ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЗАХВАТА ИЗОБРАЖЕНИЙ И ЭЛЕКТРОННАЯ КАМЕРА Российский патент 2016 года по МПК G02B7/34 H01L27/146 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящая заявка относится к твердотельному устройству формирования изображений и электронной камере.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Обычно, способ контраста, способ AF по разности фаз, и подобное, известны как технология для реализации высокоскоростной AF (авто-фокусировки) посредством использования электронной камеры. Способ контраста является способом для обнаружения положения фокусировки посредством использования пикселя для формирования изображений. Дополнительно, способ AF по разности фаз требует назначенного пикселя для обнаружения фокуса, и, например, известна технология для расположения пикселя для обнаружения фокуса в некоторых из пикселей для формирования изображений одного датчика изображений (например, см. патентный документ 1). Более того, известна технология, использующая назначенный датчик изображений для обнаружения фокуса, который располагается отдельно от датчика изображений для формирования изображений (например, см. патентный документ 2). Кроме того, известна технология для укладки двух элементов фотоэлектрического преобразования в слои (например, см. патентный документ 3).

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Патентный документ 1: публикация японской нерассмотренной патентной заявки номер 2007-282109

Патентный документ 2: публикация японской нерассмотренной патентной заявки номер 2007-011070

Патентный документ 3: публикация японской нерассмотренной патентной заявки номер 2009-130239

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ПОСРЕДСТВОМ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Однако, когда пиксель для обнаружения фокуса располагается в некоторых из пикселей для формирования изображений датчика изображений, имеет тенденцию генерироваться ложный сигнал вертикальной полосы или горизонтальной полосы, давая результатом проблему, в которой требуется усложненная обработка интерполяции пикселей. Дополнительно, когда используется назначенный датчик изображений для обнаружения фокуса, имеется проблема, при которой требуется усложненная оптическая система для разделения входящего света на свет для датчика изображений для формирований изображений и свет для датчика изображений для обнаружения фокуса. Более того, способ для укладки элементов в слои является специальным для захвата изображений, и ни обнаружение фокуса, ни эффективная цветовая матрица не предполагается.

Предложение настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить твердотельное устройство формирования изображений и электронную камеру, в которых способ AF может реализовываться независимо от пикселя для формирования изображений без использования усложненной обработки интерполяции пикселей и усложненной оптической системы.

СРЕДСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

Твердотельное устройство формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления включает в себя второй датчик изображений, имеющий органическую пленку фотоэлектрического преобразования, пропускающую конкретный свет, и первый датчик изображений, который уложен в слои на той же полупроводниковой подложке, что и подложка второго датчика изображений, и который принимает конкретный свет, пропущенный вторым датчиком изображений, в котором пиксель для обнаружения фокуса обеспечивается во втором датчике изображений или первом датчике изображений.

В частности, второй датчик изображений расположен в особой цветовой матрице как цветовой фильтр первого датчика изображений.

В дополнение, цветовая компонента сигнала изображения, фотоэлектрически преобразованного посредством второго датчика изображений, и цветовая компонента сигнала изображения, фотоэлектрически преобразованного посредством первого датчика изображений, находятся в отношении дополнительных цветов.

Дополнительно, принимающая свет поверхность второго датчика изображений и принимающая свет поверхность первого датчика изображений расположены на одном и том же оптическом пути.

Более того, пиксель для обнаружения фокуса равномерно расположен во всех пикселях второго датчика изображений или первого датчика изображений. В дополнение, пиксель для обнаружения фокуса включает в себя часть фотоэлектрического преобразования, которая принимает, по меньшей мере, один из световых пучков, которые получаются посредством разделения входящего света на каждом пикселе посредством разделения зрачка.

Электронная камера согласно настоящему варианту осуществления является электронной камерой, в которой установлено твердотельное устройство формирования изображений, в которой обеспечиваются оптическая система, которая проецирует входящий свет от объекта на второй датчик изображений и первый датчик изображений, которые расположены на одном и том же оптическом пути, часть формирования изображений, которая выполняет управление фокусом оптической системы посредством использования сигнала обнаружения фокуса, выведенного из второго датчика изображений, и которая захватывает изображение объекта посредством использования сигнала изображения, выведенного из первого датчика изображений, и часть записи, которая записывает изображение объекта на запоминающий носитель.

Дополнительно, выполняется коррекция ошибок сигнала обнаружения фокуса, выведенного из пикселя другой цветовой компоненты второго датчика изображений.

Более того, часть формирования изображений выполняет обнаружение фокуса посредством использования способа обнаружения разности фаз после ввода сигнала обнаружения фокуса, который соответствует изображению, которое получается посредством разделения входящего света на пикселе для обнаружения фокуса посредством разделения зрачка, от пикселя для обнаружения фокуса.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Твердотельное устройство формирования изображений и электронная камера согласно настоящему варианту осуществления, способ AF могут реализовываться независимо от пикселя для формирования изображений без использования усложненной обработки интерполяции пикселей и усложненной оптической системы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 является видом, показывающим общий вид твердотельного датчика 101 изображений.

Фиг. 2 является видом, показывающим пример расположения пикселей.

Фиг. 3 является видом, показывающим пример схемы первого датчика 102 изображений.

Фиг. 4 является видом, показывающим пример схемы второго датчика 103 изображений.

Фиг. 5 является видом, показывающим пример схемы пикселя.

Фиг. 6 является видом, показывающим пример диаграммы синхронизации.

Фиг. 7 является видом, показывающим отношение между конфигурацией компоновки и поперечным сечением компоновки.

Фиг. 8 является видом, показывающим поперечное сечение A-B.

Фиг. 9 является видом, показывающим поперечное сечение C-D.

Фиг. 10 является видом, показывающим конфигурацию компоновки.

Фиг. 11 является видом, показывающим пример выполнения принимающей свет части второго датчика 103 изображений.

Фиг. 12 является видом, показывающим Модификацию 1 расположения пикселей.

