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JP2022503764A - 画像センサ、カメラモジュール、モバイル端末及び画像収集方法 - Google Patents

画像センサ、カメラモジュール、モバイル端末及び画像収集方法 Download PDF

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JP2022503764A JP2021515564A JP2021515564A JP2022503764A JP 2022503764 A JP2022503764 A JP 2022503764A JP 2021515564 A JP2021515564 A JP 2021515564A JP 2021515564 A JP2021515564 A JP 2021515564A JP 2022503764 A JP2022503764 A JP 2022503764A
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Abstract

Figure 2022503764000001
本出願は画像センサ、カメラモジュール、モバイル端末及び画像収集方法を開示する。当該画像センサは二次元ピクセル配列を含み、当該配列に複数のカラーピクセル及び複数の透明なピクセルが配置され、カラーピクセルは透明なピクセルより狭い分光応答を有し、二次元ピクセル配列は最小配列ユニットを含み、最小配列ユニットにおいて、透明なピクセルは第１の対角線及びその平行線に配置され、カラーピクセルは第２の対角線及びその平行線に配置され、第１の対角線と第２の対角線とは異なり、第１の対角線において隣接する少なくとも２つの透明なピクセルの第１の露出時間が第１の露出信号によって制御され、第２の対角線において隣接する少なくとも２つのカラーピクセルの第２の露出時間が第２の露出信号によって制御されることによって、透明なピクセル露出時間とカラーピクセル露出時間との独立した制御は実現される。

Description

本出願は影像技術分野に関し、特に画像センサ、カメラモジュール、モバイル端末及び画像収集方法に関する。
携帯電話などの電子機器の内部には、撮影の機能を実現するために、カメラモジュールが搭載されていることは多い。カメラモジュール内に画像センサが配置される。カラー画像の収集を実現するために、画像センサにカラーピクセルが配置され、カラーピクセルはベイヤー（Ｂａｙｅｒ）配列の形で配列される。
本出願は、透明なピクセル露出時間及びカラーピクセル露出時間の独立した制御を実現する画像センサ、カメラモジュール、モバイル端末及び画像収集方法を提供する。
本出願の一態様は画像センサを提供し、当該画像センサは、複数のカラーピクセル及び複数の透明なピクセルを含む二次元ピクセル配列を備え、カラーピクセルは透明なピクセルより狭い分光応答を有し、二次元ピクセル配列は最小配列ユニットを含み、最小配列ユニットにおいて、透明なピクセルは第１の対角線及びその平行線に配置され、カラーピクセルは第２の対角線及びその平行線に配置され、第１の対角線と第２の対角線とは異なり、第１の対角線において隣接する少なくとも２つの透明なピクセルの第１の露出時間が第１の露出信号によって制御され、第２の対角線において隣接する少なくとも２つのカラーピクセルの第２の露出時間が第２の露出信号によって制御されることによって、透明なピクセル露出時間とカラーピクセル露出時間との独立した制御は実現される。
他の態様では、本出願は画像センサをさらに提供し、当該画像センサは、行と列の方向において離間してマトリックス状に配列された複数のカラーピクセル及び複数の透明なピクセルと、第２ｎ－１行及び第２ｎ行の透明なピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続される第１の露出制御線と、第２ｎ－１行及び第２ｎ行のカラーピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続される第２の露出制御線とを含み、ｎは１以上の自然数である。
他の態様では、本出願は画像収集方法をさらに提供し、当該方法は、第１の露出信号を用いて第２ｎ－１行及び第２ｎ行の透明なピクセルの第１の露出時間を制御するステップと、第２の露出信号を用いて第２ｎ－１行及び第２ｎ行のカラーピクセルの第２の露出時間を制御するステップと、を含み、カラーピクセル及び透明なピクセルは行と列の方向において離間して配列され、第１の露出時間は第２の露出時間以下であり、ｎは１以上の自然数である。
他の態様では、本出願はカメラモジュールをさらに提供し、本出願のいずれかの実施例の画像センサを含み、当該カメラモジュールは、画像センサに結像するためのレンズと、電力及び外部伝送データを取得するための回路部材と、をさらに含む。
他の態様では、本出願はモバイル端末をさらに提供し、本出願のいずれかの実施例のカメラモジュールを含み、当該モバイル端末は、表示部材、メモリ、プロセッサ、及び構造部材をさらに含み、カメラモジュールは構造部材に配置され、メモリはカメラモジュールが取得した画像を記憶することに用いられ、プロセッサはカメラモジュールが取得した画像を処理することに用いられ、表示部材はカメラモジュールが取得した画像を表示することに用いられる。
本出願は第１の露出信号で透明なピクセルの第１の露出時間を制御し、第２の露出信号でカラーピクセルの第２の露出時間を制御することによって、透明なピクセル露出時間及びカラーピクセル露出時間の独立した制御を実現し、画像の品質を向上させる。
本出願の実施例の技術案をより明確に説明するために、以下、実施例の説明に必要な図面を簡単に紹介し、明らかに、次の説明の図面は本出願の一部の実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労力を払うことなく、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
異なるカラーチャンネル露出飽和時間の概略図である。 本出願の実施形態に係る画像センサの概略図である。 本出願の実施形態に係るピクセル配列及び露出制御線の接続方式の概略図である。 本出願の実施形態に係るピクセル配列及び露出制御線の他の接続方式の概略図である。 本出願の実施形態に係るピクセル回路の概略図である。 本出願の実施形態に係る最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニットのピクセル配列の概略図である。 本出願の実施形態に係る画像収集方法のフローチャートである。 本出願の実施形態に係るカメラモジュールの概略図である。 本出願の実施形態に係るモバイル端末の概略図である。
以下、本出願の実施例の図面と併せて、本出願の実施例の技術案を明確、完全に説明し、明らかに、説明される実施例は本出願の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。本出願の実施例に基づいて、当業者は創造的な労力を払わずに得られた他のすべての実施例は、いずれも本出願の保護範囲に属する。
本出願の一態様は画像センサを提供し、当該画像センサは、複数のカラーピクセル及び複数の透明なピクセルを含む二次元ピクセル配列を備え、ここで、カラーピクセルは透明なピクセルより狭い分光応答を有し、二次元ピクセル配列は最小配列ユニットを含み、最小配列ユニットにおいて、透明なピクセルは第１の対角線及びその平行線に配置され、カラーピクセルは第２の対角線及びその平行線に配置され、第１の対角線と第２の対角線とは異なり、第１の対角線において隣接する少なくとも２つの透明なピクセルの第１の露出時間が第１の露出信号によって制御され、第２の対角線において隣接する少なくとも２つのカラーピクセルの第２の露出時間が第２の露出信号によって制御されることによって、透明なピクセル露出時間とカラーピクセル露出時間との独立した制御は実現される。
一部の実施例では、第１の露出時間は第２の露出時間より短い。
一部の実施例では、第１の露出時間と第２の露出時間との比率は１：２、１：３または１：４のうちのいずれかである。
