CN113973197B - 像素结构、像素阵列、图像传感器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种像素结构、像素阵列、图像传感器及电子设备，涉及电子设备技术领域。所述像素结构包括：图像色彩采集像素以及环境色温检测像素；图像色彩采集像素用于接收红光、绿光、蓝光，并生成对应的图像色彩信息；环境色温检测像素用于接收预设波长的光，并通过感应电路层生成对应的环境色温信息。通过将图像色彩采集像素和环境色温检测像素集成在同一像素结构中，在获取图像颜色信息的同时也能获取环境色温信息，进而能够以像素结构为单元，通过图像颜色信息与环境色温信息的组合，对图像局部的颜色进行校正，避免出现由于局部存在差异环境的色温数据，导致图像处理存在场景不匹配及偏色问题，大大提升了对图像颜色还原的准确性。

Description

像素结构、像素阵列、图像传感器及电子设备

技术领域

本发明属于电子设备技术领域，具体涉及一种像素结构、像素阵列、图像传感器及电子设备。

背景技术

随着科技的发展，图像传感器被广泛应用于移动终端的摄像模组中。图像传感器能够接收RGB三个颜色的信息，并通过软件运算还原图像的颜色信息。

由于图像传感器仅能获取RGB三个颜色的信息，并以此为依据判断图像颜色，经常因为判断依据不准，信息不足等问题导致还原颜色偏色，因此，现有技术中，通过设置单独的色温传感器对图像还原提供环境色温数据。

采用现有技术的方案，由于单独设置的色温传感器仅能提供视场角内的整体环境的色温数据，导致图像处理仍存在场景不匹配及偏色问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种像素结构、像素阵列、图像传感器及电子设备，能够解决由于单独设置的色温传感器仅能提供视场角内的整体环境的色温数据，无法提供局部存在差异环境的色温数据，导致图像处理仍存在场景不匹配及偏色问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种像素结构，

所述像素结构包括：图像色彩采集像素以及环境色温检测像素；

所述图像色彩采集像素用于接收红光、绿光、蓝光，并生成对应的图像色彩信息；

所述环境色温检测像素包括感应电路层，所述环境色温检测像素用于接收预设波长的光，并通过所述感应电路层生成对应的环境色温信息。

第二方面，本发明实施例还提供了一种像素阵列，所述像素阵列包括n²个上述的像素结构，所述像素结构呈n×n阵列排布，其中n为≥3的整数。

第三方面，本发明实施例还提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括上述的像素阵列。

第四方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：上述的图像传感器。

在本发明实施例中，像素结构包括：图像色彩采集像素以及环境色温检测像素；图像色彩采集像素包括R像素、G像素、B像素，分别用于接收红光、绿光、蓝光，并生成对应的图像色彩信息；环境色温检测像素用于接收预设波长的光，并通过感应电路层生成对应的环境色温信息。通过将图像色彩采集像素和环境色温检测像素集成在同一像素结构中，在获取图像色彩信息的同时也能获取环境色温信息，进而能够以像素结构为单元，通过图像色彩信息与环境色温信息的组合，对图像局部的色彩进行校正，避免出现由于局部存在差异环境的色温数据，导致图像处理存在场景不匹配及偏色问题，大大提升了对图像颜色还原的准确性，提升了拍照质量。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是现有技术的一种拜耳阵列的结构示意图；

图2是本发明实施例所述像素结构的结构示意图；

图3是本发明实施例所述环境色温检测像素的结构示意图；

图4是本发明实施例所述滤光层的结构示意图之一；

图5是本发明实施例所述滤光层的结构示意图之二；

图6是图5所述滤光层沿A-A方向的剖面图；

图7是本发明实施例中所述像素阵列的结构示意图；

图8是本发明实施例中所述感光区域的结构示意图。

附图标记：

10-拜耳阵列；20-像素结构；30-像素阵列；40-感光区域；101-R像素；102-G像素；103-B像素；201-环境色温检测像素；2011-滤光层；2012-感应电路层；2013-硅基板；2014-滤光栅格；2015-微透镜。

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地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1至图8描述根据本发明实施例的一种像素结构、像素阵列、图像传感器及电子设备。

