具有可变灵敏度以最大化数据使用的传感器制造技术

本公开一个方面涉及具有可变灵敏度以最大化数据使用的传感器.记录入射到成像传感器上的光子；以及以可变密度在成像传感器上存储记录的光子，其中通过非线性地存储电子以变化的密度记录光子.关键词包括传感器和非线性地存储。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器，并且更特别地，涉及最大化数据使用的可变灵敏度传感器。
技术介绍
无论数字或模拟传感器都倾向以线性的方式测量和记录物理现象(例如声音或光)。例如，当多个光子入射到成像传感器的传感元件上时，传感元件存储一定量的电荷(例如，在电容器中)，以及例如，当光子的数量加倍后，传感器上存储的电荷量也会加倍。
技术实现思路
本专利技术提供了以类似于数据将如何被使用的变化密度记录数据的传感元件。在一个实施方式中，例如以对数形式记录数据。在一个实施方式中，公开了一种传感元件。该传感元件包括：传感器，构造为以变化的密度记录入射到传感器上的光子，其中通过关于光子非线性地存储电子以变化的密度记录光子。在另一个实施方式中，公开了一种方法。该方法包括：记录入射到成像传感器上的光子；以变化的密度在成像传感器上存储所记录的光子，其中通过关于光子非线性地存储电子以变化的密度记录光子。在另一个实施方式中，公开了一种设备。该设备包括：用于记录光子的装置；以及用于将所记录的光子存储到用于以变化的密度记录光子的装置上的装置，其中通过关于光子非线性地存储电子以变化的密度记录光子。本专利技术的其他特征和优点从通过例子示例本专利技术各方面的本说明书应当是明显的。附图说明本专利技术的关于结构和操作的细节部分，可通过进一步附图的说明来部分地叙述，其中相同的附图标记代表相同的部件，并且其中：图1以图示的方式示出了常规的传感元件(例如，相机的传感元件)，其在捕捉电子时以14档线性地存储电子；图2以图示的方式示出了根据本专利技术一实施方式的对数传感元件，其在捕捉电子时以40档对数地存储电子；图3示出的图表示出了非线性传感器的灵敏度随着累积的电子数量的增加而降低；图4A是示出了根据本专利技术一个实施方式的用于捕捉图像并将其记录到传感元件上的方法的流程图；图4B是示出了用于非线性存储所捕捉和记录的图像的方法的一实施方式的另一流程图；以及图4C是示出了用于非线性存储所捕捉和记录的图像的方法的另一实施方式的另一流程图。具体实施方式然而，由于最终的使用可能不在这样的线性空间中，所以上述的以线性方式测量和记录物理现象(例如声音或光)的配置是低效的。例如，对于声音或光来说，人类系统(例如，人眼)以对数形式处理这些数据。对于光，数据的每一次加倍(例如，光子数量的加倍)被感知为所察觉亮度的线性增加。例如，如果1个单元的输入按一定方式被感知，那么2个单元(即，增加1)的输入将被感知为更多的输入，但是对于刺激的类似增加将需要4个单元的输入(即，需要增加2而非先前的增加1)。但是，由于与有用信息的输入的指数增量形成对照的传感器的数据记录的线性，传感器很快就达到了饱和，并限制了传感器的动态范围。但是，对于传感器来说，更期望的是能够记录更宽动态范围的数据。目前，消费数字相机传感器中使用的好的成像传感器捕捉大约14档的动态范围，在其到达饱和之前以2倍于0(即没有输入的值)和可记录的最黑暗值(最低的非0输入的值)之间的距离被测量。档是用于量化光或曝光的比率的单元，每增加一档意味着两倍，每减去一档意味着二分之一倍。我们眼睛所看到的真实世界从星光变化到明亮太阳跨越了大约40档的动态范围(比率为1∶160000000000)。尽管目前的纸张打印和典型的计算机显示器仅示出约8档的动态范围，但未来的高动态范围的显示器件可能能够显示甚至我们最好的消费相机的限制。数字成像的传统解决方案使用通过以线性方式存储电子来记录入射光子的量的传感元件。在这样的传感器中，当一个光子撞击到其上，光电二极管可释放一个电子，施加的电场推动电子移动，并且该电子被存储在电容器中。在曝光结束后，读取机构测量电容器的电压，这样，可以得出入射到传感元件上的光的量(或者入射光子的数量)。这样，所存储的电子的数量与入射的光子的数量成比例，入射的光子的数量与电容器上的电压成比例，且传感元件登记的相当于场景-线性信息。在这些方面，当考虑传感元件电容器内的电子时，最亮的档由所有累积的电子的一半表示。下一最亮的档由该量的一半的电子表示，以此类推。但是线性传感器上的最亮档，当用尽传感元件上可存储的记录数据的一半时，仅对应于价值为单一档的信息。