成像系统和图像传感器 |
|||||||
| 申请号 | CN201820007068.6 | 申请日 | 2018-01-03 | 公开(公告)号 | CN208014701U | 公开(公告)日 | 2018-10-26 |
| 申请人 | 半导体元件工业有限责任公司; | 发明人 | 吴敏硕; | ||||
| 摘要 | 本实用新型公开了成像系统和图像 传感器 ，所述图像传感器可包括混合三维成像 像素 组。所述像素组可能够获得 相位 检测信息和飞行时间信息两者。像素组可具有由单个微透镜 覆盖 的第一光电 二极管 和第二 光电二极管 ，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管用于获得相位检测信息。所述微透镜还可覆盖第三光电二极管，所述第三光电二极管获得飞行时间信息。所述第一光电二极管和所述第二光电二极管可形成在第一衬底中，而所述第三光电二极管可形成在第二衬底中。所述第一衬底和所述第二衬底可由金属互连层连接。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种成像系统，包括图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括： |
||||||
| 说明书全文 | 成像系统和图像传感器技术领域[0001] 本实用新型整体涉及成像系统和图像传感器，并且更具体地讲涉及具有三维成像能力的成像系统。 背景技术[0002] 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。 [0003] 诸如自动聚焦和三维(3D)成像之类的一些应用可能需要电子设备来提供立体和/或深度感测能力。例如，为了将所关注的物体带入焦点中以便捕获图像，电子设备可能需要识别电子设备和所关注的物体之间的距离。为了识别距离，常规电子设备使用复杂的布置。一些布置需要使用多个图像传感器以及从各种视角捕获图像的相机透镜。其他布置需要添加透镜阵列，该透镜阵列将入射光聚焦在二维像素阵列的子区域上。由于添加了诸如附加图像传感器或复杂透镜阵列之类的部件，这些布置导致降低的空间分辨率、增加的成本和增加的复杂性。 [0004] 电子设备识别距离的又一种布置包括使用相位检测像素。然而，常规相位检测像素在没有足够的背景光或纹理场景的情况下可能对于图像表现不佳。 [0005] 因此希望能够为图像传感器提供改善的像素布置。实用新型内容 [0006] 在各种实施方案中，成像系统可包括图像传感器，该图像传感器包括第一衬底，第二衬底，将第一衬底耦接到第二衬底的互连层，形成在第一衬底中的第一光电二极管，形成在第一衬底中的第二光电二极管，形成在第二衬底中的第三光电二极管，以及覆盖第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管的微透镜。第一光电二极管和第二光电二极管可被配置为获得相位检测信息，并且第三光电二极管可被配置为获得飞行时间信息。 [0007] 在各种实施方案中，图像传感器可包括第一光电二极管；第二光电二极管；第三光电二极管；微透镜，该微透镜覆盖第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管；第一浮动扩散区；第二浮动扩散区；第一转移晶体管，该第一转移晶体管被配置为将来自第一光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；第二转移晶体管，该第二转移晶体管被配置为将来自第二光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区；第三转移晶体管，该第三转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；以及第四转移晶体管，该第四转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区。 [0009] 图1是根据本实用新型实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图，该图像传感器可包括混合三维成像像素组。 [0010] 图2A是根据本实用新型实施方案的具有光敏区的示例性相位检测像素的剖视图，该光敏区具有不同和不对称的角度响应。 [0011] 图2B和图2C是根据本实用新型实施方案的图2A的相位检测像素的剖视图。 [0012] 图3是根据本实用新型实施方案的相位检测像素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。 [0013] 图4是根据本实用新型实施方案的具有多个接合在一起的衬底的图像传感器的透视图。 [0014] 图5是根据本实用新型实施方案的没有飞行时间功能的示例性相位检测像素对的电路图。 [0015] 图6是示出根据本实用新型实施方案的图5的相位检测像素对的操作的时序图。 [0016] 图7A和图7B是根据本实用新型实施方案的可用于三维成像的飞行时间成像系统的透视图。 [0017] 图8A和图8B是示出根据本实用新型实施方案的由飞行时间成像系统发送和接收的信号的时序图。 [0018] 图9是根据本实用新型实施方案的具有相位检测和飞行时间功能的示例性混合三维成像像素组的电路图。 [0019] 图10是根据本实用新型实施方案的具有相位检测和飞行时间功能的示例性混合三维成像像素组的电路图，该像素组在多个衬底之间分割。 [0020] 图11是示出根据本实用新型实施方案的示于图9或图10中的混合三维成像像素组的操作的时序图。 [0021] 图12是根据本实用新型实施方案的具有相位检测和飞行时间功能的示例性混合三维成像像素组的横截面侧视图。 [0022] 图13A、图13B和图13C是根据本实用新型实施方案的可用于覆盖混合三维成像像素组的示例性滤色器图案的俯视图。 具体实施方式[0023] 本实用新型的实施方案涉及具有三维成像能力的图像传感器。为了最大化功能，图像传感器可包括混合三维成像像素组。这些像素组可能够获得相位检测信息和飞行时间信息。通过包括两个功能，图像传感器可能够在各种设置和场景下精确地三维成像。 [0024] 图1中示出了具有相机模块的电子设备。电子设备10(有时称为成像系统) 可以是数字相机、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)可包括一个或多个图像传感器14和一个或多个透镜28。在操作期间，透镜28(有时称为光学器件28)将光聚焦到图像传感器14上。图像传感器14包括将光转换成数字数据的光敏元件(例如，像素)。图像传感器可具有任何数量(例如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可(例如)具有数百万的像素(例如，百万像素)。例如，图像传感器 14可包括偏置电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲电路)、寻址电路等。 [0025] 可将来自图像传感器14的静态图像数据和视频图像数据提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。