TWI242365B - Solid photographing element and digital camera - Google Patents

Description

1242365 玖、發明說明： 【發明所屬之技術區域】 本發明係有關於一種使用包含在半導體基板表面上被 配設於行方向以及與其正交之列方向上之多數光電轉換區 域的固體拍攝元件、以及使用固體拍攝元件之數位相機。 【先前技術】 被利用在數位相機中之固體拍攝元件係爲’爲了藉由 光二極體等光電轉換元件而檢測出對應於影像信號之電 荷，一般在增廣動態範圍方面係屬困難。在此，爲了獲得 較廣之動態範圍之影像，爲採用以短時間連續地進行高感 度攝影與低感度攝影合成已取得之兩枚份之影像信號的處 理（例如，參照專利文獻一）。然而，合成之影像信號由 於並非爲由同時刻之影像所取得之影像信號，故而具有動 作中之被拍體有形成不自然地影像之問題。 其他解決手段係爲，利用相對於固體拍攝元件之高感 度的光電轉換元件以及、具有相對性低感度之光電轉換元 件的固體拍攝元件（例如，參照專利文獻二）。然而’由 於係將配設在於空間性上分離位置的光電轉換元件作爲高 感度畫素與低感度畫素來利用，故而相對的具有降低解析 度之問題。 另一方面，在獲得彩色影像資訊方面至少必須要有三 色之分光感度的影像信號，不過，在以固體拍攝元件獲得 彩色影像資訊之際，爲分別使光電轉換兀件對應於至少二 色之分光感度以內的任一方。從而’在以一個固體拍攝兀1 1242365 相異之場 奎斯特領 一致。其 現象，而 的爲抑制 析度、動 導體基板 之多數光 述各個光 積的主區 述多數之 前述主區 電轉換信 件獲得彩色影像資訊之情況下，形成爲由二維性 所來獲得各個分光感度之影像信號，而各色之奈 域（Nyguist domain;空間頻率分布）形成爲不 結果，以被拍體而引起被稱之爲僞色或色波紋之 具有使已拍攝之影像畫質惡化的問題。 【專利文獻1】 日本專利特開2001 — 94999號公報。 【專利文獻2】 曰本專利特開200 1 — 8 1 04號公報。 【發明內容】 〔發明所欲解決之課題〕 本發明係有鑑於上述事情所提出之物，其目 僞色或色波紋之產生，同時提供一種可取得高解 態範圍較廣之影像信號的固體拍攝元件。 〔解決課題之手段〕 本發明之固體拍攝元件係爲，在包含有於半 表面上被配設於行方向以及與其正交之列方向上 電轉換區域的固體拍攝元件中，其特徵在於：前 電轉換區域係包含有具有相對性較寬廣之受光面 域與具有相對性較狹窄之受光面積的副區域，前 光電轉換區域內之局部的光電轉換區域’係爲在 域與前述副區域中分別輸出相異分光感度之光 號。 本發明之固體拍攝元件係爲，在包含有於半導體基板 1242365 表面上被配設於行方向以及與其正交之列方向上之多數光 電轉換區域的固體拍攝元件中，其特徵在於：前述各個光 電轉換區域係包含有具有相對性較寬廣之受光面積的主區 域與具有相對性較狹窄之受光面積的副區域，前述光電轉 換區域係包含有：第一種類之轉換區域，係爲前述主區域 以及前述副區域均輸出第一分光感度之光電轉換信號；第 二種類之轉換區域，前述主區域係輸出第二分光感度之光 電轉換信號，前述副區域爲輸出第三分光感度之光電轉換 信號；第三種類之轉換區域，前述主區域爲輸出第三分光 感度之光電轉換信號，前述副區域爲輸出第二分光感度之 光電轉換信號。 本發明之固體拍攝元件係爲，在包含有於半導體基板 表面上被配設於行方向以及與其正交之列方向上之多數光 電轉換區域的固體拍攝元件中，其特徵在於：前述各個光 電轉換區域係包含有具有相對性較寬廣之受光面積的主區 域與具有相對性較狹窄之受光面積的副區域，前述光電轉 換區域係包含有：第一種類之轉換區域，係爲前述主區域 以及前述副區域均爲儲存第一分光感度之信號電荷；第二 種類之轉換區域，前述主區域爲儲存第二分光感度之信號 電荷，前述副區域爲儲存第三分光感度之信號電荷；第三 種類之轉換區域，前述主區域爲儲存第三分光感度之信號 電荷，前述副區域爲儲存第二分光感度之信號電荷；垂直 轉送部，爲將來自前述光電轉換區域之信號電荷轉送至與 前述主區域獨立之前述副區域的前述列方向上；水平轉送 1242365 部，爲將來自前述垂直轉送部之信號電荷轉送至前述行方 向；輸出部，爲輸出已因應於藉由前述水平轉送部所轉送 之信號電荷。 