CN218788807U - 图像传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种图像传感器及电子设备，图像传感器包括：多个子像素区，各子像素区的大小及形状均相同且为中心对称图形；其中，多个子像素区构成多个图像像素行，且相邻两个图像像素行交错设置，相邻两行所述图像像素行中包括呈三角边界排布的三个相邻的所述子像素区。本实用新型采用子像素区为三角边界排布的设计方式，减少像素间的隔离区面积，减少隔离区域的浪费，在不牺牲像素性能的同时，可以得到相同的隔离效果，可以加快像素的读出速度，整体提高图像传感器的性能。

Description

图像传感器及电子设备

技术领域

本实用新型涉及图像传感领域，特别是涉及一种图像传感器及电子设备。

背景技术

图像传感器是利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号的功能器件。根据元件的不同，可分为互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(Charged Coupled Device，CCD)图像传感器两种类型，CCD图像传感器与CMOS图像传感器在不同的应用场景下各有优势，可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，但随着CMOS集成电路制造工艺特别是CMOS图像传感器设计及制造工艺的不断发展与提升，CMOS图像传感器已经逐渐取代CCD图像传感器成为主流，CMOS图像传感器相比较具有工业集成度更高、功率更低等优点，且现在人们对CMOS图像传感器的图像品质的输出有了更高的要求。

近年来，在CMOS图像传感器中，随着像素数量的不断增加，例如48MP、64MP、108MP及200MP产品的不断出现，使得像素需要不断的微缩。在像素尺度>1.0um的情况下，传统的四边形排列可以很好的满足图像传感器的性能需求，但是，随着像素尺度逐渐向<0.5um的像素尺度微缩的不断继续，现有的像素排列方式中，各种隔离以及边界效应无法规避，极大地影响了像素的性能，隔离区域的面积占比逐渐增大，无用空间逐渐增多。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

鉴于以上，有必要提供一种图像传感器及电子设备，以解决现有技术中像素尺度不断继续微缩的情况下，常规排列极大地影响了像素性能的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种图像传感器及电子设备，用于解决现有技术中像素尺度不断继续微缩情况下，常规排列极大地影响了像素的性能的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：多个子像素区，各所述子像素区的大小及形状均相同且为中心对称图形；其中，所述多个子像素区构成多个图像像素行，且相邻两个所述图像像素行交错设置，相邻两行所述图像像素行中包括呈三角边界排布的三个相邻的所述子像素区。

可选地，两个所述图像像素行交错的距离等于所述子像素区的沿交错方向上尺寸的二分之一。

可选地，所述多个子像素区包括若干个像素单元，任意两行或者任意三行所述图像像素行中的相邻的四个所述子像素区构成所述像素单元。

可选地，第一图像像素行，所述第一图像像素行包括多个第一子像素区及多个第二子像素区，所述第一子像素区及所述第二子像素区交替间隔排列；与所述第一图像像素行相邻的第二图像像素行，所述第二图像像素行包括多个第三子像素区及多个第四子像素区，所述第三子像素区及所述第四子像素区交替间隔排列；其中，在相邻的所述第一图像像素行和所述第二图像像素行中：选择距离最短的所述第一图像像素行的所述第一子像素区及所述第二子像素区与所述第二图像像素行的所述第三子像素区及所述第四子像素区组成一个所述像素单元。

可选地，所述第一子像素区和第三子像素区分别对应蓝色像素和红色像素中的一种，所述第二子像素区和第四子像素区均对应绿色像素。

可选地，第三图像像素行，所述第三图像像素行包括多个第五子像素区及多个第六子像素区，所述第五子像素区及所述第六子像素区交替间隔排列；与所述第三图像像素行相邻的第四图像像素行，所述第四图像像素行包括多个第七子像素区及多个第八子像素区，所述第七子像素区及所述第八子像素区交替间隔排列；所述第三图像像素行与所述第四图像像素行交替排列，且与所述第四图像像素行相邻的两行所述第三图像像素行中，其中一行的所述第五子像素区与另一行的所述第六子像素区位于同一列；以及，与所述第三图像像素行相邻的两行所述第四图像像素行中，其中一行的所述第七子像素区与另一行的所述第八子像素区位于同一列；其中，在相邻的三行图像像素行中，选择距离最短的第三图像像素行中的一个第五子像素区、第四图像像素行中的相邻的第七子像素区和第八子像素区以及另一行第三图像像素像素行中的一个第六子像素区组成一个所述像素单元；或者，选择距离最短的第四图像像素行中的一个第七子像素区、第三图像像素行中的相邻的第五子像素区和第六子像素区以及另一行第四图像像素行中的一个第八子像素区组成一个所述像素单元。

可选地，所述第五子像素区和第六子像素区分别对应蓝色像素和红色像素中的一种，所述第七子像素区和第八子像素区均对应绿色像素。

可选地，奇数行所述图像像素行与偶数行所述图像像素行交替间隔排布，每一所述图像像素行中各所述子像素区相邻设置且各所述子像素区的中心位于同一水平线上；和/或，所述子像素区形状为正四边形或正六边形；和/或，所述图像传感器还包括微透镜，所述微透镜与所述子像素区一一对应。

可选地，所述图像传感器还包括格栅，所述格栅与相邻子像素区的边界对应。

可选地，所述三角边界排布包括三个角分别呈90°、90°和180°以及120°、120°和120°分布中的至少一种。

可选地，所述子像素区包括光电转换区及传输晶体管，相邻两行图像像素行中任意三个相邻的所述子像素区呈三角边界排布，所述传输晶体管靠近对应的所述三角边界设置于光电转换区的侧边区域和/或角区域。

可选地，当相邻两行图像像素行中相邻四个子像素区构成像素单元时，一个所述像素单元中同一行图像像素行中的两个传输晶体管沿第一方向靠近设置，相邻行图像像素行中的传输晶体管沿第二方向靠近设置，第一方向与第二方向之间具有夹角。

