TWI633790B - Solid-state imaging device and driving method thereof and electronic device - Google Patents

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TWI633790B
TWI633790B TW103120091A TW103120091A TWI633790B TW I633790 B TWI633790 B TW I633790B TW 103120091 A TW103120091 A TW 103120091A TW 103120091 A TW103120091 A TW 103120091A TW I633790 B TWI633790 B TW I633790B
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Abstract

本技術係關於一種可提高AF控制之精度之固體攝像元件及其驅動方法與電子機器。
像素驅動部驅動配置於像素陣列部之像素，該像素陣列部係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成，信號處理電路部僅使用自第1像素及第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF(Autofocus)控制之像素值。本技術可應用於例如CMOS影像感測器。

Description

固體攝像元件及其驅動方法與電子機器
本技術係關於一種固體攝像元件及其驅動方法與電子機器，尤其係關於一種可提高AF(Autofocus，自動對焦)控制之精度之固體攝像元件及其驅動方法與電子機器。
先前以來，CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)影像感測器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)影像感測器等固體攝像元件廣泛用於數位靜態相機或數位攝錄影機等攝像裝置。此種攝像裝置中大部分具備使對焦自動化之AF(Autofocus)功能。
又，對如下技術進行了研究：於固體攝像元件中，一面進行使用濾色器之色分離，一面吸收儘可能多之光。作為其中一個方法，有如下方法：除使用用以獲得色資訊之R(Red，紅)像素、G(Green，綠)像素、B(Blue，藍)像素以外，亦使用用以獲得亮度資訊之W(White，白)像素(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2009-44593號公報
然而，若為專利文獻1中揭示之技術，則不僅讀取高感度之亮度 檢測像素，亦讀取成為低感度之色檢測像素，故而於用於AF檢波用途之情形時，導致感度降低，其結果，無法提高AF控制之精度。
本技術係鑒於此種狀況而完成者，其可提高AF控制之精度。
本技術之一態樣之固體攝像元件包括：像素陣列部，其係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成；像素驅動部，其驅動配置於上述像素陣列部之像素；及信號處理部，其僅使用自上述第1像素及上述第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF(Autofocus)控制之像素值。
上述高感度之像素係上述第2像素。
上述像素陣列部中，上述第2像素呈棋盤格狀地配置，於剩餘之部分配置上述第1像素，並且於每一行形成有複數根信號線，上述像素陣列部以包括複數個像素之特定之像素為單位共有浮動擴散區域而構成，該浮動擴散區域為了將由各像素之光電轉換元件所儲存之電荷以信號之形式讀取而保持該電荷，上述像素陣列部進而包括AD(Analog-Digital，類比-數位)轉換部，該AD轉換部將經由上述信號線自像素輸出之類比信號轉換為數位信號。
上述像素驅動部使自像素共有內之複數個上述第2像素獲得之電荷保持於共用之上述浮動擴散區域並將其等同時讀取。
上述像素驅動部將藉由上述信號線經由像素源極隨耦器輸出之類比信號相加後，輸入至上述AD轉換部。
上述像素驅動部跳過構成為矩陣狀之像素共有中之特定列之像素共有，並經由上述信號線使類比信號輸入至上述AD轉換部。
上述信號處理部使用來自上述AD轉換部之數位信號，執行水平方向之相加處理。
上述第1像素係與紅(R)、綠(G)、藍(B)中之任一色成分對應之像素，上述第2像素係白(W)像素。
本技術之一態樣之驅動方法係固體攝像元件之驅動方法，該固體攝像元件包括：像素陣列部，其係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成；像素驅動部，其驅動配置於上述像素陣列部之像素；及信號處理部，其僅使用自上述第1像素及上述第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF控制之像素值；該驅動方法包含如下步驟：上述像素驅動部驅動以包括複數個像素之特定之像素為單位共有之像素。
