CN106375739B - 图像传感器及其信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种图像传感器设备及其信号处理方法。该图像传感器包括：多个像素，并且多个像素中的至少一个像素包括：微透镜；过滤器，该过滤器包括：用于从通过微透镜透过的光信号中过滤第一色彩信号的第一区域和用于从所透过的信号中过滤第二色彩信号的第二区域；以及用于将第一色彩信号转换为电信号的第一光电二极管和用于将第二色彩信号转换为电信号的第二光电二极管。

Description

图像传感器及其信号处理方法
技术领域
本公开涉及一种图像传感器，并且例如，涉及一种图像传感器的配置及其信号处理方法。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换为电信号的元件。由于计算机产业和通信产业的发展，在诸如数码相机、摄录机、个人通信***(PCS)、游戏设备、安全服务相机、医疗微相机、机器人等的各种领域中，对于具有改进的性能的图像传感器的需求正在增加。
图像传感器可以包括色彩过滤器(color filter)。图像传感器可以检测与通过色彩过滤器的特定波长相对应的光。例如，图像传感器可以检测与通过红色过滤器的红色波长相对应的光。另外，图像传感器可以检测与通过蓝色过滤器的蓝色波长相对应的光。
图像传感器的单个像素可以包括微透镜、单个色彩过滤器和与单个色彩过滤器相对应的光电二极管。相应地，穿过微透镜的光可以通过色彩过滤器被转换为具有特定波长的光，并且然后可以被传递至光电二极管。通过该处理，具有与特定波长不同的波长的光可以被色彩过滤器阻挡，并且因此不可以被传递至光电二极管。因此，在光电二极管中光的敏感度可能部分地劣化。
只是为了帮助理解本公开而将上述信息呈现为背景信息。关于上述任何信息对于本公开是否可适用为现有技术，既未进行确定，也未做出断言。
发明内容
本公开的方面解决至少上述问题和/或缺点，并且提供至少下述优点。相应地，本公开的方面提供一种可以接收各种波长的光的图像传感器的像素结构。
本公开的另一方面提供一种当用于拍摄的背景具有低照度时能够提供清晰图像的图像传感器的像素结构。
根据本公开的方面，提供了一种图像传感器。该图像传感器包括：多个像素，其中，多个像素中的至少一个像素包括：微透镜；过滤器，其中，该过滤器包括：用于从通过微透镜透过的光信号中过滤第一色彩信号的第一区域和用于从所透过的信号中过滤第二色彩信号的第二区域；第一光电二极管，用于将第一色彩信号转换为电信号；以及第二光电二极管，用于将第二色彩信号转换为电信号。
根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：图像传感器，包括多个像素；以及处理器，与图像传感器功能连接，其中，多个像素中的至少一个像素包括：微透镜；过滤器，其中，该过滤器包括：用于从通过微透镜透过的光信号中过滤第一色彩信号的第一区域和用于从所透过的信号中过滤第二色彩信号的第二区域；以及该电子设备还包括：第一光电二极管，用于将第一色彩信号转换为电信号；以及第二光电二极管，用于将第二色彩信号转换为电信号，以及其中，处理器被配置为至少基于被转换为电信号的第一色彩信号和第二色彩信号来生成亮度信息和色彩信息，并且输出与亮度信息和色彩信息相对应的图像。
根据本公开另一方面，提供了一种信号处理方法。该信号处理方法包括：接收通过被包括在图像传感器中的至少一个像素中所包括的单个微透镜的光信号；从通过包括第一区域和第二区域的过滤器的光信号中过滤白色信号和色彩信号；通过多个光电二极管来将白色信号和色彩信号转换为电信号；以及通过显示器来输出与基于电信号确定的亮度信息和色彩信息相对应的图像。
根据下面结合附图公开了本公开的各种实施例的详细描述，本公开的其他方面、优点和显著特征对于本领域技术人员将变得明显。
附图说明
根据下面结合附图进行的描述，本公开的特定实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加明显，在附图中：
图1图示了根据本公开实施例的电子设备的框图；
图2A图示了根据本公开实施例的电子设备的前视图；
图2B图示了示出根据本公开实施例的电子设备的横截面的视图；
图3图示了根据本公开实施例的图像传感器的框图；
图4图示了根据本公开实施例的相机模块的框图；
图5图示了示出根据本公开实施例的每个色彩的敏感度比率的曲线图；
图6A和图6B图示了示出根据本公开实施例的图像传感器的像素结构的视图；
图7A和图7B图示了示出根据本公开实施例的图像传感器的像素结构的视图；
图8A和图8B图示了示出根据本公开实施例的图像传感器的像素结构的视图；
图9图示了示出根据本公开实施例的图像传感器的像素结构的视图；
图10图示了示出根据本公开实施例的图像传感器的详细像素结构的视图；
图11图示了示出根据本公开实施例的图像传感器的详细像素结构的视图；
图12图示了示出根据本公开实施例的图像传感器的详细像素结构的视图；
图13图示了示出根据本公开实施例的图像传感器的详细像素结构的视图；
图14图示了示出根据本公开实施例的图像传感器的详细像素结构的视图；
图15图示了根据本公开实施例的相机模块的框图；
图16图示了根据本公开实施例的相机模块的框图；
图17图示了根据本公开实施例的相机模块的框图；
图18A和图18B图示了根据本公开实施例的图像传感器的像素电路图；
图19图示了示出根据本公开实施例的像素中所包括的多个光电二极管的信号强度的曲线图；
图20图示了根据本公开实施例的用于调节电子设备的相机模块的聚焦的流程图；
图21图示了根据本公开实施例的用于调节电子设备的相机模块的聚焦的流程图；以及
图22图示了根据本公开实施例的用于在电子设备中存储图像的流程图。
贯穿附图，应注意，类似的附图标记被用于描述相同或相似的元件、特征和结构。
具体实施方式
提供以下参考附图的描述来帮助全面理解如权利要求及其等同物所限定的本公开的各种实施例。其包括各种具体细节以帮助这种理解，但这些细节应被视为只是示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，可以对本文描述的各种实施例进行各种改变和修改，而不脱离本公开的范围和精神。另外，为了清楚和简明，可以省略对熟知的功能和构造的描述。
以下描述和权利要求中使用的术语和词语不限于书目的含义，而是仅被发明人用于使得能够清楚和一致地理解本公开。因此，对本领域技术人员应当清楚的是，提供对本公开的各种实施例的以下描述仅为了例示目的而不是为了限制如所附权利要求及其等同物限定的本公开的目的。
要理解，单数形式的“一”、“一个”以及“该”包括复数指代物，除非上下文清楚地另有所指。因此，例如，对于“组件表面”的指代包括指代一个或多个这样的表面。
在本公开中，表述“具有”、“可以具有”、“包括”或“可以包括”指代相对应的特征(例如，数值、功能、操作或诸如元件的组件)的存在，并且不排除额外的特征的存在。
在本公开中，表述“A或B”、“A或/和B中的至少一个”或者“A或/和B中的一个或更多个”可以包括所列项目的所有可能组合。例如，表述“A或B”、“A和B中的至少一个”或者“A或B中的至少一个”指代以下全部：(1)包括至少一个A；(2)包括至少一个B；或(3)包括至少一个A和至少一个B。
在本公开各个实施例中使用的表述“第一”、“第二”、“该第一”或“该第二”可以与次序和/或重要性无关地修饰各个组件，但是并不限制相对应的组件。例如，第一电子设备和第二电子设备可以指示不同的用户设备，而与其次序或重要性无关。例如，第一元件可以可互换地被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以可互换地被称为第一元件，而不背离本公开的范围。
应注意，当元件(例如，第一元件)被称为(操作地或通信地)“连接”或“耦合”至另一元件(例如，第二元件)时，其可以直接连接或直接耦合至该另一元件。在此情况下，可替换地，任何其他元件(例如，第三元件)可以***在其间。在本公开特定实施例中，可以理解，当元件(例如，第一元件)被称为“直接连接”或“直接耦合”至该另一元件(第二元件)时，其间没有***元件(例如，第三元件)(而可以存在连接的元件，如其间的粘合剂或连接器)。
依赖于上下文，在本公开中使用的表述“被配置为”可以与例如“适合于”、“具有…的能力”、“被设计为”、“被适配为”、“使得”或“能够”可互换地使用。术语“被配置为”可以不一定暗示在硬件上“专门被设计为”。可替换地，在一些情形下，表述“设备，被配置为…”可以意味着该设备与其他设备或组件一起“能够”。例如，短语“处理器，被适配为(或被配置为)执行A、B和C”可以意味着仅用于执行相对应的操作的专用处理器(例如，嵌入式处理器)或可以通过运行在存储器设备中存储的一个或更多个软件程序来执行相对应的操作的通用处理器(例如，中央处理单元(CPU)或应用处理器(AP))。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不意图限制其他实施例的范围。当在本文中使用时，单数形式也可以包括复数形式，除非上下文清晰地另有所指。除非另外地定义，否则本文使用的所有术语——包括技术术语和科学术语——具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。如通用词典中定义的术语的这些术语可以被解释为具有与相关领域中的上下文含义等价的含义，并且不应被解释为具有理想化的或过于正式的含义，除非在本公开中清晰地定义。在一些情况下，即使在本公开中定义的术语也不应被解释为排除本公开的实施例。
例如，根据本公开各个实施例的电子设备可以包括例如以下中的至少一个：智能电话、平板式个人计算机(PC)、移动电话、视频电话、电子书阅读器(e书阅读器)、桌面型PC、膝上型PC、上网本计算机、工作站、服务器、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、运动图像专家组阶段1或阶段2(MPEG-1或MPEG-2)音频层3(MP3)播放器、移动医疗设备、相机和可穿戴设备。根据本公开各个实施例，可穿戴设备可以包括以下中的至少一个：配饰类型(例如，手表、指环、手镯、脚环、项链、眼镜、隐形眼镜或头戴式设备(HMD))、织物或衣物集成类型(例如，电子衣服)、身体安装类型(例如，皮肤衬垫或纹身)和生物植入类型(例如，可植入电路)。
根据本公开的一些实施例，电子设备可以是家用电器。家用电器例如可以包括以下中的至少一个：电视、数字多功能盘(DVD)播放器、音频播放器、冰箱、空调、吸尘器、烤箱、微波炉、洗衣机、空气净化器、机顶盒、家庭自动控制面板、电视(TV)盒子(例如，三星的HomeSyncTM，Apple TVTM，或Google TVTM)、游戏控制台(例如，XboxTM、PlayStationTM)、电子词典、电子钥匙、摄录机和电子相框。
根据本公开的另一实施例，电子设备可以包括以下中的至少一个：各种医疗设备(例如，各种便携式医疗测量设备(血糖测量设备、心率测量设备、血压测量设备、体温测量设备等)、磁共振血管造影(MRA)、磁共振成像(MRI)、计算断层摄影(CT)机器和超声波机器)、导航设备、全球导航卫星***(GNSS)接收器、事件数据记录器(EDR)、飞行数据记录器(FDR)、车辆信息娱乐设备、船用电子设备(例如，船用导航设备和陀螺仪罗盘)、航空电子设备、安全设备、汽车机头单元、家用或工业用机器人、银行中的自动柜员机(ATM)、商店中的销售点(POS)、或物联网设备(例如，灯泡、各种传感器、电表或气表、喷洒器装置、火警报警器、恒温调节器、路灯、烤面包机、体育用品、热水箱、加热器、热水器等)。
