包括在三维图像传感器中的像素阵列的制作方法

本发明构思的示例性实施例总体上涉及图像传感器，更具体地，涉及包括在三维图像传感器中的像素阵列以及操作三维图像传感器的方法。

背景技术：

图像传感器是被配置为将外部入射光信号转换为电信号的半导体装置，该电信号可以用来获得与光信号对应的图像信息。最近，研究已经导向对能够基于光信号提供距离信息和图像信息的三维图像传感器的开发。三维图像传感器可以依赖于每个深度像素之间的距离和飞行时间(tof)测量来确定物体的距离。tof指激光脉冲在照射到物体上之后经反射直到激光脉冲返回其起始位置所经过的行进时间。

技术实现要素：

本发明构思的示例性实施例提供一种三维图像传感器中的像素阵列，该像素阵列能够有效地减小环境光分量并且具有相对小的尺寸。

本发明构思的示例性实施例提供一种操作能够对测量物体的距离具有改善的性能的三维图像传感器的方法。

根据本发明构思的示例性实施例，三维图像传感器中的像素阵列包括第一像素组和第一环境光消除电路。第一像素组包括第一组多个深度像素，第一组多个深度像素响应于具有不同相位的多个光控制信号来进行操作，并且基于被物体反射的光产生物体的第一距离信息。第一环境光消除电路从被物体反射的光去除环境光分量并且被第一组多个深度像素共享。第一组多个深度像素中的每个深度像素包括光电转换区域、浮置扩散区域、光栅极和排放栅极。光电转换区域基于被物体反射的光收集光电荷。浮置扩散区域连接到第一环境光消除电路并且积累光电荷。光栅极响应于所述多个光控制信号中的一个光控制信号被激活。排放栅极响应于多个排放控制信号中的一个排放控制信号被激活。所述多个排放控制信号中的每个排放控制信号具有与所述多个光控制信号中相应的一个光控制信号的相位相反的相位。光电转换区域在光栅极被激活时积累光电荷，而光电转换区域中的光电荷在排放栅极被激活时被释放。

根据本发明构思的示例性实施例，三维图像传感器中的像素阵列包括第一像素组和第一环境光消除电路。第一像素组包括第一组多个深度像素，第一组多个深度像素响应于具有不同相位的多个光控制信号进行操作，并且基于被物体反射的光产生物体的第一距离信息。第一环境光消除电路从被物体反射的光去除环境光分量，并且被第一组多个深度像素共享。第一组多个深度像素中的每个深度像素包括光电转换区域、第一浮置扩散区域和第二浮置扩散区域以及第一光栅极和第二光栅极。光电转换区域基于被物体反射的光收集光电荷。第一浮置扩散区域和第二浮置扩散区域连接到第一环境光消除电路，并且积累光电荷。第一光栅极和第二光栅极响应于所述多个光控制信号中的具有相反相位的两个光控制信号被激活。在低照度模式下，选择性地执行第一计算，在低照度模式中，三维图像传感器的操作环境的照度小于参考照度值，在第一计算中，通过从邻近的深度像素获得相位信息并且通过对获得的相位信息执行相位插值来针对每个深度像素产生距离信息。

根据本发明构思的示例性实施例，三维图像传感器中的像素阵列包括第一深度像素和第一环境光消除电路。第一深度像素响应于具有不同相位的多个光控制信号来进行操作，基于被物体反射的光产生物体的第一距离信息，并且包括多个浮置扩散区域。第一环境光消除电路从被物体反射的光去除环境光分量，并且被所述多个浮置扩散区域共享。第一深度像素包括光电转换区域、第一浮置扩散区域、第二浮置扩散区域、第三浮置扩散区域和第四浮置扩散区域以及第一光栅极、第二光栅极、第三光栅极和第四光栅极。光电转换区域基于被物体反射的光收集光电荷。第一浮置扩散区域、第二浮置扩散区域、第三浮置扩散区域和第四浮置扩散区域连接到第一环境光消除电路，并且积累光电荷。第一光栅极、第二光栅极、第三光栅极和第四光栅极响应于所述多个光控制信号被激活。在第一光栅极、第二光栅极、第三光栅极和第四光栅极被激活时光电转换区域积累光电荷。

根据本发明构思的示例性实施例，在操作三维图像传感器的方法中，三维图像传感器包括像素阵列，像素阵列包括多个深度像素，所述多个深度像素被配置为响应于具有不同相位的多个光控制信号来进行操作。在像素阵列中，确定用来基于被物体反射的光产生物体的距离信息的距离信息获取的单元。基于预定的相位模式，响应于所述多个光控制信号通过将所述多个光控制信号中的一个映射到所述多个深度像素中的相应的一个，来驱动所述多个深度像素。通过执行第一计算和第二计算中的至少一个来获得针对每个距离信息获取的单元的距离信息，在第一计算中对从邻近的深度像素获得的相位信息执行相位插值，在第二计算中，对多个深度像素中的彼此相邻的一些进行分组，并且将从分组的深度像素获得的相位信息用于获得每个距离信息。

根据本发明构思的示例性实施例，包括在三维图像传感器中的像素阵列包括第一深度像素、第二深度像素和环境光消除电路。第一深度像素和第二深度像素被配置为响应于具有不同相位的多个光控制信号来进行操作，并且基于被物体反射的光产生物体的距离信息。环境光消除电路被配置为从被物体反射的光去除环境光分量。环境光消除电路被第一深度像素和第二深度像素共享。第一深度像素包括被配置为基于被物体反射的光收集光电荷的光电转换区域，第二深度像素包括被配置为基于被物体反射的光收集光电荷的光电转换区域。第一深度像素的光电转换区域不与第二深度像素共享，第二深度像素的光电转换区域不与第一深度像素共享。

在根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列中，环境光消除电路被具有1龙头结构或2龙头结构的多个深度像素共享，从而有效地去除环境光分量并且减小三维图像传感器的尺寸。另外，在操作根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器的方法中，基于各种操作模式和/或算法来产生距离信息，从而改善三维图像传感器的性能。

附图说明

通过参照附图详细地描述本发明构思的示例性实施例，本发明构思的以上和其它特征将变得更加清楚，在附图中：

图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

图2是示出根据本发明构思的示例性实施的包括在图1的像素阵列中的第一像素组和第一环境光消除电路的示例的电路图。

图3是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括在图2的第一像素组中的第一深度像素的示例的剖视图。

图4是示出根据本发明构思的示例性实施例的施加到像素阵列的光控制信号的示例的时序图。

图5和图6是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括在图1的像素阵列中的第一像素组和第一环境光消除电路的示例的电路图。

