專利名稱：成像裝置照相機(jī)系統(tǒng)及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有諸如CCD(電荷耦合器件)和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)之類的固態(tài)成像裝置的成像裝置、照相機(jī)系統(tǒng)及其驅(qū)動方法，特別地，本發(fā)明涉及這樣的成像裝置和照相機(jī)系統(tǒng)，其中在使用多個濾色器(colorfilter)的二維像素陣列中，針對曝光和讀取操作順序地掃描像素排列(arrangement)和像素陣列。
背景技術(shù)：
對于成像裝置的濾色器排列，Bayer陣列是公知的，其使用具有極好色彩再現(xiàn)能力的三原色的兩個綠色(G)濾波器、單一的紅色(R)濾波器和單一的藍(lán)色(B)濾波器。Bayer陣列是亮度分辨率比顏色更重要的排列。
提出了一種成像裝置，其中像素排列擁有布置來增加靈敏度、同時在濾色器排列中保持極好的色彩再現(xiàn)能力的透明濾波器(例如，見JP-A-8-23542(專利參考文獻(xiàn)1))。
此外，還提出了一種成像裝置，其中改善透明濾波器排列，從而即使小型化像素，也能確保信號電荷量和色彩分辨率(例如，見JP-A-2004-304706(專利參考文獻(xiàn)2))。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在上述成像裝置中，該設(shè)備具有對分辨率和色彩再現(xiàn)能力的改善的限制。
此外，自由使用濾色器像素和透明濾波器像素很難控制在暗處和亮處的色彩信息，并且很難根據(jù)發(fā)光度(luminosity)創(chuàng)建幾乎自然的色彩。
因此，希望提供可以改善分辨率的具有極好色彩再現(xiàn)能力的成像裝置和照相機(jī)系統(tǒng)。
還希望提供可以根據(jù)發(fā)光度創(chuàng)建幾乎自然的色彩的成像裝置和照相機(jī)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置是成像裝置，包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射(transmitted)的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，在傾斜像素系統(tǒng)(oblique pixel system)中布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，并且關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在傾斜像素陣列系統(tǒng)中在傾斜像素陣列中給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素(clear pixel)。
傾斜像素陣列表示每一系列的列像素從其它系列的列像素偏移預(yù)定量。
最好，在像素陣列部分中，以陣列布置每一個都包含濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素，并且在濾色器像素之間均勻地布置清晰像素。
最好，像素陣列部分包括僅由清晰像素組成的像素行和像素列。
此外，另一像素陣列部分包括僅由清晰像素組成的像素行和像素列。
最好，像素陣列部分包括讓清晰像素與至少一個濾色器像素混合的像素行和/或像素列。
最好，分離地提供專用于清晰像素的讀取通道(read channel exclusive)和專用于濾色器像素的讀取通道。
最好，提供針對清晰像素和針對濾色器像素分離地執(zhí)行電子快門驅(qū)動的功能。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置是這樣的成像裝置，其包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，以陣列布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在陣列像素排列中在給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素，并且分離地提供專用于清晰像素的讀取通道和專用于濾色器像素的讀取通道。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置是這樣的成像裝置，包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，以陣列布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在陣列像素排列中在給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素，并且提供針對清晰像素和針對濾色器像素分離地執(zhí)行電子快門驅(qū)動的功能。