專利名稱：成像設(shè)備、相機(jī)、成像設(shè)備的控制方法及計(jì)算機(jī)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器之類的 成像設(shè)備、相機(jī)、成像設(shè)備的控制方法以及計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
過(guò)去，安裝有CMOS圖像傳感器等的數(shù)碼相機(jī)(下文中簡(jiǎn)稱為相機(jī)) 在曝光控制中執(zhí)行下述處理。首先，相機(jī)計(jì)算將要成像的對(duì)象的畫面上的 照度(illuminance)(明度(brightness))。作為計(jì)算照度的方法，廣泛 使用了在整個(gè)像素區(qū)域中對(duì)包括在像素電路的輸出信號(hào)中的輝度水平 (luminance level)進(jìn)行積分的方法。
之后，相機(jī)根據(jù)該測(cè)得的照度來(lái)調(diào)節(jié)電子快門的增益、光圈值(stop value)和定時(shí)(也稱為像素電路的重置(reset))，由此執(zhí)行曝光控制。
在極暗的地方，相機(jī)執(zhí)行完全打開(kāi)光圈并執(zhí)行電子快門的調(diào)節(jié)，以使 像素電路的電荷累積時(shí)間最大化，由此增加增益。隨著照度的增加，相機(jī) 執(zhí)行如下調(diào)節(jié)將增益減少到0并且調(diào)節(jié)電子快門的定時(shí)，以減少電荷累 積時(shí)間。在極亮的地方，相機(jī)執(zhí)行固定電子快門以關(guān)閉光圈的處理。
作為相關(guān)技術(shù)，有JP-A-2005-51352和JP-A-2006-135708。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，執(zhí)行與照度相對(duì)應(yīng)的曝光控制。特別地，近年來(lái)，火多數(shù) 相機(jī)從用戶友好的觀點(diǎn)自動(dòng)執(zhí)行與各種拍攝模式相對(duì)應(yīng)的曝光控制。在這 些相機(jī)中，當(dāng)極亮的區(qū)域和極暗的區(qū)域混合在一個(gè)畫面中時(shí)，不能執(zhí)行適 當(dāng)?shù)钠毓饪刂?，并且難以獲得最佳的攝取圖像。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，如果相機(jī)設(shè)置曝光量較大，則在明亮區(qū)域中由像 素電路累積的電荷超過(guò)了可以累積的電荷量。因此，會(huì)出現(xiàn)諸如白色區(qū)域(white void)之類的現(xiàn)象。相反，如果相機(jī)設(shè)置曝光量較小，則由于暗區(qū) 域被噪點(diǎn)隱藏了，因此難以區(qū)分暗區(qū)域。
這是因?yàn)樵谒邢袼貐^(qū)域中各個(gè)像素電路的電荷累積時(shí)間是相同的， 并且在曝光控制中，相機(jī)計(jì)算整個(gè)畫面的照度并且將曝光控制應(yīng)用到整個(gè) 畫面。
在任一情況下，包括JP-A-2005-51352和JP-A-2006-135708所公開(kāi)的 相機(jī)在內(nèi)的過(guò)去的相機(jī)僅可以在整個(gè)畫面上統(tǒng)一地針對(duì)增益、光圈值和電 子快門調(diào)節(jié)定時(shí)。因此，難以防止這樣的問(wèn)題。
因此，希望提供即使當(dāng)一個(gè)畫面中出現(xiàn)極亮和極暗時(shí)也可以擴(kuò)大動(dòng)態(tài) 范圍并獲取最優(yōu)攝取圖像的成像設(shè)備、相機(jī)、用于成像設(shè)備的控制方法以 及計(jì)算機(jī)程序。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，提供了一種成像設(shè)備，該成像設(shè)備包括多個(gè) 像素塊，各個(gè)像素塊具有預(yù)定數(shù)目的像素電路并被設(shè)置作為一個(gè)單元，多 個(gè)塊是通過(guò)劃分多個(gè)像素電路排列成矩陣形狀而形成的像素區(qū)域而獲得
的，多個(gè)像素電路根據(jù)光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電荷；以及選擇控制單 元，該選擇控制單元選擇像素塊中所希望的像素塊，并且總體執(zhí)行重置控 制以將由所選像素塊中的各個(gè)像素電路累積的電荷進(jìn)行放電。選擇控制單 元針對(duì)每個(gè)所選像素塊改變執(zhí)行重置控制的定時(shí)，并且為像素電路分配不 同的電荷累積時(shí)間。
優(yōu)選地，選擇控制單元分配的電荷累積時(shí)間隨著從像素塊的每個(gè)的輝 度計(jì)算出的照度的增大而縮短。
優(yōu)選地，像素電路分別包括用于將所累積的電荷轉(zhuǎn)移到預(yù)定節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)
移開(kāi)關(guān)，選擇控制單元包括用于對(duì)所選像素塊中的像素電路執(zhí)行重置控制
的開(kāi)關(guān)電路，其中針對(duì)每個(gè)像素塊包括一個(gè)開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)關(guān)電路被排列在
同一列中并被連接到用于控制開(kāi)關(guān)電路的接通或斷開(kāi)狀態(tài)的第一和第二控
制線，以及選擇控制單元基于被提供給第一控制線的第一控制信號(hào)和被提 供給第二控制線的第二控制信號(hào)同時(shí)切換像素塊中的像素電路的所有轉(zhuǎn)移開(kāi)關(guān)。
優(yōu)選地，像素塊的每個(gè)是由NXN (N=2， 3，...)個(gè)像素電路形成的，以使得像素塊形成為基本正方形形狀。
優(yōu)選地，第一控制線被劃分為N條線，重置控制電路被分散在針對(duì)同 一像素塊中每行不同的位置，并且被連接到經(jīng)劃分的第一控制線的任一 條，以及選擇控制單元將第一控制信號(hào)提供給所述N條第一控制線，并且 對(duì)像素塊中的像素電路總體執(zhí)行重置控制。
優(yōu)選地，像素區(qū)域包括用于遮擋入射光的擋光區(qū)域，并且在擋光區(qū)域 中，像素塊以行為單位被形成。
像素區(qū)域包括用于遮擋入射光的擋光區(qū)域，并且選擇控制單元將要分 配的電荷累積時(shí)間中最長(zhǎng)的電荷累積時(shí)間分配給擋光區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種相機(jī)，該相機(jī)包括成像設(shè)
備；光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)將入射光引導(dǎo)到成像設(shè)備的像素區(qū)域；控制單 元，該控制單元控制成像設(shè)備；以及信號(hào)處理單元，該信號(hào)處理單元對(duì)由 成像設(shè)備基于控制所輸出的輸出信號(hào)進(jìn)行處理。成像設(shè)備包括多個(gè)像素
塊，各個(gè)像素塊具有預(yù)定數(shù)目的像素電路并被設(shè)置作為一個(gè)單元，多個(gè)塊 是通過(guò)劃分像素區(qū)域而獲得的，像素區(qū)域是通過(guò)將多個(gè)像素電路排列成矩
陣形狀而形成的，多個(gè)像素電路根據(jù)光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電荷；以及 選擇控制單元，該選擇控制單元選擇像素塊中所希望的像素塊，并且總體 執(zhí)行重置控制以對(duì)由所選像素塊中的各個(gè)像素電路累積的電荷進(jìn)行放電。 選擇控制單元針對(duì)每個(gè)所選像素塊改變執(zhí)行重置控制的定時(shí)，并且為給像 素電路分配不同的電荷累積時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供了一種用于成像設(shè)備的控制方法，該
方法包括以下步驟對(duì)通過(guò)將多個(gè)像素電路排列成矩陣形狀而形成的像素
區(qū)域進(jìn)行劃分，其中多個(gè)像素電路根據(jù)光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電荷，并 且在多個(gè)像素塊中選擇所希望的像素塊，其中各個(gè)像素塊具有預(yù)定數(shù)目的
像素電路并被設(shè)置作為一個(gè)單元；以及總體執(zhí)行重置控制以將由所選像素 塊中的各個(gè)像素電路累積的電荷進(jìn)行放電。在總體執(zhí)行重置控制的步驟 中，針對(duì)每個(gè)所選像素塊改變執(zhí)行重置控制的定時(shí)，并且為像素電路分配 不同的電荷累積時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供了一種用于使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下處理的計(jì)算機(jī)程序第一處理，對(duì)通過(guò)將多個(gè)像素電路排列成矩陣形狀而形成 的像素區(qū)域進(jìn)行劃分，其中多個(gè)像素電路根據(jù)光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電 荷，并且在多個(gè)像素塊中選擇所希望的像素塊，其中各個(gè)像素塊具有預(yù)定 數(shù)目的像素電路并被設(shè)置作為一個(gè)單元；以及第二處理，總體執(zhí)行重置控 制以將由所選像素塊中的各個(gè)像素電路累積的電荷進(jìn)行放電。在第二處理 中，針對(duì)每個(gè)所選像素塊改變執(zhí)行重置控制的定時(shí)，并且為像素電路分配 不同的電荷累積時(shí)間。
根據(jù)實(shí)施例，像素區(qū)域被劃分為多個(gè)塊，并且選擇控制單元以像素塊 為單位執(zhí)行重置控制，以將由像素塊中的像素電路累積的電荷進(jìn)行放電。 選擇控制單元選擇所希望的像素塊，針對(duì)每個(gè)所選像素塊改變執(zhí)行重置控 制的定時(shí)，并且為像素電路分配不同電荷累積時(shí)間。
根據(jù)實(shí)施例，即使當(dāng)在一個(gè)畫面中出現(xiàn)極亮和極暗時(shí)，也可以擴(kuò)大動(dòng) 態(tài)范圍并獲得最佳的攝取圖像。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的配置示例的示意
圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元的配置示例的示意圖； 圖3是根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元的詳細(xì)框圖4是根據(jù)第一實(shí)施例的形成小像素塊的像素電路的示例的等效電路