如图2至图6所示，根据本申请一些实施例的像素结构20，包括：图像色彩采集像素以及环境色温检测像素；

所述图像色彩采集像素用于接收红光、绿光、蓝光，并生成对应的图像色彩信息；

所述环境色温检测像素包括感应电路层，所述环境色温检测像素用于接收预设波长的光，并通过所述感应电路层生成对应的环境色温信息。

具体而言，如图1所示，拜耳阵列10是实现CCD或COMS图像传感器拍摄彩色图像的主要技术之一，传统的2×2拜耳阵列10中，共设置四个单色像素，分别为两个G(绿色)像素、一个R(红色)像素以及一个B(蓝色)像素，电子设备可通过图像传感器感知RGB三个颜色的信号强度，并将光信号转换为电信号，通过软件运算得到彩色图像。但是图像传感器只能获取RGB三个颜色的信息并以此为依据判断物体颜色，经常因为判断依据不准，信息不足等问题导致还原颜色偏色。

在本申请的实施例中，如图2所示，对传统的2×2拜耳阵列10进行改进，得到一种新的像素结构20，即在传统拜耳阵列10上设置一个环境色温检测像素201，以替代传统拜耳阵列10中其中一个G像素102，并与拜耳阵列10中余下的RGB像素组成一个新的像素结构20。

如图2至图6所示，在该像素结构20中，图像色彩采集像素包括R像素101、G像素102、B像素103，分别用于接收红光、绿光、蓝光，并通过光电转换将光信号转换为电信号，得到初步的图像色彩信息。环境色温检测像素201包括感应电路层2012，感应电路层2012设置有光电二极管，环境色温检测像素201接收的预定波长的光，经过感应电路层2012的光电转换作用，生成对应的环境色温信息，该环境色温信息可以为预定波长的光对应的电信号。环境色温检测像素201设置对应的滤光层2011，可利用滤光层2011通过对应波长的光，其中，预设波长的光可根据实际需求进行选择，并采用对应的滤光层2011实现预设波长的光的过滤，在R像素101、G像素102、B像素103分别接收红光、绿光、蓝光的情况下，环境色温检测像素201可设置为采集除红光、绿光、蓝光外的其他波长的光，以解决现有的图像传感器仅能接收红光、绿光、蓝光，判断依据不准、信息不足等导致还原图像颜色时偏色的问题。在拍摄图像时，环境色温检测像素201利用感应到的光谱值拟合出对应的光谱曲线，从而得到该像素结构20区域内拍摄图像的色温信息。再通过图像处理系统将该像素结构20区域内的初步的图像信息增加对应区域的色温信息，得到更加符合场景的图像效果，再形成最终的图像。

在本申请实施例中，像素结构20包括：图像色彩采集像素以及环境色温检测像素；图像色彩采集像素包括R像素、G像素、B像素，分别用于接收红光、绿光、蓝光，并生成对应的图像色彩信息；环境色温检测像素用于接收预设波长的光，并通过感应电路层生成对应的环境色温信息。通过将RGB像素和环境色温检测像素201集成在同一像素结构20中，在获取图像颜色信息的同时也能获取环境色温信息，进而能够以像素结构20为单元，通过图像颜色信息与环境色温信息的组合，对图像局部的颜色进行校正，避免出现由于局部存在差异环境的色温数据，导致图像处理存在场景不匹配及偏色问题，大大提升了对图像颜色还原的准确性，提升了拍照质量。

可选地，如图2至图6所示，一种实施方式中，所述环境色温检测像素201还包括：滤光层2011；

所述滤光层2011与所述感应电路层2012层叠设置，所述滤光层2011用于通过所述预设波长的光。

具体而言，环境色温检测像素201包括依次层叠设置的滤光层2011、感应电路层2012以及硅基板2013，滤光层2011位于环境色温检测像素201结构20的最上方。自然光或者人工光大多数是属于复合光，光线由各种波长的光线组成，不同光线对应的光波长会有差异，通过设置滤光层2011，能够根据需求，将对应波长的光进行选择，以实时检测环境色温。

在滤光层2011的下方设置有感应电路层2012和硅基板2013，感应电路层2012设置有光电二极管，能够接收由滤光层2011通过的预定波长的光，经过感应电路层2012的光电转换作用，生成对应的电信号，再通图像处理软件生成对应的色温信息。硅基板2013能够对感应电路层2012以及滤光层2011实现支撑。

可选地，如图2至图6所示，一种实施方式中，所述滤光层2011为滤光涂层或滤光栅格2014；

所述滤光涂层用于通过与自身颜色相对应的波长光；

所述滤光栅格2014用于通过与自身尺寸相对应的波长光。

具体而言，滤光层2011可以为滤光涂层或滤光栅格2014。滤光涂层的颜色可以为黄色、紫色、橙色等，对应的，滤光涂层可通过与自身颜色相对应的波长光，从而实现对环境光线波长的选择。例如选择黄色的滤光涂层，能够通过黄光，对应的可通过光的波长为580nm-596nm；选择紫色滤光涂层时，可通过光的波长为380nm-420nm；选择橙色滤光涂层时，可通过光的波长为600nm-615nm。

如图3至图6所示，滤光层2011为滤光栅格2014，滤光栅格2014按照设计所需光线波长进行设计，即可通过分工衍射方法让所需的光线通过，与栅格孔宽度不一致的光线会被反射或者抵消掉，从而实现对环境光线波长的选择。可通过光的波长为栅格孔宽度的整数倍，例如，栅格孔宽度为415nm，对应的可通过光的波长为(N*415)nm，其中N为1、2、3……，由于可见光的波长范围为390nm-780nm，因此，通过该滤光栅格的可见光的波长为415nm，从而实现对环境光线波长的选择。

可选地，一种实施方式中，所述滤光层2011的材质为铝或者铝合金。

具体而言，在采用滤光栅格2014作为滤光层2011时，滤光层2011可采用金属镀膜蚀刻工艺制作，通过在芯片表面增加镀金属铝或者铝合金镀层，并按照检测光线需求设定的光学波长定义，通过蚀刻工艺制作对应的波长光衍射/过滤的栅格形状，非色温检测区域的像素则无需制作图案形状。

根据本申请进一步的实施例，如图3至图6所示，所述滤光层2011背离所述感应电路的一侧设置有透明保护层，和/或，所述滤光栅格2014的格孔中设置有所述透明保护层。

具体而言，环境色温检测像素201对应的滤光栅格2014形状制作完成后，可以滤光层2011背离感应电路的一侧设置透明保护层，和/或，在栅格的格孔中设置透明保护层。透明保护层的材质通常为二氧化硅，也可以采用亚克力、聚苯乙烯、聚碳酸酯等透明材质。透明保护层设置于滤光层2011背离感应电路的一侧时，在对滤光层2011起到保护作用的同时，还能避免对光线产生遮挡。透明保护层设置于滤光栅格2014的格孔中时，能够填平滤光栅格2014的格孔，以便后续加工更好实现。

根据本发明进一步的实施例，如图3所示，所述滤光层2011背离所述感应电路的一侧设置有微透镜2015，所述微透镜2015的凸起侧背离所述滤光层2011。

具体而言，在滤光层2011背离感应电路的一侧设置有微透镜2015，微透镜2015的凸起侧背离滤光层2011。当环境光线传递至微透镜2015时，微透镜2015能够对环境光线起到汇聚的作用，增加了光线强度，汇聚后的光线经滤光层2011传递至感应电路及硅基板2013时，能够更容易被接收转换，大大提升了环境色温检测像素201的灵敏度。

参照图7所示，本申请实施例还提供了一种像素阵列30，所述像素阵列30包括：n²个权利要求1-6任一项所述的像素结构20，所述像素结构20呈n×n阵列排布，其中n为≥3的整数。

具体而言，为更加准确的检测环境的色温，需要增加更多波段的光线信息并将光线信息进行组合形成一个针对环境光线色温检测的像素阵列30，在本申请实施例中，可采用n²个上述的像素结构20进行组合，组成n×n阵列排布的像素阵列30。其中n为≥3的整数，例如，可以采用9个上述的像素结构20进行组合，组成3×3阵列排布的像素阵列30。也可采用16、25等数量的像素结构20进行组合，组成对应的像素阵列30，具体数量的选择可根据图像传感器的尺寸以及拍摄需求进行选择，本申请实施例对此不做限定。

进一步地，每个所述像素结构20中，所述环境色温检测像素201所接收光的波长均不相同。

具体而言，以9个上述的像素结构20进行组合，组成3×3阵列排布的像素阵列30为例，对9个像素结构20中的环境色温检测像素201进行编号，环境色温检测像素201所接收光的波长均不相同分别为P1～P9，环境色温检测像素201所接收光的波长均不相同，P1～P9中滤光层2011可通过光线的波长可定义为：P1 415nm，P2 445nm，P3 480nm，P4 515nm，P5555，P6 590nm，P7630nm，P8 680nm，P9 750nm，通过P1～P9组合作为一个环境色温的检测阵列。

