DE202016008547U1 - Pixel mit hohem Dynamikbereich unter Verwendung von Lichttrennung - Google Patents

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Abstract

Bildpixel (22), umfassend:ein inneres Sub-Pixel (1002), das eine erste Lichtempfindlichkeit zeigt; undeine äußere Sub-Pixelgruppe (1104), die zumindest ein Sub-Pixel umfasst und die eine zweite Lichtempfindlichkeit zeigt, die größer ist als die erste Lichtempfindlichkeit, wobei das innere Sub-Pixel (1002) innerhalb der äußeren Sub-Pixelgruppe (1004) eingebettet ist.

Description

  • Querverweise auf verwandte Anmeldung(en)
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S. Anmeldung Nr. 62/219985 , eingereicht am 17. September 2015, mit dem Titel „Methods, Devices, and Apparatus for a Pixel“, erfunden von Marko Mlinar, Ulrich Boettiger und Richard Mauritzson. Diese Anmeldung beansprucht auch die Priorität der vorläufigen U.S. Anmeldung Nr. 62/268623 , eingereicht am 17. Dezember 2015, mit dem Titel „High Dynamic Range Pixel Using Light Separation“, erfunden von Marko Mlinar, Ulrich Boettiger und Richard Mauritzson. Beide vorläufige Anmeldungen sind hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen, und deren Priorität für den gemeinsamen Gegenstand wird hiermit beansprucht.
  • Hintergrund
  • Das Vorliegende betrifft allgemein Bildgebungssensoren, und insbesondere Bildgebungssensoren mit Pixeln, die mehr als eine fotoempfindliche Region aufweisen.
  • Moderne elektronische Geräte, wie etwa Mobiltelefone, Kameras und Computer, verwenden häufig digitale Bildsensoren. Bildgebungsvorrichtungen (d.h. Bildsensoren) können aus einem zweidimensionalen Array von Bilderfassungspixeln gebildet sein. Jedes Pixel kann einen Fotosensor, wie etwa eine Fotodiode, umfassen, die einfallende Photonen (Licht) empfängt und die Photonen in elektrische Ladungen umwandelt. Herkömmliche Bildpixelarrays umfassen frontseitig beleuchtete Bildpixel oder rückseitig beleuchtete Bildpixel. Bildpixel werden auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung der Technik der komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS von complementary metal-oxide-semiconductor) oder der Technik der ladungsgekoppelten Einrichtung (CCD von charge-coupled device) gefertigt. Die Bildsensoren können Fotodioden und andere funktionale Schaltung umfassen, wie etwa Transistoren, die in einer Frontfläche des Substrats gebildet sind. Ein einzelnes Bilderfassungspixel in dem zweidimensionalen Array von Bilderfassungspixeln umfasst eine einzelne fotoempfindliche Region, einen Farbfilter, der über der fotoempfindlichen Region gebildet ist, und eine einzelne kuppelförmige Mikrolinse, die über dem Farbfilter gebildet ist.
  • Als Ganzes betrachtet wird das Array aus Farbfiltern, das dem Array aus Bilderfassungspixeln in dem Bildsensor zugeordnet ist, als ein Farbfilterarray bezeichnet. Viele Bildgebungsvorrichtungen verwenden ein Bayer-Farbfilterarray, in welchem vertikal und horizontal benachbarte Farbfilter in dem Array unterschiedlichen Farben haben. Das Bayer-Farbfilterarray umfasst rote, grüne und blaue Farbfilter. Idealerweise würden fotoempfindliche Regionen, die einem Pixel mit einem roten Farbfilter zugeordnet sind, nur Licht ausgesetzt sein, das durch einen roten Farbfilter hindurchgetreten ist, fotoempfindliche Regionen, die einem Pixel mit einem grünen Farbfilter zugeordnet sind, würden nur Licht ausgesetzt sein, das durch einen grünen Farbfilter hindurchgetreten ist, und fotoempfindliche Regionen, die einem Pixel mit einem blauen Farbfilter zugeordnet sind, würden nur Licht ausgesetzt sein, das durch einen blauen Farbfilter hindurchgetreten ist.
  • Es gibt jedoch häufig unerwünschtes optisches Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln, die unterschiedlichen Farben zugeordnet sind (d.h. die Farbfilter mit unterschiedlichen Farben aufweisen). Unerwünschtes optisches Übersprechen zeichnet sich dadurch aus, dass Licht, das durch einen Farbfilter mit einer Farbe hindurchtritt eine fotoempfindliche Region eines Pixels, die einer anderen Farbe zugeordnet ist, behindert. Ein Beispiel von unerwünschtem optischem Übersprechen ist, wenn Licht, das durch einen roten Farbfilter hindurchgetreten ist, eine fotoempfindliche Region behindert, die einem grünen Pixel zugeordnet ist (d.h. einem Pixel mit einem grünen Farbfilter). Optisches Übersprechen wird häufig durch Bedingungen von Licht, das unter einem großen Winkel einfällt und sich aufweitet, verursacht, und kann die Ausgangsbildqualität einer Bildgebungsvorrichtung verschlechtern.
  • Elektrisches Übersprechen kann auch das Leistungsvermögen einer Bildgebungsvorrichtung negativ beeinflussen. Idealerweise würde eine fotoempfindliche Region, die einem roten Pixel zugeordnet ist, Ladung entsprechend der Menge an rotem Licht, die an der fotoempfindlichen Region empfangen worden ist, sammeln, eine fotoempfindliche Region, die einem grünem Pixel zugeordnet ist, würde Ladung entsprechend der Menge an grünem Licht, die an der fotoempfindlichen Region empfangen worden ist, sammeln, und eine fotoempfindliche Region, die einem blauen Pixel zugeordnet ist, würde Ladung entsprechend der Menge an blauem Licht, die an der fotoempfindlichen Region empfangen worden ist, sammeln.
  • Es gibt jedoch häufig unerwünschtes elektrisches Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln, die unterschiedlichen Farben zugeordnet sind. Unerwünschtes elektrisches Übersprechen zeichnet sich dadurch aus, dass fotoerzeugte Ladungen, die in der Halbleiterregion eines Pixels erzeugt werden, die einer Farbe zugeordnet ist, durch die fotoempfindliche Region (d.h. die Fotodiode) eines Pixels, das einer anderen Farbe zugeordnet ist, gesammelt werden. Ein Beispiel von unerwünschtem elektrischem Übersprechen ist, wenn fotoerzeugte Ladungen in Ansprechen auf rotes Licht erzeugt werden, das in eine fotoempfindliche Region, die einem grünen Pixel zugeordnet ist, streut und von dieser gesammelt wird (d.h. eine fotoempfindliche Region, die grünes Licht empfangen sollte und Ladungen entsprechend der Menge an empfangenem grünem Licht erzeugt). Elektrisches Übersprechen kann auch die Ausgangsbildqualität einer Bildgebungseinrichtung verschlechtern.
  • Es wäre daher wünschenswert, in der Lage zu sein, verbesserte Bildpixel für Bildgebungseinrichtungen zur Verfügung zu stellen.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaubild eines veranschaulichenden elektronischen Geräts gemäß einer Ausführungsform.
    • 2A ist eine Oberflächenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln mit einem inneren Sub-Pixel mit einer kreisförmigen Lichtsammelfläche gemäß einer Ausführungsform.
    • 2B ist eine Querschnittsseitenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln entlang der Linie A-A' in 2A gemäß einer Ausführungsform.
    • 2C ist eine Querschnittsseitenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln entlang der Linie A-A' in einer alternativen Ausführungsform von 2A gemäß einer Ausführungsform.
    • 3A ist eine Oberflächenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln mit einem inneren Sub-Pixel mit einer rechteckigen Lichtsammelfläche gemäß einer Ausführungsform.
    • 3B ist eine Querschnittsseitenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln entlang der Linie A-A' in 3A gemäß einer Ausführungsform.
    • 4A ist eine Oberflächenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln mit einem inneren Sub-Pixel mit einer rechteckigen Lichtsammelfläche, das von einem mittleren Sub-Pixel und einem äußeren Sub-Pixel umgeben ist, gemäß einer Ausführungsform.
    • 4B ist eine Querschnittsseitenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln entlang der Linie A-A' in 4A gemäß einer Ausführungsform.
    • 5 ist eine Oberflächenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln mit einem inneren Sub-Pixel mit einer kreisförmigen Lichtsammelfläche, das von einer äußeren Sub-Pixelgruppe mit zwei Sub-Pixeln umgeben ist, gemäß einer Ausführungsform.
    • 6 ist eine Oberflächenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln mit einem inneren Sub-Pixel mit einer kreisförmigen Lichtsammelfläche, das von einer äußeren Sub-Pixelgruppe mit vier Sub-Pixeln umgeben ist, gemäß einer Ausführungsform.
    • 7 ist ein Schaubild der Platzierung kreisförmiger Mikrolinsen über eingebetteten Sub-Pixeln gemäß einer Ausführungsform.
    • 8A ist ein Schaubild der Platzierung einer torusförmigen Mikrolinse über eingebetteten Sub-Pixeln gemäß einer Ausführungsform.
    • 8B ist ein Schaubild von alternativen torusförmigen Mikrolinsen, die über benachbarten eingebetteten Sub-Pixeln platziert sind, gemäß einer Ausführungsform.
    • 9 ist ein Schaubild der Platzierung von Mikrolinsen über eingebetteten Sub-Pixeln mit einem inneren Sub-Pixel und einer äußeren Sub-Pixelgruppe, die in einem Gitter-Layout angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform.
    • 10A ist ein Schaubild der Platzierung von Mikrolinsen über jedem Sub-Pixel einer inneren Sub-Pixelgruppe und einer äußeren Sub-Pixelgruppe, die in einem Gitter-Layout angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform.
    • 10B ist ein Schaubild einer alternativen Platzierung von Mikrolinsen über nur einem jeden der Sub-Pixel einer äußeren Sub-Pixelgruppe, die in einem Gitter-Layout angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform.
    • 11 ist ein Schaubild von Hybridfarbfiltern, die über eingebetteten Sub-Pixeln gebildet sind, gemäß einer Ausführungsform.
    • 12 veranschaulicht Mikrolinsen, die benachbart zueinander gebildet sind, gemäß einer Ausführungsform.
    • 13 veranschaulicht Mikrolinsen mit unterschiedlichen Höhen, die in zwei Schichten gebildet sind, gemäß einer Ausführungsform.
    • 14A - 14C veranschaulichen Schritte, die verwendet werden können, um zwei Schichten von Mikrolinsen mit gleichmäßigen Höhen zu bilden, gemäß einer Ausführungsform.
    • 15 veranschaulicht einen Hybridfarbfilter mit einem klaren Filter über einem inneren Sub-Pixel gemäß einer Ausführungsform.
    • 16 ist ein Blockdiagramm einer Bildgebungsvorrichtung, die die Ausführungsformen der 1 - 15 anwenden kann, gemäß einer Ausführungsform.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Bildsensoren, und genauer Bildsensoren mit Pixeln, die jeweils mehrfache Sub-Pixelstrukturen enthalten. Der Fachmann wird feststellen, dass die vorliegenden beispielhaften Ausführungsformen ohne einige oder sämtliche dieser spezifischen Details praktisch ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind allgemein bekannte Arbeitsgänge nicht ausführlich beschrieben worden, um die vorliegenden Ausführungsformen nicht unnötigerweise zu verschleiern.
  • Elektronische Geräte, wie etwa Digitalkameras, Computer, Mobiltelefone oder andere elektronische Geräte, umfassen Bildsensoren, die hereinkommendes Licht sammeln, um ein Bild aufzunehmen. Die Bildsensoren können Arrays von Bildpixeln umfassen. Die Bildpixel in den Bildsensoren können fotoempfindliche Elemente, wie etwa Fotodioden, umfassen, die hereinkommendes Licht in elektrische Ladung umwandeln. Die elektrischen Ladungen können gespeichert und in Bildsignale umgewandelt werden. Bildsensoren können irgendeine Anzahl von Pixeln (z.B. hunderte oder tausende oder mehr) aufweisen. Ein typischer Bildsensor kann zum Beispiel hunderte oder tausende oder Millionen Pixel (z.B. Megapixel) aufweisen. Bildsensoren können eine Steuerschaltung, wie etwa eine Schaltung zum Betreiben der Bildgebungspixel- und Ausleseschaltung zum Auslesen von Bildsignalen entsprechend der durch die fotoempfindlichen Elemente erzeugten elektrischen Ladung umfassen.
  • Bildsensoren können mit einem oder mehreren Arrays von Mehrfach-Fotodiodenbildpixeln versehen sein (die manchmal hierin auch als Donut-Fotodiodenpixel, Donut-Bildpixel, Donut-Pixel, eingebettete Sub-Pixel, Superpixel, Bildpixel oder Pixel bezeichnet werden). Mehrfach-Fotodiodenbildpixel können fotoempfindliche Elemente umfassen, die in einem Substrat gebildet sind und die sich benachbart zueinander befinden. Ein jedes Mehrfach-Fotodiodenbildpixel kann zwei, drei, fünf, neun oder irgendeine andere geeignete Zahl von Fotodioden aufweisen. Die Mehrfach-Fotodioden in jedem Donut-Pixel können in einer äußeren Sub-Pixelgruppe und einer inneren Sub-Pixelgruppe gruppiert sein. Es kann erwünscht sein, dass die äußere Sub-Pixelgruppe eines Donut-Pixels gegenüber einfallendem Licht empfindlicher ist als die innere Sub-Pixelgruppe. Die äußere Sub-Pixelgruppe kann ein, zwei, vier, acht oder irgendeine andere geeignete Zahl von Sub-Pixeln umfassen. Die innere Sub-Pixelgruppe kann ein oder mehrere Sub-Pixel umfassen. Eine oder mehrere Mikrolinsen oder andere Lichtführungsstrukturen können über den Mehrfach-Sub-Pixelbildpixel gebildet sein, um Licht zu der/den Fotodiode(n) in der äußeren Sub-Pixelgruppe zu lenken.
  • 1 ist ein Schaubild eines veranschaulichenden elektronischen Geräts, das einen Bildsensor zum Aufnehmen von Bildern verwendet. Das elektronische Gerät 10 von 1 kann ein tragbares elektronisches Gerät, wie etwa ein Kamera, ein Mobiltelefon, eine Videokamera oder ein anderes Bildgebungsgerät sein, das digitale Bilddaten aufnimmt. Ein Kameramodul 12 kann verwendet werden, um hereinkommendes Licht in digitale Bilddaten umzuwandeln. Das Kameramodul 12 kann eine oder mehrere Linsen 14 und einen oder mehrere entsprechende Bildsensoren 16 umfassen. Während Bildaufnahmevorgängen kann Licht von einer Szene durch eine Linse 14 auf den Bildsensor 16 fokussiert werden. Der Bildsensor 16 liefert entsprechende digitale Bilddaten an eine Verarbeitungsschaltung 18. Der Bildsensor 16 kann zum Beispiel ein Bildsensor mit rückseitiger Beleuchtung sein. Falls es erwünscht ist, kann das Kameramodul 12 mit einem Array von Linsen 14 und einem Array von entsprechenden Bildsensoren 16 versehen sein.
  • Eine Steuerschaltung, wie etwa eine Speicher- und Verarbeitungsschaltung 18 kann einen oder mehrere integrierte Schaltkreise umfassen (z.B. Bildverarbeitungsschaltkreise, Mikroprozessoren, Speichereinrichtungen, wie etwa Direktzugriffsspeicher und nichtflüchtigen Speicher usw.) und kann unter Verwendung von Komponenten implementiert sein, die von dem Kameramodul 12 getrennt sind und/oder die einen Teil des Kameramoduls 12 bilden (z.B. Schaltkreise, die einen Teil eines integrierten Schaltkreises bilden, der Bildsensoren 16 umfasst, oder ein integrierter Schaltkreis innerhalb des Moduls 12, der den Bildsensoren 16 zugeordnet ist). Bilddaten, die von dem Kameramodul 12 aufgenommen worden sind, können unter Verwendung der Verarbeitungsschaltung 18 verarbeitet und gespeichert werden. Verarbeitete Bilddaten können, falls es erwünscht ist, an externe Ausrüstung (z.B. einen Computer oder ein anderes Gerät) unter Verwendung von verdrahteten und/oder drahtlosen Kommunikationsstrecken geliefert werden, die mit der Verarbeitungsschaltung 18 gekoppelt sind. Die Verarbeitungsschaltung 18 kann beim Steuern des Betriebes der Bildsensoren 16 verwendet werden.
