CN113286067B - 图像传感器、摄像装置、电子设备及成像方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种图像传感器、摄像装置、电子设备及成像方法。图像传感器包括像素阵列及微透镜阵列。像素阵列的每个像素子单元包括第一像素和第二像素，在同一个像素子单元中，第一像素具有第一偏振角度，第二像素具有与第一偏振角度不同的第二偏振角度，第一像素能将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，将具有与第一偏振角度不同偏振角度的光线反射至第二像素，第二像素能将具有第二偏振角度的光线转换成电信号。微透镜阵列包括多个微透镜，同一个像素子单元中的第一像素和第二像素被同一个微透镜覆盖，微透镜用于将光线聚焦至被微透镜覆盖的第一像素。如此能提高光线的利用率，提高图像传感器的量子效率。

Description

图像传感器、摄像装置、电子设备及成像方法

技术领域

本申请涉及消费性电子技术领域，更具体而言，涉及一种图像传感器、摄像装置、电子设备及成像方法。

背景技术

为了获取具有偏振信息的偏振图像，通常会在图像传感器中设置偏振元件，以根据不同偏振角度的偏振光生成不同的偏振图像。然而，偏振元件在允许与自身偏振角度相同的光通过的同时，还会将与自身偏振角度不同的光反射出去，如此光经过偏振后，一半的光线都会损失掉。

发明内容

本申请实施方式提供一种图像传感器、摄像装置、电子设备及成像方法。

本申请实施方式的图像传感器包括像素阵列及微透镜阵列。所述像素阵列包括多个像素子单元，每个所述像素子单元包括第一像素和第二像素，在同一个所述像素子单元中，所述第一像素具有第一偏振角度，所述第二像素具有与第一偏振角度不同的第二偏振角度，所述第一像素能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与第一偏振角度不同偏振角度的光线反射至所述第二像素，所述第二像素能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号。所述微透镜阵列包括多个微透镜，同一个所述像素子单元中的所述第一像素和所述第二像素被同一个所述微透镜覆盖，每个所述微透镜用于将光线聚焦至被所述微透镜覆盖的所述第一像素。

本申请实施方式的摄像装置包括图像传感器和镜头模组，所述图像传感器设置在所述镜头模组的像侧。图像传感器包括像素阵列及微透镜阵列。所述像素阵列包括多个像素子单元，每个所述像素子单元包括第一像素和第二像素，在同一个所述像素子单元中，所述第一像素具有第一偏振角度，所述第二像素具有与第一偏振角度不同的第二偏振角度，所述第一像素能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与所述第一偏振角度不同偏振角度的光线反射至所述第二像素，所述第二像素能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号。所述微透镜阵列包括多个微透镜，同一个所述像素子单元中的所述第一像素和所述第二像素被同一个所述微透镜覆盖，每个所述微透镜用于将光线聚焦至被所述微透镜覆盖的所述第一像素。

本申请实施方式的电子设备包括壳体和摄像装置，所述摄像装置安装在所述壳体上；所述摄像装置包括图像传感器和镜头模组，所述图像传感器设置在所述镜头模组的像侧。图像传感器包括像素阵列及微透镜阵列。所述像素阵列包括多个像素子单元，每个所述像素子单元包括第一像素和第二像素，在同一个所述像素子单元中，所述第一像素具有第一偏振角度，所述第二像素具有与第一偏振角度不同的第二偏振角度，所述第一像素能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与所述第一偏振角度不同的的光线反射至所述第二像素，所述第二像素能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号。所述微透镜阵列包括多个微透镜，同一个所述像素子单元中的所述第一像素和所述第二像素被同一个所述微透镜覆盖，每个所述微透镜用于将光线聚焦至被所述微透镜覆盖的所述第一像素。

本申请实施方式的成像方法用于图像传感器，图像传感器包括像素阵列及微透镜阵列。所述像素阵列包括多个像素子单元，每个所述像素子单元包括第一像素和第二像素，在同一个所述像素子单元中，所述第一像素具有第一偏振角度，所述第二像素具有与第一偏振角度不同的第二偏振角度，所述第一像素能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与第一偏振角度不同偏振角度的光线反射至所述第二像素，所述第二像素能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号。所述微透镜阵列包括多个微透镜，同一个所述像素子单元中的所述第一像素和所述第二像素被同一个所述微透镜覆盖，每个所述微透镜用于将光线聚焦至被所述微透镜覆盖的所述第一像素。所述成像方法包括：根据每个像素转换的电信号获取所述像素的像素值；选取所述像素阵列中的至少一个像素的偏振角度为目标偏振角度；及根据与目标偏振角度对应的像素的像素值生成偏振图像。

本申请实施方式的图像传感器、摄像装置、电子设备及成像方法中，在同一个像素子单元中，第一像素能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与第一偏振角度不同偏振角度的光线反射至第二像素，第二像素能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号。并且同时覆盖第一像素及第二像素的微透镜能够将光线聚焦至被其覆盖的两个像素中的一个像素上。一方面，由于同一个像素子单元中的两个像素被同一个微透镜覆盖，且穿过微透镜的光线能够全部聚焦至其中一个像素上，如此能够像素的受光面积，增加进入像素的光量；另一方面，由于像素反射的光线，能够入射至同个像素子单元中的另一个像素上，如此能够提高被像素反射的光线的利用率，从而提高图像传感器的量子效率。

