CN105991978B - 具有深度检测像素的图像传感器和产生深度数据的方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器，包括：多个像素，所述多个像素包括多个颜色检测像素和多个深度检测像素，其中，所述多个像素以二维布置；以及光电转换层，被形成为与所述多个像素对应，其中，所述多个颜色检测像素中的每个包括：第一聚光层，设置在所述光电转换层之上；以及带通滤波器层，插入在所述光电转换层和所述第一聚光层之间，以及其中，所述多个深度检测像素中的每个包括：第二聚光层，设置在所述光电转换层之上且具有比所述第一聚光层的尺寸更大的尺寸。

Description

具有深度检测像素的图像传感器和产生深度数据的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年8月28日提交的申请号为10-2014-0112887的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
示例性实施例涉及半导体制造技术，且更具体地涉及具有深度检测像素的图像传感器以及利用图像传感器产生深度数据的方法。
背景技术
图像传感器将包括图像数据或深度数据的光信号转换成电信号。研究人员和业界正在研究和开发除了提供图像数据之外还提供深度数据的高精确的三维(3D)图像传感器。
发明内容
实施例针对包括深度检测像素的图像传感器，以及利用图像传感器来产生深度数据的方法。
根据一个实施例，一种图像传感器包括：多个像素，所述多个像素包括多个颜色检测像素和多个深度检测像素，其中，所述多个像素以二维布置；以及光电转换层，被形成为与所述多个像素对应，其中，所述多个颜色检测像素中的每个包括：第一聚光层，设置在所述光电转换层之上；以及带通滤波器层，插入在所述光电转换层和所述第一聚光层之间，以及其中，所述多个深度检测像素中的每个包括：第二聚光层，设置在所述光电转换层之上，且具有比所述第一聚光层的尺寸更大的尺寸。
所述图像传感器还可以包括：介电层，形成在所述光电转换层之上、具有平坦的上表面、且包括所述带通滤波器层，其中，所述第一聚光层和所述第二聚光层形成在所述介电层之上。
所述带通滤波器层可以延伸至所述多个深度检测像素以插入在所述光电转换层和所述第二聚光层之间。所述深度检测像素的带通滤波器层可以比所述颜色检测像素的带通滤波器层更厚。
两个或更多个深度检测像素可以共用一个第二聚光层。所述第一聚光层的厚度与所述第二聚光层的厚度相同，或所述第一聚光层比所述第二聚光层更薄。
所述第一聚光层和所述第二聚光层中的每个包括多个材料层的层叠结构，其中，所述第一聚光层的上层具有比所述第一聚光层的下层更小的尺寸，以及其中，所述第二聚光层的上层具有比所述第二聚光层的下层更小的尺寸。所述第一聚光层的最下层的尺寸可以比所述第二聚光层的最下层的尺寸更短。所述第一聚光层的总厚度与所述第二聚光层的总厚度相同，以及其中，所述第二聚光层的最下层比所述第一聚光层的最下层更薄。
所述第一聚光层可以包括半球形透镜，其中，所述第二聚光层可以包括多个材料层的层叠结构，以及其中，所述多个材料层的上层具有比所述多个材料层的下层更小的尺寸。
所述带通滤波器层可以包括多个滤波器层的层叠结构，以及其中，所述多个滤波器层具有彼此不同的折射率。
所述多个颜色检测像素可以包括第一颜色像素、第二颜色像素和第三颜色像素，其中，所述第一颜色像素的带通滤波器层比所述第二颜色像素的带通滤波器层更厚，以及其中，所述第二颜色像素的带通滤波器层比所述第三颜色像素的带通滤波器层更厚。
所述第一颜色像素可以包括红色像素，所述第二颜色像素可以包括绿色像素，所述第三颜色像素可以包括蓝色像素。
所述多个像素还可以包括多个相位差检测像素，以及其中，所述多个相位差检测像素中的每个可以包括：第三聚光层，设置在所述光电转换层之上；以及光阻挡层，插入在所述光电转换层和所述第三聚光层之间，且具有相对于所述光电转换层的光轴偏心设置的开口。
所述第三聚光层包括半球形透镜或多个材料层的层叠结构，以及其中，所述多个材料层的上层比所述多个材料层的下层具有更小的尺寸。
根据另一个实施例，一种在提供有多个像素的图像传感器中产生深度数据的方法，所述多个像素包括以二维布置的多个颜色检测像素、多个深度检测像素、以及多个相位差检测像素，所述方法包括：从所述多个相位差检测像素计算模糊权重值；从所述多个颜色检测像素提取第一边缘值；从所述多个深度检测像素提取第二边缘值；利用点扩散函数、基于所述第一边缘值和所述第二边缘值来计算第一模糊值和第二模糊值；通过将所述模糊权重值反映在所述第一模糊值和所述第二模糊值中来放大所述第一模糊值和所述第二模糊值；以及基于所述放大的第一模糊值和所述放大的第二模糊值之差来产生深度信息。
