專利名稱：固體攝像器件、固體攝像器件的信號處理方法及電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像器件、固體攝像器件的信號處理方法及電子裝置。
背景技術(shù)：
在諸如電荷耦合器件(Charge Coupled DeviCe，CCD)圖像傳感器和互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS)圖像傳感器等固體攝像器 件中，在很多情況下，單位像素在垂直方向和水平方向上按預(yù)定間距以格子狀圖形的方式 排列著(例如見日本專利申請公開公報No. 2007-189085)。目前，由于容易對在垂直方向和水平方向上具有相同間距的像素陣列進(jìn)行信號處 理，因而這種像素陣列已成為主流。在垂直方向和水平方向上以相同間距排列的像素，即， 各自在垂直方向和水平方向上具有相同尺寸的那些像素被稱作方形像素。此外，在垂直方 向和水平方向上以不同間距布置的像素，即，各自在垂直方向和水平方向上具有不同尺寸 的那些像素被稱作矩形像素。在舊式攝像機(jī)等裝置內(nèi)所使用的固體攝像器件中，在很多情況下使用了垂直尺寸 大于水平尺寸的矩形像素。這是因為在電視廣播標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了沿垂直方向布置的掃描線 的數(shù)量，而沿水平方向布置的掃描線的數(shù)量存在著自由度，因此如果想要在電視機(jī)上顯示 圖像，當(dāng)使用方形格子狀像素時，優(yōu)點是很少的。另外，為了通過使用個人計算機(jī)來進(jìn)行圖像處理并通過使用機(jī)器視覺(machine vision)來進(jìn)行圖像特性的實時提取和識別，方形像素比矩形像素是更優(yōu)選的。因此，這種 類型的固體攝像器件，即，使用了方形像素的固體攝像器件正越來越多地用于攝像機(jī)中。此外，為了提供具有新功能或更好特性的固體攝像器件，在一些情況下采用了在 垂直方向或者水平方向上彼此相鄰的像素(以下稱作“相鄰像素”)之間進(jìn)行計算的方法。 例如，作為用于擴(kuò)大動態(tài)范圍的方法，已存在一種對于偶數(shù)行像素和奇數(shù)行像素使用不同 的累積時間的方法(例如見日本專利申請公開公報No. 11-150687)。然而，根據(jù)上述用于擴(kuò)大動態(tài)范圍的方法，如果動態(tài)范圍是基于一個圖像而被擴(kuò) 大的，則垂直方向上的分辨率會降低一半。在日本專利申請公開公報No. 11-150687中，使 用了兩個圖像來補(bǔ)償垂直方向上的分辨率。然而，代替上述問題的是，由于時間遲延而使得 動態(tài)分辨率劣化。如果這樣在垂直方向或者水平方向上相鄰的像素之間進(jìn)行計算，則上述 方向上的分辨率有所改變。因此，所得到的輸出變成與來自于矩形像素的輸出相同。最近已經(jīng)普遍的是，在像素陣列中采用2 u m以下的小的像素間距。2 u m以下的像 素間距小于照相機(jī)的透鏡(光學(xué)系統(tǒng))的分辨率。作為一般觀點的延伸思維，認(rèn)為像素的精細(xì)化會使像素靈敏度降低并使能夠處理的信號量減少，但會使分辨率提高。然而，如果像 素間距變得小于透鏡的分辨率，則固體攝像器件的分辨率不會被提高。也就是說，透鏡的分 辨率限定了固體攝像器件的分辨率的極限。圖27示出了透鏡的分辨率的示例。即，如果把光圈開大(F值減小)，則透鏡的像 差增大，因而分辨率降低。另外，如果把光圈關(guān)小(F值增大)，則由于光的波動性而導(dǎo)致衍 射，因而在這種情況下分辨率也降低。將由于波動性而產(chǎn)生的極限稱作瑞利極限(Rayleigh limit)。圖27示出了大約在F4(F值=4)處分辨率為最高的透鏡的示例。即使在F4處， 也難以分辨2 ym以下的像素間距。在單鏡頭反光式照相機(jī)透鏡中，在大約F8處分辨率為 最高，因而在很多情況下F值被設(shè)定為大約是F8。在單鏡頭反光式照相機(jī)透鏡中，當(dāng)F值大 約為F8或低于F8時，因透鏡的像差而產(chǎn)生的極限超過了因波動性而產(chǎn)生的極限。因此，很 難分辨5 ym以下的像素間距。另外，如果透鏡系統(tǒng)包括光學(xué)低通濾波器，則該光學(xué)系統(tǒng)的 分辨率與透鏡的分辨率和光學(xué)低通濾波器的分辨率二者之中較低的那個分辨率對應(yīng)。在上述示例中，各個像素的尺寸是被光電轉(zhuǎn)換元件的尺寸所限定的。因此，像素間 距可以參照光電轉(zhuǎn)換元件的間距。如果在垂直方向和水平方向上以空間上相等的間隔對入 射光進(jìn)行采樣，則該像素是方形像素。如果在垂直方向和水平方向上以空間上不同的間隔 對入射光進(jìn)行采樣，則該像素是矩形像素。因此，像素的布局形狀不一定必須是方形或者矩 形，例如也可以是諸如智力拼圖片(jigsaw puzzle pieces)的形狀等復(fù)雜形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固體攝像器件、一種固體攝像器件的信號處理方法和一 種電子裝置，它們能夠進(jìn)行相鄰像素之間的計算以提供更好的特性或者新的功能，從而基 本上發(fā)揮出方形像素產(chǎn)品的易處理性并使圖像處理和系統(tǒng)構(gòu)建更加容易。本發(fā)明的另一目的是提供即使當(dāng)像素的精細(xì)化超出了分辨率的極限時也能夠提 高攝像特性的固體攝像器件、固體攝像器件的信號處理方法和電子裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例的固體攝像器件包括像素陣列部，它被構(gòu)造為 包括多個矩形像素，每個所述矩形像素在垂直方向和水平方向上具有不同的尺寸，并且多 個相鄰的所述矩形像素被組合起來以形成在垂直方向和水平方向上具有相同尺寸的方形 像素；以及信號處理部，它用于進(jìn)行把從組合起來的多個所述矩形像素讀出的多個信號作 為單個信號進(jìn)行輸出的處理。本發(fā)明另一實施例的固體攝像器件包括像素陣列部，它包括按照行和列以二維 形式布置的像素；以及信號處理部，它包括判定電路，當(dāng)所述像素陣列部中的n(2<n)個像 素形成一組且從所述n個像素中依次讀出n個信號時，所述判定電路在所述n個信號中的 每一個信號的讀出時都判定該信號是否等于或者大于預(yù)定值，并且所述信號處理部根據(jù)所 述判定電路的判定結(jié)果來對小于n個的m(l < m < n)個信號進(jìn)行預(yù)定信號處理。本發(fā)明另一實施例的固體攝像器件的信號處理方法包括對配置有多個矩形像素 的像素陣列部的各個所述矩形像素進(jìn)行信號處理的步驟，每個所述矩形像素在垂直方向和 水平方向上具有不同的尺寸，并且多個相鄰的所述矩形像素被組合起來以形成在垂直方向 和水平方向上具有相同尺寸的方形像素。在該信號處理方法中，從組合起來的多個所述矩形像素讀出多個信號，并且對從多個所述矩形像素讀出的多個信號進(jìn)行處理并作為單個信 號輸出。本發(fā)明另一實施例的固體攝像器件的信號處理方法包括對來自像素陣列部的信 號進(jìn)行處理的步驟，所述像素陣列部包括多個矩形像素，每個所述矩形像素在垂直方向和 水平方向上具有不同的尺寸，并且多個相鄰的所述矩形像素被組合起來以形成在垂直方向 和水平方向上具有相同尺寸的方形像素。在該信號處理方法中，從組合起來的多個所述矩 形像素讀出靈敏度不同的多個信號，并且對所述多個信號進(jìn)行處理從而形成方形格子的信 號。本發(fā)明另一實施例的電子裝置包括固體攝像器件，它包括像素陣列部，所述素陣 列部包括多個矩形像素，每個所述矩形像素在垂直方向和水平方向上具有不同的尺寸，且 多個相鄰的所述矩形像素被組合起來以形成在垂直方向和水平方向上具有相同尺寸的方 形像素，并且所述固體攝像器件對從組合起來的多個所述矩形像素讀出的多個信號進(jìn)行處 理并把處理后的信號作為單個信號輸出；以及光學(xué)系統(tǒng)，它被構(gòu)造為接收入射到所述固體 攝像器件的攝像面上的入射光。在本發(fā)明的各實施例中，將多個矩形像素組合起來形成方形像素，并且從該多個 矩形像素讀出的多個信號被作為單個信號而輸出。因而，能夠?qū)⑸鲜鰡蝹€信號作為來自方 形格子(方形像素)的信號而進(jìn)行處理。如果在垂直方向和水平方向上以空間上相等的間 隔對入射光進(jìn)行采樣，則能夠使多個矩形像素看起來像方形格子。在作為來自方形格子的 信號而被處理的單個信號的情況下，就不必改變在后續(xù)階段處的針對方形格子的信號處理 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。另外，如果從多個矩形像素的各個信號以適當(dāng)形式選擇或者合成上述單個信 號，則在后續(xù)階段處的信號處理系統(tǒng)中就能夠通過使用該單個信號來進(jìn)行用于改善攝像特 性的處理(例如用于擴(kuò)大動態(tài)范圍的處理等)。因此，即使當(dāng)像素的精細(xì)化超出了分辨率的 極限時，也能夠在實現(xiàn)像素的精細(xì)化的同時改善攝像特性。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在垂直方向或者水平方向上相鄰的像素之間進(jìn)行計算，從 而提供更好的特性或者新的功能。因此，能夠基本上發(fā)揮出方形像素產(chǎn)品的易處理性，并使 圖像處理和系統(tǒng)構(gòu)建更加容易。即使像素的精細(xì)化超出分辨率的極限，且如果像素間距變 得小于接收入射光的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，也能夠改善攝像特性。


