本發(fā)明大體上涉及成像，且更具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器。

背景技術(shù)：

圖像傳感器已變得無(wú)處不在。圖像傳感器在數(shù)碼靜態(tài)相機(jī)、蜂窩式電話、監(jiān)控?cái)z像機(jī)以及醫(yī)療、汽車及其它應(yīng)用中廣泛使用。用于制造圖像傳感器(例如，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS))的技術(shù)繼續(xù)大幅進(jìn)步。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)更高分辨率及更低功率消耗的需求促使這些圖像傳感器的進(jìn)一步小型化及集成。

高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)圖像傳感器已用于許多應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，普通圖像傳感器(包含例如電荷耦合裝置(CCD)及CMOS圖像傳感器)具有約70dB動(dòng)態(tài)范圍的動(dòng)態(tài)范圍。相比之下，人眼具有高達(dá)約100dB的動(dòng)態(tài)范圍。存在其中具有增加的動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器是有益的各種情形。舉例來(lái)說(shuō)，為了處置不同的駕駛條件(例如，從黑暗隧道駛向光明陽(yáng)光下)，在汽車行業(yè)中需要具有100dB以上的動(dòng)態(tài)范圍的動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器。實(shí)際上，許多應(yīng)用可能需要具有至少90dB的動(dòng)態(tài)范圍或更大動(dòng)態(tài)范圍的圖像傳感器以適應(yīng)從低光條件到亮光條件變化的廣泛范圍的照明情況。

使用具有大光電二極管和小光電二極管的雙像素的現(xiàn)代高動(dòng)態(tài)范圍圖像傳感器的挑戰(zhàn)之一是為提供為制造大光電二極管和小光電二極管所需的不同半導(dǎo)體工藝條件所涉及的工藝復(fù)雜性。此外，存在與大光電二極管和小光電二極管相關(guān)聯(lián)的非對(duì)稱暈光(blooming)、串?dāng)_和噪聲，這導(dǎo)致不平衡的高動(dòng)態(tài)范圍成像。此外，小光電二極管與大光電二極管相比具有有限的全阱容量，這限制了高光動(dòng)態(tài)范圍的擴(kuò)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一方面，本發(fā)明涉及一種圖像傳感器。所述圖像傳感器包括：多個(gè)光電二極管，其布置在半導(dǎo)體材料中，其中所述多個(gè)光電二極管接近所述半導(dǎo)體材料的正面而安置，其中所述多個(gè)光電二極管中的每一者經(jīng)相同地定大小且使用相同半導(dǎo)體處理?xiàng)l件制造在所述半導(dǎo)體材料中，其中所述多個(gè)光電二極管組織成包含第一光電二極管和第二光電二 極管的虛擬大-小群組；微透鏡陣列，其安置在所述半導(dǎo)體材料上方，其中所述微透鏡中的每一者安置在所述光電二極管中的相應(yīng)一者上方，其中所述微透鏡陣列的第一微透鏡安置在所述第一光電二極管上方，且其中所述微透鏡陣列的第二微透鏡安置在所述第二光電二極管上方；以及掩模，其沿著所述第一微透鏡與所述第一光電二極管之間的光學(xué)路徑安置在所述半導(dǎo)體材料上方，其中所述掩模包含開(kāi)口，被引導(dǎo)通過(guò)所述第一微透鏡的入射光的第一部分通過(guò)所述開(kāi)口引導(dǎo)到所述第一光電二極管，其中被引導(dǎo)通過(guò)所述第一微透鏡的所述入射光的第二部分被所述掩模阻擋而無(wú)法到達(dá)所述第一光電二極管，其中沒(méi)有掩模沿著所述第二微透鏡與所述第二光電二極管之間的光學(xué)路徑安置在所述半導(dǎo)體材料上方，其中所述掩模接近所述半導(dǎo)體材料的背面而安置，且其中所述入射光被引導(dǎo)通過(guò)所述半導(dǎo)體材料的所述背面而到所述多個(gè)光電二極管。

