TW201924318A - 影像感測器 - Google Patents

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郭武政
林國峰
吳宗霖
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Abstract

本發明係提供一種影像感測器，包括：一微鏡頭陣列，包括複數個微鏡頭；以及一感測器陣列，包括複數個光電元件，其係排列為複數個巨像素；其中各巨像素包括一第一光電元件、一第二光電元件、一第三光電元件、一第四光電元件以分別透過該複數個微鏡頭中之一第一微鏡頭、一第二微鏡頭、一第三微鏡頭、及一第四微鏡頭以接收光線，其中在各巨像素中之該第一微鏡頭、該第二微鏡頭、該第三微鏡頭、及該第四微鏡頭係分別具有一第一初始偏移值、一第二初始偏移值、一第三初始偏移值、及一第四初始偏移值，其中在各巨像素中之該第一微鏡頭及該第二微鏡頭更分別具有一第一額外偏移值及一第二額外偏移值。

Description

影像感測器
本發明係有關於影像感測器，特別是有關於一種具有偏移微鏡頭陣列(microlens array)的影像感測器。
光場相機是一種可利用微鏡頭陣列以擷取場景之三維光場資訊的相機。因此，使用者可利用光場相機所產生的影像進行重新對焦。然而，傳統的光場相機具有的缺點例如為低影像解析度、龐大的相機模組、或低光線穿透率。因此，需要一種配置於光場相機中之影像感測器以解決上述問題。
本發明係提供一種影像感測器，包括：一微鏡頭陣列，包括複數個微鏡頭；以及一感測器陣列，包括複數個光電元件，其係排列為複數個巨像素；其中各巨像素包括一第一光電元件、一第二光電元件、一第三光電元件、一第四光電元件以分別透過該複數個微鏡頭中之一第一微鏡頭、一第二微鏡頭、一第三微鏡頭、及一第四微鏡頭以接收光線，其中在各巨像素中之該第一微鏡頭、該第二微鏡頭、該第三微鏡頭、及該第四微鏡頭係分別具有一第一初始偏移值、一第二初始偏移值、一第三初始偏移值、及一第四初始偏移值，其中在各巨像素中之該第一微鏡頭及該第二微鏡頭更分別具有一第一額外偏移值及一第二額外偏移值。
在本發明之一態樣中，在各巨像素中之該第一光電元件、該第二光電元件、該第三光電元件、及該第四光電元件係係排列為一第一2x2陣列，且在各巨像素中之該第一微鏡頭、該第二微鏡頭、該第三微鏡頭、及該第四微鏡頭係朝著該感測器陣列之中心點偏移該第一初始偏移值、該第二初始偏移值、該第三初始偏移值、及該第四初始偏移值。
在本發明之另一態樣中，在該感測器陣列中之各巨像素係輸出一強度信號，其係用以由該入射光決定一物件之距離及方向資訊，且記錄有來自在該感測器陣列中之各巨像素的該強度信號之複數個強度分布的一查找表係用以決定該物件之該距離及方向資訊。
在本發明之一態樣中，該複數個微鏡頭係以二維方式排列，且在該複數個微鏡頭中之每兩個相鄰的微鏡頭之間係具有一間隙，該間隙係以一低折射率材質或空氣所填充。此外，該複數個微鏡頭之形狀為平坦型或曲面型。
在本發明之一態樣中，該第一微鏡頭更在一第一方向偏移該第一額外偏移值，且該第二微鏡頭更在相對於該第一方向之一第二方向偏移該第二額外偏移值，且該第一額外偏移值等於該第二額外偏移值。此外，該第三微鏡頭及該第四微鏡頭更分別具有一第三額外偏移值及一第四額外偏移值，且該第三微鏡頭更在一第三方向偏移該第三額外偏移值，且該第四微鏡頭更在相對於該第三方向之一第四方向偏移該第四額外偏移值，其中該第三額外偏移值等於該第四額外偏移值，且該第一方向係垂直於該第三方向。
在本發明之另一態樣中，該第一微鏡頭更在一第一方向偏移該第一額外偏移值，且該第二微鏡頭更在該第一方向偏移該第二額外偏移值，且該第一額外偏移值大於該第二額外偏移值。此外，該第三微鏡頭及該第四微鏡頭更分別具有一第三額外偏移值及一第四額外偏移值，且該第三微鏡頭更在一第三方向偏移該第三額外偏移值，且該第四微鏡頭更在該第三方向偏移該第四額外偏移值，其中該第三額外偏移值大於該第四額外偏移值，且該第一方向係垂直於該第三方向。
在本發明之一態樣中，影像感測器更包括一彩色濾波器陣列，設置於該微鏡頭陣列及該感測器陣列之間，並包括：複數個綠色濾波器，用以由該入射光取出綠光；複數個紅色濾波器，用以由該入射光取出紅光；以及複數個藍色濾波器，用以由該入射光取出藍光。
在本發明之一態樣中，該複數個巨像素係排列為複數個巨單元格，且各巨單元格包括一第一巨像素、一第二巨像素、一第三巨像素、及一第四巨像素，其係排列為一第二2x2陣列，且在各巨單元格中之該第一巨像素、該第二巨像素、該第三巨像素、及該第四巨像素係分別接收該綠光、該紅光、該藍光、及該綠光。
