CN105898118A - 图像传感器和包括图像传感器的成像设备 - Google Patents

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Abstract

提供了图像传感器和包括图像传感器的成像设备。多层传感器结构的图像传感器包括：多个感测像素，所述多个感测像素中的每个包括被构造成收集光的微镜头；第一光电转换器，被构造成将第一波长带的光转换成电信号；以及第二光电转换器，形成在基底上，被构造成将入射光转换成电信号，其中，第二光电转换器的中轴与微镜头的光轴分隔开。

Description

图像传感器和包括图像传感器的成像设备
本申请要求于2015年2月16日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0023151号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。
技术领域
发明构思的示例实施例涉及一种图像传感器和一种包括图像传感器的成像设备。例如，至少一些示例实施例涉及一种具有多重光电转换结构的图像传感器和一种包括图像传感器的成像设备。
背景技术
日常生活中广泛使用了诸如智能电话或数码相机的成像设备。因此，对高性能成像设备或成像设备中包括的图像传感器的要求有所增加。例如，会期望图像传感器执行自动聚焦功能，使得成像设备可以迅速地且准确地拍摄图像。另外，随着成像设备的分辨率提高，在提高图像传感器相对于光学信号的灵敏度时，会期望具有简单结构的图像传感器。
发明内容
发明构思的示例实施例提供了一种具有高灵敏度并且能够迅速地且准确地执行操作的图像传感器和一种包括图像传感器的成像设备。
根据发明构思的示例实施例，提供了一种多层传感器结构的图像传感器，所述图像传感器包括多个感测像素，其中，所述多个感测像素中的每个包括：收集光的微镜头；第一光电转换器，将第一波长带的光转换成电信号；以及第二光电转换器，形成在基底上并且将入射光转换成电信号，其中，第二光电转换器的中轴与微镜头的光轴分隔开。
根据发明构思的另一个示例实施例，提供了一种多层传感器结构的图像传感器，所述图像传感器包括多个感测像素，其中，所述多个感测像素中的每个包括：收集光的微镜头；第一光电转换器，将第一波长带的光转换成电信号；以及第二光电转换器，将第二波长带的光转换成电信号，其中，第二光电转换器包括相对于微镜头的光轴彼此分隔开的第一光电转换装置和第二光电转换装置。
根据发明构思的其它示例实施例，提供了一种成像设备，所述成像设备包括：镜头，收集从对象反射的光；以及多层传感器结构的图像传感器，所述图像传感器包括含有多个像素的像素阵列并且将入射到镜头上的光作为电信号输出，其中，所述多个像素之中的至少一个聚焦像素包括：微镜头；第一光电转换器，将第一波长带的光转换成电信号；以及第二光电转换器，包括与微镜头的光轴分隔开的第一光电转换装置，并且将第二波长带的光转换成电信号。
根据另一个示例实施例，图像传感器可以包括多个感测像素。
在一些示例实施例中，所述多个感测像素可以包括：微镜头，被构造成收集入射光；以及多个光电转换器，顺序堆叠在微镜头下方，所述多个光电转换器被构造成将不同波长带的入射光选择性地转换成不同的电信号，所述多个光电转换器中的至少一个具有形成在基底中的一个或更多个光电转换装置，所述一个或更多个光电转换装置基于微镜头的光轴分隔开。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解发明构思的示例实施例，其中：
图1A和图1B是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图；
图2A至图2C是示出执行相位差自动聚焦操作的方法的图示；
图3是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图；
图4A和图4B是示出根据示例实施例的像素电路的示例的图示；
图5A和图5B是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的水平剖视图；
图6是从图3和图5A的图像传感器中的第二光电转换器输出的图像信号的图示；
图7A至图7C是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的水平剖视图；
图8是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图；
图9是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图；
图10是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图；
图11A至图11G是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的水平剖视图；
图12是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图；
图13A至图13E是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的水平剖视图；
图14是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图；
图15A和图15B是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的水平剖视图；
图16是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图；
图17是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图；
图18是根据示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图；
图19A和图19B是示出根据示例实施例的像素阵列中的聚焦像素的示例的图示；
图20A至图20E是示出布置多个聚焦像素的示例的图示；
图21是根据示例实施例的数字成像装置的框图；
图22是根据示例实施例的数字成像装置中的CPU/DSP和一些元件的图示；
图23是根据示例实施例的图像传感器的框图；
图24是根据示例实施例的包括图像传感器的***的框图；
图25是根据示例实施例的包括图像传感器和接口的电子***的图示；以及
图26是根据示例实施例的成像设备的纵向剖视图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述发明构思的示例实施例，在附图中示出发明构思的一些示例实施例。在附图中，为了清晰起见，夸大了层和区域的厚度。附图中的同样附图标记指代同样的元件。
这里公开了详细的例证实施例。然而，本文中公开的具体结构和功能性的细节只是代表性地为了描述示例实施例的目的。示例实施例可以用许多替代形式实施并且不应该被理解为只限于这里阐明的那些。因此，发明构思的示例实施例可以包括与发明构思的示例实施例相关的构思和技术范围中包括的所有修订形式、等同形式、或替代形式。附图中的同样的附图标记指代同样的元件。
另外，将用剖视图作为发明构思的示例视图来描述具体实施方式中的示例实施例。因此，可以根据制造技术和/或可以容许的误差来修改示例视图的形状。因此，发明构思的示例实施例不限于示例视图中示出的具体形状，而是可以包括根据制造过程而可能产生的其它形状。附图中例示的区域具有普遍性质，并且用于示出元件的具体形状。因此，不应该将其理解为局限于发明构思的范围。
然而，应该理解，并不意图将本公开限于所公开的特定示例实施例。相反地，示例实施例将涵盖落入示例实施例的范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。在附图的描述中，同样的附图标记始终指示同样的元件。
这里，在发明构思的各种示例实施例中使用的术语“包括”或“可以包括”可以指示存在对应的功能、操作或组件，并不限制一个或多个额外功能、操作或组件。还应该理解，当术语“包括”和/或其变型在本说明书中使用时，指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组。
如这里所使用的，术语“或”包括相关所列项中的一个或多个的任意和所有组合。例如，“A或B”可以包括A、B、或A和B二者。
虽然使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种组件、元件、区域、层和/或部分，但明显的是，这些组件、元件、区域、层和/或部分不受术语“第一”、“第二”、“第三”等的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等只是用来将各组件区分开。例如，这些术语不限制对应组件的次序和/或重要性。这些术语可以用于将一个组件与另一个组件区分开。例如，第一用户装置和第二用户装置可以都是用户装置并且指代不同的用户装置。例如，在与发明构思的示例实施例不冲突的情况下，第一组件可以指示第二组件或者第二组件可以指示第一组件。
这里，当构成元件“连接”或“结合”到另一个构成元件时，可以理解的是，该构成元件和另一个构成元件不仅直接地连接或结合，而且通过置于其间的至少一个其它构成元件连接或结合。另一方面，当该构成元件“直接连接”或“直接结合”到另一个构成元件时，要理解的是，在其间没有放置其它构成元件。
这里，在发明构思的示例实施例中使用的术语只是用于描述一些示例实施例，而并不应该被理解为限制发明构思的示例实施例。除非上下文中另外定义，否则单数措辞还可以包括复数措辞。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与发明构思的示例实施例所属领域的普通技术人员所通常理解的意思相同的意思。还应该理解，除非这里明确定义，否则术语(诸如在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与相关领域的背景下它们的意思一致的意思，并且将不以理想化或过于形式化的含义来解释它们。
如这里所使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或多个的任意组合和全部组合。诸如“至少一个”的措辞在一列元件之前时修饰的是整列元件，而不是修饰该列中的个体元件。
还应该注意，在一些可以选实施方式中，所指出的功能/动作可以能不按附图中指出的次序出现。例如，根据所涉及的功能/动作，连续示出的两个附图事实上可以能基本同时执行或者有时可以能按倒序执行。
尽管可以不示出一些剖视图对应的平面图和/或透视图，但这里示出的装置结构的剖视图支持多个装置结构，这些装置结构如平面图中所示沿着两个不同方向延伸，和/或如剖视图中所示在三个不同方向上延伸。所述两个不同方向可以彼此正交或不正交。所述三个不同方向可以包括可以与所述两个不同方向正交的第三方向。多个装置结构可以被集成在同一电子装置中。
本领域的技术人员将清楚，可以在不脱离这里描述的示例实施例的精神或范围的情况下，对示例实施例进行各种修改和变形。因此，示例实施例旨在涵盖示例实施例的修改形式和变形形式，只要它们落入随附权利要求书及其等同物的范围内。
