CN108511470A - 图像传感器及成像系统 - Google Patents

图像传感器及成像系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108511470A
CN108511470A CN201810154833.1A CN201810154833A CN108511470A CN 108511470 A CN108511470 A CN 108511470A CN 201810154833 A CN201810154833 A CN 201810154833A CN 108511470 A CN108511470 A CN 108511470A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dpd
division
coupled
array
dimension
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
CN201810154833.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108511470B (zh
Inventor
陈刚
王勤
毛杜立
戴森·H·戴
林赛·亚历山大·格朗
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.)
Omnivision Technologies Inc
Original Assignee
Omnivision Technologies Inc
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 Omnivision Technologies Inc filed Critical Omnivision Technologies Inc
Publication of CN108511470A publication Critical patent/CN108511470A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108511470B publication Critical patent/CN108511470B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • 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
    • 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
    • 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
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/702—SSIS architectures characterised by non-identical, non-equidistant or non-planar pixel layout
    • 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
    • H04N25/704—Pixels specially adapted for focusing, e.g. phase difference pixel sets
    • 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
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • 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
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself

Landscapes

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

Abstract

本申请案涉及图像传感器及成像系统。一种图像传感器包含分裂双光电二极管DPD对阵列。所述分裂DPD对阵列的第一群组完全由第一维分裂DPD对构成或完全由第二维分裂DPD对构成。由所述第一维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的每一第一群组邻近于由所述第二维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的另一第一群组。所述第一维正交于所述第二维。多个浮动扩散FD区域经布置于所述分裂DPD对的每一第一群组中。多个转移晶体管中的每一者耦合到相应分裂DPD对的相应光电二极管，且耦合于所述相应光电二极管与所述多个FD区域的相应者之间。

Description

图像传感器及成像系统
技术领域
本发明涉及图像传感器。特定来说，本发明的实施例涉及用于图像感测以及相位感测的像素阵列。
背景技术
