CN210839866U - 图像传感器芯片、摄像模组和终端设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种图像传感器芯片、摄像模组和终端设备，所述图像传感器芯片，包括透光阵列层、滤光阵列层、感光阵列层和金属线路层，其中，所述感光阵列层设于所述金属线路层，所述滤光阵列层设置在所述感光阵列层远离所述金属线路层的一侧，所述透光阵列层设置在所述滤光阵列层远离所述感光阵列层的一侧，其中，所述滤光阵列层包括滤光单元阵列，每个滤光单元包括1青2黄1紫或1红2白1蓝或1红1绿1白1蓝或1青1黄1绿1紫或1红1绿1黄1蓝等五种滤光结构中的任意一种。该图像传感器芯片可以增加采光率，提高成像分辨力。

Description

图像传感器芯片、摄像模组和终端设备

技术领域

本实用新型涉及电子设备技术领域，尤其是涉及一种图像传感器芯片，一种摄像模组以及一种终端设备。

背景技术

相关技术中，图像传感器芯片，如CMOS类型或CCD类型，通常采用拜耳阵列(RGGB)滤光结构，此滤光结构的原理为模拟人眼对色彩的敏感程度，采用1红2绿1蓝的排列方式将灰度信息转换成彩色信息。其中，为了得到更高质量的彩色相片，通常以增加像素数量的方法实现。

但是，拜耳阵列(RGGB)是一种采光效率较低的滤光结构，在拍摄具有重复细节的对象如纺织品的画面时，容易产生彩色干扰信息。另外，由于受限于设备尺寸，所以图像传感器芯片尺寸有限。而为了追求更高分辨率的相片，必须增加像素数量，会令像素之间的距离减小，进而提高相邻像素间的电磁干扰。同时，像素过小将导致采光结构如微透镜的采光率减小，而较低的采光率将会降低信噪比。

在光线较差环境中，为了提高相片的成像质量，提出一种RYYB(红Red、黄Yellow、蓝Blue)的滤光结构，此滤光结构采用1红(R)2黄(Y)1蓝(B)的排列方式将灰度信息转换成彩色信息，与拜耳阵列的滤光结构相比，RYYB的滤光结构中黄色为蓝色和红色的复合，可以增大光通量，使得采光率提升近40％。虽然可以通过RYYB滤光结构提升采光率，但是，由于RYYB的滤光结构中绿颜色的缺失，容易导致色彩失真。而且在高光环境下，RYYB滤光结构的成像质量也比拜耳阵列的滤光结构的分辨力低。

发明内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种图像传感器芯片，该图像传感器芯片可以增加采光率，提高成像分辨力。

本实用新型的目的之二在于提出一种摄像模组。

本实用新型的目的之三在于提出一种终端设备。

为了解决上述问题，本实用新型第一方面实施例的图像传感器芯片，包括透光阵列层、滤光阵列层、感光阵列层和金属线路层，其中，所述感光阵列层设于所述金属线路层，所述滤光阵列层设置在所述感光阵列层远离所述金属线路层的一侧，所述透光阵列层设置在所述滤光阵列层远离所述感光阵列层的一侧，其中，所述滤光阵列层包括滤光单元阵列，每个滤光单元包括以下五种结构中的任意一种：第一种滤光单元包括：一个青色滤光子单元、两个黄色滤光子单元和一个紫红色滤光子单元；第二种滤光单元包括：一个红色滤光子单元、两个白色滤光子单元和一个蓝色滤光子单元；第三种滤光单元包括：一个红色滤光子单元、一个绿色滤光子单元、一个白色滤光单元和一个蓝色滤光子单元；第四种滤光单元包括：一个青色滤光子单元、一个黄色滤光子单元、一个绿色滤光子单元和一个紫红色滤光子单元；第五种滤光单元包括：一个红色滤光子单元、一个绿色滤光子单元、一个黄色滤光子单元和一个蓝色滤光子单元。

根据本实用新型的图像传感器芯片，通过改变滤光阵列层的滤光结构，即本实用新型可以采用1青2黄1紫滤光单元或1红2白1蓝滤光单元或1红1绿1白1蓝滤光单元或1青1黄1绿1紫滤光单元或1红1绿1黄1蓝滤光单元，相较于传统的滤光结构，可以允许图像传感器芯片接收更多的光线，从而增加采光率，且避免出现色彩失真的问题，以及，本实用新型的图像传感器芯片通过将感光阵列层设于金属线路层，相较于金属线路层设于感光阵列层，可以避免金属线路层遮挡感光阵列层接收光线的问题，提高采光率，且使光线利用率增加30％，进而提高成像质量。

