TWI605297B - 具有對稱之多像素相位差檢測器之影像感測器、成像系統及相關檢測方法 - Google Patents

具有對稱之多像素相位差檢測器之影像感測器、成像系統及相關檢測方法 Download PDF

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TWI605297B
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單繼章
進寶 彭
楊曉冬
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    • G03B13/34—Power focusing
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Description

具有對稱之多像素相位差檢測器之影像感測器、成像系統及相關檢測方法
本發明係關於一種影像感測器技術領域，特別係關於一種具有對稱多像素相位差檢測器的影像感測器及相關方法。
大多數電子照相機具備自動對焦功能，使照相機自動對焦於照相機所拍攝場景中的物體，自動對焦功能可為全自動地識別場景中的物體，並對焦於物體上。在某些情況下，照相機甚至可以決定哪些目標較為重要，並且隨後對焦於較重要的物體上。選擇性地，使用者得自行輸入，決定較感興趣之場景區域。基於此，自動對焦功能供使用者於特定場景內之辨識某個或某些部分中的物體，並將照相機對焦於這些物體上。
為適應市場之需求，自動對焦功能必須可靠且快速，以便使用者每次拍攝影像時，照相機能快速地對場景中之某部分或某些部分進行對焦。優選地，自動對焦功能需足夠快速，致使得使用者感受不到按下快門和影像拍攝間之任何延時。對於不具手動對焦之照相機(如數位相機和照相手機)，自動對焦顯然特別重要。
眾多電子照相機採用對比式自動對焦(contrast autofocus)，其調整成像物鏡，使場景之至少一部分的對比度達到最大值，藉此對焦於場景之此部分。近年來，相位檢測自動對焦備受矚目，原因在於檢測自動對焦比對比式自動對焦更為快速。相位檢測自動對焦藉由比較(1)通過成像物鏡的一部分之光(例如左側部分)和(2)通過成像物鏡的另一部分之光(例如右側部分)，直接測量離焦的程度。一些數位單反照相機(digital single-lens reflex cameras)，除了包括用於拍攝影像的影像感測器外，更包括拍攝用之影像偵測器。
然而，上述解決方案不適用於小巧型或平價照相機。因此，照相 機製造商致力於研發具有相位檢測晶片之影像偵測影像器，即集成有相位檢測功能之影像偵測器。為此，已提出了多種像素佈局之方案，具相位偵測像素之像素佈局，其具有能阻擋光線到達像素之一側之不透明遮光板(或相當於遮罩)，這種部分被遮擋(部分被遮蔽)之像素能區分不同方向穿過成像物鏡之光線。這種方法的缺點在於：於低光線情況下，阻擋光的遮光板降低像素靈敏度，遮擋鄰近之像素點，並且反射與鄰近像素間產生串擾(cross-talk)之光。
本文公開的實施例係根據未具備阻擋光之相位檢測之晶片相位檢測像素。相對於習知技術之具遮光板之相位檢測像素，本實施例未具備遮光板(如像素微透鏡與光敏區域之間)能提供諸多優點，這些優點包括更好的感光性，且減少相鄰像素間之遮擋(shadowing)以及降低串擾(cross-talk)。
公開一種具有對稱多像素相位差檢測器的影像感測器，每一對稱多像素相位差檢測器包括：(a)複數個像素，以形成一陣列，每一像素其上各自具有濾色鏡，每一濾色鏡具有透射光譜；以及(b)顯微透鏡，該顯微透鏡之至少一部分位於該複數個像素之每一者上，且具有與該陣列相交之一光軸。該陣列憑藉每一透射光譜，而具有一反射對稱，其與(a)該光軸之一第一平面和(b)與該第一平面正交之一第二平面之其中一者相關。
本發明進一步揭示一種具有相位檢測晶片的成像系統。成像系統包括相位檢測行對、相位檢測列對及相位處理模組。該相位檢測行對能夠測量自左右方向入射光之成對水平線輪廓，並且包括多像素相位差檢測器，其位於相鄰像素行成對中。該相位檢測列對能夠測量自上下方向入射光之成對垂直線輪廓，並且包括多像素相位差檢測器，其位於相鄰像素列成對中。該相位處理模組能夠處理該成對水平線輪廓和該成對垂直線輪廓，以測量與場景中任意方向和任意位置邊緣相關聯的相位移。
本發明亦揭示利用具有對稱多像素相位差檢測器的影像感測器進行相位檢測的方法。該方法包括：產生第一線輪廓和第二線輪廓，以及從該第一線輪廓和該第二線輪廓之間的一空間隔離，以決定第一相位移。於第一像素子集之物體邊緣產生第一線輪廓，該第一像素子集係位於該影像感測器的相互共線的複數個對稱多像素相位差檢測器中。於第二像素子集之物體邊緣產生第二線輪廓，第二像素子集係位於相互共線的複數個對稱多像素相位差檢測器 中。
100‧‧‧影像感測器
110‧‧‧電子照相機
102‧‧‧像素陣列
130‧‧‧離焦影像
150‧‧‧場景
120‧‧‧聚焦影像
200‧‧‧成像情景
210‧‧‧成像物鏡
190‧‧‧使用情景
235‧‧‧單一影像
251‧‧‧射線
230‧‧‧物體邊緣
298‧‧‧坐標系
201‧‧‧距離
252‧‧‧射線
203‧‧‧距離
210‧‧‧成像物鏡
202‧‧‧距離
212‧‧‧部分
213‧‧‧光軸
211‧‧‧部分
330‧‧‧物體邊緣
332‧‧‧影像
300‧‧‧成像情景
351‧‧‧射線
352‧‧‧射線
333‧‧‧影像
303‧‧‧距離
304‧‧‧距離
302‧‧‧距離
331‧‧‧距離
400‧‧‧成像情景
311‧‧‧點
432‧‧‧影像
433‧‧‧影像
430‧‧‧物體邊緣
452‧‧‧射線
402‧‧‧距離
451‧‧‧射線
404‧‧‧距離
409‧‧‧距離
403‧‧‧距離
431‧‧‧點
540‧‧‧相位差檢測器
430‧‧‧物體邊緣
532‧‧‧顯微透鏡
533‧‧‧光軸
543‧‧‧濾色鏡
544‧‧‧濾色鏡
541‧‧‧像素
542‧‧‧像素
550‧‧‧相位差檢測器
500‧‧‧相位差檢測器
501‧‧‧對稱平面
502‧‧‧對稱平面
511‧‧‧像素
512‧‧‧像素
513‧‧‧像素
514‧‧‧像素
521‧‧‧濾色鏡
522‧‧‧濾色鏡
530‧‧‧顯微透鏡
531‧‧‧光軸
510‧‧‧背表面
500(1)-(3)‧‧‧相位差檢測器
700(1)-(3)‧‧‧影像感測器
709‧‧‧距離
711‧‧‧距離
732(1)-(3)‧‧‧相位檢測列對
800‧‧‧相位檢測器
802‧‧‧像素陣列
831(1)-(3)‧‧‧相位檢測行對
833‧‧‧對角線
841(t)‧‧‧相位差檢測器對
841(b)‧‧‧相位差檢測器對
841‧‧‧相位差檢測器對
851‧‧‧相位差檢測器
891(1)-(4)‧‧‧相位檢測列對
890(N)‧‧‧像素列
890(N+1)‧‧‧像素列
830‧‧‧像素行
890‧‧‧像素列
850‧‧‧相位差檢測器
921‧‧‧濾色鏡
922‧‧‧濾色鏡
923‧‧‧濾色鏡
924‧‧‧濾色鏡
1050‧‧‧物體
