像素阵列上的微透镜阵列设计方法及图像感测装置制造方法及图纸

本发明专利技术揭示一种像素阵列上的微透镜阵列设计方法及图像感测装置。该方法计算在一像素阵列中一中心像素至每一像素的一径向距离，而中心像素作为Ｘ－Ｙ坐标的原点。依据对应的径向距离来决定每一像素的一主光入射角。依据对应的主光入射角来决定相对于对应的像素的一微透镜偏移量。每一微透镜偏移量结合了一Ｘ轴向偏移量与一Ｙ轴向偏移量，且Ｘ轴向偏移率不同于Ｙ轴向偏移率。据对应的微透镜偏移量来排列多个微透镜而形成一微透镜阵列。本发明专利技术还揭示一种图像感测装置。本发明专利技术可增加图像感测装置的信号信噪比，提升感测装置的光敏性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有偏移微透镜阵列的图像感测装置，尤其涉及一种微透镜阵列中微透镜偏移量的计算。
技术介绍
随着光电产品诸如数字相机、数字图像记录器、具有图像拍摄功能的手机、以及 监视器逐渐普及化，图像感测装置的需求也与日倶增。图像感测装置用于记录来自图像 的光学信号的变化并且将光学信号转换成电子信号。在记录及处理上述电子信号之后， 便可产生一数字图像。而图像感测装置一般可分为二种主要类型一种为电荷耦合装置 (charge—coupled device, CCD)，而另——禾中为互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor， CMOS)装置。 图像感测装置通常包括一像素阵列。每一阵列包括一光感测器(photosensor)，用 以提供对应照射于光感测器的光强度的一信号。当一图像聚焦于该阵列时，这些信号可用 于显示一对应的图像。在传统的技术中，微透镜阵列对应设置于像素阵列上方，用以将光线 聚焦于像素阵列上。然而，尽管使用了微透镜阵列，由于微透镜阵列几何排列，大量的入射 光线并未能有效地导入光感测器。像素阵列中不同的像素所接收的光线具有不同的主光入 射角(chief ray angle,CRA)，其取决于像素阵列中像素的所在位置。举例而言，像素阵列 中位于中心的像素所接收的光线的主光入射角为O度，而像素阵列中位于外围的像素所接 收的光线的主光入射角增加为25至30度。因此，入射光线对于每一像素/光感测器的强 度及聚焦深度会随着光线的主光入射角的改变而有所改变。光线强度及聚焦深度的改变会 使像素的阴影效应(shading effect)以及串音(cross-talk)更为严重，如此一来，图像感 测装置的信号信噪比(signal to noise ratio, SNR)及光敏性(photosensitivity)会因 而降低。 因此，有必要寻求一种新的微透镜阵列设计，其能够增加像素的耦合效率 (coupling efficiency)以及降低像素的串音。
技术实现思路
本专利技术一实施例为了解决现有技术的问题而提供一种像素阵列上的微透镜阵列 设计方法。计算在一像素阵列中一中心像素至每一像素的一径向距离，其中以中心像素作 为X-Y坐标的一原点。依据对应的径向距离来决定每一像素的一主光入射角。依据对应的 主光入射角来决定相对于对应的像素的一微透镜偏移量。依据对应的微透镜偏移量来排列多个微透镜，以在像素阵列上形成一微透镜阵列。其中，每一微透镜偏移量结合了 -x轴向 偏移量与-Y轴向偏移量，且X轴向偏移率不同于Y轴向偏移率。另外，X轴向偏移率为X轴 向偏移量与偏移的微透镜沿X轴向到原点的距离的比率，而Y轴向偏移率为Y轴向偏移量 与偏移的微透镜沿Y轴向到原点的距离的比率。 本专利技术另一实施例提供一种图像感测装置，其包括一像素阵列及一微透镜阵列。像素阵列具有多个像素，而微透镜阵列具有多个微透镜对应配置于像素，其中除了对应于 该像素阵列中心像素的该微透镜之外，每一微透镜相对于对应的该像素偏移一距离，且该 距离依据下列方法步骤而决定。计算在一像素阵列中一中心像素至每一像素的一径向距 离，其中以中心像素作为X-Y坐标的一原点。依据对应的径向距离来决定每一像素的一主 光入射角。依据对应的主光入射角来决定相对于对应的像素的一微透镜偏移量。依据对应 的微透镜偏移量来排列多个微透镜，以在像素阵列上形成一微透镜阵列。其中，每一微透镜 偏移量结合了 -X轴向偏移量与-Y轴向偏移量，且X轴向偏移率不同于Y轴向偏移率。另 外，X轴向偏移率为X轴向偏移量与偏移的微透镜沿X轴向到原点的距离的比率，而Y轴向 偏移率为Y轴向偏移量与偏移的微透镜沿Y轴向到原点的距离的比率。 本专利技术可增加图像感测装置的信号信噪比，提升感测装置的光敏性。附图说明 图1示出根据本专利技术实施例的图像感测装置剖面示意图； 图2示出根据本专利技术实施例的像素阵列上的微透镜阵列设计方法流程图； 图3示出图1中配置于像素阵列中偏移的微透镜平面示意图； 图4示出主光入射角与偏移率的关系曲线图； 图5A示出微透镜阵列中未偏移的微透镜分布； 图5B示出微透镜阵列中根据本专利技术实施例而偏移的微透镜分布；以及 图6示出根据本专利技术实施例的具有不同凸面高度的微透镜。 其中，附图标记说明如下 H、12 曲线；100 图像感测装置；102 像素阵列；103 中间层；104 微透镜 阵列；104a 微透镜；106 图像透镜；107 入射光线；L 凸面高度；0 原点；R 径向 距离；A S 微透镜偏移量；A x X轴向偏移量；A y Y轴向偏移量。具体实施例方式以下说明本专利技术实施例的制作与使用。然而，可轻易了解本专利技术所提供的实施例仅用于说明以特定方法制作及使用本专利技术，并非用以局限本专利技术的范围。 请参照图l，其示出根据本专利技术实施例的图像感测装置。图像感测装置100包括 具有像素阵列102形成于内的一基底、一中间层103、一微透镜阵列104、以及一图像透镜 106。像素阵列102包括多个像素(未示出)，且每一像素可包含一光感测器，将来自图像透 镜106的入射光线107的光学信号转换成电子信号。中间层103设置于像素阵列102上， 且可为一多层结构。举例而言，多层结构包括用于金属化(metallization)的一层间介电 (interlayer dielectric, ILD)层以及一金属层间介电(intermetal dielectric, IMD)层。 另外，多层结构还包括一彩色滤光片阵列以及位于其上以提供保护的钝化(passivation) 层或平坦(planarization)层。此处为了简化附图，上述多层结构仅以一平整的中间层103 表示。微透镜阵列104包括多个微透镜104a对应配置于像素阵列102中的像素。 在本实施例中，除了对应于像素阵列102的中心像素的微透镜104a之外，将每一 微透镜104a设计成相对于对应的像素偏移一距离，借以补偿随主光入射角(CRA)而变的光 强度，进而降低像素的阴影效应以及串音。另外，将位于不同主光入射角的微透镜104a设计成具有不同的凸面高度L(如图6所示)。具有不同的凸面高度L的微透镜104a用于补 偿不同主光入射角的微透镜104a而产生的聚焦深度偏移。 请参照图2，其示出根据本专利技术实施例的像素阵列102上的微透镜阵列104设计 方法流程图。在起始步骤Si0中，如图3所示，以像素阵列102的中心像素(未示出)作 为-X-Y坐标的一原点0。须注意的是X-Y坐标中的每一点表示一微透镜/像素的中心，而 原点O则表示中心像素的中心。此处为了简化附图，图3仅示出其中一微透镜104a。接下 来，计算像素阵列102中一中心像素(即，原点0)至每一像素的一径向距离。举例而言，虚 线表示位于一特定位置的像素并标示为像素(xl，yl)。计算原点O至像素(xl，yl)的径向 距离R(xl， yl)。接下来，进行步骤S20，将对应的径向距离R(xl， yl)转换成一图像高度。 可以理解的是若像素是位于像素阵列102的中心，则图像高度为O，而若像素是通过像素阵 列102中心的对角线(diagonal)边缘(假设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种像素阵列上的微透镜阵列设计方法，包括如下步骤：计算在一像素阵列中一中心像素至每一像素的一径向距离，其中以该中心像素作为Ｘ－Ｙ坐标的一原点；依据对应的径向距离来决定每一像素的一主光入射角；依据对应的主光入射角来决定相对于对应的该像素的一微透镜偏移量；以及依据对应的微透镜偏移量来排列多个微透镜，以在该像素阵列上形成一微透镜阵列；其中每一微透镜偏移量结合了一Ｘ轴向偏移量与一Ｙ轴向偏移量，且Ｘ轴向偏移率不同于Ｙ轴向偏移率；以及其中该Ｘ轴向偏移率为该Ｘ轴向偏移量与该偏移的微透镜沿Ｘ轴向到该原点的距离的比率，而该Ｙ轴向偏移率为该Ｙ轴向偏移量与该偏移的微透镜沿Ｙ轴向到该原点的距离的比率。

【技术特征摘要】
US 2009-1-29 12/362,241一种像素阵列上的微透镜阵列设计方法，包括如下步骤计算在一像素阵列中一中心像素至每一像素的一径向距离，其中以该中心像素作为X-Y坐标的一原点；依据对应的径向距离来决定每一像素的一主光入射角；依据对应的主光入射角来决定相对于对应的该像素的一微透镜偏移量；以及依据对应的微透镜偏移量来排列多个微透镜，以在该像素阵列上形成一微透镜阵列；其中每一微透镜偏移量结合了一X轴向偏移量与一Y轴向偏移量，且X轴向偏移率不同于Y轴向偏移率；以及其中该X轴向偏移率为该X轴向偏移量与该偏移的微透镜沿X轴向到该原点的距离的比率，而该Y轴向偏移率为该Y轴向偏移量与该偏移的微透镜沿Y轴向到该原点的距离的比率。2. 如权利要求1所述的像素阵列上的微透镜阵列设计方法，其中该X轴向偏移率大于 该Y轴向偏移率。3. 如权利要求1所述的像素阵列上的微透镜阵列设计方法，其中根据转换该对应的径 向距离而得的一图像高度来决定该主光入射角。4. 如权利要求3所述的像素阵列上的微透镜阵列设计方法，其中该主光入...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾志翔，彭进宝，杨政霖，刘宇杰，
申请(专利权)人：采钰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]