成像系统和处理器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请一般地涉及成像装置，并且更具体地讲，涉及具有有着子像素分辨能力的光电二极管的成像装置。
【背景技术】
[0002]图像传感器通常被用于电子装置(诸如，蜂窝电话、照相机和计算机)以捕捉图像。在典型布置中，电子装置具有按照像素行和像素列布置的图像像素的阵列。电路通常被耦合到每个像素列以用于从图像像素读出图像信号。图像像素包含用于响应于图像光产生电荷的单个光电二极管。
[0003]传统成像系统采用单个图像传感器，在该图像传感器中，由按照Bayer马赛克模式布置的红色、绿色和蓝色(RGB)图像像素对可见光谱进行采样。Bayer马赛克模式包括二乘二图像像素的重复基元，两个绿色像素沿对角线方向彼此相对，并且其它拐角是红色和蓝色。
[0004]在某些应用中，可能希望捕捉高动态范围图像。使用传统图像传感器可能丢失突出显示和阴影细节，而使用具有高动态范围成像能力的图像传感器可保留突出显示和阴影细节。
[0005]常见的高动态范围(HDR)成像系统使用由图像传感器捕捉的多个图像，每个图像具有不同曝光时间。捕捉的短曝光图像可保留突出显示细节，而捕捉的长曝光图像可保留阴影细节。在典型装置中，交替的像素的行的对捕捉短曝光图像和长曝光图像以避免在曝光时间上破坏Bayer马赛克模式，这能够限制空间分辨率并且在最后HDR图像中产生运动伪像。
[0006]因此，将会希望能够提供具有过采样能力以及改进的用于捕捉和处理图像信号的装置的成像装置。
【实用新型内容】
[0007]本公开的一个目的是提供具有过采样能力以及改进的用于捕捉和处理图像信号的装置的成像系统和处理器系统。
[0008]根据实施例，提供一种成像系统，所述成像系统包括:光电二极管的阵列，按照行和列布置，所述阵列包括第一组光电二极管和第二组光电二极管，第一组光电二极管包括所述阵列中的四个相邻光电二极管；第一滤色器元件，形成在第一组光电二极管上，第一滤色器元件被构造为使第一颜色的光前进至第一组的每个光电二极管；和第二滤色器元件，形成在第二组光电二极管上，第二滤色器元件被构造为使不同于第一颜色的第二颜色的光前进至第二组的每个光电二极管。
[0009]根据另一实施例，第一组光电二极管包括:共享电荷存储区域，第一组中的第一和第二光电二极管通过各自的第一和第二电荷传输栅被耦合到共享电荷存储区域。
[0010]根据另一实施例，第一组中的第三和第四光电二极管通过各自的第三和第四电荷传输栅被耦合到共享电荷存储区域。
[0011 ] 根据另一实施例，第一电荷传输栅被构造为将第一电荷从第一光电二极管传送给共享电荷存储区域，并且第二电荷传输栅被构造为将第二电荷从第二光电二极管传送给共享电荷存储区域，所述成像系统包括耦合到所述阵列的读出电路，读出电路能够在低分辨率模式下以及在高分辨率模式下操作，在低分辨率模式下，读出电路从共享电荷存储区域读出与第一和第二电荷之和对应的图像信号，在高分辨率模式下，读出电路从共享电荷存储区域读出与第一和第二电荷中的给定电荷对应的图像信号。
[0012]根据另一实施例，所述阵列包括:耦合到所述阵列的控制电路；和另外的电荷存储区域，通过双增益转换栅耦合到共享电荷存储区域，控制电路被构造为在读出电路处于低分辨率模式时使双增益转换栅导通，并且控制电路被构造为在读出电路处于高分辨率模式时使双增益转换栅截止。
[0013]根据另一实施例，第一组中的四个相邻光电二极管位于所述阵列的两个相邻列和两个相邻行中，包括四个各微透镜，每个微透镜被形成在第一组中的四个相邻光电二极管中的对应光电二极管上方。
[0014]根据另一实施例，第一组中的四个相邻光电二极管位于所述阵列的两个相邻列和两个相邻行中，包括形成在第一组中的第一和第二光电二极管上方的第一微透镜以及形成在第一组中的第三和第四光电二极管上方的第二微透镜。
