CN110957336B - 具有衍射透镜的相位检测像素 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有衍射透镜的相位检测像素”。本发明提供了一种图像传感器，该图像传感器可以包括收集相位检测数据的相位检测像素。相位检测像素可以在相位检测像素组中形成，其中两个或更多个相位检测像素被单个微透镜覆盖。每个相位检测像素可以对入射光具有不对称角度响应。相位检测像素可以被衍射透镜覆盖。衍射透镜可以覆盖相位检测像素对以改善像素之间的角度分离。衍射透镜可以部分地覆盖相位检测像素对中的相位检测像素以使角度响应移位并说明相位检测像素对的离轴主光线角度。

Description

具有衍射透镜的相位检测像素
背景技术
本发明整体涉及成像系统，并且更具体地讲涉及具有相位检测能力的成像系统。
现代电子设备(诸如蜂窝电话、相机和计算机)常常使用数字图像传感器。成像传感器(有时称为成像器)可由图像感测的二维像素阵列形成。每个像素接收入射光子(光)并将这些光子转换成电信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。
诸如自动聚焦和三维(3D)成像的一些应用可能需要电子设备提供立体和/或深度感测能力。例如，为了将感兴趣的物体带入焦点中用于捕获图像，电子设备可能需要识别电子设备与感兴趣的物体之间的距离。为了识别距离，常规电子设备使用复杂的布置。一些布置需要使用多个图像传感器以及从各种视点捕获图像的相机透镜。其它布置需要添加透镜阵列，该透镜阵列将入射光聚焦在二维像素阵列的子区域上。由于添加了诸如附加图像传感器或复杂透镜阵列的部件，这些布置导致降低的空间分辨率、增加的成本和增加的复杂性。
用于识别距离的电子设备的其它布置包括使用相位检测像素。然而，常规相位检测像素的性能可能不令人满意。
因此，期望能够为图像传感器提供改善的相位检测像素布置。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图，该图像传感器可包括具有衍射透镜的相位检测像素。
图2A是根据本发明的一个实施方案的具有光敏区的示例性相位检测像素的剖视图，该光敏区具有不同和非对称的角度响应。
图2B和图2C是根据本发明的一个实施方案的图2A的相位检测像素的剖视图。
图3是根据本发明的一个实施方案的相位检测像素的示例性信号输出的图，其中入射光以不同的入射角照射到相位检测像素。
图4A是根据一个实施方案的折射率大于周围介质的示例性聚焦衍射透镜的横截面侧视图。
图4B是根据一个实施方案相比于周围介质具有更低的折射率的示例性散焦衍射透镜的横截面侧视图。
图5A和图5B是根据一个实施方案的示例性衍射透镜的横截面侧视图，示出了可如何调节衍射透镜的厚度以改变对入射光的响应。
图6A是根据一个实施方案的具有折射率大于周围介质的两个部分的示例性多部分聚焦衍射透镜的横截面侧视图。
图6B是根据一个实施方案的具有折射率低于周围介质的两个部分的示例性多部分散焦衍射透镜的横截面侧视图。
图7A是根据一个实施方案的具有可以与相位检测像素组重叠的单个边缘的示例性衍射透镜元件的横截面侧视图。
图7B是根据一个实施方案的具有可以与相位检测像素组重叠的两个边缘的示例性衍射透镜元件的横截面侧视图。
图8是根据一个实施方案的由衍射透镜覆盖以改善角度分离的示例性相位检测像素对的横截面侧视图。
图9是根据本发明的一个实施方案的相位检测像素的示例性信号输出的图，其示出了在相位检测像素上方包括衍射透镜如何可以改善角度分离。
图10是根据一个实施方案的由衍射透镜覆盖以说明主光线角度的示例性相位检测像素对的横截面侧视图。
图11是根据本发明的一个实施方案的相位检测像素的示例性信号输出的图，其示出了在相位检测像素上方包括衍射透镜如何可以偏移角度响应以说明主光线角度。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及具有自动聚焦和深度感测能力的图像传感器。图1中示出了具有相机模块的电子设备。电子设备10可以是数字相机、计算机、蜂窝电话、医疗设备或其他电子设备。相机模块12(有时称为成像设备)可包括一个或多个图像传感器14和一个或多个透镜28。在操作期间，透镜28(有时称为光学器件28)将光聚焦到图像传感器14上。图像传感器14包括将光转换成数字数据的光敏元件(例如，像素)。图像传感器可具有任何数量(例如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数百万的像素(例如，数兆像素)。例如，图像传感器14可包括偏置电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲电路)、地址电路等。
可将来自图像传感器14的静态图像数据和视频图像数据提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。例如，在自动聚焦操作期间，图像处理和数据格式化电路16可处理由图像传感器14中的相位检测像素收集的数据，以确定将感兴趣的物体集中在焦点上所需的透镜移动(例如，透镜28的移动)的幅度和方向。
图像处理和数据格式化电路16也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组或JPEG格式)。在典型的布置(有时称为片上系统(SOC)布置)中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16在共用集成电路上实现。使用单个集成电路来实现相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可有助于降低成本。然而，这仅仅是示例性的。如果需要，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可使用单独集成电路来实现。例如，相机传感器14与图像处理和数据格式化电路16可使用已堆叠的单独集成电路来形成。