图像传感器已经变得无处不在。它们广泛使用于数码相机、蜂窝式电话、安全摄像机中，还广泛使用于医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器的技术，且更特定来说，用以制造互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术已经快速地持续发展。当获取图像时，来自图像的入射光被聚焦到图像传感器上。调整图像光的焦点的常规方法可包含由用户进行手动调整或使用对比度检测或相位检测技术进行自动聚焦。使用对比度检测自动聚焦技术，图像传感器调整焦点直到图像中的高对比度特征的对比度被最大化为止。然而，此对比度检测技术在一些情况中是不理想的，这是因为图像传感器必须不断地调整焦点来验证对比度被最大化。另一方面，使用相位检测自动聚焦技术，入射光通常穿过两个出射光瞳沿着左右方向分裂，所述两个出射光瞳仅专门用于相位检测。接着，比较分裂束以确定焦点信息。然而，图像传感器上的其它区仅用于图像感测且因此不用于聚焦。此外，此类布置在用于确定图像在上下方向上的焦点时并不同样有效。
发明内容
在一个方面中，本申请案提供一种图像传感器，其包括：分裂双光电二极管(DPD)对阵列，其经布置到多个第一群组及多个第二群组中，其中所述分裂DPD对阵列的每一第一群组完全由第一维分裂DPD对构成或完全由第二维分裂DPD对构成，其中由所述第一维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的每一第一群组邻近由所述第二维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的另一第一群组，其中所述第一维正交于所述第二维；多个浮动扩散(FD)区域，其经布置于所述分裂DPD对的每一第一群组中；及多个转移晶体管，其中所述多个转移晶体管中的每一者耦合到相应分裂DPD对的相应光电二极管，且耦合于所述相应光电二极管与所述多个FD区域的相应者之间。
在另一方面中，本申请案提供一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含：分裂双光电二极管(DPD)对阵列，其经布置到多个第一群组及多个第二群组中，其中所述分裂DPD对阵列的每一第一群组完全由第一维分裂DPD对构成或完全由第二维分裂DPD对构成，其中由所述第一维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的每一第一群组邻近由所述第二维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的另一第一群组，其中所述第一维正交于所述第二维；多个浮动扩散(FD)区域，其经布置于所述分裂DPD对的所述每一第一群组中；及多个转移晶体管，其中所述多个转移晶体管中的每一者耦合到相应分裂DPD对的相应光电二极管，且耦合于所述相应光电二极管与所述多个FD区域的相应者之间；及聚焦透镜，其经光学耦合以将光聚焦到所述像素阵列上，其中所述聚焦透镜的焦点设置经耦合以响应于由所述分裂DPD对感测到的相位信息进行调整。
附图说明
参考以下图式描述本发明的非限制及非详尽实施例，其中相似的元件符号指代贯穿多种视图的相似部件，除非另有说明。
图1是说明根据本发明的教示的包含像素阵列的成像系统的框图，所述像素阵列具有水平分裂双光电二极管对的邻近行及垂直分裂双光电二极管对的邻近行。
图2是说明根据本发明的教示的实例像素阵列的简化布局视图的图，所述实例像素阵列具有水平分裂双光电二极管对的邻近行及垂直分裂双光电二极管对的邻近行以及转移晶体管及共享浮动扩散。
图3展示根据本发明的教示的在像素阵列的实例像素电路中共享浮动扩散的两个相邻分裂双光电二极管对的一个实例示意图。
图4展示说明根据本发明的教示的使用由成像系统中的像素阵列的光电二极管感测到的相位信息进行的对焦及失焦的物体的相位差轮廓的比较的实例图。
对应的参考字符指示贯穿诸图中若干视图的对应组件。所属领域的技术人员应了解，为了简单且清楚起见说明图中的元件，且并不一定按比例绘制所述元件。举例来说，图中部分元件的尺寸可相对于其它元件而被夸大以帮助改善对本发明的各种实施例的理解。并且，为了更方面地了解本发明的这各种实施例，通常不描绘在商业可行的实施例中有用或必要的常见但好理解的元件。
具体实施方式
揭示包含像素阵列的图像传感器的实例，所述像素阵列具有水平分裂双光电二极管对的邻近行及垂直分裂双光电二极管对的邻近行以提供图像感测及相位感测两者。在以下描述中，陈述众多具体细节以提供对本发明的详尽理解。然而，相关领域的技术人员应认识到，可无需运用所述具体细节中的一或多者或运用其它方法、组件、材料等来实践本文描述的技术。在其它例子中，未详细展示描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊不清。
贯穿此说明书对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着与实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在多个地方出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指代相同的实施例。此外，在一或多个实施例中，特定的特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。
