TW201333537A - 感光裝置與光學設定方法 - Google Patents

Abstract

一種感光裝置包括一感光像素陣列以及多個微光學元件組。感光像素陣列是由多個陣列元所組成，每一個該陣列元都有一至多個感光像素。該些微光學元件組分別對應該些感光像素配置。每一個該微光學元件組相對於對應的該感光像素有一偏移向量。感光像素陣列有一參考原點。以參考原點為起始，在互為相反方向的兩個徑向軸上，於相同像高對應的兩個該感光像素的兩個該微光學元件組有不對稱的兩個該偏移向量。

Description

感光裝置與光學設定方法

本發明是有關於感光裝置與光學設定方法。

感光裝置一般至少可以用來感應外部的一影像，其例如照相機的感光單元，將外部影像利用光學元件縮小到對應感光裝置的一感光有效範圍以進行感光。

感光裝置一般包括感光像素陣列，其由多個陣列元所組成，更例如是組成一長方形的感光有效範圍。每一個陣列元都有一或多個感光像素，對應不同的顏色成分。這些不同顏色的感光像素組成一實際色彩的一個像素。

圖1繪示傳統感光像素陣列的結構示意圖。參閱圖1，一個感光像素陣列100有一參考原點90，其即是X軸92與Y軸94的交叉點，或是該感光像素陣列100之光學中心點。感光像素陣列100有多個陣列元102，其依照解析度分佈於一個例如是長方形的區域上。每一個陣列元102都有一至多個感光像素，譬如是對應不同的顏色成分的多個感光像素104，其例如對應紅、綠、藍的三種顏色的三個感光像素104，但是陣列元102的感光像素104不僅限於紅、綠、藍的方式。

就每一個感光像素104，為了能進一步聚集影像光而入射到感光元件，每一個感光像素104還會對應配置一個微透鏡120(micro lens,ML)對像素產生進一步聚集光效 果。

對於微透鏡120的傳統配置方式其一是在感光像素陣列100的每一個感光像素104，其微透鏡120都是維持相同的配置方式。由於外部的入射光線會被光學元件聚焦到感光像素陣列100，對於感光像素陣列100的中心區域與邊緣區域的入射光角度會不同。如果微透鏡120與感光像素104維持為相同的配置方式，則會有感光效率不均勻的現象。

本發明調配微光學元件相對感光像素的位置，至少能減少感光效率不均勻的現象。

本發明一實施例提供一種感光裝置包括一感光像素陣列以及多個微光學元件組。感光像素陣列是由多個陣列元所組成，每一個該陣列元都有一至多個感光像素。該些微光學元件組分別對應該些感光像素配置。每一個該微光學元件組相對於對應的該感光像素有一偏移向量。感光像素陣列有一參考原點。以參考原點為起始，在互為相反方向的兩個徑向軸上，於相同像高對應的兩個該感光像素的兩個該微光學元件組有不對稱的兩個該偏移向量。

本發明一實施例提供一種光學設定方法，可以使用於一感光像素陣列。感光像素陣列由多個陣列元所組成，每一個該陣列元都有一至多個感光像素；以及多個微光學元件組分別對應該些感光像素配置。光學設定方法包括對每 一個該微光學元件組相對於對應的該感光像素設定有一偏移向量，其中從該感光像素陣列的一參考原點為起始，在互為相反方向的兩個徑向軸上，於相同像高對應的兩個該感光像素的兩個該微光學元件組設定有不對稱的兩個該偏移向量。

本發明之另一實施例提供一種光學設定方法，包括：獲得一感光像素陣列不同像高之光入射角資料；依照該光入射角資料以及該感光像素陣列之一實際結構，在滿足一預設影像品質之條件下，得到該感光像素陣列當中之多個參考感光像素所對應之多個微光學元件組之多個參考偏移量；以及針對該感光像素陣列之其他感光像素，依據該些其他感光像素之位置與該些參考感光像素之位置以及該些參考偏移量，獲得該些其他感光像素所對應之多個微光學元件組之多個參考偏移量。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖2繪示一範例之微光學元件組與感光像素的配置關係示意圖，用以解釋微光學元件之位置對於感光像素之感光程度的影響。

參閱圖2，在一感光像素陣列100中區相鄰的兩個感光像素104為例來說明，而感光像素104例如也有內部的x_i軸與y_i軸，其交叉點代表感光像素104個別的原點116 位置。一個感光像素104例如包含多晶矽元件106、多層的金屬走線(metal routing)結構，其包括複數個金屬層，例如是第一金屬層108(M1)與第二金屬層110(M2)、閘極結構112、感光元件114，其實例如是感光二極體(photodiode；PD)。此外，對應感光像素104更配置微光學元件組200，以接受對應此感光元件114的光。微光學元件組200包括一至多個微光學元件，舉例而言，一般會包括微透鏡(ML)、或彩色濾光元件、或光繞射元件，或是其他種類可導引或改變光線行進方向之之微光學元件，或是當中兩者以上之組合。