本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请某些实施方式的电子设备的平面示意图；

图2是本申请某些实施方式的摄像装置的结构示意图；

图3是本申请某些实施方式的图像传感器的分解示意图；

图4是本申请某些实施方式的图像传感器的示意图；

图5是本申请某些实施方式的图像传感器的分解示意图；

图6是本申请某些实施方式的图像传感器的偏振元件的平面示意图；

图7是本申请某些实施方式的图像传感器的偏振元件的平面示意图；

图8是本申请某些实施方式的图像传感器的滤光片阵列中滤光单元组的平面示意图；

图9是本申请某些实施方式的图像传感器的滤光片阵列中滤光单元组的平面示意图；

图10是本申请某些实施方式的图像传感器的分解示意图；

图11是本申请某些实施方式的图像传感器的示意图；

图12是本申请某些实施方式的图像传感器的像素阵列中像素单元的示意图；

图13是本申请某些实施方式的图像传感器的示意图；

图14是本申请某些实施方式的像素读取电路和像素的连接示意图；

图15是本申请某些实施方式的成像方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本申请的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1，本申请实施方式的电子设备1000包括壳体200和摄像装置100。摄像装置100安装在壳体200上。

请参阅图2，本申请实施方式的摄像装置100包括图像传感器10和镜头模组20。图像传感器10设置在镜头模组20的像侧。

请参阅图3及图4，本申请实施方式的图像传感器10包括像素阵列11及微透镜阵列12。像素阵列11包括多个像素子单元111，每个像素子单元111包括第一像素112a及第二像素112b，在同一个像素子单元中，第一像素112a具有第一偏振角度，第二像素112b具有与第一偏振角度不同的第二偏振角度，第一像素112a能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与第一偏振角度不同偏振角度的光线反射至第二像素112b。第二像素112b能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号。微透镜阵列12包括多个微透镜121，同一个像素子单元111中的第一像素112a及第二像素112b被同一个微透镜121覆盖。每个微透镜121用于将光线聚焦至被微透镜121覆盖的第一像素112a。

本申请实施方式的图像传感器10、摄像装置100和电子设备1000中，在同一个像素子单元111中，第一像素112a能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与第一偏振角度不同偏振角度的光线反射至第二像素112b，第二像素112b能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号。并且同时覆盖第一像素112a及第二像素112b的微透镜121能够将光线聚焦至被其覆盖的两个像素112中的第一像素112a上。一方面，由于同一个像素子单元111中的两个像素112被同一个微透镜121覆盖，且穿过微透镜121的光线能够全部聚焦至其中一个像素112(第一像素112a)上，如此能够增大像素112的受光面积，增加进入像素112的光量；另一方面，由于像素112(第一像素112a)反射的光线，能够入射至同个像素子单元111中的另一个像素112上，如此能够提高被像素112反射的光线的利用率，从而提高图像传感器的量子效率。

请再次参阅图1，更具体地，电子设备1000可以是手机、平板电脑、显示器、笔记本电脑、柜员机、闸机、智能手表、头显设备、游戏机等。本申请实施方式以电子设备1000是手机为例进行说明，可以理解，电子设备1000的具体形式并不限于手机。

壳体200可用于安装摄像装置100，或者说，壳体200可作为摄像装置100的安装载体。壳体200还可用于安装电子设备1000的摄像装置100、供电装置、通信装置等功能模块，以使壳体200为功能模块提供防尘、防摔、防水等保护。

下面结合附图作进一步说明。

请参阅图3，沿图像传感器10的入光方向，图像传感器10依次设置有微透镜阵列12及像素阵列11。

具体地，请参阅图3及图4，像素阵列11包括多个像素子单元111，每个像素子单元111包括第一像素112a及第二像素112b，在同一个像素子单元中，第一像素112a具有第一偏振角度，第二像素112b具有与第一偏振角度不同的第二偏振角度，第一像素112a能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与第一偏振角度不同的光线反射至第二像素112b。第二像素112b能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号。例如，如图4，同一个像素子单元111包括第一像素112a及第二像素112b。假设第一像素112a的第一偏振角度为90°，第二像素112b的第二偏振角为45°。第一像素112a接收到光线后，可以对光线进行偏振，以将具有第一偏振角度(90°)的光线转换成电信号，并将与第一偏振角度(90°)不同的偏振角度的光线反射至第二像素112b，第二像素112b接收到光线后对光线再次进行偏振，仅将光线中偏振角度为第二偏振角度(45°)的光线转换成电信号。如此能够提高像素112反射光线的利用率，从而提高图像传感器的量子效率。

特别地，在一些实施例中，第一偏振角度与第二偏振角度正交(也即，当第一偏振角度与第二偏振角度之间的夹角为90°，则可认为第一偏振角度与第二偏振角度正交。例如，在一个例子中，第一偏振角度为0°，第二偏振角度为90°；或者，在一个例子中，第一偏振角度为45°，第二偏振角度为135°)，且第一像素112a将的第一偏振角度的光线转换成电信号，将与第一偏振角度正交的第二偏振角度的光线反射至第二像素112。在一个例子中，如图4，同一个像素子单元111包括第一像素112a及第二像素112b。假设第一像素112a的第一偏振角度为90°，第二像素112b的第二偏振角为0°。第一像素112a接收到光线，可以对光线进行偏振，以将具有第一偏振角度(90°)的光线转换成电信号，并将与第一偏振角度(90°)正交的第二偏振角度(0°)的偏振角度的光线反射至第二像素112b，第二像素112b接收到光线后将第二偏振角度(0°)的光线转换成电信号。如此，第二像素能够将第一像素反射的光线全部转换成电信号，能够更进一步的提高像素112反射光线的利用率，从而提高图像传感器的量子效率。为了方便说明，以下实施例，均以第一偏振角度与第二偏振角度相互正交为例进行说明。

需要说明的是，在一些实施例中，第二像素112b接收到第一像素112a反射的光线后，能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与第二偏振角度不同的偏振角度的光线反射至第一像素112a。也即，第二像素112b也能够将其不能接收的光线反射至同一像素子单元111中的另一个像素(第一像素112a)上。如此能够更进一步的提高像素112反射光线的利用率，从而提高图像传感器的量子效率。

示例地，如图5所示，每个像素112包括光电转换元件1121及倾斜的偏振元件1122，也即，第一像素112a及第二像素112b均包括光电转换元件1121及倾斜的偏振元件1122。其中，光电转换元件1121包括收光面11211，光电转换元件1121用于将收光面11211上接收到的光线转换为电信号。需要说明的是，每个偏振元件1122的中心轴L(中心轴L为过偏振元件1122的中心且与偏振元件1122表面垂直的直线)，与图像传感器10的光轴方向D之间存在夹角，也即偏振元件1122倾斜设置，如此有利于被偏振元件1122反射的光线能够入射至同一像素子单元111中的另一个像素上。在一些实施例中，光电转换元件1121包括倾斜的收光面11211，也即收光面11211也是倾斜设置的，如此有利于偏振元件1122更好的设置在收光面11211上。

偏振元件1122设置于光电转换元件1121的收光面11211上。偏振元件1122用于允许与偏振元件1122偏振轴的角度平行的光线通过，并用于反射与偏振轴的角度不平行的光线。

需要说明的是，在一些实施例中，偏振元件1122用于允许与偏振元件1122偏振轴的角度平行的光线通过，并用于反射与偏振轴的角度正交的光线。示例地，第一像素112a中的偏振元件1122的偏振轴的角度为第一偏振角度，第二像素112b中的偏振元件1122的偏振轴的角度为第二偏振角度。并且第一偏振角度与第二偏振角度相互正交，也即，第一像素112a中的偏振元件1122的偏振轴的角度与第二像素112b中的偏振元件1122的偏振轴的角度相互正交。例如，在一个例子中，同一个像素子单元111中的第一像素112a的偏振元件1122偏振轴的角度可以是90°、第二像素112b的偏振元件1122偏振轴的角度可以是0°；再另一个例子中，同一个像素子单元111中的第一像素112a的偏振元件1122偏振轴的角度可以是45°、第二像素112b的偏振元件1122偏振轴的角度可以是135°，在此不作限制。由于偏振元件1122仅允许与偏振元件1122偏振轴的角度平行的光线通过，并且还能够反射与偏振轴的角度正交的光线。如此，只有与第一像素112a的偏振元件1222偏振轴的角度平行的光线(第一偏振角度)才能够透过偏振元件1122到达第一像素112a的光电转换元件1121的收光面11211上，并且第一像素112a还能够将与第一像素112a的偏振元件1222偏振轴的角度正交的光线(第二偏振角度)反射；只有与第二像素112b的偏振元件1222偏振轴的角度平行的光线(第二偏振角度)才能够透过偏振元件1122到达第二像素112b的光电转换元件1121的收光面11211上，并且第二像素112b还能够将与第二像素112b的偏振元件1222偏振轴的角度正交的光线(第一偏振角度)反射。

具体地，请参阅图6，在一些实施例中，每个偏振元件1122可包括多个平行且间隔排列的微结构单元11221，微结构单元11221可为长方体等。通过设置微结构单元11221排列的角度，可确定对应的偏振元件1122的偏振轴的角度，与该微结构单元11221的排列的角度平行的光线可以通过微结构单元11221，而正交于该排列的角度的光线会被完全反射，从而实现光的偏振。

微结构单元11221的间距可根据需要接收的光线的波长确定，只需要保证相邻微结构单元11221的间距小于需要接收的光线的波长即可。例如，在可见光成像时，相邻微结构单元11221的间距需要小于可见光的最小波长(如380纳米)，以保证偏振元件1122能够对接收的光线进行有效的偏振。微结构单元11221的材料可为金属。具体地，微结构单元11221的材料为金，银，铜，铝中至少一种。例如，微结构单元11221的材料为金，或微结构单元11221的材料为银，或微结构单元11221的材料为铜，或微结构单元11221的材料为铁，或微结构单元11221的材料为金和银的合金，或微结构单元11221的材料为金和铜的合金，或微结构单元11221的材料为金和铁的合金等等，在此不一一列举。

