CN110475084A - 图像感测装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种图像感测装置，该图像感测装置在不改变曝光或积分时间的情况下提供与执行与不同的积分或曝光时间关联的测试相同的效果。该图像感测装置包括：有源像素区域，其被配置为包括多个有源像素；虚拟像素区域，其设置在有源像素区域的外壁处，并且被配置为包括多个虚拟像素；以及光量控制图案，其被配置为允许不同量的光入射在相应虚拟像素上。

Description

图像感测装置
技术领域
本专利文献中公开的技术和实现方式涉及一种图像感测装置。
背景技术
图像感测装置是利用对光作出反应的光敏特性半导体来捕获至少一个图像的装置。随着计算机行业和通信行业的不断发展，在例如数字相机、摄像机、个人通信系统(PCS)、游戏机、监视相机、医疗微型相机、机器人等的各种领域中对高质量和高性能图像传感器的需求快速增加。
图像感测装置可大致分类为基于CCD(电荷耦合器件)的图像感测装置和基于CMOS(互补金属氧化物半导体)的图像感测装置。最近，由于模拟控制电路和数字控制电路可被直接实现为单个集成电路(IC)，所以基于CMOS的图像感测装置迅速得到广泛使用。
发明内容
除了别的以外，本专利文献提供了一种图像感测装置的设计，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或更多个问题。
本公开的实施方式涉及一种能够在不改变积分时间的情况下同时执行与不同积分时间关联的测试的图像感测装置。
根据本公开的一方面，一种图像感测装置包括：有源像素区域，其被配置为包括多个有源像素，所述多个有源像素检测场景的光以生成表示所检测的场景的像素信号，所述像素信号包括所检测的场景的空间信息；虚拟像素区域，其包括设置在与有源像素区域的有源像素的位置不同的位置处的虚拟像素，各个虚拟像素被构造为检测光；以及光量控制图案，其设置在虚拟像素区域上方并且被配置为在虚拟像素上方分别提供不同的光学遮光，以控制不同量的光入射在相应的虚拟像素上以生成不同的虚拟像素输出信号。
根据本公开的另一方面，有源像素区域包括多个有源像素，并且虚拟像素区域与有源像素区域分开设置并且包括被构造为接收不同量的入射光的多个虚拟像素。
将理解，实施方式的以上一般描述和以下详细描述二者是示例性和说明性的。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，所公开的技术的以上和其它特征和优点将变得容易显而易见，附图中：
图1是示出根据所公开的技术的实施方式的图像感测装置的示例的表示的结构图。
图2是示出基于所公开的技术的实施方式的虚拟像素区域的虚拟像素中所形成的示例性光量控制图案的示图。
图3A和图3B是虚拟像素区域的示例的横截面图，其沿着图1所示的线A-A’截取并且示出沿着虚拟行线布置的虚拟像素。
图4A是示出基于所公开的技术的另一实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
图4B是示出基于所公开的技术的另一实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
图5是示出基于所公开的技术的另一实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
图6是示出基于所公开的技术的另一实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
图7A和图7B是示出基于所公开的技术的实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
图8是示出基于所公开的技术的实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
图9是示出基于所公开的技术的另一实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
图10A是示出沿着虚拟行线D_Row 1和D_Row 2布置的示例性虚拟像素的平面图。
图10B和图10C是示出沿着图10A所示的线B-B’截取并且沿着虚拟行线布置的虚拟像素的横截面图。
具体实施方式