Фиг. 13 является видом, показывающим Модификацию 2 расположения пикселей.

Фиг. 14 является видом, показывающим пример конфигурации электронной камеры 201.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В дальнейшем, варианты осуществления твердотельного устройства формирования изображений и электронной камеры согласно настоящему изобретению будут подробно описываться со ссылкой на сопровождающие чертежи.

Фиг. 1 является видом, показывающим общий вид твердотельного датчика 101 изображений согласно настоящему варианту осуществления. На фиг. 1 твердотельный датчик 101 изображений включает в себя первый датчик 102 изображений, который выполняет фотоэлектрическое преобразование посредством использования фотодиода, как в случае с обычным твердотельным датчиком изображений, и второй датчик 103 изображений, расположенный на том же оптическом пути на стороне входящего света первого датчика 102 изображений. Второй датчик 103 изображений включает в себя органическую пленку фотоэлектрического преобразования, которая пропускает конкретный свет и фотоэлектрически преобразовывает непропущенный свет, и конкретный свет, пропущенный вторым датчиком 103 изображений, принимается посредством первого датчика 102 изображений. Здесь, первый датчик 102 изображений и второй датчик 103 изображений сформированы на одной и той же полупроводниковой подложке, и каждое положение пикселя находится в соответствии один к одному. Например, пиксель первой строки и первого столбца первого датчика 102 изображений соответствует пикселю первой строки и первого столбца второго датчика 103 изображений.

Фиг. 2(a) является видом, показывающим пример расположения пикселей второго датчика 103 изображений. На фиг. 2(a) горизонтальное направление установлено на ось x и вертикальное направление установлено на ось y, и координата пикселя P обозначается как P(x, y). В примере второго датчика 103 изображений из фиг. 2(a), для каждого пикселя нечетной строки, органическая пленка фотоэлектрического преобразования выполнена с чередованием, которая фотоэлектрически преобразовывает свет Mg (пурпурного цвета) и Ye (желтого цвета), в то время как для каждого пикселя четной строки, органическая пленка фотоэлектрического преобразования выполнена с чередованием, которая фотоэлектрически преобразовывает свет Cy (голубого цвета) и Mg (пурпурного цвета). Затем, свет, который не принимается посредством каждого пикселя, пропускается далее. Например, пиксель P(1, 1) фотоэлектрически преобразовывает свет Mg и пропускает свет дополнительного цвета (G: зеленый) к Mg. Аналогично, пиксель P(2, 1) фотоэлектрически преобразовывает свет Ye и пропускает свет дополнительного цвета (B: синий) к Ye, и пиксель P(1, 2) фотоэлектрически преобразовывает свет Cy и пропускает свет дополнительного цвета (R: красный) к Cy. Отметим, что, хотя детали будут описываться ниже, каждый пиксель второго датчика 103 изображений включает в себя пиксель для обнаружения фокуса, служащий в качестве пары, соответствующей способу AF по разности фаз.

Фиг. 2(b) является видом, показывающим пример расположения пикселей первого датчика 102 изображений. Отметим, что каждое положение пикселя из фиг. 2(b) является таким же, как положение из фиг. 2(a). Например, пиксель (1, 1) второго датчика 103 изображений соответствует пикселю (1, 1) первого датчика 102 изображений. На фиг. 2(b) первый датчик 102 изображений не обеспечен цветовым фильтром или подобным и фотоэлектрически преобразовывает конкретный свет, пропускаемый вторым датчиком 103 изображений (дополнительный цвет к свету, который поглощается и фотоэлектрически преобразуется посредством органической пленки фотоэлектрического преобразования). Соответственно, как показано на фиг. 2(c), посредством первого датчика 102 изображений, изображение цветовых компонент G (зеленого) и B (синего) получается для каждого пикселя нечетной строки, и изображение цветовых компонент R (красного) и G (зеленого) получается для каждого пикселя четной строки. Например, в пикселе P(1, 1), получается изображение компоненты G дополнительного цвета к Mg второго датчика 103 изображений. Аналогично, в пикселе P(2, 1) и в пикселе P(1, 2), получаются изображение компоненты B дополнительного цвета к Ye и изображение компоненты R дополнительного цвета к Cy, соответственно.

Таким образом, в твердотельном датчике 101 изображений согласно настоящему варианту осуществления, второй датчик 103 изображений, включающий в себя органическую пленку фотоэлектрического преобразования, играет роль стандартного цветового фильтра, и изображение дополнительного цвета второго датчика 103 изображений может получаться посредством первого датчика 102 изображений. В примерах из фиг. 2, изображение с байеровской матрицей получается от первого датчика 102 изображений. Отметим, что фиг. 2 показывает примеры байеровской матрицы, но даже с другой матрицей такие же результаты могут достигаться посредством расположения первого датчика 102 изображений и второго датчика 103 изображений так, что каждый пиксель первого и каждый пиксель второго имеют отношение дополнительных цветов.

В частности, в твердотельном датчике 101 изображений согласно настоящему варианту осуществления, так как органическая пленка фотоэлектрического преобразования используется вместо цветового фильтра, требуемого для стандартного датчика изображений типа одиночной фотопластинки, входящий свет, который был бы в противном случае поглощен цветовым фильтром, может эффективно использоваться вторым датчиком 103 изображений.

Дополнительно, в твердотельном датчике 101 изображений согласно настоящему варианту осуществления, так как пиксель для формирования изображений расположен в первом датчике 102 изображений и пиксель для обнаружения фокуса равномерно расположен полностью во втором датчике 103 изображений, не имеется необходимости выполнять усложненную обработку интерполяции пикселей, в отличие от стандартной области техники, в которой пиксель для обнаружения фокуса располагается в некоторых из пикселей для формирования изображений, и таким образом сигнал для обнаружения фокуса и сигнал цветного изображения могут получаться от второго датчика 103 изображений и первого датчика 102 изображений соответственно независимо.