相机模块12可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子系统20(例如，图像处理和数据格式化电路16可将图像数据传送到子系统20)。电子设备10通常向用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级蜂窝电话中，可为用户提供运行用户应用的能力。为实现这些功能，电子设备10的主机子系统20可包括存储和处理电路24以及输入-输出设备22，诸如小键盘、输入-输出端口、操纵杆和显示器。存储和处理电路24可包括易失性和非易失性的存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器等)。存储和处理电路24还可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路或其他处理电路。
可能期望提供具有深度感测能力的图像传感器(例如，以用于自动聚焦应用、3D成像应用诸如机器视觉应用等中)。为提供深度感测能力，图像传感器14可包括相位检测像素组，诸如图2A中所示的像素对100。
图2A是像素对100的示意性剖视图。像素对100可包括第一像素和第二像素，诸如像素1和像素2。像素1和像素2可包括形成于衬底(诸如硅衬底108)中的光敏区110。例如，像素1可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD1，并且像素2可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD2。微透镜可形成在光电二极管PD1和光电二极管PD2上方，并且可用于将入射光导向光电二极管PD1和光电二极管PD2。在图2A的布置中，微透镜102覆盖两个像素区，该布置有时可被称为2×1或1×2布置，因为有两个相位检测像素被连续地布置在一条直线上。任何其他类型的相位检测像素组(例如，2×2、3×3、1×3等)可以包括在图像传感器14中。微透镜102可具有宽度和长度，其中长度长于宽度。微透镜102可具有约为宽度两倍长的长度。微透镜102可以是纵横比约2:1的椭圆形。在其他实施方案中，微透镜102可以是另外的形状，诸如矩形或另外的期望形状(例如，圆形、曲面)。微透镜102可具有小于2:1、2:1、大于2:1、介于1.5:1和2.5:1之间、大于3:1的纵横比或任何其它期望的纵横比。
滤色器诸如滤色器元件104可被插置在微透镜102与衬底108之间。滤色器元件104可通过仅允许预定的波长穿过滤色器元件104来过滤入射光(例如，滤色器104可为仅对某些范围的波长透明的)。光电二极管PD1和PD2可用于吸收由微透镜102聚焦的入射光并且产生对应于所吸收的入射光的量的像素信号。
光电二极管PD1和PD2可各自覆盖微透镜102下面的衬底面积的大约一半(作为示例)。通过仅覆盖衬底面积的一半，每个光敏区可设置有非对称的角度响应(例如，光电二极管PD1可基于入射光到达像素对100的角度而产生不同的图像信号)。入射光相对于法线轴116到达像素对100的角度(即，入射光相对于透镜102的光轴116照射微透镜102的角度)在本文中可被称为入射角度或入射角。
图像传感器可使用前照式成像器布置(例如，当诸如金属互连电路之类的电路插置在微透镜与光敏区之间时)或背照式成像器布置(例如，当光敏区插置在微透镜与金属互连电路之间时)来形成。图2A、图2B和图2C中的像素1和像素2为背照式图像传感器像素的示例仅仅是示例性的。如果需要，像素1和2可为前照式图像传感器像素。像素是背照式图像传感器像素的布置在本文中有时被描述为示例。
在图2B的示例中，入射光113可源自法线轴116的左侧，并且可以相对于法线轴116的角度114到达像素对100。角度114可为入射光的负角。以负角诸如角度114到达微透镜102的入射光113可被聚焦朝向光电二极管PD2。在这种情况下，光电二极管PD2可产生相对高的图像信号，而光电二极管PD1可产生相对低的图像信号(例如，因为入射光113不被聚焦朝向光电二极管PD1)。
在图2C的示例中，入射光113可源自法线轴116的右侧，并且以相对于法线轴116的角度118到达像素对100。角度118可为入射光的正角。以正角诸如角度118到达微透镜102的入射光可被聚焦朝向光电二极管PD1(例如，光不被聚焦朝向光电二极管PD2)。在这种情况下，光电二极管PD2可产生相对低的图像信号输出，而光电二极管PD1可产生相对高的图像信号输出。
光电二极管PD1和PD2的位置有时可被称为不对称位置，因为每个光敏区110的中心偏离微透镜102的光轴116(即，不与其对准)。由于衬底108中的各个光电二极管PD1和光电二极管PD2的非对称形成，每个光敏区域110可具有非对称的角度响应(例如，由每个光电二极管110响应于具有给定强度的入射光产生的信号输出可基于入射角来改变)。在图3的图中，示出了像素对100的光电二极管PD1和PD2响应于不同角度入射光的像素信号输出的示例。
线160可表示光电二极管PD2的输出图像信号，而线162可表示光电二极管PD1的输出图像信号。对于负入射角，光电二极管PD2的输出图像信号可增大(例如，因为入射光被聚焦到光电二极管PD2上)，并且光电二极管PD1的输出图像信号可减小(例如，因为入射光被聚焦远离光电二极管PD1)。对于正入射角，光电二极管PD2的输出图像信号可相对小，并且光电二极管PD1的输出图像信号可相对大。
图2A、图2B和图2C的像素对100的光电二极管PD1和PD2的尺寸和位置仅仅是示例性的。如果需要，光电二极管PD1和PD2的边缘可位于像素对100的中心，或者可在任何方向上稍微偏移像素对100的中心。如果需要，可以减小光电二极管110的尺寸以覆盖少于像素面积的一半。
来自像素对(诸如像素对100)的输出信号可用于在自动聚焦操作期间调节相机模块12中的光学器件(例如，一个或多个透镜，诸如图1的透镜28)。可基于来自像素对100的输出信号来确定将感兴趣的物体集中在焦点上所需的透镜移动的方向和幅度。
例如，通过创建对来自透镜的一侧或另一侧的光敏感的像素对，可确定相位差。这个相位差可用于确定为将感兴趣的物体集中在焦点上，图像传感器光学器件应在哪个方向调节以及调节多远。
当物体被聚焦时，来自图像传感器光学器件的两侧的光会聚以产生聚焦图像。当物体失焦时，光学器件的两侧投影的图像不会重叠，因为该图像彼此不同相。通过创建其中每个像素对来自透镜的一侧或另一侧的光敏感的像素对，可确定相位差。该相位差可用于确定为使图像同相从而聚焦感兴趣的物体所需的光学器件移动的方向和幅度。用于确定相位差信息的像素组(诸如像素对100)在本文中有时称为相位检测像素或深度感测像素。
