CN117395524A - 一种图像传感器、摄像头模组、电子设备及显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种图像传感器、摄像头模组、电子设备及显示装置，涉及电子设备技术领域，该图像传感器可以满足提高光利率的要求，图像传感器中的分光结构既可以适用光电转换单元的排列方式，还满足便于设计加工难度低的要求。图像传感器包括多个分光结构，分光结构包括第一分光结构和第二分光结构，将经过的光束进行分光形成沿第一方向依次排列的第一颜色光束、第二颜色光束和第三颜色光束。第二分光结构位于第一分光结构的出光侧，且第二颜色光束经过第二分光结构形成沿第二方向排列的第一部分光束和第二部分光束，第二方向与第一方向垂直，第一部分光束与第二部分光束分别位于第一颜色光束的光轴与第三颜色光束的光轴所限定的平面的两侧。

Description

一种图像传感器、摄像头模组、电子设备及显示装置

技术领域

本申请涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种图像传感器、摄像头模组、电子设备及显示装置。

背景技术

目前，彩色滤光片(color filter，CF)广泛应用于光学设备中，例如应用于图像传感器或显示装置中，彩色滤光片只能透射一种颜色的光并过滤其它颜色的光，这样就会导致光子的利用率较低。因此，一些图像传感器中会使用分束器替代彩色滤光片，自然光经过分束器后直接得到红光R、绿光G和蓝光B，分束器不会过滤光子，以提高光子的利用率。

现有图像传感器中的光电转换单元的排列方式通常采用Bayer排列或Quad Bayer排列，这就要求入射到光电转换单元上的光束需要沿两个方向排列。但是，现有的一维分束器只能实现一个方向的光线分解，难以实现光束的Bayer排列，会影响后端图像处理器对图像的处理，诸如算法、颜色还原等。若使用二维分束器，又会存在结构设计困难、工艺难度大，良率低的问题。

发明内容

本申请的实施例提供一种图像传感器、摄像头模组、电子设备及显示装置。本申请中的图像传感器可以满足提高光利率的要求，图像传感器中的分光结构既可以适用光电转换单元的排列方式，还满足便于设计加工难度低的要求。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本申请一些实施例提供一种图像传感器，该图像传感器包括分光结构，分光结构包括第一分光结构和第二分光结构，将经过的光束进行分光形成沿第一方向依次排列的第一颜色光束、第二颜色光束和第三颜色光束。

第二分光结构位于第一分光结构的出射第二颜色光束的一侧，且第二颜色光束经过第二分光结构形成沿第二方向排列的第一部分光束和第二部分光束，第二方向与第一方向垂直，第一部分光束、第二部分光束与第二颜色光束的颜色相同，第一颜色光束的光轴与第三颜色光束的光轴所限定的平面为参考面，第一部分光束与第二部分光束分别位于参考面的两侧。

光电转换元件，位于分光结构的出光侧，光电转换元件用于接收分光结构出射的光束且将接收的光束转换成电信号。

如此一来，本实施例中的分光结构通过设置两级分光结构，即第一分光结构和第二分光结构，实现对光线分成沿两个方向排列的光束，即沿第一方向排列的第一颜色光束和第三颜色光束，以及沿第二方向排列的第一部分光束和第二部分光束，第一颜色光束、第三颜色光束、第一部分光束和第二部分光束组成2*2的矩形阵列光束，矩形阵列光束可以与Bayer排列的光电转换单元相对应，以适应现有的Bayer排列的光电转换单元。进一步的，第一分光结构与第二分光结构都是一维分光结构，分光结构不会具有二维分光结构或多维分光结构的结构复杂，工艺难度大，良品率低的问题。

并且，分光结构是对白光分成四个光束，即第一颜色光束、第三颜色光束、第一部分光束和第二部分光束，并不会对经过其的白光进行过滤，也就是白光经过分光结构前后的光子量不会减少，有利于提高图像传感器的光利用率。

在一种可能的实现方式中，第二分光结构包括第一导光部，第一导光部具有朝向第一分光结构的第一进光端，第一进光端的端面与第一分光结构的用于出射第二颜色光束的表面相对。第一进光端用于接收第二颜色光，以将第二颜色光传输至相应分光通道内，以便于对第二颜色光进行分光。

第二分光结构还包括第二导光部和第三导光部，第一导光部还具有第一出光端，第二导光部、第三导光部与第一出光端相连通。第二导光部具有第二出光端，第三导光部具有第三出光端，第二出光端、第三出光端的排列方向为第二方向。

这样一来，第一颜色光束、第三颜色光束、第一部分光束和第二部分光束组成沿第一方向、第二方向排列的子光束矩形阵列，以提高光束与现有常用的光电转换单元的适配性，也就是经由分光结构的子光束矩形阵列与光电转换单元的矩形阵列相对应。

在一种可能的实现方式中，第一导光部、第二导光部、第三导光部形成Y型结构。Y型分束器的结构简单，便于将经过的光束分成均等的两束光，有利于实现形成子光束矩形阵列。

在一种可能的实现方式中，第一分光结构的折射率、第二分光结构的折射率、小于或者等于1.2。这样一来，能够实现对入射光的高效分光和投射，从而提高了图像传感器的光学效率和信噪比。二氧化钛、氮化镓、氯化硅是一些具有高折射率和低损耗的材料，它们可以有效地改变入射光的折射率和相位延迟，从而实现对入射光的不同程度和方向的偏折，并且可以将其投射到相应的光电转换单元上，从而实现对入射光的最小损耗和最大利用。

在一种可能的实现方式中，第一分光结构包括多个分光部，多个分光部沿第二方向间隔排列；分光部包括第一分光部和第二分光部，第一分光部、第二分光部沿第一方向间隔排列。光束经过第一分光结构后可以形成沿第一方向间隔排列的第一颜色光束、第二颜色光束、第三颜色光束和第三颜色光束。

在一种可能的实现方式中，光电转换元件在第一方向上的宽度为W3，第一分光部在第一方向上的宽度为W1，W3与W1的比值大于或者等于6，且小于或者等于64。第二分光部在第一方向上的宽度为W2，W3与W2的比值大于或者等于3.4，且小于或者等于32。

在一种可能的实现方式中，第一分光部在第一方向上的宽度大于或者等于50纳米，且小于或者等于200纳米。第二分光部在第一方向上的宽度大于或者等于100纳米，且小于或者等于350纳米。如此一来，第一分光部和第二分光部的尺寸保持在上述范围内时，光束经过第一分光结构后可以形成沿第一方向间隔排列的第一颜色光束、第二颜色光束、第三颜色光束和第三颜色光束。

在一种可能的实现方式中，第一分光结构的高度与第二分光结构的高度相等。如此一来，能够实现对入射光的均匀分光和投射，从而提高了图像传感器的色彩均衡和亮度均衡。并且这样一来，第一分光部与第二分光部对入射光的折射率和相位延迟也相同，从而实现对入射光的等角度和等强度的偏折，并且可以将其投射到相应的光电转换单元，从而实现对入射光的均匀采样和分析。

第一分光部与第二分光部的高度设置为相同，能够实现对入射光的简单分光和投射，从而提高了图像传感器的制作简便性和可靠性。由于第一分光部与第二分光部的高度相同时，它们可以用相同的材料和工艺进行制作，并且可以降低了第一分光结构的制作难度和成本。

在一种可能的实现方式中，光电转换元件在第一方向上的宽度为W3，第一分光部的高度为L1，W3与L1的比值大于或者等于0.6，且小于或者等于6.4。

在一种可能的实现方式中，第一分光结构的高度、第二分光结构的高度大于或者等于500纳米，且小于或者等于2000纳米。如此一来，第一分光部和第二分光部的尺寸保持在上述范围内时，光束经过第一分光结构后可以形成沿第一方向间隔排列的第一颜色光束、第二颜色光束、第三颜色光束和第三颜色光束。

在一种可能的实现方式中，第一分光部的材质、第二分光部的材质为氮化硅、二氧化钛或者氮化镓。二氧化钛、氮化镓、氯化硅是一些具有简单和稳定的材料，它们可以用常见的工艺和设备进行制作，从而降低了第一分光结构的制作难度和成本。

在一种可能的实现方式中，光电转换元件包括第一光电转换单元、第二光电转换单元、第三光电转换单元和第四光电转换单元，第一光电转换单元、第四光电转换单元沿第一方向排列，第二光电转换单元、第三光电转换单元沿第二方向排列，且第二光电转换单元、第三光电转换单元分别位于参考面的两侧；

第一光电转换单元位于第一分光结构的出射第一颜色光束的一侧，第二光电转换单元位于第二分光结构的出射第一部分光束的一侧，第三光电转换单元位于第二分光结构的出射第二部分光束的一侧，第四光电转换单元位于第一分光结构的出射第三颜色光束的一侧。

