像素阵列的制作方法

本实用新型整体涉及成像系统，并且更具体地讲涉及具有高动态范围功能和相位检测能力的成像系统。

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点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。

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，因为低动态范围图像的各部分可能曝光过度或曝光不足。多个低动态范围图像可以组合成单个高动态范围图像，但是这通常会引入伪影，特别是在动态场景中。

因此，希望能够提供具有高动态范围功能和深度感测能力的改进的成像系统。

技术实现要素：

本实用新型解决的一个技术问题是提供具有高动态范围功能和深度感测能力的改进的成像系统。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种包括多个图像像素的像素阵列，其中所述像素阵列中的图像像素包括：内部子像素组，所述内部子像素组包括至少一个子像素并且表现出第一光敏度；和外部子像素组，所述外部子像素组包括至少一个子像素并且表现出大于所述第一光敏度的第二光敏度，其中所述内部子像素组嵌套在所述外部子像素组内，并且其中所述内部子像素组和所述外部子像素组中的至少一者包括第一子像素和第二子像素，所述第一子像素和所述第二子像素中的每个具有对入射光的不对称角度响应并且被配置为产生相位检测数据。

在一个实施例中，所述外部子像素组具有第一几何中心，并且其中所述内部子像素组具有与所述第一几何中心相同的第二几何中心。

在一个实施例中，所述外部子像素组包括所述第一子像素和所述第二子像素，并且其中所述第一子像素和所述第二子像素水平地相邻。

在一个实施例中，所述内部子像素组包括所述第一子像素和所述第二子像素，并且其中所述第一子像素和所述第二子像素水平地相邻。

在一个实施例中，所述外部子像素组包括所述第一子像素和所述第二子像素，并且其中所述内部子像素组包括第三子像素和第四子像素，所述第三子像素和所述第四子像素中的每个具有对入射光的不对称角度响应并且被配置为产生附加相位检测数据。

在一个实施例中，所述第一子像素和所述第二子像素具有与所述第三子像素和所述第四子像素相同的取向。

在一个实施例中，所述第一子像素和所述第二子像素具有与所述第三子像素和所述第四子像素不同的取向。

在一个实施例中，所述像素阵列中的附加成像像素包括：附加内部子像素组，所述附加内部子像素组包括至少一个子像素并且表现出所述第一光敏度；和附加外部子像素组，所述附加外部子像素组包括至少一个子像素并且表现出大于所述第一光敏度的所述第二光敏度，其中所述附加内部子像素组嵌套在所述附加外部子像素组内，并且其中所述附加内部子像素组和所述附加外部子像素组中的至少一者包括第三子像素和第四子像素，所述第三子像素和所述第四子像素中的每个具有对入射光的不对称角度响应并且被配置为产生附加相位检测数据。

根据本实用新型的一个方面，提供一种包括多个像素的像素阵列，其中所述多个像素中的每个像素具有采用图案的结构，其中所述图案包括在整个像素阵列上重复的二乘二像素重复单位单元，并且其中所述二乘二像素重复单位单元包括：第一像素、第二像素、第三像素和第四像素，其中每个像素包括嵌套在外部子像素组内的内部子像素组，其中每个外部子像素组包括被配置为产生相位检测数据的第一外部子像素和第二外部子像素，其中所述第一像素的所述第一外部子像素和所述第二外部子像素水平地相邻，并且其中所述第二像素的所述第一外部子像素和所述第二外部子像素竖直地相邻。

根据本实用新型的一个方面，提供一种包括多个像素的像素阵列，其中所述多个像素中的每个像素具有采用图案的结构，其中所述图案包括在整个像素阵列上重复的二乘四像素重复单位单元，并且其中所述二乘四像素重复单位单元包括：第一二乘二像素组，其中所述第一二乘二像素组包括左上像素、右上像素、左下像素和右下像素，其中每个像素具有被布置在相应的取向并且被配置为产生相位检测数据的第一子像素和第二子像素；和与所述第一二乘二像素组相邻的第二二乘二像素组，其中所述第二二乘二像素组包括左上像素、右上像素、左下像素和右下像素，其中每个像素具有被布置在相应的取向并且被配置为产生相位检测数据的第一子像素和第二子像素，并且其中所述第二二乘二像素组中的所述像素的所述取向与所述第一二乘二像素组中的所述像素的所述取向相反。

本实用新型实现的一个技术效果是提供改进的像素阵列。

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具有光敏区的示例性相位检测像素的横截面侧视图，该光敏区具有不同和不对称的角度响应。

图2B和图2C是根据本实用新型实施方案的图2A的相位检测像素的剖视图。

图3是根据本实用新型实施方案的将入射光以不同的入射角照射深度感测像素时，深度感测像素的光敏区的示例性信号输出的图。

图4是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有由环形微透镜覆盖的内部子像素和外部子像素。

图5是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有由环形微透镜覆盖的内部子像素和分割外部子像素组。

图6是根据本实用新型实施方案的示例性像素的正面的横截面底视图，该像素具有内部子像素和分割外部子像素组。

图7是根据本实用新型实施方案的图6示例性像素的背面的横截面顶视图。

图8是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有由圆形微透镜覆盖的内部子像素和分割外部子像素组。

图9是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有由四个圆形微透镜覆盖的内部子像素和分割外部子像素组。

图10是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有由两个椭圆形微透镜覆盖的内部子像素和分割外部子像素组。

图11是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有由环形微透镜覆盖的内部子像素和竖直取向的外部子像素。

图12是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有由环形微透镜覆盖的内部子像素和对角线分割的外部子像素组。

图13是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有由环形微透镜覆盖的分割内部子像素组和外部子像素。

图14是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有由环形微透镜覆盖的分割内部子像素组和分割外部子像素组。