附图说明
图1是说明根据一个实施例的图像传感器的框图。
图2A至图2C是说明根据实施例的图像传感器的像素阵列的平面图。
图3A和图3B说明根据一个实施例的图像传感器。
图4A和图4B说明根据一个实施例的图像传感器。
图5是说明根据一个实施例的图像传感器的相位差检测像素的截面图。
图6是说明根据一个实施例的图像传感器的图像信号处理器(ISP)的框图。
图7是描述根据一个实施例的用于在图像传感器中产生深度数据的方法的流程图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述示例性实施例。然而，实施例可以以不同形式修改且不应该被解释为局限于本文所列的配置。在本公开中，相似的附图标记表示相似的部分。
附图不一定按比例，且在一些实例中，为了清楚地说明实施例的特征，比例可以被夸大。当第一层被称作为在第二层“上”或在衬底“上”时，其不仅表示第一层直接形成在第二层或衬底上，还表示在第一层和第二层或衬底之间存在第三层的意思。
以下实施例提供包括深度检测像素的图像传感器和利用图像传感器产生深度数据的方法。深度数据对于实现三维(3D)图像来说很重要。已提出的用以产生深度数据的多种技术包括：飞行时间(TOF)、三角测量、红外线(IR)辐射图案检测方法、半自动算法等。这些方法需要诸如红外线光源的光源来产生深度差。然而，问题是，由于干扰的缘故，深度数据不能在高照明环境(诸如日间的室外环境)中稳定地产生。另外，虽然三角测量技术和立体摄像技术可以产生高精确的深度数据，但因其需要数个照相机和昂贵的设备，其结构复杂且价格昂贵。
为了解决这些问题，以下实施例提供包括多个颜色检测像素和多个深度检测像素的图像传感器。在像素阵列中，深度检测像素具有与颜色检测像素不同的焦距。在像素阵列中，多个像素以二维(2D)布置。焦距可以是物体与每个像素之间的焦距，并且距深度检测像素的焦距可以比距颜色检测像素的焦距更长。在颜色检测像素和深度检测像素集成在像素阵列中且具有彼此不同的焦距的结构之下，来自外部环境、例如高照明环境的干扰可以被有效地抑制。结果，可以产生准确的深度数据。另外，由于图像传感器具有简单的结构且适于大量生产，所以可以以低廉价格来提供图像传感器。
图1是说明根据一个实施例的图像传感器的框图。
参见图1，图像传感器1000可以包括像素阵列1100、图像信号处理器(ISP)1110、行驱动器1120、相关双采样器(CDS)1130、模数转换器(ADC)1140、斜坡信号发生器1160、定时发生器1170和控制寄存器1180。
像素阵列1100可以包括用于基于入射光的强度来产生像素信号的多个像素。每个像素可以包括光电转换元件和至少一个像素晶体管。每个像素晶体管可以包括传输晶体管、复位晶体管、驱动晶体管和选择晶体管。传输晶体管与光电转换元件耦接。复位晶体管与传输晶体管共用浮置扩散区。驱动晶体管使其栅极与浮置扩散区耦接。选择晶体管与驱动晶体管串联耦接。光电转换元件可以包括光电二极管或钉扎光电二极管(pinnedphotodiode)。像素阵列1100的像素可以包括：多个颜色检测像素、多个深度检测像素和多个相位差检测像素，这将在以下详细描述。
定时发生器1170可以将控制信号或时钟信号施加至行驱动器1120、相关双采样器1130、模数转换器1140和斜坡信号发生器1160以控制给定的操作或定时。控制寄存器1180可以储存对于图像传感器1000的操作所必需的各种命令。
行驱动器1120可以对从定时发生器1170输出的控制信号或时钟信号译码，且将栅极信号供应至像素阵列1100中的每个行。像素阵列1100可以输出像素信号。从基于行驱动器1120所传送的栅极信号而选中的行来输出像素信号。换言之，可以经由某个选中的行来提供从像素阵列1100传送至图像信号处理器1110的数字像素信号(DPS)。
图像信号处理器1110处理从像素阵列1100经由相关双采样器1130和模数转换器1140输出的数字像素信号(DPS)。数字像素信号(DPS)以人可见的图像数据的形式输出。图像信号处理器1110可以包括控制块、存储块、包括模糊权重值发生单元的相位差检测块、边缘检测块和深度检测块，这将在以下描述。
图2A至图2C是说明根据一个实施例的图像传感器的像素阵列的平面图。图2A是说明根据一个实施例的图像传感器的像素阵列的平面图，图2B和图2C是说明根据其他的实施例的图像传感器的像素阵列的平面图。
