CN208093559U - 图像像素 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种图像像素，其包括：内部子像素，所述内部子像素展示出第一光敏度；以及外部子像素组，所述外部子像素组包括至少一个子像素并展示出大于所述第一光敏度的第二光敏度，其中所述内部子像素嵌套在所述外部子像素组内。

Description

图像像素
相关申请的交叉引用
本申请要求于由M·米利纳尔，U·博提格和R·莫里兹森发明的、2015 年9月17日递交的、题目为“Methods,Devices,and Apparatus for a Pixel(用于像素的方法、装置和设备)”的第62/219985号美国临时申请的优先权。本申请还要求由M·米利纳尔，U·博提格和R·莫里兹森发明的、于2015年12月17日递交的、题目为“High Dynamic Range PixelUsing Light Separation(利用光分离的高动态范围像素)”的第62/268623号美国临时申请的优先权。这两个临时申请通过引用包含于此，在此要求其对于共同主题的优选权。
技术领域
本文总体上涉及图像像素及成像传感器，更具体地，涉及具有包括多于一个光敏区的像素的成像传感器。
背景技术
现代电子设备例如蜂窝电话、相机和计算机通常使用数字图像传感器。成像仪(即图像传感器)可由图像感测像素的二维阵列形成。每个像素可包括光敏器件，例如接收入射光子(光)并将光子转换成电荷的光电二极管。传统图像像素阵列包括前部感光式图像像素或背部感光式图像像素。使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或电荷耦合器件(CCD)技术在半导体衬底上制造图像像素。图像传感器可包括光电二极管和其它操作电路，例如形成在衬底的前表面中的晶体管。图像感测像素的二维阵列中的单个图像感测像素包括单个光敏区、形成在光敏区上方的滤色器以及形成在滤色器上方的单个圆顶状微透镜。
当作为整体观察时，与图像传感器中的图像感测像素阵列关联的滤色器阵列被称为滤色器阵列。许多成像仪使用拜耳滤色器阵列，其中阵列中竖直地和水平地相邻的滤色器具有不同颜色。拜耳滤色器阵列包括红色、绿色和蓝色滤色器。理想地，与具有红色滤色器的像素关联的光敏区仅会暴露到已经穿过红色滤色器的光，与具有绿色滤色器的像素关联的光敏区仅会暴露到已经穿过绿色滤色器的光，以及与具有蓝色滤色器的像素关联的光敏区仅会暴露到已经穿过蓝色滤色器的光。
然而，在与不同颜色关联的相邻像素(即具有不同颜色的滤色器)之间通常存在不期望的光学串扰。不期望的光学串扰由穿过一种颜色的滤色器并妨碍与一不同颜色关联的像素的光敏区的光表征。不期望的光学串扰的示例是当已经穿过红色滤色器的光妨碍与绿色像素(即具有绿色滤色器的像素)关联的光敏区时。光学串扰通常由高入射角的光和闪光条件导致，且可降低成像仪的输出图像质量。
电串扰还可对成像仪的性能具有不利影响。理想地，与红色像素关联的光敏区将积聚对应于已经在该光敏区接收到的红光的量的电荷，与绿色像素关联的光敏区将积聚对应于已经在该光敏区接收到的绿光的量的电荷，以及与蓝色像素关联的光敏区将积聚对应于已经在该光敏区接收到的蓝光的量的电荷。
然而，在与不同颜色关联的相邻像素之间通常存在不期望的电串扰。不期望的电串扰由在与一种颜色关联的像素的半导体区域中生成的光生电荷被与一不同颜色关联的像素的光敏区(即光电二极管)收集来表征。不期望的电串扰的示例是当响应于红光生成的光生电荷扩散到与绿色像素关联的光敏区(即应该接收绿光且对应于接收到的绿光的量生成电荷的光敏区)中并被该光敏区收集时。电串扰还可降低成像仪的输出图像质量。
因此，期望能够提供用于成像设备的改进的图像像素。
实用新型内容
根据一个方面，提供一种图像像素，包括：内部子像素，所述内部子像素展示出第一光敏度；以及外部子像素组，所述外部子像素组包括至少一个子像素并展示出大于所述第一光敏度的第二光敏度，其中所述内部子像素嵌套在所述外部子像素组内。
根据另一方面，提供一种图像像素，包括：内部子像素；外部子像素组，直接包围所述内部子像素；滤色器，形成在所述外部子像素组的一部分和所述内部子像素上方；以及至少一个微透镜，形成在所述外部子像素组上方，其中所述外部子像素组具有比所述内部子像素高的光敏度。
根据再一方面，提供一种图像像素，包括：内部子像素组；外部子像素组，直接包围所述内部子像素组；以及至少一个微透镜，位于所述外部子像素组上方。
根据本实用新型提供的图像像素，可管理子像素中的光电二极管之间的电串扰，从而提高成像仪的输出图像质量。
附图说明
图1是根据实施例的例示性电子设备的图。
图2A是根据实施例的具有含圆形光收集表面的内部子像素的嵌套子像素的表面视图。
图2B是根据实施例的沿着图2A中的A-A’线的嵌套子像素的截面侧视图。
图2C是根据实施例的沿着图2A的替代实施例中的A-A’线的嵌套子像素的截面侧视图。
图3A是根据实施例的具有含矩形光收集表面的内部子像素的嵌套子像素的表面视图。
图3B是根据实施例的沿着图3A中的A-A’线的嵌套子像素的截面侧视图。
图4A是根据实施例的具有含矩形光收集表面的内部子像素的嵌套子像素的表面视图，该内部子像素被中间子像素和外部子像素包围。
图4B是根据实施例的沿着图4A中的A-A’线的嵌套子像素的截面侧视图。
图5是根据实施例的具有含圆形光收集表面的内部子像素的嵌套子像素的表面视图，该内部子像素被具有两个子像素的外部子像素组包围。
图6是根据实施例的具有含圆形光收集表面的内部子像素的嵌套子像素的表面视图，该内部子像素被具有四个子像素的外部子像素组包围。
图7是根据实施例的放置在嵌套子像素上方的圆形微透镜的图。
图8A是根据实施例的放置在嵌套子像素上方的环形微透镜的图。
图8B是根据实施例的放置在相邻的嵌套子像素上方的替代环形微透镜的图。
图9是根据实施例的放置在嵌套子像素上方的微透镜的图，该嵌套子像素具有以网格布局布置的内部子像素和外部子像素组。
图10A是根据实施例的放置在以网格布局布置的内部子像素组和外部子像素组的每个子像素上方的微透镜的图。
图10B是根据实施例的仅放置在以网格布局布置的外部子像素组的每个子像素上方的替代微透镜的图。
图11是根据实施例的形成在嵌套子像素上方的混合滤色器的图。
图12示出了根据实施例的彼此相邻地形成的微透镜。
图13示出了根据实施例的具有不同高度且以两层形成的微透镜。
图14A、图14B、14C示出了根据实施例的可用于形成两层具有均匀高度的微透镜的步骤。
图15示出了根据实施例的在内部子像素上方具有透明过滤器的混合滤色器。
图16示出了根据实施例的可使用图1-15的实施例的成像仪的框图。
具体实施方式
本公开的实施例涉及图像传感器，更具体地，涉及具有多个像素的图像传感器，其中每个像素包含多个子像素结构。本领域技术人员将认识到，本示例性实施例可在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践。在其它实例中，未详细描述公知的操作，以不使本实施例不必要地模糊。
电子设备例如数码相机、计算机、蜂窝电话和其它电子设备包括收集入射光以捕捉图像的图像传感器。图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的图像像素可包括光敏元件，例如将入射光转换成电荷的光电二极管。电荷可被存储和转换成图像信号。图像传感器可具有任何数量的像素(例如，几百个或几千个或更多个)。典型的图像传感器可例如具有几十万个或几百万个像素 (例如百万像素)。图像传感器可包括控制电路，例如用于操作成像像素的电路和用于读出对应于由光敏元件生成的电荷的图像信号的读出电路。
图像传感器可设置有多光电二极管图像像素(在本文中有时称为环状光电二极管像素、环状图像像素、环状像素、嵌套子像素、超像素、图像像素或像素)的一个或更多个阵列。多光电二极管图像像素可包括形成在衬底中且彼此相邻的光敏元件。每个多光电二极管图像像素可具有两个、三个、五个、九个或任何其它合适数量的光电二极管。每个环状像素中的多个光电二极管可编组成为外部子像素组和内部子像素组。可期望的是，与内部子像素组相比，环状像素的外部子像素组对入射光的敏感度更高。外部子像素组可包括一个、两个、四个、八个或任何其它合适数量的子像素。内部子像素组可包括一个或更多个子像素。一个或更多个微透镜或其它光引导结构可形成在多子像素图像像素上方，以将光引导到外部子像素组中的光电二极管。
图1是使用图像传感器捕捉图像的例示性电子设备的图。图1的电子设备 10可以是便携式电子设备，例如相机、蜂窝电话、摄像机或捕捉数字图像数据的其它成像设备。相机模块12可用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块 12可包括一个或更多个透镜14和一个或更多个对应的图像传感器16。在图像捕获操作期间，来自场景的光可通过透镜14聚焦到图像传感器16上。图像传感器16向处理电路18提供对应的数字图像数据。图像传感器16可例如是背部感光式图像传感器。如果有需要，则相机模块12可设置有透镜14的阵列和对应的图像传感器16的阵列。
控制电路例如存储和处理电路18可包括一个或更多个集成电路(例如，图像处理电路、微处理器、诸如随机存取存储器和非易失性存储器的存储设备等)，并可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的组件(例如，形成包括图像传感器16的集成电路的一部分的电路，或形成在模块12内与图像传感器16关联的集成电路的一部分的电路)实现。已经由相机模块12捕捉的图像数据可使用处理电路18处理和存储。如果有需要，则处理后的图像数据可使用耦合到处理电路18的有线和/或无线通信路径提供给外部装置(例如计算机或其它设备)。处理电路18可用于控制图像传感器16的操作。
