專利名稱：用于3d成像的有具有交替偏光的濾光器的圖像傳感器的制作方法
用于3D成像的有具有交替偏光的濾光器的圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大體上涉及圖像傳感器，且更具體但不排他地說，涉及3D圖像傳感器。
背景技術(shù)：
近年來，三維(3D)電影在電影院播放，并且受到公眾很大關(guān)注。3D電視和顯示器也可供家庭使用?？梢允褂?D DVD播放器來播放3D電影，且因此可以在家看3D電影。3D顯示器也可稱為立體顯示器。
主要是通過允許左眼只看到左視圖且右眼只看到右視圖來執(zhí)行對3D圖像的顯示。左視圖與右視圖之間的差別產(chǎn)生視差，使得觀看者感覺他在看3D物體。要讓左眼只看到左視圖，右眼只看到右視圖，必須將這兩個視圖彼此隔離。可以在時間上編碼(即，交替顯示)顯示器提供的左視圖和右視圖。可以用同步方式打開和關(guān)閉一對眼鏡快門，使得通過佩戴眼鏡，左眼將只看到左視圖，且右眼將只看到右視圖。還可對左視圖和右視圖進行偏光編碼。舉例來說，可使左視圖水平偏光，而使右視圖垂直偏光。一對偏光眼鏡于是可具有針對左眼的水平偏光器和針對右眼的垂直偏光器。通過佩戴偏光眼鏡，左眼和右眼將只看到其相應(yīng)視圖。
一些常規(guī)3D成像系統(tǒng)使用兩個分開的相機來捕獲3D圖像-一個用來記錄左視圖，另一個用來記錄右視圖。其它常規(guī)系統(tǒng)可使用具有兩個各別的圖像傳感器的單個相機來記錄左視圖和右視圖。其它常規(guī)系統(tǒng)可包含使用單個圖像傳感器的單個相機，其中分別在圖像傳感器的左半邊和右半邊記錄左視圖和右視圖。
在更新近的常規(guī)系統(tǒng)中，可實施使用單個圖像傳感器的單個相機，其中使用雙凸透鏡或微透鏡陣列將左視圖和右視圖分開，以便將左圖像和右圖像交錯到圖像傳感器上。然而，使用雙凸透鏡或微透鏡的交錯可能會增加像素串?dāng)_，而且還可能會引入捕獲到的左圖像與右圖像之間的串?dāng)_。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于三維(“3D”)成像的圖像傳感器，所述圖像傳感器包括:多個像素單元，其布置成列和行的陣列；以及所述多個像素單元中的第一像素單元；所述多個像素單元中的第二像素單元，其中所述第二像素單元與所述第一像素單元鄰接；所述多個像素單元中的第三像素單元，其中所述第三像素單元與所述第二像素單元鄰接，使得所述第二像素單元設(shè)置在所述第一像素單元與第三像素單元之間；以及多個濾光器，其包含在所述像素單元中，布置成行和列的所述陣列，且設(shè)置在所述圖像傳感器的光入射側(cè)上，以過濾去往所述像素單元的感光區(qū)的具有第一偏光和第二偏光的經(jīng)偏光編碼的光，其中所述第一像素單元包含具有所述第一偏光的第一濾光器，所述第二像素單元包含具有所述第二偏光的第二濾光器，且所述第三像素單元包含具有所述第一偏光的第三濾光器。
本發(fā)明還提供一種用于三維(“3D”)成像的成像系統(tǒng)，其包括:第一通道，其用于產(chǎn)生3D物體的第一視圖；第二通道，其用于產(chǎn)生所述3D物體的第二視圖；光束分裂器，其耦合到所述第一通道和第二通道，以組合所述第一視圖和第二視圖以輸出具有對應(yīng)于所述3D物體的所述第一視圖的第一偏光和對應(yīng)于所述3D物體的所述第二視圖的第二偏光的經(jīng)偏光編碼的光；以及圖像傳感器，其經(jīng)耦合以接收所述經(jīng)偏光編碼的光，所述圖像傳感器包含:多個像素單元，其布置成列和行的陣列；以及所述多個像素單元中的第一像素單元；所述多個像素單元中的第二像素單元，其中所述第二像素單元與所述第一像素單元鄰接；所述多個像素單元中的第三像素單元，其中所述第三像素單元與所述第二像素單元鄰接，使得所述第二像素單元設(shè)置在所述第一像素單元與第三像素單元之間；以及多個濾光器，其包含在所述像素單元中，布置成行和列的所述陣列，且設(shè)置在所述圖像傳感器的光入射側(cè)上，以過濾去往所述像素單元的感光區(qū)的所述經(jīng)偏光編碼的光，其中所述第一像素單元包含具有所述第一偏光的第一濾光器，所述第二像素單元包含具有所述第二偏光的第二濾光器，且所述第三像素單元包含具有所述第一偏光的第三濾光器。


參照下圖描述本發(fā)明的非限制性且非詳盡的實施例，其中除非另有指明，否則在各個圖中相同的參考標(biāo)號指代相同的部分。
圖1是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖像傳感器的示范性框圖。
圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖像傳感器內(nèi)的兩個四晶體管(“4T”)像素的像素電路的示范性電路圖。
圖3是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖像傳感器的像素單元陣列的圖。
圖4是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的具有每一鄰近列有交替偏光的濾光器的像素單元陣列的圖。
圖5是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的具有每一鄰近行有交替偏光的濾光器的像素單元陣列的圖。