根据本公开的一些实施例，电子设备可包括以下中的至少一个：家具或建筑物/结构的一部分、电子黑板、电子签名接收设备、投影仪和各种测量仪器(例如，水表、电表、气表和无线电波表)。根据本公开的各个实施例的电子设备可以是上述各种设备中的一个或更多个的组合。根据本公开的一些实施例的电子设备可以是柔性设备。此外，根据本公开的实施例的电子设备不限于上述设备，并且可以根据技术的发展包括新的电子设备。
在下文中，将参考附图描述根据各个实施例的电子设备。当在本文中使用时，术语“用户”可以指示使用电子设备的人或使用电子设备的设备(例如，人工智能电子设备)。
图1图示了根据本公开的实施例的电子设备的框图。
参考图1，电子设备101可包括AP 110、通信模块120、用户标识模块(SIM)卡124、存储器130、传感器模块140、输入设备150、显示器160、接口170、音频模块180、相机模块191、电源管理模块195、电池196、指示器197或马达198。
处理器110可以运行操作***或应用程序以控制连接至处理器110的多个硬件或软件构成元件，并且可执行包括多媒体数据的各种数据的处理和操作。处理器110例如可以实施为片上***(SoC)。根据本公开的实施例，处理器110还可以包括图形处理单元(GPU)(未示出)。处理器110还可包括图1中所绘制的其他构成元件中的至少一个(例如，蜂窝模块221)。处理器110可以将从连接至其他构成元件中的每个或至少一个的非易失性存储器所接收的指令或数据加载到易失性存储器，并且处理所加载的指令或数据。另外，处理器110可以将从其他构成元件中的至少一个所接收的或由其他构成元件中的至少一个所生成的数据存储在非易失性存储器中。根据本公开的实施例，处理器110可以被称为控制器。
根据本公开实施例，处理器110可从相机模块191中所包括的图像传感器(未示出)接收色彩信息。例如，色彩信息可包括亮度信息和基色信息(或色彩信息)。例如，亮度信息可以是关于通过图像传感器(未示出)的滤光器(light filter)的透明过滤器区域而过滤的光的信息。
根据本公开的实施例，之后，处理器110可以将所接收的色彩信息转换为YUV信号，将YUV信号存储在存储器130中或将YUV信号转换为红色、绿色、蓝色(RGB)信号，以及将RGB信号显示在显示器160上。
根据本公开的另一实施例，处理器110可以从图像传感器(未示出)接收亮度信息。例如，处理器110可以使用亮度信息来检测光的相位差，并且可以基于所检测的相位差来移动相机模块191的透镜以调节相机模块191的聚焦。
根据本公开的实施例，通信模块120可以包括蜂窝模块121、Wi-Fi模块123、蓝牙(BT)模块125、GNSS模块127(例如，全球定位***(GPS)模块、格洛纳斯(glonass)模块、北斗(beidou)模块或伽利略(Galileo)模块)、近场通信(NFC)模块128和射频(RF)模块129。
蜂窝模块121可以通过电信网络(例如，长期演进(LTE)、先进LTE(LTE-A)、码分多址(CDMA)、宽带CDMA(WCDMA)、通用移动电信***(UMTS)、无线宽带(WiBro)、全球移动***(GSM)等)来提供语音电话、视频电话、文本服务、因特网服务等。另外，蜂窝模块121可以例如使用SIM(例如，SIM卡124)执行电信网络内的电子设备区分和授权。根据本公开的实施例，蜂窝模块121可以执行AP 110可以提供的功能中的至少一个。例如，蜂窝模块121可以包括通信处理器(CP)。
Wi-Fi模块123、BT模块125、GPS模块127或NFC模块128各自可以包括例如用于处理通过相对应的模块发送/接收的数据的处理器。根据本公开的实施例，蜂窝模块121、Wi-Fi模块123、BT模块125、GPS模块127或NFC模块128中的至少一些(例如，两个或更多个)可以被包括在一个集成电路(IC)或IC封装中。
RF模块129可以执行数据的发送/接收，例如，RF信号的发送/接收。虽然未图示，但是RF模块129可以包括例如收发器、功率放大模块(PAM)、频率滤波器、低噪放大器(LNA)、天线等。根据本公开的实施例，蜂窝模块121、Wi-Fi模块123、BT模块125、GPS模块127或NFC模块128中的至少一个可以通过单独的RF模块执行射频(RF)信号的发送/接收。
SIM卡124可以是包括SIM的卡，并且可以***到在电子设备101的特定位置中提供的插槽中。SIM卡124可以包括唯一标识信息(例如，集成电路卡ID(ICCID))或用户信息(例如，国际移动用户标识(IMSI))。
存储器130可以包括内部存储器132或外部存储器134。内部存储器132可以包括例如易失性存储器(例如，动态随机存取存储器(DRAM)、静态RAM(SRAM)和同步DRAM(SDRAM))或非易失性存储器(例如，一次性可编程只读存储器(OTPROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、掩膜ROM、闪速ROM、与非(NAND)闪速存储器以及或非(NOR)闪速存储器)中的至少一个。
根据本公开的实施例，内部存储器132可以是固态驱动器(SSD)。外部存储器134还可以包括闪速驱动，例如，紧凑闪存(CF)、安全数字(SD)、微型SD、迷你SD、极速数字(xD)、记忆棒等。外部存储器134可以通过各种接口可操作地与电子设备101连接。
传感器模块140可以测量物理量或检测电子设备101的激活状态，并且将所测量的或所检测的信息转换为电信号。传感器模块140可以包括例如手势传感器140A、陀螺仪传感器140B、气压传感器140C、磁传感器140D、加速度传感器140E、握持传感器140F、接近传感器140G、色彩传感器140H(例如，RGB传感器)、生物物理传感器140I、温度/湿度传感器140J、照度传感器140K、紫外线(UV)传感器140M等中的至少一个。额外地或可替换地，传感器模块140可以包括例如电子鼻传感器(未示出)、肌电图(EMG)传感器(未示出)、脑电波(EEG)传感器(未示出)、心电图(ECG)传感器(未示出)、红外(IR)传感器(未示出)、虹膜传感器(未示出)、指纹传感器(未示出)等。传感器模块140还可以包括用于控制其中所属的至少一个或更多个传感器的控制电路。在本公开的各个实施例中，电子设备101还可以包括作为处理器110的一部分或与处理器110分开的处理器，其被配置为控制传感器模块140，并且可以在处理器110处于睡眠状态时控制传感器模块140。
输入设备150可以包括触摸面板152、(数字)笔传感器154、输入键156、超声输入设备158等。触摸面板152可以例如以电容覆盖方案、压力敏感方案、红外波束方案或声波方案中的至少一个来检测触摸输入。另外，触摸面板152还可以进一步包括控制电路。在电容覆盖方案的情况下，物理接触或接近检测是可能的。触摸面板152还可以进一步包括触觉层。在此情况下，触摸面板152可以向用户提供触觉响应。
(数字)笔传感器154可以以与接收用户的触摸输入相同或相似的方法实施，或通过使用用于检测的单独板来实施。输入键156可以包括例如物理按钮、光学按键或键区。超声输入设备158是能够通过生成超声波信号的输入工具检测电子设备101中的声波来识别数据的设备，并且超声输入设备158能够进行无线检测。
显示器160(例如，显示器160)可包括面板162、全息设备164或投影仪166。面板162例如可以是液晶显示器(LCD)、有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)等。面板162可以例如实施为柔性的、透明的或可穿戴的。面板162也可以与触摸面板152一起构造为一个模块。全息设备164可以使用光的干涉来在空中示出三维图像。投影仪166可以投影光到屏幕上以显示图像。屏幕可以例如位于电子设备101内部或外部。根据本公开的实施例，显示器160还可包括用于控制面板162、全息设备164或投影仪166的控制电路。
接口170可以包括例如高清晰度多媒体接口(HDMI)172、通用串行总线(USB)174、光学接口176或D微型(D-Sub)178。额外地或可替换地，接口170可以包括例如移动高清晰度链路(MHL)接口、SD卡/多媒体卡(MMC)接口或红外数据协会(IrDA)标准接口。
音频模块180可以对语音和电信号相互地进行转换。音频模块180可以例如处理通过扬声器182、接收器184、耳机186、麦克风188等输入或输出的声音信息。
相机模块191是能够拍摄静态图片和运动图片的设备。根据本公开的实施例，相机模块191可以包括一个或更多个图像传感器(例如，前置传感器或后置传感器)、透镜(未示出)、图像信号处理器(ISP)(未示出)或者闪光灯(未示出)(例如，LED或氙气灯)。
电源管理模块195可以管理电子设备101的电力。虽然未示出，但是电源管理模块195可以包括例如电源管理集成电路(PMIC)、充电器IC、电池、燃料计等。
PMIC可以例如安装在IC或SoC半导体内。充电方案可以分为有线充电方案和无线充电方案。充电器IC可以对电池296充电，并且可以防止来自电子充电器的过电压或过电流的流入。根据本公开实施例，充电器IC可以包括用于有线充电方案或无线充电方案中的至少一个的充电器IC。无线充电方案例如可以是磁谐振方案、磁感应方案、电磁波方案等。可以添加用于无线充电的补充电路，例如，诸如线圈环路、谐振电路、整流器等的电路。
指示器197可以显示电子设备101或其一部分(例如，处理器110)的特定状态，例如，启动状态、消息状态、充电状态等。马达198可以将电信号转换为机械振动。虽然未图示，但是电子设备101可以包括用于移动TV支持的处理设备(例如，GPU)。用于移动TV支持的处理设备可以例如根据数字多媒体广播(DMB)、数字视频广播(DVB)、媒体流等的标准来处理媒体数据。
根据本公开的各个实施例的电子设备的上述元件中的每个可以包括一个或更多个组件，并且相对应的元件的名称可以根据电子设备的类型而变化。根据本公开的各个实施例的电子设备可以包括上述元件中的至少一个，并且可以排除元件中的一些或还可以包括其他额外的元件。此外，根据本公开的各个实施例的电子设备的元件中的一些可以耦合以形成单个实体，同时执行与相对应的元件在耦合之前所执行的功能相同的功能。
图2A图示了根据本公开实施例的电子设备的前视图。
参考图2A，根据本公开的实施例，电子设备200可以包括前置相机模块201、后置相机模块203和显示器205。
根据本公开的实施例，前置相机模块201可以被提供在电子设备200的前表面上，并且可以拍摄关于位于电子设备200的前方的被摄体的静态图像和运动图像。后置相机模块203可以被提供在电子设备200的后表面上，并且可以拍摄关于位于电子设备200的后方的被摄体的静态图像或运动图像。
根据本公开的实施例，显示器205可以在处理器110的控制下输出静态图像或运动图像。例如，显示器205可以以预览屏幕的形式输出从前置相机模块201或后置相机模块203所输入的运动图像。
图2B图示了示出根据本公开实施例的电子设备的横截面的视图。根据本公开的实施例，图2B是沿图2A的线2-2截取的横截面视图。
