TWI306308B - Image sensor for semiconductor light-sensing device and image processing apparatus using the same - Google Patents

Description

_ 1306308 ‘ 九、發明說明： 卜 優先權聲明 本申請案聲請於2005年5月25曰向韓國智慧財產局 申請之韓國專利申請案第2005-44149號的權益，其揭示内 谷併入本文作為參考資料。 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關用於攝錄像機（camcorder )、數位攝影 .機、等等之内的影像感測器與影像處理裝置。更特別的是， 本發明係有關於用於半導體光感測裝置的影像感測器以及 使用該影像感測器的影像處理裝置，該影像感測器係使用 八有開 ® (open window)與單色濾鏡（sing 1 e-c〇i〇r filters)相互交替的彩色濾鏡陣列，使得每一像素可用多 個衫色的彩色資訊進行更準確的插值（interp〇lati〇n)，從 而每個像素可得到更準確的彩色。 【先前技術】 ^ 般而σ，近年來有線/無線高速網路系統中之圖像通 訊以及例如使用於數位攝影機的圖像輸入與辨識技術的發 展已導致數位攝影機模組使用於例如行動電話等行動通訊 終端機的數量增加。因此，已有人積極研發用於數位攝影 機模組的影像感測器。 種感測物件所反射之光線以感測物

導體（CMOS)型。 該影像感測器為一 93416 5 1306308 m ' ’^像感測态係使用閘極脈衝（gate pul se)使光線 之電子移動到輸出構件。在此過程中，電壓可能因 外‘隹訊而改變，但是電子的數目沒有改變。因此，雜訊 不會衫響輸出訊號，這表示有優異的抵抗雜訊特徵。由於 有此優點，CCD型影像感測器被廣泛用於要求優異圖像品 質的例如數位攝影機與攝錄像機等多媒體裝置。 另一方面，CMOS影像感測器（CIS)在各個像素（pixel) +把光線所產生的電子轉換為電壓且隨後通過多個⑶π ^關而輸m壓。在此時，該電壓訊號可能因雜訊而被 劣化這表示有平庸的抵抗雜訊特徵。不過，相較於 型’由於CIS具有例如製造成本低、耗電量低、以及能與 附近電路整合的優點已為人所習知，所以9 0年代以來已有 ‘人致力改善CM0S處理技術以及訊號處理的演算法。因此， 即有缺點曰漸改善，且最近在CIS這方面已有更積極的研 究。 • 與影像感測器有關最具代表性的技術包括彩色濾鏡陣 列的貝爾圖型（Bayer pattern)，以及在各個像素中能感測 所有3種彩色的三光電二極體彩色感測器

Photodiode c〇l〇r sensor)。現今貝爾圖型技術使用於大 部份的影像感測器，其中係以彩色據鏡分開3種彩色藉此 在各個像素感測光線。 第1圖為圖解說明習知影像處理裝置的方塊圖。 请參考第1圖，該習知影像處理裝置係由一包含多個 微透鏡（micr〇ien)ii、一彩色濾鏡陣列12、一保護層13、 93416 6 306308 '及像素感/則器陣列（pixe 1 sensor array) 14的影像感 •測裔10以及一個用於例如經由源自該影像感測器之彩色 汛號R、G、B的插值處理訊號的訊號處理器2〇構成。 ,在此’圖示於第1圖的彩色濾鏡陣列12採用貝爾圖 型，其係使用於大部份、包含CCD型的影像感測器。 第2圖為圖解說明第1圖彩色濾鏡陣列之貝爾圖型的 示意圖。 丨请麥考第1圖與第2圖，該彩色濾鏡陣列12係採用眾 所周知的貝爾圖型。該貝爾圖型由數個各由2x 2格（cel Is) 組成的基本單元構成，其中在對角線上配置兩個綠色滤 鏡，且在另-對角線上各配置一個紅色遽鏡與藍色渡鏡。 由於人眼對於綠色比紅色及藍色還敏感，所以綠色渡鏡區 (filter area)由兩格組成。 