贯穿此说明书，使用若干所属领域的术语。这些术语具有其所来自的领域中的一般含义，除非本文明确定义或其使用的上下文另外清楚地指示。举例来说，以包含性意义使用术语“或”(例如，如以“及/或”)，除非上下文另外清楚地指示。
如将展示，揭示具有水平分裂双光电二极管对的邻近行以及垂直分裂双光电二极管对的邻近行的二维像素阵列的实例以使用所有光电二极管提供图像感测及相位感测两者。在一个实例中，利用像素阵列中的全部光电二极管提供像素阵列的成像信息。另外，还利用像素阵列中的全部光电二极管提供相位信息。可使用所述相位信息提供自动聚焦能力。在实例中，可有效地使用水平分裂双光电二极管对检测图像中的水平特征且聚焦于所述水平特征，且可有效地使用垂直分裂双光电二极管对检测图像中的垂直特征且聚焦于所述垂直特征。在实例中，分裂双光电二极管的相邻对可共享同一浮动扩散。
为说明，图1是说明根据本发明的教示的包含分裂双光电二极管(DPD)对的像素阵列的成像系统100的框图。特定来说，根据本发明的教示，成像系统100包含像素阵列102、读出电路104、功能逻辑106、控制电路108及聚焦透镜114，如所描绘的实例中展示。在其中成像系统100是彩色成像系统的实例中，还可包含彩色滤光器阵列118，如所展示。
如图1中说明的实例中展示，像素阵列102是经布置成多个第一群组及多个第二群组的二维(2D)像素阵列。例如，在本发明中描述的实例中，多个第一群组可为多个行，且多个第二群组可为多个列，或反之亦然。在一个实例中，每一第一群组可包含单个行。在另一实例中，每一第一群组可包含至少一对邻近行或多个邻近行。
为说明，图1展示其中像素阵列102被布置成多个行R1到Ry及多个列C1到Cx的实例。在实例中，像素阵列102的邻近行对完全由第一维分裂DPD对110构成或完全由第二维分裂DPD对112构成。例如，邻近行对R1及R2完全由第一维分裂DPD对110构成。对行R3及R4(其邻近行对R1及R2)完全由第二维分裂DPD对112构成。类似地，行对R5及R6(其邻近行对R3及R4)完全由第一维分裂DPD对110构成，等等。在各种实例中，第一维正交于第二维。例如，在本发明中描述的实例中，第一维可指代水平维度且第二维可指代垂直维度。因此，根据本发明的教示，第一维分裂DPD对110可指代水平分裂DPD对，且第二维分裂DPD对112可指代垂直分裂DPD对。应注意，出于本发明的目的，使用分离光电二极管的水平线说明水平分裂DPD对110，且使用分离光电二极管的垂直线说明垂直分裂DPD对112。
应了解，出于解释目的，图1中描述的具体实例说明水平分裂DPD对及垂直分裂DPD对按行组织。然而，应注意，根据本发明的教示，在其它实例中，水平分裂DPD对及垂直分裂DPD对也可按列布置或交错等等。
在所描绘的实例中，根据本发明的教示，可使用像素阵列102中包含的全部光电二极管从来自物体138(例如个人、位置、事物等)的入射光120获取图像数据，且接着，使用所述图像数据再现所述个人、位置、事物等的2D图像。另外，根据本发明的教示，也可使用水平分裂DPD对110(例如，在行对R1/R2、R5/R6…等中)提供所获取图像的水平特征的相位信息，且也可使用垂直分裂DPD对112(例如，在行对R3/R4等中)提供所获取图像的垂直特征的相位信息。根据本发明的教示，可使用从分裂DPD对检测到的相位信息调整透镜114的焦点设置116以将入射光120聚焦到像素阵列102上。
由读出电路104通过位线122读出图像数据及相位数据，且接着将其转移到功能逻辑106及/或控制电路108。在各种实例中，读出电路104可包含放大电路、模/数(ADC)转换电路或类似电路。功能逻辑106可包含数字电路且可简单存储图像数据或甚至使用图像信号处理技术操纵图像数据以应用图像后效果(例如，剪裁、旋转、消除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)。在一个实例中，读出电路104可沿着位线122一次读出一行图像数据(已说明)或可使用例如(举例来说)串行读出或同时完全并行读出所有像素单元的多种其它技术(未说明)来读出所述图像数据。
如所展示，控制电路108耦合到像素阵列102以控制像素阵列102的操作特性。举例来说，控制电路108可生成控制信号，例如上文提及的转移栅极控制信号，以及例如复位信号、选择信号、快门信号及耦合到像素阵列102以控制图像获取的其它控制信号。在一个实例中，快门信号是全局快门信号，其用于同时启用像素阵列102内的所有像素单元以在单采集窗期间同时捕获其相应的图像数据。在另一个实例中，所述快门信号为滚动快门信号，使得在连续获取窗期间循序地启用像素的每一行、每一列或每一群组。
另外，图1中描绘的实例还展示控制电路108经耦合以控制聚焦透镜114。在一个实例中，根据本发明的教示，控制电路108可调整聚焦透镜114的焦点设置116以使用由像素阵列102的分裂DPD对110及112检测到的相位信息聚焦来自物体138的入射光120中包含的图像。在其中成像系统100是彩色成像系统的实例中，还可包含彩色滤光器阵列118，且其光学耦合于聚焦透镜114与像素阵列102之间，如所展示。在实例中，来自物体138的入射光穿过聚焦透镜120及彩色滤光器阵列118被聚焦到像素阵列102上以获取图像。在一个实例中，根据本发明的教示，彩色滤光器阵列118包含经布置于某一图案(例如(举例来说)拜耳图案)中的彩色滤光器的马赛克以过滤从物体138入射到像素阵列102上的光120的色彩信息。
