CN101350893B

CN101350893B - 影像传感器及相机模组

Info

Publication number: CN101350893B
Application number: CN2007102011246A
Authority: CN
Inventors: 张仁淙
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: CN101350893A

Abstract

一种影像传感器，其包括：多个影像传感器层，所述多个影像传感器层叠设在一起用于形成被拍摄物体的不同清晰度的像，每个影像传感器层均包括多个阵列排布的像素点，所述每个影像感测器层的多个像素点紧密排列，所述每个影像传感器层的像素点与相邻影像传感器层的像素点完全空间堆叠，每个像素点均具有多个子像素点且每个子像素点上均设置有感光二极体，所述每个影像传感器层的感光二极体与其相邻影像传感器层的感光二极体一一对应，所述感光二极体分别用于感测不同颜色的光，及一与多个影像传感器层电连接的处理芯片，所述处理芯片用于分析多个影像传感器层上形成的被拍摄物体的不同清晰度的像并确定最佳影像。

Description

影像传感器及相机模组

技术领域

本发明涉及一种影像传感器及利用该影像传感器实现对焦的相机模组。

背景技术

现有的相机模组大多包括镜筒及镜座，该镜筒内设置有镜片组且镜座内设置有影像传感器。应用于具有照相功能的手机、PDA、MP3等便携式电子装置的相机模组大都利用机械配合的镜筒与镜座相对移动来实现“对焦”功能。一种具有照相功能的便携式电子装置，可参见Rastislav Lukac等人在文献IEEETransactions on Consumer Electronics，Vol.51，No.3，AUGUST2005中的Digital Image Indexing Using Secret Sharing Schemes：A Unified Framework For Single-Sensor Consumer Electronics一文。

然而，利用机械配合的镜筒与镜座相对移动来实现对焦功能的相机模组的结构较为复杂，体积也较大，从而不利于相机模组的小型化。

发明内容

有鉴于此，提供一种结构简单且能够实现对焦功能的影像传感器及相机模组实为必要。

一种相机模组，其包括一个镜头模组及一个位于所述镜头模组像侧的影像传感器模组，所述镜头模组包括一个镜筒及一个收容在所述镜筒内的镜片组，所述影像传感器模组包括一个影像传感器及一位于影像传感器与镜片组之间的彩色滤光片，所述影像传感器包括多个影像传感器层，所述多个影像传感器层叠设在一起用于形成被拍摄物体的不同清晰度的像，每个影像传感器层均包括多个阵列排布的像素点，所述每个影像感测器层的多个像素点紧密排列，所述每个影像传感器层的像素点与相邻影像传感器层的像素点完全空间堆叠，每个像素点均具有多个子像素点且每个子像素点上均设置有感光二极体，所述每个影像传感器层的感光二极体与其相邻影像传感器层的感光二极体一一对应，所述感光二极体分别用于感测透过所述彩色滤光片的不同颜色的光，及一与多个影像传感器层电连接的处理芯片，所述处理芯片用于分析多个影像传感器层上形成的被拍摄物体的不同清晰度的像并确定最佳影像。

相对于现有技术，所述影像传感器及相机模组利用所包括的多个叠设的影像传感器层来感测入射至其上的光线以获得不同清晰度的影像进而得到最佳的影像，从而实现对焦功能；同时，所述影像传感器及相机模组均具有较简单的结构及较小的体积。

附图说明

图1是本发明第一实施例的影像传感器的结构示意图。

图2是图1中影像传感器的一个像素点的工作原理示意图。

图3是本发明第二实施例的相机模组的局部剖面示意图。

图4是图3中相机模组的成像原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明影像传感器及相机模组作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明第一实施例的影像传感器10包括一个基底11及两个影像传感器层12、13，该影像传感器层12、13可通过磊晶方式形成在该基底11上。

所述基底11为一厚度较薄的半导体基板，如硅基板。

所述影像传感器层12、13叠设在该基底11上。在此，影像传感器层13设置在影像传感器层12的远离该基底11的一侧。所述影像传感器层12、13分别包括多个阵列排布的像素点120，每个像素点120均具有多个子像素点且每个子像素点上均设置有感光二极体以分别用于感测不同颜色的光。

