本發(fā)明涉及圖像傳感器
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種具有對稱多像素相位差檢測器的圖像傳感器及相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
：絕大多數(shù)的電子照相機都具有自動對焦功能。自動對焦功能將照相機自動對焦到照相機取景場景中的物體。自動對焦功能可以是全自動的，因此照相機識別場景中的物體并對焦到物體上。在某些情況下，照相機甚至可以決定哪些目標相對于其他目標更為重要，并且隨后對焦到更重要的物體上?？蛇x地，自動對焦可以利用指定對場景中的哪個部分或哪些部分感興趣的用戶輸入?；诖耍詣訉构δ茏R別用戶指定的場景的某個或某些部分中的物體，并將照相機對焦到這些物體上。為適應市場的需要，自動對焦功能必須可靠且快速，以便每次用戶拍攝圖像時，照相機快速地對場景中的期望的某個部分或某些部分進行對焦。優(yōu)選地，自動對焦功能足夠快速，使得用戶感受不到按下快門和圖像拍攝之間的任何延時。自動對焦對于不具有手動對焦的元件的照相機如數(shù)碼相機和照相手機特別重要。許多電子照相機利用對比自動對焦，其中自動對焦功能調(diào)整成像物鏡使場景中至少部分的對比度達到最大，從而對場景中的這個部分進行對焦。最近，相位檢測自動對焦大受歡迎，原因是它比對比自動對焦更快。相位檢測自動對焦通過比較穿過成像物鏡的一部分(例如左側(cè)部分)的光和穿過成像物鏡的另一部分(例如右側(cè)部分)的光，直接測量離焦的程度。一些數(shù)碼單反照相機除了包括用于拍攝圖像的圖像傳感器外還包括專用的相位檢測傳感器。然而，對于更加小巧或造價不那么昂貴的照相機來說，這種解決方案并不可行。因此，照相機制造商正在研發(fā)具有片上相位檢測的圖像傳感器，即集成有相位檢測功能的圖像傳感器。為此，已經(jīng)提出了各種像素布局。這些包括其中包括相位檢測像素的像素布局，相位檢測像素具有阻擋光到達像素的一側(cè)的不透明掩光板(或相當于屏蔽)。這種部分被遮擋(部分被遮蔽)的像素使能從不同方向穿過成像物鏡的光的區(qū)分。這種方法存在的缺陷是，阻擋光的掩光板在低光情況下降低像素靈敏度，遮擋鄰近的像素點，并且反射與鄰近的像素發(fā)生串擾的光。技術(shù)實現(xiàn)要素：本文公開的實施例顯示在相位檢測像素中不使用阻擋光的的片上相位檢測。不使用阻擋光的掩光板，例如在像素的顯微透鏡和感光區(qū)域之間不使用阻擋光的，相對于現(xiàn)有技術(shù)的具有阻擋光的掩光板的相位檢測像素，具有很多優(yōu)點。這些優(yōu)點包括更好的感光性，且對于相鄰像素具有減少的遮擋以及降低的串擾。公開一種具有對稱多像素相位差檢測器的圖像傳感器。每個對稱多像素相位差檢測器包括：(a)形成陣列的多個像素，每個像素具有其上的各自的濾色鏡，每個濾色鏡具有透射光譜；以及(b)顯微透鏡，所述顯微透鏡至少部分地在所述多個像素的每個之上且具有與所述陣列相交的光軸。由于每個透射光譜，所述陣列相對于(a)包括所述光軸的第一平面和(b)與所述第一平面正交的第二平面中的至少一個具有反射對稱性。還公開一種具有片上相位檢測的成像系統(tǒng)。成像系統(tǒng)包括相位檢測行對、相位檢測列對及相位處理模塊。所述相位檢測行對能夠測量從左右方向入射的光的成對的水平譜線輪廓，并且包括位于成對的相鄰像素行中的多個對稱多像素相位差檢測器。所述相位檢測列對能夠測量從上下方向入射的光的成對的豎直譜線輪廓，并且包括位于成對的相鄰像素列中的多個對稱多像素相位差檢測器。所述相位處理模塊能夠處理所述成對的水平譜線輪廓和所述成對的豎直譜線輪廓，以測量與場景中的任意方向和任意位置的邊緣相關(guān)聯(lián)的相移。公開一種利用具有對稱多像素相位差檢測器的圖像傳感器進行相位檢測的方法。所述方法包括生成第一譜線輪廓和第二譜線輪廓，以及從所述第一譜線輪廓和所述第二譜線輪廓之間的空間分離確定第一相移。所述第一譜線輪廓是從成像在所述圖像傳感器的相互共線的多個對稱多像素相位差檢測器中的每個的第一像素子集上的物體邊緣生成的。所述第二譜線輪廓是從成像在所述相互共線的多個對稱多像素相位差檢測器中的每個的第二像素子集上的物體邊緣生成的。附圖說明圖1示出根據(jù)實施例的使用情景中的具有對稱多像素相位差檢測器的圖像傳感器。圖2A和圖2B示出根據(jù)實施例的通過成像物鏡將物體成像在圖1所示的圖像傳感器上的聚焦成像情景。圖3A和圖3B示出根據(jù)實施例的通過成像物鏡將物體成像在圖1所示的圖像傳感器上的第一離焦成像情景。圖4A和圖4B示出根據(jù)實施例的通過成像物鏡將物體成像在圖1所示的圖像傳感器上的第二離焦成像情景。圖5A、圖5B和圖5C各自示出根據(jù)實施例的圖1所示的圖像傳感器的示例性對稱多像素相位差檢測器的平面圖。圖6是根據(jù)實施例的圖5所示的對稱多像素相位差檢測器的剖視圖。圖7示出根據(jù)實施例的具有在相對于焦平面的三個位置處示出的圖1的圖像傳感器的圖2的成像情景。圖8是根據(jù)實施例的圖1所示的圖像傳感器中的像素陣列的平面圖。圖9是根據(jù)實施例的圖8所示的像素陣列中的對稱多像素相位差檢測器的平面圖。圖10示出根據(jù)實施例的響應于對具有豎直方向邊緣的物體進行成像，圖8所示的像素陣列的普通像素檢測行對的像素值的示意曲線圖。圖11示出根據(jù)實施例的響應于對具有水平方向邊緣的物體進行成像，圖8所示的像素陣列的普通像素檢測列對的像素值的示意曲線圖。圖12示出根據(jù)實施例的響應于對具有傾斜方向邊緣的物體進行成像，圖8所示的像素陣列的相位檢測對角線的像素值的示意曲線圖。