CN109951656B - 一种图像传感器和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种图像传感器和电子设备，其中，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度。
Description
技术领域
本申请涉及图像传感器领域，涉及但不限于一种图像传感器和电子设备。
背景技术
图像传感器是构成摄像头的重要部件之一，被广泛应用于数码成像、航空航天以及医疗影像等领域。图像传感器根据元件的不同，可分为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。
CCD图像传感器和CMOS图像传感器都是采用光电二极管收集入射光，并将其转换为能够进行图像处理的电荷。动态范围是一个表征所述传感器性能的重要参数，它表示图像中所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。动态范围越大，所能表现的图像层次也就越丰富，所包含的色彩空也越广。宽动态范围共有三种机制，第一种是具有两种不同灵敏度的光电二极管。第二种是感光响应曲线呈对数形式，致使达到饱和的速度慢。第三种是响应曲线根据环境光级别或平均亮度级别发生变化。
图像传感器是一种半导体装置，传感器上植入的微小光敏物质称作像素，一块传感器上包含很多像素。目前，为了实现宽动态范围，有很多相关的技术，其中，像素级别的宽动态范围技术也有很多，但是，此类技术存在工艺复杂、像素填充因子较低、像素利用率低等问题。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种图像传感器和电子设备。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：
像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：
第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；
第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；
其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度。
本申请实施例中，所述第一感光区中光电二极管的数量大于所述第二感光区中光电二极管的数量。
本申请实施例中，所述第一感光区与所述第二感光区包括相同的光电二极管，且能够吸收单一波长的光。
本申请实施例中，所述多个光电二极管中每一光电二极管为亚波长的圆柱形光电二极管。
本申请实施例中，所述像素单元还包括：
第一转移晶体管，用于将所述第一感光区产生的电荷转移到浮动扩散区；
第二转移晶体管，用于将所述第二感光区产生的电荷转移到所述浮动扩散区；
其中，所述第一转移晶体管和所述第二转移晶体管依次被控制激活。
本申请实施例中，所述像素单元还包括：
共享读出电路，用于读出转移到所述浮动扩散区中的电荷；所述电荷包括所述第一感光区产生的电荷或所述第二感光区产生的电荷；
其中，所述共享读出电路，包括：
与所述浮动扩散区连接的复位晶体管，用于复位所述浮动扩散区；
与所述浮动扩散区连接的放大晶体管，用于放大所述浮动扩散区中的电荷信号；
与所述放大晶体管连接的选择晶体管，用于按行读出电荷到读出列上。
本申请实施例中，当所述第一感光区中的光电二极管饱和时，所述第一转移晶体管处于非激活状态，所述第二转移晶体管处于激活状态；
当所述第一感光区中的光电二极管非饱和时，所述第一转移晶体管处于激活状态，所述第二转移晶体管处于非激活状态。
本申请实施例中，所述第一感光区中的光电二极管为相同的光电二极管，具有第一直径；
所述第二感光区中的光电二极管为相同的光电二极管，具有第二直径；
所述第一直径小于所述第二直径。
本申请实施例中，所述第二转移晶体管的满阱电容大于所述第一转移晶体管的满阱电容。
第二方面，本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的图像传感器。
本申请实施例提供一种图像传感器和电子设备，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度，如此，能够实现图像传感器的宽动态范围，在实现宽动态范围的同时提高了光的吸收，降低了图像传感器的加工难度。
附图说明
图1为相关技术中图像传感器的组成结构示意图；
图2为本申请实施例图像传感器像素单元的组成结构示意图；
图3为本申请实施例像素单元中光电二极管结构分布的俯视图；
图4为本申请实施例像素单元的结构切面图；
图5为本申请实施例像素单元的电路结构示意图；