  • Die Bildsensoren 16 können ein oder mehrere Arrays 20 aus Bildpixeln 22 umfassen. Die Bildpixel 22 können in einem Halbleitersubstrat unter Verwendung der Technologie komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter (CMOS) oder der Technologie ladungsgekoppelter Einrichtung (CCD) oder irgendwelcher anderer geeigneter fotoempfindlicher Einrichtungen gebildet sein. Die Bildpixel 22 können Bildpixel mit frontseitiger Beleuchtung (FSI von Front Side Illumination) oder Bildpixel mit rückseitiger Beleuchtung (BSI von backside illumination) sein. Die Bildpixel 22 können ein oder mehrere Sub-Pixel umfassen. Jedes Sub-Pixel in einem Bildpixel 22 kann eine Fotodiode oder eine Fotodiodenregion und eine Ausleseschaltung für die Fotodiode oder die Fotodiodenregion aufweisen. Die Ausleseschaltung, die jeder Fotodiode oder jeder Fotodiodenregion in einem gegebenen Sub-Pixel zugeordnet ist, kann Transfer-Gates, potenzialfreie Diffusionsregionen und Reset-Gates umfassen. Isolationsbereiche zwischen Sub-Pixeln können auch als Teil von einem oder beiden der Sub-Pixel betrachtet werden, zwischen welchen die Isolationsstruktur gebildet ist.
  • 2A ist eine Oberflächenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln 200 in einem Pixel 22 des Arrays 20. Die eingebetteten Sub-Pixel 200 können eine alternative Ausführungsform zu den eingebetteten Sub-Pixeln der 3 - 6 und 9 sein. Die Oberflächenansicht der eingebetteten Sub-Pixel 200 von 2A kann als ein Schaubild von Lichtsammelbereichen (LCA von Light Collecting Areas) der eingebetteten Sub-Pixel 200 bezeichnet werden. Die eingebetteten Sub-Pixel 200 können Fotodioden mit einer zugehörigen Pixelschaltung entsprechen, die verwendet werden, um das gleiche Lichtspektrum aufzunehmen. Als ein Beispiel können die eingebetteten Sub-Pixel 200 verwendet werden, um das rote, grüne, blaue, cyane, magentane, gelbe, nahinfrarote, infrarote oder irgendein anderes Lichtspektrum aufzunehmen. Ein einzelner roter, grüner, blauer, cyaner, magentaner, gelber, nahinfraroter, infraroter oder klarer Farbfilter kann über den eingebetteten Sub-Pixeln 200 gebildet sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der Farbfilter, der über den eingebetteten Sub-Pixeln 200 gebildet ist, Bereiche aufweisen, die gefärbtes Licht hindurchlassen, und Bereiche, die klar sind (d.h. die sichtbares oder Vollspektrumlicht außerhalb des sichtbaren Spektrums durchlassen).
  • Die in 2A gezeigten eingebetteten Sub-Pixel 200 können in einem Teilsatz der Pixel 22 des Arrays 20 oder in allen Pixeln 22 des Arrays 20 enthalten sein. Die eingebetteten Sub-Pixel 200 von 2A können ein erstes Sub-Pixel 202 umfassen, das als das innere Sub-Pixel 202 bezeichnet werden kann. Das innere Sub-Pixel 202 kann von einem zweiten Sub-Pixel 204 vollständig umgeben sein, das als das äußere Sub-Pixel 204 bezeichnet werden kann. Das innere Sub-Pixel 202 und das äußere Sub-Pixel 204 können n-dotierte Fotodiodenregionen in einem Halbleitersubstrat und jeweiliger Sub-Pixelschaltung in dem Substrat, wie etwa Transfer-Gates, potenzialfreie Diffusionsregionen und Reset-Gates der eingebetteten Sub-Pixel 200, die mit den Fotodiodenregionen in den Sub-Pixeln 202 und 204 gekoppelt sind, entsprechen. Das Halbleitersubstrat (nicht gezeigt) kann ein massives Substrat vom p-Typ sein, das aus Silizium oder irgendeinem anderen geeigneten Halbleitermaterial hergestellt ist.
  • Eine Fotodiode in dem inneren Sub-Pixel 202 kann eine kreisförmige Form an der Oberfläche aufweisen. Mit anderen Worten ist der Lichtsammelbereich des inneren Sub-Pixels 202 eine kreisförmige Region. An der Oberfläche kann das innere Sub-Pixel 202 einen Durchmesser S1 aufweisen. Als ein Beispiel kann der Durchmesser S1 einer Fotodiode in dem inneren Sub-Pixel 202 1 Mikron betragen, kann aber alternativ irgendeine andere Abmessung haben, ohne vom Umfang der vorliegenden Ausführungsform abzuweichen. Das äußere Sub-Pixel 204 kann eine quadratische Außenbegrenzung und eine kreisförmige innere Begrenzung an der Oberfläche aufweisen. Der Bereich, der durch die quadratische äußere Begrenzung und die kreisförmige innere Begrenzung jedes äußeren in 2A gezeigten Sub-Pixels 204 eingeschlossen ist, kann dem Lichtsammelbereich des äußeren Sub-Pixels 204 entsprechen. Die kreisförmige innere Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 204 an der Oberfläche kann eine ähnliche Form aber eine größere Größe als die äußere Begrenzung des inneren Sub-Pixels 202 aufweisen (d.h. die kreisförmige innere Begrenzung der äußeren Sub-Pixel 204 weist einen Durchmesser S1' auf, der größer ist als der Durchmesser S1). Wie es in 2 gezeigt ist, beträgt die Länge von einer der Seiten des äußeren Sub-Pixels 204 S2. Als ein Beispiel kann S2 3 Mikron betragen, aber kann alternativ irgendeine andere Abmessung haben, ohne vom Umfang der vorliegenden Ausführungsform abzuweichen. Die Länge S2 ist bevorzugt größer als die Länge S1. Das äußere Sub-Pixel 204 ist in 2A als eine quadratische äußere Begrenzung aufweisend veranschaulicht, kann aber alternativ eine rechteckige äußere Begrenzung haben.
  • Zwischen dem inneren Sub-Pixel 202 und dem äußeren Sub-Pixel 204 kann eine Isolationsregion 206 gebildet sein. Der Isolationsregion 206 kann jegliche Schaltung fehlen, die mit dem Pixel 22 oder dessen Sub-Pixeln 202 und 204 in Beziehung steht. Die Isolationsregion 206 kann einzelne Sub-Pixel in einer gegebenen Sub-Pixelgruppe voneinander trennen und kann auch einzelne Sub-Pixel in unterschiedlichen entsprechenden Sub-Pixelgruppen voneinander trennen. Die Isolationsregion 206 kann unterschiedliche Typen von Isolationseinrichtungen umfassen, wie Grabenisolationsstrukturen, dotierte Halbleiterregionen, Metallbarrierenstrukturen oder irgendeine andere geeignete Isolationseinrichtung.
  • Das innere Sub-Pixel 202 kann eine geringere Empfindlichkeit auf einfallendes Licht aufweisen und kann derart bezeichnet werden, dass es einen Lichtsammelbereich mit geringerer Empfindlichkeit im Vergleich mit dem äußeren Sub-Pixel 204 aufweist. Die jeweiligen Dotierungskonzentrationen des inneren Sub-Pixels 202 und des äußeren Sub-Pixels 204 können verschieden oder gleich sein. Als ein Beispiel können die Dotierungskonzentrationen von Fotodiodenregionen in dem inneren Sub-Pixel 202 modifiziert sein, um die Empfindlichkeit des inneren Sub-Pixels 202 auf Licht zu verringern. Zu Zwecken der Vereinfachung bei der Erläuterung und der Hervorhebung der Eigenschaften der eingebetteten Sub-Pixel 202 wird angenommen, dass die Sub-Pixel 202 und 204 Fotodioden mit den gleichen Dotierungskonzentrationen aufweisen. Die geringere Empfindlichkeit auf einfallendes Licht des inneren Sub-Pixels 202 im Vergleich mit dem äußeren Sub-Pixel 204 kann ein Ergebnis des geringeren Lichtsammelbereichs des inneren Sub-Pixels 202 im Vergleich mit dem Lichtsammelbereich des äußeren Sub-Pixels 204 sein.
  • Eine oder mehrere Mikrolinsen (in 2A nicht gezeigt) können über den eingebetteten Sub-Pixeln 200 von 2A gebildet sein, um Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 204 hin zu lenken. Die eine oder mehreren Mikrolinsen können über dem Farbfilter gebildet sein, der über den eingebetteten Sub-Pixeln 200 (in 2A nicht gezeigt) gebildet ist. Um Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 204 hin zu lenken, können die eine oder mehreren Mikrolinsen über nur dem äußeren Sub-Pixel 204 gebildet sein. In manchen Ausführungsformen jedoch können die eine oder mehreren Mikrolinsen, die Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 204 hin lenken, den Lichtsammelbereich des Sub-Pixels 202 teilweise überlappen. Das Lenken von Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 204 hin kann die Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des äußeren Sub-Pixels 204 relativ zu der Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des inneren Sub-Pixels 202 weiter erhöhen. Mit anderen Worten, weil eine größere Menge an Licht, die auf die eingebetteten Sub-Pixel 200 einfällt, zu dem äußeren Sub-Pixel 204 als zu dem inneren Sub-Pixel 202 gelenkt wird, kann man sagen, dass das innere Sub-Pixel 202 einen Lichtsammelbereich mit geringerer Empfindlichkeit im Vergleich mit dem äußeren Sub-Pixel 204 aufweist.
  • 2B ist eine Querschnittsseitenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln 200 entlang der Linie A-A' in 2A. 2B veranschaulicht eine Isolationsregion 206 zwischen dem inneren Sub-Pixel 202 und dem äußeren Sub-Pixel 204. Die Isolationsregion 206 kann senkrecht zu der Oberfläche der eingebetteten Sub-Pixel 200 stehen. Während eines Lichtsammelintervalls kann Licht 210, das auf die eingebetteten Sub-Pixel 200 einfällt, durch die inneren Sub-Pixel 202 und äußeren Sub-Pixel 204 absorbiert werden. Wie es oben in Verbindung mit 2A beschrieben wurde, weist das äußere Sub-Pixel 204 einen Lichtsammelbereich mit größerer Empfindlichkeit im Vergleich mit dem inneren Sub-Pixel 202 zumindest aufgrund der größeren Größe des äußeren Sub-Pixels 204 und der einen oder mehreren Mikrolinsen auf, die auf den eingebetteten Sub-Pixeln 200 gebildet sind, um Ladung zu dem äußeren Sub-Pixel 204 zu lenken. Als ein Ergebnis, dass das äußere Sub-Pixel 204 einen empfindlicheren Lichtsammelbereich aufweist, kann die Zahl von fotoerzeugten Ladungen in dem äußeren Sub-Pixel 204, nachdem es einfallendem Licht 210 ausgesetzt worden ist, größer sein als die Zahl von fotoerzeugten Ladungen in dem inneren Sub-Pixel 202, nachdem es einfallendem Licht 210 ausgesetzt worden ist.
  • Fotoerzeugte Ladungen in dem äußeren Sub-Pixel 204 können über die Isolationsregion 206 hinweg und in das innere Sub-Pixel 202 lecken oder diffundieren. Die Isolationsregion 206 kann erste und zweite Regionen aufweisen, die durch eine Begrenzung 207 getrennt sind. Isolationseinrichtungen, die in der Isolationsregion 206 verwendet werden, können Isolationsstrukturen von verschiedenen Typen umfassen, wie etwa Grabenisolationsstrukturen, dotierte Halbleiterregionen und Metallbarrieren, die in einer oder beiden von den ersten und zweiten Regionen der Isolationsregion 206 gebildet sein können. Wenn der gleiche Typ von Isolationseinrichtung in sowohl der ersten als auch der zweiten Region von Isolationsregion 206 gebildet ist (d.h. wenn ein einziger Isolationseinrichtungstyp in der Isolationsregion 206 gebildet ist), kann die Isolationseinrichtung in Region 206 kontinuierlich sein. Wenn der Typ an Isolationseinrichtung in einer ersten Region der Isolationsregion 206 mit einer Höhe h1 verschieden ist von dem Typ von Isolationseinrichtung in einer zweiten Region von Isolationsregion 206 mit einer Höhe h2, können die Isolationseinrichtungen in Region 206 für die Tiefe von Fotodioden in den eingebetteten Sub-Pixeln 200 diskontinuierlich sein.
  • Das Lecken von Ladung von einer Fotodiodenregion eines Sub-Pixels in eine andere Fotodiodenregion eines anderen Sub-Pixels wird im Allgemeinen als elektrisches Übersprechen bezeichnet. Weil ein einzelner Farbfilter über den eingebetteten Sub-Pixeln 200 gebildet ist, empfangen das innere Sub-Pixel 202 und das äußere Sub-Pixel 204 einfallendes Licht 210 der gleichen Farbe. Als ein Ergebnis entspricht fotoerzeugte Ladung, die von dem äußeren Sub-Pixel 204 über die Isolationsregion 206 hinweg in das innere Sub-Pixel 202 diffundiert Ladung, die in Ansprechen auf die gleiche Farbe erzeugt wird, die fotoerzeugte Ladungen in dem inneren Sub-Pixel 202 erzeugte. Das elektrische Übersprechen zwischen Fotodiodenregionen in Sub-Pixeln 202 und 204 ist daher Übersprechen zwischen Fotodiodenregionen, die Licht der gleichen Farbe empfangen, und ist daher handhabbar. Das elektrische Übersprechen zwischen Fotodioden in Sub-Pixeln 202 und 204 kann während des Auslesens des Pixels 22, in welchem eingebettete Sub-Pixel 200 gelegen sind, oder nach dem Auslesen des Pixels 22, in welchem die eingebetteten Sub-Pixel 200 gelegen sind, berücksichtigt oder gehandhabt werden.
  • 2C veranschaulicht eine alternative Querschnittsseitenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln 200 entlang der Linie A-A' in 2A. 2C veranschaulicht, dass die Isolationsregion 206 eine Region zwischen dem inneren Sub-Pixel 202 und dem äußeren Sub-Pixel 204 einnimmt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 2B kann die Isolationsregion 206 nicht senkrecht zu der Oberfläche der eingebetteten Sub-Pixel 200 stehen. Mit anderen Worten, der Winkel 214 zwischen der Oberfläche 216 und der Isolationsregion 206 kann größer als 90 Grad sein. Der Durchmesser S3 an der Lichtsammelfläche 216 des inneren Sub-Pixels 202 in 2C kann größer sein als der Durchmesser S4 der entgegengesetzten Oberfläche 218 des inneren Sub-Pixels 202 in 2C, wenn der Winkel 214 zwischen Isolationsregion 206 und der Oberfläche 216 größer als 90 ist. Alternativ kann der Winkel 214 kleiner als 90 Grad sein, und der Durchmesser S3 des inneren Sub-Pixels 202 kann dann größer als der Durchmesser S4 des inneren Sub-Pixels 204 sein.
  • Ob der Winkel 214 zwischen der Oberfläche 216 und der Isolationsregion 206 größer oder kleiner als 90 Grad ist, kann auf Konstruktionserwägungen beruhen oder kann auf Implementierungsrandbedingungen bei bestimmten Fertigungsprozessen beruhen. Wenn der Winkel 214 zwischen der Oberfläche 216 und der Isolationsregion 206 größer oder kleiner als 90 Grad ist, ist der Bereich der Grenzfläche der Isolationsregion 206 zwischen dem inneren Sub-Pixel 202 und dem äußeren Sub-Pixel 204 größer als der Bereich der Grenzfläche der Isolationsregion 206 von 2B.
  • Während eines Lichtsammelintervalls kann Licht 212, das auf eingebettete Sub-Pixel 200 einfällt, durch innere Sub-Pixel 202 und äußere Sub-Pixel 204 in jeweiligen Pixeln 22 von 1 absorbiert werden. Wie es oben in Verbindung mit 2A beschrieben wurde, weist das äußere Sub-Pixel 204 einen empfindlicheren Lichtsammelbereich im Vergleich mit dem inneren Sub-Pixel 202 zumindest aufgrund der größeren Größe des äußeren Sub-Pixels 204 und der einen oder mehreren Mikrolinsen auf, die auf eingebetteten Sub-Pixeln 200 gebildet sind, um Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 204 hin, oder äquivalent, von dem inneren Sub-Pixel 202 weg zu lenken. Als ein Ergebnis, dass das äußere Sub-Pixel 204 einen empfindlicheren Lichtsammelbereich aufweist, kann die Zahl von fotoerzeugten Ladungen in dem äußeren Sub-Pixel 204, nachdem es einfallendem Licht 212 ausgesetzt worden ist, größer sein als die Zahl von erzeugten Ladungen in dem inneren Sub-Pixel 202, nachdem es einfallendem Licht 210 ausgesetzt worden ist.
