專利名稱：攝像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于拍攝、記錄以及再現(xiàn)靜止圖像和運(yùn)動(dòng)圖像的攝像設(shè)備，特別涉及在圖像傳感器前面具有微透鏡陣列的攝像設(shè)備，該圖像傳感器為攝像設(shè)備的構(gòu)成要素。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，存在許多諸如如下的電子照相機(jī)等的攝像設(shè)備，其通過(guò)使用具有固態(tài)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)卡作為記錄介質(zhì)來(lái)記錄和再現(xiàn)由諸如CCD或CMOS等的固態(tài)圖像傳感器所拍攝的靜止圖像和運(yùn)動(dòng)圖像。作為用于這種攝像設(shè)備的技術(shù)的例子，已提出具有將如下的微透鏡陣列配置在固態(tài)圖像傳感器的前面的結(jié)構(gòu)的攝像設(shè)備，其中，微透鏡陣列以使每個(gè)透鏡與多個(gè)像素相對(duì)應(yīng)的方式來(lái)配置透鏡，借此也獲得與入射到圖像傳感器上的光線的入射方向相關(guān)的信息(例如，參照 Ren.Ng et al.“Light Field Photography with a Hand-Held PlenopticCamera”，Stanford Tech Report CTSR2005-02)。這種攝像設(shè)備除了能夠根據(jù)來(lái)自各個(gè)像素的輸出信號(hào)生成通常的拍攝圖像外，還能夠通過(guò)對(duì)所拍攝圖像進(jìn)行預(yù)定的圖像處理來(lái)重構(gòu)聚焦于任意距離的圖像。然而，攝像設(shè)備，不僅是具有如上所述的微透鏡陣列的攝像設(shè)備，具有以下問(wèn)題。特別是，經(jīng)常存在以下情況:在常用攝像設(shè)備中使用的圖像傳感器具有用于確定輸出信號(hào)的基準(zhǔn)電平并且包括多個(gè)光學(xué)地遮光的光學(xué)黑像素(0B像素)的OB區(qū)域。當(dāng)所述OB像素配置在用于接收來(lái)自被攝體的光的有效像素區(qū)域內(nèi)時(shí)，該像素區(qū)域的光信號(hào)不能被接收，因此，經(jīng)常將所述OB像素配置于諸如有效像素區(qū)域的上側(cè)、左側(cè)等的有效像素區(qū)域的周邊，而不是有效像素區(qū)域內(nèi)。然而，對(duì)諸如本說(shuō)明書給出的實(shí)施例中所描述的，具有包括如下微透鏡的微透鏡陣列的攝像設(shè)備中的所述OB區(qū)域沒(méi)有給予考慮，其中，每個(gè)微透鏡與多個(gè)像素相對(duì)應(yīng)。此外，如果所述基準(zhǔn)電平在攝像面內(nèi)二維地改變，則難以基于來(lái)自周邊的OB區(qū)域的輸出信號(hào)確定有效像素區(qū)域的基準(zhǔn)電平，因此可能引起所獲得的圖像的劣化。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)考慮到上述情形而作出本發(fā)明，并且本發(fā)明提供包括由各自與多個(gè)像素相對(duì)應(yīng)的微透鏡所組成的微透鏡陣列的如下的攝像設(shè)備，其中，可以在不增加新的構(gòu)成要素的情況下獲得有效像素區(qū)域中的精細(xì)的基準(zhǔn)電平。根據(jù)本發(fā)明，提供一種攝像設(shè)備，包括:光電轉(zhuǎn)換單元，其對(duì)穿過(guò)攝像鏡頭的入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并輸出電信號(hào)，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括多個(gè)二維地配置的像素；以及多個(gè)微透鏡，其形成在所述攝像鏡頭和所述光電轉(zhuǎn)換單元之間，所述多個(gè)微透鏡與所述光電轉(zhuǎn)換單元中的多個(gè)區(qū)域分別相對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述區(qū)域包括預(yù)定數(shù)量的像素，其中，在所述多個(gè)區(qū)域所包括的像素中，將在每個(gè)區(qū)域中由以下特性導(dǎo)致光的接收量小的像素配置為在計(jì)算輸出自所述光電轉(zhuǎn)換單元的電信號(hào)的基準(zhǔn)值時(shí)所使用的像素，該特性為包括所述攝像鏡頭和所述微透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的特性、以及所述光電轉(zhuǎn)換單元的特性。根據(jù)本發(fā)明，提供一種攝像設(shè)備，包括:光電轉(zhuǎn)換單元，其對(duì)穿過(guò)攝像鏡頭的入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并輸出電信號(hào)，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括多個(gè)二維地配置的像素；以及多個(gè)微透鏡，其形成在所述攝像鏡頭和所述光電轉(zhuǎn)換單元之間，所述多個(gè)微透鏡與所述光電轉(zhuǎn)換單元中的多個(gè)區(qū)域分別相對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述區(qū)域包括預(yù)定數(shù)量的像素，其中，在所述多個(gè)區(qū)域所包括的像素中，將配置在所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域的最外側(cè)部分處的像素配置為在計(jì)算輸出自所述光電轉(zhuǎn)換單元的電信號(hào)的基準(zhǔn)值時(shí)所使用的像素。通過(guò)以下(參考附圖)對(duì)典型實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明的其它特征將變得明顯。


