CMOS图像传感器、CMOS相机及高动态范围CMOS相机成像方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115985926A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211670577.4(22)申请日2022.12.24(71)申请人中国科学院西安光学精密机械研究所地址710119陕西省西安市高新区新型工业园信息大道17号(72)发明人梁晓祯高佳锐吕林蔚曹伟伟白永林石大莲李然秦君军(74)专利代理机构西安智邦专利商标代理有限公司61211专利代理师倪金荣(51)Int.Cl.H01L27/146(2006.01)H04N25/76(2023.01)H04N25/57(2023.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称CMOS图像传感器、CMOS相机及高动态范围CMOS相机成像方法(57)摘要本发明提供一种CMOS图像传感器、CMOS相机及高动态范围CMOS相机成像方法，目的是解决CMOS图像传感器的低噪声工艺和像元尺寸优化，过程复杂、时间长，并且需要较大成本投入的技术问题。所述CMOS图像传感器包括有涂层窗口与无涂层窗口；所述有涂层窗口涂一层荧光材料，有涂层窗口用于接收荧光材料发出的光，无涂层窗口用于接收拍照物的光。所述CMOS相机包括CMOS图像传感器，所述CMOS相机通过CMOS图像传感器涂荧光材料的面积比例和不同荧光材料的衰减系数，以及配合相应的二次曝光和数据读出方式，灵活调整动态范围。CN115985926ACN115985926A权利要求书1/2页1.一种CMOS图像传感器，包括感光面窗口，其特征在于：所述感光面窗口包括有涂层窗口与无涂层窗口；所述有涂层窗口与无涂层窗口的面积比为K∶1，K>0；所述有涂层窗口涂一层荧光材料，有涂层窗口用于接收荧光材料发出的光，无涂层窗口用于接收拍照物的光。2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于：所述K＝1。3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器，其特征在于：所述有涂层窗口包括多个有涂层像元窗口，所述无涂层窗口包括多个无涂层像元窗口；各有涂层像元窗口和各无涂层像元窗口在每一行和每一列中均依次交替排布。4.一种CMOS相机，其特征在于：包括权利要求1‑3任一所述的CMOS图像传感器。5.一种高动态范围CMOS相机成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)在CMOS相机的CMOS图像传感器感光面部分窗口上涂覆荧光材料；S2)CMOS相机快门开启，对拍照物进行第一次曝光，曝光时间t1；S3)CMOS相机快门关闭，第一次曝光后经过时间间隔T，进行第二次曝光和数据读出，曝光时间t2；获得荧光粉的余光光强Qt；S4)计算拍照物的原始光强Q0＝Qt(K+1)/(kqK)，然后返回步骤S2，进行下一帧的成像；其中，K为CMOS图像传感器有涂层窗口面积与无涂层窗口面积之比，q为荧光材料的光强转换系数；k为荧光材料的衰减系数，k为固定值。6.根据权利要求5所述高动态范围CMOS相机成像方法，其特征在于：增大K，可扩展CMOS相机动态范围的探测上限，减小K，可扩展CMOS相机动态范围的探测下限；或者，选择较小k值的荧光材料，可扩展CMOS相机动态范围的探测上限。7.根据权利要求5或6所述高动态范围CMOS相机成像方法，其特征在于：增加t1，可扩展CMOS相机动态范围的探测下限，增加T和/或t2，可扩展CMOS相机动态范围的探测上限。8.一种高动态范围CMOS相机成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1)在CMOS相机的CMOS图像传感器感光面部分窗口上涂覆荧光材料；S2)CMOS相机快门开启，对拍照物进行第一次曝光和数据读出，曝光时间t1，获得拍照物和荧光粉的总光强Q；S3)CMOS相机快门关闭，判断该总光强Q是否大于CMOS图像传感器的探测上限，如否，进入步骤S4，如是，进入步骤S5；S4)计算拍照物的原始光强Q0＝Q(K+1)/(1+qK)，然后返回步骤S2，进行下一帧的成像；其中，K为CMOS图像传感器有涂层窗口面积与无涂层窗口面积之比，q为荧光材料的光强转换系数；S5)第一次曝光后经过间隔时间T，进行第二次曝光和数据读出，曝光时间t2，获得荧光粉的余光光强Qt；2CN115985926A权利要求书2/2页S6)计算拍照物的原始光强Q0＝Qt(K+1)/(kqK)，然后返回步骤S2，进行下一帧的成像；其中，k为荧光材料的衰减系数，k为固定值。9.根据权利要求8所述高动态范围CMOS相机成像方法，其特征在于：增大K，可扩展CMOS相机动态范围的探测上限，减小K，可扩展CMOS相机动态范围的探测下限；或者，选择较小k值的荧光材料，可扩展CMOS相机动态范围的探测上限。10.根据权利要求8或9所述高动态范围CMOS相机成像方法，其特征在于：增加t1，可扩展CMOS相机动态范围的探测下限，增加T和