CN106170055B - 用于稳健芯片内建相位检测之影像传感器以及相关系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于稳健芯片内建相位检测的影像传感器，其包括用于撷取场景之影像的像素数组，其中所述像素数组具多个横向相位检测列以及多个纵向相位检测行，每一横向列包括用于检测场景横向变化之相位检测像素，每一纵向行包括用于检测场景纵向变化之相位检测像素，且其中每一横向相位检测列和每一纵向相位检测行相交错。一种相位检测法，其包括使用多个相位检测列之一产生一对横向线轮廓、使用与多个相位检测列之一交错的多个相位检测行之一产生一对纵向线轮廓，以及根据所述对横向线轮廓与所述对纵向线轮廓测定在场景中与至少一任意取向边缘相关的相位偏移。

Description

用于稳健芯片内建相位检测之影像传感器以及相关系统和 方法
技术领域
无。
背景技术
绝大多数的电子相机具有自动对焦的能力。所述自动对焦功能让相机自动对焦在相机所见之场景内的目标上。自动对焦可完全自动使得相机辨识场景内的目标并对焦在所述目标上。在一些情况下，相机甚至可决定哪些目标比其它目标更重要并接着对焦在较重要的目标上。另外，自动对焦可利用使用者输入指定所述场景感兴趣的部分。基于此，所述自动对焦功能在使用者指定的部分场景中辨识目标并将相机对焦在这些目标上。
为达到市场应用，所述自动对焦功能必须可靠且迅速，使得每次使用者撷取一影像时，相机快速将场景中需要的部分对在焦点上。最好所述自动对焦功能够快速让使用者不会注意到按下触发键和影像撷取间的任何延迟。自动对焦对没有任何手动对焦的相机而言特别重要，例如小巧简洁之数字相机和相机手机。
许多电子相机使用对比自动对焦，其中所述自动对焦功能调整所述成像物镜以最大化至少一部份场景的对比度，因而将所述部分场景对在焦点上。相位检测自动对焦近来获得普及，因为他较对比自动对焦快。相位检测自动对焦藉由比较光线通过所述成像物镜之一部份(如左边部分)和光线通过所述成像物镜之另一部份(如右边部分)而直接量测失焦程度。一些数字单眼相机(digital single-lens reflex camera)除了用以撷取影像之影像传感器外，还包括一专用的相位检测传感器。然而，此解决方案对较小巧简洁且/或较便宜的相机而言并不可行。因此，相机制造商正发展具芯片内建相位检测(on-chip phasedetection)之影像传感器，即具有整合相位检测能力的影像传感器。为这个目的，各式各样的像素编排已被提出。本公开说明之图11、13与14所示为几个这些先前技术的影像传感器。尽管有这些努力，制造具稳健芯片内建相位检测之高效能影像传感器依然是个挑战。
发明内容
在一实施例中，一种用于稳健芯片内建相位检测之影像传感器包括用于撷取场景之影像的一像素数组。所述像素数组包括多个横向相位检测列以及多个纵向相位检测行。每一横向相位检测列有多个用于检测场景横向变化之相位检测像素。每一纵向相位检测行有多个用于检测场景纵向变化之相位检测像素。每一横向相位检测列和每一纵向相位检测行相交错。
在一实施例中，一种使用具芯片内建相位检测像素之影像传感器的相位检测法。所述方法包括使用影像传感器的多个横向相位检测列之一产生一对光线分别从左方和右方来的横向线轮廓。所述方法进一步包括使用影像传感器的多个纵向相位检测行之一产生一对光线分别从上方和下方来的纵向线轮廓，其中所述多个纵向相位检测行之一与所述多个横向相位检测列之一交错。此外，所述方法包括根据所述对横向线轮廓与所述对纵向线轮廓测定在影像传感器所见之场景中与至少一任意取向边缘相关的相位偏移(phaseshift)。
在一实施例中，一种具芯片内建相位检测之成像系统包括具有用于撷取场景影像之一像素数组的影像传感器。所述像素数组有相交错的(a)用于量测至少一对光线分别从左方和右方入射之横向线轮廓的横向相位检测列，与(b)用于量测至少一对光线分别从上方和下方入射之纵向线轮廓的纵向相位检测行。所述成像系统进一步包括用于处理所述至少一对横向线轮廓与所述至少一对纵向线轮廓以量测场景中与一任意取向边缘相关之相位偏移的一相位处理模块。
附图说明
图1为根据一实施例绘示一具稳健芯片内建相位检测之影像传感器在使用中的情境。
图2A与2B为根据一实施例绘示当一目标位在一成像系统之焦距上时，藉由一成像物镜将所述目标成像至图1之影像传感器。
图3A与3B为根据一实施例绘示当一目标位在一成像系统之焦距外更远的地方，藉由一成像物镜将所述目标成像至图1之影像传感器。
图4A与4B为根据一实施例绘示当一目标位在一成像系统之焦距内更近的地方，藉由一成像物镜将所述目标成像至图1之影像传感器。
图5为根据一实施例绘示图1之影像传感器的进一步细节。
图6为根据一实施例绘示图1之影像传感器之一局部的进一步细节。
图7为根据一实施例绘示图1之影像传感器的相位检测像素与示例性之非相位检测像素。
图8为根据一实施例绘示图1之影像传感器内感兴趣的相位检测区域。
图9为根据一实施例绘示具稳健芯片内建相位检测之一单色影像传感器的一局部。
图10为根据一实施例绘示具稳健芯片内建相位检测之一彩色影像传感器的一局部。
图11绘示一具稳健芯片内建相位检测的先前技术之影像传感器。
图12为根据一实施例绘示藉由图1之影像传感器检测与量测一任意取向边缘的相位偏移。
图13绘示两种具芯片内建相位检测的先前技术之影像传感器。
图14绘示具芯片内建相位检测的先前技术之彩色影像传感器的一局部。
图15为根据一实施例绘示具稳健芯片内建相位检测之另一影像传感器。
图16为根据一实施例绘示具稳健芯片内建相位检测之影像传感器在其中之一局部。
图17为根据一实施例绘示具稳健芯片内建相位检测之一成像系统。
图18为根据一实施例绘示用于稳健芯片内建相位检测之方法，其利用实施于图17成像系统中图1之影像传感器。
图19为根据一实施例绘示使用图17之成像系统撷取影像的一种方法。
图20为根据一实施例绘示具稳健芯片内建相位检测之另一成像系统。
图21A、21B为根据一实施例绘示图17之成像系统所产生之示例性相位检测数据，其情境为感兴趣之一目标在所述成像系统之焦距内更近的地方。
图22A、22B为根据一实施例绘示图17之成像系统所产生之示例性相位检测数据，其情境为感兴趣之一目标在所述成像系统之焦距上。
图23A、23B为根据一实施例绘示图17之成像系统所产生之示例性相位检测数据，其情境为感兴趣之一目标在所述成像系统之焦距外更远的地方。
具体实施方式
图1绘示具稳健芯片内建相位检测之一示例性影像传感器100在一示例性之使用中的情境190。影像传感器100系实施于用来成像一场景150的一电子相机110。电子相机110为诸如一相机手机或一小巧简洁之数位相机。电子相机110利用影像传感器100之芯片内建相位检测功能对焦场景150。当对焦后，电子相机110利用影像传感器100撷取场景150之一对焦之影像120，相对于一失焦影像130。
影像传感器100系配置成提供稳健芯片内建相位检测，其可检测在场景150内之任意取向和位置的边缘。影像传感器100因此使电子相机110能稳健自动对焦。例如，经由影像传感器100之使用，电子相机110能可靠地自动对焦在人员稀少之场景150。影像传感器100亦能有非常弹性之自动对焦功能，其可被电子相机110用来自动对焦场景150中任意位置的一目标，且/或与一或多个边缘相关之场景150中任意选择的部分。在此处，场景中之一〝边缘〞系指一特殊相异诸如亮度相异或一特殊色彩相异。
在一实施例中，影像传感器100为一互补金属氧化物半导体(CMOS)影像传感器。影像传感器100可为一彩色影像传感器或一单色影像传感器。
下文所述之图2A、2B、3A、3B、4A与4B绘示影像传感器100(图1)之芯片内建相位检测可如何用来测定一示例性包含影像传感器100与一成像物镜210之成像系统的失焦程度。
图2A与2B所示为一简图200，其图解说明当一目标230在所述成像系统之焦点上，所述目标230由成物透镜210成像至影像传感器100。图2A所示简图200为立体视图，而图2B所示简图200为剖视图。图2A与2B最好一起检视。一成像物镜210之示例性部位211与212位在成像物镜210之光轴213的相反两边。部位211与212限定两光线或光束251与252从一目标230传送至一影像传感器100。光线251自物体230通过成像物镜210之部位211传送至影像传感器100。同样地，光线252自物体230通过成像物镜210之部位212传送至影像传感器100。虽然图2A与2B图标目标230位在光轴213之上，目标230可位在光轴213之外，而不脱离本发明之范围。