例如，在自动聚焦操作期间，图像处理和数据格式化电路16可处理由图像传感器14中的三维成像像素收集的数据，以确定将所关注的物体带入焦点中所需的透镜移动(例如，透镜28的移动)的幅度和方向。 [0026] 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。例如，相机传感器14和图像处理和数据格式化电路16可使用已堆叠的单独集成电路形成。 [0027] 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 (有时称为系统或成像系统)通常为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。输入-输出设备22还可包括光源诸如发光二极管，该光源可用于与图像传感器14组合以获得飞行时间深度感测信息。输入-输出设备22可包括例如发射可见光或红外光的光源。 [0028] 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。 [0029] 可能希望能够提供具有深度感测能力的图像传感器(例如，以用于自动聚焦应用、3D成像应用诸如机器视觉应用等中)。为了提供深度感测能力，图像传感器14可包括具有相位检测和飞行时间功能的像素组。具有相位检测功能的像素对示于图2A中。 [0030] 图2A是像素对100的示例性剖视图。像素对100可包括第一像素和第二像素，诸如像素1和像素2。像素1和像素2可包括形成于衬底(诸如硅衬底 108)中的光敏区110。例如，像素1可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管 PD1，并且像素2可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD2。微透镜可形成在光电二极管PD1和PD2上方，并且可用于将入射光导向光电二极管PD1 和PD2。图2A中微透镜102覆盖两个像素区的布置有时可被称为2×1或1×2 布置，因为存在连续地布置成行的两个相位检测像素。微透镜102可具有一定宽度和一定长度，该长度长于宽度。微透镜102的长度可为其宽度的约两倍。微透镜102可为具有约2:1的纵横比的椭圆形形状。在其他实施方案中，微透镜102可为另一种形状，诸如矩形或另一种期望的形状。微透镜102可具有小于2:1,2:1,大于2:1,介于1.5:1和2.5:1之间，大于3:1的纵横比，或任何其他期望的纵横比。 [0031] 滤色器(诸如滤色器元件104)可插置在微透镜102和衬底108之间。滤色器元件104可通过仅允许预定的波长透过滤色器元件104来过滤入射光(例如，滤色器104可为仅对某些范围的波长透明的)。光电二极管PD1和PD2 可用于吸收由微透镜102聚焦的入射光，并产生与吸收的入射光量对应的像素信号。 [0032] 光电二极管PD1和PD2可各自覆盖微透镜102下面的衬底面积的大约一半 (作为示例)。通过仅覆盖衬底面积的一半，每个光敏区可被提供有非对称的角度响应(例如，光电二极管PD1可基于入射光到达像素对100的角度而产生不同的图像信号)。入射光相对于法线轴116到达像素对100的角度(即，入射光相对于透镜102的光轴116照射微透镜102的角度)在本文中可被称为入射角或入射角度。 [0033] 图像传感器可使用前照式成像器布置(例如，当诸如金属互连电路之类的电路插置在微透镜和光敏区之间时)或背照式成像器布置(例如，当光敏区插置在微透镜和金属互连电路之间时)来形成。图2A,图2B和图2C的像素1 和像素2为背照式图像传感器像素的示例仅仅是示例性的。如果需要，像素1 和像素2可为前照式图像传感器像素。像素是背照式图像传感器像素的布置在本文中有时被描述为示例。 [0034] 在图2B的示例中，入射光113可源自法线轴116的左侧，并且可以相对于法线轴116的角度114到达像素对100。角度114可为入射光的负角。以负角诸如角度114到达微透镜102的入射光113可被聚焦朝向光电二极管PD2。在这种情况下，光电二极管PD2可产生相对高的图像信号，而光电二极管PD1 可产生相对低的图像信号(例如，因为入射光113不被聚焦朝向光电二极管 PD1)。 [0035] 在图2C的示例中，入射光113可源自法线轴116的右侧，并且以相对于法线轴116的角度118到达像素对100。角度118可为入射光的正角。以正角诸如角度118到达微透镜102的入射光可被聚焦朝向光电二极管PD1(例如，光不被聚焦朝向光电二极管PD2)。在这种情况下，光电二极管PD2可产生相对低的图像信号输出，而光电二极管PD1可产生相对高的图像信号输出。 [0036] 光电二极管PD1和光电二极管PD2的位置有时可被称为不对称位置，因为每个光敏区110的中心偏离微透镜102的光轴116(即，不与其对准)。由于衬底108中的单独光电二极管PD1和PD2的不对称形成，每个光敏区110可具有不对称的角度响应(例如，由每个光电二极管110响应于具有给定强度的入射光产生的信号输出可基于入射角而改变)。在图3的示意图中，示出了像素对100的光电二极管PD1和光电二极管PD2响应于不同角度的入射光的像素信号输出的示例。 [0037] 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。 [0038] 图2A,图2B和图2C的像素对100的光电二极管PD1和光电二极管PD2 的尺寸和位置仅为示例性的。如果需要，光电二极管PD1和光电二极管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。 [0039] 来自像素对(诸如像素对100)的输出信号可用于在自动聚焦操作期间调节相机模块12中的光学器件(例如，一个或多个透镜，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所关注的物体带入焦点中所需的透镜移动的方向和幅度。 [0040] 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。 [0041] 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。 [0042] 可通过将PD1的输出像素信号与PD2的输出像素信号进行比较来计算相位差信号。例如，可通过从PD2的像素信号输出减去PD1的像素信号输出(例如，通过从线160中减去线 162)来确定像素对100的相位差信号。对于在小于聚焦物体距离的距离处的物体，相位差信号可为负值。对于在大于聚焦物体距离的距离处的物体，相位差信号可为正值。该信息可用于自动调节图像传感器光学器件以将所关注的物体带入焦点中(例如，通过使像素信号彼此同相)。 [0043] 图4示出了图1中的示例性图像传感器，诸如图像传感器14。图像传感器 14可通过以下方式来感测光：将碰撞光子转换成积聚(收集)到传感器像素中的电子或空穴。在完成积聚周期之后，收集到的电荷可被转换成电压，该电压可被提供给图像传感器14的输出端子。在图像传感器14为互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的实施方案中，电荷到电压的转换可直接在图像传感器的像素中完成。然后，模拟像素电压可通过各种像素寻址和扫描方案被转移到输出端子。