[發(fā)明專利]高動態(tài)范圍彩色圖像傳感器及相關的方法

有效

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• 申請日: 2017-11-23
• 公開（公告）號: CN108269811B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設計）人: 陸震偉;楊大江;奧瑞·奧坤·塞爾克;毛杜立
• 申請（專利權）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N25/57;H04N25/78;H04N25/10
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

高動態(tài)范圍彩色圖像傳感器包括(a)具有感光像素陣列的硅基板，感光像素陣列具有多個第一像素和多個第二像素，(b)濾色鏡層，濾色鏡層被布置在硅基板上并至少包括(i)位于多個第一像素的第一子集和多個第二像素的第一子集的上方并用于選擇性透射第一顏色的光的多個第一濾色鏡，和(ii)位于多個第一像素的第二子集和多個第二像素的第二子集的上方并用于選擇性透射第二顏色的光的多個第二濾色鏡，以及(c)動態(tài)范圍擴展層，動態(tài)范圍擴展層被布置在濾色鏡層上并包括被布置在多個第二像素上方以衰減朝多個第二像素傳播的光的灰色濾光鏡。

技術領域

本申請涉及圖像傳感器技術領域，特別地涉及高動態(tài)范圍彩色圖像傳感器及相關的方法。

背景技術

標準圖像傳感器具有大約60至70dB或更低的有限動態(tài)范圍。例如，8位傳感器具有僅48dB的動態(tài)范圍。然而，真實世界的亮度動態(tài)范圍要大得多，且自然場景通常跨越90dB或更大的范圍。當圖像傳感器捕獲具有超過傳感器動態(tài)范圍的亮度動態(tài)范圍的場景時，必定丟失信息。取決于曝光設置，較亮的區(qū)域可能飽和和/或較暗的區(qū)域可能曝光不足，產(chǎn)生不能重現(xiàn)真實場景的質量的捕獲圖像。

為同步捕獲場景的高亮區(qū)域和陰影區(qū)域，圖像傳感器已經(jīng)使用高動態(tài)范圍(HDR)技術以增加捕獲的動態(tài)范圍。增加動態(tài)范圍的最常用技術中的一個是將使用標準、低動態(tài)范圍圖像傳感器捕獲的多個曝光合并為具有比單個曝光圖像大得多的動態(tài)范圍的單個HDR圖像。例如，可以以兩個不同的曝光時間記錄相同場景的圖像，其中設置較長的曝光以優(yōu)化地捕獲場景的最暗部分，并設置較短的曝光以優(yōu)化地捕獲場景的最亮部分。然而，這樣的圖像合并方法頻繁地遭受例如由在曝光之間移動的場景中的物體引起的偽影。

已經(jīng)發(fā)展了在單個幀中捕獲HDR彩色圖像的HDR圖像傳感器。這樣的HDR圖像傳感器包括兩個交錯的像素陣列，一個像素陣列具有較大的像素且另一個像素陣列具有較小的像素。較大的像素是更加光敏感的，因此對捕獲暗場景或場景的暗部分是優(yōu)選的。較小的像素是較低光敏感的，因此對捕獲亮場景或場景的較亮部分是優(yōu)選的。

發(fā)明內容

在實施例中，高動態(tài)范圍(HDR)彩色圖像傳感器包括具有感光像素陣列的硅基板，感光像素陣列具有多個第一像素和多個第二像素。HDR彩色圖像傳感器還包括布置在硅基板上并至少具有多個第一濾色鏡和多個第二濾色鏡的濾色鏡層。第一濾色鏡位于多個第一像素的第一子集和多個第二像素的第一子集的上方。第一濾色鏡用于選擇性透射第一顏色范圍的光。第二濾色鏡位于多個第一像素的第二子集和多個第二像素的第二子集的上方。第二濾色鏡用于選擇性透射第二顏色范圍的光。HDR彩色圖像傳感器還包括布置在濾色鏡層上的動態(tài)范圍擴展層。動態(tài)范圍擴展層包括被布置在多個第二像素上方的灰色濾光鏡，以衰減朝多個第二像素傳播的光。

在實施例中，用于制造高動態(tài)范圍彩色圖像傳感器的方法包括在具有感光像素陣列的硅基板上沉積濾色鏡層，感光像素陣列具有多個第一像素和多個第二像素。沉積的步驟包括至少形成(a)多個第一像素的第一子集和多個第二像素的第一子集上方的多個第一濾色鏡和(b)多個第一像素的第二子集和多個第二像素的第二子集上方的多個第二濾色鏡。第二濾色鏡的厚度超過第一濾色鏡的厚度。方法還包括在濾色鏡層上沉積動態(tài)范圍擴展層，動態(tài)范圍擴展層包括第二像素上方的灰色濾光鏡以衰減朝第二像素傳播的光。濾色鏡層和動態(tài)范圍擴展層的組合厚度跨感光像素陣列是一致的，以便第二濾色鏡上方的灰色濾光鏡的厚度小于第一濾色鏡上方的灰色濾光鏡的厚度以在第二濾色鏡的透射帶中比在第一濾色鏡的透射帶中更大地補償灰色濾光鏡的材料的衰減。

在實施例中，用于生成高動態(tài)范圍圖像的方法可以包括部分地吸收從場景朝感光像素陣列的多個第一像素傳播的第一光，以與從場景朝感光像素陣列的多個第二像素傳播的第二光相比衰減第一光。多個第二像素與多個第一像素交錯。方法還包括部分地吸收的步驟之后，對第一光進行譜濾波以在第一像素處的感光像素陣列上形成場景的衰減的彩色圖像，并對第二光進行譜濾波以在第二像素處的感光像素陣列上形成場景的較亮的彩色圖像。

附圖說明