包含在說(shuō)明書中并構(gòu)成說(shuō)明書的一部分的附圖示出本發(fā)明的典型實(shí)施例，并和說(shuō)明書一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)周邊的構(gòu)成要素的框圖。圖3A和3B是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器的示意性結(jié)構(gòu)的圖。圖4A和4B是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器中的像素結(jié)構(gòu)的圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備中的來(lái)自被攝體的光線軌跡圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備中的來(lái)自不同位置處的被攝體的光線軌跡圖。圖7是二維地示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備中的光線軌跡圖。圖8A和SB是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器中的像素結(jié)構(gòu)的圖。圖9是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基準(zhǔn)電平計(jì)算方法的例子的圖。
具體實(shí)施例方式下面將根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的典型實(shí)施例。實(shí)施例中示出的組成部分的尺寸、形狀和相對(duì)位置可根據(jù)多種情況和適于本發(fā)明的設(shè)備的結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)馗淖儯景l(fā)明不限于這里描述的實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)的框圖。在圖1中，附圖標(biāo)記101表示包括攝像鏡頭、光圈和微透鏡的光學(xué)系統(tǒng)，以及102是機(jī)械快門。圖像傳感器103將入射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，且包括將入射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換單元104和放大所述電信號(hào)的放大器電路105。模擬信號(hào)處理電路106對(duì)輸出自圖像傳感器103的圖像信號(hào)進(jìn)行模擬信號(hào)處理。模擬信號(hào)處理電路106包括進(jìn)行相關(guān)雙采樣的CDS電路107、放大模擬信號(hào)的信號(hào)放大器108、進(jìn)行水平OB箝位的箝位電路109以及將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器110。定時(shí)信號(hào)生成電路111生成用于操作圖像傳感器103和模擬信號(hào)處理電路106的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路112驅(qū)動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)101和機(jī)械快門102。數(shù)字信號(hào)處理電路113包括對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的校正處理的圖像校正電路114、放大經(jīng)圖像校正電路114校正的數(shù)字信號(hào)的信號(hào)放大電路115和對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的圖像處理的圖像處理電路116。利用這些構(gòu)成要素，數(shù)字信號(hào)處理電路113對(duì)拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的數(shù)字信號(hào)處理。