圖13示出根據(jù)實施例的通過圖1所示的圖像傳感器對一個示例性的任意方向的邊緣的檢測及相移測量。圖14示出根據(jù)實施例的具有對稱多像素相位差檢測器的成像系統(tǒng)。圖15是示出根據(jù)實施例的利用圖1所示的圖像傳感器進行相位檢測的方法的流程圖。圖16是為圖5所示的對稱多像素相位差檢測器的實施例的示例性對稱多像素相位差檢測器的平面圖。具體實施方式圖1示出在示例性使用情景190中的具有對稱多像素相位差檢測器的一個示例性圖像傳感器100。在用于對場景150成像的電子照相機110中實現(xiàn)圖像傳感器100。例如，電子照相機110是拍照手機或小型數(shù)碼相機。電子照相機110利用圖像傳感器100的片上相位檢測能力聚焦在場景150上。聚焦后，電子照相機110利用圖像傳感器100拍攝場景150的聚焦圖像120，而不是離焦圖像130。圖像傳感器100用于提供能夠?qū)鼍?50中的任意方向和位置的邊緣進行檢測的片上對稱多像素相位差檢測。因此，圖像傳感器100使能電子照相機110的健壯的自動對焦。例如，通過使用圖像傳感器100，電子照相機110能夠可靠地對人口稀疏的場景150進行自動對焦。圖像傳感器100還使能非常靈活的自動對焦功能，這可被電子照相機110利用以自動對焦在與一個或多個邊緣相關(guān)的場景150的任意選擇的部分上和/或場景150中任意位置的物體上。這里，場景中的“邊緣”指的是空間差異，例如空間亮度差或空間色差。在實施例中，圖像傳感器100是互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器。圖像傳感器100可以是彩色圖像傳感器或者單色圖像傳感器。圖像傳感器100包括像素陣列102，像素陣列102可以包括排列成濾色鏡陣列如貝爾圖案或本領(lǐng)域已知的其他排列的多個濾色鏡。下面討論的圖2A、圖2B、圖3A、圖3B、圖4A和圖4B示出可以如何利用圖像傳感器100(圖1)的片上相位檢測確定由圖像傳感器100和成像物鏡210組成的一個示例性成像系統(tǒng)的離焦的程度。圖2A和2B示出成像情景200，成像情景200示出當物體邊緣230在成像系統(tǒng)的焦點上，通過成像物鏡210將物體邊緣230成像在圖像傳感器100上。物體邊緣230可以是物體的兩個不同顏色的區(qū)域(例如背景上相鄰的條紋或文本)之間的物理邊緣或邊界。圖2A示出成像情景200的透視圖，圖2B示出成像情景200的剖視圖。最好綜合參考圖2A和圖2B。相對于坐標系298，物體邊緣230平行于x軸，成像物鏡210具有平行于z軸的光軸213，圖像傳感器100平行于x-y平面。成像物鏡210的示例性部分211和212位于光軸213的相對側(cè)且與光軸213等距。部分211和212限定從物體邊緣230傳播至圖像傳感器100的兩條射線或射線束251和252。射線251從物體邊緣230經(jīng)過成像物鏡210的部分211傳播至圖像傳感器100。類似地，射線252從物體邊緣230經(jīng)過成像物鏡210的部分212傳播至圖像傳感器100。雖然圖2A和圖2B示出物體邊緣230位于光軸213上，然而在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，物體邊緣230也可以位于偏離光軸213的位置。成像物鏡具有焦距f。假設(shè)成像物鏡為薄透鏡，薄透鏡的等式為其中，DO是物體距成像物鏡210的距離202，DI是成像物鏡210距物體的聚焦圖像的距離203。在成像情景200中，成像物鏡210在距圖像傳感器100的距離201處，記為L，其中L＝DI。因此，物體邊緣230在由成像物鏡210和圖像傳感器100組成的成像系統(tǒng)的焦點上，且通過部分211和212形成在圖像傳感器100上的圖像一致以產(chǎn)生單個圖像235。圖3A和3B示出成像情景300，成像情景300示出通過圖2A和圖2B的成像系統(tǒng)對物體邊緣330的成像，其中物體邊緣330在比成像系統(tǒng)的焦點遠的位置。物體邊緣330與物體邊緣230類似。圖3A示出成像情景300的透視圖，圖3B示出成像情景300的剖視圖。最好綜合參考圖3A和圖3B。相對于坐標系298，物體邊緣330平行于x軸。物體邊緣330在距成像物鏡210的距離302處，其中距離302大于距離202。雖然圖3A和3B示出物體邊緣330位于光軸213上，然而在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，物體邊緣330也可以位于偏離光軸213的位置。分別經(jīng)過成像物鏡的部分211和212(圖3A和3B)從物體邊緣330傳播至圖像傳感器100(圖3A和3B)的射線351和352相交于點331。根據(jù)等式1，由于距離302(DO)大于距離202，所以距離303(DI)小于距離203。因此，點331位于成像物鏡210和圖像傳感器100之間，并且距圖像傳感器100的距離304(記為ΔD)處。因此，如射線351和射線352所示，成像物鏡的部分211和212在圖像傳感器100上形成各自的圖像332和圖像333。圖像332和圖像333彼此分隔開距離311。距離311對應于圖像332和圖像333之間的離焦導致的相移ΔS，并且代表成像情景300中的模糊量。圖4A和4B示出成像情景400，成像情景400示出通過圖2A和圖2B的成像系統(tǒng)對物體邊緣430進行成像，其中物體邊緣430在比成像系統(tǒng)的焦點近的位置。物體邊緣430與物體邊緣230類似。圖4A示出成像情景400的透視圖，圖4B示出成像情景400的剖視圖。