圖1是示出了本發(fā)明實施例CMOS圖像傳感器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是示出了第一實施例的像素陣列部中的像素陣列的示例的結(jié)構(gòu)圖。圖3是示出了對第一實施例的像素陣列部中的像素陣列進(jìn)行的掃描方法的過程 的概念圖。圖4是示出了第一實施例的列電路的結(jié)構(gòu)示例的框圖。圖5是示出了像素陣列部中的像素陣列的示例的結(jié)構(gòu)圖，在該像素陣列中，靈敏 度不同的三個像素形成一組。圖6是示出了第一實施例的第一變形例的列電路的結(jié)構(gòu)示例的框圖。圖7A和圖7B各自是示出了第一實施例或者第一變形例的列電路的操作的時間順 序的時序圖。
圖8A和圖8B各自是示出了第一實施例的第二變形例的列電路的操作的時間順序 時序圖。圖9是示出了第二變形例的第一具體示例的列電路的結(jié)構(gòu)示例的框圖。圖10是示出了第二變形例的第二具體示例的列電路的結(jié)構(gòu)示例的框圖。圖11是示出了第二變形例的第三具體示例的列電路的結(jié)構(gòu)示例的框圖。圖12是示出了在第三具體示例的列電路的信號處理中所使用的系數(shù)與來自第i 行像素的信號之間關(guān)系的圖。圖13是示出了在第三具體示例的列電路的信號處理中所使用的系數(shù)與來自第 i+1行像素的信號之間關(guān)系的圖。圖14A和圖14B各自是示出了第二變形例的第三具體示例的列電路的操作的時間 順序的時序圖。圖15是示出了第一實施例的像素電路的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。圖16是示出了背面入射型像素結(jié)構(gòu)的示例的截面圖。圖17是示出了第一實施例的變形例的結(jié)構(gòu)圖。圖18是示出了第二實施例的像素陣列部中的像素陣列的示例的結(jié)構(gòu)圖。圖19是示出了對第二實施例的像素陣列部中的像素陣列進(jìn)行的掃描方法的過程 的概念圖。圖20是示出了第二實施例的像素電路的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。圖21是示出了第二實施例的列電路的結(jié)構(gòu)示例的框圖。圖22是示出了第三實施例的像素電路的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。圖23是示出了對第三實施例的像素陣列部中的像素陣列進(jìn)行的掃描方法的過程 的概念圖。圖24是示出了第三實施例的列電路的結(jié)構(gòu)示例的框圖。圖25是示出了信號讀出系統(tǒng)的變形例的結(jié)構(gòu)圖。圖26是示出了作為本發(fā)明實施例的電子裝置示例的攝像裝置的結(jié)構(gòu)示例的框 圖。圖27是示出了透鏡的F值與分辨率極限之間關(guān)系的圖。
具體實施例方式下面參照附圖對用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施方式(以下稱作“實施例”)進(jìn)行詳細(xì)說 明。將按照以下順序進(jìn)行說明1、本發(fā)明實施例的固體攝像器件(CMOS圖像傳感器示例)2、本實施例的特征部分3、變形例4、電子裝置(攝像裝置示例)1、本發(fā)明實施例的固體攝像器件圖1是示出了本發(fā)明實施例的固體攝像器件(例如，作為一種X-Y地址型固體攝 像器件的CMOS圖像傳感器)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。這里，所述CMOS圖像傳感器 是指通過應(yīng)用CMOS工藝或者使用CMOS工藝的一部分而制成的圖像傳感器。
如圖1所示，本實施例的CMOS圖像傳感器10被構(gòu)造為包括在半導(dǎo)體基板(以下 有時稱作“芯片”)11上形成的像素陣列部12以及集成在形成有像素陣列部12的同一芯片 11上的周邊電路部。在本示例中，例如，周邊電路部包括垂直驅(qū)動部13、列處理部14、水平 驅(qū)動部15、輸出電路部16和系統(tǒng)控制部17。在像素陣列部12中，單位像素(以下有時簡稱為“像素”)按照行和列以二維形式 布置著，各個單位像素包括通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電荷并累積所產(chǎn)生的電荷(以下簡稱為“電 荷”)的光電轉(zhuǎn)換元件，該光電轉(zhuǎn)換元件中的電荷量與入射光量對應(yīng)。稍后將會對單位像素 的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。另外，在像素陣列部12中，各條像素驅(qū)動線121對應(yīng)于具有行和列的像素陣列的 各個行而被設(shè)置著，且沿水平方向即行方向(像素行中的像素的排列方向)延伸。另外，各 條垂直信號線122對應(yīng)于各個列而被設(shè)置著，且沿垂直方向即列方向(像素列中的像素的 排列方向)延伸。在圖1中，像素驅(qū)動線121的數(shù)量是每行一條，但不限于此。每條像素驅(qū) 動線121的一端連接至垂直驅(qū)動部13的對應(yīng)行的輸出端子。例如，垂直驅(qū)動部13被構(gòu)造為包括移位寄存器和地址解碼器等，并且用作同時或 者以行為單位驅(qū)動像素陣列部12的各個像素的像素驅(qū)動部。此處雖然沒有圖示垂直驅(qū)動 部13的具體結(jié)構(gòu)，但垂直驅(qū)動部13通常被構(gòu)造為包括兩個掃描系統(tǒng)，即讀出(從光電轉(zhuǎn)換 元件至輸出電路)掃描系統(tǒng)(以下簡稱為“讀出掃描系統(tǒng)”)和復(fù)位掃描系統(tǒng)。讀出掃描系統(tǒng)以行為單位依次選擇并掃描像素陣列部12的單位像素，從這些單 位像素讀出信號。從這些單位像素讀出的信號是模擬信號。復(fù)位掃描系統(tǒng)對將要受到讀出 掃描系統(tǒng)的讀出掃描的讀出行進(jìn)行復(fù)位掃描，且復(fù)位掃描比讀出掃描提前與快門速度對應(yīng) 的時間。利用復(fù)位掃描系統(tǒng)的復(fù)位掃描，從讀出行中的單位像素的光電轉(zhuǎn)換元件中將不必 要的電荷清除出去。因此，光電轉(zhuǎn)換元件得到復(fù)位。于是，利用復(fù)位掃描系統(tǒng)對不必要的電 荷的復(fù)位(清除)，進(jìn)行所謂的電子快門操作。這里，電子快門操作是指除掉光電轉(zhuǎn)換元件 的電荷并重新開始曝光過程(開始累積電荷)的操作。通過讀出掃描系統(tǒng)的讀出操作而讀出的信號對應(yīng)于在前一次讀出操作或者電子 快門操作之后入射的光量。從前一次讀出操作的讀出時刻或者電子快門操作的復(fù)位時刻到 當(dāng)前讀出操作的讀出時刻的期間對應(yīng)于單位像素中的電荷的累積期間(曝光期間)。從被垂直驅(qū)動部13選擇并掃描的像素行中的各個單位像素輸出的信號通過各條 垂直信號線122被供給到列處理部14。列處理部14以像素陣列部12的像素列為單位對通 過垂直信號線122從所選行的各個單位像素輸出的信號進(jìn)行預(yù)定信號處理，并暫時保存該 經(jīng)過了信號處理的像素信號。具體地，例如，在從各個單位像素接收信號時，列處理部14對該信號進(jìn)行諸如基 于相關(guān)雙采樣(Correlated Double Sampling，CDS)的降噪、信號放大和AD (模擬/數(shù)字) 轉(zhuǎn)換等信號處理。上述降噪過程會除去像素所特有的固定模式噪聲，例如復(fù)位噪聲和放大 晶體管之間的閾值偏差等。這里列舉出的信號處理僅僅是示例。