成像方法和设备的制作方法

专利名称：成像方法和设备的制作方法
技术领域：
一个或多个实施例涉及成像方法和设备。
背景技术：
当前，具有图像传感器的诸如数字相机、移动通信终端等便携式装置被 开发并被销售。这些图像传感器由被称为像素或图素(photosite)的一系列小 的光电二极管构成。通常，像素不直接从接收的光提取具体的颜色，而是将 宽光谱带的光子转换为电子或电荷。因此，图像传感器的像素可能仅需要从 宽光谱带的光接收获取或识别颜色所必需的带内的光。图像传感器的每个像 素可通过滤色器等对入射光首先进行滤波来仅将与特定的颜色相应的光子转 换为电子或电荷。
为了使用所述图像传感器来获取三维(3D)图像，需要获取颜色以及关 于相应的对象与图像传感器之间的距离的信息。通常，在相关领域中，关于 对象与图像传感器之间的距离的重构图像被表示为深度图像。作为示例，可 使用在可视光区域外的红外光来获取深度图像。
在这方面，通常，存在两种用于获取对象的颜色图像和深度(或距离)
剩余的光折射，例如，使多个波长带的光折射为表示不同波长带的分开/分离 的光束。如图16示出，分束器分离颜色图像所需的入射可视光和深度图像所 需的入射红外光。在此，该分束器方法需要两个以上的传感器以检测分离的 光，从而获得明显不同的颜色和深度信息。第7,224,384号美国专利示出这样 的3D感测系统的示例。所述分束器方法需要使用分束器以及通常两个以上 的传感器，但其会产生大小和成本问题。在此，用于获取图像的这种系统的大小和成本对于现有相机应用来说可能过大或过高。另外，在这种配置中， 由于传感器的特性和所需位置均不同，颜色图像和深度图像的图像匹配可能 不容易。
用于获取颜色图像和深度图像的第二方法包括仅使用单个传感器。图
17A是示出在传统颜色传感器中按分散的方式布置感测红外光的像素的颜色 传感器概念示图。在该示例中，感测红外光的像素可沿感测R、 G和B波长 的可视光的像素的侧面同样地布置。图17B是阐述第7,262,402号美国专利的 示图，并示出了具有测量可视光(例如，R、 G和B波长的可视光)的强度 的小尺寸像素101和测量从对象反射的发射红外光的返回时间以估计对象的 深度的大尺寸像素100的nxm传感器阵列。基于反射的光来测量深度的这种 4支术^皮称为飞^f亍时间(time-of-flight， TOF )。
图17C是阐述PCT/IL01/01159号国际WIPO专利申请的示图，并示出了 感测红外光的大尺寸像素21和分别感测红色、绿色和蓝色的其它像素22、 23和24的使用。在此，由于用于红外光的传感器位于用于可视光的像素之 间，所以颜色图像的空间分辨率和深度图像的空间分辨率降低。另外，在这 种布置中，可能存在这种问题，即，需要专用电路以估计红外光的TOF并且 所述传感器应该大于颜色像素以补偿关于红外光的低敏感度。在图17(b) 的示例传感器中，在相应的像素中的特定检测器还被限制为单光子雪崩二极 管(Single Photon Avalanche Diode, SPAD )。
因此，需要克服这些现有缺陷。

发明内容
一个或多个实施例的一方面提供了 一种用于使用单个像素获得由颜色表 示的颜色图像和由距离表示的深度图像的方法和设备。
在一个或多个实施例的一方面中，与传统的使用深度图像检测的图像检 测相比，不用减小分辨率而通过单个像素获得颜色图像和深度图像。
在一个或多个实施例的一方面中，与具有用于深度图像检测的分离的像 素的图像传感器相比，可使用在检测电路中多个像素共享的像素结构来减小 图像传感器的大小。
在一个或多个实施例的一方面中，不需要用于深度图像检测的大尺寸的 像素就可增加深度图像的信噪比(Signal to Noise Ratio: SNR )。
ii根据一个或多个实施例的一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传
感器包括多个像素，其中，从所述多个像素中的至少一个相同的像素获得 颜色值和深度值。
为了实现上述和/或其它方面， 一个或多个实施例包括一种图像传感器， 所述图像传感器包括多个像素，所述多个像素中的至少一个像素被配置为分 别输出颜色值的指示和深度值的指示。
为了实现上述和/或其它方面， 一个或多个实施例包括一种成像装置，所 述成像装置包括光源；以及包括多个像素的图像传感器，所述多个像素中 的至少一个像素被配置为分别输出颜色值的指示和深度值的指示。
为了实现上述和/或其它方面， 一个或多个实施例包括一种图像传感器， 所述图像传感器包括多个像素，其中，所述多个像素中的每个像素包括各自 的光检测器元件和滤波器，各个滤波器被配置为使选择的入射可视光分量带
检测器元件。
为了实现上述和/或其它方面， 一个或多个实施例包括一种成像装置，所 述成像装置包括光源，产生非可视光分量；以及多个像素，其中，所述多 个像素中的每个像素包括各自光检测器元件和滤波器，各个滤波器被配置为 使选择的入射可视光分量带通通过至各个光检测器元件并使选择的入射非可 视光带通通过至各个光检测器元件，所述选择的入射非可视光分量与产生的 非可视光分量具有确定的关系。
为了实现上述和/或其它方面， 一个或多个实施例包括一种图像传感器， 所述图像传感器包括至少一个像素，其中，所述至少一个像素包括第一 传输器，将光检测器元件与FD节点连接；驱动单元，基于FD节点的电压和 行控制信号控制位线的电压；以及第二传输器，将光检测器元件与接收线连 接。
为了实现上述和/或其它方面， 一个或多个实施例包括一种成像方法，所 述成像方法包括在第一时间段期间使用像素感测第一光分量；以及在第二 时间段期间使用所述像素感测第二光分量，第 一光分量具有与第二光分量不
同的光特性。
为了实现上述和/或其它方面， 一个或多个实施例包括一种成像方法，所 述成像方法包括在第一时间段期间使用多个共址的像素感测第一光分量；基于感测第 一光分量的结束发射第二光分量，第 一光分量具有与第二光分量
不同的光特性；在第二时间段期间使用所述多个共址像素至少感测发射的第 二光分量从对象的反射；以及从感测的反射光产生对象的深度图像。
为了实现上述和/或其它方面， 一个或多个实施例包括一种图像传感器方 法，所述方法包括将至少一个像素配置为图像传感器，包括将所述至少 一个像素配置为具有光;f全测器元件和带通滤波器；将所述至少一个像素配置 为具有连接光检测器元件与FD节点的第一传输器；将至少一个像素配置为 具有位线信号线、行信号线和驱动单元，其中，驱动单元被配置为基于FD 节点的电压和行信号线上的行控制信号来控制位线信号线上的位线信号的电 压；以及将所述至少一个像素配置为具有第二传输器和接收线，光检测器元 件配置为连接到接收线。
在下面的描述中将部分地阐明本发明另外的方面、特点和/或优点，并且， 部分地，通过详细的描述会变得更加清楚，或者通过实施本发明可以被了解。


通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面、
特点和优点将会变得清楚和更易于理解，其中
图1示出根据一个或多个实施例的图像传感器的操作；
图2示出根据一个或多个实施例的图像传感器的等效电路的部分；
图3示出根据一个或多个实施例的与图2的等效电路相应的半导体装置
的示例的部分截面；
图4是示出根据一个或多个实施例的包括光源和图像图像传感器的成像
装置的控制方法的流程图5是示出根据一个或多个实施例的图像传感器(例如，图2的图像传
感器)的示例操作的时序图6示出根据一个或多个实施例的图5的操作的时序；
图7是示出根据一个或多个实施例的图像传感器(例如，图2的图像传
感器)的另一示例搮:作的时序图8示出根据一个或多个实施例的图像传感器的等效电路的一部分； 图9示出根据一个或多个实施例的可在图像传感器的滤波器中使用的示
例；图10示出根据一个或多个实施例的可在图像传感器中使用的滤波器的 另一示例；
图11共同地示出根据一个或多个实施例的可在图像传感器中使用的滤
波器的特点；
图12共同地示出根据一个或多个实施例的可在图像传感器中使用的滤 波器的特点；
图13示出根据一个或多个实施例的图像传感器；
图14示出根据一个或多个实施例的图13的图像传感器截面的示例；
图15示出根据一个或多个实施例的图13的图像传感器的平面图的示例；
图16示出使用具有用于可视光和深度检测的分离的传感器的分束器获 得颜色图像和深度图像的方法；
图17A示出用于感测红外光的像素在传统颜色传感器上沿用于感测可视 光的侧面像素分散的传感器；
图17B示出小尺寸的像素测量可视光的强度以及大尺寸的像素测量 发射的红外光的返回时间以估计对象的深度的传感器；
图17C示出大尺寸的像素感测红外光以及剩余像素分别感测光的红色、 绿色和蓝色带宽的传感器。
具体实施例方式
