本发明公开了一种图像传感器，该图像传感器包括感光单元阵列、滤光单元阵列和第一微镜阵列，其中，滤光单元阵列设置在感光单元阵列上；第一微镜阵列位于滤光单元阵列之上，每个第一微镜覆盖一个滤光单元和一个感光单元，每个感光单元包括多个感光像素，其中，第一微镜阵列中包括椭圆形的第一微镜。该图像传感器，可以为提高画面质量和满足相位对焦条件提供硬件基础。本发明还公开了一种图像传感器的像素信息输出方法、相位对焦方法、成像装置和终端。
图像传感器及输出方法、相位对焦方法、成像装置和终端
技术领域
[0001] 本发明属于图像设备技术领域，尤其涉及一种图像传感器，以及一种相位对焦方法、图像传感器的像素信息输出方法、成像装置和终端。
背景技术
[0002] 目前，用于手机摄像头的传感器的像素结构都是一个微透镜对应一个像素单元，存在两个问题,第一，手机摄像头传感器的像素单元的尺寸越来越小,不利于画面的成像质量.第二,微透镜接收所有方向的光线用于同一像素单元成像,由于像素单元无区分所接收光线的方向,所以无法满足相位检测的条件，不能为进行相位对焦提供基础。
发明内容
[0003] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明需要提出一种图像传感器，该图像传感器，可以为提高画面质量和满足相位对焦条件提供硬件基础。
[0004] 本发明还提出一种图像传感器的像素信息输出方法、相位对焦方法、成像装置和终端。
[0005] 为了解决上述问题，本发明一方面提出一种图像传感器，该图像传感器包括：感光单元阵列；设置在所述感光单元阵列上的滤光单元阵列；第一微镜阵列，所述第一微镜阵列位于所述滤光单元阵列之上，每个第一微镜覆盖一个滤光单元和一个感光单元，每个感光单元包括多个感光像素，其中，所述第一微镜阵列中包括椭圆形的第一微镜。
[0006] 本发明的图像传感器，基于每个第一微镜对应一个滤光单元和多个感光像素的结构，为提高画面质量和满足相位对焦条件提供硬件基础。
[0007] 其中，所述第一微镜阵列中的全部的或者部分的第一微镜为椭圆形。
[0008] 在本发明的一些实施例中，所述图像传感器还包括：第二微镜阵列，所述第二微镜阵列位于所述第一微镜阵列与所述滤光单元阵列之间，每个第一微镜覆盖多个第二微镜。
[0009] 在本发明的一些实施例中，所述感光单元包括2*2个所述感光像素。
[0010] 在本发明的一些实施例中，所述滤光单元阵列包括拜耳阵列。
[0011] 为了解决上述问题，本发明另一方面提出一种图像传感器的像素信息输出方法，该方法包括以下步骤：提供上述方面的图像传感器；根据模式选择指令确定输出模式；控制所述感光单元阵列曝光，并读取所述感光单元阵列的输出，其中，在选择第一输出模式时，控制同一所述感光单元的多个感光像素的像素信息合并输出。
[0012] 根据本发明的图像传感器的像素信息输出方法，基于每个第一微镜对应一个滤光单元和多个感光像素的结构，在选择第一输出模式时，将同一感光单元的感光像素的像素信息合并输出，与相关技术中单个感光单元的输出相比，可以提高成像灵敏度和信噪比，提高画面质量。
[0013] 在本发明的一些实施例中，上述方法还包括：在选择第二输出模式时，控制同一所述感光单元的多个感光像素的像素信息分别单独输出。
[0014] 在本发明的一些实施例中，，在选择所述第二输出模式时，上述方法还包括：根据所述感光单元的多个感光像素的像素信息进行成像光线区分以获得成像的相位差信息；以及，根据所述相位差信息进行相位对焦调节。
[0015] 本发明再一方面还提出一种相位对焦方法，所述方法包括以下步骤：提供上述的图像传感器；控制所述感光单元阵列曝光，并读取所述感光单元阵列的输出，其中，控制同一所述感光单元的感光像素的像素信息分别单独输出；以及根据所述感光单元的感光像素的像素信息进行成像光线区分以获得成像的相位差信息，并根据所述相位差信息进行相位对焦调节。
