用于CMOS成像传感器的自动对焦系统技术方案

本发明专利技术包括一种成像装置，其包括像素传感器二维阵列。每个像素传感器包括主光电二极管、自动对焦光电二极管、和微透镜，该微透镜将光聚集到主光电二极管和自动对焦光电二极管上。像素传感器的成像阵列包括像素传感器的第一和第二自动对焦阵列，像素传感器的第一自动对焦阵列中的像素传感器具有自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的微透镜的一半接收光，并且，像素传感器的第二自动对焦阵列中的像素传感器具有每个自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的微透镜的另一半接收光。自动对焦光电二极管可以由与每个像素传感器或常规光电二极管中的浮动扩散节点相关联的寄生光电二极管构成。

Auto focus system for CMOS imaging sensor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于CMOS成像传感器的自动对焦系统
本专利技术涉及用于CMOS成像传感器的自动对焦系统。
技术介绍
自动对焦系统广泛用于静止和运动照片相机。这种系统降低了用户所需的专业知识。另外，在运动照片相机中，如果相机和感兴趣对象之间的距离快速变化，则随着场景演变而改变焦点的时间是禁止的。在一种现有技术系统中，控制镜头的计算机搜索最大化图像的高空间频率内容的焦点位置。由于离焦图像模糊，在焦点中时，与包含锐边和其它高空间频率产生元件的场景的图像相关联的空间频谱在频谱的高频部分中具有比在场景的图像更少的功率。因此，这些方案迭代地搜索焦点的焦距，该焦点生成具有空间频率能量与平均空间频率能量的最高比率的图像。当该算法应用于由运动照片相机捕获的快速变化的场景时，用于执行搜索的时间提出了问题。避免该搜索时间的第二类现有技术自动对焦系统利用对通过相机镜头的不同部分观看图像的像素之间的相位差的测量。这些方案利用专用成像阵列，该成像阵列与产生照片的成像阵列或阵列中的特殊像素传感器分开以感测该相位差。这些特殊的自动对焦像素取代了记录图像的常规像素；因此，由阵列记录的图像在对应于自动对焦像素的位置处包括“孔”。通过插入周围像素的结果来填充这些孔。
技术实现思路
本专利技术包括一种成像装置，其包括像素传感器二维阵列。每个像素传感器包括主光电二极管、自动对焦光电二极管、和微透镜，该微透镜将光聚集到主光电二极管和自动对焦光电二极管上。像素传感器的成像阵列包括像素传感器的第一和第二自动对焦阵列，像素传感器的第一自动对焦阵列中的像素传感器具有自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的微透镜的一半接收光，并且，像素传感器的第二自动对焦阵列中的像素传感器具有每个自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的微透镜的另一半接收光。在本专利技术的一个方面中，自动对焦光电二极管包括钉扎光电二极管，并且主光电二极管也是钉扎光电二极管，其特征在于具有主光电二极管区域，主光电二极管区域大于钉扎光电二极管区域。在本专利技术的另一方面，自动对焦光电二极管包括与每个像素传感器中的浮动扩散节点相关联的寄生光电二极管。在本专利技术的另一方面，像素传感器的像素传感器的第一自动对焦阵列中的像素传感器具有自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管从该像素传感器中的微透镜的一半接收80％以上的光，并且，像素传感器的第二自动对焦阵列中的像素传感器具有自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的微透镜的另一半接收光。在本专利技术的另一方面，像素传感器的像素传感器的第一自动对焦阵列中的像素传感器具有自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管从该像素传感器中的微透镜的一半接收90％以上的光，并且，像素传感器的第二自动对焦阵列中的像素传感器具有自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的微透镜的另一半接收光。在本专利技术的另一方面，该装置包括：相机镜头，其将要拍摄的场景成像到像素传感器二维阵列上；以及致动器，其响应于来自控制器的自动对焦信号，相对于二维成像阵列而移动相机镜头。控制器被配置为：在自动对焦时间段内使像素传感器暴露于来自要拍摄的场景的光；从第一和第二阵列中的每个像素传感器获得信号，该信号指示在自动对焦时间段内接收的光量；以及，产生自动对焦信号，使得场景的预定部分将对焦在像素传感器二维阵列的预定区域上。在本专利技术的另一个方面，产生自动对焦信号包括计算来自第一阵列中的自动对焦光电二极管的信号与来自第二阵列中的自动对焦光电二极管的信号之间的互相关函数。在本专利技术的另一个方面，像素传感器二维阵列中的像素传感器的主光电二极管被组织为在两个维度中的每一个中具有相等间隔的均匀阵列，并且其中自动对焦光电二极管形成非均匀阵列。在本专利技术的另一方面，自动对焦像素传感器的第一阵列是自动对焦像素传感器的第二阵列的镜像。在本专利技术的另一方面，控制器使用包括像素传感器第一和第二阵列的成像阵列中的主光电二极管来产生场景的第一图像。在本专利技术的另一方面，像素传感器的第一自动对焦阵列包括像素传感器的第一线性阵列，像素传感器的第二自动对焦阵列包括像素传感器的第二线性阵列，该第二线性阵列被配置为像素传感器的第一线性阵列的镜像。在本专利技术的另一方面，像素传感器包括多个不同颜色的滤色器，多个滤色器中的一个设置在多个像素传感器中的每一个中的微透镜下方，第一自动对焦阵列的特征在于具有包含在第一自动对焦阵列中的每种颜色的第一数量的滤色器，并且第二自动对焦阵列的特征在于具有包含在第二自动对焦阵列中的每种颜色的第二数量的滤色器，第一和第二数量基本相等。在本专利技术的另一方面，控制器输出了从每个像素传感器中的自动对焦光电二极管确定的光强度测量值以及第一图像。附图说明图1示出了根据本专利技术一个实施例的二维成像阵列。