现在对实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标 号始终表示相同部件。在这方面，本发明的实施例可以以很多不同形式实现， 并不应该被解释为限于在此阐述的实施例。因此，下面通过参照附图仅对实 施例进行描述以解释本发明的各方面。
图13示出才艮据一个或多个实施例的图^f象传感器1300。
参照图13,图像传感器1300可包括诸如像素1310的多个像素，在图14 和图15中还将示出所述像素1310。
多个像素可构成阵列。例如，如果一行包括240个像素并且一列包括320 个像素，图像传感器1300可被认为具有320x240分辨率。在这种情况下，这 种320x240分辨率图像传感器还可被认为是像素阵列。在实施例中，根据寻 址技术，例如，可通过行地址和列地址的组合访问图像传感器1300的每个像 素。在示例寻址技术中，可使用单个位线连接包括在单列中的像素。图14示出根据一个或多个实施例的示出示例滤波器1410和光检测器元 件1420的图13的像素1310的截面示例。像素可以是具有单个光检测器元件 (例如，单个光电二极管)的元件。
在此，如将在下面更详细的解释，滤波器1410使选择的可视光分量通过 而到达光检测器元件1420。在这种情况下，滤波器1410可根据滤波器的类 型使可视光分量的特定频带通过。例如，滤波器1410可根据设计的带宽滤波 使与红色光相应的频带、与绿色光相应的频带或与蓝色光相应的频带通过。
在RGB环境中，例如，图像传感器1300可具有包括红色滤波器的红色 像素、包括绿色滤波器的绿色像素和包括蓝色滤波器的蓝色像素。红色像素、 绿色像素和蓝色像素可共同地用于定义图像的颜色像素。在实施例中，这种 相关^象素可相互相邻。
另外，滤波器1410可以另外使非可视光分量带通通过而到达光检测器元 件1420。在一个示例中，滤波器1410可^f吏与非可^L光中的红外光相应的频 带通过而到达光检测器元件1420。因此，除使可视光通过之外，每个像素还
光检测器元件1420可响应于通过滤波器1410的光产生电荷。光检测器 元件1420的示例可包括光电二极管。
图15示出图13的像素1310的平面图示例。
参照图15，像素1310可包括光检测器元件1510和外围电路1520。光检 测器元件1510可占用一半以上的像素1310的面积。例如，外围电路1520可 将光检测器元件1510产生的光检测器电流或光^f企测器电荷传输到位线。
图1示出根据一个或多个实施例的诸如图13的图像传感器1300的图像 传感器的示例操作。
参照图1，示出图像传感器的16个像素。图像传感器的这种示出应该被 理解为多个光感测像素的共址，其中，基于每个像素获得的像素值可最终与 图像的相应布置的像素相关联。仅作为示例，在光传感器内表示不同颜色的 多个像素的像素值信息可与所述图像的单个像素相关联；如在下面讨论，这 种布置可分别从至少三个光感测像素收集红色、绿色和蓝色信息，并且颜色 信息可被结合以表示图像的单个像素的红色、绿色和蓝色特性。本发明的实 施例还不限于单个图像传感器，可包括使用每个具有一个或多个共址光感测 像素的多个图像传感器。
15"R"表示的像素被用于获得关于红色的像素值，"G"表示的像素被用 于获得关于绿色的像素值，以及"B"表示的像素被用于获得关于蓝色的像素 值。在此，"D"表示的每个像素是所述R、 G或B像素的集合或组，并被用 于获取各个深度值。图4象传感器不应限于需要通过像素的这种不同颜色或带 宽，而是所有像素可具有产生图像所期望的相同颜色或带宽或者或多或少的 颜色或带宽，例如，简单地说，从所述像素收集的信息可被用于除产生图像 之外的其它目的。另外，不是所有通过像素的不同颜色或带宽需要在单个图 像产生中被激活，例如，在一个或多个R像素随后可被共同地使用以获得深 度值的情况下，可能只激活R像素。在此，可同样地使用选择性的实施例并 且本发明的实施例不应限于在此描述的实施例或示例。
第一颜色帧110表示当图像传感器获得关于红色、绿色或蓝色的像素图 像时的状态。在这种情况下，仅作为示例，单个"R"像素、单个"B"像素 和两个"G"像素可形成单个合成颜色像素。由于人的眼睛通常对绿色更壽丈 感，所以通常使用两个"G"像素。这被称为Bayer模式。
第一深度帧120表示当图像传感器获得深度图像时的状态。在这种情况 下，仅作为示例，可再次使用形成单个颜色像素的相同的相邻四个像素，但 是在这种情况下，所述四个像素被用于形成单个深度像素。可被用于形成图 像的单个颜色像素的示例四个像素可形成单个像素组，简要地说，术语"组" 不应理解为将像素的组总是限于相邻的像素，组成像素组的像素可不需要相 互相邻。由于光电二极管的红外光灵敏度通常低于相同光电二极管的可视光 灵敏度，所以总的来说，图像传感器可从示例单个像素组获得单个深度图像。 因此，即使光电二极管的红外灵敏度显著地低于可视光灵敏度，图像传感器 还可获得深度图像，而不需要使用如传统所需的大尺寸的光电二极管。因此， 如图1所示，传统地仅可用于产生各个颜色像素值的相同像素还可(例如， 在不同的帧中)用于产生深度像素值。在图1中示出的示例中，四个所述像 素被共同地称为像素组，在第一帧中，所述像素组的每个像素被用于产生对 各个可视光带的颜色像素值，并且所述像素组的每个像素还可被用于共同地 产生深度像素值。
虽然图1的像素阵列示出基于红色、绿色和蓝色的Bayer模式，但实施 例不应限于此并可使用各种滤波模式。例如，基于青色(Cyan color)、洋红色 (Magenta color)和黄色(Ydlow color)的CMY颜色模式可被同样地使用，注意，可同样地使用选择性的示例。
另外，虽然图1示出像素阵列使用例如从光源发射之后由对象反射的红 外光来获得深度图像的操作，但是实施例应不限于此，例如，根据另一示例 性实施例的图像传感器可使用基于其颜色模式的组合来选择的特定频带的光 来获得深度图像。另外，虽然实施例涉及用于检测颜色和深度的图像传感器 的像素，但是实施例应不限于此，对于图像产生和/或深度测量之外的不同目 的，可同样地使用以例如通过不同帧来检测光的两个不同频带的二重特性来 选择像素的传感器。
参照图1，第二颜色帧130表示当图像传感器获得关于红色、绿色和蓝
色的像素图像时的另一示例状态，第二深度帧140表示当图像传感器获得深
度图像时的状态。在此，虽然示出选择性的状态，但是实施例应不限于此， 对不同的目的可同样地实现其它时序技术。
在实施例中，每个像素可包括光检测器元件和滤波器。在所述实施例中，
像素R可包括使红光和红外光通过的滤波器，像素G可包括使绿光和红外光 通过的滤波器，像素B可包括使蓝光和红外光通过的滤波器。
在与第一颜色帧IIO相应的时间期间，每个像素可执行关于红色、绿色 或蓝色的像素图像的获得，并可随后在与第一深度帧120相应的时间期间执 行深度图像的获得。在第一颜色帧110期间，由于每个像素可使红外光以及 各红色、绿色或蓝色通过，所以分别通过每个像素的光产生的感测的信息可 包括来自红外光的噪声。在此，涉及作为噪声的入射的红外光与第一颜色帧 用于收集颜色信息的目的相关。例如，当来自红外光的噪声小时，可直接基 于感测信息获得颜色信息。反之，例如，当确定需要消除来自红外光的噪声 时，可产生通过适当处理消除了来自红外光的噪声的感测信息，并可基于产 生的感测信息获得颜色信息。可自动地执行该处理。仅作为定义在颜色图像 检测帧中的红外光的"噪声"的示例，在各个相邻的颜色帧与深度帧之间的 像素与像素组的比较可有助于在来自可视光与非可视光的光强度之间进行识 别，以确定在颜色图傳^企测帧期间可入射的红外光的量。以相同的方式，消 除关于感测信息的噪声的操作可被称为后置处理。在实施例中，消除在颜色 图像检测期间出现的红外光的噪声的后置处理还可在与第一颜色帧110相同
的时间祐:^y亍。
在图1的示例实施例中，在与第一深度帧120相应的时间期间每个像素帧执行深度图像的获得。由于每个像素可使在从成像装置发射之后由对象反 射的红外光以及独立于上述路径的红外光、红色、绿色或蓝色光通过，所以 由分别通过每个像素的光反射产生感测信息可包括来自各红光滤波、绿光滤
波或蓝光滤波的相应的噪声。在实施例中，图像传感器可在与第一深度帧120 相应的时间期间关于感测信息删除来自红光、绿光或蓝光的噪声。例如，图 像传感器可使用在与第一颜色帧110相应的时间期间获得的感测信息，即， 没有通过后置处理处理的感测信息，从在与第一深度帧120相应的时间期间 获得的感测信息，获得来自在从成像装置发射之后由对象反射的红外光的感 测信息，从而图像传感器可基于感测的信息获得深度信息。
还可以将平均值作为感测信息使用，通过对与第一颜色帧110和第二颜 色帧120相应的时间期间获得的感测信息求平均来计算所述平均值。
