CN111010516B - 具有像素结构的图像传感器和图像处理系统 - Google Patents

具有像素结构的图像传感器和图像处理系统 Download PDF

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Abstract

一种图像传感器，包括：光源，被配置为向目标对象发射光信号；和像素阵列，包括第一像素，第一像素被配置为基于从目标对象反射的光信号产生像素信号，其中，第一像素包括第一光栅极组和第二光栅极组，第一光栅极组包括被配置用于接收在时间间隔内与光信号具有第一相位差的第一栅极信号的至少两个光栅极，第二光栅极组包括被配置用于接收在时间间隔内与光信号具有第二相位差的第二栅极信号的至少两个光栅极。

Description

具有像素结构的图像传感器和图像处理系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月5日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0119302的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明构思涉及图像传感器和/或图像处理系统，其具有用于改善解调对比度性能的像素结构，并基于飞行时间(ToF)生成测量深度所需的像素信号。
背景技术
基于ToF的三维(3D)图像传感器可以通过测量到目标对象或待测对象的距离来生成目标对象的3D图像。执行基于ToF的距离测量的图像传感器测量直到从光源发射的光信号脉冲被目标对象反射并接收的时间，计算到目标对象的距离，并生成目标对象的3D图像。作为从光源输出的光信号，例如，可以使用微波、光波、超声波等。
在相关技术中产生用于基于ToF的距离测量的像素信号的像素(或距离像素)具有由于简单的掺杂结构和相关技术中的像素的结构限制而使解调对比度性能劣化的问题。
发明内容
本发明构思的一些示例实施例提供了这样的图像传感器和/或图像处理系统：具有用于提高解调对比度性能以精确地测量到目标对象的距离以生成高质量3D图像的像素结构并执行适合于像素结构的像素生成操作。
根据本发明构思的示例实施例，图像传感器可以包括：光源，被配置为向目标对象发射光信号；和像素阵列，包括第一像素，第一像素被配置为基于从目标对象反射的光信号产生像素信号，其中，第一像素包括第一光栅极组和第二光栅极组，第一光栅极组包括被配置用于接收在时间间隔内与光信号具有第一相位差的第一栅极信号的至少两个光栅极，第二光栅极组包括被配置用于接收在时间间隔内与光信号具有第二相位差的第二栅极信号的至少两个光栅极。
根据本发明构思的示例实施例，图像传感器可以包括：光源，被配置为向目标对象发射光信号；和像素阵列，包括第一像素，第一像素被配置为基于从目标对象反射的光信号产生像素信号，其中，第一像素包括第一光栅极组和第二光栅极组，第一光栅极组包括被配置为用于在时间间隔内接收第一栅极信号的至少两个光栅极，每个栅极信号与光信号具有相位差，并且第二光栅极组包括被配置为在该时间间隔内接收具有逻辑高值的第二栅极信号的至少两个光栅极。
根据本发明构思的示例实施例，图像传感器可以包括：光源，被配置为向目标对象发射光信号；和像素阵列，包括第一像素，第一像素被配置为基于从目标对象反射的光信号产生像素信号，其中第一像素包括第一光栅极组和第二光栅极组，第一光栅极组包括被配置为接收第一栅极信号的多个第一光栅极和根据第一模式产生第一像素信号，每个第一栅极信号在多个时间内与光信号具有可变的相位差，第二光栅极组包括被配置为接收第二栅极信号的多个第二光栅极和根据第二模式产生第二像素信号，每个第二栅极信号在多个时间间隔内与光信号具有可变的相位差。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的一些示例实施例，其中：
图1是示意性地示出根据示例实施例的图像传感器的框图；
图2A至2F是用于描述现有像素结构中的解调对比度性能的恶化的图；
图3A是示出根据示例实施例的像素的结构的图，并且图3B是示出当采用3A的像素的结构时的解调对比度的图；
图4是图3A中的像素的电路图；
图5是用于描述施加到具有图4的4抽头结构的像素电路的光栅极的栅极信号的图；
图6A和6B是示出根据一些示例实施例的像素电路的图；
图7A和7B是用于描述根据一些示例实施例的像素的光栅极组排列图案的图；
图8A是示出根据示例实施例的像素的结构的图，并且图8B是示出当采用图8A的像素的结构时的解调对比度的图；
图9A和9B是用于描述根据一些示例实施例的像素的光栅极组排列图案的图；
图10A是示出根据示例实施例的像素的结构的图，并且图10B是示出当采用10A的像素的结构时的解调对比度的图；
图11是根据示例性实施例的图10A的像素的电路图；
图12A至12C是示出根据一些示例实施例的图3A的像素上的微透镜排列的图；
图13A是示出根据示例实施例的像素的结构的图，并且图13B是示出当采用13A的像素的结构时的解调对比度的图；
图14是用于描述施加到图13A的像素的光栅极的栅极信号和逻辑高信号的图；
图15是图13A中的像素的电路图；
图16A和16B是用于描述根据一些示例实施例的像素的光栅极组排列图案的图；
图17A和17B是示出根据一些示例实施例的像素的图；
图18A和18B是示出根据一些示例实施例的像素的图；
图19是用于描述施加到图18A或18B的像素的光栅极的栅极信号的图；
图20是用于描述根据示例实施例的像素的光栅极组排列图案的图；和
图21是示出包括图1的图像传感器的图像处理系统的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述一些示例实施例。
图1是示意性地示出根据示例实施例的图像传感器的框图。
参见图1，图像传感器10可包括像素阵列11、DC性能改善定时控制器12、行解码器13、逻辑电路14、光源15和透镜16。包括由光源15照射的重复脉冲信号的光信号被目标物体T反射，并且反射的光信号可以通过透镜16入射在图像传感器10上。图像传感器10可以接收反射的光信号并产生用于测量到目标对象T的距离的像素信号。
像素阵列11可以包括多个像素(或距离像素)100，以例如包括行和列的二维(2D)矩阵排列，用于接收由目标对象T反射的光信号并生成测量距离所需的像素信号。尽管未在图1中示出，用于产生产生图像所需的像素信号的多个图像像素可以布置在像素阵列11中。像素阵列11可以构成矩形成像区域，并且可以通过行地址和列地址的组合来访问像素100。
在示例实施例中，用于改善解调对比度性能的像素结构可以应用于像素100。像素100可以包括n(n是等于或大于2的自然数)个分别包括n个光栅的抽头电路。光栅极可以分别对应于多个光栅极组布置。在示例实施例中，光栅极组可以被定义为用于光栅极的分组单元，在生成用于测量距离的像素信号期间，相同的信号(或相同的栅极信号)被施加到该分组单元。在另一示例实施例中，光栅极组可以被定义为用于区分光栅的分组单元，分组单元用于生成用于测量与光栅极的距离的像素信号，以提高解调对比度性能。在整个公开内容中，术语“[...]栅极”可以意味着“[...]晶体管”或“[...]二极管”。
DC性能改善定时控制器(下文中称为定时控制器)12可以控制光源15的光信号生成并控制行解码器13和逻辑电路14的操作定时。定时控制器12可以提供定时信号和控制信号到行解码器13和逻辑电路14。行解码器13可以产生用于驱动像素阵列11的每行的驱动信号(例如，传输信号、重置信号、选择信号等)和栅极信号。行解码器13可以基于驱动信号和栅极信号逐行地选择像素100。
