CN106506915A - 一种摄像头模组及数码设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摄像头模组及数码设备，其中，摄像头模组包括：图像传感器，带阻滤光片；图像传感器包括至少三个感光元件；带阻滤光片包括至少三种带阻滤光单元，每种带阻滤光单元阻挡一种光，所有种类的带阻滤光单元所阻挡的光的组合集合而成一个像素点包含的完整的原始色彩；其中，每个感光元件分别与一种带阻滤光单元相对配合固定。通过上述方式，本发明的每个感光元件所捕捉并记录的光信号的强度是现有技术中的两倍，从而有效提升图像传感器的感光性能，并降低原始色彩的失真程度。

Description

一种摄像头模组及数码设备

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种摄像头模组及数码设备。

背景技术

近几年，随着电子产品设备、尤其是移动终端设备的快速发展，对其内置相机的功能要求越来越高。不仅要求相机功能越来越专业，而且要求成像效果也越来越高。

而现有的摄像头模组包括图像传感器，图像传感器包括感光元件以及感光元件上方的带通滤光单元。带通滤光单元只通过红光、绿光、蓝光中的一种，因此，图像传感器的各感光元件分别只能捕捉光信号1/3的强度，从而导致图像传感器的感光性能不佳，特别是弱光环境(如夜晚)下，信噪比低，造成用户在弱光环境拍照所得的图像亮度较暗或噪点大。

针对此问题，现有技术中主要采用如下解决方案：增加闪光灯进行辅助照明；用多帧合成的方案进行降噪；采用大像素点的传感器；采用多个摄像头(如双摄)。但上述方案都存在明显缺点，增加闪光灯进行辅助照明只能针对近景进行补光，对远景的补光效果差；用多帧合成的方案进行降噪会导致拍照的时间变长、影响体验效果；采用大像素点的传感器不仅会明显增加成本，同时会造成摄像模组的高度变高从而使得其无法堆叠进超薄的手机；采用多个摄像头(如双摄)会明显增加成本，且目前只能在拍照下使用，无法在预览或录像时进行改善。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种摄像头模组及数码设备，能够改善现有技术中图像传感器感光性能不佳的问题，有效提升图像传感器的感光性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：提供一种摄像头模组，包括：图像传感器，带阻滤光片；图像传感器包括至少三个感光元件；带阻滤光片包括至少三种带阻滤光单元，每种带阻滤光单元阻挡一种光，所有种类的带阻滤光单元所阻挡的光的组合集合而成一个像素点包含的完整的原始色彩；其中，每个感光元件分别与一种带阻滤光单元相对配合固定。

其中，带阻滤光片包括三种带阻滤光单元，分别为阻挡红光的第一滤光单元、阻挡绿光的第二滤光单元以及阻挡蓝光的第三滤光单元。

其中，摄像头模组进一步包括镜头、印刷电路板；印刷电路板、图像传感器、带阻滤光片、镜头依次层叠设置。

其中，图像传感器进一步包括光线隔离装置，光纤隔离装置设置于两相邻设置的感光元件之间。

其中，摄像头模组进一步包括A/D转换器，A/D转换器耦接图像传感器，用于对图像传感器输出的视频信号转换为数字图像信号。

其中，摄像头模组进一步包括数字信号处理芯片，数字信号处理芯片耦接A/D转换器，用于对A/D转换器输出的数字图像信号进行优化处理，并把处理后的信号传导至存储或显示部件。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一技术方案是：提供一种数码设备，包括：存储器、处理器与摄像头模组；摄像头模组包括图像传感器，图像传感器包括至少三个感光元件；带阻滤光片，带阻滤光片至少三种带阻滤光单元，每种带阻滤光单元阻挡一种光，所有种类的带阻滤光单元所阻挡的光的组合集合而成一个像素点包含的完整的原始色彩；其中，每个感光元件分别与一种带阻滤光单元相对配合固定，处理器与存储器及图像传感器耦接。

其中，带阻滤光片包括三种带阻滤光单元，分别为阻挡红光的第一滤光单元、阻挡绿光的第二滤光单元以及阻挡蓝光的第三滤光单元。

其中，摄像头模组进一步包括镜头、印刷电路板、A/D转换器、数字信号处理芯片；印刷电路板、图像传感器、带阻滤光片、镜头依次层叠设置，数字信号处理芯片、A/D转换器与图像传感器依次进行耦接。

