CN115249718A - 包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置 - Google Patents

包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置 Download PDF

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Abstract

提供了包括分色透镜阵列的图像传感器和电子装置。图像传感器包括：传感器基板，包括多个第一像素和多个第二像素，其中第一像素中的每一个包括在第一方向和第二方向上二维布置的多个光敏单元，并且第一组的第一像素包括第一边缘区域和第二边缘区域，第一边缘区域和第二边缘区域被布置在第一像素在第一方向上的相对边缘，并且第一组的第一像素针对入射到第一边缘区域和第二边缘区域上的光输出第一光敏信号和第二光敏信号。

Description

包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子 装置
相关申请的交叉引用
本申请基于2021年4月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0054630并且要求其优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
提供了一种包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置，其中所述分色透镜阵列能够根据入射光的波长分别聚焦入射光。
背景技术
图像传感器通常通过使用滤色器来感测入射光的颜色。然而，因为滤色器吸收除了对应颜色的光以外的颜色的光，所以滤色器可能具有低的光利用效率。例如，当使用RGB滤色器时，只有1/3的入射光被透射，而另外(即2/3)的入射光被吸收。因此，光利用效率仅为约33％。因此，在彩色显示装置或彩色图像传感器中，大部分光损失发生在滤色器中。
发明内容
提供了通过使用分色透镜阵列具有改进的光利用效率的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置，所述分色透镜阵列能够根据入射光的波长分别聚焦入射光。
还提供了能够在包括分色透镜阵列的同时提高自动对焦性能的图像传感器以及包括所述图像传感器的电子装置。
附加方面部分地将在接下来的描述中阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过实践本公开所呈现的实施例而获知。
根据本公开的一个方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器基板，包括被配置为感测第一波长的光的多个第一像素和被配置为感测与第一波长不同的第二波长的光的多个第二像素；以及分色透镜阵列，被配置为使第一波长的光会聚到多个第一像素上并且使第二波长的光会聚到多个第二像素上，其中第一像素中的每一个包括在第一方向和与第一方向垂直的第二方向上二维布置的多个光敏单元，多个光敏单元被配置为独立地感测入射光，并且多个第一像素中的第一组的第一像素包括第一边缘区域和第二边缘区域，第一边缘区域和第二边缘区域被布置在第一像素在第一方向上的相对边缘，第一组的第一像素被配置为针对第一边缘区域和第二边缘区域上的入射光输出第一光敏信号和第二光敏信号。
第一边缘区域与第二边缘区域在第一方向上的距离可以等于或大于第一边缘区域在第一方向上的宽度。
第一组的第一像素还可以被配置为针对入射到第一边缘区域与第二边缘区域之间的区域上的光输出第三光敏信号。
第一组的第一像素还可以被配置为针对入射到第一边缘区域与第二边缘区域之间的区域上的光不输出光敏信号。
第一组的第一像素的多个光敏单元可以包括在第一方向上布置的第一光敏单元和第二光敏单元。
第一光敏单元和第二光敏单元中的每一个可以包括：在第一方向上布置的第一光电二极管和第二光电二极管，第一光敏单元的第一光电二极管可以被布置在第一边缘区域中并且第二光敏单元的第二光电二极管被布置在第二边缘区域中，并且第一组的第一像素可以被配置为输出来自第一光敏单元的第一光电二极管的第一光敏信号和来自第二光敏单元的第二光电二极管的第二光敏信号。
第一光敏单元和第二光敏单元中的每一个可以包括一个光电二极管，并且第一组的第一像素可以包括：掩蔽图案，被配置为阻挡第一光敏单元的光电二极管中的第一剩余区域，第一剩余区域与第一光敏单元的光电二极管的受光表面中的第一边缘区域不同，并且掩蔽图案被配置为阻挡第二光敏单元的光电二极管中的第二剩余区域，第二剩余区域与第二光敏单元的光电二极管的受光表面中的第二边缘区域不同。
第一组的第一像素的多个光敏单元可以包括在第一方向上顺序布置的第一光敏单元、第二光敏单元和第三光敏单元。
第一光敏单元、第二光敏单元和第三光敏单元中的每一个可以包括一个光电二极管，第一光敏单元可以被布置在第一边缘区域中并且第三光敏单元被布置在第二边缘区域中，并且第一组的第一像素可以被配置为输出来自第一光敏单元的第一光敏信号和来自第三光敏单元的第二光敏信号。
第一光敏单元和第三光敏单元中的每一个可以包括：在第一方向上布置的第一光电二极管和第二光电二极管，第一光敏单元的第一光电二极管可以被布置在第一边缘区域中并且第三光敏单元的第二光电二极管被布置在第二边缘区域中，并且第一组的第一像素可以被配置为输出来自第一光敏单元的第一光电二极管的第一光敏信号和来自第三光敏单元的第二光电二极管的第二光敏信号。
第一组的第一像素的多个光敏单元可以包括在第一方向上顺序布置的第一光敏单元、第二光敏单元、第三光敏单元和第四光敏单元。
第一光敏单元、第二光敏单元、第三光敏单元和第四光敏单元中的每一个可以包括一个光电二极管，第一光敏单元可以被布置在第一边缘区域中并且第四光敏单元被布置在第二边缘区域中，并且第一组的第一像素可以被配置为输出来自第一光敏单元的第一光敏信号和来自第四光敏单元的第二光敏信号。
第一光敏单元、第二光敏单元、第三光敏单元和第四光敏单元中的每一个可以包括：在第一方向上布置的第一光电二极管和第二光电二极管，第一光敏单元的第一光电二极管可以被布置在第一边缘区域中并且第四光敏单元的第二光电二极管被布置在第二边缘区域中，并且第一组的第一像素可以被配置为输出来自第一光敏单元的第一光电二极管的第一光敏信号和来自第四光敏单元的第二光电二极管的第二光敏信号。
多个第一像素中的第二组的第一像素可以包括：第三边缘区域和第四边缘区域，第三边缘区域和第四边缘区域被布置在第二组的第一像素在第二方向上的相对边缘，并且第二组的第一像素被配置为输出针对入射到第三边缘区域上的光的第三光敏信号和针对入射到第四边缘区域上的光的第四光敏信号。
多个光敏单元中的第二组的第一像素可以包括：在第二方向上顺序布置的第一光敏单元、第二光敏单元和第三光敏单元，第一光敏单元、第二光敏单元和第三光敏单元中的每一个可以包括一个光电二极管，第一光敏单元被布置在第三边缘区域中并且第三光敏单元可以被布置在第四边缘区域中，并且第二组的第一像素可以被配置为输出来自第一光敏单元的第三光敏信号和来自第三光敏单元的第四光敏信号。
多个第一像素中的第三组的第一像素可以包括在对角方向上的两侧的第一顶点区域和第二顶点区域，第三组的第一像素可以被配置为输出针对入射到第一顶点区域上的光的第五光敏信号和针对入射到第二顶点区域上的光的第六光敏信号。
第三组的第一像素中的多个光敏单元可以包括：在第一像素的第一顶点的第一光敏单元、在第一方向邻近第一光敏单元的第二光敏单元、在第二方向上邻近第一光敏单元的第三光敏单元、在第一像素的第二顶点布置的第四光敏单元、在第一方向上邻近第四光敏单元的第五光敏单元、以及在第二方向上邻近第四光敏单元的第六光敏单元，第一光敏单元、第二光敏单元、第三光敏单元、第四光敏单元、第五光敏单元和第六光敏单元中的每一个包括一个光电二极管，第一光敏单元、第二光敏单元和第三光敏单元被布置在第一顶点区域中并且第四光敏单元、第五光敏单元和第六光敏单元被布置在第二顶点区域中，并且第三组的第一像素被配置为输出来自第一光敏单元、第二光敏单元、第三光敏单元的第五光敏信号以及来自第四光敏单元、第五光敏单元和第六光敏单元的第六光敏信号。
在图像传感器的整个区域中，第一组的第一像素可以被布置在第一方向上的第一区域中，第二组的第一像素被布置在第二方向上的第二区域中，并且第三组的第一像素被布置在对角方向上的第三区域中。
传感器基板与分色透镜阵列之间的距离可以是分色透镜阵列对于第一波长光的焦距的约30％至约70％。
图像传感器还可以包括：间隔层，被布置在传感器基板与分色透镜阵列之间，以在传感器基板与分色透镜阵列之间形成距离。
分色透镜阵列可以包括：被配置为使第一波长的光会聚到第一像素上的第一波长光会聚区域和被配置为使第二波长的光会聚到第二像素上的第二波长光会聚区域，并且第一波长光会聚区域的面积大于多个第一像素中的第一像素的面积并且第二波长光会聚区域的面积大于多个第二像素中的第二像素的面积，并且第一波长光会聚区域与第二波长光会聚区域部分地重叠。
分色透镜阵列可以包括：第一像素区域，被布置在与第一像素中的每个第一像素相对应的位置；以及第二像素区域，被布置在与第二像素中的每个第二像素相对应的位置，其中，穿过第一像素区域的中心的第一波长的光的相位与穿过第二像素区域的第一波长的光的相位之间的差是约0.9π至约1.1π。
根据本公开的另一方面，提供了一种电子装置，包括：图像传感器，被配置为将光学图像转换为电信号；处理器，被配置为控制图像传感器的操作并且存储和输出由图像传感器生成的信号；以及透镜组件，用于将来自目标的光提供给图像传感器，其中图像传感器包括：传感器基板，包括被配置为感测第一波长的光的多个第一像素和被配置为感测与第一波长不同的第二波长的光的多个第二像素；以及分色透镜阵列，被配置为使第一波长的光会聚到多个第一像素上并且使第二波长的光会聚到多个第二像素上，其中第一像素中的每一个包括在第一方向和与第一方向垂直的第二方向上二维布置的多个光敏单元，多个光敏单元被配置为独立地感测入射光，并且多个第一像素中的第一组的第一像素包括第一边缘区域和第二边缘区域，第一边缘区域和第二边缘区域被布置在第一像素在第一方向上的相对边缘，第一组的第一像素被配置为针对第一边缘区域和第二边缘区域上的入射光输出第一光敏信号和第二光敏信号，并且处理器还被配置为基于第一光敏信号与第二光敏信号之间的差生成自动对焦信号。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的一些实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
图1是根据实施例的图像传感器的框图；
图2A至图2C是示出图像传感器的像素阵列中的各种像素布置的示例的图；
图3A和图3B是示出根据实施例的分色透镜阵列的结构和作用的概念图；
图4A和图4B是从不同截面看到的根据实施例的图像传感器中的像素阵列的截面图；
图5A是示出像素阵列中的像素布置的平面图，图5B是示出在分色透镜阵列的多个区域中布置多个纳米柱的示例的平面图，并且图5C是示出图5B的一部分的放大图的平面图；
图6A是示出沿图5B的线I-I′穿过分色透镜阵列的绿色光和蓝色光的相位分布的图，图6B是示出穿过分色透镜阵列的绿色光在像素对应区域的中心处的相位的图，并且图6C是示出穿过分色透镜阵列的蓝色光在像素对应区域的中心处的相位的图；
图6D是示出入射到第一绿色光会聚区域上的绿色光的行进方向的示例的图，并且图6E是示出第一绿色光会聚区域的阵列的示例的图；
图6F是示出入射在蓝色光会聚区域上的蓝色光的行进方向的示例的图，并且图6G是示出蓝色光会聚区域的阵列的示例的图；