1051‧‧‧物體邊緣
1052‧‧‧物體邊緣
1060‧‧‧圖表
1061‧‧‧線輪廓
1062‧‧‧線輪廓
1063‧‧‧區域
1065‧‧‧區域
1070‧‧‧圖表
1071‧‧‧線輪廓
1072‧‧‧線輪廓
1009‧‧‧距離
1080‧‧‧圖表
1081‧‧‧線輪廓
1082‧‧‧線輪廓
1011‧‧‧距離
1150‧‧‧物體
1151‧‧‧物體邊緣
1152‧‧‧物體邊緣
1160‧‧‧圖表
1161‧‧‧線輪廓
1162‧‧‧線輪廓
1163‧‧‧區域
1165‧‧‧區域
1170‧‧‧圖表
1171‧‧‧線輪廓
1172‧‧‧線輪廓
1109‧‧‧距離
1180‧‧‧圖表
1181‧‧‧線輪廓
1182‧‧‧線輪廓
1111‧‧‧距離
1250‧‧‧物體
1251‧‧‧物體邊緣
1252‧‧‧物體邊緣
1255‧‧‧橫截面
1260‧‧‧圖表
1261‧‧‧線輪廓
1262‧‧‧線輪廓
1263‧‧‧區域
1265‧‧‧區域
1270‧‧‧圖表
1271‧‧‧線輪廓
1272‧‧‧線輪廓
1209‧‧‧距離
1280‧‧‧圖表
1281‧‧‧線輪廓
1282‧‧‧線輪廓
1211‧‧‧距離
1302‧‧‧相位移
1304‧‧‧相位移
1312‧‧‧範圍
1314‧‧‧範圍
1322‧‧‧線輪廓
1324‧‧‧線輪廓
1332‧‧‧線輪廓
1334‧‧‧線輪廓
1360‧‧‧邊緣
1361‧‧‧寬度
1382‧‧‧垂直位置
1384‧‧‧水平位置
1390‧‧‧亮度和/或顏色量
1400‧‧‧成像系統
1410‧‧‧成像物鏡
1420‧‧‧相位處理模組
1421‧‧‧線輪廓對
1422‧‧‧垂直線輪廓
1423‧‧‧垂直線輪廓
1424‧‧‧水平線輪廓對
1425‧‧‧水平線輪廓
1426‧‧‧水平線輪廓
1427‧‧‧相位移
1430‧‧‧ROI選擇模組
1431‧‧‧物體檢測模組
1440‧‧‧自動對焦模組
1460‧‧‧介面
1470‧‧‧電源供應元件
1480‧‧‧影像數據
1490‧‧‧外殼
1500‧‧‧方法
1510‧‧‧步驟
1520‧‧‧步驟
1530‧‧‧步驟
1540‧‧‧步驟
1550‧‧‧步驟
1601‧‧‧相位差檢測器
1602‧‧‧相位差檢測器
1603‧‧‧相位差檢測器
1604‧‧‧相位差檢測器
1605‧‧‧相位差檢測器
1606‧‧‧相位差檢測器
1621‧‧‧濾色鏡
1622‧‧‧濾色鏡
1623‧‧‧濾色鏡
圖1根據實施例顯示使用情景中之具有對稱多像素相位差檢測器的影像感測器。
圖2A根據實施例顯示透過成像物鏡，將物體成像於圖1所示之影像感測器上的聚焦成像情景。
圖2B根據實施例顯示透過成像物鏡，將物體成像於圖1所示之影像感測器上的聚焦成像情景。
圖3A根據實施例顯示透過成像物鏡，將物體成像於圖1所示之影像感測器上之第一離焦成像情景。
圖3B根據實施例顯示透過成像物鏡，將物體成像於圖1所示之影像感測器上之第一離焦成像情景。
圖4A根據實施例顯示透過成像物鏡，將物體成像於圖1所示之影像感測器上之第二離焦成像情景。
圖4B根據實施例顯示透過成像物鏡，將物體成像於圖1所示之影像感測器上之第二離焦成像情景。
圖5A係根據圖1所示之影像感測器之對稱多像素相位差檢測器之平面圖。
圖5B係根據圖1所示之影像感測器之對稱多像素相位差檢測器之平面圖。
圖5C係根據圖1所示之影像感測器之對稱多像素相位差檢測器之平面圖。
圖6係根據圖5所示之對稱多像素相位差檢測器的剖視圖。
圖7根據實施例顯示圖2之成像情景，其以圖1之影像感測器，成像於聚焦平面之三個位置處。
圖8根據實施例顯示圖1所示之影像感測器之像素陣列平面圖。
圖9根據實施例顯示圖8所示之像素陣列中之對稱多像素相位差檢測器之平面圖。
圖10根據實施例顯示圖8陣列之共用相位檢測行對之像素值之圖表，以作為成像於物體垂直邊緣之回應。
圖11根據實施例顯示圖8陣列之共用相位檢測列對之像素值之圖表，以作為成像於物體水平邊緣之回應。
圖12根據實施例顯示圖8像素陣列之共用相位檢測對角之像素值之圖表，以作為成像於物體傾斜邊緣之回應。
圖13根據實施例顯示透過圖1之影像感測器，檢測任意方向邊緣之相位移。
圖14根據實施例顯示具有對稱多像素相位差檢測器之成像系統。
圖15根據實施例顯示利用圖1之影像感測器，進行相位檢測之方法流程圖。
圖16顯示對稱多像素相位差檢測器之平面圖，其為圖5之一實施例。
圖1根據實施例顯示於具有對稱多像素相位差檢測器之影像傳感器100之使用情景190。以電子照相機110執行影像傳感器100，以捕捉場景150，電子照相機110可包含拍照手機或小型數位相機，電子照相機110利用影像感測器100之具有相位檢測能力之晶片，聚焦於場景150上，聚焦後，電子照相機110利用影像傳感器100捕捉場景150之聚焦影像(focused image)120，而非離焦影像(defocused image)130。
影像感測器100用於提供晶片對稱多像素相位差檢測，其能夠檢測場景150內任意方向和位置之邊緣，藉此，影像傳感器100能使電子照相機110的穩健地自動對焦。例如，透過使用影像感測器100，電子照相機110能夠可靠地自動對焦於人口稀少之場景150，同時影像感測器100亦藉由電子照相機110，靈活地自動對焦於場景150內之任意區域之物體，抑或是自動對焦於場景150之任意指定之區域，其與一或多個邊緣相關。本文所述之場景中“邊緣”意旨空間差異，例如空間亮度差(spatial brightness difference)或空間色差(spatial color difference)。
於一實施例中，影像傳感器100係為互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器，影像感測器100可以是彩色影像感測器或者單色影像感測器，影像感測器100包括像素陣列102，其包括排列成濾色鏡陣列，如貝爾圖案(Bayer Pattern)或本領域其他習知排列。
下文所述之圖2A、圖2B、圖3A、圖3B、圖4A和圖4B係利用影像感測器100(圖1)的晶片相位檢測，以確定一示例性成像系統之離焦程度(degree of misfocus)，而該示例性成像系統係由影像感測器100和成像物鏡210組成的。
圖2A和2B係顯示成像情景200之示意圖，當物體邊緣230係在成像系統的焦點上，透過成像物鏡210，將物體邊緣230成像於影像感測器100上。物體邊緣230可以是物體邊緣，抑或是兩相異顏色的區域邊界，例如背景上相鄰的條紋或文字。圖2A係顯示成像情景200之透視圖，圖2B係顯示成像情景200的剖視圖，同時參閱圖2A和圖2B較為佳。以坐標系298而言，物體邊緣230平行於x軸，成像物鏡210具有平行於z軸的光軸213，影像感測器100平行於x-y平面。