所公开的技术可被实现为提供一种图像感测装置，该图像感测装置包括用于图像感测的光学感测像素的有源像素区域以及在有源像素区域附近的单独的虚拟像素区域，该虚拟像素区域包括附加光学感测像素以感测输入光功率以用于改进的成像感测。有源像素区域中的光学感测像素用于图像感测并且用于表示要检测的输入场景或图像的空间和其它成像信息。单独的虚拟像素区域中的附加光学感测像素是不同的，不直接用于提供空间和其它成像信息。在这种情况下，那些像素被称为“虚拟像素”。然而，这些虚拟像素被设计并操作以在有源像素区域的成像操作中提供补充信息以改进图像感测装置的总体成像操作。在下面所提供的示例中，所公开的技术的虚拟像素被设计成控制进入各个虚拟像素的光的量或者从各个虚拟像素转换的光的量。因此，与一些其它技术相比，所公开的技术允许以更少的时间和资源获得期望的输出信号。现在将详细参照特定实施方式，其示例示出于附图中。
图1是示出根据所公开的技术的实施方式的图像感测装置的示例的表示的结构图。
参照图1，图像感测装置100可包括有源像素区域110和虚拟像素区域120。
有源像素区域110可包括按行和列布置的(X×Y)个有源像素{P(1,1)至P(X,Y)}。有源像素区域110包括第一至第X列(Col 1至Col X；X是大于1的整数)以及第一至第Y行(Row 1至Row Y；Y是大于1的整数)。各个有源像素可将所检测的光的量转换为对应电信号并输出由所检测的光生成的电信号(像素信号)。可依次读出来自从Row 1至Row Y布置的有源像素区域110的像素信号。在一些实现方式中，来自布置在同一行中的有源像素的像素信号被同时读出。例如，可在第一行选择时间期间通过第一至第X列线(Col 1至Col X)同时读出来自布置在有源像素区域110的第一行(Row 1)中的第一至第X有源像素{P(1,1)至P(X,1)}的第一至第X像素信号，并且可在第二行选择时间期间通过第一至第X列线(Col 1至ColX)同时读出来自布置在有源像素区域1110的第二行(Row 2)中的第一至第X有源像素{P(1,2)至P(X,2)}的第一至第X像素信号。这样，可在相应的行选择时间期间读出来自布置在有源像素区域110的第一至第Y行(Row 1至Row Y)中的每一个中的第一至第X有源像素的像素信号。
各个像素信号可包括重置信号和数据信号。当读出像素信号时，可首先读出重置信号，然后可在重置信号之后读出数据信号。
如图1中的示例所示，在一些实现方式中，虚拟像素区域120可设置在有源像素区域110的外侧并且与有源像素区域110分离。虚拟像素区域120可包括以与有源像素区域110中的有源像素的布置方式类似的方式按行和列布置的多个虚拟像素{DP(1,1)至DP(X,2)}，但是通常数量较少。例如，虚拟像素区域120可设置在有源像素区域110的一侧。在图1的特定示例中，虚拟像素区域120可包括布置在两条虚拟行线(D_Row 1、D_Row 2)中的第一至第X虚拟像素{DP(1,1)至DP(X,1)以及DP(1,2)至DP(X,2)}。虚拟行线的数量少于有源行线的数量，并且可在实现方式中变化。例如，在图1的实施方式中使用两条虚拟行线。虚拟像素区域120可通过列线(Col 1至Col X)联接到有源像素区域110。如图1所示，第一至第X虚拟像素{DP(1,1)至DP(X,1)以及DP(1,2)和DP(X,2)}可分别联接到与有源像素区域110联接的第一至第X列线(Col 1至Col X)。
尽管图1中的特定示例将虚拟像素区域120示出为仅形成在有源像素区域110的一侧，但是虚拟像素区域120的其它布置方式也是可能的。例如，虚拟像素区域120也可在有源像素区域110的不止一侧形成在有源像素区域110的外壁处或外侧处，并且在一些设计中，可被布置为包围或环绕有源像素区域110。在其它设计中，虚拟像素区域120可被设置在有源像素区域110与其它光学感测区域(例如，可相对于有源像素区域110以预定方式设置的光学黑区域)之间。与被设计成捕获投影到图像感测装置100的表面上的图像的入射光或辐射的有源像素区域110不同，光学黑区域中的像素相对于入射光或辐射被遮蔽，并且用于提供关于图像感测装置100的表面处的背景噪声的信息。在一些实现方式中，虚拟像素区域120可包括被设计成接收彼此不同的量的入射光或辐射的多个虚拟像素。可通过例如在各个相应虚拟像素上方形成光量控制图案(遮光掩模)来控制入射在相应虚拟像素上的光量，并且不同的虚拟像素可被设计为具有不同的光量控制图案以提供不同级别的遮光，以实现不同量的入射光或辐射。光量控制图案可使得相应虚拟像素能够具有不同尺寸的开放区域，光通过所述开放区域入射在相应虚拟像素上。另选地，可通过允许相应虚拟像素具有不同尺寸的光电二极管(虚拟光电二极管)来控制入射在相应虚拟像素上的光量。光量控制图案将稍后详细描述。
图1中的特定示例示出正方形有源像素{P(1,1)至P(X,Y)}和正方形虚拟像素{DP(1,1)至DP(X,2)}，有源像素和虚拟像素可被设计成具有各种其它形状。
图2是示出基于所公开的技术的实现方式的虚拟像素的示例性光量控制图案的示图。图3A和图3B是示出沿着图1所示的线A-A’截取的虚拟像素的横截面图。
参照图2、图3A和图3B，光量控制图案可形成在连接到第一虚拟行线(D_Row 1)的第一至第N虚拟像素{例如，DP(1,1)至DP(N,1)，其中N≤X}中。光量控制图案可充当遮光掩模并且覆盖虚拟像素的光入射表面中的区域。例如，光量控制图案可包括反射或吸收光以遮蔽光进入虚拟像素的一些区域的材料。光量控制图案可被设计成在虚拟像素的光入射表面中包括遮光区域以阻挡或减少遮光区域中的虚拟像素可接收的光，并且虚拟像素中的剩余区域可开放以允许进入虚拟像素。如图2所示，一行虚拟像素可被设计成具有虚拟像素之间具有形状彼此不同的光量控制图案。在所示的特定行中，第一至第N虚拟像素{DP(1,1)至DP(N,1)}可通过特定光量控制图案而具有不同尺寸的开放区域，以使得虚拟像素DP(1,1)可就像黑像素一样被完全遮光而不接收任何入射光或辐射，而其它虚拟像素具有变化的遮光级别以增大用于接收入射光或辐射的开放区域的尺寸。
光量控制图案可由选择性材料形成或包括选择性材料以提供期望的遮光，例如在一些实现方式中用作遮光掩模的钨栅格掩模。图3A和图3B示出光量控制图案彼此不同地设置的虚拟像素区域的实现方式的横截面图。在图像感测装置100中，各个虚拟像素可包括虚拟光电转换元件(例如，如图3A和图3B所示的虚拟光电二极管DPD1至N)。滤色器(CF)可形成在虚拟光电二极管DPD 1至N上方。微透镜(ML)可形成在滤色器(CF)上方以与虚拟像素对应。图3A示出光量控制图案形成在滤色器(CF)和微透镜(ML)之间，图3B示出光量控制图案形成在滤色器(CF)和各个虚拟光电二极管(DPD 1至DPD N)之间。
第一至第N虚拟像素{DP(1,1)至DP(N,1)}的开放区域可具有彼此不同的尺寸。在图2、图3A和图3B所示的示例中，第一至第N虚拟像素中的开放区域的尺寸从第一至第N虚拟像素依次增大。在一些实现方式中，虚拟像素中的开放区域的尺寸从第一至第N虚拟像素线性地增大。例如，整个第一虚拟像素DP(1,1)可被光量控制图案遮蔽，使得没有光入射在虚拟光电二极管(DPD 1)上。光量控制图案可形成在第二虚拟像素DP(2,1)中以允许包括第二虚拟像素DP(2,1)的中心部分的区域以正方形形状开放，使得光可仅通过对应开放区域入射在虚拟光电二极管(DPD 2)上。第二虚拟像素DP(2,1)的开放区域可被设计成具有预定尺寸以满足包括测试目的的各种目的。光量控制图案可形成在第三虚拟像素DP(3,1)中以允许包括第三虚拟像素DP(3,1)的中心部分的区域以尺寸大于第二虚拟像素DP(2,1)的正方形形状开放。第三虚拟像素DP(3,1)的开放区域可为第二虚拟像素DP(2,1)的开放区域的两倍大。如上所述，分别形成在虚拟像素{DP(1,1)至DP(N,1)}的中心部分中的开放区域的尺寸可在从第一虚拟像素DP(1,1)至第N虚拟像素DP(N,1)的第一方向(即，图2中的右方向)上增大。
尽管为了描述方便，图2示出光量控制图案形成在布置在第一虚拟行线(D_Row 1)中的一些虚拟像素中的示例性情况，但是其它实现方式也是可能的。例如，光量控制图案也可形成在布置在第二虚拟行线(D_Row 2)中的一些虚拟像素中。
尽管为了描述方便，图2示出第一虚拟像素DP(1,1)被完全遮蔽或遮光的示例性情况，但是其它实现方式也是可能的，使得第一虚拟像素DP(1,1)不被完全遮蔽或遮光。例如，代替被完全遮蔽，第一虚拟像素DP(1,1)可被设计成具有其开放区域。根据需要，可将光学黑区域(未示出)的值分配给完全遮蔽的虚拟像素。
