阵列成像系统及图像传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像技术领域，尤其涉及一种阵列成像系统及图像传感器。
【背景技术】
[0002]互补型金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide semiconductor, CMOS)图像传感器包括像素阵列、控制电路、模拟前端处理电路、模数转换(analog todigital, A/D)电路、图像信号处理电路及相关存储单元。由于CMOS技术的高集成度、高稳定性、低成本，基于CMOS图像传感器的应用越来越广泛，已经成为绝大多数视觉系统的首选。
[0003]另外，CMOS图像传感器也因具有宽动态范围越来越受到重视。图像传感器的动态范围是指最大非饱和信号与在黑暗条件下噪声的比值，这是图像传感器品质的关键因素。CMOS图像传感器的动态范围只有大约60db，而被摄环境的动态范围往往超过100db。这就造成CMOS图像传感器拍摄的图像对比度往往不够。
[0004]目前提升CMOS图像传感器的动态范围的方法主要有:1，采用长短积分时间，CMOS图像传感器的像素两次或两次以上，对获得的两次或两次以上的像素信息进行合成处理，实现宽动态。2，采用像素阵列两级增益或多级增益实现图像传感器的宽动态范围。目前的技术为了达到高的动态范围，需要对不同积分时间下的输出信号进行存储及处理，因此增加了图像传感器储电路面积，影响图像的输出帧率等。另外，对多级增益的图像信号进行处理，也会增加图像传感器的存储电路面积和影响图像帧率等。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种阵列成像系统。
[0006]本发明的第二个目的在于提出一种图像传感器。
[0007]本发明第一方面的实施例提出一种阵列成像系统，包括:基底、形成于基底上的像素阵列和控制器。形成于基底上的像素阵列的每个像素包括:图像子像素、采集子像素和电致色变片。图像子像素用于产生图像信号。采集子像素临近所述图像子像素设置，用于感测入射光的强度，并产生相应的电压信号，所述入射光的强度越大，电压信号越高。电致色变片覆盖所述图像子像素。控制器，与所述像素阵列连接，用于控制所述采集子像素产生所述电压信号，所述电压信号作用于所述电致变色片以改变所述电致变色片的透过率，使得透过所述电致色变片的所述入射光的强度发生相应的衰减，以获取衰减后的光信号，所述电压信号越高，电致变色变片的透过率越低。所述控制器还用于，控制所述图像子像素感测所述光信号以及控制所述图像子像素生成所述图像信号。
[0008]根据本发明实施例的阵列成像系统，由采集子像素产生电压信号，电压信号直接作用于电致变色片以调节电致变色片的透过率，使得当入射光的强度较弱时电致变色片的透过率高，而当入射光的强度较强时电致变色片的透过率低，从而增加了图像子像素积分时间段内所采集的入射光的光强变化的感应范围。由于图像子像素成像的动态范围与入射光的光强变化的感应范围一致，因此也增加了图像的动态范围。
[0009]在一些示例中，还包括:微透镜和彩色滤镜。所述微透镜设置在所述图像子像素和所述采集子像素的顶部。所述彩色滤镜设置在所述微透镜的下方且覆盖所述图像子像素或同时覆盖所述图像子像素和采集子像素。
[0010]在一些示例中，所述图像子像素的尺寸大于所述采样子像素。
[0011]在一些示例中，所述电致变色片包括:透明导电层、电致变色层、电介质层和离子存储层。
[0012]本发明第二方面的实施例提出一种图像传感器，包括:行译码电路、阵列成像系统、采样电路、列译码电路和模/数转换器。阵列成像系统用于输出图像信号，所述阵列成像系统包括:基底、形成于基底上的像素阵列和控制器。形成于基底上的像素阵列的每个像素包括:图像子像素、采集子像素和电致色变片。图像子像素用于产生图像信号。采集子像素临近所述图像子像素设置，用于感测入射光的强度，并产生相应的电压信号，所述入射光的强度越大，电压信号越高。电致色变片覆盖所述图像子像素。控制器，与所述像素阵列连接，用于控制所述采集子像素产生所述电压信号，所述电压信号作用于所述电致变色片以改变所述电致变色片的透过率，使得透过所述电致色变片的所述入射光的强度发生相应的衰减，以获取衰减后的光信号，所述电压信号越高，电至变色变片的透过率越低。所述控制器还用于，控制所述图像子像素感测所述光信号以及控制所述图像子像素生成所述图像信号。采样电路，用于对所述图像信号进行采样以获取模拟图像信号。列译码电路，用于输出所述模拟图像信号；模/数转换器，用于将所述模拟图像信号转换为数字图像信号。