在示例实施例中，在定时控制器12的控制下，行解码器13可以为像素阵列11中的各个光栅极组生成不同的栅极信号(和/或驱动信号)，以适当地生成用于测量像素100的排列结构中的距离的像素信号并且向像素100提供栅极信号。像素100可以以各种结构布置以提高解调对比度性能，并且行解码器13可以适当地产生用于精确测量根据像素100的排列结构的各种示例实施例的距离的像素信号。稍后将描述其详细示例。
逻辑电路14可以在定时控制器12的控制下处理由像素阵列11的像素100产生的像素信号，并将处理后的像素信号输出到处理器。处理器可以基于处理的像素信号计算距离。根据示例实施例，逻辑电路14可以包括模数转换块，其能够接收从像素阵列11输出的像素信号并将其转换为数字信号。逻辑电路14还可以包括相关双采样(CDS)块，用于对从模数转换块输出的数字信号执行CDS。
根据示例实施例的像素100中的光栅极可以布置在光栅极组中，并且定时控制器12可以控制行解码器13以生成适合于像素100的结构的栅极信号，以提高解调对比度，因此，能够生成反映到目标对象T的精确距离的高质量3D图像。
图2A至2F是用于描述现有像素结构中的解调对比度性能的恶化的图。
图2A是当图1的像素100时的像素100被实现为2抽头电路结构的电路图。参照图2A，像素电路D_PX_CKT可以包括第一抽头电路TA和第二抽头电路TB。第一抽头电路TA和第二抽头电路TB均可包括用于产生电荷的光栅极110和用于存储和传输电荷的用于传输的栅极120至170。例如，每个用于传输的栅极120至170可以包括抽头传输门120、存储门130、传输门140、重置门150、源极跟随器门160和选择门170。下文中，包括重置门150、源极跟随器门160和选择门170的电路可以被称为引出电路。抽头传输门120、存储门130和传输门140可用于降低读取噪声。根据一些示例实施例，可以集成抽头传输门120和存储门130。在一些示例实施例中，可以省略抽头传输门120、存储门130和传输门140。
这里，存储门130是电荷存储结构之一。存储门130可以在通过传输门140将电荷传输到浮动扩散(FD)区域145之前临时存储电荷。电荷存储结构可以仅由存储门130实现。在一些示例实施例中，电荷存储结构可以实现为其中存储二极管(SD)另外设置在存储门130下方的结构。
作为参考，像素电路D_PX_CKT的抽头结构根据用于根据相位和电荷传输来区分由电荷存储结构产生的电荷的标签的数量来确定，并且通常可以是1抽头结构、2抽头结构或4抽头结构。1抽头结构可以是用于通过使用一个抽头传输0°、90°、180°和270°的每个相位的电荷的结构。2抽头结构可以是用于通过使用两个抽头传输0°和180°的相位以及90°和270°的相位的电荷的结构。4抽头结构可以是通过使用四个抽头来传输所有相的电荷的结构。1抽头结构可以执行对应于各个阶段的四个步骤的感测，2抽头结构可以执行两个步骤的感测，并且4抽头结构可以执行一步的感测。因此，2抽头结构和4抽头结构可以以比1抽头结构更高的速度操作。这里，具有2抽头结构和4抽头结构的像素结构将被称为多抽头像素结构。
图2B是用于描述分别施加到具有图2A的2抽头结构的像素电路D_PX_CKT的第一光栅极110_1或PGA以及第二光栅极110_2或PGB的第一栅极信号PGA_S和第二栅极信号PGB_S的图。参考图2B，可以将第一栅极信号PGA_S施加到第一光栅极110_1或PGA，第一栅极信号PGA_S具有与在第一相位(或感测阶段)中从光源15(图1)发射的光信号EL相同的相位，并且，具有与光信号EL的相位相差180°的相位的第二栅极信号PGB_S可以被施加到第二光栅极110_2或PGB。在第二阶段中，具有与光信号EL的90°相位差的相位的第一栅极信号PGA_S可以施加到第一光栅极110_1或PGA，并且具有与光信号EL的270°相位差的相位的第二栅极信号PGB_S可以施加到第二光栅极110_2或PGB。
像素电路D_PX_CKT可以接收第一栅极信号PGA_S和第二栅极信号PGB_S，从而接收与由目标对象T(图1)反射的光信号EL对应的光信号，并且生成像素信号。生成的像素信号可用于测量到目标对象T的距离(图1)。
图2C是用于描述图2B中的特定时间间隔中的电荷移动的图。参考图2C，当在特定时间间隔中具有逻辑高值的第一栅极信号PGA_S被施加到第一光栅极110_1，并且在该时间间隔中具有逻辑低值的第二栅极信号PGB_S被施加到第二光栅极110_2时，由目标物体T(图1)反射的光信号产生的电荷可以在朝向包括第一光栅极110_1的第一抽头电路TA的方向上移动。
图2D是用于描述使解调对比度性能恶化的现象的图。参考图2D，当逻辑高的第一栅极信号PGA_S被施加到第一光栅极110_1并且逻辑低的第二栅极信号PGB_S被施加到第二光栅极110_2时，可以形成如图2D所示的能量电平。由于能量电平，位于区域“A”到“C”中的电荷可以朝向包括第一光栅极110_1的第一抽头电路TA的方向移动，位于区域“D”中的电荷可以以朝向包括第二光栅极110_2的第二抽头电路TB的方向移动。因此，由于像素的结构限制，如上所述，由于位于区域“D”中的电荷的移动，解调对比度性能可能劣化。
图2E是用于描述由于图2D中描述的现象而具有2抽头结构的像素的解调对比度的图。参考图2E，第一光栅极PGA和第二光栅极PGB的非渐变区域(non-gradated region)可以对应于区域“A”至“C”，并且第二光栅极PGB的渐变区域(gradated region)可以对应于图2D的区域“D”。解调对比度可以由以下等式表示。
Figure GDA0003736252640000061
抽头信号可以包括由于将第一栅极信号PGA_S和第二栅极信号PGB_S施加到第一光栅极110_1或PGA以及第二光栅极110_2或PGB而移动的电荷流。例如，当逻辑高的第一栅极信号PGA_S被施加到第一光栅极PGA并且逻辑低的第二栅极信号PGB_S被施加到第二光栅极PGB时，最大抽头信号tap signalmax可对应于第一光栅极PGA和第二光栅极PGB的未被照射的区域中的组合面积，最小抽头信号tap signalmin可以对应于第二光栅极PGB的渐变区域的面积，并且抽头信号积分Σt ap信号可以对应于第一光栅极PGA和第二光栅极PGB的组合面积。因此，由于参考图2D描述的劣化，现有技术中具有2抽头结构的像素D_PX的解调对比度可以被计算为50％。然而，通过使用与第一光栅极PGA和第二光栅极PGB对应的区域的面积粗略地获得图2E中计算的解调对比度，并且本发明构思不限于此。
图2F是用于描述由于参考图2D描述的现象而具有4抽头结构的像素的解调对比度的图。参考图2F，像素D_PX可以用4抽头结构实现。因此，在特定时间间隔中，可以将具有逻辑高值的第一栅极信号施加到第一光栅极PGA，并且在该时间间隔中，可以将具有逻辑低值的第二栅极信号施加到第二光栅极PGB、第三光栅极PGC和第四光栅极PGD。在这种情况下，当具有4抽头结构的像素D_PX的解调对比度可以与图2E中类似地计算时，其结果可以是37.5％。换句话说，如图2E和2F所示，具有现有技术中已知结构的像素D_PX中的解调对比度几乎不能超过50％，因此可能无法精确地测量到目标对象T(图1)的距离。
图3A是示出根据示例实施例的像素D_PXa的结构的图，并且图3B是示出当使用图3A的像素D_PXa的结构时的解调对比度的图。下面描述的像素D_PXa可以应用于图1的像素100。