Фиг. 3 является видом, показывающим пример схемы первого датчика 102 изображений. На фиг. 3 первый датчик 102 изображений имеет пиксель P(x, y), расположенный в двух измерениях, схему 151 вертикального сканирования, горизонтальную выходную схему 152 и источник электрического тока PW. Отметим, что в примере из фиг. 3 для легкости понимания показана конфигурация из 4 пикселей в виде 2 строк на 2 столбца, но она не является ограничивающей, и фактически большое количество пикселей расположены в двух измерениях.

На фиг. 3 схема 151 вертикального сканирования выводит сигналы (ϕTx(y), ϕR(y), ϕSEL(y)) синхронизации для считывания сигнала из каждого пикселя. Например, сигналы ϕTx(1), ϕR(1), и ϕSEL(1) синхронизации подаются в пиксели P(1, 1) и P(2, 1) первой строки. Затем сигнал считывается из каждого пикселя вертикальных сигнальных линий VLINE(1) и VLINE(2), соединенных с источниками PW(1) и PW(2) электрического тока, расположенными в каждом столбце, соответственно, и временно сохраняется в горизонтальной выходной схеме 152. Затем сигнал каждого пикселя, временно сохраненный в горизонтальной выходной схеме 152 для каждой строки, последовательно выводится наружу (как выходной сигнал Vout). Отметим, что хотя на фиг. 3 не проиллюстрировано, когда сигнал считывается из каждого пикселя в горизонтальную выходную схему 152 через вертикальную сигнальную линию VLINE(x), могут располагаться коррелированная двойная дискретизация (схема CDS) для удаления изменения в сигнале между пикселями, схема AD преобразования, схема цифровой обработки сигналов, и подобное.

Фиг. 4 является видом, показывающим пример схемы второго датчика 103 изображений. На фиг. 4 второй датчик 103 изображений имеет пиксель P(x, y), расположенный в двух измерениях, схему 161 вертикального сканирования, горизонтальную выходную схему 162, горизонтальную выходную схему 163, источник PW_A электрического тока и источник PW_B электрического тока. Отметим, что в примере из фиг. 4, как с фиг. 3, второй датчик 103 изображений включает в себя 4 пикселя в виде 2 строки на 2 столбца, но он не ограничен этим, и фактически большое количество пикселей расположены в двух измерениях. Дополнительно, каждый пиксель P(x, y) из фиг. 4 соответствует каждому пикселю P(x, y) из фиг. 3. В частности, второй датчик 103 изображений имеет в одном положении пикселя две части фотоэлектрического преобразования из принимающей свет части PC_A(x, y) и принимающей свет части PC_B(x, y), при этом каждая включает в себя органическую пленку фотоэлектрического преобразования и составляет пару пикселей, служащих в качестве пары способа AF по разности фаз.

На фиг. 4 схема 161 вертикального сканирования выводит сигналы (ϕR_A(y), ϕR_B(y), ϕSEL_A(y), и ϕSEL_B(y)) синхронизации для считывания сигнала из каждого пикселя. Например, сигналы ϕR_A(1) и ϕSEL_A(1) синхронизации подаются в принимающие свет части PC_A(1, 1) и P_A(2, 1) первой строки, и сигналы ϕR_B(1) и ϕSEL_B(1) синхронизации подаются в принимающие свет части PC_B(1, 1) и P_B(2, 1). Затем сигналы принимающих свет частей PC_A(1, 1) и P_A(2,1) считываются в вертикальные сигнальные линии VLINE_A(1) и VLINE_A(2), которые соединены с источниками PW_A(1) и PW_A(2) электрического тока, расположенными в каждом столбце, соответственно, и временно сохраняются в горизонтальной выходной схеме A162. Сигнал каждого пикселя, временно сохраненный в горизонтальной выходной схеме A162 для каждой строки, последовательно выводится наружу (как выходной сигнал Vout_A). Аналогично, сигналы принимающих свет частей PC_B(1,1) и P_B(2,1) считываются в вертикальные сигнальные линии VLINE_B(1) и VLINE_B(2), которые соединены с источниками PW_B(1) и PW_B(2) электрического тока, расположенными в каждом столбце, соответственно, и временно сохраняются в горизонтальной выходной схеме B162. Сигнал каждого пикселя, временно сохраненный в горизонтальной выходной схеме B162 для каждой строки, последовательно выводится наружу (как выходной сигнал Vout_B).

В предшествующем описании, примеры схем первого датчика 102 изображений и второго датчика 103 изображений были описаны на фиг. 3 и фиг. 4, соответственно раздельно, но фактически первый датчик 102 изображений и второй датчик 103 изображений сформированы на одной и той же полупроводниковой подложке и составляют один твердотельный датчик 101 изображений.

[ПРИМЕР СХЕМЫ ПИКСЕЛЯ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ДАТЧИКА 101 ИЗОБРАЖЕНИЙ]

Далее будет описываться пример схемы пикселя твердотельного датчика 101 изображений. Фиг. 5 является видом, показывающим пример схемы одного пикселя P(x, y), расположенного в двух измерениях. На фиг. 5 пиксель P(x, y) имеет фотодиод PD, транзистор Tx передачи, транзистор R сброса, транзистор SF вывода, и транзистор SEL выбора в качестве схемы, составляющей первый датчик 102 изображений. Фотодиод PD сохраняет заряд, соответствующий величине света входящего света, и транзистор Tx передачи передает заряд, сохраненный в фотодиоде PD в плавающую диффузионную область (часть FD) на стороне транзистора SF вывода. Транзистор SF вывода составляет источник PW электрического тока и истоковый повторитель через транзистор SEL выбора и выводит в вертикальную сигнальную линию VLINE, электрический сигнал, соответствующий заряду, сохраненному в части FD, в качестве выходного сигнала OUT. Отметим, что транзистор R сброса сбрасывает заряд части FD на напряжение Vc c источника питания.