光束经过分光结构后分成子光束矩形阵列，与上述的光电转换单元的排列方式是一致的，即Bayer排列，分光结构与光电转换单元之间的适配性得以提高。并且，第一分光结构与第二分光结构都是一维分光结构，分光结构不会具有二维分光结构或多维分光结构的结构复杂，工艺难度大，良品率低的问题。除此之外，分光结构是对白光分成四个光束，即第一颜色光束、第三颜色光束、第一部分光束和第二部分光束，并不会对经过其的白光进行过滤，也就是白光经过分光结构前后的光子量不会减少，有利于提高图像传感器的光利用率。

在一种可能的实现方式中，光电转换元件在第一方向上的长度大于或等于1200纳米，且小于或者等于3200纳米。如此一来，光电转换元件的尺寸在这个范围内时，可以更好的与上述中的第一分光结构和第二分光结构相对应，以提高分光结构与光电转换单元之间的适配性。

在一种可能的实现方式中，图像传感器还包括滤光部，滤光部位于分光结构与光电转换元件之间，且位于第一分光结构与第二分光结构的出光侧。图像传感器通过设置滤光部，能够进一步提高图像传感器的色彩还原度和动态范围。由于滤光部可以根据不同颜色的光选择合适的滤色片，从而过滤掉不属于该颜色范围的光波段，使得每个光电转换单元只接收和转化一种纯净的颜色光，从而实现对入射光的全光谱采样和分析。

在一种可能的实现方式中，图像传感器还包括聚光部，聚光部位于第一分光结构的入光侧。微透镜用于将光线汇聚后传输至第一分光结构，使得第一分光结构接收到更多的光量，从而增加光电转换单元对光线的接收，提高了图像传感器的灵敏度和信噪比。

并且，聚光部能够减小入射光的发散角度，从而提高了图像传感器的分辨率和清晰度。聚光部可以将入射光的发散角度缩小到第一分光结构的偏折角度范围内，使得第一分光结构能够更精确地对入射光进行分光和投射，从而减少了图像的模糊和失真。

在一种可能的实现方式中，聚光部为微透镜，微透镜呈圆柱状。经过圆柱状微透镜汇聚的光线呈线状，这样一来，经过圆柱状微透镜的光线汇聚呈线状光束，被线状光束覆盖的第一分光结构可以共用一个微透镜，这样一来，微透镜的数量少于第一分光结构的数量，微透镜的结构简单，便于装配。

在一种可能的实现方式中，第一颜色光束为蓝光，第二颜色光束为绿光，所属第三颜色光束为红光。

第二方面，本申请还提供一种摄像头模组，该摄像头模组包括光学镜头、图像传感器和图像处理器，光学镜头包括沿光轴方向相背对设置的入光面和出光面。图像传感器为上述内容的图像传感器，图像传感器位于出光面所朝向的一侧，图像传感器接收光学镜头汇聚的光线，且将收到的光学图像转换成数字信号。图像处理器用于对数字信号进行处理，并输出被拍摄物体的图像。

由于本申请实施例提供的摄像头模组包括如上任一技术方案的图像传感器，因此二者能够解决相同的技术问题，并达到相同的技术效果。

第三方面，本申请还提供一种电子设备，该电子设备包括背壳和摄像头模组，摄像头模组为上述的摄像头模组，摄像头模组设置在背壳内。

由于本申请实施例提供的电子设备包括上述的摄像头模组，因此二者能够解决相同的技术问题，并达到相同的技术效果。

第四方面，本申请还提供一种显示装置，该显示装置包括液晶显示面板、背光源和分光结构，背光源用于为液晶显示面板提供光源。分光结构包括第一分光结构和第二分光结构，将经过的背光源进行分光形成沿第一方向依次排列的第一颜色光束、第二颜色光束和第三颜色光束；第二分光结构位于第一分光结构的出射第二颜色光束的一侧，且第二颜色光束经过第二分光结构形成沿第二方向排列的第一部分光束和第二部分光束，第二方向与第一方向垂直，第一部分光束、第二部分光束与第二颜色光束的颜色相同，第一颜色光束的光轴与第三颜色光束的光轴所限定的平面为参考面，第一部分光束与第二部分光束分别位于参考面的两侧。

液晶显示面板包括第一颜色亚像素、第二颜色亚像素、第三颜色亚像素和第四颜色亚像素，第一颜色亚像素用于接收第一颜色光束，第二颜色亚像素用于接收第二颜色光束，第三颜色亚像素用于接收第三颜色光束，第四颜色亚像素用于接收第四颜色光束。

由于本申请实施例提供的显示装置包括如上任一技术方案的图像传感器，因此二者能够解决相同的技术问题，并达到相同的技术效果。

附图说明

图1为本申请一些实施例提供的电子设备的立体图；

图2为图1所示电子设备的爆炸图；

图3为图2所示电子设备的内部电路图；

图4为图2所示电子设备内摄像头模组的立体图；

图5为图4所示摄像头模组的爆炸图；

图6为本申请一些实施例提供的光线在图像传感器中的传播示意图；

图7为本申请一些实施例提供的图像传感器的结构示意图；

图8为本申请又一些实施例提供的图像传感器的结构示意图；

图9为本申请一些实施例提供的分光结构采用色散效应的原理示意图；

图10为本申请一些实施例提供的分光结构采用衍射光栅的原理示意图；

图11为本申请一些实施例提供的光电转换单元的排列方式的结构示意图；

图12为本申请一些实施例提供的采用一维分光结构分光后形成的阵列图；

图13为本申请又一些实施例提供的光电转换单元的排列方式的结构示意图；

图14为本申请再一些实施例提供的图像传感器的立体图；

图15为本申请再一些实施例提供的图像传感器的结构示意图；

图16为图15所示图像传感器中白光经过分光结构后照射至光电转换单元上的结构示意图；

图17为图15所示图像传感器的主视图；

图18为图17所示图像传感器中第二分光结构的结构示意图；

图19为图17所示图像传感器的侧视图；

图20为本申请一些实施例提供的光束经过第一分光结构后的光场分布图；

图21为本申请的又一些实施例提供的第二分光结构的结构示意图；

图22为图14所示图像传感器的俯视图；

图23为图22所示第一分光结构的主视图；

图24为本申请一些实施例提供的光束经过第一分光结构后的光场分布图；

图25为本申请又一些实施例提供的图像传感器的结构示意图；

图26为本申请一些实施例提供的球状微透镜的光场分布图；

图27为本申请一些实施例提供的圆柱状微透镜的光场分布图；

图28为本申请的一些实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图29为本申请的一些实施例提供的一种显示面板包括多个第一颜色亚像素、第二颜色亚像素和第三颜色亚像素的结构示意图；

图30为本申请的另一实施例提供的一种显示装置的结构示意图。

附图标记

100、电子设备；10、屏幕；11、透光盖板；12、显示屏；20、背壳；21、背盖；22、边框；23、中板；30、摄像头模组；31、壳体；311、底座；321、载体；32a、顶面；32b、底面；321a、光学镜头安装孔；34、光学镜头；341、镜筒； 34a、入光面；34b、出光面；35、驱动马达；351、第二线圈；352、第二磁石；3521、位置检测装置；36、感光组件；37、上盖；38、电路板；

39、图像传感器；391、滤光部；391a、第一滤光单元；391b、第二滤光单元；391c、第三滤光单元；

392、光电转换元件；392a、第一光电转换单元；392b、第二光电转换单元；392c、第三光电转换单元；392d、第四光电转换单元；

393、分光结构；3931、第一分光结构；3931a、分光部；a1、第一分光部；a2第二分光部；3932、第二分光结构；A1、第一进光端；A2、第一出光端；

A、第一导光部；B、第二导光部；B1、第二进光端；B2、第二出光端；C、第三导光部；C1、第三进光端；C2、第三出光端；

394、聚光部；

40、显示装置；401、液晶显示面板；4011、阵列基板；4012、对盒基板；4013、液晶层；401a、第一颜色亚像素；401b、第二颜色亚像素；401c第三颜色亚像素；402、背光源；4031、第一彩色滤光单元；4032、第二彩色滤光单元；4033、第三彩色滤光单元；403、上偏光片；404、下偏光片；

50、摄像头装饰盖；51、透光窗口；60、图像处理器；70、主板；71、计算控制单元。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述方便，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”等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。

在本申请实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语 “电连接”可以是直接的电性连接，也可以通过中间媒介间接的电性连接。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

在本申请实施例中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请实施例中，例如上、下、左、右、前和后等用于解释本申请中不同部件的结构和运动的方向指示是相对的。当部件处于图中所示的位置时，这些指示是恰当的。但是，如果元件位置的说明发生变化，那么这些方向指示也将会相应地发生变化。

本申请实施例提供一种电子设备，该电子设备为具有摄像功能的电子设备，该电子设备例如可以为摄像头、互联网协议摄像机（internet protocol camera，IPC）、具有前置和/或后置摄像头的手机、具有前置和/或后置摄像头的平板、数码照相机、数码摄像机、车载摄像头或者工业摄像头等具有图像采集功能的装置。此外，电子设备可以应用于安防领域、摄影摄像领域、汽车电子领域或者工业机器视觉领域等。