另一方面，本發(fā)明涉及一種成像系統(tǒng)。所述成像系統(tǒng)包括：像素陣列，其包含布置在半導(dǎo)體材料中的多個(gè)光電二極管，其中所述多個(gè)光電二極管接近所述半導(dǎo)體材料的正面而安置，其中所述多個(gè)光電二極管中的每一者經(jīng)相同地定大小且使用相同半導(dǎo)體處理?xiàng)l件制造在所述半導(dǎo)體材料中，其中所述多個(gè)光電二極管組織成包含第一光電二極管和第二光電二極管的虛擬大-小群組；微透鏡陣列，其安置在所述半導(dǎo)體材料上方，其中所述微透鏡中的每一者安置在所述光電二極管中的相應(yīng)一者上方，其中所述微透鏡陣列的第一微透鏡安置在所述第一光電二極管上方，且其中所述微透鏡陣列的第二微透鏡安置在所述第二光電二極管上方；掩模，其沿著所述第一微透鏡與所述第一光電二極管之間的光學(xué)路徑安置在所述半導(dǎo)體材料上方，其中所述掩模包含開(kāi)口，被引導(dǎo)通過(guò)所述第一微透鏡的入射光的第一部分通過(guò)所述開(kāi)口引導(dǎo)到所述第一光電二極管，其中被引導(dǎo)通過(guò)所述第一微透鏡的所述入射光的第二部分被阻擋而無(wú)法到達(dá)所述第一光電二極管，其中沒(méi)有掩模沿著所述第二微透鏡與所述第二光電二極管之間的光學(xué)路徑安置在所述半導(dǎo)體材料上方，其中所述掩模接近所述半導(dǎo)體材料的背面而安置，且其中所述入射光被引導(dǎo)通過(guò)所述半導(dǎo)體材料的所述背面而到所述多個(gè)光電二極管；控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作；以及讀出電路，其耦合到所述像素陣列以從所述像素陣列讀出圖像數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

參看以下各圖描述本發(fā)明的非限制性及非詳盡實(shí)施例，其中除非另外指定，否則相似參考數(shù)字貫穿各視圖指代相似部分。

圖1為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含實(shí)例虛擬高動(dòng)態(tài)范圍大-小像素圖像傳感器的 成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例的圖式。

圖2為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含實(shí)例虛擬高動(dòng)態(tài)范圍大-小像素的圖像傳感器的HDR像素電路的一個(gè)實(shí)例的示意圖。

圖3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的實(shí)例虛擬高動(dòng)態(tài)范圍大-小像素圖像傳感器的一部分的橫截面圖。

圖4A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的實(shí)例虛擬高動(dòng)態(tài)范圍大-小像素圖像傳感器的一部分的俯視圖。

圖4B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的安置在一部分上的實(shí)例彩色濾光器陣列的俯視圖，其展示實(shí)例虛擬高動(dòng)態(tài)范圍大-小像素圖像傳感器。

對(duì)應(yīng)的參考字符貫穿圖式的若干視圖指示對(duì)應(yīng)組件。熟練的技術(shù)人員將了解，圖中的元件是出于簡(jiǎn)化及清楚目的而說(shuō)明且未必是按比例繪制。舉例來(lái)說(shuō)，圖中的元件中的一些元件的尺寸可能相對(duì)于其它元件被夸示以幫助改善對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例的理解。并且，通常未描繪在商業(yè)可行實(shí)施例中有用或有必要的常見(jiàn)而容易理解的元件，以促進(jìn)更容易地查看本發(fā)明的這些各種實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

在以下描述中，陳述許多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的徹底了解。然而，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將明白，不需要采用所述特定細(xì)節(jié)實(shí)踐本發(fā)明。在其它情況下，尚未詳細(xì)描述眾所周知的材料或方法以避免混淆本發(fā)明。

貫穿本說(shuō)明書的對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”、“一實(shí)施例”、“一個(gè)實(shí)例”或“一實(shí)例”的提及意味著結(jié)合所述實(shí)施例或?qū)嵗枋龅奶囟ㄌ卣?、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)例中”、“在一實(shí)施例中”、“一個(gè)實(shí)例”或“一實(shí)例”在貫穿本說(shuō)明書的各處的出現(xiàn)未必全都是指同一實(shí)施例或?qū)嵗４送?，在一或多個(gè)實(shí)施例或?qū)嵗校梢匀魏魏线m的組合和/或子組合來(lái)組合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可包含在集成電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所描述的功能性的其它合適組件中。此外，應(yīng)了解，本文提供的圖是出于向所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員解釋的目的且圖式未必是按比例繪制。