图15是根据本实用新型实施方案的具有分割内部子像素组和分割外部子像素组的示例性像素的顶视图，外部子像素组以与内部子像素组不同的取向被分割。

图16是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有由屏蔽层部分覆盖的分割外部子像素组和内部子像素。

图17是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有以2×2重复单位单元布置的两个子像素。

图18是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有以2×4重复单位单元布置的两个子像素。

图19是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有围绕内部子像素的外部子像素组并以2×2重复单位单元布置。

图20是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有围绕内部子像素的外部子像素组并以2×4重复单位单元布置。

图21是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素具有围绕内部子像素组的外部子像素组并以2×2重复单位单元布置。

图22是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素以2×4重复单位单元布置，其中屏蔽层覆盖内部子像素的部分。

图23是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素以2×2重复单位单元布置，其中屏蔽层覆盖内部子像素的部分。

图24是根据本实用新型实施方案的示例性像素的顶视图，该像素以2×4重复单位单元布置，其中屏蔽层覆盖内部子像素的部分。

具体实施方式

本实用新型的实施方案涉及具有高动态范围(HDR)功能和深度感测能力的图像传感器。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，像素)。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、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中的相位检测像素收集的数据，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)的大小和方向。

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可形成在已堆叠的单独衬底上。

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。

可能需要提供具有高动态范围功能的图像传感器(例如，在低光环境和高光环境中使用以在低光环境中补偿感兴趣的高光点，反之亦然)。为了提供高动态范围功能，图像传感器14可包括高动态范围像素。

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可包括相位检测像素组，诸如示于图2A中的相位检测像素组100。如果需要，提供深度感测能力的像素组还可以提供高动态范围功能。

图2A是像素组100的示例性剖视图。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。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。在其他实施方案中，相位检测像素可被分组为2×2或2×4布置。通常，相位检测像素可以任何期望的方式布置。

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是背照式图像传感器像素，该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。

光电二极管PD1和PD2的位置有时可被称为不对称或移置位置，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所产生的信号输出可基于入射角而改变)。应当注意，图2A至图2C的实施例中光电二极管是相邻的，该实施例仅仅是示例性的。如果需要，光电二极管可以不相邻(即，光电二极管可被一个或多个中间光电二极管分开)。在图3的图中，示出了像素对100的光电二极管PD1和PD2响应于不同角度入射光的图像信号输出的实施例。

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块(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)。

如前所述，图2A至图2C中的相位检测像素块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，相位检测像素块100可包括被不同类型的微透镜覆盖的多个相邻像素。

图4是可包括在图像传感器(诸如图像传感器14)中的示例性像素的顶视图。如图所示，像素200具有至少两个不同的光收集区域(LCA)。像素200可包括具有用于捕获相同光谱的相关联的像素电路的光电二极管。例如，像素200可用于捕获红色、绿色、蓝色、青色、洋红色、黄色、近红外、红外或任何其他光谱的光。单个红色、绿色、蓝色、青色、洋红色、黄色、近红外线、红外或透明滤色器可在像素200上方形成。在某些实施方案中，在像素200上方形成的滤色器可具有通过有色光的区域以及透明区域(即，在可见光谱外部通过可见光谱光或全光谱光)。

图4的像素200可包括第一子像素202，其可被称为内部子像素202。内部子像素202可被第二子像素204完全包围，第二子像素可被称为外部子像素204。内部子像素202和外部子像素204可对应于半导体衬底中的n型掺杂光电二极管区。衬底中可存在相应的子像素电路，例如耦接到子像素202和204中的光电二极管区的像素200的转移门、浮动扩散区和重置门。半导体衬底(未示出)可以是由硅或任何其他合适半导体材料制成的本体p型衬底。

内部子像素202中的光电二极管可在表面具有圆形形状。换句话讲，内部子像素202的光收集区域为圆形区域。在该表面上，内部子像素202可具有直径S1。例如，内部子像素202中的光电二极管的直径S1可以是1微米，但是可另选地是任何其他尺寸而不脱离本实施方案的范围。外部子像素204在表面处可具有正方形外边界和圆形内边界。由图4中所示外部子像素204的正方形外边界和圆形内边界包围的区域可对应于外部子像素204的光收集区域。如图4所示，外部子像素204的一边的长度为S2。例如，S2可以是3微米，但是可另选地为任何其他尺寸而不脱离本实施方案的范围。长度S2优选地大于长度S1。外部子像素204在图4中示出为具有正方形外边界，但可另选地具有矩形外边界。

如果需要，可以在内部子像素202和外部子像素204之间形成可选的隔离区。隔离区可将给定像素中的各个子像素彼此分隔开，并且还可将不同相应像素中的各个子像素彼此分隔开。可选的隔离区可由不同类型的隔离装置形成，例如沟槽隔离结构、掺杂半导体区、金属屏障结构或任何其他合适的隔离装置。

由于内部子像素202被外部子像素204包围，所以内部子像素202有时可以被描述为嵌套在外部子像素204内。像素200有时可被称为嵌套图像像素。嵌套图像像素中的内部子像素组和外部子像素组可具有相同的几何光学中心。换句话讲，由于外部子像素组对称地围绕内部子像素组，所以内部子像素组的表面的中心与围绕内部子像素组的外部子像素组的中心相同。

内部子像素202可具有对入射光的较低敏感度，并且与外部子像素204相比可被称为具有较低敏感度的光收集区域。内部子像素202和外部子像素204的相应掺杂浓度可不同，或它们可相同。例如，内部子像素202中的光电二极管区域的掺杂浓度可被修改成降低内部子像素202对光的敏感度。然而，为了简洁地阐释并强调像素200的特性，将假设子像素202和204具有掺杂浓度相同的光电二极管。与外部子像素204相比，内部子像素202对入射光的较低敏感度可能是与外部子像素204的光收集区域相比内部子像素202的光收集区域较小的结果。