在本發明之固體拍攝元件中之前述第一種類之轉換區 域係爲，在行方向以及與其正交之列方向上爲配列成正方 格子狀，前述第二種類之轉換區域以及第三種類之轉換區 域係成千鳥格狀、且整整體爲以正方格子狀而被配列在行 方向以及與其正交列方向上，前述第一種類之轉換區域、 前述第二種類之轉換區域以及前述第三種類之轉換區域係 以相同之配列間距、且被相互配列成僅於行方向以及列方 向上偏移Η配列間距之位置上。 在本發明之固體拍攝元件中，前述第一至第三分光感 度係分別爲紅色、藍色、或是綠色之分光感度的任一方。 在本發明之固體拍攝元件中，前述第一分光感度係包 含有綠色之分光感度。 本發明之固體拍攝元件中之前述分光感度係由配置在 前述主區域以及副區域上方之彩色濾波器所決定者。 本發明之數位相機係爲一種搭載有上述固體拍攝元件 者。 【實施方式】 以下，針對本發明之實施例，係使用圖面進行說明。 第3圖所示係爲本發明實施例之數位相機之槪略構成的示 意圖。第3圖之數位相機係包含以下構件所構成：透鏡部 1、固體拍攝元件2、含有驅動部3之拍攝部；含有類比 -9- 1242365 信號處理部4、A / D轉換部5、數位信號處理部6、輸 出用記憶體7、以及壓縮-解壓縮處理部8的信號處理部； 含有媒體介面1 〇以及影像監視器1 1的輸出部；含有模式 切換開關、釋放鈕等之操作部1 2 ;以及含有控制數位相 機整體之系統控制部9。 在拍攝部中，通過透鏡部之光係在固體拍攝元件2上 聚集在焦點上而取得攝影影像信號。在取得拍攝影像信號 之取得之際，爲經由驅動部3而進行透鏡部1以及未圖示 之光圈之控制。固體拍攝元件2係依釋放鈕（未圖示）之 操作所達成之釋放開關（未圖示）開啓爲契機，而在指定 時間點下，藉由包含有時序產生器（未圖示）之驅動部3 來驅動，以輸出攝影影像信號。固體拍攝元件2係具有在 半導體基板表面上被配設於行方向以及於其正交之列方向 上的多數個光電轉換區域，各個光電轉換區域爲包含具有 相對性較寬廣受光面積的主區域以及具有相對性較狹窄受 光面積的副區域，多數個光電轉換區域內局部的光電轉換 區域係爲，在主區域與前述副區域中輸出分別相異之分光 感度的光電轉換信號。 攝影影像信號係藉由類比信號處理部4而被類比信號 處理後，再以A / D轉換部5轉換成數位信號，然後傳 送至數位信號處理部6。而在數位信號處理部6中，進行 因應於由操作部1 2所設定之動作模式的數位信號處理， 而所獲得之影像資料爲暫時性的記憶在輸出用記憶體7。 數位信號處理部6所要進行的處理爲，包含有白平衡 -10- 1242365 調整、伽馬校正處理、影像合成處理、同步化處理、γ / c處理等等。當把依據已經過數位影像處理之影像資料的 影像顯示在影像監視器11 (即時影像顯示）之情況下’ 將輸出用記憶體7的內容讀取、傳送至影像監視器11。 輸出用記憶體7之影像資料係在壓縮-解壓縮處理部8進 行壓縮處理之後，經由媒體介面1 〇而被記錄在未圖示之 記憶卡等之記錄媒體中。在影像監視器1 1中亦可顯示依 據記錄媒體之影像資料的影像。 系統控制部9係進行含有攝影動作之數位相機整體的 控制。具體而言，系統控制部9爲將依指定程式而作動之 處理器構成爲主體，且於內部具備有用以記憶在程式、動 作中所必須之各種資料的記憶體、以及工作記憶體。 操作部1 2係在使用數位相機時之用以進行各種操作 者，爲用以進行攝影時之攝影方法、攝影條件、攝影瀏覽 (review)機能之開啓-關閉以及對於媒體之記錄模式的設定 等等。