具有縮放濾波器陣列和像素內(nèi)裝倉的圖像傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所揭示實(shí)施例大體上涉及圖像傳感器，且確切地說(但非排他地)涉及包含縮放濾波器陣列和像素內(nèi)裝倉的圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]模擬或數(shù)字裝倉(其中幾個(gè)像素值被組合成一個(gè))是用于捕獲微光場景的技術(shù)。在具有拜耳(Bayer)模式彩色濾波器的圖像傳感器中，裝倉可由于混疊而引起色彩假影。同樣，因?yàn)樵诂F(xiàn)有圖像傳感器中同樣色彩的像素不彼此相鄰放置，所以難以進(jìn)行像素內(nèi)裝倉(浮動擴(kuò)散(FD)節(jié)點(diǎn)上的電荷共享)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一個(gè)實(shí)施例提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括:像素陣列，其包含分組成具有兩個(gè)或兩個(gè)以上個(gè)別像素的像素內(nèi)核的多個(gè)個(gè)別像素，其中每一像素內(nèi)核包含電耦合到所述內(nèi)核中的所有個(gè)別像素的浮動擴(kuò)散；彩色濾波器陣列，其定位在所述像素陣列上且光學(xué)耦合到所述像素陣列，所述彩色濾波器陣列包括多個(gè)平鋪的最小重復(fù)單元，每一最小重復(fù)單元包含多個(gè)縮放濾波器，每一縮放濾波器具有選自兩個(gè)或兩個(gè)以上不同光響應(yīng)的光響應(yīng)，其中每一像素內(nèi)核內(nèi)的所述個(gè)別像素光學(xué)耦合到對應(yīng)縮放濾波器；以及電路和邏輯，其耦合到所述像素陣列以使所述設(shè)備以多個(gè)圖像捕獲模式操作，包含:第一模式，其中將來自所述像素陣列內(nèi)的像素子集內(nèi)的個(gè)別像素的信號個(gè)別地轉(zhuǎn)移到其浮動擴(kuò)散并讀取，從而產(chǎn)生高分辨率、低敏感性子圖像，以及第二模式，其中將來自每個(gè)像素內(nèi)核中的所有個(gè)別像素的信號裝倉到所述內(nèi)核的所述浮動擴(kuò)散中并讀取,從而產(chǎn)生低分辨率、高敏感性圖像。
[0004]另一實(shí)施例提供一種方法，所述方法包括:在圖像傳感器中，其包含:像素陣列，其包含分組成具有兩個(gè)或兩個(gè)以上個(gè)別像素的像素內(nèi)核的多個(gè)個(gè)別像素，其中每一像素內(nèi)核包含電耦合到所述內(nèi)核中的所有個(gè)別像素的浮動擴(kuò)散，以及彩色濾波器陣列，其定位在所述像素陣列上且光學(xué)耦合到所述像素陣列，所述彩色濾波器陣列包括多個(gè)平鋪的最小重復(fù)單元，每一最小重復(fù)單元包含多個(gè)縮放濾波器，每一縮放濾波器具有選自兩個(gè)或兩個(gè)以上光響應(yīng)的光響應(yīng)，其中每一像素內(nèi)核內(nèi)的所述個(gè)別像素光學(xué)耦合到對應(yīng)縮放濾波器，編程電路和邏輯，其耦合到所述像素陣列以使所述圖像傳感器在操作時(shí)包含多個(gè)圖像捕獲模式操作，包含:第一模式，其中將來自所述像素陣列的子集內(nèi)的個(gè)別像素的信號個(gè)別地轉(zhuǎn)移到其浮動擴(kuò)散并讀取，從而產(chǎn)生高分辨率、低敏感性子圖像，以及第二模式，其中將來自每個(gè)像素內(nèi)核中的所有個(gè)別像素的信號裝倉到所述內(nèi)核的所述浮動擴(kuò)散中并讀取，從而產(chǎn)生低分辨率、高敏感性圖像。
【附圖說明】
[0005]參考以下圖式來描述非限制性和非詳盡的實(shí)施例，其中除非以其它方式指定，否則遍及各圖中相同的參考標(biāo)號指代相同的部分。
[0006]圖1是包含彩色濾波器陣列的圖像傳感器的實(shí)施例的示意圖。
[0007]圖2是具有耦合的彩色濾波器陣列的像素陣列的實(shí)施例的平面圖。
[0008]圖3是具有耦合的彩色濾波器陣列的像素陣列的另一實(shí)施例的平面圖。
[0009]圖4A-4D是像素內(nèi)核(在右邊)的實(shí)施例的示意圖和對應(yīng)的縮放濾波器(在左邊)的平面圖。
[0010]圖5A-5C是包含縮放濾波器的最小重復(fù)單元的實(shí)施例的平面圖。
[0011]圖6是說明圖像傳感器第一操作模式的實(shí)施例的流程圖。
[0012]圖7是圖像傳感器第二操作模式的實(shí)施例的流程圖。
[0013]圖8A-8C是可用于圖像傳感器第二操作模式的實(shí)施例中的像素子集的實(shí)施例的平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]描述了包含縮放濾波器陣列和像素內(nèi)裝倉的用于圖像傳感器的設(shè)備、系統(tǒng)和方法的實(shí)施例。描述了具體細(xì)節(jié)以提供實(shí)施例的透徹理解，但是相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到所述實(shí)施例可在沒有所述細(xì)節(jié)中的一或多者的情況下實(shí)踐或用其它方法、組件、材料等來實(shí)踐。在一些例子中，眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作未被詳細(xì)展示或描述，但仍然被包括在所述發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0015]遍及所述說明書參考“一個(gè)實(shí)施例”或“一實(shí)施例”意思是所述的特征、結(jié)構(gòu)或特性可包含于至少一種所述實(shí)施例中，因此“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在一實(shí)施例中”的出現(xiàn)未必都指同一實(shí)施例。此外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適的方式組合于一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。
