CN103219350A - 用于3d成像的有具有交替偏光的滤光器的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种用于3d成像的有具有交替偏光的滤光器的图像传感器。一种用于三维“3D”成像的图像传感器包含第一、第二和第三像素单元，其中所述第二像素单元设置在所述第一像素单元与第三像素单元之间。所述像素单元中包含的滤光器设置在所述图像传感器的光入射侧上，以过滤去往所述像素单元的感光区的具有第一偏光和第二偏光的经偏光编码的光。所述第一像素单元包含具有所述第一偏光的第一滤光器，所述第二像素单元包含具有所述第二偏光的第二滤光器，且所述第三像素单元包含具有所述第三偏光的第三滤光器。

Description

用于3D成像的有具有交替偏光的滤光器的图像传感器
技术领域
本发明大体上涉及图像传感器，且更具体但不排他地说，涉及3D图像传感器。
背景技术
近年来，三维(3D)电影在电影院播放，并且受到公众很大关注。3D电视和显示器也可供家庭使用。可以使用3D DVD播放器来播放3D电影，且因此可以在家看3D电影。3D显示器也可称为立体显示器。
主要是通过允许左眼只看到左视图且右眼只看到右视图来执行对3D图像的显示。左视图与右视图之间的差别产生视差，使得观看者感觉他在看3D物体。要让左眼只看到左视图，右眼只看到右视图，必须将这两个视图彼此隔离。可以在时间上编码(即，交替显示)显示器提供的左视图和右视图。可以用同步方式打开和关闭一对眼镜快门，使得通过佩戴眼镜，左眼将只看到左视图，且右眼将只看到右视图。还可对左视图和右视图进行偏光编码。举例来说，可使左视图水平偏光，而使右视图垂直偏光。一对偏光眼镜于是可具有针对左眼的水平偏光器和针对右眼的垂直偏光器。通过佩戴偏光眼镜，左眼和右眼将只看到其相应视图。
一些常规3D成像系统使用两个分开的相机来捕获3D图像-一个用来记录左视图，另一个用来记录右视图。其它常规系统可使用具有两个各别的图像传感器的单个相机来记录左视图和右视图。其它常规系统可包含使用单个图像传感器的单个相机，其中分别在图像传感器的左半边和右半边记录左视图和右视图。
在更新近的常规系统中，可实施使用单个图像传感器的单个相机，其中使用双凸透镜或微透镜阵列将左视图和右视图分开，以便将左图像和右图像交错到图像传感器上。然而，使用双凸透镜或微透镜的交错可能会增加像素串扰，而且还可能会引入捕获到的左图像与右图像之间的串扰。
发明内容
本发明提供一种用于三维(“3D”)成像的图像传感器，所述图像传感器包括：多个像素单元，其布置成列和行的阵列；以及所述多个像素单元中的第一像素单元；所述多个像素单元中的第二像素单元，其中所述第二像素单元与所述第一像素单元邻接；所述多个像素单元中的第三像素单元，其中所述第三像素单元与所述第二像素单元邻接，使得所述第二像素单元设置在所述第一像素单元与第三像素单元之间；以及多个滤光器，其包含在所述像素单元中，布置成行和列的所述阵列，且设置在所述图像传感器的光入射侧上，以过滤去往所述像素单元的感光区的具有第一偏光和第二偏光的经偏光编码的光，其中所述第一像素单元包含具有所述第一偏光的第一滤光器，所述第二像素单元包含具有所述第二偏光的第二滤光器，且所述第三像素单元包含具有所述第一偏光的第三滤光器。
本发明还提供一种用于三维(“3D”)成像的成像系统，其包括：第一通道，其用于产生3D物体的第一视图；第二通道，其用于产生所述3D物体的第二视图；光束分裂器，其耦合到所述第一通道和第二通道，以组合所述第一视图和第二视图以输出具有对应于所述3D物体的所述第一视图的第一偏光和对应于所述3D物体的所述第二视图的第二偏光的经偏光编码的光；以及图像传感器，其经耦合以接收所述经偏光编码的光，所述图像传感器包含：多个像素单元，其布置成列和行的阵列；以及所述多个像素单元中的第一像素单元；所述多个像素单元中的第二像素单元，其中所述第二像素单元与所述第一像素单元邻接；所述多个像素单元中的第三像素单元，其中所述第三像素单元与所述第二像素单元邻接，使得所述第二像素单元设置在所述第一像素单元与第三像素单元之间；以及多个滤光器，其包含在所述像素单元中，布置成行和列的所述阵列，且设置在所述图像传感器的光入射侧上，以过滤去往所述像素单元的感光区的所述经偏光编码的光，其中所述第一像素单元包含具有所述第一偏光的第一滤光器，所述第二像素单元包含具有所述第二偏光的第二滤光器，且所述第三像素单元包含具有所述第一偏光的第三滤光器。
附图说明
