滤色器阵列和固态图像传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了滤色器阵列和固态图像传感器。根据一实施例，滤色器阵列包括具有多种颜色的多个滤色器。滤色器排布为使得每一个滤色器对应于微透镜阵列中包括的多个微透镜的任一个。每个微透镜被配置成用光来照射多个像素。
【专利说明】滤色器阵列和固态图像传感器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请基于2013年9月19日提交的第2013-194545号日本专利申请，并且要求 该日本专利申请的优先权权益；该日本专利申请的全部内容通过引用结合于此。
【技术领域】
[0003] 这里公开的实施例一般涉及滤色器阵列和固态图像传感器。
【背景技术】
[0004] 已知固态传感器，该固态传感器被配置成用图像传感器（诸如电荷耦合器件 (CCD)和互补金属氧化物半导体（CMOS)成像器）从对象接收光，输出源自光电转换的每个 像素的信号以获得图像。为了通过使用这样的固态图像传感器获得彩色图像，通常在图像 传感器的光接收表面上为相应的像素提供R (红色）、G (绿色）和B (蓝色）的滤色器，以输 出R、G和B的信号。
[0005] 与此同时，提出一种结构作为成像光学系统的结构，在该结构中，微透镜阵列排布 于像素上方，多个像素排布于多个微透镜下方以便使用微透镜阵列将来自主透镜的图像进 一步聚焦于多个像素上。使用该结构，可以获得在各像素块单元中具有差异的一组图像，且 该差异允许以对象的距离估算或距离信息为基础的重新聚焦过程等。通过使用微透镜阵列 来进一步聚焦来自主透镜的图像的光学配置被称为重新聚焦光学系统。
[0006] 使由图像传感器所捕获的图像品质降级的一个示例是串扰，串扰是指入射在一个 像素上的光进入相邻像素。例如，考虑常用图像传感器中使用的用于拜尔（Bayer)阵列中 相应像素的滤色器，在拜尔阵列中，G、B、G、B、…的行与R、G、R、G、…的行交替重复。如果 在拜尔排布中引起串扰，则会引起颜色混合且所捕获图像的颜色重现性被降级，颜色混合 导致对于像素中不同颜色分量的光的错误检测。
[0007] 在上述重新聚焦光学系统中，来自主透镜的光束穿过相应的微透镜，并且以取决 于微透镜位置的入射角被图像传感器的光接收表面所接收。因此，在重新聚焦光学系统中 也会引起上述的像素间的串扰。
【发明内容】
[0008] 各实施例的目的在于提供一种能抑制由于像素间的串扰造成的颜色重现性的降 级的滤色器阵列。
[0009] 根据一实施例，滤色器阵列包括具有多个颜色的多个滤色器。滤色器排布为使得 每一个滤色器对应于微透镜阵列中所包括的多个微透镜的任一个，每个微透镜被配置成用 光来照射多个像素。每个微透镜被配置成用光来照射多个像素。
[0010] 根据上述滤色器阵列，可以抑制由于像素间的串扰而造成的颜色重现性中的降 级。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是示出可应用于一实施例的成像设备的示例配置的框图；
[0012] 图2是示出可应用于该实施例的光学系统的示例配置的图；
[0013] 图3是根据该实施例的原（RAW)图像的示例的图；
[0014] 图4是示出可应用于该实施例的光学系统的另一示例配置的图；
[0015] 图5示出根据该实施例的重新聚焦过程；
[0016] 图6是示出拜尔阵列的滤色器阵列的示例的图；
[0017] 图7是示出根据已知排布的图像传感器的示例配置的图；
[0018] 图8是示出根据该实施例的光学系统的示例配置的图；
[0019] 图9A是示出根据该实施例的图像传感器的示例配置的图；
[0020] 图9B是示出根据该实施例的图像传感器的另一示例配置的图；
[0021] 图10示出根据该实施例的滤色器的形状的示例；
[0022] 图11示出由根据该实施例的图像处理器所执行的处理；
[0023] 图12是用于说明根据该实施例的最小重复单位的图；
[0024] 图13示出根据该实施例的最小重构放大率；
[0025] 图14是用于说明滤色器排布的距离准确度的定向依赖性的图；
[0026] 图15示出根据该实施例的滤色器排布；
[0027] 图16是用于说明根据该实施例的滤色器的相对位置的示意图；
[0028] 图17示出根据该实施例的滤色器阵列的特定示例；
[0029] 图18示出根据该实施例的滤色器阵列的特定示例；以及
[0030] 图19示出根据该实施例的滤色器阵列的特定示例。
【具体实施方式】
[0031] 以下将描述根据一实施例的滤色器阵列和固态图像传感器。图1示出可应用于该 实施例的成像设备的示例配置。在图1中，成像设备1包括作为透镜单元的相机模块10以 及图像信号处理器（ISP) 20。
