分与除了第一图案区域I和第二图案区域II之外的滤色器阵列1020的其余部分对应。如图14所示的第一图案区域I、第二图案区域II和第三图案区域III中的每个的形状仅是示例，且在其他实施例中，形状可以改变，只要第一图案区域I形成中心部分，第二图案区域II围绕第一图案区域I，且第三图案区域III围绕第二图案区域II以形成滤色器阵列1020的边缘部分。
虽然图14示出了16行和16列的像素阵列上的256个滤色器的阵列，为简单和简明仅图示了一些滤色器，且实施例不限于此。可以不同地应用滤色器阵列1020中的滤色器的数目。例如，注意到图14的滤色器阵列1020假定16行和16列的相应的像素阵列1000，即，包括行R1到R16和列C1到C16。
滤色器阵列1020的滤色器可以设置在像素阵列1000上，且连接到行R1到R16的信号线和列C1到C16的信号线。根据一些实施例的滤色器阵列1020的第一图案区域I可以配置为如图8所示的拜耳图案。另外，根据一些实施例的滤色器阵列1020的第二图案区域II可以配置为如图10所示的四元图案。根据一些实施例的滤色器阵列1020的第三图案区域III可以配置为如图15所示的九元图案。
图15是图示根据一些实施例的、图14的滤色器阵列的第三图案区域III的示例性平面图。
虽然图15图示九元图案具有6行和6列的36个滤色器，为简单和简明仅图示了一些滤色器，且实施例不限于此。也就是，可以不同地应用九元图案的滤色器的数目。
九元图案可以包括以红色、绿色和蓝色三种颜色的滤色器。也就是，R滤色器R可以是仅透射红色(R)光的滤光器，G滤色器Gr和Gb可以是仅透射绿色(G)光的滤光器，且B滤色器B可以是仅透射蓝色(B)光的滤光器。在九元图案中，如图15所示，R、G和B滤色器R、Gb、Gr和B可以布置为具有预定图案。如图15所示，可以布置G滤色器以使得G滤色器Gr位于R滤色器R旁边，且G滤色器Gb位于B滤色器B旁边。
也就是，每个滤色器(例如，R、Gr、Gb或者B)可以形成3x3矩阵的区域以形成九元图案。例如，如图15所示，每个滤色器(例如，R、Gr、Gb或者B)可以形成3x3矩阵，且四个3x3矩阵可以包括在九元图案中。在九元图案中，相同滤色器(例如，R、Gr、Gb或者B)可以彼此相邻以增加空间相似性。由此，可以有效地减小由于将在后面描述的由合并单元执行的合并导致的噪声。根据一些实施例的滤色器阵列1020中包括的图案区域的数目不限于此。
另外，与滤色器阵列1020的每个图案区域对应的图案的类型不限于此。例如，在图14的滤色器阵列1020中，在一些其它实施例中，第一图案区域I可以配置为四元图案，第二图案区域II可以配置为九元图案，且第三图案区域III可以配置为十六元图案。
图16是沿着图15的第三图案区域III的线C-C’取得的截面图。
因为描述类似于图9和图11的描述，且因为图16使用与图9和图11类似的参考指示符，为了简明将省略其重复描述。
图17是图示根据一些实施例的、九元像素阵列的示例性电路图。因为描述类似于图5和图12的描述，且因为图17使用与图5和图12类似的参考指示符，为了简明将省略其重复描述，且后续描述将主要聚焦于与图5的差异。
图17的光电晶体管11提供为包括第一光电晶体管11-1、第二光电晶体管11-2、第三光电晶体管11-3、第四光电晶体管11-4、第五光电晶体管11-5、第六光电晶体管11-6、第七光电晶体管11-7、第八光电晶体管11-8和第九光电晶体管11-9的光电晶体管，且图17的电荷传送晶体管15提供为第一电荷传送晶体管15-1、第二电荷传送晶体管15-2、第三电荷传送晶体管15-3、第四电荷传送晶体管15-4、第五电荷传送晶体管15-5、第六电荷传送晶体管15-6、第七电荷传送晶体管15-7、第八电荷传送晶体管15-8和第九电荷传送晶体管15-9，如图17所示。参考图17，第一到第九电荷传送晶体管15-1到15-9的漏极可以连接到浮置扩散区域13以形成九元像素阵列。在该情况下，滤色器阵列可以具有拜耳(Bayer)图案。
