图像传感器、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，涉及具有有着不同灵敏度的图像传感器像素的成像装置。
【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。图像像素包括光电二极管，光电二极管在曝光时间期间响应于图像光产生电荷。图像像素将产生的电荷转换成由像素读出电路读出的模拟图像信号。光电二极管具有指示能够被存储在光电二极管上的电荷的量的电荷存储容量。图像像素经常具有用于响应于不同颜色的光产生图像信号的滤色器元件。具有某些滤色器元件的像素可以比具有其它滤色器元件的像素对光更加灵敏(即，比较灵敏的像素可以比不那么灵敏的像素更快地在对应光电二极管上产生电荷)。
[0003]传统图像传感器通常需要对于所有颜色使用相同积分时间以便在最后的捕捉图像中避免运动伪像。由于不同颜色的图像像素的不同灵敏度，在给定色温照射下，完全电荷存储容量可能无法被用于图像传感器中的几个不那么灵敏的颜色通道(即，因为在不那么灵敏的图像像素的电荷容量之前，比较灵敏的图像像素的电荷容量被填充)。例如，在具有红色、绿色和蓝色像素的图像传感器中，红色和蓝色像素可能无法使用对应光电二极管的完全电荷容量，因为更多光子存在于绿色图像像素的绿色光谱范围中。因为产生的图像信号的最大信噪比通常作为捕捉的光子的数量的平方根而增加，所以与当所有像素具有类似灵敏度时的情况相比，当该阵列形成有比较灵敏的图像像素时，不那么灵敏的图像像素经常具有减小的最大信噪比。
[0004]因此，将会希望能够提供具有改进的用于捕捉和处理图像的装置的成像装置。【实用新型内容】
[0005]本公开的一个目的是提供具有改进的用于捕捉和处理图像的装置的图像传感器、成像系统和处理器系统。
[0006]根据一个实施例，提供一种图像传感器，包括:图像传感器像素的阵列；和像素读出电路。所述图像传感器像素的阵列包括具有共享电荷存储区域的多个光敏区域。所述图像传感器像素的阵列被构造为执行第一电荷传输操作以将溢出电荷从所述多个光敏区域传输给共享电荷存储区域。所述像素读出电路被构造为从所述共享电荷存储区域读出与所述溢出电荷对应的第一图像信号。所述图像传感器像素的阵列被构造为执行第二电荷传输操作以将剩余电荷从所述多个光敏区域传输给所述共享电荷存储区域。所述像素读出电路被构造为从所述共享电荷存储区域读出与所述剩余电荷对应的第二图像信号。
[0007]优选地，所述图像传感器像素的阵列被构造为通过下述操作来执行第二电荷传输操作:在从所述共享电荷存储区域读出第一图像信号之后执行第二电荷传输操作。
[0008]优选地，所述图像传感器像素的阵列包括耦合在所述多个光敏区域中的每个光敏区域和所述共享电荷存储区域之间的各自的电荷传输栅，并且其中所述图像传感器像素的阵列被构造为通过下述操作来传输所述溢出电荷:调整同时提供给所述各自的电荷传输栅中的每个电荷传输栅的电荷传输信号。
[0009]优选地，所述多个光敏区域包括具有第一灵敏度的第一对光电二极管和具有第二灵敏度的第二对光电二极管，其中第一灵敏度大于第二灵敏度，并且其中所述溢出电荷和所述剩余电荷分别被从第一对光电二极管传输给所述共享电荷存储区域。
[0010]优选地，所述像素读出电路被构造为通过读出与所述溢出电荷对应的第一图像信号而不对所述共享电荷存储区域的重置电平进行采样来读出第一图像信号，并且其中读出第二图像信号包括对所述共享电荷存储区域的重置电平进行采样。
[0011]根据另一个实施例，提供一种成像系统，包括:控制电路；和一组图像像素。所述一组图像像素包括第一和第二光敏区域以及电荷存储节点。第一和第二光敏区域被构造为响应于图像光积累相应的第一和第二电荷。所述控制电路被构造为将第一积累电荷传输给所述电荷存储节点并且从所述电荷存储节点读出与第一积累电荷对应的第一图像信号。第一光敏区域被构造为在第一积累电荷已被传输给所述电荷存储节点之后积累第三电荷。所述控制电路被构造为在第一图像信号已被读出之后将第三积累电荷传输给所述电荷存储节点，并且从所述电荷存储节点读出与第三积累电荷对应的第二图像信号。所述控制电路被构造为在第二图像信号已被从所述电荷存储节点读出之后将第二积累电荷传输给所述电荷存储节点，并且从所述电荷存储节点读出与第二积累电荷对应的第三图像信号。
[0012]优选地，所述第一光敏区域被构造为响应于红光、绿光和蓝光中的至少两种光积累第一电荷，并且其中第二光敏区域被构造为响应于红光、绿光和蓝光之一积累第二电荷。