参照下图描述本发明的非限制性且非详尽的实施例，其中除非另有指明，否则在各个图中相同的参考标号指代相同的部分。
图1是图解说明根据本发明的一实施例的图像传感器的示范性框图。
图2是图解说明根据本发明的一实施例的图像传感器内的两个四晶体管(“4T”)像素的像素电路的示范性电路图。
图3是图解说明根据本发明的一实施例的图像传感器的像素单元阵列的图。
图4是图解说明根据本发明的一实施例的具有每一邻近列有交替偏光的滤光器的像素单元阵列的图。
图5是图解说明根据本发明的一实施例的具有每一邻近行有交替偏光的滤光器的像素单元阵列的图。
图6是图解说明根据本发明的一实施例的具有有布置成棋盘图案的偏光的滤光器的像素单元阵列的图。
图7(a)-7(f)图解说明根据本发明的一实施例的具有有布置成棋盘图案的偏光的滤光器的像素单元阵列，其中每一像素单元包含单个成像像素。
图8是根据本发明的一实施例的成像系统的功能框图。
图9是根据本发明的一实施例的成像与显示系统的功能框图。
图10是根据本发明的一实施例的图像传感器的部分的横截面图。
图11是根据本发明的一实施例的另一图像传感器的一部分的横截面图。
具体实施方式
本文中描述用于3D成像的有具有交替偏光的滤光器的图像传感器的实施例。在以下描述中，为了提供对实施例的透彻理解而阐述了许多具体细节。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中所述的技术可在没有所述具体细节中的一者或一者以上的情况下或使用其它方法、组件、材料等来实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免使某些方面混淆。
本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在本说明书各处的出现不一定全部指代同一实施例。此外，在一个或一个以上实施例中，特定特征、结构或特性可用任何合适的方式组合。
图1是图解说明根据本发明的一实施例的图像传感器100的示范性框图。图像传感器100的图解说明的实施例包含有源区域(即，像素阵列105)、读出电路110、功能逻辑115和控制电路120。
举例来说，像素阵列105是后侧或前侧照明的成像像素(例如，像素P1、P2……Pn)的二维阵列。在一个实施例中，每一像素是有源像素传感器(“APS”)，例如互补金属氧化物半导体(“CMOS”)成像像素。如图解说明的，每一像素布置成行(例如，行R1到Ry)和列(例如，列C1到Cx)，以获得人、地点或物体的图像数据，所述数据接着可以用来再现这个人、地点或物体的图像。
在每一像素已经采集了其图像数据或图像电荷之后，图像数据被读出电路110读出且传送到功能逻辑115。读出电路110可包含放大电路、模/数转换电路或其它电路。功能逻辑115可简单地存储图像数据，或甚至通过应用后期图像效果(例如，修剪、旋转、去红眼、调整亮度、调整对比度或其它效果)来操纵图像数据。在一个实施例中，读出电路110可沿着读出列线一次读出一行图像数据(有图解说明)，或者可使用各种其它技术(未图解说明)来读出图像数据，所述技术例如是串行读出或同时完全并行读出所有像素。
控制电路120耦合到像素阵列105以控制像素阵列105的操作特性。举例来说，控制电路120可产生快门信号，用于控制图像采集。
图2是图解说明根据本发明的一实施例的图像传感器内的两个四晶体管(“4T”)像素的像素电路的示范性电路图。像素电路200是用于实施图1的像素阵列105内的每一像素的一种可能的像素电路架构。然而，应明白，本发明的实施例不限于4T像素架构，而是，所属领域的技术人员得益于本发明将了解，本教示也可适用于3T设计、5T设计和各种其它像素架构。
在图2中，像素Pa和Pb布置成两行和一列。每一像素电路200的图解说明的实施例包含光电二极管PD、传递晶体管T1、复位晶体管T2、源极跟随(“SF”)晶体管T3和选择晶体管T4。在操作期间，传递晶体管T1接收传递信号TX，其将光电二极管PD中积累的电荷传递到浮动扩散节点FD。
复位晶体管T2耦合在电力轨VDD与浮动扩散节点FD之间，以在复位信号RST的控制下进行复位(例如，将FD放电或充电到预设电压)。浮动扩散节点FD耦合到SF晶体管T3的栅极。SF晶体管T3耦合在电力轨VDD与选择晶体管T4之间。SF晶体管T3作为源极跟随器操作，从浮动扩散节点FD提供高阻抗输出。最后，选择晶体管T4在选择信号SEL的控制下选择性地将像素电路200的输出耦合到读出列线。在一个实施例中，由控制电路120产生TX信号、RST信号和SEL信号。可通过图像传感器中包含的金属互连层在像素电路100中路由TX信号、RST信号、SEL信号、VDD和接地。
