CN112042185B - 图像传感器以及相关电子装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种图像传感器(10)以及相关电子装置。所述图像传感器，包括：像素阵列(22)，包括：第一像素组(261)，包含黄色像素或白色像素的至少一者；以及第二像素组(262)，包含红色像素、绿色像素、蓝色像素以拜尔图案排列，其中所述像素阵列包括第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述第一像素组，所述第二区域包括所述第二像素组，其中所述第二区域设置于所述第一区域的周围。

Description

图像传感器以及相关电子装置

技术领域

本申请涉及一种传感器，尤其涉及一种图像传感器以及相关电子装置。

背景技术

图像传感器已经得到大规模生产和应用。传统的图像传感器可以生成二维(2D)图像和视频。现今的图像传感器存在色偏的问题。但，考虑到设计成本，不可能无限制地提升图像传感器的复杂度来解决色偏的问题。因此，为了同时顾及图像传感器的设计成本及效能，如何改善图像传感器已成为一个重要的工作项目。

发明内容

本申请的目的之一在于公开一种传感器，尤其涉及一种图像传感器以及相关电子装置，来解决上述问题。

本申请的一实施例公开了一种图像传感器，包括：像素阵列，包括：第一像素组，包含黄色像素或白色像素的至少一者；以及第二像素组，包含红色像素、绿色像素、蓝色像素以拜尔图案排列，其中所述像素阵列包括第一区域和第二区域，所述第一区域包括所述第一像素组，所述第二区域包括所述第二像素组，其中所述第二区域设置于所述第一区域的周围。

本申请的一实施例公开了一种图像传感器，包括：像素阵列，包括：第一像素组，包含黄色像素或白色像素的至少一者；以及第二像素组，包含红色像素、绿色像素、蓝色像素以拜尔图案排列，其中所述第一像素组和所述第二像素组交错设置。

本申请的一实施例公开了一种电子装置。所述电子装置包括前述的图像传感器。

本申请所公开的图像传感器除了包括感光能力较强的感光像素以外，还包括白平衡像素。所述白平衡像素能够弥补所述感光像素所缺乏的颜色信息。进一步来说，基于所述白平衡像素所提供的感测值来校正所述感光像素的感测值，能够有效地和缓或消除所述感光像素因缺乏所述颜色信息而引起的色偏问题。

附图说明

图1为本申请的图像传感器的实施例的方块示意图。

图2为本申请的像素阵列的第一实施例的示意图。

图3为本申请的像素阵列的第二实施例的示意图。

图4为本申请的第二像素组的实施例的示意图。

图5为本申请的第二像素组的实施例的示意图。

图6为本申请的第一像素组的实施例的示意图。

图7为本申请的第一像素组的实施例的示意图。

图8为本申请的第一像素组的另一实施例的示意图。

图9为本申请的第一像素组的另一实施例的示意图。

图10为本申请的第一像素组的又另一实施例的示意图。

图11为本申请的第一像素组的又另一实施例的示意图。

图12为图1的图像传感器的数字信号处理器的方块示意图。

图13为图像传感器应用在电子装置的实施例的示意图。

具体实施方式

以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触；且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间，而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外，本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。

再者，在此处使用空间上相对的词汇，譬如「之下」、「下方」、「低于」、「之上」、「上方」及与其相似者，可能是为了方便说明图中所绘示的一组件或特征相对于另一或多个组件或特征之间的关系。这些空间上相对的词汇其本意除了图中所绘示的方位之外，还涵盖了装置在使用或操作中所处的多种不同方位。可能将所述设备放置于其他方位(如，旋转90度或处于其他方位)，而这些空间上相对的描述词汇就应该做相应的解释。

虽然用以界定本申请较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，「相同」通常系指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、1％或0.5％之内。或者是，「相同」一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内，视本申请所属技术领域中具有通常知识者的考虑而定。当可理解，除了实验例之外，或除非另有明确的说明，此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过「相同」的修饰。因此，除非另有相反的说明，本说明书与附随申请专利范围所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。在此处，将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间；除非另有说明，此处所述的数值范围皆包括端点。

一般来说，图像传感器的像素阵列包括感光阵列以及彩色滤光片。彩色滤光片设置于感光阵列的上方，用以选择进入感光阵列的颜色光。彩色滤光片的图案设计往往会影响图像传感器提供的图像的质量。所述图案设计例如包括拜尔图案，其是由所述彩色滤光片的二个绿色滤光元件、一个红色滤光元件、一个黄色滤光元件构成。这种图案设计简称为RGGB。