替代地，相位差信息可以用于确定相机模块与场景中的物体之间的距离。换句话说，深度感测像素可以用于创建场景的深度图。
可通过将PD1的输出像素信号与PD2的输出像素信号进行比较来计算相位差信号。例如，可通过从PD2的像素信号输出减去PD1的像素信号输出(例如，通过从线160中减去线162)来确定像素对100的相位差信号。对于在小于聚焦物体距离的距离处的物体，相位差信号可为负。对于在大于聚焦物体距离的距离处的物体，相位差信号可为正。这个信息可用于自动调节图像传感器光学器件以将感兴趣的物体集中在焦点上(例如，通过使像素信号彼此相位)，或者确定场景中物体与相机模块的距离。
为了帮助控制由相位检测像素接收的光，除了图2A的微透镜102之外或代替该微透镜，相位检测像素对可以包括衍射透镜。图4A和图4B是可用于具有相位检测像素的图像传感器中的示例性衍射透镜的横截面侧视图。如图4A所示，衍射透镜42可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜42可由具有第二折射率(n2)的第二材料形成。在图4A的示例中，透镜的折射率可大于周围材料的折射率(即，n2>n1)。这使得入射光朝向焦点聚焦。在该布置中，衍射透镜42充当凸透镜。
透镜42对入射光可为透明的。因此，一些光可穿过透镜而不聚焦。例如，入射光46-1可穿过衍射透镜42的中心。衍射透镜的另一侧上的对应光46-2可沿与入射光46-1相同的方向传播。相比之下，衍射透镜42的边缘处的入射光可因衍射而被重定向。例如，入射光46-3可绕过衍射透镜42的边缘。光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度48传播。换句话讲，衍射透镜使用衍射使透镜边缘处的光重定向。
当波(诸如光)遇到障碍物时会发生衍射。当光在物体边缘的周围穿过时，光将被弯曲或重定向，使得初始入射光的方向改变。弯曲的量和方向取决于许多因素。在成像传感器中，光的衍射(通过衍射透镜)可用于以所需方式重定向入射光(例如，将入射光聚焦在光电二极管上以减轻光学串扰或增加角度分离，说明由于主光线角度而引起的偏移等)。
在图4A的示例中，衍射透镜42具有的折射率大于周围介质44的折射率。这引起入射光朝向焦点聚焦。然而，该示例仅仅是例示性的，并且可使用其他实施方案。
如图4B所示，衍射透镜50可形成在周围介质52中。周围材料52可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜50可由具有第三折射率(n3)的第三材料形成。在图4B的示例中，透镜的折射率可小于周围材料的折射率(即，n1>n3)。这使得入射光46离焦。在该布置中，衍射透镜50充当凹透镜。
透镜50对入射光可为透明的。因此，一些光可穿过透镜而不聚焦。例如，入射光46-1可穿过衍射透镜50的中心。衍射透镜的另一侧上的对应光46-2可沿与入射光46-1相同的方向传播。相比之下，衍射透镜50的边缘处的入射光可因衍射而被重定向。例如，入射光46-3可绕过衍射透镜50的边缘。光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度54传播。换句话讲，衍射透镜使用衍射使透镜边缘处的光重定向。
除了衍射透镜和周围材料的折射率之外，衍射透镜的厚度也可影响入射光对衍射透镜的响应。图5A和图5B示出了用于使入射光聚焦的例示性衍射透镜(诸如图4A所示的透镜)。如图5A所示，衍射透镜42可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜42可由具有第二折射率(n2)的第二材料形成。在图5A的示例中，透镜的折射率可大于周围材料的折射率(即，n2>n1)。这使得光聚焦到焦点。
具体地讲，入射光46-3可绕过衍射透镜42的边缘。光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度48-1传播。该角度可取决于衍射透镜42的厚度56。在图5A的示例中，厚度56与衍射角48-1相关联。图5A中的衍射透镜42可具有相对较大的厚度，并且因此具有相对较大的衍射角48-1。
相比之下，图5B中的衍射透镜42可具有相对较小的厚度和相对较小的衍射角48-2。如图5B所示，衍射透镜42可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜42可由具有第二折射率(n2)的第二材料形成。在图5B的示例中，透镜的折射率可大于周围材料的折射率(即，n2>n1)。这使得光聚焦到焦点。具体地讲，衍射透镜边缘处的光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度48-2传播。该角度可取决于衍射透镜42的厚度58。由于图5B中的厚度58小于图5A中的厚度56，因此图5B中的角度48-2小于图5A中的角度48-1。
图5A和图5B中的衍射透镜42具有相同的长度和宽度。然而，也可调节衍射透镜的长度和宽度以改变入射光46的响应。衍射透镜可以仅重定向在衍射透镜的边缘(例如，具有不同折射率的两种材料之间的界面)的给定距离内穿过的入射光。给定距离可以是入射光波长的大约一半。
这示出了衍射透镜可如何用于以所需方式重定向入射光。可改变透镜和周围材料的折射率以定制入射光的响应。另外，可改变衍射透镜的厚度、长度和宽度以定制入射光的响应。
在图4A、图4B、图5A和图5B中，衍射透镜(例如，衍射透镜42和衍射透镜50)被描绘为由具有第一折射率的单个材料层形成，该单个材料层被具有不同于第一折射率的第二折射率的周围介质包围。因为这些衍射透镜具有一个均匀的折射率(并且因此透镜与周围介质之间存在一个折射率差异)，所以这些类型的衍射透镜可以称为单边缘衍射透镜。这些类型的衍射透镜也可以被称为单折射率衍射透镜。
上述单边缘衍射透镜可有效地聚焦或离焦衍射透镜边缘处的光。衍射透镜的中心处的光可以根据需要穿过而不会聚焦或离焦。然而，衍射透镜的中心与边缘之间的光穿过衍射透镜而不会聚焦或离焦。这可能是不期望的，因为如果衍射透镜的中心与边缘之间的光也聚焦或离焦，则可以改善透镜的性能。
