CN208538863U - 像素、像素阵列以及成像系统 - Google Patents

像素、像素阵列以及成像系统 Download PDF

Info

Publication number
CN208538863U
CN208538863U CN201821229814.2U CN201821229814U CN208538863U CN 208538863 U CN208538863 U CN 208538863U CN 201821229814 U CN201821229814 U CN 201821229814U CN 208538863 U CN208538863 U CN 208538863U
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
lenticule
array
microlens
photodiode
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
CN201821229814.2U
Other languages
English (en)
Inventor
V·兰臣克夫
U·博提格
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.)
Semiconductor Components Industries LLC
Original Assignee
Semiconductor Components Industries LLC
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 Semiconductor Components Industries LLC filed Critical Semiconductor Components Industries LLC
Application granted granted Critical
Publication of CN208538863U publication Critical patent/CN208538863U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0085—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras employing wafer level optics
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0056—Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
    • 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
    • H01L27/1462—Coatings
    • 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
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • 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
    • H01L27/14636—Interconnect 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
    • H01L27/14601—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
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H04N23/12—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths with one sensor only
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/53—Control of the integration time
    • H04N25/533—Control of the integration time by using differing integration times for different sensor regions
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0076—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a detector
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N2209/00—Details of colour television systems
    • H04N2209/04—Picture signal generators
    • H04N2209/041—Picture signal generators using solid-state devices
    • H04N2209/042—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor

Landscapes

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

Abstract

本实用新型公开了像素、像素阵列以及成像系统。图像传感器可包括像素阵列。所述阵列中的像素可包括将入射光转换成电荷的光电二极管以及用于在从所述像素读出所述电荷之前存储所述电荷的电荷存储区。所述阵列中的像素可包括形成在所述光电二极管上方的将光导向到所述光电二极管上的微透镜。所述阵列中的像素可包括在所述微透镜和所述光电二极管之间的附加微透镜阵列。所述附加微透镜阵列可将光导向远离所述电荷存储区以防止存储在所述电荷存储区处的电荷受到不入射到所述光电二极管上的光的影响。所述图像传感器能够是以全局快门模式操作的背照式图像传感器。

