图像传感器的制作方法

1.本实用新型涉及图像信号控制技术，特别是涉及一种图像传感器。


背景技术：

2.图像传感器通用于各种电子设备及产品，如数字相机、视频监控设备及人脸识别、无人机等各种产品中，用以捕获和识别图像。
3.在现有的拍照技术当中，需要各种优化方案来提升相位对焦技术，最常用的为拜尔阵列的像素阵列如图1所示，图中的g代表着三原色中的green、r代表着red、b代表着blue。因为人的肉眼对绿色最敏感，因此2x2的像素阵列中采用了两个g。
4.对于图1所示的拜尔阵列，其电路图如图2所示，4个光电二极管对应三种颜色的滤镜，通过tx系列传送管控制光电二极管的信号传送至节点fd上，在通过复位晶体管rst用来复位信号，最后通过控制信号rowsel控制像素选择晶体管rs进行行选操作，从而输出像素信息。
5.但是在目前的普通拜尔阵列中插入相位对焦技术，相位对焦性能相对较差，因此，亟需解决该技术缺陷。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种图像传感器，用于解决现有技术中相对对焦性能差的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：
8.像素阵列，包括以拜尔阵列排列的多个像素单元，每个所述像素单元包括以2
×
2结构布局且具有相同颜色的像素点；所述像素阵列中部分像素单元设置为对焦感光像素单元对，其中，所述对焦感光像素单元对包括两个对焦感光像素单元，每个所述对焦感光像素单元至少部分被遮挡，且每个所述对焦感光像素单元对中的所述对焦感光像素单元的被遮挡区域互补，以分别获取所述对焦感光像素单元对中所述对焦感光像素单元的输出值，并基于所述输出值进行对焦控制；
9.行选择控制线，接收控制信号，并根据所述控制信号控制选择需被读取行的像素单元进行像素信号的读出；所述行选择控制线包括第一组行选择控制线和第二组行选择控制线；
10.所述像素阵列包括设置有所述对焦感光像素单元对的对焦像素行，所述第一组行选择控制线用于控制所述对焦像素行中非对焦感光像素单元进行像素信号的读出，所述第二组行选择控制线用于控制所述对焦像素行中所述对焦感光像素单元对进行像素信号的读出。
11.优选地，所述对焦感光像素单元对中的所述对焦感光像素单元之间间隔奇数行。
12.优选地，所述对焦感光像素单元对替换所述拜尔阵列中的蓝色像素或者红色像素
为绿色像素形成。
13.优选地，所述对焦感光像素单元对占据所述像素阵列的3％。
14.优选地，设置有所述对焦感光像素单元对的第n行像素行与第n-2行像素行的所述行选择控制线对称设置，其中，n为大于等于2的正整数。
15.优选地，所述第n-2行像素行对应设置有所述第一组行选择控制线和所述第二组行选择控制线；
16.在所述第n-2行像素行中，所述第一组行选择控制线用于控制与所述第n行像素行中的对非焦感光像素单元位于同一列的像素单元进行像素信号的读出，所述第二组行选择控制线用于控制与所述第n行像素行中的对焦感光像素单元位于同一列的像素单元进行像素信号的读出。
17.优选地，所述第一组行选择控制线输出第一控制信号至第n行像素行和第n-2行像素行，以控制第n行像素行和第n-2行像素行中非对焦感光像素单元进行像素信号的读出；所述第二组行选择控制线输出第二控制信号至所述第n-2行像素行，以控制所述第n-2行像素行中与所述第n行像素行中的对焦感光像素单元位于同一列的像素单元进行像素信号的读出；所述第二组行选择控制线输出第三控制信号至所述第n行像素行，以控制所述第n行像素行中对焦感光像素单元进行像素信号的读出。
18.优选地，所述图像传感器包括正常工作模式和合并读出模式；
19.在所述正常工作模式下，所述第一组行选择控制线用于控制非对焦感光像素单元进行像素信号的读出，所述第二组行选择控制线用于控制对焦感光像素单元进行像素信号的读出；
20.在所述合并读出模式下，所述对焦像素行不进行像素信号的读出，且位于同一像素行且间隔一个像素单元的相邻同色像素单元的像素信号通过同一列传输控制线输出。
21.如上所述，本实用新型的一种图像传感器，具有以下有益效果：