圖6是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的具有有布置成棋盤圖案的偏光的濾光器的像素單元陣列的圖。
圖7(a)_7(f)圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的具有有布置成棋盤圖案的偏光的濾光器的像素單元陣列，其中每一像素單元包含單個成像像素。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的成像系統(tǒng)的功能框圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的成像與顯示系統(tǒng)的功能框圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖像傳感器的部分的橫截面圖。
圖11是根據(jù) 本發(fā)明的一實施例的另一圖像傳感器的一部分的橫截面圖。
具體實施方式
本文中描述用于3D成像的有具有交替偏光的濾光器的圖像傳感器的實施例。在以下描述中，為了提供對實施例的透徹理解而闡述了許多具體細節(jié)。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，本文中所述的技術(shù)可在沒有所述具體細節(jié)中的一者或一者以上的情況下或使用其它方法、組件、材料等來實踐。在其它例子中，未詳細展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以避免使某些方面混淆。
本說明書中對“一個實施例”或“一實施例”的參考意味著結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，短語“在一個實施例中”或“在一實施例中”在本說明書各處的出現(xiàn)不一定全部指代同一實施例。此外，在一個或一個以上實施例中，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可用任何合適的方式組合。
圖1是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖像傳感器100的示范性框圖。圖像傳感器100的圖解說明的實施例包含有源區(qū)域(即，像素陣列105)、讀出電路110、功能邏輯115和控制電路120。
舉例來說，像素陣列105是后側(cè)或前側(cè)照明的成像像素(例如，像素P1、P2……Pn)的二維陣列。在一個實施例中，每一像素是有源像素傳感器(“APS”)，例如互補金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)成像像素。如圖解說明的，每一像素布置成行(例如，行Rl到Ry)和列(例如，列Cl到Cx)，以獲得人、地點或物體的圖像數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)接著可以用來再現(xiàn)這個人、地點或物體的圖像。
在每一像素已經(jīng)采集了其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，圖像數(shù)據(jù)被讀出電路110讀出且傳送到功能邏輯115。讀出電路110可包含放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路或其它電路。功能邏輯115可簡單地存儲圖像數(shù)據(jù)，或甚至通過應(yīng)用后期圖像效果(例如，修剪、旋轉(zhuǎn)、去紅目艮、調(diào)整亮度、調(diào)整對比度或其它效果)來操縱圖像數(shù)據(jù)。在一個實施例中，讀出電路110可沿著讀出列線一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)(有圖解說明)，或者可使用各種其它技術(shù)(未圖解說明)來讀出圖像數(shù)據(jù)，所述技術(shù)例如是串行讀出或同時完全并行讀出所有像素。
控制電路120耦合到像素陣列105以控制像素陣列105的操作特性。舉例來說，控制電路120可產(chǎn)生快門信號，用于控制圖像采集。
圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖像傳感器內(nèi)的兩個四晶體管(“4T”)像素的像素電路的示范性電路圖。像素電路200是用于實施圖1的像素陣列105內(nèi)的每一像素的一種可能的像素電路架構(gòu)。然而，應(yīng)明白，本發(fā)明的實施例不限于4T像素架構(gòu)，而是，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員得益于本發(fā)明將了解，本教示也可適用于3T設(shè)計、5T設(shè)計和各種其它像素架構(gòu)。
在圖2中，像素Pa和Pb布置成兩行和一列。每一像素電路200的圖解說明的實施例包含光電二極管H)、傳遞晶體管Tl、復(fù)位晶體管T2、源極跟隨(“SF”)晶體管T3和選擇晶體管T4。在操作期間，傳遞晶體管Tl接收傳遞信號TX，其將光電二極管TO中積累的電荷傳遞到浮動擴散節(jié)點FD。