  • Wie in der Ausführungsform von 2B können fotoerzeugte Ladungen in dem äußeren Sub-Pixel 204 über die Isolationsregion 206 hinweg und in das innere Sub-Pixel 202 lecken oder diffundieren (d.h. es kann elektrisches Übersprechen zwischen dem äußeren Sub-Pixel 204 und dem inneren Sub-Pixel 202 durch die Isolationsregion 206 geben). Aufgrund des größeren Bereichs der Grenzfläche der Isolationsregion 206 zwischen dem inneren Sub-Pixel 202 und dem äußeren Sub-Pixel 204 in der Ausführungsform von 2C im Vergleich mit dem Bereich der Grenzfläche der Isolationsregion 206 von 2B kann das elektrische Übersprechen zwischen dem äußeren Sub-Pixel 204 und dem inneren Sub-Pixel 202 größer sein als das elektrische Übersprechen in der Ausführungsform von 2B, zumindest weil es einen größeren Bereich gibt, über welchen Ladungen von dem äußeren Sub-Pixel 204 über die Isolationsregion 206 hinweg in das innere Sub-Pixel 202 lecken oder diffundieren können. Wie es oben in Verbindung mit 2B beschrieben ist, wenn ein einzelner Farbfilter über den eingebetteten Sub-Pixeln 200 gebildet ist, empfangen das innere Sub-Pixel 202 und das äußere Sub-Pixel 204 einfallendes Licht 210 mit der gleichen Farbe. Das elektrische Übersprechen zwischen Sub-Pixeln 202 und 204 ist daher Übersprechen zwischen Sub-Pixeln, die Licht mit der gleichen Farbe empfangen, und ist daher vor oder nach dem Auslesen des Pixels 22, in welchem eingebettete Sub-Pixel 200 gelegen sind, handhabbar.
  • 3A ist eine Oberflächenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln 300 in einem Pixel 22 des Arrays 20. Die eingebetteten Sub-Pixel 300 können eine alternative Ausführungsform zu den eingebetteten Sub-Pixeln der 2, 4 - 6 und 9 sein. Die Oberflächenansicht der eingebetteten Sub-Pixel 300 von 3A kann als ein Schaubild der Lichtsammelbereiche (LCAs) der eingebetteten Sub-Pixel 300 bezeichnet werden. Die eingebetteten Sub-Pixel 300 können Sub-Pixeln entsprechen, die verwendet werden, um das gleiche Lichtspektrum aufzunehmen. Als ein Beispiel können die eingebetteten Sub-Pixel 300 verwendet werden, um das rote, grüne, blaue, cyane, magentane, gelbe, nahinfrarote, infrarote oder irgendein anderes Lichtspektrum aufzunehmen. Ein einzelner roter, grüner, blauer, cyaner, magentaner, gelber, nahinfraroter, infraroter oder klarer Farbfilter kann über den eingebetteten Sub-Pixeln 300 gebildet sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der über den eingebetteten Sub-Pixeln 300 gebildete Farbfilter Bereiche aufweisen, die gefärbtes Licht durchlassen, und andere Bereiche, die klar sind (d.h. die Licht im sichtbaren Spektrum durchlassen).
  • Die in 3A gezeigten eingebetteten Sub-Pixel 300 können in einem Teilsatz der Pixel 22 des Arrays 20 oder in allen Pixeln 22 des Arrays 20 enthalten sein. Die eingebetteten Sub-Pixel 300 von 3A können ein erstes Sub-Pixel 302 umfassen, das als das innere Sub-Pixel 302 bezeichnet werden kann. Das innere Sub-Pixel 302 kann vollständig von einem zweiten Sub-Pixel 304 umgeben sein, das als das äußere Sub-Pixel 304 bezeichnet werden kann. Das innere Sub-Pixel 302 und das äußere Sub-Pixel 304 können n-dotierten Fotodiodenregionen in einem Halbleitersubstrat und einer jeweiligen Sub-Pixelschaltung in dem Substrat, wie etwa Transfer-Gates, potenzialfreie Diffusionsregionen und Reset-Gates der eingebetteten Sub-Pixel 300, die mit den Fotodiodenregionen in den Sub-Pixeln 302 und 304 gekoppelt ist, entsprechen. Das Halbleitersubstrat (nicht gezeigt) kann ein massives Substrat vom p-Typ sein, das aus Silizium oder irgendeinem anderen geeigneten Halbleitermaterial hergestellt ist.
  • Das innere Sub-Pixel 302 kann an der Oberfläche eine quadratische Form aufweisen. Mit anderen Worten, der Lichtsammelbereich des inneren Sub-Pixels 302 ist eine quadratische Region. Im Allgemeinen kann das innere Sub-Pixel 302 einen rechteckigen Lichtsammelbereich aufweisen. An der Oberfläche kann das innere Sub-Pixel 302 eine Breite S5 aufweisen. Als ein Beispiel kann die Breite S5 des inneren Sub-Pixels 302 1 Mikron betragen, kann aber alternativ irgendeine andere Abmessung haben, ohne vom Umfang der vorliegenden Ausführungsform abzuweichen. Das äußere Sub-Pixel 304 kann eine quadratische äußere Begrenzung und eine quadratische innere Begrenzung an der Oberfläche aufweisen. Der Bereich, der durch die quadratische äußere Begrenzung und die innere Begrenzung des in 3A gezeigten äußeren Sub-Pixels 304 eingeschlossen ist, kann dem Lichtsammelbereich des äußeren Sub-Pixels 304 entsprechen. Die quadratische innere Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 304 an der Oberfläche kann eine ähnliche Form haben, aber eine größere Größe als die äußere Begrenzung des inneren Sub-Pixels 302 aufweisen (d.h. die quadratische innere Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 304 weist eine Breite S5' auf, die größer ist als die Breite S5). Wie es in 2 gezeigt ist, beträgt die Länge von einer der Seiten der äußeren Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 304 S6. Als ein Beispiel kann S6 3 Mikron betragen, kann aber alternativ irgendeine andere Abmessung haben, ohne vom Umfang der vorliegenden Ausführungsform abzuweichen. Die Breite S6 ist bevorzugt größer als die Breiten S5 und S5'. Das äußere Sub-Pixel 304 ist in 3A als eine quadratische äußere Begrenzung aufweisend veranschaulicht, kann aber alternativ eine rechteckige äußere Begrenzung haben. Ähnlich können die äußere Begrenzung des inneren Sub-Pixels 302 und die innere Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 304 genauso gut rechteckig sein.
  • Zwischen dem inneren Sub-Pixel 302 und dem äußeren Sub-Pixel 304 kann eine Isolationsregion 306 gebildet sein. Der Isolationsregion 306 kann jegliche Schaltung fehlen, die mit dem Pixel 22 oder seinen Sub-Pixeln 302 und 304 in Verbindung steht. Die Isolationsregion 306 kann einzelne Sub-Pixel in einer gegebenen Sub-Pixelgruppe voneinander trennen und kann auch einzelne Sub-Pixel in unterschiedlichen jeweiligen Sub-Pixelgruppen voneinander trennen. Die Isolationsregion 306 kann unterschiedliche Typen von Isolationseinrichtungen umfassen, wie etwa Grabenisolationsstrukturen, dotierte Halbleiterregionen, Metallbarrierenstrukturen oder jede andere geeignete Isolationseinrichtung.
  • Das innere Sub-Pixel 302 kann eine geringere Empfindlichkeit auf einfallendes Licht aufweisen und kann derart bezeichnet werden, dass es einen Lichtsammelbereich mit geringerer Empfindlichkeit (oder einfacher Größe) im Vergleich mit dem äußeren Sub-Pixel 304 aufweist. Die jeweiligen Dotierungskonzentrationen des inneren Sub-Pixels 302 und des äußeren Sub-Pixels 304 können verschieden oder gleich sein. Als ein Beispiel können die Dotierungskonzentrationen von Fotodiodenregionen in dem inneren Sub-Pixel 302 modifiziert sein, um die Empfindlichkeit des inneren Sub-Pixels 302 auf Licht zu verringern. Zu Zwecken der Vereinfachung der Erläuterung und Hervorhebung der Eigenschaften der eingebetteten Sub-Pixel 300 wird angenommen, dass die Sub-Pixel 302 und 304 Fotodioden mit den gleichen Dotierungskonzentrationen aufweisen. Die geringere Empfindlichkeit auf einfallendes Licht des inneren Sub-Pixels 302 im Vergleich mit dem äußeren Sub-Pixel 304 kann ein Ergebnis eines geringeren Lichtsammelbereichs des inneren Sub-Pixels 302 im Vergleich mit dem Lichtsammelbereich des äußeren Sub-Pixels 304 sein. Es wird zu Zwecken der Erläuterung der Ausführungsform angenommen, dass die geringere Lichtempfindlichkeit des inneren Sub-Pixels 302 relativ zu der Lichtempfindlichkeit des äußeren Sub-Pixels 304 aufgrund der kleineren Größe, oder genauer des kleineren Lichtsammelbereichs, des inneren Sub-Pixels 302 relativ zu dem äußeren Sub-Pixel 304 vorliegt.
  • Eine oder mehrere Mikrolinsen (in 3A nicht gezeigt) können über den eingebetteten Sub-Pixeln 300 von 3A gebildet sein, um Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 304 hin zu lenken. Die eine oder mehreren Mikrolinsen können über dem Farbfilter gebildet sein, der über den eingebetteten Sub-Pixeln 300 gebildet ist (in 3A nicht gezeigt). Um Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 304 hin zu lenken, können die eine oder mehreren Mikrolinsen über nur dem äußeren Sub-Pixel 304 gebildet sein. In manchen Ausführungsformen jedoch kann die eine oder mehreren Mikrolinsen, die Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 304 hin lenken, den Lichtsammelbereich des Sub-Pixels 302 teilweise überlappen. Das Lenken von Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 304 hin kann die Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des äußeren Sub-Pixels 304 relativ zu der Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des inneren Sub-Pixels 302 weiter erhöhen. Mit andere Worten, weil eine größere Menge an Licht, die auf die eingebetteten Sub-Pixeln 300 einfällt, zu dem äußeren Sub-Pixel 304 als zu dem inneren Sub-Pixel 302 gelenkt wird, kann man sagen, dass das innere Sub-Pixel 302 einen Lichtsammelbereich mit geringerer Empfindlichkeit im Vergleich mit dem äußeren Sub-Pixel 304 aufweist.
  • 3B ist eine Querschnittsseitenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln 300 entlang der Linie A-A' in 3A. 3B veranschaulicht eine Isolationsregion 306 zwischen dem inneren Sub-Pixel 302 und dem äußeren Sub-Pixel 304. Die Isolationsregion 306 kann senkrecht zu der Lichtsammelfläche 316 der eingebetteten Sub-Pixel 300 stehen. Wenn die Isolationsregion 306 senkrecht zu der Oberfläche 316 steht, kann der Winkel 314 zwischen der Isolationsregion 306 und der Oberfläche 316 90 Grad betragen, und die Länge über das innere Sub-Pixel 302 hinweg an der Oberfläche 316 kann gleich sein wie die Länge über das innere Sub-Pixel 302 hinweg an der entgegengesetzten Oberfläche 318. Alternativ können Konstruktionserwägungen oder Implementierungsrandbedingungen in bestimmten Fertigungsprozessen dazu führen, dass der Winkel 314 zwischen der Isolationsregion 306 und der Oberfläche 316 größer oder kleiner als 90 Grad ist. Wenn der Winkel 314 nicht 90 Grad beträgt, kann die Länge über das innere Sub-Pixel 302 hinweg an der Oberfläche 316 unterschiedlich gegenüber der Länge über das innere Sub-Pixel 302 hinweg an der Oberfläche 318 sein.
  • Während eines Lichtsammelintervalls kann Licht 310, das auf eingebettete Sub-Pixel 300 einfällt, von inneren Sub-Pixeln 302 und äußeren Sub-Pixeln 304 absorbiert werden. Wie es oben in Verbindung mit 3A beschrieben ist, weist das äußere Sub-Pixel 304 einen empfindlicheren Lichtsammelbereich im Vergleich mit dem inneren Sub-Pixel 302 aufgrund zumindest der größeren Größe des äußeren Sub-Pixels 304 und der einen oder mehreren Mikrolinsen auf, die auf den eingebetteten Sub-Pixeln 300 gebildet sind, um Ladung zu dem äußeren Sub-Pixel 304 hin, oder äquivalent, von dem inneren Sub-Pixel 302 weg zu lenken. Als ein Ergebnis, dass das äußere Sub-Pixel 304 einen empfindlicheren Lichtsammelbereich aufweist, kann die Zahl von fotoerzeugten Ladungen in dem äußeren Sub-Pixel 304, nachdem es einfallendem Licht 310 ausgesetzt worden war, größer sein als die Zahl fotoerzeugter Ladungen in dem inneren Sub-Pixel 302, nachdem es einfallendem Licht 310 ausgesetzt worden war.
  • Fotoerzeugte Ladungen in der äußeren Fotodiode 304 können über die Isolationsregion 306 hinweg und in das innere Sub-Pixel 302 lecken oder diffundieren. Die Isolationsregion 306 kann eine erste und zweite Region aufweisen, die durch eine Begrenzung 307 getrennt sind. Isolationseinrichtungen, die in der Isolationsregion 306 verwendet werden, können Isolationsstrukturen von verschiedenen Typen umfassen, wie etwa Grabenisolationsstrukturen, dotierte Halbleiterregionen und Metallbarrieren, die in einer oder beiden der ersten und zweiten Region der Isolationsregion 306 gebildet sein können. Wenn der gleiche Typ von Isolationseinrichtung in sowohl der ersten als auch der zweiten Region von Isolationsregion 306 gebildet ist (d.h. wenn ein einzelner Isolationseinrichtungstyp in Isolationsregion 206 gebildet ist), kann die Isolationseinrichtung in Region 306 kontinuierlich sein. Wenn der Typ von Isolationseinrichtung in einer ersten Region von Isolationsregion 306 mit einer Höhe h3 verschieden ist von dem Typ von Isolationseinrichtung in einer zweiten Region von Isolationsregion 306 mit einer Höhe h4, können die Isolationseinrichtungen in Region 306 für die Tiefe von Fotodioden in den eingebetteten Sub-Pixeln 300 diskontinuierlich sein.
  • Das Lecken von Ladung von einer Fotodiodenregion eines Sub-Pixels in eine andere Fotodiodenregion eines anderen Sub-Pixels wird im Allgemeinen als elektrisches Übersprechen bezeichnet. Weil ein einzelner Farbfilter über den eingebetteten Sub-Pixeln 300 gebildet ist, empfangen das innere Sub-Pixel 302 und das äußere Sub-Pixel 304 einfallendes Licht 310 mit der gleichen Farbe. Als ein Ergebnis entspricht fotoerzeugte Ladung, die von der äußeren Fotodiode 304 über die Isolationsregion 306 hinweg in das innere Sub-Pixel 302 diffundiert oder leckt Ladung, die in Ansprechen auf die gleiche Farbe erzeugt wird, die fotoerzeugte Ladungen in der inneren Fotodiode 302 erzeugt hat. Das elektrische Übersprechen zwischen Fotodiodenregionen in Sub-Pixeln 302 und 304 ist daher Übersprechen zwischen Fotodioden, die Licht mit der gleichen Farbe empfangen, und ist daher handhabbar. Das elektrische Übersprechen zwischen Fotodioden in Sub-Pixeln 302 und 304 kann während des Auslesens des Pixels 22, in welchem die eingebetteten Sub-Pixel 300 gelegen sind, oder nach dem Auslesen des Pixels 22, in welchem die eingebetteten Sub-Pixel 300 gelegen sind, berücksichtigt oder gehandhabt werden.
  • Der Bereich der Grenzfläche der Isolationsregion 306, über welche Ladung von dem äußeren Sub-Pixel 304 zu dem inneren Sub-Pixel 302 leckt oder diffundiert, kann von dem Winkel 314 zwischen der Isolationsregion 306 und der Oberfläche 316 abhängen. Wenn der Winkel 314 kleiner oder größer als 90 Grad ist, wird der Bereich der Oberfläche der Isolationsregion 306 vergrößert, was das Ausmaß an elektrischem Übersprechen zwischen den Sub-Pixeln 302 und 304 vergrößert, weil der Bereich, über den fotoerzeugte Ladungen diffundieren können (d.h. der Grenzflächenbereich der Isolationsregion 306) vergrößert ist.