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的照相機(jī)系統(tǒng)是這樣的照相機(jī)系統(tǒng)，包括成像裝置；光學(xué)系統(tǒng)，其運(yùn)行來將入射光引導(dǎo)到成像裝置的成像部分；和信號處理電路，其運(yùn)行來處理成像裝置的輸出信號，其中成像裝置包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，在傾斜像素陣列系統(tǒng)中布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在傾斜像素陣列中在給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素，分離地提供專用于清晰像素的讀取通道和專用于濾色器像素的讀取通道，并且提供針對清晰像素和針對濾色器像素分離地執(zhí)行電子快門驅(qū)動的功能。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的照相機(jī)系統(tǒng)是這樣的照相機(jī)系統(tǒng)，包括成像裝置；光學(xué)系統(tǒng)，其運(yùn)行來將入射光引導(dǎo)到成像裝置的成像部分；和信號處理電路，其運(yùn)行來處理成像裝置的輸出信號，其中成像裝置包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，以陣列布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在陣列像素排列中在給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素，分離地提供專用于清晰像素的讀取通道和專用于濾色器像素的讀取通道，并且提供針對清晰像素和針對濾色器像素分離地執(zhí)行電子快門驅(qū)動的功能。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)意欲改善分辨率并具有極好色彩再現(xiàn)能力的成像裝置。
此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以根據(jù)發(fā)光度創(chuàng)建幾乎自然的色彩。


圖1顯示描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置的基本部分的示例性配置的方框圖；圖2顯示描述根據(jù)實(shí)施例的示例性單元像素的電路圖；圖3顯示示意性描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分11的示例性像素排列的圖示；圖4顯示概念性描述濾色器像素R、G和B以及清晰像素C的光譜特性的圖示；圖5顯示圖解傾斜像素陣列的圖示；圖6顯示圖解采用傾斜像素陣列的優(yōu)點(diǎn)的圖示；圖7顯示描述基本傾斜像素陣列單元的圖示，其中將清晰像素C插入在Bayer陣列中的四個濾色器像素R、G、G和B中間；圖8顯示圖解當(dāng)在實(shí)施例中進(jìn)行驅(qū)動時用于像素陣列部分的讀取模式的圖示；圖9顯示示意性描述實(shí)施例中用于電子快門的驅(qū)動模式的圖示；圖10顯示圖解在讀取通道CH-A中清晰像素C的讀取方案(scheme)的圖示，其中相加并讀取9個像素；圖11顯示圖解在讀取通道CH-B中濾色器像素(彩色像素)R、G和B的讀取方案的圖示，其中相加并讀取9個像素；圖12顯示圖解在讀取通道CH-A中清晰像素C的讀取方案的圖示，其中相加并讀取5個像素；
圖13顯示圖解在讀取通道CH-B中濾色器像素(彩色像素)R、G和B的讀取方案的圖示，其中相加并讀取5個像素；圖14顯示描述根據(jù)本發(fā)明的在后續(xù)級中的信號處理部分的示例性配置的方框圖；圖15顯示圖解在實(shí)施例中在亮處的白平衡控制處理的圖示；圖16顯示圖解在實(shí)施例中在暗處的白平衡控制處理的圖示；圖17顯示簡單描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的部分截面的圖示；圖18顯示簡單描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的另一示例性配置的部分截面的圖示；圖19顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第二示例性像素排列的圖示；圖20顯示描述在傾斜像素陣列中的同一行中混合清晰像素和色彩濾波器像素的示例性配置的圖示；圖21顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第三示例性像素排列的圖示；圖22顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第四示例性像素排列的圖示；圖23顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第五示例性像素排列的圖示；圖24顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第六示例性像素排列的圖示；圖25顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第七示例性像素排列的圖示；圖26顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第八示例性像素排列的圖示；圖27顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第九示例性像素排列的圖示；圖28顯示描述其中圖4中所示的傾斜像素陣列被旋轉(zhuǎn)為矩形陣列的實(shí)例的圖示；圖29顯示描述其中圖19中所示的傾斜像素陣列被旋轉(zhuǎn)為矩形陣列的實(shí)例的圖示；