在一些实施例中，所述透光阵列层包括微透镜阵列，其中，所述微透镜阵列中的微透镜与所述滤光单元阵列中的滤光单元对应设置，以用于汇聚入射光线，完成光谱的透射。

在一些实施例中，所述感光阵列层包括像素单元阵列，所述像素单元阵列中的像素单元与所述滤光单元阵列中的滤光单元对应设置，用于将感应到的光信号转换为电信号。

在一些实施例中，所述像素单元的宽度与所述微透镜的直径相等。

在一些实施例中，所述像素单元阵列中相邻像素单元之间设置有隔磁件，用于减小相邻像素单元之间的电磁干扰。

在一些实施例中，所述隔磁件的宽度取值范围为所述像素单元宽度的10％-20％，即增大隔磁件尺寸，进一步地减小甚至消除电磁干扰。

本实用新型第二方面提出一种摄像模组，包括上述实施例所述的图像传感器芯片。

根据本实用新型的摄像模组，通过采用上述实施例提供的图像传感器芯片，可以提高采光率和成像分辨力。

本实用新型第三方面提出一种终端设备，包括壳体、电源和上述实施例所述的摄像模组，其中，所述摄像模组设置在所述壳体围成的空间，所述电源为摄像模组供电。

根据本实用新型的终端设备，通过采用上述实施例提供的摄像模组，可以提高成像质量。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/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是根据本实用新型一个实施例的图像传感器芯片的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的滤光单元阵列的颜色信息图；

图3(a)-(b)分别是RGB滤光阵列和CYM滤光阵列的透过率曲线图；

图4是根据本实用新型一个实施例的图像传感器芯片采用CYM滤光阵列的译码电路示意图；

图5是根据本实用新型一个实施例的图像传感器芯片处理信号的流程图；

图6是根据本实用新型一个实施例的摄像模组的结构框图；

图7是根据本实用新型一个实施例的终端设备的结构框图。

附图标记：

终端设备100；

图像传感器芯片10；摄像模组20；壳体30；电源40；

透光阵列层1；滤光阵列层2；感光阵列层3；金属线路层4；隔磁件5。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。

为了解决上述问题，下面参考附图描述根据本实用新型第一方面实施例提供的图像传感器芯片，该图像传感器芯片可以增加采光率，提高成像分辨力。

图1所示为本实用新型一个实施例提供的图像传感器芯片的结构示意图，如图1所示，图像传感器芯片10包括透光阵列层1、滤光阵列层2、感光阵列层3和金属线路层4。

其中，感光阵列层3设于金属线路层4；滤光阵列层2设置在感光阵列层3远离金属线路层4的一侧；透光阵列层1设置在滤光阵列层2远离感光阵列层3的一侧。

具体地，入射光照射到透光阵列层1，透光阵列层1用于将入射光线汇聚，汇聚后的光线入射至滤光阵列层2，滤光阵列层2用于过滤干扰光线，使成像所需波长的光线透过滤光阵列层2进入感光阵列层3，进而感光阵列层3根据软件控制将光信号转换为电信号，并传输至金属线路层4，进而通过数据处理可以生成图像。

其中，滤光阵列层2包括滤光单元阵列，每个滤光单元包括以下五种结构中的任意一种。

第一种滤光单元包括一个青色滤光子单元、两个黄色滤光子单元和一个紫红色滤光子单元，即滤光阵列层2可以采用反色滤光CYYM结构，以1青(Cyan)2黄(Yellow)1紫(Magenta)的排列方式将灰度信息转换成彩色信息。或者，第二种滤光单元包括一个红色滤光子单元、两个白色滤光子单元和一个蓝色滤光子单元，即滤光阵列层2可以采用RWWB滤光结构，以1红(Red)2白(White)1蓝(Blue)的排列方式将灰度信息转换成彩色信息。或者，第三种滤光单元包括一个红色滤光子单元、一个绿色滤光子单元、一个白色滤光单元和一个蓝色滤光子单元，即滤光阵列层2可以采用RGWB滤光结构，以1红(Red)1绿(Green)1白(White)1蓝(Blue)的排列方式将灰度信息转换成彩色信息。或者，第四种滤光单元包括一个青色滤光子单元、一个黄色滤光子单元、一个绿色滤光子单元和一个紫红色滤光子单元，即滤光阵列层2可以采用CYGM滤光结构，以1青(Cyan)1黄(Yellow)1绿(Green)1紫(Magenta)的排列方式将灰度信息转换成彩色信息。或者，第五种滤光单元包括一个红色滤光子单元、一个绿色滤光子单元、一个黄色滤光子单元和一个蓝色滤光子单元，即滤光阵列层2可以采用RGYB滤光结构，以1红(Red)1绿(Green)1黄(Yellow)1蓝(Blue)的排列方式将灰度信息转换成彩色信息。

