CN114040083A - 图像传感器、摄像模组以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种图像传感器、摄像模组以及电子设备，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，所述第一微透镜覆盖所述第一像素组中的六个第一像素单元，所述第一像素组用于相位对焦。

Description

图像传感器、摄像模组以及电子设备

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、摄像模组以及电子设备。

背景技术

相关技术中，图像传感器采用正方形结构的滤光片组成像素结构。在像素结构中设置相位对焦的像素，以实现图像传感器的相位对焦功能。相关技术中的图像传感器的相位对焦效果较差，不能满足更高的图像处理需求。

发明内容

本申请旨在提供一种图像传感器、摄像模组以及电子设备，能够提高图像传感器的对焦能力。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提出了一种图像传感器，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，所述第一微透镜覆盖所述第一像素组中的六个第一像素单元，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，该摄像模组包括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，该电子设备包括第二方面所述的摄像模组。

在本申请的实施例中，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，所述第一微透镜覆盖所述第一像素组中的六个第一像素单元，所述第一像素组用于相位对焦。通过每个像素组中的六个第一像素单元可实现不同方向的相位对焦，提高了第一像素组的相位对焦效果，进一步提高了图像传感器的相位对焦的精度。

本申请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像素阵列的局部示意图；

图2是根据本申请实施例的第一像素单元的示意图；

图3是根据本申请实施例的第一像素单元与第一微透镜配合的结构示意图；

图4是根据本申请实施例的摄像模组的结构示意图。

图5是根据本申请实施例的第一像素单元与信号控制电路电连接的电路图。

附图标记：

1、保护膜；2、镜头；3、音圈马达；4、支架；5、红外滤光片；6、图像传感器；61、第一子像素单元；62、第二子像素单元；63、第三子像素单元；64、第四子像素单元；65、第五子像素单元；66、第六子像素单元；67、第二像素单元；68、第一微透镜；7、电路板；8、连接器。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的实施例，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，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。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。在本申请的描述中，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。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，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申请中的具体含义。

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。

下面结合图1-图5描述根据本申请实施例的图像传感器、摄像模组以及电子设备

如图1-图3所示，根据本申请一些实施例的一种图像传感器，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68，所述第一微透镜68覆盖所述第一像素组中的六个第一像素单元，所述第一像素组用于相位对焦。

六个第一像素单元可以两两组合，且共用一个第一微透镜68，以形成对不同方向进行相位对焦的对焦组，使同一个第一像素组能够用于多个方向的相位对焦。

在该实施例中，通过每个像素组中的六个第一像素单元可实现不同方向的相位对焦，提高了第一像素组的相位对焦效果，进一步提高了图像传感器的相位对焦的精度。

在一个实施例中，如图1-图3所示，每个第一像素组中的六个所述第一像素单元中包括依次设置的第一子像素单元61、第二子像素单元62、第三子像素单元63、第四子像素单元64、第五子像素单元65和第六子像素单元66。

所述第一子像素单元61与所述第四子像素单元64组成第一相位对焦组，以用于第一方向的相位对焦。第一子像素单元61与第四子像素单元64沿着第一方向排列，提供了第一方向上的相位对焦。

所述第二子像素单元62与所述第六子像素单元66组成第二相位对焦组，以用于第二方向的相位对焦，所述第三子像素单元63与所述第五子像素单元65组成第三相位对焦组，以用于第二方向的相位对焦。

第二子像素单元62与第六子像素单元66沿着第二方向排列，能够组成用于第二方向上进行相位对焦的第二相位对焦组。例如，在一个第一像素组的六个第一像素单元中，第二子像素单元62与第六子像素单元66沿着第二方向排列，能够在第二方向进行准确的相位对焦。第三子像素单元63与第五子像素单元65也沿着第二方向排列，也能够在第二方向进行准确的相位对焦。第一方向与第二方向不同。

在该实施例中，通过第一子像素单元61与第四子像素单元64对第一方向进行相位对焦，以及通过第二子像素单元62、第三子像素单元63、第五子像素单元65和第六子像素单元66对第二方向进行相位对焦，使该图像传感器中的一个第一像素组能够对第一方向以及第二方向进行相位对焦，有效地提高了图像传感器相位对焦的精准度。

