具有减少的量化操作的数字像素传感器的制作方法

背景技术：

1、典型的图像传感器包括像素单元阵列。每个像素单元可以包括光电二极管，以通过将光子转换成电荷(例如，电子或空穴)来感测光。图像传感器还可以包括集成电路，该集成电路被配置为存储所生成的电荷，并且将该电荷发送到模/数转换器(analog-to-digital converter，adc)。adc将所存储的电荷转换成数字值(即，“量化”电荷)，作为数字图像生成过程的一部分。为了准确地表示像素单元从其接收到光的环境，像素单元必须在曝光时间段内从光子生成、存储和转换足够的电荷。

技术实现思路

1、因此，本发明公开了根据所附权利要求的图像传感器和方法。更具体地，且不限于，本公开涉及结合有像素单元的数字图像传感器，该数字图像传感器包括集成电路，该集成电路被配置为在量化电荷时减少功率消耗，同时保留数字图像传感器的动态范围(即，传感器可以生成并输出的光值的范围)。

2、在一些示例中，提供了一种装置。该装置包括像素单元、集成电路、模数转换器(adc)以及存储器。像素单元被配置为生成电压，像素单元包括光电二极管和电荷存储器件，光电二极管被配置为响应于入射光而生成电荷，电荷存储器件将电荷转换为电压；集成电路被配置为：确定在第一时间段期间由电荷存储器件转换的第一捕获电压；将第一捕获电压与阈值电压值进行比较；以及响应于确定第一捕获电压满足或超过阈值电压值：确定与第一时间段相对应的第一时间数据；以及防止电荷存储器件另外(further)生成电荷；并且模数转换器被配置为基于第一捕获电压生成数字像素值，并且存储器用于存储数字像素值和第一时间数据。

3、在一些方面中，集成电路可以包括锁存器，像素单元的光电二极管可以经由锁存器耦接到像素单元的电荷存储器件。在一些另外方面，在锁存器闭合时，锁存器可以使电荷存储器件能够积累电荷，并且在锁存器断开时，锁存器可以防止电荷存储器件积累电荷。在一些另外方面，集成电路还可以包括比较器，该比较器被配置为从电荷存储器件接收第一捕获电压，并且将第一捕获电压与阈值电压值进行比较。

4、在一些另外方面，运算放大器还可以被配置为向锁存器输出比较信号，其中，锁存器响应于从运算放大器接收到指示来自电荷存储器件的第一捕获电压满足或超过阈值电压值的信号而被断开。在一些方面，所述装置还可以包括一个或多个感测放大器，该一个或多个感测放大器被配置为在将所存储的像素值从该装置导出之前，放大所存储的数字像素值。

5、在一些方面，第一时间数据可以为二进制标志字段，该二进制标志字段被配置为表示多个时间段，该多个时间段包括第一时间段和至少第二时间段，集成电路还可以被配置为存储二进制标志值和第一捕获电压。在一些另外的实施例中，该多个时间段可以是基于光电二极管的类型来确定的，该光电二极管的类型基于入射光强度，指示电荷生成速率。在一些另外方面，该多个时间段可以是基于传感器装置的目标动态范围来确定的。

6、除此之外，在一些方面，第二时间段可以在第一时间段之前发生，集成电路还可以被配置为确定由电荷存储器件在第二时间段转换的第二捕获电压。在一些另外方面，集成电路还可以被配置为将由电荷存储器件在第二时间段转换的第二所捕获电压与阈值电压值进行比较。在一些另外方面，集成电路还可以被配置为响应于确定第二捕获电压不满足或未超过阈值电压值，更新二进制标志字段。在一些另外方面，二进制标志可以是与第一时间段和第二时间段相对应的一位二进制标志。在一些另外方面，二进制标志可以是与第一时间段和第二时间段以及第三时间段和第四时间段相对应的两位二进制标志，第三时间段和第四时间段在第一时间段之后发生。