根據(jù)本發(fā)明的教示的實(shí)例描述了一種虛擬高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)大-小像素圖像傳感器，其中多個(gè)光電二極管布置成包含虛擬大對(duì)稱像素和虛擬小對(duì)稱像素的虛擬大-小像素群組(例如，對(duì))，所述虛擬大對(duì)稱像素和虛擬小對(duì)稱像素具有相同地定大小且使用相同半導(dǎo)體處理?xiàng)l件制造的光電二極管。在大-小像素群組的光電二極管具有相同大小的情況 下，處理被簡(jiǎn)化，這是因?yàn)楫?dāng)制造光電二極管時(shí)可使用相同半導(dǎo)體制造工藝條件。此外，可在虛擬大光電二極管和虛擬小光電二極管之間實(shí)現(xiàn)幾何對(duì)稱性，這可導(dǎo)致較少制造工藝步驟和增加的電性能和光學(xué)性能的對(duì)稱性，這因此提供關(guān)于暈光、竄擾、光響應(yīng)不均勻性(PRNU)和類似者的改善性能。此外，虛擬小光電二極管具有基本上等于虛擬大光電二極管的全阱容量的全阱容量，這為虛擬小光電二極管提供改善的高光動(dòng)態(tài)范圍。

為進(jìn)行說(shuō)明，圖1是大體上展示根據(jù)本發(fā)明的教示的虛擬HDR大-小像素圖像感測(cè)系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)例的圖式，虛擬HDR大-小像素圖像感測(cè)系統(tǒng)100包含具有實(shí)例像素陣列102的圖像傳感器，像素陣列102帶有虛擬大-小像素110。在一個(gè)實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，虛擬大-小像素110可包含至少包含虛擬大光電二極管和虛擬小光電二極管的像素，所述虛擬大光電二極管和虛擬小光電二極管具有對(duì)稱像素，所述對(duì)稱像素具有相同大小的光電二極管，所述相同大小的光電二極管使用相同半導(dǎo)體工藝條件制造但具有不同的光靈敏度。如所描繪的實(shí)例中展示，虛擬HDR大-小像素圖像感測(cè)系統(tǒng)100包含耦合到控制電路108的像素陣列102和耦合到功能邏輯106的讀出電路104。

在一個(gè)實(shí)例中，像素陣列102為成像傳感器或虛擬大-小像素110(例如，像素P1、P2、……、Pn)的二維(2D)陣列。在一個(gè)實(shí)例中，每一虛擬大-小像素110為至少包含虛擬大光電二極管和虛擬小光電二極管的CMOS成像像素。如所說(shuō)明，將每一虛擬大-小像素110布置成行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)以獲取人、地點(diǎn)、物件等等的圖像數(shù)據(jù)，所述圖像數(shù)據(jù)接著可用于渲染所述人、地點(diǎn)、物件等等的圖像。

在一個(gè)實(shí)例中，在每一虛擬大-小像素110已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，所述圖像數(shù)據(jù)由讀出電路104通過(guò)讀出列112讀出且隨后轉(zhuǎn)移到功能邏輯106。在各種實(shí)例中，讀出電路104可包含放大電路、模/數(shù)(ADC)轉(zhuǎn)換電路或其它電路。功能邏輯106可僅存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)乃至通過(guò)應(yīng)用后圖像效果(例如，裁剪、旋轉(zhuǎn)、移除紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對(duì)比度或以其它方式)操縱圖像數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)例中，讀出電路104可沿讀出列線一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)(已說(shuō)明)或可使用各種其它技術(shù)讀出圖像數(shù)據(jù)(未說(shuō)明)，例如，串行讀出或同時(shí)完全并行讀出全部像素。