本实施例中，所述第一子像素单元61与所述第四子像素单元64中心对称设置，所述第二子像素单元62与所述第五子像素单元65中心对称设置，所述第三子像素单元63与所述第六子像素单元66中心对称设置。依次设置使第一子像素单元61、第二子像素单元62、第三子像素单元63、第四子像素单元64、第五子像素单元65和第六子像素单元66呈现顺时针分布。

在一个实施例中，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。

在该实施例中，第一子像素单元61与第四子像素单元64能够用于在列方向上进行相位对焦。第二子像素单元62与第六子像素单元66，以及第三子像素单元63与第五子像素单元65均能够用于在行方向上进行相位对焦。

在一个实施例中，六个所述第一像素单元的感光波段相同。

通过将第一像素组中的六个第一像素单元设置为相同颜色，使六个第一像素单元的感光波段相同。通过同一波段的光线在一个第一像素组内能够完成两个方向的相位对焦，简化了第一像素组的结构。

多个第一像素组的感光波段可以相同，也可以不同。

在一个实施例中，六个所述第一像素单元种，至少两个所述第一像素单元的感光波段不同。

在该实施例中，第一像素单元能够通过更多的感光波段进行相位对焦，提高了第一像素单元对不同光线环境的适应性。

在一个实施例中，如图1所示，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67，所述第二像素单元67的形状为三角形。

多个第二像素单元用于感光成像，在第一像素组进行相位对焦的作用下，结合第二像素单元67感光成像能力，能够进一步提高图像传感器的成像质量。

例如，图像传感器还包括多个第二微透镜，所述第二微透镜与所述第二像素单元67一一对应。每个第二像素单元67与一个第二微透镜配合用于感光成像。

例如，在像素阵列中，分布的多个第二像素单元67与对应的第二微透镜配合。多个第一像素组穿插在多个第二像素单元67中，以分布在像素阵列的不同位置，并在对应的位置进行第一方向和第二方向的相位对焦。

三角形的第二像素单元67与每个第一像素组中的六个三角形第一像素单元的结构相适配，使像素阵列的结构能够更加完整紧密，避免空间浪费。

第二像素单元67用于成像，第二像素单元67可以包括成像所需的基本颜色。

在一实施例中，所述第二像素组包括六个所述第二像素单元67，所述第二像素组的形状为六边形。

在该实施例中，六个第二像素单元67组成的六边形结构的第二像素组与六边形的第一像素组的结构匹配，能够形成以多个六边形组成的像素阵列。六个第二像素单元67组成的第二像素组与第一像素组组成的像素阵列的结构更加简单。

例如，在第二像素组的六边形与第一像素组的六边形组成的结构中，三角形的第一像素单元与三角形的第二像素单元67组成阵列。例如，第一像素单元与第二像素单元67的结构和面积均相同，三角形的结构组成像素阵列的阵列结构，每行和每列均由三角形结构排列组成。并且第二像素组的六边形与第一像素组的六边形也呈阵列排布。

在一个实施例中，所述第一像素组和所述第二像素组的形状均为正六边形，所述第一像素单元和所述第二像素单元67的形状均为正三角形。

正三角形的第一像素单元组成排列更加整齐均匀的正六边形的第一像素组，正三角形的第二像素单元67组成排列更加整齐均匀的正六边形的第二像素组。正六边形的第一像素组和第二像素组能够组成更加整齐排列的像素阵列。

在一个实施例中，所述第二像素单元67中包括以下至少一种：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。

在该实施例中，三角形的第二像素单元67和三角形的第一像素单元组成像素阵列，第二像素单元67具有至少一种基色。

例如，设置第二像素单元67可以为红色像素单元、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、红外光像素单元中的一个，以组成成像的基本像素单元。根据对像素阵列的感光成像的需求，设置每个第二像素组中的第二像素单元67，能够形成不同的感光成像的像素阵列。