为了更好地聚焦光，衍射透镜因此可以具有具有不同折射率的两个或更多个部分。该类型的示例在图6A和图6B中示出。
如图6A所示，衍射透镜62可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜62可以具有：由具有第二折射率(n2)的第二材料形成的第一部分64、以及由具有第三折射率(n4)的第三材料形成的第二部分66。在图6A的示例中，透镜的第二部分的折射率(n4)可以大于透镜的第一部分的折射率(n2)，并且透镜的第一部分的折射率可以大于周围材料的折射率(即，n4>n2>n1)。这使得入射光朝向焦点聚焦。在该布置中，衍射透镜62充当凸透镜。
透镜62(即透镜62的部分64和66)可为对入射光透明的。因此，一些光可穿过透镜而不聚焦。例如，入射光46-1可穿过衍射透镜62的部分66的中心。衍射透镜的另一侧上的对应光46-2可沿与入射光46-1相同的方向传播。相比之下，衍射透镜62的边缘处的入射光可因衍射而被重定向。例如，入射光46-3可绕过衍射透镜62的边缘。光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度传播。换句话讲，衍射透镜使用衍射使透镜边缘处的光重定向。另外，由于衍射透镜的部分64和66之间的附加折射率差异，衍射透镜的边缘与中心之间的光也可以被重定向。例如，入射光46-5可以绕过衍射透镜62的部分64和66的界面。光可被重定向，使得输出光46-6以相对于入射光46-5的角度传播。
每种材料之间的折射率差异可以是任何期望的折射率差异(例如，大于0.2、大于0.3、大于0.4、大于0.5、大于0.8、大于1.0、介于0.2和0.5之间、介于0.2和0.8之间、介于0.2和1.0之间、小于1.0、小于0.5、小于0.3等)。
图6A中的具有两个部分的衍射透镜的示例仅仅是例示性的。如果需要，衍射透镜可以具有：具有不同折射率的三个部分、具有不同折射率的四个部分、具有不同折射率的五个部分、具有不同折射率的多于五个部分等。无论衍射透镜中存在多少部分，每对相邻部分可以具有对应的折射率差异。例如，每个部分的折射率可以与该部分距边缘的距离成比例地增加(意味着诸如部分64的边缘部分相比于诸如部分66的中心部分具有更低的折射率)。换句话说，每个部分的折射率可以与该部分距中心的距离成比例地减少。
在图6A的示例中，衍射透镜62致使入射光朝向焦点聚焦。然而，该示例仅仅是例示性的，并且可使用其他实施方案。图6B示出了使光离焦的衍射透镜，其具有带不同折射率的两个或更多个部分。
如图6B所示，衍射透镜72可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜72可以具有：由具有第二折射率(n3)的第二材料形成的第一部分74、以及由具有第三折射率(n5)的第三材料形成的第二部分76。在图6B的示例中，透镜的第二部分的折射率(n5)可以小于透镜的第一部分的折射率(n3)，并且透镜的第一部分的折射率(n3)可以小于周围材料的折射率(即，n5<n3<n1)。这使得入射光离焦。在该布置中，衍射透镜72充当凹透镜。
透镜72(即透镜72的部分74和76)可为对入射光透明的。因此，一些光可穿过透镜而不聚焦。例如，入射光46-1可穿过衍射透镜72的部分76的中心。衍射透镜的另一侧上的对应光46-2可沿与入射光46-1相同的方向传播。相比之下，衍射透镜72的边缘处的入射光可因衍射而被重定向。例如，入射光46-3可绕过衍射透镜72的边缘。光可被重定向，使得输出光46-4以相对于入射光46-3的角度传播。换句话讲，衍射透镜使用衍射使透镜边缘处的光重定向。另外，由于衍射透镜的部分74和76之间的附加折射率差异，衍射透镜的边缘与中心之间的光也可以被重定向。例如，入射光46-5可以绕过衍射透镜72的部分74和76的界面。光可被重定向，使得输出光46-6以相对于入射光46-5的角度传播。
每种材料之间的折射率差异可以是任何期望的折射率差异(例如，大于0.2、大于0.3、大于0.4、大于0.5、大于0.8、大于1.0、介于0.2和0.5之间、介于0.2和0.8之间、介于0.2和1.0之间、小于1.0、小于0.5、小于0.3等)。
图6B中的具有两个部分的衍射透镜的示例仅仅是例示性的。如果期望，衍射透镜可以具有：具有不同折射率的三个部分、具有不同折射率的四个部分、具有不同折射率的五个部分、具有不同折射率的多于五个部分等。每对相邻部分可以具有对应的折射率差异。例如，每个部分的折射率可以与该部分距边缘的距离成比例地减少(意味着诸如部分64的边缘部分相比于诸如部分66的中心部分具有更高的折射率)。换句话说，每个部分的折射率可以与该部分距中心的距离成比例地增加。
图7A和图7B是可用于具有相位检测像素的图像传感器中的例示性衍射透镜的横截面侧视图。如图7A所示，衍射透镜82(有时称为衍射透镜元件)可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜42可由具有第二折射率(n2)的第二材料形成。在图7A的示例中，透镜的折射率可大于周围材料的折射率(即，n2>n1)。在图7A中，仅存在衍射透镜82与周围材料44之间的一个界面(即，在相位检测像素对上可以仅存在一个界面)。入射光46-1可能以一定角度重定向(如以相对于光46-1成角度的光46-2所示)。
在图7B中，衍射透镜92可形成在周围介质44中。周围材料44可由具有第一折射率(n1)的第一材料形成。衍射透镜92可由具有第二折射率(n2)的第二材料形成。在图7B的示例中，透镜的折射率可大于周围材料的折射率(即，n2>n1)。在图7B中，衍射透镜92具有两个衍射透镜部分94(有时称为衍射透镜元件94)。因此，在衍射透镜92与周围材料44之间存在两个界面(即，两个界面可以存在于相位检测像素对上方)。入射光46-1和46-2可能以一定角度重定向(如以相对于光46-1和46-2成角度的光46-3和46-4所示)。
在上面的示例中，衍射透镜92被称为单个(例如，多部分)衍射透镜，其具有两个衍射透镜部分(元件)94。这种命名法仅仅是例示性的。替代地，每个衍射透镜部分94可以被认为是相应的衍射透镜(即，在图7B中形成两个衍射透镜)。