请参阅图1和图2，图1为本申请一些实施例提供的电子设备100的立体图，图2为图1所示电子设备100的爆炸图。在本实施例中，电子设备100为手机。电子设备100包括屏幕10、背壳20、摄像头模组30和摄像头装饰盖50。

可以理解的是，图1和图2示意性的示出了电子设备100包括的一些部件，这些部件的实际形状、实际大小、实际位置和实际构造不受图1和图2的限制。在其他一些示例中，电子设备100也可以不包括屏幕10和摄像头装饰盖50。

屏幕10用于显示图像、视频等。

背壳20用于保护电子设备100的内部电子器件，背壳20可以包括背盖21和边框22。边框22围绕背盖21的周缘设置，屏幕10位于边框22的背离背盖21的一侧，且屏幕连接于边框22的周缘。屏幕10、背盖21与边框22围成电子设备100的内部容纳空间。

为了方便下文描述，建立XYZ坐标系，定义电子设备100内屏幕10、背盖21的层叠方向（也即是电子设备100的厚度方向）为Z轴方向。屏幕10或者背盖21所处的平面为XY平面。具体的，电子设备100的宽度方向为X轴方向，电子设备100的长度方向为Y轴方向。可以理解的是，电子设备100的坐标系设置可以根据实际需要灵活设置。

摄像头模组30用于拍摄照片/视频，摄像头模组30固定于电子设备100的内部容纳腔中。摄像头模组30可以用作后置摄像头模组，也可以用作前置摄像头模组。摄像头模组30可以为潜望式摄像头模组，也可以为直立式摄像头模组。

下面以摄像头模组30为后置摄像头模组、直立式摄像头模组为例进行说明，但这并不是对本申请的特殊限定。

在一些实施例中，请参阅图2，摄像头模组30固定于容纳空间内。摄像头模组30的入光面朝向背盖21。摄像头装饰盖50设置于背盖21上，且摄像头装饰盖50上设有透光窗口51。透光窗口51允许景物光线透过，并射入摄像头模组30的入光面。在本实施例中，摄像头模组30用作电子设备100的后置摄像头模组30。

主板70固定于电子设备100的内部容纳腔中。

请参阅图3，图3为图1和图2所示电子设备100的内部电路示意图。电子设备100还包括、主板70和计算控制单元71。示例的，计算控制单元71可以设置于主板70上。计算控制单元71也可以设置于电子设备内的其他电路板上，比如设置于通用串行总线（UniversalSerial Bus，USB）器件所处的电路板上。一些实施例中，计算控制单元71为应用处理器（Application Processor，AP）。

计算控制单元71与摄像头模组30电连接。计算控制单元71用于接收并处理来自摄像头模组30的包含图像信息的电信号。计算控制单元71还用于控制摄像头模组30的驱动马达运动，以实现AF运动和/或OIS运动。

请参阅图4和图5，图4为图2所示电子设备100内摄像头模组30的立体图，图5为图4所示摄像头模组30的爆炸图。在本实施例中，摄像头模组30包括壳体31、驱动马达35、光学镜头34和图像传感器39。

可以理解的是，图4和图5示意性的示出了摄像头模组30包括的一些部件，这些部件的实际形状、实际大小、实际位置和实际构造不受图4和图5的限制。此外，图4和图5中的坐标系与图1和图2中的坐标系表示为同一坐标系。

需要说明的是，下文描述摄像头模组30中各部件所采用的“顶”是指当摄像头模组30应用于图1和图2所示电子设备100时，被描述部件沿光路靠近透光窗口51的部位，“底”是指当摄像头模组30应用于图1和图2所示电子设备100时，被描述部件沿光路远离透光窗口51的部位，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。

另外，下文描述摄像头模组30内各部件的形状为“矩形”、“方形”均表示大致形状，相邻两边之间大致垂直，且相邻两边之间可以设有圆角，也可以不设圆角。再者，下文描述摄像头模组30中各部件所采用的“平行”、“垂直”、“一致”等方位关系限定词均表示允许一定误差的大致关系。

壳体31包括底座311，底座311用作摄像头模组30的结构“骨架”，用于支撑并固定摄像头模组30内的其他零部件。底座311的材质包括但不限于金属和塑胶。一些实施例中，底座311的材质为塑胶。示例的，底座311的材质为液晶聚合物（liquid crystal polymer，LCP）。

底座311包括用于支撑并固定摄像头模组30内的其他零部件的容纳空间，该容纳空间可以由壁板围成，也可以由柱体围成。底座311可以为长方体、正方体、圆柱体等，下述各实施例中以底座311为长方体为例进行说明，但并不能表示对本申请的特殊限定。

请继续参阅图5，壳体31还包括安装于底座311内的载体321，载体321大致呈长方体状。载体321具有沿光轴方向相背对的顶面32a和底面32b。载体321上设有贯穿顶面32a和底面32b的光学镜头安装孔321a。载体321安装于底座311内，且载体321可以沿光轴方向相对于底座311滑动。

光学镜头34安装于载体321的光学镜头安装孔321a内，光学镜头34用于对被拍摄景物进行成像。光学镜头34包括镜筒341和光学镜片组（图中未示出）。镜筒341用于固定并保护光学镜片组，镜筒341呈筒状结构，也即是，镜筒341在光轴方向上的两端开口。光学镜片组安装于镜筒341内，光学镜片组包括至少一个光学镜片。当光学镜片组包括多个光学镜片时，该多个光学镜片沿光轴方向层叠设置。通过设计光学镜片组的结构组成以及每个光学镜片的形状尺寸，可以获得具有标准、广角、长焦等不同特点的光学镜头。

光学镜头34具有相背对的入光面34a和出光面34b。景物光线由该入光面34a射入光学镜头34内，并由该出光面34b射出。

摄像头模组30还包括图像传感器39，图像传感器39设置于出光面34b所朝向的一侧，图像传感器39也可以称为感光芯片，或者也可以称为感光元件。

请参阅图6，图6为本申请一些实施例提供的光线在图像传感器39中的传播示意图。光学镜头用于将被拍摄物体发出的光或反射的光汇聚至图像传感器39上，图像传感器39用于将接收到的光学图像转换为数字信号。图像处理器用于对数字信号进行处理，并输出被拍摄物体的图像，通常情况下，输出的被拍摄物体的图像为R/G/B全彩色图像。

下面对图像传感器39的具体结构进行详细介绍。

请参阅图7，图7为本申请一些实施例提供的图像传感器39的结构示意图。图像传感器39包括多个滤光部391和多个光电转换元件392 (photo-diode，PD)，多个滤光部391排列成矩形阵列，同样的，多个光电转换元件392也排列成矩形阵列。

每个滤光部391与每个光电转换元件392一一对应。“一一对应”是指，在滤光部391、光电转换元件392的排列方向上，也就是在图7中的Z轴方向上，滤光部391在光电转换元件392上的投影与光电转换元件392有交叠。“有交叠”包括三种情形：第一，滤光部391在光电转换元件392上的投影与光电转换元件392重合；第二，光电转换元件392在滤光部391上的投影在滤光部391内；也就是滤光部391的部分在光电转换元件392上的投影与光电转换元件392的部分重合，且滤光部391的其余部分在光电转换元件392上的投影不与光电转换元件392重合。图7所示实施例是以在滤光部391、光电转换元件392的排列方向上，光电转换元件392在滤光部391上的投影在滤光部391内为例进行说明的，下述各实施例也以此为例进行说明，但这并不表示对本申请的特殊限定。

其中，每个滤光部391中包括第一滤光单元391a（red，R）、第二滤光单元391b（green，G）和第三滤光单元391c（blue，B），滤光部391中的第一滤光单元391a、第二滤光单元391b和第三滤光单元391c对光学镜头送过来的自然光进行过滤分别得到红光R、绿光G和蓝光B。

其中，每个光电转换元件392包括第一光电转换单元392a、第二光电转换单元392b和第三光电转换单元392c。具体的，第一光电转换单元392a与红色绿光单元对应设置，且用来接收第一滤光单元391a过滤后的红光。第二光电转换单元392b与绿色绿光单元相对设置，且用来接收第二滤光单元391b过滤后的绿光。第三光电转换单元392c与第三滤光单元391c相对设置，且用来接收第三滤光单元391c过滤后的蓝光。每个光电转换元件392将所接收光线对应的光信号转换为电信号，该电信号用于供图像处理器进行处理，以还原成R/G/B全彩色图像。

上述滤光部391的滤光原理如下，滤光部391上涂覆有吸收型的彩色颜料有机物质，彩色颜料有机物质可以允许特定波段的光透过而阻止其它波段的光。第一滤光单元391a、第二滤光单元391b和第三滤光单元391c涂覆的彩色颜料的有机物质不同，第一滤光单元391a涂覆的彩色颜料有机物质可以允许红颜色光束透过，而阻止其它颜色光束透过。第二滤光单元391b涂覆的彩色颜料有机物质可以允许绿颜色光束透过，而阻止其它颜色光束透过。第三滤光单元391c涂覆的彩色颜料有机物质可以允许蓝颜色光束透过，而阻止其它颜色光束透过。

