专利名称：成像装置的制作方法
技术领域：
实施例涉及一种包括相位差检测像素的成像装置。
背景技术：
已提出包括相位差检测像素的装置，其中，所述相位差检测像素通过使用用于图像输入的成像装置来执行相位差检测自动对焦(AF)。一般来说，在成像像素之间添加相位差检测像素，并且使用添加的像素来检测相位差。然而，仅在存在相位差检测像素的区域执行相位差检测，并且在任何其它区域不执行相位差检测。另外，相位差检测像素的输出和其它像素的输出之间存在大的差异，并且相位差检测像素被认为是缺陷像素。因此，捕获的图 像的质量恶化。
发明内容
实施例包括可使用全部像素而不需增加像素来执行相位差检测的成像装置，并且可从所述相位差检测获得焦点信息(焦点的位置和方向)。根据实施例，一种被配置用于接收由光学系统形成的图像的成像装置包括二维布置的多个像素。所述多个像素中的每个像素包括微透镜；放置在所述微透镜下面的光电转换单元；布置在所述微透镜和光电转换单元之间的光学孔径，光学孔径相对于所述微透镜的光轴是偏心的，其中，成像装置的所述多个像素输出用于获得相位差的信号。光学孔径可包括光屏蔽掩模。可通过偏心地放置所述多个像素中的每个像素的布线层形成光学孔径。所述多个像素中的每个像素可具有包括微透镜的光轴的光学孔径。所述多个像素中的每个像素可具有包括微透镜的光轴的光学孔径、或与微透镜的光轴不接触的光学孔径、或与所述光轴接触但不包括所述光轴的光学孔径。所述多个像素中的每个像素可具有与微透镜的光轴不接触的光学孔径，或者具有与所述光轴接触但不包括所述光轴的光学孔径。所述多个像素中的每个像素可包括红色(R)滤色器、绿色(G)滤色器或蓝色(B)滤色器。G滤色器可被布置在具有第一开口率的像素中，并且R滤色器或B滤色器可被布置在具有第二开口率的像素中。所述多个像素中的每个像素可包括青色(C)滤色器、品红色(M)滤色器或黄色(Y)滤色器。滤色器可被布置在具有第一开口率的像素中，并且滤色器可不被布置在具有大于第一开口率的第二开口率的像素中。
可以以水平方向和垂直方向偏心地形成光学孔径。可以以倾斜的方向和以与所述倾斜的方向相反的方向偏心地形成光学孔径。光学孔径可包括多个偏心的光学孔径，从而针对全孔径使用不同的镜头。具有第一开口率的焦点检测区域被布置在包括成像装置的中心的多个位置，并且对焦方向检测区域可被布置在除所述焦点检测区域以外的位置。
通过参照附图对示例性实施例进行的详细描述，上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，其中图I是示出根据实施例的包括成像装置的数字图像处理装置的结构的框图；
图2是通过使用根据实施例的图I的成像装置解释相位差像素的原理的示图；图3A和图3B是用于解释根据实施例的根据图2的光接收像素的相位差的曲线图；图4是示出构成一般成像装置的像素的结构的示意图；图5是根据实施例的示出构成图I的相位差成像装置的像素的结构的示图；图6是示出根据另一实施例的构成成像装置的像素的结构的示图；图7A和图7B是示出根据实施例的在图5的成像装置的相位差像素的掩模的位置和成像镜头之间的关系的示图；图8示出成像装置的一般拜耳(Bayer)样式像素结构；图9A和图9B示出根据实施例的基于图8的拜耳样式像素结构以水平方向配置的图7A和图7B的成像装置的相位差像素；图IOA和图IOB示出根据实施例的基于图8的拜耳样式像素结构以垂直方向配置的图7A和图7B的成像装置的相位差像素；图IlA和图IlB是示出根据另一实施例的相位差像素的掩模的位置和成像镜头之间的关系的不图；图12A和图12B示出根据实施例的基于图8的拜耳样式像素结构以水平方向配置的图IlA和图IlB的成像装置的相位差像素；图13A和图13B示出根据实施例的基于图8的拜耳样式像素结构以垂直方向配置的图IlA和图IlB的成像装置的相位差像素；图14A和图14B示出根据实施例的基于图8的拜耳样式像素结构以水平方向和垂直方向配置的图7A和图7B的成像装置的相位差像素；图15示出根据实施例的图9A、图9B、图10A、图10B、图13A、图13B、图14A和图
14B的成像装置的相位差像素的组合的配置；图16示出根据实施例的图14A和图14B的成像装置的相位差像素的配置；图17示出根据另一实施例的图15的成像装置的相位差像素的组合配置；图18是用于解释根据实施例的具有高对焦位置检测精度的相位差像素的原理的示图；图19A和图19B是示出根据实施例的相位差像素的掩模的位置和F2. 8的成像镜头之间的关系的示图20A和图20B示出根据实施例的通过使用图19A和图19B的F2. 8的成像镜头以水平方向配置图19A和图19B的成像装置的相位差像素；图21示出根据实施例的图9A、图9B、图20A和图20B的成像装置的相位差像素的
组合配置；图22A和图22B示出根据另一实施例的以水平方向配置的图19A和图19B中示出的相位差像素；图23A和图23B示出根据另一实施例的以水平方向配置的图19A和图19B中示出的相位差像素；图24示出根据实施例的图22A、图22B、图23A和图23B中示出的相位差像素的组·合配置；图25A和图25B示出根据另一实施例的以水平方向配置的图19A和图19B的中示出的相位差像素；图26A和图26B示出根据实施例的以垂直方向配置的图25A和图25B的相位差像素；图27示出根据实施例的图25A、图25B、图26A和图26B的相位差像素的组合配置；图28示出根据另一实施例的图27的相位差像素的组合配置；图29A和图29B示出根据另一实施例的图25A和图25B的相位差像素的配置；图30A和图30B示出根据实施例的通过针对右、上、左和下方向检测相位差来检测对焦位置的相位差像素的MA配置；图31A和图31B示出根据实施例的通过针对左、上、右、下方向检测相位差来检测对焦位置的相位差像素的NA配置；图32A和图32B示出根据实施例的通过针对右、上、左、下方向检测相位差来检测对焦方向的相位差像素的MB配置；图33A和图33B示出根据实施例的通过针对左、上、右、下方向检测相位差来检测对焦方向的相位差像素的NB配置；图34示出根据实施例的图30A、图30B、图31A、图31B、图32A、图32B、图33A和图33B的相位差像素的组合配置。