请参阅图7，在一些实施例中，偏振元件1122还可以包括液晶单元11222。每个偏振元件1122内的液晶单元11222的数量为一个或多个，可根据偏振元件1122的大小及液晶单元的11222大小设置。例如，每个偏振元件1122内的液晶单元11222的数量为一个、两个、三个等。液晶单元11222可在电场的作用下进行偏转，从而改变偏振元件1122的偏振轴的角度，以使得偏振元件1122的偏振轴的角度可在预定角度范围内变化。例如，预定角度范围可为[0°，180°]。需要说明的是，在一些实施例中，同一个像素子单元111中的两个像素112(第一像素112a及第二像素112b)的偏振元件1122的偏振轴的角度需要同时改变，以使同一个像素子单元111中第一像素112a的偏振元件1122的偏振轴的角度与第二像素112b的偏振元件1122的偏振轴的角度始终保持正交，也即，以使同一个像素子单元111中的第一像素112a的第一偏振角度与第二像素112b的第二偏振角度始终相互正交。例如，在初始状态下，其中一个像素子单元111中，第一像素112a的偏振元件1122偏振轴的角度是90°、第二像素112b的偏振元件1122偏振轴的角度可以是0°，该像素子单元111在以初始状态的偏振元件122的偏振轴的角度进行曝光后可得到两个偏振角度(90°和0°)的偏振光的偏振信息。若想要获取更多偏振角度的偏振光的偏振信息，该像素子单元111可以在以初始状态的偏振元件122的偏振轴的角度进行曝光获得两个偏振角度(90°和0°)的偏振光之后，再过液晶单元11222将该像素子单元111中两个像素112(第一像素112a及第二像素112b)的偏振元件1122的偏振轴的角度改变(如第一像素112a的偏振元件1122偏振轴的角度改变为45°、第二像素112b的偏振元件1122偏振轴的角度改变为135°)后再进行一次曝光即可获取45°和135°的偏振光的偏振信息，若还想获取更多偏振角度的偏振光的偏振信息，则可再次改变偏振元件122的偏振轴的角度并进行曝光。如此，图像传感器10可根据需求获取预定角度范围内任意偏振角度的偏振光的偏振信息，从而得到预定角度范围内任意偏振角度的偏振图像。当然，同一个像素子单元111中的两个像素112(第一像素112a及第二像素112b)的偏振元件1122的偏振轴的角度也可以不需要同时改变，在此不作限制。

请参阅图5，像素112的收光面11211向与其在同一个像素子单元111中的另一个像素112倾斜，以使被该像素112的偏振元件1122反射的光线，能够入射至同个像素子单元111中的另一个像素112的收光面11211上。如此能够提高被像素112反射的光线的利用率，从而提高图像传感器10的量子效率。

具体地，像素112还包括相背的第一侧11201及第二侧11202，也即第一像素112a及第二像素112b均包括相背的第一侧11201及第二侧11202，在同一个像素子单元111中，第一像素112a的第一侧11201a与第二像素112b的第一侧11201b相接。在图像传感器10的光轴方向，第一像素112a的第一侧11201a的高度低于第一像素112a的第二侧11202a的高度，第二像素112b的第一侧11201b的高度低于第二像素112b的第二侧11202b的高度。第一像素112a的收光面11211与第二像素112b的收光面11211的夹角α在预设范围内。如此，被任意一个像素112反射的光线，能够入射至同个像素子单元111中的另一个像素112的收光面11211上。如此能够提高被像素112反射的光线的利用率，从而提高图像传感器10的量子效率。

需要说明的是，在一些实施例中，预设范围可以为[85°，95°]，也即，同一个像素子单元111中的两个像素112收光面11211的夹角大致在90°。如此有利于被任意一个像素112反射的光线，能够顺利入射至同个像素子单元111中的另一个像素112的收光面11211上。例如，在一个例子中，同一个像素子单元111中的两个像素112收光面11211的夹角为90°。如此更有利于被任意一个像素112反射的光线，能够顺利入射至同个像素子单元111中的另一个像素112的收光面11211上。

请参阅图1及图4，微透镜阵列12包括多个微透镜121，同一个像素子单元111中的第一像素112a和第二像素112b被同一个微透镜121覆盖。微透镜121用于将光线聚焦至被微透镜121覆盖的第一像素112a或第二像素112b。例如，微透镜121用于将光线聚焦至被微透镜121覆盖的第一像素112a；或者，微透镜121用于将光线聚焦至被微透镜121覆盖的第二像素112b。由于同一子单元111中的两个像素112(第一像素112a和第二像素112b)被同一个微透镜121覆盖，且透光微透镜121的光线能够全部聚焦至其中的一个像素112(第一像素112a或第二像素112b)上，使原来分别进入两个相邻像素112的光线，均进入其中一个像素112中。如此能够提高像素112的受光面积，增加进光量，从而提高图像传感器10的量子效率。

具体地，请参阅图5，在一些实施例中，像素子单元111包括第一像素112a及第二像素112b，并且第一像素112a及第二像素112b被同一个微透镜121覆盖。在图像传感器10的光轴方向，微透镜121覆盖第一像素112a的区域的最大厚度H1大于覆盖第二像素112b的区域的最大厚度H2。需要说明的是，微透镜121包括相背的第一表面1211及第二表面1212，第二表面1212相较于第一表面1211更靠近像素阵列11。在图像传感器10的光轴方向上，第一表面1211与第二表面1212之间的距离为微透镜121的厚度。微透镜121覆盖第一像素112a的区域的最大厚度H1为，在微透镜121覆盖第一像素112a的区域中，第一表面1211与第二表面1212之间的最大距离；同样地，微透镜121覆盖第二像素112b的区域的最大厚度H2为，在微透镜121覆盖第二像素112b的区域中，第一表面1211与第二表面1212之间的最大距离。

由于微透镜121的非对称的结构，如此能够使透光微透镜121的光线能够全部聚焦至被其覆盖的第一像素112a上。同样地，在一些实施例中，在图像传感器10的光轴方向，微透镜121覆盖第一像素112a的区域的最大厚度H1也可以小于覆盖第二像素112b的区域的最大厚度H2如此能够使透光微透镜121的光线能够全部聚焦至被其覆盖的第二像素112b上。当然，微透镜121也可以采用其他结构，只需要满足能够使透过透光微透镜121的光线能够全部聚焦至被其覆盖的其中一个像素112上即可，在此不做限制。

