專利名稱:解決圖像色差的圖像輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及圖像輸入裝置,并尤其涉及用于解決由于圖像輸入裝置小型化帶來的色差問題并且提高其可靠性。
背景技術(shù):
近年來,由于諸如裝配有數(shù)碼相機(jī)的便攜式電話的廣泛應(yīng)用,對于小固態(tài)成像裝置的需求逐漸提高。固態(tài)成像裝置使用將入射光分為三原色的濾色片。傳統(tǒng)濾色片材料為諸如顏料的有機(jī)材料。但是近來,也已經(jīng)開始使用無機(jī)材料。
當(dāng)前存在一種由無機(jī)材料構(gòu)成的濾色片,該無機(jī)材料采用多層干涉膜(參照日本早期公開的專利申請No.H05-045514)。和采用有機(jī)材料構(gòu)成的濾色片相比,由無機(jī)材料構(gòu)成的濾色片更便于減小尺寸。因此人們正在針對將由無機(jī)材料構(gòu)成的濾色片應(yīng)用于固態(tài)成像裝置的技術(shù)研發(fā)進(jìn)行不懈努力。
發(fā)明內(nèi)容
但是,采用有機(jī)材料存在一些問題。當(dāng)嘗試減小采用固態(tài)成像裝置的相機(jī)的尺寸時,必須縮短固態(tài)成像裝置和光學(xué)系統(tǒng)之間的距離,這里光學(xué)系統(tǒng)采用來自目標(biāo)的入射光在固態(tài)成像裝置上形成圖像。因此,照射在固態(tài)成像裝置上的入射角變大。
在這種條件下,如果固態(tài)成像裝置采用由無機(jī)材料構(gòu)成的濾色片,則在產(chǎn)生的圖像的周圍部分會出現(xiàn)色差。原因在于與采用有機(jī)材料構(gòu)成的濾色片不同,由無機(jī)材料構(gòu)成的濾色片根據(jù)光的入射角度透射不同波長的光。
考慮到上述的問題構(gòu)思本發(fā)明,并且本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)置有由無機(jī)材料構(gòu)成的濾色片的圖像輸入裝置,該裝置在產(chǎn)生的圖像的周圍部分不會出現(xiàn)色差。
為了實現(xiàn)該目的,和本發(fā)明相關(guān)的圖像輸入裝置具有用于捕捉目標(biāo)圖像的固態(tài)成像器件,其中該固態(tài)成像器件包括由無機(jī)材料構(gòu)成的多個濾色單元,每個濾色單元都用于透射出光中相應(yīng)一種色彩分量;以及在半導(dǎo)體襯底上以二維方式排列的多個光接收器件,每個光接收器件用于接收透過濾色單元其中相應(yīng)之一的光的一種色彩分量,并且信號處理單元,根據(jù)色彩分量和位于捕捉圖像中的位置校正圖像信號。
通過所述結(jié)構(gòu),實現(xiàn)設(shè)置有由無機(jī)材料構(gòu)成的濾色片的圖像輸入裝置,該裝置在產(chǎn)生的圖像的周圍部分不會出現(xiàn)色差。
在本發(fā)明的圖像輸入裝置中,濾色單元可以具有多層膜結(jié)構(gòu)。
通過所述結(jié)構(gòu),可以減小圖像輸入裝置的尺寸。
此外,優(yōu)選地每個濾色單元包括各由多個介電層構(gòu)成的兩個λ/4多層膜,;以及夾在λ/4多層膜之間的絕緣層,該絕緣層具有不同于λ/4的光學(xué)厚度。更優(yōu)選地絕緣層的光學(xué)厚度根據(jù)由相應(yīng)的光接收單元接收的光的色彩分量而不同。
本發(fā)明的圖像輸入裝置可以具有如下結(jié)構(gòu)每個λ/4多層膜均由高折射系數(shù)材料和低折射系數(shù)材料構(gòu)成,絕緣層含有由高折射系數(shù)材料構(gòu)成的第一部分和由低折射系數(shù)材料構(gòu)成的第二部分,第一部分和第二部分沿濾色單元的主表面的方向交替排列,并且該絕緣層透射根據(jù)在平面圖中第一部分和第二部分的面積比而確定的波長的光。
通過所述結(jié)構(gòu),可以僅通過半導(dǎo)體工藝制造濾色單元,這有助于降低制造圖像輸入裝置的成本。
本發(fā)明的圖像輸入裝置可以具有下述結(jié)構(gòu)固態(tài)成像裝置包括遮光單元,該遮光單元用于遮蔽入射光并設(shè)置在相對于濾色單元與光接收單元相對的側(cè),并且遮光單元在對應(yīng)于光接收單元的位置設(shè)置有開口,從而允許入射光從其中經(jīng)過。
通過所述結(jié)構(gòu),防止照射在光接收單元的光照射到其它光接收單元上。
本發(fā)明的圖像輸入裝置可以具有下述結(jié)構(gòu)信號處理單元將捕捉到的圖像劃分為兩個或者更多區(qū)域,并且根據(jù)色彩分量和區(qū)域校正該圖像信號。
通過所述結(jié)構(gòu),能夠校正隨著色彩分量以及圖像中的位置而不同的信號電平衰減。因此,可以解決在圖像的周圍部分出現(xiàn)的色差問題。
本發(fā)明的圖像輸入裝置可以具有如下結(jié)構(gòu)信號處理單元按照形狀類似但是尺寸不同的圖形將捕捉到的圖像劃分為兩個或者更多區(qū)域,所述圖形共享同一中心,并且該信號處理單元根據(jù)色彩分量和區(qū)域校正圖像信號。具體地,這里光學(xué)透鏡形成通過固態(tài)成像器件要捕捉的目標(biāo)圖像,并且光闌限制照射在光學(xué)透鏡上的光,如果所述圖形在形狀上和光闌的孔隙基本相似,則裝配有光闌的圖像輸入裝置對于解決色差問題非常有效。
這里,圖形的形狀基本為圓形。照射在光接收單元的入射角相對于光學(xué)透鏡的光學(xué)軸對稱。因此,在夾在其圓心在圖像中心重合的兩個同心圓之間的各區(qū)域內(nèi)色差的程度基本一樣。相反,在這些區(qū)域之間色差程度不同。基于此,通過對于各個區(qū)域不同地校正圖像信號解決在圖像的周圍部分出現(xiàn)的色差問題。
具體地,信號處理單元通過對圖像信號電平乘以根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置確定的系數(shù)校正圖像信號。該信號處理單元還通過對圖像信號的電平加上根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置確定的常數(shù)校正圖像信號。該信號處理單元通過對圖像信號的電平加上根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置確定的常數(shù)并且通過對相加結(jié)果乘以根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置確定的系數(shù)進(jìn)校正圖像信號。
此外,本發(fā)明的圖像輸入裝置具有存儲校正數(shù)據(jù)的存儲單元,其中該信號處理單元采用校正數(shù)據(jù)校正圖像信號。
通過上述結(jié)構(gòu),以更高的速度校正色差。
而且,本發(fā)明的圖像輸入裝置可以具有如下結(jié)構(gòu)信號處理單元根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置通過校正數(shù)據(jù)替代圖像信號的電平。
通過上述結(jié)構(gòu),色差校正不需要算術(shù)運算,從而能夠進(jìn)一步提高處理速度。
在上述結(jié)構(gòu)中,存儲單元可以具有存儲校正數(shù)據(jù)的非易失性存儲器,或者該存儲單元可以具有存儲校正數(shù)據(jù)的易失性存儲器。
此外,本發(fā)明的圖像輸入裝置可以具有用于更新存儲在存儲單元中的校正數(shù)據(jù)的更新單元。
通過上述結(jié)構(gòu),即使在由于更換光學(xué)系統(tǒng)導(dǎo)致色差變化的情況,仍然可以通過更新校正數(shù)據(jù)準(zhǔn)確校正圖像。