参考图2B，根据本公开的实施例，电子设备200可以包括前盖211(例如，玻璃)、不透明层215、前置相机模块230、电路板235、后盖。根据本公开的实施例，前盖211可以包括开口213。例如，开口213可以是用于接收通过其的光的区域。
根据本公开的实施例，前置相机模块230可以包括一个或更多个透镜231和图像传感器233。根据本公开的实施例，进入(enter through)开口213的光可以通过一个或更多个透镜231被输入图像传感器233。图像传感器233可以将进来(incoming)的光(例如，白色信号或色彩信号)转换为电信号。
图3图示了根据本公开实施例的图像传感器的框图。
参考图3，根据本公开的实施例，图像传感器301可以包括包含多个像素的像素结构303、垂直扫描电路311、水平扫描电路313和解译单元315。
根据本公开的实施例，像素结构303中所包括的单个像素305可以包括单个微透镜、过滤器和多个光电二极管307、309。例如，过滤器可包括白色过滤器区域和色彩过滤器区域。根据本公开的实施例，垂直扫描电路311和水平扫描电路313可以在处理器110或ISP的控制下检测多个光电二极管的信号(例如，白色信号或色彩信号)。根据本公开的实施例，解译单元315可读出所检测的信号。
图4图示了根据本公开实施例的相机模块的框图。
图5图示了示出根据本公开实施例的每个色彩的敏感度比率的曲线图。
参考图4，根据本公开的实施例，相机模块(例如，相机模块191)可以包括图像传感器401、预处理器403和ISP 405。在详细说明元件时，根据本公开的实施例，图像传感器401可将进入相机模块的透镜(例如，透镜231)的光(例如，白色信号或色彩信号)转换为电信号。例如，图像传感器401可以将红色、绿色、蓝色和白色(RGBW)信号发送到预处理器403。例如，RGBW信号(例如，白色信号或色彩信号)可以指代从与滤光器中所包括的白色过滤器区域相对应的第一二极管、与红色过滤器区域相对应的第二二极管、与绿色过滤器区域相对应的第三二极管以及与蓝色过滤器区域相对应的第四二极管所输出的信号。
根据本公开的实施例，预处理器403可以被配置为单个独立IC芯片或可以被包括在图像传感器401和ISP 405中的至少一个中。例如，预处理器403可以执行坏像素校正(BPC)或重构功能。根据本公开的实施例，预处理器403可以从图像传感器401接收数字信号，将所接收的数字信号转换为YUV信号，或将YUV信号发送到ISP 405。
根据本公开的实施例，预处理器403可以接收RGBW信号并且将所接收的RGBW信号转换为YUV信号。例如，预处理器403可以使用RGBW信号中所包括的T或W分量来生成YUV信号。
例如，YUV信号可能受白色过滤器区域和基色过滤器区域的敏感度的影响。
参考图5，将说明白色过滤器和基色过滤器的敏感度比率。
例如，滤光器可以包括透明过滤器区域(T或W)、红色过滤器区域(R)、绿色过滤器区域(G)、蓝色过滤器区域(B)或者允许其他色彩的光穿过或阻挡其他色彩的光的色彩过滤器区域。因为这些色彩过滤器区域根据入射光的波长具有不同透射率，所以光的敏感度比率(或曝光率)可能不同。
曲线图501示出色彩过滤器的敏感度比率。例如，根据曲线图501，与红色过滤器区域(R)、绿色过滤器区域(G)和蓝色过滤器区域(B)相比，白色过滤器区域(T或W)可具有高曝光率。另外，红色过滤器区域(R)、绿色过滤器区域(G)和蓝色过滤器区域(B)中的曝光率可以彼此类似。另外，与红色过滤器区域(R)、绿色过滤器区域(G)和蓝色过滤器区域(B)相比，较宽波长503的光可以通过白色过滤器区域(T或W)透过。另外，具有几乎相似的范围的波长505、507、509的光可以通过红色过滤器区域(R)、绿色过滤器区域(G)和蓝色过滤器区域(B)透过。
与在位于与基色过滤器区域相对应的光电二极管中相比，在位于与白色过滤器区域(T或W)相对应的光电二极管中，在相同曝光时间期间曝光的光的量可以更高。另外，当光进入像素时，与位于与基色过滤器区域相对应的光电二极管相比，位于与白色过滤器区域(T或W)相对应的光电二极管可以接收更多样的波长的光。因此，与位于与基色过滤器区域相对应的光电二极管相比，位于与白色过滤器区域相对应的光电二极管可对光的亮度更敏感地作出反应。因此，当使用RGBW信号中所包括的T或W分量生成YUV信号时，预处理器403可生成高敏感度的图像。
参考图4，预处理器403可以接收RGBW信号并且将所接收的RGBW信号转换为YUV信号。例如，预处理器403可以基于R、G和B信号中的至少一个的值以及W信号的值来计算亮度信号(Y)的值，基于B信号的值和所计算的Y信号的值来计算色差信号(U)的值，以及基于R信号的值和所计算的Y信号的值来计算色差信号(V)的值。
在另一示例中，预处理器403可以仅使用W信号的值来计算亮度信号(Y)的值。在另一示例中，预处理器403可以仅使用W信号的值来计算第一亮度信号(Y1)的值，使用R、G和B信号中的至少一个的值来计算第二亮度信号(Y2)的值，以及通过将Y1和Y2相加来计算亮度信号(Y)。
在另一示例中，预处理器403可以通过根据外部环境的照度改变R、G和B信号中的至少一个的值与W信号的值之间的混合比率，来计算亮度信号(Y)的值。例如，当外部环境的照度低于预定的参考照度时，预处理器403可以确定外部环境具有低照度，并且仅使用W信号的值来计算亮度信号(Y)的值，或者可以通过与R、G和B信号中的至少一个的值相比增加W信号的值的混合比率来计算亮度值(Y)的值。在本文中，参考照度可以指示当外部环境具有低照度时试验测量的照度。另外，预处理器403可以基于B信号的值和所计算的Y信号的值来计算色差信号(U)的值，并且基于R信号的值和所计算的Y信号的值来计算色差信号(V)的值。
在另一示例中，当外部环境具有高于或等于参考照度的照度时，预处理器403可以确定外部环境足够亮，并且可以仅使用R、G和B信号中的至少一个的值来计算亮度信号(Y)的值，或者可以通过与W信号的值相比增加R、G和B信号中的至少一个的值的混合比率来计算亮度信号(Y)的值。
根据本公开的实施例，预处理器403可以基于从在一个像素中所包括的多个二极管输出的多个W分量之间的差来生成光的相位差信息，并且将相位差信息发送至处理器(例如，处理器110)，用于控制相机模块或ISP 405以便通过基于相位差信息移动相机模块(例如，相机模块191)的透镜来调节聚焦。根据本公开的实施例，预处理器403可通过逐帧地处理相位差信息来生成帧中所包括的图像的3维(3D)信息，并且将所生成的图像3D信息发送至图像信号处理器405。
根据本公开实施例，ISP 405可以逐帧地接收YUV信号，将所接收的YUV信号存储在存储器(例如，存储器130)中或将YUV信号转换为RGB信号，以及将RGB信号显示在显示器(例如，显示器160)上。根据本公开的实施例，ISP 405可以接收相位差信息，并且通过基于所接收的相位差信息移动相机模块的透镜来调节相机模块的聚焦。根据本公开的实施例，ISP405可以接收图像3D信息，基于所接收的3D信息来生成相对应的帧的3D图像，以及将图像输出在显示器上或将图像存储在存储器中。
图6A和图6B、图7A和图7B、图8A和图8B以及图9图示了示出根据本公开各个实施例的图像传感器的像素结构的视图。将基于图6A和图6B、图7A和图7B、图8A和图8B以及图9来说明图像传感器的像素结构。
根据本公开实施例，像素结构可以包括多个像素。多个像素中的每个可以包括单个微透镜、滤光器和多个光电二极管。
滤光器可以是通过执行关于光的透射、反射、分割、提取、隔离或分离来控制光的特性的光学元件。滤光器可以是从白色光或混合了各种波长的光中提取(或隔离)特定波长的分量的光学元件。根据本公开的实施例，滤光器可包括色彩过滤器区域。色彩过滤器区域可以具有用于仅使自然光(混合光)中特定色彩的光通过的色彩。滤光器可包括红色(R)过滤器区域、绿色(G)过滤器区域或蓝色(B)过滤器区域。根据本公开的实施例，滤光器可以包括透明过滤器区域或色彩过滤器区域。透明过滤器区域可以接近无色(透明)。在另一示例中，透明过滤器区域可以具有以下色彩：该色彩具有90％或更高的透明度。根据本公开的实施例，过滤器可以包括透明过滤器(或白色过滤器)区域和具有R、G和B中的至少一个色彩的色彩过滤器区域两者。
根据本公开的实施例，像素结构可以包括每像素的单个微透镜，并且滤光器的结构和光电二极管的数目可以根据像素结构而变化。根据本公开的实施例，如图6A和图6B所示，构成像素结构601、611的单个像素603、613可以包括单个微透镜605、615、包括单个透明过滤器区域607、617和单个色彩过滤器区域609、619的滤光器以及至少两个二极管(未示出)。
单个像素中的透明过滤器区域和色彩过滤器区域彼此不重叠，并且可以具有各种形式。根据本公开的实施例，透明过滤器区域可以包围色彩过滤器区域的全部或一部分。例如，如图6A中所示，色彩过滤器区域609可以占据以单个像素603的中心为参考的预定大小的区域，并且透明过滤器区域607可以占据其他区域，使得透明过滤器区域607包围色彩过滤器区域609的全部。
参考图6B，像素613中所包括的色彩过滤器区域617可以包围透明过滤器区域619的至少一部分(或全部区域)。
根据本公开的实施例，如图7A中所示，构成像素结构701、721的单个像素703、723可以包括单个微透镜705、725、包括两个或更多个透明过滤器区域707、709、727、729以及色彩过滤器区域711、731的滤光器、以及至少三个二极管(未示出)。
根据本公开的实施例，如图7A中所示，色彩过滤器区域711可以占据以单个像素703的中心为参考的预定大小的区域，并且两个透明过滤器区域707、709可以占据以色彩过滤器区域711为参考的左侧/右侧区域。例如，像素703可以包括滤光器，该滤光器包括第一透明过滤器区域707和第二透明过滤器区域709。第一透明过滤器区域707可以位于像素703的左侧，并且第二透明过滤器区域709可以位于像素703的右侧。第一透明过滤器区域707和第二透明过滤器区域709可以包围像素703中所包括的色彩过滤器区域711的至少一部分(或全部区域)。
根据本公开的实施例，色彩过滤器区域731可以占据以单个像素723的中心为参考的预定大小的区域，并且两个透明过滤器区域727、729可占据以色彩过滤器区域731为参考的上侧/下侧区域。例如，像素723可以包括滤光器，该滤光器包括第一透明过滤器区域727和第二透明过滤器区域729。第一透明过滤器区域727可以位于像素723的上端，并且第二透明过滤器区域729可以位于像素723的下端。第一透明过滤器区域727和第二透明过滤器区域729可以包围像素723中所包括的色彩过滤器区域731的至少一部分(或全部区域)。
根据本公开的实施例，如图7B中所示，构成像素结构741、761的单个像素743、763可以包括单个微透镜745、765、包括两个或更多个透明过滤器区域747、749、765、769和一个或更多个色彩过滤器区域751、771的滤光器，以及三个二极管(未示出)。
根据本公开的实施例，色彩过滤器区域751可以占据通过将单个像素743垂直分割为三个相等部分而形成的三个区域之中的中间区域，并且透明过滤器区域747、749可以占据其他的左侧/右侧区域，使得两个透明过滤器区域747、749包围色彩过滤器区域751的一部分。例如，像素743可以包括滤光器，该滤光器包括第一透明过滤器区域747和第二透明过滤器区域749。第一透明过滤器区域747可以位于像素743的左侧，并且第二透明过滤器区域749可以位于像素743的右侧。像素743中所包括的色彩过滤器区域751可以位于第一透明过滤器区域747与第二透明过滤器区域749中间。