图3是根据本发明的一实施例的图像传感器的像素单元(例如，像素单元302、304、306、308和310)的阵列300的图。在一个方面中，“像素单元”是一个或一个以上成像像素的群组，例如图1中的图像传感器100中的像素阵列105的成像像素。在图像传感器的有源区域中可包含若干彩色成像像素，例如红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)成像像素。举例来说，像素单元302被图解说明为包含布置成拜耳图案的四个彩色成像像素(例如，一个R像素、一个B像素和两个G像素)。根据本发明的教示，其它彩色成像像素和其它彩色图案(未图示)可实施成像素单元。
如图解说明，阵列300的每一像素单元布置成行(例如，行R1到Rj)和列(例如，列C1到Ci)。因此，根据本文中的教示的图像传感器可包含成像像素的阵列和像素单元的阵列两者，其中像素单元的阵列就是像素阵列中的成像像素的有组织的群组。
本发明的实施例可经配置以接收含有用于对三维(3D)图像进行成像的信息的经偏光编码的光。举例来说，入射在图像传感器上的光可包含偏光成对应于3D物体的第一视图的第一偏光的光，且还可包含偏光成对应于3D物体的第二视图的第二偏光的光。在一个实施例中，第一视图是“左视图”且第二视图是“右视图”，以允许图像传感器产生视差。因此，根据本文中提供的教示的图像传感器可包含具有交替偏光的滤光器以过滤去往像素单元的感光区的经偏光编码的光。
举例来说，图4是根据本发明的一实施例的具有每一邻近列有交替偏光的相应滤光器(例如，408、410和412)的像素单元(例如，像素单元402、404和406)的阵列400的图。阵列400是图3的阵列300的一种可能的实施方案。
滤光器可覆盖整个像素单元(例如，如图3所示，拜耳图案的全部四个成像像素)。在图解说明的实例中，滤光器的偏光使每一邻近列交替。因此，列C1中的所有滤光器可具有相同偏光，例如垂直偏光。类似地，列C3中的所有滤光器可具有与列C1中相同的偏光。然而，列C2的滤光器可具有与列C1和C3中的滤光器不同的偏光。在一个实施例中，列C2中的滤光器的偏光与列C1和C3两者中的滤光器的偏光正交。
举例来说，图4图解说明全部设置在阵列400的同一行R1中的像素单元402、404和406。像素单元402与像素单元404的左侧邻接，且像素单元406与像素单元404的右侧邻接，使得像素单元404位于像素单元402与406之间。分别包含在像素单元402和406中的滤光器408和412两者均包含相同偏光，例如垂直偏光。然而，这两者之间的像素单元404中包含的滤光器410具有与右侧和左侧的滤光器的偏光不同的偏光。在一个实施例中，滤光器410的偏光与滤光器408和412的偏光正交。
虽然图4图解说明与列的方向一致的垂直偏光和与行的方向一致的水平偏光，但是应明白，垂直偏光不必须平行于列，且水平偏光不必须垂直于列。因此，垂直和水平偏光的术语仅可用于简化和清晰，以描述任何一对正交线性偏光。
通过使像素单元的每一邻近列的滤光器的偏光交替，可在图像传感器上使3D物体的第一视图和第二视图交错。举例来说，如果左视图沿着水平偏光而偏光，且右视图沿着垂直偏光而偏光，则捕获到的左图像和右图像将逐列交错。
图5是根据本发明的一实施例的具有每一邻近行有交替偏光的相应滤光器(例如，508、510和512)的像素单元(例如，像素单元502、504和506)的阵列500的图。阵列400是图3的阵列300的一种可能的实施方案。
滤光器可覆盖整个像素单元(例如，如图3所示，拜耳图案的全部四个成像像素)。在图解说明的实例中，滤光器的偏光使每一邻近行交替。因此，行R1中的所有滤光器可具有相同偏光，例如垂直偏光。类似地，行R3中的所有滤光器可具有与行R1中相同的偏光。然而，行R2的滤光器可具有与行R1和R3中的滤光器不同的偏光。在一个实施例中，行R2中的滤光器的偏光与行R1和R3两者中的滤光器的偏光正交。
举例来说，图5图解说明全部设置在阵列500的同一列C1中的像素单元502、504和506。像素单元502与像素单元504的顶侧邻接，且像素单元506与像素单元504的底侧邻接，使得像素单元504位于像素单元502与506之间。分别包含在像素单元502和506中的滤光器508和512两者均包含相同偏光，例如垂直偏光。然而，这两者之间的像素单元504中包含的滤光器510具有与顶部和底部的滤光器的偏光不同的偏光。在一个实施例中，滤光器510的偏光与滤光器508和512的偏光正交。
