CN109981939A - 成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种成像系统，所述成像系统可包括具有用于深度感测或自动聚焦操作的相位检测像素组的图像传感器。每个相位检测像素组可具有由单个微透镜覆盖的两个或更多个光敏区，使得每个光敏区具有非对称的角度响应。所述成像系统可使用来自所述相位检测像素组的图像数据来确定相位差。另选地，为了提高精度，所述成像系统可使用两个不同光圈尺寸来获得两组图像数据。可确定与每个光圈尺寸相关联的所述相位差。可确定所述两个相位差之间的差值，并且所述差值用作深度感测或自动聚焦操作的更准确度量。

Description

成像系统
技术领域
本发明整体涉及成像系统，并且更具体地讲涉及具有相位检测能力的成像系统。
背景技术
现代电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)通常使用数字图像传感器。成像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素阵列形成。每个像素接收入射光子(光)并将这些光子转换成电信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。
诸如自动聚焦和三维(3D)成像的一些应用可能需要电子设备提供立体和/或深度感测能力。例如，为了将感兴趣的物体带入焦点中以便捕获图像，电子设备可能需要识别电子设备与感兴趣的物体之间的距离。为了识别距离，常规电子设备使用复杂的布置。一些布置需要使用多个图像传感器以及从各种视点捕获图像的相机透镜。其它布置需要添加透镜阵列，该透镜阵列将入射光聚焦在二维像素阵列的子区域上。由于添加了诸如附加图像传感器或复杂透镜阵列的部件，这些布置导致降低的空间分辨率、增加的成本和增加的复杂性。
一些电子设备在单个图像传感器中包括图像像素和相位检测像素两者。采用这种类型的布置时，相机可使用片上相位检测像素来聚焦图像，而不需要单独的相位检测传感器。然而，每个相位检测像素的角度响应可根据像素阵列中的相位检测像素的位置来改变。这可导致深度计算不准确。
发明内容
因此，期望能够为图像传感器提供改善的相位检测像素布置。
本发明一方面涉及一种成像系统，包括：图像传感器，所述图像传感器通过光圈暴露于入射光，其中所述图像传感器包括多个相位检测像素组；至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置为将入射光聚焦到所述图像传感器上；快门，所述快门插置在所述图像传感器与所述至少一个透镜之间，其中所述快门被配置为限定所述光圈；和处理电路，所述处理电路被配置为：当所述光圈具有第一尺寸时，使用所述图像传感器捕获第一组图像数据；当所述光圈具有与所述第一尺寸不同的第二尺寸时，使用所述图像传感器捕获第二组图像数据；以及基于所述第一组图像数据和所述第二组图像数据，确定所述图像传感器与所成像的物体之间的距离。
根据本发明的上述成像系统的一个实施例，其中所述多个相位检测像素组中的每个相位检测像素组包括由单个微透镜覆盖的至少两个光敏区。
根据本发明的上述成像系统的一个实施例，其中所述处理电路被配置为：对于每个相位检测像素组而言，基于所述第一组图像数据来确定与相应相位检测像素组相关联的第一相应相位差；对于每个相位检测像素组而言，基于所述第二组图像数据来确定与相应相位检测像素组相关联的第二相应相位差；以及对于每个相位检测像素组而言，确定所述第一相应相位差与所述第二相应相位差之间的相应差值。
根据本发明的上述成像系统的一个实施例，其中所述多个相位检测像素组中的每个相位检测像素组包括呈2×2布置的四个光敏区，其中每个相位检测像素组的所述四个光敏区由相应单个微透镜和相应单个滤色器元件覆盖。
本发明另一方面涉及一种成像系统，包括：图像传感器，所述图像传感器具有至少一个相位检测像素组；至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置为将入射光聚焦到所述图像传感器上；快门，所述快门插置在所述图像传感器与所述至少一个透镜之间，其中所述快门被配置为限定光圈，所述光圈允许入射光到达所述图像传感器；和处理电路，所述处理电路被配置为从所述图像传感器获得两组或更多组输出信号，基于所述两组或更多组输出信号中的第一组输出信号来确定第一相位差，基于所述两组或更多组输出信号中的第二组输出信号来确定第二相位差，以及确定所述第一相位差与所述第二相位差之间的差值，其中所述两组或更多组输出信号中的每组输出信号与不同的相应光圈尺寸相关联。
根据本发明的上述成像系统的一个实施例，其中所述处理电路被进一步配置为基于所述第一相位差与所述第二相位差之间的所述差值来确定所述图像传感器与所成像的物体之间的距离。
根据本发明的上述成像系统的一个实施例，其中所述处理电路被进一步配置为基于所述第一相位差与所述第二相位差之间的所述差值来调节所述至少一个透镜。
根据本发明的上述成像系统的一个实施例，其中所述快门包括机械快门。
根据本发明的上述成像系统的一个实施例，其中所述快门包括液晶显示器快门。
根据本发明的上述成像系统的一个实施例，其中所述至少一个相位检测像素组中的每个相位检测像素组包括由单个微透镜覆盖的至少第一光敏区和第二光敏区。
附图说明
图1是根据一个实施方案的具有图像传感器的示例性电子设备的示意图，该图像传感器可包括相位检测像素。
图2A是根据一个实施方案的具有光敏区的示例性相位检测像素的剖视图，该光敏区具有不同和非对称的角度响应。
图2B和图2C是根据一个实施方案的图2A的相位检测像素的剖视图。
图3是根据一个实施方案的相位检测像素的示例性信号输出的示意图，其中入射光以不同的入射角照射到相位检测像素。
图4A是根据一个实施方案的水平地布置的示例性相位检测像素对的顶视图。
图4B是根据一个实施方案的竖直地布置的示例性相位检测像素对的顶视图。
图4C是根据一个实施方案的示例性相位检测像素对的顶视图，该相位检测像素对竖直地布置并且被配置为检测沿着水平方向(例如，跨竖直边缘)的相位差。
图5是根据一个实施方案的用于读出图像传感器中的图像信号的示例性像素阵列以及相关联读出电路的示意图。
图6是根据一个实施方案的具有相位检测像素组的示例性图像传感器的顶视图，这些相位检测像素组具有由单个微透镜覆盖的呈2×2布置的四个相位检测像素。
图7A和图7B是根据一个实施方案的示例性机械快门的顶视图，该机械快门可用于覆盖具有相位检测像素的图像传感器。
图8A和图8B是根据一个实施方案的示例性液晶显示器快门的顶视图，该液晶显示器快门可用于覆盖具有相位检测像素的图像传感器。
图9是根据一个实施方案的相位检测像素的示例性信号输出的示意图，其中入射光以不同的入射角穿过光圈照射到相位检测像素。
图10是根据一个实施方案的相位检测像素的示例性信号输出的示意图，其中入射光以不同的入射角穿过大于图9的光圈的光圈照射到相位检测像素。