图7A是示出沿图5B的线II-II’穿过分色透镜阵列的红色光和绿色光的相位分布的图，图7B是示出穿过分色透镜阵列的红色光在像素对应区域的中心处的相位的图，并且图7C是示出穿过分色透镜阵列的绿色光在像素对应区域的中心处的相位的图；
图7D是示出入射到红色光会聚区域上的红色光的行进方向的示例的图，并且图7E是示出红色光会聚区域的阵列的示例的图；
图7F是示出入射到第二绿色光会聚区域上的绿色光的行进方向的示例的图，并且图7G是示出第二绿色光会聚区域的阵列的示例的图；
图8A和图8B是示出分色透镜阵列的另一示例的图；
图9A和图9B是用于描述间隔层的厚度与光会聚的区域之间的关系的图；
图10A至图10C是用于描述自动对焦功能的原理的图，其示出了入射到图像传感器的像素阵列上的光的分布根据图像传感器的像素阵列与透镜之间的距离的改变而改变的示例；
图11是示出当光倾斜地入射到图像传感器的像素阵列上时在传感器基板上形成的光分布的示例的图；
图12是示出根据实施例的图像传感器的用于提供相位检测自动对焦方法中的自动对焦信号的像素阵列的示例性结构的平面图；
图13是示出根据另一实施例的图像传感器的用于提供相位检测自动对焦方法中的自动对焦信号的像素阵列的示例性结构的平面图；
图14A至图14C是示出实施例和对比示例的根据入射角的改变的输出信号的对比度的曲线图；
图15至图21是示出根据另一实施例的图像传感器的用于提供相位检测自动对焦方法中的自动对焦信号的像素阵列的示例性结构的平面图；
图22是根据一个或多个实施例的包括图像传感器的电子装置的框图；
图23是图22中的相机模块的框图；以及
图24至图33是示出应用根据一个或多个实施例的图像传感器的电子装置的各种示例的图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，在附图中示出实施例的示例，其中，在全部附图中用类似的附图标记表示类似的元件。在这点上，示例性实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个项目的任意和所有组合。诸如“...中的至少一个”之类的表述当在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
在下文中，将参考附图详细描述包括分色透镜阵列的图像传感器和包括该图像传感器的电子装置。本公开的实施例能够进行各种修改，并且可以以许多不同的形式来体现。在附图中，相似的附图标记表示相似的组件，并且为了便于说明，附图中组件的尺寸可能被放大。
当层、膜、区域或板被称为在另一元件“上”时，其可以直接置于另一层或基板的上方/下方/左侧/右侧，或者也可以存在中间层。
应理解，尽管术语“第一”和“第二”等可以在本文中用于描述各个组件，这些组件不应受这些术语限制。这些组件仅用来将组件彼此区分。这些术语不将组件的材料或结构限制为彼此不同。
单数形式的表述涵盖复数表述，除非在上下文中具有明确的不同意义。还将理解的是，当将一部分引用为“包括”另一组件时，该部分可以不排除另一组件，而是还可以包括另一组件，除非上下文另外说明。
此外，本文提供的诸如“单元”、“模块”等之类的术语指示执行至少一种功能或操作并且可以通过硬件、软件或硬件和软件的组合实现的单元。
术语“上述”和类似指示术语的使用可以与单数形式和复数形式两者相对应。
此外，可以按照任何合适的顺序执行本文中描述的所有方法的步骤，除非本文另外指出或者上下文另外明确地相反指示。此外，所有示例性术语(例如等)的使用仅用于详细描述技术思想，并且权利范围不受这些术语的限制，除非上下文由权利要求所限制。
图1是根据示例实施例的图像传感器1000的框图。参考图1，图像传感器1000可以包括像素阵列1100、时序控制器(T/C)1010、行解码器1020和输出电路1030。图像传感器1000可以包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
像素阵列1100包括在多个行和列中二维布置的像素。行解码器1020响应于从时序控制器1010输出的行地址信号，选择像素阵列1100中的行之一。输出电路1030输出来自在被选择的行中布置的多个像素的列单元中的光敏信号。为此，输出电路1030可以包括列解码器和模数转换器(ADC)。例如，输出电路1030可以包括：列解码器；以及为像素阵列1100中的列分别布置的多个ADC或在列解码器的输出端布置的一个ADC。时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030可以被实现为一个芯片或实现在分离的芯片中。用于处理从输出电路1030输出的图像信号的处理器可以被实现为具有时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030的一个芯片。
像素阵列1100可以包括感测不同波长的光的多个像素。可以通过各种方式实现像素布置。例如，图2A至图2C示出了图像传感器1000的像素阵列1100中的各种像素布置。
图2A示出了图像传感器1000中普遍采用的拜尔图案。参考图2A，一个单位图案包括四个象限区域，并且第一象限至第四象限可以分别是蓝色像素B、绿色像素G、红色像素R和绿色像素G。所述单位图案可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上二维重复布置。换言之，在2×2阵列的单位图案中，两个绿色像素G在一个对角方向上布置，而一个蓝色像素B和一个红色像素R在另一个对角方向上布置。在整个像素布置中，可以沿第二方向重复地布置其中多个绿色像素G和多个蓝色像素B沿第一方向交替布置的第一行、以及其中多个红色像素R和多个绿色像素G沿第一方向交替布置的第二行。
像素阵列1100可以以各种阵列图案而不是拜尔图案布置。例如，参考图2B，可以使用CYGM布置，其中洋红色像素M、青色像素C、黄色像素Y和绿色像素G构成一个单位图案。此外，参考图2C，可以使用RGBW布置，其中绿色像素G、红色像素R、蓝色像素B和白色像素W构成一个单位图案。根据另一示例实施例，单位图案可以具有3×2阵列形式。除了上述示例之外，像素阵列1100中的像素可以根据图像传感器1000的颜色特性以各种方式布置。在下文中，将描述图像传感器1000的像素阵列1100具有拜尔图案，但是操作原理可以应用于像素布置的除了拜尔图案以外的其他图案。
图像传感器1000的像素阵列1100可以包括：用于会聚与每个像素相对应的颜色的光的分色透镜阵列。图3A和图3B是示出分色透镜阵列的结构和作用的图。
参考图3A，分色透镜阵列CSLA可以包括：多个纳米柱NP，其根据入射光Li的入射位置有差别地改变其相位。分色透镜阵列CSLA可以以各种方式划分。例如，分色透镜阵列CSLA可以划分为：第一像素对应区域R1，其与入射光Li中包括的第一波长光Lλ1会聚到的第一像素PX1相对应；以及第二像素对应区域R2，其与入射光Li中包括的第二波长光Lλ2会聚到的第二像素PX2相对应。第一像素对应区域R1和第二像素对应区域R2中的每一个可以包括一个或多个纳米柱NP，并且第一像素对应区域R1和第二像素对应区域R2可以分别面对第一像素PX1和第二像素PX2。在另一示例中，分色透镜阵列CSLA可以划分为：用于使第一波长光Lλ1会聚到第一像素PX1上的第一波长光会聚区域L1、以及用于使第二波长光Lλ2会聚到第二像素PX2上的第二波长光会聚区域L2。第一波长光会聚区域L1和第二波长光会聚区域L2可以彼此部分地重叠。
分色透镜阵列CSLA可以生成入射光Li中包括的第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2的不同的相位分布，以使第一波长光Lλ1可以会聚到第一像素PX1上并且使第二波长光Lλ2可以会聚到第二像素PX2上。
根据示例实施例，参考图3B，在第一和第二波长光刚穿过分色透镜阵列CSLA之后的位置(例如在分色透镜阵列CSLA的下表面上)，分色透镜阵列CSLA可以使第一波长光Lλ1具有第一相位分布PP1并且第二波长光Lλ2具有第二相位分布PP2，以使第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2可以分别会聚在对应的第一像素PX1和第二像素PX2上。具体地，穿过分色透镜阵列CSLA的第一波长光Lλ1可以具有第一相位分布PP1，其在第一像素对应区域R1的中心最大，并且随着远离第一像素对应区域R1的中心(即，朝着第二像素对应区域R2)而减小。这样的相位分布类似于光在穿过凸透镜(例如在第一波长光会聚区域L1中具有凸心的微透镜)之后聚合到一个点的相位分布，并且第一波长光Lλ1可以会聚到第一像素PX1上。此外，穿过分色透镜阵列CSLA的第二波长光Lλ2具有第二相位分布PP2，其在第二像素对应区域R2的中心最大，并且随着远离第二像素对应区域R2的中心(例如朝着第一像素对应区域R1)而减小，因此第二波长光Lλ2可以会聚到第二像素PX2上。
因为材料的折射率根据光的波长而变化，如图3B所示，分色透镜阵列CSLA可以提供关于第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2的不同的相位分布。换言之，因为相同的材料根据与该材料作用的光的波长而具有不同的折射率，并且穿过该材料的光的相位延迟根据波长而不同，所以相位分布可以根据波长变化。例如，第一像素对应区域R1对于第一波长光Lλ1的折射率和第一像素对应区域R1对于第二波长光Lλ2的折射率可以彼此不同，并且穿过第一像素对应区域R1的第一波长光Lλ1的相位延迟和穿过第一像素对应区域R1的第二波长光Lλ2的相位延迟可以彼此不同。因此，当基于光的特性设计分色透镜阵列CSLA时，可以针对第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2提供不同的相位分布。
分色透镜阵列CSLA可以包括根据特定规则布置的纳米柱NP，以使第一波长光Lλ1和第二波长光Lλ2可以分别具有第一相位分布PP1和第二相位分布PP2。此处，所述规则可以应用于参数，例如纳米柱NP的形状、尺寸(宽度和高度)、纳米柱NP之间的距离、以及其布置形式，并且这些参数可以根据相位分布确定，以通过分色透镜阵列CSLA来实现。
在第一像素对应区域R1中布置纳米柱NP的规则和在第二像素对应区域R2中布置纳米柱NP的规则可以彼此不同。换言之，第一像素对应区域R1中的纳米柱NP的尺寸、形状、间隔和/或布置可以与第二像素对应区域R2中的纳米柱NP中的这些参数不同。
纳米柱NP的截面直径可以具有亚波长尺寸。此处，亚波长指小于要分出的光的波段的波长。纳米柱NP可以具有小于第一波长和第二波长中较短的波长的尺寸。当入射光Li是可见光线时，纳米柱NP的截面直径可以小于例如400nm、300nm或200nm。此外，纳米柱NP的高度可以是大于截面直径的约500nm至约1500nm。根据示例实施例，纳米柱NP可以通过组合在高度方向(Z方向)上堆叠的两个或更多个柱来获得。
纳米柱NP可以包括具有比周围材料的折射率高的折射率的材料。例如，纳米柱NP可以包括c-Si、p-Si、a-Si、III-V族化合物半导体(GaP、GaN、GaAs等)、SiC、TiO2、SiN和/或其组合。具有与周围材料的折射率不同的折射率的纳米柱NP可以改变穿过纳米柱NP的光的相位。这是由于纳米柱NP的亚波长的形状尺寸而出现的相位延迟所导致的，并且相位延迟的程度可以由纳米柱NP的具体形状尺寸和布置形状来确定。纳米柱NP周围的材料可以包括具有比纳米柱NP的折射率低的折射率的介电材料。例如，周围材料可以包括SiO2或空气。