根据本公开的实施例，色彩过滤器区域771可以占据通过将单个像素763水平分割为三个相等部分而形成的三个区域之中的中间区域，并且透明过滤器区域767、769可以占据其他的上侧/下侧区域。例如，像素763可以包括滤光器，该滤光器包括第一透明过滤器区域767和第二透明过滤器区域769。第一透明过滤器区域767可以位于像素763的上端，并且第二透明过滤器区域769可以位于像素763的下端。像素763中所包括的色彩过滤器区域771可以位于第一透明过滤器区域767与第二透明过滤器区域769中间。
根据本公开的实施例，参考图8A的像素结构801，构成像素结构801的单个像素803可以包括单个微透镜805、包括三个或更多个透明过滤器区域807、809、811和一个或更多个色彩过滤器区域813的滤光器，以及四个或更多个二极管(未示出)。根据本公开的实施例，色彩过滤器区域813可以占据通过将单个像素801分割为四个相等部分而形成的四个区域中的一个，并且透明过滤器区域807、809、811可以占据其他区域。例如，像素803中所包括的滤光器可以包括第一透明过滤器区域807、第二透明过滤器区域809、第三透明过滤器区域811和色彩过滤器区域813。第一透明过滤器区域807可以位于像素803的左上端。第二透明过滤器区域809可以位于第一透明过滤器区域897的右侧(例如，在像素803的右上端)。第三透明过滤器区域811可以位于第一透明过滤器区域807的下端(例如，像素803的左下端)。色彩过滤器区域813可以位于像素803的右下端。
根据本公开的实施例，参考图8A的像素结构821，构成像素结构821的单个像素823可以包括单个微透镜825、包括两个或更多个透明过滤器区域827、829和两个或更多个色彩过滤器区域831、833的滤光器，以及四个或更多个二极管(未示出)。
根据本公开的实施例，色彩过滤器区域831、833可以占据通过将单个像素823分割为四个相等部分而形成的四个区域中的两个，并且透明过滤器区域827、829可占据其他两个区域。例如，像素823中所包括的滤光器可以包括第一透明过滤器区域827、第二透明过滤器区域829、第一色彩过滤器区域831和第二色彩过滤器区域833。第一透明过滤器区域827可以位于像素823的左上端。第二透明过滤器区域829可以位于第一透明过滤器区域827的右侧(例如，在像素823的右上端)。第一色彩过滤器区域831可以位于像素823的左下端。第二色彩过滤器区域833可以位于像素823的右下端。
根据本公开的实施例，第一色彩过滤器区域831和第二色彩过滤器区域833可以是相同的色彩过滤器区域。例如，第一色彩过滤器区域831和第二色彩过滤器区域833两者可以是红色过滤器区域。
根据本公开的实施例，参考图8B的像素结构841，构成像素结构841的单个像素843可以包括单个微透镜845、包括两个或更多个透明过滤器区域849、851和两个或更多个色彩过滤器区域847、853的滤光器，以及四个或更多个二极管(未示出)。
例如，像素843可以包括滤光器，该滤光器包括第一色彩过滤器847、第二色彩过滤器853、第一透明过滤器849和第二透明过滤器851。第一色彩过滤器847可以位于像素843的左上端。第二色彩过滤器853可以位于像素843的右下端。例如，第一色彩过滤器847可以位于与第二色彩过滤器853的对角线上。第一透明过滤器849可以位于像素843的右上端。第二透明过滤器851可以位于像素843的左下端。例如，第一透明过滤器849可以位于与第二透明过滤器851的对角线上。
根据本公开的实施例，参考图8B的像素结构861，构成像素结构861的单个像素863可以包括单个微透镜865、包括一个或更多个透明过滤器区域865和三个或更多个色彩过滤器区域869、871、873的滤光器，以及四个或更多个二极管(未示出)。根据本公开的实施例，色彩过滤器区域可以包围透明过滤器区域的全部或部分。例如，透明过滤器区域867可以占据通过将单个像素863分割为四个相等部分而形成的四个区域中的一个，并且色彩过滤器区域869、871和873可以占据其他三个区域，使得色彩过滤器区域包围透明过滤器区域的一部分。
例如，像素863可以包括滤光器，该滤光器包括第一色彩过滤器区域869、第二色彩过滤器区域873、第三色彩过滤器区域871和透明过滤器区域867。第一色彩过滤器区域869可以位于像素863的右上端。第二色彩过滤器区域873可以位于第一色彩过滤器区域869的下端。第三色彩过滤器区域871可以位于第二色彩过滤器区域873的左侧。透明过滤器区域867可以位于像素863的左上端。
根据本公开的实施例，第一色彩过滤器区域869、第二色彩过滤器区域873和第三色彩过滤器区域871可以是相同的色彩过滤器区域。例如，第一色彩过滤器区域869、第二色彩过滤器区域873和第三色彩过滤器区域871的全部可以是红色过滤器区域。
根据本公开的实施例，如图9中所示，构成像素结构901的单个像素903可以包括单个微透镜905、包括四个或更多个透明过滤器区域907、909、911、913和色彩过滤器区域915的滤光器，以及五个或更多个二极管(未示出)。根据本公开的实施例，色彩过滤器区域915可以占据以单个像素903的中心为参考的预定大小的区域，并且四个透明过滤器区域907、909、911和913可以占据其他区域。例如，第一透明过滤器区域至第四透明过滤器区域907、909、911、913可以包围色彩过滤器区域915的至少一部分(或整个区域)。
根据本公开的实施例，色彩过滤器区域可以是绿色过滤器区域、红色过滤器区域和蓝色过滤器区域中的一个。根据本公开的实施例，透明过滤器区域可以是白色过滤器区域。
根据本公开的实施例，像素中的单个色彩过滤器区域和单个透明过滤器区域可以在大小方面相同或基本相同。在本文中，相同或基本相同可以指代单个色彩过滤器区域与单个透明过滤器区域之间的大小的差异落入预定范围(大约90％)内的情况。
当如上所述单个色彩过滤器区域和单个透明过滤器区域在大小方面相同时，像素结构的透明过滤器区域与色彩过滤器区域之间的大小比率可以为例如1：1或1：N。例如，如图6A和图6B中所示，像素结构601、611中的每个中的透明过滤器区域与色彩过滤器区域之间的大小比率可以为1：1。在另一示例中，如图7A和图7B中所示，像素结构701、721、741、761中的每个中的透明过滤器区域与色彩过滤器区域之间的大小比率可以为2：1。
在另一示例中，如图8A和图8B中所示，像素结构801、821、841、861中的每个中的透明过滤器区域与色彩过滤器区域之间的大小比率可以为3：1。在另一示例中，如图9中所示，像素结构901中的透明过滤器区域与色彩过滤器区域之间的大小比率可以为4：1。
例如，如图6A和图6B中所示，像素结构601、611中的每个中的相应的过滤器色彩的区域之间的大小比率可以为4(T或W)：1(R)：2(G)：1(B)。在另一示例中，如图7A和图7B中所示，像素结构701、721、741、761中的每个中的相应的过滤器色彩的区域之间的大小比率可以为8(T或W)：1(R)：2(G)：1(B)。在另一示例中，如图8A中所示，像素结构801中的相应的过滤器色彩的区域之间的大小比率可以为12(T或W)：1(R)：2(G)：1(B)。
在另一示例中，如图8A和图8B中所示，像素结构821、841中的每个中的相应的过滤器色彩的区域之间的大小比率可以为4(T或W)：1(R)：2(G)：1(B)。在另一示例中，如图8B中所示，像素结构861中的相应的过滤器色彩的区域之间的大小比率可以为4(T或W)：3(R)：6(G)：3(B)。在另一示例中，如图9中所示，像素结构901中的相应的过滤器色彩的区域之间的大小比率可以为16(T或W)：1(R)：2(G)：1(B)。
根据本公开的特定实施例，色彩过滤器区域和透明过滤器区域在大小方面可以彼此不同。例如，透明过滤器区域的大小可以大于色彩过滤器区域的大小。在另一示例中，色彩过滤器区域的大小可以大于透明过滤器区域的大小。根据本公开的实施例，在像素结构中，透明过滤器区域的数目可以与色彩过滤器区域的数目相对应。
图10、图11、图12、图13和图14图示了示出根据本公开的各个实施例的图像传感器的每个像素的结构的视图。在下文中，将参考图10、图11、图12、图13和图14说明图像传感器的每个像素的结构。
图像传感器(例如，图像传感器401)包括多个像素，并且多个像素中的至少一个像素可以包括光电二极管、堆叠在光电二极管上并且包括色彩过滤器区域和透明过滤器区域的滤光器以及单个微透镜。
根据本公开的实施例，图像传感器可以逐像素地使用多个光电二极管将通过包括色彩过滤器区域和透明过滤器区域的滤光器接收的光转换为数字信号，并且将所转换的电信号发送至预处理器(例如，预处理器403)。例如，当单个像素区域被分割为至少两个区域时，图像传感器可以针对相应的区域生成数字信号并且发送所生成的数字信号。
图10图示了根据本公开各个实施例的像素结构中所包括的单个像素的结构。单个像素可以包括：包含多个光电二极管的图像传感器电路单元1001、堆叠在图像传感器电路单元1001上并且包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域的滤光器1013以及堆叠在滤光器1013上的微透镜1003。
在详细说明元件时，根据本公开实施例，进入微透镜1003的光可以通过微透镜1003收集并且透过至滤光器1013。例如，滤光器1013可以包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域。例如，色彩过滤器区域可以是绿色过滤器区域、红色过滤器区域和蓝色过滤器区域中的一个。例如，透明过滤器区域可以是白色过滤器区域。参考图10，色彩过滤器区域(例如，绿色过滤器区域、红色过滤器区域和蓝色过滤器区域中的一个)1011可以位于滤光器1013的中心，并且透明过滤器区域1015可以位于其他部分上。在另一示例中，透明过滤器区域可以位于滤光器1013的中心，并且色彩过滤器区域可以位于其他部分上。
根据本公开实施例，滤光器1013可以堆叠在图像传感器电路单元1001的第一光电二极管1007和第二光电二极管1009上，并且色彩过滤器区域和透明过滤器区域可以分别堆叠在第一光电二极管1007和光电二极管1009上。例如，如图10中所示，透明过滤器区域1015可以堆叠在第一光电二极管1007上，并且色彩过滤器区域1011可以堆叠在第二光电二极管1009上。在另一示例中，色彩过滤器区域可以堆叠在第一光电二极管1007上，并且透明(无色)过滤器区域可以堆叠在第二光电二极管1009上。
根据本公开实施例，图像传感器电路单元1001可以包括第一光电二极管1007和第二光电二极管1009。第一光电二极管1007和第二光电二极管1009可以将进入滤光器1013的光(例如，白色信号或色彩信号)转换为电信号。例如，第一光电二极管1007和第二光电二极管1009可以将入射光的能量转换为电压。
根据本公开实施例，具有预定大小的第二光电二极管1009可以位于图像传感器电路单元1001的中心，并且第一光电二极管1007可以位于其他部分上。根据本公开实施例，壁垒(barrier)1005可以位于像素的边界上并且在第一光电二极管1007与第二光电二极管1009之间，以防止入射光的至少一部分进入其他像素或其他光电二极管区域。