图7是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作图1的像素阵列的方法的图。

图8是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

图9是示出根据本发明构思的示例性实施例的施加到像素阵列的光控制信号的示例的时序图。

图10是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作图8的像素阵列的方法的图。

图11是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

图12是示出根据本发明构思的示例性实施的包括在图11的像素阵列中的第一像素组和第一环境光消除电路的示例的电路图。

图13是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作图11的像素阵列的方法的图。

图14是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

图15是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作图14的像素阵列的方法的图。

图16是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

图17是示出根据本发明构思的示例性实施的包括在图16的像素阵列中的第一像素组和第一环境光消除电路的示例的电路图。

图18是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括在图17的第一像素组中的第一深度像素的示例的剖视图。

图19是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作图16的像素阵列的方法的图。

图20和图21是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

图22是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

图23是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括在图22的像素阵列中的第一深度像素和第一环境光消除电路的示例的电路图。

图24是示出根据本发明构思的示例性实施例的操作三维图像传感器的方法的流程图。

图25、图26、图27、图28和图29是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作三维图像传感器的方法的图。

图30是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器的框图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更充分地描述本发明构思的示例性实施例。贯穿附图，同样的参考标号可以指示同样的元件。

将理解的是，这里使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来将一个元件与另一元件区分开，元件不受这些术语的限制。因此，示例性实施例中的“第一”元件可以在另一示例性实施例中被描述为“第二”元件。

这里，如本领域普通技术人员将理解的是，当两个或更多个元件或值被描述为彼此基本相同或大致相等时，将理解的是，元件或值彼此等同、彼此无法区分或者彼此可区分但在功能上彼此相同。

图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

参照图1，三维图像传感器中包括的像素阵列100包括多个像素组pg11、pg12、pg13和pg14以及多个环境光消除(alc)电路alc11、alc12、alc13和alc14。

多个像素组pg11至pg14具有相同的结构或配置，并且包括多个深度像素dp11、dp12、dp13、dp14、dp15、dp16、dp17、dp18、dp19、dp1a、dp1b、dp1c、dp1d、dp1e、dp1f和dp1g。在根据图1的示例性实施例中，一个像素组可以包括四个深度像素。

如将参照图30描述的，包括像素阵列100的三维图像传感器(例如，图30的三维图像传感器1000)发出发送光(例如，图30中的发送光tx)，用发送光照射物体(例如，图30中的物体1080)。每个像素组中包括的深度像素响应于具有不同相位的多个光控制信号(例如，图2中的多个光控制信号pg1、pg2、pg3和pg4)而进行操作，基于被物体反射的光(例如，图30中的光rx)产生物体的距离信息，并且彼此共享单个环境光消除电路。

在诸如图1的平面图中，记录在每个深度像素中的数值表示施加到每个深度像素的光控制信号的相位的示例(例如，发送光与施加到每个深度像素的光控制信号之间的相位差)。在根据图1的示例性实施例中，一个像素组中包括的四个深度像素可以分别响应于具有不同相位的四个光控制信号而进行操作。

多个环境光消除电路alc11至alc14具有相同的结构或配置，并且从被物体反射的光去除环境光分量。多个环境光消除电路alc11至alc14中的每个被一个像素组中包括的深度像素共享。例如，第一环境光消除电路alc11可以被第一像素组pg11中包括的深度像素dp11至dp14共享。

虽然图1示出了像素阵列100包括四个像素组pg11至pg14和四个环境光消除电路alc11至alc14的示例，但是本发明构思的示例性实施例不限于此。例如，根据示例性实施例的像素阵列可以包括以m×n矩阵形式布置的m×n像素组(例如，m个像素组布置在第一方向d1上，n个像素组布置在与第一方向d1交叉(例如，垂直)第二方向d2上)以及环境光消除电路(例如，m×n环境光消除电路)，每个环境光消除电路对应于m×n像素组中的相应一个像素组，其中，m和n中的每个为大于2的自然数。

图2是示出根据本发明构思的示例性实施的包括在图1的像素阵列中的第一像素组和第一环境光消除电路的示例的电路图。图3是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括在图2的第一像素组中的第一深度像素的示例的剖视图。

参照图1、图2和图3，包括在第一像素组pg11中且共享第一环境光消除电路alc11的深度像素dp11至dp14可以实现为1龙头(tap)(或单龙头)结构。1龙头结构表示一个浮置扩散区域被一个光电转换区域使用的深度像素的结构。

例如，第一深度像素dp11包括第一光电转换区域120、第一浮置扩散区域130、第一光栅极140和第一排放栅极150。第一深度像素dp11还可以包括第一桥接扩散区域160、第一传输栅极170、第一排放区域180、第一复位晶体管tr11、第一驱动晶体管(或第一源极跟随器晶体管)tsf11和第一选择晶体管tsel11。

第一光栅极140、第一排放栅极150和第一传输栅极170形成在半导体基底110之上。第一光电转换区域120、第一浮置扩散区域130、第一桥接扩散区域160和第一排放区域180形成在半导体基底110中。在图2中，与第一光栅极140、第一排放栅极150和第一传输栅极170对应的元件分别被示出为第一光晶体管tp11、第一排放晶体管td11和第一传输晶体管tt11。在图2中，与第一光电转换区域120对应的元件被示出为第一光电二极管pd11。在图2中，与第一浮置扩散区域130、第一桥接扩散区域160和第一排放区域180对应的元件分别被示出为第一浮置扩散节点fd11、第一桥接扩散节点bd11和第一排放节点dd11。

第一光栅极140设置在第一光电转换区域120之上，并且响应于第一光控制信号pg1而被激活(例如，导通/截止)。当第一光栅极140被激活或导通时，第一光电转换区域120基于被物体反射的光来收集、积累或产生光电荷。第一桥接扩散区域160形成为与第一光电转换区域120相邻，并且临时存储通过第一光电转换区域120收集、积累或产生的光电荷。

第一排放栅极150设置在第一光电转换区域120与第一排放区域180之间，并且响应于具有与第一光控制信号pg1的相位相反的相位的第一排放控制信号dg1而被激活(例如，导通/截止)。第一排放区域180与第一光电转换区域120间隔开，当第一排放栅极150被激活或导通时，第一光电转换区域120中的光电荷被释放、排出或排放到第一排放区域180。

第一传输栅极170设置在第一光电转换区域120(或第一桥接扩散区域160)与第一浮置扩散区域130之间，并且响应于传输控制信号tg而被激活(例如，导通/截止)。第一浮置扩散区域130与第一光电转换区域120(或第一桥接扩散区域160)间隔开，并且当第一传输栅极170被激活或导通时，第一浮置扩散区域130积累通过第一光电转换区域120收集、积累或产生的光电荷。

第一复位晶体管tr11响应于复位信号rg来使第一浮置扩散区域130(或第一桥接扩散区域160)复位或初始化。第一驱动晶体管tsf11放大第一浮置扩散区域130处的电压。第一选择晶体管tsel11响应于选择信号sel将通过第一驱动晶体管tsf11放大的电压提供为第一输出电压vout11。