其中，数码设备进一步包括显示屏，用于显示光学图像。

本发明的有益效果是：通过在各感光元件的上方设置带阻滤光单元，其中，每一种带阻滤光单元只阻挡一种光，即可以通过两种光，相比于现有技术中在各感光元件的上方设置的带通滤光单元只能通过一种光，本发明的每个感光元件所捕捉并记录的光信号的强度是现有技术中的两倍，从而有效提升图像传感器的感光性能，并降低原始色彩的失真程度。

附图说明

图1是本发明摄像头模组第一实施例的结构示意图；

图2是图1中图像传感器与带阻滤光片的部分放大示意图；

图3是本发明摄像头模组第二实施例的结构示意图；

图4是图2中图像传感器与带阻滤光片的部分放大示意图；

图5是本发明数码设备第一实施例的结构示意图；

图6是本发明数码设备第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明摄像头模组第一实施例的结构示意图，包括：图像传感器10、带阻滤光片11。

图像传感器10包括至少三个感光元件(标号分别为101、102、103)；带阻滤光片11包括至少三种带阻滤光单元(标号分别为111、112、113)，每种带阻滤光单元阻挡一种光，通过其余两种光。所有种类的带阻滤光单元所阻挡的光的组合集合而成一个像素点包含的完整的原始色彩；其中，每个感光元件分别与一种带阻滤光单元相对配合固定。

为方便描述，下面以三个感光元件以及三个带阻滤光单元进行举例说明，但本发明显然不限制感光元件与带阻滤光单元的数量。

如图2所示，图1中图像传感器10与带阻滤光片11的部分放大示意图，三个感光元件分别为第一感光元件101、第二感光元件102、第三感光元件103；三个带阻滤光单元分别为第一滤光单元111、第二滤光单元112、第三滤光单元113。

第一滤光单元111用于阻挡红光，通过绿光和蓝光；第二滤光单元112用于阻挡绿光，通过红光和蓝光；第三滤光单元113用于阻挡蓝光，通过红光和绿光。

第一感光元件101捕捉并记录绿光和蓝光的强度，第二感光元件102捕捉并记录红光和蓝光的强度，第三感光元件103捕捉并记录红光和绿光的强度。

其中，第一感光元件101与第一滤光单元111、第二感光元件102与第二滤光单元112、第三感光元件103与第三滤光单元113相对配合固定。

在本实施例中，图像传感器10是CCD(Charge Coupled Devices，电荷耦合器件)图像传感器，其感光单元按面阵(矩阵)方式排列，感光元件包含一个光电二极管，光电二极管进行光电转换，将捕捉的光子转化为电子，捕捉的光线强度越大，其转化的电子数越多，聚焦的电子数相应于光强度，并转换成各自独立的电荷单元，因此，感光元件只能捕捉并记录光线的强弱而不能捕捉并记录色彩，且捕捉的光线越强，相应的电信号越强，信号传输时越稳定，不容易丢失，从而图像细节更丰富。

CCD图像传感器是一种感光半导体芯片，用于捕捉光学图像，每一个感光元件积累的电荷包单元依序转移到CCD模拟移位寄存器中后，在外加电压的作用下一位位地移出器件，经输出放大器形成时序信号(视频信号)，但CCD不具备捕捉并记录与永久保存图像数据的能力。因此，在本实施例中，摄像头模组进一步包括：模数转换器12、数字信号处理芯片13、印刷电路板14，CCD图像传感器110与模数转换器12、数字信号处理芯片13、印刷电路板14依次进行耦接，对信号数据进行进一步优化处理与传输。

A/D转换器12耦接图像传感器10，用于对图像传感器10输出放大器输出的视频信号进行模-数转换变成数字图像信号。

数字信号处理芯片13耦接A/D转换器12，通过一系列复杂的数学算法运算，用于对A/D转换器12输出的数字图像信号进行优化处理(RGB/YUV→JPEG)，并把处理后的信号传导至存储或显示部件。

摄像头模组进一步包括镜头15，印刷电路板14、图像传感器10、带阻滤光片11、镜头15依次层叠设置。

摄像头模组可以是手机摄像头模组、数码相机摄像头模组、平板电脑摄像头模组，但不仅限于此。

镜头15是透镜结构，由几片透镜组成，一般分为塑胶透镜或玻璃透镜。为降低玻璃表面的反光以及减少光衰减，有的透镜会加上镀膜。

印刷版电路14，用于电气连接图像传感器10、模数转换器12、数字信号处理芯片13，并将数字信号处理芯片13输出的信号传导至存储或显示部件。图像传感器10、模数转换器12、数字信号处理芯片13依次固定粘贴在印刷版电路14且位于镜座17内腔中并正对镜头15。

