專利名稱：高動態(tài)范圍圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來說涉及圖像傳感器，且更特定來說涉及具有兩個光敏區(qū)域的圖像傳 感器。偏振器覆蓋所述區(qū)域中的一者使得兩個部分的飽和度不同以適應(yīng)不同的照明條件。
背景技術(shù)：
用于汽車中的照相機(jī)的圖像傳感器需要具有比標(biāo)準(zhǔn)圖像傳感器大5倍多的動態(tài) 范圍。這是因?yàn)橹鄙浠蚍瓷涞娜展馐龟幱爸械募?xì)節(jié)模糊。為使陰影及強(qiáng)光條件中的細(xì)節(jié)成 像，已使用數(shù)種不同的方法。一種方法(例如美國專利3，919，587)使用具有光電二極管的 像素，所述光電二極管具有非線性光響應(yīng)。在另一方法中，美國專利6，777，661使用具有兩 個光敏區(qū)域的像素，所述光敏區(qū)域具有高光及低光光響應(yīng)。最后，美國專利6，069，377使用 計時器來測量達(dá)到飽和度所花費(fèi)的時間且讀出此時間以及所測量的電荷?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是尤其來自濕道路表面的反射日光可如此亮以致具有正常動態(tài) 范圍的10倍多的圖像傳感器仍不足以使反射的日光及陰影中的對象成像。圖1圖解說明正從道路表面反射的光。入射于道路表面上的光的電場向量經(jīng)隨機(jī) 地偏振。所述光具有平行及垂直于道路入射平面的近似相等的電場。在反射之后，所述光 具有強(qiáng)偏振，其具有平行于入射平面(道路表面)的電場向量。注意，太陽鏡通常經(jīng)設(shè)計而 具有濾除具有平行于道路表面的電場向量的光的偏振器。相機(jī)可將偏振器置于圖像傳感器前面，但此由于額外成本而并非合意的，且其移 除來自低光陰影的光的50%。本發(fā)明提供一種能夠選擇性地除去從道路表面反射的日光同時允許使來自其它 對象的光成像的圖像傳感器。本發(fā)明還將偏振器與所述圖像傳感器集成在一起。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明包含一種圖像傳感器，其包括多個像素，每一像素 包括第一光敏區(qū)域，其響應(yīng)于光而收集電荷且具有第一敏感度；第二光敏區(qū)域，其響應(yīng)于 光而收集電荷且具有低于所述第一光敏區(qū)域的所述敏感度的第二敏感度；及偏振器，其橫 跨所述第二光敏區(qū)域。依據(jù)對優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求書的審閱并參考隨附圖式將 更清楚地理解及了解本發(fā)明的這些及其它方面、目標(biāo)、特征以及優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的有利效果本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)具有選擇性地除去日光的圖像傳感器、集成式偏振器，且最 小化成本。


圖1是離開道路表面的反射的日光的圖解說明；圖2描繪本發(fā)明的圖像傳感器的像素；
圖3是圖解說明圖2的兩個光敏區(qū)域中的每一者的飽和度的曲線圖；圖4是本發(fā)明的替代實(shí)施例；圖5是圖4的橫截面圖式；圖6是本發(fā)明的圖像傳感器的俯視圖；且圖7是具有本發(fā)明的圖像傳感器的圖像捕獲系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式圖2顯示本發(fā)明的像素100，其具有兩個光敏區(qū)域110及120，其中的每一者響應(yīng) 于入射光而收集電荷。一個光敏區(qū)域110具有高量子效率，因此其可檢測來自暗陰影的光， 且一個光敏區(qū)域120具有低量子效率。如果光太亮且使高量子效率光敏區(qū)域110飽和，那 么從低敏感度區(qū)域120測量到信號。圖3顯示高敏感度區(qū)域300 (光敏區(qū)域110)與低敏感度區(qū)域310 (光敏區(qū)域120) 相比的光響應(yīng)。注意，曲線310在比曲線300高得多的光級下達(dá)到飽和度。返回參考圖2，光敏區(qū)域120包含用于擴(kuò)展動態(tài)范圍的集成式線柵偏振器130。偏 振器130防止極亮的反射的道路表面光使低敏感度區(qū)域120飽和。間隔開小于一個波長的 線使具有平行于線的長度而偏振的電場的光衰減。具有垂直于線偏振的電場的光較容易通 過。線柵偏振器130沿水平方向定向(平行于或大致平行于道路表面)以防止低敏感度區(qū) 域120檢測到道路表面反射。圖4顯示具有替代實(shí)施例的像素200。像素200包含兩個相異高敏感度區(qū)域210 及兩個相異低敏感度區(qū)域220，所述區(qū)域210及220中的每一者響應(yīng)于入射光而收集電荷。 線柵偏振器230覆蓋各自具有相等或大致相等的敏感度的兩個低敏感度區(qū)域220。高敏感 度區(qū)域210也具有相等或大致相等的敏感度。兩個區(qū)域210及220經(jīng)定位而彼此成對角以 在將垂直線成像于所述像素上的情況下減少圖像假象。圖5顯示穿過圖4的像素200的橫截面。