在本实施例中，每个像素点120均具有三个子像素点121A、121B、121C，且该子像素点121A、121B、121C上均设置有一感光二极体(Photodiode)。所述影像传感器层12与影像传感器层13的像素点完全空间堆叠，即影像传感器层12所包括的多个感光二极体分别与影像传感器层13所包括的多个感光二极体一一对应。所述影像传感器层12、13所包括的感光二极体均可感测三种不同颜色的光，如红(R)、绿(G)及蓝(B)三种颜色的光，或青色(Cyan)、洋红色(Magenta及黄色(Yellow)三种颜色的光。

所述影像传感器层12、13为间隔设置，即在该影像传感器层12、13之间设置一个透光层14，该透光层14的材质为透光率较高的半导体材料，例如：硼磷硅玻璃(BPSG)、硅氧化物等。另外，在本实施例中，该透光层14的厚度最好小于或等于0.2毫米(mm)。

请参阅图2，所述子像素点121A、121B、121C上的感光二极体分别与一组控制晶体管19(control transistor)相连。

所述子像素点121A、121B、121C上的感光二极体分别用于捕获入射至其上的三种不同颜色的光，如蓝光、绿光及红光，即该感光二极体可将入射至其上的光能转换成光生电子(photo-generated electrons)。

所述控制晶体管19用来控制与其相连的感光二极体的工作状态及感测由光能产生的光生电子的数量，其包括一个重置晶体管RT(Reset Transistor)，一个源极跟随晶体管SF(Source-follower Transistor)及一个选择晶体管ST(SelectTransistor)。所述重置晶体管RT的源极与源极跟随晶体管SF的栅极及感光二极体的N+区相连，所述重置晶体管RT的漏极与源极跟随晶体管SF的漏极相连，所述源极跟随晶体管SF的源极与所述选择晶体管ST的源极相连。所述选择晶体管ST可为行选择晶体管(row select transistor)或列选择晶体管(columnselect transistor)。另外，所述像素点120上的选择晶体管ST可共享同一个选择线(select line)以使入射到该像素点120上的三种不同颜色的光，如红光、绿光及蓝光同时被量测。

以下将简要说明所述影像传感器层12、13将光信号转换为电信号的工作原理：

将所述子像素点121A、121B、121C上的感光二极体的P-区均接地，将所述子像素点121A、121B、121C上的感光二极体的N+区分别与三个重置晶体管RT的源极相连。

在收集影像信息之前，三个重置晶体管RT的栅极分别被轮流施以脉冲，从而在子像素点121A、121B、121C上的感光二极体的N+区上施以正电压。所述正电压可使子像素点121A、121B、121C上的感光二极体中的PN结(PN Junction)反向偏置，以分别用来感测三种不同颜色的光，如蓝光、绿光及红光。

当在子像素点121A、121B、121C上的感光二极体的N+区上施以正电压时，蓝光光子被子像素点121A上的感光二极体所吸收以形成多个蓝光电子-空穴对；绿光光子被子像素点121B上的感光二极体所吸收以形成多个绿光电子-空穴对；红光光子被子像素点121C上的感光二极体所吸收以形成多个红光电子-空穴对。所述子像素点121A、121B、121C上的感光二极体汇集光子一段时间后，与其相连的控制晶体管19分别侦测得子像素点121A、121B、121C上的感光二极体的N+区的电压变化量。当源极跟随晶体管S F的源极(source)与其处于低电势的栅极(gate)之间的电压为一个二极管电压降(one diode drop)时，所述子像素点121A、121B、121C上的感光二极体的N+区的电压变化量将被呈现在与子像素点121A、121B、121C上的感光二极体的N+区相连的源极跟随晶体管SF的栅极(gate)上。从而，当选择晶体管ST的栅极被施以脉冲时，一个等于感光二极体电压减去二极管电压降的正电压被输出至一个感应单元(图未示)以测定该正电压。一旦该所述正电压被测定，子像素点121A、121B、121C上的感光二极体将被重置(reset)，接着重复以上过程。