復(fù)位晶體管T2耦合在電力軌VDD與浮動擴散節(jié)點FD之間，以在復(fù)位信號RST的控制下進行復(fù)位(例如，將FD放電或充電到預(yù)設(shè)電壓)。浮動擴散節(jié)點FD耦合到SF晶體管T3的柵極。SF晶體管T3耦合在電力軌VDD與選擇晶體管T4之間。SF晶體管T3作為源極跟隨器操作，從浮動擴散節(jié)點FD提供高阻抗輸出。最后，選擇晶體管T4在選擇信號SEL的控制下選擇性地將像素電路200的輸出耦合到讀出列線。在一個實施例中，由控制電路120產(chǎn)生TX信號、RST信號和SEL信號。可通過圖像傳感器中包含的金屬互連層在像素電路100中路由TX信號、RST信號、SEL信號、VDD和接地。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖像傳感器的像素單元(例如，像素單元302、304、306、308和310)的陣列300的圖。在一個方面中，“像素單元”是一個或一個以上成像像素的群組，例如圖1中的圖像傳感器100中的像素陣列105的成像像素。在圖像傳感器的有源區(qū)域中可包含若干彩色成像像素， 例如紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)成像像素。舉例來說，像素單元302被圖解說明為包含布置成拜耳圖案的四個彩色成像像素(例如，一個R像素、一個B像素和兩個G像素)。根據(jù)本發(fā)明的教示，其它彩色成像像素和其它彩色圖案(未圖示)可實施成像素單元。
如圖解說明，陣列300的每一像素單元布置成行(例如，行Rl到Rj)和列(例如，列Cl到Ci)。因此，根據(jù)本文中的教示的圖像傳感器可包含成像像素的陣列和像素單元的陣列兩者，其中像素單元的陣列就是像素陣列中的成像像素的有組織的群組。
本發(fā)明的實施例可經(jīng)配置以接收含有用于對三維(3D)圖像進行成像的信息的經(jīng)偏光編碼的光。舉例來說，入射在圖像傳感器上的光可包含偏光成對應(yīng)于3D物體的第一視圖的第一偏光的光，且還可包含偏光成對應(yīng)于3D物體的第二視圖的第二偏光的光。在一個實施例中，第一視圖是“左視圖”且第二視圖是“右視圖”，以允許圖像傳感器產(chǎn)生視差。因此，根據(jù)本文中提供的教示的圖像傳感器可包含具有交替偏光的濾光器以過濾去往像素單元的感光區(qū)的經(jīng)偏光編碼的光。
舉例來說，圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的具有每一鄰近列有交替偏光的相應(yīng)濾光器(例如，408、410和412)的像素單元(例如，像素單元402,404和406)的陣列400的圖。陣列400是圖3的陣列300的一種可能的實施方案。
濾光器可覆蓋整個像素單元(例如，如圖3所示，拜耳圖案的全部四個成像像素)。在圖解說明的實例中，濾光器的偏光使每一鄰近列交替。因此，列Cl中的所有濾光器可具有相同偏光，例如垂直偏光。類似地，列C3中的所有濾光器可具有與列Cl中相同的偏光。然而，列C2的濾光器可具有與列Cl和C3中的濾光器不同的偏光。在一個實施例中，列C2中的濾光器的偏光與列Cl和C3兩者中的濾光器的偏光正交。
舉例來說，圖4圖解說明全部設(shè)置在陣列400的同一行Rl中的像素單元402、404和406。像素單元402與像素單元404的左側(cè)鄰接，且像素單元406與像素單元404的右側(cè)鄰接，使得像素單元404位于像素單元402與406之間。分別包含在像素單元402和406中的濾光器408和412兩者均包 含相同偏光，例如垂直偏光。然而，這兩者之間的像素單元404中包含的濾光器410具有與右側(cè)和左側(cè)的濾光器的偏光不同的偏光。在一個實施例中，濾光器410的偏光與濾光器408和412的偏光正交。
雖然圖4圖解說明與列的方向一致的垂直偏光和與行的方向一致的水平偏光，但是應(yīng)明白，垂直偏光不必須平行于列，且水平偏光不必須垂直于列。因此，垂直和水平偏光的術(shù)語僅可用于簡化和清晰，以描述任何一對正交線性偏光。
通過使像素單元的每一鄰近列的濾光器的偏光交替，可在圖像傳感器上使3D物體的第一視圖和第二視圖交錯。舉例來說，如果左視圖沿著水平偏光而偏光，且右視圖沿著垂直偏光而偏光，則捕獲到的左圖像和右圖像將逐列交錯。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的具有每一鄰近行有交替偏光的相應(yīng)濾光器(例如，508、510和512)的像素單元(例如，像素單元502,504和506)的陣列500的圖。陣列400是圖3的陣列300的一種可能的實施方案。
濾光器可覆蓋整個像素單元(例如，如圖3所示，拜耳圖案的全部四個成像像素)。在圖解說明的實例中，濾光器的偏光使每一鄰近行交替。因此，行Rl中的所有濾光器可具有相同偏光，例如垂直偏光。類似地，行R3中的所有濾光器可具有與行Rl中相同的偏光。然而，行R2的濾光器可具有與行Rl和R3中的濾光器不同的偏光。在一個實施例中，行R2中的濾光器的偏光與行Rl和R3兩者中的濾光器的偏光正交。
舉例來說，圖5圖解說明全部設(shè)置在陣列500的同一列Cl中的像素單元502、504和506。像素單元502與像素單元504的頂側(cè)鄰接，且像素單元506與像素單元504的底側(cè)鄰接，使得像素單元504位于像素單元502與506之間。分別包含在像素單元502和506中的濾光器508和512兩者均包含相同偏光，例如垂直偏光。然而，這兩者之間的像素單元504中包含的濾光器510具有與頂部和底部的濾光器的偏光不同的偏光。在一個實施例中，濾光器510的偏光與濾光器508和512的偏光正交。