微透鏡260覆蓋高敏感度區(qū)域210且部 分地覆蓋兩個低敏感度區(qū)域220中的每一者。為清晰起見，注意低敏感度區(qū)域220中的一者 來自鄰近像素。此將大部分的光250朝向高敏感度區(qū)域210引導(dǎo)且允許較小部分的光MO 到達(dá)低敏感度區(qū)域220。此即為使得低敏感度區(qū)域220具有較小敏感度的原因。另外，線柵 偏振器230濾除已通過來自道路表面的反射而偏振的光M0。覆蓋高敏感度區(qū)域且部分地 覆蓋低敏感度區(qū)域的微透鏡的配置也適用于圖2的實(shí)施例。在此實(shí)施例中，如在替代實(shí)施 例中一樣，低敏感度區(qū)域120中的一者來自鄰近像素。圖6是本發(fā)明的圖像傳感器305的俯視圖，其具有多個像素100及/或200。像 素100及/或200布置成二維陣列，但其也可布置成一維陣列(即，線性陣列)。圖像傳感 器305可以是電荷耦合裝置圖像傳感器或CMOS圖像傳感器，此兩者在此項技術(shù)是眾所周知 的。圖7是可與本發(fā)明的圖像傳感器305 —起使用的成像系統(tǒng)的框圖。成像系統(tǒng)1200 包含數(shù)碼相機(jī)電話1202及計算裝置1204。數(shù)碼相機(jī)電話1202為可使用并入有本發(fā)明的圖 像傳感器的圖像捕獲裝置的實(shí)例。其它類型的圖像捕獲裝置也可與本發(fā)明一起使用，例如 數(shù)碼靜止相機(jī)及數(shù)碼攝錄像機(jī)。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，數(shù)碼相機(jī)電話1202為便攜式、手持式電池操作的裝置。數(shù)碼相機(jī)電話1202產(chǎn)生存儲于存儲器1206中的數(shù)字圖像，存儲器1206可為(例如) 內(nèi)部快閃EPROM存儲器或可裝卸存儲器卡?；蛘撸墒褂闷渌愋偷臄?shù)字圖像存儲媒體(例 如，磁性硬驅(qū)動器、磁帶或光盤)來實(shí)施存儲器1206。數(shù)碼相機(jī)電話1202使用透鏡1208將來自場景(未顯示)的光聚焦到成像集成電 路1212的圖像傳感器305上。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，圖像傳感器305使用拜耳濾色器 模式來提供色彩圖像信息。圖像傳感器305由時序產(chǎn)生器1214控制，而時序產(chǎn)生器1214 還控制閃光燈1216以在周圍照明為低時照明所述場景。從圖像傳感器陣列305輸出的模擬輸出信號經(jīng)放大且由模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器電 路1218轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲于緩沖器存儲器1220中且隨后由數(shù)字處理 器1222進(jìn)行處理。數(shù)字處理器1222由存儲于固件存儲器12M中的固件控制，固件存儲器 12 可以是快閃EPROM存儲器。數(shù)字處理器1222包含實(shí)時時鐘1226，時鐘12 甚至在數(shù) 碼相機(jī)電話1202及數(shù)字處理器1222處于低功率狀態(tài)中時仍保持日期及時間。經(jīng)處理的數(shù) 字圖像文件存儲于存儲器1206中。存儲器1206還可存儲其它類型的數(shù)據(jù)，例如，音樂文件 (例如，MP3文件)、鈴音、電話號碼、日歷及待辦事項列表。在根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例中，數(shù)碼相機(jī)電話1202捕獲靜止圖像。數(shù)字處理器 1222執(zhí)行色彩內(nèi)插隨后執(zhí)行色彩及色調(diào)校正，以產(chǎn)生經(jīng)再現(xiàn)的sRGB圖像數(shù)據(jù)。所述經(jīng)再現(xiàn) 的sRGB圖像數(shù)據(jù)接著經(jīng)壓縮且被作為圖像文件存儲于存儲器1206中。僅以實(shí)例方式，可 按照J(rèn)PEG格式(其使用已知的“Exif”圖像格式)來壓縮所述圖像數(shù)據(jù)。此格式包含使用 各種TIFF標(biāo)簽存儲特定圖像元數(shù)據(jù)的Exif應(yīng)用程序段。舉例來說，可使用單獨(dú)TIFF標(biāo)簽 來存儲捕獲圖片的日期及時間、透鏡f/數(shù)以及其它相機(jī)設(shè)定，且存儲圖像標(biāo)題。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，數(shù)字處理器1222產(chǎn)生由用戶選擇的不同圖像大小。 一個此大小為低分辨率的“拇指指甲”大小圖像。產(chǎn)生拇指指甲大小的圖像描述于庫赫達(dá) (Kuchta)等人的標(biāo)題為“提供全分辨率圖像和經(jīng)減小分辨率圖像的多格式存儲的電子靜止 相機(jī)(Electronic Still Camera Providing Multi-Format Storage Of Full And Reduced Resolution Images) ”的共同受讓的第5，164，831號美國專利中。