在示例性实施例中，可以通过将cmos工艺应用到半导体基底110来形成第一深度像素dp11。例如，可以通过将离子注入到半导体基底110的顶表面上而在半导体基底110中形成区域120、130、160和180，可以通过沉积工艺或蚀刻工艺将栅极140、150和170形成在半导体基底110之上，使得栅极140、150和170与半导体基底110间隔开。绝缘层(诸如以氧化物层为例)可以置于半导体基底110的顶表面与栅极140、150和170之间。

在示例性实施例中，可以通过掺杂具有与半导体基底110的导电类型不同的导电类型的杂质来形成区域120、130、160和180。例如，当半导体基底110是p型半导体基底时，可以通过掺杂n型杂质来形成区域120、130、160和180。例如，可以通过以比半导体基底110中的杂质的浓度高的浓度掺杂n型杂质来形成区域120、130、160和180。在该示例中，光电荷可以是电子-空穴对中的电子。然而，本发明构思的示例性实施例不限于此。

第一环境光消除电路alc11基于第一感测信号sen11检测或感测第一浮置扩散区域130中积累的光电荷，并且在第一浮置扩散区域130中积累的光电荷的量超过预定参考值时向第一浮置扩散区域130(或第一桥接扩散区域160)提供第一补偿信号c11。例如，第一环境光消除电路alc11可以通过将具有与光电荷(例如，电子)的极性相反的极性的电荷(例如，空穴)注入到第一浮置扩散区域130(或第一桥接扩散区域160)中，或者通过从第一浮置扩散区域130(或第一桥接扩散区域160)释放或排放光电荷，来从被物体反射的光中去除环境光分量。

第二深度像素dp12、第三深度像素dp13和第四深度像素dp14中的每个的结构可以与第一深度像素dp11的结构基本相同。例如，第二深度像素dp12包括分别对应于第二光电转换区域、第二浮置扩散区域、第二光栅极和第二排放栅极的元件pd12、fd12、tp12和td12。第二深度像素dp12还包括其它的元件bd12、tt12、dd12、tr12、tsf12和tsel12，响应于第三光控制信号pg3和第三排放控制信号dg3而进行操作，并且提供第二输出电压vout12。类似地，第三深度像素dp13包括元件pd13、fd13、tp13、td13、bd13、tt13、dd13、tr13、tsf13和tsel13，响应于第二光控制信号pg2和第二排放控制信号dg2而进行操作，并且提供第三输出电压vout13。类似地，第四深度像素dp14包括元件pd14、fd14、tp14、td14、bd14、tt14、dd14、tr14、tsf14和tsel14，响应于第四光控制信号pg4和第四排放控制信号dg4而进行操作，并且提供第四输出电压vout14。

第一环境光消除电路alc11基于第二感测信号sen12检测或感测第二深度像素dp12中的浮置扩散区域中积累的光电荷，并在浮置扩散区域中积累的光电荷的量超过预定参考值时向第二深度像素dp12中的浮置扩散区域(或桥接扩散区域)提供第二补偿信号c12，基于第三感测信号sen13检测或感测第三深度像素dp13中的浮置扩散区域中积累的光电荷，并在浮置扩散区域中积累的光电荷的量超过预定参考值时向第三深度像素dp13中的浮置扩散区域(或桥接扩散区域)提供第三补偿信号c13，并且基于第四感测信号sen14检测或感测第四深度像素dp14中的浮置扩散区域中积累的光电荷，并在浮置扩散区域中积累的光电荷的量超过预定参考值时向第四深度像素dp14中的浮置扩散区域(或桥接扩散区域)提供第四补偿信号c14。

第一输出电压vout11和第三输出电压vout13可以共享一条输出信号线，第二输出电压vout12和第四输出电压vout14可以共享另一条输出信号线。

根据本发明构思的示例性实施例，每个深度像素包括不与其它深度像素共享的它自己的专用光电转换区域。例如，参照图1、图2和图3，在示例性实施例中，第一深度像素dp11包括它自己的光电转换区域120(例如，对应于第一光电二极管pd11的光电转换区域120)，第二深度像素dp12包括它自己的光电转换区域(例如，对应于第二光电二极管pd12的区域)，第三深度像素dp13包括它自己的光电转换区域(例如，对应于第三光电二极管pd13的区域)，第四深度像素dp14包括它自己的光电转换区域(例如，对应于第四光电二极管pd14的区域)。第一深度像素dp11的光电转换区域120不与第二深度像素dp12、第三深度像素dp13和第四深度像素dp14中的任何一个共享。第二深度像素dp12的光电转换区域不与第一深度像素dp11、第三深度像素dp13和第四深度像素dp14中的任何一个共享。第三深度像素dp13的光电转换区域不与第一深度像素dp11、第二深度像素dp12和第四深度像素dp14中的任何一个共享。第四深度像素dp14的光电转换区域不与第一深度像素dp11、第二深度像素dp12和第三深度像素dp13中的任何一个共享。

参考三维图像传感器的对比示例，环境光消除电路会被共享光电转换区域的两个或更多个深度像素所共享。然而，在对比示例中，当试图与共享光电转换区域的两个或更多个深度像素共享环境光消除电路时出现困难。相反，根据本发明构思的示例性实施例，在三维图像传感器中包括的像素阵列中，环境光消除电路被具有1龙头结构或2龙头结构的多个深度像素共享，其中，每个深度像素包括不与其它深度像素共享的它自己的光电转换区域。结果，可以更有效地去除环境光分量，并且可以减小三维图像传感器的尺寸。

另外，如下面参照图22和图23描述的，根据本发明构思的示例性实施，环境光消除电路可以被具有4龙头结构的深度像素中包括的多个浮置扩散区域共享。

图4是示出根据本发明构思的示例性实施例的施加到像素阵列的光控制信号的示例的时序图。

参照图2、图3和图4，根据示例性实施例的包括像素阵列的三维图像传感器在积分时段(或光收集时段)期间向物体(例如，图30中的物体1080)照射调制的发送光tx。发送光tx被物体反射并作为接收光rx到达三维图像传感器。接收光rx相对于发送光tx延迟tof(飞行时间)。

在积分时段期间，通过接收光rx从每个光电转换区域(例如，第一光电转换区域120)收集或产生光电荷。例如，如图4中所示，光控制信号pg1至pg4中的每个在积分时段期间具有周期性可变的强度，并且与光控制信号pg1至pg4中的每个的激活持续时间对应的光电荷从每个光电转换区域产生并且被收集为光电荷。以这种方式，可以基于与光控制信号pg1至pg4的相位对应的光电荷的数量来计算tof。

