圖像傳感器和具有該圖像傳感器的圖像處理裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】圖像傳感器和具有該圖像傳感器的圖像處理裝置
[0001]本申請(qǐng)要求于2014年4月28日提交的第61/985，019號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和于2014年12月11日提交的第10-2014-0178098號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，這些專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例涉及一種圖像傳感器，更具體地講，涉及一種能夠執(zhí)行彩色成像和相位差自動(dòng)對(duì)焦的圖像傳感器和/或具有所述圖像傳感器的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]PAF可以指相位檢測(cè)自動(dòng)聚焦或相位差自動(dòng)聚焦。在拍攝時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍是最大可測(cè)量光強(qiáng)度與最小可測(cè)量光強(qiáng)度之間的范圍。光強(qiáng)度的變化程度取決于用作捕獲裝置的裝置，其決定圖像傳感器在動(dòng)態(tài)范圍方面的整體性能。
[0004]寬動(dòng)態(tài)范圍(WDR)也稱作高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)。WDR技術(shù)通過(guò)以數(shù)字方式對(duì)每個(gè)像素應(yīng)用多次曝光來(lái)物理地提高成像傳感器的像素性能或者增大成像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍。
[0005]理想的WDR傳感器是具有高滿阱容量(FWC)的傳感器。FWC被定義為入射信號(hào)在讀出期間能夠被容納而不飽和的電子的最大數(shù)目。隨著FWC的增大，圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍增大。
[0006]在數(shù)字信號(hào)鏡頭反光(DSLR)相機(jī)中，相機(jī)傳感器包括能夠直接檢測(cè)相位差的像素，從而減少被相位差自動(dòng)聚焦模塊占用的空間。因此，DSLR相機(jī)可以執(zhí)行自動(dòng)聚焦。這樣的技術(shù)被應(yīng)用到無(wú)反光鏡的DSLR。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)的相位差檢測(cè)像素利用金屬等來(lái)遮蔽光電二極管的一部分，只能檢測(cè)入射到光電二極管的未被遮蔽的部分上的光。在現(xiàn)有技術(shù)中，米用遮蔽部分和未遮蔽部分(即，兩個(gè)像素)來(lái)檢測(cè)相位差的方法具有以下問(wèn)題:彩色圖像的圖像質(zhì)量由于不規(guī)則操作的兩個(gè)像素而劣化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明構(gòu)思的至少一個(gè)示例實(shí)施例指向一種圖像傳感器，所述圖像傳感器包括具有多個(gè)像素的像素陣列，每個(gè)像素包括被獨(dú)立地控制的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件。
[0009]所述圖像傳感器還可以包括控制電路，所述控制電路被配置為獨(dú)立地控制所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的曝光時(shí)間。
[0010]根據(jù)一些示例實(shí)施例，當(dāng)所述多個(gè)像素被設(shè)置在多個(gè)行中時(shí)，控制電路被配置為利用所述多個(gè)行中的一行的行地址來(lái)獨(dú)立地控制包括在所述行中的每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的曝光時(shí)間。根據(jù)一些示例實(shí)施例，當(dāng)所述多個(gè)像素被設(shè)置在多個(gè)行中時(shí)，控制電路被配置為基于像素混合條件數(shù)據(jù)來(lái)獨(dú)立地控制所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的曝光時(shí)間。
[0011]所述多個(gè)像素可以包括第一像素和第二像素，第一像素包括第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件，第二像素包括第三光電轉(zhuǎn)換元件和第四光電轉(zhuǎn)換元件。所述圖像傳感器還包括:控制電路，被配置為通過(guò)第一控制線輸出用于控制第一光電轉(zhuǎn)換元件的第一曝光時(shí)間的第一控制信號(hào)，通過(guò)第二控制線輸出用于控制第二光電轉(zhuǎn)換元件的第二曝光時(shí)間的第二控制信號(hào)，通過(guò)第三控制線輸出用于控制第三光電轉(zhuǎn)換元件的第三曝光時(shí)間的第三控制信號(hào)，以及通過(guò)第四控制線輸出用于控制第四光電轉(zhuǎn)換元件的第四曝光時(shí)間的第四控制信號(hào)，其中，控制電路被配置成獨(dú)立地控制第一曝光時(shí)間、第二曝光時(shí)間、第三曝光時(shí)間和第四曝光時(shí)間。
