CN110996077A - 图像传感器、摄像头组件和移动终端 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种图像传感器、摄像头组件和移动终端。图像传感器包括二维像素阵列，二维像素阵列包括多个彩色像素和多个全色像素。彩色像素具有比全色像素更窄的光谱响应。全色像素包括光电转换元件和像素电路。像素电路与光电转换元件连接，以用于转移光电转换元件接收光线后生成的电荷并输出响应信号。响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小。本申请实施方式的图像传感器、摄像头组件和移动终端中，全色像素的像素电路输出的响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小，使得全色像素能够读出更多的信号而不易饱和，达到抑制过曝现象，从而改善成像质量的目的。

Description

图像传感器、摄像头组件和移动终端

技术领域

本申请涉及影像技术领域，更具体而言，涉及一种图像传感器、摄像头组件和移动终端。

背景技术

手机等移动终端中往往装配有摄像头，以实现拍照功能。摄像头中设置有图像传感器。为了实现彩色图像的采集，图像传感器中通常会设置有彩色像素，彩色像素以拜耳(Bayer)阵列形式排布。为提升图像传感器在低亮环境下的成像质量，会将灵敏度比彩色像素高的白色像素加入到图像传感器中。然而，白色像素在单位时间内接收的光通量更多，更容易达到饱和状态，在拍摄一些高光场景时容易过曝，影响成像质量。

发明内容

本申请实施方式提供一种图像传感器、摄像头组件和移动终端。

本申请实施方式的图像传感器包括二维像素阵列，所述二维像素阵列包括多个彩色像素和多个全色像素，所述彩色像素具有比所述全色像素更窄的光谱响应；所述全色像素包括光电转换元件和像素电路，所述像素电路与所述光电转换元件连接，以用于转移所述光电转换元件接收光线后生成的电荷并输出响应信号，所述响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小。

本申请实施方式的摄像头组件包括镜头及图像传感器，所述图像传感器能够接收穿过所述镜头的光线；所述图像传感器包括二维像素阵列，所述二维像素阵列包括多个彩色像素和多个全色像素，所述彩色像素具有比所述全色像素更窄的光谱响应；所述全色像素包括光电转换元件和像素电路，所述像素电路与所述光电转换元件连接，以用于转移所述光电转换元件接收光线后生成的电荷并输出响应信号，所述响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小。

本申请实施方式的移动终端包括壳体及摄像头组件，所述摄像头组件与所述壳体结合；所述摄像头组件包括镜头及图像传感器，所述图像传感器能够接收穿过所述镜头的光线；所述图像传感器包括二维像素阵列，所述二维像素阵列包括多个彩色像素和多个全色像素，所述彩色像素具有比所述全色像素更窄的光谱响应；所述全色像素包括光电转换元件和像素电路，所述像素电路与所述光电转换元件连接，以用于转移所述光电转换元件接收光线后生成的电荷并输出响应信号，所述响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小。

本申请实施方式的图像传感器、摄像头组件和移动终端中，全色像素的像素电路输出的响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小，使得全色像素能够读出更多的信号而不易饱和，达到抑制过曝现象，从而改善成像质量的目的。

本申请的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实施方式的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是不同色彩通道曝光饱和时间的示意图；

图2是本申请实施方式中图像传感器的示意图；

图3是本申请实施方式中一种像素电路的示意图；

图4是本申请实施方式中响应信号的幅值随曝光时间变化的示意图；

图5是本申请实施方式中又一种像素电路的示意图；

图6是本申请实施方式中一种像素电路与模数转换电路连接的示意图；

图7是本申请实施方式中又一种像素电路与模数转换电路连接的示意图；

图8是本申请实施方式中又一种像素电路与模数转换电路连接的示意图；

图9是本申请实施方式中又一种像素电路与模数转换电路连接的示意图；

图10是本申请实施方式中一种最小重复单元像素排布的示意图；

图11是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图12是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图13是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图14是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图15是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图16是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图17是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图18是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图19是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图20是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图21是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图22是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图23是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图24是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图25是本申请实施方式中又一种最小重复单元像素排布的示意图；

