本發(fā)明涉及成像技術(shù)，特別涉及一種圖像傳感器及其控制方法。

背景技術(shù)：

互補型金屬氧化物半導體場效應(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)圖像傳感器包括像素陣列(pixel array)、控制電路、模擬前端處理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、圖像信號處理電路及相關(guān)存儲器等。隨著CMOS圖像傳感器的發(fā)展，像素尺寸越來越小，但較小尺寸的像素的動態(tài)范圍受光電二極管飽和電子容量限制。

現(xiàn)有技術(shù)主要通過提高N型離子的注入能量和注入劑量來提高光電二極管的光電荷容納能力，來提升光電二極管的感光能力；或增加光電二極管的深度來增加光電二極管對電子的收集能力來提高光電二極管的電荷容納能力，提升光電二極管的感光能力。

但是，提高PDN離子的注入能量和注入劑量來提升光電二極管的電荷容納能力，會增加升光電二極管的耗盡(Pinned)電壓，另外，暗電流偏大。大劑量大能量的注入使晶格損傷加大等，造成暗電流增加及噪聲變大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明需要提供一種圖像傳感器及其控制方法。

本發(fā)明實施方式的圖像傳感器包括：

像素陣列；

控制器，用于控制所述像素陣列的像素短積分以獲得三原色值之間的原色值比例，所述控制器還用于控制所述像素長積分；

處理器，用于在所述像素長積分的任一所述三原色值飽和時通過未飽和的所述原色值及所述原色值比例來計算飽和的所述原色值的實際大小。

在某些實施方式中，所述處理器包括：

判斷單元，用于判斷所述像素長積分的任一所述三原色值是否飽和；及

計算單元，用于在任一所述三原色值飽和時計算所述原色值比例及根據(jù)未飽和的所述原色值及所述原色值比例來計算飽和的所述原色值的實際大小。

在某些實施方式中，所述判斷單元還用于在所述像素的所述三原色值均未飽和時通知所述計算單元略過所述像素的計算。

在某些實施方式中，所述控制器還用于控制所述像素陣列逐行讀出積分數(shù)據(jù)；所述圖像傳感器還包括存儲器；所述存儲器包括多行存儲單元；每行所述存儲單元用于存儲一行所述積分數(shù)據(jù)；所述控制器用于控制所述像素陣列逐行長積分并逐行讀出長積分數(shù)據(jù)，所述控制器用于將所述長積分數(shù)據(jù)依次存儲到奇數(shù)行的所述存儲單元后控制所述圖像陣列復位開始短積分，所述控制器還用于控制所述像素陣列在讀出第k行的長積分數(shù)據(jù)時逐行讀出短積分數(shù)據(jù)，所述控制器用于將所述短積分數(shù)據(jù)依次存儲到偶數(shù)行的所述存儲單元。

本發(fā)明實施方式的圖像傳感器的控制方法，其包括以下步驟：

S1，控制所述圖像傳感器的像素進行長積分及短積分；

S2，在所述像素長積分的任一三原色值飽和時通過未飽和的所述原色值及短積分的所述三原色值之間的原色值比例來計算飽和的所述原色值的實際大小。

在某些實施方式中，所述步驟S2包括：

S21：判斷所述像素長積分的任一所述三原色值是否飽和；及

S22：在任一所述三原色值飽和時計算所述原色值比例及根據(jù)未飽和的所述原色值及所述原色值比例來計算飽和的所述原色值的實際大小。

在某些實施方式中，所述步驟S2包括：

在所述像素的所述三原色值均未飽和時通知所述圖像傳感器的計算單元略過所述像素的計算。

在某些實施方式中，所述步驟S1包括：

控制所述圖像傳感器的像素陣列逐行長積分并逐行讀出長積分數(shù)據(jù)，將所述長積分數(shù)據(jù)依次存儲到所述圖像傳感器的存儲器的奇數(shù)行的所述存儲單元后控制所述圖像陣列復位開始短積分，控制所述像素陣列在讀出第k行的長積分數(shù)據(jù)時逐行讀出短積分數(shù)據(jù)，將所述短積分數(shù)據(jù)依次存儲到偶數(shù)行的所述存儲單元。

本發(fā)明實施方式的圖像傳感器及其控制方法在提升動態(tài)范圍的同時避免暗電流增加及噪聲變大。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施方式的描述中將變得 明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明的一個實施方式的圖像傳感器的功能模塊示意圖。