成像物鏡210之部分211和212位於光軸213的相對側，且與光軸213等距。部分211和212定義出兩射線(或射線束)251、252，該兩射線251、252係自物體邊緣230傳播至影像感測器100。射線251自物體邊緣230，經成像物鏡210之部分211，傳播至影像感測器100；同樣地，射線252自物體邊緣230，經成像物鏡210之部分212，傳播至影像感測器100。圖2A和圖2B顯示物體邊緣230位於光軸213上，在不脫離本發明範圍情況下，物體邊緣230也可以偏離光軸213。
成像物鏡之焦距為f，假設成像物鏡210為一薄透鏡，薄透鏡相關公式為： 其中，D O是物體與成像物鏡210間的距離，標記為距離202，D I是成像物鏡210與物體聚焦影像間的距離，標記為距離203。於成像情景200中，成像物鏡210在距影像感測器100的距離201處，標記為L，其中L=D I。因此，物體邊緣230位於由成像物鏡210和影像感測器100組成的成像系統的焦點上，且藉由部分211和部分212，於影像感測器100上形成影像，一致產生單一影像235。
圖3A和3B係顯示成像情景300，藉由圖2A和圖2B之成像系統，對物體邊緣330成像，其中物體邊緣330係位於比成像系統之焦點更遠的位置。物體邊緣330類比於物體邊緣230。圖3A係顯示成像情景300之透視圖，圖3B係顯示成像情景300之剖視圖，同時參閱圖3A和圖3B較為佳。以坐標系298而言，物體邊緣330平行於x軸。
物體邊緣330位於距成像物鏡210的距離302處，其中距離302大於距離202。圖3A和圖3B僅顯示物體邊緣330位於光軸213上，在不脫離本發明範圍情況下，物體邊緣330也可以位於偏離光軸213的位置上。射線351、352自物體邊緣330，分別經過成像物鏡的部分211和部分212(如圖3A和圖3B所示)，以傳播至影像感測器100(圖3A和3B)的射線351和射線352相交於點331。根據式1，由於距離302(D O)大於距離202，因此距離303(D I)小於距離203，故，點331位於成像物鏡210和影像感測器100之間，並且距影像感測器100的距離304(標記為△D)處。如此一來，如射線351和射線352所示，成像物鏡的部分211和部分212在影像感測器100上，各自形成影像332和影像333，影像332和影像333彼此相隔距離311，距離311對應於影像332和影像333間的離焦而致生的相位移△S，並且代表成像情景300中的模糊量(amount of blur)。
圖4A和圖4B顯示成像情景400，藉由圖2A和圖2B的成像系統，對物體邊緣430進行成像，其中物體邊緣430在比成像系統的焦點近的位置，物體邊緣430與物體邊緣230類似。圖4A顯示成像情景400之透視圖，圖4B係顯示成像情景400之剖視圖。同時參閱圖4A和圖4B較為佳。以坐標系298而言，物體邊緣430平行於x軸。
物體邊緣430位於距成像物鏡210的距離402處，其中距離402小於距離202。圖4A和圖4B僅顯示物體邊緣430位於光軸213上，在不脫離本發明範圍情況下，物體邊緣430也可以位於偏離光軸213的位置上。射線451和射線452自物體邊緣430，分別經成像物鏡210的部分211和部分212，以傳播至影像感測器100，並相交於點431。根據式1，由於距離402(D O)小於距離202，因此距離403(D I)大於距離203，故，點431位於超過影像感測器100位置，並且距影像感測器100感光表面距離為距離404(標記為△D)。如此一來，如射線451和射線452所示，成像物鏡的部分211和部分212在影像感測器100上，各自形成影像432和影像433，影像432和影像433彼此相隔距離409，距離409對應於影像432和影像433間因離焦而致生的相位移△S，並且代表成像情景400中的模糊量。
成像情景200(圖2A和圖2B)、成像情景300(圖3A和圖3B)和成像情景400(圖4A和圖4B)係顯示由成像物鏡210和影像感測器100組成的成像系統的離焦，因而導致光速經過成像物鏡210不同部分後，傳播到影像感測器100之間產生相位移，影像感測器100用於測量上述相位移，相關的自動對焦功能可以 調整成像物鏡210，以相位移最小化或減小相位移，致使成像系統聚焦於物體上。
圖2A、圖2B、圖3A、圖3B、圖4A和圖4B之成像物鏡210為薄透鏡，在不脫離本發明範圍情況下，成像物鏡210也可以是厚透鏡或多透鏡物鏡。
影像感測器100包括至少一個對稱多像素相位差檢測器(symmetric multi-pixel phase-difference detector)。圖5A、圖5B和圖5C分別顯示對稱多像素相位差檢測器540、550和500之平面圖。本文所述之對稱多像素相位差檢測器540和550分別為水平雙像素相位差檢測器(horizontal dual-pixel phase-difference)540和垂直雙像素相位差檢測器(vertical dual-pixel phase-difference)550。
水平雙像素相位差檢測器540包括兩個水平相鄰的相位檢測像素541和542、濾色鏡543和544以及顯微透鏡532，顯微透鏡532位於相位檢測像素541和542之上，相位檢測像素541和542各自具有濾色鏡543和濾色鏡544，並位於所述之相位檢測像素上。顯微透鏡532具有光軸533。於一實施例中，像素541和像素542為一平面陣列，其與光軸相交90°角。
以圖5A中所定之方向而言，相位檢測像素541和542分別標記為左像素(left-pixel)和右像素(right-pixel)，因像素541和像素542各自缺少位於其上所屬專用之顯微透鏡，因而被稱作為相位檢測像素，相反地，每一像素541和542位於共用顯微透鏡532之下方。為清楚說明，標示像素541和542之虛線框小於標示每一濾色鏡543之框線，濾色鏡543和544可能具有相同的透射光譜，並且由單一連續材料製成。
圖5A和圖5B之平面圖所示之顯微透鏡532，係為橢圓形的橫截面，在不脫離本發明範圍情況下，可為不同形狀之橫截面。舉例而言，顯微透鏡532平行於坐標系298的x-y平面時，可為矩形橫截面，以便完全覆蓋像素541和像素542。顯微透鏡532可包括球形表面、橢球形表面或非球形表面的部分。
將水平雙像素相位差檢測器540旋轉90度可得到垂直雙像素相位差檢測器550，以便垂直雙像素相位差檢測器550定向平行於坐標系298的x軸，且相位檢測像素541和像素542為垂直相鄰。以圖5B所示之方向而言，相位檢測像素541和像素542分別記記為下像素(bottom-pixel)和上像素(top-pixel)。
於一實施例中，相位檢測像素541和像素542缺少遮蔽元件，該遮蔽元件用以防止光到達相位檢測像素541和542之感光區域，換言之，相對於影 像傳感器100的非相位檢測像素而言，相位檢測像素541和542沒有額外的遮蔽元件。
圖5C和圖6分別顯示一對稱多像素相位差檢測器500之平面圖和剖視圖，下文描述請同時參閱圖5A和圖6較能清楚明瞭本發明精神所在。顯微透鏡530位於相位檢測像素511、512、513和514之上，每一相位檢測像素511、512、513和514之上各自具有濾色鏡521或522。為清楚說明，標示像素511-514之虛線框小於標示每一濾色鏡521和522之框線。