Description

像素、像素阵列以及成像系统
技术领域
本实用新型整体涉及像素、像素阵列以及成像系统，并且更具体地讲，涉及具有带有像素存储区的像素的成像设备。
背景技术
图像传感器通常用于电子设备(诸如蜂窝电话、相机和计算机)中以捕获图像。在典型布置中，电子设备设置有被布置成像素行和像素列的图像像素阵列。图像像素包含光电二极管以便响应于光而生成电荷。电路通常被耦接到各个像素列以读出来自图像像素的图像信号。
该类型的图像传感器可包括用于在读出电荷之前存储由光电二极管生成的电荷的电荷存储区。当电荷在读出之前被保持时入射到电荷存储区的光可导致电荷存储区中的不希望的变化，由此导致来自存储区的读出不准确地表示由光电二极管生成的电荷。
因此期望提供具有用于将入射光导向远离电荷存储区的结构的图像传感器。
实用新型内容
本实用新型提供一种像素、像素阵列以及成像系统，具有将入射光导向远离电荷存储区的结构。
根据第一方面，提供一种像素，包括：硅层；光电二极管，所述光电二极管形成在所述硅层中；电荷存储区，所述电荷存储区形成在所述硅层中；微透镜，所述微透镜将光导向到所述光电二极管上；和微透镜阵列，所述微透镜阵列插置在所述微透镜和所述光电二极管之间，其中所述微透镜阵列将穿过所述微透镜的光导向远离所述电荷存储区。
根据第二方面，提供一种像素阵列，包括：硅层，其中所述像素阵列中的每个相应像素包括光电二极管以及形成在所述硅层中的电荷存储区；透镜层，其中所述像素阵列中的每个相应像素包括所述透镜层中的单个透镜，所述单个透镜与所述相应像素中的所述光电二极管重叠并且将光导向到所述相应像素中的所述光电二极管上；和微透镜层，所述微透镜层插置在所述硅层和所述透镜层之间，其中所述像素阵列中的每个相应像素包括所述微透镜层中的多个微透镜，所述多个微透镜与所述相应像素中的所述单个透镜重叠，并且将光导向远离所述相应像素中的所述电荷存储区。
根据第三方面，提供一种成像系统，包括：中央处理单元、存储器、输入-输出电路和图像传感器，所述图像传感器包括像素阵列，所述阵列中的每个像素包括：光电二极管，所述光电二极管形成在硅层中；电荷存储节点，所述电荷存储节点形成在所述硅层中；微透镜，所述微透镜将光导向到所述光电二极管上；和多个衍射透镜，所述多个衍射透镜插置在所述微透镜和所述硅层之间，其中所述多个衍射透镜将穿过所述微透镜的光导向远离所述电荷存储节点。
附图说明
图1是根据本实用新型的实施方案的示例性电子设备的示意图，该电子设备具有图像传感器和处理电路以便使用像素阵列来捕获图像。
图2是根据本实用新型的实施方案的示例性像素阵列和相关读出电路的示意图，所述读出电路用于从像素阵列读出图像信号。
图3是根据本实用新型的实施方案的示例性图像传感器像素的示意图。
图4是根据本实用新型的实施方案的具有像素内透镜阵列的示例性图像传感器像素的横截面侧视图。
图5是根据本实用新型的实施方案的图4所示类型的示例性像素内透镜阵列的俯视图。
图6是根据本实用新型的实施方案的具有多个像素内透镜阵列的示例性图像传感器像素的一部分的横截面侧视图。
图7是根据本实用新型的实施方案的采用图1-图6的实施方案的示例性图像捕获和处理器系统的框图。
具体实施方式
电子设备，诸如，数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备可包括图像传感器，该图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如，将入射光转换为图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量(如，数百或数千或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(如，百万像素)。图像传感器可包括控制电路(诸如，用于操作图像像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，该图像信号与光敏元件所产生的电荷相对应。
图1为示例性成像系统(诸如，电子设备)的示意图，该成像系统使用图像传感器来捕获图像。图1的电子设备10可为便捷式电子设备，诸如相机、移动电话、平板计算机、网络相机、摄像机、视频监控系统、汽车成像系统、具有成像能力的视频游戏系统或者捕获数字图像数据的任何其他所需成像系统或设备。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可包括一个或多个透镜14以及一个或多个对应的图像传感器16。透镜14可包括固定透镜和/或可调透镜，并且可包括形成于图像传感器16的成像表面上的微透镜。在图像捕获操作期间，可通过透镜14将来自场景的光聚焦到图像传感器16上。图像传感器16可包括用于将模拟像素数据转换成要提供给存储和处理电路18的对应数字图像数据的电路。如果需要，相机模块12可设置有透镜14的阵列和对应图像传感器16的阵列。
存储和处理电路18可包括一个或多个集成电路(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)，并且可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的组件(如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相关的模块12内的集成电路的一部分的电路)来实施。可使用处理电路18处理和存储已被相机模块12捕获的图像数据(如，使用处理电路18上的图像处理引擎、使用处理电路18上的成像模式选择引擎等)。可根据需要使用耦接到处理电路18的有线和/或无线通信路径将经过处理的图像数据提供给外部设备(如，计算机、外部显示器或其他设备)。
如图2所示，图像传感器16可包括包含被布置成行和列的图像传感器像素30(有时在本文中称为图像像素或像素)的像素阵列20以及控制和处理电路45(其可包括例如图像信号处理电路)。阵列20可包含例如几百或几千行以及几百或几千列图像传感器像素30。控制电路45可耦接到行控制电路47和图像读出电路48(有时称为列控制电路、读出电路、处理电路或列解码器电路)。行控制电路47可从控制电路45接收行地址，并且通过行控制线49将对应的行控制信号(诸如重置控制信号、行选择控制信号、电荷转移控制信号、双转换增益控制信号和读出控制信号)提供给像素30。可将一根或多根导线(诸如列线43)耦接至阵列20中的像素30的每一列。列线43可用于从像素30读出图像信号以及用于将偏置信号(例如，偏置电流或偏置电压)提供给像素30。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路47选择阵列20中的像素行，并且可沿着列线43读出由该像素行中的图像像素30生成的图像信号。
图像读出电路48可通过列线43接收图像信号(例如，由像素30产生的模拟像素值)。图像读出电路48可包括用于对从阵列20读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样保持电路、放大器电路、模拟-数字转换(ADC)电路、偏置电路、列存储器、用于选择性启用或禁用列电路的闩锁电路，或者耦接至阵列20中的一个或多个像素列以用于操作像素30以及用于从像素30读出图像信号的其他电路。读出电路48中的ADC电路可将从阵列20接收的模拟像素值转换成对应的数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。图像读出电路48可针对一个或多个像素列中的像素将数字像素数据提供给控制和处理电路45和/或处理器18(图1)。
