本申请涉及影像技术领域，特别涉及一种图像传感器、摄像头组件及移动终端。
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黑暗环境下的成像质量，相关技术中将灵敏度比彩色像素高的全色像素加入到图像传感器中。由于全色像素的收光量比彩色像素的收光量大，全色像素会比彩色像素先饱和，导致彩色像素通道信噪比降低。
技术实现要素：
本申请实施方式提供一种图像传感器、摄像头组件及移动终端。
本申请一个方面提供一种图像传感器。图像传感器包括全色像素及彩色像素，其中所述彩色像素具有比所述全色像素更窄的光谱响应。所述彩色像素的像素面积大于所述全色像素的像素面积。所述全色像素的n势阱层的掺杂浓度大于所述彩色像素的n势阱层的掺杂浓度，以使得所述全色像素具有比所述彩色像素更大的满阱容量；和/或，所述全色像素的n势阱层的深度大于所述彩色像素的n势阱层的深度，以使得所述全色像素具有比所述彩色像素更大的满阱容量。
在另一方面，本申请还提供一种摄像头组件。摄像头组件包括镜头及图像传感器。所述图像传感器包括全色像素及彩色像素，其中所述彩色像素具有比所述全色像素更窄的光谱响应。所述彩色像素的像素面积大于所述全色像素的像素面积。所述全色像素的n势阱层的掺杂浓度大于所述彩色像素的n势阱层的掺杂浓度，以使得所述全色像素具有比所述彩色像素更大的满阱容量；和/或，所述全色像素的n势阱层的深度大于所述彩色像素的n势阱层的深度，以使得所述全色像素具有比所述彩色像素更大的满阱容量。
在又一个方面，本申请还提供一种移动终端。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。所述图像传感器包括全色像素及彩色像素，其中所述彩色像素具有比所述全色像素更窄的光谱响应。所述彩色像素的像素面积大于所述全色像素的像素面积。所述全色像素的n势阱层的掺杂浓度大于所述彩色像素的n势阱层的掺杂浓度，以使得所述全色像素具有比所述彩色像素更大的满阱容量；和/或，所述全色像素的n势阱层的深度大于所述彩色像素的n势阱层的深度，以使得所述全色像素具有比所述彩色像素更大的满阱容量。
本申请实施方式的图像传感器、摄像头组件及移动终端，一方面，通过增加灵敏度较低的彩色像素的像素面积，使彩色像素的像素面积大于全色像素的像素面积，以此减少全色像素的收光量；另一面，还通过增加灵敏度高的全色像素的n势阱层的掺杂浓度或增加灵敏度高的全色像素的n势阱层的深度，使全色像素具有比彩色像素更大的满阱容量。在这两方面的作用下，避免全色像素过曝，提高了彩色像素的利用率，从而提高图像传感器10的整体感光度和信噪比，有利于获得较高品质的图像。
本申请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，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点可以从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是不同色彩通道曝光饱和时间示意图；
图2是本申请实施方式中一种像素电路的示意图；
图3是本申请实施方式中图像传感器的示意图；
图4是本申请实施方式中像素阵列中光电转换元件(或滤光片)的一种排布示意图；
图5是本申请实施方式中的的像素阵列中光电转换元件(或滤光片)的又一种排布示意图；
图6是本申请实施方式中的的像素阵列中光电转换元件(或滤光片)的又一种排布示意图；
图7是本申请实施方式中的的像素阵列中光电转换元件(或滤光片)的又一种排布示意图；
图8是本申请实施方式中一种像素阵列的部分截面示意图；
图9是本申请实施方式中又一种像素阵列的部分截面示意图；
图10是本申请实施方式中又一种像素阵列的部分截面示意图；
图11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又一种最小重复单元像素排布的示意图；
图27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28是本申请实施方式中一种摄像头组件的示意图；
图29是本申请实施方式的移动终端的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的实施方式的限制。
请参阅图4至图10，本申请提供一种图像传感器10，图像传感器10包括全色像素w和彩色像素。彩色像素具有比全色像素w更窄的光谱响应，彩色像素的像素面积大于全色像素w的像素面积。全色像素w的n势阱层1172的掺杂浓度c1大于彩色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c2(如图8)，以使得全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量；和/或，全色像素w的n势阱层1172的深度h1大于彩色像素的n势阱层1172的深度h2(如图9及图10)，以使得全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量。
请参阅图4至图10、及图28，本申请还提供一种摄像头组件40。摄像头组件40包括镜头30和图像传感器10。图像传感器10接收穿过镜头30的光线以获取原始图像。图像传感器10包括全色像素w和彩色像素。彩色像素具有比全色像素w更窄的光谱响应，彩色像素的像素面积大于全色像素w的像素面积。全色像素w的n势阱层1172的掺杂浓度c1大于彩色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c2(如图8)，以使得全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量；和/或，全色像素w的n势阱层1172的深度h1大于彩色像素的n势阱层1172的深度h2(如图9及图10)，以使得全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量。