一部の実施例では、第１の露出制御線は、第１の対角線において隣接する少なくとも２つの透明なピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続され、及び第２の露出制御線は、第２の対角線において隣接する少なくとも２つのカラーピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続され、第１の露出信号は第１の露出制御線によって伝送され、第２の露出信号は第２の露出制御線によって伝送される。
一部の実施例では、第１の露出制御線は「Ｗ」型を呈し、隣接する２行の透明なピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続され、第２の露出制御線は「Ｗ」型を呈し、隣接する２行のカラーピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続される。
一部の実施例では、各ピクセルは光電変換素子をさらに含み、露出制御回路は光電変換素子に電気的接続され、光電変換素子の照射された後に蓄積した電位を転送することに用いられる。
一部の実施例では、露出制御回路はトランスファートランジスタであり、露出制御回路の制御端はトランスファートランジスタのゲートである。
一部の実施例では、最小配列ユニットは４行４列１６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
一部の実施例では、最小配列ユニットは４行４列１６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ
Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
一部の実施例では、最小配列ユニットは６行６列３６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
一部の実施例では、最小配列ユニットは６行６列３６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
一部の実施例では、最小配列ユニットは８行８列６４個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
一部の実施例では、最小配列ユニットは８行８列６４個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
一部の実施例では、第１のカラーピクセルＡは赤のピクセルＲであり、第２のカラーピクセルＢは緑のピクセルＧであり、第３のカラーピクセルＣは青のピクセルＢｕである。
一部の実施例では、第１のカラーピクセルＡは赤のピクセルＲであり、第２のカラーピクセルＢは黄のピクセルＹであり、第３のカラーピクセルＣは青のピクセルＢｕである。
一部の実施例では、第１のカラーピクセルＡはマゼンタのピクセルＭであり、第２のカラーピクセルＢはシアンのピクセルＣｙであり、第３のカラーピクセルＣは黄のピクセルＹである。
一部の実施例では、透明なピクセルの応答波長域は可視光波長域である。
一部の実施例では、透明なピクセルの応答波長域は可視光波長域及び近赤外波長域であり、画像センサ内のフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ、ＰＤ）応答波長域にマッチングする。
一部の実施例では、行と列の方向において離間してマトリックス状に配列された複数のカラーピクセル及び複数の透明なピクセルと、第２ｎ－１行及び第２ｎ行の透明なピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続される第１の露出制御線と、第２ｎ－１行及び第２ｎ行のカラーピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続される第２の露出制御線とを含み、ｎは１以上の自然数である。
本出願の他の態様は、第１の露出信号を用いて第２ｎ－１行及び第２ｎ行の透明なピクセルの第１の露出時間を制御するステップと、第２の露出信号を用いて第２ｎ－１行及び第２ｎ行のカラーピクセルの第２の露出時間を制御するステップと、を含む画像収集方法を提供し、カラーピクセル及び透明なピクセルは行と列の方向において離間して配列され、第１の露出時間は第２の露出時間以下であり、ｎは１以上の自然数である。
一部の実施例では、当該画像収集方法は、環境の輝度を取得するステップと、環境の輝度が輝度の閾値より低い場合、第２の露出時間より短いように第１の露出時間を制御する。
本出願の他の態様はカメラモジュールを提供し、本出願のいずれかの実施例の画像センサを含み、当該カメラモジュールは、画像センサに結像するためのレンズと、電力及び外部伝送データを取得するための回路部材と、をさらに含む。
本出願の他の態様はモバイル端末を提供し、本出願のいずれかの実施例のカメラモジュールを含み、当該モバイル端末は、表示部材、メモリ、プロセッサ及び構造部材をさらに含み、カメラモジュールは構造部材に配置され、メモリはカメラモジュールが取得した画像を記憶することに用いられ、プロセッサはカメラモジュールが取得した画像を処理することに用いられ、表示部材はカメラモジュールが取得した画像を表示することに用いられる。
本明細書において「実施例」に言及することは、実施例と併せて説明された特定の特徴、構造または特性が本出願の少なくとも１つの実施例に含まれても良いことを意味する。明細書の各箇所に該連語が現れるのは必ずしも同じ実施例を指すわけではなく、他の実施例と互いに排他的である独立したまたは代替的な実施例でもない。当業者であれば、本明細書で説明された実施例が他の実施例と組み合わせられることは明らかにまたは暗黙的に理解すべきである。
以下、図面と併せて本出願の実施例をさらに説明する。
カラー画像センサにおいて、異なる色のピクセルの単位時間当たりの受けた露出量が異なり、一部の色が飽和した後、一部の色はまだ理想の状態に露出していない。例えば、飽和露出量の６０％～９０％まで露出すると比較的良好な信号対雑音比及び精度を有するが、出願の実施例はこれに限定されない。
図１ではＲＧＢＷ（赤、緑、青、透明）を例として説明する。図１を参照すると、図１において横軸は露出時間であり、縦軸は露出量であり、Ｑは飽和の露出量であり、ＬＷは透明なピクセルＷの露出曲線であり、ＬＧは緑のピクセルＧの露出曲線であり、ＬＲは赤のピクセルＲの露出曲線であり、ＬＢは青のピクセルの露出曲線である。
図１から分かるように、透明なピクセルＷの露出曲線ＬＷの傾斜度は最も大きく、つまり単位時間内に透明なピクセルＷはより多くの露出量を得ることができ、ｔ１時刻に飽和を達成することができる。緑のピクセルＧの露出曲線ＬＧの傾斜度はその次であり、緑のピクセルはｔ２時刻に飽和となる。赤のピクセルＲの露出曲線ＬＲの傾斜度はさらにその次であり、赤のピクセルはｔ３時刻に飽和となる。青のピクセルＢの露出曲線ＬＢの傾斜度は最も小さく、青のピクセルはｔ４時刻に飽和となる。ｔ１時刻に、透明なピクセルＷはすでに飽和しており、Ｒ、Ｇ、Ｂの三種類のピクセルの露出は理想の状態に達していない。
関連技術では、ＲＧＢＷという四種類のピクセルの露出時間は共同に制御される。例えば、各行のピクセルの露出時間は同じであり、同じ露出制御線に接続され、同じ露出制御信号によって制御される。例えば、引き続き図１を参照すると、０～ｔ１の時間帯において、ＲＧＢＷという四種類のピクセルはいずれも正常に動作できるが、この時間帯のＲＧＢは露出時間が短くて露出量が小さいため、画像表示の時に輝度が低くて、信号対雑音比が低く、色が鮮やかではないという現象が発生することさえある。ｔ１～ｔ４の時間帯において、Ｗピクセルは飽和時に露出しすぎるため、動作できず、露出量のデータはもはやターゲットを真に反映することはできない。
上記理由に基づいて、本出願の一態様は画像センサを提供し、透明なピクセルＷの露出時間及びカラーピクセルの露出時間を独立して制御することによって、透明なピクセルＷによる露出時間への制限を低減して、透明なピクセルＷ及びカラーピクセル（ＲＧＢを含むが、これに限定されない）の露出の度合いを均等することができ、それによって画像撮影の品質を向上させる。
なお、図１の露出曲線は単なる例示に過ぎず、ピクセル応答波長域の相違に応じて、曲線の傾斜度や相対的な関係も変わる、本出願は図１に示す場合に限定されない。例えば、赤のピクセルＲの応答波長域が狭い場合、赤のピクセルＲの露出曲線の傾斜度は青のピクセルＢの露出曲線の傾斜度よりも低い場合がある。
