CN103441134A

CN103441134A - 一种cis的像素阵列

Info

Publication number: CN103441134A
Application number: CN2013103935798A
Authority: CN
Inventors: 陈嘉胤
Original assignee: Shanghai Integrated Circuit Research and Development Center Co Ltd
Current assignee: Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明公开了一种CIS的像素阵列，属于集成电路领域，其从下到上依次包括：基底，所述基底中设置有传感器层，用于对光通路中的入射光进行光电转换；金属层，用于将光电转换的电信号传输到***电路进行处理；微透镜层，所述微透镜层的材料为梯度折射率材料，以将入射光形成两个不同的所述光通路，从而通过所述***电路的处理形成模拟左右眼道的数字图像。本发明中通过所述微透镜层的材料为梯度折射率材料，以将入射光形成两个不同的所述光通路，从而通过所述***电路的处理形成模拟左右眼道的数字图像。基于该左右眼道的数字图像利用一个图像传感器从而实现人眼双眼立体视觉。

Description

一种CIS的像素阵列

技术领域

本发明属于集成电路领域，具体地说，涉及一种CIS的像素阵列。

背景技术

图像传感器在民用和商业范畴内得到了广泛的应用。目前，图像传感器由CMOS图像传感器（CMOS IMAGE SENSOR，以下简称CIS）和电荷耦合图像传感器（Charge-coupled Device，以下简称CCD）。CCD与CIS相比来说，功耗较高、集成难度较大，而后者功耗低、易集成且分辨率较高。虽然说，在图像质量方面CCD可能会优于CIS。但是，随着CIS技术的不断提高，一部分CIS的图像质量已经接近于同规格的CCD。

对于CCD来说，一方面，在专业的科研和工业领域，由于其具有高信噪比成为首选；另外一方面，在高端摄影摄像领域，能提供高图像质量的CCD也颇受青睐。而对于CIS来说，在科研技术领域如生物化学、医学、地质勘探、航天技术，以及娱乐工业领域如电子游戏、3D电影、网络虚拟现实得到了广泛应用。在科研技术领域和娱乐工业领域应用时，常常由一块CIS、一个摄影镜头与一个暗室构成单眼透视视觉***。然而，随着3D技术的出现和不断发展，单眼透视视觉***并不能满足人们对模拟人眼双眼立体视觉Stereoscopy的3D技术需求。

如图1所示，为现有技术中采集彩色图像的CIS像素阵列的剖面图。该像素阵列为bayer模式，为了便于理解，图1中只示意出了像素阵列第一行中三个子像素的剖视图。从剖面上来看，像素阵列从上到下分为三层，上层为滤镜层101，中层为氧化硅材料层102，该氧化硅材料层102中设置有金属层103，下层为硅材料层104，该硅材料层104中设置有感光二极管105。滤镜层101之上设置有微透镜层106（Micro-lens layer），滤镜层101中的各个滤镜111位于同一平面，图中示意出了从左到右依次为红色滤镜、绿色滤镜、红色滤镜、绿色滤镜.....；且每一滤镜111与微透镜层106中的微透镜116是一一对应的，一个微透镜116对应一个光通道及一个感光二极管105。微透镜116用于聚集光线，聚焦的光线经过滤镜111经由光通道到达下层的感光二极管105。金属层103即M1～M4之间电连接，用来传递电信号，相邻金属层之间留有光通道。

图2为现有就技术中模拟人眼双眼立体视觉Stereoscopy数字拍摄的基本原理图。图3为现有技术中模拟人眼双眼立体视觉Stereoscopy数字拍摄***的简要组成图，如图2所示，在一定范围内，人眼双眼视觉具有深度信息，因此人脑能感知到3D效果。在此范围之外，深度信息精度不够，双眼视觉的3D效果失效。每个人的瞳距d（两眼201之间距离）存在个体差异，但只在一定范围内变化。当双眼关注的物体距离S变化时，双眼视线夹角N随之变化。假设d的变化可以忽略，Smin<S<Smax时Stereoscopy处于工作范围，此时Nmin<N<Nmax。如图3所示，摄像机201拍摄物体200，CIS图像传感器中的像素阵列202模拟两只人眼，由于人眼有两只，感光的视网膜有两张，直观地模拟Stereoscopy需要两个完全分离的光通路，也需要至少两个CIS。人眼双眼视觉类似，设两块CIS之间距离为D，物体距离S’,而两个Camera光轴的夹角为N’，则S’min<S’<S’max,即N’min<N<N’max时Stereoscopy的3D效果有效。