外部子像素组的光敏度与内部子像素组的光敏度之比可为至少4比1，但可以为5比1、10比1、任何中间比或任何更大的比。换句话讲，外部子像素组的光敏度可比内部子像素组的光敏度高至少四倍。

一个或多个微透镜可在图4的像素200上方形成以将光导向外部子像素204。所述一个或多个微透镜可在滤色器上方形成，而滤色器在像素200上方形成。为了将光导向外部子像素204，所述一个或多个微透镜可仅在外部子像素204上方形成。如图4所示，微透镜206是覆盖外部子像素204的环形微透镜。环形微透镜具有与内部子像素202重叠的开口，使得微透镜不与内部子像素202重叠。这使得能够将光导向外部子像素。然而，在一些实施方案中，将光导向外部子像素204的所述一个或多个微透镜可以部分地或完全地与子像素202的光收集区域重叠。将光导向外部子像素204可进一步提高外部子像素204的光收集区域相对于内部子像素202的光收集区域的敏感度而言的敏感度。在一些实施方案中，内部子像素202可任选地由与微透镜206分开形成的微透镜覆盖。

因为入射到像素200上的光被导向到外部子像素204的量大于被导向到内部子像素202的量，所以内部子像素202被认为具有比与外部子像素204敏感度较低的光收集区域。内部子像素202和外部子像素204对光的敏感度的差异使得能够在高动态范围应用中使用像素200，同时对于每个子像素使用相同的积分时间。如果需要，每个子像素的积分时间可以不同，以进一步增加像素的动态范围。

可能需要在图4所示类型的像素中提供相位检测能力。图5示出了具有高动态范围功能和相位检测能力的示例性成像像素。如图5所示，像素200可包括内部子像素202。另外，像素200可包括两个外部子像素204-1和204-2。子像素204-1和204-2有时可统称为外部子像素组204。通过将外部子像素组204分割为两个单独的外部子像素，外部子像素组可具有相位检测能力(例如，子像素204-1和204-2可各自具有对入射光的不对称响应)。在图4和图5中，环形微透镜206被示出为不重叠的内部子像素202。这个例子仅为示例性的。如果需要，环形微透镜206可与内部子像素202部分地重叠。微透镜可将光转向以离开内部子像素202而朝向外部子像素组204。

图6示出了示例性成像像素的正面的横截面底视图，该像素具有包含两个子像素的外部子像素组。图7示出了图6所示的成像像素的背面的横截面顶视图。如图6所示，在像素的正面(即，形成有像素的处理电路的一面)，第一外部子像素204-1和第二外部子像素204-2可具有矩形形状。内部子像素202可形成在外部子像素204-1和外部子像素204-2之间。此外，可在外部子像素204-1和外部子像素204-2之间形成浮动扩散区208。浮动扩散区208可被配置为接收从内部子像素202、外部子像素204-1和外部子像素204-2中的一者或多者转移的电荷。如图7所示，在像素的背面(即，暴露于入射光的一侧)，外部子像素可具有外部子像素延伸部。外部子像素204-1可具有外部子像素延伸部204-1'，而外部子像素204-2可具有外部子像素延伸部204-2'。外部子像素延伸部可有助于最大化成像像素背面的光收集区域。外部子像素延伸部204-1'可与外部子像素延伸部204-2'分开距离210。该距离可以是任何期望的距离(例如，小于1微米、小于0.1微米、小于0.01微米、大于0.01微米、大于0.1微米等)。

在图4和图5中，示出了微透镜布置，其中单个环形微透镜覆盖像素200。该实施例仅仅是示例性的，并且可以使用任何期望的微透镜布置来覆盖像素200。例如，图8示出了单个圆形微透镜覆盖像素200的实施方案。微透镜206可覆盖内部子像素202和外部子像素组204二者。图8中的微透镜206可以没有任何开口(与图4和图5中的微透镜相反)。图8中的微透镜206有时可以称为单目微透镜。

在图9所示的另一示例性实施方案中，像素200可由四个圆形微透镜覆盖。微透镜206-1和206-2可覆盖外部子像素204-1的部分。微透镜206-3和206-4可覆盖外部子像素204-2的部分。在图9中，微透镜206-1、206-2、206-3和206-4被示出为不重叠内部子像素202。这个例子仅为示例性的。如果需要，微透镜206-1、206-2、206-3和206-4可与内部子像素202部分地重叠。微透镜可将光转向以离开内部子像素202而朝向外部子像素204-1和204-2。

在又一示例性实施方案中，像素200可由两个椭圆形微透镜覆盖。图10中示出了这种类型的布置。如图10所示，第一椭圆形微透镜206-1可覆盖外部子像素204-1和外部子像素204-2二者的部分。第二椭圆形微透镜206-2也可覆盖外部子像素204-1和外部子像素204-2的部分。在图10中，微透镜206-1和206-2被示出为部分重叠内部子像素202。这个例子仅为示例性的。如果需要，微透镜206-1和206-2可不与内部子像素202重叠。

在图5至图10中，外部子像素组204示出为被分割成使得子像素204-1和204-2被水平取向(即，外部子像素组以竖直分割线分割，使得子像素204-1和204-2水平相邻)。子像素204-1和204-2的水平取向可使像素能够检测场景中的竖直边缘。外部子像素组204被分割成使得子像素204-1和204-2水平相邻的实施例仅仅是示例性的。如果需要，外部子像素组204可被分割成使得子像素204-1和204-2竖直相邻。图11中示出了这种类型的布置。如图所示，像素200可具有与图5至图10所示的内部子像素类似的内部子像素202。像素200也可具有外部子像素组204。然而，在图11中，外部子像素组可被分割成使得外部子像素204-1与外部子像素204-2竖直相邻。图11中的子像素204-1和204-2的竖直取向可使像素能够检测场景中的水平边缘。