次に画像センサの基本的な構造を説明する。図２を参照すると、図２は本出願の実施形態に係る画像センサ１０の概略図である。画像センサ１０はピクセル配列１１、垂直駆動ユニット１２、制御ユニット１３、列処理ユニット１４、及び水平駆動ユニット１５である。
例えば、画像センサは相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ、Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）感光性エレメントまたは電荷結合素子（ＣＣＤ、Ｃｈａｒｇｅ－ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）感光性エレメントを用いることができる。
例えば、ピクセル配列１１は配列の形式で二次元に配列された複数のピクセル（図２に示していない）を含み、各ピクセルは光電変換素子を含む。ピクセルはそれに入射する光の強度を電荷に変換する。
例えば、垂直駆動ユニット１２はシフトレジスタ及びアドレスデコーダーを含む。垂直駆動ユニット１２は読み出しスキャン及びリセットスキャン機能を含む。読み出しスキャンは順を追って単位ピクセルを行ごとにスキャンし、これらの単位ピクセルから信号を行ごとに読み取る。例えば、選択されかつスキャンされるピクセル行のうちの各ピクセルによって入力された信号は列処理ユニット１４に送信される。リセットスキャンは電荷のリセットに用いられ、光電変換素子の光電荷が捨てられたため、新しい光電荷の蓄積を開始することができる。
例えば、列処理ユニット１４が実行した信号処理は相関二重サンプリング（ＣＤＳ、Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｅ）処理である。ＣＤＳ処理において、選択された行のうちの各ピクセルから出力されたリセットレベル及び信号レベルを取得し、レベル差を計算する。従って、一行のうちのピクセルの信号を得た。列処理ユニット１４はアナログピクセル信号をデジタルフォーマットのアナログデジタル（Ａ／Ｄ）に変換する変換機能を有することができる。
例えば、水平駆動ユニット１５はシフトレジスタ及びアドレスデコーダーを含む。水平駆動ユニット１５は順を追ってピクセル配列を列ごとにスキャンする。水平駆動ユニット１５によって実行される選択は操作をスキャンし、各ピクセル列は列処理ユニット１４によって順次処理され、かつ順次出力される。
例えば、制御ユニット１３は操作モードに基づいてシーケンス信号を設定し、複数のシーケンス信号を用いて垂直駆動ユニット１３、列処理ユニット１４、及び水平駆動ユニット１５を共同動作するように制御する。
図３Ａは本出願の実施形態に係るピクセル配列及び露出制御線の接続方式の概略図である。図３Ａを参照すると、ピクセル配列１１内の一部のピクセルを例として説明し、ピクセルの配列は以下の通りである。
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
なお、図面において容易に説明するために、図３Ａはピクセル配列１１内の一部のピクセルだけが示され、周りの他のピクセル及び接続線はリーダーの「……」で代替する。
図３Ａに示すように、ピクセル２０１、２０３、２０６、及び２０８は透明なピクセルＷであり、ピクセル２０２及び２０５は第１のカラーピクセルＡ（例えば赤のピクセルＲ）であり、ピクセル２０４、２０７は第２のカラーピクセルＢ（例えば緑のピクセルＧ）である。図３Ａから分かるように、透明なピクセルＷ（ピクセル２０１、２０３、２０６、及び２０８）における露出制御回路の制御端ＴＧは第１の露出制御線ＴＸ１に接続され、第１のカラーピクセルＡ（ピクセル２０２及び２０５）における露出制御回路の制御端ＴＧ、第２のカラーピクセルＢ（ピクセル２０４、２０７）における露出制御回路の制御端ＴＧは第２の露出制御線ＴＸ２に接続される。第１の露出制御線ＴＸ１は第１の露出制御信号を介して透明なピクセルの露出時間を制御することができ、第２の露出制御線ＴＸ２は第２の露出制御信号を介してカラーピクセル（例えば第１のカラーピクセルＡ及び第２のカラーピクセルＢ）の露出時間を制御することができる。それによって透明なピクセル及びカラーピクセルの露出時間の独立した制御を実現する。例えば、透明なピクセルの露出が終了する際に、カラーピクセルが引き続き露出するのを実現でき、従って理想の結像効果を達成する。
なお、ここ及び前後文における用語の「第１の」、「第２の」などは説明という目的のみに用いられ、相対的重要性を指示したり、暗示したりするか、または示される技術的特徴の数を暗黙的に示すものとして理解すべきではない。これにより、「第１」、「第２」で限定される特徴は１つまたはより多くの前記特徴を明らかまたは暗黙的に含むことができる。
例えば、図２及び図３Ａを参照すると、第１の露出制御線ＴＸ１及び第２の露出制御線ＴＸ２は図２の垂直駆動ユニット１２に接続され、垂直駆動ユニット１２の対応する露出制御信号をピクセル配列１１におけるピクセルユニット露出制御回路の制御端ＴＧに伝送する。
なお、ピクセル配列には複数行があり、垂直駆動ユニット１２が複数本の第１の露出制御線ＴＸ１及び複数本の第２の露出制御線ＴＸ２に接続され、複数本の第１の露出制御線ＴＸ１及び複数本の第２の露出制御線ＴＸ２は対応するピクセル行組に対応することは理解すべきである。
例えば、第１本の第１の露出制御線ＴＸ１は第１行及び第２行の透明なピクセルに対応し、第２本の第１の露出制御線ＴＸ１は第３行及び第４行の透明なピクセルに対応し、このように類推し、詳しい説明を省略する。異なる第１の露出制御線ＴＸ１で伝送される信号シーケンスも異なり、当該信号シーケンスは垂直駆動ユニット１２によって設定される。
例えば、第１本の第２の露出制御線ＴＸ２は第１行及び第２行のカラーピクセルに対応し、第２本の第２の露出制御線ＴＸ２は第３行及び第４行のカラーピクセルに対応し、このように類推し、詳しい説明は省略する。異なる第２の露出制御線ＴＸ２で伝送される信号シーケンスも異なり、当該信号シーケンスも垂直駆動ユニット１２によって設定される。
例えば、図３Ｂに示すように、ピクセル２０１、２０３、２０６及び２０８は透明なピクセルＷ、ピクセル２０２及び２０５は第１のカラーピクセルＡ（例えば赤のピクセルＲ）であり、ピクセル２０４、２０７は第２のカラーピクセルＢ（例えば緑のピクセルＧ）である。図３Ａから分かるように、透明なピクセルＷ（ピクセル２０１、２０３、２０６及び２０８）の露出制御回路の制御端ＴＧは第１の露出制御線ＴＸ１に接続され、第１のカラーピクセルＡ（ピクセル２０２及び２０５）の露出制御回路の制御端ＴＧ、第２のカラーピクセルＢ（ピクセル２０４、２０７）の露出制御回路の制御端ＴＧは第２の露出制御線ＴＸ２に接続される。第１の露出制御線ＴＸ１は第１の露出制御信号を介して透明なピクセルの露出時間を制御することができ、第２の露出制御線ＴＸ２は第２の露出制御信号を介してカラーピクセル（例えば第１のカラーピクセルＡ及び第２のカラーピクセルＢ）の露出時間を制御することができる。それによって透明なピクセル及びカラーピクセルの露出時間の独立した制御を実現する。例えば、透明なピクセルの露出が終了する際に、カラーピクセルが引き続き露出するのを実現することができ、それによって理想の結像効果を達成する。図３Ｂの例示は図３Ａと異なって、第１の露出制御線ＴＸ１及び第２の露出制御線ＴＸ２はいずれも行の方向に従って配線され、すなわち、各行のピクセルに第１の露出制御線ＴＸ１及び第２の露出制御線ＴＸ２が設けられる。第１の露出制御線ＴＸ１は隣接する２行の透明なピクセルＷに接続され、ピクセル領域の外で合流して垂直駆動ユニット１２に接続され、第２の露出制御線ＴＸ２は隣接する２行のカラーピクセルに接続され、ピクセル領域の外で合流して垂直駆動ユニット１２に接続される。このような実施形態では第１の露出制御線ＴＸ１及び第２の露出制御線ＴＸ２の配線ルールは簡易であり、第１の露出制御線ＴＸ１及び第２の露出制御線ＴＸ２はピクセル領域での合流が少なく、歩留りの向上及びコストの削減に役立つ。
例えば、図４は本出願の実施形態におけるピクセル回路２００の概略図である。図４のピクセル回路２００は図３Ａの各ピクセルユニットに適用される。図３Ａ及び図４と併せてピクセル回路２００の動作原理を説明する。