在所述影像传感器10的工作过程中，由于影像传感器10的影像传感器层12、13相距某一被拍摄物体的距离不同，因此被拍摄物体将在该影像传感器10的影像传感器层12、13上形成不同清晰度的影像。与所述影像传感器层12、13电性连接的处理芯片(图未示)通过分析所述影像传感器层12、13所得影像的清晰程度即可确定最佳的影像。在此，所述处理芯片也可将所述影像传感器层12、13所得影像合成为一中间影像以得到更高品质的影像。同时，所述影像传感器10具有较简单的结构及较小的体积。

可以理解的是，所述影像传感器10也可以包括两个以上的影像传感器层。

请参阅图3，本发明第二实施例的相机模组20包括一个镜头模组21及一个位于所述镜头模组21像侧的影像传感器模组22。

所述镜头模组21包括一个镜筒211及一个收容在该镜筒211内的镜片组212。

所述影像传感器模组22包括一个基座221，一个如前述第一实施例所述的影像传感器10，一个彩色滤光片15及一个透光片222。

所述基座221的邻近所述镜头模组21的一侧具有一个开口223，所述影像传感器10设置在所述基座221上且与所述开口223及所述镜筒211内的镜片组212相对。所述透光片222设置在该开口223内，以用于防止灰尘等杂质进入所述基座221内而污染所述影像传感器10。

所述彩色滤光片15设置在该影像传感器10与镜头模组21的镜片组212之间。在此，该彩色滤光片15包括一入光侧158及一出光侧159。所述影像传感器层13位于该彩色滤光片15的出光侧159。若该彩色滤光片15与影像传感器层13整合在一起(如图3所示)，则可将彩色滤光片15叠设在影像传感器层13上且两者之间经由一透光层14间隔。可以理解的是，该彩色滤光片15也可与影像传感器10分离设置，则该彩色滤光片15设置于镜片组212与影像传感器10之间的光路中任意位置均可，例如设置在镜筒211内。

该彩色滤光片15具有多个阵列排布的像素区150，每个像素区150均具有多个子像素区，例如三个子像素区，该三个子像素区可分别为红光子像素区、绿光子像素区及蓝光子像素区，也可分别为青色(Cyan)子像素区、洋红(Magenta)子像素区及黄色(Yellow)子像素区。在本实施例中，每个像素区150均包括一个红光滤光区151、一个绿光滤光区152及一个蓝光滤光区153。所述蓝光滤光区151、绿光滤光区152及红光滤光区153分别与所述影像传感器层12、13所包括的子像素点121A、121B、121C一一对应。所述影像传感器层12、13上的感光二极体分别用于感测透过所述彩色滤光片15的不同颜色的光，如红光、绿光及蓝光。

一般应用于便携式电子装置的相机模组20均较小，在本实施例中，所述镜筒211内的镜片组212的焦距设置为小于或等于4毫米(mm)。

举例1：当镜片组212的焦距等于4毫米时，根据成像公式：1/f＝1/u+1/v(f为焦距，u为物距，v为像距)可得表1，在表1中，d＝v-f＝f²/(u-f)。

表1

f/mm	4	4	4	4	4	4	4	4
									u/mm	100	200	300	500	1000	5000	10000	+∞
v/mm	4.167	4.082	4.054	4.032	4.017	4.003	4.002	4
									d/mm	0.167	0.082	0.054	0.032	0.017	0.003	0.002	0

由表1可知，当镜片组212的焦距等于4毫米及物距范围为100毫米至+∞(无穷大)时，像距的最大变化量为0.167毫米，所以，影像传感器层12和13之间的距离可设为0.167毫米。若将靠近镜片组212的影像传感器层13设置所述镜片组212的焦点F所在焦平面上，则远离镜片组212的影像传感器层12与所述镜片组212相距4.167毫米。若所述的影像传感器10包括二个以上的影像传感器层，则最顶层的影像传感器层与最底层的影像传感器层之间可相距0.167毫米。

