具有共用像素之间的栅控隔离的成像传感器和成像装置的制作方法

本公开涉及包含相位检测自动对焦能力的成像元件和成像装置。

背景技术：

1、数字图像传感器通常应用在诸如手持式相机、安保系统、电话、计算机、平板电脑和机器视觉系统等各种电子设备中，以摄取图像。为了确保所摄取的图像对焦，已经开发了各种自动对焦系统和技术。例如，已经开发了对比度检测方法和相位检测方法。每种方法都有优点和缺点。例如，对比度检测自动对焦通常比相位检测自动对焦更慢，但对比度检测自动对焦可以比相位检测自动对焦更准确。因此，许多相机和其他电子设备同时采用了对比度检测方法和相位检测方法。

2、在无反光镜成像装置中以及在实时取景或电影模式下工作的单镜头反光相机中，必须使用布置于图像传感器本身上的像素来执行自动对焦。然而，相位检测自动对焦需要使用专用的相位检测像素。由于发展趋势一直是提供越来越多数量的自动对焦点、以使得能够针对图像帧的基本上所有区域中的图像特征执行自动对焦，因此除了能够贡献用于将图像对焦的信息之外还能够贡献图像信息的相位检测像素已经变得越来越令人期望。

3、相位检测自动对焦系统通常包括成对布置的感光元件。在一些相位检测布置方案中，物理掩模确保一对像素内的单独像素接收来自成像透镜的相对两侧的光。然而，这种系统存在低光性能较差的问题，并且不能用于成像模式。在其他相位检测布置方案中，每个相位检测像素包括设置于公共微透镜下方的一对光电转换部。在这种布置方案中，像素内的光电转换部之间的隔离对于实现相位检测自动对焦操作是重要的。另外，来自像素对的信号可以用于成像模式。然而，当像素之间的隔离较大时，一个像素中的电荷可能会溢出到浮动扩散部，而不是溢出到该对像素中的另一个像素，进而导致信号线性度变差。

技术实现思路

1、本公开的实施方案提供了如下的成像元件和成像装置：其包含相位检测自动对焦像素，这些像素呈现为多光电二极管、单微透镜像素形式，也被称为recta共用像素或recta相位检测（pd）像素。每个recta共用像素可以包括第一和第二(例如，左侧和右侧、或者上侧和下侧)子像素或光电二极管。在相位检测自动对焦(pdaf：phase detection auto focus)模式下，来自recta共用像素的第一和第二光电二极管的信号被单独读出。在观看或成像模式下，来自recta共用像素的光电二极管的信号作为组合信号而被读出。在pdaf模式下，期望在第一和第二光电二极管之间维持高分离程度。在成像模式下，期望允许电荷从第一和第二光电二极管中的一者传递到第一和第二光电二极管中的另一者，以便促进输出信号的线性度。根据本公开的实施方案，能够控制recta相位检测像素内的第一和第二光电二极管之间的信号隔离量。结果，当recta相位检测像素在自动对焦模式下工作时，能够提供recta相位检测像素的各个光电二极管之间的高隔离程度，以便促进精确的pdaf能力；并且当recta pd像素在成像模式下工作时，能够提供降低的隔离程度，以便促进信号线性度。

2、根据本公开的实施方案，通过创建可变势垒（variable potential barrier）来实现recta相位检测像素的各个光电二极管之间的信号隔离的控制。更具体地，控制栅被设置得邻近于各个光电二极管之间的势垒。通过选择第一栅极电压，在相位检测自动对焦模式下能够实现高分离比（separation ratio），并且通过选择第二栅极电压，在成像模式下能够实现整个recta共用像素上的信号响应的良好线性度。因此，在本公开的实施方案中，对控制栅进行操作以控制recta共用像素的各光电二极管之间的分离量。更具体地，本公开的实施方案被配置为使得：当控制栅处于高电平或on（接通）状态时，子像素之间的信号隔离程度相对较低，并且当控制栅处于低电平或off（关断）状态时，子像素之间的隔离程度相对较高。此外，本公开的至少一些实施方案在除相位差自动对焦操作以外的所有操作中都将控制栅维持在高电平或on状态。在特定应用的特定条件下，控制栅可以被施加基于用途而定的基准电压，以便允许更精细地控制两个共用光电二极管对之间的隔离。因此，控制栅被维持为on状态以作为默认模式。

3、控制栅可以采用各种各样配置中的任一者。例如，控制栅可以被设置为平面结构，该平面结构位于形成有第一和第二光电二极管的基板的表面上。作为另一个示例，控制栅的结构可以被配置为竖直栅。作为又一个示例，控制栅可以被配置为双竖直栅。根据本公开的更多实施方案，控制栅可以具有与为各个光电二极管设置的传输栅相同或相似的元件或方面。例如，控制栅的至少一些部分可以位于同一平面中且可以具有与传输栅相同的形状。作为另一示例，控制栅的至少一些部分可以位于同一平面中且可以具有与传输栅相同的形状和尺寸。

4、根据以下说明内容，特别是结合附图时，更容易理解本公开各实施方案的其他特征和优点。

1.一种成像装置，包括：

2.如权利要求1所述的成像装置，其中，

3.如权利要求2所述的成像装置，其中，

4.如权利要求3所述的成像装置，其中，

5.如权利要求4所述的成像装置，其中，

6.如权利要求4所述的成像装置，其中，

7.如权利要求2所述的成像装置，其中，

8.如权利要求7所述的成像装置，其中，

9.如权利要求8所述的成像装置，其中，

10.如权利要求9所述的成像装置，其中，

11.如权利要求10所述的成像装置，其中，

12.如权利要求11所述的成像装置，其中，

13.如权利要求1所述的成像装置，其中，

14.一种系统，包括成像透镜、图像传感器和处理器，

15.一种方法，包括：

16.如权利要求15所述的方法，其中，

17.如权利要求15所述的方法，其中，

18.如权利要求15所述的方法，其中，

19.如权利要求15所述的方法，其中，

20.如权利要求15所述的方法，其中，