CN114584725A - 一种图像传感器及成像装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种图像传感器及成像装置，图像传感器包括多个像素单元；多个像素单元划分为阵列排列的第一像素组、第二像素组、第三像素组和第四像素组，第二像素组和第三像素组成对角设置；第一像素组包括第一像素单元和第四像素单元；第二像素组包括第二像素单元和第四像素单元；第三像素组包括第二像素单元和第四像素单元；第四像素组包括第三像素单元和第四像素单元；第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元分别用于接收不同颜色光线的单色像素单元；第四像素单元为接收白色光线的白色像素单元。在上述技术方案中，通过在每个像素组中引入白色像素单元，并通过白色像素单元提升了图像传感器的灵敏度，进而提高图像的解析力与信噪比。

Description

一种图像传感器及成像装置

技术领域

本申请涉及到成像技术领域，尤其涉及到一种图像传感器及成像装置。

背景技术

图像传感器中传统的像素阵列通常采用红绿蓝三色像素交叉排布，而随着成像技术的发展，出现了一种全新的像素排列技术，该技术通过将四个同色相邻像素排列在一起，形成一个较原有像素面积大四倍的像素，因此也被称为“四像素合一”技术。

“四像素合一”技术近年来在手机相机上应用十分广泛，通过获取一个较原有像素面积大四倍的像素，可提高暗光拍摄环境下的灵敏度，并提高图像的信噪比，最终产生明亮低噪的图像。

采用“四像素合一”排布形式的图像传感器当前有广泛的应用，在默认1000万像素输出模式下，通过四像素合一，四个相邻同色像素同时采样，得到一张四倍感光，单像素尺寸2um的1000万像素的1/4分辨率的图像，在小尺寸高像素的图像传感器里面实现了高感光。而在4000万全分辨率像素输出模式下，通过解马赛克remosaic算法，在算法上实现像素重新排布成传统像素阵列格式，经过图像信号处理后输出4000万的高分辨率全像素图像。

但是当前的“四像素合一”的阵列排序的像素阵列，对于1/4分辨率输出的图像，与传统像素阵列输出的图像相比，虽然在信噪比上有显著提升，但其解析力下降明显，而对于全像素输出的结果，与不需错排像素的传统像素阵列格式的结果相比，解析力有所下降。

发明内容

本申请提供了一种图像传感器及成像装置，用于提升图像传感器的解析力，改善图像传感器的成像效果。

第一方面，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括多个像素单元；多个像素单元划分为阵列排列的第一像素组、第二像素组、第三像素组和第四像素组，第二像素组和第三像素组成对角设置；其中，第一像素组包括第一像素单元和第四像素单元；第二像素组包括第二像素单元和第四像素单元；第三像素组包括第二像素单元和第四像素单元；第四像素组包括第三像素单元和第四像素单元；其中，第三像素单元为分别用于接收不同颜色光线的单色像素单元；所述第四像素单元为接收白色光线的白色像素单元。在上述技术方案中，通过在每个像素组中引入白色像素单元，通过白色像素单元提升了图像传感器的灵敏度，进而提高图像的解析力与信噪比。

在一个具体的可实施方案中，所述第一像素组、第二像素组、第三像素组、第四像素组中，每个像素组均包括阵列排列的四个像素单元；其中，每个像素组的四个像素单元中，至少一个像素单元为所述白色像素单元；其余像素单元为用于接收相同颜色光线的单色像素单元。可在像素组中选择不同的比例的白色像素单元。

在一个具体的可实施方案中，所述每个像素组中包括有三个用于接收相同颜色光线的单色像素单元和一个所述白色像素单元。通过采用一个白色单元与三个单色像素单元，即改善了图像传感器的灵敏度，又保证了采集的颜色信息。

在一个具体的可实施方案中，在每相邻的两个像素组中，位于其中一个像素组内的白色像素单元和位于另一个像素组内的白色像素单元之间间隔有其他像素单元。

在一个具体的可实施方案中，所述每个像素组中包括有两个用于接收相同颜色光线的单色像素单元和两个所述白色像素单元；其中，所述两个白色像素单元呈对角线设置。

在一个具体的可实施方案中，所述第四像素单元的尺寸小于所述第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元的尺寸。通过采用减小白色像素单元的尺寸，减少白色像素的曝光量，进而减小白色像素单元的灵敏度，推迟白色像素单元饱和的时间，使其他像素单元曝光更充分，增加图像色彩信号。

在一个具体的可实施方案中，所述白色像素单元包裹有金属遮挡层；所述白色像素单元包裹了金属遮挡层之后的尺寸与所述单色像素单元的尺寸相等。通过设置金属遮挡层，降低第四像素单元的尺寸。