现有技术中，为了实现人眼双眼立体视觉Stereoscopy，必须使用至少两块CIS、两个摄影镜头和与之相对应的两个暗室。由此可见，构建这种***的成本颇高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种CIS的像素阵列，用以部分或全部克服、部分或全部解决现有技术存在的上述技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种CIS的像素阵列，其从下到上依次包括：

基底，所述基底中设置有传感器层，用于对光通路中的入射光进行光电转换；

金属层，用于将光电转换的电信号传输到***电路进行处理；

微透镜层，所述微透镜层的材料为梯度折射率材料，以将入射光形成两个不同的所述光通路，从而通过所述***电路的处理形成模拟左右眼道的数字图像。

优选地，在本发明的一实施例中，所述金属层设置在氧化硅材质的中间层中。

优选地，在本发明的一实施例中，所述模拟左右眼道的数字图像之间的中心距离在可实现人眼双眼立体视觉允许的范围之内。

优选地，在本发明的一实施例中，所述像素阵列与被感应物体之间的距离在可实现人眼双眼立体视觉允许的范围之内。

优选地，在本发明的一实施例中，位于微透镜层中各个微透镜法线左右两侧的光线，经对应微透镜聚焦处理后，沿着垂直的方向射向所述传感层。

优选地，在本发明的一实施例中，所述模拟左右眼道的数字图像与所述传感层中相邻两列传感单元的像素值一一对应。

优选地，在本发明的一实施例中，所述被所述传感器层感应的入射光经深度捕获。

优选地，在本发明的一实施例中，利用广角镜头深度捕获被所述传感器层感应的入射光。

优选地在本发明的一实施例中，所述微透镜层之下还设置有滤镜层，用于实现不同颜色的还原。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种实现人眼双眼立体视觉的***，其包括：

主摄像镜头，用以捕获被感应物体产生的入射光；

图像传感器，包括上述任意类型的像素阵列。

与现有的方案相比，本发明中通过所述微透镜层的材料为梯度折射率材料，以将入射光形成两个不同的所述光通路，从而通过所述***电路的处理形成模拟左右眼道的数字图像。基于该左右眼道的数字图像利用一个图像传感器从而实现人眼双眼立体视觉。

附图说明

图1为现有技术中采集彩色图像的CIS像素阵列的剖面图；

图2为现有就技术中模拟人眼双眼立体视觉Stereoscopy数字拍摄的基本原理图；

图3为现有技术中模拟人眼双眼立体视觉Stereoscopy数字拍摄***的简要组成图；

图4为本发明实施例一中采集灰度图像的CIS像素阵列剖视图；

图5为本发明实施例二中采集彩色图像的CIS像素阵列剖视图；

图6为上述图4-图5中像素阵列的平面示意图；

图7所示为本发明实施例四中人眼双眼立体视觉的***的简要示意图；

图8为图7中左右两条光通道中的光强度示意图。

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明的下述实施例中，根据入射光的照度有选择的启动传输管组对应传输效率的传输管进行所述电子的传输，从而将所述电子从所述传输管组的源极端传输到漏极端并转换为电压信号。

图4为本发明实施例一中采集灰度图像的CIS像素阵列剖视图，本实施例中，像素阵列中没有设置滤镜层，因此，只能采集到灰度图像。如图4所示，其从下到上依次包括：基底401、金属层402、微透镜层403。其中：

所述基底401中设置有传感器层402，用于对光通路中的入射光进行光电转换；

金属层402用于将光电转换的电信号传输到***电路（图中未示出）进行处理。本实施中，所述金属层402设置在氧化硅材质的中间层400中。

微透镜层403的材料为梯度折射率材料，以将入射光形成两个不同的所述光通路，从而通过所述***电路（图中未示出）的处理形成模拟左右眼道的数字图像。微透镜层403根据像素的个数包括有若干个微透镜413。

本实施例中，位于微透镜层403中各个微透镜413法线左右两侧的光线，经对应微透镜聚焦处理后，沿着垂直的方向射向所述传感层。

本实施例中，所述模拟左右眼道的数字图像与所述传感层402中相邻两列传感单元的像素值一一对应。

本实施例中，所述模拟左右眼道的数字图像之间的中心距离在可实现人眼双眼立体视觉允许的范围之内。所述像素阵列与被感应物体405之间的距离在可实现人眼双眼立体视觉允许的范围之内。

本实施例中，所述被所述传感器层42感应的入射光经深度捕获。优选地，可以利用广角镜头深度捕获被所述传感器层感应的入射光。

在上述图4所示的实施例中，来自左侧的光线l1、l2和l3与CIS法线成a1角，经过微透镜层403折射处理后向右弯折成垂直光线进入光通道；来自右侧的光线r1、r2，与CIS法线成a2角，经过微透镜层403折射处理后向左弯折成垂直光线进入光通道。来自左侧的光线形成右眼通道的数字图像，来自右侧的光线形成左眼通道的灰度数字图像。由此，采用单一像素阵列实现了左右眼通道色灰度数字图像，基于此最终实现基于灰度图像的人眼双眼立体视觉Stereoscopy。

图5为本发明实施例二中采集彩色图像的CIS像素阵列剖视图，本实施例中，像素阵列中设置有滤镜层404，也就是给每一个像素配置了一个滤镜414，因此，可以实现不同颜色的还原，从而采集到彩色图像。如图4所示，与上述实施例一相同的是其从下到上依次包括：基底401、金属层402、微透镜层403。

在上述图5所述的实施例中，来自左侧的光线l1、l2和l3与CIS法线成a1角，经过微透镜层403折射处理后后向右弯折成垂直光线，穿过滤镜层404进入光通道；来自右侧的光线r1、r2与CIS法线成a2角，经过微透镜层403折射处理后向左弯折成垂直光线，穿过滤镜层404进入光通道。相邻的两对滤镜及其对应感光二极管PD，分别针对于来自左右两侧的两组光线，生成的两幅具有微小透视视角差别的彩色数字图像。由此，采用单一像素阵列实现了左右眼通道色数字图像，基于此最终实现基于彩色图像的人眼双眼立体视觉Stereoscopy。

其他与上述实例三相同的内容在此不再赘述，详细可参见上述对图4的相关描述。

需要说明的是，图6为上述图4-图5中像素阵列的平面示意图，上述图5-图6中的像素阵列是基于BAYER模式的，即像素阵列的第一行为RGB...RGB.....；第二行为GBR...GBR.....。上述图4-图5是第一行像素的剖视图。

图7所示为本发明实施例四中人眼双眼立体视觉的***的简要示意图。如图7所示，其包括主摄像头701和包括上述图4或图5像素阵列的CIS图像传感器702，其中主摄像镜头701，用以捕获被感应物体700产生的入射光；图像传感器用于感应主摄像镜头701捕获的入射光。由于CIS图像传感器802中的微透镜层会将入射光形成左右两条光通道，从而采集到模拟左右眼通道色灰度数字图像，基于此最终实现了基于灰度图像的人眼双眼立体视觉Stereoscopy。

图8为图7中左右两条光通道中的光强度示意图，如图8所示，从光强度曲线来看，形成了左右两条光通道。X表示像素位置，Y表示对应像素位置的光强度。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种CIS的像素阵列，其特征在于，从下到上依次包括：

金属层，用于将光电转换的电信号传输到***电路进行处理；

2.根据权利要求1所述的像素阵列，其特征在于，所述金属层设置在氧化硅材质的中间层中。

3.根据权利要求1所述的像素阵列，其特征在于，所述模拟左右眼道的数字图像之间的中心距离在可实现人眼双眼立体视觉允许的范围之内。

4.根据权利要求1所述的像素阵列，其特征在于，所述像素阵列与被感应物体之间的距离在可实现人眼双眼立体视觉允许的范围之内。

5.根据权利要求1所述的像素阵列，其特征在于，位于微透镜层中各个微透镜法线左右两侧的光线，经对应微透镜聚焦处理后，沿着垂直的方向射向所述传感层。

6.根据权利要求5所述的像素阵列，其特征在于，所述模拟左右眼道的数字图像与所述传感层中相邻两列传感单元的像素值一一对应。

7.根据权利要求1-6任意权利要求所述的像素阵列，其特征在于，所述被所述传感器层感应的入射光经深度捕获。

8.根据权利要求7所述的像素阵列，其特征在于，利用广角镜头深度捕获被所述传感器层感应的入射光。

9.根据权利要求1所述的像素阵列，其特征在于，所述微透镜层之下还设置有滤镜层，用于实现不同颜色的还原。

10.一种实现人眼双眼立体视觉的***，其特征在于，包括：

主摄像镜头，用以捕获被感应物体产生的入射光；

图像传感器，包括权利要求1-9任意所述的像素阵列。