参见图3A所示，像素D_PXa包括第一光栅极PGA1、第二光栅极PGA2，第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2，其中第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2可以分组为第一光栅极组，并且第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2可以被分组为第二光栅极组。在像素D_PXa内，第一光栅极组和第二光栅极组可以彼此交叉。详细地，第一光栅极组中的第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2可以彼此对角相邻，并且第二光栅极组中的第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2可以彼此对角相邻。第一光栅极PGA1可以在X轴方向(例如，第一方向或水平方向)上与第三光栅极PGB1相邻，并且可以在Y轴方向(例如，第二方向或垂直方向)上与第四光栅极PGB2相邻。此外，第二光栅极PGA2可以在X轴方向上与第四光栅极PGB2相邻，并且可以在Y轴方向上与第三光栅极PGB1相邻。
在示例实施例中，可以将用于产生用于测量距离的像素信号的与特定时间间隔中的光信号具有第一相位差(例如，0°或90°)的第一栅极信号施加到第一光栅极组的第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2，并且在时间间隔中与光信号具有第二相位差(例如，180°或270°)的第二栅极信号可以施加到第二光栅门组的第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2。
在示例实施例中，像素D_PXa可以具有包括四个光栅极(例如，第一光栅极PGA1，第二光栅极PGA2，第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2)的4抽头结构。可以调整四个光栅极的栅极信号的相位以在两个时间间隔上执行感测，如在用于生成适合于像素D_PXa的结构的像素信号的2抽头结构中那样，并且施加到第一光栅极PGA1、第二光栅极PGA2、第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2。
返回参考图3B，当通过图3A的像素D_PXa的结构产生用于测量距离的像素信号时，可以减少上面参考图2D描述的恶化因子。例如，当在特定时间间隔中具有逻辑高值的第一栅极信号被施加到第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2，并且在时间间隔中具有逻辑低值的第二栅极信号被施加到第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2时，可以减少如图2D所示的类似区域“D”的区域。换句话说，与图2E和2F中的相比较，通过将第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2布置成与第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2交叉，可以在图3B中减小渐变区域。因此，解调对比度可以提高到大约75％。解调对比度的值仅是根据示例实施例导出的用于描述效果的示例值，并且本发明构思的效果不限于此。
图4是图3A中的像素D_PXa的电路图。在下文中，包括在第一抽头电路TA1中的栅极的参考数量可以包括“1”，并且包括在第二抽头电路TA2中的栅极的参考数量可以包括“2”，并且包括在第三抽头电路中的栅极的参考数量电路TB1可以包括“3”，包括在第四抽头电路TB2中的栅极的参考数量可以包括“4”。
参见图4，像素电路D_PX_CKTa可以具有4抽头结构，并且包括第一抽头电路TA1、第二抽头电路TA2、第三抽头电路TB1和第四抽头电路TB2。第一抽头电路TA1、第二抽头电路TA2、第三抽头电路TB1和第四抽头电路TB2均可以包括产生电荷的光栅极210a和存储和传输电荷的传输门220a至270a。在下文中，将省略与上面参考图2A给出的描述相同的描述。
第一抽头电路TA1和第二抽头电路TA2可以与第三抽头电路TB1和第四抽头电路TB2交叉。例如，第一抽头电路TA1和第二抽头电路TA2可以彼此对角相邻，并且第三抽头电路TB1和第四抽头电路TB2可以彼此对角地相邻。第一抽头电路TA1可以在X轴方向上与第三抽头电路TB1相邻，并且第二抽头电路TA2可以在X轴方向上与第四抽头电路TB2相邻。
如上所述，与光信号具有第一相位差的第一栅极信号可以在用于产生用于测量距离的像素信号的一特定时间间隔内被施加到第一抽头电路TA1的第一光栅极210a_1和第二抽头电路TA2的第二光栅极210a_2。可以将与光信号具有第二相位差的第二栅极信号施加到第三抽头电路TB1的第三光栅极210a_3和第四抽头电路TB2的第四光栅极210a_4。
在示例实施例中，第一抽头电路TA1、第二抽头电路TA2、第三抽头电路TB1和第四抽头电路TB2均可包括引出电路，该引出电路包括重置门250a、源极跟随器门260a和选择门270a。
第一抽头电路TA1，第二抽头电路TA2，第三抽头电路TB1和第四抽头电路TB2可以分别连接到包括在逻辑电路14(图1)中的引出电路。从第一抽头电路TA1、第二抽头电路TA2、第三抽头电路TB1和第四抽头电路TB2独立输出的像素信号可以被提供给逻辑电路14(图1)。逻辑电路14(图1)可以处理像素信号并将处理后的像素信号提供给处理器。
图5是用于描述施加到具有如图4所示的4抽头结构的像素电路D_PX_CKTa的第一光栅极210a_1、第二光栅极210a_2、第三光栅极210a_3和第四光栅极210a_4的第一栅极信号PGA_S和第二栅极信号PGB_S的图。
参见图5，在第一阶段中，可以将与从光源15(图1)发射的光信号EL具有相同相位的第一栅极信号PGA_S施加到第一光栅极210a_1和第二光栅极210a_2，而具有与光信号EL的相位相差180°的相位的第二栅极信号PGB_S可以施加到第三光栅极210a_3和第四光栅极210a_4。在第二阶段中，具有与光信号EL的相位相差90°的相位的第一栅极信号PGA_S可以被施加到第一光栅极210a_1和第二光栅极210a_2，并且具有与光信号EL的相位相差270°的相位的第二栅极信号PGB_S被施加到第三光栅极210a_3和第四光栅极210a_4。
如上所述，根据示例实施例的像素电路D_PX_CKT对应于4抽头结构，但是可以施加2抽头结构中的感测方案。
图6A和6B是示出根据一些示例实施例的像素电路D_PX_CKTb和像素电路D_PX_CKTc的图。
参见图6A，像素电路D_PX_CKTb与图4的像素电路D_PX_CKTa不同在于第一抽头电路TA1和第二抽头电路TA2可以共享一个电荷存储器，第三抽头电路TB1和第四抽头电路TB2可以共享一个电荷存储器。对于共享电荷存储器的结构，第二抽头电路TA2的第二光栅极210b_2的一端可以连接到第一抽头电路TA1的第一抽头传输门220b_1的一端，并且第四抽头电路TB2的第四光电门210b_4的一端可以连接到第三抽头电路TB1的第三抽头传输门220b_3的一端。
参见图6B，像素电路D_PX_CKTc与图4的像素电路D_PX_CKTa不同在于：第一抽头电路TA1和第二抽头电路TA2可以共用包括第一重置栅极250c_1、第一源极跟随器门260c_1和第一选择门270c_1的引出电路，而第三抽头电路TB1和第四抽头电路TB2可以共享包括第三重置栅极250c_3、第三源极跟随器门260c_3和第三选择门270c_3的引出电路。如图4、6A和6B所示的具有4抽头结构的像素电路D_PX_CKTa、像素电路D_PX_CKTb和像素电路D_PX_CKTc的配置仅是示例，并且本发明构思不限于此。
图7A和7B是用于描述根据一些示例实施例的关于像素D_PXs_a和像素D_PXs_a'的光栅极组排列图案的图。