因此，图像传感器可使用相同的像素执行颜色模式操作和深度模式操作。 由于图像传感器可不需要用于获得深度图像的另外的像素或电路，所以与传 统图像传感器比较，可减少图像传感器的面积并增加像素分辨率。另外，图 像传感器可从多个像素获取单个深度图像，从而增加深度图像的对红外光的 灵敏度和SNR。在这种情况下，仅为了便于描述，假设与获得颜色信息的颜 色帧相应的时间段是第一时间段，与深度帧相应的时间段是第二时间段。图 像传感器可使用在第一时间段和第二时间段期间获得的颜色信息和深度信息 来产生一个3D图像。在产生一个3D图像帧之后，图像传感器还可重复第一 时间段和第二时间段以获得另一 3D图像帧。再次，仅为了便于描述而引入 第 一 时间段和第二时间段，并且所述第 一 时间段和第二时间段不应解释为对 实施例的限制。
根据实施例，多个像素可共享检测电路的一部分，从而与传统图像传感 器比较，减小图像传感器的面积。
图2示出根据一个或多个实施例的图像传感器的等效电路的示例部分。 参照图2，示出与四个#>素相应的等效电路。
示出的RST信号是用于执行重置操作的示例信号，ROW信号是用于表 示阵列的行被选择的示例信号。示出的TR1、 TR2、 TR3和TR4信号是用于 控制各个像素210、 220、 230和240的传输梯:作的另外示例信号。
示出的COL节点是与阵列的列相应的示例位线，示出的AN—BL节点在 深度图像产生期间可与TR1、 TR2、 TR3和TR4互补地被控制。像素210可被配置为具有光电二极管D1、第一传输晶体管Nll、第二传 输晶体管N12;像素220可被配置为具有光电二极管D2、第一传输晶体管 N21、第二传输晶体管N22;像素230可被配置为具有光电二极管D3、第一 传输晶体管N31、第二传输晶体管N32;像素240可被配置为具有光电二极 管D4、第一传输晶体管N41、第二传输晶体管N42。在此，实施例包括图像
传感器的等效电路的所述部分的配置或产品或作为整体的图像传感器，例如， 在半导体装置或用于半导体制造环境中提供元件以产生示例像素210、 220、
230或240,本领域普通技术人员应该理解最终的配置和部件以及用于制造半 导体装置的处理实现在本公开中阐述的各方面。因此，图2还可被理解为在 下面更详细示出的图3中讨论的所述半导体装置的示图。
在实施例中，四个像素210、 220、 230和240还可^皮配置为共享重置晶 体管N51 、源极跟随器N61和选择晶体管N62。
像素210的第一传输晶体管Nil可被配置为基于TR1信号将光电二极管 产生的电荷传输到浮置扩散(FloatingDiffusion, FD)节点。在这种情况下， 第一传输晶体管Nil可被配置为例如基于TR1信号选择性地连接光电二极管 Dl与FD节点，或将光电二极管Dl与FD节点断开。例如，第一传输晶体 管Nll可被操作为电子快门。
因此，像素210的光电二极管可感测光。光电二极管Dl可以与特定的 滤波器结合以选^^性地感测特定波长带的光。其后，光电二极管Dl例如基 于感测的光可产生电子空穴对(Electron Hole Pair: EHP )。
第一传输晶体管Nil的栅极端可被配置为与TR1信号连接，第一传输晶 体管Nil的漏极端可被配置为与光电二极管Dl连接，另外，第一传输晶体 管Nil的源极端可被配置为与FD节点连接。
根据实施例，光电二极管Dl可以是常用光电二才及管(n+/psub结构)或 PINEED光电二极管(p+/n/psut^"A)。当操作时，PINNED光电二极管可保 持PINNING电压并减小暗电流。
因此，像素220的光电二极管D2可纟皮配置为基于感测的光产生EHP, 像素220的第一传输晶体管N21潜在地配置为基于TR2信号将光电二极管 D2产生的电荷传输到FD节点。在这种情况下，第一传输晶体管N21可基于 TR2信号选择性地将光电二极管D2与FD节点连接，或将光电二极管D2与 FD节点断开。
19像素220的第一传输晶体管N21的栅极端可被配置为与TR2信号连接， 第一传输晶体管N21的漏极端可被配置为与光电二极管D2连接，另外，第 一传输晶体管N21的源极端可被配置为与FD节点连接。
同样地，像素230的光电二极管D3可被配置为基于感测的光产生EHP。 像素230的第一传输晶体管N31可被配置为基于TR3信号将光电二极管D3 产生的电荷传输到FD节点。在这种情况下，第一传输晶体管N31可基于TR3 信号选择性地将光电二极管D3与FD节点连接，或将光电二极管D3与FD 节点断开。
像素230的第一传输晶体管N31的栅极端可被配置为与TR3信号连接， 第一传输晶体管N31的漏极端可被配置为与光电二极管D3连接，另外，第 一传输晶体管N31的源;敗端可^^皮配置为与FD节点连"^妄。
像素240的光电二极管D4可被配置为基于感测的光产生EHP。Y象素240 的第一传输晶体管N41可被配置为基于TR4信号将光电二极管D4产生的电 荷传输到FD节点。在这种情况下，第一传输晶体管N41可再次基于TR4信 号选择性地将光电二极管D4与FD节点连接，或将光电二极管D4与FD节 点断开。
像素240的第一传输晶体管N41的栅极端可^皮配置为与TR4信号连接， 第一传输晶体管N41的漏极端可被配置为与光电二极管D4连接，另外，第 一传输晶体管N41的源才及端可纟皮配置为与FD节点连4妄。
另外，源极跟随器N61的栅极端可被配置为与FD节点连接，源极跟随 器N61的漏极端可被配置为与电源VDD连接，以及源极跟随器N61源极端 可被配置为与选择晶体管N62连接。
可基于FD节点的电压确定源极跟随器N61的源极端的电压。FD节点的 电压还可#皮配置为4艮据/人<象素210、 220、 230和240中的至少一个传输的电 荷量限定。
在该示例中，选择晶体管N62的栅极端可被配置为与行控制信号(即， 示例ROW信号)连接，选择晶体管N62的漏极端可被配置为与源极跟随器 N61的源极端连接，选择晶体管N62的源极端可以与示例COL节点(即位线)连接。
在此，行控制信号ROW可表示选择被像素210、 220、 230和240共享 的节点FD。当激活行控制信号ROW时，源极跟随器N61和选择晶体管N62可基于FD节点的电压驱动位线。
因此，重置晶体管N51的棚-极端可被配置为与RST信号连接，重置晶体 管N51的漏极端可被配置为与电源VDD连接，以及重置晶体管N51的源极 端可被配置为与FD节点连接。
在基于FD节点的电压像素信息的检测被执行之后，并在激活RST信号 时，重置晶体管N51可被配置为将FD节点的电压重置为电源VDD。
通过如上布置，用于获得深度图像的另外过程如下。如上所述，与深度 帧相应的图像传感器获得深度图像的时间段被称为第二时间段。
像素210、 220、 230和240可将基于感测的光产生的电荷传输到FD节 点。在这种获得深度图像的情况下，可同时激活TR1、 TR2、 TR3和TR4信
为便于描述，在第二时间段的该深度图像获得处理中，TR1、 TR2、 TR3 和TR4信号全部被激活的时间段还可被称为激活时间段。反之，在第二时间 段中的TR1、 TR2、 TR3和TR4信号全部被停用的时间段可被称为非激活时
时间段中的时间段。
例如，包括具有红外发射能力的传感器或图像传感器的装置的图像传感 器(诸如相应配置的相机)可向对象发射红外光以获得距离信息。图像传感 器可周期性地执行例如至少一次发射和不发射红外光。
仅作为示例，可将红外发射时间段与激活时间段之间的相差设置为0度、 90度、180度等，以获得深度图像。例如，如图5所示，图像传感器可将红 外发射时间段与激活时间段匹配，并可将红外非发射时间段与非激活时间段 匹配。在这种情况下，图像传感器可感测反射的红外光并获得第一信息。在 获得第一信息之后，图像传感器可将红外发射时间段与非激活时间段(在此， 红外发射时间段与红外非发射时间段具有180度相差)匹配并将红外非发射 周期与激活时间段匹配。在这种情况下，图像传感器可感测反射的红外光并 获得第二信息。图像传感器可随后基于第一信息和第二信息获得深度图像。 该方法可被称为间接深度图像产生方法。
光电二极管Dl至D4可感测反射的红外光并基于感测的红外光产生 EHP。在所述示例中，像素210、 220、 230和240的第一晶体管N11、 N21、 N31和N41可在激活时间段期间将光电二极管Dl、 D2、 D3和D4产生的电荷传输到FD节点。像素210、 220、 230和240的第二晶体管N12、 N22、 N32 和N42可在非激活时间段期间将光电二极管Dl、 D2、 D3和D4产生的电荷 传输到AN—BL节点。图像传感器可在非激活时间段期间将AN_BL节点的电 压保持为电源电压VDD。
