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.目前，移动终端产品的市场竞争越来越激烈，尤其是在智能手机的相机方面。其中，图像传感器是相机的核心，也是相机中最关键的部件。为了提高图像传感器的感光度(sensitivity)以达到较好的夜景细节与色彩效果，相关技术中，其例如采用包含较大的像素尺寸用来增加图像传感器本身的感光度，又例如采用较大的镜头光圈用来增加进光量，再例如采用双镜头来增强物体细节同时兼顾物体色彩，然而，以上技术均不能很好地还原夜景细节和色彩效果。


技术实现要素：

3.本技术旨在提供一种图像传感器、摄像模组和电子设备，能够很好地还原出夜景细节和色彩效果。
4.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
5.第一方面，本技术实施例提出了一种图像传感器，其包括：像素阵列，所述像素阵列包括多个像素组，每一个所述像素组包括12个像素单元，所述12个像素单元包括以下至少七种：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、红外像素单元、白色像素单元。
6.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中任一项所述的图像传感器。
7.第三方面，本技术实施例提出了一种电子设备，其包括摄像模组，所述摄像模组为根据以上第二方面所述的摄像模组。
8.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，每个像素组包括12个像素单元，且这12个像素单元包括以下至少七种：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、红外像素单元、白色像素单元，从而不仅可以捕捉红色波段、绿色波段、蓝色波段、青色波段、品红色波段和黄色波段，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。同时，利用可见光波段和红外光波段(宽光谱)可增加暗处或强化低光下的物体的边缘细节，从而增加了低光环境下的感光度，提供更佳的夜景体验。
附图说明
9.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：
10.图1为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图一；
11.图2为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图二；
12.图3为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图三；
13.图4为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图四；
14.图5为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图五；
15.图6为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图六；
16.图7为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图七；
17.图8为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图八；
18.图9为本公开实施例提供的图像传感器的结构示意图九；
19.图10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
20.下面将详细描述本公开的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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。
21.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。
22.在本公开的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。
23.在本公开的描述中，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公开中的具体含义。
24.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。
25.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。
26.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。
27.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。
28.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。
29.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。
30.下面结合图1至图8描述根据本公开实施例的图像传感器的结构。
31.如图1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，该像素阵列包括多个像素组11，每一个像素组11包括12个像素单元，12个像素单元包括以下至少七种：红色(red，r)像素单元、绿色(green，g)像素单元、蓝色(blue，b)像素单元、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、红外(infrared，ir)像素单元、白色(white，w)像素单元。