图26是本申请实施方式中一种摄像头组件的示意图；以及

图27是本申请实施方式中一种移动终端的示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下面结合附图对本申请的实施例作进一步说明。

在彩色图像传感器中，不同色彩的像素单位时间接收的曝光量不同，在某些色彩饱和后，某些色彩还未曝光到理想的状态。例如，曝光到饱和曝光量的60％-90％可以具有比较好的信噪比和精确度，但本申请的实施例不限于此。

图1中以RGBW(红、绿、蓝、全色)为例说明。参见图1，图1中横轴为曝光时间、纵轴为曝光量，Q为饱和的曝光量，LW为全色像素W的曝光曲线，LG为绿色像素G的曝光曲线，LR为红色像素R的曝光曲线，LB为蓝色像素B的曝光曲线。

从图1中可以看出，全色像素W的曝光曲线LW的斜率最大，也就是说在单位时间内全色像素W可以获得更多的曝光量，在t1时刻即达到饱和。绿色像素G的曝光曲线LG的斜率次之，绿色像素在t2时刻饱和。红色像素R的曝光曲线LR的斜率再次之，红色像素在t3时刻饱和。蓝色像素B的曝光曲线LB的斜率最小，蓝色像素在t4时刻饱和。在t1时刻，全色像素W已经饱和，而R、G、B三种像素曝光还未达到理想状态。需要说明的是，图1中的曝光曲线仅为一个示例，根据像素响应波段的不同，曲线的斜率和相对关系会有所变化，本申请不限于图1中所示的情形。例如，当红色像素R响应的波段比较窄时，红色像素R的曝光曲线斜率可能比蓝色像素B曝光曲线的斜率更低。

相关技术中，RGBW四种像素的曝光时间是共同控制的。例如，每行像素的曝光时间是相同的，连接于同一曝光控制线，受同一曝光控制信号的控制。例如，继续参见图1，在0-t1时间段，RGBW四种像素都可以正常工作，但在此区间RGB由于曝光时间较短、曝光量较少，在图像显示时会造成亮度较低、信噪比较低、甚至色彩不够鲜艳的现象。在t1-t4时段，W像素由于饱和造成过度曝光，无法工作，曝光量数据已经无法真实反映目标。

基于上述原因，请参阅图2、图3、图4和图10，本申请的一方面提供一种图像传感器10，图像传感器10包括二维像素阵列11。二维像素阵列11包括多个彩色像素和多个全色像素W。彩色像素具有比全色像素W更窄的光谱响应。全色像素W包括光电转换元件260a和像素电路200a。像素电路200a与光电转换元件260a连接，以用于转移光电转换元件260a接收光线后生成的电荷并输出响应信号。响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小。

本申请实施方式的图像传感器中，全色像素W的像素电路200a输出的响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小，使得全色像素W能够读出更多的信号而不易饱和，达到抑制过曝现象，从而改善成像质量的目的。

接下来介绍一下图像传感器10的基本结构。参见图2，图2是本申请实施方式中图像传感器10的示意图。图像传感器10包括像素阵列11、垂直驱动单元12、控制单元13、列处理单元14和水平驱动单元15。

例如，图像传感器可以采用互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary MetalOxide Semiconductor)感光元件或者电荷耦合元件(CCD，Charge-coupled Device)感光元件。

例如，像素阵列11包括以阵列形式二维排列的多个像素(图2中未示出)，每个像素包括光电转换元件。像素根据入射在其上的光的强度将光转换为电荷。

例如，垂直驱动单元12包括移位寄存器和地址译码器。垂直驱动单元12包括读出扫描和复位扫描功能。读出扫描是指顺序地逐行扫描单位像素，从这些单位像素逐行地读取信号。例如，被选择并扫描的像素行中的每一像素输出的信号被传输到列处理单元14。复位扫描用于复位电荷，光电转换元件的光电荷被丢弃，从而可以开始新的光电荷的积累。

