[发明专利]带有非对称微透镜PDAF检测器的图像传感器、相关PDAF成像系统和方法

说明书

PDAF成像系统包括图像传感器和图像数据处理单元。图像传感器具有非对称微透镜PDAF检测器，非对称微透镜PDAF检测器包括∶(a)多个像素和(b)微透镜，多个像素形成具有至少两行和两列的子阵列，微透镜位于多个像素中的每个像素上方并且关于垂直于子阵列的轴线旋转非对称。该轴线与微透镜的顶面的局部极值相交。图像数据处理单元能够接收来自多个像素中的每个像素的电信号并且根据接收的电信号生成PDAF信号。用于形成鸥翼微透镜的方法包括在基板上形成在板中具有孔的板。该方法还包括对板进行回流。

技术领域

本申请涉及图像传感器，具体地，涉及带有非对称微透镜相位检测自动聚焦(PDAF)检测器的图像传感器，相关的PDAF成像系统和相关的方法。

背景技术

许多数码相机具有自动聚焦性能。自动聚焦可为全自动的，使得相机识别场景中的物体并且聚焦在物体上。在一些情况下，相机甚至可以决定哪个物体比其他物体更重要并且随后聚焦在更重要的物体上。此外，自动聚焦可以利用用户输入来指定对场景的哪个部分或哪些部分感兴趣。因此，自动聚焦功能识别由用户指定的场景的一个或多个部分内的物体，并且将相机聚焦在识别的物体上。

为达到市场采纳的目的，自动聚焦功能必须是可靠和快速的，使得每当用户捕获图像时，相机迅速地将场景的一个或多个期望部分聚焦。更优地，自动聚焦功能足够快，使得用户不会注意到按下触发按钮和图像捕获之间的任何延迟。自动聚焦对于不具有手动聚焦方式的相机尤其重要，诸如小型数码相机和相机电话。

许多数码相机使用对比度自动聚焦，其中自动聚焦功能调整成像物镜以使在场景的至少一部分中对比度最大化，从而将场景的那个部分聚焦。最近以来，相位检测自动聚焦已经受到大众的欢迎，因为它比对比度自动聚焦更快。相位检测自动聚焦通过将穿过成像物镜的一个部分(例如，左边部分)的光与穿过成像物镜的另一部分(例如，右边部分)的光进行比较来直接测量离焦度。一些数字单镜头反光式相机除了捕获图像的图像传感器之外还包括专用的相位检测传感器。

然而，此解决方案对于更小型和/或更便宜的相机是不可行的。因此，相机制造商正在研发带有片上相位检测的图像传感器，即，通过在图像传感器的像素阵列中包含相位检测自动聚焦(PDAF)像素而带有集成相位检测能力的图像传感器。

图1示出了在示例性使用场景190中的带有PDAF像素的一个示例性图像传感器101。图像传感器101在数码相机180中实施，用于对场景150成像。例如，数码相机180为相机电话或小型数码相机。数码相机180利用图像传感器101的片上相位检测能力对场景150聚焦。当聚焦时，数码相机180利用图像传感器101捕获场景150的聚焦图像120，而不是散焦图像130。

图像传感器101具有包括至少一个PDAF像素检测器200的像素阵列200A。图2是像素阵列200A的PDAF像素检测器200的剖视图。PDAF像素检测器200包括对称微透镜230和具有公共滤色器221的像素211和212。对称微透镜230具有在像素211和212之间的居中的光轴线231。像素211和212具有各自的顶面211T和212T。PDAF像素检测器200可被视为包括相位检测像素200L和200R，相位检测像素200L和200R分别包括像素211和像素212。

图3A至图3C是PDAF成像系统300的剖视图，在PDAF成像系统300中，透镜310在像素阵列200A附近的像平面312处形成轴外物体350的图像352。透镜310具有光轴线310A，光轴线310A与像素阵列200A在像素阵列中心200AC处相交。图像352在距光轴线310A和像素阵列中心200AC的径向距离352R处。像平面312和透镜310间隔像距312Z。

图3A至图3C示出了主光线351(0)、上边缘光线351(1)和下边缘光线351(-1)的传播。在图3A至图3C的剖视图中，像素阵列200A包括一列图2的PDAF像素检测器200。在图3A中，像素阵列200A在像平面312后面。在图3B中，像素阵列200A与像平面312共面。在图3C中，像素阵列200A在像平面312前面。