然而，由于滤光部391的第一滤光单元391a、第二滤光单元391b和第三滤光单元391c都只能透射一种颜色的光并吸收其它两种颜色的光，因此对于图像传感器39而言，光学镜头送过来的自然光中的光子，有2/3被滤光部391吸收了，只有1/3被光电转换元件392接收到。

并且，随着图像传感器39的分辨率越来越高，单位面积内的光电转换元件392的数量越来越多，每个光电转换元件392的尺寸越来越小，每个光电转换元件392可以接收到的光也越来越少。这样一来，在暗光环境下，如拍摄夜景时，摄像头模组拍出的图像清晰度不佳。为了提高整个图像的亮度，可以通过延长摄像头模组的曝光时间改善图像清晰度不佳的问题，但是，当摄像头模组的曝光时间延长到几十毫秒甚至几秒时，会严重影响消费者在暗光环境下的拍照体验。

为了解决上述的图像传感器39光利用率低的问题，本申请还提供一种图像传感器39，该图像传感器39将滤光部391替换为分光结构393，通过分光结构393对不同颜色的光线进行分光，起到替代滤光部391的作用。

具体的，请参阅图8，图8为本申请又一些实施例提供的图像传感器39的结构示意图。该图像传感器39包括多个光电转换元件392和多个分光结构393，光电转换元件392的数量与分光结构393的数量相同，且一一对应。光电转换元件392与上述实施例的光电转换元件392的结构一致，此处不再赘述。

分光结构393的作用与上述实施例中的滤光部391的作用一致，都可以将经过的白光分成不同颜色的光束，分光结构393与滤光部391的不同在于，分光结构393不会将经过其的白光过滤掉一部分，仅允许其中一部分光线经过到达相应的光电转换元件392上。分光结构393是把全部的白光均等的分成三束光线，具体的，分光结构393可以将经过其的白光均等的分成第一颜色光束、第二颜色光束和第三颜色光束。第一颜色光束照射到第一光电转换单元392a上，第二颜色光束照射到第二光电转换单元392b上，第三颜色光束照射到第三光电转换单元392c上。

这样一来，分光结构393不仅起到了与上述滤光部391相同的作用，而且不会过滤掉白光的部分光子。相较于使用滤光部391达到分光作用的图像传感器39，本实施例的使用分光结构393达到分光作用的图像传感器39提高了光电转换元件392对光线的利用率。

上述分光结构393的分光原理可以参照色散效应，请参阅图9，图9为本申请一些实施例提供的分光结构393采用色散效应的原理示意图，大多数光学材料都具有正色散效应，图9是常见的三棱镜01的色散效应示意图，由于不同波长的光线在三棱镜中的折射率不同，所以在折射时会偏转不同的角度，即为色散现象。

请参阅图10，图10为本申请一些实施例提供的分光结构393采用衍射光栅02的原理示意图，同样的，上述分光结构393的分光原理也可以参照衍射光栅02的原理，衍射光栅02通过有规律的结构，使入射光的振幅或相位(或两者同时)受到周期性空间调制，以达到分光效果。衍射光栅02分光利用不同波长的不同颜色的光，通过光栅后，会在衍射图样中呈现分布不同的亮线。

上述分光结构393在实现分光时仅能达到一维分光的效果，也就是说，经过分光结构393的白光被分光结构393分成沿一个方向上排列的光束。具体的，白光经过分光结构393后分成沿第一方向F1排列的第一颜色光束、第二颜色光束和第三颜色光束。但是，现有的光电转换元件392中所包含的光电转换单元通常排列形成Bayer排列或Quad Bayer排列，无论是Bayer排列还是Quad Bayer排列，都会要求照射到光电转换元件392上的光束是沿两个方向上排列的光束，具体原因如下：

请参阅图11，图11为本申请一些实施例提供的光电转换元件392的排列方式的结构示意图。在Bayer排列中，一个光电转换元件392包括四个光电转换元件392，即第一光电转换单元392a、第二光电转换单元392b、第三光电转换单元392c和第四光电转换单元392d，四个光电转换单元组成2*2的矩形阵列。第一光电转换单元392a、第四光电转换单元392d沿第一方向F1排列，第二光电转换单元392b、第三光电转换单元392c沿第二方向F2排列，第一方向F1与第二方向F2垂直。

其中，第一光电转换单元392a用于接收第一颜色光束，第二光电转换单元392b和第三光电转换单元392c用于接收第二颜色光束，第四光电转换单元392d用于接收第三颜色光束。由于人眼对滤光较为敏感，所以第二光电转换单元392b与第三光电转换单元392c都是用来接收绿颜色光束，也就是第二颜色光束为绿颜色光束。第一颜色光束可以定义为红颜色光束，第三颜色光束可以定义为蓝颜色光束。当然，在其他一些实施例中，第一颜色光束也可以为蓝颜色光束，第三颜色光束也可以为红颜色光束。

如此一来，若分光结构393只能把白光分成沿第一方向F1排列的子光束，无法满足Bayer排列的光电转换元件392。请参阅图12，图12为本申请一些实施例提供的采用一维分光结构393分光后形成的阵列图。通过多个分光结构393将白光分成多排沿第一方向F1排列的多个子光束，多个子光束形成光束阵列，位于光束阵列中心区域M1的子光束可以形成与Bayer阵列相对应的光束矩形阵列，但是位于光束阵列中心区域以外的子光束无法形成与Bayer阵列相对应的光束矩形阵列。这样一来，会大大增加后端对图像处理的难度，也就是会影响图像处理器对图像处理的效率以及对图像处理的质量，诸如算法、颜色还原等步骤中的影响。

请参阅图13，图13为本申请又一些实施例提供的光电转换元件392的排列方式的结构示意图。同样的，在Quad Bayer排列中，一个光电转换元件392包括四个光电转换元件392，即第一光电转换单元392a、第二光电转换单元392b、第三光电转换单元392c和第四光电转换单元392d，四个光电转换元件392组成2*2的矩形阵列。第一光电转换单元392a、第四光电转换单元392d沿第一方向F1排列，第二光电转换单元392b、第四光电转换单元392d沿第二方向F2排列，第一方向F1与第二方向F2垂直。Quad Bayer排列与Bayer排列的区别在于，每个光电转换单元中还包括四个光电转换子单元，四个光电转换子单元组成2*2的矩形阵列。

这样一来，在Quad Bayer排列的图像传感器39中同样面临上述Bayer排列的图像传感器39的问题，此处不再赘述。

为了能够把光线分成沿两个方向排列的子光束，可以将一维的分光结构393替换为二维的分光结构393，以达到将白光分成沿两个方向上排列的子光束，但是，二维分束器的结构非常复杂，存在结构设计困难，工艺难度大，良品率低的问题。

为了解决上述问题，也就是能够将白光分成沿两个方向上排列的子光束，以及采用的分光结构393不存在结构复杂的问题。请参阅图14和图15，图14为本申请再一些实施例提供的图像传感器39的立体图；图15为本申请再一些实施例提供的图像传感器39的结构示意图。本申请还提供一种图像传感器39，该图像传感器39包括多个分光结构393，每个分光结构393包括第一分光结构3931和第二分光结构3932，第一分光结构3931将经过的光束进行分光形成沿第一方向F1依次排列的第一颜色光束、第二颜色光束和第三颜色光束。这里的第一分光结构3931可以与上述实施例中的分光结构393采用同样的结构以及同样的原理，此处不再赘述。

本实施例中的分光结构393与上述实施例中的分光结构393的不同在于，本实施例中的分光结构393还包括第二分光结构3932，第二分光结构3932位于第一分光结构3931的出光侧，且第二颜色光束经过第二分光结构3932形成沿第二方向F2排列的第一部分光束和第二部分光束，第二方向F2与第一方向F1垂直，第一部分光束、第二部分光束与第二颜色光束的颜色相同，第一颜色光束的光轴、第三颜色光束的光轴所限定的平面为参考面，第一部分光束、第二部分光束分别位于参考面的两侧。

上述中的“第一颜色光束的光轴”是指，第一颜色光束的中心线，也就是第一颜色光束的对称轴，也可以说，第一颜色光束是沿光轴的延伸方向照射的。同样的，“第二颜色光束的光轴”是指，第二颜色光束的中心线，也就是第二颜色光束的对称轴，也可以说，第二颜色光束是沿光轴的延伸方向照射的。

在本实施例中，第二颜色光束、第一部分光束和第二部分光束的可以为绿光，第一颜色光束可以为红光，第三颜色光束可以为蓝光，本实施例以及下述各实施例以此为例进行说明。但这并不是对本申请的特殊限定，在其他一些实施例中，第一颜色光束也可以为蓝光，第三颜色光束也可以为红光。