於本範例中，每一個微光學元件組200在位置調整時，係安排為與其所對應的感光像素104的位置一致(在此的位置係指xy平面上的位置)。

然而，由於感光像素104中的各種元件的相互配置位置在不同的感光像素104未必都相同，這些元件對於在不同位置入射的光例如因其入射角度的不同會造成不同程度的遮蔽效應，這會導致不同像素中的感光元件具有不同的感光程度。因此，以下將進一步說明，在下述實施例中，會考慮到陣列上不同位置之光入射角，來對微光學元件組200相對感光像素104進行適當偏移，以改善感光像素陣列100之感光均勻度。

圖3A繪示依據一範例，微光學元件組與感光像素間的配置關係之偏移機制示意圖。微光學元件組200包括一至多個微光學元件，譬如可包括微透鏡、彩色濾光元件、 繞射元件、其他可導引光線之微光學元件當中至少之一者，或是至少兩者以上之組合。在圖3A中，微光學元件組200包括微透鏡120與彩色濾光元件118來舉例說明，但不限於此。如圖3A所示，微光學元件組200隨其所處的位置而相對感光像素104之位置有一偏移(shift)。

圖3B繪示依據一範例，考慮如果微光學元件組偏移向量是在對稱設置下，其所產生感光不均勻之原理示意圖。參閱圖3B，對於互為相反方向的兩個徑向軸上，於相同像高所對應的兩個感光像素104a、104b，從其剖面的疊層結構來看是相同，然而相對於感光像素陣列之參考原點卻並非對稱。另外，金屬走線M1與M2本身對於感光像素本身亦可能是不同的結構。

然而，位於互為相反方向的兩個徑向軸且同一像高上之兩個微光學元件組200，若僅簡單地做對稱偏移(偏移量之大小相同但方向相反)，則進入感光二極體PD的光線例如被金屬走線M1與M2的遮蔽程度會不同，因而造成感光程度的不均勻。換言之，由於感光像素104之實際結構會導致不同像素中的感光元件具有不同的感光程度，故若僅將微光學元件組作對稱偏移，亦即雖考慮入射角之因素卻不考慮實際結構，仍會造成感光不均勻之問題。

在下述實施例中，會考慮感光像素之實際結構以及不同位置之光入射角，來對微光學元件組200相對感光像素104進行適當偏移，以改善感光像素陣列100之感光均勻度。更具體言之，在對微光學元件組進行適當之偏移的過 程中，是在感光像素陣列之實際結構下，針對不同位置之光入射角度進行模擬，以求得微光學元件組之偏移量。

圖4繪示依據本發明一實施例，光學設定方法的流程示意圖。參閱圖4，於步驟S100，獲得感光像素陣列之不同位置光入射角度之資料，此資料譬如表示為像高與光入設角度間之關係。此資料可由鏡頭(或稱取像透鏡單元)供應商提供，或藉由配置鏡頭於感光像素陣列之晶片上，經由實際量測而得。於步驟S102，選擇至少2個不同方位角之參考軸，且在該至少兩個參考軸上選擇出不同像高的多個參考感光像素。繼而可在實際結構下，針對參考感光像素依照其對應的光入射角度進行模擬，以在滿足預設影像品質之條件下，得到對應的微光學元件組的參考偏移向量。於步驟S104，對於非參考軸上的其他感光像素，依據該些參考感光像素之該些參考偏移向量，該些參考感光像素以及該些其他感光像素各自之位置，來決定該些其他的感光像素的微光學元件組的偏移向量。其中，於進行此步驟時，可更將偏移向量轉換成X軸偏移量與Y軸偏移量。以下進一步對各步驟進行詳細說明。

首先，關於步驟S100，當要調整每一個微光學元件組200相對感光像素104的偏移位置時，必須先獲得針對不同位置的微光學元件組200所接收到之入射光之角度之相關資料。

圖5A繪示於一範例中入射光角度與感光像素的關係示意圖，以說明感光像素陣列100之光入射角度。參閱圖 5A，一取像透鏡單元132係安置在整個電路疊層130上，對應每一個感光像素會例如有微透鏡120以及彩色濾光元件118。取像透鏡單元132接收影像光後，會經過微透鏡120以及彩色濾光元件118而成像於電路疊層130上。如圖5A所示，入射光角度可以θ表示。因此，在利用如5A之裝置下，並透過實際上的量測可以獲得光入射角之資料。一般而言，可由鏡頭供應商獲得光入射角資料。

圖5B繪示於一範例中，圖5A之入射光角度θ與像高的關係的特徵函數示意圖。參閱圖5B，水平軸是影像高度(Image height，IH)參數，又稱像高，又稱徑向值，其代表一感光像素陣列之參考原點或光學中心點(譬如在圖1中為參考原點90)起始的像高，像高值愈大代表愈遠離參考原點90。縱軸是代表像高對應的入射光角度θ。如圖5B所示，對於像高為零的感光像素，其入射光角度θ是零度；而當像高值愈高時，入射光角度θ會愈大。一般而言，於步驟S100中，可獲得如圖5B之特徵函數資料。

請轉回參考圖4，接下來進行步驟S102。依據不同的方位角選擇至少2個參考軸，且在該至少兩個參考軸上選擇出不同像高的多個參考感光像素。繼而可針對參考感光像素依照其對應的光入射角度進行模擬，以在符合預設影像品質之條件下，得到微光學元件組的參考偏移向量。

圖6繪示依據本發明一實施例，不同位置上之微光學元件組與感光元件的相對位置示意圖，用以解釋圖4之步驟S102。參閱圖6，本實施例的微光學元件組以微透鏡120 的位置為例，感光像素104以感光元件114為例來說明，然不限於此。換言之，於此實施例中，微光學元件組200是以微透鏡120相對感光元件114的偏移為例來說明。而微光學元件組200相對感光像素所需要的偏移量可由一偏移向量來代表。對於感光像素陣列100，從參考原點90為起始，在相同像高又或是相同像高構成一個圓環，在圓環上不同位置的感光像素會有不同的方位角(polar angle)。

首先，可取複數個(譬如8個)徑向軸當作參考軸，並且在此參考軸上選擇出多個感光像素當作參考感光像素，繼而可獲得每一個的微光學元件組200相對於對應的參考感光像素的一偏移向量，當作參考偏移向量，以決定微光學元件組200的偏移位置。該偏移向量可依照感光像素的實際結構搭配所需要的光入射角度進行模擬所得到，因此其偏移向量係當作參考偏移向量。參考軸上的感光像素的微光學元件組的微透鏡120相對感光元件114的偏移方向如實線箭頭代表，另外虛線箭頭代表光線入射方向。

更具體言之，在對每一參考感光像素進行微光學元件組之位置之調整時，需依據參考感光像素所在位置的像高，參考如圖5B所示之特徵函數而獲得對應的入射光角度，進而可在感光像素之實際結構下，依據該所對應的入射光角度，進行模擬。而在模擬過程中，藉由調整參考感光像素之參考偏移量，直到滿足預設的影像品質條件，就能獲得參考感光像素之微光學元件組之適當參考偏移向量。

圖7繪示依據本發明一實施例，其中任一參考感光像素之參考偏移向量示意圖，用以解釋參考偏移向量之模擬過程。參閱圖7，對於在座標點為(x1,y1)的感光感光像素104，其微光學元件組200的參考偏移向量dr 300可以分解為x分量dx與y分量dy。根據偏移向量dr 300，微光學元件組200的結構中心點從(x1,y1)偏移到座標點(x2,y2)。其中，數學式(1)至(4)表示其間的關係： (1)；(2)dr=f(r)=a _n ．r ⁿ +a _n-1．r ^n-1+a _n-1．r ^n-2+...+a ₀；(3)dx=dr．cos(θ)=dr．x/r；(4)dy=dr．sin(θ)=dr．y/r，其中x/r的幾何關係是cos(θ)，y/r的幾何關係是sin(θ)。

若以8個參考軸且8個參考感光像素為例，因此會需求得：(5)dr ₁=a _n ．r ⁿ +a _n-1．r ^n-1+a _n-2．r ^n-2+...+a ₀；(6)dr ₂=b _n ．r ⁿ +b _n-1．r ^n-1+b _n-2．r ^n-2+...+b ₀…；(7)dr ₈=a _n ．r ⁿ +h _n-1．r ^n-1+h _n-2．r ^n-2+...+a ₀。 換言之，步驟S102之具體過程譬如包括：針對需要的入射光角度模擬掃點，繼而依據預設的影像品質條件篩選出參考感光像素的偏移量。接下來，再經由譬如是曲線近似法(curve fitting)來決定最終的參考偏移量，同時也就決定了a _n ~a ₀、b _n ~b ₀…以及h _n ~h ₀。最後，根據dr _i ，就可以跟據幾何關係，將dr _i 分為dx _i 與dx _i (其中i=1~8)。

步驟S102中所欲達到的預設的影像品質條件譬如可包括下列條件當中至少之一者：GR跟GB感光像素的響應在任一個區域內差異性不能太大，譬如是3%以內，以避免影像上產生迷宮圖案。任一感光像素在同一像高位置響應差異性不能太大，以避免透鏡遮蔽修正(Lens Shading Correction,LSC)無法校正，進而造成局部色偏。整個影像上任一位置之R/G與B/G比例應盡量一致，以避免局部色偏。此外，於其他實施例中，設計可根據實際之需求，預先設定品質條件，以篩選出適當的參考偏移向量。

值得注意的是，上述的影像品質條件也可以包含PD響應值。換言之，當微光學元件經過適當的偏移後，感光像素陣列的PD響應值可以滿足一預設的PD響應值之分佈。較佳地，可安排於此預設的PD響應值之分佈中，PD響應值係隨像高而衰退，且衰退的趨勢符合後端影像處理電路之LSC增益範圍內。

圖8繪示依據本發明一實施例，感光二極體PD與LSC的增益(gain)相對像高(IH)的響應(response)示意圖，用以說明如何決定該預設PD響應值之分佈。

參閱圖8，一般在設計初期會需要考慮模擬完成之後的感測遮蔽的響應。就一般現象，LSC增益係安排為隨像高而變大，因此可安排像高愈高則感光二極體PD的響應愈低。此外，此PD響應可安排為呈現一個趨勢，例如是n次方函數的衰減，n一般為介於2到4之間，使其衰減趨勢為補償LSC增益倒數之範圍內。換言之，LSC增益值與PD響應值相乘後，可以趨向水平的虛線，則影像上看起來就不會有暗處，這是因為任一像高的響應經修正後都是相等。因此於一實施例中，對於在不同像高的感光二極體，可於模擬設計中，使PD響應因應像高來作變化，並能與LSC增益互相補償，藉以得到較為均勻的響應值，進而提升感應的影像品質。

值得注意的是，在選擇參考軸的過程中，參考軸的數量可依需求的精度而定。通常對於一個要考慮的區域，至少會二個參考軸以供插補計算。以圖6為例，要提高插補的精度，其依照方位角的範圍，可以區分為多個區域，例如分為8個區域，而每一個區域例如由在邊界的兩個參考軸來決定其對應區域的偏移向量的插補。然而就實際一般性而言，參考軸可以不需安排於區域的邊界。

圖9繪示依據本發明一實施例，參考軸的選擇方式示意圖。參閱圖9，基於例如模擬所耗費時間的考量，對於參考軸的選擇密度可以依實際需要調整，間隔也不必是線性分佈。參考軸90a、90b、90c、90d、90e、90a’、90b’、90c’、90d’、90e’的選擇，其方位角例如可以是在0度、90 度、180度，270度以及角點角度的角度，然而也可以在其它的方位角上，且不必有固定的角度間隔。對於像高的選擇也相似不必是線性分佈。

圖10繪示依據本發明一實施例，參考感光像素的分佈示意圖。參閱圖10，水平軸是像高以百分比表示，縱軸是偏移量。每一條曲線對應一個方位角的參考軸。圓點代表模擬的參考感光像素，其都有對應的偏移向量值。根據模擬的偏移向量來調整，可以提升均勻度。

接下來，請轉回參考圖4。於步驟S104中，針對其它不在參考軸上的感光像素的微光學元件組200的偏移向量，可依據該感光像素附近之參考感光像素之參考偏移量來得到。舉例而言，可由其所在的位置，包括像高與方位角相對於鄰近的參考感光像素的參考偏移向量做插補所得，其更例如是藉由外部的模擬系統作內插或是外插計算所得到。其他如曲線近似(curve fitting)法，或是可依據部分位置之偏移量而得到其他位置之偏移量之數學方法，亦可根據需要而加以採用。

圖11繪示依據本發明一實施例，偏移向量的插補機制示意圖。參閱圖11，從參考原點(x0,y0)例如取兩個參考軸310、320。在參考軸310、320上分別有多個參考感光像素，其每一參考感光像素也有一個參考偏移向量。於本實施例，參考軸310的方位角例如是θ₀，參考軸320的方位角例如是90度。對於不在考軸310、320上的感影像素，例如是在(x5,y5)的感影像素，即是插補點322，其有像高 r以及方位角θ，且在參考軸310與參考軸320的相關的感影像素例如是在座標(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)的四個感影像素，其分別有參考偏移向量以Shift1、Shift2、Shift3、Shift4表示。在(x1,y1)與(x3,y3)的感影像素是相同的像高，在(x2,y2)與(x4,y4)的感影像素是相同的像高，但是不同於前者。因此在(x5,y5)的感影像素的偏移向量Shift5可以根據參考偏移向量Shift1、Shift2、Shift3、Shift4做插補，其例如可以藉由內插或外插。例如先插補出在此方位角θ上的偏移向量，再根據其像高r再做第二次插補得到偏移向量Shift5。實際插補的方式可以依照所選取的方式進行，不限定於上述方式。關於差補方式之一具體範例係說明如下。首先依據預設之影像品質條件，透過模擬而決定參考偏移向量Shift1、Shift2、Shift3、Shift4。再計算像高r=((x3-x0)²+(y3-y0)²)^1/2來判斷偏移向量Shift5是位於兩個虛線區域當中何者，譬如是位於Shift1和Shift2~Shift4包圍的虛線區域內。接下來，可計算任一非模擬點之角度θ=arctan(y5/x5)。接下來，藉由偏移向量與角度θ之關係，先使用偏移向量shift2與shift4來進行內插，以求得shift(i)=shift2+((shift4-shift2)/90-θ ₀)×(θ-θ ₀)，以及使用偏移向量shift1與shift3來進行內插，以求得shift(j)=shift1+((shift3-shift1)/90-θ ₀)×(θ-θ ₀)。最後，即可使用shift(i)與shift(j)在像高r的位置內插出shift5=shift(i)+((r-ri)/(rj-ri)×(shift(j)-shift(i)))，其中rj 與ri分別為shift(i)與shift(j)之像高。另外，可更獲得偏移向量shift5之X軸偏移量(=shift5^＊cos θ)與Y軸偏移量(=shift5^＊sin θ)。

綜合上述，在針對需要的入射光角度模擬掃點後，可根據影像品質條件初步篩選出參考感光像素的偏移量。繼而再經由譬如是曲線近似法，決定最終之參考偏移量，其中參考偏移量可分為x方向之偏移量與y方向之偏移量。接下來，其他任一感光像素的x方向之偏移量與y方向之偏移量，就可以再根據各參考感光像素在感光像素陣列上的方位角與像高之關係插點而得，最後擴張成完整的感光像素陣列之各個感光像素之偏移量

依照圖4所示之實施例，參考軸的參考感光像素的參考偏移向量是根據像素陣列的實際結構的模擬所得，繼而可根據參考偏移向量來獲得其他像素之偏移向量。特別注意的是，由於在相同像高(相同像高)上，不同方位角上的每一感光像素會有不同之實際結構(例如圖2所示)，因此經過模擬後，在互為相反方向的兩個徑向軸上，於相同像高處的兩個感光像素的兩個微光學元件組，會得到不對稱的兩個偏移向量。在此所謂的不對稱代表大小不同，及/或方向不為反向，換言之，並非大小相同方向反向之關係。例如以參考軸1與參考軸3來比較，其兩個偏移向量實質上是不對稱；同理，例如參考軸6與參考軸8等的兩個偏移向量實質上也是不對稱。

圖12繪示依據本發明一實施例，不對稱偏移向量得 機制示意圖。參閱圖12，其與圖6有相似的情形，對於感光像素陣列100中，此參考原點90為起始的徑向軸，在互為相反方向的兩個徑向軸上，例如徑向軸300a相對於徑向軸300b或是徑向軸302a相對於徑向軸302b，且在相同像高例如像高是在60%的圓圈上的兩個感光像素，其兩個微光學元件組有不對稱的兩個偏移向量。對於非參考軸上的感光像素，其偏移向量是經由插補方式所得到，其也有上述不對稱的特性。

綜上所述，基於至少上述的因素，本發明的實施例依照感光像素的實際結構對應其所要的入射角進行實際模擬，得到模擬的參考偏移向量，其如圖6與圖12所示，相對的一對感光像素的參考偏移向量不會都對稱，進而插補的偏移向量也不會都對稱。

值得注意的是，關於相同一個陣列元的感光像素的微光學元件組，其偏移向量相對於感光像素的偏移向量可以都相同但是也可以不同。針對相同一個陣列元中的不同感光像素，偏移向量例如是以共通的一主偏移向量再分別加上一次偏移向量。而此次偏移量可相等(譬如皆等於零)，或不相等。對於陣列元的感光像素之間的微調，例如可以減少因為波長焦距不同所造成的色偏或是混色(crosstalk)。

圖13繪示依據本發明一實施例，微光學元件組的偏移示意圖。參閱圖13，本實施例的微光學元件組在相同一個陣列元102的每一個感光像素都相同。一個陣列元102例如由一至多個感光像素(譬如四個)感光像素所組成，例 如依照彩色濾光元件的顏色光分別針對所要的彩色成分感光。陣列元102相對參考原點O是徑向向量r，對於每一個感光像素104，其微光學元件組例如包括彩色濾光元件118與微透鏡120。彩色濾光元件118與微透鏡120二者可以同時偏移或是僅其中一者偏移即可，又或是二者各有不同的偏移。本實施例以微透鏡120有偏移，而彩色濾光元件118維持不偏移為例。每一個微透鏡120的偏移向量140相對於感光像素104的中心點都是相同。

圖14繪示依據本發明一實施例，微光學元件組的偏移示意圖。參閱圖14，本實施例的偏移向量對於陣列元102的多個感光像素不需要全部相同。對於其一者的感光像素104a，其偏移向量140可以由一個主偏移向量142加上一個次偏移向量144所決定。就進行模擬以決定參考偏移向量而言，依照模擬所採用的機制，其除了可以對每一個感光像素直接進行模擬，也可以先對針對陣列元為單元做初步模擬。初步模擬結果可以當作主偏移向量。如果無需考慮陣列元中每一個感光像素之間的差異，則主偏移向量即是所要的偏移向量。然而如果考慮陣列元中每一個感光像素之間的差異，其可以再經由次偏移向量144做微調。也就是說對於另一個感光像素104b，其不同的偏移向量140可以由相同的主偏移向量142加上不同調整次偏移向量144所得到的，來調整每一個微光學元件組200的偏移。同樣地，彩色濾光元件118與微透鏡120二者可以同時偏移或是僅其中一者，根據偏移向量144偏移即可，又或是 二者各有不同的偏移。。

圖15繪示依據本發明一實施例，微光學元件組的偏移示意圖。感光像素的內部座標是以x_i軸與y_i軸來描述，其交叉點就是感光像素的預定設計位置。一個陣列元例如也是由四個感光像素所組成，其例如是藍色B，綠色G，綠藍色GB、綠紅色GR。於本實施例中，例如微光學元件組200的微透鏡120相對感光像素有不同偏移向量而彩色濾光元件118沒有偏移或是有相同的偏移。又，微光學元件組200中有偏移的元件也不限於所舉實施例。

圖16繪示依據本發明一實施例，微光學元件組的偏移示意圖。參閱圖16，本實施例例如是微光學元件組200的彩色濾光元件118與微透鏡120都有偏移。箭頭142代表主偏移向量142，其是共用的。箭頭144例如是代表微光學元件組200的其中一個組件例如是微透鏡120的次偏移量142，箭頭140是相加得到所要的偏移向量140。另外，粗箭頭140’代表微光學元件組200的其中另一個組件例如是彩色濾光元件118的次偏移量144’加上主偏移向量142得到所要的偏移向量140’。又，微光學元件組200中有偏移的元件也不限於所舉實施例。

圖17繪示依據本發明一實施例，光學設定方法的流程示意圖。參閱圖17，步驟S200，獲得感光像素陣列不同像高之光入射角度資料。於步驟S202，在實際結構下，依照步驟S200所獲得之光入射角度進行模擬，以在滿足預設影像品質之條件下，得到微光學元件組之參考偏移向 量，其中對於一個陣列元的多個感光像素之間的參考偏移向量有次偏移向量的調整。。於步驟S204，對於非參考軸上的感光像素的微光學元件組的偏移向量是依據參考感光像素以及感光像素各自之位置以及參考像素之參考偏移向量來決定，其中根據偏移向量轉換成X軸偏移量與Y軸偏移量。

圖18繪示依據本發明一實施例，光學設定方法的流程示意圖。參閱圖18，其也同時考慮不同顏色的感光像素的調整。步驟S220，獲得感光像素陣列不同像高之光入射角度資料。於步驟S222，在實際結構下，依照光入射角度進行模擬，以在滿足預設影像品質之條件下，得到微光學元件組之參考偏移向量，其中對於一個陣列元的多個感光像素之間的參考偏移向量有次偏移向量的調整。步驟S224，也同時針對不同顏色感光像素之間有額外偏移向量的調整。於步驟S226，對於非參考軸上的感光像素的微光學元件組的偏移向量是依據參考感光像素以及感光像素各自之位置以及參考像素之參考偏移向量來決定，其中根據偏移向量轉換成X軸偏移量與Y軸偏移量。

綜上所述，本發明實施例的參考感光像素的參考偏移向量是依照感光像素實際像素結構來模擬決定，其至少包括金屬走線在像素中不對稱結構的因素。如此，在互為相反方向的兩個徑向軸上，於相同像高對應的兩個感光像素的兩個微光學元件組有不對稱的兩個偏移向量。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

90‧‧‧參考原點

90a、90b、90c、90d、90e‧‧‧參考軸

90a’、90b’、90c’、90d’、90e’‧‧‧參考軸

92‧‧‧X軸

94‧‧‧Y軸

100‧‧‧感光像素陣列

102‧‧‧陣列元

104、104a、104b‧‧‧感光像素

106‧‧‧多晶矽元件

108‧‧‧金屬層

110‧‧‧金屬層

112‧‧‧閘極結構

114‧‧‧感光元件

116‧‧‧原點

118‧‧‧彩色濾光元件

120‧‧‧微透鏡

130‧‧‧電路疊層

132‧‧‧取像透鏡單元

140、140’‧‧‧偏移向量

142‧‧‧主偏移向量

144‧‧‧次偏移向量

144’‧‧‧額外偏移向量

200‧‧‧微光學元件組

300a、300b、302a、302b‧‧‧參考軸

310‧‧‧參考軸

320‧‧‧參考軸

322‧‧‧插補點

圖1繪示傳統感光像素陣列的結構示意圖。

圖2繪示依據一範例，微光學元件組與感光像素的配置關係示意圖。

圖3A繪示依據一範例，微光學元件組與感光像素的配置關係偏移機制示意圖。

圖3B繪示一範例，考慮如果微光學元件組偏移向量是在對稱設置下，其所產生感光不均勻之原理示意圖。

圖4繪示依據本發明一實施例，光學設定方法的流程示意圖。

圖5A繪示於一範例中入射光角度與感光像素的關係示意圖，以說明感光像素陣列之光入射角度。

圖5B繪示於一範例，圖5A之入射光角度θ與像高的關係的特徵函數示意圖。

圖6繪示依據本發明一實施例，不同位置上之微光學元件組與感光元件的相對位置示意圖，用以解釋圖4之步驟S102。

圖7繪示依據本發明一實施例，其中任一參考感光像素之參考偏移向量示意圖，用以解釋參考偏移向量之模擬過程。

圖8繪示依據本發明一實施例，感光二極體PD與LSC的增益相對像高的響應示意圖，用以說明如何決定該預設PD響應值之分佈。

圖9繪示依據本發明一實施例，參考軸的選擇方式示意圖。

圖10繪示依據本發明一實施例，參考感光像素的分佈示意圖。

圖11繪示依據本發明一實施例，偏移向量的插補機制示意圖。

圖12繪示依據本發明一實施例，不對稱偏移向量得機制示意圖。

圖13繪示依據本發明一實施例，微光學元件組的偏移示意圖。

圖14繪示依據本發明一實施例，微光學元件組的偏移示意圖。

圖15繪示依據本發明一實施例，微光學元件組的偏移示意圖。

圖16繪示依據本發明一實施例，微光學元件組的偏移示意圖。

圖17繪示依據本發明一實施例，光學設定方法的流程示意圖。

圖18繪示繪示依據本發明一實施例，光學設定方法的流程示意圖。

S100‧‧‧獲得光入射角資料之步驟

S102‧‧‧獲得參考偏移向量之步驟

S104‧‧‧獲得其他偏移向量之步驟

Claims (38)

1. 一種感光裝置，包括：一感光像素陣列，由多個陣列元所組成，每一個該陣列元都有一至多個感光像素；以及多個微光學元件組，分別對應該些感光像素配置，每一個該微光學元件組相對於對應的該感光像素有一偏移向量，其中該感光像素陣列有一參考原點，以該參考原點為起始，在互為相反方向的兩個徑向軸上，於相同像高對應的兩個該感光像素的兩個該微光學元件組有不對稱的兩個該偏移向量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之感光裝置，其中從該參考原點為起始，至少有在一第一方位角的一第一參考軸與在一第二方位角的一第二參考軸，其中屬於該第一參考軸與該第二參考軸的該些感光像素是多個參考感光像素，其中對應該些參考感光像素所對應的該些微光學元件組之該些偏移向量係設定為多個參考偏移向量，以及不是該些參考感光像素的該些感光像素所對應的該些微光學元件組之該些偏移向量是依據該些參考偏移向量以及該些感光像素各自之位置來決定。
3. 如申請專利範圍第2項所述之感光裝置，其中該些參考偏移向量係依照實際像素結構來模擬決定。
4. 如申請專利範圍第2項所述之感光裝置，其中不是該些參考感光像素的該些感光像素所對應的該些微光學元 件組之的該些偏移向量當中每一者是該些參考偏移向量之一插補值。
5. 如申請專利範圍第4項所述之感光裝置，其中每一個該感光像素的該插補值是依照該感光像素各自之一像高，以及一方位角相對於該第一方位角及該第二方位角的關係以內插計算或外插計算所得。
6. 如申請專利範圍第2項所述之感光裝置，其中該感光像素陣列係從該參考原點依分佈角度範圍區分為多個區域，每一個該區域具有個自之該第一參考軸與該第二參考軸，以及各該區域內不是該些參考感光像素的該些感光像素所對應的該些微光學元件組之的該些偏移向量是依據各該區域之該第一參考軸與該第二參考軸上之該些參考感光像素之該些參考偏移向量以及該些感光像素各自之位置來決定。
7. 如申請專利範圍第6項所述之感光裝置，其中各該區域之該第一參考軸與該第二參考軸係位於該區域之邊界上。
8. 如申請專利範圍第6項所述之感光裝置，其中該第一參考軸與該第二參考軸在該感光像素陣列的該些方位角是在0度、90度、180度，270度以及角點角度的至少其二者。
9. 如申請專利範圍第1項所述之感光裝置，其中每一個該感光像素包含一感光元件組以及相對該感光像素不對 稱的一金屬走線結構。
10. 如申請專利範圍第1項所述之感光裝置，其中屬於相同一個該陣列元的該些微光學元件組相對於該些感光像素的該些偏移向量都相同。
11. 如申請專利範圍第1項所述之感光裝置，其中屬於相同一個該陣列元的該些微光學元件組相對於該些感光像素的該些偏移向量是以共通的一主偏移向量再分別加上一次偏移向量。
12. 如申請專利範圍第11項所述之感光裝置，其中於相同一個該陣列元，不同顏色的該些感光像素所對應的該些微光學元件組之該些次偏移向量係彼此不同。
13. 如申請專利範圍第11項所述之感光裝置，其中於相同一個該陣列元，不同顏色的該些感光像素所對應的該些微光學元件組之該些次偏移向量係彼此相同。
14. 如申請專利範圍第1項所述之感光裝置，其中每一個該微光學元件組係包括一或多種微光學元件，該一或多種微光學元件的至少其中之一者相對於對應的該感光像素是根據該偏移向量偏移。
15. 如申請專利範圍第14項所述之感光裝置，其中該一或多種微光學元件當中每一者係一微透鏡，一彩色濾光元件或一繞射元件。
16. 如申請專利範圍第14項所述之感光裝置，其中該些微光學元件組當中之至少其中一種微光學元件相對於對應的該感光像素沒有偏移。
17. 如申請專利範圍第1項所述之感光裝置，其中每一個該微光學元件組包括一微透鏡與一彩色濾光元件，該微透鏡相對於對應的該感光像素有該偏移向量，該彩色濾光元件相對於該偏移向量更有一額外偏移向量。
18. 如申請專利範圍第1項所述之感光裝置，其中每一個該微光學元件組包括一繞射元件與一彩色濾光元件，該繞射元件相對於對應的該感光像素有該偏移向量，該彩色濾光元件相對於該偏移向量更有一額外偏移向量。
19. 一種光學設定方法，用於一感光像素陣列，其中該感光像素陣列由多個陣列元所組成，每一個該陣列元都有一至多個感光像素；以及多個微光學元件組分別對應該些感光像素配置，該光學設定方法包括：對每一個該微光學元件組相對於對應的該感光像素射定有一偏移向量，其中從該感光像素陣列的一參考原點為起始，在互為相反方向的兩個徑向軸上，於相同像高對應的兩個該感光像素的兩個該微光學元件組設定有不對稱的兩個該偏移向量。
20. 如申請專利範圍第19項所述之光學設定方法，其中設定該偏移向量包括：從該參考原點為起始，至少有在一第一方位角設定為一第一參考軸與在一第二方位角設定為一第二參考軸，其中屬於該第一參考軸與該第二參考軸的該些感光像素設定為多個參考感光像素；對應該些參考感光像素所對應的該些微光學元件組 之該些偏移向量係設定為多個參考偏移向量；以及對於不是該些參考感光像素的該些感光像素所對應的該些微光學元件組之該些偏移向量是依據該些參考感光像素之該些參考偏移向量以及該些感光像素各自之位置來決定。
21. 如申請專利範圍第20項所述之光學設定方法，其中該些參考偏移向量係模擬實際像素結構來決定。
22. 如申請專利範圍第20項所述之光學設定方法，其中對於不是該些參考感光像素的該些感光像素所對應的該些微光學元件組之的該些偏移向量當中每一者是根據該些參考偏移向量所設定之一插補值。
23. 如申請專利範圍第22項所述之光學設定方法，其中每一個該感光像素的該插補值是依照該感光像素各自之一像高，以及一方位角相對於該第一方位角及該第二方位角的關係以內插計算或外插計算所得。
24. 如申請專利範圍第20項所述之光學設定方法，其中將該感光像素陣列從該參考原點依分佈角度範圍區分為多個區域，每一個該區域具有個自之該第一參考軸與該第二參考軸，以及各該區域內不是該些參考感光像素的該些感光像素所對應的該些微光學元件組之的該些偏移向量是依據各該區域之該第一參考軸與該第二參考軸上之該些參考感光像素之該些參考偏移向量以及該些感光像素各自之位置來決定。
25. 如申請專利範圍第24項所述之光學設定方法，其中各該區域之該第一參考軸與該第二參考軸係位於該區域之邊界上。
26. 如申請專利範圍第24項所述之光學設定方法，其中該第一參考軸與該第二參考軸在該感光像素陣列的該些方位角是在0度、90度、180度，270度以及角點角度的至少其二者。
27. 如申請專利範圍第19項所述之光學設定方法，其中每一個該感光像素包含一感光元件組以及相對該感光像素不對稱的一金屬走線結構。
28. 如申請專利範圍第19項所述之光學設定方法，其中屬於相同一個該陣列元的該些微光學元件組相對於該些感光像素的該些偏移向量都相同。
29. 如申請專利範圍第19項所述之光學設定方法，其中屬於相同一個該陣列元的該些微光學元件組相對於該些感光像素的該些偏移向量是以共通的一主偏移向量再分別加上一次偏移向量。
30. 如申請專利範圍第29項所述之光學設定方法，其中於相同一個該陣列元，不同顏色的該些感光像素所對應的該些微光學元件組之該些次偏移向量係彼此不同。
31. 如申請專利範圍第29項所述之光學設定方法，其中於相同一個該陣列元，不同顏色的該些感光像素所對應的該些微光學元件組之該些次偏移向量係彼此相同。
32. 如申請專利範圍第19項所述之光學設定方法，其 中每一個該微光學元件組係包括一或多種微光學元件，該一或多種微光學元件的至少其中之一者相對於對應的該感光像素是根據該偏移向量偏移。
33. 如申請專利範圍第32項所述之光學設定方法，其中該一或多種微光學元件當中每一者係一微透鏡，一彩色濾光元件或一繞射元件。
34. 如申請專利範圍第32項所述之光學設定方法，其中該些微光學元件組當中之至少其中一種微光學元件相對於對應的該感光像素沒有偏移。
35. 如申請專利範圍第19項所述之光學設定方法，其中每一個該微光學元件組包括一微透鏡與一彩色濾光元件，該微透鏡相對於對應的該感光像素有該偏移向量，該彩色濾光元件相對於該偏移向量更有一額外偏移向量。
36. 如申請專利範圍第19項所述之光學設定方法，其中每一個該微光學元件組包括一繞射元件與一彩色濾光元件，該繞射元件相對於對應的該感光像素有該偏移向量，該彩色濾光元件相對於該偏移向量更有一額外偏移向量。
37. 一種光學設定方法，包括：獲得一感光像素陣列不同像高之光入射角資料；依照該光入射角資料以及該感光像素陣列之一實際結構，在滿足一預設影像品質之條件下，得到該感光像素陣列當中之多個參考感光像素所對應之多個微光學元件組之多個參考偏移量；以及針對該感光像素陣列之其他感光像素，依據該些其他 感光像素之位置與該些參考感光像素之位置以及該些參考偏移量，獲得該些其他感光像素所對應之多個微光學元件組之多個參考偏移量。
38. 如申請專利範圍第37項所述之光學設定方法，其中從該感光像素陣列的一參考原點為起始，在互為相反方向的兩個徑向軸上，於相同像高對應的兩個該感光像素的兩個該微光學元件組設定有不對稱的兩個該偏移向量。