例如，由列处理单元14执行的信号处理的是相关双采样(CDS)处理。在CDS处理中，取出从所选行中的每一像素输出的复位电平和信号电平，并且计算电平差。因而，获得了一行中的像素的信号。列处理单元14可以具有用于将模拟像素信号转换为数字格式的模数(A/D)转换功能。

例如，水平驱动单元15包括移位寄存器和地址译码器。水平驱动单元15顺序逐列扫描像素阵列。通过水平驱动单元15执行的选择扫描操作，每一像素列被列处理单元14顺序地处理，并且被顺序输出。

例如，控制单元13根据操作模式配置时序信号，利用多种时序信号来控制垂直驱动单元13、列处理单元14和水平驱动单元15协同工作。

图像传感器10还包括设置在二维像素阵列11上的滤光片(图未示)。二维像素阵列11中的每一个像素的光谱响应(即像素能够接收的光线的颜色)由对应该像素的滤光片的颜色决定。本申请全文的彩色像素和全色像素指的是能够响应颜色与对应的滤光片颜色相同的光线的像素。

例如，图3是本申请实施方式中一种像素电路200a的示意图。图3中像素电路200a应用在每个全色像素W中。下面结合图3对像素电路200a的工作原理进行说明。

全色像素W包括光电转换元件260a(例如，光电二极管PD)和像素电路200a。像素电路200a与光电转换元件260a连接，以用于转移光电转换元件260a接收光线后生成的电荷并输出响应信号。

像素电路200a包括对数响应电路250a(例如，对数晶体管210a)、放大电路280a(例如，放大晶体管230a)和选择电路290a(例如，选择晶体管240a)。在本申请的实施例中，对数晶体管210a、放大晶体管230a和选择晶体管240a例如是MOS管，但不限于此。光电转换元件260a同时与对数响应电路250a和放大电路280a连接，放大电路280a还与选择电路290a连接，光电转换元件260a生成的电荷经由放大电路280a的放大和选择电路290a的选通后输出响应信号。对数响应电路250a用于使得响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小。

具体地，光电二极管PD的阳极连接到地。对数晶体管210a工作在亚阈值状态。对数晶体管210a的源极和放大晶体管230a的栅极均通过浮动扩散单元FD与光电转换元件260a的阴极连接。对数晶体管210a的栅极与对数晶体管210a的漏极连接，并共同连接至Vd1，Vd1用于产生亚阈值状态电流。放大晶体管230a的漏极连接至Vd2，Vd2例如是源级跟随器，Vd2用于将电荷转换成电压。放大晶体管230a的源极与选择晶体管240a的漏极连接。选择晶体管240a的栅极SEL通过选择线连接垂直驱动单元12(如图2所示)。选择晶体管240a的源极通过输出端OUT输出响应信号。

需要说明的是，本申请实施例中像素电路200a的像素结构并不限于图3所示的结构。例如，像素电路200a可以具有三晶体管像素结构，其中放大晶体管230a和选择晶体管240a的功能由一个晶体管完成。例如，对数响应电路250a也不局限于单个对数晶体管210a的方式，其它具有使得响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小功能的电子器件或结构均可以作为本申请实施例中的对数响应电路250a，单个对数晶体管210a的实施方式简单、成本低、易于控制。

例如，图4是本申请实施方式中响应信号的幅值随曝光时间变化的示意图。LW为全色像素W的响应信号，LG为绿色像素G的响应信号，LR为红色像素R的响应信号，LB为蓝色像素B的响应信号。如图4所示，响应信号LW的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小。例如，对数响应电路250a用于使得响应信号LW的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小。具体地，对数晶体管210a工作在亚阈值状态，光电二极管PD不再工作于积分模式，而是与工作在亚阈值状态的对数晶体管210a相连，产生亚阈值状态电流，使得选择晶体管240a的源极最终输出一个对数响应的响应信号LW。本申请实施方式中，由于响应信号LW的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小(响应信号LW是对数型的)，相较于响应信号LW是线性的而言，对数型的响应信号LW的幅值低于线性的响应信号的幅值，可以使得全色像素W不再提前过曝，全色像素W能够读出更多的信号而不易饱和，达到抑制过曝现象，从而提高图像传感器10的信噪比、改善成像质量的目的，另外，还能够提高图像传感器10的动态范围。

