示例实施方式涉及一种图像传感器，更具体地，涉及具有多个光电转换器的cmos图像传感器。
背景技术：
自动聚焦(af)技术已经被广泛用于近来的图像传感器中。具体地，相位差自动聚焦(paf)技术已经被集中地用于图像传感器中用于实现高聚焦速度。根据paf技术，穿过成像装置诸如照相机的成像透镜的光被分成分光束(splitbeam)，并且分光束在不同的焦点检测像素(focusdetectionpixel)处被分别地检测为对应于相应焦点检测像素的焦点检测信号。然后，聚焦透镜以这样的方式被自动控制，使得焦点检测信号在相同的光学相位处具有相同的强度，以自动地确定图像传感器的焦距。
通常，自动聚焦通过采用自动聚焦(af)传感器或多个焦点检测像素来进行。af传感器被提供给包括图像传感器的成像装置并与图像传感器相比具有较小的尺寸。相反，焦点检测像素与图像检测像素一起被提供给图像传感器。也就是，图像传感器包括其中布置图像检测像素的图像检测模块和其中布置焦点检测像素的af模块，使得焦点检测和图像检测在单个图像传感器中进行。
近来，图像传感器的每个像素包括一对光电转换器，无论是af模块还是图像检测模块，这通常称为双像素图像传感器。因此，paf在双像素图像传感器中的每个像素处进行，这显著提高了自动聚焦的速度和精度。具体地，由于图像传感器的每个单元像素形成为具有一对光电转换器的双像素而没有任何额外的af模块，所以图像传感器的焦点或焦距可以被精确且自动地检测而没有任何图像质量的变差。
在双像素图像传感器的操作中，从每个单元像素产生一对图像信号，并且每个图像信号的强度根据其自身在图像信号图中的相位而单独地变化。当图像信号的每个信号线彼此交叉并且单元像素的图像信号在图像信号图中具有相同的强度时，信号线彼此交叉的交叉点的恰好的相位(veryphase)被选择作为单元像素的焦点相位。然后，聚焦透镜可以以这样的方式控制，使得光束在图像传感器的每个单元像素的每个焦点相位入射到其上。
然而，由于光束的穿透深度根据其波长而变化并且图像信号的相位可以由于穿透深度而变化，所以每个基色光的焦点相位在双像素图像传感器中也是不同的，这通常使双像素图像传感器的af精度和图像质量变差。
技术实现要素：
这里描述的主题的示范性实施方式提供一种图像传感器，该图像传感器在其中布置至少一对光电转换器的每个单元像素上具有分光器(opticalsplitter)使得相同的光量被供应到每个光电转换器。
根据示范性实施方式，提供一种图像传感器，该图像传感器包括：多个单元像素，在基板上由像素隔离层限定；多个光电转换器，在每个单元像素中；以及多个光分路器(opticaldivider)，在基板的后表面上且在每个单元像素处。该多个光电转换器可以在单元像素中通过至少一个转换器分隔物分隔，并可以响应于入射到单元像素上的入射点的光产生光电子，并且光分路器可以与入射点重叠并可以将入射光分成多个分光，使得每个光电转换器可以接收相同的光量。
根据示范性实施方式，提供另一种图像传感器，该另一种图像传感器包括响应于入射光产生多个图像信号的像素阵列以及电连接到像素阵列并处理图像信号的图像信号处理器。像素阵列可以包括在基板上由像素隔离层限定的多个单元像素、在每个单元像素中的多个光电转换器、以及在基板的后表面上且在每个单元像素处的多个光分路器。该多个光电转换器可以在单元像素中通过至少一个转换器分隔物分隔，并可以响应于入射在单元像素的入射点上的光产生光电子，并且光分路器可以与入射点重叠并可以将入射光分成多个分光，使得每个光电转换器可以接收相同的光量。
根据示范性实施方式，具有比周围小的折射率的光分路器可以布置在光电转换器之间的边界区域上，并可以在图像传感器的每个单元像素处与入射点重叠。因此，光电转换器可以具有基本上相同量的光，并且从每个光电转换器产生的图像信号可以具有基本上相同的强度。结果，从每个光电转换器产生的图像信号的交叉点可以具有类似的相位，而与倾斜光束的波长无关，使得从红色、蓝色和绿色像素产生的图像信号的每个交叉点的相位差是基本上可忽略的，而与倾斜光束的波长无关，从而提高图像传感器的相位差自动聚焦(paf)的精度和图像质量。
附图说明
通过参照附图详细描述其示范性实施方式，本发明构思的这些和其它的特征将变得更加明显，附图中：
图1是示出根据示例实施方式的图像传感器的结构图；
图2是图1所示的图像传感器的像素阵列的布局；
图3是示出图2所示的像素阵列的单元像素的视图；
图4是图3所示的单元像素的电路图；
图5是沿着图3所示的单元像素的线i-i’剖取的截面图；
图6a至图6e是示出图5所示的光分路器的示例实施方式的截面图；
图7a是示出图6a所示的光分路器的平面图；
图7b是示出图7a所示的光分路器的修改的平面图；
图8a是示出当光垂直入射到传统双像素图像传感器的中央单元像素时光朝向光电二极管的光路的视图；
图8b是示出当光倾斜地入射到传统双像素图像传感器的周边单元像素时光朝向光电二极管的光路的视图；
图8c是示出从传统红色、蓝色和绿色像素产生的图像信号的响应特性的图像信号图；
图9a是示出当光倾斜地入射到图1所示的双像素图像传感器的周边单元像素时光朝向光电二极管的光路的视图；
图9b是示出从图9a所示的单元像素产生的图像信号的响应特性的图像信号图；
图10是示出当垂直光束在图像传感器的中央单元像素处由光分路器分开时光的光路的视图
图11a和图11b是示出当倾斜的光束在图像传感器的左周边单元像素处由光分路器分开时光的光路的视图；
图12是示出根据另一个示例实施方式的图像传感器的结构图；以及
图13是示出图12所示的图像传感器的修改的结构图。
具体实施方式
现在将参照示范性实施方式，示范性实施方式在附图中示出，其中相同的附图标记可以始终指代相同的部件。