所述拇指指甲圖像存儲 于RAM存儲器12 中且供應(yīng)到彩色顯示器1230，舉例來說，彩色顯示器1230可以是有源矩 陣IXD或有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)。產(chǎn)生拇指指甲大小圖像允許在彩色顯示器1230上快速 觀察所捕獲的圖像。在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，數(shù)碼相機(jī)電話1202還產(chǎn)生并存儲視頻剪輯。視頻 剪輯是通過將圖像傳感器305的多個像素一起求和(例如，對圖像傳感器陣列305的每一 4列X4行區(qū)內(nèi)的相同色彩的像素進(jìn)行求和)以形成較低分辨率的視頻圖像幀而產(chǎn)生的。 舉例來說，視頻圖像幀是使用每秒15幀的讀出速率以規(guī)律間隔從圖像傳感器陣列305讀取 的。音頻編解碼器1232連接到數(shù)字處理器1222且從麥克風(fēng)(Mic) 1234接收音頻信 號。音頻編解碼器1232還向揚(yáng)聲器1236提供音頻信號。這些組件既用于電話交談也用于 記錄與播放音軌以及視頻序列或靜止圖像。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，揚(yáng)聲器1236還用于告知用戶傳入的電話呼叫。此可使 用存儲于固件存儲器12M中的標(biāo)準(zhǔn)鈴音或通過使用從移動電話網(wǎng)絡(luò)1238下載并存儲于存 儲器1206中的定制鈴音來完成。另外，振動裝置(未顯示)可用于提供傳入的電話呼叫的無聲(例如，非可聽的)通知。數(shù)字處理器1222連接到無線調(diào)制解調(diào)器1240，其使數(shù)碼相機(jī)電話1202能夠經(jīng)由 射頻(RF)信道1242發(fā)射及接收信息。無線調(diào)制解調(diào)器1240使用例如3GSM網(wǎng)絡(luò)的另一 RF 鏈路(未顯示)與移動電話網(wǎng)絡(luò)1238通信。移動電話網(wǎng)絡(luò)1238與存儲從數(shù)碼相機(jī)電話 1202上載的數(shù)字圖像的照片服務(wù)提供者1244通信。其它裝置(包含計算裝置1204)經(jīng)由 因特網(wǎng)1246存取這些圖像。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，移動電話網(wǎng)絡(luò)1238還連接到標(biāo)準(zhǔn) 電話網(wǎng)絡(luò)(未顯示)以提供正常電話服務(wù)。圖形用戶接口(未顯示)顯示于彩色顯示器1230上且由用戶控制件1248控制。 在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，用戶控制件1248包含用以撥打電話號碼的專用按鈕(例如，電 話小鍵盤)、用以設(shè)定模式(例如，“電話”模式、“日歷”模式、“相機(jī)”模式)的控制件、包含 4路控制(向上、向下、向左、向右)的操縱桿控制器及按鈕中心“0K”或“選擇”開關(guān)。塢1250給數(shù)碼相機(jī)電話1202中的電池(未顯示)再充電。塢1250經(jīng)由塢接口 1252將數(shù)碼相機(jī)電話1202連接到計算裝置1204。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，塢接口 1252 實(shí)施為有線接口，例如USB接口。或者，在根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例中，塢接口 1252實(shí)施為 無線接口，例如藍(lán)牙或IEEE 802. Ilb無線接口。塢接口 1252用于將圖像從存儲器1206下 載到計算裝置1204。塢接口 1252還用于將日歷信息從計算裝置1204傳送到數(shù)碼相機(jī)電話 1202中的存儲器1206。盡管已特別參考本發(fā)明某些優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但將理解，可在本發(fā) 明的精神及范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種變化及修改形式。部件列表100像素110光敏區(qū)域120光敏區(qū)域130偏振器200像素210高敏感度區(qū)域220低敏感度區(qū)域230偏振器240光250光260微透鏡300高敏感度區(qū)域305圖像傳感器310低敏感度區(qū)域1200成像系統(tǒng)1202數(shù)碼相機(jī)電話1204計算裝置1206存儲器1208透鏡
1212成像集成電路1214時序產(chǎn)生器1216閃光燈1218A/D轉(zhuǎn)換器電路1220緩沖器存儲器1222數(shù)字處理器1224固件存儲器1226時鐘1228RAM存儲器1230彩色顯示器1232音頻編解碼器1234麥克風(fēng)1236揚(yáng)聲器1238移動電話網(wǎng)絡(luò)1240無線調(diào)制解調(diào)器1242RF信道1244照片服務(wù)提供者1246因特網(wǎng)1248用戶控制件1250塢1252塢接口