具体实施例方式将在附图中示出并在书面说明中详细描述特定实施例；然而，这不应被理解为限制，并且应理解不背离精神和技术范围的所有改变、等同物和替换被包含在权利要求中阐述的本发明之内。在描述中，当认为现有技术的特定详细的解释会不必要地使在权利要求中阐述的本发明的实质不清楚时，省略现有技术的特定详细的解释。现在将参照示出示例性实施例的附图更全面地描述实施例。在附图中，相同的标号表不相同的兀件，并因此提供一次相同的兀件的详细描述。图I是示出根据实施例的包括成像装置108的数字图像处理装置100的结构的框图。参照图1，虽然彼此单独配置数字图像处理装置100和镜头，但是以与数字图像处理装置100集成的方式来配置成像装置108。另外，包括成像装置108的数字图像处理装置100可执行相位差自动对焦(AF)和对比度AF。数字图像处理装置100包括成像镜头101，成像镜头101包括对焦镜头102。数字图像处理装置100具有对焦检测能力，因此可操作对焦镜头102。成像镜头101包括镜头操作单元103，操作对焦镜头102 ;镜头位置检测单元104，检测对焦镜头102的位置；镜头控制单元105，控制对焦镜头102。镜头控制单元105将关于对焦检测的信息发送到数字图像处理装置100的CPU 106。数字图像处理装置100包括成像装置108，并因此捕获入射到成像镜头101并透射通过成像镜头101的光，从而产生图像信号。成像装置108可包括以矩阵形式布置的多个光电转换单兀(未不出)和从光电转换单兀传输电荷的传输路径(未不出)，从而读取图像信号。
成像装置控制单元107产生时序信号，从而控制成像装置108捕获图像。另外，当多个扫描线中的每个扫描线上的电荷积累终止时，成像装置控制单元107依次读取出图像信号。由A/D转换单元110经由模拟信号处理单元109将读取的图像信号转换为数字图像信号，随后读取的图像信号被输入到图像输入控制器111并在图像输入控制器111中被处理。输入到图像输入控制器111的数字图像信号受分别由AWB检测单元116、AE检测单元117和AF检测单元118执行的自动白平衡(AWB)、自动曝光(AE)和AF计算的影响。AF检测单元118在对比度AF期间输出针对对比度值的检测值，并在相位差AF期间将像素信息输出到CPU 106，从而允许在CPU 106中执行相位差计算。可通过计算多个像素行信号之间的相关性来获得由CPU 106执行的相位差计算。作为相位差计算的结果，可获得焦点的位置或方向。还将图像信号存储在同步动态随机存取存储器(SDRAM) 119 ( S卩，临时存储器)。数字信号处理单元112执行一系列的图像信号处理操作(诸如，伽马校正)，以创建可显示的实时取景图像或捕获的图像。压缩/解压缩单元113以JPEG压缩格式或H. 264压缩格式对图像信号进行压缩，或者，当执行图像信号处理时，对图像信号进行解压缩。经由介质控制器121将图像文件发送到存储卡122以在存储卡122中存储，其中，所述图像文件包括在压缩/解压缩单元113中压缩的图像信号。在图I中，CPU 106、模拟信号处理单元109、A/D转换单元110、图像输入控制器111、数字信号处理单元112、压缩/解压缩单元113、视频控制器114、AWB检测单元116、AE检测单元117、AF检测单元118和介质控制器121可被称为图像处理电路。通常图像处理电路可被称为集成电路(IC)并且CPU 106可以是图像处理电路。在视频RAM(VRAM) 120中存储用于显示的图像信息，并且经由视频编码器114在IXD 115上显示图像。CPU 106控制数字图像处理装置100中的每个单元的整体操作。电可擦可编程只读存储器(EEPROM) 123存储并维护用于校正成像装置108的像素的缺陷的信息或关于所述缺陷像素的信息。操作单元124是一种单元，其中，通过所述单元输入用户的各种命令以操作数字图像处理装置100。操作单元124可包括各种按钮(诸如，快门释放按钮、主按钮、模式转盘、菜单按钮等)。
图2是通过使用根据实施例的图I的成像装置108解释相位差像素的原理的示图。透射通过成像镜头11的目标的光透射通过微透镜阵列14以入射到光接收像素R(15)和光接收像素L (16)。在光接收像素R(15)和光接收像素L (16)的部分之中分别形成用于限制成像镜头11的光瞳12和光瞳13的掩模17和掩模18或限制性光学孔径。在成像镜头11的光瞳12和光瞳13中，光从成像镜头11的光轴10之上的光瞳12入射到光接收像素L (16)上，并且光从成像镜头11的光轴10之下的光瞳13入射到光接收像素R (15)。被微透镜阵列14反向透射到光瞳12和光瞳13的光通过掩模17和掩模18或光学孔径由光接收像素R(15)和光接收像素R(16)接收，以上过程被称为光瞳分割。图3A和图3B是用于解释根据实施例的根据图2光接收像素的相位差的曲线图。在图3A和图3B中，示出通过微透镜阵列14的光瞳分割的光接收像素R(15)和光接收像素