在积分时段期间，光控制信号pg1至pg4可以具有不同的相位。例如，第一光控制信号pg1可以具有与发送光tx的相位基本相同的相位，并且第一光控制信号pg1与发送光tx之间的相位差可以为大约0度。第二光控制信号pg2与发送光tx(或第一光控制信号pg1)之间的相位差可以为大约90度。第三光控制信号pg3与发送光tx之间的相位差可以为大约180度，第三光控制信号pg3与第二光控制信号pg2之间的相位差可以为大约90度。第四光控制信号pg4与发送光tx之间的相位差可以为大约270度，第四光控制信号pg4与第三光控制信号pg3之间的相位差可以为大约90度。在积分时段期间，排放控制信号dg1至dg4的相位可以分别与光控制信号pg1至pg4的相位相反。

另外，在积分时段期间，第一环境光消除电路alc11检测或感测接收光rx中包括的环境光分量，并且选择性地执行用于去除或减小环境光分量的补偿操作。

在积分时段之后的读出时段期间，通过控制传输控制信号tg、复位信号rg、选择信号sel等来产生输出电压vout11至vout14。数字信号处理电路(例如，图30中的数字信号处理电路1050)基于输出电压vout11至vout14执行计算以获得物体的距离信息。例如，如稍后将描述的，可以基于距离信息获取的单元(unit，也可称为“单位”)来产生距离信息，并且可以针对每个距离信息获取的单元(例如，通过多个距离信息获取的单元)获得每个距离信息。

图5和图6是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1的像素阵列中包括的第一像素组和第一环境光消除电路的其它示例的电路图。

参照图5，除了图5中省略了传输晶体管tt11至tt14和桥接扩散节点bd11至bd14之外，深度像素dp11a、dp12a、dp13a和dp14a可以分别与图2中的深度像素dp11至dp14基本相同。例如，在图5的示例性实施例中，深度像素dp11a至dp14a中的每个不包括传输栅极(例如，图3中的传输栅极170)和桥接扩散区域(例如，图3中的桥接扩散区域160)。

在图5中的深度像素dp11a至dp14a中的每个中，从每个光电转换区域(例如，图3中的光电转换区域120)收集或产生的光电荷可以在每个光栅极(例如，图3中的光栅极140)或光晶体管tp11至tp14中的相应的一个激活或导通时直接在每个浮置扩散区域(例如，图3的浮置扩散区域130)或者浮置扩散节点fd11至fd14中的相应的一个中积累。另外，在根据图5的示例性实施例中，补偿信号c11至c14中的每个可以直接提供到相应的浮置扩散区域或浮置扩散节点fd11至fd14中的相应的一个。

参照图6，除了在图6的示例性实施例中，排放节点dd1被dp11b和dp12b共享并且排放节点dd2被dp13b和dp14b共享之外，深度像素dp11b、dp12b、dp13b和dp14b可以分别与图2中的深度像素dp11至dp14基本相同。例如，在图6的示例性实施例中，深度像素dp11b至dp14b中的两个共享一个排放区域(例如，图3中的排放区域180)。在示例性实施例中，一个排放区域可以被一个像素组中包括的四个深度像素共享。

图7是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作图1的像素阵列的方法的图。

参照图1、图4和图7，在像素阵列100中，光控制信号pg1至pg4的相位可以对所有的积分时段是固定的。例如，光控制信号pg1至pg4中的每个可以对所有的积分时段具有图4中所示的相位。例如，第一深度像素dp11可以响应于第一光控制信号pg1而进行操作，其中，第一光控制信号pg1与发送光tx之间的相位差总是为大约0度。这样的操作方案可以被称为固定相位模式方案。

在根据示例性实施例的像素阵列100中，可以需要四条相位信息(例如，大约0度、大约90度、大约180度和大约270度的相位信息)来产生一条距离信息。可以根据三维图像传感器的操作模式来确定在像素阵列100中用于产生一条距离信息的最小单元(例如，距离信息获取的单元)，并且可以根据三维图像传感器的操作模式通过不同方案来产生距离信息。

在示例性实施例中，可以基于三维图像传感器的操作环境的照度来确定三维图像传感器的操作模式。

在示例性实施例中，当三维图像传感器在高照度模式(或室外模式，三维图像传感器的操作环境的照度大于或大约等于参考照度值)下操作时，像素阵列100可以如图1中所示地进行操作。在该示例中，可以将包括呈2×2矩阵形式布置的四个深度像素(例如，深度像素dp11至dp14)的一个像素组(例如，像素组pg11)确定为距离信息获取的单元，可以基于2×2合并(binning)方案(深度分辨率减小至四分之一(例如，大约1/4))产生距离信息，环境光消除电路alc11至alc14可以被激活或启用以从被物体反射的光去除环境光分量。

例如，可以从深度像素dp11获得基于第一光控制信号pg1的第一相位信息(例如，大约0度的相位信息)，可以从深度像素dp13获得基于第二光控制信号pg2的第二相位信息(例如，大约90度的相位信息)，可以从深度像素dp12获得基于第三光控制信号pg3的第三相位信息(例如，大约180度的相位信息)，可以从深度像素dp14获得基于第四光控制信号pg4的第四相位信息(例如，大约270度的相位信息)。可以通过对第一相位信息至第四相位信息执行计算而针对像素组pg11产生一条距离信息。在该示例中，可以基于一个深度帧(例如，通过一次采样)来获得距离信息。

在示例性实施例中，当三维图像传感器在低照度模式(或室内模式，三维图像传感器的操作环境的照度小于参考照度值)下进行操作时，像素阵列100可以如图7中所示地进行操作。在该示例中，可以将一个深度像素(例如，深度像素dp14)确定为距离信息获取的单元，可以基于全深度分辨率方案来产生距离信息，环境光消除电路alc11至alc14可以被去激活或禁用使得它们不执行环境光消除功能。

例如，可以从与深度像素dp14相邻的第一邻近的深度像素dp11、dp15、dp19和dp1d获得基于第一光控制信号pg1的第一相位信息(例如，大约0度的相位信息)，可以从与深度像素dp14相邻的第二邻近的深度像素dp13和dp17获得基于第二光控制信号pg2的第二相位信息(例如，大约90度的相位信息)，可以从与深度像素dp14相邻的第三邻近的深度像素dp12和dp1a获得基于第三光控制信号pg3的第三相位信息(例如，大约180度的相位信息)，可以从深度像素dp14自身获得基于第四光控制信号pg4的第四相位信息(例如，大约270度的相位信息)。可以通过对第一相位信息至第四相位信息执行相位插值而针对深度像素pg14产生一条距离信息。