成像物镜210有一焦距f。假若成像物镜210为一薄透镜，所述薄透镜方程式表明
其中DO为从一目标至成物透镜210之距离202且DI为从成像物镜210至所述目标之一聚焦影像的距离203。在简图200中，成像物镜210和影像传感器100之距离为201，标示为L，其中L＝DI。因此，目标230在由成像物镜210与影像传感器100形成之成像系统的焦点上，而且经由部位211与212形成于影像传感器100上之影像重合产生一单一影像235。
图3A与3B所示为一简图300，其图解说明当一目标330在成像系统之焦点外还远的地方，将所述目标330藉由图2A与2B之所述成像系统成像。图3A所示简图300为立体视图，而图3B所示简图300为剖视图。图3A与3B最好一起检视。目标330与成像物镜210有一距离302，其中距离302大于距离202。虽然图3A与3B图标目标330位在光轴213之上，目标330可位在光轴213之外而不脱离本发明之范围。光线351与352从目标330分别通过成像物镜之部位211与212(图2A与2B)传送至影像传感器100(图2A与2B)交错于一点331。根据公式1，既然距离302(DO)大于距离202，距离303(DI))小于距离203。所以，点331位于成像物镜210与影像传感器100之间且与影像传感器100有一距离304，标示为ΔD。因此，如光线351与352所图示，成像物镜之部位211与212分别在影像传感器100上形成影像332与333。影像332与333彼此分开距离305。距离305对应于影像332和333间所述失焦引起的相位偏移ΔS。
图4A与4B所示为一简图400，其图解说明当一目标430在成像系统之焦点内还近的地方，将所述目标430藉由图2A与2B之所述成像系统成像。图4A所示简图400为立体视图，而图4B所示简图400为剖视图。图4A与4B最好一起检视。目标430与成像物镜210有一距离402，其中距离402大于距离202。虽然图4A与4B图标目标430位在光轴213之上，目标430可位在光轴213之外而不脱离本发明之范围。光线451与452从目标430分别通过成像物镜之部位211与212传送至影像传感器100交错于一点431。根据公式1，既然距离402(DO)小于距离202，距离403(DI))大于距离203。所以，点431位在影像传感器100之外并与影像传感器之感光表面有一距离404，标示为ΔD。因此，如光线451与452所图示，成像物镜之部位211与212分别在影像传感器100上形成影像432与433。影像432与433彼此分开距离405。距离405对应于影像432和433之间所述失焦引起的相位偏移ΔS。
简图200(图2A与2B)、简图300(图3A与3B)以及简图400(图4A与4B)图解说明由成像物镜210与影像传感器100组成之成像系统的失焦造成光线通过成像物镜210之不同部位传到影像传感器100后有一相位偏移。影像传感器100系配置成量测此相位偏移。一相关连之自动对焦功能可调整成像物镜210以最小化或减少所述相位偏移，且因此将所述成像系统对焦在一目标上。
尽管图2A、2B、3A、3B、4A与4B所示之成像物镜210为一薄透镜，成像物镜210可为一厚透镜或一多透镜物镜，而不脱离本发明之范围。
图5较图1所示更详细绘示影像传感器100(图1)。图6进一步详细绘示影像传感器100之一示例性局部530。图5与图6最好一起检视。
影像传感器100包括一数组之像素610。为说明之清楚起见，图5未显示个别的像素610，且图6并未标示所有的像素610。每一像素610响应入射至像素的光线而产生一电子讯号。所述数组之像素610合作将形成于影像传感器100上之光学影像产生电子影像，例如由成像物镜210(参见如图2A)。
像素610之一些，并非全部，系被屏蔽以形成相位检测像素：上屏蔽像素612、下屏蔽像素614、右屏蔽像素622与左屏蔽像素624。为说明之清楚起见，图6并未标示所有的上屏蔽像素612、下屏蔽像素614、右屏蔽像素622与左屏蔽像素624。上屏蔽像素612系为上方部分被屏蔽的一像素610，以偏好检测从一下方入射至上屏蔽612的光，即向上传送的光。下屏蔽像素614系为下方部分被屏蔽的一像素610，以偏好检测从一上方入射至下屏蔽614的光，即向下传送的光。右屏蔽像素622系为右方部分被屏蔽的一像素610，以偏好检测从一左方入射至右屏蔽622的光，即从左向右传送的光。左屏蔽像素624系为左方部分被屏蔽的一像素610，以偏好检测从一右方入射至左屏蔽624的光，即从右向左传送的光。
不脱离本发明之范围，上屏蔽像素612可被配置成偏好检测从一上方来的光，且下屏蔽像素614可被配置成偏好检测从一下方来的光。同样的，右屏蔽像素622可被配置成偏好检测从一右方来的光，且左屏蔽像素624可被配置成偏好检测从一左方来的光。
所述像素610的数组包括(a)沿所述像素610的数组之纵向维度取向的多个相位检测行510，与(b)沿所述像素610的数组之横向维度取向的多个相位检测列520。
在此处，〝纵向〞与〝横向〞系指所述像素610数组的两正交维度。然而，〝纵向〞与〝横向〞并非旨在指涉相对于重力方向的任何特定方向。同样的，可理解〝上〞、〝下〞、〝左〞、〝右〞、〝顶〞与〝底〞并不须与重力方向相关。确切地说，〝上〞相对于〝下〞、〝左〞相对于〝右〞、〝顶〞相对于〝底〞、〝左〞和〝右〞与〝横向〞维度相关，而〝顶〞、〝底〞、〝上〞和〝下〞与〝纵向〞维度相关。像素610之顶部系比像素610之底部更往像素610之顶端，且像素610之底部系更往像素610之底端。像素610之顶部不必要延伸至像素610之最顶端，且像素610之底部不必要延伸至像素610之最底端。顶部与底部可重迭。不脱离本发明之范围，从上方入射之光可包括少部分比例之从下方入射的光，且从下方入射之光可包括少部分比例之从上方入射的光。像素610之左部份系比像素610之右部份更往像素610之左方，且像素610之右部分系比像素610之左部分更往像素610之右方。像素610之左部分不必要延伸至像素610之最左端，且像素610之右部分不必要延伸至像素610之最右端。左部分与右部分可重迭。不脱离本发明之范围，从左方入射之光可包括少部分比例之从右方入射的光，且从右方入射之光可包括少部分比例之从左方入射的光。在一实施例中，所述〝纵向〞与〝横向〞维度系分别平行于所述像素610数组之正交边，如图5与6所示。
相位检测行510包括多个上屏蔽像素612与多个下屏蔽像素614。透过上屏蔽612与下屏蔽614之使用，相位检测行510提供(a)从一下方入射至相位检测行510的光与(b)从一上方入射至相位检测行510的光之间相位偏移的量测。若场景150中之一边缘被成像至影像传感器100之相位检测行510，且所述边缘之影像并未与相位检测行510平行，沿着相位检测行510而得之线轮廓指出所述边缘。延续参照图2A、2B、3A、3B、4A与4B之讨论，所述边缘之一失焦影像将造成相位偏移，所述相位偏移系介于(a)由上屏蔽像素612产生之一线轮廓与(b)由下屏蔽像素614产生之一线轮廓之间。因此，相位检测行510能检测与相位检测行510重迭但不在重迭位置与相位检测行510平行的边缘影像，并量测相关的相位偏移。
如图6所示，相位检测行510可包括多个纵向行之像素610。然而，相位检测行510可只包括一单一纵向行的像素610而不脱离本发明之范围。在一实施例中，相位检测行510内，上屏蔽像素612沿着一纵向线排列，且下屏蔽像素614沿着一纵向线排列。在所述实施例中，上屏蔽像素612与下屏蔽像素614可沿着同一纵向线或沿着两不同纵向线排列(如图6所示)。
相位检测列520包括多个右屏蔽像素622与多个左屏蔽像素624。类似于上述之相位检测行510，相位检测列520能检测与相位检测列520重迭但不在重迭位置与相位检测列520平行的边缘影像，并量测相关的相位偏移。
如图6所示，相位检测列520可包括多个横向列之像素610。然而，相位检测列520可只包括一单一横向列的像素610而不脱离本发明之范围。在一实施例中，相位检测列520内，右屏蔽像素622沿着一横向线排列，且左屏蔽像素624沿着一横向线排列。在所述实施例中，右屏蔽像素622与左屏蔽像素624可沿着同一横向线或沿着两不同横向线排列(如图6所示)。
在一些实施例中，每一相位检测行510之上屏蔽像素612与下屏蔽像素614系被安排成纵向排列之系列相位检测像素对，其中每一相位检测像素对包括一上屏蔽像素612与一下屏蔽像素614。在这些实施例中，每一相位检测列520之右屏蔽像素622与左屏蔽像素624系被安排成横向排列之系列相位检测像素对，其中每一相位检测像素对包括一右屏蔽像素622与一左屏蔽像素624。
