CN102710904B - 可产生均匀分辨率的感测影像的感测像素结构及光传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可产生均匀分辨率的感测影像的感测像素结构，用于一光传感器。感测像素结构包含复数个第一感测像素与复数个第二感测像素。复数个第一感测像素的位置对应于一光学镜头的中心区域。每个第一感测像素具有第一像素面积。复数个第二感测像素的位置对应于光学镜头的周缘区域。每个第二感测像素具有第二像素面积。第一像素面积大于该第二像素面积，以使光学镜头的周缘区域，相较于光学镜头的中心区域，对应较多的感测像素，来使光传感器能产生具有均匀分辨率的感测影像。

Description

可产生均匀分辨率的感测影像的感测像素结构及光传感器
技术领域
本发明有关于一种感测像素结构，更明确地说，有关于一种可产生均匀分辨率的感测影像的感测像素结构。
背景技术
请参考图1。图1为现有技术的光传感器100的示意图。光传感器100包含感测像素结构110与光学镜头120。感测像素结构110对应于光学镜头120以设置。更明确地说，感测像素结构110的中心区域对应于光学镜头120的中心区域以设置，感测像素结构110的周缘区域对应于光学镜头120的周缘区域以设置。感测像素结构110用来透过光学镜头120以收光，以产生感测影像SIM。
请参考图2。图2为现有技术的感测像素结构110的结构图。感测像素结构110包含B个感测像素CSU1～CSUB。如图2所示，在现有技术的感测像素结构110中，每个感测像素CSU1～CSUB具有相同的像素面积AREAOLD。也就是说，位于感测像素结构110的中心区域的感测像素(如感测像素CSUX)与位于感测像素结构110的周缘区域的感测像素(如感测像素CSU1、CSUB)具有相同的像素面积AREAOLD。换句话说，光学镜头120的周缘区域与光学镜头120的中心区域所对应的感测像素的数目相同。由于光学镜头120的中心区域的分辨率较光学镜头的周缘区域的分辨率佳，且光学镜头120的周缘区域与光学镜头120的中心区域所对应的感测像素的数目相同，因此感测像素结构110透过光学镜头120收光所产生的感测影像SIM的分辨率不均匀(中心区域的分辨率较周缘区域的分辨率较佳)。举例而言，利用光传感器100感测图3所示的场景P，光传感器100产生如图4所示的感测影像SIM。由图3与图4可看出，在场景P中，周缘区域与中心区域皆具有相同的正方形图案，然而，由于光传感器100的中心区域的分辨率较周缘区域的分辨率较佳，因此造成感测影像SIM的周缘区域的正方形图案失真。由此可知，当使用者欲对感测影像SIM作后续的影像处理时，由于感测影像SIM的分辨率不均匀，因此针对感测影像SIM的中心区域与周缘区域还需要有不同的处理方式。如此，造成使用者于后续处理感测影像SIM时的困难。
发明内容
本发明提供一种可产生均匀分辨率的感测影像的感测像素结构。该感测像素结构用于光传感器该感测像素结构对应光学镜头以设置。该感测像素结构包含复数个第一感测像素，以及复数个第二感测像素。该复数个第一感测像素位于该光传感器的中心区域，以对应该光学镜头的中心区域。该复数个第一感测像素的每个第一感测像素具有第一像素面积。该复数个第二感测像素位于该光传感器的周缘区域。该光传感器的该周缘区域系相对于该光传感器的中心区域，以对应该光学镜头的周缘区域。该复数个第二感测像素的每个第二感测像素具有第二像素面积。该第一像素面积大于该第二像素面积，以使该光学镜头的该周缘区域，相较于该光学镜头的该中心区域，对应较多的感测像素，来使该光传感器的该中心区域与该周缘区域，能产生具有均匀分辨率的感测影像。
本发明另提供一种可产生均匀分辨率的感测影像的光传感器。该光传感器包含光学镜头、以及感测像素结构。该感测像素结构的中心区域对应于光学镜头的中心区域以设置。该感测像素结构的周缘区域对应于该光学镜头的周缘区域以设置。该感测像素结构用来透过该光学镜头以收光，以产生具有均匀分辨率的感测影像。该感测像素结构包含M个感测像素。当该光学镜头的该中心区域的分辨率较该光学镜头的该周缘区域的分辨率佳时，在该M个感测像素中，位于该感测像素结构的该中心区域的感测像素具有较位于该感测像素结构的该周缘区域的感测像素更大的像素面积，以使该光学镜头的该周缘区域，相较于该光学镜头的该中心区域，对应较多感测像素，来使该感测影像具有均匀分辨率。M表示正整数，且M＞1。
附图说明
图1为现有技术的光传感器的示意图。
图2为现有技术的感测像素结构的结构图。
图3为光传感器所感测的场景的示意图。
图4为现有技术的光传感器感测第3图的场景而产生的感测影像的示意图。
图5为本发明的一实施例的感测像素结构的结构图。
图6为本发明的一实施例的光传感器的示意图。
图7为说明设计感测像素结构的中心区域与周缘区域的感测像素的像素面积，以使感测影像具有均匀分辨率的工作原理的示意图。
图8为利用图5的感测像素结构感测图3的场景而产生的感测影像的示意图。
图9为本发明的另一实施例的感测像素结构的结构图。
图10为感测像素结构所产生的感测影像的示意图。
图11为利用图9的感测像素结构所产生的感测影像的各区域的对比度与空间频率之间的关系的示意图。
图12为本发明的另一实施例的感测像素结构的结构图。
其中，附图标记说明如下：
100、500                 光传感器
110、510、910、1210      感测像素结构
120、520                 光学镜头
CSU1～CSUM、CSUB         感测像素
CV1～CV3、CVR1～CVRN     关系曲线
DXY、DXZ                 距离
P                        场景
R1～RN                   区域
SIM                      感测影像
具体实施方式
有鉴于此，本发明提供一种可产生均匀分辨率的感测影像的感测像素结构及光传感器，以利于使用者对感测影像作后续处理。
请参考图5。图5为本发明的一实施例的感测像素结构510的结构图。感测像素结构510用于图6所示的光传感器500。感测像素结构510对应于光学镜头520以设置。更明确地说，感测像素结构510的中心区域对应于光学镜头520的中心区域以设置，感测像素结构510的周缘区域对应于光学镜头520的周缘区域以设置。感测像素结构510用来透过光学镜头520以收光，以产生感测影像SIM。感测像素结构510包含复数个第一感测像素与复数个第二感测像素。复数个第一感测像素位于光传感器500的中心区域(如图5中的感测像素CSUX～CSUX+3)，其位置对应光学镜头520的中心区域，且每个第一感测像素的像素面积为AREAC1。复数个第二感测像素位于光传感器500的周缘区域(举例而言，在图5中，除了感测像素CSUX～CSUX+3外，其它感测像素皆为第二感测像素)，其位置对应于光学镜头520的周缘区域，且每个第二感测像素的像素面积为AREAC2。由图5可看出，第一感测像素的像素面积为AREAC1大于第二感测像素的像素面积为AREAC2。因此，光学镜头520的周缘区域，相较于光学镜头520的中心区域，对应较多的感测像素。在本实施例中，光学镜头520与光学镜头120的结构与工作原理类似，其中心区域较周缘区域的分辨率佳。然而，相较于现有技术的光传感器100，在本实施例中，光学镜头520的周缘区域，相较于光学镜头520的中心区域，对应较多的感测像素。换句话说，在本发明的实施例中，可藉由调整第一感测像素的像素面积与第二感测像素面积，以调整光学镜头520的周缘区域与中心区域所分别对应的感测像素的数目，来达到调整感测影像SIM的周缘区域与中心区域的分辨率的目的。以下将更进一步地说明其工作原理。
请参考图7。图7为说明在本发明的实施例中，设计像素面积AREAC2与AREAC1，以使感测影像SIM具有均匀分辨率的工作原理的示意图。一般而言，影像的分辨率系可以对比度与空间频率的间的关系来表示。举例而言，当空间频率为固定时，若对比度越高，则表示影像的分辨率越高。因此，感测影像SIM具有均匀分辨率表示于感测影像SIM的中心区域中的对比度及空间频率之间的关系与于感测影像SIM的周缘区域中的对比度及空间频率之间的关系大略相同。在图7中，CV1表示当感测像素结构510的中心区域的感测像素的像素面积为AREAC2时，在感测影像SIM中，对应于光传感器500的中心区域的影像的对比度与空间频率之间的关系曲线，其中根据习知技术，影像的对比度可以调制转换函数(Modulation Transfer Function，MTF)来表示，空间频率可以单位距离内线对(line-pair)的数目来表示(在图7中lp/mm表示单位公厘内线对的数目)，故不再赘述。CV2表示当感测像素结构510的周缘区域的感测像素的像素面积为AREAC2时，在感测影像SIM中，对应于光传感器500的周缘区域的影像的对比度与空间频率之间的关系曲线。由于光学镜头520的中心区域的分辨率较周缘区域的分辨率佳，因此造成当感测像素结构510的中心区域的感测像素的像素面积与感测像素结构510的周缘区域的感测像素的像素面积皆为AREAC2时，在感测影像SIM中，对应于光传感器500的中心区域的影像的分辨率较对应于光传感器500的周缘区域的影像的分辨率佳(CV1＞CV2)。此时，若增加感测像素结构510的中心区域的感测像素的像素面积，则可减少光学镜头520的中心区域所对应的感测像素的数目，而使得对应于光传感器500的中心区域的影像的分辨率(CV1)随之减少。由图7可看出，当感测像素结构510的中心区域的感测像素的像素面积增加至AREAC1时，此时对应于光传感器500的中心区域的影像的分辨率(关系曲线CV3)与对应于光传感器500的周缘区域的影像的分辨率(关系曲线CV1)大略相同。换句话说，只要将感测像素结构510的中心区域的感测像素的像素面积设计为AREAC1，且将感测像素结构510的周缘区域的感测像素的像素面积设计为AREAC2，即可使光传感器500产生具有均匀分辨率的感测影像SIM。此时，利用光传感器500感测图3所示的场景P，光传感器500产生如图8所示的感测影像SIM。相较图4中的现有技术的光传感器100所产生的感测影像SIM，在图8中，光传感器100的中心区域的分辨率较周缘区域的分辨率大略相同，因此造成感测影像SIM的周缘区域与中心区域的正方形图案具有相同的失真程度。换句话说，当使用者欲对光传感器500所产生的感测影像SIM进行后续处理时，针对感测影像SIM的中心区域与周缘区域可使用相同的处理方式。
此外，相较于现有技术的感测像素结构110，在感测像素结构510中，系为增加感测像素结构510的中心区域的感测像素的像素面积，且同时维持感测像素结构510的周缘区域的感测像素的像素面积。换句话说，相较于现有技术的感测像素结构110，感测像素结构510具有较少的感测像素(意即M＜B)。因此，利用感测像素结构510，可减少光传感器500之后续处理电路(如读取感测像素的电路)的面积。
请参考图9。图9为本发明的另一实施例的感测像素结构910的结构图。感测像素结构910可用来实施光传感器500中的感测像素结构510。感测像素结构910包含感测像素CSU1～CSUM。如图9所示，在感测像素CSU1～CSUM中，位于感测像素结构910的中心区域的感测像素(如感测像素CSUX)具有较位于感测像素结构910的周缘区域的感测像素(如感测像素CSU1、CSUY、CSUM)更大的像素面积。因此，光学镜头510的周缘区域，相对于光学镜头510的中心区域，对应较多的感测像素。
请参考图10。图10为感测像素结构910所产生的感测影像SIM的示意图。感测影像SIM可区分为区域R1～RN(在图10中，以不同的斜线方向来表示不同的区域)。举例而言，区域R1系由图9中左上角的感测像素所产生的影像而组成；区域R4系由图9中左下角的感测像素所产生的影像而组成。为了使感测影像SIM的区域R1～RN的分辨率皆相同，在设计感测像素结构910时，可设计成越靠近感测像素结构910的中心区域的感测像素的像素面积越大，越远离感测像素结构910的中心区域的感测像素的像素面积越小。更明确地说，在设计感测像素结构910时，可先以类似图7所述的方式决定位于感测像素结构910的中心区域的感测像素(如感测像素CSUX)的像素面积AREAX与位于感测像素结构910的周缘区域的感测像素(感测像素CSUY)的像素面积AREAY。此时，介于感测像素结构910的中心区域与周缘区域之间的感测像素(如感测像素CSUZ)的像素面积AREAZ可根据像素面积AREAX与AREAY，以及感测像素CSUX与CSUY之间的距离DXY与感测像素CSUX与CSUZ之间的距离DXZ所决定。更明确地说，介于感测像素结构910的中心区域与周缘区域之间的感测像素的像素面积AREAZ可根据下式计算：
(AREAX-AREAZ)/(DXZ 2)＝(AREAX-AREAY)/(DXY 2)…(1)。
如此，根据式(1)可内插得到介于感测像素结构910的中心区域与周缘区域之间所有的感测像素的像素面积。此时越靠近感测像素结构910的中心区域的感测像素的像素面积越大，且越远离感测像素结构910的中心区域的感测像素的像素面积越小。因此在光学镜头520中，其分辨率较差的部分(也就是越靠近周缘区域的部分，如对应于区域R1～R4的部分)会对应较多的感测像素，其分辨率较佳的部分(也就是越靠近中心区域的部分，如对应于区域RL～R(L+1)的部分)会对应较少的感测像素。如此一来，可使在感测影像SIM中各区域R1～RN的对比度与空间频率的关系曲线CVR1～CVRN大略相同(如图11所示)。换句话说，感测影像SIM具有均匀的分辨率。
请参考图12。图12为本发明的另一实施例的感测像素结构1210的结构图。感测像素结构1210可用来实施光传感器500中的感测像素结构510。相较于前述的实施例，在本实施例中，假设光学镜头520的周缘区域的分辨率较光学镜头的中心区域的分辨率佳。感测像素结构1210包含感测像素CSU1～CSUM。与感测像素结构910不同的是，在感测像素结构1210中，位于感测像素结构910的中心区域的感测像素(如感测像素CSUX)具有较位于感测像素结构910的周缘区域的感测像素(如感测像素CSU1、CSUM)更小的像素面积。因此，光学镜头510的中心区域，相对于光学镜头510的周缘区域，对应较多的感测像素。在本实施例中，光学镜头520的周缘区域的分辨率较光学镜头520的中心区域的分辨率佳，然而利用感测像素结构1210，光学镜头520的中心区域相较于周缘区域，对应更多的感测像素，因此光传感器500仍可产生具有均匀分辨率的感测影像SIM。
综上所述，在本发明所提供的感测像素结构中，可藉由调整位于感测像素结构的中心区域与周缘区域的感测像素的像素面积，以调整光传感器的光学镜头的中心区域与周缘区域所对应的感测像素的数目，进而使光传感器所产生的感测影像具有均匀分辨率。如此一来，当使用者欲对感测影像作后续处理时，针对感测影像的中心区域与周缘区域可使用相同的处理方式。因此，利用本发明的实施例所提供的感测像素结构与光传感器可减少使用者于后续处理感测影像时的困难。此外，利用本发明所提供的感测像素结构，可减少光传感器的后续处理电路的面积，而节省光传感器的后续处理电路的成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种可产生均匀分辨率的感测影像的感测像素结构，用于光传感器，该感测像素结构对应光学镜头以设置，该感测像素结构包含：复数个第一感测像素，位于该光传感器的中心区域，以对应该光学镜头
的中心区域，该复数个第一感测像素的每个第一感测像素具有第一像素面积；以及
复数个第二感测像素，位于该光传感器的周缘区域，该周缘区域系相对于该光传感器的中心区域，以对应该光学镜头的周缘区域，该复数个第二感测像素的每个第二感测像素具有的第二像素面积；
其中，该第一像素面积大于该第二像素面积，以使该光学镜头的该周缘区域，相较于该光学镜头的该中心区域，对应较多的感测像素，来使该光传感器的该中心区域与该周缘区域，能产生的具有均匀分辨率的感测影像；
其中该光学镜头的该中心区域的分辨率较该光学镜头的该周缘区域的分辨率佳；
其中该感测影像的中心区域对应于该光传感器的该中心区域，该感测影像的周缘区域对应于该光传感器的该周缘区域；该感测影像具有均匀分辨率表示于该感测影像的该中心区域中的对比度及空间频率之间的关系与于该感测影像的该周缘区域中的对比度及空间频率之间的关系大略相同。
2.一种可产生均匀分辨率的感测影像的光传感器，包含：
光学镜头；以及
感测像素结构，该感测像素结构的中心区域对应于光学镜头的中心区域以设置，该感测像素结构的周缘区域对应于该光学镜头的周缘区域以设置，该感测像素结构用来透过该光学镜头以收光，以产生具有均匀分辨率的感测影像，该感测像素结构包含M个感测像素；
其中当该光学镜头的中心区域的分辨率较该光学镜头的该周缘区域的分辨率佳时，在该M个感测像素中，位于该感测像素结构的该中心区域的感测像素具有较位于该感测像素结构的该周缘区域的感测像素更大的像素面积，以使该光学镜头的该周缘区域，相较于该光学镜头的该中心区域，对应较多的感测像素，来使该感测影像具有均匀分辨率；
其中M表示正整数，且M>1；
其中该感测影像具有N个区域，该感测影像具有均匀分辨率表示该N个区域的每个区域的对比度与空间频率之间的关系大略相同；
其中N表示正整数，且N＜M。
3.如权利要求2所述的光传感器，其中当该光学镜头的该周缘区域的分辨率较该光学镜头的该中心区域的分辨率佳时，在该M个感测像素中，位于该感测像素结构的该中心区域的感测像素具有较位于该感测像素结构的该周缘区域的感测像素更小的像素面积，以使该光学镜头的该中心区域，相较于该光学镜头的该周缘区域，对应较多的感测像素，来使该感测影像具有均匀分辨率。
4.如权利要求2所述的光传感器，其中该N个区域的每个区域的对比度可以调制转换函数来表示，该N个区域的每个区域的空间频率可以单位距离内线对的数目来表示。
5.如权利要求2所述的光传感器，其中当该光学镜头的该中心区域的分辨率较该光学镜头的该周缘区域的分辨率佳时，在该M个感测像素中，越靠近该感测像素结构的该中心区域的感测像素的像素面积越大，越远离该感测像素结构的该中心区域的感测像素的像素面积越小。
6.如权利要求2所述的光传感器，其中该M个感测像素的第X个感测像素位于该感测像素结构的该中心区域，该M个感测像素的第Y个感测像素位于该感测像素结构的该周缘区域，该M个感测像素的第Z个感测像素的像素面积与该M个感测像素的该第X个感测像素及该M个感测像素的该第Z个感测像素之间的距离、该M个感测像素的该第X个感测像素及该M个感测像素的该第Y个感测像素之间的距离、该第X个感测像素的像素面积以及该第Y个感测像素的像素面积有关，X、Y、Z皆表示正整数，且X≦M，Y≦M，Z≦M。
7.如权利要求6所述的光传感器，其中当该光学镜头的该中心区域的分辨率较该光学镜头的该周缘区域的分辨率佳时，该M个感测像素的该第Z个感测像素的像素面积可以下式表示：
(AREAX–AREAZ)/(DXZ 2)＝(AREAX–AREAY)/(DXY 2)；
其中AREAX表示该M个感测像素的该第X个感测像素的像素面积，AREAY表示该M个感测像素的该第Y个感测像素的像素面积，AREAZ表示该M个感测像素的该第Z个感测像素的像素面积，DXY表示该M个感测像素的该第X个感测像素与该M个感测像素的该第Y个感测像素之间的距离，DXZ表示该M个感测像素的该第X个感测像素与该M个感测像素的该第Z个感测像素之间的距离。
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