有许多使用衍射透镜来改善相位检测像素布置的方法。在一个示例中，衍射透镜可以用于增加相位检测像素组中的光敏区域之间的光角度分离(例如，放大角度响应)。在另一个示例中，当像素具有离轴主光线角度(CRA)时，衍射透镜可以用于偏移控制。
图8是具有用于增强角度响应的衍射透镜的示例性相位检测像素对的横截面侧视图。图像传感器14可包括第一像素和第二像素，诸如像素1和像素2。像素1和像素2可包括形成于衬底(诸如硅衬底108)中的光敏区110。例如，像素1可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD1，并且像素2可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD2。隔离区可以任选地包括在PD1和PD2之间和/或相位检测像素对100周围。隔离区可以包括金属或金属/电介质栅格、深沟槽隔离或衬底108的掺杂部分。衍射透镜202可形成在光电二极管PD1和PD2上方，并且可用于将入射光导向光电二极管PD1和PD2。
衍射透镜202可以由相比于周围材料(192)具有不同的折射率的材料形成。如果期望，附加抗反射涂层(有时称为衍射透镜抗反射涂层)可形成在衍射透镜202的一个或多个表面上。
滤色器诸如滤色器元件104可插置在衍射透镜202与衬底108之间。滤色器元件104可通过仅允许预定的波长穿过滤色器元件104来过滤入射光(例如，滤色器104可为仅对某些范围的波长透明)。滤色器元件104可为形成在衬底108的背表面上的滤色器阵列的一部分。相应衍射透镜202可覆盖滤色器阵列中的每个滤色器元件104。这个示例仅仅是例示性的。如果期望，衍射透镜可以形成在滤色器元件104下方，使得衍射透镜插置在滤色器元件104与光敏区110之间。光可从图像像素的背侧穿过衍射透镜202进入。虽然在图8中图像传感器(14)是背照式图像传感器，但如果期望，图像传感器可替代地为前照式图像传感器。光电二极管PD1和PD2可用于吸收入射光并且产生对应于所吸收的入射光量的像素信号。
滤色器104可包括绿色滤色器、红色滤色器、蓝色滤色器、黄色滤色器、青色滤色器、品红滤色器、透明滤色器、红外滤色器或其他类型的滤色器。作为一个示例，绿色滤色器透过绿光(例如，波长为495nm至570nm的光)并且反射和/或吸收该范围之外的光(例如，绿色滤色器反射红光和蓝光)。可使用的滤色器阵列图案的示例是GRBG(绿红蓝绿)拜耳图案。在这种类型的构型中，滤色器阵列被布置成四个滤色器的组。在每个组中，这四个滤色器中的两个是绿色滤色器，这四个滤色器中的一个是红色滤色器，并且剩下的滤色器是蓝色滤色器。如果期望，可使用其他滤色器阵列图案。如果期望，每个相位检测像素对100可以由相同颜色的滤色器元件覆盖。例如，图8中的PD1和PD2可以由相同颜色的滤色器元件覆盖。
层194(有时称为平面化层、钝化层、介电层、膜、平面膜或平面化膜)可形成在衍射透镜202上方。平面化层194可在图像传感器14中的整个成像像素阵列上形成。层194可具有任何所需的折射率(例如，大于、小于或等于衍射透镜202的折射率)。第二层192可形成在衍射透镜202之间(例如，层192可插置在相邻衍射透镜202的侧表面之间)。层192的折射率可小于衍射透镜202的折射率。替代地，然而，层192的折射率可大于衍射透镜202的折射率。第三层190可以在衍射透镜202与滤色器104之间形成在衍射透镜202下方。层190可具有任何期望的折射率(例如，大于、小于或等于衍射透镜202的折射率)。层190、192和194可为透明的，并且可由任何所需的材料形成。可任选地省略层190、192和194中的任何层。层190、192和194可由相同材料或不同材料形成。在一个可能示例中，层190、192和194可以全部由相同材料形成，并且衍射透镜可以嵌入材料内。层190、192和194有时可称为平面化层、介电层或包层。在一些情况下，层190、192和194中的一个或多个层可以由空气形成(即，可以在衍射透镜202之间存在气隙)。用于层190、192和194的示例性材料包含氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅(尽管如果期望可以使用其他材料)。
衍射透镜202与层192之间的折射率差异可以是任何期望的折射率差异(例如，大于0.2、大于0.3、大于0.4、大于0.5、大于0.8、大于1.0、介于0.2和0.5之间、介于0.2和0.8之间、介于0.2和1.0之间、小于1.0、小于0.5、小于0.3等)。
衍射透镜202可由任何所需的材料形成。可能希望衍射透镜202是透明的，并且由相比于周围材料具有更高的折射率的材料(例如，层192)形成。每个衍射透镜可以由氮化硅(折射率约为2.0)形成、由二氧化硅(折射率约为1.45)形成、由氮氧化硅(折射率约为1.8)形成、或由任何其他期望的材料形成。一般来讲，每个衍射透镜202可具有任何所需的折射率(例如，介于1.8与2.0之间、介于1.6与2.2之间、介于1.5与2.5之间、介于1.5与2.0之间、大于1.3、大于1.6、大于1.8、大于2.0、小于2.0、小于1.8等)。层192也可为透明的，并且由具有任何期望折射率(例如，低于衍射透镜202的折射率)的材料形成。层192可由具有介于1.3与1.5之间、介于1.2与1.8之间、大于1.3的折射率或任何其他期望折射率的材料形成。
在图8中，每个衍射透镜具有邻近相位检测像素对的边缘的第一侧和相对的第二侧。在每个衍射透镜的第二侧之间存在间隙(其可以用来自层192的材料填充)，该间隙与相位检测像素对的中心重叠。该布置也可以被描述为具有与相位检测像素对的中心重叠的开口的单个衍射透镜(例如，相位检测像素对中的第一像素与第二像素之间的边界)。该布置还可以描述为具有低折射率部分(例如，层192)的多部分衍射透镜，该低折射率部分与相位检测像素的中心重叠并且插置在两个高折射率部分(例如，衍射透镜元件202)之间。在图8中，衍射透镜202之间的间隙在像素1与像素2之间的边界上居中。这个示例仅仅是例示性的。在一些情况下，衍射透镜202之间的间隙可以相对于像素1与像素2之间的边界偏移(例如，间隙的中心可以水平移位)以说明主光线角度。衍射透镜可以由单独的条带(例如，不直接接触的第一衍射透镜元件和第二衍射透镜元件)形成，或者可以替代地是具有开口的单个衍射透镜(例如，环状衍射透镜或环形衍射透镜)。