Дополнительно, схема для составления второго датчика 103 изображений имеет принимающую свет часть PC, включающую в себя органическую пленку фотоэлектрического преобразования, транзисторы R_A и R_B сброса, транзисторы SF вывода_A и SF_B и транзисторы SEL выбора_A и SEL_B. Принимающая свет часть PC, включающая в себя органическую пленку фотоэлектрического преобразования, преобразовывает непропущенный свет в электрический сигнал, соответствующий величине непропущенного света, как описано на фиг. 2(a), и выводит результирующий сигнал в вертикальные сигнальные линии VLINE_A и VLINE_B, как выходные сигналы OUT_A и OUT_B через транзисторы SF_A и SF_B вывода, которые составляют истоковый повторитель с источниками PW_A и PW_B электрического тока через транзисторы SEL_A и SEL_B выбора соответственно. Отметим, что транзисторы R_A и R_B сброса сбрасывают выходной сигнал принимающей свет части PC на опорное напряжение Vref. Дополнительно, высокое напряжение Vpc обеспечивается для операции органической пленки фотоэлектрического преобразования. Здесь, каждый транзистор включает в себя MOS_FET (полевой МОП-транзистор).

Здесь, операция схемы из фиг. 5 описывается с использованием диаграмм синхронизации из фиг. 6. Фиг. 6 является видом, показывающим пример сигнала синхронизации из фиг. 5. Фиг. 6(a) является видом, показывающим синхронизацию операций первого датчика 102 изображений, в котором сначала сигнал ϕSEL выбора становится "высоким" в момент времени T1 и транзистор SEL выбора включается. Далее, сигнал ϕR сброса становится "высоким" в момент времени T2, и часть FD сбрасывается на напряжение Vcc источника питания и выходной сигнал OUT также становится уровнем сброса. Затем, после того, как сигнал ϕR сброса становится "низким", сигнал ϕTx передачи становится "высоким" в момент времени T3, и заряд, сохраненный в фотодиоде PD, передается в часть FD, и выходной сигнал OUT начинает изменяться в ответ на величину заряда и затем стабилизируется. Затем, сигнал ϕTx передачи становится "низким", и устанавливается уровень сигнала выходного сигнала OUT, подлежащего считыванию из пикселя в вертикальную сигнальную линию VLINE. Затем, выходной сигнал OUT каждого пикселя, считанный в вертикальную сигнальную линию VLINE, временно сохраняется в горизонтальной выходной схеме 152 для каждой строки и после этого выводится из твердотельного датчика 101 изображений в качестве выходного сигнала Vout. Таким способом сигнал считывается из каждого пикселя первого датчика 102 изображений.

Фиг. 6(b) является видом, показывающим синхронизацию операций второго датчика 103 изображений, при этом сначала сигнал ϕSEL_A (или ϕSEL_B) выбора становится "высоким" в момент времени T11, и транзистор SEL_A (или SEL_B) выбора включается. Далее, сигнал ϕR_A (или ϕR_B) сброса становится "высоким" в момент времени T12, и выходной сигнал OUT_A (или ϕOUT_B) также устанавливается на уровень сброса. Затем, непосредственно после того, как сигнал ϕR_A (или ϕR_B) сброса становится "низким" в момент времени T13, начинается накопление заряда принимающей свет части PC посредством органической пленки фотоэлектрического преобразования, и выходной сигнал OUT_A (или выходной сигнал OUT_B) изменяется в ответ на величину заряда. Затем, результирующий выходной сигнал OUT_A (или выходной сигнал OUT_B) временно сохраняется в горизонтальной выходной схеме A162 (или горизонтальной выходной схеме B163) для каждой строки и затем выводится из твердотельного датчика 101 изображений в качестве выходного сигнала Vout_A (или выходного сигнала Vout_B). Таким способом сигнал считывается из каждого пикселя второго датчика 103 изображений.

Фиг. 7(a) является примером полупроводниковой компоновки твердотельного датчика 101 изображений. Отметим, что фиг. 7(a) соответствует каждому из пикселя P(1, 1) по пиксель P(2, 2) из фиг. 2 и фиг. 4, описанных ранее.

Фиг. 7(b) является видом в поперечном разрезе из фиг. 7(a) вдоль линии разреза A-B в горизонтальном направлении на пикселе P(1, 1) и пикселе (2, 1). Дополнительно, фиг. 8(a) является увеличенным видом фиг. 7(b), и фиг. 8(b) является видом, иллюстрирующим положения пикселей вдоль линии разреза A-B для легкости понимания. Пиксель P(1, 1) в одном и том же положении первого датчика 102 изображений и второго датчика 103 изображений принимает входящий свет от объекта, входящий из одной и той же микролинзы ML(1,1). Здесь, на фиг. 8(a), слой 301 соединений имеет трехслойную структуру, но он может иметь двухслойную структуру или может иметь структуру из четырех или более слоев. Затем, выходной сигнал второго датчика 103 изображений извлекается из конца 302 вывода сигнала через слой 301 соединений. Отметим, что на обеих сторонах конца 302 вывода сигнала расположены слои 303 и 304 разделения. Более того, на расстоянии от слоев 303 и 304 разделения расположены фотодиоды PD(1, 1) и PD(2, 1).