模拟信号还可在到达芯片输出之前在芯片上被转换成数字等同物。像素可具有源极跟随器(SF)，该源极跟随器可驱动用合适的寻址晶体管连接到像素的感测线。 [0044] 在电荷到电压转换完成并且所得信号从像素转移出去之后，图像传感器14 的像素可被重置以便准备积累新的电荷。在某些实施方案中，像素可使用浮动扩散区(FD)作为电荷检测节点。在使用浮动扩散节点时，重置可通过导通重置晶体管来实现，该重置晶体管将FD节点导电地连接到电压参考，该电压可以是像素SF漏极节点。这一步骤从浮动扩散节点移除收集到的电荷。然而，这可能生成kTC重置噪声。这种kTC重置噪声可使用相关双采样(CDS)信号处理技术从信号移除，以便实现低噪声性能。 [0045] 图像传感器14可用一个或多个衬底层形成。衬底层可以是半导体材料层，诸如硅层。衬底层可使用金属互连件连接。图4中示出了示例，其中衬底41,43 和45用于形成图像传感器14。衬底41,43和45有时可称为芯片。上部芯片 41可包括像素阵列32中的钉扎光电二极管。上部芯片41还可包括电荷转移晶体管栅极。然而，为了确保上部芯片41中有充足的空间用于光电二极管，可在中部芯片43和下部芯片45中为像素形成多个像素电路。 [0046] 可在每个像素处用互连层将中部芯片43接合到上部芯片41上。例如，可将中部芯片43中的像素电路34接合到浮动扩散(FD)，该浮动扩散连接到在上部芯片41中形成的电荷转移晶体管上。将上部芯片41中的每个像素接合到中部芯片43中对应的像素电路上(例如，浮动扩散接合到浮动扩散)可称为混合接合。中部芯片43和下部芯片45不可利用混合接合耦接。只有每个芯片的外围电接触垫36才可接合在一起(例如，芯片-芯片连接38)。图像传感器14 中的每个芯片可包括相关电路。上部芯片可包括钉扎光电二极管和电荷转移晶体管栅极。中部芯片可包括像素电路(例如，浮动扩散节点、源极跟随器晶体管、重置晶体管等)。底部芯片可包括时钟生成电路、像素寻址电路、信号处理电路(诸如CDS电路)、模拟数字转换器电路、数字图像处理电路和系统接口电路中的一个或多个。这些示例仅仅是示例性的，并且每个芯片可包括任何期望的电路。例如，如果需要，衬底41和衬底43可包括光电二极管。 [0047] 图5是示例性相位检测像素对100的电路图。如图5所示，相位检测像素对100可包括共享读出电路的两个光电二极管。第一光电二极管42-1有时可称为左光电二极管(PD_L)。第二光电二极管42-2有时可称为右光电二极管 (PD_R)。每个光电二极管可耦接到相应的转移栅极和抗光晕栅极。光电二极管 42-1可通过抗光晕晶体管44-1选择性地耦接到偏置电压源端子48-1。当抗光晕晶体管44-1(AB_L)生效时，光电二极管42-1可耦接到偏置电压源端子48-1，从而防止电荷聚积在光电二极管中。偏置电压源端子48-1可提供任何期望的偏置电压(Vpix)。转移晶体管46-1(TG_L)可将光电二极管42-1耦接到浮动扩散区 50。当转移晶体管46-1生效时，来自光电二极管42-1的电荷可被转移到浮动扩散区。 [0048] 光电二极管42-2可通过抗光晕晶体管44-2选择性地耦接到偏置电压源端子48-2。当抗光晕晶体管44-2(AB_R)生效时，光电二极管42-2可耦接到偏置电压源端子48-2，从而防止电荷聚积在光电二极管中。偏置电压源端子48-2可提供任何期望的偏置电压(Vpix)。转移晶体管46-2(TG_R)可将光电二极管42-2 耦接到浮动扩散区50。当转移晶体管46-2生效时，来自光电二极管42-2的电荷可被转移到浮动扩散区。 [0049] 浮动扩散区50可使用掺杂半导体区域(例如，通过离子注入、杂质扩散或其他掺杂技术形成于硅衬底中的掺杂硅区域)实施。掺杂半导体区域(即浮动扩散，FD)表现出可用于存储从光电二极管42-1和光电二极管42-2转移来的电荷的电容。浮动扩散区50可通过重置晶体管52耦接到偏置电压源端子48-3。 [0050] 双转换增益晶体管晶体管54可具有栅极端子，该栅极端子使用双转换增益信号DCG进行控制。相位检测像素可按高转换增益模式以及按低转换增益模式操作。如果晶体管54被禁用(例如，如果信号DCG低)，则将像素置于高转换增益模式。如果晶体管54被启用(例如，如果信号DCG高)，则将像素置于低转换增益模式。 [0051] 一般来讲，像素转换增益与浮动扩散节点FD处的负载电容量成反比。当晶体管54导通时，将双转换增益电容器56(DCG Cap)切换到使用中以便为共享浮动扩散节点50提供附加电容(例如，附加电荷存储容量)。这导致相位检测像素的转换增益较低。当晶体管54关断时，电容器56的附加负载被移除并且像素恢复到相对较高的像素转换增益配置。如果需要，当以高分辨率模式操作时，像素可以高转换增益模式操作(例如，晶体管54可关断)，而当以低分辨率模式操作时，像素可以低转换增益模式操作(例如，晶体管54可导通)。 [0052] 通过源极跟随器晶体管60(SF)将与浮动扩散节点50上的所存储电荷相关联的信号传输至行选择晶体管58(SEL)。当操作相位检测像素对100的像素时，重置晶体管可导通以重置浮动扩散区50。在重置过程完成之后，转移栅极46-1 或46-2可被导通。当转移晶体管中的一个导通时，由对应光电二极管(即，42-1 或42-2)响应于入射光所生成的电荷被转移至共享电荷存储节点50。转移栅极 46-1和转移栅极46-2可被脉冲一次以执行一次电荷转移操作，或可被脉冲多次以执行多次电荷转移操作(例如，扩展对应光电二极管的有效电荷阱容量)。当需要读出所存储电荷的值(即，由晶体管60的源极处的信号表示的所存储电荷的值)时，可使行选择控制信号SEL生效。当使信号SEL生效时，晶体管 58导通并且产生对应的图像信号VOUT，该图像信号表示共享电荷存储节点50 上的电荷的大小(例如，来自一个或多个光电二极管的重置电平电压或图像电平电压)。 [0053] 图6是示出来自图5的相位检测像素对100的操作的时序图。如图所示，在t0处，重置晶体管RG可生效。使重置晶体管RG生效可将浮动扩散50重置为基线值。在t1处，可使转移晶体管TG_L生效。使转移晶体管TG_L生效(同时使重置转移RG生效)可清除来自光电二极管42-1(PD_L)的任何聚积的电荷。类似地，在t2处，可使转移晶体管TG_R生效。使转移晶体管TG_R生效(同时使重置转移RG生效)可清除来自光电二极管42-2(PD_R)的任何聚积的电荷。 在TG_L于t1处生效之后，电荷可在PD_L积分时间期间开始聚积在PD_L中。在TG_R于t2处生效之后，电荷可在PD_R积分时间期间开始聚积在PD_R中。在t3处，重置晶体管可被关断，行选择晶体管可被导通，并且PD_L读出周期可开始。在RG失效之后，可通过使采样保持重置信号(SHR)生效来在t4处对浮动扩散区的重置电平进行采样。来自PD_L的电荷可随后通过在t5处使TG_L 生效来转移到浮动扩散区50。在TG_L于t5处生效之后，浮动扩散区中的电荷量(即，来自积分时间的样本)可通过在t6处使采样保持信号(SHS)生效来采样。 [0054] 在来自PD_L的电荷被读出之后，可进行PD_R读出。在t7处，可使RG 生效以将浮动扩散区50重置到基线电平。在RG失效之后，可通过使采样保持重置信号(SHR)生效来在t8处对浮动扩散区的重置电平进行采样。来自PD_R 的电荷可随后通过在t9处使TG_R生效来转移到浮动扩散区50。在TG_R于t9处生效之后，浮动扩散区中的电荷量(即，来自积分时间的样本)可通过在t10处使采样保持信号(SHS)生效来采样。 [0055] PD_L积分时间可在PD_L的重置和电荷从PD_L到浮动扩散区的转移之间 (即，在t1和t5之间)发生。PD_R积分时间可在PD_R的重置和电荷从PD_R 到浮动扩散区的转移之间(即，在t2和t7之间)发生)。在图6中，在相关双采样读出中在电荷转移之前和之后对浮动扩散区进行采样。 [0056] 相关双采样(CDS)用于校正成像像素中的噪声。可对浮动扩散区处的电压采样，以确定该成像像素的入射光曝光量。理想地，浮动扩散区处的电压全部与入射光相关联。然而，事实并非如此，其中一些电压是因为噪声而存在。为了隔离入射光产生的电压，相关双采样将FD处的重置电压电平与FD处的样本电压电平进行比较。重置电压电平是噪声产生的电压量，而样本电压电平包括噪声和入射光产生的电压。可从样本电压电平中减去重置电压电平，以隔离与入射光相关联的电压量。 [0057] 如图6所示，因为PD_L和PD_R共享浮动扩散区50，所以PD_L和PD_R 的读出必须按顺序执行。在图6的示例中，直到PD_L的读出结束，才能开始 PD_R的读出。这不期望地延长了读出周期的长度(并且因此减小了图像传感器的最大帧率)。为了缩短读出周期的长度，相位检测像素对100中的每个光电二极管可具有相应的浮动扩散区。图9中示出了这种类型的实施方案。另外，在一些情况下，图5的相位检测像素对100的性能可能受到限制。例如，在背景光不足的情况下，相位检测像素对100的性能可能受到限制。类似地，如果正在成像的场景缺乏纹理，则相位检测性能可能降低。为了帮助确保稳健和高质量的三维成像，像素组100可包括飞行时间功能。 [0058] 图7A和图7B是示出飞行时间成像系统的原理的透视图。如图7A所示，光源202可发射光脉冲206。该光脉冲可从外部物体204反射出来并被图像传感器14检测到。光源202发射光脉冲与图像传感器14检测到光脉冲之间的时间长度可用于确定外部物体204与图像传感器14之间的距离。光源202可发射任何期望类型的光(即，可见光、红外光、紫外光等)。如果需要，如图7B 所示，光源202可发射以预定频率调制的光。在从外部物体204反射出来之后，由图像传感器14接收的光可具有与发射的光相同的图案，但是具有相位延迟。相位延迟可用于帮助确定到外部物体204的距离。 [0059] 图8A和图8B是示出由飞行时间成像系统发送和接收的信号的时序图。在图8A中，在t1处发射光脉冲。在t2处检测来自外部物体的反射光。t1和t2之间的时间长度可因此确定外部物体距传感器的距离。在图8A中，发射的光可以按图案调制。检测到的光可呈现相同的图案，但是具有相位延迟208。相位延迟208可用于帮助确定外部物体距传感器的距离。 [0060] 一般来讲，可以任何类型的图案发射任何类型的光以获得飞行时间信息。在一个示例性示例中，可使用近红外(NIR)光作为光源。从光源发射的光可具有介于700nm至800nm之间,介于700nm和2400nm之间,大于700nm的波长，或任何其他期望的波长。光可以任何期望的频率(例如，20MHz,小于20MHz, 大于20MHz,介于10和30MHz之间,介于1和200MHz之间等)被调制。 [0061] 图9是示例性三维成像像素组100的电路图。如图9所示，三维成像像素组100可包括各自具有相应浮动扩散区的两个光电二极管。这两个光电二极管可用于获得相位检测信息。像素组还可包括附加光电二极管，该附加光电二极管用于获得飞行时间信息。第一光电二极管42-1有时可称为左光电二极管 (PD_L)。第二光电二极管42-2有时可称为右光电二极管(PD_R)。第三光电二极管42-3有时可称为底部光电二极管(PD_B)。光电二极管42-1和光电二极管42-2 可耦接到相应的转移栅极和抗光晕栅极。光电二极管42-1可通过抗光晕晶体管 44-1选择性地耦接到偏置电压源端子48-1。当抗光晕晶体管44-1(AB_L)生效时，光电二极管42-1可耦接到偏置电压源端子48-1，从而防止电荷聚积在光电二极管中。偏置电压源端子48-1可提供任何期望的偏置电压(Vpix)。转移晶体管 46-1(TG_L)可将光电二极管42-1耦接到浮动扩散区50-1(FD_L)。当转移晶体管46-1生效时，来自光电二极管42-1的电荷可被转移到浮动扩散区50-1。 [0062] 光电二极管42-2可通过抗光晕晶体管44-2选择性地耦接到偏置电压源端子48-1。当抗光晕晶体管44-2(AB_R)生效时，光电二极管42-2可耦接到偏置电压源端子48-1，从而防止电荷聚积在光电二极管中。转移晶体管46-2(TG_R) 可将光电二极管42-2耦接到浮动扩散区50-2(FD_R)。当转移晶体管46-2生效时，来自光电二极管42-2的电荷可被转移到浮动扩散区50-2。应当注意到，图 9和图10的其中偏置电压源端子48-1在光电二极管42-1和光电二极管42-2之间共享的实施方案仅仅是示例性的。如果需要，每个光电二极管可具有相应的偏置电压源端子。 [0063] 每个浮动扩散区可通过重置晶体管耦接到偏置电压源端子。浮动扩散区 50-1可通过重置栅极52-1(RG_L)耦接到偏置电压源端子48-2。浮动扩散区50-2 可通过重置栅极52-2(RG_R)耦接到偏置电压源端子48-3。每个浮动扩散区可具有对应的读出电路。可通过源极跟随器晶体管60-1(SF_L)将与浮动扩散节点50-1上的所存储电荷相关联的信号传输至行选择晶体管58-1(SEL_L)。可通过源极跟随器晶体管60-2(SF_R)将与浮动扩散节点50- 2上的所存储电荷相关联的信号传输至行选择晶体管58-2(SEL_R)。当使信号SEL_L生效时，晶体管58-1 导通并且产生对应的图像信号VOUT_L，该图像信号表示共享电荷存储节点50-1 上的电荷的大小。当使信号SEL_R生效时，晶体管58-2导通并且产生对应的图像信号VOUT_R，该图像信号表示共享电荷存储节点50-2上的电荷的大小。 [0064] 三维成像像素组100还可包括第三光电二极管42-3。该光电二极管可用于获得飞行时间信息。光电二极管42-3可另选地将聚积的电荷转移到浮动扩散 50-1或浮动扩散50-2。如图所示，第一转移晶体管(TG_BL)可被插置在光电二极管42-3和浮动扩散区50-1之间第二转移晶体管(TG_BR)可被插置在光电二极管42-3和浮动扩散区50-2之间。当TG_BL生效时，聚积在光电二极管42-3 中的电荷可被转移到浮动扩散区50-1。当TG_BR生效时，聚积在光电二极管 42-3中的电荷可被转移到浮动扩散区50-2。 [0065] 可使用堆叠衬底来实现具有两个相位检测光电二极管和一个飞行时间光电二极管的三维成像像素组，如图10所示。除了在多个衬底中实现之外，图10 中的像素组可与图9中的像素对相同。衬底41可包括相位检测光电二极管 (PD_L和PD_R)、转移晶体管(TG_L和TG_R)，以及抗光晕晶体管(AB_L 和AB_R)。其他像素电路，诸如浮动扩散区(FD_L和FD_R)、重置晶体管 (RG_L和RG_R)、源极跟随器晶体管(SF_L和SF_R)、以及行选择晶体管 (SEL_L和SEL_R)可形成在衬底43中。衬底43还可包括飞行时间光电二极管42-3以及相关联的转移晶体管TG_BL和TG_BR。衬底41和43可与互联层 72耦接。互连层72可由诸如金属(例如，铜)之类的导电材料形成。在某些实施方案中，互连层可包括焊料。互连层还可为直通硅通孔(TSV)。 [0066] 在图10中，第一互连层72-1被示为插置在转移栅极TG_L和浮动扩散区 FD_L之间，并且第二互连层72-2被示为插置在转移栅极TG_R和浮动扩散区 FD_R之间。该示例仅是示例性的并且互连层可插置在像素电路内的任何期望点处(例如，在浮动扩散区和源极跟随器晶体管之间，在源极跟随器晶体管和行选择晶体管之间等)。另外，在某些实施方案中，互连层可形成在电路内的附加点处(例如，在浮动扩散区和重置晶体管之间，在浮动扩散区和飞行时间光电二极管之间等)。跟光电二极管PD_L相关联的电路可与跟PD_R相关联的电路相同(如图10所示)。作为另外一种选择，如果需要，每个光电二极管可具有在不同位置中实现的不同电路或互连层。 [0067] 虽然未在图9和图10中明确示出，但示于图9和图10中的类型的混合三维成像像素组可包括双转换增益电容器和对应的双转换增益晶体管(例如，类似于如图5所示)。 [0068] 图10所示的像素组结构存在许多益处(与图5所示的结构相比)。首先，附加飞行时间光电二极管可通过甚至在低光条件或其他相位检测不佳的条件下启用三维成像来改善三维成像性能。另外，图10中的每个相位检测光电二极管具有相应的浮动扩散区。这允许并行地从相位检测光电二极管读出(与图5中必须按顺序读出光电二极管相反，如图6所示)。示于图10中的结构的又一个益处在于，在多个衬底之间分割像素组允许将更多的衬底区域指定给光电二极管(改善像素性能)。 [0069] 图11是示出图9和图10中的混合三维成像像素组的操作的时序图。该帧可开始于t0。在t0处，可以使抗光晕晶体管AB_L和AB_R、重置晶体管RG_L 和RG_R、以及下转移晶体管TG_BL和TG_BR全部生效。使晶体管的该组合生效可清除来自像素组中的所有光电二极管和浮动扩散区的电荷。当抗光晕晶体管AB_L生效时，可从PD_L清除电荷。当抗光晕晶体管AB_R生效时，可从PD_R清除电荷。使重置晶体管RG_L生效清除浮动扩散区FD_L的电荷，并且使重置晶体管RG_R生效清除浮动扩散区FD_R的电荷。使转移晶体管 TG_BL和TG_BR生效将来自光电二极管PD_B的任何电荷转移到浮动扩散区 FD_L和FD_R(其由重置晶体管重置)。因此，光电二极管PD_L、PD_R和 PD_B以及浮动扩散区FD_L和FD_R在重置周期期间(即，在t0和t1之间)重置。 [0070] 在t1处，可以使重置晶体管RG_L和RG_R失效，从而允许浮动扩散区FD_L 和FD_R保持电荷。光电二极管PD_B的积分时间可开始于t1。为了使光电二极管PD_B获得[0071] 飞行时间信息，可以将来自光电二极管的电荷另选地转移到浮动扩散区 FD_L和FD_R。例如，在t2处，可以使转移晶体管TG_BL生效，并且来自光电二极管PD_B的电荷可被转移到浮动扩散区FD_L。由光电二极管PD_B生成的任何电荷可被转移到浮动扩散区FD_L，直到转移晶体管TG_BL在t3处被关断。当转移晶体管TG_BL被关断时，转移晶体管TG_BR可被导通。因此，在 t3处，由光电二极管PD_B生成的任何电荷将被转移到浮动扩散区FD_R。在t4处，TG_BR可被关断，并且TG_BL可被重新导通。这种模式可在整个PD_B 积分时间内继续。转移晶体管TG_BL和TG_BR在PD_B积分时间期间导通和关断的频率可与由用于飞行时间系统的光源发射的光的频率相关。转移晶体管 TG_BL和TG_BR被导通和关断的时序可与成像系统中的飞行时间光源同步。用于获得飞行时间信息的方案的上述示例仅仅是示例性的。光电二极管PD_B 可用作具有任何期望的采样或读出方案的任何期望类型的飞行时间像素中的光电二极管。 [0072] 在t6处，可通过使采样保持信号SHS_1生效来对浮动扩散区FD_L和FD_R 的电压进行采样。在FD_L中采样的电压可反映从光电二极管PD_B转移到 FD_L的电荷量，而在FD_R中采样的电压可反映从光电二极管PD_B转移到 FD_R的电荷量。重要的是，在t6处，浮动扩散区的电压将不受聚积在光电二极管PD_L和PD_R中的电荷的影响。因此，在t6处获得的数据仅仅是来自PD_B 的飞行时间数据。在t6处对FD_L和FD_R中的数据进行采样之后，可以使重置晶体管RG_L和RG_R在t7处生效。这可以重置浮动扩散区FD_L和FD_R。然后可通过在t8处使采样保持重置信号SHR生效来对FD_L和FD_R的重置电平进行采样。然后可在双采样计算中将重置电荷电平与来自浮动扩散区的样本电荷电平结合使用(即，可以从在t6处FD_L的样本电平中减去在t8处FD_L 的重置电平，并且可以从在t6处FD_R的样本电平中减去在t8处FD_R的重置电平)。 [0073] 相关双采样涉及在对样本电平进行采样之前对浮动扩散区的重置电平进行采样。在这种情况下，在对样本电平进行采样之后对重置电平进行采样。因此目前的计算不是真正的相关双采样计算。这种类型的计算有时可称为不相关相关双采样计算。尽管不如真实的相关双采样计算那样准确，但是图11中的飞行时间信息的不相关双采样方案可具有比没有执行任何种类的双采样显著更少的噪声。 [0074] 在t8处对浮动扩散区的重置电平进行采样之后，不再从帧中的飞行时间光电二极管获得更多的信息。在帧的剩余部分中，读出来自光电二极管PD_L和 PD_R的相位检测信息。可通过在t9处使转移晶体管TG_L和TG_R生效来将电荷从光电二极管PD_L和PD_R转移到浮动扩散区FD_L和FD_R。之前，在 t5处，抗光晕晶体管AB_L和AB_R可能已失效，从而允许光电二极管PD_L 和PD_R聚积电荷。因此可通过抗光晕晶体管AB_L和AB_R的失效的时间来确定光电二极管PD_L和PD_R的积分时间。在图11中，在t5处使AB_L和 AB_R失效，并且PD_L和PD_R的积分时间在t5和t9-之间。然而，如果相位检测光电二极管需要较长的积分时间，则抗光晕晶体管AB_L和AB_R可更接近于t0失效。如果相位检测光电二极管需要较短的积分时间，则抗光晕晶体管 AB_L和AB_R可更接近于t9失效。一般来讲，可以使用任何期望的积分时间。 [0075] 在t9处将来自光电二极管PD_L和PD_R的电荷转移到浮动扩散区FD_L 和FD_R之后，可通过使采样保持信号SHS_2-生效来对浮动扩散区FD_L和FD_R的电压电平进行采样。可以在相关双采样计算中使用浮动扩散区的重置电平(该重置电平先前在t8-处获得)来确定由光电二极管PD_L和PD_R产生的电荷量。应当注意到，在t8处获得的FD_L和FD_R的重置电压样本因此用于飞行时间信息和相位检测信息的双采样计算中。对于飞行时间信息，在不相关双采样计算中，在t8处的重置电平与在t6处获得的样本一起使用。对于相位检测信息，在相关双采样计算中，在t8处的重置电平与在t10处获得的样本一起使用。 [0076] 图11展示了可如何使用图9或图10中的像素组100在单个帧中获得相位检测信息和飞行时间信息。具体地讲，光电二极管PD_L和PD_R可用于获得相位检测信息，而光电二极管PD_B可用于获得飞行时间信息。光电二极管 PD_L可将电荷转移到浮动扩散区FD_L以用于读出，光电二极管PD_R可将电荷转移到浮动扩散区FD_R以用于读出，并且光电二极管PD_B可将电荷转移到浮动扩散区FD_L和FD_R以用于读出。