図４に示すように、ピクセル回路２００は光電変換素子２６０（例えば、フォトダイオードＰＤ）、露出制御回路２５０（例えば、トランスファートランジスタ２１０）、復帰回路（例えば、リセットトランジスタ２２０）、増幅回路（例えば、アンプトランジスタ２３０）、及び選択回路（例えば、選択トランジスタ２４０）を含む。本出願の実施例では、トランスファートランジスタ２１０、リセットトランジスタ２２０、アンプトランジスタ２３０、及び選択トランジスタ２４０はＭＯＳチューブであってもよいが、これに限定されない。
例えば、図２、図３Ａ、及び図４を参照すると、トランスファートランジスタ２１０のゲートＴＧは露出制御線を介して垂直駆動ユニット１２に接続され、リセットトランジスタ２２０のゲートＲＧはリセット制御線（図示せず）を介して垂直駆動ユニット１２に接続され、選択トランジスタ２４０のゲートＳＥＬは選択線（図示せず）を介して垂直駆動ユニット１２に接続される。例えば、各ピクセル回路は光電変換素子２６０（例えば、フォトダイオードＰＤ）をさらに含み、露出制御回路２５０（例えば、トランスファートランジスタ２１０）は光電変換素子２６０（例えば、フォトダイオードＰＤ）に電気的接続され、光電変換素子の照射された後に累積した電荷を転送することに用いられる。例えば、光電変換素子２６０はフォトダイオードＰＤを含み、フォトダイオードＰＤの陽極は例えば接地している。フォトダイオードＰＤは受け取った光を電荷に変換する。フォトダイオードＰＤの陰極は露出制御回路２５０（例えば、トランスファートランジスタ２１０）によってフローティングディフュージョンユニットＦＤに接続される。フローティングディフュージョンユニットＦＤはアンプトランジスタ２３０のゲート電極、リセットトランジスタ２２０のソースに接続される。
例えば、露出制御回路２５０はトランスファートランジスタ２１０であり、露出制御回路の制御端はトランスファートランジスタ２１０のゲートである。有効レベル（例えば、ピクセル電源ＶＰＩＸ）のパルスは露出制御線（例えばＴＸ１またはＴＸ２）を介してトランスファートランジスタ２１０のゲート電極に伝送される時、トランスファートランジスタ２１０は導通する。トランスファートランジスタ２１０はフォトダイオードＰＤで光電変換された電荷をフローティングディフュージョンユニットＦＤに転送する。
例えば、リセットトランジスタ２２０のドレインはピクセル電源ＶＰＩＸに接続される。リセットトランジスタ２２０のソースはフローティングディフュージョンユニットＦＤに接続される。信号電荷がフォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンユニットＦＤに転送される前、有効リセットレベルのパルスはリセットラインを介してリセットトランジスタ２２０のゲート電極に転送され、リセットトランジスタ２２０は導通する。リセットトランジスタ２２０はフローティングディフュージョンユニットＦＤをピクセル電源ＶＰＩＸにリセットする。
例えば、アンプトランジスタ２３０のゲート電極はフローティングディフュージョンユニットＦＤに接続される。アンプトランジスタ２３０のドレインはピクセル電源ＶＰＩＸに接続される。フローティングディフュージョンユニットＦＤがリセットトランジスタ２２０によってリセットされた後、アンプトランジスタ２３０は選択トランジスタ２４０を経由して出力ポートＯＵＴを介してリセットレベルを出力する。フォトダイオードＰＤの信号電荷がトランスファートランジスタ２１０によって転送された後、アンプトランジスタ２３０は選択トランジスタ２４０を経由して出力ポートＯＵＴを介して信号レベルを出力する。
例えば、選択トランジスタ２４０のドレインはアンプトランジスタ２３０のソースに接続される。選択トランジスタ２４０のソースは出力ポートＯＵＴを介して図２の列処理ユニット１４に接続される。有効レベルのパルスは選択線によって選択トランジスタ２４０のゲート電極に転送される際に、選択トランジスタ２４０は導通する。アンプトランジスタ２３０が出力した信号は選択トランジスタ２４０を介して列処理ユニット１４に転送される。
なお、本出願の実施例のピクセル回路２００のピクセル構造は図４に示す構造に限らない。例えば、ピクセル回路２００は三トランジスタピクセル構造を有してもよく、アンプトランジスタ２３０及び選択トランジスタ２４０の機能は１つのトランジスタで完成することができる。例えば、露出制御回路２５０は単一トランスファートランジスタ２１０の方式に限定されず、制御端の制御導通機能を有する他の電気部材または構造はいずれも本出願の実施例における露出制御回路とすることができる。単一トランスファートランジスタ２１０を露出制御回路２５０とする実施形態は簡易で、コストが低く、制御しやすく、回路が占める面積を節約することができる。
例えば、図５～図２０は複数の画像センサのピクセル配列の例示を示しており、図５～図２０を参照すると、画像センサ１０は複数のカラーピクセル（例えば複数の第１のカラーピクセルＡ、複数の第２のカラーピクセルＢ、及び複数の第３のカラーピクセルＣ）及び複数の透明なピクセルＷで構成された二次元ピクセル配列を含む。例えば、カラーピクセルは透明なピクセルより狭い分光応答を有する。例えば、カラーピクセルの応答分光は透明なピクセルＷ応答分光の一部である場合がある。二次元ピクセル配列は最小配列ユニットを含む（図５～図２０は複数の画像センサ１０におけるピクセル最小配列ユニットの例示を示す）。図５に示すように、最小配列ユニットでは、透明なピクセルＷは第１の対角線Ｄ１及びその平行線Ｄ１１、Ｄ１２に配置され、カラーピクセルは第２の対角線Ｄ２及びその平行線Ｄ２１、Ｄ２２に配置され、第１の対角線Ｄ１と第２の対角線Ｄ２とは異なる。第１の対角線Ｄ１において隣接する少なくとも２つの透明なピクセルの第１の露出時間は第１の露出信号によって制御され、第２の対角線Ｄ２において隣接する少なくとも２つのカラーピクセルの第２の露出時間は第２の露出信号によって制御され、それによって透明なピクセル露出時間及びカラーピクセル露出時間の独立した制御が実現される。
例えば、最小配列ユニットの行と列のピクセル数は同じである。例えば、最小配列ユニットは、４行４列、６行６列、８行８列、１０行１０列の最小配列ユニットを含むが、これらに限らない。このような配置は行と列の方向の画像の解析度及び色のパフォーマンスを均等にし、表示効果を向上させることに役立つ。
なお、図５～図２０では図３Ａの配線方式で説明し、本出願の実施例はこれを含むが、これに限らず、図３Ｂに示すような他の配線方法であってもよい。
例えば、図５は本出願の実施形態に係る最小配列ユニット５１０のピクセル配列の概略図である。最小配列ユニットは４行４列１６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
例えば、図５に示すように、透明なピクセルＷは第１の対角線Ｄ１（即ち図５の左上の角と右下の角とが接続される対角線）及びその平行線Ｄ１１、Ｄ１２に配置され、カラーピクセルは第２の対角線Ｄ２（例えば図５の左下の角と右上の角とが接続される対角線）及びその平行線Ｄ２１、Ｄ２２に配置され、第１の対角線Ｄ１と第２の対角線Ｄ２とは異なる。例えば、第１の対角線と第２の対角線とは互いに垂直である。第１の対角線Ｄ１において隣接する２つの透明なピクセルＷ（例えば、左上から第１行第１列と第２行第２列の２つの透明なピクセル）の第１の露出時間は第１の露出信号によって制御され、第２の対角線Ｄ２において隣接する少なくとも２つのカラーピクセル（例えば、左上方から第４行第１列と第３行第２列の２つのカラーピクセルＢ）の第２の露出時間は第２の露出信号によって制御される。例えば、透明なピクセルＷは第１の対角線Ｄ１の平行線（Ｄ１１またはＤ１２）に配置され、第１の対角線Ｄ１の平行線（Ｄ１１またはＤ１２）において隣接する２つの透明なピクセルＷ（例えば、Ｄ１１の第３行第１列と第４行第２列の２つのピクセル。または、Ｄ１２の第１行第３列と第２行第４列の２つの透明なピクセル）の第１の露出時間は第１の露出信号によって制御される。例えば、カラーピクセルは第２の対角線Ｄ２の平行線（Ｄ２１またはＤ２２）に配置され、第２の対角線Ｄ２の平行線（Ｄ２１またはＤ２２）において隣接する２つのカラーピクセル（例えば、Ｄ２１の第２行第１列と第１行第２列の２つの透明なピクセルＡ。または、Ｄ２２の第４行第３列と第３行第４列の２つの透明なピクセルＣ）の第２の露出時間は第２の露出信号によって制御される。
なお、ここ及び後文の用語の「上」、「下」、「左」、「右」などが指示する方位または位置関係は、図面に示す方位または位置関係に基づくもので、本出願を容易に説明しかつ説明を簡略化するためのものに過ぎず、示される装置または部材が必ず特定の方位を有し、特定の方位で構成及び操作されるのを指示または暗示するものではないため、本出願への限定として理解してはいけないことを理解されたい。
