CN107786822A - 图像传感器及其驱动方法 - Google Patents

图像传感器及其驱动方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107786822A
CN107786822A CN201710733108.5A CN201710733108A CN107786822A CN 107786822 A CN107786822 A CN 107786822A CN 201710733108 A CN201710733108 A CN 201710733108A CN 107786822 A CN107786822 A CN 107786822A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
pixels
auto
photo
imaging sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710733108.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107786822B (zh
Inventor
李景镐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Priority to CN202110723143.5A priority Critical patent/CN113259609B/zh
Publication of CN107786822A publication Critical patent/CN107786822A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107786822B publication Critical patent/CN107786822B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/702—SSIS architectures characterised by non-identical, non-equidistant or non-planar pixel layout
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/133—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements including elements passing panchromatic light, e.g. filters passing white light
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/04—Synchronising
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/01—Circuitry for demodulating colour component signals modulated spatially by colour striped filters by phase separation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

公开了一种图像传感器。该图像传感器包括：像素阵列单元，包括多个传输信号线和多个输出信号线以及与所述多个传输信号线和所述多个输出信号线相连的多个像素。所述多个像素中的每一个包括多个光电转换元件，所述光电转换元件配置为对入射光进行检测和光电转换。所述多个像素包括至少一个自动聚焦像素和至少一个正常像素。