  • 4A ist eine Oberflächenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln 400 in einem Pixel 22 des Arrays 20. Die eingebetteten Sub-Pixel 400 können eine alternative Ausführungsform zu den eingebetteten Sub-Pixeln der 2, 3, 5, 6 und 9 sein. Die Oberflächenansicht der eingebetteten Sub-Pixel 400 von 4A kann als ein Schaubild der Lichtsammelbereiche (LCAs) der eingebetteten Sub-Pixel 400 bezeichnet werden. Die eingebetteten Sub-Pixel 400 können Sub-Pixeln entsprechen, die verwendet werden, um das gleiche Lichtspektrum aufzunehmen. Als ein Beispiel können die eingebetteten Sub-Pixel 400 verwendet werden, um das rote, grüne, blaue, cyane, magentane, gelbe, nahinfrarote, infrarote oder irgendein anderes Lichtspektrum aufzunehmen. Ein einzelner roter, grüner, blauer, cyaner, magentaner, gelber, nahinfraroter, infraroter oder klarer Farbfilter kann über den eingebetteten Sub-Pixeln 400 gebildet sein. In bestimmten Ausführungsformen kann der Farbfilter, der über den eingebetteten Sub-Pixeln 400 gebildet ist, Bereiche aufweisen, die gefärbtes Licht durchlassen, und andere Bereiche, die klar sind (d.h. die Licht im sichtbarem Spektrum durchlassen).
  • Die in 4A gezeigten eingebetteten Sub-Pixel 400 können in einem Teilsatz der Pixel 22 des Arrays 20 oder in allen Pixeln 22 des Arrays 20 enthalten sein. Die eingebetteten Sub-Pixel 400 von 4A können ein erstes Sub-Pixel 402 umfassen, das als das innere Sub-Pixel 402 bezeichnet werden kann. Das innere Sub-Pixel 402 kann von einem zweiten Sub-Pixel 404 vollständig umgeben sein, das als das mittlere Sub-Pixel 404 bezeichnet werden kann. Das mittlere Sub-Pixel 404 kann von einem dritten Sub-Pixel 406 vollständig umgeben sein, das als das äußere Sub-Pixel 406 bezeichnet werden kann. Das innere Sub-Pixel 402, das mittlere Sub-Pixel 404 und das äußere Sub-Pixel 406 können n-dotierten Fotodiodenregionen in einem Halbleitersubstrat und jeweiliger Sub-Pixelschaltung in dem Substrat entsprechen, wie etwa Transfer-Gates, potenzialfreie Diffusionsregionen und Reset-Gates der eingebetteten Sub-Pixel 300, die mit den Fotodiodenregionen in den Sub-Pixeln 402 - 406 gekoppelt ist. Das Halbleitersubstrat (nicht gezeigt) kann ein massives Substrat vom p-Typ sein, das aus Silizium oder irgendeinem anderen geeigneten Halbleitermaterial hergestellt ist.
  • Eine Fotodiode in dem inneren Sub-Pixel 402 kann eine quadratische Form an der Oberfläche aufweisen. Mit anderen Worten, der Lichtsammelbereich des inneren Sub-Pixels 402 ist eine quadratische Region. An der Oberfläche kann das innere Sub-Pixel 402 eine Breite S7 aufweisen. Als ein Beispiel kann die Breite S7 des inneren Sub-Pixels 402 1 Mikron betragen, kann aber alternativ irgendeine andere Abmessung haben, ohne vom Umfang der vorliegenden Ausführungsform abzuweichen.
  • Das mittlere Sub-Pixel 404 kann eine quadratische äußere Begrenzung und eine quadratische innere Begrenzung an der Oberfläche aufweisen. Zwischen dem inneren Sub-Pixel 402 und dem mittleren Sub-Pixel 404 kann eine Isolationsregion 412 gebildet sein. Der Isolationsregion 412 kann jegliche Schaltung fehlen, die mit dem Pixel 22 oder seinen Sub-Pixeln 402 - 406 in Beziehung steht. Die Isolationsregion 412 kann das innere Sub-Pixel 402 von dem mittleren Sub-Pixel 404 trennen. Die Isolationsregion 412 kann unterschiedliche Typen von Isolationseinrichtungen umfassen, wie etwa Grabenisolationsstrukturen, dotierte Halbleiterregionen, Metallbarrierenstrukturen oder irgendeine andere geeignete Isolationseinrichtung. Der Bereich zwischen der Isolationsregion 412 und der äußeren Begrenzung des in 4A gezeigten mittleren Sub-Pixels 404 kann dem Lichtsammelbereich einer Fotodiode in dem mittleren Sub-Pixel 404 entsprechen. Die quadratische innere Begrenzung des mittleren Sub-Pixels 404 an der Oberfläche, die in 4A gezeigt ist, kann eine ähnliche Form aufweisen, aber größer sein als die äußere Begrenzung des inneren Sub-Pixels 402 (d.h. die quadratische innere Begrenzung des mittleren Sub-Pixels 404 weist eine Breite S7' auf, die größer ist als die Breite S7). Wie es in 4A gezeigt ist, beträgt die Länge von einer der Seiten der äußeren Begrenzung des mittleren Sub-Pixels 404 S8. Als ein Beispiel kann S8 2 Mikron betragen, kann aber alternativ irgendeine andere Abmessung haben, ohne vom Umfang der vorliegenden Ausführungsform abzuweichen. Die Länge S8 ist bevorzugt größer als die Länge S7.
  • Das äußere Sub-Pixel 406 kann eine quadratische äußere Begrenzung und eine quadratische innere Begrenzung an der Oberfläche aufweisen. Zwischen dem mittleren Sub-Pixel 404 und dem äußeren Sub-Pixel 406 kann eine Isolationsregion 408 gebildet sein. Der Isolationsregion 408 kann jegliche Schaltung fehlen, die mit dem Pixel 22 oder seinen Sub-Pixeln 402 - 406 in Beziehung steht. Die Isolationsregion 408 kann das mittlere Sub-Pixel 404 von dem äußeren Sub-Pixel 406 trennen. Die Isolationsregion 408 kann unterschiedliche Typen von Isolationseinrichtungen umfassen, wie etwa Grabenisolationsstrukturen, dotierte Halbleiterregionen, Metallbarrierenstrukturen oder jede andere geeignete Isolationseinrichtung.
  • Der Bereich zwischen der Isolationsregion 408 und der äußeren Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 406 in 4A kann dem Lichtsammelbereich einer Fotodiode in dem äußeren Sub-Pixel 406 entsprechen. Die quadratische innere Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 406 an der Oberfläche kann eine ähnliche Form, aber größere Größe als die äußere Begrenzung des mittleren Sub-Pixels 404 aufweisen (d.h. die quadratische innere Begrenzung der äußeren Fotodiode 406 weist eine Breite S8' auf, die größer ist als die Breite S8). Wie es in 4A gezeigt ist, beträgt die Länge von einer der Seiten der äußeren Begrenzung des mittleren Sub-Pixels 404 S9. Als ein Beispiel kann S9 3 Mikron betragen, kann aber alternativ jede andere Abmessung haben, ohne vom Umfang der vorliegenden Ausführungsform abzuweichen. Die Länge S9 ist bevorzugt größer als die Längen S8 und S7.
  • Das äußere Sub-Pixel 406 ist in 4A als eine quadratische äußere Begrenzung aufweisend veranschaulicht, kann aber alternativ eine rechteckige äußere Begrenzung haben. Ähnlich können die äußeren und inneren Begrenzung des mittleren Sub-Pixels 404 rechteckig sein, und die Begrenzung des inneren Sub-Pixels 402 kann genauso gut rechteckig sein.
  • Das innere Sub-Pixel 402 kann eine geringere Empfindlichkeit auf einfallendes Licht im Vergleich mit dem mittleren Sub-Pixel 404 und den äußeren Sub-Pixel 406 aufweisen und kann derart bezeichnet werden, dass es einen Lichtsammelbereich mit geringerer Empfindlichkeit im Vergleich mit dem mittleren Sub-Pixel 404 und dem äußeren Sub-Pixel 406 aufweist. Das mittlere Sub-Pixel 404 kann eine geringere Empfindlichkeit auf einfallendes Licht im Vergleich mit dem äußeren Sub-Pixel 406 aufweisen und kann derart bezeichnet werden, dass es einen Lichtsammelbereich mit geringerer Empfindlichkeit im Vergleich mit dem äußeren Sub-Pixel 406 aufweist. Die jeweiligen Dotierungskonzentrationen der jeweiligen Fotodiodenregionen des inneren Sub-Pixels 402, des mittleren Sub-Pixels 404 und des äußeren Sub-Pixels 406 können verschieden oder gleich sein. Als ein Beispiel können die Dotierungskonzentrationen einer ersten Fotodiode in dem inneren Sub-Pixel 402 relativ zu den Dotierungskonzentrationen von jeweiligen Fotodioden in den Sub-Pixeln 404 und 406 verschieden sein, um die Empfindlichkeit des inneren Sub-Pixels 402 auf Licht relativ zu den Sub-Pixeln 404 und 406 zu verringern. Zu Zwecken der Vereinfachung der Erläuterung und Hervorhebung der Eigenschaften der eingebetteten Sub-Pixel 400 wird jedoch angenommen, dass die Sub-Pixel 402, 404 und 406 Fotodiodenregionen mit den gleichen Dotierungskonzentrationen aufweisen. Die geringere Empfindlichkeit auf einfallendes Licht des inneren Sub-Pixels 402 im Vergleich mit dem mittleren Sub-Pixel 404 kann ein Ergebnis des geringeren Lichtsammelbereichs des inneren Sub-Pixels 402 im Vergleich mit dem Lichtsammelbereich des mittleren Sub-Pixels 404 sein. Ähnlich kann die geringere Empfindlichkeit auf einfallendes Licht des mittleren Sub-Pixels 404 im Vergleich mit dem äußeren Sub-Pixel 406 ein Ergebnis des geringeren Lichtsammelbereichs des mittleren Sub-Pixels 404 im Vergleich mit dem Lichtsammelbereich des äußeren Sub-Pixels 406 sein.
  • Eine oder mehrere Mikrolinsen (in 4A nicht gezeigt) können über den eingebetteten Sub-Pixeln 400 von 4A gebildet sein, um Licht zu dem mittleren Sub-Pixel 404 und dem äußeren Sub-Pixel 406 hin zu lenken. Alternativ können eine oder mehrere Mikrolinsen über den eingebetteten Sub-Pixeln 400 von 4A gebildet sein, um nur Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 406 hin zu lenken.
  • Die eine oder mehreren Mikrolinsen können über dem Farbfilter gebildet sein, der über den eingebetteten Sub-Pixeln 400 (in 4A nicht gezeigt) gebildet ist. Um Licht zu dem mittleren Sub-Pixel 404 und dem äußeren Sub-Pixel 406 hin, oder äquivalent, von dem inneren Sub-Pixel 402 weg zu lenken, können eine oder mehrere Mikrolinsen über nur dem mittleren Sub-Pixel 404 und dem äußeren Sub-Pixel 406 gebildet sein (d.h. über der Region, die von der inneren Begrenzung des mittleren Sub-Pixels 404 und der äußeren Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 406 begrenzt ist). In manchen Ausführungsformen jedoch können die eine oder mehreren Mikrolinsen, die Licht zu dem mittleren Sub-Pixel 404 und dem äußeren Sub-Pixel 406 hin lenken, den Lichtsammelbereich des inneren Sub-Pixels 402 teilweise überlappen. Das Lenken von Licht zu dem mittleren Sub-Pixel 404 und dem äußeren Sub-Pixel 406 hin kann ferner die Empfindlichkeit der jeweiligen Lichtsammelbereiche des mittleren Sub-Pixels 404 und des äußeren Sub-Pixels 406 relativ zu der Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des inneren Sub-Pixels 402 erhöhen. Mit anderen Worten, weil eine größere Menge an Licht, die auf die eingebetteten Sub-Pixel 400 einfällt, zu dem mittleren Sub-Pixel 404 und dem äußeren Sub-Pixel 406 als zu dem inneren Sub-Pixel 402 gelenkt wird, kann man sagen, dass das innere Sub-Pixel 402 einen Lichtsammelbereich mit geringerer Empfindlichkeit im Vergleich mit dem mittleren Sub-Pixel 404 und dem äußeren Sub-Pixel 406 aufweist.
  • Wie es oben erwähnt wurde, kann es in manchen Ausführungsformen erwünscht sein, eine oder mehrere Mikrolinsen über dem eingebetteten Sub-Pixel 400 zu bilden, um nur Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 406 hin zu lenken. In solchen Ausführungsformen können die eine oder mehreren Mikrolinsen über nur dem äußeren Sub-Pixel 406 gebildet sein (d.h. über der Region, die von der inneren Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 406 und der äußeren Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 406 begrenzt ist). In manchen Ausführungsformen können jedoch die eine oder mehreren Mikrolinsen, die Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 406 hin lenken, den Lichtsammelbereich des mittleren Sub-Pixels 404 teilweise überlappen. Das Lenken von Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 406 hin kann die Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des äußeren Sub-Pixels 406 relativ zu der Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des inneren Sub-Pixels 402 und des mittleren Sub-Pixels 404 weiter erhöhen. Mit anderen Worten, weil eine größere Menge an Licht, die auf die eingebetteten Sub-Pixel 400 einfällt, zu dem äußeren Sub-Pixel 406 als zu dem inneren Sub-Pixel 402 oder mittleren Sub-Pixel 404 gelenkt wird, kann man sagen, dass das innere Sub-Pixel 402 und das mittlere Sub-Pixel 404 jeweils einen Lichtsammelbereich mit geringerer Empfindlichkeit im Vergleich mit dem äußeren Sub-Pixel 406 aufweisen.
  • 4B ist eine Querschnittsseitenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln 400 entlang der Linie A-A' in 4A. 4B veranschaulicht eine erste Isolationsregion 412 zwischen dem inneren Sub-Pixel 402 und dem mittleren Sub-Pixel 404. Die Isolationsregion 412 kann senkrecht zu der Lichtsammelfläche 416 der eingebetteten Sub-Pixel 400 stehen. Wenn die Isolationsregion 412 senkrecht zu der Oberfläche 416 steht, kann der Winkel 414 zwischen der Isolationsregion 412 und der Oberfläche 416 90 Grad betragen, und die Läge über das innere Sub-Pixel 402 hinweg an der Oberfläche 416 kann gleich sein wie die Länge über das innere Sub-Pixel 402 hinweg an der entgegengesetzten Oberfläche 418. Alternativ können Konstruktionserwägungen und Implementierungsrandbedingungen in bestimmten Fertigungsprozessen dazu führen, dass der Winkel 414 zwischen der Isolationsregion 412 und der Oberfläche 416 größer oder kleiner als 90 Grad ist. Wenn der Winkel 414 nicht 90 Grad beträgt, kann die Länge über das innere Sub-Pixel 402 hinweg an der Oberfläche 416 unterschiedlich gegenüber der Länge über das innere Sub-Pixel 402 hinweg an der Oberfläche 418 sein.
  • Die Isolationsregion 412 kann ein erste und zweite Region umfassen, die durch eine Begrenzung getrennt sind. Isolationseinrichtungen, die in der Isolationsregion 412 verwendet werden, können Isolationsstrukturen von verschiedenen Typen umfassen, wie etwa Grabenisolationsstrukturen, dotierte Halbleiterregionen und Metallbarrieren, die in einem oder beiden von der ersten und zweiten Region der Isolationsregion 412 gebildet sein können. Wenn der gleiche Typ von Isolationseinrichtung in sowohl der ersten als auch der zweiten Region von Isolationsregion 412 gebildet ist (d.h. wenn ein einzelner Isolationseinrichtungstyp in Isolationsregion 412 gebildet ist), kann die Isolationseinrichtung in Region 412 kontinuierlich sein. Wenn der Typ von Isolationseinrichtung in einer ersten Region von Isolationsregion 412 mit einer Höhe h5 verschieden ist von dem Typ von Isolationseinrichtung in einer zweiten Region von Isolationsregion 412 mit einer Höhe h6, können die Isolationseinrichtungen in Region 412 für die Tiefe von Fotodioden in den eingebetteten Sub-Pixeln 400 diskontinuierlich sein. 4B veranschaulicht auch eine Isolationsstruktur 408 zwischen dem mittleren Sub-Pixel 404 und dem äußeren Sub-Pixel 406. Die Isolationsstruktur 408 kann senkrecht zu der Lichtsammelfläche 416 der eingebetteten Fotodioden 400 stehen. Wenn die Isolationsstruktur 408 senkrecht zu der Oberfläche 416 steht, kann der Winkel 420 zwischen der Isolationsstruktur 408 und der Oberfläche 416 90 Grad betragen, und die Länge über die mittlere Fotodiode 404 hinweg an der Oberfläche 416 kann gleich sein wie die Länge über die mittlere Fotodiode 404 hinweg an einer entgegengesetzten Oberfläche 418. Alternativ können Konstruktionserwägungen oder Implementierungsrandbedingungen in bestimmten Fertigungsprozessen zu einem Winkel 420 zwischen der Isolationsstruktur 408 und der Oberfläche 416 führen, der größer oder kleiner als 90 Grad ist. Wenn der Winkel 420 nicht 90 Grad beträgt, kann die Länge über die mittlere Fotodiode 404 hinweg an der Oberfläche 416 verschieden sein gegenüber der Länge über die mittlere Fotodiode 404 hinweg an der Oberfläche 418.