参见图7A，像素D_PXs_a可以包括第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4。第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4可以具有相同的光栅极组排列图案。例如，第一像素D_PX1中的第一光栅极组的第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2可以与第二光栅极组的第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2交叉。可以将第一像素D_PX1的光栅排列图案应用于第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4。
参见图7B，第一像素D_PX1，第二像素D_PX2，第三像素D_PX3和第四像素D_PX4中的每一个的光栅排列图案可以与在X轴方向和Y轴方向上与其相邻的像素的光栅排列图案不同，并且可以与在对角线方向上与其相邻的像素的光栅排列图案相同。例如，第一像素D_PX1的光栅配置图案可以与第二像素D_PX2和第三像素D_PX3的光栅配置图案不同，并且可以与第四像素D_PX4的光栅配置图案相同。在示例实施例中，像素D_PXs_a'的光栅排列图案可以围绕在Y方向上与穿过像素D_PXs_a'的中心的线'L'对称。
因此，在用于在像素D_PXs_a'中生成像素信号的阶段中，密集地布置其中应用相同栅极信号(例如，与光信号具有相同相位差的栅极信号)的光栅极的区域PXDRa可以是安全的。通过对与通过该区域PXDRa在各个角度上接收的光的特性对应的第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4的像素信号进行合并，可以精确地测量到目标对象T(图1)的距离。
图8A是示出根据示例实施例的像素D_PXb的结构的图，并且图8B是示出当图8A的像素D_PXb的结构时的解调对比度的图。下面描述的像素D_PXb可以应用于图1的像素100。
参见图8A，像素D_PXb包括第一光栅极PGA1、第二光栅极PGA2、第三光栅极PGB1、第四光栅极PGB2、第五光栅极PGC1、第六光栅极PGC2、第七光栅极PGD1、以及第八光栅极PGD2。第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2可以被分组为第一光栅极组，第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2可以被分组为第二光栅极组，第五光栅极PGC1和第六光栅极光栅极PGC2可以被分组为第三光栅极组，并且第七光栅极PGD1和第八光栅极PGD2可以被分组为第四光栅极组。在像素D_PXb内，第一至第四光栅极组可以彼此交叉。像素D_PXb的光栅排列图案可以类似于图3A的像素D_PXa的光栅排列图案。因此，将省略其详细描述。
在示例实施例中，可以将用于产生用于测量距离的像素信号的在特定时间间隔中与光信号具有第一相位差(例如，0°)的第一栅极信号施加到第一光栅极组的第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2，在时间间隔中与光信号具有第二相位差(例如，90°)的第二栅极信号可以施加到第二光栅极组的第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2，在时间间隔中与光信号具有第三相位差(例如，180°)的第三栅极信号可以施加到第三光栅极组的第五光栅极PGC1和第六光栅极PGC2，并且在时间间隔中与光信号具有第四相位差(例如，270°)的第四栅极信号可以被施加到第四光栅极组的第七光栅极PGD1和第八光栅极PGD2。
在示例实施例中，像素D_PXb可以具有包括八个光栅极(例如，第一光栅极PGA1、第二光栅极PGA2、第三光栅极PGB1、第四光栅极PGB2、第五光栅极PGC1、第六光栅极PGC2、第七光栅极PGD1和第八光栅极PGD2)的8抽头结构。如在4抽头结构中用于产生适合于像素D_PXb的结构的像素信号那样，可以调整八个光栅极的栅极信号的相位以在一个时间间隔内执行感测，并且八个光栅极的栅极信号的相位可以应用于第一光栅极PGA1、第二光栅极PGA2、第三光栅极PGB1、第四光栅极PGB2、第五光栅极PGC1、第六光栅极光栅极PGC2、第七光栅极PGD1和第八光栅极PGD2。
参见图8B，当通过图8A的像素D_PXb的结构产生用于测量距离的像素信号时，可以减少参考图2D描述的恶化因子。例如，当具有逻辑高值的栅极信号被施加到第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2并且具有逻辑低值的栅极信号被施加到第三光栅极PGB1、第四光栅极PGB2、第五光栅极光栅极PGC1、第六光栅极PGC2、第七光栅极PGD1和第八光栅极PGD2时，可以减少如图2D所示的区域“D”的区域。因此，在像素D_PXb的结构中，解调对比度可以从大约50％提高到大约62.5％。解调对比度的值仅是为了描述根据示例实施例的效果而导出的示例值，并且本发明构思的效果不限于此。
图9A和9B是用于描述根据一些示例实施例的关于像素D_PXs_b和像素D_PXs_b'的光栅极组排列图案的图。
参见图9A，像素D_PXs_b可以包括第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4，并且第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4可以具有相同的光栅极组排列图案。例如，第一像素D_PX1中，第一光栅极组的第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2，第二光栅极组的第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2，第三光栅极组的第五光栅极PGC1和第六光栅极PGC2以及第四光栅极组的第七光栅极PGD1和第八光栅极PGD2可以相互交叉，其中第一像素D_PX1的光栅极排列图案可以应用于第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4。
参见图9B，第一像素D_PX1，第二像素D_PX2，第三像素D_PX3和第四像素D_PX4中的每一个的光栅排列图案可以与在X轴方向和Y轴方向上与其相邻的像素的光栅排列图案不同，可以与在对角线方向上与其相邻的像素的光栅排列图案相同。例如，第一像素D_PX1的光栅排列图案可以与第二像素D_PX2和第三像素D_PX3的光栅排列图案不同，并且可以与第四像素D_PX4的光栅排列图案相同。在示例实施例中，像素D_PXs_b'的光栅排列图案可以围绕在Y方向上穿过像素D_PXs_b'的中心的线'L'对称。
因此，在用于在像素D_PXs_b'中生成像素信号的阶段中，密集地布置其中施加相同栅极信号(例如，与光信号具有相同相位差的栅极信号)的光栅极的区域PXDRb，可能是安全的。通过在各个角度对与通过该区域PXDRb接收的光的特性对应的第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4的像素信号进行合并，可以精确地测量到目标物体T(图1)的距离。
图10A是示出根据示例实施例的像素D_PXc的结构的图，并且图10B是表示采用图10A的像素D_PXc的结构时的解调对比度的图。下面描述的像素D_PXc可以应用于图1的像素100。