第一波长λ1和第二波长λ2可以在红外线和可见光线的波段中。然而，本公开不限于此，因此根据另一示例实施例，可以根据多个纳米柱NP的阵列的规则实现各个波段。此外，以分出并且会聚两个波长作为示例。然而，本公开不限于此，因此根据另一示例实施例，入射光可以根据波长被分到三个方向或更多方向并且会聚。
此外，分色透镜阵列CSLA包括一个单层，但是分色透镜阵列CSLA可以具有多个层堆叠的结构。例如，第一层可以将可见光线会聚到特定像素并且第二层可以将红外线会聚到另一个像素。
在下文中，将上述分色透镜阵列CSLA的示例应用于图像传感器1000的像素阵列1100。
图4A和图4B是从不同截面看到的图像传感器1000中的像素阵列1100的截面图，图5A是示出图像传感器1000的像素阵列1100中的像素的布置的平面图，图5B是示出在图像传感器1000的像素阵列1100中的分色透镜阵列的多个区域中布置多个纳米柱的示例的平面图，并且图5C是示出图5B中的一部分的放大图的平面图。
图4A和图4B是从不同截面看到的图像传感器1000中的像素阵列1100的截面图。根据示例实施例，所述不同截面可以是图5A所示的截面。参考图4A和图4B，图像传感器1000的像素阵列1100包括：传感器基板110，包括用于感测光的多个像素111、112、113和114；透明的间隔层120，设置在传感器基板110上；以及间隔层120上的分色透镜阵列130。
传感器基板110可以包括将光转换为电信号的第一绿色像素111、蓝色像素112、红色像素113和第二绿色像素114。此外，第一绿色像素111和蓝色像素112在第一方向(X方向)上交替布置，并且在沿Y方向截取的不同的截面中，红色像素113和第二绿色像素114可以如图4B所示地交替布置。图5A示出了当图像传感器1000的像素阵列1100具有如图2A所示的拜尔图案布置时的像素的布置。提供上述布置，用于利用诸如拜尔图案之类的单位图案分别感测入射光，例如，第一绿色像素111和第二绿色像素114可以感测绿色光，蓝色像素112可以感测蓝色光，并且红色像素113可以感测红色光。虽然在附图中未示出，但是还可以在单元之间的边界上形成用于分隔单元的分隔器。
参考图5A，像素111、112、113和114中的一些或全部可以各自包括四个或更多个光敏单元，并且一个像素中包括的四个或更多个光敏单元可以共享分色透镜阵列的光会聚区域。当在一个像素中包括可以独立感测光的多个光敏单元时，图像传感器的分辨率可以提高。此外，图像传感器1000和/或包括图像传感器1000的相机设备的自动对焦功能可以通过使用从光敏单元获得的信号之间的差来实现。根据图5A所示的示例实施例，当所有的绿色像素、蓝色像素和红色像素111、112、113和114均包括四个光敏单元时，第一绿色像素111包括第1-1至第1-4(即第一组的第一至第四)绿色光感测单元111a、111b、111c和111d，蓝色像素112包括第一至第四蓝色光感测单元112a、112b、112c和112d，红色像素113包括第一至第四红色光感测单元113a、113b、113c和113d，并且第二绿色像素114包括第2-1至第2-4(即第二组的第一至第四)绿色光感测单元114a、114b、114c和114d。
间隔层120布置在传感器基板110与分色透镜阵列130之间，以使传感器基板110与分色透镜阵列130之间的距离保持恒定。间隔层120可以包括对于可见光线透明的材料，例如在可见光线波段中具有比纳米柱NP的折射率低的折射率和低吸收系数的介电材料，例如SiO2、硅氧烷基旋涂玻璃(SOG)等。间隔层120的厚度120h可以基于由分色透镜阵列130会聚的光的焦距来确定，例如，可以是参考波长λ0的光的焦距的约1/2(如后文的描述)。当间隔层120对于参考波长λ0的折射率是n并且像素之间的间距是p时，由分色透镜阵列130会聚的参考波长光λ0的焦距f可以由以下等式1表示。
Figure BDA0003435499340000141
假设参考波长λ0是540nm(例如绿色光)、像素111、112、113和114之间的间距是0.8μm、以及间隔层120在540nm的波长下的折射率n是1.46，绿色光的焦距f(即分色透镜阵列130的下表面与绿色光聚合的点之间的距离)是约1.64μm并且间隔层120的厚度120h可以是约0.82μm。在另一示例中，假设参考波长λ0是540nm(例如绿色光)、像素111、112、113和114之间的间距是1.2μm、以及间隔层120在540nm的波长下的折射率n是1.46，绿色光的焦距f是约3.80μm并且间隔层120的厚度120h可以是约1.90μm。
换言之，当像素间距是约0.5μm至约0.9μm时，上述间隔层120的厚度120h可以是像素间距的约70％至约120％，并且当像素间距是约0.9μm至约1.3μm时，可以是像素间距的约110％至约180％。
分色透镜阵列130可以包括：纳米柱NP，由间隔层120支撑并且改变入射光的相位；以及介电材料，在纳米柱NP之间并且具有小于纳米柱NP的折射率的折射率，例如是空气或SiO2。
参考图5B，分色透镜阵列130可以划分为与图5A的像素111、112、113和114相对应的四个像素对应区域131、132、133和134。第一绿色像素对应区域131与第一绿色像素111相对应并且可以沿竖直方向在第一绿色像素111上，蓝色像素对应区域132与蓝色像素112相对应并且可以沿竖直方向在蓝色像素112上，红色像素对应区域133与红色像素113相对应并且可以沿竖直方向在红色像素113上，第二绿色像素对应区域134与第二绿色像素114相对应并且可以沿竖直方向在第二绿色像素114上。即，分色透镜阵列130的像素对应区域131、132、133和134可以布置为在竖直方向上分别面对传感器基板110的像素111、112、113和114。像素对应区域131、132、133和134可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上二维地布置，以使其中第一绿色像素对应区域131与蓝色像素对应区域132交替布置的第一行和其中红色像素对应区域133与第二绿色像素对应区域134交替布置的第二行交替布置。分色透镜阵列130包括：多个单位图案，其像传感器基板110的像素阵列那样二维布置，并且单位图案中的每一个包括在2×2阵列中布置的像素对应区域131、132、133和134。
此外，类似于参考图3B的上述描述，分色透镜阵列130可以划分为用于会聚绿色光的绿色光会聚区域、用于会聚蓝色光的蓝色光会聚区域、以及用于会聚红色光的红色光会聚区域。
分色透镜阵列130可以包括：纳米柱NP，其尺寸、形状、间隔和/或布置被定义为：使绿色光分离并且朝着第一绿色像素111和第二绿色像素114会聚、使蓝色光分别朝着蓝色像素112会聚、以及使红色光分别朝着红色像素113会聚。此外，分色透镜阵列130在第三方向(Z方向)上的厚度可以类似于纳米柱NP的高度，并且可以是约500nm至约1500nm。
参考图5B，像素对应区域131、132、133和134可以包括具有均具有圆形截面的圆柱形状的纳米柱NP。在每个区域的中心部分中，布置具有不同的截面面积的纳米柱NP，并且也可以在像素之间的边界的中心和像素边界之间的交点布置纳米柱NP。
图5C示出了图5B的一部分区域(即，单位图案中的像素对应区域131、132、133和134)中包括的纳米柱NP的布置。在图5C中，纳米柱NP根据单位图案的截面的尺寸由1至5表示。参考图5C，在纳米柱NP中，具有最大截面面积的纳米柱1在蓝色像素对应区域132的中心，并且具有最小截面面积的纳米柱5可以布置为环绕纳米柱1和纳米柱3以及在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心。然而，本公开不限于以上示例，并且根据另一示例实施例，可以应用具有各种形状、尺寸和布置的纳米柱NP。
第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134中包括的纳米柱NP可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同的分布规则。例如，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134中布置的纳米柱NP可以在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同的尺寸布置。如图5C所示，在纳米柱NP中，位于第一绿色像素对应区域131与在第一方向(X方向)上与第一绿色像素对应区域131相邻的蓝色像素对应区域132之间的边界处的纳米柱4的截面面积不同于位于第一绿色像素对应区域131与在第二方向(Y方向)上与第一绿色像素对应区域131相邻的红色像素对应区域133之间的边界处的纳米柱5的截面面积。同样，位于第二绿色像素对应区域134与在第一方向(X方向)上与第二绿色像素对应区域134相邻的红色像素对应区域133之间的边界处的纳米柱5的截面面积不同于位于第二绿色像素对应区域134与在第二方向(Y方向)上与第二绿色像素对应区域134相邻的蓝色像素对应区域132之间的边界处的纳米柱4的截面面积。
另一方面，蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133中布置的纳米柱NP可以沿第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)具有对称的布置规则。如图5C所示，在纳米柱NP中，在蓝色像素对应区域132与在第一方向(X方向)上的相邻像素之间的边界处的纳米柱4的截面面积和在蓝色像素对应区域132与在第二方向(Y方向)上的相邻像素之间的边界处的纳米柱4的截面面积彼此相同，并且对于红色像素对应区域133，在其与在第一方向(X方向)上的相邻像素之间的边界处的纳米柱5的截面面积和在其与在第二方向(Y方向)上的相邻像素之间的边界处的纳米柱5的截面面积彼此相同。
以上分布由于拜尔图案中的像素布置引起。蓝色像素112和红色像素113在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上的相邻像素是绿色像素G，而第一绿色像素111在第一方向(X方向)上的相邻像素是蓝色像素112，并且第一绿色像素111在第二方向(Y方向)上的相邻像素是红色像素R。此外，第二绿色像素114在第一方向(X方向)上的相邻像素是红色像素113，并且第二绿色像素114在第二方向(Y方向)上的相邻像素是蓝色像素112。此外，第一绿色像素111和第二绿色像素114在四个对角方向上的相邻像素是绿色像素，蓝色像素112在四个对角方向上的相邻像素是红色像素113，并且红色像素113在四个对角方向上的相邻像素是蓝色像素112。因此，在分别与蓝色像素112和红色像素113相对应的蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133中，纳米柱NP可以以4重对称的形式布置，并且在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134中，纳米柱NP可以以2重对称的形式布置。具体地，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134相对于彼此旋转90°角度。