22.本实用新型的图像传感器，通过优化布局的像素阵列和采用两组行选择控制线，实现控制选择需被读取行的像素单元进行像素信号的读出；本实用新型像素阵列中的像素单元布局可以实现更大的像素范围和感光区域，且像素单元包括的四个像素点为采样同一个控制信号，可以极大提升像素处理速度。同时，采用拜尔阵列的排列方式，因此，相位对焦的性能可以大幅度提升。另外，采用横向合并读出binning技术，能够进一步提升像素处理的帧率。
附图说明
23.图1显示为现有技术中的拜尔阵列的布局示意图。
24.图2显示为现有技术中的拜尔阵列的电路结构示意图。
25.图3显示为本实用新型像素阵列中像素单元的布局示意图。
26.图4显示为本实用新型一种实施例中图像传感器的布局结构示意图。
27.图5显示为本实用新型另一种实施例中图像传感器的布局结构示意图。
28.图6显示为图5所述的图像传感器正常工作模式时的时序图。
29.图7显示为图5所述的图像传感器合并读出模式时的时序图。
具体实施方式
30.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
31.请参阅图3-图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
32.本实用新型采样两个控制信号通过时序对像素单元进行分别控制，实现横向的合并读出binning以及相位对焦的控制功能，提升帧率，同时提升相位对焦(phase detection auto-focus，pdaf)性能和提高动态范围。
33.基于上述技术构思，本实用新型提出了图像传感器及其读取控制方法的技术方案以解决现有技术中存在的问题，本实用新型通过以下实施例对本实用新型的技术构思及技术方案进行详细的介绍说明。
34.实施例一：
35.如图4为本实用新型实施例中图像传感器的布局结构示意图。本实用新型实施例结合图4对本实用新型的图像传感器进行详细的介绍。
36.图像传感器包括像素阵列和行选择控制线；
37.像素阵列包括以拜尔阵列排列的多个像素单元，每个像素单元包括以2
×
2结构布局且具有相同颜色的像素点；像素阵列中部分像素单元设置为对焦感光像素单元对，其中，对焦感光像素单元对包括两个对焦感光像素单元，每个对焦感光像素单元至少部分被遮挡，且每个对焦感光像素单元对中的两个对焦感光像素单元的被遮挡区域互补，以分别获取对焦感光像素单元对中对焦感光像素单元的输出值，并基于输出值进行对焦控制；
38.行选择控制线接收控制信号，以控制选择需被读取行的像素单元进行像素信号的读出；行选择控制线包括第一组行选择控制线和第二组行选择控制线；
39.像素阵列包括设置有对焦感光像素单元对的对焦像素行，第一组行选择控制线用于控制对焦像素行中非对焦感光像素单元进行像素信号的读出，第二组行选择控制线用于控制对焦像素行中对焦感光像素单元对进行像素信号的读出。
40.具体的，本实用新型像素阵列包括以拜尔阵列排列的8
×
8的像素单元，每个像素单元如图3所示，为以2
×
2结构布局且具有相同颜色的像素点，分别为绿色(green，g)、红色(red，r)和蓝色(blue，b)。本实用新型的像素阵列的整体阵列高度对称，且像素单元中的管子均采用nmos管，传输速度较快，因此，控制过程中需要高电平使能。
41.具体的，本实用新型中的对焦感光像素单元对中的对焦感光像素单元之间间隔奇数行。在本实用新型实施例中，像素阵列中的第2行第3列(row2，column3)对应的像素单元和第2行第7列(row2，column7)对应的像素单元被设置为对焦像素感光像素单元对。在相位对焦的过程中，两个对焦感光像素单元分别被部分遮挡，例如图4中，第2行第3列(row2，column3)对应的第一对焦感光像素单元的左半边被遮挡，第2行第7列(row2，column7)对应的第二对焦感光像素单元的右半边被遮挡，而第一对焦感光像素单元的左半边遮挡区域和