请结合图5(右侧的光路图示意图)，在本申请实施例中，平行的光线首先进入微透镜121，微透镜121能够将进入的光线全部汇聚至第一像素112a。第一像素112a中的偏振元件1122对接收到的光线进行偏振，即仅允许第一偏振角度的光线通过并到达至第一像素112a的光电转换元件1121内进行转换；同时将第二偏振角度(即与第一偏振角度正交的)光线反射至第二像素112b。第二像素112b上的偏振元件1122能够允许由第一像素112a反射的光线(第二偏振角度的光线)通过并到达至第二像素112b的光电转换元件1121内进行转换。如此能提高像素的受光面积，增加进光量，提高光线的利用率，从而提高图像传感器的量子效率。

请参阅图3，在一些实施例中，图像传感器10还包括滤光片阵列13。滤光片阵列13设置在像素阵列11及微透镜阵列12之间。也即是说，沿图像传感器10的入光方向，图像传感器10依次包括微透镜阵列12、滤光片阵列13及像素阵列11。

滤光片阵列13包括至少两个滤光子单元131，每个滤光子单元131包括两个滤光区1311，同一个所述滤光单元的两个滤光区允许透光的光线颜色相同，并且每个滤光区1311对应一个像素112。也即是说，像素子单元111用于接收经过对应的滤光子单元131过滤的光线。请结合图8及图9，每个滤光子单元131包括两个滤光区1311。每个滤光区1311分别对应一个像素112对应，每个像素112用于接收经过对应的滤光区1311过滤的光线。也即，一个第一像素112a与一个滤光区1311对应，一个第二像素112b与一个滤光区对应，第一像素112a用于接收经过对应的滤光区1311过滤的光线，第二像素112b用于接收经过对应的滤光区1311过滤的光线。每个滤光子单元131的两个滤光区1311允许透过的光线颜色相同(图中标有相同字母的滤光区允许透光的光线颜色相同)。例如，两个滤光区1311均透过红光；或者，两个滤光区1311均透过绿光；或者，两个滤光区1311均透过蓝光；或者，两个滤光区1311均透过白光。两个滤光区1311可一体成型以形成一个滤光子单元131。两个滤光区1311还可分体成型并通过胶合等连接方式组合在一起，以形成一个滤光子单元131。本申请实施方式的两个滤光区1311可一体成型以形成一个滤光子单元131，两个滤光区1311的结合较为紧密。

请参阅图5及图10，在一些实施例中，图像传感器10还包括平坦层15，平坦层15设置在滤光片阵列13及像素阵列11的偏振元件1122之间。由于像素阵列11中的多个像素111的收光面11211是倾斜的，在滤光片阵列13及像素阵列11中设置用于将像素112平坦化的平坦呈15，有利于在像素阵列11上覆盖滤色片阵列13。

请参阅图3及图4，在一些实施例中，像素阵列11包括多个像素单元113，像素单元113包括至少两个像素子单元111。在同一个像素单元113中，每个像素112具有的偏振角度均不相同。也即，在同一个像素单元113中，每个像素112能够将不同偏振角度的光线转换成电信号。如此在该像素单元113曝光后能够获得至少四个偏振角度的偏振光信息，有利于增加图像传感器10的使用场景。

需要说明的是，像素112具有的偏振角度表征像素112能够转换成电信号的光线的偏振角度。对于第一像素112a而言，由于第一像素112a能够将第一偏振角度的光线转换成电信号，因此第一像素112a具有的偏振角度即为第一偏振角度；同样地，对于第二像素112b而言，由于第二像素112b能够将第二偏振角度的光线转换成电信号，因此第二像素112b具有的偏振角度即为第二偏振角度。下文中所提及的像素112具有的偏振角度也是如此，不再赘述。

例如，如图4所示，像素单元113包括第一像素子单元111a及第二像素子单元111b。第一像素子单元111a包括第一像素112a及第二像素112b，第二像素子单元111b包括第一像素112c及第二像素112d。其中，第一像素子单元111a中的第一像素112a的第一偏振角度为90°，第一像素子单元111a中的第二像素112b的第二偏振角度为90°，第二像素子单元111b中的第一像素112c的第一偏振角度为135°，第二像素子单元111b中的第二像素112d的第二偏振角度为45°。如此，在像素单元113中，每个像素112具有的偏振角均不相同，并且在同一个像素子单元111中的两个像素112具有的偏振角相互正交。当然，在一些实施例中，同一个像素单元113中像素子单元113的数量还可以是三个、四个、五个甚至更多，在此不作限制。同样地，在一些实施例中，如图3及图8所示，滤光片阵列13也包括多个滤光片单元132，并且滤光片单元132与像素单元113一一对应(如图11)，并且同一个滤光片单元132中所有滤光区1311允许透光的光线颜色相同。滤光片单元132中包括与其对应的像素单元113中的像素子单元数量相同的滤光片子单元131，并且滤光片子单元131与像素单元113一一对应(如图11)。例如，像素单元113中像素子单元111的数量为两个，则滤光片单元132中的滤光片子单元131的数量也为两个。由于与像素单元113对应的滤光片单元132中所有滤光区1311允许透光的光线颜色相同，且在同一个像素单元113中个像素112具有的偏振角度均不相同，如此在像素单元113曝光后，同一个像素单元111中的多个像素112的获得的电信号关联互不相同的偏振角度信息，且多个像素112的获得电信号关联有相同的颜色信息。

