图像传感器
阅读：319发布：2023-01-17
专利汇可以提供图像传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种图像 传感器 ，可以包含具有用于收集图像数据的图像 像素 以及用于收集 相位 信息的相位检测像素两者的图像像素阵列。相位检测像素可以排列成对，两个相邻的像素由单个微透镜 覆盖 。相位检测像素对可以排列于断划线内，图像像素被布置于每个相位检测像素对之间。可以只有一个图像像素被布置于每个相位检测像素对之间。相位检测像素可以全部包含相同 颜色 的滤色器元件。相位检测像素可以全都包含绿色滤色器元件。在间断线内的图像像素可以包含与周围的颜色图形匹配的滤色器元件。在间断线内的图像像素可以全部包含相同颜色的滤色器元件。，下面是图像传感器专利的具体信息内容。
1.一种图像传感器，具有像素阵列，其特征在于所述像素阵列包含：
用于收集图像数据的多个图像像素；
用于收集相位信息的多个相位检测像素，其中所述相位检测像素布置成相位检测像素对，所述相位检测像素对包含具有不同角响应的第一相位检测像素及第二相位检测像素，并且其中所述相位检测像素对布置成间断线；以及
滤色器阵列，其中每个相位检测像素都包含各自的滤色器元件，并且其中所述相位检测像素的所述滤色器元件全都是颜色相同的。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于所述间断线包含插入于每个相位检测像素对之间的至少一个图像像素。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于所述间断线包含插入于每个相位检测像素对之间的仅一个图像像素。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于所述滤色器阵列包含形成于所述多个图像像素之上的多个滤色器元件，并且其中所述多个滤色器元件按照颜色图形来布置。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于在所述间断线内的所述图像像素每个都包含与所述颜色图形匹配的各自的滤色器元件。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于所述颜色图形是拜耳颜色图形。
7.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于在所述间断线内的所述图像像素每个都包含各自的滤色器元件，并且其中在所述间断线内的所述图像像素的所述滤色器元件全都是颜色相同的。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于在所述间断线内的所述图像像素的所述滤色器元件全都是与所述相位检测像素的所述滤色器元件颜色相同的。
9.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于在所述间断线内的所述图像像素的所述滤色器元件全都是与所述相位检测像素的所述滤色器元件颜色不同的。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于每个相位检测像素对由各自的单个微透镜覆盖。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于每个微透镜都具有正交的第一尺寸及第二尺寸，并且其中所述第一尺寸为所述第二尺寸的大约两倍长。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于所述间断线包括与第二间断线直接相邻的第一间断线。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于所述间断线包括与第二间断线间隔一行图像像素的第一间断线。
14.一种图像传感器，具有图像像素阵列，其特征在于所述图像像素阵列包含：
用于收集相位信息的多个相位检测像素对，其中所述相位检测像素对每个都包含第一光敏区及第二光敏区，其中所述第一光敏区及第二光敏区由单个微透镜覆盖，其中每个微透镜都具有正交的第一尺寸及第二尺寸，其中所述第一尺寸为所述第二尺寸的大约两倍长，并且其中所述相位检测像素对布置成断划线；以及
多个图像像素，其中所述断划线包含被插入于每个相位检测像素对之间的单个图像像素。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其特征在于所述相位检测像素对每个都包含位于所述第一光敏区及第二光敏区之上的第一滤色器元件及第二滤色器元件。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，其特征在于在每个相位检测像素对内的所述第一滤色器元件及第二滤色器元件具有相同的传输特性，并且其中在每个相位检测像素对内的所述第一滤色器元件及第二滤色器元件包含选自绿色滤色器元件、清色滤色器元件和宽带滤色器元件中的滤色器元件。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其特征在于在所述断划线内的每个图像像素都包含各自的滤色器元件，并且其中在所述断划线内的每个图像像素的所述滤色器元件具有相同的传输特性。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其特征在于在所述断划线内的每个图像像素的所述滤色器元件包含选自红色滤色器元件和蓝色滤色器元件中的滤色器元件。