[0012]根據(jù)一些示例實(shí)施例，當(dāng)?shù)谝幌袼睾偷诙袼乇辉O(shè)置在同一行或同一列中時(shí)，第一曝光時(shí)間和第三曝光時(shí)間可彼此相等，第二曝光時(shí)間和第四曝光時(shí)間可彼此相等，并且第一曝光時(shí)間可以比第二曝光時(shí)間長(zhǎng)。根據(jù)示例實(shí)施例，當(dāng)?shù)谝幌袼睾偷诙袼乇辉O(shè)置在同一列中時(shí)，第一曝光時(shí)間和第四曝光時(shí)間可彼此相同，第二曝光時(shí)間和第三曝光時(shí)間可彼此相同，并且第一曝光時(shí)間可以比第二曝光時(shí)間長(zhǎng)。
[0013]根據(jù)一些示例實(shí)施例，所述多個(gè)像素包括第一像素和第二像素，第一像素包括第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件，第二像素包括第三光電轉(zhuǎn)換元件和第四光電轉(zhuǎn)換元件，并且當(dāng)所述第一像素和所述第二像素設(shè)置在同一行中時(shí)，第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件通過(guò)對(duì)應(yīng)的傳輸晶體管共享第一浮置擴(kuò)散區(qū)，第三光電轉(zhuǎn)換元件和第四光電轉(zhuǎn)換元件通過(guò)對(duì)應(yīng)的傳輸晶體管共享與第一浮置擴(kuò)散區(qū)不同的第二浮置擴(kuò)散區(qū)。
[0014]根據(jù)一些示例實(shí)施例，所述多個(gè)像素包括第一像素和第二像素，第一像素包括第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件，第二像素包括第三光電轉(zhuǎn)換元件和第四光電轉(zhuǎn)換元件，并且當(dāng)?shù)谝幌袼睾偷诙袼卦O(shè)置在同一列中時(shí)，第一像素和第二像素共享一個(gè)浮置擴(kuò)散區(qū)。
[0015]第一深槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)形成在所述多個(gè)像素中的彼此相鄰的像素之間，第二DTI結(jié)構(gòu)形成在所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中的彼此相鄰光電轉(zhuǎn)換元件之間。
[0016]所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素還可以包括:濾色器，形成在每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件之上；微透鏡，形成在濾色器上方。
[0017]本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例指向一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括:圖像傳感器；控制器，被配置為控制所述圖像傳感器的操作。所述圖像傳感器包括包含多個(gè)像素的像素陣列，所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素包括被獨(dú)立地控制的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件以檢測(cè)相位差。
[0018]所述圖像傳感器還可包括控制電路，所述控制電路被配置為獨(dú)立地控制所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的曝光時(shí)間。
[0019]所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件可包括第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件，第一光電轉(zhuǎn)換元件被控制為具有相對(duì)長(zhǎng)曝光時(shí)間，第二光電轉(zhuǎn)換元件被控制為具有相對(duì)短曝光時(shí)間。包括在所述多個(gè)像素中的第一像素中的第一光電轉(zhuǎn)換元件和包括在所述多個(gè)像素中的與第一像素相鄰的第二像素中的第一光電轉(zhuǎn)換元件沿對(duì)角線方向設(shè)置。
[0020]所述圖像傳感器還可包括控制電路，所述控制電路被配置為獨(dú)立地控制所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中的每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的曝光時(shí)間。所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件包括第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件，控制電路被配置為將第一光電轉(zhuǎn)換元件控制成具有相對(duì)長(zhǎng)曝光時(shí)間并將第二光電轉(zhuǎn)換元件控制成具有相對(duì)短曝光時(shí)間，并且所述多個(gè)像素所包括的第一光電轉(zhuǎn)換元件被配置為根據(jù)控制電路的控制而并行地輸出各自的像素信號(hào)。
[0021]所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)還可以包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換器，被配置為將從所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件輸出的像素信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；預(yù)_圖像信號(hào)處理器，被配置為從所述數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生顏色信息；相位差處理電路，被配置為從所述數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生與相位差對(duì)應(yīng)的相位差數(shù)據(jù)并壓縮所產(chǎn)生的相位差數(shù)據(jù)。