圖5A至圖5F圖示出了當(dāng)根據(jù)第一實(shí)施例的任意像素塊被選擇時(shí)由像 素電路執(zhí)行的操作示例的時(shí)序圖6是根據(jù)第一實(shí)施例的安裝有CMOS圖像傳感器的相機(jī)的配置示例 的框圖7是根據(jù)第一實(shí)施例的第一預(yù)設(shè)圖表(preset chart)的示圖8是根據(jù)第一實(shí)施例的第二預(yù)設(shè)圖表的示圖9是根據(jù)第一實(shí)施例的相機(jī)的操作示例的流程圖IO是圖9所示的步驟ST1中像素電路的時(shí)序圖；圖11是用于說(shuō)明圖9所示的步驟ST7中的處理的有效像素區(qū)域的示
意圖12是圖9所示的步驟ST7中像素電路的時(shí)序圖13是根據(jù)第一實(shí)施例的擋光區(qū)域的修改的示意圖； 圖14是根據(jù)第一實(shí)施例的擋光區(qū)域的修改的示意圖15是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的方形區(qū)域的配置示例的概 念圖16是根據(jù)第二實(shí)施例的相機(jī)的配置示例的框圖17是根據(jù)第二實(shí)施例的相機(jī)的操作示例的時(shí)序圖18是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的像素單元的配置示例的詳細(xì)框以及
圖19是圖18所示的像素單元的等效電路圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
第一實(shí)施例
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，說(shuō)明了這樣的相機(jī)，其中， 一像素區(qū)域被 劃分為多個(gè)像素塊(區(qū)域)并且可以對(duì)各個(gè)像素塊執(zhí)行曝光控制。一
CMOS圖像傳感器被安裝在相機(jī)上，該CMOS圖像傳感器可以在對(duì)各個(gè)像 素塊執(zhí)行曝光控制時(shí)僅總體控制所希望像素塊中的像素電路。 首先，詳細(xì)說(shuō)明CMOS圖像傳感器。
圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的配置示例的示意圖。 圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元的配置示例的示意圖。 如圖1所示，作為成像設(shè)備的CMOS圖像傳感器1包括像素單元 10、多個(gè)像素電路11、行選擇電路12、行驅(qū)動(dòng)電路13、寄存器14、像素 塊控制電路15、移位寄存器組16、重置控制電路17、恒流源電路18、感 測(cè)電路19、 A/D轉(zhuǎn)換電路20、水平轉(zhuǎn)移電路21以及輸出電路22。
根據(jù)第一實(shí)施例的選擇控制單元包括行驅(qū)動(dòng)電路13、像素塊控制電路15、移位寄存器組16、重置控制電路17以及后面將說(shuō)明的開(kāi)關(guān)電路sw。
像素單元IO也稱為像素區(qū)域。如圖2所示，像素單元IO包括有效像 素區(qū)域101和由圖2中的陰影所指示的擋光區(qū)域102。
有效像素區(qū)域101是用于接收入射光的區(qū)域，并且占據(jù)了像素單元10 的大部分。在此區(qū)域中，例如，2048 (行方向)X2048 (列方向)個(gè)像素 電路ll被排列成矩陣形狀。
有效像素區(qū)域101被劃分為成矩陣形狀的32X32個(gè)塊。根據(jù)此劃 分，在有效像素區(qū)域101中形成了 32X32個(gè)像素塊BLK，每個(gè)像素塊被 設(shè)置作為一個(gè)單元并具有64X64個(gè)像素電路11 。
希望劃分有效像素區(qū)域101以形成成基本正方形形狀的各個(gè)像素塊 BLK，即將n (n=2， 3，…)Xn個(gè)像素電路11設(shè)置作為一個(gè)單元。這是 因?yàn)椋?dāng)像素塊垂直或水平地聚集在一側(cè)時(shí)，諸如垂直條紋或水平條紋之 類的不自然噪點(diǎn)(noise)會(huì)混入攝取的圖像中。
擋光區(qū)域102是阻擋入射光的區(qū)域。該區(qū)域形成在像素單元10的一 部分中，沿著有效像素區(qū)域101的兩個(gè)側(cè)擴(kuò)展。
擋光區(qū)域102被設(shè)置來(lái)減少所生成的暗電流噪點(diǎn)。暗電流噪點(diǎn)是出現(xiàn) 在像素電路U中的由因熱所累積的不需要的電荷(所謂的暗電流)或者 晶體缺陷引起的噪點(diǎn)。
后面將說(shuō)明的在CMOS圖像傳感器1的外部的相機(jī)控制單元32 (見(jiàn) 圖6)利用由擋光區(qū)域102中的像素電路11引起的暗電流來(lái)測(cè)量暗電流噪 點(diǎn)，并且通過(guò)從圖像數(shù)據(jù)去除暗電流噪點(diǎn)來(lái)減少暗電流噪點(diǎn)。
擋光區(qū)域102在列方向上未被劃分為塊，而以行為單位被劃分。擋光 區(qū)域102在行方向上例如以四行(也稱為排)為單位被劃分。具體地，形 成了 512個(gè)像素塊BLK，每個(gè)像素塊BLK被設(shè)置作為一個(gè)單元并具有 512Xm (m-l， 2，...)個(gè)像素電路ll。
各個(gè)像素電路11被覆蓋有與R (紅)、G (綠)和B (藍(lán))相對(duì)應(yīng)的 色彩濾波器，并且以例如Bayer類型的陣列形式排列。像素電路ll根據(jù)光 電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電荷(電子)。然而，擋光區(qū)域102中的像素電路ll被屏蔽了光，因此，這些像素電路ll不通過(guò)光電轉(zhuǎn)換生成電荷。
為了掃描各個(gè)像素電路11,行選擇電路12在行選擇電路12每次執(zhí)行
掃描時(shí)順序地將行選擇信號(hào)SAD輸出到行驅(qū)動(dòng)電路13。
行驅(qū)動(dòng)電路13基于從行選擇電路12輸入的行選擇信號(hào)SAD來(lái)控制像 素電路ll。
從在CMOS圖像傳感器1的外部的相機(jī)控制單元32輸入的控制信號(hào) SCTL被寫入寄存器14?？刂菩盘?hào)SCTL例如包括將要選擇的像素塊BLK 的數(shù)據(jù)。
像素塊控制電路15讀出寫在寄存器14中的控制信號(hào)SCTL，并且從 該控制信號(hào)SCTL中提取與將要選擇的像素塊BLK有關(guān)的數(shù)據(jù)。像素塊控 制電路15根據(jù)所提取的數(shù)據(jù)來(lái)確定將要選擇的像素塊BLK，并且將所確 定的內(nèi)容輸出到移位寄存器組16 (移位寄存器16 (1))作為數(shù)據(jù)S1。
在移位寄存器組16中，在行方向上設(shè)置有等于行數(shù)(在此實(shí)施例中 為2048)的移位寄存器16 (1)至移位寄存器16 (2048)，并且移位寄存 器被串聯(lián)連接。各個(gè)移位寄存器16 (n)將數(shù)據(jù)Sl輸出到重置控制電路 17，并且與由未示出的定時(shí)生成器生成的時(shí)鐘信號(hào)同步地將輸入數(shù)據(jù)Sl 移位到下一級(jí)。
當(dāng)數(shù)據(jù)Sl從各個(gè)移位寄存器16 (n)被輸入時(shí)，重置控制電路17將 與數(shù)據(jù)Sl相對(duì)應(yīng)的像素塊選擇信號(hào)SBS提供給與其相對(duì)應(yīng)的像素塊選擇 信號(hào)線BSL (見(jiàn)圖3)。
恒流源電路18將預(yù)定電流i提供給垂直信號(hào)線VSL (m)(見(jiàn)圖3和4)。
在感測(cè)電路19中，例如，電壓比較器被連接到各個(gè)垂直信號(hào)線(見(jiàn) 圖3和4)。如下詳細(xì)說(shuō)明的，當(dāng)像素電路11讀出電荷時(shí)，像素電路11 的重置被執(zhí)行兩次，由此使電壓信號(hào)SIG在每個(gè)水平周期被提供給乖直信 號(hào)線VSL (m)兩次。感測(cè)電路19逐列生成這兩個(gè)電壓信號(hào)SIG之間的 差異(電荷差異)，并且將所生成的信號(hào)輸出到A/D轉(zhuǎn)換電路20。
A/D轉(zhuǎn)換電路20例如包括計(jì)數(shù)器和存儲(chǔ)器。根據(jù)由感測(cè)電路19逐列 感測(cè)到的電壓信號(hào)SIG之間的差異，A/D轉(zhuǎn)換電路20基于水平轉(zhuǎn)移電路21的控制逐列將模擬格式的電壓信號(hào)SIG轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式的電壓信號(hào)
SIG，并且將數(shù)字電壓信號(hào)SIG輸出到水平轉(zhuǎn)移電路21。
水平轉(zhuǎn)移電路21與未示出的時(shí)鐘信號(hào)同步地逐列順序選擇包括在 A/D轉(zhuǎn)換電路20中的計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器等。當(dāng)從A/D轉(zhuǎn)換電路20輸入數(shù)字 電壓信號(hào)SIG時(shí)，水平轉(zhuǎn)移電路21順序地將電壓信號(hào)SIG輸出到輸出電 路22。
輸出電路22對(duì)從水平轉(zhuǎn)移電路21輸入的電壓信號(hào)SIG進(jìn)行放大，并 且將經(jīng)放大的電壓信號(hào)SIG輸出到相機(jī)控制單元32 (見(jiàn)圖6)。
將參考圖3說(shuō)明像素單元10的詳細(xì)配置。
圖3是根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元的配置示例的詳細(xì)框圖。
在有效像素區(qū)域101中，32X32個(gè)像素塊被形成。 一個(gè)像素塊BLK 由64X64個(gè)像素電路11形成，以具有基本正方形形狀。在圖3中只示出 了兩個(gè)像素塊BLK。
在圖3中示出的小像素塊BLKa是通過(guò)集中被排列在第n行中的連續(xù) 的64個(gè)像素電路11而形成的像素塊。因此， 一個(gè)像素塊BLK是由排列在 行方向上的連續(xù)的64個(gè)小像素塊BLKa形成的。在圖3中只示出了第n行 和第(n+l)行中的小像素塊BLKa。
在有效像素區(qū)域101中，呈現(xiàn)了 32X2048個(gè)小像素塊BLKa。
將對(duì)形成小像素塊BLKa的像素電路11進(jìn)行說(shuō)明。
圖4是根據(jù)第一實(shí)施例的形成小像素塊的像素電路的示例的等效電路圖。
如圖4所示， 一個(gè)像素電路11包括例如由光電二極管形成的光電轉(zhuǎn) 換元件lll、作為轉(zhuǎn)移開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)移晶體管112、重置晶體管113、放大晶體 管114以及選擇晶體管115。
