CN216873256U - 共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，通过将每个像素单元的四个像素通过共用一个滤光片和一个微透镜形成为四合一的模式使用，同时将像素单元中的至少一对设置为对焦像素单元，其余为非对焦像素单元(即正常像素单元)，如此在电路读出时，非对焦像素单元直接四合一读出亮度信息，对焦像素单元由于被遮挡一半，仅能读出其中一半的信息，将整个像素阵列中的对焦像素单元的信息叠加，就可以得到图像相位信息，从而实现自动对焦，即只要通过一次电路读出即可实现同时获取相位信息和亮度信息，从而帧率不会降低一半，有效提高了图像传感器在视频使用自动相位对焦时的视频帧率。

Description

共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器

技术领域

本实用新型涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器。

背景技术

图像获取装置一般包括图像传感器和镜头。镜头将光聚焦到图像传感器上以形成图像，图像传感器将光信号转化成电信号。电信号从图像获取装置输出到电子系统的其他组件。图像获取装置和电子系统的其他组件构成了成像系统。图像传感器已经应用普遍，在各种电子系统中均可见，例如，手机、数码相机、医疗设备、以及计算机等。

典型的图像传感器包括布置在二维阵列中的多个光敏图像单元(“像素”)。通过在像素上形成彩色滤光片阵列(CFA)，使图像传感器能够形成彩色图像。通常，每个像素都被一个单色滤光片覆盖，而这个滤光片又被一个微透镜覆盖以将光聚焦到一个光电二极管上。重复像素模块组成一个像素阵列，其中像素模块是由四个像素组成的2×2阵列，四个像素覆盖有一个红色、一个蓝色和两个绿色滤光片，组成一个众所周知的拜尔模式CFA。用于制造图像传感器，尤其是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的技术持续不断向前发展。

目前使用共用微透镜可以为图像传感器提供全像素自动相位对焦的功能，但是由于需要分别读出相位对焦信息和像素亮度信息(即图像信息)，读出方式不够灵活，现有布局设计难以有效实现需要信息的灵活获取，另外，在实际应用中还会导致视频帧率降低一半，而对于高分辨率的图像传感器，视频帧率是非常关键且困难的指标。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，用于解决现有技术中的使用共用微透镜提供全像素自动对焦功能的图像传感器读出方式不够灵活、在视频使用自动相位对焦时帧率较低等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，所述图像传感器包括：

由多个像素单元组构成的像素阵列，每个所述像素单元组包括以2×2形式设置的四个像素单元，每个所述像素单元包括以n×n形式设置的四个像素，n≥2，每个所述像素单元的所有所述像素对应同样颜色的滤光片及共用一个微透镜；

所述像素单元包括对焦像素单元和非对焦像素单元，所述对焦像素单元通过将其中的部分所述像素设置为遮蔽像素形成，所述对焦像素单元成对设置且设置于相同颜色的像素单元中，所述对焦像素单元用于获取相位对焦信息。

可选地，通过在所述遮蔽像素中的光电转换元件上形成遮光材料层形成所述遮蔽像素。

可选地，将所述对焦像素单元中的所述像素分为上侧和下侧两部分，分别将上侧的所述像素和下侧的所述像素设置为所述遮蔽像素形成成对设置的所述对焦像素单元；或将所述对焦像素单元中的所述像素分为左侧和右侧两部分，分别将左侧的所述像素和右侧的所述像素设置为所述遮蔽像素形成成对设置的所述对焦像素单元；或将所述对焦像素单元中的所述像素分为对角线两侧的两部分，分别将两条对角线两侧的所述像素设置为所述遮蔽像素形成成对设置的所述对焦像素单元；或将所述对焦像素单元中的所述像素分为过像素中心的分割线两侧部分，分别将分割线两侧部分的所述像素设置为所述遮蔽像素形成成对设置的所述对焦像素单元。