图1A和图1B是根据发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的垂直剖视图。
参照图1A和图1B，像素PX可以包括微镜头MLS、第一光电转换器110、第二光电转换器120和布线层ML。像素PX还可以包括平坦化层PL、绝缘层IL和滤色器CF。
如图1A和图1B中所示，第一光电转换器110、第二光电转换器120和布线层ML可以顺序堆叠在微镜头MLS下方。如上所述，包括其中堆叠多个光电转换器的像素结构的图像传感器可以被称为多层传感器。在多层传感器中，像素PX中的每个可以检测与具有互不相同的波长带的至少两个或更多个光束对应的电信号，因此，可以提高感测入射光的灵敏度。
另外，尽管在图1A和图1B中第一光电转换器110堆叠在第二光电转换器120上方，但不限于此。例如，在其它示例实施例中，第二光电转换器120可以堆叠在第一光电转换器110上方。
另外，第二光电转换器120位于半导体基底SUB中，并且第一光电转换器110位于半导体基底SUB的上部部分上，但一个或更多个示例实施例不限于此。例如，第一光电转换器110可以位于半导体基底SUB中，第二光电转换器120可以堆叠在半导体基底SUB上方。否则，第一光电转换器110和第二光电转换器120两者可以堆叠在半导体基底SUB上方。另外，包括根据示例实施例的像素PX的图像传感器可以被实现为半导体芯片。
如果光通过微镜头MLS入射，则第一光电转换器110和第二光电转换器120可以将入射光转换成电信号。第一光电转换器110可以将第一波长带的光转换成电信号，并且第二光电转换器120可以将第二波长带的光转换成电信号。被第一光电转换器110和第二光电转换器120转换的电信号可以通过形成在布线层ML中的电路区域(未示出)作为图像信号输出。
另外，滤色器CF可以根据光的波长来选择性地透射光。例如，在示例实施例中，滤色器CF可以是互补型滤色器，其反射波长带与第二波长带的光成互补关系的光，使得第二光电转换器120可以吸收第二波长带的光。
在根据示例实施例的像素PX中，第二光电转换器120的中轴CX可以与微镜头MLS的光轴MLX分开。这里，第二光电转换器120的中轴CX可以指下列轴：穿过第二光电转换器120的质心或第二光电转换器120的水平剖面(例如，XY平面上的剖面)的内心并且与光轴MLX平行的轴。即，第二光电转换器120可以从像素PX的中心偏向像素PX的边缘(例如，偏向x1或x2方向)。
如图1A中所示，第二光电转换器120可以包括一个光电转换装置，但不限于此。例如，如图1B中所示，第二光电转换器120可以包括第一光电转换装置121和第二光电转换装置122，其中，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122中的每个的中轴CX与光轴MLX分开。第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以基于光轴MLX而彼此分开。如图1B中所示，第二光电转换器120的中轴CX与光轴MLX分开可以指代：包括在第二光电转换器120中的第一光电转换装置121和第二光电转换装置122每者的中轴CX与光轴MLX分开。
如上所述，由于第二光电转换器120的中轴CX与光轴MLX分开，因此第二光电转换器120可以从经过微镜头MLS入射的光之中，主要感测通过基于光轴MLX的右边部分或左边部分(例如，x1方向或x2方向)入射的光的分量。因此，包括根据示例实施例的像素PX的图像传感器可以基于从第二光电转换器120输出的电信号而获得双眼视差图像信号(或双眼视差图像)，并且可以检测双眼视差图像信号之间的相位差以执行自动聚焦功能。由于包括根据示例实施例的像素PX的图像传感器是多层传感器，因此该图像传感器可以准确地且快速地执行相位差自动聚焦功能(下文中，被称为相位差AF)，同时提高感测光的灵敏度。
下文中，将在下面更详细地描述根据一个或更多个示例实施例的具有多层传感器结构的图像传感器和包括图像传感器的成像装置。
图2A至图2C是示出执行相位差AF的过程的图示。图2A示出焦点对准(in-focus)状态，图2B示出前焦点状态，图2C示出后焦点状态。在图2A至图2C中，像素的位置指代像素阵列PXA(包括布置在行方向和列方向上的像素)中的行方向或列方向上的位置。
参照图2A，在焦点对准状态下，经镜头LS入射到成像装置(例如，包括像素阵列PXA的图像传感器)中的光学信号可以被聚焦到像素阵列PXA的光接收表面的中心部分。在这种焦点对准状态下，可以从根据示例实施例的至少一个像素PX均等地检测到第一光学信号IS1和第二光学信号IS2。因此，由所述至少一个像素PX生成的双眼视差图像信号中的第一相位差检测信号和第二相位差检测信号可以具有彼此相同的强度P，即，双眼视差图像可以具有彼此相同的相位。因此，当检测到第一相位差检测信号和第二相位差检测信号的强度P等于或大于设定的(或可选地，预定的)临界值时，图像传感器或包括图像传感器的成像装置可以确定焦点对准状态。
如图2B中所示，在前焦点状态下，经镜头LS入射到像素阵列PXA的光学信号没有聚焦到像素阵列PXA的光接收表面的中心部分上，而是会聚焦到光接收表面的前方。
在前焦点状态下，可以主要从位于自光轴的第一方向处的区域AL检测到第二光学信号IS2，因此，第二相位差检测信号的强度P大于第一相位差检测信号的强度P。在位于自光轴的第二方向的区域AR中，可以主要检测到第一光学信号IS1，因此，第一相位差检测信号的强度P大于第二相位差检测信号的强度P。因此，当在像素阵列PXA的位于自光轴的第一方向处的区域AL中检测到第二相位差检测信号的强度P等于或大于设定的(或可选地，预定的)临界值，并且检测到第一相位差检测信号的强度P小于设定的(或可选地，预定的)临界值时，以及当在像素阵列PXA的位于自光轴的第二方向处的区域AR中检测到第一相位差检测信号的强度P等于或大于设定的(或可选地，预定的)临界值，并且检测到第二相位差检测信号的强度P小于设定的(或可选地，预定的)临界值时，图像传感器或包括图像传感器的成像装置可以确定前焦点状态。
如图2C中所示，在后焦点状态下，可以主要在区域AL中检测到第一光学信号IS1，从而像素阵列PXA中位于自光轴的第一方向的区域AL中，第一相位差检测信号的强度P大于第二相位差检测信号的强度P。另外，可以主要在区域AR中检测到第二光学信号IS2，从而在位于自光轴的第二方向处的区域AR中，第二相位差检测信号的强度P大于第一相位差检测信号的强度P。因此，当在像素阵列PXA的位于自光轴的第一方向的区域AL中检测到第一相位差检测信号的强度P等于或大于设定的(或可选地，预定的)临界值，并且检测到第二相位差检测信号的强度P小于设定的(或可选地，预定的)临界值时，以及当在像素阵列PXA的位于自光轴的第二方向处的区域AR中检测到第二相位差检测信号的强度P等于或大于设定的(或可选地，预定的)临界值，并且检测到第一相位差检测信号的强度P小于设定的(或可选地，预定的)临界值时，图像传感器或包括图像传感器的成像装置可以确定后焦点状态。
图3是根据示例实施例的图像传感器100中包括的像素PX的垂直剖视图。
参照图3，图像传感器100可以包括多个像素PX，多个像素PX中的每个可以包括微镜头MLS、滤色器CF、第一光电转换器110、穿通线114、存储节点115、第二光电转换器120和布线层ML。多个像素PX中的每个还可以包括平坦化层PL和绝缘层IL。
微镜头MLS、平坦化层PL、滤色器CF、第一光电转换器110、第二光电转换器120和布线层ML可以顺序堆叠在微镜头MLS下方。然而，一个或更多个示例实施例不限于此，例如，第一光电转换器110和第二光电转换器120的位置可以变化。例如，第一光电转换器110可以在第二光电转换器120下方。
滤色器CF可以根据入射光的波长来选择性地透射经过微镜头MLS入射的光。滤色器CF可以是例如互补型滤色器，并且可以反射波长与具有被第二光电转换器120吸收的波长的光互补的光。
第一光电转换器110可以将第一波长带的光转换成电信号。在一个或更多个示例实施例中，第一波长带的光可以是绿光，但不限于此。例如，第一波长带的光可以是诸如红光或蓝光的其它光。第一光电转换器110可以吸收第一波长带的光并且将所吸收的光学信号转换成电信号。在一个或更多个示例实施例中，第一光电转换器110可以是有机光电二极管，但不限于此。例如，第一光电转换器110可以是无机光电二极管。
第一光电转换器110可以包括上电极111、颜色选择层112和下电极113。颜色选择层112可以吸收第一波长带的光。被吸收的第一波长带的光可以在颜色选择层112中被流过上电极111和下电极113的电流转换成电信号，该电信号可以通过下电极113输出。通过下电极113输出的电信号可以经由穿通线114提供到存储节点115，并且可以暂时存储在存储节点115中。
存储节点115可以与半导体基底SUB中的第二光电转换器120分开，并且可以暂时存储经由穿通线114从下电极113输出的电信号。存储节点115的中轴也可以与光轴MLX分开。
第二光电转换器120可以将光转换成电信号。如图3中所示，如果滤色器CF和第一光电转换器110堆叠在第二光电转换器120上，则第二光电转换器120可以将从滤色器CF透射的光分量中排除掉第一波长带的光分量之后的剩余光分量转换成电信号。
例如，第二光电转换器120可以将第二波长带的光或第三波长带的光转换成电信号。如上所述，如果第一波长带的光是绿光，则第二波长带的光可以是红光或蓝光。第三波长带的光可以是蓝光或红光。否则，第二波长带或第三波长带的光可以是青光或黄光。否则，第一波长带的光、第二波长带的光或第三波长带的光可以是青光、品红光或黄光。然而，一个或更多个示例实施例不限于此。
如以上参照图3描述的，第二光电转换器120的中轴CX可以与光轴MLX分开。第二光电转换器120可以是无机光电二极管，例如，硅光电二极管或半导体化合物光电二极管，但不限于此。例如，第二光电转换器120可以是有机光电二极管。
已经被第一光电转换器110和第二光电转换器120转换的电信号可以被形成在布线层ML中的像素电路(未示出)放大，并且可以被作为图像信号输出。
另外，图像传感器100可以包括彼此相邻布置的第一像素PX1和第二像素PX2。这里，第一像素PX1中包括的第二光电转换器120的中轴CX和第二像素PX2中包括的第二光电转换器120的中轴CX可以在互不相同的方向上与光轴MLX分开。例如，第一像素PX1中包括的第二光电转换器120的中轴CX可以在x1方向上与光轴MLX分开，第二像素PX2中包括的第二光电转换器120的中轴CX可以在x2方向上与光轴MLX分开，x2方向与x1方向相反。因此，第一像素PX1和第二像素PX2中包括的第二光电转换器120可以感测在互不相同的方向上入射的光束。例如，第一像素PX1的第二光电转换器120可以感测从光轴MLX的左侧入射的入射光中的第二波长带的光学信号，第二像素PX2的第二光电转换器120可以感测从光轴MLX的右侧入射的入射光中的第二波长带的光学信号。因此，从第一像素PX1和第二像素PX2输出的电信号可以作为双眼视差图像信号或用于获得双眼视差图像的信号而输出。
另外，第一像素PX1的第一滤色器CF1和第二像素PX2的第二滤色器CF2可以选择性地透射或反射互不相同的光。例如，如果滤色器CF是互补型滤色器，则第一滤色器CF1可以是用于阻挡红色的互补色的红色滤色器并且第二滤色器CF2可以是用于阻挡蓝色的互补色的蓝色滤色器。然而，一个或更多个示例实施例不限于此，例如，多个像素中的第一滤色器CF1和第二滤色器CF2的布置可以变化。