通過使像素單元的每一鄰近行的濾光器的偏光交替，可在圖像傳感器上使3D物體的第一視圖和第二視圖交錯。舉例來說，如果左視圖沿著水平偏光而偏光，且右視圖沿著垂直偏光而偏光，則捕獲到的左圖像和右圖像將逐行交錯。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的具有有布置成棋盤圖案的偏光的相應(yīng)濾光器(例如，濾光器608、610、612、618和620)的像素單元(例如，602、604、606、614和616)的陣列600的圖。陣列600是圖3的陣列300的一種可能的實施方案。
濾光器可覆蓋整個像素單元(例如，如圖3所示，拜耳圖案的全部四個成像像素)。在圖解說明的實例中，濾光器的偏光使每一鄰近行和每一鄰近列交替。因此，每一濾光器可具有與其鄰近濾光器的偏光不同的偏光。
舉例來說，圖6圖解說明全部設(shè)置在陣列600的同一行Rl中的像素單元602、604和606。像素單元602與像素單元604的左側(cè)鄰接，且像素單元606與像素單元604的右側(cè)鄰接，使得像素單元604位于像素單元602與606之間。分別包含在像素單元602和606中的濾光器608和612兩者均包含相同偏光，例如垂直偏光。然而，這兩者之間的像素單元604中包含的濾光器610具有與左側(cè)和右側(cè)的鄰近濾光器的偏光不同的偏光。在一個實施例中，濾光器610的偏光與濾光器608和612的偏光正交。
類似地，像素單元602、614和616全部設(shè)置在陣列600的同一列Cl中。像素單元602與像素單元614的頂側(cè)鄰接，且像素單元616與像素單元614的底側(cè)鄰接，使得像素單元614位于像素單元602與616之 間。分別包含在像素單元602和616中的濾光器608和620兩者均包含相同偏光，例如垂直偏光。然而，這兩者之間的像素單元614中包含的濾光器618具有與頂部和底部的濾光器的偏光不同的偏光。在一個實施例中，濾光器618的偏光與濾光器608和620的偏光正交。
通過使像素單元的每一鄰近行和每一鄰近列的濾光器的偏光交替，可在圖像傳感器上使3D物體的第一視圖和第二視圖交錯。舉例來說，如果左視圖沿著水平偏光而偏光，且右視圖沿著垂直偏光而偏光，則捕獲到的左圖像和右圖像將以對應(yīng)于像素單元的行和列的棋盤圖案交錯。
圖7(a)_7(f)圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一實施例的具有有布置成棋盤圖案的偏光的濾光器的像素單元(例如，像素單元702和704)的陣列700，其中每一像素單元包含單個成像像素。陣列700是圖3的陣列300的一種可能的實施方案。
陣列700類似于圖6的陣列600，因為濾光器的偏光布置成對應(yīng)于像素單元的行和列的棋盤圖案。此外，陣列700的濾光器可覆蓋整個像素單元。然而，陣列700中的像素單元包含單個成像像素。換句話說，根據(jù)此實施例，陣列700的像素單元可包含僅僅一個成像像素。因此，像素單元的行和列直接對應(yīng)于像素陣列的行和列。在圖解說明的實例中，濾光器的偏光使每一鄰近行和每一鄰近列交替。因此，每一像素單元(即，成像像素)的每一濾光器可具有與其鄰近濾光器的偏光不同的偏光。
圖7 (a)展示具有濾光器的交替偏光的像素單元702和704的陣列700的實施例，而圖7(b)圖解說明包含成像像素706和708的圖像傳感器的有源區(qū)域?？梢钥闯觯袼貑卧?02包含成像像素706且不包含其它成像像素，而像素單元704包含成像像素708且不包含其它成像像素。陣列700中包含的成像像素的數(shù)目通常大約為幾千，但是可以是幾百，或者任何數(shù)目。陣列700中展示的成像像素的有源區(qū)域包含標(biāo)示為紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)像素的彩色像素。
如果左視圖沿著水平偏光而偏光，且右視圖沿著垂直偏光而偏光，則捕獲到的左圖像和右圖像被陣列700采樣，且相應(yīng)地交錯。舉例來說，圖7 (c)展示一個R像素、一個B像素和兩個G像素(S卩，圖7(c)中用陰影指示)由具有垂直偏光的濾光器的成像像素采樣，且可形成捕獲到的右圖像的拜耳單元。類似地，圖7(d)展示另一組彩色像素(即，也在圖7(d)中用陰影指示)由具有垂直偏光的濾光器的成像像素采樣，且可形成捕獲到的右圖像的另一拜耳單元。
圖7(e)展示一個R像素、一個B像素和兩個G像素(S卩，圖7(e)中用陰影指示)由具有水平偏光的濾光器的成像像素采樣，且可形成捕獲到的左圖像的拜耳單元。圖7(f)展示另一組彩色成像像素(即，圖7(f)中用陰影指示)由具有水平偏光的濾光器的成像像素采樣，且可形成捕獲到的左圖像的另一拜耳單元。