圖2是本發(fā)明的一個實施方式的圖像傳感器的工作原理圖。

圖3是本發(fā)明的一個實施方式的圖像傳感器的另一個工作原理圖。

圖4是本發(fā)明的一個實施方式的圖像傳感器的控制方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接或可以相互通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公開提供了許多不同的實施方式或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡 化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復參考數(shù)字和/或參考字母，這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施方式和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的應用和/或其他材料的使用。

請參閱圖1，本發(fā)明的實施方式圖像傳感器100包括像素陣列10、控制器20及處理器30。控制器20用于控制像素陣列10的像素11短積分以獲得三原色值之間的原色值比例，控制器20還用于控制像素11長積分。處理器30用于在像素11長積分的任一三原色值飽和時通過未飽和的原色值及原色值比例來計算飽和的原色值的實際大小。

本實施方式中，像素陣列10具有拜耳(Bayer)結(jié)構(gòu)，即紅色像素(設(shè)有紅色帶通濾光片，使得僅有紅色光能通過被感測)11r、綠色像素(設(shè)有綠色帶通濾光片，使得僅有綠色光能通過被感測)11gb、11gr及藍色像素(設(shè)有藍色帶通濾光片，使得僅有藍色光能通過被感測)11b構(gòu)成拜耳單元12。拜耳單元12里的每個像素11r、11gb、11gr或11b的像素值(顏色值)均由三原色值表示(根據(jù)色彩理論，每個顏色值均可以分解成紅色、綠色及藍色三原色值，即可以由紅色、綠色及藍色三原色值表示)，即紅色值R(即紅色像素11r的像素值)、綠色值G(即綠色像素11gb、11gr的像素值均值)及藍色值B(即藍色像素11b的像素值)。

也即是說，在本實施方式中，三原色為光學三原色(RGB)。當然，在其他實施方式中，所述三原色還可以是印刷三原色(光學三原色的補色)：青(C)、品紅(M)、黃(Y)。

請一并參閱圖2，控制器20通過曝光時間T可以控制像素陣列10的每個像素11r、11gb、11gr或11b的電荷積分時間(例如為曝光時間T)從而可以確定每個像素11r、11gb、11gr或11b的三原色值R、G、B。然而，在實際使用過程中，某些場景的明暗對比過于強烈，使得為了得到某些暗部的特性就需采用較長的曝光時間T，而在這種情況下，限于像素陣列10自身的動態(tài)范圍，某些亮部的某些原色值可能會發(fā)生過曝，超出像素陣列10的動態(tài)范圍之外，例如圖2所示，在積分時間(為曝光時間T)后，綠色像素11gb、11gr及藍色像素11b過曝(電荷溢出)，無法表示每個像素11r、11gb、11gr或11b真實的原色值G、B。

然而，對于每個像素11r、11gb、11gr或11b來說，在一定時間內(nèi)，顏色值是固定的，即是說，三原色值的比例(即R∶G∶B，稱為原色值比例)是固定的，因此，在整個積分過程中，原色值比例不會發(fā)生改變。

如此，可以利用每個像素11r、11gb、11gr或11b的短積分來獲得原色值比例(積 分時間遠小于曝光時間T，此時每個像素11r、11gb、11gr或11b均不會過曝，因此，原色值比例是真實的)，然后，在長積分時若有任一原色值R、G、B飽和，則通過未飽和的原色值及原色值比例來計算飽和的原色值的實際大小。

例如，在圖2中，通過短積分(積分時間為T′遠小于曝光時間T)可以得到三原色值R′、G′、B′，并因此得到原色值比例R′∶G′∶B′。而在長積分(積分時間為曝光時間T)時，原色值G、B飽和，即綠色像素11gb、11gr及藍色像素11b過曝。然而，原色值G、B的實際大小可以通過下面計算得到：

G＝(G′＊R)/R′；及

B＝(B′＊R)/R′。

因此，本發(fā)明實施方式的圖像傳感器10在未采用通過提高N型離子的注入能量和注入劑量來提高光電二極管的光電荷容納能力來提升像素陣列的動態(tài)范圍，避免暗電流增加及噪聲變大。