可选地，每个所述像素单元组中的所述四个像素单元构成拜耳基阵列，其中，成对设置的所述对焦像素单元分别设置于不同的所述拜耳基阵列中。

进一步地，所述拜耳基阵列包括拜耳RGB阵列，所述拜耳RGB阵列包括蓝色像素单元、第一绿色像素单元、第二绿色像素单元及红色像素单元，成对设置的所述对焦像素单元通过分别将两个所述拜耳RGB阵列中的两个所述蓝色像素单元中的蓝色滤光片替换为辅助滤光片，再将其中的部分所述像素设置为所述遮蔽像素形成。

进一步地，所述辅助滤光片包括绿色滤光片、青色滤光片及白色滤光片中的任意一种。

进一步地，所述像素阵列包括多个以4×4形式设置的十六个所述拜耳基阵列构成的重复单元；每个所述重复单元中包括一对所述对焦像素单元。

进一步地，每个所述重复单元中的两个所述对焦像素单元在所述重复单元中处于同一列且间隔三行，或该两个对焦像素单元在所述重复单元中处于同一行且间隔三列，或该两个对焦像素单元在所述重复单元中间隔三行且间隔三列。

可选地，所述像素阵列包括多个以4×4形式设置的所述拜耳基阵列构成的的重复单元；每个所述重复单元中包括两对所述对焦像素单元。

进一步地，每个所述重复单元中的四个所述对焦像素单元中的每两个所述对焦像素单元在所述重复单元中处于同一列且间隔三行，且四个所述对焦像素单元所在的两列之间间隔三列；或每个所述重复单元中的四个所述对焦像素单元沿列的方向均间隔一列设置，沿行的方向每两个所述对焦像素单元处于同一行且四个所述对焦像素单元所在的两行之间间隔三行。

可选地，每个所述像素单元对应同一读出电路，实现对对应所述像素单元的所有所述像素信息的读出。

如上所述，本实用新型的共用微透镜部分遮挡相位自动对焦的图像传感器，可以将每个像素单元的四个像素通过共用一个滤光片和一个微透镜形成为四合一的模式使用，同时将像素单元中的至少一对设置为对焦像素单元，其余为非对焦像素单元(即正常像素单元)，如此在电路读出时，非对焦像素单元直接四合一读出亮度信息，对焦像素单元由于被遮挡一半，仅能读出其中一半的信息，将整个像素阵列中的对焦像素单元的信息叠加，就可以得到图像相位信息，从而实现自动对焦，即只要通过一次电路读出即可实现同时获取相位信息和亮度信息，从而帧率不会降低一半，有效提高了图像传感器在视频使用自动相位对焦时的视频帧率。

附图说明

图1显示为现有的图像传感器使用全像素自动相位对焦模式进行对焦的效果示意图，其中将对焦像素单元中2×2个像素分为左侧和右侧两部分进行对焦。

图2显示为现有的图像传感器中像素阵列的读出方式示意图，其中，使用四合一的读出方式。

图3显示为本实用新型的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器中像素阵列的读出方式示意图，其中，使用四合一的读出方式。

图3a显示为本实用新型的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器中对焦像素单元的三种形成方式。

图4显示为本实用新型的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器中像素阵列的截面结构示意图，其中，图4是沿图3中AA方向剖切的截面结构示意图。

图5至图9、图13、图14及图17显示为本实用新型的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器像素阵列的重复单元中对焦像素单元设置方式的示意图。

图10显示为本实用新型的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器像素阵列的重复单元的像素单元合并布局示意图。