可选地，当所述子像素区为正四边形时，每一所述像素单元还包括复位晶体管、增益控制晶体管、源跟随晶体管以及像素选择晶体管，各晶体管位于对应的所述像素单元的侧部且分布在第一方向上相邻所述像素单元之间。

可选地，所述复位晶体管和所述增益控制晶体管与所述源跟随晶体管和所述像素选择晶体管分别设置于同一像素单元的不同行的图像像素行的侧部且位于对侧；和/或，不同行的所述图像像素行分别具有对应的浮动扩散点，其中，相邻行的所述浮动扩散点之间具有沿第一方向的第一布线，所述源跟随晶体管与靠近的所述浮动扩散点之间具有沿第二方向的第二布线以及与第二布线连接的沿第一方向的第三布线，且所述像素选择晶体管、所述源跟随晶体管自像素单元中心向侧部依次排布。

可选地，每一所述像素单元还包括复位晶体管、源跟随晶体管以及像素选择晶体管，其中，所述复位晶体管、所述源跟随晶体管及所述像素选择晶体管均设置在对应的所述像素单元的侧部且位于两行所述图像像素行之间。

可选地，沿所述第一方向上，所述复位晶体管、所述源跟随晶体管以及所述像素选择晶体管依次排布；和/或，沿所述第二方向上，所述源跟随晶体管与靠近所述图像像素行中的所述子像素区形成的所述三角边界对应。

可选地，当所述子像素区为正四边形时，所述传输晶体管设置在对应光电转换区的角区域；和/或，不同行的所述图像像素行分别具有对应的浮动扩散点，其中，相邻行的所述浮动扩散点之间具有沿第一方向的第一布线，所述源跟随晶体管与靠近的所述浮动扩散点之间具有沿第二方向的第二布线。

可选地，当所述子像素区为正六边形时，所述传输晶体管设置在对应光电转换区的侧边区域；和/或，不同行的所述图像像素行分别具有对应的浮动扩散点，其中，不同行的浮动扩散点与源跟随晶体管之间分别具有沿第二方向的第一布线和第二布线，所述源跟随晶体管与远离的浮动扩散点之间还具有沿第一方向的第三布线，所述第三布线与第一布线和第二布线均电连接并延伸至所述复位晶体管。

本实用新型还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述任意一项所述的图像传感器。如上所述，本实用新型的图像传感器及电子设备，具有以下有益效果：本实用新型的图像传感器采用子像素区基于三角边界排布的设计方式，减少像素间的隔离面积，在不牺牲像素性能的同时，可以诱导加快像素的读出速度，整体提高图像传感器的性能。

附图说明

图1显示为现有技术的四边形像素排列方式的示意图。

图2显示为现有技术的0.8μm尺寸像素的背面深沟槽隔离结构的实际样品显微示意图。

图3显示为现有技术的0.8μm尺寸像素的背面金属格栅结构的实际样品显微示意图。

图4显示为现有技术的四边形像素变形为圆形像素排列方式的示意图。

图5显示为图4的一个像素单元示意图。

图6显示为本实用新型实施例一的像素行排列的示意图。

图7显示为图6的一个像素单元示意图。

图8显示为本实用新型实施例一的正四边形像素变形为圆形像素排列方式的示意图。

图9显示为图4的一个像素单元示意图。

图10显示为本实用新型实施例一中一个示例的像素版图示意图。

图11显示为图10的一个像素单元示意图。

图12显示为本实用新型实施例一中另一个示例的像素版图示意图。

图13显示为图12的一个像素单元示意图。

图14显示为本实用新型实施例二像素行排列的示意图。

图15显示为图14的一个像素单元示意图。

图16显示为本实用新型本实用新型实施例二的像素版图示意图。

图17显示为图16的一个像素单元示意图。

图18显示为本实用新型实施例三的像素行排列的示意图。

图19显示为图18的一个像素单元示意图。

图20显示为图18的另一个像素单元示意图。

元件标号说明

10、50                   第一图像像素行

110、510                 第一子像素区

120、520                 第二子像素区

20、60                   第二图像像素行

210、610                 第三子像素区

220、620                 第四子像素区

30                      第三图像像素行

310                     第五子像素区

320                     第六子像素区

40                      第四像素像素行

410                     第七子像素区

420                     第八子像素区

PD1、PD5                 第一光电转换区

PD2、PD6                 第二光电转换区

PD3、PD7                 第三光电转换区

PD4、PD8                 第四光电转换区

TX1、TX5                 第一传输晶体管

TX2、TX6                 第二传输晶体管

TX3、TX7                 第三传输晶体管

TX4、TX8                 第四传输晶体管

RST1、RST2、RST3          复位晶体管

SF1、SF2、SF3             源跟随晶体管

RS1、RS2、RS3             像素选择晶体管

DCG                     增益控制晶体管

A                       第一方向

B第一方向

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个结构或特征与其他结构或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

请参阅图1至图20。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

图1显示为现有技术中四边形像素排列方式，图2为其0.8μm尺寸像素的背面深沟槽隔离结构BDTI的实际样品显微结构，图3为其0.8μm尺寸像素的背面金属格栅结构BMS的实际样品的显微结构，可以明显看出上述两种情况下对应的像素的隔离区面积变大，出现圆化(rounding)现象，此种情况会极大的影响像素的性能。

为了验证最佳像素排列方式，可以在一个像素单元中将现有技术的隔离区面积大小与本实用新型的隔离区面积大小进行比较。如图4至图5所示，以现有技术中的四边形像素排列方式为例，计算一个像素单元中隔离区面积的大小，为了便于计算，本领域技术人员可以理解的，图4和图5为实际样品的简化结构，可将像素看做半径为R的圆，以图4及图5中正方形虚框内的四个相邻像素作为一个像素单位，计算一个像素单位内除去像素面积的隔离区面积，可直接用正方形虚框的面积减去虚框内像素的面积。所述正方形虚框的面积大约为4×R²，虚框内像素的面积为四个半圆的面积，大约为3.14×R²，隔离区面积大约为0.86×R²。通过图4中可看出在一个8×8的像素组中，像素高度为8×2R。

