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]本申請要求于2014年4月28日提交的第61/985，019號美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)和于2014年12月11日提交的第10-2014-0178098號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，這些專利申請的全部內(nèi)容通過引用包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明構(gòu)思的實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對焦的圖像傳感器和/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可以指相位檢測自動聚焦或相位差自動聚焦。在拍攝時，動態(tài)范圍是最大可測量光強度與最小可測量光強度之間的范圍。光強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態(tài)范圍方面的整體性能。
[0004]寬動態(tài)范圍(WDR)也稱作高動態(tài)范圍(HDR)。WDR技術(shù)通過以數(shù)字方式對每個像素應(yīng)用多次曝光來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，圖像傳感器的動態(tài)范圍增大。
[0006]在數(shù)字信號鏡頭反光(DSLR)相機中，相機傳感器包括能夠直接檢測相位差的像素，從而減少被相位差自動聚焦模塊占用的空間。因此，DSLR相機可以執(zhí)行自動聚焦。這樣的技術(shù)被應(yīng)用到無反光鏡的DSLR。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)的相位差檢測像素利用金屬等來遮蔽光電二極管的一部分，只能檢測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，兩個像素)來檢測相位差的方法具有以下問題:彩色圖像的圖像質(zhì)量由于不規(guī)則操作的兩個像素而劣化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明構(gòu)思的至少一個示例實施例指向一種圖像傳感器，所述圖像傳感器包括具有多個像素的像素陣列，每個像素包括被獨立地控制的多個光電轉(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立地控制所述多個像素中的每個像素所包括的多個光電轉(zhuǎn)換元件中的每個光電轉(zhuǎn)換元件的曝光時間。
[0010]根據(jù)一些示例實施例，當(dāng)所述多個像素被設(shè)置在多個行中時，控制電路被配置為利用所述多個行中的一行的行地址來獨立地控制包括在所述行中的每個像素所包括的多個光電轉(zhuǎn)換元件中的每個光電轉(zhuǎn)換元件的曝光時間。根據(jù)一些示例實施例，當(dāng)所述多個像素被設(shè)置在多個行中時，控制電路被配置為基于像素混合條件數(shù)據(jù)來獨立地控制所述多個像素中的每個像素所包括的多個光電轉(zhuǎn)換元件中的每個光電轉(zhuǎn)換元件的曝光時間。
[0011]所述多個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間的第一控制信號，通過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間的第二控制信號，通過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間的第三控制信號，以及通過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間的第四控制信號，其中，控制電路被配置成獨立地控制第一曝光時間、第二曝光時間、第三曝光時間和第四曝光時間。
[0012]根據(jù)一些示例實施例，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，第一曝光時間和第三曝光時間可彼此相等，第二曝光時間和第四曝光時間可彼此相等，并且第一曝光時間可以比第二曝光時間長。根據(jù)示例實施例，當(dāng)?shù)谝幌袼睾偷诙袼乇辉O(shè)置在同一列中時，第一曝光時間和第四曝光時間可彼此相同，第二曝光時間和第三曝光時間可彼此相同，并且第一曝光時間可以比第二曝光時間長。
[0013]根據(jù)一些示例實施例，所述多個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，第一光電轉(zhuǎn)換元件和第二光電轉(zhuǎn)換元件通過對應(yīng)的傳輸晶體管共享第一浮置擴散區(qū)，第三光電轉(zhuǎn)換元件和第四光電轉(zhuǎn)換元件通過對應(yīng)的傳輸晶體管共享與第一浮置擴散區(qū)不同的第二浮置擴散區(qū)。
[0014]根據(jù)一些示例實施例，所述多個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，第一像素和第二像素共享一個浮置擴散區(qū)。
[0015]第一深槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)形成在所述多個像素中的彼此相鄰的像素之間，第二DTI結(jié)構(gòu)形成在所述多個像素中的每個像素所包括的多個光電轉(zhuǎn)換元件中的彼此相鄰光電轉(zhuǎn)換元件之間。
[0016]所述多個像素中的每個像素還可以包括:濾色器，形成在每個像素所包括的多個光電轉(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像素的像素陣列，所述多個像素中的每個像素包括被獨立地控制的多個光電轉(zhuǎn)換元件以檢測相位差。
[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立地控制所述多個像素中的每個像素所包括的多個光電轉(zhuǎn)換元件中的每個光電轉(zhuǎn)換元件的曝光時間。
[0019]所述多個像素中的每個像素所包括的多個光電轉(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長曝光時間，第二光電轉(zhuǎn)換元件被控制為具有相對短曝光時間。包括在所述多個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立地控制所述多個像素中的每個像素所包括的多個光電轉(zhuǎn)換元件中的每個光電轉(zhuǎn)換元件的曝光時間。所述多個像素中的每個像素所包括的多個光電轉(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長曝光時間并將第二光電轉(zhuǎn)換元件控制成具有相對短曝光時間，并且所述多個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。
[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像素中的每個像素所包括的多個光電轉(zhuǎn)換元件輸出的像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；預(yù)_圖像信號處理器，被配置為從所述數(shù)字信號產(chǎn)生顏色信息；相位差處理電路，被配置為從所述數(shù)字信號產(chǎn)生與相位差對應(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)形成在所述多個像素中的每個像素所包括的多個光電轉(zhuǎn)換元件中的彼此相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件之間。
【附圖說明】
[0023]根據(jù)下面結(jié)合附圖對實施例的描述，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)思的示例實施例的包括多個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示出包括兩個光電二極管的像素的剖視圖；
[0031]圖8示出包括四個光電二極管的像素的剖視圖；
[0032]圖9示出包括兩個光電二極管的像素(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)的示例實施例的框圖；
[0037]圖14是圖13的圖像信號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掃描場期間的曝光時間和積累曝光量；
[0039]圖16示出長曝光圖像信號的輸入/輸出亮度特性和短曝光圖像信號的輸入/輸出亮度特性以描述長曝光圖像信號和短曝光圖像信號的組合處理；
[0040]圖17是從多二級管PAF傳感器的輸出信號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)思的示例實施例的用于控制像素的操作的針對每個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序圖；
[0044]圖21是針對寬動態(tài)范圍(WDR)布置像素的示例實施例；
[0045]圖22是針對寬動態(tài)范圍(WDR)布置像素的另一示例實施例；
[0046]圖23是用于描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例實施例的讀取像素信號的方法的概念圖；
[0047]圖24是用于描述圖23中示出的讀取像素信號的方法的電路圖；
[0048]圖25是用于描述在普通操作條件下運行的時序產(chǎn)生器的操作的概念圖；
[0049]圖26是用于描述時序產(chǎn)生器在基于兩行的像素混合時的操作的概念圖；
[0050]圖27是用于描述時序產(chǎn)生器在基于三行的像素混合時的操作的概念圖；
[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)的另一示例實施例的框圖。
【具體實施方式】
[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)明的實施例。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以以不同形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)被理解為受限于在此闡述的實施例。而是，提供這些實施例使得本公開將是徹底的和完整的，并將本發(fā)明的范圍充分傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，可夸大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。相似的附圖標(biāo)號始終指示相似的元件。