图11显示为以图10的合并方式获得的一种合并结果示意图。

图12显示为以图10的合并方式获得的另一种合并结果示意图。

图15显示为图14的一种合并布局示意图。

图16显示为图15的合并结果示意图。

图18显示为图17的一种合并布局示意图。

图19显示为图18的合并结果示意图。

元件标号说明

10、20 像素阵列

101 像素单元组

102 拜耳RGB阵列

103 蓝色像素单元

104 第一绿色像素单元

105 第二绿色像素单元

106 红色像素单元

11、21 像素单元

111 对焦像素单元

112 非对焦像素单元

12、22 像素

121 滤光片

122 微透镜

123 光电转换元件

13 遮蔽像素

131 遮光材料层

14 重复单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图19。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可根据实际需要进行改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如背景技术中所述，目前使用共用微透镜可以为图像传感器提供全像素自动相位对焦的功能，如图1所示，共用微透镜全像素对焦图像传感器的像素阵列20中每个像素单元21的四个2×2的像素22共用一个颜色的滤光材料和微透镜。如果分别读出左侧L两个像素22的信号和右侧R两侧两个像素22的信号，可以获取相位信息，从而计算得到对焦清晰所需要的镜头移动量。然而在视频模式时，如图2所示，一般四个像素22合成为一个使用，若不使用自动相位对焦模式，四个像素只读出一次；使用自动相位对焦模式，则需要分别读出相位对焦信息和图像信息，如图1所示，读出方式不够灵活，另外还需要读出两次，导致视频帧率较低。

基于以上问题，本实施例提供一种共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，通过共用微透镜并对对焦像素单元中的像素进行部分遮挡，从而可提高像素单元信息读出方式的灵活性；再者还可通过一次读出同时获得相位对焦信息和图像信息，有效提高图形传感器在视频模式时的帧率。如图3及图4所示，所述图像传感器包括：

由多个像素单元组101构成的像素阵列10，每个所述像素单元组101包括以2×2形式设置的四个像素单元11，每个所述像素单元11包括以n×n形式设置的若干个像素12，每个所述像素单元11的所有所述像素12对应同一颜色的滤光片121及共用一个微透镜122(如图4所示)，其中，可以是所述像素单元11的所有所述像素12共用同一颜色滤光片；

所述像素单元11包括对焦像素单元111和非对焦像素单元112，所述对焦像素单元111通过将其中的部分所述像素12设置为遮蔽像素13形成，所述对焦像素单元111成对设置且设置于相同颜色的像素单元11中，所述对焦像素单元111用于获取相位对焦信息。

需要说明的是，为便于理解，图3中仅示出了以2×2形式设置的四个所述像素单元组101构成的像素阵列10，但是本领域技术人员公知实际中所述像素阵列10的规模可以根据实际情况进行设置，所以不应以图3的像素阵列10的规模对本申请的像素阵列进行限制。另外，同样为便于理解，图3中示出的像素单元是以2×2形式设置的四个所述像素12构成的，且仅示出了一个所述对焦像素单元111，且该对焦像素单元111是通过将右侧两个所述像素12设置为所述遮蔽像素13形成的，实际中所述像素单元可以是3×3、4×4、5×5……n×n等形式的更多个像素，所述对焦像素单元111为成对出现，其中一个获取一侧的两个像素信号，另一个获取另一侧的两个像素信号。

将每个像素单元的四个像素通过共用一个滤光片和一个微透镜形成为四合一的模式使用，同时将像素单元中的至少一对设置为对焦像素单元，其余为非对焦像素单元(即正常像素单元)，如此在电路读出时，非对焦像素单元直接四合一读出亮度信息，对焦像素单元由于被遮挡一半，仅能读出其中一半的信息，将整个像素阵列中的对焦像素单元的信息叠加，就可以得到图像相位信息，从而实现自动对焦，即只要通过一次电路读出即可实现同时获取相位信息和亮度信息，从而帧率不会降低一半，有效提高了图像传感器在视频使用自动相位对焦时的视频帧率。

如图3及图4所示，作为示例，所述遮蔽像素13可以通过在所述遮蔽像素13中的光电转换元件123上形成遮光材料层131形成所述遮蔽像素13，所述光电转换元件123一般选择为光电二极管，所述遮光材料层131的材料一般选择金属钨。通过所述遮光材料层131可以遮挡住进入其下方的光电转换元件123中的光线，使光线只能进入未被遮光材料层131遮挡的光电转换元件123，从而使整个像素单元仅能读出遮蔽像素之外的两个像素的信息。该方式不需要对光电转换元件123的结构进行改变，降低工艺复杂度且易于实现。