反射的红外光产生的EHP的一部分可在激活时间段^皮传输到FD节点， 剩余的EHP可被传输到AN—BL节点。红外光被发射的时间与反射的红外光 被感测的时间的时间差被称为飞行时间(TOF)。因此，在激活时间段期间传 输到FD节点的EHP的量与由反射的红外光产生的EHP的量的比率可以与 TOF相应。
因此，图像传感器将由在非激活时间段期间感测的红外光产生的EHP传 输到AN—BL节点。在这种情况下，AN—BL节点可被多个像素共享。AN—BL 节点可操作为不被用作产生深度图像的EHP的接收通路(sinkpath)。
由于第二晶体管N12、 N22、 N32和N42可在非激活时间段期间灌入或 排出不被用于产生深度图像的EHP,所以第二晶体管N12、 N22、 N32和N42 的大小可小于第一晶体管Nll、 N21、 N31和N41的大小。
当获得深度图像时，图像传感器还可存储由四个像素210、 220、 230和 240产生的电荷，从而即使光电二极管D2、 D3和D4具有低的红外光灵 敏度，也可增加深度图像的灵敏度和SNR。
根据示例性实施例，红外光可在与激活时间段相比极短的时间段内被发 射，图像传感器可感测反射的红外光以获得深度图像。在这种情况下，图像 传感器可感测反射的红外光并基于感测的红外光产生电荷。产生的电荷可立 即通过FD节点和位线输出。图像传感器可使用时间数字转换器(time to digital converter)等直接获得关于位线的电压变化的时间与红外光被发射的时间之 差的信息。图像传感器可基于时间差信息获得TOF(TimeofFlight)。不使用另 外的计算操作就可获得深度图像的方法可被称为直接深度图像获得方法。
图像传感器可在不发射红外光的情况下，使用像素210、 220、 230和240 同样地获得颜色图像。
图像传感器可使用像素210获得红色图像。在获得红色图像的时间段中， TR1信号可被激活，并且TR2、 TR3和TR4信号可保持停用。在这种情况下， 光电二极管Dl可与带通滤波器结合从而感测红色光和红外光。
图像传感器可使用像素220获得绿色图像1。在获得绿色图像1的时间段中，TR2信号可被激活，并且TR1、 TR3和TR4信号可保持停用。在这种 情况下，光电二极管D2可与带通滤波器结合从而感测绿色光和红外光。
图像传感器可使用像素230获得绿色图像2。在获得绿色图像2的时间 段中，TR3信号可被激活，并且TR1、 TR2和TR4信号可保持停用。在这种 情况下，光电二极管D3可与带通滤波器结合，从而感测绿色光和红外光。
图像传感器可使用像素240获得蓝色图像。在获得蓝色图像的时间段中， TR4信号可被激活，并且TR1、 TR2和TR3信号可保持停用。在这种情况下， 光电二极管D4可与带通滤波器结合从而感测蓝色光和红外光。
图像传感器在获取颜色图像时可使用第二晶体管N12、 N22、 N32和N42 防止开花现象(blooming phenomenon )。当入射光极强时可出现所述开花现 象。
图像传感器的像素可包括前述第 一传输晶体管和第二传输晶体管，图像 传感器的四个像素可共享重置晶体管和两个选择驱动的晶体管。因此，在实 施例中，每个像素可被认为包括2.75个晶体管。
根据实施例，特定频带的光可被发射以获得对象的深度图像，当发射的 光被对象反射时图像传感器可感测反射的光。被发射以获得深度图像的光可 不限于红外光，并且可基于与像素结合的滤波器的特性被确定。
虽然图2示出根据示例性实施例的四个像素共享单个FD节点和多个晶 体管的形式，但可根据深度图像的空间分辨率来确定共享单个FD节点的像 素的替代的数量。
在实施例中，为了将光电二极管D1产生的电荷传输到FD节点，期望保 持与光电二极管Dl连接的晶体管Nil的漏极端与FD节点之间的相差。当在 传输光电二极管Dl产生的电荷的同时Nl 1的漏极端的电压和FD节点的电压 改变时，光电二极管D1产生的所有电荷可能不被传输到FD节点。基于上述 原因，会降低光电二极管Dl的灵敏度。
由于当光电二极管Dl是PINNED光电二极管时，可根据发射强度确定 光电二极管Dl的电压低于PINNING电压，所以光电二极管Dl的电压可低 于FD节点的电压。因此，当光电二极管Dl是PINNED光电二极管时，当 TRl被激活的同时光电二极管Dl产生的所有电荷可被传输到FD节点。在这 种情况下，可增加光电二极管Dl的灵敏度。
图3示出根据一个或多个实施例的与图2的等效电路图相应的半导体装置的示例的部分截面。
参照图3，图2的光电二极管Dl是示例PINNED光电二极管，具有 P+ZNVP-基底的结构。
参照图3,图2的晶体管Nil的栅极端可被配置为与TR信号连接。晶 体管Nil的源极端可被配置为与FD节点连接。
参照图3,图2的重置晶体管N51的栅极端还可被配置为与RST信号连 接，晶体管N51的漏极端可被配置为与电源VDD连接，晶体管N51的源极 端可被配置为与FD节点连接。
图4是示出根据本发明的 一个或多个实施例的包括光源和图像传感器的 成像装置(例如，相机系统)的控制方法的流程。
参照图4，在操作S410，控制方法可重置像素信息。
在操作S410重置之后，在操作S420，可在与颜色帧相应的时间段期间 保持红外光不发射。
在操作430，可在例如不发射红外光的情况下基于感测的光获得可视光 信息A。如上所述，在操作S430获得可视光信息可包括适当的消除红外光的 噪音的后置处理。
在上述第一时间段期间可执行操作S410至S430,并在操作S470基于在 操作S430获得的可视光信息A可产生颜色图像。
在操作S430获得可视光信息A之后，在操作S440,成像装置的光源可 发射红外光，所述红外光以特定频率被调制。随后，在操作S451,可获得对 象反射的红外光信息Bl。在这种情况下，仅作为示例，通过与在操作S440 中的脉冲具有O度相差的脉冲可执行操作S451。
在执行操作S451之后，在操作S452,成像装置的光源可发射以特定频 率调制的红外光。
在操作S453，可获得反射的红外光信息B2。在这种情况下，作为示例， 通过与在操作S452中的脉沖具有180度相差的脉冲可执行操作S453。
在操作S454,可基于反射的红外光信息Bl和B2产生深度信息。如上 所述，在操作S454产生深度信息可包括消除可视光的噪音和可能不是从光源 发射的红外光的操作。
在第二时间段期间可执行操作S440至S454，并基于在搡作S454产生的 深度图像信息可产生深度图像。
24例如，在第二时间段期间以及在下 一帧图像帧的第 一 时间段期间可执行
操作S460和S470。
可重复执行获得可视光信息A的操作S410至S430和/或产生反射的红 外光信息Bl和B2的操作S440至S454,通过所述重复执行的操作获得的平 均值可被用作合成确定的可视光信息A和红外光信息Bl和B2。
图5是示出根据一个或多个实施例的图像传感器(例如，图2的图像传 感器)的示例操作的时序图。
参照图5，图像传感器可在获得颜色图像之前激活RST、 TR1、 TR2、 TR3 和TR4信号以重置像素210、 220、 230和240。
图像传感器可将电荷存储在每个光电二极管Dl、 D2、 D3和D4的寄生 电容中，在积分时间Tint—c。^期间感测的光产生所述电荷。
在Tint color
之后，颜色获得时间Treadc。!。r可以开始。Tint c。1ot和Tread c。1()r可 形成与颜色帧相应的第 一 时间段。
在T^一c。i。r之后，图像传感器可激活ROW信号和RST信号以重置FD 节点。图像传感器可4企测此时FD节点的电压Vrst—e。lOT ( 1 )。 Vrst—c。lOT ( 1 )是重
置FD节点的偏置电压，V《e。w ( 1 )可被用于获得消除了噪音的影响的颜色信息。
在检测V(^。r ( 1 )之后，图像传感器可激活TR1信号以将存储在光电
二极管Dl的寄生电容中的电荷传输到FD节点。图像传感器可检测此时FD
节点的电压Vslg—(1)。例如，当光电二极管D1与红色滤波器结合时，电 压Vsig—d。r ( 1 )可以是与红色图像相应的原始数据。
在检测Vslg_c。lOT ( 1 )之后，图像传感器可激活RST信号以重置FD节点。
图像传感器可检测此时FD节点的Vrst—c。,。r(2)。
Vrstc。,。r ( 2 )可以是另一偏置电压。
在检测Vrst—CC)1。r ( 2 )之后，图像传感器可激活TR2信号并将存储在光电 二极管D2的寄生电容中的电荷传输到FD节点。图像传感器可检测此时FD 节点的电压Vslg—cd。r (2)。例如，当D2与绿色滤波器结合时，电压Vsig—c。lOT (2)可以是与绿色图像相应的原始数据。