Description

图像传感器及其驱动方法
相关申请交叉引用
本申请要求2016年8月30日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2016-0111089的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及图像传感器和/或其驱动方法。
背景技术
诸如数字相机和智能电话之类的具有拍摄图像功能的电子设备可以包括图像传感器。图像传感器可以包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等作为用于将光学信息转换为电信号的半导体器件。其中，主要使用CMOS图像传感器。
CMOS图像传感器包括光电转换元件以及包括多个晶体管在内的多个像素。可以通过多个晶体管处理和输出由光电转换元件进行光电转换的信号，并且可以基于从像素输出的像素信号来产生图像数据。每一个像素可以光电转换特定颜色或者特定波长范围内的光，并且根据光电转换的光来输出信号。
具有拍摄图像功能的电子设备可以具有使用图像传感器来控制聚焦的自动聚焦控制功能。各种自动聚焦控制方法中的相位差检测方法可以通过将入射到传感器的像素的光分为两个或多个光元素并对两个或多个光元素进行比较，来确定图像是否聚焦。根据确定图像是否对焦的结果，可以通过移动电子设备中包括的拍摄光学系统来自动地控制聚焦。
在背景部分中公开的以上信息指示为了增强对于本发明构思背景的理解。因此，以上信息包含并非描述为现有技术的信息。
发明内容
本发明构思涉及提高图像传感器的灵敏度和/或进一步提高图像传感器的分辨率。本发明构思还涉及减小具有用于自动聚焦控制功能的相位差检测功能的图像传感器中的像素信号的读取时间，并且即使在具有高分辨率的图像传感器中也可以获得较高的读取速度。本发明构思还涉及增加相位差检测的灵敏度，并且增加具有所有颜色的对象的自动聚焦控制的精度。
在一些示例实施例中，图像传感器包括像素阵列单元，所述像素阵列单元包括与多个传输信号线和多个输出信号线相连的多个像素。所述多个像素中的每一个包括多个光电转换元件，所述光电转换元件配置为对入射光进行检测光电转换。所述多个像素包括至少一个自动聚焦像素和至少一个正常像素。
在一些示例实施例中，提出了一种驱动图像传感器的方法。所述图像传感器包括多个像素。所述多个像素包括至少一个自动聚焦像素和至少一个正常像素。所述多个像素中的每一个包括多个光电转换元件。所述方法包括：在不同的定时处读出自动聚焦像素信号，所述自动聚焦像素信号是分别由所述至少一个自动聚焦像素之一中包括的多个光电转换元件来光电转换的；以及同时读出正常像素信号，所述正常像素信号是分别由所述至少一个正常像素之一中包括的多个光电转换元件来光电转换的。
在一些示例实施例中，图像传感器包括像素阵列单元。所述像素阵列单元包括与多个传输信号线和多个输出信号线相连的多个像素。所述多个像素中的每一个包括多个光电转换元件，所述光电转换元件配置为对入射光进行检测和光电转换。所述多个像素中按照四边形形状彼此相邻的四个像素限定了一个像素单元。所述像素单元包括至少一个自动聚焦像素和至少一个正常像素。
根据一些示例实施例，图像传感器包括：多个像素单元、多个传输信号线、多个输出信号线和信号处理单元，所述信号处理单元通过所述多个传输信号线和所述多个输出信号线与所述多个像素单元相连。所述多个像素单元中的每一个包括各自包括多个光电转换元件的多个像素。所述多个像素单元中的每一个包括所述多个像素中的自动聚焦像素和正常像素。所述信号处理单元配置为基于在时间间隔期间不同地激活自动聚焦像素中的多个光电转换元件的两个，来确定与外部对象相对应的自动聚焦信息。
根据一些示例实施例，能够增加图像传感器的灵敏度并且降低串扰，从而进一步增加图像传感器的分辨率。另外，能够减小具有用于自动聚焦控制功能的相位差检测功能的图像传感器中的像素信号的读取时间，从而即使在具有高分辨率的图像传感器中也可以获得较高的读取速度。另外，可以增加相位差检测和具有所有颜色的对象的自动聚焦控制的精度。
附图说明
图1是根据示例实施例的图像传感器的框图。
图2至图7分别是在根据一些示例实施例的图像传感器中包括的像素阵列单元的一部分的布局图。
图8至图10分别是根据一些示例实施例的图像传感器中包括的像素阵列单元的布局图。
图11是示出了根据一些示例实施例的图像传感器中包括的多个像素和多个信号线的连接关系的图。
图12是根据一些示例实施例的图像传感器中包括的两个像素的等效电路图。
图13和图14分别是根据一些示例实施例的施加至图像传感器中包括的一行像素阵列单元的驱动信号的定时图。
图15是示出了根据一些示例实施例的图像传感器中包括的多个像素和多个信号线之间的连接关系的图。
图16是根据一些示例实施例的图像传感器中包括的两个像素的等效电路图。
图17是根据一些示例实施例的图像传感器中包括的两个像素的示意性顶面图。
图18是示出了图17中所示的图像传感器沿线XVIII-XVIIIa得到的截面图。
图19是根据一些示例实施例的图像传感器中包括的两个像素的截面图。
图20是根据一些示例实施例的图像传感器中包括的像素阵列单元的布局图。
图21是示出了图20中所示的图像传感器的两个像素沿线A-A1和A1-A2得到的截面图。
图22是根据一些示例实施例的图像传感器中包括的像素阵列单元的布局图。
图23是示出了图22中所示的图像传感器的两个像素沿线B-B1和B1-B2得到的截面图。
图24示出了根据一些示例实施例的包括图像传感器在内的电子设备的示意性框图。
具体实施方式
以下将参考图1和图2描述根据一些示例性实施例的图像传感器。
根据一些示例实施例的图像传感器1包括像素阵列单元300、第一驱动器400、第二驱动器500和定时控制器600。
像素阵列单元300包括多个像素Px和多个信号线(未示出)。多个像素Px可以布置成矩阵形式，但是不局限于此。当多个像素Px可以布置成矩阵形式时，将行方向称作第一方向Dr1，并且将列方向称作第二方向Dr2。将与第一方向Dr1和第二方向Dr2都垂直的方向称作第三方向Dr3。
每一个像素px可以从第一驱动器400接收驱动信号Sr，并且将入射光转换为电信号，并且产生和输出像素信号Sp。驱动信号Sr可以包括选择信号、复位信号、传输信号等。
每一个像素Px可以包括多个子区域Pa和Pb，每一个子区域包括多个光电转换元件。位于多个子区域Pa和Pb中的每一个中的多个光电转换元件可以在平面结构中彼此间隔开，并且每一个光电转换元件可以对入射光进行检测和光电转换。例如，光电转换元件可以是光电二极管、钉扎光电二极管、光栅极和/或光电晶体管。基于光电转换元件是光电二极管作为示例的情况给出以下描述。
图1和图2示出了以下示例：一个像素Px包括两个子区域Pa和Pb，即第一子区域Pa和第二子区域Pb，但是一个像素Px中包括的子区域Pa、Pb的个数不局限于此。当一个像素Px包括两个子区域Pa和Pb时，两个子区域Pa和Pb可以排列为沿第一方向Dr1彼此相邻。
包括多个子区域Pa和Pb在内的每一个像素Px可以产生分别与由多个光电转换元件累积的光电荷相对应的第一子像素信号和第二子像素信号，并且按照时分方式或者同时地输出所产生的第一子像素信号和第二子像素信号。每一个像素Px还可以包括读出元件(未示出)，用于处理和输出由光电装换元件的光电转换产生的信号。
像素阵列单元300还可以包括微透镜ML，微透镜ML与像素Px相对应并且叠置。在本文的描述中，当两个组成元件叠置时，除非另有说明叠置方向可以意味着沿横截面方向或第三方向Dr3叠置。微透镜ML可以收集光，并且使收集的光入射到像素Px。一个像素Px中包括的两个子区域Pa和Pb与一个微透镜ML相对应并且叠置，并且通过一个微透镜ML将图像聚焦到两个子区域Pa和Pb中的每一个上。
参考图1，按照四边形形状相邻的四个像素Px可以形成一个像素单元PU，并且所述像素阵列单元300中的多个像素单元PU可以排列成矩阵形式。
多个像素Px可以将通过检测光产生的像素信号SP传输至第二驱动器500。具体地，多个像素Px可以包括不同的像素Px，所述不同的像素Px检测不同颜色的光并且输出像素信号Sp。与此相反，一个像素Px可以临时地划分并且输出或者同时地输出通过检测多种颜色的光而产生的多个像素信号Sp。
图1和图2示出了以下示例：一个像素Px对多种颜色中的一种颜色的光进行光电转换，并且产生像素信号。在这种情况下，每一个像素Px可以包括滤色器，所述滤色器选择性地允许对应的特定颜色的光通过。在平面结构中，滤色器可以位于微透镜ML和光电转换元件之间。
可以通过每一个像素Px检测的光的颜色可以是包括第一颜色C1、第二颜色C2、第三颜色C3和第四颜色C4在内的四种颜色中的一种颜色。第一颜色C1、第二颜色C2、第三颜色C3和第四颜色C4中的每一个可以是特定波长该区域中的颜色。例如，第一颜色C1、第二颜色C2、第三颜色C3和第四颜色C4可以分别是蓝色、白色、绿色和红色，并且可以改变其顺序。根据一些示例实施例，第一颜色C1、第二颜色C2、第三颜色C3和第四颜色C4可以分别是黄色、白色、洋红色和青色，并且可以改变其顺序。
也可以省略第一颜色C1、第二颜色C2、第三颜色C3和第四颜色C4中的一种颜色或两种颜色。在这种情况下，一个像素单元PU可以包括至少一对像素Px，所述一对像素Px能够检测(和/或配置为检测)相同颜色的光，并且针对同一种颜色的一对像素Px可以在像素单元PU中沿对角线方向彼此相邻。例如在图2中，第二颜色C2和第三颜色C3可以是相同的颜色，并且所述相同的颜色可以是白色或绿色。另外在图2中，所述第一颜色C1和所述第四颜色C4也可以是相同的颜色。
在像素阵列单元300中，具有相同颜色设置的像素单元PU也可以沿第一方向Dr1和第二方向Dr2重复地设置，并且至少两种类型的具有不同颜色设置的像素单元PU也可以沿第一方向Dr1和/或第二方向Dr2交替地设置。
当第二颜色C2是白色时，可以增加像素Px的光电转换元件接收的光的量，使得可以增加图像传感器1的总灵敏度。因此，存在进一步减小像素Px的尺寸的空间，使得可以在不会使灵敏度劣化的情况下增加图像传感器1的分辨率。例如，当将一个像素Px的宽度减小至约1.22微米时，能够在较低的亮度下保持图像传感器1的灵敏度。
像素阵列单元300中包括的总像素Px的至少一个像素Px可以是自动聚焦像素PF，所述自动聚焦像素PF能够检测(和/或配置为检测)用于控制自动聚焦的相位差，并且其余像素Px可以是不用于自动聚焦控制的正常像素PN。图1示出了以下示例：在包括对按照四边形形状相邻的四个像素Px在内的一个像素单元中沿对角线方向相邻的两个像素Px是自动聚焦像素PF。也就是说，自动聚焦像素PF和正常像素PN可以交替地位于每一行和每一列中。然而，自动聚焦像素PF的设置不局限于这种描述。在附图中，用灰色阴影指示自动聚焦像素PF，并且这应用于整个附图。可以将从自动聚焦像素PF读出的信号称作自动聚焦像素信号。可以将从正常像素PN读出的信号称作正常像素信号。
自动聚焦像素PF可以输出第一子像素信号和第二子像素信号，并且通过比较第一子像素信号和第二子像素信号来检测沿第一方向Dr1的相位差，作为在定位有一个微透镜ML的两个子区域Pa和Pb中的光电转换结果按照时分方式产生所述第一子像素信号和所述第二子像素信号。可以通过使用所检测的相位差来测量到对象的距离，并且确定所述对象是否对焦并且确定对象离焦的程度。
正常像素PN可以收集作为在两个子区域Pa和Pb中的光电转换结果而产生的电荷，并且输出与所收集的电荷相对应的一个像素信号，从而降低像素信号Sp的读出时间。
通过自动聚焦像素PF可检测的颜色可以是由全部像素Px可检测的多种颜色的一部分。也就是说，只有针对像素阵列单元300输出的不同颜色的光的像素信号Sp中针对一些颜色的像素信号Sp可以用于检测用于自动聚焦控制的相位差。
例如，自动聚焦像素PF可以仅包括如图2中所示的第二颜色C2的像素，或者还可以包括除了第二颜色C2之外的不同颜色的像素Px。
根据图像传感器1期望主要感测的对象的颜色条件，例如颜色的感觉或色温，由自动聚焦像素PF检测的颜色种类可以是不同的。通常，由自动聚焦像素PF检测的颜色可以是白色和/或绿色，并且还可以包括其他颜色。
当自动聚焦像素PF包括作为白色的第二颜色C2的像素时，能够检测相位差，并且执行针对对象的所有颜色的自动聚焦功能，并且可以增加自动聚焦像素PF的灵敏度。因此，可以改进所有颜色的对象的相位检测精度和自动聚焦控制精度。同时，像素阵列单元300中包括的所有像素Px包括多个子区域Pa和Pb，使得在像素阵列单元300的制造过程中形成所有像素Px的工艺条件是统一的。因此，制造方法简单。可以增加生产率，并且减小和/或最小化图像传感器1的多个像素Px之间的特性偏差，获得均匀的图像数据。
根据一些示例实施例，即使按照时分方式或者在同一时间一个像素Px输出针对多种颜色的光的像素信号Sp，也仅用于像素阵列单元300输出的多种颜色的光的像素信号Sp中的针对一些颜色的像素信号Sp可以用于自动聚焦控制的相位差检测。即使在这种情况下，像素阵列单元300中包括的所有像素Px中的一些像素Px可以与自动聚焦像素PF相对应。以下将更详细地进行描述。
返回参考图1，第一驱动器400将诸如选择信号、复位信号和传输信号之类的驱动信号Sr供应至多个像素Px。
第二驱动器500可以接收和处理由多个像素Px中的每一个产生的像素信号Sp，并且产生图像数据。第二驱动器500可以包括：相关双采样器(未示出)，针对每一列接收像素信号Sp并且去除特定的噪声；模数转换(ADC)单元(未示出)，能够模数转换(和/或配置为模数转换)其中去除了噪声的信号，或者能够执行子像素信号之间的计算；临时存储器(未示出)，存储数字转换的信号；缓冲器(未示出)，对数字转换的信号进行放大并且输出放大的信号作为图像数据；等等。第二驱动器500还可以包括图像数据处理器(未示出)，所述图像数据处理器接收和处理图像信号。图像数据处理器可以获得与自动聚焦像素PF有关的相位差信息、与到对象的距离有关的信息以及与图像传感器1的聚焦有关的信息等。
定时控制器600向第一驱动器400和第二驱动器500提供定时信号和控制信号，并且控制第一驱动器400和第二驱动器500的操作。
然后，将与图1和图2一起参考图3至图10来描述根据一些示例实施例的图像传感器的像素阵列单元300的示例结构。