因此，信號處理不限于上 述這些。水平驅(qū)動部15被構(gòu)造為包括移位寄存器和地址解碼器等，并且從列處理部14依 次選擇與像素列對應(yīng)的單位電路。由于通過水平驅(qū)動部15進(jìn)行的選擇和掃描，因此由列處理部14進(jìn)行了信號處理的像素信號被依次輸出到水平總線18，并通過水平總線18傳輸?shù)?輸出電路部16。輸出電路部16處理并輸出通過水平總線18傳輸來的信號。由輸出電路部16進(jìn) 行的處理可以僅是緩存處理，或者可以是諸如在緩存之前對黑電平的調(diào)節(jié)和對各列之間的 偏差的校正等各種數(shù)字信號處理。例如，輸出電路部16具有差分輸出結(jié)構(gòu)，該差分輸出結(jié)構(gòu)的輸出級輸出差分信 號 。也就是說，輸出電路部16的輸出級對通過水平總線18傳輸來的各個信號進(jìn)行處理，并 將所得到的信號作為正相(normal-phase)信號輸出。而且，輸出電路部16的輸出級將該 信號的極性取反，并將所得到的信號作為反相(reverse-phase)信號輸出。正相信號通過正相輸出端子19A輸出到芯片11外部，而反相信號通過反相輸出端 子19B輸出到芯片11外部。當(dāng)輸出電路部16的輸出級具有差分輸出結(jié)構(gòu)時，設(shè)置在芯片 11外部的信號處理部(例如信號處理集成電路(IC)等)在該信號處理部的被構(gòu)造為差分 電路的輸入級處接收上述正相信號和反相信號。利用上述輸出電路部16的輸出級的差分輸出結(jié)構(gòu)和信號處理IC的輸入級的差分 電路結(jié)構(gòu)，就能夠通過輸出電路部16的輸出級與信號處理IC的輸入級之間的電流來傳輸 信息。因此，即使輸出電路部16的輸出級與信號處理IC的輸入級之間的傳輸路徑的長度 增加，在該傳輸路徑上也不會出現(xiàn)充電和放電。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高速系統(tǒng)。系統(tǒng)控制部17接收從芯片11外部供給的例如時鐘和操作模式指令數(shù)據(jù)，并輸出 諸如CMOS圖像傳感器10的內(nèi)部信息等數(shù)據(jù)。另外，系統(tǒng)控制部17包括用于生成各種時序 信號的時序發(fā)生器。根據(jù)由時序發(fā)生器生成的各種時序信號，系統(tǒng)控制部17對包括垂直驅(qū) 動部13、列處理部14和水平驅(qū)動部15等部分的周邊電路部進(jìn)行驅(qū)動控制。芯片11的周緣部設(shè)置有包括電源端子的輸入輸出端子組20和21的各個端子。輸 入輸出端子組20和21在芯片11的內(nèi)部與外部之間交換電源電壓和信號。例如，通過考慮 信號相對于芯片11的進(jìn)入和輸出方向，將輸入輸出端子組20和21的安裝位置確定在方便 的位置處。2、本實施例的特征部分在上述結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器10中，本實施例的特征部分在于各個單位像素的 縱橫比被設(shè)定為不是1 1(方形像素)，即，單位像素的形狀被設(shè)定為在垂直方向和水平方 向上具有不同尺寸的矩形(矩形像素)；多個相鄰的上述單位像素被組合起來以形成在垂 直方向和水平方向上具有相同尺寸的方形像素；并且從組合起來的多個單位像素輸出單個信號。利用該結(jié)構(gòu)，能夠把從由多個像素構(gòu)成的一個單位輸出的單個信號作為來自方形 格子(方形像素)的信號進(jìn)行處理。如果在垂直方向和水平方向上以空間上相等的間隔對 入射光進(jìn)行采樣，則可以使像素看起來像方形格子。在將單個信號作為來自方形格子的信 號進(jìn)行處理的情況下，不必改變在后續(xù)階段處通常使用的針對方形格子的信號處理系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)。另外，如果從多個像素的各個信號中適當(dāng)?shù)剡x擇或者合成單個信號，則在后續(xù)階 段的信號處理系統(tǒng)中可以通過使用該單個信號來進(jìn)行諸如用于擴(kuò)大動態(tài)范圍的處理等能 夠改善攝像特性的處理。下面對具體實施例進(jìn)行說明。
第一實施例圖2是示出了第一實施例的像素陣列部12中的像素陣列的示例的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，像素陣列部12包括以二維的形式布置成多行多列的單位像素30，每個單位像素30 都具有光電轉(zhuǎn)換元件。這里，每個單位像素30都是所謂的橫向較長型矩形像素，這種矩形 像素的水平尺寸(行方向上)是縱向尺寸(列方向上)的兩倍，也就是說，該矩形像素具有 1 2的垂直與水平間距比。如果本實施例的CMOS圖像傳感器10能夠攝取彩色圖像，則在單位像素30的各個 光接收面上設(shè)置有例如片上濾色器40等濾色器。這里，在垂直方向上相鄰的多個例如兩個 單位像素30形成一組。由上下兩個像素構(gòu)成的組設(shè)置有同色的片上濾色器40。將片上濾色器40布置成使得各個顏色R(紅)、G(綠)和B(藍(lán))例如具有預(yù)定的 關(guān)系。例如，此處將顏色編碼設(shè)計成使兩行由重復(fù)的GB組合構(gòu)成的顏色排列和兩行由重復(fù) 的RG組合構(gòu)成的顏色排列進(jìn)行交替。上下兩個像素是相同的顏色。因此，一個濾色器能夠 覆蓋上下兩個像素。在像素陣列部12的像素陣列中，各個單位像素30是垂直與水平尺寸比為1 2 的橫向較長型矩形像素。因此，如圖2所示，用于由上下兩個像素構(gòu)成的組的單個片上濾色 器40的形狀是正方形。各個正方形的片上濾色器40被設(shè)置用于讓兩行由重復(fù)的GB組合 構(gòu)成的顏色排列和兩行由重復(fù)的RG組合構(gòu)成的顏色排列進(jìn)行交替而得到的像素陣列。因 此，片上濾色器40的總體顏色排列是所謂的拜爾陣列(Bayer array)。在片上濾色器40被構(gòu)造為具有以兩個像素為一個單位的顏色排列的情況下，能 夠獲得以下優(yōu)點。也就是說，隨著CMOS工藝的精細(xì)化，像素也變得越來越精細(xì)化。然而，濾 色器的精細(xì)化很難趕上像素的精細(xì)化。這是因為，很難在防止濾色器的角部的變圓和脫落 且同時保持濾色器的分光特性的情況下使濾色器精細(xì)化。然而，由于上述結(jié)構(gòu)示例的片上濾色器40能夠被形成為兩個像素的組合尺寸，因 而對像素的精細(xì)化是有利的。也就是說，如上所述，如果為每個像素都設(shè)置一個濾色器，則 很難根據(jù)像素的精細(xì)化而使濾色器精細(xì)化。然而，本示例中把一個濾色器配置成對應(yīng)于多 個像素，因而能夠適應(yīng)像素的精細(xì)化。掃描方法參照圖3，下面說明對第一實施例的像素陣列部12的像素陣列進(jìn)行的掃描方法， 該像素陣列即是讓兩行由重復(fù)的GB組合構(gòu)成的顏色排列和兩行由重復(fù)的RG組合構(gòu)成的顏 色排列進(jìn)行交替而得到的像素陣列。在圖1的垂直驅(qū)動部13的驅(qū)動操作下進(jìn)行上述掃描。 參照圖3說明的掃描方法是通常使用的掃描方法。首先，對奇數(shù)行進(jìn)行快門掃描然后對偶數(shù)行進(jìn)行快門掃描。接著，對讀出行進(jìn)行掃 描。這里，快門掃描對應(yīng)于前面所述的被稱作電子快門操作的掃描，并且定義了像素累積的 開始。在快門掃描中，為奇數(shù)行的各個像素和偶數(shù)行的各個像素設(shè)定了不同的快門時刻。具體地，如圖3所示，奇數(shù)行的各個像素的快門時刻被設(shè)定為加長累積時間，而偶 數(shù)行的各個像素的快門時刻被設(shè)定為縮短累積時間。也就是說，當(dāng)相鄰兩行形成一個單位 (一組)時，累積時間被設(shè)定為對其中一行(在本示例中為奇數(shù)行)的各個像素相對較長， 而對另一行(在本示例中為偶數(shù)行)的各個像素相對較短。由于上述快門掃描，來自累積時間較長的奇數(shù)行的各個像素的信號是對應(yīng)于較長累積時間的高靈敏度信號。也就是說，光在較長時間內(nèi)入射到奇數(shù)行的各個像素。因此，來 自奇數(shù)行的各個像素的信號能夠?qū)Π祬^(qū)域也會捕捉到清晰的圖像。然而，在奇數(shù)行的各個 像素中即高靈敏度像素中，光電轉(zhuǎn)換元件很快就會飽和。此外，來自累積時間較短的偶數(shù)行 的各個像素的信號是對應(yīng)于較短累積時間的低靈敏度信號。也就是說，入射到偶數(shù)行的各 個像素的光量較少。因此，來自偶數(shù)行的各個像素的信號能夠不會飽和地對亮區(qū)域的圖像 進(jìn)行捕捉。