通過使像素單元的每一鄰近行和每一鄰近列的濾光器的偏光交替，可在圖像傳感器上使3D物體的第一視圖和第二視圖交錯。舉例來說，如果左視圖沿著水平偏光而偏光，且右視圖沿著垂直偏光而偏光，則捕獲到的左圖像和右圖像將以對應(yīng)于像素單元的行和列的棋盤圖案交錯。因此，應(yīng)明白，交替偏光的濾光器的陣列可以布置成任何期望圖案。當(dāng)左視圖沿著第一偏光而偏光且右視圖沿著第二偏光而偏光時，捕獲到的左圖像和右圖像由成像像素的陣列采樣，且根據(jù)對應(yīng)濾光器的偏光圖案而交錯。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的成像系統(tǒng)800的功能框圖。成像系統(tǒng)800被圖解說明為包含第一通道802、第二通道804、光束分裂器808和圖像傳感器806。第一通道802被圖解說明為包含透鏡810、反射鏡812和任選的偏光器816。第二通道804被說明為包含透鏡820、反射鏡822和824，以及任選的偏光器826。圖像傳感器806可以是具有任何上述陣列的圖像傳感器，包含圖1的像素陣列105、圖3的陣列300、圖4的陣列400、圖5的陣列500、圖6的陣列600或圖7的陣列700。
在圖解說明的實例中，第一通道802經(jīng)配置以產(chǎn)生3D物體的第一視圖803。在一個實施例中，第一視圖803可以是物體的“左視圖”。第二通道804可以經(jīng)配置以產(chǎn)生3D物體的第二視圖805。舉例來說，第二視圖805可以是物體的“右視圖”。當(dāng)一起顯示時，第一視圖和第二視圖803和805可允許產(chǎn)生被成像的物體的視差。
如圖8所示，第一和第二視圖803和805通過光束分裂器808組合，以產(chǎn)生經(jīng)偏光編碼的光801。經(jīng)偏光編碼的光801具有對應(yīng)于第一視圖803的第一偏光的光,且還包含對應(yīng)于第二視圖805的第二偏光的光。
在一個實施例中，不包含任選的偏光器816和826,使得第一和第二視圖803和805是被成像的物體的未經(jīng)偏光 的視圖。在此實施例中，光束分裂器808是經(jīng)配置以使第一和第二視圖803和805組合和偏光的偏光光束分裂器。舉例來說，光束分裂器808可用第一偏光使第一視圖803偏光,且還可用第二偏光使第二視圖805偏光。光束分裂器808可接著組合經(jīng)偏光的第一視圖和第二視圖以產(chǎn)生經(jīng)偏光編碼的光801。
在另一實施例中，光束分裂器808是非偏光光束分裂器,且任選的偏光器816和826包含在其相應(yīng)的通道中。偏光器816接著經(jīng)配置以用第一偏光使第一視圖偏光,而偏光器826經(jīng)配置以用第二偏光使第二視圖偏光。非偏光光束分裂器808接著組合經(jīng)偏光的第一和第二視圖803和805以產(chǎn)生經(jīng)偏光編碼的光801。雖然在成像透鏡810和820的光入射側(cè)上圖解說明了偏光器816和826，但是偏光器可設(shè)置在在到達非偏光光束分裂器808之前沿著其相應(yīng)通道的光路徑的任何位置處。
在一個實例中，第一視圖803是被成像的物體的“左視圖”，且被偏光光束分裂器808水平偏光。類似地，第二視圖805可以是物體的“右視圖”，且被偏光光束分裂器808垂直偏光。以此方式，圖像傳感器806的包含水平偏光的濾光器的成像像素捕獲物體的左圖像，而包含垂直偏光的濾光器的成像像素捕獲物體的右圖像。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的成像與顯示系統(tǒng)900的功能框圖。成像與顯示系統(tǒng)900被圖解說明為包含左成像通道902、右成像通道904、圖像傳感器910、電子處理單元912、存儲裝置914和3D顯示器916。左和右成像通道902和904可包含參看圖8所描述的成像通道802和804。類似地，圖像傳感器910可以是具有包含圖1的像素陣列105、圖3的陣列300、圖4的陣列400、圖5的陣列500、圖6的陣列600或圖7的陣列700在內(nèi)的任何上述陣列的圖像傳感器。
圖9圖解說明光906，其包含物體的“左視圖”，左視圖由左成像通道902產(chǎn)生，且在第一方向上被偏光(例如，水平偏光)。圖9還圖解說明光908,其包含物體的“右視圖”,右視圖由右成像通道904產(chǎn)生,且在與第一方向正交的第二方向上被偏光(例如，垂直偏光)。由左成像通道902和右成像通道904形成的圖像被圖像傳感器910捕獲，圖像傳感器910具有在相同的第一和第二方向上交替的正交偏光的偏光器的陣列。左圖像和右圖像由成像像素采樣，且在圖像傳感器的有源區(qū)域上交錯。圖像傳感器910被電子處理單元912讀出。在一個實施例中，電子處理單元是專用集成電路(“ASIC”)等等。在電子處理單元912中，左圖像與右圖像分開，必要時加以處理，且用適合于存儲在存儲裝置914中或適合于由3D顯示器916顯示的格式組合。存儲裝置914可包含任何用機器可存取的形式提供(即，存儲和/或傳輸)信息的 機構(gòu)。舉例來說，存儲裝置914包含可記錄媒體(例如，隨機存取存儲器(RAM)、磁盤存儲媒體、光學(xué)存儲媒體、快閃存儲器裝置等等)。