在下文将参照附图更全面地描述本公开，附图中示出了各种示范性实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应被解释为限于这里阐述的示范性实施方式。这些示例示范性实施方式仅是示例，并且很多实施方式和变型是可能的，而不需要这里提供的细节。还应当强调的是，本公开提供可选示例的细节，但是这样的可选项的列出不是穷举的。此外，各种示范性实施方式之间的任何细节的一致性不应被解释为要求这样的细节，对于这里描述的每个特征列出每一种可能的变化是不切实际的。在确定本发明的需要时应当参考权利要求的语言。
在附图中，为了清楚起见，可以夸大层和区域的尺寸及相对尺寸。相同的附图标记始终表示相同的元件。尽管不同的附图示出示范性实施方式的变化，但是这些附图不必旨在彼此是相互排斥的。相反，如将从下面的详细描述的上下文可见的，当将附图及其描述作为整体来考虑时，在不同的附图中示出和描述的某些特征可以与来自其它附图的其它特征结合以产生各种实施方式。
尽管这里描述的附图可以涉及使用诸如“一个实施方式”或“某些实施方式”的语言，但是这些附图及其对应的描述不旨在与其它附图或描述是相互排斥的，除非上下文这样指示。因此，来自某些附图的某些方面可以与其它附图中的某些特征相同，和/或某些附图可以是特定示范性实施方式的不同表示或不同部分。
这里使用的术语仅是为了描述特定示范性实施方式的目的，而不意在限制本发明。如这里所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。如这里所用的，术语“和/或”包括相关所列项目中的一个或多个的任何及全部组合，并可以简写为“/”。
将理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。除非上下文另外地指示，这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区别开，例如作为命名约定。因此，下面在说明书的一部分中讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以在说明书的另一部分中或在权利要求中被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而没有脱离本发明的教导。此外，在某些情况下，即使在说明书中没有使用“第一”、“第二”等描述一术语，但是它仍可以在权利要求中被称为“第一”或“第二”，以便将不同的所要求的元件彼此区别。
还将理解，术语“包括”和/或“包含”等，当在本说明书中使用时，指定所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。
将理解，当一元件被称为“连接”或“联接”到另一个元件或“在”另一个元件“上”时，它可以直接连接或联接到另一个元件或直接在另一个元件上，或者可以存在居间的元件。相反，当一元件被称为“直接连接”或“直接联接”到另一个元件、或者“接触”另一个元件或“与”另一个元件“接触”时，不存在居间的元件。用于描述元件之间的关系的其它词语应当以类似的方式解释(例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“与…相邻”与“与…直接相邻”等)。这里描述的实施方式将通过理想的示意图参照平面图和/或截面图描述。因此，示范性视图可以根据制造技术和/或公差修改。因此，所公开的示范性实施方式不限于附图中示出的那些，而是包括根据制造工艺形成的配置上的修改。因此，附图中例示的区域可以具有示意的性质，并且附图中示出的区域的形状可以例示元件的区域的特定形状，本发明的方面不限于此。
为了便于描述，这里可以使用空间关系术语诸如“在…之下”、“在…下面”、“下”、“之上”和“上”等来描述如附图所示的一个元件或特征相对于另一个(些)元件或特征的关系。将理解，空间关系术语旨在涵盖装置在使用或操作中的不同取向，除了附图中绘出的取向之外。例如，如果附图中的装置被翻转过来，被描述为在其它元件或特征“下面”或“之下”的元件将会取向为在其它元件或特征“之上”。因此，术语“在…下面”可以涵盖之上和之下两种取向。装置可以另外地取向(旋转90度或处于其它的取向)，这里所用的空间关系描述语被相应地解释。
此外，如这里所用的空间关系术语诸如“在…之上”和“在…下面”的具有它们通常广义的含义，例如元件a可以在元件b之上，即使当俯视看这两个元件时它们之间没有重叠(就像天空中的某物体通常在地面上的某物体之上，即使它不在正上方)。
当涉及取向、布局、位置、形状、大小、量或其它尺度时，如这里所用的术语诸如“相同”、“相等”、“平面”或“共平面”不必表示完全相同的取向、布局、位置、形状、大小、量或其它尺度，而是旨在涵盖在可接受的变化内的几乎相同的取向、布局、位置、形状、大小、量或其它尺度，该可接受的变化可能例如由于制造工艺而发生。术语“基本上”可以在这里用于强调此含义，除非上下文或其它陈述另外地指示。例如，描述为“基本上相同”、“基本上相等”或“基本上平面”的项目可以是完全相同、相等或平面的，或者可以在可接受的变化内是相同、相等或平面的，该可接受的变化可能例如由于制造工艺而发生。
图1是示出根据示范性实施方式的图像传感器的结构图，图2是图1所示的图像传感器的像素阵列的布局。图3是示出图2所示的像素阵列的单元像素的视图，图4是图3所示的单元像素的电路图。
如图1至图4所示，根据示范性实施方式的图像传感器1000可以包括用于产生像素信号的像素阵列pa和用于处理图像信号的图像信号处理器c。像素阵列pa可以包括多个单元像素p，在该多个单元像素p中入射光可以转换成对应于物体的电信号，从而对应于物体的电信号可以被产生作为来自像素阵列pa的数字信号。数字图像信号可以在图像信号处理器c中被电处理，从而形成对于该物体的数字图像数据。
多个单元像素p可以在像素阵列pa中布置成矩阵，并且从每个单元像素p产生的电信号可以由行驱动器(未示出)和列驱动器(未示出)控制。行驱动器可以沿着矩阵的行方向确定每个单元像素p的曝光时间，使得图像信号可以在行驱动器的控制下从单元像素p产生。列驱动器可以沿着矩阵的列方向选择并激活单元像素p，使得图像信号可以从像素阵列pa中的列方向的单元像素p选择性检测。行驱动器和列驱动器可以提供在图像信号处理器c中。