光電轉(zhuǎn)換元件111的陽(yáng)極側(cè)接地(GND)，而其陰極側(cè)連接到轉(zhuǎn)移品 體管112的源極。光電轉(zhuǎn)換元件111根據(jù)其光量將入射光光電轉(zhuǎn)換為電荷 (電子)，并且累積電荷。在下面的說(shuō)明中，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換元件Ul的電 荷累積也稱為"像素電路累積電荷"。光電轉(zhuǎn)換元件111累積電荷的時(shí)間 稱為電荷累積時(shí)間。作為各個(gè)晶體管，例如采用n溝道MOSFET (金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體 管)。各個(gè)晶體管采用下述的連接形式。
為了將由光電轉(zhuǎn)換元件111累積的電荷轉(zhuǎn)移到用作節(jié)點(diǎn)的浮動(dòng)擴(kuò)散 (floating difftision) FD，轉(zhuǎn)移晶體管112被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換元件111的陰 極側(cè)和浮動(dòng)擴(kuò)散FD之間。轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (n)被連接到轉(zhuǎn)移晶體管 112的柵極。
轉(zhuǎn)移晶體管112的漏極、重置晶體管113的源極和放大晶體管114的 柵極被連接到浮動(dòng)擴(kuò)散FD。
為了將浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電位重置到電源電壓VDD，重置晶體管113被 設(shè)置在浮動(dòng)擴(kuò)散FD和電源電壓VDD之間。重置信號(hào)線RSTL (n)被連 接到重置晶體管113的柵極。
放大晶體管114、經(jīng)由選擇晶體管115連接到放大晶體管114的恒流 源電路18以及連接到恒流源電路18的垂直信號(hào)線VSL (m)構(gòu)成源跟隨 器電路。放大晶體管114的漏極連接到電源電壓VDD，而其源極連接到選 擇晶體管115的漏極。
選擇晶體管115的漏極被連接到放大晶體管114的源極，以便串聯(lián)連 接到放大晶體管114，其柵極連接到選擇信號(hào)線SELL (n)，并且其源極 連接到垂直信號(hào)線VSL (m)。選擇晶體管115選擇性地將經(jīng)放大晶體管 114放大的電壓輸出到垂直信號(hào)線VSL (m)。
上述像素電路11將由光電轉(zhuǎn)換元件111累積的電荷轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散 FD，并且執(zhí)行"重置"以將浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電位設(shè)置為電源電壓VDD。
將浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電位重置為電源電壓VDD也簡(jiǎn)稱為"重置"或"電 子快門"。與重置相關(guān)的控制也稱為重置控制。
為了執(zhí)行重置，需要向重置信號(hào)線RSTL (n)和轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (n)提供高電平信號(hào)，并且向轉(zhuǎn)移晶體管112和重置晶體管113的柵極 施加電壓以將兩個(gè)晶體管維持在導(dǎo)通(ON)(通電)狀態(tài)。
在執(zhí)行重置之后，執(zhí)行"電荷的讀出"以讀出在像素電路11中累積 的電荷。在"電荷的讀出"中，也需要將轉(zhuǎn)移晶體管112和重置晶體管 113維持在導(dǎo)通狀態(tài)。電荷累積時(shí)間是根據(jù)在一幀時(shí)間段中執(zhí)行重置的定時(shí)和讀出電荷的定 時(shí)來(lái)確定的。因此，重置和讀出電荷之間的時(shí)間間隔越長(zhǎng)，電荷累積時(shí)間 越長(zhǎng)并且曝光時(shí)間越長(zhǎng)。
如果第n行中的轉(zhuǎn)移晶體管112的柵極共同連接到轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (n)，則連接到此信號(hào)線的所有轉(zhuǎn)移晶體管112被總體控制。因此，難 以選擇性地只對(duì)所希望像素塊BLK中的像素電路11進(jìn)行控制。換言之， 難以統(tǒng)一地控制整個(gè)像素區(qū)域中的曝光時(shí)間(曝光控制)。
因此，在第一實(shí)施例中，僅小像素塊BLKa中的轉(zhuǎn)移晶體管112的柵 極被共同連接到轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (n)，并且開(kāi)關(guān)電路SW被設(shè)置。這使
得能夠選擇性地執(zhí)行像素電路11的重置以及電荷的讀出。
具體地，如圖4所示，在小像素塊BLKa中的像素電路11中，重置晶 體管113的柵極共同由重置信號(hào)線RSTL (n)連接。類似地，選擇晶體管 115的柵極也共同由選擇信號(hào)線SELL (n)連接。轉(zhuǎn)移晶體管112也共同 由轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (n)連接。
再次參考圖3，在第n行中，重置信號(hào)線RSTL (n)和選擇信號(hào)線 SELL (n)被小像素塊BLKa共享。它們的一端被連接到行驅(qū)動(dòng)電路13。
然而，與這些信號(hào)線不同，轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (n)未在小像素塊 BLKoc之間被共享，而僅在小像素塊BLKa中的像素電路11之間被共享。
小像素塊BLKa的轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (n)經(jīng)由開(kāi)關(guān)電路SW被連接到 主轉(zhuǎn)移信號(hào)線MTRNL (n)。主轉(zhuǎn)移信號(hào)線MTRNL (n)的一端被連接 到行驅(qū)動(dòng)電路13。
開(kāi)關(guān)電路SW被設(shè)置來(lái)進(jìn)行總體控制，以僅重置有效像素區(qū)域101的 像素電路11中位于小像素塊BLKa中的像素電路11。下面將參考圖3和4 說(shuō)明開(kāi)關(guān)電路SW。
如圖4所示，開(kāi)關(guān)電路SW包括用作開(kāi)關(guān)的晶體管103。作為晶體管 103，例如采用n溝道MOSFET。
晶體管103的柵極連接到像素塊選擇信號(hào)線BSL (I) (I 二 1， 2，...，以及32)，其源極連接到轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (n)，并且其漏極連 接到主轉(zhuǎn)移信號(hào)線MTRNL (n)。像素塊選擇信號(hào)線BSL (I)對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求書中描述的第一控制
線，并且主轉(zhuǎn)移信號(hào)線MTRNL (n)對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求書中描述的第二控制 線。
像素塊選擇信號(hào)線BSL (I)連接到重置控制電路17。主轉(zhuǎn)移信號(hào)線 MTRNL (n)連接到行驅(qū)動(dòng)電路13 (見(jiàn)圖3)。
如圖3所示，為每個(gè)小像素塊BLKoc設(shè)置了具有上述配置的開(kāi)關(guān)電路SW。
僅當(dāng)行驅(qū)動(dòng)電路13將高電平主驅(qū)動(dòng)信號(hào)SMTRN提供給主轉(zhuǎn)移信號(hào)線 MTRNL (n)并且重置控制電路17將高電平像素塊選擇信號(hào)SBS提供給 像素塊選擇信號(hào)線BSL (I)時(shí)，晶體管103才改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，即，開(kāi)關(guān) 電路SW接通。
像素塊選擇信號(hào)SBS對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求書中描述的第一控制信號(hào)。主驅(qū) 動(dòng)信號(hào)SMTRN對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求書中描述的第二控制信號(hào)。
由行驅(qū)動(dòng)電路13輸出的高電平主驅(qū)動(dòng)信號(hào)SMTRN被提供給轉(zhuǎn)移信號(hào) 線TRNL (n)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)STRN。
將對(duì)當(dāng)?shù)趎行中的第一小像素塊BLKa被選擇時(shí)由像素電路11執(zhí)行的 操作進(jìn)行說(shuō)明。為了說(shuō)明的方便，假設(shè)小像素塊BLKa出現(xiàn)在有效像素區(qū) 域101中。
圖5A至圖5F圖示出了當(dāng)根據(jù)第一實(shí)施例的任意小像素塊被選擇時(shí)山
像素電路執(zhí)行的操作示例的時(shí)序圖。
圖5A顯示了重置信號(hào)SRST，圖5B顯示了主驅(qū)動(dòng)信號(hào)SMTRN，圖 5C顯示了選擇信號(hào)SSEL，圖5D顯示了像素塊選擇信號(hào)SBS，圖5E顯示 了驅(qū)動(dòng)信號(hào)STRN，圖5F顯示了電壓信號(hào)SIG。 步驟STa
在第n行的第一小像素塊BLKa (圖3所示的四個(gè)小像素塊BLKa屮 位于左上的小像素塊BLKa)中的像素電路11中執(zhí)行重置(電子快門) (歩驟STa)。歩驟STa被執(zhí)行以防止重置噪點(diǎn)等。
像素塊控制電路15從自寄存器14輸入的控制信號(hào)SCTL屮提取關(guān)于 將要選擇的像素塊BLK的數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)Sl輸出到移位寄存器組16。頁(yè)
為了重置所希望的小像素塊BLKa中的像素電路11，重置控制電路17基于從移位寄存器組16輸入的數(shù)據(jù)Sl而將脈沖型像素塊選擇信號(hào)SBS提供給像素塊選擇信號(hào)線BSL (I)(見(jiàn)圖5D)。
像素塊選擇信號(hào)SBS的脈沖寬度希望長(zhǎng)于除了選擇信號(hào)SSEL之外的其它信號(hào)(重置信號(hào)SRST等)的脈沖寬度，以便確保選擇所希望的小像素塊BLKa。在此實(shí)施例中，像素塊選擇信號(hào)SBS在時(shí)間tl前后被提供得長(zhǎng)于其它信號(hào)。類似地，在后面將說(shuō)明的電荷的讀出期間，像素塊選擇信號(hào)SBS在時(shí)間t5前后被提供得長(zhǎng)于其它信號(hào)。
行選擇電路12將用于掃描第n行中的像素電路的行選擇信號(hào)SAD輸出到行驅(qū)動(dòng)電路13。行驅(qū)動(dòng)電路13接收行選擇信號(hào)SAD，并且將預(yù)定信號(hào)輸出到第n行中的信號(hào)線。