[0015]根据另一实施例，第一组中的四个相邻光电二极管位于所述阵列的两个相邻列和两个相邻行中，包括形成在所有四个相邻光电二极管上方的微透镜。
[0016]根据另一实施例，第二组光电二极管包括所述阵列中的四个另外的相邻光电二极管，第二组中的四个另外的相邻光电二极管中的每一个通过对应的另外的电荷传输栅被耦合到共享电荷存储区域。
[0017]根据另一实施例，第一组中的四个相邻光电二极管包括:第一对光电二极管，被构造为在第一积分时间期间产生第一电荷；和第二对光电二极管，被构造为在不同于第一积分时间的第二积分时间期间产生第二电荷。
[0018]根据另一实施例，第一对光电二极管包括位于所述阵列中的第一行和第一列中的第一光电二极管以及位于所述阵列中的第二行和第二列中的第二光电二极管，第一行与第二行相邻并且第一列与第二列相邻，并且第二对光电二极管包括位于第一行和第二列中的第三光电二极管以及位于所述阵列的第二行和第一列中的第四光电二极管。
[0019]根据另一实施例，第二组光电二极管包括第五、第六、第七和第八光电二极管，第五和第六光电二极管被构造为在第二积分时间期间产生第三电荷，第七和第八光电二极管被构造为在第一积分时间期间产生第四电荷，第五光电二极管位于所述阵列中的第一行和第三列中，第六光电二极管位于所述阵列中的第二行和第四列中，第七光电二极管位于第二行和第三列中，第八光电二极管位于第一行和第四列中，第三列与第二列相邻，并且第四列与第三列相邻。
[0020]根据另一实施例，所述阵列包括:第三组光电二极管；和第三滤色器元件，形成在第三组光电二极管上，第三滤色器元件被构造为使第二颜色的光前进至第三组的每个光电二极管，第三组光电二极管包括第九、第十、第十一和第十二光电二极管，第九和第十光电二极管被构造为在第一积分时间期间产生第五电荷，第十一和第十二光电二极管被构造为在第二积分时间期间产生第六电荷，第九光电二极管位于所述阵列的第三行和第三列中，第十光电二极管位于所述阵列的第四行和第四列中，第十一光电二极管位于第三行和第四列中，第十二光电二极管位于第四行和第三列中，第三行与第二行相邻，并且第四行与第三行相邻。
[0021]根据另一实施例，第一滤色器元件被构造为使红光、绿光和蓝光之一前进至第一组中的每个光电二极管，并且第二颜色元件被构造为使红光、绿光和蓝光中的至少两种光前进至第二组中的每个光电二极管。
[0022]根据另一实施例，第一组光电二极管位于所述阵列的第一和第二连续行以及第一和第二连续列中，第二组光电二极管位于所述阵列的第三和第四连续行以及第一和第二列中，第三行与第二行相邻，并且第一组光电二极管被构造为经第一列输出线输出第一图像信号，并且第二组光电二极管被构造为同时经不同于第一列输出线的第二列输出线输出第二图像信号。
[0023]根据实施例，提供一种成像系统，包括:读出电路；和光敏区域的阵列，按照行和列布置，其中所述阵列包括光敏区域的第一、第二、第三和第四连续行以及第一、第二、第三和第四连续列。
[0024]根据另一实施例，位于第一行和第一列中的第一光敏区域以及位于第一行和第三列中的第二光敏区域被构造为在第一时间开始电荷积分；位于第一行和第二列中的第三光敏区域以及位于第一行和第四列中的第四光敏区域被构造为在第二时间开始电荷积分，其中第二时间不同于第一时间。
[0025]根据另一实施例，所述读出电路被构造为在第一读出时间读出与由第一、第二、第三和第四图像光敏区域产生的电荷对应的第一图像信号。
[0026]根据另一实施例，位于第三行和第一列中的第五光敏区域以及位于第三行和第三列中的第六光敏区域被构造为在第一时间开始电荷积分；位于第三行和第二列中的第七光敏区域以及位于第三行和第四列中的第八光敏区域被构造为在第二时间开始电荷积分。