单元像素p可以包括用于响应于入射光产生光电子的至少两个光电转换器200和用于检测光电子并读出图像信号的多个图像信号检测器。因此，图像信号检测器可以与行驱动器和列驱动器连接。例如，图像信号检测器可以包括传输晶体管tx、复位晶体管rx、源极跟随器晶体管sf和选择晶体管sx。
如图5所示，滤色器cf和微透镜ml可以布置在每个单元像素p上，从而具有特定波长的特定光可以穿过滤色器cf并到达对应滤色器cf下面的单元像素p。具体地，滤色器cf可以以这样的方式布置，使得仅具有其自身波长的基色光可以穿过滤色器cf并且每个单元像素p可以对应于基色光之一。在本示范性实施方式中，滤色器cf可以以拜耳图案(bayerpattern)布置在单元像素p上，并且四个单元像素p可以配置为图像马赛克像素mp，对于图像马赛克的单元为2×2矩阵形状。例如，绿光可到达的一对单元像素p(绿色像素)、红光可到达的单元像素p(红色像素)和蓝光可到达的单元像素p(蓝色像素)可以被提供给图像马赛克像素mp。
具体地，多个光电转换器200可以布置在每个单元像素p中，从而图像产生和自动聚焦两者可以在相同的单元像素p中进行。在本示范性实施方式中，一对光电转换器200可以提供给单元像素p。例如，光电转换器200可以包括光电二极管pd、光电栅极和钉扎光电二极管(ppd)中的至少一个。
单元像素p的光电转换器200可以分别地产生光电子，从而图像信号可以从每个光电转换器200独立地产生。单元像素p的每个图像信号的强度可以根据其自身相位变化，并且图像信号可具有相同强度的相位可以被选择为焦点相位。图像传感器1000的焦点可以以这样的方式被自动地确定，使得光可以在焦点相位入射到每个单元像素p。因此，af可以仅仅通过图像传感器1000的单元像素p进行，而没有任何af模块并且没有任何的图像质量变差。
在本示范性实施方式中，所述一对光电转换器200可以包括一对光电二极管，即第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2，它们可以通过转换器分隔物120分隔。因此，基色光可以被分开并提供到单元像素p处的第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2的每个，从而光电子可以分别从第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2产生。
如图4示意性示出，从第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2产生的光电子可以由第一传输晶体管tx1和第二传输晶体管tx2传输到浮置扩散区域fd。
复位晶体管rx可以周期性地复位浮置扩散区域fd。复位晶体管rx的源极电极可以连接到浮置扩散区域fd，并且复位晶体管rx的漏极电极可以连接到电源。当复位晶体管rx可以响应于复位信号rs而导通时，电源电压vdd可以通过复位晶体管rx的漏极电极施加到浮置扩散区域fd，从而复位浮置扩散区域fd。
源极跟随器晶体管sf可以与可布置在单元像素p之外的恒流源(未示出)结合，并可以用作放大器，浮置扩散区域fd的电势可以通过该放大器放大。
选择晶体管sx可以从像素阵列pa的像素行选择单元像素p，并且图像信号可以从所选择的单元像素p读出。当选择晶体管sx可以通过行选择线sel的偏压信号导通时，可施加到源极跟随器晶体管sf的漏极电极的电源电压vdd可以施加到选择晶体管sx的漏极电极。
传输晶体管tx、复位晶体管rx和选择晶体管sx的栅线tg1、tg2、rs和sel可以在行方向上延伸，从而像素行中的多个单元像素p可以在像素阵列pa中被同时激活。
图5是沿着图3所示的单元像素的线i-i’剖取的截面图。
如图1至图5所示，多个单元像素p可以布置在基板100上，并可以通过像素隔离层110电隔离。一对光电转换器200可以布置在单元像素p中，并且光分路器500可以提供在单元像素p上。光电转换器200可以在单元像素p中通过转换器分隔物120分隔开，并且入射光可以分成多个分光，即与光电转换器200的数量一样多。
在示例中，基板100可以包括具有半导体材料或半导体层的半导体基板。例如，基板100可以包括用掺杂剂掺杂的硅晶片或绝缘体上硅(soi)基板。基板100可以具有前表面101和后表面102，配线结构300可以布置在前表面101上，后表面102可以与前表面101相反。
在本示范性实施方式中，基板100可以包括用p型掺杂剂掺杂的半导体基板，并且滤色器cf和微透镜ml可以布置在基板100的后表面102上。因此，光可以被提供到基板100的后表面102，并且图像传感器1000可以配置为后侧照明(bsi)结构。
像素隔离层110可以限定单元像素区域upr作为基板100的有源区域，基板100的有源区域可以彼此隔离用于在单元像素p中产生光电子。例如，像素隔离层110可以包括穿过前表面101和后表面102的贯穿结构。
在本示范性实施方式中，像素隔离层110可以包括深沟槽隔离(dti)层，深沟槽隔离(dti)层包括折射率可比基板100的折射率小的绝缘材料。因此，可入射到单元像素区域upr的光可以折射到光电转换器200。例如，像素隔离层110可以包括氮化物和用掺杂剂掺杂的多晶硅中的一种。
转换器分隔物120可以以这样的方式从后表面102延伸到基板100中，使得转换器分隔物120可以插设在单元像素p中的光电转换器200之间。例如，转换器分隔物120可以提供为dti层。
具体地，转换器分隔物120可以包括具有比基板100的折射率小的折射率的低折射材料，从而可以防止可提供到每个光电转换器200的分光彼此混合或干扰。也就是，光电转换器200可以在单元像素p中通过转换器分隔物120光学地隔离。