在本實施方式中，處理器包括判斷單元31及計算單元32。判斷單元31用于判斷長積分的任一三原色值R、G、B是否飽和。計算單元32用于在任一三原色值R、G、B飽和時計算原色值比例R′∶G′∶B′及根據(jù)未飽和的原色值及原色值比例R′∶G′∶B′來計算飽和的原色值的實際大小。

請參閱圖3，對于某些暗部像素11r、11gb、11gr或11b，在長積分時，三原色值R、G、B均未飽和，因此，無需計算，如此，通過判斷單元31先判斷后來通知計算單元32略去像素11r、11gb、11gr或11b的原色值比例的計算，可以減少計算量。

控制器10還用于控制像素陣列10逐行讀出積分數(shù)據(jù)(即整行的像素值)。圖像傳感器10還包括有存儲器40。存儲器40劃分成多行存儲單元，例如十行存儲單元41-4a。每行存儲單元用于存儲(緩存)一行積分數(shù)據(jù)。

本實施方式中，控制器20控制像素陣列10逐行長積分并逐行讀出積分數(shù)據(jù)依次存儲到奇數(shù)行存儲單元后復位進行短積分，并在讀出k行的積分數(shù)據(jù)時逐行讀出短積分數(shù)據(jù)依次存儲到偶數(shù)行存儲單元。復位是指對像素進行電荷清零(k為自然數(shù))。

例如，以k＝4為例，曝光開始時，控制器20控制像素陣列10的第1行至第N行(N為像素陣列10的總行數(shù)，每行的時間間隙為t)逐行長積分，并在第n行(n為自然數(shù)，一般為幾十或幾百)開始長積分時讀出第1行的長積分數(shù)據(jù)(即曝光時間T＝(n-1)＊t)，然后第1行復位進行短積分；在第n+1行開始長積分時，讀出第2行的長積分數(shù)據(jù)，然后第2行復位進行短積分，依次類推。

在讀出第4行(k＝4)的長積分數(shù)據(jù)4并存儲到存儲單元41后讀出第1行的短積分數(shù)據(jù)1′并存儲到存儲單元42；在讀出第5行的長積分數(shù)據(jù)5并存儲到存儲單元42后 讀出第2行的短積分數(shù)據(jù)2′，依次類推，直至讀出第8行的長積分數(shù)據(jù)8并存儲到存儲單元49后讀出第5行的短積分數(shù)據(jù)5′后，存儲器40滿。讀出第9行的長積分數(shù)據(jù)9將存儲于存儲單元1而第6行的短積分數(shù)據(jù)6′將存儲于存儲單元42，開始新的循環(huán)。而第4行的長積分數(shù)據(jù)4及第1行的短積分數(shù)據(jù)1′已經(jīng)讀出到處理器30進行處理，例如判斷或計算。

如此，一來可以利用后面行的像素長積分時，利用長積分完成后的前面行進行短積分，從而使整個曝光過程更加緊湊。另外，還可以提高存儲器40的利用率。

請參閱圖4，本發(fā)明的實施方式的圖像傳感器的控制方法包括：

S1，控制像素11r、11gb、11gr或11b進行長積分及短積分；

S2，在像素11r、11gb、11gr或11b長積分的任一三原色值R、G、B飽和時通過未飽和的原色值R、G或B及短積分的三原色值R′、G′、B′之間的原色值比例R′∶G′∶B′來計算飽和的原色值的實際大小。

在某些實施方式中，步驟S2包括：

S21：判斷像素11r、11gb、11gr或11b長積分的任一三原色值R、G、B是否飽和；及

S22：在任一三原色值飽和時計算原色值比例R′、G′、B′及根據(jù)未飽和的原色值及原色值比例來計算飽和的原色值的實際大小。

在某些實施方式中，步驟S2包括：

在像素的三原色值R、G、B均未飽和時通知計算單元32略過像素11r、11gb、11gr或11b的計算。

在某些實施方式中，步驟S1包括：

控制像素陣列10逐行長積分并逐行讀出長積分數(shù)據(jù)依次存儲到存儲器40的奇數(shù)行存儲單元后復位開始短積分，并在讀出第k行的長積分數(shù)據(jù)時逐行讀出短積分數(shù)據(jù)依次存儲到存儲器40的偶數(shù)行存儲單元。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施方式”、“一些實施方式”、“示意性實施方式”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合所述實施方式或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施方式或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施方式或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施方式或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變 型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。