在检测Vsig,r ( 2 )之后，图像传感器可激活RST信号以重置FD节点。 图像传感器可检测此时FD节点的Vrst—cd。r ( 3 )。 Vrst—cd。r ( 3 )可以是另一偏置 电压。在检测Vrst—d。r ( 3 )之后，图像传感器可激活TR3信号并将存储在光电
二极管D3的寄生电容中的电荷传输到FD节点。图像传感器可检测此时FD
节点的电压Vslg—e()1。r (3)。例如，当D3与绿色滤波器结合时，电压Vsig—C()1。r
(3) 可以是与绿色图像相应的原始数据。
在检测Vsig_c。1()r ( 3 )之后，图像传感器可激活RST信号以重置FD节点。 图像传感器可检测此时FD节点的Vrst_c。lOT ( 4 )。 Vrst—CC)1。r ( 4 )可以是另 一偏置 电压。
在检测V(c。,。r ( 4 )之后，图像传感器可激活TR4信号并将存储在光电 二极管D4的寄生电容中的电荷传输到FD节点。图像传感器可检测此时FD 节点的电压Vslg—e。lQr (4)。例如，当D4与蓝色滤波器结合时，电压Vsig—CC)1。r
(4) 可以是与蓝色图像相应的原始数据。
在实施例中，图像传感器可对检测的Vrst—c。lOT ( 1 )和Vsig—C()1。r ( 1 )执行 相关双采样(correlated double sampling),并可计算才佥测的^51<:。1(^ ( 1 )与
Vslg—cd。r ( 1 )之差。图像传感器可基于计算的差获得红色图像。
按同样的方式，图像传感器可对检测的V《c。to (2)和Vsigc。lOT (2)执 行相关双采样，并可计算检测的V《c。br(2)与Vs^c。,。r(2)之差。另外，图 像传感器可对检测的Vrste。lOT ( 3 )和Vsig，!。r ( 3 )执行相关双采样，并可计算 检测的V《c。to ( 3 )与Vwu* ( 3 )之差。图像传感器可基于计算的差获得绿 色图像。
图像传感器可对检测的Vrst—e。,。r (4)和Vsig—ec)1。r (4)执行相关双采样， 并可计算检测的Vrst—( 4 )与Vslg—( 4 )之差。图像传感器可基于计算的 差获得蓝色图像。
图像传感器可分别执行相关双采样，从而消除由每个像素的晶体管的劣
化引起的固定模式噪声、1/f噪声等。图像传感器可基于例如PINNED光电二
极管的PINNING电压，在Treadj。^期间将AN一BL的电压保持在最优电压以
帮助防止开花现象的出现。
在获得颜色图像之后，例如在通过特定频率的红外光的调制脉沖发射红 外光之后，通过检测被对象反射的红外光可获得对象的深度图像。用于获得 深度图像的操作可包括例如第一测量和第二测量。可如下执行第一测量。首
先，图像传感器可激活TR信号TR1、 TR2、 TR3和TR4,以在时间段Tint—depthl 期间与调制的红外光脉冲具有相同的相位，并将反射的红外光产生的电荷存储到FD节点。在这种情况下，上述的四个像素210、 220、 230和240可搮: 作为一个像素。在图5中，与第一测量相应的时间段由时间段Tint—depthl和
Tread—deptw表示。图像传感器可在时间段Tread一de一期间重置FD节点，并同时
处理在时间段Tint_depth,期间测量的深度值以产生与第 一测量相应的深度信息。
与关于可视光的传统光电二极管的灵敏度比较，传统的光电二极管具有关于 红外光的明显低的灵敏度。在一个或多个实施例中，为了解决这个问题，图
像传感器可将从四个光电二极管Dl、 D2、 D3和D4产生的电荷共同地传输 到单个FD节点，从而与单个光电二极管比较，实现对红外光的四倍灵每文度。 在红外光不被发射的时间期间，图像传感器可停用TR信号TR1、 TR2、 TR3和TR4并保持AN一BL节点的电压为相对高。在红外光不被发射的时间 期间产生的电荷可通过第二传输晶体管N12、N22、N32和N42释放到AN—BL 节点，从而电荷不被传输到FD节点。图像传感器可在红外光被发射的同时 保持AN—BL节点的电压为相对低，从而可防止红外光产生的电荷释放到 AN—BL节点。因此，在实施例中，在红外光净皮发射的同时产生的所有电荷可 被传输到FD节点。由于红外脉沖的频率极快，在几MHz至几十MHz范围 内，所以发射时间极短并且在该时间段期间发生开花的可能性非常低，因此， 在红外光被发射的同时，图像传感器可将AN一BL节点的电压设置为十分的 低。另外，例如在所述红外环境中，由于产生的电荷量可能极小，所以图像 传感器可在T，叱deptw期间执行N次将电荷传输到FD节点。在该示例中，图 像传感器可通过执行N次传输操作在FD节点中积累电荷。在Tint_depthl之后， 图像传感器可检测FD节点的电压并重置FD节点以及各光电二极管D1、D2、 D3和D4。
可如下执行第二测量。图像传感器可激活TR信号，(TR1、 TR2、 TR3
和TR4)以在时间段Tintjepth2期间与调制的红外光脉沖具有180度的相差，
从而可将反射的红外光产生的电荷存储在FD节点中。在实施例中，图像传 感器可在Tint_depth2期间执行N次上述操作。
与第二测量相应的时间段可由图5中的Tint—depth2 禾口 Tread_depth2 表示。在时
间段T^d一depth2内，图像传感器可重置FD节点，并同时处理在时间段Tlnt_depth2 期间测量的深度值以产生与第二测量相应的深度信息。
因此，在所述实施例中，图像传感器可控制TR信号在第一测量期间与
调制的红外光脉沖具有O度的相差，来检测FD节点的电压，并且还控制TR
27信号在第二测量期间与调制的红外光脉冲具有180度的相差，来检测FD节 点的电压。在这种情况下，根据示例性实施例，90度的相差是可能的。图像 传感器可执行第一测量和第二测量，从而可两次;险测FD节点的电压并可产 生分别与第一测量和第二测量相应的深度信息。通过这种双重检测，图像传 感器可消除对象的反射率影响距离的测量的效果，并可基于与第 一 测量相应 的深度信息和与第二测量相应的深度信息产生深度图^f象。
图6示出根据一个或多个实施例的图5的操作的示例时序。 参照图6,波形610可表示反射的红外光。波形620可表示在Tint—depthl 期间授权的TR信号。波形630可表示在Tint—depth2期间授权的TR信号。
示出的Tdep可表示红外光被发射的时间段。波形620和630的每个的阴 影区域还可表示反射的红外光产生的电荷中传输到FD节点的电荷量。
示出的TTOF可表示从发射的红外光被对象反射到反射光被图像传感器感
测的时间。
在Tint—depthl期间执行的操作可被表示为第一测量，在Ti《depth2期间执行的 操作可被表示为第二测量。因此在所述实施例中，图像传感器在第一测量中
的时间(Tdep-TTOP)期间将电荷传输到FD节点，并在第二测量中的时间TTOF 期间将电荷传输到FD节点。
在示例布置中，光电二极管Dl可感测红光以及红外光，光电二极管D2 和D3可感测绿光以及红外光，光电二才及管D4可感测蓝光以及红外光。因此， 例如，可由下式1表示通过第一测量的每个脉冲存储在FD节点中的电荷
Qd印l °
式1:
Qdepl= Td印X(ir+igi+ig2+ib)+(Tdep國TT0F) x"r 在此，ir表示光电二极管Dl产生的光电 流,igi 表示光电二极管D2产生
的光电 流,ig2 表示光电二极管D3产生的光电 流，ib 表示光电二极管D4产生 的光电流。另外，iir表示光电二极管Dl、 D2、 D3和D4共同地产生的光电流。
例如，可由下式2表示通过第二测量的每个脉冲存储在FD节点中的电
荷Qd印2。
式2:
Qdep2= TdepX(ir+igi+ig2+ib)+TTOFxiir图像传感器还可使用在时间段Tread_c。lOT获得的颜色图像信息消除可视光
的影响。当获得颜色时，例如，可通过下式3表示存储的电荷Qc。,。 式3:
Qcoi=TCO|X(ir+igl+ig2+ib) 在此，Tc。!是颜色积分时间，并且Tdep与T^之间存在特定的比例关系。 例如，可通过式4表示该关系。 式4:
T<kp=kxTcoi
在此，k是比例常数。因此，结合式l、 2、 3和4，可获得下面的示例式 式5:
- 一 r# - ^Vof
G却2 - ^Sco/ 通过整理式5还可获得下面的示例式6。 式6:
7" 一
6年+ - 2&2co/ 图像传感器可使用通过第一测量和第二测量获得的电荷信息计算反射的
红外光的TOF，并计算对象与TOF之间以及图像传感器与TOF之间的的距
离信息。
图7是>^艮据一个或多个实施例的示出图傳_传感器(例如，图2的图像传 感器)的才喿作的另一示例的时序图。
在该示例中，提供了示例直接深度图像产生方法以及用于所述方法的时序图。