具体地，光分路器500可以位于转换器分隔物120上，并可以包括其折射率可小于或等于转换器分隔物120的折射率的低折射材料。此外，光分路器500的折射率也可以小于将在后面描述的缓冲层400的折射率。因此，转换器分隔物120的折射率可以大于或等于光分路器500的折射率并可以小于基板100的折射率。
当光分路器500可以具有与转换器分隔物120相同的折射率时，可入射到单元像素p上的光可以朝向每个光电转换器200直接分开。相反，当光分路器500可具有比转换器分隔物120的折射率小的折射率时，可入射到单元像素p上的光可以分开并折射得更深地到基板100中。也就是，与当光分路器500可具有与转换器分隔物120相同的折射率时相比，分开的光可以到达基板100中更深的地方。因此，分光可以到达像素p中的基板100的更深区域，并且光的量可以在基板100的深区域处增加。
在基板100的深区域中，分光可以在单元像素p的宽度方向上而不是其深度方向上从转换器分隔物120朝向光电转换器200折射，因为光电转换器200的折射率可以大于转换器分隔物120的折射率。因此，光电转换器200的光学效率可以在单元像素p中提高。
一对光电转换器200可以在基板100的单元像素区域upr中。例如，光电转换器200可以包括二极管结构，该二极管结构具有第一杂质区域210和堆叠在第一杂质区域210上的第二杂质区域220。在本示范性实施方式中，一对光电转换器200可以包括第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2，它们可以在第一方向x上间隔开一间隙距离。
尽管本示范性实施方式公开了光电转换器200可以包括一对光电二极管pd1和pd2，但是根据图像传感器1000的配置和特性，三个或更多个光电二极管也可以被提供作为光电转换器200。例如，光电转换器200可以包括四个光电二极管，该四个光电二极管可以沿着第一方向x和第二方向y布置成2×2矩阵。
第一杂质区域210可以与基板100的前表面101相邻并可以掺杂有p型掺杂剂，第二杂质区域220可以从第一杂质区域210朝向基板100的后表面102延伸并可以掺杂有n型掺杂剂。浮置扩散区域fd可以提供在基板100的靠近成对光电转换器200之间的前表面101的表面部分处，并可以掺杂有其导电类型可与基板100的导电类型不同的掺杂剂。例如，浮置扩散区域fd可以掺杂有n型或p型掺杂剂。
第一传输栅极tg1和第二传输栅极tg2可以布置在基板100的前表面上，并且第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2的光电子可以分别通过第一传输栅极tg1和第二传输栅极tg2分别地传输到浮置扩散区域fd。第一传输栅极tg1和第二传输栅极tg2可以分别是第一传输晶体管tx1和第二传输晶体管tx2的栅电极，所以第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2的光电子可以通过第一传输晶体管tx1和第二传输晶体管tx2分别地且独立地传输到浮置扩散区域fd，第一传输晶体管tx1和第二传输晶体管tx2可以响应于复位信号而分别地操作。
尽管本示范性实施方式公开了第一和第二传输栅极tg1和tg2可以在基板100的前表面101上布置为平面类型，但是任何其它栅极结构诸如凹陷类型或埋入类型(其可以从基板100的前表面101凹陷)也可以用于第一和第二传输栅极tg1和tg2。
浮置扩散区域fd可以包括在单元像素区域upr中的前表面101附近掺杂有n型掺杂剂的阱区。用于临时储存光电子的电子缓冲物(未示出)还可以进一步提供给单元像素区域upr。从第一和第二光电二极管pd1和pd2产生的光电子可以临时储存在电子缓冲物中至转移密度，然后电子缓冲物中的光电子可以全部转移到浮置扩散区域fd，从而防止由光电子转移的时间延迟引起的图像变形。
配线结构300可以布置在基板100的前表面101上。例如，配线结构300可以包括覆盖前表面101上的传输晶体管tx的层间绝缘层310、在层间绝缘层310上的多个配线间绝缘层320、以及在配线间绝缘层320中和上的多个配线330。配线330可以包括连接到各种晶体管tx、rx、sx和sf的多个信号线和连接到图像信号处理器c的辅助线。
缓冲层400可以布置在基板100的后表面102上。缓冲层400可以包括平坦化层、抗反射层和保护层中的至少一个，所以单个层或多个层可以用于缓冲层400。在本示例实施方式中，缓冲层400可以包括具有抗反射层的多层。
光分路器500可以布置在缓冲层400中/上，因此可入射在单元像素p上的光可以分成分光，该分光可以个别地提供到第一和第二光电二极管pd1和pd2的每个。具体地，光分路器500可以具有比缓冲层400的折射率小的折射率，并在第一和第二光电二极管pd1和pd2之间的边界区域处位于转换器分隔物120上。
图6a至图6e是示出图5所示的光分路器的示范性实施方式的截面图。
光分路器500可以包括在第一和第二光电二极管pd1和pd2之间的边界区域上延伸的线性图案或者沿着第一和第二光电二极管pd1和pd2之间的边界区域的可用空气选择性填充的线沟槽。
例如，如图6a所示，光分路器500可以包括线图案lp，线图案lp可以穿过缓冲层400。具体地，线图案lp的下表面可以与转换器分隔物120接触，并且线图案lp的上表面可以与缓冲层400的上表面共平面。当缓冲层400可以包括包含氮化物的抗反射层时，线图案lp可以包括穿过氮化物层并具有比氮化物层的折射率小的折射率的氧化物层。因此，线图案lp可以用作可布置在抗反射层中的分束器。
具体地，空气间隙ag还可以如图6b所示提供给线图案lp，因而线图案lp和空气间隙ap的结合的整个折射率可以小于线图案lp的折射率。
在另一个示范性实施方式中，当缓冲层400可以包括多层结构时，光分路器500可以提供在多层结构的组成层的至少一个中，如图6c所示。