第二对焦感光像素单元的右半边遮挡区域形成互补，从而得到对焦感光单元的输出值，即第一对焦感光像素单元输出的第一输出值和第二对焦感光像素单元输出的第二输出值，通过第一输出值生成的第一相位值和通过第二输出值生成的第二相位值进行对焦控制。也就是说通过第一输出值实现对焦感光像素单元对的右半边成像和通过第二输出值实现对焦感光像素单元对的左半边成像，基于第一相位值和第二相位值产生相差，然后进行相位偏移实现一步到位的快速对焦。
42.在本实用新型实施例中，被遮挡区域互补的是一个对焦感光像素单元的左半边和另一个对焦感光像素单元的右半边，作为其他实施方式，也可以是对焦感光像素单元对中一个对焦感光像素单元的上半边和另一个对焦感光像素单元的下半边；也可以是一个对焦感光像素单元的四分之一和另一个对焦感光像素单元的四分之三。
43.本实用新型的图像传感器通过优化布局的像素阵列和采用两组行选择控制线，实现控制选择需被读取行的像素单元进行像素信号的读出；本实用新型像素阵列中的像素单元布局可以实现更大的像素范围和感光区域，且像素单元包括的四个像素点为采样同一个控制信号，可以极大提升像素处理速度。同时，采用拜尔阵列的排列方式，相位对焦的性能可以大幅度提升。
44.本实用新型在像素阵列的布局设置中，考虑到绿色感光性好，因此，对焦感光像素单元对替换拜尔阵列中的蓝色像素或者红色像素为绿色像素形成，使得像素阵列中具有更多的绿色像素的感光单元，进一步提高像素阵列的感光性能。
45.由于对焦感光像素单元的存在，使得第n行对应的对焦像素行与第n-2行像素行的色块设置不同，例如图4所示，第2行(row2)像素行与第0行(row0)像素行的色块设置不同，而由于信号线上存在寄生电容，需保持各像素单元的周围环境一致，因此，为了在对像素阵列进行读出时进行更好的优化控制，对第n行对应的对焦像素行与第n-2行像素行均设置了两组行选择控制信号，而为进一步使各像素行在版图上匹配，如图5所示，对所有像素行均设置了两组行选择控制信号，本实用新型对每一行的像素单元采用第一组行选择控制线rs《0:7》和第二组行选择控制控制线rsp《0:7》根据模式需求分别对同一像素行中两个不同的色块进行的单独控制，当然，可选的，也可以在不具有对焦感光像素单元的像素行上设置两组行选择控制线，但在实际信号控制时，只利用一组行选择控制线控制选择被选取的像素行读出像素信号，而另一组行选择控制线悬空。
46.第一组行选择控制对应一个控制信号，具体为第一控制信号dd_rs传输至各像素行对应的第一组行选择控制线rs《0:7》，第二控制信号dd_rsp《0》和第三控制信号dd_rsp《1》分别传输至各像素行对应的第二组行选择控制线rsp《0:7》。
47.具体的，本实用新型中第一组行选择控制线rs接收第一控制信号dd_rs，并根据第一控制信号dd_rs依次控制选择需被读取的第n行像素行和第n-2行像素行中非对焦感光像素单元进行像素信号的读出；第二组行选择控制线rsp接收第二控制信号dd_rsp《0》，并根据第二控制信号dd_rsp《0》控制选择需被读取的第n-2行像素行中与第n行像素行中的对焦感光像素单元位于同一列的像素单元进行像素信号的读出；第二组行选择控制线rsp接收第三控制信号dd_rsp《1》，并根据第三控制信号dd_rsp《1》控制选择需被读取的第n行像素行中对焦感光像素单元进行像素信号的读出。
48.在本实用新型中，设置有对焦感光像素单元对的第n行像素行与第n-2行像素行的
行选择控制线对称设置，其中，n为大于等于2的正整数。本实用新型实施例中，具体通过第0行(row0)和第2行(row2)行选择控制线(rs和rsp)的分布对称，使得版图更匹配。作为其他实施方式，也可以选择第2行(row2)像素行和第4行(row4)像素行的行选择控制线对称设置。
49.本实用新型的图像传感器包括正常工作模式和合并读出模式；
50.在正常工作模式下，第一组行选择控制线rs用于控制非对焦感光像素单元进行像素信号的读出，第二组行选择控制线rsp用于控制对焦感光像素单元进行像素信号的读出；
51.在合并读出模式下，对焦像素行不进行像素信号的读出，且位于同一像素行且间隔一个像素单元的相邻同色像素单元的像素信号通过同一列传输控制线bitline输出。