参见图2A，图像传感器1000的像素阵列1100可以包括以二维布置的多个像素，且所述像素可以包括多个颜色检测像素110、多个深度检测像素120和多个相位差检测像素130。颜色检测像素110可以基于拜耳布置(Bayer arrangement)来布置，且深度检测像素120和相位差检测像素130可以以深度检测像素120和相位差检测像素130在特定的位置代替颜色检测像素110来随机地设置。相位差检测像素130可以由像素组单元随机地设置。在一个实施例中，一个像素组可以包括两个像素131和132，且可以包括光阻挡层251、252。参见图2A-2C和图5。光阻挡层251、252具有相对于相位差检测像素130的中心轴线偏心地设置的开口251A、252A。
在像素阵列1100中，可以在每单个行和/或列中设置多个颜色检测像素110和一个或更多个深度检测像素120。可以在每单个行和/或列中或在一个或更多个行和/或列中设置一个或更多个相位差检测像素130。
另外，在像素阵列1100中，可以在每单个行和/或列中设置多个颜色检测像素110，且可以在一个或更多个行和/或列中设置一个或更多个深度检测像素120。可以在设置有深度检测像素120的相同行和/或列中设置两个或更多个相位差检测像素130，或可以在与设置有深度检测像素120不同的行和/或列中设置两个或更多个相位差检测像素130。
颜色检测像素110可以包括第一颜色像素111、第二颜色像素112和第三颜色像素113。第一颜色像素111至第三颜色像素113可以以拜耳模式布置。第一颜色像素111可以是红色像素R，第二颜色像素112可以是绿色像素G，第三颜色像素113可以是蓝色像素B。可替选地，第一颜色像素111至第三颜色像素113可以分别是青色像素、洋红像素、黄色像素。
可以通过代替以拜耳模式布置的颜色检测像素110中的一个来随机地设置深度检测像素120。例如，在2×2阵列中，深度检测像素120可以代替绿色像素G。参见图2A中的附图标记①。另外，在2×4阵列中，深度检测像素120可以代替与2×2阵列对应的所有颜色检测像素110。参见图2A中的附图标记②。结果，颜色检测像素110呈2×2阵列。
随后，参见图2B，可以逐行设置颜色检测像素110、深度检测像素120和相位差检测像素130。换言之，像素阵列1100可以包括：第一行，设置有颜色检测像素110；第二行，设置有深度检测像素120；以及第三行，设置有相位差检测像素130。第一行至第三行可以沿着竖直方向彼此相邻设置，或可以彼此间隔开且随机定位。在另一个实施例中，可以逐列设置颜色检测像素110、深度检测像素120和相位差检测像素130。
随后，参见图2C，可以逐块(或逐区)设置颜色检测像素110、深度检测像素120和相位差检测像素130。设置有像素的块的数量可以是一个或更多个。设置有像素的块的面积和形状可以根据给定的规格和所需的特性而改变。
图3A和图3B说明根据第一实施例的图像传感器。图3A是说明根据第一实施例的图像传感器的像素阵列的一部分的平面图，图3B是沿着图3A中所示的线A-A’截取的颜色检测像素和深度检测像素的截面图。图4A和图4B说明根据第二实施例的图像传感器。图4A是说明根据第二实施例的图像传感器的像素阵列的一部分的平面图，图4B是沿着图4A的线A-A’截取的颜色检测像素和深度检测像素的截面图。图5是说明沿着图3A和图4A所示的线B-B’的根据第一实施例和第二实施例的图像传感器的相位差检测像素的截面图。
参见图3A、图3B、图4A和图4B，根据第一实施例和第二实施例的图像传感器中的每个可以包括像素阵列和光电转换层202。在每个像素阵列中，包括多个颜色检测像素110和多个深度检测像素120的多个像素以二维布置。
与颜色检测像素110和深度检测像素120对应的光电转换层202可以在面积上和深度上具有相同的光接收部分。在另一个实施例中，对应于颜色检测像素110和深度检测像素120的光电转换层202可以在面积方面具有相同的光接收部分，而可以在深度方面不同。例如，对应于深度检测像素120的光电转换层202的深度可以比对应于颜色检测像素110的光电转换层202的深度更深。在这种情况下，深度检测像素120的量子效率和至物体的焦距可以有效地增强。
光电转换层202可以形成在衬底201中。形成在衬底201中的光电转换层202可以包括彼此垂直地重叠的多个光电转换器。每个光电转换器可以是包括N型杂质区和P型杂质区的光电二极管。衬底201可以是半导体衬底，且可以包括单晶含硅材料。