32.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。
33.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。
34.以上白色像素单元w用于捕捉可见光信号。以上红外像素单元ir用于采集感知红外光中的特定波段，该特定波段可以是830nm－940nm之间的波段。
35.根据本实施例，图像传感器包括像素阵列，该像素阵列包括多个像素组，每个像素组包括12个像素单元，且这12个像素单元包括以下至少七种：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、红外像素单元、白色像素单元，从而不仅可以捕捉红色波段、绿色波段、蓝色波段、青色波段、品红色波段和黄色波段，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。同时，通过可见光波段和红外光波段(宽光谱)可增加暗处或强化低光下的物体的边缘细节，从而增加了低光环境下的感光度，提高更佳的夜景体验。
36.在一个实施例中，如图1至图8所示，每一个像素组11中包括第一子像素组111和第二子像素组112，第一子像素组111和第二子像素组112的形状均为六边形，且第一子像素组111和第二子像素组112之间有一条共用边。
37.本实施例中，第一子像素组111和第二子像素组112的形状均为正六边形，每一个像素单元1111的形状均为正三角形。例如，如图1所示，像素阵列中包括像素组11a、像素组11b、像素组11c等等，其中，像素组11a包括第一子像素组111和第二子像素组112，像素组11b包括第一子像素组111和第二子像素组112，像素组11c包括第一子像素组111和第二子像素组112。并且，第一子像素组111和第二子像素组112均呈正六边形，且每个像素单元
1111的形状均为正三角形，从而可以使得像素阵列排列整齐。
38.在一个例子中，第一子像素组111包括红色像素单元r、绿色像素单元g、蓝色像素单元b和白色像素单元w，第二子像素组112包括青色像素单元c、品红色像素单元m、黄色像素单元y和白色像素单元w。
39.如图1所示，第一子像素组111包括一个红色像素单元r、两个绿色像素单元g、一个蓝色像素单元b、两个白色像素单元w。第二子像素组112包括一个青色像素单元c、一个品红色像素单元m、两个黄色像素单元y、两个白色像素单元w。
40.根据本例子，其在第一子像素组中能够捕捉到红色波段、绿色波段、蓝色波段和可见光波段的信号，在第二子像素组中能够捕捉到青色波段、品红色波段、黄色波段和可见光波段的信号。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。同时，通过捕捉可见光波段，可以增加低光环境下的感光度，有利于夜景拍摄。而且，第一子像素组中绿色像素单元占比更多，第二子像素组中黄色像素单元占比更多，使得高亮场景下的分辨率更好。
41.如图2所示，第一子像素组111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、三个白色像素单元w。第二子像素组112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、三个白色像素单元w。
42.根据本例子，其不仅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。同时，由于像素组中的白色像素单元设置的较多，使得低光环境下的感光能力更有优势，即更有利于夜景拍摄。
43.如图3所示，第一子像素组111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、三个白色像素单元w。第二子像素组112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、三个白色像素单元w。
44.根据本例子，其不仅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。同时，由于像素组中白色像素单元相比于设置的较大，使得低光环境下的感光能力更优优势，即更有利于夜景拍摄。
45.进一步的，该种布局方式还有利于信号控制电路的设计，以避免不同属性的颜色互相掺杂读出时导致读出电路时时序设计复杂的问题。
46.在一个例子中，第一子像素组111包括红色像素单元r、绿色像素单元g、蓝色像素单元b和红外像素单元ir，第二子像素组112包括青色像素单元c、品红色像素单元m、黄色像素单元y和白色像素单元w。
47.在另一个例子中，第一子像素组111包括红色像素单元r、绿色像素单元g、蓝色像素单元b和白色像素单元w，第二子像素组112包括青色像素单元c、品红色像素单元m、黄色像素单元y和红外像素单元ir。
48.如图4所示，第一子像素组111包括一个红色像素单元r、两个绿色像素单元g、一个蓝色像素单元b、两个红外像素单元ir。第二子像素组112包括一个青色像素单元c、一个品红色像素单元m、两个黄色像素单元y、两个白色像素单元w。
49.如图5所示，第一子像素组111包括一个红色像素单元r、两个绿色像素单元g、一个蓝色像素单元b、两个白色像素单元w。第二子像素组112包括一个青色像素单元c、一个品红
色像素单元m、两个黄色像素单元y、两个红外像素单元ir。
