TWI842688B - 圖像感測裝置 - Google Patents

Abstract

提供了一種圖像感測裝置，該圖像感測裝置在不改變曝光或積分時間的情況下，提供如同執行與不同的積分或曝光時間關聯的測試的效果。該圖像感測裝置包括：主動像素區域，其被配置為包括多個主動像素；虛擬像素區域，其設置在主動像素區域的外壁處，並且被配置為包括多個虛擬像素；以及光量控制圖案，其被配置為允許不同量的光入射在相應虛擬像素上。

Description

圖像感測裝置

本專利文獻中公開的技術和實現方式涉及一種圖像感測裝置。

圖像感測裝置是利用對光作出反應的光敏特性半導體來捕獲至少一個圖像的裝置。隨著電腦行業和通信行業的不斷發展，在例如數位相機、攝影機、個人通信系統(PCS)、遊戲機、監視相機、醫療微型相機、機器人等的各種領域中對高品質和高性能圖像感測器的需求快速增加。

圖像感測裝置可大致分類為基於CCD(電荷耦合裝置(Charge Coupled Device))的圖像感測裝置和基於CMOS(互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor))的圖像感測裝置。最近，由於類比控制電路和數位控制電路可被直接實現為單個積體電路(integrated circuit,IC)，所以基於CMOS的圖像感測裝置迅速得到廣泛使用。

本專利申請請求於2018年5月10日向韓國智慧財產權局提交的申請號為10-2018-0053618的韓國專利申請的優先權，其全部內容透過引用合併於此。

本專利文獻特別提供了一種圖像感測裝置的設計，其實質上消除了由於現有技術的限制和缺點而導致的一個或更多個問題。

本公開的實施方式涉及一種能夠在不改變積分時間的情況下同時執行與不同積分時間關聯的測試的圖像感測裝置。

根據本公開的一方面，一種圖像感測裝置包括：主動像素區域，其被配置為包括多個主動像素，所述多個主動像素檢測場景的光以生成表示所檢測的場景的像素信號，所述像素信號包括所檢測的場景的空間資訊；虛擬像素區域，其包括設置在與主動像素區域的主動像素的位置不同的位置處的虛擬像素，各個虛擬像素被構造為檢測光；以及光量控制圖案，其設置在虛擬像素區域上方並且被配置為在虛擬像素上方分別提供不同的光學遮光，以控制不同量的光入射在相應的虛擬像素上以生成不同的虛擬像素輸出信號。

根據本公開的另一方面，主動像素區域包括多個主動像素，並且虛擬像素區域與主動像素區域分開設置並且包括被構造為接收不同量的入射光的多個虛擬像素。

將理解，實施方式的以上一般描述和以下詳細描述二者是實施例性和說明性的。

100:圖像感測裝置

110:主動像素區域

120:虛擬像素區域

Col:行線

Row:列線

D_Row:虛擬列線

P:主動像素

DP:虛擬像素

DPD:虛擬光電二極體

當結合所附圖式考慮時，通過參照以下詳細描述，所公開的技術的以上和其它特徵和優點將變得容易顯而易見，所附圖式中：〔圖1〕是示出根據所公開的技術的實施方式的圖像感測裝置的實施例的表示的結構圖。