图11是根据一个实施方案的示意图，其示出了不同光圈尺寸的相位差随距离的变化。
图12是根据一个实施方案的用于操作成像系统的示例性方法步骤的示意图。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及具有自动聚焦和深度感测能力的图像传感器。图1中示出了具有相机模块的电子设备。电子设备10可以是数字照相机、计算机、移动电话、医疗设备或其他电子设备。相机模块12(有时称为成像设备或成像系统)可包括一个或多个图像传感器14、一个或多个快门32和一个或多个透镜28。在操作期间，透镜28(有时称为光学器件28)将光聚焦到图像传感器14上。来自透镜28的光可穿过快门32中的光圈(开口)到达图像传感器14。图像传感器14包括将光转换成数字数据的光敏元件(例如，像素)。图像传感器可具有任何数量(例如，数百、数千、数百万或更多)的像素。典型的图像传感器可例如具有数百万的像素(例如，数兆像素)。例如，图像传感器14可包括偏置电路(例如，源极跟随器负载电路)、采样保持电路、相关双采样(CDS)电路、放大器电路、模拟-数字(ADC)转换器电路、数据输出电路、存储器(例如，缓冲电路)、寻址电路等。
可将来自图像传感器14的静态图像数据和视频图像数据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可用于执行图像处理功能，诸如自动聚焦功能、深度感测、数据格式化、调节白平衡和曝光、实现视频图像稳定、脸部检测等。例如，在自动聚焦操作期间，图像处理和数据格式化电路16可处理由图像传感器14中的相位检测像素收集的数据，以确定将感兴趣的物体带入焦点中所需的透镜移动(例如，透镜28的移动)的大小和方向。图像处理和数据格式化电路可用于存储校准信息，该校准信息用于帮助执行深度感测。控制电路(例如，图像处理和数据格式化电路16中的控制电路)也可包括在成像系统中以控制一个或多个透镜28和一个或多个快门32。
图像处理和数据格式化电路16也可用于根据需要压缩原始相机图像文件(例如，压缩成联合图像专家组或JPEG格式)。在典型布置(有时称为片上系统(SOC)布置)中，相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16在共用集成电路上实现。使用单个集成电路来实现相机传感器14以及图像处理和数据格式化电路16可有助于降低成本。不过，这仅为示例性的。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可使用单独的集成电路来实现。例如，相机传感器14和图像处理电路16可形成在已堆叠的单独衬底上。
相机模块12可通过路径18将采集的图像数据传送到主机子系统20(例如，图像处理和数据格式化电路16可将图像数据传送到子系统20)。电子设备10通常向用户提供许多高级功能。例如，在计算机或高级移动电话中，可为用户提供运行用户应用程序的能力。为实现这些功能，电子设备10的主机子系统20可包括存储和处理电路24以及输入-输出设备22，诸如小键盘、输入-输出端口、操纵杆和显示器。存储和处理电路24可包括易失性和非易失性的存储器(例如，随机存取存储器、闪存存储器、硬盘驱动器、固态驱动器等)。存储和处理电路24还可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路或其他处理电路。
可能希望能够提供具有深度感测能力的图像传感器(例如，以用于自动聚焦应用、3D成像应用诸如机器视觉应用等中)。为提供深度感测能力，图像传感器14可包括相位检测像素组，诸如图2A所示的像素组100(有时称为像素对100)。
图2A是像素对100的示意性剖视图。像素对100可包括第一像素和第二像素，诸如像素1和像素2。像素1和像素2可包括形成于衬底(诸如硅衬底108)中的光敏区110。例如，像素1可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD1，并且像素2可包括相关联的光敏区，诸如光电二极管PD2。微透镜可形成在光电二极管PD1和PD2上方，并且可用于将入射光导向光电二极管PD1和PD2。在图2A的布置中，微透镜102覆盖两个像素区，该布置有时可称为2×1或1×2布置，因为有两个相位检测像素被连续地布置在一条直线上。微透镜102可具有宽度和长度，其中长度长于宽度。微透镜102可具有约为其宽度两倍长(例如，偏差在5％以内)的长度。微透镜102可呈纵横比为约2:1(例如，偏差在5％以内)的椭圆形。在其它实施方案中，微透镜102可以是另外的形状，诸如矩形或另外的期望形状。微透镜102可具有1:1、小于2:1、2:1、大于2:1、大于3:1的纵横比或任何其它期望的纵横比。
滤色器诸如滤色器元件104可插置在微透镜102和衬底108之间。滤色器元件104可通过仅允许预定的波长穿过滤色器元件104来过滤入射光(例如，滤色器104可为仅对某些范围的波长透明的)。光电二极管PD1和PD2可用于吸收由微透镜102聚焦的入射光并且产生对应于所吸收的入射光量的像素信号。
光电二极管PD1和PD2可各自覆盖微透镜102下面的衬底面积的大约一半(作为示例)。通过仅覆盖衬底面积的一半，每个光敏区可被提供有非对称的角度响应(例如，光电二极管PD1可基于入射光到达像素对100的角度而产生不同的图像信号)。入射光相对于法线轴116到达像素对100的角度(即，入射光相对于透镜102的光轴116照射微透镜102的角度)在本文中可被称为入射角或入射角度。
在图2A的布置中，微透镜102覆盖两个像素区，该布置有时可称为2×1或1×2布置，因为有两个相位检测像素被连续地布置在一条直线上。在替代实施方案中，可将三个相位检测像素连续地布置在一条直线上，所以该布置有时可称为1×3或3×1布置。在其他实施方案中，相位检测像素可被分组为2×2(其中四个像素由单个微透镜覆盖)或2×4(其中八个像素由单个微透镜覆盖)布置。一般来讲，相位检测像素可以任何所需的方式布置。
图像传感器可使用前照式成像器布置(例如，当诸如金属互连电路的电路插置在微透镜和光敏区之间时)或背照式成像器布置(例如，当光敏区插置在微透镜和金属互连电路之间时)来形成。图2A、图2B和图2C的像素1和像素2为背照式图像传感器像素的示例仅仅是示例性的。如果需要，像素1和2可为前照式图像传感器像素。像素是背照式图像传感器像素的布置在本文中有时被描述为示例。
在图2B的示例中，入射光113可源自法线轴116的左侧，并且可以相对于法线轴116的角度114到达像素对100。角度114可为入射光的负角。以负角诸如角度114到达微透镜102的入射光113可被聚焦朝向光电二极管PD2。在这种情况下，光电二极管PD2可产生相对高的图像信号，而光电二极管PD1可产生相对低的图像信号(例如，因为入射光113不被聚焦朝向光电二极管PD1)。