请参阅图4至图10、及图29，本申请还提供一种移动终端60。移动终端60包括壳体50和摄像头组件40。摄像头组件40与壳体50结合。摄像头组件40包括镜头30和图像传感器10。图像传感器10接收穿过镜头30的光线以获取原始图像。图像传感器10包括全色像素w和彩色像素。彩色像素具有比全色像素w更窄的光谱响应，彩色像素w的像素面积大于全色像素的像素面积。全色像素w的n势阱层1172的掺杂浓度c1大于彩色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c2(如图8)，以使得全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量；和/或，全色像素w的n势阱层1172的深度h1大于彩色像素的n势阱层1172的深度h2(如图9及图10)，以使得全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量。
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)四种像素为例说明。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bu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。
基于上述原因，如图8至图10所示，本申请提供一种图像传感器10。一方面，图像传感器10通过增加灵敏度较低的彩色像素的像素面积，使彩色像素的像素面积大于全色像素w的像素面积，以此减少全色像素w的收光量；另一方面，图像传感器10还通过增加灵敏度高较的全色像素w的n势阱层1172的掺杂浓度c1或增加灵敏度高的全色像素w的n势阱层1172的深度h1，使全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量。在这两方面的作用下，全色像素不会提早过曝，提高了彩色像素的利用率，从而提高图像传感器10的整体感光度和信噪比，有利于获得较高品质的图像。
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bu曝光曲线的斜率更低。
接下来首先介绍一下图像传感器10的基本结构。请参阅图2，图2是本申请实施方式中的图像传感器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10可以采用互补金属氧化物半导体(cmos，complementarymetaloxidesemiconductor)感光元件或者电荷耦合元件(ccd，charge-coupleddevice)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)，每个像素均包括光电转换元件117(图3所示)。每个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，被选择并被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117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执行的信号处理是相关双采样(cds)处理。在cds处理中，取出从所选像素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11。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12、列处理单元14和水平驱动单元15协同工作。
如图3和图8所示，像素阵列11中的每个像素(全色像素w或彩色像素)均包括像素电路110、滤光片1182和微透镜1181。沿图像传感器10的收光方向，微透镜1181、滤光片1182及像素电路110依次设置。微透镜1181用于汇聚入射的光线。滤光片1182用于通过某一波段的光线并滤除其余波段的光线。像素电路110用于将穿过对应的滤光片1182的光线转换为电信号并将电信号传输给图2所示的列处理单元14。本申请全文的彩色像素和全色像素w指的是包括能够响应颜色与对应的滤光片1182颜色相同的光线的像素电路110的像素。图3是本申请实施方式中一种像素电路110的示意图。图3中像素电路110应用在图2的每个像素中。下面结合图2和图3对像素电路110的工作原理进行说明。
如图3所示，像素电路110包括光电转换元件117(例如，光电二极管pd)、曝光控制电路116(例如，转移晶体管112)、复位电路(例如，复位晶体管113)、放大电路(例如，放大晶体管114)和选择电路(例如，选择晶体管115)。在本申请的实施例中，转移晶体管112、复位晶体管113、放大晶体管114和选择晶体管115例如是mos管，但不限于此。