如果需要，可在阵列20中的光敏区上方形成滤色器阵列，使得在相关像素30的光敏区的上表面上方形成滤色器阵列中的期望滤色器元件。可在滤色器阵列的上表面上方形成微透镜，以将入射光聚焦到与该像素30相关联的光敏区上。入射光可由微透镜聚焦到光敏区上，并且可穿过滤色器元件，使得在光敏区处仅捕获对应颜色的光。如果需要，对于阵列20中的一个或多个像素30而言，可在滤色器元件与微透镜之间插置任选的掩蔽层。在另一个合适的布置中，对于阵列20中的一个或多个像素30而言，可在滤色器元件与光敏区之间插置任选的掩蔽层。掩蔽层可包括金属掩蔽层或其他滤光层，其阻止图像光的一部分在光敏区处被接收到。掩蔽层可被例如提供给一些图像像素30，以调节对应图像像素30的有效曝光水平(例如，相对于无掩蔽层的图像像素30，具有掩蔽层的图像像素30可捕获更少光)。如果需要，图像像素30可被形成为不具有任何掩蔽层。
如果需要，图2的阵列20中的像素30可设置有各自透过一种或多种颜色的光的滤色器元件的阵列。像素30中的全部或一些可设置有滤色器元件。像素30的滤色器元件可为红色滤色器元件(例如，使红光透过同时将其他颜色的光反射和/或吸收的光致抗蚀剂材料)、蓝色滤色器元件(例如，使蓝光透过同时将其他颜色的光反射和/或吸收的光致抗蚀剂材料)和/或绿色滤色器元件(例如，使绿光透过同时将其他颜色的光反射和/或吸收的光致抗蚀剂材料)。滤色器元件也可被配置为过滤人可见光谱之外的光。例如，滤色器元件可被配置为过滤紫外光或红外光(如，滤色器元件可仅允许红外光或紫外光到达光电二极管)。滤色器元件可将图像像素30配置为仅检测特定波长或波长范围(有时在本文中称为波段)的光，并且可被配置为允许多个波长的光透过，同时阻挡某些其他波长的光(例如，其波长对应于某个可见颜色和/或红外波长或紫外波长的光)。
使两种或更多种颜色的光(例如，选自包含红光、蓝光和绿光的集合的两种或更多种颜色的光)透过的滤色器元件有时在本文称为“宽带”滤色器元件。例如，被配置为使红光和绿光透过的黄色滤色器元件以及被配置为使红光、绿光和蓝光透过的透明色滤色器元件在本文可称为宽带滤波器元件或宽带滤色器元件。被配置为使红光和蓝光透过的洋红色滤色器元件在本文也可称为宽带滤波器元件或宽带滤色器元件。相似地，包括宽带滤色器元件(如，黄色、洋红色或透明色滤色器元件)并且因此对两种或更多种颜色的光敏感(如，响应于检测到选自包括红光、蓝光和绿光的集合的两种或更多种颜色的光捕获图像信号)的图像像素有时在本文可称为宽频像素或宽频图像像素。由宽带图像像素生成的图像信号有时在本文可称为宽带图像信号。宽带图像像素可具有天然灵敏度，该天然灵敏度由形成宽带滤色器元件的材料和/或形成图像传感器像素的材料(如，硅)限定。在另一个合适的布置方式中，宽带图像像素可被形成为不具有任何滤色器元件。如果需要，可通过使用诸如颜料的光吸收剂调整宽带图像像素的灵敏度以获得更佳的颜色再现特性和/或噪声特性。相比之下，“着色”像素在本文可用于指代主要对一种颜色的光(如，红光、蓝光、绿光或任何其他合适颜色的光)敏感的图像像素。着色像素有时在本文可称为窄带图像像素，因为着色像素具有比宽带图像像素更窄的光谱响应。
如果需要，未被配置为对红外光敏感的窄带像素和/或宽带像素可设置有结合了NIR辐射吸收剂的滤色器。阻挡近红外光的滤色器可最大程度减小红外光对既包含可见光辐射又包含红外辐射的光源中的颜色再现的影响。
例如，诸如阵列20中的图像像素的图像传感器像素可设置有滤色器阵列，该滤色器阵列允许单个图像传感器使用被布置成拜耳马赛克图案的红色、绿色和蓝色图像传感器像素对对应的红光、绿光和蓝光(RGB)进行采样。拜耳马赛克图案由重复的2×2个图像像素的单元格组成，其中两个绿色图像像素沿对角线彼此相对，并且邻近与蓝色图像像素沿对角线相对的红色图像像素。在另一个合适的示例中，拜耳图案中的绿色像素被替换为具有宽带滤色器元件的宽带图像像素。这些示例仅仅是示例性的，并且一般来讲，可在任何期望数量的图像像素30上方形成任何期望颜色和任何期望图案的滤色器元件。
图3中示出了图像像素阵列20的示例性图像像素30中的电路。如图3所示，像素30可以包括光敏元件，诸如光电二极管22(有时在本文中称为光电探测器22)。可在正电源端子33处提供像素正电源电压(例如，电压Vaa_pix)。可在接地端子32处提供地电源电压(例如，Vss)。入射光在穿过滤色器结构之后由光电二极管22收集。光电二极管22将光转换成电荷。
在获取图像之前，可使重置控制信号RST生效。这接通重置晶体管28并且将浮动扩散区27(在本文中有时称为第一浮动扩散节点)重置为Vaa_pix。然后重置控制信号RST可失效，以关断重置晶体管28。
如图3所示，像素30可包括电荷存储区26(有时在本文中称为存储器节点、全局快门存储二极管、或电荷存储节点)。虽然电荷存储区26在图3中被示为存储栅极SG，但这仅仅是示例性的。如果需要，电荷存储区26可以是电荷存储二极管、电荷存储电容器、或附加浮动扩散区(有时在本文中称为第二浮动扩散节点)。一般来讲，电荷存储节点26可使用掺杂半导体的区域(例如，通过离子注入、杂质扩散或其他掺杂技术形成于硅衬底中的掺杂硅区域)实施。掺杂半导体区域可表现出可用于存储已由光电二极管22生成的电荷的电容。
第一电荷转移晶体管24(有时在本文中称为第一转移栅极)可生效以将由光电二极管22生成的电荷转移到电荷存储区26。在图像传感器16以全局快门模式操作的布置中，由阵列20中的每个像素30中的每个光电二极管22生成的电荷可被同时转移到每个像素30中的相应电荷存储区26(例如，对于阵列20中的每个像素30，转移栅极24可被同时脉冲为高)。
一旦由阵列20中的每个光电二极管22生成的电荷已被转移到相应的电荷存储区26，则来自电荷存储区26的电荷的读出可对于阵列20中的每行像素以循序的逐行方式进行。通过使第二电荷转移晶体管25(有时在本文中称为第二转移栅极)生效，电荷可以从电荷存储区26转移到浮动扩散27。浮动扩散27可使用掺杂半导体的区域(例如，通过离子注入、杂质扩散或其他掺杂技术形成于硅衬底中的掺杂硅区域)实施。掺杂半导体区域可表现出可用于存储已由光电二极管22生成并且从电荷存储区26转移的电荷的电容。与浮动扩散节点27上的所存储电荷相关联的信号由源极跟随器晶体管34缓冲。行选择晶体管36将源极跟随器晶体管34连接到列输出线41。
当期望读出浮动扩散27上的所存储电荷的值(即，由晶体管34的源极S处的信号表示的所存储电荷的值)时，可使行选择控制信号RS生效。当使信号RS生效时，晶体管36接通，并且在输出路径38上产生对应的信号Vout，该信号表示电荷存储节点26上的电荷的大小。在典型配置中，存在多行和多列像素，诸如在给定图像传感器的图像传感器像素阵列中的像素30。导电路径诸如路径41可与一列图像像素30相关联。
当在给定像素30中使信号RS生效时，路径41可用于将信号Vout从像素30路由至读出电路(例如，图2中的48)。
如果需要，可以使用其他类型的图像像素电路来实现传感器16的图像像素。例如，每个图像传感器像素30可以是三晶体管像素、具有四个晶体管的钉扎光电二极管像素等。图3的电路仅仅是示例性的。
如上所述，每个像素可同时捕捉以全局快门方案操作的图像传感器中的图像。在全局快门方案中，图像传感器中的所有像素可被同时重置。电荷存储区26通常被结合到每个像素中。然后使用第一转移操作(使转移栅极TX0生效)来同时(全局地)将在每个图像像素的光电二极管中收集的电荷转移到相关存储区26以存储电荷，直到逐行地执行第二转移操作(使转移栅极TX1生效)并且电荷被读出。然而，利用这样的布置，在第二电荷转移晶体管25被取为高之前(即，在读出之前)，在电荷被保持在电荷存储区26处时，入射到电荷存储区26而不是光电二极管22上的光可导致在电荷存储区26中生成过量的电荷。这可导致从存储区26读出的电荷电平不完全精确地表示由光电二极管22生成的实际电荷。这可能破坏来自像素30的读出。此外，入射到电荷存储区26而不是光电二极管22上的光不被光电二极管22转换成电荷，使得来自光电二极管22的读出不代表入射到像素30上的光的实际量。
