CN203812882U - 提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，图像传感器的像素阵列采用Bayer模式的红绿蓝排列方式，红色像素和蓝色像素的微透镜平面面积大于绿色像素的微透镜平面面积。红色像素与蓝色像素的微透镜平面面积相等或不相等。增大了R和B像素的微透镜平面尺寸，使得R和B像素能够接受到更多的光量，因此相对G像素有效地提高了R像素和B像素的灵敏度，使R、G、B三色像素的感光灵敏度大致相等，有效地降低了数字后端图像信号白平衡操作的处理复杂度。

Description

提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构

技术领域

本实用新型涉及一种图像传感器，尤其涉及一种提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构。

背景技术

图像传感器已经被广泛地应用于数码相机、移动手机、医疗器械、汽车和其他应用场合。特别是制造CMOS(互补型金属氧化物半导体)图像传感器和CCD(电荷耦合器件)图像传感器技术的快速发展，使人们对图像传感器的输出图像品质有了更高的要求。

现有技术中的图像传感器，一般采用Bayer模式的红绿蓝彩色滤光片阵列结构排列，所对应的像素称为红色、绿色和蓝色像素，由红色、绿色和蓝色像素排列成为二维像素阵列。

如图1所示，现有技术中的图像传感器像素阵列中的每个颜色像素所使用的微透镜平面面积及像素面积相等，图1中，每个像素的微透镜(ML)平面宽和高尺寸都为P，即红绿蓝三种颜色像素的微透镜平面面积相等。

以图1所示的像素微透镜单元在垂直和水平方向上排列称为二维像素微透镜阵列，如图2所示，图2中，R为红色像素微透镜，G为绿色像素微透镜，B为蓝色像素微透镜，并且RGB三种颜色的像素微透镜平面面积相等，所以像素微透镜所汇聚到的光量相等。依据半导体硅对不同波长光的吸收属性，G像素的感光灵敏度最高，R像素和B像素的感光灵敏度相近，并且在白光环境下，例如D65光源环境，G像素的感光灵敏度是R像素和B像素感光灵敏度的1.2～1.3倍。

如图3所示，为现有技术的图像传感器，在白光环境下，三色像素的光电响应曲线，G像素的响应斜率是R和B像素的响应斜率的1.2～1.3倍，即G像素的像素感光灵敏度是R和B像素感光灵敏度的1.2～1.3倍。

现有技术中的图像传感器至少存在以下缺陷：

在白光环境下，G像素的感光灵敏度明显高于R和B像素的感光灵敏度，使得在后期图像信号处理中，R和B像素的信号增益需要调整为1.2～1.3倍，以便使图像恢复到与环境一致的真实颜色白色；由于，RGB像素的感光灵敏度不相同，使得后期信号白平衡处理变得复杂，给图像颜色矫正操作带来了困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，使RGB三色像素的感光灵敏度大致相等，降低数字后端图像信号白平衡操作的处理难度。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，图像传感器的像素阵列采用Bayer模式的红绿蓝排列方式，红色像素和蓝色像素的微透镜平面面积大于绿色像素的微透镜平面面积。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，由于红色像素和蓝色像素的微透镜平面面积大于绿色像素的微透镜平面面积，增大了R和B像素的微透镜平面尺寸，使得R和B像素能够接受到更多的光量，因此相对G像素有效地提高了R像素和B像素的灵敏度，使R、G、B三色像素的感光灵敏度大致相等，有效地降低了数字后端图像信号白平衡操作的处理复杂度。

附图说明

图1为现有技术中的图像传感器像素所使用的微透镜单元平面示意图。

图2为现有技术中的图像传感器像素阵列所使用的Bayer模式排列的微透镜阵列示意图。

图3为现有技术中的图像传感器红绿蓝三色像素的光电响应曲线示意图。

图4a、图4b为本实用新型实施例中图像传感器红绿蓝像素所使用的微透镜单元平面示意图。

图5为本实用新型实施例中图像传感器像素阵列所使用的Bayer模式排列的微透镜阵列示意图。

图6a、图6b为本实用新型实施例中图像传感器像素阵列所使用的微透镜阵列中的其中相邻两行的微透镜横切面示意图。

图7为本实用新型实施例中图像传感器红绿蓝三色像素的光电响应曲线示意图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