此外，由第一光电二极管1007和第二光电二极管1009占据的区域的大小可以基本相同。本文中，基本相同可以指代第一光电二极管1007与第二光电二极管1009的区域之间的大小的差异落入预定的范围内(大约90％)的情况。在此情况下，单个像素中的相应的过滤器色彩的区域之间的比率可以为1(T或W区域)：1(C区域)。
例如，通过参考图10审阅(review)像素关于A方向的横截面视图，像素可以包括：包含第一光电二极管1007和第二光电二极管1009的图像传感器电路单元1001、在其中色彩过滤器区域1011和透明过滤器区域1015分别覆盖第二光电二极管1009和第一光电二极管1007的滤光器1013，以及堆叠在滤光器1013上的微透镜1003。
图11图示了根据本公开各个实施例的像素结构701中所包括的单个像素的结构。像素可以包括：包含多个光电二极管的图像传感器电路单元1101、堆叠在图像传感器电路单元1101上并且包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域的滤光器1115、以及堆叠在滤光器1115上的微透镜1103。
在详细说明元件时，根据本公开实施例，进入微透镜1103的光可以通过微透镜1103收集并且透过至滤光器1115。例如，滤光器1115可以包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域。例如，色彩过滤器区域可以是绿色过滤器区域、红色过滤器区域和蓝色过滤器区域中的一个。例如，透明过滤器区域可以是无色或白色过滤器区域。
参考图11，色彩过滤器区域1113可以位于滤光器1115的中心，并且透明过滤器区域1117可以位于其他部分上。在另一示例中，透明过滤器区域可以位于滤光器1115的中心上，并且色彩过滤器区域可以位于其他部分上。
根据本公开实施例，滤光器1115可以堆叠在图像传感器电路单元1101的第一光电二极管至第三光电二极管1107、1109、1111上，并且色彩过滤器区域和透明过滤器区域可以分别堆叠在第一光电二极管1107、第二光电二极管1109和第三光电二极管1111上。例如，如图11中所示，透明过滤器区域1117可以堆叠在第一光电二极管1107和第二光电二极管1109上，并且色彩过滤器区域1113可以堆叠在第三光电二极管1111上。在另一示例中，色彩过滤器区域可以堆叠在第一光电二极管1107、第二光电二极管1109上，并且透明过滤器区域可以堆叠在第三光电二极管1111上。
根据本公开实施例，图像传感器电路单元1101可以包括第一光电二极管至第三光电二极管1107、1109、1111。第一光电二极管至第三光电二极管1107、1109、1111可以将进入滤光器1115的光转换为电信号。例如，第一光电二极管至第三光电二极管1107、1109、1111可以将入射光的能量转换为电压。
根据本公开实施例，具有预定大小的第三光电二极管1111可以位于图像传感器电路单元1101的中心，并且第一光电二极管1107和第二光电二极管1109可以位于其他部分上。例如，如图11中所示，第一光电二极管1107、第二光电二极管1109可以位于通过将其他部分垂直分割为两个相等部分而形成的区域上。在另一示例中，第一光电二极管1107和第二光电二极管1109可位于通过将其他部分水平分割为两个相等部分而形成的区域上。另外，壁垒1105可以位于像素的边界上或位于第一光电二极管至第三光电二极管1107、1109、1111之间，以防止入射光进入其他像素或其他光电二极管区域。
此外，由第一光电二极管至第三光电二极管1107、1109、1111占据的区域的大小可以基本相同。本文中，基本相同可以指代第一光电二极管至第三光电二极管1107、1109、1111的区域之间的大小的差异落入预定范围内(大约90％)的情况。在此情况下，单个像素中的相应的过滤器色彩的区域之间的比率可以为2(T或W区域)：1(C区域)。
例如，通过参考图11审阅像素的关于A方向的横截面视图，像素可以包括：包含第一光电二极管至第三光电二极管1107、1109、1111的图像传感器电路单元1101、在其中透明过滤器区域覆盖第一光电二极管1107和第二光电二极管1009的区域并且色彩过滤器区域覆盖第三光电二极管1111的区域的滤光器1115，以及堆叠在滤光器1115上的微透镜1103。
图12图示了根据本公开各个实施例的像素结构741中所包括的单个像素的结构。像素可包括：至少包含多个光电二极管的图像传感器电路单元1201、堆叠在图像传感器电路单元1201上并且包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域的滤光器1215，以及堆叠在滤光器1215上的微透镜1203。
在详细说明元件时，根据本公开实施例，进入微透镜1203的光可以通过微透镜1203收集并且透过至滤光器1215。例如，滤光器1215可以包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域。例如，色彩过滤器区域可以是绿色过滤器区域、红色过滤器区域和蓝色过滤器区域中的一个。例如，透明过滤器区域可以是无色或白色过滤器区域。
参考图12，滤光器1215可以被垂直分割为三个区域，以及色彩过滤器区域1213可以位于滤光器1215的中间，并且透明过滤器区域1217、1219可以位于其他部分上。在另一示例中，透明过滤器区域可以位于滤光器1215的中间，并且色彩过滤器区域可以位于其他部分上。在另一示例中，滤光器1215可以被水平分割为三个区域，以及色彩过滤器区域可以位于滤光器1215的中间，并且透明过滤器区域可以位于其他部分上。在另一示例中，透明过滤器区域可以位于滤光器1215的中间，并且色彩过滤器区域可以位于其他部分上。
根据本公开实施例，滤光器1215可以堆叠在图像传感器电路单元1201的第一光电二极管至第三光电二极管1207、1209、1211上，并且色彩过滤器区域和透明过滤器区域可以分别堆叠在第一光电二极管1207、第二光电二极管1209和第三光电二极管1211上。例如，如图12中所示，透明过滤器区域1217、1219可以堆叠在第一光电二极管1207和第二光电二极管1209上，并且色彩过滤器区域1213可以堆叠在第三光电二极管1211上。尽管未图示，但是本公开各个实施例不限于该结构。在另一示例中，色彩过滤器区域可以堆叠在第一光电二极管1207和第二光电二极管1209上，并且透明过滤器区域可以堆叠在第三光电二极管1211上。
根据本公开实施例，图像传感器电路单元1201可以包括第一光电二极管至第三光电二极管1207、1209、1211。第一光电二极管至第三光电二极管1207、1209、1211可以将进入滤光器1215的光转换为电信号。例如，第一光电二极管至第三光电二极管1207、1209、1211可以将入射光的能量转换为电压。
根据本公开实施例，单个像素区域可以被垂直或水平分割为三个区域，并且第一光电二极管至第三光电二极管1207、1209、1211可以分别位于三个区域上。例如，如图12中所示，当一个像素区域被垂直分割时，第三光电二极管1211可以位于中间区域，并且第一光电二极管1207和第二光电二极管1209可以位于其他部分上。在另一示例中，当一个像素区域被水平分割时，第三光电二极管1211可以位于中间区域，并且第一光电二极管1207和第二光电二极管1209可以位于其他部分上。根据本公开实施例，壁垒1205可以位于像素的边界上、位于第一光电二极管1207与第三光电二极管1211之间或者位于第二光电二极管1209与第三光电二极管1211之间，以防止入射光进入其他像素或其他光电二极管区域。
例如，由第一光电二极管至第三光电二极管1207、1209、1211占据的区域的大小可以基本相同。本文中，基本相同可以指代第一光电二极管至第三光电二极管1207、1209、1211的区域之间的大小的差异落入预定范围内(大约90％)的情况。在此情况下，单个像素中的相应的过滤器色彩的区域之间的比率可以为2(T或W区域)：1(C区域)。
例如，通过参考图12审阅像素关于A方向的横截面视图，像素可以包括：包含第一光电二极管至第三光电二极管1207、1209、1211的图像传感器电路单元1201、在其中透明过滤器区域覆盖第一光电二极管1207和第二光电二极管1209的区域并且色彩过滤器区域覆盖第三光电二极管1211的区域的滤光器1215，以及堆叠在滤光器1215上的微透镜1203。
图13图示了根据本公开各个实施例的像素结构801中所包括的单个像素的结构。像素可包括：至少包含多个光电二极管的图像传感器电路单元1301、堆叠在图像传感器电路单元1301上并且包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域的滤光器1317，以及堆叠在滤光器1317上的微透镜1303。
参考图13，在详细说明元件时，根据本公开实施例，进入微透镜1303的光可通过微透镜1303收集并且透过至滤光器1317。例如，滤光器1317可以包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域。例如，色彩过滤器区域可以是绿色过滤器区域、红色过滤器区域和蓝色过滤器区域中的一个。例如，透明过滤器区域可以是无色或白色过滤器区域。例如，如图13中所示，滤光器1317可以被垂直分割为两个部分并且被水平分割为两个部分，从而被分割为四个区域，以及色彩过滤器区域1315可以位于四个区域中的一个上，并且透明过滤器区域1319可以位于其他三个区域上。在另一示例中，色彩过滤器区域可以位于四个区域中的两个上，并且透明过滤器区域可以位于其他两个区域上。在另一示例中，透明过滤器区域可以位于四个区域中的一个上，并且色彩过滤器区域可以位于其他三个区域上。
根据本公开实施例，滤光器1317可以堆叠在图像传感器电路单元1301的多个光电二极管上，并且色彩过滤器区域和透明过滤器区域可以堆叠在多个光电二极管上。例如，如图13中所示，透明过滤器区域1319可以堆叠在第一光电二极管1307、第二光电二极管1309和第三光电二极管1311上，并且色彩过滤器区域1315可以堆叠在第四光电二极管1313上。
根据本公开实施例，图像传感器电路单元1301可以包括第一光电二极管1307、第二光电二极管1309、第三光电二极管1311和第四光电二极管1313。第一光电二极管至第四光电二极管1307、1309、1311、1313可以将进入滤光器1317的光转换为电信号。例如，第一光电二极管至第四光电二极管1307、1309、1311、1313可以将入射光的能量转换为电压。
根据本公开实施例，单个像素区域可以被垂直分割为两个部分并且被水平分割为两个部分，从而被分割为四个区域，并且第一光电二极管至第四光电二极管1307、1309、1311、1313可以分别位于四个区域上。例如，如图13中所示，第一光电二极管至第四光电二极管1307、1309、1311、1313可以分别位于左上区域、右上区域、左下区域和右下区域上。
例如，由第一光电二极管至第四光电二极管1307、1309、1311、1313占据的区域的大小可以基本相同。本文中，基本相同可以指代第一光电二极管至第四光电二极管1307、1309、1311、1313的区域之间的尺寸的差异落入预定范围内(大约90％)的情况。在此情况下，单个像素中的相应的过滤器色彩的区域之间的比率可以为3(T或W区域)：1(C区域)。