該像素感測器陣列14包含一光感測器（ph〇t〇sens〇r) 用於接收光電二極體的光線，以及一訊號债測器用於輸出 !該光感測器所產生的訊號。光感測器與訊號偵測器的微型 化是CMOS影像感測器的核心技術。該光感測器為光電二極 體，該光電二極體具有相容於一般CM〇s影像感測器的通用 P-N接面結構，從而廣泛使用於CM0S影像感測器。第3圖 係圖示包含該光感測器之像素感測器陣列的结構。 θ 第3圖為圖解說明第⑶影像感測器之料感測 列的方塊圖。 請參考第1圖與第3圖，該像素感測器陣列14包人： 一個？+基板14-1; 一個成長於該ρ+基板】 匕3 . 做14-1上的ρ —磊晶 93416 7 1306308 層14-2; —個形成於該P_磊晶層14_2上的.井層 其係形成具有能夠接收光之單—面結構的光_ 器，以及，一個P+淺接面層14+其係從該卜蠢晶層 之上表面以預設深度由p+半導體材料形成。該N—井層 〇. 6微米（# m)的接面深度。 、' 此外，該訊號偵測器將訊號（其剌光感測器由光 換成的）轉換成待輸出至訊號處理器2〇的電壓。 第4圖⑷與⑻的示意圖係用於解釋第 器的插值。 处理 明參考第4圖⑷與⑻，訊號處理器2()的插值法係 決於影像感測器10中所採用之彩色遽鏡的圖型。' 請參考第4圖（a)，制於插值的單位設定為2χ2格 的情形而S，2χ 2插值的處理係根據以下的公式卜從而 求出任意像素的紅色R、綠色G、藍色Β的彩色資訊十 gi、bi。

r i = R gi =(G + G)/2 ·.....方程式 r

bi = B 在此’ ri、gl、in為任意像素的㈣彩訊係 以插值求出。 如方程式1所不’各個像素的_彩色資訊均以插值 ’、出。在此’基於隨意之像素中兩個彩色訊號求出綠色資 訊gl，而只基於-個彩色訊號各自求出紅色資訊Η與藍 色資訊b i。因此，如果雜^▲ a 果雜讯使紅色R與藍色β訊號失真， 93416 8 -1306308 在此情形下，可能導致c腦影像感測器出錯，例如固定圖 型雜訊（f1Xed pattern noise)。亦即，如果製造過 勾性不足以致白色與黑色雜訊佔用紅與藍訊號中的大邛 :田則=會因固定圖型雜訊而變為較不準確。這個問 在用小像素做成高密度像素排列的情形下會更嚴重。 為了克服此一缺點，高密度影像感測器有=會用3 插值，以下會參考第4圖（b)對此予以解釋。 請參考第4圖⑻，用彩㈣、鏡陣㈣的㈣圖型，3 X 3插值的處理係根據以下的公式2，從而求出紅、綠、# 彩色資訊ri、gi、bi。 1.紅色像素的3x 3插值

R π gi =(G + G + G + G)/4 bi =(B + B + B + B)/4 2.綠色像素的3X 3插值 ri =(R + R)/2 以=(G + G + g + G + G)/5 bi =(B + B)/2 3·監色像素的3x 3插值 ri =(R + R + r + r)/4 方程式2 =(G + g + g + G)/4 bi = b 93416 9 .1306308 :七色Dfi號求出紅色R資訊h。在藍色像 -個彩色訊號的平均值求出紅色由相鄰4 ^由單-彩色訊號求出藍色β資訊Μ 、資訊… 2許從最多5個彩色訊號的平均值求出彩色^X3插值 會像2x2插值那樣，被固定圖型 貝二:因而不 了。然而，如、插值包含由單一彩色訊;：：，度就少多 情形，2x2插值出現的問題仍然存在。^出办色資訊的 如上述’在習知的影像感測器與影像處 各個像素的彩色資訊係基於單、’求 下，如果雜訊使紅色卜藍色β⑽失色^虎。在那種情況 測器會出現錯誤，例如固定圖型雜訊樣 ^象感 造過財均句性不足以致白色盥里色由於製 ^插值會因Μ圖型雜訊而變為較不準確，以致I 法棱取各個像素的準確彩色資訊。 …' 【發明内容】 本發明係為了崎決上述先前技術上㈣題 =本發明的目標是要提供用於半導體光感測裝置之影像 感測盗以及使用該影像感測器的影像處理裝置，其係使用 具有數個開窗格(。pen wi nd〇w ce⑴與單色濾鏡格(一i e fUter Ceil)相互父替的彩色遽鏡陣列以便在插值 ^間允許各個像素使用多個彩色資訊，這能使不良像素或 雜況的影響最小以使插值更準確，從而更準確地提取每個 像素的彩色。 根據本發明用於實現該目標的一方面，乃提供一種影 93416 10 1306308 二包含:Γ鏡陣列，其係包含多個排列成二 核陣⑽核（ΠΠ⑽lenses);形成於該透鏡陣 形色濾鏡陣列，包含各個都對應於該透 鏡的多個開窗格及多個彩色滤鏡格，其中各個門=政透 紅光、綠光、及藍光透過開自格係使 色光線透過，·由介電質材料色濾鏡格使預定之彩 保護層;以"=:=:色遽鏡陣列下方的 “日士 该保制下方的像素感測||陣列， :係八有.感測透過各個彩色濾鏡格之第一光線 感測器；开> 成於該第一丼@、a I 、 光

Lvrf先感測盗之下的第二光感測器，用 鏡格的第二光線；感測透過各個開 自之第二光線的第三光感測器，以及，形 感測器之下的笫四#戌、目，丨装 ro …弟一先 第四光線弟先感·，用以感測透過各個開窗格的 根據本發明用於實現該目標的另一方面 【像處理裝置，其係包含··透鏡陣列，包含多個排 列矩2微透鏡；形成於該透鏡陣列下方的彩色濾鏡陣 供’ L含多個各個都對應於該透鏡陣列之各個微透鏡、在 2及直行都彼此交替的開窗格與彩色遽鏡格，其中各個 二:格，紅光、綠光、及藍光透過，而各個彩色遽鏡格使 列之办色光線透過’由介電質材料形成於該彩色遽鏡陣 1方的保護層；形成於該保護層下方的像素感測器陣 2其係具有：用於感測透過每—該等多個彩色遽鏡格之 从—光線的第一光感測斋’在該第一光感測器之下形成的 弟光感測益’用以感測透過每—該等多個彩色遽鏡格的 93416 11 工3〇63〇8 $二光線；第三光感測器，用以感測透過每一該等多個開 窗格之第三光線；以及，形成於該第三光感測器之下的; 四光感測器，用以感測透過每一該等多個開窗格的第四光 線；以及，訊號處理器，其係用於A/D轉換分別用該像素 感測盗陣列之第一光感測器、第二光感測器、第三光减測 及苐四光感測益感測的第一訊號、第二訊號、第二气 號、及第四訊號成為數位訊號且由該等數位訊號提取出彩 色資訊。 / 在本發明的影像感測器與影像處理裝置中，該彩色长 鏡陣列的尺寸與該透鏡陣列的對應尺寸相同。 心 該彩色濾鏡陣列中之彩色濾鏡格係通過選自以下所组 f之群中的彩色：紅、綠、藍、黃、洋紅、青綠、及翁翠 綠。 該像素感測器陣列係包含：由p型半導體材料形成的 底部基板；由P型半導體材料形成於該底部基板上的遙曰 第-光井層(Ph〇t〇Wel 1 layer) ’其係具有從該磊晶； ^表面以第—預設深度W型半導體材料形成的多個第 光井區’其中每—該等第—光井區用該蠢晶層經由Μ 接面而形成該第一光感測器與該第三光感測器；以及，第 二光井層，其係具有多個從該蠢晶層之上表面以比該第一 二預定深度而Μ型半導體材料而形成具有預 二ΐ井區’其中每—該等多個第二光井區係與 ^寻夕個第-光井區重疊且用該蠢晶層經由g接面 而形成該第二光感測器以及該第四光感測器。 93416 12 .1306308 ; 第5圖為本發明影像處理裝置的方塊圖。 :旦/#參考第5圖，本發明影像處理裝置包含用於感測物 件影像之光線的影像感測器（丨M s)以及用來處理出於該 IMS之訊號的訊號處理器5⑽。 睛苓考第5圖，該IMS係包含各個形成於矽半導體内 之透鏡陣列100、彩色濾鏡陣列200、保護層300、以及像 素感測器陣列400。該透鏡陣列100包含多個形成二維矩 陣的微透鏡。在此，各個微透鏡使人射光聚隹至一 響定區域。 ’、、、 第6圖係圖解說明第5圖IMS之彩色濾鏡陣 的示意圖。 …’請參考第5圖與第6目，該彩色濾、鏡陣列2〇〇係形成 •於該透鏡陣歹100 了方，其係包含多個各個對應到各個微 透鏡的開窗格〇與彩色濾鏡格c。該等開窗格〇係與彩色 濾鏡格c在橫列及直行都彼此交替。每個開窗格〇都允許 • 入射透過各個微透鏡的所有紅色R、綠色G、藍色B光通過。 對於入射透過各個微透鏡之光線，每一彩色遽鏡格c都允 許其中的預定彩色光線透過。 亦即，該彩色濾鏡陣列200由多個排列成格子圖型的 開_格0與彩色濾、鏡格c構成。例如’在一開窗格〇的上 下左右4個位置中配置彩色濾、鏡格c，且在彩色據鏡格〔 的上下左右4個位置中配置開窗格〇。 以大體相同、尺寸與透鏡陣列1〇〇相對應的方式形成 具有格子圖型的彩色濾鏡陣列200使得透鏡陣列ι〇〇的各 93416 34 J306308 個微透鏡與開窗格0或彩色濾鏡格C對齊。 此外，該彩色濾鏡陣列200之彩 俜由下列彩ώ 4二、 巴^慮鏡格的濾出彩色 :由下列政组成之群中選出：、"、綠G、藍Β 、 丰紅、青綠、及翡翠綠，以會參考 八 靖失m㈤圖對此予以解釋。 口月 > 寺弟5圖，該保護層300係 彩色濾鏡陣列下方。兮伴qnn aa 1罨貝材枓形成於 m方雜㈣的作用為可保護電路 圖係用於使各個錢測^與

光線轉換為電子訊號的外部電路或電路元件連之 上圖係圖解說明第5圖影像感測器的像素感 列的方塊圖。 二考第5圖至第7圖，形成於保護層3 〇 〇下方的像 :感:則器陣列400係包含：用於感測第一光線〇ρι的第一 •光感測器—⑼與用於感測第二光、線〇p2的第二光感測器 PS2，該第二光感測器PS2係形成於該第-光感測器PS1 之下’、各條光線透過各個該等多個彩色濾鏡格c;以及， 春用於感測第二光線〇p3的第三光感測器PS3與用於感測第 /光線0P4的第四光感測器ps4，該第四光感測器p以係 形成於該第三光感測器pS3之下，各條光線透過各個該等 多個開窗格〇。 在此，第一光線OP1與第二光線0P2為透過該等彩色 濾=格C的光線。第三光線OP3為穿過開窗格〇的光線， ο έ所有紅色尺、綠色G、藍色b光，而第四光線〇p4為透 過開匈格〇的光線，其係包含紅色R、綠色G光。 第8圖為第5圖影像感測器之像素感測器陣列的部份 15 93416 1306308 A的放大視圖。 請參考第5圖至第8圖，兮#本 十加. 及像素感測器陣列400包含 底部基板410、磊晶層420、第—本亚θ 牛无井層430、以及第-古 井層440。 以汉弟一光 導體材料形成。 體材料形成於該底部基板 e亥底部基板4 1 0係由P型半 該猫晶層420係由P型半導 410 上。 該第一光井層430包含多個笛 . 夕個弟一光井區PWA1，其係從 蟲晶層42 0之上表面以預定之楚 頂疋之弟一深度D1由N型半導體絲 料形成。各個第一光井區則係經組態成可用該蟲晶層 ，二由P-N接面而形成第一光感測器psi與第三 在此，該第-光感測器PS1係摘測第一光線以輸 -訊號S1，且該第二光感測器PS2係偵測第二光線以輪 ，第二訊號S2。該第三光感測器PS3係偵測第三光線以輪出

第三訊號S3 ’且該第四光感測器pS4係偵測第四光線 出第四訊號S4。 J 該第二光井層400包含多個第二光井區pWA2，其係從 磊晶層420之上表面以預定比該第一深度M深之第二深= D2形成。該等第二光井區PWA2係由N型半導體材料形成" 為具有預定的厚度。每一該等第二光井區PWA2係與每一兮 等多個第一光井區PWA1重疊，且經組態成可用該磊晶屌 420經由p-N接面而形成該第二光感測器pS2和該第四 感測器PS4。 ^ 93416 16 .1306308 :々如上述，本發明的像素感測器陣列400得、包含數個由 ，、料層43G與第二光井層44G形成之雙接面結構的光 感測器。亦即，為了感測透過各個彩色遽鏡格c的第一光 線與第二光線’該第一光感測器psi與該第二光感測哭聊 形成一個雙接面結構。同樣，為了感測穿過各個開窗格〇 的第三光線與第四光線，該第三光感測器PS3與該第四光 感測器PS4形成一個雙接面結構。 、此外，為了防止磊晶層420有任何表面缺陷，該 感測器陣列400可進-步包含：p+淺接面層45〇，其係從 該磊晶層420之上表面以預定之第三深度卯由p+半導= 材料形成。該P+淺接面層450係防止該蟲晶層42〇暴露二 外面’從而防止可能由於蟲晶層彻的暴露而發生的^ 茂露。此外，梦為可用來形成本發明像素感測器陣列^ 中之每一層的半導體材料。 〃同時，包含於偵測訊號内的彩色資訊隨著形成第三與 第四光感測器PS3與PS4於其中的深度而改變的理由是， 光渗入半導體内的深度（光到達半導體内部的深度）係=著 光線的波長而改變。因此，藍色B、綠色G、紅色r光渗入 半導體材料的深度彼此不同。例如，藍色B、綠色G、：色 R光的滲入深度各為約1微米、3微米、6微米。 由於滲入深度取決於光線波長而有差異，故而形成第 光井層430與第二光井層440的深度有考量到想要光線 之波長的滲入深度以便偵測到想要的彩色訊號。 、' 例如’如果形成像素感測器陣列4〇〇之第一光井層 93416 17 1306308 合訊號。結果，具有雙接面結構、偵測透過開窗格0之光 線的光感測器PS3與PS4係輸出兩種訊號S3與S4，而具 有雙接面結構的光感測器PS1與PS2輸出一種訊號S1 + S2。 第9圖（a)、（b)、（c)的示意圖係圖示該彩色濾鏡陣列 之格子圖型的例子。 第9圖（a)係圖示在彩色濾鏡格c為紅色濾鏡的情形下 之格子圖型（check patterns)。透過彩色濾鏡格c的紅光 以R表示，而透過開窗格〇的所有光線中除紅光以外之藍 光與綠光以B/G表示。 第9圖（b)係圖示在彩色濾、鏡陣列之彩色濾鏡格c為綠 色G德鏡的情形下之格子圖型。透過彩色遽鏡格c的綠光 以G表示’而透過開窗格〇的所有光線中除綠光以外之藍 光與紅光以B/R表示。 产格：1卜二9二(。)係圖示在彩色濾鏡陣列200之彩色濾 ==Γ的情形下之格子圖型。透過彩色渡鏡 不口 I的監光以B表不，而禮诉Λ 止、，透過開®格〇的所有光線中除藍 先以外之紅光與綠光以R/G表示。 ’、 第10a圖至第10c圖係用於解 器PS4偵測入射穿過開PS3與第四光感測 ，第三有彩色 ，出的第三訊號S3包含所有的紅色/、:二， 此外，由於以紅色只與 、、-彔色G、監色β。 色先可务入的深度形成第四光 93416 19 1306308 感測器PS4’所以第四光感測器ps4所輪出的第四訊號Μ 包含紅色R與綠色G。 由於穿過彩色據鏡格C的光線隨著不同的彩色濾、鏡而 有所不同’所依第—與第二光線S1與S2包含不同的彩色， 以下將予以說明。 在彩色遽、鏡陣列200之彩色滤鏡格c為紅色R滤鏡的 第⑽时，像素感測器陣列綱的第—與第二光感測器 紅色R。 在彩色遽鏡陣列200之彩色濾鏡格c為綠色g遽鏡的 第l〇b圖中，第一與第二光感測器psi與ps2感測綠色G， 因而第—與第二訊號S1與S2包含綠色G。 在知色遽鏡陣列200之彩色遽鏡格C為藍色B遽鏡的 第1〇。圖巾，像素感測器陣列彻的第一與第二光感測器 PSi與m可感測藍色B，因而第一與第二訊號si與s2 可包含藍色B。 (請參考第IGa圖至第1(^圖，彩色遽鏡陣列之彩色遽 鏡格C為綠色G或藍色B遽鏡的情形與彩㈣鏡陣列之彩 色㈣格C為紅色R濾鏡的情形相比較，像素感測器陣列 的第二深度D2較淺。如以上所解釋的，波長較長的光線參 入石夕的深度較深，且由於綠光與藍光有比紅光短的波長，/ 在較淺的深度可偵測到綠光與藍光。） 該Jfl號處理器500(請參考第5圖）將第一光感測器 PS卜弟1光感測器PS2、第三光感測器哪、帛四光感測 93416 20 1306308 斋P S 4的第一旬缺Q 1 ΜΗ — π. 