操作部1 2雖亦可設置對應於各種機能之操作構件， 不過，亦可與影像監視器1 1之顯示連動而共用操作構件。 第1圖所示係爲本發明實施例之固體拍攝元件的槪略 構成示意圖。第1圖係爲在又稱之爲蜂巢構造之固體拍攝 元件的局部擴大平面圖中，爲包含有在半導體基板表面上 被配設於行方向（箭頭X所示之方向）以及與其正交之列 方向（箭頭Y所示之方向）的多數個光電轉換區域in〜 157(在圖中僅賦予局部之編號）、垂直轉送部201〜208、 水平轉送部300、以及輸出部400。多數個光電轉換區域 1242365 1 1 1〜1 5 7內之奇數列者係相對於偶數列者，爲配置成在 列方向僅偏移各個光電轉換區域彼此在列方向間距的略1 / 2，此外，奇數行之光電轉換區域係相對於偶數行之光 電轉換區域，爲配置成在行方向僅偏移各個光電轉換區域 彼此在行方向間距的略1 / 2。此外，在第1圖中，雖表 示5行8列之光電轉換區域，不過實際上爲設有更多的光 電轉換區域。 光電轉換區域1 1 1〜1 5 7係產生、儲存有對應於入射 光量之信號電荷，例如爲光二極體。光電轉換區域111〜 1 5 7係被分割成具有相對性較寬廣受光面積的主區域m與 具有相對性較狹窄受光面積的副區域s (在第1圖中，僅 針對光電轉換區域1 5 1賦予符號。），產生、儲存對應於 各個指定之分光感度之光的信號電荷。在第1圖之固體拍 攝元件中，紅色（以R或r表示。）、綠色（以G或g表 示。）、或藍色（以B或b表示。）之濾波器（未圖示） 係被設置在各個光電轉換區域111〜157之上方，產生、 儲存對應於各個色彩之光的信號電荷。此外，RGB爲表示 主區域m之濾、波器，rgb係表示副區域s之爐波器。由於 主區域m相對於副區域s爲具有相對性較寬廣受光面積， 因此，產生、儲存相對於入射光量爲以相對性之高感度的 信號電荷。 光電轉換區域1 1 1〜1 5 7內之局部係分別在主區域m 與副區域s中對應於分別相異色彩之光。在第1圖中，爲 在偶數行中交替配置於主區域中爲紅色、於副區域爲藍色 -12- 1242365 者（例如爲光電轉換區域1 22 )、以及主區域爲藍色 副區域爲紅色者（例如爲光電轉換區域1 42 )。而奇 係在主區域以及副區域均爲綠色（例如爲光電轉換 1 1 1 )。於列方向被擷取之情況下，奇數行係在主區域 副區域中均爲綠色，而偶數行係交互配置成主區域 色、副區域爲藍色者，以及主區域爲藍色、且副區域 色者。詳細係如後所述，主區域m之信號電荷與副區 之信號電荷係分別獨立地在垂直轉送部中被讀取、轉 垂直轉送部201〜208係爲一種讀取來自光電轉 域1 1 1〜1 5 7之信號電荷、以轉送至列方向，且對應 電轉換區域1 1 1〜1 5 7之各列而被設置在其側方。水 送部3 00係爲一種轉送來自多數個垂直轉送部201〜 之信號電荷，將所轉送之信號電荷轉送至行方向者。 部400係爲一種輸出因應於轉送之信號電荷量的電 號。 第2圖係爲更加詳細表示第1圖之固體拍攝元件 電轉換區域142、144、133周邊構造的示意圖。垂直 部202、203、204爲以包括由形成在半導體基板上之 分離區域502、503、504與光電轉換區域142、144、 所區分的垂直轉送頻道（未圖示）、以及被形成爲其 的垂直轉送電極V 1〜V4所構成。藉由控制施加至垂 送電極VI〜V4之電壓，讀取來自光電轉換區域之信 荷，而可轉送已讀取之信號電荷。於第2圖中所示之 係表示由光電轉換區域142、144、133朝向電荷轉 、於 數行 區域 以及 爲紅 爲紅 域s 送。 換區 於光 平轉 -208 輸出 壓信 之光 轉送 元件 133 資訊 直轉 號電 箭頭 送部 -13- 1242365 2 02、20 3、204之信號電荷讀取的方向。 光電轉換區域142、144、133係由元件分離區域642、 6 4 4、6 3 3所分割，形成具有相對性較寬廣受光面積的主 區域m與具有相對性較狹窄受光面積的副區域s。