[0022]第一深槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)形成在所述多個(gè)像素中的彼此相鄰的像素之間，第二DTI結(jié)構(gòu)形成在所述多個(gè)像素中的每個(gè)像素所包括的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件中的彼此相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件之間。
【附圖說(shuō)明】
[0023]根據(jù)下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述，本發(fā)明構(gòu)思的這些和/或其他方面及優(yōu)點(diǎn)將變得清楚和更易于理解，在附圖中:
[0024]圖1示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的包括多個(gè)像素的圖像傳感器的像素陣列；
[0025]圖2示出圖1中示出的像素陣列的一部分；
[0026]圖3示出圖1中示出的像素陣列的一部分；
[0027]圖4示出圖1中示出的像素陣列的一部分；
[0028]圖5示出圖1中示出的像素陣列的一部分；
[0029]圖6示出圖1中示出的像素陣列的一部分；
[0030]圖7示出包括兩個(gè)光電二極管的像素的剖視圖；
[0031]圖8示出包括四個(gè)光電二極管的像素的剖視圖；
[0032]圖9示出包括兩個(gè)光電二極管的像素(例如，PAF像素)的電路圖；
[0033]圖10示出包括四個(gè)光電二極管的像素(例如，PAF像素)的電路圖；
[0034]圖11是包括圖1的像素陣列的圖像傳感器的框圖；
[0035]圖12是包括圖1的像素陣列的圖像傳感器的另一框圖；
[0036]圖13是根據(jù)包括圖1中示出的像素陣列的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的示例實(shí)施例的框圖；
[0037]圖14是圖13的圖像信號(hào)處理器的示意性框圖；
[0038]圖15A和圖15B示出圖13中示出的CMOS圖像傳感器中在一個(gè)掃描場(chǎng)期間的曝光時(shí)間和積累曝光量；
[0039]圖16示出長(zhǎng)曝光圖像信號(hào)的輸入/輸出亮度特性和短曝光圖像信號(hào)的輸入/輸出亮度特性以描述長(zhǎng)曝光圖像信號(hào)和短曝光圖像信號(hào)的組合處理；
[0040]圖17是從多二級(jí)管PAF傳感器的輸出信號(hào)輸出彼此同步的顏色數(shù)據(jù)和深度數(shù)據(jù)的框圖；
[0041]圖18是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的用于控制像素的操作的針對(duì)每個(gè)行的傳輸柵極控制線的概念圖；
[0042]圖19是設(shè)置在同一列中的像素的電路圖；
[0043]圖20是用于描述圖19中示出的像素的操作的時(shí)序圖；
[0044]圖21是針對(duì)寬動(dòng)態(tài)范圍(WDR)布置像素的示例實(shí)施例；
[0045]圖22是針對(duì)寬動(dòng)態(tài)范圍(WDR)布置像素的另一示例實(shí)施例；
[0046]圖23是用于描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例的讀取像素信號(hào)的方法的概念圖；
[0047]圖24是用于描述圖23中示出的讀取像素信號(hào)的方法的電路圖；
[0048]圖25是用于描述在普通操作條件下運(yùn)行的時(shí)序產(chǎn)生器的操作的概念圖；
[0049]圖26是用于描述時(shí)序產(chǎn)生器在基于兩行的像素混合時(shí)的操作的概念圖；
[0050]圖27是用于描述時(shí)序產(chǎn)生器在基于三行的像素混合時(shí)的操作的概念圖；
[0051]圖28是示出包括圖1或圖18中示出的像素的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的另一示例實(shí)施例的框圖；
[0052]圖29是用于描述圖28中示出的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的操作的流程圖；以及
[0053]圖30是示出包括圖1或圖18中示出的像素的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的另一示例實(shí)施例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]現(xiàn)在，將在下文中參照附圖更充分地描述本發(fā)明構(gòu)思，附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以以不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)被理解為受限于在此闡述的實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例使得本公開將是徹底的和完整的，并將本發(fā)明的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)，可夸大層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。相似的附圖標(biāo)號(hào)始終指示相似的元件。