TWI484236B - 影像感測器 - Google Patents
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Description
本發明所揭露之實施例係相關於影像感測器，尤指一種用於濾光的影像感測器。
隨著通訊系統的快速發展，許多電子裝置上都配備有拍照或是攝影的功能，特別是可攜式電子裝置(例如智慧型手機或是筆記型電腦)，然而在使用者對此類型產品的極度輕薄的要求之下，相機模組中的影像感測器體積越來越小，同時主光線傾斜角度(chief ray angle,CRA)則越來越大，因此影像感測器陣列中的角落或是邊緣像素會受到影響。因此，影像感測器中如何改善主光線傾斜角度過大所造成的鏡頭陰影以及色彩陰影，儼然已成為此領域中一個相當重要的議題。
本發明之目的之一在於提供一種影像感測器，尤指一種用於濾光的影像感測器來解決上述問題。
依據本發明之一第一實施例，其係提供了一種影像感測器，包含有一半導體基底、一介電層以及一彩色濾光層。其中該半導體基底包含有複數個感光單元。該介電層係形成於該半導體基底之上，包括複數個凹槽。該彩色濾光層係形成於該介電層上，包括複數個濾光單元及與該些濾光單元對應之複數個凸狀物，該些凸狀物分別嵌合於該些凹槽。其中該凸狀物以及該凹槽會依據與該影像感測器的中心點的距離而變化。
依據本發明之一第二實施例，其另提供了一種影像感測器，包含有一第一光學元件，其中該第一光學元件包含一濾光單元以及一感光單元，其中該濾光單元以及該感光單元係對應於同一像素，且該濾光單元之中心係依據與該影像感測器的中心點的距離來偏離該感光單元之中心。
本發明所提出的影像感測器可以透過在濾光單元以及感光單元之間接合方式的創新設計，來使得影像感測器中的每一個像素所對應的主光線在相對應的濾光單元中的行進路徑的距離彼此相等，改善角落以及邊緣像素的鏡頭陰影以及色彩陰影問題。
10、20、30、40‧‧‧微透鏡組
12、22、32、42‧‧‧彩色濾光組
13、23、33、43‧‧‧繞線層
14、24、34、44‧‧‧半導體基底
102、110、118、202、210、218、302、310、318、402、410、418、424、430‧‧‧微透鏡
104、112、118、204、212、218、304、312、318、404、412、418、426、432‧‧‧濾光單元
108、116、124、208、216、224、308、316、324、408、422、416、428、434‧‧‧
感光單元
200、300、400‧‧‧影像感測器
P1‧‧‧中心像素
P2、P3‧‧‧角落像素
P4、P6‧‧‧偏中心像素
P5、P7‧‧‧偏角落像素
第1圖為習知相機模組的示意圖。
第2圖為本發明影像感測器之第一實施例的示意圖。
第3圖為本發明影像感測器之第二實施例的示意圖。
第4圖為本發明影像感測器之第三實施例的示意圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含有」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含有但不限定於」。
請參考第1圖，第1圖為習知相機模組影像感測裝置的示意圖。相機模組中影像感測裝置包括一微透鏡組10、一彩色濾光組12、一繞線層13及一半導體基底14，以形成一感測陣列。微透鏡組10包括微透鏡102、
110及118。彩色濾光組12包括濾光單元104、112及120。繞線層13包括金屬層114及介電層115。半導體基底14包括感光單元108、116、124，以及其他未繪於圖示的電路元件等。由第1圖中可以得知，中心像素P1的主光線傾斜角度係0度，也就是主光線完全垂直於相機模組而射入微透鏡102，並且經過濾光單元104之後依然垂直到達感光單元108的中心，然而角落像素P2的主光線傾斜角度較大，因此主光線縱使經過了微透鏡110的聚焦後依然具有主光線傾斜角度，因此經過濾光單元112的路徑會較中心像素P1的濾光單元104的路徑來得長，使得兩者所造成的濾光效果不一，且角落像素P2的主光線在離開濾光單元112之後，由於主光線傾斜角度的影響，主光線無法進入感光單元116的中心，如此一來會導致鏡頭陰影(lens shading)以及色彩陰影(color shading)。同理可用來說明角落像素P3(微透鏡218、濾光單元220以及感光單元224)的部分。