〔圖2〕是示出基於所公開的技術的實施方式的虛擬像素區域的虛擬像素中所形成的示例性光量控制圖案的示圖。

〔圖3A和圖3B〕是虛擬像素區域的實施例的橫截面圖，其沿著圖1所示的線A-A’截取並且示出沿著虛擬列線佈置的虛擬像素。

〔圖4A〕是示出基於所公開的技術的另一實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

〔圖4B〕是示出基於所公開的技術的另一實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

〔圖5〕是示出基於所公開的技術的另一實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

〔圖6〕是示出基於所公開的技術的另一實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

〔圖7A和圖7B〕是示出基於所公開的技術的實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

〔圖8〕是示出基於所公開的技術的實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

〔圖9〕是示出基於所公開的技術的另一實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

〔圖10A〕是示出沿著虛擬列線D_Row 1和D_Row 2佈置的示例性虛擬像素的平面圖。

〔圖10B和圖10C〕是示出沿著圖10A所示的線B-B’截取並且沿著虛擬列線佈置的虛擬像素的橫截面圖。

所公開的技術可被實現為提供一種圖像感測裝置，該圖像感測裝置包括用於圖像感測的光學感測像素的主動像素區域以及在主動像素區域附近的單獨的虛擬像素區域，該虛擬像素區域包括附加光學感測像素以感測輸入光功率以用於改進的成像感測。主動像素區域中的光學感測像素用於圖像感測並且用於表示要檢測的輸入場景或圖像的空間和其它成像資訊。單獨的虛擬像素區域中的附加光學感測像素是不同的，不直接用於提供空間和其它成像資訊。在這種情況下，那些像素被稱為“虛擬像素”。然而，這些虛擬像素被設計並操作以在主動像素區域的成像操作中提供補充資訊以改進圖像感測裝置的總體成像操作。在下面所提供的實施例中，所公開的技術的虛擬像素被設計成控制進入各個虛擬像素的光的量或者從各個虛擬像素轉換的光的量。因此，與一些其它技術相比，所公開的技術允許以更少的時間和資源獲得期望的輸出信號。現在將詳細參照特定實施方式，其實施例示出於所附圖式中。

圖1是示出根據所公開的技術的實施方式的圖像感測裝置的實施例的表示的結構圖。

參照圖1，圖像感測裝置100可包括主動像素區域110和虛擬像素區域120。

主動像素區域110可包括按列和行佈置的(X×Y)個主動像素{P(1,1)至P(X,Y)}。主動像素區域110包括第一至第X行(Col 1至Col X；X是大於1的整數)以及第一至第Y列(Row 1至Row Y；Y是大於1的整數)。各個主動像素可將所檢測的光的量轉換為對應電信號並輸出由所檢測的光生成的電信號(像素信號)。可依次讀出來自從Row 1至Row Y佈置的主動像素區域110的像素信號。在一些實現方式中，來自佈置在同一列中的主動像素的像素信號被 同時讀出。例如，可在第一列選擇時間期間通過第一至第X行線(Col 1至Col X)同時讀出來自佈置在主動像素區域110的第一列(Row 1)中的第一至第X主動像素{P(1,1)至P(X,1)}的第一至第X像素信號，並且可在第二列選擇時間期間通過第一至第X行線(Col 1至Col X)同時讀出來自佈置在主動像素區域1110的第二列(Row 2)中的第一至第X主動像素{P(1,2)至P(X,2)}的第一至第X像素信號。這樣，可在相應的列選擇時間期間讀出來自佈置在主動像素區域110的第一至第Y列(Row 1至Row Y)中的每一個中的第一至第X主動像素的像素信號。

各個像素信號可包括重置信號和資料信號。當讀出像素信號時，可首先讀出重置信號，然後可在重置信號之後讀出資料信號。

如圖1中的實施例所示，在一些實現方式中，虛擬像素區域120可設置在主動像素區域110的外側並且與主動像素區域110分離。虛擬像素區域120可包括以與主動像素區域110中的主動像素的佈置方式類似的方式按列和行佈置的多個虛擬像素{DP(1,1)至DP(X,2)}，但是通常數量較少。例如，虛擬像素區域120可設置在主動像素區域110的一側。在圖1的特定實施例中，虛擬像素區域120可包括佈置在兩條虛擬列線(D_Row 1、D_Row 2)中的第一至第X虛擬像素{DP(1,1)至DP(X,1)以及DP(1,2)至DP(X,2)}。虛擬列線的數量少於主動列線的數量，並且可在實現方式中變化。例如，在圖1的實施方式中使用兩條虛擬列線。虛擬像素區域120可通過行線(Col 1至Col X)聯接到主動像素區域110。如圖1所示，第一至第X虛擬像素{DP(1,1)至DP(X,1)以及DP(1,2)和DP(X,2)}可分別聯接到與主動像素區域110聯接的第一至第X行線(Col 1至Col X)。