例如，图5是本申请实施方式中又一种像素电路200b的示意图。图5中像素电路200b应用在每个彩色像素(绿色像素G、红色像素R、蓝色像素B)中。下面结合图5对像素电路200b的工作原理进行说明。

彩色像素包括光电转换元件260b(例如，光电二极管PD)和像素电路200b。像素电路200b与光电转换元件260b连接，以用于转移光电转换元件260b接收光线后生成的电荷并输出响应信号。响应信号(LG、LR、LB)为线性信号(如图4所示)。

像素电路200b包括曝光控制电路250b(例如，转移晶体管210b)、复位电路270b(例如，复位晶体管220b)、放大电路280b(例如，放大晶体管230b)和选择电路290b(例如，选择晶体管240b)。在本申请的实施例中，转移晶体管210b、复位晶体管220b、放大晶体管230b和选择晶体管240b例如是MOS管，但不限于此。

例如，参见图2和图5，转移晶体管210b的栅极TG通过曝光控制线连接垂直驱动单元12；复位晶体管220b的栅极RG通过复位控制线(图中未示出)连接垂直驱动单元12；选择晶体管240b的栅极SEL通过选择线(图中未示出)连接垂直驱动单元12。曝光控制电路250b(例如，转移晶体管210b)与光电转换元件260b(例如，光电二极管PD)电连接，用于转移光电转换元件260b经光照后积累的电势。例如，光电转换元件260b包括光电二极管PD，光电二极管PD的阳极例如连接到地。光电二极管PD将所接收的光转换为电荷。光电二极管PD的阴极经由曝光控制电路250b(例如，转移晶体管210b)连接到浮动扩散单元FD。浮动扩散单元FD与放大晶体管230b的栅电极、复位晶体管220b的源极连接。

例如，曝光控制电路250b为转移晶体管210b，曝光控制电路250b的控制端为转移晶体管210b的栅极。当有效电平(例如，VPIX电平)的脉冲通过曝光控制线(例如TX1或TX2)传输到转移晶体管210b的栅电极时，转移晶体管210b导通。转移晶体管210b将光电二极管PD光电转换的电荷传输到浮动扩散单元FD。

例如，复位晶体管220b的漏极连接到像素电源VPIX。复位晶体管220b的源极连接到浮动扩散单元FD。在信号电荷被从光电二极管PD转移到浮动扩散单元FD之前，有效复位电平的脉冲经由复位线传输到复位晶体管220b的栅电极，复位晶体管220b导通。复位晶体管220b将浮动扩散单元FD复位到像素电源VPIX。

例如，放大晶体管230b的栅电极连接到浮动扩散单元FD。放大晶体管230b的漏极连接到像素电源VPIX。在浮动扩散单元FD被复位晶体管220b复位之后，放大晶体管230b经由选择晶体管240b通过输出端OUT输出复位电平。在光电二极管PD的信号电荷被转移晶体管210b转移之后，放大晶体管230b经由选择晶体管240b通过输出端OUT输出信号电平。

例如，选择晶体管240b的漏极连接到放大晶体管230b的源极。选择晶体管240b的源极通过输出端OUT连接到图2中的列处理单元14。当有效电平的脉冲通过选择线被传输到选择晶体管240b的栅电极时，选择晶体管240b导通。放大晶体管230b输出的信号通过选择晶体管240b传输到列处理单元14。

需要说明的是，本申请实施例中像素电路200b的像素结构并不限于图5所示的结构。例如，像素电路200b可以具有三晶体管像素结构，其中放大晶体管230b和选择晶体管240b的功能由一个晶体管完成。曝光控制电路250b也不局限于单个转移晶体管210b的方式，其它具有控制端控制导通功能的电子器件或结构均可以作为本申请实施例中的曝光控制电路250b，单个转移晶体管210b的实施方式简单、成本低、易于控制。