[0016]一些機(jī)器視覺應(yīng)用程序(例如汽車的應(yīng)用程序)需要增加像素分辨率以辨識在更遠(yuǎn)距離處的物體(例如交通標(biāo)志)。另一約束是光學(xué)格式必須保持不變。因此像素尺寸必須被減小，其不幸地導(dǎo)致由較小像素區(qū)域引起的較低光敏性、較低量子效率和較高串?dāng)_。所揭示實(shí)施例試圖通過使用較大的彩色濾波器于每種顏色覆蓋一個(gè)以上像素且通過使用浮動擴(kuò)散(FD)節(jié)點(diǎn)上的電荷域裝倉來使光敏性最大化。每一個(gè)別彩色濾波器的區(qū)域經(jīng)縮放以實(shí)質(zhì)上與共享像素的群集或內(nèi)核相匹配。所說明的共享像素架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)共同浮動擴(kuò)散(FD)節(jié)點(diǎn)上的電荷共享。經(jīng)縮放彩色濾波器陣列(CFA)模式和共享像素的此類組合使信噪比最大化。所揭示實(shí)施例適于下一代汽車成像器，其中增加的分辨率(較小像素)是一種需要。這將滿足客戶的預(yù)期，當(dāng)在裝倉模式中操作時(shí)相較于當(dāng)代大像素傳感器來說，光敏性應(yīng)相等或更好。
[0017]圖1說明互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器100的實(shí)施例，其包含彩色像素陣列105、耦合到所述像素陣列的讀出電路170、耦合到讀出電路的功能邏輯115和耦合到像素陣列的控制電路120。像素陣列105是個(gè)別成像傳感器的二維(“2D”)陣列或具有X像素列和Y像素行的像素(例如，像素P1、P2…、Pn)。每一像素被布置成行(例如，行Rl到Ry)和列(例如，列Cl到Cx)以獲取人、地或物的圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)接著可用于呈現(xiàn)人、地或物的2D圖像。可將像素陣列105實(shí)施為前照式(FSI)或背照式(BSI)像素陣列，其包含下文討論的像素內(nèi)核配置和縮放濾波器配置中的任一者。
[0018]在像素陣列105中，可使用耦合到像素陣列的彩色濾波器陣列(“CFA”)將色彩指派到每一像素。CFA通過將單獨(dú)原色濾波器放置到像素上來指派所述原色到每一像素。因此，例如通常將像素稱為“清晰像素”(如果其沒有濾波器或耦合到清晰(也就是說無色)濾波器)、稱為“藍(lán)色像素”(如果其耦合到藍(lán)色濾波器)、稱為“綠色像素”(如果其耦合到綠色濾波器)，或稱為“紅色像素”(如果其耦合到紅色濾波器)。當(dāng)光子通過某一原色的濾波器到達(dá)像素時(shí)，只有落在所述原色的波長范圍之內(nèi)的波長通過。所有其它波長被吸收。在所說明實(shí)施例中，彩色像素陣列105除了紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色⑶像素之外還包含清晰(也就是說無色)像素。
[0019]在像素陣列105中的每一像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，圖像數(shù)據(jù)由讀出電路170讀出并轉(zhuǎn)移到功能邏輯115以供存儲、額外處理等。讀出電路170可包含放大電路、模擬/數(shù)字(“ADC”)轉(zhuǎn)換電路或其它電路。功能邏輯115可簡單地存儲圖像數(shù)據(jù)，和/或通過應(yīng)用后圖像效應(yīng)(例如裁剪、旋轉(zhuǎn)、移除紅眼、調(diào)整亮度，調(diào)整對比度或其它)來操縱圖像數(shù)據(jù)。功能邏輯115還可在一個(gè)實(shí)施例中用于處理圖像數(shù)據(jù)以校正(也就是說減少或移除)固定模式噪聲。控制電路120耦合到像素陣列105以控制彩色像素陣列105的操作特性。舉例來說，控制電路120可產(chǎn)生快門信號以用于控制圖像獲取。
[0020]圖2說明具有耦合的彩色濾波器陣列(CFA) 202的像素陣列200的實(shí)施例。CFA202包含多個(gè)個(gè)別濾波器，且每一個(gè)別濾波器具有特定光響應(yīng)并光學(xué)耦合到像素陣列中對應(yīng)個(gè)別像素。每一像素具有特定的光響應(yīng)，其對于電磁頻譜的某些部分具有高敏感性而同時(shí)對于所述頻譜中的其它部分具有低敏感性。術(shù)語彩色像素將指具有色彩光響應(yīng)的像素。
[0021]經(jīng)選擇以用于CFA中的色彩光響應(yīng)組通常具有三種色彩(如在拜耳CFA中所展示)，但其還可包含四種或四種以上色彩。如在本文中使用，清晰或全色光響應(yīng)指具有比選定光響應(yīng)組中表現(xiàn)的那些頻譜敏感性更寬的頻譜敏感性的光響應(yīng)。全色光響應(yīng)可具有橫跨整個(gè)可見頻譜的高敏感性。術(shù)語全色像素指具有全色光響應(yīng)的像素。盡管全色像素通常具有比色彩光響應(yīng)組更寬的頻譜敏感性，但每一全色像素可具有相關(guān)聯(lián)濾波器。此類濾波器是中性密度濾波器或無色濾波器。
[0022]CFA 202中的個(gè)別濾波器以通過將多個(gè)最小重復(fù)單元(MR