在图2C的示例中，入射光113可源自法线轴116的右侧，并且以相对于法线轴116的角度118到达像素对100。角度118可为入射光的正角。以正角诸如角度118到达微透镜102的入射光可被聚焦朝向光电二极管PD1(例如，光不被聚焦朝向光电二极管PD2)。在这种情况下，光电二极管PD2可产生相对低的图像信号输出，而光电二极管PD1可产生相对高的图像信号输出。
光电二极管PD1和PD2的位置有时可被称为不对称位置，因为每个光敏区110的中心偏离微透镜102的光轴116(即，不与其对准)。由于衬底108中的单独光电二极管PD1和PD2的不对称形成，每个光敏区110可具有不对称的角度响应(例如，由每个光电二极管110响应于具有给定强度的入射光产生的信号输出可基于入射角而改变)。在图3的图中，示出了像素对100的光电二极管PD1和PD2响应于不同角度入射光的像素信号输出的示例。
线160可表示光电二极管PD2的输出图像信号，而线162可表示光电二极管PD1的输出图像信号。对于负入射角，光电二极管PD2的输出图像信号可增大(例如，因为入射光被聚焦到光电二极管PD2上)，并且光电二极管PD1的输出图像信号可减小(例如，因为入射光被聚焦远离光电二极管PD1)。对于正入射角，光电二极管PD2的输出图像信号可相对较小，并且光电二极管PD1的输出图像信号可相对较大。
图2A、图2B和图2C的像素对100的光电二极管PD1和PD2的尺寸和位置仅为示例性的。如果需要，光电二极管PD1和PD2的边缘可位于像素对100的中心，或者可在任何方向上稍微偏离像素对100的中心。如果需要，可以减小光电二极管110的尺寸以覆盖少于像素面积的一半。
来自像素对(诸如像素对100)的输出信号可用于在自动聚焦操作期间调节相机模块12中的光学器件(例如，一个或多个透镜，诸如图1的透镜28)。可基于来自像素对100的输出信号来确定将感兴趣的对象对焦所需的透镜移动的方向和幅度。
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，可确定相位差。该相位差可用于确定为将感兴趣的对象对焦，图像传感器光学器件应在哪个方向调节以及调节多远。
当对象被聚焦时，来自图像传感器光学器件的两侧的光会聚以产生聚焦图像。当对象位于焦点之外时，光学器件的两侧投影的图像不会重叠，因为它们彼此不同相。通过创建其中每个像素对于来自透镜的一侧或另一侧的光敏感的像素对，可确定相位差。该相位差可用于确定为使图像同相从而对焦感兴趣的对象所需的光学器件移动的方向和幅度。用于确定相位差信息的像素组(诸如像素对100)在本文中有时称为相位检测像素或深度感测像素。
可通过将PD1的输出像素信号与PD2的输出像素信号进行比较来计算相位差信号。例如，可通过从PD2的像素信号输出减去PD1的像素信号输出(例如，通过从线160中减去线162)来确定像素对100的相位差信号。对于在小于聚焦物体距离的距离处的物体，相位差信号可为负值。对于在大于聚焦物体距离的距离处的物体，相位差信号可为正值。该信息可用于自动调节图像传感器光学器件以将感兴趣的物体带入焦点中(例如，通过使像素信号彼此同相)。
像素对100可以各种方式布置。例如，如图4A所示，像素对100的像素1(本文称为P1)和像素2(本文称为P2)可水平地取向，平行于图4A的x轴(例如，可位于像素阵列的相同行中)。在图4B的示例中，P1和P2竖直地取向，平行于图4B的y轴(例如，位于像素阵列的相同列中)。在图4C的示例中，P1和P2竖直地布置并且被配置为检测水平方向上、诸如与竖直边缘的相位差(例如，使用不透明的遮光层，诸如金属掩模30)。
如图5所示，图像传感器14可包括含有被布置成行和列的图像传感器像素122(有时在本文称为图像像素、相位检测像素或像素)的像素阵列120以及控制和处理电路124。阵列120可包含例如几百或几千行以及几百或几千列像素122。控制电路124可耦接到行控制电路126和图像读出电路128(有时称为列控制电路、读出电路、处理电路或列解码器电路)。行控制电路126可从控制电路124接收行地址，并且通过行控制路径130将对应的行控制信号，诸如重置控制信号、行选择控制信号、电荷转移控制信号、双转换增益控制信号和读出控制信号提供给像素122。可将一根或多根导线(诸如，列线132)耦接到阵列120中的像素122的每一列。列线132可用于从像素122读出图像信号以及用于将偏置信号(如，偏置电流或偏置电压)提供给像素122。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路126选择阵列120中的像素行，并且可沿列线132读出由该像素行中的图像像素122产生的图像信号。
图像读出电路128可通过列线132接收图像信号(如，由像素122产生的模拟像素值)。图像读出电路128可包括用于对从阵列120读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样保持电路、放大器电路、模拟-数字转换(ADC)电路、偏置电路、列存储器、用于选择性启用或禁用列电路的闩锁电路，或者耦接到阵列120中的一个或多个像素列以用于操作像素122以及用于从像素122读出图像信号的其他电路。读出电路128中的ADC电路可将从阵列120接收的模拟像素值转换成对应的数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。图像读出电路128可针对一个或多个像素列中的像素通过路径125将数字像素数据提供给控制和处理电路124和/或图像处理和数据格式化电路16(图1)。
如果需要，图像像素122可包括一个或多个光敏区，以响应于图像光而生成电荷。图像像素122内的光敏区可被布置成阵列120上的行和列。图像阵列120可设置有滤色器阵列，该滤色器阵列具有多个滤色器元件以允许单个图像传感器对不同颜色的光进行采样。例如，诸如阵列120中的图像像素的图像传感器像素可设置有滤色器阵列，该滤色器阵列允许单个图像传感器使用被布置成拜耳马赛克图案的红色、绿色和蓝色图像传感器像素对对应的红、绿和蓝(RGB)光进行采样。拜耳马赛克图案由重复的2×2个滤色器的单元格组成，其中两个绿色滤色器沿对角线彼此相对，并且邻近与蓝色滤色器沿对角线相对的红色滤色器。在另一个合适的示例中，拜耳图案中的绿色滤色器被替换为宽带滤色器元件(例如，黄色、品红或透明滤色器元件)。这些示例仅仅是示例性的，并且一般来讲，可在任何所需数量的像素122上方形成任何所需颜色和任何所需图案的滤色器元件。