图像传感器16可包括图像像素22的一个或更多个阵列20。图像像素22 可使用互补金属氧化物半导体(COMS)技术或电荷耦合器件(CCD)技术或任何其它合适的光敏器件形成在半导体衬底中。图像像素22可以是前部感光式 (FSI)图像像素或背部感光式(BSI)图像像素。图像像素22可包括一个或更多个子像素。图像像素22中的每个子像素可具有：光电二极管或光电二极管区域，以及用于光电二极管或光电二极管区域的读出电路。给定的子像素中与每个光电二极管或光电二极管区域关联的读出电路可包括传输门、浮动扩散区和复位门。子像素之间的隔离区还可被认为是在之间形成隔离结构的子像素中的一个或两个的一部分。
图2A是阵列20的像素22中的嵌套子像素200的表面视图。嵌套子像素 200可以是图3-6和图9的嵌套子像素的替代实施例。图2A的嵌套子像素200 的表面视图可被称为嵌套子像素200的光收集区域(LCA)的图。嵌套子像素 200可对应于具有用于捕捉相同光谱的关联的像素电路的光电二极管。作为示例，嵌套子像素200可用于捕捉红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、近红外、红外或任何其它光谱。单个红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、近红外、红外或透明滤色器可形成在嵌套子像素200上方。在某些实施例中，形成在嵌套子像素200上方的滤色器可具有使有色光穿过的区域和透明的区域(即，使可见光或可见光谱之外的全光谱穿过的区域)。
图2A中示出的嵌套子像素200可包括在阵列20的像素22的子集中或者阵列20的全部像素22中。图2A的嵌套子像素200可包括可被称为内部子像素202的第一子像素202。内部子像素202可完全被可被称为外部子像素204 的第二子像素204包围。内部子像素202和外部子像素204可对应于半导体衬底中n型掺杂的光电二极管区域和该衬底中相应的子像素电路，例如嵌套子像素200的传输门、浮动扩散区和复位门，该子像素电路耦接至子像素202和204 中的光电二极管区域。半导体衬底(未示出)可以是由硅或任何其它合适的半导体材料制成的p型体衬底(bulk p-type substrate)。
内部子像素202中的光电二极管可在表面处具有圆形形状。换句话说，内部子像素202的光收集区域是圆形区域。在表面处，内部子像素202可具有直径S1。作为示例，内部子像素202中的光电二极管的直径S1可以是1微米，但是替代地，在不脱离本实施例的范围的情况下，直径S1可以是任何其它尺寸。外部子像素204可在表面处具有正方形外边界和圆形内边界。由图2A中示出的外部子像素204的正方形外边界和圆形内边界围住的区域可对应于外部子像素204的光收集区域。外部子像素204在表面处的圆形内边界可在形状上类似于内部子像素202的外边界，但是在尺寸上大于内部子像素202的外边界(即，外部子像素204的圆形内边界具有大于直径S1的直径S1’)。如图2所示，外部子像素204的一个侧边的长度是S2。作为示例，S2可以是3微米，但是替代地，在不脱离本实施例的范围的情况下，S2可以是任何其它尺寸。优选地，长度S2大于长度S1。外部子像素204在图2A中示出为具有正方形外边界，但是替代地，外部子像素204可具有矩形外边界。
在内部子像素202和外部子像素204之间，可形成隔离区206。隔离区206 可以没有与像素22或其子像素202和204相关的任何电路。隔离区206可将给定的子像素组中独立的子像素彼此分开，且还可将各自不同的子像素组中独立的子像素彼此分开。隔离区206可包括不同类型的隔离设备，例如沟槽隔离结构、掺杂半导体区域、金属屏障结构或者任何其它合适的隔离设备。
内部子像素202可以对入射光的敏感度较低，且与外部子像素204相比，内部子像素202可被称为具有较低敏感度光收集区域。内部子像素202和外部子像素204各自的掺杂浓度可以不同，或者它们可以相同。作为示例，内部子像素202中的光电二极管区域的掺杂浓度可以被修改，以降低内部子像素202 对光的敏感度。然而，为了简化解释并突出嵌套子像素200的性质，将假设：子像素202和204的光电二极管具有含相同掺杂浓度。与外部子像素204相比，内部子像素202对入射光较低的敏感度可能由于与外部子像素204的光收集区域相比，内部子像素202的光收集区域较小。
一个或更多个微透镜(图2A中未示出)可形成在图2A的嵌套子像素200 上方，以朝着外部子像素204引导光。一个或更多个微透镜可形成在滤色器(图 2A中未示出)上方，该滤色器形成在嵌套子像素200上方。为了朝着外部子像素204引导光，一个或更多个微透镜可仅形成在外部子像素204上方。然而，在一些实施例中，朝着外部子像素204引导光的一个或更多个微透镜可与子像素202的光收集区域部分地重叠。相对于内部子像素202的光收集区域的敏感度，朝着外部子像素204引导光可进一步增加外部子像素204的光收集区域的敏感度。换句话说，由于入射到嵌套子像素200的光中更大量的光被引导到外部子像素204而非内部子像素202，所以与外部子像素204相比，内部子像素 202被说成是具有更低敏感度的光收集区域。
图2B是沿着图2A中的A-A’线的嵌套子像素200的截面侧视图。图2B示出了内部子像素202和外部子像素204之间的隔离区206。隔离区206可垂直于嵌套子像素200的表面。在光收集间隔期间，入射在嵌套子像素200上的光 210可被内部子像素202和外部子像素204吸收。如上面与图2A关联地描述的，至少由于外部子像素204的更大的尺寸和形成在嵌套子像素200上以将电荷引导到外部子像素204的一个或更多个微透镜，所以与内部子像素202相比，外部子像素204具有更敏感的光收集区域。由于外部子像素204具有更敏感的光收集区域，所以外部子像素204在暴露到入射光210之后的光生电荷的数量可以大于在暴露内部子像素202到入射光210之后的光生电荷的数量。
外部子像素204中的光生电荷可穿过隔离区206泄漏或扩散并进入内部子像素202中。隔离区206可具有由边界207分开的第一区域和第二区域。隔离区206中使用的隔离设备可包括各种类型的隔离结构，例如可形成在隔离区206 的第一区域和第二区域中的一个或两个中的沟槽隔离结构、掺杂半导体区域以及金属屏障。当相同类型的隔离设备形成在隔离区206的第一区域和第二区域两者中时(即当单个隔离设备类型形成在隔离区206中时)，区域206中的隔离设备可以是连续的。当在隔离区206的第一区域中具有高度h1的隔离设备类型不同于在隔离区206的第二区域中具有高度h2的隔离设备类型时，对于嵌套子像素200中的光电二极管的深度，区域206中的隔离设备可以是不连续的。
来自一个子像素的一个光电二极管区域的电荷泄漏到另一子像素的另一光电二极管区域，这通常被称为电串扰。由于单个滤色器形成在嵌套子像素200 上方，所以内部子像素202和外部子像素204接收相同颜色的入射光210。结果，从外部子像素204穿过隔离区206扩散到内部子像素202的光生电荷对应于响应于在内部子像素202中产生光生电荷的相同颜色而产生的电荷。因此，子像素202和204中的光电二极管区域之间的电串扰是接收相同颜色的光的光电二极管区域之间的串扰，因此是可管理的。子像素202和204中的光电二极管之间的电串扰可在嵌套子像素200所位于的像素22的读出期间或者在嵌套子像素200所位于的像素22的读出之后被考虑或管理。
图2C示出了沿着图2A中的A-A’线的嵌套子像素200的替代截面侧视图。图2C示出了隔离区206占据内部子像素202和外部子像素204之间的区域。与图2B的实施例形成对比，隔离区206可以不垂直于嵌套子像素200的表面。换句话说，表面216和隔离区206之间的角度214可以大于90度。当隔离区 206和表面216之间的角度214大于90度时，在图2C中的内部子像素202的光收集表面216处的直径S3可以大于在图2C中的内部子像素202的相对表面218处的直径S4。替代地，角度214可以小于90度，然后内部子像素202的直径S3可以大于外部子像素204的直径S4。
表面216和隔离区206之间的角度214是大于90度还是小于90度，这可基于设计考虑或者可基于某些制造工艺中的实施约束。当表面216和隔离区206 之间的角度214大于或小于90度时，内部子像素202和外部子像素204之间的隔离区206的交界表面的面积大于图2B的隔离区206的交界表面的面积。
在光收集间隔期间，入射在嵌套子像素200上的光212可被图1的相应像素22中的内部子像素202和外部子像素204吸收。如上面与图2A关联地描述的，至少由于外部子像素204的更大的尺寸和形成在嵌套子像素200上以朝着外部子像素204引导光(或者等效地，引导光远离内部子像素202)的一个或更多个微透镜，所以与内部子像素202相比，外部子像素204具有更敏感的光收集区域。由于外部子像素204具有更敏感的光收集区域，所以在暴露到入射光210之后外部子像素204中的光生电荷的数量可以大于在暴露到入射光210 之后内部子像素202中的光生电荷的数量。
