图像传感器、摄像模组和电子设备的制作方法

1.本技术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：

2.高动态范围(high-dynamic range，hdr)是高动态光照渲染，相比普通的图像，hdr可以提供更多的动态范围和图像细节，和人眼看到的图像比较接近。
3.多帧降噪是指手机在拍摄夜景或者暗光环境的情况下，会进行多帧图像的噪点数量和位置的计算和筛选，将有噪点的图像利用没有噪点的图像对应进行替换，经过反复加权和替换，就得到一张很干净的图像，其实最终成像的照片是由多帧图像合成的。
4.相关技术中，用户在拍照过程中，hdr模式或者多帧降噪时由于抓取的帧曝光差异太大，使得多帧对齐不容易做好，容易导致图像失真问题。


技术实现要素：

5.本技术旨在提供一种图像传感器、摄像模组和电子设备，能够避免图像失真，以获得高质量的图像。
6.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
7.第一方面，本技术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像素组，每一个所述像素组的形状为六边形，每一个所述像素组包括至少两种颜色的像素单元，同一像素组中相同颜色的像素单元相邻设置。
8.第二方面，本技术实施例提出了一种摄像模组，其包括以上第一方面所述的图像传感器
9.第三方面，本技术实施例提出了一种电子设备，其包括以上第二方面所述的摄像模组。
10.在本技术的实施例中，图像传感器包括像素阵列，该像素阵列包括多个像素组，每一个像素组的形状为六边形，且每一个像素组包括至少两种颜色的像素单元，同一像素组中相同颜色的像素单元相邻设置，本技术实施例可以对同一像素组中相同颜色的像素单元进行一次曝光，便可得到曝光量相同或不同的至少两帧图像，实现hdr合成和多帧降噪的功能，相对于多次曝光的方式可以有效地避免图像错位，运动物体ghost等现象，同时可以提升图像传感器的分辨率和感光能力，以获得高质量的图像。
附图说明
11.本公开的上述和/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：
12.图1a为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图一；
13.图1b为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图二；
14.图2为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图三；
15.图3为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图四；
16.图4为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图五；
17.图5为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图六；
18.图6为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图七；
19.图7为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图八；
20.图8为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图九；
21.图9为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图十；
22.图10为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图十一；
23.图11为本公开实施例提供的一种摄像模组的结构示意图。
具体实施方式
24.下面将详细描述本技术的实施例，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，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
