[发明专利]固体摄像器件、固体摄像器件的信号处理方法和电子装置

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2008年4月7日向日本专利局提交的日本在先专利申 请JP 2008-099111的公开内容相关的主题，在此将该在先专利申请的全 部内容并入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及固体摄像器件、固体摄像器件的信号处理方法和电子装 置。

背景技术

在诸如电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)图像传感器和互 补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS) 图像传感器等固体摄像器件中，在很多情况下，单位像素在垂直和水平 方向上按预定间距以格子状图形的形式排列着(例如参见日本专利申请 公开公报No.2007-189085)。

目前，由于在垂直和水平方向上具有相同间距的像素阵列易于进行 信号处理，因而这种像素阵列近来已成为主流。在垂直和水平方向上以 相同间距排列的像素，即各自在垂直和水平方向上具有相同尺寸的像素 被称作正方形像素。此外，在垂直和水平方向上以不同间距排列的像素， 即各自在垂直和水平方向上具有不同尺寸的像素被称作矩形像素。

在旧式摄像机等装置内所使用的固体摄像器件中，在很多情况下使 用了垂直尺寸大于水平尺寸的矩形像素。这是因为在电视广播标准中， 规定了沿垂直方向布置的扫描线的数目，而沿水平方向布置的扫描线的 数目存在着自由度，因此如果想要在电视机上显示图像，则使用正方形 格子像素的优点很少。

此外，为了通过使用个人电脑来进行图像处理并通过使用机器视觉 (machine vision)来进行图像特性的实时提取和识别，正方形像素比矩形 像素更优选。因此，这种类型的固体摄像器件，即采用了正方形像素的 固体摄像器件正越来越多地用于摄像机中。

另外，为了提供具有新功能或者更好特性的固体摄像器件，在一些 情况下采用了在垂直或者水平方向上相邻的像素之间进行计算的方法。 例如，已经提出了一种对于偶数行和奇数行使用不同的累积时间的方法 作为用于扩大动态范围的方法(例如参见日本专利申请公开公报No. 11-150687)。

然而，根据此方法，如果基于一个图像来扩大动态范围，则垂直方 向上的分辨率会降低一半。在日本专利申请公开公报No.11-150687中， 使用了两个图像来补偿垂直方向上的分辨率。然而，代替上述问题的是， 由于时间迟延而使动态分辨率降低。如果就这样在垂直或者水平方向上 相邻的像素之间进行计算，则该方向上的分辨率变得不同。因此，所得 到的输出变成与来自于矩形像素的输出相同。

最近已经普遍的是，在像素阵列中使用了小的2μm以下的像素间 距。2μm以下的像素间距小于照相机的透镜(光学系统)的分辨率。根据 一般观点的扩展思维，认为像素的精细化会降低像素灵敏度和能够处理 的信号量，而会提高分辨率。然而，如果像素间距变得小于透镜的分辨 率，则分辨率不会被提高。也就是说，透镜的分辨率限定了固体摄像器 件的分辨率的极限。

图17示出了透镜的分辨率的示例。也就是说，如果把光圈调大(F 值降低)，则透镜的像差增大，因而分辨率降低。另外，如果把光圈调小 (F值增加)，则由光的波动性引起衍射，因而在这种情况下分辨率也降低。 由波动性所致的极限称作瑞利极限(Rayleigh limit)。

图17示出了在大约F4(F值＝4)处分辨率为最高的透镜的示例。即使 在F4处，也难以分辨2μm以下的像素间距。在单镜头反光式照相机透 镜中，在大约F8处分辨率最高，因而在很多情况下将F值设定为约为 F8。在单镜头反光式照相机透镜中，当F值大约为F8或者低于F8时， 由透镜的像差所致的极限超过了由波动性所致的极限。因此，难以分辨 5μm以下的像素间距。另外，如果透镜系统包括光学低通滤波器，则该 光学系统的分辨率与透镜的分辨率和光学低通滤波器的分辨率二者之中 较低的那个分辨率对应。

在本示例中，各个像素是被光电转换元件限定的。因此，像素间距 是指光电转换元件的间距。如果在垂直和水平方向上以空间上相等的间 隔对入射光进行采样，则该像素是正方形像素。如果在垂直和水平方向 上以空间上不同的间隔对入射光进行采样，则该像素是矩形像素。因此， 像素的布局形状不一定必然是正方形或矩形，而例如可以是诸如拼图形 状等复杂形状。

发明内容