在一个具体的可实施方案中，图像传感器还包括设置在所述多个像素单元的入光侧的滤光模块。通过滤光模块过滤掉杂光。

在一个具体的可实施方案中，图像传感器还包括用于聚光的透镜，所述透镜位于所述多个像素单元的入光侧。通过聚光的透镜，提高进光量。

在一个具体的可实施方案中，还包括设置在所述多个像素单元的入光侧的滤光模块。降低杂光干扰，提高成像效果。

在一个具体的可实施方案中，所述滤光模块为双通带滤光模块，所述双通带滤光模块可透过白色光线及红外光。降低杂光干扰，提高成像效果。

在一个具体的可实施方案中，所述单色像素单元涂覆有阻挡红外光的过滤层；所述白色像素单元接收所述白色光线和红外光。通过红外光提高亮度值，提高成像效果。

在一个具体的可实施方案中，还包括图像处理模块，所述图像处理模块根据每个像素组中的单色像素单元接收的第一颜色光线进行插值运算，获取该像素组中的白色像素单元所在位置的像素单元对应的第二颜色光线；并根据所述第一颜色光线和第二颜色光线对每个像素组中的四个像素单元进行四像素合一得到四像素合一图像；根据每个像素组中的白色像素单元接收的白色光线获取亮度信息；将每个像素组形成的四像素合一图像与该像素组的对应的亮度信息结合得到1/4分辨率的图像。得到1/4分辨率的高质量图像。

在一个具体的可实施方案中，所述图像处理模块还用于对像素阵列进行解马赛克得到图像；对所述每个白色像素单元接收的白色光线进行插值运算，得到每个像素单元对应的亮度信息；将解马赛克得到的图像与每个像素单元对应的亮度信息结合得到全分辨率图像。得到全分辨率的高质量图像。

第二方面，提供了一种成像装置，该成像装置包括壳体以及设置在所述壳体内的上述任一项所述的图像传感器。在上述技术方案中，通过在每个像素组中引入白色像素单元，通过白色像素单元提升了图像传感器的灵敏度，进而提高图像的解析力与信噪比。

附图说明

图1为本申请实施例提供的图像传感器的应用场景示意图；

图2为现有技术中的图像传感器的像素阵列示意图；

图3为本申请实施例提供的图像传感器的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的像素阵列示意图；

图5为本申请实施例提供的光线照射到像素阵列的示意图；

图6为本申请实施例提供的颜色信息采集单元的电路图；

图7为本申请实施例提供的亮度信息采集单元的电路图；

图8为本申请实施例提供的图像传感器形成1/4分辨率的高质量图像的流程图；

图9为本申请实施例提供的图像传感器形成全分辨率的高质量图像的流程图；

图10为现有技术中的图像传感器的1/4分辨率的图像的解析力示意图；

图11为本申请实施例提供的图像传感器的1/4分辨率的图像的解析力示意图；

图12现有技术中的图像传感器的全分辨率的图像的解析力示意图；

图13为本申请实施例提供的图像传感器的全分辨率的图像的解析力示意图；

图14为本申请实施例提供的另一像素阵列示意图；

图15为本申请实施例提供的另一像素阵列示意图；

图16为本申请实施例提供的光线照射到像素阵列的示意图；

图17为图5所示的像素阵列的接收曲线；

图18为图15所示的像素阵列的接收曲线；

图19为本申请实施例提供的像素阵列改善分辨率的原理图；

图20为本申请实施例提供的另一像素阵列示意图；

图21为本申请实施例提供的另一像素阵列的光线入射图；

图22为本申请实施例提供的另一种图像传感器的结构示意图；

图23为本申请实施例提供的另一种像素阵列的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例作进一步描述。

首先说明本申请实施例提供的图像传感器的应用场景，本申请实施例提供的图像传感器应用于电子设备中，如手机、平板电脑、可穿戴电子设备等常见的具有拍照功能的设备中。当然，还可应用于其他类型的带拍摄功能的电子设备中。如图1中所示，本申请实施例提供的图像传感器2应用于移动终端内时，移动终端包括壳体1以及设置在壳体1内的图像传感器2，图像传感器2设置在主板3上，并与主板3导电连接。目标物体的光线在射入到图像传感器2中时，可通过图像传感器2将光学信号转换成电信号，并进行成像处理。

现有技术中的图像传感器如图2中所示，图像传感器包括多个像素单元，多个像素单元阵列排列，以4*4阵列为例，多个像素单元划分为4个像素组，4个像素组分别为第一像素组4、第二像素组5、第三像素组6和第四像素组7。其中，第一像素组4包括四个用于接收红色光(图中以R表示)的像素单元，第二像素组5包括四个用于接收绿色光(在图中以Gr表示)的像素单元，第三像素组6包括四个绿色光(在图中以Gb表示)像素单元，第四像素组7包括四个蓝色光(在图中以B表示)的像素单元。但是在采用上述技术方案时，现有技术中的图像传感器中的每个像素组仅采集目标物体的单色光线(红色光、绿色光或蓝色光)，造成在低白色光线照度的环境下，图像传感器的感光性差，从而降低图像质量。为此，本申请实施例提供了一种图像传感器，下面结合具体的附图以及实施例对其进行详细的说明。