25.本技术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。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。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“行向”、“列向”、“上”、“下”、“外周”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技术和简化描述，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技术的限制。
27.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。
28.本技术实施例涉及一种图像传感器，该图像传感器作为摄像模组的组成部分，用于感应光信号，并将光信号转换为电信号输出，以形成图像数据。
29.图像传感器(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。
30.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。
31.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。
32.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。
33.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。
34.下面结合图1a至图10描述根据本公开实施例的图像传感器的结构。
35.如图1a所示，根据本公开一些实施例的图像传感器10包括像素阵列11，该像素阵列11包括多个像素组111，每一个像素组111的形状为六边形，每一个像素组111包括至少两种颜色的像素单元1111，每一个像素组111中相同颜色的像素单元1111相邻设置。
36.在一个实施例中，每一个像素组111的形状均为正六边形，每一个像素单元的形状均为正三角形，例如，如图2所示，像素阵列11中依次包括像素组111a、像素组111b、像素组111c等等，其中，像素组111a、像素组111b、像素组111c等均呈正六边形，且像素组111a、像素组111b、像素组111c等均由六个像素单元组成，每个像素单元的形状均为正三角形，从而使得像素阵列11排列整齐。
37.在一个实施例中，像素单元中包括以下至少两种：红色像素单元(red，r)、绿色像素单元(green，g)、蓝色像素单元(blue，b)、青色像素单元(cyan，c)、品红色像素单元(magenta，m)、黄色像素单元(yellow，y)。
38.以上红色像素单元r用于捕捉红色频段信号，即仅保留红色光线。以上绿色像素单元g用于捕捉绿色频段信号，即仅保留绿色光线。以上蓝色像素单元b用于捕捉蓝色频段信号，即仅保留蓝色光线。
39.以上青色像素单元c用于捕捉青色频段信号，即仅保留青色光线。以上品红色像素单元m用于捕捉品红色频段信号，即仅保品红色光线。以上黄色像素单元y用于捕捉黄色频段信号，即仅保留黄色光线。其中，青色、品红色、黄色为红色、绿色、蓝色的互补色。
40.根据本实施例，由于像素组中包括红色像素单元、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、黄色像素单元中的至少两种，从而能够提供更加丰富的颜色信息以实现更加准确的色彩还原效果。
41.在一个实施例中，如图1b所示，图像传感器10还包括多个信号控制电路12，像素组111中颜色相同的像素单元1111对应设置一个信号控制电路12。
42.如图3所示，信号控制电路12包括浮置开关(tx1、tx2)1211，每一个像素单元1111的感光二极管(pd1、pd2)1111-1对应串联设置一个浮置开关1211。信号控制电路12还包括：第一电容(fd1)1212、复位开关(rst)1213、源跟随器(sf)1214、选择开关(set)1215。第一电容1212连接在信号端vs和接地端vdd之间，复位开关1213连接在电源端vdd与信号端vs之间，源跟随器1214的栅极与信号端vs连接，源跟随器1214的漏极与电源端vdd连接，选择开
关1215连接在源跟随器1214的源极与图像传感器10的输出端vout之间。
43.该实施例中，读取数据时，先打开tx1，可以通过fd1读取其中一个感光二极管pd1的数据，在完成对该感光二极管pd1的读取后，控制复位开关1213导通，便可复位该感光二极管pd1，并再一次控制复位开关1213截止的情况下，便可读取另一感光二极管pd2，直至完成对像素组111中颜色相同的像素单元1111对应的所有感光二极管的读取操作。