图6为本申请实施例高动态范围图像的实现流程示意图；
图7为本申请实施例电子设备的组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请的技术方案进一步详细阐述。需要说明的是，图中各结构的形状、大小等均只是示意说明本申请的实施例，并不是对结构的限定。
为了更好地理解本申请实施例，首先对相关技术进行说明。
图1为相关技术中图像传感器的组成结构示意图，如图1所示，所述图像传感器10主要包括：像素阵列11、时序控制模块12、模拟信号处理模块13以及模数转换模块14。其中，所述像素阵列11是图像传感器10上的主要部件，其作用是：完成光电转换，将光子转换为电子。所述像素阵列11是由多个像素组成，每个像素包括感光区和读出电路。每个像素的功能是将入射的光转换为电信号，通过读出电路转为数字化信号，从而完成现实场景数字化的过程。
目前，像素阵列中的每个像素的结构主要包括：透镜，用于将光线聚集在像素感光区的开口上，可以增强光线的吸收。颜色滤波片，用于使得每个像素只能感应一种颜色。金属排线，用于读出感光区的信号(即像素内部的读出电路)。光电二极管结构，用于将入射的光信息转换为电信号，其转换出的电信号会经过金属排线读出。其中，光电二极管结构和金属排线对图像传感器的性能产生很大的影响。
本申请实施例提供一种图像传感器，所述图像传感器可应用于电子设备，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列。图2为本申请实施例图像传感器像素单元的组成结构示意图。如图2所示，所述像素单元20包括：
第一感光区21，包括多个以第一密度排布的光电二极管；
这里，所述第一感光区包括多个以第一密度排布的光电二极管，用于将感应到的弱光环境下的光信号转换为电信号。
第二感光区22，连接所述第一感光区21，包括多个以第二密度排布的光电二极管；
这里，所述第二感光区包括多个以第二密度排布的光电二极管，用于将感应到的强光环境下的光信号转换为电信号。
其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区21的感光灵敏度大于所述第二感光区22的感光灵敏度。
本申请实施例中，所述第一感光区21和第二感光区22都包括多个光电二极管，但是，所述第一感光区21中光电二极管的排布密度大于所述第二感光区22中光电二极管的排布密度，这样，高密度的第一感光区21，对光线吸收能力强，对弱光感应比较灵敏，而低密度的第二感光区22，对光线的吸收能力弱，在高光下也不容易达到饱和，从而实现宽动态范围的图像传感器。
这里，所述第一感光区和第二感光区共同构成了像素内的光电二极管结构，用于将入射的光信息转换为电信号。
在一些实施例中，所述第一感光区与所述第二感光区包括相同的光电二极管，且能够吸收单一波长的光。
本申请实施例中，图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度，如此，能够实现图像传感器的宽动态范围，在实现宽动态范围的同时提高了光的吸收，降低了图像传感器的加工难度。
基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：
第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；
这里，所述第一感光区包括多个以第一密度排布的光电二极管，用于将感应到的弱光环境下的光信号转换为电信号。
第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；
这里，所述第二感光区包括多个以第二密度排布的光电二极管，用于将感应到的强光环境下的光信号转换为电信号。
其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度。
这里，所述第一感光区和第二感光区共同构成了像素内的光电二极管结构，用于将入射的光信息转换为电信号。
所述第一感光区中光电二极管的数量大于所述第二感光区中光电二极管的数量。
这里，所述第一感光区中光电二极管的排布密度大于所述第二感光区中光电二极管的排布密度，因此，所述第一感光区单位面积的感光灵敏度大于所述第二感光区单位面积的感光灵敏度。并且，所述第一感光区中光电二极管的数量大于所述第二感光区中光电二极管的数量。这样，所述第一感光区的感光灵敏度将大于所述第二感光区的感光灵敏度。
也就是说，所述第一感光区和第二感光区都包括多个光电二极管，但是，所述第一感光区中光电二极管的排布密度大于所述第二感光区中光电二极管的排布密度，且所述第一感光区中光电二极管的数量大于所述第二感光区中光电二极管的数量。这样，高密度的第一感光区，对光线吸收能力强，对弱光感应比较灵敏，而低密度的第二感光区，对光线的吸收能力弱，在高光下也不容易达到饱和(第一感光区的光线吸收率大于第二感光区的光线吸收率)，从而实现宽动态范围的图像传感器。