50.根据本例子，其不仅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。同时，像素组可以捕捉到白色波段和红外光波段，可见光波段和红外光波段可强化暗处或低光下的边缘细节，从而增加了低光环境下的感光度，提高更加的夜景体验。而且，同一个像素组中绿色像素单元和黄色像素单元占比更多，使得高亮场景下的分辨率更好。
51.在一个例子中，第一子像素组111包括红色像素单元r、绿色像素单元g、蓝色像素单元b、红外像素单元ir和白色像素单元w，第二子像素组112包括青色像素单元c、品红色像素单元m、黄色像素单元y、红外像素单元ir和白色像素单元w。
52.如图6所示，第一子像素组111包括一个红色像素单元r、两个绿色像素单元g、一个蓝色像素单元b、一个白色像素单元w和一个红外像素单元ir。第二子像素组112包括一个青色像素单元c、一个品红色像素单元m、两个黄色像素单元y、一个白色像素单元w和一个红外像素单元ir。
53.根据本例子，其不仅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。同时，像素组可以捕捉到白色波段和红外光波段，可见光波段可和红外光波段可强化暗处或低光下的边缘细节，从而增加了低光环境下的感光度，提高更加的夜景体验。而且，同一个像素组中绿色像素单元和黄色像素单元占比更多，使得高亮场景下的分辨率更好。
54.如图7所示，第一子像素组111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、一个白色像素单元w和两个红外像素单元ir。第二子像素组112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、两个白色像素单元w和一个红外像素单元ir。
55.根据本例子，其不仅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。同时，像素组可以捕捉到白色波段和红外光波段，可见光波段可和红外光波段可强化暗处或低光下的边缘细节，从而增加了低光环境下的感光度，提高更加的夜景体验。
56.在一个实施例中，像素组11包括第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元和第四像素单元，第一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，第二像素单元包括以下至少一种：青色像素单元、品红色像素单元、黄色像素单元，第三像素单元为白色像素单元，第四像素单元为红外像素单元。
57.在一个例子中，在像素阵列的同一行包括以下至少一种：第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元、第四像素单元。
58.如图7所示，像素组11包括第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元和第四像素单元，其中，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，第二像素单元包括：青色像素单元c、品红色像素单元m、黄色像素单元y，第三像素单元为白色像素单元w，第四像素单元为红外像素单元ir。
59.并且，红色像素单元r、绿色像素单元g、蓝色像素单元b、白色像素单元w和红外像素单元ir位于像素阵列的一行。红外像素单元ir和白色像素单元w位于像素阵列的一行。红色像素单元r、绿色像素单元g、蓝色像素单元b、青色像素单元c、品红色像素单元m、黄色像素单元y位于像素阵列的一行。青色像素单元c、品红色像素单元m、黄色像素单元y、白色像素单元w和红外像素单元ir位于像素阵列的一行。
60.根据本例子，其不仅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。同时，像素组还可以捕捉到可见光波段和红外光波段的信号，且白色像素单元和红外像素单元设置的更多，夜景下的感光能力更有优势。
61.在一个例子中，像素阵列的同一行包括以下任意一种：第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元、第四像素单元。
62.如图8所示，像素组11包括第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元和第四像素单元，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，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，第三像素单元包括三个白色像素单元w，第四像素单元包括三个红外像素单元ir。
63.并且，红色像素单元r、绿色像素单元g、蓝色像素单元b位于像素阵列的一行，青色像素单元c、品红色像素单元m、黄色像素单元y位于像素阵列的一行，白色像素单元w位于像素阵列的一行，红外像素单元ir位于像素阵列的一行。
64.根据本例子，其不仅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。同时，像素组还可以捕捉到可见光波段和红外光波段的信号，且白色像素单元和红外像素单元设置的更多，夜景下的感光能力更有优势。
65.进一步地，该种布局方式还有利于信号控制电路的设计，以避免不同属性的颜色互相掺杂读出时导致读出电路时时序设计复杂的问题，不同属性的像素单元可反馈至不同的色彩处理模块进行信号处理。
66.在一个实施例中，像素阵列中，白色像素单元的比例为1/12至1/2。
67.如图1所示，白色像素单元w的比例为1/3。如图2和图3所示，白色像素单元w的比例为1/2。如图4、图5和图6所示，白色像素单元w的比例为1/6。如图7和图8所示，白色像素单元w的比例为1/4。