19.一种图像传感器，具有像素阵列，其特征在于所述像素阵列包含：
用于收集图像数据的多个图像像素；
用于收集相位信息的多个相位检测像素，其中所述相位检测像素布置成包含相位检测像素对，所述相位检测像素对具有不同角响应的第一相位检测像素及第二相位检测像素，其中每个相位检测像素对由单个微透镜覆盖，并且其中所述相位检测像素对布置成线，单个图像像素被插入于每个相位检测像素对之间；以及
滤色器阵列，其中所述滤色器阵列包含形成于所述多个图像像素之上的多个滤色器元件，其中所述多个滤色器元件按照颜色图形来布置，其中每个相位检测像素都包含各自的滤色器元件，并且其中所述相位检测像素的所述滤色器元件是相同的。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其特征在于在所述线内的所述图像像素每个都包含与所述颜色图形匹配的各自滤色器元件。
21.根据权利要求20所述的图像传感器，其特征在于在所述线内的所述图像像素的所述滤色器元件包含选自绿色滤色器元件和红色滤色器元件中的滤色器元件。
22.根据权利要求20所述的图像传感器，其特征在于在所述线内的所述图像像素的所述滤色器元件包含选自绿色滤色器元件和蓝色滤色器元件中的滤色器元件。
图像传感器
技术领域
背景技术
[0002] 诸如移动电话、相机和计算机之类的现代电子设备通常使用数字图像传感器。成像传感器(有时称为成像器)可以由图像感测像素的二维阵列形成。每个像素都接收入射光子(光)并将光子转换成电信号。图像传感器有时被设计用于使用联合图像专家组(JPEG)格式来给电子设备提供图像。
[0003] 某些应用，例如，自动对焦和三维(3D)成像，可能需要电子设备提供立体和/或深度感测能力。例如，为了对用于图像采集的感兴趣对象进行对焦，电子设备可能需要识别在电子设备与感兴趣对象之间的距离。为了识别距离，常规的电子设备使用复杂的布局。某些布局需要使用用于从不同角度采集图像的多个图像传感器和相机镜头。其他布局需要添加用于将入射光聚焦于二维像素阵列的子区域上的透镜阵列。由于诸如另外的图像传感器或复杂的透镜阵列之类的构件的添加，这些布局导致了降低的空间分辨率、增加的成本以及增加的复杂性。
[0004] 某些电子设备包含在单个图像传感器内的图像像素和相位检测像素两者。以这种类型的布局，相机能够在不需要单独的相位检测传感器的情况下使用片上相位检测像素来聚焦图像。在一种典型的布局中，相位检测像素全都具有相同的颜色并且在像素阵列中连起来排列成行。当相位检测像素按这种方式来排列时，光学串扰会成问题。例如，从相位检测像素到相邻的正常图像像素内的光学串扰可能与本应从本应占用相位检测像素位置的标准图像像素出现的串扰不匹配。这能够是由于相位检测具有不同的微透镜形状或者相位检测像素为与在该位置的标准图像像素的正常颜色不同的颜色。这种布局还会防止图像传感器获得将由标准图像像素生成的数据。对丢失的图像像素数据的补偿能够是困难的，并且能够在所处理的图像中导致视觉伪影。实用新型内容
[0005] 因此，最好是能够提供用于图像传感器的改进的相位检测像素布局。
[0006] 根据本实用新型一个方面的实施例，提供一种图像传感器，具有像素阵列，其特征在于所述像素阵列包含：
[0007] 用于收集图像数据的多个图像像素；
[0008] 用于收集相位信息的多个相位检测像素，其中所述相位检测像素布置成相位检测像素对，所述相位检测像素对包含具有不同角响应的第一相位检测像素及第二相位检测像素，并且其中所述相位检测像素对布置成间断线；以及
[0009] 滤色器阵列，其中每个相位检测像素都包含各自的滤色器元件，并且其中所述相位检测像素的所述滤色器元件全都是颜色相同的。
[0010] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于所述间断线包含插入于每个相位检测像素对之间的至少一个图像像素。
[0011] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于所述间断线包含插入于每个相位检测像素对之间的仅一个图像像素。
[0012] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于所述滤色器阵列包含形成于所述多个图像像素之上的多个滤色器元件，并且其中所述多个滤色器元件按照颜色图形来布置。