從而， 主區域m以及副區域s爲形成產生、儲存已因應於對應分 別配置在上方之濾波器之色彩的信號電荷。 其次，針對揭示於第1圖以及第2圖之固體拍攝元件 的驅動進行說明。因應於來自被拍區域之入射光強度而在 光電轉換區域111〜157之主區域m以及副區域s中，儲 存有對應於各個色濾波器之信號電荷。其次，藉由在垂直 轉送電極V1以及V3中施加讀取脈衝，而使主區域m之 信號電荷在垂直轉送部201〜208被讀取、轉送，更由水平 轉送部3 00轉送至輸出部400。並且，輸出對應於已轉送 之信號電荷的電壓信號。在結束主區域tn之信號電荷輸 出後，藉由對垂直轉送電極V2以及V4中施加讀取脈衝， 而使副區域s之信號電荷在垂直轉送部201〜208中被讀 取、同樣地被轉送，由輸出部400輸出對應之電壓信號。 如以上所述，由於係輸出來自相同光電轉換區域之多 色的信號，故而在基於由固體拍攝元件所出力之影像信號 而進行同步化處理之情況下，係可利用較多之光電轉換區 域的信號，因此可抑制僞色之發生。此外’在綠色方面， 因爲可獲得高感度之影像信號與低感度之影像信號’故而 係可產生動態範圍較廣之影像信號。再者’因爲能僅以兩 個光電轉換區域之信號來產生彩色影像信號’所以可高速 -14- 1242365 的產生已減低僞色產生之彩色影像信號。 於第1圖以及第2圖所示之固體拍攝元件係爲一種被 稱之爲蜂巢構造的固體拍攝元件，而亦可適用於將光電轉 換區域配列成正方格子狀。此外’雖是以將在光電轉換區 域上產生之信號電荷利用電荷轉送部來進行轉送的CCD 型固體拍攝元件爲例來說明，不過’亦可將信號電荷按其 原樣變換爲電壓信號再加以取出的M0S型固體拍攝元件 也可適用。 此外，作爲光電轉換區域，係設有：主區域以及副區 域均儲存第一分光感度之信號電荷的第一種類之轉換區 域；主區域爲儲存第二分光感度之信號電荷而副區域爲儲 存第三分光感度之信號電荷的第二種類之轉換區域；以及 主區域爲儲存第三分光感度之信號電荷而副區域爲儲存第 二分光感度之信號電荷的第三種類之轉換區域，不過，光 電轉換區域之分光感度的設定係爲任意，局部之光電轉換 區域若是可在主區域與副區域輸出分別相異的分光感度之 光電轉換信號即可。再者，作爲第一分光感度雖是以綠色 爲例，不過該種色彩之選擇亦爲任意。 〔發明功效〕 如以上說明可明顯得知，若藉由本發明，係爲提供一 種固體拍攝元件，爲抑制僞色或色波紋之產生、可取得高 解析度且動態範圍較廣之影像信號。 【圖式簡單說明】 第1圖所示係爲本發明之實施例之固體拍攝元件的槪 -15- 1242365 略構成示意圖。 第2圖所示係爲第1圖之固體拍攝元件之光電轉換區 域周邊的更詳細構造之示意圖。 第3圖所示係爲本發明之實施例之數位相機的槪略構 成示意圖。 【主要部分之代表符號說明】 1 :透鏡部 2 :固體拍攝元件 3 _驅動部 4 :類比信號處理部 5 : A / D轉換部 6 :數位信號處理部 7 :輸出用記憶體 8 :壓縮-解壓縮處理部 9 :系統控制部 1 〇 :媒體介面 1 1 :影像監視器 1 2 :操作部 111〜157:光電轉換區域 201〜208 :垂直轉送部 3 00 :水平轉送部 400 :輸出部 5 02、503、504 :元件分離區域 642、644、63 3 :元件分離區域 -16- 1242365 V1〜V4:垂直轉送電極 m :主區域 s :副區域

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Claims (1)