作为示例，如图3所示，可以将所述对焦像素单元111中的2×2个所述像素12分为左侧和右侧两部分，分别将左侧两个所述像素12和右侧两个所述像素12设置为所述遮蔽像素13形成成对设置的所述对焦像素单元111；如图3a中的a所示，或者将所述对焦像素单元111中的2×2个所述像素12分为上侧和下侧两部分，分别将上侧两个所述像素12和下侧两个所述像素12设置为所述遮蔽像素13形成成对设置的所述对焦像素单元111；如图3a中的b所示，或者将所述对焦像素单元111中的2×2个所述像素12分为沿一条对角线两侧的两部分，分别将这条对角线部分两侧的一个完整所述像素12和两个半个所述像素12设置为所述遮蔽像素13形成成对设置的所述对焦像素单元111；如图3a中的c所示，或者将所述对焦像素单元111中的2×2个所述像素12分为过像素中心的分割线两侧部分，分别将分割线两侧部分的所述像素12设置为所述遮蔽像素13形成成对设置的所述对焦像素单元111。

作为示例，每个所述像素单元组101中的所述四个像素单元11构成拜耳基阵列，其中，成对设置的所述对焦像素单元111分别设置于不同的所述拜耳基阵列中。所述拜尔基阵列可以是RGGB的阵列模式，即拜耳RGB阵列，还可以是滤光片进行其他颜色的替换，例如是RYYB等，还可以是有的像素不设置滤光片，透过所有光谱的光，还可以是替换为红外增强或红外截止滤光片。

如图3及图5所示，常见于每个所述像素单元组101中的所述四个像素单元11构成拜耳RGB阵列102，依次包括蓝色像素单元103、第一绿色像素单元104、第二绿色像素单元105及红色像素单元106，其中，成对设置的所述对焦像素单元111分别设置于不同的所述拜耳RGB阵列102中。作为一较佳示例，如图5所示，成对设置的所述对焦像素单元111通过分别将两个所述拜耳RGB阵列102中的两个所述蓝色像素单元103中的蓝色滤光片替换为辅助滤光片，再将其中的两个所述像素设置为所述遮蔽像素形成。即将所述对焦像素单元111设置在所述拜耳RGB阵列的蓝色通道上同时将蓝色通道转换为辅助通道。所述辅助滤光片可以选择绿色滤光片、青色滤光片及白色滤光片中的任意一种，本实施例中优选绿色滤光片，绿色滤光片可有效减小对图像质量的影响同时提升对焦像素的感度。

如图5至图9、图13、图14及图17所示，作为示例，可将所述像素阵列10划分为多个重复单元14，所有重复单元14的结构相同，将所有重复单元14按照n×m的形式阵列排布得到所述像素阵列10，其中n与m可以相同也可以不相同且均大于1。如图5至图9、图13、图14及图17所示，将所述像素阵列10以重复单元14划分的重复单元14包括以8×8形式设置的六十四个像素单元11。每个所述重复单元14中设置的所述对焦像素单元111的对数可根据实际需要进行设置。

以下示例以2×2形式设置的四个像素单元11组成的像素单元组为拜耳RGB阵列102为例进行说明，且所述对焦像素单元111设置在所述拜耳RGB阵列102的蓝色通道上同时将该蓝色通道转换为绿色通道。

如图5至图7所示，作为一示例，将所述像素阵列10以重复单元14划分的重复单元14包括以8×8形式设置的六十四个像素单元11，也相当于所述重复单元14包括以4×4形式设置的十六个拜耳RGB阵列102，所述像素单元11包括对焦像素单元111及非对焦像素单元112，每个所述重复单元14中设置有一对所述对焦像素单元111。

较佳地，每个所述重复单元14中的两个所述对焦像素单元111在所述重复单元14中处于同一列且间隔三行(如图6所示)，或该两个对焦像素单元111在所述重复单元14中处于同一行且间隔三列(如图7所示)，或该两个对焦像素单元111在所述重复单元14中间隔三行且间隔三列(如图5所示)。该方式可提高整个像素阵列10中所述对焦像素单元111的分布均匀性，从而提高对焦精度。