儘管圖1中的特定實施例將虛擬像素區域120示出為僅形成在主動像素區域110的一側，但是虛擬像素區域120的其它佈置方式也是可能的。例如，虛擬像素區域120也可在主動像素區域110的不止一側形成在主動像素區域110的外壁處或外側處，並且在一些設計中，可被佈置為包圍或環繞主動像素區域110。在其它設計中，虛擬像素區域120可被設置在主動像素區域110與其它光學感測區域(例如，可相對於主動像素區域110以預定方式設置的光學黑區域)之間。與被設計成捕獲投影到圖像感測裝置100的表面上的圖像的入射光或輻射的主動像素區域110不同，光學黑區域中的像素相對於入射光或輻射被遮蔽，並且用於提供關於圖像感測裝置100的表面處的背景雜訊的資訊。在一些實現方式中，虛擬像素區域120可包括被設計成接收彼此不同的量的入射光或輻射的多個虛擬像素。可通過例如在各個相應虛擬像素上方形成光量控制圖案(遮光遮罩)來控制入射在相應虛擬像素上的光量，並且不同的虛擬像素可被設計為具有不同的光量控制圖案以提供不同級別的遮光，以實現不同量的入射光或輻射。光量控制圖案可使得相應虛擬像素能夠具有不同尺寸的開放區域，光通過所述開放區域入射在相應虛擬像素上。另選地，可通過允許相應虛擬像素具有不同尺寸的光電二極體(虛擬光電二極體)來控制入射在相應虛擬像素上的光量。光量控制圖案將稍後詳細描述。

圖1中的特定實施例示出正方形主動像素{P(1,1)至P(X,Y)}和正方形虛擬像素{DP(1,1)至DP(X,2)}，主動像素和虛擬像素可被設計成具有各種其它形狀。

圖2是示出基於所公開的技術的實現方式的虛擬像素的示例性光量控制圖案的示圖。圖3A和圖3B是示出沿著圖1所示的線A-A’截取的虛擬像素的橫截面圖。

參照圖2、圖3A和圖3B，光量控制圖案可形成在連接到第一虛擬列線(D_Row 1)的第一至第N虛擬像素{例如，DP(1,1)至DP(N,1)，其中N

X}中。光量控制圖案可充當遮光遮罩並且覆蓋虛擬像素的光入射表面中的區域。例如，光量控制圖案可包括反射或吸收光以遮蔽光進入虛擬像素的一些區域的材料。光量控制圖案可被設計成在虛擬像素的光入射表面中包括遮光區域以阻擋或減少遮光區域中的虛擬像素可接收的光，並且虛擬像素中的剩餘區域可開放以允許進入虛擬像素。如圖2所示，一列虛擬像素可被設計成具有虛擬像素之間具有形狀彼此不同的光量控制圖案。在所示的特定列中，第一至第N虛擬像素{DP(1,1)至DP(N,1)}可通過特定光量控制圖案而具有不同尺寸的開放區域，以使得虛擬像素DP(1,1)可就像黑像素一樣被完全遮光而不接收任何入射光或輻射，而其它虛擬像素具有變化的遮光級別以增大用於接收入射光或輻射的開放區域的尺寸。

光量控制圖案可由選擇性材料形成或包括選擇性材料以提供期望的遮光，例如在一些實現方式中用作遮光遮罩的鎢柵格遮罩。圖3A和圖3B示出光量控制圖案彼此不同地設置的虛擬像素區域的實現方式的橫截面圖。在圖像感測裝置100中，各個虛擬像素可包括虛擬光電轉換元件(例如，如圖3A和圖3B所示的虛擬光電二極體DPD 1至N)。濾色器(CF)可形成在虛擬光電二極體DPD 1至N上方。微透鏡(ML)可形成在濾色器(CF)上方以與虛擬像素對應。圖3A示出光量控制圖案形成在濾色器(CF)和微透鏡(ML)之間，圖 3B示出光量控制圖案形成在濾色器(CF)和各個虛擬光電二極體(DPD 1至DPD N)之間。

