CN114079719A - 图像传感器、成像装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种图像传感器，包括多个呈阵列排布的像素单元，所述像素单元包括第一像素单元，所述第一像素单元包括调光层，所述调光层用于调整对于成像光束的透过率，选择性地控制所述第一像素单元生成黑电平信号或接收所述成像光束并生成图像电信号。本申请还公开了一种成像装置和电子设备。本申请具有成像分辨率高、像素利用率高的优点。

Description

图像传感器、成像装置和电子设备

技术领域

本申请涉及光电领域，具体地，涉及图像传感器、成像装置和电子设备。

背景技术

常见的成像装置包括图像传感器和镜头。图像传感器通常包括像素阵列，由若干个像素单元排列成矩阵阵列，能够接收光信号并产生电信号。图像传感器将光信号转换为电信号，需要经过模数转换模块，但是由于模数转换精度限制，无法转换小电压值，图像中的暗部细节也就无法表现出来，为了保留图像中的暗部细节，图像传感器制造商会在模数转换输入之前，对电压增加一个固定的偏移量，也就是黑电平。另外，理想情况下像素单元产生的电信号能够准确表示其所述接收的光信号能量，实际上因为电路噪声干扰，像素单元在即使没有接收到光信号时仍然会产生一个暗电流。暗电流跟曝光时间和电路增益有关，不同的像素单元的暗电流大小也会不同。因此，在对图像数据处理前会进行黑电平校准。一般地，会把像素阵列***的一些像素单元设置为黑像素，用于提供黑电平。然而，由于这些黑像素不用于实际成像，却占据了像素阵列的位置，导致图像传感器的像素单元利用率较低，成像的分辨率较低。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种能够克服或改善现有技术问题的图像传感器、成像装置和电子设备，其具体内容如下：

本申请的一个方面提供一种图像传感器，包括多个呈阵列排布的像素单元，所述像素单元包括第一像素单元，所述第一像素单元包括调光层，所述调光层用于调整对于成像光束的透过率，以选择性地控制所述第一像素单元生成黑电平信号或接收所述成像光束并生成图像电信号。

某些实施例中，所述调光层对所述成像光束的透过率为第一透过率时，所述第一像素单元用于产生黑电平信号；所述调光层对所述成像光束的透过率为第二透过率时，所述第一像素单元用于接收所述成像光束并转换为图像电信号，所述第二透过率大于所述第一透过率。

某些实施例中，所述第一像素单元还包括：

透镜层，用于透射并会聚所述成像光束；

滤光层，位于所述透镜层的下方，用于透射目标波段的光束并滤除目标波段以外的光束，所述成像光束的波长在所述目标波段内，所述滤光层位于所述透镜层和所述调光层之间或所述调光层位于所述透镜层和所述滤光层之间；

感光层，位于所述调光层的下方，用于接收穿过所述透镜层、滤光层和调光层的成像光束并转换接收到的成像光束为所述图像电信号，或用于生成所述黑电平信号。

某些实施例中，所述透镜层包括微透镜。

某些实施例中，所述目标波段包括可见光波段，所述成像光束为可见光。

某些实施例中，所述滤光层包括红色滤光片、绿色滤光片和蓝色绿光片中的一种或多种，所述红色滤光片用于透射红色光并滤除红色光以外的光束，所述绿色滤光片用于透射绿色光并滤除绿色光以外的光束，所述蓝色滤光片用于透射蓝色光并滤除蓝色光以外的光束，所述成像光束包括所述红色光、所述蓝色光和所述绿色光。

某些实施例中，所述像素单元还包括第二像素单元，所述第一像素单元位于所述第二像素单元的***，所述第二像素单元用于接收成像光束并转化接收到的成像光束为图像电信号。

某些实施例中，所述调光层包括电致变色材料，所述电致变色层通电时，所述调光层对所述成像光束的透过率为所述第一透过率；所述电致变色层未通电时，所述调光层对所述成像光束的透过率为所述第二透过率。