每一相位检测行510与每一相位检测列520包括非为相位检测像素之像素610。这些非相位检测像素检测未被相位检测相关屏蔽减弱的光线，且所述非相位检测像素因此比所述相位检测像素有较大之集光效率(light-collection efficiency)。此外，由所述相位检测像素产生之电子讯号可根据相邻之非相位检测像素产生之电子讯号进行校正，如此，由影像传感器100产生之一电子影像大致上没有与相位检测相关的人为因素。为本公开说明之目的，〝相邻〞像素系指最近邻居像素，因此，不在所述像素数组周界之一像素有八相邻像素。根据相邻像素之校正比根据较远方像素之校正更为精确。因此，将相位检测像素间隔开来是有帮助的，使得每一相位检测像素有多个相邻之非相位检测像素。不在所述像素数组周界之每一相位检测像素最好有多个在所述相位检测像素不同方位的相邻之非相位检测像素。在所述像素610数组的一实施例中，不在所述像素610数组周界之每一相位检测像素，其大部分的相邻像素610为非相位检测像素。
在另一实施例中，所有与上屏蔽像素612相邻之像素610、所有与下屏蔽像素614相邻之像素610、所有与右屏蔽像素622相邻之像素610以及所有与左屏蔽像素624相邻之像素610系为一非相位检测像素。在又另一实施例中，每一上屏蔽像素612、每一下屏蔽像素614、每一右屏蔽像素622与每一左屏蔽像素624系与至少一非相位检测像素相邻。
所述多个相位检测行510与所述多个相位检测列520相交错以便能够(a)检测场景150中之任意取向边缘，例如一场景边缘在影像传感器100上制造一任意取向边缘560，以及(b)量测与此类边缘之失焦相关之相位偏移(如图3A、3B、4A与4B之相关说明)。将相位检测行510与相位检测列520如此配置，影像传感器100能量测与以下三项相关之相位偏移：(a)纵向边缘，例如图5所示之纵向边缘562，(b)横向边缘，如图5所示之横向边缘564，以及(c)非为纵向亦非为横向之取向的边缘。如此，一相位偏移之量测可指量测一相位偏移之大小，例如表示成距离或像素数目，或者指测定一相位偏移是否为零或和零相异。
每一相位检测行510与每一相位检测列520在一相对应之维度上大致跨越像素610数组之范围。在一实施例中，相位检测行510与相位检测列520系被安排成大致上均匀覆盖所述像素610数组。影像传感器100之此实施例可用以量测与场景150形成于影像传感器100上之一影像内具任意位置之任意取向边缘相关之失焦造成的相位偏移，其中所述边缘具有(a)至少与相位检测行510间横向间距一样长之横向范围，以及(b)至少与相位检测列520纵向间距一样长之纵向范围。较小之相位检测行510间距与较小之相位检测列520间距可量测场景150中较小的边缘。然而，较小之相位检测行510间距与较小之相位检测列520间距可增加像素610数组中相位检测像素的密度。反过来说，增加密度减少了影像传感器100集光之总量且亦增加像素的数目，在影像传感器100产生之电子影像中，其必须为与相位检测像素相关之部分屏蔽校正。因此，场景150可检测之特征大小与影像传感器100可达到之与非对焦相关之影像质量两者间可能必须有所权衡取舍。在一实施例中，影像传感器100包括至少十行影像检测行510与至少十列影像检测列520，例如十二行影像检测行510与十二列影像检测列520。
不脱离本发明之范围，像素610可被安排成一六方晶格，如此像素610之每一对相邻列在横向维度上彼此错开半个像素空间。
图7所示为影像传感器100之示例性相位检测像素722与724以及示例性非相位检测像素710。非相位检测像素710为像素610数组(图6)中非相位检测像素之一实施例。相位检测像素722为右屏蔽像素622(图6)之一实施例。相位检测像素724为左屏蔽像素624(图6)之一实施例。
非相位检测像素710包括一感光组件720以及一透镜730，所述透镜730将入射至非相位检测像素710上的光聚焦至感光组件720。例如，感光组件720为一光二极管。透镜730将从左方来的光742折射至感光组件720的左边部分。透镜730将从右方来的光744折射至感光组件720的右边部分。非相位检测像素710对光742与光744都感应。
与非相位检测像素710比较，右屏蔽像素722额外包括一屏蔽752。屏蔽752覆盖感光组件720之一右边部分，因此阻挡光744。如此一来，右屏蔽像素722只感应光742而不感应光744。同样地，与非相位检测像素710比较，左屏蔽像素724额外包括一屏蔽754，所述屏蔽754只允许光744到达感光组件742。因此，左屏蔽像素724只感应光744而不感应光742。不脱离本发明之范围，只要屏蔽752主要阻挡光744，屏蔽752可位在右屏蔽像素722内之其它地方。同样地，只要屏蔽754主要阻挡光742，屏蔽754可位在左屏蔽像素724内之其它地方。
尽管未绘示于图7中，上屏蔽像素612与下屏蔽像素614之实施例可藉由分别屏蔽非相位检测像素710之感光组件720的上方与下方部分而形成。
实际上的光线透过微透镜730传送可与图7所示不同。例如，微透镜730可有比图7所示焦距更短或更长之焦距。此外，微透镜730可配置成将光线742导入感光组件720的右边部分且将光线744导入感光组件720之左边部分，如此右屏蔽像素722主要感应光744而左屏蔽像素724主要感应光742。
图8绘示影像传感器100(图1)内之示例性的相位检测感兴趣区域(region ofinterest；ROI)852、854与856。相位检测ROIs 852、854与856系兼容于量测类似于任意取向边缘560(图5)之任意取向边缘的相位偏移。每一相位检测ROIs 852、854与856各包括至少一相位检测行510之至少一部份以及至少一相位检测列520之至少一部份。每一相位检测ROIs 852、854与856各能够检测一任意取向边缘。
示例性之ROIs 852各包括一相位检测行510之一部分与一相位检测列520之一部分。每一ROIs 852各为矩形并包括一相位检测行510之所述部分与一相位检测列520之所述部分间的交集。示例性之ROIs 854各包括二相位检测行510之部分与两相位检测列520之部分。每一ROIs 854各为矩形并包括相位检测行510之所述部分与相位检测列520之所述部分间的四交集。示例性之ROIs 856各包括相位检测行510与相位检测列520间之二交集。ROIs852、854与856可位在由相位检测行510与相位检测列520形成之格网内的任何位置。对影像传感器100之实施例而言，其中相位检测行510与相位检测列520跨越所述像素610数组(图6)之相对维度的全部范围，ROIs 852、854与856可位在所述像素610数组内之任何位置。
影像传感器100系配置成帮助多样兼容于任意取向边缘之检测的相位检测ROIs。此灵活性增添使用影像传感器100之相位检测的稳健性，因此，增添相关连之自动对焦功能的稳健性。例如，ROIs 852、854与856可位在由相位检测行510与相位检测列520形成之格网内的任何位置。对影像传感器100之实施例而言，其中相位检测行510与相位检测列520跨越所述像素610数组(图6)之相对维度的全部范围，ROIs 852、854与856可位在所述像素610数组内之任何位置。此外，影像传感器100兼容于与图8所示形状且/或大小相异之相位检测ROIs。再者，影像传感器100能够(a)同时相位检测多个边缘且/或(b)对任一边缘多个相位量测若所述边缘与一个以上之相位检测列/行重迭。
图9绘示一示例性之具稳健芯片内建影像感测的单色影像传感器900之一部份。单色影像传感器900系为影像传感器100(图1)之一单色实施例，其能产生场景150之灰阶影像。单色影像传感器900包括多行相位检测行910与多列相位检测列920。图9所示为类似于影像传感器100之局部530(图5)之单色影像传感器900的一局部。单色影像传感器900包括一数组之像素902。所有像素902具有大体上一致的彩色感旋光性。在一实例中，每一像素902感应可见光。像素902为像素610(图6)之一实施例。
像素902之数组包括多行相位检测行910与多列相位检测列920。相位检测行910与相位检测列920分别为相位检测行510与相位检测列520之实施例。参照如图7之讨论，相位检测行910包括相位检测像素、上屏蔽像素912与下屏蔽像素914，其藉由部分地屏蔽一些像素902而形成。上屏蔽像素912与下屏蔽像素914分别为上屏蔽像素612与下屏蔽像素614之实施例。参照如图7之讨论，相位检测列920包括相位检测像素、右屏蔽像素922与左屏蔽像素924，其藉由部分地屏蔽一些像素902而形成。右屏蔽像素922与左屏蔽像素924分别为右屏蔽像素622与左屏蔽像素624之实施例。