通过使像素单元的每一邻近行的滤光器的偏光交替，可在图像传感器上使3D物体的第一视图和第二视图交错。举例来说，如果左视图沿着水平偏光而偏光，且右视图沿着垂直偏光而偏光，则捕获到的左图像和右图像将逐行交错。
图6是根据本发明的一实施例的具有有布置成棋盘图案的偏光的相应滤光器(例如，滤光器608、610、612、618和620)的像素单元(例如，602、604、606、614和616)的阵列600的图。阵列600是图3的阵列300的一种可能的实施方案。
滤光器可覆盖整个像素单元(例如，如图3所示，拜耳图案的全部四个成像像素)。在图解说明的实例中，滤光器的偏光使每一邻近行和每一邻近列交替。因此，每一滤光器可具有与其邻近滤光器的偏光不同的偏光。
举例来说，图6图解说明全部设置在阵列600的同一行R1中的像素单元602、604和606。像素单元602与像素单元604的左侧邻接，且像素单元606与像素单元604的右侧邻接，使得像素单元604位于像素单元602与606之间。分别包含在像素单元602和606中的滤光器608和612两者均包含相同偏光，例如垂直偏光。然而，这两者之间的像素单元604中包含的滤光器610具有与左侧和右侧的邻近滤光器的偏光不同的偏光。在一个实施例中，滤光器610的偏光与滤光器608和612的偏光正交。
类似地，像素单元602、614和616全部设置在阵列600的同一列C1中。像素单元602与像素单元614的顶侧邻接，且像素单元616与像素单元614的底侧邻接，使得像素单元614位于像素单元602与616之间。分别包含在像素单元602和616中的滤光器608和620两者均包含相同偏光，例如垂直偏光。然而，这两者之间的像素单元614中包含的滤光器618具有与顶部和底部的滤光器的偏光不同的偏光。在一个实施例中，滤光器618的偏光与滤光器608和620的偏光正交。
通过使像素单元的每一邻近行和每一邻近列的滤光器的偏光交替，可在图像传感器上使3D物体的第一视图和第二视图交错。举例来说，如果左视图沿着水平偏光而偏光，且右视图沿着垂直偏光而偏光，则捕获到的左图像和右图像将以对应于像素单元的行和列的棋盘图案交错。
图7(a)-7(f)图解说明根据本发明的一实施例的具有有布置成棋盘图案的偏光的滤光器的像素单元(例如，像素单元702和704)的阵列700，其中每一像素单元包含单个成像像素。阵列700是图3的阵列300的一种可能的实施方案。
阵列700类似于图6的阵列600，因为滤光器的偏光布置成对应于像素单元的行和列的棋盘图案。此外，阵列700的滤光器可覆盖整个像素单元。然而，阵列700中的像素单元包含单个成像像素。换句话说，根据此实施例，阵列700的像素单元可包含仅仅一个成像像素。因此，像素单元的行和列直接对应于像素阵列的行和列。在图解说明的实例中，滤光器的偏光使每一邻近行和每一邻近列交替。因此，每一像素单元(即，成像像素)的每一滤光器可具有与其邻近滤光器的偏光不同的偏光。
图7(a)展示具有滤光器的交替偏光的像素单元702和704的阵列700的实施例，而图7(b)图解说明包含成像像素706和708的图像传感器的有源区域。可以看出，像素单元702包含成像像素706且不包含其它成像像素，而像素单元704包含成像像素708且不包含其它成像像素。阵列700中包含的成像像素的数目通常大约为几千，但是可以是几百，或者任何数目。阵列700中展示的成像像素的有源区域包含标示为红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)像素的彩色像素。
如果左视图沿着水平偏光而偏光，且右视图沿着垂直偏光而偏光，则捕获到的左图像和右图像被阵列700采样，且相应地交错。举例来说，图7(c)展示一个R像素、一个B像素和两个G像素(即，图7(c)中用阴影指示)由具有垂直偏光的滤光器的成像像素采样，且可形成捕获到的右图像的拜耳单元。类似地，图7(d)展示另一组彩色像素(即，也在图7(d)中用阴影指示)由具有垂直偏光的滤光器的成像像素采样，且可形成捕获到的右图像的另一拜耳单元。
图7(e)展示一个R像素、一个B像素和两个G像素(即，图7(e)中用阴影指示)由具有水平偏光的滤光器的成像像素采样，且可形成捕获到的左图像的拜耳单元。图7(f)展示另一组彩色成像像素(即，图7(f)中用阴影指示)由具有水平偏光的滤光器的成像像素采样，且可形成捕获到的左图像的另一拜耳单元。
