提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，圖像傳感器的像素陣列采用Bayer模式的紅綠藍排列方式，紅色像素和藍色像素的微透鏡平面面積大于綠色像素的微透鏡平面面積。紅色像素與藍色像素的微透鏡平面面積相等或不相等。增大了R和B像素的微透鏡平面尺寸，使得R和B像素能夠接受到更多的光量，因此相對G像素有效地提高了R像素和B像素的靈敏度，使R、G、B三色像素的感光靈敏度大致相等，有效地降低了數字后端圖像信號白平衡操作的處理復雜度。
【專利說明】提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種圖像傳感器，尤其涉及一種提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構。
【背景技術】
[0002]圖像傳感器已經被廣泛地應用于數碼相機、移動手機、醫療器械、汽車和其他應用場合。特別是制造CMOS (互補型金屬氧化物半導體)圖像傳感器和CCD (電荷耦合器件)圖像傳感器技術的快速發展，使人們對圖像傳感器的輸出圖像品質有了更高的要求。
[0003]現有技術中的圖像傳感器，一般采用Bayer模式的紅綠藍彩色濾光片陣列結構排列，所對應的像素稱為紅色、綠色和藍色像素，由紅色、綠色和藍色像素排列成為二維像素陣列。
[0004]如圖1所示，現有技術中的圖像傳感器像素陣列中的每個顏色像素所使用的微透鏡平面面積及像素面積相等，圖1中，每個像素的微透鏡(ML)平面寬和高尺寸都為P，即紅綠藍三種顏色像素的微透鏡平面面積相等。
[0005]以圖1所示的像素微透鏡單元在垂直和水平方向上排列稱為二維像素微透鏡陣列，如圖2所示，圖2中，R為紅色像素微透鏡，G為綠色像素微透鏡，B為藍色像素微透鏡，并且RGB三種顏色的像素微透鏡平面面積相等，所以像素微透鏡所匯聚到的光量相等。依據半導體硅對不同波長光的吸收屬性，G像素的感光靈敏度最高，R像素和B像素的感光靈敏度相近，并且在白光環境下，例如D65光源環境，G像素的感光靈敏度是R像素和B像素感光靈敏度的1.2?1.3倍。
[0006]如圖3所示，為現有技術的圖像傳感器，在白光環境下，三色像素的光電響應曲線，G像素的響應斜率是R和B像素的響應斜率的1.2?1.3倍，即G像素的像素感光靈敏度是R和B像素感光靈敏度的1.2?1.3倍。
[0007]現有技術中的圖像傳感器至少存在以下缺陷:
[0008]在白光環境下，G像素的感光靈敏度明顯高于R和B像素的感光靈敏度，使得在后期圖像信號處理中，R和B像素的信號增益需要調整為1.2?1.3倍，以便使圖像恢復到與環境一致的真實顏色白色；由于，RGB像素的感光靈敏度不相同，使得后期信號白平衡處理變得復雜，給圖像顏色矯正操作帶來了困難。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提供一種提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，使RGB三色像素的感光靈敏度大致相等，降低數字后端圖像信號白平衡操作的處理難度。
[0010]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0011]本發明的提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，圖像傳感器的像素陣列采用Bayer模式的紅綠藍排列方式，紅色像素和藍色像素的微透鏡平面面積大于綠色像素的微透鏡平面面積。[0012]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，由于紅色像素和藍色像素的微透鏡平面面積大于綠色像素的微透鏡平面面積，增大了 R和B像素的微透鏡平面尺寸，使得R和B像素能夠接受到更多的光量，因此相對G像素有效地提高了 R像素和B像素的靈敏度，使R、G、B三色像素的感光靈敏度大致相等，有效地降低了數字后端圖像信號白平衡操作的處理復雜度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為現有技術中的圖像傳感器像素所使用的微透鏡單元平面示意圖。
[0014]圖2為現有技術中的圖像傳感器像素陣列所使用的Bayer模式排列的微透鏡陣列示意圖。
[0015]圖3為現有技術中的圖像傳感器紅綠藍三色像素的光電響應曲線示意圖。
[0016]圖4a、圖4b為本發明實施例中圖像傳感器紅綠藍像素所使用的微透鏡單元平面示意圖。
[0017]圖5為本發明實施例中圖像傳感器像素陣列所使用的Bayer模式排列的微透鏡陣列示意圖。
[0018]圖6a、圖6b為本發明實施例中圖像傳感器像素陣列所使用的微透鏡陣列中的其中相鄰兩行的微透鏡橫切面示意圖。
[0019]圖7為本發明實施例中圖像傳感器紅綠藍三色像素的光電響應曲線示意圖。【具體實施方式】
[0020]下面將對本發明實施例作進一步地詳細描述。
[0021]本發明的提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，其較佳的【具體實施方式】是:
[0022]圖像傳感器的像素陣列采用Bayer模式的紅綠藍排列方式，紅色像素和藍色像素的微透鏡平面面積大于綠色像素的微透鏡平面面積。
[0023]所述紅色像素和藍色像素的微透鏡平面面積是所述綠色像素微透鏡平面面積的1.2 ?1.3 倍。
[0024]所述紅色像素與藍色像素的微透鏡平面面積相等或不相等。
[0025]所述紅色像素、藍色像素和綠色像素的微透鏡平面形狀為多邊形。
[0026]所述紅色像素、藍色像素和綠色像素的微透鏡平面形狀為正方形或長方形。
[0027]該提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構用于CMOS型圖像傳感器或C⑶型圖像傳感器。
[0028]本發明的提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，增大了 R和B像素的微透鏡平面尺寸，使得R和B像素能夠接受到更多的光量，因此相對G像素有效地提高了 R像素和B像素的靈敏度，使R、G、B三色像素的感光靈敏度大致相等，有效地降低了數字后端圖像信號白平衡操作的處理復雜度。
[0029]具體實施例:
[0030]在實施例中，RGB三色像素尺寸以正方形結構為例，以R像素和B像素面積相等為例。[0031]圖4a、4b所示，圖4a為G像素所使用的ML (微透鏡)單元平面尺寸示意圖,其大小為PgXPg ;圖4b為R和B像素所使用的ML單元平面尺寸示意圖，其大小為PrbXPrg，其中R和B像素的ML平面面積是G像素的ML平面面積的1.2?1.3倍。圖4a、4b所不的R和B像素使用的ML平面面積相對G像素使用的ML平面面積大,較大平面面積的ML能夠匯聚到更多的光量，使像素的感光器件能夠產生更多的光電電荷，即提高了該像素的感光靈敏度。
[0032]圖5所示，為本發明的圖像傳感器像素陣列所使用的ML陣列示意圖，本像素陣列采用Bayer模式排列，R為紅色像素微透鏡，G為綠色像素微透鏡，B為藍色像素微透鏡，M行和M+1行分別表征ML陣列中的第M和M+1行的ML位置；其中R、G和B像素的ML平面面積分別為圖4所示的R、G和B像素所使用的ML平面面積尺寸。
[0033]圖6a、圖6b所示，為本發明的圖像傳感器像素陣列所使用的ML陣列中的其中相鄰兩行的微透鏡橫切面不意圖，圖6a為圖5所不的第M行ML橫切面不意圖，圖6b為圖5所示的第M+1行ML橫切面示意圖；如圖6a、圖6b所示，R和B像素的ML尺寸Prb大于G像素的ML尺寸Pg，所以R和B像素的ML能夠匯聚到的光量大于G像素ML匯聚到的光量。
[0034]圖7所示，為本發明像素陣列結構的RGB三色像素的光電響應曲線，其中水平軸為像素曝光量，垂直軸為像素產生的光電信號量，在白光環境下，RGB三色像素的光電響應斜率差別較小，即RGB三色像素的感光靈敏度大致相等。
[0035]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，圖像傳感器的像素陣列采用Bayer模式的紅綠藍排列方式，其特征在于，紅色像素和藍色像素的微透鏡平面面積大于綠色像素的微透鏡平面面積。
2.根據權利要求1所述的提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，其特征在于，所述紅色像素和藍色像素的微透鏡平面面積是所述綠色像素微透鏡平面面積的1.2 ?1.3 倍。
3.根據權利要求2所述的提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，其特征在于，所述紅色像素與藍色像素的微透鏡平面面積相等或不相等。
4.根據權利要求3所述的提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，其特征在于，所述紅色像素、藍色像素和綠色像素的微透鏡平面形狀為多邊形。
5.根據權利要求4所述的提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，其特征在于，所述紅色像素、藍色像素和綠色像素的微透鏡平面形狀為正方形或長方形。
6.根據權利要求1至5任一項所述的提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構，其特征在于，該提高紅色和藍色像素靈敏度的圖像傳感器微透鏡結構用于CMOS型圖像傳感器或CCD型圖像傳感器。
【文檔編號】H01L27/146GK103928484SQ201410164450
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】郭同輝, 唐冕, 曠章曲 申請人:北京思比科微電子技術股份有限公司