如果需要，阵列120可为堆叠管芯布置的一部分，其中阵列120的像素122被划分在两个或更多个堆叠衬底之间。在这种布置中，阵列120中的每个像素122可在像素内的任何所需节点处被划分在两个管芯之间。举例来说，节点诸如浮动扩散节点可形成在两个管芯之上。包括光电二极管和耦接在光电二极管与所需节点(在本例中，诸如浮动扩散节点)之间的电路的像素电路可以形成在第一管芯上，并且其余像素电路可以形成在第二管芯上。所需节点可形成在连接两个管芯的耦接结构(诸如导电衬垫、微型衬垫、导电互连结构或导电通路)上(即，作为其一部分)。在两个管芯结合前，耦接结构可以在第一管芯上具有第一部分，并且可以在第二管芯上具有第二部分。第一管芯和第二管芯可彼此结合，使得该耦接结构的第一部分和该耦接结构的第二部分被结合在一起并且电耦接。如果需要，耦接结构的第一部分和第二部分可彼此压缩结合。然而，这仅仅是示例性的。如果需要，可以使用任何已知的金属对金属接合技术诸如软焊或焊接，来将形成在第一管芯和第二管芯上的耦接结构的相应第一部分和第二部分接合在一起。
如上所述，像素电路中被划分到两个管芯中的所需节点可为浮动扩散节点。另选地，所需节点可为浮动扩散区与源极跟随器晶体管栅极之间的节点(即，浮动扩散节点可以形成在形成有光电二极管的第一管芯上，同时耦接结构可以将浮动扩散节点连接至第二管芯上的源极跟随器晶体管)、浮动扩散区与转移晶体管源极-漏极节点之间的节点(即，浮动扩散节点可以形成在未设有光电二极管的第二管芯上)、源极跟随器晶体管源极-漏极节点与行选择晶体管之间的节点、或像素电路的任何其他所需节点。
图6是示出图像传感器14的示例性示意图，该图像传感器可包括具有由单个微透镜102覆盖的多个像素的相位检测像素组。如图所示，每个像素组100包括多个像素122。在该示例性示例中，每个像素组具有四个像素(P1、P2、P3和P4)。每个像素可具有相应光敏区。相应组100中的每个像素可由相同颜色的滤色器元件覆盖。例如，像素组100A中的像素P1、P2、P3和P4可由绿色滤色器元件覆盖。像素组100B中的像素P1、P2、P3和P4可由红色滤色器元件覆盖。像素组100C中的像素P1、P2、P3和P4可由蓝色滤色器元件覆盖。这个例子仅为示例性的。每个像素可具有相应滤色器元件，多个滤色器元件可各自覆盖每个像素组100中的多个像素，或单个滤色器元件可覆盖每个像素组100中的所有四个像素。
像素组100A可为绿色像素组，该绿色像素组形成在蓝色像素组附近、红色像素组附近并且与第二绿色像素组沿对角线相对以形成重复像素组100的单元格。这样，可形成像素组100的拜耳马赛克图案，其中每个像素组100包括被布置成两个对应相邻行和两个对应相邻列的四个子像素122。
形成单个微透镜102覆盖多个相同颜色的像素122的每个像素组100使图像传感器14能够具有相位检测能力。如结合图2A至图2C和图3所讨论，用单个微透镜覆盖多个光电二极管可为光电二极管提供对入射光的非对称的角度响应。然后可使用从像素采集的数据获得相位检测数据。在一些示例中，可比较从相位检测像素组中的两个像素采集的数据以获得相位检测数据。
可使用任何像素对来获得相位检测数据。可使用位于相同行(例如，P1和P2或者P3和P4)、位于相同列(例如，P1和P3或者P2和P4)、或彼此沿对角线相对(例如，P1和P4或者P2和P3)的像素。各种各样的可用子像素组合使图像传感器14能够检测多种类型的边缘。水平取向的相位检测像素对(例如，P1和P2)可更适合于检测场景中的竖直边缘，而竖直取向的相位检测像素对(例如，P1和P3)可更适合于检测场景中的水平边缘。类似地，彼此沿对角线相对的子像素(例如，P1和P4或者P2和P3)可适合于检测场景中的对角边缘。在某些实施方案中，图像传感器14可使用图像处理电路16以使用来自P1、P2、P3和P4的数据在所有取向上搜索边缘。另外，由于不同颜色的像素(例如，红色、蓝色、绿色等)全都具有相位检测能力，因此图像传感器14可能能够检测多种颜色的边缘。这将进一步提高图像传感器14的相位检测能力。
图6的布置使得在图像传感器的整个像素阵列中获得相位检测数据。这产生了数量更大的可用相位检测数据，从而可得到改善的相位检测。具体地讲，相位检测像素的高密度可提高整个场景中的精细细节的分辨率。在某些应用中，可使用来自整个像素阵列中的相位检测数据来形成整个所捕获的场景的深度图。
使用来自相位检测像素组的相位检测数据来确定传感器与物体之间的距离的方式有多种。例如，在一个示例性实施方案中，可使用具有对入射光的非对称响应的两个像素之间的相位差来确定感兴趣的物体离传感器的距离。该方法依赖于物体的绝对测量(因为使用来自一个图像的图像数据来确定距离)。然而，在另一个实施方案中，可使用相对测量。相位差可与成像系统中的快门的光圈具有已知的关系。因此，可比较图像传感器以不同光圈捕获的连续图像以确定离感兴趣的物体的距离。该相对测量可消除由微透镜布置、光点扩散函数形状、图案噪声等引起的系统误差。
图像传感器14可具有相关联的光圈，其是允许光到达图像传感器的开口。快门(诸如图1中的快门32)可限定图像传感器的光圈。例如，快门可结合在图像传感器14与附带透镜28之间(如图1所示)。快门可能能够打开和关闭以限定不同尺寸的光圈，从而允许不同量的光到达下面的图像传感器。
图7A和图7B示出了可用于成像系统12中的具有可变光圈的快门的实施方案。图7A和图7B示出了机械快门，该机械快门可物理地打开和关闭以限定不同尺寸的光圈。图7A示出了具有第一f值(例如，f/2)的光圈。光学系统的f值是焦距与光圈直径的比率。在图7B中，快门被进一步打开(相对于图7A)并且光圈具有比图7A中更小的f值。图7A中的快门32的光圈的直径d1小于图7B中的快门32的光圈的直径d2。图7A和图7B的快门是光圈快门。然而，该示例仅为示例性的，并且可使用任何所需类型的快门。该快门不必为机械快门(如图7A和图7B所示)。
图8A和图8B示出了可用于成像系统12中的具有可变光圈的液晶显示器快门的实施方案。如图8A所示，快门32可包括液晶显示材料82。液晶显示材料82可包括插置在下部偏振器与上部偏振器之间的液晶层。电极可向液晶层施加电压以控制液晶层的透明度。液晶层可被选择性地制成为不透明的或透明的。如图8A所示，当液晶显示材料为不透明的时，光圈可具有直径d1(例如，对应于第一f值)。液晶显示材料也可被制成为透明的，如图8B所示。在图8B中，光圈具有直径d2(例如，对应于低于第一f值的第二f值)。
如此前所讨论，快门32可控制成像系统的光圈。光圈的尺寸可影响图像传感器中的相位检测像素组的非对称响应(并因此影响相位差)。图9示出了信号输出的示例性曲线图，其中入射光以不同的入射角照射到具有第一f值(例如，f/2)的成像系统中的相位检测像素。线302可表示相位检测像素组中的左侧像素(例如，图2A中的像素1或图6中的P1)的输出图像信号，而线304可表示相位检测像素组中的右侧像素(例如，图2A中的像素2或图6中的P2)的输出图像信号。这两个信号响应可具有相位差P1，该相位差捕获这两个信号响应之间的偏移。