本技術之一態樣之電子機器搭載固體攝像元件，該固體攝像元件包含：像素陣列部，其係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成；像素驅動部，其驅動配置於上述像素陣列部之像素；及信號處理部，其僅使用自上述第1像素及上述第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF控制之像素值；該電子機器包括使用自上述固體攝像元件輸出之上述像素值控制AF之AF控制部。
於本技術之一態樣之固體攝像元件及其驅動方法與電子機器中，驅動配置於像素陣列部之像素，僅使用自第1像素及第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF控制之像素值，上述像素陣列部係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成。
根據本技術之一態樣，可提高AF控制之精度。
100‧‧‧CMOS影像感測器
101‧‧‧光學透鏡
102‧‧‧像素陣列部
103‧‧‧像素驅動部
104‧‧‧AD轉換部
105‧‧‧信號處理電路部
151‧‧‧攝影透鏡
152‧‧‧AF控制電路部
153‧‧‧透鏡驅動電路部
201‧‧‧均等相加電路部
202‧‧‧W像素輸出電路部
300‧‧‧電子機器
301‧‧‧光學部
302‧‧‧固體攝像元件
303‧‧‧DSP電路
304‧‧‧圖框記憶體
305‧‧‧顯示部
306‧‧‧記錄部
307‧‧‧操作部
308‧‧‧電源部
309‧‧‧控制部
310‧‧‧匯流排線
S11‧‧‧均等相加處理
圖1係表示應用本技術之CMOS影像感測器之一實施形態之圖。
圖2係說明第1實施形態中之像素之讀取驅動之圖。
圖3係說明第1實施形態中之相加處理之圖。
圖4係說明第2實施形態中之像素之讀取驅動之圖。
圖5係說明第3實施形態中之像素之讀取驅動之圖。
圖6係說明對比度AF之原理之圖。
圖7係表示於各透鏡位置獲得之圖像之例之圖。
圖8係表示對比度評價值之例之圖。
圖9係說明AF控制處理之流程圖。
圖10係表示應用本技術之電子機器之一實施形態之圖。
以下，一面參照圖式一面對本技術之實施形態進行說明。
<第1實施形態> (固體攝像元件之構成例)
圖1係表示應用本技術之CMOS影像感測器之一實施形態之圖。
圖1之CMOS影像感測器100係固體攝像元件之一例。如圖1所示，CMOS影像感測器100包括光學透鏡101、像素陣列部102、像素驅動部103、AD轉換部104、及信號處理電路部105。
於像素陣列部102，包含光電二極體(PD，photodiode)之單位像素(以下，亦存在簡稱為「像素」之情形)二維配置成矩陣狀。於像素陣列部102，亮度成分成為主成分之W像素呈棋盤格狀地配置，在剩餘之部分配置有與複數個色成分之各色成分對應之R像素、G像素、B像素。其中，於圖1之配置例中，配置成G像素之數量多於R像素或B像素之數量。
又，於各單位像素中，光電二極體產生與由光學透鏡101聚光之 光之光量對應之電荷量的電荷並將其儲存於內部。由光電二極體(PD)儲存之電荷被傳輸至浮動擴散區域(FD：Floating Diffusion)。保持於浮動擴散區域(FD)之電荷以像素信號之形式被讀取。
進而，於像素陣列部102中，針對矩陣狀之像素排列，於每一列沿著像素列之像素之排列方向形成有像素驅動線，於每一行沿著像素行之像素之排列方向形成有垂直信號線。像素驅動線之一端連接於像素驅動部103之對應於各列之輸出端。又，垂直信號線之一端連接於AD轉換部104之對應於各行之輸出端。
像素驅動部103以特定之方式對配置於像素陣列部102之各像素進行讀取驅動。自被像素驅動部103驅動之像素列之各單位像素輸出之像素信號經由各垂直信號線被供給至AD轉換部104。
AD轉換部104對經由垂直信號線輸入之類比之像素信號進行AD(Analog Digital)轉換，並將藉此獲得之數位信號供給至信號處理電路部105。
信號處理電路部105藉由對自AD轉換部104供給之數位之像素信號實施特定之信號處理，而計算用於AF控制之像素值，並輸出至後段之電路等。於該信號處理中，執行例如水平方向之相加處理。
CMOS影像感測器100係以如上方式構成。
(像素之讀取驅動例)
圖2係說明第1實施形態中之像素之讀取驅動之圖。
於圖2中，選取呈矩陣狀配置於圖1之像素陣列部102之複數個像素中4行份之像素之一部分，將自圖中之左側朝向右側之方向作為時間方向而排列成時間序列。又，於像素陣列部102中，以包括水平方向之2像素與垂直方向之4像素之8像素(4×2像素)為單位形成像素共有，由像素共有內之8個像素(4個W像素、2個G像素、1個R像素與B像素)中之各光電二極體(PD)共有1個浮動擴散區域(FD)。
即，於圖2之A中，表示以共有之像素為單位之情形時之第1列至第4列之0.5秒後、及1秒後之狀態且將各像素共有內之像素中施加有影線之像素讀取之情況。再者，為了提高感度，已知有使與複數個色成分之各色成分對應之像素分散配置之構成，但若採用此種不規則之像素排列，則難以進行像素共有。另一方面，若為圖1之像素陣列部102中之像素之配置，則像素規則地排列，故而可容易地進行像素共有。
再者，於以下之說明中，將像素陣列部102中共有之像素統一記述為像素共有(i，j)而進行說明。其中，i(i係1以上之整數)表示以共有之像素為單位之列，j(j係1以上之整數)表示以共有之像素為單位之行。
又，於圖2之A中，圖示有圖1之AD轉換部104。此處，於圖中之上側及下側，設置有北(North)及南(South)之2個ADC(Analog Digital Converter，類比數位轉換器)。而且，針對每一像素共有，經由垂直方向之垂直信號線連接於北ADC或南ADC。於圖2之A之例中，第奇數列之像素共有連接於北ADC，另一方面，第偶數列之像素共有連接於南ADC。又，各像素共有經由水平方向之像素驅動線而與圖1之像素驅動部103連接。
如圖2之A所示，於進行0.5秒鐘之第1次AD轉換中，藉由連接於北ADC之垂直信號線，讀取像素共有(1，1)、像素共有(1，2)、像素共有(3，1)、及像素共有(3，2)內之左側之行之2個W像素。又，藉由連接於南ADC之垂直信號線，讀取像素共有(2，1)、像素共有(2，2)、像素共有(4，1)、及像素共有(4，2)內之左側之行之2個W像素。
再者，由於共有之像素使用共用之浮動擴散區域(FD)，故而於第1次AD轉換中，將由像素共有內之2個W像素之光電二極體(PD)儲存之電荷同時傳輸至1個浮動擴散區域(FD)，並經由垂直信號線，以像素信號之形式同時讀取(以下，亦稱為「FD相加」)。
此處，垂直信號線連接於未圖示之放大電晶體及定電流電路而構成源極隨耦電路。藉此，該像素源極隨耦器驅動垂直信號線，將保持於浮動擴散區域之電荷以類比之像素信號之形式讀取。
又，將來自連接於同一垂直信號線之像素共有(1，1)之類比之像素信號、與來自像素共有(3，1)之類比之像素信號電流相加(圖中之「SF相加」)，將來自像素共有(2，1)之類比之像素信號、與來自像素共有(4，1)之類比之像素信號電流相加。同樣地，將來自連接於同一垂直信號線之像素共有(1，2)之類比之像素信號、與來自像素共有(3，2)之類比之像素信號電流相加，將來自像素共有(2，2)之類比之像素信號、與來自像素共有(4，2)之類比之像素信號電流相加。
而且，於北ADC及南ADC中，將經由垂直信號線輸入之類比之像素信號AD轉換成數位信號。
又，於第1次AD轉換結束後，在接下來之進行0.5秒鐘之第2次AD轉換中，藉由連接於北ADC之垂直信號線，讀取像素共有(1，1)、像素共有(1，2)、像素共有(3，1)、及像素共有(3，2)內之右側之行之2個W像素。又，藉由連接於南ADC之垂直信號線，讀取像素共有(2，1)、像素共有(2，2)、像素共有(4，1)、及像素共有(4，2)內之右側之行之2個W像素。
而且，與第1次AD轉換同樣地，將來自連接於同一垂直信號線之像素共有之類比之像素信號電流相加，並分別輸入至北ADC及南ADC。於北ADC及南ADC中，將經由垂直信號線輸入之類比之像素信號AD轉換成數位信號。
再者，於第2次AD轉換中，由於共有之像素使用共用之浮動擴散區域(FD)，故而亦將由像素共有內之2個W像素之光電二極體(PD)儲存之電荷同時傳輸至1個浮動擴散區域(FD)，然後同時讀取。
又，於上述說明中，以第1列至第4列之像素共有中第1行與第2 行之像素共有內之像素之讀取為例進行了說明，關於第3行之後之像素共有內，亦可同樣地進行像素之讀取。又，於上述說明中，以第1列至第4列之像素共有內之像素之讀取為例進行了說明，關於第5列之後之像素共有內，亦可同樣地進行像素之讀取。
如此，於像素陣列部102中採用了如下像素陣列：將W像素配置成棋盤格狀，於剩餘之部分配置R像素、G像素、B像素，但未讀取與複數個色成分之各色成分對應之R像素、G像素、B像素，而僅讀取亮度成分成為主成分之W像素。而且，對自亮度成分成為主成分之W像素獲得之類比之像素信號進行AD轉換，並將其以數位信號之形式供給至信號處理電路部105。
又，於圖2之像素之讀取驅動中，在將同一像素共有內之2個W像素FD相加後，將自連接於同一垂直信號線之2個像素共有獲得之像素信號SF相加，因此，進行2次類比相加。即，若關注垂直方向，則藉由反覆類比相加，而僅使用16個像素中之2個像素。進而，設置北ADC及南ADC作為AD轉換部104，將共有之像素經由垂直信號線連接於北ADC及南ADC中之任一ADC，藉此可使讀取1列份之像素之時間減倍。
其結果，可高速讀取呈矩陣狀地配置於像素陣列部102之複數個像素。
(相加處理之例)
圖3係說明第1實施形態中之相加處理之圖。
於第1實施形態中，圖1之信號處理電路部105包括均等相加電路部201及W像素輸出電路部202。
均等相加電路部201對自AD轉換部104供給之數位之像素信號執行相加處理(S11)。
如圖3所示，於均等相加電路部201，表示有水平方向之相加處 理之處理內容，16×8之四方形對應於AD轉換後獲得之像素之像素信號。
再者，於圖3之步驟S11之像素配置中，僅在第6列與第7列、及第10列與第11列表示有W像素，此係為了易於理解說明而對應於圖2所示之每8個像素之像素共有者。又，於以下之說明中，將該呈矩陣狀配置之像素記述為像素(m，n)而進行說明。其中，m(m係1以上之整數)表示列，n(n係1以上之整數)表示行。
例如，於第6列及第7列，W像素每隔1行地交替排列，W像素(7，1)之像素信號係與藉由圖2之第1次AD轉換自像素共有(1，1)內之2個W像素同時讀取並經AD轉換的像素信號對應。又，W像素(6，2)之像素信號係與藉由圖2之第2次AD轉換自像素共有(1，1)內之2個W像素同時讀取並經AD轉換的像素信號對應。
同樣地，W像素(7，3)之像素信號係與藉由圖2之第1次AD轉換自像素共有(1，2)內之2個W像素同時讀取並經AD轉換的像素信號對應。又，W像素(6，4)之像素信號係與藉由圖2之第2次AD轉換自像素共有(1，2)內之2個W像素同時讀取並經AD轉換的像素信號對應。
再者，由於重複故而省略說明，關於圖3所示之其他W像素，亦具有與圖2之像素共有相同之關係。
此處，均等相加電路部201對各列中之每一列將相鄰之W像素彼此以在水平方向上成為1：1之方式均等相加。
具體而言，例如，若將W像素(7，1)與W像素(6，2)於水平方向上均等相加，則獲得1個W像素。又，同樣地，例如，若將W像素(7，3)與W像素(6，4)於水平方向上均等相加，則獲得1個W像素。再者，由於重複故而省略說明，關於S11之排列所示之其他W像素，亦於水平方向上均等相加。
而且，藉由對成為處理對象之W像素重複此種水平方向之均等相 加處理，而輸入像素(S11之排列)成為僅W像素之配置，從而均等相加處理(S11)結束。
又，如圖3所示，於W像素輸出電路部202示出W像素輸出之處理內容。於S12之像素排列中，藉由上述均等相加處理(S11)，僅W像素重複排列。W像素輸出電路部202將其等W像素之像素值輸出至後段之電路等(S12)。
即，於圖3之信號處理電路部105中，在藉由均等相加電路部201進行水平方向之均等相加(S11)後，藉由W像素輸出電路部202將成為僅W像素之排列之像素之像素值輸出至後段之電路(例如下述圖6之AF控制電路部152)等(S12)。
以上，對第1實施形態進行了說明。於第1實施形態中，不使用與複數個色成分之各色成分對應之R像素、G像素、B像素，而僅使用亮度成分成為主成分之W像素，進行水平方向之均等相加處理(數位相加)，並輸出由僅W像素之排列構成之W像素之像素值。其結果，可於後段之電路(例如下述圖6之AF控制電路部152)進行使用自高感度之W像素獲得之像素值之AF控制，故而可提高AF控制之精度。
又，如利用圖2之像素之讀取驅動所說明般，藉由在垂直方向上反覆類比相加，可僅使用16個像素中之2個像素，而減少垂直方向之像素數量，故而可高速讀取。又，由於設置有北ADC及南ADC作為AD轉換部104，故而可提高讀取1列份之像素之速度。其結果，可實現AF之高速圖框率檢波用之像素值之輸出。進而，藉由採用第1實施形態中之像素之讀取驅動(圖2)、及相加處理(圖3)，而使用自高感度之W像素獲得之像素值，從而S/N比(signal noise ratio，信噪比)變佳，故而即便為暗部亦可進行極有效之AF檢波。
<第2實施形態> (固體攝像元件之構成例)
其次，對第2實施形態進行說明。於第2實施形態中，由於固體攝像元件之構成與圖1之CMOS影像感測器100相同，故而省略其說明。
(像素之讀取驅動例)
圖4係說明第2實施形態中之像素之讀取驅動之圖。
於圖4中，與圖2同樣地，呈矩陣狀地配置於圖1之像素陣列部102之像素以8像素(4×2像素)為單位形成像素共有。又，設置有北ADC及南ADC作為圖1之AD轉換部104之方面亦相同。
圖4之像素之讀取驅動與圖2之像素之讀取驅動之相同之處在於，利用第1次AD轉換，讀取像素共有內之2個W像素，利用第2次AD轉換，讀取2個W像素。另一方面，不同之處在於，於圖4之像素之讀取驅動中，在讀取2列份之像素共有後，不讀取接下來之2列份之像素共有。
具體而言，於進行0.5秒鐘之第1次AD轉換中，藉由連接於北ADC之垂直信號線，讀取第1列之像素共有(1，1)及像素共有(1，2)內之左側之行之2個W像素。又，藉由連接於南ADC之垂直信號線，讀取第2列像素共有(2，1)、像素共有(2，2)內之左側之行之2個W像素。另一方面，於第1次AD轉換中，未對藉由圖2之像素之讀取驅動所讀取的第3列之像素共有(3，1)與像素共有(3，2)、及第4列之像素共有(4，1)與像素共有(4，2)之W像素進行存取而未將其等讀取。
又，於圖4之像素之讀取驅動中，與圖2之像素之讀取驅動不同，不進行連接於同一垂直信號線之像素共有之利用像素源極隨耦器之讀取後的電流相加，於該方面亦不同。
即，圖4之像素之讀取驅動與圖2之像素之讀取驅動之不同之處在於：在讀取2列份之像素共有後不對接下來之2列像素共有進行存取而進行跳過處理；及不進行利用像素源極隨耦器之讀取後之電流相加 (SF相加)。另一方面，圖4之像素之讀取驅動與圖2之像素之讀取驅動之相同之處在於將像素共有內之W像素FD相加。再者，對於第2次AD轉換，亦與第1次AD轉換同樣地進行。
(相加處理之例)
於第2實施形態中，由於由信號處理電路部105執行之相加處理與圖3之相加處理相同，故而省略其說明。
以上，對第2實施形態進行了說明。於第2實施形態中，不使用與複數個色成分之各色成分對應之R像素、G像素、B像素，而僅使用亮度成分成為主成分之W像素，進行水平方向之均等相加處理(數位相加)，並輸出由僅W像素之排列構成之W像素之像素值。其結果，可於後段之電路(例如下述圖6之AF控制電路部152)進行使用自高感度之W像素獲得之像素值之AF控制，故而可提高AF控制之精度。
又，於圖4之像素之讀取驅動中，與圖2之像素之讀取驅動相比，跳過構成為矩陣狀之像素共有中特定列之像素共有，故而處理相應地變少，從而可抑制電力之消耗。
<第3實施形態> (固體攝像元件之構成例)
其次，對第3實施形態進行說明。於第3實施形態中，由於固體攝像元件之構成與圖1之CMOS影像感測器100相同，故而省略其說明。
(像素之讀取驅動例)
圖5係說明第3實施形態中之像素之讀取驅動之圖。
於圖5中，與圖2同樣地，呈矩陣狀地配置於圖1之像素陣列部102之像素以8像素(4×2像素)為單位形成像素共有。又，設置有北ADC及南ADC作為圖1之AD轉換部104之方面亦相同。
圖5之像素之讀取驅動與圖2及圖4之像素之讀取驅動之相同之處 在於：利用第1次AD轉換，讀取像素共有內之W像素，利用第2次AD轉換，讀取W像素。另一方面，圖5之像素之讀取驅動與圖2及圖4之像素之讀取驅動之不同之處在於：於圖5之像素之讀取驅動中，在第1次及第2次AD轉換中，並非如圖2及圖4之像素之讀取驅動般將W像素同時讀取2像素，而將W像素僅讀取1像素，從而不進行FD相加。
又，圖5之像素之讀取驅動與圖4之像素之讀取驅動之相同之處在於：在讀取2列份之像素共有後不對接下來之2列像素共有進行存取而進行跳過處理；及不進行利用像素源極隨耦器之讀取後之電流相加(SF相加)。
(相加處理之例)
於第3實施形態中，由於由信號處理電路部105執行之相加處理與圖3之相加處理相同，故而省略其說明。
以上，對第3實施形態進行了說明。於第3實施形態中，不使用與複數個色成分之各色成分對應之R像素、G像素、B像素，而僅使用亮度成分成為主成分之W像素，進行水平方向之均等相加處理(數位相加)，並輸出由僅W像素之排列構成之W像素之像素值。其結果，可於後段之電路(例如下述圖6之AF控制電路部152)進行使用自高感度之像素W獲得之像素值之AF控制，故而可提高AF控制之精度。
又，於圖5之像素之讀取驅動中，與圖2之像素之讀取驅動相比，跳過構成為矩陣狀之像素共有中特定列之像素共有，故而處理相應地變少，從而可抑制電力之消耗。再者，關於圖5之像素之讀取驅動，設為跳過特定列之像素共有而進行了說明，但亦可不進行跳過處理而僅進行FD相加。進而，於此情形時，亦可進行利用像素源極隨耦器之讀取後之電流相加(SF相加)。
<第4實施形態> (固體攝像元件之構成例)
其次，對第4實施形態進行說明。於第4實施形態中，由於固體攝像元件之構成與圖1之CMOS影像感測器100相同，故而省略其說明。
(像素之讀取驅動例)
於第4實施形態中，代替上述W像素而使用與W像素鄰接之G像素作為高感度之像素。若考慮像素共有內之G像素之數量少於W像素之數量之方面，則該G像素之讀取驅動例如可與上述圖5之W像素之讀取驅動同樣地進行。
(相加處理之例)
於第4實施形態中，由信號處理電路部105執行之相加處理除了將G像素代替W像素相加以外，與圖3之相加處理相同，故而省略其說明。
以上，對第4實施形態進行了說明。於第4實施形態中，不使用低感度之R像素及G像素，而僅使用高感度之G像素，進行水平方向之均等相加處理(數位相加)，並輸出由僅G像素之排列構成之G像素之像素值。其結果，由於G像素儘管感度不及W像素但為高感度之像素，故而可於後段之電路(例如下述圖6之AF控制電路部152)使用自高感度之G像素獲得之像素值，從而提高AF控制之精度。
<AF控制處理之具體例>
其次，參照圖6至圖9，對使用自上述CMOS影像感測器100輸出之高感度之像素之像素值的AF控制處理進行說明。
此處，作為AF(Autofocus)之方式，已知有稱為對比度AF之方式。於該對比度AF中，一面使攝影透鏡之位置沿著光軸方向移動，一面讀取來自固體攝像元件之輸出圖像之像素值(圖像信號)，根據於每一圖框獲得之圖像信號計算用以評價對比度之評價值(以下稱為「對比度評價值」)。而且，檢測該對比度評價之最大值(峰值)，並將 獲得對比度評價值之峰值之攝影透鏡位置設為聚焦位置。
於圖6中示出對比度AF之原理。如圖6所示，攝影透鏡151根據來自透鏡驅動電路部153之控制，沿著光軸方向移動。CMOS影像感測器100接收由攝影透鏡151聚光之光，進行與該光之光量對應之光電轉換，進而計算用於AF控制之像素值，並供給至後段之AF控制電路部152。例如，於CMOS影像感測器100中，不使用R像素、G像素、B像素，而僅使用W像素，進行水平方向之均等相加處理，並輸出W像素之像素值。
AF控制電路部152使用自CMOS影像感測器100輸出之高感度之像素W之像素值，執行AF控制。即，AF控制電路部152根據藉由使攝影透鏡151之位置沿著光軸方向移動而獲得之每一圖框之圖像信號，計算對比度評價值，並求出獲得其峰值之攝影透鏡151之位置。
例如，若將藉由攝影透鏡151之位置沿著光軸方向移動而於圖6之A點、B點、C點之各點獲得圖7之圖框之圖像的情形作為一例，則於A點及C點因焦點未對準而被攝體模糊，另一方面，於B點因焦點對準而能夠清晰地看到被攝體。於AF控制電路部152中，伴隨攝影透鏡151之光軸方向之移動而累計對比度評價值，如圖8所示，於焦點未對準之A點及C點，對比度評價值變低，於焦點對準之B點，對比度評價值成為最大值(峰值)。
再者，例如藉由在產生W像素之亮度信號後，檢測被攝體之邊緣部分，並累計去除、檢測出光散粒雜訊之邊緣部分，而計算對比度評價值作為評價值。
而且，AF控制電路部152基於所計算之對比度評價值，控制透鏡驅動電路部153，而使攝影透鏡151之位置沿光軸方向移動，藉此使焦點對準B點。藉此，焦點自動地對準被攝體。又，如上所述，於本技術中，藉由將自高感度之W像素獲得之亮度信號用於對比度評價值之 計算，作為其評價值可獲得較大之值，因此，可實現高性能之對比度AF。
其次，參照圖9之流程圖，對使用自CMOS影像感測器100輸出之高感度之像素之像素值的AF控制處理進行說明。
於步驟S101中，像素驅動部103以特定之方式對配置於像素陣列部102之各像素進行讀取驅動。作為像素之讀取驅動之方式，使用上述圖2、圖4、或圖5之像素之讀取驅動中之任一種方式。
於步驟S102中，AD轉換部104對自配置於像素陣列部102之像素經由垂直信號線輸入之類比之像素信號進行AD轉換。此處，如圖2等所示，藉由連接於每一像素共有之北ADC或南ADC，進行AD轉換。
於步驟S103中，信號處理電路部105使用來自AD轉換部104之數位之像素信號，執行特定之相加處理。此處，進行例如上述圖3之相加處理。
於步驟S104中，信號處理電路部105將藉由步驟S103之相加處理所獲得的用於AF控制之高感度之像素之像素值輸出至AF控制電路部152。此處，輸出例如W像素之像素值。
於步驟S105中，AF控制電路部152使用自信號處理電路部105輸出之高感度之像素之像素值，進行AF控制。於該AF控制中，進行參照上述圖6至圖8所說明之對比度AF之處理，而焦點對準被攝體。
以上，對AF控制處理進行了說明。
再者，於包含CMOS影像感測器100、及攝影透鏡151至透鏡驅動電路部153之電子機器中，例如在藉由圖9之AF控制處理使焦點對準被攝體後，讀取與複數個色成分之各色成分對應之R像素、G像素、B像素，從而獲取被攝體之攝影圖像。
<應用本技術之電子機器之構成例>
圖10係表示應用本技術之電子機器之構成例之圖。
圖10之電子機器300包括包含透鏡群等之光學部301、包含上述實施形態之CMOS影像感測器100之固體攝像元件302、及作為相機信號處理電路之DSP(Digital Signal Processor，數位信號處理器)電路303。又，電子機器300亦包括圖框記憶體304、顯示部305、記錄部306、操作部307、電源部308、及控制部309。DSP電路303、圖框記憶體304、顯示部305、記錄部306、操作部307、電源部308、及控制部309經由匯流排線310相互連接。
光學部301取入來自被攝體之入射光(像光)而於固體攝像元件302之攝像面上成像。再者，圖6之攝影透鏡151包含於光學部301。固體攝像元件302係以像素為單位將藉由光學部301於攝像面上成像之入射光之光量轉換為電信號而以像素信號之形式輸出。作為該固體攝像元件302，可使用上述實施形態之CMOS影像感測器100等固體攝像元件。
顯示部305例如包括液晶面板或有機EL(electro luminescence，電致發光)面板等面板型顯示裝置，顯示由固體攝像元件302拍攝到之動態影像或靜態影像。記錄部306將由固體攝像元件302拍攝到之動態影像或靜態影像記錄於錄影帶或DVD(Digital Versatile Disk，數位多功能光碟)、快閃記憶體等記錄媒體。
操作部307於使用者之操作下，對電子機器300所具有之各種功能發出操作指令。電源部308將成為DSP電路303、圖框記憶體304、顯示部305、記錄部306、操作部307、及控制部309之動作電源之各種電源適當供給至該等供給對象。
控制部309控制電子機器300之各部之動作。又，控制部309具有與圖6之AF控制電路部152及透鏡驅動電路部153對應之功能，使用自固體攝像元件302輸出之高感度之像素之像素值，而進行AF控制處理。
藉由使用上述實施形態之CMOS影像感測器100作為固體攝像元件302，可進行亦包含kTC雜訊之雜訊降低處理，故而可確保較高之S/N。因此，於適合於數位靜態相機或數位攝錄影機、進而行動電話等行動機器之相機模組等電子機器300中，亦可謀求攝像圖像之高畫質化。
又，於上述實施形態中，列舉應用於如下CMOS影像感測器之情形為例進行了說明，該CMOS影像感測器係將偵測與可見光之光量對應之信號電荷作為物理量之單位像素呈矩陣狀地配置而成。然而，本技術並不限於應用於CMOS影像感測器，可應用於對像素陣列部之每一像素行配置行處理部而成之行方式之固體攝像元件中的所有固體攝像元件。
又，本技術並不限於應用於偵測可見光之入射光量之分佈並拍攝為圖像之固體攝像元件，可應用於將紅外線或X射線、或者粒子等之入射量之分佈拍攝為圖像之固體攝像元件、或作為廣義之含義而偵測壓力或靜電電容等其他物理量之分佈並拍攝為圖像之指紋檢測感測器等固體攝像元件(物理量分佈偵測裝置)中的所有固體攝像元件。
再者，本技術之實施形態並不限於上述實施形態，可於不脫離本技術之主旨之範圍內進行各種變更。
又，本技術可採取如下構成。
(1)
一種固體攝像元件，其包括：像素陣列部，其係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成；像素驅動部，其驅動配置於上述像素陣列部之像素；及信號處理部，其僅使用自上述第1像素及上述第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於 AF(Autofocus)控制之像素值。
(2)
如(1)之固體攝像元件，其中上述高感度之像素係上述第2像素。
(3)
如(1)或(2)之固體攝像元件，其中上述像素陣列部中，上述第2像素呈棋盤格狀地配置，於剩餘之部分配置上述第1像素，並且於每一行形成有複數根信號線，上述像素陣列部以包括複數個像素之特定之像素為單位共有浮動擴散區域而構成，該浮動擴散區域為了將由各像素之光電轉換元件儲存之電荷以信號之形式讀取而保持該電荷，且上述像素陣列部進而包括AD轉換部，該AD轉換部將經由上述信號線自像素輸出之類比信號轉換為數位信號。
(4)
如(3)之固體攝像元件，其中上述像素驅動部使自像素共有內之複數個上述第2像素獲得之電荷保持於共用之上述浮動擴散區域並將其等同時讀取。
(5)
如(4)之固體攝像元件，其中上述像素驅動部將藉由上述信號線經由像素源極隨耦器輸出之類比信號相加後，輸入至上述AD轉換部。
(6)
如(3)或(4)之固體攝像元件，其中上述像素驅動部跳過構成為矩陣狀之像素共有中之特定列之像素共有，並經由上述信號線使類比信號輸入至上述AD轉換部。
(7)
如(3)至(6)中任一項之固體攝像元件，其中上述信號處理部使用 來自上述AD轉換部之數位信號，執行水平方向之相加處理。
(8)
如(1)之固體攝像元件，其中上述第1像素係與紅(R)、綠(G)、藍(B)中之任一色成分對應之像素，且上述第2像素係白(W)像素。
(9)
一種驅動方法，其係固體攝像元件之驅動方法，該固體攝像元件包括：像素陣列部，其係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成；像素驅動部，其驅動配置於上述像素陣列部之像素；及信號處理部，其僅使用自上述第1像素及上述第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF控制之像素值；該驅動方法包含如下步驟：上述像素驅動部驅動以包括複數個像素之特定之像素為單位共有之像素。
(10)
一種電子機器，其搭載固體攝像元件，該固體攝像元件包含：像素陣列部，其係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成；像素驅動部，其驅動配置於上述像素陣列部之像素；及信號處理部，其僅使用自上述第1像素及上述第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF控制之像素值；該電子機器包括使用自上述固體攝像元件輸出之上述像素值控制AF之AF控制部。

Claims (8)

  1. 一種固體攝像元件，其包括：像素陣列部，其係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成；像素驅動部，其驅動配置於上述像素陣列部之像素；及信號處理部，其僅使用自上述第1像素及上述第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF(Autofocus)控制之像素值；上述高感度之像素係上述第2像素；其中上述像素陣列部係：上述第2像素呈棋盤格狀地配置，於剩餘之部分配置上述第1像素，並且於每一行形成有複數根信號線，且以包括複數個像素之特定的像素單位，共有浮動擴散區域而構成，該浮動擴散區域係：為了將由各像素之光電轉換元件所儲存之電荷作為信號來加以讀取，而保持該電荷；該固體攝像元件進而包含：AD轉換部，其將經由上述信號線自像素輸出之類比信號轉換為數位信號；且上述像素驅動部將藉由上述信號線而經由像素源極隨耦器輸出之類比信號相加後，輸入至上述AD轉換部。
  2. 如請求項1之固體攝像元件，其中上述像素驅動部使自像素共有內之複數個上述第2像素獲得之電荷保持於共用之上述浮動擴散區域並將其等同時讀取。
  3. 一種固體攝像元件，其包括：像素陣列部，其係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成； 像素驅動部，其驅動配置於上述像素陣列部之像素；及信號處理部，其僅使用自上述第1像素及上述第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF控制之像素值；上述高感度之像素係上述第2像素；其中上述像素陣列部係：上述第2像素呈棋盤格狀地配置，於剩餘之部分配置上述第1像素，並且於每一行形成有複數根信號線，且以包括複數個像素之特定的像素單位，共有浮動擴散區域而構成，該浮動擴散區域係：為了將由各像素之光電轉換元件所儲存之電荷作為信號來加以讀取，而保持該電荷；該固體攝像元件進而包含：AD轉換部，其將經由上述信號線自像素輸出之類比信號轉換為數位信號；上述像素驅動部跳過構成為矩陣狀之像素共有中之特定列之像素共有，並經由上述信號線使類比信號輸入至上述AD轉換部。
  4. 如請求項1至3之任一固體攝像元件，其中上述信號處理部使用來自上述AD轉換部之數位信號，執行水平方向之相加處理。
  5. 如請求項1至3之任一固體攝像元件，其中上述第1像素係與紅(R)、綠(G)、藍(B)中之任一色成分對應之像素，且上述第2像素係白(W)像素。
  6. 一種驅動方法，其係固體攝像元件之驅動方法，該固體攝像元件包括：像素陣列部，其係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成；像素驅動部，其驅動配置於上述像素陣列部之像素；及 信號處理部，其僅使用自上述第1像素及上述第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF控制之像素值；上述高感度之像素係上述第2像素；其中上述像素陣列部係：上述第2像素呈棋盤格狀地配置，於剩餘之部分配置上述第1像素，並且於每一行形成有複數根信號線，且以包括複數個像素之特定的像素單位，共有浮動擴散區域而構成，該浮動擴散區域係：為了將由各像素之光電轉換元件所儲存之電荷作為信號來加以讀取，而保持該電荷；該固體攝像元件進而包含：AD轉換部，其將經由上述信號線自像素輸出之類比信號轉換為數位信號；該驅動方法包含如下步驟：上述像素驅動部驅動以包括複數個像素之特定的像素單位共有之像素；及上述像素驅動部將藉由上述信號線而經由像素源極隨耦器輸出之類比信號相加後，輸入至上述AD轉換部。
  7. 一種驅動方法，其係固體攝像元件之驅動方法，該固體攝像元件包括：像素陣列部，其係與複數個色成分之各色成分對應之第1像素和亮度成分成為主成分之第2像素呈矩陣狀規則地配置而成；像素驅動部，其驅動配置於上述像素陣列部之像素；及信號處理部，其僅使用自上述第1像素及上述第2像素中高感度之像素獲得之像素資訊，執行特定之相加處理，藉此計算用於AF控制之像素值；上述高感度之像素係上述第2像素； 其中上述像素陣列部係：上述第2像素呈棋盤格狀地配置，於剩餘之部分配置上述第1像素，並且於每一行形成有複數根信號線，且以包括複數個像素之特定的像素單位，共有浮動擴散區域而構成，該浮動擴散區域係：為了將由各像素之光電轉換元件所儲存之電荷作為信號來加以讀取，而保持該電荷；該固體攝像元件進而包含：AD轉換部，其將經由上述信號線自像素輸出之類比信號轉換為數位信號；該驅動方法包含如下步驟：上述像素驅動部驅動以包括複數個像素之特定的像素單位共有之像素；及上述像素驅動部跳過構成為矩陣狀之像素共有中之特定列之像素共有，並經由上述信號線使類比信號輸入至上述AD轉換部。
  8. 一種電子機器，其搭載如請求項1至5之任一固體攝像元件；且該電子機器包括使用自上述固體攝像元件輸出之上述像素值控制AF之AF控制部。
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