[0016] 根据本发明的相位对焦方法，基于图像传感器的每个微镜对应一个滤光单元和多个感光像素的结构，将同一感光单元的感光像素的像素信息分别单独输出，在离焦状态时，每个感光单元可以获取不同方向的光线信号，从而为相位对焦提供条件，进而可以获得相位差信息以实现相位对焦。
[0017] 本发明又一方面实施例还提出一种成像装置，该成像装置包括：上述方面的图像传感器；控制模块，所述控制模块根据模式选择指令确定输出模式，控制所述图像传感器的感光单元阵列曝光，并读取所述感光单元阵列的输出，其中，在选择第一输出模式时，所述控制模块控制同一感光单元的多个感光像素的像素信息合并输出。
[0018] 本发明的成像装置，基于图像传感器的每个微镜对应一个滤光单元和多个感光像素的结构，在选择第一输出模式时，控制模块将同一感光单元的感光像素的像素信息合并输出，与相关技术中单个感光单元的输出相比，可以提高成像灵敏度和信噪比，提高画面质量。
[0019] 在本发明的一些实施例中，在选择第二输出模式时，所述控制模块控制同一所述感光单元的多个感光像素的像素信息分别单独输出。
[0020] 在本发明的一些实施例中，在选择第二输出模式时，所述控制模块，根据所述感光单元的多个感光像素的像素信息进行成像光线区分以获得成像的相位差信息，并根据所述相位差信息进行相位对焦调节。
[0021] 本发明的又一方面提出一种终端，该终端包括上述的成像装置。该终端，可以拍照，成像质量提高。
[0022] 本发明又一方面还提出一种成像装置，该成像装置包括：上述的图像传感器；和控制模块，控制所述图像传感器的感光单元阵列曝光，并读取所述感光单元阵列的输出，其中，将同一感光单元的多个感光像素的像素信息分别单独输出，并根据所述感光单元的多个感光像素的像素信息进行成像光线区分以获得成像的相位差信息，根据所述相位差信息进行相位对焦调节。
[0023] 根据本发明的成像装置，图像传感器基于每个微镜对应一个滤光单元和多个感光像素的结构，控制模块将同一感光单元的感光像素的像素信息分别单独输出，在离焦状态时，每个感光单元可以获取不同方向的光线信号，从而为相位对焦提供条件，进而可以获得相位差信息为实现相位对焦提供基础。
[0024] 本发明的再一方面还提出一种终端，该终端包括上述方面的成像装置。该终端，具有相位对焦功能。
附图说明
[0025] 图1是根据本发明的一个实施例的图像传感器的框图；
[0026] 图2是根据本发明的一个实施例的采用拜耳阵列的滤光单元阵列的示意图；
[0027] 图3是根据本发明的一个实施例的采用拜耳阵列的滤光单元阵列的示意图；
[0028] 图4根据本发明的一个实施例的图像传感器的框图；
[0029] 图5根据本发明的一个具体实施例的成像示意图；
[0030] 图6相关技术中的成像示意图；
[0031] 图7根据本发明的一个实施例的图像传感器的像素信息输出方法的流程图；
[0032] 图8中的(1)和(2)是根据相关技术中的成像光线输入示意图；
[0033] 图9是根据本发明的一个实施例的相位对焦方法的流程图；
[0034] 图10是根据本发明的一个实施例的成像装置的框图；以及
[0035] 图11是根据本发明的一个实施例的终端的框图。
[0036] 附图标记：
[0037] 终端2000.成像装置1000，图像传感器100，
[0038] 感光单元阵列10、滤光单元阵列20、第一微镜单元阵列30、第二微镜阵列40、感光像素11、滤光单元21和第一微镜31和第二微镜41、滤光结构22。
具体实施方式
[0039] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0040] 下面参照附图描述根据本发明实施例的图像传感器。
[0041] 图1是根据本发明的一个实施例的图像传感器的示意图，如图1所示，该图像传感器100包括感光单元阵列10、滤光单元阵列20和第一微镜阵列30。
[0042] 其中，滤光单元阵列20设置在感光单元阵列10上；第一微镜阵列30位于滤光单元阵列20之上，每个第一微镜31覆盖一个滤光单元21和一个感光单元，每个感光单元包括多个感光像素11，其中，第一微镜阵列30中包括椭圆形的第一微镜31。
