TWI512959B - 用於光場裝置之影像感測器及其製造方法 - Google Patents

用於光場裝置之影像感測器及其製造方法 Download PDF

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Description

用於光場裝置之影像感測器及其製造方法
本發明主要關於一種影像感測器，尤指一種用於光場裝置之影像感測器。
光場相機使用了一微透鏡陣列來擷取一場景之三維光場資訊(light field information)，因此使用者可以對於光場相機所產生之一影像重新對焦(refocus)。第1圖為習知之光場相機A1的示意圖，第2圖為習知之影像感測器A3的分解圖。光場相機A1包括一鏡頭(lens)A2以及一影像感測器A3，且影像感測器A3包括一微透鏡陣列A10、一感測陣列A20、以及一框架A30。微透鏡陣列A10經由框架A30與感測陣列A20間隔一預定距離。
於第1圖中，一物體B1之光束通過於鏡頭A2且聚焦於微透鏡陣列A10後照射於感測陣列A20。此時，通過微透鏡陣列A10之微透鏡A11的光束必須準確的照射於感測陣列A20中之數個預定的感測單元A21。因此，微透鏡陣列A10以及感測陣列A20之間的位置對於光場相機A1之適當運作非常重要。然而，如第2圖所示，影像感測器A3是藉由組合微透鏡陣列A10、感測陣列A20、以及框架A30等不同零件的方 式來製作，因此於微透鏡陣列A10以及感測陣列A20之存在較大之公差(tolerance)。
於習知技術中，微透鏡陣列A10以及感測陣列A20之間的位置，可經由影像感測器A3中的一些機構來調整，例如螺絲A40以及彈簧A50。然而，卻需要花費大量的時間以針對每一影像感測器A2中微透鏡陣列A10以及感測陣列A20之間的相對位置的來作校正。此外，上述相對位置於光場相機A1之使用過程中，經常因為碰撞等因素而改變。
為了解決習知技術之缺失，本發明提供了一種影像感測器，其具有準確相對位置的主微透鏡和次微透鏡。
本發明提供了一種用於光場裝置之影像感測器包括多個次微透鏡、一間隔層、以及多個主微透鏡。間隔層設置於次微透鏡。主微透鏡設置於間隔層。每一上述主微透鏡之一直徑超過每一上述次微透鏡之一直徑。
本發明另提供了一種影像感測器之製造方法，其包括下列步驟：提供一感測層；形成多個次微透鏡於感測層上；經由一半導體製程形成一間隔層於上述次微透鏡上；以及形成複數個主微透鏡於上述間隔層上，其中每一上述主微透鏡之一直徑超過每一上述次微透鏡之一直徑。
綜上所述，由於影像感測器是經由半導體製程製作之一體成形的結構，因此主微透鏡和次微透鏡之間的相對位置為精確且固定的，可節省製作影像感測器之時間，並可防止光場裝置因使用時碰撞等因素而導致上述相對位置被改變。
100‧‧‧光場裝置
1、1a‧‧‧影像感測器
10‧‧‧感測層
11‧‧‧感測單元
20‧‧‧濾光結構
21‧‧‧濾光單元
22‧‧‧次微透鏡
30‧‧‧間隔層
40、40a‧‧‧主微透鏡
41‧‧‧第一微透鏡
42‧‧‧第二微透鏡
43‧‧‧第三透鏡
50‧‧‧抗反射鍍膜層
2‧‧‧鏡頭
3‧‧‧殼體
D1‧‧‧方向
F、F1、F2、F3‧‧‧焦點
H1‧‧‧焦距
L1‧‧‧光束
M1、M2‧‧‧直徑
A1‧‧‧光場相機
A2‧‧‧鏡頭
A3‧‧‧影像感測器
A10‧‧‧微透鏡陣列
A11‧‧‧微透鏡
A20‧‧‧感測陣列
A21‧‧‧感測單元
A30‧‧‧框架
A40‧‧‧螺絲
A50‧‧‧彈簧
B1‧‧‧物體
第1圖為習知之光場相機的示意圖。
第2圖為習知之影像感測器的分解圖。
第3圖為本發明之第一實施例之光場裝置之示意圖。
第4圖為本發明之第一實施例之影像感測器之剖視圖。
第5圖為本發明之第二實施例之影像感測器的剖視圖。
第6圖為本發明之第二實施例之影像感測器的俯視圖。
第7圖為本發明根據前述實施例之影像感測器之製造方法之流程圖。
第3圖為本發明之第一實施例之光場裝置100之示意圖。第4圖為本發明之第一實施例之影像感測器1之剖視圖。光場裝置100可為一光場相機或是設置於如行動電話或是一可攜式電腦等電子裝置中的一光場相機模組。
光場裝置100包括一影像感測器1、一鏡頭(lens)2、以及一殼體3。影像感測器1設置於殼體3內，且鏡頭2設置於殼體3。光束L1通過鏡頭2進入殼體3後，照射至影像感測器1。
影像感測器1包括一感測層10、一濾光結構20、一間隔層30、以及多個主微透鏡40。感測層10、濾光結構20、間隔層30、以及主微透鏡40中之一者相互疊置，並沿一方向D1依序排列。感測層10包括多個感測單元11。
濾光結構20設置於感測層10，並包括多個濾光單 元21以及多個次微透鏡22。每一濾光單元21設置於感測單元11中之一者，且每一次微透鏡22設置於濾光單元21中之一者。
次微透鏡22為可透光的，且包括SiN、TiO2 、Ta2 O5 、或是HfO2 。次微透鏡22之折射率大於1.7，且可為1.8至1.9之間。於本實施例中，次微透鏡22包括至少90 wt%之SiN、TiO2 、Ta2 O5 、或是HfO2 。次微透鏡22之折射率約為1.8。於本發明中，折射率可定義為具有波長589 nm之光束的折射率。
間隔層30設置於次微透鏡22。間隔層30為可可透光的，且包括SiO2 、MgF2 、或是SiON。間隔層30之折射率小於1.7，且可為1.3至1.6之間。間隔層30之厚度為100 um至150 um之間。於本實施例中，間隔層30包括至少90 wt%之SiO2 、MgF2 、或是SiON。間隔層之折射率約為1.46，間隔層30之厚度約為120 um。
主微透鏡40設置於間隔層30。主微透鏡40為可透光的，且包括SiO2、MgF2、或是SiON。主微透鏡40之折射率小於1.7，且可為1.3至1.6之間。於本實施例中，主微透鏡40包括至少90 wt%的SiO2 、MgF2 、或是SiON。主微透鏡40之折射率約為1.46，和間隔層30相同。
每一主微透鏡40之直徑M1大於每一次微透鏡22之直徑M2。直徑M1約為10 um至150 um之間，且直徑M2約為1 um至10 um之間。直徑M1約為直徑M2之2倍至20倍。於本實施例中，直徑M1為直徑M2的3倍。主微透鏡40中之一者、次微透鏡22、濾光單元21、以及感測單元11沿方 向D1依序排列。感測單元11、濾光單元21、次微透鏡22、以及主微透鏡40可以陣列的方式分別排列於多個平面上，其中方向D1可垂直於上述之多個平面。
每一主微透鏡40具有一焦距(focal length)H1以及一焦點(focus)F。焦距H1約為10 um至150 um之間。於本實施例中，焦距H1大約為120 um。每一主微透鏡40之焦點F分別位於次微透鏡22中之一者。意即，次微透鏡22以及主微透鏡40藉由間隔層30分離，且間隔層30之厚度約為主微透鏡40之焦距H1。
如第3圖以及第4圖所示，照射於影像感測器1之光束L1依序通過主微透鏡40、間隔層30、次微透鏡22、以及濾光單元21後至感測單元11。濾光單元21可具有多種顏色，例如紅色、綠色、及/或藍色。當光束L1通過濾光單元21後，光束L1之顏色依據濾光單元21而改變。之後，每一感測單元11根據照射於其上之光束L1產生一訊號，且光場裝置100根據前述之訊號產生一影像。由於感測單元11、濾光單元21、以及如何根據上述之訊號產生影像均為習知技術，為了簡潔之目的於此並不多加累述。
第5圖為本發明之第二實施例之影像感測器1a的剖視圖。第6圖為本發明之第二實施例之影像感測器1a的俯視圖。第二實施例與第一實施例之間的主要不同之處描述如下。主微透鏡40a包括多個第一微透鏡41、多個第二微透鏡42、多個第三透鏡43、以及設置於微透鏡41、42、43之一抗反射鍍膜層50。然而，亦可選擇不設置抗反射鍍膜層50。
每一第一微透鏡41具有一焦點F1，每一第二微透鏡42具有一焦點F2、以及每一第三透鏡43具有一焦點F3。每一第一微透鏡41之焦距大於每一第二微透鏡42之焦距H1，且每一第二微透鏡42之焦距H1大於每一第三透鏡43之焦距。如第6圖所示，第一微透鏡41、第二微透鏡42、以及第三透鏡43交錯排列於一平面。
第7圖為本發明根據前述實施例之影像感測器之製造方法之流程圖。首先，於步驟S105中，提供一感測層10，且感測層10之感測單元11經由一半導體製程製作。
之後，形成濾光結構20於感測層11上(步驟S103)。於步驟S103中，經由微影(lithography)製程、回流(reflowing)製程、以及蝕刻(etching)製程等半導體製程，形成濾光單元21於上述感測層10上。之後，經由微影製程、回流製程、以及蝕刻製程等半導體製程，形成次微透鏡22於濾光單元21上。
於步驟S105中，經由微影製程、回流製程、以及蝕刻製程等半導體製程，形成間隔層30於次微透鏡22上。最後，於步驟S107，經由微影製程、回流製程、以及蝕刻製程等半導體製程，形成主微透鏡40於間隔層30上，且經由微影製程、回流製程、以及蝕刻製程等半導體製程，形成抗反射鍍膜層60於主微透鏡40上。
由於影像感測器1是經由半導體製程製作之一體成形的結構，因此次微透鏡22和主微透鏡40之間的距離和水平位置是精確且固定的。次微透鏡22和主微透鏡40之間的公 差範圍(tolerance)可控制於數奈米以下。因此不需要花費大量的時間對於每一影像感測器1調整次微透鏡22和主微透鏡40之間的相對位置。
綜上所述，由於影像感測器是經由半導體製程製作之一體成形的結構，因此主微透鏡和次微透鏡之間的相對位置為精確且固定的，可節省製作影像感測器之時間，並可防止光場裝置因使用時碰撞等因素而導致上述相對位置被改變。
上述已揭露之特徵能以任何適當方式與一或多個已揭露之實施例相互轉用、置換、改變或組合，並不限定於特定之實施例。
本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，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。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，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。
1‧‧‧影像感測器
10‧‧‧感測層
11‧‧‧感測單元
20‧‧‧濾光結構
21‧‧‧濾光單元
22‧‧‧次微透鏡
30‧‧‧間隔層
40‧‧‧主微透鏡
D1‧‧‧方向
F‧‧‧焦點
H1‧‧‧焦距
M1、M2‧‧‧直徑

Claims (10)

  1. 一種用於光場裝置之影像感測器，包括：一感測層；複數個濾光單元，設置於上述感測層上；複數個次微透鏡，設置於上述濾光單元上；一間隔層，設置於上述次微透鏡上；以及複數個主微透鏡，設置於上述間隔層上，其中每一上述主微透鏡之一直徑超過每一上述次微透鏡之一直徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於光場裝置之影像感測器，其中上述感測層包括複數個感測單元，其中每一上述濾光單元設置於上述感測單元中之一者之上，且每一上述次微透鏡設置於上述濾光單元中之一者之上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於光場裝置之影像感測器，其中每一上述主微透鏡之上述直徑大於每一上述次微透鏡之上述直徑的2倍至20倍，每一上述主微透鏡之一焦點位於上述次微透鏡中之一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於光場裝置之影像感測器，其中上述間隔層之一折射率小於1.6，每一上述主微透鏡之一折射率小於1.7，每一上述次微透鏡之一折射率大於1.7。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用於光場裝置之影像感測器，其中每一上述主微透鏡之一折射率和上述間隔層之折射率相同。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之用於光場裝置之影像感測器，其中上述間隔層包括SiO2 ，並為可透光的，上述主微透鏡包括SiO2 、MgF2 、或是SiON，以及上述次微透鏡包括SiN、TiO2 、Ta2 O5 、或是HfO2 。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之用於光場裝置之影像感測器，其中上述主微透鏡包括複數個第一微透鏡以及複數個第二微透鏡，其中每一上述第一微透鏡之一焦距大於每一上述第二微透鏡之一焦距，且上述第一微透鏡以及上述第二微透鏡交錯排列。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之用於光場裝置之影像感測器，其中上述主微透鏡包括複數個第一微透鏡、複數個第二微透鏡、以及複數個第三微透鏡，其中每一上述第一微透鏡之一焦距大於每一上述第二微透鏡之一焦距，每一上述第二微透鏡之一焦距大於每一上述第三微透鏡之一焦距，且上述第一微透鏡、上述第二微透鏡以及上述第三微透鏡交錯排列。
  9. 一種影像感測器之製造方法，包括：提供一感測層；形成複數個濾光單元於上述感測層上；形成複數個次微透鏡於上述濾光單元上；經由一半導體製程形成一間隔層於上述次微透鏡上；以及形成複數個主微透鏡於上述間隔層上，其中每一上述主微透鏡之一直徑超過每一上述次微透鏡之一直徑。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測器之製造方法，更 包括上述感測層包括複數個感測單元，其中每一上述濾光單元設置於上述感測單元中之一者之上，且每一上述次微透鏡設置於上述濾光單元中之一者之上。
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