CN115022562A - 图像传感器、摄像头和电子装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种图像传感器、摄像头和电子装置。本申请实施方式提供的图像传感器包括像素阵列和滤光阵列。所述滤光阵列包括多个最小重复单元，所述最小重复单元包括红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片和近红外滤光片。在本申请实施的图像传感器、摄像头和电子装置中，通过增加近红外滤光片提升了图像传感器的进光量，进而降低了对摄像头的光源的需求，以降低了系统功耗的散热，此外近红外光波段数据的获取还可用来引导和修正显微的图像，降低了成像中的伪影和伪色，提高了成像的质量。
Description
技术领域
本申请涉及电子装置领域，尤其涉及一种图像传感器、摄像头和电子装置。
背景技术
在相关技术中，手机显微成像技术实现的主要基于拜尔彩色滤光阵列(bayerCFA)，在相同入射光谱下，滤光阵列只能利用到可见光范围的信号光，就会使得入射光线的利用率降低，进而使得系统功耗增大。
发明内容
本申请公开了一种图像传感器、摄像头和电子装置。
本申请实施方式提供的图像传感器包括像素阵列和滤光阵列。所述滤光阵列包括多个最小重复单元，所述最小重复单元包括红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片和近红外滤光片。
本申请实施方式提供的摄像头包括镜头和上述实施方式所述的图像传感器。所述镜头与所述图像传感器间隔设置，用于在所述图像传感器上成像。
本申请实施方式提供的电子装置包括上述实施方式所述的摄像头。
在申请实施方式的图像传感器、摄像头和电子装置中，通过增加近红外滤光片提升了图像传感器的进光量，进而降低了对摄像头的光源的需求，以降低了系统功耗的散热，此外近红外光波段数据的获取还可用来引导和修正显微的图像，降低了成像中的伪影和伪色，提高了成像的质量。
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方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施方式的图像传感器的结构示意图；
图2是本申请实施方式的滤光阵列的最小重复单元的排布示意图；
图3是相关技术中图像传感器的原始RGB图像的显微从观测图与为彩色图表；
图4是本申请实施方式的图像传感器24色卡的图样与近红外显微采集图样；
图5是本申请实施方式中显微成像结果仿真结果示意图；
图6是本申请实施方式的滤光阵列的最小重复单元的又一排布示意图；
图7是本申请实施方式的图像传感器的另一结构示意图；
图8是本申请实施方式的摄像头的分解示意图；
图9是本申请实施方式的补光灯的结构示意图；
图10是本申请实施方式的电子装置的结构示意图。
主要元件符号说明：
图像传感器10、像素阵列11、滤光阵列12、最小重复单元121、红色滤光片1211、绿色滤光片1212、蓝色滤光片1213、近红外滤光片1214、摄像头100、镜头20、补光灯30、镜片40、镜头座50、柔性电路板60、板对板连接器70、电子装置1000、机壳200。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1与图2，本申请实施方式提供的图像传感器10包括像素阵列11和滤光阵列12。滤光阵列12包括多个最小重复单元121，最小重复单元121包括红色滤光片1211、绿色滤光片1212、蓝色滤光片1213和近红外滤光片1214。
在相关技术中，摄像头包括红外滤波片，摄像头的导光柱会发射均匀的光源作为补光，被物体反射的光源经过盖板玻璃后进入镜头，红外滤波片把光源中红外光进行滤波后传送到图像传感器上，使得透射光谱为可见光光谱。这样会使得入射光线的利用率降低，进而使得系统功耗增大。
在本申请实施的图像传感器10、摄像头100和电子装置1000中，通过增加图像传感器10的近红外滤光片1214提升了图像传感器10的进光量，进而降低了对摄像头100的光源31的需求，以降低了系统功耗的散热。此外近红外光波段数据的获取还可用来引导和修正显微的图像，降低了成像中的伪影和伪色，提高了成像的质量。
其中，滤光阵列12主要用于将入射光线进行分通道滤波，也即是说对入射信号进行调制。入射光线经过滤光阵列12的调制后进入到像素阵列11上进行光电转换和模数转换。
在相关技术中，彩色图像的生成是需要滤光阵列进行调制的，由于滤光阵列的调制，在后端需要使用复杂的去马赛克算法对图像传感器采集到的颜色信号进行插值。所产生的数据是插值人为合成的，而不是实际测量的结果，因此在这个过程中会引入很多的误差，如图所示，图3(a)为原始RGB图像的显微从观测图。图3(b)为彩色图表。可以看到根据滤光阵列的构成，这里有不同的颜色通道，示例显示为具有拜耳图案的图像传感器。
具体地，近红外光波段由于没有色彩信息，因此本申请实施方式的图像传感器10在生成图像时是不需要插值的。在一个实施例中，捕获相同状态下的24色卡的图样如图4(a)所示，所获取的图样没有色彩信息，只是近红外波段的物体强度反射图。图4(b)为相同区域下的近红外显微采集图样，每个区域都是物体的灰度值，由于受到的调制都是一致的，不会有上述的拜尔图样，因此也无需插值处理。由此近红外光波段的图样可以准确的反应物体的反射率以及形态的边缘信息，可以为后续的去马赛克进行修定和验证。