[0043] 概括地说，本发明实施例的图像传感器100中，多个感光像素11组成一组并共用一个第一微镜31，在本发明的一些实施例中，第一微镜阵列30中的全部的或者部分的第一微镜31为椭圆形。将目前的图像传感器内的一个微镜对应一个感光像素的结构，改为一个第一微镜31对应多个感光像素11，且该组即感光单元内的感光像素11对应相同颜色的滤光单元21。
[0044] 在某些实施方式中，滤光单元阵列20包括拜耳阵列(Bayer pattern)。采用拜耳结构能采用传统针对拜耳结构的算法来处理图像信号，从而不需要硬件结构上做大的调整。
[0045] 参照图2和图3所示，在拜耳结构中，2*2个滤光单元21组成滤光结构22，2*2个滤光单元21分别为绿色、红色、蓝色、绿色滤光单元21，在传统感光单元阵列10结构中，每个滤光单元21对应一个感光像素11及图像像素。在本发明的实施方式中，滤光单元阵列20采用拜耳结构，而不同的是，每个滤光单元21对应多个感光像素11例如对应四个感光像素11，即多个感光像素11对应相同颜色的滤光单元21。
[0046] 本发明的图像传感器100，基于每个第一微镜31对应一个滤光单元21和多个感光像素11的结构，为提高画面质量和满足相位对焦条件提供硬件基础。
[0047] 采用多个感光像素11共用一个微镜，虽然可以实现像素合并以及相位检测的功能,但是由于只有一个微镜，汇聚的光线会集中在相邻像素中间，造成相邻像素之间串扰变大，影响相位检测的精度。
[0048] 针对多个感光像素11共用一个微镜实现相位检测功能时,像素之间发生串扰的问题，本申请提出双微透镜设计,避免串扰，提升相位检测的精度。
[0049] 如图4所示，图像传感器100还包括第二微镜阵列40，第二微镜阵列40位于第一微镜阵列30与滤光单元阵列20之间，每个第一微镜31覆盖多个第二微镜41。例如，对于每个感光单元包括2*2个感光像素11，每个第一微镜31覆盖四个第二微镜41，四个第二微镜41与四个感光像素11对应设置；或者，第一微镜阵列30中部分采用椭圆形第一微镜31，每个第一微镜31下面采用两个第二微镜41，或者，第一微镜阵列30中全阵列采用椭圆形第一微镜31，每个第一微镜31下面采用两个第二微镜41。
[0050] 采用双微镜设计,在第一微镜31下面增加第二微镜41，第二微镜41可以起到分光的作用，使透过第一微镜31的光线不会落在多个相邻感光像素11相邻近的边缘地带，而是通过第二微镜41再次进行聚焦后，落在对应的各个感光像素11的中心区域上，从而可以减少相邻感光像素11之间的串扰。
[0051] 如图5所示为根据本发明的一个实施例的成像示意图，其中，4个相邻感光像素11共用一个第一微镜31，并在四个感光像素11上再对应设置四个第二微镜41。图6是相关技术中的成像示意图，其中，一个感光像素11对应一个第一微镜31。而本申请中，如图5所示，通过双微透镜设计，在第一微镜31下对应每一个感光像素11再设置第二微镜41，第二微镜41起到分光的作用，将成像光线再次聚焦至对应的感光像素11的感光区域中心位置,可以减少相邻感光像素11之间的串扰，为提升画面质量以及相位检测的精度提供硬件基础。
[0052] 基于上述对图像传感器的结构描述，下面对本发明一方面实施例提出的图像传感器的像素信息输出方法进行说明。
[0053] 如图7所示，该图像传感器的像素信息输出方法包括以下步骤：
[0054] S1,提供图像传感器。
[0055] S2，根据模式选择指令确定输出模式。
[0056] 在本发明的实施例中，输出模块包括第一输出模式和第二输出模式，其中，第一模式可以理解为针对提高成像灵敏度和信噪比方面提出的输出模式，第二模式可以理解为针对相位对焦和景深信息测试方面提出的输出模式。
[0057] S3，控制感光单元阵列曝光，并读取感光单元阵列的输出，其中，在选择第一输出模式时，将同一感光单元的感光像素的像素信息合并输出。
[0058] 具体地，当同一微镜单元对应的感光单元内的多个感光像素的像素信息合并输出时，相较于一个微镜对应一个感光像素的输出信号，多个例如N个感光像素合并输出信号相当于增加了N倍，由于噪音与信号的平方根成正比，即nosie∝(Signal)1/2，所以信号变为原1/2