在图5B和图5C中，多个纳米柱NP具有对称的圆形截面形状。然而，可以包括一些具有非对称的截面形状的纳米柱。例如，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134可以采用具有非对称截面的纳米柱，其中的每一个在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有不同的宽度，并且蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133可以采用具有对称截面的纳米柱，其中的每一个在第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上具有相同的宽度。纳米柱NP的布置规则是示例，并且不限于此。
图6A示出了沿图5B的线I-I’穿过分色透镜阵列130的绿色光和蓝色光的相位分布，图6B示出了穿过分色透镜阵列130的绿色光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位，并且图6C示出了穿过分色透镜阵列130的蓝色光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位。图6A所示的绿色光和蓝色光的相位分布类似于图3B示例性地示出的第一波长光和第二波长光的相位分布。
参考图6A和图6B，穿过分色透镜阵列130的绿色光可以具有第一绿色光相位分布PPG1，其在第一绿色像素对应区域131的中心最大并且随着远离第一绿色像素对应区域131的中心而减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后(即在分色透镜阵列130的下表面或间隔层120的上表面)，绿色光的相位在第一绿色像素对应区域131的中心最大，并且随着远离第一绿色像素对应区域131中心的同心圆而减小。因此，相位在蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133在X方向和Y方向上的中心处、以及在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134在对角方向上的接触点处最小。以从第一绿色像素对应区域131的中心发射的光的相位为基础，当将绿色光的相位被设置为2π时，可以从蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心发射具有约0.9π至约1.1π的相位的光，并且可以从第一绿色像素对应区域131与第二绿色像素对应区域134之间的接触点发射具有约1.1π至约1.5π的相位的光。因此，穿过第一绿色像素对应区域131的中心的绿色光的相位与穿过蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心的绿色光的相位之间的差可以是约0.9π至约1.1π。
此外，根据示例实施例，第一绿色光相位分布PPG1不表示穿过第一绿色像素对应区域131的中心的光的相位延迟量最大。相反，当穿过第一绿色像素对应区域131的光的相位是2π并且穿过另一点的光的相位延迟量更大且具有2π或更大的相位值时，第一绿色光相位分布PPG1可以表示减去2nπ之后剩余的值，即卷绕相位分布。例如，当穿过第一绿色像素对应区域131的光的相位是2π并且穿过蓝色像素对应区域132的中心的光的相位是3π时，蓝色像素对应区域132中的相位可以是从3π减去2π(n＝1)之后剩余的π。
参考图6A和图6C，穿过分色透镜阵列130的蓝色光可以具有蓝色光相位分布PPB，其在蓝色像素对应区域132的中心最大并且随着远离蓝色像素对应区域132的中心而减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后，蓝色光的相位在蓝色像素对应区域132的中心最大，并且随着远离蓝色像素对应区域132中心的同心圆而减小，该相位在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134在X方向和Y方向上的中心处最小，并且在红色像素对应区域133在对角方向上的中心处最小。当蓝色光在蓝色像素对应区域132的中心处的相位是2π时，在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位可以约是例如0.9π至约1.1π，并且在红色像素对应区域133的中心处的相位可以小于在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位，例如为约0.5π至约0.9π。
图6D示出了入射在第一绿色光会聚区域上的绿色光的行进方向的示例，并且图6E示出了第一绿色光会聚区域的阵列的示例。
如图6D所示，入射在第一绿色像素对应区域131的附近的绿色光由分色透镜阵列130会聚到第一绿色像素111，并且除了第一绿色像素对应区域131之外，来自蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的绿色光也入射在第一绿色像素111上。即，根据上面参考图6A和图6B描述的绿色光的相位分布，穿过第一绿色光会聚区域GL1的绿色光会聚到第一绿色像素111上，其中，第一绿色光会聚区域GL1是通过连接与第一绿色像素对应区域131相邻的两个蓝色像素对应区域132和两个红色像素对应区域133的中心而获得的。因此，如图6E所示，分色透镜阵列130可以操作为用于使绿色光会聚到第一绿色像素111上的第一绿色光会聚区域阵列。第一绿色光会聚区域GL1的面积可以比对应的第一绿色像素111的面积大，例如，可以是其1.2倍至2倍大。
图6F示出了入射在蓝色光会聚区域上的蓝色光的行进方向的示例，并且图6G示出了蓝色光会聚区域的阵列的示例。
蓝色光由如图6F所示的分色透镜阵列130会聚到蓝色像素112上，并且来自像素对应区域131、132、133和134的蓝色光入射在蓝色像素112上。以上面参考图6A和图6C描述的蓝色光的相位分布方式，使穿过蓝色光会聚区域BL的蓝色光会聚到蓝色像素112上，其中蓝色光会聚区域BL是通过连接在顶点处与蓝色像素对应区域132相邻的四个红色像素对应区域133的中心而获得的。因此，如图6G所示，分色透镜阵列130可以操作为用于使蓝色光会聚到蓝色像素的蓝色光会聚区域阵列。蓝色光会聚区域BL的面积比蓝色像素112的面积大，例如可以是其1.5至4倍大。蓝色光会聚区域BL可以与上述第一绿色光会聚区域GL1、以及第二绿色光会聚区域GL2和红色光会聚区域RL部分地重叠。
图7A示出了沿图5B的线II-II’穿过分色透镜阵列130的绿色光和蓝色光的相位分布，图7B示出了穿过分色透镜阵列130的红色光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位，并且图7C示出了穿过分色透镜阵列130的绿色光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位。
参考图7A和图7C，穿过分色透镜阵列130的红色光可以具有红色光相位分布PPR，其在红色像素对应区域133的中心最大并且随着远离红色像素对应区域133的中心而减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后，红色光的相位在红色像素对应区域133的中心最大，并且随着远离红色像素对应区域133中心的同心圆而减小，该相位在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134在X方向和Y方向上的中心处最小，并且在蓝色像素对应区域132在对角方向上的中心处最小。当红色光在红色像素对应区域133的中心处的相位是2π时，在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位可以约是例如0.9π至约1.1π，并且在蓝色像素对应区域132的中心处的相位可以小于在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位，例如为约0.6π至约0.9π。
参考图7A和图7B，穿过分色透镜阵列130的绿色光可以具有第二绿色光相位分布PP2，其在第二绿色像素对应区域134的中心处最大并且随着远离第二绿色像素对应区域134的中心而减小。当将图6A的第一绿色光相位分布PPG1与图7A的第二绿色光相位分布PPG2比较时，第二绿色光相位分布PPG2是通过在X方向和Y方向上将第一绿色光相位分布PPG1平行移动一个像素间距而获得的。即，第一绿色光相位分布PPG1在第一绿色像素对应区域131的中心具有最大相位，而第二绿色光相位分布PPG2在沿X方向和Y方向与第一绿色像素对应区域131的中心相距一个像素间距的第二绿色像素对应区域134的中心具有最大相位。示出了在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位的图6B和图7C中的相位分布可以彼此相同。针对基于第二绿色像素对应区域134的绿色光的相位分布，当将从第二绿色像素对应区域134的中心发射的绿色光的相位设置为2π时，可以从蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心发射具有约0.9π至约1.1π的相位的光，并且可以从第一绿色像素对应区域131与第二绿色像素对应区域134之间的接触点发射具有约1.1π至约1.5π的相位的光。
图7D示出了入射在红色光会聚区域上的红色光的行进方向的示例，并且图7E示出了红色光会聚区域的阵列的示例。
红色光由分色透镜阵列130如图7D所示地会聚到红色像素113上，并且来自像素对应区域131、132、133和134的红色光入射到红色像素113上。以上面参考图7A和图7B描述的红色光的相位分布方式，使穿过红色光会聚区域RL的红色光会聚到红色像素113上，其中红色光会聚区域RL是通过连接在顶点处与红色像素对应区域133相邻的四个蓝色像素对应区域132的中心而获得的。因此，如图7E所示，分色透镜阵列130可以操作为用于将红色光会聚到红色像素的红色光会聚区域阵列。红色光会聚区域RL的面积比红色像素113的面积大，例如可以是其1.5至4倍大。红色光会聚区域RL可以与第一绿色光会聚区域GL1和第二绿色光会聚区域GL2以及蓝色光会聚区域BL部分地重叠。
参考图7F和图7G，入射到第二绿色像素对应区域134附近的绿色光与入射到第一绿色像素对应区域131附近的绿色光类似地行进，并且如图7F所示，绿色光会聚到第二绿色像素114上。因此，如图7G所示，分色透镜阵列130可以操作为用于使绿色光会聚到第二绿色像素114上的第二绿色光会聚区域阵列。第二绿色光会聚区域GL2的面积可以比对应的第二绿色像素114的面积大，例如，可以是其1.2倍至2倍大。
可以通过各种类型的计算机仿真来自动设计满足上述相位分布和性能的分色透镜阵列130。例如，可以诸如通过遗传算法、粒子群优化算法、蚁群算法等的自然启发算法或基于伴随优化算法的反向设计对像素对应区域131、132、133和134的结构进行优化。
在设计分色透镜阵列时，可以在基于评估因素(例如分色光谱、光学效率、信噪比等)评估多个候选分色透镜阵列的性能的同时对绿色像素对应区域、蓝色像素对应区域和红色像素对应区域的结构进行优化。例如，可以以预先确定每个评估因素的目标数值并且使与多个评估因素的目标数值的差之和减小的方式来优化绿色像素对应区域、蓝色像素对应区域和红色像素对应区域的结构。备选地，可以针对每个评估因素对性能进行索引，并且可以优化绿色像素对应区域、蓝色像素对应区域和红色像素对应区域的结构，以使表示性能的值可以被最大化。