参见图10A，像素D_PXc可以包括第一光栅极PGA1、第二光栅极PGA2、第一漏极栅极DG1和第二漏极栅极DG2。第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2可以被分组为第一光栅极组，并且第一漏极栅极DG1和第二漏极栅极DG2可以被分组为漏极栅极组。然而，根据一些示例实施例，第一漏极栅极DG1和第二漏极栅极DG2可以分别被称为第三光栅极和第四光栅极，并且漏极栅极组可以被称为第二光栅极组。
在像素D_PXc内，第一光栅极组和漏极栅极组可以彼此交叉。例如，第一光栅极组中的第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2可以彼此对角相邻，并且漏极栅极组中的第一漏极栅极DG1和第二漏极栅极DG2可以彼此对角线相邻。第一光栅极PGA1可以在X轴方向上与第一漏极栅极DG1相邻，并且可以在Y轴方向上与第二漏极栅极DG2相邻。此外，第二光栅极PGA2可以在X轴方向上与第二漏极栅极DG2相邻，并且可以在Y轴方向上与第一漏极栅极DG1相邻。
在示例实施例中，在特定时间间隔内与光信号具有第一相位差(例如，0°或90°，270°或360°)的、用于产生用于测量距离的像素信号的第一栅极信号，可以施加于第一光栅极组的第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2。
在示例实施例中，像素D_PXa可以具有4抽头结构，其中相位被调整以在四个时间间隔上如在用于生成适合于像素D_PXb的结构的像素信号的在1抽头结构中那样执行感测的栅极信号可以被施加到第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2。
返回参考图10B，当通过图10A的像素D_PXc的结构产生用于测量距离的像素信号时，可以减少参考图2D描述的恶化因子。例如，在将具有逻辑高值的第一栅极信号施加到第一光栅极PGA1和第二光栅极PGA2并且将具有逻辑低值的第二栅极信号施加到第一漏极栅极DG1和第二漏极栅极DG2的时间间隔中，可以减少如图2D所示的区域“D”的区域。因此，在像素D_PXc的结构中，解调对比度可以提高到大约75％。解调对比度的值仅是为了描述根据示例实施例的效果而导出的示例值，并且本发明构思的效果不限于此。
图11是根据示例实施例的图10A的像素D_PXc的电路图。
参见图11，像素电路D_PX_CKTd可以具有4抽头结构，并且包括第一抽头电路TA1、第二抽头电路TA2、第三抽头电路TD1和第四抽头电路TD2。与图4的像素电路D_PX_CKTa相比，像素电路D_PX_CKTd可以在第三抽头电路TD1和第四抽头电路TD2的结构上不同。第三抽头电路TD1可以包括其一端直接连接到电源电压VDD的第一漏极栅极310_3，第四抽头电路TD2可以包括其一端直接连接到电源电压VDD的第二漏极栅极310_4。像素电路D_PX_CKTd的其他配置类似于图4的像素电路D_PX_CKTa的配置。将省略与上面已经给出的描述相同的描述。
图12A至12C是示出根据一些示例实施例的图3A的像素D_PXa上的微透镜排列的图。
参见图12A，一个微透镜MLa可以在像素D_PXa上。例如，微透镜MLa可以共同位于第一光栅极PGA1、第二光栅极PGA2、第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2上。
参见图12B，包括第一微透镜MLb1和第二微透镜MLb2的两个微透镜可以在像素D_PXa上。例如，第一微透镜MLb1可以共同位于第一光栅极组的第一光栅极PGA1和第二光栅极组的第四光栅极PGB2上，并且第二微透镜MLb2可以共同位于第一光栅极组的第二光栅极PGA2上和第二光栅极组的第三光栅极PGB1。
参见图12C，包括第一至第四微透镜MLc1至MLc4的四个微透镜可以在像素D_PXa上。例如，第一至第四微透镜MLc1至MLc4可以分别独立地布置在第一光栅极PGA1、第二光栅极PGA2、第三光栅极PGB1和第四光栅极PGB2上。
图13A是示出根据示例实施例的像素D_PXd的结构的图，并且图13B是表示采用图13A的像素D_PXd的结构时的解调对比度的图。下面描述的像素D_PXd可以应用于图1的像素100。
参见图13A，像素D_PXd可以包括第一光栅极PGA、第二光栅极PGD、第三光栅极PGB和第四光栅极PGC。第一光栅极PGA和第二光栅极PGD可以被分组为第一光栅极组，并且第三光栅极PGB和第四光栅极PGC可以被分组为第二光栅极组。第一光栅极PGA和第二光栅极PGD是用于产生用于测量距离的像素信号的光栅极，第三光栅极PGB和第四光栅极PGC是用于提高解调对比度性能的光栅极。因此，对应于第一光栅极PGA的第一电荷存储器SDA和对应于第二光栅极PGD的第二电荷存储器SDD可用于产生用于测量距离的像素信号。根据像素D_PXd的一些示例实施例，电荷存储器可以不同地实现为存储二极管、存储门等。
在像素D_PXd内，第一光栅极组和第二光栅极组可以彼此交叉。例如，第一光栅极组中的第一光栅极PGA和第二光栅极PGD可以彼此对角相邻，并且第二光栅极组中的第三光栅极PGB和第四光栅极PGC可以彼此对角线相邻。第一光栅极PGA可以在X轴方向上与第三光栅极PGB相邻，并且可以在Y轴方向上与第四光栅极PGC相邻。此外，第二光栅极PGD可以在X轴方向上与第四光栅极PGC相邻，并且可以在Y轴方向上与第三光栅极PGB相邻。
在示例实施例中，可以在特定时间间隔中将与光信号具有第一相位差(例如，0°或90°)的第一栅极信号施加到第一光栅极组的第一光栅极PGA以产生用于测量距离的像素信号，可以在时间间隔中将与光信号具有第二相位差(例如，180°或270°)的第二栅极信号施加到第一光栅极组的第二光栅极PGD，并且，可以在该时间间隔中将具有逻辑高值的信号施加到第二光栅极组的第三光栅极PGB和第四光栅极PGC。此外，在该时间间隔中，可以控制连接到第三光栅极PGB的第三抽头传输门TGB和连接到第四光栅极PGC的第四抽头传输门TGC被关断。
在示例实施例中，像素D_PXa可以具有包括四个光栅极的4抽头结构(例如，第一光栅极PGA，第二光栅极PGD，第三光栅极PGB和第四光栅极PGC)。可以调整四个光栅极的栅极信号的相位以在两个时间间隔上执行感测，如在用于生成适合于像素D_PXd的结构的像素信号的2抽头结构中一样，并且四个光栅极的栅极信号的相位可以施加于第一光栅极PGA和第二个光栅极PGD。
参见图13B，当通过图13A的像素D_PXd的结构产生用于测量距离的像素信号时，可以减少参照图2D描述的恶化因子。例如，当在特定时间间隔中具有逻辑高值的信号被施加到第一光栅极PGA时，在该时间间隔中第三光栅极PGB和第四光栅极PGC以及具有逻辑低值的信号被施加到第二光栅极PGD，可以减少如图2D所示的区域“D”的区域。因此，在像素D_PXd的结构中，解调对比度可以提高到大约87.5％。解调对比度的值仅是为了描述根据示例实施例的效果而导出的示例值，并且本发明构思的效果不限于此。
图14是用于描述施加到图13A的像素D_PXd的第一光栅极PGA、第二光栅极PGB、第三光栅极PGC和第四光栅极PGD的第一栅极信号PGA_S、第二栅极信号PGD_S和逻辑高信号PGBC_S的图。
参见图13A和14，具有与从光源15(图1)发射的光信号EL相同的相位的第一栅极信号PGA_S可以施加到第一光栅极PGA，并且与光信号EL具有180°相位差的第二栅极信号PGD_S可以施加到第二光栅极PGD。在第二阶段中，与光信号EL具有90°相位差的相位的第一栅极信号PGA_S可以施加到第一光栅极PGA，并且与光信号EL具有270°相位差的相位的第二栅极信号PGD_S可以施加到第二光栅极PGD。逻辑高信号PGBC_S可以在第一阶段和第二阶段中施加到第三光栅极PGB和第四光栅极PGC。