顯微透鏡530位於相位檢測像素511-514之上，以便其光軸531設置於其間，因像素511-514其上沒有專用之顯微透鏡，故被稱為相位檢測像素，相反地，各一像素511-514位於共用顯微透鏡530之下方。
每一濾色鏡543、521和522各自將可見電磁輻射之指定範圍，透射至與其相關的下方像素。舉例而言，基於原色(primary color)，可見光濾色鏡具有對應於電磁譜的紅色、綠色或藍色(RGB)區域的譜帶，且分別被稱為紅色濾色鏡、綠色濾色鏡和藍色濾色鏡。基於合成色(secondary color)，可見光濾色鏡具有與原色之組合色對應的譜帶，導致濾色鏡透射青色、品紅色或黃色(CMY)的光，且分別被稱為青色濾色鏡、品紅色濾色鏡和黃色濾色鏡。全色濾色鏡(panchromatic color filter,CI)均勻地透射所有可見光，由於像素的濾色鏡的透射光譜將其與鄰近的像素區分開，故以通過濾色鏡種類來命名像素，例如，“紅色像素”包括紅色濾色鏡。本文所述之像素的透射意旨濾色鏡的透射光譜。
對稱平面501和對稱平面502可相互垂直，包含光軸531，且彼此相交於光軸531處。相位檢測像素511-514可具有共用背平面510，以便形成平面陣列。光軸531得以90度角與背平面510相交，以使光軸531垂直於像素陣列102。對稱多像素相位差檢測器500具有與對稱平面501和502相關之反射對稱性(reflection symmetry)，對稱多像素相位差檢測器500更具有雙重旋轉對稱性(two-fold rotational symmetry)。表1顯示對稱多像素相位差檢測器500之濾色鏡配置之14組態樣，其中R、G、B、C、M、Y和CI分別表示為紅色濾色鏡、綠色濾色鏡、藍色濾色鏡、青色濾色鏡、品紅色濾色鏡、黃色濾色鏡和全色濾色鏡。在不脫離本發明範圍與精神情況下，於14組配置之任一個中，兩個濾色鏡可為切換式，例如，在配置(c)中，濾色鏡521為綠色濾色鏡，濾色鏡522為紅色濾色鏡。
相位檢測像素511和512各自被視為左像素，若兩整合，可被記為左像素對(left-pixel pair)。相位檢測像素513和514各自被視為右像素，若兩整合，可被記為右像素對(right-pixel pair)。相位檢測像素511和513各自被視為上像素，若兩整合，可被記為上像素對(top-pixel pair)。相位檢測像素512和514各自被視為下像素，若兩整合，可被記為下像素對(bottom-pixel pair)。
於對稱多像素相位差檢測器500中，像素511-514與其相關之濾色鏡521和522形成二維2X2像素陣列。於一個實施例中，對稱多像素相位差檢測器500包括4個以上之像素，例如，2X4陣列的8個像素，或4X4陣列的16個像素。
於一個實施例中，相位檢測像素511-514缺少遮蔽元件，該遮蔽元件用以防止光到達相位檢測像素511-514的感光區域。換言之，相對於影像感測器100的非相位檢測像素而言，相位檢測像素511-514沒有額外的遮蔽元件。
圖7係顯示聚焦平面(focal plane)的三個位置處，成像情景200之影像感測器700之剖視圖。影像感測器700為影像感測器100之一實施例。以坐標系298而言，影像感測器700的每一像素行(pixel row)位於一平面上，其平行於y-z平面，而影像感測器700的每一像素列(pixel column)位於一平面上，其垂直於y-z平面。
影像感測器700(1)位於聚焦平面上，影像感測器700(2)位於聚焦平面的後方，影像感測器700(3)位於聚焦平面的前方。圖7的剖視圖顯示坐標系298之y-z平面與影像感測器700之相位檢測列對732相交，相位檢測列對(phase-detection column pair)732為成對的相鄰像素列，其包含一或多個對稱多像素相位差檢測器500。成像情景200之x-y平面剖視圖與圖7類似，惟，橫截面與相位檢測行對相交。
於圖7中，成像物鏡210對物體邊緣230進行成像，以使射線251和射線252根據影像感測器700的位置，入射至至少一個多像素相位差檢測器500(1-3)上的主射線。於影像感測器700(3)上，對稱多像素相位差檢測器500(1)與對稱多像素相位差檢測器500(3)間相距為距離709；於影像感測器700(3)上，對 稱多像素相位差檢測器500(3)與對稱多像素相位差檢測器500(1)間相距為距離711，距離709和距離711分別類似於距離309(圖3)和距離411(圖4)。
以影像感測器700(1)而言，射線251和射線252均為入射至對稱多像素相位差檢測器500(2)的主射線。
以影像感測器700(3)，射線251和252分別為入射至對稱多像素相位差檢測器500(3)和500(1)的主射線。於對稱多像素相位差檢測器500(3)中，像素512檢測到射線251；於對稱多像素相位差檢測器500(1)中，像素511檢測到射線252。對稱多像素相位差檢測器500(3)與對稱多像素相位差檢測器500(1)間相距為距離709，該距離709等同於圖4B中的影像432和影像433之間的距離409。
像素511和像素512可分別標記為上像素和下像素，其中，上和下分別意旨坐標系298中y軸上之正和負方向。可選地，像素511和像素512可分別記為左像素和右像素，其中，左和右分別意旨坐標系298中y軸上之正和負方向。像素511和512依據成像情景之方位，以決定是否作為上和下像素，抑或是作為左和右像素，也就是取決於坐標系298關於成像水平面之方位。
對於影像感測器700(2)而言，射線251和252分別為入射至對稱多像素相位差檢測器500(1)和500(3)的主射線。於對稱多像素相位差檢測器500(1)中，像素511檢測到射線252。於對稱多像素相位差檢測器500(3)中，像素512檢測到射線251。於對稱多像素相位差檢測器500(3)和對稱多像素相位差檢測器500(1)間相距為距離711，該距離711等同於圖3B中的影像332和影像333間的距離311。於影像感測器700之實施例中，距離711與距離709相等，這兩個距離都對應於相同的兩個對稱多像素相位差檢測器500(1)和500(3)之間的間隔。
圖7及其上文所述，各自具有像素511和像素512的每一多像素相位差檢測器500(1-3)可以被替換為各自具有像素541和像素542的水平雙像素相位差檢測器540(1-3)。
圖8係顯示像素陣列802的一部分的平面圖，該像素陣列802包含對稱多像素相位差檢測器。像素陣列802是像素陣列102(圖1)之一實施例，像素陣列802由分別平行於坐標系298的y方向和x方向的像素行830及像素列890組成，像素陣列802包括按照貝爾圖案排列的濾色鏡陣列，如圖8所示，每一濾色鏡覆蓋像素陣列中的各像素。紅色濾色鏡、綠色濾色鏡和藍色濾色鏡分別表示為R、G和B。