虽然背照式图像传感器(即，其中像素的金属路由结构在光电二极管下方，使得光在到达光电二极管之前不穿过金属路由结构的图像传感器)通常提供比前照式图像传感器(即，其中像素的金属路由结构在光电二极管和微透镜之间，使得光在到达光电二极管之前穿过金属路由结构的图像传感器)更高的量子效率，但以全局快门方案操作的背照式图像传感器通常比以全局快门方案操作的前照式图像传感器更容易受到电荷存储区26内和周围的光穿透和吸收的影响。这可导致背照式全局快门图像传感器具有比前照式全局快门图像传感器更低的全局快门效率。减少到达电荷存储区26的光的量可增加背照式传感器的全局快门效率。
在图4中示出了像素30的横截面侧视图。像素30可包括其中可形成光电二极管22和电荷存储区26的硅层46。在硅层46下方的介电层58(有时在本文中称为互连层)可包括金属层60(有时在本文中称为导电路径或金属路由结构)，该金属层在图3所示类型的像素30中形成导电结构(例如，像素结构，诸如转移晶体管、重置晶体管、行选择晶体管、源极跟随器晶体管、像素电源电压线、地电源电压线、像素读出线、列输出线等)。微透镜40(有时在本文中称为透镜)可以形成在光电二极管22上方以帮助将入射光导向到光电二极管22上。滤色器元件62可形成在硅层46和微透镜40之间。
为了增加到达光电二极管22的入射光的量并且使入射到电荷存储区26上的光的量最小化，像素30可设置有微透镜阵列44(有时在本文中称为衍射透镜阵列、像素内透镜阵列、衍射微透镜阵列、一组微透镜或微透镜的集合)。微透镜阵列44可包括多个单独的微透镜结构44-1、44-2和44-3。如图4所示，微透镜阵列44可具有带有第一高度(厚度)和第一直径(宽度)的中心微透镜44-1，以及一个或多个外围微透镜44-2和44-3。外围微透镜44-2和44-3可各自具有小于中心微透镜44-1的第一高度的第二高度(厚度)，并且可各自具有小于中心微透镜44-1的第一直径的第二直径(宽度)。外围微透镜44-2和44-3的高度和直径可以是相同的或者可以是不同的。图4所示类型的微透镜阵列可帮助将已穿过微透镜40的光进一步导向远离电荷存储区26并朝向光电二极管22。虽然图4示出仅一个像素，但这仅仅是示例性的。如果需要，阵列20中的多个像素或每个像素可设置有单独的相应微透镜40和单独的相应微透镜阵列44。在这样的布置中，微透镜40可被统称为微透镜层、透镜或透镜层。微透镜阵列44可被统称为微透镜层或微透镜阵列层。通过朝向阵列中的相应像素中的光电二极管22(例如，远离存储区26)更有效地聚集导向光，微透镜阵列44可提高像素的全局快门效率。
如果需要，平面化层42可被设置在微透镜40和微透镜阵列44之间。平面化层42可提供微透镜40可在其上形成的平面表面。然而，平面化层42仅仅是任选的。如果需要，平面化层42可被省去，并且微透镜40可直接形成在表面微透镜阵列44上(例如，用于微透镜40的材料可填充阵列44中的微透镜之间的粗糙表面和间隙)。
在图4的示例性示例中，滤色器元件62在微透镜40和微透镜阵列44之间。然而，这仅仅是示例性的。如果需要，滤色器元件62可形成在硅层46和微透镜阵列44之间。
适用于微透镜40和微透镜阵列44的材料包括氮氧化硅、氮化硅、钽氧化物诸如五氧化二钽、以及其他介电材料。一般来讲，用于微透镜40和微透镜阵列44的材料应当具有足够高的折射率(例如，在约1.4至4.0的范围内的折射率)，以将光重新导向远离电荷存储区26并且朝向光电二极管22。在一个示例性示例中，微透镜40可具有约1.4的折射率。微透镜阵列44可具有约1.8的折射率。如果存在的话，平面化层42可由与上文结合微透镜40和微透镜阵列44所提及的那些介电材料类似的介电材料形成，并且可具有介于微透镜40的折射率与微透镜阵列44的折射率之间的折射率。在另一个合适的布置中，阵列44中的微透镜可具有约2的折射率，而围绕阵列44的材料层(例如微透镜40和平面化层42，如果存在的话)可具有约1.46-1.6的折射率。一般来讲，用于微透镜40、平面化层42和微透镜阵列44的材料的折射率应当增加，该层越靠近硅层46以确保透镜结构可将光重新导向远离电荷存储区26。如果需要，阵列44中的每个微透镜结构44-1、44-2和44-3可由相同的材料制成并且具有相同的折射率，或者阵列44中的微透镜结构中的一个或多个可由不同材料形成并且具有与其他材料不同的折射率。
在图4的示例性示例中，微透镜40和微透镜阵列44均居中在光电二极管22上方。虽然可以使用该布置(例如，对于位于阵列20的中心处的像素)，但这仅仅是示例性的。为了解决阵列20中不同位置处的入射光的主光线角度的差异，微透镜40和/或微透镜阵列44可被移位(有时在本文中称为光学元件移位)，使得它们的中心不居中在光电二极管22上方。例如，阵列20的边缘附近的像素中的微透镜40和/或微透镜阵列44的中心可以在光电二极管22的中心上方向左或向右移位。这可能有助于将光导向到光电二极管22上，而不管高的主光线角度。如果需要，微透镜40和微透镜阵列44可在光电二极管22上方移位不同的距离(例如，微透镜40的移位可大于或小于微透镜阵列44的移位)。如果需要，微透镜40和/或微透镜阵列44可在光电二极管22上方沿任何方向移位，并且可以在单个像素30内沿不同方向移位。滤色器元件62可以与微透镜40和/或微透镜阵列44相同的方式移位。
图5是图4所示类型的透镜结构的自顶向下视图。虽然在图4的横截面侧视图中不可见，但阵列44中的两个其他微透镜结构44-4和44-5示于图5中。这些附加微透镜结构44-4和44-5可与如上所述的微透镜44-2和44-3在形状、尺寸、材料和/或折射率方面相同，或者可以不同。阵列44中的微透镜可由单件材料形成，或者可单独形成。微透镜阵列44中的微透镜一起可进一步将来自微透镜40的光重新导向远离电荷存储区26并且朝向光电二极管22。
在图5的示例性示例中，微透镜40被示为具有等于微透镜结构44-1、44-2和44-3的总组合直径的直径。然而，这仅仅是示例性的。如果需要，微透镜40可具有大于阵列44中的微透镜的组合直径的直径，或者可具有小于这些组合直径的直径。
阵列44中的微透镜的数量仅仅是示例性的。一般来讲，图5所示类型的阵列可包括从两个到一百个、一千个、一万个或更多个微透镜中的任何数量。在一些示例性示例中，微透镜44的阵列可包括五个、七个、九个、十一个、十三个、十五个或更多个微透镜。
阵列44中的微透镜的大小仅仅是示例性的。阵列44中的微透镜可以具有在2微米下至亚波长尺寸(诸如约500纳米)范围内的直径(宽度)。在一个示例性布置中，微透镜40可具有约5微米的直径，中心微透镜44-1可具有约2微米的直径，并且外围微透镜44-2、44-3、44-4和44-5可具有约1.4微米的直径。然而，如果需要，阵列44中的所有微透镜可具有相同的直径，或者外围微透镜44-2、44-3、44-4和44-5可具有比中心微透镜44-1更大的直径。阵列44中的微透镜的高度(厚度)也可改变。在一个示例中，外围微透镜44-2、44-3、44-4和44-5可比中心微透镜44-1更薄。然而，如果需要，阵列44中的所有微透镜可具有相同的厚度，或者外围微透镜44-2、44-3、44-4和44-5可比中心微透镜44-1更厚。阵列44中的微透镜的曲率半径也可改变。在一个示例中，中心微透镜44-1可具有比外围微透镜44-2、44-3、44-4和44-5中的每个的曲率半径更大的曲率半径。然而，如果需要，阵列44中的所有微透镜可具有相同的曲率半径，或者外围微透镜44-2、44-3、44-4和44-5可各自具有比中心微透镜44-1的曲率半径更大的曲率半径。
阵列44中的微透镜的空间布置仅仅是示例性的。如果需要，外围微透镜可完全围绕中心微透镜44-1。在另一个示例中，外围微透镜中的一个或全部可围绕微透镜44-1的中心旋转一度高至三百六十度的任何度数。如果需要，阵列44中可以没有中心微透镜。阵列44中的微透镜能够以行和列布置(例如，2×2阵列、3×3阵列等)，以三角形图案布置，以椭圆形图案布置，或者以其他合适的配置布置。可将像素内的微透镜图案44的对称性和居中选择为与像素中的光电二极管22和存储区域26的布置的对称性相对应，以便于在光电二极管22上并且远离存储区域26的最佳光聚集。微透镜44可被形成为当在多个后续回流处理步骤中形成时部分地彼此重叠。