[0013] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于在所述间断线内的所述图像像素每个都包含与所述颜色图形匹配的各自的滤色器元件。
[0014] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于所述颜色图形是拜耳颜色图形。
[0015] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于在所述间断线内的所述图像像素每个都包含各自的滤色器元件，并且其中在所述间断线内的所述图像像素的所述滤色器元件全都是颜色相同的。
[0016] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于在所述间断线内的所述图像像素的所述滤色器元件全都是与所述相位检测像素的所述滤色器元件颜色相同的。
[0017] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于在所述间断线内的所述图像像素的所述滤色器元件全都是与所述相位检测像素的所述滤色器元件颜色不同的。
[0018] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于每个相位检测像素对由各自的单个微透镜覆盖。
[0019] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于每个微透镜都具有第一及第二正交尺寸，并且其中所述第一尺寸为所述第二尺寸的大约两倍长。
[0020] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于所述间断线包括与第二间断线直接相邻的第一间断线。
[0021] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于所述间断线包括与第二间断线间隔一行图像像素的第一间断线。
[0022] 根据本实用新型一个方面的实施例，提供一种图像传感器，具有图像像素阵列，其特征在于所述图像像素阵列包含：
[0023] 用于收集相位信息的多个相位检测像素对，其中所述相位检测像素对每个都包含第一光敏区及第二光敏区，其中所述第一光敏区及第二光敏区由单个微透镜覆盖，其中每个微透镜都具有第一及第二正交尺寸，其中所述第一尺寸为所述第二尺寸的大约两倍长，并且其中所述相位检测像素对布置成断划线；以及
[0024] 多个图像像素，其中所述断划线包含被插入于每个相位检测像素对之间的单个图像像素。
[0025] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于所述相位检测像素对每个都包含位于所述第一光敏区及第二光敏区之上的第一滤色器元件及第二滤色器元件。
[0026] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于在每个相位检测像素对内的所述第一滤色器元件及第二滤色器元件具有相同的传输特性，并且其中在每个相位检测像素对内的所述第一滤色器元件及第二滤色器元件包含选自绿色滤色器元件、清色滤色器元件和宽带滤色器元件中的滤色器元件。
[0027] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于在所述断划线内的每个图像像素都包含各自的滤色器元件，并且其中在所述断划线内的每个图像像素的所述滤色器元件具有相同的传输特性。
[0028] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于在所述断划线内的每个图像像素的所述滤色器元件包含选自红色滤色器元件和蓝色滤色器元件中的滤色器元件。
[0029] 根据本实用新型一个方面的实施例，提供一种图像传感器，具有像素阵列，其特征在于所述像素阵列包含：
[0030] 用于收集图像数据的多个图像像素；
[0031] 用于收集相位信息的多个相位检测像素，其中所述相位检测像素布置成包含相位检测像素对，所述相位检测像素对具有不同角响应的第一相位检测像素及第二相位检测像素，其中每个相位检测像素对由单个微透镜覆盖，并且其中所述相位检测像素对布置成线，单个图像像素被插入于每个相位检测像素对之间；以及
[0032] 滤色器阵列，其中所述滤色器阵列包含形成于所述多个图像像素之上的多个滤色器元件，其中所述多个滤色器元件按照颜色图形来布置，其中每个相位检测像素都包含各自的滤色器元件，并且其中所述相位检测像素的所述滤色器元件是相同的。
[0033] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于在所述线内的所述图像像素每个都包含与所述颜色图形匹配的各自滤色器元件。
[0034] 根据上述图像传感器的一个实施例，其特征在于在所述线内的所述图像像素的所述滤色器元件包含选自绿色滤色器元件和红色滤色器元件中的滤色器元件。
[0036] 图1是具有可以包含根据本实用新型的一种实施例的相位检测像素的图像传感器的说明性电子设备的示意图。