根据第一实施例和第二实施例的图像传感器中的颜色检测像素110可以包括第一颜色像素111、第二颜色像素112和第三颜色像素113。第一颜色像素111可以是红色像素R，第二颜色像素112可以是绿色像素G。第三颜色像素113可以是蓝色像素B。
为第一颜色像素111至第三颜色像素113的颜色检测像素110可以包括：光电转换层202；带通滤波器层210，设置在光电转换层202之上；介电层205，设置在带通滤波器层210之上；以及第一聚光层220，设置在介电层205之上。介电层205被形成为覆盖位于包括光电转换层202的衬底201的轮廓之上的带通滤波器层210。介电层205可以具有平坦的上表面以改善第一聚光层220的特性。
在颜色检测像素110中，具有特定波段的入射光穿过带通滤波器层210。简言之，带通滤波器层210大体执行滤色器的功能。为此，对应于第一颜色像素111、第二颜色像素112和第三颜色像素113的带通滤波器层210的厚度可以彼此不同。具体地，形成在第一颜色像素111之上的第一带通滤波器层211的厚度可以比形成在第二颜色像素112之上的第二带通滤波器层212的厚度更厚。形成在第二颜色像素112之上的第二带通滤波器层212的厚度可以比形成在第三颜色像素113之上的第三带通滤波器层213的厚度更厚。由于带通滤波器层210设置在光电转换层202和第一聚光层220之间，可以有效地防止相邻像素之间的光学串扰。带通滤波器层210可以是具有不同折射率的多个滤波器层交替层叠的层叠结构。滤波器层可以包括氧化物、氮化物或氮氧化物。例如，带通滤波器层210可以是第一滤波器层203和第二滤波器层204交替层叠的层叠结构，第一滤波器层203可以包括氮化铝或氧化硅，第二滤波器层204可以包括氮化硅或氧化钛。
第一聚光层220可以是半球形透镜或多个材料层的层叠结构。所述多个材料层的上层具有比所述多个材料层的下层更短的直径。材料层可以包括氧化物、氮化物或氮氧化物。如在附图中所示，当第一聚光层220是层叠结构时，层叠结构可以包括第一层221和第二层222。第二层222形成在第一层221之上，且具有比第一层221更短的直径。第一层221和第二层222可以由相同材料形成或不同材料形成。例如，第一层221可以包括氮化硅，而第二层222可以包括氧化硅。另外，第一层221的厚度t1可以与第二层222的厚度t2相同(t1＝t2)，或第一层221的厚度t1可以与第二层222的厚度t2不同(t1≠t2)。可以通过在固定第一聚光层220的厚度T1(T1＝t1+t2)的同时控制第一层221的厚度t1和第二层222的厚度t2来调节至物体的焦距。例如，在第一聚光层220的厚度T1固定时，第一层221的厚度t1和第二层222的厚度t2可以彼此成反比。
因此，随着第一层221的厚度t1增加，焦距可以变得更短。另外，随着第一层221的厚度t1降低，焦距可以变得更长。
根据第一实施例和第二实施例的图像传感器中的深度检测像素120可以包括：光电转换层202；介电层205，设置在光电转换层202之上；以及第二聚光层230，设置在介电层205之上。可以每个深度检测像素120形成第二聚光层230(参见图3A和图3B)，或两个或更多个深度检测像素120可以共用一个第二聚光层230(参见图4A和图4B)。
对应于深度检测像素120的光电转换层202可以接收红外线。因此，当对应于深度检测像素120的光电转换层202的深度比对应于颜色检测像素110的光电转换层202的深度更深时，深度检测像素120的量子效率和焦距可以有效地增强。这是因为在包括单晶含硅材料的衬底201中形成的光电转换层202中，红外线比可见光被吸收得更深。
另外，深度检测像素120还可以包括形成在深度检测像素120和颜色检测像素110之上的带通滤波器层210。带通滤波器层210插入在光电转换层202和第二聚光层230之间(参见图3A和3B)。具体地，形成在深度检测像素120之上的带通滤波器层210被表示为第四带通滤波器层214。第四带通滤波器层214执行切断可见光的功能，使得仅红外线被接收。以这种方式，进入深度检测像素120的红外线的强度增加，从而改善传感器特性。为此，在深度检测像素120之上的第四带通滤波器层214的厚度可以比第一带通滤波器层211至第三带通滤波器层213中的任何带通滤波器层的厚度更厚，第一带通滤波器层211至第三带通滤波器层213是带通滤波器层210的形成在颜色检测像素110之上的一部分。
第二聚光层230可以是层叠多个材料层的层叠结构。所述多个材料层的上层具有比下层更短的直径(或更小的尺寸)。第一层221具有比第三层231更短的直径，第二层222具有比第四层232更短的直径。