阵列44中的微透镜的圆形(半球形)形状仅仅是示例性的。一般来讲，微透镜44可具有任何合适的形状。从图5所示类型的自顶向下视图来看，阵列44中的微透镜可具有正方形形状、矩形形状、带有圆形边缘的正方形形状、三角形形状、椭圆形形状、不对称形状或其他合适的形状。当从图4所示类型的横截面侧视图观察时，微透镜44可具有三角形横截面轮廓、正方形横截面轮廓、矩形横截面轮廓，可具有(例如，图4所示类型的)圆形横截面轮廓，或者可具有其他合适的横截面轮廓。微透镜44可包括凹透镜、凸透镜，或者具有带有其他曲率的光学表面。
由于不同波长的光以不同角度折射的倾向，阵列44中的微透镜的数量、大小、配置和形状对于像素阵列20中的像素30的每种颜色可以是不同的。例如，阵列20中的红色像素可包含第一类型的微透镜阵列44，阵列20中的绿色像素可包含与第一类型不同的第二类型的微透镜阵列，并且阵列20中的蓝色像素可包含与第一类型和/或第二类型不同的第三类型的微透镜阵列。
如果需要，可将多个微透镜阵列层结合到单个像素30中。具有这样的布置的像素30的横截面侧视图在图6中示出。初级微透镜阵列44中的微透镜中的每个(即，44-1、44-2和44-3，以及44-4和44-5，但是在图6中未示出)具有形成在其下方的附加次级微透镜阵列(有时在本文中称为次级微透镜层或第二微透镜层)。在图6的示例中，微透镜44-1重叠并且将光导向到微透镜阵列54上，微透镜44-2重叠并且将光导向到微透镜阵列52上，以及微透镜44-3重叠并且将光导向到微透镜阵列56上。一般来讲，次级微透镜阵列可由与上文结合初级微透镜阵列44(有时在本文中称为初级微透镜层或第一微透镜层)描述的那些材料相同的材料形成，并且应当具有比微透镜阵列44更高的折射率。次级微透镜阵列也可根据它们所包含的微透镜的数量、透镜和阵列的整体大小、阵列中的透镜的空间布置、透镜的形状以及阵列的整体形状而改变，如上结合微透镜阵列44所述。阵列中的微透镜的数量、透镜和阵列的整体大小、阵列中的透镜的空间布置、阵列中的透镜的形状以及阵列的整体形状可与微透镜阵列44相同或不同。如果需要，任选的平面化层50可以与平面化层42相同的方式形成在微透镜阵列52、54和/或56上方。
虽然图6中示出了两层微透镜阵列，但这仅仅是示例性的。如果需要，单个像素30可包括初级微透镜阵列、次级微透镜阵列、三级微透镜阵列和四级微透镜阵列，每个微透镜阵列具有上文结合初级微透镜阵列44和次级微透镜阵列52、54和56所述的类型的嵌套配置。如果需要，可将五层、十层、十五层或更多层的像素内微透镜结合到单个像素30中。
在图6的示例性示例中，滤色器元件62被示为在微透镜40和初级微透镜阵列44之间。这仅仅是示例性的。如果需要，滤色器元件62可在初级微透镜阵列44与次级微透镜阵列52、54和56之间。一般来讲，滤色器元件62可形成在任意两个透镜或微透镜层之间。
图7以简化形式示出了典型图像捕获和处理器系统1800，诸如数字相机，该处理器系统包括成像设备2000(例如，成像设备2000，诸如图1-图6的图像传感器16，该图像传感器采用具有像素内微透镜阵列的像素30)。处理器系统1800是可包括成像设备2000的具有数字电路的示例性系统。在不进行限制的前提下，此类系统可包括计算机系统、静态或视频摄像机系统、扫描仪、机器视觉、车辆导航、视频电话、监控系统、自动对焦系统、星体跟踪器系统、运动检测系统、图像稳定系统、以及采用成像设备的其他系统。
图像捕获和处理器系统1800通常包括镜头1896，该镜头用于在快门释放按钮1897被按下时，将图像聚焦到设备2000的像素阵列20上；中央处理单元(CPU)1895，例如，控制相机功能以及一个或多个图像流功能的微处理器，所述中央处理单元通过总线1893与一个或多个输入/输出(I/O)设备1891通信。成像设备2000也通过总线1893与CPU 1895通信。系统1800还包括随机存取存储器(RAM)1892并且可包括可移动存储器1894，诸如闪存，该存储器也通过总线1893与CPU 1895通信。成像设备2000可在单个集成电路或在不同芯片上与CPU组合，无论是否具有存储器。尽管总线1893被示为单总线，但该总线也可以是一个或多个总线或桥接器或其他用于互连系统组件的通信路径。
根据各种实施方案，像素可包括硅层，形成在硅层中的光电二极管，形成在硅层中的电荷存储区，将光导向到光电二极管上的微透镜；以及插置在微透镜和光电二极管之间的微透镜阵列。微透镜阵列可将穿过微透镜的光导向远离电荷存储区。像素可包括介电层。硅层可被插置在介电层和微透镜阵列之间。像素可包括介电层中的导电路径。由光电二极管响应于入射光而生成的电荷可在导电路径上被读出。微透镜阵列可包括中心微透镜和围绕中心微透镜的外围微透镜。中心微透镜可具有第一直径，并且外围微透镜中的每个可具有小于第一直径的第二直径。形成在微透镜阵列上方的微透镜可具有大于第一直径和第二直径的第三直径。形成在微透镜阵列上方的微透镜可具有第一折射率，并且微透镜阵列中的中心微透镜以及外围微透镜中的每个可具有大于第一折射率的第二折射率。微透镜阵列可以是初级微透镜阵列。像素还可包括在初级微透镜阵列和光电二极管之间的次级微透镜阵列。由光电二极管响应于入射光而生成的电荷能够以全局快门方案读出。像素可包括在微透镜和微透镜阵列之间的平面化层。
根据各种实施方案，像素阵列可包括硅层。阵列中的每个相应像素可包括光电二极管以及形成在硅层中的电荷存储区。像素阵列可包括透镜层。阵列中的每个相应像素可包括透镜层中的单个透镜，该透镜与相应像素中的光电二极管重叠并且将光导向到相应像素中的光电二极管上。像素阵列可包括在硅层和透镜层之间的微透镜层。阵列中的每个相应像素可包括微透镜层中的一组微透镜，该微透镜与相应像素中的单个透镜重叠，并且将光导向远离相应像素中的电荷存储区。阵列中的每个相应像素中的该组微透镜可包括具有第一曲率半径的第一微透镜和具有不同于第一曲率半径的第二曲率半径的第二微透镜。阵列中的每个相应像素中的该组微透镜可包括第三微透镜。每个相应像素中的第一微透镜可以是在每个相应像素中的该组微透镜的中心处的中心微透镜。每个相应像素中的第二微透镜和第三微透镜可以是围绕中心微透镜的外围微透镜。阵列中的每个相应像素中的透镜可具有第一折射率。阵列中的每个相应像素中的第一微透镜和第二微透镜可具有大于第一折射率的第二折射率。微透镜层可以是第一微透镜层。像素阵列可包括在硅层和第一微透镜层之间的第二微透镜层。阵列中的每个相应像素可包括第二微透镜层中的一组微透镜，该组微透镜与相应像素中的第一微透镜层中的一组微透镜重叠。阵列中的每个相应像素可包括比来自第一微透镜层更多的来自第二微透镜层的微透镜。像素阵列可包括一层滤色器元件。阵列中的第一像素可包括透过第一颜色的光的第一滤色器元件，并且阵列中的第二像素可包括透过与第一颜色不同的第二颜色的光的第二滤色器元件。第一像素中的微透镜层中的第一组微透镜可具有第一折射率。第二像素中的微透镜层中的第二组微透镜可具有与第一折射率不同的第二折射率。第一像素中的微透镜层中的第一组微透镜可具有第一直径。第二像素中的微透镜层中的第二组微透镜可具有与第一直径不同的第二直径。
根据各种实施方案，系统可包括中央处理单元、存储器、输入-输出电路、以及包括像素阵列的图像传感器。阵列中的每个像素可包括形成在硅层中的光电二极管，形成在硅层中的电荷存储节点，将光导向到光电二极管上的微透镜，以及在微透镜和硅层之间的一组衍射透镜。该组衍射透镜可将穿过微透镜的光导向到光电二极管并且远离电荷存储节点。图像传感器可以是背照式图像传感器。图像传感器能够以全局快门模式操作。
前述内容仅是对本实用新型原理的示例性说明，因此本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的实质和范围的前提下进行多种修改。上述实施方案可单独实施或以任意组合方式实施。