Фиг. 7(c) является видом в поперечном разрезе фиг. 7(a) вдоль линии разреза C-D в вертикальном направлении на пикселе P(2, 1) и пикселе (2, 2). Дополнительно, фиг. 9(a) является увеличенным видом фиг. 7(c), и фиг. 9(b) является видом, иллюстрирующим положения пикселей вдоль линии разреза C-D для легкости понимания. Пиксель P(2, 1) и пиксель P(2, 2) в одних и тех же положениях первого датчика 102 изображений и второго датчика 103 изображений принимают входящий свет от объекта, входящий из одних и тех же микролинз ML(2, 1) и ML(2, 2) соответственно. Здесь, фиг. 9(b) отличается от фиг. 8(b) в том, что в пикселе P(2, 1) второго датчика 103 изображений, принимающая свет часть разделена в зрачке на принимающую свет часть PC_A(2, 1) и принимающую свет часть PC_B(2, 1), и в том, что в пикселе P(2, 2), принимающая свет часть разделена в зрачке на принимающую свет часть PC_A(2, 2) и принимающую свет часть PC_B(2, 2). Затем принимающая свет часть PC_A(2, 1) и принимающая свет часть PC_B(2, 1) могут принимать изображение, служа как пара, в положении зрачка оптической системы, соответственно, и выполнять обнаружение фокуса посредством использования способа AF по разности фаз. Аналогично, принимающая свет часть PC_A(2, 2) и принимающая свет часть PC_B(2, 2) принимают изображение, служа как пара, в положении зрачка оптической системы, соответственно. Отметим, что так как способ AF по разности фаз является хорошо известным способом, его подробное описание пропускается.

Здесь, на фиг. 9(a), слой 301 соединений из фиг. 8(a) соответствует слою 301A соединений и слою 301B соединений. Слой 301A соединений выводит сигнал принимающей свет части PC_A(2, 1) органической пленки фотоэлектрического преобразования в конец 305A вывода сигнала, и слой 301B соединений выводит сигнал принимающей свет части PC_B(2, 1) органической пленки фотоэлектрического преобразования в конец 305B вывода сигнала. В слое 301 соединений из фиг. 8(a) только один слой соединений является видимым, так как слой 301A соединений и слой 301B соединений перекрываются друг с другом. Аналогично, сигнал принимающей свет части PC_A(2, 2) органической пленки фотоэлектрического преобразования пикселя P(2, 2) выводится в конец 306A вывода сигнала, и сигнал принимающей свет части PC_B(2, 2) выводится в конец 306B вывода сигнала. Затем, в схеме 307 считывания расположены схемы считывания, такие как транзистор вывода, транзистор выбора, транзистор сброса, и подобное, в которых сигнал каждого пикселя выводится наружу из твердотельного датчика 101 изображений.

Фиг. 10 является увеличенным видом чертежа компоновки пикселя P(1, 1) из фиг. 7(a). На фиг. 10 для схемы, расположенной вокруг фотодиода PD, заштрихованная часть показывает управляющий электрод и белые части на обеих сторонах управляющего электрода показывают транзистор типа NMOS, включающий в себя область n. На фиг. 10 заряд, сохраненный в фотодиоде PD первого датчика 102 изображений, передается в часть FD, когда сигнал ϕTx передачи подается в управляющий электрод транзистора передачи. Часть FD соединена с управляющим электродом транзистора SF вывода, в котором заряд передачи преобразовывается в электрический сигнал, и когда сигнал ϕSEL выбора подается в управляющий электрод транзистора SEL выбора, преобразованный электрический сигнал считывается в вертикальную сигнальную линию VLINE. Отметим, что когда сигнал ϕR сброса подается в управляющий электрод транзистора R сброса, заряд части FD сбрасывается на напряжение Vcc источника питания.

В противоположность, на фиг. 10 электрический сигнал, выведенный из прозрачного электрода принимающей свет части PC_A(1, 1) органической пленки фотоэлектрического преобразования, соединяется с управляющим электродом транзистора SF_A вывода, и когда сигнал ϕSEL_A выбора подается в управляющий электрод транзистора SEL_A выбора, электрический сигнал считывается в вертикальную сигнальную линию VLINE_A. Аналогично, электрический сигнал, выведенный из прозрачного электрода принимающей свет части PC_B(1, 1), соединяется с управляющим электродом транзистора SF вывода_B, и когда сигнал ϕSEL_B выбора подается в управляющий электрод транзистора SEL_B выбора, электрический сигнал считывается в вертикальную сигнальную линию VLINE_B. Отметим, что когда сигнал ϕR_A (или ϕR_B) выбора подается в управляющий электрод транзистора R_A (или R_B) сброса, напряжение сигнала принимающей свет части PC_A(1, 1) (или PC_B(1, 1)) сбрасывается на опорное напряжение Vref. Отметим, что в органической пленке фотоэлектрического преобразования, высокое напряжение Vpc для извлечения электрического сигнала, соответствующего величине входящего света из противоположного прозрачного электрода, подается в прозрачный электрод на стороне входящего света.

Как описано выше, твердотельный датчик 101 изображений согласно настоящему варианту осуществления имеет первый датчик 102 изображений, выполняющий фотоэлектрическое преобразование посредством использования стандартного фотодиода, и второй датчик 103 изображений, выполняющий фотоэлектрическое преобразование посредством использования органической пленки фотоэлектрического преобразования, при этом сигнал для формирования изображений может получаться от первого датчика 102 изображений и сигнал для обнаружения фокуса, соответствующий способу AF по разности фаз, может получаться от второго датчика 103 изображений.

Поэтому в твердотельном датчике 101 изображений не имеется необходимость располагать пиксель для обнаружения фокуса в некоторых из пикселей для формирования изображений, в отличие от стандартной области техники, и не имеется никакого ухудшения в качестве изображения вследствие ложного сигнала вертикальной полосы или горизонтальной полосы, и усложненная обработка интерполяции пикселей не требуется. В дополнение, так как первый датчик 102 изображений для формирования изображений и второй датчик 103 изображений для обнаружения фокуса уложены в слои таким образом, чтобы использовать входящий свет одной и той же микролинзы, усложненная оптическая система для разделения входящего света на свет для датчика изображений для формирования изображений и свет для датчика изображений для обнаружения фокуса не требуется, в отличие от стандартной области техники. В частности, так как твердотельный датчик 101 изображений согласно настоящему варианту осуществления не требует оптического устройства, такого как призма или зеркало, при использовании двух датчиков изображений из первого датчика 102 изображений и второго датчика 103 изображений, расположение и конструкция оптической системы в конфигурировании камеры являются легкими. Дополнительно, в датчике формирования изображений типа двойной фотопластинки, использующем призму, зеркало и подобное, регулировка и подобное длины оптического пути между двумя датчиками изображений является обязательной, в то время как в твердотельном датчике 101 изображений согласно настоящему варианту осуществления, регулировка не требуется, так как имеется один оптический путь.