列處理部下面對列處理部14進(jìn)行說明，該列處理部14根據(jù)通過上述掃描方法進(jìn)行的掃描 對從第一 實施例的像素陣列部12的各個像素30輸出的信號進(jìn)行處理。列處理部14是被 設(shè)置成與像素陣列部12的各像素列對應(yīng)的各單位電路的集合。下面把構(gòu)成列處理部14的 各單位電路稱作列電路。圖4是第一實施例的列電路14A的結(jié)構(gòu)示例的框圖。如圖4所示，第一實施例的 列電路14A被構(gòu)成為包括CDS電路141、判定電路142、用于進(jìn)行諸如AD轉(zhuǎn)換處理等預(yù)定信 號處理的AD轉(zhuǎn)換電路143以及鎖存器144。在垂直驅(qū)動部13的驅(qū)動操作下，各像素的信號按照像素的靈敏度的降序從像素 陣列部12被依次供給到列電路14A。在本示例中，奇數(shù)行像素的靈敏度高于偶數(shù)行像素的 靈敏度。因此，來自奇數(shù)行像素的信號被首先輸入到列電路14A，然后來自偶數(shù)行像素的信 號被輸入到列電路14A。普遍已知的是，列電路14A的⑶S電路141進(jìn)行這樣的信號處理計算出像素信號 的ON電平(稍后說明的信號電平)與OFF電平(稍后說明的復(fù)位電平)之間的差，并且計 算出排除了偏移量的信號量。在系統(tǒng)控制部17的控制下，在從像素陣列部12依次讀出來自高靈敏度像素的信 號和來自低靈敏度像素的信號時，判定電路142在每一次信號的讀出時都進(jìn)行用于判定該 信號是否等于或大于預(yù)定值的處理。例如，像素的飽和電平被用來作為代表判定電路142 的判定基準(zhǔn)的預(yù)定值。判定電路142、AD轉(zhuǎn)換電路143和鎖存器144對來自奇數(shù)行像素的信號和來自偶 數(shù)行像素的信號進(jìn)行如下的不同的處理操作。[奇數(shù)行]使用像素的飽和電平作為判定基準(zhǔn)，判定電路142判定從奇數(shù)行像素傳輸來的信 號是否已經(jīng)飽和。如果該信號不處于飽和電平，則判定電路142將邏輯“0”寫入到標(biāo)記FL 中。如果該信號處于飽和電平，則判定電路142將邏輯“1”寫入到標(biāo)記FL中。然后，判定 電路142把標(biāo)記FL與從⑶S電路141接收到的信號一起發(fā)送到AD轉(zhuǎn)換電路143。如果標(biāo)記FL存儲著邏輯“0 ” (即，該信號不處于飽和電平)，則AD轉(zhuǎn)換電路143對 這個來自像素的信號(模擬信號)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將AD轉(zhuǎn)換后的信號傳送到鎖存器144。 如果標(biāo)記FL存儲著邏輯“ 1”( S卩，該信號處于飽和電平)，則AD轉(zhuǎn)換電路143處于待機(jī)狀 態(tài)，因此不進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理。標(biāo)記FL的值通過AD轉(zhuǎn)換電路143被寫入到鎖存器144的一 部分中。[偶數(shù)行]判定電路142不對從偶數(shù)行像素傳輸來的信號進(jìn)行判定處理，而是把該信號與來自奇數(shù)行像素的信號的判定結(jié)果(即，標(biāo)記FL的值)一起發(fā)送到AD轉(zhuǎn)換電路143。在AD 轉(zhuǎn)換電路143從判定電路142接收到來自偶數(shù)行像素的信號以及標(biāo)記FL的值時，僅當(dāng)標(biāo)記 FL存儲著邏輯“ 1 ”時，AD轉(zhuǎn)換電路143才進(jìn)行工作以對來自偶數(shù)行像素的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn) 換，并將AD轉(zhuǎn)換后的信號傳送到鎖存器144。具體地，如果從判定電路142接收到的標(biāo)記FL所存儲的是邏輯“0”，即，如果來自 奇數(shù)行像素的信號不處于飽和電平，則AD轉(zhuǎn)換電路143處于待機(jī)狀態(tài)，并且不對來自偶數(shù) 行像素的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理。另外，如果標(biāo)記FL所存儲的是邏輯“ 1 ”，即，如果來自奇數(shù) 行像素的信號處于飽和電平，則AD轉(zhuǎn)換電路143對來自偶數(shù)行像素的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理。在上述方式中，按照奇數(shù)行、偶數(shù)行的順序利用列電路14A對來自兩行中的像素(即，上下兩個像素)的信號進(jìn)行了處理。然后，所得到的像素信號的值和標(biāo)記FL的值都從 鎖存器144被讀出到圖1所示的水平總線18。因此，上下兩個像素中的一個像素的信號被 進(jìn)行了 AD轉(zhuǎn)換并被輸出。在此過程中，另一個像素的信號未受到AD轉(zhuǎn)換處理，且AD轉(zhuǎn)換 電路143處于待機(jī)狀態(tài)。上下兩個像素共用前面說明的同色的濾色器。如果來自累積時間較長的高靈敏度像素的信號已經(jīng)飽和，則使用來自累積時間較 短的低靈敏度像素的信號。這里，飽和是指如下狀態(tài)在該狀態(tài)下，信號主要處于這樣一個 電平，處于該電平的信號對入射光的量基本上沒有線性響應(yīng)。在本示例中，如果從奇數(shù)行像 素讀出的高靈敏度信號還未飽和，則該高靈敏度信號的信號電平和標(biāo)記FL的值“0”從列電 路14A被輸出到水平總線18。如果從奇數(shù)行像素讀出的信號已經(jīng)飽和，則從偶數(shù)行像素讀 出的低靈敏度信號的信號電平和標(biāo)記FL的值“ 1，，從列電路14A被讀出到水平總線18。然后，根據(jù)上述信號電平和標(biāo)記FL的值，后續(xù)階段的信號處理部(例如，圖26中 的數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor,DSP) 103)進(jìn)行信號處理。因此，能夠擴(kuò)大 動態(tài)范圍。具體地，如果標(biāo)記FL表明來自高靈敏度像素的信號還未飽和(FL = 0)，則后續(xù) 階段的信號處理部通過使用與標(biāo)記FL —起作為一對而被提供的來自高靈敏度像素的信號 來生成視頻信號。如果標(biāo)記FL表明來自高靈敏度像素的信號已經(jīng)飽和(FL= 1)，則后續(xù)階段的信號 處理部使用與標(biāo)記FL —起作為一對而被提供的來自低靈敏度像素的信號的信號電平來生 成視頻信號。通過上述信號處理，能夠擴(kuò)大相對于光輸入的動態(tài)范圍。如果上下兩個像素的間距實際上等于或者小于透鏡分辨率，則垂直分辨率不會降 低，并且來自上下兩個像素的信號就能夠被視為如同是從方形像素輸出的具有擴(kuò)大的動態(tài) 范圍的信號。這里，透鏡分辨率是指通過接收入射光的光學(xué)系統(tǒng)的透鏡在CMOS圖像傳感器 10的攝像面上形成的圖像的分辨率。嚴(yán)格來說，可能在一些情況下，通過除了透鏡之外的諸如光學(xué)低通濾波器等元件 來確定分辨率。另外，如果考慮不使用所謂的“透鏡”而進(jìn)行攝像，例如使用X射線或者透 射光來直接攝像的情況下，則透鏡分辨率是指用于在CMOS圖像傳感器10的攝像面上形成 圖像的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。為了使來自上下兩個像素的信號看起來像是從單個像素輸出的信號，就期望該上 下兩個像素的偏移量及靈敏度特性盡可能相似，并且該上下兩個像素之間的特性差異小于 通常的像素偏差。否則，在這兩個像素的信號之間的過渡區(qū)域可能會產(chǎn)生間斷(gap)。因此，上下兩個像素共用構(gòu)成像素電路的多個電路元件中的一部分電路元件。稍后會說明像 素對一部分電路元件的共用。另外，如前所述，列電路14A被構(gòu)造為使得形成一個組的兩個像素(在本示例中 為高靈敏度像素和低靈敏度像素)中的一個像素的信號受到AD轉(zhuǎn)換，并且另一像素的信號 未受到AD轉(zhuǎn)換且AD轉(zhuǎn)換電路143處于待機(jī)狀態(tài)。該配置的優(yōu)點是，與對兩個像素的各個 信號都進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理的情況相比，由于AD轉(zhuǎn)換電路143處于待機(jī)狀態(tài)因而能夠降低電 能消耗。