  • Die Isolationsregion 408 kann eine erste und zweite Region aufweisen, die durch eine Begrenzung getrennt sind. Isolationseinrichtungen, die in der Isolationsregion 408 verwendet werden, können Isolationsstrukturen von verschiedenen Typen umfassen, wie etwa Grabenisolationsstrukturen, dotierte Halbleiterregionen und Metallbarrieren, die in einer oder beiden von der ersten und zweiten Region der Isolationsregion 408 gebildet sein können. Wenn der gleiche Typ von Isolationseinrichtung in sowohl der ersten als auch der zweiten Region der Isolationsregion 408 gebildet ist (d.h. wenn ein Isolationseinrichtungstyp in Isolationsregion 408 gebildet ist), kann die Isolationseinrichtung in Region 408 kontinuierlich sein. Wenn der Typ von Isolationseinrichtung in einer ersten Region von Isolationsregion 408 mit einer Länge h7 verschieden ist von dem Typ von Isolationseinrichtung in einer zweiten Region von Isolationsregion 408 mit einer Höhe h8, können die Isolationseinrichtungen in Region 408 für die Tiefe von Fotodioden in den eingebetteten Sub-Pixeln 400 diskontinuierlich sein.
  • Während eines Lichtsammelintervalls kann Licht 410, das auf die eingebetteten Sub-Pixel 400 in Pixel 22 von 1 einfällt, an jeweiligen Fotodiodenregionen von inneren Sub-Pixeln 402, mittleren Sub-Pixeln 404 und äußeren Sub-Pixeln 406 empfangen werden. Wie es oben in Verbindung mit 4A beschrieben wurde, weist das mittlere Sub-Pixel 404 einen empfindlicheren Lichtsammelbereich im Vergleich mit dem inneren Sub-Pixel 402 aufgrund zumindest der größeren Größe des mittleren Sub-Pixels 404 und der einen oder mehreren Mikrolinsen auf, die auf den eingebetteten Sub-Pixeln 400 gebildet sind, um Licht zu dem mittleren Sub-Pixel 404 zu lenken. Als ein Ergebnis davon, dass das mittlere Sub-Pixel 404 einen empfindlicheren Lichtsammelbereich aufweist, kann die Zahl von fotoerzeugten Ladungen in dem mittleren Sub-Pixel 404, nachdem es einfallendem Lichts 410 ausgesetzt worden war, größer sein als die Zahl von fotoerzeugten Ladungen in dem inneren Sub-Pixel 402, nachdem es einfallendem Lichts 410 ausgesetzt worden war.
  • Fotoerzeugte Ladungen in der Fotodiode des mittleren Sub-Pixels 404 können über die Isolationsregion 412 hinweg in die Fotodiode des inneren Sub-Pixels 402 hinweg lecken oder diffundieren. Ähnlich können fotoerzeugte Ladungen in dem äußeren Sub-Pixel 406 über die Grenzfläche 408 hinweg und in das mittlere Sub-Pixel 404 lecken oder diffundieren. Das Lecken von Ladung aus einer Fotodiodenregion eines Sub-Pixels in eine andere Fotodiodenregion eines anderen Sub-Pixels wird im Allgemeinen als elektrisches Übersprechen bezeichnet. Weil ein einzelner Farbfilter über den eingebetteten Sub-Pixeln 400 gebildet ist, empfangen das innere Sub-Pixel 402, das mittlere Sub-Pixel 404 und das äußere Sub-Pixel 406 einfallendes Licht 410 mit der gleichen Farbe.
  • Als ein Ergebnis entspricht fotoerzeugte Ladung, die von dem mittleren Sub-Pixel 404 über Isolationsregion 412 hinweg in die innere Fotodiode 402 diffundiert oder leckt, Ladung, die in Ansprechen auf die gleiche Farbe erzeugt wird, die fotoerzeugte Ladungen in dem inneren Sub-Pixel 402 erzeugte. Ähnlich entspricht fotoerzeugte Ladung, die von dem äußeren Sub-Pixel 406 über die Isolationsregion 408 hinweg in das mittlere Sub-Pixel 404 diffundiert oder leckt, Ladung, die in Ansprechen auf die gleiche Farbe erzeugt wird, die fotoerzeute Ladungen in dem mittleren Sub-Pixel 404 erzeugte.
  • Das elektrische Übersprechen zwischen Sub-Pixeln 402 und 404 und das Übersprechen zwischen Sub-Pixeln 404 und 406 ist daher Übersprechen zwischen Sub-Pixeln, die Licht mit der gleichen Farbe empfangen, und ist daher handhabbar. Das elektrische Übersprechen zwischen Sub-Pixeln 402, 404 und 406 kann während des Auslesens des Pixels 22, in welchem die eingebetteten Sub-Pixel 400 gelegen sind, oder nach dem Auslesen des Pixels 22, in welchem die eingebetteten Sub-Pixel 400 gelegen sind, berücksichtigt oder gehandhabt werden.
  • Der Bereich der Oberfläche der Isolationsregion 412, über welchen Ladungen von dem mittleren Sub-Pixel 404 zu dem inneren Sub-Pixel 402 lecken oder diffundieren, kann von dem Winkel 414 zwischen der Isolationsregion 412 und der Oberfläche 416 abhängen. Wenn der Winkel 414 kleiner oder größer als 90 Grad ist, wird der Bereich der Oberfläche der Isolationsregion 412 vergrößert, während das Ausmaß an elektrischem Übersprechen zwischen Fotodioden 402 und 404 vergrößert wird, weil der Bereich, über welchen fotoerzeugte Ladungen diffundieren (d.h. der Grenzflächenbereich von Isolationsregion 412) vergrößert ist.
  • Ähnlich kann der Bereich der Isolationsregion 408, über den Ladung von der äußere Fotodiode 406 hinweg zu der mittleren Fotodiode 404 leckt oder diffundiert, von dem Winkel 420 zwischen Isolationsregion 408 und Oberfläche 416 abhängen. Wenn der Winkel 420 kleiner oder größer als 90 Grad ist, ist der Bereich von Isolationsregion 408 vergrößert, was das Ausmaß an elektrischem Übersprechen zwischen Sub-Pixeln 404 und 406 erhöht, weil der Bereich, über welchen fotoerzeugte Ladungen diffundieren können (d.h. der Grenzflächenbereich von Isolationsregion 408) vergrößert ist.
  • Obgleich 4 drei Sub-Pixelstrukturen 402 - 406 in einer eingebetteten Anordnung veranschaulicht, können mehr als drei Sub-Pixelstrukturen in einer eingebetteten Anordnung in einem Pixel gebildet sein. Als ein Beispiel können vier Sub-Pixelstrukturen in einer eingebetteten Anordnung gebildet sein, in welcher eine erste, innerste Sub-Pixelstruktur innerhalb einer zweiten Sub-Pixelstruktur eingebettet ist, die wiederum innerhalb einer dritten Sub-Pixelstruktur eingebettet sein kann, die wiederum innerhalb einer vierten, äußersten Sub-Pixelstruktur eingebettet sein kann. Auf diese Weise kann eine beliebige Zahl von Sub-Pixelstrukturen in einem Pixel enthalten sein, in welchem eine innerste Sub-Pixelstruktur innerhalb einer Anzahl von Sub-Pixelstrukturen eingebettet sein kann, die selbst innerhalb jeweiliger Sub-Pixelstrukturen eingebettet sein können, außer für die äußerste Pixelstruktur.
  • Wenn man sagt, dass eine erste Sub-Pixelstruktur innerhalb einer zweiten Sub-Pixelstruktur eingebettet ist, bringt dies mit sich, dass die erste Sub-Pixelstruktur seitlich von der zweiten Sub-Pixelstruktur umgeben ist, wie es in zumindest den 2 - 4 veranschaulicht ist. Nimmt man 2 als ein Beispiel, kann festgestellt werden, dass die äußere Sub-Pixelstruktur 204 die innere Sub-Pixelstruktur 202 seitlich umgibt. Mit anderen Worten, das äußere Sub-Pixel 204 umgibt das innere Sub-Pixel 202 mit Ausnahme an Oberflächen 216 und 218 des inneren Sub-Pixels 202 (d.h. das äußere Sub-Pixel 204 umgibt das innere Sub-Pixel 202 seitlich).
  • Wenn man sagt, dass eine erste Sub-Pixelstruktur innerhalb einer zweiten Sub-Pixelstruktur eingebettet sein soll, bringt dies mit sich, dass keine zusätzlichen, dazwischenliegenden Pixel oder Sub-Pixel in einer Region zwischen dem ersten und zweiten Sub-Pixel gebildet sind. Wieder 2 als ein Beispiel genommen, kann festgestellt werden, dass jeder Raum zwischen Sub-Pixeln 202 und 204 frei von zusätzlichen Pixel- oder Sub-Pixelstrukturen ist.
  • Zur Information kann Einbetten eine transitive Funktion sein, indem, wenn ein erstes Sub-Pixel innerhalb eines zweiten Sub-Pixels eingebettet ist, und das zweite Sub-Pixel wiederum innerhalb eines dritten Sub-Pixels eingebettet ist (wie zum Beispiel in 4A), man sagen kann, dass das erste Sub-Pixels innerhalb des dritten Sub-Pixels „eingebettet“ ist. Formell kann man sich jedoch geeignet vorstellen, dass zwei Sub-Pixel eingebettet sind, wenn eines der Sub-Pixel das andere Sub-Pixel seitlich umgibt, und wenn irgendein Raum zwischen den Sub-Pixeln frei von irgendwelchen anderen Pixel- oder Sub-Pixelstrukturen ist. Wenn ein erstes Sub-Pixel innerhalb eines zweiten Sub-Pixels eingebettet ist, die vorstehende formelle Bedeutung, kann man sagen, dass das zweite Sub-Pixel auch das erste Sub-Pixel „unmittelbar umgibt“.
  • Obgleich die obige formelle Definition von Einbetten oder „unmittelbar umgeben“ in Verbindung mit zwei Sub-Pixeln beschrieben wurde, kann man sich auch geeignet vorstellen, dass eine Sub-Pixelgruppe ein anderes Sub-Pixel oder eine andere Sub-Pixelgruppe unmittelbar umgeben kann. Wenn ein Sub-Pixel seitlich von einer Sub-Pixelgruppe umgeben ist, die mehrfache Sub-Pixel umfasst, und wenn irgendeinem Raum zwischen dem Sub-Pixel und der Sub-Pixelgruppe irgendwelche anderen Sub-Pixel oder Pixel fehlen, ist das Sub-Pixel unmittelbar von der Sub-Pixelgruppe umgeben oder darin eingebettet. Auf eine ähnliche Weise kann eine erste Sub-Pixelgruppe von einer zweiten Sub-Pixelgruppe unmittelbar umgeben sein oder innerhalb derselben eingebettet sein.
  • Der Lichtsammelbereich der innersten Sub-Pixelstruktur eines Pixels kann die Form der zusätzlichen Sub-Pixelstrukturen in dem Pixel, innerhalb welchem die innerste Sub-Pixelstruktur eingebettet ist, beeinflussen oder helfen zu bestimmen. Wie es in 2 zu sehen ist, bestimmt beispielsweise die Form des Lichtsammelbereichs des inneren Sub-Pixels 202 die Form des Lichtsammelbereichs des äußeren Sub-Pixels 204. Weil die äußere Begrenzung des inneren Sub-Pixels 202 (d.h. die Grenzfläche des inneren Sub-Pixels 202 und der Isolationsregion 206 oder des äußeren Sub-Pixels 204) kreisförmig ist, weist genauer die innere Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 204 ebenfalls eine kreisförmige Form auf. Wenn, wie es oben beschrieben wurde, ein Pixel irgendeine Anzahl von eingebetteten Sub-Pixeln aufweist, kann die Form des Lichtsammelbereichs des innersten Sub-Pixels oder der innersten Sub-Pixelgruppe elliptisch, kreisförmig (wie in 2 gezeigt ist), rechteckig oder quadratisch (wie in 3 gezeigt ist) sein. Pixel sind nicht auf irgendeine Anzahl von eingebetteten Sub-Pixeln, die sie durch die Form des Lichtsammelbereichs ihres innersten Sub-Pixels aufweisen können, begrenzt. Mit anderen Worten, die Zahl von eingebetteten Sub-Pixeln kann ungeachtet davon erhöht sein, ob das innerste Sub-Pixel elliptisch, kreisförmig, rechteckig oder quadratisch ist. Wenn eine Sub-Pixelgruppe oder ein einzelnes Sub-Pixel derart bezeichnet wird, dass es eine elliptische Form aufweist, kann im Allgemeinen die Sub-Pixelgruppe oder das einzelne Sub-Pixel eine kreisförmige Form oder irgendeine andere elliptische Form aufweisen. Wenn ähnlich eine Sub-Pixelgruppe oder ein einzelnes Sub-Pixel derart bezeichnet wird, dass es eine rechteckige Form aufweist, kann die Sub-Pixelgruppe oder das einzelne Sub-Pixel eine quadratische Form oder irgendeine andere rechteckige Form aufweisen.
  • 5 ist eine Oberflächenansicht von eingebetteten Sub-Pixelgruppen 500 in einem Pixel 22 des Arrays 20. Die eingebetteten Sub-Pixelgruppen 500 können eine alternative Ausführungsform zu den eingebetteten Sub-Pixelgruppen der 2 - 4, 6 und 9 sein. Genauer kann die Ausführungsform von 5 ähnlich wie die in 3 gezeigte Ausführungsform sein. 5 und 3A unterscheiden sich darin, dass das äußere Sub-Pixel 304 in 3A in ein äußeres linkes Sub-Pixel 504 und ein äußeres rechtes Sub-Pixel 506 in 5 unterteilt sein kann. Das äußere linke Sub-Pixel 504 und das äußere rechte Sub-Pixel 506 können eine äußere Sub-Pixelgruppe bilden, in welcher das innere Sub-Pixel 502 eingebettet ist. Die Beschreibungen der in 3B beschriebenen Sub-Pixelstruktur ist auch auf die eingebetteten Sub-Pixel 500 von 5 anwendbar, mit den notwendigen Modifikationen, die die Unterteilung des äußeren Sub-Pixels 204 in ein äußeres linkes Sub-Pixel 504 und ein äußeres rechtes Sub-Pixel 506 berücksichtigen. Ein Beispiel einer solchen notwendigen Modifikation ist die Form der Isolationsregion 508. Ähnlich wie die 3A und 3B, in welchen die Isolationsregion 306 zwischen Sub-Pixeln 302 und 304 gebildet ist, ist die Isolationsregion 508 zwischen einem jeden der Sub-Pixel 502 - 506 gebildet. Ähnlich sind die Beschreibungen bezüglich der Platzierung von einer oder mehreren Mikrolinsen über den eingebetteten Sub-Pixeln 200 in den 2 und 3 auch auf das eingebettete Sub-Pixel 500 von 5 anwendbar, mit den notwendigen Modifikationen, die die Unterteilung des äußeren Sub-Pixels 204 in ein äußeres linkes Sub-Pixel 504 und ein äußeres rechtes Sub-Pixel 506 berücksichtigen.
  • Im Allgemeinen können ein oder mehrere äußere Sub-Pixel oder Sub-Pixelgruppen mit entweder rechteckigen, quadratischen, elliptischen oder kreisförmigen inneren Begrenzungen in jeweilige unterteilte Sub-Pixelgruppen mit zusätzlichen Sub-Pixeln im Vergleich mit dem ursprünglichen Sub-Pixel oder der ursprünglichen Sub-Pixelgruppe unterteilt sein.