Более того, второй датчик 103 изображений и первый датчик 102 изображений могут обнаруживать цветовые компоненты, имеющие отношение дополнительных цветов друг с другом, и органическая пленка фотоэлектрического преобразования второго датчика 103 изображений также может использоваться как цветовой фильтр первого датчика 102 изображений, и входящий свет может эффективно использоваться без траты впустую.

Таким образом, твердотельный датчик 101 изображений согласно настоящему варианту осуществления может реализовывать способ AF по разности фаз, обеспечивающий возможность для высокоскоростной операции, без использования усложненной обработки интерполяции пикселей и усложненной оптической системы. Здесь, в варианте осуществления, способ AF по разности фаз, способный находить положение фокусировки при высокой скорости, реализуется с использованием второго датчика 103 изображений, но положение фокусировки может находиться посредством способа контраста посредством использования второго датчика 103 изображений. Способ контраста является способом, включающим в себя этапы перемещения фокусирующей линзы во время обнаружения контраста изображения и установки положения фокусирующей линзы, имеющего наивысший контраст, на положение фокусировки.

Отметим, что когда используется способ контраста, контраст может вычисляться посредством сложения двух принимающих свет частей (например, PC_A(x, y) и PC_B(x, y) из фиг. 11(a)), обеспеченных в каждом пикселе, или принимающая свет часть пикселя второго датчика 103 изображений может устанавливаться на одну принимающую свет часть без разделения.

В вышеописанном примере, как показано на фиг. 11(a), принимающие свет части PC_A(x, y) и PC_B(x, y), служащие в качестве пары, соответствующей способу AF по разности фаз, располагаются в каждом пикселе P(x, y) второго датчика 103 изображений. Затем, обе упомянутые две принимающие свет части каждого пикселя описаны как выводящие сигнал в качестве сигнала обнаружения фокуса, но они не ограничены этим. Например, две принимающие свет части каждого пикселя могут конструироваться так, чтобы сигнал выводился только из какой-либо одной из принимающих свет частей. В этом случае, принимающие свет части, где считываются смежные пиксели, являются принимающими свет частями во взаимно разных положениях двух принимающих свет частей. Таким образом, управление считыванием сигнала может выполняться стандартным образом.

Дополнительно, в качестве альтернативного способа, как показано на фиг. 11(b), только половина принимающей свет части PC_A(x, y) или принимающей свет части PC_B(x, y) может располагаться в одном пикселе P(x, y). То есть на фиг. 11(b) может выполняться управление AF посредством способа обнаружения разности фаз, в котором пиксель P(1, 1), имеющий принимающую свет часть PC_A(1, 1), расположенную на левой стороне, и пиксель P(2, 1), имеющий принимающую свет часть PC_B(2, 1), расположенную на правой стороне, являются спаренными.

Альтернативно, как показано на фиг. 11(c), пиксели для обнаружения фокуса, чьи направления разделения зрачка являются различными направлениями как, например, вертикальное направление, горизонтальное направление и диагональное направление, могут существовать смешанно. В каждом случае твердотельный датчик 101 изображений согласно настоящему варианту осуществления захватывает сигнал для формирования изображений посредством первого датчика 102 изображений и захватывает сигнал для обнаружения фокуса посредством второго датчика 103 изображений, и, таким образом, обнаружение фокуса посредством высокоскоростной AF по разности фаз может выполняться в любом положении в захваченном изображении без оказания влияния на качество изображения захваченного изображения.

Здесь, во втором датчике 103 изображений, как описано на фиг. 2, так как пиксели, соответствующие трем цветам Mg, Ye, и Cy, существуют смешанно, сигнал для обнаружения фокуса, полученный от пикселя другой цветовой компоненты, может отличаться. Поэтому, в выполнении обнаружения фокуса, обнаружение фокуса посредством способа AF по разности фаз может выполняться с использованием сигнала для обнаружения фокуса, полученного от пикселя той же цветовой компоненты. Например, в случае из фиг. 2(a), используется только сигнал для обнаружения фокуса, полученный от пикселя (пикселя из столбца нечетного номера в случае нечетной строки, и пикселя из столбца четного номера в случае четной строки) цвета Mg большого количества пикселей. Альтернативно, ошибка между пикселями, соответствующими трем цветам Mg, Ye, и Cy (изменение в чувствительности между пикселями, изменение (смещение DC) в опорном уровне, или подобное) измеряется заранее, и может выполняться коррекция ошибок, когда выполняется обработка AF по разности фаз.

Дополнительно, выходной сигнал второго датчика 103 изображений может использоваться не только для обнаружения фокуса, но также для управления балансом белого.

(МОДИФИКАЦИЯ 1)

Фиг. 12 является видом, показывающим Модификацию 1 цветовой матрицы пикселя, описанного на фиг. 2. В примере из фиг. 2, органическая пленка фотоэлектрического преобразования второго датчика 103 изображений выполнена с возможностью, чтобы соответствовать трем цветам Mg, Ye, и Cy, и сигнал изображения трех цветов R, G, и B может обнаруживаться посредством первого датчика 102 изображений. Однако, как показано на фиг. 12, органическая пленка фотоэлектрического преобразования второго датчика 103 изображений может соответствовать трем цветам R, G, и B, и сигнал изображения трех цветов Mg, Ye, и Cy может обнаруживаться посредством первого датчика 102 изображений. Отметим, что даже в этом случае цветовая компонента, которая фотоэлектрически преобразуется первым датчиком 102 изображений, и цветовая компонента, которая фотоэлектрически преобразуется вторым датчиком 103 изображений, имеют отношение дополнительных цветов друг к другу.