第一至第N虛擬像素{DP(1,1)至DP(N,1)}的開放區域可具有彼此不同的尺寸。在圖2、圖3A和圖3B所示的實施例中，第一至第N虛擬像素中的開放區域的尺寸從第一至第N虛擬像素依次增大。在一些實現方式中，虛擬像素中的開放區域的尺寸從第一至第N虛擬像素線性地增大。例如，整個第一虛擬像素DP(1,1)可被光量控制圖案遮蔽，使得沒有光入射在虛擬光電二極體(DPD 1)上。光量控制圖案可形成在第二虛擬像素DP(2,1)中以允許包括第二虛擬像素DP(2,1)的中心部分的區域以正方形形狀開放，使得光可僅通過對應開放區域入射在虛擬光電二極體(DPD 2)上。第二虛擬像素DP(2,1)的開放區域可被設計成具有預定尺寸以滿足包括測試目的的各種目的。光量控制圖案可形成在第三虛擬像素DP(3,1)中以允許包括第三虛擬像素DP(3,1)的中心部分的區域以尺寸大於第二虛擬像素DP(2,1)的正方形形狀開放。第三虛擬像素DP(3,1)的開放區域可為第二虛擬像素DP(2,1)的開放區域的兩倍大。如上所述，分別形成在虛擬像素{DP(1,1)至DP(N,1)}的中心部分中的開放區域的尺寸可在從第一虛擬像素DP(1,1)至第N虛擬像素DP(N,1)的第一方向(即，圖2中的右方向)上增大。

儘管為了描述方便，圖2示出光量控制圖案形成在佈置在第一虛擬列線(D_Row 1)中的一些虛擬像素中的示例性情況，但是其它實現方式也是可能的。例如，光量控制圖案也可形成在佈置在第二虛擬列線(D_Row 2)中的一些虛擬像素中。

儘管為了描述方便，圖2示出第一虛擬像素DP(1,1)被完全遮蔽或遮光的示例性情況，但是其它實現方式也是可能的，使得第一虛擬像素DP(1,1)不被完全遮蔽或遮光。例如，代替被完全遮蔽，第一虛擬像素DP(1,1)可被設計成具有其開放區域。根據需要，可將光學黑區域(未示出)的值分配給完全遮蔽的虛擬像素。

儘管圖2示出光量控制圖案彼此分離地分別形成在虛擬像素中，但是該例示僅是特定實施例，其它實現方式也是可能的。例如，虛擬區域120中的不同虛擬像素的光量控制圖案可形成為具有用於相應虛擬像素的多個開放區域的單個圖案，如圖3A或圖3B所示。在這種情況下，光量控制圖案可在兩個相鄰虛擬像素上方的空間之間彼此連接。

實現所公開的技術的圖像感測裝置100利用如圖2所示的虛擬像素區域120中的光量控制圖案來允許不同量的光入射在虛擬像素區域中的對應虛擬像素上。因此，使用不同的曝光時間來測量圖像感測裝置100的線性阱電容(linear well capacitance,LWC)變得沒有必要並且可被省略。即，在不使用不同的積分時間來執行測試的情況下，圖像感測裝置100可獲取與使用不同的積分時間執行的傳統測試中相同的結果。所公開的技術的這一方面可用於減少和節省執行測試的總時間以及測試所涉及的計算的數量。

例如，為了通過在不同的曝光或積分時間下執行感測操作來使用傳統測試測量圖像感測裝置的線性阱電容(LWC)，有必要通過改變曝光或積分時間或者光量來觀測來自單個圖像感測裝置的輸出信號的變化。例如，為了測量與40種不同的曝光時間關聯的輸出信號的變化以便於分析，需要通過重複地調節或改變曝光時間以具有四十種不同的曝光時間來將圖像感測裝置測試 四十次。在調節曝光時間的同時，還有必要測量在四十種積分或曝光時間中的每一個期間入射在各個像素上的光的量。如果針對各個曝光時間需要十次圖像捕獲動作，則必須執行總共400次測試(40×10)並且需要計算來自各個測試的資料以便於分析。