因此，可以理解的是，当镜片组212的焦距等于4毫米及物距范围为100毫米至+∞时，所述的影像传感器10应设置在与镜片组212相距4毫米到4.167毫米的范围内。

请参见图4，相机模组20的工作原理简述如下：

物体101距离所述镜片组212较远且其物距为U1，物体102距离所述镜片组212较近且其物距为U2。物体101通过镜片组212在影像传感器10上所成的像的像距为V1，物体102通过镜片组212在影像传感器10上所成的像的像距为V2。

所述U1、U2均大于等于100毫米，物体101可通过镜片组212在影像传感器层13上形成清晰的像，物体102可通过镜片组212在影像传感器层12上形成清晰的像。所述影像传感器层12可得到物体102通过镜片组212所成的清晰的像以及物体101的模糊的像，影像传感器层13可得到物体101通过镜片组212所成的清晰的影像以及物体102的模糊的像，与影像传感器层12、13电性连接的处理芯片通过分析影像传感器层12、13上所得影像的清晰程度即可确定物体101或物体102的影像为最佳的影像。在此，所述处理芯片也可将所述影像传感器层12、13所得影像合成为一中间影像以得到更高品质的影像。

举例2：当镜片组212的焦距等于3.5毫米时，根据成像公式：1/f＝1/u+1/v(f为焦距，u为物距，v为像距)可得表2，在表2中，d＝v-f＝f²/(u-f)。

表2

f/mm	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5
									u/mm	100	200	300	500	1000	5000	10000	+∞
v/mm	3.627	3.562	3.541	3.525	3.512	3.502	3.501	3.5
									d/mm	0.127	0.062	0.041	0.025	0.012	0.002	0.001	0

由表2可知，当镜片组212的焦距等于3.5毫米及物距范围为100毫米至+∞时，像距的最大变化量为0.127毫米，所以，影像传感器层12和13之间的距离可设为0.127毫米。若将靠近镜片组212的影像传感器层13设置所述镜片组212的焦点F所在焦平面上，则远离镜片组212的影像传感器层12与所述镜片组212相距3.627毫米。具有焦距为3.5毫米的镜片组212的相机模组20的工作原理在此不再赘述。

举例3：当镜片组212的焦距等于1.0毫米时，根据成像公式：1/f＝1/u+1/v(f为焦距，u为物距，v为像距)可得表3，在表3中，d＝v-f＝f²/(u-f)。

表3

f/mm	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
									u/mm	100	200	300	500	1000	5000	10000	+∞
v/mm	1.010	1.005	1.003	1.002	1.001	1.000	1.000	1.0
									d/mm	0.010	0.005	0.003	0.002	0.001	0	0	0

由表3可知，当镜片组212的焦距等于1.0毫米及物距范围为100毫米至+∞时，像距的最大变化量为0.010毫米，所以，影像传感器层12和13之间的距离可设为0.010毫米。若将靠近镜片组212的影像传感器层13设置所述镜片组212的焦点F所在焦平面上，则远离镜片组212的影像传感器层12与所述镜片组212相距1.010毫米。具有焦距为1.0毫米的镜片组212的相机模组20的工作原理在此不再赘述。

可以理解的是，因为本实施例中的镜筒211内的镜片组212的焦距设置为小于或等于4毫米，所以具有多层影像传感器层的影像传感器10中的最顶层的影像传感器层和最底层的影像传感器层之间的距离应当小于或等于d＝f²/(u_min-f)＝0.167毫米，其中，u_min为最小物距，例如本实施例中的100毫米。若将最靠近镜片组212的影像传感器层设置所述镜片组212的位于像侧的焦点F上，则最远离镜片组212的影像传感器层与所述镜片组212相距应当小于或等于4.167毫米。