请参阅图16，图16为图15所示图像传感器39中白光经过分光结构后照射至光电转换元件392上的结构示意图。如此一来，本实施例中的分光结构393通过设置两级分光结构393，即第一分光结构3931和第二分光结构3932，实现对光线分成沿两个方向排列的光束，即沿第一方向F1排列的第一颜色光束和第三颜色光束，以及沿第二方向F2排列的第一部分光束和第二部分光束，第一颜色光束、第三颜色光束、第一部分光束和第二部分光束组成2*2的矩形阵列光束，矩形阵列光束可以与Bayer排列的光电转换元件392相对应，以适应现有的Bayer排列的光电转换元件392。进一步的，第一分光结构3931与第二分光结构3932都是一维分光结构393，分光结构393不会具有二维分光结构393或多维分光结构393的结构复杂，工艺难度大，良品率低的问题。

并且，分光结构393是对白光分成四个光束，即第一颜色光束、第三颜色光束、第一部分光束和第二部分光束，并不会对经过其的白光进行过滤，也就是白光经过分光结构393前后的光子量不会减少，有利于提高图像传感器39的光利用率。

请继续参阅图15和图16，下面对光线经过分光结构393后进入光电转换元件392的过程进行详细介绍。在上述实施例的基础上，本实施例的图像传感器39还包括多个光电转换元件392，光电转换元件392的数量与分光结构393的数量相同，且光电转换元件392与分光结构393一一对应设置，这里的“一一对应”与前文中的“一一对应”的含义相同，此处不再赘述。

光电转换元件392位于第一分光结构3931和第二分光结构3932的出光侧。也可以这样理解，第一分光结构3931、第二分光结构3932、光电转换元件392的排列方向为第三方向。在第三方向上，光束经过第一分光结构3931后的子光束在光电转换元件392上的投影与光电转换元件392的部分重叠，光束经过第二分光结构3932后的子光束在光电转换元件392上的投影与光电转换元件392的另一部分重叠。

具体来讲，光电转换元件392包括第一光电转换单元392a、第二光电转换单元392b、第三光电转换单元392c和第四光电转换单元392d，第一光电转换单元392a、第四光电转换单元392d沿第一方向F1排列，第二光电转换单元392b、第三光电转换单元392c沿第二方向F2排列，第一光电转换单元392a的中心线与第四光电转换单元392d的中心线所限定的平面为第二参考面，第二光电转换单元392b与第三光电转换单元392c分别位于参考面的两侧。也可以这样理解，光电转换元件392所包含的光电转换元件392的排列方式与上述中的Bayer排列方式一致。

如此一来，第一光电转换单元392a、第二光电转换单元392b、第三光电转换单元392c和第四光电转换单元392d构成沿第一方向F1和第二方向F2排列的2*2的光电转换元件392矩形阵列，该光电转换元件392矩形阵列与被分光结构393分成的子光束矩形阵列相对应，且用于接收光束。具体的，第一光电转换单元392a位于第一颜色光束的出光侧，且用于接收第一颜色光束；第二光电转换单元392b位于第一部分光束的出光侧，且用于接收第一部分光束；第三光电转换单元392c位于第二部分光束的出光侧，且用于接收第二部分光束；第四光电转换单元392d位于第三颜色光束的出光侧，且用于接收第三颜色光束。

综上所述，光束经过分光结构393后分成子光束矩形阵列，与现在通用的光电转换元件392的排列方式是一致的，即Bayer排列，分光结构393与光电转换元件392之间的适配性得以提高。并且，第一分光结构3931与第二分光结构3932都是一维分光结构393，分光结构393不会具有二维分光结构393或多维分光结构393的结构复杂，工艺难度大，良品率低的问题。除此之外，分光结构393是对白光分成四个光束，即第一颜色光束、第三颜色光束、第一部分光束和第二部分光束，并不会对经过其的白光进行过滤，也就是白光经过分光结构393前后的光子量不会减少，有利于提高图像传感器39的光利用率。

由于第二分光结构3932为本申请的重点，因此，下面首先对第二分光结构3932进行详细介绍，后续再针对第一分光结构3931进行介绍。

第二分光结构3932具有能够把一束光分为含光量相同的两束光的功能，第二分光结构3932可以为Y型分束器，Y型分束器的结构简单，便于将经过的光束分成均等的两束光，有利于实现形成子光束矩形阵列，下面以第二分光结构3932为Y型分束器为例进行说明。

请参阅图17、图18和图19，图17为图15所示图像传感器39的主视图；图18为图17所示图像传感器39中第二分光结构3932的结构示意图；图19为图17所示图像传感器的侧视图；第二分光结构3932具有第一导光部A，在Y型分束器中第一导光部A也称为直波导区域，光束经过第一分光结构3931后进入第一导光部A，第一导光部A对光线的传播起到导向作用，光线沿着第一导光部A的延伸路径传播。第一导光部A可以沿直线延伸，第一导光部A也可以沿曲线延伸，本实施例中以第一导光部A沿直线延伸为例进行说明。

第一导光部A的两端具有相背对设置的第一进光端A1和第一出光端A2，第一进光端A1朝向第一分光结构3931，第一出光端A2朝向光电转换元件392。在第三方向上，第一分光结构3931的部分在第一导光部A上的投影与第一导光部A所围成的区域有交叠。光束经过第一分光结构3931后形成沿第一方向F1排列的第一颜色光束、第二颜色光束和第三颜色光束，其中，第二颜色光束通过第一进光端A1进入第一导光部A内，且第二颜色光束沿第一导光部A的延伸路径继续传播。

第二分光结构3932还包括第二导光部B和第三导光部C，在Y型分束器中第二导光部B与第三导光部C也称为branch区域。第二颜色光束在第二导光部B与第三导光部C处进行分光。

具体的，第二导光部B的两端具有相背对设置的第二进光端B1和第二出光端B2，第三导光部C的两端具有相背对的第三进光端C1和第三出光端C2。第二进光端B1、第三进光端C1位于第一出光端A2朝向的一侧，且与第一出光端A2相连通。

请参阅图20，图20为本申请一些实施例提供的光束经过第二分光结构3932后的光场分布图；第二颜色光束通过第一进光端A1进入第一导光部A，然后由第一进光端A1经第一导光部A传输至第一出光端A2处，第二颜色光束通过第一出光端A2后分成两部分光束，即第一部分光束和第二部分光束，第一部分光束经由第二进光端B1进入第二导光部B内，第二导光部B对第一部分光束起到导向作用，这里的“导向作用”是指，第一部分光束从第二进光端B1进入第二导光部B后，第一部分光束由第二导光部B导向第二出光端B2处。

同样的，第二部分光束经由第三进光端C1进入第三导光部C内，第三导光部C对第二部分光束起到导向作用，这里的“导向作用”是指，第二部分光束从第三进光端C1进入第三导光部C后，第二部分光束由第三导光部C导向第三出光端C2处。

第一部分光束与第二部分光束经过上述的传输路径后，第一部分光束从第二出光端B2照出，第二部分光束从第三出光端C2照出，并且第二出光端B2、第三出光端C2的排列方向为第二方向F2，如此一来，经由第二出光端B2与第三出光端C2照出的第一部分光束和第二部分光束也沿第二方向F2排列。

综上所述，第一颜色光束、第三颜色光束、第一部分光束和第二部分光束组成沿第一方向F1、第二方向F2排列的子光束矩形阵列，以提高光束与光电转换元件392的适配性，也就是经由分光结构393的子光束矩形阵列与光电转换单元的矩形阵列相对应。具体来讲，白光经过第一分光结构3931形成的第一颜色光束照射到第一光电转换单元392a，白光经过第一分光结构3931形成的第三颜色光束照射到第四光电转换单元392d上，第二颜色光束经过第二分光结构3932形成的第一部分光束照射到第二光电转换单元392b上，第二颜色光束经过第二分光结构3932形成的第二部分光束照射到第三光电转换单元392c上。

图像传感器39具有分光结构393更加适应现有的Bayer排列或Quad Bayer排列的光电转换元件392，进一步的，第一分光结构3931与第二分光结构3932都是一维分光结构393，分光结构393不会具有二维分光结构393或多维分光结构393的结构复杂，工艺难度大，良品率低的问题。

并且，分光结构393是对白光分成四个光束，即第一颜色光束、第三颜色光束、第一部分光束和第二部分光束，并不会对经过其的白光进行过滤，也就是白光经过分光结构393前后的光子量不会减少，有利于提高图像传感器39的光利用率。

在一些实施例中，第二分光结构3932还包括过渡通道，在Y型分束器中过渡通道也称为taper区域，过渡通道连接于第一导光部A与第二导光部B、第三导光部C之间，具体的，过渡通道包括相背对设置的第一端和第二端，第一端与第一出光端A2连通，第二端与第二进光端B1、第三进光端C1一同连通，并且，第一端的宽度小于第二端的宽度。第二颜色光束经过过渡通道后进入第二导光部B与第三导光部C。