参考图3，图3示出了本申请实施例提供的图像传感器的结构示意图。本申请实施例提供的图像传感器包括沿光路排列的透镜10、像素阵列20及图像处理模块30。其中，像素阵列20包括彩色滤光层21以及图像采集模块22。从目标物体照射的光线依次透过透镜10以及彩色滤光层21后，照射到图像采集模块22。图像采集模块22将光学信号转换成数字信号，图像处理模块30根据图像采集模块22的数字信号进行成像处理，并形成图像。

应理解，上述的透镜10为可选择的模块结构，在设置图像传感器时，可根据实际需要选择性设置透镜10，在本申请实施例中不做具体限定。

一并参考图4，像素阵列包含有多个像素单元，多个像素单元排列成M行和N列，其中M和N均为大于2的正整数。多个像素单元中包含有不同种类的像素单元，示例性的，上述像素单元按照种类可分为第一像素单元、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、第二像素单元、第三像素单元和第四像素单元的个数分别为多个。其中，第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元、第四像素单元的尺寸相同。

第一像素单元、第二像素单元及第三像素单元为可接收不同颜色光线的单色像素单元，以用于透过目标物体的单色光线(红色光、绿色光和蓝色光)。示例性的，第一像素单元、第二像素单元及第三像素单元可分别为接收红色光的红色像素单元、接收绿色光的绿色像素单元和接收蓝色光的蓝色像素单元。或者第一像素单元、第二像素单元及第三像素单元分别为青色像素单元、品红色像素单元和黄色像素单元。当然，上述第一像素单元、第二像素单元及第三像素单元仅仅为示例的两种具体情况，本申请实施例提供的第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元还可根据成像的需求接收其他颜色光线。

第四像素单元为可接收白色光线的白色光线像素单元，白色光线在照射到第四像素单元时，可被第四像素单元中的图像采集模块接收。

继续参考图4，以4*4阵列为例，多个像素单元划分为4个像素组，4个像素组分别为第一像素组23、第二像素组24、第三像素组25和第四像素组26，这4个像素组呈阵列排布。第一像素组23和第二像素组24位于同一行，第三像素组25和第四像素组26位于同一行，且第三像素组25和第二像素组24呈对角设置。

第一像素组23包括三个红色像素单元和一个白色像素单元，在图4中以R表示红色像素单元接收的红色光，W表示白色像素单元接收的白色光。第二像素组24包括三个绿色像素单元和一个白色像素单元，在图4中以Gr表示第二像素组中的绿色像素单元接收的绿色光。第三像素组25包括三个绿色像素单元和一个白色像素单元，图4中以Gb表示第三像素组中的绿色像素单元接收的绿色光。第四像素组26包括三个蓝色像素单元和一个白色像素单元，在图4中以B表示蓝色像素单元接收的蓝色光。应理解上述中的Gr和Gb分别表示绿色光，为区分第二像素组24和第三像素组25不同的绿色像素单元接收的绿色光线，因此以Gr和Gb分别表示。

如前所述，参见图3，像素阵列20包括彩色滤光层21和图像采集模块22。像素阵列20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。参见图5，该第一像素单元包括第一滤光区211和第一颜色信息采集单元221，该第二像素单元包括第二滤光区212和第二颜色信息采集单元222，该第三像素单元包括第三滤光区213和第三颜色信息采集单元223，该第四像素单元包括第四滤光区214和亮度信息采集单元224.值得注意的是，第一滤光区211、第二滤光区212、第三滤光区213和第四滤光区214均位于彩色滤光层21.第一颜色信息采集单元221、第二颜色信息采集单元222、第三颜色信息采集单元223和亮度信息采集单元224均位于图像采集模块22。

作为一个可选的方案，像素阵列还包括微透镜组，第一像素单元还可包括第一微透镜231，通过第一微透镜231可将光线汇集到第一滤光区211。同理，第二像素单元还可包括第二微透镜232，第三像素单元还可包括第三微透镜233，第四像素单元还可包括第四微透镜234。