像素陣列802更包括多像素相位差檢測器800，其中多像素相位差檢測器800週期性散佈成貝爾圖案中的方形網格。每一多像素相位差檢測器800佔據相位檢測行對(如相位檢測行對831(1-3))以及相位檢測列對(如相位檢測列對891(1-4))。每一相位檢測行對831垂直於每一像素檢測列對891。在不脫離本發明範圍情況下，多像素相位差檢測器800以不同方式散佈於如圖8所示之貝爾圖案中。舉例而言，多像素相位差檢測器800可以形成三角形網格、矩形網格或其組合。
每一多像素相位差檢測器800尚包括4個具有對稱濾色鏡的相位檢測像素以及共用顯微透鏡530。圖8所標記的兩個像素列890(N)和像素列840(N+1)，其包括對稱多像素相位差檢測器800，整數N和N+1為像素列索引(pixel column indices)。
每一多像素相位差檢測器800為對稱多像素相位差檢測器500之一實施例。每一多像素相位差檢測器800包含表1所示的濾色鏡配置(a)，以使多像素相位差檢測器具有4個2×2陣列的綠色濾色鏡，如此一來，相同顏色的濾色鏡得位於彼此的對角位置。在不脫離本發明範圍情況下，多像素相位檢測器800得包含其他不同的濾色鏡配置，如表1中所列舉的態樣。為了清楚地說明，圖8未顯示所有多像素相位差檢測器800和顯微透鏡530。
於一實施例中，像素陣列802包括水平雙像素相位差檢測器840和垂直雙像素相位差檢測器850中的至少一者。雙像素相位差檢測器840和850分別為雙像素相位差檢測器540和550的實施例。於一個實施例中，像素陣列802包括兩相鄰的水平雙像素相位差檢測器840，如雙像素相位差檢測器對841所示。雙像素相位差檢測器對841包括上水平雙像素相位差檢測器841(t)和下水平雙像素相位差檢測器841(b)。於一個實施例中，像素陣列802包括兩相鄰的垂直雙像素相位差檢測器850，如雙像素相位差檢測器對851所示。雙像素相位差檢測器對851包括左垂直雙像素相位差檢測器851(1)和右垂直雙像素相位差檢測器851(r)。
圖9係顯示對稱多像素相位差檢測器800的平面圖，其具有綠色濾色鏡921-924的像素陣列802，為方便起見，綠色濾色鏡921-924標記為G1-G4。多像素相位差檢測器800視為具有“左側”像素和“右側”像素的檢測器，左側像素511和512位於像素列890(N)中濾色鏡G1和G2的下方；右側像素513和514位於像 素列890(N+1)中濾色鏡G3和G4的下方。
圖10係顯示相位差檢測器800內，位於共同相檢測行對(如831(1))上，像素值與像素列索引之曲線圖，針對物體1050垂直方向邊緣1051和1052成像於像素陣列802上，以做出回應。
圖表1060、圖表1070和圖表1080中的虛線水平線輪廓1061、1071和1081分別表示多像素相位差檢測器800的“左側”像素的像素回應。像素511和像素512組成多像素相位差檢測器800的第一垂直方向像素子集。圖表1060、1070和1080中的實線水平線輪廓1062、1072和1082分別表示多像素相位差檢測器800的“右側”像素的像素回應。像素513和514組成多像素相位差檢測器800的第二垂直方向像素子集。
可選地，圖表1060、1070和1080的虛線水平線輪廓1061、1071和1081分別表示一雙像素相位差檢測器對851的一垂直雙像素相位差檢測器851(l)的像素回應。類似地，圖表1060、1070和1080中的實線水平線輪廓1062、1072和1082分別表示一雙像素相位差檢測器對851的一雙像素相位差檢測器851(r)的像素回應。
圖表1060顯示物體1050之兩邊緣1051和1052於焦點處之影像，如區域1063和1065所示，其中線輪廓1061和線輪廓1062相互重疊。在圖表1070中，邊緣1051和邊緣1052未對準焦點(前聚焦，front-focused)，如線輪廓1071和線輪廓1072之間的距離1009所示，距離1009為距離409之示例。在圖表1080中，邊緣1051和邊緣1052未對準焦點(後聚焦，back-focused)，如線輪廓1081和線輪廓1082之間的距離1011所示，距離1011為距離311之示例。
圖11係顯示相位差檢測器800內，位於共同相檢測列對(如891(1))上，像素值與像素行索引之曲線圖，針對物體1150水平方向邊緣1151和1152成像於像素陣列802上，以做出回應。
圖表1160、圖表1170和圖表1180中之虛線垂直線輪廓1161、1171和1181分別表示多像素相位差檢測器800的“上側”像素的像素回應。像素511和513組成多像素相位差檢測器800的第一垂直方向像素子集。圖表1160、1170和1180的實線垂直線輪廓1162、1172和1182表示多像素相位差檢測器800的“下側”像素的像素回應。像素512和514組成多像素相位差檢測器800的第二垂直方向像素子集。
可選地，圖表1160、1170和1180的虛線水平線輪廓1161、1171和1181分別表示一雙像素相位差檢測器對841的一水平雙像素相位差檢測器841(t)的像素回應。類似地，圖表1160、1170和1180的實線水平線輪廓1162、1172和1182分別表示一雙像素相位差檢測器對841之一雙像素相位差檢測器841(b)的像素回應。
圖表1160為物體1150之兩邊緣1151和1152於焦點處之影像，如區域1163和1165所示，其中線輪廓1161和線輪廓1162相互重疊。在圖表1170中，邊緣1151和邊緣1152未對準焦點(前聚焦，front-focused)，如線輪廓1171和線輪廓1172之間的距離1109所示，距離1109為距離409的一實施例。在圖表1180中，邊緣1151和邊緣1152未對準焦點(後聚焦，back-focused)，如線輪廓1181和線輪廓1182之間的距離1111所示，距離1111為距離311的一實施例。
圖12係顯示相位差檢測器800內，位於共同相檢測對角(如圖8所示之833)上，像素值與像素行索引之曲線圖，針對物體1250沿橫截面1255對角方向成像於像素陣列802上，以做出回應。在不脫離本發明範圍情況下，對角線方向的物體1250得以坐標系298y軸之任意角度定向。
圖表1260係顯示物體1250邊緣1251和邊緣1252於焦點處之影像，如區域1263和1265所示，其中線輪廓1261和線輪廓1262相互重疊。在圖表1270中，邊緣1251和1252未對準焦點(前聚焦，front-focused)，如線輪廓1271和1272之間的距離1209所示，距離1209為距離409的一實施例。在圖表1280中，邊緣1251和1252未對準焦點(後聚焦，back-focused)，如線輪廓1281和1282之間的距離1211所示，距離1211為距離311的一實施例。
圖表1260、1270和1280的虛線輪廓1261、1271和1281分別表示沿著一個相位檢測對角線833，多像素相位差檢測器800的左上像素(如像素511)之像素回應。圖表1260、1270和1280中的實線輪廓1262、1272和1282分別表示沿著一個相位檢測對角線833，多像素相位差檢測器800的的右下像素(如像素514)的像素回應。橫截面1255為平行於相位檢測對角線833之一實施例。