L (16)的连续输出。在图3A和图3B中，横轴表示光接收像素R (15)和光接收像素L (16)的位置，并且纵轴表示光接收像素R(15)和光接收像素L(16)的输出值。参照图3A和图3B，示出光接收像素R(15)和光接收像素L(16)的输出的曲线图虽然展现出相同的形状，但是针对位置表现出不同相位。这是因为来自成像镜头11的形成偏心的光瞳12和形成偏心的光瞳13的光的成像位置彼此不同。因此，当来自偏心形成的光瞳12和光瞳13的光的焦点彼此不一致时，光接收像素R(15)和光接收像素L(16)表现出如图3A所示的输出相位差。另一方面，当来自偏心光瞳12和偏心光瞳13的光的焦点彼此一致时,如图3B所不在相同的位置形成图像。另外，可通过焦距差确定焦点的方向。焦点前移表示对象处于焦点前移的状态，在图3A中示出焦点前移。参照图3A，光接收像素R(15)的输出的相位相对于处于对焦的相位时的相位向左进一步偏移，光接收像素L(16)的输出的相位相对于处于对焦的相位时的相位向右进一步偏移。相反，焦点后移表示对象处于焦点后移状态。在这种情况下，光接收像素R(15)的输出的相位相对于处于对焦的相位时的相位向右进一步偏移，并且光接收像素L(16)的输出的相位相对于对焦的相位时的相位向左进一步偏移。光接收像素R(15)和光接收像素L(16)的像素之间的偏移量可被转换为焦点之间的偏差量。图4是示出构成一般成像装置的像素的结构的示意图。参照图4，示出两个像素。这两个像素包括微透镜21、表面层22、滤色层23、布线层24、光电二极管层25、基底层26。每个像素的光电转换单兀可包括布线层24和光电二极管层25至少某些部分。来自目标的光经由微透镜21进入每个像素的光电二极管层25，并且每个像素的光电二极管层25中的光电二极管产生充当像素信息的电荷。通过布线层24释放产生的电荷。来自目标的这样的入射光是透射通过成像镜头的出射光瞳的所有的光，并且对应于像素位置，可获得与目标位置相应的亮度信息。一般来说，滤色层23可以是包括红色(R)、绿色(G)和蓝色⑶的像素。另外，滤色层23可包括青色(C)、品红色(M)和黄色⑴的像素。图5是根据实施例的示出构成图I的相位差成像装置的像素的结构的示图。在图5中示出通过在图4中示出的成像装置的光学孔径中形成的掩模27和掩模28来获得相位差像素以获得图3A和图3B中示出的R信号和L信号的示例性实施例。参照图5，R像素的掩模27和L像素的掩模28均被插入在微透镜21和光电二极管层25之间，但是掩模27和掩模28的位置不限于图5中示出的示例。例如，可在微透镜21和光电二极管25之间的其它地方插入掩模27和掩模28。在图5中，微透镜21的光轴均由点划线表示，并且从微透镜21入射的光所通过的路径均由虚线表示。当掩模27和掩模28对应于微透镜21的光轴时，由掩模27和掩模28分别将入射到光电二极管层25上的光量限制为50%。图6是示出根据另一实施例的构成成像装置108的像素的结构的示图。在该实施例中，代替成像装置108的光学孔径中的掩模的信息，布线层24被布置在每个像素的一侧，因此可获得掩模效果。当设计成像装置时，因为每个像素包括布线层24，所以一般将每个像素的开口率被限制为大约40%。在图6中，布线层24被布置在每个像素的末端，从而完成用作相位差像素的R像素和L像素的构建。然而，在该实施例中，需要针对像素R和像素L配置布线层24。因此，在整体配置中，布线层24被配置为具有锯齿形配置。在下文中，为便于解释，40%的像素的实际开口率将被描述为100%的开口率。例 如，在下面的描述中的70%的开口率表示28%的实际开口率。图7A和图7B是示出根据实施例的在图5的成像装置的相位差像素的掩模的位置和成像镜头之间的关系的示图。图7A示出成像镜头31、图5的成像装置的R像素33、掩模34的俯视图和在成像镜头31上并入射到掩模34上的光瞳32。图7B示出成像镜头36、图5的成像装置的L像素38、掩模39的俯视图和在成像镜头36上并入射到掩模39的光瞳37。透射通过成像镜头31的光瞳32或成像镜头36的光瞳37的光被分别入射到R像素33或L像素38上。掩模34和掩模39均具有相对于成像镜头31和成像镜头36的光轴的大约50%的开口率。换句话说，R像素33和L像素38均具有相对于成像镜头31和成像镜头36的光轴的大约50%的开口率，其中，所述R像素33和L像素38中的每个光学孔径不与光轴接触或与光轴接触但不包括光轴。不一定要彼此相邻地布置在图7A和图7B中示出的R像素33和L像素38。另外，图7A和图7B示出在成像镜头31和成像镜头36的光轴的附近布置的像素的配置。如果将像素布置为进一步远离成像镜头31和成像镜头36的光轴以校正cos4 Θ法则，则成像镜头31和成像镜头36的光轴的位置和掩模34和掩模39的位置以屏幕的向外的方向偏移。图8示出成像装置的一般拜耳样式像素结构。参照图8，布置了三色(即，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B))的滤色器，并将4个像素配置为一个单元。在这里，两个G像素被布置在所述单元中。图9A和图9B示出根据实施例的基于图8的拜耳样式像素结构以水平方向配置的图7A和图7B的成像装置的相位差像素。图9A示出滤色器和R像素33的配置以及滤色器和L像素38的配置，图9B示出掩模34和掩模39的布置。在图9A中，RLa表示在红色(R)滤色器中形成用于L像素38的掩模。在图9A和图9B中，R像素33和L像素38均具有相对于成像镜头31和成像镜头36的光轴的大约50%的开口率，其中，R像素33和L像素38中的每个光学孔径不与光轴接触，或者与光轴接触但不包括光轴。在这里，为便于解释，在图9B中示出的掩模34和掩模39被称为“A型掩模”，因此水平方向的相位差像素的配置被称为HA。