如此一来，第二分光结构3932包括相互连通的第一导光部A、过渡通道、第二导光部B和第三导光部C，第二导光部B与第三导光部C相对于第一导光部A的中心轴线对称设置。这里的“第一导光部A的中心轴线”是指，第一导光部A呈柱状，具体的，第一导光部A可以呈方形柱状、圆形柱状，第一导光部A的中心轴线也就是第一导光部A的轴对称线。

进一步的，第二导光部B的通光量与第三导光部C的通光量相同，这里的“通光量”是指，第二颜色光束经过第二分光结构3932的传输，第二颜色光束在第二导光部B内的含光量与第三导光部C内的含光量相等。这样一来，第二颜色光束经由第二分光结构3932后分成含量相等的第一部分光束和第二部分光束，第二光电转换单元392b与第三光电转换单元392c所接收的光子量也相同，便于提高图像传感器39后端对图像的处理效率。

在上述任一实施例的基础上，第二分光结构3932的材料折射率小于或者等于1.2。第二分光结构3932的材质可以为二氧化钛、氮化镓、氯化硅。这样一来，能够实现对入射光的高效分光和投射，从而提高了图像传感器39的光学效率和信噪比。二氧化钛、氮化镓、氯化硅是一些具有高折射率和低损耗的材料，它们可以有效地改变入射光的折射率和相位延迟，从而实现对入射光的不同程度和方向的偏折，并且可以将其投射到相应的光电转换元件392上，从而实现对入射光的最小损耗和最大利用。

并且，二氧化钛、氮化镓、氯化硅是一些具有简单和稳定的材料，它们可以用常见的工艺和设备进行制作，从而降低了第二分光结构3932的制作难度和成本。

请继续参阅图18，在一些实施例中，第二导光部B与第三导光部C是沿直线延伸的。在其他一些实施例中，请参阅图21，图21为本申请的又一些实施例提供的第二分光结构的结构示意图。

下面对第一分光结构3931的具体结构进行详细介绍。

请参阅图22，图22为图14所示图像传感器39的俯视图。第一分光结构3931包括多个分光部3931a，多个分光部3931a沿第二方向F2间隔排列，每个分光部3931a包括第一分光部a1和第二分光部a2，第一分光部a1、第二分光部a2沿第一方向F1间隔排列。具体的，多个第一分光部a1沿第二方向F2间隔排列，也就是多个第一分光部a1在第二方向F2上排成一列。多个第二分光部a2沿第二方向F2间隔排列，也就是多个第二分光部a2在第二方向F2上排列一列。

如此一来，白光进入第一分光结构3931后，第一分光结构3931能够实现对入射光的RGB三原色的分光和投射，从而提高了图像传感器39的色彩还原度和动态范围。由于第一分光部a1和第二分光部a2可以分别对入射光进行不同程度和方向的偏折，使得入射光可以被分解为R、G、B三种颜色光，并且可以被投射到相应的光电转换元件392上，从而实现对入射光的全光谱采样和分析。并且，第一分光结构3931设置第一分光部a1和第二分光部a2，能够实现对入射光的最优分光和投射，从而提高了图像传感器39的光学效率和信噪比。

请继续参阅图22，在一些实施例中，光电转换元件在第一方向上的宽度为W3(见图15中)，第一分光部在第一方向上的宽度为W1，W3与W1的比值大于或者等于6，且小于或者等于64。第二分光部在第一方向上的宽度为W2，W3与W2的比值大于或者等于3.4，且小于或者等于32。

在一些实施例中，第一分光部a1在第一方向F1上的宽度W1大于或者等于50纳米，且小于或者等于200纳米。示例性的，第一分光部a1在第一方向F1上的宽度可以为50纳米、60纳米、70纳米、80纳米、100纳米、120纳米、140纳米、160纳米、180纳米、200纳米等等。

请继续参阅图22，在一些实施例中，第二分光部a2在第一方向F1上的宽度W2大于或者等于100纳米，且小于或者等于350纳米。示例性的，第二分光部a2在第一方向F1上的宽度为100纳米、110纳米、120纳米、140纳米、160纳米、180纳米、220纳米、240纳米、260纳米、280纳米、300纳米、320纳米、350纳米等等。

如此一来，第一分光部a1和第二分光部a2的尺寸保持在上述范围内时，光束经过第一分光结构3931后可以形成沿第一方向F1间隔排列的第一颜色光束、第二颜色光束、第三颜色光束和第三颜色光束。

在一些实施例中，第一分光部a1的高度与第二分光部a2的高度相等，如此一来，能够实现对入射光的均匀分光和投射，从而提高了图像传感器39的色彩均衡和亮度均衡。并且这样一来，第一分光部a1与第二分光部a2对入射光的折射率和相位延迟也相同，从而实现对入射光的等角度和等强度的偏折，并且可以将其投射到相应的光电转换元件392，从而实现对入射光的均匀采样和分析。

另外，第一分光部a1与第二分光部a2的高度设置为相同，能够实现对入射光的简单分光和投射，从而提高了图像传感器39的制作简便性和可靠性。由于第一分光部a1与第二分光部a2的高度相同时，它们可以用相同的材料和工艺进行制作，并且可以降低了第一分光结构3931的制作难度和成本。

请参阅图23，图23为图22所示第一分光结构3931的主视图。在一些实施例中，光电转换元件在第一方向上的宽度为W3，第一分光部的高度为L1，W3与L1的比值大于或者等于0.6，且小于或者等于6.4。

在一些实施例中，第一分光部a1的高度、第二分光部a2的高度L1大于或者等于500纳米，且小于或者等于2000纳米，第一分光部a1的高度与第二分光部a2的高度可以为500纳米、600纳米、700纳米、800纳米、900纳米、1000纳米、1200纳米、1400纳米、1600纳米、1800纳米、2000纳米等等。

请参阅图24，图24为本申请一些实施例提供的光束经过第一分光结构3931后的光场分布图。在一些实施例中，第一分光结构3931的材料折射率大于或者等于2，且小于或者等于4，第一分光结构3931的材料折射率可以为2、3、4等等，具体的，第一分光结构3931的材质可以为二氧化钛、氮化镓、氯化硅。这样一来，能够实现对入射光的高效分光和投射，从而提高了图像传感器39的光学效率和信噪比。二氧化钛、氮化镓、氯化硅是一些具有高折射率和低损耗的材料，它们可以有效地改变入射光的折射率和相位延迟，从而实现对入射光的不同程度和方向的偏折，并且可以将其投射到相应的光电转换元件392上，从而实现对入射光的最小损耗和最大利用。

并且，二氧化钛、氮化镓、氯化硅是一些具有简单和稳定的材料，它们可以用常见的工艺和设备进行制作，并且只需要第一分光部a1和第二分光部a2就可以实现对入射光的完整分光和投射，从而降低了第一分光结构3931的制作难度和成本。

在一些实施例中，光电转换元件392在第一方向F1上的宽度大于或等于1200纳米，且小于或者等于3200纳米，光电转换元件392在第一方向F1上的长度可以为1200纳米、1.4微米、1.6微米、1.8微米、2微米、2.2微米、2.4微米、2.6微米、2.8微米、3微米、3.1微米、3200纳米等等。如此一来，光电转换元件392的尺寸在这个范围内时，可以更好的与上述中的第一分光结构3931和第二分光结构3932相对应，以提高分光结构393与光电转换元件392之间的适配性。

请参阅图25，图25为本申请又一些实施例提供的图像传感器39的结构示意图；在一些实施例中，图像传感器39还包括多个滤光部391，滤光部391位于分光结构393与光电转换元件392之间，滤光部391的数量、分光结构393的数量和光电转换元件392的数量相同，且滤光部391、分光结构393和光电转换元件392相互之间一一对应，这里“一一对应”是指，滤光部391与分光结构393一一对应，且滤光部391还与光电转换元件392一一对应。滤光部391包括第一滤光单元391a、第二滤光单元391b、第三滤光单元391c和第四滤光单元。

具体的，第一滤光单元391a用于过滤第一颜色光束中的杂光，第二滤光单元391b用于过滤第一部分光束中的杂光，第三滤光单元391c用于过滤第二部分光束中的杂光，第四滤光单元用于过滤第三颜色光束中的杂光。图像传感器39通过设置滤光部391，能够进一步提高图像传感器39的色彩还原度和动态范围。由于滤光部391可以根据不同颜色的光选择合适的滤色片，从而过滤掉不属于该颜色范围的光波段，使得每个光电转换元件392只接收和转化一种纯净的颜色光，从而实现对入射光的全光谱采样和分析。