某些实施例中，所述第一透过率小于或等于0、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％。

某些实施例中，所述第二透过率大于或等于75％、80％、85％、90％、95％。

本申请的一个方面提供一种成像装置，包括上述的图像传感器和位于所述图像传感器的上方的镜头组件。

本申请的一个方面提供一种电子设备，包括上述的图像传感器，或上述的成像装置。

本申请的有益效果在于，所述图像传感器包括所述第一像素单元，所述第一像素单元包括调光层，能够用于调整对于所述成像光束的透过率，从而选择性地控制所述第一像素单元生成黑电平信号或接收所述成像光束并生成图像电信号。本申请的第一像素单元可以复用为黑色像素单元和成像单元，用于生成黑色电平信号和图像电信号。因此，所述图像传感器、所述成像装置以及所述电子设备的能够用于生成图像电信号的像素单元较多，具有较高的像素利用率和较高的成像分辨率。

附图说明

图1是本申请的电子设备的一个实施例的示意图；

图2是图1中成像装置沿A-A线的部分剖面示意图；

图3是图2中图像传感器的部分电路方框示意图；

图4是图2中像素单元的一个实施例的排布示意图；

图5是图4中第一像素单元的部分剖面示意图；

图6是图5中调光层的部分剖面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，是本申请的一种电子设备1的立体示意图，所述电子设备1包括成像装置10，所述成像装置10可以用于生成图像，例如但不限于环境图像或人物图像。一般地，将具有供用户浏览或触控的显示区域的一面称为电子设备1的正面，背对所述电子设备1的正面的一面称为电子设备1的背面，正面和背面之间则为所述电子设备1的侧面。可选地，在一些实施例中，所述成像装置10可以位于所述电子设备1的正面或背面或侧面。例如但不限于，所述成像装置10可以为前置摄像头或后置摄像头。

可选地，所述电子设备1具有相互垂直的长度方向、宽度方向和厚度方向。例如但不限于，如图1中所示，所述电子设备1的长度方向平行于Y轴，宽度方向平行于X轴，厚度方向平行于Z轴。所述电子设备1沿长度方向的两端分别定义为顶部和底部，例如但不限于，图1中示意的成像装置10位于电子设备2的顶部中间位置。当然，可变更地，所述成像装置10也可以位于所述电子设备2的底部或中间区域，本申请对此不作限定。所述电子设备1可以包括显示器(图未示)，通过所述显示器，所述电子设备1可以显示信息。所述显示器可以为液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、Mini-LED显示器、Micro-LED显示器等等，本申请实施例对此不作限定。

所述电子设备1例如但不限于为消费性电子产品、家居式电子产品、车载式电子产品、金融终端产品等合适类型的电子产品。其中，消费性电子产品例如为手机、平板电脑、笔记本电脑、桌面显示器、电脑一体机等。家居式电子产品例如为智能门锁、电视、冰箱等。车载式电子产品例如为车载导航仪、车载DVD等。金融终端产品例如为ATM机、自助办理业务的终端等。

请一并参阅图2，是图1中成像装置10沿A-A线的部分剖面示意图。所述成像装置10包括图像传感器11和位于所述图像传感器11的上方的镜头组件12。所述镜头组件12可以包括凸透镜和/或凹透镜，所述镜头组件12对成像光束101进行光学调制后，成像光束101可以穿过镜头组件12后被所述图像传感器11接收。所述图像传感器11可以将接收到的所述成像光束101转化为图像电信号。

请一并参阅图3，是图2中图像传感器11的部分电路方框示意图。所述图像传感器11可以包括像素阵列12、行控制电路13和读出电路14。所述像素阵列12可以包括多个呈阵列排布的像素单元15。例如但不限于，所述多个像素单元15可以具有矩形阵列排布或马赛克阵列排布或三角形阵列排布或六边形阵列排布，等等，本申请对此不作限定。所述行控制电路13用于对所述像素阵列12的像素单元15提供行控制信号，所述读出电路14用于读取所述像素阵列12的像素单元15所产生的图像电信号，并对所述图像电信号进行信号处理。

请一并参阅图4，是所述像素阵列12的像素单元15的一个实施例的排布示意图。所述像素单元15包括第一像素单元16和第二像素单元17。所述第二像素单元17排列为矩形阵列，所述第一像素单元16位于所述第二像素单元17的***相对的两侧。需要说明的是，图4中所示的第一像素单元16、第二像素单元17的数量、位置仅为示例而非限定，所述第一像素单元16和/或所述第二像素单元17的数量可以为一个或多个，其排列方式和位置亦可变更，本申请对此不作限定。进一步地，在一些实施例中，所述像素单元15也可以仅包括所述第一像素单元16。