附圖標(biāo)記117是存儲(chǔ)已處理的圖像數(shù)據(jù)的圖像存儲(chǔ)器，118是可從攝像設(shè)備移除的記錄介質(zhì)，以及119是將經(jīng)過(guò)信號(hào)處理的圖像數(shù)據(jù)記錄到記錄介質(zhì)118的記錄電路。附圖標(biāo)記120是顯示經(jīng)過(guò)信號(hào)處理的圖像數(shù)據(jù)的圖像顯示裝置，以及121是用于將圖像顯示到圖像顯示裝置120上的顯示電路。系統(tǒng)控制單元122對(duì)攝像設(shè)備進(jìn)行總體控制。非易失性存儲(chǔ)器(ROM) 123存儲(chǔ)寫入了系統(tǒng)控制單元122所執(zhí)行的控制方法的程序、在執(zhí)行所述程序中使用的諸如參數(shù)和表格等的控制數(shù)據(jù)、以及諸如缺陷地址等的校正數(shù)據(jù)。在控制該攝像設(shè)備時(shí)，將存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器123的所述程序、控制數(shù)據(jù)和校正數(shù)據(jù)傳送并存儲(chǔ)到系統(tǒng)控制單元122所使用的易失性存儲(chǔ)器(RAM) 124中。具有上述結(jié)構(gòu)的攝像設(shè)備的拍攝操作說(shuō)明如下。在拍攝操作之前，在諸如攝像設(shè)備電源開啟時(shí)等的系統(tǒng)控制單元122開始工作時(shí)，將必要的程序、控制數(shù)據(jù)和校正數(shù)據(jù)從非易失性存儲(chǔ)器123傳送并存儲(chǔ)到易失性存儲(chǔ)器124。系統(tǒng)控制單元122在控制攝像設(shè)備時(shí)使用所述程序和數(shù)據(jù)。此外，需要時(shí)，將附加程序和數(shù)據(jù)從非易失性存儲(chǔ)器123傳送到易失性存儲(chǔ)器124，或者系統(tǒng)控制單元122直接從非易失性存儲(chǔ)器123讀出并使用所述數(shù)據(jù)。首先，光學(xué)系統(tǒng)101響應(yīng)于來(lái)自系統(tǒng)控制單元122的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)諸如鏡頭等的光學(xué)系統(tǒng)101，并在圖像傳感器103上形成被控制成具有適當(dāng)亮度的被攝體的圖像。接著，在拍攝靜止圖像時(shí)，響應(yīng)于來(lái)自系統(tǒng)控制單元122的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)機(jī)械快門102以使得隨著圖像傳感器103的操作而對(duì)圖像傳感器103遮光，從而獲得所需的曝光時(shí)間段。此時(shí)，在圖像傳感器103具有電子快門功能的情況下，可通過(guò)和機(jī)械快門102 —同使用圖像傳感器103的電子快門功能來(lái)確保所需曝光時(shí)間段。當(dāng)拍攝運(yùn)動(dòng)圖像以及在實(shí)時(shí)取景下被驅(qū)動(dòng)時(shí)，響應(yīng)于來(lái)自系統(tǒng)控制單元122的控制信號(hào)，將機(jī)械快門102維持在完全打開狀態(tài)，以使拍攝過(guò)程中圖像傳感器103持續(xù)曝光。利用基于由系統(tǒng)控制單元122控制的定時(shí)信號(hào)生成電路111所生成的操作脈沖的驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)圖像傳感器103。光電轉(zhuǎn)換單元104通過(guò)使用光電轉(zhuǎn)換將被攝體的圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以及放大器電路105將電信號(hào)乘以增益，并且輸出該乘積作為模擬圖像信號(hào)，所述增益為根據(jù)入射光的量所設(shè)置的放大率。響應(yīng)于由系統(tǒng)控制單元122控制的定時(shí)信號(hào)生成電路111所生成的操作脈沖，在模擬信號(hào)處理電路106的CDS電路107中，將時(shí)鐘同步噪聲從輸出自圖像傳感器103的模擬圖像信號(hào)中移除。此外，信號(hào)放大器108將圖像信號(hào)與作為根據(jù)入射光的量所設(shè)置的放大率的增益相乘，且箝位電路109對(duì)輸出自水平OB區(qū)域的信號(hào)箝位以作為基準(zhǔn)電壓，且A/D轉(zhuǎn)換器110將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)。 接著，在由系統(tǒng)控制單元122控制的數(shù)字信號(hào)處理電路113中，對(duì)輸出自模擬信號(hào)處理電路106的數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行處理。首先，圖像校正電路114進(jìn)行多種類型的圖像校正處理，諸如對(duì)已轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的圖像信號(hào)進(jìn)行缺陷校正和暗遮光校正等。針對(duì)諸如暗遮光校正等的用于實(shí)現(xiàn)均勻暗電平的校正，使用將于后面說(shuō)明的來(lái)自基準(zhǔn)值計(jì)算像素(0B像素)的輸出信號(hào)。在此之后，信號(hào)放大電路115將信號(hào)乘以作為根據(jù)入射光的量所設(shè)置的放大率的增益，圖像處理電路116進(jìn)行包括諸如顏色轉(zhuǎn)換、白平衡和伽馬校正等的圖像處理、分辨率轉(zhuǎn)換處理和圖像壓縮處理的多種類型的圖像處理。此外，圖像處理電路116能夠通過(guò)使用由Ren.Ng等公開的方法進(jìn)行例如再聚焦處理(該處理用于根據(jù)輸出自圖像傳感器103的電信號(hào)生成多個(gè)圖像，其中每個(gè)圖像聚焦于任意距離)。此時(shí)，圖像存儲(chǔ)器117用于暫時(shí)存儲(chǔ)圖像處理中的數(shù)字圖像信號(hào)，或者存儲(chǔ)作為已經(jīng)過(guò)信號(hào)處理的數(shù)字圖像信號(hào)的圖像數(shù)據(jù)。