参考图3，一个像素单元PU可以包括沿一个对角线方向彼此相邻的一对白色像素以及沿另一个对角线方向彼此相邻的蓝色像素B和红色像素R。根据一些示例实施例，像素阵列单元300中包括的多个像素Px中检测白光的白色像素W是自动聚焦像素PF，而检测蓝光的蓝色像素B和检测红光的红色像素R可以是正常像素PN。根据一些示例实施例，自动聚焦像素PF包括白色像素W，使得可以对所有颜色的对象执行相位差检测和自动聚焦功能，并且自动聚焦像素PF的灵敏度相对较高，使得能够增加所有颜色的对象的相位检测精度和自动聚焦控制的精度。
根据一些示例实施例，在图3中也可以改变红色像素R和蓝色像素B的位置。
根据一些示例实施例，一个像素单元PU也可以包括一对绿色像素G来代替图3中的一对白色像素。在这种情况下，绿色像素G可以是自动聚焦像素PF，而蓝色像素B和红色像素R可以是正常像素PN。
根据一些示例实施例，通过自动聚焦像素PF检测的光的颜色种类可以依赖于行而不同。例如在图3中，其中白色像素W是自动聚焦像素PF的行和其中蓝色像素B或红色像素R是自动聚焦像素PF的行可以沿第二方向Dr2交替地排列。根据这种情况，根据其中使用图像传感器1的环境的颜色特性，通过使用除了白色像素W之外的特定颜色的像素(例如，红色像素R和蓝色像素B)来增加相位差检测和自动聚焦控制的精度。
根据一些示例实施例，在图3中，一个像素单元PU也可以包括从能够检测(和/或配置为检测)黄光的黄色像素(未示出)、能够检测(和/或配置为检测)青色光的青色像素(未示出)和能够检测(和/或配置为检测)洋红色光的洋红色像素(未示出)中选择的两个像素来代替红色像素R或蓝色像素B。
参考图4，一个像素单元PU可以包括检测不同颜色的光的四个像素Px，例如白色W、红色R、绿色G和蓝色B。在这种情况下，白色像素W和检测绿光的绿色像素G可以沿一个对角线方向彼此相邻。根据一些示例实施例，像素阵列单元300中包括的多个像素Px中的白色像素W可以是自动聚焦像素PF，而蓝色像素B、绿色像素G和红色像素R可以是正常像素PN。
根据一些示例实施例，在图4中所示的示范性实施例中的绿色像素G可以是自动聚焦像素PF。根据这种情况，自动聚焦像素PF包括白色像素W，使得能够对所有颜色的对象执行相位差检测和自动聚焦功能，并且绿色像素的灵敏度较高，使得能够提高相位检测精度和自动聚焦控制的精度和性能。
根据一些示例实施例，在图4中，一个像素单元PU也可以包括黄色像素、青色像素和洋红色像素，来代替红色像素R、绿色像素G和蓝色像素B。
图3和图4中所示的像素Px的设置可以应用于整个像素阵列单元300或像素阵列单元300的一部分。
参考图5至图7，在像素阵列单元300中，可以将包括按照四边形形状相邻的四个像素单元PU在内的扩展单元可以沿第一方向Dr1和第二方向Dr2重复地设置。扩展单元可以包括16个像素Px，如图5至图7所示。
参考图5，一个扩展单元可以包括沿一个对角线方向彼此相邻的一对第一像素单元PUa以及沿另一个对角线方向彼此相邻的一对第二像素单元PUb。第一像素单元PUa可以包括沿一个对角线方向彼此相邻的一对白色像素W以及沿另一个对角线方向彼此相邻的一对绿色像素G。第二像素单元PUb可以包括沿一个对角线方向彼此相邻的一对白色像素W以及沿另一个对角线方向彼此相邻的红色像素R和蓝色像素B。
参考图6，一个扩展单元可以包括沿一个对角线方向彼此相邻的一对第一像素单元PUa以及沿另一个对角线方向彼此相邻的第三像素单元PUc和第四像素单元PUd。第一像素单元PUa与如上所述的那些第一像素单元相同。第三像素单元PUc可以包括沿一个对角线方向彼此相邻的一对白色像素W以及沿另一个对角线方向彼此相邻的一对蓝色像素B。第四像素单元PUd可以包括沿一个对角线方向彼此相邻的一对白色像素W以及沿另一个对角线方向彼此相邻的一对红色像素R。
参考图7，一个扩展单元可以包括沿一个对角线方向彼此相邻的一对第一像素单元PUa以及沿另一个对角线方向彼此相邻的第五像素单元PUe和第六像素单元PUf。第一像素单元PUa与如上所述的那些第一像素单元相同。第五像素单元PUe可以包括沿一个对角线方向彼此相邻的一对白色像素W以及沿另一个对角线方向彼此相邻的红色像素R和绿色像素G。第六像素单元PUf可以包括沿一个对角线方向彼此相邻的一对白色像素W以及沿另一个对角线方向彼此相邻的蓝色像素B和绿色像素G。
在一些示例实施例中，如图5至图7所示，仅一些像素可以是自动聚焦像素PF。例如，仅白色像素W可以是自动聚焦像素PF，或者白色像素W和绿色像素G也可以都是自动聚焦像素PF。
参考图8和图9，包括自动聚焦像素PF在内的像素单元PU1可以局限并且定位于作为像素阵列单元300的特定区域的自动聚焦像素区域PFA中。位于除了自动聚焦像素区域PFA之外的区域中的所有像素单元PU2可以包括正常像素PN。
自动聚焦像素区域PFA也可以局限并且定位于如图8所示的像素阵列单元300的中心部分，并且也可以形成为包括水平部分和垂直部分在内的十字形状，所述十字形状沿不同的方向与像素阵列单元300交叉，如图9所示。
参考图8，位于除了自动聚焦像素区域PFA之外的区域中的像素Px的颜色设置可以与自动聚焦像素区域PFA中的颜色设置不同。具体地参考图8，位于自动聚焦像素区域PFA中的像素单元PU1可以包括沿对角线方向彼此相邻的一对白色像素W，并且位于所述区域中的除了自动聚焦像素区域PFA之外的像素单元PU2可以包括沿对角线方向彼此相邻的一对绿色像素G。在自动聚焦像素区域PFA中，白色像素W可以是自动聚焦像素PF。
如图8所示，当通过使用白色像素W作为自动聚焦像素区域PFA中的自动聚焦像素PF并且在除了自动聚焦区域PFA之外的其余区域中设置大量的绿色像素G来检测图像时，可以基于自动聚焦像素区域PFA中的白色像素W的高灵敏度来增加相位检测和自动聚焦控制的精度，并且因为在除了自动聚焦像素区域PFA之外的区域中使用了包括绿色像素G在内的所有颜色的像素PF，因此同时提高了所检测的图像数据的颜色感觉。
根据一些示例实施例，位于除了自动聚焦像素区域PFA之外的区域中的像素单元PU2的像素Px的颜色设置也可以与自动聚焦像素区域PFA中的像素单元PU1的颜色设置相同。
参考图10，像素阵列单元300中的包括自动聚焦像素PF在内的像素单元PU1可以在彼此间隔开的同时分布。在这种情况下，除了像素单元PU1之外的像素单元PU2可以具有与包括自动聚焦像素PF在内的像素单元PU1不同的颜色设置，如图10所示。例如，包括自动聚焦像素PF在内的像素单元PU1可以包括沿对角线方向彼此相邻的一对白色像素W，并且仅包括正常像素PN在内的像素单元PU2可以包括沿对角线方向彼此相邻的一对绿色像素G来代替白色像素W。在像素单元PU1中，白色像素W可以是自动聚焦像素PF。
与图10不同，包括自动聚焦像素PF在内的像素单元PU1的颜色设置也可以与仅包括正常像素PN在内的像素单元PU2的颜色设置相同。
将与前述附图一起参考图11至图12来描述根据一些示例实施例的像素阵列单元300的示例结构和像素Px的结构。
参考图11，每一个像素Px包括多个第一光电转换元件PD1和多个第二光电转换元件PD2，每一个都能够独立地对光进行光电转换(和/或配置为独立地转换光)。
像素阵列单元300中包括的多个信号线可以包括每隔至少一行设置的电源电压线VDL、多个传输信号线TGL1、TGL2和TGL3、复位信号线RGL和旋转信号线SELL以及每隔至少一列设置的输出信号线RL1和RL2。图11示出了示例，其中每一行设置了电源电压线VDL、多个传输信号线TGL1、TGL2和TGL3、复位信号线RGL和选择信号线SELL，并且每隔两列设置了输出信号线RL1或RL2，使得沿第一方向Dr1彼此相邻的两个像素Px共享一个输出信号线RL1或RL2。共享一个输出信号线RL1或RL2的两个相邻像素Px可以连接至不同的传输信号线TGL1、TGL2和TGL3。
电源电压线VDL、传输信号线TGL1、TGL2和TGL3、复位信号线RGL和选择信号线SELL可以通常沿第一方向Dr1延伸，并且输出信号线RL1和RL2可以沿与第一方向Dr1相交的方向(例如第二方向Dr2)延伸。
电源电压线VDL可以传输统一的电源电压VDD，并且设置在一行中的多条传输信号线TGL1、TGL2和TGL3可以独立地传输传输信号TG1、TG2和TG3，并且将在像素Px的光电转换元件PD1和PD2中产生的电荷传输至读出元件(未示出)。复位信号线RGL可以传输用于将像素Px复位的复位信号RG，并且选择信号线SELL可以传输用于引导行选择的选择信号SEL。可以从前述第一驱动器400输出传输信号TG1、TG2和TG3、复位信号RG和选择信号SEL。第一驱动器400可以顺序地或者非顺序地针对每一行输出传输信号TG1、TG2和TG3、复位信号RG和选择信号SEL。
与自动聚焦像素PF相连的传输信号线TGL1、TGL2和TGL3的个数可以和与正常像素PN相连的传输信号线TG1、TG2和TG3的个数不同。具体地，与一个正常像素PN相连的传输信号线TGL1、TGL2和TGL3的个数可以小于与一个自动聚焦像素PF相连的传输信号线TG1、TG2和TG3的个数，或者通常可以是一。可以根据在一个像素Px中包括的光电转换元件的个数来改变与一个自动聚焦像素PF相连的传输信号线TGL1、TGL2和TGL3的个数。尽管图1示出了一个像素Px包括两个光电转换元件PD1和PD2的示例，但是本发明构思不局限于此。在一些示例实施例中，像素可以包括多于两个光电转换元件。
参考图11，一个自动聚焦像素PF可以与两个传输信号线TGL1和TGL2相连，并且正常像素PN可以与一个传输信号线TGL3相连。与正常像素PN相连的传输信号线TGL3可以是与定位于同一行的自动聚焦像素PF相连的传输信号线TGL1和TGL2不同的传输信号线。具体地，在定位于一行中并且与相同的输出信号线RL1或RL2相连的自动聚焦像素PF和正常像素PN之间，主动聚焦像素PF可以连接至第一传输信号线TGL1和第二传输信号线TGL2，并且正常像素PN可以连接至第三传输信号线TGL3。
尽管未示出，当存在仅包括正常像素PN的一行时，与同一输出信号线RL1或RL2相连的两个相邻正常像素PN可以连接至第一至第三传输信号线TGL1、TGL2和TGL3之一，并且其他的正常像素可以连接至其余传输信号线TGL1、TGL2和TGL3之一。可以不同地改变像素Px和信号线之间的连接关系。
位于同一行中的像素Px可以连接至同一复位信号线RGL和同一选择信号线SELL。
将参考图12描述一个像素Px的电路结构的示例。
在图12中，一个像素Px包括第一和第二光电转换元件PD1和PD2以及用于读出第一和第二光电转换元件PD1和PD2的光电转换信号的读出元件。读出元件可以包括连接在浮置扩散节点FD与第一和第二光电转换元件PD1和PD2之间的第一和第二传输晶体管TX1和TX2、连接在浮置扩散节点FD与电源电压线VDL之间的复位晶体管RX和驱动晶体管DX、以及连接在驱动晶体管DX和输出信号线RL1之间的选择晶体管SX。
第一和第二光电转换元件PD1和PD2中的每一个可以是包括与公共电压VSS相连的阳极在内的光电二极管。光电二极管的阴极连接至第一和第二传输信号线TX1和TX2。可以通过第一和第二传输晶体管TX1和TX2将通过第一和第二光电转换元件PD1和PD2接收光而产生的电荷传输至浮置扩散节点FD。
第一和第二传输晶体管TX1和TX2的栅极可以连接至传输信号线TGL1、TGL2和TGL3，并且接收传输信号TG1、TG2和TG3。如上所述，自动聚焦像素PF的第一和第二传输晶体管TX1和TX2的栅极可以连接至不同的传输信号线TGL1和TGL2，并且正常像素PN的第一和第二传输晶体管TX1和TX2可以连接至相同的传输信号线TGL3。因此，可以通过在不同的时间导通的第一和第二传输晶体管TX1和TX2将由自动聚焦像素PF的第一和第二光电转换元件PD1和PD2中的每一个产生的电荷传输至浮置扩散节点FD，并且可以通过同时导通的第一和第二传输晶体管TX1和TX2将由正常像素PN的第一和第二光电转换元件PD1和PD2中的每一个产生的电荷传输至浮置扩散节点FD。
浮置扩散节点FD累积并且存储接收到的电荷，并且可以根据在浮置扩散节点FD中累积的电荷的量来控制驱动晶体管DX。
复位晶体管RX的栅极与复位信号线RGL相连。可以通过由复位信号线RGL传输的复位信号RG来控制复位晶体管RX，并且复位晶体管可以用电源电压VDD将浮置扩散节点FD周期性地复位。
驱动晶体管DX可以输出响应于浮置扩散节点FD的电压而变化的电压。驱动晶体管DX可以与恒定电流源(未示出)组合以用作源极跟随缓冲放大器。驱动晶体管DX可以产生与施加至栅极的电荷量的大小成正比的源极-漏极电流。
选择晶体管SX的栅极与选择信号线SELL连接。根据由选择信号线SELL传输的选择信号SEL的激活而导通的选择晶体管SX可以将在驱动晶体管DX中产生的电流作为像素信号Sp输出至输出信号线RL1。选择信号SEL是选择输出像素信号Sp的行的信号，并且可以以行为单位顺序地或者非顺序地施加。
与图12中的描述不同，一个像素Px中的第一和第二传输晶体管TX1和TX2中的每一个可以连接至分离的浮置扩散节点(未示出)，而无须连接至相同的浮置扩散节点FD。
然后，将与前述图12一起参考图13和图14来描述在一帧期间根据一些实施例的驱动图像传感器的方法。
首先，当将具有栅极导通电压电平的激活选择信号SEL施加至选择信号线SELL时，位于选定的行中的选择晶体管SX导通。当在选择晶体管SX的导通状态下将激活复位信号RG施加至复位信号线RGL时，位于对应行中的复位晶体管RX导通，将浮置扩散节点FD的电荷放电并且将浮置扩散节点FD复位，通过驱动晶体管DX和选择晶体管SX将与复位浮置扩散节点相对应的复位输出信号输出至输出信号线RL1。
接下来，当在第一定时t1，复位晶体管RX截止并且将激活的传输信号TG1施加至第一传输信号线TGL1时，自动聚焦像素PF的第一传输晶体管TX1导通，并且将第一光电转换元件PD1的光电转换的电荷传输至浮置扩散节点FD。然后，通过驱动晶体管DX和导通的选择晶体管SX将与自动聚焦像素PF的第一子区域Pa的光电转换信号相对应的第一子像素信号输出至输出信号线RL1。