来的N倍,噪声只有原来的N 倍，图像的成像灵敏度和信噪比都有相应的提升。
[0059] 如图1和图5所示，其中，一个第一微镜对应一个滤光单元和四个感光像素。如图5所示，其中，一个微镜对应一个滤光单元和一个感光像素，光线透过微镜之后，汇聚于单个感光像素的中心区域。如果图1和图5中四个感光像素的像素信息合并输出，则信号变为图6所示像素结构输出信号的4倍,而噪声只有图6中像素结构的2倍，因而图像的灵敏度和信噪比都有相应的提升，采用双微镜结构，还可以减少感光像素之间的光线串扰，提高成像质量。
[0060] 可以看出，本发明实施例的图像传感器的像素信息输出方法，基于每个微镜对应一个滤光单元和多个感光像素，在选择第一输出模式时，将同一感光单元的感光像素的像素信息合并输出，与相关技术中单个感光单元的输出相比，可以提高成像灵敏度和信噪比，提高画面质量。采用第一微镜和多个第二微镜构成双微镜结构，第二微镜起到分光作用，可以避免相邻像素之间的光线串扰，
[0061] 为了满足相位检测的条件进行相位对焦，在选择第二输出模式时，控制同一感光单元的感光像素的像素信息分别单独输出。进而，根据感光单元的感光像素的像素信息进行成像光线区分以获得成像的相位差信息；根据相位差信息进行相位对焦调节。
[0062] 根据相关知识可知，针对图6所示的像素结构而言，即一个微镜对应一个滤光单元和一个感光像素，在对焦的情况下，如图8(1)所示，成像光线经过微镜聚焦于感光像素上成像，而在离焦的情况下，如图8(2)所示，成像光线发散，每个微镜接收多个方向的光线用于下方对应感光像素的成像,由于同一感光像素不能够区分所接收光线的方向,所以无法满足相对检测的条件。在相关技术中，一般地，为了实现PDAF(Phase Detection Auto Focus，相位检测自动对焦)，通常利用图像传感器内相邻且成对设置的感光像素结构设计(又称遮蔽像素，masked pixels，遮蔽像素结构相较于普通感光像素结构更加复杂，通常需要改变普通感光像素本身结构或者在感光像素结构上单独增加一个光线遮挡部，以使得射向遮蔽像素上的多个方向光线中特定方向上的光线不能到达遮蔽像素的感光部分，而除了特定方向之外的光线则可以到达遮蔽像素的感光部分，换言之，遮蔽像素通常成对、邻近且对称的设置，成对设置的遮蔽像素用于对多个方向的光线进行分离)，将射向成对设置的遮蔽像素上的多个方向上的成像光束分离成比如左、右两部分,通过对比左、右两部分光线成像后的相位差(即通过采集成对设置的遮蔽像素的输出)来计算镜头需要移动的距离。
[0063] 而在本发明的实施例中，基于每个第一微镜覆盖一个滤光单元和感光单元，而每个感光单元包括多个感光像素，即每个第一微镜对应多个感光像素，所以，每个第一微镜接收的多个光线用于多个感光像素的成像,进而通过第二微镜对光线再次聚焦至对应的感光像素上，可以避免感光像素之间的光线串扰。控制同一感光单元的多个感光像素的像素信息分别单独输出，可以获取多个方向的光线信号,可以看出上述结构起到了分离成像光束的作用，进而，可以根据每个感光单元的多个感光像素的像素信息的输出对成像光线进行识别，通过不同方向的光线信号对比可以获取成像图像的相位差信息，进一步地根据相位差信息获得拍摄物体的距离信息，为相位对焦和景深信息测试提供数据基础。显然，本发明实施例中，只需要利用微镜、滤光单元和感光单元的配合设计，就可以实现相对对焦的检测，而无需改变普通感光像素本身结构或者在感光像素结构上单独增加一个光线遮挡部，相对对焦检测的实现方式也更加简单。
[0064] 例如，如图5所示，当每个感光单元的四个感光像素的像素信息分别读出时,根据四个感光像素的像素信息输出可以获取不同方向的光线信号,例如上、下、左、右的光线信号，通过对不同方向的光线信号对比，可以获取整幅图像的相位差信息,进而可以将相位差信息转换为对焦距离信息，根据对焦距离信息调节镜头的位置实现相位对焦。