图4A和图4B是示出根据示例实施例的像素电路的图示。
如以上参照图3描述的，像素PX可以包括第一光电转换器110和第二光电转换器120，并且可以将波长带互不相同的至少两个光束转换成电信号并且可以输出电信号。从第一光电转换器110和第二光电转换器120接收电信号并且生成输出信号的至少一个像素电路可以被包括在布线层ML(如图3中所示)中。
如上所述，第一光电转换器110和第二光电转换器120可以是诸如硅光电二极管或化合物半导体光电二极管的无机光电二极管PD，或者有机光电二极管OPD。将参照图4A和图4B描述无机光电二极管PD(下文中，被称为光电二极管PD)和有机光电二极管(OPD)的像素电路。
参照图4A，互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的像素阵列中包括的各像素电路可以包括用于放大经光电二极管PD转换的电信号的元件，这种像素电路可以被称为有源像素传感器(APS)。例如，像素可以包括光电二极管PD、转移晶体管TG、重置晶体管RS、源极跟随器晶体管SF和选择晶体管SX。光电二极管PD是一种感光器件，其具有在反向偏置状态下光电流根据入射光的强度而线性增大的特性，并且其可以在光电二极管PD暴露于光并且从外部电浮置(float)时累积电子。当累积电子时，光电二极管PD的阴极电压会减小，可以通过测量减小的电压来感测光电二极管PD所吸收的光的强度。以上电子的累积也可以被描述为由于产生的光电流而使电容器放电的过程。
转移晶体管TG可根据栅极电压使光电二极管PD连接到浮置扩散FD或从浮置扩散FD断开。在光电二极管PD基于入射光累积电子时，将可以使转移晶体管TG截止的电压施加到转移晶体管TG的栅极，以使光电二极管PD和浮置扩散FD电隔离。当光电二极管PD完成吸收光时，转移晶体管TG可以导通，以输出由于光电二极管PD中累积的电子而导致的电压变化，因此，光电二极管PD的阴极中变化的电压可以被传递到浮置扩散FD。
在光电二极管PD的电压传递到浮置扩散FD之前，浮置扩散FD可以因导通的重置晶体管RS而被重置。浮置扩散FD的重置电压可以通过源极跟随器晶体管SF被放大，并且可以在选择晶体管SEL被导通时作为模拟电压而输出。超前电路(lead circuit)可以接收与浮置扩散FD的重置电压对应的模拟电压，该模拟电压被作为VOUT输出。
当完成了浮置扩散FD的重置电压的输出时，重置晶体管RS截止，并且转移晶体管TG导通，使得根据累积在光电二极管PD中的电子的电压可以传递到浮置扩散FD。类似于浮置扩散FD的重置电压，浮置扩散FD的改变后的电压可以作为模拟电压(VOUT)经由源极跟随器晶体管SF和选择晶体管SX输出。与浮置扩散FD的输出电压的变化对应的模拟电压(VOUT)可以被传递到外部的超前电路(未示出)。
超前电路接收浮置扩散FD的重置电压和因光电二极管PD造成的电压的变化，并且可以根据这两个电压之差来计算被光电二极管PD感测到的光的强度。上述操作被称为相关双采样(CDS)，并且接收重置电压和因光电二极管PD造成的电压变化的次序可以变化。在图4A中，像素电路包括NMOS晶体管，但一个或更多个示例实施例不限于此，例如，像素电路可以包括PMOS晶体管。
参照图4B，像素电路可以包括有机光电二极管OPD。有机光电二极管OPD可以取代图4A中的像素电路的光电二极管PD，并且可以将某一波长的光学分量转换成电信号。从有机光电二极管OPD输出的电信号可以被暂时保存在存储节点SN中。然后，像素电路可以测量存储节点SN的电压以感测有机光电二极管OPD所吸收的光的强度。此后的操作与包括光电二极管PD的像素电路的操作相同，这里省略对其的描述。
图5A和图5B是根据示例实施例的图像传感器100a和100b中包括的像素PX的水平剖视图。图5A和图5B示出图3中示出的像素PX的水平剖视图，为了方便描述，省略了除了第二光电转换器120、存储节点115和微镜头MLS外的元件。
如图5A和图5B中所示，第二光电转换器120可以在像素PX中偏向一定方向。图像传感器100a可以包括多个像素PX以及在第一像素PX1和第二像素PX2中的第二光电转换器120，其中，第一像素PX1和第二像素PX2可以在行方向(例如，x1-x2方向)上彼此相邻，但不限于此。例如，第一像素PX1和第二像素PX2中的第二光电转换器120可以偏向彼此相反的方向。
参照图5A，第一像素PX1的第二光电转换器120可以偏向右侧(x1方向)，第二像素PX2的第二光电转换器120可以偏向左方向(x2方向)。
如以上参照图3描述的，存储节点115可以在同一平面(例如，半导体基底SUB)上与第二光电转换器120分开，例如，在考虑到像素PX的填充因子来设置第二光电转换器120之后，存储节点115可以在剩余空间中。因此，第一像素PX1的存储节点115可以偏向左侧，并且第二像素PX2的存储节点115可以偏向右侧。
如上所述，由于第一像素PX1和第二像素PX2的第二光电转换器120偏向相反方向(例如，左侧和右侧)，因此可以获得左侧和右侧之间有视差的图像信号。
参照图5B，第一像素PX1的第二光电转换器120可以偏向上(y1方向)，第二像素PX2的第二光电转换器120可以偏向下(y2方向)。
第一像素PX1的存储节点115可以偏向下(y2方向)并且第二像素PX2的存储节点115可以偏向上(y1方向)。
如上所述，由于第一像素PX1和第二像素PX2的第二光电转换器120偏向相反方向(例如，向上方向和向下方向)，因此可以获得上侧和下侧之间有视差的图像信号。
如以上参照图5A和图5B描述的，基于从至少一对像素PX1和PX2输出的信号，可以获得在左侧和右侧之间和/或在上侧和下侧之间有视差的图像信号。
图6是分别从图3的图像传感器100和图5A的图像传感器100a中的第二光电转换器120输出的图像信号的图示。在示例实施例中，可根据被形成为国际象棋马赛克(chess mosaic)的滤色器构造来表示图像信号。这里，像素PX可以输出红色信号或蓝色信号。基于一对像素PX，右侧的像素PX可以输出右红色信号Rr或右蓝色信号Br，左侧的像素PX可以输出左红色信号Rl或左蓝色信号Bl。
因此，可以获得针对红色和蓝色在左侧和右侧有视差的图像信号，但不限于此。例如，右红色信号Rr和右蓝色信号Br可以组合并且左红色信号R1和左蓝色信号Bl可以组合，以获得左侧和右侧之间有视差的图像。
另外，图6示出像素PX输出红色信号或蓝色信号，但不限于此。例如，可以按各种方式修改滤色器的构造。另外，可以基于图6和以上描述来执行修改以获得上部部分和下部部分之间有视差的图像。
图7A至图7C是根据示例实施例的图像传感器100c、100d和100f中包括的像素的水平剖视图。图7A至图7C示出图3中示出的像素PX的水平剖视图，为了方便描述，省略除了第二光电转换器120、存储节点115和微镜头MLS外的元件。
参照图7A，图像传感器100c可以包括第一子像素PX1至第四子像素PX4的组合以及偏向设置的第二光电转换器120。第一子像素PX1至第四子像素PX4的第二光电转换器120可以布置成偏向相互不同的方向。例如，如图7A中所示，第二光电转换器120可以对角地反方向布置。第一子像素PX1至第四子像素PX4中包括的第二光电转换器120可以分别偏向x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向。在一个或更多个实施例中，x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向可以彼此垂直。根据第二光电转换器120的布置，可以获得根据上下方向之间和左右方向之间的视差的图像信号。
如图7A中所示，存储节点115可以偏向与第二光电转换器120相反的方向，但不限于此。存储节点115可以偏向各种方向，除非存储节点115与第二光电转换器120叠置。例如，第一像素PX1的存储节点115可以偏向除了x1y1方向外的x1y2方向、y2方向、x2y2方向、x2方向和x2y1方向。
参照图7B和图7C，图像传感器100d和100f中的像素PX的构造与图7A的图像传感器100c中的像素PX的构造类似。然而，图7B和图7C中的第二光电转换器120a和120b可以不同，图7B和图7C中的存储节点115d和115可以不同。如图7B中所示，第二光电转换器120a和存储节点115d可以具有三角形形状。另外，如图7C中所示，第二光电转换器120b可以具有多边形形状。如上所述，为了增大像素PX的填充因子，修改第二光电转换器120a和120b以及存储节点115d和115的形状。
图8是根据示例实施例的图像传感器200中包括的像素PX的垂直剖视图。
参照图8，图像传感器200可以包括多个像素PX，多个像素PX中的每个可以包括微镜头MLS、滤色器CF、第一光电转换器110、穿通线114、存储节点115、第二光电转换器120和布线层ML。多个像素PX中的每个可以包括平坦化层PL和绝缘层IL。
第二光电转换器120的中轴CX可以在一个方向上与光轴MLX分开。
在图8中，图像传感器200的像素PX类似于图3的图像传感器100的像素PX。然而，在图8的像素PX中，平坦化层PL、第一光电转换器110、滤色器CF、第二光电转换器120和布线层ML可以顺序堆叠在微镜头MLS下方。
因此，在通过微镜头MLS入射的光中，具有第一波长带的光可以在第一光电转换器110中被光电转换，除了第一波长带外的波长带中的一部分波长带的光可以透射通过滤色器CF。已透射通过滤色器CF的光分量可以在第二光电转换器120中被光电转换。
滤色器CF是例如互补型滤色器，其可以反射波长带与被第二光电转换器120吸收的光互补的光。例如，滤色器CF可以阻挡波长带与将入射到第二光电转换器120的第二波长带或第三波长带互补的光。因此，第二光电转换器120可以对第三波长带或第二波长带的光进行光电转换。例如，第一波长带至第三波长带的光可以是绿光、红光和蓝光。另外，第一波长带至第三波长带的光可以是绿光、青光和品红光。然而，一个或更多个示例实施例不限于此。
图9是根据示例实施例的图像传感器300中包括的像素的垂直剖视图。
参照图9，图像传感器300可以包括多个像素PX，多个像素PX中的每个可以包括微镜头MLS、第一光电转换器110、第一穿通线114、第一存储节点115、第二光电转换器120、第三光电转换器130、第三穿通线134、第三存储节点135和布线层ML。多个像素PX中的每个还可以包括平坦化层PL和绝缘层IL。另外，多个像素PX中的每个还可以包括滤色器(未示出)。
第一光电转换器110可以吸收第一波长带的光，并且可以将光转换成电信号，第三光电转换器130可以吸收第三波长带的光，并且可以将光转换成电信号。第二光电转换器120可以吸收入射光的剩余分量，并且可以将入射光的剩余分量转换成电信号。
如图9中所示，当第三光电转换器130、第一光电转换器110和第二光电转换器120顺序地堆叠在微镜头MLS下方时，第二光电转换器120可以从通过微镜头MLS入射的光之中吸收除了第一波长带和第三波长带的光以外的光。例如，第二光电转换器120可以将第二波长带的光转换成电信号。在一个或更多个示例实施例中，为了选择性地吸收第二波长带的光，在微镜头MLS和第二光电转换器120之间可以具有滤色器(未示出)。