RGGB图案设计还被进一步改良。为了使图像传感器在低光照下，也能够有效地感光，二个绿色滤光元件可被取代为二个黄色滤光元件。这种图案设计简称为RYYB。黄色是由绿色及红色混合而成。换句话说，在相同的光照强度下，相较于绿色滤光元件，黄色滤光元件允许更多的光子通过所述黄色滤光元件，以使所述黄色滤光元件下方的感光元件在低光照下也能够有效地感光。

RGGB图案设计还有其他的改良方式。举例来说，二个绿色滤光元件可被取代为二个白色滤光元件。这种图案设计简称为RWWB。在相同的光照强度下，相较于绿色滤光元件，白色滤光元件允许更多的光子通过所述白色滤光元件，以使所述白色滤光元件下方的感光元件在低光照下也能够有效地感光。

图像传感器的设计除了需考虑上述感光能力的问题，也需要考虑所述图像传感器产生的图像的颜色的问题。为了让图像传感器提供的对象的图像的颜色与人眼所观察到的所述对象的颜色相同，会刻意设计所述图像传感器的感测方式与人眼的感测方式相同。人眼主要是感测红色光、绿色光及蓝色光，并将感测到的三种颜色光传递至大脑，接着通过大脑基于所述三种颜色光进行白平衡。简单来说，大脑的白平衡操作是建立在红色光、绿色光及蓝色光上。

然而，上述RYYB及RWWB两种图案设计缺乏绿色光的信息。以RYYB图案设计为例，理想上，可以通过将代表黄色的像素感测值扣掉代表红色的像素感测值，来得到代表绿色的像素感测值。但，实际上，在光谱上难以明确界定出不同颜色之间的分界点，因此无法通过前述相减的方式来有效地得到代表绿色的像素感测值。据此，RYYB图案设计导致缺乏绿色光的信息，进而造成白平衡后的结果与大脑白平衡后的结果不同。因此，图像存在色偏。举例来说,当目标物的颜色偏橘色的时候，具有RYYB图案的彩色滤光片的图像传感器就不能准确判断出所述目标物的颜色是红橘色还是橘黄色。

本申请所公开的图像传感器不仅包括感光能力较强的白色像素或黄色像素，还包括用于提供绿色信息的绿色像素。因此，本申请所公开的图像传感器不仅感光能力强，也没有色偏的问题，其细节说明如下。

图1为本申请的图像传感器10的实施例的方块示意图。参照图1，图像传感器10包括像素阵列12及数字信号处理器14。像素阵列12用以感光，并据以提供感测值S_RYYB及S_RGGB给数字信号处理器14。数字信号处理器14基于感测值S_RGGB对感测值S_RYYB进行白平衡，并至少基于白平衡后的感测值S_RYYB建立图像，其详细说明于图13的实施例中。

像素阵列12包括彩色滤光片120及感光阵列122。彩色滤光片120设置于感光阵列122上方，用以选择进入感光阵列122的颜色光。彩色滤光片120的图案配置将详细说明于图2至图11的实施例中。

图2为本申请的像素阵列的第一实施例的示意图，像素阵列22用于从透镜接收入射光，且像素阵列22设置于镜头的成像圈20内。像素阵列22包括多个像素，其中每一像素可以是例如感光阵列122的一个感光元件及彩色滤光片120的一部分构成。在一些实施例中，所述感光元件为光电二极管。

像素阵列22被划分为第一区域A1及位于第一区域A1的至少一侧边缘的第二区域A2，也就是说，第二区域A2设置于第一区域A1的周围，在此实施例中，第一区域A1的相对两侧边缘皆具有第二区域A2，但本申请不以此限，第二区域A2亦可位于第一区域A1的四周边缘。

第一区域A1占像素阵列22中绝大部分的的区域，且第一区域A1的感光能力被设计为优于第二区域A2的感光能力，其好处为例如可以在低光照下也能有效低感光，从而产生的感测值S_RYYB大小足以产生图像，其详细说明于图13的实施例中。为了达到高感光度，第一区域A1经过特别的设计，但这也造成第一区域A1提供的感测值S_RYYB不适合用于白平衡校正。

第二区域A2占据像素阵列22的面积较第一区域A1小且位在边缘。这是因为在本实施例中第二区域A2提供的感测值S_RGGB仅用于白平衡校正。如前所述，第二区域A2的图案是依照人眼的的感测方式来设计，以使图像传感器10执行白平衡校正后所得到的图像的颜色与大脑执行白平衡校正后所得到的图像的颜色尽可能地近似。

一般来说，操作时，第一区域A1提供的感测值S_RYYB主要用于建立图像，因此相较于第二区域A2会希望第一区域A1接收到较多的光子，使得第一区域A1被设置于覆盖成像圈20的中心点20C，据以在低光照的情况下，也能有效地建立图像。