第一像素组穿插在第二像素单元67中用于相位对焦，以进一步提高该图像传感器的成像效果。

利用多个颜色的第二像素单元67成像，能够增加低光环境下的感光度。利用像素阵列上的第二像素单元67收集到的光电转换讯号提供更丰富的颜色信息达到更精准的色彩还原效果。利用三角形的第二像素单元67的结构与不同颜色的第二像素单元67的排列方式，能够使不同颜色的第二像素单元67具有各自的独立曝光控制。

例如，图像传感器中还包括与像素阵列中第一像素单元对应的信号控制电路。

下面结合图5，以像素模块中的第一像素单元与信号控制电路为例，说明信号控制电路的基本结构。

如图5所示，第一像素组中具有的感光组件至少包括感光二极管PD1和感光二极管PD2，信号控制电路包括电容FD1、开关管RST、开关管TX1、开关管SF、开关管SET、直流电源DC。在一个例子中，开关管RST、开关管TX1、开关管SF、开关管SET均为CMOS器件。

感光二极管PD1和PD2用于感知光信号生成电能，电容FD1用于存储感光二极管PD1和PD2产生的电容，开关管SF起到电压跟随器的作用，Vout端输出的电压信号和电容FD1两端的压差一致。

在两个第一像素单元对应设置一个信号控制电路的情况下，不设置PD3及TX3所在的电路，下面结合图5说明第一像素组中的第一像素单元通过信号控制电路的对焦过程，包括以下步骤：

S201：曝光。RST和TX1同时打开，以清空PD1和PD2，然后两者断开开始曝光，光照射产生的电子-空穴对会因PD1和PD2电场的存在而分开，电子移向n区，空穴移向p区。

S202：复位。在曝光结束时，激活RST，将FD1复位到高电平。

S203：复位电平读出。复位完成后，读出FD1复位电平，其中包含mos管的offset噪声，1/f噪声以及复位引入的kTC噪声，将读出的信号存储起来作为V1。

S204：电荷转移。激活TX1，将PD1电荷从感光区完全转移到FD1于读出，这里的机制类似于CCD中的电荷转移。

S205：信号电平读出。接下来，将FD1的电压信号读出并存储作为V2。这里的信号包括：光电转换产生的信号，运放产生的offset，1/f噪声以及复位引入的kTC噪声

S206：信号输出。将存储的两个信号相减V2-V1(如采用CDS，即可消除Pixel中的主要噪声)，得到的信号在经过模拟放大，然后经过ADC采样，即可得到PD1的数字信号值。

S207：重复S204-S206(TX2)，可以获取PD2+PD1的数字信号。当然通过减法也可以得到单独PD2的数字信号值。

S208：PD1和PD2分别为左右相位信号，通过PD1和PD2可以做对焦状态的判断和处理。例如，PD1对应第一子像素单元61，PD2对应第二子像素单元。

例如，在第一像素组的三个第一像素单元对应设置第一个信号控制电路的情况下，按上述方法进行，并重复S204-S206，可以获取PD3+PD2+PD1的数字信号。当然通过减法也可以得到单独PD3的数字信号值，这样可以得到PD1、PD2和PD3单独的数字信号值。

第一像素组的另三个第一像素单元对应第二个信号控制电路，并得到该另外三个第一像素单元对应的数字信号值。通过第一个信号控制电路的PD1与第二个信号控制电路的PD1进行相位对焦，第一个信号控制电路的PD2与第二个信号控制电路的PD2进行相位对焦，第一个信号控制电路的PD3与第二个信号控制电路的PD3进行相位对焦。这样可以在一个像素组内进行三次相位对焦。

例如，第一个信号控制电路的PD1对应第一子像素单元61，第一个信号控制电路的PD2对应第二子像素单元62，第一个信号控制电路的PD3对应第三子像素单元63。第二个信号控制电路的PD1对应第四子像素单元64，第二个信号控制电路的PD2对应第五子像素单元65，第二个信号控制电路的PD3对应第六子像素单元66。

