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I和像素2。像素I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I可以包含关联的光敏区，例如，光电二极管PDl，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H)1和PD2之上，并且可以被用来将入射光引向光电二极管PDl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roi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PDl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)O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PDl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(S卩，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I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I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TO2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PDl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roi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roi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roi可以产生相对较高的图像信号输出。[0061 ]光电二极管roi和ro2的位置有时可以称为非对称位置，因为每个光敏区I ?ο的中心相对微透镜102的光轴116偏移(S卩，与其不对齐)。由于在基板108内的个体光电二极管PDl和TO2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roi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TO2的输出图像信号，而线162可以代表光电二极管HH的输出图像信号。对于负的入射角，光电二极管ro2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TO2之上)，而光电二极管PDl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roi的远处)。对于正的入射角，光电二极管TO2的输出图像信号可以相对较小，而光电二极管ro I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H) I和PD2的尺寸和位置只是说明性的。如果需要，光电二极管roi和TO2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) O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PDl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roi的像素信号输出从TO2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Pl)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，PI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，Pl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