图2是说明根据本发明的教示的像素阵列202的一个实例的一部分的简化布局视图的图，像素阵列202包含水平分裂DPD对的邻近行及垂直分裂DPD对的邻近行以及转移晶体管及共享浮动扩散。应注意，图2的像素阵列202可为图1中展示的像素阵列102的实例，且因此，应了解，下文引用的类似命名及编号的元件如上文所描述那样耦合及起作用。
在所描绘的实例中，像素阵列202包含分裂DPD对的多个行R1到R6及多个列C1到C6。如所描绘的实例中展示，第一邻近行对R1/R2及第三邻近行对R5/R6包含水平分裂DPD对，且第二行对R3/4包含垂直分裂DPD对。因此，应了解，水平分裂DPD对的每一邻近行对(例如，R1/R2、R5/R6等)邻近于垂直分裂DPD对的邻近行对(例如，R3/R4等)，且垂直分裂DPD对的每一邻近行对因此邻近于水平分裂DPD对的邻近行对。
图2中描绘的特定实例还说明其中像素阵列202经实施具有经布置于例如拜耳图案中的彩色滤光器阵列的实例。因而，像素阵列202包含分裂DPD对的对应4x4群组，如所展示。例如，在邻近行R1及R2中，水平分裂DPD对210A及水平分裂DPD对210D对应于绿色(G)滤光器，水平分裂DPD对210B对应于红色(R)滤光器，且水平分裂DPD对210C对应于蓝色(B)滤光器。类似地，在邻近行R3及R4中，垂直分裂DPD对212A及垂直分裂DPD对212D对应于绿色(G)滤光器，垂直分裂DPD对212B对应于红色(R)滤光器，且垂直分裂DPD对212C对应于蓝色(B)滤光器。如所描绘的实例中所展示，应注意，出于本发明的目的，使用分离光电二极管的水平虚线说明水平分裂DPD对210，且使用分离光电二极管的垂直虚线说明垂直分裂DPD对212。
图2中展示的实例展示像素阵列202还包含经布置于邻近行对(R1/R2、R3/R4、R5/R6等)中的每一者中的多个浮动扩散(FD)区域224。在实例中，FD区域224中的每一者由两个相邻分裂DPD对环绕，且经安置于两个相邻分裂DPD对的中心拐角区域中。因而，FD区域224中的每一者耦合到两个相邻分裂DPD对且在两个相邻分裂DPD对之中共享。
为说明，在邻近行对R1/R2中，存在由水平分裂DPD对210A及水平分裂DPD对210C环绕的浮动扩散224，如所展示。如下文将更详细地描述，每一分裂DPD对包含一对光电二极管。根据本发明的教示，像素阵列202中的全部光电二极管经耦合以提供来自入射光的图像信息及相位信息两者。分裂DPD对210A及210C的光电二极管经分裂且被水平布置于图2中展示的虚线的相对侧上的分裂DPD对210A及210C中。因而，浮动扩散224经安置于四个光电二极管之间的两个相邻分裂DPD对210A及210C的中心拐角区域中。
类似地，在邻近行对R3/R4中，存在由垂直分裂DPD对212A及垂直分裂DPD对212B环绕的浮动扩散224，如所展示。分裂DPD对212A及212B的光电二极管经分裂且被垂直布置于图2中展示的虚线的相对侧上的分裂DPD对212A及212B中。因而，浮动扩散224经安置于四个光电二极管之间的两个相邻分裂DPD对212A及212B的中心拐角区域中。
如实例中所展示，像素阵列202还包含多个转移晶体管226。如下文将更详细描述，转移晶体管226中的每一者耦合到相应分裂DPD对的相应光电二极管，且耦合于相应光电二极管与由相应分裂DPD对共享的FD区域224中的相应者之间。因而，转移晶体管226中的每一者经安置成接近两个相邻分裂DPD对的中心拐角区域，使得相应FD区域224由两个相邻分裂DPD对的相应转移晶体管226环绕。
为说明，在邻近行对R1/R2中，存在安置于分裂DPD对210A及210C的四个光电二极管之间的两个相邻分裂DPD对210A及210C的中心拐角区域中的转移晶体管226，且因此环绕浮动扩散224，如所展示。类似地，在邻近行对R3/R4中，存在安置于分裂DPD对212A及212B的四个光电二极管之间的两个相邻分裂DPD对212A及212B的中心拐角区域中的转移晶体管226，且因此环绕浮动扩散224，如所展示。
应了解，出于解释目的，图2中描述的特定实例说明每一FD区域224耦合到4个光电二极管或两个分裂DPD对或由4个光电二极管或两个分裂DPD对共享。然而，应了解，在其它实例中，根据本发明的教示，每一FD区域224可耦合到不同数目个光电二极管，例如2个光电二极管、多个光电二极管等。
图3展示根据本发明的教示的在像素阵列的实例像素电路中共享浮动扩散的两个相邻分裂DPD对312A及312B的一个实例示意图。应注意，图3的两个相邻分裂DPD对312A及312B可为图2中展示的两个相邻分裂DPD对212A及212B或210A及210C的实例。另外，应注意，图3的共享浮动扩散FD 324可为图2的共享浮动扩散224的实例，且因此应了解，下文引用的以类似方式命名及编号的元件如上文所描述那样耦合及起作用。
如图3中所描绘的实例示意图中所展示，分裂DPD对312A包含一对分裂的光电二极管PD 328A及PD 328B，其经耦合以响应于入射光(例如，来自物体138的入射光120)光生图像电荷。类似地，经安置成接近像素阵列中的分裂DPD对312A的相邻分裂DPD对312B包含一对分裂的光电二极管PD 328C及PD 328D，其也经耦合以响应于入射光(例如，来自物体138的入射光120)光生图像电荷。图2的实例相邻分裂DPD对212A及212B可说明其中图3的分裂光电二极管对PD 328A及PD 328B及分裂光电二极管对PD 328C及PD 328D是垂直分裂光电二极管的实例。类似地，图2的实例相邻分裂DPD对210A及210C还可说明其中图3的分裂光电二极管对PD 328A及PD 328D及分裂光电二极管对PD 328C及PD 328D是水平分裂光电二极管的实例。