例如，参见图2和图3，转移晶体管112的栅极tg通过曝光控制线(图中未示出)连接垂直驱动单元12；复位晶体管113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114的栅极sel通过选择线(图中未示出)连接垂直驱动单元12。每个像素电路110中的曝光控制电路116(例如，转移晶体管112)与光电转换元件117电连接，用于转移光电转换元件117经光照后积累的电势。例如，光电转换元件117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116(例如，转移晶体管112)连接到浮动扩散单元fd。浮动扩散单元fd与放大晶体管114的栅极、复位晶体管113的源极连接。
例如，曝光控制电路116为转移晶体管112，曝光控制电路116的控制端tg为转移晶体管112的栅极。当有效电平(例如，vpix电平)的脉冲通过曝光控制线(图中未示出)传输到转移晶体管112的栅极时，转移晶体管112导通。转移晶体管112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113的漏极连接到像素电源vpix。复位晶体管113的源极连接到浮动扩散单元fd。在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113的栅极，复位晶体管113导通。复位晶体管113将浮动扩散单元fd复位到像素电源vpix。
例如，放大晶体管114的栅极连接到浮动扩散单元fd。放大晶体管114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113复位之后，放大晶体管114经由选择晶体管115通过输出端out输出复位电平。在光电二极管pd的电荷被转移晶体管112转移之后，放大晶体管114经由选择晶体管115通过输出端out输出信号电平。
例如，选择晶体管115的漏极连接到放大晶体管114的源极。选择晶体管115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115的栅极时，选择晶体管115导通。放大晶体管114输出的信号通过选择晶体管115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110的像素结构并不限于图3所示的结构。例如，像素电路110可以具有三晶体管像素结构，其中放大晶体管114和选择晶体管115的功能由一个晶体管完成。例如，曝光控制电路116也不局限于单个转移晶体管112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，单个转移晶体管112的实施方式简单、成本低、易于控制。
图4至图7示出了图2的二维像素阵列11中的滤光片1182的排布示意图。其中，彩色像素具有比全色像素w更窄的光谱响应，并且彩色像素的像素面积均大于全色像素的像素面积。由于全色像素的像素面积比彩色像素的像素面积小，因此能够平衡全色像素w与彩色像素的收光量，从而使全色像素w不会提早过曝，提高彩色像素的利用率。需要说明的是，此处的像素面积指的是每个像素中滤光片1182的横截面的面积。
在一些实施例中，全色像素w的横截面(即全色像素的滤光片1182的横截面)的形状与彩色像素的横截面(即彩色像素的滤光片1182的横截面)的形状相同，且彩色像素的横截面的至少一边的长度大于全色像素w的横截面的对应边的长度，彩色像素的横截面的其余部分长度等于全色像素w的横截面的对应边长度。其中，当彩色像素的横截面的部分边的长度大于全色像素w的横截面的对应边的长度时，彩色像素的横截面的其余部分边的长度等于全色像素w的横截面的对应边的长度。例如，彩色像素的横截面仅有一条边的长度大于全色像素w的横截面的对应边的长度，且彩色像素的横截面的除该条边外的其余边的长度均等于全色像素w的横截面的对应边的长度；或者，彩色像素的横截面有两条边的长度大于全色像素w的横截面的对应边的长度，且彩色像素的横截面的除这两条边外的其余边的长度均等于全色像素w的横截面的对应边的长度；或者，彩色像素的横截面的所有边的长度均大于全色像素w的横截面的对应边的长度。
具体地，请参阅图4，图像传感器10(图2所示)包括全色像素w及彩色像素，全色像素w的横截面与彩色像素的横截面均为矩形。全色像素w的横截面和彩色像素的横截面均包括长和宽，彩色像素的横截面的面积大于全色像素w的横截面的面积，彩色像素的横截面的宽w彩大于全色像素的横截面的宽w全，且彩色像素的横截面的长l彩等于全色像素的横截面的长l全。当然，在其他例子中，如图5所示，当全色像素w的横截面与彩色像素的横截面均为矩形时还可以是彩色像素的横截面的长l彩大于全色像素w的横截面的长l彩，且彩色像素的横截面的宽w彩等于全色像素w的横截面的宽w全以使彩色像素的横截的面积大于全色像素w的横截的面积，在此不作限制。彩色像素的横截面的形状与全色像素w横截面的形状均为矩形可以降低滤光片1182的结构复杂度，简化图像传感器10的制造工艺。
在其他例子中，全色像素w的横截面与彩色像素的横截面还可以是长方形、正方形、平行四边形、菱形、五边形、六边形等多边形，只要满足彩色像素的横截面的面积大于全色像素w的横截面的面积，且彩色像素的横截面的形状和全色像素w的横截面的形状相同即可，在此不做限制。
在一些实施例中，全色像素w的横截面的形状与彩色像素的横截面的形状不同，其中彩色像素的横截面的边长数大于全色像素w的横截面的边长数，且彩色像素的横截面的任一边长的长度均大于或等于全色像素w的横截面的任一边的长度。例如，彩色像素的横截面是五边形，全色像素w的横截面是四边形，且彩色像素的横截面的任一边长的长度均大于全色像素w的横截面的任一边的长度；或者，彩色像素的横截面是六边形，全色像素w的横截面是四边形，且彩色像素的横截面的任一边长的长度均等于全色像素w的横截面的任一边的长度；或者，彩色像素的横截面是八边形，全色像素w的横截面是四边形，且彩色像素的横截面的任一边长的长度均等于全色像素w的横截面的任一边的长度。