在另一个实施方案中，外部子像素组204可被对角线分割，如图12所示。对角线分割外部子像素组204可以产生如图12所示的子像素204-1和204-2。图12中的像素200可适合于检测场景中的对角线边缘。通常，外部子像素组204可以任何期望的方式分割。

在图4至图12中，内部子像素202被示出为单个光收集区域。然而，可能希望为内部子像素提供相位检测能力。图13示出了具有高动态范围功能和相位检测能力的示例性成像像素。如图13所示，像素200可包括外部子像素204。外部子像素204可包围内部子像素组202。内部子像素组202可被分割成内部子像素202-1和内部子像素202-2。通过将内部子像素组202分割成两个单独的内部子像素，内部子像素组可具有相位检测能力。内部子像素组202可被分割以形成水平相邻的内部子像素(如图13所示)，或者可被分割以形成竖直相邻的内部子像素。内部子像素组202也可被对角线分割。图13示出了覆盖外部子像素204而不覆盖内部子像素202的环形微透镜。该实施例仅仅是示例性的，并且如果需要，可使用其他微透镜布置。例如，如果需要，像素200可包括覆盖外部子像素组204的环形微透镜和覆盖内部子像素组202的圆形微透镜。在另一示例性实施方案中，单个圆形微透镜可覆盖外部子像素组204和内部子像素组202二者。

在某些实施方案中，内部子像素组202和外部子像素组204均可以被分割以提供相位检测能力。图14中示出了这种类型的布置。如图所示，外部子像素组204被分割成使得外部子像素204-1和外部子像素204-2水平相邻。类似地，内部子像素组202被分割成使得内部子像素202-1和内部子像素202-2水平相邻。因此，像素200能够从子像素202-1和202-2以及子像素204-1和204-2获得相位检测数据。

内部子像素组202和外部子像素组204都以相同取向被分割的图14的实施例仅仅是示例性的。如果需要，内部子像素组202和外部子像素组204可以分开的取向被分割以提供多个方向的相位检测数据。如图15所示，外部子像素组204被分割成使得外部子像素204-1和外部子像素204-2水平相邻。然而，内部子像素组202被分割成使得内部子像素202-1和内部子像素202-2竖直相邻。这使得图15的像素能够检测竖直边缘和水平边缘二者(而图14的像素可用于仅检测竖直边缘)。

不通过将内部子像素组202分割成两个单独的子像素，而是用屏蔽层覆盖内部子像素组202的一部分来实现相位检测能力。如图16所示，内部子像素202的一半可由屏蔽层212覆盖。屏蔽层212可由对入射光不透明的金属或其他材料形成。内部子像素202的未覆盖部分将具有对入射光的不对称角度响应，从而使图16的像素200能够用于相位检测应用。

应当理解，图4至图16所示的像素的先前实施例仅仅是示例性的，并且所示的概念可以任何期望的组合进行组合。例如，已经描述了多种微透镜布置(例如，单个圆形微透镜、单个环形微透镜、两个椭圆形微透镜、四个圆形微透镜等)。已经描述了外部子像素组的多种布置(例如，单个外部子像素、水平分割的外部子像素组、竖直分割的外部子像素组、对角线分割的外部子像素组等)。已经描述了内部子像素组的多种布置(例如，单个内部子像素、水平分割的内部子像素组、竖直分割的内部子像素组、对角线分割的内部子像素组、由屏蔽层部分覆盖的内部子像素等)。根据像素的具体设计考虑，可以使用任何期望的微透镜布置、内部子像素布置和外部子像素布置。

在图像传感器14中，像素(诸如图4至图16所示的那些)可以像素阵列布置。每个像素可具有对应的滤色器元件，覆盖该像素的内部子像素和外部子像素。滤色器元件可以是滤色器阵列的一部分。像素阵列中的滤色器的图案是拜耳马赛克图案，其包括二乘二像素的重复单位单元，该二乘二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。该实施例仅仅是示例性的，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。

如果需要，可以使用多种其他滤色器图案。例如，可以使用单色图案。可使用具有红外或近红外滤色器元件的滤色器图案。在另一个示例性实施方案中，可使用具有红色和透明滤色器元件的滤色器图案(例如，RCCC)，或具有红色、绿色和透明滤色器元件的滤色器图案(例如RCCG)。另外，上述具有二乘二像素的重复单位单元的滤色器图案的实施例仅仅是示例性的。滤色器图案可具有任何所需大小或形状(例如，三乘三、四乘四、二乘四等)的重复单位单元。

正如滤色器图案包括在像素阵列上重复的二乘二像素的单位单元，像素的结构可匹配在阵列上重复的单位单元的图案。换句话讲，像素阵列中的不同像素可具有不同的结构。这有助于优化图像传感器的动态范围和相位检测性能。

图17中示出了像素的示例性图案。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。图17(以及随后的图18至图24)示出拜耳滤色器图案。然而，在像素阵列中可以使用任何期望的滤色器图案。如图17所示，重复单位单元214-1可以包括采用二乘二布置的四个像素。像素200-1、200-2、200-3和200-4可以包括在重复单位单元214-1中。重复单位单元214-1中的每个像素可包括两个单独的子像素204-1和204-2。子像素可以使得该图像传感器能够收集相位检测数据。子像素的取向可以在单位单元中的不同像素之间变化。如图17所示，像素200-1和200-4(分别为左上像素和右下像素)均可为水平取向的，而像素200-2和200-3(分别为右上像素和左下像素)均可为竖直取向的。通过改变单位单元内像素的取向，单位单元能够收集多个方向的相位检测数据。单位单元214-1可以在整个像素阵列上重复。如图所示，相邻的2×2像素组214-2与单位单元214-1相同。