例えば、図５に示すように、第１行及び第２行の透明なピクセルは、「Ｗ」型の第１の露出制御線ＴＸ１によって接続され、それによって透明なピクセル露出時間の独立した制御を実現する。第１行及び第２行のカラーピクセル（Ａ及びＢ）は、カラーピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第２の露出制御線ＴＸ２によって接続される。例えば、第１の露出信号は第１の露出制御線ＴＸ１によって伝送され、第２の露出信号は第２の露出制御線ＴＸ２によって伝送される。例えば、第１の露出制御線ＴＸ１は「Ｗ」型を呈し、隣接する２行の透明なピクセルの露出制御回路の制御端に電気的接続され、第２の露出制御線ＴＸ２は「Ｗ」型を呈し、隣接する２行のカラーピクセルの露出制御回路の制御端に電気的接続される。具体的な接続方法は上記図３Ａ及び図４の関連部分における接続とピクセル回路に関する説明を参照すればよい。
なお、第１の露出制御線ＴＸ１及び第２の露出制御線ＴＸ２が「Ｗ」型を呈することは、物理的な配線が厳格に「Ｗ」型に従って配置することを指すわけではなく、接続方法が透明なピクセル及びカラーピクセルの配列さえ従えばよい。例えば、「Ｗ」型露出制御線の配置は「Ｗ」型のピクセル配列方法に対応し、このような配置方法は配線が簡易で、ピクセル配列の解析度、色彩はいずれも良好な効果を有し、低コストで透明なピクセル露出時間及びカラーピクセル露出時間の独立した制御を実現する。
例えば、図６は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット５２０ピクセル配列の概略図である。最小配列ユニットは４行４列１６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ
Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
例えば、図６に示すように、透明なピクセルＷは第１の対角線Ｄ１（即ち図６の右上の角と左下の角が接続される対角線）及びその平行線Ｄ１１、Ｄ１２に配置され、カラーピクセルは第２の対角線Ｄ２（例えば図６の左上の角と右下の角とが接続される対角線）及びその平行線Ｄ２１、Ｄ２２に配置される。例えば、第１の対角線と第２の対角線とは垂直である。第１の対角線Ｄ１において隣接する２つの透明なピクセルＷ（例えば、左上から第１行第２列と第２行第１列の２つの透明なピクセル）の第１の露出時間は第１の露出信号によって制御され、第２の対角線Ｄ２において隣接する少なくとも２つのカラーピクセル（例えば、左上から第１行第１列と第２行第２列の２つのカラーピクセルＡ）の第２の露出時間は第２の露出信号によって制御される。例えば、透明なピクセルＷは第１の対角線Ｄ１の平行線（Ｄ１１またはＤ１２）に配置され、第１の対角線Ｄ１の平行線（Ｄ１１またはＤ１２）において隣接する２つの透明なピクセルＷの第１の露出時間は第１の露出信号によって制御される。例えば、カラーピクセルは第２の対角線Ｄ２の平行線（Ｄ２１またはＤ２２）に配置され、第２の対角線Ｄ２の平行線（Ｄ２１またはＤ２２）において隣接する２つのカラーピクセルの第２の露出時間は第２の露出信号によって制御される。
例えば、図６に示すように、第１行と第２行の透明なピクセルは、透明なピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第１の露出制御線ＴＸ１によって接続される。第１行及び第２行のカラーピクセル（Ａ及びＢ）は、カラーピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第２の露出制御線ＴＸ２によって接続される。
例えば、図７は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット５３０ピクセル配列の概略図である。図８は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット５４０ピクセル配列の概略図である。図７及び図８の実施例では、図５及び図６の配列方法に対応して、第１のカラーピクセルＡは赤のピクセルＲであり、第２のカラーピクセルＢは緑のピクセルＧであり、第３のカラーピクセルＣは青のピクセルＢｕである。
なお、一部の実施例では、透明なピクセルＷの応答波長域は可視光波長域（例えば、４００ｎｍ～７６０ｎｍ）である。例えば、透明なピクセルＷには、赤外光のフィルタリングを実現するように、赤外光フィルタが配置されている。一部の実施例では、透明なピクセルＷの応答波長域は可視光波長域及び近赤外波長域（例えば、４００ｎｍ～１０００ｎｍ）であり、画像センサのフォトダイオード（ＰＤ）応答波長域相とマッチングする。例えば、透明なピクセルＷはフィルタを配置しなくてもよく、透明なピクセルＷの応答波長域はフォトダイオードの応答波長域によって決定される場合、両者はマッチングする。本出願の実施例は上記波長域範囲を含むがそれに限らない。
例えば、図９は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット５５０ピクセル配列の概略図である。図１０は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット５６０ピクセル配列の概略図である。図９及び図１０の実施例では、図５及び図６の配列方法に対応して、第１のカラーピクセルＡは赤のピクセルＲであり、第２のカラーピクセルＢは黄のピクセルＹであり、第３のカラーピクセルＣは青のピクセルＢｕである。
例えば、図１１は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット５７０のピクセル配列の概略図である。図１２は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット５８０のピクセル配列の概略図である。図１１及び図１２の実施例では、図５及び図６の配列方法に対応して、第１のカラーピクセルＡはマゼンタのピクセルＭであり、第２のカラーピクセルＢはシアンのピクセルＣｙであり、第３のカラーピクセルＣは黄のピクセルＹである。
例えば、図５～図１２に示す最小配列ユニットは４行４列の状況であり、各ピクセルが独立して結像するまたはピクセルを合成して結像する場合、良好な画像の鮮明さを得ることができ、制御のロジックは簡易で、使用しやすい。例えば、合成して結像する場合、左上の角の４つのピクセルを例として、２つの第１のカラーピクセルＡの信号でピクセル信号を合成し、２つの透明なピクセルＷの信号で１つのピクセル信号を合成し、暗い環境、または画像品質が高く求められている場合では、合成結像という方法を用いてもよい。上記例示の続きとして、合成用の２つの第１のカラーピクセルＡが同じ第１の露出制御線ＴＸ１によって制御され、２つの透明なピクセルＷが同じ第２の露出制御線ＴＸ２によって制御されるため、制御精度は高く、一致性に優れ、画像品質の向上に役立つ。
例えば、図１３は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット６１０のピクセル配列の概略図である。最小配列ユニットは６行６列３６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
例えば、図１３に示すように、第１行及び第２行の透明なピクセルは、透明なピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第１の露出制御線ＴＸ１によって接続される。第１行及び第２行のカラーピクセル（Ａ及びＢ）は、カラーピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第２の露出制御線ＴＸ２によって接続される。
例えば、図１４は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット６２０のピクセル配列の概略図である。最小配列ユニットは６行６列３６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