圖13係顯示影像感測器100(圖1)對一個示例性任意方向邊緣1360進行的檢測和相位移測量。邊緣1360具有寬度1361，且是場景150中兩個具有不同亮度和/或顏色的區域之間的過渡影像。邊緣1360的範圍係由(a)場景150中過渡的真實範圍及(b)過渡影像的離焦程度來確定。
相位檢測列對891的下像素512和514(圖5和圖9)及上像素511和513產生電子信號，其表示邊緣1360沿相位檢測列對891的垂直線輪廓1322和垂直線輪廓1332。線輪廓1322和1332用以繪製為亮度和/或顏色測量1390與垂直位置1382之關係圖。下像素512和514產生垂直線輪廓1322和1332中之一條，而上像素511和513產生垂直線輪廓1322和1332中之另一條。在每一線輪廓1322和1332中，邊緣1360明顯為亮度和/或顏色測量的改變，每條線輪廓1322和1332得沿相位檢測列對891，測量邊緣1360的範圍1312。總而言之，線輪廓1322和1332能測量線輪廓1322和1332之間的離焦而導致的相位移1302。
相位檢測行對831的左像素511和512以及右像素513和514產生電子信號，其表示邊緣1360沿相位檢測行對831的水平線輪廓1324和1334。線輪廓1324和1334用以繪製為亮度和/或顏色量1390對水平位置1384。左像素511和512產生水平線輪廓1324和1334中之一條，右像素513和514產生水平線輪廓1324和1334中之另一條。在每條線輪廓1324和1334中，邊緣1360明顯為亮度和/或顏色測量的改變。每條線輪廓1324和1334得沿相位檢測行對831，測量邊緣1360的範圍1314。總而言之，線輪廓1324和1334得測量線輪廓1324和1334之間的離焦而導致的相位移1304。
如果將場景150成像在影像感測器100上的光學系統沒有像散(astigmatism)時，離焦導致的相位移1304相同於離焦導致的相位移1302。另一方面，如果光學系統存在像散時，離焦導致的相位移1304可以能異於離焦導致的相位移1302。
隨著範圍1312朝其最小值(為寬度1361)減小，離焦導致的相位移1302的精確度隨之提高。類似地，隨著範圍1314朝其最小值(也為寬度1361)減小，離焦導致的相位移1304的精確度隨之降低。在圖13之實施例中，邊緣1360的水平分量大於垂直分量，因此範圍1312明顯小於範圍1314。假設無像散或忽略像散，離焦導致的相位移1302與離焦導致的相位移1304相同。如此一來，相比於相位檢測行對831，相位檢測列對891能提供更好的相位移測量。
圖13之實施例為理想情況。如果進一步考慮非理想的情況，例如場景中存在雜訊和/或干擾特徵、光學系統的像差及影像感測器100的電子雜訊等，實質上，線輪廓1322、1332、1324和1334可能比圖13更多雜訊。在這種情況下，離焦導致的相位移1304可能為不可檢測的，只有相位檢測列對891能夠測 量與邊緣1360有關的離焦導致的相位移。
從上述討論總結：對於接近水平邊緣而言，相位檢測列對891比相位檢測行對831提供更好的相位移測量，而對於接近垂直邊緣而言，相位檢測行對831比相位檢測列對891提供更好的相移測量。另一結論：相移檢測列對891無法測量垂直邊緣之相位移，並且根據上述討論的非理想特性，可能無法測量接近垂直邊緣之相位移。類似地，相移檢測行對831無法測量水平邊緣進行相位移，並且根據上述討論的非理想特性，可能無法測量接近水平的邊緣之相位移。接續，當影像感測器100包括相位檢測行對831及相位檢測列對891時，將提升影像感測器100之精確度。
圖14顯示具有對稱多像素相位差檢測器之成像系統1400。成像系統1400包括影像感測器100(圖1)、相位處理模組1420以及介面1460。
介面1460是處理成像系統1400與使用者和/或外部系統(如電腦)間的通信介面，介面1460包括使用者介面設備，例如顯示器、觸控式螢幕和/或鍵盤。介面1460可以包括有線(例如乙太網、USB、火線或雷電術)和/或無線(例如Wi-Fi或藍牙)連接，以將影像傳輸給使用者或外部系統。
對於每一相位檢測行對831、或每一相位檢測行對831之多個部分之一者，相位處理模組1420處理左像素511、512和右像素513、514生成的電子信號，以確定水平線輪廓對1424具有水平線輪廓1425和水平線輪廓1426。相位處理模組1420基於從左像素511、512接收的電子信號和從右像素513、514接收的子電信號，以分別決定水平線輪廓1425和水平線輪廓1426。水平線輪廓1425和1426包括圖10之線輪廓1061、1062、1071、1072、1081和1082。
經相位處理模組1420考慮的每一相位檢測列對891(圖8)、或每一相位檢測列對891之多個部分之每一者，相位處理模組1420處理由下像素512、514(圖6)和上像素511、513生成的電子信號，以決定垂直線輪廓對1421，其包括垂直線輪廓1422和垂直線輪廓1423。相位處理模組1420基於自下像素512、514接收的電子信號和自上像素511、513接收的電子信號，以決定垂直線輪廓1422和垂直線輪廓1423。垂直線輪廓1422和1423包含圖11中的線輪廓1161、1162、1171、1172、1181和1182。
基於垂直線輪廓對1421和水平線輪廓對1424之至少一個，相位處理模組1420檢測形成在像素陣列102上的影像之邊緣(例如邊緣1360)，並且決定 相關的相位移1427，經由此相位處理模組1420所檢測到的邊緣，具有與像素陣列102相關之任意方向。
雖然圖14中所示之影像感測器100包含相位檢測列對891、相位檢測行對831、下像素512和514、上像素511和513、左像素511和512以及右像素512和514之三者，在不脫離本發明範圍情況下，實際數量可變動。
於一實施例中，成像系統1400包括自動對焦模組1440和成像物鏡1410。成像物鏡1410如圖2、3、4和7所示之成像物鏡210，自動對焦模組1440依照由相位處理模組1420接收的相位移1427，調整成像物鏡1410，以於影像感測器100上形成場景150(圖1)之影像，而影像感測器100產生影像數據1480。舉例而言，自動對焦模組1440調整成像物鏡1410，致使相位移1427最小。場景150包括物體邊緣，如邊緣1051、1052、1151、1152和1360。
於一實施例中，成像系統1400包括感興趣區域(region-of-interest,ROI)選擇模組1430，其中，由相位處理模組1420處理ROI選擇模組1430所選定具有像素陣列102之感興趣區域(ROI)。ROI選擇模組1430可以從介面1460和物體檢測模組1431之一者，接收ROI指示。物體檢測模組1430可為人臉檢測模組。可選地或與其組合，ROI選擇模組1430從相位處理模組1420接收與像素陣列102相關之邊緣位置，並基於此，決定ROI說明。
成像系統1400進一步包括外殼1490和電源供應元件1470之一者或兩者。
圖15顯示利用具有對稱多像素相位差檢測器之影像感測器，進行相位檢測方法1500之步驟流程圖。