在一个或更多个示例实施例中，第一光电转换器110和第三光电转换器130可以包括有机光电二极管。第一光电转换器110可以包括上电极111、颜色选择层112和下电极113，第三光电转换器130可以包括上电极131、颜色选择层132和下电极133。在第三光电转换器130中被转换的电信号可以经由第三穿通线134存储在第三存储节点135中。在第一光电转换器110中被转换的电信号可以经由第一穿通线114存储在第一存储节点115中。
在图9中，第一存储节点115和第三存储节点135在半导体基底SUB中沿上下方向(例如，z1-z2方向)堆叠，但不限于此。例如，第一存储节点115和第三存储节点135可以在同一水平平面上彼此分开。另外，第一存储节点115和第三存储节点135可以在y方向上或x1-x2方向上彼此分开。
第二光电转换器120是无机光电二极管并且可以处于半导体基底SUB中。第二光电转换器120的中轴CX可以与光轴MLX分开。彼此相邻的第一像素PX1和第二像素PX2中的第二光电转换器120的中轴CX可以在互不相同的方向上与光轴MLX分开。因此，第一像素PX1可以相对于从光轴MLX的左侧入射的左入射光输出与第二波长带的光学信号对应的电信号，第二像素PX2可以相对于从光轴MLX的右侧入射的右入射光输出与第二波长带的光学信号对应的电信号。电信号中的每个可以在布线层ML中包括的像素电路(未示出)中被放大并且可以用于执行相位差AF。
图9中包括的像素PX包括可以对波长带互不相同的光进行光电转换的第一光电转换器110、第二光电转换器120和第三光电转换器130，因此，一个像素PX可以输出与至少三个波长带的光学信号对应的电信号。另外，由于第一像素PX1和第二像素PX2的第二光电转换器120偏向相反方向，因此从至少一对第一像素PX1和第二像素PX2输出的电信号可以作为视差图像信号或视差图像输出。
图10是根据示例实施例的图像传感器400中包括的像素PX的垂直剖视图。
参照图10，图像传感器400可以包括多个像素PX，多个像素PX中的每个可以包括微镜头MLS、滤色器CF、第一光电转换器110、穿通线114、存储节点115、第二光电转换器120和布线层ML。多个像素PX中的每个还可以包括平坦化层PL和绝缘层IL。
微镜头MLS、平坦化层PL、滤色器CF、第一光电转换器110、第二光电转换器120和布线层ML可以顺序堆叠在微镜头MLS下方，但不限于此。例如，第一光电转换器110和第二光电转换器120的位置可以变化。第一光电转换器110可以在第二光电转换器120下方。
图10中的像素PX的构造和操作与图3中的像素PX的构造和操作类似。然而，像素PX中包括的第二光电转换器120可以不同于图3的像素PX的第二光电转换器120。因此，省略对类似元件的描述，以下将描述对第二光电转换器120的描述。
如图10中所示，第二光电转换器120可以包括第一光电转换装置121和第二光电转换装置122。第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以是诸如硅光电二极管或化合物半导体光电二极管的无机光电二极管。第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以形成在半导体基底SUB中。
第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以基于光轴MLX彼此分开。因此，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以感测从互不相同的方向入射的光。例如，第一光电转换装置121可以主要感测从x2方向(例如，光轴MLX的左侧)入射的光，第二光电转换装置122可以主要感测从x1方向(例如，光轴MLX的右侧)入射的光。
因此，第二光电转换器120可以相对于第二波长带的光输出至少两个电信号，可以基于这些电信号获得视差图像信号。
另外，图像传感器400可以包括多个像素PX1和PX2。彼此相邻的第一像素PX1和第二像素PX2可以包括针对不同种类的光或针对同一种类的光的滤色器CF，但不限于此。例如，在一个或更多个示例实施例中，多个像素PX可以不包括滤色器CF。
从分别包括在第一像素PX1和第二像素PX2中的第一光电转换装置121输出的与第二波长带的光对应的电信号构成第一图像信号(例如，左眼图像信号)，从分别包括在第一像素PX1和第二像素PX2中的第二光电转换装置122输出的电信号可以构成第二图像信号(例如，右眼图像信号)。
图11A至图11G是根据示例实施例的图像传感器400a至400g中包括的像素PX的水平剖视图。图11A至图11G示出图10中示出的像素PX的水平剖视图。为了方便描述，省略除了第一光电转换装置121和第二光电转换装置122、存储节点115以及微镜头MLS以外的元件。
参照图11A，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以布置在图像传感器400a的像素PX中。第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以彼此分开，使得第一光电转换装置121和第二光电转换装置122偏向左侧和右侧(例如，x1-x2方向)。因此，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以输出左双眼视差图像信号和右双眼视差图像信号。
存储节点115可以在剩余空间中，并且可以偏向y1方向或y2方向。在图11A中，第一像素PX1的存储节点115偏向y2方向，第二像素PX2的存储节点115偏向y1方向。然而，一个或更多个示例实施例不限于此，例如，第一像素PX1和第二像素PX2的存储节点115可以偏向于诸如y1方向或y2方向的同一方向。
参照图11B，图像传感器400b的像素PX中包括的第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以彼此分开，使得第一光电转换装置121和第二光电转换装置122偏向上下方向(例如，y1-y2方向)。因此，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以输出上双眼视差图像信号和下双眼视差图像信号。
存储节点115可以在剩余空间中，并且可以偏向x1方向或x2方向。在图11B中，第一像素PX1的存储节点115偏向x2方向，第二像素PX2的存储节点115偏向x1方向。然而，一个或更多个示例实施例不限于此，例如，第一像素PX1和第二像素PX2的存储节点115可以偏向诸如x1方向或x2方向的同一方向。
参照图11C，图像传感器400c中的像素PX的结构与图11A的图像传感器400a中的像素PX的结构类似，除了存储节点115的布置之外。
存储节点115可以偏向像素PX的对角线方向，例如，x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向。如图11C中所示，四个相邻的像素PX1至PX4的存储节点115可以偏向这四个像素PX1至PX4的中心。然而，一个或更多个示例实施例不限于此，例如，像素PX的存储节点115可以在选自于x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向的至少一个方向上。另外，像素PX的存储节点115可以偏向于同一方向。
参照图11D至图11G，图像传感器400d至400g的像素PX中包括的第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以具有三角形形状。另外，如图11G中所示，三角形的边可以形成平缓图案。在图11D至图11G中，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122偏向左右方向(例如，x1-x2方向)，但不限于此。例如，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以偏向上下方向(例如，y1-y2方向)。否则，一些像素PX的第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以偏向上下方向，其它像素PX的第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以偏向左右方向。
另外，存储节点115可以偏向选自于x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向的至少一个方向，并且如图11E和图11F中所示，存储节点115还可以形成为三角形。
如图11D和图11G中所示，多个像素PX中包括的存储节点115可以偏向同一方向(例如，x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向中的一个方向)，但不限于此。
例如，如图11E中所示，第一像素PX1、第二像素PX2、第三像素PX3和第四像素PX4中包括的存储节点115可以偏向互不相同的方向。另外，如图11F中所示，第一像素PX1和第三像素PX3中包括的存储节点115可以偏向于下部方向，并且第二像素PX2和第四像素PX4中包括的存储节点115可以偏向于上部方向。
另外，在图11D至图11G中，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122具有三角形形状，但不限于此。可按各种方式修改第一光电转换装置121和第二光电转换装置122的形状以提高像素PX的填充因子。另外，存储节点115的形状和布置可以根据第一光电转换装置121和第二光电转换装置122的形状和布置而有所不同。
图12是根据示例实施例的图像传感器500中包括的像素PX的垂直剖视图。
参照图12，多个像素PX中的每个可以包括微镜头MLS、滤色器CF、第一光电转换器110、第一存储节点115a和第二存储节点115b、第二光电转换器120和布线层ML。多个像素PX中的每个还可以包括平坦化层PL和绝缘层IL。
微镜头MLS、平坦化层PL、滤色器CF、第一光电转换器110、第二光电转换器120和布线层ML可以顺序堆叠在微镜头MLS下方。然而，一个或更多个示例实施例不限于此。例如，第一光电转换器110和第二光电转换器120的位置可以变化。第一光电转换器110可以在第二光电转换器120下方。
除了像素PX中包括的第一光电转换器110之外，图12的像素PX的构造和操作与图10的像素PX的构造和操作类似。因此，省略关于与图10中的像素PX的元件相同的元件的描述，并且以下将描述对第一光电转换器110的描述。
如图12中所示，第一光电转换器110可以包括上电极111、颜色选择层112、第一下电极113a和第二下电极113b。第一下电极113a和第二下电极113b可以基于光轴MLX彼此分开。如上所述，由于第一光电转换器110包括彼此分开的第一下电极113a和第二下电极113b，因此可以认为第一光电转换器110可以包括可输出互不相同的电信号的两个光电转换装置。
像素PX中的每个可以包括与第一下电极113a和第二下电极113b对应的第一存储节点115a和第二存储节点115b。从第一下电极113a输出的电信号可以存储在第一存储节点115a中。从第二下电极113b输出的电信号可以存储在第二存储节点115b中。