本实用新型提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：多个子像素区，各所述子像素区的大小及形状均相同且为中心对称图形；其中，所述多个子像素区构成多个图像像素行，且相邻两个所述图像像素行交错设置，相邻两行所述图像像素行中包括呈三角边界排布的三个相邻的所述子像素区，其中，三个相邻的子像素区来自于两个图像像素行，即每行均提供构成三角边界排布的子像素区，数量可以实际选定。需要说明的，各所述子像素区的大小及形状均相同且为中心对称图形可以理解为子像素区的边界的大小和形状，就涉及的区域而言，后续在具体示例中进一步介绍。另外，三角边界排布可以理解为三个子像素区形成公共点处周围以三个角的形式排布，例如，可以三个角分别呈90°、90°和180°或120°、120°和120°分布，当然也可以是其他三个角分布。在一示例中，两个所述图像像素行交错的距离等于所述子像素区的沿交错方向上尺寸的二分之一，可以形成所述三角边界排布。换句话说，某一行某个子像素区的中心位置与上下两行的某两个子像素区的边界在竖直方向上共线。从而基于上述设计，可以有利于形成均一稳定的三角边界排布，有利于整体图像的设计及性能提升。当然，本领域技术人员可以理解的是可以在上述尺寸设置上存在一定浮动，还可以依据实际需求设计其他的尺寸比例关系，也可以实现三角边界的排布。

本实用新型采用子像素区为三角边界排布的设计方式，减少像素间的隔离区面积，减少隔离区域的浪费，在不牺牲像素性能的同时，可以得到相同的隔离效果，可以加快像素的读出速度，整体提高图像传感器的性能。

实施例一

如图6至图7所示，本实施例提供一种图像传感器，所述图像传感器包括多个子像素区，各所述子像素区的大小及形状均相同且为中心对称图形；其中，所述多个子像素区构成多个图像像素行，且相邻两个所述图像像素行交错设置，两个所述图像像素行交错的距离等于所述子像素区的沿交错方向上尺寸的二分之一。所述多个子像素区包括若干个像素单元，任意两行所述图像像素行中的相邻的四个所述子像素区构成所述像素单元。

具体的，本实施例中，所述多个图像像素行包括：第一图像像素行10，所述第一图像像素行10包括多个第一子像素区110及多个第二子像素区120，所述第一子像素区110及所述第二子像素区120交替间隔排列；与所述第一图像像素行10相邻的第二图像像素行20，所述第二图像像素行20包括多个第三子像素区210及多个第四子像素区220，所述第三子像素区210及所述第四子像素区220交替间隔排列；其中，在相邻的所述第一图像像素行10和所述第二图像像素行20中：选择距离最短的所述第一图像像素行10的所述第一子像素区110及所述第二子像素区120与所述第二图像像素行20的所述第三子像素区210及所述第四子像素区220组成一个所述像素单元(如图7所示)。

这里需要说明的是，距离最短的所述第一图像像素行10的所述第一子像素区110及所述第二子像素区120与所述第二图像像素行20的所述第三子像素区210及所述第四子像素区220所组成的所述像素单元，指的是相邻的所述第一子像素区110、所述第二子像素区120、所述第三子像素区210及所述第四子像素区220中的任意三个子像素区均为面面接触，此时，四个子像素区的距离最短。此外，并没有对所有图像像素行进行描述，其余的图像像素行只需要按照图6规则重复即可，在此不再赘述。

进一步示例中，所述第一像素行10与所述第二图像像素行20交替间隔排布，也即所有奇数行的所述图像像素行与所有偶数行的所述图像像素行交替间隔排布，所述第一像素行10中所述第一子像素区110与所述第二子像素区120相邻设置，且所述第一子像素区110与所述第二子像素区120的中心位于同一水平线上，所述第二像素行20中所述第三子像素区210与所述第四子像素区220相邻设置，且所述第三子像素区210与所述第四子像素区220的中心位于同一水平线上，所述第一子像素区110、所述第二子像素区120、所述第三子像素区210及所述第四子像素区220的形状均为正四边形。基于上述设计，有利于在实际形成的产品中有效的节省隔离空间，例如，可以节约背面深沟槽隔离结构或遮光格栅结构处面积。

在一可选示例中，所述图像传感器还包括微透镜，所述微透镜分别与所述第一子像素区110、所述第二子像素区120、所述第三子像素区210及所述第四子像素区220一一对应，该示例中，基于本实用新型的设计，还可以进一步减少形成的微透镜ML间的空间浪费。在另一可选示例中，所述图像传感器还包括格栅，所述格栅与相邻子像素区的边界对应，其中，格栅朝向入射光设置，可以遮挡入射光以防止其在相邻的子像素区之间串扰，改善光学串扰，格栅与相邻子像素区的边界对应，可以是与像素之间的隔离结构如背面深沟槽隔离结构对应设置，对应设置在相邻子像素区之间并位于微透镜下方，从而基于本实用新型的设计可以有利于在实际形成的产品中有效的节省格栅结构处面积。当然，格栅可以采用现有任意结构设计。

在一示例中，所述第一子像素区110对应蓝色像素，所述第三子像素区210红色像素，所述第二子像素区120和所述第四子像素区220均对应绿色像素；或者，所述第一子像素区110对应红色像素，所述第三子像素区210蓝色像素，所述第二子像素区120和所述第四子像素区220也均对应绿色像素。具体子像素区颜色的选择可根据实际需要进行设置，在此不做限制，但在所述多个子像素区包括的若干个像素单元中子像素区颜色的选择对应保持一致。