[0037] 图2A是根据本实用新型的一种实施例的具有角响应不同的且非对称的光敏区的说明性相位检测像素的截面图。
[0038] 图2B和2C是根据本实用新型的一种实施例的图2A的相位检测像素的截面图。
[0039] 图3是根据本实用新型的一种实施例的用于按照变化的入射角照射相位检测像素的入射光的相位检测像素的说明性信号输出的曲线图。
[0040] 图4A是根据本实用新型的一种实施例的水平排列的说明性相位检测像素对的顶视图。
[0041] 图4B是根据本实用新型的一种实施例的垂直排列的说明性相位检测像素对的顶视图。
[0042] 图4C是根据本实用新型的一种实施例的垂直排列的且配置用于沿着水平方向(例如，横跨垂直边缘)来检测相位差的说明性相位检测像素对的顶视图。
[0043] 图5是具有连续排列成行的具有相同颜色的相位检测像素的常规像素阵列的顶视图。
[0044] 图6是根据本实用新型的一种实施例的具有排列成断划线(arranged in a dash line)的有两个图像像素位于它们之间的相位检测像素对的像素阵列的顶视图。
[0045] 图7是根据本实用新型的一种实施例的具有断划线(dash line)的有单个图像像素位于它们之间的相位检测像素对的像素阵列顶视图。
[0046] 图8是根据本实用新型的一种实施例的具有断划线的有单个图像像素位于它们对之间的相位检测像素对的像素阵列的顶视图。
[0047] 图9是根据本实用新型的一种实施例的具有连续排列成行的其在两种颜色之间交替变化的相位检测像素对的像素阵列的顶视图。
[0048] 图10是根据本实用新型的一种实施例的具有排列成两个相邻行的有两个图像像素位于它们之间的相位检测像素对像素阵列的顶视图。
[0049] 图11是根据本实用新型的一种实施例的具有位于相位检测像素对的两个行之间的图像像素行的像素阵列的顶视图。
具体实施方式
[0050] 本实用新型的实施例涉及具有自动对焦和深度感测能力的图像传感器。具有相机模块的电子设备示于图1中。电子设备10可以是数码相机、计算机、移动电话、医疗设备或其他电子设备。相机模块12(有时称为成像设备)可以包含一个或多个图像传感器14以及一个或多个透镜28。在操作期间，透镜28(有时称为光学设备28)使光聚焦于图像传感器14上。图像传感器14包含用于将光转换成数字数据的光敏元件(例如，像素)。图像传感器可以具有众多像素(例如，数百个，数千个，数百万个，或更多)。例如，典型的图像传感器可以具有数百万个像素(例如，元像素)。例如，图像传感器14可以包含偏置电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样与保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模数(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲器电路)、地址电路等。
[0051] 来自图像传感器14的静止图像和视频图像数据可以被提供给图像处理和数据格式化电路16。图像处理和数据格式化电路16可以被用来执行图像处理功能，例如，自动对焦功能，深度感测，数据格式化，调整白平衡和曝光，实现视频图像稳定化，面部检测等。例如，在自动对焦操作期间，图像处理和数据格式化电路16可以处理由图像传感器14中的相位检测像素收集的数据，以确定为对感兴趣对象进行对焦所需的透镜运动的幅度和方向(例如，透镜28的运动)。
[0052] 如果需要(例如，压缩成联合图像专家组或JPEG格式)，图像处理和数据格式化电路16同样可以被用来压缩原始的摄像图像文件。在有时称为片上系统(SOC)布局的典型布局中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16被实现于通用的集成电路上。用于实现相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16的单个集成电路的使用能够有助于降低成本。但是，这只是说明性的。如果需要，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可以使用单独的集成电路来实现。
[0053] 相机模块12可以经由通路18将所采集的图像数据传输给主子系统20(例如，图像处理和数据格式化电路16可以将图像数据传输给子系统20)。电子设备10典型地给用户提供众多高层功能。例如，在计算机或高级移动电话中，可以给用户提供运行用户应用的能力。要实现这些功能，电子设备10的主子系统20可以包含存储和处理电路24和输入-输出设备22，例如，键盘、输入-输出端口、游戏杆和显示器。存储和处理电路24可以包括易失性和非易失性存储器(例如，随机存取存储器、闪存、硬盘驱动器、固态硬盘等)。存储和处理电路24还可以包含微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路或其他处理电路。