具体地，第二聚光层230可以包括第三层231和第四层232，第四层232形成在第三层231之上且具有比第三层231更短的直径。第三层231和第四层232可以由相同材料或不同材料形成。例如，第三层231可以包括氮化硅，而第四层232可以包括氧化硅。当第一聚光层220是层叠多个材料层的层叠结构时，第二聚光层230的第三层231和第四层232可以由分别与第一聚光层220的第一层221和第二层222相同的材料形成。
第三层231的厚度t3可以与第四层232的厚度t4相同(t3＝t4)，或第三层231的厚度t3可以与第四层232的厚度t4不同(t3≠t4)。可以通过在固定第二聚光层230的厚度T2(T2＝t3+t4)的同时控制第三层231的厚度t3和第四层232的厚度t4来调节至物体的焦距。例如，在第二聚光层230的厚度T2固定时，第三层231的厚度t3和第四层232的厚度t4可以彼此成反比。
因此，随着第三层231的厚度t3增加，焦距可以变得更短。另外，随着第三层231的厚度t3降低，焦距可以变得更长。
为了提供具有与颜色检测像素110的焦距不同的焦距的深度检测像素120，第二聚光层230可以具有与第一聚光层220不同的形状。具体地，当深度检测像素120和物体之间的焦距比颜色检测像素110和物体之间的焦距更长时，深度数据更准确地产生。为此，第二聚光层230可以具有比第一聚光层220更大的直径或面积。在面积方面，当颜色检测像素110的光电转换层202的光接收面积与深度检测像素120的光电转换层202的光接收面积相同时，与光电转换层202对应的第二聚光层230的面积可以比与光电转换层202对应的第一聚光层220的面积更大。另外，第二聚光层230可以具有与第一聚光层220相同的厚度(T1＝T2)，或第二聚光层230可以比第一聚光层220更厚(T1<T2)。
当第一聚光层220和第二聚光层230都是层叠有多个材料层的层叠结构时，第一聚光层220的最下层的面积或直径可以比第二聚光层230的最下层的面积或直径更短或更小，以使得深度检测像素120具有比颜色检测像素110的焦距更长的焦距。具体地，第一聚光层220的第一层221的直径或面积可以比第二聚光层230的第三层231的直径或面积更短或更小。另外，当第一聚光层220的厚度T1与第二聚光层230的厚度T2相同时，第二聚光层230的最下层可以比第一聚光层的最下层更薄。具体地，当第一聚光层220的厚度T1与第二聚光层230的厚度T2相同时，第二聚光层230的第三层231的厚度t3可以比第一聚光层220的第一层221的厚度t1更薄。
另外，参见图3A、图4A和图5，根据第一实施例或第二实施例的图像传感器的像素阵列的像素还可以包括多个相位差检测像素130。相位差检测像素130可以包括第一像素131和第二像素132，第一像素131和第二像素132分别包括具有开口251A的光阻挡层251和具有开口252A的光阻挡层252。开口251A和252A相对于光电转换层202的光轴(或中心轴线)沿不同方向偏心地设置。
相位差检测像素130可以包括：光电转换层202；介电层205，设置在光电转换层202之上；光阻挡层251和252，形成在介电层205内部且具有开口251A和开口252A，开口251A和开口252A相对于光电转换层202的光轴沿不同方向偏心地设置；以及第三聚光层240，设置在介电层205之上。第三聚光层240可以是半球形透镜或层叠有多个材料层的层叠结构。所述多个材料层的上层比其下层具有更短的直径。第三聚光层240可以在材料上与第二聚光层230相同。
如上所述，根据第一实施例或第二实施例的图像传感器可以通过使颜色检测像素110和深度检测像素120具有不同的焦距而抑制来自外部环境(例如，高照明环境)的干扰且产生更准确的深度数据。另外，由于图像传感器具有简单的结构，其可以容易地大量生产，这带来生产成本降低。
另外，通过使用相位差检测像素130，图像传感器可以更准确地产生深度数据。
在下文中，将参照图6和图7来解释根据一个实施例的利用图像传感器产生深度数据的方法。
图6是说明根据一个实施例的图像传感器的图像信号处理器(ISP)的框图。图7是描述根据一个实施例的利用图像传感器产生深度数据的方法的流程图。
参见图1至图6，图像信号处理器1110经由相关双采样器(CDS)1130和模数转换器(ADC)1140接收从像素阵列输出的数字像素信号(DPS)且处理所述数字像素信号。图像信号处理器1110可以包括控制块310、存储块320、包括模糊权重值发生单元的相位差检测块330、边缘检测块340和深度检测块350。