如图2B的实施例中那样，外部子像素204中的光生电荷可穿过隔离区206 泄漏或扩散并进入内部子像素202中(即，可存在在外部子像素204和内部子像素202之间通过隔离区206的电串扰)。由于与图2B的隔离区206的交界表面的面积相比，在图2C的实施例中内部子像素202和外部子像素204之间的隔离区206的交界表面的面积更大，所以外部子像素204和内部子像素202之间的电串扰可以大于图2B的实施例中的电串扰，原因至少是存在更大的区域，来自外部子像素204的电荷可穿过该更大的区域穿过隔离区206泄漏或扩散到内部子像素202中。如上面与图2B关联地描述的，当单个滤色器形成在嵌套子像素200上方时，内部子像素202和外部子像素204接收相同颜色的入射光 210。因此，子像素202和204之间的电串扰是接收相同颜色的光的子像素之间的串扰，因此可在嵌套子像素200所位于的像素22的读出之前或者之后管理。
图3A是阵列20的像素22中的嵌套子像素300的表面视图。嵌套子像素 300可以是图2、图4-6和图9的嵌套子像素的替代实施例。图3A的嵌套子像素300的表面视图可被称为嵌套子像素300的光收集区域(LCA)的图。嵌套子像素300可对应于用于捕捉相同光谱的子像素。作为示例，嵌套子像素300 可用于捕捉红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、近红外、红外或任何其它光谱。单个红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、近红外、红外或透明滤色器可形成在嵌套子像素300上方。在某些实施例中，形成在嵌套子像素300 上方的滤色器可具有使有色光穿过的区域和透明的其它区域(即，使可见光穿过的区域)。
图3A中示出的嵌套子像素300可包括在阵列20的像素22的子集中或者阵列20的全部像素22中。图3A的嵌套子像素300可包括可被称为内部子像素302的第一子像素302。内部子像素302可完全被可被称为外部子像素304 的第二子像素304包围。内部子像素302和外部子像素304可对应于半导体衬底中n型掺杂的光电二极管区域和该衬底中相应的子像素电路，例如嵌套子像素300的传输门、浮动扩散区和复位门，该子像素电路耦接至子像素302和304 中的光电二极管区域。半导体衬底(未示出)可以是由硅或任何其它合适的半导体材料制成的p型体衬底。
内部子像素302可在表面处具有正方形形状。换句话说，内部子像素302 的光收集区域是正方形区域。通常，内部子像素302可具有矩形光收集区域。在表面处，内部子像素302可具有宽度S5。作为示例，内部子像素202的宽度 S5可以是1微米，但是替代地，在不脱离本实施例的范围的情况下，S5可以是任何其它尺寸。外部子像素304可在表面处具有正方形外边界和正方形内边界。由图3A中示出的外部子像素304的正方形外边界和内边界围住的区域可对应于外部子像素304的光收集区域。在表面处外部子像素304的正方形内边界可在形状上类似于内部子像素302的外边界，但是在尺寸上大于内部子像素 302的外边界(即，外部子像素304的正方形内边界具有大于宽度S5的宽度 S5’)。如图2所示，外部子像素304的外边界的一个侧边的长度是S6。作为示例，S6可以是3微米，但是替代地，在不脱离本实施例的范围的情况下，S6 可以是任何其它尺寸。优选地，宽度S6大于宽度S5和S5’。外部子像素304 在图3A中示出为具有正方形外边界，但是替代地，外部子像素304可具有矩形外边界。类似地，内部子像素302的外边界和外部子像素304的内边界也可以是矩形。
在内部子像素302和外部子像素304之间，可形成隔离区306。隔离区306 可以没有与像素22或其子像素302和304相关的任何电路。隔离区306可将给定的子像素组中独立的子像素彼此分开，且还可将各自不同的子像素组中独立的子像素彼此分开。隔离区306可包括不同类型的隔离设备，例如沟槽隔离结构、掺杂半导体区域、金属屏障结构或者任何其它合适的隔离设备。
内部子像素302可以对入射光的敏感度较低，且与外部子像素304相比，内部子像素302可被称为具有较低敏感度光收集区域(或者更简单地，尺寸)。内部子像素302和外部子像素304各自的掺杂浓度可以不同，或者它们可以相同。作为示例，内部子像素302中的光电二极管区域的掺杂浓度可以被修改，以降低内部子像素302对光的敏感度。然而，为了简化解释并突出嵌套子像素 300的性质，将假设：子像素302和304具有的光电二极管含相同掺杂浓度。与外部子像素304相比，内部子像素302对入射光的较低的敏感度可以是由于与外部子像素304的光收集区域相比，内部子像素302的光收集区域较小。为了解释实施例，将假设：相对于外部子像素304的光敏度，内部子像素302的更低的光敏度是由于相对于外部子像素304，内部子像素302的尺寸更小，或者更具体地，内部子像素302的光收集区域更小。
一个或更多个微透镜(图3A中未示出)可形成在图3A的嵌套子像素300 上方，以朝着外部子像素304引导光。一个或更多个微透镜可形成在滤色器(图 3A中未示出)上方，该滤色器形成在嵌套子像素300上方。为了朝着外部子像素304引导光，一个或更多个微透镜可仅形成在外部子像素304上方。然而，在一些实施例中，朝着外部子像素304引导光的一个或更多个微透镜可与子像素302的光收集区域部分地重叠。朝着外部子像素304引导光可进一步增加(相对于内部子像素302的光收集区域的敏感度)外部子像素304的光收集区域的敏感度。换句话说，由于入射到嵌套子像素300的光中更大量的光被引导到外部子像素304而非内部子像素302，所以与外部子像素304相比，内部子像素 302被说成是具有更低敏感度的光收集区域。
图3B是沿着图3A中的A-A’线的嵌套子像素300的截面侧视图。图3B示出了内部子像素302和外部子像素304之间的隔离区306。隔离区306可垂直于嵌套子像素300的光收集表面316。当隔离区306垂直于表面316时，隔离区306和表面316之间的角度314可以是90度，在表面316处跨过内部子像素 302的长度可以与在相对表面318处跨过内部子像素302的长度相同。替代地，设计约束或某些制造工艺中的实施约束可导致隔离区306和表面316之间的角度314大于或小于90度。当角度314不是90度时，在表面316处跨过内部子像素302的长度可以不同于在表面318处跨过内部子像素302的长度。
在光收集间隔期间，入射在嵌套子像素300上的光310可被内部子像素302 和外部子像素304吸收。如上面与图3A关联地描述的，至少由于外部子像素 304的更大的尺寸和形成在嵌套子像素300上以朝着外部子像素304引导电荷 (或者等效地，引导电荷远离内部子像素302)的一个或更多个微透镜，所以与内部子像素302相比，外部子像素304具有更敏感的光收集区域。由于外部子像素304具有更敏感的光收集区域，所以外部子像素304在暴露到入射光310 之后的光生电荷的数量可以大于内部子像素302在暴露到入射光310之后的光生电荷的数量。
外部光电二极管304中的光生电荷可穿过隔离区306泄漏或扩散并进入内部子像素302中。隔离区306可具有由边界307分开的第一区域和第二区域。隔离区306中使用的隔离设备可包括各种类型的隔离结构，例如可形成在隔离区306的第一区域和第二区域中的一个或两个中的沟槽隔离结构、掺杂半导体区域以及金属屏障。当相同类型的隔离设备形成在隔离区306的第一区域和第二区域两者中时(即当单个隔离设备类型形成在隔离区306中时)，区域306 中的隔离设备可以是连续的。当在隔离区306的第一区域中具有高度h3的隔离设备类型不同于在隔离区306的第二区域中具有高度h4的隔离设备类型时，对于嵌套子像素300中的光电二极管的深度，区域306中的隔离设备可以是不连续的。
来自一个子像素的一个光电二极管区域的电荷泄漏到另一子像素的另一光电二极管区域，这通常被称为电串扰。由于单个滤色器形成在嵌套子像素300 上方，所以内部子像素302和外部子像素304接收相同颜色的入射光310。结果，从外部子像素304穿过隔离区306扩散或泄漏到内部子像素302的光生电荷对应于响应于在内部光电二极管302中产生光生电荷的相同颜色而产生的电荷。因此，子像素302和304中的光电二极管区域之间的电串扰是接收相同颜色的光的光电二极管之间的串扰，因此是可管理的。子像素302和304中的光电二极管之间的电串扰可在嵌套子像素300所位于的像素22的读出期间或者在嵌套子像素300所位于的像素22的读出之后考虑或管理。
隔离区306(电荷从外部子像素304穿过该区域泄漏或扩散到内部子像素 302)界面面积可取决于隔离区306和表面316之间的角度314。当角度314小于或大于90度时，隔离区306的表面积增加，这增加了子像素302和304之间的电串扰的量，原因是光生电荷可在上面扩散的面积(即，隔离区306的界面面积)增加。
图4A是阵列20的像素22中的嵌套子像素400的表面视图。嵌套子像素 400可以是图2、图3、图5、图6和图9的嵌套子像素的替代实施例。图4A 的嵌套子像素400的表面视图可被称为嵌套子像素400的光收集区域(LCA) 的图。嵌套子像素400可对应于用于捕捉相同光谱的子像素。作为示例，嵌套子像素400可用于捕捉红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、近红外、红外或任何其它光谱。单个红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、近红外、红外或透明滤色器可形成在嵌套子像素400上方。在某些实施例中，形成在嵌套子像素400上方的滤色器可具有使有色光穿过的区域和透明的其它区域 (即，使可见光谱穿过的区域)。