具体地，请参阅图6，图像传感器10包括全色像素w及彩色像素，彩色像素的横截面的面积大于全色像素w的横截面的面积。其中，彩色像素的横截面的形状为正八边形，即彩色像素的横截面的八条边的边长均为l彩；全色像素w的横截面为正方形，即全色像素w的横截面的四条边的边长均为l全，并且彩色像素的横截面的边长l彩等于全色像素w横截面的边长l全。一方面，采用如图6所示的实施例，能够减少全色像素中的滤光片1182的进光量，平衡彩色像素与全色像素w的曝光，即使彩色像素的满阱容量全色像素w的满阱容量相同，全色像素w也不会提早曝光，从而提高彩色像素的利用率；另一方面，由于彩色像素的横截面的各个边的边长l彩与全色像素w的横截面的各个边的边长l全均相等，方便了每个像素中微透镜1181(如图8所示)的加工及排布。
在一些实施例中，彩色像素包括多类，不同类别的彩色像素具有不同的光谱响应，并且具有更宽光谱响应的彩色像素的像素面积小于或等于具有更窄光谱响应的彩色像素的像素面积。具体地，请参阅图7，图像传感器10(图2所示)包括全色像素w及彩色像素，彩色像素包括具有不同光谱响应的红色像素r、绿色像素g、及蓝色像素bu，其中绿色像素g的光谱响应宽度>红色像素r的光谱响应宽度>蓝色像素bu的光谱响应宽度。蓝色像素bu的横截面的宽wb＝红色像素r的横截面的宽wr>绿色像素g的横截面的宽wg>全色像素的横截面的宽w全，且蓝色像素bu的横截面的长lb＝红色像素r的横截面的长lr＝绿色像素g的横截面的长lg>全色像素的横截面的长l全，以使蓝色像素bu的横截面的面积＝红色像素r的横截面的面积>绿色像素g的横截面的面积>全色像素的横截面的面积。
由于绿色像素g比蓝色像素bu及红色像素r的具有更宽的光谱响应，若绿色像素g的横截面的面积与蓝色像素bu的横截面的面积及红色像素r的横截面的面积相等时，绿色像素g会吸收比蓝色像素bu及红色像素r更多的光，使得当绿色像素g到达饱和时，蓝色像素bu及红色像素r还未曝光到理想的状态。若采用如图7所述的实施例，绿色像素g的横截面的面积小于蓝色像素bu的横截面的面积及红色像素r的横截面的面积，则能够平衡绿色像素g、蓝色像素bu及红色像素r三者的收光量，使绿色像素g不会提前曝光，以此提高蓝色像素bu及红色像素r的利用率，提高图像品质。
需要说明的是，蓝色像素bu的横截面的面积还可以大于红色像素r的横截面的面积，其余类别的像素的横截面的面积之间的关系与图7所述实施例中相同，在此不作赘述。由于具有不同光谱响应的像素的横截面的面积各不相同，并且具有光谱响应宽度越窄的像素，其横截面的面积越大，以此来平衡具有不同光谱响应的像素的收光量，以提高图像传感器10中所有像素的利用率，从而提高图像传感器10的整体感光度和信噪比，有利于获得较高品质的图像。
图8至图10示出了图4至图7所述的任意一实施例中像素阵列11沿图像传感器10的收光方向截取的多种截面示意图。每个全色像素w及每个彩色像素均包括微透镜1181、滤光片1182、及光电转换元件117。沿图像传感器10的收光方向，微透镜1181、滤光片1182、及光电转换元件117依次设置。光电转换元件117可以将所接收的光转换为电荷，具体地，光电转换元件117包括衬底1171和形成在衬底1171内部的n势阱层1172，n势阱层1172可以实现光到电荷的转换。滤光片1182设置在n势阱层1172的远离衬底1171的表面，滤光片1182可以使特定波段的光线通过。微透镜1181设置在滤光片1182的远离n势阱层1172的一侧，微透镜1181用于汇聚光线，可以将入射的光线更多地引导至光电转换元件117。
像素的饱和的曝光量q与光电转换元件117的满阱容量有关。满阱容量越大，饱和的曝光量q越大。满阱容量与光电转换元件117的n势阱层1172的掺杂浓度及体积有关。当光电转换元件117的n势阱层1172的掺杂浓度相同时，光电转换元件117的满阱容量与光电转换元件117的n势阱层1172的体积有关，n势阱层1172的体积越大，满阱容量越大。其中，n势阱层1172的体积与n势阱层的横截面及深度有关。在n势阱层1172的横截面固定时，可以通过增加深度来增大n势阱层1172的体积。当光电转换元件117的n势阱层1172的体积相同时，光电转换元件117的满阱容量与光电转换元件117的n势阱层1172的掺杂浓度有关，n势阱层1172的掺杂浓度越大，满阱容量越大。
例如，图8是图4至图7所述任意一实施例的像素阵列11的沿收光方向截取的截面示意图。沿收光方向，每个像素(同一个像素)的n势阱层1172的多个横截面的尺寸均相等；全色像素w的n势阱层1172的横截面的尺寸小于彩色像素的n势阱层1172的横截面的尺寸；全色像素w的n势阱层1172的深度h1等于彩色像素的n势阱层1172的深度h2，并且全色像素w的n势阱层1172的掺杂浓度c1大于彩色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c2，使全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量。其中，彩色像素的n势阱层1172的横截面的面积与全色像素w的n势阱层1172的横截面的面积之比为n，全色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c1与彩色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c2之比为m，n与m均大于1，并且m大于n，即全色像素w的n势阱层1172的掺杂浓度c1与彩色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c2之比大于彩色像素n的势阱层1172的横截面的面积与全色像素的n势阱层1172的横截面的面积之比，如此使得全色像素w的n势阱层1172的满阱容量大于彩色像素的n势阱层1172的满阱容量。