圖30顯示描述其中圖21中所示的傾斜像素陣列被旋轉(zhuǎn)為矩形陣列的實(shí)例的圖示；圖31顯示描述其中圖22中所示的傾斜像素陣列被旋轉(zhuǎn)為矩形陣列的實(shí)例的圖示；圖32顯示描述其中圖23中所示的傾斜像素陣列被旋轉(zhuǎn)為矩形陣列的實(shí)例的圖示；圖33顯示描述其中圖24中所示的傾斜像素陣列被旋轉(zhuǎn)為矩形陣列的實(shí)例的圖示；圖34顯示描述其中圖25中所示的傾斜像素陣列被旋轉(zhuǎn)為矩形陣列的實(shí)例的圖示；圖35顯示描述其中圖26中所示的傾斜像素陣列被旋轉(zhuǎn)為矩形陣列的實(shí)例的圖示；圖36顯示描述其中圖27中所示的傾斜像素陣列被旋轉(zhuǎn)為矩形陣列的實(shí)例的圖示；圖37顯示描述其中在矩形陣列中同一行中混合清晰像素和濾色器像素的示例性配置的圖示；圖38顯示描述其中向矩形陣列中的每個濾色器像素和清晰像素提供快門布線的示例性配置的圖示；和圖39顯示描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的照相機(jī)系統(tǒng)的配置的外形的方框圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1顯示描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置的基本部分的示例性配置的方框圖。
如圖1所示，成像裝置10具有像素陣列部分(ARY)11、清晰像素水平掃描電路(CHSCAN)12、彩色像素水平掃描電路(CLRHSCAN)13、垂直掃描電路(VSCAN)14-1和14-2、定時控制部分15、電源部分16、清晰像素模擬前端部分(clear pixel analog front end part，CAFE)17和彩色像素模擬前端部分(CLRAFE)18。
例如，在像素陣列部分11中，以預(yù)定排列形式的陣列布置傳感器單元像素。
此外，像素陣列部分11連接到像素排列的每一行中的傳輸選擇線、重置線、以及選擇線和像素排列中每一列中的信號線。
圖2顯示描述根據(jù)實(shí)施例的示例性單元像素的電路圖。在圖2中，顯示CMOS傳感器作為實(shí)例。
在圖2中所示的單元像素110具有光電二極管111、傳輸晶體管112、放大晶體管113、選擇晶體管114、重置晶體管115和浮置節(jié)點(diǎn)ND 116。
光電二極管111以根據(jù)光量的電荷量(例如，電子)將入射光光電地轉(zhuǎn)換為信號電荷。
傳輸晶體管112連接在光電二極管111的陰極和浮置節(jié)點(diǎn)ND 116之間，并且柵極連接到傳輸選擇線TRFL，該選擇線具有傳導(dǎo)(導(dǎo)通)來將存儲在光電二極管111中的信號電荷傳輸?shù)礁≈霉?jié)點(diǎn)111的功能。
放大晶體管113和選擇晶體管114串聯(lián)在電源電勢VDD的信號線SGL之間。
放大晶體管113的柵極連接到浮置節(jié)點(diǎn)ND 116，其放大浮置節(jié)點(diǎn)ND 116的電勢，并且通過選擇晶體管114將其輸出到信號線SGNL。
選擇晶體管114的柵極連接到選擇線SELL。
在重置晶體管115中，源極連接到浮置節(jié)點(diǎn)ND 116，漏極連接到預(yù)定的電勢線，而柵極連接到重置線RSTL，其具有重置浮置節(jié)點(diǎn)ND 116的電勢的功能。
由垂直掃描電路14選擇性驅(qū)動連接到像素排列中的每一行的傳輸選擇線TRFL、選擇線SELL和重置線RSTL。信號線SGNL將從像素讀出的信號選擇性地傳輸?shù)角逦袼厮綊呙桦娐?2以及彩色像素水平掃描電路13。
由定時控制部分15控制水平掃描電路12和13以及垂直掃描電路14的驅(qū)動定時。
圖3顯示示意性描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分11的示例性像素排列的圖示。
如圖3所示，圖3所示的像素陣列部分11采用傾斜像素陣列，并且以如下像素排列的方式形成在垂直和傾斜方向上均勻地將具有高透射率的清晰像素C插入在每一個都包含濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性峰值的濾色器像素R、具有綠色峰值的濾色器像素G和具有藍(lán)色峰值的濾色器像素B之間，由此消除分辨率的偏差。
此外，清晰像素C不必是白色。
在圖3所示的像素排列中，包括第0行和第0列的偶數(shù)行和偶數(shù)列全部被配置為濾色器像素，而奇數(shù)行和奇數(shù)列全部被配置為清晰像素C。
圖4顯示概念性描述濾色器像素R、G和B以及清晰像素C的光譜特性的圖示。
在圖4中，水平軸描述波長，而垂直軸描述相對輸出。
從圖4可見，清晰像素C具有幾乎貫穿可見光區(qū)域(360nm到700nm波長)的靈敏度。換句話說，由于清晰像素C具有寬波長區(qū)域分量(包括所有色彩信號)，所以在清晰像素邊界上很容易提供色彩再現(xiàn)。