例如，当缓冲层400可以形成为其中抗反射层410、平坦化层420和保护层430可顺序地堆叠在基板100的后表面102上的多层结构时，线图案lp可以如图6c所示在平坦化层420中，或者可以如图6d所示在抗反射层410和保护层430两者中在第一和第二光电二极管pd1和pd2之间的边界区域处。线图案lp的配置可以根据缓冲层400的组成层的数量和材料性质以及光分路器500的折射率而变化。
在另一个示范性实施方式中，光分路器500可以包括线沟槽，该线沟槽可以穿过缓冲层400并填充有空气作为空气沟槽at，如图6e所示。当缓冲层400可以包括多层结构时，空气沟槽at可以以这样的方式提供在多层结构的中间组成层中，使得空气沟槽at可以在光电转换器200之间的边界区域中覆盖有该多层结构的下组成层和上组成层。
入射到单元像素p上的光可以通过光分路器500分成分光，所述分光可以被引导到第一和第二光电二极管pd1和pd2的每个。因此，第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2可以由分光分别地激活，因而光分路器500可以用作对于第一和第二光电二极管pd1和pd2的每个的光源。
在本示范性实施方式中，第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2可以在第一方向x上间隔开，并且光分路器500可以布置在第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2的边界区域上。具体地，在第二方向y上延伸的线图案lp可以提供为光分路器500。光分路器500的配置可以根据光电转换器200的结构和配置而变化。
例如，当光电转换器200可以包括为2×2矩阵形状的四个光电二极管时，光分路器500可以包括具有纬度图案和经度图案的网状图案。纬度图案可以在第一方向x上延伸并可以布置在第一边界区域处，所述四个光电二极管可以沿着第一方向x由第一边界区域分成两组。相反地，经度图案可以在第二方向y上延伸并可以布置在第二边界区域处，所述四个光电二极管可以沿着第二方向y由第二边界区域分成两组。
图7a是示出图6a所示的光分路器的平面图，图7b是示出图7a所示的光分路器的修改的平面图。
如图7a所示，一对光电二极管pd1和pd2可以以这样的配置布置在单元像素p中，使得该对光电二极管pd1和pd2可以覆盖有缓冲层400并可以在第一方向x上彼此间隔开。此外，光分路器500可以位于该对光电二极管pd1和pd2之间的边界区域处，为沿着第二方向y延伸的线图案的形状。
由于光分路器500的折射率可以小于缓冲层400的折射率，所以光分路器500可以用作单元像素p处的分束器。具体地，光分路器500可以位于单元像素p的入射点处，光可以入射到该入射点上。单元像素p的入射点可以根据图像传感器1000中的单元像素p的相对位置而变化，因而光分路器500的位置也可以根据对应的单元像素p而变化。
在其中没有布置光分路器的传统图像传感器中，当光倾斜地入射到单元像素的入射点上时，每个光电二极管处的光的量根据倾斜光的倾斜角度和光电二极管的布置而变化。因此，光电子的密度在光电二极管之间必然不同，并且图像信号的强度在光电二极管之间是不同的。
然而，在其中可布置光分路器500的图像传感器1000中，当光可以倾斜入射到的单元像素p的入射点上时，倾斜光可以以这样的方式分成分光，使得相同的光量可以提供给第一和第二光电二极管pd1和pd2的每个。也就是，光分路器500可以用作相对于第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2的假想光源。
在此情况下，光分路器500可以以这样的方式控制将被分开的光，使得提供给第一光电二极管pd1的光的量可以与提供给第二光电二极管pd2的光的量基本上相同。因此，第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2的光电子的密度可以是相同的，而与倾斜光的倾斜角度无关。
第一和第二光电二极管pd1和pd2处的光的量(即第一和第二光电二极管pd1和pd2处的分光的强度)可以根据可入射到单元像素p的倾斜光的倾斜角度以及第一和第二光电二极管pd1和pd2的配置而变化。因此，光分路器500的位置和配置可以根据倾斜光的倾斜角度以及第一和第二光电二极管pd1和pd2的配置而改变。
如图7b所示，光分路器500可以包括第一分路器501和第二分路器502，第一分路器501在第二方向y上延伸并布置在第一和第二光电二极管pd1和pd2之间的边界区域处，第二分路器502在第一和第二光电二极管pd1和pd2之上在第一方向x上延伸。也就是，光分路器500可以以这样的配置成形为单元像素p上的十字形图案，使得第一分路器501可以在第一和第二光电二极管pd1和pd2之间的边界区域上延伸，并且第二分路器502可以交叉第一分路器501并部分地交叠第一和第二光电二极管pd1和pd2。
当倾斜光可以由第一分路器501分成分光并且所述分光可以分别传播到第一和第二光电二极管pd1和pd2的每个时，第一和第二光电二极管pd1和pd2之间的不对称串扰可能由于第一分路器501的光学散射而发生。该不对称串扰会增加第一和第二光电二极管pd1和pd2的图像信号之间的干扰，从而使图像传感器的图像质量变差，诸如由于信号干扰引起的噪声。为此，第二分路器502可以垂直于第一分路器501布置用于将分光引导到相应的光电二极管pd1和pd2，从而改善单元像素p处的串扰对称性。
滤色器cf和微透镜ml可以在每个单元像素p布置在缓冲层400上。因此，在单元像素p上的多个滤色器cf可以构成矩阵形状的滤色器阵列。在示例实施方式中，滤色器阵列可以包括具有红色滤色器、蓝色滤色器和绿色滤色器的拜耳图案。在另一个示例实施方式中，滤色器阵列可以包括黄色滤色器、洋红色滤色器和蓝绿色滤色器。具有特定波长的特定光可以穿过滤色器cf并到达对应的滤色器cf之下的单元像素p。