在另一实施例中，分别使用滤光阵列仅包括红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片的图像传感器与本申请实施方式提供的包含有近红外滤光片1214的图像传感器10进行了相关的显微成像结果仿真，结果如图5所示。图5(a)为真实目标物体图像，图5(b)为传统仅包含红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片的图像传感器10成像图像，图5(c)为本申请实施方式提供的图像传感器10的成像图样。可以看出图5(b)由于去马赛克带来的边缘纹理的插值错误造成过度区出现很明显的伪影和伪色。而本申请实施方式的图像传感器10获取的图像中，也即是图5(c)中，由于结合图像的红外光信息后进行去马赛克处理，能够很好的修正图像的伪影和伪色，减少了平坦区域的颗粒度，提高了信噪比，从而提高成像的质量。
综上，通过增加图像传感器10的近红外滤光片1214，然后再结合特定的数据处理算法和流程，能够减少了图像中平坦区域的颗粒度，提高了信噪比，以及提高成像的质量，同时还可减少补光功耗的散热，提升拍摄体验。
在某些实施方式中，在每个最小重复单元121中，红色滤光片1211、绿色滤光片1212、蓝色滤光片1213和近红外滤光片1214的透光量均相同。如此，可使得成像后的图像颜色分布均匀，保证图像传感器10的成像效果。
请参阅图2，在某些实施方式中，在每个最小重复单元121中，红色滤光片1211、绿色滤光片1212、蓝色滤光片1213和近红外滤光片1214的面积均相等。如此，各个滤光片面积均相同便于安装与批量生产，以降低生产成本。
请参阅图1与图2，在某些实施方式中，每个最小重复单元121呈2*2阵列排布，绿色滤光片1212和近红外滤光片1214呈对角线排布，红色滤光片1211和蓝色滤光片1213呈对角线排布。
可以理解的是，在滤光阵列12中，红色滤光片1211、绿色滤光片1212、蓝色滤光片1213和近红外滤光片1214的数量各占滤光阵列12中滤光片总数量的1/4。
在一个实施例中，每个最小重复单元121呈2*2阵列排布，且每个最小重复单元121中的绿色滤光片1212、红色滤光片1211、近红外滤光片1214和蓝色滤光片1213可以按照顺时针顺序排布形成田格状，以形成最小重复单元121(如图2所示)。四个最小重复单元121阵列以组成滤光阵列12。
在某些实施例中，每个最小重复单元121还可呈4*4阵列排布，如图6所示。需要指出的是，滤光阵列12中最小重复单元121可以为多个，多个最小重复单元121可呈其他方式排布，在此不做限制。
请参阅图1、图2与图6，在某些实施方式中，红色滤光片1211、绿色滤光片1212、蓝色滤光片1213和近红外滤光片1214均呈方形。如此，可使得每个最小重复单元121的结构排列更加紧凑。
在某些实施方式中，红色滤光片1211、绿色滤光片1212、蓝色滤光片1213和近红外滤光片1214还可以呈圆形、正六边形或正八边形等，在此不做限制。
请参阅图1与图7，在某些实施方式中，图像传感器10还可以包括微透镜阵列13，微透镜阵列13设置在滤光阵列12背离像素阵列11的一侧。如此，微透镜阵列13可以将入射光线进行汇聚，提高了像素的填充因子和量子效率。
具体地，微透镜阵列13包括多个微透镜，多个微透镜阵列排布。每个微透镜具有正屈光力，以将光线聚集在像素阵列11上。其中，微透镜背离滤光阵列12的表面可以为凸面，靠近滤光阵列12的表面可以为平面，从而使得微透镜具有正屈光力。
请参阅图1与图8，本申请实施方式提供的摄像头100包括镜头20和以上实施方式的图像传感器10。镜头20与图像传感器10间隔设置，镜头20用于在图像传感器10上成像。
请参阅图8，在某些实施方式中，摄像头100可以包括补光灯30，补光灯30出射的光线波长为400nm-1100nm。如此，补光灯30能够发射光作为补光，光谱从400nm-1100nm都有真实的光子信号，被物体反射的光源31经过镜片40后进入微距摄像头100，再进入传送到图像传感器10上。
具体地，光源31可以是发光二极管光源31(Light Emitting Diode，LED)，发光二极管光源31具有体积小、寿命长、效率高等优点。在某些实施方式中，光源31还可以为氙灯，氙气灯具有比较高的能量密度和光照强度。
在一个实施例中，补光灯30可以呈环形，补光灯30的光源31可以为环形面光源31，光源31被配置为朝向背离图像传感器10的方向发光。如此，环形面光源31可以提供均匀光照，提高成像质量。
在另一个实施例中，补光灯30呈环形，补光灯30上间隔设置有多组光源31(如图9所示)，从而可减少补光灯30的制造成本，其中至少一组光源31被配置为朝向背离图像传感器10的方向发光。
在某些实施方式中，摄像头100还可以包括微距摄像头。如此，由于本申请实施方式提供的摄像头100包括以上的图像传感器10，因此通过增加图像传感器10的近红外滤光片1214，使得近红外光波段数据的获取还可用来引导和修正显微的图像，降低了成像中的伪影和伪色，提高了成像的质量，提升了微距摄像头100拍照时的体验。
