线性对数图像传感器制造技术

本申请案涉及一种线性对数图像传感器。用于高动态范围图像传感器中的像素阵列包含在所述像素阵列中布置在多个行和列中的多个像素。所述像素中的每一者包含安置在半导体材料中的线性子像素和对数子像素。所述线性子像素经耦合以产生具有线性响应的线性输出信号，且所述对数子像素经耦合以响应于入射光而产生具有对数响应的对数输出信号。位线耦合到所述线性子像素和对数子像素以接收所述线性输出信号和所述对数输出信号。所述位线为耦合到所述多个像素的多个位线中的一者。所述多个位线中的每一者耦合到所述多个像素的对应分组。

Linear logarithmic image sensor

This application involves a linear logarithmic image sensor. A pixel array used in a high dynamic range image sensor includes a plurality of pixels arranged in a plurality of rows and columns in the array of pixels. Each of the pixels includes a linear subpixel and a logarithmic sub pixel placed in the semiconductor material. The linear sub-pixel is coupled to produce linear output signal with linear response, and the logarithmic sub-pixel is coupled to respond to incident light to produce logarithmic response logarithmic output signal. The bit line is coupled to the linear subpixel and the logarithmic sub pixel to receive the linear output signal and the logarithmic output signal. The bit line is one of a plurality of bit lines coupled to the plurality of pixels. Each of the plurality of bits is coupled to the corresponding packets of the plurality of pixels.

