[发明专利]像素阵列上的微透镜阵列设计方法及图像感测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有偏移微透镜阵列的图像感测装置，尤其涉及一种微透镜阵列中微透镜偏移量的计算。

背景技术

随着光电产品诸如数字相机、数字图像记录器、具有图像拍摄功能的手机、以及监视器逐渐普及化，图像感测装置的需求也与日俱增。图像感测装置用于记录来自图像的光学信号的变化并且将光学信号转换成电子信号。在记录及处理上述电子信号之后，便可产生一数字图像。而图像感测装置一般可分为二种主要类型：一种为电荷耦合装置(charge-coupled device，CCD)，而另一种为互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)装置。

图像感测装置通常包括一像素阵列。每一阵列包括一光感测器(photosensor)，用以提供对应照射于光感测器的光强度的一信号。当一图像聚焦于该阵列时，这些信号可用于显示一对应的图像。在传统的技术中，微透镜阵列对应设置于像素阵列上方，用以将光线聚焦于像素阵列上。然而，尽管使用了微透镜阵列，由于微透镜阵列几何排列，大量的入射光线并未能有效地导入光感测器。像素阵列中不同的像素所接收的光线具有不同的主光入射角(chief ray angle，CRA)，其取决于像素阵列中像素的所在位置。举例而言，像素阵列中位于中心的像素所接收的光线的主光入射角为0度，而像素阵列中位于外围的像素所接收的光线的主光入射角增加为25至30度。因此，入射光线对于每一像素/光感测器的强度及聚焦深度会随着光线的主光入射角的改变而有所改变。光线强度及聚焦深度的改变会使像素的阴影效应(shading effect)以及串音(cross-talk)更为严重，如此一来，图像感测装置的信号信噪比(signal to noise ratio，SNR)及光敏性(photosensitivity)会因而降低。

因此，有必要寻求一种新的微透镜阵列设计，其能够增加像素的耦合效率(coupling efficiency)以及降低像素的串音。

发明内容

本发明一实施例为了解决现有技术的问题而提供一种像素阵列上的微透镜阵列设计方法。计算在一像素阵列中一中心像素至每一像素的一径向距离，其中以中心像素作为X-Y坐标的一原点。依据对应的径向距离来决定每一像素的一主光入射角。依据对应的主光入射角来决定相对于对应的像素的一微透镜偏移量。依据对应的微透镜偏移量来排列多个微透镜，以在像素阵列上形成一微透镜阵列。其中，每一微透镜偏移量包含一X轴向偏移量与一Y轴向偏移量，且对应每一微透镜的X轴向偏移率不同于Y轴向偏移率。另外，每一微透镜的X轴向偏移率为对应的X轴向偏移量与对应的偏移的微透镜沿X轴向到原点的距离的比率，而每一微透镜的Y轴向偏移率为对应的Y轴向偏移量与对应的偏移的微透镜沿Y轴向到原点的距离的比率。

本发明另一实施例提供一种图像感测装置，其包括：一像素阵列及一微透镜阵列。像素阵列具有多个像素，而微透镜阵列具有多个微透镜对应配置于像素，其中除了对应于该像素阵列中心像素的微透镜之外，每一微透镜相对于对应的像素偏移一距离，且该距离依据下列方法步骤而决定。计算在一像素阵列中一中心像素至每一像素的一径向距离，其中以中心像素作为X-Y坐标的一原点。依据对应的径向距离来决定每一像素的一主光入射角。依据对应的主光入射角来决定相对于对应的像素的一微透镜偏移量。依据对应的微透镜偏移量来排列多个微透镜，以在像素阵列上形成一微透镜阵列。其中，每一微透镜偏移量包含一X轴向偏移量与一Y轴向偏移量，且对应每一微透镜的X轴向偏移率不同于Y轴向偏移率。另外，每一微透镜的X轴向偏移率为对应的X轴向偏移量与对应的偏移的微透镜沿X轴向到原点的距离的比率，而每一微透镜的Y轴向偏移率为对应的Y轴向偏移量与对应的偏移的微透镜沿Y轴向到原点的距离的比率。

本发明可增加图像感测装置的信号信噪比，提升感测装置的光敏性。

附图说明

图1示出根据本发明实施例的图像感测装置剖面示意图；

图2示出根据本发明实施例的像素阵列上的微透镜阵列设计方法流程图；

图3示出图1中配置于像素阵列中偏移的微透镜平面示意图；

图4示出主光入射角与偏移率的关系曲线图；

图5A示出微透镜阵列中未偏移的微透镜分布；

图5B示出微透镜阵列中根据本发明实施例而偏移的微透镜分布；以及

图6示出根据本发明实施例的具有不同凸面高度的微透镜。

其中，附图标记说明如下：