例如，图6是本申请实施方式中一种像素电路200a与模数转换电路16连接的示意图。图7是本申请实施方式中一种像素电路200b与模数转换电路16连接的示意图。

图像传感器10还包括模数转换电路16。如图6所示，像素电路200a输出的响应信号为模拟信号。像素电路200a的输出端OUT与模数转换电路16连接。模数转换电路16用于将像素电路200a输出的模拟信号转换为数字信号。如图7所示，像素电路200b输出的响应信号为模拟信号。像素电路200b的输出端OUT与模数转换电路16连接。模数转换电路16用于将像素电路200b输出的模拟信号转换为数字信号。

模数转换电路16设置在图2的列处理单元14中，以使得列处理单元14具有模数转换的功能。模数转换电路16包括比较信号生成器161、比较器162及计数器163。模数转换电路16的比较信号为线性信号(即比较信号生成器161生成比较信号为线性信号)。模数转换电路16工作时，像素电路200a中的输出端OUT输出的模拟信号进入比较器162的第一输入端(如图6所示)，或者像素电路200b中的输出端OUT输出的模拟信号进入比较器162的第一输入端(如图7所示)。比较信号生成器161生成比较信号并将比较信号输入至比较器162的第二输入端，与此同时，计数器163开始计数。当比较信号的幅值上升到与模拟信号的幅值相等时，比较器162翻转，计数器163停止计数，此时，计数器163计数的数值即为对应该模拟信号的数字信号。

例如，图8是本申请实施方式中又一种像素电路200a与模数转换电路16连接的示意图。图9是本申请实施方式中又一种像素电路200b与模数转换电路16连接的示意图。图像传感器10还包括模数转换电路16和相关双采样(CDS)电路17。

与图6不同的是，图8中的像素电路200a的输出端OUT不是直接与模数转换电路16连接，像素电路200a与模数转换电路16通过一个相关双采样电路17进行连接。与图7不同的是，图9中的像素电路200b的输出端OUT不是直接与模数转换电路16连接，像素电路200b与模数转换电路16通过一个相关双采样电路17进行连接。

相关双采样电路17包括一个电容器171、一个开关172、一个斜坡信号发生器173和一个比较器174。相关双采样电路17能够消除复位噪声的干扰。具体地，在复位期间，相关双采样电路17中的开关172闭合以对复位电平进行第一次采样，得到复位电平。在信号输出期间，相关双采样电路17中的开关172断开以进行第二次采样，得到信号电平。其中，两次采样之间的时间间隔远小于一个时间常数，如此，两次采样之间的噪声电压几乎相同，将两次采样电平，即复位电平与信号电平相减，能够基本消除复位噪声的干扰，得到信号电平的实际有效幅值。本申请实施方式中，通过设置相关双采样电路17，能够消除复位噪声的干扰，显著改善信噪比，提高信号检测精度。

例如，图10至图25示出了多种图像传感器中像素排布的示例。参见图10至图25，图像传感器10包括由多个彩色像素(例如多个第一颜色像素A、多个第二颜色像素B和多个第三颜色像素C)和多个全色像素W组成的二维像素阵列。例如，彩色像素具有比全色像素更窄的光谱响应。例如，彩色像素的响应光谱例如为全色像素W响应光谱中的部分。二维像素阵列包括最小重复单元(图10至图25示出了多种图像传感器10中像素最小重复单元的示例)。在最小重复单元中，全色像素W设置在第一对角线方向D1，彩色像素设置在第二对角线方向D2，第一对角线方向与第二对角线方向不同。第一对角线方向D1相邻的至少两个全色像素的第一曝光时间由第一曝光信号控制，第二对角线方向D2相邻的至少两个彩色像素的第二曝光时间由第二曝光信号控制，从而实现全色像素曝光时间和彩色像素曝光时间的独立控制。

例如，最小重复单元行和列的像素数量相等。例如最小重复单元包括但不限于，4行4列、6行6列、8行8列、10行10列的最小重复单元。这种设置有助于均衡行和列方向图像的分辨率和均衡色彩表现，提高显示效果。