如上所述，为了在固定相位模式方案中在高照度模式下针对一个像素组(例如，像素组pg11)产生一条距离信息，可以从一个像素组中的所有深度像素(例如，深度像素dp11至dp14)获得相位信息。另外，如图7中所示，为了在固定相位模式方案中在低照度模式下针对一个深度像素(例如，深度像素dp14)产生一条距离信息，可以从同一像素组(例如，像素组pg11)中包括的所有其余深度像素(例如，深度像素dp11、dp12和dp13)以及其它邻近的深度像素(例如，深度像素dp15、dp17、dp19、dp1a和dp1d)获得相位信息。

图8是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

参照图8，除了施加到深度像素dp11至dp1g的光控制信号pg1至pg4的相位在图8中是可变的之外，图8的像素阵列100a可以与图1的像素阵列100基本相同。

图9是示出根据本发明构思的示例性实施例的施加到像素阵列的光控制信号的示例的时序图。图10是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作图8的像素阵列的方法的图。

参照图4、图8、图9和图10，在像素阵列100a中，光控制信号pg1至pg4的相位可以对两个连续的积分时段是可变的。例如，光控制信号pg1至pg4中的每个可以对第一积分时段具有图4中所示的相位，并且可以对第一积分时段之后的第二积分时段具有图9中所示的相位。例如，第一深度像素dp11可以在第一积分时段(第一光控制信号pg1与发送光tx之间的相位差为大约0度)期间响应于第一光控制信号pg1而进行操作，可以在第二积分时段(第一光控制信号pg1与发送光tx之间的相位差为大约90度)期间响应于第一光控制信号pg1而进行操作。这样的操作方案可以被称为可变相位模式方案。

如图9中所示，在第一积分时段之后的第二积分时段期间，第一光控制信号pg1与发送光tx之间的相位差为大约90度，第二光控制信号pg2与发送光tx之间的相位差可以为大约0度，第三光控制信号pg3与发送光tx之间的相位差可以为大约270度，第四光控制信号pg4与发送光tx之间的相位差可以为大约180度。在第二积分时段期间，排放控制信号dg1至dg4的相位可以分别与光控制信号pg1至pg4的相位相反。

与参照图1和图7描述的示例相似，可以根据三维图像传感器的操作模式来确定像素阵列100a中的距离信息获取的单元，可以根据三维图像传感器的操作模式通过不同的方案来产生距离信息。另外，可以基于三维图像传感器的操作环境的照度来确定三维图像传感器的操作模式。

在示例性实施例中，当三维图像传感器在高照度模式下进行操作时，像素阵列100a可以如图8中所示进行操作。在该示例中，可以将包括以2×1矩阵形式布置的两个深度像素(例如，深度像素dp11和dp12)的一个子像素组确定为距离信息获取的单元，可以基于2×1合并方案(深度分辨率减小大约一半(例如，大约1/2))产生距离信息，并且可以激活环境光消除电路alc11至alc14。例如，可以在第一积分时段期间从深度像素dp11获得第一相位信息(例如，大约0度的相位信息)，可以在第二积分时段期间从深度像素dp11获得第二相位信息(例如，大约90度的相位信息)，可以在第一积分时段期间从深度像素dp12获得第三相位信息(例如，大约180度的相位信息)，并且可以在第二积分时段期间从深度像素dp12获得第四相位信息(例如，大约270度的相位信息)。可以通过对第一相位信息至第四相位信息执行计算，来针对包括深度像素dp11和dp12的子像素组产生一条距离信息。在该示例中，可以基于两个深度帧(例如，通过两次采样)获得距离信息。

在示例性实施例中，当三维图像传感器在低照度模式下进行操作时，像素阵列100a可以如图10中所示进行操作。在该示例中，可以将一个深度像素(例如，深度像素dp14)确定为距离信息获取的单元，并且可以使环境光消除电路alc11至alc14去激活。例如，可以在第二积分时段期间从与深度像素dp14相邻的邻近的深度像素dp13和dp17获得第一相位信息(例如，大约0度的相位信息)，可以在第一积分时段期间从邻近的深度像素dp13和dp17获得第二相位信息(例如，大约90度的相位信息)，可以在第二积分时段期间从深度像素dp14自身获得第三相位信息(例如，大约180度的相位信息)，可以在第一积分时段期间从深度像素dp14自身获得第四相位信息(例如，大约270度的相位信息)。可以通过对第一相位信息至第四相位信息执行相位插值而针对深度像素pg14产生一条距离信息。

如上所述，为了在可变相位模式方案中在高照度模式下针对包括两个深度像素(例如，深度像素dp11和dp12)的一个子像素组产生一条距离信息，可以从同一子像素组中的所有深度像素(例如，深度像素dp11至dp12)获得相位信息。另外，如图10中所示，为了在可变相位模式方案中在低照度模式下针对一个深度像素(例如，深度像素dp14)产生一条距离信息，可以从同一像素组(例如，像素组pg11)中包括的其余深度像素中的一些(例如，深度像素dp13)以及另一邻近的深度像素(例如，深度像素dp17)获得相位信息。

图11是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

参照图11，三维图像传感器中包括的像素阵列200包括多个像素组pg21、pg22、pg23、pg24、pg25、pg26、pg27和pg28以及多个环境光消除电路alc21、alc22、alc23、alc24、alc25、alc26、alc27和alc28。

多个像素组pg21至pg28具有相同的结构或配置，并且包括多个深度像素dp21、dp22、dp23、dp24、dp25、dp26、dp27、dp28、dp29、dp2a、dp2b、dp2c、dp2d、dp2e、dp2f和dp2g。在根据图11的示例性实施例中，一个像素组可以包括两个深度像素。每个像素组中包括的深度像素响应于具有不同相位的多个光控制信号pg1至pg4中的一些进行操作，基于被物体反射的光产生物体的距离信息，并且彼此共享单个环境光消除电路。

多个环境光消除电路alc21至alc28具有相同的结构或配置，并且从被物体反射的光去除环境光分量。例如，第一环境光消除电路alc21可以被第一像素组pg21中包括的深度像素dp21和dp22共享。

图12是示出根据本发明构思的示例性实施的包括在图11的像素阵列中的第一像素组和第一环境光消除电路的示例的电路图。

参照图11和图12，包括在第一像素组pg21中且共享第一环境光消除电路alc21的深度像素dp21和dp22可以实现为1龙头(或单龙头)结构。

图12中的深度像素dp21和dp22中的每个可以分别与图2中的深度像素dp11和dp12中的相应的深度像素基本相同，图12中的第一环境光消除电路alc21可以与图2中的第一环境光消除电路alc11基本相同。第一深度像素dp21包括元件pd21、fd21、tp21、td21、bd21、tt21、dd21、tr21、tsf21和tsel21，响应于第一光控制信号pg1和第一排放控制信号dg1而进行操作，并提供第一输出电压vout21。第二深度像素dp22包括元件pd22、fd22、tp22、td22、bd22、tt22、dd22、tr22、tsf22和tsel22，响应于第三光控制信号pg3和第三排放控制信号dg3而进行操作，并提供第二输出电压vout22。第一环境光消除电路alc21基于第一感测信号sen21和第二感测信号sen22向第一深度像素dp21和第二深度像素dp22中的浮置扩散区域(或桥接扩散区域)提供第一补偿信号c21和第二补偿信号c22。

