CN100438584C - 影像处理单元 - Google Patents

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Abstract

一种影像处理单元，适用于一影像感测器，该影像处理单元包括多个光电二极管，其排列于影像感测器中，这些光电二极管依位置的不同而具有不同尺寸的感光面积，这些光电二极管的感光面积由中央区域向外依序递增，其中排列于同一列的该些光电二极管的感光面积的横向宽度由中央区域向两侧依序递增，排列于同一行的该些光电二极管的感光面积的纵向宽度由中央区域向两侧依序递增，以补偿光入射角过大而使敏感度降低的问题，进而提高影像撷取的品质。

Description

影像处理单元
技术领域
本发明涉及一种影像感测器，尤其涉及一种互补式金属氧化物半导体影像感测器(CMOS image sensor)的影像处理单元。
背景技术
CMOS影像感测器是一种能将影像图案经过扫描动作，将光信号转换成电脑可以辨认、处理及储存的光电转换装置。由于CMOS影像感测器是以集成光电模块来感测影像的明暗，相较于电荷耦合元件(CCD)的复杂光学成像原理而言，更能做到简单、装配容易，低成本，并符合产品走向轻、薄、短、小的时代要求，其应用的产品包括低阶扫描器、数字相机/摄影机等等。
在影像处理上，CMOS影像感测器是藉由阵列排列的光电二极管(photodiode)所构成的像素单元来撷取影像，而每一像素单元的敏感度(sensitivity)代表投射于光电二极管上的光信号转换成电子信号的强度表现，如果光电二极管对光的敏感度降低时，将直接影响影像撷取的真实度与饱和度。
值得注意的是，现有的CMOS影像感测器以相同尺寸的光电二极管排列成阵列型态的像素单元或线性型态的像素单元，然而边缘区域或两侧区域的光电二极管相对于中央区域的光电二极管而言，具有较大的光入射角，也因如此造成光入射角过大而使敏感度降低。此种边缘衰减(attenuation)的效应直接影响成像的品质，造成中央较亮边缘较暗的情况。虽然在光补偿技术上，能藉由软体或微透镜(microlens)的聚焦来增强边缘区域的光信号，或是经由影像大小来计算较佳感光区域的有效面积，但效果还是有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种影像处理单元，藉以改善边缘区域或两侧区域的光电二极管的敏感度。
本发明提出一种影像处理单元，适用于一影像感测器，该影像处理单元包括：多个光电二极管，排列于该影像感测器中，这些光电二极管依位置的不同而具有不同尺寸的感光面积，这些光电二极管的感光面积由中央区域向外依序递增，其中排列于同一列的该些光电二极管的感光面积的横向宽度由中央区域向两侧依序递增，排列于同一行的该些光电二极管的感光面积的纵向宽度由中央区域向两侧依序递增。
依照本发明的优选实施例所述，上述的影像感测器例如是CMOS影像感测器。
依照本发明的优选实施例所述，上述的光电二极管例如以阵列型态或线性型态排列于影像感测器中。
依照本发明的优选实施例所述，上述的光电二极管例如由中央区域向外区分为多个区块，且每一区块中的光电二极管的感光面积相同。
依照本发明的优选实施例所述，其中每一光电二极管的感光面积与其入射光的正弦值成比例增加。
依照本发明的优选实施例所述，其中每一光电二极管的感光面积与敏感度衰减量成比例增加。
本发明因采用感光面积比例不同的光电二极管，来补偿敏感度随光入射角变大而降低的问题。因此，位于边缘区域或两侧区域的光电二极管因具有较大的感光面积，故可增加敏感度，以克服现有边缘衰减的效应。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1绘示本发明一优选实施例的一种影像处理单元的示意图；
图2绘示本发明的影像处理单元与入射光之间的配置示意图。
主要元件符号说明
100：影像处理单元
110：光电二极管
111：感光面积为A0的光电二极管
112～115：感光面积为A1的光电二极管
116～119：感光面积为A2的光电二极管
122～125：感光面积为Amax的光电二极管
310：透镜
311～314：光电二极管
具体实施方式
图1绘示本发明第一实施例的一种影像处理单元的示意图。有关影像处理单元100的驱动方式以及成像的原理可参考申请前的现有技术，以获得更详细的说明，下列所述的内容仅针对影像处理单元100排列的方式以及尺寸的变化作详尽的说明。
请参考图1，影像处理单元100主要包括多个横向排列与纵向排列的光电二极管110、120。在排列方式上，光电二极管110、120可由半导体元件的布局设计形成阵列型态的像素单元，以撷取入射于光电二极管110、120上的光信号，并转换成可读取的电子信号。本发明与现有技术不同的是，光电二极管110、120依位置的不同而具有不同尺寸的感光面积，特别是，光电二极管110、120的感光面积由中央区域向外依序递增。
如图1所示，位于中央区域C的光电二极管111具有最小的感光面积A0，亦即具有最小的横向宽度W0以及纵向宽度H0，而其余位于中央区域C以外的光电二极管110、120分别沿着水平轴向或垂直轴向以一定比例增加其感光面积，使得最***边缘区域的光电二极管112～119相对具有较大的感光面积A1、A2。以同一列(第N列)的光电二极管110为例，感光面积A1的横向宽度W1是由中央区域的横向宽度W0向两侧以一定比例依序递增。此外，同一行(第M行)的光电二极管120的感光面积A2的纵向宽度H2亦可由中央区域的纵向宽度H0向两侧以一定比例依序递增。
在图1中，当光电二极管110、120以阵列型态排列时，且不同行数与不同列数的光电二极管110、120的横向宽度或纵向宽度同时以一定的比例增加时，四个角落区域的光电二极管122～125分别具有最大的感光面积Amax，但本发明并不受限于此。也就是说，光电二极管除了以阵列型态排列之外，还可以线性型态排列。例如，多个光电二极管排在同一列时，这些光电二极管的横向宽度由中央区域C向两侧依序递增，因此两侧区域的光电二极管具有最大的感光面积Amax。同样地，当多个光电二极管排在同一行时，这些光电二极管的纵向宽度由中央区域C向两侧依序递增，因此两侧区域的光电二极管具有最大的感光面积Amax。
上述二实施例中，“中央区域”的光电二极管例如包括多个相邻且感光面积相同的光电二极管，而其余光电二极管由中央区域向外区分为多个区块，每一区块内具有多个相邻且感光面积相同的光电二极管。但不论有无区分为多个区块，这些光电二极管均可藉由尺寸的变化(由中央区域向外依序递增)来改善边缘衰减的效应，详述如下。
请参考图2，其绘示本发明的影像处理单元与入射光之间的配置示意图。以CMOS影像感测器为例，外部影像的光信号透过透镜310的折射之后，以不同的入射角入射至阵列排列或线性排列的光电二极管311～314上。其中，光信号以最小的入射角入射至中央区域C的光电二极管311，但随着入射角的变大，边缘区域或两侧区域的光电二极管314具有最大的入射角，相对地具有最大的敏感度衰减量。值得注意的是，本发明藉由增加边缘区域或两侧区域的感光面积，来补偿光电二极管314的敏感度随光入射角变大而降低的问题。
由正弦定理得知，入射光的角度愈大所得到的正弦值也就越大。根据此原理，在设计光电二极管310的感光面积时可根据入射光的正弦值以一定比例增加。举例来说，假设，中央区域C的光电二极管311的感光面积为A0，而入射光的正弦值为sin30°时，此时光电二极管312的感光面积由A0增加到A0(1+sin30°)，当入射光的正弦值变大为sin45°时，此时光电二极管313的感光面积由A0增加到A0(1+sin45°)，依此类推，最外侧的光电二极管314的感光面积由A0增加到A0(1+sinθmax)。
除此之外，光电二极管310的感光面积也可根据敏感度的衰减量以一定比例增加。例如，经由实验数据得知，边缘或两侧区域的光电二极管314的敏感度衰减30％时，可将光电二极管314的感光面积由A0增加到A0(1+30％)，以克服边缘衰减的效应。前述的面积增加方式仅为一个说明例，实际情形可依据设计时来做调整。
由此可知，无论是入射角变大所造成的边缘衰减的效应或其他因素所造成的敏感度衰减等现象，均可通过上述的法则加以补偿，以获得亮度均匀、色彩清晰的高品质影像。
综上所述，本发明的影像处理单元是由不同感光面积的光电二极管所组成，特别是感光面积由中央区域向两侧区域依序递增，或是由中央区域向四周边缘区域依序递增，以避免光入射角过大而使敏感度降低。因此，现有边缘衰减效应所产生的中央较亮边缘较暗的情况将可获得改善，以提高影像撷取的品质。此外，光电二极管的感光面积可根据入射光的正弦值或根据敏感度衰减量以一定比例增加，故能获得亮度均匀、色彩清晰的高品质影像。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

Claims (7)

1.一种影像处理单元，适用于一影像感测器，该影像处理单元包括：
多个光电二极管，排列于该影像感测器中，该些光电二极管依位置的不同而具有不同尺寸的感光面积，该些光电二极管的感光面积由中央区域向外依序递增，其中排列于同一列的该些光电二极管的感光面积的横向宽度由中央区域向两侧依序递增，排列于同一行的该些光电二极管的感光面积的纵向宽度由中央区域向两侧依序递增。
2.如权利要求1所述的影像处理单元，其中该影像感测器包括CMOS影像感测器。
3.如权利要求1所述的影像处理单元，其中该些光电二极管以阵列型态或线性型态排列于该影像感测器中，所述阵列型态为该些光电二极管排成多行与多列的矩阵，所述线性型态为该些光电二极管排在同一列或排在同一行。
4.如权利要求1所述的影像处理单元，其中该些光电二极管由中央区域向外区分为多个区块，该些区块彼此相邻，且每一该些区块中的光电二极管的感光面积相同。
5.如权利要求1所述的影像处理单元，其中每一该些光电二极管的感光面积与其入射光的正弦值成比例增加。
6.如权利要求1所述的影像处理单元，其中每一该些光电二极管的感光面积与敏感度衰减量成比例增加。
7.如权利要求1所述的影像处理单元，还包括一透镜，配置于该些光电二极管之上。
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