44.该实施例中，源跟随器1214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1215可以在扫描图像传感器10时，选取每次扫描的像素阵列，该选择开关1215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。
45.下面结合图2至图10，说明该图像传感器的基本结构和曝光过程。
46.在一个实施例中，如图2所示，像素组111包括两个红色像素单元r、两个绿色像素单元g和两个蓝色像素单元b。其中，两个红色像素单元r相邻设置，两个绿色像素单元g相邻设置，以及两个蓝色像素单元b相邻设置。
47.本实施例中，图像传感器10包括多个信号控制电路12，每一个像素组111中两个红色像素单元r对应设置一个信号控制电路12，两个绿色像素单元g对应设置一个信号控制电路12，以及两个蓝色像素单元g对应设置一个信号控制电路12。
48.如图2和图3所示，以相邻两个红色像素单元r对应的一个信号控制电路12为例。该信号控制电路12包括两个浮置开关tx1和tx2，浮置开关tx1与红色像素单元1111a的感光二极管pd1串联连接，浮置开关tx2与红色像素单元1111b的感光二极管pd2串联连接。
49.具体地，该相邻两个红色像素单元r经过一次曝光获得所感应颜色的光能，并将光能转换为电能存储在各自的感光二极管中，并且可以分别控制信号控制电路12中与感光二极管串联设置的浮置开关导通，使得对应感光二极管将电能释放至第一电容进行存储，以供读取。
50.例如，如图3所示，以读取以上感光二极管pd1和感光二极管pd2转换得到的电信号为例，在读取感光二极管pd1时，控制与该感光二极管pd1串联的浮置开关tx1导通，并保持与感光二极管pd2串联的浮置开关tx2处于截止状态，此时，转换红色光能获得的电能便可以转移至第一电容fd1，以供读取。在完成对感光二极管pd1的读取之后，导通rst以清空第一电容fd1，并控制与感光二极管pd2串联的浮置开关tx2导通，且保持与感光二极管pd1串联的浮置开关tx1处于截止状态，此时，转换红色光能获得的电能便可以转移至第一电容fd1。经过以上过程，便可分别完成对于相邻两个红色像素单元r分别对应的感光二极管pd1和感光二极管pd2的读取，这样，通过分别读取图像传感器10的所有像素单元，便可获得曝光量相同的两帧图像，即，该图像传感器10能够做到经过一次曝光，输出相同曝光值的两帧图像，而通过对获得的两帧图像进行合成、多帧降噪等，便可以获得高质量的图像。
51.又例如，如图3所示，以读取以上感光二极管pd1和感光二极管pd2转换得到的电信号为例，在读取感光二极管pd1时，控制与该感光二极管pd1串联的浮置开关tx1导通，并保持与感光二极管pd2串联的浮置开关tx2处于截止状态，此时，转换红色光能获得的电能便可以转移至第一电容fd1，以供读取。在完成对感光元件pd1的读取之后，控制与感光二极管pd2串联的浮置开关tx2导通，且保持与感光二极管pd1串联的浮置开关tx1处于截止状态，此时，转换红色光能获得的电能便可以转移至第一电容fd1。经过以上过程，便可分时完成对于相邻两个红色像素单元r分别对应的感光二极管pd1和感光二极管pd2的读取，这样，可
以得到1倍的感光信号值和2倍的感光信号值，即，该图像传感器能够做到经过一次曝光，输出曝光值不同的两帧图像，而通过对获得的多帧图像进行合成，便可以获得高质量的图像。
52.再例如，如图3所示，以读取以上感光二极管pd1和感光二极管pd2转换得到的电信号为例，在同时读取感光二极管pd1和感光二极管pd2时，控制与该感光二极管pd1串联的浮置开关tx1导通，以及控制与该感光二极管pd2串联的浮置开关tx2导通，此时，转换红色光能获得的电能便可以转移至第一电容fd1，以供读取。经过以上过程，便可同时完成对于相邻两个红色像素单元r分别对应的感光二极管pd1和感光二极管pd2的读取，这样，可以得到2倍的感光信号值，即，该图像传感器能够做到经过一次曝光，输出2倍的感光信号值，通过对该2倍的感光信号值进行平均值计算以达到多帧降噪的效果，进而可以获得高质量的图像。
53.在一个实施例中，如图4所示，像素组111包括至少两个红色像素单元r和至少一个绿色像素单元g。或者，像素组111包括至少两个蓝色像素单元b和至少一个绿色像素单元g。
54.在一个例子中，如图4所示，像素组111a包括三个红色像素单元r和三个绿色像素单元g，其中，三个红色像素单元r相邻设置，三个绿色像素单元g相邻设置。像素组111b包括三个绿色像素单元g和三个蓝色像素单元b，其中，三个绿色像素单元g相邻设置，三个蓝色像素单元b相邻设置。