最好綜合參考圖4A和圖4B。相對于坐標系298，物體邊緣430平行于x軸。物體邊緣430在距成像物鏡210的距離402處，其中距離402小于距離202。雖然圖4A和4B示出物體邊緣430位于光軸213上，然而在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，物體邊緣430也可以位于偏離光軸213的位置。射線451和射線452分別經(jīng)過成像物鏡210的部分211和部分212從物體邊緣430傳播至圖像傳感器100并且相交于點431。根據(jù)等式1，由于距離402(DO)小于距離202，所以距離403(DI)大于距離203。因此，點431位于超過圖像傳感器100的位置并且距圖像傳感器100的感光表面的距離為距離404，記為ΔD。因此，如射線451和射線452所示，成像物鏡的部分211和部分212在圖像傳感器100上形成各自的圖像432和圖像433。圖像432和圖像433彼此分隔開距離409。距離409對應于圖像432和圖像433之間的離焦導致的相移ΔS，并且代表成像情景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)示出由成像物鏡210和圖像傳感器100組成的成像系統(tǒng)的離焦，在經(jīng)過成像物鏡210的不同部分傳播到圖像傳感器100的光之間引起相移。圖像傳感器100用于測量這個相移。相關(guān)的自動對焦功能可以調(diào)整成像物鏡210以使相移最小或減小相移，從而使得成像系統(tǒng)聚焦在物體上。雖然圖2A、圖2B、圖3A、圖3B、圖4A和圖4B中示出成像物鏡210為薄透鏡，然而在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，成像物鏡210也可以是厚透鏡或多透鏡物鏡。圖像傳感器100包括至少一個對稱多像素相位差檢測器。圖5A、圖5B和圖5C分別示出示例性對稱多像素相位差檢測器540、550和500的平面圖。這里，對稱多像素相位差檢測器540和550也分別稱作水平雙像素相位差檢測器540和豎直雙像素相位差檢測器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在相位檢測像素541和542之上，相位檢測像素541和542分別具有其上的濾色鏡543和544。顯微透鏡532具有光軸533。在一個實施例中，像素541和542形成以90°角與光軸相交的平面陣列。如圖5A中所定向的，可以分別將相位檢測像素541和542記為左像素和右像素。像素541和542被稱作相位檢測像素，因為在其上各自沒有專用的顯微透鏡，相反地，每個像素541和542在通用的顯微透鏡532的下方。為清晰的說明，指示像素541和542的虛線框小于指示各自的濾色鏡543和544的框。濾色鏡543和544可以具有相同的透射光譜，并且由單塊連續(xù)的材料制成。雖然在圖5A和圖5B的平面圖中顯微透鏡532被示為具有橢圓形的橫截面，然而在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，它可以具有不同形狀的橫截面。例如，顯微透鏡532在平行于坐標系298的x-y平面的平面內(nèi)可以具有矩形的橫截面，以便它完全覆蓋像素541和542。顯微透鏡532可以包括球形表面、橢球形表面或非球形表面的部分。豎直雙像素相位差檢測器550是將水平雙像素相位差檢測器540旋轉(zhuǎn)90度得到的，以便其平行于坐標系298的x軸定向，且相位檢測像素541和542為豎直相鄰的。如圖5B所定向的，相位檢測像素541和542可以分別記為下像素和上像素。在一個實施例中，相位檢測像素541和542沒有被設(shè)計為防止光到達其感光區(qū)域的遮蔽元件。也就是說，相對于圖像傳感器100的非相位檢測像素，相位檢測像素541和542沒有額外的遮蔽元件。圖5C和圖6分別示出一個對稱多像素相位差檢測器500的平面圖和剖視圖。在下面的描述中最好綜合參考圖5A和圖6。顯微透鏡530位于相位檢測像素511、512、513和514之上，相位檢測像素511、512、513和514各自具有其上的濾色鏡521或522。為清晰說明，指示像素511-514的虛線框小于指示各自的濾色鏡521和522的框。顯微透鏡530位于相位檢測像素511-514之上，以便其光軸531居中在其間。像素511-514被稱為相位檢測像素，因為在它們的每個上沒有專用的顯微透鏡，相反地，各個像素511-514位于通用的顯微透鏡530的下方。濾色鏡543、521和522各自透射指定范圍的可見電磁輻射至其相關(guān)的下方的像素。例如，基于原色的可見色濾色鏡具有對應于電磁譜的紅色、綠色或藍色(RGB)區(qū)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。基于合成色的可見色濾色鏡具有與原色的合成色對應的譜帶，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(CI)相等地透射所有可見光。由于像素的濾色鏡的透射光譜將其與鄰近的像素區(qū)分開，因此通過其濾色鏡的類型對像素進行命名，例如，“紅色像素”包括紅色濾色鏡。這里，像素的透射指的是其濾色鏡的透射光譜。對稱平面501和502可以相互垂直，包含光軸531，且彼此相交于光軸531處。相位檢測像素511-514可以具有通用的后平面510，以便形成平面陣列。光軸531可以以90度角與后平面510相交，以便光軸531垂直于像素陣列102。