第一下电极113a和第二下电极113b可以输出与从互不相同的方向入射的光对应的电信号。例如，第一下电极113a可以输出与从x2方向(例如，光轴MLX的左侧)入射的光对应的电信号，第二下电极113b可以输出与从x1方向(例如，光轴MLX的右侧)入射的光对应的电信号。可以基于从第一下电极113a和第二下电极113b输出的两个电信号获得视差图像信号。
另外，由于第二光电转换器120包括偏向设置的第一光电转换装置121和第二光电转换装置122，因此从第一下电极113a和第一光电转换装置121输出的电信号被组合形成第一图像信号(例如，左眼图像信号)，从第二下电极113b和第二光电转换装置122输出的电信号被组合形成第二图像信号(例如，右眼图像信号)。
图13A至图13E是根据示例实施例的图像传感器500a至500e中包括的像素PX的水平剖视图。图13A至图13E示出图12中示出的像素PX的水平剖视图，并且为了方便描述，省略了除了第二光电转换器120的第一光电转换装置121和第二光电转换装置122、第一存储节点115a和第二存储节点115b以及微镜头MLS以外的元件。第一光电转换器110的第一下电极113a和第二下电极113b可以在z方向上堆叠在第一光电转换装置121和第二光电转换装置122上。
参照图13A，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以布置在图像传感器500a的像素PX中。第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以彼此分开，使得第一光电转换装置121和第二光电转换装置122偏向左方向和右方向(例如，x1-x2方向)。
第一存储节点115a和第二存储节点115b可以布置在像素PX中的剩余空间中。第一存储节点115a和第二存储节点115b可以彼此分开，使得第一存储节点115a和第二存储节点115b偏向x1-x2方向。
参照图13B，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以彼此分开，使得第一光电转换装置121和第二光电转换装置122偏向上方向和下方向(例如，y1-y2方向)。
第一存储节点115a和第二存储节点115b可以布置在像素PX中的剩余空间中。第一存储节点115a和第二存储节点115b可以彼此分开，使得第一存储节点115a和第二存储节点115b偏向y1-y2方向。
参照图13C，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以具有三角形形状。另外，第一存储节点115a和第二存储节点115b可以具有三角形形状。
第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以向着左侧和右侧(例如，x1-x2方向)彼此分开。
第一存储节点115a和第二存储节点115b可以布置在像素PX中的剩余空间中，并且可以在x1-x2方向上彼此分开。
在一个或多个示例实施例中，第一光电转换装置121和第二光电转换装置122可以具有三角形形状，并且第一存储节点115a和第二存储节点115b可以彼此分开，使得第一存储节点115a和第二存储节点115b偏向上方向和下方向(例如，y1-y2方向)。
参照图13D，图像传感器500d的像素PX可以包括第一光电转换装置121、第二光电转换装置122、第三光电转换装置123和第四光电转换装置124以及第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d。例如，在图12的图像传感器500中，像素PX可以包括第一光电转换装置121、第二光电转换装置122、第三光电转换装置123和第四光电转换装置124以及偏向x1-x2方向和y1-y2方向的第一下电极113a、第二下电极113b、第三下电极113c和第四下电极113d。另外，像素PX可以包括第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d。多个像素PX中的每个可以针对第一波长带的光输出四个电信号并且可以针对第二波长带的光输出四个电信号。可以基于各波长带的四个电信号生成左侧与右侧之间和上侧与下侧之间的视差图像信号。
第一光电转换装置121、第二光电转换装置122、第三光电转换装置123和第四光电转换装置124可以偏向于像素PX的对角线方向，例如，x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向。x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向可以彼此垂直。
第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d可以布置在像素PX的剩余空间中，并且可以偏向于像素PX的对角线方向，例如，x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向。
参照图13E，图像传感器500e中的每个像素PX可以包括第一光电转换装置121、第二光电转换装置122、第三光电转换装置123和第四光电转换装置124以及第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d。类似于图13D，第一光电转换装置121、第二光电转换装置122、第三光电转换装置123和第四光电转换装置124以及第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d可以偏向像素PX的对角线方向，例如，x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向。另外，如图13E中所示，第一光电转换装置121、第二光电转换装置122、第三光电转换装置123和第四光电转换装置124以及第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d可以具有三角形形状。然而，一个或更多个示例实施例不限于此，例如，可以按各种方式修改第一光电转换装置121、第二光电转换装置122、第三光电转换装置123和第四光电转换装置124以及第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d。
图14是根据示例实施例的图像传感器600中包括的像素PX的垂直剖视图。
参照图14，图像传感器600中包括的多个像素PX中的每个可以包括微镜头MLS、滤色器CF、第一光电转换器110、第一存储节点115a和第二存储节点115b、第二光电转换器120和布线层ML。多个像素PX中的每个还可以包括平坦化层PL和绝缘层IL。
微镜头MLS、平坦化层PL、滤色器CF、第一光电转换器110、第二光电转换器120和布线层ML可以顺序堆叠在微镜头MLS下方。然而，一个或更多个示例实施例不限于此。例如，第一光电转换器110和第二光电转换器120的位置可以变化。第一光电转换器110可以在第二光电转换器120下方。
如图14中所示，第二光电转换器120的中轴CX可以与光轴MLX重合。第二光电转换器120可以将第二波长带的光学信号转换成电信号并且可以输出电信号。
另外，第一光电转换器110可以包括上电极111、颜色选择层112、第一下电极113a和第二下电极113b。第一下电极113a和第二下电极113b可以基于光轴MLX彼此分开。如上所述，由于第一光电转换器110包括彼此分开的第一下电极113a和第二下电极113b，因此可以认为第一光电转换器110包括输出互不相同的电信号的两个光电转换装置。
像素PX中的每个可以包括与第一下电极113a和第二下电极113b以及第一存储节点115a和第二存储节点115b对应的穿通线。从第一下电极113a输出的电信号可以被存储在第一存储节点115a中。从第二下电极113b输出的电信号可以被存储在第二存储节点115b中。
第一下电极113a和第二下电极113b可以输出与从基于光轴MLX的不同方向入射的光对应的电信号。例如，第一下电极113a可以输出与从x2方向(例如，光轴MLX的左侧)入射的光对应的电信号，第二下电极113b可以输出与从x1方向(例如，光轴MLX的右侧)入射的光对应的电信号。
可以基于从第一下电极113a和第二下电极113b输出的两个电信号获得视差图像信号。
图15A和图15B是分别包括在根据示例实施例的图像传感器600a和600b中的像素PX的水平剖视图。图15A和图15B示出图14中示出的像素PX的水平剖视图，并且为了方便描述，示出了第一光电转换器110的第一下电极113a和第二下电极113b、与第一下电极113a和第二下电极113b对应的第一存储节点115a和第二存储节点115b以及微镜头MLS，并且省略了其它元件。
参照图15A，第一下电极113a和第二下电极113b可以布置在图像传感器600a的像素PX中。第一下电极113a和第二下电极113b可以彼此分开，使得第一下电极113a和第二下电极113b偏向左侧和右侧(例如，x1-x2方向)，如图15A中所示，但不限于此。例如，在其它示例实施例中，第一下电极113a和第二下电极113b可以彼此分开，使得第一下电极113a和第二下电极113b偏向上方向和下方向(例如，y1-y2方向)。第二光电转换器120(如图14中所示)可以在第一下电极113a和第二下电极113b下方。第二光电转换器120的水平剖面的面积可以大于第一下电极113a和第二下电极113b的水平剖面面积之和。
第一存储节点115a和第二存储节点115b可以布置在像素PX的剩余空间中。第一存储节点115a和第二存储节点115b可以彼此分开，使得第一存储节点115a和第二存储节点115b偏向x1-x2方向。否则，第一存储节点115a和第二存储节点115b可以彼此分开，使得第一存储节点115a和第二存储节点115b偏向y1-y2方向。
如图15A中所示，第一下电极113a和第二下电极113b以及第一存储节点115a和第二存储节点115b具有正方形形状，但不限于此。例如，可以按各种方式修改第一下电极113a和第二下电极113b或第一存储节点115a和第二存储节点115b的形状。
参照图15B，图像传感器600b的像素PX可以包括第一下电极113a、第二下电极113b、第三下电极113c以及第四下电极113d和第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d。即，在图14的图像传感器600中，像素PX可以包括偏向x1-x2方向和y1-y2方向的第一下电极113a、第二下电极113b、第三下电极113c和第四下电极113d。另外，像素PX可以包括与第一下电极113a、第二下电极113b、第三下电极113c和第四下电极113d对应的第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d。多个像素PX中的每个可以针对第一波长带的光输出四个电信号并且可以针对第二波长带的光输出四个电信号。可以基于各波长带的四个电信号生成左侧与右侧之间和上侧与下侧之间的视差图像信号。
如图15B中所示，第一下电极113a、第二下电极113b、第三下电极113c和第四下电极113d可以偏向像素PX的对角线方向，例如，x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向。x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向可以彼此垂直。