需要说明的是，沿收光方向，同一个像素的n势阱层1172的多个横截面的尺寸均相等指的是：多个横截面具有相同的面积，且多个横截面中相对应的边长均相等。横截面可以是长方形、正方形、平行四边形、菱形、五边形、六边形等多边形，当然沿收光方向，每个像素(同一个像素)的n势阱层1172的多个横截面的尺寸也可以不相等，在此不作限制。
一方面，由于全色像素w的n势阱层1172的掺杂浓度c1大于彩色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c2，因此，全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量，增大了全色像素w饱和的曝光量q；另一方面，由于全色像素w的像素面积比彩色像素的像素面积小，能够减少全色像素w中的滤光片1182的进光量。在这两个方面的共同作用下，可避免全色像素w过早饱和的问题，可以均衡全色像素w与彩色像素的曝光，提高图像拍摄质量。
例如，图9是图4至图7所述任意一实施例的像素阵列11的沿收光方向截取的截面示意图。全色像素w的n势阱层1172的掺杂浓度c1等于彩色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c2。沿收光方向，每个像素(同一个像素)的n势阱层1172的多个横截面的尺寸均相等；全色像素w的n势阱层1172的横截面的尺寸小于彩色像素的n势阱层1172的横截面的尺寸；全色像素w的n势阱层1172的深度h1大于彩色像素的n势阱层1172的深度h2。其中，彩色像素的n势阱层1172的横截面的面积与全色像素w的n势阱层1172的横截面的面积之比为n，全色像素的n势阱层1172的深度h1与彩色像素的n势阱层1172的深度h2之比为m，n与m均为大于1，并且m大于n，即全色像素w的n势阱层1172的深度h1与彩色像素的n势阱层1172的深度h2之比大于彩色像素n的势阱层1172的横截面的面积与全色像素的n势阱层1172的横截面的面积之比，如此使得全色像素w的n势阱层1172的体积大于彩色像素的n势阱层1172的体积，全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量。
一方面，由于全色像素w的n势阱层1172的体积大于彩色像素的n势阱层1172的体积，因此，全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量，增大了全色像素w饱和的曝光量q；另一方面，由于全色像素w的像素面积比彩色像素的像素面积小，能够减少全色像素w中的滤光片1182的进光量。在这两个方面的共同作用下，可避免全色像素w过早饱和的问题，可以均衡全色像素w与彩色像素的曝光，提高图像拍摄质量。
例如，图10是图4至图7所述任意一实施例的像素阵列11的沿收光方向截取的截面示意图。全色像素w的n势阱层1172的掺杂浓度c1大于彩色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c2。沿收光方向，每个全色像素w的n势阱层1172的横截面的尺寸逐渐增大，每个彩色像素的n势阱层1172的横截面的尺寸逐渐减小，其中，全色像素w的n势阱层1172的最小的横截面的尺寸小于彩色像素的n势阱层1172的最小的横截面的尺寸，全色像素w的n势阱层1172的最大的横截面的尺寸大于彩色像素的n势阱层1172的最大的横截面的尺寸。并且，全色像素w的n势阱层1172的深度h1大于彩色像素的n势阱层1172的深度h2，如此使得全色像素w的n势阱层1172的体积大于彩色像素的n势阱层1172的体积，全色像素w具有比彩色像素更大的满阱容量。
一方面，全色像素w的n势阱层1172的深度h1大于彩色像素的n势阱层1172的深度h2，使全色像素w的n势阱层1172的体积大于彩色像素的n势阱层1172的体积，即使全色像素具有比彩色像素更大的满阱容量，增大了全色像素饱和的曝光量q；另一方面，由于全色像素w的像素面积比彩色像素的像素面积小，能够减少全色像素w中的滤光片1182的进光量。在这两个方面的共同作用下，可避免全色像素w过早饱和的问题，可以均衡全色像素w与彩色像素的曝光，提高图像拍摄质量。
在一些实施例中，为使得全色像素具有比彩色像素更大的满阱容量，可以在设置全色像素的n势阱层1172的深度h1大于彩色像素的n势阱层1172的深度h2(即，设置全色像素w的n势阱层1172的体积大于彩色像素的n势阱层1172的体积)的同时，设置全色像素w的n势阱层1172的掺杂浓度c1大于彩色像素的n势阱层1172的掺杂浓度c2，从而增大全色像素w饱和的曝光量q，避免全色像素w提早饱和的问题。
图11至图27示出了多种图像传感器10(图2所示)中像素排布的示例。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(即图2所示的像素阵列11)。其中，彩色像素具有比全色像素w更窄的光谱响应。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11至图27示出了多种图像传感器10中像素最小重复单元的示例)，二维像素阵列由多个最小重复单元组成，最小重复单元在行和列上复制并排列。
在一些实施例中，全色像素w设置在最小重复单元的第一对角线方向，彩色像素设置在最小重复单元的第二对角线方向，并且第一对角线方向与第二对角线方向不同。
具体地，例如，图12是本申请实施方式中一种最小重复单元1811像素排布的示意图；最小重复单元为4行4列16个像素，子单元为2行2列4个像素，排布方式为：
w表示全色像素；a表示多个彩色像素中的第一颜色像素；b表示多个彩色像素中的第二颜色像素；c表示多个彩色像素中的第三颜色像素。
例如，如图12所示，全色像素w设置在第一对角线方向d1(即图12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12中左下角和右上角连接的方向)，第一对角线方向d1与第二对角线方向d2不同。例如，第一对角线和第二对角线垂直。
例如，如图12所示，最小重复单元包括四个子单元，每个子单元包括两个单颜色的彩色像素及两个全色像素w。例如，左上角的子单元包括两个第一颜色像素a及两个全色像素w。右上角的子单元包括两个第二颜色像素b及两个全色像素w。右下角的子单元包括两个第三颜色像素c及两个全色像素w。
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。下文图13至图27中对第一对角线方向d1及第二对角线方向d2的解释与此处相同。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13是本申请实施方式中又一种最小重复单元1812像素排布的示意图。最小重复单元为4行4列16个像素，子单元为2行2列4个像素，排布方式为：
w表示全色像素；a表示多个彩色像素中的第一颜色像素；b表示多个彩色像素中的第二颜色像素；c表示多个彩色像素中的第三颜色像素。
例如，如图13所示，全色像素w设置在第一对角线方向d1(即图13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13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。
例如，如图13所示，最小重复单元包括四个子单元，每个子单元包括两个单颜色的彩色像素及两个全色像素w。例如，左上角的子单元包括两个第一颜色像素a及两个全色像素w。右上角的子单元包括两个第二颜色像素b及两个全色像素w。右下角的子单元包括两个第三颜色像素c及两个全色像素w。
例如，图14是本申请实施方式中又一种最小重复单元1813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1814像素排布的示意图。在图14和图15的实施例中，分别对应图12和图13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10中的光电转换元件117(例如光电二极管pd)响应波段相匹配。例如，全色像素w可以不设置滤光片或设置可以透过全部波段的光线的滤光片，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16是本申请实施方式中又一种最小重复单元1815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1816像素排布的示意图。在图16和图17的实施例中，分别对应图12和图13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18是本申请实施方式中又一种最小重复单元1817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1818像素排布的示意图。在图18和图19的实施例中，分别对应图12和图13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20是本申请实施方式中又一种最小重复单元1911像素排布的示意图。最小重复单元为6行6列36个像素，子单元为3行3列9个像素，排布方式为：
w表示全色像素；a表示多个彩色像素中的第一颜色像素；b表示多个彩色像素中的第二颜色像素；c表示多个彩色像素中的第三颜色像素。
例如，如图20所示，全色像素w设置在第一对角线方向d1(即图20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20中左下角和右上角连接的方向)，第一对角线方向d1与第二对角线方向d2不同。例如，第一对角线和第二对角线垂直。
例如，如图20所示，最小重复单元包括四个子单元，其中部分子单元包括个四个单颜色的彩色像素及五个全色像素w，部分子单元包括五个单颜色的彩色像素及四个全色像素w。例如，左上角的子单元包括四个第一颜色像素a及五个全色像素w。右上角的子单元包括五个第二颜色像素b及四个全色像素w。右下角的子单元包括四个第三颜色像素c及五个全色像素w。
在其他实施例中，也可以是全部子单元均包括四个单颜色的彩色像素及五个全色像素w，或者全部子单元均包括五个单颜色的彩色像素及四个全色像素w，在此不作限制。
例如，图21是本申请实施方式中又一种最小重复单元1912像素排布的示意图。最小重复单元为6行6列36个像素，子单元为3行3列9个像素，排布方式为：
w表示全色像素；a表示多个彩色像素中的第一颜色像素；b表示多个彩色像素中的第二颜色像素；c表示多个彩色像素中的第三颜色像素。
例如，如图21所示，全色像素w设置在第一对角线方向d1(即图21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21中左上角和右下角连接的方向)，第一对角线方向d1与第二对角线方向d2不同。例如，第一对角线和第二对角线垂直。