图4A中示出的嵌套子像素400可包括在阵列20的像素22的子集中或者阵列20的全部像素22中。图4A的嵌套子像素400可包括可被称为内部子像素402的第一子像素402。内部子像素402可完全被可被称为中间子像素404 的第二子像素404包围。中间子像素404可完全被可被称为外部子像素406的第三子像素406包围。内部子像素402、中间子像素404和外部子像素406可对应于半导体衬底中n型掺杂的光电二极管区域和该衬底中相应的子像素电路，例如嵌套子像素300的传输门、浮动扩散区和复位门，该子像素电路耦接至子像素402-406中的光电二极管区域。半导体衬底(未示出)可以是由硅或任何其它合适的半导体材料制成的p型体衬底。
内部子像素402中的光电二极管可在表面处具有正方形形状。换句话说，内部子像素402的光收集区域是正方形区域。在表面处，内部子像素402可具有宽度S7。作为示例，内部子像素402的宽度S7可以是1微米，但是替代地，在不脱离本实施例的范围的情况下，S7可以是任何其它尺寸。
中间子像素404可在表面处具有正方形外边界和正方形内边界。在内部子像素402和中间子像素404之间，可形成隔离区412。隔离区412可以没有与像素22或其子像素402-406相关的任何电路。隔离区412将内部子像素402与中间子像素404分开。隔离区412可包括不同类型的隔离设备，例如沟槽隔离结构、掺杂半导体区域、金属屏障结构或者任何其它合适的隔离设备。图4A 中示出的隔离区412和中间子像素404的外边界之间的区域可对应于中间子像素404中的光电二极管的光收集区域。图4A中示出的在表面处中间子像素404 的正方形内边界可在形状上类似于内部子像素402的外边界，但是在尺寸上大于内部子像素402的外边界(即，中间子像素404的正方形内边界具有大于宽度S7的宽度S7’)。如图4A所示，中间子像素404的外边界的一个侧边的长度是S8。作为示例，S8可以是2微米，但是替代地，在不脱离本实施例的范围的情况下，S8可以是任何其它尺寸。优选地，长度S8大于长度S7。
外部子像素406可在表面处具有正方形外边界和正方形内边界。在中间子像素404和外部子像素406之间，可形成隔离区408。隔离区408可以没有与像素22或其子像素402-406相关的任何电路。隔离区408将中间子像素404与外部子像素406分开。隔离区408可包括不同类型的隔离设备，例如沟槽隔离结构、掺杂半导体区域、金属屏障结构或者任何其它合适的隔离设备。图4A 中示出的隔离区408和外部子像素406的外边界之间的区域可对应于外部子像素406中的光电二极管的光收集区域。在表面处外部子像素406的正方形内边界可在形状上类似于中间子像素404的外边界，但是在尺寸上大于中间子像素 404的外边界(即，外部光电二极管406的正方形内边界具有大于宽度S8的宽度S8’)。如图4A所示，中间子像素404的外边界的一个侧边的长度是S9。作为示例，S9可以是3微米，但是替代地，在不脱离本实施例的范围的情况下， S9可以是任何其它尺寸。优选地，长度S9大于长度S8和S7。
外部子像素406在图4A中示出为具有正方形外边界，但是替代地，外部子像素406可具有矩形外边界。类似地，中间子像素404的外边界和内边界可以是矩形，内部子像素402的边界也可以是矩形。
与中间子像素404和外部子像素406相比，内部子像素402可以对入射光的敏感度较低，且与中间子像素404和外部子像素406相比，内部子像素402 可被称为具有较低敏感度光收集区域。与外部子像素406相比，中间子像素404 可以对入射光的敏感度较低，且与外部子像素406相比，中间子像素404可被称为具有较低敏感度光收集区域。内部子像素402、中间子像素404和外部子像素406各自的光电二极管区域的相应的掺杂浓度可以不同，或者它们可以相同。作为示例，内部子像素402中的第一光电二极管的掺杂浓度可以与子像素 404和406中相应的光电二极管的掺杂浓度不同，以降低内部子像素402(相对于子像素404和406)对光的敏感度。然而，为了简化解释并突出嵌套子像素 400的性质，将假设：子像素402、404和406具有的光电二极管区域含相同掺杂浓度。与中间子像素404相比，内部子像素402对入射光的较低的敏感度可以是由于与中间子像素404的光收集区域相比，内部子像素402的光收集区域较小。类似地，与外部子像素406相比，中间子像素404对入射光的较低的敏感度可以是与外部子像素406的光收集区域相比，中间子像素404的光收集区域较小。
一个或更多个微透镜(图4A中未示出)可形成在图4A的嵌套子像素400 上方，以朝着中间子像素404和外部子像素406引导光。替代地，一个或更多个微透镜可形成在图4A的嵌套子像素400上方，以仅朝着外部子像素406引导光。
一个或更多个微透镜可形成在滤色器(图4A中未示出)上方，该滤色器形成在嵌套子像素400上方。为了朝着中间子像素404和外部子像素406引导光(或者等效地，引导光远离内部子像素402)，一个或更多个微透镜可仅形成在中间子像素404和外部子像素406上方(即，形成在以中间子像素404的内边界和外部子像素406的外边界为边界的区域上方)。然而，在一些实施例中，朝着中间子像素404和外部子像素406引导光的一个或更多个微透镜可与内部子像素402的光收集区域部分地重叠。朝着中间子像素404和外部子像素406 引导光可相对于内部子像素402的光收集区域的敏感度进一步增加中间子像素 404和外部子像素406各自的光收集区域的敏感度。换句话说，由于入射到嵌套子像素400的光中更大量的光被引导到中间子像素404和外部子像素406而非内部子像素402，所以与中间子像素404和外部子像素406相比，内部子像素402被说成是具有更低敏感度的光收集区域。
如上面提到的，在一些实施例中，可能期望使一个或更多个微透镜形成在嵌套子像素400上方，以仅朝着外部子像素406引导光。在这样的实施例中，一个或更多个微透镜可仅形成在外部子像素406上方(即，形成在以外部子像素406的内边界和外部子像素406的外边界为边界的区域上方)。然而，在一些实施例中，朝着外部子像素406引导光的一个或更多个微透镜可与中间子像素 404的光收集区域部分地重叠。朝着外部子像素406引导光可相对于内部子像素402和中间子像素404的光收集区域的敏感度进一步增加外部子像素406的光收集区域的敏感度。换句话说，由于入射到嵌套子像素400的光中更大量的光被引导到外部子像素406而非内部子像素402或中间子像素404，所以与外部子像素406相比，内部子像素402和中间子像素404中的每一个被说成是具有更低敏感度的光收集区域。
图4B是沿着图4A中的A-A’线的嵌套子像素400的截面侧视图。图4B 示出了内部子像素402和中间子像素404之间的第一隔离区412。隔离区412 可垂直于嵌套子像素400的光收集表面416。当隔离区412垂直于表面416时，隔离区412和表面416之间的角度414可以是90度，在表面416处跨过内部子像素402的长度可以与在相反表面418处跨过内部子像素402的长度相同。替代地，设计约束或某些制造工艺中的实施约束可导致隔离区412和表面416之间的角度414大于或小于90度。当角度414不是90度时，在表面416处跨过内部子像素402的长度可以不同于在表面418处跨过内部子像素402的长度。
隔离区412可具有由边界分开的第一区域和第二区域。隔离区412中使用的隔离设备可包括各种类型的隔离结构，例如可形成在隔离区412的第一区域和第二区域中的一个或两个中的沟槽隔离结构、掺杂半导体区域以及金属屏障。当相同类型的隔离设备形成在隔离区412的第一区域和第二区域两者中时(即当单个隔离设备类型形成在隔离区412中时)，区域412中的隔离设备可以是连续的。当在隔离区412的第一区域中具有高度h5的隔离设备类型不同于在隔离区412的第二区域中具有高度h6的隔离设备类型时，对于嵌套子像素400中的光电二极管的深度，区域412中的隔离设备可以是不连续的。图4B还示出了位于中间子像素404和外部子像素406之间的隔离结构408。隔离结构408可垂直于嵌套光电二极管400的光收集表面416。当隔离结构408垂直于表面416 时，隔离结构408和表面416之间的角度420可以是90度，在表面416处跨过中间光电二极管404的长度可以与在相反表面418处跨过中间光电二极管404 的长度相同。替代地，设计约束或某些制造工艺中的实施约束可导致隔离结构 408和表面416之间的角度420大于或小于90度。当角度420不是90度时，在表面416处跨过中间光电二极管404的长度可以不同于在表面418处跨过中间光电二极管404的长度。
隔离区408可具有由边界分开的第一区域和第二区域。隔离区408中使用的隔离设备可包括各种类型的隔离结构，例如可形成在隔离区408的第一区域和第二区域中的一个或两个中的沟槽隔离结构、掺杂半导体区域以及金属屏障。当相同类型的隔离设备形成在隔离区408的第一区域和第二区域两者中时(即当单个隔离设备类型形成在隔离区408中时)，区域408中的隔离设备可以是连续的。当在隔离区408的第一区域中具有高度h7的隔离设备类型不同于在隔离区408的第二区域中具有高度h8的隔离设备类型时，对于嵌套子像素400中的光电二极管的深度，区域408中的隔离设备可以是不连续的。
在光收集间隔期间，入射在图1的像素22中的嵌套子像素400上的光410 可在内部子像素402、中间子像素404和外部子像素406各自的光电二极管区域处被接收。如上面与图4A关联地描述的，至少由于中间子像素404的更大的尺寸和形成在嵌套子像素400上以朝着中间子像素404引导光的一个或更多个微透镜，所以与内部子像素402相比，中间子像素404具有更敏感的光收集区域。由于中间子像素404具有更敏感的光收集区域，所以中间子像素404在暴露到入射光410之后的光生电荷的数量可以大于部子像素402在暴露到入射光410之后内的光生电荷的数量。