图5B和图5C所示的分色透镜阵列130是示例，并且可以根据分色透镜阵列的尺寸和厚度、颜色特性、应用分色透镜阵列的图像传感器的像素间距、分色透镜阵列与图像传感器之间的距离、入射光的入射角等、通过上述优化设计获得各种形状的分色透镜阵列。此外，分色透镜阵列可以由其他各种图案而不是纳米柱实现。例如，图8A是示例性地示出根据另一示例实施例的可以应用于拜尔图案类型的图像传感器的分色透镜阵列中的单位图案的形状的平面图，并且图8B是示例性地示出根据另一示例实施例的分色透镜阵列中的单位图案的形状的平面图。
图8A所示的分色透镜这列130a的像素对应区域131a、132a、133a和134a中的每一个被优化为16×16矩形阵列的数字化二值形式，并且图8A的单位图案具有32×32矩形阵列的形状。与以上示例不同，图8B所示的分色透镜阵列130b中的像素对应区域131b、132b、133b和134b中的每一个可以被优化为非数字化的连续曲线形状。
图9A和图9B是用于描述间隔层的厚度与光会聚的区域之间的关系的图。
图9A是用于描述间隔层的厚度类似于蓝色光会聚区域的焦距时蓝色光会聚的区域的图。参考图9A，蓝色光可以会聚到在蓝色像素112的中心处的由圆表示的蓝色光聚焦区域FRB上。在这种情况下，会聚到蓝色光聚焦区域FRB上的光子中的许多光子入射到光敏单元112a、112b、112c和112d之间的隔墙上，并且入射到隔墙上的光子被反射或散射从而不被光敏单元检测。因此，这可能是传感器基板110的光效率下降的原因。
图9B是用于描述间隔层的厚度是蓝色光会聚区域的焦距的约1/2时蓝色光会聚的区域的图。参考图9B，蓝色光可以会聚到具有比图9A的蓝色光聚焦区域FRB更大的面积的经校正的蓝色光聚焦区域FRB′上。具体地，蓝色光可以集中在由在光敏单元112a、112b、112c和112d的中心的圆表示的光集中部LC上。在经校正的蓝色光聚焦区域FRB′中，与图9A的蓝色光聚焦区域FRB相比，更多的光入射到光敏单元112a、112b、112c和112d的中心部上，并且更少的光入射到隔墙彼此相交的蓝色像素112的中心上。因此，光利用效率可以提高。
在图9A和图9B中，描述了由于分色透镜阵列的蓝色光会聚区域而使蓝色光聚焦在蓝色像素112上的示例，但是相同的原理可以应用于绿色光和红色光。因此，当图像传感器的像素包括二维布置的多个光敏单元时，为了不降低传感器基板110的光利用效率，间隔层120的厚度(即分色透镜阵列130与传感器基板110之间的距离)可以是分色透镜阵列130对于参考波长光的焦距的约30％至约70％或约40％至约60％。具体地说，间隔层的厚度120(即，分色透镜阵列130与传感器基板110之间的距离)在传感器基板110的像素间距是约0.9μm至约1.3μm时可以是像素间距的约110％至约180％，或者在传感器基板110的像素间距是约0.5μm至约0.9μm时可以是传感器基板110的像素间距的约70％至约120％。
如上所述，当一个像素包括多个光敏单元时，自动对焦功能可以通过使用从相应的光敏单元获得的信号之间的差来实现。图10A至图10C是用于描述自动对焦功能的原理的图，其示出了入射到图像传感器的像素阵列上的光的分布根据图像传感器的像素阵列与透镜之间的距离的改变而改变的示例。
图10A示出在像素阵列1100的表面上形成透镜LE的焦点的情况。在这种情况下，从光轴OX上位于透镜LE的物侧的一个点发出并且随后相应地穿过透镜LE的相对边的光束聚集在像素阵列1100的表面的一个点上。因此，当准确地形成焦点时，从一个点发出并且相应地穿过透镜LE的相对边的光可以以相同的强度入射到像素阵列1100中的每个像素上。
图10B示出在像素阵列1100的表面的前方形成透镜LE的焦点的情况。在这种情况下，从光轴OX上位于透镜LE的物侧的一个点发出并且相应地穿过透镜LE的相对边的光束在彼此相交地穿过焦点之后入射到像素阵列1100的表面上的不同的点上。例如，穿过透镜LE左边的光在经过焦点之后倾斜地入射到像素阵列1100在光轴OX右侧的表面的一个点上，并且穿过透镜LE右边的光在经过焦点之后倾斜地入射到像素阵列1100在光轴OX左侧的表面的一个点上。
图10C示出在像素阵列1100的表面的后方形成透镜LE的焦点的情况。在这种情况下，从光轴OX上位于透镜LE的物侧的一个点发出并且相应地穿过透镜LE的相对边的光束在到达焦点之前入射到像素阵列1100的表面上的不同的点上。例如，穿过透镜LE左边的光在到达焦点之前倾斜地入射到像素阵列1100在光轴OX左侧的表面的一个点上，并且穿过透镜LE右边的光在到达焦点之前倾斜地入射到像素阵列1100在光轴OX右侧的表面的一个点上。
因此，如图10B和图10C所示，当不正确地形成焦点时，从一个点发出并且穿过透镜LE的相对边的光入射到像素阵列1100的不同的像素上。因此，在从一个点发出的光中，只有穿过透镜LE一边的光倾斜地入射到每个像素上。
图11是示出当光倾斜地入射到图像传感器的像素阵列上时在传感器基板上形成的光分布的示例的图。参考图11，当倾斜地入射到分色透镜阵列130的蓝色光会聚区域上的蓝色光聚焦在蓝色像素112上时，在蓝色像素112的光敏单元112a、112b、112c和112d中非均匀地形成四个光集中部。与图9B相比，四个光集中部朝左侧平移，并且在左光敏单元112a和112c中形成的光集中部的面积或强度大于在右光敏单元112b和112d中形成的光集中部的面积或强度。光集中部的平移方向和光集中部的尺寸可以根据像素阵列1100与焦点之间的距离、以及像素在像素阵列1100上的相关位置而变化。图11仅示出蓝色光作为示例，但是绿色光和红色光可以具有与图11的光分布相同的光分布。
如上所述，因为一个像素包括独立地感测光的多个光敏单元，所以可以通过使用来自多个光敏单元的信号输出之间的差以相位检测自动对焦方式来提供自动对焦信号。图12是示出根据实施例的图像传感器的用于提供相位检测自动对焦方法中的自动对焦信号的像素阵列的示例性结构的平面图。
参考图12，像素中的每个光敏单元可以包括在X方向上布置的第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。一个光敏单元中的第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2可以彼此独立地输出光敏信号。换言之，每个像素包括多个独立的光敏单元，并且每个光敏单元可以包括两个独立的光电二极管PD1和PD2。可以通过对第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的光敏信号求和来获得每个光敏单元的一般图像信号。
在以上像素结构中，一个像素可以被分为在X方向上彼此间隔开的两个边缘区域、以及相对的边缘区域之间的中间区域。为了获得高对比度，可以根据从在一个像素中在X方向上彼此相距最远的、设置在相对的边缘区域中的两个光电二极管输出的光敏信号之间的差来获得自动对焦信号。例如，在蓝色像素112中，设置在左边缘区域的第一蓝色光敏单元112a中的第一光电二极管PD1和设置在右边缘区域的第二蓝色光敏单元112b的第二光电二极管PD2在蓝色像素112中在X方向上彼此相距最远。此外，在蓝色像素112中，第三蓝色光敏单元112c的第一光电二极管PD1和第四蓝色光敏单元112d的第二光电二极管PD2在X方向上彼此相距最远。
因此，在蓝色像素112中，可以根据从第一蓝色光敏单元112a的第一光电二极管PD1输出的光敏信号与从第二蓝色光敏单元112b的第二光电二极管PD2输出的光敏信号之间的差来获得自动对焦信号。备选地，可以根据从第三蓝色光敏单元112c的第一光电二极管PD1输出的光敏信号与从第四蓝色光敏单元112d的第二光电二极管PD2输出的光敏信号之间的差来获得自动对焦信号。备选地，可以根据从第一蓝色光敏单元112a的第一光电二极管PD1和第三蓝色光敏单元112c的第一光电二极管PD1输出的光敏信号之和与从第二蓝色光敏单元112b的第二光电二极管PD2和第四蓝色光敏单元112d的第二光电二极管PD2输出的光敏信号之和之间的差，来获得自动对焦信号。
可以用与蓝色像素112相同的方式在第一绿色像素111、红色像素113和第二绿色像素114中获得自动对焦信号。可以在图像传感器中的所有像素中获得或者可以在图像传感器中的一些选定的像素中获得自动对焦信号。
在一个像素中，两个光电二极管可以设置在左边缘区域与右边缘区域之间的中间区域中。例如，在蓝色像素112中，第一蓝色光敏单元112a的第二光电二极管PD2、第二蓝色光敏单元112b的第一光电二极管PD1、第三蓝色光敏单元112c的第二光电二极管PD2和第四蓝色光敏单元112d的第一光电二极管PD1可以被布置在蓝色像素112的中间区域中。因此，用于获得自动对焦信号的左边缘区域和右边缘区域可以充分地彼此分开。例如，左边缘区域与右边缘区域在X方向上的距离(即中间区域在X方向上的宽度)可以是左边缘区域和右边缘区域中的每一个在X方向上的宽度的两倍或更多。
设置在像素的中间区域中的每个光电二极管可以针对入射到像素的中间区域上的光输出光敏信号。针对入射到像素的中间区域上的光的光敏信号可以用于已生成的一般图像信号。例如，在蓝色像素112中，可以根据从第一蓝色光敏单元112a中的两个光电二极管PD1和PD2分别输出的光敏信号之和来获得针对入射到第一蓝色光敏单元112a上的光的图像信号。因此，布置在像素的相对边缘区域中的光电二极管可以用于获得自动对焦信号和一般图像信号，并且布置在像素的中间区域中的光电二极管可以不用于获得自动对焦信号，而可以仅用于获得一般图像信号。
图13是示出根据另一示例实施例的图像传感器的用于提供相位检测自动对焦方法中的自动对焦信号的像素阵列的示例性结构的平面图。参考图13，像素中的每个光敏单元可以仅包括一个光电二极管PD。当在每个光敏单元中仅设置一个光电二极管PD时，为了通过感测光敏单元中的光集中部的平移来提高自动对焦信号的对比度，屏蔽光的掩蔽图案115可以覆盖每个光敏单元的一部分。具体地，当一个像素被分为在X方向上彼此间隔开的相对边缘区域以及相对边缘区域之间的中间区域时，如图13所示，掩蔽图案115可以被布置在像素中的左边缘区域与右边缘区域之间的中间区域中。
例如，在蓝色像素112中，掩蔽图案115可以被布置为覆盖第一蓝色光敏单元112a和第三蓝色光敏单元112c的光电二极管PD的受光表面中与左边缘区域相对应的区域以外的区域、以及覆盖第二光敏单元112b和第四光敏单元112d中的光电二极管PD的受光表面中与右边缘区域相对应的区域以外的区域。因此，从第一蓝色光敏单元112a和第三蓝色光敏单元112c输出的光敏信号由入射到蓝色像素112的左边缘区域上的光生成，并且从第二蓝色光敏单元112b和第四蓝色光敏单元112d输出的光敏信号由入射到蓝色像素112的右边缘区域上的光生成。因此，可以根据第一蓝色光敏单元112a和第三蓝色光敏单元112c的光敏信号与第二蓝色光敏单元112b和第四蓝色光敏单元112d的光敏信号之间的差，来获得具有高对比度的自动对焦信号。
在图13所示的实施例中，光被掩蔽图案115阻挡，因此蓝色像素112不输出关于入射到左边缘区域与右边缘区域之间的中间区域上的光的光敏信号。因此，当生成一般图像信号时，光利用效率可能会降低。因此，掩蔽图案115可以仅被设置在图像传感器中的某些像素中。例如，掩蔽图案115可以被布置在图像传感器中的总像素的约1％至约10％或约2％至约5％的像素中。包括掩蔽图案115的像素可以均匀地分布在图像传感器的整个区域中。不包括掩蔽图案115的像素被用于获得一般图像信号，而包括掩蔽图案115的像素可以用于获得一般图像信号和自动对焦信号两者。