而且,本發(fā)明的圖像輸入裝置可以具有存儲第一校正數(shù)據(jù)的存儲單元,其中該第一校正數(shù)據(jù)用于對于部分位置校正圖像信號,這里信號處理單元a)通過采用第一校正數(shù)據(jù)對于所述部分位置執(zhí)行校正,并且b)通過采用由第一校正數(shù)據(jù)計算出的第二校正數(shù)據(jù)對其它部分位置執(zhí)行校正。
通過上述結(jié)構(gòu),由于該結(jié)構(gòu)能夠通過存儲器中的校正數(shù)據(jù)產(chǎn)生其他地址的校正數(shù)據(jù),所以不必在存儲器中對于所有和圖像信號相關(guān)的地址保持校正數(shù)據(jù)。因此,降低了存儲校正數(shù)據(jù)所需的存儲容量,這有助于降低制造圖像輸入裝置的制造成本。
對于采用在存儲器中的校正數(shù)據(jù)插值其它地址的校正數(shù)據(jù)的情況,一段第二校正數(shù)據(jù)可以采用線性函數(shù)通過兩段第一校正數(shù)據(jù)計算出,或者一段第二校正數(shù)據(jù)采用二次函數(shù)通過兩段第一校正數(shù)據(jù)計算出。通過所述結(jié)構(gòu),可以輕易產(chǎn)生更多適用的校正數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還提供了具有用于捕捉目標(biāo)圖像的固態(tài)成像器件以及用于處理固態(tài)成像器件輸出的圖像信號的信號處理單元的圖像輸入裝置,其中固態(tài)成像器件包括由無機(jī)材料構(gòu)成的多個濾色單元,每個濾色單元用于透射出光中相應(yīng)一種色彩分量;以及在半導(dǎo)體襯底上二維方式排列的多個光接收單元,每個光接收單元用于接收透過濾色單元其中相應(yīng)之一的光的一種色彩分量,并且該信號處理單元采用對應(yīng)于落入捕獲的圖像中心預(yù)定距離之內(nèi)的坐標(biāo)的圖像信號產(chǎn)生圖像。
通過所述的結(jié)構(gòu),切除了圖像的外圍部分,即色差明顯的區(qū)域,并且用更快的速度消除位于這些部分的色差。
在上述結(jié)構(gòu)中,信號處理單元在產(chǎn)生圖像以前,根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置校正圖像信號。
在本發(fā)明的圖像輸入裝置中,濾色單元可以由單層膜構(gòu)成,該單層膜的光學(xué)厚度基本等于對應(yīng)于要透射的光的色彩分量的1/2波長。通過所述結(jié)構(gòu),也可以實現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)。
圖1為表示和本發(fā)明的第一實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)的功能結(jié)構(gòu)的方框圖;圖2為表示和本發(fā)明的第一實施方式相關(guān)的圖像傳感器103的整體結(jié)構(gòu)的方框圖;圖3為和本發(fā)明的第一實施方式相關(guān)的圖像傳感器103的部分結(jié)構(gòu)的截面圖;圖4為表示和本發(fā)明的第一實施方式相關(guān)的數(shù)字信號處理電路106的功能結(jié)構(gòu)的方框圖;圖5為根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的表示黑點校正電路406的結(jié)構(gòu)的方框圖;圖6為表示和本發(fā)明的第一實施方式相關(guān)的數(shù)字圖像的區(qū)域劃分的示圖;圖7為表示和本發(fā)明的第二實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)的功能結(jié)構(gòu)的方框圖;圖8A和8B分別表示和本發(fā)明的第二實施方式相關(guān)的光闌700的主結(jié)構(gòu),圖8A示出光量增加的狀態(tài),而圖8B示出光量減少的狀態(tài);圖9為表示和本發(fā)明的第二實施方式相關(guān)的黑點校正電路的功能結(jié)構(gòu)的方框圖;圖10為表示和本發(fā)明的第二實施方式相關(guān)的數(shù)字圖像的區(qū)域劃分的實施例的示圖;圖11為表示和本發(fā)明的第三實施方式相關(guān)的黑點校正電路的功能結(jié)構(gòu)的方框圖;圖12為表示和本發(fā)明的第三實施方式相關(guān)的數(shù)字圖像的區(qū)域劃分的示圖;圖13為表示和本發(fā)明的第四實施方式相關(guān)的黑點校正電路的功能結(jié)構(gòu)的方框圖;圖14為表示和第四實施方式的修改實施例相關(guān)的數(shù)字圖像中典型地址的選擇實施例的示圖;圖15為表示和本發(fā)明的第五實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)的功能性結(jié)構(gòu)的方框圖;圖16為表示和本發(fā)明的第五實施方式相關(guān)的數(shù)字信號處理電路1506的功能結(jié)構(gòu)的方框圖;圖17A和17B涉及表示數(shù)字圖像信號的黑點特性以及校正數(shù)據(jù)如何隨著數(shù)字圖像的各位置變化的一實施例的曲線圖;圖18為表示和本發(fā)明的第六實施方式相關(guān)的數(shù)字信號處理電路的功能性結(jié)構(gòu)的方框圖;
圖19為表示與本發(fā)明的第六實施方式相關(guān)的數(shù)字信號處理電路18處理的數(shù)字圖像的實施例的示圖;圖20為表示和本發(fā)明的變型實施例(1)相關(guān)的濾色片結(jié)構(gòu)的截面圖;圖21為表示和本發(fā)明的變型實施例(2)相關(guān)的圖像傳感器的部分結(jié)構(gòu)的截面圖;圖22為表示和本發(fā)明的變型實施例(4)相關(guān)的圖像傳感器的部分結(jié)構(gòu)的截面圖;圖23為表示和本發(fā)明的變型實施例(4)相關(guān)的濾色片2206的透射特性的曲線圖。
具體實施例方式
如下采用電子靜態(tài)相機(jī)為例描述和本發(fā)明相關(guān)的圖像輸入裝置的實施方式。
<1>第一實施方式以下,描述和本發(fā)明的第一實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)。
(1)電子靜態(tài)相機(jī)的結(jié)構(gòu)首先,描述和本發(fā)明的實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)的結(jié)構(gòu)。圖1為表示和本發(fā)明的實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)的功能性結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖1所示,電子靜態(tài)相機(jī)1包括光學(xué)透鏡101、IR(紅外)截止濾色片102、圖像傳感器103、模擬信號處理電路104、A/D(模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換器105、數(shù)字信號處理電路106、存儲卡107和驅(qū)動電路108。
光學(xué)透鏡101采用來自目標(biāo)的入射光在圖像傳感器103上形成圖像。IR截止濾色片102通過濾色從該入射光上去除長波長分量,從而使得只有透過IR截止濾色片102的分量照射在圖像傳感器103上。圖像傳感器103為所謂的單板CCD(電荷耦合裝置)圖像傳感器,其具有用于對照射在以二維方式排列的各光電轉(zhuǎn)換器上入射光進(jìn)行濾色的單獨濾色片。圖像傳感器103根據(jù)從驅(qū)動電路108接收的驅(qū)動信號讀取電荷,并輸出模擬圖像信號。