[0054] 可能最好的是给图像传感器提供深度感测能力(例如，用于自动对焦应用、3D成像应用(例如机器视觉应用)等中)。为了提供深度感测能力，图像传感器14可以包含相位检测像素组，例如，图2A所示的像素对100。
[0055] 图2A是像素对100的说明性截面图。像素对100可以包含第一及第二像素，例如，像素1和像素2。像素1和像素2可以包含形成于基板(例如，硅基板108)内的光敏区110。例如，像素1可以包含关联的光敏区，例如，光电二极管PD1，而像素2可以包含关联的光敏区，例如，光电二极管PD2。微透镜可以形成于光电二极管PD1和PD2之上，并且可以被用来将入射光引向光电二极管PD1和PD2。其中微透镜102覆盖两个像素区的图2A的布局可以有时称为2x1或1x2布局，因为存在连续排列成行的两个相位检测像素。微透镜102可以具有宽度和长度，长度长于宽度。微透镜102可以具有大约为其宽度的两倍长的长度。微透镜102可以是纵横比约为2:1的椭圆形状。在其他实施例中，微透镜102可以是另一种形状，例如，矩形或者别的期望形状。微透镜102可以具有小于2:1的，为2:1的，大于2:1的，大于3:1的纵横比，或者任何其他期望纵横比。
[0056] 滤色器(例如，滤色器元件104)可以被置于微透镜102与基板108之间。滤色器元件104可以过滤入射光，只允许预定的波长通过滤色器元件104(例如，滤色器104可以只是对某个波长范围是透明的)。光电二极管PD1和PD2可以用来吸收由微透镜102聚焦的入射光，并且产生与所吸收的入射光的量对应的像素信号。
[0057] 光电二极管PD1和PD2可以各自覆盖在微透镜102下方的基板面积的大约一半(例如)。通过仅覆盖基板面积的一半，每个光敏区都可以设置有非对称的角响应(例如，光电二极管PD1可以基于入射光达到像素对100的角度而产生不同的图像信号)。入射光达到像素对100的相对于法向轴线116的角度(即，入射光照射微透镜102的相对于透镜102的光轴116的角度)在下文可以称为入射角或入射角度。
[0058] 图像传感器能够使用正面照度成像器布局(例如，在诸如金属互联电路之类的电路被置于微透镜与光敏区之间时)或者背面照度成像器布局(例如，在光敏区被置于微透镜与金属互联电路之间)来形成。其中像素1和2是背面照射式图像传感器像素的图2A、2B和2C的实例只是说明性的。如果需要，像素1和2可以是正面照射式图像传感器像素。其中像素是背面照射式图像传感器像素的布局在本文中有时作为示例来描述。
[0059] 在图2B的实例中，入射光113可以来源于法向轴线116的左侧，并且可以按照相对于法向轴线116的角度114达到像素对100。角度114可以是入射光的负角。按照负角(例如，角度114)达到微透镜102的入射光113可以朝着光电二极管PD2聚焦。在这种情况下，光电二极管PD2可以产生相对较高的图像信号，而光电二极管PD1可以产生相对较低的图像信号(例如，因为入射光113不是朝着光电二极管PD1聚焦的)。
[0060] 在图2C的实例中，入射光113可以来源于法向轴线116的右侧，并且按照相对于法向轴线116的角度118达到像素对100。角度118可以是入射光的正角。按照正角(例如，角度118)达到微透镜102的入射光可以朝着光电二极管PD1聚焦(例如，该光线不是朝着光电二极管PD2聚焦的)。在这种情况下，光电二极管PD2可以产生相对较低的图像信号输出，而光电二极管PD1可以产生相对较高的图像信号输出。
[0061] 光电二极管PD1和PD2的位置有时可以称为非对称位置，因为每个光敏区110的中心相对微透镜102的光轴116偏移(即，与其不对齐)。由于在基板108内的个体光电二极管PD1和PD2的非对称形成，每个光敏区110都可以具有非对称的角响应(例如，由每个光电二极管110响应于具有给定强度的入射光而产生的信号输出可以基于入射角而变化)。在图3的曲线图中，示出了像素对100的光电二极管PD1和PD2响应于入射光的变化角度而发生的像素信号输出的一个实例。
[0062] 线160可以代表光电二极管PD2的输出图像信号，而线162可以代表光电二极管PD1的输出图像信号。对于负的入射角，光电二极管PD2的输出图像信号可以增大(例如，因为入射光被聚焦于光电二极管PD2之上)，而光电二极管PD1的输出图像信号可以减小(例如，因为入射光被聚焦于光电二极管PD1的远处)。对于正的入射角，光电二极管PD2的输出图像信号可以相对较小，而光电二极管PD1的输出图像信号可以相对较大。
[0063] 图2A、2B和2C的像素对100的光电二极管PD1和PD2的尺寸和位置只是说明性的。如果需要，光电二极管PD1和PD2的边缘可以位于像素对100的中心，或者可以沿任意方向稍微偏移像素对100的中心。如果需要，光电二极管110可以减小尺寸以覆盖不到像素面积的一半。
[0064] 来自像素(例如，像素对100)的输出信号可以被用来在自动对焦操作期间调整在相机模块12中的光学设备(例如，图1的一个或多个透镜，例如，透镜28)。为对感兴趣对象进行对焦所需的透镜运动的方向和幅度可以基于来自像素对100的输出信号来确定。