然后，当在第一定时t1之后的第二定时t2将激活的传输信号TG2施加至第二传输信号线TGL2时，自动聚焦像素PF的第二传输晶体管TX2导通，并且将第二光电转换元件PD2的光电转换的电荷传输至浮置扩散节点FD。然后，通过驱动晶体管DX和导通的选择晶体管SX将与自动聚焦像素PF的第一子区域Pb的光电转换信号相对应的第一子像素信号输出至输出信号线RL1。
在这种情况下，如图13所示，在将具有栅极导通电压电平的激活的传输信号TG2传输至第二传输信号线TGL2的第二时刻t2，也将具有栅极导通电压电平的激活的传输信号TG1传输至第一传输信号线TGL1，使得自动聚焦像素PF的第一和第二传输晶体管TX1和TX2可以同时导通。也就是说，可以将一帧期间施加至一行的传输信号TG1激活两次，并且可以将传输信号TG2激活一次。然后，可以将自动聚焦像素PF的第一和第二光电转换元件PD1和PD2的光电转换电荷一起传输至浮置扩散节点FD，并且可以将与第一和第二子像素信号之和相对应的像素信号输出至输出信号线RL1。
备选地如图14所示，当在第二时刻t2将激活的传输信号TG2传输至第二传输信号线TGL2时，可以去激活第一传输信号线TGL1，并且仅可以导通自动聚焦像素PF的第二传输晶体管TX2，可以将第二光电转换元件PD2的光电转换电荷传输至浮置扩散节点FD，并且仅可以将第二子像素信号输出至输出信号线RL1。
因此，当在自动聚焦像素PF的第一和第二传输晶体TX1和TX2的截止状态下在第三定时t3处将具有栅极导通电压电平的激活的传输信号TG3传输至第三传输信号线TGL3时，同时将正常像素PN的第一和第二传输晶体管TX1和TX2导通，并且将正常像素PN的第一和第二光电转换元件PD1和PD2的光电转换电荷一起传输至浮置扩散节点FD。然后，通过驱动晶体管DX和导通的选择晶体管SX将根据在浮置扩散节点FD中累积的电荷量相对应的像素信号输出至输出信号线RL1。
第二驱动器500可以通过复位输出信号与像素信号或者第一和第二子像素信号之间的相减，从所述像素信号或所述第一和第二子像素信号中去除噪声。另外，在根据图13中所示的一些示例实施例的驱动方法的情况下，第二驱动器500可以通过从自动聚焦像素PF在不同的时间输出的第一和第二子像素信号之和中减去第一子像素信号来获得第二子像素信号。能够通过使用针对自动聚焦像素PF获得的第一和第二子像素信号之和来获得对应的自动聚焦像素PF的图像数据，并且通过使用针对正常像素PN获得的像素信号来获得对应的正常像素PN的图像数据。
可以通过使用所获得的第一和第二子像素信号来获得入射到自动聚焦像素PF的第一和第二子区域Pa和Pb的光之间的相位差。可以通过使用所检测的相位差来获得诸如到对象的距离、所述对象是否对焦以及所述对象离焦的程度之类的聚焦信息。另外，通过使用一个传输信号TG3来同时驱动第一和第二传输晶体管TX1和TX2，并且针对正常像素PN来读出一个像素信号，使得可以增加图像传感器1的整个读出率。也就是说根据一些示例实施例，对于包括多个子区域Pa和Pb在内的正常像素PN，与像自动聚焦像素PF那样传输多个不同传输信号的情况相比较可以将读出时间减小为约3/4。
接下来，将与前述附图一起参考图15和图16来描述根据一些示例实施例的像素阵列单元300的另一个示例结构和像素PX的结构。将省略与上述步骤相同组成元件的描述。
参考图15，根据一些示例实施例的像素阵列单元300的结构大部分与图11中的像素阵列单元300的结构相同，但是可以针对每一行来设置第一和第二传输信号线TGL1和TGL2，并且可以针对每一列来设置输出信线RL1、RL2、RL3或RL4，使得可以将沿第一方向Dr1彼此相邻的两个像素Px可以连接至不同的输出信号线RL1、RL2、RL3和RL4。
自动聚焦像素PF与两个传输信号线TGL1和TGL2相连，使得自动聚焦像素PF中包括的第一和第二光电转换元件PD1和PD2可以在不同的定时处将光电转换的电荷传输至浮置扩散节点FD。不同的是，正常像素PN可以连接至一个传输信号线TGL1或TGL2。因此，正常像素PN中包括的第一和第二光电转换元件PD1和PD2可以同时将光电转换的电荷传输至浮置扩散节点FD。与正常像素PN相连的传输信号线TGL1可以是与位于同一行的自动聚焦像素PF相连的传输信号线TGL1和TGL2之一相同的传输信号线。图15示出了以下示例：正常像素PN与第一传输信号线TGL1相连，但是正常像素PN不局限于此，并且也可以连接至第二传输信号线TGL2。
尽管未示出，当一行仅包括正常像素PN时，位于所述行中的所有正常像素PN可以连接至两个传输信号线TGL1和TGL2之一。
图16示出了根据图15中所示的一些示例实施例的一个像素Px的电路结构，并且每一个像素Px的电路结构与图12中所示的电路结构相同，因此将省略其详细描述。
接下来，将与前述附图一起参考图17和图18来描述根据一些示例实施例的图像传感器的示例结构。将省略与上述步骤相同组成元件的描述。
参考图17和图18，根据一些示例实施例的图像传感器可以包括具有彼此面对的第一表面BS和第二表面FC的半导体衬底120。半导体衬底120可以是包括例如硅、锗、硅-锗、VI族化合物半导体和V组化合物半导体在内的衬底。半导体衬底120可以是其中注入了P型或N型杂质的硅衬底。这里，将基于其中注入了P型杂质的半导体衬底120作为示例来描述示例。
这里，半导体衬底120可以包括位于每一个像素Px中的多个光电转换元件PD1和PD2、浮置扩散节点(未示出)区域等。浮置扩散节点区域可以由例如其中掺杂了N型杂质的区域形成。
光电转换元件PD1和PD2的每一个可以由PN结来配置，并且可以根据入射光来产生电子空穴对以产生光电荷。可以通过将例如具有与半导体衬底120相反导电类型的N型杂质注入到半导体衬底120中来形成光电转换元件PD1和PD2。也可以按照层叠多个掺杂区域的形式来形成光电转换元件PD1和PD2。
半导体衬底120可以包括位于相邻像素Px之间(具体地位于自动聚焦像素PF和正常像素PN之间)的第一隔离器122以分离相邻的像素Px。第一隔离器122可以包围如图17中所示的平面上的每一个像素Px。
在图18中所示的横截面结构中，第一隔离器122可以沿第三方向Dr3较深地形成。例如，第一隔离器122也可以沿第三方向Dr3穿过半导体衬底1120，并且可以在第一隔离器1122的上表面与半导体衬底120的第一表面Bs相交并且第一隔离器122的下表面与半导体衬底120的第二表面FS不相交的同时，第一隔离器位于半导体衬底120内。
半导体衬底120还可以包括第二隔离器124，第二隔离器124可以位于在一个像素Px内彼此相邻的第一和第二光电转换元件PD1和PD2之间，并且分离第一和第二光电转换元件PD1和PD2。第二隔离器124可以在平面结构中沿第二方向Dr2近似地延伸，但是不局限于此。第二隔离器124在如图17所示的平面上连接至第一隔离器122，并且也可以与第一隔离器122间隔开。
参考图18，第二隔离器124沿第三方向Dr3的深度可以小于或等于第一隔离器122沿第三方向Dr3的深度。如图18所示，第二隔离器124的上表面可以与半导体衬底120的第一表面BS相交，并且第二隔离器的下表面可以位于半导体衬底120中。
第一隔离器122和第二隔离器124的至少一个可以包括绝缘材料，例如氧化物、氮化物和多晶硅或者其组合。在这种情况下，可以通过在第一表面BS一侧或第二表面FS一侧对半导体衬底120图案化来形成沟槽、然后在所述沟槽中掩埋绝缘材料来形成第一隔离器122和第二隔离器124中的至少一个。
根据一些示例实施例，也可以通过将具有与第一和第二光电转换元件PD1和PD2相反导电类型的杂质(例如P型杂质)离子注入到半导体衬底120中来形成第一隔离器122和第二隔离器124中的至少一个。在这种情况下，第一隔离器122和第二隔离器124中的至少一个的杂质浓度可以高于第一隔离器122和第二隔离器124中的至少一个周围的半导体衬底120的杂质浓度。
根据一些示例实施例，第一隔离器122可以包括诸如氧化物、氮化物和多晶硅之类的绝缘材料，并且第二隔离器124可以掺杂有杂质。具体地，第二隔离器124可以掺杂有具有与较高浓度的第二隔离器124周围的半导体衬底120的杂质相同导电类型的杂质。
通过限制和/或阻止相邻像素Px之间的电荷移动，第一隔离器122可以限制和/或防止相邻像素Px之间的电学串扰，并且也可以通过将光倾斜地(和/或对角线地)折射入射到一个像素Px中来限制和/或防止可能由于光通过相邻像素Px而发生的光学串扰。通过限制和/或阻止相邻光电转换元件PD1和PD2之间的电荷移动，第二隔离器124可以限制和/或防止相邻光电转换元件PD1和PD2之间的电学串扰，并且也可以通过将光倾斜地(和/或对角线地)折射入射到一个光电转换元件PD1或PD2中来限制和/或防止可能由于光通过同一像素Px内的不同光电转换元件PD1或PD2而发生的光学串扰。具体地，位于自动聚焦像素PF中的第二隔离器124可以限制和/或防止第一和第二光电转换元件PD1和PD2之间的电学和光学串扰，从而增加相位差检测精度和自动聚焦控制的精度。
也可以根据图像传感器的设计条件来省略第一隔离器122和第二隔离器124中的至少一个。
多个滤色器131和132以及微透镜ML可以位于半导体衬底120的第一表面BS上。一个滤色器131或132和一个微透镜ML可以被定位于与每一个像素相对应，以沿第三方向Dr3与一个像素Px中包括的第一光电转换元件PD1和第二光电转换元件PD2都叠置。
分别位于相邻像素Px中的滤色器131和132可以选择不同颜色的光，并且允许所述光通过。滤色器131和132的每一个可以选择性地允许蓝色、绿色和红色的光通过，或者选择性地允许洋红色、黄色和青色的光通过，或者允许白色的光通过。白色滤色器131和132可以是透明的，并且允许所有颜色波长的光通过。也可以省略滤色器131和132。
布线层110可以位于半导体衬底120的第二表面FS上。布线层110可以包括像素Px中的多个晶体管和与多个晶体管相连的若干布线。与图18中的说明不同，布线层110也可以(或者可以备选地)位于半导体衬底120和滤色器131和132之间。
绝缘层140还可以位于半导体衬底120的第一表面BS与滤色器131和132之间。绝缘层140可以限制和/或防止入射光被反射，并且允许入射光有效率地通过，从而提高了图像传感器的性能。
根据一些示例实施例，布线层110也可以(或者可以备选地)位于滤色器131和132与半导体衬底120之间。
接下来，将与前述附图一起参考图19来描述根据一些示例实施例的图像传感器的示例结构。将省略与上述相同组成元件的相同描述。
图19中示出的根据示例实施例的图像传感器的一个像素Px可以包括沿第三方向Dr3层叠的多个光电转换元件。例如，一个像素Px可以包括在半导体衬底120A上形成的有机光电转换元件OPD以及光电转换元件PD3和PD4。
有机光电转换元件OPD可以位于半导体衬底120A的第一表面BS上。一个有机光电转换元件OPD可以包括选择性地检测特定颜色波长区域的光的有机光电转换层160以及位于有机光电转换层160的两个表面上的一个第一电极151和一个第二电极171。
有机光电转换层160可以连续地形成在多个像素Px上。有机光电转换层160可以进行检测并且光电转换的光的波长区域可以是例如绿色波段的光，但是不局限于此。有机光电转换层160可以包括P型半导体和N型半导体，并且P型半导体和N型半导体可以形成PN结。P型半导体和N型半导体中的至少一个可以包括有机材料。
一个第一电极151可以针对每一个光电转换元件OPD来定位，并且相邻有机光电转换元件OPD的第一电极151可以彼此间隔开并且彼此电学隔离。
第二电极171可以连续地形成在多个像素Px上。也就是说，第二电极171与有机光电转换层160一起连续地形成在像素阵列单元300的前表面上。第一电极151和第二电极171可以是透明的(例如，由包括透明导电氧化物、蓝宝石、碳纳米管的薄膜、约50nm或以下的薄金属层及其组合形成)。
像素阵列单元中包括的所有像素Px的至少一个可以是自动聚焦像素PF，并且其余像素Px可以是正常像素PN。图19示出了相邻的自动聚焦像素PF和正常像素PN。
自动聚焦像素PF可以包括多个子区域Pa和Pb，并且多个子区域Pa和Pb的每一个可以包括一个有机光电转换元件OPD。也就是说，自动聚焦像素PF的第一子区域Pa可以包括具有一个第一电极151的第一有机光电转换元件OPD1，而自动聚焦像素PF的第二子区域Pb可以包括具有一个第一电极151的第二光电转换元件OPD2。
参考图19，第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2中的每一个的第一电极151可以通过作为导体的连接部件115连接至半导体衬底120A的电荷存储区域126。可以通过连接部件115将由第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2的光电转换所产生的电荷收集在电荷存储区域126中。连接部件115可以包括金属等。电荷存储区域126可以位于半导体衬底120A的第一表面BS的相邻区域中。
与图19的说明不同，连接部件115也可以(或者可以备选地)位于与每一个像素Px的边界相邻的位置处。在这种情况下，连接部件115在平面结构中可以与半导体衬底120A的光电转换元件PD3和PD4不叠置。另外，连接部件115还可以沿向下的方向延伸，并且可以形成为高达半导体衬底120A的第二表面FS。根据一些示例实施例，连接部件115也可以(或者可以备选地)在第一表面BS中与导电部件(未示出)相连，所述连接部件从半导体衬底120A的第一表面BS形成至第二表面FS的相邻区域。在这种情况下，电荷存储区域126可以位于半导体衬底120A的第二表面FS的相邻区域中。
正常像素PN可以不包括多个子区域，并且可以包括一个有机光电转换元件OPD。
半导体衬底120A可以包括位于每一个像素Px中的至少一个光电转换元件PD3和PD4。位于每一个像素Px中的光电转换元件PD3和PD4中的每一个可以沿第三方向Dr3与自动聚焦像素PF的第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2都叠置，或者可以沿第三方向Dr3与正常像素PN的有机光电转换元件OPD叠置。光电转换元件PD3和PD4可以接收在有机光电转换元件OPD中被光电转换之后剩下的光，并且对所接收的光进行光电转换。