在图9A和图9B中，L像素被布置在第一行41和第二行42，R像素被布置在第三行43和第四行44。如在图3A和图3B中所示，获得第一行41和第二行42的每个像素的像素行信号或第一行41的每个L像素和第二行42的每个像素的像素行信号之和(合并(binning)输出)，并获得第三行43和第四行44的每个像素的像素行信号或第三行43和第四行44的每个像素的像素行信号之和(合并输出)，以计算R像素和L像素之间的相位差。在这里，用于获得合并输出的区域不限于上述示例，并可针对更宽的区域执行合并输出。另外，可对相同颜色的像素执行合并输出。当获得相同颜色的像素的合并输出时，可在实时取景图像中使用合并输出。像素行信号被获得为水平方向的线图像。因此，可检测具有水平方向上的对比度变化的图像。如上所述，由具有相对于成像镜头31和成像镜头36的光轴的大约50%的开口率的像素构成HA，所述像素中的每个光学孔径不与光轴接触，或者与光轴接触但不包括光轴，因此不会发生相邻像素之间的串扰，可从相位差信息获得目标的水平方向上的焦点的位 置。图IOA和图IOB示出根据实施例的基于图8的拜耳样式像素结构以垂直方向配置的图7A和图7B的成像装置的相位差像素。图IOA示出R像素33和滤色器的配置以及L像素38和滤色器的配置，图IOB示出掩模34和掩模39的布置。在图IOA和图IOB中，R像素33和L像素38均具有相对于成像镜头31和成像镜头36的光轴的大约50%的开口率，其中，R像素33和L像素38的每个光学孔径不与光轴接触，或者与光轴接触但不包括光轴。在这里，为便于解释，在图IOB示出的掩模34和掩模39被称为“A型掩模”，因此垂直方向的相位差像素的配置被称为VA。在图IOA和图IOB中，L像素被布置在第一列51和第二列52，并且R像素被布置在第三列53和第四列54。如图3A和图3B所示，获得第一列51和第二列52的每个像素的像素列信号或第一列51的每个L像素和第二列52的每个像素的像素列信号之和(合并输出)，并获得第三列53和第四列54的每个像素的像素列信号或第三列53的每个像素和第四列54的每个像素的像素列信号之和(合并输出)，以计算R像素和L像素之间的相位差。像素列信号被获得为垂直方向的线图像。可使用VA的像素列信号以检测具有垂直方向的对比度变化的图像，因此可从相位差信息获得目标的垂直方向的焦点的位置。图IlA和图IlB是示出根据另一实施例的相位差像素的掩模和成像镜头的位置之间的位置的关系的示图。图IlA示出成像镜头61、图5的成像装置的R像素63、掩模64的俯视图和成像镜头61之上并入射到掩模64上的光瞳62。图IlB示出成像镜头62、图5的成像装置的L像素68、掩模69的俯视图、成像镜头66之上并入射到掩模69上的光瞳67。已透射通过成像镜头61的光瞳62的光和已透射通过成像镜头66的光瞳67的光被分别入射到R像素63和L像素68上。尽管掩模34和掩模39被分别放置为允许图7A和图7B的实施例的R像素33和L像素38具有相对于光轴的50%开口率，但是掩模64和掩模69被分别放置为允许R像素63和L像素68具有相对于光轴的50%的开口率或更大(例如，75%)的开口率。换句话说，在该实施例中，R像素63具有相对于成像镜头61的光轴的50%或更大的开口率，R像素63的光学孔径包括光轴，L像素68具有相对于成像镜头66的光轴的50%或更大的开口率，L像素68的光学孔径包括光轴。R像素63的光学孔径的中心在成像镜头61的光轴的右边，L像素68的光学孔径的中心在成像镜头66的光轴的左边。在图7A和图7B的R像素33和L像素38中，在光瞳32和光瞳37之间不存在任何重叠的部分，因此R像素33和L像素37的相位差信息彼此不重叠，这导致相对小的自动对焦(AF)误差。另一方面，与图IlA和图IlB的R像素63和L像素68相比，获得较暗的图像。相反，在图IlA和图IlB的R像素63和L像素67中，在光瞳62和光瞳67之间存在重叠的部分，因此R像素33和L像素37的相位差信息彼此重叠，这导致相对大的AF误差。另一方面，与图7A和图7B的R像素33和L像素38相比，获得较亮的图像。图12A和图12B示出根据实施例的基于图8的拜耳样式像素结构以水平方向配置的图IlA和图IlB的成像装置的相位差像素。图12A示出滤色器和R像素63的配置以及滤色器和L像素68的配置，并且图12B不出掩模64和掩模69的布置。虽然图9A和图9B中示出的R像素和L像素均具有相对于成像镜头31和成像镜头36的光轴的大约50%的开口率，每个像素的光学孔径不与光轴接触，或者与光轴接触但不包括光轴，但是图12A和图12B的R像素和L像素均具有相对于成像镜头61和成像镜头66的光轴的大约75%的开口率，每个像素的光学孔径包括光轴。 在这里，为便于解释，掩模64和掩模69被称为“B型掩模”，因此水平方向的相位差像素的配置可被称为HB。在图12A和图12B中，L像素被布置在第一行71和第二行72，R像素被布置在第三行73和第四行74。如图3A和图3B所示，获得第一行71和第二行72的每个像素的像素行信号或第一行71的每个L像素和第二行72的每个像素的像素行信号之和(合并输出)，并获得第三行73和第四行74的每个像素的像素行信号或第三行73和第四行74的每个像素的像素行信号之和(合并输出)，以计算R像素和L像素之间的相位差。针对图12A和图12B的HB，HB的光学孔径足够大，从而成像装置可令人满意地显示图像。然而，当对HB执行相位差检测时，HB的光学孔径均包括成像镜头的光轴，并因此发生相邻像素之间的串扰。换句话说，L像素信息被包括在R像素的偏移信息中，并因此横向偏移 目息被包括在R像素的偏移 目息中。