第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元、第四像素单元实现对不同光线接收时，通过位于对应像素单元内的滤光区对光线进行过滤。示例性的，在白色光线为包含红、绿、蓝三种颜色的光线时，第一像素单元的第一滤光区211仅可透过红色光线，阻挡其他颜色的光线；第二像素单元的第二滤光区212仅可透过绿色光线，阻挡其他颜色的光线；第三像素单元的第三滤光区213仅可透过蓝色光线，阻挡其他颜色的光线；第四像素单元的第四滤光区214仅可透过白色光线(红、绿、蓝)。通过上述第一像素单元至第三像素单元的滤光区获取与目标物体成像的颜色信息相关的颜色光线(红、绿、蓝三色光线)，通过第四像素单元的滤光区获取与目标物体成像的亮度信息相关的白色光线。上述第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元、第四像素单元的尺寸相同，指代的是每个像素单元中的滤光区的开口尺寸相同，在本申请实施例中，每个像素单元的滤光区采用矩形的滤光区。

上述光线在透过对应的滤光区后照射到图像采集模块22进一步处理(参见图3)。通过图像采集模块22可获取到目标物体的颜色以及亮度的光学信号，并将其转换成电压信号，再将光学信号转换成数字信号。结合图5所示的结构，第一像素单元的第一颜色信息采集单元221接收红色光线，第二像素单元的第二颜色信息采集单元222接收绿色光线，第三像素单元的第三颜色信息采集单元223接收蓝色光线。第四像素单元的亮度信息采集单元224接收白色光线。

一并参考图6，图6示出了本申请实施例提供的颜色信息采集单元的电路图，上述的第一颜色信息采集单元、第二颜色信息采集单元、第三颜色信息采集单元均为传统四管像素传感器，每个颜色信息采集单元包括传输晶体管M_TG和浮动扩散区FD，传输晶体管M_TG的控制端接收控制信号，传输晶体管M_TG的输入端连接光电二极管PD，传输晶体管M_TG的输出端在传输晶体管M_TG的控制端接收到控制信号时输出电压信号，传输晶体管M_TG将光电二极管PD的电压信号转移到浮动扩散区FD进行保存。光电二极管PD中累积的光生载流子被转移到浮动扩散区FD中，并转换成电压信号，后续经过数模转换ADC转换为数字信号后，进入颜色信息处理单元。在具有多个第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元时，每个像素单元分别包含一个光电二极管PD来接收光信号。图6中所示的其他电路器件为四管像素传感器中的常规电子器件，在此不再赘述。

参考图7，图7示出了本申请实施例提供的亮度信息采集单元的电路图，亮度信息采集单元与每个颜色信息采集单元的结构相同，两者的区别仅在于接收到的光线不同，因此亮度信息采集单元的采集原理与颜色信息单元的采集原理相同，在此不再赘述。在像素阵列中引入了第四像素单元(白色像素单元)，由于白色像素单元允许红色、绿色、蓝色三种不同波长的光线透过，因此白色像素单元的亮度比其他接收单色的像素单元(如接收红色光的第一像素单元、接收绿色光的第二像素单元等)的亮度高，因此图像传感器输出的图像亮度要比现有技术中仅采用单色颜色光线获取亮度信息的图像传感器输出的图像亮度要高。

参见图3，图像处理模块30包括颜色图像处理单元、亮度信息处理单元以及颜色融合图像单元。上述颜色图像处理单元用于对图像采集模块22采集的颜色信息进行处理，亮度信息处理单元用于对图像采集模块22采集的亮度信息进行处理。颜色融合图像单元用于将处理后的颜色信息、亮度信息进行融合得到颜色图像。

图像处理模块30在处理像素阵列接收到的光线时，一种图像处理方法是形成1/4分辨率的高质量图像，另一种是形成全分辨率的高质量图像。下面逐一对两种方式进行说明。

为方便理解本申请实施例提供的图像传感器形成图像的原理，首先说明插值运算，插值运算指的是利用已知数据去预测未知数据，图像插值是给定一个像素单元，根据它周围像素单元的信息来对该像素单元的值进行预测。常见的插值算法可以分为两类：自适应和非自适应。自适应的方法可以根据插值的内容来改变(尖锐的边缘或者是平滑的纹理)，非自适应的方法对所有的像素单元都进行同样的处理。非自适应算法包括：最近邻插值法、双线性插值法、双三次插值法、样条插值法等。

如图8所示的流程图，为方便描述，对各个像素单元中接收的光线进行光电转换后的输出信号(数字信号)分别进行命名。将第一像素组中的三个第一像素单元接收的红色光转换成的输出信号分别用R1、R2、R3表示，第四像素单元接收的白色光线转换成的输出信号用W1表示；第二像素组中的三个第二像素单元接收的绿色光线转换成的输出信号分别用Gr1、Gr2、Gr3表示，第四像素单元接收的白色光线转换成的输出信号用W2表示。第三像素组中的三个第二像素单元接收的绿色光线转换成的输出信号分别用Gb1、Gb2、Gb3表示，第四像素单元接收的白色光线转换成的输出信号用W3表示。第四像素组中的三个第一像素单元分接收的蓝色光线转换成的输出信号别用B1、B2、B3表示，第四像素单元接收的白色光线转换成的输出信号用W1表示。其中，上述的输出信号R1、R2、R3、Gr1、Gr2、Gr3、Gb1、Gb2、Gb3、B1、B2、B3为目标物体的颜色信息。输出信号W1、W2、W3、W4为目标物体的亮度信息。