上述信號處理技術(shù)的應(yīng)用不限于CMOS圖像傳感器10 (該CMOS圖像傳感器10被 構(gòu)造為 通過組合多個矩形像素來形成方形像素，并且把從多個矩形像素讀出的多個信號作 為單個信號輸出從而作為方形像素信號的)。也就是說，不管單位像素30的形狀如何，上述 信號處理技術(shù)通常都能夠應(yīng)用于單位像素30按照行和列以二維形式布置而得到的CMOS圖 像傳感器。另外，在本示例中，已經(jīng)作為示例說明了包括高靈敏度像素和低靈敏度像素的兩 個像素形成一組的情況。然而，形成一組的像素的數(shù)量不限于兩個。另外，對像素的信號進(jìn) 行的信號處理不限于AD轉(zhuǎn)換處理。也就是說，當(dāng)像素陣列部12中的n(2彡η)個像素(在本示例中η = 2)形成一組 并且從該η個像素依次讀出η個信號時，判定電路142在這些信號中的每一個信號的讀出 時都判定該信號是否等于或者大于預(yù)定值。然后，根據(jù)判定結(jié)果，對m個信號進(jìn)行預(yù)定信號 處理，其中，m小于η (1 < m < η)。因此，由于不對其他(n-m)個信號進(jìn)行預(yù)定信號處理，因 而能夠降低電能消耗。η = 3時進(jìn)行的列處理下面參照一個示例來說明第一變形例的列處理(列電路14Α-1進(jìn)行的信號處理)， 在該示例中，例如，數(shù)量η不是兩個而例如可以是三個，即靈敏度互不相同的三個像素形成一組。圖5示出了其中讓靈敏度不同的三個像素形成一組而得到的像素陣列部12的像 素陣列的示例。如圖5所示，在本示例中，將顏色編碼設(shè)計成使三行由重復(fù)的GR組合構(gòu)成 的顏色排列和三行由重復(fù)的BG組合構(gòu)成的顏色排列進(jìn)行交替。另外，在垂直方向上相鄰的 同色的三個像素形成一組，并且它們例如具有如下的靈敏度高低關(guān)系這三個像素中最上 面的像素具有最高靈敏度，且這三個像素中最下面的像素具有最低靈敏度。然而，靈敏度高低關(guān)系不限于上述順序。在任何一種靈敏度高低關(guān)系中，優(yōu)選的 是，在垂直驅(qū)動部13的驅(qū)動操作下，來自高靈敏度像素的信號被首先讀出并輸入到第一實 施例的第一變形例的列電路14Α-1中。圖6示出了第一實施例的第一變形例的列電路14Α-1的結(jié)構(gòu)示例。本變形例的列 電路14Α-1具有與圖4所示第一實施例的列電路14Α基本相同的結(jié)構(gòu)。列電路14Α-1與列 電路14Α的不同之處在于鎖存器144'由兩個鎖存器1和2形成。判定電路142、AD轉(zhuǎn)換電路143和鎖存器144'對來自第一行、第二行和第三行的 各個像素的信號進(jìn)行以下的不同的處理操作?！傅谝恍?1使用像素的飽和電平作為判定基準(zhǔn)，判定電路142判定從第一行像素傳輸來的信號是否還未飽和。如果信號不處于飽和電平，則判定電路142將邏輯“O”寫入到標(biāo)記FL中。 如果信號處于飽和電平，則判定電路142將邏輯“1”寫入到標(biāo)記FL中。然后，判定電路142 把標(biāo)記FL與從⑶S電路141接收到的信號一起發(fā)送到AD轉(zhuǎn)換電路143。
如果標(biāo)記FL存儲著邏輯“0 ”( S卩，該信號不處于飽和電平)，則AD轉(zhuǎn)換電路143進(jìn) 行工作以對像素的模擬信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將AD轉(zhuǎn)換后的信號寫入到鎖存器144'的鎖存 器1中。如果標(biāo)記FL存儲著邏輯“ 1”( S卩，該信號處于飽和電平)，則AD轉(zhuǎn)換電路143處 于待機(jī)狀態(tài)，因此不進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理。標(biāo)記FL的值通過AD轉(zhuǎn)換電路143被寫入到鎖存器 144'的一部分中。「第二行 1
判定電路142不對從第二行像素傳輸來的信號進(jìn)行判定處理，而是把該信號與來 自第一行像素的信號的判定結(jié)果(即，標(biāo)記FL的值)一起發(fā)送到AD轉(zhuǎn)換電路143。在AD 轉(zhuǎn)換電路143從判定電路142接收到來自第二行像素的信號和標(biāo)記FL的值時，不管標(biāo)記FL 的值如何，AD轉(zhuǎn)換電路143都進(jìn)行工作以對來自第二行像素的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。在此過 程中，如果標(biāo)記FL存儲著邏輯“0”，則AD轉(zhuǎn)換電路143將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果寫入到鎖存器144' 的鎖存器2中。如果標(biāo)記FL存儲著邏輯“1”，則由于鎖存器144'的鎖存器1是空的，因此 AD轉(zhuǎn)換電路143將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果寫入到鎖存器1中?！傅谌?判定電路142不對從第三行像素傳輸來的信號進(jìn)行判定處理，而是把該信號與來 自第一行像素的信號的判定結(jié)果(即，標(biāo)記FL的值)一起發(fā)送的AD轉(zhuǎn)換電路143。在AD 轉(zhuǎn)換電路143從判定電路142接收到來自第三行像素的信號和標(biāo)記FL的值時，僅當(dāng)標(biāo)記FL 所存儲的是邏輯“ 1 ”時，AD轉(zhuǎn)換電路143才進(jìn)行工作以對來自第三行像素的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。具體地，如果從判定電路142接收到的標(biāo)記FL所存儲的是邏輯“0”，即，如果來自 第一行像素的信號不處于飽和電平，則AD轉(zhuǎn)換電路143處于待機(jī)狀態(tài)，并且不對來自第三 行像素的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理。另外，如果標(biāo)記FL所存儲的是邏輯“ 1 ”，即，如果來自第一 行像素的信號處于飽和電平，則AD轉(zhuǎn)換電路143對來自第三行像素的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處 理，并且將AD轉(zhuǎn)換結(jié)果寫入到鎖存器144'的鎖存器2中。通過列電路14A-1以上述方式對來自三個像素的信號進(jìn)行了處理。然后，鎖存器 144'的兩個鎖存器1和2中的標(biāo)記FL的值和信號的值被讀出到圖1所示的水平總線18。 由于通過列電路14A-1進(jìn)行的信號處理，這三個像素中的兩個像素的信號得到了 AD轉(zhuǎn)換并 被輸出。更具體地，如果最初讀出的高靈敏度像素的信號已經(jīng)飽和，則該高靈敏度像素的 信號不會受到AD轉(zhuǎn)換處理，并且中等靈敏度像素的信號的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果和低靈敏度像素的 信號的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果被寫入到鎖存器144'的鎖存器1和鎖存器2中。此外，如果最初讀出 的高靈敏度像素的信號還未飽和，則該高靈敏度像素的信號和中等靈敏度像素的信號受到 AD轉(zhuǎn)換，并且這兩個信號的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果被寫入到鎖存器144'的鎖存器1和鎖存器2中。 低靈敏度像素的信號未受到AD轉(zhuǎn)換處理。寫入到鎖存器144'的兩個鎖存器1和2中的標(biāo)記FL的值和數(shù)字信號被輸出到水 平總線18。然后，后續(xù)階段的信號處理部(例如，圖26中的DSP 103)根據(jù)這些信號的值和標(biāo)記FL的值進(jìn)行信號處理。因此，能夠擴(kuò)大動態(tài)范圍。在依次讀出形成為一組的三個像素的信號的上述處理示例中，根據(jù)由判定電路 142作出的對信號電平的判定，AD轉(zhuǎn)換電路143僅工作兩次，并待機(jī)一次。因此，與AD轉(zhuǎn)換 電路143對三個像素的各個信號工作三次的情況相比，本示例能夠降低電能消耗。上面說明了通常對三個像素中的兩個像素進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的示例。然而，如果也通過 判定電路142判定來自第二行像素的信號的信號電平，且如果與來自第一行像素的信號一 樣，來自第二行像素的信號也已經(jīng)飽和，則對于來自第二行像素的信號，AD轉(zhuǎn)換電路143也 可以處于待機(jī)狀態(tài)。在這種情況下，會發(fā)生微小的變化，例如標(biāo)記FL變?yōu)?位(two bit) 等。然而，這樣的變化能夠被設(shè)計者充分預(yù)料到。