如图8及图9所示，为计算本实施例中一个像素单元中隔离区面积的大小，本领域技术人员可以理解的，图8和图9为实际样品的简化结构，可将正四边形像素区看做半径为R的圆，以图8及图9中平行四边形虚框内的四个相邻像素作为一个像素单位，计算一个像素单位内除去像素区面积的隔离区面积，可直接用平行四边形虚框的面积减去虚框内像素区的面积，为了便于计算，可将平行四边形分为两个相等的三角形，三角形虚框的面积大约为1.73×R2，三角形虚框内像素区的面积为三个扇形的面积，大约为1.57×R2，三角形虚框内的隔离区面积大约为0.16×R2，平行四边形虚框内的隔离区面积大约为0.32×R2。通过图8中可以计算出在一个8×8的像素组中，像素顶部高度压缩至6.92×2R。

由上可知，在相同数量的像素数，通过本实施例的三角边界排列方式，减小像素间的隔离区域面积，可以将相同数量的像素数安置于更小的面积内，以应对像素的微缩情况，有利于在不牺牲像素性能的同时，诱导加快像素读出的速度。基于本实用新型设计可以在不牺牲像素性能的情况下，得到相同的隔离效果，可以基于本实用新型设计减少隔离区浪费，提高像素数量。另外，还可以基于本实用新型的设计改善像素阵列整体高度，可以提高利于提高信号读取速度。

如图10至图11所示，在一个实施例中，所述子像素区形状为正四边形，例如，所述第一子像素区110、所述第二子像素区120、所述第三子像素区210及所述第四子像素区220均为正四边形，如图10中线条轮廓所示。所述第一子像素区110包括第一光电转换区PD1及第一传输晶体管TX1，所述第二子像素区120包括第二光电转换区PD2及第二传输晶体管TX2，所述第三子像素区210包括第三光电转换区PD3及第三传输晶体管TX3，所述第四子像素区220包括第四光电转换区PD4及第四传输晶体管TX4。相邻两行图像像素行中的所述第一子像素区110、所述第二子像素区120、所述第三子像素区210及所述第四子像素区220，任意三个相邻的所述子像素区呈三角边界排布，面面接触，所述三角边界排布形成三个角分别呈90°、90°和180°的排布。在一可选示例中，所述第一传输晶体管TX1、所述第二传输晶体管TX2、所述第三传输晶体管TX3及所述第四传输晶体管TX4均靠近对应的所述三角边界设置于各自对应的光电转换区的角区域。

以本实施例的一个像素单元为例，如图11所示，同一行图像像素行中的所述第一传输晶体管TX1及所述第二传输晶体管TX2沿第一方向A靠近设置，同一行图像像素行中的所述第三传输晶体管TX3及所述第四传输晶体管TX4沿第一方向A靠近设置，相邻行图像像素行中的所述第一传输晶体管TX1和所述第二传输晶体管TX2构成的靠近的组合以及所述第四传输晶体管TX4和所述第三传输晶体管TX3构成的靠近的组合沿第二方向B靠近设置，第一方向A与第二方向B之间具有夹角，本实施例中的夹角为90°。基于上述设计，可以有利于实现一个像素单元中信号的传输以及晶体管器件的布线设计，利于提高图像质量。

在本实施例的一个示例中，如图11所示，所述像素单元还包括复位晶体管RST1、增益控制晶体管DCG、源跟随晶体管SF1以及像素选择晶体管RS1。所述复位晶体管RST1和所述增益控制晶体管DCG构成的组合与所述源跟随晶体管SF1和所述像素选择晶体管RS1构成的组合分别设置于所述像素单元的不同行的图像像素行的侧部且位于对侧。有利于像素电路中各个晶体管器件的布线设计及噪声的降低。在进一步可选示例中，所述像素选择晶体管RS1、所述源跟随晶体管SF1自像素单元中部向侧部依次排布，如图11中二者的排布所示，从而有利于基于源跟随晶体管SF1的排布设计进一步减少噪声。其中，需要说明的是，本实施例中可以理解为子像素区之间基于轮廓线相邻设置，如像素版图附图中所示，子像素区的晶体管器件位于位于图像像素行侧部或者位于相邻图像像素行之间等描述可以理解为位于子像素区的轮廓线并自轮廓线向周围子像素区延伸的区间，后续以此类推不再赘述。

在一示例中，不同行的所述图像像素行分别具有对应的浮动扩散点，进一步，相邻行的所述浮动扩散点之间具有沿第一方向A的第一布线L1，所述源跟随晶体管SF1与靠近的所述浮动扩散点之间具有沿第二方向B的第二布线L2以及与第二布线L2连接的沿第一方向A的第三布线L3。上述布线设计，可以改善寄生电容并有利于基于像素电路的信号传输。

在本实施例的另一示例中，如图12及图13所示，组成像素单元的所述第一子像素区110、所述第二子像素区120、所述第三子像素区210及所述第四子像素区220也均为正四边形。每一所述像素单元还包括复位晶体管RST2、源跟随晶体管SF2以及像素选择晶体管RS2，其中，所述复位晶体管RST2、所述源跟随晶体管SF2及所述像素选择晶体管RS2均设置在对应的所述像素单元的侧部且位于两行所述图像像素行之间。

在一示例中，沿所述第一方向A上，所述复位晶体管RST2、所述源跟随晶体管SF2以及所述像素选择晶体管RS2依次排布，沿所述第二方向B上，所述源跟随晶体管SF2与靠近所述图像像素行中的所述子像素区形成的所述三角边界对应连接，即该示例中，所述源跟随晶体管SF2与传输晶体管TX3所对应的浮动扩散点之间基于布线实现电连接。