所公開的技術的實現方式提出在圖像感測裝置中提供虛擬像素區域，該虛擬像素區域包括具有光量控制圖案的虛擬像素，並且使用不同虛擬像素中的光量控制圖案來變化入射在各個虛擬像素上的光的量。例如，通過在虛擬像素區域中包括40(N=40)個虛擬像素，可從單次圖像捕獲動作獲得與涉及使用不同曝光時間執行的測量的傳統測試獲得的輸出信號相同的輸出信號。與通過重複地改變曝光時間來執行傳統測試的情況相比，這在諸如時間和資源的努力方面顯著減少。在所公開的技術的一些實現方式中，為了控制入射在各個虛擬像素上的光的量，例如，虛擬像素區域120中的虛擬像素的開放區域可被設計成尺寸如圖2所示增大。隨著所需的圖像捕獲動作的數量增加，使用具有光量控制圖案的虛擬像素來減少用於獲得輸出信號的時間和資源的益處變得更顯而易見。假設針對各個曝光時間需要十次圖像捕獲動作。根據所公開的技術的實施方式的圖像感測裝置可通過執行圖像捕獲動作十次來獲得輸出信號，而傳統圖像感測裝置需要400次重複的測試來獲得相同的輸出信號。

為此，可根據需要控制形成在虛擬像素{DP(1,1)至DP(N,1)}中的開放區域的尺寸以實現在不同的虛擬像素處接收的信號位準的期望的變化。在一些實現方式中，形成在虛擬像素中的開放區域的尺寸從第一虛擬像素DP(1,1)至第N虛擬像素DP(N,1)線性地增大。增大率可對應於傳統測試中所使用的曝光時間的變化率。例如，如果在傳統測試中曝光時間按照 0ms→1ms→2ms→3ms、...的順序變化，則虛擬像素{DP(1,1)至DP(N,1)}的開放區域的尺寸可沿著虛擬像素區域中從最左虛擬像素至最右虛擬像素的第一方向按照0倍→預定尺寸→預定尺寸的兩倍→預定尺寸的三倍、...的順序增大。換言之，在任意地決定第一虛擬像素DP(1,1)的開放區域的尺寸之後，第二虛擬像素DP(2,1)的開放區域的尺寸可被確定為第一虛擬像素DP(1,1)的兩倍，並且第三虛擬像素DP(3,1)的開放區域的尺寸可被確定為第一虛擬像素DP(1,1)的三倍。這樣，可形成虛擬像素的開放區域。

圖4A和圖4B是示出根據所公開的技術的另一實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

儘管圖2將示例性開放區域示出為具有形成在對應虛擬像素{DP(1,1)至DP(N,1)}的中心部分處的正方形形狀，但是所公開的技術不限於此，其它實現方式也是可能的。

參照圖4A和圖4B，各個開放區域可按照狹縫或矩形形狀形成，其長度(L)可在第二虛擬像素至第N虛擬像素中維持恆定，並且其寬度(W)可在從第二虛擬像素至第N虛擬像素的第一方向上增大。在一些實現方式中，開放區域的寬度可在第一方向上變化以與傳統測試中的曝光時間的變化率對應。

在所公開的技術的實現方式中開放區域的位置可變化。根據實施方式的開放區域可如圖4A所示設置在相應虛擬像素的中心部分處，或者可如圖4B所示設置為偏離相應虛擬像素的中心。

圖5是示出根據所公開的技術的另一實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

儘管所公開的技術的上述實施方式將示例性開放區域示出為具有正方形形狀或者狹縫或矩形形狀，但是所公開的技術不限於此，其它實現方式也是可能的。例如，如圖5所示，第二至第N虛擬像素中的各個開放區域可按照圓形(或橢圓形)形狀形成。

各個開放區域可按照如圖2至圖5所示的各種形狀形成，並且虛擬像素的開放區域可被設計成按照各種方式改變其尺寸位置。例如，圖2至圖4A和圖5示出從第二虛擬像素至第N虛擬像素依次增大並且設置在相應虛擬像素的中心部分處的開放區域。圖4B示出從第二虛擬像素至第N虛擬像素依次增大並且偏離相應虛擬像素的中心部分設置的開放區域。