此外，3D顯示器916可包含任何顯示(例如，輸出、投影、發(fā)射、呈現(xiàn)等等)圖像傳感器910成像的物體的視差的裝置。舉例來說，3D顯示器916可以是IXD顯示器、立體顯示器、投影儀、雙凸透鏡打印機等等。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的圖像傳感器1000的部分的橫截面圖。圖像傳感器1000是任何上述圖像傳感器的一種可能的實施方案，包含圖1的圖像傳感器100、圖8的圖像傳感器806和圖9的圖像傳感器910。圖像傳感器1000被圖解說明為包含像素單元1002、1004和1006。圖10將像素單元1002圖解說明為具有若干成像像素，包含成像像素1014。成像像素1014包含感光區(qū)1008、彩色濾光片1018和微透鏡1032。圖10中還展示了半導(dǎo)體層1010、濾光器1026、1028和1030，以及經(jīng)偏光編碼的光1035。經(jīng)偏光編碼的光1035被展示為包含具有第一偏光的光1037和具有第二偏光的光1039。
圖10將成像像素1014的感光區(qū)1008圖解說明為設(shè)置在半導(dǎo)體層1010中。在一個實施例中，感光區(qū)1008包含光電二極管，且可布置成4T像素架構(gòu)，例如在圖2的像素電路200中。此外，成像像素1014可以是互補金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)成像像素。
設(shè)置在半導(dǎo)體層1010上的是層(或?qū)拥慕M合)1016。層1016可包含用于在成像像素1014與設(shè)置在圖像傳感器1000的外圍區(qū)域(未圖示)上的讀出或控制電路之間路由電信號的一個或一個以上金屬層。舉例來說，圖像傳感器1000的外圍電路可包含圖1的讀出電路110、功能邏輯115和控制電路120。成像像素1014還被展示為包含設(shè)置在層1016上的彩色濾光片1018。在圖解說明的實例中，彩色濾光片1018可以是紅色或藍色彩色濾光片，使得像素單元1002的彩色成像像素形成期望的彩色圖案，例如拜耳圖案。成像像素1014還包含設(shè)置在圖像傳感器1000的光入射側(cè)上的微透鏡1032，用于將光聚焦到感光區(qū)1008。
圖10中還展示了濾光器1026。在圖解說明的實例中，濾光器1026設(shè)置在像素單元1002中包含的每一成像像素的彩色濾光片與微透鏡之間。然而，應(yīng)認(rèn)識到，濾光器1026可設(shè)置在沿著微透鏡1032與感光區(qū)1008之間的光路徑的任何位置處。濾光器1026具有第一偏光，而鄰近像素單兀1004中的濾光器1028具有第二偏光。濾光器1026的偏光與濾光器1028的偏光不同。舉例來說，濾光器1026可具有與濾光器1028的偏光正交的偏光。在圖解說明的實例中，濾光器1026可水平偏光，而濾光器1028垂直偏光。類似地，濾光器1030具有與濾光器1026的偏光相同的偏光。因此，濾光器1030也可水平偏光。
在操作中，在圖像傳感器1000的光入射側(cè)處接收經(jīng)偏光編碼的光1035。經(jīng)偏光編碼的光1035包含被水平偏光的光1037和被垂直偏光的光1039。在一個實施例中，光1037對應(yīng)于3D物體的“左視圖”，而光1039對應(yīng)于3D物體的“右視圖”，使得圖像傳感器1000可形成物體的視差圖像。由于濾光器1026具有水平偏光，所以濾光器1026透射(即，穿過)經(jīng)偏光編碼的光1035的經(jīng)水平偏光的光1037，但是阻擋(S卩，吸收)經(jīng)垂直偏光的光1039。類似地，鄰近像素單元1004的濾光器1028透射經(jīng)垂直偏光的光1039，且阻擋經(jīng)水平偏光的光1037。因此，感光區(qū)1008可捕獲物體的左圖像的一部分，而感光區(qū)1012可捕獲物體的右圖像的一部分。
在一個實施例中，濾光器1026由用碘浸潰的聚乙烯醇(PVA)制成。在制造濾光器期間，PVA聚合物鏈可被拉伸，使得其在材料中形成對準(zhǔn)的線性分子陣列。碘摻雜劑附接到PVA分子，且使其沿鏈的長度傳導(dǎo)。平行于鏈而偏光的光被吸收，且垂直于鏈而偏光的光被透射。對于上述實施例，經(jīng)偏光的濾光器可在制造圖像傳感器期間使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝形成在圖像傳感器上?？赏ㄟ^分別在水平和垂直偏光的濾光器形成期間施加電場或磁場來對準(zhǔn)偏光器陣列中的碘晶體。在晶體被對準(zhǔn)和固定之后，濾光器可吸收平行于晶體對準(zhǔn)方向偏光的光，且透射垂直于晶體對準(zhǔn)方向偏光的光。在另一實施例中，濾光器可從偏光片中切害I]，且粘貼到圖像傳感器上。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的另一圖像傳感器1100的一部分的橫截面圖。圖像傳感器1100是包含圖1的圖像傳感器100的任何上述圖像傳感器的一種可能的實施方案，包含圖1的圖像傳感器100、圖8的圖像傳感器806和圖9的圖像傳感器910。圖像傳感器1100被圖解說明為包含像素單元1102、1104和1106。圖11將像素單元1102圖解說明為具有若干成像像素，包含成像像素1114。成像像素1114包含感光區(qū)1008、彩色濾光片1118和微透鏡1132。圖11中還展示了半導(dǎo)體層1010、濾光器1126、1128和1130，以及經(jīng)偏光編碼的光1035。
圖像傳感器1100類似于圖10的圖像傳感器1000，只不過濾光器1126、1128和1130設(shè)置在微透鏡上方。此外，圖像傳感器1100包含透明的平坦化層1120，此層設(shè)置在微透鏡(例如，微透鏡1132)上，其中濾光器可接著形成在平坦化層1120上。因此，在圖11的實例中，成像像素1114的微透鏡1132設(shè)置在濾光器1126與感光區(qū)1114之間。