[0032] 该相机模块10包括成像光学元件,成像光学元件包括：主透镜11、包括微透镜阵 列12和图像传感器13的固态图像传感器、成像器14、以及信号处理器15。成像光学元件 包括一个或多个透镜，并且被配置成将光从对象引导至微透镜阵列和图像传感器13。与成 像光学系统中所包括的透镜的图像传感器13最为接近的透镜是主透镜11。
[0033] 图像传感器13是例如电荷耦合器件（CXD)或互补金属氧化物半导体（CMOS)成像 器，并且包括像素阵列，该像素阵列包括多个像素，每个像素被配置成通过光电转换将接收 到的光转换成电信号。
[0034] 微透镜阵列12包括根据预定规则排布的多个微透镜120、120、…。微透镜阵列 12减少由主透镜11聚焦于图像平面上的一组光束，并且将这一组光束重新聚焦在分别与 微透镜120、120、…相关联的像素块上，该像素块包括图像传感器13上的多个像素。
[0035] 尽管未在图1中示出，在更接近于图像传感器13或主透镜11的微透镜阵列12的 一侧上设置根据该实施例的滤色器阵列。例如，该滤色器阵列包括用于分隔成R(红色）、 G(绿色）和B(蓝色）的三原色的多个滤色器，并且被排布为使得一个滤色器与一个微透镜 120相关联。
[0036] 在相机模块10中，包括主透镜的成像光学系统与其他部分分离，例如，使得主透 镜11可替换。相机模块10不限于此，并且可以被配置为其中包括主透镜11的成像光学系 统和微透镜阵列12被封装在一外壳中的单兀。在该情况下，包括成像光学系统和微透镜阵 列12的单元是可替换的。
[0037] 成像器14包括用于驱动图像传感器13的像素的驱动电路。驱动电路包括垂直选 择电路、水平选择电路、以及定时发生器，该垂直选择电路被配置成以水平线（行）为单位 顺序地选择要在垂直方向上被驱动的像素，该水平选择电路被配置成以列为单位顺序地选 择像素，该定时发生器被配置成以各个脉冲来驱动垂直选择电路和水平选择电路。成像器 14读取源自来自由垂直选择电路和水平选择电路所选择的像素的接收到的光的光电转换 的电荷，将电荷转换成电信号，并且输出该信号。
[0038] 信号处理器15对作为来自成像器14的模拟信号输出的电信号上执行增益调整过 程、降噪过程、放大过程等。此外，信号处理器15包括模数（A/D)转换电路，来把源自这些 过程的信号转换成数字信号并输出该信号作为原（RAW)图像的图像信号。
[0039] ISP 20包括相机模块I/F 21、存储器22、图像处理器23和、输出I/F24。相机模块 I/F21是相对于相机模块10的信号I/F。自相机模块10的信号处理器15输出的原（RAW) 图像（下文称为RAW图像）的图像信号例如经由相机模块I/F21被存储在存储器22中，该 存储器22是例如帧存储器。
[0040] 图像处理器23执行重新聚焦过程以获得被重构的经重新聚焦的图像，重新聚焦 过程是如下将描述的放大与微透镜相关联的区域内的图像、并且以基于通过微透镜阵列12 和滤色器阵列的光的RAW图像为基础，在与存储于存储器22中的RAW图像移位的位置处覆 盖该图像。经重新聚焦的图像通过输出I/F24被输出，并且被显示在显示设备（未图示） 上，或者被存储在外部存储介质中。
[0041] 注意到，存储器22中存储的RAW图像可以被存储在外部存储介质中。在该情况下， 从外部存储介质读取的RAW图像可以经由例如相机模块I/F21被存储在存储器220中，并 且经受图像处理器23所进行的重新聚焦过程以便在期望的定时获得经重新聚焦的图像。
[0042] 可应用于实施例的光学系统
[0043] 接着，将描述可应用于该实施例的光学系统。光学系统包括主透镜11、微透镜阵列 12、以及图像传感器13。图2示出可应用于该实施例的光学系统的示例配置。在图2中，距 离A表示主透镜11和对象之间的距离，且距离B表示主透镜11的成像距离。进一步，距离 C表示主透镜11的图像平面和微透镜阵列12的微透镜之间的最短距离，且距离D表示微透 镜阵列12和图像传感器13之间的距离。主透镜11具有焦距f，且微透镜120、120、…具 有焦距g。下文中，为说明目的，将对象相对于光轴的一侧定义为前面，将图像传感器13的 一侧定义为后面。
[0044] 在该光学系统中，微透镜阵列12将来自主透镜11的光束聚焦于图像传感器13 上，作为在通过微透镜120、120、…的相应视点处的图像。尽管未图示，R、G和B的滤色器 分别对应于微透镜120、120、…而排布。
[0045] 图3示意性地示出根据该实施例的当主透镜11的图像平面位于图像传感器13后 面时基于来自图像传感器13的输出的RAW图像的示例。从信号处理器15输出图像300作 为RAW图像，在图像300中，由微透镜阵列12的微透镜120、120、…聚焦到图像传感器13 的光接收表面上的微透镜图像30、30、…排布为对应于微透镜的排列。根据图3,一个对象 (例如，数字"3"）被成像为微透镜图像30,微透镜图像30彼此之间移位对应于微透镜120、 120、…的排布的预定量。