如上所述，根據(jù)設(shè)計者的想法可以有各種應(yīng)用。也就是說，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限 于在上述實施例中說明的范圍。因此，在不偏離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)，能夠以各種方式對上 述實施例進(jìn)行修改或者改進(jìn)，并且這些修改或者改進(jìn)的實施例也包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍 中。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，本發(fā)明也能夠用于處理來自靈敏度不同的四個以上 像素的信號。圖7A和圖7B各自示出了操作的時間順序，下面參照圖7A和圖7B來概括說明當(dāng)數(shù) 量η是兩個或者三個時所進(jìn)行的列處理的上述概要。圖7Α和圖7Β示出了兩個處理示例。如圖7Α所示，首先從具有最高靈敏度的第i行像素讀出信號。響應(yīng)于此操作，判 定電路142判定從第i行像素讀出的信號是否已經(jīng)飽和。在此過程中，如果判定該信號未 飽和，則在第i行的AD轉(zhuǎn)換期間對來自第i行像素的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理。另外，如果判定該信號已飽和，則在第i行的AD轉(zhuǎn)換期間不對該信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換 處理，且AD轉(zhuǎn)換電路143處于待機(jī)狀態(tài)。在此過程中，針對各個像素列來進(jìn)行像素的信號 是否已經(jīng)飽和的判定。因此，來自第i行像素的信號可能來自受到了 AD轉(zhuǎn)換處理的像素列 或者來自未受到AD轉(zhuǎn)換處理的像素列。然后，從靈敏度比第i行像素的靈敏度低的第i+Ι行像素讀出信號。在第i+Ι行 的AD轉(zhuǎn)換期間，來自第i行中受到了 AD轉(zhuǎn)換處理的像素列的信號不受到AD轉(zhuǎn)換處理，且 AD轉(zhuǎn)換電路143處于待機(jī)狀態(tài)。此外，來自第i行中未受到AD轉(zhuǎn)換處理的像素列的信號受 到AD轉(zhuǎn)換處理。如上所述，在第一實施例的列處理中，例如，為來自兩行像素的信號的讀出提供了 兩個AD轉(zhuǎn)換期間。另外，AD轉(zhuǎn)換電路143在上述兩個AD轉(zhuǎn)換期間中的一個AD轉(zhuǎn)換期間 內(nèi)工作。此外，如圖7B所示，在如下的處理示例中AD轉(zhuǎn)換電路143也是在兩個AD轉(zhuǎn)換期 間中的一個AD轉(zhuǎn)換期間內(nèi)工作，該處理示例是在針對來自給定行的像素的信號進(jìn)行的AD 轉(zhuǎn)換期間內(nèi)，并行地進(jìn)行來自下一行的像素的信號的讀出。AD轉(zhuǎn)換電路143在兩個AD轉(zhuǎn)換期間中的一個AD轉(zhuǎn)換期間內(nèi)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理的 操作意味著該AD轉(zhuǎn)換電路143在另一個AD轉(zhuǎn)換期間內(nèi)處于待機(jī)狀態(tài)。因此，由于AD轉(zhuǎn)換 電路143的待機(jī)狀態(tài)，因而能夠降低電能消耗。在上述第一實施例或者第一變形例的列處理(列電路14A或者14A-1進(jìn)行的信號 處理)中，AD轉(zhuǎn)換電路143并不總是保持在工作狀態(tài)，而是在適當(dāng)時處于待機(jī)狀態(tài)，因而能 夠降低電能消耗。作為第二變形例的列處理，下面說明除了能夠?qū)崿F(xiàn)電能消耗的降低之外 還能實現(xiàn)信號處理時間的縮短的列處理。
圖8A和圖8B各自是示出了第二變形例的列電路的操作的時間順序的時序圖。圖 8A和圖8B示出了兩個處理示例。假設(shè)第二變形例的列電路包括采樣/保持(S/H)電路。如圖8A所示，例如，首先從作為奇數(shù)行的第i行的像素讀出信號。響應(yīng)于該操作，判定電路142判定從第i行像素讀出的信號是否已經(jīng)飽和。如果判定來自第i行像素的信 號未飽和，則通過采樣/保持電路對該信號進(jìn)行保持。在此過程中，未飽和的信號不一定必 須通過采樣/保持電路來予以保持。然后，從作為偶數(shù)行的第i+Ι行的像素讀出信號。在此過程中，如果前面的來自第 i行像素的信號還未飽和，則來自第i+Ι行像素的信號被阻擋在采樣/保持電路之外。反 之，如果來自第i行像素的信號已經(jīng)飽和，則通過采樣/保持電路對來自第i+Ι行像素的信 號進(jìn)行保持。然后，該處理進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換期間，并且AD轉(zhuǎn)換電路143對由采樣/保持電路保 持的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理。如上所述，當(dāng)數(shù)量η是兩個時，例如，在第二變形例的列處理中，將一個AD轉(zhuǎn)換期 間設(shè)定為對應(yīng)于來自兩行像素的信號的讀出。也就是說，由于不需要在來自兩行像素的信 號的讀出時的待機(jī)時間，因而能夠縮短AD轉(zhuǎn)換期間。因此，與第一實施例或者第一變形例 中將兩個AD轉(zhuǎn)換期間設(shè)定為對應(yīng)于來自兩行像素的信號的讀出的列處理相比，本示例的 列處理能夠提高信號處理速度。另外，如果使本示例的信號處理速度與第一實施例或者第一變形例的列處理的信 號處理速度一樣低，則能夠提高該低速信號處理時的精度，例如AD轉(zhuǎn)換處理的轉(zhuǎn)換精度。 另外，利用為來自兩行像素的信號的讀出而設(shè)定的一個AD轉(zhuǎn)換期間，本示例能夠?qū)崿F(xiàn)比設(shè) 定有兩個AD轉(zhuǎn)換期間的情況下更低的電能消耗。如圖8Β所示，例如，在如下的處理示例中也為來自兩行像素的信號的讀出僅設(shè)定 了一個AD轉(zhuǎn)換期間，該處理示例是在針對來自兩行像素的信號進(jìn)行的AD轉(zhuǎn)換期間內(nèi)，并 行地進(jìn)行來自下一個兩行像素的信號的讀出。下面說明用于實現(xiàn)上述第二變形例的列處理的列電路14Α的具體示例。圖9示出了第二變形例的第一具體示例的列電路14Α-2的結(jié)構(gòu)示例的框圖。在該 圖中，與圖4中的元件相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。如圖9所示，除了包括具有采樣/保持電路的⑶S電路141'、判定電路142、AD轉(zhuǎn) 換電路143和鎖存器144之外，第一具體示例的列電路14A-2被構(gòu)造為還包括多路復(fù)用器 (MUX) 145。下面將⑶S電路141 ‘作為⑶S及S/H電路141 ‘進(jìn)行說明。多路復(fù)用器145適當(dāng)?shù)剡x擇把通過對應(yīng)的垂直信號線122輸入過來的像素信號供 給至⑶S及S/H電路141'還是通過電容元件C將該信號釋放到接地。除了⑶S及S/H電 路141'包括采樣/保持電路之外，該⑶S及S/H電路141'基本上與第一實施例的⑶S電 路141相同。另外，判定電路142、AD轉(zhuǎn)換電路143和鎖存器144也是基本上與第一實施例 中的那些元件相同。下面說明通過第一具體示例的上述結(jié)構(gòu)的列電路14A-2進(jìn)行的信號處理。例如， 在來自作為奇數(shù)行的第i行的像素的信號的到達(dá)時刻，判定電路142控制多路復(fù)用器145， 從而向⑶S及S/H電路141'提供來自第i行像素的信號。因此，來自第i行像素的信號受 到⑶S及S/H電路141 ‘的⑶S處理，并被采樣/保持電路保持。判定電路142判定由⑶S及S/H電路141'保持的來自第i行像素的信號是否已經(jīng)飽和。然后，判定電路142將判定結(jié)果寫入到標(biāo)記FL中，并保存用于識別該來自第i行 像素的信號的識別信息。在此過程中，如果該信號被判定為未飽和，則判定電路142將多路 復(fù)用器145切換到電容元件C。