在所描绘的实例中，分裂DPD对312A还包含耦合到光电二极管PD 328A的转移晶体管326A及耦合到光电二极管PD 328B的转移晶体管326B。类似地，分裂DPD对312B包含耦合到光电二极管PD 328C的转移晶体管326C及耦合到光电二极管PD 328D的转移晶体管326D。如所展示，转移晶体管326A、326B、326C及326D中的每一者耦合到相应分裂DPD对312A或312B的相应光电二极管PD 328A、328B、328C或328D。根据本发明的教示，转移晶体管326A、326B、326C及326D中的每一者因此耦合于相应光电二极管PD 326A、PD 326B、PD 326C或PD326D与由两个相邻分裂DPD对312A及312B共享的浮动扩散FD 324区域之间。而且，返回参考图2，图3中的转移晶体管326A、326B、326C及326D中的每一者经安置成接近两个相邻分裂DPD对312A及312B的中心拐角区域，使得浮动扩散FD 324区域由转移晶体管326A、326B、326C及326D环绕(也参见图2，其说明环绕相邻分裂DPD对的中心拐角区域中的浮动扩散区域224的转移晶体管226)。
在操作中，共享浮动扩散FD 324区域经耦合以将光生于光电二极管PD 328A、PD328B、PD 328C或PD 328D中的每一者中的图像电荷转换成电压。转移晶体管326A、326B、326C及326D经耦合以分别响应于转移控制信号TXA、TXB、TXC或TXD独立地控制图像电荷从光电二极管PD 328A、PD 328B、PD 328C或PD 328D到共享浮动扩散FD 324的转移。在操作期间，相应转移控制信号TXA、TXB、TXC或TXD中的每一者可由控制电路设置，例如(举例来说)图1的控制电路108。
图3中展示的实例还说明耦合到共享浮动扩散区域FD 324的复位晶体管330。在实例中，复位晶体管330响应于复位控制信号RST经耦合以在复位期间将共享浮动扩散区域FD324及耦合到此浮动扩散节点的共享光电二极管中的每一者复位到复位电压。另外，具有耦合到共享浮动扩散区域FD 324的输入端子的放大器晶体管SF 332经耦合以在放大器晶体管SF 334的输出端子处生成经放大信号。在实例中，经放大信号可包含由相应光电二极管PD 328A、PD 328B、PD 328C或PD 328D响应于入射光感测到的图像信息及相位信息两者。在图3中描绘的实例中，放大器晶体管SF 334是源极跟随器，使得放大器晶体管SF 332的源极端子是输出端子，放大器晶体管SF 332的栅极端子是输入端子，且放大器晶体管SF 332的漏极端子耦合到供应电压。另外，任选选择晶体管334耦合于放大器晶体管SF 332的输出端子与输出位线322之间。在操作中，选择晶体管334经耦合以响应于行选择控制信号RS将放大器晶体管SF 332的经放大输出输出到输出位线322。在一个实例中，输出位线322耦合到读出电路，例如(举例来说)图1中展示的读出电路104。
图4展示说明根据本发明的教示的使用由成像系统中的像素阵列的光电二极管感测到的相位信息进行的对焦及失焦的物体的相位差轮廓的比较的实例图436。应了解，图4中描述的成像系统可为上文在图1到3中描述的成像系统及相关联元件的实例，且因此应了解，下文引用的类似命名及编号的元件如上文所描述那样耦合及起作用。
在图4中描绘的实例图436中，来自物体438的入射光420穿过聚焦透镜414聚焦到图像传感器像素阵列的分裂DPD对410上。图4中说明的入射光420的光线穿过聚焦透镜414的相对侧上的开口。在图4中所说明的实例中，元件440表示物体438的垂直特征，且图4中所展示的实例分裂DPD对410因此表示垂直分裂DPD对，例如(举例来说)图2的垂直分裂DPD对212A、212B、212C或212D。在其中元件440表示物体438的水平特征的另一实例中，且图4中所展示的实例分裂DPD对410可因此表示水平分裂DPD对，例如(举例来说)图2的水平分裂DPD对210A、210B、210C或210D。
还应注意，出于解释目的，且为了避免使本发明的教示模糊不清，图4是简化图，且因此展示穿过聚焦透镜414的相对侧上的开口的入射光420的光线仅入射于一个分裂DPD对410上。然而，应了解，图4中展示的分裂DPD对410将表示聚焦透镜414中的每一开口的分裂DPD对410。
下文每一分裂DPD对410所说明的相关联图展示由分裂DPD对410针对聚焦透镜414的各种不同焦点设置416感测到的相应强度轮廓及相位差442。因而，图4的左侧的第一图说明其中聚焦透镜414的焦点设置416被设置的太远的实例，这导致非零相位差442，如所展示。左侧的第二图说明其中聚焦透镜414的焦点设置416稍好一点但因为相位差442减小但仍大于零而仍太远的实例，如所展示。左侧的第三图说明其中聚焦透镜414的焦点设置416正确(因为不存在相位差)的实例。最后，图4的右侧的图说明其中聚焦透镜414的焦点设置416经设置以被过度校正(因为相位差是非零)的实例，如所展示。
