[發(fā)明專利]相位檢測(cè)自動(dòng)聚焦像素陣列和相關(guān)的成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710111804.2
• 申請(qǐng)日: 2017-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN107205114B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張博洋;彭進(jìn)寶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豪威科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H04N5/232
• 分類號(hào): H04N5/232
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

相位檢測(cè)自動(dòng)聚焦(PDAF)像素陣列包括第一像素和第二像素。位于距PDAF像素陣列的中心的第一距離處的第一像素包括相對(duì)于中心的第一內(nèi)光電二極管和第一外光電二極管。第一內(nèi)光電二極管和第一外光電二極管分別占據(jù)第一內(nèi)面積和第一外面積。第一內(nèi)面積除以第一外面積等于第一比率。位于距中心的超過(guò)第一距離的第二距離處的第二像素包括相對(duì)于中心的第二內(nèi)光電二極管和第二外光電二極管。第二內(nèi)光電二極管和第二外光電二極管分別占據(jù)第二內(nèi)面積和第二外面積。第二內(nèi)面積除以第二外面具等于超過(guò)第一比率的第二比率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及相位檢測(cè)自動(dòng)聚焦像素陣列和相關(guān)的成像系統(tǒng)。

背景技術(shù)

許多數(shù)字照相機(jī)具有自動(dòng)聚焦功能。自動(dòng)聚焦可以是全自動(dòng)的使得照相機(jī)識(shí)別場(chǎng)景中的物體并對(duì)物體聚焦。在一些情況下，照相機(jī)甚至可以決定哪些物體比其他物體更重要，并隨后對(duì)更重要的物體聚焦。可選地，自動(dòng)聚焦可以利用指定對(duì)場(chǎng)景的哪個(gè)部分或哪些部分感興趣的用戶輸入。基于此，自動(dòng)聚焦功能識(shí)別用戶指定的場(chǎng)景的部分內(nèi)的物體并使照相機(jī)對(duì)這些物體聚焦。

為實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)適應(yīng)，自動(dòng)聚焦功能必須可靠且快速使得每次用戶捕獲圖像時(shí)照相機(jī)快速地對(duì)場(chǎng)景的期望的一個(gè)部分或一些部分聚焦。優(yōu)選地，自動(dòng)聚焦功能足夠快速使得用戶注意不到按下觸發(fā)按鈕和圖像捕獲之間的任何延時(shí)。對(duì)于無(wú)法手動(dòng)調(diào)焦的照相機(jī)(例如緊湊的數(shù)字照相機(jī)或照相機(jī)手機(jī))，自動(dòng)聚焦特別地重要。

許多數(shù)字照相機(jī)使用對(duì)比自動(dòng)聚焦，其中自動(dòng)聚焦功能調(diào)整成像物鏡以最大化場(chǎng)景的至少部分中的對(duì)比度，從而對(duì)場(chǎng)景的那個(gè)部分聚焦。最近，相位檢測(cè)自動(dòng)聚焦大受歡迎，原因是其比對(duì)比自動(dòng)聚焦更快。相位檢測(cè)自動(dòng)聚焦通過(guò)比較穿過(guò)成像物鏡的一個(gè)部分(例如左側(cè)部分)的光和穿過(guò)成像物鏡的另一部分(例如右側(cè)部分)的光，直接測(cè)量離焦的程度。一些數(shù)字單反照相機(jī)除了包括捕獲圖像的圖像傳感器還包括專門的相位檢測(cè)傳感器。

然而，對(duì)于更加緊湊和/或造價(jià)更低的照相機(jī)，此方案不可行。因此，照相機(jī)制造商正在研發(fā)具有片上相位檢測(cè)的圖像傳感器，即通過(guò)在圖像傳感器的像素陣列中包括相位檢測(cè)自動(dòng)聚焦(PDAF)像素的具有集成相位檢測(cè)功能的圖像傳感器。

圖1示出在示例性使用情景190中具有PDAF像素的一個(gè)示例性圖像傳感器101。圖像傳感器101在數(shù)字照相機(jī)180中被實(shí)施用于成像場(chǎng)景150。例如，數(shù)字照相機(jī)180是照相機(jī)手機(jī)或緊湊的數(shù)字照相機(jī)。數(shù)字照相機(jī)180利用圖像傳感器101的片上相位檢測(cè)功能對(duì)場(chǎng)景150聚焦。當(dāng)聚焦時(shí)，數(shù)字照相機(jī)180利用圖像傳感器101捕獲場(chǎng)景150的聚焦圖像120而不是散焦圖像130。

圖像傳感器101具有包括至少一個(gè)雙二極管PDAF像素200的像素陣列200A。圖2是像素陣列200A的雙二極管PDAF像素200的剖視圖。雙二極管PDAF像素200包括具有共用濾色鏡221和顯微透鏡230的光電二極管211和212。顯微透鏡230具有在光電二極管211和212之間居中的光軸231。光電二極管221和212具有各自的上表面211T和212T。雙二極管PDAF像素200可以被視為包括分別包括光電二極管211和光電二極管212的相位檢測(cè)像素200L和200R。

圖3A-3C是其中透鏡310在接近像素陣列200A的像平面312處形成軸外物體350的像352的PDAF成像系統(tǒng)300的剖視圖。透鏡310具有與像素陣列200A相交于像素陣列中心200AC的光軸310A。像352在距光軸310A和像素陣列中心200AC的徑向距離352R處。像平面312和透鏡310被分隔開像距312Z。

圖3A-3C示出主光線351(0)、上邊緣光線351(1)和下邊緣光線351(-1)的傳播。在圖3A-3C的剖視圖中，像素陣列200A包括圖2的雙二極管PDAF像素200的列。在圖3A中，像素陣列200A在像平面312的后方。在圖3B中，像素陣列200A與像平面312共平面。在圖3C中，像素陣列200A在像平面312的前方。