图18示出了像素的另一示例性图案。如图18所示，重复单位单元214-1可以包括采用二乘二布置的四个像素。像素200-1、200-2、200-3和200-4可以包括在重复单位单元214-1中。重复单位单元214-1中的每个像素可包括两个单独的子像素204-1和204-2。子像素可以使得该图像传感器能够收集相位检测数据。子像素的取向可以在单位单元中的不同像素之间变化。如图18所示，像素200-1和200-2(分别为左上像素和右上像素)均可为水平取向的，而像素200-3和200-4(分别为左下像素和右下像素)均可为竖直取向的。通过改变单位单元内像素的取向，单位单元能够收集多个方向的相位检测数据。与单位单元214-1相邻的单位单元214-2可与单位单元214-1相同，不同的是子像素的取向可以颠倒。换句话讲，在单位单元214-1中水平取向的像素在单位单元214-2中竖直取向，并且在单位单元214-1中竖直取向的像素在单位单元214-2中水平取向。例如，在单位单元214-1中水平取向的像素200-1在单位单元214-2中变为竖直取向的像素200-5，而在单位单元214-1中竖直取向的像素200-3在单位单元214-2中变为水平取向的像素200-7。单位单元214-1和214-2可以统称为2×4单位单元214。该2×4单位单元214可以在整个像素阵列上重复。

单位单元214-2可被描述为取向与单位单元214-1中的像素的取向相反的像素。换句话讲，单位单元214-2的像素可与单位单元214-1的像素相同，不同的是旋转90度。

使用图18所示的2×4单位单元214的优点是能够检测每个颜色通道中的竖直边缘和水平边缘。例如，来自图18的单位单元的数据能够检测水平和竖直绿色边缘、水平和竖直蓝色边缘以及水平和竖直红色边缘。相比之下，图17的布置只能够检测竖直绿色边缘、水平蓝色边缘和水平红色边缘。

图17和图18示出了具有单个圆形微透镜206的每个像素。然而，该实施例仅为示例性的，并且每个像素可以具有任何期望的微透镜布置。像素阵列中的每个像素可以具有相同的微透镜布置(如图17和图18所示)，或者像素阵列中的不同像素可以具有不同的微透镜布置。

图19示出了另一个示例性像素图案，其中每个像素具有一个外部子像素组和一个内部子像素组。如图19所示，重复单位单元214-1可以包括采用二乘二布置的四个像素。像素200-1、200-2、200-3和200-4可以包括在重复单位单元214-1中。重复单位单元214-1中的每个像素可以包括围绕内部子像素202的外部子像素204-1和204-2。子像素可以使得该图像传感器能够收集相位检测数据并具有高动态范围。子像素的取向可以在单位单元中的不同像素之间变化。如图19所示，像素200-1和200-4(分别为左上像素和右下像素)均可为水平取向的，而像素200-2和200-3(分别为右上像素和左下像素)均可为竖直取向的。通过改变单位单元内像素的取向，单位单元能够收集多个方向的相位检测数据。单位单元214-1可以在整个像素阵列上重复。如图所示，相邻的2×2像素组214-2与单位单元214-1相同。

图20示出了与图19所示的图案相似的示例性像素图案。图20中的单位单元214-1可以与图19中的单位单元214-1相同。然而，在与图20中的单位单元214-1相比时，图20中的单位单元214-2中的子像素的取向可以相反(类似于结合图18描述的单位单元214-1和214-2之间的取向变化)。图20中的单位单元214-1和214-2可以统称为2×4单位单元214。图20中的2×4单位单元214可以在整个像素阵列上重复。

图21示出了另一个示例性像素图案，其中每个像素具有一个外部子像素组和一个内部子像素组。如图21所示，重复单位单元214-1可以包括采用二乘二布置的四个像素。像素200-1、200-2、200-3和200-4可以包括在重复单位单元214-1中。重复单位单元214-1中的每个像素可以包括围绕内部子像素组202的外部子像素204-1和204-2。每个内部子像素组202可以包括内部子像素202-1和202-2。子像素可以使得该图像传感器能够收集内部子像素和外部子像素二者的相位检测数据并具有高动态范围。子像素的取向可以在单位单元中的不同像素之间变化。如图21所示，像素200-1和200-2(分别为左上像素和右上像素)可以都具有水平取向的外部子像素和水平取向的内部子像素，而像素200-3和200-4(分别为左下像素和右下像素)可以都具有竖直取向的外部子像素和竖直取向的内部子像素。通过改变单位单元内像素的取向，单位单元能够收集多个方向的相位检测数据。单位单元214-1可以在整个像素阵列上重复。如图所示，相邻的2×2像素组214-2与单位单元214-1相同。

在图21中提供的实施例仅为示例性的，其中内部子像素的取向与外部子像素的取向匹配。如果需要，可以在重复单位单元中使用内部子像素的取向与外部子像素的取向不同的像素(如结合图15所讨论的)。

图22示出了又一个示例性像素图案，其中每个像素具有一个外部子像素组和一个内部子像素组。如图22所示，重复单位单元214可以包括采用二乘四布置的八个像素。像素200-1、200-2、200-3、200-4、200-5、200-6、200-7和200-8可以包括在重复单位单元214中。重复单位单元214中的每个像素可以包括围绕内部子像素组202的外部子像素204-1和204-2。每个像素的外部子像素可以收集相位检测信息。外部子像素的取向可以在单位单元中的不同像素之间变化。如图22所示，像素200-1、200-2、200-5和200-6可以具有水平取向的外部子像素，而像素200-3、200-4、200-7和200-8可以具有竖直取向的外部子像素。通过改变单位单元内的外部子像素的取向，单位单元能够收集多个方向的相位检测数据。

