CN113992856A - 图像传感器、摄像模组和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种图像传感器、摄像模组和电子设备，该图像传感器包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个第一像素组，所述第一像素组的形状为六边形，每一个所述第一像素组包括六个第一像素单元；所述第一像素组还包括第一微透镜，所述六个第一像素单元中每两个所述第一像素单元覆盖一个所述第一微透镜，所述第一像素组用于相位对焦。
Description
技术领域
本申请属于图像处理技术领域，具体涉及一种图像传感器、摄像模组和电子设备。
背景技术
随着电子设备的快速发展，越来越多的用户使用移动终端设备进行拍摄。为了满足用户的不同需求，移动终端开发商开发出来各种各样的拍照功能。例如，自动对焦功能。
相关技术中，图像传感器中包括用于对焦的PD(Phase Detect，相位)像素，例如，半遮式PD和Dual(双重)PD，但是，现有的PD像素对焦能力较差。
发明内容
本申请旨在提供一种图像传感器、摄像模组和电子设备，可以实现多个方向的相位对焦，从而可以提升图像传感器的对焦能力。
第一方面，本申请实施例提出了一种图像传感器，包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个第一像素组，所述第一像素组的形状为六边形，每一个所述第一像素组包括六个第一像素单元；
所述第一像素组还包括第一微透镜，所述六个第一像素单元中每两个所述第一像素单元覆盖一个所述第一微透镜，所述第一像素组用于相位对焦。
第二方面，本申请实施例提出了一种摄像模组，包括如第一方面所述的图像传感器。
第三方面，本申请实施例提出了一种电子设备，包括如第二方面所述的摄像模组。
在本申请实施例中，像素阵列中包括第一像素组，第一像素组可以包括六个第一像素单元，六个第一像素单元中每两个第一像素单元对应覆盖一个微透镜，这样，覆盖同一个微透镜的两个第一像素单元可以用于某一方向的相位对焦，从而可以实现多个方向的相位对焦，以提升图像传感器的对焦能力。
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
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请实施例的一种第一像素组的示意图；
图2是根据本申请实施例的另一种第一像素组的示意图；
图3是根据本申请实施例的一种信号控制电路的电路结构示意图；
图4是根据本申请实施例的一种像素阵列的示意图；
图5是根据本申请实施例的一种摄像模组的示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。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“列方向”、“行方向”、“中心”、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。
为方便理解，首先对本申请实施例涉及的一些内容进行说明：
相机传感器(sensor)是相机的核心，也是相机中最关键的技术。传感器一般分为两种：一种是广泛使用的CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合)元件，另一种是CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)器件。与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光元件，感光元件就是数码相机的不用更换的“胶卷”而且是与相机一体。
目前使用的CMOS器件，与CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N(带负电)和P(带正电)级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。
相机镜头(lens)是相机中最重要的部件，相机镜头的好坏直接影响到拍摄成像的质量。相机镜头可分为变焦和定焦两大类。变焦镜头是焦距可变，视角可变，也就是可以推拉的镜头；定焦镜头，就是焦距不能变，也就是只有一个焦段，或者只有一个视角的镜头。
CMOS摄像模组(CMOS Camera Module,CCM)是目前手机上主流使用的相机模组，由镜头(Lens)、音圈马达(Voice Coil Motor)、红外滤光片(IR Filter)、图像传感器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)及柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)组成。
