[发明专利]具有大动态范围的图像感测器

说明书

本文公开这样的系统，其包括：雪崩光电二极管(APD)(142,242,511,611)；偏压源(140,240)，其配置成向APD(142,242,511,611)供应反向偏压；电流计(143,243)，其配置成测量通过APD(142,242,511,611)的电流；控制器(145,245)，其配置成在APD(142,242,511,611)上入射的光的强度高于阈值时使反向偏压从高于击穿电压的值减少到低于APD(142,242,511,611)的击穿电压的值，并且配置成在反向偏压低于击穿电压时基于通过APD(142,242,511,611)的电流确定高于阈值的光强度。

【技术领域】

本文的公开涉及图像感测器，特别涉及具有大动态范围的图像感测器。

【背景技术】

图像感测器或成像感测器是可以检测辐射的空间强度分布的感测器。图像感测器通常通过电信号表示检测的图像。基于半导体器件的图像感测器可分为若干类型：半导体电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、N型金属氧化物半导体(NMOS)。CMOS图像感测器是使用CMOS半导体工艺制成的一类有源像素感测器。CMOS图像感测器中的像素上入射的光被转换成电压。电压数字化为代表该像素上入射的光的强度的离散值。有源像素感测器(APS)是图像感测器，其包括具有光电检测器和有源放大器的像素。CCD图像感测器包括像素中的电容器。当光入射在像素上时，光产生电荷并且这些电荷存储在电容器中。存储的电荷转换成电压并且电压数字化为代表该像素上入射的光的强度的离散值。

图像感测器的动态范围是图像感测器可以检测的最小和最大光强度之间的范围。即，图像感测器无法区分在动态范围外的不同光强度。

【发明内容】

本文公开这样的系统，其包括：雪崩光电二极管(APD)；偏压源，其配置成向APD供应反向偏压；电流计，其配置成测量通过APD的电流；控制器，其配置成在APD上入射的光的强度高于阈值时使反向偏压从高于击穿电压的值减少到低于APD的击穿电压的值，并且配置成在反向偏压低于击穿电压时基于通过APD的电流确定高于阈值的光强度。

根据实施例，控制器配置成在反向偏压高于击穿电压时在控制器检测到电流中的上升沿之后使APD淬灭。

根据实施例，控制器配置成在使APD淬灭后使反向偏压增加到高于击穿电压。

根据实施例，控制器配置成在反向偏压高于击穿电压时基于指定时间量内电流中脉冲的数量确定APD上入射的光的强度。

本文公开图像感测器，其包括：APD阵列；电子系统，其配置成基于APD上入射的光的强度独立控制APD上的反向偏压。

根据实施例，电子系统配置成对阵列中的不同APD不同地设置反向偏压。

根据实施例，配置APD使得在指定时间APD中的第一个采用线性模式操作并且APD中的第二个采用Geiger模式操作。

根据实施例，电子系统配置成确定采用线性模式操作的APD上入射的光的强度和采用Geiger模式操作的APD上入射的光的强度。

根据实施例，电子系统配置成促使阵列中暴露于高于APD的饱和强度的光强度的这些APD采用线性模式操作；其中电子系统配置成促使阵列中暴露于低于APD的饱和强度的光强度的这些APD采用Geiger模式操作。

根据实施例，电子系统配置成基于APD上入射的光的强度使阵列中的APD独立在采用线性模式操作和采用Geiger模式操作之间切换。

根据实施例，图像感测器配置成输出APD上入射的光的强度的表示，而没有将APD的操作模式传递到下游电路。

根据实施例，APD在第一衬底中或第一衬底上并且电子系统在第二衬底中或第二衬底上；其中第一衬底和第二衬底接合在一起。