根据本公开实施例，壁垒1305可以位于像素的边界上或位于第一光电二极管至第四光电二极管1307、1309、1311、1313之间，以防止入射光进入其他像素或其他光电二极管区域。
例如，通过参考图13审阅像素关于A方向的横截面视图，像素可以包括：包含第一光电二极管至第四光电二极管1307、1309、1311、1313的图像传感器电路单元1301，在其中透明过滤器区域覆盖第一光电二极管至第三光电二极管1307、1309、1311的区域并且色彩过滤器区域覆盖第四光电二极管1313的区域的滤光器1317以及堆叠在滤光器1317上的微透镜1303。
图14图示了根据本公开实施例的像素结构901中所包括的单个像素的结构。像素可以包括：至少包含多个光电二极管的图像传感器电路单元1401，堆叠在图像传感器电路单元1401上并且包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域的滤光器1419，以及堆叠在滤光器1419上的微透镜1403。
在详细说明元件时，根据本公开实施例，进入微透镜1403的光可以通过微透镜1403收集并且透过至滤光器1419。例如，滤光器1419可以包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域。例如，色彩过滤器区域可以是绿色过滤器区域、红色过滤器区域和蓝色过滤器区域中的一个。例如，透明过滤器区域可以是无色或白色过滤器区域。
参考图14，色彩过滤器区域1417可以位于滤光器1419的中心，并且透明过滤器区域1421可以位于其他区域上。在另一示例中，透明过滤器区域可以位于滤光器1419的中心，并且色彩过滤器区域可以位于其他区域上。
根据本公开实施例，滤光器1419可以堆叠在图像传感器电路单元1401的多个光电二极管上，并且色彩过滤器区域和透明过滤器区域可以堆叠在多个光电二极管上。例如，如图14中所示，透明过滤器区域1421可以堆叠在第一光电二极管1407、第二光电二极管1409、第三光电二极管1411和第四光电二极管1413上，并且色彩过滤器区域1417可以堆叠在第五光电二极管1415上。
根据本公开实施例，图像传感器电路单元1401可以包括第一光电二极管1407、第二光电二极管1409、第三光电二极管1411、第四光电二极管1413和第五光电二极管1415。第一光电二极管至第五光电二极管1407、1409、1411、1413、1415可以将进入滤光器1419的光转换为电信号。例如，第一光电二极管至第五光电二极管1407、1409、1411、1413、1415可以将入射光的能量转换为电压。
根据本公开实施例，单个像素区域可以被分割为五个区域。例如，如图14中所示，五个区域可以包括具有预定尺寸的中心区域、以及通过将除中心区域以外的其他区域分割为四个相等部分而形成的区域。另外，第一光电二极管至第五光电二极管1407、1409、1411、1413、1415可以分别位于五个区域上。例如，如图14中所示，第一光电二极管至第五光电二极管1407、1409、1411、1413、1415可以分别位于左上区域、右上区域、左下区域、右下区域和中心区域。
例如，由第一光电二极管至第五光电二极管1407、1409、1411、1413、1415占据的区域的大小可以基本相同。本文中，基本相同可以指代第一光电二极管至第五光电二极管1407、1409、1411、1413、1415的区域之间的大小的差异落入预定范围内(大约90％)的情况。在此情况下，单个像素中的各个过滤器色彩的区域之间的比率可以为4(T或W区域)：1(C区域)。
根据本公开实施例，壁垒1405可以位于像素的边界上或位于第一光电二极管至第五光电二极管1407、1409、1411、1413、1415之间，以防止入射光进入其他像素或其他光电二极管区域。
例如，通过参考图14审阅像素关于A方向的横截面视图，像素可以包括：包含第一光电二极管至第五光电二极管1407、1409、1411、1413、1415的图像传感器电路单元1401，在其中透明过滤器区域覆盖第一光电二极管至第四光电二极管1407、1409、1411、1413的区域并且色彩过滤器区域覆盖第五光电二极管1415的区域的滤光器1419，以及堆叠在滤光器1419上的微透镜1403。
到此为止已经参考图10、图11、图12、图13和图14描述了图像传感器的各个像素结构。然而，本公开中建议的像素结构不限于此。例如，至少一个像素结构可以关于水平线、垂直线或对角线对称。例如，像素1001可以关于水平线、垂直线或对角线以像素的中心点对称。在另一示例中，像素1101可以关于水平线或垂直线以像素的中心点对称。
在另一示例中，至少一个像素结构可以移除滤光器的透明过滤器区域，或可以将透明过滤器区域集成到微透镜中。
图15、图16和图17图示了示出根据本公开各个实施例的相机模块的框图。在下文中，将基于图15、图16和图17说明本公开的相机模块。
图15图示了当根据各个实施例在图像传感器的像素中所包括的多个二极管中的一个上堆叠透明过滤器区域时的相机模块的框图。
参考图15，相机模块(例如，相机模块191)可以包括图像传感器1501、预处理器1503和ISP 1505。
在详细说明元件时，根据本公开实施例，图像传感器1501可以是将进入相机模块的透镜的光转换为电信号的设备。
例如，滤光器可以包括透明过滤器区域和色彩过滤器区域。例如，色彩过滤器区域可以包括绿色过滤器区域、红色过滤器区域和蓝色过滤器区域中的至少一个。例如，透明过滤器区域可以包括无色过滤器区域和白色过滤器区域中的至少一个。例如，当滤光器包括绿色过滤器区域、红色过滤器区域和蓝色过滤器区域以及透明过滤器区域时，滤光器可以被称为RGBW色彩过滤器。
例如，图像传感器1501可将与滤光器的RGBW色彩对应的RGBW信号发送至预处理器1503。例如，图像传感器1501可以将包括用于每帧的每个像素的亮度信息和基色信息的色彩信息发送至预处理器1503。例如，亮度信息可以是关于通过滤光器的透明过滤器区域过滤的光的信息。
例如，如图15所示，图像传感器1501可以发送包括用于每个像素的亮度信息和关于红色、绿色和蓝色中的一个的基色信息的色彩信息(例如，Pm,n(T+B))。本文中，例如，m指示图像传感器的像素行的数目，并且n指示图像传感器的像素列的数目。
根据本公开实施例，色彩信息的数据容量可以根据一个像素中所包括的光电二极管的数目而变化。例如，当在一个像素中包括两个光电二极管并且从一个光电二极管输出的数据的容量为8比特时，色彩信息的数据容量可以是16比特。
根据本公开实施例，预处理器1503可以从图像传感器1501接收色彩信息，将色彩信息转换为YUV信号，以及将YUV信号发送至ISP 1505。ISP 1505可以逐帧地接收YUV信号，将所接收的YUV信号存储在存储器(例如，存储器130)中或将YUV信号转换为RGB信号，以及将RGB信号显示在显示器(例如，显示器160)上。
图16图示了当根据本发明各个实施例在图像传感器的像素中包括的至少多个二极管中的多个二极管上堆叠透明过滤器区域时的相机模块的框图。
参考图16，相机模块(例如，相机模块191)可以包括图像传感器1601、预处理器1603、ISP 1609和相机模块控制器1611。例如，相机模块控制器1611可以是处理器110。
在详细说明元件时，根据本公开实施例，图像传感器1601可以是将进入相机模块的透镜的光转换为电信号的设备。例如，图像传感器1601可将与滤光器的RGBW色彩相对应的RGBW信号发送至预处理器1603。例如，图像传感器1601可以将包括用于每帧的每个像素的亮度信息和基色信息的色彩信息发送至预处理器1603的色彩转换器1605。例如，当在一个像素中包括三个光电二极管并且在三个光电二极管中的两个上堆叠透明过滤器区域以及在另一个二极管上堆叠色彩过滤器区域时，图像传感器1601可以发送包括与每个像素的多个光电二极管相对应的亮度信息和与一个光电二极管相对应的并且与红色、绿色和蓝色中的一个有关的基色信息的色彩信息(例如，Pm,n(T1+T2+C(R或G或B)))，如图16中所示。
根据本公开实施例，色彩信息的数据容量可以根据一个像素中包括的光电二极管的数目而变化。例如，当像素包括三个光电二极管并且从一个二极管输出的数据的容量为8比特时，包括与两个二极管相对应的亮度信息和与一个二极管对应的基色信息的色彩信息的数据容量可以是24比特。
根据本公开实施例，图像传感器1601可以将每帧的每个像素的亮度信息发送至预处理器1603的相位差检测器1607。例如，当像素包括三个光电二极管并且透明过滤器区域堆叠在三个光电二极管中的两个上时，图像传感器1601可以发送与每个像素的多个光电二极管相对应的亮度信息(例如，Pm,n(T1,T2))，如图16中所示。
根据本公开实施例，预处理器1603可以包括色彩转换器1605和相位差检测器1607。例如，色彩转换器1605可以从图像传感器1601接收色彩信息(例如，Pm,n(T1,T2+C(R或G或B)))，将所接收的色彩信息转换为YUV信号，并且将YUV信号发送至ISP 1609。
根据本公开实施例，相位差检测器1607可以从图像传感器1601接收亮度信息(例如，Pm,n(T1,T2))，基于亮度信息检测光的相位差，以及将所检测的相位差发送至相机模块控制器1611。
当逐像素接收的RGBW信号中包括至少多个W分量时，相位差检测器1607可以基于多个W分量之间的差生成光的相位差信息，并且将相位差信息发送至处理器110用于控制相机模块191或相机模块控制器1611，使得基于相位差信息移动相机模块191的透镜以调节聚焦。例如，相位差检测器1607可以通过逐帧处理相位差信息来生成帧中所包括的图像的3D信息，并且将所生成的图像3D信息发送至ISP 1609。
根据本公开实施例，ISP 1609可以逐帧接收YUV信号，将所接收的YUV信号存储在存储器130中或将YUV信号转换为RGB信号，并且将RGB信号显示在显示器(例如，显示器160)上。例如，ISP 1609可从相位差检测器1607接收图像3D信息，基于所接收的3D信息生成相对应的帧的3D图像，以及将3D图像输出在显示器上或将3D图像存储在存储器(例如，存储器130)中。
根据本公开实施例，相机模块控制器1611可以从相位差检测器1607接收相位差信息，并且可以通过基于所接收的相位差信息移动相机模块的透镜来调节相机模块的聚焦。
图17图示了当根据本发明各个实施例在图像传感器的像素中所包括的至少多个二极管中的至少三个上堆叠透明过滤器区域时的相机模块的框图。
参考图17，相机模块(例如，相机模块191)可以包括图像传感器1701、预处理器1703、ISP 1713和相机模块控制器1715。例如，相机模块控制器1715可以是处理器110。
在详细说明元件时，根据本公开实施例，图像传感器1701可以将进入相机模块191的透镜的光转换为电信号。例如，图像传感器1701可以将与滤光器的RGBW色彩相对应的RGBW信号发送至预处理器1703。例如，图像传感器1701可以将包括用于每帧的每个像素的亮度信息和基色信息的色彩信息发送至预处理器1703的色彩转换器1705。例如，当像素可以包括四个光电二极管，以及透明过滤器区域叠加在四个光电二极管中的三个上并且基色过滤器区域堆叠在另一光电二极管上时，图像传感器1701可以发送包括与每个像素的三个光电二极管相对应的亮度信息，以及与一个光电二极管相对应的并且与红色、绿色和蓝色中的一个有关的基色信息的色彩信息(例如，Pm,n(T1+T2+T3+C(R或G或B)))，如图17所示。