由于滤色器cf和微透镜ml可以布置在每个单元像素p处，所以单元像素p中的第一和第二光电二极管pd1和pd2可以共用滤色器cf和微透镜ml。在本示范性实施方式中，拜耳图案可以布置在图像传感器1000中作为滤色器阵列，因而仅具有其自身波长的基色光诸如红光、蓝光和绿光可以穿过滤色器cf，并且基色光之一可以到达对应的单元像素p。在下文，红光可入射到其上的单元像素p将被称为红色像素，蓝光可入射到其上的单元像素p将被称为蓝色像素。同样地，绿光可入射到其上的单元像素p将被称为绿色像素。
在下文，将详细描述当倾斜光分成分光并且相同的光量被提供到每个光电二极管时采用单元像素的焦点相位的相位差自动聚焦(paf)过程。
图8a是示出当光垂直入射到传统双像素图像传感器的中央单元像素时光朝向光电二极管的光路的视图，图8b是示出当光倾斜入射到传统双像素图像传感器的周边单元像素时光朝向光电二极管的光路的视图。
如图8a和图8b所示，图像传感器的焦点或焦距可以基于图像传感器相对于物体的中央部分来控制。因此，当自动聚焦过程完成并且图像传感器的焦点相对于物体被精确设定时，光通过其中安装图像传感器的照相机的光学透镜垂直入射到图像传感器的中央部分上。因此，穿过光学透镜的光以倾斜角倾斜入射到图像传感器的周边部分上。在下文，可由滤色器过滤并可垂直入射到图像传感器的中央单元像素p的基色光将被称为垂直光束vb，而可由滤色器过滤并以倾斜角可倾斜入射到图像传感器的周边单元像素p的基色光将被称为倾斜光束sb。
因此，传统图像传感器的垂直光束vb和倾斜光束sb需要被控制为传播到相同的焦点。因此，周边单元像素p上的微透镜ml和滤色器cf以这样的方式偏移，使得倾斜光束sb可以传播到图像传感器的焦点，而没有对中央单元像素p上的微透镜ml和滤色器cf进行偏移。因此，对于图像传感器的单个焦点，单元像素p的让入射光入射到其的入射点i在每个单元像素p处必定不同。也就是，入射点在图像传感器的每个单元像素p处被独特地确定。
如图8a所示，垂直光束vb可以入射到传统图像传感器的中央单元像素p的入射点i，并可以沿着垂直光束vb的传播方向均匀地向前散射。因此，第一和第二光电二极管pd1和pd2可以接收基本上相同的光量，并且从第一和第二光电二极管pd1和pd2的每个产生的图像信号具有基本上相同的强度。因此，从红色、蓝色和绿色像素产生的图像信号的交叉点在图像信号图中彼此足够靠近地分布，因此图像信号的每个交叉点的相位差基本上可忽略，而与作为红光、蓝光和绿光之一的垂直光束vb的波长无关。因此，图像信号的每个交叉点的相位被设定为传统图像传感器的焦点相位。
然而，如图8b所示，倾斜光束sb可以入射到传统图像传感器的周边单元像素p的入射点i，并可以沿着倾斜光束sb的传播方向均匀地向前散射。因此，第一光电二极管pd1处的光的量远大于第二光电二极管pd2处的光的量，并且从第一光电二极管pd1产生的图像信号的强度可以比从第二光电二极管pd2产生的图像信号的强度强得多。因此，从红色、蓝色和绿色像素产生的图像信号的交叉点在图像信号图中彼此足够稀疏地分布，因此图像信号的每个交叉点的相位根据作为红光、蓝光和绿光之一的倾斜光束sb的波长而彼此显著不同。因此，由于图像信号的每个交叉点当中的相位差足够大，所以焦点相位不能在图像传感器的周边部分处确定，因此焦点相位不能在图像传感器的中央部分和周边部分之间一致，这使得在传统双像素图像传感器中难以进行自动聚焦。
为了解决以上af困难，传统图像传感器的周边单元像素p上的滤色器cf和微透镜ml向右偏移用于补偿第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2之间的光量差距，如图8b所示。然而，尽管滤色器cf和微透镜ml的偏移，图像信号的每个交叉点的相位在图像信号图中没有彼此足够地靠近，这由根据红色像素、蓝色像素和绿色像素的透射到图像传感器的基板中的深度的差异引起。
在蓝光、红光和绿光当中，蓝光具有最短的波长，因此蓝光的透射深度最短，而红光具有最长的波长，因此红光的透射深度最长。因此，尽管倾斜光束sb分别以相同的倾斜角入射到蓝色像素、红色像素和绿色像素上，但是第一和第二光电二极管pd1和pd2处的光量由于透射深度的差异根据蓝色像素、红色像素和绿色像素而变化。因此，从红色、蓝色和绿色像素产生的图像信号的交叉点在图像信号图中仍彼此稀疏地分布，因此图像信号的每个交叉点的相位根据倾斜光束sb的波长而彼此显著不同。
图8c是示出从传统红色、蓝色和绿色像素产生的图像信号的响应特性的图像信号图。在图8c中，图像信号从传统红色、蓝色和绿色像素测得，其中对应的滤色器和微透镜如图8b所示偏移。
如图8c所示，尽管滤色器和微透镜的偏移，从红色、蓝色和绿色像素产生的图像信号的焦点相位彼此足够稀疏。
从红色像素产生的一对红色图像信号r1和r2产生红色交叉点cr，并且从蓝色像素产生的一对蓝色图像信号b1和b2产生蓝色交叉点cb。此外，从绿色像素产生的一对绿色图像信号g1和g2产生绿色交叉点cg。因此，红色交叉点cr的红色相位p2被检测为最小相位，蓝色交叉点cb的蓝色相位p1被检测为最大相位。绿色交叉点cg的绿色相位p0被检测为在蓝色交叉点cb的蓝色相位p1和红色交叉点cr的红色相位p2之间。在这样的情况下，信号强度在蓝色交叉点cb处最小并在绿色交叉点cg处最大，因为蓝光具有最短的透射深度，并且在传统图像传感器的马赛克像素中绿色像素的数量大于蓝色像素和红色像素的数量。
图像信号图示出蓝色相位p1、红色相位p2和绿色相位p0在马赛克像素中彼此显著不同，这使图像传感器的图像质量变坏。
图9a是示出当光倾斜入射到图1所示的双像素图像传感器的周边单元像素时光朝向光电二极管的光路的视图。图9b是示出从图9a所示的单元像素产生的图像信号的响应特性的图像信号图。在图9b中，图像信号从传统的红色、蓝色和绿色像素测得。