[0027]根据另一实施例，所述读出电路被构造为在第一读出时间之后的第二读出时间读出与由第五、第六、第七和第八光敏区域产生的电荷对应的第二图像信号。
[0028]根据另一实施例，位于第二行和第一列中的第九光敏区域以及位于第二行和第三列中的第十光敏区域被构造为在第三时间开始电荷积分，其中第三时间不同于第一时间和第二时间。
[0029]根据另一实施例，所述读出电路被构造为在第三读出时间读出与由第九和第十光敏区域产生的电荷对应的第三图像信号，其中第三读出时间在第一读出时间之后并且在第二读出时间之前。
[0030]根据另一实施例，所述阵列包括形成在第一、第三和第九光敏区域上的第一滤色器元件以及形成在第二、第四和第十光敏区域上的第二滤色器元件。
[0031]根据另一实施例，第一滤色器元件被构造为使第一颜色的光透射至第一、第三和第九光敏区域；第二滤色器元件被构造为使不同于第一颜色的第二颜色的光透射至第二、第四和第十光敏区域。
[0032]根据实施例，提供一种处理器系统，所述处理器系统包括中央处理单元、存储器、输入输出电路和成像装置，所述成像装置包括:光敏区域的阵列，按照行和列布置；第一组相邻光敏区域，位于所述光敏区域的阵列中；第二组相邻光敏区域，位于所述光敏区域的阵列中，第二组相邻光敏区域布置为与所述阵列上的第一组相邻光敏区域相邻；第一滤色器元件，形成在第一组相邻光敏区域上，第一滤色器元件被构造为使第一颜色的光透射至第一组相邻光敏区域中的每个光敏区域；和宽带滤色器元件，形成在第二组相邻光敏区域上，宽带滤色器元件被构造为使不同于第一颜色的第二颜色的光透射至第二组相邻光敏区域中的每个光敏区域。
[0033]根据另一实施例，所述处理器系统包括:第三组相邻光敏区域，位于所述光敏区域的阵列中；和第二滤色器元件，形成在第三组相邻光敏区域上，第二滤色器元件被构造为使不同于第一和第二颜色的第三颜色的光透射至第三组相邻光敏区域中的每个光敏区域，所述光敏区域的阵列包括第一、第二、第三和第四连续行以及第一、第二、第三和第四连续列，第一组相邻光敏区域中的每个光敏区域位于第一和第二行以及第一和第二列中，第二组相邻光敏区域中的每个光敏区域位于第一和第二行以及第三和第四列中，第三组相邻光敏区域中的每个光敏区域位于第三和第四行以及第三和第四列中，并且第一组相邻光敏区域中的每个光敏区域被耦合到共享电荷存储节点。
[0034]根据本公开，可以提高空间最后图像中的分辨率和/或消除运动伪像。
【附图说明】
[0035]图1是根据本公开的实施例的用于使用具有有着子像素分辨能力和共享电荷存储节点的光敏区域的图像像素的阵列捕捉图像的具有图像传感器和处理电路的说明性电子装置的示图。
[0036]图2是根据本公开的实施例的说明性像素阵列和用于从像素阵列读出图像信号的关联的读出电路的示图。
[0037]图3是根据本公开的实施例的具有光敏区域的说明性像素阵列和用于使对应颜色的光前进至光敏区域的滤色器阵列的剖视图。
[0038]图4是根据本公开的实施例的具有有着共享电荷存储区域的多个光电二极管(例如，多个子像素)的说明性图像传感器像素的电路图。
[0039]图5是根据本公开的实施例的具有有着布置在单个列中的多个光电二极管和共享电荷存储区域的像素的说明性图像传感器像素阵列的电路图。
[0040]图6是根据本公开的实施例的具有有着子像素分辨能力、共享电荷存储节点和为每个光电二极管提供的各自微透镜的光电二极管的行和列的说明性像素阵列的示图。
[0041]图7是根据本公开的实施例的具有光电二极管的行和列的说明性像素阵列的示图，光电二极管具有形成在位于所述阵列的相邻的行和列的对中的多个光电二极管上方的微透镜。
[0042]图8是根据本公开的实施例的具有多个光电二极管的说明性像素阵列的示图，光电二极管具有形成在位于所述阵列的对应行内的相邻光电二极管上方的微透镜。
[0043]图9是根据本公开的实施例的可被用于产生高动态