中间子像素404的光电二极管中的光生电荷可穿过隔离区412泄漏或扩散到内部子像素402的光电二极管。类似地，外部子像素406中的光生电荷可穿过交界表面408泄漏或扩散并进入中间子像素404中。来自子像素的一个光电二极管区的电荷泄漏到另一子像素的另一光电二极管区，这通常被称为电串扰。由于单个滤色器形成在嵌套子像素400上方，所以内部子像素402、中间子像素404和外部子像素406接收相同颜色的入射光410。
结果，从中间子像素404穿过隔离区412扩散或泄漏到内部光电二极管402 的光生电荷对应于响应于在内部子像素402中产生光生电荷的相同颜色而产生的电荷。类似地，从外部子像素406穿过隔离区408扩散或泄漏到中间子像素 404的光生电荷对应于响应于在中间子像素404中产生光生电荷的相同颜色而产生的电荷。
因此，子像素402和404之间的电串扰以及子像素404和406之间的串扰是接收相同颜色的光的子像素之间的串扰，因此是可管理的。子像素402、404 和406之间的电串扰可在嵌套子像素400所位于的像素22的读出期间或者在嵌套子像素400所位于的像素22的读出之后被考虑或管理。
隔离区412的表面积(电荷从中间子像素404穿过该区域泄漏或扩散到内部子像素402)可取决于隔离区412和表面416之间的角度414。当角度414 小于或大于90度时，隔离区412的表面积增加，这增加了光电二极管402和 404之间的电串扰的量，原因是光生电荷可在上面扩散的面积(即，隔离区412 的交界面积)增加。
类似地，隔离区408的面积(电荷从外部光电二极管406穿过该区域泄漏或扩散到中间光电二极管404)可取决于隔离区408和表面416之间的角度420。当角度420小于或大于90度时，隔离区408的面积增加，这增加了子像素404 和406之间的电串扰的量，原因是光生电荷可在上面扩散的面积(即，隔离区 408的交界面积)增加。
虽然图4示出了处于嵌套布置的三个子像素结构402-406，但是多于三个子像素结构可以以嵌套布置形成在像素中。作为示例，四个子像素结构以以嵌套布置形成，其中最内部的第一子像素结构嵌套在第二子像素结构内，第二子像素结构进而可嵌套在第三子像素结构内，第三子像素结构进而可嵌套在最外部的第四子像素结构内。按照这种方式，任意数量的子像素结构可包括在像素中，其中最内部的子像素结构可嵌套在多个子像素结构内，多个子像素结构本身可嵌套在相应的子像素结构内，除了最外部的像素结构之外。
当第一子像素结构被说成是嵌套在第二子像素结构内时，需要的是，第一子像素结构在侧面被第二子像素结构包围，如至少在图2-4中示出的。以图2 为例，可领会到的是，外部子像素结构204在侧面包围内部子像素结构202。换句话说，外部子像素204包围内部子像素202，除了在内部子像素202的表面216和218处之外(即，外部子像素204在侧面包围内部子像素202)。当第一子像素结构被说成是嵌套在第二子像素结构内时，还需要的是，没有附加中间像素或子像素形成在第一子像素和第二子像素之间的区域中。再次，以图2 为例，可领会到的是，子像素202和204之间的任何空间没有附加像素或子像素结构。
通俗地说，嵌套可以是过渡功能，原因是当第一子像素嵌套在第二子像素内，第二子像素进而嵌套在第三子像素内(例如，如图4A中那样)时，第一子像素可被说成是“嵌套”在第三子像素内。然而，正式来说，当一个子像素在侧面包围另一子像素时以及当子像素之间的任何空间没有任何其它像素或子像素结构时，两个子像素可恰当地被认为是嵌套的。当第一子像素嵌套在第二子像素内(前面提到的正式含义)时，第二子像素也可被说成是“直接包围”第一子像素。
虽然上面对嵌套或“直接包围”的正式定义与两个子像素关联地描述，但是子像素组还可恰当地被认为是直接包围另一子像素或子像素组。当子像素在侧面被包括多个子像素的子像素组包围时，以及当子像素和子像素组之间的任何空间没有任何其它子像素或像素时，子像素直接被子像素组包围或嵌套在子像素组内。按照类似的方式，第一子像素组可直接被第二子像素组包围或嵌套在第二子像素组内。
像素的最内部的子像素结构的光收集区域可影响或帮助决定像素中的附加子像素结构的形状，最内部的子像素结构嵌套在该像素内。例如，如在图2中看到的，内部子像素202的光收集区域的形状决定外部子像素204的光收集区域的形状。具体地，由于内部子像素202的外边界(即，内部子像素202和隔离区206或外部子像素204的交界)是圆形的，所以外部子像素204的内边界也具有圆形形状。当如上所述，像素具有任何数量的嵌套子像素时，最内部的子像素或子像素组的光收集区域的形状可以是椭圆形、圆形(如图2所示)、矩形或正方形(如图3所示)。像素可具有的嵌套子像素的数量不受限于其最内部的子像素的光收集区域的形状。换句话说，无论最内部的子像素是椭圆形、圆形、矩形或正方形，嵌套子像素的数量都可增加。通常，当子像素组或独立的子像素被称为具有椭圆形形状时，子像素组或独立的子像素可具有圆形形状或任何其它椭圆形形状。类似地，当子像素组或独立的子像素被称为具有矩形形状时，子像素组或独立的子像素可具有正方形形状或任何其它矩形形状。
图5是阵列20的像素22中的嵌套子像素组500的表面视图。嵌套子像素组500可以是图2-4、图6和图9中的嵌套子像素组的替代实施例。具体地，图 5的实施例可类似于图3中示出的实施例。图5和图3A的区别在于：图3A中的外部子像素304可被分成图5中的外部左子像素504和外部右子像素506。外部左子像素504和外部右子像素506可形成外部子像素组，内部子像素502 嵌套在该外部子像素组中。通过必要的修改，图3B中描述的子像素结构的描述还可适用于图5的嵌套子像素500，该修改考虑到外部子像素204被分成外部左子像素504和外部右子像素506。这种必要的修改的示例是隔离区508的形状。类似于其中隔离区306形成在子像素302和304之间的图3A和3B，隔离区508形成在子像素502-506中的每一个之间。类似地，通过必要的修改，涉及图2和3中一个或更多个微透镜放置在嵌套子像素200上方的描述还可适用于图5的嵌套子像素500，该修改考虑到外部子像素204被分成外部左子像素504和外部右子像素506。
通常，具有矩形、正方形、椭圆形或圆形内边界的一个或更多个外部子像素或子像素组可被分成与原始子像素或子像素组相比具有附加子像素的相应划分的子像素组。
图6是阵列20的像素22中的嵌套子像素组600的表面视图。嵌套子像素组600可以是图2-5和图9中的嵌套子像素组的替代实施例。具体地，图6的实施例可类似于图2中示出的实施例。图6和图2A的区别在于：图2A中的外部子像素204被分成四个子像素，即第一象限子像素604、第二象限子像素606、第三象限子像素608和第四象限子像素610。通过必要的修改，图2B和2C中描述的子像素井状结构的描述还可适用于图6的嵌套子像素600，该修改考虑到外部子像素204被分成第一象限子像素604、第二象限子像素606、第三象限子像素608和第四象限子像素610。这种必要的修改的示例是隔离区612的形状。类似于其中隔离区206形成在子像素202和204之间的图2A-2C，隔离区 612形成在子像素602-608中的每一个之间。类似地，通过必要的修改，涉及图 2中一个或更多个微透镜放置在嵌套子像素200上方的描述还可适用于图6的嵌套子像素600，该修改考虑到外部子像素204被分成第一象限子像素604、第二象限子像素606、第三象限子像素608和第四象限子像素610。
图5和6均示出了外部子像素例如图2中的外部子像素204可如何被划分或分成分别具有光电二极管的多个子像素。在图5中，图2的子像素204被划分以建立包括左子像素504和右子像素506的外部子像素组。在图6中，图2 的子像素204被划分以建立包括第一象限光电二极管604、第二象限光电二极管606、第三象限光电二极管608和第四象限光电二极管610的外部子像素组。然而，像素中的一个或更多个子像素可以以任何方式划分以形成具有多于一个子像素的子像素组。作为示例，图2的子像素204可被水平地划分，而非如图 5所示的竖直地划分，以形成具有上部子像素和下部子像素的外部子像素组。通常，隔离结构可形成在任何两个相邻的子像素之间。然而，图7-11中的隔离结构未被示出或进一步详细地讨论，以避免使本实施例和图7-11的附图不必要地模糊。
图7示出了放置在阵列20的像素22中的嵌套子像素700上方的圆形微透镜。虽然根据图2A的实施例示出了图7的内部子像素702和外部子像素704，但是圆形微透镜740-1、740-2、740-3和740-4的放置可与图3-6的任何子像素构造结合地使用。圆形微透镜740-1、740-2、740-3和740-4可在内部子像素702 的边界的外部定中心。微透镜740-1、740-2、740-3和740-4可在外部子像素704 的区域上方定中心。图7示出了每个像素具有四个微透镜740-1、740-2、740-3 和740-4。微透镜740-1、740-2、740-3和740-4放置在嵌套子像素700上方，这可仅将光引导到外部子像素704。相对于根本不形成微透镜740-1、740-2、 740-3和740-4的布置，如图7所示的微透镜740-1、740-2、740-3和740-4的放置可增加外部子像素704的光收集区域的敏感度。如图7所示，微透镜740-1、 740-2、740-3和740-4可与内部子像素702部分地重叠。然而，由与内部子像素702部分地重叠的微透镜740-1、740-2、740-3和740-4导致的内部子像素702 的光收集区域的敏感度的增加可以忽略不计。