52.本实用新型基于第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，通过第一组行选择控制线rs《0:7》和第二组行选择控制线rsp《0:7》逐行控制各行像素行的像素单元读出。在本实用新型实施例中，由于对焦感光像素单元的存在，为满足版图匹配，第n行对应的对焦像素行与第n-2行像素行的色块设置不同，因此，通过两组不同的行选择控制信号进行控制，对于其他像素行，虽然为了版图上的匹配性同样保持了采用两组控制信号，但是因为这行的第一控制信号信号相同均是控制所在像素行的所有像素单元，因此可以直接采用其中一个rs控制信号或者rsp控制信号即可。
53.更具体的，在正常工作模式时，各行像素行读出过程分别为：
54.对于第n-2行像素行：第n-2行像素行对应设置有第一组行选择控制线和第二组行选择控制线；第n-2行像素行中，第一组行选择控制线用于控制与第n行像素行中的对非焦感光像素单元位于同一列的像素单元进行像素信号的读出，第二组行选择控制线用于控制与第n行像素行中的对焦感光像素单元位于同一列的像素单元进行像素信号的读出。更具体的，在本实用新型实施例中，在第0行像素行(row0)中，基于第一控制信号dd_rs，第一组行选择控制线中rs《0》控制非对焦感光像素单元(column1、column2、column4、column5、column6、column8对应的像素单元)进行像素信号的读出，基于第二控制信号dd_rsp《0》，第二组行选择控制线中rsp《0》控制对焦感光像素单元(row0/column3对应的像素单元和row0/column7对应的像素单元)进行像素信号的读出。
55.对于第n行像素行：第n行像素行对应设置有第一组行选择控制线和第二组行选择控制线；第一组行选择控制线用于控制对焦像素行中非对焦感光像素单元进行像素信号的读出，第二组行选择控制线用于控制对焦像素行中对焦感光像素单元对进行像素信号的读出。更具体的，在本实用新型实施例中，对焦像素行为第2行(row2)，基于第一控制信号，第一组行选择控制线rs《2》控制非对焦感光像素单元(column1、column2、column4、column5、column6、column8对应的像素单元)进行像素信号的读出，基于第三控制信号，第二组行选择控制线rsp《2》控制对焦感光像素单元(column3对应的像素单元和column7对应的像素单元)进行像素信号的读出。
56.对于其他行(n-1行、n 1行等)像素行：通过第一组行选择控制线或第二组行选择控制线控制对应像素行中的所有像素单元进行像素信号的读出。更具体的，在本实用新型实施例中，第1行像素行(row1)，基于第一控制信号，第一组行选择控制线rs《1》控制所有的像素单元(column1-column8对应的像素单元)进行像素信号的读出。
57.更具体的，在合并读出模式时，对焦像素行不进行像素信号的读出，且位于同一像
素行且间隔一个像素单元的相邻同色像素单元的像素信号通过同一列传输控制线输出；即除了对焦像素不工作外的其他像素行的column1/column3、column2/column4、column5/column7、column6/column8，对应的同一行可以横向binning，采用一个信号控制和输出；例如读取第0行(row0)时，column6/column8的色块的像素值合并读出binning，然后合并读出binning后的数据可以选通从column6或者column8经由列方向的模数转换器(ad6或ad8)输出，剩下一个闲置的模数转换器ad闲置，这样使得列方向数据读出过程中，像素稀疏，数据减半，实现帧率提升。
58.在具体正常工作模式和合并读出模式下的时序控制分别如图6所示和图7所示，需要说明的，图6中虚线代表的是该时序下对应信号可以是低电平，也可以是高电平，且均可以实现本案的技术方案。由于横向合并读出存在对焦像素pdaf与需要合并的像素单元的色块不同，故需控制第2行(row2)无法横向有效合并读出，因此如图7所示，在合并读出模式下，需将第2行(row2)的信号全部关闭。利用两组行选择控制线分别控制对焦感光像素单元和非对焦感光像素单元，使得像素阵列在横向合并读出时，对焦像素行无法打开，相应的，其他像素行均能够通过同一根列线合并读出，得到的像素单元的像素值数据减半，实现帧率提升。