具体地，请参阅图8，摄像头100还可以包括镜片40、镜头座50、柔性电路板60和板对板连接器70。镜片40具有保护镜头20作用，有效避免外界物的侵入摄像头100内部，以及避免外界物摩擦损坏镜头20。在一个实施例中，镜片40可以是玻璃盖板，玻璃盖板具有较好的透光效果。
柔性电路板60(Flexible Printed Circuit，FPC)和板对板连接器70(Board toboard，BTB)用于传输数字化处理过的电信号。柔性电路板60可以是聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的可挠性印刷电路板，可挠性印刷电路板具有重量轻、厚度薄、弯折性好等优点。板对板连接器70具有传输能力强的优点。
请参阅图1、图8与图10，本申请实施方式提供的电子装置1000和摄像头100。摄像头100通过机壳200露出。
电子装置1000可以是具有拍照功能的终端设备。例如，电子装置1000可以包括智能手机、平板电脑或其他具有拍照功能的终端设备。本申请实施方式的电子装置1000以智能手机为例进行举例说明，不能理解为对本申请的限制。
机壳200为电子装置1000的外部零部件，其起到了保护电子装置1000的内部零件的作用。机壳200可以为电子装置1000的后盖，后盖覆盖电子装置1000的电池等零部件。具体地，机壳200可以选用金属材料或是塑料材料等，此处不作限定。金属材料的机壳200具有结实耐用的优点，塑料材料的机壳200能够减轻电子装置1000的质量。摄像头100与机壳200可以是可拆卸的连接，也可以是通过焊接、粘合等方式固定的连接。
在本申请实施方式中，摄像头100后置，或者说，摄像头100设置在电子装置1000的背面以使得电子装置1000可以进行后置摄像。如图9的示例中，摄像头100设置在机壳200的中上位置部位。当然，可以理解，摄像头100可以设置在机壳200的左上位置或右上位置等其他位置，摄像头100设置在机壳200的位置不限制于本申请的示例。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合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。
尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，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方式进行多种变化、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。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合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。
尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，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方式进行多种变化、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 (10)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
像素阵列；
滤光阵列，所述滤光阵列包括多个最小重复单元，所述最小重复单元包括红色滤光片、绿色滤光片、蓝色滤光片和近红外滤光片。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，在每个所述最小重复单元中，所述红色滤光片、所述绿色滤光片、所述蓝色滤光片和所述近红外滤光片的透光量均相同。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，在每个所述最小重复单元中，所述红色滤光片、所述绿色滤光片、所述蓝色滤光片和所述近红外滤光片的面积均相等。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个所述最小重复单元呈2*2阵列排布，所述绿色滤光片和所述近红外滤光片呈对角线排布，所述红色滤光片和所述蓝色滤光片呈对角线排布。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述红色滤光片、所述绿色滤光片、所述蓝色滤光片和所述近红外滤光片均呈方形。
6.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微透镜阵列，所述微透镜阵列设置在所述滤光阵列背离所述像素阵列的一侧。
7.一种摄像头，其特征在于，包括：
权利要求1-6任一项所述的图像传感器；和
镜头，所述镜头与所述图像传感器间隔设置，用于在所述图像传感器上成像。
8.根据权利要求7所述的摄像头，其特征在于，所述摄像头包括补光灯，所述补光灯出射的光线波长为400nm-1100nm。
9.根据权利要求1所述的摄像头，其特征在于，所述摄像头包括微距摄像头。
10.一种电子装置，其特征在于，包括权利要求7-9任一项所述的摄像头。
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