在一個(gè)實(shí)例中，控制電路108耦合到像素陣列102以控制像素陣列102的操作特性。例如，控制電路108可產(chǎn)生用于控制圖像獲取的快門信號(hào)。在一個(gè)實(shí)例中，所述快門信號(hào)為全局快門信號(hào)，其用于同時(shí)使像素陣列102中的全部像素能夠在單一獲取窗口期間同時(shí)獲取其相應(yīng)圖像數(shù)據(jù)。在另一實(shí)例中，所述快門信號(hào)為滾動(dòng)快門信號(hào)，使得像素的每一行、每一列或每一群組在連續(xù)獲取窗口期間被循序地啟用。

圖2是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的虛擬大-小像素210的一個(gè)實(shí)例的示意圖。在一個(gè)實(shí) 例中，應(yīng)理解，虛擬大-小像素110可為包含在具有上文在圖1中說(shuō)明的虛擬HDR大-小像素圖像感測(cè)系統(tǒng)100的實(shí)例像素陣列102的圖像傳感器中的多個(gè)虛擬大-小像素110中的一者。應(yīng)了解，虛擬大-小像素210是出于解釋目的而提供且因此僅表示用于實(shí)施圖1的像素陣列102內(nèi)的每一像素的一個(gè)可能架構(gòu)，且根據(jù)本發(fā)明的教示的實(shí)例不限于特定像素架構(gòu)。實(shí)際上，受益于本發(fā)明的所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將理解，本教示可適用于3T設(shè)計(jì)、4T設(shè)計(jì)、5T設(shè)計(jì)以及根據(jù)本發(fā)明的教示的各種其它合適的像素架構(gòu)。

如圖2中描繪的實(shí)例中所展示，虛擬大-小像素210包含虛擬大-小像素群組，其包含虛擬大像素(其包含耦合到虛擬大光電二極管PD_L 214的轉(zhuǎn)移晶體管T1_L 218)和虛擬小像素(其包含耦合到虛擬小光電二極管PD_S 216的轉(zhuǎn)移晶體管T1_S 220)，如所展示。在一個(gè)實(shí)例中，虛擬大光電二極管PD_L 214和虛擬小光電二極管PD_S 216具有經(jīng)相同地定大小且使用相同半導(dǎo)體處理?xiàng)l件對(duì)稱地制造的光電二極管。

然而，如將在下文更詳細(xì)論述，根據(jù)本發(fā)明的教示，虛擬小光電二極管PD_S 216還包含虛擬小光電二極管PD_S 216前方的掩模230，掩模230沿著到虛擬小光電二極管PD_S216的入射光234的光學(xué)路徑圖案化，而在虛擬大光電二極管PD_L 214的前面不存在掩模。根據(jù)本發(fā)明的教示，在掩模230僅安置在虛擬小光電二極管PD_S 216的前方的情況下，入射光234通過(guò)其被引導(dǎo)到虛擬小光電二極管PD_S 216的掩模230中的小開(kāi)口232的大小控制虛擬小光電二極管PD_S 216的光靈敏度。因?yàn)檠谀?30僅安置在虛擬小光電二極管PD_S 216的前方且不定位在虛擬大光電二極管PD_L 214的前方，所以虛擬小光電二極管PD_S 216和虛擬大光電二極管PD_L 214對(duì)入射光234具有不同靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的教示，通過(guò)在虛擬大-小像素210中使用虛擬小光電二極管PD_S 216和虛擬大光電二極管PD_L 214，實(shí)現(xiàn)了HDR成像感測(cè)。

繼續(xù)圖2中描繪的實(shí)例，響應(yīng)于到達(dá)虛擬小光電二極管PD_S 216和虛擬大光電二極管PD_L 214的入射光234在虛擬小光電二極管PD_S 216和虛擬大光電二極管PD_L 214中光生電荷。積累在虛擬大光電二極管PD_L 214中的電荷響應(yīng)于控制信號(hào)TX_L通過(guò)轉(zhuǎn)移晶體管T1_L 218轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)漏極FD 228，且積累在虛擬小光電二極管PD_S 216中的電荷響應(yīng)于控制信號(hào)TX_S通過(guò)轉(zhuǎn)移晶體管T1_S 220轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)漏極FD 228。

