CN117546038A - 用于获取场景深度图的设备 - Google Patents

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CN117546038A CN202280044151.XA CN202280044151A CN117546038A CN 117546038 A CN117546038 A CN 117546038A CN 202280044151 A CN202280044151 A CN 202280044151A CN 117546038 A CN117546038 A CN 117546038A
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伊冯·卡佐
亚历克西斯·罗沙
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Abstract

本描述涉及包括光信号的传感器(12)的设备。传感器(12)包括堆叠在第二水平(W2)上的第一水平(W1)。每个水平(W1；W2)包括像素(Pix1；Pix2)的阵列，每个像素包括至少一个光电探测器(101；131)，第一水平(W1)的每个光电探测器(101)被堆叠在第二水平(W2)的光电探测器(131)上。每个水平(W1；W2)与频率相关联，第二水平(W2)的频率等于第一水平(W1)的频率的k倍。电路被配置为计算针对每个像素的距离和场景的深度图。

Description

用于获取场景深度图的设备
相关申请的交叉引用
本申请基于于2021年6月21日提交的、标题为“Device for acquiring a depthmap of a scene”的法国专利申请21/06575并要求其优先权，其通过引用以法律允许的最大程度并入本文。
技术领域
本申请涉及用于获取场景的深度图或图像的设备领域。
背景技术
已经提供了能够获取深度信息的图像获取设备。例如，间接飞行时间(indirecttime-of-flight，iTOF)传感器用作朝场景发射光信号，并且然后检测由场景的元件反射的光信号。通过评估发射的光信号和反射的信号之间的相移，可以估计传感器和场景的元件(诸如物体)之间的距离，或者场景的元件之间的相对距离(深度)。
发明内容
需要一种克服已知深度图像获取设备的全部或部分缺点的深度图像获取设备。
例如，将期望具有与常规深度图像获取设备具有相同分辨率和相同横向尺寸、但是与这种常规设备相比具有增加的精度的深度图像获取设备。
实施例克服了已知深度图像获取设备的全部或部分缺点。
实施例提供了一种用于获取场景的深度图像的设备，包括反射的光信号的传感器，该反射的光信号对应于入射光信号在场景上的反射。传感器包括堆叠在第二检测水平上的第一检测水平。每个检测水平包括深度像素阵列，所述水平的每个深度像素包括至少一个光电探测器，并且被配置为在相应的第一、第二和第三持续时间期间获取在所述像素中光生的电荷的至少第一、第二和第三样本，所述水平的第一、第二和第三持续时间根据所述水平的第一频率是周期性的。第一水平的每个光电探测器被堆叠在第二水平的光电探测器上。第二水平的第一频率等于第一水平的第一频率的k倍，其中k是大于或等于1的数字。该设备还包括计算电路，该计算电路被配置为针对第一水平和第二水平中的每一个的每个深度像素基于所述深度像素的第一、第二和第三样本计算距离，并且基于所述计算的距离计算场景的深度图，与基于针对第一水平的深度像素计算的距离重建的场景的深度图和基于针对第二水平的深度像素计算的距离重建的场景的深度图相比，此场景的深度图优选地具有增加的精度。
根据实施例，该设备还包括用于控制深度像素的电路。
根据实施例，数字k大于1。
根据实施例，数字k是整数。
根据实施例，数字k大于7。
根据实施例，该设备包括光源，该光源被配置成递送入射光信号以使：
-入射光信号包括处于第一波长的第一光信号和处于不同于第一波长的第二波长的第二光信号，
-以第一水平的第一频率对第一光信号进行振幅调制，以及
-以第二水平的第一频率对第二光信号进行振幅调制。
根据实施例，该设备包括被布置在传感器的第一水平和第二水平之间的滤波器，其被配置成阻挡第一光信号并且让第二光信号通过。
根据实施例，该设备还包括光源，该光源被配置为递送以第一水平的第一频率和以第二水平的第一频率同时振幅调制的入射光信号。
根据实施例，数字k被确定为使得第一水平的第一频率对由第二水平进行的反射信号中第二水平的第一频率的测量的贡献低于目标值。
根据实施例，第一水平的第一频率在计算用于第二水平的深度像素的距离时引起误差，并且数字k由该误差的最大目标值确定。
根据实施例，数字k大于或等于20。
根据实施例，第一水平的每个深度像素与第二水平的对应深度像素相关联。
根据实施例，第一水平的每个深度像素被堆叠在与其相关联的第二水平的深度像素上。
根据实施例，对于第一水平的深度像素在第二水平的深度像素上的每个堆叠，计算电路被配置为基于针对第一水平的深度像素计算的距离来去除关于针对第二水平的深度像素计算的距离的不确定性。
根据实施例，对于第一水平的深度像素在第二水平的深度像素上的每个堆叠，计算电路被配置为：
-针对每个像素，基于基于所述像素的第一、第二和第三样本所确定的相移模2Π来计算距离以及由所述相移的模2Π引起的所述计算的距离的不确定性；以及
-基于针对第一水平的深度像素计算的距离来去除关于针对第二水平的深度像素计算的距离的所述不确定性。
根据实施例，k等于1，每个深度像素包括至少两个光电探测器，第一水平的每个深度像素与第二水平的对应深度像素相关联，并且第一水平的深度像素的中心相对于第二水平的对应深度像素的中心偏移。
根据实施例，偏移对于每个捕获是恒定的；或者对于每两个连续捕获，偏移对于两个捕获中的单独一个实施；或者对于每两个连续捕获，偏移在两个捕获之间是不同的。
根据实施例，深度像素控制电路被配置为实施偏移。
根据实施例：
k等于1，
每个深度像素包括至少两个光电探测器，
第一水平的每个深度像素与第二水平的对应深度像素相关联，
第一水平的深度像素的中心相对于第二水平的对应深度像素的中心偏移，并且
对于每两个连续的捕获，深度像素控制电路被配置为：
-为两个捕获中的单独一个实施所述偏移；或
-在两个捕获之间实施不同的偏移。
根据实施例，计算电路被配置为在第一水平的深度像素的中心相对于第二水平的对应深度像素的中心的偏移的方向上提高深度图的精度。
根据实施例，深度像素的光电探测器按行和按列组织，该行与列正交，该行和列与第一水平在第二水平上的堆叠的方向正交，并且偏移对应于一行和/或一列的偏移。
根据实施例，该设备还包括电路，该电路被配置为将第一水平的第一持续时间、第二持续时间和第三持续时间分别与第二水平的第一持续时间、第二持续时间和第三持续时间同步。
根据实施例，该设备还包括光源，该光源被配置成仅递送以第一频率振幅调制的入射光信号。
根据实施例，传感器被配置为在第一水平的一侧上接收反射光信号。
根据实施例，至少第一水平还包括2D图像像素。
根据实施例，深度像素的光电探测器按行和按列组织，该行与列正交，行和列进一步与第一水平在第二水平上的堆叠的方向正交，并且2D图像像素被布置在两个连续的行之间和/或两个连续的列之间。
附图说明
前述特征和优点以及其它将在参考附图以图示而非限制的方式给出的特定实施例的公开的其余部分中详细描述，其中：
图1示意性地示出了深度图像获取设备的实施例；
图2是图示发射和反射的光信号的光强度的示例的曲线图；
图3是图示深度图像获取设备的光信号传感器的实施例的局部和示意性截面图；
图4示出了感光单元的电路的实施例；
图5示出了感光单元的电路的另一实施例；
图6示出了感光单元的电路的又一实施例；
图7示出了感光单元的电路的又一实施例；
图8图示了在频域中，图3的传感器的实施例的细节；
图9示出了图3的传感器的深度像素的光电探测器的空间分布的实施例；
图10示出了图3的传感器的深度像素的光电探测器的空间分布的另一实施例；
图11示出了图3的传感器的深度像素的光电探测器的空间分布的又一实施例；
图12示出了图3的传感器的深度像素的光电探测器的空间分布的又一实施例；
图13示出了图3的传感器的深度像素的光电探测器的空间分布的又一实施例；
图14示出了图3的传感器的深度像素的光电探测器的空间分布的又一实施例；
图15示出了图3的传感器的深度像素的光电探测器的空间分布的又一实施例；以及
图16示出了图12的传感器的替代实施例。
具体实施方式
类似的特征已经在各个图中由类似的附图标记指定。特别地，在各种实施例中共有的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以具有相同的结构、尺寸和材料属性。
为了清楚起见，仅对对所描述的实施例的理解有用的步骤和元件进行了详细的图示和描述。特别地，光敏元件(例如光电二极管)、2D图像像素和深度像素的形成没有被详述，这种像素的形成在本领域技术人员基于本描述的指示的能力范围内。
除非另有说明，否则当提及被连接在一起的两个元件时，这意味着除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，而当提及被耦接在一起的两个元件时，这意味着这两个元件可以被连接或者它们可以经由一个或多个其它元件耦接。
在下面的描述中，当提及限定绝对位置的术语时，诸如术语“边缘”、“背面”、“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”等，或限定相对位置的术语，诸如术语“上方”、“下方”、“上面”、“下面”等，或限定方向的术语，诸如术语“水平”，“垂直”等，除非另有说明，否则指的是附图的取向。
除非另有说明，否则表述“约”、“大约”、“基本上”和“大概”表示正负10％，优选为正负5％。
图1示意性地示出了包括光信号传感器12的深度图像获取设备10的实施例。设备10包括例如用于发射光信号14的电路，其驱动光源16，例如发光二极管(light-emittingdiode，LED)。发光二极管16发射例如在近红外光谱中的波长处的光信号，例如在从700nm到1,100nm的范围内。由二极管发射的光信号被周期性地振幅调制。由发光二极管16生成的光信号例如经由一个或多个透镜(图1中未示出)朝向待捕获场景发射。由场景反射的光信号由传感器12捕获，例如经由成像透镜17和微透镜18的阵列，其将反射光信号聚焦到传感器12的各个像素上。