在本实施例中，优选如图6所示，当每个所述重复单元14中的两个所述对焦像素单元111在所述重复单元14中处于同一列且间隔三行时，其中一个所述对焦像素单元111(即图中的L)在所述重复单元14中的第三行R3第三列L3，另一个所述对焦像素单元111(即图中的R)在所述重复单元14中的第七行R7第三列L3，当然L与R的位置也可以调换；如图7所示，当每个所述重复单元14中的两个所述对焦像素单元111在所述重复单元14中处于同一行且间隔三列时，其中一个所述对像素焦单元111(即图中的L)在所述重复单元14中的第三行R3第三列L3，另一个所述对焦像素单元111(即图中的R)在所述重复单元14中的第三行R3第七列L7，当然L与R的位置也可以调换；如图5所示，当每个所述重复单元14中的两个所述对焦像素单元111在所述重复单元14中间隔三行且间隔三列时，其中一个所述对焦像素单元111(即图中的L)在所述重复单元14中的第三行R3第三列L3，另一个所述对焦像素单元111(即图中的R)在所述重复单元14中的第七行R7第七列L7，当然L与R的位置也可以调换。

如图8、图9、图13、图14及图17所示，作为另一示例，将所述像素阵列10以重复单元14划分的重复单元14包括以8×8形式设置的六十四个像素单元11，也相当于所述重复单元14包括以4×4形式设置的十六个拜耳RGB阵列102，所述像素单元11包括对焦像素单元111及非对焦像素单元112，每个所述重复单元14中设置有两对所述对焦像素单元111。

较佳地，每个所述重复单元14中的四个所述对焦像素单元111中的每两个所述对焦像素单元111在所述重复单元14中处于同一列且间隔三行，且四个所述对焦像素单元111所在的两列之间间隔三列(如图8、图9、图13及图14所示)；或每个所述重复单元14中的四个所述对焦像素单元111沿列的方向均间隔一列设置，沿行的方向每两个所述对焦像素单元111处于同一行且四个所述对焦像素单元111所在的两行之间间隔三行(如图17所示)。

目前随着像素尺寸的减小，像素内光吸收总光量减少，一些高级的特征受到挑战。通常，视频的输出分辨率低于图像的输出分辨率，通过增加收集的光量以表示图像传感器中一个点的一种方法是对来自相邻或者附近像素的信号进行求和，这些像素共享相同颜色的彩色滤光片，这被称为像素合并(pixel binning)，用来在低照度下获取图像时提高灵敏度。

获得像素信息的像素控制方法一般为：首先，读取像素阵列10输出的像素值，如上所述，所述像素阵列10包括多个所述重复单元14，每个所述重复单元14包括4×4形式设置的十六个拜耳RGB阵列102，每个拜耳RGB阵列102依次包括蓝色像素单元103、第一绿色像素单元104、第二绿色像素单元105及红色像素单元106(如图5所示)；然后，接受像素合并指令；最后根据新形成的重复单元组成的新的像素阵列值输出。

在一种实施方式中，当所述像素阵列包括若干个所述重复单元，且每个所述重复单元中包括一对所述对焦像素单元；或者，每个所述重复单元中包括两对所述对焦像素单元，其中，四个所述对焦像素单元，沿列方向均间隔一列设置且沿行方向每两个所述对焦像素单元处于同一行且四个所述对焦像素单元所在的两行之间间隔三行，或，沿行方向均间隔一列设置且沿列方向每两个所述对焦像素单元处于同一列且四个所述对焦像素单元所在的两列之间间隔三列时，所述控制方法包括：

定义所述重复单元由四个阵列设置的重复子单元构成，每一所述重复子单元由2×2设置的所述拜耳基阵列构成，并定义一对所述对焦像素单元对应于在各所述重复子单元中所在的位置为参考位置，其中，每一所述重复子单元中，不同所述拜耳基阵列对应位置的所述像素单元合并读出，对于所述参考位置，直接读出所述参考位置的所述像素单元的信息，以同时得到所述相位对焦信息及所述图像信息。

采用该像素合并方式合并后既保留有对焦信息又保留有图像信息。获得像素信息的像素合并的另一种方法为：将每个所述重复单元14划分为A、B、C、D四个相同的重复子单元，即每个重复子单元划分为2×2形式的四个拜耳RGB阵列102，定义一对所述对焦像素单元111对应于在各所述重复子单元中所在的位置为参考位置，其中，每一所述重复子单元中，不同所述拜耳基阵列对应位置的所述像素单元合并读出，对于所述参考位置，直接读出所述参考位置的所述像素单元的信息，以同时得到所述相位对焦信息及所述图像信息。