如實(shí)例中所展示，虛擬大-小像素210還包含放大器晶體管T3 224，放大器晶體管T3 224具有耦合到浮動(dòng)漏極FD 228的柵極端子。因此，在所說(shuō)明的實(shí)例中，來(lái)自虛擬大光電二極管PD_L 216和虛擬小光電二極管PD_S 216的電荷單獨(dú)轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)漏極FD 228，浮動(dòng)漏極FD 228耦合到放大器晶體管T3 224。在一個(gè)實(shí)例中，放大器晶體管T3 224如所展示以源極跟隨器配置耦合，其因此將放大器晶體管T3 224的柵極端子處的輸入信 號(hào)放大到放大器晶體管T3 224的源極端子處的輸出信號(hào)。如所展示，行選擇晶體管T4 226耦合到放大器晶體管T3 224的源極端子以響應(yīng)于控制信號(hào)SEL將放大器晶體管T3 224的輸出選擇性地切換到讀出列212。如實(shí)例中所展示，虛擬大-小像素210還包含耦合到浮動(dòng)漏極FD 228、虛擬大光電二極管PD_L 214和虛擬小光電二極管PD_S 216的復(fù)位晶體管222，復(fù)位晶體管222可用于響應(yīng)于復(fù)位信號(hào)RST復(fù)位積累在像素210中的電荷。在一個(gè)實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，在在虛擬大光電二極管PD_L 214和虛擬小光電二極管PD_S 216中積累電荷以獲取新HDR圖像之前，可在虛擬大-小像素210的初始化周期期間或例如每當(dāng)在電荷信息已從虛擬大-小像素210讀出之后復(fù)位積累在浮動(dòng)漏極FD 228、虛擬大光電二極管PD_L 214和虛擬小光電二極管PD_S 216中的電荷。

圖3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的實(shí)例像素陣列302的一部分的橫截面圖，實(shí)例像素陣列302包含在實(shí)例虛擬HDR大-小像素圖像感測(cè)系統(tǒng)的圖像傳感器中。應(yīng)了解，圖3中說(shuō)明的實(shí)例像素陣列302的部分可為圖1中展示的虛擬HDR大-小像素圖像感測(cè)系統(tǒng)100的像素陣列102的實(shí)施方案的一部分的一個(gè)實(shí)例(其包含例如圖2中展示的虛擬大光電二極管PD_L 214和虛擬小光電二極管PD_S 216)，且下文提及的類似命名和編號(hào)的元件類似于上文描述那樣耦合和起作用。

如所描繪的橫截面中展示，像素陣列302包含安置在半導(dǎo)體材料336中的多個(gè)光電二極管。在一個(gè)實(shí)例中，半導(dǎo)體材料可包含硅或另一合適的半導(dǎo)體材料。在所描繪的實(shí)例中，多個(gè)光電二極管包含安置在半導(dǎo)體材料336中的虛擬小光電二極管PD_S 316A、虛擬大光電二極管PD_L 314和虛擬小光電二極管PD_S 316B。在一個(gè)實(shí)例中，虛擬小光電二極管PD_S 316A、虛擬大光電二極管PD_L 314和虛擬小光電二極管PD_S 316B接近于半導(dǎo)體材料336的正面350而安置。在實(shí)例中，虛擬小光電二極管PD_S 316A、虛擬大光電二極管PD_L 314和虛擬小光電二極管PD_S 316B中的每一者共享相同制造工藝條件、相同大小、相同全阱容量和設(shè)計(jì)對(duì)稱性。在一個(gè)實(shí)例中，多個(gè)光電二極管中的每一者在半導(dǎo)體材料336中通過(guò)淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)338分隔。

如所描繪的實(shí)例中所展示，使用被引導(dǎo)通過(guò)半導(dǎo)體材料336的背面348的入射光334照明多個(gè)光電二極管中的每一者，如所展示。在所描繪的實(shí)例中，氧化物層340安置在半導(dǎo)體材料336的背面348上方，其中彩色濾光器陣列342安置在氧化物層340上方，且微透鏡陣列安置在彩色濾光器陣列342上方。在一個(gè)實(shí)例中，彩色濾光器陣列包含彩色濾光器的馬賽克(mosaic)，其中每一者如所展示安置在像素陣列302的相應(yīng)光電二極管上方以捕獲顏色信息。類似地，微透鏡陣列包含多個(gè)微透鏡，其中每一者如所展示安置在像素陣列302的相應(yīng)光電二極管上方以將入射光334引導(dǎo)到像素陣列302的相應(yīng)光 電二極管。