本申请实施例中，图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度。所述第一感光区中光电二极管的数量大于所述第二感光区中光电二极管的数量，如此，能够实现图像传感器的宽动态范围，在实现宽动态范围的同时提高了光的吸收，降低了图像传感器的加工难度。
基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：
第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；
这里，所述第一感光区包括多个以第一密度排布的光电二极管，用于将感应到的弱光环境下的光信号转换为电信号。
第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；
这里，所述第二感光区包括多个以第二密度排布的光电二极管，用于将感应到的强光环境下的光信号转换为电信号。
其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度。
这里，所述第一感光区和第二感光区共同构成了像素内的光电二极管结构，用于将入射的光信息转换为电信号。
所述第一感光区与所述第二感光区包括相同的光电二极管，且能够吸收单一波长的光。
这里，所述第一感光区与所述第二感光区包括相同的光电二极管，也就是说，所述像素内的光电二极管都为相同的光电二极管，这样，所述像素能够吸收单一波长的光，达到光学共振，对特定频率范围内的光响应非常敏感，增强了光的局域性，提高了光的吸收。
在一些实施例中，所述多个光电二极管中每一光电二极管为亚波长的圆柱形光电二极管。
当然，所述多个光电二极管可以为圆柱形也可以为正多边形，但是，经过实验确认当所述光电二极管为亚波长的圆柱形光电二极管时，效果是比较好的。
本申请实施例中，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度。所述第一感光区与所述第二感光区包括相同的光电二极管，且能够吸收单一波长的光，如此，能够通过不同密度的感光区实现图像传感器的宽动态范围，利用光电二极管结构达到光学共振，从而对特定频率范围的光响应敏感，增强光的局域性的同时提高了光的吸收，省去了相关技术中的透镜聚光，降低了工艺难度。
基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；其中，每个像素单元内包括具有高密度的圆柱形PD(Photo-Diode，光电二极管)结构和低密度的圆柱形PD结构，分别用来实现高灵敏度和低灵敏度的光电探测。高灵敏度的PD结构可以感应弱光环境下的光强，而低灵敏度的PD结构在高光下也不会达到饱和，从而可以实现CIS(CMOS Image Sensor，互补金属氧化物半导体图像传感器)的宽动态范围。
图3为本申请实施例像素单元中光电二极管结构分布的俯视图，如图3所示，CIS的每个像素单元30中包括两种密度的圆柱形PD结构：高密度的圆柱形PD结构31和低密度的圆柱形PD结构32，其中，所述高密度的圆柱形PD结构31包括多个圆柱形PD 311，所述低密度的圆柱形PD结构32包括多个(可以为一个)圆柱形PD 321。所述高密度的圆柱形PD结构31内的PD排布密度大于所述低密度的圆柱形PD结构32内的PD排布密度。并且，所述高密度的圆柱形PD结构31内的PD数量多于所述低密度的圆柱形PD结构32内的PD数量。进而，由于高密度的圆柱形PD结构31内的PD柱多，对光线吸收能力强，可以对弱光感应比较灵敏，而低密度的圆柱形PD结构32由于PD柱少，对光线的吸收能力弱，可以在高光下也不容易达到饱和，从而实现宽动态范围的CIS。
这里，一般情况下，所述图像传感器采集的光线为非偏见光，因此，当PD结构内的PD为圆柱形时，可以达到比较好的吸收效果。高密度的圆柱形PD结构的光吸收率高，低密度的圆柱形PD结构的光吸收率低。
本申请实施例中，所述像素单元内的PD 311和PD 321可以为相同的PD，例如，一个像素单元内的PD都是直径为60nm(纳米)左右的亚波长圆柱形PD，以使所述像素单元可以吸收单一波长的光，即所述像素单元内的两种密度的圆柱形PD结构，吸收的都是蓝色光。又如，一个像素单元内的PD都是直径为90nm(纳米)左右的亚波长圆柱形PD，以使所述像素单元可以吸收单一波长的光，即所述像素单元内的两种密度的圆柱形PD结构，吸收的都是绿色光。又如，一个像素单元内的PD都是直径为120nm(纳米)左右的亚波长圆柱形PD，以使所述像素单元可以吸收单一波长的光，即所述像素单元内的两种密度的圆柱形PD结构，吸收的都是红色光。