55.本实施例中，图像传感器10包括多个信号控制电路12，每一个像素组111a中三个红色像素单元r对应设置一个信号控制电路12，三个绿色像素单元g对应设置一个信号控制电路12。或者，每一个像素组111b中三个蓝色像素单元b对应设置一个信号控制电路12，三个绿色像素单元g对应设置一个信号控制电路12。
56.如图5所示，以相邻三个红色像素单元r对应的一个信号控制电路12为例，该信号控制电路12包括三个浮置开关tx1、tx2、tx3，浮置开关tx1与红色像素单元1111a的感光二极管pd1串联连接，浮置开关tx2与红色像素单元1111b的感光二极管pd2串联连接，浮置开关tx3与红色像素单元1111c的感光二极管pd3串联连接。该信号控制电路的数据读取过程与两个感光二极管对应设置一个信号控制电路的数据读取过程类似，在此就不一一进行赘述。
57.在一个例子中，如图6所示，像素组111a包括四个红色像素单元r和两个绿色像素单元g，其中，四个红色像素单元r相邻设置，二个绿色像素单元g相邻设置。像素组111b包括四个蓝色像素单元b和两个绿色像素单元g，其中，四个蓝色像素单元b相邻设置，两个绿色像素单元g相邻设置。
58.本实施例中，图像传感器10包括多个信号控制电路12，每一个像素组111a中四个红色像素单元r对应设置一个信号控制电路12，两个绿色像素单元g对应设置一个信号控制电路12。每一个像素组111b中四个蓝色像素单元b对应设置一个信号控制电路12，两个绿色像素单元g对应设置一个信号控制电路12。
59.如图7所示，以相邻四个红色像素单元r对应的一个信号控制电路12为例，该信号控制电路12包括四个浮置开关tx1、tx2、tx3、tx4，浮置开关tx1与红色像素单元1111a的感光二极管pd1串联连接，浮置开关tx2与红色像素单元1111b的感光二极管pd2串联连接，浮置开关tx3与红色像素单元1111c的感光二极管pd3串联连接，浮置开关tx4与红色像素单元1111d的感光二极管pd4串联连接。该信号控制电路的数据读取过程与两个感光二极管对应
设置一个信号控制电路的数据读取过程类似，在此就不一一进行赘述。
60.在一个例子中，如图8所示，像素组111a包括五个红色像素单元r和一个绿色像素单元g，其中，五个红色像素单元r相邻设置。或者，像素组111b包括五个蓝色像素单元b和一个绿色像素单元g，其中，五个蓝色像素单元b相邻设置。
61.本实施例中，图像传感器10包括多个信号控制电路12，每一个像素组111a中五个红色像素单元r对应设置一个信号控制电路12，一个绿色像素单元g对应设置一个信号控制电路。每一个像素组111b中五个蓝色像素单元b对应设置一个信号控制电路12，一个绿色像素单元g对应设置一个信号控制电路12。
62.如图9所示，以相邻五个红色像素单元r对应的一个信号控制电路12为例，该信号控制电路12包括五个浮置开关tx1、tx2、tx3、tx4、tx5，浮置开关tx1与红色像素单元1111a的感光二极管pd1串联连接，浮置开关tx2与红色像素单元1111b的感光二极管pd2串联连接，浮置开关tx3与红色像素单元1111c的感光二极管pd3串联连接，浮置开关tx4与红色像素单元1111d的感光二极管pd4串联连接，浮置开关tx5与红色像素单元1111e的感光二极管pd5串联连接。该信号控制电路的数据读取过程与两个感光二极管对应设置一个信号控制电路的数据读取过程类似，在此就不一一进行赘述。
63.在一个实施例中，像素组111包括第一像素单元和第二像素单元，第一像素单元包括红色像素单元r、绿色像素单元g、蓝色像素单元b中的至少一种，第二像素单元包括青色(cyan，c)像素单元、品红色(magenta，m)像素单元、黄色(yellow，y)像素单元中的至少一种，第一像素单元相邻设置，第二像素单元相邻设置。
64.如图10所示，像素组111包括第一像素单元和第二像素单元，该第一像素单元包括一个红色像素单元r、一个绿色像素单元g、一个蓝色像素单元b，并且，红色像素单元r、绿色像素单元g、蓝色像素单元b相邻设置。该第二像素单元包括一个青色像素单元c、一个品红色像素单元m、一个黄色像素单元y，并且，青色像素单元c、品红色像素单元m、黄色像素单元y相邻设置。
65.本实施例中，图像传感器10包括多个信号控制电路12，每一个像素组111中第一像素单元对应设置一个信号控制电路12，第二像素单元对应设置一个信号控制电路12。
66.如图5所示，以第一像素单元对应的一个信号控制电路12为例，该信号控制电路12包括三个浮置开关tx1、tx2、tx3，浮置开关tx1与红色像素单元r的感光二极管pd1串联连接，浮置开关tx2与绿色像素单元g的感光二极管pd2串联连接，浮置开关tx3与蓝色像素单元b的感光二极管pd3串联连接。