模擬信號處理電路104對于圖像傳感器103已經(jīng)輸出的模擬圖像信號執(zhí)行諸如相關(guān)雙重采樣以及信號放大的處理。A/D轉(zhuǎn)換器105將從模擬信號處理電路104輸出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號。數(shù)字信號處理電路106校正數(shù)字圖像信號的色差,然后產(chǎn)生數(shù)字視頻信號。存儲卡107用于在其中存儲數(shù)字視頻信號。
(2)圖像傳感器103的結(jié)構(gòu)下面,描述圖像傳感器103的結(jié)構(gòu)。圖2為表示圖像傳感器103的整體結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖2所示,圖像傳感器103包括光電轉(zhuǎn)換器201、濾色片202-204、垂直傳輸CCD 205、水平傳輸CCD 206、放大電路207以及輸出端子208。
光電轉(zhuǎn)換器201以二維方式設(shè)置。在光電轉(zhuǎn)換器201上,以拜耳(Bayer)圖案形式設(shè)置用于紅色的濾色片202、用于綠色的濾色片203以及用于藍(lán)色的濾色片204。只有照射在濾色片上的光的特定色彩分量到達(dá)相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器201,以轉(zhuǎn)換為電荷信號。
響應(yīng)于來自驅(qū)動電路108的驅(qū)動脈沖,垂直傳輸CCD 205向水平傳輸CCD206傳輸光電轉(zhuǎn)換器201的電荷信號。進(jìn)而,水平傳輸CCD 206響應(yīng)于來自驅(qū)動電路108的驅(qū)動脈沖向放大電路207傳輸從垂直傳輸CCD 205接收的電荷信號。放大電路207將該電荷信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,并通過輸出端子208輸出該電壓信號。
圖3為圖像傳感器103的部分結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖3所示,圖像傳感器103包括n型半導(dǎo)體層301、p型半導(dǎo)體層302、光電轉(zhuǎn)換器201、絕緣膜303、遮光膜304、濾色片202-204以及微透鏡305。
在n型半導(dǎo)體層301上形成p型半導(dǎo)體層302。通過向p型半導(dǎo)體層302離子注入n型雜質(zhì)形成光電轉(zhuǎn)換器201。在p型半導(dǎo)體層302上以及在光電轉(zhuǎn)換器201上形成絕緣膜303。絕緣膜303具有透光特性。在絕緣膜302中,形成遮光膜304,遮光膜304用于確保只有透過濾色片的光照射到相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換器201上,并且用于保護(hù)具體光電轉(zhuǎn)換器201防止其接收到透過其它濾色片的光。在絕緣膜303上形成濾色片202-204。
濾色片202-204分別具有兩個λ/4介電多層膜并且二者其間夾有不同于λ/4的光學(xué)厚度的分隔層的結(jié)構(gòu),其中通過交替地層疊分別由鈦的氧化物(TiO2)以及硅的氧化物(SiO2)(均為無機(jī)材料)構(gòu)成的兩種層制造各λ/4介電多層膜。注意根據(jù)各濾色片202-204傾向于透過的光的波長,對應(yīng)于濾色片202-204的各區(qū)域中分隔層的光學(xué)厚度互不相同。在對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換器201的位置分別在濾色片202-204設(shè)置微透鏡。該微透鏡在光電轉(zhuǎn)換器201上聚焦入射光。
(3)數(shù)字信號處理電路106接下來,描述數(shù)字信號處理電路106。圖4為表示數(shù)字信號處理電路106功能結(jié)構(gòu)的方框圖。
如圖4所示,數(shù)字信號處理電路106包括輸入地址控制電路401、存儲器402、存儲器控制電路403、輸出地址控制電路404、微計算機(jī)405、黑點校正電路406以及YC處理電路407。
輸入地址控制電路401控制數(shù)字圖像信號的地址。存儲器402用于在其中存儲數(shù)字圖像信號。輸出地址控制電路404控制用于讀取存儲在存儲器402中的數(shù)字圖像信號的地址。此外,輸出地址控制電路404指示微計算機(jī)405輸出用于校正數(shù)字圖像信號的校正數(shù)據(jù)。存儲器控制電路403響應(yīng)于來自輸入地址控制電路401以及輸出地址控制電路404的控制信號產(chǎn)生用于控制關(guān)于存儲器402進(jìn)行數(shù)據(jù)讀/寫控制的控制信號。
微計算機(jī)405輸出校正數(shù)據(jù),從而使得黑點校正電路406校正數(shù)字圖像信號。黑點校正電路406采用從微計算機(jī)405輸出的校正數(shù)據(jù)對數(shù)字圖像信號執(zhí)行黑點校正。YC處理電路407由已經(jīng)進(jìn)行黑點校正的數(shù)字圖像信號產(chǎn)生視頻信號,并且對產(chǎn)生的視頻信號執(zhí)行伽馬校正等,并輸出該得到的視頻信號。
所述伽馬校正為非線性處理。因此,優(yōu)選地在YC處理前執(zhí)行黑點校正。
(4)黑點校正電路406接下來,描述黑點校正電路406。圖5為表示黑點校正電路406的結(jié)構(gòu)的方框圖。
如圖5所示,黑點校正電路406包括乘法器501和上溢/下溢校正電路502。乘法器501對來自存儲器控制電路403的數(shù)字圖像信號和來自微計算機(jī)405的校正數(shù)據(jù)執(zhí)行乘法運算。當(dāng)檢測到與乘積結(jié)果相關(guān)的任意上溢或者下溢情況時,上溢/下溢校正電路502對該乘積結(jié)果執(zhí)行夾值運算使得乘積結(jié)果處于預(yù)定位范圍。
(5)校正數(shù)據(jù)微計算機(jī)405對于在捕捉到的數(shù)字圖像中數(shù)字圖像信號對應(yīng)的各個位置輸出不同的校正數(shù)據(jù)。在本實施方式中,微計算機(jī)405將數(shù)字圖像分為多個區(qū)域,并且對于各個區(qū)域輸出具有不同值的校正數(shù)據(jù)。這意味著如果兩個數(shù)字圖像信號對應(yīng)于同一區(qū)域,則向該區(qū)域輸出同樣的校正數(shù)據(jù)。圖6為表示數(shù)字圖像的區(qū)域劃分的示圖。在圖6中,將數(shù)字圖像劃分為20個區(qū)域。
這樣,使得對于數(shù)字圖像信號的各地址的任意黑點校正成為可能。因此,可以準(zhǔn)確校正唯一地對應(yīng)于每個數(shù)字圖像區(qū)域的色差。此外,采用乘法器501使得即使在每個地址均出現(xiàn)不同增益波動的情況下也能夠執(zhí)行適當(dāng)?shù)暮邳c校正。
<2>第二實施方式以下,描述和本發(fā)明的第二實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)。除了和本實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)設(shè)置有光闌以外,其基本和第一實施方式中的電子靜態(tài)相機(jī)具有一樣的結(jié)構(gòu)。以下說明主要集中于該區(qū)別。
