TW201405785A - 影像感測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種影像感測裝置，主要包括有一基板以及複數個影像感測單元。該基板具有複數個凹窩，且各該凹窩具有N個相互連接的傾斜段，各該影像感測單元具有一設置於該傾斜段的感光元件、一設置於該感光元件上的濾光片、以及一設置於該濾光片上的微透鏡。藉此，本發明的影像感測裝置能夠在其總面積固定的條件下，只增加影像感測單元的受光面積而不擴大像素的面積，從而有效地提升感光度，以提高影像畫質。

Description

影像感測裝置

本發明有關於一種影像感測裝置，特別是指一種能夠提高影像畫質的影像感測裝置。

請參閱第一圖，第一圖顯示有一種應用於諸如數位式(digital)影像裝置之習用影像感測器(image sensor)10，其主要包括有一基板20以及複數個影像感測單元30。各該影像感測單元30具有複數個設置於該基板20的感光元件(photosensor element)31、複數個分別設置於各該感光元件31上的濾光片(color filter)33、以及複數個分別設置於該濾光片33上的微透鏡(micro lens)35。當光線射入該影像感測器10的各該影像感測單元30時，光線會先被該微透鏡35聚焦，之後經該濾光片33過濾出特定頻譜的光線，其後，濾出的光線再射入設置於基板20的感光元件31。舉例而言，藍色濾光片33會過濾出符合藍光頻譜的藍光，而紅色濾光片33則會過濾出紅光。最後，各個感光元件31會將接收到之光線亮度轉換為電訊號。

一般來說，習用影像感測器10之該等影像感測單元30會呈現如第二圖所示之稱為拜耳彩色陣列(Bayer color array)的方式排列，第二圖中的R表示用來過濾出紅光並感測紅光強度的紅光感測單元30r，G表示用來過濾出綠光並感測綠光強度的綠光感測單元30g，而B表示用來過濾出藍光並感測藍光強度的藍光感測單元30b。前述感測單元30r，30g，30b亦稱為子像素，由於人類的眼睛對綠光較敏感，因此每兩個綠光感測單 元30g、一個藍光感測單元30b、以及一個紅光感測單元30r所組成的感測區域即稱為一像素(pixel)11，藉以創造出更接近真實色彩的圖像。

理論上，在影像感測裝置10總面積固定的情形下，縮小像素11面積以增加像素11數量，或者是增加影像感測單元30的面積，以提高感光度，都能獲得更好的影像畫質，亦即獲得更高的影像解析度(resolution)。然而實際上，縮小像素11面積會連帶縮小影像感測單元30的面積，使得能夠射入感光元件31的光線量減少，造成感光度降低，使畫質變差；而增加影像感測單元30的面積則會擴大像素11面積，導致像素11數量減少，使畫質變差。因此，如何能在影像感測裝置10總面積固定的情形下提高畫質，著實為重要的課題。

另外，由於每個子像素，亦即每個感測單元30都只記錄紅、綠、藍三原色中的其中一種原色訊號，所以必須倚靠數位式影像裝置內的色彩內插(Color interpolation)系統，利用鄰近的其他子像素，為每個原色訊號計算出其餘兩色的資訊，以形成最後的全彩影像。然而，大部分色彩內插系統都會出現人工錯色(artifacts)的現象，繼而影響影像畫質。

有鑑於此，本發明之主要目的在於提供一種影像感測裝置，其能夠在裝置總面積固定的條件下，只增加影像感測單元的受光面積而不擴大像素的面積，藉以有效地提升感光度，從而提高影像畫質。

為達成上述目的，本發明所提供的一種影像感測裝置，包 括有一基板以及複數個影像感測單元。該基板具有複數個凹窩，各該凹窩具有N個相互連接的傾斜段，其中N為大於4的整數。其次，各該影像感測單元具有一感光元件、一濾光片、以及一微透鏡；該感光元件設置於該基板傾斜段，該濾光片設置於該感光元件上，而該微透鏡設置於該濾光片上。藉此，本發明的影像感測裝置能夠在不改變其總面積的條件下，只擴大影像感測單元的受光面積而不擴大像素面積，從而有效地提高影像畫質。

本發明之另一目的在於提供一種影像感測裝置，其能夠避免前述影像感測裝置應用於數位式影像裝置內時，因色彩內插系統所造成的人工錯色現象，藉以改善影像畫質。

為達成上述目的，本發明所提供的一種影像感測裝置，更包括有複數個色溫調和單元，各該色溫調和單元具有一色溫調和件以及一微透鏡。並且，各該凹窩具有一與該N個傾斜段連接且平行該基板之一底面的底段，各該色溫調和件係分別設置於各該凹窩的底段，而各該微透鏡則設置於各該色溫調和件上。

依據本發明一較佳實施例所為的影像感測裝置中，各該傾斜段係呈平直狀，而各該傾斜段與該底面的夾角最好小於90度，藉以提高射入感光元件的光線量。

有關本發明所提供之影像感測裝置的詳細構造及其特徵，以下將列舉實施例並配合圖式，在可使本發明領域中具有通常知識者能夠簡單實施本發明實施例的範圍內進行說明。

以下簡單說明本發明配合實施例所採用之圖式的內容，其中：第三圖為一側視示意圖，顯示依據本發明第一實施例所為之影像感測裝置的態樣；第四圖為一頂視示意圖，顯示該第一實施例之影像感測裝置中，影像感測單元的排列態樣；第五圖為一側視示意圖，顯示本發明之第二實施例所為之影像感測裝置的態樣；第六圖為一頂視示意圖，顯示該第二實施例之影像感測裝置中，另一種可能之影像感測單元的排列態樣；以及第七圖為一頂視示意圖，顯示依據本發明第三實施例所為之影像感測裝置的態樣。

申請人首先在此說明，在以下將要介紹的實施例中，相同的參考號碼，表示相同或類似的元件或構造。

請先參閱第三圖，本發明第一實施例所提供的影像感測裝置40，係可為一電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,CCD)，其主要包括有一基板50以及複數個設置於該基板50的影像感測單元60。

該基板50，於本實施例中係由矽材質所製成，其具有一頂面51、一底面53以及複數個凹窩55，該頂面51具有複數個一體朝該底面53斜向延伸且概呈平直狀的傾斜段511，並且，各該凹窩55於本例中係由(但不限於)四個該傾斜段511相互連接為一組所形成者，使得各該凹窩55概呈倒四角錐狀。需特別說明的是，雖然本例中係以由四個傾斜段511所組成的 凹窩55來舉例說明，然而實際上該凹窩55的形態並非受限於前述者，其亦可由五個、六個或七個傾斜段511相互鄰接所組成，申言之，該凹窩55係可由N個傾斜段511所組成，且N為大於4的整數。

各該影像感測單元60具有一感光元件61、一濾光片63以及一微透鏡65。於本例中，該濾光片63依其設置位置而可為紅光濾光片、綠光濾光片或者是藍光濾光片，而該微透鏡65係可由樹脂(resin)所製成。

組裝時，由於本例中的各該凹窩55具有四個傾斜段，因此各該凹窩55內設置有四個該影像感測單元60，各該感光元件61係分別設置於各該傾斜段511，各該濾光片63則設置於各該感光元件61上，以及各該微透鏡65係設置於各該濾光片63上，並且，於本例中，各該傾斜段511之延伸線與該底面53的夾角θ最好小於90度，。前述微透鏡65設置於濾光片63的方式，舉例來說，係可將熱固性樹脂透過諸如點膠技術而形成於該濾光片63上。

請參閱第四圖，於本例中，一個凹窩55內之影像感測單元60的排列順序，依順時針方向而言，係為綠光感測單元60g、紅光感測單元60r、綠光感測單元60g以及藍光感測單元60b，換言之，於本實施例中，同樣是由兩個綠光感測單元60g、一個藍光感測單元60b、以及一個紅光感測單元60r共同組成一個像素(pixel)11。

如此，由於各該傾斜段511係由頂面51一體朝底面53斜向延伸而成，因此，在單個像素11之長度與寬度固定的情形 下，亦即單個像素11之面積固定的情形下，本發明之各該影像感測單元60的受光面積，會大於習用影像感測裝置10中之影像感測單元30的受光面積，繼而有效地提升感光度，最終提高影像畫質。

接著，請參閱第五圖，其為本發明第二實施例所提供的影像感測裝置40’，主要包括有一基板50’、該等影像感測單元60以及複數個色溫(correlated color temperature)調和單元70。

在此實施例中，由於該影像感測單元60的整體結構與前述第一實施例完全相同，因此，容申請人在此不再贅述。以下僅針對本實施例與前述第一實施例之相異處進行說明。

該基板50’，於本例中的結構大致上與前述第一實施例所述者相同，其具有該頂面51、該底面53以及複數個凹窩55’。各該凹窩55’除了具有該等傾斜段511之外，還分別具有一個平行於該底面53的底段513，如第五圖所示，於本例中，各該凹窩55’的底段513係與四個相互鄰接的傾斜段511相連接。

各該色溫調和單元70具有一色溫調和件71以及一微透鏡73。該色溫調和件71於本例中係為一白平衡灰階卡(white balance gray card)，且係設置於該基板50’的底段513，而該微透鏡73係可利用如前述般的方式形成於該色溫調和件71上。

由於該色溫調和件71能夠提供數位式影像裝置內之色彩內插系統運算時的色彩調校參考點，因此能夠避免人工錯色現象，達到改善影像畫質的目的。

接著請參閱第六圖，其所顯示者為當第二實施例之影像感測裝置40’中的該凹窩55’具有六個傾斜段511時，其影像感測 單元60的排列順序，依順時針方向而言，係為紅光感測單元60r、藍光感測單元60b、紅光感測單元60r、綠光感測單元60g、藍光感測單元60b以及綠光感測單元60g，換言之，於本實施例中，係由兩個紅光感測單元60r、兩個藍光感測單元60b、以及兩個綠光感測單元60g共同組成一個像素(pixel)11。此外，該底段的部分同樣設置有該色溫調和單元70。

基於本發明的創作精神，本發明所提供之影像感測裝置40”的態樣還可如第七圖所示，包括有一基板50”、該等影像感測單元60以及複數個色溫調和單元70。

在此實施例中，由於該影像感測單元60與該色溫調和單元70的整體結構與前述第二實施例完全相同，因此申請人不再贅述。以下僅針對本實施例與前述第二實施例之相異處進行說明。

該基板50”於本例中的結構大致上與前述第二實施例所述者相同，其具有該頂面51、該底面53以及複數個凹窩55”，且各該凹窩55”具有該等傾斜段511以及該底段513。惟，於本例中，各該傾斜段511係呈階狀，並且，該影像感測單元60的感光元件61、濾光片63以及微透鏡65皆配合該傾斜段511的態樣而設計為階狀，藉以進一步提高各該影像感測單元60的受光面積。

綜上所陳，由於本發明能夠在裝置總面積固定的條件下，僅增加影像感測單元60的受光面積而不擴大像素11的面積，因此能夠有效地提升感光度，進而提高影像畫質。此外，本發明還可透過設置前述色溫調和件71來進一步提升影像的畫 質。

10‧‧‧影像感測裝置

11‧‧‧像素

20‧‧‧基板

30‧‧‧影像感測單元

30r‧‧‧紅光感測單元

30g‧‧‧綠光感測單元

30b‧‧‧藍光感測單元

31‧‧‧感光元件

33‧‧‧濾光片

35‧‧‧微透鏡

40，40’，40”‧‧‧影像感測裝置

50，50’，50”‧‧‧基板

51‧‧‧頂面

511‧‧‧傾斜段

513‧‧‧底段

53‧‧‧底面

55，55’，55”‧‧‧凹窩

60‧‧‧影像感測單元

60r‧‧‧紅光感測單元

60g‧‧‧綠光感測單元

60b‧‧‧藍光感測單元

61‧‧‧感光元件

63‧‧‧濾光片

65‧‧‧微透鏡

70‧‧‧色溫調和單元

71‧‧‧色溫調和件

73‧‧‧微透鏡

θ‧‧‧夾角

第一圖為一側視示意圖，顯示一種習用影像感測裝置的態樣；第二圖為一示意圖，顯示習用影像感測單元依照拜耳彩色陣列排列的態樣；第三圖為一側視示意圖，顯示依據本發明第一實施例所為之影像感測裝置的態樣；第四圖為一頂視示意圖，顯示該第一實施例之影像感測裝置中，影像感測單元的排列態樣；第五圖為一側視示意圖，顯示依據本發明第二實施例所為之影像感測裝置的態樣；第六圖為一頂視示意圖，顯示該第二實施例之影像感測裝置中，另一種可能之影像感測單元的排列態樣；以及第七圖為一頂視示意圖，顯示依據本發明第三實施例所為之影像感測裝置的態樣。

40‧‧‧影像感測裝置

50‧‧‧基板

51‧‧‧頂面

511‧‧‧傾斜段

53‧‧‧底面

55‧‧‧凹窩

60‧‧‧影像感測單元

61‧‧‧感光元件

63‧‧‧濾光片

65‧‧‧微透鏡

Claims (9)

1. 一種影像感測裝置，包含有：一基板，具有複數個凹窩，各該凹窩具有N個相互連接的傾斜段，其中N為大於4的整數；以及複數個影像感測單元，各該影像感測單元具有一設置於該傾斜段的感光元件、一設置於該感光元件上的濾光片、以及一設置於該濾光片上的微透鏡。
2. 如請求項1所述之影像感測裝置，更包含有複數個色溫調和單元，並且，各該凹窩具有一與該N個傾斜段連接且平行該基板之一底面的底段，各該色溫調和單元係分別設置於該凹窩的底段。
3. 如請求項2所述之影像感測裝置，其中各該色溫調和單元具有一設置於該凹窩底段的色溫調和件，以及一設置於該色溫調和件上的微透鏡。
4. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中該基板具有一頂面以及一平行該頂面的底面，各該傾斜段係自該頂面一體朝該底面斜向延伸所形成者。
5. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中各該傾斜段與該基板之一底面的夾角小於90度。
6. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中各該傾斜段係為平直狀。
7. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中各該傾斜段係為階狀。
8. 如請求項1所述之影像感測裝置，其中該基板為矽材 質。
9. 如請求項1所述之影像感測裝置，係為一電荷耦合裝置。