步驟1510為可選的。於步驟1510中，方法1500利用成像物鏡，將物體邊緣成像於影像感測器上。於步驟1510之示例中，透過成像系統1400的成像物鏡1410(圖14)，將場景150成像至影像感測器100上。
於步驟1520中，成像於第一像素子集上之物體邊緣會產生第一線輪廓，該第一像素子集係為影像感測器內之每一相互共線之對稱多像素相位差檢測器。於步驟1520之示例中，水平線輪廓1425成像於影像感測器100之一相位檢測列對831上，水平線輪廓1425可為第一線輪廓1071(圖10)，其係自產生源自於第一像素(像素511和512)上的物體邊緣1051和1052，該第一像素係為影像感測器100內之每一相互共線之對稱多像素相位差檢測器500第一像素子集。
步驟1520可包括可選的步驟1522。於步驟1522中，方法1500總計第一像素子集內像素之像素回應。於步驟1522之示例中，總計像素511和512的像素回應，以產生第一線輪廓1071。
於步驟1530中，成像於第二像素子集之物體邊緣，產生第二線輪廓，該第二像素子集係為影像感測器之相互共線之對稱多像素相位差檢測器。於步驟1530的示例中，水平線輪廓1426成像於一相位檢測列對891上，水平線輪廓1426可為第二線輪廓1072(圖10)，其係產生源自於第二像素(像素513和514)上的物體邊緣1051和1052影像。
步驟1530可包括可選步驟1532。於步驟1532中，方法1500總計第二像素子集所含像素的像素回應。於步驟1532的示例中，總計像素513和514的像素回應，以產生第二線輪廓1072。
於步驟1540中，方法1500自第一線輪廓與第二線輪廓之間的空間隔離，以決定第一相位移。於步驟1540之示例中，相位處理模組1420決定一相位移1427，例如線輪廓1071和1072之間的距離1009。
步驟1550為可選的。於步驟1550中，方法1500透過改變成像物鏡與影像感測器間的距離，以減小第一相位移。於1550之示例中，自動對焦模組1440透過改變成像物鏡1410與影像感測器100之間的距離，以減小相位移1427。
圖16係顯示對稱多像素相位差檢測器1601-1606之平面圖，其中，對稱多像素相位差檢測器1601-1606為對稱多相位差檢測器500之實施例。對稱多像素相位差檢測器1601與對稱多像素相位差檢測器500相同，其中，各濾色鏡521和522為全色(全透的)濾色鏡1621。對稱多像素相位差檢測器1602與對稱多像素相位差檢測器500相同，其中，各濾色鏡521為紅色濾色鏡1622，各個濾色鏡522為綠色濾色鏡921。對稱多像素相位差檢測器1603與對稱多像素相位差檢測器500相同，其中，各濾色鏡521為藍色濾色鏡1623，各濾色鏡522為綠色濾色鏡921。對稱多像素相位差檢測器1604-1606與對稱多像素相位差檢測器500相同，其中，各濾色鏡521為全透濾色鏡1621，各濾色鏡522分別為紅色濾色鏡1621、綠色濾色鏡921和藍色濾色鏡1623。
特徵組合
在不脫離本發明範圍下，上述特徵及下文所主張權利範圍得以不同方式結合。以下組合係描繪上述實施例之可能性，得經更動或潤飾以完成本 發明，而非限制性其組合。
(A1)一種影像感測器，包括對稱多像素相位差檢測器。每一對稱多像素相位差檢測器包括：(a)複數個像素，以形成一陣列，每一像素其上具有各自濾色鏡，每一濾色鏡具有透射光譜；以及(b)顯微透鏡，其至少一部分位於複數個像素之一者之上，並具有光軸，與該陣列相交。該陣列憑藉每一透射光譜，而具有對稱反射性，其與(a)光軸的第一平面及(b)與第一平面正交的第二平面中之至少一者相關。
(A2)如(A1)所示之影像感測器中，陣列可為平面陣列。
(A3)在(A1)和(A2)所示之影像感測器之任一者，光軸得以與陣列相交90度。
(A4)(A1)-(A3)所示之影像感測器之任一者，更包括：相位檢測行對及相位檢測列對。相位檢測行對包括於成對相鄰像素行之多個對稱多像素相位差檢測器；相位檢測列對包括於成對相鄰像素列中之多個對稱多像素相位差檢測器。
(A5)在(A1)-(A4)之影像感測器之任一者中，多個像素的數量可為4個，且排列成2×2平面陣列。
(A6)在(A1)-(A5)之影像感測器的之任一者中，陣列憑藉各透射光譜，而具有反射對稱性，其與(a)光軸的第一平面和，及(b)與第一平面正交的第二平面均相關。
(A7)在(A5)所示之影像感測器之任一者中，多個像素中的兩個像素上的濾色鏡，各自具有第一透射光譜，多個像素中的剩餘兩個像素上的濾色鏡，各自具有第二透射光譜。
(A8)在(A7)所示之影像感測器之任一者中，第一透射光譜和第二透射光譜對應於紅色濾色鏡、藍色濾色鏡、綠色濾色鏡、青色濾色鏡、品紅色濾色鏡、黃色濾色鏡和全色濾色鏡中之一者的透射光譜。
(B1)一種具有相位檢測晶片之成像系統，包括相位檢測行對、相位檢測列對和相位處理模組。相位檢測行對能夠測量自左右方向入射光之成對水平線輪廓，並且包括成對相鄰像素行中之多個對稱多像素相位差檢測器。相位檢測列對能夠測量自上下方向入射光之成對垂直線輪廓，並且包括成對相鄰像素列中之多個對稱多像素相位差檢測器。相位處理模組能夠處理成對水平 線輪廓和成對垂直線輪廓，以測量與場景中任意方向和任意位置邊緣相關的相位移。
(B2)(B1)所示之成像系統，進一步包括一自動對焦模組，以調整成像物鏡的焦點，減小相位移。
(C1)一種利用具有對稱多像素相位差檢測器之影像感測器，以進行相位檢測之方法，包括：產生第一線輪廓和第二線輪廓，以及自第一線輪廓和第二線輪廓之間的空間隔離，以決定第一相位移。成像於每一第一像素子集上之物體邊緣產生第一線輪廓，該第一像素子集係位於影像感測器之相互共線多對稱多像素相位差檢測器內。成像於每一第二像素子集上之物體邊緣產生第二線輪廓，該第二像素子集係位於影像傳感器之相互共線多對稱多像素相位差檢測器內影像。
(C2)如(C1)所示之方法中，產生第一線輪廓之步驟包括：總計第一像素子集所含的像素之像素回應。產生第二線輪廓之步驟包括：總計第二像素子集所含的像素之像素回應。
(C3)在(C2)所示之方法中，總計第一像素子集所含像素之像素回應的步驟包括：總計第一像素子集內兩個相鄰成對像素之像素回應。總計第二像素子集內所含像素之像素回應的步驟包括：總計第二像素子集之兩相鄰成對像素之像素回應，該第二像素子集不包括於第一像素子集內。
(C4)在(C1)-(C3)所示之方法之任一者中，各對稱多像素相位差檢測器於第一方向相互共線，該第一方向平行於(i)該影像感測器之像素行，及(ii)該影像感測器之像素列之一者。
(C5)(C1)-(C4)所示之方法之任一者，更包括：(a)自成像於第一像素子集上之物體邊緣，產生第三線輪廓，影像該第一像素子集位於第二多個對稱多像素相位差檢測器內，其多個對稱多像素相位差檢測器相互共線於第二方向，其垂直於第一方向，(b)自成像於第二像素子集之物體邊緣，產生第四線輪廓，第二像素子集位於第二多個對稱多像素相位差檢測器內，其多個對稱多像素相位差檢測器相互共線，(c)自第三線輪廓和第四線輪廓之間的空間隔離，以確定第二相位移。