在一些实施例中，高密度的圆柱形PD结构的PD可以占整个像素单元的75％，低密度的圆柱形PD结构的PD占整个像素单元的25％，以便达到较好的高动态范围效果。
基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；其中，每个像素单元内具有高密度的圆柱形PD结构和低密度的圆柱形PD结构，分别用来实现高灵敏度和低灵敏度的光电探测。高灵敏度的PD结构可以感应弱光环境下的光强，而低灵敏度的PD结构在高光下也不会达到饱和，从而可以实现CIS的宽动态范围。
图4为本申请实施例像素单元的结构切面图，如图4所示，所述像素单元包括：颜色滤波片41，用于使得每个像素单元只能感应一种颜色。光电二极管结构42(即图3所示的光电二极管结构，包括高密度的圆柱形PD结构和低密度的圆柱形PD结构)，用于将入射的光信息转换为电信号。金属排线43，用于读出感光区的信号(即像素单元内部的读出电路)。
本申请实施例中，利用亚波长尺度的圆柱形PD结构的光学共振(不但利用了特定波长的光和特定尺寸的PD共振，还利用了光电二极管结构进行光的吸收)，对特定频率范围内的光响应非常敏感，增强了光的局域性，提高了光的吸收。因此，省去了透镜聚光来增强吸收，降低了工艺难度。
本申请实施例中，每个像素单元内具有高密度的圆柱形PD结构和低密度的圆柱形PD结构，分别用来实现高灵敏度和低灵敏度的光电探测。高灵敏度的PD结构可以感应弱光环境下的光强，而低灵敏度的PD结构在高光下也不会达到饱和，从而可以实现CIS的宽动态范围。同时也无需透镜去汇聚光线，降低加工难度。另外，相比于普通的多帧HDR(High-Dynamic Range，高动态范围)，无需担心运动造成的拖影和图像配准问题。
基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度。图5为本申请实施例像素单元的电路结构示意图，如图5所示，所示像素单元包括：
第一转移晶体管TXH 51，用于将所述第一感光区产生的电荷转移到浮动扩散区53；
本申请实施例中，所述第一感光区，即图5中的光电二极管结构PDH 55。也可以理解为，所述光电二极管结构PDH 55即图1所示的第一感光区，或，所述光电二极管结构PDH 55即图3所示的光电二极管结构中的高密度的圆柱形PD结构。
第二转移晶体管TXL 52，用于将所述第二感光区产生的电荷转移到所述浮动扩散区53；
本申请实施例中，所述第二感光区，即图5中的光电二极管结构PDL 56。也可以理解为，所述光电二极管结构PDL 56即图1所示的第二感光区，或，所述光电二极管结构PDL 56即图3所示的光电二极管结构中的低密度的圆柱形PD结构。
其中，所述第一转移晶体管TXH 51和所述第二转移晶体管TXL 52依次被控制激活。
共享读出电路54，用于读出转移到所述浮动扩散区53中的电荷；所述电荷包括所述第一感光区产生的电荷或所述第二感光区产生的电荷；
在一些实施例中，所述共享读出电路54，包括：
与所述浮动扩散区53连接的复位晶体管RST 541，用于复位所述浮动扩散区53；
与所述浮动扩散区53连接的放大晶体管T 542，用于放大所述浮动扩散区53中的电荷信号；
与所述放大晶体管T 542连接的选择晶体管SEL543，用于按行读出电荷到读出列544上。
本申请实施例中，每个像素单元中包含用以感应低光信息的高密度的PD结构和用以获取强光数据的低密度的PD结构。如图5所示，PDH 55和PDL 56分别代表两种灵敏度的PD结构，两者共同使用共享读出电路54。通过控制TXH 51将PDH 55中产生的电荷转移到浮动扩散区53中，然后经过放大晶体管T 542放大后读出。同样，通过控制TXL 52将PDL 56中产生的电荷转移到浮动扩散区53中，然后经过放大晶体管T 542放大后读出。两者(PDH 55和PDL56)的电荷读出不能同时进行，需要分两次读出。最后，通过图5所示的电路，可以得到两张RAW(RAW Image Format，原始图像编码数据)图，也就是通过图像感应器将捕捉到的光源信号转化为数字信号的原始数据。所述两张RAW图，一张为PDH 55结构吸收的光转化为的数字信号的原始数据图，一张为PDL 56结构吸收的光转化为的数字信号的原始数据图。
图6为本申请实施例高动态范围图像的实现流程示意图，如图6所示，图5所示的电路输出的RAW数据需要经过一系列的处理过程，才能变为一张HDR RAW图像。所述处理流程包括：
步骤S601、对通过高密度的PD结构获取的RAW数据和通过低密度的PD结构获取的RAW数据进行处理，以使其亮度对齐；
步骤S602、将亮度对齐后的数据记为第一RAW数据和第二RAW数据。
步骤S603、计算所述第一RAW数据和所述第二RAW数据的权重；