当使用相位检测像素来确定图像传感器与感兴趣的物体之间的距离时，首先使用图像信号来确定这些信号之间的相位差。然后使用该相位差(有时称为相位度量)来确定离感兴趣的物体的距离。图9的曲线图可与物体离传感器第一给定距离相关联。因此，当实时确定图像信号之间的相位差P-1时，成像系统可计算出所成像的物体离传感器第一给定距离。这是绝对距离测量的示例(因为使用来自单个图像的信号的相位差来确定距离)。
图10示出了信号输出的示例性曲线图，其中入射光以不同的入射角照射到具有第二f值(例如，f/1.4)的成像系统中的相位检测像素，该第二f值低于图9中的第一f值。线402可表示相位检测像素组中的左侧像素(例如，图2A中的像素1或图6中的P1)的输出图像信号，而线404可表示相位检测像素组中的右侧像素(例如，图2A中的像素2或图6中的P2)的输出图像信号。在图10中，所成像的物体离传感器的距离可与图9中相同。然而，由于与图9相比图10中的成像系统的f值不同，因此来自左侧相位检测像素和右侧相位检测像素的信号输出不同。如图所示，图10中的这两个信号响应可具有相位差P2，该相位差捕获这两个信号响应之间的偏移。相位差P2大于相位差P1。该关系也可适用于其他f值。例如，当f值减小(如从图9中的f值减小到图10中的f值)时，输出信号之间的相位差增大(如在图9至图10中从P1增大到P2)。当成像系统使用第二f值(例如，图10的f值)并且实时确定图像信号之间的相位差P-2时，成像系统可计算出所成像的物体离传感器第一给定距离。这是绝对距离测量的另一个示例(因为使用来自单个图像的信号的相位差来确定距离)。
如此前所讨论，相对测量可替代地用于距离测量以消除系统误差。采用相对测量时，不同光圈尺寸的相位差之间的差值可用于距离计算。例如，并非使用第一光圈(例如，f/2)的相位差来确定距离(在绝对测量中)或使用第二(例如，f/1.4)光圈的相位差来确定距离(在绝对测量中)，而是可使用第一光圈相位差与第二光圈相位差之间的差值来确定距离(例如，D＝P2–P1，其中P2是如图10所示第二光圈的相位差，并且P1是如图9所示第一光圈的相位差)。然后可使用这两个相位差之间的差值(D)来确定距离。因系统误差所引起的相位差估计值的变化在使用这两个光圈进行的测量中将是类似的。因此，通过确定这两个相位差之间的差值，将消除这些系统误差并且将产生更准确的相位量度。
图11示出了不同光圈尺寸的相位差随距离的变化。首先，考虑线502，其示出了具有光圈(诸如图10所示的第二光圈(例如，f/1.4)，有时称为较低f值光圈)的成像系统的相位差与距离之间的关系。如图所示，当所成像的物体离传感器的距离增加时，相位差减小。然而，存在线502的一些不规则部分(特别是在区域508、510和512中)。
线504示出了具有光圈(诸如图9所示的第一光圈(例如，f/2)，有时称为较高f值光圈)的成像系统的相位差与距离之间的关系。如图所示，当所成像的物体离传感器的距离增加时，相位差减小。另外，较高f值光圈的相位差在相同距离处小于较低f值光圈的相位差。线504还具有不规则部分(例如，在区域508、510和512中)。然而，如图11所示，线504的不规则部分与线502的不规则部分类似。因此，较高f值相位差与较低f值相位差之间的差值(D)(线506所示)大致遵循平滑且规律的趋势，而不论距离如何。因此，使用差值(D)来确定距离可得到更高精度的距离测量值(并且还允许通过解析相位信息中的更细小差异来确定更大距离)。
图12是用于操作成像系统(例如，图1中的成像系统12)的示例性方法步骤的示意图。首先，在步骤602处，图像传感器可在快门具有第一光圈尺寸时捕获第一组图像数据。第一组图像数据可包括来自图像传感器的像素阵列中的每个像素的图像信号。随后处理电路可指示快门(例如，快门32)将光圈改变为不同尺寸。然后，在步骤604处，通过采用与第一光圈尺寸不同的第二光圈尺寸，图像传感器可捕获第二组图像数据。在步骤606处，可使用第一组图像数据来确定第一相位差(P1)。在步骤608处，可使用第二组图像数据来确定第二相位差(P2)。接下来，在步骤610处，可确定这两个相位差之间的差值(D)(例如，D＝P2–P1)。最后，在步骤612处，可使用差值(D)采取合适的动作。例如，可基于差值信号D来使成像系统的透镜聚焦。还可使用差值信号D来确定离场景中感兴趣的物体的距离。可使用距离确定来形成整个所捕获的场景的深度图。如果需要，还可使用第一相位差(P1)和/或第二相位差(P2)(例如，与差值信号D相结合)来确定离场景中感兴趣的物体的距离或使成像系统中的一个或多个透镜聚焦。
步骤606、608、610和612可在逐个相位检测像素组的基础上进行，这意味着可对图像传感器的像素阵列中的每个相位检测像素组(例如，图6中的组100)确定相位差。类似地，可单独地对每个相位检测像素组确定差值(D)，并且可单独地对每个相位检测像素组确定与该差值相关联的距离(例如，在步骤612中)。
在一些实施方案中，图像传感器中的相位检测像素组可能能够检测多种类型的边缘(例如，图6中的图像传感器14可检测水平边缘、竖直边缘或对角边缘)。如果需要，可对多种边缘类型的给定相位检测像素组重复步骤606、608、610和612。
图12中呈现的步骤602、604、606、608、610和612的顺序仅仅是示例性的。一般来讲，可按任何所需的顺序完成图12的步骤。例如，可在步骤604之前完成步骤606，或可至少部分并行地完成步骤604和606。另外，可在任何所需的时长(例如，1秒、小于1秒、小于0.1秒、小于0.01秒、小于0.001秒、大于0.01秒等)内执行步骤602和604。
可在步骤602和604中使用任何两种所需的光圈尺寸。第一光圈可具有f/1.4、f/1.6、f/2、f/2.8、f/4、f/8、介于f/1.4与f/2.8之间、介于f/1.4与f/8之间、大于f/1.4、大于f/1.3、小于f/2、小于f/2.8、小于f/4、小于f/8等的f值。类似地，第二光圈可具有f/1.4、f/1.6、f/2、f/2.8、f/4、f/8、介于f/1.4与f/2.8之间、介于f/1.4与f/8之间、大于f/1.4、大于f/1.3、小于f/2、小于f/2.8、小于f/4、小于f/8等的f值。第一图像的光圈尺寸(例如，在步骤602中)可大于或超过第二图像的光圈尺寸(例如，在步骤604中)。换句话讲，可在光圈尺寸更大的图像之前或之后拍摄光圈尺寸更小的图像。
一般来讲，使用更小光圈尺寸捕获的图像可具有更高质量的输出图像信号。然而，更大光圈尺寸与更高、更易测量的相位差相关联。因此，改善的相位检测(使用更大光圈时)可能需要牺牲所捕获的图像的最终图像质量。然而，使用图12的方法，可获得高质量图像数据(对其中一次图像捕获使用更低光圈)，同时仍然获得高质量相位检测信息(因为更高光圈可用于其他所捕获的图像)。由于图像数据不需要这些图像之一(例如，第二图像)，因此可针对相位检测数据来优化这些图像之一(例如，第二图像)。