在本实施例的像素单元中，不同行的所述图像像素行分别具有对应的浮动扩散点，其中，相邻行的所述浮动扩散点之间具有沿第一方向A的第一布线L1，所述源跟随晶体管SF2与靠近的所述浮动扩散点之间具有沿第二方向B的第二布线L2。上述布线设计，在对应的像素区晶体管的布局下，可以改善寄生电容并有利于基于像素电路的信号传输。

本实施例还提供一种图像传感器的制备方法，可以制备上述任意一项所述的图像传感器，所述制备方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底中形成与相邻的所述子像素区的边界对应的像素间隔离区；以及，对应各所述子像素区制备各晶体管器件及对应的互连布线层。其中，所述半导体衬底可以为本领域常用的任意制备图像传感器的衬底，如硅衬底、绝缘体上硅衬底或者锗硅衬底等。另外，所述像素间隔离区可以认为与所述子像素区之间的边界轮廓线对应，可以参见图10和图12所示，可以包括离子掺杂隔离方式形成的结构，也可以包括背面形成深沟槽隔离结构BDTI，依据实际的像素设计选定。在一示例中，当存在背面金属格栅BMS时，格栅与像素间隔离区对应设计，可以依据实际需求设计二者对应区域的面积以及对应的比例，如格栅与部分像素间隔离区对应设置。此外，各子像素区的晶体管器件，如传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管等均可采用现有工艺制备，同时，包括金属布线以及层间介质层的互连布线结构也可基于本发明的布线设计采用现有工艺制备。需要说明的，本领域技术人员可以依据实际调整上述图像传感器制备步骤顺序以及添加其他步骤。

本实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。所述电子设备包括图像传感器，该图像传感器的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。当然，本实施例中的电子设备可以是车载图像设备、监控设备、机器视觉、无人机、手机以及摄像机等。

实施例二

如图14至图15所示，本实施例提供一种图像传感器，所述图像传感器包括多个子像素区，各所述子像素区的大小及形状均相同且为中心对称图形；其中，所述多个子像素区构成多个图像像素行，且相邻两个所述图像像素行交错设置，两个所述图像像素行交错的距离等于所述子像素区的沿交错方向上尺寸的二分之一。所述多个子像素区包括若干个像素单元，任意两行所述图像像素行中的相邻的四个所述子像素区构成所述像素单元。

具体的，本实施例中，如图14所示，所述多个图像像素行包括：第一图像像素行50，所述第一图像像素行50包括多个第一子像素区510及多个第二子像素区520，所述第一子像素区510及所述第二子像素区520交替间隔排列；与所述第一图像像素行50相邻的第二图像像素行60，所述第二图像像素行60包括多个第三子像素区610及多个第四子像素区620，所述第三子像素区610及所述第四子像素区620交替间隔排列；其中，在相邻的所述第一图像像素行50和所述第二图像像素行60中：选择距离最短的所述第一图像像素行50的所述第一子像素区510及所述第二子像素区520与所述第二图像像素行60的所述第三子像素区610及所述第四子像素区620组成一个所述像素单元(如图15所示)。

这里需要说明的是，距离最短的所述第一图像像素行50的所述第一子像素区510及所述第二子像素区520与所述第二图像像素行60的所述第三子像素区610及所述第四子像素区620所组成的所述像素单元，指的是所述第一子像素区510、所述第二子像素区520、所述第三子像素区610及所述第四子像素区620中的任意三个子像素区均为面面接触，此时，四个子像素区的距离最短。此外，并没有对所有图像像素行进行描述，其余的图像像素行只需要按照图14规则重复即可，在此不再赘述。

进一步示例中，所述第一像素行50与所述第二图像像素行60交替间隔排布，也即所有奇数行的所述图像像素行与所有偶数行的所述图像像素行交替间隔排布，所述第一像素行50中所述第一子像素区510与所述第二子像素区520相邻设置，且所述第一子像素区510与所述第二子像素区520的中心位于同一水平线上，所述第二像素行60中所述第三子像素区610与所述第四子像素区620相邻设置，且所述第三子像素区610与所述第四子像素区620的中心位于同一水平线上，所述第一子像素区510、所述第二子像素区520、所述第三子像素区610及所述第四子像素区620的形状均为正六边形。基于上述设计，有利于在实际形成的产品中有效的节省隔离空间，例如，可以节约背面深沟槽隔离结构或遮光格栅结构处面积。另外，还可以基于本实用新型的设计改善像素阵列整体高度，可以提高利于提高信号读取速度。

在一可选示例中，所述图像传感器还包括微透镜，所述微透镜分别与所述第一子像素区510、所述第二子像素区520、所述第三子像素区610及所述第四子像素区620一一对应，该示例中，基于本实用新型的设计，还可以进一步减少形成的微透镜ML间的空间浪费。在另一可选示例中，所述图像传感器还包括格栅，所述格栅与相邻子像素区的边界对应，其中，格栅朝向入射光设置，可以遮挡入射光以防止其在相邻的子像素区之间串扰，改善光学串扰，格栅与相邻子像素区的边界对应，可以是与像素之间的隔离结构如背面深沟槽隔离结构对应设置，对应设置在相邻子像素区之间并位于微透镜下方，从而基于本实用新型的设计可以有利于在实际形成的产品中有效的节省格栅结构处面积。当然，格栅可以采用现有任意结构设计。

在一示例中，所述第一子像素区510对应蓝色像素，所述第三子像素区610红色像素，所述第二子像素区520和所述第四子像素区620均对应绿色像素；或者，所述第一子像素区510对应红色像素，所述第三子像素区610蓝色像素，所述第二子像素区520和所述第四子像素区620也均对应绿色像素。具体子像素区颜色的选择可根据实际需要进行设置，在此不做限制，但在所述多个子像素区包括的若干个像素单元中子像素区颜色的选择对应保持一致。