通过使像素单元的每一邻近行和每一邻近列的滤光器的偏光交替，可在图像传感器上使3D物体的第一视图和第二视图交错。举例来说，如果左视图沿着水平偏光而偏光，且右视图沿着垂直偏光而偏光，则捕获到的左图像和右图像将以对应于像素单元的行和列的棋盘图案交错。因此，应明白，交替偏光的滤光器的阵列可以布置成任何期望图案。当左视图沿着第一偏光而偏光且右视图沿着第二偏光而偏光时，捕获到的左图像和右图像由成像像素的阵列采样，且根据对应滤光器的偏光图案而交错。
图8是根据本发明的一实施例的成像系统800的功能框图。成像系统800被图解说明为包含第一通道802、第二通道804、光束分裂器808和图像传感器806。第一通道802被图解说明为包含透镜810、反射镜812和任选的偏光器816。第二通道804被说明为包含透镜820、反射镜822和824，以及任选的偏光器826。图像传感器806可以是具有任何上述阵列的图像传感器，包含图1的像素阵列105、图3的阵列300、图4的阵列400、图5的阵列500、图6的阵列600或图7的阵列700。
在图解说明的实例中，第一通道802经配置以产生3D物体的第一视图803。在一个实施例中，第一视图803可以是物体的“左视图”。第二通道804可以经配置以产生3D物体的第二视图805。举例来说，第二视图805可以是物体的“右视图”。当一起显示时，第一视图和第二视图803和805可允许产生被成像的物体的视差。
如图8所示，第一和第二视图803和805通过光束分裂器808组合，以产生经偏光编码的光801。经偏光编码的光801具有对应于第一视图803的第一偏光的光，且还包含对应于第二视图805的第二偏光的光。
在一个实施例中，不包含任选的偏光器816和826，使得第一和第二视图803和805是被成像的物体的未经偏光的视图。在此实施例中，光束分裂器808是经配置以使第一和第二视图803和805组合和偏光的偏光光束分裂器。举例来说，光束分裂器808可用第一偏光使第一视图803偏光，且还可用第二偏光使第二视图805偏光。光束分裂器808可接着组合经偏光的第一视图和第二视图以产生经偏光编码的光801。
在另一实施例中，光束分裂器808是非偏光光束分裂器，且任选的偏光器816和826包含在其相应的通道中。偏光器816接着经配置以用第一偏光使第一视图偏光，而偏光器826经配置以用第二偏光使第二视图偏光。非偏光光束分裂器808接着组合经偏光的第一和第二视图803和805以产生经偏光编码的光801。虽然在成像透镜810和820的光入射侧上图解说明了偏光器816和826，但是偏光器可设置在在到达非偏光光束分裂器808之前沿着其相应通道的光路径的任何位置处。
在一个实例中，第一视图803是被成像的物体的“左视图”，且被偏光光束分裂器808水平偏光。类似地，第二视图805可以是物体的“右视图”，且被偏光光束分裂器808垂直偏光。以此方式，图像传感器806的包含水平偏光的滤光器的成像像素捕获物体的左图像，而包含垂直偏光的滤光器的成像像素捕获物体的右图像。
图9是根据本发明的一实施例的成像与显示系统900的功能框图。成像与显示系统900被图解说明为包含左成像通道902、右成像通道904、图像传感器910、电子处理单元912、存储装置914和3D显示器916。左和右成像通道902和904可包含参看图8所描述的成像通道802和804。类似地，图像传感器910可以是具有包含图1的像素阵列105、图3的阵列300、图4的阵列400、图5的阵列500、图6的阵列600或图7的阵列700在内的任何上述阵列的图像传感器。
图9图解说明光906，其包含物体的“左视图”，左视图由左成像通道902产生，且在第一方向上被偏光(例如，水平偏光)。图9还图解说明光908，其包含物体的“右视图”，右视图由右成像通道904产生，且在与第一方向正交的第二方向上被偏光(例如，垂直偏光)。由左成像通道902和右成像通道904形成的图像被图像传感器910捕获，图像传感器910具有在相同的第一和第二方向上交替的正交偏光的偏光器的阵列。左图像和右图像由成像像素采样，且在图像传感器的有源区域上交错。图像传感器910被电子处理单元912读出。在一个实施例中，电子处理单元是专用集成电路(“ASIC”)等等。在电子处理单元912中，左图像与右图像分开，必要时加以处理，且用适合于存储在存储装置914中或适合于由3D显示器916显示的格式组合。存储装置914可包含任何用机器可存取的形式提供(即，存储和/或传输)信息的机构。举例来说，存储装置914包含可记录媒体(例如，随机存取存储器(RAM)、磁盘存储媒体、光学存储媒体、快闪存储器装置等等)。