如图9a所示，光分路器500可以在单元像素p中位于第一和第二光电二极管pd1和pd2之间的边界区域上，并且入射点i可以与光分路器500重叠。因此，倾斜光束sb可以分成一对分光束db。
在这样的情况下，光分路器500可以以这样的方式配置，使得分光束db可以向第一光电二极管pd和第二光电二极管pd2提供相同的光量。因此，光分路器500可以考虑到倾斜光束sb的倾斜角度以这样的方式使可入射到入射点i上的倾斜光束sb分开，使得第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2可以通过分光束db接收相同的光量。
分光束db可以用作单独的光，其可以从光分路器500彼此独立地传播到第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2。例如，光分路器500可以包括用于将倾斜光束sb一分为二成具有相同光量的一对分光束的分束器。
由于具有相同波长的分光束db可以以相同的强度传播到第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2，所以从第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2产生的图像信号可以具有基本上相同的强度。因此，图像信号的交叉点可以具有类似的相位，而与倾斜光束sb的波长无关，从而从红色、蓝色和绿色像素产生的图像信号的每个交叉点的相位差是基本上可忽略的，而与倾斜光束sb的波长无关。
图9b示出红色图像信号r1和r2的红色交叉点cr、蓝色图像信号b1和b2的蓝色交叉点cb以及绿色图像信号g1和g2的绿色交叉点cg可以具有相同的公共相位p，而红色、蓝色和绿色图像信号可以具有不同的信号强度。尽管图像信号的红色、蓝色和绿色交叉点的公共相位p可以从图像传感器1000的周边部分检测，但是公共相位p可以与焦点相位基本上相同，该焦点相位可以从图像传感器1000的中央部分检测。
因此，由于相位差自动聚焦(paf)，图像传感器1000可以精确地聚焦为在其中央部分和周边部分之间具有基本上相同的焦点相位，从而提高图像传感器1000的图像质量。
尽管本示范性实施方式公开了光分路器500可以布置在图像传感器1000的周边单元像素p处，但是光分路器500也可以布置在图像传感器1000的中央单元像素p处以及在周边单元像素p处。
由于垂直光束vb可以入射到图像传感器1000的中央单元像素p上，所以中央单元像素p中的第一和第二光电二极管pd1和pd2之间的光量差异可以远小于图像传感器1000的周边单元像素p中的第一和第二光电二极管pd1和pd2之间的光量差异。然而，将垂直光束vb分成或划分为具有相同光量的一对分光束db也可以提高图像传感器1000的中央部分处的焦点相位的精度。
考虑到倾斜光束sb的倾斜角度和传播方向，随着对应的单元像素p可以从图像传感器的中央部分接近周边部分，光分路器500的配置可以修改。
图10是示出当垂直光束由光分路器在图像传感器的中央单元像素处分开时光的光路的视图。
如图10所示，穿过光学透镜的光可以垂直地入射到图像传感器1000的中央单元像素的入射点i上，然后可以由光分路器500分成一对分光束db。分光束db可以分别朝向第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2传播。
在这样的情况下，光分路器500可以以这样的配置布置在中央单元像素上，使得光分路器500的几何中心c可以与入射点i重合，因而分光束db可以具有基本上相同的强度。
然而，当穿过光学透镜的光可倾斜地入射到可与图像传感器1000的中央部分间隔开的单元像素p的入射点i上时，光分路器500的配置可以考虑到倾斜光的倾斜角以这样的方式调整，使得第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2可以通过分光束db接收相同的光量。
图11a和图11b是示出当倾斜光束由光分路器在图像传感器的左周边单元像素p处分开时光的光路的视图。图11a中的光分路器具有与图10中的光分路器基本上相同的配置，图11b中的光分路器具有以这样的方式修改的配置，使得第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2可以接收基本上相同的光量。
如图11a所示，当倾斜光束sb朝向图像传感器1000的左周边单元像素p向右下传播并且光分路器500以光分路器500的几何中心c可与入射点i重合的方式布置时，倾斜光束sb可以分成沿着传播方向的具有相同光量的一对分光束db。因此，分光束db的相对更多的部分可以传播到单元像素p的右部分，并且第二光电二极管pd2可以比第一光电二极管pd1接收相对更大的光量。
为了减小第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2之间的光量差异，光分路器500可以在第一方向x上以这样的方式向右偏移，使得入射点i可以位于光分路器500的几何中心c的左侧，如图11b所示。因此，倾斜光束sb可以分成一对分光束db，该对分光束db可以相对于穿过光分路器500的几何中心c的中心轴对称。因此，分光束db可以相对于光分路器500的中心轴向左和向右均匀地传播，并且第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2可以接收基本上相同的光量。