因此，如所描繪的實(shí)例中所展示，入射光334被引導(dǎo)通過(guò)微透鏡陣列的微透鏡344A、彩色濾光器陣列342的相應(yīng)彩色濾光器、氧化物層340、半導(dǎo)體材料336的背面348而到達(dá)虛擬小光電二極管PD_S 316A。類似地，入射光334被引導(dǎo)通過(guò)微透鏡陣列的微透鏡346、彩色濾光器陣列342的相應(yīng)彩色濾光器、氧化物層340、半導(dǎo)體材料336的背面348而到達(dá)虛擬大光電二極管PD_L 314。類似地，入射光334被引導(dǎo)通過(guò)微透鏡陣列的微透鏡344B、彩色濾光器陣列342的相應(yīng)彩色濾光器、氧化物層340、半導(dǎo)體材料336的背面348而到達(dá)虛擬小光電二極管PD_S 316B。

在一個(gè)實(shí)例中，像素陣列302還包含掩模，所述掩模沿著到半導(dǎo)體材料336中的每一相應(yīng)光電二極管的入射光334的光學(xué)路徑在半導(dǎo)體材料336的背面348上方圖案化。在實(shí)例中，掩模在多個(gè)微透鏡與半導(dǎo)體材料336中的多個(gè)光電二極管之間安置在半導(dǎo)體材料336上。在實(shí)例中，如所展示，掩模覆蓋有氧化物層340，且經(jīng)圖案化使得掩模僅安置在虛擬小光電二極管上方，且未安置在虛擬大光電二極管中的任何者上方。在實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，掩模經(jīng)進(jìn)一步圖案化使得安置在虛擬小光電二極管上方的掩模界定開(kāi)口，入射光的僅一部分被允許通過(guò)所述開(kāi)口到達(dá)下伏虛擬小光電二極管，而入射光的一部分被掩模遮蔽(例如，阻擋、阻礙、阻止等等)而無(wú)法到達(dá)下伏虛擬小光電二極管。

為進(jìn)行說(shuō)明，圖3中描繪的實(shí)例說(shuō)明安置在虛擬小光電二極管PD_S 316A上方的半導(dǎo)體材料336的背面348上方的掩模330A，及安置在虛擬小光電二極管PD_S 316B上方的半導(dǎo)體材料336的背面348上方的掩模330B。如實(shí)例中所展示，沒(méi)有掩模安置在虛擬大光電二極管PD_L 314上方。在實(shí)例中，掩模330A包含開(kāi)口332A，被引導(dǎo)通過(guò)微透鏡344A的入射光334的一部分被允許通過(guò)開(kāi)口332A到達(dá)下伏虛擬小光電二極管PD_S316A。然而，被引導(dǎo)通過(guò)微透鏡344A的入射光334的一部分被掩模330A阻擋而無(wú)法到達(dá)下伏虛擬小光電二極管PD_S 316A，如所展示。類似地，掩模330B包含開(kāi)口332B，被引導(dǎo)通過(guò)微透鏡344B的入射光334的一部分被允許通過(guò)開(kāi)口332B到達(dá)虛擬小光電二極管PD_S 316B。然而，被引導(dǎo)通過(guò)微透鏡344B的入射光334的一部分被掩模330B阻擋而無(wú)法到達(dá)下伏虛擬小光電二極管PD_S 316B，如所展示。因?yàn)樵谔摂M大光電二極管PD_L 314上方不存在掩模，所以被引導(dǎo)通過(guò)微透鏡346的入射光334的所有部分均不會(huì)被掩模阻擋而無(wú)法到達(dá)下伏虛擬大光電二極管PD_L 314，如所展示。