因此，难以从可从HB获得的相位差彳目息获得关于焦点位置检测的信息，但是可从所述相位差信息获得目标的对焦方向。图13Α和图13Β示出根据实施例的基于图8的拜耳样式像素结构以垂直方向配置的图IlA和图IlB的成像装置的相位差像素。图13Α示出滤色器和R像素63的配置以及滤色器和L像素68的配置，并且图13Β示出掩模64和掩模69的布置。在图13Α中，RLb表示在红(R)色滤波器中形成用于L像素68的掩模。虽然在图9Α和图9Β中示出的R像素和L像素均具有相对于成像镜头31和成像镜头36的光轴的大约50%的开口率，并且每个像素的光学孔径不与光轴接触，或者与光轴接触但不包括光轴，但是图13Α和图13Β的R像素和L像素均具有相对于成像镜头61和成像镜头66的光轴的大约75%的开口率，并且每个像素的光学孔径包括光轴。在这里，为便于解释，掩模64和掩模69被称为“B型掩模”，因此垂直方向的相位差像素的配置可被称为VB。在图13A和图13B中，L像素被布置在第一列81和第二列82，R像素被布置在第三列83和第四列84。如在图3A和图3B所示，获得第一列81和第二列82的每个像素的像素列信号或第一列81的每个L像素和第二列82的每个像素的像素列信号之和(合并输出)，并获得第三列83和第四列84的每个像素的像素列信号或第三列83和第四列84的每个像素的像素列信号之和(合并输出)，以计算R像素和L像素之间的相位差。与图12A和图12B的HB相同，可从VB获得的相位差信息可被用于获得目标的对焦方向。图14A和图14B示出根据实施例的基于图8的拜耳样式像素结构以水平方向和垂 直方向配置的图7A和图7B的成像装置的相位差像素。R像素和L像素均具有50%的开口率，因此可获得对焦方向。水平方向和垂直方向的相位差像素的配置被称为HVA。在HVA配置中，数量多于R像素，B像素的G像素被用作水平方向和垂直方向上的检测像素。图15示出根据实施例的图9A、图9B、图10A、图10B、图13A、图13B、图14A和图
14B的成像装置的相位差像素的组合的配置。事实上，成像装置例如可以是具有这样的像素配置的14. 6M像素成像装置，其中，在所述像素配置中4670个像素被布置在水平方向，并且3100个像素被布置在垂直方向。然而，在该实施例中，为以示图的形式进行解释，布置较少的像素。参照图15，在成像装置的中心区域处布置HA和VA，并且在HA和VA彼此交叉的地方布置HVA。VB被布置在中心区域的左侧区域和右侧区域，HB被布置在布置HA、VA和HVA的区域以外的邻近中心区域的区域。在这里，在HB的周围布置VA。作为成像装置的光瞳的光学条件，位于成像装置的中心区域的HA和HB的布置用于防止渐晕现象(vignetting phenomenon)。例如，因为不发生渐晕现象,具有F6. 7或更小的光圈的镜头可获得高对焦位置检测精度。因为在成像装置的中心区域以外的区域处发生光学渐晕现象，所以布置用于对焦方向检测的HB和VB，其中，所述HB和VB不引起密度方面的问题。由于光渐晕现象根据离成像镜头的光轴的距离而增加，并且不管是否发生渐晕现象都期望R像素和L像素被相对对称地布置，因此HB被布置在成像装置的中心区域以及上边区域和下边区域，VB被布置在成像装置的左边区域和右边区域。此外，在实际成像装置中，VA替代HA被布置在HB配置中。在稍后描述的成像装置中，用于对焦位置检测的相位差像素可还被分散地布置在用于对焦方向检测的相位差像素(诸如，HB像素或VB像素)的配置中。另外，在数字成像处理装置100中，在AF期间主要使用用于对焦位置检测的HA和VA,并且以辅助方式使用用于对焦方向检测的HB和VB。图16示出根据实施例的图14A和图14B的成像装置的相位差像素的配置。参照图16，HA被布置在成像装置的中心区域，VA被布置在中心区域以外的区域。图6的成像装置的像素可具有图16的像素配置，其中，在所述像素中以锯齿型配置布置布线层。成像装置可具有与一般成像装置的质量相同的质量，因此可一次使用所有像素来检测对焦位置。在这里，以锯齿型配置布置R像素和L像素的布线层。图17示出根据另一实施例的图15的成像装置的相位差像素的组合配置。参照图17，以在成像装置的每个区域中执行水平方向和垂直方向的检测的方式来配置像素。可在九个点处执行多点检测，其中，所述九个点由在成像装置的中心区域处布置的HA、VA、HVA和HB构成。已提供包括具有F6. 7或更小的光圈的成像镜头的用于相位差检测的成像装置的详细描述。明亮的成像镜头降低了对焦位置检测精度。对于具有大于F2. 8的光圈的镜头，成像装置包括具有高对焦位置检测精度的相位差像素。图18是用于解释根据实施例的具有高对焦位置检测精度的相位差像素的原理的示图。
参照图18，如图2，示出成像镜头的位置和成像镜头的出射光瞳。在图18中，示出成像镜头的F2. 8的出射镜头81、微透镜82、用于F6. 7的出射光瞳83、F6. 7的出射光瞳83的相位差R像素的光瞳86、F6. 7的出射光瞳83的相位差L像素的光瞳85、F2. 8的出射光瞳81的相位差R像素的光瞳87和F2. 8的出射光瞳81的相位差L像素的光瞳84。F2. 8的光瞳84和光瞳87被放置在离成像镜头的光轴具有一定距离的位置处。在这种情况下，入射到相位差像素上的光的角度增加，当改变所述光的焦点时，成像位置出现大的改变。因此，在光的入射角度增加的配置中，检测到高等级的相位差改变，并因此对焦位置检测精度高。图19A和图19B是示出根据实施例的相位差像素的掩模的位置和F2. 8的成像镜头之间的关系的示图。图19A示出成像镜头91、R像素93、掩模94的俯视图和在成像镜头91之上并入射到掩模94上的光瞳92。