[发明专利]多通道图像传感器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年2月16日提交的申请号为1102711.7的英国专利申请的优先权，该申请的公开内容通过引用并入于此。

技术领域

本发明涉及对多通道图像传感器的改进或者与其有关的改进，并且具体而言涉及包括复合成像几何的多通道图像传感器。

背景技术

基于固态技术的数字图像传感是公知的，目前最常用的两种类型的图像传感器为电荷耦合器件(CCD)传感器和互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。数字图像传感器被并入在遍及消费、工业和防御以及其他领域的多种设备中。并入了图像传感器的典型消费产品包括例如数字静态照相机、诸如移动电话之类的移动设备、网络摄像头、膝上式计算机和台式计算机、以及视频记录仪。

图像传感器是如下设备，该设备包括一个或多个辐射敏感元件，这些元件具有当辐射入射到其上时改变的电学特性，以及包括将改变的电学特性转换为信号的电路。例如，图像传感器可以包括光电探测器，当辐射入射到其上时生成电荷。该光电探测器可以被设计成：对(人类)可见波长范围或者其它邻近的波长范围(诸如红外或者紫外)中的电磁辐射敏感。提供了如下电路，其用于收集并承载来自辐射敏感元件的电荷，以用于转换成表示入射辐射强度的数值。

典型的，多个辐射敏感元件被设置在阵列中。术语“像素”用作图片元素的简写。在数字图像传感器的上下文中，像素指代图像传感器的一部分，其对表示在阵列上的该点上处的辐射强度的一个数值有贡献。这些像素值被组合，以再现将由传感器成像的场景。多个像素值可以被统称为图像数据。像素通常形成于半导体基底上和/或者半导体基底内。实际上，辐射敏感元件仅包括像素的一部分，以及仅像素表面区域的部分(辐射敏感元件占用的像素区域的比例被称为填充因数)。像素的其它部分被诸如晶体管栅极之类的金属镀层占用。依赖于像素架构，可以将诸如读出电子元件、模数转换电路等的其它图像传感器部件至少部分地提供作为每个像素的一部分。

图像传感器通常被提供在集成电路上或者作为集成电路的一部分。图像传感器还可具有其它部件，诸如红外滤光片、彩色滤光片阵列等。还已知的是，提供具有所谓的微透镜的图像传感器，该微透镜通过在阵列中的每个单独的像素之上的光学透明材料形成，以将光集中到像素的光敏感部分上，而不是将其集中到对光不敏感的部分上。

包括数字图像传感器的图像传感器系统或照相机将包括图像传感器芯片(其可以包括形成在或者设置在其上的微透镜)以及用于操作入射到图像传感器的图像平面上的入射光的光学元件(诸如透镜或者其它波导)。该光学元件被称为物镜光学元件、物镜透镜或简称为“物镜”。

在所有应用领域，存在使得容纳照相机的包装的尺寸最小化的期望。在移动设备领域这一要求尤为紧迫，在这一领域中，不断增多的设备功能数量以及不断增长的功能复杂度的需求导致对节省空间的强烈需求。

在传统的照相机布置中，物镜光学元件产生图像的区域的物理尺寸确定焦距进而确定容纳物镜光学元件的组件的所需高度，该组件称为“光学组件”或者简称为“光学元件”。这一高度在本领域中被称为z高度，x轴、y轴和z轴形成正交轴的集合，并且x方向和y方向在图像传感器的平面中。然而，为了减小照相机的厚度而减小z高度也意味着减少传感器区域，并且进而降低采样图像的分辨率。

为了实现减小的z高度，已知的是使用复合成像几何。不是提供将入射辐射引导到像素阵列上的单个物镜光学元件，而是提供两个或多个物镜，每个物镜将辐射引导到像素阵列的不同子集上。每个物镜光学元件与相关的像素子集一起提供所谓的多通道图像传感器的一个“通道”。例如，如果传感器区域被划分为具有相同尺寸的四个子区域，那么每个子传感器尺寸变为原尺寸的1/2。因此，焦距进而光学高度也减小为原来的1/2。迄今为止已经公开了多种复合成像几何，例如参见美国专利号6137535、6141048以及6765617，以及美国专利申请号2005/0128335，以上专利及专利申请的公开内容通过引用并入于此。

然而，这些方案遭受通道间的视差以及色彩混叠之害。在这些领域的改进是更加期望的，以使用可行的复合成像几何来得到具有减小的z高度的光学系统。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供了一种图像传感器，其包括：像素阵列；包括微透镜阵列的图像传感器光学元件；其中每个微透镜将入射辐射引导到不同的特定像素或者像素的子阵列上；并且阵列中的微透镜的形状和/或位置使得间隔一个的邻近微透镜的视场直到远离该微透镜阵列应用限定的物距才重叠。