例如，图10是本申请实施方式中一种最小重复单元510像素排布的示意图；最小重复单元为4行4列16个像素，排布方式为：

W表示全色像素；A表示多个彩色中的第一颜色像素；B表示多个彩色中的第二颜色像素；C表示多个彩色中的第三颜色像素。

例如，如图10所示，全色像素W设置在第一对角线方向D1(即图10中左上角和右下角连接的方向)，彩色像素设置在第二对角线方向D2(例如图10中左下角和右上角连接的方向)，第一对角线方向与第二对角线方向不同。例如，第一对角线和第二对角线垂直。第一对角线方向D1相邻的两个全色像素W(例如，从左上方起第一行第一列和第二行第二列的两个全色像素)的第一曝光时间由第一曝光信号控制，第二对角线方向相邻的至少两个彩色像素(例如，从左上方起第四行第一列和第三行第二列的两个彩色像素B)的第二曝光时间由第二曝光信号控制。

需要说明的是，第一对角线方向D1和第二对角线方向D2并不局限于对角线，还包括平行于对角线的方向。这里的“方向”并非单一指向，可以理解为指示排布的“直线”的概念，可以有直线两端的双向指向。

需要理解的是，此处以及下文中的术语“上”、“下”、“左”、“右”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申请和简化描述，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申请的限制。

例如，图11是本申请实施方式中又一种最小重复单元520像素排布的示意图。最小重复单元为4行4列16个像素，排布方式为：

W表示全色像素；A表示多个彩色中的第一颜色像素；B表示多个彩色中的第二颜色像素；C表示多个彩色中的第三颜色像素。

例如，如图11所示，全色像素W设置在第一对角线方向D1(即图11中右上角和左下角连接的方向)，彩色像素设置在第二对角线方向D2(例如图11中左上角和右下角连接的方向)。例如，第一对角线和第二对角线垂直。第一对角线方向D1相邻的两个全色像素W(例如，从左上方起第一行第二列和第二行第一列的两个全色像素)的第一曝光时间由第一曝光信号控制，第二对角线方向相邻的至少两个彩色像素(例如，从左上方起第一行第一列和第二行第二列的两个彩色像素A)的第二曝光时间由第二曝光信号控制。

例如，图12是本申请实施方式中又一种最小重复单元530像素排布的示意图。图13是本申请实施方式中又一种最小重复单元540像素排布的示意图。在图12和图13的实施例中，对应图10和图11的排布方式，第一颜色像素A为红色像素R；第二颜色像素B为绿色像素G；第三颜色像素C为蓝色像素Bu。

需要说明的是，在一些实施例中，全色像素W的响应波段为可见光波段(例如，400nm-760nm)。例如，全色像素W上设置有红外滤光片，以实现红外光的滤除。在一些实施例中，全色像素W的响应波段为可见光波段和近红外波段(例如，400nm-1000nm)，与图像传感器中的光电二极管(PD)响应波段相匹配。例如，全色像素W可以不设置滤光片，全色像素W的响应波段由光电二极管的响应波段确定，即两者相匹配。本申请的实施例包括但不局限于上述波段范围。

例如，图14是本申请实施方式中又一种最小重复单元550像素排布的示意图。图15是本申请实施方式中又一种最小重复单元560像素排布的示意图。在图14和图15的实施例中，对应图10和图11的排布方式，第一颜色像素A为红色像素R；第二颜色像素B为黄色像素Y；第三颜色像素C为蓝色像素Bu。

例如，图16是本申请实施方式中又一种最小重复单元570像素排布的示意图。图17是本申请实施方式中又一种最小重复单元580像素排布的示意图。在图16和图17的实施例中，对应图10和图11的排布方式，第一颜色像素A为品红色像素M；第二颜色像素B为青色像素Cy；第三颜色像素C为黄色像素Y。