下面以滤光阵列层2采用CYYM滤光结构为例，其中每个滤光单元包括一个青色滤光子单元、两个黄色滤光子单元和一个紫红色滤光子单元。具体地，如图2所示，为滤光阵列层2采用CYYM滤光结构的颜色信息图，其中，CYYM滤光结构的颜色合成为，紫红色＝红色+蓝色，黄色＝绿色+红色，青色＝蓝色+绿色，因此，相较于拜耳阵列(RGGB)1红2绿1蓝的排列方式模式，当光线透过滤光结构时，采用CYYM滤光结构的光线透过率是RGGB滤光结构的两倍，至少提升采光率100％。因此，在本实用新型的图像传感器芯片10中，可以设置滤光阵列层2将原有的RGGB滤光结构改为CYYM滤光结构，从而允许图像传感器芯片10接收更多的光线，增加采光率。此外，如图3所示，图3(a)为RGB滤光阵列层的透过率曲线，图3(b)为滤光阵列层2采用滤光结构的透过率曲线，通过对比可看出，在RGGB滤光结构中蓝色B波长约420nm-510nm、绿色G波长约510nm-570nm、红色R波长约570nm-700nm的范围内有较高的透过率，但是在蓝色B-绿色G、绿色G-红色R过渡交界处透过率则较低，而在CYYM滤光结构中，青色C、黄色Y、紫红色M的透过率比RGGB滤光结构的透过率较高，约提升100％，因此，采用反色滤光CYYM结构可以提高成像分辨力，使照片更加清晰。同样地，其它四种滤光结构，相较于拜尔阵列也可以提升透光率，进而可以提高成像质量。

因此，本实用新型通过改变传统的滤光结构，设置滤光阵列层2采用上述实施例提供的五种滤光结构中的一种，相较于采用拜耳阵列，可以增加光线的透过率，提高图像传感器芯片10的采光率，而无需再通过增加像素的方式提高成像质量，且在拍摄具有重复细节的对象如纺织品的画面时，可以减少彩色干扰信息的产生，提高信噪比，同时，相较于采用RYYB滤光结构，本实用新型通过改变滤光结构，也避免了因颜色缺失而导致的色彩失真，提高成像分辨力尤其在不需要增加采光的环境下。

其中，需要说明的是，本实用新型的图像传感器芯片10通过选择采用上述实施例提供的五种滤光结构，均可以提高采光率，避免色彩失真，提高成像分辨力，但是，对于图像传感器芯片10采用的滤光结构，根据实际需求，如在对某种色彩有特殊要求时，可以选择相符合的滤光结构，以突出色彩，满足图像的需求，例如，想使得图像突出红绿色，则可以采用第五种滤光结构，即采用红绿黄蓝滤光结构，可以使得成像的红绿色彩更加明艳，或者，想突出其它颜色，也可以采用其它滤光结构，对此不作具体限制。

此外，在实施例中，若将金属线路层4设于感光阵列层3，虽然会增大感光阵列层3的像素井深，利于波长较长光线的吸收。但是该设置方式会使金属线路层4遮挡感光阵列层3接收从透光阵列层1入射的光线，降低开口率，且由于感光阵列层3像素井较深，也容易产生光串扰问题，如光线经过蓝色透镜确后被红色透镜下的光电二极管吸收。对于光串扰问题，可通过增加遮光膜的方式解决，但是该方式会进一步降低开口率。因此，如图1所示，本实用新型将感光阵列层3设于金属线路层4，从而有效避免金属线路层4遮挡感光阵列层3接收从透光阵列层1入射的光线，相较于金属线路层4设于感光阵列层3，可以使光利用率增加30％，提高采光率，进而提高成像分辨力，同时，也减小了感光阵列层3的像素井深，避免光串扰问题。

根据本实用新型的图像传感器芯片10，通过改变滤光阵列层2的滤光结构，即本实用新型可以采用CYYM滤光结构或RWWB滤光结构或RGWB滤光结构或CYGM滤光结构或RGYB滤光结构，相较于传统的滤光结构如拜耳阵列或RYYB滤光结构，可以允许图像传感器芯片接收更多的光线，从而增加采光率，且避免出现色彩失真，提高成像分辨力，同时，本实用新型设置将感光阵列层3设于金属线路层4，相较于金属线路层设于感光阵列层，可以避免金属线路层4遮挡感光阵列层3接收从透光阵列层1入射的光线，进一步提高采光率，且使光线利用率增加30％，提高成像分辨力，同时可以减小感光阵列层3的像素井深，避免光串扰问题。