在示例性实施例中，如参照图5所述，可以省略传输晶体管tt21和tt22以及桥接扩散节点bd21和bd22。在示例性实施例中，如参照图6所述，一个排放区域可以被两个深度像素dp21和dp22共享。

另外，包括在第二像素组pg22中且共享第二环境光消除电路alc22的深度像素dp23和dp24也可以实现为1龙头(或单龙头)结构，并且可以分别响应于第二光控制信号pg2和第四光控制信号pg4而进行操作。

图13是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作图11的像素阵列的方法的图。

参照图4、图11和图13，像素阵列200可以基于固定相位模式方案进行操作，在固定相位模式方案中，光控制信号pg1至pg4的相位对所有的积分时段是固定的。除了一个环境光消除电路被像素阵列200中的两个深度像素共享之外，图11和图13的像素阵列200中的相位模式可以与图1和图7的像素阵列100中的相位模式基本相同。因此，像素阵列200包括两倍于像素阵列100的环境光消除电路的环境光消除电路。因此，图11和图13的像素阵列200的操作可以与图1和图7的像素阵列100的操作基本相同。为了便于描述，将省略其重复说明。

图14是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。图15是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作图14的像素阵列的方法的图。

参照图4、图9、图14和图15，图14的像素阵列200a的结构可以与图11的像素阵列200的结构基本相同，像素阵列200a可以基于可变相位模式方案进行操作，在可变相位模式方案中，光控制信号pg1至pg4的相位对两个连续的积分时段是可变的。另外，除了一个环境光消除电路被像素阵列200a中的两个深度像素共享之外，图14和图15的像素阵列200a中的相位模式可以与图8和图10的像素阵列100a中的相位模式基本相同。因此，图14和图15的像素阵列200a的操作可以与图8和图10的像素阵列100a的操作基本相同，因此，将省略重复说明。

图16是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

参照图16，三维图像传感器中包括的像素阵列300包括多个像素组pg31、pg32、pg33和pg34以及多个环境光消除电路alc31、alc32、alc33和alc34。

多个像素组pg31至pg34具有相同的结构或配置，并且包括多个深度像素dp31、dp32、dp33、dp34、dp35、dp36、dp37和dp38。在根据图16的示例性实施例中，一个像素组可以包括两个深度像素。每个像素组中包括的深度像素响应于具有不同相位的多个光控制信号pg1至pg4进行操作，基于被物体反射的光产生物体的距离信息，并且彼此共享单个环境光消除电路。

多个环境光消除电路alc31至alc34具有相同的结构或配置，并且从被物体反射的光中去除环境光分量。例如，第一环境光消除电路alc31可以被第一像素组pg31中包括的深度像素dp31和dp32共享。

图17是示出根据本发明构思的示例性实施的包括在图16的像素阵列中的第一像素组和第一环境光消除电路的示例的电路图。图18是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括在图17的第一像素组中的第一深度像素的示例的剖视图。

参照图16、图17和图18，包括在第一像素组pg31中且共享第一环境光消除电路alc31的深度像素dp31至dp32可以实现为2龙头结构。2龙头结构表示两个浮置扩散区域被一个光电转换区域使用的深度像素的结构。

例如，第一深度像素dp31包括第一光电转换区域320、第一浮置扩散区域330a、第二浮置扩散区域330b、第一光栅极340a和第二光栅极340b。第一光栅极340a和第二光栅极340b形成在半导体基底310之上。第一光电转换区域320、第一浮置扩散区域330a和第二浮置扩散区域330b形成在半导体基底310中。第一深度像素dp31还可以包括第一桥接扩散区域360a、第二桥接扩散区域360b、第一传输栅极370a、第二传输栅极370b、第一复位晶体管tr31、第二复位晶体管tr32、第一驱动晶体管tsf31、第二驱动晶体管tsf32、第一选择晶体管tsel31和第二选择晶体管tsel32。在图17中，与第一光栅极340a和第二光栅极340b以及第一传输栅极370a和第二传输栅极370b对应的元件分别被示出为第一光晶体管tp31和第二光晶体管tp32以及第一传输晶体管tt31和第二传输晶体管tt32。在图17中，与第一光电转换区域320对应的元件被示出为第一光电二极管pd31。在图17中，与第一浮置扩散区330a和第二浮置扩散区330b以及第一桥接扩散区域360a和第二桥接扩散区域360b对应的元件分别被示出为第一浮置扩散节点fd31和第二浮置扩散节点fd32以及第一桥接扩散节点bd31和第二桥接扩散节点bd32。

第一光栅极340a和第二光栅极340b设置在第一光电转换区域320之上，并且分别响应于第一光控制信号pg1和第三光控制信号pg3而被激活(例如，导通/截止)。第一光控制信号pg1和第三光控制信号pg3具有相反的相位。当第一光栅极340a和第二光栅极340b被激活或导通时，第一光电转换区域320基于被物体反射的光来收集、积累或产生光电荷。

包括在第一深度像素dp31中的其它元件330a、330b、360a、360b、370a、370b、tr31、tr32、tsf31、tsf32、tsel31和tsel32可以类似于包括在参照图2和图3描述的第一深度像素dp11中的元件130、160、170、tr11、tsf11和tsel11。第一深度像素dp31提供第一输出电压vout31和第二输出电压vout32。

类似地，第二深度像素dp32包括元件pd33、fd33、fd34、tp33、tp34、bd33、bd34、tt33、tt34、tr33、tr34、tsf33、tsf34、tsel33和tsel34，响应于具有相反的相位的第二光控制信号pg2和第四光控制信号pg4进行操作，并且提供第三输出电压vout33和第四输出电压vout34。

第一环境光消除电路alc31基于第一感测信号sen31、第二感测信号sen32、第三感测信号sen33和第四感测信号sen34向第一深度像素dp31和第二深度像素dp32中的浮置扩散区域(或桥接扩散区域)提供第一补偿信号c31、第二补偿信号c32、第三补偿信号c33和第四补偿信号c34。

在示例性实施例中，如参照图5所述，可以省略传输晶体管tt31至tt34和桥接扩散节点bd31至bd34。在示例性实施例中，第一输出电压vout31和第三输出电压vout33可以共享一条输出信号线，第二输出电压vout32和第四输出电压vout34可以共享另一条输出信号线。