根据本公开实施例，色彩信息的数据容量可以根据一个像素中所包括的光电二极管的数目而变化。例如，当像素包括四个光电二极管并且从一个二极管输出的数据的容量为8比特时，包括与三个二极管对应的亮度信息和与一个二极管相对应的基色信息的色彩信息的数据容量可以是32比特。
根据本公开实施例，图像传感器1701可以将每帧的每个像素的亮度信息发送至预处理器1703的相位差检测器1707。例如，当像素包括四个光电二极管并且透明过滤器区域叠加在四个光电二极管中的三个上时，图像传感器1701可以发送与每个像素的多个光电二极管相对应的亮度信息(例如，Pm,n(T1，T2，T3))，如图17中所示。
根据本公开实施例，预处理器1703可包括色彩转换器1705和相位差检测器1707。例如，色彩转换器1705可以从图像传感器1701接收色彩信息(例如，Pm,n(T1+T2+T3+C(R或G或B)))，将所接收的色彩信息转换为YUV信号，并且将YUV信号发送至ISP 1713。
根据本公开实施例，相位差检测器1707可以包括水平相位差检测器1709和垂直相位差检测器1711。例如，相位差检测器1707可以从图像传感器1701接收亮度信息(例如，Pm,n(T1,T2,T3))，基于亮度信息检测光的水平和垂直相位差，以及将所检测的水平和垂直相位差发送至相机模块控制器1715。
例如，水平相位差检测器1709可以使用所接收的亮度信息之中的、关于位于像素中水平线上的一对光电二极管(例如，图13的1307、1309)的亮度信息来生成光的水平相位差信息(例如，T1，T2)。例如，垂直相位差检测器1711可以使用所接收的亮度信息之中的、关于位于像素中垂直线上的一对光电二极管(例如，图13的1307、1311)的亮度信息(例如，T1，T3)来生成光的垂直相位差信息。
根据本公开实施例，水平相位差检测器1709可以对从位于水平线上的光电二极管(例如，图13的光电二极管1307、1309)检测的亮度信息(例如，T1和T2)进行比较，并且基于比较的结果生成水平相位差信息。根据本公开实施例，垂直相位差检测器1711可以对从位于垂直线上的光电二极管(例如，图13的光电二极管1307、1311)检测的亮度信息(例如，T1和T3)进行比较，并且基于比较的结果生成垂直相位差信息。根据本公开实施例，相位差检测器1707可以通过逐帧地处理水平和垂直相位差信息来生成帧中所包括的图像的3D信息，并且将所生成的图像3D信息发送至ISP 1713。
根据本公开实施例，ISP 1713可以基于图像3D信息来生成3D图像，并且显示3D图像或将其存储在存储器(例如，存储器160)中。ISP 1713执行与图16的ISP 1609的操作几乎类似的操作，并且因此省略其详细说明。根据本公开实施例，相机模块控制器1715可以接收水平和垂直相位差信息，并且通过基于所接收的水平和垂直相位差信息移动相机模块的透镜来调节相机模块的对焦。
图18A和图18B图示了根据本公开实施例的图像传感器的电路图。在下文中，将基于图18A和图18B说明图像传感器电路的操作。
根据本公开实施例，图18A图示了当一个像素包括四个光电二极管时的图像传感器电路图。例如，图像传感器电路图可以是图17的图像传感器1701的电路图。
参考图18A，四个光电二极管D1、D2、D3、D4可以分别与传输开关TX_T1 1805、TX_T21807、TX_T3 1809、TX_C 1811电连接以发送其相应的信号。
根据本公开实施例，光电二极管D1、D2、D3、D4可以接收穿过同一微透镜的光。例如，四个光电二极管中的三个D1、D2、D3可以接收穿过透明过滤器区域的光，并且生成与所接收的光能相对应的电荷。另一光电二极管D4可以接收穿过色彩过滤器区域的光并且生成与所接收的光能相对应的电荷。
根据本公开实施例，在光电二极管D1、D2、D3、D4中生成的电荷可以通过传输开关1805、1807、1809、1811发送至浮置扩散区1813。根据本公开实施例，选择开关(RS)1801可以从图像传感器中包括的至少多个像素中选择相对应的像素。根据本公开实施例，重置开关(RST)1803可以重置浮置扩散区1813。根据本公开实施例，当RST 1803重置浮置扩散区1813并且然后传输开关1805、1807、1809、1811中的一个将电荷发送至浮置扩散区1813时，放大开关(SF)1815可以将浮置扩散区1813的电势作为相对应的传输开关1805、1807、1809、1811的输出电压而输出。
例如，当滤光器的透明过滤器区域堆叠在光电二极管D1至D3上并且滤光器的色彩过滤器区域堆叠在光电二极管D4上时，光电二极管D1至D4的输出电压可以是从图17的图像传感器1701输出的色彩信息的分量。例如，光电二极管D1的输出电压可以是图17的T1信号，光电二极管D2的输出电压可以是图17的T2信号，光电二极管D3的输出电压可以是图17的T3信号，以及光电二极管D4的输出电压可以是图17的R、G和B信号中的一个。
参考图18B，将说明开关1801、1803、1805、1809、1811的时序图。根据本公开实施例，当选择对应像素时，选择开关1801可以在预定时间期间处于高电平(在下文中，称为“激活状态”)。根据本公开实施例，当选择开关1801进入激活状态时，RST 1804可以通过在预定时间期间周期性地生成具有高电平的脉冲(在下文中，称为“重置脉冲”)来重置浮置扩散区1813。
根据本公开实施例，当选择开关1801生成重置脉冲时，传输开关1805、1807、1809和1811可以通过根据预定次序在预定时间期间顺序生成具有高电平的脉冲(在下文中，称为“传输脉冲”)，来将光电二极管D1、D2、D3和D4中生成的电荷顺序发送至浮置扩散区1813。另外，当传输开关1805、1807、1809、1811中的一个将电荷发送至浮置扩散区1813时，SF1815可以将浮置扩散区1813的电势作为相对应的传输开关的输出电压而输出。
图19图示了示出根据本公开实施例的像素中包括的多个光电二极管的信号强度的曲线图。在下文中，将参考图19、使用多个光电二极管D1、D2、D3、D4的信号强度来说明相位差。
参考图19，图示了示出例如表示T1、T2、T3和C的信号强度的第一曲线图1901、第二曲线图1907和第三曲线图1917的视图。
在第一曲线图1901中，T1、T2和T3的信号强度1903相同或相似，并且C的信号强度1905与T1、T2和T3的信号强度1903不同。T1、T2和T3的相同信号强度1903指示光的水平和垂直相位差小(例如，没有水平和垂直相位差)并且指示相机模块191合焦。在此情况下，相机模块控制器(例如，相机模块控制器1715)可以不移动相机模块的透镜。
在第二曲线图1907中，T1、T2、T3和C的信号强度1909、1911、1913、1915彼此不同。T1、T2和T3的不同信号强度1901、1911、1915可以意味着存在光的水平或垂直相位差，并且意味着相机模块191失焦。在此情况下，相机模块控制器(例如，相机模块控制器1715)可以通过基于水平和垂直相位差移动相机模块的透镜来调节相机模块的聚焦。
在第三曲线图1917中，如第二曲线图1907中那样，T1、T2、T3和C的信号强度1919、1921、1923、1925彼此不同。然而，例如，T1、T2和T3的信号强度1919、1923、1925可以高于第二曲线图1907的T1、T2、T3的信号强度1909、1911、1915。如第三曲线图1917中那样，T1、T2、T3的不同信号强度1919、1923、1925可以意味着存在光的水平或垂直相位差，并且意味着相机模块191失焦。在此情况下，相机模块控制器(例如，相机模块控制器1715)可以通过基于水平和垂直相位差移动相机模块的透镜来调节相机模块的对焦。
图20图示了根据本公开第一实施例的用于执行自动聚焦功能以自动调节电子设备中的相机模块的聚焦的流程图。为了方便说明本公开，假设在第一实施例中像素包括至少三个光电二极管，三个光电二极管中的至少两个被布置在水平或垂直方向上，并且透明过滤器区域堆叠在至少两个光电二极管上。
参考图20，在操作2001中，处理器110可以计算T1的信号强度与T2的信号强度之间的差。本文中，该差将被称为K1。
在操作2003中，处理器110可以将K1与预定值(K0)进行比较。例如，K0可以接近0。例如，当K1具有从0至255的范围时，K0可具有从1至10的范围。
当作为比较的结果K1小于K0时，处理器110进行到操作2005，否则进行到操作2007。
当处理器110进行到操作2005时，处理器110可确定相机模块191合焦。根据本公开实施例，之后，处理器110可以在显示器160上显示指示相机模块191合焦的信息，或可通过扬声器182输出信息。
当处理器110进行到操作2007时，处理器110可以确定相机模块191失焦。因此，根据本公开实施例，处理器110可基于K1来移动相机模块191的透镜。例如，处理器110可使用列出相位差与透镜移动之间的关系的表来检测与K1相对应的透镜的移动距离，并且移动相机模块191的透镜与检测的移动距离一样长。
图21图示了根据本公开第二实施例的用于执行自动聚焦功能以自动调节电子设备中的相机模块的聚焦的流程图。为了方便说明本公开，假设在第二实施例中像素包括至少四个光电二极管，透明过滤器区域堆叠在四个光电二极管中的至少三个上，三个光电二极管中的至少一对光电二极管被布置在水平方向上，以及至少一对光电二极管被布置在垂直方向上。
参考图21，在操作2101中，处理器110可以计算T1的信号强度与T2的信号强度之间的第一差。本文中，该第一差将被称为K1。
在操作2103中，处理器110可以将K1与预定值(K0)进行比较。例如，K0可以接近0。例如，当K1具有从0至255的范围时，K0可具有从1至10的范围。
当作为比较的结果K1小于K0时，处理器110进行到操作2105，否则进行到操作2111。
当处理器110进行到操作2111时，处理器110可以确定相机模块191失焦。根据本公开实施例，之后，处理器110可基于K1来移动相机模块191的透镜。例如，处理器110可以使用列出相位差与透镜移动之间的关系的表来检测与K1相对应的透镜的移动距离，并且移动相机模块191的透镜与检测的移动距离一样长。
当处理器110进行到操作2105时，处理器110可以计算T1的信号强度与T3的信号强度之间的第二差。本文中，该第二差将被称为K2。
在操作2107中，处理器110可以将K2与预定值(K0)进行比较。当作为比较的结果K2小于K0时，处理器110进行至操作2109，否则处理器110进行至操作2113。
当处理器110进行至操作2113时，处理器110可以确定相机模块191失焦。根据本公开实施例，之后，处理器110可基于K2来移动相机模块191的透镜。例如，处理器110可以使用列出相位差与透镜移动之间的关系的表来检测与K2相对应的透镜的移动距离，并且移动相机模块191的透镜与检测的移动距离一样长。
当处理器110进行至操作2109时，处理器110可以确定相机模块191合焦。根据本公开实施例，之后，处理器110可以在显示器160上显示指示相机模块191合焦的信息，或可通过扬声器182输出信息。
图22图示了根据本公开各个实施例的用于在电子设备中存储和输出图像的流程图。
参考图22，在操作2201中，处理器110可以解译色彩信息。例如，色彩信息可以包括色彩数据(例如，色彩信息或基色信息)和白色数据(例如，亮度信息)。
在操作2203中，处理器110可以基于色彩数据和白色数据来生成聚焦数据(例如，相位差信息)。