[0065] 例如，通过创建对来自透镜的一侧或另一侧的光敏感的像素对，能够确定相位差。该相位差可以被用来确定图像传感器的光学设备应当调整多远以及沿哪个方向调整以对感兴趣对象进行对焦。
[0066] 当对象处于焦点上时，来自图像传感器的光学设备的两侧的光收敛以创建聚焦图像。当对象位于焦点之外时，由光学设备的两侧投射的图像不重叠，因为它们彼此相位不同。通过创建其中每个像素都对来自透镜的一侧或另一侧的光敏感的像素对，能够确定相位差。该相位差能够被用来确定使图像变为同相所需的光学设备运动的方向和幅度，并由此对感兴趣对象进行对焦。用来确定相位差信息的像素组(例如，像素对100)在本文中有时称为相位检测像素或深度感测像素。
[0067] 相位差信号可以通过将PD1的输出像素信号与PD2的输出像素信号进行比较来计算。例如，用于像素对100的相位差信号可以通过将PD1的像素信号输出从PD2的像素信号输出中减去(例如，通过将线162从线160中减去)来确定。对于处于比聚焦对象距离小的距离处的对象，相位差信号可以是负的。对于处于比聚焦对象距离大的距离处的对象，相位差信号可以是正的。该信息可以被用来自动调整图像传感器的光学设备，以对感兴趣对象进行对焦(例如，通过使像素信号变为彼此同相)。
[0068] 像素对100可以按照不同的方式来排列。例如，如图4A所示，像素对100的像素1(在此称为P1)和像素2(在此称为P2)可以进行水平取向，与图4A的x轴平行(例如，可以位于像素阵列的同一行内)。在图4B的实例中，P1和P2进行垂直取向，与图4B的y轴平行(例如，在像素阵列的同一列中)。在图4C的实例中，P1和P2被垂直排列，并且被配置用于从例如垂直边缘处检测水平方向上的相位差(例如，使用不透明的遮光层，例如，金属掩膜30)。在2014年5月1日提交的美国专利申请No.14/267,695中详细描述了相位检测像素的各种布局，该专利申请No.14/267,695全文并入本文，以作参考。
[0069] 在图5中示出了相位检测像素的典型布局。图5的常规像素阵列500包括图像像素阵列502。在像素阵列500中的相位检测像素对504连续排列成行。像素阵列500包括滤色器阵列。以R标记的像素包含红色滤色器，以G标记的像素包含绿色滤色器，以及以B标记的像素包含蓝色滤色器。在图像像素502中的滤色器图形是拜耳(Bayer)马赛克图形，该图形包含具有排列于一个对角线上的两个绿色图像像素以及排列于另一个对角线上的一个红色和一个蓝色图像像素的2×2个图像像素502的重复单位单元。如图5所示，相位检测像素对504全都以绿色滤色器元件来形成，这破坏了像素阵列500的拜耳(Bayer)马赛克图形。
[0070] 连续排列成行的相位检测像素对(如图5所示)导致信息量很大的相位检测像素数据。来自P1和P2像素的迹线的互相关提供稳健的散焦估计，这些散焦估计能够优于由更多的推理方法用来分析来自不支持互相关的图形的数据产生的那些散焦估计，例如，涉及分散的、孤立的相位检测对的那些散焦估计。但是，当滤色器图形由单色的实线中断时，以插值的图像像素值代替相位检测像素信号会具有挑战性。在图像像素502和504之间的光学串扰同样会成问题，因为用于校正在具有特定类型的滤色器图形的像素阵列中的光学串扰的算法在校正滤色器图形被中断的光学串扰方面不太有效。为了缓解这些问题，规则的图像像素可以分散于相位检测像素当中。这个附加的图像数据使得以插值的图像像素值来代替相位检测像素信号变得更容易。但是，它会对相位检测数据的质量产生不利影响。
[0071] 为了克服这些挑战，相位检测像素可以被排列以优化相位检测像素数据和图像像素数据两者。用于优化相位检测数据和图像数据的说明性相位检测像素布局示于图6-11中。在图6-11的实例中，以R标记的像素包含红色滤色器，以G标记的像素包含绿色滤色器，以及以B标记的像素包含蓝色滤色器。断划线(例如，断划线102M)可以指示由单个微透镜(例如，图2A的微透镜102)覆盖的区域。
[0072] 红色、绿色和蓝色滤色器在图6-11中的使用只是说明性的。如果需要，滤色器图形可以包含宽带滤波器。例如，每个2×2像素单元都可以包含具有宽带滤波器的一个像素。一般地，任意合适的滤色器图形以及任意合适类型的滤色器可以用于图像传感器14中。图6-11的实例只是说明性的。
[0073] 如图6所示，像素阵列32可以包含图像像素34和相位检测像素36。像素阵列32可以包括滤色器元件的阵列，例如，红色滤色器元件(例如，用于在反射和/或吸收其他颜色的光线的同时通过红光的滤色器材料)、蓝色滤色器元件(例如，可在反射和/或吸收其他颜色的光线的同时让蓝光通过的滤色器材料)、绿色滤色器元件(例如，可在反射和/或吸收其他颜色的光线的同时让绿光通过的滤色器材料)、黄色滤色器元件(例如，可通过红光和绿光的黄色滤色器材料)、清色滤色器(clear color filter)元件(例如，可通过红光、蓝光和绿光的透明材料)、宽带滤波器元件(例如，可通过选自包括红光、蓝光和绿光的分组中的两种或更多颜色的光的滤波器材料)，和/或其他颜色的滤色器元件(例如，青色、品红色等)。