行驅(qū)動(dòng)電路13將脈沖型重置信號(hào)SRST提供給重置信號(hào)線RSTL(ri)(見(jiàn)圖5A)，并且同時(shí)，將脈沖型主驅(qū)動(dòng)信號(hào)SMTRN提供給主轉(zhuǎn)移信號(hào)線MTRNL (n)(見(jiàn)圖5B)。
在脈沖寬度期間，由于晶體管103維持在導(dǎo)通狀態(tài)，因此主驅(qū)動(dòng)信號(hào)SMTRN被提供給轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (n)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)STRN (見(jiàn)圖5E)。
結(jié)果，在小像素塊BLKa中的所有轉(zhuǎn)移晶體管U2和所有重置晶體管113同時(shí)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。在光電轉(zhuǎn)換元件111中累積的電荷被轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散FD，并且浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電位被重置為電源電壓VDD (吋間tl)。
換言之，在小像素塊BLKa的光電轉(zhuǎn)換元件111中累積的電荷經(jīng)由浮動(dòng)擴(kuò)散FD被放電至電源電壓VDD。
重置之后，像素電路11的光電轉(zhuǎn)換元件111在從時(shí)間tl至?xí)r間t4的時(shí)間段(電荷累積時(shí)間)中累積電荷。步驟STb
從小像素塊BLKa的所有像素電路11讀出電荷被同時(shí)執(zhí)行(歩驟STb)。
在時(shí)間t2，行驅(qū)動(dòng)電路13將脈沖型重置信號(hào)SRST提供給重置信號(hào)線RSTL (n)(見(jiàn)圖5A)。因此，浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電位被一次重置為電源電 壓VDD。
同時(shí)，行驅(qū)動(dòng)電路13將高電平選擇信號(hào)SSEL提供給選擇信號(hào)線 SELL (n)，直到電荷讀出操作結(jié)束為止(見(jiàn)圖5C)。因此，在電荷讀出 操作結(jié)束之前，小像素塊BLKa中的像素電路11的選擇晶體管115被維持 在導(dǎo)通狀態(tài)。
源跟隨器電路由放大晶體管114、恒流源電路18和垂直信號(hào)線VSL (m)構(gòu)成。因此，在垂直信號(hào)線VSL (n)的電位Vsl和浮動(dòng)擴(kuò)散FD的 電位Vfd之間具有下面的關(guān)系表達(dá)式 公式l
iv = (1/2) X /5X (Vfd — Vth — Vsl)2
在公式1中，iv表示由恒流源電路18輸出的電流i的電流值，Vth表 示放大晶體管114的閾值，/ 表示預(yù)定常數(shù)。
根據(jù)公式1，在電位Vsl、電位Vfd和閾值Vth間具有波動(dòng)比接近1的 線性關(guān)系。(Vfd-Vth-Vsl)是固定值。電位Vfd的波動(dòng)線性地反映在電位 Vsl上。
當(dāng)選擇晶體管115被切換到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電壓信號(hào)SIG經(jīng)由垂直信號(hào) 線VSL (m)被輸出到感測(cè)電路19。像素電路11正在累積電荷。然而， 由于轉(zhuǎn)移晶體管112維持在截止(OFF)狀態(tài)，因此感測(cè)電路19在重置期 間感測(cè)電壓信號(hào)SIG的狀態(tài)(時(shí)間t3)。
此后，為了執(zhí)行重置，重置控制電路17基于從移位寄存器組16輸入 的數(shù)據(jù)Sl將脈沖型像素塊選擇信號(hào)SBS提供給像素塊選擇信號(hào)線BSL (I)(見(jiàn)圖5D)。
同時(shí)，行驅(qū)動(dòng)電路B將脈沖型主驅(qū)動(dòng)信號(hào)SMTRN提供給主轉(zhuǎn)移信號(hào) 線MTRNL (n)(見(jiàn)圖5B)。
在脈沖寬度期間，由于晶體管103維持在導(dǎo)通狀態(tài)，因此主驅(qū)動(dòng)信號(hào) SMTRN被提供給轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (n)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)STRN (見(jiàn)圖 5E)。
結(jié)果，在小像素塊BLKa中的所有轉(zhuǎn)移晶體管112同時(shí)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。由于重置晶體管113被維持在截止(不通電)狀態(tài)，因此在光電轉(zhuǎn)換 元件111中累積的電荷被轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散FD。
浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電位被放大晶體管114放大。經(jīng)放大的電壓信號(hào)SIG 將經(jīng)由垂直信號(hào)線VSL (m)被輸出到感測(cè)電路19 (時(shí)間t4)。
因此，感測(cè)電路19逐列生成時(shí)間t2時(shí)的電壓信號(hào)SIG與時(shí)間t5時(shí)的 電壓信號(hào)SIG之間的差異(電荷量的差異)，并且將該差異輸出到A/D轉(zhuǎn) 換電路20。
根據(jù)由感測(cè)電路19逐列感測(cè)出的電壓信號(hào)SIG之間的差異，A/D轉(zhuǎn) 換電路20基于水平轉(zhuǎn)移電路21的控制逐列地將模擬格式的電壓信號(hào)SIG 轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式的電壓信號(hào)SIG，并且將數(shù)字電壓信號(hào)SIG輸出到水平轉(zhuǎn) 移電路21。
水平轉(zhuǎn)移電路21與未示出的時(shí)鐘信號(hào)同步地逐列順序選擇包括在 A/D轉(zhuǎn)換電路20中的計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器等。當(dāng)數(shù)字電壓信號(hào)SIG從A/D轉(zhuǎn) 換電路20被輸入時(shí)，水平轉(zhuǎn)移電路21順序地將電壓信號(hào)SIG輸出到輸出 電路22。
輸出電路22對(duì)從水平轉(zhuǎn)移電路21輸入的電壓信號(hào)SIG進(jìn)行放大，并 且將經(jīng)放大的電壓信號(hào)SIG輸出到相機(jī)控制單元32 (見(jiàn)圖6)。
如上所述，通過(guò)將轉(zhuǎn)移晶體管112和開(kāi)關(guān)電路SW的晶體管103彼此 相關(guān)聯(lián)地改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，可以僅對(duì)所希望的小像素塊BLKa中的像素電 路ll執(zhí)行重置。
步驟STa和STb中的處理也簡(jiǎn)稱為成像。
擋光區(qū)域102也以行為單位被劃分為塊。小像素塊BLKa在已形成的 各個(gè)像素塊BLK中被形成。擋光區(qū)域102中的像素電路11執(zhí)行與有效像 素區(qū)域101中的操作相同的操作。
但是，擋光區(qū)域102中的像素電路11將浮動(dòng)擴(kuò)散FD中生成的電荷 (暗電流)輸出到垂直信號(hào)線VSL (m)，而不是對(duì)由光電轉(zhuǎn)換元件111 生成的電荷進(jìn)行放大并將電荷輸出到垂直信號(hào)線VSL (m)。
CMOS圖像傳感器1被安裝在具有下述配置的相機(jī)上。
圖6是根據(jù)第一實(shí)施例的安裝有CMOS圖像傳感器的相機(jī)的配置示例的框圖。圖6中僅示出了根據(jù)第一實(shí)施例的相機(jī)的主要部分。
如圖6所示，相機(jī)30包括CMOS圖像傳感器1、引導(dǎo)入射光的光學(xué) 系統(tǒng)31、相機(jī)控制單元32以及數(shù)據(jù)輸出單元33。相機(jī)控制單元32對(duì)應(yīng) 于權(quán)利要求書中描述的控制單元和信號(hào)處理單元。
在光學(xué)系統(tǒng)31中，具有將入射光(像光)會(huì)聚在成像表面(像素單 元10)上的透鏡311、用于調(diào)節(jié)光量的光圈312以及使具有特定頻率(低 頻)的入射光通過(guò)的低通濾波器313。
相機(jī)控制單元32包括存儲(chǔ)器321、照度獲取單元322以及電荷累積時(shí) 間確定單元323。相機(jī)控制單元32包括諸如DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)之類 的計(jì)算機(jī)，并且執(zhí)行重置定時(shí)的確定、預(yù)定信號(hào)處理、光學(xué)系統(tǒng)31的曝 光控制、CMOS圖像傳感器l的控制等。
相機(jī)控制單元32對(duì)從CMOS傳感器1的輸出電路22輸入的電壓信號(hào) SIG應(yīng)用預(yù)定圖像處理，例如顏色插值、7校正、RGB轉(zhuǎn)換處理以及YUV 轉(zhuǎn)換處理。相機(jī)控制單元32將經(jīng)過(guò)圖像處理的電壓信號(hào)SIG作為數(shù)據(jù)輸 出到數(shù)據(jù)輸出單元33。
相機(jī)控制單元32測(cè)量由擋光區(qū)域102的像素電路11輸出的暗電流 (暗電流的噪點(diǎn)值)，并且在圖像處理中執(zhí)行用于從所生成的攝取圖像數(shù) 據(jù)中去除暗電流引起的噪點(diǎn)的處理。
存儲(chǔ)器321存儲(chǔ)有第一預(yù)設(shè)圖表和第二預(yù)設(shè)圖表(權(quán)利要求書中描述 的基準(zhǔn)數(shù)據(jù))以及與CMOS圖像傳感器1的控制有關(guān)的計(jì)算機(jī)程序。存儲(chǔ) 器321由照度獲取單元322和電荷累積時(shí)間確定單元323訪問(wèn)。存儲(chǔ)器 321還存儲(chǔ)除了上述那些之外的由相機(jī)控制單元32的處理單元輸出的臨時(shí) 數(shù)據(jù)等。
照度獲取單元322將下述處理應(yīng)用到從CMOS圖像傳感器1輸入的電 壓信號(hào)SIG。
照度獲取單元322從電壓信號(hào)SIG提取輝度水平，并且計(jì)算整個(gè)冇效 像素區(qū)域101中的輝度水平的均值<￥>。照度獲取單元322將計(jì)算出的輝 度水平的均值〈Y〉輸出到電荷累積時(shí)間確定單元323。
當(dāng)在后面將說(shuō)明的標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間Tavr中執(zhí)行了成像之后，照度獲取單元322再次從由有效像素區(qū)域101中的像素電路11輸出的電壓信號(hào)