可以选择衍射透镜202的部分和周围材料(例如，层192)的折射率，使得基于入射角将光导向像素的光电二极管。例如，入射光46-1可以具有-10°的入射角(例如，如结合图2A所讨论的，相对于法线轴116)并且因此被导向到PD1。入射光46-2可以具有+10°的入射角(例如，如结合图2A所讨论的，相对于法线轴116)并且因此被导向到PD2。衍射透镜202的布置改善了入射光的角度分离。换句话说，由于存在衍射透镜202，以负入射角的入射光的较大百分比将被导向至PD1，并且以正入射角的入射光的较大百分比将被导向至PD2。
如此前所讨论，可改变衍射透镜和周围材料的折射率以及衍射透镜的尺寸以定制对入射光的响应。另外，可改变每个衍射透镜元件202之间的距离198以改变入射光的响应。
在一些实施方案中，像素阵列中的每个相位检测像素对上方的衍射透镜可为相同的。然而，在其他实施方案中，不同相位检测像素对可具有独特的衍射透镜以进一步定制对入射光的响应。
图8中的衍射透镜202具有平坦的上表面和平坦的下表面。在图8中，这些衍射透镜也被具有弯曲上表面的微透镜102覆盖。微透镜102可以使用折射来聚焦光。在一些实施方案中，可以从图8中省略微透镜102。在相位检测像素对上方可以仅包括衍射透镜202。
在图8的示例中，在每个相位检测像素对上方形成一个多部分衍射透镜。这个示例仅仅是例示性的。如果需要，可以在每个相位检测像素对上方形成多于一个衍射透镜(例如，多于一个衍射透镜层)。例如，可以在每个相位检测像素对上方形成两个或更多个衍射透镜层。
图9的图示出了与图2A的布置相比(当不包括衍射透镜时)，图8的布置(具有衍射透镜)如何可以改善角度分离。线160可表示图2A的光电二极管PD2的输出图像信号，而线162可表示图2A的光电二极管PD1的输出图像信号。线260可表示图8的光电二极管PD2的输出图像信号，而线262可表示图8的光电二极管PD1的输出图像信号。如图9所示，将衍射透镜添加到相位检测像素对增加了相位检测像素对的光电二极管之间的相位差(如线260与262之间的分离大于线160与162之间的分离所示)。
图10是具有用于偏移控制的衍射透镜的例示性相位检测像素对的横截面侧视图。图像传感器中的像素可以说明与像素的位置相关联的主光线角度。例如，图像传感器中心的像素可以具有0°的主光线角度(例如，轴上)。随着像素的位置接近图像传感器的边缘(并且远离图像传感器的中心)，主光线角度可以增加到大于0°的角度(例如，更加离轴)。为了说明主光线角度(CRA)的差异，像素的微透镜可以相对于下面的光敏区域移位(例如，微透镜可以朝向图像传感器的中心移位)。衍射透镜也可以合并到像素中以帮助说明CRA。
如图10所示，相位检测像素对100可包括第一像素和第二像素，诸如像素1和像素2。像素1和像素2可包括形成于衬底(诸如硅衬底108)中的光敏区110。例如，像素1可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD1，并且像素2可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD2。隔离区可以任选地包括在PD1和PD2之间和/或相位检测像素对100周围。隔离区可以包括金属或金属/电介质栅格、深沟槽隔离或衬底108的掺杂部分。衍射透镜202可以形成在相位检测像素对上方，并且可以用于校正主光线角度的偏移。
衍射透镜202可以由相比于周围材料(192)具有不同的折射率的材料形成。如果期望，附加抗反射涂层(有时称为衍射透镜抗反射涂层)可形成在衍射透镜202的一个或多个表面上。
滤色器诸如滤色器元件104可插置在衍射透镜202与衬底108之间。滤色器元件104可通过仅允许预定的波长穿过滤色器元件104来过滤入射光(例如，滤色器104可为仅对某些范围的波长透明)。这个示例仅仅是例示性的。如果期望，衍射透镜可以形成在滤色器元件104下方，使得衍射透镜插置在滤色器元件104与光敏区110之间。光可从图像像素的背侧穿过衍射透镜202进入。虽然在图10中图像传感器(14)是背照式图像传感器，但如果期望，图像传感器可替代地为前照式图像传感器。光电二极管PD1和PD2可用于吸收入射光并且产生对应于所吸收的入射光量的像素信号。
层194(有时称为平面化层、钝化层、介电层、膜、平面膜或平面化膜)可形成在衍射透镜202上方。平面化层194可在图像传感器14中的整个成像像素阵列上形成。层194可具有任何期望的折射率(例如，大于、小于或等于衍射透镜202的折射率)。第二层192可以邻近衍射透镜202形成(例如，层192可以邻近衍射透镜202的侧表面)。层192的折射率可小于衍射透镜202的折射率。替代地，然而，层192的折射率可大于衍射透镜202的折射率。第三层190可以在衍射透镜202与滤色器104之间形成在衍射透镜202下方。层190可具有任何期望的折射率(例如，大于、小于或等于衍射透镜202的折射率)。层190、192和194可为透明的，并且可由任何期望的材料形成。如果期望，可以省略层190、192和194中的任何层。层190、192和194可由相同材料或不同材料形成。在一个可能示例中，层190、192和194可以全部由相同材料形成，并且衍射透镜可以嵌入材料内。层190、192和194有时可称为平面化层、介电层或包层。在一些情况下，层190、192和194中的一个或多个层可以由空气形成(即，气隙可以邻近衍射透镜202存在)。用于层190、192和194的示例性材料包含氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅(尽管如果期望可以使用其他材料)。
衍射透镜202与层192之间的折射率差异可以是任何期望的折射率差异(例如，大于0.2、大于0.3、大于0.4、大于0.5、大于0.8、大于1.0、介于0.2和0.5之间、介于0.2和0.8之间、介于0.2和1.0之间、小于1.0、小于0.5、小于0.3等)。