图7示出了微透镜740-1、740-2、740-3和740-4延伸到外部子像素704之外。然而，微透镜740-1、740-2、740-3和740-4延伸到外部子像素之外，这可对应于制造微透镜740-1、740-2、740-3和740-4的中间步骤。图14A-14C示出了在诸如像素700的像素上方形成最终完成的微透镜所需要的阶段。图14A示出了第一组微透镜1440可如何首先被沉积。图14A的俯视图1440示出了第一组微透镜1440可以以对角图案形成。微透镜1440中的每一个可对应于图7中的微透镜740-1、740-2、740-3和740-4。图14A的截面侧视图1492示出了微透镜1440可基本上具有相同的尺寸。
图14B示出了第二组微透镜1442-1可如何沉积在第一组微透镜1440的对角图案的间隙之间。微透镜1442-1未完全形成，而是仅沉积在图14B的图中。图14B的俯视图1494示出了第二组微透镜1442-1也可以以对角图案形成。图 14B的截面侧视图1496示出了图14B的处于其中间状态的第二组微透镜1442-1 可具有比第一组微透镜1440的高度大的高度。如图14B的截面侧视图1496所示的，第二组微透镜1442-1可与第一组微透镜1440部分地重叠。
图14C示出了通过使图14B的设备回流得到的第一组微透镜1440和完成的第二组微透镜1442-1的最终放置和结构。图14C中的微透镜1440和1442-2 的俯视图1498示出了明显类似于图14B的俯视图1494的结构，但是图14C的截面侧视图1499示出了回流的第二组微透镜1442-2基本上具有与第一组微透镜1440相同的高度。图8A示出了放置在阵列20的像素22中的嵌套子像素800 上方的环形微透镜。虽然根据图2A的实施例示出了图8A的内部子像素802和外部子像素804，但是环形微透镜840可与图3-6的任何子像素构造结合地使用。换句话说，环形微透镜840可与具有多个嵌套子像素组的像素结合地使用，该多个嵌套子像素组包围具有圆形、椭圆形、正方形或矩形表面的内部子像素。包括一个、两个或任何数量的子像素组(子像素组包围具有圆形、椭圆形、正方形或矩形表面的内部子像素)的像素22可包括环形微透镜840。
图8A示出了可具有第一内边界850或第二内边界852的环形微透镜840。在某些实施例中，环形微透镜840具有第一内边界850，环形微透镜可不与内部子像素802重叠。换句话说，具有内边界850的环形微透镜840可仅形成在外部子像素804上方。在其它实施例中，环形微透镜840具有第二内边界852，环形微透镜可与内部子像素802部分地重叠。当环形微透镜840仅与外部子像素804重叠时(即，当环形微透镜840具有第二内边界852时)，环形微透镜 840可将光引导到外部子像素804，而不将任何光引导到内部子像素802。然而，替代地，微透镜840可与内部子像素802至少部分地重叠(即，当环形微透镜 840具有第一内边界850时)，使得入射到微透镜840的与内部子像素802至少部分地重叠的那部分上的光(即，光子)可被环形微透镜840朝着外部子像素 804重新引导。由于环形微透镜840仅将光引导到外部子像素804，所以外部子像素804的光收集区域的敏感度可增加。外部子像素804的光收集区域的敏感度可大于内部子像素802的光收集区域的敏感度。
图8A的环形微透镜840示出为延伸到外部子像素804的外边界之外(即，延伸到外部子像素804之外的区域860中)。作为示例，环形微透镜840的一部分示出为形成在延伸到外部子像素804的外边界之外的区域860中。当多个嵌套子像素800以阵列放置时，由于环形微透镜840延伸到外部子像素804的外边界之外，所以相邻的嵌套子像素800的环形微透镜840可重叠。
然而，在最终完成的设备中，环形微透镜840延伸到外部子像素804的外边界之外，这可能不明显或者甚至不存在，原因是微透镜840延伸到最外部的子像素组(在本示例中，外部子像素804)的边界之外，这可与仅被处理到中间光刻步骤(具体地，在回流处理应用于像素及其关联的微透镜之前的中间光刻步骤)的像素相关。如图8B所示，在回流处理应用于像素之后，可减少或消除微透镜在外边界之外的任何延伸，在图8B中，微透镜842-1和842-2不延伸到它们分别在上方形成的相应的外部子像素804的外边界之外。
图8B示出了形成在给定像素(例如图1的像素22)上方的环形微透镜 842-1，该给定像素具有嵌套在外部子像素804-1内的内部子像素802-1。如与图8A关联地描述的，根据图2A的实施例示出了图8B的环形微透镜842，但是环形微透镜842可与图3-6的任何子像素构造结合地使用。换句话说，环形微透镜842可与具有多个嵌套子像素组的像素结合地使用，该多个嵌套子像素组包围具有圆形、椭圆形、正方形或矩形表面的内部子像素。包括一个、两个或任何数量的子像素组(子像素组包围具有圆形、椭圆形、正方形或矩形表面的内部子像素)的像素22可包括环形微透镜842。
环形微透镜842-1可与另一环形微透镜842-2相邻但是不与另一环形微透镜842-2重叠，该另一环形微透镜842-2形成在另一像素上方，该另一像素具有嵌套在外部子像素804-2内并与给定像素相邻的内部子像素802-2。相邻的嵌套子像素800的环形微透镜842可直接相邻并可在交界处彼此接触。然而，与具有嵌套子像素800的给定像素22关联的环形微透镜842中的每一个可容纳在最外部的子像素或子像素组(例如，如图8B所示的子像素804)的外边界内。
图9示出了放置在阵列20的像素22中的嵌套子像素900上方的圆形微透镜。嵌套子像素900示出为具有正方形图像像素的3×3阵列。在嵌套子像素 900的外周的八个正方形子像素904可被认为是包围内部子像素902的外部子像素组。以这种方式观察，具有嵌套子像素的像素900可看作是图3A的实施例的变形，其中外部子像素304被分成8个部分或者子像素904-1、904-2、904-3、 904-4、904-5、904-6、904-7和904-8。子像素904-1、904-2、904-3、904-4、 904-5、904-6、904-7和904-8可共同地被称为外部子像素组904。圆形微透镜 940的放置可类似于圆形微透镜740-1、740-2、740-3和740-4在嵌套子像素700 上方的放置，除了如图9所示，圆形微透镜740-1、740-2、740-3和740-4不延伸到嵌套子像素700的边界之外。四个圆形微透镜904-1、904-2、904-3和904-4 中的每一个的中心可在第二子像素组中的区域上方。
微透镜904放置在嵌套子像素900上方，这可将光引导到外部子像素组 904。相对于根本不形成微透镜940的布置，如图9所示的微透镜940的放置可增加外部子像素组904的光收集区域的敏感度。如图9所示，微透镜940可与内部子像素902部分地重叠。
图10A示出了放置在嵌套子像素1000上方的圆形微透镜。嵌套子像素1000 示出为具有正方形图像像素的3×3阵列。在嵌套子像素1000的外周的八个正方形子像素1004可被认为是包围内部子像素1002的外部子像素组。通常，外部子像素组中的子像素1004可以不是正方形，但是仍然可以尺寸相等。外部子像素组中的子像素1004中的每一个可具有与内部子像素1002相同的尺寸。以这种方式观察，具有嵌套子像素的像素1000可看作是图3A的实施例的变形，其中外部子像素304被分成8个部分或者子像素1004-1、1004-2、1004-3、1004-4、 1004-5、1004-6、1004-7和1004-8。子像素1004-1、1004-2、1004-3、1004-4、 1004-5、1004-6、1004-7和1004-8可共同地被称为外部子像素组1004。圆形微透镜1040的放置可对应于每个子像素的微透镜的一一对应的放置。微透镜 1040-1、1040-2、1040-3、1040-4、1040-5、1040-6、1040-7和1040-8可分别形成在外部子像素组1004中的子像素1004-1、1004-2、1004-3、1004-4、1004-5、 1004-6、1004-7和1004-8上方。
微透镜1040放置在外部组1004中的子像素上方，这可将光引导到外部子像素组1004。具体地，每个微透镜1040可仅将光引导到外部子像素组1004中它在上方形成的相应的子像素。相对于根本不形成微透镜1040的布置，如图 10所示的微透镜1040的放置可增加外部子像素组1004的光收集区域的敏感度。如图10所示，圆形微透镜1042可形成在内部子像素1002上方。微透镜 1042可被优化以防止内部子像素1002的光收集区域的敏感度增加。然而，在某些实施例例如图10B中示出的像素1050中，省略微透镜1042以避免内部子像素1002的光收集区域的敏感度增加。在某些实施例中，作为对外部子像素组的每个子像素1004提供独立的微透镜1040的替代，图8A的环形微透镜840 或者图8B的环形微透镜842可形成在外部光电二极管组的子像素1004上方。
图12示出了形成在子像素1202和1204的3×3阵列结构上方的微透镜 1240的侧视图1292，其中子像素1204形成外部子像素组，并且其中，子像素 1202形成嵌套在外部子像素组内的内部子像素。图12中的微透镜1240不彼此重叠，而是彼此相邻。微透镜1240在像素1270或1272内或者在像素1270和 1272之间不彼此重叠。微透镜1240可形成在滤色器上方，该滤色器例如红色滤色器1250-R、绿色滤色器1250-G、蓝色滤色器(未画出)、透明过滤器(未画出)或任何其它合适的滤色器或者包括透明区域和滤色器区域的混合滤色器。图12的俯视图1294示出了在微透镜1240之间，可存在间隙。这些间隙可被消除，或者这些间隙的尺寸和形状可基于设置和形成微透镜1240的方法而修改。