對稱多像素相位差檢測器500相對于對稱平面501和502均具有反射對稱性。對稱多像素相位差檢測器500還具有雙重旋轉(zhuǎn)對稱性。表1示出對稱多像素相位差檢測器500的14個示例性濾色鏡配置，其中R、G、B、C、M、Y和CI分別表示紅色濾色鏡、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14個配置的任一個中，兩個濾色鏡可以切換而不脫離本發(fā)明的范圍。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。表1：對稱多像素相位差檢測器的示例性濾色鏡配置濾色鏡配置a)b)c)d)e)f)g)h)i)j)k)l)m)n)濾色鏡521GC1GGC1C1C1RCCMC1C1C1濾色鏡522GC1RBRGBBYMYCMY相位檢測像素511和512可以各自被視為左像素，一起可被記為左像素對。相位檢測像素512和514可以各自被視為右像素，一起可被記為右像素對。相位檢測像素511和513可各自被視為上像素，一起被記為上像素對。相位檢測像素512和514可以各自被視為下像素，一起被記為下像素對。在對稱多像素相位差檢測器500中，像素511-514及其相關(guān)的濾色鏡521和522形成二維2乘2像素陣列。在一個實施例中，對稱多像素相位差檢測器500可以包括多于4個像素，例如，2乘4陣列中的8個像素或4乘4陣列中的16個像素。在一個實施例中，相位檢測像素511-514沒有被設(shè)計為防止光到達感光區(qū)域的遮蔽元件。也就是說，相對于圖像傳感器100的非相位檢測像素，相位檢測像素511-514沒有額外的遮蔽元件。圖7為圖像傳感器700被示為在相對于焦平面的三個位置處的成像情景200的剖視圖。圖像傳感器700為圖像傳感器100的實施例。相對于坐標系298，圖像傳感器700的每個像素行在平行于y-z平面的各自的平面內(nèi)，而圖像傳感器700的各個像素列在垂直于y-z平面的各自的平面內(nèi)。圖像傳感器700(1)位于焦平面上，圖像傳感器700(2)位于焦平面的后方，圖像傳感器700(3)位于焦平面的前方。圖7的剖視圖為使得坐標系298的y-z平面與圖像傳感器700的相位檢測列對732相交。相位檢測列對732是包括一個或多個對稱多像素相位差檢測器500的成對的相鄰像素列。成像情景200的x-y平面剖視圖與圖7類似，但是橫截面與相位檢測行對相交。在圖7中，成像物鏡210對物體邊緣230進行成像，以便根據(jù)圖像傳感器700的位置，射線251和252為入射到至少一個多像素相位差檢測器500(1-3)上的主射線。對稱多像素相位差檢測器500(1)和500(3)在圖像傳感器700(3)和圖像傳感器700(2)上相距的距離分別為距離709和距離711。距離709和距離711分別類似于距離309(圖3)和距離411(圖4)。對于圖像傳感器700(1)，射線251和252均為入射到對稱多像素相位差檢測器500(2)的主射線。對于圖像傳感器700(3)，射線251和252分別為入射到對稱多像素相位差檢測器500(3)和500(1)的主射線。在對稱多像素相位差檢測器500(3)中，射線251被像素512檢測到。在對稱多像素相位差檢測器500(1)中，射線252被像素511檢測到。對稱多像素相位差檢測器500(3)和500(1)分離開距離709，該距離709與圖4B中的圖像432和433之間的距離409相等。像素511和像素512可分別記為上像素和下像素，其中，上和下分別指的是坐標系298中的正和負y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，左和右分別指的是坐標系298中的正和負y方向。像素511和512被分別視為上和下像素還是左和右像素可取決于成像情景關(guān)于成像水平面的定向，因此取決于坐標系298關(guān)于成像水平面的定向。對于圖像傳感器700(2)，射線251和252分別為入射到對稱多像素相位差檢測器500(1)和500(3)的主射線。在對稱多像素相位差檢測器500(1)中，射線251被像素511檢測到。在對稱多像素相位差檢測器500(3)中，射線252被像素512檢測到。對稱多像素相位差檢測器500(3)和500(1)分離開距離711，該距離711與圖3B中的圖像332和333之間的距離311相等。在圖像傳感器700的一個示例中，距離711與距離709相等，這兩個距離都對應于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。在圖7及其上述討論中，各自具有像素511和512的每個多像素相位差檢測器500(1-3)可以被替換成各自具有像素541和542的水平雙像素相位差檢測器540(1-3)。圖8為包括對稱多像素相位差檢測器的像素陣列802的一部分的平面圖。像素陣列802是像素陣列102(圖1)的實施例。像素陣列802由分別平行于坐標系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。各個濾色鏡覆蓋像素陣列中的各自的像素。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還包括多像素相位差檢測器800，其中多像素相位差檢測器800周期性散布成貝爾圖案中的方形網(wǎng)格。各個多像素相位差檢測器800占據(jù)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)。各個相位檢測行對831可以垂直于各個像素檢測列對891。