此外，重复单位单元214可以设置有屏蔽层以实现附加相位检测。像素200-2、200-3、200-4、200-6、200-7和200-8的内部子像素可以具有对入射光的对称角度响应，并且因此不可以用于收集相位检测数据。然而，像素200-1和200-5可以设置有屏蔽层，以使内部子像素202具有对入射光的不对称角度响应(如结合图16所讨论的)。如图所示，屏蔽层212-1可以覆盖像素200-1中的内部子像素202的左半部分，而屏蔽层212-2可以覆盖像素200-5中的内部子像素202的右半部分。来自像素200-1和200-5中的内部子像素202的未覆盖部分的数据可以被一起用于确定相位信息。

图23示出了另一个示例性像素图案，其中每个像素具有一个外部子像素组和一个内部子像素，以及部分地覆盖内部子像素的屏蔽层。如图23所示，重复单位单元214-1可以包括采用二乘二布置的四个像素。像素200-1、200-2、200-3和200-4可以包括在重复单位单元214中。重复单位单元214-1中的每个像素可以包括围绕内部子像素组202的外部子像素204-1和204-2。每个像素的外部子像素可以收集相位检测信息。外部子像素的取向可以在单位单元中的不同像素之间变化。如图23所示，像素200-1和200-2可以具有水平取向的外部子像素，而像素200-3和200-4可以具有竖直取向的外部子像素。通过改变单位单元内的外部子像素的取向，单位单元能够收集多个方向的相位检测数据。

此外，重复单位单元214可以设置有屏蔽层以实现附加相位检测。像素200-2和200-3的内部子像素可以具有对入射光的对称角度响应，并且因此不可以用于收集相位检测数据。然而，像素200-1和200-4可以设置有屏蔽层，以使内部子像素202具有对入射光的不对称角度响应(如结合图16所讨论的)。如图所示，屏蔽层212-1可以覆盖像素200-1中的内部子像素202的左半部分，而屏蔽层212-2可以覆盖像素200-4中的内部子像素202的右半部分。来自像素200-1和200-4中的内部子像素202的未覆盖部分的数据可以被一起用于确定相位信息。单位单元214-1可以在整个像素阵列上重复。如图所示，相邻的2×2像素组214-2与单位单元214-1相同。

图24示出了又一个示例性像素图案，其中每个像素具有一个外部子像素组和一个内部子像素组。如图24所示，重复单位单元214可以包括采用二乘四布置的八个像素。像素200-1、200-2、200-3、200-4、200-5、200-6、200-7和200-8可以包括在重复单位单元214中。重复单位单元214中的每个像素可以包括围绕内部子像素组202的外部子像素204-1和204-2。每个像素的外部子像素可以收集相位检测信息。外部子像素的取向可以在单位单元中的不同像素之间变化。如图24所示，像素200-1、200-2、200-5和200-6可以具有水平取向的外部子像素，而像素200-3、200-4、200-7和200-8可以具有竖直取向的外部子像素。通过改变单位单元内的外部子像素的取向，单位单元能够收集多个方向的相位检测数据。

此外，重复单位单元214可以设置有屏蔽层以实现附加相位检测。像素200-2、200-3、200-6和200-7的内部子像素可以具有对入射光的对称角度响应，并且因此不可以用于收集相位检测数据。然而，像素200-1和200-5可以设置有屏蔽层，以使内部子像素202具有对入射光的不对称角度响应(如结合图16所讨论的)。如图所示，屏蔽层212-1可以覆盖像素200-1中的内部子像素202的左半部分，而屏蔽层212-2可以覆盖像素200-5中的内部子像素202的右半部分。来自像素200-1和200-5中的内部子像素202的未覆盖部分的数据可以被一起用于确定相位信息。具体地讲，来自像素200-1和200-5中的内部子像素202的未覆盖部分的数据可以被一起用于检测场景中的竖直边缘。另外，像素200-4和200-8可以设置有屏蔽层，以使内部子像素202具有对入射光的不对称角度响应(如结合图16所讨论的)。如图所示，屏蔽层212-3可以覆盖像素200-4中的内部子像素202的下半部分，而屏蔽层212-4可以覆盖像素200-8中的内部子像素202的上半部分。来自像素200-4和200-8中的内部子像素202的未覆盖部分的数据可以被一起用于确定相位信息。具体地讲，来自像素200-4和200-8中的内部子像素202的未覆盖部分的数据可以被一起用于检测场景中的水平边缘。

使用图24的布置，外部子像素组和内部子像素组可以都能够检测竖直边缘和水平边缘。另外，由于与比外部子像素相比，内部子像素对光较不敏感，因此，图24中所示的图案可用于产生高动态范围的图像。

图19至图24示出了每个像素具有单个环形微透镜206。然而，该实施例仅为示例性的，并且每个像素可以具有任何期望的微透镜布置。像素阵列中的每个像素可以具有相同的微透镜布置(如图19至图24所示)，或者像素阵列中的不同像素可以具有不同的微透镜布置。

在本实用新型的各种实施方案中，图像像素可以包括内部子像素组和外部子像素组，内部子像素组表现出第一光敏度，外部子像素组包括至少一个子像素并且表现出大于第一光敏度的第二光敏度。内部子像素组可以包括第一内部子像素和第二内部子像素，并且第一内部子像素和第二内部子像素可以各自具有对入射光的不对称角度响应，并且可以被配置为产生相位检测数据。内部子像素组可以嵌套在外部子像素组内。