因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，在入射光334的一部分被掩模330A和330B阻擋而無(wú)法到達(dá)虛擬小光電二極管PD_S 316A和PD_S 316B且沒(méi)有入射光334被阻擋而無(wú)法到達(dá)虛擬 大光電二極管PD_L 314的情況下，應(yīng)了解，虛擬小光電二極管PD_S 316A和PD_S 316B具有較低光靈敏度，而虛擬大光電二極管PD_L 314具有高光靈敏度。在一個(gè)實(shí)例中，半導(dǎo)體材料336的背面348上方的掩模(例如，掩模330A、掩模330B)可為金屬掩模，其包含例如鋁、鎢或另一合適的遮蔽材料。

在實(shí)例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，可基于像素陣列302的所要靈敏度比率以及其它設(shè)計(jì)要求選擇開(kāi)口(例如，開(kāi)口332A、開(kāi)口332B)的大小。例如，在一個(gè)實(shí)例中，每一光電二極管(包含虛擬小光電二極管PD_S 316A和PD_S 316B以及虛擬大光電二極管PD_L 314)可經(jīng)定大小在2x2到4x4μm左右，且每一掩模開(kāi)口(包含開(kāi)口332A和332B)可控制在0.7x0.7μm到1.5x1.5μm。應(yīng)了解，掩模開(kāi)口大小充分大以減小或最小化可見(jiàn)光波長(zhǎng)的衍射效應(yīng)。

圖4A說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含在實(shí)例虛擬高動(dòng)態(tài)范圍大-小像素圖像傳感器中的像素陣列402的一部分的俯視圖。應(yīng)了解，圖4中說(shuō)明的實(shí)例像素陣列402的部分可為圖1中展示的虛擬HDR大-小像素圖像感測(cè)系統(tǒng)100的像素陣列102的實(shí)施方案的一部分的一個(gè)實(shí)例(其包含例如圖2中所展示的虛擬大光電二極管PD_L 214和虛擬小光電二極管PD_S 216)的俯視圖或圖3的像素陣列302的實(shí)例部分的俯視圖，且下文提及的類似命名和編號(hào)的元件類似于上文描述那樣耦合和起作用。例如，應(yīng)了解，圖3中說(shuō)明的橫截面實(shí)例像素陣列302可為沿著圖4A的像素陣列的虛線A-A'的橫截面。

如圖4A中描繪的實(shí)例中所展示，像素陣列402包含多個(gè)虛擬大-小像素群組，其中每一群組包含(例如)虛擬小光電二極管PD_S和虛擬大光電二極管PD_L。虛擬小光電二極管PD_S和虛擬大光電二極管PD_L的每一者經(jīng)相同地定大小且使用相同半導(dǎo)體處理工藝對(duì)稱地制造。然而，存在安置在每一虛擬小光電二極管PD_S上方的掩模430，且不存在安置在虛擬大光電二極管PD_L的任何者上方的掩模430。因此，應(yīng)了解，在所描繪的實(shí)例中，掩模430的總數(shù)目與像素陣列402中的虛擬大光電二極管和小光電二極管的組合總數(shù)目(例如，PD_L+PD_S)的比率為1:2。

此外，如所描繪的實(shí)例中所說(shuō)明，多個(gè)掩模430中的每一者包含開(kāi)口432，開(kāi)口432僅允許入射光的一部分到達(dá)相應(yīng)下伏虛擬小光電二極管PD_S。因而，與到達(dá)每一虛擬大光電二極管PD_L的入射光的量相比，較少的入射光到達(dá)每一虛擬小光電二極管PD_S。因此，根據(jù)本發(fā)明的教示，每一光虛擬小光電二極管PD_S具有低光靈敏度，而每一虛擬大光電二極管PD_L具有高光靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的教示，入射光通過(guò)其被引導(dǎo)到虛擬小光電二極管PD_S的每一掩模430中的開(kāi)口432的大小控制虛擬小光電二極管PD_S的光靈敏度。

此外，如所描繪的實(shí)例中所說(shuō)明，虛擬大-小像素群組中的每一虛擬大光電二極管PD_L和其對(duì)應(yīng)虛擬小光電二極管PD_S以像素陣列402的鄰近列和行布置在半導(dǎo)體材料中，如所展示。換句話說(shuō)，虛擬大-小像素群組的每一相應(yīng)虛擬大光電二極管PD_L和其對(duì)應(yīng)虛擬小光電二極管PD_S彼此鄰近且沿著像素陣列402中的對(duì)角線布置，如圖4A的實(shí)例中展示。