其后，將參照圖5到13更加詳細(xì)地描述像素陣列部分11的特性配置。
如圖5所示，在根據(jù)實(shí)施例的像素陣列11中，以所謂傾斜像素OBLPXL布置所謂矩形單元像素RGPXL，其中單元像素關(guān)于列軸CAX被旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度θ(θ＝0°到90°)。
將參照圖6描述采用傾斜像素OBLPXL陣列的優(yōu)點(diǎn)。此外，在圖6中采用Bayer陣列作為實(shí)例。
在矩形像素RGPXL的像素間距PTC是1的情況下，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度是45度時，傾斜像素OBLPXL的像素間距是1/。因此，可以使像素間距更小，而不改變像素的大小。
在實(shí)施例中，如圖7所示，將清晰像素C插入在傾斜像素陣列的Bayer陣列中的四個濾色器像素R、G、G和B中間來形成基本傾斜像素陣列單元。
對于信號處理系統(tǒng)來說，Bayer陣列允許很容易地執(zhí)行色彩內(nèi)插處理。
對于當(dāng)進(jìn)行驅(qū)動時具有該配置的像素陣列部分11的讀取模式，由不同的通道讀取清晰像素C和濾色器像素(彩色像素)R、G和B。
在實(shí)施例中，例如，如圖8所示，分離地提供專用于清晰像素的讀取通道CH-A和專用于濾色器像素的讀取通道CH-B，以獨(dú)立地讀取清晰像素C和濾色器像素R、G和B。
在圖8所示的實(shí)例中，在圖的上側(cè)將清晰像素水平掃描電路12布置為用于通道CH-A的讀取處理系統(tǒng)，而在圖的下側(cè)將濾色器像素(彩色像素)水平掃描電路13布置為用于通道CH-B的讀取系統(tǒng)。
在實(shí)施例中，將連接到奇數(shù)列的信號線SGNL-O連接到清晰像素水平掃描電路12，而將連接到偶數(shù)列的信號線SGNL-E連接到濾色器像素(彩色像素)水平掃描電路13。
在實(shí)施例中，除了采用由不同的通道讀取清晰像素C和濾色器像素(彩色像素)R、G和B的模式之外，進(jìn)行配置從而在清晰像素C和色彩濾波器像素(彩色像素)R、G和B之間分離地改變電子快門(滾動快門，rolling shutter)的后續(xù)級中的處理中的時間間隔、速率和增益。
圖9顯示示意性描述實(shí)施例中用于電子快門的驅(qū)動模式的圖示。
在該實(shí)施例中，如圖9所示，可以通過改變用于清晰像素和彩色像素的存儲時間之間的滾動快門的時間來讀取像素。
此外，可以在清晰像素與濾色器像素(彩色像素)R、G和B之間分離地改變快門速度。
例如，在亮處，迅速釋放用于清晰像素的快門以防止清晰像素飽和，相反，在暗處，緩慢釋放用于清晰像素的快門來增加靈敏度。
使用該配置，增加在亮處的色彩信息，而在暗處降低色彩信息，由此創(chuàng)建自然的色彩。
在實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)高速讀取，采用所謂相加讀取方案。
圖10顯示圖解在讀取通道CH-A中清晰像素C的讀取方案的圖示，其中相加并讀取9個像素。
圖11顯示圖解在讀取通道CH-B中濾色器像素(彩色像素)R、G和B的讀取方案的圖示，其中相加并讀取9個像素。
如圖10和11所示，將9個像素相加，由此可以容易地執(zhí)行內(nèi)插處理，而不丟失其中將清晰像素C布置在Bayer陣列的中間的排列。
圖12顯示圖解在讀取通道CH-A中清晰像素C的讀取方案的圖示，其中相加并讀取5個像素。
圖13顯示圖解在讀取通道CH-B中濾色器像素(彩色像素)R、G和B的讀取方案的圖示，其中相加并讀取5個像素。
如圖12和13所示，在將5個像素相加的情況下，將與相加9個像素的情況相比更近位置處的像素相加，由此改善色彩再現(xiàn)能力，而不丟失將清晰像素C布置在Bayer陣列的中間的排列。
從讀取速率的方面看來，將9個像素相加是有利的。
如上所述，根據(jù)相加讀取方案讀取的清晰像素C的讀取信號通過水平掃描電路12被轉(zhuǎn)發(fā)到清晰像素AFE 17。
此外，濾色器像素(彩色像素)R、G和B的讀取信號通過水平掃描電路13被轉(zhuǎn)發(fā)到清晰像素AFE 18。
在AFE 17和18中，將所讀取的信號處理為的模擬形式(諸如放大)，并且將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將其轉(zhuǎn)發(fā)到后續(xù)級中的信號處理部分。
圖14顯示描述根據(jù)本發(fā)明的在后續(xù)信號處理部分的示例性配置的方框圖。
如圖14所示，信號處理部分20具有白平衡調(diào)節(jié)部分21、彩色像素內(nèi)插部分22、亮度調(diào)節(jié)部分23和清晰像素內(nèi)插部分24。
白平衡調(diào)節(jié)部分21基于從AFE 17和18轉(zhuǎn)發(fā)的清晰像素C和濾色器像素(彩色像素)R、G和B的信號來調(diào)節(jié)白平衡。
圖15顯示圖解在實(shí)施例中在亮處的白平衡控制處理的圖示。
圖16顯示圖解在實(shí)施例中在暗處的白平衡控制處理的圖示。
在亮處，白平衡調(diào)節(jié)部分21基于濾色器像素(彩色像素)G的信號調(diào)節(jié)清晰像素C和其它濾色器像素(彩色像素)R和B的信號。