[0074] 在图6的实例中，相位检测像素对100形成断划线，两个图像像素位于每个对之间。相位检测像素对100可以全部包含相同颜色的滤色器元件。如图6所示，所有相位检测像素对100都包含绿色滤色器元件。将绿色滤色器元件用于相位检测像素对100是优选的，因为绿光通常具有比蓝光或红光更高的曝光量，并且与人的视觉系统中的亮度通道更紧密地对应。因而，绿色滤色器元件的使用导致更精确的相位检测数据。但是，在某些实施例中，相位检测像素可以包含清色滤色器、宽带滤色器、红色滤色器、蓝色滤色器，或者任何其他期望的滤色器。在每对相位检测像素对之间的图像像素将会有助于在图像重建过程中以插值的图像像素值来代替相位检测像素值，以及改进与PDAF像素相邻的图像像素的校正，这会受到典型的光学串扰的轻微扰动。在图6中，示出了位于每个相位检测像素对100之间的两个图像像素。但是，该实例纯粹是说明性的。每个相位检测像素对可以由两个图像像素、三个图像像素、四个图像像素或者多于四个的图像像素隔开。在每个相位检测像素对之间的更多像素将会导致更容易校正的但具有更弱的对焦性能的数据。
[0075] 在每个相位检测像素对之间的图像像素可以包含用于匹配图像像素34的滤色器图形的滤色器元件。在图6的实例中，图像像素34包含用于形成拜耳图形的滤色器元件，并且在相位检测像素对之间的图像像素不会中断拜耳图形。其中像素阵列32的滤色器图形为拜耳滤色器图形的图6的实例只是说明性的。如果需要，其他合适的滤色器图形也可以使用(例如，其中在每个2×2单元中的绿色滤色器中的一个或两个绿色滤色器用不同类型的滤波器(例如，宽带滤波器)代替的伪拜耳滤色器图形、其他合适的滤色器图形等)。其中像素阵列32的滤色器图形是拜耳滤色器图形的布局在本文中有时作为示例来描述。
[0076] 在图6的实例中，相位检测像素对排列成行。但是，该实例纯粹是说明性的，并且相位检测像素对同样可以排列成列或者行和列的组合。
[0077] 在图7的实例中，相位检测像素对100排列成断划线，单个图像像素位于每个相位检测像素对之间。如同图6中的实例那样，每个相位检测像素都包含绿色滤色器元件。但是，与图6不同的是，相位检测像素对100仅由一个中间图像像素隔开。在每个相位检测像素对之间的图像像素可以包含与图像像素34的滤色器图形匹配的滤色器元件。在图7的实例中，图像像素34包含用于形成拜耳图形的滤色器元件，并且在相位检测像素对之间的图像像素不会中断拜耳图形。图7的实施例可以提供相位检测像素对的光学布局。在相位检测像素对之间的单个图像像素导致足够多的图像像素数据来进行精确的重建，同时使相位检测像素对保持足够靠近在一起以获得精确的相位检测数据。
[0078] 在图7的实例中，相位检测像素对排列成行。但是，该实例纯粹是说明性的，并且相位检测像素对同样可以排列成列或者行和列的组合。
[0079] 在图8的实例中，相位检测像素对100排列成断划线，单个图像像素位于每个相位检测像素对之间。如同图7中的实例那样，每个相位检测像素都具有绿色滤色器元件。但是，作为匹配图像像素的基础滤色器图形(例如，图6和7)的代替，在每个相位检测像素对之间的图像像素全都可以具有相同颜色的滤色器元件。在某些实施例中，在每个相位检测像素对之间的图像像素可全都以具有颜色与通常出现于滤色器阵列的该行内的其他颜色相同的滤色器元件。例如，在图8所示的实施例中，含有相位检测像素对的行按照颜色图形通常会含有红色和绿色滤色器元件。因此，在每个相位检测像素对之间的图像像素全都具有红色滤色器元件。该实例纯粹是说明性的，并且在每个相位检测像素对之间的图像像素可以具有例如蓝色滤色器元件或者任何期望颜色的滤色器元件。
[0080] 每个绿色相位检测像素对的平均值接近于普通绿色像素的值。由于相位检测像素全都包含绿色滤色器元件，因而相位检测像素对可以提供足够的绿色采样。因此，红色滤色器元件可以用于中间图像像素上，以在相位检测行中获得更多的红色采样数据。作为选择，蓝色滤色器元件或者其他期望颜色的滤色器元件可以用于中间图像像素上。
[0081] 在图8的实例中，相位检测像素对排列成行。但是，该实例纯粹是说明性的，并且相位检测像素对同样可以排列成列或者行和列的组合。
[0082] 在图9的实例中，相位检测像素对100的P1和P2具有相同的颜色(例如，红色或绿色)，并且像素对100连续排列成行(例如，包含两个或更多个相邻的像素对100的线段)。但是，与图5的常规布局不同，在线内的像素对100的颜色在一对与下一对之间改变。例如，一对绿色相位检测像素36可以被插入第一及第二对红色相位检测像素36之间。基本上，这种布局由相互穿插的两个断划线图形构成，在本例中为一个红色和一个绿色。因为给定颜色的P1和P2像素的均值接近于该颜色的图像像素本应具有的值，所以在PDAF像素的位置处的图像值能够被相当精确地估计。