举例示之，如图7所示，选取所述重复单元14中重复子单元A中的对焦像素单元111(位置为L3R3)和重复子单元B中的对焦像素单元111(位置为L7R3)为一对对焦像素单元，并使该对对焦像素单元对应于在各所述重复子单元中所在的位置为参考位置(参考位置为L3R3、L7R3、L3R7、L7R7)，则在合并时，重复子单元A的合并读出为：将参考位置的像素单元L3R3直接读出(像素单元L1R1、L3R1、L1R3信息丢弃)，将像素单元L2R1、L4R1、L2R3、L4R3合并读出，将像素单元L1R2、L3R2、L1R4、L3R4合并读出，将像素单元L2R2、L4R2、L2R4、L4R4合并读出；同理，重复子单元B的合并读出为将参考位置的像素单元L7R3直接读出(像素单元L5R1、L7R1、L5R3信息丢弃)，将像素单元L6R1、L8R1、L6R3、L8R3合并读出，将像素单元L5R2、L7R2、L5R4、L7R4合并读出，将像素单元L6R2、L8R2、L6R4、L8R4合并读出；重复子单元C的合并读出为将像素单元L3R7直接读出(像素单元L1R5、L3R5、L1R7信息丢弃)，将像素单元L2R5、L4R5、L2R7、L4R7合并读出，将像素单元L1R6、L3R6、L1R8、L3R8合并读出，将像素单元L2R6、L4R6、L2R8、L4R8合并读出；重复子单元D的合并读出为将像素单元L7R7直接读出(像素单元L5R5、L7R5、L5R7信息丢弃)，将像素单元L6R5、L8R5、L6R7、L8R7合并读出，将像素单元L5R6、L7R6、L5R8、L7R8合并读出，将像素单元L6R6、L8R6、L6R8、L8R8合并读出。

另外一种示例中，如图17所示，选取所述重复单元14中重复子单元A中的对焦像素单元111(位置为L3R3)和重复子单元B中的对焦像素单元111(位置为L7R3)为一对对焦像素单元，并使该对对焦像素单元对应于在各所述重复子单元中所在的位置为参考位置，(参考位置为L3R3、L7R3、L3R7、L7R7)，则在合并时，重复子单元A的合并读出为将参考位置的像素单元L3R3直接读出(像素单元L1R1、L3R1、L1R3信息丢弃)，将像素单元L2R1、L4R1、L2R3、L4R3合并读出，将像素单元L1R2、L3R2、L1R4、L3R4合并读出，将像素单元L2R2、L4R2、L2R4、L4R4合并读出；同理，重复子单元B的合并读出为将参考位置的像素单元L7R3直接读出(像素单元L5R1、L7R1、L5R3信息丢弃)，将像素单元L6R1、L8R1、L6R3、L8R3合并读出，将像素单元L5R2、L7R2、L5R4、L7R4合并读出，将像素单元L6R2、L8R2、L6R4、L8R4合并读出；重复子单元C的合并读出为将像素单元L3R7直接读出(像素单元L1R5、L3R5、L1R7信息丢弃)，将像素单元L2R5、L4R5、L2R7、L4R7合并读出，将像素单元L1R6、L3R6、L1R8、L3R8合并读出，将像素单元L2R6、L4R6、L2R8、L4R8合并读出；重复子单元D的合并读出为将像素单元L7R7直接读出(像素单元L5R5、L7R5、L5R7信息丢弃)，将像素单元L6R5、L8R5、L6R7、L8R7合并读出，将像素单元L5R6、L7R6、L5R8、L7R8合并读出，将像素单元L6R6、L8R6、L6R8、L8R8合并读出。