例如，如图21所示，最小重复单元包括四个子单元，其中部分子单元包括个四个单颜色的彩色像素及五个全色像素w，部分子单元包括五个单颜色的彩色像素及四个全色像素w。例如，左上角的子单元包括五个第一颜色像素a及四个全色像素w。右上角的子单元包括四个第二颜色像素b及五个全色像素w。右下角的子单元包括五个第三颜色像素c及四个全色像素w。
在其他实施例中，也可以是全部子单元均包括四个单颜色的彩色像素及五个全色像素w，或者全部子单元均包括五个单颜色的彩色像素及四个全色像素w，在此不作限制。
例如，图22是本申请实施方式中又一种最小重复单元1913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1914像素排布的示意图。在图22和图23的实施例中，分别对应图20和图21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，在其它实施方式中，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。
例如，图24是本申请实施方式中又一种最小重复单元1915像素排布的示意图。最小重复单元为8行8列64个像素，子单元为4行4列16个像素，排布方式为：
w表示全色像素；a表示多个彩色像素中的第一颜色像素；b表示多个彩色像素中的第二颜色像素；c表示多个彩色像素中的第三颜色像素。
例如，如图24所示，全色像素w设置在第一对角线方向d1(即图24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24中右上角和左下角连接的方向)，第一对角线方向d1与第二对角线方向d2不同。例如，第一对角线和第二对角线垂直。
例如，如图24所示，最小重复单元包括四个子单元，每个子单元均包括个八个单颜色的彩色像素及八个全色像素w。例如，左上角的子单元包括八个第一颜色像素a及八个全色像素w。右上角的子单元包括八个第二颜色像素b及八个全色像素w。右下角的子单元包括八个第三颜色像素c及八个全色像素w。
例如，图25是本申请实施方式中又一种最小重复单元1916像素排布的示意图。最小重复单元为8行8列64个像素，子单元为4行4列16个像素，排布方式为：
w表示全色像素；a表示多个彩色像素中的第一颜色像素；b表示多个彩色像素中的第二颜色像素；c表示多个彩色像素中的第三颜色像素。
例如，如图25所示，全色像素w设置在第一对角线方向d1(即图25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25中左上角和右下角连接的方向)，第一对角线方向d1与第二对角线方向d2不同。例如，第一对角线和第二对角线垂直。
例如，如图25所示，最小重复单元包括四个子单元，每个子单元均包括个八个单颜色的彩色像素及八个全色像素w。例如，左上角的子单元包括八个第一颜色像素a及八个全色像素w。右上角的子单元包括八个第二颜色像素b及八个全色像素w。右下角的子单元包括八个第三颜色像素c及八个全色像素w。
例如，图26是本申请实施方式中又一种最小重复单元1917像素排布的示意图。图27是本申请实施方式中又一种最小重复单元1918像素排布的示意图。在图26和图27的实施例中，分别对应图24和图25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。
最小重复单元中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。此外，最小重复单元中的子单元内的行和列的像素数量也相等。例如，子单元包括但不限于，2行2列、3行3列、4行4列、5行5列的子单元。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。
在一些实施例中，二维像素阵列中的最小重复单元包括多个彩色像素及至少一个全色像素w，其中彩色像素包括至少一个第一颜色像素a、至少两个第二颜色像素b及至少一个第三颜色像素c。至少一个第一颜色像素a与至少一个第三颜色像素c设置在第一对角线方向，至少两个第二颜色像素b设置在第二对角线方向。
例如，图11是本申请实施方式中一种最小重复单元1711的像素排布的示意图；最小重复单元1171包括最小重复单元1711包括一个第一颜色像素a、一个第三颜色像素c、两个第三颜色像素b及四个全色像素w。排布方式为：
w表示全色像素；a表示多个彩色像素中的第一颜色像素；b表示多个彩色像素中的第二颜色像素；c表示多个彩色像素中的第三颜色像素。
例如，如图11所示，第一颜色像素a及第三颜色像素c设置在第一对角线方向d1(即图11中左上角和右下角连接的方向)，第二颜色像素b设置在第二对角线方向(例如图11中左下角和右上角连接的方向)，第一对角线方向d1与第二对角线方向d2不同。例如，第一对角线和第二对角线垂直。全色像素w可设置在最小重复单元中的任意位置上，在此不作限制。
在其他实施例中，全色像素w的个数也可以为一个、两个、三个、五个、十个等，在此不做限制。此外，全色像素w也可以不设置在多个彩色像素之间，例如直接将四个彩色像素设置成拜尔阵列排布的形式，再在该拜尔阵列的外围增加全色像素w等。
以图12所示的最小重复单元1811形成的像素阵列11在后续处理时会把同一子单元中的多个彩色像素的像素值进行叠加处理，如此，会降低最终生成的图像的分辨率。而图11所示的最小重复单元1711直接包含形成彩色图像的所需的所有颜色的像素，该最小重复单元1171的各个彩色像素的像素值无需进行叠加处理，可以使得最终生成的图像具有较高的分辨率。另外，每个最小重复单元1711中均含有全色像素，全色像素w生成的全色图像可以对彩色像素生成的彩色图像进行亮度修正，从而能够提高最终的彩色图像亮度，以获得品质更高的图像。