本实施例中一个像素单元中隔离区面积的大小，与实施例一中相同，也是可将正六边形像素区看做半径为R的圆，计算方式相同，在此不再赘述。

如图16及图17所示，在一个实施例中，所述子像素区形状为正六边形，例如，所述第一子像素区510、所述第二子像素区520、所述第三子像素区610及所述第四子像素区620均为正六边形，如图16中线条轮廓所示。所述第一子像素区510包括第一光电转换区PD5及第一传输晶体管TX5，所述第二子像素区520包括第二光电转换区PD6及第二传输晶体管TX6，所述第三子像素区610包括第三光电转换区PD7及第三传输晶体管TX7，所述第四子像素区620包括第四光电转换区PD8及第四传输晶体管TX8。相邻两行图像像素行中的所述第一子像素区510、所述第二子像素区520、所述第三子像素区610及所述第四子像素区620，任意三个相邻的所述子像素区呈三角边界排布，面面接触，所述三角边界排布形成三个角分别呈120°、120°和120°的排布。在一可选示例中，所述第一传输晶体管TX5、所述第二传输晶体管TX6、所述第三传输晶体管TX7及所述第四传输晶体管TX8均靠近对应的所述三角边界设置于各自对应的光电转换区的侧边区域。

以本实施例的一个像素单元为例，如图17所示，同一行图像像素行中的所述第一传输晶体管TX5及所述第二传输晶体管TX6沿第一方向A靠近设置，同一行图像像素行中的所述第三传输晶体管TX7及所述第四传输晶体管TX8沿第一方向A靠近设置，相邻行图像像素行中的所述第一传输晶体管TX5和所述第二传输晶体管TX6构成的靠近的组合以及相邻行图像像素行的所述第四传输晶体管TX8和所述第三传输晶体管TX7构成的靠近的组合沿第二方向B靠近设置，第一方向A与第二方向B之间具有夹角，本实施例中的夹角为90°，可以有利于实现一个像素单元中信号的传输以及晶体管器件的布线设计，利于提高图像质量。

如图17所示，每一所述像素单元还包括复位晶体管RST3、源跟随晶体管SF3以及像素选择晶体管RS3，其中，所述复位晶体管RST3、所述源跟随晶体管SF3及所述像素选择晶体管RS3均设置在对应的所述像素单元的侧部且位于两行所述图像像素行之间。

在一示例中，沿所述第一方向A上，所述复位晶体管RST3、所述源跟随晶体管SF3以及所述像素选择晶体管RS3依次排布，沿所述第二方向B上，所述源跟随晶体管SF3与靠近所述图像像素行中的所述子像素区形成的所述三角边界对应连接，即该示例中，所述源跟随晶体管SF2与传输晶体管TX3所对应的浮动扩散点之间基于布线实现电连接。

在本实施例的像素单元中，不同行的所述图像像素行分别具有对应的浮动扩散点，其中，不同行的浮动扩散点与源跟随晶体管之间分别具有沿第二方向B的第一布线L1和第二布线L2，所述源跟随晶体管SF3与远离的浮动扩散点之间还具有沿第一方向A的第三布线L3，所述第三布线L3与第一布线L1和第二布线L2均电连接并延伸至所述复位晶体管RST3。在对应像素区晶体管的布局下，上述布线有利于改善寄生电容并利于基于像素电路的信号传输。

本实施例还提供一种图像传感器的制备方法，可以制备上述任意一项所述的图像传感器，所述制备方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底中形成与相邻的所述子像素区的边界对应的像素间隔离区；以及，对应各所述子像素区制备各晶体管器件及对应的互连布线层。其中，所述半导体衬底可以为本领域常用的任意制备图像传感器的衬底，如硅衬底、绝缘体上硅衬底或者锗硅衬底等。另外，所述像素间隔离区可以认为与所述子像素区之间的边界轮廓线对应，可以参见图16所示，可以包括离子掺杂隔离方式形成的结构，也可以包括背面形成深沟槽隔离结构BDTI，依据实际的像素设计选定。在一示例中，当存在背面金属格栅BMS时，格栅与像素间隔离区对应设计，可以依据实际需求设计二者对应区域的面积以及对应的比例，如格栅与部分像素间隔离区对应设置。此外，各子像素区的晶体管器件，如传输晶体管、复位晶体管、源跟随晶体管等均可采用现有工艺制备，同时，包括金属布线以及层间介质层的互连布线结构也可基于本发明的布线设计采用现有工艺制备。需要说明的，本领域技术人员可以依据实际调整上述图像传感器制备步骤顺序以及添加其他步骤。

本实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。所述电子设备包括图像传感器，该图像传感器的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。当然，本实施例中的电子设备可以是车载图像设备、监控设备、机器视觉、无人机、手机以及摄像机等。

实施例三

如图18至图20所示，本实施例提供一种图像传感器，所述图像传感器包括多个子像素区，各所述子像素区的大小及形状均相同且为中心对称图形；其中，所述多个子像素区构成多个图像像素行，且相邻两个所述图像像素行交错设置，两个所述图像像素行交错的距离等于所述子像素区的沿交错方向上尺寸的二分之一。所述多个子像素区包括若干个像素单元，任意三行所述图像像素行中的相邻的四个所述子像素区构成所述像素单元。