请一并参阅图5，是所述第一像素单元16的部分剖面示意图。所述第一像素单元16包括由下至上依次设置的感光层164、调光层163、滤光层162和透镜层161。所述感光层164可以包括光电转换器件，例如但不限于，所述感光层164可以包括光电二极管(PhotoDiode)。所述感光层164接收成像光束101并将光子转换为电子，从而生成图像电信号。

所述透镜层161用于透射并会聚所述成像光束101。可选地，所述透镜层161包括微透镜(Micro Lens)。

所述滤光层162位于所述透镜层161的下方，用于透射目标波段的光束并滤除目标波段以外的光束，所述成像光束101的波长在所述目标波段内。图5中示意的滤光层162位于所述透镜层161和所述调光层163之间。可选地，在其他或变更实施例中，所述滤光层162位于所述透镜层161和所述调光层163之间，或所述调光层163位于所述透镜层161和所述滤光层162之间。

可选地，在一些实施例中，所述成像光束101包括可见光，所述目标波段为可见光波段。

可选地，在一些实施例中，所述滤光层162包括红色滤光片(如图4中标记R)、绿色滤光片(如图4中标记G)和蓝色绿光片(如图4中标记B)中的一种或多种，所述红色滤光片用于透射红色光并滤除红色光以外的光束，所述绿色滤光片用于透射绿色光并滤除绿色光以外的光束，所述蓝色滤光片用于透射蓝色光并滤除蓝色光以外的光束，所述成像光束101可以包括所述红色光、所述蓝色光和所述绿色光。

所述调光层163用于调整对于成像光束101的透过率，以选择性地控制所述第一像素单元16生成黑电平信号或接收所述成像光束并生成图像电信号。可选地，在一些实施例中，所述调光层163对所述成像光束101的透过率为第一透过率时，所述第一像素单元16用于产生黑电平信号；所述调光层163对所述成像光束101的透过率为第二透过率时，所述第一像素单元16用于接收所述成像光束101并转换为图像电信号，所述第二透过率大于所述第一透过率。例如但不限于，所述第一透过率可以小于或等于0、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％，所述第二透过率可以大于或等于75％、80％、85％、90％、95％。可以理解，所述第一透过率应当尽可能小，例如接近或等于0。所述第二透过率应当尽可能大，例如大于或等于95％。如此，在所述调光层163具有第一透过率时，所述第一像素单元16可以作为黑色像素单元，用于生成黑色电平信号；在所述调光层163具有第二透过率时，所述第一像素单元16可以作为成像像素，用于接收成像光束101并生成图像电信号。

请一并参阅图6，是图5所示调光层163的部分剖面示意图。所述调光层163可以包括由下至上依次堆叠设置的第二基板1635、第二导电层1634、电致变色层1633、第一导电层1632和第一基板1631。所述第一基板1631和所述第二基板1635可以由玻璃、透明聚合物材料或其他任意合适的透明材料制成。所述第一导电层1632和所述第二导电层1634可以为铟锡氧化物(ITO)半导体透明导电膜。所述第一导电层1632和所述第二导电层1634之间通电(即外加电场作用)时，所述电致变色层1633上电着色，此时所述电致变色层1633对成像光束101的透过率较小。所述第一导电层1632和所述第二导电层1634之间断电(即未施加电场作用)时，所述电致变色层1633下电褪色，此时所述电致变色层1633对所述成像光束101的透过率较大。可选地，在一些实施例中，所述电致变色层1633通电时，所述调光层163对所述成像光束101的透过率为所述第一透过率；所述电致变色层1633未通电时，所述调光层163对所述成像光束101的透过率为所述第二透过率。

可以理解，由于所述第一基板1631、第一导电层1632、所述第二导电层1634和所述第二基板1635均使用透明材料制成，可以认为所述第一基板1631、第一导电层1632、所述第二导电层1634和所述第二基板1635对于成像光束101具有较高的透过率(例如大于或等于95％)。因此，所述电致变色层1633对于所述成像光束101的透过率决定了所述调光层163对于所述成像光束101的透过率。