上文對本發(fā)明的圖解說明的實施例的描述，包含說明書摘要中描述的內(nèi)容，不希望是詳盡的或者將本發(fā)明限于所揭示的精確形式。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，雖然本文中出于說明的目的描述了本發(fā)明的具體實施例和實例，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)可進行各種修改。
可鑒于上文的詳細描述對本發(fā)明進行這些修改。所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應(yīng)理解為將本發(fā)明限制于說明書中揭示的具體實施例。實際上，本發(fā)明的范圍應(yīng)完全由所附權(quán)利要求書來確定，應(yīng)當(dāng) 根據(jù)已確定的權(quán)利要求解釋原則來理解所附權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種用于三維“3D”成像的圖像傳感器，所述圖像傳感器包括: 多個像素單元，其布置成列和行的陣列；以及 所述多個像素單元中的第一像素單元； 所述多個像素單元中的第二像素單元，其中所述第二像素單元與所述第一像素單元鄰接; 所述多個像素單元中的第三像素單元，其中所述第三像素單元與所述第二像素單元鄰接，使得所述第二像素單元設(shè)置在所述第一像素單元與第三像素單元之間；以及 多個濾光器，其包含在所述像素單元中，布置成行和列的所述陣列且設(shè)置在所述圖像傳感器的光入射側(cè)上，以過濾去往所述像素單元的感光區(qū)的具有第一偏光和第二偏光的經(jīng)偏光編碼的光，其中所述第一像素單元包含具有所述第一偏光的第一濾光器，所述第二像素單元包含具有所述第二偏光的第二濾光器，且所述第三像素單元包含具有所述第一偏光的第三濾光器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中每一鄰近列中的濾光器在所述第一偏光與所述第二偏光之間交替。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中每一鄰近行中的濾光器在所述第一偏光與所述第二偏光之間交替。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述濾光器的偏光布置成與所述陣列的所述列和行對應(yīng)的棋盤圖案，其中所述濾光器的所述偏光使每一鄰近列和每一鄰近行在所述第一偏光與所述第二偏光之間交替。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述第一偏光與所述第二偏光正交。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述經(jīng)偏光編碼的光包含偏光成對應(yīng)于3D物體的第一視圖的所述第一偏光的光和偏光成對應(yīng)于所述3D物體的第二視圖的所述第二偏光的光。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述多個像素單元中的每一者包含設(shè)置在所述圖像傳感器的半導(dǎo)體層中的僅僅一個成像像素。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述多個像素單元中的每一者包含設(shè)置在所述圖像傳感器的半導(dǎo)體層中的多個成像像素。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其中所述像素單元中的每一者中包含的所述多個成像像素布置成拜耳圖案。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中每一像素單元包含至少一個成像像素，所述成像像素包括: 感光區(qū)，其設(shè)置在所述圖像傳感器的半導(dǎo)體層中； 彩色濾光片，其設(shè)置在所述圖像傳感器的所述光入射側(cè)上；以及 微透鏡，其設(shè)置在所述光入射側(cè)上以將光聚焦到所述感光區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器，其中所述至少一個成像像素的對應(yīng)濾光器設(shè)置在所述彩色濾光片與所述微透鏡之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器，其中所述至少一個成像像素進一步包括設(shè)置在所述微透鏡上的平坦化層，且其中所述至少一個成像像素的對應(yīng)濾光器設(shè)置在所述平坦化層上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器是互補金屬氧化物半導(dǎo)體“CMOS”圖像傳感器。