  • 6 ist eine Oberflächenansicht von eingebetteten Sub-Pixeln 600 in einem Pixel 22 des Arrays 20. Die eingebetteten Sub-Pixel 600 können eine alternative Ausführungsform zu den eingebetteten Sub-Pixeln in 2 - 5 und 9 sein. Genauer kann die Ausführungsform von 6 ähnlich wie die in 2 gezeigte Ausführungsform sein. 6 und 2A unterscheiden sich darin, dass das äußere Sub-Pixel 204 in 2A in vier Sub-Pixel unterteilt ist, nämlich ein erstes Quadranten-Sub-Pixel 604, ein zweites Quadranten-Sub-Pixel 606, ein drittes Quadranten-Sub-Pixel 608 und ein viertes Quadranten-Sub-Pixel 610. Die Beschreibungen der in den 2B und 2C beschriebenen Sub-Pixelwannenstruktur sind auch auf die eingebetteten Sub-Pixel 600 von 6 anwendbar, mit den notwendigen Modifikationen, die die Unterteilung des äußeren Sub-Pixels 204 in ein erstes Quadranten-Sub-Pixel 604, ein zweites Quadranten-Sub-Pixel 606, ein drittes Quadranten-Sub-Pixel 608 und ein viertes Quadranten-Sub-Pixel 610 berücksichtigen. Ein Beispiel einer solchen notwendigen Modifikation ist die Form der Isolationsregion 612. Ähnlich wie die 2A - 2C, in welchen die Isolationsregion 206 zwischen Sub-Pixeln 202 und 204 gebildet ist, ist die Isolationsregion 612 zwischen jedem der Sub-Pixel 602 - 608 gebildet. Ähnlich sind die Beschreibungen bezüglich der Platzierung von einer oder mehreren Mikrolinsen über den eingebetteten Sub-Pixeln 200 in 2 auch auf das eingebettete Sub-Pixel 600 von 6 anwendbar, mit den notwendigen Modifikationen, die die Unterteilung des äußeren Sub-Pixels 204 in ein erstes Quadranten-Sub-Pixel 604, ein zweites Quadranten-Sub-Pixel 606, ein drittes Quadranten-Sub-Pixel 608 und ein viertes Quadranten-Sub-Pixel 610 berücksichtigen.
  • Die 5 und 6 veranschaulichen beide, wie ein äußeres Sub-Pixel, wie etwa das äußere Sub-Pixel 204 in 2, in mehrere Sub-Pixel mit jeweiligen Fotodioden geteilt oder unterteilt sein kann. In 5 ist das Sub-Pixel 204 von 2 geteilt, um eine äußere Sub-Pixelgruppe zu erzeugen, die ein linkes Sub-Pixel 504 und ein rechtes Sub-Pixel 506 umfasst. In 6 ist das Sub-Pixel 204 von 2 geteilt, um eine äußere Sub-Pixelgruppe zu erzeugen, die eine erste Quadrantenfotodiode 604, eine zweite Quadrantenfotodiode 606, eine dritte Quadrantenfotodiode 608 und eine vierte Quadrantenfotodiode 610 umfasst. Jedoch können ein oder mehrere Sub-Pixel in einem Pixel auf irgendeine Weise unterteilt sein, um eine Sub-Pixelgruppe mit mehr als einem Sub-Pixel zu bilden. Als ein Beispiel kann das Sub-Pixel 204 von 2 horizontal statt vertikal, wie in 5 gezeigt, geteilt sein, um eine äußere Sub-Pixelgruppe mit einem oberen Sub-Pixel und einem unteren Sub-Pixel zu bilden. Allgemein kann eine Isolationsstruktur zwischen irgendwelchen zwei benachbarten Sub-Pixeln gebildet sein. Jedoch sind die Isolationsstrukturen in den 7 - 11 nicht detaillierter veranschaulicht oder diskutiert, um ein unnötiges Verschleiern der vorliegenden Ausführungsformen und der Zeichnungen der 7 - 11 zu vermeiden.
  • 7 veranschaulicht die Platzierung von kreisförmigen Mikrolinsen über eingebetteten Sub-Pixeln 700 in einem Pixel 22 des Arrays 20. Obwohl das innere Sub-Pixel 702 und das äußere Sub-Pixel 704 von 7 gemäß der Ausführungsform von 2A veranschaulicht sind, kann die Platzierung von kreisförmigen Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 in Verbindung mit irgendeiner der Sub-Pixelkonfigurationen der 3 - 6 verwendet werden. Die kreisförmigen Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 können außerhalb der Begrenzung des inneren Sub-Pixels 702 zentriert sein. Die Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 können über Regionen des äußeren Sub-Pixels 704 zentriert sein. 7 veranschaulicht vier Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 pro Pixel. Die Platzierung der Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 über den eingebetteten Sub-Pixeln 700 kann Licht zu nur dem äußeren Sub-Pixel 704 lenken. Die Platzierung der Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4, wie sie in 7 veranschaulicht ist, kann die Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des äußeren Sub-Pixels 704 relativ zu einer Anordnung erhöhen, in welcher die Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 überhaupt nicht gebildet sind. Wie es in 7 gezeigt ist, können die Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 das innere Sub-Pixel 702 teilweise überlappen. Die Erhöhung der Empfindlichkeit für den Lichtsammelbereich des inneren Sub-Pixels 702, die durch die Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4, die das innere Sub-Pixel 702 teilweise überlappen, bewirkt wird, kann jedoch vernachlässigbar sein.
  • 7 veranschaulicht die Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4, die sich über das äußere Sub-Pixel 704 hinaus erstrecken. Jedoch kann die Erstreckung der Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 über das äußere Sub-Pixel hinaus einem Zwischenschritt bei der Fertigung der Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 entsprechen. Die 14A - 14C veranschaulichen die Stufen, die erforderlich sind, um fertiggestellte Mikrolinsen über einem Pixel, wie etwa dem Pixel 700, zu bilden. 14A veranschaulicht, wie zunächst eine erste Gruppe von Mikrolinsen 1440 abgeschieden werden kann. Eine Draufsicht 1440 von 14A zeigt, dass die erste Gruppe von Mikrolinsen 1440 in einem diagonalen Muster gebildet werden kann. Jede der Mikrolinsen 1440 kann einer Mikrolinse 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 in 7 entsprechen. Die Querschnittsseitenansicht 1492 von 14A zeigt, dass die Mikrolinsen 1440 im Wesentlichen die gleichen Abmessungen aufweisen können.
  • 14B zeigt, wie ein zweiter Satz von Mikrolinsen 1442-1 zwischen Lücken des diagonalen Musters des ersten Satzes von Mikrolinsen 1440 abgeschieden werden kann. Die Mikrolinsen 1442-1 werden nicht vollständig gebildet, sondern lediglich in den Schaubildern von 14B abgeschieden. Eine Draufsicht 1494 von 14B zeigt, dass der zweite Satz von Mikrolinsen 1442-1 genauso gut in einem diagonalen Muster gebildet werden kann. Die Querschnittsseitenansicht 1496 von 14B zeigt, dass der zweite Satz von Mikrolinsen 1442-1 in ihrem Zwischenzustand von 14B eine Höhe aufweisen kann, die größer ist als die Höhe des ersten Satzes von Mikrolinsen 1440. Wie es in der Querschnittsseitenansicht 1496 von 14B gezeigt ist, kann der zweite Satz von Mikrolinsen 1442-1 den ersten Satz von Mikrolinsen 1440 teilweise überlappen.
  • 14C zeigt die abschließende Platzierung und Struktur des ersten Satzes von Mikrolinsen 1440 und eines vervollständigten Satzes von Mikrolinsen 1442-2, der aus einer Reflowbehandlung der Einrichtung von 14B resultiert. Die Draufsicht 1498 in 14C der Mikrolinsen 1440 und 1442-2 zeigt eine augenscheinlich ähnliche Struktur wie die Draufsicht 1494 von 14B, aber die Querschnittsseitenansicht 1499 von 14C zeigt, dass der einer Reflowbehandlung unterzogene zweite Satz von Mikrolinsen 1442-2 im Wesentlichen die gleiche Höhe wie der erste Satz von Mikrolinsen 1440 aufweist.
  • 8A veranschaulicht die Platzierung einer torusförmigen Mikrolinse über eingebetteten Sub-Pixeln 800 in einem Pixel 22 des Arrays 20. Obwohl das innere Sub-Pixel 802 und das äußere Sub-Pixel 804 von 8A gemäß der Ausführungsform von 2A veranschaulicht sind, kann eine torusförmige Mikrolinse 840 in Verbindung mit irgendeiner der Sub-Pixelkonfigurationen der 3 - 6 verwendet werden. Mit anderen Worten, die torusförmige Mikrolinse 840 kann in Verbindung mit Pixeln verwendet werden, die mehrfache eingebettete Sub-Pixelgruppen aufweisen, die ein inneres Sub-Pixel umgeben, das eine kreisförmige, elliptische, quadratische oder rechteckige Oberfläche aufweist. Pixel 22, die eine, zwei oder irgendeine Zahl von Sub-Pixelgruppen umfassen, die ein inneres Sub-Pixel umgeben, das eine kreisförmige, elliptische, quadratische oder rechteckige Oberfläche aufweist, können eine torusförmige Mikrolinse 840 umfassen.
  • 8A veranschaulicht eine torusförmige Mikrolinse 840, die entweder eine erste innere Begrenzung 850 oder eine zweite innere Begrenzung 852 aufweisen kann. In bestimmten Ausführungsformen, wo die torusförmige Mikrolinse 840 die erste innere Begrenzung 850 aufweist, kann die torusförmige Mikrolinse das innere Sub-Pixel 802 nicht überlappen. Mit anderen Worten, die torusförmige Mikrolinse 840 mit der inneren Begrenzung 850 kann über nur dem äußeren Sub-Pixel 804 gebildet sein. In anderen Ausführungsformen, wo die torusförmige Mikrolinse 840 die zweite innere Begrenzung 852 aufweist, kann die torusförmige Mikrolinse das innere Sub-Pixel 802 teilweise überlappen. Wenn die torusförmige Mikrolinse 840 nur das äußere Sub-Pixel 804 überlappt (d.h. wenn die torusförmige Mikrolinse 840 die zweite innere Begrenzung 852 aufweist), kann die torusförmige Mikrolinse 840 Licht zu einem äußeren Sub-Pixel 804 lenken, ohne irgendwelches Licht zu dem inneren Sub-Pixel 802 zu lenken. Jedoch kann die Mikrolinse 840 alternativ das innere Sub-Pixel 802 zumindest teilweise überlappen (d.h. wenn die torusförmige Mikrolinse 840 die erste innere Begrenzung 850 aufweist), so dass das Licht (d.h. Photonen), das auf den Abschnitt der Mikrolinse 840 einfällt, der das innere Sub-Pixel 802 zumindest teilweise überlappt, durch die torusförmige Mikrolinse 840 zu dem äußeren Sub-Pixel 804 hin umgelenkt werden kann. Weil die torusförmige Mikrolinse 840 nur Licht zu dem äußeren Sub-Pixel 804 umlenkt, kann die Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des äußeren Sub-Pixels 804 erhöht werden. Die Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des äußeren Sub-Pixels 804 kann größer sein als die Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des inneren Sub-Pixels 802.
  • Die torusförmige Mikrolinse 840 von 8A ist derart gezeigt, dass sie sich über die äußere Begrenzung eines äußeren Sub-Pixels 804 hinaus erstreckt (nämlich in die Region 860 jenseits des äußeren Sub-Pixels 804). Als ein Beispiel ist ein Abschnitt der torusförmigen Mikrolinse 840 derart gezeigt, dass er in einer Region 860 gebildet ist, die sich über die äußere Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 804 hinaus erstreckt. Wenn mehrfache eingebettete Sub-Pixel 800 in einem Array platziert sind, können die torusförmigen Mikrolinsen 840 von benachbarten eingebetteten Sub-Pixeln 800 infolgedessen überlappen, dass die torusförmige Mikrolinse 840 sich über die äußere Begrenzung eines äußeren Sub-Pixels 804 hinaus erstreckt.
  • Jedoch kann die Ausdehnung der torusförmigen Mikrolinse 840 über die äußere Begrenzung des äußeren Sub-Pixels 804 hinaus in einer fertiggestellten Einrichtung nicht bemerkbar sein oder auch fehlen, da die Erstreckung der Mikrolinse 840 über die Begrenzung einer äußersten Sub-Pixelgruppe (äußeres Sub-Pixel 804 in diesem Beispiel) hinaus für Pixel relevant sein kann, die nur bis zu einem Zwischenlithografieschritt verarbeitet worden sind, speziell zu einem Zwischenlithografieschritt, bevor ein Reflowprozess auf Pixel und ihre zugehörigen Mikrolinsen angewandt worden ist. Nachdem der Reflowprozess auf die Pixel angewandt worden ist, kann jede Ausdehnung einer Mikrolinse über die äußere Begrenzung hinaus verringert oder beseitigt sein, wie es in 8B veranschaulicht ist, wo die Mikrolinsen 842-1 und 842-2 sich nicht über die äußere Begrenzung des jeweiligen äußeren Sub-Pixels 804, über welchem sie jeweils gebildet sind, hinaus erstrecken.
  • 8B veranschaulicht eine torusförmige Mikrolinse 842-1, die über einem gegebenen Pixel (wie etwa Pixel 22 von 1) gebildet ist, das ein inneres Sub-Pixel 802-1 aufweist, das innerhalb eines äußeren Sub-Pixels 804-1 eingebettet ist. Wie es in Verbindung mit 8A beschrieben ist, ist die torusförmige Mikrolinse 842 von 8B gemäß der Ausführungsform von 2A veranschaulicht, obwohl die torusförmige Mikrolinse 842 in Verbindung mit irgendeiner der Sub-Pixelkonfigurationen der 3 - 6 verwendet werden kann. Mit anderen Worten, die torusförmige Mikrolinse 842 kann in Verbindung mit Pixeln verwendet werden, die mehrfache eingebettete Sub-Pixelgruppen aufweisen, die ein inneres Sub-Pixel umgeben, das eine kreisförmige, elliptische, quadratische oder rechteckige Oberfläche aufweist. Die Pixel 22, die eine, zwei oder irgendeine Zahl von Sub-Pixelgruppen aufweisen, die ein inneres Sub-Pixel umgeben, das eine kreisförmige, elliptische, quadratische oder rechteckige Oberfläche aufweist, können eine torusförmige Mikrolinse 842 umfassen.
  • Die torusförmige Mikrolinse 842-1 kann benachbart zu einer anderen torusförmigen Mikrolinse 842-2 sein, aber diese nicht überlappen, welche über einem anderen Pixel gebildet ist, das ein inneres Sub-Pixel 802-2 aufweist, das innerhalb eines äußeren Sub-Pixels 804-2 eingebettet ist und das benachbart zu dem gegebenen Pixel liegt. Die torusförmigen Mikrolinsen 842 von benachbarten eingebetteten Sub-Pixeln 800 können direkt benachbart sein und können einander an einer Grenzfläche berühren. Jedoch kann eine jede der torusförmigen Mikrolinsen 842, die einem gegebenen Pixel 22 zugeordnet ist, das eingebettete Sub-Pixel 800 aufweist, innerhalb der äußeren Begrenzung des äußersten Sub-Pixels oder der äußersten Sub-Pixelgruppe enthalten sein, wie etwa Sub-Pixel 804, wie es in 8B veranschaulicht ist.
  • 9 veranschaulicht die Platzierung von kreisförmigen Mikrolinsen über einem eingebetteten Sub-Pixel 900 in einem Pixel 22 des Arrays 20. Die eingebetteten Sub-Pixel 900 sind derart veranschaulicht, dass sie ein 3 × 3 Array von quadratischen Bildpixeln aufweisen. Die acht quadratischen Sub-Pixel 904 an dem Umfang der eingebetteten Sub-Pixel 900 können als eine äußere Sub-Pixelgruppe betrachtet werden, die ein inneres Sub-Pixel 902 umgibt. Auf diese Weise betrachtet kann ein Pixel 900, das eingebettete Sub-Pixel aufweist, als eine Variante der Ausführungsform von 3A gesehen werden, in welcher das äußere Sub-Pixel 304 in acht Sektionen oder in Sub-Pixel 904-1, 904-2, 904-3, 904-4, 904-5, 904-6, 904-7 und 904-8 unterteilt worden ist. Die Sub-Pixel 904-1, 904-2, 904-3, 904-4, 904-5, 904-6, 904-7 und 904-8 können gemeinsam als die äußere Sub-Pixelgruppe 904 bezeichnet werden. Die Platzierung der kreisförmigen Mikrolinsen 940 kann ähnlich wie die Platzierung der kreisförmigen Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 über eingebetteten Sub-Pixeln 700 sein, mit der Ausnahme, dass, wie es in 9 gezeigt ist, die kreisförmigen Mikrolinsen 740-1, 740-2, 740-3 und 740-4 sich nicht über die Begrenzung der eingebetteten Sub-Pixel 700 hinaus erstrecken. Die vier kreisförmigen Mikrolinsen 940-1, 940-2, 940-3 und 940-4 können jeweils über einem Bereich in einer zweiten Sub-Pixelgruppe zentriert sein.
  • Die Platzierung der Mikrolinsen 940 über den eingebetteten Sub-Pixel 900 kann Licht zu der äußeren Sub-Pixelgruppe 904 lenken. Die Platzierung der Mikrolinsen 940, wie sie in 9 veranschaulicht ist, kann die Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs der äußeren Sub-Pixelgruppe 904 relativ zu einer Anordnung erhöhen, in welcher die Mikrolinsen 940 überhaupt nicht gebildet sind. Wie es in 9 gezeigt ist, können die Mikrolinsen 940 das innere Sub-Pixel 902 teilweise überlappen.