图19B示出成像镜头96、L像素98、掩模99的俯视图和在成像镜头94之上并入射到掩模99上的光瞳97。透射通过成像镜头91的光瞳92或成像镜头96的光瞳97的光分别入射到R像素93或L像素98上。图7A和图7B中示出的掩模34和掩模39被分别放置为允许R像素33和L像素38具有相对于光轴的50%的开口率，而图19A和图19B中示出的掩模94和掩模99被分别放置为允许R像素93和L像素98具有相对于成像镜头91和成像镜头96的光轴的25%的开口率。在这里，与F6. 7的像素相比，R像素93和L像素98的光学孔径被分别放置在距离成像镜头91和成像镜头96的光轴更远的位置处。另外，当像素的尺寸增加时，不会将像素的光学孔径做得更小，但是光学孔径可被放置在距离成像镜头的光轴的更远的位置处。图20A和图20B示出根据实施例的通过使用图19A和图19B的F2. 8的成像镜头以水平方向配置图19A和图19B的成像装置的相位差像素。图20A示出滤色器和R像素93的配置以及滤色器和L像素98的配置，图20B示出掩模94和掩模99的布置。 参照图20A和图20B，R像素93和L像素98均具有大约25 %的开口率，其中，R像素93和L像素98的光学孔径不包括或不接触成像镜头91和成像镜头96的光轴，R像素93和L像素98的光学孔径被分别放置在离成像镜头91和成像镜头96的光轴一定距离的位置处。如图20A和图20B中示出的水平方向的相位差像素的配置被称为HA25。
可从HA25获得的相位差信息是对焦位置检测信息，并且可获得具有高精度的焦点检测信息。虽然在图20A和图20B中未示出，但可还以垂直方向配置相位差像素，这样的配置被称为VA25。图21示出根据实施例的图9A、图9B、图20A和图20B的成像装置的相位差像素的
组合配置。参照图21，多个HA25被布置在成像装置的中心区域处，多个VA25被布置在所述中心区域上侧和下侧。虽然在图21中未示出，根据另一实施例，HA可被布置在HA25和VA25之间。如果采用比F2. 8更亮的镜头系统，则多个HA25可被布置在成像装置的中心区域，然而如果采用使用其它镜头的镜头系统，则HA可被布置在成像装置的中心区域。HA被布置在多个VA25被布置的区域的上侧和下侧，VA被布置在多个VA25、多个HA25和HA被布置的区域的左侧和右侧。另外，HB被布置在HA和VA被布置的区域的上侧·和下侧，VB被布置在HB和VA被布置区域的左侧和右侧。换句话说，图21示出在成像装置的中心区域处布置的用于对焦位置检测的F2. 8和F6. 7的相位差像素的配置、在所述中心区域的外侧布置的用于对焦位置检测的F6. 7的相位差像素的配置、在所述中心区域的最外侧布置的用于对焦方向检测的相位差像素的配置。图22A和图22B示出根据另一实施例的以水平方向配置的图19A和图19B中示出
的相位差像素。图22A示出滤色器和R像素93和滤色器和L像素98的配置，并且图22B示出掩模94和掩模99的布置。在图22A和图22B中，示出被配置为具有70%的开口率的用于对焦方向检测的相位差像素，并且这样的配置被称为HB70。虽然在图22A和图22B中未示出，可还以垂直方向配置相位差像素，并且这样的配置被称为VB70。图23A和图23B示出根据另一实施例的以水平方向配置的图19A和图19B中示出
的相位差像素。图23A示出滤色器和R像素93的配置和滤色器和L像素98的配置，并且图23B不出掩模94和掩模99的布置。在图23A和图23B中，示出被配置为具有85%的开口率的用于对焦方向检测的相位差像素，并且这样的配置被称为HB85。虽然在图23A和图23B中未示出，可还以垂直方向配置相位差像素，并且这样的配置被称为VB85。图24示出根据实施例的图22A、图22B、图23A和图23B中示出的相位差像素的组
合配置。参照图24，HA被布置在成像装置的中心区域处，并且HA还被布置在所述中心区域的左上侧、右上侧、左下侧、右下侧。多个HB70被布置在HA被布置的区域的周围。VA被布置在所述中心区域的左侧、右侧、上侧和下侧，多个VB70被布置在VA被布置的区域的周围，多个HB85被布置在多个HB70被布置的区域和多个VB70被布置的区域之间，并且多个VB85被布置在多个HB85、多个HB70和多个VB70被布置的区域的左侧和右侧。可考虑捕获的图像的质量而做出这样的配置，并可做出这样的配置以提高边缘区域的开口率。包括这样的配置的成像装置具有校正成像镜头的阴影的效果，并且可表现对焦位置检测能力和提高的图像质量。图25A和图25B示出根据另一实施例的以水平方向配置的图19A和图19B的中示
出的相位差像素。图25A示出滤色器和R像素93的配置以及滤色器和L像素98的配置，图25B示出掩模94和掩模99的布置。在图25A中，仅G像素被配置为用于对焦位置检测的相位差像素，R像素和B像素被配置为用于对焦方向检测的相位差像素。这样的配置被称为HC。虽然G像素相比于R像素和B像素具有较小的开口率,但G像素的数量是R像素或B像素的数量的两倍，因此可能不会发生图像质量的退化。图26A和图26B示出根据实施例的以垂直方向配置的图25A和图25B的相位差像素。图26A示出滤色器和R像素93的配置以及滤色器和L像素98的配置，并且图26B示出掩模94和掩模99的布置。这样的配置被称为VC。 图27示出根据实施例的图25A、图25B、图26A和图26B的相位差像素的组合配置。可考虑捕获的图像的质量而不是考虑成像装置本身来做出在图27中的配置。HA被布置在包括成像装置的中心区域的九个区域，HA和多个HA25均被布置在中心区域，HC被布置在HA被布置的区域之间，VC被布置在HA被布置的区域的左侧和右侧的12个区域。