CCM的工作流程是，音圈马达带动镜头达到对焦准确的位置，外部光线穿过镜头，经过红外滤光片的滤光，照射到图像传感器的感光二极管(pixel)上，感光二极管将感知的光信号转换成电信号，通过放大电路，AD转换(模数转换)电路，形成数字信号矩阵(即图像)，再经过数字信号处理器处理，压缩存储起来。
相位对焦(Phase Detect Auto Focus，PDAF)，根据不同像素的相位差信息，判断出当前镜头位置离相对焦清晰状态(即下图相位差为零状态)的位置，从而得到镜头应该移动的向量。常规的PDAF一般都是半遮式，或者dual PD等。
下面结合图1-图5描述根据本申请实施例的图像传感器的结构。
如图1所示，根据本申请的一些实施例的图像传感器包括像素阵列，所述像素阵列包括多个第一像素组11，所述第一像素组11的形状为六边形，每一个所述第一像素组11包括六个第一像素单元111；所述第一像素组11还包括第一微透镜112，所述六个第一像素单元111中每两个所述第一像素单元111覆盖一个所述第一微透镜112，所述第一像素组111用于相位对焦。
示例性地，如图2所示，第一像素组11的形状为六边形，该第一像素组11包括六个第一像素单元，即，第一相位像素单元PD1、第二相位像素单元PD2、第三相位像素单元PD3、第四相位像素单元PD4、第五相位像素单元PD5和第六相位像素单元PD6。其中，第一相位像素单元PD1和第二相位像素单元PD2共用一个微透镜，第三相位像素单元PD3和第四相位像素单元PD4共用一个微透镜，第五相位像素单元PD5和第六相位像素单元PD6共用一个微透镜。
这里需要说明的是，覆盖于两个第一像素单元的微透镜可以是半球形微透镜，也可以是其他形状，本申请实施例对此不作具体限定。
在本实施例中，像素阵列中包括第一像素组，第一像素组可以包括六个第一像素单元，六个第一像素单元中每两个第一像素单元对应覆盖一个微透镜，这样，覆盖同一个微透镜的两个第一像素单元可以用于某一方向的相位对焦，从而可以实现多个方向的相位对焦，以提升图像传感器的对焦能力。
在本申请的一些实施例中，所述六个第一像素单元中覆盖同一个第一微透镜的两个所述第一像素单元组成一个对焦组；每一个所述第一像素组中的其中一个对焦组用于第一方向的相位对焦，所述第一像素组中的另两个对焦组用于第二方向的相位对焦，所述第一方向与所述第二方向不同。
在本申请的一些实施例中，所述第一方向为所述像素阵列的列方向，所述第二方向为所述像素阵列的行方向。
以图2示出的第一像素组为例，第一像素组11包括三个对焦组，即，第一对焦组、第二对焦组和第三对焦组。第一对焦组包括第一相位像素单元PD1和第二相位像素单元PD2，第一相位像素单元PD1和第二相位像素单元PD2沿像素阵列的列方向相对设置。第二对焦组包括第三相位像素单元PD3和第四相位像素单元PD4。第三对焦组包括第五相位像素单元PD5和第六相位像素单元PD6。其中，第二对焦组与第三对焦组沿像素阵列的行方向呈对称分布。这样，通过第一对焦组可以获得上下相位信息，以实现列方向的相位对焦，通过第二对焦组和第三对焦组可以获得左右相位信息，以实现行方向的相位对焦。需要说明的是，第二对焦组和第三对焦组也可以获得斜向相位信息。
在本实施例中，六个第一像素单元中每两个第一像素单元组成一个对焦组；每一个第一像素组中的其中一个对焦组用于第一方向的相位对焦，第一像素组中的另两个对焦组用于第二方向的相位对焦，第一方向与第二方向不同，这样，通过第一像素组的多个第一像素单元，可以实现多个方向的相位对焦，从而可以提升图像传感器的对焦能力。
在本申请的一些实施例中，如图1和图2所示，每一个所述第一像素组11的形状为正六边形，所述第一像素组11中的每一个所述第一像素单元111的形状为正三角形。这样，通过设置第一像素组，可以实现多个方向的相位对焦，并且第一像素组的形状为正六边形，第一像素单元的形状为正三角形，使得像素阵列排列整齐，结构紧凑，可以节省每一像素单元所占的面积。
在本申请的一些实施例中，所述第一像素组中每一个所述第一像素单元均为白色像素单元。
以图2示出的第一像素组为例，第一像素组包括六个第一像素单元，六个第一像素单元均为白色像素单元。在本实施例中，第一像素组仅用于相位对焦。
在本申请的一些实施例中，所述第一像素组中覆盖同一个第一微透镜的两个所述第一像素单元的感光波段相同。
继续以图2示出的第一像素组为例，第一像素组11包括三个对焦组，即，第一对焦组、第二对焦组和第三对焦组。第一对焦组包括第一相位像素单元PD1和第二相位像素单元PD2，第一相位像素单元PD1和第二相位像素单元PD2均为红色像素单元。第二对焦组包括第三相位像素单元PD3和第四相位像素单元PD4，第三相位像素单元PD3和第四相位像素单元PD4均为绿色像素单元。第三对焦组包括第五相位像素单元PD5和第六相位像素单元PD6，第五相位像素单元PD5和第六相位像素单元PD6均为蓝色像素单元。需要说明的是，第一像素组11中第一像素单元的颜色可以根据实际需要进行设置，本申请实施例对此不做具体限定。
在本实施例中，在第一像素组中，覆盖同一个第一微透镜的两个所述第一像素单元的感光波段相同，这样，第一像素组既可以用于相位对焦，也可以用于图像输出，本实施例提供的图像传感器不需要设置专门的相位像素。
在本申请的一些实施例中，该图像传感器还包括多个信号控制电路，所述第一像素组中覆盖同一个微透镜的两个所述第一像素单元对应设置一个所述信号控制电路。
在本申请的一些实施例中，如图3所示，该信号控制电路20包括第一开关TX1、第二开关TX2和第一电容FD1。第一开关TX1和第一子像素单元的感光元件PD1串联连接在信号端Vs与接地端GND之间；第二开关TX2和第二子像素单元的感光元件PD2串联连接在所述信号端Vs与所述接地端GND之间；第一电容FD1连接在所述信号端Vs与所述接地端GND之间；其中，所述第一子像素单元为覆盖同一个第一微透镜的两个第一像素单元中的其中一个，所述第二子像素单元为覆盖同一个第一微透镜的两个第一像素单元中的另一个。继续以图1示出的第一像素组为例，第一子像素单元为第一相位像素单元，第二子像素单元为第二相位像素单元。
在一些实施例中，对于同一个第一子像素单元而言，为了方便分时读取感光元件转换得到的电信号，如图3所示，该信号控制电路20还可以包括复位开关RST，该复位开关RST连接在电源端VDD与信号端Vs之间。该实施例中，控制复位开关RST截止，可以读取第一子像素单元的感光元件，再完成对该感光元件的读取后，控制复位开关RST导通，便可复位该像素单元。
在一些实施例中，如图3所示，该信号控制电路20还可以包括源跟随器SF和选择开关SET，该源跟随器SF的栅极与信号端Vs连接，源跟随器SF的漏极与电源端VDD连接，选择开关SET连接在源跟随器SF的源极与像素单元的输出端Vout之间。该实施例中，源跟随器SF可以对信号端Vs的电信号进行放大处理，以提高信号采集精度。该实施例中，选择开关SET可以在扫描图像传感器时，选取每次扫描的第一像素单元，该选择开关SET根据需要可以是行选择开关，也可以列选择开关，在此不做限定。
以上实施例中的开关，包括第一开关TX1、第二开关TX2、复位开关RST、选择开关SET，源跟随器SF等，可以是互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)开关，也可以是其他类型的开关，在此不做限定。
下面说明信号控制电路的工作过程，包括以下步骤：
步骤101，复位开关RST、第一开关TX1和第二开关TX2导通，向第一子像素单元的感光元件PD1的负极、第二子像素单元的感光元件PD2的负极和第一电容FD1施加电压，第一子像素单元的感光元件PD1和第二子像素单元的感光元件PD2被重置，第一子像素单元的感光元件PD1、第二子像素单元的感光元件PD2和第一电容FD1里面的电子清空归零。
步骤102，复位开关RST、第一开关TX1和第二开关TX2断开，第一子像素单元的感光元件PD1和第二子像素单元的感光元件PD2开始感光储能(对应于曝光开始时间)，两端开始产生压差。
步骤103，复位开关RST导通，再次清空第一电容FD1，以避免电子线路中产生的电流电子导致的干扰/耦合。
步骤104，复位开关RST断开，第一开关TX1导通，且第二开关TX2保持截止状态，选择开关SET导通(对应于曝光结束时间)，第一子像素单元的感光元件PD1能量存储到第一电容FD1中，Vout端输出电压信号到传感器像素单元所对应的列放大器，即可得到第一子像素单元的感光元件PD1的信号值。
步骤105，复位开关RST断开，第一开关TX1导通，且第二开关TX2导通，选择开关SET导通，第二子像素单元的感光元件PD2能量也存储到第一电容FD1中，Vout端输出电压信号到传感器像素单元所对应的列放大器，即可得到第一子像素单元的感光元件PD1和第二子像素单元的感光元件PD2的信号值的和值。
步骤106，将第一子像素单元的感光元件PD1和第二子像素单元的感光元件PD2的信号值的和值、与第一子像素单元的感光元件PD信号值之间的差值，作为第二子像素单元的感光元件PD2的信号值。
步骤107，通过第一子像素单元的感光元件PD信号值和第二子像素单元的感光元件PD2的信号值作对焦状态的判断和处理，可以实现对某一特定方向的相位对焦。
在本申请实施例中，复位开关RST、第一开关TX1、第二开关TX2、选择开关SET可以由外部时序电路或者处理器中的时序控制电路控制，有序配合工作。