59.在本实用新型中，对焦感光像素单元对占据像素阵列的3％，不会极大的减少像素，即在正常读出图像信息时少了相位对焦pdaf对应的像素单元，但仍可以获取相位信息；横向合并读出时，无法获得相位信息，且获得图像信息时少了一行像素单元，但却能极大提升帧率。
60.实施例二：
61.一种图像传感器的读取控制方法，适用于实施例一中所述的图像传感器，所述方法包括以下步骤：
62.控制所述像素阵列进入对焦模式；
63.接收数字控制电路的输出控制信号，以控制选择需被读取行的像素单元进行像素信号的读出；
64.行选择控制线控制设置有所述对焦感光像素单元的对焦像素行以获得对焦感光像素单元对中像素单元的输出值；其中，控制所述对焦像素行中一个对焦感光像素单元的第一区域进行像素信号的读出并作为第一输出值；控制所述对焦像素行中另一个对焦感光像素单元的第二区域进行像素信号的读出并作为第二输出值；所述第一区域和第二区域为互补区域；
65.根据所述第一输出值和所述第二输出值进行对焦控制。
66.在本实施例中，由于图像传感器已在实施例一中详细介绍，在本实施例中不再进行详细的赘述。
67.本实用新型图像传感器的读取控制方法在对焦模式时，通过两组行选择控制线分别对对焦像素行进行控制，分别通过输出的第一输出值和第二输出值进行对焦控制。通过两组行选择控制线可以对包含对焦感光像素单元的对焦像素行进行单独的控制。
68.作为本实用新型的优选实施方式，根据第一输出值和第二输出值进行对焦控制包括：
69.根据第一输出值生成第一相位值；
70.根据第二输出值生成第二相位值；
71.根据第一相位值和第二相位值进行对焦控制。
72.在获取第一输出值和第二输出值后，可计算生成第一相位值和第二相位值，通过第一相位值和第二相位值的相位差信息，可以转成对焦距离信息，根据对焦距离信息调节镜头的位置实现相位对焦，从而使相位对焦检测的实现更加简单。
73.作为本实用新型实施例的进一步限定，方法还包括：
74.第一组行选择控制线用于控制第n-2行像素行中与第n行像素行中的非对焦感光像素单元位于同一列的像素单元进行像素信号的读出；
75.第二组行选择控制线用于控制第n-2行像素行中与第n行像素行中的对焦感光像素单元位于同一列的像素单元进行像素信号的读出。
76.本实用新型实施例中，在进行读出控制的过程中，对于对焦像素行和为了版图匹配度的非对焦像素行，均是通过第一组行选择控制线对非对焦像素列进行像素信号的读出、通过第二组行选择控制线对对焦像素列进行像素信号的读出。
77.作为本实用新型实施例的优选实施方式，方法还包括：
78.控制像素阵列进入合并读出模式；
79.控制对焦像素行的像素信号的读出通道关闭，且位于同一像素行且间隔一个像素单元的相邻同色像素单元的像素信号通过同一列传输控制线输出，同一列传输控制线为相邻同色像素单元所在的其中一列。
80.本实用新型在进入合并读出模式时，因为对焦像素pdaf与需要合并的像素单元的色块不同，因此，需控制对焦像素行的像素信号的读出通道关闭，而非对焦像素行的同一行间隔一个像素单元的相邻同色像素单元的像素信号通过其中一根列线输出，并闲置另外一个列线，使得列方向的数据读出过程中，列数合并，数据减半，实现帧率的提升。
81.综上，本实用新型通过优化布局的像素阵列和采样两组行选择控制线，实现控制选择需被读取行的像素单元进行像素信号的读出；本实用新型像素阵列中的像素单元布局可以实现更大的像素范围和感光区域，且像素单元包括的四个像素点为采样同一个控制信号，可以极大提升像素处理速度。同时，采用拜尔阵列的排列方式，因此，相位对焦的性能可以大幅度提升。另外，采用横向合并读出技术，能够进一步提升像素处理的帧率。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
82.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。