在形成1/4分辨率的高质量图像时，结合图3，像素阵列20将接收的光线转换成光信号，光信号进入到图像处理模块30中进行处理。图像处理模块30获取每个像素组中的单色像素单元(第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元)接收的第一颜色光线，并根据每个像素组中的单色像素单元接收的第一颜色光线进行插值运算，通过插值运算得到像素组中的白色像素单元(第四像素单元)所在位置的像素单元对应的第二颜色光线；并根据获取的第一颜色光线和第二颜色光线对每个像素组中的四个像素单元进行四像素合一得到四像素合一图像；根据每个像素组中的白色像素单元接收的白色光线获取亮度信息；将每个像素组形成的四像素合一图像与该像素组的对应的亮度信息结合得到1/4分辨率的图像。

具体的，颜色图像处理单元通过颜色信息采集单元和亮度信息采集单元获得像素阵列的原始图像，对原始图像中第四像素单元对应的像素单元位置进行插值运算，从而得到第四像素单元所在像素位置的颜色信息。以第一像素组中的第四像素单元为例，根据已知的R2和R3进行插值运算可获取第四像素单元所在像素位置的颜色信息R4，其中，R4＝(R2+R3)/2。将R1、R2、R3和R4进行四像素合一，从而得到四像素合一后的输出信号R，R＝(R1+R2+R3+R4)/4。同理，对第二像素组、第三像素组和第四像素组分别进行相同的操作，得到Gr＝(Gr1+Gr2+Gr3+Gr4)/4；Gb＝(Gb1+Gb2+Gb3+Gb4)/4；B＝(B1+B2+B3+B4)/4。从而得到四像素合一图像。

将得到的四像素合一图像中R、Gr、Gb、B分别与四个第四像素单元W1、W2、W3和W4一一对应相结合，得到1/4分辨率的高质量图像。

如图9所示的流程图，在形成全分辨率的高质量图像时，图像处理模块还用于对上述像素阵列的输出信号(每个像素单元的输出信号)进行remosaic解马赛克处理以得到图像；对每个白色像素单元接收的白色光线进行插值运算，得到每个像素单元(包括每个白色像素单元和每个单色像素单元)对应的亮度信息；将解马赛克得到的图像与每个像素单元对应的亮度信息结合得到全分辨率图像。

具体的，颜色图像处理单元通过颜色信息采集单元和亮度信息采集单元获得原始图像，对原始图像中第四像素单元位置进行对应的颜色像素的插值运算，从而得到第四像素单元所在像素位置的单色信息。以第一像素组中的第四像素单元为例，根据已知的R1、R2和R3进行插值运算获取第四像素单元所在像素位置的单色信息R4，其中，R4＝(R2+R3)/2。同理，Gr＝(Gr2+Gr3)/2；Gb＝(Gb2+Gb3)/2；B＝(B2+B3)/2。颜色图像处理单元根据上述获取的像素阵列的各个像素单元的单色信息，对原始图像进行remosaic解马赛克处理和demosaic去马赛克处理。

亮度信息处理单元用依据已经获取的输出信号W1、W2、W3、W4进行插值运算。在M行和N列的像素阵列中，当获取输出信号W1、W2、W3和W4后，根据第四像素单元的位置以及输出信号，带入到插值运算中，从而获取M行和N列的像素单元中每个像素单元对应的亮度信息。

将去马赛克处理后的图像与亮度信息融合得到全分辨率的高质量图像。

通过上述描述可看出，在本申请实施例提供的像素阵列中，通过引入了第四像素单元(白色像素单元)来接收白色光线，由于白色像素单元允许红色、绿色、蓝色三种不同波长的光线透过，因此白色像素单元的亮度比其他接收单色的像素单元(如接收红色光的第一像素单元、接收绿色光的第二像素单元等)的亮度高，因此图像传感器输出的图像亮度要比现有技术中仅采用单色颜色光线获取亮度信息的图像传感器输出的图像亮度要高，从而可提高图像的解析力(图像传感器拍摄图像细节的能力)与信噪比(指代的是图像传感器中信号与噪声的比例)。

对于1/4分别率的高质量图像输出效果，与现有技术中的图像传感器的解析力的对比情况如图10和图11所示。图10中的圆圈内无纹理信息，而在图11中的圆圈内有明显纹理信息，因此在解析力上本发明实施例提供的图像传感器可得到显著提升。