Claims (11)

1.一种像素，其特征在于，包括：
硅层；
光电二极管，所述光电二极管形成在所述硅层中；
电荷存储区，所述电荷存储区形成在所述硅层中；
微透镜，所述微透镜将光导向到所述光电二极管上；和
微透镜阵列，所述微透镜阵列插置在所述微透镜和所述光电二极管之间，其中所述微透镜阵列将穿过所述微透镜的光导向远离所述电荷存储区。
2.根据权利要求1所述的像素，其中，所述像素还包括：
介电层，其中所述硅层被插置在所述介电层和所述微透镜阵列之间；和
导电路径，所述导电路径在所述介电层中，由所述光电二极管响应于入射光而生成的电荷在所述导电路径上被读出。
3.根据权利要求1所述的像素，其中，所述微透镜阵列包括：
中心微透镜；和
多个外围微透镜，所述多个外围微透镜至少部分地围绕所述中心微透镜，其中所述中心微透镜具有第一直径，其中所述多个外围微透镜中的每个具有小于所述第一直径的第二直径，并且其中所述微透镜具有大于所述第一直径和所述第二直径的第三直径。
4.根据权利要求1所述的像素，其中，所述微透镜阵列包括：
中心微透镜；和
多个外围微透镜，所述多个外围微透镜至少部分地围绕所述中心微透镜，其中所述微透镜具有第一折射率，并且其中所述中心微透镜以及所述多个外围微透镜中的每个具有大于所述第一折射率的第二折射率。
5.根据权利要求1所述的像素，其中，所述微透镜阵列是初级微透镜阵列，所述像素还包括：
次级微透镜阵列，所述次级微透镜阵列插置在所述初级微透镜阵列和所述光电二极管之间。
6.一种像素阵列，其特征在于，包括：
硅层，其中所述像素阵列中的每个相应像素包括光电二极管以及形成在所述硅层中的电荷存储区；
透镜层，其中所述像素阵列中的每个相应像素包括所述透镜层中的单个透镜，所述单个透镜与所述相应像素中的所述光电二极管重叠并且将光导向到所述相应像素中的所述光电二极管上；和
微透镜层，所述微透镜层插置在所述硅层和所述透镜层之间，其中所述像素阵列中的每个相应像素包括所述微透镜层中的多个微透镜，所述多个微透镜与所述相应像素中的所述单个透镜重叠，并且将光导向远离所述相应像素中的所述电荷存储区。
7.根据权利要求6所述的像素阵列，其中，所述像素阵列中的每个相应像素中的所述多个微透镜包括：
第一微透镜，所述第一微透镜具有第一曲率半径；
第二微透镜，所述第二微透镜具有不同于所述第一曲率半径的第二曲率半径；和
第三微透镜，其中每个相应像素中的所述第一微透镜是在每个相应像素中的所述多个微透镜的中心处的中心微透镜，并且其中每个相应像素中的所述第二微透镜和所述第三微透镜是围绕所述中心微透镜的外围微透镜。
8.根据权利要求6所述的像素阵列，其中，所述像素阵列中的每个相应像素中的所述多个微透镜包括：
第一微透镜，所述第一微透镜具有第一曲率半径；和
第二微透镜，所述第二微透镜具有不同于所述第一曲率半径的第二曲率半径，其中所述阵列中的每个相应像素中的所述透镜具有第一折射率，并且其中所述像素阵列中的每个相应像素中的所述第一微透镜和所述第二微透镜具有大于所述第一折射率的第二折射率。
9.根据权利要求6所述的像素阵列，其中，所述微透镜层是第一微透镜层，所述像素阵列还包括：
第二微透镜层，所述第二微透镜层插置在所述硅层和所述第一微透镜层之间，其中所述像素阵列中的每个相应像素包括：
在所述第二微透镜层中的多个微透镜，与所述相应像素中的所述第一微透镜层中的多个微透镜重叠，其中在所述阵列中的每个相应像素中，在所述第二微透镜层中的微透镜多于在所述第一微透镜层中的微透镜。
10.一种成像系统，其特征在于，包括：
中央处理单元；
存储器；
输入-输出电路；和
图像传感器，
所述图像传感器包括像素阵列，所述阵列中的每个像素包括：
光电二极管，所述光电二极管形成在硅层中；
电荷存储节点，所述电荷存储节点形成在所述硅层中；
微透镜，所述微透镜将光导向到所述光电二极管上；和
多个衍射透镜，所述多个衍射透镜插置在所述微透镜和所述硅层之间，其中所述多个衍射透镜将穿过所述微透镜的光导向远离所述电荷存储节点。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述图像传感器是背照式图像传感器并且以全局快门模式操作。
CN201821229814.2U 2017-09-11 2018-08-01 像素、像素阵列以及成像系统 Active CN208538863U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/701,116 US10297629B2 (en) 2017-09-11 2017-09-11 Image sensors with in-pixel lens arrays
US15/701,116 2017-09-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN208538863U true CN208538863U (zh) 2019-02-22

