CN112382641A - 高动态范围图像传感器的环形像素阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高动态范围图像传感器的环形像素阵列，包括环形光电二极管和第一光电二极管；第一光电二极管位于环形光电二极管中心，由填充二氧化硅的浅槽隔离，并具有第一曝光面积、第一掺杂浓度、第一转移栅极和第一浮动扩散区；环形光电二极管由P型注入隔离成四个对称且大小相等的光电二极管，每一个光电二极管均具有第二曝光面积、第二掺杂浓度、第二转移栅极和第二浮动扩散区；第一光电二极管与环形光电二极管的光学中心重合。可有效的改善目前大小像素高动态范围图像传感器光学对称性不佳导致的图像不对称模糊、串扰及其他负面效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学器件，尤其(但非排它性地)涉及一种高动态范围图像传感器的环形像素阵列。
背景技术
动态范围作为图像传感器的重要指标在各个图像领域备受关注，尤其是监控领域和自动驾驶领域。人眼具有大致100db的动态范围，而普通的图像传感器大致有70db的动态范围。高动态范围图像传感器动态范围需要大于120db，以满足低照度场景和高照度场景同时使用的需求。
如图1所示，现有技术中已知用于高动态范围图像传感器的方法为在每一个像素中使用光电二极管的组合。使用光电二极管组合中的一者感光低照度场景，同时使用另一光电二极管感测高照度场景。所述使用光电二极管组合的像素，通常感光低照度的光电二极管曝光面积要大于感光高照度的光电二极管。
上述现有技术至少存在以下缺点：
所述大小两个光电二极管光学中心无法重合。此种不对称的结构导致图像入射角度分离的光学不对称性，尤其是在图像光相对于图像传感器的表面夹角过小时，导致图像不对称模糊、串扰以及其他负面效应。
发明内容
本发明的目的是提供一种高动态范围图像传感器的环形像素阵列。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的高动态范围图像传感器的环形像素阵列，包括环形光电二极管和第一光电二极管；
所述第一光电二极管安置于半导体材料中，其位于所述环形光电二极管中心，由填充二氧化硅的浅槽隔离，并具有第一曝光面积、第一掺杂浓度、第一转移栅极和第一浮动扩散区；
所述环形光电二极管由P型注入隔离成四个对称且大小相等的光电二极管，其安置于半导体材料中，四个光电二极管中的每一个光电二极管均具有第二曝光面积、第二掺杂浓度、第二转移栅极和第二浮动扩散区；
所述第一光电二极管与所述环形光电二极管的光学中心重合。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高动态范围图像传感器的环形像素阵列，环形光电二极管与第一光电二极管光学中心重叠，可有效的改善目前大小像素高动态范围图像传感器光学对称性不佳导致的图像不对称模糊、串扰及其他负面效应。
附图说明
图1为现有技术中由大小像素组成的高动态范围图像传感器像素平面示意图；
图2为本发明实施例提供的高动态范围图像传感器的环形像素阵列平面示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
本发明的高动态范围图像传感器的环形像素阵列，其较佳的具体实施方式是：
包括环形光电二极管和第一光电二极管；
所述第一光电二极管安置于半导体材料中，其位于所述环形光电二极管中心，由填充二氧化硅的浅槽隔离，并具有第一曝光面积、第一掺杂浓度、第一转移栅极和第一浮动扩散区；
所述环形光电二极管由P型注入隔离成四个对称且大小相等的光电二极管，其安置于半导体材料中，四个光电二极管中的每一个光电二极管均具有第二曝光面积、第二掺杂浓度、第二转移栅极和第二浮动扩散区；
所述第一光电二极管与所述环形光电二极管的光学中心重合。
所述第一转移栅极经耦合将所述第一光电二极管产生的第一图像电荷转移到所述第一浮动扩散区；
四个对称的第二转移栅极经耦合将所述四个光电二极管中产生的分布式图像电荷转移到四个对称的第二浮动扩散区。
第一控制电路，其耦合到所述环形像素阵列以控制所述第一光电二极管的操作；
第二控制电路，其耦合到所述环形像素阵列以控制所述四个光电二极管的操作；
读出电路，其耦合到所述环形像素阵列以从像素阵列中读出图像数据。
本发明的高动态范围图像传感器的环形像素阵列，基于现有高动态范围图像传感器像素使用曝光面积不同的大小两个光电二极管组合像素的方案，设计环形光电二极管与具有第一曝光面积的第一光电二极管的组合设计。环形光电二极管由四个使用PN结隔离的对称的第二光电二极管组成，其每个光电二极管具有第二曝光面积。环形光电二极管与第一光电二极管光学中心重叠，可有效的改善目前大小像素高动态范围图像传感器光学对称性不佳导致的图像不对称模糊、串扰及其他负面效应。
具体实施例：
在高动态范围图像传感器中使用的图像传感器像素，由具有环形光电二极管及位于环形光电二极管中心的具有第一曝光面积的第一光电二极管组成。环形光电二极管由四个具有第二曝光面积的光电二极管组成。第一转移栅极，经耦合将第一光电二极管产生的第一图像电荷转移到第一浮动扩散区。四个对称的第二转移栅极经耦合以将分布式图像电荷从所述将环形光电二极管中每一个光电二极管产生的第二图像电荷转移到第二浮动扩散区。
具体如图2所示，包括：
第一光电二极管，其安置于半导体材料中，其中所述第一光电二极管具有第一曝光面积及第一掺杂浓度，其位于环形光电二极管中心，由填充二氧化硅的浅槽隔离；
环形光电二极管由P型注入隔离成四个对称且大小相等的四个光电二极管，其安置于半导体材料中，其中所述多个光电二极管中的每一个光电二极管具有所述第二曝光面积及所述第二掺杂浓度；第一光电二极管与环形光电二极管光学中心重合；第一浮动扩散区；第二浮动扩散区；第一转移栅极，其经耦合以将第一图像电荷从所述第一光电二极管转移到所述第一浮动扩散区；及第二转移栅极，其经耦合以将分布式图像电荷从所述多个光电二极管中的每一个光电二极管转移到所述第二浮动扩散区；第一控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列种第一光电二极管的操作；及第二控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列种过个光电二极管的操作；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从多个图像传感器像素读出图像数据。