图19示出了以下示例：每一个像素Px包括逐个地定位于半导体衬底120A中的光电转换元件PD3和PD4。光电转换元件PD3和PD4中的每一个可以接收特定波段的光，并且对所接收的光进行光电转换。为此，多个滤色器133和134可以位于半导体衬底120A和有机光电转换元件OPD之间。通过位于相邻像素Px中的两个滤色器133和134表现的颜色可以彼此不同。例如，当有机光电转换层160选择性地对绿色波段的光进行光电转换时，位于图19左侧像素Px中的滤色器131可以选择性地允许区域中除了绿色波段之外的蓝色波段的光通过，并且位于图19右侧像素Px中的滤色器132可以选择性地允许区域中除了绿色波段之外的红色波段的光通过。因此，位于图19左侧的像素Px中包括的光电转换元件PD3可以对蓝光进行检测和光电转换，而位于图19右侧的像素Px中包括的光电转换元件PD4可以对红光进行检测和光电转换。由多个滤色器133和134表现的颜色也可以是(或者可以备选地是)除了蓝色和红色之外的其他颜色。
与图19的说明不同，每一个像素Px可以包括沿第三方向Dr3与有机光电转换元件OPD叠置的多个光电转换元件(未示出)。位于每一个像素Px中的多个光电转换元件可以沿第三方向Dr3彼此叠置。多个光电转换元件中的至少一个也可以是(或者可以备选地是)包括半导体材料的有机光电转换元件，或者也可以是(或者可以备选地是)有机光电转换元件。位于一个像素Px中的多个光电转换元件可以根据其位置来接收不同波段的光。
一个微透镜ML可以位于每一个自动聚焦像素PF的第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2上，并且一个微透镜M1可以位于每一个正常像素PN的有机光电转换元件OPD上。
绝缘层140A还可以位于有机光电转换元件OPD和微透镜M1之间，并且绝缘层140A可以是偏振层。
布线层110A可以位于半导体衬底120A的第一表面BS和有机光电转换元件OPD之间。布线层110A可以包括像素Px中包括的多个晶体管和与所述多个晶体管相连的若干布线。可以在布线层110A中读出在有机光电转换元件OPD和光电转换元件PD3和PD4中被光电转换的信号。
与有机光电转换元件OPD的第一电极151相连的连接部件115可以在穿过布线层110A中包括的绝缘层111的同时形成。
根据一些示例实施例，所示的布线层110A也可以(或者可以备选地)位于半导体衬底120A的第二表面FS下面。在这种情况下，分离的绝缘层(未示出)可以位于半导体衬底120A和有机光电转换元件OPD之间。另外，与有机光电转换元件OPD的第一电极151相连的导电连接部件115(未示出)可以在穿过绝缘层和半导体衬底120A的同时形成。在这种情况下，有机光电转换元件OPD的第一电极151可以通过导电连接部件与半导体衬底120A的电荷存储区域(未示出)相连，并且传输电荷。
自动聚焦像素PF中包括的第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2可以共享一个浮置扩散节点(未示出)，并且通过相同的输出信号线(未示出)输出光电转换的信号。
像图12中所示的自动聚焦像素PF的第一和第二光电转换元件PD1和PD2那样，自动聚焦像素PF中包括的第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2可以分别连接至与两个传输信号线相连的两个传输晶体管。因此，自动聚焦像素PF中包括的第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2可以通过一个浮置扩散节点FD和一个驱动晶体管DX，分别在两个不同的时刻输出第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2的光电转换的信号作为第一和第二子像素信号。可以通过使用读出的第一和第二子像素信号来检测相位差来执行自动聚焦控制，并且(当有机光电转换层检测绿光时)除了第一和第二子像素信号之外还获得了响应像素Px的绿色图像数据。与此相反，如图14所示，可以在两个不同定时之间的一个定时输出第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2之一的光电转换的信号，并且可以在其余的定时处将第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2两者的光电转换的信号相加并输出。
能够通过使用获得的第一和第二子像素信号来检测入射到自动聚焦像素PF的第一和第二子区域Pa和Pb的光之间的相位差，并且可以通过使用所检测的相位差来获得诸如到对象的距离、所述对象是否对焦以及所述对象离焦的程度之类的聚焦信息。另外，可以根据诸如色感和色温之类的对象颜色特性来自由地选择由自动聚焦像素PF中包括的第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2检测到的颜色，所述颜色特性主要是为了使用自动聚焦控制功能，并且因此可以增加相位差检测和自动聚焦功能的精度。
正常像素PN中包括的有机光电转换元件OPD可以连接至传输信号线，并且读出一个像素信号。
尽管在图19中未示出，正常像素PN也可以包括像自动聚焦像素PF那样的第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2。在这种情况下，像图12中所示的正常像素PN那样，正常像素PN中包括的第一和第二有机光电转换元件OPD1和OPD2可以分别连接至与一个传输信号线相连的两个传输晶体管。因此，可以通过使用针对正常像素PN的一个传输信号来读出一个像素信号，使得可以增加图像传感器的整体读出速度。
接下来，将与前述附图一起参考图20和图21来描述根据一些示例实施例的图像传感器中包括的像素阵列单元300。
参考图20和图21，根据一些示例实施例的像素阵列单元300可以包括具有第一和第二光电转换元件PD1和PD2在内的半导体衬底120、布线层110、滤色器130、微透镜ML、绝缘层140等。在一些示例实施例中，半导体衬底120、布线层110、滤色器130、微透镜ML和绝缘层140几乎与如上所述的对应配置相同，但是平面上第二隔离器124的位置可以根据像素Px的位置而不同。
在一些示例实施例中，当一个像素PX1或PX2内的第一和第二光电转换元件PD1和PD2沿第一方向Dr1相邻地排列、并且位于第一和第二光电转换元件PD1和PD2之间的第二隔离器124沿第二方向Dr2近似地延伸时，可以根据像素阵列单元300中对应像素PX1或PX2的位置改变第二隔离器124在像素PX1或PX2内沿第一方向Dr1的位置。
参考图20和图21，当将近似地位于像素阵列单元300的中垂线上的像素称作第一像素PX1、并且将位于与第一像素PX1同一行的边界处的像素Px称作第二像素PX2时，第一像素PX1中包括的第二隔离器124可以近似地位于平面上第一像素PX1的中心，而第二像素PX2中包括的第二隔离器124可以偏离第二像素PX2的中心，并且倾斜地(和/或对角线地)定位于朝向面对第一像素PX1的边界。在大多数像素Px中，第一和第二光电转换元件PD1和PD2的大小可以彼此近似相同。
每一个像素PX1或PX2内的第二隔离器124沿第一方向Dr1相对于每一个像素PX1和PX2的中心的位置可以从像素阵列单元300的中垂线向左右边界逐渐改变，并且其中第二隔离器124逐渐移动的方向可以是指向像素阵列单元300的中垂线的方向。
参考图21，像第二隔离器124那样，位于半导体衬底120上的滤色器130和微透镜ML沿第一方向Dr1相对于每一个像素PX1和PX2的中心的位置也可以根据像素的位置而改变隔离器。也就是说，位于第一像素PX1中滤色器130和微透镜ML的中心可以与第一像素PX1的中心近似相对应，并且在第二像素PX2中包括的滤色器130和微透镜ML的中心可以偏离第二像素PX2的中心并且可以倾斜地(和/或对角线地)定位于朝向第一像素PX1。
滤色器130和微透镜ML沿第一方向Dr1相对于每一个像素的中心的位置可以从像素阵列单元300的中垂线向左右边界逐渐改变，并且其中滤色器130和微透镜ML逐渐移动的方向可以是指向像素阵列单元300的中垂线的方向。另外，滤色器130沿第一方向Dr1的位置改变量可以大于微透镜ML沿第一方向Dr1的位置改变量。因此如图21所示，位于第二像素PX2中的微透镜ML已经进一步移动得超过微透镜ML下面的滤色器130。
当在像素阵列单元300中包括的所有像素的第二隔离器124、滤色器130和微透镜ML在对应像素内具有相同的位置时，位于像素阵列单元300的中心处的像素中包括的第一和第二光电转换元件PD1和PD2中的每一个接收的光的量可以与位于像素阵列单元300的边界处的像素中包括的第一和第二光电转换元件PD1和PD2中的每一个接收的光的量不同。
然而根据一些示例实施例，第二隔离器124、滤色器130和微透镜ML相对于相应像素PX1或PX2的位置可以根据像素PX1或PX2的位置而逐渐改变，使得如图21所示，即使当光从侧面倾斜地(和/或对角线地)入射，也可以减小或最小化入射到第一和第二光电转换元件PD1和PD2中的光量的差异。因此，能够减小从位于像素阵列单元300周围的自动聚焦像素PF或正常像素PN中获得的图像的缺陷、相位差以及自动聚焦信息。
在图21中所示的截面结构中，第二隔离器124可以延伸至第一或第二光电转换元件PD1或PD2的内侧，但是不局限于此，并且第二隔离器124的下表面也可以(或者可以备选地)与第一或第二光电转换元件PD1或PD2的上表面间隔开。
接下来，将与附图20和附图21一起参考图22和图23来描述根据一些示例实施例的图像传感器中包括的像素阵列单元300。
参考图22和图23，根据一些示例实施例的像素阵列单元300可以包括具有第一和第二光电转换元件PD1和PD2在内的半导体衬底120C、布线层110、滤色器130、微透镜ML、绝缘层140等，并且半导体衬底120C可以包括第一隔离器122A和第二隔离器124A。在一些示例实施例中，半导体衬底120C、布线层110、滤色器130、微透镜ML和绝缘层140几乎与如上所述的对应结构相同，但是像素阵列单元300还可以包括位于每一个像素PX3和PX4中的第三隔离器125。
第一隔离器122A和第二隔离器124A的结构可以几乎与图20和图21中如上所述的结构相同。
第三隔离器125可以位于半导体衬底120C内，并且可以在平面结构上近似地沿第一方向Dr1延伸，但是不局限于此。第三隔离器125可以沿第一方向Dr1与第一和第二光电转换元件PD1和PD2相交叉。第三隔离器125也可以(或者可以备选地)与第一隔离器122A相连或间隔开。
在图23中所示的截面结构中，第三隔离器125可以延伸至第一或第二光电转换元件PD1或PD2的内侧，但是不局限于此，并且第三隔离器125的下表面也可以(或者可以备选地)与第一或第二光电转换元件PD1或PD2的上表面间隔开。第三隔离器125与半导体衬底120C的第一表面BS的深度可以与第二隔离器124A的深度近似相同。
像如上所述的第二隔离器124A相同的方案那样，根据一些示例实施例的第三隔离器125相对于像素PX3或PX4中心的位置可以根据像素PX3或PX4的位置而改变，但是第三隔离器125的移动方向可以是不同的。
当将近似地位于像素阵列单元300的中垂线上的像素称作第三像素PX3、并且将位于与第三像素PX3同一列的像素Px称作第四像素PX4时，第三像素PX3中包括的第三隔离器125可以近似地位于第三像素PX3的中心，而第四像素PX4中包括的第三隔离器125可以偏离第四像素PX4的中心，并且在平面结构中倾斜地(和/或对角线地)定位于朝向面对第三像素PX3的边界。像素PX3和PX4中的每一个内的第三隔离器125沿着第二方向Dr2的位置可以从像素阵列单元300的水平中线朝向像素阵列单元300的上下边界逐渐地改变，并且第三隔离器125的逐渐移动方向可以是面对像素阵列单元300的水平中心中线的方向。
参考图23，像第三隔离器125那样，位于半导体衬底120C上的滤色器130和微透镜ML可以具有与图20和图21中的示例相同的位置变化，并且滤色器130和微透镜ML沿第二方向Dr2的位置也可以(或者可以备选地)根据像素的位置而改变隔离器。也就是说，与第三像素PX3相对应地定位的滤色器130和微透镜ML的中心可以与第三像素PX3近似相对应，并且第四像素PX4中包括的滤色器130和微透镜ML的中心可以偏离第四像素PX4的中心并且可以倾斜地(和/或对角线地)定位于朝向第三像素PX1。
滤色器130和微透镜ML沿第二方向Dr2相对于每一个像素的中心的位置可以从像素阵列单元300的中垂线向像素阵列单元300的上下边界逐渐改变，并且其中滤色器130和微透镜ML逐渐移动的方向可以是指向像素阵列单元300的水平中线的方向。另外，滤色器130沿第二方向Dr2的位置改变量可以大于微透镜ML沿第二方向Dr2的位置改变量。因此如图23所示，位于第四像素PX4中的微透镜ML已经进一步移动得超过微透镜ML下面的滤色器130。
最后，将参考图24描述根据一些示例性实施例的包括图像传感器在内的电子设备。
参考图24，根据一些示例实施例的电子设备1000可以包括根据本公开一些示例实施例的图像传感器1、包括至少一个拍摄透镜的光学系统2等。
在一些示例实施例中，图像传感器1还可以包括信号处理单元3。信号处理单元3可以包括如上所述的第一驱动器400、第二驱动器500和定时控制器600。信号处理单元3可以从像素阵列单元300接收第一和第二子像素信号，并且检测对象的相位差。信号处理单元3可以通过使用所检测的相位差来获得诸如从像素阵列单元300到对象的距离、所述对象是否对焦以及所述对象离焦的程度之类的自动聚焦信息。根据确定的结果，信号处理单元3可以将控制信号传输至光学系统2并且控制光学系统2的聚焦。可以通过控制透镜和像素阵列单元300之间的距离等来调节光学系统2的聚焦。在聚焦调节之后，图像传感器1可以检测图像，并且获得具有较高分辨率图像质量的图像数据。电子设备1000可以是数字相机、摄录机、机器人等。
尽管已经具体示出和描述了一些示例实施例，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的变化。