〇儿S1、弟二訊號S2、第三訊號S3、以及 弟四訊號S4、A/D鐘姑在私 於以提取W P #為位訊號，然後插值該等數位訊 號以k取广色R、綠色G、藍色㈣彩色資訊。 為號處理器500能夠根據彩色滤鏡陣列420之格子 圖型的類型進行2x 2與3x 3插值。 第Π圖（a)與⑻係用於解釋本發明訊號處理器的插 值的不意圖。 明 > 考第11圖（a)與（b)，該訊號處理器5〇〇(請來考 第5圖)將以由兩個開窗格〇與兩個彩色遽鏡格。組成之2 X 2格為單位所感測之光訊號Α/])轉換為數位訊號且由該 數位號取得彩色資訊。 例如，請參考第π圖（a)，在彩色遽鏡陣列42〇的彩 色滤鏡格C為綠& G的情形下，根據以下的公式3可處理 以2x 2格為單位的插值。 ri =(R1 + R4)/2 gi =(G2 + G3)/2 ……方程式3 bi =(B1 + B4)/2 如以上公式3所示，可由兩個光訊號的平均值求出任 意像素的RGB彩色資訊ri、gi、bi。由該開窗格不只可得 到紅色R、藍色B彩色訊號的資訊，也可得到綠訊號的資 訊。不過，儘管可從彩色濾鏡格得到更準確的綠色g訊號， 但是開窗格的綠色G訊號不需加以插值。亦即，由開窗^ 得到兩種除了由彩色遽鏡所得到之特定彩色訊號以外2 = 號。 93416 21 • 1306308 替換地，訊號處理哭μ ni °。b⑽了將經由以4個開窗格〇與 5個彩色濾、鏡格c組成之3>^ q故炎0 y λ/τλ 风炙dX 3格為早位所感測之光訊號 A/D轉換為數位訊號且由該數位訊號提取出彩色資訊。 例★明參考第11⑻圖，在彩色濾鏡陣列420的彩 色濾鏡格C為綠色G濾鏡的情形下，根據以下的方程式& 可處理以3x 3格為單位的插值。 =(R i R i R i R + |^)/5 方程式4 gi ~(G + G + G + G)/4 bi =(B + B + B + B + B)/5 如以^公式4所示’在以3x 3格為單位之插值的情形 ::由最夕5個办色訊號的平均值得到任意像素的RGB A色資汛r 1、gl、bi。亦即，由鄰近5個彩色訊號的平均 值可求出紅色R與監色B的彩色資訊^由4個彩色訊號的 平均值可求出綠色G的彩色資訊。因此，不像習知影像感 測器’本發明影像感測器係採用具有才各子圖㈣彩色渡鏡 陣列使得對於以2x 2格與3x 3格為單位進行插值的情形 都不會由單一彩色訊號取得彩色資訊。因此，即使彩色訊 號或像素中有雜訊，由於插值使用較多彩色訊號因此可得 到更準確的彩色資訊。 在以上所提及的本發明中，有開窗格與單色濾鏡格相 父替的彩色濾鏡陣列係使用於應用在攝錄像機、數位攝影 機專專的影像感測器與影像處理裝置。使得每一像素可 用夕個彩色的彩色資訊插值，能使不良像素或雜訊的影響 最小化而使更準確的插值成為可能。結果，每個像素可得 93416 22 1306308 到更準確的彩色。 換言之，她於切技術，可崎目較少之格數為單 广到二色R、G、Bm ’能使不良像素或雜訊的影響 化而使更準確的插值成為可能，從而增加影像處理的 因此，可克服⑽s影像感測器的問題，例 里雜訊，且可改善為良率較 回 的勢诰渦葙。以 ）之主因的彩色濾鏡 、 ，可改善高密度像素影像感測器的良率 间％降低影像感測器的製造成本。 儘管以上結合較佳具體實施例已對本發明加以圖示及 描遠，顯然’熟諳此藝者仍可做屮 由咬奎㈣τ做出修改及變體而不脫離由 申印專利乾圍所界定的本發明精神與範疇。 【圖式簡單說明】 由以下結合附圖的說明可更加明 的目標、特徵、以及其他的優點。 月上逑及其他 圖為圖解說明習知影像處理裝置的方塊圖. 