光分路器500的偏移距离可以根据倾斜光束sb的倾斜角而变化。由于倾斜光束sb的倾斜角可以在图像传感器1000的中央部分附近是小的，所以随着单元像素p接近图像传感器1000的中央部分，光分路器500的偏移距离也可以更小。相反，随着单元像素p接近图像传感器1000的周边部分，光分路器500的偏移距离也可以更大，因为倾斜光束sb的倾斜角可以在图像传感器1000的周边部分附近是大的。在本示例实施方式中，每个光分路器500的偏移距离可以以这样的方式确定使得倾斜光束sb在每个单元像素p处的总光量可以被最大化，因而每个单元像素p的光强度可以通过光分路器500的偏移而最大化。也就是，入射光可以以这样的方式由光分路器500分成分光束sb，使得第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2可以接收相同的光量，并且光分路器500可以以这样的方式在每个单元像素p处分别地偏移，使得第一和第二光电二极管pd1和pd2两者的总光强度可以被最大化。因此，单元像素p的总光强度和均匀性可以通过光分路器500充分地改善。
当光分路器500的偏移可能不足以用于等分倾斜光束sb时，也可以改变任何其它性质诸如材料特性和总体形状，以便第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2可以通过分光束db接收相同的光量。
当倾斜光束sb朝向图像传感器1000的右周边单元像素向左下传播时，光分路器500可以在第一方向x上以这样的方式向左偏移，使得入射点i可以位于光分路器500的几何中心c的右侧。因此，倾斜光束sb可以分成可相对于穿过光分路器500的几何中心c的中心轴对称的一对分光束db。因此，分光束db可以相对于光分路器500的中心轴均匀地向左和向右传播，并且第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2可以接收基本上相同的光量。
因此，光分路器500的配置可以考虑到倾斜光束sb的倾斜角、单元像素p的朝向图像传感器1000的中央部分的接近以及倾斜光束sb的传播方向而在每个单元像素p处被适当地修改，因而单元像素p中的多个光电转换器200可以接收相同的光量，而与图像传感器中的单元像素p的相对位置无关以及与倾斜光束sb的波长无关，从而精确地获得图像传感器1000中图像信号的交叉点的焦点相位。
尽管本示范性实施方式公开了光分路器500可以应用于具有后侧照明(bsi)结构的图像传感器1000，但是光分路器500也可以应用于任何其它的图像传感器，只要图像传感器可以在单元像素中包括多个光电转换器。
因此，具有比周围小的折射率的光分路器500可以布置在光电转换器200之间的边界区域上，并可以在图像传感器的每个单元像素处与入射点i重叠。因此，光电转换器可以具有基本上相同的光量，并且从每个光电转换器200产生的图像信号可以具有基本上相同的强度。结果，从每个光电转换器200产生的图像信号的交叉点可以具有类似的相位，而与倾斜光束sb的波长无关，使得从红色、蓝色和绿色像素产生的图像信号的每个交叉点的相位差是基本上可忽略的，与倾斜光束sb的波长无关，从而提高图像传感器1000的相位差自动聚焦(paf)的精度和图像质量。
图12是示出根据另一个示例实施方式的图像传感器的结构图。图13是示出图12所示的图像传感器的修改的结构图。图12和图13中的图像传感器可以具有与图5所示的图像传感器1000基本上相同的结构，除了栅格图案600可以布置在像素隔离层110上用于引导光到单元像素p之外。在图12和图13中，相同的附图标记表示图5中的相同元件，并且将省略相同元件的任何进一步的详细描述。
如图12所示，栅格图案600可以穿过缓冲层400布置在像素隔离层110上。例如，栅格图案600可以提供为围绕单元像素p的线图案，并可以包括光屏蔽材料。具体地，栅格图案600可以包括在缓冲层400中的封闭线，其可以成形为围绕单元像素p的环。
微透镜ml可以在每个单元像素p处与栅格图案600接触，因而栅格图案600可以限定微透镜ml和单元像素p的边缘部分。也就是，单元像素p可以布置在封闭的栅格图案600内，并可以覆盖有微透镜ml。滤色器cf和缓冲层400可以以单元像素p为单位通过栅格图案600分隔。
当由滤色器cf过滤的倾斜光束sb可入射到单元像素p上时，某些倾斜光束sb可能朝向单元像素p的边缘部分传播，并可能入射到相邻的单元像素p，从而产生串扰和噪声缺陷。
在这样的情况下，朝向单元像素p的边缘部分传播的倾斜光束sb可以由栅格图案600朝向单元像素p反射，因此可以被防止入射到相邻的单元像素p。因此，可以充分地防止相邻的单元像素p之间的串扰缺陷，并可以改善图像传感器的图像质量。
如图13所示，栅格图案600可以修改为仅布置在缓冲层400上，而不穿过缓冲层400，使得缓冲层400可以不以单元像素p为单位分隔。也就是，仅滤色器cf可以以单元像素p为单位通过栅格图案600分隔。
根据图像传感器的示范性实施方式，具有比周围小的折射率的光分路器可以布置在光电转换器之间的边界区域上，并可以在图像传感器的每个单元像素处与入射点重叠。因此，光电转换器可以具有基本上相同的光量，并且从每个光电转换器产生的图像信号可以具有基本上相同的强度。结果，从每个光电转换器产生的图像信号的交叉点可以具有类似的相位，而与倾斜光束的波长无关，使得从红色、蓝色和绿色像素产生的图像信号的每个交叉点的相位差是基本上可忽略的，与倾斜光束的波长无关，从而提高图像传感器的相位差自动聚焦(paf)的精度和图像质量。
以上是对示范性实施方式的说明，而不应被解释为对其进行限制。尽管已经描述了几个示范性实施方式，但是本领域技术人员将容易理解，在示范性实施方式中可以有许多修改，而在本质上没有脱离本发明的新颖教导和优点。因此，所有这样的修改旨在被包括在本发明的范围内，本发明的范围在权利要求书中限定。在权利要求中，装置加功能的条款旨在涵盖当执行所述功能时这里描述的结构，不仅涵盖结构上的等同还涵盖等同的结构。因此，将理解，以上是对各种示范性实施方式的说明，而不应解释为被限制于所公开的特定示范性实施方式，对所公开的示范性实施方式的修改以及其它示范性实施方式旨在被包括在权利要求书的范围内。
本申请要求于2016年10月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0132006号的优先权，其内容通过引用整体地结合于此。