此外，如果該信號被判定為已飽和，則判定電路142維持多 路復(fù)用器145的當(dāng)前狀態(tài)(與⑶S及S/H電路141'連接)。然后，從作為偶數(shù)行的第i+Ι行的像素讀出信號。如果前面的來自第i行像素的信 號還未飽和，則多路復(fù)用器145已切換到電容元件C。因此，來自第i+Ι行像素的信號不會 被輸入到⑶S及S/H電路141 ‘，而是通過電容元件C被釋放到接地。另外，⑶S及S/H電 路141'繼續(xù)保持前面的來自第i行像素的信號。如果來自第i行像素的信號已經(jīng)飽和，則 把來自第i+Ι行像素的信號輸入到⑶S及S/H電路141 ‘，從而通過⑶S及S/H電路141 ‘ 進(jìn)行⑶S處理、采樣和保持。然后，該處理進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換期間。AD轉(zhuǎn)換電路143對從⑶S及S/H電路141 ‘供給 來的 信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將AD轉(zhuǎn)換后的信號傳送到鎖存器144。在此過程中，AD轉(zhuǎn)換電路 143從判定電路142接收用于表明該AD轉(zhuǎn)換后的信號來自奇數(shù)行還是偶數(shù)行的識別信息， 并將該識別信息傳送到鎖存器144。另外，判定電路142將多路復(fù)用器145切換至CDS及 S/H電路141'。然后，對來自第i+2行像素的信號和來自第i+2行后面各行像素的信號以 類似的方式重復(fù)進(jìn)行信號處理。根據(jù)上述一系列信號處理，可以獲得能夠?qū)崿F(xiàn)前面說明的用于擴(kuò)大動態(tài)范圍的處 理的信號。在上述信號處理中，當(dāng)不需要來自第i+Ι行像素的信號時，多路復(fù)用器145不是 執(zhí)行使垂直信號線122與⑶S及S/H電路141 ‘之間的連接簡單斷開的操作，而是執(zhí)行切換 至電容元件C的操作，從而防止垂直信號線122的電容出現(xiàn)大的變化。圖10示出了第二變形例的第二具體示例的列電路14A-3的結(jié)構(gòu)示例的框圖。在 該圖中，與圖4中的元件相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。如圖10所示，第二具體示例的列電路14A-3被構(gòu)造為在⑶S電路141與AD轉(zhuǎn)換 電路143之間設(shè)置有S/H電路146，判定電路142與S/H電路146并行設(shè)置著，并且計算電 路147被設(shè)置為替代鎖存器144。⑶S電路141、判定電路142和AD轉(zhuǎn)換電路143基本上與 第一實施例中的那些相同。稍后對計算電路147的功能進(jìn)行詳細(xì)說明。下面，說明通過第二具體示例的上述結(jié)構(gòu)的列電路14A-3進(jìn)行的信號處理。例如， 把來自作為奇數(shù)行的第i行的像素的信號輸入至⑶S電路141，以通過⑶S電路141進(jìn)行 ⑶S處理。判定電路142判定經(jīng)過了⑶S處理的來自第i行像素的信號是否已經(jīng)飽和，并將 判定結(jié)果寫入到標(biāo)記FL中。在此過程中，判定電路142還控制S/H電路146。具體地，如果來自第i行像素的 信號還未飽和，則判定電路142使S/H電路146工作，從而將信號保持在S/H電路146中。 如果來自第i行像素的信號已經(jīng)飽和，則判定電路142可以使S/H電路146工作或不使S/ H電路146工作。隨后，從作為偶數(shù)行的第i+Ι行的像素中讀出信號，并通過⑶S電路141對該信號 進(jìn)行⑶S處理。在此過程中，判定電路142參照標(biāo)記FL。如果前面的來自第i行像素的信 號已經(jīng)飽和，則判定電路142使S/H電路146工作，從而將來自第i+Ι行像素的信號保持在 S/H電路146中。如果來自第i行像素的信號還未飽和，則判定電路142不使S/H電路146 工作，并且讓S/H電路146繼續(xù)保持來自第i行像素的信號。
然后，該處理進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換期間。AD轉(zhuǎn)換電路143對從S/H電路146接收到的信號 進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將AD轉(zhuǎn)換后的信號傳送到計算電路147。計算電路147參照通過AD轉(zhuǎn)換 電路143進(jìn)行的AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果和從判定電路142接收到的標(biāo)記FL的值，并進(jìn)行擴(kuò)大動態(tài) 范圍的處理。計算電路147已經(jīng)被輸入有第i行和第i+Ι行各自的累積時間的信息，該信 息對全部像素列是通用的。另外，計算電路147直接保存來自奇數(shù)行的信號，并且保存被乘 上了累積時間比(accumulation time ratio)的來自偶數(shù)行的信號。因此，作為信號計算電路147的計算結(jié)果，可以獲得經(jīng)過了動態(tài)范圍擴(kuò)大處理的 信號。也就是說，第二具體示例的列電路14A-3也能進(jìn)行與該列電路14A-3相關(guān)的上述動 態(tài)范圍擴(kuò)大處理。
圖11是示出了第二變形例的第三具體示例的列電路14A-4的結(jié)構(gòu)示例的框圖。 在該圖中，與圖10中的元件相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。在第一具體示例的列電路 14A-2和第二具體示例的列電路14A-3這兩個例子中，處理來自兩行(η = 2)靈敏度不同的 像素的信號。此外，第三具體示例的列電路14Α-4的例子處理來自三行(η = 3)靈敏度不 同的像素的信號。如圖11所示，第三具體示例的列電路14Α-4被構(gòu)造為包括對應(yīng)于每個像素列而設(shè) 置的兩個采樣/保持(S/H)電路146 (S/H電路1和S/H電路2)。列電路14Α-4的其它元 件基本上與第二具體示例的列電路14Α-3的元件相同。下面將兩個S/H電路1和2統(tǒng)稱為 S/H電路146'進(jìn)行說明。從像素陣列部12讀出像素的信號，且同色的三個像素的信號按照第i行、第i+1 行和第i+2行(i代表3的倍數(shù))的順序被連續(xù)讀出。另外，第i行像素具有最高靈敏度， 該第i行像素的信號是上述三個像素的信號中被最先讀出的信號，第i+2行像素具有最低 靈敏度，該第i+2行像素的信號是上述三個像素的信號中被最后讀出的信號。⑶S電路141的操作與第一實施例中相同。判定電路142、AD轉(zhuǎn)換電路143和計 算電路147對來自第i行、第i+Ι行和第i+2行像素的信號講行以下的不同的操作?！傅?i 行 1判定電路142首先判定受到⑶S電路141的⑶S處理的來自第i行像素的信號是 否已經(jīng)飽和，并將判定結(jié)果寫入到標(biāo)記FL中。類似于第二具體示例，判定電路142還控制 S/H電路146' (S/H電路1和2)。具體地，如果來自第i行像素的信號還未飽和，則判定電 路142使S/H電路1工作，從而把來自第i行像素的信號保持在S/H電路1中。如果來自 第i行像素的信號已經(jīng)飽和，則判定電路142不使S/H電路1和2工作?！傅?i+Ι 行 1判定電路142參照標(biāo)記FL的值。如果來自第i行像素的信號已經(jīng)飽和，則判定電 路142使S/H電路1接收受到⑶S電路141的⑶S處理的來自第i+Ι行像素的信號。如果 來自第i行像素的信號還未飽和，則判定電路142使S/H電路2接收受到⑶S電路141的 ⑶S處理的來自第i+Ι行像素的信號?！傅?i+2 行 1判定電路142參照標(biāo)記FL的值。如果來自第i行像素的信號已經(jīng)飽和，則判定電 路142使S/H電路2接收受到⑶S電路141的⑶S處理的來自第i+2行像素的信號。如果 來自第i行像素的信號還未飽和，則判定電路142不使S/H電路1和2工作。