基于上述图像传感器中像素阵列的不同布局方式可以灵活选择合并方式。

举例示之，如采用本实施例中图8、图9及图13所示的重复单元形成像素阵列10时，获得像素信息的像素合并的一种方法为：这里以图9的排布为例进行说明，如图10所示，将每个所述重复单元14划分为A、B、C、D四个相同的重复子单元，即每个重复子单元划分为2×2形式的四个拜耳RGB阵列102，然后将相应重复子单元中每个拜耳RGB阵列102中相应颜色的像素单元合并为一个像素单元并排列为拜耳RGB阵列的形式，例如，将图10的重复子单元A中的三个蓝色像素单元103合并为图11的区块Aˊ中的一个蓝色像素单元，将图10的重复子单元A中的四个第一绿色像素单元104合并为图11的区块Aˊ中相应位置的一个绿色像素单元，将图10的重复子单元A中的四个第二绿色像素单元105合并为图11的区块Aˊ中相应位置的一个绿色像素单元，将图10的重复子单元A中的四个红色像素单元106合并为图11的区块Aˊ中的一个红色像素单元，从而图11的区块Aˊ形成为一个新的拜耳RGB阵列，以此类推，将图10的重复子单元B合并为图11的区块Bˊ的新的拜耳RGB阵列，将图10的重复子单元C合并为图11的区块Cˊ的新的拜耳RGB阵列，将图10的重复子单元D合并为图11的区块Dˊ的新的拜耳RGB阵列；最后根据新形成的图11的重复单元组成的新的像素阵列值输出合并图像；

获得像素信息的像素合并的另一种方法为：还是以图9的排布为例进行说明，如图10所示，将每个所述重复单元14划分为A、B、C、D四个相同的重复子单元，即每个重复子单元划分为2×2形式的四个拜耳RGB阵列102，将每个重复子单元中的所述对焦像素单元所在的拜耳RGB阵列102提取出来再进行阵列组合即可，得到的阵列如图12所示，采用该像素合并方式方便读出且容易合并。

如采用本实施例中图14所示的重复单元形成像素阵列10时，获得像素信息的像素合并的一种方法为：如图10所示，将每个所述重复单元14划分为A、B、C、D四个相同的重复子单元，即每个重复子单元划分为2×2形式的四个拜耳RGB阵列102，如图15所示，选取所述重复单元14中的一对所述对焦像素单元作为对焦像素单元，将该两个对焦像素单元所在的两个重复子单元中的两个拜耳RGB阵列102提取出来，同时将处于另两个重复子单元中的相应位置的两个拜耳RGB阵列102提取出来再进行阵列组合即可，例如，如图15所示，将图14的重复子单元A和C中的对焦像素单元所在的拜耳RGB阵列102提取出来，同时将重复子单元B和D中与重复子单元A和C中提取的拜耳RGB阵列102相同位置的拜耳RGB阵列102提取出来进行阵列组合(如图16所示)。采用该像素合并方式合并后既保留有对焦信息又保留有图像信息。

如采用本实施例中图5至图7及图17所示的重复单元形成像素阵列10时，获得像素信息的像素合并的一种方法为：如图10所示，将每个所述重复单元14划分为A、B、C、D四个相同的重复子单元，即每个重复子单元划分为2×2形式的四个拜耳RGB阵列102，如图18所示，选取所述重复单元14中的一对所述对焦像素单元作为对焦像素单元，将该两个对焦像素单元所在的两个重复子单元中的两个拜耳RGB阵列102提取出来，同时将处于另两个重复子单元中的相应位置的两个拜耳RGB阵列102提取出来再进行阵列组合即可，例如，如图18所示，将图17的重复子单元A和B中的对焦像素单元所在的拜耳RGB阵列102提取出来，同时将重复子单元C和D中与重复子单元A和B中提取的拜耳RGB阵列102相同位置的拜耳RGB阵列102提取出来进行阵列组合(如图19所示)。