需要说明的是，在一个例子中，在同一个像素单元113内，每个像素子单元112中两个像素112均沿行的方向(X轴方向)的排列。例如，如图4所示，像素单元113包括第一像素子单元111a及第二像素子单元111b，第一像素子单元111a中的第一像素112a及第二像素112b沿行方向(X轴方向)排列，第二像素子单元111b中的第一像素112c及第二像素112d也沿行方向(X轴方向)排列。在另一个例子中，在同一个像素单元113内，每个像素子单元112中两个像素112均沿列的方向(Y轴方向)的排列。例如，如图12所示，像素单元113包括第一像素子单元111a及第二像素子单元111b，第一像素子单元111a中的第一像素112a及第二像素112b沿列方向(Y轴方向)排列，第二像素子单元111b中的第一像素112c及第二像素112d也沿列方向(Y轴方向)排列。当然，在一些例子中，在同一个像素单元113内，还可以部分像素子单元112中两个像素112沿行的方向(X轴方向)的排列，部分像素子单元112中两个像素112(沿列的方向(Y轴方向)的排列，在此不做限制。

请参阅图3、图4及图8，在一个实施例中，像素阵列11包括最小重复单元。像素阵列11由多个最小重复单元114组成，最小重复单元114在行和列上复制并排列。每个最小重复单元114包括四个像素单元113。滤光片阵列13包括多个滤光单元组133，每个滤光单元组133由四个滤光单元132排列成二行二列的矩阵，滤光单元132与像素单元113一一对应。

示例地，请参阅图8、图9及图11，每个滤光单元组133内的四个滤光单元132分别用于第一颜色光A、第二颜色光B及第三颜色光C。每个像素单元111接收经过对应的滤光单元132过滤的光线，透过第一颜色光A、第二颜色光B及第三颜色光C。例如，与透过第一颜色光A的滤光单元132对应的像素单元111接收的光线为第一颜色光A，与第二颜色光B的滤光单元132对应的像素单元111接收的光线为第二颜色光B，与第三颜色光C的滤光单元132对应的像素单元111接收的光线为第三颜色光C。如此，像素单元111内的像素112接收的光线关联有色彩信息，可用于生成彩色图像。在一个实施例中，第一颜色光A可以为绿光、第二颜色光B可以为红光、第三颜色光C可以为蓝光；在另一个实施例中，第一颜色光A可以为黄光、第二颜色光B可以为红光、第三颜色光C可以为蓝光。当然，在其他一些实施方式中，每个滤光单元组133内的四个滤光单元132还可分别用于透过红光R、绿光G、蓝光B和白光W，从而提高暗光环境下的拍摄效果。

上述由四个滤光单元132排列成的二行二列的矩阵可具有第一对角线方向D1和第二对角线方向D2，第一对角线方向D1与第二对角线方向D2不同。例如，第一对角线方向D1与第二对角线方向D2可以是相互垂直的。

请参阅图8，在一个实施例中，沿矩阵的第一对角线方向D1分布的两个滤光单元132均用于透过第一颜色光A，沿矩阵的第二对角线方向D2分布的两个滤光单元132分别用于透过第二颜色光B和第三颜色光C。请参阅图9，在另一个实施例中，沿矩阵的第一对角线方向D1分布的两个滤光单元132分别用于透过过第二颜色光B和第三颜色光C，沿矩阵的第二对角线方向D2分布的两个滤光单元132均用于透过第一颜色光A。同样地，第一颜色光A可以为绿光、第二颜色光B可以为红光、第三颜色光C可以为蓝光；或者，第一颜色光A可以为黄光、第二颜色光B可以为红光、第三颜色光C可以为蓝光。

需要说明的是，在最小重复单元113内，所有像素子单元112中两个像素112可以均沿行的方向(X轴方向)的排列(如图4所示)；或者，所有像素子单元112中两个像素112可以均沿列的方向(Y轴方向)的排列；或者，部分像素子单元112中两个像素112均沿行的方向(X轴方向)的排列(如图13左侧四个像素子单元112所示)，部分像素子单元112中两个像素112均沿列的方向(Y轴方向)的排列(如图13右侧四个像素子单元112所示)，在此不作限制。

此外，在一些实施例中，在最小重复单元113内，排列在四个像素单元113对应位置的像素112具有的偏振角度相同。也即，在最小重复单元113内，排列在四个像素单元113对应位置的像素112能够将相同偏振角度的光线转换成电信号。例如，如图4所示(图中具有相同纹理的像素，表示其具有的偏振角度相同)，最小重复单元114包括第一像素单元113a、第二像素单元113b、第三像素单元113c及第四像素单元113d。第一像素单元113a、第二像素单元113b、第三像素单元113c及第四像素单元113d均包括四个呈二行二列排列的像素112。其中，排列在第一像素单元113a左上角的像素112、排列在第二像素单元113a左上角的像素112、排列在第三像素单元113a左上角的像素112、及排列在第四像素单元113a左上角的像素112具有的偏振角度为90°；排列在第一像素单元113a右上角的像素112、排列在第二像素单元113a右上角的像素112、排列在第三像素单元113a右上角的像素112、及排列在第四像素单元113a右上角的像素112对应的具有的偏振角度为0°；排列在第一像素单元113a左下角的像素112、排列在第二像素单元113a左下角的像素112、排列在第三像素单元113a左下角的像素112、及排列在第四像素单元113a左下角的像素112具有的偏振角度为135°；排列在第一像素单元113a右下角的像素112、排列在第二像素单元113a右下角的像素112、排列在第三像素单元113a右下角的像素112、及排列在第四像素单元113a右下角的像素112具有的偏振角度为45°。由于排列在四个像素单元113对应位置的像素112具有的偏振角度相同，也即，在最小重复单元113内，排列在四个像素单元113对应位置的像素112能够将相同偏振角度的光线转换成电信号。如此有利于对像素阵列11曝光后的获取图像进行后续处理。当然，在最小重复单元113内，排列在四个像素单元113对应位置的像素112具有的偏振角度也可以不相同，即在最小重复单元113内，排列在四个像素单元113对应位置的像素112也能够将不同偏振角度的光线转换成电信号，在此不作限制。

请参阅图5和图14，图像传感器10还包括金属连线层14。金属连线层14和像素阵列11连接并位于远离收光面11211的一侧。金属连线层14用于根据每个像素112曝光时转换的电信号获取每个像素112的像素值。

金属连线层14包括多个像素读取电路141，每个像素读取电路141与一个像素112连接，以用于读取该像素112的像素值。

请参阅图14，像素读取电路141包括浮动扩散区1411和传递晶体管1412。浮动扩散区1411用于存储电荷，传递晶体管1412用于连接像素112的光电二极管和浮动扩散区1411，以将光电转换元件1121产生的电荷(即像素112将光线转换成的电信号)传递到浮动扩散区1411。像素读取电路141用于根据浮动扩散区1411的电荷确定对应的像素112的像素值。

具体地，像素112的收光面11211在接收到对应的滤光区1311及与其对应的第一偏振角度的光线后，光电转换元件1121发生光电效应，光照射产生的电子-空穴对会因光电转换元件1121的电场的存在而分开，电子移向n区，空穴移向p区，在曝光结束时，激活RST，然后像素读取电路141进行复位以使得读出区复位到高电平，复位完成后，读取复位电平，然后传递晶体管1412将n区的电荷转移到浮动扩散区1411，然后读出浮动扩散区1411的电平以作为信号电平，最后根据信号电平以及复位电平计算出像素112的像素值(如将信号电平和复位电平的差值作为像素112的像素值对应的电平，然后根据该电平即可计算得到像素112的像素值)，每个像素112的像素值均关联有对应的偏振元件1122的偏振角度信息及滤光区1311的颜色信息。

请参阅图3、图4及图15，本申请实施方式的成像方法可用于图像传感器10。多个像素子单元111，每个像素子单元111包括第一像素112a及第二像素112b，在同一个像素子单元中，第一像素112a具有第一偏振角度，第二像素112b具有与第一偏振角度不同的第二偏振角度，第一像素112a能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与第一偏振角度不同偏振角度的光线反射至第二像素112b。第二像素112b能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号。微透镜阵列12包括多个微透镜121，同一个像素子单元111中的第一像素112a及第二像素112b被同一个微透镜121覆盖。每个微透镜121用于将光线聚焦至被微透镜121覆盖的其中一个第一像素112a。微透镜阵列12包括多个微透镜121，同一个像素子单元111中的第一像素112a和第二像素112b被同一个微透镜121覆盖。微透镜121用于将光线聚焦至被微透镜121覆盖的第一像素112a或第二像素112b。成像方法包括：

01：根据每个像素转换的电信号获取像素的像素值；

02：选取像素阵列中的至少一个像素具有的偏振角度为目标偏振角度；及

03：根据与目标偏振角度对应的像素的像素值生成偏振图像。

具体地，在曝光完成后，金属连线层14中的多个像素读取电路141能够根据像素112转换的电信号获取该像素112的像素值，每个像素112的像素值均关联有对应的偏振元件1122的偏振角度信息。根据像素转换的电信号获取像素的像素值的具体实施方式与上述实施例中相同，在此不再赘述。

请结合图1，电子设备1000可包括处理器300，处理器300选取像素阵列11中的至少一个像素112具有的偏振角度为目标偏振角度。例如，如图11所示，像素阵列11包括第一类像素112(图11中纹理均为与y轴平行的像素112)、第二类像素112(图11中纹理均为与x轴平行的像素112)、第三类像素112(图11中纹理均为从左上至右下的像素112)及第四类像素112(图11中纹理均为从右上至左下的像素112)。假设第一类像素112具有的偏振角度为90°，第二类像素112具有的偏振角度为0°，第三类像素112具有的偏振角度为135°，第四类像素112具有的偏振角度为45°。则处理器300能够在90°、0°、135°或45°中选择至少一个偏振角度作为目标偏振角度。例如，目标偏振角度可以为0°；或者，目标偏振角度还可以为90°、0°；或者，目标偏振角度还可以为90°、0°、135°，在此不作限制。在一些实施例中，处理器300能够根据用户偏好选择目标偏振角度，在此不作限制。

在获取目标偏振角度后，处理器300可根据与目标角度对应的像素的像素值生成偏振图像。例如，如图11所示的实施例中，假设目标偏振角为0°，则处理器300根据所有第二类像素112(图11中纹理均为与x轴平行的像素112)的像素值生成偏振图像。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括像素阵列及微透镜阵列，

所述像素阵列包括多个像素子单元，每个所述像素子单元包括第一像素和第二像素，在同一个所述像素子单元中，所述第一像素具有第一偏振角度，所述第二像素具有与第一偏振角度不同的第二偏振角度，所述第一像素能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与所述第一偏振角度不同偏振角度的光线反射至所述第二像素，所述第二像素能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号；

所述微透镜阵列包括多个微透镜，同一个所述像素子单元中的所述第一像素和所述第二像素被同一个所述微透镜覆盖，每个所述微透镜用于将光线聚焦至被所述微透镜覆盖的所述第一像素或所述第二像素；

所述第一像素和所述第二像素包括：

光电转换元件，所述光电转换元件包括倾斜的收光面；及

设置于所述收光面上的倾斜的偏振元件，所述偏振元件用于允许与所述偏振元件的偏振轴的角度平行的光线通过，并用于反射与所述偏振轴的角度不平行的光线，所述第一像素中的偏振元件的偏振轴的角度为第一偏振角度，所述第二像素中的偏振元件的偏振轴的角度为第二偏振角度；

所述偏振元件还包括一个或多个液晶单元，所述液晶单元用于改变所述偏振元件的偏振轴的角度，以使所述偏振元件的偏振轴的角度在预定角度范围内变化；

所述第一像素和所述第二像素均包括相背的第一侧及第二侧，在同一个所述像素子单元中，所述第一像素的第一侧与所述第二像素的第一侧相接；

在所述图像传感器的光轴方向，所述第一像素的第一侧的高度低于所述第一像素的第二侧的高度，所述第二像素的第一侧的高度低于所述第二像素的第二侧的高度；并且在同一所述像素子单元中的所述第一像素的收光面与所述第二像素的收光面之间的夹角在预设范围内。

2. 根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一偏振角度与所述第二偏振角度正交。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，在所述图像传感器的光轴方向，所述微透镜覆盖所述第一像素的区域的最大厚度大于覆盖所述第二像素的区域的最大厚度；或

所述微透镜覆盖所述第二像素的区域的最大厚度大于覆盖所述第一像素的区域的最大厚度。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列包括多个像素单元，所述像素单元包括至少两个所述像素子单元，在同一像素单元中，每个像素具有的偏振角度均不相同。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括滤光片阵列，所述滤光片阵列包括多个滤光单元，每个所述滤光单元包括至少两个滤光子单元，每个滤光子单元包括两个滤光区，同一个所述滤光单元的多个所述滤光区允许透过的光线颜色相同，每个所述滤光区对应一个像素。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述滤光片阵列设置在所述像素阵列与所述微透镜阵列之间。

7.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括平坦层，所述平坦层设置在所述滤光片阵列与所述像素阵列的偏振元件之间。

8. 根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列包括最小重复单元，每个最小重复单元包括四个像素单元，所述滤光片阵列包括多个滤光单元组，每个所述滤光单元组由四个所述滤光单元排列成二行二列的矩阵，所述滤光单元与所述像素单元一一对应；

沿所述矩阵的第一对角线方向分布的两个所述滤光单元均用于透过第一颜色光，沿所述矩阵的第二对角线方向分布的两个所述滤光单元分别用于透过第二颜色光和第三颜色光；或

沿所述矩阵的第一对角线方向分布的两个所述滤光单元分别用于透过第二颜色光和第三颜色光，沿所述矩阵的第二对角线方向分布的两个所述滤光单元均用于透过第一颜色光。

9. 一种摄像装置，其特征在于，包括：

权利要求1至8任一项所述的图像传感器；和

镜头模组，所述图像传感器设置在所述镜头模组的像侧。

10. 一种电子设备，其特征在于，包括：

权利要求9所述的摄像装置；和

壳体，所述摄像装置安装在所述壳体上。

11.一种成像方法，用于图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括像素阵列及微透镜阵列，所述像素阵列包括多个像素子单元，每个所述像素子单元包括第一像素和第二像素，在同一个所述像素子单元中，所述第一像素具有第一偏振角度，所述第二像素具有与第一偏振角度不同的第二偏振角度，所述第一像素能够将具有第一偏振角度的光线转换成电信号，并将具有与所述第一偏振角度不同偏振角度的光线反射至所述第二像素，所述第二像素能够将具有第二偏振角度的光线转换成电信号；

所述微透镜阵列包括多个微透镜，同一个所述像素子单元中的所述第一像素和所述第二像素被同一个所述微透镜覆盖，每个所述微透镜用于将光线聚焦至被所述微透镜覆盖的所述第一像素或所述第二像素；所述第一像素和所述第二像素包括光电转换元件，所述光电转换元件包括倾斜的收光面；及设置于所述收光面上的倾斜的偏振元件，所述偏振元件用于允许与所述偏振元件的偏振轴的角度平行的光线通过，并用于反射与所述偏振轴的角度不平行的光线，所述第一像素中的偏振元件的偏振轴的角度为第一偏振角度，所述第二像素中的偏振元件的偏振轴的角度为第二偏振角度；所述偏振元件还包括一个或多个液晶单元，所述液晶单元用于改变所述偏振元件的偏振轴的角度，以使所述偏振元件的偏振轴的角度在预定角度范围内变化，所述第一像素和所述第二像素均包括相背的第一侧及第二侧，在同一个所述像素子单元中，所述第一像素的第一侧与所述第二像素的第一侧相接；在所述图像传感器的光轴方向，所述第一像素的第一侧的高度低于所述第一像素的第二侧的高度，所述第二像素的第一侧的高度低于所述第二像素的第二侧的高度；并且在同一所述像素子单元中的所述第一像素的收光面与所述第二像素的收光面之间的夹角在预设范围内，所述成像方法包括：

根据每个像素转换的电信号获取所述像素的像素值；

选取所述像素阵列中的至少一个像素具有的偏振角度为目标偏振角度；及

根据与目标偏振角度对应的像素的像素值生成偏振图像。

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