控制块310可以执行控制图像信号处理器1110的操作的功能。存储块可以执行储存传送至图像信号处理器1110的数字像素信号和在图像信号处理器1110中处理的信息的功能。相位差检测块330可以执行测量焦距且基于像素阵列内部的相位差检测像素的输出信号或由相位差检测传感器提供的信号来产生焦点深度(DOF)信息的功能。相位差检测块330的模糊权重值发生单元331可以基于用以产生准确的深度数据所需的焦距来产生模糊权重值。边缘检测块340可以执行从颜色检测像素和深度检测像素的数字像素信号提取边缘值的功能。深度检测块350可以执行基于由边缘检测块340和包括模糊权重值发生单元331的相位差检测块330提供的数据来产生深度数据的功能。
在下文中，将参照图6和图7描述根据一个实施例的利用图像传感器来产生深度数据的方法。
首先，在步骤S101中，存储块320加载预定组的数字像素信号(DPS)。所述预定组的数字像素信号(DPS)表示用以产生深度数据所必需的最小数据量。例如，当逐行提供数字像素信号时，所述预定组的数字像素信号可以是单个行中包括的数据，或可以是几个至几十个行中包括的数据总和。
所述预定组的数字像素信号可以包括颜色检测像素的输出信号、深度检测像素的输出信号、相位差检测像素的输出信号。
随后，在步骤S102中，测量加载在存储块320上的所述预定组的数字像素信号至物体的焦距。可以基于相位差检测像素的输出信号而在相位差检测块330中计算至物体的焦距，也可以从基于相位差的偏差量来计算所述焦距。
随后，在步骤S103中，确定测量的焦距是否与用户设置的焦距一致。重复执行在步骤S102中执行的对焦距的测量，直到测量的焦距与用户设置的焦距一致为止。
随后，在步骤S104中，计算模糊权重值。可以通过在相位差检测块330中产生焦点深度(DOF)信息、且利用产生的DOF信息作为参考值而在模糊权重值发生单元331中对相位差采样来计算模糊权重值。相位差表示在物体的前面聚焦的前聚焦(或者对焦)点的相位和在物体的后面聚焦的后聚焦(或失焦)点的相位之差。
随后，在步骤S105中，利用颜色检测像素的输出信号来提取第一边缘值。颜色检测像素的输出信号可以是第一颜色像素至第三颜色像素的信号，第一边缘值可以是在颜色检测像素中产生的颜色数据的边缘值。例如，第一边缘值可以是在红色像素、绿色像素和蓝色像素中产生的RGB数据的边缘值。
随后，在步骤S106中，确定第一边缘值是否被提取。第一边缘值是用于产生深度数据的重要参数。因此，如果未提取第一边缘值，则存储块320在步骤S201中加载下一组的数字像素信号，且重复上述过程。
随后，在步骤S107中，利用深度检测像素的输出信号来提取第二边缘值。为了提取第二边缘值，可以使用颜色检测像素的输出信号和深度检测像素的输出信号中的一些。具体地，可以利用从红外线产生的深度检测像素信号和从与红外线相邻的波段的红色像素(其可以是第一颜色像素)产生的颜色检测像素信号来提取第二边缘值。
随后，在步骤S108中，确定第二边缘值是否被提取。第二边缘值是用于与第一边缘值一起产生深度数据的重要参数。因此，如果第二边缘值未被提取，则存储块320在步骤S201中加载下一组的数字像素信号，且重复上述过程。
随后，在步骤S109中，产生第一模糊值和第二模糊值。可以通过计算基于点扩散函数(PSF)提取的第一边缘值和第二边缘值的模糊的尺寸值、且将预先计算的模糊权重值分别反映到计算出的模糊的尺寸值中来产生第一模糊值和第二模糊值。可以通过反映模糊权重值来放大基于第一边缘值和第二边缘值以及点扩散函数而计算的模糊的尺寸值。
随后，在步骤S110中，基于第一模糊值和第二模糊值之差来产生深度信息。
根据一个实施例，图像传感器包括颜色检测像素和深度检测像素，所述颜色检测像素和深度检测像素具有不同的焦距，且集成在像素阵列中以抑制来自外部环境、诸如高照明环境的干扰，且产生准确的深度数据。另外，借助于简单的结构，图像传感器可以容易地以较低生产成本来大量生产。
另外，相位差检测像素还可以改善图像传感器的深度数据的准确性。
通过以上实施例可以看出，本申请提供了以下的技术方案。
技术方案1.一种图像传感器，包括：
多个像素，所述多个像素包括多个颜色检测像素和多个深度检测像素，其中，所述多个像素以二维布置；以及
光电转换层，被形成为与所述多个像素对应，
其中，所述多个颜色检测像素中的每个包括：
第一聚光层，设置在所述光电转换层之上；以及
带通滤波器层，插入在所述光电转换层和所述第一聚光层之间，并且
其中，所述多个深度检测像素中的每个包括：