例如，图18是本申请实施方式中又一种最小重复单元610像素排布的示意图。最小重复单元为6行6列36个像素，排布方式为：

W表示全色像素；A表示多个彩色中的第一颜色像素；B表示多个彩色中的第二颜色像素；C表示多个彩色中的第三颜色像素。

例如，图19是本申请实施方式中又一种最小重复单元620像素排布的示意图。最小重复单元为6行6列36个像素，排布方式为：

W表示全色像素；A表示多个彩色中的第一颜色像素；B表示多个彩色中的第二颜色像素；C表示多个彩色中的第三颜色像素。

例如，图20是本申请实施方式中又一种最小重复单元630像素排布的示意图。图21是本申请实施方式中又一种最小重复单元640像素排布的示意图。在图20和图21的实施例中，分别对应图18和图19的排布方式，第一颜色像素A为红色像素R；第二颜色像素B为绿色像素G；第三颜色像素C为蓝色像素Bu。

例如，在其它实施方式中，第一颜色像素A为红色像素R；第二颜色像素B为黄色像素Y；第三颜色像素C为蓝色像素Bu。例如，第一颜色像素A为品红色像素M；第二颜色像素B为青色像素Cy；第三颜色像素C为黄色像素Y。本申请的实施例包括但不局限于此。电路具体连接方式参见上文说明，在此不再赘述。

例如，图22是本申请实施方式中又一种最小重复单元710像素排布的示意图。最小重复单元为8行8列64个像素，排布方式为：

W表示全色像素；A表示多个彩色中的第一颜色像素；B表示多个彩色中的第二颜色像素；C表示多个彩色中的第三颜色像素。

例如，图23是本申请实施方式中又一种最小重复单元720像素排布的示意图。最小重复单元为8行8列64个像素，排布方式为：

W表示全色像素；A表示多个彩色中的第一颜色像素；B表示多个彩色中的第二颜色像素；C表示多个彩色中的第三颜色像素。

例如，图24是本申请实施方式中又一种最小重复单元730像素排布的示意图。图25是本申请实施方式中又一种最小重复单元740像素排布的示意图。在图24和图25的实施例中，分别对应图22和图23的排布方式，第一颜色像素A为红色像素R；第二颜色像素B为绿色像素G；第三颜色像素C为蓝色像素Bu。

例如，在其它实施方式中，第一颜色像素A为红色像素R；第二颜色像素B为黄色像素Y；第三颜色像素C为蓝色像素Bu。例如，第一颜色像素A为品红色像素M；第二颜色像素B为青色像素Cy；第三颜色像素C为黄色像素Y。本申请的实施例包括但不局限于此。电路具体连接方式参见上文说明，在此不再赘述。

从上述实施例中可以看出，如图10至图25所示，图像传感器包括矩阵排布的多个彩色像素和多个全色像素W，彩色像素和全色像素在行和列的方向上均间隔排布。

例如，在行的方向上依次交替设置全色像素、彩色像素、全色像素、彩色像素……

例如，在列的方向上依次交替设置全色像素、彩色像素、全色像素、彩色像素……

在一些实施例中，第一曝光时间小于第二曝光时间。在一些实施例中，第一曝光时间与第二曝光时间的比例为1：2，1：3或1：4中的一种。例如，在光线比较暗的环境下，彩色像素更容易曝光不足，可以根据环境亮度调整第一曝光时间与第二曝光时间的比例为1：2，1：3或1：4。例如，曝光比例为上述整数比或接近整数比的情况下，有利于时序的设置信号的设置和控制。

在一些实施例中，第一曝光时间与第二曝光时间的相对关系可以根据环境亮度来确定。在环境亮度小于或等于亮度阈值时，全色像素W以等于第二曝光时间的第一曝光时间来曝光；在环境亮度大于亮度阈值时，全色像素W以小于第二曝光时间的第一曝光时间来曝光。在环境亮度大于亮度阈值时，可以根据环境亮度与亮度阈值之间的亮度差值来确定第一曝光时间与第二曝光时间的相对关系，例如，亮度差值越大，第一曝光时间与第二曝光时间的比例越小。例如，在亮度差值位于第一范围[a,b)内时，第一曝光时间与第二曝光时间的比例为1:2；在亮度差值位于第二范围[b,c)内时，第一曝光时间与第二曝光时间的比例为1:3；在亮度差值大于或等于c时，第一曝光时间与第二曝光时间的比例为1:4。其中，a＜b＜c。如此可以避免全色像素W过曝导致图像无法使用。