图18是根据一些实施例的、使用拜耳像素阵列作为九元图案的示例性电路图。
参考图18，像素阵列的输出线Vout可以连接到MUX 170以形成九元图案。
相关双采样器2500可以通过MUX 170接收包括拜耳图案的像素阵列1000的输出，以生成与九元图案像素阵列1000相同的输出。
图19是图示根据一些实施例的、图4的图像传感器的滤色器阵列的示例性平面图。
参考图19，滤色器阵列1030可以包括位于中心的九元图案(III)，围绕九元图案的四元图案(II)和围绕四元图案的拜耳图案(I)。但是，图19的滤色器阵列中的图案布置不限于此。例如，在其他实施例中，四元图案可以位于中心，九元图案可以围绕四元图案，且拜耳图案可以围绕九元图案。
第三图案区域III的滤色器阵列可以具有T x T(T是2或更大的自然数)滤色器图案，第二图案区域II的滤色器阵列可以具有不包括T x T滤色器图案的M x M(M是2或更大的自然数)滤色器图案，且第一图案区域I的滤色器阵列可以具有不包括M x M滤色器图的Nx N(N是2或更大的自然数)滤色器图案。在该配置中，在一些实施例中，第一图案区域I、第二图案区域II和第三图案区域III中的每一个中的R滤色器的数目可以相同。替代地或者另外地，在一些其它实施例中，第一图案区域I、第二图案区域II和第三图案区域III中的每个中的B滤色器的数目可以相同。替代地或者另外地，在一些其它实施例中，第一图案区域I，第二图案区域II和第三图案区域III中的每一个中的G滤色器的数目可以相同。
替代地或者地，在一些其它实施例中，第一图案区域I中的B滤色器的数目可以等于第二图案区域II中的R滤色器的数目，且第一图案区域I中的R滤色器的数目可以等于第二图案区域II中的B滤色器的数目，但是实施例不限于此。
图20是图示根据一些实施例的用于四元图案的合并操作的示例性平面图。图21是图示根据一些实施例的用于九元图案的合并操作的示例性平面图。
参考图3和图20，图像信号处理器300中的合并单元200可以对从图像传感器100接收到的图像信息Img_Inf执行合并。也就是，例如，图像信号处理器300可以执行计算机代码以对图像信息Img_Inf执行合并，或者控制硬件合并单元来执行合并。替代地，硬件合并单元可以配置为自身执行合并。
合并单元200可以确定从应用处理器400接收到的捕获信号Cap_sig中的当前帧的亮度信息(例如，照度或者亮度)。捕获信号Cap_sig例如可以包括用于使图像传感器100曝光以捕获被摄体的图像的曝光时间、模拟增益和/或数字增益。但是，捕获信号Cap_sig中包括的信息不限于此。也就是，应用处理器400可以通过调整用于捕获图像的曝光时间、模拟增益或者数字增益来输出捕获信号Cap_sig。
例如，应用处理器400可以在比如白天的亮的环境中输出具有相对低的曝光时间、模拟增益和/或数字增益的捕获信号Cap_sig。作为另一示例，应用处理器400可以在比如夜间的暗的环境中输出具有相对高的曝光时间、模拟增益和/或数字增益的捕获信号Cap_sig。
合并单元200可以通过基于捕获信号Cap_sig确定当前帧的光量(例如，照度或者亮度)是否足够，来确定是否执行合并。例如，如果确定当前帧的光量(例如，照度或者亮度)足够，则合并单元200可以确定不执行合并。例如，如果当前帧的光量大于或等于合并阈值，则合并单元200可以确定不执行合并。作为另一示例，如果确定当前帧的光量(例如，照度或者亮度)不足，则合并单元200可以确定执行合并。例如，如果当前帧的光量小于合并阈值，则合并单元200可以确定执行合并。