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，多像素相位差檢測器800以與圖8所示不同的方式散步在貝爾圖案中。例如，多像素相位差檢測器800可以形成三角形網(wǎng)格、矩形網(wǎng)格或其組合。每個多像素相位差檢測器800包括4個其上具有對稱濾色鏡的相位檢測像素以及通用的顯微透鏡530。圖8中標記包括對稱多像素相位差檢測器800的兩個像素列890(N)和890(N+1)。整數(shù)N和N+1為像素列索引。每個多像素相位差檢測器800為對稱多像素相位差檢測器500的實施例。每個多像素相位差檢測器800具有表1所示的濾色鏡配置(a)，以便其具有4個綠色濾色鏡的2×2陣列，以便相同顏色的濾色鏡位于彼此的對角位置。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，多像素相位檢測器800可以具有其他不同的濾色鏡配置，表1中所列舉的。為了清晰的說明，圖8中沒有標記所有的多像素相位差檢測器800和顯微透鏡530。在一個實施例中，像素陣列802包括水平雙像素相位差檢測器840和豎直雙像素相位差檢測器850中的至少一個。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。在一個實施例中，像素陣列802包括兩個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)。在一個實施例中，像素陣列802包括兩個相鄰的豎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包括左豎直雙像素相位差檢測器851(l)和右豎直雙像素相位差檢測器851(r)。圖9為具有綠色濾色鏡921-924的像素陣列802的一個對稱多像素相位差檢測器800的平面圖，為方便起見，綠色濾色鏡921-924也被標記為G1-G4。多像素相位差檢測器800可以被視為具有“左側(cè)”像素和“右側(cè)”像素的檢測器。左側(cè)像素511和512位于像素列890(N)中濾色鏡G1和G2的下方；右側(cè)像素513和514位于像素列890(N+1)中濾色鏡G3和G4的下方。圖10示出響應于將具有豎直方向邊緣1051和1052的物體1050成像在像素陣列802上，像素值對通用相位差檢測行對(例如，831(1))中的對稱多像素相位差檢測器800的像素列索引的示意曲線圖。圖表1060、圖表1070和圖表1080中的虛的水平譜線輪廓1061、1071和1081分別可表示多像素相位差檢測器800的“左側(cè)”像素的像素響應。像素511和512組成多像素相位差檢測器800的第一豎直方向像素子集。圖表1060、1070和1080中的實的水平譜線輪廓1062、1072和1082分別表示多像素相位差檢測器800的“右側(cè)”像素的像素響應。像素513和514組成多像素相位差檢測器800的第二豎直方向像素子集?？蛇x地，圖表1060、1070和1080的虛的水平譜線輪廓1061、1071和1081分別可以表示一個雙像素相位差檢測器對851的一個豎直雙像素相位差檢測器851(l)的像素響應。類似地，圖表1060、1070和1080中的實的水平譜線輪廓的虛線1062、1072和1082可以分別表示一個雙像素相位差檢測器對851的一個雙像素相位差檢測器851(r)的像素響應。圖表1060為邊緣1051和1052在焦點處的物體1050的圖像，如區(qū)域1063和1065所示，其中譜線輪廓1061和1062相互重疊。在圖表1070中，邊緣1051和1052沒有對準焦點(前聚焦)，如譜線輪廓1071和1072之間的距離1009所指示。距離1009為距離409的示例。在圖表1080中，邊緣1051和1052沒有對準焦點(后聚焦)，如譜線輪廓1081和1082之間的距離1011所指示。距離1011為距離311的示例。圖11示出響應于將具有水平方向的邊緣1151和1152的物體1150成像在像素陣列802上，像素值對通用相位差檢測列對(例如，891(1))中的對稱多像素相位差檢測器800的像素列索引的示意曲線圖。圖表1160、圖1170和1180中的虛的豎直譜線輪廓的虛線1161、1171和1181分別表示多像素相位差檢測器800的“上側(cè)”像素的像素響應。像素511和513組成多像素相位差檢測器800的第一豎直方向像素子集。圖表1160、1170和1180的實的豎直譜線輪廓1162、1172和1182表示多像素相位差檢測器800的“下側(cè)”像素的像素響應。像素512和514組成多像素相位差檢測器800的第二豎直方向像素子集。可選地，圖表1160、1170和1180的虛的水平譜線輪廓1161、1171和1181可分別表示一個雙像素相位差檢測器對841的一個水平雙像素相位差檢測器841(t)的像素響應。類似地，圖表1160、1170和1180的實的水平譜線輪廓的虛線1162、1172和1182可分別表示一個雙像素相位差檢測器對841的一個雙像素相位差檢測器841(b)的像素響應。圖表1160為邊緣1151和1152在焦點處的物體1150的圖像，如區(qū)域1163和1165所示，其中譜線輪廓1161和1162相互重疊。在圖表1170中，邊緣1151和1152沒有對準焦點(前聚焦)，如譜線輪廓1171和1172之間的距離1109所指示。距離1109為距離409的一個示例。在圖表1180中，邊緣1151和1152沒有對準焦點(后聚焦)，如譜線輪廓1181和1182之間的距離1111所指示。距離1111為距離311的一個示例。