此外，3D显示器916可包含任何显示(例如，输出、投影、发射、呈现等等)图像传感器910成像的物体的视差的装置。举例来说，3D显示器916可以是LCD显示器、立体显示器、投影仪、双凸透镜打印机等等。
图10是根据本发明的一实施例的图像传感器1000的部分的横截面图。图像传感器1000是任何上述图像传感器的一种可能的实施方案，包含图1的图像传感器100、图8的图像传感器806和图9的图像传感器910。图像传感器1000被图解说明为包含像素单元1002、1004和1006。图10将像素单元1002图解说明为具有若干成像像素，包含成像像素1014。成像像素1014包含感光区1008、彩色滤光片1018和微透镜1032。图10中还展示了半导体层1010、滤光器1026、1028和1030，以及经偏光编码的光1035。经偏光编码的光1035被展示为包含具有第一偏光的光1037和具有第二偏光的光1039。
图10将成像像素1014的感光区1008图解说明为设置在半导体层1010中。在一个实施例中，感光区1008包含光电二极管，且可布置成4T像素架构，例如在图2的像素电路200中。此外，成像像素1014可以是互补金属氧化物半导体(“CMOS”)成像像素。
设置在半导体层1010上的是层(或层的组合)1016。层1016可包含用于在成像像素1014与设置在图像传感器1000的外围区域(未图示)上的读出或控制电路之间路由电信号的一个或一个以上金属层。举例来说，图像传感器1000的外围电路可包含图1的读出电路110、功能逻辑115和控制电路120。成像像素1014还被展示为包含设置在层1016上的彩色滤光片1018。在图解说明的实例中，彩色滤光片1018可以是红色或蓝色彩色滤光片，使得像素单元1002的彩色成像像素形成期望的彩色图案，例如拜耳图案。成像像素1014还包含设置在图像传感器1000的光入射侧上的微透镜1032，用于将光聚焦到感光区1008。
图10中还展示了滤光器1026。在图解说明的实例中，滤光器1026设置在像素单元1002中包含的每一成像像素的彩色滤光片与微透镜之间。然而，应认识到，滤光器1026可设置在沿着微透镜1032与感光区1008之间的光路径的任何位置处。滤光器1026具有第一偏光，而邻近像素单元1004中的滤光器1028具有第二偏光。滤光器1026的偏光与滤光器1028的偏光不同。举例来说，滤光器1026可具有与滤光器1028的偏光正交的偏光。在图解说明的实例中，滤光器1026可水平偏光，而滤光器1028垂直偏光。类似地，滤光器1030具有与滤光器1026的偏光相同的偏光。因此，滤光器1030也可水平偏光。
在操作中，在图像传感器1000的光入射侧处接收经偏光编码的光1035。经偏光编码的光1035包含被水平偏光的光1037和被垂直偏光的光1039。在一个实施例中，光1037对应于3D物体的“左视图”，而光1039对应于3D物体的“右视图”，使得图像传感器1000可形成物体的视差图像。由于滤光器1026具有水平偏光，所以滤光器1026透射(即，穿过)经偏光编码的光1035的经水平偏光的光1037，但是阻挡(即，吸收)经垂直偏光的光1039。类似地，邻近像素单元1004的滤光器1028透射经垂直偏光的光1039，且阻挡经水平偏光的光1037。因此，感光区1008可捕获物体的左图像的一部分，而感光区1012可捕获物体的右图像的一部分。
在一个实施例中，滤光器1026由用碘浸渍的聚乙烯醇(PVA)制成。在制造滤光器期间，PVA聚合物链可被拉伸，使得其在材料中形成对准的线性分子阵列。碘掺杂剂附接到PVA分子，且使其沿链的长度传导。平行于链而偏光的光被吸收，且垂直于链而偏光的光被透射。对于上述实施例，经偏光的滤光器可在制造图像传感器期间使用标准的光刻工艺形成在图像传感器上。可通过分别在水平和垂直偏光的滤光器形成期间施加电场或磁场来对准偏光器阵列中的碘晶体。在晶体被对准和固定之后，滤光器可吸收平行于晶体对准方向偏光的光，且透射垂直于晶体对准方向偏光的光。在另一实施例中，滤光器可从偏光片中切割，且粘贴到图像传感器上。