对于全分辨率的高质量图像输出效果，与现有技术中的图像传感器的解析力的对比情况如图12和图13所示。图12中的圆圈内无纹理信息，而在图13中的圆圈内有明显纹理信息，因此在解析力上本发明实施例提供的图像传感器可得到显著提升。另外，本申请实施例提供的图像传感器的信噪比与现有技术中的图像传感器的信噪比提升3dB。

通过上述描述可看出，本申请实施例提供的图像传感器相比现有技术中的图像传感器，在引入第四像素单元后，提升了进光量，提升图像传感器在全分辨率的高质量图像输出格式下的解析力与信噪比，同时提升1/4分辨率的高质量图像输出格式下的解析力。

参考图14，图14为基于图4所示的像素阵列的另一种变形结构。在图14所示的图像传感器中，增加了每个像素组中引入的第四像素单元的个数。第一像素组23、第二像素组24、第三像素组25和第四像素组26中，每个像素组均包含有两个第四像素单元。作为一个可选的方案，两个第四像素单元呈对角线设置。

在引入更多第四像素单元时，提升了进光量，提升图像传感器在全分辨率的高质量图像输出格式下的解析力与信噪比，另外也可同步提升1/4分辨率的高质量图像输出格式下的解析力与信噪比。

应理解，图14仅示例出了一种具体的像素阵列的排布方式，在本申请实施例中，不具体限定不同像素组中的像素单元的排布顺序。不同像素组中的第四像素单元可以相邻，也可不相邻。

参考图15，图15示出了基于图5所示的像素阵列的另一种变形结构。本申请实施例提供的另一种像素阵列的排布方式。在图15所示的像素阵列中，第四像素单元的尺寸小于第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元的尺寸。

参考图16，图16示出了不同种类像素单元的排布示意图。图16中的标号可参考图5中的相同标号。第四像素单元包裹由金属遮挡层215，金属遮挡层215包裹在第四像素单元的第四滤光区214的周围，且白色像素单元包裹了金属遮挡层215之后的尺寸与单色像素单元(第一像素单元、第二像素单元或第三像素单元)的尺寸相等。在图16中，第四像素单元的第四滤光区214的包裹了一个金属遮挡层215。在具体包裹时，可以进包裹部分第四滤光区214的部分区域，也可整个将第四滤光区214包裹。示例性的，金属遮挡层215为框形结构，第四滤光区214位于框形结构内，从而使得第四滤光区214的开口面积小于第一滤光区211、第二滤光区212、第三滤光区213的开口面积。

在一个可选的方案中，第四像素单元为第一像素单元的开口面积的0.8～0.9。如第四像素单元的开口面积为第一像素单元的开口面积的0.8、0.85、0.9。

为方便理解第四像素单元尺寸减小对其他类型像素单元影响，下面结合图17和图18进行说明。图17中示出了第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元和第四像素单元的尺寸相同时，不同像素单元接收的光线示意图。图18示出了第四像素单元的尺寸小于第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元的尺寸时，不同像素单元接收光线的示意图。其中W为第四像素单元接收的白色光线，R为第一像素单元接收的红色光线，G为第二像素单元接收的绿色光线，B为第四像素单元接收的蓝色光线。

对比图17中的参考线a和图18中的参考线b，参考线a和参考线b分别表示相同的曝光时间。由于第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元接收单色颜色的光线，而第四像素单元接收白色光线(同时接收红色光线、蓝色光线和绿色光线)，因此在相同的时间段内，第四像素单元可接收更多的光线，而其他像素单元接收的单色光线的效率要比第四像素单元接收的白色光线效率低。对比图17和图18可看出，在第一像素单元至第四像素单元的尺寸相等时，当第四像素单元接收的白色光线趋于饱和时，其他像素单元接收的光线比较少。而在图18中所示的将第四像素单元的尺寸变小后，相当于见少了第四像素单元的接收白色光线的效率。因此，其他像素单元可获取更多的单色光线，使得在第四像素单元接收白色光线趋于饱和时，其他像素单元可以获得更多的单色光线，从而使得像素阵列输出信号中表征目标物体颜色的光线更加丰富。

本申请实施例提供的第四像素单元在尺寸减小后，还可提高分辨率。参考图19所示的原理图，首先对下文中即将出现的名词“线对”进行解释。线对(Line pairs)是胶片、镜头等电影摄影领域的专用名词。每毫米线对一般指分辨率的单位，指仪器在一毫米内能分辨出多少对线。能分辨的线对数越多，其能分辨每根线的宽度也越小，其分辨能力也越好。线对为提现图像分辨率的因素，图像分辨率越高，线对越多。图19中的像素1、像素2、像素3、像素4、像素5代表不同尺寸的像素单元。