请参阅图28，本申请提供一种摄像头组件40。摄像头组件40包括上述任意一项实施方式所述的图像传感器10、处理芯片20及镜头30。图像传感器10与处理芯片20电连接。镜头30设置在图像传感器10的光路上。图像传感器10可以接收穿过镜头30的光线以获取原始图像。处理芯片20可以接收图像传感器10输出的图像，并对该图像做后续处理。例如，利用全色像素生成的全色图像来修正彩色像素生成的彩色图像的亮度以获得最终的彩色图像等。
在某些实施方式中，处理芯片20可以根据应用场景的不同选择是否采用全色图像来修正彩色图像的亮度。
例如，在摄像头组件40的剩余电量较高时，采用全色图像来修正彩色图像的亮度以提升彩色图像的成像质量；在摄像头组件40的剩余电量较低时，不对彩色图像的亮度做修正可以降低摄像头组件40的功耗，延长摄像头组件40的续航时间。
再例如，在环境亮度较低时，采用全色图像来修正彩色图像的亮度以提升彩色图像的成像质量；在环境亮度较高时，彩色图像的亮度已经足够亮，此时不对彩色图像的亮度做修正，可以避免摄像头组件40执行不必要的数据处理。
请参阅图29，本申请还提供一种移动终端60。移动终端60可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、智能穿戴设备(如智能手表、智能手环、智能眼镜、智能头盔等)、头显设备、虚拟现实设备等等，在此不做限制。
移动终端60包括壳体50和摄像头组件40。壳体50和摄像头组件40结合。示例地，摄像头组件40可以安装在壳体50上。移动终端60中还可以包括处理器(图未示)。摄像头组件40中的处理芯片20与处理器可为同一个处理器，也可为两个独立的处理器，在此不作限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
全色像素；和
彩色像素，所述彩色像素具有比所述全色像素更窄的光谱响应，所述彩色像素的像素面积大于所述全色像素的像素面积；
所述全色像素的n势阱层的掺杂浓度大于所述彩色像素的n势阱层的掺杂浓度，以使得所述全色像素具有比所述彩色像素更大的满阱容量；和/或
所述全色像素的n势阱层的深度大于所述彩色像素的n势阱层的深度，以使得所述全色像素具有比所述彩色像素更大的满阱容量。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述全色像素的横截面的形状与所述彩色像素的横截面的形状相同，且所述彩色像素的横截面的至少一边的长度大于所述全色像素的横截面的对应边的长度；
当所述彩色像素的横截面的部分边的长度大于所述全色像素的横截面的对应边的长度时，所述彩色像素的横截面的其余部分边的长度等于所述全色像素的横截面的对应边的长度。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述全色像素的横截面与所述彩色像素的横截面均为矩形，且所述彩色像素的横截面的宽度大于所述全色像素的横截面的宽度，所述彩色像素的横截面的长度大于或等于所述全色像素的横截面的长度；或
所述全色像素的横截面与所述彩色像素的横截面均为矩形，且所述彩色像素的横截面的长度大于所述全色像素的横截面的长度，所述彩色像素的横截面的宽度大于或等于所述全色像素的横截面的宽度。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述全色像素的横截面的形状与所述彩色像素的横截面的形状不同，所述彩色像素的横截面的边长数大于所述彩色像素的横截面的边长数，且所述彩色像素的横截面的任一边的长度均大于或等于所述全色像素的横截面的任一边的长度。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述彩色像素的横截面为正八边形，所述全色像素的横截面为正方形，且所述全色像素的横截面的边长与所述彩色像素的横截面的边长相等。
6.根据权利要求1的所述图像传感器，其特征在于，所述彩色像素包括多类，不同类别的所述彩色像素具有不同的光谱响应，具有更宽光谱响应的所述彩色像素的像素面积小于或等于具有更窄光谱响应的所述彩色像素的像素面积。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述全色像素和所述彩色像素形成二维像素阵列，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。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述全色像素和所述彩色像素形成二维像素阵列，所述二维像素阵列包括最小重复单元，在最小重复单元中，包括多个所述彩色像素及至少一个所述全色像素；其中，多个所述彩色像素包括至少一个第一颜色像素、至少两个第二颜色像素及至少一个第三颜色像素，所述至少一个第一颜色像素与所述至少一个第三颜色像素设置在第一对角线方向，所述至少两个第二颜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。
9.一种摄像头组件，其特征在于，包括：
镜头；及
权利要求1-8任意一项所述的图像传感器，所述图像传感器接收穿过所述镜头的光线以获取原始图像。
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。
技术总结