参照图7，图像传感器可在获得颜色图像之前激活RST信号以重置FD 节点的电压。
该示例直接方法可通过使用时间数字转换器(Time-to-digital, TDC)等 直接测量发射的光与反射的光之间的时间差来计算距离。为了执行直接方法， 可能期望反射的光一到达图像传感器就感测信号，从而图像传感器可使用例 如具有高灵敏度的雪崩光电二极管(Avalanche photodiode, APD )。根据实施例，图像传感器可使用在Geiger模式中操作的APD。由于在Geiger模式下增 益可接近无穷大，所以可显著地增加灵敏度。例如，光电二极管可以是单光 子雪崩二极管(SPAD)。在SPAD中增益非常高，因此即使一个光子进入时， 二极管的信号也可能饱和。因此，图像传感器可能需要特殊的读出电路以读 取饱和信号。读出电路可将像素的输出提供为脉沖。
图像传感器可在特定频率的光没有被发射时对从每个像素输出的脉沖的
数量进行计数，因此可获得颜色信息。图像传感器可基于在Tw—w。r期间计数
的脉冲输出的数量获得颜色信息。像素输出信号表示当可视光或红外光对 SPAD起作用时从像素输出的脉沖。脉沖的数量可与光的强度成比例，因此 图像传感器可基于脉沖的数量计算颜色图像。
图像传感器可在Tdepth期间基于特定频率的发射的光与特定频率的反射 的光之间的时间差获得TOF。
在特定频率的光被发射之后，TDC可提供随着时间逐1增加的输出。当 输出响应于感测反射光而产生的脉沖时，TDC值可被固定。然后，图像传感 器可读取固定的TDC值。在图像传感器读取TDC值之后，TDC可被重置。
图像传感器可基于TDC的测量的ii计算TOF^按相同的方式，图像传 感器可基于TDC的测量的im计算TOFm。
由于可在很短的时间段内执行上述操作，所以在重复TOF的测量m次 之后，图像传感器可以取TOFi至TOFm的平均值作为TOF，或选择TOF!至 TOFm中频繁测量到的值为TOF。
图8示出根据一个或多个实施例的图像传感器800的等效电路图的部分。
参照图8，光电二极管Dl、晶体管Nil和晶体管N12可配置为产生第 一像素。光电二极管D2、晶体管N21和晶体管N22可配置为产生第二像素， 光电二极管D3、晶体管N31和晶体管N32可配置为产生第三像素，以及光 电二极管D4、晶体管N41和晶体管N42可配置为产生第四像素。
在该示例中，四个像素可共享FD节点，并且还共享重置晶体管N51、 运算放大器810和反馈电容器C1。
可配置重置晶体管N51以基于RST信号重置FD节点的电压。还可配置 运算放大器810和反馈电容器C1以形成负反馈回路。在此，例如负反馈回路 可将D1、 D2、 D3和D4产生的所有电荷传输到反馈电容器C1。
虽然，例如在图8的该实施例中的光电二极管Dl、 D2、 D3和D4可以
30不是PINNED光电二极管，但是使用所述结构不会出现灵敏度的劣化。因此， 图像传感器可使用负反馈回路，从而可不需要用于形成PINNED光电二极管 的上述示例特殊处理。在此，所述图像传感器可不需要所述PINNED特殊处 理，从而降低制造成本。另外，图像传感器可以使多个像素共享形成负反馈 回路的运算放大器810和反馈电容器C1，从而减小像素的尺寸。
图9示出根据一个或多个实施例的可在图像传感器中使用的滤波器的示
通滤波器。
参照图9,例如蓝色+红外(IR)滤波器910是可使具有400nm至500nm 的波长的蓝光和具有800nm和900nm的波长的红外光通过的滤波器。
具有800nm和900nm的波长的红外光通过的滤波器。
例如，红色+IR滤波器930是可使具有600nm至700nm的波长的红光和 具有800nm和900nm的波长的红外光通过的滤波器。
图像传感器可结合蓝色+ IR滤波器910、绿色+IR滤波器920和红色+IR 滤波器930来产生R、 G和B的颜色图像，并可使用红外光产生深度图像。
器。例如，N滤波器960是可^f吏具有600nm至900nm的波长的光通过的滤波 器。L滤波器940、 M滤波器950和N滤波器960的特点^^开在ISSCC (国 际固态电子电路会议)2005第348-349页、作者为M.Kasano的"A 2.0卞m Pixel Pitch MOS Image Sensor With 1.5 Transistor/Pixel and an Amorphous Si Color Filter"中。
图像传感器可结合L滤波器940、 M滤波器950和N滤波器960来提取 光并随后执行矩阵操作以提取R、 G和B以及红外光的值。
图10示出根据一个或多个实施例的可在图像传感器中使用的滤波器的
其它示例。
参照图10，示出洋红(Mg)、青色(Cy)、黄色(Ye)和绿色(G)滤
波器的特点。
例如，Mg滤波器1010是可使具有400nm至500nm波长的蓝色光和具 有600nm至700nm的波长的红色光(即洋红色)通过的滤波器。例如，Cy滤波器1020是可使具有400nm至500nm波长的蓝色光和具有 500nm至600nm的波长的绿色光(即青色)通过的滤波器。
例如，Ye滤波器1030是可4吏具有500nm至600nm波长的绿色光和具有 600nm至700nm的波长的蓝色光(即黄色)通过的滤波器。
例如，G滤波器1040是可使具有500nm至600nm波长的绿色光通过的 滤波器。
图像传感器可结合来自Mg滤波器1010、Cy滤波器1020、Ye滤波器1030 和G滤波器1040的信息以产生颜色图像。例如，图像传感器或与图像传感 器结合的图像源(如相机系统)还可发射绿光，感测反射的绿光，并获得距 离信息以产生深度图像。在这种情况下，图像传感器还可使用除Mg滤波器 1010之外的Cy滤波器1020、Ye滤波器1030和G滤波器1040来产生深度图 像。
图11共同地示出根据一个或多个实施例的可在图像传感器中使用的滤 波器的特点。
参照图11，示出单色(Mono)滤波器1110、蓝色滤波器1120、绿色滤 波器1130和红色滤波器1140的特点。图.11示出在灰点的数字相机(Firefly MV)中的^f吏用特点。
蓝色1120可使可视光的蓝光带和红外光带通过。绿色1130可使可视光 的绿光带和红外光带通过。红色1130可使可视光的红光带和红外光带通过。 图像传感器可使用具有850nm波长的红外光获得深度图^象。
图12共同地示出根据一个或多个实施例的可在图像传感器中使用的滤 波器的特点。
图12的示例滤波器还在ISSCC (国际固态电子电路会议)2005第 348-349页、作者为M.Kasano的"A 2.0-|im Pixel Pitch MOS Image Sensor With 1.5 Transistor/Pixel and an Amorphous Si Color Filter" 中讨"i仑。
在此，如示出，图像传感器可基于通过Z、 Y和W滤波器的光产生的电 荷的量计算R、 G和B信息。所述计算可被概括为将滤波器的归一化特征转 换为R、 G和B特征的操作。
根据示例性实施例的图像传感器可提供不需要增加像素的数量就获得颜 色图像和深度图像的方法和设备。因此，根据实施例，在此的图像传感器增 加像素空间分辨率。
32图像传感器可使用红外光或具有特定频率/波长的光(例如，绿光)等以获得深度图像，注意，可同样地使用选择性的实施例。
图像传感器可使用间接方法获得深度图像或使用直接方法获得深度图
像。可使用PINNED光电二极管或使用常用光电二极管实现图像传感器。
图像传感器可采用多个像素共享FD节点和检测电路的结构以减小填充因子。基于空间分辨率还可确定共享FD节点和相应的检测电路的像素的数量。
通过记录在计算机可读介质中的计算机可读代码可实现根据本发明的示例性实施例的控制图像传感器的方法。例如，计算机可读代码可包括程序指令，并且可控制至少一个处理装置以实现各种操作。所述介质还可包括数据文件、数据结构等。所述计算机可读介质的示例包括磁介质(例如，硬盘、软盘、磁带)；光介质(例如，CD-ROM盘和DVD );磁光介质(例如，磁光盘)；专门配置为存储和执行程序指令的硬件装置(例如，只读存储器(ROM )、随机存取存储器(RAM)、闪存等)。计算机可读代码的示例包括程序指令
(例如，由编译器产生的机器代码、包含可由处理装置使用解释器执行的高级代码的文件)。仅作为示例，处理装置可实现为计算机。
一个或多个实施例示出图像传感器，使用互补金属氧化物半导体
(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS )或电荷身禺合装置(ChargeCoupled Device, CCD)可实现所述图像传感器，注意，可同样地使用选择性的实施例。