在操作2205中，处理器110可以基于色彩数据和白色数据来生成YUV数据。在操作2207中，处理器110可以基于YUV数据通过显示器160输出预览图像。
在操作2209中，处理器110可以基于相位差信息来确定相机模块191是否合焦。作为确定的结果，当相机模块191合焦时，处理器110进行至操作2211，否则进行至操作2215。
当处理器110进行至操作2215时，处理器110可以基于相位差信息来移动相机模块191的透镜。
当处理器110进行至操作2211时，处理器110可以确定是否存在用于图像捕获的请求。例如，图像捕获指代使用相机来拾取被摄体的图像或拍摄被摄体。作为确定的结果，当存在用于图像捕获的请求时，处理器110可以进行至操作2213，否则进行至操作2207。
当处理器110进行至操作2213时，处理器110可以通过相机模块191生成图像，并且将图像存储在存储器130中。
图22的流程图可以根据各个实施例来改变操作的次序或省略一些操作。根据本公开实施例，操作2205可以在操作2203之前。根据本公开实施例，操作2203、2209和2215可以省略。
根据本公开各个实施例，一种图像传感器，可以包括：多个像素，并且多个像素中的至少一个像素可以包括：微透镜；过滤器，包括用于从通过微透镜透过的光信号中过滤第一色彩信号的第一区域和用于从所透过的信号中过滤第二色彩信号的第二区域；以及用于将第一色彩信号转换为电信号的第一光电二极管和用于将第二色彩信号转换为电信号的第二光电二极管。
根据本公开各个实施例，第一区域的至少两侧可以与第二区域的至少两侧连接。
根据本公开各个实施例，第一区域可以接近无色。
根据本公开各个实施例，第二区域可以包括红色(R)过滤器、绿色(G)过滤器或蓝色(B)过滤器中的至少一个。
根据本公开各个实施例，过滤器可以仅由第一区域和第二区域组成，第二区域包括红色(R)过滤器、绿色(G)过滤器或蓝色(B)过滤器中的一个。
根据本公开各个实施例，第一区域和第二区域中的一个(例如，色彩过滤器区域609)可以被第一区域和第二区域中的另一区域(例如，透明过滤器区域607)包围。
根据本公开各个实施例，第一区域可以包括第一透明过滤器区域和第二透明过滤器区域(例如，透明过滤器区域747、749)，并且第二区域(例如，色彩过滤器区域751)可以被设置在第一透明过滤器区域与第二透明过滤器区域之间。
根据本公开各个实施例，第一区域和第二区域中的一个可以被设置在第一区域和第二区域中的另一区域的上端。
根据本公开各个实施例，第一区域可以包括第一透明过滤器区域和第二透明过滤器区域(例如，透明过滤器区域827、829)，而第二区域可以包括第一色彩过滤器区域和第二色彩过滤器区域(例如，色彩过滤器区域831、833)，并且第一透明过滤器区域和第一色彩过滤器区域与第二透明过滤器区域和第二色彩过滤器区域关于单个轴(例如，垂直(y)轴)对称。
根据本公开各个实施例，第一光电二极管和第二光电二极管可以具有相似的大小。
根据本公开各个实施例的电子设备可包括：图像传感器，包括多个像素；以及处理器，与图像传感器功能连接，以及多个像素中的至少一个像素可以包括：微透镜；过滤器，包括用于从通过微透镜透过的光信号中过滤第一色彩信号的第一区域和用于从所透过的信号中过滤第二色彩信号的第二区域；以及用于将第一色彩信号转换为电信号的第一光电二极管和用于将第二色彩信号转换为电信号的第二光电二极管，以及处理器可以至少基于被转换为电信号的第一色彩信号和第二色彩信号来生成亮度信息和色彩信息并且输出与亮度信息和色彩信息相对应的图像。
根据本公开各个实施例，第一区域和第二区域中的一个区域可以被第一区域和第二区域中的另一区域包围。
根据本公开各个实施例，第二区域可以包括第一色彩过滤器区域和第二色彩过滤器区域，以及第一区域可以被设置在第一色彩过滤器区域与第二色彩过滤器区域之间。
根据本公开各个实施例，第一区域可以包括第一透明过滤器区域和第二透明过滤器区域，而第二区域可以包括第一色彩过滤器区域和第二色彩过滤器区域，以及第一透明过滤器区域(例如，透明过滤器区域849)位于与第二透明过滤器区域(例如，透明过滤器区域851)的对角线上，并且第一色彩过滤器区域(例如，色彩过滤器区域847)位于与第二色彩过滤器区域(例如，色彩过滤器区域853)的对角线上。
根据本公开各个实施例，处理器可以使用亮度信息来控制自动聚焦。
根据本公开各个实施例，处理器可以处理亮度信息和色彩信息，并且将亮度信息和色彩信息转换为YUV数据。
根据本公开各个实施例，处理器可以至少基于亮度信息来生成相位差信息，并且使用相位差信息来控制电子设备的功能。
根据各个实施例的信号处理方法包括：通过被包括在图像传感器中的至少一个像素中所包括的单个微透镜，接收光信号；通过包括第一区域和第二区域的过滤器从光信号中过滤白色信号和色彩信号；通过多个光电二极管将白色信号和色彩信号转换为电信号；以及通过显示器输出与基于电信号确定的亮度信息和色彩信息相对应的图像。
根据本公开各个实施例，信号处理方法还可包括：至少基于亮度信息生成相位差信息，并且根据相位差信息调节相机单元的透镜位置。
根据本公开各个实施例，信号处理方法还可包括：至少基于亮度信息生成图像3D信息，并且至少基于图像3D信息生成3D图像。
根据本公开各个实施例的图像传感器及其信号处理方法可以通过接收多种波长的光来降低光的敏感度的损失。
根据本公开各个实施例的图像传感器及其信号处理方法即使当用于拍摄的背景具有低照度时也可以通过接收几乎全部波长的光来提供清晰图像。
此外，“模块”可以被提供为存储一个或更多个程序(或编程模块和应用)的非瞬态计算机可读存储介质。例如，软件可以被非瞬态计算机可读存储介质中存储的指令以编程模块的形式实施。一个或更多个程序可以包括用于使得电子设备能够执行根据在本公开的权利要求和/或说明书中所陈述的实施例的方法的指令。如果指令由一个或更多个处理器(例如，处理器120)运行，则一个或更多个处理器可以执行与指令相对应的功能。非瞬态计算机可读存储介质例如可以是存储器230。编程模块中的至少一部分可以例如通过处理器210实施(例如，运行)。编程模块中的至少一部分可以包括例如用于执行一个或更多个功能的模块、程序、例程、指令集或进程等。
非瞬态计算机可读记录介质可包括：诸如硬盘、软盘和磁带的磁介质；诸如紧凑盘只读存储器(CD-ROM)和DVD的光介质；诸如软光盘的磁光介质；和专门配置为存储和执行程序指令的硬件设备(例如，编程模块)，诸如ROM、RAM、闪速存储器等，EEPROM，磁盘存储设备或其他形式的光学存储设备，以及磁带。或者，程序指令可以被存储在通过它们中的一些或全部的组合而构成的存储器中。此外，还可以以复数形式包括每个构成存储器。此外，程序指令不仅包括诸如由编译器做出的代码的机器语言代码，还包括可由计算机使用解释器等运行的高级语言代码。
此外，程序指令可以被存储在可附接的存储设备中，其通过通信网络对于电子设备可访问，该通信网络诸如因特网、内联网、局域网(LAN)、无线LAN(WLAN)和存储域网(SAN)或由它们的组合构成的通信网络。该存储设备可以通过外部端口连接到电子设备。此外，通信网络上的单独的存储设备也可以连接到便携式电子设备。上述硬件设备可以被配置为操作为一个或更多个软件模块，以便执行根据本公开各个实施例的操作，反之亦然。
根据本公开各个实施例的模块或编程模块可以包括上述构成元件中的至少一个或更多个，或可以省略上述构成元件中的一些，或还可包括额外的其他构成元件。由根据本公开各个实施例的模块、编程模块或其他构成元件执行的操作可以以顺序、并行、重复或试探方法执行。此外，一些操作可以以不同次序执行或可以省略，或可以添加其他操作。
虽然已经参考本公开各个实施例示出和描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，可以在其中进行各种形式上和细节上的改变，而不脱离如由所附权利要求及其等同物定义的本公开的精神和范围。

Claims (13)

1.一种图像传感器，包括：
多个像素，其中，所述多个像素中的至少一个像素的每一个包括：
微透镜；
过滤器，其中，所述过滤器包括：
用于从透过所述微透镜的光信号中过滤第一色彩信号的第一区域，和
用于从所述光信号中过滤第二色彩信号的第二区域；
第一光电二极管，用于将第一色彩信号转换为电信号；以及
第二光电二极管，用于将第二色彩信号转换为电信号，
其中，第一区域包括透明过滤器，第二区域包括色彩过滤器。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第一区域的至少两侧与第二区域的至少两侧连接。
3.如权利要求1所述的图像传感器，
其中，该色彩过滤器包括红色过滤器、绿色过滤器或蓝色过滤器中的一个。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第一区域和第二区域中的一个区域被第一区域和第二区域中的另一个区域包围。
5.如权利要求1所述的图像传感器，
其中，第一区域包括第一透明过滤器区域和第二透明过滤器区域，以及
其中，第二区域被布置在第一透明过滤器区域与第二透明过滤器区域之间。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第一区域和第二区域中的一个区域被布置在第一区域和第二区域中的另一个区域的上端上。
7.如权利要求1所述的图像传感器，
其中，第一区域包括第一透明过滤器区域和第二透明过滤器区域，并且第二区域包括第一色彩过滤器区域和第二色彩过滤器区域，以及
其中，第一透明过滤器区域与第二透明过滤器区域关于单个轴对称，第一色彩过滤器区域与第二色彩过滤器区域关于所述单个轴对称。
8.一种电子设备，包括：
图像传感器，包括多个像素；以及
处理器，与图像传感器功能连接，
其中，多个像素中的至少一个像素的每一个包括：
微透镜；
过滤器，其中，所述过滤器包括：
用于从透过所述微透镜的光信号中过滤第一色彩信号的第一区域，和
用于从所述光信号中过滤第二色彩信号的第二区域；
第一光电二极管，用于将第一色彩信号转换为电信号；以及
第二光电二极管，用于将第二色彩信号转换为电信号，
其中，处理器被配置为至少基于被转换为电信号的第一色彩信号和第二色彩信号来生成亮度信息和色彩信息，并且输出与亮度信息和色彩信息相对应的图像，
其中，第一区域包括透明过滤器，第二区域包括色彩过滤器。
9.如权利要求8所述的电子设备，其中，第一区域和第二区域中的一个区域被第一区域和第二区域中的另一个区域包围。
10.如权利要求8所述的电子设备，
其中，第二区域包括第一色彩过滤器区域和第二色彩过滤器区域，以及
其中，第一区域被布置在第一色彩过滤器区域与第二色彩过滤器区域之间。
11.如权利要求9所述的电子设备，
其中，第二区域包括第一色彩过滤器区域和第二色彩过滤器区域，以及
其中，第一区域被布置在第一色彩过滤器区域与第二色彩过滤器区域之间。
12.如权利要求9所述的电子设备，
其中，第一区域包括第一透明过滤器区域和第二透明过滤器区域，并且第二区域包括第一色彩过滤器区域和第二色彩过滤器区域，以及
其中，第一透明过滤器区域位于与第二透明过滤器区域的对角线上，并且第一色彩过滤器区域位于与第二色彩过滤器区域的对角线上。
13.如权利要求8所述的电子设备，其中，处理器被配置为：
至少基于亮度信息来生成相位差信息，以及
使用相位差信息来控制电子设备的聚焦功能。
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