图19是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作图16的像素阵列的方法的图。

参照图4、图16和图19，像素阵列300可以基于固定相位模式方案进行操作，在固定相位模式方案中，光控制信号pg1至pg4的相位对所有积分时段是固定的。例如，第一深度像素dp31可以响应于第一光控制信号pg1和第三光控制信号pg3(第一光控制信号pg1和发送光tx之间的相位差总是为大约0度，第三光控制信号pg3和发送光tx之间的相位差总是为大约180度)进行操作。

如上面参照图1和图7描述的示例，可以根据三维图像传感器的操作模式确定像素阵列300中的距离信息获取的单元，并且可以根据三维图像传感器的操作模式通过不同方案产生距离信息。另外，可以基于三维图像传感器的操作环境的照度来确定三维图像传感器的操作模式。

在示例性实施例中，当三维图像传感器在高照度模式下进行操作时，像素阵列300可以如图16中所示地进行操作。在该示例中，可以将包括呈1×2矩阵形式布置的两个深度像素(例如，深度像素dp31和dp32)的一个像素组(例如，像素组pg31)确定为距离信息获取的单元，可以基于1×2合并方案(深度分辨率减半)产生距离信息，并且可以激活环境光消除电路alc31至alc34。例如，可以从深度像素dp31获得第一相位信息(例如，大约0度的相位信息)和第三相位信息(例如，大约180度的相位信息)，可以从深度像素dp32获得第二相位信息(例如，大约90度的相位信息)和第四相位信息(例如，大约270度的相位信息)。可以通过对第一相位信息至第四相位信息执行计算而针对像素组pg31产生一条距离信息。在该示例中，可以基于一个深度帧(例如，通过采样一次)获得距离信息。

在示例性实施例中，当三维图像传感器在低照度模式下进行操作时，像素阵列300可以选择性地如图19中所示地进行操作。例如，在示例性实施例中，图19中所示的操作并不总是在低照度模式下激活而是选择性地在低照度模式下激活。例如，图19中所示的操作可以在低照度模式和高照度模式下选择性地激活。在该示例中，可以将一个深度像素(例如，深度像素dp32)确定为距离信息获取的单元，并且可以激活环境光消除电路alc31至alc34。例如，可以从邻近的深度像素dp31和dp35获得第一相位信息(例如，大约0度的相位信息)和第三相位信息(例如，大约180度的相位信息)，可以从深度像素dp32自身获得第二相位信息(例如，大约90度的相位信息)和第四相位信息(例如，大约270度的相位信息)。可以通过对第一相位信息至第四相位信息执行相位插值而针对深度像素pg14产生一条距离信息。

图20和图21是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。

参照图20和图21，除了像素阵列300a和像素阵列300b基于可变相位模式方案进行操作之外，图20的像素阵列300a和图21的像素阵列300b可以与图16的像素阵列300基本相同，在可变相位模式方案中，光控制信号pg1至pg4的相位对两个连续的积分时段是可变的。

在像素阵列300a和像素阵列300b中，光控制信号pg1到pg4的相位可以对两个连续的积分时段是可变的。例如，光控制信号pg1至pg4中的每个可以对第一积分时段具有图4中所示的相位，并且可以对第一积分时段之后的第二积分时段具有图9中所示的相位。如图20中所示，施加到深度像素dp31至dp38的光控制信号pg1至pg4的相位可以在第一方向d1上相同，并且可以在第二方向d2上交替地布置。如图21中所示，施加到深度像素的dp31至dp38的光控制信号pg1至pg4的相位可以在第一方向d1和第二方向d2两者上相同。

在示例性实施例中，当三维图像传感器在高照度模式下进行操作时，像素阵列300a和像素阵列300b可以分别如图20和图21中所示地进行操作。在该示例中，可以将一个深度像素(例如，深度像素dp32)确定为距离信息获取的单元，并且可以激活环境光消除电路alc31至alc34。例如，可以从深度像素dp32自身获得第一相位信息、第二相位信息、第三相位信息和第四相位信息(例如，大约0度、大约90度、大约180度和大约270度的相位信息)中的全部，并且可以通过对第一相位信息至第四相位信息执行计算来针对深度像素dp32产生一条距离信息而不进行相位插值。

在示例性实施例中，当三维图像传感器在低照度模式下进行操作时，像素阵列300a和像素阵列300b可以分别如图20和图21中所示地进行操作，而不改变操作方案。

图22是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器中的像素阵列的平面图。图23是示出根据本发明构思的示例性实施例的包括在图22中的像素阵列中的第一深度像素和第一环境光消除电路的示例的电路图。

参照图22和图23，包括在三维图像传感器中的像素阵列400包括多个深度像素dp41、dp42、dp43和dp44以及多个环境光消除电路alc41、alc42、alc43和alc44。

多个深度像素dp41至dp44具有相同的结构或配置，响应于具有不同相位的多个光控制信号pg1至pg4而进行操作，基于被物体反射的光产生物体的距离信息，并且包括彼此共享单个环境光消除电路的多个浮置扩散区域。

第一深度像素dp41可以实现为4龙头结构。4龙头结构表示深度像素的四个浮置扩散区域被一个光电转换区域使用的结构。例如，第一深度像素dp41包括对应于光电转换区域的光电二极管pd41、对应于四个浮置扩散区域的四个浮置扩散节点fd41、fd42、fd43和fd44以及对应于四个光栅极的四个光晶体管tp41、tp42、tp43和tp44。第一深度像素dp41还可以包括其它元件bd41、bd42、bd43、bd44、tt41、tt42、tt43、tt44、tr41、tr42、tr43、tr44、tsf41、tsf42、tsf43、tsf44、tsel41、tsel42、tsel43和tsel44。除了光电二极管pd41连接到四个光晶体管tp41至tp44之外，第一深度像素dp41的结构和操作可以类似于参照图17和图18描述的第一深度像素dp31的结构和操作。第一深度像素dp41响应于光控制信号pg1至pg4而进行操作，并提供输出电压vout41、vout42、vout43和vout44。

多个环境光消除电路alc41至alc44具有相同的结构或配置，从被物体反射的光去除环境光分量，并且被包括在同一深度像素中的浮动扩散区域共享。例如，第一环境光消除电路alc41可以被包括在第一深度像素dp41中的多个浮置扩散区域共享。第一环境光消除电路alc41基于感测信号sen41、sen42、sen43和sen44将补偿信号c41、c42、c43和c44提供到第一深度像素dp41中的浮置扩散区域(或桥接扩散区域)。

图24是示出根据本发明构思的示例性实施例的操作三维图像传感器的方法的流程图。

参照图24，在根据示例性实施例的操作三维图像传感器的方法中，三维图像传感器包括像素阵列，像素阵列包括多个深度像素，多个深度像素被配置为响应于具有不同相位的多个光控制信号pg1至pg4而进行操作。