在本申请实施例中，开关管RST、开关管TX1、开关管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。

根据本申请的一个实施例，如图4所示，提供了一种摄像模组，该摄像模组包括上述任意一个实施例中所述的图像传感器6。

该摄像模组采用本申请中的图像传感器6使该摄像模组能够具有上述图像传感器(sensor)所带来的技术效果。

在一个实施例中，所述摄像模组还包括：

电路板7，所述图像传感器6与所述电路板7电连接；

镜头2，所述镜头2设置在所述图像传感器6的远离所述电路板7的一侧。

在电路板7的端部设置连接器8，以将电路板7连接至摄像模组所在的设备中。例如电路板7上设置柔性线路板，并通过柔性线路板与连接器8连接。

例如，摄像模组还包括：

镜头2；

设置在镜头2上的保护膜1；

与镜头2配合，用于带动镜头2的音圈马达3；

用于摄像模组自身的支架4，音圈马达3与支架4连接；

红外滤光片5设置在支架4内，并与镜头2的光路重合；

图像传感器6设置在支架4内，并位与红外滤光片5的光路下游；

电路板7用于摄像模组的电路连接，在电路板7的端部设置连接器8，以将电路板7连接至摄像模组所在的设备中。

摄像模组的工作方式如下：

步骤101：Lens。

摄像模组结构中，镜头(Lens)用来聚光和对焦，lens被音圈马达所包裹固定，音圈马达上下端和弹片链接。对焦时，通过通电让马达产生电磁力，该力最终与弹片的弹力保持平衡，马达的位置可以通过通电的大小来控制，进而达到将马达和Lens推到合焦位置。

音圈马达包括上盖、上弹簧片、下弹簧片、外壳、马达、磁石、线圈、底座、镜座和端子。上盖对马达起到保护作用。上弹簧片发生形变时对马达产生作用力，和下弹簧片之和平衡电磁力。外壳为马达固定部分的主要框架，具有导磁作用，提高磁石的有效利用率。线圈通电流时，在磁石的磁场作用下产生向上的推力，带动移动部分的其他部件一起运动。磁石产生磁场，使通电线圈在其磁场作用下产生电磁力，让移动部件载体带着Lens一起运动。下弹簧片形变时对马达产生作用力，和上弹簧片之和平衡电磁力。底座与马达一体，一体的结构直接和电路板7组装，或者底座与马达分体，马达与镜座配合。端子，手机通过端子给马达供电。

步骤102：sensor感光。

景物光线投射向红外滤波片(IR filter)，IR filter的作用是滤除投射向sensor的不必要的光线，防止sensor产生伪色/波纹，以提高其有效分辨率和色彩还原性。通过IRfilter后的光线就可以被sensor感知。

步骤103：图像处理

对102步骤得到的图像，通过ISP的处理、压缩生成JPG图像，然后可用于保存或者预览。

根据本申请的一个实施例，提供了一种电子设备，该电子设备包括所述的摄像模组。

该电子设备具有上述图像传感器6达到的技术效果。通过该电子设备进行拍摄，能够具有上述摄像模组中图像传感器6拍摄到更精准的色彩还原效果的图像效果。

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 (13)

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，所述第一微透镜覆盖所述第一像素组中的六个第一像素单元，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，每个第一像素组中的六个所述第一像素单元中包括依次设置的第一子像素单元、第二子像素单元、第三子像素单元、第四子像素单元、第五子像素单元和第六子像素单元；

所述第一子像素单元与所述第四子像素单元组成第一相位对焦组，以用于第一方向的相位对焦；

所述第二子像素单元与所述第六子像素单元组成第二相位对焦组，以用于第二方向的相位对焦，所述第三子像素单元与所述第五子像素单元组成第三相位对焦组，以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，六个所述第一像素单元的感光波段相同。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，六个所述第一像素单元中，至少两个所述第一像素单元的感光波段不同。

6.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。

7.根据权利要求6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。

8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述第一像素组和所述第二像素组的形状均为正六边形，所述第一像素单元和所述第二像素单元的形状均为正三角形。

9.根据权利要求6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。

10.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多个信号控制电路，所述第一像素组中的至少两个所述第一像素单元对应设置一个所述信号控制电路。

11.一种摄像模组，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的图像传感器。

12.根据权利要求11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。

13.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求11或12所述的摄像模组。

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