图像传感器进一步包括光线隔离装置16，光纤隔离装置16设置于两相邻设置的感光元件之间，用于避免两相邻设置的感光元件之间的捕捉到的光线相互干扰，光线隔离装置16可以是不透光的薄膜，但不仅限于此。如图2所示，光纤隔离装置16分别设置于第一感光元件101与第二感光元件102、第二感光元件102与第三感光元件103之间。

在本实施例中，CCD图像传感器10的每个感光元件只捕捉并记录部分色彩的光强度，然后在数字图像信号进入数字信号处理芯片13后用特定的插值算法来算出丢失的色彩信息合成出图像。记录的光信号越强，光学图像信号的还原度越高，从而图像的失真度越小。

以每个像素点由三个感光元件构成为例，其中，每个像素点包含完整原始色彩，三个感光元件分别为第一感光元件101、第二感光元件102与第三感光元件103。第一感光元件101捕捉并记录经第一滤光单元111通过的绿光和蓝光的强度，第二感光元件102捕捉并记录经第二滤光单元112通过的红光和蓝光的强度，第三感光元件103捕捉并记录经第三滤光单元113通过的红光和绿光的强度，因此，每个像素点最终获得2/3的光信号。而现有技术中，第一感光元件捕捉并记录经红色滤光单元通过的红光的强度，第二感光元件捕捉并记录经绿色滤光单元通过的绿光的强度，第三感光元件捕捉并记录经蓝色滤光单元通过的蓝光的强度，因此，每个像素点最终获得1/3的光信号。由上可知，本发明的每个感光元件所捕捉并记录的光信号的强度是现有技术中的两倍，从而有效提升图像传感器的感光性能。

数字信号处理芯片13通过一系列复杂的数学算法运算，对A/D转换器12输出的数字图像信号进行优化处理(RGB/YUV→JPEG)。

以每个像素点由三个感光元件构成为例，第一感光元件101捕捉并记录经第一滤光单元111通过的绿光和蓝光的强度，假设记录的绿光G和蓝光B强度为a，即G+B＝a；第二感光元件102捕捉并记录经第二滤光单元112通过的红光和蓝光的强度，假设记录的红光R和蓝光B强度为b，即R+B＝b；第三感光元件103捕捉并记录经第三滤光单元113通过的红光和绿光的强度，假设捕捉的红光R和绿光G强度为c，即R+G＝c。从而可以根据G+B＝a；R+B＝b；R+G＝c三个方程组成的方程组计算得出每个像素点红光R、绿光G和蓝光B在原始色彩中所占的比例，合成像素点的原始色彩，并进一步合成出光学图像信号，把处理后的信号传导至存储或显示部件。

通过上述实施例，本发明在图像传感器的各感光元件的上方设置带阻滤光单元，其中，每一种带阻滤光单元只阻挡一种光，通过两种光，相比于现有技术中在各感光元件的上方设置的带通滤光单元只能通过一种光，本发明的每个感光元件所捕捉并记录的光信号的强度是现有技术中的两倍，有效提升图像传感器的感光性能。而感光元件捕捉并记录的光信号越强，每个像素点原始色彩的失真程度越小，从而光学图像信号的还原度越高，图像的失真度越小。

图中各器件的位置与大小、连接关系与连接位置仅为示意，实际应用可根据需要决定。在其他实施例中，每个像素点可由三个以上感光元件构成；为了将光线最大程度的汇聚到感光元件感光面积上，可以在每个感光元件上方安装一个微镜头。

如图3所示，本发明摄像头模组第二实施例的结构示意图，包括：图像传感器30，带阻滤光片31。

图像传感器10包括至少三个感光元件(标号分别为301、302、303)；带阻滤光片31包括至少三种带阻滤光单元(标号分别为311、312、313)，每种带阻滤光单元阻挡一种光，所有种类的带阻滤光单元所阻挡的光的组合集合而成一个像素点包含的完整的原始色彩；其中，每个感光元件分别与一种带阻滤光单元相对配合固定。

为方便描述，下面以三个感光元件以及三个带阻滤光单元进行举例说明，但本发明显然不限制感光元件与带阻滤光单元的数量。

如图4所示，图2中图像传感器30与带阻滤光片31的部分放大示意图，三个感光元件分别为第一感光元件301、第二感光元件302、第三感光元件303；三个带阻滤光单元分别为第一滤光单元311、第二滤光单元312、第三滤光单元313。