第2圖的示意圖係圖解說明第 感測器陣列的圖型； 弟1圖衫像感測器之像素 第3圖係圖解說明第i圖影像感測器的 鱼 列的結構圖； /、感別益陣 第4圖（a)及（b)係圖解說明第丨 的示意圖； 弟1圖心虎處理器的插值 像處理裝置的方塊圖； 像感測器之彩色濾鏡陣列 弟5圖為圖解說明本發明影 弟6圖係圖解說明第5圖影 的圖型的示意圖； 93416 23 m 1306308 第7圖係圖解說明第5圖影像感夠器的像素感測器陣 列的方塊圖； 第8圖為第5圖影像感測器之像素感測器陣列的部份 A的放大視圖； 77 第9圖（a)至（c)為第6圖彩色遽鏡陣列之格子圖型 (check pattern)的例子的示意圖； 第他圖至第10c圖係圖解說明用本發明彩色濟 列的不同彩色滤鏡進行光感測的原理的示意圖， ·以及 第11(a)及（b)圖係用於解釋本 值的示意圖。 Μ月汛唬處理斋的插 【主要元件符號說明】 ιυ 影像感測器 12 彩色滤鏡陣列 14 像素感測器陣列 14一2 Ρ-磊晶層 14~4 Ρ+淺接面層 1〇〇 透鏡陣列 3〇〇 保護層 410 底部基板 430 第一光井層 450 Ρ+淺接面層 c 彩色濾鏡格 D2 第二深度 0 開窗格 11 微透鏡 13 保護層 14-1 P+基板 14-3 N-井層 20 訊號處理器 200 形色渡鏡陣列 400 像素感測器陣列 420 蟲晶層 440 弟二光井層 500 訊號處理器 D1 第一深度 D3 第三深度 OP1 第一光線 93416 24 1306308 0P2 第二光線 PS1 第 一光感測器 PS2 第二光感測器 PS3 第 三光感測器 PS4 第四光感測器 PWA1 第 一光井區 PWA2 第二光井區 S1 第 一訊號 S2 第二訊號 S3 第三訊號 S4 第四訊號 25 93416

Claims (1)

1. I · 弟y5〗I2<536號專利申請i 十、申請專利範園·· (97年8月27曰' ’ 種影像感測器，係包含. 透鏡陣列，j：係白人> 鏡； /、保包含多個排列成二維矩陣的微透 形成於該透鏡陣列下方的彩色錢陣列，包含各個 個彩::::鏡::二個:透鏡的多個開窗格及多 光透過，而各個色、/^ 係使紅光、綠光、及藍 /色濾鏡袼使預定之彩色光線透過； 、；1電質材料形成於該彩色濾鏡陣列下方的保護 尽’以及 形成於該保護層下方的像素感測器陣列，呈有：感 個彩色遽鏡格之第-光線的第-光感測器，·形 夂：弟丨感測盗之下的第二光感測器，用以感測透 =個彩色滤鏡格的第二光線；感測透過各個開窗格之 。。-光線的第二光感測器；以及，形成於該第三光感測 益：下的第四光感測器，用以感測透過各個開 四光線。 :申請專利範圍第1項之影像感測器，其中該彩色遽鏡 陣列的尺寸與該透鏡陣列的對應尺寸相同。 :申請專利範圍第2項之影像感測器，其中該彩色遽、鏡 列中之彩色滤鏡格係使選自以下所组成之群中的彩 色：紅、綠、藍、黃、洋紅、青綠、及翁翠綠透過。 如申請專利範圍第i項之影像感測器，其中該像素感測 益陣列包含： (修正本)93416 26 1306308 由p 第95112636號專利申請案 (97年8月27曰） 型半 導體材料形成的底部基板； 由p型半導體形成於該底部基板上的蠢晶層； 第一光井層，具有從該磊晶層之上表面以第一預設 深度由N型半導體材料形成的多個第一光井區，其中每 一該等第一光井區用該磊晶層經由P_N接面而形成該 第一光感測器與該第三光感測器；以及 第二光井層’具有多個從該磊晶層之上表面以比該 鲁 該第一深度深之第二預定深度而由N型半導體材料形 成的第二光井區，其中每一該等多個第二光井區係與每 一該等多個第一光井區重疊且用該磊晶層經由P-N接 面而形成該第二光感測器以及該第四光感測器。 •如申明專利範圍第4項之影像感測器，其中該樣素感測 • 器陣列更包含P+淺接面層，係從該磊晶層之上表面以 第三預定深度而由P+半導體材料形成以便防止該磊晶 層產生任何表面缺陷。 φ 6·如申請專利範圍第4項之影像感測器，其中該第一光井 層係以約0. 6微米的第一深度形成。 .如申請專利範圍第4項之影像感測器，其中該第二光井 8層係:約2. 75微米至約3. 5微米的第二深度形成。 .