通過(guò)記錄電路119將在數(shù)字信號(hào)處理電路113中經(jīng)過(guò)信號(hào)處理的圖像數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器117中的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合于記錄介質(zhì)118的數(shù)據(jù)(例如，具有分層結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)數(shù)據(jù))，然后將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到記錄介質(zhì)118?；蛘?，例如，通過(guò)顯示電路121將在數(shù)字信號(hào)處理電路113中經(jīng)過(guò)分辨率轉(zhuǎn)換處理的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于圖像顯示裝置120的信號(hào)(例如，NTSC類型的模擬信號(hào)等)，然后顯示在圖像顯示裝置120上。這里，在數(shù)字信號(hào)處理電路113中，響應(yīng)于來(lái)自系統(tǒng)控制單元122的控制信號(hào)，可以將數(shù)字圖像信號(hào)在不進(jìn)行信號(hào)處理的情況下作為圖像數(shù)據(jù)輸出到圖像存儲(chǔ)器117和記錄電路119。此外，如果存在來(lái)自系統(tǒng)控制單元122的請(qǐng)求，則數(shù)字信號(hào)處理電路113輸出在圖像處理期間所生成的數(shù)字圖像信號(hào)和圖像數(shù)據(jù)信息給系統(tǒng)控制單元122。例如，所述圖像數(shù)據(jù)信息包括關(guān)于圖像的空間頻率、特定區(qū)域的平均值、壓縮圖像的數(shù)據(jù)量等的信息，或者由此提取的信息。另外，如果存在來(lái)自系統(tǒng)控制單元122的請(qǐng)求，則記錄電路119輸出關(guān)于記錄介質(zhì)118的類型、可用空間等的信息給系統(tǒng)控制單元122。接著，將說(shuō)明在圖像數(shù)據(jù)記錄到記錄介質(zhì)118時(shí)所進(jìn)行的再現(xiàn)操作。響應(yīng)于來(lái)自系統(tǒng)控制單元122的控制信號(hào)，記錄電路119從記錄介質(zhì)118讀出圖像數(shù)據(jù)。然后，類似地，響應(yīng)于來(lái)自系統(tǒng)控制單元122的控制信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理電路113在所讀出的圖像數(shù)據(jù)為壓縮圖像的情況下對(duì)所讀出的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像解壓縮處理，并將該圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到圖像存儲(chǔ)器117。另外，存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器117中的圖像數(shù)據(jù)由數(shù)字信號(hào)處理電路113進(jìn)行分辨率轉(zhuǎn)換處理，之后由顯示電路121轉(zhuǎn)換成適合于圖像顯示裝置120的信號(hào)，然后顯示在圖像顯示裝置120上。圖2是示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的攝像設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)周邊的構(gòu)成要素的框圖。在圖2中，攝像鏡頭201和光圈204 —起構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)101。微透鏡陣列202和傳感器陣列203是圖像傳感器103的構(gòu)成要素。附圖標(biāo)記205表示被攝體。圖2示出的其它構(gòu)成要素與和圖1相關(guān)聯(lián)所描述的相同，因而這里不再給出說(shuō)明。在通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路112打開機(jī)械快門102和光圈204的狀態(tài)下，通過(guò)攝像鏡頭201將被攝體205的圖像形成在圖像傳感器103上。入射到圖像傳感器103上的光信號(hào)被微透鏡陣列202中的各個(gè)微透鏡進(jìn)一步會(huì)聚，并入射到傳感器陣列203的各個(gè)像素上。下文將參照?qǐng)D4A和4B說(shuō)明微透鏡陣列202和傳感器陣列203的結(jié)構(gòu)。對(duì)入射到傳感器陣列203上的光信號(hào)在各個(gè)像素中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并作為電信號(hào)輸出。此后的處理與參考圖1所描述的相同。圖3A和3B是示出本實(shí)施例的攝像設(shè)備的圖像傳感器103的示意性結(jié)構(gòu)的圖。如圖3A中所示，圖像傳感器103包括像素區(qū)域302和外圍電路，在像素區(qū)域302中多個(gè)像素301配置成陣列。該外圍電路包括垂直移位寄存器303、讀出電路304、水平移位寄存器305、輸出放大器306、驅(qū)動(dòng)信號(hào)線307、垂直信號(hào)線308等等。經(jīng)由驅(qū)動(dòng)信號(hào)線307，為配置在各行的各個(gè)像素發(fā)送來(lái)自垂直移位寄存器303的驅(qū)動(dòng)脈沖。