第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d可以布置在像素PX的剩余空间中，并且可以偏向像素PX的对角线方向，例如，x1y1方向、x1y2方向、x2y1方向和x2y2方向。
第一下电极113a、第二下电极113b、第三下电极113c和第四下电极113d以及第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d可以具有正方形形状，但不限于此。例如，可以按各种方式修改第一下电极113a、第二下电极113b、第三下电极113c和第四下电极113d以及第一存储节点115a、第二存储节点115b、第三存储节点115c和第四存储节点115d的形状。
图16是根据示例实施例的图像传感器700中包括的像素PX的垂直剖视图。
参照图16，图像传感器700可以包括多个像素PX，多个像素PX中的每个可以包括微镜头MLS、第一光电转换器110、穿通线114、第一存储节点115a、第二存储节点115b和第三存储节点135、第二光电转换器120、第三光电转换器130和布线层ML。多个像素PX中的每个还可以包括平坦化层PL和绝缘层IL1和IL2。另外，多个像素PX中的每个还可以包括滤色器(未示出)。
第一光电转换器110可以吸收第一波长带的光以将光转换成电信号，第三光电转换器130可以吸收第三波长带的光以将光转换成电信号。第二光电转换器120可以吸收入射光的剩余分量并且可以将入射光的剩余分量转换成电信号。
如图16中所示，当第三光电转换器130、第一光电转换器110和第二光电转换器120顺序堆叠在微镜头MLS下方时，第二光电转换器120可以吸收通过微镜头MLS的除了第一波长带和第三波长带的光以外的入射光。例如，第二光电转换器120可以将第二波长带的光转换成电信号。这里，为了选择性地吸收第二波长带的光，可以在微镜头MLS和第二光电转换器120之间具有滤色器(未示出)。
根据示例实施例中，第一光电转换器110和第三光电转换器130可以包括有机光电二极管。第一光电转换器110可以包括上电极111、颜色选择层112以及下电极113a和113b，第三光电转换器130可以包括上电极131、颜色选择层132和下电极133。从第一光电转换器110的下电极113a、113b和第三光电转换器130的下电极133输出的电信号可以经由穿通线114存储在与下电极113a、113b和133对应的存储节点115a、115b和135中。
另外，第一光电转换器110可以包括第一下电极113a和第二下电极113b。第一下电极113a和第二下电极113b可以基于光轴MLX彼此分开。如上所述，由于第一光电转换器110包括彼此分开的第一下电极113a和第二下电极113b，因此可以认为第一光电转换器110可以包括输出互不相同的电信号的两个光电转换装置。
从第一下电极113a输出的电信号可以存储在第一存储节点115a中，从第二下电极113b输出的电信号可以存储在第二存储节点115b中。
第一下电极113a和第二下电极113b可以输出与从基于光轴MLX的互不相同的方向入射的光对应的电信号。例如，第一下电极113a可以输出与从x2方向(例如，第一下电极113a的左侧)入射的光对应的电信号，第二下电极113b可以输出与从x1方向(例如，第二下电极113b的右侧)入射的光对应的电信号。
可以基于从第一下电极113a和第二下电极113b输出的两个电信号获得视差图像信号。
图16中示出的像素PX包括可以对不同波长带的光进行光电转换的第一光电转换器110、第二光电转换器120和第三光电转换器130，因此，各像素PX可以输出与至少三个波长带的光对应的电信号。另外，由于第一光电转换器110包括偏向的两个下电极113a和113b，因此第一下电极113a和第二下电极113b可以输出两个电信号，并且可以基于这两个电信号来生成视差图像信号。
图17是根据示例实施例的图像传感器700a中包括的像素PX的垂直剖视图。
参照图17，图像传感器700a可以包括多个像素PX，多个像素PX中的每个可以包括微镜头MLS、第一光电转换器110、第二光电转换器120、第三光电转换器130、穿通线114、存储节点115a、115b、135a和135b以及布线层ML。多个像素PX中的每个还可以包括平坦化层PL以及绝缘层IL1和IL2。另外，多个像素PX中的每个还可以包括滤色器(未示出)。
图17的像素PX可以具有与图16的像素PX的结构和操作类似的结构和操作。然而，图17中的像素PX的第三光电转换器130可以不同于图16中的像素PX的第三光电转换器130。
如图17中所示，第三光电转换器130可以包括上电极131、颜色选择层132以及第一下电极133a和第二下电极133b。第一下电极133a和第二下电极133b可以基于光轴MLX彼此分开。如上所述，由于第三光电转换器130包括彼此分开的第一下电极133a和第二下电极133b，因此可以认为第三光电转换器130包括输出两个不同电信号的两个光电转换装置。
从第三光电转换器130的第一下电极133a和第二下电极133b输出的电信号可以被存储在分别与第一下电极133a和第二下电极133b对应的存储节点135a和135b中。
第一下电极133a和第二下电极133b可以输出与从基于光轴MLX的不同方向入射的光对应的电信号。例如，第一下电极133a可以输出与从x2方向(例如，第一下电极133a的左侧)入射的光对应的电信号，第二下电极133b可以输出与从x1方向(例如，第二下电极133b的右侧)入射的光对应的电信号。可以基于从第一下电极133a和第二下电极133b输出的两个电信号获得视差图像信号。
另外，由于第一光电转换器110包括彼此偏向设置的第一下电极113a和第二下电极113b，因此从第一光电转换器110中包括的第一下电极113a和第三光电转换器130中包括的第一下电极133a输出的两个电信号可以被组合以形成第一图像信号(例如，左眼图像信号)，从第一光电转换器110中包括的第二下电极113b和第三光电转换器130中包括的第二下电极133b输出的两个电信号可以被组合以形成第二图像信号(例如，右眼图像信号)。
图18是根据示例实施例的图像传感器700b中包括的像素PX的垂直剖视图。
参照图18，图像传感器700b可以包括多个像素PX，多个像素PX中的每个可以包括微镜头MLS、第一光电转换器110、第二光电转换器120a、第三光电转换器130、穿通线114、存储节点115a、115b、135a和135b以及布线层ML。多个像素PX中的每个还可以包括平坦化层PL以及绝缘层IL1和IL2。
第一光电转换器110可以吸收第一波长带的光，并且可以将光转换成电信号，第二光电转换器120a可以吸收第二波长带的光，并且将光转换成电信号，第三光电转换器130可以吸收第三波长带的光，并且可以将光转换成电信号。
第一光电转换器110、第二光电转换器120a和第三光电转换器130可以包括有机光电二极管。第一光电转换器110可以包括上电极111、颜色选择层112和下电极113a、113b，第二光电转换器120a可以包括上电极121a、颜色选择层122a和下电极123a，第三光电转换器130可以包括上电极131、颜色选择层132和下电极133。从第一光电转换器110的下电极113a和113b、第二光电转换器120a的下电极123a以及第三光电转换器130的下电极133输出的电信号可以经由穿通线114被分别存储在与下电极113a、113b、123a和133对应的存储节点115a、115b、135a和135b中。存储节点115a、115b、135a和135b可以在半导体基底SUB中。
另外，第一光电转换器110可以包括第一下电极113a和第二下电极113b。第一下电极113a和第二下电极113b可以基于光轴MLX彼此分开。
第一下电极113a和第二下电极113b可以输出与从基于光轴MLX的不同方向入射的光对应的电信号。可以基于从第一下电极113a和第二下电极113b输出的两个电信号来获得视差图像信号。
图18的像素PX可以包括对不同波长带的光进行光电转换的第一光电转换器110、第二光电转换器120a和第三光电转换器130，因此，一个像素PX可以输出与至少三个波长带的光学信号对应的电信号。另外，由于第一光电转换器110包括偏向设置的两个下电极113a和113b并且第一下电极113a和第二下电极113b输出两个电信号，因此可以基于这两个电信号生成视差图像信号。
以上，参照图3至图18描述了根据一个或更多个示例实施例的图像传感器和该图像传感器中包括的像素。然而，本说明书的技术范围不限于上述示例实施例，而是可以按各种方式修改一个或更多个示例实施例。
图19A和图19B是示出根据示例实施例的像素阵列PXAa、PXAb中的聚焦像素FPX的图示。
根据以上参照图1至图18描述的示例实施例的输出相位差图像信号的像素可以被称为聚焦像素。在一个或更多个示例实施例中，聚焦像素FPX可以完全布置在像素阵列中，但不限于此。
参照图19A和图19B，聚焦像素FPX可以设置在像素阵列PXAa中的至少一个点处。
例如，至少一个聚焦像素FPX可以位于像素阵列PXAa的中心部分上或***部分上。一般像素GPX可以布置在除了聚焦像素FPX所处的点之外的剩余区域上。在一个或更多个示例实施例中，一般像素GPX可以具有多层结构，在该多层结构中，光电转换器的中轴可以与光轴重合。
参照图19B，至少一个聚焦像素FPX可以布置在像素阵列PXAb的行方向(例如，x1-x2方向)上，或者布置在像素阵列PXAb的列方向(例如，y1-y2方向)上。
图20A至图20E是示出布置多个聚焦像素FPX的示例的图示。
FPX指聚焦像素，GPX指一般像素。如图20A和图20B中所示，聚焦像素FPX可以布置在对角线方向上。另外，如图20C和图20D中所示，聚焦像素FPX可以布置在行方向或列方向上。另外，如图20E中所示，多个聚焦像素FPX可以布置为矩阵。
聚焦像素FPX可以布置在像素阵列PXAa或PXAb的至少一个点上，如图19A和图19B中所示。
图21是根据示例实施例的数字成像设备1000的框图。
根据示例实施例的数字成像设备1000可以包括成像单元1110、图像传感器1120、存储器1130、存储/读取控制器1140、数据存储单元1142、程序存储单元1150、显示驱动单元1162、显示单元1164、CPU/DSP 1170和操纵单元1180。
由CPU/DSP 1170控制数字成像设备1000的整体操作。CPU/DSP 1170可以向镜头驱动单元1112、光圈驱动单元1115和控制器1122提供用于操作各装置的控制信号。
CPU/DSP 1170、信号处理器1123、控制器1122和存储/读取控制器1140可以包括处理器和存储器(未示出)。
存储器可以是非易失性存储装置，例如，只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存装置、相变RAM(PRAM)、磁性RAM(MRAM)、电阻RAM(RRAM)、铁电RAM(FRAM)等。
存储器可以包含当由处理器执行时将处理器构造为专用计算机的计算机可读代码。例如，该代码可以将CPU/DSP 1170构造为专用计算机，以控制镜头驱动单元1112、光圈驱动单元1115和控制器1122。