例えば、図１４に示すように、第１行及び第２行の透明なピクセルは、透明なピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第１の露出制御線ＴＸ１によって接続される。第１行及び第２行のカラーピクセル（Ａ及びＢ）は、カラーピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第２の露出制御線ＴＸ２によって接続される。
例えば、図１５は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット６３０ピクセル配列の概略図である。図１６は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット６４０ピクセル配列の概略図である。図１５及び図１６の実施例では、それぞれ図１３及び図１４の配列方法に対応して、第１のカラーピクセルＡは赤のピクセルＲであり、第２のカラーピクセルＢは緑のピクセルＧであり、第３のカラーピクセルＣは青のピクセルＢｕである。
例えば、他の実施形態では、第１のカラーピクセルＡは赤のピクセルＲであり、第２のカラーピクセルＢは黄のピクセルＹであり、第３のカラーピクセルＣは青のピクセルＢｕである。例えば、第１のカラーピクセルＡはマゼンタのピクセルＭであり、第２のカラーピクセルＢはシアンのピクセルＣｙであり、第３のカラーピクセルＣは黄のピクセルＹである。本出願の実施例はこれを含むが、これに限定されない。回路の具体的な接続方法は前述に説明したとおりであり、ここで詳しい説明を省略する。
例えば、図１７は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット７１０ピクセル配列の概略図である。最小配列ユニットは８行８列６４個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
例えば、図１７に示すように、第１行及び第２行の透明なピクセルは、透明なピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第１の露出制御線ＴＸ１によって接続される。第１行及び第２行のカラーピクセル（Ａ及びＢ）は、カラーピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第２の露出制御線ＴＸ２によって接続される。
例えば、図１８は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット７２０のピクセル配列の概略図である。最小配列ユニットは８行８列６４個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りである。
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
Ｗは透明なピクセルを示し、Ａは複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、Ｂは複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、Ｃは複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す。
例えば、図１８に示すように、第１行及び第２行の透明なピクセルは、透明なピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第１の露出制御線ＴＸ１によって接続される。第１行及び第２行のカラーピクセル（Ａ及びＢ）は、カラーピクセル露出時間の独立した制御を実現するように、「Ｗ」型の第２の露出制御線ＴＸ２によって接続される。
例えば、図１９は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット７３０のピクセル配列の概略図である。図２０は本出願の実施形態に係る他の最小配列ユニット７４０のピクセル配列の概略図である。図１９及び図２０の実施例では、それぞれ図１７及び図１８の配列方法に対応して、第１のカラーピクセルＡは赤のピクセルＲであり、第２のカラーピクセルＢは緑のピクセルＧであり、第３のカラーピクセルＣは青のピクセルＢｕである。
例えば、その他の実施形態では、第１のカラーピクセルＡは赤のピクセルＲであり、第２のカラーピクセルＢは黄のピクセルＹであり、第３のカラーピクセルＣは青のピクセルＢｕである。例えば、第１のカラーピクセルＡはマゼンタのピクセルＭであり、第２のカラーピクセルＢはシアンのピクセルＣｙであり、第３のカラーピクセルＣは黄のピクセルＹである。本出願の実施例はこれを含むが、これに限定されない。回路の具体的な接続方法は前述に説明したとおりであり、ここで詳しい説明を省略する。
上記実施例から分かるように、図５～図２０に示すように、画像センサはマトリックス状に配列された複数のカラーピクセル及び複数の透明なピクセルＷを含み、カラーピクセル及び透明なピクセルは行と列の方向において離間して配列される。
例えば、行の方向において透明なピクセル、カラーピクセル、透明なピクセル、カラーピクセルが順次相互に配置される……
例えば、列の方向において透明なピクセル、カラーピクセル、透明なピクセル、カラーピクセルが順次相互に配置される……
第１の露出制御線ＴＸ１は第２ｎ－１行及び第２ｎ行の透明なピクセルＷにおける露出制御回路２５０の制御端ＴＧ（例えば、トランスファートランジスタ２１０のゲート）に電気的接続され、第２の露出制御線ＴＸ２は第２ｎ－１行及び第２ｎ行のカラーピクセルにおける露出制御回路２５０の制御端ＴＧ（例えば、トランスファートランジスタ２１０のゲート）に電気的接続され、ｎは１以上の自然数である。
例えば、ｎ＝１の場合、第１の露出制御線ＴＸ１は第１行及び第２行の透明なピクセルＷにおける露出制御回路の制御端に電気的接続され、第２の露出制御線ＴＸ２は、第１行及び第２行のカラーピクセルにおける露出制御回路の制御端に電気的接続される。ｎ＝２の場合、第１の露出制御線ＴＸ１は第３行及び第４行の透明なピクセルＷにおける露出制御回路の制御端に電気的接続され、第２の露出制御線ＴＸ２は第３行及び第４行のカラーピクセルにおける露出制御回路の制御端に電気的接続される。このように類推して、詳しい説明を省略する。
一部の実施例では、第１の露出時間は第２の露出時間より短い。一部の実施例では、第１の露出時間と第２の露出時間との比率は１：２、１：３または１：４のうちのいずれかである。例えば、比較的暗い場所では、カラーピクセルの露出が不足する状況がより容易に発生し、環境の輝度に基づいて第１の露出時間と第２の露出時間との比例を１：２、１：３または１：４に調整することができる。例えば、露出比例が上記整数比または整数比に近い場合、シーケンスの設定信号の設定と制御に有利である。
例えば、図２１は本出願の実施形態に係る画像収集方法のフローチャートである。図２１に示すように、当該方法は、
ステップ８１０、環境の輝度を取得するステップと、
ステップ８２０、環境の輝度が輝度の閾値より低いか否かを判断するステップと、
ステップ８３０、そうであれば、第１の露出時間を第２の露出時間より短いように制御するステップと、
ステップ８４０、そうでなければ、第１の露出時間を第２の露出時間と等しいように制御するステップと、を含む。
例えば、上記方法では、第１の露出信号を用いて第２ｎ－１行及び第２ｎ行の透明なピクセルの第１の露出時間を制御し、第２の露出信号を用いて第２ｎ－１行及び第２ｎ行のカラーピクセルの第２の露出時間を制御し、カラーピクセル及び透明なピクセルは行と列の方向において離間して配列され、第１の露出時間は第２の露出時間以下であり、ｎは１以上の自然数である。
例えば、図２２は本出願の実施形態に係るカメラモジュール２０の概略図である。カメラモジュール２０は本出願のいずれかの実施例の画像センサ１０、レンズ２１、及び回路部材２２を含む。レンズ２１は画像センサ１０に結像することに用いられ、例えば、撮影された対象の光はレンズ２１を通して画像センサに結像し、画像センサはレンズ２１の焦点面に設けられる。回路部材２２は電力及び外部伝送データを取得することに用いられ、例えば、回路部材は我が部電源に接続して電力を得ることができ、画像データまたは制御データを伝送するように、メモリ、プロセッサに接続してもよく。
例えば、カメラモジュール２０はリアカメラとして携帯電話の背面に配置してもよい。なお、カメラモジュール２０はフロントカメラとして携帯電話の正面に配置しても良い。