所述图像像素还可以包括形成在内部子像素组和外部子像素组上方的滤色器。第二光敏度可以比第一光敏度高至少四倍。外部子像素组可以具有第一几何中心，并且内部子像素组可以具有与第一几何中心相同的第二几何中心。外部子像素组可以包括第一外部子像素和第二外部子像素，并且第一外部子像素和第二外部子像素可以各自具有对入射光的不对称角度响应，并且可以被配置为产生相位检测数据。第一外部子像素和第二外部子像素可以水平地相邻，并且第一内部子像素和第二内部子像素可以水平地相邻。第一外部子像素和第二外部子像素可以水平地相邻，并且第一内部子像素和第二内部子像素可以竖直地相邻。

在各种实施方案中，像素阵列可以包括

多个像素。这多个像素中的每个像素可以具有采用某个图案的结构，该图案可以包括在整个像素阵列上重复的二乘二像素重复单位单元，并且二乘二像素重复单位单元可以包括第一像素、第二像素、第三像素和第四像素。每个像素可以包括嵌套在外部子像素组内的内部子像素组，每个外部子像素组可以包括被配置为产生相位检测数据的第一外部子像素和第二外部子像素，第一像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以水平地相邻，并且第二像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以竖直地相邻。

第一像素可以是二乘二像素重复单位单元中的左上像素，第二像素可以是二乘二像素重复单位单元中的右上像素，第三像素可以是二乘二像素重复单位单元中的左下像素，第四像素可以是二乘二像素重复单位单元中的右下像素，第三像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以竖直地相邻，并且第四像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以水平地相邻。第一像素可以被绿色滤色器元件覆盖，第二像素可以被红色滤色器元件覆盖，第三像素可以被蓝色滤色器元件覆盖，并且第四像素可以被绿色滤色器元件覆盖。

第一像素可以是二乘二像素重复单位单元中的左上像素，第二像素可以是二乘二像素重复单位单元中的左下像素，第三像素可以是二乘二像素重复单位单元中的右上像素，第四像素可以是二乘二像素重复单位单元中的右下像素，第三像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以水平地相邻，并且第四像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以竖直地相邻。第一像素可以被绿色滤色器元件覆盖，第二像素可以被蓝色滤色器元件覆盖，第三像素可以被红色滤色器元件覆盖，并且第四像素可以被绿色滤色器元件覆盖。

每个内部子像素组可以包括被配置为产生相位检测数据的第一内部子像素和第二内部子像素。第一像素的第一内部子像素和第二内部子像素可以水平地相邻，并且第二像素的第一内部子像素和第二内部子像素可以竖直地相邻。第一像素的第一内部子像素和第二内部子像素可以竖直地相邻。二乘二像素重复单位单元还可以包括覆盖第三像素的内部子像素组的左半部分的第一屏蔽层，和覆盖第四像素的内部子像素组的右半部分的第二屏蔽层。

像素阵列可以包括多个像素。这多个像素中的每个像素可以具有采用某个图案的结构，该图案可以包括在整个像素阵列上重复的二乘四像素重复单位单元，并且二乘四像素重复单位单元可以包括第一二乘二像素组和与第一二乘二像素组相邻的第二二乘二像素组。第一二乘二像素组可以包括左上像素、右上像素、左下像素和右下像素，每个像素具有被布置在相应的取向并且被配置为产生相位检测数据的第一子像素和第二子像素。第二二乘二像素组可以包括左上像素、右上像素、左下像素和右下像素，每个像素具有被布置在相应的取向并且被配置为产生相位检测数据的第一子像素和第二子像素。第二二乘二像素组中像素的取向可以与第一二乘二像素组中像素的取向相反。

第一二乘二像素组中的左上像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的左上像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的右上像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的右上像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的左下像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的左下像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的右下像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，并且第二二乘二像素组中的右下像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素。

第一二乘二像素组中的左上像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的左上像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的右上像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的右上像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的左下像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的左下像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的右下像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，并且第二二乘二像素组中的右下像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素。

第一二乘二像素组中的左上像素和第二二乘二像素组中的左上像素可以都被第一颜色的相应滤色器元件覆盖，第一二乘二像素组中的右上像素和第二二乘二像素组中的右上像素可以都被第二颜色的相应滤色器元件覆盖，第一二乘二像素组中的左下像素和第二二乘二像素组中的左下像素可以都被第三颜色的相应滤色器元件覆盖，并且第一二乘二像素组中的右下像素和第二二乘二像素组中的右下像素可以都被第四颜色的相应滤色器元件覆盖。

根据一个实施方案，像素阵列可以包括多个图像像素。该像素阵列中的图像像素可以包括内部子像素组和外部子像素组，其中内部子像素组包括至少一个子像素并且表现出第一光敏度，外部子像素组包括至少一个子像素并且表现出大于第一光敏度的第二光敏度。内部子像素组可以嵌套在外部子像素组内，并且内部子像素组和外部子像素组中的至少一者可以包括第一子像素和第二子像素，其中每个子像素具有对入射光的不对称角度响应并且被配置为产生相位检测数据。

根据另一个实施方案，像素阵列还可以包括形成在内部子像素组和外部子像素组上方的滤色器。

根据另一个实施方案，第二光敏度可以比第一光敏度高至少四倍。

根据另一个实施方案，外部子像素组可以具有第一几何中心，并且内部子像素组可以具有与第一几何中心相同的第二几何中心。

根据另一个实施方案，外部子像素组可以包括第一子像素和第二子像素，并且第一子像素和第二子像素可以水平地相邻。

根据另一个实施方案，外部子像素组可以包括第一子像素和第二子像素，并且第一子像素和第二子像素可以竖直地相邻。

根据另一个实施方案，内部子像素组可以包括第一子像素和第二子像素，并且第一子像素和第二子像素可以水平地相邻。

根据另一个实施方案，内部子像素组可以包括第一子像素和第二子像素，并且第一子像素和第二子像素可以竖直地相邻。

根据另一个实施方案，外部子像素组可以包括第一子像素和第二子像素，并且内部子像素组可以包括第三子像素和第四子像素，每个子像素具有对入射光的不对称角度响应并且被配置为产生附加相位检测数据。