圖12示出響應于沿橫截面1255將傾斜方向的物體1250成像在像素陣列802上，像素值對普通相位檢測對角線833(圖8)上的對稱多像素相位差檢測器800的像素列索引的示意曲線圖。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，對角線方向的物體1250可以以相對于坐標系298的y軸的任意角度定向。圖表1260為邊緣1251和1252在焦點處的物體1250的圖像，如區(qū)域1263和1265所示，其中譜線輪廓1261和1262相互重疊。在圖表1270中，邊緣1251和1252沒有對準焦點(前聚焦)，如譜線輪廓1271和1272之間的距離1209所指示。距離1209為距離409的一個示例。在圖表1280中，邊緣1251和1252沒有對準焦點(后聚焦)，如譜線輪廓1281和1282之間的距離1211所指示。距離1211為距離311的一個示例。圖表1260、1270和1280的虛譜線輪廓1261、1271和1281分別表示多像素相位差檢測器800的沿著一個相位檢測對角線833的左上像素如像素511的像素響應。圖表1260、1270和1280中的實譜線輪廓1262、1272和1282分別表示多像素相位差檢測器800的沿著一個相位檢測對角線833的右下像素如像素514的像素響。橫截面1255例如平行于相位檢測對角線833。圖13示出圖像傳感器100(圖1)對一個示例性的任意方向的邊緣1360進行的檢測和相移測量。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(qū)域之間的過渡的圖像。邊緣1360的范圍由(a)場景150中過渡的真實范圍及(b)過渡的圖像的離焦的程度來確定。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生成指示邊緣1360沿相位檢測列對891的豎直譜線輪廓1322和1332的電信號。譜線輪廓1322和1332被繪制為亮度和/或顏色測量1390對豎直位置1382。下像素512和514產(chǎn)生豎直譜線輪廓1322和1332中的一條，而上像素511和513產(chǎn)生豎直譜線輪廓1322和1332中的另一條。在每個譜線輪廓1322和1332中，邊緣1360明顯為亮度和/或顏色測量的改變。每條譜線輪廓1322和1332提供沿相位檢測列對891的邊緣1360的范圍1312的測量。結(jié)合起來，譜線輪廓1322和1332提供譜線輪廓1322和1332之間的離焦導致的相移1302的測量。相位檢測行對831的左像素511和512以及右像素513和514生成指示邊緣1360沿相位檢測行對831的水平譜線輪廓1324和1334的電信號。譜線輪廓1324和1334被繪制為亮度和/或顏色量1390對水平位置1384。左像素511和512產(chǎn)生水平譜線輪廓1324和1334中的一條，右像素513和514產(chǎn)生水平譜線輪廓1324和1334中的另一條。在每條譜線輪廓1324和1334中，邊緣1360明顯為亮度和/或顏色測量的改變。每條譜線輪廓1324和1334提供沿相位檢測行對831的邊緣1360的范圍1314的測量。結(jié)合起來，譜線輪廓1324和1334提供譜線輪廓1324和1334之間的離焦導致的相移1304的測量。如果將場景150成像在圖像傳感器100上的光學系統(tǒng)沒有像散時，離焦導致的相移1304與離焦導致的相移1302相同。另一方面，如果光學系統(tǒng)存在像散時，離焦導致的相移1304可以與離焦導致的相移1302不同。隨著范圍1312朝其最小值(為寬度1361)減小，離焦導致的相移1302的精確度升高。類似地，隨著范圍1314朝其最小值(也為寬度1361)減小，離焦導致的相移1304的精確度降低。在圖13的示例中，邊緣1360的水平分量大于豎直分量。因此范圍1312明顯小于范圍1314。假設(shè)沒有或可忽略像散，離焦導致的相移1302與離焦導致的相移1304相同。因此，相比于相位檢測行對831，相位檢測列對891提供更好的相移測量。圖13中的示例為理想情況。如果進一步考慮非理想的情況，例如在場景中存在噪聲和/或干擾特征，光學系統(tǒng)的像差及圖像傳感器100的電子噪聲等，譜線輪廓1322、1332、1324和1334可能基本上比圖13所示的更充滿噪聲。在這種情況下，離焦導致的相移1304可能是不可檢測的，只有相位檢測列對891能夠提供與邊緣1360有關(guān)的離焦導致的相移的測量。從上述討論得出結(jié)論：對于接近水平的邊緣，相位檢測列對891比相位檢測行對831提供更好的相移測量，而對于接近豎直的邊緣，相位檢測行對831比相位檢測列對891提供更好的相移測量。還得出結(jié)論：相移檢測列對891不能對豎直邊緣進行相移測量，并且根據(jù)上述討論的非理想特性，可能不能對接近豎直的邊緣進行相移測量。類似地，相移檢測行對831不能對水平邊緣進行相移測量，并且根據(jù)上述討論的非理想特性，可能不能對接近水平的邊緣進行相移測量。因此，當圖像傳感器100既包括相位檢測行對831又包括相位檢測列對891時，改進圖像傳感器100的精確度。圖14示出具有對稱多像素相位差檢測器的一個示例性成像系統(tǒng)1400。成像系統(tǒng)1400包括圖像傳感器100(圖1)、相位處理模塊1420以及界面1460。界面1460是處理成像系統(tǒng)1400與用戶和/或外部系統(tǒng)例如計算機之間的通信的界面。界面1460可以包括用戶界面設(shè)備，例如顯示器、觸摸屏和/或鍵盤。