在图12的示例中，(使用两个相应光圈尺寸)采集两次图像数据。这个示例仅为示例性的。如果需要，可使用附加的不同光圈尺寸采集附加图像数据。一般来讲，可捕获任何所需数量的图像，每次使用相应不同光圈尺寸。当获得超过两组图像数据时，可使用任何两组数据来估计距离(例如，Da＝P3–P2，Db＝P2–P1，并且Dc＝P3–P1，其中P1、P2和P3是与不同光圈尺寸下获取的相应第一组、第二组和第三组图像数据相关联的相位差，并且Da、Db和Dc是差值信号)。
在图9至图12中，使用相位差之间的差值进行的相位检测程序有时参照图6所示类型的图像传感器来描述。然而，应当注意，(例如，图12的)该方法可应用于任何具有相位检测像素的图像传感器。例如，图像传感器可具有1×2相位检测像素组，这些相位检测像素组与成像像素(例如，具有由单个微透镜覆盖的单个光电二极管的像素)结合在单个像素阵列中。作为一个示例，1×2相位检测像素组可被布置在像素阵列的行中的虚线中。还可在图像传感器14中使用附加尺寸(例如，1×3、1×4、3×3、2×4等)的相位检测像素组。可使用图12的方法操作任何具有相位检测像素的图像传感器。
在各种实施方案中，操作成像系统(其包括通过光圈暴露于入射光的具有多个相位检测像素组的图像传感器)的方法包括在光圈具有第一尺寸时使用图像传感器捕获第一组图像数据，在光圈具有与第一尺寸不同的第二尺寸时使用图像传感器捕获第二组图像数据，以及基于第一组图像数据和第二组图像数据来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。
该方法还可包括基于第一组图像数据来确定与所述多个相位检测像素组中的第一相位检测像素组相关联的第一相位差。该方法还可包括基于第二组图像数据来确定与第一相位检测像素组相关联的第二相位差。该方法还可包括确定第一相位差与第二相位差之间的差值。确定图像传感器与所成像的物体之间的距离可包括基于第一相位差与第二相位差之间的差值来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。确定图像传感器与所成像的物体之间的距离可包括基于第一相位差且基于第一相位差与第二相位差之间的差值来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。该方法还可包括基于第一相位差与第二相位差之间的差值来调节成像系统中的透镜。
所述多个相位检测像素组中的每个相位检测像素组可包括由单个微透镜覆盖的至少两个光敏区。该方法还可包括对于每个相位检测像素组而言，基于第一组图像数据来确定与相应相位检测像素组相关联的第一相应相位差，基于第二组图像数据来确定与相应相位检测像素组相关联的第二相应相位差，以及确定第一相应相位差与第二相应相位差之间的相应差值。所述多个相位检测像素组中的每个相位检测像素组可包括呈2×2布置的四个光敏区，并且每个相位检测像素组的四个光敏区可由相应单个微透镜和相应单个滤色器元件覆盖。
在各种实施方案中，操作成像系统(其包括通过光圈暴露于入射光的具有相位检测像素组的图像传感器)的方法包括在光圈具有第一尺寸时使用图像传感器捕获第一组图像数据，在光圈具有与第一尺寸不同的第二尺寸时使用图像传感器捕获第二组图像数据，基于第一组图像数据来确定相位检测像素组的第一相位差，基于第二组图像数据来确定相位检测像素组的第二相位差，以及确定第一相位差与第二相位差之间的差值。
该方法还可包括基于第一相位差与第二相位差之间的差值来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。该方法还可包括基于第一相位差与第二相位差之间的差值来调节成像系统中的透镜。相位检测像素组可具有由单个微透镜覆盖的至少第一光敏区和第二光敏区。
在各种实施方案中，成像系统可包括具有至少一个相位检测像素组的图像传感器、被配置为将入射光聚焦到图像传感器上的至少一个透镜、插置在图像传感器与所述至少一个透镜之间的快门、以及处理电路。快门可被配置为限定光圈，该光圈允许入射光到达图像传感器。处理电路可被配置为基于来自图像传感器的第一输出信号来确定第一相位差，基于来自图像传感器的第二输出信号来确定第二相位差，以及确定第一相位差与第二相位差之间的差值。第一输出信号可与第一光圈尺寸相关联，并且第二输出信号可与不同于第一光圈尺寸的第二光圈尺寸相关联。
处理电路可被进一步配置为基于第一相位差与第二相位差之间的差值来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。处理电路可被进一步配置为基于第一相位差与第二相位差之间的差值来调节所述至少一个透镜。该快门可为机械快门。该快门可为液晶显示器快门。所述至少一个相位检测像素组中的每个相位检测像素组可包括由单个微透镜覆盖的至少第一光敏区和第二光敏区。
根据一个实施方案，操作成像系统(其包括通过光圈暴露于入射光且具有多个相位检测像素组的图像传感器)的方法可包括在光圈具有第一尺寸时使用图像传感器捕获第一组图像数据，在光圈具有与第一尺寸不同的第二尺寸时使用图像传感器捕获第二组图像数据，以及基于第一组图像数据和第二组图像数据来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。
根据另一个实施方案，该方法还可包括基于第一组图像数据来确定与所述多个相位检测像素组中的第一相位检测像素组相关联的第一相位差。
根据另一个实施方案，该方法还可包括基于第二组图像数据来确定与第一相位检测像素组相关联的第二相位差。
根据另一个实施方案，该方法还可包括确定第一相位差与第二相位差之间的差值。
根据另一个实施方案，确定图像传感器与所成像的物体之间的距离可包括基于第一相位差与第二相位差之间的差值来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。
根据另一个实施方案，确定图像传感器与所成像的物体之间的距离可包括基于第一相位差且基于第一相位差与第二相位差之间的差值来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。
根据另一个实施方案，该方法还可包括基于第一相位差与第二相位差之间的差值来调节成像系统中的透镜。
根据另一个实施方案，所述多个相位检测像素组中的每个相位检测像素组可包括由单个微透镜覆盖的至少两个光敏区。
根据另一个实施方案，该方法还可包括对于每个相位检测像素组而言，基于第一组图像数据来确定与相应相位检测像素组相关联的第一相应相位差，基于第二组图像数据来确定与相应相位检测像素组相关联的第二相应相位差，以及确定第一相应相位差与第二相应相位差之间的相应差值。
根据另一个实施方案，所述多个相位检测像素组中的每个相位检测像素组可包括呈2×2布置的四个光敏区。每个相位检测像素组的四个光敏区可由相应单个微透镜和相应单个滤色器元件覆盖。