图15是图13A中的像素D_PXd的电路图。在下文中，包括在第一抽头电路TA中的栅极的参考数量可以包括“1”，并且包括在第二抽头电路TD中的栅极的参考数量可以包括“2”，并且包括在第三抽头电路TB中的栅极的参考数量电路可以包括'3'，包括在第四抽头电路TC中的栅极的参考数量可以包括'4'。
参见图15，像素电路D_PX_CKTe可以具有4抽头结构并且包括第一抽头电路TA、第二抽头电路TD、第三抽头电路TB和第四抽头电路TC。第一抽头电路TA、第二抽头电路TD、第三抽头电路TB和第四抽头电路TC均可包括产生电荷的光栅极210a以及存储和传输电荷的传输门220a至270a。
第一抽头电路TA和第二抽头电路TD可以与第三抽头电路TB和第四抽头电路TC交叉。例如，第一抽头电路TA和第二抽头电路TD可以彼此对角相邻，并且第三抽头电路TB和第四抽头电路TC可以彼此对角相邻。第一抽头电路TA可以在X轴方向上与第三抽头电路TB相邻，并且第二抽头电路TD可以在X轴方向上与第四抽头电路TC相邻。
可以在特定时间间隔中将与光信号具有第一相位差的第一栅极信号施加到第一抽头电路TA的第一光栅极210a_1，以产生用于测量距离的像素信号。可以在该时间间隔中将与光信号具有第二相位差的第二栅极信号施加到第二抽头电路TD的第二光栅极210a_2。具有逻辑高值的信号可以在该时间间隔中被施加到第三抽头电路TB的第三光栅极210a_3和第四抽头电路TC的第四光栅极210a_4。图15中的像素电路D_PX_CKTe与图4中的像素电路D_PX_CKTa相同或基本相似。因此，将省略与上面已经给出的描述相同的描述。
图16A和16B是用于描述根据一些示例实施例的像素D_PXs_c和像素D_PXs_c'的光栅极组排列图案的图。
参见图16A，像素D_PXs_c'可以包括第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4，并且第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4可以具有相同的光栅极组排列图案。例如，第一像素D_PX1中的第一光栅极组的第一光栅极PGA和第二光栅极PGD可以与第二光栅极组的第三光栅极PGB和第四光栅极PGC交叉。可以将第一像素D_PX1的光栅极排列图案应用于第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4。
参见图16B，第一像素D_PX1，第二像素D_PX2，第三像素D_PX3和第四像素D_PX4中的每一个的光栅极排列图案可以与在X轴方向和Y轴方向上与其相邻的像素的光栅极排列图案不同，也可以与对角线方向上的与其相邻的光栅极排列图案不同。例如，第一像素D_PX1的光栅极排列图案可以与第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4的光栅极排列图案不同。在示例实施例中，像素D_PXs_c'的光栅极排列图案可以围绕在Y方向上穿过像素D_PXs_c'的中心的线'L'对称。
因此，在用于在像素D_PXs_c'中生成像素信号的阶段中，密集地布置其中施加相同栅极信号(例如，与光信号具有相同相位差的栅极信号)的光栅极的区域PXDRc可能是安全的。通过在各个角度对与通过该区域PXDRc接收的光的特性对应的第一像素D_PX1，第二像素D_PX2，第三像素D_PX3和第四像素D_PX4的像素信号进行合并，可以精确地测量到目标物体T(图1)的距离。
图17A和17B是示出根据一些示例实施例的像素D_PXe和像素D_PXe'的图。
参见图17A，像素D_PXe包括第一光栅极PGA、第二光栅极PGF、第三光栅极PGB、第四光栅极PGE、第五光栅极PGD、第六光栅极PGH、第七光栅极PGC、以及第八光栅极PGG。第一光栅极PGA和第二光栅极PGF可以分组为第一光栅极组，并且第三光栅极PGB、第四光栅极PGE、第五光栅极PGD、第六光栅极PGH、第七光栅极PGC和第八光栅极PGG可以被分组为第二光栅极组。在示例实施例中，第一光栅极组的光栅极的数量可以与第二光栅极组的光栅极的数量不同。可以通过使用第一光栅极组的第一光栅极PGA和第二光栅极PGF来产生用于测量距离的像素信号，并且可以通过使用第二光栅极组的第三光栅极PGB、第四光栅极PGE、第五光栅极PGD、第六光栅极PGH、第七光栅极PGC和第八光栅极PGG来改善解调对比度性能。
参见图17B，像素D_PXe'包括第一光栅极PGA、第二光栅极PGF、第三光栅极PGB、第四光栅极PGE、第五光栅极PGD、第六光栅极PGH、第七光栅极PGC、以及第八光栅极PGG。第一光栅极PGA、第二光栅极PGF、第三光栅极PGB、第四光栅极PGE、第五光栅极PGD和第六光栅极PGH可以被分组为第一光栅极组，并且第七光栅极组栅极PGC和第八光栅极PGG可以被分组为第二光栅极组。在示例实施例中，第一光栅极组的光栅极的数量可以与第二光栅极组的光栅极的数量不同。可以通过使用第一光栅极组的第一光栅极PGA、第二光栅极PGF、第三光栅极PGB、第四光栅极PGE、第五光栅极PGD和第六光栅极PGH来产生用于测量距离的像素信号，可以通过使用第二光栅极组的第七光栅极PGC和第八光栅极PGG来改善解调对比度性能。
然而，图17A和17B中的像素D_PXe和D_PXe'的示例实施例仅是示例，并且本发明构思不限于此。例如，像素可以用这样的结构实现，其中第一光栅极组的光栅极的数量与第二光栅极组的光栅极的数量相同或不同。
图18A和18B是示出根据一些示例实施例的像素D_PXf和像素D_PXf'的图。
参见图18A，像素D_PXf包括第一光栅极PGA、第二光栅极PGB、第三光栅极PGC和第四光栅极PGD。第一光栅极PGA、第二光栅极PGB和第三光栅极PGC可以被分组为第一光栅极组，并且第四光栅极PGD可以被分组为第二光栅极组。
在示例实施例中，在用于根据第一模式Mode_a产生用于测量距离的第一像素信号的多个阶段中，与光信号具有可变的相位差(0°，180°，270°或360°)的第一栅极信号可以施加于第一光栅极组的第一光栅极PGA、第二光栅极PGB和第三光栅极PGC，以及在用于根据第二模式Mode_b产生用于测量距离的第二像素信号的多个阶段中，与光信号具有可变的相位差(180°，0°，270°或90°)的第二栅极信号可以施加于第二光栅极组的第四光栅极PGD。
在示例实施例中，像素D_PXf可以具有包括四个光栅极的4抽头结构(例如，第一光栅极PGA、第二光栅极PGB、第三光栅极PGC和第四光栅极PGD)。可以调整四个光栅极的栅极信号的相位以在四个时间间隔中执行感测，如在用于生成适合于像素D_PXf以及第一模式Mode_a和第二模式Mode_b的结构的第一和第二像素信号的1抽头结构中一样，并且四个光栅极的栅极信号的相位可以应用于第一光栅极PGA、第二光栅极PGB、第三光栅极PGC和第四光栅极PGD。
在示例实施例中，对应于第一光栅极PGA的一些电荷存储器(例如，连接到第一光栅极PGA的电荷存储器SDA)可以用于生成第一像素信号，并且连接到第二光栅极组的第四光栅极PGD的电荷存储器SDD可用于产生第二像素信号。此时，当图像传感器10(图1)的感测条件是低亮度时，选择第一模式Mode_a和第二模式Mode_b中的任何一个，并且可以通过像素D_PXf生成与所选模式相对应的像素信号。在一些示例实施例中，当图像传感器10(图1)的感测条件是相对于阈值亮度的高亮度时，在第一模式Mode_a中使用的电荷存储器SDA可以比在第二模式Mode_b中使用的电荷存储器SDD更快地饱和，可以选择第二模式Mode_b，因此可以经由第二光栅极组(或第四光栅极PGD)生成与第二模式Mode_b对应的第二像素信号。