在本申请的一些实施例中，如图4所示，该像素阵列10还包括多个第二像素组12，所述第二像素组12用于感光成像，所述第二像素组12包括至少一个第二像素单元121，所述第二像素单元121的形状为三角形。
在本实施例中，至少一个第二像素单元中每一个第二像素单元对应设置一个微透镜。
可以理解的是，如图4所示，该像素阵列10还包括第一像素组11，第一像素组11包括六个第一像素单元111，六个第一像素单元111中每两个第一像素单元111覆盖一个第一微透镜112，第一像素组111用于相位对焦。
也就是说，像素阵列可以包括至少一个用于对焦的第一像素组和多个用于感光成像的第二像素组。也就是说，像素阵列中可以包括一个用于对焦的第一像素组，也可以包括多个用于对焦的第一像素组。需要说明的是，像素阵列中第一像素组的数量可以根据实际需要进行设置，本申请实施例对此不作具体限定。
在本实施例中，像素阵列包括用于对焦的第一像素组和用于感光成像的第二像素组，使得图像传感器具有更好的感光度和色彩还原度，同时还具有更好的对焦能力。
在本申请的一些实施例中，所述第二像素组包括六个所述第二像素单元，所述第二像素组的形状为六边形。
示例性地，如图4所示，第二像素组12包括六个第二像素单元121，第二像素组12的形状为六边形，六个第二像素单元121环绕第二像素组12的中心排列。可以理解的是，六个第二像素单元的像素面积相同。
可选地，所述第二像素组的形状为正六边形，所述第二像素单元的形状为正三角形。在本实施例中，第二像素组的形状为正六边形，第二像素单元的形状为正三角形，这样，由第二像素组构成的像素阵列，同一行可以包括多种颜色的像素单元，同时像素阵列排列整齐，结构紧凑，可以节省每一像素单元所占的面积。
在本申请的一些实施例中，所述第二像素单元包括以下至少一种：红色像素单元、绿色像素单元、蓝色像素单元、青色像素单元、品红色像素单元、黄色像素单元、白色像素单元、红外光像素单元。
以第二像素组包括六个第二像素单元为例，例如，第二像素组包括两个红色像素单元、两个绿色像素单元、和两个蓝色像素单元。还例如，第二像素组包括红色像素单元、绿色像素单元、蓝色像素单元、青色像素单元、品红色像素单元、黄色像素单元。还例如，第二像素组包括一个红色像素单元、两个绿色像素单元、一个蓝色像素单元、一个红外像素单元和一个白色像素单元。
在本实施例，第二像素组中第二像素单元的颜色可以根据实际需求进行设定，以根据第二像素组得到具有不同成像特点的图像传感器。
在本实施例中，第二像素组经过一次曝光，可以感应多种颜色的光信号，可以提升图像分辨率，从而有效提升图像质量。并且，通过在第二像素组中设置白色像素单元，可以增加进光量，从而提高夜景下图像传感器的感光度。此外，通过在第二像素组中设置红外像素单元，可以强化低光下拍摄景物的边缘细节，进一步提高夜景下图像传感器的感光度，从而提升夜景拍摄效果。
如图5所示，本公开实施例还提供了一种摄像模组500，该摄像模组500包括图像传感器510，该图像传感器510可以是以上任意实施例的图像传感器。
该摄像模组500还包括镜头520和电路板530，该图像传感器510与电路板530电连接，该电路板530上可以设置信号处理单元和模数转换器等，以通过模数转换器将图像传感器510输出的模拟电信号转换成数字信号，并将数字信号输出至信号处理单元进行信号处理，进而获得图像数据。该镜头520设置在该图像传感器510的远离电路板430的一侧，即，图像传感器510的入光面朝向镜头520。
为了提升摄像模组500的拍摄性能，该摄像模组500还可以包括滤光片540，该滤光片540设置在图像传感器510与镜头520之间，用于在白天拍摄时，滤除人眼不可见的红外光等，以提高所采集图像的有效分辨率和对于色彩的还原性，进而进一步提高所采集图像的质量。
在一些实施例中，该摄像模组500还可以包括马达550，该马达550与镜头520连接，用于驱动镜头520移动。该摄像模组500可以通过控制马达550驱动镜头520移动，实现自动变焦。
在一些实施例中，该摄像模组500还可以包括用于安装马达550的底座560，以方便进行马达550的安装。
在一些实施例中，该摄像模组500还可以包括设置在镜头520上的保护膜570，以保护镜头520不受损坏。
对于该实施例的摄像模组500，图像传感器包括像素阵列，像素阵列中包括第一像素组，第一像素组可以包括六个第一像素单元，六个第一像素单元中每两个第一像素单元对应覆盖一个微透镜，这样，覆盖同一个微透镜的两个第一像素单元可以用于某一方向的相位对焦，从而可以实现多个方向的相位对焦，以提升图像传感器的对焦能力。
本公开实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括根据以上任意实施例的摄像模组500。
例如，该电子设备包括壳体，该壳体具有透光部。该摄像模组500可以设置在电子设备壳体中，且摄像模组的镜头朝向该透光部，以可以通过该透光部进行图像采集。