衍射透镜202可由任何期望的材料形成。可能期望衍射透镜202是透明的，并且由相比于周围材料具有更高的折射率(例如，层192)的材料形成。每个衍射透镜可以由氮化硅(折射率约为2.0)形成、由二氧化硅(折射率约为1.45)形成、由氮氧化硅(折射率约为1.8)形成、或由任何其他期望的材料形成。一般来讲，每个衍射透镜202可具有任何期望的折射率(例如，介于1.8与2.0之间、介于1.6与2.2之间、介于1.5与2.5之间、介于1.5与2.0之间、大于1.3、大于1.6、大于1.8、大于2.0、小于2.0、小于1.8等)。层192也可为透明的，并且由具有任何期望的折射率(例如，低于衍射透镜202的折射率)的材料形成。层192可由具有介于1.3与1.5之间、介于1.2与1.8之间、大于1.3的折射率或任何其他期望的折射率的材料形成。
在图10中，衍射透镜具有邻近相位检测像素对的右边缘的第一侧和相对的第二侧。第二侧延伸超过PD1。换句话说，衍射透镜与所有PD2重叠并且部分地与PD1重叠。与PD1相比，衍射透镜与PD2更多地重叠。在相位检测像素对的左边缘与衍射透镜的第二侧之间存在间隙。这个示例仅仅是例示性的。如果期望，衍射透镜可以仅部分地与PD2重叠而不与PD1重叠，可以仅部分地与PD1重叠而不与PD2重叠，可以部分地与PD1和PD2两者重叠，可以与所有PD1重叠并部分地与PD2重叠等。通常，可以选择衍射透镜的位置(以及与下面光电二极管的重叠量)以校正与像素对相关联的主光线角度。
可以选择衍射透镜202和周围材料(例如，层192)的折射率，使得主光线角度(CRA)的光被导向光电二极管PD1和PD2之间的边界(例如，PD1和PD2之间的衬底108的一部分)。对于相位检测像素对，期望主光线角度导致相等量的光到达PD1和PD2。在没有图10的衍射透镜的情况下，离轴CRA可以反而导致更多的光到达两个光电二极管中的一个而不是另一个光电二极管。路径222示出了如果不存在衍射透镜202时的离轴光的例示性路径。如图所示，在没有衍射透镜202的情况下，光在PD1中结束(意味着即使在聚焦时，PD1也接收到比PD2更多的光)。衍射透镜校正由CRA引起的角度响应的偏移。路径224示出了存在衍射透镜202时的离轴光的路径。如图所示，在存在衍射透镜202时，光被重定向到PD1和PD2之间的边界(确保PD1和PD2在聚焦时接收相等量的光)。如图10所示，衍射透镜可以任选地与移位的微透镜结合使用。微透镜102的中心可以从像素1和2之间的边界移位距离226(有时称为移位226或偏移226)。该偏移可以是任何期望的距离并且可以在图像传感器阵列上变化。在一些情况下，可以不存在偏移(例如，距离226等于0)。
如此前所讨论，可改变衍射透镜和周围材料的折射率以及衍射透镜的尺寸以定制对入射光的响应。衍射透镜和光电二极管的重叠量可以根据期望改变以定制对入射光的响应。衍射透镜与下面的光电二极管的重叠量可以在图像传感器上变化。
在一些实施方案中，像素阵列中的每个相位检测像素对上方的衍射透镜可为相同的。然而，在其他实施方案中，不同相位检测像素对可具有独特的衍射透镜以进一步定制对入射光的响应。例如，每个衍射透镜与下面的光电二极管之间的重叠量可以基于图像传感器内的相位检测像素对的位置(以控制偏移)。
在图10的示例中，在每个相位检测像素对上方形成一个衍射透镜以用于偏移控制。这个示例仅仅是例示性的。如果期望，可以在每个相位检测像素对上方形成多于一个衍射透镜(例如，多于一个衍射透镜层)以用于偏移控制。例如，可以在每个相位检测像素对上方形成两个或更多个衍射透镜层。
图10的图示出了与图2A的布置相比(当不包括衍射透镜时)，图10的布置(具有衍射透镜)如何可以确保对称角度分离以用于离轴CRA。线160可表示图2A的光电二极管PD2的针对离轴CRA的输出图像信号，并且线162可表示图2A的光电二极管PD1的针对离轴CRA的输出图像信号。线260可以表示图10的光电二极管PD2的针对离轴CRA的输出图像信号，而线262可以表示图10的光电二极管PD1的针对离轴CRA的输出图像信号。如图11所示，在没有衍射透镜的情况下，两个信号(160和162)以不同于0°的角度相等。通过包括图10的衍射透镜，两个信号(260和262)在方向264上移位并且根据期望以0°角度相等。因此，衍射透镜用于相位检测响应的偏移。
用于偏移控制的衍射透镜对于包括相位检测像素(例如，对入射光具有不对称角度响应的像素)和图像传感器像素(例如，对入射光具有对称角度响应的像素)的图像传感器是特别有用的。代替由单个微透镜覆盖的两个(或更多个)相位检测像素，每个相应的图像传感器像素可以被对应的微透镜覆盖。针对图像传感器像素和相位检测像素的用于说明CRA的最佳微透镜偏移可以是不同的。然而，制造要求可能需要类似的微透镜移位以用于相邻的图像传感器像素和相位检测像素。因此，衍射透镜(例如，图10的衍射透镜)可以用于帮助进一步说明CRA。
在各种实施方案中，图像传感器可以包括：第一光敏区域；第二光敏区域；微透镜，该微透镜覆盖第一光敏区域和第二光敏区域；和衍射透镜，该衍射透镜插置在微透镜与第一光敏区域和第二光敏区域之间。第一光敏区域和第二光敏区域可以对入射光具有不对称的角度响应。第一光敏区域和第二光敏区域可以形成相位检测像素对。第一光敏区域和第二光敏区域可以是相位检测像素组的一部分。
衍射透镜可以包括多部分衍射透镜，该多部分衍射透镜具有在第一光敏区域上方的第一部分和在第二光敏区域上方的第二部分。多部分衍射透镜的第一部分和第二部分可以被间隙间隔开。间隙可以与在第一光敏区域与第二光敏区域之间的边界重叠。多部分衍射透镜的第一部分和第二部分可以具有第一折射率，并且具有低于第一折射率的第二折射率的层可以插置在第一部分与第二部分之间。衍射透镜可以与整个第一光敏区域重叠并仅与第二光敏区域的一部分重叠。衍射透镜相对于第一光敏区域和第二光敏区域的位置可以在图像传感器上变化。第一光敏区域和第二光敏区域可以处于图像传感器中的与非零主光线角度相关联的位置处。
在各种实施方案中，图像传感器可以包括：第一相位检测像素；第二相位检测像素；和至少一个衍射透镜元件，该至少一个衍射透镜元件形成在第一相位检测像素和第二相位检测像素上方。至少一个衍射透镜元件可以包括第一衍射透镜元件和第二衍射透镜元件，该第一衍射透镜元件形成在第一相位检测像素上方，该第二衍射透镜元件形成在第二相位检测像素上方。