另一方面，在暗處，白平衡調(diào)節(jié)部分21基于清晰像素C的信號調(diào)節(jié)濾色器像素(彩色像素)R、G和B的信號。
在調(diào)節(jié)白平衡之后，內(nèi)插部分22僅針對濾色器像素(彩色像素)執(zhí)行內(nèi)插處理。
亮度調(diào)節(jié)部分23調(diào)節(jié)濾色器像素(彩色像素)R、G和B的亮度信號以及清晰像素C的亮度信號，以輸出亮度信號Y。
內(nèi)插部分24基于亮度信號來針對白像素執(zhí)行內(nèi)插處理以輸出彩色信號SC。
如上所述，已經(jīng)描述了根據(jù)實(shí)施例的成像裝置10的每一部分的配置和功能。
接下來，將描述像素陣列部分的結(jié)構(gòu)。
圖17顯示簡單描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的部分截面的圖示。
在圖17中，30指示半導(dǎo)體基片，31指示裝置分離區(qū)域，而41到42指示微鏡頭。
在半導(dǎo)體基片30上，在各裝置分離區(qū)域31之間形成濾色器像素(彩色像素)的N傳感器區(qū)域32和33以及清晰像素的N傳感器區(qū)域34。
此外，35到37指示P+層，而38指示P-層。
在實(shí)施例中，與在濾色器像素(彩色像素)的N傳感器區(qū)域32和33相比，僅在清晰像素的N傳感器區(qū)域34中將N-離子灌注(implant)得更深，以增加對高波長側(cè)的靈敏度。例如，配置來感測接近紅外線的波長區(qū)域。
圖18顯示簡單描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的另一示例性配置的部分截面的圖示。
圖18所示的像素陣列部分被配置成清晰像素C的微鏡頭41的位置相對于其它濾色器像素(彩色像素)的高度位置變化來進(jìn)行調(diào)節(jié)。
因此，可以增加光束凝聚。
如上所述，根據(jù)實(shí)施例，像素陣列部分11采用傾斜像素陣列，并且以下列像素排列形成以垂直和傾斜方向?qū)⒕哂懈咄干渎实那逦袼鼐鶆虻夭迦朐诿恳粋€都包含濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性峰值的濾色器像素R、具有綠色峰值的濾色器像素G和具有藍(lán)色峰值的濾色器像素B之間，由此消除分辨率的偏差。配置來分離地提供專用于清晰像素的讀取通道CH-A和專用于濾色器像素的讀取通道CH-B，并且分離地讀取清晰像素C和濾色器像素R、G和B。除了采用通過不同通道讀取清晰像素C以及濾色器像素(彩色像素)R、G和B的方案之外，針對清晰像素C和濾色器像素(彩色像素)R、G和B分離地改變電子快門(滾動快門)的后續(xù)級中的處理中的時間間隔、速率和增益。因此可以獲得下列優(yōu)點(diǎn)。
例如，以45度角度旋轉(zhuǎn)像素，來使像素間距為1/，并且增加分辨率。與具有相同間距的典型像素陣列相比，可以將該區(qū)域加倍，可以增加靈敏度，并且將清晰(透明)像素插入在傾斜像素陣列的彩色涂層(coating)上來進(jìn)一步改善靈敏度。
此外，當(dāng)在Bayer陣列的中間布置清晰像素時，有助于色彩內(nèi)插處理。
此外，可以在清晰像素和濾色器像素(彩色像素)R、G和B之間改變快門時間和增益。因此，將在亮處的清晰像素的輸出變得適中，而將在暗處的輸出增加，由此可以創(chuàng)建如通過人眼所見到的實(shí)物那樣的更自然的圖片。
如上所述，經(jīng)改善的靈敏度意欲增加信號噪聲比，并由于經(jīng)改善的靈敏度而可以實(shí)現(xiàn)具有低強(qiáng)度的高速讀取。
在高速讀取中，例如，將9個像素相加來提供相加后的相同排列，由此發(fā)揮有助于色彩再現(xiàn)中的信號處理的優(yōu)點(diǎn)。
此外，在上面的論述中，已經(jīng)描述了這樣一個實(shí)例，在其中像素陣列部分11采用傾斜像素陣列(如圖3所示)，并且以下列像素排列形成在垂直和傾斜方向上將具有高透射率的清晰像素C插入在每一個都包含濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性峰值的濾色器像素R、具有綠色峰值的濾色器像素G和具有藍(lán)色峰值的濾色器像素B之間，由此消除分辨率的偏差。
然而，本發(fā)明的實(shí)施例不限于圖3所示的像素排列，其可以采用各種形式作為在其中插入清晰像素的像素排列，并且可以獲得上述的相同優(yōu)點(diǎn)。
其后，將描述像素排列的另一示例性配置。
圖19顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第二示例性像素排列的圖示。
在圖19所示的像素陣列部分11A的像素排列中，將清晰像素C布置在圖3所示的像素排列中濾色器(彩色像素)G的位置上，而將濾色器(彩色像素)G布置在如圖3所示布置清晰像素C的位置上。
在圖19所示的像素排列中，在包含第0行的偶數(shù)行中，以單一像素交替地布置濾色器像素B和清晰像素C，在包含第0列的偶數(shù)列中，以單一像素交替地布置濾色器像素R和清晰像素C，并且奇數(shù)行和奇數(shù)列僅由濾色器像素G組成。