图2是成像阵列中的一列像素传感器中的典型现有技术像素传感器的示意图。图3示出了像素传感器，其中寄生光电二极管用于图像测量。图4A-图4C示出了可以检测从相机镜头到成像阵列的距离的方式。图5是成像阵列的实施例的一部分的俯视图，该成像阵列利用图3中所示的像素，如2015年7月7日提交的美国专利申请14/591,873中所教导的那样。图6是通过图5中所示的线6-6的像素传感器66和67的横截面视图。图7是根据本专利技术的一个实施例的成像阵列的一部分的俯视图。图8是通过图7中所示的线8-8的横截面视图。图9示出了具有多个自动对焦区域的成像阵列。图10是具有两个光电二极管的像素传感器的示意图，所述两个光电二极管可用于两个光电二极管自动对焦实施例中。图11是根据本专利技术一个实施例的成像阵列的一部分的俯视图，其利用图10中所示的像素传感器设计。图12是通过图11中所示的线12-12的横截面视图。图13-图15示出了根据本专利技术的其它实施例的成像阵列的附加布局。具体实施方式本专利技术基于两个观察结果。第一，成像阵列中的每个像素传感器包括浮动扩散节点，该浮动扩散节点可用于自动对焦测量而不会丢失来自成像阵列的任何像素。第二，通过改变浮动扩散节点的位置，可以在不阻挡来自自动对焦像素的光的情况下进行自动对焦测量，以提供相位自动对焦测量所需的不对称性。为了简化以下讨论，像素传感器被定义为将入射在其上的光转换为电信号的电路，该电信号的幅度由在一段时间(被称为曝光)内入射在该电路上的光量而确定。像素传感器具有栅极，该栅极响应于行选择线上的信号而将该电信号耦合到读出线。矩形成像阵列被定义为组织为多个行和列像素传感器的多个像素传感器。矩形阵列包括多个读出线和多个行选择线，每个像素传感器连接到一个行选择线和一个读出线，响应于该像素传感器相关联的行选择线上的信号，由该像素产生的电信号连接到与该像素相关联的读出线。参考图1，可以更容易地理解本专利技术提供其优点的方式，图1示出了根据本专利技术一个实施例的二维成像阵列。矩形成像阵列80包括像素传感器81。每个像素传感器具有主光电二极管86和寄生光电二极管91。下面将更详细地讨论像素传感器操作的方式。每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括像素传感器二维阵列，每个像素传感器包括：主光电二极管；自动对焦光电二极管；和微透镜，其将光聚集到所述主光电二极管和所述自动对焦光电二极管上，所述像素传感器的二维阵列包括像素传感器的第一和第二自动对焦阵列，所述像素传感器的所述第一自动对焦阵列中的所述像素传感器具有所述自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的所述微透镜的一半接收光，并且，所述像素传感器的所述第二自动对焦阵列中的所述像素传感器具有每个自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的所述微透镜的所述另一半接收光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种装置，包括像素传感器二维阵列，每个像素传感器包括：主光电二极管；自动对焦光电二极管；和微透镜，其将光聚集到所述主光电二极管和所述自动对焦光电二极管上，所述像素传感器的二维阵列包括像素传感器的第一和第二自动对焦阵列，所述像素传感器的所述第一自动对焦阵列中的所述像素传感器具有所述自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的所述微透镜的一半接收光，并且，所述像素传感器的所述第二自动对焦阵列中的所述像素传感器具有每个自动对焦光电二极管，该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的所述微透镜的所述另一半接收光。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自动对焦光电二极管包括钉扎光电二极管。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述主光电二极管的特征在于具有主光电二极管区域，所述钉扎光电二极管的特征在于具有钉扎光电二极管区域，所述主光电二极管区域大于所述钉扎光电二极管区域。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自动对焦光电二极管包括与每个所述像素传感器中的浮动扩散节点相关的寄生光电二极管。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述像素传感器的第一自动对焦阵列中的所述像素传感器具有自动对焦光电二极管，所述自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管从所述像素传感器中的所述微透镜的一半接收80％以上的所述光，并且，所述像素传感器的第二自动对焦阵列中的所述像素传感器具有自动对焦光电二极管，每个该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的所述微透镜的另一半接收光。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述像素传感器的第一自动对焦阵列中的所述像素传感器具有自动对焦光电二极管，所述自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管从所述像素传感器中的所述微透镜的一半接收90％以上的所述光，并且，所述像素传感器的第二自动对焦阵列中的所述像素传感器具有自动对焦光电二极管，每个该自动对焦光电二极管被定位成使得每个自动对焦光电二极管优先从该像素传感器中的所述微透镜的另一半接收光。7.如权利要求1所述的装置，还包括相机镜头，其将要拍摄的场景成像到...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·穆，A·M·麦格纳尼，
申请(专利权)人：BAE系统成像解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US