根据一个实施方案，成像系统可包括图像传感器，该图像传感器通过光圈暴露于入射光且具有多个相位检测像素组；至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置为将入射光聚焦到图像传感器上；快门，该快门插置在图像传感器与所述至少一个透镜之间，并且被配置为限定光圈；以及处理电路，该处理电路被配置为在光圈具有第一尺寸时使用图像传感器捕获第一组图像数据，在光圈具有与第一尺寸不同的第二尺寸时使用图像传感器捕获第二组图像数据，以及基于第一组图像数据和第二组图像数据来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。
根据另一个实施方案，所述多个相位检测像素组中的每个相位检测像素组可包括由单个微透镜覆盖的至少两个光敏区。
根据另一个实施方案，处理电路被配置为对于每个相位检测像素组而言，基于第一组图像数据来确定与相应相位检测像素组相关联的第一相应相位差，基于第二组图像数据来确定与相应相位检测像素组相关联的第二相应相位差，以及确定第一相应相位差与第二相应相位差之间的相应差值。
根据另一个实施方案，所述多个相位检测像素组中的每个相位检测像素组可包括呈2×2布置的四个光敏区，并且每个相位检测像素组的四个光敏区可由相应单个微透镜和相应单个滤色器元件覆盖。
根据一个实施方案，操作成像系统(其包括通过光圈暴露于入射光的具有相位检测像素组的图像传感器)的方法可包括在光圈具有第一尺寸时使用图像传感器捕获第一组图像数据，在光圈具有与第一尺寸不同的第二尺寸时使用图像传感器捕获第二组图像数据，基于第一组图像数据来确定相位检测像素组的第一相位差，基于第二组图像数据来确定相位检测像素组的第二相位差，以及确定第一相位差与第二相位差之间的差值。
根据另一个实施方案，该方法还可包括基于第一相位差与第二相位差之间的差值来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。
根据另一个实施方案，该方法还可包括基于第一相位差与第二相位差之间的差值来调节成像系统中的透镜。
根据另一个实施方案，相位检测像素组可具有由单个微透镜覆盖的至少第一光敏区和第二光敏区。
根据一个实施方案，成像系统可包括具有至少一个相位检测像素组的图像传感器；至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置为将入射光聚焦到图像传感器上；快门，该快门插置在图像传感器与所述至少一个透镜之间，并且被配置为限定光圈，该光圈允许入射光到达图像传感器；以及处理电路，该处理电路被配置为从图像传感器获得两组或更多组输出信号，基于两组或更多组输出信号中的第一组输出信号来确定第一相位差，基于两组或更多组输出信号中的第二组输出信号来确定第二相位差，以及确定第一相位差与第二相位差之间的差值。两组或更多组输出信号中的每组输出信号可与不同的相应光圈尺寸相关联。
根据另一个实施方案，处理电路可被进一步配置为基于第一相位差与第二相位差之间的差值来确定图像传感器与所成像的物体之间的距离。
根据另一个实施方案，处理电路可被进一步配置为基于第一相位差与第二相位差之间的差值来调节所述至少一个透镜。
根据另一个实施方案，该快门可包括机械快门。
根据另一个实施方案，该快门可包括液晶显示器快门。
根据另一个实施方案，所述至少一个相位检测像素组中的每个相位检测像素组可包括由单个微透镜覆盖的至少第一光敏区和第二光敏区。
前述内容仅是对本发明原理的例示性说明，并且本领域技术人员可以进行多种修改。上述实施方案可单独实施或以任意组合方式实施。

Claims (10)

1.一种成像系统，包括：
图像传感器，所述图像传感器通过光圈暴露于入射光，其中所述图像传感器包括多个相位检测像素组；
至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置为将入射光聚焦到所述图像传感器上；
快门，所述快门插置在所述图像传感器与所述至少一个透镜之间，其中所述快门被配置为限定所述光圈；和
处理电路，所述处理电路被配置为：
当所述光圈具有第一尺寸时，使用所述图像传感器捕获第一组图像数据；
当所述光圈具有与所述第一尺寸不同的第二尺寸时，使用所述图像传感器捕获第二组图像数据；以及
基于所述第一组图像数据和所述第二组图像数据，确定所述图像传感器与所成像的物体之间的距离。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其中所述多个相位检测像素组中的每个相位检测像素组包括由单个微透镜覆盖的至少两个光敏区。
3.根据权利要求2所述的成像系统，其中所述处理电路被配置为：
对于每个相位检测像素组而言，基于所述第一组图像数据来确定与相应相位检测像素组相关联的第一相应相位差；
对于每个相位检测像素组而言，基于所述第二组图像数据来确定与相应相位检测像素组相关联的第二相应相位差；以及
对于每个相位检测像素组而言，确定所述第一相应相位差与所述第二相应相位差之间的相应差值。
4.根据权利要求2所述的成像系统，其中所述多个相位检测像素组中的每个相位检测像素组包括呈2×2布置的四个光敏区，其中每个相位检测像素组的所述四个光敏区由相应单个微透镜和相应单个滤色器元件覆盖。
5.一种成像系统，包括：
图像传感器，所述图像传感器具有至少一个相位检测像素组；
至少一个透镜，所述至少一个透镜被配置为将入射光聚焦到所述图像传感器上；
快门，所述快门插置在所述图像传感器与所述至少一个透镜之间，其中所述快门被配置为限定光圈，所述光圈允许入射光到达所述图像传感器；和
处理电路，所述处理电路被配置为从所述图像传感器获得两组或更多组输出信号，基于所述两组或更多组输出信号中的第一组输出信号来确定第一相位差，基于所述两组或更多组输出信号中的第二组输出信号来确定第二相位差，以及确定所述第一相位差与所述第二相位差之间的差值，其中所述两组或更多组输出信号中的每组输出信号与不同的相应光圈尺寸相关联。
6.根据权利要求5所述的成像系统，其中所述处理电路被进一步配置为基于所述第一相位差与所述第二相位差之间的所述差值来确定所述图像传感器与所成像的物体之间的距离。
7.根据权利要求5所述的成像系统，其中所述处理电路被进一步配置为基于所述第一相位差与所述第二相位差之间的所述差值来调节所述至少一个透镜。
8.根据权利要求5所述的成像系统，其中所述快门包括机械快门。
9.根据权利要求5所述的成像系统，其中所述快门包括液晶显示器快门。
10.根据权利要求5所述的成像系统，其中所述至少一个相位检测像素组中的每个相位检测像素组包括由单个微透镜覆盖的至少第一光敏区和第二光敏区。
CN201811437715.8A 2017-12-28 2018-11-29 成像系统 Active CN109981939B (zh)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112861568A (zh) * 2019-11-12 2021-05-28 Oppo广东移动通信有限公司 认证方法和装置、电子设备、计算机可读存储介质