所述电致变色层1633包括电致变色材料，其吸收波长能够在外加电场作用下产生颜色的可逆变化。所述电致变色材料可以从结构上划分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。无机变色材料可以例如但不限于为：过渡金属氧化物，如氧化钨、氧化钼、氧化镍、氧化钴，在不同电压下离子和电子注入引起金属离子的价态变化，从而实现有电场作用时呈现特定颜色(例如黑色)，无电场作用时恢复透明。有机电致变色材料可以分为小分子变色材料和高分子变色材料，例如但不限于为导电聚合物，比如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯，PEDOT等，在施加电场时可以呈现红色、蓝色、紫色等颜色。当然，本申请实施例对于所述电致变色层1633具体结构和材料并不作限定，任何在施加和未施加电场时对成像光束101具有不同透过率的光学膜层均属于本申请保护范围。

综上可知，所述图像传感器11包括所述像素阵列12，所述像素阵列12包括所述第一像素单元16，所述第一像素单元16包括调光层163，能够用于调整对于所述成像光束101的透过率，从而选择性地控制所述第一像素单元生成黑电平信号或接收所述成像光束并生成图像电信号。因此，本申请的图像传感器11的第一像素单元16可以复用为黑色像素单元和成像单元，用于生成黑色电平信号和图像电信号。相比现有技术，所述图像传感器11、所述成像装置10以及所述电子设备1的能够用于生成图像电信号的像素单元较多，因此具有较高的像素利用率和较高的成像分辨率。

尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本发明，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本发明包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本说明书的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或多个其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。进一步地，应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。对于本文中提及的步骤，其通过数字后缀仅仅是为了清晰表述实施例，便于理解，并不完全代表步骤执行的先后顺序，应当以逻辑关系的先后设定为思考

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括多个呈阵列排布的像素单元，所述像素单元包括：

第一像素单元，所述第一像素单元包括调光层，所述调光层用于调整对于成像光束的透过率，选择性地控制所述第一像素单元生成黑电平信号或接收所述成像光束并生成图像电信号。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述调光层对所述成像光束的透过率为第一透过率时，所述第一像素单元用于产生黑电平信号；所述调光层对所述成像光束的透过率为第二透过率时，所述第一像素单元用于接收所述成像光束并转换为图像电信号，所述第二透过率大于所述第一透过率。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一像素单元还包括：

透镜层，用于透射并会聚所述成像光束；

滤光层，位于所述透镜层的下方，用于透射目标波段的光束并滤除目标波段以外的光束，所述成像光束的波长在所述目标波段内，所述滤光层位于所述透镜层和所述调光层之间或所述调光层位于所述透镜层和所述滤光层之间；

感光层，位于所述调光层的下方，用于接收穿过所述透镜层、滤光层和调光层的成像光束并转换接收到的成像光束为所述图像电信号，或用于生成所述黑电平信号。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述透镜层包括微透镜。

5.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述目标波段包括可见光波段，所述成像光束为可见光。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述滤光层包括红色滤光片、绿色滤光片和蓝色绿光片中的一种或多种，所述红色滤光片用于透射红色光并滤除红色光以外的光束，所述绿色滤光片用于透射绿色光并滤除绿色光以外的光束，所述蓝色滤光片用于透射蓝色光并滤除蓝色光以外的光束，所述成像光束包括所述红色光、所述蓝色光和所述绿色光。

7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素单元还包括第二像素单元，所述第一像素单元位于所述第二像素单元的***，所述第二像素单元用于接收成像光束并转化接收到的成像光束为图像电信号。

8.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述调光层包括电致变色层，所述电致变色层通电时，所述调光层对所述成像光束的透过率为所述第一透过率；所述电致变色层未通电时，所述调光层对所述成像光束的透过率为所述第二透过率。

9.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第一透过率小于或等于0、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％。

10.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第二透过率大于或等于75％、80％、85％、90％、95％。

11.一种成像装置，其特征在于，包括权利要求1至10中任意一项所述的图像传感器，以及位于所述图像传感器的上方的镜头组件。

12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至10中任意一项所述的图像传感器，或权利要求11所述的成像装置。

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