圖6是示出根據本公開的另一實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

參照圖6，開放區域可在第一方向上相對於第N虛擬像素DP(N,1)對稱地佈置。例如，在圖6的實施例中，佈置在同一列中的虛擬像素的數量是圖2至圖5的實施例中的兩倍。因此，在圖6中，總共2N個虛擬像素{DP(1,1)至DP(2N-1,1)}佈置在同一列中。虛擬像素{DP(1,1)至DP(2N-1,1)}當中的虛擬像素{DP(1,1)至DP(N,1)}的開放區域的尺寸可在第一方向上依次增大，並且虛擬像素{DP(1,1)至DP(2N-1,1)}當中的虛擬像素{DP(N+1,1)至DP(2N-1,1)}的開放區域的尺寸可在第一方向上依次減小。在一些實現方式中，從第一虛擬像素DP(1,1)至第N虛擬像素DP(N,1)的增大率可與從第(N+1)虛擬像素DP(N+1,1)至第(2N-1)虛擬像素DP(2N-1,1)的減小率對應。在一些實現方式中，虛擬像素中的開放區域的尺寸的增大率和/或減小率線性地變化。

圖7A和圖7B是示出根據所公開的技術的另一實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

參照圖7A和圖7B，具有狹縫或矩形形狀的開放區域可相對於虛擬像素DP(N,1)對稱地佈置。圖7A示出開放區域被設置在虛擬像素的左側，並且圖7B示出開放區域被設置在虛擬像素的右側。

儘管為了描述方便，上述實施方式示例性地公開了開放區域形成在依次佈置在單條虛擬列線中的虛擬像素中的情況，但是所公開的技術不限於此。例如，根據需要，開放區域的圖2至圖7所示的佈置方式也可被應用於佈置在不同虛擬列線中的虛擬像素。因此，具有期望尺寸的開放區域的多個虛擬像素可遍及包括多條虛擬列線的整個虛擬像素區域120分佈。

圖8是示出根據所公開的技術的另一實施方式的虛擬像素的光量控制圖案的示圖。

參照圖8，圖2所示的光量控制圖案也可不僅形成在第一虛擬列線D_Row 1的虛擬像素{DP(1,1)至DP(N,1)}中，而且形成在第二虛擬列線D_Row 2的虛擬像素{DP(1,2)至DP(N,2)}中。因此，光量控制圖案可包括形成在虛擬像素{DP(1,1)至DP(N,1)}中的第一光量控制圖案以及形成在虛擬像素{DP(1,2)至DP(N,2)}中的第二光量控制圖案。如關於圖2所說明的，第一光量控制圖案的開放區域和第二光量控制圖案的開放區域的尺寸可在第一方向上依次增大。

在虛擬像素區域120中的虛擬像素當中具有尺寸不同的開放區域允許顯著減少測量圖像感測裝置100的性能所需的時間和資源。圖8所示的實現方式(即，代替單條列線，在兩條不同的列線中佈置具有不同尺寸的開放區域 的虛擬像素)進一步減少圖像捕獲動作所涉及的時間和資源。例如，假設針對各個曝光時間測量圖像感測裝置100的LWC需要十次圖像捕獲動作。如果如圖2至圖7所示使用佈置在單個虛擬列中的虛擬像素，則有必要重複10次圖像捕獲操作以完成圖像捕獲動作。然而，如果使用具有佈置在兩條列線中的光量控制圖案(例如，如圖8中所提供的第一光量控制圖案和第二光量控制圖案)的虛擬像素，則執行圖像捕獲操作的次數可從具有佈置在單條列線中的虛擬像素的情況下所需的十次減少至五次。

儘管圖8示出第一列線和第二列線中的虛擬像素具有相同結構的光量控制圖案的示例性情況，但是所公開的技術不限於此。例如，相同結構的光量控制圖案可形成在虛擬像素的至少三條不同的列線中。這樣，根據虛擬像素區域120的尺寸，相同結構的光量控制圖案可根據需要形成在多條列線中。