读出序列可以这样的方式执行，该方式使得来自每个光电二极管的信息被独立地读出。PD_B读出可首先进行，然后进行重置电平采样，该重置电平采样用于通过PD_B读出进行双重采样。然后相同的重置电平可用于通过随后的PD_L和PD_R读出进行相关双采样。 [0077] 图12是混合三维成像像素组的横截面侧视图，其中像素在堆叠衬底中实现 (类似于结合图10所述)。如图12所示，像素组可包括衬底41和衬底43。微透镜102和滤色器104可覆盖光电二极管42-1,42-2和42-3。光电二极管PD_L 和PD_R可从微透镜102的中心偏移(如图2A-图2C所示)，使得PD_L和 PD_R对入射光具有不对称响应。光电二极管PD_B可定位在微透镜102的中心下方，使得PD_B对入射光具有对称响应。类似于如图10的电路图所示，互连层72-1和互连层72-2可将上衬底连接到下衬底。附加金属互连层74可帮助在衬底之间形成连接。 [0078] P+钉扎层76可形成在每个光电二极管下方。抗光晕晶体管44-1可被插置在光电二极管42-1和偏置电压区域Vpix之间。转移晶体管46-1可被插置在光电二极管42-1和浮动扩散区50-1之间。如图12所示，浮动扩散区50-1可包括衬底41中的第一掺杂半导体区域和衬底43中的第二掺杂半导体区域。当转移晶体管46-1生效时，来自光电二极管42-1的电荷可被转移到衬底41中的FD_L，然后沿着虚线行进穿过互连层72-1到达衬底43中的FD_L。 [0079] 抗光晕晶体管44-2可被插置在光电二极管42-2和偏置电压区域Vpix之间。转移晶体管46-2可被插置在光电二极管42-2和浮动扩散区50-2之间。如图12 所示，浮动扩散区50-2可包括衬底41中的第一掺杂半导体区域和衬底43中的第二掺杂半导体区域。当转移晶体管46-2生效时，来自光电二极管42-2的电荷可被转移到衬底41中的FD_R，然后沿着虚线行进穿过互连层72-2到达衬底 43中的FD_R。 [0080] 重置晶体管52-1可将浮动扩散区50-1耦接到掺杂半导体区域(N+)，该掺杂半导体区域被耦接到偏置电压(VPIX)。重置晶体管52-2可将浮动扩散区50-2 耦接到掺杂半导体区域(N+)，该掺杂半导体区域被耦接到偏置电压(VPIX)。与光电二极管42-1和光电二极管42-2(它们形成在衬底41中)不同，光电二极管 42-3可形成在衬底43中。转移晶体管54-1可在光电二极管42-3和浮动扩散区 FD_L之间形成在衬底43中。当转移晶体管54-1生效时，电荷可从PD_B转移到FD_L。转移晶体管54-2可在光电二极管42-3和浮动扩散区FD_R之间形成在衬底43中。当转移晶体管54-2生效时，电荷可从PD_B转移到FD_R。 [0081] 因为光电二极管PD_B形成在光电二极管PD_L和PD_R下方，所以由 PD_R和PD_L捕获的光可能不到达PD_B。然而，光电二极管PD_B可以是用于获得飞行时间信息的飞行时间光电二极管。为了获得飞行时间信息，光电二极管捕获来自光源的反射光，如前所述。来自光源的光可以是例如更深地穿透到衬底中的红外光。因此，在光电二极管PD_L和PD_R下方形成光电二极管 PD_B导致PD_B的足够的功能，因为用于PD_B的所关注的波长的光可能穿过第一衬底并被PD_B收集。 [0082] 图13A-图13C示出可用于覆盖混合三维成像像素组的示例性滤色器图案。图13A示出以拜耳马赛克图案布置的滤色器元件。拜耳马赛克图案由2×2个滤色器元件的重复单元组成，其中两个绿色滤色器元件沿对角线彼此相对，并且其他角部为红色和蓝色。在图13A中，红色滤色器元件被标记为“R”，绿色滤色器元件被标记为“Gr”，并且蓝色滤色器元件被标记为“B”。每个滤色器元件可覆盖对应的混合三维成像像素组。混合三维成像像素组100-1可具有绿色滤色器元件，混合三维成像像素组100-2可具有红色滤色器元件，混合三维成像像素组100-3可具有蓝色滤色器元件，并且混合三维成像像素组100-4可具有绿色滤色器元件。 [0083] 在图13B中，滤色器图案可类似于拜耳马赛克图案，不同之处在于用红外滤色器替换绿色滤色器中的一个。在图13B中，红色滤色器元件被标记为“R”，绿色滤色器元件被标记为“Gr”，蓝色滤色器元件被标记为“B”，并且红外滤色器元件被标记为“IR”。在其中用于飞行时间信息的光源发射红外光的实施方案中，可能期望在滤色器图案中包括红外滤色器元件以改善飞行时间信息。混合三维成像像素组100-1可具有绿色滤色器元件，混合三维成像像素组100-2可具有红色滤色器元件，混合三维成像像素组100-3可具有蓝色滤色器元件，并且混合三维成像像素组100-4可具有红外滤色器元件。 [0084] 在图13C中，混合三维成像像素组100-1,100-2,100-3和100-4可全部具有白色(“W”)或透明滤色器元件。在该实施方案中，可以不包括滤色器元件(使得像素组暴露于未过滤的光)。作为另外一种选择，可以包括滤色器元件，其允许全部可见光或全部可见光和红外光穿过滤光器。一般来讲，任何期望的滤色器图案可用于覆盖混合三维成像像素组。 [0085] 在上述实施方案中的一些实施方案中，光电二极管用于获得飞行时间信息。如上所述，飞行时间成像系统可使用在预定时间发射光的光源。应当注意到，光源可以在电子设备或成像系统内具有其他功能。例如，在一些情况下，混合三维成像像素组(例如，如图10所示)可被包括在车辆中所包括的图像传感器中。车辆可包括具有现有功能的光源(即，前灯或尾灯)。这些类型的光源也可以用作用于获得图像传感器中的飞行时间信息的光源。一般来讲，用于获得飞行时间信息的光源可具有任何其他期望的功能。 [0086] 在各种实施方案中，成像系统可包括图像传感器，该图像传感器包括第一衬底，第二衬底，将第一衬底耦接到第二衬底的互连层，形成在第一衬底中的第一光电二极管，形成在第一衬底中的第二光电二极管，形成在第二衬底中的第三光电二极管，以及覆盖第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管的微透镜。第一光电二极管和第二光电二极管可被配置为获得相位检测信息，并且第三光电二极管可被配置为获得飞行时间信息。 [0087] 图像传感器还可包括形成在第二衬底中的第一浮动扩散区，以及形成在第二衬底中的第二浮动扩散区。图像传感器还可包括第一转移晶体管，该第一转移晶体管被配置为将来自第一光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；第二转移晶体管，该第二转移晶体管被配置为将来自第二光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区；第三转移晶体管，该第三转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；以及第四转移晶体管，该第四转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区。互连层可包括形成在第一浮动扩散区和第一转移晶体管之间的第一互连件，并且互连层可包括形成在第二浮动扩散区和第二转移晶体管之间的第二互连件。 [0088] 图像传感器还可包括偏置电压源端子，插置在第一光电二极管和偏置电压源端子之间的第一抗光晕晶体管，以及插置在第二光电二极管和偏置电压源端子之间的第二抗光晕晶体管。