[0065] 概括地说,本发明实施例的图像传感器的像素信息输出方法，基于每个第一微镜对应多个感光像素的设置,可以实现两种工作状态,一种工作状态是，每个感光单元的多个感光像素的像素信息合并输出,可提升画面质量；另一种工作状态是，每个感光单元的多个感光像素的像素信息单独输出,通过感光像素之间的信息对比获取相位差信息，为相位对焦和景深信息测试提供数据基础。
[0066] 下面对本发明另一方面实施例提出的相位对焦方法进行说明。
[0067] 图9根据本发明的一个实施例的相位对焦方法的流程图，如图9示，该相位对焦方法包括以下步骤：
[0068] S10，提供图像传感器。
[0069] S20，控制感光单元阵列曝光，并读取感光单元阵列的输出，其中，控制同一感光单元的感光像素的像素信息分别单独输出。
[0070] S30，根据感光单元的感光像素的像素信息进行成像光线区分以获得成像的相位差信息，并根据相位差信息进行相位对焦调节。
[0071] 本发明的相位对焦方法，基于每个微镜对应一个滤光单元和多个感光像素，将同一感光单元的感光像素的像素信息分别单独输出，在离焦状态时，每个感光单元可以获取不同方向的光线信号，从而为相位对焦提供条件，进而可以获得相位差信息以实现相位对焦，并且相位检测精度提高。采用第一微镜和多个第二微镜构成微镜单元的双透镜结构，第二微镜起到分光的作用，可以避免相邻像素之间的光线串扰，提供相位对焦精度。
[0072] 下面对本发明再一方面实施例的成像装置进行说明。
[0073] 图10根据本发明的一个实施例的成像装置的框图，如图10示，该成像装置1000包括上述方面的图像传感器100和控制模块200。
[0074] 控制模块200根据模式选择指令确定输出模式，控制感光单元阵列曝光，并读取感光单元阵列的输出，其中，在选择第一输出模式时，控制模块200控制同一感光单元的感光像素的像素信息合并输出。
[0075] 本发明的成像装置1000，基于图像传感器100的结构，控制模块将同一感光单元的感光像素的像素信息合并输出，与相关技术中单个感光单元的输出相比，可以提高成像灵敏度和信噪比，提高画面质量。
[0076] 在本发明的实施例中，在选择第二输出模式时，控制模块200控制同一感光单元的感光像素的像素信息分别单独输出。控制模块200根据感光单元的感光像素的像素信息进行成像光线区分以获得成像的相位差信息，并根据相位差信息进行相位对焦调节。
[0077] 在本发明的又一方面实施例还提出一种终端，如图11示，该终端2000包括上述方面实施例的成像装置1000。该终端2000，可以拍照，成像质量提高，具有相位检测功能，相位检测精度提高。
[0078] 下面参照附图描述根据本发明的又一方面实施例提出的成像装置1000，该成像装置100包括图像传感器100和控制模块200。
[0079] 控制模块200控制图像传感器100的感光单元阵列曝光，并读取感光单元阵列的输出，其中，将同一感光单元的感光像素的像素信息分别单独输出，并根据感光单元的感光像素的像素信息进行成像光线区分以获得成像的相位差信息，根据相位差信息进行相位对焦调节。
[0080] 根据本发明的成像装置1000，基于图像传感器100的结构，控制模块将同一感光单元的感光像素的像素信息分别单独输出，在离焦状态时，每个感光单元可以获取不同方向的光线信号，从而为相位对焦提供条件。
[0081] 下面参照附图描述根据本发明又一方面实施例提出的终端2000，该终端2000包括上述又一方面实施例的成像装置1000。该终端2000，具有相位对焦功能，相位检测精度高。
[0082] 具体地，终端2000可以包括但不限于手机。
[0083] 成像装置1000可以包括手机的前置相机，根据相位差信息获得调焦距离信息，进而可以根据调焦距离信息调节前置相机的距离，实现相位对焦。
[0084] 需要说明的是，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0085] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