為簡(jiǎn)化附圖，以針對(duì)各行提供單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)線的方式示出驅(qū)動(dòng)信號(hào)線307，但實(shí)際上，每一行連接有多個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)線。此外，將對(duì)齊于同一列中的像素連接到同一垂直信號(hào)線308。將由垂直移位寄存器303所選擇的行的像素信號(hào)經(jīng)由垂直信號(hào)線308輸出至讀出電路304，并且將由水平移位寄存器305所選擇的列的像素信號(hào)順次經(jīng)由輸出放大器306輸出。圖3A和3B示出像素區(qū)域302具有8列和8行的像素301的結(jié)構(gòu)，但實(shí)際上，像素區(qū)域302由數(shù)千列和數(shù)千行的像素組成。圖3B是示出如圖3A所示的像素301的結(jié)構(gòu)的電路圖。如圖3B所示，像素301包括光電二極管401、浮動(dòng)擴(kuò)散單元402、放大器單元403、傳送開關(guān)404、復(fù)位開關(guān)405和選擇開關(guān)406。光電二極管401用作接收入射到像素301上的光的光電轉(zhuǎn)換單元，并根據(jù)所接收的光的量生成信號(hào)電荷。浮動(dòng)擴(kuò)散單元402用作暫時(shí)存儲(chǔ)由光電二極管401生成且被傳送的電荷、并將所保持的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的電荷電壓轉(zhuǎn)換單元。利用傳送脈沖信號(hào)PTX驅(qū)動(dòng)傳送開關(guān)404,并傳送由光電二極管401生成的信號(hào)電荷。復(fù)位開關(guān)405由復(fù)位脈沖信號(hào)PRES驅(qū)動(dòng)，并將浮動(dòng)擴(kuò)散部402的電位復(fù)位到參考電位VDD。放大器單元403是源極跟隨MOS晶體管，并且放大基于浮動(dòng)擴(kuò)散單元402所保持的電荷的電壓信號(hào)，并輸出作為像素信號(hào)的信號(hào)。選擇開關(guān)406由垂直選擇脈沖信號(hào)PSEL驅(qū)動(dòng)，并將由放大器單兀403放大的像素信號(hào)輸出至垂直信號(hào)線308。圖4A和4B是示出構(gòu)成本實(shí)施例中的圖像傳感器103的傳感器陣列203的像素和微透鏡陣列202之間的相對(duì)配置的圖。在圖4A中，附圖標(biāo)記501表示對(duì)應(yīng)于重構(gòu)圖像中的單個(gè)像素的記錄像素單元，以及附圖標(biāo)記502表示配置在構(gòu)成記錄像素單元501的8列和8行中的如下的像素，其中，各像素按各光電轉(zhuǎn)換單元來(lái)設(shè)置并且各像素與圖3A和3B中所描述的像素301相對(duì)應(yīng)。附圖標(biāo)記503表不與像素單兀501 對(duì)應(yīng)地配置的微透鏡。將利用圖4A和4B示出的傳感器陣列203來(lái)描述本實(shí)施例，在傳感器陣列203中，記錄像素單元501以4列和4行配置,每個(gè)記錄像素單元501包括以8列和8行配置的像素502。圖4B是示出記錄像素單元501的放大圖。在本實(shí)施例的以下描述中，如圖4B所示，以從a00到a77的編號(hào)對(duì)64個(gè)像素進(jìn)行標(biāo)記。圖5是示出入射到本實(shí)施例的攝像設(shè)備上的光線的光線軌跡的圖，該光線來(lái)自位于多個(gè)距離處的被攝體。在圖5中，被攝體701a是位于這樣位置上的被攝體，在該位置處，攝像鏡頭201將被攝體701a的圖像形成在包含微透鏡陣列202的平面A上。在來(lái)自被攝體701a的光線中，用實(shí)線表示穿過(guò)攝像鏡頭201的最外周、且經(jīng)由光軸上的微透鏡入射到傳感器陣列203上的光線。被攝體701b是從攝像鏡頭201處觀察、位置相對(duì)于被攝體701a更遠(yuǎn)的被攝體。由攝像鏡頭201形成的被攝體701b的圖像形成在比包括微透鏡陣列202的平面A更靠近攝像鏡頭201的平面B上。在來(lái)自被攝體70Ib的光線中，用虛線表示穿過(guò)攝像鏡頭201的最外周、且經(jīng)由光軸上的微透鏡入射到傳感器陣列203上的光線。被攝體701c是從攝像鏡頭201處觀察、位置比被攝體701a更靠近攝像鏡頭201的被攝體，由攝像鏡頭201形成的被攝體701c的圖像形成在比包括微透鏡陣列202的平面A更遠(yuǎn)離攝像鏡頭201的平面C上。在來(lái)自被攝體器701c的光線中，用虛線兩點(diǎn)線表示穿過(guò)攝像鏡頭201的最外周、且經(jīng)由光軸上的微透鏡入射到傳感器陣列203上的光線。如由圖5示出的各光線的光線軌跡所表示的那樣，根據(jù)攝像鏡頭201到被攝體701的距離，光線入射到傳感器陣列203的不同像素上?；谶@一事實(shí)，利用具有上述結(jié)構(gòu)的攝像設(shè)備，重構(gòu)拍攝后的圖像信號(hào)，從而能夠生成聚焦于不同距離處的被攝體的圖像。圖6是示出從多個(gè)位置處的被攝體入射到本實(shí)施例的攝像設(shè)備的光線的光線軌跡的圖。在圖6中，被攝體801a是位于這樣位置上的被攝體，在該位置處，攝像鏡頭201將被攝體801a的圖像形成在包括微透鏡陣列202的平面A上的微透鏡802a上。在來(lái)自被攝體801a的光線中，用實(shí)線表示穿過(guò)攝像鏡頭201的最外周、且經(jīng)由微透鏡802a入射到傳感器陣列203上的光線。