  • 10A veranschaulicht die Platzierung von kreisförmigen Mikrolinsen über eingebetteten Sub-Pixeln 1000. Die eingebetteten Sub-Pixel 1000 sind als ein 3 × 3 Array von quadratischen Bildpixeln veranschaulicht. Die acht quadratischen Sub-Pixel 1004 an dem Umfang der eingebetteten Sub-Pixel 1000 können als eine äußere Sub-Pixelgruppe betrachtet werden, die ein inneres Sub-Pixel 1002 umgibt. Im Allgemeinen müssen die Sub-Pixel 1004 in der äußeren Sub-Pixelgruppe nicht quadratisch sein, aber sie können dennoch gleichmäßig bemessen sein. Die Sub-Pixel 1004 in der äußeren Sub-Pixelgruppe können jeweils die gleichen Abmessungen wie das innere Sub-Pixel 1002 aufweisen. Auf diese Weise betrachtet, kann das Pixel 1000, das eingebettete Sub-Pixel aufweist, als eine Variante der Ausführungsform von 3A gesehen werden, in welcher das äußere Sub-Pixel 304 in acht Sektionen oder in Sub-Pixel 1004-1, 1004-2, 1004-3, 1004-4, 1004-5, 1004-6, 1004-7 und 1004-8 unterteilt worden ist. Die Sub-Pixel 1004-1, 1004-2, 1004-3, 1004-4, 1004-5, 1004-6, 1004-7 und 1004-8 können gemeinsam als die äußere Sub-Pixelgruppe 1004 bezeichnet werden. Die Platzierung der kreisförmigen Mikrolinsen 1040 kann einer Eins-zu-Eins-Platzierung von Mikrolinsen für jedes Sub-Pixel entsprechen. Die Mikrolinsen 1040-1, 1040-2, 1040-3, 1040-4, 1040-5, 1040-6, 1040-7 und 1040-8 können jeweils über den Sub-Pixeln 1004-1, 1004-2, 1004-3, 1004-4, 1004-5, 1004-6, 1004-7 und 1004-8 in der äußeren Sub-Pixelgruppe 1004 gebildet sein.
  • Die Platzierung der Mikrolinsen 1040 über Sub-Pixeln in der äußeren Gruppe 1004 kann Licht zu der äußeren Sub-Pixelgruppe 1004 lenken. Genauer kann die jeweilige Mikrolinse 1040 Licht zu nur dem jeweiligen Sub-Pixel in der äußeren Sub-Pixelgruppe 1004, über welchem sie gebildet ist, lenken. Die Platzierung der Mikrolinsen 1040, wie sie in 10 veranschaulicht ist, kann die Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs der äußeren Sub-Pixelgruppe 1004 relativ zu einer Anordnung erhöhen, in welcher Mikrolinsen 1040 überhaupt nicht gebildet sind. Wie es in 10 gezeigt ist, kann eine kreisförmige Mikrolinse 1042 über dem inneren Sub-Pixel 1002 gebildet sein. Die Mikrolinse 1042 kann optimiert sein, um zu verhindern, dass die Empfindlichkeit des Lichtsammelbereichs des inneren Sub-Pixels 1002 zunimmt. Jedoch ist in bestimmten Ausführungsformen, wie etwa dem Pixel 1050, das in 10B veranschaulicht ist, die Mikrolinse 1042 weggelassen, um eine Zunahme der Empfindlichkeit für den Lichtsammelbereich des inneren Sub-Pixels 1002 zu vermeiden. In bestimmten Ausführungsformen kann anstelle einer einzelnen Mikrolinse 1040, die für jedes Sub-Pixel 1004 der äußeren Sub-Pixelgruppe vorgesehen ist, eine torusförmige Mikrolinse 840 von 8A oder eine torusförmige Mikrolinse 842 von 8B über den Sub-Pixeln 1004 der äußeren Fotodiodengruppe gebildet sein.
  • 12 veranschaulicht eine Seitenansicht 1292 von Mikrolinsen 1240, die über einer Struktur eines 3 × 3 Arrays von Sub-Pixeln 1202 und 1204 gebildet ist, wo die Sub-Pixel 1204 eine äußere Sub-Pixelgruppe bilden, und wo das Sub-Pixel 1202 ein inneres Sub-Pixel bildet, das innerhalb der äußeren Sub-Pixelgruppe eingebettet ist. Die Mikrolinsen 1240 in 12 überlappen einander nicht, sondern liegen benachbart zueinander. Die Mikrolinsen 1240 überlappen einander nicht innerhalb eines Pixels 1270 oder 1272 oder zwischen Pixeln 1270 und 1272. Mikrolinsen 1240 können über Farbfiltern, wie etwa einem roten Farbfilter 1250-R, einem grünem Farbfilter 1250-G, einen blauen Farbfilter (nicht abgebildet), einem klaren Filter (nicht abgebildet) oder irgendeinem anderen geeigneten Farbfilter oder Hybridfarbfilter, der klare Bereiche und Farbfilterbereiche umfasst, gebildet sein. Die Draufsicht 1294 von 12 zeigt, dass zwischen den Mikrolinsen 1240 Lücken vorhanden sein können. Diese Lücken können beseitigt sein, oder die Größe und Formen dieser Lücken können auf der Basis des Verfahrens zum Anordnen und Bilden der Mikrolinsen 1240 modifiziert werden.
  • 13 veranschaulicht Mikrolinsen 1340, die einander überlappen können. Wie die Mikrolinsen 1440 und 1442 von 14C können die Mikrolinsen 1340 zu unterschiedlichen Zeitpunkten gebildet werden. Als ein Beispiel kann der erste Satz von Mikrolinsen 1340-1 zu einem ersten Zeitpunkt gebildet werden, und der zweite Satz von Mikrolinsen 1340-2 kann zu einem zweiten Zeitpunkt im Anschluss an den ersten Zeitpunkt gebildet werden. Anders als die Mikrolinsen 1440 und 1442 von 14C weisen die Mikrolinsen 1340 keine gleichmäßigen Höhen auf. Genauer kann der zweite Satz von Mikrolinsen 1340-2 eine Höhe aufweisen, die größer ist als die Höhe des ersten Satzes von Mikrolinsen 1340-1. Die Mikrolinsen 1340 können über einem 3 × 3 Array von Sub-Pixeln 1302 und 1304 gebildet sein. Wie es in der Draufsicht 1394 von 13 gezeigt ist, können die Mikrolinsen 1340 einander überlappen. Genauer können Mikrolinsen 1340-2 in Pixel 1370 andere Mikrolinsen 1340-1 innerhalb eines Pixels 1370 überlappen und können auch andere Mikrolinsen 1340-1 innerhalb eines benachbarten Pixels 1372 überlappen.
  • 11 veranschaulicht einen Hybridfarbfilter, der über einem Array 1100 von eingebetteten Sub-Pixeln gebildet ist. Das Array 1100 kann zwei Zeilen und zwei Spalten von eingebetteten Sub-Pixeln umfassen. Das Array 1100 kann ein Teilsatz des Arrays 20 von 1 sein. Die erste Reihe von eingebetteten Sub-Pixeln kann ein erstes eingebettetes Sub-Pixel des inneren Sub-Pixels 1102-G1 und äußeren Sub-Pixels 1104-G1 und ein zweites eingebettetes Sub-Pixel des inneren Sub-Pixels 1102-R und äußeren Sub-Pixels 1104-R umfassen. Die zweite Reihe von eingebetteten Sub-Pixeln kann ein drittes eingebettetes Sub-Pixel des inneren Sub-Pixels 1102-B und äußeren Sub-Pixels 1104-B und ein viertes eingebettetes Sub-Pixel des inneren Sub-Pixels 1102-G2 und äußeren Sub-Pixels 1104-G2 umfassen. Obwohl die inneren Sub-Pixel 1102 und äußeren Sub-Pixel 1104 als Strukturen entsprechend der Ausführungsform von 2A veranschaulicht sind, können die eingebetteten Sub-Pixelausführungsformen von irgendeiner der 3 - 6 und 9 mit den Hybridfarbfiltern, die in 11 veranschaulicht sind, verwendet werden. Obwohl die kreisförmigen Mikrolinsen 1140 auf eine Weise ähnlich wie die Anordnung von 9 angeordnet sind, kann ähnlich irgendeine der in den 7, 8 und 10 veranschaulichten Mikrolinsenanordnungen über den in 11 veranschaulichten Hybridfarbfiltern gebildet sein.
  • Ein Farbfilter, der klar ist (d.h. der aus einem Material hergestellt ist, das Licht im sichtbaren Spektrum durchlässt), über Regionen von dem äußeren Sub-Pixel 1104-G1, und das grün ist (d.h. aus einem Material hergestellt ist, das nur grünes Licht durchlässt), in einer Region 1150-G1 kann über dem ersten eingebetteten Sub-Pixel des inneren Sub-Pixels 1102-G1 und äußeren Sub-Pixels 1104-G1 gebildet sein.
  • Die grüne Filterregion 1150-G1 kann über Abschnitten des äußeren Sub-Pixels 1104-G1 und das gesamte innere Sub-Pixel 1102-G1 gebildet sein. Ein Farbfilter, der klar ist, über Regionen des äußeren Sub-Pixels 1104-R, und der rot ist (d.h. aus einem Material hergestellt ist, das nur rotes Licht durchlässt), in einer Region 1150-R kann über dem zweiten eingebetteten Sub-Pixel des inneren Sub-Pixels 1102-R und äußeren Sub-Pixels 1104-R gebildet sein. Die rote Filterregion 1150-R kann über Abschnitten des äußeren Sub-Pixels 1104-R und des gesamten inneren Sub-Pixels 1102-R gebildet sein.
  • Ein Farbfilter, der klar ist, über Regionen des äußeren Sub-Pixels 1104-B, und der blau ist (d.h. aus einem Material hergestellt ist, das nur blaues Licht durchlässt), in einer Region 1150-B kann über dem zweiten eingebetteten Sub-Pixel des inneren Sub-Pixels 1102-B und äußeren Sub-Pixels 1104-B gebildet sein. Die blaue Filterregion 1150-B kann über Abschnitten des äußeren Sub-Pixels 1104-B und das gesamte innere Sub-Pixel 1102-B gebildet sein. Ein Farbfilter, der klar ist, über Regionen des äußeren Sub-Pixels 1104-G2 und das grün ist, in einer Region 1150-G2, kann über dem vierten eingebetteten Sub-Pixel des inneren Sub-Pixels 1102-G2 und äußeren Sub-Pixels 1104-G2 gebildet sein. Die grüne Filterregion 1150-G2 kann über Abschnitten des äußeren Sub-Pixels 1104-G2 und des gesamten inneren Sub-Pixels 1102-G2 gebildet sein.
  • Die oben in Verbindung mit dem Array 1100 beschriebenen Farbfilter weisen Farbfilterregionen 1150 auf, die in einem Bayer-Muster angeordnet sind. Jedoch können die Farbfilterregionen 1150 irgendein Muster in einem Array 1100 aufweisen. Die Farbfilterregionen 1150 sind nicht auf rote, grüne und blaue Filterregionen begrenzt, sondern können alternativ nahinfrarote Regionen umfassen, die nur nahinfrarote Wellenlängen durchlassen. Die Regionen 1150 können alternativ klar sein, so dass der gesamte Farbfilter über einen gegebenen eingebetteten Sub-Pixel ein klarer Farbfilter ist. Klare Farbfilterregionen, die oben in Verbindung mit den Farbfiltern des Arrays 1100 beschrieben sind, können alternativ Filterregionen sein, die zumindest die gleiche Mange an Lichtdurchlässigkeit wie die Farbfilterregionen 1150 des Hybridfarbfilters zeigen. Als ein Beispiel kann anstatt klarer Regionen ein Hybridfarbfilter gelbe Farbfilterregionen aufweisen, die zumindest auf Licht empfindlich sind (d.h. zumindest die gleiche Lichtdurchlässigkeit über das sichtbare Spektrum aufweisen) wie die Farbfilterregionen 1150.
  • Die Konstruktion von 11 kann ferner die Empfindlichkeit der äußeren Sub-Pixelregion erhöhen und mehr Licht aufnehmen (d.h. Vollspektrumlicht, im Gegensatz zu farbgefiltertem Licht), was bei Schwachlicht-Bildgebungsbedingungen besonders erwünscht sein kann. Zusätzlich kann eine Barriere zwischen den Filtern über Sub-Pixeln 1102 und 1104 gebildet sein, um Licht von dem inneren Sub-Pixel 1102 weg zu reflektieren. Die Barriere kann über einer Isolationsregion gebildet sein (ähnlich der Isolationsregion 206), die zwischen Sub-Pixeln 1102 und 1104 gebildet ist, welche aus der Darstellung von 11 weggelassen ist, um die Klarheit beizubehalten. Selbst wenn der gleiche Farbfilter über einem besonderen Paar eingebetteter Sub-Pixel 1102 und 1104 gebildet ist, könnte ähnlich eine Barriere zwischen Sub-Pixeln 1102 und 1104 gebildet sein, um das Verhältnis der Sub-Pixel-Lichtempfindlichkeiten von Sub-Pixel 1104 und Sub-Pixel 1102 zu erhöhen.
  • 15 zeigt ein Pixel 1500 mit einem inneren Sub-Pixel 1502-C, über welchem ein klarer Filter 1550-C gebildet ist. Während in 15 ein 3 × 3 Pixel 1500 veranschaulicht ist, kann jede der Pixelgeometrien der 2 - 6 mit einem klaren Filter 1550-C verwendet werden, der über dem jeweiligen inneren Sub-Pixel der besonderen Pixelgeometrie gebildet ist. Ein Farbfilter 1552-F kann über den Sub-Pixeln 1504 in der äußeren Sub-Pixelgruppe gebildet sein. Es ist festzustellen, dass jede der vorhergehenden Konstruktionen für Mikrolinsen, innere Sub-Pixel und äußere Sub-Pixel mit einer solchen Filterkonfiguration verwendet werden kann, indem ein klares Filterelement über einem inneren Sub-Pixel oder einer inneren Sub-Pixelgruppe gebildet wird, und indem ein Farbfilterelement über einem äußeren Sub-Pixel oder einer äußeren Sub-Pixelgruppe gebildet wird.
  • Weil klare Filter, wie etwa der Farbfilter 1550-C, kein Licht filtern, kann man sagen, dass klare Filter mehr Licht pro Flächeneinheit relativ zu Farbfiltern, wie etwa 1552-F, zulassen. Obwohl das Licht, das durch den klaren Filter 1550-C und den Farbfilter 1552-F zugelassen wird, von dem Licht abhängt, das auf diese Filter einfällt, kann festgestellt werden, dass der klare Filter 1550-C zumindest so viel Licht wie der Farbfilter 1552-F transmittiert. Man kann sagen, dass klare Filter, wie etwa der klare Filter 1550-C, auch Breitspektrumlicht transmittieren, wohingegen man sagen kann, dass Farbfilter 1552-F Teilsätze oder Teilspektren von Breitspektrumlicht transmittieren. Weil das Spektrum des Lichts, das durch Farbfilter hindurchtritt, ein Teilspektrum des Breitspektrumlichts ist, das durch klare Filter durchtritt, kann man sagen, dass das Transmissionsspektrum eines klaren Filters sich von dem Transmissionsspektrum eines Farbfilters unterscheidet.
  • 16 zeigt in einer vereinfachten Form ein typisches Prozessorsystem 1200, wie etwa eine Digitalkamera, die eine Bildgebungseinrichtung 1220 umfasst. Die Bildgebungseinrichtung 1220 kann ein Pixelarray 1222 von dem in 1 gezeigten Typ umfassen (z.B. das Pixelarray 1222 kann eine Implementierung des Pixelarrays 20 von 1 sein), welches Pixel mit eingebetteten Sub-Pixeln aufweist, wie es oben in Verbindung mit den 2 - 11 beschrieben wurde. Das Prozessorsystem 1200 ist beispielhaft für ein System mit digitalen Schaltkreisen, das die Bildgebungseinrichtung 1200 umfassen kann. Ohne beschränkend zu sein, kann ein solches System ein Computersystem, ein Standbild- oder Videokamerasystem, ein Scanner, ein maschinelles Sehsystem, ein Fahrzeugnavigationssystem, ein Videotelefon, ein Überwachungssystem, ein Autofokussystem, ein Sternenverfolgungssystem, ein Bewegungsdetektionssystem, ein Bildstabilisierungssystem und andere Systeme umfassen, die eine Bildgebungseinrichtung anwenden.