14.一種用于三維“3D”成像的成像系統(tǒng)，其包括: 第一通道，其用于產(chǎn)生3D物體的第一視圖； 第二通道，其用于產(chǎn)生所述3D物體的第二視圖； 光束分裂器，其耦合到所述第一通道和第二通道，以組合所述第一視圖和第二視圖以輸出具有對應(yīng)于所述3D物體的所述第一視圖的第一偏光和對應(yīng)于所述3D物體的所述第二視圖的第二偏光的經(jīng)偏光編碼的光；以及 圖像傳感器，其經(jīng)耦合以接收所述經(jīng)偏光編碼的光，所述圖像傳感器包含: 多個像素單元，其布置成列和行的陣列；以及 所述多個像素單元中的第一像素單元； 所述多個像素單元中的第二像素單元，其中所述第二像素單元與所述第一像素單元鄰接; 所述多個像素單元中的第三像素單元，其中所述第三像素單元與所述第二像素單元鄰接，使得所述第二像素單元設(shè)置在所述第一像素單元與第三像素單元之間；以及 多個濾光器，其包含在所述像素單元中，布置成行和列的所述陣列且設(shè)置在所述圖像傳感器的光入射側(cè)上， 以過濾去往所述像素單元的感光區(qū)的所述經(jīng)偏光編碼的光，其中所述第一像素單元包含具有所述第一偏光的第一濾光器，所述第二像素單元包含具有所述第二偏光的第二濾光器，且所述第三像素單元包含具有所述第一偏光的第三濾光器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中所述第一通道和第二通道產(chǎn)生所述3D物體的未經(jīng)偏光的視圖，且其中所述光束分裂器是偏光光束分裂器，其經(jīng)配置以組合分別具有所述第一偏光和第二偏光的所述第一視圖和第二視圖，以產(chǎn)生所述經(jīng)偏光編碼的光。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中所述第一通道包含經(jīng)耦合以用所述第一偏光使所述3D物體的所述第一視圖偏光的第一偏光器，所述第二通道包含經(jīng)耦合以用所述第二偏光使所述第二視圖偏光的第二偏光器，且其中所述光束分裂器是非偏光光束分裂器。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中每一鄰近列中的濾光器在所述第一偏光與所述第二偏光之間交替。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中每一鄰近行中的濾光器在所述第一偏光與所述第二偏光之間交替。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中所述濾光器的偏光布置成對應(yīng)于所述陣列的所述列和行的棋盤圖案，其中所述濾光器的所述偏光使每一鄰近列和每一鄰近行在所述第一偏光與所述第二偏光之間交替。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中所述第一偏光與所述第二偏光正交。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中所述多個像素單元中的每一者包含設(shè)置在所述圖像傳感器的半導(dǎo)體層中的僅僅一個成像像素。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中所述多個像素單元中的每一者包含設(shè)置在所述圖像傳感器的半導(dǎo)體層中的多個成像像素。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的成像系統(tǒng)，其中所述像素單元中的每一者中包含的所述多個成像像素布置成拜耳圖案。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的成像系統(tǒng)，其中每一像素單元包含至少一個成像像素，所述成像像素包括: 感光區(qū)，其設(shè)置在所述圖像傳感器的半導(dǎo)體層中； 彩色濾光片，其設(shè)置在所述圖像傳感器的所述光入射側(cè)上；以及 微透鏡，其設(shè)置在所述光入射側(cè)上以將光聚焦到所述感光區(qū)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的成像系統(tǒng)，其中所述至少一個成像像素的對應(yīng)濾光器設(shè)置在所述彩色濾光片與所述微透鏡之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的成像系統(tǒng)，其中所述至少一個成像像素進一步包括設(shè)置在所述微透鏡上的平坦化層，且其中所述至少一個成像像素的對應(yīng)濾光器設(shè)置在所述平坦化層上 。
全文摘要
本申請案涉及一種用于3d成像的有具有交替偏光的濾光器的圖像傳感器。一種用于三維“3D”成像的圖像傳感器包含第一、第二和第三像素單元，其中所述第二像素單元設(shè)置在所述第一像素單元與第三像素單元之間。所述像素單元中包含的濾光器設(shè)置在所述圖像傳感器的光入射側(cè)上，以過濾去往所述像素單元的感光區(qū)的具有第一偏光和第二偏光的經(jīng)偏光編碼的光。所述第一像素單元包含具有所述第一偏光的第一濾光器，所述第二像素單元包含具有所述第二偏光的第二濾光器，且所述第三像素單元包含具有所述第三偏光的第三濾光器。
文檔編號H01L27/146GK103219350SQ20131002575
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月23日
發(fā)明者鄺江濤, 吳東暉, 代鐵軍, 單繼璋 申請人:全視科技有限公司