[發明專利]固體攝像元件、具備該固體攝像元件的攝像裝置、以及攝像控制方法和攝像控制程序

有效

• 申請號: 201180032292.1
• 申請日: 2011-05-18
• 公開（公告）號: CN102986228A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 岡田雄介;菰淵寬仁;吾妻健夫;鵜川三藏;今川太郎
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H04N9/07
• 分類號: H04N9/07;H01L27/14;H01L27/146;H04N5/341;H04N5/374
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及固體攝像元件、具備該固體攝像元件的攝像裝置、以及攝像控制方法和攝像控制程序。更為具體而言，涉及對于入射光中包含的特定顏色成分能夠以不同于其他顏色成分的幀頻進行攝像的固體攝像元件及攝像裝置。

背景技術

公知的固體攝像元件具備：光電二極管等光電轉換元件被二維排列的半導體層、和在半導體層的光入射側配置的濾色器陣列。濾色器將入射至各個光電轉換元件的光的波長限制在R(紅)、G(綠)、B(藍)等特定波段。在固體攝像元件的各像素中，光電轉換元件接收透過了分配給該像素的顏色的濾色器之后的光(R光、G光、或者B光)。光電轉換元件生成與入射至該像素的光之中的、透過了該像素的濾色器的顏色成分的光量(入射光量)相應的量的電荷。

像素在固體攝像元件的攝像面按行(row)及列(column)狀進行排列。為了對各個像素進行地址化，以讀出與所關注的像素中蓄積的電荷量相應的信號(像素信號)，需要與各個像素連接的多個信號線、與這些信號線連接的外圍電路。

在CMOS圖像傳感器中，在與攝像面的1個像素相當的區域，配置了光電轉換元件、用于讀出與該光電轉換元件所生成的蓄積電荷量相應大小的信號的多個晶體管。這樣，CMOS圖像傳感器中的1個“像素”通常由1個光電轉換元件及多個晶體管構成。

在本說明書中，為了簡單起見，有時將透過R光的濾波器(R濾波器)被配置在光入射側的像素稱為“R像素”、將透過G光的濾波器(G濾波器)被配置在光入射側的像素稱為“G像素”、將透過B光的濾波器(B濾波器)被配置在光入射側的像素稱為“B像素”。此外，有時將由在攝像元件上排列的多個R像素所得到的圖像稱為“R圖像”、將由多個G像素所得到的圖像稱為“G圖像”、將由多個B像素所得到的圖像稱為“B圖像”。通過從排列在攝像面的多個像素讀出像素信號能夠獲取這些圖像。圖像的數據以幀為單位被讀出。每一秒讀出圖像數據的次數被稱為“幀頻”。

為了使用這種固體攝像元件獲得高分辨率且高幀頻的動態圖像，需要減小各像素的面積(高分辨率化)、并且縮短各個像素的電荷蓄積期間(曝光時間)(高幀頻化)。像素的面積縮小及曝光時間的縮短使得各個像素的入射光量下降。由于入射光量的下降會降低像素信號的輸出電平，因此引起動態圖像的S/N(Signal/Noise)比下降的這一問題。

為了解決這種問題，提出了分別以不同的分辨率及不同的曝光時間來拍攝R、G、B的顏色成分的方式。專利文獻1及專利文獻2中公開了將入射光分為例如R及B成分與G成分，并按這2個顏色成分用單獨的攝像元件來進行攝像的技術。例如對于R及B的顏色成分，如果能以低分辨率且高幀頻進行攝像，則對于R及B的顏色成分，能夠獲得在時間上分辨率高的圖像。另一方面，對于G顏色成分，如果能以高分辨率且低幀頻進行攝像，則對于G顏色成分能夠確保所需的曝光時間和空間分辨率，因此可獲得充分的光量從而能夠以高的空間分辨率獲得S/N比高的G圖像。并且，如果根據以低分辨率且高幀頻拍攝的顏色成分圖像、以高分辨率且低幀頻拍攝的顏色成分圖像，通過圖像處理來復原高分辨率且高幀頻的動態圖像，則能夠獲得高分辨率且高幀頻的彩色動態圖像。

在按照每種上述這種的顏色成分而曝光時間及幀頻不同的攝像中，由攝像元件輸出像素的輸出信號的定時會按每個顏色成分而不同。因此，為了通過單板彩色攝像元件進行上述的攝像，需要實現構成為：對與各顏色成分對應的像素按與各個幀頻對應的定時而獨立地提供讀出信號，以獨立地輸出各顏色成分的像素信號。

在單板彩色攝像元件中，例如為了使得獲得G圖像的幀頻低于用來獲得R圖像及B圖像的幀頻，需要使讀出G像素中所蓄積的電荷信號的時間間隔比讀出R像素及B像素中所蓄積的電荷信號的時間間隔要長。非專利文獻1中公開了一種能夠對R像素、G像素、B像素的各個像素獨立地提供用于像素輸出的讀出信號、且從在列方向(垂直方向)上相鄰的2個像素并行地讀出信號的攝像元件。

圖25表示非專利文獻1中記載的單板攝像元件的結構。在圖25中，符號R表示檢測入射光的R成分的強度的像素，符號B表示檢測入射光的B成分的強度的像素，符號Gr及Gb表示檢測入射光的G成分的強度的像素。在該攝像元件中，R像素及G像素在水平方向上交替配置的行(RG行)、和B像素及G像素在水平方向上交替配置的行(BG行)，被交替配置在垂直方向上。