Family

ID=65385995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201821229814.2U Active CN208538863U (zh) 2017-09-11 2018-08-01 像素、像素阵列以及成像系统

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10297629B2 (zh)
CN (1) CN208538863U (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110021618A (zh) * 2019-04-25 2019-07-16 德淮半导体有限公司 一种图像传感器及其制造方法
WO2020227880A1 (zh) * 2019-05-13 2020-11-19 深圳市汇顶科技股份有限公司 像素单元、像素单元的控制方法、图像传感器和终端
CN112652635A (zh) * 2019-10-10 2021-04-13 豪威科技股份有限公司 具有相位检测自动聚焦像素的图像传感器
CN112786629A (zh) * 2019-11-11 2021-05-11 爱思开海力士有限公司 图像传感器
CN113728253A (zh) * 2019-04-15 2021-11-30 佳能株式会社 图像传感器和摄像设备

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10483309B1 (en) 2018-09-07 2019-11-19 Semiductor Components Industries, Llc Image sensors with multipart diffractive lenses
US10924667B2 (en) * 2018-10-04 2021-02-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and image sensing method
FR3094140B1 (fr) 2019-03-22 2022-04-08 Isorg Capteur d'images comprenant un filtre angulaire
US11276721B2 (en) * 2019-06-10 2022-03-15 Gigajot Technology, Inc. CMOS image sensors with per-pixel micro-lens arrays
US11218653B2 (en) * 2019-07-09 2022-01-04 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and circuitry for improving global shutter efficiency in backside illuminated high dynamic range image sensor pixels
KR20210029466A (ko) * 2019-09-06 2021-03-16 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
US20210197506A1 (en) * 2019-12-31 2021-07-01 Semiconductor Components Industries, Llc Microlens device and related methods
FR3107363A1 (fr) * 2020-02-18 2021-08-20 Isorg Structure d'un filtre angulaire sur un capteur CMOS
US20220239840A1 (en) * 2021-01-22 2022-07-28 Omnivision Technologies, Inc. Color cmos image sensor with diffractive microlenses over subpixel photodiode arrays adapted for autofocus
US11869913B2 (en) * 2021-06-01 2024-01-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Pixel array of image sensor and method of manufacturing the same