儘管圖8示出佈置在兩條虛擬列線中的虛擬像素具有按照彼此相同的方式變化的光量控制圖案的實現方式，但是所公開的技術不限於此，其它實現方式也是可能的。圖9示出佈置在多條虛擬列線中的虛擬像素的光量控制圖案的實現方式。在光量控制圖案形成在多條虛擬列線中的實現方式中，形成在兩條虛擬列線中的光量控制圖案的開放區域的尺寸可按照彼此不同的方式變化。例如，如圖9所示，形成在第一虛擬列線D_Row 1的虛擬像素{DP(1,1)至DP(N,1)}中的第一光量控制圖案的開放區域的尺寸可在從第一虛擬像素DP(1,1)至第N虛擬像素DP(N,1)的第一方向上增大，並且形成在第二虛擬列線D_Row 2的虛擬像素{DP(1,2)至DP(N,2)}中的第二光量控制圖案的開放區域的尺寸可在從第一虛擬像素DP(1,2)至第N虛擬像素DP(N,2)的第一方向上減小。

圖10是示出根據所公開的技術的另一實施方式的虛擬像素的示圖。圖10A是示出沿著虛擬列線D_Row 1和D_Row 2佈置的虛擬像素的平面圖。圖10B和圖10C是示出沿著圖10A所示的線B-B’截取並沿著虛擬列線D_Row 1佈置的虛擬像素的橫截面圖。

如圖2至圖9所示的上述實施方式提出了使用用作遮光遮罩的光量控制圖案來控制虛擬像素的開放區域的尺寸，使得不同量的光可入射在LWC測量所需的相應虛擬像素上。

參照圖10，被配置為將入射在相應虛擬像素上的光轉換為電信號的虛擬光電二極體DPD 1至DPD X可形成為在相應虛擬像素中具有不同的尺寸。

圖10B示出虛擬光電二極體DPD 1至DPD X沿著水平方向具有相同的寬度並且沿著垂直方向具有不同的高度的實現方式。虛擬光電二極體DPD 1至DPD X的高度可在從第一虛擬光電二極體DPD 1至第X虛擬光電二極體DPD X的第一方向上逐漸增大。圖10C示出虛擬光電二極體DPD 1至DPD X沿著垂直方向具有相同的高度並且沿著水平方向具有不同的寬度的實現方式。虛擬光電二極體DPD 1至DPD X的寬度可在從第一虛擬光電二極體DPD 1至第X虛擬光電二極體DPD X的第一方向上逐漸增大。

通過使用光量控制圖案以允許不同量的光進入相應虛擬像素或者通過在虛擬像素中使用不同尺寸的虛擬光電二極體，根據所公開的技術的實施方式的圖像感測裝置可提供如同執行與不同曝光時間關聯的測試的效果。在所公開的技術中，虛擬像素可回應於單個圖像捕獲動作而具有不同量的光，不 需要利用不同的曝光時間來重複圖像捕獲動作，這將導致現有技術中獲得相同結果所需的時間和資源顯著減少。

D_Row:虛擬列線

DP:虛擬像素

Claims (20)