本发明与现有技术比较：
现有技术中，HDR像素设计包含单个物理上较大的光电二极管作为大子像素捕获暗光图像，以及物理上较小的光电二极管捕获亮光图像。通常大子像素的光电二极管通常遭受较高的滞后，会负面地影响所转移的图像电荷以及转移的时序。另外，作为大字像素的单一物理较大光电二极管会引入光学不对称性，导致伪影产生。
相较之下，本发明实施例中的环形光电二极管的设计保证了较大的物理曝光面积，而将环形光电二极管分割成四个相等的光电二极管可以减少图像电荷从环形像素转移的滞后时间，减少或消除补偿影响光电二极管的电功能的物理差异的需要。因为四个光电二极管实质上等同，且与小子像素光学中心重合，减轻了单一物理上大的光电二极管与物理上小光电二极管关联的由于串扰、入射小角度分离等原因造成的光学伪影。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种高动态范围图像传感器的环形像素阵列，其特征在于，包括环形光电二极管和第一光电二极管；
所述第一光电二极管安置于半导体材料中，其位于所述环形光电二极管中心，由填充二氧化硅的浅槽隔离，并具有第一曝光面积、第一掺杂浓度、第一转移栅极和第一浮动扩散区；
所述环形光电二极管由P型注入隔离成四个对称且大小相等的光电二极管，其安置于半导体材料中，四个光电二极管中的每一个光电二极管均具有第二曝光面积、第二掺杂浓度、第二转移栅极和第二浮动扩散区；
所述第一光电二极管与所述环形光电二极管的光学中心重合。
2.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器的环形像素阵列，其特征在于：
所述第一转移栅极经耦合将所述第一光电二极管产生的第一图像电荷转移到所述第一浮动扩散区；
四个对称的第二转移栅极经耦合将所述四个光电二极管中产生的分布式图像电荷转移到四个对称的第二浮动扩散区。
3.根据权利要求2所述的高动态范围图像传感器的环形像素阵列，其特征在于，还包括：
第一控制电路，其耦合到所述环形像素阵列以控制所述第一光电二极管的操作；
第二控制电路，其耦合到所述环形像素阵列以控制所述四个光电二极管的操作；
读出电路，其耦合到所述环形像素阵列以从像素阵列中读出图像数据。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114136441A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-04 | 传周半导体科技(上海)有限公司 | 一种大动态范围多波长环境光探测器 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104617116A (zh) * | 2013-11-01 | 2015-05-13 | 全视科技有限公司 | 用于图像传感器的大-小像素方案及其使用 |
| CN107017272A (zh) * | 2016-01-28 | 2017-08-04 | 豪威科技股份有限公司 | 图像传感器、成像系统及电连接系统 |
| CN110223993A (zh) * | 2018-03-02 | 2019-09-10 | 豪威科技股份有限公司 | 具有用于高动态范围成像的嵌入式分裂像素的像素阵列 |
| US20190378864A1 (en) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | Semiconductor Components Industries, Llc | Image sensors with multi-photodiode image pixels and vertical transfer gates |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104617116A (zh) * | 2013-11-01 | 2015-05-13 | 全视科技有限公司 | 用于图像传感器的大-小像素方案及其使用 |
| CN107017272A (zh) * | 2016-01-28 | 2017-08-04 | 豪威科技股份有限公司 | 图像传感器、成像系统及电连接系统 |
| CN110223993A (zh) * | 2018-03-02 | 2019-09-10 | 豪威科技股份有限公司 | 具有用于高动态范围成像的嵌入式分裂像素的像素阵列 |
| US20190378864A1 (en) * | 2018-06-07 | 2019-12-12 | Semiconductor Components Industries, Llc | Image sensors with multi-photodiode image pixels and vertical transfer gates |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114136441A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-03-04 | 传周半导体科技(上海)有限公司 | 一种大动态范围多波长环境光探测器 |
| CN114136441B (zh) * | 2021-12-02 | 2024-05-14 | 传周半导体科技(上海)有限公司 | 一种大动态范围多波长环境光探测器 |
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