(1)電子靜態(tài)相機(jī)的結(jié)構(gòu)圖7為表示本實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)的功能結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖7所示,電子靜態(tài)相機(jī)7包括光闌700、光學(xué)透鏡701、IR截止濾色片702、圖像傳感器703、模擬信號處理電路704、A/D轉(zhuǎn)換器705、數(shù)字信號處理電路706、存儲卡707和驅(qū)動電路708。光闌700調(diào)整照射在光學(xué)透鏡701上的光量。
(2)光闌700的結(jié)構(gòu)圖8A和8B分別表示光闌700的主結(jié)構(gòu)。圖8A示出光量增加的狀態(tài),而圖8B示出光量減少的狀態(tài)。光闌700設(shè)置有兩個葉片800a和800b。如圖8A所示,當(dāng)設(shè)置葉片800a和800b彼此分離時,照射在光學(xué)透鏡701上的入射光數(shù)量增加,從而增加了照射在圖像傳感器703上的光量。相反,當(dāng)設(shè)置葉片800a和800b彼此靠近時,照射在圖像傳感器703上的入射光數(shù)量減少。以這種方式,光闌700調(diào)整照射在圖像傳感器703上的入射光量。
(3)黑點校正電路的結(jié)構(gòu)數(shù)字信號處理電路706基本具有和與第一實施方式相關(guān)的數(shù)字信號處理電路106一樣的結(jié)構(gòu),但是二者的區(qū)別在于黑點校正電路的結(jié)構(gòu)。圖9為表示與本實施方式相關(guān)的黑點校正電路的功能結(jié)構(gòu)的方框圖。
如圖9所示,黑點校正電路9包括加法器和上溢/下溢校正電路902。該加法器901對來自微計算機(jī)的校正數(shù)據(jù)與來自存儲器控制電路的數(shù)字圖像信號進(jìn)行求和,并輸出因此獲得的求和結(jié)果。當(dāng)檢測到與求和結(jié)果相關(guān)的任意上溢或者下溢情況時,上溢/下溢校正電路902對該求和結(jié)果執(zhí)行夾值運算使得求和結(jié)果處于預(yù)定位范圍。
這樣,可以校正在圖像信號的各個地址的不同電平的偏差波動時出現(xiàn)的黑點。
(4)校正數(shù)據(jù)在本實施方式中,將數(shù)字圖像劃分為分別具有菱形形狀的區(qū)域,所述菱形形狀的中心與數(shù)字圖像的中心一致。換句話說,本實施方式中的區(qū)域劃分執(zhí)行為使得各個產(chǎn)生的區(qū)域具有類似于光闌700的開口形狀。圖10為表示和本實施方式相關(guān)的數(shù)字圖像的區(qū)域劃分的實施例的示圖。在圖10中,數(shù)字圖像按菱形形狀劃分為多個區(qū)域,其中每個區(qū)域根據(jù)到數(shù)字圖像中心的距離與12種校正數(shù)據(jù)的對應(yīng)其中之一相關(guān)。
如果照射在圖像傳感器上的光束在垂直和水平方向上和數(shù)字圖像中心具有一樣的距離,則該入射光束基本具有同樣的入射角。
在第一實施方式中,以沿縱向和橫向方向延伸的柵格圖案劃分?jǐn)?shù)字圖像。該劃分方式與入射光束的入射角特性不匹配,并且必須增加執(zhí)行有效黑點校正的區(qū)域的數(shù)量。另一方面,在本實施方式中,為了向這些區(qū)域分配校正數(shù)據(jù),將數(shù)字圖像劃分為分別沿水平和垂直方向呈對稱的菱形形狀的區(qū)域。因此,使得通過較少數(shù)量的區(qū)域執(zhí)行與入射光束的入射角特性匹配的黑點校正成為可能。這樣降低了必須存儲的校正數(shù)據(jù)的數(shù)量,有助于簡化操作并縮小黑點校正電路的電路尺寸。
<3>第三實施方式接下來,描述本發(fā)明的第三實施方式。除了黑點校正電路執(zhí)行的操作以外,和本實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)基本與第一實施方式中的電子靜態(tài)相機(jī)具有一樣的結(jié)構(gòu)。以下說明主要集中于該區(qū)別。
(1)黑點校正電路的結(jié)構(gòu)圖11為表示本實施方式相關(guān)的黑點校正電路的功能結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖11所示,黑點校正電路11包括加法器1101、乘法器1102以及上溢/下溢校正電路1103。
黑點校正電路11接收兩種類型的校正數(shù)據(jù)。加法器1101對第一類型校正數(shù)據(jù)和數(shù)字圖像信號加和,并輸出該求和結(jié)果。乘法器1102對所述求和結(jié)果與第二類型數(shù)據(jù)進(jìn)行乘積運算,并輸出該乘積結(jié)果。上溢/下溢校正電路1103對乘積結(jié)果執(zhí)行夾值運算。
這樣,不但可以校正在圖像信號的各個地址的不同電平偏差波動時出現(xiàn)的黑點,而且可以校正在圖像信號的各個地址的不同電平增益波動時出現(xiàn)的黑點。
(2)校正數(shù)據(jù)如上所述,本實施方式采用了用于執(zhí)行黑點校正的兩種類型的校正數(shù)據(jù)。和其他實施方式一樣,在本實施方式中,將數(shù)字圖像劃分為多個區(qū)域,并且對于每個區(qū)域賦予不同的校正數(shù)據(jù)數(shù)值。
圖12為表示和本實施方式相關(guān)的數(shù)字圖像的區(qū)域劃分的示圖。如圖12所示,通過同心圓形狀將數(shù)字圖像劃分為多個區(qū)域,其中同心圓中心與數(shù)字圖像的中心重合。通過這樣,劃分?jǐn)?shù)字圖像區(qū)域使得每個區(qū)域的入射角在預(yù)定范圍內(nèi)。這樣有助于減少區(qū)域的數(shù)量,并且有助于簡化操作并減少電路尺寸。
<4>第四實施方式接下來,描述本發(fā)明的第四實施方式。除了黑點校正電路執(zhí)行的操作以外,和本實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)也基本與第一實施方式中的電子靜態(tài)相機(jī)具有一樣的結(jié)構(gòu)。具體地,在第一實施方式中,采用數(shù)字圖像信號和校正數(shù)據(jù)執(zhí)行黑點校正,而在本實施方式中,通過用替換數(shù)據(jù)代替數(shù)字圖像來執(zhí)行黑點校正。以下描述主要集中于該區(qū)別。
(1)黑點校正電路的結(jié)構(gòu)圖13為表示本實施方式相關(guān)的黑點校正電路的功能結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖13所示,黑點校正電路13包括選擇器1301、選擇器1303以及替換數(shù)據(jù)存儲單元1302。黑點校正電路13接收(A)來自存儲器控制電路的數(shù)字圖像信號、(B)來自輸出地址控制電路的數(shù)字圖像信號以及(C)來自微計算機(jī)的替換數(shù)據(jù)。
替換數(shù)據(jù)存儲單元1302具有從“a”到“x”的多個存儲區(qū)域,并且用于在其中存儲用于黑點校正的替換數(shù)據(jù)。選擇器1301選擇替換數(shù)據(jù)存儲單元1302的存儲區(qū)域,以將從微計算機(jī)上接收的替換數(shù)據(jù)要存儲到其中。選擇器1303根據(jù)圖像信號及其地址選擇替換數(shù)據(jù)存儲單元1302的存儲區(qū)域。通過這樣,將已經(jīng)存儲在所選存儲區(qū)域的替換數(shù)據(jù)發(fā)送給YC處理單元。
例如,微計算機(jī)可以提前準(zhǔn)備多組替換數(shù)據(jù),并且讓替換數(shù)據(jù)存儲單元1302存儲電子靜態(tài)相機(jī)用戶選擇的一組替換數(shù)據(jù)。優(yōu)選地在啟動電子靜態(tài)相機(jī)時或者光學(xué)透鏡的透鏡特性發(fā)生明顯變化的情況下更新替換數(shù)據(jù)。