  • Das Prozessorsystem 1200, das ein digitales Standbild- oder Videokamerasystem sein kann, kann eine Linse, wie etwa die Linse 1290, zum Fokussieren eines Bildes auf ein Pixelarray, wie etwa das Pixelarray 1222, umfassen, wenn ein Verschlussfreigabeknopf 1293 gedrückt wird. Das Prozessorsystem 1200 kann eine zentrale Verarbeitungseinheit umfassen, wie etwa die zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 1230. Die CPU 1230 kann ein Mikroprozessor sein, der Kamerafunktionen und eine oder mehrere Bildflussfunktionen steuert und mit einer oder mehreren Eingabe/Ausgabe-(E/A-)Einrichtungen 1232 über einen Bus, wie etwa den Bus 1234, kommuniziert. Die Bildgebungseinrichtung 1220 kann auch mit der CPU 1230 über den Bus 1234 kommunizieren. Das System 1200 kann Direktzugriffsspeicher (RAM) 1236 und entfernbaren Speicher 1238 umfassen. Der entfernbare Speicher 1238 kann Flashspeicher umfassen, der mit der CPU 1230 über den Bus 1234 kommuniziert. Die Bildgebungseinrichtung 1220 kann mit der CPU 1230 mit oder ohne Bildfestspeicher auf einem einzigen integrierten Schaltkreis oder auf einem unterschiedlichen Chip kombiniert sein. Obwohl der Bus 1234 als ein einzelner Bus veranschaulicht ist, kann er einen oder mehrere Busse oder Brücken oder andere Kommunikationsstrecken sein, die verwendet werden, um die Systemkomponenten miteinander zu verbinden.
  • Es sind verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden, die Bildsensoren veranschaulichen, die Pixel mit eingebetteten Sub-Pixeln oder eingebetteten Sub-Pixelgruppen mit zumindest einem inneren Sub-Pixel und zumindest einen äußeren Sub-Pixel oder einer äußeren Sub-Pixelgruppe aufweisen. Bildsensoren mit Pixeln mit eingebetteten Sub-Pixeln können in einem Bildgebungssystem, wie etwa einem elektronischen Gerät, verwendet werden.
  • Ein Pixel mit eingebetteten Sub-Pixeln oder eingebetteten Sub-Pixelgruppen kann ein inneres Sub-Pixel umfassen, das einen kreisförmigen, elliptischen, quadratischen oder rechteckigen Lichtsammelbereich aufweist. Das innere Sub-Pixel kann einen quadratischen oder kreisförmigen Lichtsammelbereich aufweisen. Das innere Sub-Pixel kann in einem Substrat gebildet sein und kann innerhalb einer äußeren Sub-Pixelgruppe eingebettet oder unmittelbar von dieser umgeben sein. Eine Sub-Pixelgruppe kann ein, zwei, vier, acht oder irgendeine andere geeignete Zahl von Sub-Pixeln aufweisen. Die äußere Sub-Pixelgruppe kann benachbart zu dem inneren Sub-Pixel sein. Das innere Sub-Pixel kann von der ersten Sub-Pixelgruppe seitlich und unmittelbar umgeben sein, und die erste Sub-Pixel kann eine äußere Begrenzung aufweisen, die von der zweiten Sub-Pixelgruppe unmittelbar umgeben ist. Mit anderen Worten können eine oder mehrere Sub-Pixelgruppen das innere Sub-Pixel der eingebetteten Sub-Pixel umgeben.
  • Der Lichtsammelbereich der einen oder mehreren Sub-Pixelgruppen, die ein inneres Sub-Pixel in eingebetteten Sub-Pixeln umgeben, kann eine höhere Empfindlichkeit auf Licht als das innere Sub-Pixel aufweisen. Mit anderen Worten, in Ansprechen auf einfallendes Licht werden mehr Ladungen in einer oder mehreren Sub-Pixelgruppen, die das innere Sub-Pixel umgeben, erzeugt, als in dem inneren Sub-Pixel erzeugt werden. Die unterschiedlichen Empfindlichkeiten der Lichtsammelbereiche des inneren Sub-Pixels und der einen oder mehreren äußeren Sub-Pixelgruppe, die das innere Sub-Pixel seitlich umgeben, kann es ermöglichen, dass ein Pixel, das eingebettete Sub-Pixel verwendet, eine Antwort mit hohem Dynamikbereich auf einfallendes Licht aufweist. Bei hellen Lichtbedingungen kann das innere Sub-Pixel, das eine Anzahl von Ladungen enthalten kann, die von der einen oder den mehreren äußeren Sub-Pixelgruppen, die das innere Sub-Pixel umgeben, diffundiert oder lecken, ein nicht gesättigtes Bildsignal liefern, das verwendet werden kann, um trotz der hellen Lichtbedingungen ein genaues Bild zu erzeugen. Bei Schwachlichtbedingungen wird die äußere Sub-Pixelgruppe mit mehr empfindlichen Lichtsammelbereichen ausreichend Ladung erzeugen, um die Schwachlichtbedingungen genau abzubilden. Auf diese Weise können eingebettete Sub-Pixel bei Bildgebungssystemen mit hohem Dynamikbereich verwendet werden, um genaue Bilder in einer Vielfalt von Beleuchtungsbedingungen zu erzeugen, eingebettete Sub-Pixel können auch verwendet werden, um Bewegungsartefakte, Flimmern und anderen unerwünschte Bildaberrationen oder -mängel, die vorhanden sind, und bis zu einem Grad, der herkömmlichen Mehrfachbelichtungsbildsensoren eigen ist, zu beseitigen oder zu verringern.
  • Das innere Sub-Pixel und eine oder mehrere äußere Sub-Pixelgruppen in einem eingebetteten Bildpixel können die gleichen geometrischen optischen Zentren aufweisen. Mit anderen Worten, weil die eine oder mehreren äußeren Sub-Pixelgruppen das innere Sub-Pixel symmetrisch umgeben, ist das Zentrum der Oberfläche der inneren Sub-Pixelgruppe gleich wie das Zentrum der jeweiligen Oberflächen einer jeden der einen oder mehreren äußeren Sub-Pixelgruppen, die das innere Sub-Pixel umgeben. Die eine oder mehreren äußeren Sub-Pixelgruppen, die das innere Sub-Pixel umgeben, können größere jeweilige Lichtempfindlichkeiten als die Lichtempfindlichkeit des inneren Sub-Pixels aufweisen. Als ein Beispiel werden für eine gegebene Menge an Licht über einem eingebetteten Sub-Pixel mehr fotoerzeugte Ladungen in der einen oder den mehreren äußeren Sub-Pixelgruppen erzeugt, als in den inneren Sub-Pixel der eingebetteten Sub-Pixel erzeugt werden. Das Verhältnis der Lichtempfindlichkeit der einen oder mehreren äußeren Sub-Pixelgruppen zu der Lichtempfindlichkeit des inneren Sub-Pixels eines eingebetteten Sub-Pixels kann zumindest 4 zu 1 betragen, könnte aber 5 zu 1, 10 zu 1, irgendein Zwischenverhältnis oder irgendein größeres Verhältnis sein. Mit anderen Worten, die Lichtempfindlichkeit der einen oder mehreren äußeren Sub-Pixelgruppen kann zumindest fünfmal größer sein als die Lichtempfindlichkeit des inneren Sub-Pixels. Lichtempfindlichkeit kann sich auf die Menge an Licht beziehen, die von einem gegebenen Sub-Pixel oder einer gegebenen Sub-Pixelgruppe gesammelt wird, und kann durch den Lichtsammelbereich eines Sub-Pixels oder einer Sub-Pixelgruppe, das Ausmaß und die Form von Mikrolinsen, die über einem Sub-Pixel oder einer Sub-Pixelgruppe gebildet sind, den Typ von Farbfilter, der über einem Sub-Pixel oder einer Sub-Pixelgruppe gebildet ist, oder andere Eigenschaften eines Sub-Pixels oder einer Sub-Pixelgruppe bestimmt sein.
  • Ein inneres Sub-Pixel eines eingebetteten Sub-Pixels kann von einer gegebenen Sub-Pixelgruppe umgeben sein, die direkt benachbart zu dem inneren Sub-Pixel ist. Die gegebene Sub-Pixelgruppe und das innere Sub-Pixel können durch eine Isolationsregion getrennt sein. Die Grenzfläche der Isolationsregion kann senkrecht zu der Lichtsammelfläche der inneren Fotodiode stehen. Alternativ kann die Grenzfläche der Isolationsregion nicht senkrecht (d.h. größer oder kleiner als 90 Grad) mit Bezug auf die Lichtsammelfläche der inneren Fotodiode stehen. Der Bereich der Grenzfläche der Isolationsregion kann größer sein, wenn der Winkel zwischen der Grenzfläche und der Lichtsammelfläche kleiner oder größer als 90 Grad ist, im Vergleich damit, wenn die Grenzfläche der Isolationsregion senkrecht zu der Lichtsammelfläche steht.
  • Eine oder mehrere Mikrolinsen können über den eingebetteten Sub-Pixeln gebildet sein. Eine, vier, acht, neun oder irgendeine geeignete Zahl von Mikrolinsen können über den eingebetteten Sub-Pixeln gebildet sein. Die eine oder mehreren Mikrolinsen, die über den eingebetteten Sub-Pixeln gebildet sind, können Licht nur auf die äußere Sub-Pixelgruppe in eingebetteten Sub-Pixeln lenken. Kreisförmige Mikrolinsen können über Regionen der äußeren Sub-Pixelgruppe zentriert sein. Torusförmige Mikrolinsen können gebildet sein, die ein Loch aufweisen, so dass kein Abschnitt der torusförmigen Mikrolinse über dem inneren Sub-Pixel in eingebetteten Sub-Pixeln gebildet ist.
  • Ein Farbfilter mit einer einzigen Farbe kann über einem gegebenen eingebetteten Sub-Pixel gebildet sein. Auf diese Weise werden Ladungen, die von der einen oder den mehreren äußeren Sub-Pixelgruppen zu einem inneren Sub-Pixel von eingebetteten Sub-Pixeln lecken, fotoerzeugten Ladungen der gleichen Farbe wie jene entsprechen, die in dem inneren Sub-Pixel infolge von Licht, das auf das innere Sub-Pixel einfällt, erzeugt werden. In bestimmten Ausführungsformen können Hybridfarbfilter, die eine klare Region aufweisen, der alle Farben des sichtbaren Lichts durchlässt, über einer ersten Region der einen oder mehreren äußeren Sub-Pixelgruppen gebildet sein. In Hybridfarbfilterausführungsformen kann eine Farbfilterregion über einem Abschnitt der einen oder mehreren äußeren Sub-Pixelgruppen der eingebetteten Sub-Pixel und über der Gesamtheit des inneren Sub-Pixels der eingebetteten Sub-Pixel gebildet sein.
  • Das Vorstehende ist lediglich veranschaulichend für die Prinzipien dieser Erfindung, die in anderen Ausführungsformen praktisch ausgeführt werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 62/268623 [0001]

Claims (20)

  1. Bildpixel (22), umfassend: ein inneres Sub-Pixel (1002), das eine erste Lichtempfindlichkeit zeigt; und eine äußere Sub-Pixelgruppe (1104), die zumindest ein Sub-Pixel umfasst und die eine zweite Lichtempfindlichkeit zeigt, die größer ist als die erste Lichtempfindlichkeit, wobei das innere Sub-Pixel (1002) innerhalb der äußeren Sub-Pixelgruppe (1004) eingebettet ist.
  2. Bildpixel nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Farbfilter (1250), der über dem inneren Sub-Pixel (1002) und der äußeren Sub-Pixelgruppe (1004) gebildet ist.
  3. Bildpixel nach Anspruch 2, wobei der Farbfilter (1250) umfasst: eine erste Filterregion (1550-C), die über dem inneren Sub-Pixel und einem ersten Abschnitt der äußeren Sub-Pixelgruppe gebildet ist; und eine zweite Filterregion (1552-F), die über einem zweiten Abschnitt der äußeren Sub-Pixelgruppe gebildet ist, der sich von dem ersten Abschnitt der äußeren Sub-Pixelgruppe unterscheidet, wobei die erste und zweite Filterregion unterschiedliche jeweilige Lichtspektren transmittieren.
  4. Bildpixel nach Anspruch 3, wobei die zweite Filterregion (1552-F) eine Farbfilterregion umfasst.
  5. Bildpixel nach Anspruch 3, wobei die zweite Filterregion eine klare Filterregion umfasst.
  6. Bildpixel nach Anspruch 1, wobei die zweite Lichtempfindlichkeit zumindest viermal größer als die erste Lichtempfindlichkeit ist.
  7. Bildpixel nach Anspruch 1, wobei die äußere Sub-Pixelgruppe (1004) ein erstes geometrisches Zentrum aufweist, und wobei das innere Sub-Pixel (1002) ein zweites geometrisches Zentrum aufweist, das gleich ist wie das erste geometrische Zentrum.
  8. Bildpixel nach Anspruch 1, wobei das innere Sub-Pixel (1002) eine rechteckige Lichtsammelfläche aufweist.
  9. Bildpixel nach Anspruch 1, wobei das innere Sub-Pixel (1002) eine elliptische Lichtsammelfläche aufweist.
  10. Bildpixel nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Sub-Pixel in der äußeren Sub-Pixelgruppe (1004) umfasst: eine Mehrzahl von gleich bemessenen Sub-Pixeln, wobei das innere Sub-Pixel (1002) die gleiche Größe wie ein gegebenes der Mehrzahl von gleich bemessenen Sub-Pixeln aufweist.
  11. Bildpixel nach Anspruch 10, wobei die Mehrzahl von gleich bemessenen Sub-Pixeln acht quadratische Sub-Pixel umfasst, wobei das innere Sub-Pixel (1002) ein quadratisches inneres Sub-Pixel ist, das die gleiche Größe wie ein gegebenes der acht quadratischen Sub-Pixel aufweist, und wobei die acht quadratischen Sub-Pixel benachbart zu dem quadratischen inneren Sub-Pixel sind.
  12. Bildpixel nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Sub-Pixel in der äußeren Sub-Pixelgruppe (1004) und das innere Sub-Pixel (1002) in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
  13. Bildpixel nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zusätzliche äußere Sub-Pixelgruppe (406), die zumindest ein Sub-Pixel umfasst, wobei die äußere Sub-Pixelgruppe innerhalb der zusätzlichen äußeren Sub-Pixelgruppe eingebettet ist.
  14. Bildpixel (22), umfassend: ein inneres Sub-Pixel (1002); eine äußere Sub-Pixelgruppe (1104), die das innere Sub-Pixel unmittelbar umgibt; einen Farbfilter (1250), der über dem inneren Sub-Pixel und einem Abschnitt der äußeren Sub-Pixelgruppe gebildet ist; und zumindest eine Mikrolinse (1040), die über der äußeren Sub-Pixelgruppe gebildet ist, wobei die äußere Sub-Pixelgruppe eine höhere Empfindlichkeit auf Licht als das innere Sub-Pixel aufweist.
  15. Bildpixel nach Anspruch 14, wobei die äußere Sub-Pixelgruppe (1004) eine erste Sub-Pixelgruppe aufweist, und wobei das Bildpixel ferner umfasst: eine zweite Sub-Pixelgruppe (406), die die erste Sub-Pixelgruppe unmittelbar umgibt.
  16. Bildpixel nach Anspruch 14, wobei das innere Sub-Pixel (1002) einen quadratischen Lichtsammelbereich aufweist, wobei die äußeren Sub-Pixelgruppe (1004) umfasst: vier Lichtsammelregionen (1004-2, 1004-4, 1004-6, 1004-8), die benachbart zu jeweiligen Kanten einer quadratischen Lichtsammelregion in dem inneren Sub-Pixel sind; und vier zusätzliche Lichtsammelregionen (1004-1, 1004-3, 1004-5, 1004-7), die diagonal benachbart zu der quadratischen Lichtsammelregion in dem inneren Sub-Pixel sind.
  17. Bildpixel nach Anspruch 16, wobei die zumindest eine Mikrolinse (1040) acht Mikrolinsen umfasst, die jeweils über einer jeweiligen der vier Lichtsammelregionen und der vier zusätzlichen Lichtsammelregionen gebildet sind.
  18. Bildpixel nach Anspruch 16, wobei die zumindest eine Mikrolinse umfasst: vier Mikrolinsen (1240) mit jeweiligen Zentren, wobei jede der vier Mikrolinsen mit ihrem jeweiligen Zentrum über der äußeren Sub-Pixelgruppe positioniert ist.
  19. Bildpixel, umfassend: eine innere Sub-Pixelgruppe (1002); eine äußere Sub-Pixelgruppe (1004), die die innere Sub-Pixelgruppe unmittelbar umgibt; und zumindest eine Mikrolinse (840), die über der äußeren Sub-Pixelgruppe gebildet ist.
  20. Bildpixel nach Anspruch 19, wobei die zumindest eine Mikrolinse umfasst: eine torusförmige Mikrolinse (840), die über nur der äußeren Sub-Pixelgruppe (1004) gebildet ist.
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