Claims (25)

1.一种图像传感器，包括：
像素阵列单元，包括与多个传输信号线和多个输出信号线相连的多个像素，
其中所述多个像素中的每一个包括多个光电转换元件，所述多个光电转换元件配置为对入射光进行检测和光电转换，以及
所述多个像素包括至少一个自动聚焦像素和至少一个正常像素。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：
所述至少一个自动聚焦像素包括第一自动聚焦像素，
所述至少一个正常像素包括第一正常像素，所述第一自动聚焦像素连接至所述多个传输信号线中的N个传输信号线，
所述第一正常像素连接至M个或更少的传输信号线，
N是大于或等于2的自然数，以及
M是大于0且小于N的自然数。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：
所述至少一个自动聚焦像素是多个自动聚焦像素，所述至少一个正常像素是多个正常像素，
所述多个像素中按照四边形形状彼此相邻的四个像素限定了一个像素单元，以及
所述像素单元包括所述多个自动聚集像素中沿第一对角线方向相邻的一对自动聚焦像素以及所述多个正常像素中沿第二对角线方向相邻的一对正常像素。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：
所述多个像素配置为检测多种颜色的光，以及
所述至少一个自动聚焦像素配置为检测所述多种颜色中的一部分颜色的光。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中：
所述至少一个自动聚焦像素检测到的光包括白光或绿光。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：
所述多个像素中的每一个包括浮置扩散节点、与所述浮置扩散节点和所述多个光电转换元件相连的多个传输晶体管、与所述浮置扩散节点相连的驱动晶体管以及与所述驱动晶体管和所述多个输出信号线之一相连的选择晶体管，以及
所述至少一个自动聚焦像素中包括的多个传输晶体管的栅极分别连接至所述N个传输信号线，以及
所述至少一个正常像素中包括的多个传输晶体管的栅极共同连接至所述多个传输信号线之一。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中：
所述多个像素布置成矩阵形式；以及
每隔两列像素设置所述多个输出信号线。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，还包括：
第一驱动器，配置为向所述多个传输信号线施加传输信号，其中
所述第一驱动器配置为向所述N个传输信号线中的第一传输信号线施加在第一定时处激活的第一传输信号，
所述第一传输信号线连接至所述至少一个自动聚焦像素，
以及所述第一驱动器配置为向所述N个传输信号线中的第二传输信号线施加在与第一定时不同的第二定时处激活的第二传输信号，以及
所述第二传输信号线连接至所述至少一个自动聚焦像素。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中：
所述第一驱动器配置为在所述第二定时处还激活所述第一传输信号。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：
所述至少一个自动聚焦像素是多个自动聚焦像素，所述像素阵列单元包括第一区域和第二区域，第一区域包括多个第一像素单元，第二区域包括多个第二像素单元，
所述多个第一像素单元和所述多个第二像素单元中的每一个包括多个像素中的四个像素，并且所述四个像素按照四边形形状彼此相邻，以及
所述多个第一像素单元中的每一个包括所述多个自动聚焦像素中的至少一个，以及
所述至少一个正常像素包括所述第二像素单元中包括的所有四个像素。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
包括所述多个像素在内的半导体衬底，
其中所述多个像素中包括的多个光电转换元件设置在所述半导体衬底中，以及
所述半导体衬底包括第一隔离器和第二隔离器，所述第一隔离器位于彼此相邻的所述至少一个自动聚焦像素之一和所述至少一个正常像素之一之间，所述第二隔离器位于所述多个像素中的一个像素中包括的多个光电转换元件之间。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，还包括：
微透镜，与所述多个像素中的每一个中包括的多个光电转换元件叠置；以及
滤色器，在所述半导体衬底和所述微透镜之间。
13.根据权利要求112所述的图像传感器，其中：
所述多个像素包括位于所述像素阵列单元的中心处的第一像素和位于所述像素阵列单元的边界处的第二像素，以及
所述第一像素中包括的第二隔离器相对于所述第一像素的中心的位置不同于所述第二像素中包括的第二隔离器相对于所述第二像素的中心的位置，以及
位于所述第二像素中的滤色器和微透镜的中心偏离所述第二像素的中心。
14.一种驱动图像传感器的方法，所述图像传感器包括多个像素，所述多个像素包括至少一个自动聚焦像素和至少一个正常像素，所述多个像素中的每一个包括多个光电转换元件，所述方法包括：
在不同的定时处读出自动聚焦像素信号，所述自动聚焦像素信号是分别通过至少一个自动聚焦像素之一中包括的多个光电转换元件而光电转换的；以及
同时读出正常像素信号，所述正常像素信号是分别通过所述至少一个正常像素之一中包括的多个光电转换元件而光电转换的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，
读出所述自动聚焦信号包括：
向所述至少一个自动聚焦像素施加在第一定时处激活的第一传输信号；以及
向所述至少一个自动聚焦像素施加在与第一定时不同的第二定时处激活的第二传输信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中读出所述自动聚焦信号包括：向所述至少一个自动聚焦像素施加在第二定时处激活的第一传输信号。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，
读出所述正常像素信号包括：
向所述至少一个正常像素施加在第二定时之后的第三定时处激活的第三传输信号。
18.一种图像传感器，包括：
像素阵列单元，包括与多个传输信号线和多个输出信号线相连的多个像素，
其中所述多个像素中的每一个包括多个光电转换元件，所述多个光电转换元件配置为对入射光进行检测和光电转换，以及
多个像素中按照四边形形状彼此相邻的四个像素限定了一个像素单元，所述像素单元包括至少一个自动聚焦像素和至少一个正常像素。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中：
所述像素单元中的至少一个自动聚焦像素是沿对角线方向彼此相邻的一对自动聚焦像素。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中：
所述一对自动聚焦像素中的每一个自动聚焦像素是配置为检测白光的白像素。
21.一种图像传感器，包括：
多个像素单元，其中所述多个像素单元中的每一个包括多个像素，所述多个像素各自包括多个光电转换元件，所述多个像素单元中的每一个包括所述多个像素中的自动聚焦像素和正常像素；
多个传输信号线；
多个输出信号线；以及
信号处理单元，通过所述多个传输信号线和所述多个输出信号线连接至所述多个像素单元，
其中所述信号处理单元配置为基于在时间间隔期间不同地激活自动聚焦像素中的多个光电转换元件中的两个来确定与外部对象相对应的自动聚焦信息。
22.根据权利要求21所述的图像传感器，其中所述多个像素单元排列成矩阵，所述多个像素单元中的每一个包括所述多个像素的四个像素，以及
所述正常像素中的多个光电转换元件配置为对与所述自动聚焦像素中的多个光电转换元件配置为检测和转换的颜色的光不同颜色的光进行检测并将所述光转换为电。
23.根据权利要求21所述的图像传感器，其中：
所述多个像素单元中的每一个包括第一隔离器和第二隔离器，
所述第一隔离器在所述多个像素单元中的多个像素中的相邻像素之间，以及
所述第二隔离器在所述多个光电转换元件中的相邻光电转换元件之间延伸，或者延伸通过所述多个像素的每一个中的光电转换元件中的对应光电转换元件。
24.根据权利要求21所述的图像传感器，其中：
所述信号处理单元包括第一驱动器、定时控制器和第二驱动器，
所述第一驱动器配置为通过所述多个传输信号线向所述多个像素单元供应选择信号，
所述多个像素单元中的多个像素配置为基于光电转换的入射光来产生像素信号，
所述第二驱动器配置为通过所述多个输出线接收所述像素信号，以及
所述定时控制器配置为基于向所述第一驱动器和所述第二驱动器提供定时信号和控制信号来驱动所述第一驱动器和所述第二驱动器。
25.根据权利要求24所述的图像传感器，其中：
所述第一驱动器配置为向所述多个像素单元中的选定像素单元中的自动聚焦像素施加在第一定时处激活的第一传输信号和在与第一定时不同的第二定时处激活的第二传输信号，
所述多个像素单元中的选定像素单元的自动聚焦像素中的多个光电转换元件包括第一光电转换元件和第二光电转换元件，以及
所述第一驱动器配置为基于施加在第一定时处激活的第一传输信号和在第二定时处激活的第二传输信号，在所述第一定时处激活所述第一光电转换元件并且在所述第二定时处激活所述第二光电转换元件。
CN201710733108.5A 2016-08-30 2017-08-23 图像传感器 Active CN107786822B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110723143.5A CN113259609B (zh) 2016-08-30 2017-08-23 图像传感器及其驱动方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160111089A KR20180024604A (ko) 2016-08-30 2016-08-30 이미지 센서 및 그 구동 방법
KR10-2016-0111089 2016-08-30