通過采用上述結(jié)構(gòu),避免了由于求和以及乘法運算產(chǎn)生的運算誤差,并且因此提供更精確的黑點校正。此外,由于可以隨意執(zhí)行替換數(shù)據(jù)更新,因此可以更靈活地處理由于光學(xué)系統(tǒng)變化導(dǎo)致黑點變化的情況。
(2)變型實施例上述描述處理替換數(shù)據(jù)存儲單元1302對于數(shù)字圖像信號的每個地址存儲替換數(shù)據(jù)的情況。但是,毫無疑問本發(fā)明不限于該結(jié)構(gòu)。例如,也可以采用以下結(jié)構(gòu)。僅準(zhǔn)備用于典型地址的替換數(shù)據(jù)。對于與典型地址不同的每個地址,利用在該地址附近的典型地址的替換數(shù)據(jù)產(chǎn)生其替換數(shù)據(jù)。
圖14為表示數(shù)字圖像中典型地址的選擇實施例的示圖。如圖14所示,以柵格圖案設(shè)置的點1401-1406對應(yīng)于典型地址。這樣,可以降低替換數(shù)據(jù)存儲單元1302的存儲容量,從而有助于降低電子靜態(tài)相機(jī)的成本。
在上述描述中,所述內(nèi)容為可以更新存儲在替換數(shù)據(jù)存儲單元1302中的內(nèi)容。但是,可選地可以采用ROM(只讀存儲器)作為替代數(shù)據(jù)存儲單元1302。在這種情況下,存在的缺點在于不能更新存儲在替代數(shù)據(jù)存儲單元1302的內(nèi)容。但是,這樣可以降低部件成本,從而以合理的價格提供電子靜態(tài)相機(jī)。
<5>第五實施方式接下來,描述本發(fā)明的第五實施方式。除了發(fā)明的實施方式能夠根據(jù)濾色片特性改變數(shù)字信號操作以外,和本實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)基本與第一實施方式中的電子靜態(tài)相機(jī)具有一樣的結(jié)構(gòu)。以下描述主要集中于該區(qū)別。
(1)電子靜態(tài)相機(jī)的結(jié)構(gòu)圖15為表示和本發(fā)明的實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)的功能性結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖15所示,電子靜態(tài)相機(jī)15包括微計算機(jī)1500、光學(xué)透鏡1501、IR截止濾色片1502、圖像傳感器1503、模擬信號處理電路1504、A/D轉(zhuǎn)換器1505、數(shù)字信號處理電路1506、存儲卡1507和驅(qū)動電路1508。該微計算機(jī)1500向數(shù)字信號處理電路1506輸入圖像傳感器1503的濾色片的特征參數(shù)。
(2)數(shù)字信號處理電路1506的結(jié)構(gòu)圖16為表示數(shù)字信號處理電路1506的功能性結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖16所示,數(shù)字信號處理電路1506包括黑點校正電路1601、YC處理電路1602、輸入地址控制電路1603、存儲器控制電路1604、微計算機(jī)1605和存儲器1606。
存儲器1606為數(shù)字圖像信號各地址存儲校正數(shù)據(jù)。為了執(zhí)行黑點校正,黑點校正電路1601指定數(shù)字信號地址,并通過存儲器控制電路1604從存儲器1606讀取校正數(shù)據(jù)。
在從外部收到更新校正數(shù)據(jù)的命令時,微計算機(jī)1605指定數(shù)字圖像信號的地址,并從存儲器1606讀取校正數(shù)據(jù)。微計算機(jī)1605采用從微計算機(jī)1500接收到的濾色片的特征參數(shù)更新校正數(shù)據(jù),并將該更新后的校正數(shù)據(jù)寫入存儲器1606。
(3)變型實施例在上述描述中,存儲器1606為數(shù)字圖像信號各地址存儲校正數(shù)據(jù)。但是,毫無疑問本發(fā)明不限于該結(jié)構(gòu)。例如,第五實施方式還可以設(shè)置類似于第四實施方式中所述的結(jié)構(gòu)。即,僅對于典型地址存儲校正數(shù)據(jù),并且對于不同于典型地址的各地址,通過采用典型地址的校正數(shù)據(jù)插值得到校正數(shù)據(jù)。
以下詳細(xì)描述插值的實施例,其中制備對于多個典型地址的校正數(shù)據(jù),所述典型地址距數(shù)字圖像中心的距離彼此不同。圖17A和17B涉及表示數(shù)字圖像信號的黑點特性以及校正數(shù)據(jù)如何隨著數(shù)字圖像的各位置而變化的曲線圖。圖17A為表示數(shù)字圖像的示圖。在圖17A中,直線X-X’以水平方向穿過該數(shù)字圖像,而直線Y-Y’以垂直方向穿過該數(shù)字圖像。
圖17B所示為分別在直線X-X’和Y-Y’處數(shù)字圖像信號的黑點特性以及校正數(shù)據(jù)。針對黑點特性,僅示出紅(R)分量的情況。在圖17B中,多個點分別表示用于典型地址的校正數(shù)據(jù)。
如圖17B所示,在水平/垂直方向上的黑點特性為在數(shù)字圖像的中心其位于最高點,并且向兩端逐漸降低,校正數(shù)據(jù)正好相反在數(shù)字圖像的中心為最低點,并且向兩端逐漸升高。
例如,采用用于典型地址p1和p2的校正數(shù)據(jù)K1和K2計算地址p3的校正數(shù)據(jù)K3,具體如下K3={(k2-k1)×Δ1/Δ0}+K1這里,Δ0表示地址p1和地址p2之間的距離,并且Δ1表示地址p1和地址p3之間的距離??蛇x地,可以通過如下方式計算校正數(shù)據(jù)K3K3={(k2-k1)×(Δ1/Δ0)2}+K1
根據(jù)黑點特性確定應(yīng)該采用上述計算方法中的哪一個或者采用其他計算方法??梢圆捎贸朔蔷€性函數(shù)或者二次函數(shù)的其它函數(shù)進(jìn)行插值。還可以采用多個函數(shù)的組合進(jìn)行插值。上述描述僅討論了用于校正數(shù)字圖像水平方向上插值校正數(shù)據(jù)的方法。但是在垂直方向上可類似的執(zhí)行該插值方法。
在圖17B的數(shù)字圖像的中心,如果通過采用附近典型地址的校正數(shù)據(jù)進(jìn)行插值,則不能獲得正確的校正數(shù)據(jù)。優(yōu)選地,將該地址確認(rèn)為典型地址,并提前為其存儲校正數(shù)據(jù)。此外,微計算機(jī)1605已經(jīng)插值得到的校正數(shù)據(jù)既可以存儲在存儲器1606中又可以輸入到黑點校正電路1601中。
<第六實施方式>
接下來,描述本發(fā)明的第六實施方式。除了數(shù)字信號處理電路執(zhí)行的操作以外,和本實施方式相關(guān)的電子靜態(tài)相機(jī)基本與第一實施方式中的電子靜態(tài)相機(jī)具有一樣的結(jié)構(gòu)。具體地,在上述實施方式中,通過黑點校正糾正色差。但是,本實施方式嘗試通過刪除色差明顯的數(shù)字圖像部分解決色差問題。以下描述主要集中于該區(qū)別。
(1)數(shù)字信號處理電路的結(jié)構(gòu)圖18為表示和本實施方式相關(guān)的數(shù)字信號處理電路的功能性結(jié)構(gòu)的方框圖。如圖18所示,數(shù)字信號處理電路18包括輸入地址控制電路1801、存儲器1802、存儲器控制電路1803、輸出地址控制電路1804、微計算機(jī)1805、縮放處理電路1806以及YC處理電路1807??s放處理電路1806根據(jù)由微計算機(jī)1805給出的指令對由YC處理電路1807輸出的圖像信號執(zhí)行剪裁以及像素插值操作。