SIG提取輝度水平。
照度獲取單元322提取針對(duì)每個(gè)像素塊BLK的輝度水平，并且計(jì)算 針對(duì)每個(gè)像素塊BLK的輝度水平的均値〈Yblk〉。照度獲取單元322將計(jì) 算出的輝度水平的均值〈YBLK〉輸出到電荷累積時(shí)間確定單元323。對(duì)于各 個(gè)像素塊BLK，輝度值的均值<￥81^〉具有不同的值。
電荷累積時(shí)間確定單元323參考存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器321中的第一和第二預(yù) 設(shè)圖表向各個(gè)像素塊BLK分配電荷累積時(shí)間。
電荷累積時(shí)間確定單元323將從照度獲取單元322輸入的輝度值的均 值<￥>與第一預(yù)設(shè)圖表相比較，并且確定標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間Tavr、增益和 光圈值。電荷累積時(shí)間確定單元323將所確定的標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間T^等 作為控制信號(hào)SCTL輸出到CMOS圖像傳感器1的寄存器14。
如圖7所示，第一預(yù)設(shè)圖表顯示了電荷累積時(shí)間、增益和光圈值相對(duì) 照度的關(guān)系。作為照度，使用了整個(gè)有效像素區(qū)域101中的輝度水平的均 值〈Y〉。
圖7是根據(jù)第一實(shí)施例的第一預(yù)設(shè)圖表的示例的示圖。在圖7中，虛 線A表示電荷累積時(shí)間，實(shí)線B表示增益，虛線C表示光圈312的光圈值
如圖7所示，當(dāng)照度極小時(shí)(照度<閾值Ya)，標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間 T,取最大電荷累積時(shí)間Tmax。電荷累積時(shí)間隨著照度的增加(閾值Ya< 照度〈閾值Yb)從最大電荷累積時(shí)間T自x減小。在此期間的標(biāo)準(zhǔn)電荷累積 時(shí)間T,取T。當(dāng)照度極大時(shí)(照度>閾值Yb)，標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間Tavi. 取最小電荷累積時(shí)間T油。
增益隨著照度的增加而降低(照度<閾值Ya)。當(dāng)照度超過(guò)閾值Ya 時(shí)，增益降為0。當(dāng)照度極高時(shí)，光圈值較小(照度〉閾值Yb)。
電荷累積時(shí)間確定單元323將從照度獲取單元322輸入的輝度水平的 均值<￥81^>與第二預(yù)設(shè)圖表相比較，并且確定針對(duì)每個(gè)像素塊BLK的電 荷累積時(shí)間T肌k。電荷累積時(shí)間確定單元323將所確定的電荷累積吋間 T肌k作為控制信號(hào)SCTL輸出到CMOS圖像傳感器1的寄存器14。圖8是根據(jù)第一實(shí)施例的第二預(yù)設(shè)圖表的示例的示圖。
如圖8所示，第二預(yù)設(shè)圖表顯示了電荷累積時(shí)間相對(duì)照度的關(guān)系。作
為照度，使用了各個(gè)像素塊BLK的輝度水平的均值〈Y^K 〉。
如圖8所示，在第二預(yù)設(shè)圖表中，照度根據(jù)閾值被分段為三個(gè)水平。 對(duì)應(yīng)于照度的電荷累積時(shí)間被設(shè)置。
當(dāng)照度為中等(閾值Ya〈照度〈閾值Yb)時(shí)，電荷累積時(shí)間Tblk取 T。當(dāng)照度極小(照度<閾值Ya)時(shí)，電荷累積時(shí)間TBLK取為電荷累積時(shí) 間T的4倍的值，即4T。當(dāng)照度極大(照度>閾值Yb)時(shí)，電荷累積時(shí) 間TB!x取為電荷累積時(shí)間T的1/4的值，即T/4。在下面的說(shuō)明中，預(yù)定 為電荷累積時(shí)間T的倍數(shù)的時(shí)間適當(dāng)?shù)匾?T禾n T/4的方式來(lái)簡(jiǎn)單地表不。
如上所述，電荷累積時(shí)間根據(jù)照度被分配。標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間T^和
電荷累積時(shí)間TBLK是針對(duì)有效像素區(qū)域101的像素電路11的時(shí)間。對(duì)于
擋光區(qū)域102的像素電路11，電荷累積時(shí)間確定單元323設(shè)置電荷累積時(shí) 間以按照2T、 T、 T/2、 T等方式來(lái)變換針對(duì)每行的電荷累積時(shí)間。因此， 即使在具有非常小的面積的擋光區(qū)域102中，也可以在不同的重置定時(shí)處 測(cè)量暗電流。
數(shù)據(jù)輸出單元33被輸入來(lái)自相機(jī)控制單元32的經(jīng)過(guò)圖像處理的數(shù)
據(jù)，并且將該數(shù)據(jù)輸出到例如監(jiān)視器和外部存儲(chǔ)器。
將參考圖9至12說(shuō)明安裝有CMOS圖像傳感器1的相機(jī)30的操作。 圖9是根據(jù)第一實(shí)施例的相機(jī)的操作示例的流程圖。
步驟ST1
在步驟ST1中，執(zhí)行成像以獲取輝度水平。
通過(guò)透鏡311會(huì)聚的目標(biāo)OBJ的入射光被使得入射在CMOS圖像傳 感器1的像素單元10上。僅具有低頻的入射光通過(guò)低通濾波器313。
在此歩驟中，成像被執(zhí)行而不考慮像素區(qū)域的劃分。因此，像素電路 ll的重置(步驟STa)和電荷的讀出(歩驟STb)被針對(duì)每行而執(zhí)行。
重置控制電路17將脈沖型像素塊選擇信號(hào)SBS提供給所有的像素塊 選擇信號(hào)線BSL。重置控制電路17輸出像素塊選擇信號(hào)SBS以使得轉(zhuǎn)移晶體管12和開(kāi)關(guān)電路SW的晶體管103彼此相關(guān)聯(lián)地改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
從而，高電平主驅(qū)動(dòng)信號(hào)SMTRN被提供給主轉(zhuǎn)移信號(hào)線(n)，在同一行中的開(kāi)關(guān)電路SW的晶體管103改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，并且在同一行中的所有轉(zhuǎn)移晶體管112同時(shí)被切換為導(dǎo)通狀態(tài)。換言之，在同一行中的像素電路ll被總體控制。
圖IO是圖9所示的步驟ST1中的像素電路的時(shí)序圖。圖IO中的虛線A對(duì)應(yīng)于在圖5A至圖5F所示的時(shí)間tl處執(zhí)行的重置(電子快門)。實(shí)線B對(duì)應(yīng)于在圖5A至圖5F所示的時(shí)間t4處執(zhí)行電荷的讀出。
如圖IO所示，在時(shí)間tl時(shí)，在第n行中的像素電路11上執(zhí)行重置，而在時(shí)間t4時(shí)，在像素電路ll上執(zhí)行電荷的讀出。
虛線A和實(shí)線B之間的時(shí)間間隔T是電荷累積時(shí)間。在針對(duì)第n行的電荷的讀出結(jié)束之后，在第(n+l)行中的像素電路11上執(zhí)行重置和電荷的讀出。步驟ST2
在步驟ST2中，當(dāng)執(zhí)行了從整個(gè)有效像素區(qū)域101中的像素電路11讀出電荷之后，從像素電路11來(lái)計(jì)算照度。
照度獲取單元322從由有效像素區(qū)域101中的像素電路ll輸出的電壓信號(hào)SIG提取輝度水平，并且計(jì)算整個(gè)有效像素區(qū)域101上的輝度水平的均值<￥>。照度獲取單元322將計(jì)算出的輝度水平的均值<丫>輸出到電荷累積時(shí)間確定單元323。步驟ST3
在步驟ST3中，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間Tavr，并且執(zhí)行針對(duì)整個(gè)像素區(qū)域的曝光控制。
電荷累積時(shí)間確定單元323將從照度獲取單元322輸入的輝度水平的均值<￥>與第一預(yù)設(shè)圖表相比較，并且確定標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間Taw、增益和光圈值。電荷累積時(shí)間確定單元323將所確定的標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間Tavr等作為控制信號(hào)SCTL輸出到CMOS圖像傳感器1的寄存器14。
相機(jī)控制單元32控制光圈312來(lái)調(diào)節(jié)光圈值。相機(jī)控制單元32還調(diào)節(jié)增益。
22在步驟ST4，在標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間T^中執(zhí)行與步驟ST1中相同的成像。
步驟ST5
在步驟ST5，當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)電荷累積時(shí)間T^中執(zhí)行了成像之后，計(jì)算針 對(duì)每個(gè)像素塊BLK的照度。
照度獲取單元322提取針對(duì)每個(gè)像素塊BLK的輝度水平，并且計(jì)算 針對(duì)每個(gè)像素塊BLK的輝度水平的均值〈Y^k〉。照度獲取單元322將計(jì) 算出的輝度水平的均值〈YBLK〉輸出到電荷累積時(shí)間確定單元323。 步驟ST6
步驟ST6，向各個(gè)像素塊BLK分配電荷累積時(shí)間Tbuc，并且執(zhí)行針 對(duì)每個(gè)像素塊BLK的曝光控制。
電荷累積時(shí)間確定單元323將從照度獲取單元322輸入的輝度水平的 均值<￥81^>與第二預(yù)設(shè)圖表相比較，并且確定針對(duì)每個(gè)像素塊BLK的電 荷累積時(shí)間Tblk。電荷累積時(shí)間確定單元323將所確定的電荷累積時(shí)間 T孔k作為控制信號(hào)SCTL輸出到CMOS圖像傳感器1的寄存器14。
電荷累積時(shí)間確定單元323對(duì)擋光區(qū)域102的像素電路11中的電荷累 積時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，以按照4T、 T、 T/4、 T等方式來(lái)變換針對(duì)每行的電荷累 積時(shí)間。 歩驟ST7
在步驟ST7,在針對(duì)每個(gè)像素塊BLK的不同電荷累積時(shí)間(即，不同 曝光時(shí)間)中執(zhí)行成像。
圖11是用于說(shuō)明圖9所示的歩驟ST7中的處理的有效像素區(qū)域的示 意圖。在圖11中，為了說(shuō)明的簡(jiǎn)便，適當(dāng)?shù)厥÷粤诵盘?hào)線等。
圖12是在圖9所示的步驟ST7中的像素電路的時(shí)序圖。
如圖11所示，在有效像素區(qū)域101中形成了 32X32個(gè)像素塊BLK。 任意像素塊BLK適當(dāng)?shù)乇槐硎緸橄袼貕KBLK (k， 1) (k=l， 2，…)。 在一個(gè)像素塊BLK中形成了 64個(gè)小像素塊BLKa。任意小像素塊 適當(dāng)?shù)乇槐硎緸樾∠袼貕KBLKa (n， 1) (n=l， 2，…)。例如，假設(shè)在步驟ST6的處理中，針對(duì)像素塊BLK (1， 1)的電荷累 積時(shí)間T肌k被確定為T，針對(duì)像素塊BLK (1， 2)的電荷累積時(shí)間TBLK 被確定為4T，針對(duì)像素塊BLK (1， 3)的電荷累積時(shí)間T&k被確定為 T/4。
在下面的說(shuō)明中，將對(duì)有效像素區(qū)域101中的三個(gè)像素塊BLK進(jìn)行 說(shuō)明。
由于各個(gè)像素塊BLK的電荷累積時(shí)間Tblk不同，因此從具有最長(zhǎng)電 荷累積時(shí)間丁blk的像素塊BLK開(kāi)始進(jìn)行重置控制。換言之，以像素塊 BLK (1， 2) 、 BLK (1， 1)和BLK (1， 3)的順序執(zhí)行重置。
為了對(duì)小像素塊BLKa (1， 2)中的像素電路ll進(jìn)行總體重置，重置 控制電路17將脈沖型像素塊選擇信號(hào)SBS提供給像素塊選擇信號(hào)線BSL (2)。
行驅(qū)動(dòng)電路13將脈沖型重置信號(hào)SRST提供給重置信號(hào)線RSTL (1)，并且同時(shí)將脈沖型主驅(qū)動(dòng)信號(hào)SMTRN提供給主轉(zhuǎn)移信號(hào)線 MTRNL (1)。
在脈沖寬度期間，由于晶體管103被維持在導(dǎo)通狀態(tài)，因此主驅(qū)動(dòng)信 號(hào)SMTRN作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)STRN被提供給轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (1)。
結(jié)果，在小像素塊BLKa (1， 2)中的所有轉(zhuǎn)移晶體管112和所有重 置晶體管113同時(shí)地改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，并且重置在小像素塊BLKa (1， 2)中的像素電路ll中被執(zhí)行(虛線A的時(shí)間tla)。
為了對(duì)小像素塊BLKa (1， 1)中的像素電路ll進(jìn)行總體控制，重置 控制電路17將脈沖型像素塊選擇信號(hào)SBS提供給像素塊選擇信號(hào)線BSL (1)。
行驅(qū)動(dòng)電路13將脈沖型重置信號(hào)SRST提供給重置信號(hào)線RSTL (1)，并且同時(shí)將脈沖型主驅(qū)動(dòng)信號(hào)SMTRN提供給主轉(zhuǎn)移信號(hào)線 MTRNL (1)。
如在小像素塊BLKa (1， 2)的情況，重置在小像素塊BLKa (1， 1)中的像素電路ll中被執(zhí)行(虛線B的時(shí)間tlb)。
接下來(lái)，為了對(duì)小像素塊BLKa (1， 3)中的像素電路ll進(jìn)行總體重置，重置控制電路17將脈沖型像素塊選擇信號(hào)SBS提供給像素塊選擇信
號(hào)線BSL (3)。
行驅(qū)動(dòng)電路13將脈沖型重置信號(hào)SRST提供給重置信號(hào)線RSTL (1)，并且同時(shí)將脈沖型主驅(qū)動(dòng)信號(hào)SMTRN提供給主轉(zhuǎn)移信號(hào)線 MTRNL (1)。
如在小像素塊BLKa (1,2)的情況，重置在小像素塊BLKa (1， 3)中的像素電路ll中被執(zhí)行(虛線C的時(shí)間tlc)。
電荷的讀出以行為單位以與步驟STb相同的方式被執(zhí)行(實(shí)線的時(shí)間
t4)。
以這種方式，重置和電荷的讀出在像素塊BLK的所有像素電路11上 被順序地執(zhí)行。在其它像素塊BLK上，重置和電荷的讀出以相同的方式 被執(zhí)行。
步驟ST7中的處理在擋光區(qū)域102的像素電路11上以相同的方式被 執(zhí)行。
如圖12所示，在時(shí)間t，不同行中的電荷的讀出(見(jiàn)實(shí)線D)以及三 個(gè)系統(tǒng)的重置(見(jiàn)虛線A至C)同時(shí)被執(zhí)行。行驅(qū)動(dòng)單元13和重置控制 電路17在改變選擇行的同時(shí)以時(shí)分(time division)的方式執(zhí)行電荷的讀 出和重置。
例如，在30幀/秒的成像中， 一行的處理時(shí)間為(1/30/2048)秒，即 大約16微秒。在對(duì)三個(gè)系統(tǒng)的重置中，CMOS圖像傳感器1的處理序列 可以在此時(shí)間完成。 步驟ST8
在步驟ST8，執(zhí)行圖像處理。
由于各個(gè)像素塊BLK的曝光時(shí)間不同，因此整個(gè)攝取圖像上的明度 不是統(tǒng)一的。因此，在圖像處理中，需要調(diào)節(jié)增益以使得整個(gè)攝取圖像的 明度在圖像處理中統(tǒng)一。
因此，相機(jī)控制單元32將從像素塊BLK的像素電路11獲取的圖像數(shù) 據(jù)(電壓信號(hào)SIG)乘以與電荷累積時(shí)間T禮K的倒數(shù)成比例的增益。
當(dāng)電荷累積時(shí)間TBLK為4T、 T或T/4時(shí)，如果攝取圖像的濃淡度(gradation)為10比特，則相機(jī)控制單元32將像素塊BLK的各個(gè)圖像數(shù) 據(jù)乘以l倍(0dB) 、 4倍(12dB)或16倍(24dB)增益。
根據(jù)該處理，攝取圖像的濃淡度改變?yōu)?4比特。但是，由于暗處的 增益為l倍增益，因此噪點(diǎn)的實(shí)質(zhì)水平未變。因此，可以擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。 當(dāng)從像素塊BLK獲取的圖像數(shù)據(jù)被組合時(shí)，在圖像數(shù)據(jù)的接合處 (邊界)可能出現(xiàn)明度梯度(step)。
因此，相機(jī)控制單元32將輝度水平劃分為低頻分量和高頻分量，并 且對(duì)低頻分量的梯度執(zhí)行諸如遮蔽之類的校正處理，以使得圖像數(shù)據(jù)的接 合處平滑地改變。
除了上述處理之外，相機(jī)控制單元32還執(zhí)行顏色插值、7校正、RGB 轉(zhuǎn)換處理、YUV轉(zhuǎn)換處理等。
相機(jī)控制單元32測(cè)量由擋光區(qū)域102的像素電路11輸出的暗電流， 并且還在圖像處理中執(zhí)行用于從所生成的攝取圖像數(shù)據(jù)中去除暗電流引起 的噪點(diǎn)的處理。
此后，數(shù)據(jù)輸出單元33將經(jīng)由相機(jī)控制單元32進(jìn)行圖像處理的數(shù)據(jù) 輸出到監(jiān)視器和外部存儲(chǔ)器。
根據(jù)此實(shí)施例，像素區(qū)域被劃分為多個(gè)塊，并且選擇控制單元以像素 塊BLK為單位總體執(zhí)行重置控制，以便將由像素塊中的像素電路11所累 積的電荷進(jìn)行放電。選擇控制單元選擇所希望的像素塊BLK，改變針對(duì)每 個(gè)所選擇的像素塊BLK的重置控制的定時(shí)，并且向像素塊分配不同的電 荷累積時(shí)間。因此，可以獲得如下所述的效果。
由于可以調(diào)節(jié)針對(duì)每個(gè)像素塊BLK的曝光時(shí)間，因此，即使在攝取 圖像中出現(xiàn)類似逆光的極亮和極暗時(shí)，也可以減少諸如白色區(qū)域之類的噪 點(diǎn)并且擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。
例如，甚至最初具有10比特濃淡度的CMOS圖像傳感器也可以在維 持靈敏性的同時(shí)擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍，并且用12或更多比特的濃淡度來(lái)表示攝 取圖像。
此外，即使在改變電子快門的定時(shí)的同時(shí)用于執(zhí)行成像多次以及組合 多個(gè)攝取圖像的處理未被執(zhí)行，也可以在一次成像中獲得最佳的攝取圖像。因此，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于不需要準(zhǔn)備不必要的幀緩沖器。
像素單元10的劃分?jǐn)?shù)目可以合適地設(shè)置為類似128X 128。然而，當(dāng)
劃分?jǐn)?shù)目增加時(shí)，諸如重置和電荷的讀取之類的處理序列可能費(fèi)時(shí)間。在 這種情況中，可以為多個(gè)系統(tǒng)的重置分別配置移位寄存器，并且調(diào)節(jié)重置 的定時(shí)。
擋光區(qū)域的第一修改
將參考圖13對(duì)擋光區(qū)域102的修改進(jìn)行說(shuō)明。
圖13是根據(jù)本實(shí)施例的擋光區(qū)域的修改的示意圖。
如圖13所示，由陰影指示的擋光區(qū)域102a不被劃分成像素塊。
因此，擋光區(qū)域102a中的重置控制在有效像素區(qū)域101中最長(zhǎng)的電荷 累積時(shí)間Tmx中被逐行執(zhí)行。
例如，假設(shè)在步驟ST6的處理中，由電荷累計(jì)時(shí)間確定單元323確定 的電荷累積時(shí)間T亂K中最長(zhǎng)的電荷累積時(shí)間T肌K為2T。
在此情況中，在步驟ST7,逐行地在擋光區(qū)域102的像素電路11上執(zhí) 行重置控制，以使得電荷累積時(shí)間T肌K為2T。如在步驟ST6和ST7，以 像素塊BLK為單位在有效像素區(qū)域101的像素電路11上執(zhí)行重置控制。
相機(jī)控制單元32從攝取圖像數(shù)據(jù)中去除一值，該值是通過(guò)將在其它 電荷累積時(shí)間中獲得的暗電流(躁點(diǎn))值乘以電荷累積時(shí)間的比(ratio) 而獲得的。
例如，當(dāng)其它電荷累積時(shí)間T肌K為T和T/2時(shí)，相機(jī)控制單元32在 電荷累積時(shí)間TeLK為T時(shí)將暗電流乘以1/2，在電荷累積時(shí)間T禮K為T/2 時(shí)將暗電流乘以1/4。
因此，可以減少暗電流噪點(diǎn)。
擋光區(qū)域的第二修改
圖14是根據(jù)本實(shí)施例的擋光區(qū)域的修改的示意圖。
如圖14所示，僅擋光區(qū)域102的一部分可以被劃分為像素塊。在此 情況中，逐塊地在像素塊BLK上執(zhí)行重置控制。在最長(zhǎng)的電荷累積時(shí)間Tbm中在未被劃分的像素區(qū)域上執(zhí)行重置控制。 第二實(shí)施例
與像素塊的數(shù)目相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)在相機(jī)控制單元32和CMOS圖像傳感
器1之間被發(fā)送和接收。因此，根據(jù)像素區(qū)域的劃分?jǐn)?shù)目的增加，數(shù)據(jù)傳 輸量也增加。