参见图18B，与图18A不同，在示例性实施例中，与第一光栅极组对应的电荷存储器SDA、电荷存储器SDB和电荷存储器SDC可以用于生成第一像素信号。在一些示例实施例中，当图像传感器10(图1)的感测条件是相对于阈值亮度的高亮度时，在第二模式Mode_b中使用的电荷存储器SDD可以比在第一模式Mode_a'中使用的电荷存储器SDA、电荷存储器SDB和电荷存储器SDC饱和更快，可以选择第一模式Mode_a'，因此可以经由第一光光栅组(或第一光栅PGA、第二光栅PGB和第三光栅PGC)生成与第一模式Mode_a'对应的第一像素信号。
可以通过像素D_PXf和D_PXf'的结构来改善图像传感器10(图1)的动态范围，如图18A和18B所示。
图19是用于描述施加到图18A或18B中的像素D_PXf或D_PXf'的第一光栅极PGA、第二光栅极PGB、第三光栅极PGC和第四光栅极PGD的第一栅极信号PGABC_S和第二栅极信号PGD_S的图。
参见图18A和图19，在第一阶段(或感测阶段)中具有与从光源15(图1)发射的光信号EL相同的相位的第一栅极信号PGABC_S可以施加到第一光栅极PGA、第二光栅极PGB和第三光栅极PGC，而具有与光信号EL的相位相差180°的相位的第二栅极信号PGD_S可以施加到第四光栅极PGD。在第二阶段中具有与光信号EL的相位相差180°的相位的第一栅极信号PGABC_S可以被施加到第一光栅极PGA、第二光栅极PGB和第三光栅极PGC，并且具有与光信号EL的相位相差0°的相位的第二栅极信号PGD_S可以施加到第四光栅极PGD。在第三阶段中，具有与光信号EL的相位相差90°的相位的第一栅极信号PGABC_S可以施加到第一光栅极PGA、第二光栅极PGB和第三光栅极PGC，并且具有与光信号EL的相位相差270°的相位的第二栅极信号PGD_S可以施加到第四光栅极PGD。在第四阶段中，具有与光信号EL的相位相差270°的相位的第一栅极信号PGABC_S可以被施加到第一光栅极PGA、第二光栅极PGB和第三光栅极PGC，以及具有与光信号EL的相位相差90°的相位的第二栅极信号PGD_S可以施加到第四光栅极PGD。
图20是用于描述根据示例实施例的像素D_PXs_d的光栅极组排列图案的图。
参见图20，像素D_PXs_d可以包括第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4。第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4中的每一个的光栅排列图案可以与在X轴方向和Y轴方向上与其相邻的像素的光栅排列图案不同，并且可以与对角线方向上与其相邻的像素的那些不同。例如，第一像素D_PX1的光栅配置图案可以与第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4的光栅配置图案不同。在示例实施例中，像素D_PXs_d的光栅排列图案可以围绕在Y方向上穿过像素D_PXs_d的中心的线'L'对称。
因此，在用于在像素D_PXs_d中生成像素信号的阶段中，其中密集排列在相同模式中施加相同栅极信号(例如，与光信号具有相同相位差的栅极信号)的光栅极的区域PXDRc可能是安全的。通过对与在各个角度通过该区域PXDRc接收的光的特性对应的第一像素D_PX1、第二像素D_PX2、第三像素D_PX3和第四像素D_PX4的像素信号进行合并，可以精确地测量到目标物体T(图1)的距离。
图21是示出包括图1的图像传感器10的图像处理系统1000的图。
参见图21，图像处理系统1000包括图1的图像传感器10和处理器1010。处理器1010包括图像传感器控制器1030、图像信号处理器1020和接口1040。图像传感器控制器1030可以向图像传感器10输出控制信号。在示例实施例中，图像传感器控制器1030可根据图像传感器10的感测条件选择模式以控制图像传感器10以产生适合于所选模式的像素信号。图像信号处理器1020可以通过使用从图像传感器10输出的像素信号来测量到目标物体的距离，并且基于测量结果生成3D图像。例如，图像信号处理器1020可以执行适合于上面参考图1到20描述的图像传感器10的各种像素结构的像素信号处理操作。此外，考虑到图像传感器10的像素结构，图像信号处理器1020可以执行合并操作、插值操作等。
图像传感器控制器1030、图像信号处理器1020和接口1040可以是处理器1010的功能单元。然而，处理器1010不旨在限于所公开的功能单元。在一些示例实施例中，附加功能单元可以包括在处理器1010中。此外，处理器1010可以执行各种功能单元的操作和/或功能，而无需将各种功能单元的操作和/或功能细分为这些各种功能单元。
处理器1010可以是处理电路，诸如包括逻辑电路的硬件、包括软件的处理单元和执行软件的核、或者硬件和处理单元的组合。例如，处理电路可以包括但不限于微处理器、图像处理器、中央处理单元(CPU)、控制器、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微计算机、场可编程门阵列(FPGA)、片上系统(SoC)、可编程逻辑单元或能够以定义的方式响应和执行指令的任何其他类型的专用集成电路(ASI C)。
虽然未具体示出，但是处理器1010可以包括一个或多个存储设备。一个或多个存储设备可以是有形或非暂时性计算机可读存储介质，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、永久大容量存储设备(诸如磁盘驱动器)、固态(例如，NAND闪存)设备、和/或能够存储和记录数据的任何其他类似的数据存储机制。一个或多个存储设备可以被配置为存储用于一个或多个操作系统的计算机程序、程序代码、指令或其某种组合和/或用于实现本文描述的示例实施例。计算机程序、程序代码、指令或其某些组合也可以使用驱动机制从单独的计算机可读存储介质加载到一个或多个存储设备和/或一个或多个计算机处理设备中。这种单独的计算机可读存储介质可以包括通用串行总线(USB)闪存驱动器、记忆棒、蓝光/DVD/CD-ROM驱动器、存储卡和/或其他类似的计算机可读存储介质。计算机程序、程序代码、指令或其某种组合可以经由网络接口而不是通过本地计算机可读存储介质从远程数据存储设备加载到一个或多个存储设备和/或一个或多个计算机处理设备中。另外，计算机程序、程序代码、指令或其某种组合可以从远程计算系统加载到一个或多个存储设备和/或一个或多个处理器中，该远程计算系统被配置为经由网络传输和/或分发计算机程序、程序代码、指令或其某种组合。远程计算系统可以经由有线接口、空中接口和/或任何其他类似介质来传送和/或分发计算机程序、程序代码、指令或其某种组合。
接口1040可以将3D图像发送到显示器1050以进行回放。
虽然已经参考本发明的一些示例实施例具体示出和描述了本发明构思，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

Claims (23)

1.一种图像传感器，包括：
光源，被配置为向目标对象发射光信号；和
像素阵列，包括第一像素，第一像素被配置为基于从目标对象反射的光信号产生像素信号，
其中，第一像素包括第一光栅极组和第二光栅极组，第一光栅极组包括被配置用于接收在时间间隔内与光信号具有第一相位差的第一栅极信号的至少两个光栅极，第二光栅极组包括被配置用于接收在时间间隔内与光信号具有第二相位差的第二栅极信号的至少两个光栅极，
其中，第一光栅极组和第二光栅极组彼此交叉，第一光栅极组中的光栅极对角相邻以及第二光栅极组中的光栅极对角相邻。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一栅极信号具有与所述第二栅极信号的相位相差180°的相位。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，