界面1460可以包括有線(例如以太網(wǎng)、USB、火線或雷電術(shù))和/或無線(例如Wi-Fi或藍牙)連接以將圖像傳輸給用戶或外部系統(tǒng)。對于被相位處理模塊1420考慮的每個相位檢測行對831、或每個相位檢測行對831的多個部分中的每個，相位處理模塊1420處理左像素511和512和右像素513和514生成的電信號，以確定包括水平譜線輪廓1425和水平譜線輪廓1426的水平譜線輪廓對1424。相位處理模塊1420分別基于從左像素511和512接收的電信號和從右像素513和514接收的電信號確定水平譜線輪廓1425和水平譜線輪廓1426。水平譜線輪廓1425和1426的示例包括圖10的譜線輪廓1061、1062、1071、1072、1081和1082。對于相位處理模塊1420考慮的每個相位檢測列對891(圖9)、或每個相位檢測列對891的多個部分中的每個，相位處理模塊1420處理下像素512和514(圖6)和上像素511和513生成的電信號，以確定包括豎直譜線輪廓1422和豎直譜線輪廓1423的豎直譜線輪廓對1421。相位處理模塊1420分別基于從下像素512和514接收的電信號和從上像素511和513接收的電信號確定豎直譜線輪廓1422和豎直譜線輪廓1423。豎直譜線輪廓1422和1423的示例包括圖11中的譜線輪廓1161、1162、1171、1172、1181和1182?；谪Q直譜線輪廓對1421和水平譜線輪廓對1424中的至少一個，相位處理模塊1420檢測形成在像素陣列102上的圖像中的邊緣(例如邊緣1360)，并且確定相關(guān)的相移1427。由此通過相位處理模塊1420檢測的邊緣可以具有相對于像素陣列102的任何方向。雖然圖14中示出圖像傳感器100包含各自三個的相位檢測列對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，然而在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，實際數(shù)量可以不同。在一個實施例中，成像系統(tǒng)1400包括自動對焦模塊1440和成像物鏡1410。成像物鏡1410例如為如圖2、3、4和7中所示的成像物鏡210?；趶南辔惶幚砟K1420接收的相移1427，自動對焦模塊1440調(diào)整成像物鏡1410以在圖像傳感器100上形成場景150(圖1)的圖像，從此圖像傳感器100生成圖像數(shù)據(jù)1480。例如，自動對焦模塊1440可以調(diào)整成像物鏡1410使相移1427最小。場景150可以包括物體邊緣，例如邊緣1051、1052、1151、1152和1360。在一個實施例中，成像系統(tǒng)1400包括感興趣區(qū)域(ROI)選擇模塊1430，其中，ROI選擇模塊1430選擇待被相位處理模塊1420處理的像素陣列102中的感興趣區(qū)域(ROI)。ROI選擇模塊1430可以從界面1460和物體檢測模塊1431中的一個接收ROI指示。物體檢測模塊1430例如為人臉檢測模塊?？蛇x地或與其相結(jié)合，ROI選擇模塊1430從相位處理模塊1420接收邊緣相對于像素陣列102位置，并基于此確定ROI指示。成像系統(tǒng)1400還可包括附件1490和電源1470中的一個或兩個。圖15為示出利用具有對稱多像素相位差檢測器的圖像傳感器進行相位檢測的方法1500的示意圖。步驟1510為可選的。步驟1510中，方法1500利用成像物鏡將物體邊緣成像在圖像傳感器上。在步驟1510的示例中，通過成像系統(tǒng)1400的成像物鏡1410(圖14)將場景150成像在圖像傳感器100上。步驟1520中，方法1500從成像圖像傳感器的相互共線的多個對稱多像素相位差檢測器中的每個的第一像素子集上的物體邊緣生成第一譜線輪廓。在步驟1520的示例中，水平譜線輪廓1425成像在圖像傳感器100的一個相位檢測列對831上。水平譜線輪廓1425例如為從成像在圖像傳感器100的各個相互共線的對稱多像素相位差檢測器500中的第一像素子集-像素511和512上的物體邊緣1051和1052生成的第一譜線輪廓1071(圖10)。步驟1520可包括可選的步驟1522。步驟1522中，方法1500總計第一像素子集中的像素的像素響應。在步驟1522的示例中，像素511和512的像素響應被總計以產(chǎn)生第一譜線輪廓1071。步驟1530中，方法1500從成像在圖像傳感器的相互共線的多個對稱多像素相位差檢測器中的每個的第二像素子集上的物體邊緣生成第二譜線輪廓。在步驟1530的示例中，水平譜線輪廓1426成像在一個相位檢測列對891上。水平譜線輪廓1426例如為從成像在圖像傳感器100的各個相互共線的對稱多像素相位差檢測器500中的第二像素子集-像素513和514上的物體邊緣1051和1052生成的第二譜線輪廓1072(圖10)。步驟1530可以包括可選的步驟1532。步驟1532中，方法1500總計第二像素子集中的像素的像素響應。在步驟1532的示例中，總計像素513和514的像素響應以產(chǎn)生第二譜線輪廓1072。步驟1540中，方法1500從第一譜線輪廓與第二譜線輪廓之間的空間分離確定第一相移。在步驟1540的示例中，相位處理模塊1420確定一個相移1427，例如譜線輪廓1071和1072之間的距離1009。步驟1550為可選的。在步驟1550中，方法1500通過改變成像物鏡與圖像傳感器之間的距離減小第一相移。在1550的示例中，自動對焦模塊1440通過改變成像物鏡1410與圖像傳感器100之間的距離減小相移1427。