传感器12包括例如能够接收由图像场景反射的光信号并且能够检测接收到的信号的相位以形成深度图像的多个像素。这些像素在下文中被称为深度像素。
设备10的计算电路20(例如处理器)被耦接到传感器12和透射电路14，并基于由传感器12的深度像素捕获到的信号确定这些像素和场景之间的对应距离。由处理器20生成的图像或深度图例如被存储在图像获取设备10的存储器22中。
图2是用曲线30示出由发光二极管16朝向场景发射的光信号的光强度的时间变化的示例并且用曲线32示出由传感器12的深度像素之一接收到的光信号的光强度的时间变化的示例的曲线图。虽然，为了简化比较，这些信号在图2中被示出为具有基本上相同的强度，但在实践中由每个深度像素接收到的光信号很可能明显小于发射信号的强度。
在图2所示的示例中，光信号的振幅调制对应于单个调制频率下的正弦振幅调制。然而，在替代实施例中，这种周期性振幅调制对应于不同的振幅调制，例如对应于正弦振幅调制的总和、对应于三角形振幅调制、或对应于方波振幅调制，例如全部对应或无对应。
另外，尽管图2图示了光信号在单个调制频率下被振幅调制的情况，如以下将进一步详细描述的，在实施例中，光信号在两个不同调制频率下被同时振幅调制。
本公开的深度像素被用于检测接收到的光信号的相位。更特别地，在发射的光信号和接收的光信号之间存在相移取模2*Π。
该相移模2*Π例如基于由深度像素在四个不同采样窗口期间捕获到的光信号的采样来估计，每个采样窗口对应于相对于发射光信号的不同相移，例如对于四个采样窗口的0°、90°、180°和270°。作为示例，四个采样窗口针对光信号的每个周期实施。R.Lange和P.Seitz在标题为“Solid-state TOF range camera”，IEE J.on Quantum Electronics,vol.37,No.3,March 2001的出版物中更详细地描述了基于每周期检测四个样本的技术。除非另有指示，否则在本公开的其余部分中描述的实施例基于每周期检测四个样本。
每个采样窗口的样本例如在大量调制周期上被积分，例如在大约100,000个周期上，或者更一般地在10,000和1000万个周期之间。每个采样窗口具有例如高达光信号周期的四分之一的持续时间。这些采样窗口在图2中被称为C0、C1、C2和C3。在图2的示例中，每个采样窗口具有相同的持续时间并且四个采样窗口具有等于光信号的周期的总循环时间。更一般地，一个采样窗口与下一个采样窗口之间可以存在或不存在时间间隔，并且在某些情况下，采样窗口之间可能存在重叠。每个采样窗口例如具有在从光信号的周期的15％到35％的范围内的持续时间，在像素每个周期捕获四个样本的情况下。
采样窗口C0到C3的定时以这样的方式进行控制，以便与发射光信号的定时同步。例如，光信号发射电路14基于时钟信号CLK生成光信号(图1)，并且传感器12接收相同的时钟信号CLK以控制每个采样窗口的开始和结束时间，例如通过使用延迟元件引入适当的相移。
在本公开的其余部分中，为了使阅读更容易，采样窗口和在此采样窗口期间光生的电荷的样本用相同的附图标记来指代。
基于光信号的积分样本，并且对于纯正弦光波，可以通过使用以下公式来确定相移取模2*Π：
[数学公式1]
然后可以通过使用以下公式计算到图像场景的物体的距离d的估计：
[数学公式2]
其中c表示光速，以及f表示光信号的振幅调制频率，并且用等式数学公式1获得的相移以模2*Π进行估计。
例如，光信号的振幅调制的频率f是25MHz，或者更一般地在从10MHz和200MHz的范围内。
在本公开的其余部分中，存在被称为“感光单元(photosite)”的单个光电探测器或光敏元件，以及使得能够获取由该光电探测器吸收由期望深度图像的场景反射的光信号而生成的电荷的至少一个样本的部件的组件。
此外，存在被称为“深度像素”的部件的组件，其使得能够获取对于能够确定深度值所需的所有样本。特别地，深度像素可以包括多个感光单元，每个对应于不同的光电探测器。
在基于四个样本的捕获的深度图像传感器中，为了确定发射的光信号和由传感器的深度像素接收到的光信号之间的相移取模2*Π，通过以规则间隔依次转移在第一采样窗口C0期间在像素的感光单元的光敏元件中光生的电荷、在第二采样窗口C1期间在像素的相同感光单元或另一感光单元的光敏元件中光生的电荷、在第三采样窗口C2期间在像素的相同感光单元或另一感光单元的光敏元件中光生的电荷、以及在第三采样窗口C3期间在像素的相同感光单元或另一感光单元的光敏元件中光生的电荷来采样接收到的光信号。
在对应的信号被输出电路读取之前，上述四个转移中的每一个都例如被重复大量的次数，例如100,000次。
在本公开的其余部分中，所描述的实施例和变型对应于基于光生电荷的四个样本的获取的技术。然而，基于光生电荷的三个样本的获取的技术是本领域技术人员所熟知的，他们将能够使针对四个样本的情况所作的描述与用三个样本的情况相适配，例如通过去除与获取光生电荷的第四样本有关的所有内容、适配三个剩余时间窗口的定时、以及适配公式[数学公式1]和[数学公式2]。例如，在这种情况下，三个采样窗口和发射光信号之间的相移分别为0°、120°和240°，每个采样窗口的持续时间大约为发射光信号的周期的三分之一，例如等于发射光信号的周期的三分之一。
图3是示意性地和部分地示出传感器12的实施例的横截面视图。
传感器12包括：
-第一检测水平W1，也被称为第一电路W1，其被形成在第一半导体衬底100(例如单晶硅衬底)的内部和顶部上；以及
-第二检测水平W2，也被称为第二电路W2，其被形成在第二半导体衬底130(例如单晶硅衬底)的内部和顶部上，第一水平W1被堆叠或叠加在第二水平W2上。
作为示例，衬底100和130中的每一个的厚度例如在从2μm到10μm的范围内，例如从3μm到5μm。
贯穿本公开的其余部分，传感器12被配置成使得其接收的反射光信号在被水平W2接收之前首先被水平W1接收，由水平W2接收的光信号首先经过水平W1。换句话说，水平W1和W2的堆叠被配置为在水平W1的一侧上接收反射光信号。然而，本领域技术人员将能够使下面的描述适配于传感器被配置为在水平W2的一侧上接收反射光信号的情况。
分别为W1、W2的水平包括分别为Pix1、Pix2的深度像素的阵列。每个Pix1像素与对应像素Pix2相关联，并且反之，每个Pix2像素与对应像素Pix1相关联。
在图3所示的实施例中，每个像素Pix1被堆叠在对应的像素Pix2上，或者，换句话说，像素Pix1的中心与像素Pix2的对应中心对齐。在其它实施例中，每个Pix1像素相对于对应像素Pix2偏移，或者，换句话说，像素Pix1的中心相对于像素Pix2的对应中心偏移。作为示例，像素的中心被称为像素的重心。
在图3的示例中，仅示出了两个像素Pix1和两个像素Pix2，尽管，在实践中，每个水平W1、W2包括例如远大于两个、例如大于100个的多个深度像素。
水平W1被配置为估计以频率Fmod1振幅调制的透射光信号与对应的反射光信号之间的相移，并且水平W2被配置为估计以频率Fmod2(等于频率Fmod1的k倍，其中k为大于等于1的数字)振幅调制的透射光信号与对应的反射光信号之间的相移。
在本公开的其余部分中，由每个像素Pix1获取的样本C0、C1、C2、和C3，以及对应的时间窗口C0、C1、C2、和C3将用附图标记C0-1、C1-1、C2-1、C3-1标出，并且类似地，由每个像素Pix2获取的样本C0、C1、C2、和C3以及对应的时间窗口C0、C1、C2、和C3将用附图标记C0-2、C1-2、C2-2、C3-2标出。特别地，分别为C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的时间窗口在频率Fmod1处是周期性的，分别为C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的时间窗口在频率Fmod2处是周期性的。因此，当频率Fmod1不同于频率Fmod2时，采样窗口C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的持续时间与采样窗口C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的持续时间不同。
分别为Pix1、Pix2的每个像素包括分别为P1、P2的至少一个感光单元。分别为P1、P2的每个感光单元包括分别为101、131的单个光电探测器。因此，分别为Pix1、Pix2的每个像素包括分别为101、131的至少一个光电探测器。每个光电探测器或光敏区域101(例如光电二极管)被形成或被布置在水平W1的衬底100中，每个光电探测器或光敏区域131(例如光电二极管)被形成或被布置在水平W2的衬底130中。
在每个像素Pix1中，像素Pix1的感光单元P1使能获取对于为该像素Pix1确定深度值或距离所需的所有样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1。换句话说，每个像素Pix1被配置为获取在像素Pix1中(即在像素Pix1的光电探测器中)光生的电荷C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的样本。
类似地，在每个像素Pix2中，像素Pix2的感光单元P2使能获取对于为该像素Pix2确定深度值或距离所必需的所有样本C0-2、C1-2、C2-2、C3-2。换句话说，每个像素Pix2被配置为获取在像素Pix2中(即在像素Pix2的光电探测器中)光生的电荷C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的样本。
每像素(分别为Pix1、Pix2)的感光单元(分别为P1、P2)对于所有像素(分别为Pix1、Pix2)是相同的。每像素Pix1的感光单元P1的数量等于每像素Pix2的感光单元P2的数量。
当像素Pix1包括多个感光单元P1，并且因此包括多个光电探测器101时，在此像素Pix1中被称为样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1的空间分布、像素Pix1的光电探测器101相对于相应样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1的空间分布由这些光电探测器101递送。类似地，当像素Pix2包括多个感光单元P2，并且因此包括多个光电探测器131时，在此像素Pix2中被称为样本C0-2、C1-2、C2-2、C3-2的空间分布、像素Pix2的光电探测器131相对于相应样本C0-2、C1-2、C2-2、C3-2的空间分布由这些光电探测器131递送。
优选地，样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1的空间分布在每个像素Pix1中相同，并且样本C0-2、C1-2、C2-2、C3-2的空间分布在每个像素Pix2中相同。另外，优选地，像素Pix1中的样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的空间分布与像素Pix2中的样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的空间分布相同，或者，换句话说，像素Pix1中的样本的空间分布与像素Pix2中的样本的空间分布相同。
每个感光单元P1被堆叠或叠加在感光单元P2上，并且，相反地，每个感光单元P2被感光单元P1顶置。在本说明书中，当感光单元P1的光电探测器101被堆叠在感光单元P2的光电探测器131上时，感光单元P1被称为堆叠在感光单元P2上，并且反之，当感光单元P2的光电探测器131被感光单元P1的光电探测器101顶置时，感光单元P2被称为被感光单元P1顶置。因此，感光单元P1被组织在包括感光单元P1的行和列的感光单元P1的阵列中，感光单元P2被组织在包括感光单元P2的行和列的感光单元P2的阵列中。在本公开中，当感光单元P1的光电探测器101、相应的感光单元P2的光电探测器131被组织在包括光电探测器(分别为101、131)的行和列的光电探测器(分别为101、131)的阵列中时，感光单元(分别为P1、P2)被称为被组织在包括感光单元(分别为P1、P2)的行和列的感光单元(分别为P1、P2)的阵列中。感光单元P1的每一行被堆叠在感光单元P2的对应行上，并且感光单元P1的每一列被堆叠在感光单元P2的对应列上。在本公开中，当对应的光电探测器101的相应行和列被堆叠在对应的光电探测器131的相应行和列上时，感光单元P1的相应行和列被称为堆叠在对应的光电探测器131的相应行和列上。
在所示的实施例中，水平W1包括垂直绝缘壁103，该垂直绝缘壁103横跨衬底100贯穿其整个厚度并且界定相应地与水平W1的感光单元P1的光电探测器101相对应的衬底部分。垂直绝缘壁103尤其具有光学隔离功能，并且可以进一步具有电绝缘功能。例如，垂直绝缘壁103由介电材料(例如氧化硅)或导电材料(例如多晶硅)制成，覆盖有介电材料(例如氧化硅)，使其与衬底100电绝缘。作为变型，可以省略绝缘壁103。
类似地，在所示实施例中，水平W2包括垂直绝缘壁133，该垂直绝缘壁133横跨衬底130贯穿其整个厚度并且界定相应地与水平W2的感光单元P2的光电探测器131相对应的衬底部分。垂直绝缘壁133特别地具有光学隔离功能，并且还可以具有电绝缘功能。作为示例，垂直绝缘壁133由介电材料(例如氧化硅)或导电材料(例如多晶硅)制成，覆盖有介电材料(例如氧化硅)，使其与衬底130电绝缘。作为变型，可以省略绝缘壁133。
作为示例，围绕每个感光单元P2的垂直绝缘壁133例如与围绕在此感光单元P2上堆叠的感光单元P1的垂直绝缘壁103定位为基本上垂直地成一直线。
在本公开中，存在分别由衬底的前侧和后侧所表示的、涂覆有互连堆叠的衬底的表面以及与其前侧相对的衬底的表面。
在图3的实施例中，衬底100的前侧和后侧分别是其下表面和其上表面，衬底130的前侧和后侧分别是其上表面和其下表面。在图3的示例中，涂覆有互连堆叠110的衬底100的前侧在涂覆有互连堆叠140的衬底130的前侧的一侧上或面对该衬底130的前侧。然而，本领域技术人员将能够使本公开适配于衬底100和130的后侧将彼此面对的情况、或者适配于衬底100和130中的一个的后侧将面对衬底100和130中的另一个的前侧的情况。
作为示例，互连堆叠(分别为110、140)包括交替的介电层和导电层。导电轨道111、141和电连接垫(图3中未示出)分别被形成在这些导电层中。互连堆叠110还包括导电过孔(图3中未示出)，其将轨道111彼此耦接和/或耦接到形成在衬底100中的部件和/或耦接到堆叠110的电连接垫。类似地，互连堆叠140包括导电过孔(图3中未示出)，其将轨道141彼此耦接和/或耦接到形成在衬底140中的部件和/或耦接到堆叠140的电连接垫。
虽然这在图3中没有图示，但是通常，每个像素(分别为Pix1、Pix2)包括一个或多个部件，例如MOS(metal oxide semiconductor，金属氧化物半导体)晶体管，其被形成在衬底(分别为100、130)的前侧上。
作为示例，旨在接收光信号的衬底100的侧面(即图3的示例中的衬底100的后侧)被涂覆有钝化层115，例如氧化硅层、HfO2层、Al2O3层、或者可以具有除了仅钝化功能(抗反射、过滤、键合等)之外的其它功能的不同材料的多个层的堆叠，其在衬底100的基本上整个表面上延伸。作为示例，层115被布置在衬底100的顶部上并与衬底100接触。
优选地，如图3所示，感光单元P1的每个堆叠和感光单元P2的每个堆叠包括滤波器118，例如黑色树脂层或干涉滤波器，其被布置在旨在接收光信号的传感器12的侧面上，例如在钝化层115的顶部上并与钝化层15接触，面对感光单元P1和P2的此堆叠的光敏元件101和131的堆叠。每个滤波器18适配于投射光源16(图1)的发射波长范围内的光。优选地，滤波器118适配于仅透射以系统10(图1)的光源16的发射波长范围为中心的相对窄的波段中的光。滤波器118能够防止在不源自设备10的光源16的光辐射的作用下，在底层感光单元P1和P2的光敏元件101和光敏元件131中不希望的电荷载流子的生成。
感光单元P1的每个堆叠和感光单元P2的每个堆叠可以进一步包括被布置在传感器12的侧面上、旨在接收光辐射的微透镜122，例如在感光单元P1和P2的此堆叠的滤波器118的顶部上并与滤波器118接触，其适配于将入射光聚焦到感光单元P1的光敏元件101上和/或感光单元P2的光敏元件131上。
作为示例，一个被堆叠在另一个的顶部上的两个水平W1和W2通过混合键合彼此组装。为此目的，水平W1包括例如整个地覆盖衬底100并且被第一电连接元件(图3中为示出)(例如堆叠110的电连接垫)中断的层126，并且水平W2包括例如与水平W1的层126相同性质的层132，该层132整个地覆盖衬底130并且被第二电连接元件(图3中未示出)(例如堆叠140的电连接垫)中断。该混合键合通过将层130放置成与层126接触(整个沿着衬底100和130)来实现，使得第一电连接元件与第二电连接元件接触。作为示例，层126和132由氧化硅制成。
在图3的示例中，其中水平W1从衬底100的后侧接收入射光且水平W2从衬底130的前侧接收入射光，衬底100和130的前侧彼此面对，并且层126和132分别被布置在衬底100的前侧上和衬底130的前侧上。例如，层126被布置在互连堆叠110的顶部上并与之接触，并且层132被布置在互连堆叠140的顶部上并与之接触。
虽然这在图3中没有图示，但是传感器12包括用于控制感光单元P1和P2的电路，也就是说，被配置成控制感光单元P1和P2的电路。该控制电路更特别地被配置为控制通过感光单元P1和P2对由传感器12接收的反射光信号的采样。作为示例，此控制电路包括被配置成控制感光单元P1的第一电路，此第一电路例如被布置在衬底100的内部和顶部上，以及被配置成控制感光单元P2的第二电路，此第二电路例如被布置在衬底130的内部和顶部上。当传感器12在结合图1描述的类型的图像获取设备10中实施时，根据实施例，用于控制感光单元P1和P2的电路例如经由信号CLK与电路14同步。
在水平W1中，时间窗口C0-1、C1-1、C2-1和C3-1中的每一个根据频率Fmod1是周期性的，对应于由水平W1检测到的光信号的振幅调制频率，从而可以基于由此像素Pix1提供的电荷样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1来计算针对每个像素Pix1的距离或深度d。换句话说，每个像素Pix1以等于频率Fmod1的N倍的频率Fe1采样光生电荷，在本实施例中N等于4，其中像素Pix1提供四个样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1以计算针对此像素Pix1的距离或深度d。
类似地，在水平W2中，时间窗口C0-2、C1-2、C2-2和C3-2中的每一个根据频率Fmod2是周期性的，频率Fmod2等于频率Fmod1的k倍，其中k是大于或等于1的数字。频率Fmod2对应于由水平W2检测到的光信号的振幅调制频率，从而可以基于由此像素Pix2提供的电荷样本C0-2、C1-2、C2-2、C3-2来计算针对每个像素Pix2的距离或深度d。换句话说，每个像素Pix2以等于频率Fmod2的N倍的频率Fe2采样光生电荷，其中当像素Pix2提供四个样本C0-2、C1-2、C2-2、C3-2来计算针对此像素Pix1的距离或深度d时，N等于4。
当结合图3描述的传感器12在结合图1描述的类型的设备10中实施时，根据实施例，计算电路20然后被配置为基于像素Pix1的样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1，相应地C0-2、C1-2、C2-2、C3-2来针对每个像素(分别为Pix1、Pix2)计算距离或深度d。计算电路20进一步被配置为基于针对像素Pix1计算的距离d并且进一步地基于为像素Pix2计算的距离d来计算或生成深度图，使得由此计算的深度图比仅基于针对像素Pix1计算的距离d而生成的深度图、比仅基于针对像素Pix2计算的距离d而生成的深度图更精确。换言之，计算电路20被配置为基于针对像素Pix1和针对像素Pix2计算的距离d来计算场景的深度图，该场景的深度图在与仅基于针对像素Pix1计算的距离d重构的场景的深度图相比时、以及与仅基于针对像素Pix2计算的距离d重构的场景的深度图相比时具有增加的精度。
更具体地，根据实施例，数字k大于1。在这种情况下，传感器12接收由场景反射的光信号，该光信号对应于由源16发射的光信号(图1)，该光信号以频率Fmod1进行振幅调制并同时在频率Fmod2进行振幅调制。像素Pix1然后以频率Fe1采样此接收到的光信号，而像素Pix2以频率Fe2采样此接收到的光信号。因此，像素Pix1的每个关联以及对应像素Pix2的每个关联使得能够计算针对像素Pix1的第一距离d和针对像素Pix2的第二距离d。
由于第一距离、相应地第二距离是基于第一相移、相应地第二相移并基于公式数学公式2来计算的这一事实，模2*Π，存在由仅已知相移/>(模2*Π)这一事实导致的不确定性。由于频率Fmod1低于频率Fmod2，因此在链接到模2*Π的无不确定性的情况下可检测的最大场景深度在频率Fmod1处比在频率Fmod2处更大。然而，在频率Fmod1处计算的第一距离d例如由电路20使用，以去除关于在频率Fmod2处计算的第二距离d的不确定性。因此，在没有链接到模2*Π的不确定性的情况下可检测的最大场景深度d在频率Fmod2和在频率Fmod1处是相同的。
另外，频率Fmod1比频率Fmod2低，距离d上的测量误差在频率Fmod2处较小。
与其中仅频率Fmod2将被使用的情况相比，两个频率Fmod1和Fmod2的使用使得能够受益于更宽范围的距离d，其可测量而没有不确定性，同时保持比其中仅频率Fmod1将被使用的情况更小的测量误差。
换句话说，设备10使得能够在没有与相移的已知模2*Π链接的不确定性的情况下测量在从0到至多c/2*Fmod1的范围内的距离d，其中测量误差对应于频率Fmod2处的测量误差。
结果，在水平W1和W2的堆叠的z方向上，由电路20基于第一距离和基于第二距离计算的深度图比仅基于第一距离计算的深度图更精确(就由于使用频率Fmod2而导致的测量误差而言)，并且比仅基于第二距离计算的深度图更精确(就由于使用频率Fmod2而导致的没有不确定性的可测量的最大距离而言)。
电路20被配置为基于第一距离和第二距离d(即基于样本C0-1、C0-2、C1-1、C1-2、C2-1、C2-2、C3-1和C3-2)来计算这种更精确的深度图。
优选地，在数量k大于1的实施例中，每个像素Pix1被堆叠在与像素Pix1相关联的对应像素Pix2上。换句话说，每个Pix1像素的中心在z方向上与与此像素Pix1相关联的对应Pix2像素的中心对齐。实际上，这使得不降低在两个方向x和y上所计算的深度图的精度，两个方向x和y彼此正交并且与z方向正交。
作为示例，当数字k大于1时，频率Fmod1在从10MHz到150MHz的范围内，而频率Fmod2可以在从20MHz到300MHz的范围内。
根据另一实施例，数字k等于1。在这种情况下，传感器12接收由场景反射的光信号，该反射的光信号对应于由源16(图1)发射的光信号，该光信号仅以频率Fmod1进行振幅调制。像素Pix1然后以频率Fe1采样此接收到的光信号并且像素Pix2以等于频率Fe1的频率Fe2采样此光信号。在本实施例中，每个像素(分别为Pix1、Pix2)，包括多个感光单元(分别为P1、P2)。另外，在本实施例中，像素Pix1的中心相对于像素Pix2的中心在x方向和/或y方向上偏移。换句话说，每个像素Pix1具有从与此Pix1像素相关联的像素Pix2的中心偏移的中心。
根据其中k等于1的实施例，每个像素Pix1的中心相对于与其相关联的像素Pix2的中心的偏移被永久地实施，也就是说，该偏移在由设备10对场景的每次捕获处相同。
根据其中k等于1的另一实施例，每个像素Pix1的中心相对于与其相关联的像素Pix2的中心的偏移仅在场景的两个捕获中的一个捕获处实施。
根据k等于1的又一实施例，对于场景的每两个连续捕获，每个像素Pix1的中心相对于与其相关联的像素Pix2的中心的偏移在两个捕获之间是不同的。
作为示例，每个像素Pix1的中心相对于与其相关联的像素Pix2的中心的偏移由用于控制深度像素Pix1和Pix2并因此控制感光单元P1和P2的电路实施，例如由于控制信号被递送到深度像素Pix1和/或Pix2。这样的偏移的实施在本领域技术人员的能力范围内，特别是基于结合图12至图15所描述的实施例的示例。
作为示例，当数字k等于1时，频率Fmod1和Fmod2在从10MHz到300MHz的范围内。
由于对于像素Pix1和对应像素Pix2的每个关联，电路20被配置为计算此像素Pix1和场景之间(也就是像素Pix1的中心和场景之间)的第一距离d和像素Pix2和场景之间(也就是像素Pix2的中心和场景之间)的第二距离d，以及此外，这两个Pix1和Pix2像素使它们的中心偏移，第一距离d相对于第二距离d偏移。这相当于使可用于由电路20计算深度图的距离d的数量加倍。结果，由电路20基于针对像素Pix1计算的距离d并基于针对像素Pix2计算的距离d而计算的深度图在由x和y方向限定的平面中比将仅基于针对像素Pix1计算的距离而计算的深度图更精确，并且比将仅基于针对像素Pix2计算的距离而计算的深度图更精确。换句话说，计算电路20被配置为在像素Pix1的中心相对于像素Pix2的中心的偏移的方向上提高深度图的精度。
图4是图示深度感光单元的电路300的实施例的电路图。根据实施例，所有感光单元P1和P2都由电路300实施，每个感光单元对应于一个不同的电路300。
电路300适于获取单个电荷样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1、C0-2、C1-2、C2-2或C3-2。
电路300能够执行电荷存储。电路300包括耦接在节点302和参考电源(例如接地)之间的光敏元件PD，光敏元件PD例如是光电二极管。更具体地，在电路300对应于感光单元P1的情况下，元件PD对应于感光单元P1的光敏区101(图3)，并且，在电路300对应于感光元件P2的情况下，元件PD对应于感光单元P2的光敏区131(图3)。
节点302经由采样电路304被耦接到感测节点SN。采样电路304包括通过例如是N沟道MOS晶体管的转移栅极306耦接到节点302的存储器mem1。存储器mem1还通过另外的转移栅极308(其也是例如N沟道MOS晶体管)耦接到感测节点SN。转移栅极306由施加到其栅极的信号Vmem1控制，而转移栅极308由施加到其栅极的信号Vsn1控制。存储器mem1提供将从光敏元件PD转移的电荷暂时存储在其中的电荷存储区。
电路300还包括由源跟随器晶体管310、选择晶体管312和复位晶体管314形成的输出电路，这些晶体管例如是N沟道MOS晶体管。感测节点SN被耦接到晶体管310的控制节点，其例如具有被耦接到电源电压源Vdd的其漏极，以及通过晶体管312被耦接到电路300的输出线316的其源极，该晶体管312由施加到其栅极的信号Vsel控制。感测节点SN还经由晶体管314耦接到电源电压源Vdd，该晶体管314由施加到其栅极的信号Vres控制。在替代实施例中，输出电路可以由多个感光单元共享，感测节点SN例如被耦接到一个或多个相邻感光单元的采样电路。
电路300还包括例如，将节点302耦接到电源电压源Vdd和使能复位光电二极管PD的晶体管318。晶体管318例如由信号VresPD控制。由此它能够通过确保在针对传感器的所有光电二极管PD同步积分开始之前耗尽光电二极管PD来控制曝光时间，并且提供防闪烁功能以防止在阵列的一般读取期间光电二极管溢出到存储器mem1中。
图5是图示深度感光单元的电路320的另一实施例的电路图。根据实施例，所有感光单元P1和P2都由电路320实施，每个感光单元对应于一个不同的电路320。
作为示例，在法国专利申请FR 15/63457中进一步详细描述了类似于电路320的电路。例如，在FR 15/63457的图3中示出了图示这种电路的操作的示例的时序图，并且相同的操作示例适用于本申请的上下文。
电路320包含电路300的所有元件，并且还包括连接在节点302和节点SN之间并包括与采样电路304类似的电路元件的另一个采样电路322，并且特别地，每个电路322包括存储器mem2、由信号Vmem2控制的转移栅极324和由信号Vsn2控制的转移栅极326。
电路320使得能够针对一个深度图像获取两个样本。电路320的使用有利地使得能够减少每个感光单元的晶体管的数量。按顺序执行从两个存储器mem1和mem2的读取。
图6是图示深度感光单元的电路330的另一实施例的电路图。根据实施例，用电路330实施所有感光单元P1和P2。
电路330包括如图5所示的电路320的所有元件，不同之处在于采样电路322被连接在节点302和节点SN'之间，并且它还包括由源跟随器晶体管332、选择晶体管334和复位晶体管336形成的输出电路，这些晶体管例如是N沟道MOS晶体管。感测节点SN'被耦接到晶体管332的控制节点，其例如具有被耦接到电源电压源Vdd的其漏极，以及通过晶体管334被耦接到电路330的输出线338的其源极，该晶体管334由施加到其栅极的信号Vsel'控制。感测节点SN'还经由晶体管336耦接到电源电压源Vdd，该晶体管336由施加到其栅极的信号Vres'控制。电路330使得能够针对一个深度图像获取两个样本。从两个存储器mem1和mem2的读取可以同时执行。
图7是图示深度感光单元的电路340的另一实施例的电路图。根据实施例，所有感光单元P1和P2都由电路340实施，每个感光单元对应于一个不同的电路340。
电路340包括图4所示的电路300的所有元件，其不同之处在于晶体管308和存储器mem1不存在，晶体管306被直接连接到感测节点SN。
在电路340的情况下，电荷被直接存储在感测节点SN上。不存在中间存储器。在这种情况下被称之为电压存储。可以在感测节点SN上添加电容C，其被连接在感测节点SN和地之间，以增加动态范围。感测节点SN处的存储容量也可以仅由于感测节点上存在的本征电容而形成，例如由连接到此节点的晶体管310的栅极电容、连接到此节点的晶体管314的源极电容、连接到此节点的晶体管306的漏极电容以及连接到节点SN的电连接件与相邻电连接件之间的等效电容的总和形成。
通过移除晶体管308、326和存储器mem1、mem2，可以从先前结合图5和图6讨论的电荷存储感光单元的情况中很容易地推导用并行或者顺序读出的电压存储感光单元的情况。
更一般地，本领域技术人员能够从前面描述的适于获取用于深度图像的两个样本、具有电荷或电压存储、以及并行或顺序读出的感光单元的情况推导出适于获取用于深度图像的三个或四个样本、具有电荷或电压存储、以及并行或顺序读出的感光单元。
在k等于1的实施例中，优选地，被递送至感光单元P1用于获取分别为C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的样本的控制信号与被递送至感光单元P2用于获取分别为C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的样本的控制信号相同。优选地，采样窗口C0-1、C1-1、C2-1和C3-1分别与采样窗口C0-2、C1-2、C2-2和C3-2同相或同步。为了实现这一点，传感器12包括例如被配置为使持续时间C0-1、C1-1、C2-1和C3-1分别与持续时间C0-2、C1-2、C2-2和C3-2同步的电路，此电路包括例如延迟线。
在k大于1的实施例中，由于采样窗口C0-1、C1-1、C2-1和C3-1在频率Fmod1处是周期性的并且采样窗口C0-2、C1-2、C2-2和C3-2在频率Fmod2处是周期性的事实，被递送至感光单元P1用于获取分别为C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的样本的控制信号与被递送至感光单元P2用于获取分别为C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的样本的控制信号相同。
图8至图11图示了其中数字k大于1的实施例的实施方式的细节。
图8用频域中的曲线图示了选择大于1的数字k的实施模式。
更具体地，图8图示了在频域中，以频率Fe1采样以频率Fmod1进行振幅调制的信号，每个样本对应于宽度为1/(N*Fmod1)的时间窗口，其中在本实施例中基于四个样本的采样，N等于四。
因此，在频域中，可以观察到与频率Fmod1相关联的基数正弦400。更具体地，每个基数正弦400以频率r*Fe1-Fmod1和r*Fe1+Fmod1中的一个为中心，其中r为正整数。在图8中，仅示出了以Fmod1(r＝0)、Fe1-Fmod1(r＝1)和Fe1+Fmod1(r＝1)为中心的基数正弦，并且进一步地，仅绘制了这些基数正弦400中的每一个的主瓣和前两个次瓣，以便不使附图过载。每个基数正弦400的主瓣的宽度等于2*Fmod1，并且其次瓣的宽度等于Fmod1。此外，由于样本是随着具有宽度1/Fe1的时间窗口C0-1、C1-1、C2-1和C3-1而取得的，这些基数正弦400的振幅乘以以零频率为中心的基数正弦402、具有宽度2*Fe1的主瓣和宽度Fe1的次瓣的基数正弦402。
然而，由水平W1有效接收的光信号不仅以频率Fmod1进行调制，而且以频率Fmod2同时进行调制。
实际上，根据其中k大于1的实施例，光源16(图1)被配置为递送以频率Fmod1并且同时以频率Fmod2进行振幅调制的光信号。作为示例，光源16是单色的并且被配置为在给定波长处递送光信号，此信号以频率Fmod1和Fmod2同时进行振幅调制。根据另一示例，光源16是多色的并且配置为递送包括多个波长、优选两个不同波长的光信号。在这种情况下，光源16被配置为例如，使得发射的信号针对发射光信号的所有波长以Fmod1和Fmod2同时进行振幅调制，或者例如，使得发射的光信号针对第一波长或第一波长范围以频率Fmod1进行振幅调制并且同时针对不同于第一波长的第二波长或不同于第一波长范围的第二波长范围以频率Fmod2进行振幅调制。
因此，尽管这在图8中未示出，但在频域中，也可以观察到与频率Fmod2相关联的基数正弦。与频率Fmod2相关联的每个基数正弦以频率r*Fe1-Fmod2和r*Fe1+Fmod2中的一个为中心，具有宽度2*Fmod1的主瓣和宽度Fmod1的次瓣。与频率Fmod2相关联的每个基数正弦的振幅与与频率Fmod1相关联的基数正弦400的振幅一样，乘以基数正弦402。
这导致频率Fmod2对由水平W1进行的反射信号中频率Fmod1的测量的贡献。频率Fmod2对由水平W1进行的测量的这种贡献导致针对水平W1计算的相移出现误差。
根据实施例，使得频率Fmod2对由水平W1进行的反射信号的频率Fmod1的测量的贡献不会导致针对水平W1计算的相移的误差，数字k被选择为整数。因此，频率Fmod1最终在与频率Fmod2相关联的基数正弦的每个的零上。
根据另一实施例，当数字k不是整数时，在针对水平W1计算的相移上容忍误差，这是由于频率Fmod2对由水平W1进行的反射信号的频率Fmod1的测量的贡献。例如，可以容忍低于目标误差阈值的误差，或者，换句话说，可以容忍频率Fmod2对小于目标值的反射信号的频率Fmod1的测量(通过水平W1)的贡献。数字k然后由该目标值确定。换句话说，数字k然后被确定使得频率Fmod2对由水平W1进行的反射信号的频率Fmod1的测量的贡献低于该目标值。作为示例，数字k大于7，这对应于频率Fmod2对由水平W1进行的反射信号的频率Fmod1的测量的贡献低于2.5％。
数字k的选择使得在水平W1中，已经描述了频率Fmod2对在频率Fmod1处执行的相移的测量几乎没有或没有影响。
然而，以与频率Fmod2相同的方式通过水平W1扰乱在频率Fmod1处执行的相移测量，也就是当接收到的光信号在频率Fe1处被采样时，频率Fmod1可以通过水平W2扰乱在频率Fmod2处执行的相移测量，也就是当接收到的光信号在频率Fe2处被采样时。在水平W2中，采样发生在频率Fe2＝N*Fmod2处，由此，在频域中，与频率Fmod1相关联的每个基数正弦以对应频率r*Fe2-Fmod1或r*Fe2+Fmod1为中心并且与频率Fmod2相关联的每个基数正弦以对应频率r*Fe2-Fmod2或r*Fe2+Fmod2为中心。此外，与频率Fmod1和Fmod2相关联的基数正弦每个具有宽度2*Fmod2的主瓣和宽度Fmod2的次瓣。然而，频率Fmod1低于频率Fmod2。因此，不可能找到针对频率Fmod2位于与频率Fmod1相关联的基数正弦的零上的k的整数值。
根据实施例，其中光源16是多色的并且被配置为使得光信号在频率Fmod1处针对第一波长进行振幅调制并且同时在频率Fmod2处针对不同于第一波长的第二波长进行振幅调制，滤波器被提供在水平W1和W2之间，该滤波器被配置为阻挡第一波长并且让第二波长通过。该滤波器(例如干涉滤波器)因此只允许在以频率Fmod2调制的反射光信号的部分朝向水平W2通过。这样就可以去除频率Fmod1对由水平W2进行的反射信号的频率Fmod2的测量的贡献。
根据另一个实施例，由频率Fmod1对由水平W2进行的反射信号的频率Fmod2的测量的贡献而导致的针对W2计算的相移上的误差被容忍。例如，容忍小于目标误差阈值的误差，或者换句话说，容忍频率Fmod1对由水平W2进行的反射信号的频率Fmod2的测量的贡献低于目标值。数字k然后由该目标值进一步确定，或者换句话说，使得频率Fmod1对由水平W1进行的反射信号的频率Fmod2的测量的贡献低于该目标值。作为示例，数字k大于或等于20，它对应于频率Fmod1对由水平W1进行的反射信号的频率Fmod2的测量的贡献低于或等于5％。
图9至图11的每个示意性地示出了像素Pix1中的样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的空间分布以及像素Pix2中的样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的空间分布，针对其中数字k大于1的实施例。换句话说，图9至图11中每个示出了像素Pix1和Pix2中的感光单元(并且因此是除了它们的光电探测器)的空间分布的实施例的示例，与它们能够获取的样本有关。
这些附图中的每一个示出了在附图中垂直对齐的在水平W1的像素Pix1(在附图的顶部)中的样本的空间分布和在水平W2的像素Pix2(在附图的底部)中的样本的空间分布。在这些附图中，仅示出了水平W1的感光单元P1的阵列的一部分和水平W2的感光单元P2的阵列的一部分。
在这些图9到图11中，每个像素Pix1被堆叠在像素Pix2上，或者换句话说，每个像素Pix1的中心与对应像素Pix2的中心对齐。
优选地，如这些附图所示，像素Pix1中的样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1中的空间分布与像素Pix2中的样本C0-2、C1-2、C2-2、C3-2的空间分布分别相同。换句话说，具有在其中生成的分别为C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的样本的电荷的像素Pix1的光电探测器被堆叠在具有在其中生成的分别为C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的样本的电荷的对应像素Pix2的光电探测器上。仍然换句话说，在这些附图中，被配置成获取分别为C0-1、C1-1、C2-1或C3-1的样本的每个感光单元P1被堆叠在被配置成获取分别为C0-1、C0-2、C2-2或C3-2的样本的感光单元P2上。
在未图示的其它示例中，每个像素Pix1中的样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的空间分布可以不同于像素Pix2(像素Pix1与其相关联，并且像素Pix1被堆叠在其上)的样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的空间分布。
在图9至图11中图示的实施例中，传感器12仅包括用于确定深度图像的感光单元P1和P2，并且优选地，传感器的感光单元P1、P2的行是两两相邻的，传感器的感光单元P1、P2的列是两两相邻的。
在图9至图11中，像素Pix1和Pix2由实线界定，并且在每个像素Pix1、Pix2中，像素的感光单元由虚线界定。
在图9中，每个像素Pix1包括被配置为获取相应样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的四个感光单元P1。另外，每个像素Pix2包括被配置为获取相应样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的四个感光单元P2。
通过每个像素Pix1对四个样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的捕获以及通过每个像素Pix2对四个样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的捕获在单个捕获中实施。
在图10中，每个像素Pix1包括两个感光单元P1，两个感光单元P1中的第一个被配置为获取两个样本，例如C0-1和C2-1，并且两个感光单元P1中的第二个被配置为获取两个其它样本，例如C1-1、C3-1。类似地，每个Pix2像素包括两个感光单元P2，两个感光单元P2中的第一个被配置为获取两个样本，例如C0-2和C2-2，并且两个感光单元P2中的第二个被配置为获取两个其它样本，例如C1-2、C3-2。
通过每个像素Pix1对四个样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的捕获以及通过每个像素Pix2对四个样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的捕获在单个捕获中实施。
在图11中，每个像素Pix1包括两个感光单元P1，两个感光单元P1中的第一个被配置为在两个连续捕获A(在图11中的左侧)和B(在图11中的右侧)期间获取两个样本，例如在捕获A期间获取样本C0-1以及在捕获B期间获取样本C2-1，两个感光单元P1中的第二个被配置为在两个连续捕获A和B期间获取两个其它样本，例如在捕获A期间获取样本C1-1以及在捕获B期间获取样本C3-1。类似地，每个像素Pix2包括两个感光单元P2，两个感光单元P2中的第一个被配置为在两个连续捕获A和B期间获取两个样本，例如在捕获A期间获取样本C0-2以及在捕获B期间获取样本C2-2，两个感光单元P2中的第二个被配置为在两个连续捕获A和B期间获取两个其它样本，例如在捕获A期间获取样本C1-2以及在捕获B期间获取样本C3-2。
通过每个Pix1像素对四个样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的捕获以及通过每个Pix2像素对四个样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的捕获在两个连续捕获A和B中实施。
在k大于1的情况下，本领域技术人员能够提供与作为结合图9至图11的示例而描述的像素Pix1和Pix2不同的像素Pix1和Pix2，每个Pix1像素然后例如被堆叠和对齐在对应像素Pix2上并且优选地具有与对应像素Pix2相同的样本的空间分布。例如，本领域技术人员能够为像素Pix1和Pix2提供具有被配置为在四个连续捕获中递送四个样本的单个感光单元。
图12至图15图示了其中数字k等于1的实施例的实施细节。
更具体地，图12至图15各自示意性地示出了像素Pix1中的样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1的空间分布和像素Pix2中的样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的空间分布，针对其中k等于1的实施例。
这些附图中的每一个示出了在附图中垂直对齐的在水平W1的像素Pix1(在附图的顶部)中的样本的空间分布和在水平W2的像素Pix2(在图的底部)中的样本的空间分布。在这些附图中，仅示出了水平W1的感光单元P1的阵列的一部分和水平W2的感光单元P2的阵列的一部分。
在这些附图中，像素Pix1中的样本C0-1、C1-1、C2-1、C3-1的空间分布与像素Pix2中的样本C0-2、C1-2、C2-2、C3-2的空间分布相同。换句话说，在每个像素Pix1中，获取样本(分别为C0-1、C1-1、C2-1和C3-1)的感光单元P1相对于像素Pix1的中心O的相对位置与获取样本(分别为C0-2、C1-2、C2-2和C3-2)的感光单元P2相对于对应像素Pix2的中心O的相对位置相同。
在图12至图15图示的实施例中，传感器12仅包括用于确定深度图像的感光单元P1和P2，并且优选地传感器的感光单元P1、P2的行是两两相邻的，传感器的感光单元P1、P2的列是两两相邻的。
在这些图12至图15中，感光单元P1、P2的行平行于y方向并且感光单元P1、P2的列平行于x方向，水平W1和W2在z方向上堆叠。
在图12至图15中，像素Pix1和Pix2由实线界定，并且在每个像素Pix1、Pix2中，像素的感光单元由虚线界定。
在图12中，单个Pix2像素被完全示出，并且尽管四个Pix1像素被完全示出，但是唯一参考的像素Pix1是与完全示出的像素Pix2相关联的那个。
在图12中，每个像素Pix1包括被配置为获取相应样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的四个感光单元P1。另外，每个像素Pix2包括被配置为获取相应样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的四个感光单元P2。通过每个像素Pix1对四个样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的捕获以及通过每个像素Pix2对四个样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的捕获在单个捕获中实施。
另外，在图12中，每个像素Pix2的中心O从与其相关联的像素Pix1的中心O偏移。
更具体地，在该示例中，每个Pix2像素的中心O从与其相关联的像素Pix1的中心O偏移一行感光单元P1、P2和一列感光单元P1、P2。换句话说，每个像素Pix2的中心O从与其相关联的像素Pix1的中心O在x方向上偏移一个感光单元并且在y方向上偏移一个感光单元。
结果，被配置为获取样本(分别为C0-1、C0-2；C1-1、C1-2；C2-1、C2-2；和C3-1、C3-2)的感光单元P1、P2的重复间距在x方向和y方向上等于1。这使得由电路20(图1)生成的深度图在x方向和y方向上在空间上更精确。
在未图示的另一示例中，每个Pix2像素的中心O相对于与其相关联的Pix1像素的中心O仅在x方向偏移一个感光单元，这使得由电路20生成的深度图在x方向上在空间上更精确。
在仍未图示的另一示例中，每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O仅在y方向上偏移一个感光单元，使得由电路20(图1)生成的深度图在y方向上在空间上更精确。
在图12的示例中，像素Pix2的中心O相对于它们与之相关联的像素Pix1的中心O的偏移是针对每个捕获来实施的，并且对于每个捕获是相同的。
作为示例，像素Pix2的中心O相对于它们与之相关联的像素Pix1的中心O的偏移例如由用于控制像素Pix1和Pix2的电路借助于该电路递送到感光单元P1和P2的控制信号来实施。
在图13中，单个像素Pix1和单个像素Pix2彼此相关联地被引用。
在图13中，每个像素Pix1包括被配置为获取相应样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的四个感光单元P1。另外，每个像素Pix2包括被配置为获取相应样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的四个感光单元P2。通过每个像素Pix1对四个样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的捕获以及通过每个像素Pix2对四个样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的捕获在单个捕获中实施。
在图13中，考虑了两个连续捕获C和D。图13图示了其中在两个捕获C和D之间，每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O偏移的情况。
在该示例中，在捕获C期间(在图13中的左侧)，每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O这里在y方向上偏移一个感光单元。在捕获C期间，被配置为获取样本(分别为C0-1、C0-2；C1-1、C1-2；C2-1、C2-2；和C3-1、C3-2)的感光单元P1、P2的重复间距在y方向等于1，并且在x方向等于2。在捕获D期间(在图13中的右侧)，每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O这里在x方向上偏移一个感光单元。在捕获C期间，被配置为获取样本(分别为C0-1、C0-2；C1-1、C1-2；C2-1、C2-2；和C3-1、C3-2)的感光单元P1、P2的重复间距在y方向等于2，并且在x方向等于1。
结果，在两个捕获C和D上，被配置为获取样本(分别为C0-1、C0-2；C1-1、C1-2；C2-1、C2-2；和C3-1、C3-2)的感光单元P1、P2的重复间距在x方向上等于1并且在y方向上等于2。
图13中图示的示例对应于这样的情况，其中对于每两个连续的捕获C和D，每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O的偏移对于两个捕获C和D中的每一个是不同的。作为示例，这种偏移由用于控制像素Pix1和Pix2的电路借助于该电路递送到感光单元P1和P2的控制信号来实施，例如通过在两个捕获C和D之间修改被递送到感光单元P2和/或P1的控制信号。
在未图示的其它示例中，在捕获C期间，每个像素Pix2的中心O与与其相关联的像素Pix1的中心O对齐，并且，在捕获D期间，每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O在x方向上偏移一个感光单元和/或在y方向上偏移一个感光单元。换句话说，这对应于这样的情况，其中对于每两个连续的捕获C和D，每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O的偏移仅针对两个捕获中的一个而实施。作为示例，这种偏移由用于控制像素Pix1和Pix2的电路借助于该电路递送到感光单元P1和P2的控制信号来实施，例如通过在两个捕获C和D之间修改被递送到感光单元P2和/或P1的控制信号。
另外，尽管已经结合图13描述了其中在两个连续的捕获C和D之间每个像素Pix2的中心O在x方向偏移一个感光单元和/或在y方向偏移一个感光单元的情况，其中像素Pix2与之相关联的像素Pix1的中心O没有偏移，还有可能在这两个连续捕获C和D之间每个像素Pix1的中心O偏移，而像素Pix1与之相关联的像素Pix2的中心有偏移或没有偏移。作为示例，这种偏移由用于控制像素Pix1和Pix2的电路借助于该电路递送到感光单元P1和P2的控制信号来实施，例如通过在两个捕获C和D之间修改被递送到感光单元P2和/或P1的控制信号。
在图14中，单个Pix1像素和单个Pix2像素彼此相关联地被引用。
在图14中，每个像素Pix1包括两个感光单元P1，两个感光单元P1中的一个被配置为获取两个样本，例如C0-1和C2-1，并且两个感光单元P1中的另一个被配置为获取两个其它样本，例如C1-1和C3-1。类似地，每个像素Pix2包括两个感光单元P2，感光单元P2中的一个被配置为获取两个样本，例如C0-2和C2-2，并且感光单元P2中的另一个被配置为获取两个其它样本，例如C1-2和C3-2。
通过每个Pix1像素对四个样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的捕获以及通过每个Pix2像素对四个样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的捕获在单个捕获中实施。
在图14的示例中，每个像素Pix1的两个感光单元P1在y方向上并排排列，并且类似地，每个像素Pix2的两个感光单元P2在y方向上并排排列。结果，被配置为获取样本(分别为C0-1、C0-2；C1-1、C1-2；C2-1、C2-2；和C3-1、C3-2)的感光单元P1、P2的重复间距在x方向上等于1。另外，每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O(在本示例中在y方向上)偏移一个感光单元。结果，被配置为获取样本(分别为C0-1、C0-2；C1-1、C1-2；C2-1、C2-2；和C3-1、C3-2)的感光单元P1、P2的重复间距在y方向上也等于1。
在未图示的另一示例中，每个像素Pix1的两个感光单元P1在x方向上并排排列，每个像素Pix2的两个感光单元P2在x方向上并排排列，并且每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O在x方向上偏移一个感光单元。结果，被配置为获取样本(分别为C0-1、C0-2；C1-1、C1-2；C2-1、C2-2；和C3-1、C3-2)的感光单元P1、P2的重复间距在x方向等于1，并且在y方向等于1。
在图14中，像素Pix2的中心O相对于它们与之相关联的像素Pix1的中心O的偏移是针对每个捕获而实施的，并且对于每个捕获是相同的。
作为示例，像素Pix2的中心O相对于它们与之相关联的像素Pix1的中心O的偏移例如由用于控制像素Pix1和Pix2的电路借助于该电路递送到感光单元P1和P2的控制信号来实施。
在图15中，单个Pix1像素和单个Pix2像素彼此相关联地被引用。
在图15中，每个像素Pix1包括两个感光单元P1，两个感光单元P1中的一个被配置为在两个连续捕获E(在图15中的左侧)和F(在图15中的右侧)期间获取两个样本，例如在第一捕获E期间获取样本C0-1以及在第二捕获F期间获取样本C2-1，像素Pix1的两个感光单元P1中的另一个被配置为在两个连续捕获E和F期间获取两个其它样本，例如在第一捕获E期间获取样本C1-1以及在第二捕获F期间获取样本C3-1。类似地，每个像素Pix2包括两个感光单元P2，像素Pix2的两个感光单元P2中的一个被配置为在两个连续捕获E和F期间获取两个样本，例如在第一捕获E期间获取样本C0-2以及在第二捕获F期间获取样本C2-2，像素Pix2的两个感光单元P2中的另一个被配置为在两个连续捕获E和F期间获取两个其它样本，例如在第一捕获E期间获取样本C1-2以及在第二捕获F期间获取样本C3-2。通过每个Pix1像素对四个样本C0-1、C1-1、C2-1和C3-1的捕获以及通过每个Pix2像素对四个样本C0-2、C1-2、C2-2和C3-2的捕获然后在两个连续捕获E和F期间实施
在图15的示例中，每个像素Pix1的两个感光单元P1在y方向上并排排列，并且类似地，每个像素Pix2的两个感光单元P2在y方向上并排排列。结果，在两个捕获E和F上，被配置为获取样本(分别为C0-1、C0-2；C1-1、C1-2；C2-1、C2-2；和C3-1、C3-2)的感光单元P1、P2的重复间距在x方向上等于1。另外，在图15的示例中，每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O(在本示例中在y方向上)偏移一个感光单元。结果，在两个捕获E和F上，被配置为获取样本(分别为C0-1、C0-2；C1-1、C1-2；C2-1、C2-2；和C3-1、C3-2)的感光单元P1、P2的重复间距在y方向上也等于1。
在未图示的另一示例中，每个像素Pix1的两个感光单元P1在x方向上并排排列，每个像素Pix2的两个感光单元P2在x方向上并排排列，并且每个像素Pix2的中心O相对于与其相关联的像素Pix1的中心O在x方向上偏移一个感光单元。结果，在两个捕获E和F上，被配置为获取样本(分别为C0-1、C0-2；C1-1、C1-2；C2-1、C2-2；和C3-1、C3-2)的感光单元P1、P2的重复间距在y方向也等于1，并且在x方向等于1。
像素Pix2的中心O相对于它们与之相关联的像素Pix1的中心O的偏移是针对每个捕获而实施的，并且对于每个捕获是相同的。
作为示例，像素Pix2的中心O相对于它们与之相关联的像素Pix1的中心O的偏移例如由用于控制像素Pix1和Pix2的电路借助于该电路递送到感光单元P1和P2的控制信号来实施。
在所有上述实施例和变型中，感光单元P1的每一行被堆叠在感光单元P2的一行上，感光单元P1的行和感光单元P2的行的堆叠形成传感器12的深度感光单元的行L，并且感光单元P1的每一列被堆叠在感光单元P2的一列上，感光单元P1的列和感光单元P2的列的堆叠形成传感器12的深度感光单元的列R。另外，在这些实施例和变型中，传感器12被配置为获取深度图像，而不是2D图像。在这种情况下，优选地，两个连续的行L是相邻的，也就是说，直接彼此相邻地布置，传感器12的深度感光单元两个连续的R列是相邻的。
然而，除了获取深度图像之外，图1所示的设备10的传感器12可以能够获取2D图像。
图16是示意性地和部分地示出场景的2D图像和深度图像的传感器12的实施例的横截面和透视图。
在图16中，仅示出了检测水平W1的衬底100和检测水平W2的衬底130。
与传感器12仅包括深度感光单元P1和P2的先前描述的实施例和变型相比，在图16的实施例中，传感器12附加地包括带有附图标记P3的2D图像像素。在图12的实施例中，像素P3被布置在衬底100的内部和顶部上并且像素P3被布置在衬底130的内部和顶部上。在未示出的变型中，像素P3全部被布置在衬底100的内部和顶部上。
此外，与先前描述的实施例和变型(其中两个连续列R是相邻的并且两个连续行L是相邻的)相比，在本实施例中，像素P3的行被插在每两个连续列L之间，并且像素P3的列被插在每两个连续列R之间。
每个像素P3适配于测量给定可见光波长范围内的光强度。为此目的，并且尽管这在图12中没有详述，但是每个像素P3包括光敏元件，例如光电二极管，其分别形成在此像素P3所属于的水平W1或W2的衬底100或130中。
优选地，传感器12被配置为获取2D彩色图像。在这种情况下，像素P3是不同类型的，每种类型的像素P3适配于测量给定可见光波长范围内的光强度，不同于其它类型的像素P3的光强度。每个像素P3然后包括例如由有色树脂制成的滤色器，其面对像素P3的光电二极管，该滤波器被配置为仅透射属于像素P3测量光强度的波长范围的光的波长。
在每个水平W1和W2包括像素P3的图16的实施例的情况下，优选地两个像素P3一个被堆叠在另一个的顶部上，共享相同的滤色器，并且滤色器搁置在衬底100上(其在衬底130之前接收入射光)，并且更具体地，搁置在衬底100接收入射光的一侧上。作为变型，每个像素P3可以具有其自己的滤色器，后者搁置在具有像素P3的衬底100或130上或者该像素P3被形成的衬底100或130的内部和其顶部上，在此衬底100或130的接收入射光的一侧上。
在另一个未图示的实施例中，仅水平W1包括像素P3。在这种情况下，每个P3像素的滤色器搁置在衬底100上，在衬底100接收入射光的一侧上。
作为示例，传感器12包括三种类型的像素P3，第一像素P3被称为蓝色像素，包括优先透射蓝光的滤色器，第二像素P3被称为红色像素，包括优先透射红光的滤色器，以及第三像素P3被称为绿色像素，包括优先透射绿光的滤色器。在图16中，不同类型的像素P3没有被区分。
作为变型，传感器12被配置为捕获单色2D图像，在这种情况下像素P3的滤色器可以被省略。
本领域技术人员能够将结合图3至图9至图15所作的描述(其中行L两两相邻且列R两两相邻的情况)，适配于图16中每两个连续的行L被像素P3的一个或多个行彼此分隔，并且每两个连续的列被像素P3的一个或多个列彼此分隔的情况。换句话说，本领域技术人员将能够将该描述适配于其中每行L与下一行L由像素P3的一个或多个行分隔，并且每列R与下一列R由像素P3的一个或多个列分隔的情况。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些各种实施例和变型的某些特征可被组合，并且其它变型将发生于本领域技术人员。
特别地，在各种附图中，像素和感光单元已经在俯视图中以正方形或矩形形状被示出。然而，本领域技术人员可以提供像素和/或感光单元的其它形状，例如在俯视图中具有三角形形状的感光单元。
另外，本领域技术人员能够将这里以上针对基于每个深度像素获取四个样本来计算用于此像素的距离d的传感器的情况所作的描述适配于基于每个像素仅获取三个样本来计算用于此像素的距离d的传感器的情况。
最后，所描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员基于这里上文给出的功能指示的能力范围内。特别地，本领域技术人员能够设计用于控制像素Pix1、Pix2的电路，使得能够实施所描述的各种实施例和变型的示例。

Claims (23)

1.用于获取场景的深度图像的设备(10)，包括与入射光信号在所述场景上的反射相对应的反射光信号的传感器(12)，其中：
-所述传感器(12)包括堆叠在第二检测水平(W2)上的第一检测水平(W1)；
-每个检测水平(W1；W2)包括深度像素(Pix1；Pix2)的阵列，所述水平(W1；W2)的每个深度像素(Pix1；Pix2)包括至少一个光电探测器(101；131)并且被配置为在相应的第一持续时间(C0-1；C0-2)、第二持续时间(C1-1；C1-2)和第三持续时间(C2-1；C2-3)期间获取所述像素中光生的电荷的至少第一样本(C0-1；C0-2)、第二样本(C1-1；C1-2)和第三样本(C1-1；C1-2)，所述水平(W1；W2)的第一持续时间、第二持续时间和第三持续时间根据所述水平的第一频率(Fmod1；Fmod2)是周期性的，
-所述第一水平(W1)的每个光电探测器(101)被堆叠在所述第二水平(W2)的光电探测器(131)上，并且
-所述第二水平(W2)的第一频率(Fmod2)等于所述第一水平(W1)的第一频率(Fmod1)的k倍，其中k是大于或等于1的数字，
所述设备还包括计算电路(20)，所述计算电路(20)被配置为针对所述第一水平和所述第二水平中的每一个的每个深度像素基于所述深度像素的第一样本、第二样本和第三样本计算距离，并且基于所计算的距离计算所述场景的深度图。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括用于控制所述深度像素的电路。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，数字k大于1。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，数字k是整数。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，数字k大于7。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，包括光源(16)，其被配置为递送所述入射光信号以使：
所述入射光信号包括第一波长处的第一光信号和不同于所述第一波长的第二波长处的第二光信号，
以所述第一水平(W1)的第一频率(Fmod1)对所述第一光信号进行振幅调制，以及
以所述第二水平(W2)的第一频率(Fmod2)对所述第二光信号进行振幅调制。
7.根据权利要求6所述的设备，包括被布置在所述传感器(12)的第一水平和第二水平(W1，W2)之间的滤波器，其被配置成阻挡所述第一光信号并让所述第二光信号通过。
8.根据权利要求3至5中任一项所述的设备，还包括光源(16)，其被配置为递送以所述第一水平(W1)的第一频率(Fmod1)和以所述第二水平(W2)的第一频率(Fmod2)同时进行振幅调制的入射光信号。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，数字k被确定为使得所述第一水平(W1)的第一频率(Fmod1)对由所述第二水平(W2)进行的所述反射信号中所述第二水平(W2)的第一频率的测量的贡献低于目标值。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其中，数字k大于或等于20。
11.根据权利要求3至10中任一项所述的设备，其中，所述第一水平(W1)的每个深度像素(Pix1)与所述第二水平(W2)的对应深度像素(Pix2)相关联。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述第一水平(W1)的每个深度像素(Pix1)被堆叠在与其相关联的所述第二水平(W2)的深度像素(Pix2)上。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，对于所述第一水平(W1)的深度像素(Pix1)在所述第二水平(W2)的深度像素(Pix2)上的每个堆叠，所述计算电路被配置为基于针对所述第一水平(W1)的深度像素(Pix1)计算的距离来去除关于针对所述第二水平(W2)的深度像素(Pix2)计算的距离的不确定性。
14.根据权利要求1或2所述的设备，其中：
k等于1，
每个深度像素(Pix1；Pix2)包括至少两个光电探测器(101；131)，
所述第一水平(W1)的每个深度像素(Pix1)与所述第二水平(W2)的对应深度像素(Pix2)相关联，并且
所述第一水平(W1)的深度像素(Pix1)的中心(O)相对于所述第二水平(W2)的对应深度像素(Pix2)的中心(O)偏移。
15.根据权利要求14所述的设备，其中：
所述偏移对于每个捕获是恒定的；或
对于每两个连续捕获，仅针对所述两个捕获中的一个捕获实施所述偏移；或
对于每两个连续捕获，所述偏移在所述两个捕获之间是不同的。
16.根据从属于权利要求2的权利要求14或15所述的设备，其中，用于控制所述深度像素(Pix1、Pix2)的电路被配置为实施所述偏移。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的设备，其中，所述计算电路(20)被配置为提高所述深度图在所述第一水平(W1)的深度像素(Pix1)的中心(O)相对于所述第二水平(W2)的对应深度像素(Pix2)的中心(O)的偏移的方向上的精度。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的设备，其中：
所述深度像素(Pix1、Pix2)的光电探测器(101；131)按行(L)和列(R)组织，
所述行(L)与所述列(R)正交，
所述行和所述列正交于所述第一水平(W1)在所述第二水平(W2)上的堆叠的方向(z)，以及
所述偏移对应于一行(L)和/或一列(R)的偏移。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的设备，还包括被配置为将所述第一水平(W1)的第一持续时间、第二持续时间和第三持续时间(C0-1、C1-1、C2-1)分别与所述第二水平(W2)的第一持续时间、第二持续时间和第三持续时间(C0-2、C1-2、C3-2)同步的电路。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的设备，还包括光源(16)，其被配置为仅以所述第一频率(Fmod1)递送经振幅调制的入射光信号。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的设备，其中，所述传感器(12)被配置为在所述第一水平(W1)的一侧上接收所述反射光信号。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的设备，其中，至少所述第一水平(W1)还包括2D图像像素(P3)。
23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述深度像素(Pix1、Pix2)的光电探测器(101、131)被按行(L)和按列(R)组织，所述行与所述列正交，所述行与所述列进一步正交于所述第一水平(W1)在第二水平(W2)上的堆叠方向(z)，并且其中，所述2D图像像素(P3)被布置在两个连续的行之间和/或两个连续的列之间。
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GB1221349A (en) 1967-05-10 1971-02-03 Armco Steel Corp Metallic coating method
US9508681B2 (en) * 2014-12-22 2016-11-29 Google Inc. Stacked semiconductor chip RGBZ sensor
FR3056332A1 (fr) * 2016-09-21 2018-03-23 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Dispositif comportant un capteur d'image 2d et un capteur de profondeur
FR3098991B1 (fr) * 2019-07-19 2023-08-25 Isorg Pixel de capteur d’images

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