第一像素被配置为在两个时间间隔上生成像素信号，并且
第一相位差和第二相位差在两个时间间隔的每一个中发生变化。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中包括在所述第二光栅极组中的所述至少两个光栅极包括漏极栅极，所述漏极栅极的一端直接施加电源电压。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，第一像素被配置为在四个时间间隔上生成像素信号，并且第一相位差和第二相位差在四个时间间隔中的每一个中改变。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
包括在第一光栅极组中的至少两个光栅极包括彼此对角相邻的第一光栅极和第二光栅极，以及
包括在第二光栅极组中的至少两个光栅极包括彼此对角相邻的第三光栅极和第四光栅极。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，第一光栅极在第一方向上与第三光栅极相邻，第二光栅极在第一方向上与第四光栅极相邻。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
像素阵列还包括在第一方向或垂直于第一方向的第二方向上与第一像素相邻的第二像素，
所述第二像素包括第三光栅极组和第四光栅极组，所述第三光栅极组包括所述第一栅极信号在所述时间间隔内被施加到其上的至少两个光栅极，所述第四光栅极组包括所述第二栅极信号在所述时间间隔内被施加到其上的至少两个光栅极，其中，第三光栅极组和第四光栅极组彼此交叉，第三光栅极组中的光栅极对角相邻以及第四光栅极组中的光栅极对角相邻，和
第一像素的第一光栅极组和第二光栅极组的排列图案是与第二像素的第三光栅极组和第四光栅极组的排列图案相同或不同中的一个。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，
当第一像素的第一光栅极组和第二光栅极组与第二像素的第三光栅极组和第四光栅极组不同地排列，
第一像素的第一光栅极组的至少两个光栅极中的一个与第二像素的第三光栅极组的至少两个光栅极中的一个在第一方向上相邻，并且
第一像素的第二光栅极组的至少两个光栅极中的一个与第二像素的第四光栅极组的至少两个光栅极中的一个在第一方向上相邻。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一像素还包括第三光栅极组和第四光栅极组，所述第三光栅极组包括被配置为在时间间隔中接收与所述光信号具有第三相位差的第三栅极信号的至少两个光栅极，第四光栅极组包括被配置为在时间间隔中接收与所述光信号具有第四相位差的第四栅极信号的至少两个光栅极，
其中，第三光栅极组和第四光栅极组彼此交叉，第三光栅极组中的光栅极对角相邻以及第四光栅极组中的光栅极对角相邻。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，每个第一栅极信号和第四栅极信号之间的相位差是270°。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，第一像素被配置为在一个时间间隔上生成像素信号。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
第一像素还包括对应于第一光栅极组的第一抽头电路和对应于第二光栅极组的第二抽头电路，以及
第一抽头电路和第二抽头电路在第一像素中彼此对角相邻。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，
第一抽头电路中的一个在第一方向上与第二抽头电路中的一个相邻，并且
第一抽头电路中的另一个在第一方向上与第二抽头电路中的另一个相邻。
15.一种图像传感器，包括：
光源，被配置为向目标对象发射光信号；和
像素阵列，包括第一像素，第一像素被配置为基于从目标对象反射的光信号产生像素信号，
其中，第一像素包括第一光栅极组和第二光栅极组，第一光栅极组包括被配置为用于在时间间隔内接收第一栅极信号的至少两个光栅极，每个栅极信号与光信号具有相位差，并且第二光栅极组包括被配置为在该时间间隔内接收具有逻辑高值的第二栅极信号的至少两个光栅极，
其中，第一光栅极组和第二光栅极组彼此交叉，第一光栅极组中的光栅极对角相邻以及第二光栅极组中的光栅极对角相邻。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，
包括在第一光栅极组中的至少两个光栅极包括彼此对角相邻的第一光栅极和第二光栅极，以及
包括在第二光栅极组中的至少两个光栅极包括彼此对角相邻的第三光栅极和第四光栅极。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，
第一光栅极被配置为在时间间隔中接收与光信号具有第一相位差的第一栅极信号中的一个，以及
第二光栅极被配置为在时间间隔中接收与光信号具有第二相差的第一栅极信号中的另一个。
18.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，
第一像素还包括对应于第二光栅极组的抽头传输门，以及
抽头传输门被配置为在时间间隔中接收具有逻辑低值的第三栅极信号。
19.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，
像素阵列还包括第二像素，第二像素在第一方向或垂直于第一方向的第二方向上与第一像素相邻，
所述第二像素包括第三光栅极组和第四光栅极组，所述第三光栅极组包括被配置为接收所述第一栅极信号的至少两个光栅极，所述第四光栅极组包括被配置为接收所述第二栅极组的至少两个光栅极，其中，第三光栅极组和第四光栅极组彼此交叉，第三光栅极组中的光栅极对角相邻以及第四光栅极组中的光栅极对角相邻，和
第一像素的第一光栅极组和第二光栅极组的排列图案是与第二像素的第三光栅极组和第四光栅极组的排列图案相同或不同的一个。
20.一种图像传感器，包括：
光源，被配置为向目标对象发射光信号；和
像素阵列，包括第一像素，第一像素被配置为基于从目标对象反射的光信号产生像素信号，
其中第一像素包括第一光栅极组和第二光栅极组，第一光栅极组包括被配置为接收第一栅极信号的多个第一光栅极和根据第一模式产生第一像素信号，每个第一栅极信号在多个时间内与光信号具有可变的相位差，第二光栅极组包括被配置为接收第二栅极信号的多个第二光栅极和根据第二模式产生第二像素信号，每个第二栅极信号在多个时间间隔内与光信号具有可变的相位差。
21.根据权利要求20所述的图像传感器，其中所述第一栅极信号中的对应一个与所述第二栅极信号中的对应一个之间的相位差是180°。
22.根据权利要求20所述的图像传感器，其中，
第一像素具有4抽头结构，4抽头结构包括4个光栅极，第一像素包括具有3个光栅极的第一光栅极组和具有1个光栅极的第二光栅极组，
包括在第一光栅极组中的光栅极被配置为在四个时间间隔内接收与光信号顺序地具有0°、180°、90°和270°相位差的第一栅极信号，以及
包括在第二光栅极组中的光栅极被配置为在四个时间间隔内接收与光信号顺序地具有180°、0°、270°和90°相位差的第二栅极信号。
23.根据权利要求20所述的图像传感器，还包括：
多个电荷存储器，对应于第一光栅极组，并被配置为产生第一像素信号，
其中，当图像传感器的感测条件是相对于阈值亮度的高亮度时，图像传感器被配置为选择第一模式并从第一光栅极组输出第一像素信号。
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