本发明所说明的实施例的上文描述，包含说明书摘要中所描述的内容，不希望为详尽的或被限制为所揭示的精确形式。虽然出于说明的目的，本文描述本发明的具体实施例及实例，但相关领域的技术人员应认识到，在本发明的范围内，多种修改为可能的。
鉴于上文详细的描述，可对本发明做出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中揭示的具体实施例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求确定，所述权利要求应根据建立的权利要求解释的公认原则来解释。

Claims (26)

1.一种图像传感器，其包括：
分裂双光电二极管DPD对阵列，其经布置到多个第一群组及多个第二群组中，其中所述分裂DPD对阵列的每一第一群组完全由第一维分裂DPD对构成或完全由第二维分裂DPD对构成，其中由所述第一维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的每一第一群组邻近由所述第二维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的另一第一群组，其中所述第一维正交于所述第二维；
多个浮动扩散FD区域，其经布置于所述分裂DPD对的每一第一群组中；及
多个转移晶体管，其中所述多个转移晶体管中的每一者耦合到相应分裂DPD对的相应光电二极管，且耦合于所述相应光电二极管与所述多个FD区域的相应者之间。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个第一群组是多个行，且其中所述多个第二群组是多个列。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中每一第一群组包括多个邻近行。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中多个FD区域中的每一者由两个相邻分裂DPD对环绕且经安置于所述两个相邻分裂DPD对的中心拐角区域中，其中所述多个FD区域中的所述每一者耦合到所述两个相邻分裂DPD对且在所述两个相邻分裂DPD对之中共享，且
其中所述多个转移晶体管中的所述每一者经安置成接近所述中心拐角区域使得所述多个FD区域中的所述相应者由所述两个相邻分裂DPD对的所述相应转移晶体管环绕且耦合到所述两个相邻分裂DPD对的所述相应转移晶体管。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中由所述第二维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的每一第一群组邻近于由所述第一维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的另一第一群组。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一维是水平维度或垂直维度中的一者，且其中所述第二维是所述水平维度或所述垂直维度中的另一者。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述分裂DPD对中的每一者经耦合以从入射光感测相位信息及图像信息两者。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述入射光经引导穿过聚焦透镜，其中所述聚焦透镜的焦点设置经耦合以响应于由所述分裂DPD对感测到的所述相位信息进行调整。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个FD区域中的每一者进一步耦合到复位晶体管，所述复位晶体管经耦合以响应于复位信号复位所述相应FD区域。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个FD区域中的每一者进一步耦合到放大器电路，所述放大器电路经耦合以响应于转移到所述相应FD区域的电荷生成输出信号。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述放大器电路中的每一者响应于选择信号而通过选择晶体管耦合到所述图像传感器的位线输出。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括彩色滤光器阵列，其包含经布置在所述分裂DPD对阵列上方的彩色滤光器的马赛克。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中所述彩色滤光器阵列经布置于拜耳图案中。
14.一种成像系统，其包括：
像素阵列，其包含：
分裂双光电二极管DPD对阵列，其经布置到多个第一群组及多个第二群组中，其中所述分裂DPD对阵列的每一第一群组完全由第一维分裂DPD对构成或完全由第二维分裂DPD对构成，其中由所述第一维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的每一第一群组邻近由所述第二维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的另一第一群组，其中所述第一维正交于所述第二维；
多个浮动扩散FD区域，其经布置于所述分裂DPD对的所述每一第一群组中；
及