(МОДИФИКАЦИЯ 2)

Фиг. 13 является видом, показывающим Модификацию 2 цветовой матрицы пикселя, описанного на фиг. 2. В примерах из фиг. 2, принимающая свет часть, служащая в качестве пары, соответствующей способу AF по разности фаз, располагается в каждом пикселе второго датчика 103 изображений, в то время как в модификациях из фиг. 13, принимающая свет часть, служащая в качестве пары, соответствующей способу AF по разности фаз, располагается в некоторых из пикселей второго датчика 103 изображений. Поэтому размер схемы твердотельного датчика 101 изображений может быть уменьшен.

(ПРИМЕР ЭЛЕКТРОННОЙ КАМЕРЫ)

Далее, пример электронной камеры 201, в которой установлен твердотельный датчик 101 изображений, показан на фиг. 14. На фиг. 14, электронная камера 101 включает в себя оптическую систему 202, твердотельный датчик 101 изображений, буфер 203 изображений, часть 204 обработки изображений, контроллер 205, часть 206 отображения, память 207, операционную часть 208, и IF 209 карты памяти.

Оптическая система 202 формирует изображение объекта на твердотельном датчике 101 изображений. Твердотельный датчик 101 изображений имеет первый датчик 102 изображений и второй датчик 103 изображений, как описано ранее, сигнал для формирования изображений, захваченный посредством первого датчика 102 изображений забирается в буфер 203 изображений, и сигнал для обнаружения фокуса, полученный посредством второго датчика 103 изображений, вводится в контроллер 205. Контроллер 205 управляет всей электронной камерой 201 в ответ на операцию пользователя с использованием операционной части 208. Например, когда пусковая кнопка операционной части 208 нажата наполовину, контроллер 205 выполняет обнаружение фокуса посредством способа AF по разности фаз посредством использования сигнала для обнаружения фокуса, полученного от второго датчика изображений, и управляет положением фокусировки оптической системы 202. Затем, когда пользователь полностью нажимает пусковую кнопку операционной части 208, контроллер 205 забирает изображение, захваченное посредством первого датчика 102 изображений, после управления фокусом, в буфер 203 изображений. Дополнительно, изображение, взятое в буфер 203 изображений, подвергается обработке баланса белого, обработке интерполяции цвета, обработке улучшения контуров, обработке гамма коррекции и подобному посредством части 204 обработки изображений и отображается на части 206 отображения или сохраняется в карте 209 памяти через IF 209 карты памяти.

Отметим, что когда используется способ контраста, второй датчик 103 изображений выводит сигнал для формирования изображений, как в случае с первым датчиком 102 изображений. Затем контроллер 205 перемещает фокусирующую линзу оптической системы 202 в процессе обнаружения контраста сигнала для формирования изображений, который выводит второй датчик 103 изображений, и получает положение фокусирующей линзы, где получается наивысший контраст, и устанавливает это положение на положение фокусировки.

Таким образом, посредством установки твердотельного датчика 101 изображений согласно настоящему варианту осуществления в электронной камере 201, не имеется необходимости выполнять усложненную обработку интерполяции пикселей посредством части 204 обработки изображений или добиваться, чтобы оптическая система 202 имела усложненную конфигурацию, в которой входящий свет разделяется, и может реализовываться способ AF по разности фаз, обеспечивающий возможность для высокоскоростной операции.

Хотя твердотельное устройство формирования изображений согласно настоящему изобретению было описано выше с использованием примеров каждого варианта осуществления, являются возможными другие различные модификации без отхода от сущности и его основных признаков. Следовательно, варианты осуществления, описанные выше, являются просто иллюстративными во всех отношениях, и они не должны рассматриваться как ограничительные. Настоящее изобретение определяется посредством объема формулы изобретения и вовсе не ограничено текстом описания. Дополнительно, все изменения и модификации, эквивалентные объему формулы изобретения, попадают в объем настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ И СИМВОЛОВ

101… твердотельный датчик изображений; 102… первый датчик изображений; 103… второй датчик изображений; 151, 161… схема вертикального сканирования; 152… горизонтальная выходная схема; 162… горизонтальная выходная схема A; 163… горизонтальная выходная схема B; 201… электронная камера; 202… оптическая система; 203… буфер изображений; 204… часть обработки изображений; 205… контроллер; 206… часть отображения; 207… память; 208… операционная часть; 209… IF карты памяти; 209a… карта памяти; P… пиксель; PC_A, PC_B… принимающая свет часть; PD… фотодиод; PW, PW_A, PW_B… источник электрического тока; SEL, SEL_A, SEL_B… транзистор выбора; SF, SF_A, SF_B… транзистор вывода; R, R_A, R_B… транзистор сброса; Tx… транзистор передачи; ϕSEL, ϕSEL_A, ϕSEL_B… сигнал выбора; ϕR, ϕR_A, ϕR_B… сигнал сброса; ϕTx… сигнал передачи; ML… микролинза; VLINE… вертикальная сигнальная линия

Твердотельное устройство формирования изображений согласно настоящему варианту осуществления включает в себя второй датчик изображений, имеющий органическую пленку фотоэлектрического преобразования, пропускающую конкретный свет, и первый датчик изображений, который уложен в слои на той же полупроводниковой подложке, что и подложка второго датчика изображений, и который принимает конкретный свет, пропущенный вторым датчиком изображений, в котором пиксель для обнаружения фокуса обеспечивается во втором датчике изображений или первом датчике изображений. Технический результат - реализация способа автофокусировки независимо от пикселя для формирования изображений без использования усложненной обработки интерполяции пикселей и усложненной оптической системы. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Твердотельное устройство формирования изображений, содержащее:
второй датчик изображений, сформированный из органической пленки фотоэлектрического преобразования, причем второй датчик изображений включает в себя первую часть фотоэлектрического преобразования, пропускающую первый свет и фотоэлектрически преобразующую непропущенный свет, который является дополнительным к первому свету, вторую часть фотоэлектрического преобразования, пропускающую второй свет и фотоэлектрически преобразующую непропущенный свет, который является дополнительным ко второму свету, и третью часть фотоэлектрического преобразования, пропускающую третий свет и фотоэлектрически преобразующую непропущенный свет, который является дополнительным к третьему свету; и
первый датчик изображений, который содержит четвертую часть фотоэлектрического преобразования, фотоэлектрически преобразующую первый свет, который пропущен вторым датчиком изображений, пятую часть фотоэлектрического преобразования, фотоэлектрически преобразующую второй свет, пропущенный вторым датчиком изображений, и шестую часть фотоэлектрического преобразования, фотоэлектрически преобразующую третий свет, пропущенный вторым датчиком изображений, при этом
второй датчик изображений уложен слоями на первом датчике изображений.

2. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 1, в котором
пиксель для обнаружения фокуса обеспечен в одном из второго датчика изображений и первого датчика изображений.

3. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 1, в котором
второй датчик изображений расположен в конкретной цветовой матрице в качестве цветового фильтра первого датчика изображений.

4. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 1, в котором
принимающая свет поверхность второго датчика изображений и принимающая свет поверхность первого датчика изображений расположены на одном и том же оптическом пути.

5. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 2, в котором
пиксель для обнаружения фокуса равномерно расположен во всех пикселях одного из второго датчика изображений и первого датчика изображений.

6. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 2, в котором
пиксель для обнаружения фокуса включает в себя часть фотоэлектрического преобразования, которая принимает по меньшей мере один из световых пучков, которые получаются посредством разделения входящего света на каждом пикселе посредством разделения зрачка.

7. Твердотельное устройство формирования изображений, содержащее:
множество первых фотоэлектрических преобразователей, генерирующих первый сигнал изображения посредством фотоэлектрического преобразования первой цветовой компоненты, второй цветовой компоненты и третьей цветовой компоненты входящего света; и
множество вторых фотоэлектрических преобразователей, генерирующих второй сигнал изображения посредством фотоэлектрического преобразования четвертой цветовой компоненты, пятой цветовой компоненты и шестой цветовой компоненты света, который пропущен первыми фотоэлектрическими преобразователями, причем четвертая, пятая и шестая цветовые компоненты являются дополнительными цветами первой, второй и третьей цветовых компонент соответственно.

8. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 7, в котором
каждый из первых фотоэлектрических преобразователей включает в себя органическую пленку фотоэлектрического преобразования, преобразующую свет в электрический сигнал.

9. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 7, в котором
первые фотоэлектрические преобразователи уложены слоями на вторых фотоэлектрических преобразователях, и
принимающая свет поверхность первых фотоэлектрических преобразователей и принимающая свет поверхность вторых фотоэлектрических преобразователей расположены на одном и том же оптическом пути.

10. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 7, дополнительно содержащее:
первый датчик изображений, имеющий множество пикселей, которые включают в себя множество первых фотоэлектрических преобразователей; и
второй датчик изображений, имеющий множество пикселей, которые включают в себя множество вторых фотоэлектрических преобразователей.

11. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 10, в котором
пиксель для обнаружения фокуса обеспечен в одном из первого датчика изображений и второго датчика изображений.

12. Твердотельное устройство формирования изображений, содержащее:
множество первых фотоэлектрических преобразователей, каждый из которых пропускает первый входящий свет, второй входящий свет и третий входящий свет и фотоэлектрически преобразует непропущенные четвертый входящий свет, пятый входящий свет и шестой входящий свет, которые являются (i) соответственными дополнительными цветами первого, второго и третьего входящего света и (ii) отличаются от пропущенных первого, второго и третьего входящего света; и
множество вторых фотоэлектрических преобразователей, каждый из которых фотоэлектрически преобразует первый, второй и третий входящий свет, пропущенный соответственными первыми фотоэлектрическими преобразователями.

13. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 12, в котором
каждый из первых фотоэлектрических преобразователей включает в себя органическую пленку фотоэлектрического преобразования, преобразующую свет в электрический сигнал.

14. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 12, в котором
первые фотоэлектрические преобразователи уложены слоями на вторых фотоэлектрических преобразователях, и
принимающая свет поверхность первых фотоэлектрических преобразователей и принимающая свет поверхность вторых фотоэлектрических преобразователей расположены на одном и том же оптическом пути.

15. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 12, дополнительно содержащее:
первый датчик изображений, имеющий множество пикселей, которые включают в себя множество первых фотоэлектрических преобразователей; и
второй датчик изображений, имеющий множество пикселей, которые включают в себя множество вторых фотоэлектрических преобразователей.

16. Твердотельное устройство формирования изображений по п. 12, в котором
пиксель для обнаружения фокуса обеспечен в одном из первого датчика изображений и второго датчика изображений.

17. Электронная камера, в которой установлено твердотельное устройство формирования изображений по любому из пп. 1-6, 11 и 16, в которой обеспечены:
оптическая система, которая проецирует входящий свет от объекта на первый датчик изображений и второй датчик изображений, которые расположены на одном и том же оптическом пути;
часть формирования изображений, которая выполняет управление фокусом оптической системы посредством использования сигнала обнаружения фокуса, выведенного из одного из первого датчика изображений и второго датчика изображений, которая захватывает изображение объекта посредством использования сигнала изображения, выведенного из одного из первого датчика изображений и второго датчика изображений.

18. Электронная камера по п. 17, в которой
выполняется коррекция ошибок сигнала обнаружения фокуса, выведенного из пикселя другой цветовой компоненты одного из первого датчика изображений и второго датчика изображений.

19. Электронная камера по п. 17, в которой
часть формирования изображений выполняет обнаружение фокуса посредством использования способа обнаружения разности фаз после ввода сигнала обнаружения фокуса от пикселя для обнаружения фокуса, при этом сигнал обнаружения фокуса соответствует изображению, которое получается посредством разделения входящего света на пикселе для обнаружения фокуса посредством разделения зрачка.