這些光線到達(dá)傳感器陣列203上的記錄像素單元803a。被攝體801b是位于這樣位置處的物體，從攝像鏡頭201處觀察、該位置以與被攝體801a相同的距離遠(yuǎn)離攝像鏡頭201，并且在該位置處、攝像鏡頭201將被攝體801b的圖像形成在包括微透鏡陣列202的平面A上的微透鏡802b上。在來(lái)自被攝體801b的光線中，用虛線表示穿過(guò)攝像鏡頭201的最外周、且經(jīng)由微透鏡802b入射到傳感器陣列203上的光線。這些光線經(jīng)由傳感器陣列203到達(dá)記錄像素單元803b。在根據(jù)本發(fā)明的攝像設(shè)備的實(shí)施例中，為了最有效地使用傳感器陣列203的像素，配置微透鏡陣列202以使得作為透鏡的特征之一的F值在攝像鏡頭201和微透鏡之間一致。如果在這里假定攝像鏡頭201的開口直徑由D表示，從攝像鏡頭201到微透鏡陣列202的距離由F表示，記錄像素單元501的一邊的長(zhǎng)度由d表示，從微透鏡陣列202到傳感器陣列203的距離由f表示，則以下關(guān)系成立:D/F=d/f在上述配置的情況下，在來(lái)自被攝體801a的光線中，如圖6中的實(shí)線所示，穿過(guò)攝像鏡頭201的最外周、且經(jīng)由微透鏡802a入射到傳感器陣列203的記錄像素單元803a上的光線到達(dá)相對(duì)于記錄像素單元803a的中心的距離為d/2的位置。同樣地，在來(lái)自被攝體801b的光線中，如圖6中的虛線所示，穿過(guò)攝像鏡頭201的最外周、且經(jīng)由微透鏡802b入射到傳感器陣列203的記錄像素單元803b上的光線到達(dá)相對(duì)于記錄像素單元803b的中心的距離為d/2的位置。此時(shí)，任何光線不到達(dá)遠(yuǎn)離與各微透鏡相對(duì)應(yīng)的記錄像素單元的位置，因此，可以防止如下情況:由于傳感器陣列上的光信號(hào)的重疊而不能進(jìn)行圖像的重構(gòu)(再聚焦)。圖7是二維地示出根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備中的入射光線的光線軌跡的圖。在圖7中，附圖標(biāo)記902表不微透鏡陣列202的微透鏡中的一個(gè)微透鏡，以及903表不傳感器陣列表面。穿過(guò)光圈204的中心p0的光線入射到傳感器陣列表面903與光軸相交的點(diǎn)p0’。來(lái)自被攝體且穿過(guò)光圈204的開口的外周上的點(diǎn)pi的光線入射到傳感器陣列表面903上的點(diǎn)Pi’，該被攝體位于如下的位置上，在該位置處，攝像鏡頭201將該被攝體的圖像形成在包括微透鏡陣列202的平面上。同樣，穿過(guò)光圈204的開口的外周上的其它點(diǎn)p2和p3的光線分別入射到傳感器陣列表面903上的點(diǎn)p2’和p3’。如上所述，理論上，在來(lái)自被攝體的光線中，所有穿過(guò)光圈204和微透鏡902的光線入射到傳感器陣列表面903上的圓904的內(nèi)側(cè)，且不到達(dá)圓904的外側(cè)，該被攝體位于如下的位置上，在該位置處，攝像鏡頭201將該被攝體的圖像形成在包括微透鏡陣列202的平面上。因而，除了少量的雜散光和重像光，沒(méi)有光線到達(dá)傳感器陣列表面903上的像素a00、a07、a70 和 a77。
對(duì)于來(lái)自位于與以下位置不同的位置處的被攝體的光線也同樣，其中，在該位置上，攝像鏡頭201將該被攝體的圖像形成在包括微透鏡陣列202的面上。換句話說(shuō)，由傳感器陣列表面903上的像素a00、a07、a70和a77所接收并且在重構(gòu)圖像的生成時(shí)有效的光線的量小于在微透鏡的光軸周圍的像素的光線的量，從而對(duì)再聚焦處理的影響小。具體而言，由于圖像傳感器103以及包括攝像鏡頭201和微透鏡陣列202的光學(xué)系統(tǒng)的特性(即，如上所述的D、F、d和f等)，位于記錄像素單元501的四個(gè)角的像素a00、a07、a70和a77具有相對(duì)小的接收光的量。因此，可以說(shuō)這些像素對(duì)于再聚焦處理是無(wú)效的。圖8A和8B是示出本實(shí)施例的攝像設(shè)備中的像素結(jié)構(gòu)的圖。圖8A是參照?qǐng)D4A描述的傳感器陣列203的布局圖，且圖SB是作為參照?qǐng)D4B所述的傳感器陣列203的構(gòu)成要素的記錄像素單元501和像素502的結(jié)構(gòu)圖。在圖8B中，如參照?qǐng)D7描述的，位于記錄像素單元501的四個(gè)角的像素a00、a07、a70和a77是布置在不適合于后續(xù)所進(jìn)行的再聚焦處理的區(qū)域中的像素，因此將這些像素作為OB像素使用。在圖8A和SB中，作為OB像素使用的像素具有灰色陰影，且作為有效像素使用的像素以白色示出。作為OB像素使用的四個(gè)像素利用鋁布線進(jìn)行遮光，以提高遮光效果。圖9是示出在本實(shí)施例的攝像設(shè)備中基準(zhǔn)電平的計(jì)算方法的例子的圖。將參照?qǐng)D9說(shuō)明用于通過(guò)使用圖8B示出的像素結(jié)構(gòu)中的OB像素a00、a07、a70和a77的輸出信號(hào)值來(lái)計(jì)算像素amn的基準(zhǔn)電平的方法。這種計(jì)算方法是假設(shè)OB像素的基準(zhǔn)電平與相對(duì)于OB像素距離成比例地線性變化來(lái)進(jìn)行計(jì)算的方法。OB像素a00、a07、a70和a77的輸出信號(hào)的值分別用B(0，0)，B(0，7)，B (7，0)和B (7，7)表示。