图14A至图14C是示出实施例和对比示例的根据入射角的改变的输出信号的对比度的曲线图。图14A示出来自根据图12和图13所示的示例实施例的一个像素的左边缘区域和右边缘区域的输出信号的对比度，图14B示出来自一个光敏单元中在X方向上彼此相邻地布置的两个光电二极管输出信号的对比度，并且图14C示出来自分别具有一个光电二极管的左光敏单元和右光敏单元的输出信号的对比度。参考图14A至图14C，可以了解，在从一个像素中的左边缘区域和右边缘区域输出光敏信号的示例实施例中的两个输出信号之间的差最大。因此，根据示例实施例，可以提供具有高对比度的自动对焦信号并且可以提高图像传感器的自动对焦性能。
在图12和图13中，一个像素包括以2×2阵列布置的四个光敏单元，但是本公开不限于此。例如，根据另一示例实施例，一个像素可以包括3×3布置的9光敏单元、4×4布置的16光敏单元或更多光敏单元。
图15是示出根据另一示例实施例的图像传感器的用于提供相位检测自动对焦方法中的自动对焦信号的像素阵列的示例性结构的平面图。参考图15，一个像素可以包括3×3阵列中的9光敏单元。换言之，在X方向上顺序设置三个光敏单元，并且在Y方向上顺序设置三个光敏单元。多个光敏单元中的每一个可以仅包括一个光电二极管。
在图15所示的示例实施例中，图像传感器可以根据来自布置在X方向上的左边缘区域的多个光敏单元L1、L2和L3的光敏信号与来自布置在右边缘区域的多个光敏单元R1、R2和R3的光敏信号之间的差，来获得自动对焦信号。布置在左边缘区域与右边缘区域之间的中间区域中的多个光敏单元可以用于生成一般图像信号。在图15所示的示例实施例中，左边缘区域与右边缘区域在X方向上的距离(即中间区域在X方向上的宽度)可以等于或大于左边缘区域和右边缘区域中的每一个在X方向上的宽度。
图16是示出根据另一示例实施例的图像传感器的用于提供相位检测自动对焦方法中的自动对焦信号的像素阵列的示例性结构的平面图。参考图16，一个像素可以包括4×4阵列中的16光敏单元。多个光敏单元中的每一个可以仅包括一个光电二极管。在这种情况下，图像传感器可以根据来自布置在X方向上的左边缘区域的多个光敏单元L1、L2、L3和L4的光敏信号与来自布置在右边缘区域的多个光敏单元R1、R2、R3和R4的光敏信号之间的差，来获得自动对焦信号。在图15所示的实施例中，左边缘区域与右边缘区域在X方向上的距离(即中间区域在X方向上的宽度)可以是左边缘区域和右边缘区域中的每一个在X方向上的宽度的两倍或更多。
图17至图18是示出根据另一示例实施例的图像传感器的用于提供相位检测自动对焦方法中的自动对焦信号的像素阵列的示例性结构的平面图。已经描述了从布置在X方向上的相对边的光敏单元对或光电二极管对获得自动对焦信号，但是可以存在易于根据图像传感器中的对象的相关位置或形状来获得自动对焦信号的光敏单元对或光电二极管对。
例如，如图17所示，图像传感器可以根据来自布置在垂直于X方向的Y方向上的下边缘区域上的多个光敏单元D1、D2和D3的光敏信号与来自布置在一个像素中的上边缘区域的多个光敏单元U1、U2和U3的光敏信号之间的差，来获得自动对焦信号。
此外，如图18所示，可以通过使用基于入射到一个像素在对角方向上的两个顶点区域上的光的光敏信号获得自动对焦信号。每个像素可以包括布置在沿+Y方向和-X方向的第一对角方向上的多个光敏单元C1、C2、C3以及布置在沿-Y方向和+X方向的第二对角方向上的多个光敏单元C4、C5、C6。在第一顶点区域中，可以布置位于像素的第一顶点的第一光敏单元C1、在X方向上邻近第一光敏单元C1的第二光敏单元C2和在Y方向上邻近第一光敏单元C1的第三光敏单元C3。在第二顶点区域中，可以布置位于与像素的第一顶点相对的第二顶点的第四光敏单元C4、在X方向上邻近第四光敏单元C4的第五光敏单元C5和在Y方向上邻近第四光敏单元C4的第六光敏单元C6。图像传感器可以根据每个像素中从第一光敏单元至第三光敏单元C1、C2和C3输出的光敏信号与从第四光敏单元至第六光敏单元C4、C5和C6输出的光敏信号之间的差，来获得自动对焦信号。图18示出从沿+Y方向和-X方向的第一对角方向上的相对顶点区域获得自动对焦信号，但是可以从在沿+Y方向和+X方向的第二对角方向上的相对顶点区域获得自动对焦信号。
图19是示出根据另一示例实施例的图像传感器的用于提供相位检测自动对焦方法中的自动对焦信号的像素阵列的示例性结构的平面图。参考图19，图像传感器可以包括图15、图17和图18所示的所有像素。例如，图像传感器可以包括：包括图15所示的像素的第一组、包括图17所示的像素的第二组和包括图18所示的像素的第三组。第一组中包括的像素可以被布置在图像传感器中在X方向上的两个区域中。第二组中包括的像素可以被布置在图像传感器中在Y方向上的上区域和下区域中。此外，第三组中包括的像素可以被布置在沿着两个对角方向的区域中。具体地，图像传感器中在沿+Y方向和-X方向的第一对角方向上布置的像素被配置为从第一对角方向上的相对顶点区域获得自动对焦信号，并且图像传感器中在沿+Y方向和+X方向布置的第二对角方向上的像素可以被配置为从在第二对角方向上的相对顶点区域获得自动对焦信号。
图20至图21是示出根据另一实施例的图像传感器的用于提供相位检测自动对焦方法中的自动对焦信号的像素阵列的示例性结构的平面图。在参考图15至图19说明的实施例中，每个像素包括在X方向或Y方向上的三个或更多光敏单元，因此即使当一个光敏单元包括一个光电二极管时，也可以获得具有足够高的对比度自动对焦信号。然而，为了获得较高对比度，布置在相对边缘的光敏单元可以均具有两个光电二极管。
参考图20，一个像素可以包括3×3阵列中的9光敏单元。一个像素中布置在左侧的多个光敏单元L1、L2和L3和布置在右侧的多个光敏单元R1、R2和R3中的每一个可以包括在X方向上布置的第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。左光敏单元L1、L2和L3与右光敏单元R1、R2和R3之间的光敏单元分别可以仅包括一个光电二极管PD。图像传感器可以根据从左光敏单元L1、L2和L3中位于左侧的第一光电二极管PD1输出的光敏信号与从右光敏单元R1、R2和R3中位于右侧的第二光电二极管PD2输出的光敏信号之间的差，来获得自动对焦信号。在这种情况下，在左光敏单元L1、L2和L3中布置第一光电二极管PD1的区域成为左边缘区域，并且在右光敏单元R1、R2和R3中布置第二光电二极管PD2的区域成为右边缘区域。左边缘区域与右边缘区域在X方向上的距离(即中间区域在X方向上的宽度)可以是左边缘区域和右边缘区域中的每一个在X方向上的宽度的四倍或更多。
参考图21，一个像素可以包括4×4阵列中的16光敏单元。除了光敏单元的数量以外，图21所示的实施例可以与图20所示的实施例相同。即，图像传感器可以根据从左光敏单元L1、L2、L3和L4中位于左侧的第一光电二极管PD1输出的光敏信号与从右光敏单元R1、R2、R3和R4中位于右侧的第二光电二极管PD2输出的光敏信号之间的差，来获得自动对焦信号。在这种情况下，中间区域在X方向上的宽度可以是左边缘区域和右边缘区域中的每一个在X方向上的宽度的六倍或更多。
根据上述包括像素阵列1100的图像传感器1000，由于滤色器(例如有机滤色器)而引起的光损失很少出现，因此即使当像素变得更小时也可以向像素提供足够的光量。因此，可以制造具有数亿个或更多像素的超高分辨率、超小型和高灵敏度的图像传感器。这种超高分辨率、超小型和高灵敏度的图像传感器可用于各种高性能光学设备或高性能电子装置。所述电子装置可以包括例如智能电话、移动电话、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、个人计算机(PC)、各种便携式设备、电子装置、监视相机、医用相机、汽车、物联网(IoT)设备、其他移动或非移动计算设备，并且不限于此。
除了图像传感器1000之外，所述电子装置还可以包括用于控制图像传感器的处理器，例如应用处理器(AP)，并且可以控制多个硬件或软件元件，并且可以通过经由处理器驱动操作系统或应用程序来执行各种数据处理和操作。处理器还可以包括图形处理单元(GPU)和/或图像信号处理器。当处理器中包括图像信号处理器时，由图像传感器获得的图像(或视频)可以通过使用所述处理器来存储和/或输出。此外，处理器接收来自图像传感器的每个像素中彼此间隔开的相对边缘的两个光敏信号，并且基于这两个光敏信号之间的差生成自动对焦信号。
图22是示出包括图像传感器1000的电子装置ED01的示例的框图。参考图22，在网络环境ED00中，电子装置ED01可以经由第一网络ED98(短程无线通信网络等)与另一个电子装置ED02通信，或者可以经由第二网络ED99(远程无线通信网络等)与另一个电子装置ED04和/或服务器ED08通信。电子装置ED01可以经由服务器ED08与电子装置ED04通信。电子装置ED01可以包括处理器ED20、存储器ED30、输入设备ED50、声音输出设备ED55、显示设备ED60、音频模块ED70、传感器模块ED76、接口ED77、触觉模块ED79、相机模块ED80、电力管理模块ED88、电池ED89、通信模块ED90、用户识别模块ED96和/或天线模块ED97。在电子装置ED01中，可以省略元件中的一些元件(显示设备ED60等)或可以增加另一元件。元件中的一些元件可以配置为一个集成电路。例如，传感器模块ED76(指纹传感器、虹膜传感器、照度传感器等)可以嵌入在显示设备ED60(显示器等)中并且在其中实现。
处理器ED20可以通过执行软件(程序ED40等)来控制连接到处理器ED20的电子装置ED01的一个或多个元件(硬件、软件元件等)，并且可以执行各种数据处理或操作。作为数据处理或操作的一部分，处理器ED20可以将从另一元件(传感器模块ED76、通信模块ED90等)接收的命令和/或数据加载到易失性存储器ED32，可以处理易失性存储器ED32中存储的命令和/或数据，并且可以将结果数据存储在非易失性存储器ED34中。处理器ED20可以包括主处理器ED21(中央处理单元、应用处理器等)以及可以独立于主处理器ED21操作或与主处理器ED21一起操作的辅处理器ED23(图形处理单元、图像信号处理器、传感器集线器处理器、通信处理器等)。辅处理器ED23可以使用比主处理器ED21更少的功率并且可以执行指定的功能。
辅处理器ED23在主处理器ED21处于非激活状态(休眠状态)时代表主处理器ED21或在主处理器ED21处于激活状态(应用执行状态)时与处理器ED21一起，可以控制与电子装置ED01的元件中的一些元件(显示设备ED60、传感器模块ED76、通信模块ED90等)有关的功能和/或状态。辅处理器ED23(图像信号处理器、通信处理器等)可以实现为在功能上与其有关的另一元件(相机模块ED80、通信模块ED90等)的一部分。
存储器ED30可以存储电子装置ED01的元件(处理器ED20、传感器模块ED76等)所需的各种数据。所述数据可以包括例如关于软件(程序ED40等)的输入数据和/或输出数据和与其有关的命令。存储器ED30可以包括易失性存储器ED32和/或非易失性存储器ED34。非易失性存储器ED34可以包括固定地安装在电子装置ED01中的内部存储器ED36和可拆卸的外部存储器ED38。
程序ED40可以作为软件存储在存储器ED30中，并且可以包括操作系统ED42、中间件ED44和/或应用ED46。
输入设备ED50可以从电子装置ED01的外部(用户等)接收要在电子装置ED01的元件(处理器ED20等)中使用的命令和/或数据。输入设备ED50可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(手写笔)。