68.根据本实施例，其白色像素单元可以根据实际需求设置不同的占比，以保证在准确还原色彩的同时，保证夜景下的感光能力，可通过信号控制电路对白色像素单元进行独立曝光，以提升图像传感器的动态范围。
69.在一个实施例中，如图9所示，图像传感器10还包括与每个像素单元1111一一对应的信号控制电路112。
70.本实施例中，信号控制电路112包括浮置开关tx1，每一个像素单元1111的感光二极管pd1对应串联设置一个该浮置开关tx1。
71.本实施例中，信号控制电路112还包括：第一电容fd1，第一电容fd1连接在信号端vs和接地端gnd之间。复位开关rst，复位开关rst连接在电源端vdd与信号端vs之间。源跟随器sf，源跟随器sf的栅极与信号端连接vs连接，源跟随器sf的漏极与电源端vdd连接。选择开关set，选择开关set连接在源跟随器sf的源极与图像传感器10的输出端之间。
72.下面说明像素单元1111的曝光过程，包括以下步骤：
73.步骤202、复位开关rst和浮置开关tx1导通，向感光二极管pd1的负极和第一电容fd1施加电压，感光二极管pd1被重置，感光二极管pd1和电容fd1里面的电子清空归零。
74.步骤204、复位开关rst和浮置开关tx1断开，感光二极管pd1开始感光储能(对应于曝光开始时间)，两端开始产生压差。
75.步骤206、复位开关rst导通，再次清空第一电容fd1，以避免电子线路中产生的电流电子导致的干扰/耦合。
76.步骤208、复位开关rst断开，浮置开关tx1导通，选择开关set导通(对应于曝光结束时间)，感光二极管pd1能量存储到第一电容fd1中，vout端输出电压信号到传感器像素单元所对应的列放大器。
77.在本技术实施例中，复位开关rst、浮置开关tx1、选择开关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。
78.如图10所示，本公开实施例还提供了一种摄像模组1000，该摄像模组1000包括图像传感器1010，该图像传感器1010可以是以上任意实施例的图像传感器10。该摄像模组1000还包括镜头1020和电路板1030，该图像传感器1010与电路板1030电连接，该电路板1030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1010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1020设置在该图像传感器1010的远离电路板1030的一侧，即，图像传感器1010的入光面朝向镜头1020。
79.为了提升摄像模组1000的拍摄性能，该摄像模组1000还可以包括滤光片1040，该滤光片1040设置在图像传感器1010与镜头1020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。
80.在一些实施例中，该摄像模组1000还可以包括马达1050，该马达1050与镜头1020连接，用于驱动镜头1020移动。
81.该摄像模组1000可以通过控制马达1050驱动镜头1020移动，实现自动变焦。
82.在一些实施例中，该摄像模组1000还可以包括用于安装马达1050的底座1060，以方便进行马达1050的安装。
83.在一些实施例中，该摄像模组1000还可以包括设置在镜头1020上的保护膜1070，以保护镜头1020不受损坏。
84.对于该实施例的摄像模组1000，其包括图像传感器，该图像传感器包括像素阵列，该像素阵列包括多个像素组，每个像素组包括12个像素单元，且这12个像素单元包括以下至少七种：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、红外像素单元、白色像素单元，从而不仅可以捕捉红色波段、绿色波段、蓝色波段、青色波段、品红色波段和黄色波段，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。同时，由于可见光波段和红外光波段可增加图像的暗处、强化低光下的物体的边缘细节，从而增加了低光环境下的感光度，提高更佳的夜景体验。
85.本公开实施例还提供了一种电子设备1100，该电子设备包括根据以上任意实施例的摄像模组1000。
86.例如，该电子设备1100包括壳体，该壳体具有透光部。该摄像模组1000可以设置在电子设备壳体中，且摄像模组1000的镜头1010朝向该透光部，以可以通过该透光部进行图像采集。
87.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。
88.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，该图像传感器包括像素阵列，该像素阵列包括多个像素组，每个像素组包括12个像素单元，且这12个像素
单元包括以下至少七种：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、红外像素单元、白色像素单元，从而不仅可以捕捉红色波段、绿色波段、蓝色波段、青色波段、品红色波段和黄色波段，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。同时，由于可见光波段和红外光波段可增加图像的暗处、强化低光下的物体的边缘细节，从而增加了低光环境下的感光度，提高更佳的夜景体验。
89.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。
90.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。
91.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。