[0046] 注意到，微透镜图像30、30、…优选地由微透镜120、120、…无重叠地聚焦于图像 传感器13上。进一步，尽管微透镜阵列12是六角形阵列，其中微透镜120、120、…排布于 图3的六角形网格的网格点上，微透镜120、120、…的阵列不限于该示例而可以是不同的阵 列。例如，微透镜120、120、…可以排布为正方形网格。
[0047] 在图2的示例中，微透镜阵列12被置于主透镜11的图像平面的后面。这不限于 该示例，例如如图4所示，微透镜阵列12也可以被置于主透镜的图像平面的前面。下文中， 假定光学系统的微透镜阵列12如图2所示被置于主透镜11的后面。
[0048] 接着，将参照上述图2描述经重新聚焦的图像的形成原理。在图2中，距离B加距 离C由距离E表示。如果主透镜11的位置固定，则距离E是常数。这里，将基于距离E和 距离D是常数的假定来做出描述。
[0049] 关于主透镜11，到对象的距离A、来自对象的光被聚焦处的距离B、以及焦距f满 足由根据透镜公式的公式（1)所表达的关系。类似地，关于微透镜阵列12的微透镜120、 120、…也满足由根据透镜公式的公式（2)表示的关系。
【权利要求】
1. 一种滤色器阵列，包括具有多种颜色的多个滤色器，其中 所述滤色器排布为使得每一个滤色器对应于微透镜阵列中包括的多个微透镜的任一 个，每个微透镜被配置成用光来照射多个像素。
2. 如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于，所述滤色器以这样的方式排布：与一 个滤色器相邻排布的滤色器中具有相同颜色的至少两个滤色器相对于所述一个滤色器非 点对称地排布。
3. 如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于，所述滤色器以这样的方式排布：具有 相同颜色的至少一个第一滤色器排布于具有所述相同颜色的第二滤色器附近。
4. 如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于，所述滤色器具有这样的排布：其中两 种或更多种颜色的滤色器彼此相邻地排布并且位于一行中。
5. 如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于， 所述滤色器排布为六角形网格，且 沿着一行重复在所述行中彼此相邻地顺序排布具有第一颜色的一个滤色器、具有第二 颜色的一个滤色器、和具有第三颜色的一个滤色器所构成的一组，所述组以移位量1. 5个 滤色器相邻于所述行被重复。
6. 如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于， 所述滤色器排布为六角形网格，且 沿着一行重复在所述行中彼此相邻地顺序排布具有第一颜色的一个滤色器、具有第二 颜色的两个滤色器、和具有第三颜色的一个滤色器所构成的一组，所述组以移位量1. 5个 滤色器相邻于所述行被重复。
7. 如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于， 所述滤色器排布为六角形网格，以及 沿着一行重复在所述行中彼此相邻地顺序排布具有第一颜色的一个滤色器、具有第二 颜色的三个滤色器、和具有第三颜色的第一滤色器所构成的一组，所述组以移位量1. 5个 滤色器相邻于所述行被重复。
8. 如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于，所述滤色器包括具有两种或更多种 颜色的滤色器。
9. 如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于，所述滤色器具有其中不排布任何滤 色器的区域。
10. 如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于，每个所述滤色器具有圆形形状。
11. 如权利要求1所述的滤色器阵列，其特征在于， 所述滤色器排布为六角形网格，且 每个所述滤色器具有六角形形状。
12. -种固态图像传感器，包括： 滤色器阵列； 微透镜阵列；以及 图像传感器，用通过所述滤色器阵列和所述微透镜阵列的光照射所述图像传感器，其 中， 所述滤色器阵列包括具有多种颜色的多个滤色器，且 所述滤色器排布为使得每一个滤色器对应于所述微透镜阵列中包括的多个微透镜的 任一个，每个微透镜被配置成用光来照射多个像素。
【文档编号】H04N9/04GK104459859SQ201410461618
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2013年9月19日
【发明者】小林光吉, 上野梨纱子, 铃木和拓, 本多浩大, 权镐楠, 舟木英之 申请人:株式会社东芝