1242365 拾、申請專利範圍： 第93 1 00737號「固體拍攝元件及數位相機」專利案 (2005.5.3 修正） 1 . 一種固體拍攝元件，係包含有於半導體基板表面上被配 設於行方向以及與其正交之列方向上之多數個光電轉換 區域’該固體拍攝元件之特徵在於： 前述各個光電轉換區域係包含有具有相對性較寬廣 之受光面積的主區域與具有相對性較狹窄之受光面積的 副區域； 前述多數個光電轉換區域內之局部的光電轉換區 域’係爲在前述主區域與前述副區域中分別輸出相異的 分光感度之光電轉換信號。 2 . —種固體拍攝元件，係包含有於半導體基板表面上被配 設於行方向以及與其正交之列方向上之多數個光電轉換 區域，該固體拍攝元件之特徵在於： 前述各個光電轉換區域係包含有具有相對性較寬廣 之受光面積的主區域與具有相對性較狹窄之受光面積的 副區域； 前述光電轉換區域係包含有：第一種類之轉換區域， 係爲前述主區域以及前述副區域均輸出第一分光感度之 光電轉換信號；第二種類之轉換區域，前述主區域係輸 出第二分光感度之光電轉換信號，前述副區域爲輸出第 三分光感度之光電轉換信號；第三種類之轉換區域，前 述主區域爲輸出第三分光感度之光電轉換信號，前述副 區域爲輸出第二分光感度之光電轉換信號。 1242365 3 .如申請專利範圍第2項之固體拍攝元件，其中 前述第一種類之轉換區域係爲，在行方向以及與其 正交之列方向上配列成正方格子狀； 前述第二種類之轉換區域以及第三種類之轉換區域 係成千鳥格狀、且整體爲以正方格子狀而被配列在行方 向以及與其正交列方向上； 前述第一種類之轉換區域、前述第二種類之轉換區 域以及前述第三種類之轉換區域係以相同之配列間距、 且被相互配列成僅於行方向以及列方向上偏移％配列間 距之位置上。 4. 一種固體拍攝元件，係包含有於半導體基板表面上被配 設於行方向以及與其正交之列方向上之多數光電轉換區 域，該固體拍攝元件之特徵在於_· 前述各個光電轉換區域係包含有具有相對性較寬廣 之受光面積的主區域與具有相對性較狹窄之受光面積的 副區域； 前述光電轉換區域係包含有：第一種類之轉換區域， 係爲前述主區域以及前述副區域均爲儲存第一分光感度 之信號電荷；第二種類之轉換區域，前述主區域爲儲存 第二分光感度之信號電荷，前述副區域爲儲存第三分光 感度之信號電荷；第三種類之轉換區域，前述主區域爲 儲存第三分光感度之信號電荷，前述副區域爲儲存第二 分光感度之信號電荷； 且具有： 1242365 垂直轉送部’係將來自即述光電轉換區域之信號電 荷由前述主區域和前述副區域各自獨立地轉送至前述列 方向上； 水平轉送部，爲將來自前述垂直轉送部之信號電荷 轉送至前述行方向； 輸出部，爲輸出已因應於由前述水平轉送部所轉送 之信號電荷。 5 ·如申請專利範圍第4項之固體拍攝元件，其中 前述第一種類之轉換區域係爲，在行方向以及與其 正交之列方向上爲配列成正方格子狀； 前述第二種類之轉換區域以及第三種類之轉換區域 係成千鳥格狀、且整體爲以正方格子狀而被配列在行方 向以及與其正交之列方向上； 前述第一種類之轉換區域、前述第二種類之轉換區 域以及前述第三種類之轉換區域係以相同之配列間距、 且被相互配列成僅於行方向以及列方向上偏移Η配列間 距之位置上。 6 .如申請專利範圍第2項或第 4項之固體拍攝元件，其中 前述第一至第三分光感度係分別爲紅色、藍色、或是綠 色之分光感度任一者。 7 .如申請專利範圍第6項之固體拍攝元件，其中前述第一 分光感度係爲綠色之分光感度的固體拍攝元件。 8 .如申請專利範圍第1至3項中任一項之固體拍攝元件， 其中前述第一至第三分光感度任一係由配置在前述主區 1242365 域以及副區域上方之彩色濾波器所決定。 9 ·如申請專利範圍第6項之固體拍攝元件，其中前述第一 至第三分光感度係由配置在前述主區域以及副區域上方 之彩色濾波器所決定。 1 0 ·如申請專利範圍第7項之固體拍攝元件，其中前述第一 分光感度係由配置在前述主區域以及副區域上方之彩色 濾波器所決定。 1 1 . 一種數位相機，其特徵在於搭載有如申請專利範圍第1 至1 〇項中任一項之固體拍攝元件。

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