7、在一些方面，集成电路还可以被配置为在将第一所捕获电压与阈值电压值进行比较之前，接收阈值电压值。在一些另外方面，集成电路可以从adc斜坡发生器接收阈值电压值。在一些另外方面，传感器装置还可以包括集成电路外围设备，该集成电路外围设备耦接到集成电路，集成电路外围设备包括adc斜坡发生器，adc斜坡发生器被配置为基于在adc斜坡发生器处接收的斜坡输入，来确定阈值电压值。在一些另外方面，集成电路外围设备还可以耦接到应用实例，该应用实例被配置为基于场景的一个或多个特征来确定斜坡输入，以及将斜坡输入发送到adc斜坡发生器。在一些另外方面，场景的一个或多个特征可以是基于环境传感器、运动传感器和生成式模型中的一者或多者来生成的。

8、在一些示例中，一种方法包括：通过基于在光电二极管处接收到的入射光对电荷进行转换，来生成电压；确定在第一时间段期间生成的第一捕获电压；将第一捕获电压与阈值电压值进行比较；响应于确定第一捕获电压满足或超过阈值电压值：确定与第一时间段相对应的第一时间数据；以及防止另外积累电荷；以及将第一捕获电压转换为数字像素数据，该数字像素数据包括一个或多个数字像素值。

技术特征：

1.一种传感器装置，所述传感器装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述集成电路包括锁存器，并且所述像素单元的光电二极管经由所述锁存器耦接到所述像素单元的所述电荷存储器件。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，当所述锁存器闭合时，所述锁存器使所述电荷存储器件能够积累电荷，并且当所述锁存器断开时，所述锁存器防止所述电荷存储器件积累电荷。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述集成电路包括比较器，所述比较器被配置为从所述电荷存储器件接收所述第一捕获电压，并且将所述第一捕获电压与所述阈值电压值进行比较。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述比较器还被配置为向所述锁存器输出比较信号，其中，所述锁存器响应于从所述比较器接收到指示来自所述电荷存储器件的所述第一捕获电压满足或超过所述阈值电压值的信号而被断开。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或多个感测放大器，所述一个或多个感测放大器被配置为在将放大值从所述装置导出之前，处理所述数字像素值以生成所述放大值。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一时间数据为二进制标志字段，所述二进制标志字段被配置为表示多个时间段，所述多个时间段包括所述第一时间段和至少第二时间段。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述多个时间段是基于所述光电二极管的类型来确定的，所述光电二极管的类型基于入射光强度指示电荷生成速率。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述多个时间段是基于所述传感器装置的目标动态范围来确定的。

10.根据权利要求7所述的装置，其中，

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述集成电路还被配置为将由所述电荷存储器件在所述第二时间段转换的第二所捕获电压与所述阈值电压值进行比较。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述集成电路被配置为响应于确定所述第二捕获电压不满足或未超过所述阈值电压值，更新所述二进制标志字段。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述二进制标志字段为与所述第一时间段和所述第二时间段相对应的一位二进制标志。

14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述二进制标志字段为与所述第一时间段和所述第二时间段以及第三时间段和第四时间段相对应的两位二进制标志，所述第三时间段和所述第四时间段在所述第一时间段之后发生。

15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述集成电路还被配置为：在将所述第一捕获电压与所述阈值电压值进行比较之前，接收所述阈值电压值。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述集成电路从adc斜坡发生器接收所述阈值电压值。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述集成电路外围设备还耦接到应用实例，所述应用实例被配置为：

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述场景的一个或多个特征是基于环境传感器、运动传感器和生成式模型中的一者或多者来生成的。

20.一种方法，包括：

技术总结
在一些示例中，传感器装置包括：像素单元、集成电路、模数转换器(ADC)以及存储器。像素单元被配置为产生电压，像素单元包括光电二极管和电荷存储器件，光电二极管被配置为响应于入射光而产生电荷，电荷存储器件将电荷转换为电压。集成电路被被配置为：确定在第一时间段期间由电荷存储器件转换的第一捕获电压；将第一捕获电压与阈值电压值进行比较；以及响应于确定第一捕获电压满足或超过阈值电压值：确定与第一时间段相对应的第一时间数据；以及防止电荷存储器件另外生成电荷。模数转换器(ADC)被配置为基于第一捕获电压产生数字像素值。存储器用于存储数字像素值和第一时间数据。

技术研发人员：蔡宗勋,刘新桥,陈松
受保护的技术使用者：元平台技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13