一个或多个实施例可以是包括可需要深度测量(例如，期望精确深度反馈的医学成像装置或远程操作)的任何应用和相应的装置的成像装置(例如，数字相机、可携式摄像机、便携式通信装置的相机、CCTV等)。另外，应该注意，所述双带宽滤波器图像感测系统可以对上述颜色和深度成像应用开放，因此实施例不限于此。
虽然参照本发明的不同实施例具体地示出和描述了本发明的各方面，但应该理解，这些示例性实施例应该解释为仅为描述性的而非限制性的目的。在每个实施例中的特点或方面的描述应通常理解为可用于其余实施例中的其它相似特点或方面。
因此，虽然已表示和描述了本发明的一些实施例以及同样可用的附加的实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。
权利要求
1、一种图像传感器，包括多个像素，所述多个像素中的至少一个像素被配置为分别输出颜色值的指示和深度值的指示。
2、 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述至少一个像素至少使 第一非连续波长带和第二非连续波长带带通通过。
3、 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述至少一个像素包括第 一像素和第二像素，第一像素至少使第一波长带和第二波长带通过，第二像素至少使第二波长带和第三波长带通过，第一波长带与第三波长带不同。
4、 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在第一时间段期间由所述 至少一个像素产生所述颜色值的指示，在第二时间段期间由所述至少一个像 素产生所述深度值的指示。
5、 根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述深度值的指示基于在 第二时间段期间从光源选择性地发射的光所反射的光。
6、 根据权利要求1所述的图像传感器，其中，当获得各个像素颜色值和 深度值时，使用所述多个像素中的每个像素。
7、 一种成像装置，包括 光源；和图像传感器，包括多个像素，所述多个像素中的至少一个像素被配置为 分别输出颜色值的指示和深度^f直的指示。
8、 根据权利要求7所述的成像装置，其中，所述至少一个像素至少使第 一非连续光波长带和第二非连续光波长带通过。
9、 根据权利要求7所述的成像装置，其中，所述至少一个像素包括第一 像素和第二像素，第一像素至少使第一波长带和第二波长带通过，第二像素 至少使第二波长带和第三波长带通过，第一波长带和第三波长带不同。
10、 根据权利要求7所述的成像装置，其中，在第一时间段期间由所述 至少一个像素产生所述颜色值的指示，在第二时间段期间由所述至少一个像 素产生所述深度值的指示。
11、 根据权利要求IO所述的成像装置，其中，在第二时间段期间，光源 选择性地发射光。
12、 根据权利要求11所述的成像装置，其中，发射的光是非可视光。
13、 根据权利要求12所述的成像装置，其中，发射的光是红外光。
14、 根据权利要求IO所述的成像装置，其中，所述至少一个像素在第一时间段期间感测第一光分量，在第二时间段期间感测第二光分量，第一光分量与第二光分量不同。
15、 根据权利要求14所述的成像装置，其中，所述颜色值的指示基于在第 一时间段期间感测的第 一光分量，所述深度值的指示基于在第二时间段期间感测的第二光分量。
16、 根据权利要求7所述的成像装置，其中，当获得各个像素颜色值和深度值时，使用所述多个像素中的每个像素。
17、 一种图像传感器，包括多个^象素；其中，所述多个像素中的每个像素包括各自的光检测器元件和滤波器，各个滤波器被配置为将选择的入射可视光分量带通通过至各个光检测器元件，并将选择的入射非可视光分量带通通过至各个光检测器元件。
18、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，各个光检测器元件是光电二极管。
19、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，非可视光分量是红外光。
20、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的至少一个像素包括使红光分量带通通过并使选择的入射非可视光分量带通通过的滤波器。
21、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的至少一个像素包括使绿光分量带通通过并使选择的入射非可视光分量带通通过的滤波器。
22、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的至少一个像素包括使蓝光分量带通通过并使选择的入射非可视光分量带通通过的滤波器。
23、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的至少一个像素包括使青光分量带通通过并使选择的入射非可视光分量带通通过的滤波器。
24、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的至少一个像素包括使洋红光分量带通通过并使选择的入射非可^L光分量带通通 过的滤波器。
25、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的至少 一个像素包括使黄光分量带通通过并使选择的入射非可视光分量带通通过 的滤波器。
26、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，包括在所述多个像素的 每个像素中的各个滤波器的面积相同。
27、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述多个像素被配置为 重复的2x2像素组的阵列。
28、 根据权利要求27所述的图像传感器，其中，重复的2x2像素组的阵 列中的至少一个2x2像素组包括红色像素、蓝色像素和两个绿色像素。
29、 根据权利要求27所述的图像传感器，其中，重复的2x2像素组的阵 列中的至少一个2x2像素组包括青色像素、洋红色像素、黄色像素和绿色 像素。
30、 根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每个 像素包括第一传输器，将各个光检测器与各个浮置扩散节点连接；驱动单 元，基于浮置扩散节点的电压和行控制信号控制位线的电压；以及第二传输 器，将各个光检测器与接收线连接。
31、 根据权利要求30所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的至少 两个像素包括各自第一传输器和相同的浮置扩散节点，其中，所述至少两个 像素被配置为选择性地分别将相应的各个光检测器元件与浮置扩散节点连接 以及共同地将相应的各个光检测器元件与浮置扩散节点连接。
32、 一种成像装置，包括 光源，产生非可视光分量；和 多个〗象素，其中，所述多个像素中的每个像素包括各自光检测器元件和滤波器，各 个滤波器被配置为使选择的入射可视光分量带通通过至各个光检测器元件并 使选择的入射非可视光带通通过至各个光检测器元件，所述选择的入射非可 视光与产生的非可视光分量具有确定的关系。
33、 根据权利要求32所述的成像装置，其中，所述多个像素中的每个像 素基于各个选择的入射可视光分量分别产生颜色值的指示，并基于选择的入射非可视光分量分别产生深度值的指示。
34、 根据权利要求33所述的成像装置，其中，通过将彩色图像的像素与基于各个产生的颜色值指示产生的各个颜色值相互关联来产生彩色图像，通过将深度图像的像素与基于各个产生的深度值指示产生的各个深度值相互关联来产生深度图像。
35、 根据权利要求33所述的成像装置，其中，所述多个像素中的每个像素在第一时间段期间产生颜色值的指示并在第二时间段期间产生深度值的指示。
36、 根据权利要求35所述的图像成像装置，其中，光源在第二时间段期间选择性地产生非可视光分量。
37、 一种图像传感器，包括至少一个〗象素；其中，所述至少一个像素包括第一传输器，将光检测器元件与浮置扩散节点连接；驱动单元，基于浮置扩散节点的电压和行控制信号控制位线的电压；以及第二传输器，将光检测器元件与接收线连接。
38、 根据权利要求37所述的图像传感器，其中，浮置扩散节点被配置为选择性地电连接到所述至少 一个像素的第 一传输器和图像传感器的另 一个像素的第一传输器。
39、 根据权利要求38所述的图像传感器，其中，所述至少一个像素和所述另一个像素被配置为选择性地分别仅将一个光检测器元件与浮置扩散节点连接以及共同地将所述至少 一个像素和另 一个像素的各个光检测器元件与浮置扩散节点连接。