图13示出了可彼此重叠的微透镜1340。如同图14C的微透镜1440和1442，微透镜1340可在不同的时间形成。作为示例，第一组微透镜1340-1可在第一时间形成，第二组微透镜1340-2可在第一时间之后的第二时间形成。不同于图 14C的微透镜1440和1442，微透镜1340可具有不均匀的高度。具体地，第二组微透镜1340-2可具有比第一组微透镜1340-1的高度大的高度。微透镜1340 可形成在子像素1302和1304的3×3阵列上方。如图13的俯视图1394所示，微透镜1340可彼此重叠。具体地，像素1370中的微透镜1340-2可与像素1370 内的其它微透镜1340-1重叠，还可与相邻的像素1372内的其它微透镜1340-1 重叠。
图11示出了形成在嵌套子像素的阵列1100上方的混合滤色器。阵列1100 可包括两行和两列嵌套子像素。阵列1100可以是图1的阵列20的子集。第一行嵌套子像素可包括具有内部子像素1102-G1和外部子像素1104-G1的第一嵌套子像素以及具有内部子像素1102-R和外部子像素1104-R的第二嵌套子像素。第二行嵌套子像素可包括具有内部子像素1102-B和外部子像素1104-B的第三嵌套子像素以及具有内部子像素1102-G2和外部子像素1104-G2的第四嵌套子像素。虽然内部子像素1102和外部子像素1104示出为对应于图2A的实施例的结构，但是图3-6和图9中任何图的嵌套子像素实施例可与图11中示出的混合滤色器使用。类似地，虽然圆形微透镜1140以类似于图9的布置的方式布置，但是图7、8和图10中示出的任何微透镜布置可形成在图11中示出的混合滤色器上方。
在外部子像素1140-G1的区域上方是透明的(即，由使可见光谱穿过的材料制成的)且在区域1150-G1中是绿色的(即，由仅使绿光穿过的材料制成的) 滤色器可形成在具有内部子像素1102-G1和外部子像素1104-G1的第一嵌套子像素上方。
绿色过滤器区域1150-G1可形成在外部子像素1104-G1的一部分和整个内部子像素1102-G1上方。在外部子像素1140-R的区域上方是透明的且在区域 1150-R中是红色的(即，由仅使红光穿过的材料制成的)滤色器可形成在具有内部子像素1102-R和外部子像素1104-R的第二嵌套子像素上方。红色过滤器区域1150-R可形成在外部子像素1104-R的一部分和整个内部子像素1102-R上方。
在外部子像素1140-B的区域上方是透明的且在区域1150-B中是蓝色的 (即，由仅使蓝光穿过的材料制成的)滤色器可形成在具有内部子像素1102-B 和外部子像素1104-B的第二嵌套子像素上方。蓝色过滤器区域1150-B可形成在外部子像素1104-B的一部分和整个内部子像素1102-B上方。在外部子像素 1140-G2的区域上方是透明的且在区域1150-G2中是绿色的滤色器可形成在具有内部子像素1102-G2和外部子像素1104-G2的第四嵌套子像素上方。绿色过滤器区域1150-G2可形成在外部子像素1104-G2的一部分和整个内部子像素 1102-G2上方。
上面与阵列1100关联地描述的滤色器具有以拜耳图案布置的滤色器区域1150。然而，滤色器区域1150可在阵列1100中具有任何图案。滤色器区域1150 不限于红色、绿色和蓝色过滤器区域，而是可选地，可包括仅使近红外波长穿过的近红外区域。区域1150可选地可以是透明的，以使给定的嵌套子像素上方的整个滤色器是透明滤色器。上面与阵列1100的滤色器关联地描述的透明滤色器区域可选地可以是如下过滤器区域，该过滤器区域至少展现出与混合滤色器的滤色器区域1150相同量的透光率。作为示例，代替透明区域，混合滤色器可具有黄色滤色器区域，该黄色滤色器区域至少与滤色器区域1150一样对光敏感(即，在可见光谱内至少具有相同的透光率)。
图11的设计可进一步增加外部子像素区域的敏感度并捕捉更多的光(即，全光谱光，与滤色的光截然相反)，在弱光成像条件下这可以是特别期望的。另外，在子像素1102和1104上方的过滤器之间的屏障可形成为反射光以远离内部子像素1102。屏障可形成在隔离区(类似于隔离区206)上方，该隔离区形成在子像素1102和1104之间、从图11的图示中省略以保持清楚。类似地，即使相同的滤色器形成在特定成对的嵌套子像素1102和1104上方，屏障可形成在子像素1102和1104之间，以增加子像素1104和子像素1102的子像素光敏度的比例。
图15示出了具有内部子像素1502-C的像素1500，透明过滤器1550-C形成在内部子像素1502-C上方。虽然图15中示出了3×3像素1500，但是图2-6 的任何像素几何体可与形成在特定像素几何体的相应内部子像素上方的透明过滤器1550-C使用。滤色器1552-F可形成在外部子像素组中的子像素1504上方。可领会到的是，通过在内部子像素或内部子像素组上方形成透明过滤器元件并通过在外部子像素或外部子像素组上方形成滤色器元件，用于微透镜、内部子像素和外部子像素的任何前述设计可与这种过滤器构造使用。
由于诸如透明过滤器1550-C的透明过滤器不滤光，所以相对于诸如1552-F 的滤色器，透明过滤器可被说成是每单位面积允许更多的光。虽然由透明过滤器1550-C和滤色器1552-F允许的光取决于入射到这些过滤器上的光，但是可领会到的是，透明过滤器1550-C至少透射与滤色器1552-F一样多的光。诸如透明过滤器1550-C的透明过滤器还可被说成是透射广谱光，而滤色器1552-F 可被说成是透射广谱光的子集或子谱。由于穿过滤色器的光谱是穿过透明过滤器的广谱光的子谱，所以透明过滤器的透射谱可被说成是不同于滤色器的透视谱。
图16以简化的形式示出了诸如数码相机的典型的处理器系统1200，处理器系统1200包括成像设备1220。成像设备1220可包括图1中示出的类型的像素阵列1222(例如，像素阵列1222可以是图1的像素阵列20的实现方式)，像素阵列1222具有含如上面与图2-11关联地描述的嵌套子像素的像素。处理器系统1200是具有可包括成像设备1200的数字电路的系统的示例。在不受限制的情况下，这种系统可包括计算机系统、照相机或摄像机系统、扫描仪、机器视觉、车载导航、视频电话、监控系统、自动聚焦系统、星体跟踪器系统、运动检测系统、图像稳定系统和使用成像设备的其它系统。
可以是数字照相机或摄像机系统的处理器系统1200可包括透镜，例如用于当按压快门释放按钮1293时将图像聚焦到像素阵列例如像素阵列1222上的透镜1290。处理器系统1200可包括中央处理单元，例如中央处理单元(CPU) 1230。CPU 1230可以是微处理器，控制相机功能和一个或更多个图像流功能并通过总线例如总线1234与一个或多个输入/输出(I/O)设备1232通信。成像设备1220还可通过总线1234与CPU 1230通信。系统1200可包括随机存取存储器(RAM)1236和移动式存储器1238。移动式存储器1238可包括通过总线 1234与CPU 1230通信的闪速存储器。成像设备1220可与CPU 1230组合、与记忆存储器组合(或者不与记忆存储器组合)在单个集成电路或不同的芯片上。虽然总线1234示出为单个总线，但是它可以是用于使系统组件互连的一个或更多个总线或桥或其它通信路径。
各个实施例已经描述成示出了具有含嵌套子像素或嵌套子像素组的像素的图像传感器，该嵌套子像素或嵌套子像素组至少具有内部子像素和至少一个外部子像素或子像素组。具有含嵌套子像素的像素的图像传感器可用于成像系统例如电子设备中。
具有嵌套子像素或子像素组的像素可包括具有圆形、椭圆形、正方形或矩形光收集区域的内部子像素。内部子像素可具有正方形或圆形光收集区域。内部子像素可形成在衬底中，并可嵌套在外部子像素组内或直接被外部子像素组包围。子像素组可具有一个、两个、四个、八个或任何其它合适数量的子像素。外部子像素组可与内部子像素相邻。内部子像素可在侧面直接被第一子像素组包围，第一子像素组可具有直接被第二子像素组包围的外边界。换句话说，一个或更多个子像素组可包围嵌套子像素的内部子像素。
嵌套子像素中包围内部子像素的一个或更多个子像素组的光收集区域可具有比内部子像素高的光敏度。换句话说，响应于入射光，与在内部子像素中生成的电荷相比，更多电荷将在包围内部子像素的一个或更多个子像素组中生成。内部子像素和在侧面包围内部子像素的一个或更多个外部子像素组的光收集区域的不同的敏感度使得使用嵌套子像素的像素能够针对入射光具有高动态范围响应。在强光条件下，由于内部子像素可包含从包围内部子像素的一个或更多个外部子像素组扩散或泄漏的多个电荷，内部子像素可提供尽管是强光条件但是可用于产生精确图像的不饱和图像信号。在弱光条件下，具有更敏感的光收集区域的外部子像素组将生成足够的电荷以使在弱光条件下精确地成像。按照这种方式，嵌套子像素可用于高动态范围成像系统，以在各种光照条件下产生精确图像；嵌套子像素还可用于去除或减少运动伪影、闪烁和传统多重曝光图像传感器中存在且在某种程度上固有的其它不期望的图像像差或缺陷。