图像传感器还可包括耦接在第一浮动扩散区和第一偏置电压源端子之间的第一重置晶体管，以及耦接在第二浮动扩散区和第二偏置电压源端子之间的第二重置晶体管。图像传感器还可包括耦接到第一浮动扩散区的第一源极跟随器晶体管，耦接到第一源极跟随器晶体管的第一行选择晶体管，耦接到第二浮动扩散区的第二源极跟随器晶体管，以及耦接到第二源极跟随器晶体管的第二行选择晶体管。成像系统还可包括被配置为发射光的光源。第三光电二极管可被配置为接收来自光源的光以获得飞行时间信息。 [0089] 在各种实施方案中，图像传感器可包括第一光电二极管；第二光电二极管；第三光电二极管；微透镜，该微透镜覆盖第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管；第一浮动扩散区；第二浮动扩散区；第一转移晶体管，该第一转移晶体管被配置为将来自第一光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；第二转移晶体管，该第二转移晶体管被配置为将来自第二光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区；第三转移晶体管，该第三转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；以及第四转移晶体管，该第四转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区。 [0090] 图像传感器还可包括耦接在第一浮动扩散区和第一偏置电压源端子之间的第一重置晶体管，以及耦接在第二浮动扩散区和第二偏置电压源端子之间的第二重置晶体管。图像传感器还可包括耦接到第一浮动扩散区的第一源极跟随器晶体管，耦接到第一源极跟随器晶体管的第一行选择晶体管，耦接到第二浮动扩散区的第二源极跟随器晶体管，以及耦接到第二源极跟随器晶体管的第二行选择晶体管。第一光电二极管、第二光电二极管、第一转移晶体管和第二转移晶体管可形成在第一衬底中。第一浮动扩散区、第二浮动扩散区、第一源极跟随器晶体管和第二源极跟随器晶体管可形成在第二衬底中。第一衬底和第二衬底可由金属互连层连接。 [0091] 金属互连层可包括插置在第一转移晶体管和第一浮动扩散区之间的第一金属互连层，以及插置在第二转移晶体管和第二浮动扩散区之间的第二金属互连层。第三光电二极管可被配置为获得飞行时间信息。第三光电二极管可形成在第一光电二极管和第二光电二极管下方，并且第一光电二极管和第二光电二极管可被配置为获得相位检测信息。 [0092] 在各种实施方案中，可提供操作图像传感器的方法。图像传感器可具有包括第一光电二极管和第二光电二极管的第一衬底，以及包括第三光电二极管、第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的第二衬底。图像传感器还可包括单个微透镜，该微透镜覆盖第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管。该方法可包括使用第一光电二极管和第二光电二极管获得相位检测信息，以及在使用第一光电二极管和第二光电二极管获得相位检测信息的同时使用第三光电二极管获得飞行时间信息。 [0093] 图像传感器还可包括第一抗光晕晶体管和第二抗光晕晶体管，该第一抗光晕晶体管和第二抗光晕晶体管被配置为将第一光电二极管和第二光电二极管耦接到偏置电压；第一转移晶体管，该第一转移晶体管被配置为将来自第一光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；第二转移晶体管，该第二转移晶体管被配置为将来自第二光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区；第三转移晶体管，该第三转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；第四转移晶体管，该第四转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区；耦接到第一浮动扩散区的第一重置晶体管；以及耦接到第二浮动扩散区的第二重置晶体管。该方法还可包括在获得相位检测信息之前以及在获得飞行时间信息之前使第一抗光晕晶体管和第二抗光晕晶体管生效，使第一重置晶体管和第二重置晶体管生效以重置第一浮动扩散区和第二浮动扩散区，以及在使第一重置晶体管和第二重置晶体管生效的同时使第三转移晶体管和第四转移晶体管生效以重置第三光电二极管。 [0094] 该方法还可包括在重置第三光电二极管之后使第一重置晶体管和第二重置晶体管失效以开始第三光电二极管的积分时间，另选地在第三光电二极管的积分时间期间使第三转移晶体管和第四转移晶体管生效，以及在第三光电二极管的积分时间结束时对第一浮动扩散区的第一电压电平和第二浮动扩散区的第一电压电平进行采样。该方法还可包括在第三光电二极管的积分时间期间使第一抗光晕晶体管和第二抗光晕晶体管失效以开始第一光电二极管和第二光电二极管的积分时间，在第一光电二极管和第二光电二极管的积分时间结束时使第一转移晶体管和第二转移晶体管生效，以及在使第一转移晶体管和第二转移晶体管生效之后对第一浮动扩散区的第二电压电平和第二浮动扩散区的第二电压电平进行采样。该方法还可包括在对第一浮动扩散区的第一电压电平和第二浮动扩散区的第一电压电平进行采样之后以及在使第一转移晶体管和第二转移晶体管生效之前使第一重置晶体管和第二重置晶体管生效，以及在使第一重置晶体管和第二重置晶体管生效之后对第一浮动扩散区的重置电压电平进行采样并且对第二浮动扩散区的重置电压电平进行采样。可以从第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的第一电压电平中减去第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的重置电压电平以获得飞行时间信息，并且可以从第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的第二电压电平中减去第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的重置电压电平以获得相位检测信息。 [0095] 根据一个实施方案，成像系统可包括图像传感器，该图像传感器包括第一衬底，第二衬底，将第一衬底耦接到第二衬底的互连层，形成在第一衬底中的第一光电二极管，形成在第一衬底中的第二光电二极管，形成在第二衬底中的第三光电二极管，以及覆盖第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管的微透镜，其中第一光电二极管和第二光电二极管被配置为获得相位检测信息，并且其中第三光电二极管被配置为获得飞行时间信息。 [0096] 根据另一个实施方案，图像传感器还可包括形成在第二衬底中的第一浮动扩散区，以及形成在第二衬底中的第二浮动扩散区。 [0097] 根据另一个实施方案，图像传感器还可包括第一转移晶体管，该第一转移晶体管被配置为将来自第一光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；第二转移晶体管，该第二转移晶体管被配置为将来自第二光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区；第三转移晶体管，该第三转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；以及第四转移晶体管，该第四转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区。 [0098] 根据另一个实施方案，互连层可包括形成在第一浮动扩散区和第一转移晶体管之间的第一互连件，并且互连层可包括形成在第二浮动扩散区和第二转移晶体管之间的第二互连件。 [0099] 根据另一个实施方案，图像传感器还可包括偏置电压源端子，插置在第一光电二极管和偏置电压源端子之间的第一抗光晕晶体管，以及插置在第二光电二极管和偏置电压源端子之间的第二抗光晕晶体管。 [0100] 根据另一个实施方案，图像传感器还可包括耦接在第一浮动扩散区和第一偏置电压源端子之间的第一重置晶体管，以及耦接在第二浮动扩散区和第二偏置电压源端子之间的第二重置晶体管。 [0101] 根据另一个实施方案，图像传感器还可包括耦接到第一浮动扩散区的第一源极跟随器晶体管，耦接到第一源极跟随器晶体管的第一行选择晶体管，耦接到第二浮动扩散区的第二源极跟随器晶体管，以及耦接到第二源极跟随器晶体管的第二行选择晶体管。 [0102] 根据另一个实施方案，成像系统还可包括被配置为发射光的光源，其中第三光电二极管被配置为接收来自光源的光以获得飞行时间信息。 [0103] 根据一个实施方案，图像传感器可包括第一光电二极管；第二光电二极管；第三光电二极管；微透镜，该微透镜覆盖第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管；第一浮动扩散区；第二浮动扩散区；第一转移晶体管，该第一转移晶体管被配置为将来自第一光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；第二转移晶体管，该第二转移晶体管被配置为将来自第二光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区；第三转移晶体管，该第三转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；以及第四转移晶体管，该第四转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区。 [0104] 根据另一个实施方案，图像传感器还可包括耦接在第一浮动扩散区和第一偏置电压源端子之间的第一重置晶体管，以及耦接在第二浮动扩散区和第二偏置电压源端子之间的第二重置晶体管。 [0105] 根据另一个实施方案，图像传感器还可包括耦接到第一浮动扩散区的第一源极跟随器晶体管，耦接到第一源极跟随器晶体管的第一行选择晶体管，耦接到第二浮动扩散区的第二源极跟随器晶体管，以及耦接到第二源极跟随器晶体管的第二行选择晶体管。 [0106] 根据另一个实施方案，第一光电二极管、第二光电二极管、第一转移晶体管和第二转移晶体管可形成在第一衬底中，第一浮动扩散区、第二浮动扩散区、第一源极跟随器晶体管和第二源极跟随器晶体管可形成在第二衬底中，并且第一衬底和第二衬底可由金属互连层连接。 [0107] 根据另一个实施方案，金属互连层可包括插置在第一转移晶体管和第一浮动扩散区之间的第一金属互连层，并且金属互连层可包括插置在第二转移晶体管和第二浮动扩散区之间的第二金属互连层。 [0108] 根据另一个实施方案，第三光电二极管可被配置为获得飞行时间信息。 [0109] 根据另一个实施方案，第三光电二极管可形成在第一光电二极管和第二光电二极管下方，并且第一光电二极管和第二光电二极管可被配置为获得相位检测信息。 [0110] 根据一个实施方案，操作图像传感器的方法包括使用第一光电二极管和第二光电二极管获得相位检测信息，以及在使用第一光电二极管和第二光电二极管获得相位检测信息的同时使用第三光电二极管获得飞行时间信息，该图像传感器包括第一衬底，该第一衬底包括第一光电二极管和第二光电二极管；以及第二衬底，该第二衬底包括第三光电二极管、第一浮动扩散区、第二浮动扩散区；以及单个微透镜，该微透镜覆盖第一光电二极管、第二光电二极管和第三光电二极管。 [0111] 根据另一个实施方案，图像传感器还可包括第一抗光晕晶体管和第二抗光晕晶体管，该第一抗光晕晶体管和第二抗光晕晶体管被配置为将第一光电二极管和第二光电二极管耦接到偏置电压；第一转移晶体管，该第一转移晶体管被配置为将来自第一光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；第二转移晶体管，该第二转移晶体管被配置为将来自第二光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区；第三转移晶体管，该第三转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第一浮动扩散区；第四转移晶体管，该第四转移晶体管被配置为将来自第三光电二极管的电荷转移到第二浮动扩散区；耦接到第一浮动扩散区的第一重置晶体管；以及耦接到第二浮动扩散区的第二重置晶体管，并且该方法还可包括在获得相位检测信息之前以及在获得飞行时间信息之前使第一抗光晕晶体管和第二抗光晕晶体管生效；使第一重置晶体管和第二重置晶体管生效以重置第一浮动扩散区和第二浮动扩散区；以及在使第一重置晶体管和第二重置晶体管生效的同时使第三转移晶体管和第四转移晶体管生效以重置第三光电二极管。 [0112] 根据另一个实施方案，该方法还可包括在重置第三光电二极管之后使第一重置晶体管和第二重置晶体管失效以开始第三光电二极管的积分时间，另选地在第三光电二极管的积分时间期间使第三转移晶体管和第四转移晶体管生效，以及在第三光电二极管的积分时间结束时对第一浮动扩散区的第一电压电平和第二浮动扩散区的第一电压电平进行采样。 [0113] 根据另一个实施方案，该方法还可包括在第三光电二极管的积分时间期间使第一抗光晕晶体管和第二抗光晕晶体管失效以开始第一光电二极管和第二光电二极管的积分时间，在第一光电二极管和第二光电二极管的积分时间结束时使第一转移晶体管和第二转移晶体管生效，以及在使第一转移晶体管和第二转移晶体管生效之后对第一浮动扩散区的第二电压电平和第二浮动扩散区的第二电压电平进行采样。 [0114] 根据另一个实施方案，该方法还可包括在对第一浮动扩散区的第一电压电平和第二浮动扩散区的第一电压电平进行采样之后以及在使第一转移晶体管和第二转移晶体管生效之前使第一重置晶体管和第二重置晶体管生效，以及在使第一重置晶体管和第二重置晶体管生效之后对第一浮动扩散区的重置电压电平进行采样并且对第二浮动扩散区的重置电压电平进行采样，其中从第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的第一电压电平中减去第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的重置电压电平以获得飞行时间信息，并且从第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的第二电压电平中减去第一浮动扩散区和第二浮动扩散区的重置电压电平以获得相位检测信息。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