圖16為示例性的對稱多像素相位差檢測器1601-1606的平面圖，其中對稱多像素相位差檢測器1601-1606為對稱多相位相位差檢測器500的實施例。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，其中各個濾色鏡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，其中各個濾色鏡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，其中各個濾色鏡521為藍色濾色鏡1623，各個濾色鏡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，其中各個濾色鏡521為全透濾色鏡1621，各個濾色鏡522分別為紅色濾色鏡1621、綠色濾色鏡921和藍色濾色鏡1623。特征組合在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，上述的以及下面所請求的特征可以以各種方式組合。下述示例示出一些可能的非限制性的組合。(A1)一種圖像傳感器可以包括對稱多像素相位差檢測器。每個對稱多像素相位差檢測器包括：(a)形成陣列的多個像素，每個像素具有其上的各自的濾色鏡，每個濾色鏡具有透射光譜；以及(b)顯微透鏡，該顯微透鏡至少部分在多個像素的每個之上并且包括與陣列相交的光軸。由于每個透射光譜，陣列相對于(a)包括光軸的第一平面和(b)與第一平面正交的第二平面中的至少一個具有反射對稱性。(A2)在(A1)定義的圖像傳感器中，陣列可以為平面陣列。(A3)在(A1)和(A2)定義的圖像傳感器的任一個中，光軸可以以90度角與陣列相交。(A4)(A1)-(A3)定義的圖像傳感器的任一個，還可以包括：相位檢測行對，包括成對的相鄰像素行中的多個對稱多像素相位差檢測器；和相位檢測列對，包括成對的相鄰像素列中的多個對稱多像素相位差檢測器。(A5)在(A1)-(A4)的圖像傳感器的任一個中，多個像素的數(shù)量可以為4且排列成2×2的平面陣列。(A6)在(A1)-(A5)的圖像傳感器的任一個中，由于各個透射光譜，陣列相對于(a)包括光軸的第一平面和(b)與第一平面正交的第二平面均具有反射對稱性。(A7)在(A5)定義的圖像傳感器的任一個中，多個像素中的兩個像素上的濾色鏡可各自具有第一透射光譜，多個像素中的剩下兩個像素上的濾色鏡可各自具有第二透射光譜。(A8)在(A7)定義的圖像傳感器的任一個中，第一透射光譜和第二透射光譜可以對應于紅色濾色鏡、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的一個的透射光譜。(B1)一種具有片上相位檢測的成像系統(tǒng)可以包括相位檢測行對、相位檢測列對和相位處理模塊。相位檢測行對能夠測量從左右方向入射的光的成對的水平譜線輪廓，并且包括成對的相鄰像素行中的多個對稱多像素相位差檢測器。相位檢測列對能夠測量從上下方向入射的光的成對的豎直譜線輪廓，并且包括成對的相鄰像素列中的多個對稱多像素相位差檢測器。相位處理模塊能夠處理成對的水平譜線輪廓和成對的豎直譜線輪廓，以測量與場景中的任意方向和任意位置的邊緣相關(guān)聯(lián)的相移。(B2)(B1)中所定義的成像系統(tǒng)還科包括用于調(diào)整成像物鏡的焦點以減小相移的自動對焦模塊。(C1)一種利用具有對稱多像素相位差檢測器的圖像傳感器進行相位檢測的方法可以包括生成第一譜線輪廓和第二譜線輪廓，以及從第一譜線輪廓和第二譜線輪廓之間的空間分離確定第一相移。第一譜線輪廓從成像在圖像傳感器的相互共線的多個對稱多像素相位差檢測器中的每個的第一像素子集上的物體邊緣生成。第二譜線輪廓從成像在圖像傳感器的相互共線的多個對稱多像素相位差檢測器中的每個的第二像素子集上的物體邊緣生成。(C2)在(C1)所定義的方法中，生成第一譜線輪廓的步驟可以包括總計第一像素子集中的像素的像素響應。生成第二譜線輪廓的步驟可以包括總計第二像素子集中的像素的像素響應。(C3)在(C2)所定義的方法中，總計第一像素子集中的像素的像素響應的步驟可以包括總計第一像素子集中的成對的兩個相鄰像素的像素響應。總計第二像素子集中的像素的像素響應的步驟可以包括總計第二像素子集中的不包括在第一像素子集中的成對的兩個相鄰像素的像素響應。(C4)在(C1)-(C3)定義的方法的任一個中，各個對稱多像素相位差檢測器可以在平行于(i)所述圖像傳感器的像素行和(ii)所述圖像傳感器的像素列中的一個的第一方向上相互共線。(C5)(C1)-(C4)定義的方法的任一個，還可包括：(a)從成像在圖像傳感器的在第二方向上相互共線的第二多個對稱多像素相位差檢測器中的每個的第一像素子集上的物體邊緣生成第三譜線輪廓，其中第二方向與第一方向垂直，(b)從成像在相互共線的第二多個對稱多像素相位差檢測器中的每個的第二像素子集上的物體邊緣產(chǎn)生第四譜線輪廓，(c)從第三譜線輪廓和第四譜線輪廓之間的空間分離確定第二相移。(C6)(C1)-(C5)所定義的方法的任一個，還可包括通過成像物鏡將物體邊緣成像在圖像傳感器上。(C7)(C6)中所定義的方法，還可包括通過改變成像物鏡和圖像傳感器之間的距離減小第一相移。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以做出改變。因此，應注意的是，上述描述中包含的主題或附圖中示出的主題應被解釋為示例性的且不具有限制意義。所附的權(quán)利要求旨在覆蓋其中描述的所有通用和特定特征，以及本方法和系統(tǒng)的范圍的在語言上的所有聲明應被認為落入其間。當前第1頁1 2 3