像素aOn是位于這樣位置上的像素，在該位置處，OB像素aOO和OB像素a07之間的距離被內(nèi)分為n:7-n。因此，像素aON的基準(zhǔn)電平B(0，n)表示如下:B (0，n) = (l_n/7) B (0，0) +n/7 B (0，7)。類似地,像素a7n是位于這樣位置上的像素,在該位置處，OB像素a70和OB像素a77之間的距離被內(nèi)分成n:7-n，因此，像素a7n的基準(zhǔn)電平B(7，n)的表示如下:B (7，n) = (l_n/7) B (7，0) +n/7 B (7，7)。相同的計(jì)算適用于垂直方向。像素amn是位于這樣位置上的像素，在該位置處，OB像素aOn和OB像素a7n之間的距離被內(nèi)分成m:7_m，因此，像素amn的基準(zhǔn)電平B(m，n)表示如下:B (m, n) = (l-m/7) (l_n/7) B (0, 0)+(l-m/7) n/7 B(0，7)+m/7 (l-n/7) B(7, 0)+m/7 n/7 B (7，7)。如上所述，基于本實(shí)施例的攝像設(shè)備通過(guò)將OB像素配置在有效像素區(qū)域內(nèi)，可獲得比傳統(tǒng)技術(shù)更詳細(xì)和更精確的基準(zhǔn)電平。因而，通過(guò)使用上述基準(zhǔn)電平進(jìn)行暗電平校正等，可實(shí)現(xiàn)能夠提供具有良好圖像質(zhì)量的圖像的攝像設(shè)備。雖然上面參照?qǐng)D1至圖9描述了根據(jù)本發(fā)明的攝像設(shè)備的實(shí)施例，但本發(fā)明不限于此，本發(fā)明能夠采取多種形式。例如，在根據(jù)本發(fā)明的攝像設(shè)備的實(shí)施例的像素結(jié)構(gòu)中，為了便于理解像素結(jié)構(gòu)，利用8X8像素來(lái)配置單個(gè)記錄像素單元。然而，本發(fā)明不限于此，可以以任意形狀、利用任意數(shù)目的像素來(lái)配置單個(gè)記錄像素單元。此外，在根據(jù)本發(fā)明的攝像設(shè)備的實(shí)施例的像素結(jié)構(gòu)中，將位于最外側(cè)區(qū)域的特定位置、并且對(duì)穿過(guò)光圈204和微透鏡902并用于后續(xù)的再聚焦處理的光線的接收量小的像素用作OB像素。然而，本發(fā)明不限于此，可以將更多的像素作為OB像素使用，諸如使用如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，將可能用于再聚焦處理的光線的接收量小的像素和該像素周圍的像素用作OB像素。在這種情況下，期望利用鋁對(duì)用作OB像素的像素遮光，以使得光線不到達(dá)所述像素。在根據(jù)本發(fā)明的攝像設(shè)備的實(shí)施例的像素結(jié)構(gòu)的例子中，OB像素利用鋁布線遮光，但本發(fā)明不限于此。OB像素可通過(guò)任何其它方法遮光。例如，如下結(jié)構(gòu)是可能的:在該結(jié)構(gòu)中，將黑色濾色器布置在OB像素的前面，從而產(chǎn)生遮光效果?？蛇x地，在將本發(fā)明的OB像素用于電路系統(tǒng)的遮光校正的情況下，例如，代替使用如上所述的遮光構(gòu)件，可以使用不傳送光電轉(zhuǎn)換單元中所生成的電荷的結(jié)構(gòu)、或者不包括光電轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)。更具體來(lái)說(shuō)，作為OB像素使用的像素可以配置成通過(guò)將圖3B示出的傳送開關(guān)404設(shè)置為總是斷開而不傳送由光電二極管401所生成的信號(hào)電荷。也可以使用如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，不設(shè)置光電二極管401和傳送開關(guān)404，并且總是讀出與基準(zhǔn)電位VDD相對(duì)應(yīng)的復(fù)位電平。此外，在參考圖9說(shuō)明的針對(duì)每個(gè)像素計(jì)算基準(zhǔn)電平的方法的例子中，根據(jù)距四個(gè)OB像素的距離來(lái)計(jì)算每個(gè)像素的基準(zhǔn)值。然而，本發(fā)明不限于此。例如，可以使用如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，針對(duì)屬于記錄像素單元501的OB像素502，將屬于記錄像素單元501的四個(gè)OB像素的輸出值的平均值統(tǒng)一設(shè)置為記錄像素單元501的像素的基準(zhǔn)電平。基于該結(jié)構(gòu)，可減少計(jì)算量。此外，在參照?qǐng)D1說(shuō)明的本發(fā)明的實(shí)施例中，作為攝像設(shè)備的構(gòu)成要素的數(shù)字信號(hào)處理電路113進(jìn)行諸如圖像重構(gòu)等的圖像處理，但該圖像處理并非必需在攝像設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。具體地，可使用如下結(jié)構(gòu)，其中，將圖像處理單元設(shè)置在與所述攝像設(shè)備分開的、諸如PC (個(gè)人計(jì)算機(jī))等的設(shè)備中，將通過(guò)攝像設(shè)備獲得的拍攝數(shù)據(jù)傳送到PC，并在PC中進(jìn)行圖像處理。盡管已經(jīng)參考典型實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的典型實(shí)施例。所附權(quán)利要求書的范圍符合最寬的解釋，以包含所有這類修改、等同配置和功倉(cāng)泛。