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器，其包括多個像素，每一像素包括第一光敏區(qū)域，其響應(yīng)于光而收集電荷且具有第一敏感度；第二光敏區(qū)域，其響應(yīng)于光而收集電荷且具有低于所述第一光敏區(qū)域的所述敏感度的 第二敏感度；及偏振器，其橫跨所述第二光敏區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述偏振器為線柵偏振器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述偏振器經(jīng)定向以阻擋通過表面反射而 偏振的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括定位于所述第一光敏區(qū)域上方且 部分地覆蓋所述第二光敏區(qū)域的微透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括具有大致等于或等于所述第一敏 感度的敏感度的第三光敏區(qū)域及具有等于或大致等于所述第二敏感度的敏感度的第四光 敏區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括橫跨所述第四光敏區(qū)域的第二偏 振器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中所述第二偏振器為線柵偏振器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器，其中所述第二偏振器經(jīng)定向以阻擋通過表面反 射而偏振的光。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括經(jīng)定位而覆蓋所述第一光敏區(qū)域 且部分地覆蓋所述第二及第四光敏區(qū)域的微透鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括經(jīng)定位而覆蓋所述第三光敏區(qū) 域且部分地覆蓋所述第四光敏區(qū)域的第二微透鏡。
11.一種圖像捕獲裝置，其包括圖像傳感器，其包括多個像素，每一像素包括第一光敏區(qū)域，其響應(yīng)于光而收集電荷且具有第一敏感度；第二光敏區(qū)域，其響應(yīng)于光而收集電荷且具有低于所述第一光敏區(qū)域的所述敏感度的 第二敏感度；及偏振器，其橫跨所述第二光敏區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其中所述偏振器為線柵偏振器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其中所述偏振器經(jīng)定向以阻擋通過表面反 射而偏振的光。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其進(jìn)一步包括定位于所述第一光敏區(qū)域上 方且部分地覆蓋所述第二光敏區(qū)域的微透鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像捕獲裝置，其進(jìn)一步包括具有大致等于或等于所述第 一敏感度的敏感度的第三光敏區(qū)域及具有等于或大致等于所述第二敏感度的敏感度的第 四光敏區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的圖像捕獲裝置，其進(jìn)一步包括橫跨所述第四光敏區(qū)域的第二偏振器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的圖像捕獲裝置，其中所述第二偏振器為線柵偏振器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像捕獲裝置，其中所述第二偏振器經(jīng)定向以阻擋通過表 面反射而偏振的光。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的圖像捕獲裝置，其進(jìn)一步包括經(jīng)定位而覆蓋所述第一光敏 區(qū)域且部分地覆蓋所述第二及第四光敏區(qū)域的微透鏡。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像捕獲裝置，其進(jìn)一步包括經(jīng)定位而覆蓋所述第三光敏 區(qū)域且部分地覆蓋所述第四光敏區(qū)域的第二微透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器，其包含多個像素，每一像素包含第一光敏區(qū)域，其響應(yīng)于光而收集電荷且具有第一敏感度；第二光敏區(qū)域，其響應(yīng)于光而收集電荷且具有低于所述第一光敏區(qū)域的所述敏感度的第二敏感度；及偏振器，其橫跨所述第二光敏區(qū)域。
文檔編號H01L27/148GK102057486SQ200980121401
公開日2011年5月11日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者克里斯托弗·帕克斯 申請人:柯達(dá)公司