图像传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及图像传感器。本实用新型专利技术公开了一种图像传感器，该图像传感器可包括形成为行和列的图像像素阵列。该阵列中的每个图像像素可包括光电二极管以及连接到该光电二极管的多个信号读出路径。每个读出路径可包括单独的浮动扩散节点和源极跟随器晶体管。在图像捕获操作期间同时启用的信号读出路径的数量可由曝光水平确定，使得该像素以高转换增益或低转换增益进行操作。该像素阵列中相同颜色的若干此类图像像素可经由共享光电二极管互连线连接，使得来自互连像素的图像信号可在单个读出路径上合并和读出或者在分开的读出路径上单独读出。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器
本技术整体涉及成像设备，具体地讲，涉及包括具有不同转换增益的多个读出路径的光电二极管的成像设备，更具体地讲，涉及一种图像传感器。
技术介绍
图像传感器常在电子设备，诸如，移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型布置中，电子设备设置有被布置成像素行和像素列的图像像素阵列。每个图像像素包含光电二极管用于响应于入射光以产生电荷。在一些类型的像素(即，有源CMOS像素)中，图像像素所产生的电荷存储在耦接到光电二极管的浮动扩散节点处。通常将电路耦接到各个像素列以读出来自图像像素的图像信号。常规图像像素具有将通过光电二极管所产生的电荷转移到浮动扩散节点的单个读出路径。在此类布置中，像素的转换增益由浮动扩散区的固定充电容量(即，电容)确定。通常，可针对高曝光或低曝光图像捕获任一者而非两者的性能对具有固定转换增益的图像像素进行优化。因此具有可调转换增益的图像像素是所需的。
技术实现思路
本文所述的实施方案就是在这种背景下出现的。根据一个方面，提供一种图像传感器，包括：光电二极管；以及耦接到所述光电二极管的第一图像信号读出路径和第二图像信号读出路径，其中所述第一图像信号读出路径和所述第二图像信号读出路径中的至少一者基于曝光水平来选择性地切换为使用状态。在一个示例中，所述图像传感器还包括：插置在所述第一图像信号读出路径中的第一电荷转移栅极；以及插置在所述第二图像信号读出路径中的第二电荷转移栅极。在一个示例中，所述图像传感器还包括：所述第一图像信号读出路径中的第一浮动扩散节点，其中所述第一浮动扩散节点具有第一电容；以及所述第二图像信号读出路径中的第二浮动扩散节点，其中所述第二浮动扩散节点具有等于所述第一电容的第二电容，其中在所述曝光水平较低时仅启用所述第一图像信号读出路径，并且其中在所述曝光水平较高时启用所述第一图像信号读出路径和所述第二图像信号读出路径两者。在一个示例中，所述图像传感器还包括：所述第一图像信号读出路径中的第一浮动扩散节点，其中所述第一浮动扩散节点具有第一电容；以及所述第二图像信号读出路径中的第二浮动扩散节点，其中所述第二浮动扩散节点具有大于所述第一电容的第二电容，其中在所述曝光水平较低时仅启用所述第一图像信号读出路径，并且其中在所述曝光水平较高时仅启用所述第二图像信号读出路径。在一个示例中，使用可调电源电压选择性地禁用所述第一图像信号读出路径。在一个示例中，所述图像传感器还包括：多路复用器，所述多路复用器向所述第一图像信号读出路径提供所述可调电源电压。根据另一方面，提供一种图像传感器，包括：多个图像传感器像素，所述多个图像传感器像素中的每个图像传感器像素包括：光电二极管；以及第一图像信号读出路径，其中所述多个图像传感器像素耦接到共享图像传感器读出路径，其中所述多个图像传感器像素在高曝光模式期间单独地使用所述第一图像信号读出路径来读出信号，并且其中所述多个图像传感器像素在低曝光模式期间使用所述共享图像传感器读出路径来读出信号。在一个示例中，所述多个图像传感器像素全部与相同的颜色相关联。在一个示例中，所述第一图像信号读出路径具有第一浮动扩散电容，其中所述共享图像传感器读出路径具有小于所述第一浮动扩散电容的第二浮动扩散电容，其中在第一管芯中形成所述多个图像传感器像素的第一部分，其中在堆叠于所述第一管芯的顶部上的第二管芯中形成所述多个图像传感器像素的第二部分，其中在所述第二管芯中形成所述多个图像传感器像素中的每个图像传感器像素的所述光电二极管，并且其中在所述第一管芯上形成所述第一浮动扩散电容和所述第二浮动扩散电容。在一个示例中，所述多个图像传感器像素中的给定图像传感器像素具有两个源极跟随器晶体管，并且其中所述多个图像传感器像素中除所述给定图像传感器像素以外的每个图像传感器像素仅具有一个源极跟随器晶体管。根据本技术的实施方案，能够提供具有可调转换增益的图像像素。附图说明图1是根据一个实施方案的示例性电子设备的示意图，该电子设备具有用于捕获图像的图像传感器和处理电路。图2是根据一个实施方案的示例性像素阵列以及用于从该像素阵列读出图像信号的相关读出电路的示意图。图3是根据一个实施方案的包括具有单独浮动扩散节点的多个信号读出路径的示例性图像像素的电路图。图4A是根据一个实施方案的用于在每个读出路径中的浮动扩散节点的电容相等时操作图3的图像像素的示例性步骤的流程图。图4B是根据一个实施方案的用于在一个读出路径中的浮动扩散节点的电容大于第二读出路径中的浮动扩散节点的电容时操作图3的图像像素的示例性步骤的流程图。图5是在低曝光和合并模式两者下从图3的多转换增益像素读出的图像信号的信噪比随曝光时间变化的函数的示例性曲线图。