US11696041B2 (en) 2019-11-28 2023-07-04 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Image sensor, control method, camera component and mobile terminal with raised event adaptability and phase detection auto focus

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021030034A1 (en) 2019-08-15 2021-02-18 Apple Inc. Depth mapping using spatial multiplexing of illumination phase
WO2021034409A1 (en) * 2019-08-20 2021-02-25 Apple Inc. Depth sensor with interlaced sampling structure
KR20210108082A (ko) * 2020-02-25 2021-09-02 삼성전자주식회사 위상 차를 이용하는 라이브니스 검출 방법 및 장치
US11763472B1 (en) 2020-04-02 2023-09-19 Apple Inc. Depth mapping with MPI mitigation using reference illumination pattern
WO2021252153A1 (en) 2020-06-11 2021-12-16 Apple Inc. Global-shutter image sensor with time-of-flight sensing capability
US11694480B2 (en) * 2020-07-27 2023-07-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus with liveness detection
KR20220140925A (ko) * 2021-04-09 2022-10-19 삼성전자주식회사 이미지 센서
CN114125243A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 维沃移动通信有限公司 图像传感器、摄像模组、电子设备及像素信息获取方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101630110A (zh) * 2008-07-17 2010-01-20 佳能株式会社 相位差检测装置、摄像设备和相位差检测方法
CN204761572U (zh) * 2014-05-01 2015-11-11 半导体元件工业有限责任公司 成像装置
CN105898281A (zh) * 2015-02-13 2016-08-24 三星电子株式会社 用于使用相位检测像素生成深度图的图像生成装置
US9749532B1 (en) * 2014-08-12 2017-08-29 Amazon Technologies, Inc. Pixel readout of a charge coupled device having a variable aperture
CN206727071U (zh) * 2016-05-20 2017-12-08 半导体元件工业有限责任公司 图像传感器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160255323A1 (en) 2015-02-26 2016-09-01 Dual Aperture International Co. Ltd. Multi-Aperture Depth Map Using Blur Kernels and Down-Sampling
US9749556B2 (en) 2015-03-24 2017-08-29 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems having image sensor pixel arrays with phase detection capabilities
KR101672669B1 (ko) * 2015-11-23 2016-11-03 재단법인 다차원 스마트 아이티 융합시스템 연구단 시차를 이용하는 멀티 애퍼처 카메라 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101630110A (zh) * 2008-07-17 2010-01-20 佳能株式会社 相位差检测装置、摄像设备和相位差检测方法
CN204761572U (zh) * 2014-05-01 2015-11-11 半导体元件工业有限责任公司 成像装置
US9749532B1 (en) * 2014-08-12 2017-08-29 Amazon Technologies, Inc. Pixel readout of a charge coupled device having a variable aperture
CN105898281A (zh) * 2015-02-13 2016-08-24 三星电子株式会社 用于使用相位检测像素生成深度图的图像生成装置
CN206727071U (zh) * 2016-05-20 2017-12-08 半导体元件工业有限责任公司 图像传感器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112861568A (zh) * 2019-11-12 2021-05-28 Oppo广东移动通信有限公司 认证方法和装置、电子设备、计算机可读存储介质
US11696041B2 (en) 2019-11-28 2023-07-04 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Image sensor, control method, camera component and mobile terminal with raised event adaptability and phase detection auto focus

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