在像素阵列中，在操作s100中，确定距离信息获取的单元。距离信息获取的单元表示用于产生一条距离信息的最小单元，并且用于基于被物体反射的光产生物体的距离信息。在操作s200中，基于预定的相位模式响应于多个光控制信号pg1至pg4通过将多个光控制信号pg1至pg4中的一个映射到多个深度像素中的相应一个来驱动或操作多个深度像素。在操作s300中，通过执行第一计算和第二计算中的至少一个来针对每个距离信息获取的单元获得距离信息，在第一计算中对从邻近的深度像素获得的相位信息执行相位插值，在第二计算中，对彼此相邻的多个深度像素中的一些进行分组，并且将从分组的深度像素获得的相位信息用于获得每条距离信息。因此，可以不用环境光消除电路并且基于固定相位模式方案而不是可变相位模式方案来执行用于产生距离信息的各种方案。

图25、图26、图27、图28和图29是用于描述根据本发明构思的示例性实施例的操作三维图像传感器的方法的图。

参照图25、图26、图27、图28和图29，图25的像素阵列500a、图26的像素阵列500b和图27的像素阵列500c中的每个包括多个深度像素dp51、dp52、dp53、dp54、dp55、dp56、dp57、dp58、dp59、dp5a、dp5b、dp5c、dp5d、dp5e、dp5f和dp5g。图28的像素阵列600a和图29的像素阵列600b中的每个包括多个深度像素dp601、dp602、dp603、dp604、dp605、dp606、dp607、dp608、dp609、dp610、dp611、dp612、dp613、dp614、dp615、dp616、dp617、dp618、dp619、dp620、dp621、dp622、dp623、dp624、dp625、dp626、dp627、dp628、dp629、dp630、dp631、dp632、dp633、dp634、dp635、dp636、dp637、dp638、dp639、dp640、dp641、dp642、dp643、dp644、dp645、dp646、dp647、dp648、dp649、dp650、dp651、dp652、dp653、dp654、dp655、dp656、dp657、dp658、dp659、dp660、dp661、dp662、dp663和dp664。例如，每个深度像素可以实现为1龙头结构。

在图25和图26中，以2×2矩阵形式布置的四个深度像素分别响应于四个不同的光控制信号pg1至pg4来进行操作。在图27、图28和图29中，以2×2矩阵形式布置的四个深度像素响应于光控制信号pg1至pg4中的一个(例如，响应于同一光控制信号)来进行操作。

在图25的像素阵列500a中，可以将一个深度像素(例如，深度像素dp54)确定为距离信息获取的单元，可以与参照图7描述的操作类似地执行第一计算，因此，针对一个深度像素产生一条距离信息。该方案可以称为全读取方案。

在图26的像素阵列500b中，可以将像素组pg51、pg52、pg53和pg54中的一个像素组(例如，像素组pg51)确定为距离信息获取的单元，可以与参照图1描述的操作类似地执行第二计算，因此，针对一个像素组产生一条距离信息。该方案可以被称为4像素融合合并方案。

在图27的像素阵列500c中，可以将包括四个子像素组spg51、spg52、spg53和spg54的一个像素组pg5a确定为距离信息获取的单元，可以通过平均同一子像素组中的四个深度像素的相位信息来将每个子像素组视为单个单元，可以与参照图1描述的操作类似地执行第二计算，因此，针对一个像素组产生一条距离信息。该方案可以称为平均合并方案。

在图28的像素阵列600a中，可以将一个深度像素(例如，深度像素dp613)确定为距离信息获取的单元，可以与参照图7描述的操作类似地执行第一计算，因此，针对一个深度像素产生一条距离信息。该方案可以被称为四相方案。由于两个深度像素之间的距离根据邻近的深度像素的位置而彼此不同，因此可以执行加权相位插值。加权相位插值表示一类使用加权值的相位插值，其中，加权值根据两个深度像素之间的距离而彼此不同。

在图29的像素阵列600b中，可以将包括在像素组pg61、pg62、pg63和pg64中的子像素组spg61、spg62、spg63、spg64、spg65、spg66、spg67、spg68、spg69、spg6a、spg6b、spg6c、spg6d、spg6e、spg6f和spg6g中的一个子像素组(例如，子像素组spg64)确定为距离信息获取的单元，可以通过平均同一子像素组中的四个深度像素的相位信息将每个子像素组视为单个单元，可以与参照图7描述的操作类似地执行第一计算，因此，针对一个子像素组产生一条距离信息。

图30是示出根据本发明构思的示例性实施例的三维图像传感器的框图。

参照图30，三维图像传感器1000包括像素阵列1010、行驱动(rd)电路1020、模数转换电路(adc)1030、光源模块1040、数字信号处理(dsp)电路1050和控制电路1060。三维图像传感器1000还可以包括照度传感器1070。

光源模块1040发射具有预定波长的发送光tx。用发送光tx照射物体1080。例如，光源模块1040可以发射红外光或近红外光。光源模块1040可以包括光源(ls)1041和透镜1043，并且还可以包括滤光器。像素阵列1010包括多个深度像素，并接收被物体1080反射的光rx。像素阵列1010可以是根据上述示例性实施例的像素阵列。行驱动电路1020产生驱动信号以驱动每行。模数转换电路1030将从像素阵列1010输出的模拟信号转换为数字信号。数字信号处理电路1050对数字信号执行图像数据处理。数字信号处理电路1050可以执行根据上述示例性实施例的方法(例如，确定操作模式、距离信息获取的单元和/或方案、执行第一计算和/或第二计算等)。控制电路1060控制三维图像传感器1000中的元件1020、1030、1040和1050。照度传感器1070可以设置在或位于三维图像传感器1000的内部或外部，并且可以确定三维图像传感器1000的操作环境的照度。在示例性实施例中，可以省略照度传感器1070。在这种情况下，像素阵列1010可以执行预感测以检查三维图像传感器1000的操作环境的照度。

本发明构思的示例性实施例可以应用于包括三维图像传感器的各种装置和系统。例如，本发明构思的示例性实施例可以应用于诸如移动电话、智能电话、平板计算机、膝上型计算机、个人数字助理(pda)、便携式多媒体播放器(pmp)、数码相机、便携式游戏机、音乐播放器、摄像机、视频播放器、导航装置、可穿戴装置、物联网(iot)装置、万物互联(ioe)装置、电子书阅读器、虚拟现实(vr)装置、增强现实(ar)装置、机器人装置等的系统。

尽管已经参考本发明构思的示例性实施例具体示出和描述了本发明构思，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离本发明构思的如权利要求限定的精神和范围的情况下，可以在其中做出形式和细节上的各种改变。