圖19為表示數(shù)字信號處理電路18處理的數(shù)字圖像的實施例的示圖。在圖19中,曲線1903表示色差明顯的區(qū)域1904和色差不明顯的區(qū)域1902之間的邊界。通過黑點特性限定曲線1903的位置。微計算機(jī)1805決定適于區(qū)域1902并具有預(yù)定高寬比的矩形形狀區(qū)域1901。然后微計算機(jī)1805指示縮放處理電路1806切下該矩形區(qū)域。
如果將矩形區(qū)域1901本身作為數(shù)字圖像輸出,則像素數(shù)量不足??紤]到這一點,縮放處理電路1806對像素進(jìn)行插值,從而將矩形區(qū)域放大為和數(shù)字圖像19一樣的尺寸。從而將所獲得的數(shù)字圖像輸出給存儲卡。
從而獲得沒有產(chǎn)生色差的視頻信號。
注意可以在執(zhí)行如上所述的黑點校正后選擇性執(zhí)行剪裁操作。
<7>變型實施例到此為止,已經(jīng)通過多個實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明。但是,很明顯本發(fā)明不限于上述具體的實施方式。例如,如下修改實施例也是可能的。
(1)在上述第一實施方式中,調(diào)整夾入在λ/4多層膜之間的分隔層的厚度從而調(diào)整透過濾色片的光的波長。但是,很明顯本發(fā)明不應(yīng)該限于該結(jié)構(gòu)并且例如還存在如下修改。
圖20為表示和本發(fā)明變型實施例相關(guān)的濾色片結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖20所示,通過層疊鈦氧物化層2002、硅氧化物層2003、鈦氧化物層2004、硅氧化物層2005、分隔層2006a-2006c、硅氧化物層2007、鈦氧化物層2008、硅氧化物層2009、以及鈦氧化物層2010在絕緣層2001上形成濾色片20。
分隔層2006a由鈦的氧化物構(gòu)成。分隔層2006a和夾著分隔層2006的兩個λ/4多層膜構(gòu)成用于透射藍(lán)光的濾色片。通過沿濾色片20的主表面方向交替設(shè)置鈦的氧化物部分和硅的氧化物部分的方式制造分隔層2006b。分隔層2006b與λ/4多層膜協(xié)作透射紅光。分隔層2006c由硅的氧化物構(gòu)成,并透射綠光。
在分隔層2006b的平面圖中,鈦的氧化物部分和硅的氧化物部分的面積比為1∶4。因此,分隔層2006b對于紅光的折射系數(shù)按下式計算((硅的氧化物的折射系數(shù))×4/5)+((鈦的氧化物的折射系數(shù))×1/5)這樣,可能減少制造濾色片所需的工藝,從而有助于減少其所需的工作周期并能夠降低制造成本。
(2)在上述第一實施方式中,在絕緣層303中設(shè)置遮光膜304。但是,很明顯本發(fā)明不限于該結(jié)構(gòu),并且還可能存在如下結(jié)構(gòu),例如。
圖21為表示和本發(fā)明的變型實施例相關(guān)的圖像傳感器的部分結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖21所示,圖像傳感器21包括n型半導(dǎo)體層2101、p型半導(dǎo)體層2102、光接收器件2103R-2103B、絕緣層2104和2106、濾色片2105R-2105B、遮光膜2107和微透鏡2108。
在n型半導(dǎo)體層2101上形成p型半導(dǎo)體層2102。光接收器件(2103R等)為通過向p型半導(dǎo)體層2102中離子注入n型雜質(zhì)形成的光電二極管(光電轉(zhuǎn)換器)。光接收器件(2103R等)與透光的絕緣層2104接觸。光接收器件(2103R等)通過p型半導(dǎo)體層2102的各個部分彼此分開。在絕緣層2104上形成濾色片2105R-2105B。
濾色片2105R-2105B為分別專用于透射原色光R、G和B的濾色片,并且其由無機(jī)材料構(gòu)成。以拜耳(Bayer)圖案或者以補(bǔ)色圖案設(shè)置濾色片。
在濾色片2105R-2105B上形成透光的絕緣層2106。在絕緣層2106上,設(shè)置微透鏡2108使得一個微透鏡對應(yīng)于一個光接收器件。遮光膜2107分隔微透鏡2108。遮光膜2107反射入射到其上的光。另一方面,入射到各微透鏡2108上的光聚焦在光接收器件相應(yīng)其中之一(例如,光接收器件2103R)上。
通過這樣,可以縮短濾色片和光接收器件之間的距離,并且因此傾斜光束很難到達(dá)光接收器件。例如,當(dāng)光接收器件(2103R等)寬度為3μm時,光的混色可以比傳統(tǒng)情況降低約80%。此外,僅通過半導(dǎo)體工藝就能制造圖像傳感器21,該半導(dǎo)體工藝簡單而且不會產(chǎn)生較大成本。
(3)在本說明書中,在實施方式中所述的“λ/4多層膜”具體解釋如下。
首先,描述了通過交替層疊低折射系數(shù)層和高折射系數(shù)層形成的多層膜,其中所述低折射系數(shù)層和高折射系數(shù)層對于可見光均體現(xiàn)出高透明性。由于在相鄰層具有不同的折射系數(shù),因此以相對于多層層疊方向傾斜的方向向多層膜入射的光部分地透過每一層,并且部分光在多層的每個表面反射掉。從每個界面反射的光的總和被認(rèn)為是從整個多層膜結(jié)構(gòu)反射的光。
當(dāng)不同界面反射同一相位的光時,產(chǎn)生高反射特性。相反,當(dāng)不同界面反射彼此相位相反的光時,產(chǎn)生低反射特性。因此,如果想要采用多層膜作為高反射涂敷膜,則有必要設(shè)計多層膜使得位于其中的界面反射同一相位的光。
在該多層膜的每一層具有同樣的光學(xué)厚度的情況,從該多層膜反射的光將落入以波長“λ”為中心的預(yù)定帶內(nèi),其中該“λ”為光學(xué)厚度的四倍。以下,波長“λ”被稱為“中心波長”,并且該預(yù)定帶被稱為“反射帶”。該多層膜被稱為“λ/4多層膜”。
對于該λ/4多層膜,可能通過對每一層選擇光學(xué)厚度任意設(shè)定其反射帶。還可能通過擴(kuò)大高折射系數(shù)層和低折射系數(shù)層之間的折射系數(shù)差或者通過增加高折射系數(shù)層和低折射系數(shù)層對的數(shù)量擴(kuò)大反射帶的帶寬。
(4)上述的實施方式采用具有多層膜結(jié)構(gòu)的濾色片。但是,很明顯本發(fā)明不限于該結(jié)構(gòu),并且如下結(jié)構(gòu)也是可能的。
(4-1)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)圖22為表示和本發(fā)明的變型實施例相關(guān)的圖像傳感器的部分結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖22所示,在圖像傳感器22中,以下述順序在n型半導(dǎo)體層2201上層疊p型半導(dǎo)體層2202、絕緣膜2204、濾色片2206、平坦化層2207以及微透鏡2208。
通過向p型半導(dǎo)體層2202中離子注入n型雜質(zhì)在要與絕緣膜2204接觸的p型半導(dǎo)體層2202中形成光電轉(zhuǎn)換器2203。
絕緣膜2204為透光的絕緣膜。在絕緣膜2204中設(shè)置遮光膜2205。遮光膜2205用于確保僅將透過濾色片2206的光照射到相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器2203上。
濾色片2206為由非晶硅構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)。濾色片2206的厚度在如下三個位置有所區(qū)別與用于接收紅光的光電轉(zhuǎn)換器2203相對的位置(以下稱為“紅區(qū)域”);與用于接收綠光的光電轉(zhuǎn)換器2203相對的位置(以下稱為“綠區(qū)域”);與用于接收藍(lán)光的光電轉(zhuǎn)換器2203相對的位置(以下稱為“藍(lán)區(qū)域”)。