这是基本的配置。VB被布置在HA被布置的区域和VC被布置的区域之间。HB被布置在基本的配置上侧和下侧，VB被布置在基本的配置的左侧和右侧。可做出图27的配置以检测与多个目标相应的多个焦点，并且包括这样的配置的成像装置可具有好的图像质量。图28示出根据另一实施例的图27的相位差像素的组合配置。HC被布置在中心区域，HC还被布置在所述中心区域的上侧和下侧的多条线上，VC被布置在HC和VC彼此交叉的多条线上。HB被布置在HC被布置的区域和VC被布置的区域之间。VB被布置在成像装置的最左侧和最右侧。具有这样的配置的成像装置可通过使用软件设置多焦点检测分数来将焦点检测区域设置在任意位置，因此可广泛使用所述成像装置。图29A和图29B示出根据另一实施例的图25A和图25B的相位差像素的配置。参照图29A和图29B，由白色(W)像素替换在拜耳样式像素结构中的G像素之一。换句话说，去除了拜耳样式像素结构的两个G像素中的一个。W像素被配置为用于对焦位置检测的水平方向的相位差像素，并且R像素、G像素和B像素被配置为用于对焦方向检测的水平方向的相位差像素。在图29A和图29B示出的成像装置的配置被称为HAW。虽然在图29A和图29B未示出，但是可以以垂直方向配置相位差像素,并且这样的配置被称为VAW。另外，成像装置可具有这样的配置，其中，在所述配置中，HAW和VAW替代图27的HC和VC和图28的HC和VC0上面描述的相位差像素的配置被用于以水平方向或垂直方向检测相位差。然而，可相对于成像镜头的光轴以同心圆布置相位差像素以检测相位差。通过使用这样的配置，可容易地获得目标的对称性。在这种情况下，针对来自成像镜头的光瞳的光的对焦位置检测误差小。另外，针对具有斜向分布的对比度的目标，可能由于像素的光学孔径中形成的掩模的制造中出现的误差而发生对焦位置检测的误差。图30A到图33B示出根据多个实施例的以倾斜的方向布置相位差像素的配置，其中，可针对倾斜的方向检测相位差信息。图30A和图30B示出根据实施例的通过针对右、上、左和下方向检测相位差来检测对焦位置的相位差像素的MA配置。MA表示与图2中示出的L像素相应的D像素行。使用⑶a、RDa、⑶a、BDa、⑶a、RDa、⑶a、...来执行相位差计算，并使用BUa、⑶a、RUa、⑶a、BUa、. . . ( S卩，与在图2中示出的R像素相应的U像素行)来执行相位差计算。图31A和图31B示出根据实施例的通过针对左、上、右、下方向检测相位差来检测对焦位置的相位差像素的NA配置。以相反于MA配置的方向做出NA配置。图32A和图32B示出根据实施例的通过针对右、上、左、下方向检测相位差来检测对焦方向的相位差像素的MB配置。MB配置具有大于50%的开口率，其中，所述MB配置的光学孔径包括成像镜头的光轴。图33A和图33B示出根据实施例的通过针对左、上、右、下方向检测相位差来检测对焦方向的相位差像素的NB配置。在相反于MB配置的方向做出NB配置。 图34示出根据实施例的图30A、图30B、图31A、图31B、图32A、图32B、图33A和图33B的相位差像素的组合配置。图34的配置用于九个区域的多焦点检测。参照图34，HA、VA和HVA被布置在中心区域并还被布置在所述中心区域的上侧、下侧、左侧和右侧，并且用于对焦位置检测的MA和NA以倾斜的方向被布置在所述中心区域的左、右、上和下方向上的四个区域。以相对于成像镜头的光轴的同心圆方向设置相位差信息的检测方向。用于以水平方向检测对焦方向的HB被布置在所述中心区域周围，MB和NB以倾斜的方向被布置在左斜线和右斜线的上侧和下侧。另外，用于以垂直方向检测对焦方向的VB被布置在成像装置的最外侧。如上所述，根据一个或多个实施例，成像装置可使用捕获的图像的整个表面而不用增加像素来执行相位差检测。通过参考相同的范围并入这里引用的包括出版物、专利申请和专利的所有文献，在此情况下，相当于每个文献被单独且特别指示为通过引用被包括并且在这里被完全阐述。为了帮助理解本发明的原理，参照了附图中示出的实施例，并且使用了特定语言来描述这些实施例。然而，本发明的范围不受该特定语言限制，本发明应被理解为包含对于本领域的普通技术人员可正常发生的所有实施例。在此使用的术语是出于描述特定实施例的目的，而不是要限制本发明的示例性实施例。在实施例的描述中，当现有技术的特定的详细解释被认为可能会不必要地使本发明的实质模糊时，省略详细解释。在此描述的设备可包括处理器、用于存储将由处理器执行的程序数据的存储器、永久性存储器(诸如硬盘)、用于处理与外部装置的通信的通信端口以及用户接口装置(包括显示器、触摸面板、按键、按钮等)。当包括软件模块时，这些软件模块可被存储为非暂时性计算机可读介质上的由处理器执行的程序指令或计算可读代码，其中，所述非暂时性计算机可读介质例如为磁性存储介质(例如，磁带、硬盘、软盘)、光记录介质(例如，CD-ROM、数字多用盘(DVD)等)以及固态存储器(例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、指状存储器等)。计算机可读记录介质还可分布于联网的计算机系统，从而以分布式存储和执行计算机可读代码。该计算机可读记录介质可由计算机读取，被存储在存储器中，并由处理器执行。
另外，使用此处的公开，本发明所属领域的普通程序员可容易地实现功能程序、代码和代码段以制作并使用本发明。可根据功能块组件和多个处理步骤描述本发明。可由任意数量的被配置用于执行特定功能的硬件组件和/或软件组件实现这样的功能块。例如，本发明可采用可在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下执行各种功能的多种集成电路组件(例如，存储器元件、处理元件、逻辑元件、查找表等)。类似地，在使用软件编程或软件元件实现本发明的元件的情况下，可使用任意编程或脚本语言(诸如C、C++、Java、汇编语言等)来实现本发明，可使用以数据结构、对象、处理、例程或其它编程元素的任意组合实现的各种算法来实现本发明。可在一个或多个处理器上执行的算法中实现各个功能方面。 此外，本发明可采用任意数量的现有技术进行电子配置、信号处理和/或控制、数据处理等。最后，除非在此另外指出或者与上下文明显矛盾，否则在此描述的所有方法的步骤可以以任意合适的顺序被执行。为了简要，不会详细描述系统的现有电子器件、控制系统、软件开发和其它功能方面(以及系统的各自的操作组件的组件)。此外，在各附图中出现的连线或连接器旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或实体耦合或逻辑耦合。应注意，在实际装置中可存在多种可选的或附加的功能关系、实体连接或逻辑连接。词语“机制”、“元件”、“装置”和“结构”被广泛使用，并且不限于机械或实体实施例，而是可包括与处理器结合的软件例程等。任意和所有示例的使用，或者在此提供的示例性语言(例如，“诸如”)仅意在更好地说明本发明，而不是对本发明的范围加以限制，除非另外声明。在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，多种修改和调整对于本领域的普通技术人员来说是很明显的。因此，本发明的范围不是由本发明的详细说明限定，而是由权利要求限定，范围内的所有差异应被理解为包括在本发明中。没有项目或组件对于本发明的实施是必要的，除非该元件被特别描述为“必要的”或“重要的”。还应认识到，在此使用的术语“包括”、“包括了”、“包含”、“包含了”、“具有”和“含有”特别应被理解为开放性术语。描述本发明的上下文中(特别是在权利要求的上下文中)的单数指称和类似的指称的使用应被理解为包括单数指称和复数指称，除非上下文明确另外指出。另外，应理解，虽然在此可使用术语“第一”、“第二”等以描述各个元件，但是这些元件不应受限于这些术语，这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分。此外，除非在此另外指出，否则在此的数值的范围的记载仅仅用作分别参考落入范围内的每个单独值的快捷方法，每个单独的值被合并入说明书，就好像被单独记载于此。
权利要求
1.一种被配置用于接收由光学系统形成的图像的成像装置，所述成像装置包括二维布置的多个像素，所述多个像素中的每个像素包括 微透镜； 放置在所述微透镜下面的光电转换单元； 布置在所述微透镜和光电转换单元之间的光学孔径，光学孔径相对于所述微透镜的光轴是偏心的， 其中，成像装置的所述多个像素输出用于获得相位差的信号。
2.如权利要求I所述的成像装置，其中，光学孔径包括光屏蔽掩模。
3.如权利要求I所述的成像装置，其中，通过偏心地放置所述多个像素中的每个像素的布线层形成光学孔径。
4.如权利要求I所述的成像装置，其中，所述多个像素中的每个像素具有包括微透镜的光轴的光学孔径。
5.如权利要求I所述的成像装置，其中，所述多个像素中的每个像素具有包括微透镜的光轴的光学孔径，或者具有与微透镜的光轴不接触的光学孔径，或者具有与所述光轴接触但不包括所述光轴的光学孔径。
6.如权利要求I所述的成像装置，其中，所述多个像素中的每个像素具有与微透镜的光轴不接触的光学孔径，或者具有与所述光轴接触但不包括所述光轴的光学孔径。
7.如权利要求I所述的成像装置，其中，所述多个像素中的每个像素包括红色R滤色器、绿色G滤色器或蓝色B滤色器。
8.如权利要求7所述的成像装置，其中，滤色器被布置在具有第一开口率的像素中，并且滤色器未被布置在具有大于第一开口率的第二开口率的像素中。
9.如权利要求7所述的成像装置，其中，G滤色器被布置在具有第一开口率的像素中，并且R滤色器或B滤色器被布置在具有大于第一开口率的第二开口率的像素中。
10.如权利要求I所述的成像装置，其中，所述多个像素中的每个像素包括青色C滤色器、品红色M滤色器或黄色Y滤色器。
11.如权利要求10所述的成像装置，其中，滤色器被布置在具有第一开口率的像素中，并且滤色器未被布置在具有大于第一开口率的第二开口率的像素中。
12.如权利要求I所述的成像装置，其中，以水平方向和垂直方向偏心地形成光学孔径。
13.如权利要求I所述的成像装置，其中，以倾斜的方向和以与所述倾斜的方向相反的方向偏心地形成光学孔径。
14.如权利要求I所述的成像装置，其中，光学孔径包括多个偏心的光学孔径，从而针对全孔径使用不同的镜头。
15.如权利要求I所述的成像装置，其中，具有第一开口率的焦点检测区域被布置在包括成像装置的中心的多个位置，并且对焦方向检测区域被布置在除所述焦点检测区域以外的位置。
全文摘要
公开了一种成像装置。所述成像装置包括相位差检测像素。所述成像装置接收由光学系统形成的图像并包括二维布置的多个像素。所述多个像素中的每个像素包括微透镜；放置在所述微透镜下面的光电转换单元；布置在所述微透镜和光电转换单元之间的光学孔径，光学孔径相对于所述微透镜的光轴是偏心的，其中，成像装置的所述多个像素输出用于获得相位差的信号。成像装置对捕获的图像的整个表面执行相位差检测而不需增加像素。
文档编号H04N5/225GK102890386SQ201210254058
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月20日 优先权日2011年7月20日
发明者浜田正隆 申请人:三星电子株式会社