步骤S604、通过所述权重，将所述第一RAW数据和所述第二RAW数据进行加权合成；
举例来说，高密度的PD结构获取的RAW数据过曝，且高密度的PD结构和低密度的PD结构的感光灵敏度的响应比例为10比1。则用低密度的PD结构获取的RAW数据乘以10为真实的强光环境下的亮度。
步骤S605、将加权合成后的数据进行图像融合；
步骤S606、对图像融合后的数据进行色调映射处理，得到高动态范围图像。
本申请实施例中，CIS输出的RAW数据首先对高灵敏度和低灵敏度的PD的RAW进行处理，使其亮度对齐；接着计算权重，分别对高灵敏度和低灵敏度的PD的RGB(Red GreenBlue，红绿蓝)颜色进行加权合成；完成后进行图像融合，最终经过色调映射得到一张HDRRAW图像文件。也就是说，需要对CIS输出的数据经过亮度对齐、计算权重、图像融合和色调映射四个环节的处理，才能得到最终的高动态范围图像。
基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：
第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；
第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；
其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度；
这里，利用密度不同的圆柱形PD阵列来实现高灵敏度和低灵敏度的光电探测。所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度，高灵敏度的PD阵列可以感应弱光环境下的光强，而低灵敏度的PD阵列在高光下也不会达到饱和，从而可以实现CIS的宽动态范围。
在一些实施例中，所述像素单元还包括：第一转移晶体管，用于将所述第一感光区产生的电荷转移到浮动扩散区；第二转移晶体管，用于将所述第二感光区产生的电荷转移到所述浮动扩散区；其中，所述第一转移晶体管和所述第二转移晶体管依次被控制激活。共享读出电路，用于读出转移到所述浮动扩散区中的电荷；所述电荷包括所述第一感光区产生的电荷或所述第二感光区产生的电荷；
当所述第一感光区中的光电二极管饱和时，所述第一转移晶体管处于非激活状态，所述第二转移晶体管处于激活状态；
这里，当所述第一感光区中的光电二极管饱和时，所述第一转移晶体管处于非激活状态，所述第二转移晶体管处于激活状态，指的是，当高密度区(第一感光区)饱和时，所述第一转移晶体管被设置为一直处于非激活状态，即不将高密度区吸收的光信号转化为电信号，仅将低密度区(第二感光区)吸收的光信号转化为电信号，将低密度区吸收的光信号经过加权合成为图像传感器的输出信号。
当所述第一感光区中的光电二极管非饱和时，所述第一转移晶体管处于激活状态，所述第二转移晶体管处于非激活状态。
这里，当所述第一感光区中的光电二极管非饱和时，所述第一转移晶体管处于激活状态，所述第二转移晶体管处于非激活状态，指的是，当高密度区(第一感光区)非饱和时，所述第二转移晶体管被设置为一直处于非激活状态，即不将低密度区(第二感光区)吸收的光信号转化为电信号，仅将高密度区吸收的光信号转化为电信号，将高密度区吸收的光信号经过加权合成为图像传感器的输出信号。
本申请实施例中，高密度的PD结构与低密度的PD结构的电荷可以先经过处理变成一个电荷信号放大读出，两种之间的电荷通过加权的方式合成，这样可以降低CIS传到AP的数据量。
本申请实施例中，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度。当所述第一感光区中的光电二极管饱和时，所述第一转移晶体管处于非激活状态，所述第二转移晶体管处于激活状态；当所述第一感光区中的光电二极管非饱和时，所述第一转移晶体管处于激活状态，所述第二转移晶体管处于非激活状态，如此，能够在实现宽动态范围的同时，降低图像传感器传输给电子设备处理器的数据量。
基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：
第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；
第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；
其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度；
这里，利用密度不同的圆柱形PD阵列来实现高灵敏度和低灵敏度的光电探测。所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度，高灵敏度的PD可以感应弱光环境下的光强，而低灵敏度的PD在高光下也不会达到饱和，从而可以实现CIS的宽动态范围。