此外，在采用像素陣列的情況下，分離地提供專用于清晰像素的讀取通道CH-A和專用于濾色器像素的讀取通道CH-B，并且分離地讀取清晰像素C和濾色器像素R、G、B。除了采用由不同的通道讀取清晰像素C和濾色器像素(彩色像素)R、G和B之外，還配置來針對清晰像素C和濾色器像素(彩色像素)R、G和B分離地改變電子快門(滾動快門)的后續(xù)級處理中的時間間隔、速率和增益。
然而，在同一行中混合清晰像素C和濾色器像素R或B，這需要布置針對濾色器像素(彩色像素)的布線和針對清晰像素C的布線。
圖20顯示描述像素陣列部分的示例性配置的圖示，其中在傾斜像素陣列中的同一行中混合清晰像素和濾色器像素。
在這種情況下，如圖20所示，在單一行中連接用于濾色器像素(彩色像素)的快門布線和清晰像素布線。更具體地說，連接彩色像素重置布線RSTL1和清晰像素重置布線RSTL2。
單元像素的配置與圖2相同，因此省略詳細(xì)描述。
圖21顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第三示例性像素排列的圖示。
在圖21中顯示的像素陣列部分11B的像素排列是將清晰像素包含在所有行和列中的排列。
在像素排列中，按間隔布置清晰像素，但是在這種情況下，采用與圖20類似的配置，由此可以從彩色像素部分分離地釋放快門，并且可以分離地讀取清晰像素。
圖22顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第四示例性像素排列的圖示。
在圖22中顯示的像素陣列部分11C的像素排列是將清晰像素包含在除了第0行和第0列之外的每一行和每一列中的排列。
此外，在該像素排列中，按間隔布置清晰像素，但是在這種情況下，采用類似圖20的配置，由此可以從彩色像素部分分離地釋放快門，并且可以分離地讀取清晰像素。
圖23顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第五示例性像素排列的圖示。
在圖23中顯示的像素陣列部分11D的像素排列是由濾色器(彩色像素)R替換圖3所示的在像素排列的奇數(shù)行中布置濾色器(彩色像素)G的位置。
在圖23所示的像素排列中，與圖3所示的陣列類似，僅由清晰像素C配置奇數(shù)行和奇數(shù)列。
在圖23所示的像素排列中，從第0列依次布置只有濾色器像素(彩色像素)G的像素列、清晰像素C的像素列、濾色器像素(彩色像素)R和B混合的像素列，并且重復(fù)該組合。
此外，在該像素排列中，可以從彩色像素部分分離地釋放快門，并且可以分離地讀取清晰像素。
圖24顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第六示例性像素排列的圖示。
在圖24中顯示的像素陣列部分11E的像素排列是這樣的排列將清晰像素C布置在圖3所示的像素排列的奇數(shù)行中的第3、第7、第11和第15行上布置濾色器像素(彩色像素)G的位置上，以增加清晰像素，其意欲進(jìn)一步改善靈敏度。
此外，在該像素排列中，可以從彩色像素部分分離地釋放快門，并且可以分離地讀取清晰像素。
圖25顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第七示例性像素排列的圖示。
圖25所示的像素陣列部分11F的像素排列是這樣的排列移除濾色器像素(彩色像素)G，并且在包括第0行的偶數(shù)行和偶數(shù)列中，形成像素行和像素列以具有交替布置的濾色器像素(彩色像素)R和B。
在這種情況下，基于關(guān)于清晰像素的信息和/或關(guān)于具有圖4所示的光譜特性的濾色器像素(彩色像素)R和B來形成關(guān)于色彩信號的信息。
此外，在該像素排列中，可以從彩色像素部分分離地釋放快門，并且可以分離地讀取清晰像素。
圖26顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第八示例性像素排列的圖示。
圖26所示的像素陣列部分11G的像素排列是這樣的排列從圖25顯示的像素排列進(jìn)一步移除濾色器像素(彩色像素)G，增加包含清晰像素C的像素行，并且在每一列中形成包括清晰像素C的像素列。
在這種情況下，基于關(guān)于清晰像素的信息和/或關(guān)于具有圖4所示的光譜特性的濾色器像素(彩色像素)R和B來形成關(guān)于色彩信號的信息。
此外，在該像素排列中，可以從彩色像素部分分離地釋放快門，并且可以分離地讀取清晰像素。
圖27顯示描述根據(jù)實(shí)施例的像素陣列部分的第九示例性像素排列的圖示。
圖27所示的像素陣列部分11H的像素排列是這樣的排列從圖25所示的像素排列中進(jìn)一步移除濾色器像素(彩色像素)G，增加包含清晰像素C的像素行，并且在每一列中形成包含清晰像素C的像素列。在這種情況下，形成包含濾色器像素(彩色像素)的像素列以具有僅包含濾色器像素(彩色像素)B和清晰像素C的像素行和僅包含濾色器像素(彩色像素)R和清晰像素C的像素行。
在這種情況下，基于關(guān)于清晰像素的信息和/或關(guān)于具有圖4所示的光譜特性的濾色器像素(彩色像素)R和B來形成關(guān)于色彩信號的信息。
此外，在該像素排列中，可以從彩色像素部分分離地釋放快門，并且可以分離地讀取清晰像素。
如上所述，已經(jīng)描述了傾斜像素陣列的示例性配置。在像素排列中，可以從彩色像素部分分離地釋放快門，并可以分離地讀取清晰像素的特征配置不僅可以適用于傾斜像素陣列，而且(例如)可以適用于如圖28-36所示的矩形陣列的像素排列中，并且可以獲得與在傾斜陣列中相同的優(yōu)點(diǎn)。