例えば、図２３は本出願の実施形態に係るモバイル端末９００の概略図である。モバイル端末９００は本出願のいずれかの実施例のカメラモジュール２０である。
例えば、モバイル端末９００は、表示部材５０、メモリ６０、プロセッサ７０及び構造部材８０をさらに含む。カメラモジュール２０は構造部材８０上に配置され、例えば、構造部材８０はミドルフレーム及びバックプレートを含み、カメラモジュールはミドルフレームまたはバックプレート上に配置される。
例えば、メモリ６０はカメラモジュール２０が取得した画像を記憶することに用いられる。例えば、プロセッサ７０はカメラモジュール２０が取得した画像を処理することに用いられる。例えば、メモリ６０にはコンピュータプログラムが記憶されており、プロセッサ７０は上記プログラムを実行する際に本出願の実施例の画像収集方法を実現する。例えば、表示部材５０はカメラモジュール２０が取得した画像を表示することに用いられる。
例えば、モバイル端末は携帯電話、タブレット、ノートパソコン、スマートブレスレット、スマートウォッチ、スマートヘルメット、スマートメガネなどであっても良い。本出願の実施例は携帯電話を例として説明する。モバイル端末の具体的な形態は他であってもよく、ここで制限されないことは理解すべきである。
以上は、本出願の実施形態に過ぎず、それによって本出願の特許範囲を制限するものではなく、本出願の明細書及び添付の図面の内容を利用して行われたすべての構造または同等のプロセス変換は、直接的または間接的に他の関連する技術分野に適用され、同様に本出願の特許保護範囲内に含まれる。

Claims (23)

  1. 画像センサであって、
    複数のカラーピクセル及び複数の透明なピクセルを含む二次元ピクセル配列を備え、
    前記カラーピクセルは前記透明なピクセルより狭い分光応答を有し、
    前記二次元ピクセル配列は最小配列ユニットを含み、
    前記最小配列ユニットにおいて、前記透明なピクセルは第１の対角線及びその平行線に配置され、前記カラーピクセルは第２の対角線及びその平行線に配置され、前記第１の対角線と前記第２の対角線とは異なり、
    前記第１の対角線において隣接する少なくとも２つの前記透明なピクセルの第１の露出時間が第１の露出信号によって制御され、前記第２の対角線において隣接する少なくとも２つの前記カラーピクセルの第２の露出時間が第２の露出信号によって制御されることによって、前記透明なピクセル露出時間と前記カラーピクセル露出時間との独立した制御は実現される、
    ことを特徴とする画像センサ。
  2. 前記第１の露出時間は、前記第２の露出時間より短い、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像センサ。
  3. 前記第１の露出時間と前記第２の露出時間との比率は、１：２、１：３または１：４のうちのいずれかである、
    ことを特徴とする請求項２に記載の画像センサ。
  4. 前記第１の対角線において隣接する少なくとも２つの前記透明なピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続される第１の露出制御線と、
    前記第２の対角線において隣接する少なくとも２つの前記カラーピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続される第２の露出制御線と、をさらに含み、
    前記第１の露出信号は前記第１の露出制御線によって伝送され、前記第２の露出信号は前記第２の露出制御線によって伝送される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像センサ。
  5. 前記第１の露出制御線は、「Ｗ」型を呈し、隣接する２行の透明なピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続され、
    前記第２の露出制御線は、「Ｗ」型を呈し、隣接する２行のカラーピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続される、
    ことを特徴とする請求項４に記載の画像センサ。
  6. 各前記ピクセルは、光電変換素子をさらに含み、前記露出制御回路は前記光電変換素子に電気的接続され、前記光電変換素子の照射された後に蓄積した電荷を伝達することに用いられる、
    ことを特徴とする請求項４または５に記載の画像センサ。
  7. 前記露出制御回路は、トランスファートランジスタであり、前記露出制御回路の制御端は、前記トランスファートランジスタのゲートである、
    ことを特徴とする請求項６に記載の画像センサ。
  8. 前記最小配列ユニットは、４行４列１６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りであり、
    Ｗ Ａ Ｗ Ｂ
    Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
    Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ
    Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
    ただし、Ｗは前記透明なピクセルを示し、
    Ａは前記複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、
    Ｂは前記複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、
    Ｃは前記複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像センサ。
  9. 前記最小配列ユニットは４行４列１６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りであり、
    Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
    Ｗ Ａ Ｗ Ｂ
    Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
    Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ
    ただし、Ｗは前記透明なピクセルを示し、
    Ａは前記複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、
    Ｂは前記複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、
    Ｃは前記複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像センサ。
  10. 前記最小配列ユニットは６行６列３６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りであり、
    Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
    Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
    Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
    Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
    Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
    Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
    ただし、Ｗは前記透明なピクセルを示し、
    Ａは前記複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、
    Ｂは前記複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、
    Ｃは前記複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像センサ。