第二聚光层，设置在所述光电转换层之上，且具有比所述第一聚光层的尺寸更大的尺寸。
技术方案2.如技术方案1所述的图像传感器，还包括：
介电层，形成在所述光电转换层之上、具有平坦的上表面、且包括所述带通滤波器层，
其中，所述第一聚光层和所述第二聚光层形成在所述介电层之上。
技术方案3.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述带通滤波器层延伸至所述多个深度检测像素，以插入在所述光电转换层和所述第二聚光层之间。
技术方案4.如技术方案3所述的图像传感器，其中，所述深度检测像素的带通滤波器层比所述颜色检测像素的带通滤波器层更厚。
技术方案5.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述深度检测像素中的两个或更多个共用一个第二聚光层。
技术方案6.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述第一聚光层的厚度与所述第二聚光层的厚度相同，或所述第一聚光层比所述第二聚光层更薄。
技术方案7.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述第一聚光层和所述第二聚光层中的每个包括多个材料层的层叠结构，
其中，所述第一聚光层的上层具有比所述第一聚光层的下层更小的尺寸，以及
其中，所述第二聚光层的上层具有比所述第二聚光层的下层更小的尺寸。
技术方案8.如技术方案7所述的图像传感器，其中，所述第一聚光层的最下层的尺寸比所述第二聚光层的最下层的尺寸更短。
技术方案9.如技术方案7所述的图像传感器，其中，所述第一聚光层的总厚度与所述第二聚光层的总厚度相同，以及
其中，所述第二聚光层的最下层比所述第一聚光层的最下层更薄。
技术方案10.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述第一聚光层包括半球形透镜，
其中，所述第二聚光层包括多个材料层的层叠结构，以及
其中，所述多个材料层的上层具有比所述多个材料层的下层更小的尺寸。
技术方案11.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述带通滤波器层包括多个滤波器层的层叠结构，以及
其中，所述多个滤波器层具有彼此不同的折射率。
技术方案12.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述多个颜色检测像素包括第一颜色像素、第二颜色像素和第三颜色像素，
其中，所述第一颜色像素的带通滤波器层比所述第二颜色像素的带通滤波器层更厚，以及
其中，所述第二颜色像素的带通滤波器层比所述第三颜色像素的带通滤波器层更厚。
技术方案13.如技术方案12所述的图像传感器，其中，所述第一颜色像素包括红色像素，所述第二颜色像素包括绿色像素，所述第三颜色像素包括蓝色像素。
技术方案14.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述多个像素还包括多个相位差检测像素，以及
其中，所述多个相位差检测像素中的每个包括：
第三聚光层，设置在所述光电转换层之上；以及
光阻挡层，插入在所述光电转换层和所述第三聚光层之间，且具有相对于所述光电转换层的光轴偏心设置的开口。
技术方案15.如技术方案14所述的图像传感器，其中，所述第三聚光层包括半球形透镜或多个材料层的层叠结构，以及
其中，所述多个材料层的上层比所述多个材料层的下层具有更小的尺寸。
技术方案16.一种在提供有多个像素的图像传感器中产生深度数据的方法，所述多个像素包括以二维布置的多个颜色检测像素、多个深度检测像素、以及多个相位差检测像素，所述方法包括：
从所述多个相位差检测像素计算模糊权重值；
从所述多个颜色检测像素提取第一边缘值；
从所述多个深度检测像素提取第二边缘值；
利用点扩散函数、基于所述第一边缘值和所述第二边缘值来计算第一模糊值和第二模糊值；
通过将所述模糊权重值反映在所述第一模糊值和所述第二模糊值中来放大所述第一模糊值和所述第二模糊值；以及
基于放大的第一模糊值和放大的第二模糊值之差来产生深度信息。

Claims (16)

1.一种图像传感器，包括：
多个像素，所述多个像素包括多个颜色检测像素和多个深度检测像素，其中，所述多个像素以二维布置；以及
光电转换层，被形成为与所述多个像素对应，
其中，所述多个颜色检测像素中的每个包括：
第一聚光层，设置在所述光电转换层之上；以及
带通滤波器层，插入在所述光电转换层和所述第一聚光层之间，并且