相邻于一相位检测像素之所有像素902为非相位检测像素。如同参照图6之讨论，此配置有助于根据相邻之非相位检测像素所产生之讯号校正每一相位检测像素对单色影像传感器900所产生之一电子灰阶影像的作用。不在所述像素902数组周界之一相位检测像素对一电子影像的作用可根据包括相位检测像素在内高达九个之相邻像素902所产生之讯号进行校正。
图10绘示一示例性具稳健芯片内建影像检测之彩色影像传感器1000的一局部。彩色影像传感器1000为影像传感器100(图1)之一彩色感光实施例，其能产生场景150之彩色影像。彩色影像传感器1000包括多行相位检测行1010与多列相位检测列1020。图10所示为类似于影像传感器100之局部530(图5)之彩色影像传感器1000的一局部。彩色影像传感器1000包括一数组之彩色像素群1002。每一彩色像素群1002包括不同之彩色感光像素并响应入射光产生电子讯号，其可加以处理以测定所述入射光的颜色。为说明之清楚起见，图10中只标示一彩色像素群1002。
图10所示之实例中，彩色像素群1002系依据拜耳模式(Bayer pattern)配置，如此，每一彩色像素群1002包括一感应红光之像素R、一感应蓝光之像素B以及两感应绿光之像素G。每一像素R、G与B系为像素610(图6)之一实施例。彩色像素群1002可有不同配置而不脱离本发明之范围。在一这样之实施例中，彩色像素群1002系依据一CYGM模式配置，其有一感应青色光之像素、一感应黄光之像素、一感应绿光之像素以及一感应紫红光之像素。
彩色像素群1002之数组包括多行相位检测行1010与多列相位检测列1020。相位检测行1010与相位检测列1020分别为相位检测行510与相位检测列520之实施例。参照如图7之讨论，相位检测行1010包括相位检测像素、上屏蔽像素1012与下屏蔽像素1014，其藉由部分地屏蔽一些像素R而形成。为说明之清楚起见，图10中未标示所有的上屏蔽像素1012与下屏蔽像素1014。上屏蔽像素1012与下屏蔽像素1014分别为上屏蔽像素612与下屏蔽像素614之实施例。参照如图7之讨论，相位检测列1020包括相位检测像素、右屏蔽像素1022与左屏蔽像素1024，其藉由部分地屏蔽一些像素B而形成。为说明之清楚起见，图10中未标示所有的右屏蔽像素1022与左屏蔽像素1024。右屏蔽像素1022与左屏蔽像素1024分别为右屏蔽像素622与左屏蔽像素624之实施例。
不脱离本发明之范围，上屏蔽像素1012与下屏蔽像素1014可藉由部分地屏蔽一些像素B或部分地屏蔽一些像素G而形成。同样的，右屏蔽像素1022与左屏蔽像素1024可藉由部分地屏蔽一些像素R或部分地屏蔽一些像素G而形成。
相邻于一相位检测像素之所有像素R、G与B为非相位检测像素。此外，包括一相位检测像素之每一彩色像素群1002至少与一不包括相位检测像素之彩色像素群1002相邻。如同参照图6之讨论，此配置有助于校正每一包括一相位检测像素之彩色像素群1002对彩色影像传感器1000所产生之一电子彩色影像的作用。对每一彩色像素群1002而言，此校正可根据至少一相邻之不包括一相位检测像素的彩色像素群1002所产生之电子讯号而进行。为本公开说明之目的，〝相邻〞像素群系指最近邻居像素群，因此，不在所述像素数组周界之一像素群有九相邻像素群。在一实施例中，包括一相位检测像素之每一彩色像素群1002最多与其它两群之包括一相位检测像素之彩色像素群1002相邻。在此实施例中，不在所述彩色像素群1002数组周界且具有一相位检测像素的彩色像素群1002对一电子彩色影像的作用，可根据最多六群不包括相位检测像素之相邻彩色像素群1002所产生的讯号进行校正。在另一实施例中，每一包括一相位检测像素之彩色像素群1002在纵向与横向维度上都有相邻之包括一相位检测像素的彩色像素群1002。
图11绘示一具芯片内建相位检测之先前技术之影像传感器1100，其与美国专利US2012/0176532A1和US 2013/0088621A1所公开说明类似。先前技术之影像传感器1100包括多列横向相位检测列1120。每一横向相位检测列1120系全部由配置成沿着横向维度检测相位偏移的相位检测像素组成。先前技术之影像传感器1100不包括沿着纵向维度检测相位偏移的方法。因此，先前技术之影像传感器1100无法检测一横向边缘，如横向边缘1130，以及量测与其相关之相位偏移。
本公开说明之影像传感器100(图1)与先前技术之影像传感器1100相比，影像传感器100能检测任意取向边缘并量测相关相位偏移。此外，因为相位检测行510与相位检测列520包括与相位检测像素混合之非相位检测像素，影像传感器100能加强校正相位检测像素对电子影像的作用。
图12绘示藉由影像传感器100(图1)检测一示例性之任意取向边缘1260并量测其相位偏移。边缘1260为场景150中亮度和/或色彩不同之两区域间之转换的一影像。边缘1260之范围系取决于(a)场景150中之实际转换范围以及(b)所述转换之影像的失焦程度。
一相位检测行510之上屏蔽像素612(图6)与下屏蔽像素614产生电子讯号，其显示沿相位检测行510之边缘1260的纵向线轮廓1222与1232。线轮廓1222与1232系为亮度和/或色彩量测1290对纵向位置1282作图。上屏蔽像素612产生纵向线轮廓1222与1232其中之一，而下屏蔽像素614产生纵向线轮廓1222与1232之另一个。当亮度和/或色彩量测1290变化时，边缘1260在每一线轮廓1222与1232都显而易见。每一线轮廓1222与1232提供边缘1260沿着相位检测行510之范围1212的量测。结合一起，线轮廓1222与1232提供线轮廓1222与1232间因失焦造成之相位偏移1202的量测。
一相位检测列520之右屏蔽像素622与左屏蔽像素624产生电子讯号，其显示沿相位检测列520之边缘1260的纵向线轮廓1224与1234。线轮廓1224与1234系为亮度和/或色彩量测1290对横向位置1284作图。右屏蔽像素622产生纵向线轮廓1224与1234其中之一，而左屏蔽像素624产生纵向线轮廓1224与1234之另一个。当亮度和/或色彩量测1290变化时，边缘1260在每一线轮廓1224与1234都显而易见。每一线轮廓1224与1234提供边缘1260沿着相位检测列520之范围1214的量测。结合一起，线轮廓1224与1234提供线轮廓1224与1234间因失焦造成之相位偏移1204的量测。若影像场景150至影像传感器100之所述光学系统没有散光，失焦造成之相位偏移1204与失焦造成之相位偏移1202相同。在另一方面，若所述光学系统为散光，失焦造成之相位偏移1204与失焦造成之相位偏移1202可能不同。
可用以测定失焦造成之相位偏移1202的精确度为失焦之相位偏移1202与范围1212间之比率的函数。同样地，可用以测定失焦造成之相位偏移1204的精确度为失焦之相位偏移1204与范围1214间之比率的函数。在图12之实例中，边缘1260具一比纵向成份大之横向成份。因此，范围1212明显较范围1214小。假设没有散光或可忽视，失焦造成之相位偏移1202与失焦造成之相位偏移1204相同。因此，相位检测行510比相位检测列520提供较佳之相位偏移量测。
图12之实例系为一理想状况。若进一步考虑非理想状况，例如场景中之噪声和/或干扰特征、光学系统之像差以及影像传感器100之电子噪声，线轮廓1222、1232、1224与1234与图12所示相比可大致上更具噪声。在此类情形下，失焦造成之相位偏移1204可能无法被侦测，且只有相位检测行510能量测与边缘1260相关之失焦造成的相位偏移。下文讨论之图21A、21B、22A、22B、23A与23B所示为真实之线轮廓的实例。
从上述讨论可知，相位检测行510较相位检测列520对于近乎横向之边缘提供较佳之相位偏移量测，相位检测列520较相位检测行510对于近乎纵向之边缘提供较佳之相位偏移量测。亦可知，相位检测行510无法量测纵向边缘之相位偏移，且根据上述非理想状态之性质，可能无法量测近乎纵向之边缘的相位偏移。同样地，相位检测列520无法量测横向边缘之相位偏移，且根据上述非理想状态之性质，可能无法量测近乎横向之边缘的相位偏移。因此，稳健芯片内建相位检测需要相位检测行510与相位检测列520两者。
相比之下，先前技术之影像传感器1100(图11)只能用横向检测列量测横向相位偏移。因此，就多方向性边缘检测与相关之相位偏移量测而言，影像传感器100之稳健性超越先前技术之影像传感器1100。