權(quán)利要求
1.一種攝像設(shè)備，包括: 光電轉(zhuǎn)換單元，其對(duì)穿過(guò)攝像鏡頭的入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并輸出電信號(hào)，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括多個(gè)二維地配置的像素；以及 多個(gè)微透鏡，其形成在所述攝像鏡頭和所述光電轉(zhuǎn)換單元之間，所述多個(gè)微透鏡與所述光電轉(zhuǎn)換單元中的多個(gè)區(qū)域分別相對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述區(qū)域包括預(yù)定數(shù)量的像素， 其中，在所述多個(gè)區(qū)域所包括的像素中，將在每個(gè)區(qū)域中由以下特性導(dǎo)致光的接收量小的像素配置為在計(jì)算輸出自所述光電轉(zhuǎn)換單元的電信號(hào)的基準(zhǔn)值時(shí)所使用的像素，該特性為包括所述攝像鏡頭和所述微透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的特性、以及所述光電轉(zhuǎn)換單元的特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其中，在計(jì)算所述基準(zhǔn)值時(shí)所使用的像素是被遮光的像素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其中，在計(jì)算所述基準(zhǔn)值時(shí)所使用的像素是具有如下配置的像素，在該配置中不將經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其中，在計(jì)算所述基準(zhǔn)值時(shí)所使用的像素是不具有用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)的像素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的攝像設(shè)備，其中，在計(jì)算所述基準(zhǔn)值時(shí)所使用的像素配置在所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域的最外側(cè)部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其中，還包括:再聚焦圖像生成單元，其根據(jù)輸出自所述光電轉(zhuǎn)換單元的電信號(hào)，進(jìn)行用于生成聚焦于任意距離的圖像的再聚焦處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像設(shè)備，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)的特性是所述微透鏡的F值，且所述F值在所述攝像鏡頭和所述微透鏡之間一致。
8.一種攝像設(shè)備，包括: 光電轉(zhuǎn)換單元，其對(duì)穿過(guò)攝像鏡頭的入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并輸出電信號(hào)，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括多個(gè)二維地配置的像素；以及 多個(gè)微透鏡，其形成在所述攝像鏡頭和所述光電轉(zhuǎn)換單元之間，所述多個(gè)微透鏡與所述光電轉(zhuǎn)換單元中的多個(gè)區(qū)域分別相對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述區(qū)域包括預(yù)定數(shù)量的像素， 其中，在所述多個(gè)區(qū)域所包括的像素中，將配置在所述多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域的最外側(cè)部分處的像素配置為在計(jì)算輸出自所述光電轉(zhuǎn)換單元的電信號(hào)的基準(zhǔn)值時(shí)所使用的像素。
全文摘要
一種攝像設(shè)備，包括光電轉(zhuǎn)換單元，其對(duì)穿過(guò)攝像鏡頭的入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并輸出電信號(hào)，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括多個(gè)二維地配置的像素；以及多個(gè)微透鏡，其形成于所述攝像鏡頭和所述光電轉(zhuǎn)換單元之間。所述多個(gè)微透鏡分別與所述光電轉(zhuǎn)換單元中的多個(gè)區(qū)域相對(duì)應(yīng)，且每個(gè)所述區(qū)域包括預(yù)定數(shù)量的像素。在所述像素中，每個(gè)所述區(qū)域中光的接收量小的像素由包括所述攝像鏡頭和所述微透鏡的光學(xué)系統(tǒng)的特性和所述光電轉(zhuǎn)換單元的特性確定，且被配置為在用于輸出自所述光電轉(zhuǎn)換單元的所述電信號(hào)的基準(zhǔn)值的計(jì)算中使用的像素。
文檔編號(hào)G03B13/34GK103209301SQ201310011240
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者鈴木聰史 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社