在本發明之一態樣中，在各巨單元格中之該第二巨像素及該第三巨像素中之該第一微鏡頭之該第一額外偏移值及該第二微鏡頭之該第二額外偏移值為0，且在各巨單元格中之該第一巨像素及該第四巨像素中之該第一微鏡頭之該第一額外偏移值及該第二微鏡頭之該第二額外偏移值不為0。
100‧‧‧光場裝置
1‧‧‧影像感測器
2‧‧‧鏡頭
3‧‧‧影像信號處理器
4‧‧‧外殼
10‧‧‧感測器陣列
11‧‧‧光電元件
20‧‧‧微鏡頭陣列
21‧‧‧微鏡頭
L1‧‧‧光線
121-12N‧‧‧巨像素
ML1-ML4‧‧‧微鏡頭
121A-121D‧‧‧光電元件
A1、A2‧‧‧額外偏移值
15‧‧‧中心點
R1、R2‧‧‧徑向距離
θ1、θ2‧‧‧夾角
250、260‧‧‧位置
L2、L3、L4‧‧‧光線
300‧‧‧點物件
310、311、312‧‧‧巨像素
ML3101-ML3104‧‧‧微鏡頭
3101-3104‧‧‧光電元件
ML3111-ML3114‧‧‧微鏡頭
3111-3114‧‧‧光電元件
ML3121-ML3124‧‧‧微鏡頭
3121-3124‧‧‧光電元件
320‧‧‧區域
400‧‧‧點物件
410、411、412‧‧‧巨像素
ML4101-ML4104‧‧‧微鏡頭
4101-4104‧‧‧光電元件
ML4111-ML4114‧‧‧微鏡頭
4111-4114‧‧‧光電元件
ML4121-ML4124‧‧‧微鏡頭
4121-4124‧‧‧光電元件
420‧‧‧區域
500‧‧‧點物件
510、511、512‧‧‧巨像素
ML5101-ML5104‧‧‧微鏡頭
5101-5104‧‧‧光電元件
ML5111-ML5114‧‧‧微鏡頭
5111-5114‧‧‧光電元件
ML5121-ML5124‧‧‧微鏡頭
5121-5124‧‧‧光電元件
520‧‧‧區域
A3、A4‧‧‧額外偏移值
30‧‧‧彩色濾波器陣列
31‧‧‧彩色濾波器
900‧‧‧巨單元格
901-904‧‧‧巨像素
9011-9014、9021-9024‧‧‧光電元件
9031-9034、9041-9044‧‧‧光電元件
ML9011-ML9014、ML9021-ML9024‧‧‧微鏡頭
ML9031-ML9034、ML9041-ML9044‧‧‧微鏡頭
第1圖係顯示依據本發明一實施例中之一光場裝置的功能方塊圖。
第2A圖係顯示依據本發明一實施例中之感測器陣列中之巨像素的示意圖。
第2B圖係顯示依據本發明一實施例中具有偏移微鏡頭之巨像素的示意圖。
第2C圖係顯示依據本發明第2B圖之實施例中之一光電元件及其沒有偏移值的微鏡頭的截面圖。
第2D圖係顯示依據本發明第2B圖之實施例中之一光電元件及其有偏移值的微鏡頭的截面圖。
第2E圖係顯示依據本發明第2B圖之實施例中之一光電元件及其沒有偏移值的微鏡頭的截面圖。
第2F圖係顯示依據本發明第2B圖之實施例中之一光電元件及其有偏移值的微鏡頭的截面圖。
第2G圖係顯示依據本發明一實施例中之感測器陣列的示意圖。
第3A圖係顯示依據本發明一實施例中之光場裝置之結構及運作的截面圖。
第3B圖係顯示依據本發明第3A圖之實施例之具有偏移微鏡頭之巨像素的區域的放大圖。
第4A圖係顯示依據本發明另一實施例中之光場裝置的結構及運作的截面圖。
第4B圖係顯示依據本發明第4A圖之實施例之具有偏移微鏡頭之巨像素的區域的放大圖。
第5A圖係顯示依據本發明又一實施例中之光場裝置的結構及運作的截面圖。
第5B圖係顯示依據本發明第5A圖之實施例之具有偏移微鏡頭之巨像素的區域的放大圖。
第6圖係顯示依據本發明另一實施例中之具有偏移微鏡頭之巨像素的示意圖。
第7圖係顯示依據本發明又一實施例中之具有偏移微鏡頭之巨像素的示意圖。
第8圖係顯示依據本發明又一實施例中之具有偏移微鏡頭之巨像素的示意圖。
第9A圖係顯示依據本發明另一實施例中具有一彩色濾波器陣列之光場裝置100的示意圖。
第9B圖係顯示依據本發明一實施例中之巨單元格的示意圖。
第9C圖係顯示依據本發明另一實施例中之巨單元格的示意圖。
第9D圖係顯示依據本發明之又一實施例中之巨單元格的示意圖。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係顯示依據本發明一實施例中之一光場裝置的功能方塊圖。光場裝置100例如可為一光場相機、或設置於一電子裝置中之光場相機模組，例如是行動裝置或是可攜式電腦。