尽管图2示出光量控制图案彼此分离地分别形成在虚拟像素中，但是该例示仅是特定示例，其它实现方式也是可能的。例如，虚拟区域120中的不同虚拟像素的光量控制图案可形成为具有用于相应虚拟像素的多个开放区域的单个图案，如图3A或图3B所示。在这种情况下，光量控制图案可在两个相邻虚拟像素上方的空间之间彼此连接。
实现所公开的技术的图像感测装置100利用如图2所示的虚拟像素区域120中的光量控制图案来允许不同量的光入射在虚拟像素区域中的对应虚拟像素上。因此，使用不同的曝光时间来测量图像感测装置100的线性阱电容(LWC)变得没有必要并且可被省略。即，在不使用不同的积分时间来执行测试的情况下，图像感测装置100可获取与使用不同的积分时间执行的传统测试中相同的结果。所公开的技术的这一方面可用于减少和节省执行测试的总时间以及测试所涉及的计算的数量。
例如，为了通过在不同的曝光或积分时间下执行感测操作来使用传统测试测量图像感测装置的线性阱电容(LWC)，有必要通过改变曝光或积分时间或者光量来观测来自单个图像感测装置的输出信号的变化。例如，为了测量与40种不同的曝光时间关联的输出信号的变化以便于分析，需要通过重复地调节或改变曝光时间以具有四十种不同的曝光时间来将图像感测装置测试四十次。在调节曝光时间的同时，还有必要测量在四十种积分或曝光时间中的每一个期间入射在各个像素上的光的量。如果针对各个曝光时间需要十次图像捕获动作，则必须执行总共400次测试(40×10)并且需要计算来自各个测试的数据以便于分析。
所公开的技术的实现方式提出在图像感测装置中提供虚拟像素区域，该虚拟像素区域包括具有光量控制图案的虚拟像素，并且使用不同虚拟像素中的光量控制图案来变化入射在各个虚拟像素上的光的量。例如，通过在虚拟像素区域中包括40(N＝40)个虚拟像素，可从单次图像捕获动作获得与涉及使用不同曝光时间执行的测量的传统测试获得的输出信号相同的输出信号。与通过重复地改变曝光时间来执行传统测试的情况相比，这在诸如时间和资源的努力方面显著减少。在所公开的技术的一些实现方式中，为了控制入射在各个虚拟像素上的光的量，例如，虚拟像素区域120中的虚拟像素的开放区域可被设计成尺寸如图2所示增大。随着所需的图像捕获动作的数量增加，使用具有光量控制图案的虚拟像素来减少用于获得输出信号的时间和资源的益处变得更显而易见。假设针对各个曝光时间需要十次图像捕获动作。根据所公开的技术的实施方式的图像感测装置可通过执行图像捕获动作十次来获得输出信号，而传统图像感测装置需要400次重复的测试来获得相同的输出信号。
为此，可根据需要控制形成在虚拟像素{DP(1,1)至DP(N,1)}中的开放区域的尺寸以实现在不同的虚拟像素处接收的信号电平的期望的变化。在一些实现方式中，形成在虚拟像素中的开放区域的尺寸从第一虚拟像素DP(1,1)至第N虚拟像素DP(N,1)线性地增大。增大率可对应于传统测试中所使用的曝光时间的变化率。例如，如果在传统测试中曝光时间按照0ms→1ms→2ms→3ms、…的顺序变化，则虚拟像素{DP(1,1)至DP(N,1)}的开放区域的尺寸可沿着虚拟像素区域中从最左虚拟像素至最右虚拟像素的第一方向按照0倍→预定尺寸→预定尺寸的两倍→预定尺寸的三倍、…的顺序增大。换言之，在任意地决定第一虚拟像素DP(1,1)的开放区域的尺寸之后，第二虚拟像素DP(2,1)的开放区域的尺寸可被确定为第一虚拟像素DP(1,1)的两倍，并且第三虚拟像素DP(3,1)的开放区域的尺寸可被确定为第一虚拟像素DP(1,1)的三倍。这样，可形成虚拟像素的开放区域。
图4A和图4B是示出根据所公开的技术的另一实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
尽管图2将示例性开放区域示出为具有形成在对应虚拟像素{DP(1,1)至DP(N,1)}的中心部分处的正方形形状，但是所公开的技术不限于此，其它实现方式也是可能的。
参照图4A和图4B，各个开放区域可按照狭缝或矩形形状形成，其长度(L)可在第二虚拟像素至第N虚拟像素中维持恒定，并且其宽度(W)可在从第二虚拟像素至第N虚拟像素的第一方向上增大。在一些实现方式中，开放区域的宽度可在第一方向上变化以与传统测试中的曝光时间的变化率对应。
在所公开的技术的实现方式中开放区域的位置可变化。根据实施方式的开放区域可如图4A所示设置在相应虚拟像素的中心部分处，或者可如图4B所示设置为偏离相应虚拟像素的中心。
图5是示出根据所公开的技术的另一实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
尽管所公开的技术的上述实施方式将示例性开放区域示出为具有正方形形状或者狭缝或矩形形状，但是所公开的技术不限于此，其它实现方式也是可能的。例如，如图5所示，第二至第N虚拟像素中的各个开放区域可按照圆形(或椭圆形)形状形成。
各个开放区域可按照如图2至图5所示的各种形状形成，并且虚拟像素的开放区域可被设计成按照各种方式改变其尺寸位置。例如，图2至图4A和图5示出从第二虚拟像素至第N虚拟像素依次增大并且设置在相应虚拟像素的中心部分处的开放区域。图4B示出从第二虚拟像素至第N虚拟像素依次增大并且偏离相应虚拟像素的中心部分设置的开放区域。
图6是示出根据本公开的另一实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
参照图6，开放区域可在第一方向上相对于第N虚拟像素DP(N,1)对称地布置。例如，在图6的示例中，布置在同一行中的虚拟像素的数量是图2至图5的示例中的两倍。因此，在图6中，总共2N个虚拟像素{DP(1,1)至DP(2N-1,1)}布置在同一行中。虚拟像素{DP(1,1)至DP(2N-1,1)}当中的虚拟像素{DP(1,1)至DP(N,1)}的开放区域的尺寸可在第一方向上依次增大，并且虚拟像素{DP(1,1)至DP(2N-1,1)}当中的虚拟像素{DP(N+1,1)至DP(2N-1,1)}的开放区域的尺寸可在第一方向上依次减小。在一些实现方式中，从第一虚拟像素DP(1,1)至第N虚拟像素DP(N,1)的增大率可与从第(N+1)虚拟像素DP(N+1,1)至第(2N-1)虚拟像素DP(2N-1,1)的减小率对应。在一些实现方式中，虚拟像素中的开放区域的尺寸的增大率和/或减小率线性地变化。
图7A和图7B是示出根据所公开的技术的另一实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
参照图7A和图7B，具有狭缝或矩形形状的开放区域可相对于虚拟像素DP(N,1)对称地布置。图7A示出开放区域被设置在虚拟像素的左侧，并且图7B示出开放区域被设置在虚拟像素的右侧。
尽管为了描述方便，上述实施方式示例性地公开了开放区域形成在依次布置在单条虚拟行线中的虚拟像素中的情况，但是所公开的技术不限于此。例如，根据需要，开放区域的图2至图7所示的布置方式也可被应用于布置在不同虚拟行线中的虚拟像素。因此，具有期望尺寸的开放区域的多个虚拟像素可遍及包括多条虚拟行线的整个虚拟像素区域120分布。
图8是示出根据所公开的技术的另一实施方式的虚拟像素的光量控制图案的示图。
参照图8，图2所示的光量控制图案也可不仅形成在第一虚拟行线D_Row 1的虚拟像素{DP(1,1)至DP(N,1)}中，而且形成在第二虚拟行线D_Row 2的虚拟像素{DP(1,2)至DP(N,2)}中。因此，光量控制图案可包括形成在虚拟像素{DP(1,1)至DP(N,1)}中的第一光量控制图案以及形成在虚拟像素{DP(1,2)至DP(N,2)}中的第二光量控制图案。如关于图2所说明的，第一光量控制图案的开放区域和第二光量控制图案的开放区域的尺寸可在第一方向上依次增大。
在虚拟像素区域120中的虚拟像素当中具有尺寸不同的开放区域允许显著减少测量图像感测装置100的性能所需的时间和资源。图8所示的实现方式(即，代替单条行线，在两条不同的行线中布置具有不同尺寸的开放区域的虚拟像素)进一步减少图像捕获动作所涉及的时间和资源。例如，假设针对各个曝光时间测量图像感测装置100的LWC需要十次图像捕获动作。如果如图2至图7所示使用布置在单个虚拟行中的虚拟像素，则有必要重复10次图像捕获操作以完成图像捕获动作。然而，如果使用具有布置在两条行线中的光量控制图案(例如，如图8中所提供的第一光量控制图案和第二光量控制图案)的虚拟像素，则执行图像捕获操作的次数可从具有布置在单条行线中的虚拟像素的情况下所需的十次减少至五次。
尽管图8示出第一行线和第二行线中的虚拟像素具有相同结构的光量控制图案的示例性情况，但是所公开的技术不限于此。例如，相同结构的光量控制图案可形成在虚拟像素的至少三条不同的行线中。这样，根据虚拟像素区域120的尺寸，相同结构的光量控制图案可根据需要形成在多条行线中。
尽管图8示出布置在两条虚拟行线中的虚拟像素具有按照彼此相同的方式变化的光量控制图案的实现方式，但是所公开的技术不限于此，其它实现方式也是可能的。图9示出布置在多条虚拟行线中的虚拟像素的光量控制图案的实现方式。在光量控制图案形成在多条虚拟行线中的实现方式中，形成在两条虚拟行线中的光量控制图案的开放区域的尺寸可按照彼此不同的方式变化。例如，如图9所示，形成在第一虚拟行线D_Row 1的虚拟像素{DP(1,1)至DP(N,1)}中的第一光量控制图案的开放区域的尺寸可在从第一虚拟像素DP(1,1)至第N虚拟像素DP(N,1)的第一方向上增大，并且形成在第二虚拟行线D_Row 2的虚拟像素{DP(1,2)至DP(N,2)}中的第二光量控制图案的开放区域的尺寸可在从第一虚拟像素DP(1,2)至第N虚拟像素DP(N,2)的第一方向上减小。
图10是示出根据所公开的技术的另一实施方式的虚拟像素的示图。图10A是示出沿着虚拟行线D_Row 1和D_Row 2布置的虚拟像素的平面图。图10B和图10C是示出沿着图10A所示的线B-B’截取并沿着虚拟行线D_Row 1布置的虚拟像素的横截面图。
如图2至图9所示的上述实施方式提出了使用用作遮光掩模的光量控制图案来控制虚拟像素的开放区域的尺寸，使得不同量的光可入射在LWC测量所需的相应虚拟像素上。
参照图10，被配置为将入射在相应虚拟像素上的光转换为电信号的虚拟光电二极管DPD 1至DPD X可形成为在相应虚拟像素中具有不同的尺寸。
图10B示出虚拟光电二极管DPD 1至DPD X沿着水平方向具有相同的宽度并且沿着垂直方向具有不同的高度的实现方式。虚拟光电二极管DPD 1至DPD X的高度可在从第一虚拟光电二极管DPD 1至第X虚拟光电二极管DPD X的第一方向上逐渐增大。图10C示出虚拟光电二极管DPD 1至DPD X沿着垂直方向具有相同的高度并且沿着水平方向具有不同的宽度的实现方式。虚拟光电二极管DPD 1至DPD X的宽度可在从第一虚拟光电二极管DPD 1至第X虚拟光电二极管DPD X的第一方向上逐渐增大。
通过使用光量控制图案以允许不同量的光进入相应虚拟像素或者通过在虚拟像素中使用不同尺寸的虚拟光电二极管，根据所公开的技术的实施方式的图像感测装置可提供与执行与不同曝光时间关联的测试相同的效果。在所公开的技术中，虚拟像素可响应于单个图像捕获动作而具有不同量的光，不需要利用不同的曝光时间来重复图像捕获动作，这将导致现有技术中获得相同结果所需的时间和资源显著减少。
附图中的各个元件的符号
100：图像感测装置
110：有源像素区域
120：虚拟像素区域
Col 1至Col X：列线
Row 1至Row Y：行线
D_Row 1、D_Row 2：虚拟行线
P(1,1)至P(X,Y)：有源像素
DP(1,1)至DP(X,Y)：虚拟像素
DPD 1至DPD X：虚拟光电二极管
相关申请的交叉引用
本专利文献要求2018年5月10日提交的韩国专利申请No.10-2018-0053618的优先权和权益，其通过引用整体并入本文。

Claims (20)

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
有源像素区域，该有源像素区域被配置为包括多个有源像素，所述多个有源像素检测场景的光以生成表示所检测的场景的像素信号，所述像素信号包括所检测的场景的空间信息；
虚拟像素区域，该虚拟像素区域包括设置在与所述有源像素区域的所述有源像素的位置不同的位置处的多个虚拟像素，各个虚拟像素被构造为检测光；以及
光量控制图案，该光量控制图案被设置在所述虚拟像素区域上方并且被配置为在所述虚拟像素上方分别提供不同的光学遮光，以控制不同量的光入射在相应的虚拟像素上以生成不同的虚拟像素输出信号。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述光量控制图案被配置为使得相应的虚拟像素能够具有尺寸彼此不同的开放区域，光通过所述开放区域入射在相应的虚拟像素上。
3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述开放区域是所述多个虚拟像素的光入射表面中的未被所述光量控制图案遮蔽的区域。
4.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述光量控制图案形成在布置在第一虚拟行线中的所述多个虚拟像素中，并且使得相应的虚拟像素的所述开放区域能够具有在一个方向上增大的尺寸。
5.根据权利要求4所述的图像感测装置，其中，所述光量控制图案包括：
正方形开放区域，所述正方形开放区域的宽度在所述方向上以恒定比率增大；
狭缝形开放区域，所述狭缝形开放区域的长度维持恒定并且所述狭缝形开放区域的宽度在所述方向上以所述恒定比率增大；或者
圆形开放区域，所述圆形开放区域的宽度在所述方向上以所述恒定比率增大。
6.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述光量控制图案形成在布置在第一虚拟行线中的所述多个虚拟像素中，并且使得相应的虚拟像素的所述开放区域能够相对于布置在所述第一虚拟行线的中间的虚拟像素对称地布置。
7.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述虚拟像素布置在所述虚拟像素区域的第一虚拟行线和第二虚拟行线中。
8.根据权利要求7所述的图像感测装置，其中，所述光量控制图案包括：
第一光量控制图案，该第一光量控制图案形成在所述多个虚拟像素中的布置在所述第一虚拟行线中的一些虚拟像素中，并且被配置为使得相应的虚拟像素的开放区域能够具有在一个方向上依次增大的尺寸；以及
第二光量控制图案，该第二光量控制图案形成在布置在所述第二虚拟行线中的剩余虚拟像素中，并且被配置为使得相应的虚拟像素的所述开放区域能够具有在所述方向上依次减小的尺寸。
9.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述多个虚拟像素中的每一个包括：
虚拟光电二极管；以及
设置在所述虚拟光电二极管上方的滤色器。
10.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述光量控制图案设置在所述虚拟光电二极管和所述滤色器之间。
11.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述光量控制图案设置在所述滤色器上方。
12.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
有源像素区域，该有源像素区域包括多个有源像素；以及
虚拟像素区域，该虚拟像素区域与所述有源像素区域分开设置，并且包括被构造为接收不同量的入射光的多个虚拟像素。
13.根据权利要求12所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括形成在所述多个虚拟像素上方的光量控制图案，并且其中，所述多个虚拟像素中的每一个包括：
由所述光量控制图案遮蔽的遮光区域；以及
由所述遮光区域限定并被配置为接收入射光的开放区域。
14.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述虚拟像素的开放区域具有彼此不同的尺寸。
15.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，所述开放区域具有在第一方向上逐渐增大的尺寸。
16.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，所述多个虚拟像素包括：
正方形开放区域，所述正方形开放区域的宽度在一个方向上以恒定比率增大；
狭缝形开放区域，所述狭缝形开放区域的长度维持恒定并且所述狭缝形开放区域的宽度在所述方向上以所述恒定比率增大；或者
圆形开放区域，所述圆形开放区域的宽度在所述方向上以所述恒定比率增大。
17.根据权利要求12所述的图像感测装置，其中，所述虚拟像素被构造为分别包括不同尺寸的不同光电传感器以接收不同量的入射光。
18.根据权利要求17所述的图像感测装置，其中，所述虚拟像素中的所述光电传感器沿着水平方向具有相同的宽度，并且沿着垂直方向具有彼此不同的高度。
19.根据权利要求17所述的图像感测装置，其中，所述虚拟像素中的所述光电传感器沿着垂直方向具有相同的高度，并且沿着水平方向具有彼此不同的宽度。
20.根据权利要求17所述的图像感测装置，其中，所述虚拟像素中的所述光电传感器的尺寸沿着布置所述虚拟像素的方向增大。
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