多个转移晶体管，其中所述多个转移晶体管中的每一者耦合到相应分裂DPD对的相应光电二极管，且耦合于所述相应光电二极管与所述多个FD区域的相应者之间；及
聚焦透镜，其经光学耦合以将光聚焦到所述像素阵列上，其中所述聚焦透镜的焦点设置经耦合以响应于由所述分裂DPD对感测到的相位信息进行调整。
15.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述多个第一群组是多个行，且其中所述多个第二群组是多个列。
16.根据权利要求15所述的成像系统，其中每一第一群组包括多个邻近行。
17.根据权利要求16所述的成像系统，其中多个FD区域中的每一者由两个相邻分裂DPD对环绕且经安置于所述两个相邻分裂DPD对的中心拐角区域中，其中所述多个FD区域中的所述每一者耦合到所述两个相邻分裂DPD对且在所述两个相邻分裂DPD对之中共享，且
其中所述多个转移晶体管中的所述每一者经安置成接近所述中心拐角区域使得所述多个FD区域中的所述相应者由所述两个相邻分裂DPD对的所述相应转移晶体管环绕。
18.根据权利要求14所述的成像系统，其进一步包括：
控制电路，其耦合到所述像素阵列及所述聚焦透镜以控制所述像素阵列及所述聚焦透镜的操作；
读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出图像信息及相位信息；及
功能电路，其耦合到所述读出电路以存储从所述像素阵列读出的图像数据及相位信息。
19.根据权利要求14所述的成像系统，其中由所述第二维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的每一第一群组邻近由所述第一维分裂DPD对构成的所述分裂DPD对阵列的另一第一群组。
20.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第一维是水平维度或垂直维度中的一者，且其中所述第二维是所述水平维度或所述垂直维度中的另一者。
21.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述分裂DPD对中的每一者经耦合以从穿过所述聚焦透镜引导到所述像素阵列上的所述光感测相位信息及图像信息两者。
22.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述多个FD区域中的每一者进一步耦合到复位晶体管，所述复位晶体管经耦合以响应于复位信号复位所述相应FD区域。
23.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述多个FD区域中的每一者进一步耦合到放大器电路，所述放大器电路经耦合以响应于转移到所述相应FD区域的电荷生成输出信号。
24.根据权利要求23所述的成像系统，其中所述放大器电路中的每一者响应于选择信号而通过选择晶体管耦合到所述像素阵列的位线输出。
25.根据权利要求14所述的成像系统，其进一步包括包含彩色滤光器的马赛克的彩色滤光器阵列，其中所述聚焦透镜经光学耦合以穿过所述彩色滤光器阵列将所述光聚焦到所述像素阵列上。
26.根据权利要求15所述的成像系统，其中所述彩色滤光器阵列经布置于拜耳图案中。
CN201810154833.1A 2017-02-27 2018-02-23 图像传感器及成像系统 Active CN108511470B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/443,783 US10116889B2 (en) 2017-02-27 2017-02-27 Image sensor with two-dimensional split dual photodiode pairs
US15/443,783 2017-02-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108511470A true CN108511470A (zh) 2018-09-07
CN108511470B CN108511470B (zh) 2019-11-12

Family

ID=63246630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810154833.1A Active CN108511470B (zh) 2017-02-27 2018-02-23 图像传感器及成像系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10116889B2 (zh)
CN (1) CN108511470B (zh)
TW (1) TWI664858B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023104261A (ja) 2022-01-17 2023-07-28 ブリルニクス シンガポール プライベート リミテッド 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、および電子機器