1. 一種圖像感測裝置，該圖像感測裝置包括：主動像素區域，該主動像素區域被配置為包括多個主動像素，所述多個主動像素檢測場景的光以生成表示所檢測的場景的像素信號，所述像素信號包括所檢測的場景的空間資訊；虛擬像素區域，該虛擬像素區域被設置在該主動像素區域的外側並且包括多個虛擬像素，各個虛擬像素被構造為檢測光以測量線性阱電容；以及光量控制測試圖案，該光量控制測試圖案被設置在所述虛擬像素區域上方並且被配置為在所述虛擬像素上方分別提供不同的光學遮光，以控制不同量的光入射在相應的虛擬像素上以生成不同的虛擬像素輸出信號。
2. 如請求項1所述的圖像感測裝置，其中，所述光量控制測試圖案被配置為使得相應的虛擬像素能夠具有尺寸彼此不同的開放區域，光通過所述開放區域入射在相應的虛擬像素上。
3. 如請求項2所述的圖像感測裝置，其中，所述開放區域是所述多個虛擬像素的光入射表面中的未被所述光量控制測試圖案遮蔽的區域。
4. 如請求項2所述的圖像感測裝置，其中，所述光量控制測試圖案形成在佈置在第一虛擬列線中的所述多個虛擬像素中，並且使得相應的虛擬像素的所述開放區域能夠具有在一個方向上增大的尺寸。
5. 如請求項4所述的圖像感測裝置，其中，所述光量控制測試圖案包括：正方形開放區域，所述正方形開放區域的寬度在所述方向上以恆定比率增大； 狹縫形開放區域，所述狹縫形開放區域的長度維持恆定並且所述狹縫形開放區域的寬度在所述方向上以所述恆定比率增大；或者圓形開放區域，所述圓形開放區域的寬度在所述方向上以所述恆定比率增大。
6. 如請求項2所述的圖像感測裝置，其中，所述光量控制測試圖案形成在佈置在第一虛擬列線中的所述多個虛擬像素中，並且使得相應的虛擬像素的所述開放區域能夠相對於佈置在所述第一虛擬列線的中間的虛擬像素對稱地佈置。
7. 如請求項1所述的圖像感測裝置，其中，所述虛擬像素佈置在所述虛擬像素區域的第一虛擬列線和第二虛擬列線中。
8. 如請求項7所述的圖像感測裝置，其中，所述光量控制測試圖案包括：第一光量控制測試圖案，該第一光量控制測試圖案形成在所述多個虛擬像素中的佈置在所述第一虛擬列線中的一些虛擬像素中，並且被配置為使得相應的虛擬像素的開放區域能夠具有在一個方向上依次增大的尺寸；以及第二光量控制測試圖案，該第二光量控制測試圖案形成在佈置在所述第二虛擬列線中的剩餘虛擬像素中，並且被配置為使得相應的虛擬像素的所述開放區域能夠具有在所述方向上依次減小的尺寸。
9. 如請求項1所述的圖像感測裝置，其中，所述多個虛擬像素中的每一個包括：虛擬光電二極體；以及設置在所述虛擬光電二極體上方的濾色器。
10. 如請求項9所述的圖像感測裝置，其中，所述光量控制測試圖案設置在所述虛擬光電二極體和所述濾色器之間。
11. 如請求項9所述的圖像感測裝置，其中，所述光量控制測試圖案設置在所述濾色器上方。
12. 一種圖像感測裝置，該圖像感測裝置包括：主動像素區域，該主動像素區域包括多個主動像素；虛擬像素區域，該虛擬像素區域被設置在所述主動像素區域的外側，並且包括被構造為接收不同量的入射光的多個虛擬像素；以及光量控制測試圖案，該光量控制測試圖案形成在所述多個虛擬像素上方；其中，該等虛擬像素被構造為檢測光以測量線性阱電容。
13. 如請求項12所述的圖像感測裝置，其中，所述多個虛擬像素中的每一個包括：由所述光量控制測試圖案遮蔽的遮光區域；以及由所述遮光區域限定並被配置為接收入射光的開放區域。
14. 如請求項13所述的圖像感測裝置，其中，所述虛擬像素的開放區域具有彼此不同的尺寸。
15. 如請求項14所述的圖像感測裝置，其中，所述開放區域具有在第一方向上逐漸增大的尺寸。
16. 如請求項13所述的圖像感測裝置，其中，所述多個虛擬像素包括：正方形開放區域，所述正方形開放區域的寬度在一個方向上以恆定比率增大； 狹縫形開放區域，所述狹縫形開放區域的長度維持恆定並且所述狹縫形開放區域的寬度在所述方向上以所述恆定比率增大；或者圓形開放區域，所述圓形開放區域的寬度在所述方向上以所述恆定比率增大。
17. 如請求項12所述的圖像感測裝置，其中，所述虛擬像素被構造為分別包括不同尺寸的不同光電二極體以接收不同量的入射光。
18. 如請求項17所述的圖像感測裝置，其中，所述虛擬像素中的所述光電二極體沿著水平方向具有相同的寬度，並且沿著垂直方向具有彼此不同的高度。
19. 如請求項17所述的圖像感測裝置，其中，所述虛擬像素中的所述光電二極體沿著垂直方向具有相同的高度，並且沿著水平方向具有彼此不同的寬度。
20. 如請求項17所述的圖像感測裝置，其中，所述虛擬像素中的所述光電二極體的尺寸沿著佈置所述虛擬像素的方向增大。