[0013]根据本发明实施例的图像传感器，由采集子像素产生电压信号，电压信号直接作用于电致变色片以调节电致变色片的透过率，使得当入射光的强度较弱时电致变色片的透过率高，而当入射光的强度较强时电致变色片的透过率低，从而增加了图像子像素积分时间段内所采集的入射光的光强变化的感应范围。由于图像子像素成像的动态范围与入射光的光强变化的感应范围一致，因此也增加了图像的动态范围。在一些示例中，所述每个像素还包括:微透镜和彩色滤镜。所述微透镜设置在所述图像子像素和所述采集子像素的顶部。所述彩色滤镜设置在所述微透镜的下方且覆盖所述图像子像素或同时覆盖所述图像子像素和采集子像素。
[0014]在一些示例中，所述图像子像素的尺寸大于所述采样子像素。
[0015]在一些示例中，所述电致变色片包括:透明导电层、电致变色层、电介质层和离子存储层。
[0016]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0017]图1是根据本发明一个实施例的阵列成像系统的结构框图；
[0018]图2是本发明一个实施例的像素阵列示意图；
[0019]图3是本发明另一个实施例的像素阵列示意图；
[0020]图4是图3的像素阵列的剖面结构示意图；
[0021]图5是本发明一个实施例的像素阵列的剖面结构示意图；
[0022]图6是本发明一个实施例的采集子像素的电路结构示意图；
[0023]图7是本发明一个实施例的图像子像素的电路结构示意图；
[0024]图8是本发明一个实施例的电致变色片的结构示意图；
[0025]图9是本发明一个实施例的电致变色片的透过率曲线图；
[0026]图10是根据本发明一个实施例的图像传感器的结构示意图；和
[0027]图11是本发明一个实施例的图像传感器的示例图。
【具体实施方式】
[0028]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0029]参照图1，本发明第一方面的实施例的阵列成像系统100包括基底10、形成于基底上的像素阵列20和控制器30。
[0030]每个像素包括图像子像素22、采集子像素24和电致色变片26。图像子像素22用于产生图像信号。采集子像素24临近图像子像素22设置，用于感测入射光的强度，并产生电压信号。入射光的强度越大，电压信号越高。电致色变片26覆盖图像子像素22。控制器30与像素阵列20连接，用于控制采集子像素24在图像子像素22采集信号之前，控制器30控制采集子像素24产生电压信号，电压信号作用于图像子像素22中的电致变色片26以改变电致变色片26的透过率。电压信号越高，电致变色变26的透过率就越低，使得透过电致色变片26的入射光的强度发生相应的衰减，以获取衰减后的光信号。电致变色片26的透过率改变后，控制器30控制图像子像素22在积分时间段内接收衰减后的光信号，图像子像素22生成图像信号。采集子像素24临近图像子像素22设置是为了保证采集子像素24中用于产生电压信号的入射光的强度与图像子像素22采集的入射光的强度一致。采集子像素24临近图像子像素22设置的排布结构可以如图2和图3所示。每个像素都包含两种子像素，即图像子像素22和采集子像素24。例如，11子像素和11'子像素组成一个红色像素，其中11子像素为图像子像素，IP子像素为采集子像素。
[0031]进一步地，在本发明的一个实施例中，每个像素还包括:微透镜28和彩色滤镜20a。微透镜28设置在图像子像素22和采集子像素24的顶部。彩色滤镜20a设置在微透镜28的下方且覆盖图像子像素22或同时覆盖图像子像素22和采集子像素24。
[0032]在本发明的一个实施例中，基底10为硅衬底。
[0033]电致变色(ele