值得注意的是，本实施例中所示图像传感器39中的滤光部391与现有技术的图像传感器39中的滤光部391的区别在于，本实施例的图像传感器39中的滤光部391的设置位置，与现有技术的图像传感器39的滤光部391的设置位置不同。展开来讲，本实施例中的滤光部391设置于分光结构393的出光侧，而不是如现有技术中在光束入射于图像传感器39的位置设置滤光部391。这样一来，本实施例中的滤光部391仅将光束中的少部分光线过滤掉，而不会将光束中的大部分光线过滤掉。具体的，滤光部391设置于分光结构393的出光侧，光束经过分光结构393分成多个颜色不同的子光束，滤光部391的作用是将每种颜色光束中的杂光过掉，所以仅过滤了少部分光线。比如，由第一分光结构3931分成的第一颜色光束经过第一滤光单元391a后入射至第一光电转换单元392a上，第一滤光单元391a将第一颜色光束中的杂光进行过滤，例如，紫外线或红外线等不可见光。光束经过滤光部391的过滤后颜色纯度更高，从而提高了图像质量和灵敏度，提高了信噪比和色彩还原度。

滤光部391可以根据不同颜色的光选择合适的滤色片，从而过滤掉不需要的光波段，使得每个光电转换元件392只接收和转化一种清晰的颜色光，从而实现对入射光的最优分光和投射。

请继续参阅图25，为了汇聚入射光至第一分光结构3931，图像传感器39还包括设置在第一分光结构3931的入光侧的多个聚光部394，聚光部394可以为微透镜，微透镜用于将光线汇聚后传输至第一分光结构3931，使得第一分光结构3931接收到更多的光量，从而增加光电转换元件392对光线的接收，提高了图像传感器39的灵敏度和信噪比。

并且，聚光部394能够减小入射光的发散角度，从而提高了图像传感器39的分辨率和清晰度。聚光部394可以将入射光的发散角度缩小到第一分光结构3931的偏折角度范围内，使得第一分光结构3931能够更精确地对入射光进行分光和投射，从而减少了图像的模糊和失真。

需要说明的是，也可通过设置聚光部394，调节入射光的方向和位置，从而提高了图像传感器39的适应性和灵活性。由于聚光部394可以根据不同的入射光源和环境条件，改变其形状和位置，使得分光结构393能够始终接收到足够且合适的入射光，从而适应不同的成像需求。

在一些实施例中，微透镜可以呈球状，微透镜的数量与第一分光结构3931的数量相同，且一一对应，多个微透镜形成微透镜矩形阵列。也就是说，每个微透镜将光线汇聚后照射至与其相对应的第一分光结构3931上。

在另一些实施例中，微透镜呈柱状，微透镜的截面可以为圆形、椭圆形、方形等等，本实施例以微透镜呈圆柱状为例进行说明，圆柱状的微透镜与球状微透镜的区别在于，请参阅图26，图26为本申请一些实施例提供的球状微透镜的光场分布图。经过球状微透镜汇聚的光线呈点状，请参阅图27，图27为本申请一些实施例提供的圆柱状微透镜的光场分布图；经过圆柱状微透镜汇聚的光线呈线状，这样一来，经过圆柱状微透镜的光线汇聚呈线状光束，被线状光束覆盖的第一分光结构3931可以共用一个微透镜，这样一来，微透镜的数量少于第一分光结构3931的数量，微透镜的结构简单，便于装配。

需要说明的是，聚光部394还可以为镜面反射式聚光部394：这种聚光部394利用镜面反射的原理，将入射光反射到第一分光结构3931。这种聚光部394可以采用平面镜、曲面镜、棱镜等不同的形状和材料，实现不同的反射角度和方向。也可以为折射式聚光部394：这种聚光部394利用折射的原理，将入射光折射到分光结构393。这种聚光部394可以采用透镜、棱柱、波导等不同的形状和材料，实现不同的折射角度和方向。还可以为衍射式聚光部394：这种聚光部394利用衍射的原理，将入射光衍射到分光结构393。这种聚光部394可以采用衍射光栅、菲涅尔透镜、全息图等不同的形状和材料，实现不同的衍射角度和方向。

在上述任一实施例的基础上，图像传感器39还包括支撑部，支撑部用于支撑第一分光结构3931、第二分光结构3932，由于图像传感器39的体积较小，并且第一分光结构3931与第二分光结构3932的体积也较小，所以支撑部可以为矩形透明块，第一分光结构3931与第二分光结构3932设置于矩形透明块的内部。

材料可以为二氧化硅、三氧化二铝等等，这两种材料都具有较高的透光率和较低的吸收系数，可以有效地减少光的损耗，提高光电转化效率。需要指出的是，二氧化硅和三氧化二铝也具有较好的热稳定性和耐腐蚀性，可以增强支撑部的耐久性和可靠性。二氧化硅和三氧化二铝还具有较低的折射率，可以减少光在支撑部之间的反射，提高光的透射率。

值得注意的是，支撑部的折射率大于第一分光结构3931的折射率，且支撑部的折射率也大于第二分光结构3932的折射率。光束由外部进入图像传感器39后，首先进入第一分光结构3931，然后进入第二分光结构3932，由第二分光结构3932照射出来后照射至光电转换元件392上，支撑部的折射率大于第一分光结构3931与第二分光结构3932，在光束的传播路径中，便于光束集中照射至第一分光结构3931与第二分光结构3932中，避免光束在支撑部内发生光线的折射，以提高光线的利用率。

请返回参阅图5，摄像头模组30还可以包括上盖37，上盖37固定于底座311上，上盖37与底座311可以通过胶粘、卡接、螺纹连接等方式连接。上盖37将底座311的部分、载体321、光学镜头34的部分以及驱动马达35罩设于其内，以对这些部件进行防水、防尘保护。

摄像头模组30还可以包括驱动马达35用于驱动载体321相对于底座311沿光轴方向移动，即图5中的Z轴方向，以实现摄像头模组30的自动对焦。

除了消费电子产品外，在车载领域，夜间成像画面清晰明亮也尤为重要，如果由于光照不足，车载摄像头传递实时画面较暗，会非常影响驾驶员和辅助驾驶系统对于周围环境的判断，因此上述图像传感器39的另一个典型应用场景是车载摄像头。

上述内容中图像传感器39的应用场景为具有摄像头模组的电子产品，在其它一些应用场景中，对于显示装置而言，背光源提供的白光中的光子，也有2/3被滤光部吸收了，只有1/3能被观看者接收到，这样就会导致光子的利用率比较低。因此，在其他一些实施例中，图像传感器39也可以应用于显示装置中，下面以图像传感器39应用于显示装置中为例进行说明。

本申请实施例还提供一种显示装置40，也可以称为液晶显示装置（liquidcrystal display，LCD），该显示装置40例如可以为液晶电视、数码相框、手机、平板电脑等具有任何显示功能的产品或者部件。

请参阅图28，图28为本申请的一些实施例提供的一种显示装置的结构示意图，该显示装置40包括液晶显示面板401、背光源402和分光结构。

上述液晶显示面板401的主要结构包括阵列基板4011、对盒基板4012以及设置在阵列基板4011和对盒基板4012之间的液晶层4013。可以理解的是，液晶显示面板401包括多个亚像素，请参阅图29，图29为本申请的一些实施例提供的一种显示面板包括多个第一颜色亚像素、第二颜色亚像素和第三颜色亚像素的结构示意图；多个亚像素包括多个第一颜色亚像素401a、多个第二颜色亚像素401b和多个第三颜色亚像素401c。

在一些示例中，第一颜色亚像素401a、第二颜色亚像素401b和第三颜色亚像素401c分别为红色亚像素R、绿色亚像素G和蓝色亚像素B。

此处，对于液晶显示面板401中多个第一颜色亚像素401a、多个第二颜色亚像素401b和多个第三颜色亚像素401c的排列方式不进行限定。在一些示例中，如图26所示，第一颜色亚像素401a、两个第二颜色亚像素401b和第三颜色亚像素401c组成Bayer排列，Bayer排列如上述内容所述，此处不再赘述。图26以第一颜色亚像素401a为红色亚像素R，第二颜色亚像素401b为绿色亚像素G，第三颜色亚像素401c为蓝色亚像素B为例进行示意。

上述液晶显示面板401中的阵列基板4011包括衬底以及设置在衬底上，且位于每个亚像素的薄膜晶体管和像素电极，薄膜晶体管包括有源层、源极、漏极、栅极及栅绝缘层，源极和漏极分别与有源层接触，像素电极与薄膜晶体管的漏极电连接。在一些示例中，阵列基板4011还包括公共电极。在另一些示例中，对盒基板4012包括公共电极。请继续参考图28，上述背光源402设置在液晶显示面板401的入光侧，用于为液晶显示面板401提供光源。

此处，背光源402可以包括多个常规LED（发光二极管，light emitting diode，），或者多个mini-LED。上述分光结构设置在液晶显示面板401和背光源402之间，分光结构用于将从背光源402发出的白光分成第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光，且将第一颜色光传输至第一颜色亚像素，将第二颜色光传输至第二颜色亚像素，将第三颜色光传输至第三颜色亚像素。