图11是根据本发明的一实施例的另一图像传感器1100的一部分的横截面图。图像传感器1100是包含图1的图像传感器100的任何上述图像传感器的一种可能的实施方案，包含图1的图像传感器100、图8的图像传感器806和图9的图像传感器910。图像传感器1100被图解说明为包含像素单元1102、1104和1106。图11将像素单元1102图解说明为具有若干成像像素，包含成像像素1114。成像像素1114包含感光区1008、彩色滤光片1118和微透镜1132。图11中还展示了半导体层1010、滤光器1126、1128和1130，以及经偏光编码的光1035。
图像传感器1100类似于图10的图像传感器1000，只不过滤光器1126、1128和1130设置在微透镜上方。此外，图像传感器1100包含透明的平坦化层1120，此层设置在微透镜(例如，微透镜1132)上，其中滤光器可接着形成在平坦化层1120上。因此，在图11的实例中，成像像素1114的微透镜1132设置在滤光器1126与感光区1114之间。
上文对本发明的图解说明的实施例的描述，包含说明书摘要中描述的内容，不希望是详尽的或者将本发明限于所揭示的精确形式。所属领域的技术人员将认识到，虽然本文中出于说明的目的描述了本发明的具体实施例和实例，但是在本发明的范围内可进行各种修改。
可鉴于上文的详细描述对本发明进行这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书中揭示的具体实施例。实际上，本发明的范围应完全由所附权利要求书来确定，应当根据已确定的权利要求解释原则来理解所附权利要求书。

Claims (26)

1.一种用于三维“3D”成像的图像传感器，所述图像传感器包括：
多个像素单元，其布置成列和行的阵列；以及
所述多个像素单元中的第一像素单元；
所述多个像素单元中的第二像素单元，其中所述第二像素单元与所述第一像素单元邻接；
所述多个像素单元中的第三像素单元，其中所述第三像素单元与所述第二像素单元邻接，使得所述第二像素单元设置在所述第一像素单元与第三像素单元之间；以及
多个滤光器，其包含在所述像素单元中，布置成行和列的所述阵列且设置在所述图像传感器的光入射侧上，以过滤去往所述像素单元的感光区的具有第一偏光和第二偏光的经偏光编码的光，其中所述第一像素单元包含具有所述第一偏光的第一滤光器，所述第二像素单元包含具有所述第二偏光的第二滤光器，且所述第三像素单元包含具有所述第一偏光的第三滤光器。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中每一邻近列中的滤光器在所述第一偏光与所述第二偏光之间交替。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中每一邻近行中的滤光器在所述第一偏光与所述第二偏光之间交替。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述滤光器的偏光布置成与所述阵列的所述列和行对应的棋盘图案，其中所述滤光器的所述偏光使每一邻近列和每一邻近行在所述第一偏光与所述第二偏光之间交替。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一偏光与所述第二偏光正交。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述经偏光编码的光包含偏光成对应于3D物体的第一视图的所述第一偏光的光和偏光成对应于所述3D物体的第二视图的所述第二偏光的光。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个像素单元中的每一者包含设置在所述图像传感器的半导体层中的仅仅一个成像像素。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个像素单元中的每一者包含设置在所述图像传感器的半导体层中的多个成像像素。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述像素单元中的每一者中包含的所述多个成像像素布置成拜耳图案。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中每一像素单元包含至少一个成像像素，所述成像像素包括：
感光区，其设置在所述图像传感器的半导体层中；
彩色滤光片，其设置在所述图像传感器的所述光入射侧上；以及