由于影像传感器10的影像传感器层12，13到某一被拍摄物体的距离不同，因此被拍摄物体将在影像传感器10中的不同影像传感器层形成具有不同清晰度的影像，然后，经由与所述不同影像传感器层电性连接的处理芯片(图未示)分析所述不同影像传感器层所得影像的清晰程度即可确定最佳的影像。在此，所述处理芯片也可将所述不同影像传感器层所得影像合成为一中间影像以得到更高品质的影像。由此可见，本发明第二实施例所提供的相机模组20并不需要利用机械配合的镜筒与镜座相对移动来实现对焦功能，而是利用影像传感器10中的不同影像传感器层来感测不同清晰度的影像来确定最佳的影像，从而实现对焦功能，同时使相机模组的结构得以简化，体积也相应的减小。

另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的变化，例如：所述彩色滤光片与影像传感器层直接接触，各影像传感器层之间直接接触等，而所有这些变化都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种影像传感器，其包括：多个影像传感器层，所述多个影像传感器层叠设在一起用于形成被拍摄物体的不同清晰度的像，每个影像传感器层均包括多个阵列排布的像素点，所述每个影像感测器层的多个像素点紧密排列，所述每个影像传感器层的像素点与相邻影像传感器层的像素点完全空间堆叠，每个像素点均具有多个子像素点且每个子像素点上均设置有感光二极体，所述每个影像传感器层的感光二极体与其相邻影像传感器层的感光二极体一一对应，所述感光二极体分别用于感测不同颜色的光，及一与多个影像传感器层电连接的处理芯片，所述处理芯片用于分析多个影像传感器层上形成的被拍摄物体的不同清晰度的像并确定最佳影像。

2.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，还包括设置在所述多个影像传感器层之间的透光层以使所述多个影像传感器层中相邻两个影像传感器层间隔设置。

3.如权利要求2所述的影像传感器，其特征在于，所述透光层的厚度小于或等于0.2毫米。

4.如权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，所述每个像素点包括三个子像素点，分别用于感测红光、绿光及蓝光。

5.一种相机模组，其包括一个镜头模组及一个位于所述镜头模组的像侧的影像传感器模组，所述镜头模组包括一个镜筒及一个收容在所述镜筒内的镜片组，所述影像传感器模组包括一个影像传感器及一位于影像传感器与镜片组之间的彩色滤光片，其特征在于，所述影像传感器包括多个影像传感器层，所述多个影像传感器层叠设在一起用于形成被拍摄物体的不同清晰度的像，每个影像传感器层均包括多个阵列排布的像素点，所述每个影像感测器层的多个像素点紧密排列，所述每个影像传感器层的像素点与相邻影像传感器层的像素点完全空间堆叠，每个像素点均具有多个子像素点且每个子像素点上均设置有感光二极体，所述每个影像传感器层的感光二极体与其相邻影像传感器层的感光二极体一一对应，所述感光二极体分别用于感测透过所述彩色滤光片的不同颜色的光，及一与多个影像传感器层电连接的处理芯片，所述处理芯片用于分析多个影像传感器层上形成的被拍摄物体的不同清晰度的像并确定最佳影像。

6.如权利要求5所述的相机模组，其特征在于，所述彩色滤光片与所述多个影像传感器层分离设置，其包括多个阵列排布的像素区，每个像素区均具有与所述每个影像传感器层的像素点的子像素点数目对应的子像素区。

7.如权利要求5所述的相机模组，其特征在于，还包括一基座及一透光片，所述镜头模组设置在基座上；所述基座的邻近所述镜头模组的一侧具有一个开口，所述透光片设置在所述开口内，所述影像传感器位于所述基座内且与所述镜片组分设在所述透光片的相对两侧。

8.如权利要求5所述的相机模组，其特征在于，所述彩色滤光片叠设在所述影像传感器上，且与影像传感器经由一透光层间隔设置。

9.如权利要求5所述的相机模组，其特征在于，所述镜片组的焦距小于或等于4毫米，所述多个影像传感器层中的最邻近镜片组的影像传感器层和最远离晶片组的影像传感器层之间的距离小于或等于0.167毫米。

10.如权利要求5所述的相机模组，其特征在于，所述多个影像传感器层中的最靠近镜片组的影像传感器层设置所述镜片组的焦平面上。