在实施例中，透光阵列层1包括微透镜阵列，用于汇聚入射光线，完成光谱的透射，其中，微透镜阵列中的微透镜与滤光单元阵列2中的滤光单元对应设置。同时，基于上述实施例提供的滤光结构的高采光特性，本实用新型可以根据实际情况适当地增大微透镜的尺寸，从而使微透镜汇集的光线更加集中。

在实施例中，感光阵列层3包括像素单元阵列，用于将感应到的光信号转换为电信号，像素单元阵列中的像素单元与滤光单元阵列中的滤光单元对应设置，其中，像素单元的宽度与微透镜的直径相等。进一步地，如图4所示，像素单元按行和列两个方向排列构成方阵，方阵中的每一个像素单元均有其所在行、列各方向的地址，并可分别由两个方向地址的译码电路进行选择，输出信号传送至金属线路层4进行模数转换，以变成数字信号输出。同时，基于上述实施例提供的滤光结构的高采光特性，本实用新型也可以根据实际情况适当地增大像素单元面积，从而可以进一步提高感光阵列层3如光电二极管的采光率，且可以增加输出电平，提升信噪比，减小暗电流的影响。举例说明，滤光阵列层2采用CYYM滤光结构，由于CYYM滤光结构的滤光效率为RGGB滤光结构的2倍，因此，像素单元的尺寸可以增大到原有尺寸的2倍，例如，若原像素单元尺寸采用1um，1.2um，1.4um等，则本实用新型像素单元尺寸可以提高到2倍，即为2um，2.4um，2.8um等，且不会增加相邻像素单元之间的电磁干扰，也就是可以达到同样的成像效果。

在实施例中，像素单元的宽度与微透镜的直径相等，如当像素单元尺寸为1um时，微透镜的直径也为1um。

在实施例中，如图1所示，像素单元阵列中相邻像素单元之间设置有隔磁件5，用于减小相邻像素单元之间的电磁干扰，其中，隔磁件5可以选用GW-MSC系列磁屏蔽材料、GW-SEM系列磁屏蔽材料等。

进一步地，由于图像传感器芯片10的尺寸有限，为提高成像质量，RGGB滤光结构中必然需要增加像素数量，也就是减小像素单元之间的间隔，从而会导致相邻像素单元间的电磁干扰，而在本实用新型中，基于上述实施例五种滤光结构的高采光特性，可以设置隔磁件5的宽度取值范围为像素单元宽度的10％-20％，无需减小像素质量。同时隔磁件5的宽度也取决于像素单元尺寸的大小，由于若像素单元之间的距离增大，则加电时产生的电磁干扰就越小，所以隔磁件5宽度也可以相应的增加，如可以为像素单元尺寸的五分之一，具体地可以根据实际情况尽可能地增大隔磁件5的宽度，以使像素单元之间的磁干扰达到最小。

下面根据图5对本实用新型的图像传感器芯片10的工作流程作进一步说明，以CYYM滤光结构为例，详细步骤如下。

步骤S1，透光阵列层1中的微透镜阵列收集聚集光线。

步骤S2，滤光阵列层2采用CYYM滤光结构，筛选CYM光线。

步骤S3，感光阵列层3中进行光电及A\D信号转化。

步骤S4，金属线路层4进行数字信号处理。

步骤S5，输出彩色照片。

也就是，微透镜阵列将光线汇集后，经CYYM滤光结构汇聚到感光阵列层，然后光电二极管将光信号转化为电信号，最终经过数字信号处理(DSP)后，输出彩色照片。

其中，由于感光阵列层3的面积越大，则相邻像素单元之间的距离就越大，且感光阵列层3的面积对应像素单元的微透镜也相应增大，使得微透镜聚集的光线就越多，进而像素单元如感光二极管受光后，产生的输出电平就越高，同时，若噪声大小不变，较大电平的输出，会增加信噪比，从而在对转换后的信息进行处理时，可以获得更高的正确率。因此，在暗电流不变的情况下，本实用新型通过采用具有高采光率的滤光结构，不仅可以增加采光率，且可以提高有效电平，间接减小暗电流的影响，增加图像传感器芯片10的信噪比，提高成像质量。