其中，所述多个深度检测像素中的每个包括：
第二聚光层，设置在所述光电转换层之上，且具有比所述第一聚光层的尺寸更大的尺寸。
2.如权利要求1所述的图像传感器，还包括：
介电层，形成在所述光电转换层之上、具有平坦的上表面、且包括所述带通滤波器层，
其中，所述第一聚光层和所述第二聚光层形成在所述介电层之上。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述带通滤波器层延伸至所述多个深度检测像素，以插入在所述光电转换层和所述第二聚光层之间。
4.如权利要求3所述的图像传感器，其中，所述深度检测像素的带通滤波器层比所述颜色检测像素的带通滤波器层更厚。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述深度检测像素中的两个或更多个共用一个第二聚光层。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一聚光层的厚度与所述第二聚光层的厚度相同，或所述第一聚光层比所述第二聚光层更薄。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一聚光层和所述第二聚光层中的每个包括多个材料层的层叠结构，
其中，所述第一聚光层的上层具有比所述第一聚光层的下层更小的尺寸，以及
其中，所述第二聚光层的上层具有比所述第二聚光层的下层更小的尺寸。
8.如权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第一聚光层的最下层的尺寸比所述第二聚光层的最下层的尺寸更短。
9.如权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第一聚光层的总厚度与所述第二聚光层的总厚度相同，以及
其中，所述第二聚光层的最下层比所述第一聚光层的最下层更薄。
10.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一聚光层包括半球形透镜，
其中，所述第二聚光层包括多个材料层的层叠结构，以及
其中，所述多个材料层的上层具有比所述多个材料层的下层更小的尺寸。
11.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述带通滤波器层包括多个滤波器层的层叠结构，以及
其中，所述多个滤波器层具有彼此不同的折射率。
12.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个颜色检测像素包括第一颜色像素、第二颜色像素和第三颜色像素，
其中，所述第一颜色像素的带通滤波器层比所述第二颜色像素的带通滤波器层更厚，以及
其中，所述第二颜色像素的带通滤波器层比所述第三颜色像素的带通滤波器层更厚。
13.如权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第一颜色像素包括红色像素，所述第二颜色像素包括绿色像素，所述第三颜色像素包括蓝色像素。
14.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个像素还包括多个相位差检测像素，以及
其中，所述多个相位差检测像素中的每个包括：
第三聚光层，设置在所述光电转换层之上；以及
光阻挡层，插入在所述光电转换层和所述第三聚光层之间，且具有相对于所述光电转换层的光轴偏心设置的开口。
15.如权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第三聚光层包括半球形透镜或多个材料层的层叠结构，以及
其中，所述多个材料层的上层比所述多个材料层的下层具有更小的尺寸。
16.一种在提供有多个像素的图像传感器中产生深度数据的方法，所述多个像素包括以二维布置的多个颜色检测像素、多个深度检测像素、以及多个相位差检测像素，所述方法包括：
从所述多个相位差检测像素计算模糊权重值；
从所述多个颜色检测像素提取第一边缘值；
从所述多个深度检测像素提取第二边缘值；
利用点扩散函数、基于所述第一边缘值和所述第二边缘值来计算第一模糊值和第二模糊值；
通过将所述模糊权重值反映在所述第一模糊值和所述第二模糊值中来放大所述第一模糊值和所述第二模糊值；以及
基于放大的第一模糊值和放大的第二模糊值之差来产生深度信息。
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