圖4B說(shuō)明像素陣列402的部分的俯視圖，其展示布置在如圖4A中說(shuō)明的實(shí)例虛擬高動(dòng)態(tài)范圍大-小像素圖像傳感器的部分上方的實(shí)例彩色濾光器陣列440。如實(shí)例中所展示，彩色濾光器陣列440包含彩色濾光器的馬賽克，其中每一者如所展示安置在像素陣列402的相應(yīng)光電二極管上方以捕獲顏色信息。在實(shí)例中，彩色濾光器陣列440包含紅色(R)、藍(lán)色(B)和綠色(G)彩色濾光器。應(yīng)注意，圖4B中描繪的實(shí)例描繪彩色濾光器陣列440，其中濾光器自身描繪為旋轉(zhuǎn)45度。然而，應(yīng)注意，像素陣列402中的虛擬大光電二極管PD_L和虛擬小光電二極管PD_S的每一對(duì)(例如，群組)在其上具有相同的彩色濾光器。

因此，如圖4B中描繪的實(shí)例中所展示，對(duì)于像素陣列402中具有紅色(R)彩色濾光器的每一虛擬大光電二極管PD_L，所述對(duì)的對(duì)應(yīng)鄰近虛擬小光電二極管PD_S也具有紅色(R)彩色濾光器。對(duì)于像素陣列402中具有綠色(G)彩色濾光器的每一虛擬大光電二極管PD_L，所述對(duì)的對(duì)應(yīng)鄰近虛擬小光電二極管PD_S具有綠色(G)彩色濾光器。類似地，對(duì)于像素陣列402中具有藍(lán)色(B)彩色濾光器的虛擬大光電二極管PD_L，所述對(duì)的對(duì)應(yīng)鄰近虛擬小光電二極管PD_S具有藍(lán)色(B)彩色濾光器。

因此，不同于常規(guī)拜耳(Bayer)彩色濾光器設(shè)計(jì)，在圖4B中說(shuō)明的實(shí)例彩色濾光器陣列440展示始終存在檢測(cè)相同顏色的兩個(gè)鄰近光電二極管。這種類型的彩色陣列的一個(gè)原因是促進(jìn)像素“合并”，其中兩個(gè)鄰近光電二極管可被合并，從而使傳感器自身對(duì)光更“敏感”。另一個(gè)原因是使傳感器記錄兩個(gè)不同曝光，所述兩個(gè)不同曝光接著被合并以產(chǎn)生具有更大動(dòng)態(tài)范圍的圖像。在一個(gè)實(shí)例中，下伏電路具有從傳感器的交替行取得其信息的兩個(gè)讀出通道。結(jié)果是：其可充當(dāng)針對(duì)感光單元的每一半具有不同曝光時(shí)間的兩個(gè)交織傳感器，可有意地使感光單元的一半曝光不足使得其完全捕獲場(chǎng)景的較亮區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的教示，此保持的強(qiáng)光信息接著可與來(lái)自記錄“全”曝光的傳感器的另一半的輸出混合，從而再次利用經(jīng)類似著色的光電二極管的緊密間隔。

本發(fā)明的所說(shuō)明實(shí)例的以上描述(包含摘要中描述的內(nèi)容)并不希望為詳盡或被限制為所揭示的精確形式。雖然出于說(shuō)明目的而在本文描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例及實(shí)例，但在不脫離本發(fā)明的較廣精神及范圍的情況下，各種等效修改是可能的。

可依據(jù)以上詳細(xì)描述對(duì)本發(fā)明的實(shí)例做出這些修改。在所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)理解為將本發(fā)明限制為說(shuō)明書及權(quán)利要求書中所揭示的特定實(shí)施例。而是，所述范圍完全由所附權(quán)利要求書確定，權(quán)利要求書將根據(jù)已確立的權(quán)利要求闡釋學(xué)說(shuō)來(lái)解釋。本說(shuō)明書及圖因此被認(rèn)為是說(shuō)明性而不是限制性的。