总而言之，根据本实用新型提供的五种滤光结构相较于RGGB滤光结构具有较高采光率的特征，本实用新型的图像传感器芯片10，改变原有的RGGB滤光结构，从而无需再减小像素单元之间的间隔，就可以增加图像传感器芯片10的采光率，提高图像传感器芯片10的成像分辨力，同时，基于滤光阵列层2采用高采光率的滤光结构特征，本实用新型可以根据实际情况适当地增大微透镜阵列的尺寸，以使光线更加集中，以及可以适当地增加像素单元的面积，以进一步提高感光阵列层3如光电二极管的采光率，以及也可以适当地增大像素单元之间的间隔，和隔磁件5之间的宽度，以降低像素单元之间的磁干扰，此外，本实用新型的滤光阵列层2，由于具有高采光的特征，因此在暗电流不变的情况下，不仅可以增加采光率，提高成像分辨力，而且也可以提高有效电平，即间接减小暗电流的影响，增加图像传感器芯片10的信噪比，且可以在光线较差的环境中获得高质量照片。

本实用新型第二方面提出一种摄像模组，如图6所示，摄像模组20包括上述实施例提供的图像传感器芯片10。

具体地，摄像模组20在进行工作时，拍摄景物的反射光线经镜头汇聚后，到达图像传感器芯片10，经过数字信号处理后，输出彩色照片。

根据本实用新型的摄像模组20，通过采用上述实施例提供的图像传感器芯片10，即滤光阵列层2采用高采光率的滤光结构，可以增加采光率，且基于滤光结构的高采光率，可以对图像传感器芯片10中的微透镜尺寸、像素单元面积和隔磁件5间隔适当地增大，从而进一步增大采光率，提高成像分辨力。

本实用新型第三方面提出一种终端设备，如图7所示，终端设备100包括壳体30、电源40和上述实施例提供的摄像模组20。

其中，摄像模组20设置在壳体30围成的空间内，电源40为摄像模组20供电。具体地，拍摄景物通过摄像模组20的镜头，将生成的光学图像投射到图像传感器芯片10上，然后光学图像被转换成电信号，电信号再经过模数转换变为数字信号，数字信号经过DSP(digital signal processor，微处理器)加工处理，再被送到终端设备100如手机的内部处理器中进行处理，最终可以在终端设备100看到转换后的图像。

根据本实用新型的终端设备100，通过采用上述实施例提供的摄像模组20，即图像传感器芯片10采用高采光率的滤光结构，可以增加采光率，提高成像质量。

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实用新型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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种图像传感器芯片，其特征在于，包括透光阵列层、滤光阵列层、感光阵列层和金属线路层，其中，所述感光阵列层设于所述金属线路层，所述滤光阵列层设置在所述感光阵列层远离所述金属线路层的一侧，所述透光阵列层设置在所述滤光阵列层远离所述感光阵列层的一侧，其中，所述滤光阵列层包括滤光单元阵列，每个滤光单元包括以下五种结构中的任意一种：

第一种滤光单元包括：一个青色滤光子单元、两个黄色滤光子单元和一个紫红色滤光子单元；

第二种滤光单元包括：一个红色滤光子单元、两个白色滤光子单元和一个蓝色滤光子单元；

第三种滤光单元包括：一个红色滤光子单元、一个绿色滤光子单元、一个白色滤光单元和一个蓝色滤光子单元；

第四种滤光单元包括：一个青色滤光子单元、一个黄色滤光子单元、一个绿色滤光子单元和一个紫红色滤光子单元；

第五种滤光单元包括：一个红色滤光子单元、一个绿色滤光子单元、一个黄色滤光子单元和一个蓝色滤光子单元。

2.根据权利要求1所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述透光阵列层包括微透镜阵列，其中，所述微透镜阵列中的微透镜与所述滤光单元阵列中的滤光单元对应设置。

3.根据权利要求2所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述感光阵列层包括像素单元阵列，所述像素单元阵列中的像素单元与所述滤光单元阵列中的滤光单元对应设置。

4.根据权利要求3所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述像素单元的宽度与所述微透镜的直径相等。

5.根据权利要求3所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述像素单元阵列中相邻像素单元之间设置有隔磁件。

6.根据权利要求5所述的图像传感器芯片，其特征在于，所述隔磁件的宽度取值范围为所述像素单元宽度的10％-20％。

7.一种摄像模组，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的图像传感器芯片。

8.一种终端设备，其特征在于，包括壳体、电源和权利要求7所述的摄像模组，其中，所述摄像模组设置在所述壳体围成的空间，所述电源为所述摄像模组供电。

Images