圖28顯示圖4中所示的傾斜像素陣列變?yōu)榫匦侮嚵械膶?shí)例，圖29顯示圖19中所示的傾斜像素陣列變?yōu)榫匦侮嚵械膶?shí)例，圖30顯示圖21中所示的傾斜像素陣列變?yōu)榫匦侮嚵械膶?shí)例，圖31顯示圖22中所示的傾斜像素陣列變?yōu)榫匦侮嚵械膶?shí)例，圖32顯示圖23中所示的傾斜像素陣列變?yōu)榫匦侮嚵械膶?shí)例，圖33顯示圖24中所示的傾斜像素陣列變?yōu)榫匦侮嚵械膶?shí)例，圖34顯示圖25中所示的傾斜像素陣列變?yōu)榫匦侮嚵械膶?shí)例，圖35顯示圖26中所示的傾斜像素陣列變?yōu)榫匦侮嚵械膶?shí)例，而圖36顯示圖27中所示的傾斜像素陣列變?yōu)榫匦侮嚵械膶?shí)例。
此外，如圖37所示的矩陣陣列，與圖20類似，將用于濾色器像素(彩色像素)的快門布線和清晰像素布線連接到單一行，更具體地說，連接彩色像素重置布線RSTL1和清晰像素重置布線RSTL2。
單元像素的配置與圖2相同，因此省略詳細(xì)描述。
此外，如圖38所示，在矩形陣列(或傾斜陣列)中，可以配置來針對每個濾色器像素和每個清晰像素提供快門布線。
在這種情況下，連接彩色像素重置布線RSTL1和RSTL3以及清晰像素重置布線RSTL2。
單元像素的配置與圖2相同，因此省略詳細(xì)描述。
圖39顯示描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的照相機(jī)系統(tǒng)的配置的外形的方框圖。
將照相機(jī)系統(tǒng)50配置來具有成像裝置51、將入射光引導(dǎo)到成像裝置51的像素區(qū)域的光學(xué)系統(tǒng)(例如，將入射光(圖像)形成在成像區(qū)域上的鏡頭52)、驅(qū)動成像裝置51的驅(qū)動電路53和處理成像裝置51的輸出信號的信號處理電路54。
在照相機(jī)系統(tǒng)50中，使用根據(jù)本發(fā)明的成像裝置作為成像裝置51。
驅(qū)動電路53是對應(yīng)于圖1所示的定時控制部分的電路，其驅(qū)動成像裝置51。
信號處理電路54將各種信號處理應(yīng)用到成像裝置51的輸出信號Vout，并且將其輸出為視頻信號。
如上所述，根據(jù)照相機(jī)系統(tǒng)，使用根據(jù)實(shí)施例的成像裝置作為成像裝置51，由此可以確保高速操作。因此，可以以低功耗的小規(guī)模電路獲得具有較低噪聲的高質(zhì)量圖像。
此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像裝置可以是單一芯片成像裝置，也可以是被形成為多個芯片組件的模塊成像裝置。當(dāng)將成像裝置形成為多個芯片組件時，分離地制作諸如傳感器芯片以及用于數(shù)字信號處理的信號處理芯片之類的芯片，并且還可以包括光學(xué)系統(tǒng)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解可以在不背離所附權(quán)利要求或其等效物的范圍內(nèi)根據(jù)設(shè)計需要和其它因素對本發(fā)明進(jìn)行各種修改、組合、子組合和替換。
權(quán)利要求
1.一種成像裝置，包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，在傾斜像素系統(tǒng)中布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，以及關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在傾斜像素陣列系統(tǒng)中在傾斜像素陣列中的給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素。
2.如權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中在像素陣列部分中，以陣列布置每一個都包含濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素，以及在濾色器像素之間均勻地布置清晰像素。
3.如權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中像素陣列部分包括僅由清晰像素組成的像素行和像素列。
4.如權(quán)利要求2所述的成像裝置，其中像素陣列部分包括僅由清晰像素組成的像素行和像素列。
5.如權(quán)利要求1所述的成像裝置，其中像素陣列部分包括讓清晰像素與至少一個濾色器像素混合的像素行和/或像素列。
6.如權(quán)利要求1到5中任意一個所述的成像裝置，包括分離的專用于清晰像素的讀取通道和專用于濾色器像素的讀取通道。
7.如權(quán)利要求1到6中任意一個所述的成像裝置，包括針對清晰像素和針對濾色器像素分離地執(zhí)行電子快門驅(qū)動的功能。
8.如權(quán)利要求6或7所述的成像裝置，其中通過包含多個像素的像素相加讀取來執(zhí)行清晰像素和/或單獨(dú)的濾色器像素的讀取。
9.如權(quán)利要求8所述的成像裝置，其中在清晰像素的相加讀取中，相加離濾色器像素更近的像素。
10.如權(quán)利要求8或9所述的成像裝置，其中通過從離所述像素最近的相同顏色的多個像素中相加每個信號來產(chǎn)生所述相加讀取中的信號。
11.一種成像裝置，包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，以陣列布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在陣列像素排列中給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素，以及分離地提供專用于清晰像素的讀取通道和專用于濾色器像素的讀取通道。
12.一種成像裝置，包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，以陣列布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在陣列像素排列中給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素，以及提供針對清晰像素和針對濾色器像素分離地執(zhí)行電子快門驅(qū)動的功能。
13.一種成像裝置，包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，以陣列布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在陣列像素排列中給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素，分離地提供專用于清晰像素的讀取通道和專用于濾色器像素的讀取通道，以及提供針對清晰像素和針對濾色器像素分離地執(zhí)行電子快門驅(qū)動的功能。
14.一種照相機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動方法，該照相機(jī)系統(tǒng)包括成像裝置；光學(xué)系統(tǒng)，其運(yùn)行來將入射光引導(dǎo)到成像裝置的成像部分；和信號處理電路，其運(yùn)行來處理成像裝置的輸出信號，其中成像裝置包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，在傾斜像素陣列系統(tǒng)中布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在傾斜像素陣列中在傾斜像素陣列中的給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素，分離地提供專用于清晰像素的讀取通道和專用于濾色器像素的讀取通道，該方法包括步驟針對清晰像素和針對濾色器像素分離地執(zhí)行電子快門驅(qū)動。
15.一種照相機(jī)系統(tǒng)，包括成像裝置；光學(xué)系統(tǒng)，其運(yùn)行來將入射光引導(dǎo)到成像裝置的成像部分；和信號處理電路，其運(yùn)行來處理成像裝置的輸出信號，其中成像裝置包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，在傾斜像素陣列系統(tǒng)中布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在傾斜像素陣列中在傾斜像素陣列中的給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素，分離地提供專用于清晰像素的讀取通道和專用于濾色器像素的讀取通道，以及提供針對清晰像素和針對濾色器像素分離地執(zhí)行電子快門驅(qū)動的功能。
16.一種照相機(jī)系統(tǒng)，包括成像裝置；光學(xué)系統(tǒng)，其運(yùn)行來將入射光引導(dǎo)到成像裝置的成像部分；和信號處理電路，其運(yùn)行來處理成像裝置的輸出信號，其中成像裝置包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的具有紅色光譜靈敏度特性的峰值的第一濾色器像素、具有藍(lán)色峰值的第二濾色器像素和具有綠色峰值的第三濾色器像素之間，以陣列布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在陣列像素排列中給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素，分離地提供專用于清晰像素的讀取通道和專用于濾色器像素的讀取通道，以及提供針對清晰像素和針對濾色器像素分離地執(zhí)行電子快門驅(qū)動的功能。
全文摘要
成像裝置包括像素陣列部分，其中以陣列布置具有不同光譜靈敏度特性的多個像素，并且將通過像素透射的光轉(zhuǎn)換為電信號，其中在像素陣列部分中，在每一個都包括濾色器的第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素之間，在傾斜像素系統(tǒng)中布置至少多個第一濾色器像素和第二濾色器像素，以及關(guān)于第一濾色器像素、第二濾色器像素和第三濾色器像素，在傾斜像素陣列系統(tǒng)中在給定行和給定列的給定位置上布置具有高透射率的清晰像素。
文檔編號H01L27/14GK101047799SQ20071009212
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者金井淳一, 中村信男 申請人:索尼株式會社