此外，分光结构的具体结构可以参考上述实施例，此处不再赘述。

本申请实施例提供的显示装置40除包括液晶显示面板401和背光源402外，还包括设置在液晶显示面板401和背光源402之间的分光结构，由于分光结构可以将从背光源402发出的白光分成第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光，且将第一颜色光传输至第一颜色亚像素，将第二颜色光传输至第二颜色亚像素，将第三颜色光传输至第三颜色亚像素，因而可以使得从液晶显示面板401的第一颜色亚像素透过第一颜色光，第二颜色亚像素透过第二颜色光，第三颜色亚像素透过第三颜色光。在此基础上，相对于现有的显示装置，通过在液晶显示面板401上设置滤光部391，通过滤光部391吸收白光中两种颜色的光，透过另一种颜色的光，以确保从液晶显示面板401的第一颜色亚像素透过第一颜色光，第二颜色亚像素透过第二颜色光，第三颜色亚像素透过第三颜色光，由于本申请实施例利用分光结构进行分光，且分光结构不对光进行吸收，因而有利于提高背光源402提供的光子的利用率。

需要说明的是，在一些示例中，上述液晶显示面板401不包括滤光部391。在另一些示例中，考虑到分光结构将从背光源402发出的白光分成第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光分别传输至液晶显示面板401的第一颜色亚像素、第二颜色亚像素和第三颜色亚像素时，从液晶显示面板401的第一颜色亚像素、第二颜色亚像素和第三颜色亚像素透过的光可能不是单一颜色的光，这样会影响显示效果，基于此，请参阅图30，图30为本申请的另一实施例提供的一种显示装置40的结构示意图，液晶显示面板401包括滤光部391；滤光部391包括多个与第一颜色亚像素对应的第一彩色滤光单元4031、多个与第二颜色亚像素对应的第二彩色滤光单元4032以及多个与第三颜色亚像素对应的第三彩色滤光单元4033，多个第一彩色滤光单元4031中的至少任意一个第一彩色滤光单元4031仅允许第一颜色光透过，多个第二彩色滤光单元4032中的至少任意一个第二彩色滤光单元4032仅允许第二颜色光透过，多个第三彩色滤光单元4033中的至少任意一个第三彩色滤光单元4033仅允许第三颜色光透过。

应当理解到，在液晶显示面板401中设置滤光部391，这样可以确保从液晶显示面板401的第一颜色亚像素、第二颜色亚像素和第三颜色亚像素透过的光都是单一颜色的光，不会出现串色，从而有利于提高显示装置的显示效果。

可以理解的是，滤光部391中多个第一彩色滤光单元4031、多个第二彩色滤光单元4032和多个第三彩色滤光单元4033的排布方式与液晶显示面板401中多个第一颜色亚像素401a、多个第二颜色亚像素401b和多个第三颜色亚像素401c的排布方式相同，此处不再赘述。

此处，对于滤光部391在液晶显示面板401中的设置位置不进行限定，可以是对盒基板4012包括滤光部391，在此情况下，对盒基板4012也可以称为彩膜基板，也可以是阵列基板4011包括滤光部391。图28以对盒基板4012包括滤光部391为例进行示意。

在此基础上，显示装置40还包括设置在液晶显示面板401两侧的上偏光片403和下偏光片404。

在本说明书的描述中，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。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (20)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

分光结构，所述分光结构包括：

第一分光结构，将经过的光束进行分光形成沿第一方向依次排列的第一颜色光束、第二颜色光束和第三颜色光束；

第二分光结构，所述第二分光结构位于所述第一分光结构的出射所述第二颜色光束的一侧，且所述第二颜色光束经过所述第二分光结构形成沿第二方向排列的第一部分光束和第二部分光束，所述第二方向与所述第一方向垂直，所述第一部分光束、所述第二部分光束与所述第二颜色光束的颜色相同，所述第一颜色光束的光轴与所述第三颜色光束的光轴所限定的平面为参考面，所述第一部分光束与所述第二部分光束分别位于所述参考面的两侧；

光电转换元件，位于所述分光结构的出光侧，所述光电转换元件用于接收所述分光结构出射的光束且将接收的光束转换成电信号。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第二分光结构包括第一导光部，所述第一导光部具有朝向所述第一分光结构的第一进光端，所述第一进光端的端面与所述第一分光结构的用于出射所述第二颜色光束的表面相对；

所述第二分光结构还包括第二导光部和第三导光部，所述第一导光部还具有第一出光端，所述第二导光部、所述第三导光部与所述第一出光端相接；

所述第二导光部具有第二出光端，所述第三导光部具有第三出光端，所述第二出光端、所述第三出光端的排列方向为第二方向。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第一导光部、所述第二导光部、所述第三导光部形成Y型结构。

4.根据权利要求1-3任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述第一分光结构包括多个分光部，多个所述分光部沿所述第二方向间隔排列；

所述分光部包括第一分光部和第二分光部，所述第一分光部、所述第二分光部沿所述第一方向间隔排列。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换元件在第一方向上的宽度为W3，所述第一分光部在第一方向上的宽度为W1，W3与W1的比值大于或者等于6，且小于或者等于64；

所述第二分光部在第一方向上的宽度为W2，W3与W2的比值大于或者等于3.4，且小于或者等于32。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述第一分光部在第一方向上的宽度大于或者等于50纳米，且小于或者等于200纳米；

所述第二分光部在第一方向上的宽度大于或者等于100纳米，且小于或者等于350纳米。

7.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一分光部的高度与所述第二分光部的高度相等。

8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换元件在第一方向上的宽度为W3，所述第一分光部的高度为L1，W3与L1的比值大于或者等于0.6，且小于或者等于6.4。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述第一分光部的高度、所述第二分光部的高度大于或者等于500纳米，且小于或者等于2000纳米。

10.根据权利要求1-3任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述第一分光结构的折射率、所述第二分光结构的折射率大于或者等于2，且小于或者等于4。

11.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述第一分光部的材质、所述第二分光部的材质为氮化硅、二氧化钛或者氮化镓。

12.根据权利要求1-3任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换元件包括第一光电转换单元、第二光电转换单元、第三光电转换单元和第四光电转换单元，所述第一光电转换单元、所述第四光电转换单元沿所述第一方向排列，所述第二光电转换单元、所述第三光电转换单元沿所述第二方向排列，且所述第二光电转换单元、所述第三光电转换单元分别位于所述参考面的两侧；

所述第一光电转换单元位于所述第一分光结构的出射所述第一颜色光束的一侧，所述第二光电转换单元位于所述第二分光结构的出射所述第一部分光束的一侧，所述第三光电转换单元位于所述第二分光结构的出射所述第二部分光束的一侧，所述第四光电转换单元位于所述第一分光结构的出射所述第三颜色光束的一侧。

13.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换元件在第一方向上的宽度大于或等于1200纳米，且小于或者等于3200纳米。

14.根据权利要求1-3任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括滤光部，所述滤光部位于所述分光结构与所述光电转换元件之间。

15.根据权利要求1-3任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括聚光部，所述聚光部位于所述第一分光结构的入光侧。

16.根据权利要求15所述的图像传感器，其特征在于，所述聚光部为微透镜，所述微透镜呈圆柱状。

17.根据权利要求1-3任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述第一颜色光束为蓝光，所述第二颜色光束为绿光，所属第三颜色光束为红光。

18.一种摄像头模组，其特征在于，包括：

光学镜头，所述光学镜头包括沿光轴方向相背对设置的入光面和出光面；

图像传感器，所述图像传感器为如权利要求1-17任一项所述的图像传感器，所述图像传感器位于所述出光面所朝向的一侧，所述图像传感器接收所述光学镜头汇聚的光线，且将收到的光学图像转换成数字信号；

图像处理器，所述图像处理器用于对所述数字信号进行处理，并输出被拍摄物体的图像。

19.一种电子设备，其特征在于，包括：

背壳；

摄像头模组，所述摄像头模组为根据权利要求18所述的摄像头模组，所述摄像头模组设置在所述背壳内。

20.一种显示装置，其特征在于，包括：

背光源，用于为所述液晶显示面板提供光源；

分光结构，所述分光结构包括：

第一分光结构，将经过的背光源进行分光形成沿第一方向依次排列的第一颜色光束、第二颜色光束和第三颜色光束；

第二分光结构，所述第二分光结构位于所述第一分光结构的出射所述第二颜色光束的一侧，且所述第二颜色光束经过所述第二分光结构形成沿第二方向排列的第一部分光束和第二部分光束，所述第二方向与所述第一方向垂直，所述第一部分光束、所述第二部分光束与所述第二颜色光束的颜色相同，所述第一颜色光束的光轴与所述第三颜色光束的光轴所限定的平面为参考面，所述第一部分光束与所述第二部分光束分别位于所述参考面的两侧；

液晶显示面板，所述液晶显示面板包括第一颜色亚像素、第二颜色亚像素、第三颜色亚像素和第四颜色亚像素，所述第一颜色亚像素用于接收所述第一颜色光束，所述第二颜色亚像素用于接收所述第二颜色光束，所述第三颜色亚像素用于接收所述第三颜色光束，所述第四颜色亚像素用于接收所述第四颜色光束。