如果如在第一實(shí)施例中那樣將像素區(qū)域劃分為32X32個(gè)像素塊BLK 并且向用于像素塊BLK的重置控制分配2比特?cái)?shù)據(jù)(用于主轉(zhuǎn)移信號(hào) MTRNL和像素塊選擇信號(hào)SBS)，則將在相機(jī)控制單元32和CMOS圖 像傳感器1之間發(fā)送和接收256字節(jié)的數(shù)據(jù)。與轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)同等數(shù)量的位移 寄存器16被需要用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，為了減少數(shù)據(jù)傳輸量，由多個(gè)像素塊BLK 形成一個(gè)方形區(qū)域，并且針對(duì)每個(gè)方形區(qū)域ARA執(zhí)行曝光控制。下面將 參考圖15說(shuō)明方形區(qū)域。
圖15是用于說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施例的方形區(qū)域的配置示例的概念圖。
如圖15所示，在有效像素區(qū)域101a (成像畫面)中形成了 5個(gè)方形 區(qū)域ARA1至ARA5。各個(gè)方形區(qū)域ARA具有不同的大小和形成位置。
例如，在像人形的目標(biāo)OBJ1周圍，為了精細(xì)地執(zhí)行曝光控制，由少 數(shù)像素塊(例如，3X3)形成了方形區(qū)域ARA1和ARA2。在像太陽(yáng)的具 有高照度的背景OBJ2中，為了粗略地執(zhí)行曝光控制，由大量像素塊BLK (例如，10X10)形成方形區(qū)域ARA3。
需要用于一個(gè)方形區(qū)域ARA的與位置有關(guān)的數(shù)據(jù)是方形區(qū)域ARA的 原點(diǎn)O的坐標(biāo)、寬度H和高度V。如果給坐標(biāo)、寬度H和高度V分配1 比特?cái)?shù)據(jù)并且加上用于重置控制的數(shù)據(jù)，則可以由5比特X5 (方形區(qū)域 的數(shù)目)=25比特來(lái)定義方形區(qū)域ARA。
為了防止諸如垂直條紋和水平條紋之類的噪點(diǎn)混入成像畫面中，還希 望定義以基本正方形形狀形成的方形區(qū)域ARA。如果像素區(qū)域被劃分以形 成成基本正方形形狀的像素塊BLK，則存在的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可以容易地定 義方形區(qū)域ARA。方形區(qū)域ARA形成在有效像素區(qū)域101中。因此，在第二實(shí)施例的
說(shuō)明中，對(duì)有效像素區(qū)域101的像素塊BLK等進(jìn)行說(shuō)明。
為了定義方形區(qū)域ARA，相機(jī)30a采用圖16所示的配置。
圖16是根據(jù)第二實(shí)施例的相機(jī)的配置示例的框圖。在圖16中，僅示 出了根據(jù)第二實(shí)施例的相機(jī)的主要部分。
如圖16所示，相機(jī)控制單元32a包括存儲(chǔ)器321、照度獲取單元 322、電荷累積時(shí)間確定單元323以及方形區(qū)域定義單元324。
方形區(qū)域定義單元324基于從照度獲取單元322輸入的每個(gè)像素塊 BLK的輝度水平的均值〈YBLK〉以及有效像素區(qū)域101上的輝度水平的均值 <丫>來(lái)定義方形區(qū)域ARA。
具體地，方形區(qū)域定義單元324判定均值<￥81^>和均值<￥>之間的差 異(也被簡(jiǎn)單稱為輝度水平差異)是否超過(guò)了預(yù)定基準(zhǔn)值，并且指定其均 值<￥81^>與均值<￥〉有很大不同的像素塊BLK。
方形區(qū)域定義單元324集中具有大輝度水平差異的多個(gè)像素塊來(lái)定義 方形區(qū)域ARA。要定義的方形區(qū)域ARA的數(shù)目可以是一個(gè)或多個(gè)。多個(gè) 方形區(qū)域ARA不必是彼此連續(xù)的。
在定義方形區(qū)域ARA時(shí)，方形區(qū)域定義單元324可以根據(jù)目標(biāo)來(lái)定 義方形區(qū)域ARA。例如，可以通過(guò)對(duì)像人形的目標(biāo)0BJ1 (見(jiàn)圖15)定義 多個(gè)小方形區(qū)域ARA (例如，ARA1和ARA2)來(lái)執(zhí)行精細(xì)的曝光控制。 用戶可以指定方形區(qū)域ARA來(lái)僅針對(duì)所指定的方形區(qū)域ARA執(zhí)行精細(xì)的 曝光控制。
電荷累積時(shí)間確定單元323將從照度獲取單元322輸入的輝度水平的
均值〈YBu^與第二預(yù)設(shè)圖表進(jìn)行比較，并且確定每個(gè)方形區(qū)域ARA的電
荷累積時(shí)間TBUC。
下面參考圖17說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施例的相機(jī)的操作示例。
圖17是根據(jù)第二實(shí)施例的相機(jī)的操作示例的流程圖。
如圖17所示，在步驟ST1至ST5中的處理(見(jiàn)圖9)之后，執(zhí)行下
面的步驟ST6a和ST7a。
步驟ST6a在步驟ST6a，定義方形區(qū)域ARA。
方形區(qū)域定義單元324基于從照度獲取單元322輸入的每個(gè)像素塊 BLK的輝度水平的均值〈yblk〉以及有效像素區(qū)域101上的輝度水平的均值 〈Y〉來(lái)定義方形區(qū)域ARA。 步驟ST7a
電荷累積時(shí)間確定單元323將從照度獲取單元322輸入的輝度水平的 均值〈yblk〉與第二預(yù)設(shè)圖表進(jìn)行比較，并且確定每個(gè)方形區(qū)域ARA的電 荷累積時(shí)間TBUC。
與第一實(shí)施例中的步驟ST7中的處理相同的處理在除了方形區(qū)域 ARA之外的像素塊BLK上被執(zhí)行。每個(gè)像素塊BLK的電荷累積時(shí)間T肌k 被確定。 步驟ST8a
與第一實(shí)施例中的步驟ST7中的處理相同的處理在還方形區(qū)域ARA 上被執(zhí)行。在方形區(qū)域ARA中的像素塊BLK中，重置和電荷的讀出在所
分配的相同電荷累積時(shí)間tblk中被執(zhí)行。
重置和電荷的讀出在所分配的電荷累積時(shí)間T肌k中還在除了方形區(qū)域 之外的像素塊BLK上被執(zhí)行。 步驟ST8
此后，與第一實(shí)施例中的步驟ST8中的處理相同的圖像處理被執(zhí)行。 根據(jù)第二實(shí)施例，由于可以針對(duì)每個(gè)方形區(qū)域ARA執(zhí)行曝光控制， 因此可以減少傳輸數(shù)據(jù)量。
在對(duì)相機(jī)進(jìn)行監(jiān)控中，大量的信息比圖片的美麗更重要。根據(jù)本實(shí)施 例的相機(jī)可以在不改變幀率等的情況下改變具體區(qū)域的曝光。當(dāng)在監(jiān)控期 間出現(xiàn)異常時(shí)，相機(jī)可以僅在出現(xiàn)異常的區(qū)域中改變曝光，以使得該區(qū)域 中的圖像清晰。因此，該相機(jī)適于諸如對(duì)相機(jī)進(jìn)行監(jiān)控之類的應(yīng)用。
第三實(shí)施例
為了提高開(kāi)口率(aperture ratio)，希望減少行方向上的塊的劃分?jǐn)?shù)目 以使得一個(gè)像素塊BLK由盡可能多的像素電路11組成。確定如何在保證用于形成開(kāi)關(guān)電路SW和像素塊選擇信號(hào)線BSL的區(qū)域的同時(shí)保證像素電 路ll的光均勻性是很重要的。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，通過(guò)分散開(kāi)關(guān)電路SW和像素塊選擇信號(hào)
線BSL來(lái)提高開(kāi)口率。
圖18是根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元的配置示例的詳細(xì)框圖。在圖18 中，僅示出了像素單元10a的一部分，并且適當(dāng)?shù)厥÷粤酥T如重置信號(hào)線 RSTL和行選擇電路之類的部件。
如圖18所示，在像素單元10a的有效像素區(qū)域101中，由4X4個(gè)像 素電路11形成了像素塊BLK。由在行方向上的連續(xù)的四個(gè)像素電路11形 成了小像素塊BLKa。
在第一實(shí)施例中，列方向上的開(kāi)關(guān)電路SW連接到共同的像素塊選擇 信號(hào)線BSL (I)(見(jiàn)圖3)。另一方面，在第三實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)電路 SW1至SW4被排列為針對(duì)每行移位一列。
為了控制小像素塊BLKoc中的像素電路11，需要將一個(gè)像素塊選擇信 號(hào)線BSL和主轉(zhuǎn)移信號(hào)線MTRNL連接到開(kāi)關(guān)電路SW。
因此，四個(gè)像素塊選擇信號(hào)線BSL (m)至BSL (m+3)分別被連接 到開(kāi)關(guān)電路SW1至SW4。像素塊選擇信號(hào)線BSL (m)的數(shù)目與像素塊 BLK中的行方向上的像素電路11的數(shù)目相同。
像素塊選擇信號(hào)線BSL的一端連接到重置控制電路17。
圖19是圖18所示的像素單元的等效電路圖。在圖19中，如在圖18 中一樣，僅示出了像素單元10a的一部分，并且適當(dāng)?shù)厥÷粤酥T如重置信 號(hào)線RSTL和行選擇電路之類的部件。
在圖19所示的像素電路11中，在列方向上四個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件111共 享一個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散FD， 一個(gè)重置晶體管113、 一個(gè)放大晶體管114和一個(gè)選 擇晶體管115。
更具體而言，在列方向上四個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件111的陽(yáng)極側(cè)接地 (GND)，并且其陰極側(cè)分別連接到轉(zhuǎn)移晶體管112的源極。
在列方向上的四個(gè)轉(zhuǎn)移晶體管112的漏極共同連接到浮動(dòng)擴(kuò)散FD。 一個(gè)重置晶體管113的源極和一個(gè)放大晶體管114的柵極還連接到浮動(dòng)擴(kuò)
31散FD。
開(kāi)關(guān)電路SW1至SW4包括用作開(kāi)關(guān)的晶體管103。開(kāi)關(guān)電路SW1至 SW4的晶體管103的柵極連接到像素塊選擇信號(hào)線BSL (m)，其源極連 接到轉(zhuǎn)移信號(hào)線TRNL (m)，并且其漏極連接到主轉(zhuǎn)移信號(hào)線MTRNL (n)。
另一方面，擋光區(qū)域102在行方向上以四行為單位被劃分。在擋光區(qū) 域102中，如在圖18所示的配置中一樣，關(guān)于列方向，四個(gè)光電轉(zhuǎn)換元 件111共享除了轉(zhuǎn)移晶體管112以外的晶體管。
圖19所示的像素單元10a的控制方法與第一實(shí)施例一樣。重置控制針 對(duì)每個(gè)像素塊BLK被執(zhí)行。