40、 根据权利要求37所述的图像传感器，其中，第一传输器在限定的激活时间段期间将光检测器元件产生的电荷传输到浮置扩散节点，并在限定的非激活时间段期间在光检测器元件与浮置扩散节点之间选择性地产生电连接断开。
41、 根据权利要求40所述的图像传感器，其中，第二传输器在激活时间时间段期间将光检测器元件产生的电荷传输到接收线。
42、 根据权利要求40所述的图像传感器，其中，第二传输器是晶体管，其中，所述晶体管的栅极端和源极端分别连接到接收线，所述晶体管的漏极端连接到光检测器元件。
43、 根据权利要求40所述的图像传感器，其中，在激活时间段期间，第 一传输器将与观察的对象和所述至少一个像素之间的距离相应的电荷量传输到浮置扩散节点。
44、 根据权利要求37所述的图像传感器，其中，所述至少一个像素还包 括重置晶体管，根据重置控制信号重置浮置扩散节点的电压。
45、 根据权利要求37所述的图像传感器，其中，驱动单元包括驱动晶体 管和选择晶体管，其中，驱动晶体管的栅极端连接到浮置扩散节点，驱动晶体管的漏极端 连接到电源，驱动晶体管的源极端连接到选择晶体管的漏极端，以及其中，选择晶体管的栅极端连接到行控制信号，选择晶体管的源极端连 接到位线。
46、 根据权利要求37所述的图像传感器，其中，驱动单元包括放大器， 具有负增益；输入端，连接到浮置扩散节点；电容器，连接到放大器的输入 端和输出端；重置晶体管，根据重置控制信号重置放大器的输入端与输出端 之间的电压差；以及选择晶体管，其中，选择晶体管的栅极端连接到行控制信号，选择晶体管的漏极端连 接到放大器的输出端，选择晶体管的源极端连接到位线。
47、 根据权利要求37所述的图像传感器，其中，四个像素共享与任何其 它像素分开的单个浮置扩散节点，所述任何其它像素共享任何其它浮置扩散节点o
48、 一种成像方法，包括 在第一时间段期间使用像素感测第一光分量；和在第二时间段期间使用所述像素感测第二光分量，第一光分量具有与第 二光分量不同的光特性。
49、 根据权利要求48所述的方法，其中，感测第一光分量的步骤包括测 量第一光分量的强度，感测第二光分量的步骤包括感测第二光分量的飞行时间。
50、 根据权利要求48所述的方法，其中，第一光分量是可视光分量，第 二光分量是非可视光分量。
51、 根据权利要求50所述的方法，其中，第二光分量是红外光。
52、 根据权利要求48所述的方法，还包括基于在第 一 时间段期间感测的第 一光分量产生所述像素的颜色值；和基于在第二时间段期间感测的第二光分量产生所述像素的深度值。
53、 一种成l象方法，包括在第 一 时间段期间使用多个共址的像素感测第 一光分量；基于感测第 一光分量的结束发射第二光分量，第 一光分量具有与第二光分量不同的光特性；在第二时间段期间使用多个共址像素至少感测从对象发射的第二光分量的反射；以及从感测的反射光产生对象的深度图像。
54、 根据权利要求53所述的方法，其中，感测第一光分量的步骤包括测量第一光分量的幅度，感测第二光分量的步骤包括测量第二光分量的飞行时间。
55、 根据权利要求53所述的方法，其中，第一光分量是可视光分量，第二光分量是非可视光分量。
56、 根据权利要求55所述的方法，其中，第二光分量是红外光。
57、 根据权利要求53所述的方法，还包括基于在第 一 时间段期间感测的第 一光分量产生对象的彩色图像。
58、 根据权利要求57所述的方法，其中，产生彩色图像的步骤包括基于各个感测的第 一光分量产生对多个共址像素中的每个像素的颜色值，以及通过将多个像素中的每个像素的产生的颜色值与彩色图像的像素相关联而获得对象的彩色图像。
59、 根据权利要求57所述的方法，其中，产生彩色图像的步骤包括基于在第 一时间段期间感测的第 一光分量产生第 一感测信息，以及关于第 一感测信息消除由来自另一光分量的影响产生的噪音。
60、 根据权利要求59所述的方法，其中，所述另一光分量是第二光分量。
61、 根据权利要求53所述的方法，其中，产生对象的深度图像的步骤包括基于由所述多个共址像素中 一个限定组的多个像素同时地和共同地感测的反射光来获得所述多个共址像素中的每个像素的深度值，以及通过将每个限定组的多个像素的深度值与深度图像的像素相关联来产生对象的深度图像。
62、 根据权利要求53所述的方法，其中，产生对象的深度图像的步骤包 括基于在第二时间段期间感测的第二光分量来产生第二感测信息，以及关 于第二感测信息消除由来自另一光分量的影响产生的噪声。
63、 根据权利要求62所述的方法，其中，所述另一光分量是第一光分量。
64、 根据权利要求53所述的方法，其中，在发射第二光分量的操作之后 执行产生对象的深度图像的步骤，在第二时间段期间感测反射光的步骤被重 复与产生深度图像的阈值相等的次数。
65、 根据权利要求53所述的方法，其中，在第二时间段期间感测反射的 光的步骤包括传输与通过检测在第二时间段的激活时间段期间感测的反射 光产生的电荷相关联的信息，以及释放通过检测在第二时间段的非激活时间 段期间感测的反射光产生的电荷。
66、 一种图像传感器方法，包括将至少一个像素配置为图像传感器，包括将所述至少一个像素配置为 具有光检测器元件和带通滤波器；将所述至少一个像素配置为具有连接光检 测器元件与浮置扩散节点的第一传输器；将至少一个^^素配置为具有位线信 号线、行信号线和驱动单元，其中，驱动单元被配置为基于浮置扩散节点的 电压和行信号线上的行控制信号来控制位线信号线上的位线信号的电压；以 及将所述至少一个像素配置为具有第二传输器和接收线，光检测器元件配置 为连4妄到4妄收线。
67、 根据权利要求66所述的方法，还包括将浮置扩散节点配置为选择 性地电连接到所述至少 一个像素的第 一传输器和图像传感器的另 一像素的第 二传输器。
68、 根据权利要求67所述的方法，还包括将所述至少一个像素和所述 另 一像素配置为选择性地分别仅将一个光检测器元件连接到浮置扩散节点， 以及共同地将所述至少一个像素和所述另 一像素的各个光检测器元件连接到 浮置扩散节点。
69、 根据权利要求66所述的方法，还包括配置第一传输器以使第一传 输器在限定的激活时间段期间将光检测器元件产生的电荷传输到浮置扩散节 点，并在限定的非激活时间段期间在光检测器元件与浮置扩散节点之间选择 性地产生电连接断开。
70、 根据权利要求69所述的方法，还包括配置第二传输器以使第二传输器在讀:'/敖'/百叮岡+叉#月岡叫亇兀^nj^ &71/1卞厂王日;j吧^n" 柳r
71、 根据权利要求69所述的方法，还包括将第二传输器配置为晶体管， 以使晶体管的栅极端和源极端分别连接到接收线并使晶体管的漏极端连接到 光检测器元件。
72、 根据权利要求69所述的方法，还包括配置第一传输器，从而在激 活时间段期间第 一传输器将与所述至少一个像素感测的光相应的累积的电荷 传输到浮置扩散节点。
73、 根据权利要求66所述的方法，还包括将所述至少一个像素配置为 还包括重置晶体管和重置控制线，重置晶体管被配置为根据在重置控制线上 的重置控制信号重置浮置扩散节点的电压。
74、 根据权利要求66所述的方法，还包括将驱动单元配置为具有驱动 晶体管和选择晶体管，从而驱动晶体管的栅极端连接到浮置扩散节点，驱动晶体管的漏极端连接到电源，驱动晶体管的源极端连接到选择晶体管的漏极 端；和选择晶体管的栅极端连接到行信号线，选择晶体管的源极端连接到位线 信号线。
75、 根据权利要求66所述的方法，还包括将驱动单元配置为具有放大 器、输入端、电容器和重置晶体管，其中，放大器具有负增益，输入端连接 到浮置扩散节点，电容器连接到输入端和放大器的输出端，重置晶体管根据 重置控制信号重置输入端与放大器的输出端之间的电压差；以及将驱动单元配置为具有选择晶体管，以使选择晶体管的栅极端连接到行信号线，选择晶体管的漏极端连接到放大器的输出端，以及选择晶体管的源 极端连接到位线信号线。
76、 根据权利要求66所述的方法，还包括将图像传感器配置为具有多 组像素，从而所述多组像素中的仅一组像素共享单个浮置扩散节点，并将所 述一组像素配置为选择性地将来自形成所述一组像素的各个像素的积累的电 荷共同地和单独地传输到单个浮置扩散节点。
全文摘要
公开了一种成像方法和设备。所述设备可包括可具有多个像素的图像传感器，其中，所述多个像素中的至少一个像素包括光检测器元件和滤波器，所述滤波器使选择的可视光分量带通通过到光检测器元件并使选择的非可视光分量带通通过到光检测器元件。可通过图像传感器使用相同的像素来获得颜色值和深度值。
文档编号H04N5/335GK101635860SQ20091014036
公开日2010年1月27日 申请日期2009年7月17日 优先权日2008年7月25日
发明者金成珍 申请人:三星电子株式会社