综上所述，本实用新型提供一种共用微透镜部分遮挡相位自动对焦的图像传感器，通过将每个像素单元的四个像素通过共用一个滤光片和一个微透镜形成为四合一的模式使用，同时将像素单元中的至少一对设置为对焦像素单元，其余为非对焦像素单元(即正常像素单元)，如此在电路读出时，非对焦像素单元直接四合一读出亮度信息，对焦像素单元由于被遮挡一半，仅能读出其中一半的信息，将整个像素阵列中的对焦像素单元的信息叠加，就可以得到图像相位信息，从而实现自动对焦，即只要通过一次电路读出即可实现同时获取相位信息和亮度信息，从而帧率不会降低一半，有效提高了图像传感器在视频使用自动相位对焦时的视频帧率。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：

由多个像素单元组构成的像素阵列，每个所述像素单元组包括以2×2形式设置的四个像素单元，每个所述像素单元包括以n×n形式设置的若干个像素，n≥2，每个所述像素单元的所有所述像素对应同样颜色的滤光片及共用一个微透镜；

所述像素单元包括对焦像素单元和非对焦像素单元，所述对焦像素单元通过将其中的部分所述像素设置为遮蔽像素形成，所述对焦像素单元成对设置且设置于相同颜色的像素单元中，所述对焦像素单元用于获取相位对焦信息。

2.根据权利要求1所述的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于：通过在所述遮蔽像素中的光电转换元件上形成遮光材料层形成所述遮蔽像素。

3.根据权利要求1所述的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于：将所述对焦像素单元中的所述像素分为上侧和下侧两部分，分别将上侧的所述像素和下侧的所述像素设置为所述遮蔽像素形成成对设置的所述对焦像素单元；或将所述对焦像素单元中的所述像素分为左侧和右侧两部分，分别将左侧的所述像素和右侧的所述像素设置为所述遮蔽像素形成成对设置的所述对焦像素单元；或将所述对焦像素单元中的所述像素分为对角线两侧的两部分，分别将两条对角线两侧的所述像素设置为所述遮蔽像素形成成对设置的所述对焦像素单元；或将所述对焦像素单元中的所述像素分为过像素中心的分割线两侧部分，分别将分割线两侧部分的所述像素设置为所述遮蔽像素形成成对设置的所述对焦像素单元。

4.根据权利要求1所述的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于：每个所述像素单元组中的所述四个像素单元构成拜耳基阵列，其中，成对设置的所述对焦像素单元分别设置于不同的所述拜耳基阵列中。

5.根据权利要求4所述的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于：所述拜耳基阵列包括拜耳RGB阵列，所述拜耳RGB阵列包括蓝色像素单元、第一绿色像素单元、第二绿色像素单元及红色像素单元，成对设置的所述对焦像素单元通过分别将两个所述拜耳RGB阵列中的两个所述蓝色像素单元中的蓝色滤光片替换为辅助滤光片，并将其中的部分所述像素设置为所述遮蔽像素形成。

6.根据权利要求5所述的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于：所述辅助滤光片包括绿色滤光片、青色滤光片及白色滤光片中的任意一种。

7.根据权利要求4所述的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于：所述像素阵列包括多个以4×4形式设置的所述拜耳基阵列构成的重复单元；每个所述重复单元中包括一对所述对焦像素单元。

8.根据权利要求7所述的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于：每个所述重复单元中的两个所述对焦像素单元在所述重复单元中处于同一列且间隔三行，或该两个对焦像素单元在所述重复单元中处于同一行且间隔三列，或该两个对焦像素单元在所述重复单元中间隔三行且间隔三列。

9.根据权利要求4所述的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于：所述像素阵列包括多个以4×4形式设置的所述拜耳基阵列构成的重复单元；每个所述重复单元中包括两对所述对焦像素单元。

10.根据权利要求9所述的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于：每个所述重复单元中的四个所述对焦像素单元中的每两个所述对焦像素单元在所述重复单元中处于同一列且间隔三行，且四个所述对焦像素单元所在的两列之间间隔三列；或每个所述重复单元中的四个所述对焦像素单元沿列的方向均间隔一列设置，沿行的方向每两个所述对焦像素单元处于同一行且四个所述对焦像素单元所在的两行之间间隔三行。

11.根据权利要求1-10中任意一项所述的共用微透镜部分遮挡相位对焦的图像传感器，其特征在于：每个所述像素单元对应同一读出电路，实现对对应所述像素单元的所有所述像素的信息的读出。

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