例如，图26是本申请实施方式中一种摄像头组件20的示意图。摄像头组件20包括本申请任一实施例的图像传感器10和镜头21。镜头21用于成像到图像传感器10上，例如，被摄目标的光线通过镜头21成像到图像传感器10，图像传感器10设置在镜头21的焦平面上。摄像头组件20还可包括电路部件22。电路部件22用于获取电能及与外部传输数据，例如，电路部件可与我部电源连接以获取电能，也可以和存储器、处理器连接，以传输图像数据或控制数据。

例如，摄像头组件20可以设置在手机的背面而作为后置摄像头。可以理解地，摄像头组件20也可以设置在手机的正面作为前置摄像头。

例如，图27是本申请实施方式中一种移动终端900的示意图。移动终端900包括本申请任一实施例的摄像头组件20和壳体80。摄像头组件20与壳体80结合。

例如，摄像头组件20设置在壳体80上，壳体80包括中框和背板，摄像头组件20固定设置在中框或背板上。

例如，移动终端900还包括：显示部件50、存储器60和处理器70。

例如，存储器60用于存储摄像头组件20获取的图像。例如，处理器70用于处理摄像头组件20获取的图像。例如，存储器60中存储有计算机程序，处理器70执行存储器60中存储的计算机程序。例如，显示部件50用于显示摄像头组件20获取的图像。

例如，移动终端可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手环、智能手表、智能头盔、智能眼镜等。本申请实施例中以手机为例进行描述。可以理解地，移动终端的具体形式还可以是其他，在此不作限制。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括二维像素阵列，所述二维像素阵列包括多个彩色像素和多个全色像素，所述彩色像素具有比所述全色像素更窄的光谱响应；

所述全色像素包括光电转换元件和像素电路，所述像素电路与所述光电转换元件连接，以用于转移所述光电转换元件接收光线后生成的电荷并输出响应信号，所述响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素电路包括对数响应电路、放大电路和选择电路，所述光电转换元件同时与所述对数响应电路和所述放大电路连接，所述放大电路还与所述选择电路连接，所述光电转换元件生成的电荷经由所述放大电路的放大和所述选择电路的选通后输出所述响应信号，所述对数响应电路用于使得所述响应信号的幅值的变化率随曝光时间的增大而减小。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述对数响应电路包括对数晶体管，所述放大电路包括放大晶体管，所述选择电路包括选择晶体管，所述对数晶体管工作在亚阈值状态，所述对数晶体管的源极和所述放大晶体管的栅极均与所述光电转换元件连接，所述对数晶体管的栅极与所述对数晶体管的漏极连接，所述放大晶体管的源极与所述选择晶体管的漏极连接，所述选择晶体管的源极用于输出所述响应信号。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括模数转换电路，所述像素电路输出的所述响应信号为模拟信号，所述模数转换电路用于将所述模拟信号转换为数字信号，所述模数转换电路的比较信号为线性信号。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述二维像素阵列包括最小重复单元，在所述最小重复单元中，所述全色像素设置在第一对角线方向，所述彩色像素设置在第二对角线方向，所述第一对角线方向与所述第二对角线方向不同。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述第一对角线方向相邻的至少两个所述全色像素的第一曝光时间由第一曝光信号控制，所述第二对角线方向相邻的至少两个所述彩色像素的第二曝光时间由第二曝光信号控制，从而实现所述全色像素曝光时间和所述彩色像素曝光时间的独立控制。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述第一曝光时间小于所述第二曝光时间。

8.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述最小重复单元为4行4列16个像素，排布方式为：

或者

其中，W表示所述全色像素；

A表示所述多个彩色中的第一颜色像素；

B表示所述多个彩色中的第二颜色像素；

C表示所述多个彩色中的第三颜色像素。

9.一种摄像头组件，其特征在于，包括：

镜头；及

权利要求1至8任意一项所述的图像传感器，所述图像传感器能够接收穿过所述镜头的光线。

10.一种移动终端，其特征在于，包括：

壳体；及

权利要求9所述的摄像头组件，所述摄像头组件与所述壳体结合。

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