第一区域A1的多个像素被划分为多个第一像素组261。换句话说，第一区域A1可以由重复的多个第一像素组261构成。为了图示简洁，仅绘示出一个第一像素组261。第一像素组261的细节将详细图示说明于图6至图9的实施例中。

第二区域A2的多个像素被划分为多个第二像素组262。换句话说，第二区域A2可以由重复的多个第二像素组262构成。为了图示简洁，仅绘示出两个第二像素组262。为了识别，第一像素组261及第二像素组262以不同的阴影线表示。第二像素组262的细节将详细图示说明于图4至图5的实施例中。

在本实施例中，第一像素组261的感光能力优于第二像素组262，如前所述，为了达到高感光度，第一像素组261经过特别的设计因此不适合用于白平衡校正，因此需借用第二像素组262来实现于白平衡校正。由于第二区域A2占据的面积较第一区域A1小，自然第二像素组262的数量少于第一像素组261的数量。

图3为本申请的像素阵列的第二实施例的示意图。图3和图2的实施例的差别在于，像素阵列32没有明显的区分为两个不同用途的区域，而是将第一像素组261和第二像素组262混合设置，其好处在于可得到较均衡的白平衡结果。举例来说，在光源是聚光灯的情况下，在聚光灯发射出的光束的范围之外的光子的数量远小于在所述光束的范围之内的光子的数量。由于第二像素组262均匀地被设置在像素阵列32中，因此无论所述光束投射到像素阵列32的哪个位置，对应所述光束的范围之内的区域的像素阵列32的部分必然存在第二像素组262。如上述，第二像素组262提供的感测值S_RGGB主要用于白平衡校正。因此，无论所述光束投射到像素阵列32的哪个位置，像素阵列32均能够提供用于白平衡校正的正确的增益值。

像素阵列32包括多个巨集像素组320。换句话说，像素阵列32可以由重复的多个巨集像素组320构成。为了图示简洁，仅绘示出一个巨集像素组320。如图3所示，巨集像素组320包含两个第一像素组261和两个第二像素组262交错设置，例如两个第一像素组261分别位于巨集像素组320的左上角及右下角；两个第二像素组262分别位于巨集像素组320的左下角及右上角。但本申请不以此限，巨集像素组320亦可包括多个第一像素组261及多个第二像素组262，且排列方式及数量亦可有不同的变化。

图4为本申请的第二像素组的实施例的示意图。图4的第二像素组262包括四个像素以2*2设置。详细来说，四个像素包括以对角设置的两个绿色像素G以及以对角设置的一个红色像素R及一个蓝色像素B，此图案即拜尔图案。在某些实施例中，第二像素组262的四个像素可以是如图4的一般像素，即每一像素仅包含一个光电二极管；或第二像素组262的四个像素可以个别具有多个子像素，如图5所示，其中每一像素都具有四个子像素，即每一像素包含四个光电二极管。

图6为本申请的第一像素组的实施例的示意图。图6的第一像素组261包括四个像素以2*2设置。详细来说，四个像素包括以对角设置的两个黄色像素Y以及以对角设置的一个红色像素R及一个蓝色像素B。相似地，图6的第一像素组261的四个像素可以个别具有多个子像素，如图7所示。图8为本申请的第一像素组的另一实施例的示意图。图8和图6的差别在于黄色像素Y被白色像素W取代。相似地，图8的第一像素组261的四个像素可以个别具有多个子像素，如图9所示。

图4到图9的实施例可自由地单独或混合运用于图2到图3的实施例中，例如图3的巨集像素组320中的两个第一像素组261皆具有图6的图案，但在一些实施例中，两个第一像素组261中的一个能以图6的方式实施，而另一个能以图8的方式实施。

在某些实施例中，为了让感光能力进一步得到提升，可以改变图2的第一区域A1的第一像素组261的设计，如图10所示，第三像素组263包括十六个像素以4*4设置。详细来说，所述十六个像素包括两个黄色像素Y、一个红色像素R、一个蓝色像素B以及十个白色像素W。红色像素R与黄色像素Y被白色像素W分离。蓝色像素B与黄色像素Y被白色像素W分离。偶数行的像素均为白色像素W，以及偶数列的像素均为白色像素W。将第三像素组263应用于图2的第一区域A1，即将第一区域A1的多个像素划分为多个第三像素组263，能够让第一区域A1的进光量进一步得到提升。在某些实施例中，第三像素组263亦可以类似于图3的方式和第二像素组262混合设置。

在某些实施例中，第三像素组263的十六个像素可以是如图10的一般像素，即每一像素仅包含一个光电二极管；或第三像素组263的十六个像素可以个别具有多个子像素，如图11所示，其中每一像素都具有四个子像素，即每一像素包含四个光电二极管。