根据另一个实施方案，第一子像素和第二子像素可以具有与第三子像素和第四子像素相同的取向。

根据另一个实施方案，第一子像素和第二子像素可以具有与第三子像素和第四子像素不同的取向。

根据另一个实施方案，像素阵列中的附加成像像素可以包括附加内部子像素组和附加外部子像素组，其中附加内部子像素组包括至少一个子像素并且表现出第一光敏度，附加外部子像素组包括至少一个子像素并且表现出大于第一光敏度的第二光敏度。附加内部子像素组可以嵌套在附加外部子像素组内，并且附加内部子像素组和附加外部子像素组中的至少一者可以包括第三子像素和第四子像素，其中每个子像素具有对入射光的不对称角度响应并且被配置为产生附加相位检测数据。

根据另一个实施方案，第一子像素和第二子像素可以具有与第三子像素和第四子像素相同的取向。

根据另一个实施方案，第一子像素和第二子像素可以具有与第三子像素和第四子像素不同的取向。

根据一个实施方案，像素阵列可以包括多个像素。这多个像素中的每个像素可以具有采用某个图案的结构。该图案可以包括在整个像素阵列上重复的二乘二像素重复单位单元，并且二乘二像素重复单位单元可以包括第一像素、第二像素、第三像素和第四像素。每个像素可以包括嵌套在外部子像素组内的内部子像素组，并且每个外部子像素组可以包括被配置为产生相位检测数据的第一外部子像素和第二外部子像素。第一像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以水平地相邻，并且第二像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以竖直地相邻。

根据另一个实施方案，第一像素可以是二乘二像素重复单位单元中的左上像素，第二像素可以是二乘二像素重复单位单元中的右上像素，第三像素可以是二乘二像素重复单位单元中的左下像素，第四像素可以是二乘二像素重复单位单元中的右下像素，第三像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以竖直地相邻，并且第四像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以水平地相邻。

根据另一个实施方案，第一像素可以被绿色滤色器元件覆盖，第二像素可以被红色滤色器元件覆盖，第三像素可以被蓝色滤色器元件覆盖，并且第四像素可以被绿色滤色器元件覆盖。

根据另一个实施方案，第一像素可以是二乘二像素重复单位单元中的左上像素，第二像素可以是二乘二像素重复单位单元中的左下像素，第三像素可以是二乘二像素重复单位单元中的右上像素，第四像素可以是二乘二像素重复单位单元中的右下像素，第三像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以水平地相邻，并且第四像素的第一外部子像素和第二外部子像素可以竖直地相邻。

根据另一个实施方案，第一像素可以被绿色滤色器元件覆盖，第二像素可以被蓝色滤色器元件覆盖，第三像素可以被红色滤色器元件覆盖，并且第四像素可以被绿色滤色器元件覆盖。

根据另一个实施方案，每个内部子像素组可以包括被配置为产生相位检测数据的第一内部子像素和第二内部子像素。

根据另一个实施方案，第一像素的第一内部子像素和第二内部子像素可以水平地相邻，并且第二像素的第一内部子像素和第二内部子像素可以竖直地相邻。

根据另一个实施方案，第一像素的第一内部子像素和第二内部子像素可以竖直地相邻。

根据另一个实施方案，二乘二像素重复单位单元还可以包括覆盖第三像素的内部子像素组的第一半部的第一屏蔽层，和覆盖第四像素的内部子像素组的第二半部的第二屏蔽层。

根据一个实施方案，像素阵列可以包括多个像素。这多个像素中的每个像素可以具有采用某个图案的结构，该图案可以包括在整个像素阵列上重复的二乘四像素重复单位单元，并且二乘四像素重复单位单元可以包括第一二乘二像素组和与第一二乘二像素组相邻的第二二乘二像素组。第一二乘二像素组可以包括左上像素、右上像素、左下像素和右下像素，每个像素具有被布置在相应的取向并且被配置为产生相位检测数据的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组可以包括左上像素、右上像素、左下像素和右下像素，每个像素具有被布置在相应的取向并且被配置为产生相位检测数据的第一子像素和第二子像素，并且第二二乘二像素组中像素的取向可以与第一二乘二像素组中像素的取向相反。

根据另一个实施方案，第一二乘二像素组中的左上像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的左上像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的右上像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的右上像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的左下像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的左下像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的右下像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，并且第二二乘二像素组中的右下像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素。

根据另一个实施方案，第一二乘二像素组中的左上像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的左上像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的右上像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的右上像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的左下像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素，第二二乘二像素组中的左下像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，第一二乘二像素组中的右下像素可以具有水平地相邻的第一子像素和第二子像素，并且第二二乘二像素组中的右下像素可以具有竖直地相邻的第一子像素和第二子像素。

根据另一个实施方案，第一二乘二像素组中的左上像素和第二二乘二像素组中的左上像素可以都被第一颜色的相应滤色器元件覆盖，第一二乘二像素组中的右上像素和第二二乘二像素组中的右上像素可以都被第二颜色的相应滤色器元件覆盖，第一二乘二像素组中的左下像素和第二二乘二像素组中的左下像素可以都被第三颜色的相应滤色器元件覆盖，并且第一二乘二像素组中的右下像素和第二二乘二像素组中的右下像素可以都被第四颜色的相应滤色器元件覆盖。

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。