第一滤光单元311用于阻挡红光，通过绿光和蓝光；第二滤光单元312用于阻挡绿光，通过红光和蓝光；第三滤光单元313用于阻挡蓝光，通过红光和绿光。

第一感光元件301捕捉并记录绿光和蓝光的强度，第二感光元件302捕捉并记录红光和蓝光的强度，第三感光元件303捕捉并记录红光和绿光的强度。

其中，第一感光元件301与第一滤光单元311、第二感光元件302与第二滤光单元312、第三感光元件303与第三滤光单元313相对配合固定。

在本实施例中，图像传感器30是CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器，CMOS图像传感器是一种用传统芯片工艺方法将感光元件、放大器、模数转换器、存储器、数字信号处理器和计算机接口电路等集成在一块芯片上的图像传感器。其中，感光元件将捕捉并记录的图像数据传送至放大器后，视频信号经A/D转换器放大器进行模-数转换变成数字图像信号，再经数字信号处理芯片将数字图像信号进行优化处理(RGB/YUV→JPEG)，并通过计算机接口电路把处理后的信号传导至存储或显示部件。

感光单元按面阵(矩阵)方式排列，感光元件包含一个光电二极管，光电二极管进行光电转换，将捕捉的光子转化为电子，捕捉的光线强度越大，其转化的电子数越多，聚焦的电子数相应于光强度，并转换成各自独立的电荷单元，因此，感光元件只能捕捉并记录光线的强弱而不能捕捉并记录色彩，且捕捉的光线越强，相应的电信号越强，信号传输时越稳定，不容易丢失，从而图像细节更丰富。

摄像头模组进一步包括镜头32、印刷电路板33；印刷电路板33、图像传感器30、带阻滤光片31、镜头32依次层叠设置。

摄像头模组可以是手机摄像头模组、数码相机摄像头模组、平板电脑摄像头模组，但不仅限于此。

镜头32是透镜结构，由几片透镜组成，一般分为塑胶透镜或玻璃透镜。为降低玻璃表面的反光以及减少光衰减，有的透镜会加上镀膜。

印刷版电路33，用于将图像传感器30固定粘贴在印刷版电路33且位于镜座34内腔中并正对镜头32。

图像传感器进一步包括光线隔离装置35，光纤隔离装置35设置于两相邻设置的感光元件之间，用于避免两相邻设置的感光元件之间的捕捉到的光线相互干扰，光线隔离装置35可以是不透光的薄膜，但不仅限于此。如图4所示，光纤隔离装置35分别设置于第一感光元件301与第二感光元件302、第二感光元件302与第三感光元件303之间。

CMOS图像传感器30的每个感光元件只捕捉并记录部分色彩的光强度，然后在数字图像信号进入数字信号处理芯片后用特定的插值算法来算出丢失的色彩信息合成出图像，即以丢失色彩来捕捉并记录色彩信息。记录的原始彩色信息比例(光信号的强度)越高，光学图像信号的还原度越高，从而图像的失真度越小。

以每个像素点由三个感光元件构成为例，其中，每个像素点包含完整原始色彩，三个感光元件分别为第一感光元件301、第二感光元件302与第三感光元件303。第一感光元件301捕捉并记录经第一滤光单元311通过的绿光和蓝光的强度，第二感光元件302捕捉并记录经第二滤光单元312通过的红光和蓝光的强度，第三感光元件303捕捉并记录经第三滤光单元313通过的红光和绿光的强度，因此，每个像素点最终获得2/3的光信号。而现有技术中，第一感光元件捕捉并记录经红色滤光单元通过的红光的强度，第二感光元件捕捉并记录经绿色滤光单元通过的绿光的强度，第三感光元件捕捉并记录经蓝色滤光单元通过的蓝光的强度，因此，每个像素点最终获得1/3的光信号。由上可知，本发明的每个感光元件所捕捉并记录的光信号的强度是现有技术中的两倍，从而有效提升图像传感器的感光性能。

数字信号处理芯片13通过一系列复杂的数学算法运算，对A/D转换器12输出的数字图像信号进行优化处理(RGB/YUV→JPEG)。

以每个像素点由三个感光元件构成为例，第一感光元件101捕捉并记录经第一滤光单元111通过的绿光和蓝光的强度，假设记录的绿光G和蓝光B强度为a，即G+B＝a；第二感光元件102捕捉并记录经第二滤光单元112通过的红光和蓝光的强度，假设记录的红光R和蓝光B强度为b，即R+B＝b；第三感光元件103捕捉并记录经第三滤光单元113通过的红光和绿光的强度，假设捕捉的红光R和绿光G强度为c，即R+G＝c。从而可以根据G+B＝a；R+B＝b；R+G＝c三个方程组成的方程组计算得出每个像素点红光R、绿光G和蓝光B在原始色彩中所占的比例，合成像素点的原始色彩，并进一步合成出光学图像信号，把处理后的信号传导至存储或显示部件。