[0013]根据又一个实施例，提供一种处理器系统，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:图像像素的阵列，具有多个光电二极管，每个光电二极管通过各自的电荷传输栅耦合到共享电荷存储节点；透镜，将光聚焦在该阵列上；和控制电路。所述控制电路被构造为:通过调整提供给第一电荷传输栅的电荷传输信号来将溢出电荷从所述多个光电二极管中的第一光电二极管传输给所述共享电荷存储节点，第一电荷传输栅耦合在第一光电二极管和所述共享电荷存储节点之间；从所述共享电荷存储节点读出与所述溢出电荷对应的第一图像信号；通过使提供给第一电荷传输栅的所述电荷传输信号变为有效来在第一图像信号已被读出之后将剩余电荷从第一光电二极管传输给所述共享电荷存储节点；从所述共享电荷存储节点读出与所述剩余电荷对应的第二图像信号；以及通过组合第一和第二图像信号来产生第一光电二极管的最终图像信号。
[0014]优选地，所述控制电路还被构造为:在第二图像信号已被读出之后，通过使提供给第二电荷传输栅的另外的电荷传输信号变为有效来将另外的电荷从所述多个光电二极管中的第二光电二极管传输给所述共享电荷存储节点，第二电荷传输栅耦合在第二光电二极管和所述共享电荷存储节点之间；从所述共享电荷存储节点读出与所述另外的电荷对应的第二图像?目号。
[0015]优选地，所述图像像素的阵列包括形成在第一光电二极管上的第一滤色器元件和形成在第二光电二极管上的第二滤色器元件，其中第一滤色器元件被构造为透射绿光、蓝光和红光中的至少两种光，并且其中第二滤色器元件被构造为透射红光、绿光和蓝光之一。
[0016]根据本技术，可以增加低灵敏度光电二极管的最大信噪比而不引起电荷溢出。
【附图说明】
[0017]图1是根据本实用新型的实施例的具有图像传感器和用于扩展图像像素的有效曝光范围(例如，电荷容量)的处理电路的说明性电子装置的示图。
[0018]图2是根据本实用新型的实施例的图像传感器中的说明性像素阵列和用于从图像像素读出图像信号的关联的读出电路的示图。
[0019]图3是根据本实用新型的实施例的可具有共享浮动扩散区域的说明性图像传感器像素的电路图。
[0020]图4是根据本实用新型的实施例的图2中示出的类型的像素阵列的示图，该像素阵列具有与该阵列的关联的列中的相邻像素共享单个电荷存储区域并且具有有着不同灵敏度的光敏区域的像素组。
[0021]图5是根据本实用新型的实施例的图2中示出的类型的像素阵列的示图，该像素阵列具有共享单个电荷存储区域并且具有有着不同灵敏度的光敏区域的二乘二像素组。
[0022]图6是根据本实用新型的实施例的可由图4和5中示出的类型的阵列中的清晰像素执行以用于扩展清晰像素的有效范围(例如，电荷容量)的说明性步骤的流程图。
[0023]图7是表示根据本实用新型的实施例的使用具有共享电荷存储区域的图4和5中示出的类型的两个清晰像素的电荷传输和读出操作的时序图。
[0024]图8是表示根据本实用新型的实施例的可被应用于具有共享电荷存储区域的像素以用于扩展该像素的有效电荷阱容量的电荷传输信号的时序图。
[0025]图9是根据本实用新型的实施例的采用图1-8的实施例的处理器系统的框图。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型的实施例涉及图像传感器，并且更具体地讲，涉及具有有着不同像素灵敏度的图像传感器像素的照射的图像传感器。根据需要，图像传感器像素可具有共享电荷存储区域。本领域技术人员将会意识到，可在没有这些特定细节的一些或全部的情况下实施本示例性实施例。在其它实例中，未详细地描述公知操作以免不必要地模糊本实施例。
[0027]电子装置(诸如，数字照相机、计算机、蜂窝电话和其它电子装置)可包括搜集入射光以捕捉图像的图像传感器。图像传感器可包括图像像素的阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如将入射光转换成图像信号的光电二极管。图像传感器可具有任何数量的像素(例如，数百或数千或更多)。典型图像传感器可例如具有成百上千或数百万的像素(例如，兆象素)。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与由光敏元件产生的电荷对应的图像信号的读出电路。
[0028]图1是说明性成像系统(诸如，使用图像传感器捕捉图像的电子装置)的示图。图1的电子装置10可以是便携式电子装置(诸如，照相机、蜂窝电话、平板计算机、网络摄像头、视频照相机、视频监视系统、具有成像能力的视频游戏系统)或捕捉数字图像数据的任何其它预期的成像系统或装置。照相机模块12可被用于将入射光转换成数字图像数据。照相机模块12可包括一个或多个透镜14和一个或多个对应图像传感器16。在图像捕捉操作期间，来自场景的光可由透镜14聚焦在图像传感器16上。图像传感器16可包括用于将模拟像素数据转换成将要被提供给存储和处理电路18的对应数字图像数据的电路。根据需要，照相机模块12可具有透镜14的阵列和对应图像传感器16的阵列。
[0029]