以图19所示的线对为标准进行采样测试。图19中线对所示行中的一个黑色线和白色线为一个线对，黑色线和白色线交替排布形成5个线对。如像素1的宽度与线对的宽度相等(像素1的宽度等于一个黑色线和一个白色线的宽度)，由于像素1的宽度与线对的宽度相等，那么像素1无法显示出线对，因此采样结果分辨率为0，通过MTF(Modulation TransferFunction，调制传递函数)来判断分辨率。像素2的宽度为线对宽度的一半(一个黑色线的宽度)，那么像素2在于线对的位置一一对应时，像素2的分辨率可达到100。像素3为与像素2相同尺寸的像素，但像素3的位置与线对错开了一个1/2像素宽度，则像素3采样结果分辨率为0；而对于像素4，像素5的尺寸为线对宽度的1/4，像素4和像素5无论采样位置，采样间距，均能达到100的采样分辨率，如在像素4和像素5错开1/2像素后得到像素4′和像素5′，仍可达到100的采样分辨率。对比像素1、像素2、像素3、像素4、像素5时可看出，像素尺寸(宽度)的越小，越能体现线对，对应的图像的分辨率就越高。因此，在第四像素单元的尺寸变小后，可以提高图像的分辨率。

通过上述描述可以看出，在本申请实施例提供的像素阵列中，由于第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元接收的光线效率远小于第四像素单元接收光线效率，在相同曝光时间下，第四像素单元的输出信号总是高于第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元，这时图像的亮度会比较大，颜色就会偏淡，因此，采用第四像素单元的尺寸小于其他类型的像素单元的尺寸时，可减小第四像素单元的曝光量，推迟第四像素单元饱和的时间，使第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元曝光更充分，增加图像色彩信号；同时减小第四像素单元的尺寸，还可提高图像分辨率。

参考图20，图20示出了本申请实施例提供的另一种像素阵列，在图20所示的像素阵列中，基于减小第四像素单元的尺寸，来改善图像的分辨率的思想，重新设置了第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元和第四像素单元的尺寸。其中，第一像素组包括两个红色像素单元和两个白色像素单元，在图20中以R表示红色像素单元接收的红色光，W表示白色像素单元接收的白色光。第二像素组包括两个绿色像素单元和两个白色像素单元，在图4中以Gr表示第二像素组中的绿色像素单元接收的绿色光。第三像素组包括两个绿色像素单元和两个白色像素单元，图20中以Gb表示第三像素组中的绿色像素单元接收的绿色光。第四像素组包括两个蓝色像素单元和两个白色像素单元，在图20中以B表示蓝色像素单元接收的蓝色光。应理解上述中的Gr和Gb分别表示绿色光，为区分第二像素组和第三像素组不同的绿色像素单元接收的绿色光线，因此以Gr和Gb分别表示。

第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元的尺寸相等，第四像素单元的尺寸小于第一像素单元的尺寸。相比图4所示的第四像素单元，图20中所示的第四像素单元为0.8～0.9倍的图4中所示的第四像素单元，如0.8倍、0.85倍、0.9倍。第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元的尺寸可增大到图4所示的相同像素单元的1～4倍。如1倍、2倍、3倍、4倍等不同的尺寸。

继续参考图20，沿像素阵列的行方向和列方向，两个单色像素单元之间通过一个白色像素单元隔离。以避免增大后的单色像素单元之间相互影响进光量。一并参考图21，图21示出了不同像素单元的进光示意图。由图21可看出，在第一像素单元、第二像素单元和第四像素单元包含微透镜时，第一微透镜231的尺寸大于第四微透镜234的尺寸，从而使得光线可更多的汇集到第一滤光区211，减少照射到第四滤光区214的光线。同时第二微透镜232的尺寸也大于第四微透镜234的尺寸，从而使得光线可更多的汇集到第二滤光区212，减少照射到第四滤光区214的光线。第三像素单元可采用与第一像素单元和第二像素单元相同的设置方式，在此不再赘述。

通过上述描述可看出，通过改变微透镜的尺寸，从而可增加第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元接收光线的效率，减少第四像素单元接收光线的效率，以使第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元曝光更充分，增加图像色彩信号；同时减小第四像素单元的尺寸，还可提高图像分辨率。其原理与图15所示的像素阵列的原理相同，在此不再赘述。

参考图22，图22示出了基于图3所示的图像传感器的一种变形，在图22所示的图像传感器增加了滤光模块40.混合入射光经过透镜10聚焦后，透过滤光模块40后照射到像素阵列20，滤光模块40设置在像素阵列20的入光侧，以用于将复杂波段的混合入射光中的杂光过滤掉，仅留下可透过像素阵列20的光线(即为目标物体射过来的用于成像的光线)，从而改善成像效果。示例性的，若像素阵列20所需的光线为白色光线波段以及红外光波段，则滤光模块40可采用双通带滤光模块，双通带滤光模块可通透过的两个通带分别为白色光线波段以及红外光波段。若像素阵列20对应的红外光波段为特定窄带红外光波段，则双通带滤光模块对应可透过该特定窄带红外光波段。在采用双通带滤光模块透过白色光线及红外光并阻挡其他频段的杂光后，可降低杂光对图像传感器成像造成的影响，减少后续模块工作中存在的光干扰与噪声，提升图像传感器的成像质量。