請參考第2圖，其為本發明影像感測器之第一實施例的示意圖。本實施例中，影像感測器200包括一微透鏡組20、一彩色濾光組22、一繞線層23及一半導體基底24，以形成一感測陣列。微透鏡組20包括微透鏡202、210及218。彩色濾光組22包括濾光單元204、212及220。繞線層23包括金屬層214及介電層215。半導體基底24包括感光單元208、216、224，以及其他未繪於圖示的電路元件等。請注意，影像感測器200實際上會具有分別對應複數個像素的光學元件，然而為了說明方便，在此僅以中心像素P1以及角落像素P2、P3的光學元件來做說明，但此並非本發明的限制。由第2圖中可以得知中心像素P1的主光線傾斜角度係0度，也就是主光線完全垂直於相機模組而射入微透鏡202，並且經過濾光單元204之後依然垂直到達感光單元24中的感光單元208的中心，然而角落像素P2的主光線傾斜角度較大，為了避免發生如第1圖所示的狀況，即主光線在離開濾光單元112之後受到主光線傾斜角度的影響無法進入感光單元116的中心，因此本實施例刻
意使濾光單元212之中心偏離感光單元216之中心，也就是說，本實施例根據主光線傾斜角度以及微透鏡210、濾光單元212以及感光單元216的規格，可以計算出對應角落像素P2的一偏離距離，並刻意使濾光單元212之中心偏離感光單元216之中心該偏離距離，進而讓主光線在離開濾光單元212之後可以到達感光單元216的中心，因而改善角落像素P2的鏡頭陰影的問題。應注意的是，本實施例中未顯示於圖中的其他像素，皆可利用上述方法來根據主光線傾斜角度計算出對應各個像素的偏離距離，並依據各個像素的偏離距離，使各個濾光單元之中心偏離其感光單元之中心，進而改善整體鏡頭陰影的問題。同理可用來說明角落像素P3(微透鏡218、濾光單元220以及感光單元224)的部分。
於上述實施例中，主光線在角落像素P2的濾光單元212以及220中的行進路徑較主光線在中心像素P1的濾光單元204中的行進路徑來得長，使得所造成的濾光效果不一，因此本發明進一步提出另一影像感測器。請參考第3圖，其為本發明影像感測器之第二實施例的示意圖。本實施例中，影像感測器300可為相機模組的一部份。影像感測器300包括一微透鏡組30、一彩色濾光組32、一繞線層33及一半導體基底34，以形成一感測陣列。微透鏡組30包括微透鏡302、310及318。彩色濾光組32包括濾光單元304、312及320。繞線層33包括金屬層314及介電層315。半導體基底34包括感光單元308、316、324，以及其他未繪於圖示的電路元件等。請注意，影像感測器300實際上會對應至複數個像素，然而為了說明方便，在此僅以中心像素P1以及角落像素P2、P3來做說明，但此並非本發明的限制。由第3圖中可以得知，中心像素P1的主光線傾斜角度係0度，也就是主光線完全垂直於相機模組而射入微透鏡302，並且經過濾光單元304之後垂直到達感光單元308的中心，然而角落像素P2的主光線傾斜角度較大，為了避免發生如第2圖所示的狀況，即主光線在濾光單元212中的行進路徑較主光線在濾光單
元204中的行進路徑來得長，造成不同像素之間的濾光效果不一致，因此本實施例將濾光單元304設計為一凸狀造型結構(convex modeling)，如一凸狀物體(convex substance)以及將繞線層33中對應於濾光單元304的部分設計為一凹狀造型結構(concave modeling)，如一凹槽(notch)，並使濾光單元304以及繞線層33藉由該凸狀造型結構以及該凹狀造型結構之嵌合而彼此相結合。也就是說，本實施例根據主光線傾斜角度以及微透鏡310、濾光單元312的規格，可以計算出主光線在角落像素P2的濾光單元312中的行進路徑的長度，並藉由該凸狀造型結構使中心像素P1之濾光單元304的厚度增加，以使主光線在中心像素P1的濾光單元304中的行進路徑的長度相等於主光線在角落像素P2的濾光單元312中的行進路徑的長度，進而改善色彩陰影的問題。應注意的是，本實施例中未顯示於圖中的其他像素，皆可利用上述方法來根據主光線傾斜角度計算出主光線在各個像素的濾光單元中的行進路徑的長度，並據此使主光線在各個像素的濾光單元中的行進路徑的長度達到一致，進而改善整體色彩陰影的問題。同理可用來說明角落像素P3(微透鏡318、濾光單元320以及感光單元324)的部分。
請注意，上述的實施例是針對中心像素P1以及角落像素P2、P3，然而，此並非是本發明的限制，亦即，本實施例中未顯示於圖中的其他像素亦可依照實際需求來設計相對應之該凸狀造型結構以及該凹狀造型結構，且可能具有彼此不同的寬度以及深度，換句話說，不同位置的像素的濾光單元可以有不同的凸狀造型結構寬度以及深度。再者，本實施例中的像素之該凸狀造型結構以及該凹狀造型結構的設計不一定要和前一實施例中的濾光單元中心與感光單元中心彼此偏離的設計一同使用，也就是說，本實施例中的像素之該凸狀造型結構以及該凹狀造型結構的設計可以單獨使用來改善整體色彩陰影的問題。
請參考第4圖，其為本發明影像感測器之第三實施例的示意圖。本實施例中，影像感測器400可為相機模組的一部份。影像感測器400包括一微透鏡組40、一彩色濾光組42、一繞線層43及一半導體基底44，以形成一感測陣列。微透鏡組40包括微透鏡402、410、418、424以及430。彩色濾光組42包括濾光單元404、412、420、426以及432。繞線層43包括金屬層414及介電層415。半導體基底44包括感光單元408、416、422、428以及434，以及其他未繪於圖示的電路元件等。其中P1為一中心像素，P4以及P6為偏中心像素(即中心像素以及邊緣像素之間的像素)，P5以及P7為偏角落像素(即中心像素以及邊緣像素之間的像素，但相較於偏中心像素而言，偏角落像素離中心像素較遠，也就是離邊緣較近)。請注意，影像感測器400實際上會對應至複數個像素，然而為了說明方便，在此僅以偏中心像素P4、P6以及偏角落像素P5、P7來做說明，但此並非本發明的限制。由第4圖中可以得知，偏中心像素P4的主光線傾斜角度較0度稍大，也就是主光線並非完全垂直於相機模組而射入微透鏡418，而偏角落像素P5的主光線傾斜角度較偏中心像素P4的主光線傾斜角度來的大(但小於前述之角落像素P2的主光線傾斜角度)，因此為了避免發生如第1圖以及第2圖所示的狀況，本實施例使用相似於上述影像感測器300的方法，將濾光單元420設計為一凸狀造型結構，如一凸狀物體(convex substance)，以及將繞線層43中對應於濾光單元420的部分設計為一凹狀造型結構，如一凹槽(notch)，並使濾光單元420以及繞線層43藉由該凸狀造型結構以及該凹狀造型結構之嵌合而彼此相結合；除此之外，亦將將濾光單元412設計為一凸狀造型結構，以及將繞線層43中對應於濾光單元412的部分設計為一凹狀造型結構，並使濾光單元412以及繞線層43藉由該凸狀造型結構以及該凹狀造型結構之嵌合而彼此相結合。然而應注意的是，本實施例根據主光線傾斜角度以及微透鏡418、410、濾光單元420、412的規格，可以計算出主光線在偏中心像素P4的濾光單元420以及偏角落像素P5的濾光單元412中的行進路徑的長度，並藉由該凸狀
造型結構使偏中心像素P4之濾光單元420的厚度增加，以使主光線在偏中心像素P4的濾光單元420中的行進路徑的長度相等於主光線在偏角落像素P5的濾光單元412中的行進路徑的長度，以及相等於第3圖中主光線在中心像素P1的濾光單元304中的行進路徑的長度和角落像素P2的濾光單元312中的行進路徑的長度，進而改善色彩陰影的問題。也就是說，濾光單元420之該凸狀造型結構的寬度以及深度會較第3圖中的濾光單元304之該凸狀造型結構的寬度以及深度都分別來的小，但又會分別大於濾光單元412之該凸狀造型結構的寬度以及深度；且濾光單元420之該凸狀造型結構與濾光單元420的中心之間的相對位置偏移會較濾光單元412之該凸狀造型結構與濾光單元412的中心之間的相對位置偏移來的小。應注意的是，本實施例中未顯示於圖中的其他像素，皆可利用上述方法來根據主光線傾斜角度計算出主光線在各個像素的濾光單元中的行進路徑的長度，並據此使主光線在各個像素的濾光單元中的行進路徑的長度達到一致，進而改善整體色彩陰影的問題。同理可用來說明偏中心像素P6(微透鏡424、濾光單元426以及感光單元428)以及偏角落像素P7(微透鏡430、濾光單元432以及感光單元434)的部分。
本發明所提出的影像感測器可以透過在濾光單元以及感光單元之間接合方式的創新設計，來使得影像感測器中的每一個像素所對應的主光線在相對應的濾光單元中的行進路徑的距離彼此相等，改善角落以及邊緣像素的鏡頭陰影以及色彩陰影問題。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20‧‧‧微透鏡組
22‧‧‧彩色濾光組
23‧‧‧繞線層
24‧‧‧半導體基底
202、210、218‧‧‧微透鏡
204、212、218‧‧‧濾光單元
208、216、224‧‧‧感光單元
200‧‧‧影像感測器
P1‧‧‧中心像素
P2、P3‧‧‧角落像素
Claims (8)
- 一種影像感測器，包含有：一半導體基底，包括複數個感光單元；一介電層，形成於該半導體基底之上，包括複數個凹槽；以及一彩色濾光層，形成於該介電層上，包括複數個濾光單元，該些濾光單元分別包括複數個凸狀物，該些凸狀物分別嵌合於該些凹槽；其中該凸狀物以及該凹槽會依據與該影像感測器的中心點的距離而變化。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該影像感測器包含複數個光學元件，該些光學元件所包括之該些濾光單元以及該些感光單元係分別對應於不同像素。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中該複數個光學元件包含一第一光學元件與一第二光學元件；該第一光學元件之該濾光單元之該凸狀物與該濾光單元的中心之間具有一第一相對位置；該第二光學元件之該濾光單元之該凸狀物與該濾光單元的中心之間具有一第二相對位置；以及該第一相對位置不同於該第二相對位置。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中該複數個光學元件包含一第一光學元件與一第二光學元件；該第一光學元件之該濾光單元之該凸狀物具有一第一寬度；該第二光學元件之該濾光單元之該凸狀物具有一第二寬度；以及該第一寬度不同於該第二寬度。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中該複數個光學元件包含一第一光學元件與一第二光學元件；該第一光學元件之該濾光單元之該凸狀 物具有一第一深度；該第二光學元件之該濾光單元之該凸狀物具有一第二深度；以及該第一深度不同於該第二深度。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中該複數個光學元件包含一第一光學元件與一第二光學元件；該第一光學元件之該感光單元之該凹狀物與該感光單元的中心之間具有一第一相對位置；該第二光學元件之該感光單元之該凹狀造型結構與該感光單元的中心之間具有一第二相對位置；以及該第一相對位置不同於該第二相對位置。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中該複數個光學元件包含一第一光學元件與一第二光學元件；該第一光學元件之該感光單元之該凹狀造型結構具有一第一寬度；該第二光學元件之該感光單元之該凹狀造型結構具有一第二寬度；以及該第一寬度不同於該第二寬度。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中該複數個光學元件包含一第一光學元件與一第二光學元件；該第一光學元件之該感光單元之該凹狀造型結構具有一第一深度；該第二光學元件之該感光單元之該凹狀造型結構具有一第二深度；以及該第一深度不同於該第二深度。
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