[0083] 在图9的实例中，相位检测像素对排列成行。但是，该实例纯粹是说明性的，并且相位检测像素对同样可以排列成列或者行和列的组合。
[0084] 在图10的实例中，相位检测像素36全都是相同颜色的，但是被分到像素阵列32的不同行中。相位检测像素可以全都包含绿色滤色器元件。在一个实例中，第一行像素可以包含排列成断划线的一个或多个相位检测像素对100，而第二行像素可以包含排列成断划线的一个或多个相位检测像素对100。在每个行内的相位检测像素对可以交错，使得没有相位检测像素对与另一个相位检测像素对直接重叠。在每个相位检测像素对之间的图像像素可以包含用于匹配图像像素34的滤色器图形的滤色器元件。在图10的实例中，图像像素34包含用于形成拜耳图形的滤色器元件，并且在相位检测像素对之间的图像像素不会中断拜耳图形。在可替换的实施例中，在每个相位检测像素对之间的图像像素可以不匹配基础的滤色器图形。例如，这些实施例可以导致在相位检测行中获得更多的红色和蓝色采样数据。
[0085] 具有相位检测像素的两个行可以是相邻的。在可替换的实施例中，具有相位检测像素的两个行可以由两个行、三个行、四个行或者多于四个行隔开。图10的图形的布局可以产生在视觉上比图5的布局更不明显的伪影。
[0086] 在图10的实例中，相位检测像素对排列成行。但是，该实例纯粹是说明性的，并且相位检测像素对同样可以排列成列或者行和列的组合。
[0087] 在图11的实例中，存在两行相位检测像素对100，其中每个对在颜色上交替(例如，图9)。例如，在每个行内的，一对绿色相位检测像素36可以被插入第一及第二对红色相位检测像素36之间。当相位检测像素值以插值的图像像素值来代替时，按这种方式使绿色相位检测像素对与红色相位检测像素对交错可以促进图像重建过程。在图11中的相位检测像素对由单个图像像素行隔开。但是，相位检测像素行可以由两个行、三个行、四个行或者多于四个行隔开。
[0088] 相位检测像素对的颜色可以是交错的，使得红色相位检测像素对总是位于绿色相位检测像素对，并且绿色相位检测像素对总是位于红色相位检测像素对之上。按照这种方式，相位检测像素对将会提供与基础的滤色器图形更加相似的数据。
[0089] 上文已经描述了用于示出具有相位检测像素的图像传感器的各种实施例。在本实用新型的各种实施例中，图像传感器可以包含像素阵列。像素阵列可以包含用于收集图像数据的多个图像像素以及用于收集相位信息的多个相位检测像素。相位检测像素可以排列成包含具有不同角响应的第一及第二相位检测像素的相位检测像素对。相位检测像素对可以排列成间断线(interrupted line)。像素阵列还可以包含滤色器阵列。每个相位检测像素都可以包含相同颜色的各个滤色器元件。
[0090] 间断线可以包含布置于每个相位检测像素对之间的至少一个图像像素。间断线可以只包含布置于每个相位检测像素对之间的一个图像像素。滤色器阵列可以包含形成于多个图像像素之上的多个滤色器元件，滤色器元件按照颜色图形(例如，拜耳颜色图形)来排列。在间断线内的每个图像像素可以包含与颜色图形匹配的各自滤色器元件。作为选择，在间断线内的每个图像像素可以包含相同颜色的各自滤色器元件。在间断线内的图像像素的滤色器元件可以与相位检测像素的滤色器元件颜色相同，或者与相位检测像素的滤色器元件颜色不同。间断线可以包括与第二间断线直接相邻的第一间断线。间断线可以包括与第二间断线直接间隔开图像像素线行的第一间断线。
[0091] 每个相位检测像素对可以由单个微透镜覆盖。每个微透镜可以具有第一及第二正交尺寸。第一尺寸可以是第二尺寸的大约两倍长。
[0092] 在本实用新型的各种实施例中，图像传感器可以具有像素阵列。像素阵列可以包含用于收集图像数据的多个图像像素以及用于收集相位信息的多个相位检测像素。相位检测像素可以排列成包含具有不同角响应的第一及第二相位检测像素的相位检测像素对。相位检测像素对可以排列成断划线。像素阵列可以包含具有形成于该多个图像像素之上的多个滤色器元件的滤色器阵列。该多个滤色器元件可以排列成图形。每个相位检测像素可以包含各自的绿色滤色器元件。
[0093] 断划线可以只包含位于每个相位检测像素对之间的一个图像像素。在断划线内的每个图像像素可以具有红色滤色器元件。在断划线内的每个图像像素可以具有与颜色图形匹配的滤色器元件。图像传感器可以包含附加的多个相位检测像素。该附加的多个相位检测像素每个都可以包含各自的红色滤色器元件。在这附加的多个相位检测像素中的单个相位检测像素对可以被插入这附加的多个相位检测像素中的每个相位检测像素对之间。
[0094] 在本实用新型的各种实施例中，成像设备可以包含图像像素阵列。图像像素阵列可以包含用于收集相位信息的多个相位检测像素对。每个相位检测像素对都可以包含具有不同角响应的第一及第二光敏区。第一及第二光敏区可以由单个微透镜覆盖。相位检测像素对可以布置成间断线。像素阵列可以包含多个图像像素，单个图像像素被布置于每个相位检测像素对之间。每个相位检测像素对可以包含绿色滤色器元件。
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