图13绘示具芯片内建相位检测之两先前技术的影像传感器1310与1350。与影像传感器各自之范围相比，先前技术之影像传感器1310与先前技术之影像传感器1350都没有实质范围之相位检测列和/或行。
先前技术之影像传感器1310类似于美国US8,259,215B2之公开说明并包括多个分散之相位检测像素1320。然而，生成于先前技术影像传感器1310上之影像内之任一给定的边缘，如边缘1330，可能不与任何或只有少数相位检测像素重合，无法产生线轮廓。取而代之，使用先前技术影像传感器1310之相位检测依赖于从一边缘附近相对少数之相位检测像素而来之讯号的定量比较。如参照图12之非理想状况之讨论，缺陷可对此相位检测产生不利影响并导致自动对焦失败。相比之下，基于线轮廓之影像传感器100(图1)的相位检测提供更稳健且更精确之相位偏移量测。
先前技术之影像传感器1350类似于美国US7,924,342B2之公开说明并包括多个分散、短透镜之相位检测像素。先前技术影像传感器1350之相位检测像素系安排成为检测横向相位偏移之横向线1360、为检测纵向相位偏移之纵向线1370以及为检测横向与纵向相位偏移之纵向与横向交叉线1380。每一横向线1360、纵向线1370以及纵向与横向交叉线1380全部都是由相位检测像素组成。相比之下，影像传感器100之每一相位检测行510与相位检测列520包括可用于校正相位检测像素引起之影像假影(image artifacts)的非相位检测像素。与先前技术之影像传感器1350相较，像素610数组之配置对每一相位检测像素提供加强校正。先前技术之影像传感器1350的实质部分不具相位检测能力。此非相位检测部分包括周边区域与实质大小之内部区域，例如示例性边缘1330周围之区域。因此，先前技术之影像传感器1350可能对所需之场景特征自动对焦失败。将影像传感器100与先前技术之影像传感器1350相比，影像传感器100之配置提供所述全像素数组之卓越的相位检测涵盖范围，并藉由在相位检测行510与相位检测列520内混合相位检测像素与相位检测像素以克服肇因于相位检测像素之影像假影。
图14绘示美国US 2012/0154637A1所公开说明之具芯片内建相位检测之先前技术影像传感器1400的一局部。先前技术影像传感器1400之所述局部的组成系为循环重复(a)具有分别感应红光与绿光之像素1411与1412的成像列1410、(b)由成对之相位检测像素1415与1416组成之相位检测列1420，其中每一对检测所述对相位检测像素1415与1416间之横向相位差异、(c)由分别感应绿光与蓝光之像素1413与1414组成之成像列1430以及(d)由成对之相位检测像素1417与1418组成之相位检测列1440，其中每一对检测所述对相位检测像素1417与1418间之纵向相位差异。先前技术影像传感器1400之所述局部之所有其它像素为相位检测像素。因此，先前技术影像传感器1400之所述局部的整体集光效率明显被相位检测像素之屏蔽减少。此外，由先前技术影像传感器1400之所述局部产生之影像或是受限于成像列1410与1430提供之分辨率，或是受到实质之影像校正。先前技术影像传感器1400之所述局部的每一相位检测像素只在上方或下方有相邻之非相位检测像素，且在沿着列1410、1420、1430与1440之平行维度上没有任何非相位检测像素。
相比之下，在本公开说明之彩色影像传感器1000(图10)中，每一相位检测像素只与非相位检测像素相邻。在先前技术影像传感器1400中，每一彩色像素群(包括每一像素1411、1412、1413与1414之一)的校正，需要四个相位检测像素1415、1416、1417与1418的校正。相比较，在彩色影像传感器1000中，每一包括一相位检测像素之彩色像素群1002的校正，只需要一单一相位检测像素的校正。因此，与先前技术影像传感器1400产生之一彩色影像相比，彩色影像传感器1000能产生更精确表现一场景的一彩色影像。此外，彩色影像传感器1000之整体集光效率比先前技术影像传感器1400更高，如此更进一步改善彩色影像传感器1000提供之影像质量。
图15绘示具稳健芯片内建相位检测之一示例性影像传感器1500。影像传感器1500类似于影像传感器100(图1)，除了影像传感器1500之像素数组细分成多个区域1530。每一区域1530包括一或多行相位检测行1510与一或多列相位检测列1520。相位检测行1510与相位检测列1520分别为相位检测行510(图5)与相位检测列之实施例。一区域1530之相位检测行1510与相位检测列1520可和另一区域1530之相位检测行1510与相位检测列1520相对齐或不对齐。影像传感器1500之区域1530相合作以提供如同影像传感器100之同样的功能性。
图16绘示在影像传感器1600中之一部份具稳健芯片内建相位检测之一示例性影像传感器1600。影像传感器1600包括多行相位检测行1610与多列相位检测列1620。每一相位检测行1610与至少一相位检测列1620交错，且每一相位检测列1620与至少一相位检测行1610交错。相位检测行1610与相位检测列1620分别类似于相位检测行510(图5)与相位检测列520，除了相位检测行与相位检测列不需在相对应维度上跨越影像传感器1600之像素数组的全部范围之外。影像传感器1600上被相位检测行1610与相位检测列1620覆盖之局部具有类似于影像传感器100(图1)之功能性。
图17绘示具稳健芯片内建相位检测之一示例性成像系统1700。成像系统1700包括影像传感器100(图1)、一相位处理模块1720以及一接口1760。
接口1760系为处理成像系统1700与一使用者和/或一外部系统如一计算机间通讯的一接口。接口1760可包括使用者接口装置如一显示器、一触控屏幕和/或一键盘。接口1760可包括有线(如以太网络、USB、火线或雷电(Thunderbolt)连接线)或无线(如Wi-Fi或蓝芽)连结通讯影像至一使用者或外部系统。
对相位处理模块1720考虑之每一相位检测行510(图5)或每一相位检测行510之多个部分之每一部分，相位处理模块1720处理由上屏蔽像素612(图6)与下屏蔽像素614产生之电子讯号，以测定由一纵向线轮廓1722和一纵向线轮廓1723组成之一纵向线轮廓对1721。相位处理模块1720根据分别从上屏蔽像素612与下屏蔽像素614接收得之电子讯号测定纵向线轮廓1722与纵向线轮廓1723。纵向线轮廓1722与1723系类似于线轮廓1222与1232(图12)。
对相位处理模块1720考虑之每一相位检测列510(图5)或每一相位检测列520之多个部分之每一部分，相位处理模块1720处理由右屏蔽像素622(图6)与左屏蔽像素624产生之电子讯号，以测定由一横向线轮廓1725和一横向线轮廓1726组成之一横向线轮廓对1724。相位处理模块1720根据分别从右屏蔽像素622与左屏蔽像素624接收得之电子讯号测定横向线轮廓1725与横向线轮廓1726。横向线轮廓1725与1726系类似于线轮廓1224与1234。
根据纵向线轮廓对1721与横向线轮廓对1724，相位处理模块检测形成于像素610数组上之一影像内的一边缘(如边缘1260)并测定一相关之相位偏移1727。相位处理模块检测之所述边缘相对于所述像素610数组可为任意取向。
尽管图17所示之影像传感器100具有相位检测行510、相位检测列520、上屏蔽像素612、下屏蔽像素614、右屏蔽像素622与左屏蔽像素624之每一项各有三个，实际上可有不同数量而不脱离本发明之范围。
在一实施例中，成像系统1700包括一自动对焦模块1740与一成像物镜1710。自动对焦模块1740根据从相位处理模块1720而得之相位偏移1720调整成像物镜1710。
影像传感器100撷取一场景150之影像1780。影像传感器1780可将影像1780直接输出至接口1760。在一实施例中，成像系统包括一影像校正模块1750，其为来自上屏蔽像素612、下屏蔽像素614、右屏蔽像素622与左屏蔽像素624之作用校正影像1780，例如上述参照图5、6、9与10之讨论。影像校正模块1750因此产生一校正之影像1785并输出校正之影像1785至接口1760。校正之影像例如为聚焦影像120(图1)。
在一实施例中，成像系统1700包括一ROI选择模块1730，其在像素610数组内选择将被相位处理模块1720处理的一ROI。ROI选择模块1730可接收来自接口1760之ROI规格。可作为替代或与其组合者，ROI选择模块1730从相位处理模块1720接收边缘相对于像素610数组的位置并由此测定一ROI规格。
成像系统可进一步包括一外壳1790和/或一电源1770。
图18绘示用于稳健芯片内建相位检测之一示例性方法1800，其利用建置于成像系统1700(图17)中的影像传感器100(图1)。方法1800可选择性的包括调整成像物镜1710的焦距，例如调整成自动对焦成像系统1700。
在一步骤1810中，相位处理模块1720使用影像传感器100以测定与场景150中一任意取向边缘相关连之一相位偏移。相位处理模块1720使用像素610数组之一ROI执行步骤1810。此ROI可包括像素610数组之全部或其中一部份。在一实施例中，所述ROI系由多个非连续ROIs组成。图8所示为示例性之感兴趣区域。
步骤1810包括步骤1811、1812与1814。在步骤1811中，相位处理模块1720为所考虑之ROI内之每一相位检测行510或其一部份产生纵向线轮廓对1721。在步骤1812中，相位处理模块1720为所考虑之ROI内之每一相位检测列520或其一部份产生横向线轮廓对1724。在步骤1814中，相位处理模块1720处理步骤1811与1812中产生之每一纵向线轮廓对1721与横向线轮廓对1724，以测定成像在像素610数组之所考虑之ROI的场景150内之一任意取向边缘相关的一相位偏移1727。不脱离本发明之范围，相位处理模块1720可执行步骤1814以测定与场景150中多个边缘相关之多个相位偏移。
在一实施例中，步骤1814包括步骤1815、1816与1817。在步骤1815中，相位处理模块1720在步骤1811与1812产生之纵向线轮廓对1721与横向线轮廓对1724至少其中之一辨识出一特征。例如，所述特征为在亮度和/或彩色量测1290(图12)上的一改变。在步骤1816中，相位处理模块1720测定所述特征之相位偏移，例如类似于相位偏移1202和/或1204。若不同之纵向线轮廓对1721与横向线轮廓对1724产生不同之特征相位偏移，相位处理模块1720可定义所述相位偏移为这些不同相位偏移其中之一或其一平均。在步骤1817中，相位处理模块1720定义与所述任意取向边缘相关之相位偏移1727为步骤1816中所测定之所述相位偏移。
在某些实施例中，方法1800包括一步骤1804，其中ROI选择模块1730选择ROI。在此类实施例之一实例中，方法1800进一步包括一步骤1802，其中ROI选择模块1730从接口1760接收所述ROI之规格。在另一实例中，ROI选择模块1730根据步骤1810中相位处理模块1720产生之数据选择所述ROI。在此实例中，相位处理模块1720执行步骤1810以检测形成于像素610数组上之一影像内的一或多个边缘，此后ROI选择模块1730选择包含一或多个此类边缘的一ROI。
在一实施例中，方法1800包括一步骤1820，其中自动对焦模块1740根据步骤1810所测定之相位偏移1727调整成像物镜1740之焦距。方法1800可包括步骤1810与1820之一或多次迭代，如此自动对焦模块1740可自动对焦成像系统1700。
图19绘示使用成像系统1700(图17)撷取影像之一示例性方法1900。在一步骤1910中，成像系统1700执行方法1800(图18)以自动对焦成像系统1700。在一步骤1920中，影像传感器100撷取影像1780。在一步骤1930中，影像校正模块1750校正相位检测像素、上屏蔽像素612、下屏蔽像素614、右屏蔽像素622与左屏蔽像素624对影像1780的作用，以产生校正之影像1785。对每一相位检测像素，影像校正模块1750根据相邻之非相位检测像素校正此相位检测像素对影像1780之作用，参照图5、6、9与10之讨论。不脱离本发明之范围，对一或多个像素检测像素而言，影像校正模块1750亦可利用比相邻之非相位检测像素还远的非相位检测像素。在一步骤1940中，成像系统1700经由接口1760输出校正之影像1785。
图20绘示稳健芯片内建相位检测之一示例性成像系统2000。成像系统2000系为成像系统1700之一实施例，其中相位处理模块1720与可选择之一或多个ROI选择模块1730、自动对焦模块1740以及影像校正模块1750系被建置于一计算机2010中。例如，将成像系统2000建置于一相机手机或一小巧简洁之数位相机。
计算机2010包括一处理器2020与一内存2030。处理器2020与内存2030、影像传感器100、接口1760以及可选择之成像物镜1710为通讯耦合。举例来说，内存2030之类型为只读存储器ROM、闪存Flash、磁带、磁盘、光盘、随机存取内存RAM、其它非暂存媒体或其组合。内存2030包括一数据储存2032以及编码于内存2030之非暂存部分的机器可读指令2034。数据储存2032储存纵向线轮廓对1721、横向线轮廓对1724、相位偏移1727、影像1780以及可选择之校正后影像1785。计算机2010将相位处理模块1720建置成机器可读指令2034中可由处理器202执行的机器可读指令。此外，计算机2010可将一或多个ROI选择模块1730、自动对焦模块1740与影像校正模块1750建置成机器可读指令2034中可由处理器202执行的机器可读指令。
图21A、21B、22A、22B、23A与23B所示为由一示例性之成像系统1700(图17)所产生之示例性相位检测数据。在此实例中，场景150包括一感兴趣之目标2160(纸上之一粗黑线)、较目标2160更远离成像系统1700之一目标2170(一彩色卡)以及较目标2160更靠近成像系统1700之一目标2180(另一彩色卡)。
图21A与21B所示为影像传感器100所撷取之一影像2100，其中成像系统1700系对焦于目标2170上造成目标2160太靠近而无法对焦。图22A与22B所示为影像传感器100所撷取之一影像2200，其中成像系统1700系对焦于目标2160上。图23A与23B所示为影像传感器100所撷取之一影像2300，其中成像系统1700系对焦于目标2180上造成目标2160太远而无法对焦。图21A、21B、22A、22B、23A与23B最好一起检视。除了对焦情形，影像2100、2200与2300表现相同场景150。在影像2100、2200与2300之重迭指示出与目标2160重迭之两相位检测行510(1)与510(2)(图5)的部分。亦指示相位检测列510(1,2)之上屏蔽像素612(1,2)与下屏蔽像素614(1,2)。为说明之清楚起见，图21B、22B与23B并未标示所有的上屏蔽像素612与下屏蔽像素614，且图21A、22A与23A未标示任何上屏蔽像素612与下屏蔽像素614。
现参照图21A与21B，图21所示为全场景150之影像2100，而图21B所示为影像2100与目标2160相关之一局部2100’。对每一相位检测行510(1)与510(2)，重迭于影像2100上为纵向线轮廓对2120(1)与2120(2)。纵向线轮廓对2120(1)与2120(2)为纵向线轮廓对1721之实例。纵向线轮廓对2120(1)包括分别由上屏蔽像素612(1)与下屏蔽像素614(1)产生之线轮廓2122(1)与2124(1)。同样地，纵向线轮廓对2120(2)包括分别由上屏蔽像素612(2)与下屏蔽像素614(2)产生之线轮廓2122(2)与2124(2)。线轮廓2122(1,2)与2124(1,2)为纵向线轮廓1722与1723之实例。因为目标2160在影像2100上为失焦的，在线轮廓2122(1)与2124(1)间存在一相位偏移2130(1)，且在线轮廓2122(2)与2124(2)间存在一相位偏移2130(2)。相位偏移2130(1)与2130(2)各自与目标2160之两边缘相关。
现参照图22A与22B，图22A为全场景150之影像2200，而图22B所示为影像2200与目标2160相关之一局部2200’。对每一相位检测行510(1)与510(2)，重迭于影像2200上为纵向线轮廓对2220(1)与2220(2)。纵向线轮廓对2220(1)与2220(2)为纵向线轮廓对1721之实例。纵向线轮廓对2220(1)包括分别由上屏蔽像素612(1)与下屏蔽像素614(1)产生之线轮廓2222(1)与2224(1)。同样地，纵向线轮廓对2220(2)包括分别由上屏蔽像素612(2)与下屏蔽像素614(2)产生之线轮廓2222(2)与2224(2)。线轮廓2222(1,2)与2224(1,2)为纵向线轮廓1722与1723之实例。因为目标2160在影像中为对焦的，线轮廓2222(1)与2224(1)间之相位偏移2230(1)为零，且线轮廓2222(2)与2224(2)间之相位偏移2230(2)为零。允许测定零相位偏移2230(1)与2230(2)之线轮廓2222(1)、2224(1)、2222(2)与2224(2)的特征系与目标2160之两边缘相关。
现参照图23A与23B，图23A为全场景150之影像2300，而图23B所示为影像2300与目标2160相关之一局部2300’。对每一相位检测行510(1)与510(2)，重迭于影像2300上为纵向线轮廓对2320(1)与2320(2)。纵向线轮廓对2320(1)与2320(2)为纵向线轮廓对1721之实例。纵向线轮廓对2320(1)包括分别由上屏蔽像素612(1)与下屏蔽像素614(1)产生之线轮廓2322(1)与2324(1)。同样地，纵向线轮廓对2320(2)包括分别由上屏蔽像素612(2)与下屏蔽像素614(2)产生之线轮廓2322(2)与2324(2)。线轮廓2322(1,2)与2324(1,2)为纵向线轮廓1722与1723之实例。因为目标2160在影像2300上为失焦的，在线轮廓2322(1)与2324(1)间存在一相位偏移2330(1)，且在线轮廓2322(2)与2324(2)间存在一相位偏移2330(2)。从绝对值来看，相位偏移2330(1)与2330(2)的正负号和相位偏移2130(1)与2130(2)的正负号相反。相位偏移2330(1)与2330(2)各自和目标2160之两边缘相关。
特征的组合
上述与之后专利申请之特色可依不同方式组合而不脱离本发明之范围。例如，应当理解，本文所描述之用于稳健芯片内建相位检测之一影像传感器或相关系统或方法的各方面可与另一用于稳健芯片内建相位检测之一影像传感器或相关系统或方法相结合或交换特色。下列实例说明上述实施例一些可能的但非限制性的组合。应当清楚的是，本文所述之影像传感器、系统与方法可有其它变化与修改，而不脱离本发明之范围。
(A1)用于芯片内建相位检测之一影像传感器可包括用于撷取一场景之一影像的一像素数组，所述像素数组包括(a)多个横向相位检测列，每一列有用于检测场景横向变化之一第一组多个相位检测像素以及(b)多个纵向相位检测行，每一行有用于检测场景纵向变化之一第二组多个相位检测像素。
(A2)在表示为(A1)之所述影像传感器内，所述多个横向相位检测列之每一列可与所述多个纵向相位检测行之每一行相交错。
(A3)在表示为(A1)与(A2)之每一影像传感器内，每一横向相位检测列之所述第一组多个相位检测像素可包括用于检测所述横向变化之多个左屏蔽像素与多个右屏蔽像素；且每一纵向相位检测行之所述第二组多个相位检测像素可包括用于检测所述纵向变化之多个上屏蔽像素与多个下屏蔽像素。
(A4)在表示为(A3)之影像传感器中，每一横向相位检测列之所述左屏蔽像素与所述右屏蔽像素可被安排成横向排列之系列相位检测像素对，其中每一相位检测像素对包括所述左屏蔽像素之一与所述右屏蔽像素之一；且每一纵向相位检测行之所述上屏蔽像素与所述下屏蔽像素可被安排成纵向排列之系列相位检测像素对，其中每一相位检测像素对包括所述上屏蔽像素之一与所述下屏蔽像素之一。
(A5)在表示为(A3)与(A4)之每一影像传感器内，每一横向相位检测列中之所述左屏蔽像素对所述右屏蔽像素可有纵向位移；且每一纵向相位检测行中之所述上屏蔽像素对所述下屏蔽像素可有横向位移。
(A6)在表示为(A1)至(A5)之每一影像传感器中，像素数组上之每一相位检测像素可只与非为相位检测像素之像素相邻。
(A7)在表示为(A1)至(A6)之每一影像传感器中，所述像素数组可由用于产生所述场景之一彩色影像的多个彩色像素群组成。
(A8)在表示为(A7)之影像传感器中，每一彩色像素群可有对相应之多种颜色灵敏的多种类型之彩色感光像素；且所有的相位检测像素系为所述多种类型中之同一种。
(A9)在表示为(A7)与(A8)之每一影像传感器中，所述多个彩色像素群可包括(a)多个相位检测彩色像素群，每一群具有最多一个所述相位检测像素，以及(b)多个没有相位检测像素的非相位检测彩色像素群。
(A10)在表示为(A9)之影像传感器中，相位检测彩色像素群之每一群可最多与所述相位检测彩色像素群之其它两群相邻。
(A11)在表示为(A1)至(A10)之每一影像传感器中，所述横向相位检测列之每一列可大致上跨越所述像素数组之横向范围；且所述纵向相位检测行之每一行可大致上跨越所述像素数组之纵向范围。
(A12)在表示为(A1)至(A11)之每一影像传感器中，所述多个横向相位检测列可包括至少十列相位检测列，且所述多个纵向相位检测行可包括至少十行相位检测行。
(B1)使用具芯片内建相位检测像素之一影像传感器的一相位检测法，可包括(a)使用所述影像传感器之多个横向相位检测列之一产生一对光线分别从左方和右方来的横向线轮廓、(b)使用所述影像传感器的多个纵向相位检测行之一产生一对光线分别从上方和下方来的纵向线轮廓，所述多个纵向相位检测行之一与所述多个横向相位检测列之一交错以及(c)根据所述对横向线轮廓与所述对纵向线轮廓测定在所述影像传感器所见之场景中与至少一任意取向边缘相关的相位偏移。
(B2)表示为(B1)之方法可进一步包括调整一成像物镜之焦距以减少所述相位偏移。
(B3)表示为(B1)与(B2)之每一方法可进一步包括使用所述影像传感器撷取所述场景之一影像。
(B4)在表示为(B1)至(B3)之每一方法中，所述产生一对横向线轮廓之步骤可包括使用与所述多个横向相位检测列相关连之多个相位检测像素之一第一部份，且所述产生一对纵向线轮廓之步骤可包括使用与所述多个纵向相位检测行相关连之多个相位检测像素之一第二部分。
(B5)表示为(B4)之方法可进一步包括根据分别与非相位检测像素相邻之相对应彩色感光像素校正相位检测像素对所述影像之作用，其中所述作用系来自与所述多个横向相位检测列相关连之每一相位检测像素以及与所述多个纵向相位检测行相关连之每一相位检测像素。
(B6)在表示为(B1)至(B5)之每一方法中，所述产生一对横向线轮廓之步骤可包括产生(a)由多个左屏蔽像素制造之一线轮廓与(b)由多个右屏蔽像素制造之一线轮廓，且所述产生一对纵向线轮廓之步骤可包括产生(a)由多个上屏蔽像素制造之一线轮廓与(b)由多个下屏蔽像素制造之一线轮廓。
(B7)在表示为(B6)之所述方法中，所述产生一对横向线轮廓之步骤中，所述左屏蔽像素可被排列于一第一横向像素列，且所述右屏蔽像素可被排列于一第二横向像素列；而且在所述产生一对纵向线轮廓之步骤中，所述上屏蔽像素可被排列于一第一纵向像素行，且所述下屏蔽像素系可排列于一第二纵向像素行。
(B8)在表示为(B1)至(B7)之每一方法中，所述测定相位偏移之步骤可包括在(a)所述对横向线轮廓与(b)所述对纵向线轮廓中之至少其中之一辨识与所述任意取向边缘相关之特征。
(B9)在表示为(B8)之所述方法中，所述测定相位偏移之步骤可进一步包括对(a)所述对横向线轮廓与(b)所述对纵向线轮廓中之至少其中之一评估所述特征之相位偏移。
(B10)在表示为(B9)之所述方法中，所述测定相位偏移之步骤可进一步包括将所述任意取向边缘之相位偏移定义为所述特征之相位偏移的值。
(B11)表示为(B1)至(B10)之每一方法可进一步包括选择在任意位置并与所述任意取向边缘相关连之一感兴趣区域。
(B12)在表示为(B11)之所述方法中，所述感兴趣区域可具有范围足以包括(a)所述多个横向相位检测列至少其中之一列之至少一部份以及(b)所述多个纵向检测行之至少其中一行之至少一部份的相位检测像素。
(B13)在表示为(B12)之所述方法中，所述产生一对横向线轮廓之步骤可包括为所述多个横向相位检测列至少其中之一列之至少一部份之每一部份产生所述对横向线轮廓，且所述产生一对纵向线轮廓之步骤可包括为所述多个纵向相位检测行至少其中之一行之至少一部份之每一部份产生所述对纵向线轮廓。
(B14)在表示为(B13)之所述方法中，所述测定相位偏移之步骤可包括根据在所述量测一对横向线轮廓之步骤与所述量测一对纵向线轮廓之步骤量测得的一或多对线轮廓测定所述相位偏移。
(C1)具芯片内建相位检测之一成像系统可包括具有用于撷取一场景之一影像之一像素数组的一影像传感器，其中所述像素数组包括相交错的(a)用于量测至少一对光线分别从左方与右方入射之横向线轮廓的横向相位检测列，与(b)用于量测至少一对光线分别从上方与下方入射之纵向线轮廓的纵向相位检测行。
(C2)表示为(C1)之所述成像系统可进一步包括一相位处理模块，其用于处理所述至少一对横向线轮廓与所述至少一对纵向线轮廓以量测所述场景中与一任意取向和任意位置边缘相关的相位偏移。
(C3)表示为(C2)之所述成像系统为藉由相位处理模块之处理以量测所述相位偏移，可进一步包括用于选择至少一列之所述横向相位检测列与至少一行之所述纵向相位检测行的一感兴趣区域选择模块。
(C4)表示为(C2)与(C3)之每一成像系统可进一步包括用于调整一成像物镜之焦距以减少所述相位偏移的一自动对焦模块。
(C5)在表示为(C1)至(C4)之每一成像系统中，所述横向相位检测列之每一列可包括一第一组多个部分屏蔽像素，其中所述第一组多个部分屏蔽像素之每一个检测从左或右其中一个方向来的光；且所述纵向相位检测行之每一行可包括一第二组多个部分屏蔽像素，所述第二组多个部分屏蔽像素之每一个检测从上或下其中一个方向来的光。
(C6)表示为(C5)之所述成像系统可进一步包括一影像校正模块，其根据所述像素数组上相邻之非相位检测像素而校正所述多个部分屏蔽相位检测像素对所述影像之作用。
(C7)在表示为(C1)至(C6)之每一成像系统中，所述影像传感器可为表示为(A1)至(A12)之影像传感器的任一。
上述之装置、系统与方法可加以变化而不脱离本发明之范围。因此应注意，包含于上述之说明与插图所示应为说明性的而非限制性的。下列所要求之专利范围旨在覆盖本文所述之通用与具体特色，以及因语言的关系，本发明之系统与方法之范围的说明可为落于其间的所有描述。

Claims (15)

1.一种用于芯片内建相位检测的影像传感器，其包括：
一组用于撷取场景的影像的像素数组，所述像素数组包括：
多个横向相位检测列，每一列包括用于检测场景横向变化的第一组多个相位检测像素，每一横向相位检测列的所述第一组多个相位检测像素包括多个左屏蔽像素与多个右屏蔽像素，以及
多个纵向相位检测行，每一行包括用于检测场景纵向变化的第二组多个相位检测像素，每一纵向相位检测行的所述第二组多个相位检测像素包括多个上屏蔽像素与多个下屏蔽像素；
其中所述多个横向相位检测列的每一列和所述多个纵向相位检测行的每一行相交错，其中每个相位检测像素只与不是相位检测像素的非相位检测像素相邻。
2.根据权利要求1所述的影像传感器，其中每一横向相位检测列的所述左屏蔽像素与所述右屏蔽像素被安排成横向排列的系列相位检测像素对，每一相位检测像素对包括所述左屏蔽像素之一与所述右屏蔽像素之一，且每一纵向相位检测行的所述上屏蔽像素与所述下屏蔽像素被安排成纵向排列的系列相位检测像素对，每一相位检测像素对包括所述上屏蔽像素之一与所述下屏蔽像素之一。
3.根据权利要求2所述的影像传感器，其中每一横向相位检测列之中，所述左屏蔽像素对所述右屏蔽像素有纵向位移，且每一纵向相位检测行之中，所述上屏蔽像素对所述下屏蔽像素有横向位移。
4.根据权利要求1所述的影像传感器，其中所述横向相位检测列的每一列跨越所述像素数组的横向范围，且所述纵向相位检测行的每一行跨越所述像素数组的纵向范围。
5.根据权利要求4所述的影像传感器，其中所述多个横向相位检测列包括至少十列相位检测列，且所述多个纵向相位检测行包括至少十行相位检测行。
6.一种用于芯片内建相位检测的影像传感器，其包括：
一组用于撷取场景的影像的像素数组，其中所述像素数组由多个用于产生所述场景的彩色影像的彩色像素群组成，每一彩色像素群具有对相应的多种颜色灵敏的多种类型的彩色感光像素，所述像素数组包括：
多个横向相位检测列，每一列包括用于检测场景横向变化的第一组多个相位检测像素，以及
多个纵向相位检测行，每一行包括用于检测场景纵向变化的第二组多个相位检测像素，
其中所述多个纵向相位检测列的每一列和所述多个横向相位检测行的每一行相交错，且所有的相位检测像素为所述多种类型中的同一种，
其中所述多个彩色像素群包括：
多个不包含相位检测像素的非相位检测彩色像素群；和
多个相位检测彩色像素群，每一群包括最多一个所述相位检测像素，以及每一群最多与所述相位检测彩色像素群的其它两群相邻；
其中每个相位检测像素只与不是相位检测像素的非相位检测像素相邻。
7.一种使用具芯片内建相位检测像素的影像传感器的相位检测法，所述方法包括：
使用所述影像传感器的多个横向相位检测列之一产生一对光线分别从左方和右方来的横向线轮廓，一对横向线轮廓包括(a)由多个左屏蔽像素制造的线轮廓与(b)由多个右屏蔽像素制造的线轮廓，所述左屏蔽像素被排列于第一横向像素列，且所述右屏蔽像素被排列于第二横向像素列；
使用所述影像传感器的多个纵向相位检测行之一产生一对光线分别从上方和下方来的纵向线轮廓，其中所述多个纵向相位检测行之一与所述多个横向相位检测列之一交错且每个相位检测像素只与不是相位检测像素的非相位检测像素相邻，一对纵向线轮廓包括(a)由多个上屏蔽像素制造的线轮廓与(b)由多个下屏蔽像素制造的线轮廓，所述上屏蔽像素被排列于第一纵向像素行，且所述下屏蔽像素被排列于第二纵向像素行；以及
根据所述对横向线轮廓与所述对纵向线轮廓测定在所述影像传感器所见的场景中与至少一任意取向边缘相关的相位偏移。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：调整成像物镜的焦距以减少所述相位偏移。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：使用所述影像传感器撷取所述场景的影像。
10.根据权利要求9所述的方法，其中
所述产生一对横向线轮廓的步骤包括使用与所述多个横向相位检测列相关联的多个相位检测像素的第一部份，
所述产生一对纵向线轮廓的步骤包括使用与所述多个纵向相位检测行相关联的多个相位检测像素的第二部分，且
所述方法进一步包括根据分别与非相位检测像素相邻的相对应彩色感光像素校正相位检测像素对所述影像的作用，其中所述作用来自与所述多个横向相位检测列相关联的每一相位检测像素以及与所述多个纵向相位检测行相关联的每一相位检测像素。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述测定相位偏移的步骤包括：
在(a)所述对横向线轮廓与(b)所述对纵向线轮廓中的至少其中之一辨识与所述任意取向边缘相关的特征；
对(a)所述对横向线轮廓与(b)所述对纵向线轮廓中的至少其中之一评估所述特征的相位偏移；以及
将所述任意取向边缘的相位偏移定义为所述特征的相位偏移的值。
12.一种使用具芯片内建相位检测像素的影像传感器的相位检测法，像素被排列在多个横向相位检测列和多个纵向相位检测行，
包括：选择在任意位置并与所述任意取向边缘相关联的感兴趣区域，所述感兴趣区域具有范围足以包括(a)所述多个横向相位检测列的至少其中之一列的至少一部份以及(b)所述多个纵向检测行的至少其中一行的至少一部份的相位检测像素，其中每个相位检测像素只与不是相位检测像素的非相位检测像素相邻；
为所述多个横向相位检测列的至少其中之一列的至少一部份的每一部份产生一对光线分别从左方和右方来的横向线轮廓；
为所述多个纵向相位检测行的至少其中之一行的至少一部份的每一部份产生一对光线分别从上方和下方来的纵向线轮廓；且
根据在所述产生一对横向线轮廓的步骤与所述产生一对纵向线轮廓的步骤量测得的一或多对线轮廓测定在所述影像传感器所见的场景中与至少一任意取向边缘相关的所述相位偏移。
13.一种具芯片内建相位检测的成像系统，其包括：
影像传感器，其包括用于撷取场景的影像的像素数组，所述像素数组具有相交错的(a)用于量测至少一对光线分别从左方与右方入射的横向线轮廓的横向相位检测列，每一横向相位检测列包括第一组多个相位检测像素，与(b)用于量测至少一对光线分别从上方与下方入射的纵向线轮廓的纵向相位检测行，每一纵向相位检测行包括第二组多个相位检测像素，其中每个相位检测像素只与不是相位检测像素的非相位检测像素相邻；以及
相位处理模块，其用于处理所述至少一对横向线轮廓与所述至少一对纵向线轮廓以量测所述场景中与任意取向和任意位置边缘相关的相位偏移；
为藉由相位处理模块的处理以量测所述相位偏移，用于选择至少一列的所述横向相位检测列与至少一行的所述纵向相位检测行的感兴趣区域选择模块。
14.如权利要求13项所述的成像系统，进一步包括用于调整成像物镜的焦距以减少所述相位偏移的自动对焦模块。
15.如权利要求13项所述的成像系统，其中
所述横向相位检测列的每一列包括第一组多个部分屏蔽像素，所述第一组多个部分屏蔽像素的每一个检测从左或右其中一个方向来的光；
所述纵向相位检测行的每一行包括第二组多个部分屏蔽像素，所述第二组多个部分屏蔽像素的每一个检测从上或下其中一个方向来的光；且
所述成像系统进一步包括影像校正模块，其根据所述像素数组上相邻的非相位检测像素而校正所述多个部分屏蔽相位检测像素对所述影像的作用。
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