光場裝置100包括一影像感測器1、一鏡頭2、一影像信號處理器(image signal processor)3、及一外殼4。影像感測器1及影像信號處理器3係設置於外殼4之中，且鏡頭2係設置於外殼4上。光束(light beam)L1係穿過鏡頭2進入外殼4，並發射至影像感測器1。影像感測器1係偵測入射光以輸出一影像信號。影像信號處理器3係接收來自影像感測器1之影像信號，並利用來自影像感測器1之影像信號以產生一三維影像。
在一實施例中，影像感測器1包括一感測器陣列10及一微鏡頭陣列20。感測器陣列10包括複數個光電元件11，其係排列為一二維陣列。微鏡頭陣列20係設置於鏡頭2及感測器陣列10之間，並包括複數個微鏡頭21，其係以二維之方式排列。
在此實施例中，微鏡頭陣列20之微鏡頭21及感測器陣列10之光電元件11係以一對一的方式排列。意即，微鏡頭21之二維陣列之設置於有關於光電元件11之二維陣列。舉例來說，各微鏡頭21之設置係與各光電元件11有關，並將入射光導向至各光電元件11上。
第2A圖係顯示依據本發明一實施例中之感測器陣列中之巨像素的示意圖。在一實施例中，在感測器陣列中之光電元件11係排列為複數個巨像素(macro pixel)121~12N，其中各巨像素121~121N包括四個光電元件。舉例來說，在各巨像 素中之四個光電元件係排列為一2x2陣列。在一些實施例中，在各巨像素中之四個光電元件亦可排列為4x4陣列、6x6陣列、或8x8陣列，但本發明並不限於此。需注意的是，在各巨像素121~12N中之四個光電元件之每一者均有相應的一個微鏡頭21。以巨像素121為例，微鏡頭ML1~ML4之排列係分別相應於巨像素121中之光電元件121A、121B、121C、及121D。
第2B圖係顯示依據本發明一實施例中具有偏移微鏡頭之巨像素的示意圖。第2C圖係顯示依據本發明第2B圖之實施例中之一光電元件及其沒有偏移值的微鏡頭的截面圖。第2D圖係顯示依據本發明第2B圖之實施例中之一光電元件及其有偏移值的微鏡頭的截面圖。
在一些實施例中，請參考第2B圖，微鏡頭ML1~ML4並不設置於光電元件121A~121D之正上方，且各微鏡頭ML1~ML4係具有個別的初始偏移值及方向。此外，微鏡頭ML1~ML4中之一或多者可具有個別的額外偏移值。
為了便於說明，假設巨像素121係位於感測器陣列10之中心，且微鏡頭ML1~ML4之初始偏移值為0。與光電元件121B有關之微鏡頭ML2係在第一方向(例如X軸之正方向)有一額外偏移值A1，且與光電元件121C有關之微鏡頭ML3係在與第一方向相對之第二方向(例如X軸之負方向)有一額外偏移值A2。在一實施例中，額外偏移值A1及A2是相等的。意即，微鏡頭ML2係朝著第一方向(例如X軸的正方向)偏移了額外偏移值A1，且微鏡頭ML3係朝著與第一方向相對之第二方向(例如X軸的負方向)偏移了額外偏移值A2。
光電元件121A及相應的微鏡頭ML1之截面圖係顯示於第2C圖。因此，當巨像素121係位於感測器陣列10之中心點時，微鏡頭ML1可設置在光電元件121A之正上方而沒有偏移值。意即，微鏡頭ML1之中心點係與光電元件121A之中心點對齊，如第2C圖所示。
光電元件121B及相應的微鏡頭ML2之截面圖係顯示於第2D圖。因此，當巨像素121係位於感測器陣列10之中心點時，微鏡頭ML2可設置在光電元件121B之正上方並具有額外偏移值A1。意即，微鏡頭ML2之中心點係朝著X軸之正方向偏移了額外偏移值A1，如第2D圖所示。
第2E圖係顯示依據本發明第2B圖之實施例中之一光電元件及其沒有偏移值的微鏡頭的截面圖。第2F圖係顯示依據本發明第2B圖之實施例中之一光電元件及其有偏移值的微鏡頭的截面圖。
需注意的是，在第2C圖及第2D圖之實施例中的微鏡頭ML1~ML4之形狀為平坦型(flat type)。選擇性地，微鏡頭ML1~ML4之形狀可為曲線型(curve type)。舉例來說，光電元件121A及相應的微鏡頭ML1之另一截面圖如第2E圖所示，且微鏡頭ML1之形狀為曲線型。光電元件121B及相應的微鏡頭ML2之另一截面圖如第2F圖所示，且微鏡頭ML2之形狀為曲線型。
在一實施例中，在微鏡頭陣列20中之微鏡頭21係以二維方式排列，且在微鏡頭陣列10中之每兩個相鄰的微鏡頭之間會有一間隙(gap)。需注意的是，該間隙不只存在於單一巨像素中之兩個相鄰的微鏡頭之間，也會在存在於微鏡頭陣列20 中之每兩個相鄰的巨像素的兩個相鄰微鏡頭之間。在一些實施例中，在每兩個相鄰的微鏡頭之間的間隙可用一低折射率(low-n)材料填充。在另一些實施例中，在每兩個相鄰的微鏡頭之間的間隙可為空氣。
第2G圖係顯示依據本發明一實施例中之感測器陣列的示意圖。在一實施例中，感測器陣列10具有一中心點15，其接收0度入射角之光線。然而，在感測器陣列10之角落的像素會接收具有較大的入射角之光線。