微透镜，其设置在所述光入射侧上以将光聚焦到所述感光区。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述至少一个成像像素的对应滤光器设置在所述彩色滤光片与所述微透镜之间。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述至少一个成像像素进一步包括设置在所述微透镜上的平坦化层，且其中所述至少一个成像像素的对应滤光器设置在所述平坦化层上。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述图像传感器是互补金属氧化物半导体“CMOS”图像传感器。
14.一种用于三维“3D”成像的成像系统，其包括：
第一通道，其用于产生3D物体的第一视图；
第二通道，其用于产生所述3D物体的第二视图；
光束分裂器，其耦合到所述第一通道和第二通道，以组合所述第一视图和第二视图以输出具有对应于所述3D物体的所述第一视图的第一偏光和对应于所述3D物体的所述第二视图的第二偏光的经偏光编码的光；以及
图像传感器，其经耦合以接收所述经偏光编码的光，所述图像传感器包含：
多个像素单元，其布置成列和行的阵列；以及
所述多个像素单元中的第一像素单元；
所述多个像素单元中的第二像素单元，其中所述第二像素单元与所述第一像素单元邻接；
所述多个像素单元中的第三像素单元，其中所述第三像素单元与所述第二像素单元邻接，使得所述第二像素单元设置在所述第一像素单元与第三像素单元之间；以及
多个滤光器，其包含在所述像素单元中，布置成行和列的所述阵列且设置在所述图像传感器的光入射侧上，以过滤去往所述像素单元的感光区的所述经偏光编码的光，其中所述第一像素单元包含具有所述第一偏光的第一滤光器，所述第二像素单元包含具有所述第二偏光的第二滤光器，且所述第三像素单元包含具有所述第一偏光的第三滤光器。
15.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第一通道和第二通道产生所述3D物体的未经偏光的视图，且其中所述光束分裂器是偏光光束分裂器，其经配置以组合分别具有所述第一偏光和第二偏光的所述第一视图和第二视图，以产生所述经偏光编码的光。
16.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第一通道包含经耦合以用所述第一偏光使所述3D物体的所述第一视图偏光的第一偏光器，所述第二通道包含经耦合以用所述第二偏光使所述第二视图偏光的第二偏光器，且其中所述光束分裂器是非偏光光束分裂器。
17.根据权利要求14所述的成像系统，其中每一邻近列中的滤光器在所述第一偏光与所述第二偏光之间交替。
18.根据权利要求14所述的成像系统，其中每一邻近行中的滤光器在所述第一偏光与所述第二偏光之间交替。
19.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述滤光器的偏光布置成对应于所述阵列的所述列和行的棋盘图案，其中所述滤光器的所述偏光使每一邻近列和每一邻近行在所述第一偏光与所述第二偏光之间交替。
20.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第一偏光与所述第二偏光正交。
21.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述多个像素单元中的每一者包含设置在所述图像传感器的半导体层中的仅仅一个成像像素。
22.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述多个像素单元中的每一者包含设置在所述图像传感器的半导体层中的多个成像像素。
23.根据权利要求22所述的成像系统，其中所述像素单元中的每一者中包含的所述多个成像像素布置成拜耳图案。
24.根据权利要求14所述的成像系统，其中每一像素单元包含至少一个成像像素，所述成像像素包括：
感光区，其设置在所述图像传感器的半导体层中；
彩色滤光片，其设置在所述图像传感器的所述光入射侧上；以及
微透镜，其设置在所述光入射侧上以将光聚焦到所述感光区。
25.根据权利要求24所述的成像系统，其中所述至少一个成像像素的对应滤光器设置在所述彩色滤光片与所述微透镜之间。
26.根据权利要求24所述的成像系统，其中所述至少一个成像像素进一步包括设置在所述微透镜上的平坦化层，且其中所述至少一个成像像素的对应滤光器设置在所述平坦化层上。
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