【技术实现步骤摘要】
线性对数图像传感器
本专利技术大体涉及成像，且更具体来说，本专利技术涉及高动态范围图像传感器。
技术介绍
图像传感器已经变得无处不在。其广泛用于数字静态照相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医学、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS))的技术已经持续大幅进步。例如，对更高分辨率和更低功率消耗的需求已经鼓励这些图像传感器的进一步小型化和集成。高动态范围(HDR)图像传感器已变得对许多应用有用。一般来说，普通图像传感器(包含例如电荷耦合装置(CCD)和CMOS图像传感器(CIS))具有约70dB动态范围的动态范围。相比之下，人眼具有高达约100dB的动态范围。存在具有增大的动态范围的图像传感器是有利的各种状况。例如，在各种行业中需要具有超过100dB动态范围的动态范围的图像传感器。例如，在汽车行业中，需要HDR图像传感器以便处理不同驾驶状态，例如，从黑暗隧道驾驶到明亮阳光中。实际上，许多应用可要求具有至少90dB或更高的动态范围的图像传感器来适应广泛范围的照明状况(从低光状态变化到亮光状态)。提供HDR图像的一个典型解决方案是组合用正常CMOS图像传感器捕获的多次曝光来提供单HDR图像。但是，多次曝光消耗摄影机系统中的存储器和功率，且提出关于通过捕获快速移动物体的多次曝光造成的假象的其它挑战。虽然对数传感器可提供增大的动态范围的益处，但与利用正常CMOS图像传感器的图像传感器比较，对数传感器遭受较差的低光性能且要求特殊复杂算法。
技术实现思路
一方面，本专利技术的实施例提供一种用于高动态范围图像传感器中的像素阵列，其包括：多个像素，其在所述像素阵列中布置在多个行和列中，其中所述像素中的每一者包括：线性子像素，其经安置在半导体材料中，其中所述线性子像素经耦合以响应于入射光而产生具有线性响应的线性输出信号；及对数子像素，其经安置在所述半导体材料中，其中所述对数子像素经耦合以响应于所述入射光而产生具有对数响应的对数输出信号；及位线，其耦合到所述线性子像素和所述对数子像素以接收所述线性输出信号和所述对数输出信号，其中所述位线为耦合到所述多个像素的多个位线中的一者，其中所述多个位线中的每一者耦合到所述多个像素的对应分组。另一方面，本专利技术的实施例提供一种高动态范围(HDR)成像系统，其包括：像素阵列，其包含在所述像素阵列中布置在多个行和列中的多个像素，其中所述像素中的每一者包括：线性子像素，其经安置在半导体材料中，其中所述线性子像素经耦合以响应于入射光而产生具有线性响应的线性输出信号；及对数子像素，其经安置在所述半导体材料中，其中所述对数子像素经耦合以响应于所述入射光而产生具有对数响应的对数输出信号；及位线，其耦合到所述线性子像素和所述对数子像素以接收所述线性输出信号和所述对数输出信号，其中所述位线为耦合到所述多个像素的多个位线中的一者，其中所述多个位线中的每一者耦合到所述多个像素的对应分组；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素读出所述线性输出信号和所述对数输出信号。附图说明参考下列图描述本专利技术的非限制性及非穷举性实施例，其中除非另外指定，否则贯穿各个视图的类似的参考符号指代类似的部分。图1是根据本专利技术的教示绘示包含具有线性对数像素的实例性HDR图像传感器的成像系统的一个实例的图。图2是根据本专利技术的教示的包含具有线性子像素及对数子像素的像素的图像传感器的HDR像素电路的一个实例的示意性绘示。图3是根据本专利技术的教示的包含具有线性子像素及对数子像素的像素的像素阵列的HDR像素电路的一个实例的横截面绘示。图4是根据本专利技术的教示绘示相对于图像传感器的实例性HDR像素电路的光强度的信号响应的一个实例的图，其中像素阵列的每一像素具有线性子像素及对数子像素。贯穿附图的若干视图的对应参考符号指示对应组件。本领域技术人员将了解，图中的元件是出于简明和清晰的目的绘示且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可相对其它元件放大来帮助改进对本专利技术的各种实施例的理解。同样地，通常不描绘商业上可行的实施例中有用或必要的常见又易于理解的元件，以便促进对本专利技术的这些各种实施例的较少阻碍的观察。具体实施方式在下列描述中，陈述许多特定细节以便提供对本专利技术的通透理解。但是，所属领域的技术人员将了解，不需要采取特定细节来实践本专利技术。在其它实例中，不详细描述众所周知的材料或方法以便避免混淆本专利技术。贯穿此说明书的对“一个实施例”、“实施例”、“一个实例”或“实例”的参考意味着结合实施例或实例描述的特定特征、结构或特性包含在本专利技术的至少一个实施例中。因此，贯穿此说明书出现在各种位置的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个实例”或“实例”不一定都指代同一实施例或实例。此外，特定特征、结构或特性可在一或多个实施例或实例中以任何适当组合和/或子组合进行组合。特定特征、结构或特性可包含在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述功能性的其它适当组件中。另外，所属领域的技术人员将了解，此处提供的图是出于解释的目的且附图不一定按比例绘制。贯穿此说明书，使用若干技术术语。这些术语具有其在其所出自的领域中的一般含义，除非在本文具体定义或在使用其的上下文中另外清楚地提出。应注意，在整个此文档中可互换使用元件名称和符号(例如，Si对硅)；但是，二者具有相同含义。根据本专利技术的教示的实例描述一种具有像素阵列的高动态范围图像传感器，所述阵列具有包含安置在半导体材料中的线性子像素及对数子像素的像素。每一像素的每一线性子像素经耦合以响应于入射光产生具有线性响应的线性输出信号，且每一像素的每一对数子像素经耦合以响应于入射光产生具有对数响应的对数输出信号。位线耦合到线性子像素和对数子像素以从每一像素接收线性输出信号和对数输出信号。为了绘示，图1是大体展示包含像素110的实例性像素阵列102的HDR成像系统100的一个实例的图。如在实例中展示，像素110中的每一者可为包含一个线性子像素112和一个对数子像素114的HDR像素。因此，每一像素110中的线性子像素112的数量与对数子像素114的数量的比及因此像素阵列102中的线性子像素112的数量与对数子像素114的数量的比为1:1。在实例中，像素阵列102是CMOS成像传感器的二维(2D)阵列，其包括经布置成多个行和列的像素110。特定来说，所描绘的实例展示，每一像素110经布置成行(例如，行R1到Ry)和列(例如，列Cl到Cx)来获得人员、位置、物体等的图像数据，所述数据接着可用于再现人员、位置、物体等的图像。因而，每一像素110及因此每一线性子像素112和对数子像素114经布置在正方形网格图案中，如在所描绘的实例中展示。在一个实例中，每一线性子像素112经耦合以响应于入射光产生具有线性响应的线性输出信号，且每一对数子像素114经耦合以响应于入射光产生具有对数响应的对数输出信号。如在所描绘的实例中展示，对数子像素114具有与像素110的线性子像素112的曝光面积相比更小的曝光面积。在图1中绘示的特定实例中，HDR成像系统100是彩色成像系统，且因此，像素阵列102包含具有经安置在每一像素110上方的滤色片的滤色片阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高动态范围图像传感器中的像素阵列，其包括：多个像素，其在所述像素阵列中布置在多个行和列中，其中所述像素中的每一者包括：线性子像素，其经安置在半导体材料中，其中所述线性子像素经耦合以响应于入射光而产生具有线性响应的线性输出信号；及对数子像素，其经安置在所述半导体材料中，其中所述对数子像素经耦合以响应于所述入射光而产生具有对数响应的对数输出信号；及位线，其耦合到所述线性子像素和所述对数子像素以接收所述线性输出信号和所述对数输出信号，其中所述位线为耦合到所述多个像素的多个位线中的一者，其中所述多个位线中的每一者耦合到所述多个像素的对应分组。