本实用新型的提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，其较佳的具体实施方式是：

图像传感器的像素阵列采用Bayer模式的红绿蓝排列方式，红色像素和蓝色像素的微透镜平面面积大于绿色像素的微透镜平面面积。

所述红色像素和蓝色像素的微透镜平面面积是所述绿色像素微透镜平面面积的1.2～1.3倍。

所述红色像素与蓝色像素的微透镜平面面积相等或不相等。

所述红色像素、蓝色像素和绿色像素的微透镜平面形状为多边形。

所述红色像素、蓝色像素和绿色像素的微透镜平面形状为正方形或长方形。

该提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构用于CMOS型图像传感器或CCD型图像传感器。

本实用新型的提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，增大了R和B像素的微透镜平面尺寸，使得R和B像素能够接受到更多的光量，因此相对G像素有效地提高了R像素和B像素的灵敏度，使R、G、B三色像素的感光灵敏度大致相等，有效地降低了数字后端图像信号白平衡操作的处理复杂度。

具体实施例：

在实施例中，RGB三色像素尺寸以正方形结构为例，以R像素和B像素面积相等为例。

图4a、4b所示，图4a为G像素所使用的ML(微透镜)单元平面尺寸示意图，其大小为PgXPg；图4b为R和B像素所使用的ML单元平面尺寸示意图，其大小为PrbXPrg，其中R和B像素的ML平面面积是G像素的ML平面面积的1.2～1.3倍。图4a、4b所示的R和B像素使用的ML平面面积相对G像素使用的ML平面面积大，较大平面面积的ML能够汇聚到更多的光量，使像素的感光器件能够产生更多的光电电荷，即提高了该像素的感光灵敏度。

图5所示，为本实用新型的图像传感器像素阵列所使用的ML阵列示意图，本像素阵列采用Bayer模式排列，R为红色像素微透镜，G为绿色像素微透镜，B为蓝色像素微透镜，M行和M+1行分别表征ML阵列中的第M和M+1行的ML位置；其中R、G和B像素的ML平面面积分别为图4所示的R、G和B像素所使用的ML平面面积尺寸。

图6a、图6b所示，为本实用新型的图像传感器像素阵列所使用的ML阵列中的其中相邻两行的微透镜横切面示意图，图6a为图5所示的第M行ML横切面示意图，图6b为图5所示的第M+1行ML横切面示意图；如图6a、图6b所示，R和B像素的ML尺寸Prb大于G像素的ML尺寸Pg，所以R和B像素的ML能够汇聚到的光量大于G像素ML汇聚到的光量。

图7所示，为本实用新型像素阵列结构的RGB三色像素的光电响应曲线，其中水平轴为像素曝光量，垂直轴为像素产生的光电信号量，在白光环境下，RGB三色像素的光电响应斜率差别较小，即RGB三色像素的感光灵敏度大致相等。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，图像传感器的像素阵列采用Bayer模式的红绿蓝排列方式，其特征在于，红色像素和蓝色像素的微透镜平面面积大于绿色像素的微透镜平面面积。

2.根据权利要求1所述的提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，其特征在于，所述红色像素和蓝色像素的微透镜平面面积是所述绿色像素微透镜平面面积的1.2～1.3倍。

3.根据权利要求2所述的提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，其特征在于，所述红色像素与蓝色像素的微透镜平面面积相等或不相等。

4.根据权利要求3所述的提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，其特征在于，所述红色像素、蓝色像素和绿色像素的微透镜平面形状为多边形。

5.根据权利要求4所述的提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，其特征在于，所述红色像素、蓝色像素和绿色像素的微透镜平面形状为正方形或长方形。

6.根据权利要求1至5任一项所述的提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构，其特征在于，该提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构用于CMOS型图像传感器或CCD型图像传感器。