所述第一感光区中的光电二极管为相同的光电二极管，具有第一直径；
所述第二感光区中的光电二极管为相同的光电二极管，具有第二直径；
所述第一直径小于所述第二直径。
这里，不同直径的光电二极管吸收光的范围不同。例如，直径60nm的光电二极管可以吸收蓝光，直径90nm的光电二极管可以吸收蓝光和绿光，直径120nm的光电二极管可以吸收蓝光、绿光和红光。如果将一个直径60nm的光电二极管换为直径90nm的光电二极管，则此二极管的共振范围发生变化，对绿光的吸收率会降低。
本申请实施例中，可以适当增加低密度的圆柱形PD结构中的光电二极管的直径，使得其光学共振的位置发生偏移，降低PD结构的吸收，从而使得低密度的PD结构能够感应更大范围的强光。
本申请实施例中，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度；所述第一感光区中的光电二极管为相同的光电二极管，具有第一直径；所述第二感光区中的光电二极管为相同的光电二极管，具有第二直径；所述第一直径小于所述第二直径，如此，能够在实现宽动态范围的同时，感应更大范围的强光。
基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：
第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；
第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；
其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度；
这里，利用密度不同的圆柱形PD阵列来实现高灵敏度和低灵敏度的光电探测。所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度，高灵敏度的PD可以感应弱光环境下的光强，而低灵敏度的PD在高光下也不会达到饱和，从而可以实现CIS的宽动态范围。
在一些实施例中，所述像素单元还包括：第一转移晶体管，用于将所述第一感光区产生的电荷转移到浮动扩散区；第二转移晶体管，用于将所述第二感光区产生的电荷转移到所述浮动扩散区；其中，所述第一转移晶体管和所述第二转移晶体管依次被控制激活。共享读出电路，用于读出转移到所述浮动扩散区中的电荷；所述电荷包括所述第一感光区产生的电荷或所述第二感光区产生的电荷；
所述第二转移晶体管的满阱电容大于所述第一转移晶体管的满阱电容。
这里，可以通过增加低密度的PD结构对应的转移晶体管(即第二转移晶体管)的满阱电容来提高低密度的PD结构的感光范围，从而增大整个CIS的动态范围。
本申请实施例中，所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度；所述第二转移晶体管的满阱电容大于所述第一转移晶体管的满阱电容，如此，能够在实现宽动态范围的同时，增大整个图像传感器的动态范围。
基于前述的实施例，本申请实施例再提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一像素单元，其中，所述第一像素单元为通过“像素四合一”技术将四个第二像素单元进行合成后得到的像素单元，构成用于感光的阵列；
所述第二像素单元包括：
第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；
第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；
其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度；
这里，所述四个第二像素单元为吸收同种颜色光的像素单元，通过“像素四合一”技术合成后的第一像素单元，具有第三感光区和第四感光区；其中，所述第三感光区为高密度的感光区，所述第四感光区为低密度的感光区，所述第三感光区全部或部分地包围所述第四感光区。
本申请实施例中，通过“像素四合一”技术可以进一步提高CIS的动态范围，此时低密度的PD结构的位置需要变换使其满足像素四合一时能够拼成一个像素。
基于前述的实施例，本申请实施例提供一种电子设备，图7为本申请实施例电子设备的组成结构示意图，如图7所示，所述电子设备700至少包括本申请实施例提供的图像传感器701，其中：
所述图像传感器包括：像素单元，构成用于感光的阵列；
所述像素单元包括：
第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；
第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；
其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度。