参照正常拜耳阵列10排布RGB图像传感器成像方式组合计算成像，其中拜耳阵列10中环境色温传感像素的颜色信息移植RGB像素中G像素102的信息进行计算成像效果。

将同一像素阵列30内的环境色温检测像素P1～P9，在拍摄图像时感应到的光谱值拟合出对应的光谱曲线，从而得到该像素阵列30内拍摄图像的色温信息。如图8所示，也可将上述像素阵列30作为一个阵列单元进行循环，形成具有多个像素阵列30的感光区域40。对应的，通过每个像素阵列30内拍摄图像的色温信息，得到整个感光区域40内拍摄图像的色温信息。

每个像素阵列30内的RGB像素对应接收红光、绿光、蓝光，并通过光电转换将光信号转换为电信号，得到该像素阵列30内的初步图像信息。再将该初步图像信息与像素阵列30内的色温信息进行组合，即可得到更加符合场景的图像效果，再形成最终的整体图像。

在本申请实施例中，像素阵列30中采用上述的像素结构20，通过将RGB像素和环境色温检测像素201集成在同一像素结构20中，在获取图像颜色信息的同时也能获取环境色温信息，进而能够以像素结构20为单元，通过图像颜色信息与环境色温信息的组合，对图像局部的颜色进行校正，避免出现由于局部存在差异环境的色温数据，导致图像处理存在场景不匹配及偏色问题，大大提升了对图像颜色还原的准确性，提升了拍照质量。

本申请实施例还提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括上述的像素阵列30。

具体而言，图像传感器又称感光元件，是一种将光学图像转换成电子信号的设备，被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中。现有的图像传感器主要分为CCD、CMOS以及CIS传感器三种。

在本申请实施例中，图像传感器采用上述的像素阵列30，在拍摄图像时，无需额外设置色温传感器，像素阵列30可直接获得拍摄图像的初步图像信息和像素阵列30内的色温信息，再将该初步图像信息与像素阵列30内的色温信息进行组合，即可得到更加符合场景的图像效果，再形成最终的整体图像。通过图像颜色信息与环境色温信息的组合，对图像局部的颜色进行校正，避免出现由于局部存在差异环境的色温数据，导致图像处理存在场景不匹配及偏色问题，大大提升了对图像颜色还原的准确性，提升了拍照质量。

本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的图像传感器。

根据本发明实施例的电子设备的其他构成，例如手机、带有游戏功能的智能穿戴设备以及平板电脑等对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本申请实施例中，电子设备采用上述的图像传感器，在拍摄图像时，无需额外设置色温传感器，图像传感器内的像素阵列30可直接获得拍摄图像的初步图像信息和像素阵列30内的色温信息，再将该初步图像信息与像素阵列30内的色温信息进行组合，即可得到更加符合场景的图像效果，再形成最终的整体图像。通过图像颜色信息与环境色温信息的组合，对图像局部的颜色进行校正，避免出现由于局部存在差异环境的色温数据，导致图像处理存在场景不匹配及偏色问题，大大提升了对图像颜色还原的准确性，提升了拍照质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例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例或示例中。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例或示例。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例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、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 (8)

1.一种像素结构，其特征在于，所述像素结构包括：图像色彩采集像素以及环境色温检测像素；

所述图像色彩采集像素用于接收红光、绿光、蓝光，并生成对应的图像色彩信息；

所述环境色温检测像素包括感应电路层以及滤光层，所述环境色温检测像素用于接收预设波长的光，并通过所述感应电路层生成对应的环境色温信息，所述滤光层为设置有间隔格孔的滤光栅格，所述滤光层与所述感应电路层层叠设置，所述滤光层用于通过所述预设波长的光，所述滤光层背离所述感应电路的一侧设置有透明保护层，所述滤光栅格的格孔中设置有所述透明保护层，所述滤光栅格的格孔的宽度为所述预设波长的整数倍。

2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述滤光层为滤光涂层，所述滤光涂层用于通过与自身颜色相对应的波长光。

3.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述滤光层的材质为铝或者铝合金。

4.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述滤光层背离所述感应电路的一侧设置有微透镜，所述微透镜的凸起侧背离所述滤光层。

5.一种像素阵列，其特征在于，所述像素阵列包括：n²个权利要求1-4任一项所述的像素结构，所述像素结构呈n×n阵列排布，其中n为≥3的整数。

6.根据权利要求5所述的像素阵列，其特征在于，每个所述像素结构中，所述环境色温检测像素所接收光的波长均不相同。

7.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：权利要求5-6任一项所述的像素阵列。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：权利要求7所述的图像传感器。