声音输出设备ED55可以向电子装置ED01的外部输出声音信号。声音输出设备ED55可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体重放或记录播放之类的通用目的，并且听筒可以用于接收呼叫。听筒可以耦接为扬声器的一部分或者可以被实现为独立的设备。
显示设备ED60可以向电子装置ED01的外部提供可视信息。显示设备ED60可以包括显示器、全息设备或投影仪、以及用于控制对应设备的控制电路。显示设备ED60可以包括设置为检测触摸的触摸电路和/或设置为测量由触摸生成的力量的传感器电路(压力传感器等)。
音频模块ED70可以将声音转换为电信号，反之亦然。音频模块ED70可以通过输入设备ED50获得声音，或者可以经由声音输出设备ED55和/或直接地或无线地连接到电子装置ED01的另一个电子装置(电子装置ED02等)的扬声器和/或耳机输出声音。
传感器模块ED76可以检测电子装置ED01的操作状态(功率、温度等)或外部环境状态(用户状态等)，并且可以生成与所检测的状态相对应的电信号和/或数据值。传感器模块ED76可以包括手势传感器、陀螺仪传感器、压力传感器、磁性传感器、加速度传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外(IR)线传感器、活体(vivo)传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。
接口ED77可以支持一个或多个指定的协议，所述指定的协议可以用于电子装置ED01直接或无线连接到另一个电子装置(电子装置ED02等)。接口ED77可以包括高清晰度多媒体接口(HDMI)、通用串行总线(USB)接口、SD卡接口和/或音频接口。
连接端子ED78可以包括可以通过其将电子装置ED01物理连接到另一个电子装置(电子装置ED02等)的连接器。连接端子ED78可以包括HDMI连接器、USB连接器、SD卡连接器和/或音频连接器(耳机连接器等)。
触觉模块ED79可以将电信号转换为用户可以通过触觉或运动感觉检测的机械刺激(振动、运动等)或电刺激。触觉模块ED79可以包括电机、压电设备和/或电刺激设备。
相机模块ED80可以捕获静止图像和视频。相机模块ED80可以包括：包括一个或多个透镜的透镜组件、图1的图像传感器1000、图像信号处理器和/或闪光灯。相机模块ED80中包括的透镜组件可以采集从作为要被捕捉的目标的目标发射的光。
电力管理模块ED88可以管理供应给电子装置ED01的电力。电力管理模块ED88可以实现为电力管理集成电路(PMIC)的一部分。
电池ED89可以向电子装置ED01的组件供应电力。电池ED89可以包括不可再充电的原电池、可再充电的二次电池和/或者燃料电池。
通信模块ED90可以支持在电子装置ED01和另一个电子装置(电子装置ED02、电子装置ED04或服务器ED08等)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，并通过所建立的通信信道执行通信。通信模块ED90可以独立于处理器ED20(应用处理器等)操作，并且可以包括支持直接通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。通信模块ED90可以包括无线通信模块ED92(蜂窝通信模块、短程无线通信模块、全球导航卫星系统(GNSS)通信模块等)和/或有线通信模块ED94(局域网(LAN)通信模块、电力线通信模块等)。所述通信模块之中的对应通信模块可以经由第一网络ED98(诸如蓝牙、WiFi直连或红外数据协会(IrDA)之类的短程通信网络)或第二网络ED99(诸如蜂窝网络、互联网或计算机网络(LAN、WAN等)之类的远程通信网络)与另一个电子装置通信。上述不同种类的通信模块可以被集成为一个元件(单个芯片等)或者可以被实现为彼此分离的多个元件(多个芯片)。无线通信模块ED92可以通过使用用户识别模块ED96中存储的用户信息(例如国际移动用户身份(IMSI)等)在通信网络(例如第一网络ED98和/或第二网络ED99)中标识和认证电子装置ED01。
天线模块ED97可以向外部(另一个电子装置等)发送信号和/或电力或者从其接收信号和/或电力。天线可以包括作为在基板(PCB等)上形成的导电图案的辐射器。天线模块ED97可以包括一个或多个天线。当天线模块ED97包括多个天线时，可以由通信模块ED90从多个天线中选择适合于在诸如第一网络ED98和/或第二网络ED99之类的通信网络中使用的通信类型的天线。可以经由所选择的天线在通信模块ED90和另一个电子装置之间传输信号和/或电力。可以包括除了天线以外的另一组件(RFIC等)作为天线模块ED97的一部分。
所述元件中的一些可以经由外围设备(总线、通用输入和输出(GPIO)、串行外围接口(SPI)、移动工业处理器接口(MIPI)等)之中的通信方法彼此连接，并且可以交换信号(命令、数据等)。
可以经由连接到第二网络ED99的服务器ED08在电子装置ED01和外部电子装置ED04之间发送或接收命令或数据。其他电子装置ED02和ED04可以是与电子装置ED01相同或不同的种类的设备。在电子装置ED01中执行的全部或一些操作可以在其他电子装置ED02、ED04和ED08之中的一个或多个设备中执行。例如，当电子装置ED01必须执行特定功能或服务时，电子装置ED01可以请求一个或多个其他电子装置执行某个或整个功能或服务，而不是自身执行该功能或服务。接收到请求的一个或多个电子装置执行与该请求有关的附加功能或服务，并且可以将执行的结果传送给电子装置ED01。为此，可以使用例如云计算、分布式计算或客户端-服务器计算技术。
图23是示出图22的相机模块ED80的框图。参考图23，相机模块ED80可以包括透镜组件CM10、闪光灯CM20、图像传感器1000(图1的图像传感器1000)、图像稳定器CM40、存储器CM50(缓冲器存储器等)和/或图像信号处理器CM60。透镜组件CM10可以采集从作为要捕捉的目标的目标发射的光。相机模块ED80可以包括多个透镜组件CM10，并且在这种情况下，相机模块ED80可以包括双相机模块、360度相机或球形相机。多个透镜组件CM10中的一些可以具有相同的透镜属性(视角、焦距、自动对焦、F数、光学变焦等)或不同的透镜属性。透镜组件CM10可以包括广角透镜或远摄透镜。
闪光灯CM20可以发射用于加强从对象发射或反射的光的光。闪光灯CM20可以包括一个或多个发光二极管(红色-绿色-蓝色(RGB)LED、白色LED、红外LED、紫外LED等)和/或氙灯。图像传感器1000可以是参考图1在上面描述的图像传感器，并且将从目标发射或反射并且经过透镜组件CM10传输的光转换成电信号，以获得与该目标相对应的图像。图像传感器1000可以包括来自具有不同的属性的图像传感器(例如RGB传感器、黑白(BW)传感器、IR传感器或UV传感器)之中的一个或多个选定的传感器。图像传感器1000中包括的传感器中的每个传感器可以被实现为电荷耦合器件(CCD)传感器和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。
图像稳定器CM40响应于相机模块ED80或包括相机模块ED80的电子装置ED01的运动，在特定方向上移动透镜组件CM10中包括的一个或多个透镜或图像传感器1000，或控制图像传感器1000的操作特性(调整读出时序等)以补偿运动的负面影响。图像稳定器CM40可以通过使用布置在相机模块ED80之中或之外的陀螺仪传感器(未示出)或加速度传感器(未示出)来感测相机模块ED80或电子装置ED01的移动。图像稳定器CM40可以被实现为光学类型。
存储器CM50可以存储通过图像传感器1000获得的图像的一些或全部数据，用于接下来的图像处理操作。例如，当在高速下获得多个图像时，所获得的原始数据(拜尔图案的数据、高分辨率数据等)被存储在存储器CM50中，并且仅显示低分辨率图像。然后，所选择的图像(用户选择等)的原始数据可以传输到图像信号处理器CM60。存储器CM50可以与电子装置ED01的存储器ED30集成，或者可以包括独立操作的附加的存储器。
图像信号处理器CM60可以对通过图像传感器1000获得的图像或存储在存储器CM50中的图像数据执行图像处理。所述图像处理可以包括深度图生成、三维建模、全景生成、特征的提取、图像组合和/或图像补偿(降噪、分辨率调整、亮度调整、模糊、锐化、柔化等)。图像信号处理器CM60可以执行对相机模块ED80中包括的元件(图像传感器1000等)的控制(曝光时间控制或读出时序控制等)。由图像信号处理器CM60处理的图像可以被再次存储在存储器CM50中用于另外的处理，或者可以被提供给相机模块ED80的外部元件(例如存储器ED30、显示装置ED60、电子装置ED02、电子装置ED04、服务器ED08等)。图像信号处理器CM60可以与处理器ED20集成，或者可以被配置为独立于处理器ED20操作的附加的处理器。当图像信号处理器CM60被配置为与处理器ED20分离的附加的处理器，由图像信号处理器CM60处理的图像可以经历处理器ED20的附加图像处理，然后可以显示在显示设备ED60上。
此外，图像信号处理器CM60可以接收分别来自图像传感器1000的每个像素中彼此间隔开的相对边的两个光敏信号，并且可以基于这两个光敏信号之间的差生成自动对焦信号。图像信号处理器CM60可以控制透镜组件CM10，从而可以基于自动对焦信号使透镜组件CM10的焦点准确地形成在图像传感器1000的表面上。
电子装置ED01可以包括具有不同属性或功能的多个相机模块ED80。在这种情况下，多个相机模块ED80中的一个可以包括广角相机，并且另一个相机模块ED80可以是远摄相机。类似地，多个相机模块ED80中的一个可以包括前置相机，并且另一个相机模块ED80可以包括后置相机。
根据实施例的图像传感器1000可以应用于图24所示的移动电话或智能电话1100m、图25所示的平板计算机或智能平板计算机1200、图26所示的数字相机或录像机1300、图27所示的膝上型计算机1400或图28所示的电视机或智能电视机1500。例如，智能电话1100m或智能平板计算机1200可以包括均包括高分辨率图像传感器的多个高分辨率相机。通过使用高分辨率相机，可以提取图像中的对象的深度信息、可以调整图像的失焦或可以自动识别图像中的对象。
此外，图像传感器1000可以应用于图29所示的智能冰箱1600、图30所示的监视相机1700、图31所示的机器人1800、图32所示的医用相机1900等。例如，智能冰箱1600可以通过使用图像传感器自动识别冰箱中的食品，并且可以通过智能电话通知用户存在特定种类的食品、放入或取出的食品的种类等。此外，监视相机1700可以通过使用高灵敏度来提供超高分辨率图像并且可以使用户能够识别甚至是在黑暗环境中的图像中的物体或人。机器人1900可以进入到人不可以直接进入的灾害或工业地点，与提供向用户提供高分辨率图像。医用相机1900可以提供用于诊断或手术的高分辨率图像，并且可以动态地调整视野。
此外，图像传感器1000可以应用于图33所示的车辆2000。车辆2000可以包括在各个位置的多个车用相机2010、2020、2030和2040。车用相机2010、2020、2030和2040中的每一个可以包括根据一个或多个实施例的图像传感器。车辆2000可以通过使用多个车用相机2010、2020、2030和2040向驾驶员提供关于车辆2000的内部或车辆2000的周围的各种信息，并且可以通过自动识别图像中的物体或人向驾驶员提供自动行进所需要的信息。