在一些实施例中，所述第一感光区中光电二极管的数量大于所述第二感光区中光电二极管的数量。
在一些实施例中，所述第一感光区与所述第二感光区包括相同的光电二极管，且能够吸收单一波长的光。
在一些实施例中，所述多个光电二极管中每一光电二极管为亚波长的圆柱形光电二极管。
在一些实施例中，所述像素单元还包括：
第一转移晶体管，用于将所述第一感光区产生的电荷转移到浮动扩散区；
第二转移晶体管，用于将所述第二感光区产生的电荷转移到所述浮动扩散区；
其中，所述第一转移晶体管和所述第二转移晶体管依次被控制激活。
在一些实施例中，所述像素单元还包括：
共享读出电路，用于读出转移到所述浮动扩散区中的电荷；所述电荷包括所述第一感光区产生的电荷或所述第二感光区产生的电荷；
其中，所述共享读出电路，包括：
与所述浮动扩散区连接的复位晶体管，用于复位所述浮动扩散区；
与所述浮动扩散区连接的放大晶体管，用于放大所述浮动扩散区中的电荷信号；
与所述放大晶体管连接的选择晶体管，用于按行读出电荷到读出列上。
在一些实施例中，当所述第一感光区中的光电二极管饱和时，所述第一转移晶体管处于非激活状态，所述第二转移晶体管处于激活状态；
当所述第一感光区中的光电二极管非饱和时，所述第一转移晶体管处于激活状态，所述第二转移晶体管处于非激活状态。
在一些实施例中，所述第一感光区中的光电二极管为相同的光电二极管，具有第一直径；
所述第二感光区中的光电二极管为相同的光电二极管，具有第二直径；
所述第一直径小于所述第二直径。
在一些实施例中，所述第二转移晶体管的满阱电容大于所述第一转移晶体管的满阱电容。
在以上的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
像素单元，构成用于感光的阵列；所述像素单元包括：
第一感光区，包括多个以第一密度排布的光电二极管；
第二感光区，连接所述第一感光区，包括多个以第二密度排布的光电二极管；
其中，所述第一密度大于所述第二密度，以使所述第一感光区的感光灵敏度大于所述第二感光区的感光灵敏度；
所述像素单元还包括：第一转移晶体管和第二转移晶体管；
所述第一转移晶体管，用于将所述第一感光区产生的电荷转移到浮动扩散区；
所述第二转移晶体管，用于将所述第二感光区产生的电荷转移到所述浮动扩散区；
其中，所述第一转移晶体管和所述第二转移晶体管依次被控制激活；
当所述第一感光区中的光电二极管饱和时，所述第一转移晶体管处于非激活状态，所述第二转移晶体管处于激活状态；将所述第二感光区吸收的光信号转化为电信号，并经过加权合成为图像传感器的输出信号；
当所述第一感光区中的光电二极管非饱和时，所述第一转移晶体管处于激活状态，所述第二转移晶体管处于非激活状态；将所述第一感光区吸收的光信号转化为电信号，并经过加权合成为图像传感器的输出信号。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，
所述第一感光区中光电二极管的数量大于所述第二感光区中光电二极管的数量。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述第一感光区与所述第二感光区包括相同的光电二极管，且能够吸收单一波长的光。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，
所述多个光电二极管中每一光电二极管为亚波长的圆柱形光电二极管。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素单元还包括：
共享读出电路，用于读出转移到所述浮动扩散区中的电荷；所述电荷包括所述第一感光区产生的电荷或所述第二感光区产生的电荷；
其中，所述共享读出电路，包括：
与所述浮动扩散区连接的复位晶体管，用于复位所述浮动扩散区；
与所述浮动扩散区连接的放大晶体管，用于放大所述浮动扩散区中的电荷信号；
与所述放大晶体管连接的选择晶体管，用于按行读出电荷到读出列上。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一感光区中的光电二极管为相同的光电二极管，具有第一直径；
所述第二感光区中的光电二极管为相同的光电二极管，具有第二直径；
所述第一直径小于所述第二直径。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述第二转移晶体管的满阱电容大于所述第一转移晶体管的满阱电容。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1至7中任一项所述的图像传感器。
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