重置控制單元17將脈沖型像素塊選擇信號(hào)SBS提供給四個(gè)像素塊選 擇信號(hào)線BSL (m)至BSL (m+3)。行驅(qū)動(dòng)電路13將脈沖型主驅(qū)動(dòng)信號(hào) SMTRN提供給主轉(zhuǎn)移信號(hào)線MTRN (n)。
因此，開(kāi)關(guān)電路SW1至SW4的晶體管103改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。行驅(qū)動(dòng) 電路13將脈沖型重置信號(hào)SRST適當(dāng)?shù)靥峁┙o重置信號(hào)線RSTL (n)， 由此執(zhí)行重置控制，
還可以在像素單元10a中提供圖15所示的方形區(qū)域ARA并且針對(duì)每 個(gè)方形區(qū)域ARA執(zhí)行重置控制。
根據(jù)第三實(shí)施例，開(kāi)關(guān)電路SW以及諸如像素塊選擇信號(hào)BSL之類的 各個(gè)信號(hào)線的排列形狀是統(tǒng)一化的。各個(gè)像素電路可以獲得光均勻性。
近年來(lái)，背照型(back-illuminated) CMOS圖像傳感器引起了關(guān)注， 在此CMOS圖像傳感器中，在電路被堆疊到半導(dǎo)體襯底上之后，通過(guò)研磨 來(lái)減少半導(dǎo)體襯底的硅層的厚度。在背照型CMOS圖像傳感器中，由于使 得光從半導(dǎo)體襯底的背面入射，因此光不影響上面布線層的布線圖案的不 均勻性。
通過(guò)將本像素單元應(yīng)用到背照型CMOS圖像傳感器，可以實(shí)現(xiàn)靈活的 布圖，這是因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電路SW和像素塊選擇信號(hào)線BSL不受形成位置等的 限制。
由根據(jù)第一和第三實(shí)施例的安裝有CMOS圖像傳感器的相機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序可以通過(guò)利用設(shè)置有記錄介質(zhì)的計(jì)算機(jī)訪問(wèn)該記錄介質(zhì)來(lái)執(zhí)行，
記錄介質(zhì)例如是半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁盤、光盤或軟盤(floppy,注冊(cè)商標(biāo))。
本發(fā)明包含與2008年7月9日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申 請(qǐng)JP 2008-178964中公開(kāi)的主題有關(guān)的主題，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用 結(jié)合于此。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素進(jìn)行各種 修改、組合、子組合和變更，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求或其等同物的范圍 之內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1.一種成像設(shè)備，包括多個(gè)像素塊，其中各個(gè)像素塊具有預(yù)定數(shù)目的像素電路并被設(shè)置作為一個(gè)單元，所述多個(gè)塊是通過(guò)劃分多個(gè)像素電路排列成矩陣形狀而形成的像素區(qū)域而獲得的，所述多個(gè)像素電路根據(jù)光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電荷；以及選擇控制單元，所述選擇控制單元選擇像素塊中所希望的像素塊，并且總體執(zhí)行重置控制以將由所選像素塊中的各個(gè)像素電路累積的電荷進(jìn)行放電，其中，所述選擇控制單元針對(duì)每個(gè)所選像素塊改變執(zhí)行重置控制的定時(shí)，并且為像素電路分配不同的電荷累積時(shí)間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像設(shè)備，其中，所述選擇控制單元分配的電荷累積時(shí)間隨著從每個(gè)像素塊的輝度計(jì)算出的照度的增大而縮短。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的成像設(shè)備，其中所述像素電路分別包括用于將所累積的電荷轉(zhuǎn)移到預(yù)定節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移開(kāi)關(guān)，所述選擇控制單元包括用于對(duì)所選像素塊中的像素電路執(zhí)行重置控制的開(kāi)關(guān)電路，其中針對(duì)每個(gè)像素塊包括一個(gè)開(kāi)關(guān)電路，所述開(kāi)關(guān)電路被排列在同一列中，并且被連接到用于控制所述開(kāi)關(guān)電路的接通或斷開(kāi)狀態(tài)的第一和第二控制線，以及所述選擇控制單元基于被提供給所述第一控制線的第一控制信號(hào)和被提供給所述第二控制線的第二控制信號(hào)同時(shí)切換像素塊中的像素電路的所有轉(zhuǎn)移開(kāi)關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的成像設(shè)備，其中，每個(gè)像素塊是由NXN(N=2， 3,...)個(gè)像素電路形成的，以使得像素塊被形成為基本正方形形狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像設(shè)備，其中所述第一控制線被劃分為N條線，重置控制電路被分散在針對(duì)同一像素塊中每行不同的位置，并且被連接到經(jīng)劃分的第一控制線的任一條，以及所述選擇控制單元將所述第一控制信號(hào)提供給所述N條第一控制線，并且對(duì)像素塊中的像素電路總體執(zhí)行重置控制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的成像設(shè)備，其中所述像素區(qū)域包括用于遮擋入射光的擋光區(qū)域，以及在所述擋光區(qū)域中，像素塊以行為單位被形成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的成像設(shè)備，其中所述像素區(qū)域包括用于遮擋所述入射光的擋光區(qū)域，以及所述選擇控制單元將要分配的所述電荷累積時(shí)間中最長(zhǎng)的電荷累積時(shí)間分配給所述擋光區(qū)域。
8. —種相機(jī)，包括成像設(shè)備；光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)將入射光引導(dǎo)到所述成像設(shè)備的像素區(qū)域；控制單元，所述控制單元控制所述成像設(shè)備；以及信號(hào)處理單元，所述信號(hào)處理單元對(duì)由所述成像設(shè)備基于控制所輸出的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，其中所述成像設(shè)備包括多個(gè)像素塊，其中各個(gè)像素塊具有預(yù)定數(shù)目的像素電路并被設(shè)置作為一個(gè)單元，所述多個(gè)塊是通過(guò)劃分多個(gè)像素電路排列成矩陣形狀而形成的像素區(qū)域而獲得的，所述多個(gè)像素電路根據(jù)光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電荷；以及選擇控制單元，所述選擇控制單元選擇像素塊中所希望的像素塊，并且總體執(zhí)行重置控制以將由所選像素塊中的各個(gè)像素電路累積的電荷進(jìn)行放電，以及所述選擇控制單元針對(duì)每個(gè)所選像素塊改變執(zhí)行重置控制的定時(shí)，并且為像素電路分配不同的電荷累積時(shí)間。
9. 一種用于成像設(shè)備的控制方法，包括以下步驟對(duì)通過(guò)多個(gè)像素電路排列成矩陣形狀而形成的像素區(qū)域進(jìn)行劃分，其中所述多個(gè)像素電路根據(jù)光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電荷，并且在多個(gè)像素塊中選擇所希望的像素塊，其中各個(gè)像素塊具有預(yù)定數(shù)目的像素電路并被設(shè)置作為一個(gè)單元；以及總體執(zhí)行重置控制，以將由所選像素塊中的各個(gè)像素電路累積的電荷進(jìn)行放電，其中在總體執(zhí)行重置控制步驟中，針對(duì)每個(gè)所選像素塊改變執(zhí)行重置控制的定時(shí)，并且為像素電路分配不同的電荷累積時(shí)間。
10. —種用于使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行以下處理的計(jì)算機(jī)程序第一處理，對(duì)通過(guò)多個(gè)像素電路排列成矩陣形狀而形成的像素區(qū)域進(jìn)行劃分，其中所述多個(gè)像素電路根據(jù)光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電荷，并且在多個(gè)像素塊中選擇所希望的像素塊，其中各個(gè)像素塊具有預(yù)定數(shù)目的像素電路并被設(shè)置作為一個(gè)單元；以及第二處理，總體執(zhí)行重置控制以將由所選像素塊中的各個(gè)像素電路累積的電荷進(jìn)行放電，其中在所述第二處理中，針對(duì)每個(gè)所選像素塊改變執(zhí)行重置控制的定時(shí)，并且為像素電路分配不同的電荷累積時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了成像設(shè)備、相機(jī)、成像設(shè)備的控制方法及計(jì)算機(jī)程序。一種成像設(shè)備包括多個(gè)像素塊，其中各個(gè)像素塊具有預(yù)定數(shù)目的像素電路并被設(shè)置作為一個(gè)單元，多個(gè)塊是通過(guò)劃分多個(gè)像素電路排列成矩陣形狀而形成的像素區(qū)域而獲得的，多個(gè)像素電路根據(jù)光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電荷；以及選擇控制單元，該選擇控制單元選擇像素塊中所希望的像素塊，并且總體執(zhí)行重置控制以將由所選像素塊中的各個(gè)像素電路累積的電荷進(jìn)行放電，其中，選擇控制單元針對(duì)每個(gè)所選像素塊改變執(zhí)行重置控制的定時(shí)，并且為像素電路分配不同的電荷累積時(shí)間。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101626461SQ20091015106
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者西原利幸 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社