(C6)(C1)-(C5)所示之方法之任一者，進一步包括：透過成像物鏡，將物體邊緣成像至影像感測器上。
(C7)(C6)示之方法，進一步包括：透過改變成像物鏡和影像傳感器之間的距離，以減小第一相位移。
在不脫離本發明精神與範圍下，上述方法及系統得允許更動或潤飾。應當理解的是，先前所述之說明及其附圖僅用以解釋，而非限制本發明之範圍。下述申請專利範圍廣泛涵蓋本文所述之通用和特定技術特徵，以及本發明探討方法和系統之陳述應落入於申請專利範圍中，不受相異語言而有所影響。
298‧‧‧坐標系
500‧‧‧相位差檢測器
102‧‧‧像素陣列
511‧‧‧像素
512‧‧‧像素
510‧‧‧背表面
521‧‧‧濾色鏡
522‧‧‧濾色鏡
530‧‧‧顯微透鏡
531‧‧‧光軸

Claims (16)

  1. 一種具有對稱多像素相位差檢測器之影像感測器，每一對稱多像素相位差檢測器包含：四個像素，以形成一2×2陣列，每一像素具有各自濾色鏡位於其上，每一濾色鏡具有各自透射光譜；以及一顯微透鏡，於每一該四個像素之至少一部分之上，具有與該2×2陣列相交之一光軸；該2×2陣列憑藉該各自透射光譜，而具有反射對稱，其係與(a)該光軸之一第一平面，和(b)與該第一平面正交以及平行該第一光軸之一第二平面之一者相關。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，該2×2陣列為一平面陣列。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，該光軸與該2×2陣列相交90°。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包含：一相位檢測行對(phase-detection row pair)，包括複數個該對稱多像素相位差檢測器，其位於相鄰像素行成對中；以及一相位檢測列對(phase-detection column pair)，包括複數個該對稱多像素相位差檢測器，其位於相鄰像素列成對中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，該陣列憑藉該各自透射光譜，而具有反射對稱，其與(a)該光軸之一第一平面，和(b)與該第一平面正交之一第二平面均相關。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，位於該四個像素中之兩個像素上的該濾色鏡，各自具有一第一透射光譜，該四個像素中之剩餘兩個像素上的該濾色鏡，各自具有一第二透射光譜。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像感測器，該第一透射光譜和該第二透射光譜係各自對應於紅色濾色鏡、藍色濾色鏡、綠色濾色鏡、青色濾色鏡、品紅色濾色鏡、黃色濾色鏡和全色濾色鏡中之其中一者之一透射光譜。
  8. 一種具有對稱多像素相位差檢測器之成像系統，包括： 相位檢測行對，用於測量左右入射光之成對水平線輪廓，並且包括複數個對稱多像素相位差檢測器，其位於相鄰像素行成對中；相位檢測列對，用於測量分別從上下入射光的成對垂直線輪廓，並且包括複數個對稱多像素相位差檢測器，其位於相鄰像素列成對中；以及相位處理模組，用以處理該成對水平線輪廓和該成對垂直線輪廓，以測量與場景中任意方向和任意位置邊緣相關之一相位移，每一對稱多像素相位差檢測器包含(i)四個像素以形成一2×2陣列，每一像素具有各自濾色鏡位於其上，每一濾色鏡具有各自透射光譜；以及(ii)一顯微透鏡，於每一該四個像素之至少一部分之上，具有與該2×2陣列相交之一光軸；該2×2陣列憑藉該各自透射光譜，而具有反射對稱，其係與(a)該光軸之一第一平面，和(b)與該第一平面正交以及平行該第一光軸之一第二平面之一者相關。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之成像系統，更包括一自動對焦模組，用以調整成像物鏡之焦距，以減小該相位移。
  10. 一種利用具有對稱多像素相位差檢測器之影像感測器，進行相位檢測之方法，包括：自成像於一第一像素子集之物體邊緣，產生一第一線輪廓，該第一像素子集係位於該影像感測器之相互共線之複數個對稱多像素相位差檢測器中；自成像於一第二像素子集之物體邊緣，產生一第二線輪廓，該第二像素子集係位於該影像感測器之相互共線之複數個對稱多像素相位差檢測器中；以及自該第一線輪廓和該第二線輪廓間之一空間隔離，以決定一第一相位移，每一對稱多像素相位差檢測器包含(i)四個像素以形成一2×2陣列，每一像素具有各自濾色鏡位於其上，每一濾色鏡具有各自透射光譜；以及(ii)一顯微透鏡，於每一該四個像素之至少一部分之上，具有與該2×2陣列相交之一光軸；該2×2陣列憑藉該各自透射光譜，而具有反射對稱，其係與(a)該光軸之一第一平面，和(b)與該第一平面正交以及平行該第一光軸之一第二平面之一者相關。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中產生該第一線輪廓之步驟包含：總計該第一像素子集內像素之像素回應；以及 產生該第二線輪廓之步驟包含：總計該第二像素子集內像素之像素回應。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中總計該第一像素子集內像素之像素回應之步驟包含：總計該第一像素子集之兩相鄰成對像素之像素回應；以及總計該第二像素子集內像素之像素回應之步驟包含：總計該第二像素子集之兩相鄰成對像素之像素回應，該第一像素子集不包含該第二像素子集。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之方法，該對稱多像素相位差檢測器係於一第一方向上相互共線，其平行於(i)該影像感測器之像素行，和(ii)該影像感測器之像素列之一者。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，進一步包括：自成像於一第一像素子集之物體邊緣，產生一第三線輪廓，該第一像素子集係位於該影像感測器之一第二複數個對稱多像素相位檢測器內，該第二複數個對稱多像素相位檢測器於一第二方向上相互共線，其垂直於該第一方向；自成像於一第二像素子集之物體邊緣，產生一第四線輪廓，該第二像素子集係位於該影像感測器之該第二複數個對稱多像素相位檢測器內；以及自該第三線輪廓與該第四線輪廓間之一空間隔離，以決定一第二相位移。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之方法，進一步包括：透過一成像物鏡，將該物體邊緣成像至該影像感測器上。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，進一步包括：透過改變該成像物鏡和該影像感測器之間的距離，以減小該第一相位移。
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