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110723143.5A Division CN113259609B (zh) 2016-08-30 2017-08-23 图像传感器及其驱动方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107786822A true CN107786822A (zh) 2018-03-09
CN107786822B CN107786822B (zh) 2021-07-16

Family

ID=61240810

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110723143.5A Active CN113259609B (zh) 2016-08-30 2017-08-23 图像传感器及其驱动方法
CN201710733108.5A Active CN107786822B (zh) 2016-08-30 2017-08-23 图像传感器

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110723143.5A Active CN113259609B (zh) 2016-08-30 2017-08-23 图像传感器及其驱动方法

Country Status (3)

Country Link
US (3) US10270996B2 (zh)
KR (1) KR20180024604A (zh)
CN (2) CN113259609B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109120868A (zh) * 2018-07-26 2019-01-01 西安理工大学 超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统及驱动方法
CN109194862A (zh) * 2018-11-12 2019-01-11 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN110166698A (zh) * 2019-06-28 2019-08-23 Oppo广东移动通信有限公司 对焦方法、互补金属氧化物图像传感器、终端及存储介质
WO2021233039A1 (zh) * 2020-05-22 2021-11-25 Oppo广东移动通信有限公司 控制方法、摄像头组件和移动终端
WO2022000485A1 (zh) * 2020-07-03 2022-01-06 深圳市汇顶科技股份有限公司 光电转换单元、图像传感器及对焦方法
CN113938584A (zh) * 2020-06-26 2022-01-14 爱思开海力士有限公司 图像感测装置
CN114765681A (zh) * 2021-01-13 2022-07-19 深圳市万普拉斯科技有限公司 检测色温的方法、装置、终端、系统和存储介质