图中各器件的位置与大小、连接关系与连接位置仅为示意，实际应用可根据需要决定。在其他实施例中，每个像素点可由三个以上感光元件构成；为了将光线最大程度的汇聚到感光元件感光面积上，可以在每个感光元件上方安装一个微镜头。

如图5所示，本发明数码设备第一实施例的结构示意图，包括：存储器50、处理器51与摄像头模组52；处理器51与存储器50、摄像头模组52连接。

在本实施例中，摄像头模组52与本发明摄像头模组第一实施例的结构功能相同，则存储器50与摄像头模组52中的数字信号处理芯片13连接。

存储器50用于存储数字信号处理芯片13输出的数字图像信号。

处理器51控制数码设备的操作，处理器51还可以称为CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元)。处理器51可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器51还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

处理器51用于处理各器件间的信号传送。

数码设备可以是手机、数码相机以及平板电脑，但不仅限于此。

数码设备进一步包括显示屏53，用于显示记录下的光学图像。

如图6所示，本发明数码设备第二实施例的结构示意图，包括：存储器60、处理器61与摄像头模组62；处理器61与存储器60、摄像头模组62连接。

在本实施例中，摄像头模组62与本发明摄像头模组第二实施例的结构功能相同，则存储器60与摄像头模组62中的图像传感器30连接。

存储器60用于存储图像传感器30的数字信号处理芯器输出的数字图像信号。

处理器61控制数码设备的操作，处理器61还可以称为CPU(Central ProcessingUnit，中央处理单元)。处理器61可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器61还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

处理器61用于控制各器件间信号的传送。

数码设备可以是手机、数码相机以及平板电脑，但不仅限于此。

数码设备进一步包括显示屏63，用于显示记录下的光学图像。

在此基础上，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种摄像头模组，其特征在于，包括：

图像传感器，所述图像传感器包括至少三个感光元件；

带阻滤光片，所述滤光片包括至少三种带阻滤光单元，每种所述带阻滤光单元阻挡一种光，所有种类的所述带阻滤光片所阻挡的光的组合集合而成一个像素点包含的完整的原始色彩；

其中，每个所述感光元件分别与一种所述带阻滤光单元相对配合固定。

2.如权利要求1所述的摄像头模组，其特征在于，所述带阻滤光片包括三种带阻滤光单元，分别为阻挡红光的第一滤光单元、阻挡绿光的第二滤光单元以及阻挡蓝光的第三滤光单元。

3.如权利要求1所述的摄像头模组，其特征在于，所述摄像头模组进一步包括镜头、印刷电路板；

所述印刷电路板、所述图像传感器、所述带阻滤光片、所述镜头依次层叠设置。

4.如权利要求1所述的摄像头模组，其特征在于，所述图像传感器进一步包括光线隔离装置，所述光纤隔离装置设置于两相邻设置的所述感光元件之间。

5.如权利要求1所述的摄像头模组，其特征在于，所述摄像头模组进一步包括A/D转换器，所述A/D转换器耦接所述图像传感器，用于对所述图像传感器输出的视频信号转换为数字图像信号。

6.如权利要求1所述的摄像头模组，其特征在于，所述摄像头模组进一步包括数字信号处理芯片，所述数字信号处理芯片耦接A/D转换器，用于对所述A/D转换器输出的数字图像信号进行优化处理，并把处理后的信号传导至存储或显示部件。

7.一种数码设备，其特征在于，包括：存储器、处理器与摄像头模组；

所述摄像头模组包括：图像传感器，所述图像传感器包括至少三个感光元件；带阻滤光片，所述带阻滤光片包括至少三种带阻滤光单元，每种所述带阻滤光单元阻挡一种光，所有种类的所述带阻滤光单元所阻挡的光的组合集合而成一个像素点包含的完整的原始色彩；

其中，每个所述感光元件分别与一种所述带阻滤光单元相对配合固定，所述处理器与所述存储器及所述图像传感器耦接。

8.如权利要求7所述的数码设备，其特征在于，所述带阻滤光片包括三种带阻滤光单元，分别为阻挡红光的第一滤光单元、阻挡绿光的第二滤光单元以及阻挡蓝光的第三滤光单元。

9.如权利要求7所述的数码设备，其特征在于，所述摄像头模组进一步包括镜头、印刷电路板、A/D转换器、数字信号处理芯片；

其中，所述印刷电路板、所述图像传感器、所述带阻滤光片、所述镜头依次层叠设置，所述数字信号处理芯片、所述A/D转换器与所述图像传感器依次进行耦接。

10.如权利要求7所述的数码设备，其特征在于，所述数码设备进一步包括显示屏，用于显示光学图像。