存储器1130、数据存储单元1142和程序存储单元1150可以是易失性存储装置，例如，静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)等。
成像单元1110是用于接收光的装置，并且可以包括镜头1111、镜头驱动单元1112、光圈1113和光圈驱动单元1115。
镜头1111可以包括多个镜头。由镜头驱动单元1112调节镜头1111的位置。例如，镜头驱动单元1112可以根据CPU/DSP 1170提供的控制信号来调节镜头1111的位置。
可以由光圈驱动单元1115调节光圈1113的开口程度，以调节入射到成像单元1110的光的强度。
图像传感器1120可以将入射光转换成图像信号。图像传感器1120可以包括像素阵列1121、控制器1122和信号处理器1123。
已经过镜头1111和光圈1113的光学信号将对象的图像聚焦到像素阵列1121的光接收表面上。像素阵列1121可以是将光学信号转换成电信号的互补型金属氧化物半导体图像传感器(CIS)。可以由控制器1122调节像素阵列1121的灵敏度。控制器1122可以根据由实时输入的图像信号自动生成的控制信号或用户手动输入的控制信号来控制像素阵列1121。
可以通过快门(未示出)来调节像素阵列1121的曝光时间。快门(未示出)可以是通过移动盖子来调节光的入射的机械快门或者是通过向像素阵列1121供应电信号来控制曝光的电子快门。
信号处理器1123可以针对从像素阵列1121供应的模拟信号来执行诸如降噪、增益调节、波形成形和模数转换的处理。信号处理器1123可以执行用于执行相位差AF的信号处理。
经信号处理器1123处理的信号可以在经过存储器1130之后或者在不经过存储器1130的情况下输入到CPU/DSP 1170。这里，存储器1130作为数字成像设备1000的主存储器来操作，并且暂时存储在CPU/DSP 1170的操作期间所需的信息。程序存储单元1150可以存储用于驱动数字成像设备1000的诸如操作***或应用***的程序。
此外，数字成像设备1000可以包括显示单元1164，显示单元1164用于显示数字成像设备1000的操作状态或数字成像设备1000所捕捉的图像信号。显示单元1164可以向用户提供可视信息和/或可听信息。显示单元1164可以由例如液晶显示(LCD)面板或有机发光二极管(OLED)形成，以提供可视信息。另外，显示单元1164可以是可识别触摸输入的触摸屏。
显示驱动单元1162可以向显示单元1164提供驱动信号。
CPU/DSP 1170可以处理输入成像信号，并且根据成像信号或外部输入信号来控制装置。CPU/DSP 1170可以降低输入成像信号中的噪声，并且可以执行用于提高图像质量的诸如伽玛校正、滤色器阵列插值、颜色矩阵、颜色校正或颜色增强的图像信号处理。另外，可以压缩图像数据(通过执行用于提高图像质量的图像信号处理而生成)以生成图像文件，或者可以由图像文件恢复图像数据。图像的压缩格式可以是可逆格式或不可逆格式。例如，静止图像可被转换成联合图像专家组(JPEG)格式或JPEG 2000格式。否则，就视频而言，可根据移动图片专家组(MPEG)标准来压缩多个帧以生成视频文件。可以根据例如可交换图像文件(Exif)格式生成视频文件。
从CPU/DSP 1170输出的图像数据被直接地或经由存储器1130而输入到存储/读取控制器1140中，存储/读取控制器1140可以根据从该用户输入的或者自动输入的信号将图像数据存储在数据存储单元1142中。另外，存储/读取控制器1140可以从存储在数据存储单元1142中的图像文件中读取图像的数据，并且可以经由存储器1130或经由另一个通道(passage)将数据输入到显示驱动单元1162中以使显示单元1164显示图像。数据存储单元1142可以是可拆卸的，或者可以被永久安装在数字成像设备1000中。
另外，CPU/DSP 1170可以执行诸如不清晰的(indistinct)处理、颜色处理、模糊化(blurring)处理、边缘着重(edge emphasis)处理、图像插值处理、图像识别处理或图像特效处理的处理。图像识别处理可以包括面部识别或场景识别。此外，CPU/DSP 1170可以处理用于将显示图像显示在显示单元1164上的图像信号。例如，CPU/DSP 1170可以执行亮度级别控制、颜色调节、对比度调节、锐化调节、屏幕划分、字符图像的产生或图像组合。CPU/DSP1170可以连接到外部监视器，并且可以执行设定的(或者可选地，预定的)图像信号处理，以在外部监视器上显示图像。CPU/DSP 1170可以将图像数据发送到外部监视器以在外部监视器上显示图像。
另外，CPU/DSP 1170可以执行存储在程序存储单元1150中的程序或者包括用于生成对自动聚焦功能AF、变焦调节、聚焦调节或自动曝光调节进行控制的控制信号的额外模块，并且可以向光圈驱动单元1115、镜头驱动单元1112和控制器1122提供控制信号。另外，CPU/DSP 1170可以控制数字成像设备1000中包括的诸如快门或闪光灯的装置的整体操作。
操纵单元1180是用户可以通过其输入控制信号的单元。操纵单元1180可以包括用于将像素阵列1121曝光至设定的(或者可选择地，预定的)时间段以拍摄图像的快门释放按钮、用于输入控制电源开启/关闭的控制信号的电源按钮、用于根据输入而增大或减小视角的变焦按钮、模式选择按钮以及其它成像设置值调节按钮。操纵单元1180可以形成为任何类型，例如，可以被形成为按钮、键盘、触摸板、触摸屏或遥控器，只要用户可以通过其输入控制信号即可。
图22是具有根据示例实施例的数字成像设备1000的一些额外元件的CPU/DSP 1170a的框图。
CPU/DSP 1170a可以包括AF信号提取器71、成像信号处理器72、相位差AF处理器73、AF微计算机75和编解码器76。CPU/DSP 1170a还可以包括对比度AF处理器74。像素阵列1121可以包括以上参照图1至图20E描述的像素结构和布置。
成像信号处理器72、相位差AF处理器73、编解码器76和对比度AF处理器74中的一个或更多个可以包括处理器和存储器(未示出)。
存储器可以包含当被处理器执行时将处理器构造为专用计算机的计算机可读代码。例如，该代码可以将成像信号处理器72构造为专用计算机，以对从像素阵列1121输出的成像信号执行图像处理。
AF信号提取器71可以从布置在像素阵列1121中的像素(例如，聚焦像素)中提取相位差检测信号。AF信号提取器71可以从至少一个像素中提取第一相位差检测信号和第二相位差检测信号。例如，可以根据像素在行方向或列方向上的位置来检测第一相位差检测信号的强度和第二相位差检测信号的强度。根据示例实施例，如果第一相位差检测信号或第二相位差检测信号的信噪比低，则根据行方向上的像素位置来集成和获得同一行中包括的几列中的像素的第一相位差检测信号，并根据行方向上的像素位置来集成和获得同一列中包括的几行的像素的第二相位差检测信号。
成像信号处理器72从像素阵列1121提取成像信号，并且执行成像信号的信号处理。成像信号处理器72可以接收从像素阵列1121输出并且已经经历了由信号处理器1123进行的降噪处理、信号幅度调节处理和模拟-数字转换处理的成像信号，并且可以执行诸如插值、白平衡处理、伽玛处理、锐化处理和降噪处理的处理。根据示例实施例，图像处理可以由信号处理器1123执行。另外，成像信号处理器72可以针对从像素阵列1121输出的RGB格式的信号执行色坐标转换处理，例如，成像信号处理器72可以将RGB信号转换成YCC信号。
相位差AF处理器73可以使用第一相位差检测信号和第二相位差检测信号执行相位差AF。相位差AF处理器73可以根据以上参照图2A至图2C描述的方法来执行相位差AF。
在一个或更多个示例实施例中，相位差AF处理器73可以计算第一相位差检测信号和第二相位差检测信号之间的相关值，以确定焦点对准状态。例如，可以根据像素位置来计算第一相位差检测信号和第二相位差检测信号之间的相关值，然后，当该相关值等于或大于像素阵列的中心部分处的临界值时，确定中心部分处于焦点对准状态。否则，可以确定可不执行AF。
对比度AF处理器74可以使用被成像信号处理器72处理的成像信号基于对比度值来执行AF。对比度AF处理器74可以通过使用带通滤波器来提取与成像信号的对比度分量对应的射频分量。另外，可以针对所提取的对比度分量执行诸如整合处理的设定的(或者可选地，预定的)处理。例如，可以根据延时拍摄(time lapse)来整合对比度分量。对比度AF处理器74可以驱动镜头1111使得对比度分量最高。
例如，对比度AF处理器74可以使用从被转换成YCC信号的成像信号之中的Y分量(即，亮度分量)执行对比度AF。
AF微计算机75可以通过使用由相位差AF处理器73计算的相位差AF结果值和由对比度AF处理器74计算的对比度AF结果值来生成镜头驱动控制信号，并且可以将镜头驱动控制信号输出到镜头驱动单元1112。
尽管图22示出相位差AF和对比度AF一起执行，但一个或更多个示例实施例不限于此。例如，可以只使用在相位差AF处理器73中执行的相位差AF结果来执行AF。
图23是根据示例实施例的图像传感器2100的框图。
如图23中所示，图像传感器2100可以包括像素阵列2110、控制器2130、行驱动器2120、像素信号读取单元2140和信号处理器2150。像素阵列2110可以包括以上根据一个或更多个示例实施例描述的像素。像素可以具有包括有机光电转换器或无机光电转换器的多层结构，此外，像素可以具有只包括有机光电转换器的多层结构。因此，可以减小用于输出图像的单位像素的大小，并且可以输出清晰的图像。另外，像素可以输出用于执行相位差AF的相位差图像信号。
像素阵列2110可以包括二维地布置的多个像素，这多个像素中的每个像素可以包括感光器件，例如，有机光电转换器或无机光电转换器。感光器件可以吸收光以产生电荷，并且根据所产生的电荷的电信号(输出电压)可以被提供到像素信号读取单元2140。包括在像素阵列2110中的多个像素中的一个像素可以以行为单位逐一提供输出电压，因此，可以通过从行驱动器2120输出的选择信号同时激活包括在像素阵列2110的一个行中的像素。所选择的行中包括的像素可以根据被吸收的光将输出电压提供到与所选择的行对应的列的输出线。
控制器2130、信号处理器2150、斜坡发生器2148、相关双采样器(CDS)2142和模数转换器(ADC)2144中的一个或更多个可以包括处理器和存储器(未示出)。
存储器可以包含被处理器执行时将处理器构造为专用计算机的计算机可读代码。例如，该代码可以将信号处理器2150构造为专用计算机，以对来自缓冲器2146的像素数据执行图像处理。
缓冲器2146可以是易失性存储装置，例如，静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)等。
控制器2130可以控制行驱动器2120，使得像素阵列2110可以吸收光并且累积电荷，暂时存储所累积的电荷，或者将根据所存储电荷的电信号输出到像素阵列2110的外部。另外，控制器2130可以控制像素信号读取单元2140来测量从像素阵列2110提供的输出电压。