具体的，本实施例中，如图18所示，所述多个图像像素行包括：第三图像像素行30，所述第三图像像素行30包括多个第五子像素区310及多个第六子像素区320，所述第五子像素区310及所述第六子像素区320交替间隔排列；与所述第三图像像素行30相邻的第四图像像素行40，所述第四图像像素行40包括多个第七子像素区410及多个第八子像素区420，所述第七子像素区410及所述第八子像素区420交替间隔排列；所述第三图像像素行30与所述第四图像像素行40交替排列，且与所述第四图像像素行40相邻的两行所述第三图像像素行30中，其中一行的所述第五子像素区310与另一行的所述第六子像素区320位于同一列；以及，与所述第三图像像素行30相邻的两行所述第四图像像素行40中，其中一行的所述第七子像素区410与另一行的所述第八子像素区420位于同一列；其中，在相邻的三行图像像素行30中，选择距离最短的第三图像像素行30中的一个第五子像素区310、第四图像像素行40中的相邻的第七子像素区410和第八子像素区420以及另一行第三图像像素像素行30中的一个第六子像素区320组成一个所述像素单元(如图19所示)；或者，选择距离最短的第四图像像素行40中的一个第七子像素区410、第三图像像素行中30的相邻的第五子像素区310和第六子像素区320以及另一行第四图像像素行40中的一个第八子像素区420组成一个所述像素单元(如图20所示)。

这里需要说明的是，距离最短的第三图像像素行30中的一个第五子像素区310、第四图像像素行40中的相邻的第七子像素区410和第八子像素区420以及另一行第三图像像素像素行30中的一个第六子像素区310组成一个所述像素单元，或者，距离最短的第四图像像素行40中的一个第七子像素区410、第三图像像素行中30的相邻的第五子像素区310和第六子像素区320以及另一行第四图像像素行40中的一个第八子像素区420组成一个所述像素单元，指的是所述第五子像素区310、所述第六子像素区320、所述第七子像素区410及所述第八子像素区420中的任意三个子像素区均为面面接触，此时，四个子像素区的距离最短。此外，并没有对所有图像像素行进行描述，其余的图像像素行只需哟按照图18规则重复即可，在此不再赘述。

所述第三像素行30与所述第四图像像素行40交替间隔排布，也即所有奇数行的所述图像像素行与所有偶数行的所述图像像素行交替间隔排布，所述第三像素行30中所述第五子像素区310与所述第四子像素区320相邻设置，且所述第五子像素区310与所述第六子像素区320的中心位于同一水平线上，所述第四像素行40中所述第七子像素区410与所述第八子像素区420相邻设置，且所述第七子像素区410与所述第八子像素区420的中心位于同一水平线上，所述第五子像素区310、所述第六子像素区320、所述第七子像素区410及所述第八子像素区420的形状均为正六边形。基于上述设计，有利于在实际形成的产品中有效的节省隔离空间，例如，可以节约背面深沟槽隔离结构或遮光格栅结构处面积。另外，还可以基于本实用新型的设计改善像素阵列整体高度，可以提高利于提高信号读取速度。

在一可选示例中，所述图像传感器还包括微透镜，所述微透镜分别与所述第五子像素区310、所述第六子像素区320、所述第七子像素区410及所述第八子像素区420一一对应，该示例中，基于本实用新型的设计，还可以进一步减少形成的微透镜ML间的空间浪费。在另一可选示例中，所述图像传感器还包括格栅，所述格栅与相邻子像素区的边界对应，其中，格栅朝向入射光设置，可以遮挡入射光以防止其在相邻的子像素区之间串扰，改善光学串扰，格栅与相邻子像素区的边界对应，可以是与像素之间的隔离结构如背面深沟槽隔离结构对应设置，对应设置在相邻子像素区之间并位于微透镜下方，从而基于本实用新型的设计可以有利于在实际形成的产品中有效的节省格栅结构处面积。当然，格栅可以采用现有任意结构设计。

在一示例中，所述第五子像素区310对应蓝色像素，所述第六子像素区320对应红色像素，所述第七子像素区410和所述第八子像素区420均对应绿色像素；或者，所述第五子像素区310对应红色像素，所述第六子像素区320对应蓝色像素，所述第七子像素区410和所述第八子像素区420也均对应绿色像素。具体子像素区颜色的选择可根据实际需要进行设置，在此不做限制，但在所述多个子像素区包括的若干个像素单元中子像素区颜色的对应一致。

本实施例中一个像素单元中隔离区面积的大小，与实施例二中相同，也是可将正六边形像素区看做半径为R的圆，计算方式相同，在此不再赘述。

本实施例还提供一种图像传感器的制备方法，可以制备上述任意一项所述的图像传感器，所述制备方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底中形成与相邻的所述子像素区的边界对应的像素间隔离区；以及，对应各所述子像素区制备各晶体管器件及对应的互连布线层。其中，本实施例中的器件制备方法可以参见实施例二所述，仅当结构变化时基于现有工艺进行对应的适应性调整即可，在此不再赘述。

本实施例还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。所述电子设备包括图像传感器，该图像传感器的具体结构参照上述实施例，由于本电子设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。当然，本实施例中的电子设备可以是车载图像设备、监控设备、机器视觉、无人机、手机以及摄像机等。

综上所述，本实用新型提供一种图像传感器及电子设备，所述图像传感器包括：多个子像素区，各所述子像素区的大小及形状均相同且为中心对称图形；其中，所述多个子像素区构成多个图像像素行，且相邻两个所述图像像素行交错设置，相邻两行所述图像像素行中包括呈三角边界排布的三个相邻的所述子像素区。本实用新型采用子像素区为三角边界排布的设计方式，减少像素间的隔离区面积，在不牺牲像素性能的同时，可以诱导加快像素的读出速度，整体提高图像传感器的性能。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：

多个子像素区，各所述子像素区的大小及形状均相同且为中心对称图形；

其中，所述多个子像素区构成多个图像像素行，且相邻两个所述图像像素行交错设置，相邻两行所述图像像素行中包括呈三角边界排布的三个相邻的所述子像素区。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述多个子像素区包括若干个像素单元，任意两行或者任意三行所述图像像素行中的相邻的四个所述子像素区构成所述像素单元；和/或，两个所述图像像素行交错的距离等于子像素区的沿交错方向上尺寸的二分之一。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述多个图像像素行包括：