参考图3和图20，在包括四元图案的各个滤色器图案的第一块区域A1、第二块区域A2、第三块区域A3和第四块区域A4中的每个中，可以仅使用关于一些滤色器的像素区域信息执行成像。例如，在第一块区域A1中，仅第一行R1和第一列C1的输出与第二行R2和第二列C2的输出可以用于成像(如图20中的阴影所示)，且整个第一块区域A1可以用作用于红色滤色器R的像素。类似地，在第二块区域A2中，仅第一行R1和第三列C3的输出和第二行R2和第四列C4的输出可以用于成像(如图20中的阴影所示)，且整个第二块区域A2可以用作用于绿色滤色器Gr的像素。类似的概念可以应用于第三块区域A3和第四块区域A4。通过执行如相对于图3和图20描述的合并，可以通过减小传输数据的量显著地改进图像传感器的操作速度，且增大图像传感器的信噪比(SNR)。
参考图3和图21，在包括九元图案的各个滤色器图案的第一块区域B1、第二块区域B2、第三块区域B3和第四块区域B4中的每个中，可以仅使用关于一些滤色器的像素区域信息来执行成像。例如，在第一块区域B1中，仅第十一行R11和第二列C2的输出、第十二行R12和第四列C4的输出和第十三行R13和第三列C3的输出可以用于成像(如图21的阴影所示)，且整个第一块区域B1可以用作用于红色滤色器R的像素。类似地，在第二块区域B2中，仅第十一行R11和第五列C5的输出、第十二行R12和第七列C7的输出和第十三行R13和第六列C6的输出可以用于成像(如图21的阴影所示)，且整个第二块区域B2可以用作用于绿色滤色器Gr的像素。类似的概念应用于第三块区域B3和第四块区域B4。通过与图20类似地对图21的第一到第四块区域B1到B4执行合并，可以增大信噪比(SNR)。
虽然上面已经图示和描述了各种示例性的实施例，但是对本领域普通技术人员明显的是可以对其做出各种改变和修改，而不脱离如在下面权利要求中提出的发明概念的精神和范围。

Claims (20)

1.一种图像装置，包括：
像素阵列，包括所述像素阵列的一部分的第一像素阵列部分和所述像素阵列的其他部分的第二像素阵列部分，并输出图像；和
滤色器阵列，设置在所述像素阵列之上，所述滤色器阵列包括所述第一像素阵列部分上的第一滤色器图案和所述第二像素阵列部分上的第二滤色器图案，其中，所述第一滤色器图案包括对应于所述第一像素阵列部分的多个不同滤色器并且位于第一图案区域，并且所述第二滤色器图案包括对应于所述第二像素阵列部分的多个不同滤色器并且位于第二图案区域，
其中，所述第一滤色器图案中包括的红色R滤色器的数目等于所述第二滤色器图案中包括的R滤色器的数目。
2.如权利要求1所述的图像装置，进一步包括：
合并单元，配置为基于图像的当前帧中的光量选择性地对图像执行合并。
3.如权利要求1所述的图像装置，其中，所述第一滤色器图案中包括的蓝色B滤色器的数目等于所述第二滤色器图案中包括的B滤色器的数目。
4.如权利要求3所述的图像装置，其中，所述第一滤色器图案中包括的B滤色器的数目等于所述第二滤色器图案中包括的R滤色器的数目。
5.如权利要求1所述的图像装置，其中，所述第一滤色器图案中包括的绿色G滤色器的数目等于所述第二滤色器图案中包括的G滤色器的数目。
6.如权利要求5所述的图像装置，其中，所述第一滤色器图案中包括的G滤色器的数目等于所述第二滤色器图案中包括的B滤色器的数目。
7.如权利要求1所述的图像装置，其中，所述第一图案区域位于所述滤色器阵列的中心，且所述第二图案区域围绕所述第一图案区域。
8.如权利要求7所述的图像装置，其中，与所述滤色器阵列的所述第一图案区域对应的所述像素阵列的多个第一像素配置为拜尔图案，且与所述滤色器阵列的所述第二图案区域对应的所述像素阵列的多个第二像素配置为四元图案，和
其中，所述第一滤色器图案中的多个滤色器以N*N的阵列布置，且所述第二滤色器图案中的多个滤色器以不包括N*N的阵列的M*M的阵列布置，N和M是2或更大的自然数。
9.如权利要求1所述的图像装置，其中，所述滤色器阵列进一步包括：
第三滤色器图案，设置在与所述第一图案区域和所述第二图案区域不同的第三图案区域，且具有与所述第一图案区域的第一图案和所述第二图案区域的第二图案不同的第三图案。
10.如权利要求9所述的图像装置，其中，所述第三图案区域位于所述滤色器阵列的中心，所述第二图案区域围绕所述第三图案区域，且所述第一图案区域围绕所述第二图案区域，和
其中，所述第二滤色器图案中的多个滤色器以不包括所述第三图案区域的M*M的阵列布置，且所述第一滤色器图案中的多个滤色器以不包括M*M的阵列的N*N的阵列布置，N和M是2或更大的自然数。
11.如权利要求10所述的图像装置，其中，与所述滤色器阵列的所述第一图案区域对应的所述像素阵列的多个第一像素配置为拜尔图案，与所述滤色器阵列的所述第二图案区域对应的所述像素阵列的多个第二像素配置为四元图案，且与所述滤色器阵列的所述第三图案区域对应的所述像素阵列的多个第三像素配置为九元图案。
12.一种图像装置，包括：
像素阵列，包括位于所述像素阵列的中心的第一像素阵列部分和围绕所述像素阵列的中心的第二像素阵列部分；
滤色器阵列，设置在所述像素阵列的顶部，所述滤色器阵列包括与所述第一像素阵列部分对应的第一图案区域和与所述第二像素阵列部分对应的第二图案区域，第一图案区域包括具有第一图案的第一滤色器图案且第二图案区域包括具有与第一图案不同的第二图案的第二滤色器图案，
其中，所述第一滤色器图案以N x N重复滤色器图案的阵列布置，且所述第二滤色器图案以不包括N x N重复滤色器图案的M x M重复滤色器图案的阵列布置，
其中，N是大于1的自然数，且M是大于N的自然数，和
其中，所述第一图案区域和第二图案区域分别包括R和B滤色器。
13.如权利要求12所述的图像装置，其中，M是4。
14.如权利要求13所述的图像装置，其中，所述第一图案区域是标准滤色器阵列。
15.如权利要求14所述的图像装置，其中，所述标准滤色器阵列具有拜耳图案。
16.如权利要求12所述的图像装置，其中，M是6。
17.如权利要求12所述的图像装置，其中，M是8。
18.如权利要求12所述的图像装置，其中，M是2x N。
19.如权利要求12所述的图像装置，其中，所述像素阵列进一步包括：
围绕所述第二像素阵列部分的第三像素阵列部分，和
其中，所述滤色器阵列进一步包括：
与所述第三像素阵列部分对应的第三图案区域，所述第三图案区域包括具有与所述第一图案和所述第二图案不同的第三图案的第三滤色器图案。
20.一种图像装置，包括：
像素阵列；和
滤色器阵列，设置在所述像素阵列的顶部，所述滤色器阵列包括位于所述滤色器阵列的中心且具有第一图案的第一图案区域、围绕所述第一图案区域且具有与所述第一图案不同的第二图案的第二图案区域、和围绕所述第二图案区域且具有与所述第一图案和所述第二图案不同的第三图案的第三图案区域，
其中，所述第一图案区域包括N x N重复滤色器图案的阵列，所述第二图案区域包括不包含N x N重复滤色器图案的M x M重复滤色器图案的阵列，且所述第三图案区域包括不包含M x M重复滤色器图案的T x T重复滤色器图案的阵列，和
其中，N、M和T中的每个是大于1的自然数。
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