如申請專利範圍第5項之影像感測器，其中該p+淺接 g層係以約〇. 01微米至約2微米的第三深度形成。 •SI請專利範圍第4項之影像感測器，其中該彩色濾鏡 J之I色濾鏡格為紅色遽鏡時的情形與該彩色爐、鏡 J之毛色濾鏡格為綠色或藍色濾鏡時的情形相比 (修正本)93416 27 1306308 較， Η).—毛 鏡； 該像素感測器陣列之第 （9 7年U ”曰 [影像處理裝置，其“含井層的弟二深度較深。 透鏡陣列，其係包含多個排列成二維矩陣的微透 形成於該透鏡陣列下方_以輯列，包 固都對應於該透鏡陣列之各個微透鏡、在择列及 都彼此交替的開窗格與彩色滹 /、 订 心色/慮鏡格，其中各個開窗格使 、及藍光透過’而各個彩色濾鏡格使預定之 先線透過；由介電質材料形成於該彩㈣鏡陣列下 方的保護層；形成於該保護層下方的像素感測器陣列， 其係具有:用於感測透過每—該等多個彩色濾鏡格之第 光線的第光感測器，在該第一光感測器之下形成的 第二光感測器，用以感測透過每一該等多個彩色濾鏡格 的第二光線；用於感測透過每一該等多個開窗格之第三 光線的第三光感測器；以及，形成於該第三光感測器之 下的第四光感測器，用以感測透過每一該等多個開窗格 的第四光線；以及， 訊號處理斋，用於A/D轉換分別用該像素感測器陣 列之第一光感測器、第二光感測器、第三光感測器、及 第四光感測器感測的第一訊號、第二訊號、第三訊號、 及第四訊號成為數位訊號且由該等數位訊號提取出彩 色資訊。 11.如申請專利範圍第10項之影像處理裝置，其中該彩色 濾鏡陣列的尺寸與該透鏡陣列的對應尺寸相同。 28 (修 JL 本)93416 .1306308 ' 第95112636號專利申請案 如申請專利範圍第 （97年8月27曰') — v y色濾鏡格係使選自以下所組成之群中 13.如申ί專:綠、严、黃、洋紅、青綠、及翡翠綠透過。 明乾圍第10項之影像處理裝置，其中該像素 感測器陣列包含： 疗、 & Ρ型半導體材料形成的底部基板； =型半導體材料形成於該底部基板上的蟲晶層； ^第光井層，其係具有從該磊晶層之上表面以第一 ，二冰度由Ν型半導體材料形成的多個第一光井區，其 ^該等第—光井區用該蟲晶層經由Ρ-Ν接面而形 成該光感測器與該第三光感測器；以及， 笛一 f二光井層，具有多個從該层晶層之上表面以比該 深度深之第二預定深度而由N型半導體材料而形 有預定厚度的第二光井區，其中每一 個第一光井區重疊且用該“ 感測器。自㈣成該苐二光感測器以及該第四光 4·=申'專利範圍第13項之影像處理裝置，其中該像素 ^則器陣列更包含P+淺接面層，其係從該蟲晶層之上 ί =三預定深度而由P+半導體材料形成以便防止 邊猫日日層產生任何表面缺陷。 15.如申請專利範圍第13項之影像處 像 感測器陣列之第一光井層係以& η β ，、干该像京 w 尤汴層保以約0.6微米的第一深度 艰成。 (修正本)93416 29 •1306308 第95112636號專利申請案 、.如申請專利範圍第13項…二 17.如申請專利範圚笼·! / 了笞+ & &上 mu, 讀處縣置，其中該像素 車列之P+淺接面層係以約米至約〇.2微 米的弟三深度形成。 18·如申明專利範圍第2 3項之影像處理裝置，其中該彩色 it斜狀彩⑽鏡格為紅色濾'鏡的情形與該彩色遽 鏡陣列之彩色濾鏡格為綠色或藍色遽鏡的情形相比 較，該像素感測器陣列之第二光井層的第二深度較深。 19·如申請專利範圍第13項之影像處縣置，其中該訊號 ： 處理器係組態成可將經由以由兩個開窗格與兩個彩色 , 濾鏡格組成之2x2格為單位所感測之光訊號A/D轉換為 數位訊號且由該數位訊號提取出彩色資訊。 20.如申請專利範圍第13項之影像處理裝置，其中該訊號 處理器係經組態成可將經由以由4個開窗格與5個彩色 濾鏡格組成之3x3格為單位所感測之光訊號A/D轉換為 數位訊號且由該數位訊號提取出彩色資訊。 (修正本)93416 30