应当理解的是，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对每个实施例中的特征或方面的描述通常应被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (23)

1.一种图像传感器，包括：
传感器基板，包括被配置为感测第一波长的光的多个第一像素和被配置为感测与所述第一波长不同的第二波长的光的多个第二像素；以及
分色透镜阵列，被配置为使所述第一波长的光会聚到所述多个第一像素上并且使所述第二波长的光会聚到所述多个第二像素上，
其中所述第一像素中的每一个包括在第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向上二维布置的多个光敏单元，所述多个光敏单元被配置为独立地感测入射光，并且
所述多个第一像素中的第一组的第一像素包括第一边缘区域和第二边缘区域，所述第一边缘区域和所述第二边缘区域被布置在所述第一像素在所述第一方向上的相对边缘，所述第一组的第一像素被配置为针对所述第一边缘区域和所述第二边缘区域上的入射光输出第一光敏信号和第二光敏信号。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一边缘区域与所述第二边缘区域在所述第一方向上的距离等于或大于所述第一边缘区域在所述第一方向上的宽度。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述第一组的第一像素还被配置为针对入射到所述第一边缘区域与所述第二边缘区域之间的区域上的光输出第三光敏信号。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述第一组的第一像素还被配置为针对入射到所述第一边缘区域与所述第二边缘区域之间的区域上的光不输出光敏信号。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一组的第一像素中的所述多个光敏单元包括在所述第一方向上布置的第一光敏单元和第二光敏单元。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，
所述第一光敏单元和所述第二光敏单元中的每一个包括在所述第一方向上布置的第一光电二极管和第二光电二极管，
所述第一光敏单元的第一光电二极管被布置在所述第一边缘区域中，并且所述第二光敏单元的第二光电二极管被布置在所述第二边缘区域中，并且
所述第一组的第一像素被配置为输出来自所述第一光敏单元的第一光电二极管的第一光敏信号和来自所述第二光敏单元的第二光电二极管的第二光敏信号。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，
所述第一光敏单元和所述第二光敏单元中的每一个包括一个光电二极管，并且
所述第一组的第一像素包括：掩蔽图案，被配置为阻挡所述第一光敏单元的光电二极管中的第一剩余区域，所述第一剩余区域与所述第一光敏单元的光电二极管的受光表面中的第一边缘区域不同，并且所述掩蔽图案被配置为阻挡所述第二光敏单元的光电二极管中的第二剩余区域，所述第二剩余区域与所述第二光敏单元的光电二极管的受光表面中的第二边缘区域不同。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一组的第一像素中的所述多个光敏单元包括在所述第一方向上顺序布置的第一光敏单元、第二光敏单元和第三光敏单元。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，
所述第一光敏单元、所述第二光敏单元和所述第三光敏单元中的每一个包括一个光电二极管，
所述第一光敏单元被布置在所述第一边缘区域中并且所述第三光敏单元被布置在所述第二边缘区域中，并且
所述第一组的第一像素被配置为输出来自所述第一光敏单元的第一光敏信号和来自所述第三光敏单元的第二光敏信号。
10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，
所述第一光敏单元和所述第三光敏单元中的每一个包括在所述第一方向上布置的第一光电二极管和第二光电二极管，
所述第一光敏单元的第一光电二极管被布置在所述第一边缘区域中并且所述第三光敏单元的第二光电二极管被布置在所述第二边缘区域中，并且
所述第一组的第一像素被配置为输出来自所述第一光敏单元的第一光电二极管的第一光敏信号和来自所述第三光敏单元的第二光电二极管的第二光敏信号。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一组的第一像素中的所述多个光敏单元包括在所述第一方向上顺序布置的第一光敏单元、第二光敏单元、第三光敏单元和第四光敏单元。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，
所述第一光敏单元、所述第二光敏单元、所述第三光敏单元和所述第四光敏单元中的每一个包括一个光电二极管，
所述第一光敏单元被布置在所述第一边缘区域中并且所述第四光敏单元被布置在所述第二边缘区域中，并且
所述第一组的第一像素被配置为输出来自所述第一光敏单元的第一光敏信号和来自所述第四光敏单元的第二光敏信号。
13.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，
所述第一光敏单元、所述第二光敏单元、所述第三光敏单元和所述第四光敏单元中的每一个包括在所述第一方向上布置的第一光电二极管和第二光电二极管，
所述第一光敏单元的第一光电二极管被布置在所述第一边缘区域中并且所述第四光敏单元的第二光电二极管被布置在所述第二边缘区域中，并且
所述第一组的第一像素被配置为输出来自所述第一光敏单元的第一光电二极管的第一光敏信号和来自所述第四光敏单元的第二光电二极管的第二光敏信号。
14.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个第一像素中的第二组的第一像素包括第三边缘区域和第四边缘区域，所述第三边缘区域和第四边缘区域被布置在所述第二组的第一像素在所述第二方向上的相对边缘，并且所述第二组的第一像素被配置为输出针对入射到所述第三边缘区域上的光的第三光敏信号和针对入射到所述第四边缘区域上的光的第四光敏信号。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，
所述第二组的第一像素中的所述多个光敏单元包括在所述第二方向上顺序布置的第一光敏单元、第二光敏单元和第三光敏单元，
所述第一光敏单元、所述第二光敏单元和所述第三光敏单元中的每一个包括一个光电二极管，
所述第一光敏单元被布置在所述第三边缘区域中并且所述第三光敏单元被布置在所述第四边缘区域中，并且
所述第二组的第一像素被配置为输出来自所述第一光敏单元的第三光敏信号和来自所述第三光敏单元的第四光敏信号。
16.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述多个第一像素中的第三组的第一像素包括在对角方向上的两侧的第一顶点区域和第二顶点区域，所述第三组的第一像素被配置为输出针对入射到所述第一顶点区域上的光的第五光敏信号和针对入射到所述第二顶点区域上的光的第六光敏信号。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，
所述第三组的第一像素中的所述多个光敏单元包括：在该第一像素的第一顶点的第一光敏单元、在所述第一方向上邻近所述第一光敏单元的第二光敏单元、在所述第二方向上邻近所述第一光敏单元的第三光敏单元、在所述第一像素的第二顶点布置的第四光敏单元、在所述第一方向上邻近所述第四光敏单元的第五光敏单元、以及在所述第二方向上邻近所述第四光敏单元的第六光敏单元，
所述第一光敏单元、所述第二光敏单元、所述第三光敏单元、所述第四光敏单元、所述第五光敏单元和所述第六光敏单元中的每一个包括一个光电二极管，
所述第一光敏单元、所述第二光敏单元和所述第三光敏单元被布置在所述第一顶点区域中并且所述第四光敏单元、所述第五光敏单元和所述第六光敏单元被布置在所述第二顶点区域中，并且
所述第三组的第一像素被配置为输出来自所述第一光敏单元、所述第二光敏单元、所述第三光敏单元的第五光敏信号以及来自所述第四光敏单元、所述第五光敏单元和所述第六光敏单元的第六光敏信号。
18.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，在所述图像传感器的整个区域中，所述第一组的第一像素被布置在所述第一方向上的第一区域中，所述第二组的第一像素被布置在所述第二方向上的第二区域中，并且所述第三组的第一像素被布置在所述对角方向上的第三区域中。
19.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间的距离是所述分色透镜阵列对于所述第一波长的光的焦距的30％至70％。
20.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：间隔层，被布置在所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间，以在所述传感器基板与所述分色透镜阵列之间形成距离。
21.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述分色透镜阵列包括被配置为使所述第一波长的光会聚到所述第一像素上的第一波长光会聚区域和被配置为使所述第二波长的光会聚到所述第二像素上的第二波长光会聚区域，并且
所述第一波长光会聚区域的面积大于所述多个第一像素中的第一像素的面积，并且所述第二波长光会聚区域的面积大于所述多个第二像素中的第二像素的面积，并且
所述第一波长光会聚区域与所述第二波长光会聚区域部分地重叠。
22.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分色透镜阵列包括：
第一像素区域，被布置在与所述多个第一像素中的每个第一像素相对应的位置；以及
第二像素区域，被布置在与所述多个第二像素中的每个第二像素相对应的位置，
其中，穿过所述第一像素区域的中心的第一波长的光的相位与穿过所述第二像素区域的第一波长的光的相位之间的差是0.9π至1.1π。
23.一种电子装置，包括：
图像传感器，被配置为将光学图像转换为电信号；
处理器，被配置为控制所述图像传感器的操作并且存储和输出由所述图像传感器生成的信号；以及
透镜组件，用于将来自目标的光提供给所述图像传感器，
其中，所述图像传感器包括：
传感器基板，包括被配置为感测第一波长的光的多个第一像素和被配置为感测与所述第一波长不同的第二波长的光的多个第二像素；以及
分色透镜阵列，被配置为使所述第一波长的光会聚到所述多个第一像素上并且使所述第二波长的光会聚到所述多个第二像素上，
其中所述第一像素中的每一个包括在第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向上二维布置的多个光敏单元，所述多个光敏单元被配置为独立地感测入射光，并且
所述多个第一像素中的第一组的第一像素包括第一边缘区域和第二边缘区域，所述第一边缘区域和所述第二边缘区域被布置在所述第一像素在所述第一方向上的相对边缘，所述第一组的第一像素被配置为针对所述第一边缘区域和所述第二边缘区域上的入射光输出第一光敏信号和第二光敏信号，并且
所述处理器还被配置为基于所述第一光敏信号与所述第二光敏信号之间的差生成自动对焦信号。
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