图像传感器像素及多色图像传感器像素的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及图像传感器，且特定来说但不排他地，涉及高动态范围图像传感器中的像素。
【背景技术】
[0002]高动态范围(“HDR”)图像传感器可用于许多应用。一般来说，普通图像传感器(包含(例如)电荷耦合装置(“CCD”)及互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器)具有大约70dB的动态范围的动态范围。相比之下，人眼具有高达大约10dB的动态范围。存在其中具有增加的动态范围的图像传感器是有益的各种情形。举例来说，在汽车工业中需要具有大于10dB的动态范围的图像传感器以处置不同的行驶条件，例如从黑暗的隧道行驶到明亮的日光中。实际上，许多应用可能需要具有至少90dB或更大的动态范围的图像传感器以适应从低光条件变化到亮光条件的范围宽广的照明情形。
[0003]—种用于实施HDR图像传感器的已知方式为使用组合像素。一个子像素可用于感测亮光条件而另一子像素可用于感测低光条件。然而，此方式通常包含子像素中的不同光电二极管之间的物理及电气差异。这些差异可产生处理从不同光电二极管产生的图像信号方面的挑战。因此，可能需要选择更复杂且更低效的读出及测量电子装置来以所要的精确度读出不同的光电二极管。
【发明内容】
[0004]本发明提供用于高动态范围图像传感器中的图像传感器像素，所述图像传感器像素包括:第一光电二极管，其安置在半导体材料中；第二光电二极管，其安置在所述半导体材料中且具有实质上等于所述第一光电二极管的第一最大阱容的第二最大阱容，其中所述第一光电二极管在所述半导体材料中邻近于所述第二光电二极管而安置；第一微透镜，其安置在所述第一光电二极管上以朝向所述第一光电二极管引导图像光；第二微透镜，其安置在所述第二光电二极管上以朝向所述第二光电二极管引导图像光，其中所述第二微透镜与所述第一微透镜实质上相同；及滤光片，其安置在所述第二微透镜与所述第二光电二极管之间以减小入射在所述第二光电二极管上的所述图像光的强度，其中所述滤光片不实质上影响朝向所述第一光电二极管引导的所述图像光。
[0005]本发明还提供用于高动态范围(“HDR”)图像传感器中的多色图像传感器像素，所述多色图像传感器像素包括:第一色彩像素，其用于感测图像光的第一色彩；及第二色彩像素，其用于感测不同于图像光的所述第一色彩的图像光的第二色彩，其中第一色彩子像素及所述第二色彩像素各自包含HDR子像素，所述HDR子像素包括:第一光电二极管，其安置在半导体材料中；第二光电二极管，其安置在所述半导体材料中且具有实质上等于所述第一光电二极管的第一最大阱容的第二最大阱容，其中所述第一光电二极管在所述半导体材料中邻近于所述第二光电二极管而安置；第一微透镜，其安置在所述第一光电二极管上以朝向所述第一光电二极管引导图像光；第二微透镜，其安置在所述第二光电二极管上以朝向所述第二光电二极管引导图像光，其中所述第二微透镜与所述第一微透镜实质上相同；及滤光片，其安置在所述第二微透镜与所述第二光电二极管之间以减小入射在所述第二光电二极管上的所述图像光的强度，其中所述滤光片不实质上影响朝向所述第一光电二极管引导的所述图像光。
【附图说明】
[0006]参考以下图式描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中除非另有指示否则相同参考数字在各种视图中指代相同部件。
[0007]图1为说明根据本发明的实施例的高动态范围(“HDR”)成像系统的一个实例的示意框图。
[0008]图2为说明根据本发明的实施例的可在图1中说明的HDR图像传感器中实施的HDR像素的一个实例的示意图。
[0009]图3为根据本发明的实施例的可在实例HDR像素中使用的两个光电二极管及两个微透镜的横截面说明。
[0010]图4为根据本发明的实施例的可在实例HDR像素中使用的两个光电二极管及两个微透镜的横截面说明。
[0011]图5为根据本发明的实施例的用于HDR图像传感器中的多色图像传感器像素的平面图说明，所述多色图像传感器像素包含四个色彩像素，所述四个色彩像素各自包含具有两个光电二极管的HDR子像素。
[0012]图6为根据本发明的实施例的用于HDR图像传感器中的多色图像传感器像素的平面图说明，所述多色图像传感器像素包含四个色彩像素，所述四个色彩像素各自包含具有四个光电二极管的HDR子像素。
[0013]图7A说明根据本发明的实施例的包含HDR子像素的实例电路示意图，所述HDR子像素包含接收来自特定色彩光谱的光的四个光电二极管。
[0014]图7B说明根据本发明的实施例的与图7A的实例电路示意图对应的实例时序图。
【具体实施方式】
[0015]本文中描述用于高动态范围(“HDR”)成像系统的成像系统及图像像素的实施例。在以下描述中，陈述许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中描述的技术可在没有所述具体细节中的一或多者的情况下实践或以其它方法、组件或材料等等实践。在其它情况中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免模糊某些方面。
[0016]贯穿本说明书的对“一个实施例”或“一实施例”的参考表示结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在贯穿本说明书的各种地方的出现不一定全都指代相同实施例。此外，在一或多个实施例中，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合。
[0017]图1为说明根据本发明的实施例的HDR成像系统100的一个实例的示意性框图。HDR成像系统100包含实例像素阵列102、控制电路108、读出电路104及功能逻辑106。如所描绘的实例中所展示，HDR成像系统100包含像素阵列102，其耦合到控制电路108及读出电路104。读出电路104耦合到功能逻辑106。控制电路108耦合到像素阵列102以控制像素阵列102的操作特性，以捕获由通过像素阵列102接收的图像光产生的图像。举例来说，控制电路108可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，所述快门信号为用于同时启用像素阵列102内的所有像素以在单个获取窗期间同时捕获其相应图像数据的全局快门信号。在另一实例中，所述快门信号为卷帘快门信号，使得每一行像素、每一列像素或每一像素群组在连续获取窗期间被循序启用。
[0018]在一个实例中，像素阵列102为成像传感器或像素110(例如，像素P1、P2...，Pn)的二维(“2D”)阵列。在一个实施例中，每一像素110为具有一个以上光电二极管的CMOS成像像素。如所说明，每一像素110被布置到一行(例如，行Rl到Ry)及一列(例如，列Cl到Cx)中以获取人物、场所或物体等等的图像数据，接着可使用所述图像数据呈现人物、场所、物体等等的图像。
[0019]在一个实例中，在每一像素110已获得其图像数据或图像电荷之后，所述图像数据由读出电路104通过读出列112读出且接着被转移到功能逻辑106。在各种实例中，读出电路104可包含放大电路、模/数(ADC)转换电路或其它电路。功能逻辑106可简单地存储图像数据或甚至通过施加后图像效果(例如，剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵图像数据。在一个实例中，读出电路104可沿着读出列线每次读出一行图像数据(已说明)或可使用各种其它技术(未说明)(例如，串行读出、同时完全并行读出所有像素)读出图像数据。可在不同时间周期期间单独读出由像素110的不同光电二极管产生的图像电荷。
[0020]图2为说明根据本发明的实施例的可实施为HDR成像系统100中的像素110的HDR像素210的一个实例的示意图。HDR像素210包含第一光电二极管235 (Η\)及第二光电二极管245 (TOb)。第一光电二极管235可经配置以测量