第一图像像素行，所述第一图像像素行包括多个第一子像素区及多个第二子像素区，所述第一子像素区及所述第二子像素区交替间隔排列；

与所述第一图像像素行相邻的第二图像像素行，所述第二图像像素行包括多个第三子像素区及多个第四子像素区，所述第三子像素区及所述第四子像素区交替间隔排列；

其中，在相邻的所述第一图像像素行和所述第二图像像素行中：

选择距离最短的所述第一图像像素行的所述第一子像素区及所述第二子像素区与所述第二图像像素行的所述第三子像素区及所述第四子像素区组成一个所述像素单元。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于：所述第一子像素区和第三子像素区分别对应蓝色像素和红色像素中的一种，所述第二子像素区和第四子像素区均对应绿色像素。

5.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述多个图像像素行包括：

第三图像像素行，所述第三图像像素行包括多个第五子像素区及多个第六子像素区，所述第五子像素区及所述第六子像素区交替间隔排列；

与所述第三图像像素行相邻的第四图像像素行，所述第四图像像素行包括多个第七子像素区及多个第八子像素区，所述第七子像素区及所述第八子像素区交替间隔排列；

所述第三图像像素行与所述第四图像像素行交替排列，且与所述第四图像像素行相邻的两行所述第三图像像素行中，其中一行的所述第五子像素区与另一行的所述第六子像素区位于同一列；以及，与所述第三图像像素行相邻的两行所述第四图像像素行中，其中一行的所述第七子像素区与另一行的所述第八子像素区位于同一列；

其中，在相邻的三行图像像素行中，选择距离最短的第三图像像素行中的一个第五子像素区、第四图像像素行中的相邻的第七子像素区和第八子像素区以及另一行第三图像像素像素行中的一个第六子像素区组成一个所述像素单元；或者，选择距离最短的第四图像像素行中的一个第七子像素区、第三图像像素行中的相邻的第五子像素区和第六子像素区以及另一行第四图像像素行中的一个第八子像素区组成一个所述像素单元。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于：所述第五子像素区和第六子像素区分别对应蓝色像素和红色像素中的一种，所述第七子像素区和第八子像素区均对应绿色像素。

7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：奇数行所述图像像素行与偶数行所述图像像素行交替间隔排布，每一所述图像像素行中各所述子像素区相邻设置且各所述子像素区的中心位于同一水平线上；和/或，所述子像素区形状为正四边形或正六边形；和/或，所述图像传感器还包括微透镜，所述微透镜与所述子像素区一一对应；和/或，所述图像传感器还包括格栅，所述格栅与相邻子像素区的边界对应；和/或，所述三角边界排布包括三个角分别呈90°、90°和180°以及120°、120°和120°分布中的至少一种。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的图像传感器，其特征在于：所述子像素区包括光电转换区及传输晶体管，相邻两行图像像素行中任意三个相邻的所述子像素区呈所述三角边界排布，所述传输晶体管靠近对应的三角边界设置于光电转换区的侧边区域和/或角区域。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于：相邻两行图像像素行中相邻四个子像素区构成像素单元时，像素单元中同行图像像素行的两个传输晶体管沿第一方向靠近设置，相邻行图像像素行的传输晶体管沿第二方向靠近设置，第一方向与第二方向间具有夹角。

10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于：当所述子像素区为正四边形时，每一所述像素单元还包括复位晶体管、增益控制晶体管、源跟随晶体管以及像素选择晶体管，各晶体管位于对应的所述像素单元的侧部且分布在第一方向上相邻所述像素单元之间。

11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于：所述复位晶体管和所述增益控制晶体管与所述源跟随晶体管和所述像素选择晶体管分别设置于同一像素单元的不同行的图像像素行的侧部且位于对侧；和/或，不同行的所述图像像素行分别具有对应的浮动扩散点，所述浮动扩散点与所述三角边界对应，其中，不同的所述浮动扩散点之间具有沿第一方向的第一布线，所述源跟随晶体管与靠近的所述浮动扩散点之间具有沿第二方向的第二布线以及与第二布线连接的沿第一方向的第三布线，且所述像素选择晶体管、所述源跟随晶体管自像素单元的中部向侧部依次排布。

12.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于：每一所述像素单元还包括复位晶体管、源跟随晶体管以及像素选择晶体管，其中，所述复位晶体管、所述源跟随晶体管及所述像素选择晶体管均设置在对应的所述像素单元的侧部且位于两行所述图像像素行之间。

13.根据权利要求12所述的图像传感器，其特征在于：沿所述第一方向上，所述复位晶体管、所述源跟随晶体管以及所述像素选择晶体管依次排布；和/或，沿所述第二方向上，所述源跟随晶体管与靠近的所述图像像素行中的所述子像素区形成的所述三角边界对应连接。

14.根据权利要求13所述的图像传感器，其特征在于：当所述子像素区为正四边形时，所述传输晶体管设置在对应光电转换区的角区域；和/或，不同行的所述图像像素行分别具有对应的浮动扩散点，所述浮动扩散点与所述三角边界对应，其中，相邻行的所述浮动扩散点之间具有沿第一方向的第一布线，所述源跟随晶体管与靠近的所述浮动扩散点之间具有沿第二方向的第二布线。

15.根据权利要求13所述的图像传感器，其特征在于：当所述子像素区为正六边形时，所述传输晶体管设置在对应光电转换区的侧边区域；和/或，不同行的所述图像像素行分别具有对应的浮动扩散点，所述浮动扩散点与所述三角边界对应，其中，不同行的浮动扩散点与源跟随晶体管之间分别具有沿第二方向的第一布线和第二布线，所述源跟随晶体管与远离的浮动扩散点之间还具有沿第一方向的第三布线，所述第三布线与第一布线和第二布线均电连接并延伸至所述复位晶体管。

16.一种电子设备，其特征在于：包括如权利要求1-15中任意一项所述的图像传感器。

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