  11. 前記最小配列ユニットは６行６列３６個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りであり、
    Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
    Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
    Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ
    Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
    Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ
    Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
    ただし、Ｗは前記透明なピクセルを示し、
    Ａは前記複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、
    Ｂは前記複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、
    Ｃは前記複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像センサ。
  12. 前記最小配列ユニットは８行８列６４個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りであり、
    Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
    Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
    Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
    Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
    Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
    Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
    Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
    Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
    ただし、Ｗは前記透明なピクセルを示し、
    Ａは前記複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、
    Ｂは前記複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、
    Ｃは前記複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像センサ。
  13. 前記最小配列ユニットは８行８列６４個のピクセルであり、配列方式は、以下の通りであり、
    Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
    Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
    Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ
    Ｗ Ａ Ｗ Ａ Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ
    Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
    Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
    Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ Ｗ
    Ｗ Ｂ Ｗ Ｂ Ｗ Ｃ Ｗ Ｃ
    ただし、Ｗは前記透明なピクセルを示し、
    Ａは前記複数の色のうちの第１のカラーピクセルを示し、
    Ｂは前記複数の色のうちの第２のカラーピクセルを示し、
    Ｃは前記複数の色のうちの第３のカラーピクセルを示す、
    ことを特徴とする請求項１に記載の画像センサ。
  14. 前記第１のカラーピクセルＡは赤のピクセルＲであり、
    前記第２のカラーピクセルＢは緑のピクセルＧであり、
    前記第３のカラーピクセルＣは青のピクセルＢｕである、
    ことを特徴とする請求項８～１３のいずれかに記載の画像センサ。
  15. 前記第１のカラーピクセルＡは赤のピクセルＲであり、
    前記第２のカラーピクセルＢは黄のピクセルＹであり、
    前記第３のカラーピクセルＣは青のピクセルＢｕである、
    ことを特徴とする請求項８～１３のいずれかに記載の画像センサ。
  16. 前記第１のカラーピクセルＡはマゼンタのピクセルＭであり、
    前記第２のカラーピクセルＢはシアンのピクセルＣｙであり、
    前記第３のカラーピクセルＣは黄のピクセルＹである、
    ことを特徴とする請求項８～１３のいずれかに記載の画像センサ。
  17. 前記透明なピクセルの応答波長域は可視光波長域である、
    ことを特徴とする請求項１、８～１３のいずれかに記載の画像センサ。
  18. 前記透明なピクセルの応答波長域は可視光波長域及び近赤外波長域であり、前記画像センサ内のフォトダイオード応答波長域にマッチングする、
    ことを特徴とする請求項１、８～１３のいずれかに記載の画像センサ。
  19. 画像センサであって、
    行と列の方向において離間してマトリックス状に配列された複数のカラーピクセル及び複数の透明なピクセルと、
    第２ｎ－１行及び第２ｎ行の前記透明なピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続される第１の露出制御線と、
    第２ｎ－１行及び第２ｎ行の前記カラーピクセル内の露出制御回路の制御端に電気的接続される第２の露出制御線と、を含み、
    ｎは１以上の自然数である、
    ことを特徴とする画像センサ。
  20. 画像収集方法であって、
    第１の露出信号を用いて第２ｎ－１行及び第２ｎ行の透明なピクセルの第１の露出時間を制御するステップと、
    第２の露出信号を用いて第２ｎ－１行及び第２ｎ行のカラーピクセルの第２の露出時間を制御するステップと、を含む、
    前記カラーピクセル及び前記透明なピクセルは行と列の方向において離間して配列され、
    前記第１の露出時間は前記第２の露出時間以下であり、
    ｎは１以上の自然数である、
    ことを特徴とする画像収集方法。
  21. 環境の輝度を取得するステップと、
    前記環境の輝度が輝度の閾値より低い場合、前記第２の露出時間より短いように前記第１の露出時間を制御するステップと、を更に含む、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の画像収集方法。
  22. カメラモジュールであって、
    請求項１～１９のいずれかに記載の画像センサを含み、
    前記画像センサに結像するためのレンズと、
    電力及び外部伝送データを取得するための回路部材と、を含む、
    ことを特徴とするカメラモジュール。
  23. モバイル端末であって、
    請求項２２に記載のカメラモジュールを含み、
    表示部材、メモリ、プロセッサ、及び構造部材をさらに含み、
    前記カメラモジュールは前記構造部材に配置され、
    前記メモリは前記カメラモジュールが取得した画像を記憶することに用いられ、
    前記プロセッサは前記カメラモジュールが取得した画像を処理することに用いられ、
    前記表示部材は前記カメラモジュールが取得した画像を表示することに用いられ、
    ことを特徴とするモバイル端末。
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