最上面的两档占据了所记录数据的四分之三，诸如此类。反之，处于底部的档仅分配给它们非常少的数据，以至于它们充满噪声。对于人类观看目的来说这是一种低效的技术。例如，图1以图示的方式示出了常规传感元件100(例如，相机的传感元件)，其当捕获电子时以14档线性地存储电子。在图1中，由于常规传感元件100被示出为以线性方式存储电子，从最亮的1档(110)开始到最暗的14档(116)，1档(110)用尽了传感元件100上可存储的记录数据的一半，而它对应的仅是价值单一档的信息。接着2档(112)用尽了剩余记录数据的一半，并且3档(114)用尽了2档(112)之后的剩余记录数据的一半，以此类推。例如，如果入射到传感元件100上的电子总数是45,000，那么1档(110)用尽一半或22,500个电子，2档(112)用尽剩余的22,500的一半或11,250个电子，3档(114)用尽剩余的11,250的一半或5,625个，直到14档(116)仅使用了(1/214))＊45,000＝(1/16,384)＊45,000＝2.75个电子。需要说明的是，该段落中使用的术语“档”表示一个单元，该单元用于量化光的比率，且并不是相机的一个物理元件。为了解决具有上述传感元件的常规相机的缺点，本文公开的若干实施方式提供了以变化的密度而非场景线性地(如上面关于图1所描述的)存储数据的传感元件。在一个实施方式中，公开了以对数形式存储数据的传感元件。在另一个实施方式中，所有的传感元件都覆盖有变化的中性密度滤波器(或者某其他的提供可变灵敏度的架构)，其减少到达传感元件的光的量。通过使用具有不同曝光的传感元件来重新产生图像，可以重新产生更高动态范围的图像。因此，总体上来说，通过调整到达传感器的光的量，例如，使用变化的中性密度滤波器，可产生更高动态范围的图像。在读了本说明书之后，对于如何在各种实施方式和应用中实现本专利技术将会变得明显。但是，虽然此处将描述本专利技术的各种实施方式，可以理解的是，这些实施方式仅是以示例性方式呈现的，并不作为限制。因此，各种实施方式的详细描述不应被理解为对于本专利技术的范围和宽度的限制。在一个实施方式中，公开了传感元件，其中通过将数据存储在与数据最终被使用的方式类似的空间中，数据以更高效的方式被记录。在这种实施方式中，传感元件是非线性传感元件，其以变化的密度存储或记录数据。例如，图2以图示的方式示出了根据本专利技术一个实施方式的对数传感元件或设备200，其当捕获电子时以40档(210)对数地存储电子。在图2示出的实施方式中，与具有14档的线性传感元件100相比，对数传感元件200被示出为具有40档。可以看出，对数传感元件200的每一档(假定45,000个电子被感知，每一档包括1125个电子)比线性传感元件100的平均档(假定45,000个电子被感知，每一档包括从22,500到3个电子)包括更多的电子。为了物理地实现诸如图2示出的且在上面描述的对数传感元件200的非线性传感元件，可以使用若干不同的元件。一般而言，电子在存储中累积的速率可通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感元件，包括：传感器，被构造为以变化的密度记录入射到传感器上的光子，其中通过非线性地存储电子以变化的密度记录光子。

【技术特征摘要】
2015.08.03 US 14/817,0751.一种传感元件，包括：传感器，被构造为以变化的密度记录入射到传感器上的光子，其中通过非线性地存储电子以变化的密度记录光子。2.如权利要求1所述的传感元件，其中传感器是成像传感器。3.如权利要求1所述的传感元件，其中非线性地存储电子的传感器被构造为对数传感器，所述对数传感器对数地存储电子。4.如权利要求1所述的传感元件，进一步包括：被构造为产生电场的电场产生器，所述电场随着更多的电子被存储在传感器中而减小。5.如权利要求1所述的传感元件，其中传感器包括用于存储电子的电容器。6.如权利要求1所述的传感元件，其中传感器包括光电二极管，所述光电二极管被构造为改变正空穴被填充的速率。7.一种方法，包括：记录入射到图像传感器上的光子；以及以变化的密度在成像传感器上存储所记录的光子，其中通过非线性地存储电子以变化的密度记录光子。8.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中一规，
申请(专利权)人：索尼公司，索尼图片娱乐公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP