DE112011103229T5 - Farbbildabtastung und -rekonstruktion - Google Patents

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    • H04N2209/047—Picture signal generators using solid-state devices having a single pick-up sensor using multispectral pick-up elements

Abstract

Eine Bilderfassungvorrichtung, die eine Anordnung von Farbfiltern für die Farben Grün, Rot und Magenta umfasst, wobei die Farbfilter in der Art einer Bayer-Primärfarbenmatrix über einem Halbleitersubstrat angeordnet sind, mit dem Unterschied, dass die Farbe Magenta die Farbe Blau ersetzt. Licht, dass den Magenta-Filter durchläuft, wird in einer ersten Photodiode und einer tieferen zweiten Photodiode im Substrat getrennt für ein Signal einer oberflächennahen Photodiode bzw. ein Signal einer tiefliegenden Photodiode integriert. Eine zwischenliegende Photodiode kann zwischen der ersten und zweiten Photodiode vorgesehen sein und während einer Ladungsintegration auf einem festen Potential gehalten oder mehrere Male zurückgesetzt werden. Ein Rot-Pixelwert für das Magenta-Pixel ist eine Funktion des Signals der tiefliegenden Photodiode und des Rot-Pixelsignals eines benachbarten Rot-Pixels. Seine Ableitung nach dem Ersteren weist ein Minimum bei einem Wert des Ersteren auf, der in Abhängigkeit von Letzterem variiert.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldungen
  • Für diese Anmeldung wird die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 61/386,533, eingereicht am 26. September 2010, der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/392,069, eingereicht am 12. Oktober 2010, und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 13/244,336, eingereicht am 24. September 2011, beansprucht.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gegenstand der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Strukturen und Verfahren zur Abtastung von Farbbildern auf Festkörperbildsensoren und zur Rekonstruktion der Farbbilder.
  • 2. Hintergrundinformationen
  • Photographische Geräte wie Digitalkameras und digitale Camcorder können elektronische Bildsensoren enthalten, die Licht zur Verarbeitung in Fest- oder Videobilder erfassen. Elektronische Bildsensoren enthalten typischerweise Millionen von Lichterfassungselementen wie z. B. Photodioden. Jedes der Elemente empfängt Licht, das einen Farbfilter in einer zweidimensionalen Farbfilteranordnung durchläuft.
  • Die und stellen Farbfilteranordnungen nach dem Stand der Technik gemäß der Matrix eines Bayer-Primärfarbenfilters dar.
  • Die und stellen Farbfilteranordnungen nach dem Stand der Technik dar, die nur die Farben Grün und Magenta verwenden.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen Bildsensor, der von einem Substrat eines ersten Leitfähigkeitstyps getragen wird und eine zweidimensionale Anordnung aus Anordnungen von je zwei mal zwei benachbarten Pixeln umfasst, wobei jede Anordnung von zwei mal zwei benachbarten Pixeln aus einem Paar von Grün-Pixeln entlang der einen Diagonale und einem Paar aus einem Rot- und einem Magenta-Pixel entlang der anderen Diagonale besteht und wobei jedes der Grün-Pixel über einen Grünfilter und einen Photodetektor verfügt, der über den Grünfilter Licht empfängt, das Rot-Pixel über einen Rotfilter und einen Photodetektor verfügt, der über den Rotfilter Licht empfängt, und das Magenta-Pixel Folgendes umfasst: (a) einen Magentafilter, (b) eine Gruppe vertikal gestapelter zweiter Bereiche eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei diese Gruppe (i) einen oberflächennahen zweiten Bereich, (ii) einen tiefliegenden zweiten Bereich und (iii) einen zwischenliegenden zweiten Bereich, der sich zwischen dem oberflächennahen und tiefliegenden zweiten Bereich befindet, umfasst; (c) einen ersten Transferschalter, der zur Übertragung von Ladungsträgern aus dem oberflächennahen zweiten Bereich angekoppelt ist; und (d) einen zweiten Transferschalter, der zur Übertragung von Ladungen aus dem tiefliegenden zweiten Bereich angekoppelt ist.
  • Gemäß dem ersten Aspekt kann es sich bei dem ersten Leitfähigkeitstyp um den Typ p und bei dem zweiten Leitfähigkeitstyp um den Typ n handeln.
  • Gemäß dem ersten Aspekt weist der Magentafilter weiter bevorzugt ein Minimum der Durchlässigkeit bei Lichtwellenlängen in Luft von 520 nm bis 570 nm auf.
  • Gemäß dem ersten Aspekt weist der Magentafilter weiter bevorzugt ein Maximum der Durchlässigkeit bei Lichtwellenlängen in Luft von 420 nm bis 480 nm auf. Noch weiter bevorzugt weist der Magentafilter für Licht mit einer Wellenlänge in Luft von 650 nm eine Durchlässigkeit von über 50% auf. Alternativ weist der Magentafilter noch weiter bevorzugt eine Durchlässigkeit für Licht mit einer Wellenlänge in Luft von 650 nm auf, die wenigstens das Vierfache der Durchlässigkeit für Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm beträgt.
  • Gemäß dem ersten Aspekt verfügt das erwähnte Rot-Pixel weiter bevorzugt über einen (1) Photodetektor. Noch weiter bevorzugt umfasst dieser Photodetektor einen oder mehrere elektrisch verbundene zweite Bereiche, die bis zu einer Tiefe von wenigstens 1,5 um reichen. Alternativ umfasst dieser Photodetektor noch weiter bevorzugt einen zweiten Bereich, der nicht mit einem anderen zweiten Bereich, der nicht elektrisch verbunden ist, gestapelt angeordnet ist und während eines Resets vollständig an Ladungsträgern eines Typs verarmt wird.
  • Gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Magenta-Pixel weiter bevorzugt einen oberflächennahen ersten Bereich zwischen besagtem oberflächennahen zweiten Bereich und besagtem zwischenliegenden zweiten Bereich. Ebenfalls weiter bevorzugt umfasst besagte Pixelanordnung weiterhin einen tiefliegenden ersten Bereich zwischen besagtem tiefliegenden zweiten Bereich und besagtem zwischenliegenden zweiten Bereich. Noch weiter bevorzugt erhält der oberflächennahe (oder tiefliegende) erste Bereich während einer Ladungsintegrationsphase des tiefliegenden, oberflächennahen oder beider zweiter Bereiche einen durchgängigen neutralen Bereich horizontal durch sich selbst aufrecht. Darüber hinaus weiter bevorzugt ist der neutrale Bereich zwischen einer ersten Raumladungszone, die vom zwischenliegenden zweiten Bereich ausgeht, und einer zweiten Raumladungszone, die entweder vom tiefliegenden oder oberflächennahen zweiten Bereich auf der anderen Seite des neutralen Bereichs ausgeht, eingekeilt.
  • Gemäß dem ersten Aspekt erhält besagter zwischenliegender zweiter Bereich einen neutralen Bereich aufrecht, der zwischen einer ersten Raumladungszone, die aus dem oberflächennahen zweiten Bereich hervorgeht, und einer zweiten Raumladungszone, die aus dem tiefliegenden zweiten Bereich hervorgeht, eingekeilt ist, wodurch eine kapazitive Kopplung zwischen dem oberflächennahen und tiefliegenden zweiten Bereich gedämpft wird. Noch weiter bevorzugt wird der neutrale Bereich bei Beginn einer Ladungsintegrationsphase im oberflächennahen zweiten Bereich oder tiefliegenden zweiten Bereich auf einem vorgegebenen Spannungspegel gehalten und am Ende der Ladungsintegrationsphase auf einem vorgegebenen Spannungspegel gehalten. Alternativ noch weiter bevorzugt wird der neutrale Bereich bei Beginn einer Ladungsintegrationsphase im oberflächennahen zweiten Bereich oder tiefliegenden zweiten Bereich auf einem ersten Spannungspegel gehalten und am Ende der Spannungsintegrationsphase auf dem ersten Spannungspegel gehalten.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines Farbbilds aus einem Mosaikbild, das eine zweidimensionale Anordnung aus Anordnungen von je zwei mal zwei Bildpixeln umfasst, wobei jede Anordnung von zwei mal zwei Bildpixeln aus einem Paar von Grün-Bildpixeln entlang der einen Diagonale und einem Paar aus einem Rot- und einem Magenta-Bildpixel entlang der anderen Diagonale besteht, das Rot-Bildpixel ein erstes Signal umfasst, das im Wesentlichen für den roten Spektralbereich empfindlich ist, und das Magenta-Bildpixel ein zweites Signal umfasst, das im Wesentlichen für den roten Spektralbereich empfindlich ist, umfassend die Bildung eines dritten Signals, um die rote Farbe für das Magenta-Bildpixel als eine Funktion von mindestens dem ersten und zweiten Signal darzustellen. Bevorzugt weist der Betrag einer Ableitung des dritten Signals nach dem zweiten Signal ein Minimum auf. Weiter bevorzugt variiert eine Position des Minimums innerhalb eines Bereichs des zweiten Signals in Abhängigkeit vom ersten Signal. Noch weiter bevorzugt variiert der Betrag zwischen dem Minimum und der Position, wo der Betrag am größten ist, um mindestens den Faktor 2. Alternativ weiter bevorzugt ist eine Ableitung des dritten Signals nach dem ersten Signal dort, wo das zweite Signal das Minimum erreicht, größer als dort, wo das zweite Signal in einem anderen Zustand ist. Alternativ weiter bevorzugt erreicht der Betrag einen kleineren Minimalwert, wenn ein anderes Rot-Pixel-Signal von einem anderen Rot-Bildpixel neben dem Magenta-Bildpixel zum ersten Signal identisch ist, als wenn es vom ersten Signal um ein Viertel eines Bereichs der Rot-Pixel-Signal-Werte des Mosaikbilds abweicht.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt kann das Magenta-Bildpixel weiterhin ein viertes Signal umfassen, das für den Magenta-Bereich des Spektrums empfindlich ist. Das Verfahren kann weiterhin die Bildung eines fünften Signals umfassen, um die blaue Farbe für das Magenta-Bildpixel darzustellen, indem ein erstes Vielfaches des zweiten Signals von einem zweiten Vielfachen des vierten Signals subtrahiert wird. Alternativ kann das Verfahren weiterhin die Bildung eines fünften Signals umfassen, um die blaue Farbe für das Magenta-Bildpixel darzustellen, indem ein erstes Vielfaches des dritten Signals von einem zweiten Vielfachen des vierten Signals subtrahiert wird.
  • Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Demosaikierungseinheit (oder ein Demosaikierungsmittel), die ein Mosaikbild empfängt, wie es oben im Zusammenhang mit dem zweiten Aspekt beschrieben wurde, und ein drittes Signal für das Magenta-Bildpixel ausgibt, so dass das dritte Signal im Wesentlichen für den roten Spektralbereich empfindlich ist und über ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) verfügt als das zweite Signal und eine Funktion von mindestens dem ersten und zweiten Signal ist. Bevorzugt weist der Betrag einer Ableitung des dritten Signals nach dem zweiten Signal ein Minimum auf. Weiter bevorzugt variiert eine Position des Minimums innerhalb eines Bereichs des zweiten Signals in Abhängigkeit vom ersten Signal. Noch weiter bevorzugt variiert der Betrag zwischen dem Minimum und der Position, wo der Betrag am größten ist, um mindestens den Faktor 2. Alternativ noch weiter bevorzugt ist eine Ableitung des dritten Signals nach dem ersten Signal dort, wo das zweite Signal das Minimum erreicht, größer als dort, wo das zweite Signal in einem anderen Zustand ist.
  • Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein nichtflüchtiges Computerdaten-Speichermedium, das computerausführbare Anweisungen enthält, bei deren Ausführung durch eine Demosaikierungseinheit diese veranlasst wird, einen oder mehrere der oben beschriebenen Aspekte des Verfahrens umzusetzen.
  • Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung überträgt ein Magentafilter Licht an eine oberflächennahe Photodiode und eine tiefliegende Photodiode. Die oberflächennahe Photodiode ist mit einem ersten Transferschalter verbunden. Die tiefliegende Photodiode ist mit einem zweiten Transferschalter verbunden. Der zweite Transferschalter befindet sich in einem Triodenbereich, wenn ein Lichtreaktions-Ausgangssignal, das anhand der tiefliegenden Photodiode erzeugt wird, durch einen Abtast-Kondensator außerhalb einer Pixelanordnung, die die oberflächennahe und die tiefliegende Photodiode und den ersten und zweiten Transferschalter enthält, abgetastet wird, während der erste Transferschalter in einem nicht-leitenden Zustand ist, nachdem die in die oberflächennahe Photodiode integrierten Ladungsträger bereits an einen Abtastknoten übertragen wurden und wenn ein entsprechendes Ausgangssignal von einem Abtast-Kondensator außerhalb der Pixelanordnung abgetastet wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die und stellen Farbfilteranordnungen nach dem Stand der Technik gemäß der Matrix eines Bayer-Primärfarbenfilters dar;
  • Die und stellen Farbfilteranordnungen nach dem Stand der Technik dar, die nur die Farben Grün und Magenta verwenden;
  • zeigt eine Ausführungsform eines Bildsensors;
  • zeigt eine Ausführungsform eines Bilderfassungssystems;
  • Die und stellen Farbfilteranordnungen dar;
  • zeigt ein Schema eines Farbfilters und entsprechender Photodetektoren für jedes der vier Pixel einer Gruppe von zwei mal zwei benachbarten Pixeln in einer Ausführungsform einer Pixelanordnung;
  • Die , und stellen Schemata der Photodetektoren und der betreffenden Schaltungen innerhalb der Pixelanordnung dar;
  • zeigt einen vertikalen Querschnitt einer Ausführungsform eines Magenta-Pixels, das gestapelte Photodioden enthält;
  • ist ein Diagramm, das ein vertikales Profil der Netto-Dotierungskonzentration entlang der vertikalen, einfach gepunkteten/gestrichelten Linie YY' durch die gestapelten Photodioden des Magenta-Pixels von zeigt;
  • Die , , zeigen drei alternative Konfigurationen für die Ansteuerung des Kontakts Vsink, der mit einer zwischenliegenden Photodiode innerhalb des Photodioden-Stapels verbunden ist;
  • ist ein Diagram, das die Wahrscheinlichkeit des Eindringens von Photonen in Silizium in Abhängigkeit von der Eindringtiefe zeigt;
  • ist ein Diagramm, das die Absorptionseffizienz von Photonen einer tiefliegenden Photodiode und separat einer oberflächennahen Photodiode in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge in Luft zeigt;
  • ist ein Diagramm, das die Durchlässigkeit für Licht eines ersten Magentafilters in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge in Luft zeigt;
  • ist ein Diagramm, das die spektrale Empfindlichkeit der tiefliegenden und oberflächennahen Photodiode in Verbindung mit dem ersten Magentafilter sowie eine kombinierte spektrale Empfindlichkeit, die eine gewichtete Differenz dieser Empfindlichkeiten darstellt, zeigt;
  • ist ein Diagramm, das die Durchlässigkeit für Licht eines zweiten Magentafilters in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge in Luft zeigt;
  • ist ein Diagramm, das die spektrale Empfindlichkeit der tiefliegenden und oberflächennahen Photodiode in Verbindung mit dem zweiten Magentafilter sowie eine kombinierte spektrale Empfindlichkeit, die eine gewichtete Differenz dieser Empfindlichkeiten darstellt, zeigt;
  • zeigt einen vertikalen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform des Magenta-Pixels;
  • zeigt ein vertikales Profil der Netto-Dotierungskonzentration entlang der vertikalen, einfach gepunkteten/gestrichelten Linie YY' in der zweiten Ausführungsform des Magenta-Pixels;
  • zeigt eine Raumladungszone des oberflächennahen oberflächennahen zweiten Bereichs und eine Raumladungszone des tiefliegenden zweiten Bereichs, zwischen denen sich ein neutraler Bereich befindet, der sich horizontal über den zwischenliegenden zweiten Bereich erstreckt;
  • zeigt einen vertikalen Querschnitt einer dritten Ausführungsform des Magenta-Pixels;
  • zeigt ein vertikales Profil der Netto-Dotierungskonzentration entlang der vertikalen, einfach gepunkteten/gestrichelten Linie YY' in der dritten Ausführungsform des Magenta-Pixels;
  • ist ein Diagramm, das die Absorptionseffizienz von Photonen einer tiefliegenden Photodiode der dritten Ausführungsform und separat einer oberflächennahen Photodiode der dritten Ausführungsform in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge in Luft zeigt;
  • ist ein Diagramm, das die spektrale Empfindlichkeit der tiefliegenden und oberflächennahen Photodiode der dritten Ausführungsform in Verbindung mit dem ersten Magentafilter sowie eine kombinierte Empfindlichkeit, die eine gewichtete Differenz dieser Empfindlichkeiten darstellt, zeigt.
  • zeigt einen vertikalen Querschnitt einer Ausführungsform eines Rot-Pixels;
  • zeigt einen vertikalen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform eines Rot-Pixels;
  • ist ein Diagramm, das die Durchlässigkeit für Licht eines ersten Rot-Filters in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge in Luft zeigt;
  • ist ein Diagramm, das die Durchlässigkeit für Licht eines zweiten Rot-Filters in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge in Luft zeigt;
  • ist ein Diagramm, dass eine Variation einer Gewichtung wD für das Signal D, das anhand der tiefliegenden Photodiode erzeugt wird, in Abhängigkeit von beta zeigt, wobei beta ein Verhältnis einer Differenz zwischen dem Signal D und einem interpolierten Signal Y, das unabhängig vom Signal D ist, zu einem Vielfachen einer Standardabweichung des Rauschens im Signal D misst.
  • ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen dem Signal D der tiefliegenden Photodiode und dem erzeugten Rot-Pixelsignal R für das Magenta-Bildpixel zeigt, wobei das Diagramm einen flacheren Abschnitt aufweist;
  • ist ein Diagramm, das eine Ableitung des Rot-Pixelsignals R von nach dem Signal D der tiefliegenden Photodiode zeigt;
  • ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen dem Signal D der tiefliegenden Photodiode, einem ersten Rot-Pixelsignal RY und einem zweiten Rot-Pixelsignal RZ zeigt;
  • ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen dem Signal D der tiefliegenden Photodiode und dem erzeugten Rot-Pixelsignal R zeigt, wobei das Diagramm zwei unterschiedliche flachere Abschnitte aufweist;
  • ist ein Diagramm, das eine Ableitung des Rot-Pixelsignals von nach dem Signal D der tiefliegenden Photodiode zeigt;
  • zeigt ein Blockdiagramm eines Kameraprozessors 212.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es wird ein Bildsensor offenbart, der eine Anordnung von Rot-, Grün- und Magentafiltern über einer Pixelanordnung, die von einem Substrat getragen wird, umfasst.
  • Die und beschreiben einen Bildsensor 10 gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. ein Bilderfassungssystem 202 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Im Folgenden wird mit Hilfe von Bezugsnummern konkreter auf die Zeichnungen Bezug genommen. zeigt eine Ausführungsform eines Bildsensors 10, der eine Pixelanordnung 12, einen Zeilendekodierer 20, eine Lichtleseschaltung 16 und einen Analog-Digital-Umsetzer (analog-to-digital converter, ADC) umfasst. Die Pixelanordnung umfasst eine zweidimensionale Anordnung einer Gruppe von jeweils zwei mal zwei Pixeln 15, wobei jedes Pixel über einen oder mehrere Photodetektoren und einen Farbfilter verfügt, der das Licht filtert, bevor es den bzw. die Photodetektoren erreicht. Der Bus 18 umfasst Spaltenausgangssignalleitungen, die die Pixel spaltenweise verbinden. Die Lichtleseschaltung 16 entspricht der Beschreibung in US-Patent 7,233,350 oder der Beschreibung in US-Patentanmeldung 12/639941. Sie besitzt einen oder mehrere Kondensatoren für die Abtastung der einzelnen Spaltenausgangssignale im Bus 18. Das bzw. die analogen Ausgangssignale 26 von der Lichtleseschaltung 16 werden dem ADC zur Umsetzung in digitale Bilddaten, die über den Bus 66 ausgegeben werden, bereitgestellt. Der Zeilendekodierer 20 stellt im Bus 22 Zeilensignale für die Auswahl von Pixeln nach der Zeile, für das Zurücksetzen von Pixeln nach der Zeile und für die Übertragung von Ladungsträgern in Pixel nach der Zeile bereit. Die Farbfilteranordnung 13 ist eine zweidimensionale Anordnung von Farbfiltern, die über den Photodetektoren der Pixelanordnung 12 liegen.
  • zeigt eine Ausführungsform eines Bilderfassungssystems 202, das einen Bildsensor 10, eine Fokuslinse 204, einen Antriebsmotor und eine Antriebsschaltung 218, einen Prozessor 212, eine Eingabevorrichtung 206, ein Display 214 und ein Speichergerät 216 enthält.
  • Pixelanordnung
  • Die – beschreiben die Pixelanordnung 12.
  • Die und stellen Farbfilteranordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
  • zeigt eine Farbfilteranordnung 13 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bildausgabe von der Pixelanordnung 12 beginnt unten und schreitet nach oben in der Richtung des Pfeils „Vertikale Abtastung” voran. Die Farbfilteranordnung 13 ist als zweidimensionale Anordnung von Farbfiltern der Farben Grün (G), Rot (R) und Magenta (M) organisiert. Genauer ist die Farbfilteranordnung 13 als zweidimensionale Anordnung von Einheiten mit jeweils zwei mal zwei Farbfiltern 13a organisiert, die jeweils aus einem Paar von Grünfiltern (G) entlang der einen Diagonale und einem Paar aus einem Rotfilter (R) und einem Magentafilter (M) entlang der anderen Diagonale bestehen.
  • zeigt eine Farbfilteranordnung 13', die eine alternative Ausführungsform der Farbfilteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Diese Farbfilteranordnung 13' ist relativ zur Richtung der vertikalen Abtastung um 45° gedreht. Genauer ist die Farbfilteranordnung 13' als zweidimensionale Anordnung von Einheiten 13a' mit jeweils zwei mal zwei Farbfiltern organisiert, die relativ zur Richtung der vertikalen Abtastung um 45° gedreht ist.
  • stellt ein Schema von vier Pixeln in der Gruppe von zwei mal zwei Pixeln 15 dar, das einen Farbfilter und den bzw. die entsprechende(n) Photodetektor(en) für jedes der vier Pixel zeigt. Ein Paar Grünfilter 114G, ein Rotfilter 114R und ein Magentafilter 114M sind gemäß der in gezeigten Einheit von zwei mal zwei Farbfiltern 13a angeordnet. Das Grün-Pixel 14a oben rechts verfügt über einen Grünfilter 114G, der das Licht für die Photodiode 100a filtert. Das Magenta-Pixel 14b unten rechts verfügt über einen Magentafilter 114M, der das Licht für die Photodioden 114e und 100b filtert. Das Grün-Pixel 14c unten links verfügt über einen Grünfilter 114G, der das Licht für die Photodiode 100c filtert. Das Rot-Pixel 14d oben links verfügt über einen Rotfilter 114R, der das Licht für die Photodiode 100d filtert.
  • Die , und stellen Schemata der Photodetektoren 100a–100e und exemplarischer Schaltungen innerhalb der Pixelgruppe 15 dar.
  • zeigt die Photodetektoren 100a, 100c der zwei Grün-Pixel 14a bzw. 14c, die über die Transferschalter 117a bzw. 117c mit dem Abtastknoten 111 verbunden sind. Ein HIGH-Impuls der Zeilensignale TF(n + 1) 121a (oder TF(n) 121b) von Bus 22 schaltet den Transferschalter 117a (oder 117c) ein, um Ladungsträger von der Photodiode 100a (oder 100c) zum Abtastknoten 111 zu übertragen. Der Ausgangstransistor 116 puffert ein Abtastknoten-Spannungssignal am Abtastknoten 111 und überträgt es über den Auswahlschalter 114, der durch ein Zeilensignal SEL(n) 122, das vom Zeilendekodierer 20 in den Bus 22 ausgegeben wird, eingeschaltet wird, zur Spalten-Ausgangssignalleitung OUT(m) 124.
  • In einem Modus können die Transferschalter 117a, 177c separat eingeschaltet werden, ohne dass eine Überlappung mit den Ladungsübertragungsimpulsen der entsprechenden Signale TF(n) und TF(n + 1) resultiert. In einem anderen Modus können die Transferschalter 117a, 177c gleichzeitig in einem leitenden Zustand sein, so dass die Ladungen der Photodioden 100a, 100c addiert werden.
  • Das Ausgangssignal in der Spalten-Ausgangssignalleitung OUT(m) 124 ist Teil des Bus 18 und kann von der Lichtleseschaltung 16 abgetastet werden. Die US-Patentanmeldung 12/639941 beschreibt verschiedene Verfahren bezüglich der Abfolge der Schalterbetätigung in einer solchen Schaltung und der Abtastung des Spaltenausgangssignals. Diese verschiedenen Verfahren werden hierin durch Bezugnahme einbezogen. Alternativ kann die Schalterbetätigung und die Abtastung des Spaltenausgangssignals gemäß der konventionellen korrelierten Doppelabtastung (correlated double sampling) für gepinnte Photodioden (pinned photodiode) erfolgen.
  • Die Photodioden 100a (oder 100c), Transferschalter 117a (oder 117c), der Resetschalter 112 und Auswahlschalter 114 können gemäß einem der in der US-Patentanmeldung 12/639941 beschriebenen Verfahren betrieben werden. Insbesondere wird zum Start der Ladungsintegration im Photodetektor 100a (oder 100c) ein Ausgangssignal, das durch den Ausgangstransistor 116 zur Spaltensignalleitung OUT(m) 124 übertragen wird, von einer Lichtleseschaltung abgetastet, wenn der Resetschalter 112 und der Transferschalter 117a (oder 117c) sich beide in einem Triodenbereich befinden; es wird daraufhin erneut ein Ausgangssignal abgetastet, wenn der Resetschalter 112 ausgeschaltet wird, während der Transferschalter 117a (oder 117c) in einem Triodenbereich bleibt; schließlich wird erneut ein Ausgangssignal abgetastet, nachdem der Transferschalter 117a (oder 117c) ausgeschaltet wird; und es wird eine mit Vorzeichen gewichtete Summe aus diesen drei Abtastsignalen gebildet, um ein Rauschsignal bereitzustellen. Zum Beenden der Ladungsintegration wird ein Ausgangssignal vom Ausgangstransistor 116 an der Spaltensignalleitung OUT(m) 124 abgetastet, wenn sich der Resetschalter 112 in einem Triodenbereich befindet, während der Transferschalter nicht-leitend ist; daraufhin wird der Resetschalter 112 ausgeschaltet und ein Ausgangssignal an der Spalten-Signalleitung OUT(m) 124 abgetastet; es wird erneut ein Ausgangssignal an der Leitung OUT(m) 124 abgetastet, wenn der Transferschalter 117a (oder 117c) in einen Triodenbereich geschaltet wird; und es wird eine mit Vorzeichen gewichtete Summe aus diesen drei abgetasteten Signalen gebildet, um ein Lichtreaktionssignal bereitzustellen. Das Rauschsignal wird vom Lichtreaktionssignal subtrahiert, um ein entrauschtes Lichtreaktions-Ausgangssignal bereitzustellen. Diese Subtraktion kann durch den Bildsensor 10 oder den Prozessor 212 durchgeführt werden.
  • Alternativ können die Photodioden 100a (oder 100c), Transferschalter 117a (oder 117c), der Resetschalter 112 und der Auswahlschalter 114 gemäß dem korrelierten Doppelabtastungsverfahren für Pixel mit gepinnten Photodioden betrieben werden. Zum Starten einer Ladungsintegration: (i) den Transferschalter 117a (oder 117c) und den Resetschalter 112 einschalten und die Photodiode 100a (oder 100c) vollständig verarmen, (ii) den Transferschalter 117a (oder 117c) und den Resetschalter 112 ausschalten. Zum Beenden einer Ladungsintegration: (A) Das Zeilensignal RST(n) 118 besitzt einen positiven Impuls, der den Resetschalter 112 ein- und ausschaltet, so dass der Abtastknoten 111 zurückgesetzt wird, (B) das Zeilensignal SEL(n) 122 wählt den Auswahlschalter 114, um ein gepuffertes und pegelverschobenes Reset-Ausgangssignal vom Ausgangstransistor 116 zur Lichtleseschaltung 16 zu übertragen, (C) die Lichtleseschaltung tastet das Ausgangssignal ab, (D) der Transferschalter 117a (oder 117c) wird eingeschaltet und Ladungsträger von der Photodiode 100a (oder 100c) werden zum Abtastknoten 111 übertragen, (E) die Lichtleseschaltung tastet ein Ausgangssignal vom Ausgangstransistor 116 ab und (F) eine Differenz zwischen den beiden abgetasteten Ausgangssignalen wird ermittelt.
  • zeigt ein Schema einer Schaltung, die den Photodetektor 100b des Magenta-Pixels 14b und den Photodetektor 100d des Rot-Pixels 14d enthält. zeigt ein Schema einer Schaltung, die den Photodetektor 100e des Magenta-Pixels 14b enthält. Wie in kann der anfängliche Reset und die abschließende Abtastung bei jedem der Photodetektoren 100b, 100d und 100e entweder gemäß einem Verfahren von US-Patentanmeldung 12/639941 oder dem korrelierten Doppelabtastungsverfahren durchgeführt werden.
  • Die Anordnung und wechselseitigen Verbindungen zwischen den Photodioden und Zeilensteuersignalen RST(n), TF(n) und TF(n – 1) sowie zwischen den Photodioden und Spaltenausgangssignalen OUT(m), OUT(m + 1) und OUT2(m) können auf verschiedene Weisen umgestaltet werden, wie von einem Fachmann durchführbar, zum Beispiel zur Anpassung an eine um 45° gedrehte Farbfilteranordnung, wie sie in gezeigt wird.
  • Darüber hinaus können die zugehörigen Schaltungen des einen Photodetektors gemäß einem Verfahren von US-Patentanmeldung 12/639941 betrieben werden, wie oben beschrieben, und die des anderen gemäß dem korrelierten Doppelabtastungsverfahren. Beispielsweise können der zugehörige Resetschalter 112'' und Transferschalter 117e des Photodetektors 110e gemäß dem konventionellen korrelierten Abtastungsverfahren für gepinnte Photodioden betätigt werden, während der Transferschalter 117d des Photodetektors 100b des gleichen Magenta-Pixels 114b gemäß einem Verfahren aus US-Patentanmeldung 12/639941 betätigt wird. Zu beachten ist, dass in diesem Fall der Transferschalter 117d für die Photodiode 100b sich in einem Triodenbereich befindet, wenn ein Lichtreaktions-Ausgangssignal von der Photodiode 100b durch die Lichtleseschaltung 16 abgetastet wird, während der Transferschalter 117e für die Photodiode 115e in einem nichtleitenden Zustand ist, nachdem in der Photodiode 100e integrierte Ladungsträger bereits zum Abtastknoten 111'' übertragen wurden und wenn ein entsprechendes Ausgangssignal in der Leitung OUT2(m) durch einen Abtast-Kondensator abgetastet wird. Diese Methode hat die folgenden Vorteile. Erstens ist es nur schlecht möglich, die tiefliegende Photodiode mit Hilfe des konventionellen korrelierten Doppelabtastungsverfahrens für gepinnte Photodioden vollständig zurückzusetzen, da es schwierig ist, sie vollständig an Elektronen zu verarmen, während die Verfahren in US-Patentanmeldung 12/639941 keine Verarmung der Photodiode an Elektronen erfordern, um Reset-Rauschen auszulöschen. Zweitens kann die oberflächennahe Photodiode gut unter dem konventionellen korrelierten Doppelabtastungsverfahren für gepinnte Photodioden betrieben werden, dessen Schaltung einfacher ist als beim Verfahren aus US-Patentanmeldung 12/639941. Darüber hinaus kann jedem solchen Photodetektor, der gemäß dem korrelierten Doppelabtastungsverfahren betrieben wird, ein separater Satz von Steuersignalen RST2(n) und/oder TF2(n) im Bus 22 bereitgestellt werden, dessen Impulse gemäß den korrelierten Doppelabtastungs-Steuersequenzen (i)–(ii) und (A)–(E) oben erfolgen.
  • Magenta-Pixel
  • Die – beschreiben das Magenta-Pixel 14b.
  • Erste Ausführungsform des Magenta-Pixels
  • zeigt einen vertikalen Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines Magenta-Pixels 14b, welche die gestapelten Photodioden 100e, 100f, 100b gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Die tiefliegende Photodiode 100b und die oberflächennahe Photodiode 100e werden in einem leichtdotierten Halbleitersubstrat 56 eines ersten Leitfähigkeitstyps, bevorzugt des Typs p, gebildet, und weisen weiter bevorzugt eine Dotierungskonzentration zwischen 5e14/cm3 und 5e15/cm3 auf. Bei dem Substrat 56 kann es sich um eine leichtdotierte p-Epi-Schicht auf einem starkdotierten p-Substrat mit einer Dotierungskonzentration von über 1e19/cm3 handeln. Die Photodiode 100b befindet sich am tiefsten im Substrat 56 und umfasst einen tiefliegenden zweiten Bereich 54c eines zweiten Leitfähigkeitstyps, bevorzugt des Typs n. Die oberflächennahe Photodiode 100e befindet sich nahe der Oberfläche im Substrat 56 und umfasst einen oberflächennahen zweiten Bereich 54a des zweiten Leitfähigkeitstyps, der oberhalb des tiefliegenden zweiten Bereichs 54c und unter einem unmittelbar an der Oberfläche liegenden ersten Bereich 63, welcher verhindert, dass die Raumladungszone, die sich im oberflächennahen zweiten Bereich 54a bildet, die Oberfläche des Substrats 56 erreicht, angeordnet ist. Die Photodioden 100b, 100e werden von einem oberflächennahen ersten Bereich 65a und einem tiefliegenden ersten Bereich 65b unter dem oberflächennahen ersten Bereich 65a getrennt, die beide vom ersten Leitfähigkeitstyp sind. Darüber hinaus befindet sich zwischen den tiefliegenden und oberflächennahen ersten Bereichen 65a, 65b eine zwischenliegende Photodiode 100f, die einen zwischenliegenden zweiten Bereich 54b des zweiten Leitfähigkeitstyps enthält. Zusammen stellen die oberflächennahe, zwischenliegende 100f und tiefliegende 100b Photodiode gestapelte Photodioden für das Magenta-Pixel 14b dar.
  • Der oberflächennahe zweite Bereich 54a erreicht bevorzugt eine Tiefe von 0,4 μm bis 1,2 μm. Der tiefliegende zweite Bereich 54c beginnt bevorzugt bei einer Tiefe zwischen 1,7 μm und 2,5 μm. Der zwischenliegende zweite Bereich 54b befindet sich bevorzugt in einem Tiefenbereich zwischen 1 μm und 2 μm und weiter bevorzugt zwischen 1,2 μm und 1,8 μm.
  • In dieser Ausführungsform wird von oberhalb des Magenta-Pixels 14b einfallendes Licht zuerst durch den Magentafilter 114M gefiltert und dann über ein Paar kaskadierter Lichtleiter 130, 116 zu den gestapelten Photodioden geleitet.
  • Im Substrat 56 sind Barrierebereiche des ersten Leitfähigkeitstyps neben dem tiefliegenden zweiten Bereich 54c vorgesehen, die den tiefliegenden zweiten Bereich 54c von der Raumladungszone trennen, die sich in den angrenzenden grünen 114a, 114c oder roten 114d Pixeln bildet. Der Barrierebereich 64 weist eine Netto-Dotierungskonzentration auf, die höher ist als die Hintergrund-Dotierungskonzentration des Substrats 56 und bevorzugt einen Maximalwert zwischen 1e16/cm3 und 7e17/cm3 erreicht. Der Barrierebereich 64 unterhält in seinem Inneren einen neutralen Bereich, der die Raumladungszone, die aus dem tiefliegenden zweiten Bereich 54c hervorgeht, von der Raumladungszone, die aus einem der benachbarten Grün- und Rot-Pixel hervorgeht, trennt, um Übersprechen zwischen Pixeln durch kapazitive Kopplung über das Substrat 56 zu reduzieren.
  • Der tiefliegende zweite Bereich 54c ist über die zweiten Bereiche 57b, 55b, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, elektrisch mit dem Transferschalter 117b verbunden. Der Transferschalter 117b umfasst das Gate 58b und eine Drain-Diffusion (vom zweiten Leitfähigkeitstyp, an der Oberfläche des Substrats 56), die außerdem den Abtastknoten 111 darstellt. Der Abtastknoten 111 ist weiterhin mit dem Ausgangstransistor 116 und dem Resetschalter 112 (nur symbolisch dargestellt) verbunden.
  • Der oberflächennahe zweite Bereich 54a ist über einen zweiten Bereich 55e des zweiten Leitfähigkeitstyps elektrisch mit dem Transferschalter 117e verbunden. Der Transferschalter 117e umfasst das Gate 58e und eine Drain-Diffusion (des zweiten Leitfähigkeitstyps), die außerdem den Abtastknoten 111'' darstellt. Der Abtastknoten 111'' ist weiterhin mit dem Ausgangstransistor 116'' und dem Resetschalter 112'' (nur symbolisch dargestellt) verbunden.
  • Der zwischenliegende zweite Bereich 54b ist über eine Kette von zweiten Bereichen 57f mit einem Diffusionsknoten Vsink in elektrisch verbunden, aber die Diffusion kann durch eine Anordnung ähnlich dem zweiten Bereich 55e und dem an der Oberfläche liegenden ersten Bereich 66a sowie einen Schalter ähnlich dem Transferschalter 117e ersetzt werden, wie schematisch in gezeigt und unten beschrieben.
  • Zusätzliche erste Bereiche 66a, 66b verhindern, dass Raumladungszonen, die sich ausgehend von verschiedenen Photodioden 100b, 100e, 100f bilden, ineinander übergehen.
  • ist ein Diagramm, das ein vertikales Profil der Netto-Dotierungskonzentration in den gestapelten Photodioden des Magenta-Pixels von zeigt. „A” bezeichnet die Netto-Dotierungskonzentration des oberflächennahen zweiten Bereichs 54A. „B” bezeichnet diejenige des oberflächennahen ersten Bereichs 65a. „C” bezeichnet diejenige des zwischenliegenden zweiten Bereichs 54b. „D” bezeichnet diejenige des tiefliegenden ersten Bereichs 65b. „E” bezeichnet diejenige des tiefliegenden zweiten Bereichs 54c. Jenseits von „E” folgt diejenige des Substrats 56.
  • Die , 10B, 10C zeigen drei alternative Konfigurationen für die Ansteuerung des Kontakts Vsink, der mit der zwischenliegenden Photodiode 100f innerhalb des Photodioden-Stapels verbunden ist. In ist der Kontakt Vsink mit Erde verbunden. In 10B wird der Kontakt Vsink durch einen Puffer angesteuert, der zwischen einem Erdpotential und einer Spannungsquelle umschaltet, wobei die Spannungsquelle einen einstellbaren Spannungspegel bereitstellen kann. In wird der Kontakt Vsink durch einen Puffer über einen Schalter angesteuert, wobei der Puffer eine einstellbare Spannungsquelle puffert.
  • Der Kontakt Vsink kann auf einem vorgegebenen Spannungspegel gehalten werden, wenn eine Ladungsintegrationsphase in der oberflächennahen Photodiode 100e oder der tiefliegenden Photodiode 100b beginnt, und wird auf einem vorgegebenen Spannungspegel gehalten, wenn die Ladungsintegrationsphase endet. Weiter bevorzugt kann der Kontakt Vsink auf einem ersten Spannungspegel gehalten werden, wenn eine Ladungsintegrationsphase im oberflächennahen zweiten Bereich 100e oder dem tiefliegenden zweiten Bereich 100b beginnt, und wird auf dem ersten Spannungspegel gehalten, wenn die Ladungsintegrationsphase endet. Noch weiter bevorzugt kann der Kontakt Vsink während der gesamten Ladungsintegrationsphase auf einem konstanten Spannungspegel gehalten werden. Ein neutraler Bereich setzt sich vom zwischenliegenden zweiten Bereich 54b bis zum Kontakt Vsink fort. Dieser neutrale Bereich hat die Spannung des Kontakts Vsink und leitet Elektronen aus dem zwischenliegenden zweiten Bereichs 54b ab. Photonen der Wellenlänge 500 +/– 20 nm, die nicht im oberflächennahen zweiten Bereich 54a absorbiert werden, aber im zwischenliegenden zweiten Bereich 54b absorbiert werden, erzeugten im zwischenliegenden zweiten Bereich 54b freie Elektronen. Diese freie Elektronen werden vom Substrat weggeleitet, wodurch verhindert wird, dass sie von der tiefliegenden Photodiode 100b eingefangen werden, was andernfalls zu einer spektralen Empfindlichkeit der tiefliegenden Photodiode im Wellenlängenbereich 500 +/– 20 nm führen würde.
  • Analog kann der zwischenliegende zweite Bereich elektrisch auf einem Spannungspegel gehalten werden, wenn ein Transferschalter 117e (oder 117b) in einem leitenden Zustand ist, um Ladungsträger entweder vom oberflächennahen zweiten Bereich 54a oder vom tiefliegenden zweiten Bereich 54c zu einem Abtastknoten 111'' (oder 111) zu übertragen, der in einem Float-Zustand ist.
  • ist ein Diagramm, das die Wahrscheinlichkeit des Eindringens von Photonen in Silizium in Abhängigkeit von der Eindringtiefe zeigt. Insbesondere zeigt es, dass: (A) etwa 90% der (blauen) Photonen mit einer Wellenlänge von 450 nm innerhalb der ersten 1 μm des Siliziums absorbiert werden; (B) 40% der (roten) Photonen mit einer Wellenlänge von 650 nm weiter als 2 μm eindringen und 50% weiter als 3 μm eindringen; und (C) das Silizium zwischen 1 μm & 2 μm 20% der Photonen mit einer Wellenlänge von 650 nm, 30% der (grünen) Photonen mit einer Wellenlänge von 550 nm und 10% der (blauen) Photonen mit einer Wellenlänge von 450 nm absorbiert.
  • ist ein Diagramm, das die Absorptionseffizienz von Photonen der tiefliegenden Photodiode 100b und separat der oberflächennahen Photodiode 100e in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge in Luft zeigt. Die Absorptionseffizienz ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein von einem Photon einer bestimmten Wellenlänge (in Luft) erzeugter Ladungsträger von der Photodiode eingefangen wird. Von der zwischenliegenden Photodiode 100f eingefangene Ladungsträger werden über den Kontakt Vsink entfernt. Wie in gezeigt, ist die Absorptionseffizienz der oberflächennahen Photodiode 100e im purpurblauen Bereich (Wellenlänge < 450 nm) am höchsten und nimmt mit dem Anstieg der Wellenlänge über 450 nm kontinuierlich bis etwa 0,2 im roten Bereich (Wellenlänge > 600 nm) ab. Bei der tiefliegenden Photodiode 100b dagegen ist die Absorptionseffizienz im roten Bereich am höchsten (etwa 0,25) und nimmt mit dem Fallen der Wellenlänge auf 500 nm kontinuierlich bis unter 0,05 ab.
  • Der Magentafilter 114M sollte für grünes Licht im Wellenlängenbereich von 500 nm bis 600 nm eine geringe Durchlässigkeit aufweisen und ein Minimum von 10% oder weniger erreichen. Er sollte eine hohe Durchlässigkeit für blaues Licht im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 500 nm und ein Maximum bei 450 nm +/– 20 nm aufweisen, das mindestens das Vierfache des Minimums im grünen Bereich erreicht. Er sollte ebenso eine hohe Durchlässigkeit für rotes Licht mit Wellenlängen über 600 nm aufweisen und bei 650 nm +/– 30 nm eine Durchlässigkeit erreichen, die nicht mehr als 10% von der Maximaldurchlässigkeit abweicht.
  • ist ein Diagramm, das die Durchlässigkeit für Licht eines ersten Magentafilters in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge in Luft zeigt. Die Durchlässigkeit weist zwei Maximumsbereiche auf, einen um die Wellenlänge von 450 nm („blaues Maximum”) und einen um 650 nm („rote Schulter”), sowie ein Minimum zwischen 500 nm und 600 nm. Für Wellenlängen unter 410 nm fällt die Durchlässigkeit auf weniger als 10% der maximalen Durchlässigkeit des blauen Maximums ab.
  • Zu beachten ist, dass, wenn ein in der Pixelanordnung 12 benutzter Magentafilter und/oder ein Rot-Filter eine Schulter der Durchlässigkeit im roten Bereich (600 nm bis 700 nm) aufweist, wie in gezeigt, anstatt jenseits von 650 +/– 20 nm abzufallen, ein Infrarotfilter vor der Pixelanordnung 12 in den Weg des Lichts eingebracht werden kann, so dass die kombinierte Durchlässigkeit des Magenta-/Rot-Filters und des Infrarotfilters jenseits von 650 +/– 20 nm auf deutlich weniger als die maximale Durchlässigkeit im roten Bereich abfällt, bevorzugt auf weniger als 10% bei einer Wellenlänge von 700 nm.
  • zeigt ein Diagramm der spektralen Empfindlichkeit der tiefliegenden 100b und oberflächennahen 100e Photodiode in Verbindung mit dem ersten Magentafilter sowie einer gewichteten Differenz dieser Empfindlichkeiten. Die spektrale Empfindlichkeit der oberflächennahen Photodiode 100e, mit Oberflächennah1 bezeichnet, ist im blauen Bereich (400 nm bis 500 nm) glockenförmig und weist ein Maximum zwischen 430 nm und 470 nm auf sowie ein Minimum um etwa 550 nm. Die Kurve Oberflächennah1 weist eine Schulter im roten Bereich auf, deren Höhe ungefähr ein Viertel der Höhe des Maximums im blauen Bereich beträgt.
  • Die spektrale Empfindlichkeit der tiefliegenden Photodiode 100b, mit Tiefliegend1 bezeichnet, weist andererseits ähnlich wie die Kurve Oberflächennah1 eine Schulter im roten Bereich auf, zeigt aber im blauen Bereich nur eine vernachlässigbare Empfindlichkeit.
  • Die beiden Kurven Oberflächennah1 und Tiefliegend1 weisen ein Minimum der spektralen Empfindlichkeit um etwa 550 nm +/– 20 nm aufgrund des Minimums der Durchlässigkeit des ersten Magentafilters in diesem Wellenlängenbereich auf.
  • zeigt außerdem eine kombinierte spektrale Empfindlichkeit, die eine gewichtete Differenz von Oberflächennah1 und Tiefliegend1 ist – Oberflächennah1 – K Tiefliegend1 –, wobei der Gewichtungsfaktor K in diesem Beispiel 1 ist. In der Praxis können aber auch Werte über oder unter 1 verwendet werden. Die kombinierte spektrale Empfindlichkeit folgt im blauen Bereich der Kurve Oberflächennah1, ist aber im roten Bereich stark gedämpft, so dass eine kombinierte spektrale Empfindlichkeit resultiert, die im Wesentlichen auf blaues Licht beschränkt ist, d. h. eine Blauempfindlichkeit.
  • Es ist zu beachten, dass, wie zuvor erwähnt, bei Einbringen eines Infrarotfilters in den Weg des Lichtes vor der Pixelanordnung 12 die kombinierte Durchlässigkeit des ersten Magentafilters und des Infrarotfilters zwischen 650 nm +/– 20 nm und 700 nm abfällt. Bei Berücksichtigung des Infrarotfilters weist daher die spektrale Empfindlichkeit Oberflächennah1 ein Maximum um 650 +/– 20 nm auf, was im Wesentlichen eine Rotempfindlichkeit darstellt, allerdings eine stark gedämpfte mit einer maximalen Empfindlichkeit von nur 0,2.
  • ist ein Diagramm, das die Durchlässigkeit für Licht eines zweiten Magentafilters in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge in Luft zeigt. Ähnlich wie in für den ersten Magentafilter weist die Durchlässigkeit des zweiten Magentafilters zwei Maximumsbereiche auf, einen um die Wellenlänge von 450 nm („blaues Maximum”) und einen um 650 nm („rotes Maximum”), sowie ein Minimum bei Wellenlängen zwischen 500 nm und 600 nm. Für Wellenlängen unter 410 nm fällt die Durchlässigkeit auf weniger als 10 der maximalen Durchlässigkeit des blauen Maximums ab.
  • ist ein Diagramm, das die spektrale Empfindlichkeit der tiefliegenden 100b und oberflächennahen 100e Photodiode in Verbindung mit dem zweiten Magentafilter sowie eine gewichtete Differenz dieser Empfindlichkeiten zeigt. Die spektrale Empfindlichkeit der oberflächennahen Photodiode 100e, mit Oberflächennah2 bezeichnet, ist im blauen Bereich glockenförmig und weist ein Maximum zwischen 430 nm und 470 nm auf sowie ein Minimum bei Wellenlängen von etwa 550 nm. Die Kurve Oberflächennah2 weist im roten Bereich im Gegensatz zu Oberflächennah1 ein Maximum anstatt einer Schulter auf, was auf die integrierte Infrarot-Auslöschung der Durchlässigkeit des zweiten Rot-Filters zurückzuführen ist. Das Maximum der Kurve Oberflächennah2 im blauen Bereich ist etwa doppelt so hoch wie ihr Maximum im roten Bereich.
  • Die spektrale Empfindlichkeit der tiefliegenden Photodiode 100b, mit Tiefliegend2 bezeichnet, weist ähnlich wie die Kurve Oberflächennah2 eine Maximum im roten Bereich auf, zeigt aber im blauen Bereich nur eine vernachlässigbare Empfindlichkeit.
  • Die beiden Kurven Oberflächennah2 und Tiefliegend2 weisen ein Minimum der spektralen Empfindlichkeit um etwa 550 nm +/– 20 nm aufgrund des Minimums der Durchlässigkeit des zweiten Magentafilters in diesem Wellenlängenbereich auf.
  • zeigt außerdem eine kombinierte spektrale Empfindlichkeit, die eine gewichtete Differenz von Oberflächennah2 und Tiefliegend2 ist – Oberflächennah2 – K Tiefliegend2 –, wobei der Gewichtungsfaktor K in diesem Beispiel 1 ist. In der Praxis können aber auch Werte über oder unter 1 verwendet werden. Die kombinierte spektrale Empfindlichkeit folgt im blauen Bereich der Kurve Oberflächennah2, ist aber im roten Bereich stark gedämpft, so dass eine spektrale Empfindlichkeit resultiert, die im Wesentlichen auf blaues Licht beschränkt ist, d. h. eine Blauempfindlichkeit.
  • Zu beachten ist, dass K in Abhängigkeit von der Höhe der spektralen Empfindlichkeiten Oberflächennah2 und Tiefliegend2 (oder analog Oberflächennah1 und Tiefliegend1 oben oder Oberflächennah3 und Tiefliegend3 unten) im roten Bereich so zu wählen ist, dass die kombinierte Empfindlichkeit für rotes Licht im Vergleich zu blauem Licht vernachlässigbar ist, d. h. dass das Verhältnis dieser Empfindlichkeiten 1:7 oder weniger beträgt. Obwohl K in den Beispielen oben 1 ist, kann in der Praxis auch eine andere Zahl verwendet werden, die größer oder kleiner als 1 ist. Obwohl außerdem in den obigen Beispielen kein Verstärkungsfaktor für die Signale von der oberflächennahen Photodiode gezeigt wird, können beide Signale (von der oberflächennahen und tiefliegenden Photodiode) jeweils eine entsprechende Verstärkung erfahren. Lediglich zur Vereinfachung der Darstellung wurde im obigen Beispiel der gemeinsame Verstärkungsfaktor entfernt, so dass das Signal der oberflächennahen Photodiode eine Verstärkung von 1 hat. Mit anderen Worten kann der Faktor K im obigen Beispiel als ein Verhältnis der Verstärkungsfaktoren des Signals der tiefliegenden Photodiode und des Signals der oberflächennahen Photodiode angesehen werden.
  • Zweite Ausführungsform des Magenta-Pixels
  • zeigt einen vertikalen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform 14b' des Magenta-Pixels gemäß der vorliegenden Erfindung. Der oberflächennahe 65a und tiefliegende 65b erste Bereich der ersten Ausführungsform fehlen.
  • zeigt ein vertikales Profil der Dotierungskonzentration der zweiten Ausführungsform 14b' des Magenta-Pixels;
  • zeigt eine Raumladungszone (über der oberen gepunkteten Linie im zwischenliegenden zweiten Bereich 54b), die vom oberflächennahen zweiten Bereich 54a ausgeht, und eine Raumladungszone (zwischen der unteren gepunkteten Linie im zwischenliegenden zweiten Bereich 54b und der oberen gepunkteten Linie im tiefliegenden zweiten Bereich 54c), die vom tiefliegenden zweiten Bereich 54c ausgeht, zwischen denen sich ein neutraler Bereich (mit „yyyyy” gekennzeichnet und durch die gepunktete obere und untere Linie im zwischenliegenden zweiten Bereich 54b begrenzt), die sich horizontal über den zwischenliegenden zweiten Bereich 54b erstreckt. Der neutrale Bereich kann während der Gesamtdauer einer Ladungsintegrationsphase der oberflächennahen 100e' oder tiefliegenden 100b' Photodiode oder beider aufrechterhalten werden. Dieser neutrale Bereich transportiert sämtliche Elektronen, die in ihn eintreten – entweder von einer Raumladungszone in der Nähe oder durch Absorption eines Photons im neutralen Bereich selbst –, zum Kontakt Vsink. Der neutrale Bereich dämpft außerdem die kapazitive Kopplung zwischen der oberflächennahen 100e' und tiefliegenden 100b' Photodiode durch Einschränkung der Verbindung zwischen den Raumladungszonen, die von ihrem jeweiligen zweiten Bereich 54a, 54c ausgehen, auf ein allenfalls schmales Band (gekennzeichnet durch „xxxxx”) zwischen dem zwischenliegenden zweiten Bereich 54b und dem Barrierebereich 64 rechts in .
  • Dritte Ausführungsform des Magenta-Pixels
  • zeigt einen vertikalen Querschnitt einer dritten Ausführungsform 14b'' des Magenta-Pixels gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Das Magenta-Pixel 14b'' unterscheidet sich vom Magenta-Pixel 14b insofern, als der zwischenliegende zweite Bereich 100f und der tiefliegende erste Bereich 65b fehlen. Daher kann ein tiefliegender zweiter Bereich 54d einer tiefliegenden Photodiode 100b'' bei einer geringeren Tiefe beginnen, z. B. bei 1,7 μm, und sich nach unten in das Substrat 56 erstrecken. Obwohl der tiefliegende zweite Bereich 54d in dort beginnt, wo der erste Bereich 65a endet, kann zwischen diesen zweiten Bereichen ein Spalt vorhanden sein und die Dotierungskonzentration und den Leitfähigkeitstyp des Substrats 56 aufweisen, da sich eine Raumladungszone vom oberflächennahen ersten Bereich 65a über den Spalt bis in den tiefliegenden zweiten Bereich 54d erstrecken wird. Diese Raumladungszone ist ausreichend, um ein elektrisches Feld aufzubauen, das Elektronen in den tiefliegenden zweiten Bereich 54d befördert.
  • Der erste Bereich 65a weist eine Netto-Dotierungskonzentration auf, die höher ist als die des Substrats, und befindet sich unmittelbar zwischen dem oberflächennahen zweiten Bereich 54a und dem tiefliegenden zweiten Bereich 54d. Der erste Bereich 65a erhält die Trennung der Raumladungszonen aufrecht, die vom oberflächennahen zweiten Bereich 54a bzw. tiefliegenden zweiten Bereich 54d ausgehen, wenn ein Transferschalter 117e (oder 117b) in einem leitenden Zustand ist, um Ladungsträger entweder vom oberflächennahen zweiten Bereich 54a oder vom tiefliegenden zweiten Bereich 54d zu einem Abtastknoten 111'' (oder 111) zu übertragen, der in einem Float-Zustand ist. Der erste Bereich 65a erhält außerdem die Trennung der Raumladungszonen aufrecht, die vom oberflächennahen zweiten Bereich 54a bzw. tiefliegenden zweiten Bereich 54d ausgehen, während eine Ladungsintegration im oberflächennahen zweiten Bereich 54a, im tiefliegenden zweiten Bereich 54d oder in beiden stattfindet.
  • zeigt ein vertikales Dotierungsprofil der dritten Ausführungsform des Magenta-Pixels 14b''. „A” bezeichnet die Dotierungskonzentration des oberflächennahen zweiten Bereichs 54a. „B” bezeichnet diejenige des oberflächennahen ersten Bereichs 65a. „E” bezeichnet diejenige des tiefliegenden zweiten Bereichs 54d. Jenseits von „E” folgt diejenige des Substrats 56.
  • ist ein Diagramm, das die Absorptionseffizienz von Photonen der tiefliegenden Photodiode 100b'' der dritten Ausführungsform und separat der oberflächennahen Photodiode 100e der dritten Ausführungsform in Abhängigkeit von der Wellenlänge ungefilterten Lichts zeigt.
  • Die Absorptionseffizienz ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein von einem Photon einer bestimmten Wellenlänge (in Luft) erzeugter Ladungsträger von der Photodiode eingefangen wird. Wie in gezeigt, ist die Absorptionseffizienz der oberflächennahen Photodiode 100e im purpurblauen Bereich (Wellenlänge < 450 nm) am höchsten und nimmt ab 450 nm mit steigender Wellenlänge kontinuierlich bis etwa 0,2 im roten Bereich (Wellenlänge > 600 nm) ab. Bei der tiefliegenden Photodiode 100b'' dagegen ist die Absorptionseffizienz im roten Bereich bei Wellenlängen zwischen 550 nm und 650 nm am höchsten (etwa 0,5) und nimmt mit dem Fallen der Wellenlänge auf 450 nm kontinuierlich bis unter 0,05 ab.
  • ist ein Diagramm, das die spektrale Empfindlichkeit der tiefliegenden 100b'' und oberflächennahen 100e Photodiode der dritten Ausführungsform in Verbindung mit dem ersten Magentafilter sowie eine kombinierte spektrale Empfindlichkeit, die eine gewichtete Differenz dieser Empfindlichkeiten darstellt, zeigt.
  • Die spektrale Empfindlichkeit der oberflächennahen Photodiode 100e, mit Oberflächennah3 bezeichnet, ist im blauen Bereich glockenförmig und weist ein Maximum zwischen 430 nm und 470 nm auf sowie ein Minimum bei Wellenlängen von etwa 550 nm. Die Kurve Oberflächennah3 weist wie Oberflächennah1 aufgrund des Fehlens einer integrierten Infrarot-Auslöschung der Durchlässigkeit des ersten Rot-Filters eine Schulter im roten Bereich auf. Das Maximum der Kurve Oberflächennah3 im roten Bereich liegt etwa bei einem Viertel ihres Maximums im blauen Bereich.
  • Die spektrale Empfindlichkeit der tiefliegenden Photodiode 100b'', mit Tiefliegend3 bezeichnet, weist eine Schulter im roten Bereich auf, die der der Kurve Oberflächennah3 ähnlich, aber doppelt so hoch ist. Im blauen Bereich weist die spektrale Empfindlichkeit ein schmales Maximum bei etwa 480 nm auf, das halb so hoch ist wie die Schulter.
  • Die beiden Kurven Oberflächennah3 und Tiefliegend3 weisen ein Minimum der spektralen Empfindlichkeit um etwa 550 nm +/– 20 nm aufgrund des Minimums der Durchlässigkeit des ersten Magentafilters in diesem Wellenlängenbereich auf.
  • zeigt außerdem eine kombinierte spektrale Empfindlichkeit, die eine gewichtete Differenz von Oberflächennah3 und Tiefliegend3 ist – Oberflächennah3 – K Tiefliegend3 –, wobei der Gewichtungsfaktor K auf 0,5 festgelegt wurde. Die kombinierte spektrale Empfindlichkeit folgt im blauen Bereich nahezu der Kurve Oberflächennah3, ist aber im roten Bereich aufgrund der Festlegung von K stark gedämpft, so dass eine spektrale Empfindlichkeit resultiert, die im Wesentlichen auf blaues Licht beschränkt ist, d. h. eine Blauempfindlichkeit.
  • Rot-Pixel
  • Die – beschreiben Ausführungsformen des Rot-Pixels 14d.
  • zeigt einen vertikalen Querschnitt einer Ausführungsform eines Rot-Pixels 14d gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Photodiode 100d umfasst mehrere zweite Bereiche 54d, 54e, 54f, die vertikal im Substrat 56 gestapelt und miteinander verbunden sind. Die zweiten Bereiche 54d, 54e, 54f sind vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Während der Ladungsintegration ist ein durchgängiger neutraler Bereich vorhanden, der sich über alle drei zweiten Bereiche erstreckt und diese verbindet. Der oberste zweite Bereich 54d befindet sich unter einem an der Oberfläche liegenden ersten Bereich 63, der verhindert, dass die Raumladungszone, die aus dem obersten zweiten Bereich 54d hervorgeht, die Oberfläche des Substrats 56 erreicht, was zu hohen Verlustströmen führen würde. Von über dem Rot-Pixel 14d einfallendes Licht wird durch den Rot-Filter 114R gefiltert, wird durch die Lichtleiter 130, 116 geleitet und tritt dann in die zweiten Bereiche 54d, 54e, 54f ein.
  • Die zweiten Bereiche 54d, 54e, 54f sind über einen verbindenden zweiten Bereich 55d des zweiten Leitfähigkeitstyps mit dem Transferschalter 117d elektrisch verbunden. Der Transferschalter 117d umfasst das Gate 58d und eine Drain-Diffusion (des zweiten Leitfähigkeitstyps, an der Oberfläche), die außerdem den Abtastknoten 111' darstellt. Der Abtastknoten 111' ist weiterhin mit dem Ausgangstransistor 116' und dem Resetschalter 112' (nur symbolisch dargestellt) verbunden.
  • Obwohl als ein Stapel von drei Bereichen gezeigt, kann der Stapel verbundener zweiter Bereiche auch vier, fünf oder mehr verbundene zweite Bereiche umfassen, die während einer Ladungsintegration über einen durchgängigen neutralen Bereich, der sich von innerhalb des untersten zweiten Bereichs bis zum obersten zweiten Bereich 54d erstreckt, eine elektrische Verbindung untereinander aufrechterhalten. Der unterste zweite Bereich erreicht bevorzugt eine Tiefe zwischen 1,5 μm und 3 μm.
  • Die Barrierebereiche 64, die sich jeweils auf einer Seite der zweiten Bereiche 54e, 54f befinden, weisen in ihrem Inneren jeweils einen neutralen Bereich auf, der verhindert, dass die Raumladungszone, sich sich seitlich von den zweiten Bereichen im Rot-Pixel 14d bildet, in die Raumladungszone eines benachbarten Grün- 14a, 14c oder Magenta-Pixels 14b übergeht.
  • zeigt einen vertikalen Querschnitt einer alternativen Ausführungsform 14d' eines Rot-Pixels gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Stapel der zweiten Bereiche 54d, 54e, 54f wird durch einen zweiten Bereich 54d' unmittelbar unter dem an der Oberfläche liegenden ersten Bereich 63 ersetzt. Der zweite Bereich 54d' ist über einen verbindenden zweiten Bereich 55d' mit dem Transferschalter 117d verbunden. Diese Ausführungsform 14d' kann als gepinnte Photodiode so konstruiert und betrieben werden, dass während eines Resets, wenn sowohl der Transferschalter 117d als auch der Resetschalter 112' eingeschaltet sind, der zweite Bereich 54d' und der verbindende zweite Bereich 55d' vollständig an Elektronen verarmt werden. Der zweite Bereich 55d' erreicht bevorzugt eine Tiefe im Substrat von nicht mehr als 1 μm, damit bei einer Sperrspannung von 3 V oder weniger an der Photodiode eine vollständige Verarmung sichergestellt ist. Die Barrierebereiche 64 erzeugen seitliche elektrische Felder, die Elektroden seitlich in Richtung des unter dem zweiten Bereich 54d zentrierten Bereichs bewegen, so dass das Übersprechen zwischen den Pixeln reduziert wird.
  • ist ein Diagramm, das die Durchlässigkeit für Licht eines ersten Rot-Filters in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge zeigt.
  • ist ein Diagramm, das die Durchlässigkeit für Licht eines zweiten Rot-Filters in Abhängigkeit von der Lichtwellenlänge zeigt.
  • Erzeugen eines Rot-Pixel-Werts für das Magenta-Pixel
  • zeigt ein Blockdiagramm eines Kameraprozessors 212. Der Prozessor 212 empfängt über die Bus-Schnittstelle 240 ein Mosaikbild, das von der Pixelanordnung 12 des Bildsensors erzeugt wurde. Bei der Bus-Schnittstelle 240 kann es sich um eine serielle Schnittstelle handeln, die jeweils ein Daten-Bit der vom Bildsensor 10 erzeugten Bilddaten empfängt, oder eine parallele Schnittstelle, die alle Daten-Bits eines Pixels gleichzeitig empfängt. Alternativ kann es sich um eine Hybrid-Schnittstelle handeln, die vom Bus 66 zwei oder mehr Bits eines Pixels zu einem Zeitpunkt empfängt und weitere ein oder mehr Bits des Pixels zu einem anderen Zeitpunkt. Die Mosaikbilddaten werden im Puffer 220 gespeichert. Der Prozessor kann über einen DMA-Controller verfügen, der die Übertragung der Mosaikbilddaten in und aus einem Speicher (nicht gezeigt) außerhalb des Prozessors 212 zur Speicherung großer Bilddatenmengen steuert. Der Puffer gibt Mosaikbilddaten an die Demosaikierungseinheit 222 aus. Die Demosaikierungseinheit 222 erzeugt für das Mosaikbild fehlende Farben. Eine Farbkorrektureinheit 224 führt an der farbinterpolierten Bildausgabe der Demosaikierungseinheit 222 eine Farbkorrektur durch. Der Kameraprozessor 212 kann eine Weißabgleich-Korrektureinheit (nicht gezeigt) umfassen, um den Weißabgleich des Bilds zu verbessern. Eine Bildkompressionseinheit 226 empfängt ein Farbbild und führt eine Bildkompression durch, um ein komprimiertes Bild mit einem reduzierten Bilddatenumfang zu produzieren. Das komprimierte Bild wird schließlich über einen Daten-Bus, der an einer Ausgangsschnittstelle 242 an den Kameraprozessor 212 angeschlossen ist, in einer Speichervorrichtung 216 gespeichert.
  • Anhand der Pixelanordnung 12 wird ein Mosaikbild erzeugt, das eine Mehrzahl von Rot-Bildpixeln, eine Mehrzahl von Grün-Bildpixeln und eine Mehrzahl von Magenta-Bildpixeln in einer Anordnung gemäß oder umfasst. Dieses Mosaikbild kann von dem in gezeigten Prozessor 212 vom Bildsensor 10 über den Bus 66 und die Bus-Schnittstelle 240 empfangen und im Puffer 220 abgelegt und anschließend von der Demosaikierungseinheit 222 verarbeitet werden, um ein Vollfarbenbild zu rekonstruieren. Die Demosaikierungseinheit 222 gibt das Vollfarbenbild über den Bus 246 aus. In dem Mosaikbild verfügt jedes der Rot-Bildpixel über einen Rot-Pixelwert, aber keinen Blau- oder Grün-Pixelwert. Jedes der Grün-Bildpixel verfügt über einen Grün-Pixelwert, aber keinen Blau- oder Rot-Pixelwert. Jedes der Magenta-Bildpixel verfügt über einen Photodioden-Wert, der anhand einer entsprechenden oberflächennahen Photodiode 100e erzeugt wird, und einen Photodioden-Wert, der anhand einer entsprechenden tiefliegenden Photodiode 100b erzeugt wird. Der Wert der oberflächennahen Photodiode ist stark blauempfindlich. Der Wert der tiefliegenden Photodiode weist eine spektrale Empfindlichkeit überwiegend für den roten Bereich auf, die weniger als halb so stark ist wie die des Rot-Bildpixelwerts. Zur Rekonstruktion eines Vollfarbenbilds aus dem Mosaikbild können in der Demosaikierungseinheit 222 Farbinterpolationsverfahren eingesetzt werden, um Rot- und Blau-Bildpixelwerte für die Grün-Bildpixel und Blau- und Grün-Bildpixelwerte für die Rot-Bildpixel zu erzeugen.
  • Für das Magenta-Bildpixel kann der Blau-Bildpixelwert von der Demosaikierungseinheit 222 durch eine gewichtete Differenz des Signals der oberflächennahen Photodiode und des Signals der tiefliegenden Photodiode erzeugt werden, wie oben im Zusammenhang mit der Erzeugung der kombinierten Signale Oberflächennah1 – K Tiefliegend1, Oberflächennah2 – K Tiefliegend2 und Oberflächennah3 – K Tiefliegend3 besprochen, wobei K so gewählt wird, dass das kombinierte Signal eine vernachlässigbare Rotempfindlichkeit zeigt. Alternativ kann das so gebildete kombinierte Signal, das überwiegend eine Blauempfindlichkeit und eine vernachlässigbare Rotempfindlichkeit zeigt, im Bildsensor 10 gebildet und dem Prozessor 212 anstelle des Signals der oberflächennahen Photodiode bereitgestellt werden.
  • Die Erzeugung eines Rot-Bildpixelwerts für das Magenta-Bildpixel allein anhand eines Signals D der tiefliegenden Photodiode, das von einer tiefliegenden Photodiode 100b erzeugt wird, ist auf der anderen Seite mit erheblichen Nachteilen verbunden. Dieses Vorgehen würde dazu führen, dass das resultierende Vollfarbenbild im roten Kanal unter Ungleichmäßigkeiten zwischen den Pixeln leidet, die durch Unterschiede in der spektralen Empfindlichkeit der Photodiode 100d des Rot-Pixels und der tiefliegenden Photodiode 100b des Magenta-Pixels entstehen. Darüber hinaus weist die tiefliegende Photodiode 100b im roten Bereich eine weitaus schwächere Maximalempfindlichkeit auf als die Photodiode 100d des Rot-Pixels, was zu einem schlechteren Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des Signals D der tiefliegenden Photodiode führt. Es ist jedoch auch nicht zweckmäßig, den Rot-Pixelwert für das Magenta-Bildpixel durch Interpolation anhand benachbarter Rot-Bildpixel (und möglicherweise auch benachbarter Grün-Pixel) zu erzeugen, ohne das Signal der tiefliegenden Photodiode zu berücksichtigen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Rot-Pixelwerts R für das Magenta-Pixel mit Hilfe des Signals D der tiefliegenden Photodiode angegeben, das nicht die oben genannten Nachteile aufweist.
  • Die – beschreiben, wie ein Rot-Pixelwert für das Magenta-Pixel 14b, 14b', 14b'' erzeugt werden kann.
  • Zu beachten ist, dass für den Fall, dass eine Farbinterpolation (d. h. Demosaikierung) anhand der (dem Magenta-Pixel) benachbarten Bildpixel im Mosaikbild zu einem interpolierten Rot-Pixelwert Y für das Magenta-Pixel (das dem Magenta-Pixel 14b in der Pixelanordnung 12 entspricht) führt, der ausreichend nahe bei einem allein anhand des Signals D der tiefliegenden Photodiode erzeugten Rot-Pixelwerts liegt, die Auswahl oder Bevorzugung des interpolierten Rot-Pixelwerts Y zweckmäßig ist, da das resultierende Signal-Rausch-Verhältnis und die Farbgleichmäßigkeit besser sind und da die Unterschiede zwischen den beiden Rot-Pixelwerten mit hoher Wahrscheinlichkeit auf Rauschen aufgrund der Notwendigkeit einer Verstärkung des Signals der tiefliegenden Photodiode, das schwach ist, entlang dem Übertragungsweg von der tiefliegenden Photodiode 100b zurückzuführen sind.
  • Außerdem ist zu beachten, dass dann, wenn zwei (oder mehr) mögliche interpolierte Rot-Pixelwerte Y und Z für das Magenta-Pixel vorhanden sind, sofern der alleine anhand des Signals D der tiefliegenden Photodiode erzeugte Rot-Pixelwert ausreichend nahe bei einem der interpolierten Rot-Pixelwerte liegt, der am nächsten liegende interpolierte Rot-Pixelwert gewählt (oder bevorzugt) werden sollte, da der Unterschied wieder mit hoher Wahrscheinlichkeit auf Rauschen zurückzuführen ist.
  • Weiterhin ist zu beachten, dass andererseits dann, wenn keiner der interpolierten Rot-Pixelwerte ausreichend nahe liegt, der alleine anhand des Signals D der tiefliegenden Photodiode erzeugte Rot-Pixelwert ausgewählt (oder bevorzugt) werden sollte.
  • Bei allen oben angeführten zu beachteten Punkten wird ein interpolierter Rot-Pixelwert Y (oder Z) dann als ausreichend nahe an dem Rot-Pixelwert, der alleine anhand des Signals D der tiefliegenden Photodiode erzeugt wird, angesehen, wenn die Differenz zwischen den Werten nicht ein vorgegebenes Vielfaches der Rausch-Standardabweichung σD des Letzteren übersteigt. Beispielsweise kann das Vielfache 2,5 betragen, so dass ein interpolierter Rot-Pixelwert entweder ausgewählt oder bevorzugt wird (z. B. bei der Bildung eines gewichteten Mittelwerts zur Erzeugung des Rot-Pixelwerts für das Magenta-Pixel eine höhere Gewichtung erhält), wenn der Rot-Pixelwert nicht um mehr als das 2,5-Fache von σD vom Signal D der tiefliegenden Photodiode abweicht, und im gegenteiligen Fall entweder nicht ausgewählt oder mit geringerer Präferenz behandelt wird (z. B. bei der Bildung eines gewichteten Mittelwerts eine geringere Gewichtung erhält). Zu beachten ist, dass die Rausch-Standardabweichung σD eine Funktion des Signals D der tiefliegenden Photodiode und der Verstärkung entlang dem Übertragungsweg des Signals D der tiefliegenden Photodiode sein kann.
  • Mit anderen Worten sollte der erzeugte Rot-Pixelwert R für das Magenta-Pixel dem Signal D der tiefliegenden Photodiode weniger genau folgen, wenn das Signal D der tiefliegenden Photodiode alleine auf einen Rot-Pixelwert, der ausreichend nahe an einem interpolierten Rot-Pixelwert Y liegt, hinweist, aber im gegenteiligen Fall dem Signal D der tiefliegenden Photodiode genauer folgen.
  • Was die messbaren Eingangs-/Ausgangsparameter der Demosaikierungseinheit 222 angeht, ist der erzeugte Rot-Pixelwert R des Magenta-Pixels beim Verfahren dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung eine Funktion von zumindest dem Signal D der tiefliegenden Photodiode und einem Rot-Pixelwert eines benachbarten Rot-Bildpixels, so dass eine Ableitung des erzeugten Rot-Pixelwerts R des Magenta-Pixels nach dem Signal D der tiefliegenden Photodiode wenigstens ein Minimum aufweist. In der Nähe dieses Minimums variiert der erzeugte Rot-Pixelwert für das Magenta-Pixel weniger in Abhängigkeit vom Signal D der tiefliegenden Photodiode (d. h. folgt dem Signal D der tiefliegenden Photodiode weniger genau) als weiter von diesem Minimum entfernt. Aufgrund dieses Minimums empfängt der erzeugte Rot-Pixelwert R bei und in der Nähe des Minimums weniger Rauschen von der tiefliegenden Photodiode. Darüber hinaus wird der erzeugte Rot-Pixelwert R aufgrund dieses Minimums bei und in der Nähe des Minimums stärker durch den interpolierten Rot-Pixelwert Y „kontrolliert”, was zu einer geringeren Anfälligkeit für Unterschiede zwischen der spektralen Empfindlichkeit der tiefliegenden Photodiode 100b und derjenigen der benachbarten Rot-Pixel-Photodioden 100d führt. Die Position dieses Minimums innerhalb des Bereichs des Signals D der tiefliegenden Photodiode sollte eine Funktion sein von (d. h. variieren in Abhängigkeit von) wenigstens einem Rot-Pixelwert eines benachbarten Rot-Bildpixels im Mosaikbild.
  • Anders betrachtet beschreibt der erzeugte Rot-Pixelwert R für das Magenta-Pixel beim Verfahren dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung, wenn er über dem Signal D der tiefliegenden Photodiode aufgetragen wird, eine Kurve, die einen flacheren Abschnitt (z. B. , Signal R, zwischen den R-Werten 120 und 130) für einen bestimmten Wertebereich des erzeugten Rot-Pixelwerts R aufweist, so dass der flachere Abschnitt flacher ist als die Gesamtkurve. Mit anderen Worten sollte der erzeugte Rot-Pixelwert R in dem flachen Abschnitt eine Ableitung haben, die kleiner ist als ein durchschnittlicher Gradient der Kurve insgesamt. In diesem Abschnitt „widerstrebt” der erzeugte Rot-Pixelwert R einer Änderung mit dem Signal D der tiefliegenden Photodiode. Darüber hinaus sollte die Position dieses flacheren Abschnitts innerhalb des gesamten Bereichs möglicher Rot-Pixelwerte eine Funktion von zumindest einem Rot-Pixelwert eines (dem Magenta-Bildpixel) benachbarten Rot-Bildpixels sein. Die Position kann ebenfalls eine Funktion des Grün-Pixelwerts eines benachbarten Grün-Bildpixels sein.
  • Dieses Verfahren wird unten anhand zweier Beispiele veranschaulicht. Zur Vereinfachung der Darstellung wird der Rot-Pixelwert, der alleine anhand des Signals D der tiefliegenden Photodiode erzeugt würde, als das Signal D der tiefliegenden Photodiode selbst betrachtet, wobei angenommen wird, dass D so verstärkt wurde, dass seine Maximalempfindlichkeit im roten Bereich gleich oder beinahe gleich derjenigen des Rot-Pixelwerts ist (und somit ein mehrfach höheres Rauschen aufweist als Letzteres). Es wird außerdem wiederum zur Vereinfachung der Darstellung angenommen, dass die Vorverzerrung (z. B. Gamma-Vorverzerrung) für das Signal D der tiefliegenden Photodiode so durchgeführt wurde, dass ein linearer Zusammenhang zwischen dem Signal D der tiefliegenden Photodiode und dem Rot-Pixelwert, der alleine anhand des Signals D der tiefliegenden Photodiode erzeugt würde, resultiert.
  • ist ein Diagramm, dass eine Variation einer beispielhaften Gewichtung wD für das Signal D der tiefliegenden Photodiode in Abhängigkeit von beta zeigt, wobei beta ein Verhältnis einer Differenz zwischen dem Signal D der tiefliegenden Photodiode und einem interpolierten Signal Y, das unabhängig vom Signal D der tiefliegenden Photodiode ist, zu einem Vielfachen der Standardabweichung des Rauschens im Signal D der tiefliegenden Photodiode misst. (beta = 1/a·|Y – D|/σD, wobei a ≥ 1).
  • Als ein erstes Beispiel wird die in gezeigte Gewichtung wD auf das Signal D der tiefliegenden Photodiode angewandt, während (1 – wD) auf den interpolierten Rot-Pixelwert Y angewandt wird. Das heißt, R = wD · D + (1 – wD)·Y, wobei R der erzeugte Rot-Pixelwert für das Magenta-Pixel ist. Es wird angenommen, dass für das Magenta-Bildpixel nur ein einziger interpolierter Rot-Pixelwert für die gegebenen Pixelwerte der benachbarten Bildpixel existiert. ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen dem Signal D der tiefliegenden Photodiode und dem erzeugten Rot-Pixelsignal R für das Magenta-Bildpixel zeigt. Der interpolierte Rot-Pixelwert Y ist auf 125 festgelegt. ·σD ist 20. Das Signal D der tiefliegenden Photodiode wird variiert. Dieses Diagramm zeigt, dass der für das Magenta-Bildpixel erzeugte Rot-Pixelwert R sich dem interpolierten Wert Y, also 125, annähert, wenn |Y – D| kleiner als 15 ist (so dass beta = 1/a·|Y – D|/σD < 0,75 wird), aber andernfalls stärker in Abhängigkeit vom Signal D der tiefliegenden Photodiode variiert. In Bezug auf die Gewichtung wD gemäß der Darstellung im Diagramm von kann dies wie folgt verstanden werden. Wenn beta unter 0,75 fällt, reduziert sich der Beitrag des Signals D der tiefliegenden Photodiode zum erzeugten Rot-Pixelwert des Magenta-Bildpixels und nähert sich 0,3 an, während der Beitrag des interpolierten Pixelwerts Y ansteigt und sich 0,7 annähert.
  • ist ein Diagramm, das eine Ableitung des Rot-Pixelsignals R von nach dem Signal D der tiefliegenden Photodiode zeigt. Die Ableitung hat ein Minimum von 0,4 bei D = 125. In großer Entfernung von dem Minimum, z. B. bei D > 160 oder D < 100, nimmt die Ableitung einen im Wesentlichen konstanten, höheren Wert von 1 an. Zu beachten ist, dass sich die Ableitung am oberen Ende des Bereichs des Rot-Pixelwerts Y allmählich wieder reduzieren würde, wenn das Signal D der tiefliegenden Photodiode, das von der Demosaikierungseinheit 222 empfangen wird, nicht vorverzerrt ist, während der erzeugte Rot-Pixelwert vorverzerrt werden muss. Zu beachten ist weiterhin, dass die Ableitung einen anderen Wert als 1 annehmen kann, wenn das Signal D der tiefliegenden Photodiode, das von der Demosaikierungseinheit 222 empfangen wird, nicht vorverstärkt wird, um seine spektrale Empfindlichkeit im roten Bereich an den Rot-Pixelwert der Rot-Pixel anzupassen, oder wenn die Pixelwertsignale des Mosaikbilds einen anderen Bereich belegen als die rekonstruierte Vollfarbenbildausgabe der Demosaikierungseinheit 222.
  • Als ein zweites Beispiel beschreiben bis , wie verschiedene interpolierte Werte, Y und Z, gemeinsam mit dem Signal D der tiefliegenden Photodiode verwendet werden können, um den Rot-Pixelwert R für das Magenta-Pixel zu erzeugen. In diesem Beispiel hat Y den Wert 165, Z den Wert 135 und σD den Wert 20.
  • ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen dem Signal D der tiefliegenden Photodiode, einem ersten Rot-Pixelsignal RY und einem zweiten Rot-Pixelsignal RZ zeigt. Das erste Rot-Pixelsignal RY zeigt, wie sich der erzeugte Rot Pixelwert für das Magenta-Bildpixel bei einem gegebenen Satz von Pixelwerten benachbarter Pixel des Magenta-Bildpixels verhalten würde, wenn wie im ersten Beispiel nur ein interpolierter Pixelwert berücksichtigt wird, wobei der interpolierte Pixelwert Y ist. Das zweite Rot-Pixelsignal RZ ist andererseits für Z. Dieses Diagramm zeigt, dass RY und RZ in der Nähe von Y bzw. Z einer Änderung „widerstreben”.
  • Gemäß diesem Aspekt der Erfindung sollte der erzeugte Rot-Pixelwert jedoch ein solches „Widerstreben” (d. h. einen flacheren Abschnitt) an zwei Stellen aufweisen. Dies kann erreicht werden, indem der Rot-Pixelwert R gemäß dem folgenden Ausdruck gebildet wird: R = wDY·wDZ·D +(1 – wDY·wDZ)·[(1 – wDY)·Y +(1 – wDZ)·Z]/(2 – wDY – wDZ).
  • Dabei ist wDY die Funktion wD aus , wobei das interpolierte Signal Y ist, und wDZ die Funktion wD aus , wobei das interpolierte Signal Z ist.
  • ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen dem Signal D der tiefliegenden Photodiode und dem erzeugten Rot-Pixelsignal R zeigt. Es weist zwei unterschiedliche flachere Abschnitte auf. Ein unterer flacherer Abschnitt ist zwischen den Rot-Werten 130 und 140 zu erkennen. Ein oberer flacherer Abschnitt ist zwischen den Rot-Werten 160 und 170 zu erkennen. Es ist klar, dass das Rauschen von der tiefliegenden Photodiode 100b innerhalb dieser beiden flacheren Abschnitte im Vergleich zu den übrigen Bereichen gedämpft ist, da der erzeugte Rot-Pixelwert R innerhalb dieser flacheren Abschnitte weniger in Abhängigkeit vom Signal D der tiefliegenden Photodiode variiert als außerhalb.
  • ist ein Diagramm, das eine Ableitung des Rot-Pixelsignals R von nach dem Signal D der tiefliegenden Photodiode zeigt. Die Ableitung erreicht jeweils ein Minimum von 0,4 bei Werten des Signals D der tiefliegenden Photodiode von etwa 135 und 170.
  • Erzeugen eines Blau-Pixelwerts für das Magenta-Pixel
  • Ein einfaches Verfahren zur Erzeugung eines Blau-Pixelwerts für das Magenta-Pixel wurde oben in Bezug auf beschrieben. Es umfasst die Bildung einer gewichteten Differenz zwischen dem Signal der oberflächennahen Photodiode und dem Signal der tiefliegenden Photodiode.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Blau-Pixelwert durch Ersetzen des Signals der tiefliegenden Photodiode mit dem Rot-Pixelsignal R gebildet werden.
  • Abschließende Bemerkungen
  • Obwohl sich die Demosaikierungseinheit 222 gemäß im Prozessor 212 befindet, kann sie in einer alternativen Ausführungsform Teil des Bildsensors 10 sein, digitalisierte Bilddaten, die von der Pixelanordnung 12 erzeugt werden, über den Ausgangsbus 66 des ADC 24 empfangen und das rekonstruierte Vollfarbenbild über einen anderen Bus ausgeben.
  • Die Demosaikierungseinheit 222 kann nur den Rot-Pixelwert R für Magenta-Pixel erzeugen, anstatt alle fehlenden Farben für alle Grün-, Rot- und Magenta-Pixel zu erzeugen. Sie kann stattdessen die erzeugten Rot-Pixelwerte von Magenta-Pixeln über einen Bus bereitstellen, während eine andere Demosaikierungsschaltung eine oder mehrere der anderen fehlenden Farben erzeugt. Letztendlich werden alle erzeugten fehlenden Farben mit den Farben des Mosaikbilds zusammengeführt, um ein Vollfarbenbild zu erzeugen.
  • Obwohl das rekonstruierte Vollfarbenbild gemäß an eine Farbkorrektureinheit 224 gesendet wird, können auch andere Modifikationen nach dem Stand der Technik vorgesehen werden. Beispielsweise können die erzeugten Rot-Pixelwerte für Magenta-Pixel in einer Speichervorrichtung 216 gespeichert und anschließend mit den anderen Farben (einschließlich der anderen fehlenden Farben des Mosaikbilds) durch eine Recheneinrichtung zusammengeführt werden, um ein rekonstruiertes Vollfarbenbild zu bilden.
  • Ein nichtflüchtiger Speicher, der sich außerhalb des Kameraprozessors 212 befinden oder ein Teil dieses sein kann, z. B. der in gezeigte Nur-Lese-Speicher (Read-Only Memory, ROM) 228 kann Anweisungen speichern, so dass die Demosaikierungseinheit 222 gemäß einem oder allen der in dieser Offenbarung beschriebenen Verfahren arbeitet.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass zwar bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben und in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt wurden, diese aber lediglich illustrativen Zwecken dienen und die Interpretation der Erfindung nicht einschränken, und dass diese Erfindung nicht auf die speziellen Konstruktionsweisen und Anordnungen beschränkt ist, die beschrieben und dargestellt wurden, da ein Fachmann verschiedene Modifikationen ableiten kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7233350 [0054]

Claims (23)

  1. Eine Bildsensorpixelanordnung, die von einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps getragen wird, umfassend: ein Paar von Grünfiltern, die in einer ersten Richtung angeordnet sind; einen Rotfilter, der an beide Grünfilter des Paars angrenzt; und einen Magentafilter, der an beide Grünfilter des Paars angrenzt und sich auf einer dem Rotfilter gegenüberliegenden Seite des Paars befindet.
  2. Bildsensorpixelanordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen oberflächennahen zweiten Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps im Substrat; und einen tiefliegenden zweiten Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps unter dem oberflächennahen zweiten Bereich.
  3. Bildsensorpixelanordnung nach Anspruch 2, wobei ein erster Bereich, der den ersten Leitfähigkeitstyp und eine Netto-Dotierungskonzentration aufweist, die höher ist als eine Substrat-Dotierungskonzentration des Substrats, sich zwischen dem oberflächennahen zweiten Bereich und dem tiefliegenden zweiten Bereich befindet.
  4. Bildsensorpixelanordnung nach Anspruch 3, wobei der erste Bereich eine Trennung der Raumladungszonen, die von dem oberflächennahen zweiten Bereich bzw. dem tiefliegenden zweiten Bereich ausgehen, zu einem Zeitpunkt aufrechterhält, während eine Ladungsintegration im oberflächennahen zweiten Bereich, im tiefliegenden zweiten Bereich oder in beiden stattfindet.
  5. Bildsensorpixelanordnung nach Anspruch 3, wobei der erste Bereich eine Trennung der Raumladungszonen, die von dem oberflächennahen zweiten Bereich bzw. dem tiefliegenden zweiten Bereich ausgehen, zu einem Zeitpunkt aufrechterhält, während ein Transferschalter in einem leitenden Zustand ist, um Ladungsträger entweder vom oberflächennahen zweiten Bereich oder vom tiefliegenden zweiten Bereich zu einem Abtastknoten zu übertragen, der in einem Float-Zustand ist.
  6. Bildsensorpixelanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich kein anderer Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps vertikal über dem oberflächennahen zweiten Bereich oder vertikal unter dem tiefliegenden zweiten Bereich befindet.
  7. Bildsensorpixelanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend: einen zwischenliegenden zweiten Bereich, der zwischen dem oberflächennahen zweiten Bereich und dem tiefliegenden zweiten Bereich angeordnet ist.
  8. Bildsensorpixelanordnung nach Anspruch 7, wobei der zwischenliegende zweite Bereich elektrisch zu einem Zeitpunkt auf einem Potential gehalten wird, während eine Ladungsintegration im oberflächennahen zweiten Bereich, im tiefliegenden zweiten Bereich oder in beiden stattfindet.
  9. Bildsensorpixelanordnung gemäß Anspruch 8, wobei der zwischenliegende zweite Bereich durch Ansteuerung über eine Treiberschaltung elektrisch angesteuert wird.
  10. Bildsensorpixelanordnung gemäß Anspruch 8, wobei der zwischenliegende zweite Bereich durch eine Verbindung mit einer Spannungsquelle elektrisch angesteuert wird.
  11. Bildsensorpixelanordnung nach Anspruch 7, wobei der zwischenliegende zweite Bereich zu einem Zeitpunkt elektrisch auf einem Potential gehalten wird, während ein Transferschalter in einem leitenden Zustand ist, um Ladungsträger entweder vom oberflächennahen zweiten Bereich oder vom tiefliegenden zweiten Bereich zu einem Abtastknoten zu übertragen, der in einem Float-Zustand ist.
  12. Bildsensorpixelanordnung gemäß Anspruch 11, wobei der zwischenliegende zweite Bereich durch Ansteuerung über eine Treiberschaltung elektrisch angesteuert wird.
  13. Bildsensorpixelanordnung gemäß Anspruch 11, wobei der zwischenliegende zweite Bereich durch eine Verbindung mit einer Spannungsquelle elektrisch angesteuert wird.
  14. Verfahren zur Bildung eines Farbbilds aus einem Mosaikbild, das ein Rot-Bildpixel und ein Magenta-Bildpixel umfasst, wobei das Rot-Bildpixel über ein erstes Signal verfügt, das eine erste im Wesentlichen auf den roten Bereich beschränkte spektrale Empfindlichkeit aufweist, und das Magenta-Pixel über ein zweites Signal verfügt, das eine zweite im Wesentlichen auf den roten Bereich beschränkte spektrale Empfindlichkeit aufweist, umfassend: Erzeugen eines dritten Signals als eine Funktion von zumindest dem ersten und zweiten Signal, um die rote Farbe für das Magenta-Pixel darzustellen.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein Betrag einer Ableitung des dritten Signals nach dem zweiten Signal ein Minimum aufweist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Position des Minimums innerhalb eines Bereichs des zweiten Signals in Abhängigkeit vom ersten Signal variiert.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Betrag zwischen dem Minimum und der Position, wo der Betrag am größten ist, um mindestens den Faktor 2 variiert.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei eine Ableitung des dritten Signals nach dem ersten Signal größer ist, wenn das zweite Signal das Minimum erreicht, als wenn das zweite Signal in einem anderen Zustand ist.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Magenta-Bildpixel weiterhin über ein viertes Signal verfügt, das eine im Wesentlichen auf den Magenta-Bereich beschränkte spektrale Empfindlichkeit aufweist, weiterhin umfassend: Subtrahieren eines ersten Vielfachen des zweiten Signals von einem zweiten Vielfachen des vierten Signals zur Bildung eines fünften Signals, um die blaue Farbe für das Magenta-Bildpixel darzustellen.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Magenta-Bildpixel weiterhin über ein viertes Signal verfügt, das eine im Wesentlichen auf den Magenta-Bereich beschränkte spektrale Empfindlichkeit aufweist, weiterhin umfassend: Subtrahieren eines ersten Vielfachen des dritten Signals von einem zweiten Vielfachen des vierten Signals zur Bildung eines fünften Signals, um die blaue Farbe für das Magenta-Bildpixel darzustellen.
  21. Kameraprozessor, umfassend: eine Demosaikierungseinheit, die das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20 am Mosaikbild durchführt, um das Farbbild zu erzeugen; eine Eingangsschnittstelle, die zum Empfangen von Bilddaten des Mosaikbilds von einem Bildsensor konfiguriert ist.
  22. Nichtflüchtiges Computerdaten-Speichermedium, das computerausführbare Anweisungen enthält, bei deren Ausführung durch eine Recheneinrichtung die Recheneinrichtung veranlasst wird, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20 durchzuführen.
  23. Bilderfassungsvorrichtung, umfassend: eine Linse; eine Bildsensorpixelanordnung nach Anspruch 1, die Licht durch die Linse empfängt; und ein Demosaikierungsmittel zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20 am Mosaikbild, um das Farbbild zu erzeugen, wobei das Mosaikbild anhand der Bildsensorpixelanordnung erzeugt wird.
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