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6728722B2 (ja) * 2016-02-02 2020-07-22 セイコーエプソン株式会社 スキャナーおよび画像データの生成方法
KR20180024604A (ko) 2016-08-30 2018-03-08 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 구동 방법
CN109983580A (zh) * 2016-12-05 2019-07-05 凸版印刷株式会社 固体拍摄元件
US20180301484A1 (en) * 2017-04-17 2018-10-18 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with high dynamic range and autofocusing hexagonal pixels
CN107146797B (zh) * 2017-04-28 2020-03-27 Oppo广东移动通信有限公司 双核对焦图像传感器及其对焦控制方法和成像装置
CN107040724B (zh) 2017-04-28 2020-05-15 Oppo广东移动通信有限公司 双核对焦图像传感器及其对焦控制方法和成像装置
US20180373380A1 (en) * 2017-06-27 2018-12-27 Pixart Imaging Inc. Optical control key, operating method thereof, and image sensor
KR102412278B1 (ko) * 2017-11-06 2022-06-24 삼성전자 주식회사 보색관계의 필터 어레이를 포함하는 카메라 모듈 및 그를 포함하는 전자 장치
CN108965665B (zh) * 2018-07-19 2020-01-31 维沃移动通信有限公司 一种图像传感器及移动终端
JP7281895B2 (ja) * 2018-12-06 2023-05-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および電子機器
KR102637626B1 (ko) 2019-01-08 2024-02-20 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102654347B1 (ko) 2019-01-22 2024-04-04 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20200141345A (ko) * 2019-06-10 2020-12-18 삼성전자주식회사 Af 픽셀을 포함하는 이미지 센서
KR20210047738A (ko) 2019-10-22 2021-04-30 삼성전자주식회사 복수의 af 픽셀 그룹들을 포함하는 이미지 센서
KR20220038972A (ko) * 2020-09-21 2022-03-29 삼성전자주식회사 전자 장치 및 그 이미지 비닝방법
KR20220072116A (ko) 2020-11-24 2022-06-02 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20220073033A (ko) * 2020-11-26 2022-06-03 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이미지 센싱 시스템
KR20220111770A (ko) * 2021-02-01 2022-08-10 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그를 포함하는 전자 장치
CN113573030B (zh) * 2021-07-01 2023-11-10 Oppo广东移动通信有限公司 图像生成方法、装置、电子设备和计算机可读存储介质
CN115881741A (zh) * 2021-09-29 2023-03-31 三星电子株式会社 图像传感器和包括该图像传感器的电子装置
KR102668683B1 (ko) * 2021-09-29 2024-05-23 삼성전자주식회사 색분리 렌즈 어레이를 구비하는 이미지 센서 및 이를 포함하는 전자 장치
CN116132812A (zh) * 2021-11-12 2023-05-16 三星电子株式会社 图像传感器和图像传感器的操作方法
US11871135B2 (en) * 2022-02-03 2024-01-09 Omnivision Technologies, Inc. Circuit and method for image artifact reduction in high-density, high-pixel-count, image sensor with phase detection autofocus
CN115361532B (zh) * 2022-08-17 2023-11-21 维沃移动通信有限公司 图像传感器、图像采集方法及装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103069325A (zh) * 2010-08-16 2013-04-24 索尼公司 图像捕获元件和成像设备
US20150234148A1 (en) * 2012-08-21 2015-08-20 Nikon Corporation Focus detection device and image-capturing apparatus
WO2015133323A1 (ja) * 2014-03-06 2015-09-11 ソニー株式会社 撮像素子、制御方法、並びに、撮像装置
CN105049755A (zh) * 2014-04-28 2015-11-11 三星电子株式会社 图像传感器和具有该图像传感器的图像处理装置
US20150373255A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-24 Bumsuk Kim Auto-focus image sensor and digital image processing device including the same
CN105359505A (zh) * 2013-07-05 2016-02-24 索尼公司 固态摄像装置及其驱动方法、以及电子设备
US20160064430A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Yun-Ki Lee Image sensor and manufacturing method thereof
CN105518862A (zh) * 2013-09-25 2016-04-20 索尼公司 固态成像器件、固态成像器件的驱动方法及电子装置
WO2016115338A1 (en) * 2015-01-14 2016-07-21 Emanuele Mandelli Phase-detect autofocus

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52125929A (en) 1976-04-14 1977-10-22 Nippon Soken Inc Air-fuel ratio control apparatus
US7978240B2 (en) * 2005-10-03 2011-07-12 Konica Minolta Photo Imaging, Inc. Enhancing image quality imaging unit and image sensor
JP2009021809A (ja) * 2007-07-11 2009-01-29 Canon Inc 撮像装置の駆動方法、撮像装置、及び撮像システム
JP2010020015A (ja) * 2008-07-09 2010-01-28 Canon Inc 撮像装置
KR101534547B1 (ko) 2008-11-24 2015-07-08 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이를 포함하는 시스템
WO2010095374A1 (ja) 2009-02-23 2010-08-26 パナソニック株式会社 撮像素子及びそれを備えた撮像装置
JP5629995B2 (ja) * 2009-09-07 2014-11-26 株式会社ニコン 撮像素子および撮像装置
JP2011176715A (ja) * 2010-02-25 2011-09-08 Nikon Corp 裏面照射型撮像素子および撮像装置
JP5901246B2 (ja) * 2010-12-13 2016-04-06 キヤノン株式会社 撮像装置
JP6016396B2 (ja) * 2011-03-24 2016-10-26 キヤノン株式会社 撮像素子および撮像装置
TW201245768A (en) 2011-03-29 2012-11-16 Sony Corp Image pickup apparatus, image pickup device, image processing method, aperture control method, and program
JP5959829B2 (ja) * 2011-11-09 2016-08-02 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP2013125861A (ja) 2011-12-14 2013-06-24 Sony Corp 固体撮像素子および電子機器
JP6046912B2 (ja) * 2012-05-01 2016-12-21 キヤノン株式会社 撮像装置及びその制御方法
JP5759421B2 (ja) 2012-06-20 2015-08-05 富士フイルム株式会社 固体撮像素子および撮像装置
JP6161007B2 (ja) 2012-09-14 2017-07-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置及びカメラモジュール
JP5942757B2 (ja) * 2012-09-28 2016-06-29 株式会社ニコン 焦点検出装置および撮像装置
JP6118058B2 (ja) 2012-10-02 2017-04-19 キヤノン株式会社 固体撮像素子、撮像装置、及び制御方法
JP6222949B2 (ja) * 2013-03-15 2017-11-01 キヤノン株式会社 撮像素子および撮像装置
JP6148530B2 (ja) * 2013-05-02 2017-06-14 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びカメラ
JP6041752B2 (ja) * 2013-05-13 2016-12-14 株式会社キーレックス カメラ焦点調整装置
JP2015012303A (ja) * 2013-06-26 2015-01-19 ソニー株式会社 固体撮像装置および電子機器
JP2015012127A (ja) 2013-06-28 2015-01-19 ソニー株式会社 固体撮像素子および電子機器
JP6362060B2 (ja) * 2013-07-01 2018-07-25 キヤノン株式会社 撮像装置及びその制御方法ならびにプログラム
JP2015037102A (ja) * 2013-08-12 2015-02-23 株式会社東芝 固体撮像装置
JP5932853B2 (ja) * 2014-01-20 2016-06-08 キヤノン株式会社 画像処理装置及び画像処理方法
US9548336B2 (en) * 2014-04-24 2017-01-17 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors and electronic devices including the same
US9888198B2 (en) * 2014-06-03 2018-02-06 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems having image sensor pixel arrays with sub-pixel resolution capabilities
JP2015233185A (ja) * 2014-06-09 2015-12-24 株式会社東芝 固体撮像装置
KR102134636B1 (ko) * 2014-07-14 2020-07-16 삼성전자주식회사 이미지 센서의 단위 픽셀 및 이를 포함하는 이미지 센서
JP6369233B2 (ja) * 2014-09-01 2018-08-08 ソニー株式会社 固体撮像素子及びその信号処理方法、並びに電子機器
JP2016054227A (ja) 2014-09-03 2016-04-14 ソニー株式会社 固体撮像素子、および撮像装置、並びに電子機器
KR20180024604A (ko) 2016-08-30 2018-03-08 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 구동 방법

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103069325A (zh) * 2010-08-16 2013-04-24 索尼公司 图像捕获元件和成像设备
US20150234148A1 (en) * 2012-08-21 2015-08-20 Nikon Corporation Focus detection device and image-capturing apparatus
CN105359505A (zh) * 2013-07-05 2016-02-24 索尼公司 固态摄像装置及其驱动方法、以及电子设备
CN105518862A (zh) * 2013-09-25 2016-04-20 索尼公司 固态成像器件、固态成像器件的驱动方法及电子装置
WO2015133323A1 (ja) * 2014-03-06 2015-09-11 ソニー株式会社 撮像素子、制御方法、並びに、撮像装置
CN105049755A (zh) * 2014-04-28 2015-11-11 三星电子株式会社 图像传感器和具有该图像传感器的图像处理装置
US20150373255A1 (en) * 2014-06-23 2015-12-24 Bumsuk Kim Auto-focus image sensor and digital image processing device including the same
US20160064430A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Yun-Ki Lee Image sensor and manufacturing method thereof
WO2016115338A1 (en) * 2015-01-14 2016-07-21 Emanuele Mandelli Phase-detect autofocus

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109120868A (zh) * 2018-07-26 2019-01-01 西安理工大学 超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统及驱动方法
CN109120868B (zh) * 2018-07-26 2020-10-27 西安理工大学 超大面阵图像传感器的自适应同步驱动系统及驱动方法
CN109194862A (zh) * 2018-11-12 2019-01-11 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN110166698A (zh) * 2019-06-28 2019-08-23 Oppo广东移动通信有限公司 对焦方法、互补金属氧化物图像传感器、终端及存储介质
WO2021233039A1 (zh) * 2020-05-22 2021-11-25 Oppo广东移动通信有限公司 控制方法、摄像头组件和移动终端
CN113938584A (zh) * 2020-06-26 2022-01-14 爱思开海力士有限公司 图像感测装置
US11764238B2 (en) 2020-06-26 2023-09-19 SK Hynix Inc. Image sensing device
CN113938584B (zh) * 2020-06-26 2024-01-12 爱思开海力士有限公司 图像感测装置
WO2022000485A1 (zh) * 2020-07-03 2022-01-06 深圳市汇顶科技股份有限公司 光电转换单元、图像传感器及对焦方法
CN114765681A (zh) * 2021-01-13 2022-07-19 深圳市万普拉斯科技有限公司 检测色温的方法、装置、终端、系统和存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN113259609A (zh) 2021-08-13
KR20180024604A (ko) 2018-03-08
CN107786822B (zh) 2021-07-16
US10270996B2 (en) 2019-04-23
US10623675B2 (en) 2020-04-14
US20190222785A1 (en) 2019-07-18
US20180063456A1 (en) 2018-03-01
US11223788B2 (en) 2022-01-11
CN113259609B (zh) 2024-07-16
US20200236313A1 (en) 2020-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107786822A (zh) 图像传感器及其驱动方法
CN106847841B (zh) 固态成像装置和电子设备
KR102617389B1 (ko) 이미지 센서
KR20190054392A (ko) 이미지 센서
KR20180115391A (ko) 이미지 센서
CN106783898A (zh) 图像传感器
US8669135B2 (en) System and method for fabricating a 3D image sensor structure
US11631710B2 (en) Image sensors
WO2015198878A1 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器
CN106960853A (zh) 图像传感器
US20220093665A1 (en) Image sensor
US11925040B2 (en) Hybrid image sensors having optical and short-wave infrared pixels integrated therein
US20230120066A1 (en) Image sensor
US12068350B2 (en) Complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensor
KR100997329B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
KR100790224B1 (ko) Ｓｔｉ 기술로 구현된 고해상도 ｃｍｏｓ 이미지 센서를위한 성층형 포토다이오드
US20220216250A1 (en) Image sensor with pixel separation structure
US20220285414A1 (en) Image sensing device
EP4235792A1 (en) Image sensor
KR20240143650A (ko) 이미지 센서
KR20220122001A (ko) 이미지 센싱 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant