CN206727071U - 图像传感器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及图像传感器。本实用新型要解决的一个技术问题是提供改进的图像传感器。图像传感器具有像素阵列，其中所述像素阵列包括：收集图像数据的多个图像像素；和收集相位信息的多个相位检测像素，其中所述相位检测像素以相位检测像素组来布置，并且其中每个相位检测像素组包括三个相邻像素。通过本实用新型，可以获得改进的图像传感器。

Description

图像传感器

技术领域

本实用新型整体涉及成像系统，更具体地讲，涉及具有相位检测功能的成像系统。

背景技术

现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。成像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素接收入射光子(光)并将这些光子转换成电信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。

诸如自动聚焦和三维(3D)成像的一些应用可能需要电子设备提供立体和/或相位检测功能。例如，为了使感兴趣的对象对焦以便捕获图像，电子设备可能需要识别电子设备和感兴趣对象之间的距离。为了识别距离，常规电子设备使用复杂的布置。一些布置需要使用多个图像传感器以及从各种视角捕获图像的相机透镜。其他布置需要添加将入射光聚焦在二维像素阵列的子区域上的透镜阵列。由于添加了诸如额外图像传感器或复杂透镜阵列的部件，这些布置导致空间分辨率降低、成本提高和复杂性增加。

常规成像系统还可能具有带有与低动态范围相关的伪影的图像。具有较亮部分和较暗部分的场景可在常规图像传感器中产生伪影，因为图像的各部分可能曝光过度或曝光不足。

因此，期望能够提供具有相位检测功能的改进的成像系统。

实用新型内容

本实用新型要解决的一个技术问题是提供改进的图像传感器。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器具有像素阵列，其中所述像素阵列包括：收集图像数据的多个图像像素；和收集相位信息的多个相位检测像素，其中所述相位检测像素以相位检测像素组来布置，并且其中每个相位检测像素组包括三个相邻像素。

在一个实施例中，每个相位检测像素组的所述三个相邻像素由单个微透镜覆盖。

在一个实施例中，每个相位检测像素组的三个相邻像素包括第一像素、第二像素和第三像素，其中所述第二像素插入在所述第一像素和所述第三像素之间，其中第一微透镜覆盖所述第一像素以及所述第二像素的至少一部分，并且其中第二微透镜覆盖所述第三像素以及所述第二像素的至少另外部分。

在一个实施例中，所述第一微透镜覆盖所述第一像素的全部以及所述第二像素的第一半，并且其中所述第二微透镜覆盖所述第三像素的全部以及所述第二像素的第二半。

在一个实施例中，图像传感器还包括：滤色器阵列，其中每个相位检测像素包括各自的滤色器元件，并且其中所述相位检测像素的所述滤色器元件全部都是相同的颜色。

在一个实施例中，每个相位检测像素组的三个相邻像素包括第一像素、第二像素和第三像素，所述图像传感器还包括：滤色器阵列，其中每个相位检测像素包括各自的滤色器元件，其中所述第一像素和所述第三像素包括第一颜色的滤色器元件，并且其中所述第二像素包括与所述第一颜色不同的第二颜色的滤色器元件。

在一个实施例中，所述第二像素通过背面深沟槽隔离结构与所述第一像素和所述第三像素分开。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器具有像素阵列，其中所述像素阵列包括：收集图像数据的多个图像像素，其中所述多个图像像素包括具有第一积分时间的第一组图像像素和具有第二积分时间的第二组图像像素，其中所述第一积分时间与所述第二积分时间不同；以及收集相位信息的多个相位检测像素，其中所述多个相位检测像素以相位检测像素组来布置，其中每个相位检测像素组包括在一条直线上连续布置的第一像素、第二像素和第三像素，并且其中所述第二像素插入在所述第一像素和所述第三像素之间。

在一个实施例中，每个相位检测像素组的所述第一像素和所述第三像素具有所述第一积分时间，并且其中每个相位检测像素组的所述第二像素具有所述第二积分时间。

在一个实施例中，第一积分时间比所述第二积分时间长。

本实用新型的一个有益技术效果是提供了改进的图像传感器。

附图说明

图1是示例性电子设备的示意图，该电子设备具有可包括根据本实用新型实施方案的相位检测像素的图像传感器。

图2A是根据本实用新型实施方案的示例性相位检测像素的横截面侧视图，这些相位检测像素的光敏区各自具有不对称的角度响应。

图2B和图2C是根据本实用新型实施方案的图2A的相位检测像素的横截面图。

图3是根据本实用新型实施方案的相位检测像素的光敏区的示例性信号输出的示意图，其中入射光以不同的入射角照射到相位检测像素。

图4是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有长积分时间相位检测像素组和不间断滤色器图案。

图5是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有短积分时间相位检测像素组和不间断滤色器图案。

图6是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有要么全部是短积分时间像素，要么全部是长积分时间像素的相位检测像素组，以及不间断滤色器图案。

图7是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有长积分时间相位检测像素组和间断滤色器图案。

图8是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有短积分时间相位检测像素组和间断滤色器图案。

图9是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有要么全部是短积分时间像素，要么全部是长积分时间像素的相位检测像素组，以及间断滤色器图案。

图10是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有既有短积分时间像素又有长积分时间像素的相位检测像素组和不间断滤色器图案。

图11是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有既有短积分时间像素又有长积分时间像素的相位检测像素组和间断滤色器图案。

图12是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有既有短积分时间像素又有长积分时间像素的一些相位检测像素组、全部是长积分时间像素的一些相位检测像素组，以及不间断滤色器图案。

图13是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有既有短积分时间像素又有长积分时间像素的一些相位检测像素组、全部是长积分时间像素的一些相位检测像素组，以及间断滤色器图案。

图14是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有长积分时间分散相位检测像素组和不间断滤色器图案。

图15是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有长积分时间分散相位检测像素组和间断滤色器图案。

图16是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有既有短积分时间像素又有长积分时间像素的分散相位检测像素组和不间断滤色器图案。

图17是根据本实用新型实施方案的示例性相位检测像素组的横截面侧视图，该相位检测像素组具有覆盖三个像素的两个微透镜。

图18是根据本实用新型实施方案的示例性相位检测像素组的横截面侧视图，该相位检测像素组具有覆盖中心像素的短凸面微透镜。

图19是根据本实用新型实施方案的示例性相位检测像素组的横截面侧视图，该相位检测像素组具有覆盖中心像素的凹面微透镜。

图20是根据本实用新型实施方案的具有透镜上透镜的微透镜布置的示例性相位检测像素组的横截面侧视图。

图21是根据本实用新型实施方案的具有中央背面深沟槽隔离结构的示例性相位检测像素组的横截面侧视图。

图22是根据本实用新型实施方案的具有中央背面深沟槽隔离结构和复合栅格的示例性相位检测像素组的横截面侧视图。

图23是根据本实用新型实施方案的具有中央背面深沟槽隔离结构和嵌入式屏蔽元件的示例性相位检测像素组的横截面侧视图。

图24是根据本实用新型实施方案的没有中央背面深沟槽隔离结构的示例性相位检测像素组的横截面侧视图。

图25是根据本实用新型实施方案的没有中央背面深沟槽隔离结构并且包括复合栅格的示例性相位检测像素组的横截面侧视图。

图26是根据本实用新型实施方案的没有中央背面深沟槽隔离结构并且包括嵌入式屏蔽元件的示例性相位检测像素组的横截面侧视图。

图27是根据本实用新型实施方案的示例性相位检测像素组的横截面侧视图，该相位检测像素组具有部分围绕中心像素的中央背面深沟槽隔离结构。

图28是根据本实用新型实施方案的示例性相位检测像素组的横截面侧视图，该相位检测像素组具有部分覆盖中心像素的屏蔽元件。

图29是根据本实用新型实施方案的示例性相位检测像素组的横截面侧视图，该相位检测像素组具有完全覆盖中心像素的屏蔽元件。

图30是根据本实用新型实施方案的示例性相位检测像素组的横截面侧视图，该相位检测像素组具有嵌入滤色器阵列中的屏蔽元件。

图31是根据本实用新型实施方案的示例性像素阵列的顶视图，该像素阵列具有由大小为相邻像素的1.5倍的两个像素形成的相位检测像素组。

具体实施方式

本实用新型的实施方案涉及具有相位检测功能的图像传感器。图1中示出了具有数字相机模块的电子设备。电子设备10可以是数字照相机、计算机、移动电话、医疗设备或其他电子设备。相机模块12(有时称为成像设备)可包括图像传感器14和一个或多个透镜28。在操作期间，透镜28(有时称为光学器件28)将光聚焦到图像传感器14上。图像传感器14包括将光转换成数字数据的光敏元件(如，光电二极管)。图像传感器可具有任何数量(如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可(例如)具有数百万的像素(如，百万像素)。例如，图像传感器14可包括偏置电路(如，源极跟随器负载电路)、采样保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(如，缓冲电路)、寻址电路等。

可将来自图像传感器14的静态图像数据和视频图像数据经由路径26提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、相位检测、数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。例如，在自动聚焦操作期间，图像处理和数据格式化电路16可处理图像传感器14中的相位检测像素收集的数据，以确定将感兴趣的对象对焦所需的透镜移动(例如，透镜28的移动)的幅度和方向。

图像处理和数据格式化电路16也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组格式或简称JPEG格式)。在典型布置(有时称为片上系统(SOC)布置)中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16在共用集成电路上实现。使用单个集成电路来实现相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可有助于降低成本。不过，这仅为示例性的。如果需要，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可使用单独的集成电路来实现。如果需要，相机传感器14和图像处理电路16可以形成在单独的半导体衬底上。例如，相机传感器14和图像处理电路16可以形成在已堆叠的单独的衬底上。

相机模块12可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子系统20(例如，图像处理和数据格式化电路16可将图像数据传送到子系统20)。电子设备10通常向用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级移动电话中，可为用户提供运行用户应用程序的能力。为实现这些功能，电子设备10的主机子系统20可包括存储和处理电路24以及输入-输出设备22，诸如小键盘、输入-输出端口、操纵杆和显示器。存储和处理电路24可包括易失性和非易失性的存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器等)。存储和处理电路24还可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路或其他处理电路。

可能希望的是，提供具有相位检测功能的图像传感器(例如，以用于自动聚焦应用、3D成像应用诸如机器视觉应用等)。为了提供相位检测功能，图像传感器14可包括相位检测像素组，诸如图2A所示的相位检测像素组100。

图2A是像素组100的示例性横截面图。在图2A中，相位检测像素组100是像素对。像素对100可包括第一像素和第二像素，诸如像素1和像素2。像素1和像素2可包括光敏区，诸如形成在衬底(诸如硅衬底108)中的光敏区110。例如，像素1可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD1，并且像素2可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD2。微透镜可形成在光电二极管PD1和PD2上方，并且可用于将入射光导向光电二极管PD1和PD2。在图2A的布置中，微透镜102覆盖两个像素区，该布置有时可称为2×1或1×2布置，因为有两个相位检测像素被连续地布置在一条直线上。在替代实施方案中，可将三个相位检测像素连续地布置在一条直线上，所以该布置有时可称为1×3或3×1布置。

可将滤色器(诸如滤色器元件104)插置在微透镜102和衬底108之间。滤色器元件104可通过只允许预定波长穿过滤色器元件104来过滤入射光(例如，滤色器104可仅透过对应于绿色、红色、蓝色、黄色、青色、品红色、可见光、红外光等的波长)。滤色器104可为宽带滤色器。宽带滤色器的示例包括黄色滤色器(例如，透过红光和绿光的黄色滤色器材料)和透明滤色器(例如，透过红光、蓝光和绿光的透明材料)。一般来讲，宽带滤波器元件可透过两种或更多种颜色的光。光电二极管PD1和PD2可用于吸收由微透镜102聚焦的入射光，并产生与吸收的入射光量对应的像素信号。

光电二极管PD1和PD2可各自覆盖微透镜102下方的衬底面积的大约一半(作为一个示例)。通过仅覆盖衬底面积的一半，每个光敏区可设置有不对称的角度响应(例如，光电二极管PD1可基于入射光到达像素对100的角度而产生不同的图像信号)。入射光相对于法向轴116到达像素对100的角度(即，入射光相对于透镜102的光轴116照射微透镜102的角度)在本文中可称为入射角或入射角度。

图像传感器可使用前照式成像器布置(例如，当诸如金属互连电路的电路被插置在微透镜和光敏区之间时)或背照式成像器布置(例如，当光敏区被插置在微透镜和金属互连电路之间时)来形成。其中像素1和像素2是背照式图像传感器像素的图2A、图2B和图2C的实施例仅为示例性的。如果需要，像素1和像素2可为前照式图像传感器像素。像素为背照式图像传感器像素的布置在本文中有时作为实施例被描述。

在图2B的实施例中，入射光113可源自法向轴116的左侧，并且可以相对于法向轴116的角度114到达像素对100。角度114可以是入射光的负角。以负角诸如角度114到达微透镜102的入射光113可被聚焦到光电二极管PD2。在这种情况下，光电二极管PD2可产生相对高的图像信号，而光电二极管PD1可产生相对低的图像信号(例如，因为入射光113未被聚焦到光电二极管PD1)。

在图2C的实施例中，入射光113可源自法向轴116的右侧，并且以相对于法向轴116的角度118到达像素对100。角度118可以是入射光的正角。以正角诸如角度118到达微透镜102的入射光可被聚焦到光电二极管PD1(例如，光未被聚焦到光电二极管PD2)。在这种情况下，光电二极管PD2可产生相对低的图像信号输出，而光电二极管PD1可产生相对高的图像信号输出。

由于每个光敏区110的中心偏离(即，不对准)微透镜102的光轴116，所以光电二极管PD1和PD2的位置有时可称为不对称位置。由于衬底108中的各个光电二极管PD1和PD2的形成不对称，因此每个光敏区110可具有不对称的角度响应(例如，每个光电二极管110响应于具有给定强度的入射光所产生的信号输出可基于入射角而变化)。

在图3的示意图中，示出了像素对100的光电二极管PD1和PD2响应于不同角度的入射光的图像信号输出的示例。线160可表示光电二极管PD2的输出图像信号，而线162可表示光电二极管PD1的输出图像信号。对于负入射角，光电二极管PD2的输出图像信号可增大(例如，因为入射光被聚焦到光电二极管PD2上)，并且光电二极管PD1的输出图像信号可减小(例如，因为入射光被聚焦远离光电二极管PD1)。对于正入射角，光电二极管PD2的输出图像信号可相对较小，并且光电二极管PD1的输出图像信号可相对较大。

图2A、图2B和图2C的像素对100的光电二极管PD1和PD2的尺寸和位置仅为示例性的。如果需要，光电二极管PD1和PD2的边缘可位于像素对100的中心，或者可在任何方向上稍微偏离像素对100的中心。如果需要，可以减小光电二极管110的尺寸以覆盖少于像素面积的一半。

来自像素对(诸如像素对100)的输出信号可用于在自动聚焦操作期间调节图像传感器14中的光学器件(例如，一个或多个透镜，例如图1的透镜28)。可基于来自像素对100的输出信号来确定将感兴趣的对象对焦所需的透镜移动的方向和幅度。

例如，通过创建对来自透镜的一侧或另一侧的光敏感的像素对，可确定相位差。该相位差可用于确定为将感兴趣的对象对焦，图像传感器光学器件应在哪个方向调节以及调节多远。

当对象被聚焦时，来自图像传感器光学器件的两侧的光会聚以产生聚焦图像。当对象位于焦点之外时，光学器件的两侧投影的图像不会重叠，因为它们彼此不同相。通过创建其中每个像素对于来自透镜的一侧或另一侧的光敏感的像素对，可确定相位差。该相位差可用于确定为使图像同相从而对焦感兴趣的对象所需的光学器件移动的方向和幅度。用于确定相位差信息的像素组(诸如像素对100)在本文中有时称为相位检测像素或深度感测像素。

可通过将PD1的输出像素信号与PD2的输出像素信号进行比较来计算相位差信号。例如，可通过从PD2的像素信号输出中减去PD1的像素信号输出(例如，通过从线160减去线162)来确定像素对100的相位差信号。对于距离比聚焦对象距离近的对象，相位差信号可为负值。对于距离比聚焦对象距离远的对象，相位差信号可为正值。该信息可用于自动调节图像传感器光学器件以使感兴趣的对象对焦(例如，通过使像素信号彼此同相)。

如前所述，图2A至图2C中的相位检测像素组100包括两个相邻像素的实施例仅为示例性的。在另一示例性实施方案中，相位检测像素组100可包括三个相邻像素。这种类型的实施方案的示例在图4至图16中示出。

图4示出了具有相位检测像素组100的示例性像素阵列42。像素阵列42包括滤色器阵列。用R标记的像素包括红色滤色器，用G标记的像素包括绿色滤色器，用B标记的像素包括蓝色滤色器。像素阵列100中的滤色器的图案是拜耳马赛克图案，其包括二乘二图像像素44的重复单元，该二乘二图像像素具有布置在一条对角线上的两个绿色图像像素，以及布置在另一条对角线上的一个红色图像像素和一个蓝色图像像素。该例子仅为示例性的，并且如果需要，可使用其他滤色器图案。例如，可使用宽带滤色器(例如，黄色或透明滤色器)来代替滤色器阵列中的绿色滤色器。

相位检测像素组100可以包括在该像素阵列中。如图所示，相位检测像素组100可被布置在该像素阵列的一行内的一条直线上。例如，相位检测像素可被布置在行46和48中的间断直线上。每个相位检测像素组可由单个中间像素、两个中间像素、三个中间像素或多于三个中间像素分开。在另一个实施方案中，相位检测像素组可被布置成没有任何中间像素(即，在连续直线上而不是间断直线上)。具有相位检测像素组的行可间隔任何所需的距离。例如，相位检测像素组可被布置在相邻行中，或者可由一个中间行、两个中间行、三个中间行、多于三个中间行、多于五个中间行、多于十个中间行或多于二十五个中间行分开。

相位检测像素组可包括三个相邻像素组成的组，其被布置为使得组的边缘上的相位检测像素(即，像素44-1和44-3)具有相同的颜色。该组中心的像素(即，像素44-2)可具有与边缘像素不同的颜色。在图4中，每个相位检测像素组的边缘处的像素可以是绿色，而中心像素可以是蓝色。可以分析来自两个边缘像素(即，像素44-1和44-3)的成像信号以确定相位信息。也可以分析来自像素44-1和44-2的成像信号以确定相位信息。也可以分析来自像素44-3和44-2的成像信号以确定相位信息。

如果需要，像素阵列42可以在高动态范围应用中使用。为了增大成像传感器的动态范围，像素阵列中的不同像素可暴露于入射光不同的时间量。例如，像素阵列42中的一些像素可以具有第一积分时间，而该像素阵列中的一些像素可以具有第二积分时间。第一积分时间可不同于第二积分时间。例如，第一积分时间可比第二积分时间短。具有较短积分时间的像素可被标记为“短”，而具有较长积分时间的像素可被标记为“长”。

可以使用任何所需的布置来确定像素的积分时间。在一种可能的布置中，像素阵列的每一行可具有对应的积分时间。例如，每隔一行可具有短积分时间，而其余每隔一行可具有长积分时间。在图4所示的另一种可能的布置中，积分时间可能会在每一行按列变化。这种类型的布置有时称为“Z字形”布置。

相位检测像素组中的像素既可具有短积分时间，也可具有长积分时间。如图4的实施例所示，相位检测像素组中的每个像素可以具有相同长度的积分时间。在图4中，像素44-1、44-2和44-3都具有长积分时间。然而，该例子仅为例示性的。在图5所示的另一种可能的布置中，相位检测像素组中的每个像素可具有短积分时间。如图5所示，像素44-1、44-2和44-3可具有短积分时间。像素44-1和44-3可以是绿色像素，而像素44-2可以是红色像素。在图4和图5这两幅图中，相位检测像素组的边缘像素具有相同长度的积分时间，这在像素信号的处理期间可能是有利的。

图6示出了具有相位检测像素组100的示例性像素阵列。类似于图4和图5，图6中的相位检测像素组可各自具有相同长度的积分时间。然而，一些相位检测像素组(即，组100-1)的像素可具有长积分时间，而一些相位检测像素组(即，组100-2)的像素可具有短积分时间。

在图4至图6所示的实施方案中，相位检测像素组具有与周围的滤色器图案相匹配的滤色器(即，拜耳滤色器图案不间断)。这可能是图像处理所需要的，因为在滤色器图案不间断时，校正像素之间的光学串扰的算法可能更有效。然而，该不间断滤色器图案例子仅为示例性的。如果需要，可以改变滤色器图案。

图7示出了底层滤色器图案在相位检测像素组中间断的一个示例性像素阵列。如图7所示，边缘像素44-1和44-3可具有与滤色器图案相匹配的绿色滤色器。然而，中心像素44-2也具有绿色滤色器，并且该绿色滤色器与滤色器图案不匹配。在某些情况下，使中心像素匹配边缘像素的颜色对于收集相位检测数据可能是有利的。类似于图4，图7示出了全部具有长积分时间像素的相位检测像素组。不同于蓝色中心像素(如图4所示)，图7的像素组具有绿色中心像素。

图8示出了底层滤色器图案在相位检测像素组中间断的另一个示例性像素阵列。与图7不同，图8的相位检测像素组全部具有短积分时间。另外，不同于红色中心像素(如图5所示)，图8的像素组具有绿色中心像素。图7和图8中所示类型的像素组可同时在单个像素阵列中使用，如图9所示。在图9中，相位检测像素组全部具有相同的颜色。然而，一些相位检测像素组(即，组100-1)的像素可具有长积分时间，而一些相位检测像素组(即，组100-2)的像素可具有短积分时间。

在图4至图9中，相位检测像素组的中心像素的积分时间全部与边缘像素的积分时间相匹配。然而，该例子仅为例示性的。如果需要，相位检测像素组的中心像素的积分时间可与边缘像素的积分时间不匹配。这种类型的布置在图10中示出。如图所示，中心像素44-2可具有短积分时间，而边缘像素44-1和44-3具有长积分时间。在图10中，滤色器图案不间断。中心像素44-2具有蓝色滤色器，而边缘像素44-1和44-3具有绿色滤色器。

在图10的实施例中，相位检测像素组的边缘像素具有长积分时间，并且相位检测像素组的中心像素具有短积分时间，该实施例仅为示例性的。如果需要，相位检测像素组的边缘像素可具有短积分时间，并且相位检测像素组的中心像素可具有长积分时间。在这些实施方案中，边缘像素可具有绿色滤色器，而中心像素可具有红色滤色器元件，或者每个像素可具有绿色滤色器元件。一般来讲，相位检测像素组中的每个像素可具有任何所需的积分时间或滤色器元件。

图11示出了一个像素阵列，其中相位检测像素组的中心像素的积分时间与边缘像素的积分时间不匹配，并且滤色器图案间断。如图所示，类似于图10，中心像素44-2可具有短积分时间，而边缘像素44-1和44-3具有长积分时间。然而，不同于具有蓝色滤色器的中心像素44-2(如图10所示)，中心像素44-2可具有绿色滤色器。

图12示出了一个像素阵列，其中一些相位检测像素组(例如，组100-1)的中心像素的积分时间与边缘像素的积分时间相匹配，并且其他相位检测像素组(例如，组100-2)的中心像素的积分时间与边缘像素的积分时间不匹配。图12的滤色器图案不间断。图13示出了类似于图12的阵列的像素阵列。图13中的一些相位检测像素组(例如，组100-1)的中心像素的积分时间与边缘像素的积分时间相匹配，并且图13中的其他相位检测像素组(例如，组100-2)的中心像素的积分时间与边缘像素的积分时间不匹配。然而，与图12不同，图13的滤色器图案可间断。如图13所示，每个相位检测像素组的中心像素可具有与边缘像素的滤色器相匹配的滤色器。

在图4至图13所示的像素阵列中，相位检测像素组被布置在间断直线上(即，至少一个中间像素位于每个相位检测像素组之间)。然而，该例子仅为例示性的。如图14所示，相位检测像素组可反而分散在整个阵列中。在图14中，分散的相位检测像素组全部具有相同长度的积分时间，并且滤色器图案不间断。在图15中，分散的相位检测像素组全部具有相同长度的积分时间，并且滤色器图案被破坏，使得所有相位检测像素具有相同的颜色。在图16中，分散的相位检测像素组具有不同长度的积分时间(即，相位检测像素组的中心像素的积分时间与边缘像素的积分时间不匹配)，并且滤色器图案不间断。

图4至图16中的相位检测像素组的实施例仅为示例性的。一般来讲，相位检测像素组的像素可具有任何所需的颜色和积分时间的组合。此外，相位检测像素组可在整个阵列中以任何所需的图案定位。

在图4至图16中，相位检测像素组被示为水平地布置在单一行中。该示例仅为示例性的，并且如果需要，可使用相位检测像素组的其他取向。例如，相位检测像素组可纵向布置在一列中。在另一个实施方案中，相位检测像素组可以45度角跨多行和多列对角地延伸。阵列中的每个相位检测像素组不必具有相同的取向。例如，一些相位检测像素组可横向地布置，并且一些相位检测像素组可纵向地布置。可使用相位检测像素组取向的任何所需的组合。

可使用一个或多个微透镜来覆盖相位检测像素组中的像素。有各种不同的微透镜布置可供使用，如图17到图20所示。图17示出了用两个微透镜覆盖三个像素的示例性相位检测像素组100。如图17所示，每个像素都可以由相应的滤色器104覆盖。背面深沟槽隔离结构72可围绕相位检测像素组形成。此外，复合栅格74可形成在滤色器元件之间。两个微透镜可形成在三个像素上方。微透镜102-1可覆盖像素1的全部，以及像素2的至少一部分。微透镜102-2可覆盖像素3的全部，以及像素2的至少一部分。在图17中，每个微透镜都被示为覆盖1.5个像素。然而，该例子仅为示例性的。如果需要，每个微透镜可覆盖1.2个像素、1.3个像素、少于1.3个像素、介于1到1.5个像素之间、多于1.3个像素，或1.5个像素。

图18示出了用于相位检测像素组100的另一示例性微透镜布置。如图所示，像素1、2和3可具有相应的微透镜102-1、102-2和102-3。微透镜102-1可具有高度76，微透镜102-2可具有高度78，微透镜102-3可具有高度80。高度76和80可大于高度78。微透镜102-1、102-2和102-3都可以是凸面微透镜。

图19示出了用于相位检测像素组100的另一示例性微透镜布置。如图所示，像素1、2和3可具有相应的微透镜102-1、102-2和102-3。微透镜102-1和102-3可以是凸面的，而微透镜102-2可以是凹面的。

在另一个实施方案中，三个相邻像素可由单个微透镜覆盖(类似于图2A中所示的布置，但是具有三个像素，而不是两个)。

在上述微透镜布置中，微透镜形成在滤色器元件104上。这种类型的布置有时可称为“间隙上透镜”布置。也可使用其它类型的微透镜布置，其中微透镜形成在其它微透镜上，这种布置有时也称为“透镜上透镜”布置。图20示出了用于相位检测像素组100的示例性透镜上透镜布置。微透镜102-1可覆盖像素1，微透镜102-2可覆盖像素2，微透镜102-3可覆盖像素3。微透镜102-1、102-2和102-3可形成为与像素阵列的其余部分的微透镜具有相同的尺寸(并且在相同的制造步骤期间形成)。随后可在微透镜102-1、102-2和102-3上方形成微透镜102-4和102-5。微透镜102-4可覆盖像素1的全部，以及像素2的至少一部分。微透镜102-5可覆盖像素3的全部，以及像素2的至少一部分。在图20中，微透镜102-4和102-5被示为覆盖1.5个像素。然而，该例子仅为示例性的。如果需要，微透镜102-4和102-5可各自覆盖1.2个像素、1.3个像素、少于1.3个像素、多于1.3个像素，或1.5个像素。通过在微透镜102-1、102-2和102-3的上方形成微透镜102-4和102-5，微透镜102-4和102-5将具有比间隙上透镜布置中更高的高度。微透镜102-4和102-5的更高高度可以在像素中实现更好的相位检测性能。

如图21所示，如果需要，背面深沟槽隔离结构72可围绕相位检测像素组100中的像素2形成。背面深沟槽隔离结构可提供额外的屏蔽，避免在像素1、2和3之间发生串扰。背面深沟槽隔离结构72可以是p型掺杂氧化物(例如硼掺杂玻璃)。在一些实施方案中，深沟槽隔离结构72或可为p型掺杂多晶硅(例如，硼掺杂多晶硅)。在其他实施方案中，深沟槽隔离结构72可以是具有衬里(例如，磷掺杂氧化物衬里)的p型掺杂多晶硅(例如，硼掺杂多晶硅)。背面深沟槽隔离结构72可共形地涂覆有一种或多种氧化物(例如氧化铪、氧化钛、氧化锆、氧化钽、二氧化硅等)。氧化物涂层可使暴露的硅表面钝化，从而减少在像素中产生暗电流。在又一些其他实施方案中，深沟槽隔离结构72可以是具有p型氧化物衬里(例如，硼掺杂氧化物)的难熔金属(例如，耐高温、耐腐蚀、耐磨损的钨、钼或其他金属)。通常，背面深沟槽隔离结构72可由任何所需的材料形成。在图21中，背面深沟槽隔离结构围绕每个像素形成。如果需要，背面深沟槽隔离结构72可完全围绕每个像素的光电二极管。

图21还示出了围绕相位检测像素组的滤色器元件形成的屏蔽元件74。在图21的实施方案中，未在像素2的滤色器元件周围形成屏蔽元件。图22示出了背面深沟槽隔离结构72围绕像素2形成的替代实施方案。在图22中，屏蔽元件74围绕像素2的滤色器元件形成。屏蔽元件74可由钨或另一种所需金属形成。屏蔽元件74也可由金属氧化物或复合材料形成。例如，屏蔽元件可包含二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、钽、氮化钽、钛、氮化钛、钨和氮化钨中的一种或多种。通常，屏蔽元件74可由任何所需的不透明材料或不透明材料的组合形成，因此不会透过入射光。在图22的布置中，屏蔽元件有时可被称为复合栅格。

图23示出了背面深沟槽隔离结构72围绕像素2形成的替代实施方案。在图23中，屏蔽元件74可不具有与滤色器元件104相同的高度。在图23中，屏蔽元件74可被称为嵌入在滤色器阵列中。

图21到图23中所示的屏蔽元件74的布置，也可用在没有围绕像素2形成背面深沟槽隔离结构的相位检测像素组中。在图24中，没有围绕像素2形成背面深沟槽隔离结构，并且没有围绕像素2的滤色器元件形成屏蔽元件。在图25中，没有围绕像素2形成背面深沟槽隔离结构，并且没有在滤色器元件之间形成复合栅格。在图26中，没有围绕像素2形成背面深沟槽隔离结构，并且屏蔽元件74嵌入在滤色器元件104之间。

如果需要，可仅在相位检测像素组100中的像素2的一侧形成背面深沟槽隔离结构。图27中示出了这种类型的布置。通常，背面深沟槽隔离结构可围绕相位检测像素组中的任何像素的任何部分形成，并且具有任何所需的深度(变化的或相同的)。

在又一个实施方案中，背面深沟槽隔离结构可围绕像素2形成，但比围绕相位检测像素组形成的背面深沟槽隔离结构短。例如，围绕相位检测像素组形成的背面深沟槽隔离结构可具有第一深度。围绕像素2形成的背面深沟槽隔离机构可具有第二深度。第二深度可以是第一深度的大约一半，小于第一深度的一半，或大于第一深度的一半。通常，背面深沟槽隔离结构可在任何所需的位置以任何所需的尺寸形成。

如图28所示，可增加额外的屏蔽元件82来阻挡相位检测像素组100中的像素2。如图28所示，屏蔽元件82可仅覆盖像素2的一部分。如图29所示，屏蔽元件82可完全覆盖像素2。如图30所示，屏蔽元件82可完全覆盖像素2并重叠覆盖像素1和3的部分。此外，屏蔽元件82的高度可小于滤色器元件的高度。图30中的屏蔽元件82可以说是嵌入在滤色器阵列中。

相位检测像素组100可不包括三个相邻像素，而是相位检测像素组100可包括两个相邻的超大像素。图31中示出了这种类型的布置。如图所示，相位检测像素组100可包括像素44-1和44-2。像素44-1和44-2可以是相邻像素44-3和44-4的1.5倍大。像素44-1和44-2可具有相同长度的积分时间和相同的颜色。在图31中，像素44-1和44-2被示为具有长积分时间。然而，该例子仅为示例性的。如果需要，像素44-1和44-2可各自具有短积分时间，或者不同像素可具有不同的积分时间。另外，图31示出的像素44-1和44-2具有绿色滤色器元件。这个例子仅为示例性的，像素44-1和44-2可具有任何所需颜色的滤色器元件。如果需要，像素44-1和44-2的滤色器元件可以是不同的颜色。

在本实用新型的各种实施方案中，图像传感器可具有像素阵列，并且该像素阵列可包括收集图像数据的多个图像像素和收集相位信息的多个相位检测像素。相位检测像素可采用相位检测像素组的形式来布置，每个相位检测像素组可包括三个相邻像素。三个相邻像素可在一条直线上连续布置。每个相位检测像素组的三个相邻像素可由单个微透镜覆盖。每个相位检测像素组的三个相邻像素可包括第一像素、第二像素和第三像素。第二像素可插入在第一像素和第三像素之间，第一微透镜可覆盖第一像素以及第二像素的至少一部分，第二微透镜可覆盖第三像素以及第二像素的至少另外一部分。第一微透镜可覆盖第一像素的全部以及第二像素的第一半，而第二微透镜可覆盖第三像素的全部以及第三像素的第二半。

每个相位检测像素组的三个相邻像素可包括第一像素、第二像素和第三像素，其中第二像素可插入在第一像素和第三像素之间，第一微透镜可覆盖第一像素，第二微透镜可覆盖第二像素，第三微透镜可覆盖第三像素，第四微透镜可覆盖第一微透镜以及第二微透镜的至少一部分，第五微透镜可覆盖第三微透镜以及第二微透镜的至少另外部分。相位检测像素组可布置在间断的行中。图像传感器还可包括滤色器阵列。每个相位检测像素可包括各自的滤色器元件，并且相位检测像素的滤色器元件可以都是相同的颜色。第一像素和第三像素可包括第一颜色的滤色器元件，第二像素可包括与第一颜色不同的第二颜色的滤色器元件。第二像素可通过背面深沟槽隔离结构与第一像素和第三像素分开。图像传感器还可包括插入在滤色器阵列的滤色器元件之间的屏蔽元件。第二像素可至少部分地被屏蔽元件覆盖。

所述多个图像像素可包括被配置为在第一积分时间产生电荷的第一组图像像素，以及被配置为在第二积分时间产生电荷的第二组图像像素。第一积分时间可与第二积分时间不同。每个相位检测像素组的三个相邻像素可包括第一像素、第二像素和第三像素。第二像素可插入在第一像素和第三像素之间，第一像素和第三像素可被配置为在第一积分时间产生电荷，第二像素可被配置为在第二积分时间产生电荷。每个相位检测像素组的三个相邻像素可被配置为在第一积分时间产生电荷。

在各种实施方案中，图像传感器可具有像素阵列，该像素阵列包括收集图像数据的多个图像像素和收集相位信息的多个相位检测像素。所述多个图像像素可包括具有第一积分时间的第一组图像像素和具有第二积分时间的第二组图像像素，并且第一积分时间可与于第二积分时间不同。所述多个相位检测像素可采用相位检测像素组的形式来布置。每个相位检测像素组都可包括在一条直线上连续布置的第一像素、第二像素和第三像素，并且第二像素可插入在第一像素和第三像素之间。每个相位检测像素组的第一像素和第三像素可具有第一积分时间，并且每个相位检测像素组的第二像素可具有第二积分时间。每个相位检测像素组的第一像素、第二像素和第三像素可具有第一积分时间。第一积分时间可比第二积分时间长。

在各种实施方案中，一种操作具有包括多个图像像素和多个相位检测像素的像素阵列的图像传感器的方法可包括使用所述多个图像像素的第一部分在第一积分时间产生电荷，使用所述多个图像像素的第二部分在与第一积分时间不同的第二积分时间产生电荷，并且使用每个相位检测像素组的第一像素和第三像素在第一积分时间产生电荷。所述多个相位检测像素可包括多个相位检测像素组，并且每个相位检测像素组可包括第一像素、第二像素和第三像素。该方法还可包括使用每个相位检测像素组的第二像素在第二积分时间产生电荷。

根据实施方案，图像传感器可具有像素阵列。该像素阵列可包括收集图像数据的多个图像像素和收集相位信息的多个相位检测像素。相位检测像素可采用相位检测像素组的形式来布置，每个相位检测像素组可包括三个相邻像素。

根据另一实施方案，每个相位检测像素组的三个相邻像素可由单个微透镜覆盖。

根据另一实施方案，每个相位检测像素组的三个相邻像素可包括第一像素、第二像素和第三像素，其中第二像素可插入在第一像素和第三像素之间，第一微透镜可覆盖第一像素以及第二像素的至少一部分，第二微透镜可覆盖第三像素以及第二像素的至少另外部分。

根据另一实施方案，第一微透镜可覆盖第一像素的全部以及第二像素的第一半，而第二微透镜可覆盖第三像素的全部以及第三像素的第二半。

根据另一实施方案，每个相位检测像素组的三个相邻像素可包括第一像素、第二像素和第三像素，其中第二像素可插入在第一像素和第三像素之间，第一微透镜可覆盖第一像素，第二微透镜可覆盖第二像素，第三微透镜可覆盖第三像素，第四微透镜可覆盖第一微透镜以及第二微透镜的至少一部分，第五微透镜可覆盖第三微透镜以及第二微透镜的至少另外部分。

根据另一实施方案，相位检测像素组可布置在间断的行中。

根据另一实施方案，图像传感器还可包括滤色器阵列。每个相位检测像素可包括各自的滤色器元件，并且相位检测像素的滤色器元件可全部是相同的颜色。

根据另一实施方案，每个相位检测像素组的三个相邻像素可包括第一像素、第二像素和第三像素。图像传感器还可包括滤色器阵列。每个相位检测像素可包括各自的滤色器元件，第一像素和第三像素可包括第一颜色的滤色器元件，第二像素可包括与第一颜色不同的第二颜色的滤色器元件。

根据另一实施方案，第二像素可通过背面深沟槽隔离结构与第一像素和第三像素分开。

根据另一实施方案，成像传感器还可包括插入在滤色器阵列的滤色器元件之间的屏蔽元件。

根据另一实施方案，第二像素可至少部分地被屏蔽元件覆盖。

根据另一实施方案，所述多个图像像素可包括被配置为在第一积分时间产生电荷的第一组图像像素，以及被配置为在第二积分时间产生电荷的第二组图像像素。第一积分时间可与第二积分时间不同。

根据另一实施方案，每个相位检测像素组的三个相邻像素可包括第一像素、第二像素和第三像素。第二像素可插入在第一像素和第三像素之间，第一像素和第三像素可被配置为在第一积分时间产生电荷，第二像素可被配置为在第二积分时间产生电荷。

根据另一实施方案，每个相位检测像素组的三个相邻像素可被配置为在第一积分时间产生电荷。

根据实施方案，图像传感器可具有像素阵列。该像素阵列可包括收集图像数据的多个图像像素和收集相位信息的多个相位检测像素。所述多个图像像素可包括具有第一积分时间的第一组图像像素和具有第二积分时间的第二组图像像素，第一积分时间可与第二积分时间不同，所述多个相位检测像素可采用相位检测像素组的形式来布置，每个相位检测像素组可包括在一条直线上连续布置的第一像素、第二像素和第三像素，并且第二像素可插入在第一像素和第三像素之间。

根据另一实施方案，每个相位检测像素组的第一像素和第三像素可具有第一积分时间，并且每个相位检测像素组的第二像素可具有第二积分时间。

根据另一实施方案，每个相位检测像素组的第一像素、第二像素和第三像素可具有第一积分时间。

根据另一实施方案，第一积分时间可比第二积分时间长。

根据一个实施方案，可提供一种操作带有像素阵列的图像传感器的方法，其中像素阵列包括收集图像数据的多个图像像素和收集相位信息的多个相位检测像素。所述多个相位检测像素可包括相位检测像素组，并且每个相位检测像素组可包括第一像素、第二像素和第三像素。该方法可包括使用所述多个图像像素的第一部分在第一积分时间产生电荷，使用所述多个图像像素的第二部分在与第一积分时间不同的第二积分时间产生电荷，并且使用每个相位检测像素组的第一像素和第三像素在第一积分时间产生电荷。

根据另一实施方案，该方法还可包括使用每个相位检测像素组的第二像素在第二积分时间产生电荷。

前述内容仅是对本实用新型原理的示例性说明，因此本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下进行多种修改。

Claims (10)

1.一种图像传感器，所述图像传感器具有像素阵列，其中所述像素阵列包括：

收集图像数据的多个图像像素；和

收集相位信息的多个相位检测像素，其中所述相位检测像素以相位检测像素组来布置，并且其中每个相位检测像素组包括三个相邻像素。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中每个相位检测像素组的所述三个相邻像素由单个微透镜覆盖。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中每个相位检测像素组的三个相邻像素包括第一像素、第二像素和第三像素，其中所述第二像素插入在所述第一像素和所述第三像素之间，其中第一微透镜覆盖所述第一像素以及所述第二像素的至少一部分，并且其中第二微透镜覆盖所述第三像素以及所述第二像素的至少另外部分。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述第一微透镜覆盖所述第一像素的全部以及所述第二像素的第一半，并且其中所述第二微透镜覆盖所述第三像素的全部以及所述第二像素的第二半。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：

滤色器阵列，其中每个相位检测像素包括各自的滤色器元件，并且其中所述相位检测像素的所述滤色器元件全部都是相同的颜色。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，每个相位检测像素组的三个相邻像素包括第一像素、第二像素和第三像素，所述图像传感器还包括：

滤色器阵列，其中每个相位检测像素包括各自的滤色器元件，其中所述第一像素和所述第三像素包括第一颜色的滤色器元件，并且其中所述第二像素包括与所述第一颜色不同的第二颜色的滤色器元件。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述第二像素通过背面深沟槽隔离结构与所述第一像素和所述第三像素分开。

8.一种图像传感器，所述图像传感器具有像素阵列，其中所述像素阵列包括：

收集图像数据的多个图像像素，其中所述多个图像像素包括具有第一积分时间的第一组图像像素和具有第二积分时间的第二组图像像素，其中所述第一积分时间与所述第二积分时间不同；以及

收集相位信息的多个相位检测像素，其中所述多个相位检测像素以相位检测像素组来布置，其中每个相位检测像素组包括在一条直线上连续布置的第一像素、第二像素和第三像素，并且其中所述第二像素插入在所述第一像素和所述第三像素之间。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中每个相位检测像素组的所述第一像素和所述第三像素具有所述第一积分时间，并且其中每个相位检测像素组的所述第二像素具有所述第二积分时间。

10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中所述第一积分时间比所述第二积分时间长。