该电子设备可以是具有摄像功能的任意设备，例如可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备等等，在此不做限定。
以上各实施例重点描述对应实施例与其他实施例间的不同之处，各实施例的相同或者相似部分可以相互参见。
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发明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发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (15)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个第一像素组，所述第一像素组的形状为六边形，每一个所述第一像素组包括六个第一像素单元；
所述第一像素组还包括第一微透镜，所述六个第一像素单元中每两个所述第一像素单元覆盖一个所述第一微透镜，所述第一像素组用于相位对焦。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述六个第一像素单元中覆盖同一个第一微透镜的两个所述第一像素单元组成一个对焦组；
每一个所述第一像素组中的其中一个对焦组用于第一方向的相位对焦，所述第一像素组中的另两个对焦组用于第二方向的相位对焦，所述第一方向与所述第二方向不同。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第一方向为所述像素阵列的列方向，所述第二方向为所述像素阵列的行方向。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每一个所述第一像素组的形状为正六边形，所述第一像素组中的每一个所述第一像素单元的形状为正三角形。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一像素组中每一个所述第一像素单元均为白色像素单元。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一像素组中覆盖同一个第一微透镜的两个所述第一像素单元的感光波段相同。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括多个信号控制电路，所述第一像素组中覆盖同一个微透镜的两个所述第一像素单元对应设置一个所述信号控制电路。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述信号控制电路，包括：
第一开关，所述第一开关和第一子像素单元的感光元件串联连接在信号端与接地端之间；
第二开关，所述第二开关和第二子像素单元的感光元件串联连接在所述信号端与所述接地端之间；
第一电容，所述第一电容连接在所述信号端与所述接地端之间；
其中，所述第一子像素单元为覆盖同一个第一微透镜的两个第一像素单元中的其中一个，所述第二子像素单元为覆盖同一个第一微透镜的两个第一像素单元中的另一个。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列还包括多个第二像素组，所述第二像素组用于感光成像，所述第二像素组包括至少一个第二像素单元，所述第二像素单元的形状为三角形。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述第二像素组包括六个所述第二像素单元，所述第二像素组的形状为六边形。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述第二像素组的形状为正六边形，所述第二像素单元的形状为正三角形。
12.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述第二像素单元包括以下至少一种：红色像素单元、绿色像素单元、蓝色像素单元、青色像素单元、品红色像素单元、黄色像素单元、白色像素单元、红外光像素单元。
13.一种摄像模组，其特征在于，包括权利要求1-12任意一项所述的图像传感器。
14.根据权利要求13所述的摄像模组，其特征在于，所述摄像模组还包括：
电路板，所述图像传感器与所述电路板电连接；
镜头，所述镜头设置在所述图像传感器的远离所述电路板的一侧。
15.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求13或14所述的摄像模组。
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