詳細而言，在感測器陣列10中之各巨像素相對於感測器陣列10之中心點15係具有一徑向距離(radial distance)。詳細而言，當一特定巨像素之徑向距離愈長，該特定巨像素之入射角也愈大。因此，在特定巨像素中之光電元件有關的微鏡頭則應該要朝感測器陣列10之中心點15偏移較大的偏移值以將信號衰減(signal degradation)最小化。
舉例來說，在位置250之巨像素相對於感測器陣列10之中心點15係具有徑向距離R1，且X軸與連接位置250及中心點15之虛線係具有夾角θ1。因此，可依據徑向距離R1及夾角θ1以決定位於位置250之巨像素的微鏡頭之初始偏移值。
除此之外，在位置260之巨像素相對於感測器陣列10之中心點15係具有徑向距離R2，且Y軸與連接位置260及中心點15之虛線係具有夾角θ2。因此，可依據徑向距離R2及夾角θ2以決定位於位置260之巨像素的微鏡頭之初始偏移值。對於本發明領域中之技術人員來說，計算感測器陣列中之一給定巨像素之微鏡頭的初始偏移值的技術是習知技術，故其細節於此 不再贅述。
詳細而言，初始偏移值可為沿著X軸及Y軸的一二維偏移值，且視給定之巨像素之位置、以及朝著感測器陣列10之中心點15之初始偏移值的方向而定。
需注意的是，除了初始偏移值之外，在感測器陣列中之給定的巨像素的微鏡頭可具有個別的額外偏移值，其細節將詳述於後。
第3A圖係顯示依據本發明一實施例中之光場裝置之結構及運作的截面圖。第3B圖係顯示依據本發明第3A圖之實施例之具有偏移微鏡頭之巨像素的區域的放大圖。
請參考第3A圖，在第一情境中，假設來自點物件(point object)300之入射光L2、L3、及L4係透過鏡頭2準確地對焦於感測器陣列10之影像平面上，且入射光L2、L3、及L4係準確地射至感測器陣列10中之巨像素310上。此外，相鄰於巨像素310之巨像素311及312不會接收到入射光。
請參考第3B圖，其係顯示了感測器陣列10中之區域320的放大圖。舉例來說，在巨像素310中使用微鏡頭ML3101、ML3102、ML3103、ML3104之光電元件3101、3102、3103、及3104的量子效率(quantum efficiency，QE)值分別為0.713、0.695、0.695、及0.713，在巨像素312中使用微鏡頭ML3121~M3124之光電元件3121~3124的量子效率(quantum efficiency，QE)值均為0。
第4A圖係顯示依據本發明另一實施例中之光場裝置的結構及運作的截面圖。第4B圖係顯示依據本發明第4A圖 之實施例之具有偏移微鏡頭之巨像素的區域的放大圖。
請參考第4A圖，在一第二情境中，點物件400之位置係靠近光場裝置100，故來自點物件400的入射光L2、L3、及L4會透過鏡頭2對焦於感測器陣列10之影像平面的後面。入射光L2、L3、及L4會分別射至感測器陣列10之巨像素411、410、及412。
請參考第4B圖，其係顯示了感測器陣列10中之區域420的放大圖。舉例來說，在巨像素410中使用微鏡頭ML4101、ML4102、ML4103、ML4104之光電元件4101、4102、4103、及4104的量子效率值分別為0.713、0.695、0.695、及0.713。此外，在巨像素411中使用微鏡頭ML4111、ML4112、ML4113、ML4114之光電元件4111、4112、4113、及4114的量子效率值分別為0.708、0.671、0.704、及0.708。在巨像素412中使用微鏡頭ML4121、ML4122、ML4123、ML4124之光電元件4121、4122、4123、及4124的量子效率值分別為0.708、0.704、0.671、及0.708。
第5A圖係顯示依據本發明又一實施例中之光場裝置的結構及運作的截面圖。第5B圖係顯示依據本發明第5A圖之實施例之具有偏移微鏡頭之巨像素的區域的放大圖。
請參考第5A圖，在一第三情境中，點物件500之位置係遠離光場裝置100，故來自點物件500的入射光L2、L3、及L4會透過鏡頭2對焦於感測器陣列10之影像平面的前面。入射光L2、L3、及L4會分別射至感測器陣列10之巨像素512、510、及511。
請參考第5B圖，其係顯示了感測器陣列10中之區域520的放大圖。舉例來說，在巨像素410中使用微鏡頭ML5101、ML5102、ML5103、ML5104之光電元件5101、5102、5103、及5104的量子效率值分別為0.713、0.695、0.695、及0.713。此外，在巨像素511中使用微鏡頭ML5111、ML45112、ML5113、ML5114之光電元件5111、5112、5113、及5114的量子效率值分別為0.639、0.659、0.504、及0.639。在巨像素512中使用微鏡頭ML5121、ML5122、ML5123、ML5124之光電元件5121、5122、5123、及5124的量子效率值分別為0.639、0.504、0.659、及0.639。
在第3A~3B圖、第4A~4B圖、及第5A~5B圖之實施例中，在各巨像素中之光電元件所偵測的強度信號會具有一特定的強度分布，可用以決定遠端物件之距離及方向資訊。詳細而言，可預先建立記錄有在感測器陣列10中之各巨像素的光電元件之反嗥可能的強度分布的查找表。舉例來說，查找表可儲存於光場裝置100中之一非揮發性記憶體(未繪示)。因此，影像信號處理器可接收來自影像感測器1之影像信號，並依據由在感測器陣列10中之各巨像素所偵測之強度信號的特定強度分布以由查找表決定該遠端物件之距離及方向資訊。
除此之外，來自影像感測器1之影像信號包括了利用複數個微鏡頭在同時間所擷取的複數個視角的複數張影像。這些影像可由影像信號處理器所分析以取得深度資訊。舉例來說，因為在微鏡頭陣列中之複數個微鏡頭依據其不同的相對位置而具有些微不同的視角，故來自各微鏡頭所擷取的複數 張影像亦會具有不同的深度。因此，可藉由分析該複數張影像而辨識出在各影像中之各物件的相對距離。
此外，使用在影像感測器1中之相位微鏡頭(phase microlens)的光電元件之量子效率響應(quantum efficiency response)係與傳統的二維影像感測器中之光電元件類似，因此影像感測器1可在二維影像感測器及光場影像感測器之間切換。
在後面段落中，會介紹在感測器陣列10中之各巨像素中的一或多個光電元件具有不同組態的額外偏移值之多個實施例。
第6圖係顯示依據本發明另一實施例中之具有偏移微鏡頭之巨像素的示意圖。請參考第6圖，在一些實施例中，在巨像素121中之微鏡頭ML1~ML4並不設置於光電元件121A~121D之正上方，且各微鏡頭ML1~ML4具有一初始偏移值及方向。此外，微鏡頭ML1~ML4中之一或多者亦會具有個別的額外偏移值。
為了便於說明，假設巨像素121係位於感測器陣列10之中心，且微鏡頭ML1~ML4之初始偏移值為0。與光電元件121B有關之微鏡頭ML2係在第一方向(例如X軸之正方向)有一額外偏移值A1，且與光電元件121C有關之微鏡頭ML3係在與第一方向相對之第二方向(例如X軸之負方向)有一額外偏移值A2。在一實施例中，額外偏移值A1係大於額外偏移值A2。意即，微鏡頭ML2比微鏡頭ML3朝著第一方向(例如X軸的正方向)偏移了更多的偏移值(例如微鏡頭ML2偏移了A1，微鏡頭ML2 偏移了A2)。
第7圖係顯示依據本發明又一實施例中之具有偏移微鏡頭之巨像素的示意圖。請參考第7圖，在一些實施例中，在巨像素121中之微鏡頭ML1~ML4並不設置於光電元件121A~121D之正上方，且各微鏡頭ML1~ML4具有一初始偏移值及方向。此外，微鏡頭ML1~ML4中之一或多者亦會具有個別的額外偏移值。
為了便於說明，假設巨像素121係位於感測器陣列10之中心，且微鏡頭ML1~ML4之初始偏移值為0。與光電元件121B有關之微鏡頭ML2係在第一方向(例如X軸之正方向)有一額外偏移值A1，且與光電元件121C有關之微鏡頭ML3係在與第一方向相對之第二方向(例如X軸之負方向)有一額外偏移值A2。在一實施例中，額外偏移值A1係等於額外偏移值A2。意即，微鏡頭ML2係朝著第一方向(例如X軸的正方向)偏移了額外偏移值A1，且微鏡頭ML3係朝著與第一方向相對之第二方向(例如X軸的負方向)偏移了額外偏移值A2。
此外，與光電元件121A有關之微鏡頭ML1係在第一方向(例如Y軸之正方向)有一額外偏移值A3，且與光電元件121D有關之微鏡頭ML4係在與第一方向相對之第二方向(例如Y軸之負方向)有一額外偏移值A4，其中第三方向係垂直於第一方向。在一實施例中，額外偏移值A3係等於額外偏移值A4。意即，微鏡頭ML1係朝著第三方向(例如Y軸的正方向)偏移了額外偏移值A3，且微鏡頭ML4係朝著與第三方向相對之第四方向(例如Y軸的負方向)偏移了額外偏移值A4。
第8圖係顯示依據本發明又一實施例中之具有偏移微鏡頭之巨像素的示意圖。請參考第8圖，在一些實施例中，在巨像素121中之微鏡頭ML1~ML4並不設置於光電元件121A~121D之正上方，且各微鏡頭ML1~ML4具有一初始偏移值及方向。此外，微鏡頭ML1~ML4中之一或多者亦會具有個別的額外偏移值。
為了便於說明，假設巨像素121係位於感測器陣列10之中心，且微鏡頭ML1~ML4之初始偏移值為0。與光電元件121B有關之微鏡頭ML2係在第一方向(例如X軸之正方向)有一額外偏移值A1，且與光電元件121C有關之微鏡頭ML3係在與第一方向相對之第二方向(例如X軸之負方向)有一額外偏移值A2。在一實施例中，額外偏移值A1及A2均為正值，且額外偏移值A1大於額外偏移值A2。意即，微鏡頭ML2比微鏡頭ML3朝著第一方向(例如X軸的正方向)偏移了更多的偏移值(例如微鏡頭ML2偏移了A1，微鏡頭ML2偏移了A2)。
此外，與光電元件121A有關之微鏡頭ML1係在第一方向(例如Y軸之正方向)有一額外偏移值A3，且與光電元件121D有關之微鏡頭ML4係在與第一方向相對之第二方向(例如Y軸之負方向)有一額外偏移值A4，其中第三方向係垂直於第一方向。在一實施例中，額外偏移值A3及A4均為正值，且額外偏移值A3大於額外偏移值A4。意即，微鏡頭ML1比微鏡頭ML4朝著第三方向(例如Y軸的正方向)偏移了更多的偏移值(例如微鏡頭ML1偏移了A3，微鏡頭ML4偏移了A4)。
需注意的是，為了便於說明，在第2B圖、第6圖、 第7圖、及第8圖之實施例中係假設巨像素121係位於感測器陣列10之中心點15，且微鏡頭ML1~ML4之初始偏移值均為0。當巨像素不位於感測器陣列10之中心點15時，微鏡頭ML1~ML4之初始偏移值則不為0。此外，在各巨像素中之各光電元件的初始偏移值亦不同，但會彼此相當接近。詳細而言，在各巨像素中之各光電元件的整體偏移值係可將個別的額外偏移值相加至初始偏移值計算而得。
第9A圖係顯示依據本發明另一實施例中具有一彩色濾波器陣列之光場裝置100的示意圖。在另一實施例中，影像感測器1係為一彩色影像感測器，且在各光電元件上係設置一彩色濾波器。舉例來說，光場裝置100更包括一彩色濾波器陣列30，設置於微鏡頭陣列20及感測器陣列10之間。彩色濾波器陣列包括複數個彩色濾波器31，其係以二維方式排列。
在此實施例中，在微鏡頭陣列20中之微鏡頭21、彩色濾波器陣列30中之彩色濾波器31、及感測器陣列10中之光電元件11係以一對一之方式排列。詳細而言，在彩色濾波器陣列30中之各彩色濾波器31係設置在感測器陣列10中之個別的光電元件之正上方，且在微鏡頭陣列20中之各微鏡頭21係設置於在彩色濾波器陣列30中之個別的彩色濾波器之上方。因此，各彩色濾波器31可利用個別具有或沒有偏移值的微鏡頭接收入射光，並接著由入射光取得一色彩元件(例如紅色、綠色、或藍色元件)，且個別的光電元件係接收所擷取的色彩元件。
第9B圖係顯示依據本發明一實施例中之巨單元格的示意圖。在一實施例中，在感測器陣列10中之各巨像素係與 一預定彩色濾波器有關。在感測器陣列10中之巨像素係排列為複數個巨單元格，且各巨單元格係包括四個巨像素，其係排列為一2x2陣列。
舉例來說，巨單元格900包括巨像素901、902、903、及904。巨像素901、902、903、及904係透過彩色濾波器陣列30分別接收綠光、紅光、藍光、及綠光。詳細而言，一綠色濾波器係設置於巨像素901中之各光電元件9011、9012、9013、及9014上。類似地，一紅色濾波器係設置於巨像素902中之各光電元件9021、9022、9023、及9024上。一藍色濾波器係設置於巨像素903中之各光電元件9031、9032、9033、及9034上，且一綠色濾波器係設置於巨像素904中之各光電元件9041、9042、9043、及9044上。在此實施例中，巨像素901、902、903、及904係形成一拜爾圖樣(Bayer pattern)。
第9C圖係顯示依據本發明另一實施例中之巨單元格的示意圖。在另一實施例中，在巨單元格900中之各巨像素係採用隨機色彩分布以抑製莫列效應(Moire Effect)。舉例來說，在巨單元格900中係具有16個巨像素。在巨單元格900中係具有8個、4個、及4個巨像素以分別接收綠光、紅光、及藍光。在巨單元格900中之16個巨像素的色彩分布可為隨機，但巨像素的排列是對稱的以抑制莫列效應。
第9C圖則顯示了具有隨機色彩分布之巨單元格的示意圖。除此之外，與各巨像素有關的微鏡頭之額外偏移值亦為隨機。舉例來說，分別與光電元件9011及9014(註：綠色像素)有關之微鏡頭ML9011及ML9014之額外偏移值為0。分別與 光電元件9012(註：紅色像素)及9013(註：藍色像素)有關之微鏡頭ML9012及ML9013係具有朝向第一方向(例如X軸之正方向)的相同額外偏移值。
此外，分別與光電元件9021及9024(註：紅色像素)有關之微鏡頭ML9021及ML9024之額外偏移值為0。與光電元件9022有關之微鏡頭ML9022係具有朝向第一方向(例如X軸之正方向)之第一額外偏移值，且與光電元件9023有關之微鏡頭ML9023係具有朝向與第一方向相對之第二方向(例如X軸之負方向)之第一額外偏移值。
類似地，分別與光電元件9031及9034(註：藍色像素)有關之微鏡頭ML9031及ML9034之額外偏移值為0。與光電元件9032有關之微鏡頭ML9032係具有朝向第一方向(例如X軸之正方向)之第一額外偏移值，且與光電元件9033有關之微鏡頭ML9033係具有朝向與第一方向相對之第二方向(例如X軸之負方向)之第一額外偏移值。
類似地，分別與光電元件9041及9044(註：綠色像素)有關之微鏡頭ML9041及ML9044之額外偏移值為0。分別與光電元件9042(註：紅色像素)及9043(註：藍色像素)有關之微鏡頭ML9042及ML9043係具有朝向與第一方向相對之第二方向(例如X軸之負方向)的相同額外偏移值。
第9D圖係顯示依據本發明之又一實施例中之巨單元格的示意圖。在又一實施例中，在巨單元格900中與具有一特定色彩的巨像素有關的微鏡頭係具有額外偏移值，且在巨單元格900中之與其他色彩的巨像素有關的微鏡頭均沒有額外偏 移值。舉例來說，在巨單元格900中係具有16個巨像素。在巨單元格900中係具有8個、4個、及4個巨像素以分別接收綠光、紅光、及藍光。在此實施例中，巨像素901、902、903、及904係形成一拜爾圖樣(Bayer pattern)。
詳細而言，在巨像素901及904(註：接收綠光)中之一或多個微鏡頭係具有個別非零的額外偏移值。舉例來說，微鏡頭ML9012係具有朝向第一方向(例如X軸之正方向)的一額外偏移值，且微鏡頭ML9013係具有朝向與第一方向相對之第二方向(例如X軸之負方向)的該額外偏移值。需注意的是，微鏡頭ML9011及ML9014並沒有額外偏移值(意即微鏡頭ML9011及ML9014之額外偏移值為0)。
類似地，微鏡頭ML9042係具有朝向第一方向(例如X軸之正方向)的一第一額外偏移值，且微鏡頭ML9043係具有朝向與第一方向相對之第二方向(例如X軸之負方向)的一第二額外偏移值。需注意的是，微鏡頭ML9041及ML9044並沒有額外偏移值(意即微鏡頭ML9041及ML9044之額外偏移值為0)。在一實施例中，第一額外偏移值及第二額外偏移值可為相同的非零數值。在另一實施例中，第一額外偏移值係不同於第二額外偏移值。
需注意的是，巨像素902係接收紅光，且巨像素903係接收藍光。在巨像素902中之微鏡頭ML9021~ML9024及巨像素903中之微鏡頭ML9031~ML9034在此實施例中並沒有額外偏移值。
在此實施例中，巨單元格900包括一第一巨像素、 一第二巨像素、一第三巨像素、及一第四巨像素。左上的2x2方向(巨像素901)係為接收綠光之該第一巨像素。右上的2x2方向(巨像素902)係為接收紅光之該第二巨像素。左下的2x2方向(巨像素93)係為接收藍光之該第三巨像素。右下的2x2方向(巨像素904)係為接收綠光之該第四巨像素。
在第二巨像素及第三巨像素中之第一微鏡頭及第二微鏡頭沒有額外偏移值。意即，在第二巨像素(例如接收紅光)及第三巨像素(例如接收藍光)中之第一微鏡頭的第一額外偏移值及第二微鏡頭之第二額外偏移值為0。此外，在第一巨像素及第四巨像素中之第一微鏡頭及第二微鏡頭係分別具有第一額外偏移值(非零數值)及第二額外偏移值(非零數值)。意即，在第一巨像素及第四巨像素(註：均接收綠光)中之第一微鏡頭之第一額外偏移值及第二微鏡頭之第二額外偏移值均為非零數值。
在感測器陣列10中之各單元格中之巨像素及微鏡頭之排列係可用於光場裝置100之相位偵測自動對焦(phase detection auto focus，PDAF)功能，且可用於二維影像拍照。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，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，當可做些許的更動與潤飾，因此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。

Claims (11)

  1. 一種影像感測器，包括：一微鏡頭陣列，包括複數個微鏡頭；以及一感測器陣列，包括複數個光電元件，其係排列為複數個巨像素；其中各巨像素包括一第一光電元件、一第二光電元件、一第三光電元件、一第四光電元件以分別透過該複數個微鏡頭中之一第一微鏡頭、一第二微鏡頭、一第三微鏡頭、及一第四微鏡頭以接收光線，其中在各巨像素中之該第一微鏡頭、該第二微鏡頭、該第三微鏡頭、及該第四微鏡頭係分別具有一第一初始偏移值、一第二初始偏移值、一第三初始偏移值、及一第四初始偏移值，其中在各巨像素中之該第一微鏡頭及該第二微鏡頭更分別具有一第一額外偏移值及一第二額外偏移值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中在各巨像素中之該第一光電元件、該第二光電元件、該第三光電元件、及該第四光電元件係係排列為一第一2x2陣列，其中在該感測器陣列中之各巨像素係輸出一強度信號，其係用以由該入射光決定一物件之距離及方向資訊，其中記錄有來自在該感測器陣列中之各巨像素的該強度信號之複數個強度分布的一查找表係用以決定該物件之該距離及方向資訊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中在各巨像素 中之該第一微鏡頭、該第二微鏡頭、該第三微鏡頭、及該第四微鏡頭係朝著該感測器陣列之中心點偏移該第一初始偏移值、該第二初始偏移值、該第三初始偏移值、及該第四初始偏移值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該複數個微鏡頭係以二維方式排列，且在該複數個微鏡頭中之每兩個相鄰的微鏡頭之間係具有一間隙，其中該間隙係以一低折射率材質所填充。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該複數個微鏡頭係以二維方式排列，且在該複數個微鏡頭中之每兩個相鄰的微鏡頭之間係具有一間隙，其中該間隙係以空氣所填充。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該複數個微鏡頭之形狀為平坦型或曲面型。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之影像感測器，其中該第一微鏡頭更在一第一方向偏移該第一額外偏移值，且該第二微鏡頭更在相對於該第一方向之一第二方向偏移該第二額外偏移值，且該第一額外偏移值等於該第二額外偏移值，其中該第三微鏡頭及該第四微鏡頭更分別具有一第三額外偏移值及一第四額外偏移值，且該第三微鏡頭更在一第三方向偏移該第三額外偏移值，且該第四微鏡頭更在相對於該第三方向之一第四方向偏移該第四額外偏移值，其中該第三額外偏移值等於該第四額外偏移值，且該第一方向係垂直於該第三方向。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之影像感測器，其中該第一微鏡頭更在一第一方向偏移該第一額外偏移值，且該第二微鏡頭更在該第一方向偏移該第二額外偏移值，且該第一額外偏移值大於該第二額外偏移值，其中該第三微鏡頭及該第四微鏡頭更分別具有一第三額外偏移值及一第四額外偏移值，且該第三微鏡頭更在一第三方向偏移該第三額外偏移值，且該第四微鏡頭更在該第三方向偏移該第四額外偏移值，其中該第三額外偏移值大於該第四額外偏移值，且該第一方向係垂直於該第三方向。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包括：一彩色濾波器陣列，設置於該微鏡頭陣列及該感測器陣列之間，並包括：複數個綠色濾波器，用以由該入射光取出綠光；複數個紅色濾波器，用以由該入射光取出紅光；以及複數個藍色濾波器，用以由該入射光取出藍光。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測器，其中該複數個巨像素係排列為複數個巨單元格，且各巨單元格包括一第一巨像素、一第二巨像素、一第三巨像素、及一第四巨像素，其係排列為一第二2x2陣列，其中在各巨單元格中之該第一巨像素、該第二巨像素、該第三巨像素、及該第四巨像素係分別接收該綠光、該紅光、該藍光、及該綠光。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測器，其中該複數個巨 像素係排列為複數個巨單元格，且各巨單元格包括一第一巨像素、一第二巨像素、一第三巨像素、及一第四巨像素，其係排列為一第二2x2陣列，其中在各巨單元格中之該第二巨像素及該第三巨像素中之該第一微鏡頭之該第一額外偏移值及該第二微鏡頭之該第二額外偏移值為0，其中在各巨單元格中之該第一巨像素及該第四巨像素中之該第一微鏡頭之該第一額外偏移值及該第二微鏡頭之該第二額外偏移值不為0。
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