嵌套图像像素中的内部子像素和一个或更多个外部子像素组可具有相同的几何光学中心。换句话说，由于一个或更多个外部子像素组对称地包围内部子像素，所以内部子像素组的表面中心与包围内部子像素的一个或更多个外部子像素组中每一组的相应的表面中心相同。包围内部子像素的一个或更多个外部子像素组可具有比内部子像素的光敏度大的光敏度。作为示例，对于在嵌套子像素上方给定的光量，与将在嵌套子像素的内部子像素中产生的光生电荷相比，更多的光生电荷将在一个或更多个外部子像素组中产生。一个或更多个外部子像素组的光敏度与嵌套子像素的内部子像素的光敏度的比例可以至少是4:1，但是可以是5:1、10:1、任何中间比例或任何更大的比例。换句话说，一个或更多个外部子像素组的光敏度可以是内部子像素的光敏度的至少四倍。光敏度可指的是由给定的子像素或子像素组收集的光的量，可由子像素或子像素组的光收集面积、形成在子像素或子像素组上方的微透镜的量和形状、形成在子像素或子像素组上方的滤色器的类型或者子像素或子像素组的其它属性确定。
嵌套子像素的内部子像素可被与内部子像素直接相邻的给定的子像素组包围。给定的子像素组和内部子像素可被隔离区分开。隔离区的交界表面可垂直于内部光电二极管的光收集表面。可选地，隔离区的交界表面可相对于内部光电二极管的光收集表面不是垂直的(即，大于或小于90度)。与当隔离区的交界表面垂直于光收集表面时相比，当交界表面和光收集表面之间的角度小于或大于90度时，隔离区的交界表面的面积可以更大。
一个或更多个微透镜可形成在嵌套子像素上方。一个、四个、八个、九个或任何其它合适数量的微透镜可形成在嵌套子像素上方。形成在嵌套子像素上方的一个或更多个微透镜可仅将光引导到嵌套子像素中的外部子像素组。圆形微透镜的中心可在外部子像素组的区域上方。环形微透镜可形成为具有孔，使得环形微透镜的任何部分都不形成在嵌套子像素中的内部子像素上方。
单色滤色器可形成在给定的嵌套子像素上方。按照这种方式，从一个或更多个外部子像素组泄漏到嵌套子像素的内部子像素的电荷将对应于由于入射到内部子像素上的光导致的在内部子像素中生成的相同颜色的光生电荷。在某些实施例中，具有使所有颜色的可见光穿过的透明区域的混合滤色器可形成在一个或更多个外部子像素组的第一区域上方。在混合滤色器实施例中，滤色器区域可形成在嵌套子像素的一个或更多个外部子像素组的一部分上方以及嵌套子像素的整个内部正像素上方。
根据实施例，一种图像像素可包括：内部子像素，展示出第一光敏度；以及外部子像素组，包括至少一个子像素并展示出大于第一光敏度的第二光敏度。内部子像素可嵌套在外部子像素内。
根据另一实施例，图像像素可进一步包括：滤色器，形成在内部子像素和外部子像素组上方。
根据另一实施例，图像像素中的滤色器可包括：第一过滤区域，形成在内部子像素和外部子像素组的第一部分上方；以及第二过滤区域，形成在外部子像素组的第二部分上方，外部子像素组的第二部分不同于外部子像素组的第一部分。第一过滤区域和第二过滤区域分别可透射不同的光谱。
根据另一实施例，第二过滤区域可包括滤色器区域。
根据另一实施例，第二过滤区域可包括透明过滤器区域。
根据另一实施例，第二光敏度比第一光敏度大至少四倍。
根据另一实施例，外部子像素组可具有第一几何中心，内部子像素可具有与第一几何中心相同的第二几何中心。
根据另一实施例，内部光敏元件可具有矩形光收集表面。
根据另一实施例，内部光敏元件可具有椭圆形光收集表面。
根据另一实施例，外部子像素组中的至少一个子像素可包括多个尺寸相等的子像素。内部子像素可具有与多个尺寸相等的子像素中给定的子像素相同的尺寸。
根据另一实施例，多个尺寸相等的子像素可包括八个正方形的子像素。内部子像素可以是正方形的内部子像素，具有与八个正方形的子像素中给定的子像素相同的尺寸。八个正方形的子像素可与正方形的内部子像素相邻地形成。
根据另一实施例，外部子像素组中的至少一个子像素和内部子像素可以以多行和多列布置。
根据另一实施例，图像像素可进一步包括附加外部子像素组，附加外部子像素组包括至少一个子像素，外部子像素组可嵌套在附加外部子像素组内。
根据另一实施例，一种图像像素可包括：内部子像素；外部子像素组，直接包围内部子像素；滤色器，形成在内部子像素和外部子像素组的一部分上方；以及至少一个微透镜，形成在外部子像素组上方。外部子像素组可具有比内部子像素高的光敏度。
根据另一实施例，外部子像素组可包括第一子像素组，图像像素可进一步包括第二子像素组，第二子像素组直接包围第一子像素组。
根据另一实施例，内部子像素可具有正方形的光收集区域。外部子像素组可包括：四个光收集区域，与内部子像素中的正方形的光收集区域的相应边缘相邻；以及四个附加光收集区域，与内部子像素中的正方形的光收集区域对角地相邻。
根据另一实施例，至少一个微透镜包括八个微透镜，每个微透镜可形成在四个光收集区域和四个附加光收集区域中相应的光收集区域上方。
根据另一实施例，至少一个微透镜包括具有相应的中心的四个微透镜。四个微透镜中的每一个可使其相应的中心定位在外部子像素组上方。
根据实施例，一种图像像素可包括：内部子像素组；外部子像素组，直接包围内部子像素组；以及至少一个微透镜，形成在外部子像素组上方。
根据另一实施例，至少一个微透镜可包括：环形微透镜，仅形成在外部子像素组上方。
前述仅仅是可在其它实施例中实践的本公开的原理的说明。

Claims (20)

1.一种图像像素，其特征在于，包括：
内部子像素，所述内部子像素展示出第一光敏度；以及
外部子像素组，所述外部子像素组包括至少一个子像素并展示出大于所述第一光敏度的第二光敏度，其中所述内部子像素嵌套在所述外部子像素组内。
2.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述图像像素进一步包括：
滤色器，所述滤色器形成在所述内部子像素和所述外部子像素组上方。
3.根据权利要求2所述的图像像素，其中，所述滤色器包括：
第一过滤区域，所述第一过滤区域形成在所述外部子像素组的第一部分和所述内部子像素上方；以及
第二过滤区域，所述第二过滤区域形成在所述外部子像素组的第二部分上方，所述外部子像素组的第二部分不同于所述外部子像素组的第一部分，其中所述第一过滤区域和第二过滤区域分别透射不同的光谱。
4.根据权利要求3所述的图像像素，其中，所述第二过滤区域包括滤色器区域。
5.根据权利要求3所述的图像像素，其中，所述第二过滤区域包括透明滤色器区域。
6.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述第二光敏度是所述第一光敏度的至少四倍。
7.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述外部子像素组具有第一几何中心，并且其中，所述内部子像素具有与所述第一几何中心相同的第二几何中心。
8.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述内部子像素具有矩形光收集表面。
9.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述内部子像素具有椭圆形光收集表面。
10.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述外部子像素组中的至少一个子像素包括：
多个尺寸相等的子像素，其中所述内部子像素具有与所述多个尺寸相等的子像素中给定的子像素相同的尺寸。
11.根据权利要求10所述的图像像素，其中，所述多个尺寸相等的子像素包括八个正方形的子像素，其中所述内部子像素是正方形的内部子像素，具有与所述八个正方形的子像素中给定的子像素相同的尺寸，并且其中，所述八个正方形的子像素与所述正方形的内部子像素相邻地形成。
12.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述外部子像素组中的所述至少一个子像素和所述内部子像素以多行和多列布置。
13.根据权利要求1所述的图像像素，其中，所述图像像素进一步包括：
附加外部子像素组，所述附加外部子像素组包括至少一个子像素，其中所述外部子像素组嵌套在所述附加外部子像素组内。
14.一种图像像素，其特征在于，包括：
内部子像素；
外部子像素组，直接包围所述内部子像素；
滤色器，形成在所述外部子像素组的一部分和所述内部子像素上方；以及
至少一个微透镜，形成在所述外部子像素组上方，其中所述外部子像素组具有比所述内部子像素高的光敏度。
15.根据权利要求14所述的图像像素，其中，所述外部子像素组包括第一子像素组，并且其中，所述图像像素进一步包括：
第二子像素组，直接包围所述第一子像素组。
16.根据权利要求14所述的图像像素，其中，所述内部子像素具有正方形的光收集区域，其中所述外部子像素组包括：
四个光收集区域，所述四个光收集区域与所述内部子像素中的正方形的光收集区域的相应边缘相邻；以及
四个附加光收集区域，所述四个附加光收集区域与所述内部子像素中的正方形的光收集区域对角地相邻。
17.根据权利要求16所述的图像像素，其中，所述至少一个微透镜包括八个微透镜，其中每个微透镜形成在所述四个光收集区域和所述四个附加光收集区域中相应的光收集区域上方。
18.根据权利要求16所述的图像像素，其中，所述至少一个微透镜包括：
四个微透镜，所述四个微透镜各自具有相应的中心，其中所述四个微透镜中的每个微透镜的相应的中心定位在所述外部子像素组上方。
19.一种图像像素，其特征在于，包括：
内部子像素组；
外部子像素组，直接包围所述内部子像素组；以及
至少一个微透镜，位于所述外部子像素组上方。
20.根据权利要求19所述的图像像素，其中，所述至少一个微透镜包括：
环形微透镜，仅形成在所述外部子像素组上方。
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