参考图23，像素阵列中的单色像素单元(第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元)涂覆有阻挡红外光的过滤层，而白色像素单元(第四像素单元)接收所述白色光线和红外光。在图23中以阴影表示过滤层，第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元均涂覆红外光截止材料制备的过滤层。从而使得第一像素单元、第二像素单元和第三像素单元仅感光白色光线中的红色、绿色、蓝色分量，保证色彩的准确性。而第四像素单元感光白色光线与红外光，从而实现在极低照度下可利用红外光线作为亮度通道，极大提高图像传感器的感光性能，提升图像信噪比。

本申请实施例还提供了一种成像装置，该成像装置为电子设备，如手机、平板电脑、可穿戴电子设备等常见的具有拍照功能的设备。当然，还可是其他类型的带拍摄功能的电子设备。成像装置包括壳体，以及设置在壳体内的上述任一项的图像传感器。在上述技术方案中，通过在每个像素组中引入白色像素单元，通过白色像素单元提升了图像传感器的灵敏度，进而提高图像的解析力与信噪比。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括多个像素单元；所述多个像素单元包括阵列排列的第一像素组、第二像素组、第三像素组和第四像素组，所述第二像素组和所述第三像素组成对角设置；其中，

所述第一像素组包括第一像素单元和第四像素单元；所述第二像素组包括第二像素单元和第四像素单元；所述第三像素组包括第二像素单元和第四像素单元；所述第四像素组包括第三像素单元和第四像素单元；其中，

所述第一像素单元、第二像素单元、第三像素单元为分别用于接收不同颜色光线的单色像素单元；所述第四像素单元为接收白色光线的白色像素单元。

2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一像素组、第二像素组、第三像素组、第四像素组中，每个像素组均包括阵列排列的四个像素单元；其中，

每个像素组的四个像素单元中，至少一个像素单元为所述白色像素单元；其余像素单元为用于接收相同颜色光线的单色像素单元。

3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述每个像素组中包括有三个用于接收相同颜色光线的单色像素单元和一个所述白色像素单元。

4.如权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，在每相邻的两个像素组中，位于其中一个像素组内的白色像素单元和位于另一个像素组内的白色像素单元之间间隔有其他像素单元。

5.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述每个像素组中包括有两个用于接收相同颜色光线的单色像素单元和两个所述白色像素单元；其中，所述两个白色像素单元呈对角线设置。

6.如权利要求1～5任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述白色像素单元的尺寸小于所述单色像素单元的尺寸。

7.如权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述白色像素单元包裹有金属遮挡层；所述白色像素单元包裹了金属遮挡层之后的尺寸与所述单色像素单元的尺寸相等。

8.如权利要求1～7任一项所述的图像传感器，其特征在于，还包括用于聚光的透镜，所述透镜位于所述多个像素单元的入光侧。

9.如权利要求1～8任一项所述的图像传感器，其特征在于，还包括设置在所述多个像素单元的入光侧的滤光模块。

10.如权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，所述滤光模块为双通带滤光模块，所述双通带滤光模块可透过白色光线及红外光。

11.如权利要求9或10所述的图像传感器，其特征在于，所述单色像素单元涂覆有阻挡红外光的过滤层；所述白色像素单元接收所述白色光线和红外光。

12.如权利要求1～11任一项所述的图像传感器，其特征在于，还包括图像处理模块，所述图像处理模块根据每个像素组中的单色像素单元接收的第一颜色光线进行插值运算，获取该像素组中的白色像素单元所在位置的像素单元对应的第二颜色光线；并根据所述第一颜色光线和第二颜色光线对每个像素组中的四个像素单元进行四像素合一得到四像素合一图像；根据每个像素组中的白色像素单元接收的白色光线获取亮度信息；将每个像素组形成的四像素合一图像与该像素组的对应的亮度信息结合得到1/4分辨率的图像。

13.如权利要求12所述的图像传感器，其特征在于，所述图像处理模块还用于对像素阵列进行解马赛克得到图像；

对所述每个白色像素单元接收的白色光线进行插值运算，得到每个像素单元对应的亮度信息；

将解马赛克得到的图像与每个像素单元对应的亮度信息结合得到全分辨率图像。

14.一种成像装置，其特征在于，包括壳体以及设置在所述壳体内的如权利要求1～13任一项所述的图像传感器。

Images