67.本实施例中，由于其包括红色像素单元、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，由于青色、品红色和黄色具有比红色、绿色和蓝色更高的光灵敏度，其与红色、绿色和蓝色互相掺杂可以提高图像传感器的色彩还原精确度，即能够提供更加丰富的颜色信息以实现更加准确的色彩还原效果。
68.根据本公开实施例，图像传感器包括像素阵列，该像素阵列包括多个像素组，每一个像素组的形状为六边形，且每一个像素组包括至少两种颜色的像素单元，同一像素组中相同颜色的像素单元相邻设置，本技术实施例可以对同一像素组中相同颜色的像素单元进行一次曝光，便可得到曝光量相同或不同的至少两帧图像，实现hdr合成和多帧降噪的功能，相对于多次曝光的方式可以有效地避免图像错位，运动物体ghost等现象，同时可以提
升图像传感器的分辨率和感光能力，以获得高质量的图像。
69.如图11所示，本公开实施例还提供了一种摄像模组1100，该摄像模组1100包括图像传感器1110，该图像传感器1110可以是以上任意实施例的图像传感器10。该摄像模组1100还包括镜头1120和电路板1130，该图像传感器1110与电路板1130电连接，该电路板1130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1110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控制电路进行信号处理，进而获得图像数据。该镜头1120设置在该图像传感器1110的远离电路板1130的一侧，即，图像传感器1110的入光面朝向镜头1120。
70.为了提升摄像模组1100的拍摄性能，该摄像模组1100还可以包括滤光片1140，该滤光片1140设置在图像传感器1110与镜头1120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。
71.在一些实施例中，该摄像模组1100还可以包括马达1150，该马达1150与镜头1120连接，用于驱动镜头1120移动。
72.该摄像模组1100可以通过控制马达1150驱动镜头1120移动，实现自动变焦。
73.在一些实施例中，该摄像模组1100还可以包括用于安装马达1150的底座1160，以方便进行马达1150的安装。
74.在一些实施例中，该摄像模组1100还可以包括设置在镜头1120上的保护膜1170，以保护镜头1120不受损坏。
75.对于该实施例的摄像模组1100，其包括图像传感器，图像传感器包括像素阵列，该像素阵列包括多个像素组，每一个像素组的形状为六边形，且每一个像素组包括至少两种颜色的像素单元，同一像素组中相同颜色的像素单元相邻设置，本技术实施例可以对同一像素组中相同颜色的像素单元进行一次曝光，便可得到曝光量相同或不同的至少两帧图像，实现hdr合成和多帧降噪的功能，相对于多次曝光的方式可以有效地避免图像错位，运动物体ghost等现象，同时可以提升图像传感器的分辨率和感光能力，以获得高质量的图像。
76.本公开实施例还提供了一种电子设备1200，该电子设备包括根据以上任意实施例的摄像模组1100。
77.例如，该电子设备1200包括壳体，该壳体具有透光部。该摄像模组1100可以设置在电子设备壳体中，且摄像模组1100的镜头1110朝向该透光部，以可以通过该透光部进行图像采集。
78.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。
79.对于该实施例的电子设备，其包括设置有图像传感器的摄像模组，图像传感器包括像素阵列，该像素阵列包括多个像素组，每一个像素组的形状为六边形，且每一个像素组包括至少两种颜色的像素单元，同一像素组中相同颜色的像素单元相邻设置，本技术实施例可以对同一像素组中相同颜色的像素单元进行一次曝光，便可得到曝光量相同或不同的至少两帧图像，实现hdr合成和多帧降噪的功能，相对于多次曝光的方式可以有效地避免图像错位，运动物体ghost等现象，同时可以提升图像传感器的分辨率和感光能力，以获得高
质量的图像。
80.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。
81.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。
82.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。