DE102022125838A1 (de) 2022-10-06 2024-04-11 Arnold & Richter Cine Technik Gmbh & Co. Betriebs Kg Bildsensor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100091161A1 (en) * 2007-06-16 2010-04-15 Nikon Corporation Solid-state image sensor and imaging apparatus equipped with solid-state image sensor
CN102082154A (zh) * 2009-11-30 2011-06-01 索尼公司 固体摄像器件、其制造方法以及电子装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5552214B2 (ja) 2008-03-11 2014-07-16 キヤノン株式会社 焦点検出装置
US9532033B2 (en) * 2010-11-29 2016-12-27 Nikon Corporation Image sensor and imaging device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100091161A1 (en) * 2007-06-16 2010-04-15 Nikon Corporation Solid-state image sensor and imaging apparatus equipped with solid-state image sensor
CN102082154A (zh) * 2009-11-30 2011-06-01 索尼公司 固体摄像器件、其制造方法以及电子装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10116889B2 (en) 2018-10-30
US20180249105A1 (en) 2018-08-30
TWI664858B (zh) 2019-07-01
CN108511470B (zh) 2019-11-12
TW201842760A (zh) 2018-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10440301B2 (en) Image capture device, pixel, and method providing improved phase detection auto-focus performance
CN204697179U (zh) 具有像素阵列的图像传感器
CN105917641B (zh) 具有自动聚焦的纤薄多孔径成像系统及其使用方法
CN206759600U (zh) 成像系统
US6933978B1 (en) Focus detecting device with photoelectric conversion portion having microlens and with light blocking portion having first and second openings
JP5276371B2 (ja) 撮像装置
US7095441B2 (en) Image pick-up apparatus having plural pixels with different transmittances and being operable in different modes
US20160205311A1 (en) Phase-detect autofocus
CN103458162B (zh) 用于分区图像传感器的透镜阵列
CN108462841A (zh) 像素阵列及图像传感器
CN105306786A (zh) 用于具有相位检测像素的图像传感器的图像处理方法
CN110113546A (zh) 成像系统及像素阵列中相邻像素单元的组合和读出方法
CN105008976B (zh) 摄像装置、信号处理方法、信号处理程序
CN101971072A (zh) 图像传感器和焦点检测装置
JP2012037777A (ja) 撮像装置
US10306191B2 (en) System and method for high dynamic range image sensing
US9503698B2 (en) Image sensor with shading detection
CN105842813A (zh) 图像传感器
CN104641276B (zh) 摄像装置及信号处理方法
CN108511470B (zh) 图像传感器及成像系统
CN104580950B (zh) 多透镜阵列模块中的紧凑间隔件
TW201204020A (en) Imaging device and image processing device
EP3649772B1 (en) Imaging apparatus with second imaging element used for correcting vignetting in images captured by first imaging element
CN207589006U (zh) 一种广角摄像头模组以及终端
CN110352489B (zh) 用于cmos成像传感器的自动对焦系统

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