图6是根据一个实施方案的示例性像素阵列的示意图，其中红色、蓝色和绿色图像像素被布置成拜耳马赛克网格图案。图7是根据一个实施方案的四个互连图像像素的示例性电路图，这四个互连图像像素具有使像素能够在合并模式和全分辨率模式两者下操作的多个读出路径。具体实施方式电子设备，诸如，数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备可包括图像传感器，该图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如，将入射光转换为图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量(如，数百或数千或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(即，数兆像素)。图像传感器可包括控制电路(诸如，用于操作图像像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，该图像信号与光敏元件所产生的电荷相对应。图1为示例性成像系统，诸如，电子设备，的示意图，该成像系统使用图像传感器捕获图像。图1的电子设备10可为便捷式电子设备，诸如相机、移动电话、平板计算机、网络相机、摄像机、视频监控系统、汽车成像系统、具有成像能力的视频游戏系统或者捕获数字图像数据的任何其他所需成像系统或设备。相机模块12可用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可包括一个或多个透镜14以及一个或多个对应的图像传感器16。透镜14可包括固定透镜和/或可调透镜，并且可包括形成于图像传感器16的成像表面上的微透镜。在图像捕获操作期间，可通过透镜14将来自场景的光聚焦到图像传感器16上。图像传感器16可包括用于将模拟像素数据转换成要提供给存储和处理电路18的对应数字图像数据的电路。如果需要，相机模块12可设置有透镜14的阵列和对应图像传感器16的阵列。存储和处理电路18可包括一个或多个集成电路(如，图像处理电路、微处理器、诸如随机存取存储器和非易失性存储器的存储设备等)，并且可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的组件(如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相关的模块12内的集成电路的一部分的电路)来实施。可使用处理电路18处理和存储已被相机模块12捕获的图像数据(如，使用处理电路18上的图像处理引擎、使用处理电路18上的成像模式选择引擎等)。可根据需要使用耦接到处理电路18的有线和/或无线通信路径将经过处理的图像数据提供给外部设备(如，计算机、外部显示器或其他设备)。如图2所示，图像传感器16可包括包含被布置成行和列的图像传感器像素22(有时在本文称为图像像素或像素)的像素阵列2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括：光电二极管；以及耦接到所述光电二极管的第一图像信号读出路径和第二图像信号读出路径，其中所述第一图像信号读出路径和所述第二图像信号读出路径中的至少一者基于曝光水平来选择性地切换为使用状态。

【技术特征摘要】
2017.02.09 US 15/428,5491.一种图像传感器，包括：光电二极管；以及耦接到所述光电二极管的第一图像信号读出路径和第二图像信号读出路径，其中所述第一图像信号读出路径和所述第二图像信号读出路径中的至少一者基于曝光水平来选择性地切换为使用状态。2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：插置在所述第一图像信号读出路径中的第一电荷转移栅极；以及插置在所述第二图像信号读出路径中的第二电荷转移栅极。3.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：所述第一图像信号读出路径中的第一浮动扩散节点，其中所述第一浮动扩散节点具有第一电容；以及所述第二图像信号读出路径中的第二浮动扩散节点，其中所述第二浮动扩散节点具有等于所述第一电容的第二电容，其中在所述曝光水平较低时仅启用所述第一图像信号读出路径，并且其中在所述曝光水平较高时启用所述第一图像信号读出路径和所述第二图像信号读出路径两者。4.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：所述第一图像信号读出路径中的第一浮动扩散节点，其中所述第一浮动扩散节点具有第一电容；以及所述第二图像信号读出路径中的第二浮动扩散节点，其中所述第二浮动扩散节点具有大于所述第一电容的第二电容，其中在所述曝光水平较低时仅启用所述第一图像信号读出路径，并且其中在所述曝光水平较高时仅启用所述第二图像信号读出路径。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中使用可调电源电压选择性地禁用所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·S·约翰森，罗斯·F·杰涂，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US