第一衍射透镜元件和第二衍射透镜元件可以由插置在第一衍射透镜元件与第二衍射透镜元件之间的材料层间隔开，并且材料层可以相比于第一衍射透镜元件和第二衍射透镜元件具有更低的折射率。材料层可以与插置在第一相位检测像素与第二相位检测像素之间的边界重叠。至少一个衍射透镜元件可以包括单个衍射透镜元件，该单个衍射透镜元件覆盖比第二相位检测像素更多的第一相位检测像素。在第一相位检测像素和第二相位检测像素上方可以不形成具有弯曲表面的微透镜。
在各种实施方案中，图像传感器可以包括：衬底；衬底中的第一光电二极管；衬底中的第二光电二极管，其中第一光电二极管和第二光电二极管对入射光具有相反的不对称角度响应；微透镜，该微透镜覆盖第一光电二极管和第二光电二极管；和衍射透镜，该衍射透镜形成在第一光电二极管和第二光电二极管与微透镜之间。衍射透镜可以具有开口，该开口与衬底的插置在第一光电二极管与第二光电二极管之间的一部分重叠。
相比于衍射透镜具有更低的折射率的材料层可以填充开口。衍射透镜可以是环形衍射透镜。衍射透镜可以具有通过开口彼此完全分离的第一部分和第二部分。
根据一个实施方案，图像传感器可以包括：第一光敏区域；第二光敏区域；微透镜，该微透镜覆盖第一光敏区域和第二光敏区域；和衍射透镜，该衍射透镜插置在微透镜与第一光敏区域和第二光敏区域之间。
根据另一个实施方案，第一光敏区域和第二光敏区域可以对入射光具有不对称的角度响应。
根据另一个实施方案，第一光敏区域和第二光敏区域可以形成相位检测像素对。
根据另一个实施方案，第一光敏区域和第二光敏区域可以是相位检测像素组的一部分。
根据另一个实施方案，衍射透镜可以包括多部分衍射透镜，该多部分衍射透镜具有在第一光敏区域上方的第一部分和在第二光敏区域上方的第二部分。
根据另一个实施方案，多部分衍射透镜的第一部分和第二部分可以被间隙间隔开。
根据另一个实施方案，间隙可以与在第一光敏区域与第二光敏区域之间的边界重叠。
根据另一个实施方案，多部分衍射透镜的第一部分和第二部分可以具有第一折射率，并且具有低于第一折射率的第二折射率的层可以插置在第一部分与第二部分之间。
根据另一个实施方案，衍射透镜可以与整个第一光敏区域重叠并仅与第二光敏区域的一部分重叠。
根据另一个实施方案，第一光敏区域和第二光敏区域可以处于图像传感器中的与非零主光线角度相关联的位置处。
根据另一个实施方案，图像传感器可以包括：第一相位检测像素；第二相位检测像素；和至少一个衍射透镜元件，该至少一个衍射透镜元件形成在第一相位检测像素和第二相位检测像素上方。
根据另一个实施方案，至少一个衍射透镜元件可以包括第一衍射透镜元件和第二衍射透镜元件，该第一衍射透镜元件形成在第一相位检测像素上方，该第二衍射透镜元件形成在第二相位检测像素上方。
根据另一个实施方案，第一衍射透镜元件和第二衍射透镜元件可以由插置在第一衍射透镜元件与第二衍射透镜元件之间的材料层间隔开，并且材料层可以相比于第一衍射透镜元件和第二衍射透镜元件具有更低的折射率。
根据另一个实施方案，材料层可以与插置在第一相位检测像素与第二相位检测像素之间的边界重叠。
根据另一个实施方案，至少一个衍射透镜元件可以包括单个衍射透镜元件，该单个衍射透镜元件覆盖比第二相位检测像素更多的第一相位检测像素。
根据另一个实施方案，在第一相位检测像素和第二相位检测像素上方可以不形成具有弯曲表面的微透镜。
根据另一个实施方案，图像传感器可以包括：衬底；衬底中的第一光电二极管；衬底中的第二光电二极管；微透镜，该微透镜覆盖第一光电二极管和第二光电二极管；和衍射透镜，该衍射透镜形成在第一光电二极管和第二光电二极管与微透镜之间。第一光电二极管和第二光电二极管可以对入射光具有相反的不对称角度响应，并且衍射透镜可以具有开口，该开口与衬底的插置在第一光电二极管与第二光电二极管之间的一部分重叠。
根据另一个实施方案，相比于衍射透镜具有更低的折射率的材料层可以填充开口。
根据另一个实施方案，衍射透镜可以是环形衍射透镜。
根据另一个实施方案，衍射透镜可以具有通过开口彼此完全分离的第一部分和第二部分。
前述内容仅仅是对本发明原理的例示性说明，并且本领域技术人员可以进行多种修改。上述实施方案可单独实施或以任意组合方式实施。

Claims (9)

1.一种图像传感器，包括：
第一光敏区域；
第二光敏区域；
微透镜，所述微透镜覆盖所述第一光敏区域和所述第二光敏区域；和
衍射透镜，所述衍射透镜插置在所述微透镜与所述第一光敏区域和所述第二光敏区域之间，
其中所述衍射透镜与整个第一光敏区域重叠并仅与所述第二光敏区域的一部分重叠。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域对入射光具有不对称的角度响应。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域形成相位检测像素对。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域是相位检测像素组的一部分。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一光敏区域和所述第二光敏区域处于所述图像传感器中的与非零主光线角度相关联的位置处。
6.一种图像传感器，包括：
第一相位检测像素；
第二相位检测像素；和
至少一个衍射透镜元件，所述至少一个衍射透镜元件形成在所述第一相位检测像素和所述第二相位检测像素上方，
其中所述至少一个衍射透镜元件包括单个衍射透镜元件，所述单个衍射透镜元件覆盖所述第一相位检测像素比所述第二相位检测像素多。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中在所述第一相位检测像素和第二相位检测像素上不形成具有弯曲表面的微透镜。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述第一相位检测像素和第二相位检测像素处于所述图像传感器中的与非零主光线角度相关联的位置处。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述衍射透镜与整个第一相位检测像素重叠并仅与所述第二相位检测像素的一部分重叠。
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