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4878735A (en) 1988-01-15 1989-11-07 Lookingglass Technology, Inc. Optical imaging system using lenticular tone-plate elements
US5734155A (en) 1995-06-07 1998-03-31 Lsi Logic Corporation Photo-sensitive semiconductor integrated circuit substrate and systems containing the same
US7560295B2 (en) 2003-10-09 2009-07-14 Aptina Imaging Corporation Methods for creating gapless inner microlenses, arrays of microlenses, and imagers having same
DE10352741B4 (de) 2003-11-12 2012-08-16 Austriamicrosystems Ag Strahlungsdetektierendes optoelektronisches Bauelement, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
US7333267B2 (en) * 2003-11-26 2008-02-19 Micron Technology, Inc. Micro-lenses for CMOS imagers
US7372497B2 (en) * 2004-04-28 2008-05-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Effective method to improve sub-micron color filter sensitivity
KR20060077567A (ko) 2004-12-30 2006-07-05 동부일렉트로닉스 주식회사 회절렌즈를 이용한 이미지센서
US7303931B2 (en) * 2005-02-10 2007-12-04 Micron Technology, Inc. Microfeature workpieces having microlenses and methods of forming microlenses on microfeature workpieces
JP4944399B2 (ja) * 2005-07-04 2012-05-30 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP2007155882A (ja) 2005-12-01 2007-06-21 Oki Electric Ind Co Ltd 赤外線回折レンズ
JP4576412B2 (ja) 2007-09-05 2010-11-10 シャープ株式会社 着色マイクロレンズアレイの製造方法、カラー固体撮像素子およびその製造方法、カラー表示装置の製造方法、電子情報機器の製造方法
KR101439434B1 (ko) 2007-10-05 2014-09-12 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US20090160965A1 (en) 2007-12-20 2009-06-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor having a diffractive optics element
JP5329903B2 (ja) * 2008-10-15 2013-10-30 オリンパス株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法
JP5556122B2 (ja) 2009-10-27 2014-07-23 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器
JP2011204797A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
FR2974188A1 (fr) * 2011-04-18 2012-10-19 St Microelectronics Sa Dispositif elementaire d'acquisition ou de restitution d'image
JP2013004635A (ja) * 2011-06-14 2013-01-07 Canon Inc 撮像素子、撮像装置、及び、形成方法
JP2013021168A (ja) * 2011-07-12 2013-01-31 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器
US10015471B2 (en) 2011-08-12 2018-07-03 Semiconductor Components Industries, Llc Asymmetric angular response pixels for single sensor stereo
CN102569328B (zh) 2012-03-16 2015-05-13 上海丽恒光微电子科技有限公司 感光成像装置、半导体器件的制作方法
US10325947B2 (en) 2013-01-17 2019-06-18 Semiconductor Components Industries, Llc Global shutter image sensors with light guide and light shield structures
US9224782B2 (en) 2013-04-19 2015-12-29 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with reference pixels for image flare mitigation
JP6166640B2 (ja) * 2013-10-22 2017-07-19 キヤノン株式会社 固体撮像装置、その製造方法及びカメラ
US9551872B1 (en) 2013-12-30 2017-01-24 Google Inc. Spatially multiplexed lens for head mounted display
KR102263042B1 (ko) * 2014-10-16 2021-06-09 삼성전자주식회사 픽셀, 상기 픽셀을 포함하는 이미지 센서, 및 상기 픽셀을 포함하는 이미지 처리 시스템
KR102363433B1 (ko) * 2015-01-15 2022-02-16 삼성전자주식회사 이미지 센서
US20160269662A1 (en) 2015-03-12 2016-09-15 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with increased stack height for phase detection pixels
US10566365B2 (en) * 2015-05-27 2020-02-18 Visera Technologies Company Limited Image sensor
US10002899B2 (en) 2015-09-16 2018-06-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Microlens for a phase detection auto focus (PDAF) pixel of a composite grid structure
US9711551B2 (en) * 2015-11-09 2017-07-18 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with color filter windows
US10163959B2 (en) 2015-11-16 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor and method for manufacturing the same
US9804441B2 (en) 2015-12-22 2017-10-31 Apple Inc. Electronic device optical sensing system with stray light suppression
US20180026065A1 (en) * 2016-07-21 2018-01-25 Visera Technologies Company Limited Image-sensor structures
US10388686B2 (en) * 2016-11-21 2019-08-20 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Image sensor including one or more microlenses provided within a metallization layer

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113728253A (zh) * 2019-04-15 2021-11-30 佳能株式会社 图像传感器和摄像设备
CN110021618A (zh) * 2019-04-25 2019-07-16 德淮半导体有限公司 一种图像传感器及其制造方法
CN110021618B (zh) * 2019-04-25 2022-04-29 德淮半导体有限公司 一种图像传感器及其制造方法
WO2020227880A1 (zh) * 2019-05-13 2020-11-19 深圳市汇顶科技股份有限公司 像素单元、像素单元的控制方法、图像传感器和终端
CN112652635A (zh) * 2019-10-10 2021-04-13 豪威科技股份有限公司 具有相位检测自动聚焦像素的图像传感器
CN112652635B (zh) * 2019-10-10 2023-09-19 豪威科技股份有限公司 具有相位检测自动聚焦像素的图像传感器
CN112786629A (zh) * 2019-11-11 2021-05-11 爱思开海力士有限公司 图像传感器

Also Published As

Publication number Publication date
US10297629B2 (en) 2019-05-21
US20190081098A1 (en) 2019-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN208538863U (zh) 像素、像素阵列以及成像系统
US10498990B2 (en) Imaging systems with high dynamic range and phase detection pixels
US11720059B2 (en) Method, apparatus and system providing holographic layer as micro-lens and color filter array in an imager
CN210200733U (zh) 图像像素件
CN208797003U (zh) 具有光学黑色像素的图像传感器和像素阵列
US10015416B2 (en) Imaging systems with high dynamic range and phase detection pixels
CN208690261U (zh) 图像传感器
US7522341B2 (en) Sharing of microlenses among pixels in image sensors
US10593712B2 (en) Image sensors with high dynamic range and infrared imaging toroidal pixels
US9883128B2 (en) Imaging systems with high dynamic range and phase detection pixels
US7683407B2 (en) Structure and method for building a light tunnel for use with imaging devices
US6495813B1 (en) Multi-microlens design for semiconductor imaging devices to increase light collection efficiency in the color filter process
US8411375B2 (en) Method and apparatus providing gradient index of refraction lens for image sensors
TWM542901U (zh) 使用光分離的高動態範圍像素
CN211404505U (zh) 图像传感器
US10573678B2 (en) Microlenses for high dynamic range imaging pixels
CN113130522B (zh) 具有部分囊封衰减层的图像传感器
US10165203B2 (en) Per-pixel performance improvement for combined visible and infrared image sensor arrays
CN107492559A (zh) 用于掩埋沟道转移门的设备和方法
CN207731929U (zh) 图像传感器以及成像系统
US8866947B2 (en) Double pass back side image sensor systems and methods
US20210280624A1 (en) Imaging systems with improved microlenses for enhanced near-infrared detection
US20230395626A1 (en) Hybrid image pixels for phase detection auto focus
US20230395627A1 (en) Quad photodiode microlens arrangements, and associated systems and methods

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant