一種cis的像素陣列的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種CIS的像素陣列，屬于集成電路領域，其從下到上依次包括：基底，所述基底中設置有傳感器層，用于對光通路中的入射光進行光電轉換；金屬層，用于將光電轉換的電信號傳輸到外圍電路進行處理；微透鏡層，所述微透鏡層的材料為梯度折射率材料，以將入射光形成兩個不同的所述光通路，從而通過所述外圍電路的處理形成模擬左右眼道的數字圖像。本發明中通過所述微透鏡層的材料為梯度折射率材料，以將入射光形成兩個不同的所述光通路，從而通過所述外圍電路的處理形成模擬左右眼道的數字圖像。基于該左右眼道的數字圖像利用一個圖像傳感器從而實現人眼雙眼立體視覺。
【專利說明】一種CIS的像素陣列
【技術領域】
[0001]本發明屬于集成電路領域，具體地說，涉及一種CIS的像素陣列。
【背景技術】
[0002]圖像傳感器在民用和商業范疇內得到了廣泛的應用。目前，圖像傳感器由CMOS圖像傳感器(CMOS IMAGE SENSOR，以下簡稱CIS)和電荷耦合圖像傳感器(Charge-coupledDevice,以下簡稱(XD)。CXD與CIS相比來說，功耗較高、集成難度較大，而后者功耗低、易集成且分辨率較高。雖然說，在圖像質量方面CCD可能會優于CIS。但是，隨著CIS技術的不斷提高，一部分CIS的圖像質量已經接近于同規格的(XD。
[0003]對于C⑶來說，一方面，在專業的科研和工業領域，由于其具有高信噪比成為首選；另外一方面，在高端攝影攝像領域，能提供高圖像質量的CCD也頗受青睞。而對于CIS來說，在科研【技術領域】如生物化學、醫學、地質勘探、航天技術，以及娛樂工業領域如電子游戲、3D電影、網絡虛擬現實得到了廣泛應用。在科研【技術領域】和娛樂工業領域應用時，常常由一塊CIS、一個攝影鏡頭與一個暗室構成單眼透視視覺系統。然而，隨著3D技術的出現和不斷發展，單眼透視視覺系統并不能滿足人們對模擬人眼雙眼立體視覺Stereoscopy的3D技術需求。
[0004]如圖1所示，為現有技術中采集彩色圖像的CIS像素陣列的剖面圖。該像素陣列為bayer模式，為了便于理解，圖1中只示意出了像素陣列第一行中三個子像素的剖視圖。從剖面上來看，像素陣列從上到下分為三層，上層為濾鏡層101，中層為氧化硅材料層102，該氧化硅材料層102中設置有金屬層103，下層為硅材料層104，該硅材料層104中設置有感光二極管105。濾鏡層101之上設置有微透鏡層106 (Micro-lens layer),濾鏡層101中的各個濾鏡111位于同一平面，圖中示意出了從左到右依次為紅色濾鏡、綠色濾鏡、紅色
濾鏡、綠色濾鏡.....； 且每一濾鏡111與微透鏡層106中的微透鏡116是--對應的，一
個微透鏡116對應一個光通道及一個感光二極管105。微透鏡116用于聚集光線，聚焦的光線經過濾鏡111經由光通道到達下層的感光二極管105。金屬層103即Ml?M4之間電連接，用來傳遞電信號，相鄰金屬層之間留有光通道。
[0005]圖2為現有就技術中模擬人眼雙眼立體視覺Stereoscopy數字拍攝的基本原理圖。圖3為現有技術中模擬人眼雙眼立體視覺Stereoscopy數字拍攝系統的簡要組成圖，如圖2所示，在一定范圍內，人眼雙眼視覺具有深度信息，因此人腦能感知到3D效果。在此范圍之外，深度信息精度不夠，雙眼視覺的3D效果失效。每個人的瞳距d (兩眼201之間距離)存在個體差異，但只在一定范圍內變化。當雙眼關注的物體距離S變化時，雙眼視線夾角N隨之變化。假設d的變化可以忽略,Smin〈S〈Smax時Stereoscopy處于工作范圍,此時Nmin〈N〈Nmax。如圖3所示，攝像機201拍攝物體200，CIS圖像傳感器中的像素陣列202模擬兩只人眼，由于人眼有兩只，感光的視網膜有兩張，直觀地模擬Stereoscopy需要兩個完全分離的光通路，也需要至少兩個CIS。人眼雙眼視覺類似，設兩塊CIS之間距離為D，物體距離S，,而兩個Camera光軸的夾角為N，，貝丨J S，min〈S，〈S’ max,即N，min〈N〈N，max時Stereoscopy的3D效果有效。
[0006]現有技術中，為了實現人眼雙眼立體視覺Stereoscopy,必須使用至少兩塊CIS、兩個攝影鏡頭和與之相對應的兩個暗室。由此可見，構建這種系統的成本頗高。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是提供一種CIS的像素陣列，用以部分或全部克服、部分或全部解決現有技術存在的上述技術問題。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種CIS的像素陣列，其從下到上依次包括:
[0009]基底，所述基底中設置有傳感器層，用于對光通路中的入射光進行光電轉換；
[0010]金屬層，用于將光電轉換的電信號傳輸到外圍電路進行處理；
[0011]微透鏡層，所述微透鏡層的材料為梯度折射率材料，以將入射光形成兩個不同的所述光通路，從而通過所述外圍電路的處理形成模擬左右眼道的數字圖像。
[0012]優選地，在本發明的一實施例中，所述金屬層設置在氧化硅材質的中間層中。
[0013]優選地，在本發明的一實施例中，所述模擬左右眼道的數字圖像之間的中心距離在可實現人眼雙眼立體視覺允許的范圍之內。
[0014]優選地，在本發明的一實施例中，所述像素陣列與被感應物體之間的距離在可實現人眼雙眼立體視覺允許的范圍之內。
[0015]優選地，在本發明的一實施例中，位于微透鏡層中各個微透鏡法線左右兩側的光線，經對應微透鏡聚焦處理后，沿著垂直的方向射向所述傳感層。
[0016]優選地，在本發明的一實施例中，所述模擬左右眼道的數字圖像與所述傳感層中相鄰兩列傳感單元的像素值一一對應。
[0017]優選地，在本發明的一實施例中，所述被所述傳感器層感應的入射光經深度捕獲。
[0018]優選地，在本發明的一實施例中，利用廣角鏡頭深度捕獲被所述傳感器層感應的入射光。
[0019]優選地在本發明的一實施例中，所述微透鏡層之下還設置有濾鏡層，用于實現不同顏色的還原。
[0020]為了解決上述技術問題，本發明還提供了一種實現人眼雙眼立體視覺的系統，其包括:
[0021]主攝像鏡頭，用以捕獲被感應物體產生的入射光；
[0022]圖像傳感器，包括上述任意類型的像素陣列。
[0023]與現有的方案相比，本發明中通過所述微透鏡層的材料為梯度折射率材料，以將入射光形成兩個不同的所述光通路，從而通過所述外圍電路的處理形成模擬左右眼道的數字圖像。基于該左右眼道的數字圖像利用一個圖像傳感器從而實現人眼雙眼立體視覺。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為現有技術中采集彩色圖像的CIS像素陣列的剖面圖；
[0025]圖2為現有就技術中模擬人眼雙眼立體視覺Stereoscopy數字拍攝的基本原理圖；[0026]圖3為現有技術中模擬人眼雙眼立體視覺Stereoscopy數字拍攝系統的簡要組成圖；
[0027]圖4為本發明實施例一中采集灰度圖像的CIS像素陣列剖視圖；
[0028]圖5為本發明實施例二中采集彩色圖像的CIS像素陣列剖視圖；
[0029]圖6為上述圖4-圖5中像素陣列的平面示意圖；
[0030]圖7所示為本發明實施例四中人眼雙眼立體視覺的系統的簡要示意圖；
[0031]圖8為圖7中左右兩條光通道中的光強度示意圖。
【具體實施方式】
[0032]以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題并達成技術功效的實現過程能充分理解并據以實施。
[0033]本發明的下述實施例中，根據入射光的照度有選擇的啟動傳輸管組對應傳輸效率的傳輸管進行所述電子的傳輸，從而將所述電子從所述傳輸管組的源極端傳輸到漏極端并轉換為電壓信號。
[0034]圖4為本發明實施例一中采集灰度圖像的ClS像素陣列剖視圖，本實施例中，像素陣列中沒有設置濾鏡層，因此，只能采集到灰度圖像。如圖4所示，其從下到上依次包括:基底401、金屬層402、微透鏡層403。其中:
[0035]所述基底401中設置有傳感器層402，用于對光通路中的入射光進行光電轉換；
[0036]金屬層402用于將光電轉換的電信號傳輸到外圍電路(圖中未示出)進行處理。本實施中，所述金屬層402設置在氧化硅材質的中間層400中。
[0037]微透鏡層403的材料為梯度折射率材料，以將入射光形成兩個不同的所述光通路，從而通過所述外圍電路(圖中未示出)的處理形成模擬左右眼道的數字圖像。微透鏡層403根據像素的個數包括有若干個微透鏡413。
[0038]本實施例中，位于微透鏡層403中各個微透鏡413法線左右兩側的光線，經對應微透鏡聚焦處理后，沿著垂直的方向射向所述傳感層。
[0039]本實施例中，所述模擬左右眼道的數字圖像與所述傳感層402中相鄰兩列傳感單兀的像素值 對應。
[0040]本實施例中，所述模擬左右眼道的數字圖像之間的中心距離在可實現人眼雙眼立體視覺允許的范圍之內。所述像素陣列與被感應物體405之間的距離在可實現人眼雙眼立體視覺允許的范圍之內。
[0041]本實施例中，所述被所述傳感器層42感應的入射光經深度捕獲。優選地，可以利用廣角鏡頭深度捕獲被所述傳感器層感應的入射光。
[0042]在上述圖4所示的實施例中，來自左側的光線11、12和13與CIS法線成al角，經過微透鏡層403折射處理后向右彎折成垂直光線進入光通道；來自右側的光線rl、r2，與CIS法線成a2角，經過微透鏡層403折射處理后向左彎折成垂直光線進入光通道。來自左側的光線形成右眼通道的數字圖像，來自右側的光線形成左眼通道的灰度數字圖像。由此，采用單一像素陣列實現了左右眼通道色灰度數字圖像，基于此最終實現基于灰度圖像的人眼雙眼立體視覺Stereoscopy。
[0043]圖5為本發明實施例二中采集彩色圖像的CIS像素陣列剖視圖，本實施例中，像素陣列中設置有濾鏡層404，也就是給每一個像素配置了一個濾鏡414，因此，可以實現不同顏色的還原，從而采集到彩色圖像。如圖4所示，與上述實施例一相同的是其從下到上依次包括:基底401、金屬層402、微透鏡層403。
[0044]在上述圖5所述的實施例中，來自左側的光線11、12和13與ClS法線成al角，經過微透鏡層403折射處理后后向右彎折成垂直光線，穿過濾鏡層404進入光通道；來自右側的光線rl、r2與CIS法線成a2角，經過微透鏡層403折射處理后向左彎折成垂直光線，穿過濾鏡層404進入光通道。相鄰的兩對濾鏡及其對應感光二極管PD，分別針對于來自左右兩側的兩組光線，生成的兩幅具有微小透視視角差別的彩色數字圖像。由此，采用單一像素陣列實現了左右眼通道色數字圖像，基于此最終實現基于彩色圖像的人眼雙眼立體視覺Stereoscopy。
[0045]其他與上述實例三相同的內容在此不再贅述，詳細可參見上述對圖4的相關描述。
[0046]需要說明的是，圖6為上述圖4_圖5中像素陣列的平面不意圖，上述圖5_圖6中的像素陣列是基于BAYER模式的，即像素陣列的第一行為RGB...RGB……;第二行為GBR.? ? GBR……。上述圖4-圖5是第一行像素的剖視圖。
[0047]圖7所示為本發明實施例四中人眼雙眼立體視覺的系統的簡要示意圖。如圖7所示，其包括主攝像頭701和包括上述圖4或圖5像素陣列的CIS圖像傳感器702，其中主攝像鏡頭701，用以捕獲被感應物體700產生的入射光；圖像傳感器用于感應主攝像鏡頭701捕獲的入射光。由于CIS圖像傳感器802中的微透鏡層會將入射光形成左右兩條光通道，從而采集到模擬左右眼通道色灰度數字圖像，基于此最終實現了基于灰度圖像的人眼雙眼立體視覺Stereoscopy。
[0048]圖8為圖7中左右兩條光通道中的光強度示意圖，如圖8所示，從光強度曲線來看，形成了左右兩條光通道。X 表示像素位置，Y表示對應像素位置的光強度。
[0049]上述說明示出并描述了本發明的若干優選實施例，但如前所述，應當理解本發明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述發明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和范圍，則都應在本發明所附權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種CIS的像素陣列，其特征在于，從下到上依次包括: 基底，所述基底中設置有傳感器層，用于對光通路中的入射光進行光電轉換； 金屬層，用于將光電轉換的電信號傳輸到外圍電路進行處理； 微透鏡層，所述微透鏡層的材料為梯度折射率材料，以將入射光形成兩個不同的所述光通路，從而通過所述外圍電路的處理形成模擬左右眼道的數字圖像。
2.根據權利要求1所述的像素陣列，其特征在于，所述金屬層設置在氧化硅材質的中間層中。
3.根據權利要求1所述的像素陣列，其特征在于，所述模擬左右眼道的數字圖像之間的中心距離在可實現人眼雙眼立體視覺允許的范圍之內。
4.根據權利要求1所述的像素陣列，其特征在于，所述像素陣列與被感應物體之間的距離在可實現人眼雙眼立體視覺允許的范圍之內。
5.根據權利要求1所述的像素陣列，其特征在于，位于微透鏡層中各個微透鏡法線左右兩側的光線，經對應微透鏡聚焦處理后，沿著垂直的方向射向所述傳感層。
6.根據權利要求5所述的像素陣列，其特征在于，所述模擬左右眼道的數字圖像與所述傳感層中相鄰兩列傳感單元的像素值--對應。
7.根據權利要求1-6任意權利要求所述的像素陣列，其特征在于，所述被所述傳感器層感應的入射光經深度捕獲。
8.根據權利要求7所述的像素陣列，其特征在于，利用廣角鏡頭深度捕獲被所述傳感器層感應的入射光。
9.根據權利要求1所述的像素陣列，其特征在于，所述微透鏡層之下還設置有濾鏡層，用于實現不同顏色的還原。
10.一種實現人眼雙眼立體視覺的系統，其特征在于，包括: 主攝像鏡頭，用以捕獲被感應物體產生的入射光； 圖像傳感器，包括權利要求1-9任意所述的像素陣列。
【文檔編號】H01L27/146GK103441134SQ201310393579
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月2日 優先權日:2013年9月2日
【發明者】陳嘉胤 申請人:上海集成電路研發中心有限公司