像素信号读取单元2140可以包括相关双采样器(CDS)2142、模数转换器(ADC)2144和缓冲器2146。CDS 2142可以采样并且保持从像素阵列2110提供的输出电压。CDS 2142可以执行一定噪声电平(level)和根据所产生的输出电压的电平(level)的双采样，并且可以输出与以上两个电平之间的差异对应的电平。另外，CDS 2142可以接收由斜坡信号发生器2148生成的斜坡信号，以将该斜坡信号与来自像素阵列2110的输出电压进行比较并且可以输出比较结果。
ADC 2144可以将与从CDS 2142发送的电平对应的模拟信号转换成数字信号。缓冲器2146可以锁存该数字信号，所锁存的数字信号可以被顺序输出到信号处理器2150或图像传感器2100的外部。
信号处理器2150可以相对于被发送的像素数据执行插值处理。信号处理器2150可以执行诸如降噪、增益调节、波形整形、插值、白平衡处理、伽玛处理和/或锐化的处理。信号处理器2150可以执行用于执行相位差AF的信号处理。信号处理器2150可以包括在图像传感器2100中，但不限于此。
例如，在一个或更多个示例实施例中，信号处理器2150可以包括在位于图像传感器2100之外的处理器中。
图24是根据示例实施例的***2200的框图。***2200可以是需要图像数据的计算***、相机***、扫描仪、汽车导航***、视频电话、安全***或运动检测***中的一个。
参照图24，***2200可以包括CPU(或处理器)2210、非易失性存储器2220、图像传感器2230、输入/输出装置2240和随机存取存储器(RAM)2250。CPU 2210可以经由总线2260与非易失性存储器2220、图像传感器2230、输入/输出装置2240和RAM 2250通信。图像传感器2230可以被形成为独立的半导体芯片，或者可以与CPU 2210集成为一个半导体芯片。图像传感器2230可以包括以上根据一个或更多个示例实施例描述的像素。
图25是根据示例实施例的包括图像传感器3040和接口的电子***3000的图示。
参照图25，电子***3000可以被形成为能够使用或支持移动行业处理器接口(MIPI)的数据处理设备，例如，移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式媒体播放器(PMP)和/或智能电话。电子***3000可以包括应用处理器3010、图像传感器3040和显示器3050。
应用处理器3010中的相机串行接口(CSI)主机3012可以借助CSI与图像传感器3040的CSI装置3041串行通信。这里，例如，CSI主机3012可以包括光学解串器并且CSI装置3051可以包括光学串行器。
应用处理器3010中的显示器串行接口(DSI)主机3011可以借助DSI与显示器3050的DSI装置3051串行通信。例如，DSI主机3011可以包括光学串行器并且DSI装置3051可以包括光学解串器。
电子***3000可以包括可以与应用处理器3010通信的射频(RF)芯片3060。电子***3000的物理层(PHY)3013和RF芯片3060的PHY 3061可以根据MIPIDifRF交换数据。
电子***3000还可包括全球定位***(GPS)3020、存储器3070、麦克风3080、动态随机存取存储器(DRAM)3085和扬声器3090。另外，电子***3000可以使用微波存取全球互通(Wimax)3030、无线局域网(WLAN)3100和超宽带(UWB)3110来执行通信。
图26是根据示例实施例的成像设备的纵向剖视图。
参照图26，相机4000可以包括主体4100、图像传感器4200、镜头单元4300、显示器4400和取景器4500。
镜头单元4300可以像可从对象收集光的成像光学***那样工作并且可以将光引导到主体4100中的图像传感器4200内。镜头单元4300可以包括镜头组31，该镜头组31包括多个镜头。镜头组31可以包括用于调节焦点的聚焦镜头和用于执行变焦(zooming)操作的变焦镜头。可以在光轴方向上驱动聚焦镜头和变焦镜头，以执行变焦和聚焦操作。
图像传感器4200可以垂直于光轴。图像传感器4200可以是CMOS图像传感器，在CMOS图像传感器中，多个像素二维布置成矩阵。图像传感器4200可以针对由镜头单元4300接收的对象的光中的设定的(或者可选地，预定的)波长分量(例如，红色、蓝色和绿色波长带分量)生成电信号，并且可以将所生成的电信号作为图像信号输出。图像传感器4200可以包括根据一个或更多个示例实施例的多个像素。图像传感器4200可以生成用于执行相位差AF的相位差信号。可以基于所产生的相位差信号在光轴方向上驱动镜头单元4300中的镜头，因此，可以执行AF。
取景器4500和显示器4400可以显示拍摄对象的图像。取景器4500可以包括目镜(未示出)。另外，取景器4500可以包括可以显示图像的显示面板。用户可以通过取景器4500或显示器4400识别被拍摄的对象。
虽然已经参照发明构思的一些示例实施例特别示出和描述了发明构思的示例实施例，但应该理解，可以在不脱离随附权利要求书的精神和范围的情况下，在其中进行形式和细节上的各种变化。

Claims (25)

1.一种多层传感器结构的图像传感器，所述图像传感器包括：
多个感测像素，所述多个感测像素中的每个包括，
微镜头，被构造成收集光，
第一光电转换器，被构造成将第一波长带的光转换成电信号，以及
第二光电转换器，位于基底上，第二光电转换器被构造成将第一波长带之外的一个或更多个剩余波长带的光转换成电信号，
其中，第二光电转换器的中轴与微镜头的光轴分隔开。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，第一光电转换器包括有机光电二极管。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，第二光电转换器包括硅光电二极管或半导体化合物光电二极管。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
滤色器，被构造成基于光的波长来选择性地透射光。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
第一感测像素和第二感测像素，第一感测像素与第二感测像素相邻，其中，
第一感测像素中的第二光电转换器的中轴在第一方向上与光轴分隔开，以及
第二感测像素中的第二光电转换器的中轴在第二方向上与光轴分隔开，第二方向是与第一方向不同的方向。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，第一方向和第二方向彼此相反。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，
第一感测像素被构造成输出与第一波长带的光对应的第一电信号和与第二波长带的光对应的第二电信号，以及
第二感测像素被构造成输出与第一波长带的光对应的第一电信号和与第三波长带的光对应的第三电信号。
8.根据权利要求5所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
焦点检测器，被构造成基于从第一感测像素和第二感测像素输出的双眼视差图像信号之间的相位差来执行焦点检测操作。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
存储节点，在基底上与第二光电转换器分隔开，存储节点被构造成存储来自第一光电转换器的电信号。
10.根据权利要求9所述图像传感器，其中，存储节点的中轴在第二光电转换器与光轴分隔开所沿的方向相反的方向上与光轴分隔开。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个感测像素包括：
第一感测像素、第二感测像素、第三感测像素和第四感测像素，第一感测像素、第二感测像素、第三感测像素和第四感测像素中的每个包括第二光电转换器，使得在第一感测像素、第二感测像素、第三感测像素和第四感测像素中的每个中，第二光电转换器的中轴在不同方向上与光轴分隔开。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述不同方向彼此垂直。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
布线层，被连接到所述多个感测像素，其中，第一光电转换器、第二光电转换器和布线层顺序地堆叠在微镜头下方。
14.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
第三光电转换器，被构造成将第三波长带的光转换成电信号。
15.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器是半导体芯片。
16.一种成像设备，包括：
镜头，被构造成收集从对象反射的光；以及
多层传感器结构的图像传感器，所述图像传感器包括具有多个像素的像素阵列，所述多个像素中的至少一个是聚焦像素，聚焦像素包括，
微镜头，
第一光电转换器，被构造成将第一波长带的光转换成电信号，以及
第二光电转换器，包括与微镜头的光轴分隔开的第一光电转换装置，第二光电转换器被构造成将第二波长带的光转换成电信号。
17.根据权利要求16所述的成像设备，其中，第一光电转换器包括有机光电二极管，并且第二光电转换器包括硅光电二极管或半导体化合物光电二极管。
18.根据权利要求16所述的成像设备，其中，所述至少一个聚焦像素包括：
第一聚焦像素和第二聚焦像素，第一聚焦像素与第二聚焦像素相邻，第一聚焦像素和第二聚焦像素中均包括一个第一光电转换装置，使得第一聚焦像素和第二聚焦像素中包括的第一光电转换装置在相反方向上与微镜头的光轴分隔开。
19.根据权利要求16所述的成像设备，其中，第二光电转换器还包括：
第二光电转换装置，基于光轴与第一光电转换装置分隔开。
20.根据权利要求16所述的成像设备，所述成像设备还包括：
自动聚焦处理器，被构造成通过基于从第二光电转换器输出的电信号检测光的相位差来执行焦点检测，以及
自动聚焦控制器，被构造成基于检测到的焦点来调节物镜的位置。
21.一种具有多层结构的图像传感器，所述图像传感器包括：
多个感测像素，所述多个感测像素包括：
微镜头，被构造成收集入射光，以及
多个光电转换器，顺序堆叠在微镜头下方，所述多个光电转换器被构造成将不同波长带的入射光选择性地转换成不同的电信号，所述多个光电转换器中的至少一个具有形成在基底中的一个或更多个光电转换装置，所述一个或更多个光电转换装置基于微镜头的光轴分隔开。
22.根据权利要求21所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
滤色器，被构造成基于光的波长来选择性地透射入射光。
23.根据权利要求21所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
存储节点，被构造成存储来自所述多个光电转换器的电信号。
24.根据权利要求21所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
焦点检测器，被构造成基于从所述多个感测像素输出的双眼视差图像信号之间的相位差来执行焦点检测操作。
25.根据权利要求21所述的图像传感器，其中，所述多个光电转换器包括有机光电二极管和无机光电二极管中的至少一个，无机光电二极管包括硅或半导体化合物。
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