图像传感器及操作方法以及成像装置制造方法及图纸

本公开涉及图像传感器及其操作方法以及成像装置。提供了一种图像传感器，包括：半导体衬底上的图像感测阵列，用于进行图像感测，其包括以阵列形式布置的多个第一光感测单元；所述衬底上的第一光传感器，用于感测环境光并将环境光转换为第一电信号，其包括以阵列形式布置的多个第二光感测单元，所述第二光感测单元在所述第一光感测单元的阵列的外部；以及处理模块，配置为基于所述第一电信号确定环境光的强度，并基于所确定的强度控制所述图像传感器的操作。

Image sensor and operation method and imaging device

The present disclosure relates to an image sensor, a method of operation and an imaging device. Provided is an image sensor, a semiconductor substrate includes an image sensing array for image sensor, which comprises a plurality of first light array to form the layout of the measuring unit; the first light sensor on the substrate, for sensing ambient light and ambient light into a first electric signal, which includes with more than second light array layout form measuring unit, the outside of the second light sensing array sensing unit in the first light; and a processing module, the configuration is based on the first electrical signal to determine the intensity of ambient light, and based on the intensity of control as determined by the image sensor operation.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及操作方法以及成像装置
本公开涉及图像传感器、用于图像传感器的操作方法以及成像装置。
技术介绍
近年来，随着半导体设计制造技术的不断提高，图像传感器芯片朝着更加集成化和多样化的方向发展，意图在保证便于实现的同时，实现更为丰富的功能和更为优越的图像感测性能。CMOS图像传感器(CMOSIMAGESENSOR)芯片是一类使用有源像素感测单元的传感器芯片，因其功耗低、运行速度快等优势而广泛应用于摄像、照相设备等等之中。图1示出了一种传统的成像装置(或系统)。该成像装置包括：CMOS图像传感器芯片10和微控制器单元(MCU)/图像信号处理器(ISP)芯片12。两者可以设置在印刷电路板(PCB)上。CMOS图像传感器芯片10可以感测图像，并提供图像信号到MCU/ISP芯片12供其处理。MCU/ISP芯片12可以作为系统的主控制器来控制整个系统；因此，MCU/ISP芯片12有时也可以被称为CMOS图像传感器芯片10的上位机芯片。MCU/ISP芯片12可以接收CMOS图像传感器芯片10发送的图像信号来进行图像信号处理，并将图像提供到显示器18以进行显示。MCU/ISP芯片12还可以发送控制信号到CMOS图像传感器芯片10。MCU/ISP芯片12还可以控制其他的各种驱动器16。该成像系统还可以包括光敏电阻14，以检测外界环境光。MCU/ISP芯片12可以根据光敏电阻14提供的信号，对红外滤镜(IR-CUT)20进行切换，并控制CMOS图像传感器芯片10，从而使成像系统在彩色图像模式和黑白图像模式之间切换。同时，MCU/ISP芯片12控制光源(例如LED)22来进行补光，以改善成像质量。该系统增加了额外的用于检测光强的分立元器件(例如光敏电阻CdS)和用于辅助该分立元器件运行的相关板级电路，而这会导致制造成本上升和功耗增加，还会带来由于分立化、复杂化所引起的其它额外成本。另一方面，环境光闪烁(例如，以50Hz/60Hz频率的公用事业提供的电力等导致的灯光闪烁)对成像质量带来不利的影响。尽管这样的闪烁对于人眼可能不是问题，但对于图像传感器成像则会带来问题，比如在所形成的图像中形成波纹等。在现有技术中，大多采用对CMOS图像传感器芯片采集的图像数据进行分析的方法来检测闪烁。然而，这样的传统方法的缺点在于，需要使用多帧数据来进行评估，要处理的数据量十分庞大，极大地增加了上位机MCU或ISP芯片的工作负担，也引起了更多的资源耗费。随着图像传感器芯片解析度的增加，使用传统方法检测环境光闪烁时所需处理的数据量也随之大幅增加，更是凸显了传统方法的劣势。另外，图像传感器芯片的图像感测单元的曝光时间会不断变化，增加闪烁检测的难度和复杂度。尽管在现有技术中，某些芯片将闪烁检测功能集成到CMOS图像传感器芯片中，但是基本方法类似，需要处理多帧数据，前述问题仍然存在。这意味着电路设计更加复杂，在增加芯片面积的同时增加了整体成本。此外，对于环境光强和环境光闪烁，传统的成像系统通常采用相互独立的方式进行检测，更多的依赖于板级上的分立器件和上位机芯片来实现功能。这会造成检测的低效率和高成本。因此，存在对改进的图像传感器以及成像装置的需求。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例的目的之一在于，提供改进的图像传感器及其操作方法以及成像装置。根据本专利技术的实施例的图像传感器具有新颖的结构，其能够更成本有效地检测环境光强度(，以及检测环境光闪烁，例如交变的电力等造成的灯光闪烁。本专利技术的一些实施例还可以提供到外部的光传感器的接口，从而提供设计的灵活性。根据本专利技术的实施例，可以简化成像系统，降低对图像传感器处理能力的要求，而不会显著增加芯片面积。从而，可以降低系统成本，提高检测效率高，简化处理方式，并且带来更为高效和准确的检测结果。根据本公开一个方面，提供了一种图像传感器，包括：半导体衬底上的图像感测阵列，用于进行图像感测，其包括以阵列形式布置的多个第一光感测单元；所述衬底上的第一光传感器，用于感测环境光并将环境光转换为第一电信号，其包括以阵列形式布置的多个第二光感测单元，所述第二光感测单元在所述第一光感测单元的阵列的外部；以及处理模块，配置为基于所述第一电信号确定环境光的强度，并基于所确定的强度控制所述图像传感器的操作。在一个实施例中，所述图像传感器可以还包括接口，用于从外部连接的第二光传感器接收第二电信号，其中所述处理模块配置为基于所述第一电信号和所述第二电信号确定环境光的强度。在一个实施例中，所述处理模块可以包括数模转换器(ADC)，用于将电信号转换为数字信号以用于确定环境光的强度。在一个实施例中，所述处理模块可以包括图像信号处理模块(ISP)，用于对所述图像感测阵列所感测的图像信号进行处理。在一个实施例中，控制所述图像传感器的操作可以包括：当所述强度小于或等于阈值时，所述处理模块以黑白模式处理所述图像感测阵列所感测的图像信号；当所述强度高于阈值时，所述处理模块以彩色模式处理所述图像感测阵列所感测的图像信号。在一个实施例中，控制所述图像传感器的操作可以包括下列中的一个或多个：根据所述强度，所述处理模块通过第一控制信号来关闭或开启红外滤镜(IR-CUT)；根据所述强度，所述处理模块通过第二控制信号来开启/关闭用于进行补光的外部光源；以及根据所述强度，通过自动曝光控制来调整图像感测阵列的曝光时间。在一个实施例中，所述第二感测单元可以被配置为其光感测能力高于所述第一感测单元的光感测能力。在一个实施例中，所述第一感测单元上还可以形成有滤色器(colorfilter)，而所述第二感测单元上不形成滤色器。在一个实施例中，所述处理模块可以包括闪烁检测器，所述闪烁检测器被配置为基于所述第一电信号确定环境光的闪烁。在一个实施例中，所述第一光传感器的采样频率可以被设置为使得能够检测目标环境下的环境光的闪烁。在一个实施例中，所述处理模块还可以被配置为：根据所确定的闪烁，通过自动曝光控制来调整图像感测阵列的曝光时间。在一个实施例中，所述第一光传感器可以被设置为位于所述衬底上、在与所述图像传感器协作的光学件的成像范围内。所述图像传感器还包括：在所述第一光感测单元上的第一微透镜；在所述第二光感测单元上的第二微透镜。所述第二微透镜可以被根据所述第一光传感器在成像范围中的位置而偏移，使得入射到第二光感测单元的光被汇聚到第二光感测单元中的感光元件。根据本公开一个方面，提供了一种用于图像传感器的操作方法。所述图像传感器可以包括：在半导体衬底上的图像感测阵列，所述图像感测阵列用于进行图像感测，其包括以阵列形式布置的多个第一光感测单元；在所述衬底上的第一光传感器，其包括以阵列形成布置的多个第二光感测单元，所述第二光感测单元在所述第一光感测单元的阵列的外部。所述方法可以包括：通过所述第一光传感器感测环境光并将环境光转换为第一电信号；基于所述第一电信号确定环境光的强度，以及基于所确定的强度控制所述图像传感器的操作。在一个实施例中，所述图像传感器可以还包括：接口，用于从外部连接的第二光传感器接收第二电信号。在一个实施例中，所述方法可以还包括：基于所述第一电信号和所述第二电信号确定环境光的强度。在一个实施例中，控制所述图像传感器的操作可以包括：当所述强度小于或等于阈值时，以黑白模式处理所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，包括：半导体衬底上的图像感测阵列，用于进行图像感测，其包括以阵列形式布置的多个第一光感测单元；所述衬底上的第一光传感器，用于感测环境光并将环境光转换为第一电信号，其包括以阵列形式布置的多个第二光感测单元，所述第二光感测单元在所述第一光感测单元的阵列的外部；以及处理模块，配置为基于所述第一电信号确定环境光的强度，并基于所确定的强度控制所述图像传感器的操作。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，包括：半导体衬底上的图像感测阵列，用于进行图像感测，其包括以阵列形式布置的多个第一光感测单元；所述衬底上的第一光传感器，用于感测环境光并将环境光转换为第一电信号，其包括以阵列形式布置的多个第二光感测单元，所述第二光感测单元在所述第一光感测单元的阵列的外部；以及处理模块，配置为基于所述第一电信号确定环境光的强度，并基于所确定的强度控制所述图像传感器的操作。2.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括接口，用于从外部连接的第二光传感器接收第二电信号，其中所述处理模块配置为基于所述第一电信号和所述第二电信号确定环境光的强度。3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其中所述处理模块包括数模转换器(ADC)，用于将电信号转换为数字信号以用于确定环境光的强度。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述处理模块包括图像信号处理模块(ISP)，用于对所述图像感测阵列所感测的图像信号进行处理。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，控制所述图像传感器的操作包括：当所述强度小于或等于阈值时，所述处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯新鹤，夏绍曾，常建光，王永刚，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32