平坦化層2207由硅的氧化物構(gòu)成,并且用于平坦化器件的上層,從而使得光電轉(zhuǎn)換器2203和微透鏡2208之間的距離恒定。
在對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換器2203的位置的平坦化層2207上設(shè)置微透鏡2208。微透鏡2208向光電轉(zhuǎn)換器2203聚焦入射光。
(4-2)濾色片2206的膜厚度接下來,描述濾色片2206的膜厚度。
根據(jù)在各個區(qū)域要透射的光的波長λ(例如在每個區(qū)域以最大透光率透射的波長,以下稱之為“峰值波長”)確定濾色片2206的膜厚度。采用如下等式計算濾色片2206的膜厚度。
Nd=λ/2......(1)這里,“n”表示在每個區(qū)域與波長為“λ”的光相關(guān)的折射系數(shù),并且“d”表示每個區(qū)域的膜厚度。通常,將“n”和“d”的乘積稱為光學(xué)厚度。
與峰值波長為650nm、530nm和470nm的光相關(guān)的多晶硅的折射系數(shù)“n”分別為4.5、4.75和5.0?;诖?,在本發(fā)明的變型實施例中,將濾色片2206的膜厚度限定為如下在紅區(qū)域厚度為70nm;在綠區(qū)域厚度為55nm;而在藍(lán)區(qū)域厚度為40nm。
注意可見光的波長在300nm到800nm范圍內(nèi)。因此,濾色片2206的光學(xué)厚度應(yīng)該落入150nm到400nm范圍內(nèi),其中150nm和400nm也包括在內(nèi)。在考慮紅外波長區(qū)域的情況,需要提高濾色片2206的膜厚度的上限。
(4-3)濾色片2206的透射特性接下來,描述濾色片2206的透射特性。
通常來說,當(dāng)波長為兩倍光學(xué)厚度的光透過透光層時,通過干涉效應(yīng)提高透光率。更具體地,當(dāng)光從透光層的內(nèi)部傳輸至外部時,在透光層的界面處部分光發(fā)生反射。透射光和反射光之間的干涉增強(qiáng)了透光率。
當(dāng)透光層由吸收材料構(gòu)成時,由于消光系數(shù)的色散導(dǎo)致波長越短的光被吸收越多。存在某一波長值,在該該數(shù)值上吸收速率幾乎為0。該波長確定值被稱為“截止波長”。
由于構(gòu)成濾色片2206的非晶硅為吸收材料,因此傳輸經(jīng)過濾色片2206的光受到干涉和吸收的雙重作用。具體地,由于具有大折射系數(shù),因此非晶硅具有較大反射率以及較大干涉效應(yīng)。此外,由于具有大吸收系數(shù),因此非晶硅對于短波長具有高吸收率。根據(jù)非晶硅的這些特性,濾色片2206具有高的分色功能。
注意在本說明書中“吸收材料”的含義為在400nm到700nm波長范圍內(nèi)具有產(chǎn)生0.1或者更大的消光系數(shù)的波長的材料。吸收材料的實施例包括多晶硅、單晶硅、鈦的氧化物、鉭的氧化物和鈮的氧化物。
吸收系數(shù)α、消光系數(shù)κ和波長λ滿足下述關(guān)系。
κ=α×λ/4π圖23為表示在每個區(qū)域濾色片2206的透射特性的曲線圖。在圖23中,水平軸表示入射在濾色片2206上的波長,而垂直軸表示每個波長的透光率。曲線2301-2303分別表示紅色區(qū)域、綠色區(qū)域和藍(lán)色區(qū)域的透射特性。
如圖23所示,濾色片2206的透射特性為隨著膜厚度的增加,峰值波長變長。更具體地,參照圖23得到如下內(nèi)容。在膜厚度最大的紅區(qū)域,峰值波長最長(曲線2301)。在膜厚度次大的綠區(qū)域,峰值波長也次長(曲線2302)。最后,在膜厚度最小的藍(lán)區(qū)域,峰值波長因此最短(曲線2303)。
從圖23中,還可以觀察到在每個區(qū)域中隨著波長變短,透光率隨之變小。這種現(xiàn)象是由如上所述的非晶硅的吸收效應(yīng)導(dǎo)致的。
(4-4)濾色片2206的優(yōu)點除了具有上述的高的分色功能以外,濾色片2206還具有如下優(yōu)點。
即,當(dāng)濾色片采用多種有機(jī)顏料時,必須對于要透射的各個波長管理不同材料(例如,顏料、染料等)。與此相比,濾色片2206由單一有機(jī)材料構(gòu)成,因此不會產(chǎn)生該材料管理問題。
此外,當(dāng)濾色片采用多種有機(jī)顏料時,必須執(zhí)行處理丙烯酸樹脂的制造工藝。另一方面,濾色片2206可通過半導(dǎo)體工藝制造,就像制造圖像傳感器22的其他元件一樣。因此,可以減少制造圖像傳感器22所需的工藝,從而有助于減少所需的工作周期并能夠較低制造成本。此外,可以采用和制造圖像傳感器22的其他元件一樣的制造設(shè)備制造濾色片2206。
此外,濾色片2206整體上非常薄,并且其最厚的區(qū)域膜厚度僅為70nm。因此,濾色片2206對于防止斜射光問題非常有效,該問題具體表現(xiàn)為經(jīng)過濾色片2206透射的光照射在并非與該區(qū)域?qū)?yīng)的光電轉(zhuǎn)換器2003上從而產(chǎn)生光的混色。
在已經(jīng)形成遮光膜2205以后形成濾色片2206。在低溫情況下涂敷作為濾色片2206材料的非晶硅。因此,如果對該遮光膜2205采用具有低熔點的材料,諸如鋁(Al),則可以抑制由于形成濾色片2206導(dǎo)致施加在遮光膜2205上的應(yīng)力。因此,可以保護(hù)遮光膜2205使其防止受到由于應(yīng)力導(dǎo)致的不利影響。
(4-5)變型實施例如上所述,濾色片2206的分色功能隨著膜厚度而變化。這意味著由于入射在濾色片2206上的光的入射角的變化導(dǎo)致如果透射經(jīng)過濾色片2206的光的光學(xué)路徑長度變化則透射特性也發(fā)生變化。
當(dāng)照射在濾色片2206的光的入射角整體上均勻變化,則信號處理可有助于消除透射特性的變化。此外,在每個像素位置的入射角均變化時,信號處理也能有效地消除這種變化。這樣,如果結(jié)合信號處理使用該變型實施例的濾色片2206,則可以實現(xiàn)更出色的色彩再現(xiàn)性。
(5)所有上述實施方式已經(jīng)涉及了用于分離紅、綠和藍(lán)三原色的濾色片。但是,很明顯本發(fā)明不限于該結(jié)構(gòu),并且可以選擇性采用用于分離其他顏色的濾色片。例如,采用采用用于分離青、品和黃三種主色的濾色片。
工業(yè)應(yīng)用將本發(fā)明涉及的圖像輸入裝置和圖像輸入方法視為用于解決由于濾色片特性導(dǎo)致在數(shù)字圖像中出現(xiàn)的色差問題的裝置和方法。
權(quán)利要求