图12为图1的图像传感器10的数字信号处理器14的方块示意图。参照图12，数字信号处理器14包括增益模块142及校正模块144。

增益模块142耦接于第二像素组262，并从第二像素组262接收感测值S_RGGB来产生用于白平衡的增益值GA，并将增益值GA提供给校正模块144。在本实施例中，增益模块142并不基于第一像素组261的感测值S_RYYB产生增益值GA。换言之，增益值GA与第一像素组的感测值S_RYYB无关。

在一些实施例中，例如图2的实施例，校正模块144耦接于第一像素组261及/或第三像素组263，并从第一像素组261及/或第三像素组263获取感测值S_RYYB，也就是说校正模块144不从第二像素组接收感测值S_RGGB。据此，校正模块144只基于增益值GA对感测值S_RYYB调整白平衡并输出白平衡后感测值S_OUT。

在一些实施例中，例如图3的实施例，校正模块144耦接于第二像素组262和第一像素组261及/或第三像素组263，并从第一像素组261及/或第三像素组263获取感测值S_RYYB以及从第二像素组获取感测值S_RGGB。也就是说，校正模块144基于增益值GA对感测值S_RGGB及感测值S_RYYB调整白平衡并输出白平衡后感测值S_OUT。

在某些实施例中，数字信号处理器14还会基于白平衡后感测值S_OUT进行后续的例如色彩校正(color correction)及伽马校正(gamma correction)操作，据以得到RGB格式的数据，再通过输入/输出接口将RGB格式的数据传输到中央处理器进行处理以建立图像。

在现有作法中，增益模块142基于感测值S_RYYB来产生增益值。接着，校正模块144基于所述增益值对感测值S_RYYB进行白平衡校正。但，因为感测值S_RYYB缺乏绿色光的信息，据以产生的增益值较不准确，导致基于此增益值建立的图像存在色偏问题。相对的，在图2及图3的实施例中，由于增益值GA是建立在绿色像素G所提供的感测值上，增益值GA相较于上述的现有作法所得到的增益值更准确，因而据以建立的图像的色偏问题能够得以获得缓和甚至消除。此外，又因为建立图像所需要的主要感测值是由感光能力较强的第一像素组261及/或第三像素组263提供，因此图像传感器10在低光照下，也能够有效地感光。

图13为图像传感器10应用在电子装置17的实施例的示意图。参照图13，电子装置17包含图像传感器10。电子装置17例如智能型手机、个人数字助理、手持式计算机系统或平板计算机等任何手持式电子装置。

上文的叙述简要地提出了本申请某些实施例之特征，而使得本申请所属技术领域具有通常知识者能够更全面地理解本揭示内容的多种态样。本申请所属技术领域具有通常知识者当可明了，其可轻易地利用本揭示内容作为基础，来设计或更动其他工艺与结构，以实现与此处所述之实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本申请所属技术领域具有通常知识者应当明白，这些均等的实施方式仍属于本揭示内容之精神与范围，且其可进行各种变更、替代与更动，而不会悖离本揭示内容之精神与范围。

Claims (9)

1.一种图像传感器，包括：

像素阵列，包括：

第一像素组，包含四个像素以2*2设置，其中所述四个像素包括以对角设置的两个黄色像素或以对角设置的两个白色像素，且另包括红色像素和蓝色像素；以及

第二像素组，包含红色像素、绿色像素、蓝色像素，以拜尔图案排列；

其中所述像素阵列包括第一区域和第二区域，所述第一区域仅包括所述第一像素组，所述第二区域仅包括所述第二像素组，其中所述第二区域的面积较所述第一区域小，且所述第二区域设置于所述像素阵列的边缘。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述黄色像素包括四个黄色子像素，或其中所述白色像素包括四个白色子像素。

3.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一像素组包括十六个像素以4*4设置，并且包括黄色像素、白色像素、蓝色像素及红色像素，其中所述黄色像素及所述红色像素被所述白色像素分开，以及所述黄色像素被所述白色像素分开。

4.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一像素组的数量多于所述第二像素组的数量。

5.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述第二区域设置于所述像素阵列的第一侧和相对于所述第一侧的第二侧。

6.如权利要求1-5中任一项所述的图像传感器，进一步包括：

数字信号处理器，用以基于所述第二像素组的感测值产生增益值，并基于所述增益值对所述第一像素组提供的感测值进行白平衡。

7.如权利要求6所述的图像传感器，其中所述数字信号处理器另基于所述增益值对所述第二像素组提供的所述感测值进行白平衡。

8.如权利要求6所述的图像传感器，其中所述数字信号处理器不基于所述第一像素组的所述感测值产生所述增益值。

9.一种电子装置，包括：

如权利要求1-8中任一项所述的图像传感器。

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