【技术特征摘要】
2016.08.04 US 15/228,8741.一种用于高动态范围图像传感器中的像素阵列，其包括：多个像素，其在所述像素阵列中布置在多个行和列中，其中所述像素中的每一者包括：线性子像素，其经安置在半导体材料中，其中所述线性子像素经耦合以响应于入射光而产生具有线性响应的线性输出信号；及对数子像素，其经安置在所述半导体材料中，其中所述对数子像素经耦合以响应于所述入射光而产生具有对数响应的对数输出信号；及位线，其耦合到所述线性子像素和所述对数子像素以接收所述线性输出信号和所述对数输出信号，其中所述位线为耦合到所述多个像素的多个位线中的一者，其中所述多个位线中的每一者耦合到所述多个像素的对应分组。2.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述多个位线中的所述每一者为列位线，且其中所述多个像素的所述对应分组为所述像素阵列的列。3.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述像素阵列中的线性子像素的数量与对数子像素的数量的比为1:1。4.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述多个像素的所述线性子像素和所述对数子像素在所述像素阵列中布置在正方形网格图案中。5.根据权利要求1所述的像素阵列，其进一步包括经安置在所述多个像素上方的滤色片阵列，其中所述多个像素中的每一者在所述线性子像素和所述对数子像素上方具有相同滤色片。6.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述线性子像素包含安置在所述半导体材料中的第一光电二极管，其中所述对数子像素包含安置在所述半导体材料中的第二光电二极管，其中使用通过所述半导体材料的入射平面引导的所述入射光照明所述第一光电二极管和第二光电二极管，其中所述入射平面上由所述第一光电二极管占有的第一面积大于所述入射平面上由所述第二光电二极管占有的第二面积。7.根据权利要求6所述的像素阵列，其中所述入射平面在所述半导体材料的背侧上。8.根据权利要求6所述的像素阵列，其中线性子像素支持电路耦合到所述第一光电二极管，其中对数子像素支持电路耦合到所述第二光电二极管，其中所述线性子像素支持电路和对数子像素支持电路经安置靠近所述半导体材料的电路平面。9.根据权利要求8所述的像素阵列，其中所述电路平面靠近所述半导体材料的前侧。10.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述线性子像素包括：第一光电二极管，其经耦合以响应于所述入射光而产生第一图像电荷；传输晶体管，其耦合到所述第一光电二极管以响应于传输信号而将所述第一图像电荷从所述第一光电二极管传送到浮动扩散；第一复位晶体管，其耦合到所述浮动扩散以响应于复位信号而复位所述浮动扩散；第一放大器，其耦合到所述浮动扩散以响应于所述第一图像电荷而产生所述线性输出信号；及第一行选择晶体管，其耦合于所述第一放大器与所述位线之间以响应于行选择信号而输出所述线性输出信号到所述位线。11.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述对数子像素包括：第二光电二极管，其经耦合以响应于所述入射光而产生第二图像电荷；...

【专利技术属性】
技术研发人员：马渕圭司，戴森·H·戴，奥拉伊·奥尔昆·赛莱克，毛杜立，真锅宗平，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US