1.一種圖像輸入裝置,包括用于捕捉目標(biāo)圖像的固態(tài)成像器件,以及用于處理固態(tài)成像器件輸出的圖像信號的信號處理單元,其中該固態(tài)成像器件包括由無機(jī)材料構(gòu)成的多個濾色單元,每個濾色單元均都用于透射出光中相應(yīng)一種色彩分量;以及在半導(dǎo)體襯底中以二維方式排列的多個光接收器件,每個光接收器件用于接收透過濾色單元其中相應(yīng)之一的光的一種色彩分量,并且信號處理單元,根據(jù)色彩分量和位于捕捉到的圖像中的位置校正圖像信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像輸入裝置,其特征在于,所述濾色單元具有多層膜結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像輸入裝置,其特征在于,每個濾色單元包括各由多個介電層構(gòu)成的兩個λ/4多層膜;以及夾在λ/4多層膜之間的絕緣層,該絕緣層具有不同于λ/4的光學(xué)厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像輸入裝置,其特征在于,絕緣層的光學(xué)厚度根據(jù)由相應(yīng)的光接收單元接收的光的色彩分量而不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像輸入裝置,其特征在于,每個λ/4多層膜均由高折射系數(shù)材料和低折射系數(shù)材料構(gòu)成,絕緣層含有由高折射系數(shù)材料構(gòu)成的第一部分和由低折射系數(shù)材料構(gòu)成的第二部分,其中該第一部分和第二部分沿濾色單元的主表面的方向交替排列,并且該絕緣層根據(jù)在平面圖中第一部分和第二部分的面積比透射各波長的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像輸入裝置,其特征在于,所述固態(tài)成像裝置包括遮光單元,該遮光單元用于遮蔽入射光并且設(shè)置在相對于濾色單元與光接收單元相對的側(cè),并且遮光單元分別在對應(yīng)于光接收單元的位置設(shè)置有開口,從而允許入射光從其中經(jīng)過。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像輸入裝置,其特征在于,信號處理單元將捕捉到的圖像劃分為兩個或者更多區(qū)域,并且根據(jù)色彩分量和區(qū)域校正該圖像信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像輸入裝置,其特征在于,信號處理單元按照形狀類似但是尺寸不同的圖形將捕捉到的圖像劃分為兩個或者更多區(qū)域,所述圖形共享同一中心,并且該信號處理單元根據(jù)色彩分量和區(qū)域校正圖像信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像輸入裝置,其特征在于,光學(xué)透鏡形成通過固態(tài)成像器件要捕捉的目標(biāo)圖像,并且光闌限制照射在光學(xué)透鏡上的光,所述圖形在形狀上和光闌的孔隙基本相似。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像輸入裝置,其特征在于,圖形的形狀基本為圓形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像輸入裝置,其特征在于,信號處理單元通過對圖像信號電平乘以根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置確定的系數(shù)校正圖像信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像輸入裝置,其特征在于,信號處理單元通過對圖像信號的電平加上根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置確定的常數(shù)校正圖像信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像輸入裝置,其特征在于,信號處理單元通過對圖像信號的電平加上根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置確定的常數(shù)并且對相加結(jié)果乘以根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置確定的系數(shù)校正圖像信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像輸入裝置,其特征在于,包括存儲校正數(shù)據(jù)的存儲單元,其中該信號處理單元采用校正數(shù)據(jù)校正圖像信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像輸入裝置,其特征在于,所述信號處理單元根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置通過校正數(shù)據(jù)替代圖像信號的電平。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像輸入裝置,其特征在于,所述存儲單元可以具有存儲校正數(shù)據(jù)的非易失性存儲器
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像輸入裝置,其特征在于,所述存儲單元可以具有存儲校正數(shù)據(jù)的易失性存儲器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像輸入裝置,其特征在于,包括用于更新存儲在存儲單元中的校正數(shù)據(jù)的更新單元。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像輸入裝置,其特征在于,包括存儲第一校正數(shù)據(jù)的存儲單元,該第一校正數(shù)據(jù)用于對于部分位置校正圖像信號,其中這里信號處理單元a)通過采用第一校正數(shù)據(jù)對于所述部分位置執(zhí)行校正,并且b)通過采用由第一校正數(shù)據(jù)計算出的第二校正數(shù)據(jù)對其他部分位置執(zhí)行校正。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像輸入裝置,其特征在于,一段第二校正數(shù)據(jù)是采用線性函數(shù)通過兩段第一校正數(shù)據(jù)計算出的。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的圖像輸入裝置,其特征在于,一段第二校正數(shù)據(jù)是采用二次函數(shù)通過兩段第一校正數(shù)據(jù)計算出的。
22.一種包括用于捕捉目標(biāo)圖像的固態(tài)成像器件以及用于處理固態(tài)成像器件輸出的圖像信號的信號處理單元的圖像輸入裝置,其中固態(tài)成像器件包括由無機(jī)材料構(gòu)成的多個濾色單元,每個濾色單元用于透射出光中相應(yīng)一種色彩分量;以及在半導(dǎo)體襯底上二維方式排列的多個光接收單元,每個光接收單元用于接收透過濾色單元其中相應(yīng)之一的光的一種色彩分量,并且該信號處理單元采用對應(yīng)于落入捕獲的圖像中心預(yù)定距離之內(nèi)的坐標(biāo)的圖像信號產(chǎn)生圖像。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的圖像輸入裝置,其特征在于,信號處理單元在產(chǎn)生圖像以前根據(jù)色彩分量以及捕獲圖像的位置校正圖像信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像輸入裝置,其特征在于,濾色單元可以由單層膜構(gòu)成,該單層膜的光學(xué)厚度基本等于對應(yīng)于要透射的光的色彩分量的1/2波長。
全文摘要
微計算機(jī)輸出校正數(shù)據(jù)。黑點校正電路采用由微計算機(jī)輸出的校正數(shù)據(jù)對數(shù)字圖像執(zhí)行黑點校正。YC處理電路由已經(jīng)經(jīng)過黑點校正的數(shù)字圖像信號產(chǎn)生視頻信號,對已產(chǎn)生的視頻信號執(zhí)行諸如伽馬校正的處理,并輸出經(jīng)過諸如伽馬校正處理的視頻信號。
文檔編號H04N9/07GK101023659SQ200580031297
公開日2007年8月22日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者今村邦博, 藤井俊哉, 山口琢己, 村田隆彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社