AD轉(zhuǎn)換及以后然后，AD轉(zhuǎn)換電路143對由S/H電路1保持的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理，并將該AD轉(zhuǎn) 換后的信號傳送到計算電路147。然后，AD轉(zhuǎn)換電路143對由S/H電路2保持的信號進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換處理，并將該AD轉(zhuǎn)換后的信號傳送到計算電路147。根據(jù)通過判定電路142傳送的標(biāo)記FL的值和通過AD轉(zhuǎn)換電路143進(jìn)行的兩次AD 轉(zhuǎn)換的結(jié)果，計算電路147進(jìn)行動態(tài)范圍擴(kuò)大處理。計算電路147已經(jīng)被輸入有第i行、第 i+1行和第i+2行各自的累積時間的信息，該信息對全部像素列是通用的。另外，如果待計算的信號是來自第i行像素的信號和來自第i+Ι行像素的信號，則 計算電路147進(jìn)行SiX (1-α ^+SwXr1X α 的計算處理，并對該計算結(jié)果進(jìn)行保存。
這里，Si代表第i行的信號，Si+1代表第i+Ι行的信號，巧代表第i行像素與第i+1 行像素之間的靈敏度比，并且Q1代表系數(shù)。如圖12所示，系數(shù)、采取由第i行的信號51 決定的從0至1的范圍內(nèi)的值。在靠近飽和電平的區(qū)域中，系數(shù)h被設(shè)定為使貢獻(xiàn)率增 加的值(接近1的值)。具體地，在大約一半飽和電平以下的區(qū)域內(nèi)，系數(shù)、為0，而在高 于大約一半飽和電平的區(qū)域內(nèi)，系數(shù)α ！根據(jù)第i行的信號Si從0至1呈線性變化。如果待計算的信號是來自第i+Ι行像素的信號和來自第i+2行的信號，則計算電 路147進(jìn)行SwXr1X (l-a2)+Si+2Xr2X a 2的計算處理，并且對該計算結(jié)果進(jìn)行保存。這里，Si+2代表第i+2行的信號，r2代表第i行像素與第i+2行像素之間的靈敏度 比，并且a 2代表系數(shù)。如圖13所示，系數(shù)％采取由第i+Ι行的信號Si+1決定的從0至1 范圍內(nèi)的值。在靠近飽和電平的范圍內(nèi)，系數(shù)Ci2被設(shè)定為使貢獻(xiàn)率增加的值(接近1的 值)。具體地，在大約一半飽和電平以下的區(qū)域內(nèi)，系數(shù)^2為0，而在高于大約一半飽和電 平的區(qū)域內(nèi)，系數(shù)a 2根據(jù)第i+Ι行的信號Si+1從0至1呈線性變化。由此，來自三個像素的信號受到列電路14A-4的處理，并且作為該處理結(jié)果的來 自計算電路147的輸出被讀出到圖1所示的水平總線18。因此，來自三個像素中的兩個像 素的信號被合成并讀出。如果最先讀出的高靈敏度像素的信號已經(jīng)飽和，則該高靈敏度像素的信號不會受 到AD轉(zhuǎn)換處理。因此，中等靈敏度像素的信號和低靈敏度像素的信號被合成并輸出。另外， 如果最初讀出的高靈敏度像素的信號還未飽和，則該高靈敏度像素的信號和中等靈敏度像 素的信號受到AD轉(zhuǎn)換并被合成。低靈敏度像素的信號未受到AD轉(zhuǎn)換處理。因此，AD轉(zhuǎn)換 電路143的對于三個信號的工作減少為兩次AD轉(zhuǎn)換處理。圖14A和圖14B各自是第三具體示例的列電路14A-4的操作的時間順序的時序 圖。圖14A和圖14B示出了兩個處理示例。在圖14A的第一處理示例中，從第i行像素至第i+2行像素讀出信號，然后進(jìn)行兩 次AD轉(zhuǎn)換。圖14B的第二處理示例基本上與圖14A的第一處理示例相同。然而，在圖14B 的處理示例中，在來自第i+2行像素的信號的讀出之后，緊接著進(jìn)行來自第i+3行像素的信 號的讀出，且與來自第i+3行像素的信號的讀出處理一起并行地進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換處理。這里，如前所述，飽和是指信號主要處于如下電平的狀態(tài)處于該電平的信號對入 射光的量基本上沒有線性響應(yīng)。在第三具體示例的列處理中，信號是按照靈敏度的降序從 像素讀出的。然而，在按照靈敏度的升序從像素讀出信號的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)列處理。如上所述，通過將AD轉(zhuǎn)換電路143的對于三個信號的工作減少為兩次AD轉(zhuǎn)換處理，能夠減少AD轉(zhuǎn)換處理的次數(shù)。因此，與對三個信號進(jìn)行三次AD轉(zhuǎn)換處理的情況相比， 本示例能夠提高信號處理速度。另外，如果允許本示例的處理速度與對三個信號進(jìn)行的三 次AD轉(zhuǎn)換處理的處理速度是相同的處理速度(低速)，則能夠提高該低速信號處理時的精 度，例如AD轉(zhuǎn)換處理的轉(zhuǎn)換精度。通過減少AD轉(zhuǎn)換處理的次數(shù)，還能夠使電能消耗降低。像素電路圖15示出了第一實施例的像素電路的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。如圖15所示，上下兩個像素30U和30L分別包括作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管(PD) 31U和31L以及傳輸晶體 管32U和32L。另外，上下兩個像素30U和30L被構(gòu)造為共用一些電路元件，例如共用包括 復(fù)位晶體管33、選擇晶體管34和放大晶體管35的三個晶體管。在本示例中，例如，各個像素晶體管32U、32L和33 35使用N溝道MOS晶體管， 但不限于此。另外，為了對傳輸晶體管32U和32L、復(fù)位晶體管33以及選擇晶體管34進(jìn)行 驅(qū)動控制，為各個行設(shè)置有傳輸控制線1211U和1211L、復(fù)位控制線1212以及選擇控制線 1213以作為前述的像素驅(qū)動線121。傳輸晶體管32U連接在光電二極管3IU的陰極電極與浮動擴(kuò)散部(FD =Floating Diffusion Capacitance ；浮動擴(kuò)散電容)36之間，并且傳輸晶體管32L連接在光電二極 管31L的陰極電極與浮動擴(kuò)散部36之間。高激活傳輸脈沖(high-active transmission pulse) TRGu通過傳輸控制線1211U被供給到傳輸晶體管32U的柵極電極，并且高激活傳輸 脈沖TRGI通過傳輸控制線1211L被供給到傳輸晶體管32L的柵極電極。因此，傳輸晶體管 32U和32L分別向浮動擴(kuò)散部36傳輸由光電二極管31U和31L進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并累積在光電 二極管31U和31L中的電荷(此處為電子)。浮動擴(kuò)散部36起到將電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號的 電荷電壓轉(zhuǎn)換單元的作用。復(fù)位晶體管33的漏極電極和源極電極分別連接至電源電壓Vdd的電源線和浮動 擴(kuò)散部36。在從光電二極管31U和31L向浮動擴(kuò)散部36傳輸電荷之前，通過復(fù)位控制線 1212向復(fù)位晶體管33的柵極電極供給高激活復(fù)位脈沖(high-active reset pulse)RST0 因此，復(fù)位晶體管33對浮動擴(kuò)散部36的電位進(jìn)行復(fù)位。選擇晶體管34的漏極電極和柵極電極分別連接至電源電壓Vdd的電源線和選擇 控制線1213。高激活選擇脈沖(high-active selection pulse) SEL通過選擇控制線1213 被供給到選擇晶體管34的柵極電極。因此，選擇晶體管34使單位像素(30U或者30L)處 于被選狀態(tài)。放大晶體管35的柵極電極、漏極電極和源極電極分別連接至浮動擴(kuò)散部36、選擇 晶體管34的源極電極和垂直信號線122。在利用選擇晶體管34使單位像素(30U或者30L) 處于被選狀態(tài)的情況下，放大晶體管35從單位像素(30U或者30L)將信號輸出到垂直信號 線 122。具體地，放大晶體管35把已被復(fù)位晶體管33復(fù)位的浮動擴(kuò)散部36的電位作為復(fù) 位電平輸出。另外，在通過傳輸晶體管32U或者32L從光電二極管3IU或者31L向浮動擴(kuò) 散部36傳輸電荷之后，放大晶體管35將浮動擴(kuò)散部36的電位作為信號電平輸出。在此處說明的示例中，各個單位像素30基于包括傳輸晶體管32U或者32L、復(fù)位晶 體管33、選擇晶體管34以及放大晶體管35的四晶體管結(jié)構(gòu)。然而，本示例僅是一個例子。 也就是說，單位像素30的像素結(jié)構(gòu)不限于基于四晶體管結(jié)構(gòu)的像素結(jié)構(gòu)，也可以是例如基于三晶體管結(jié)構(gòu)的像素結(jié)構(gòu)。另外，在上述結(jié)構(gòu)的像素電路中，選擇晶體管34連接在電源電壓Vdd的電源線與 放大晶體管35之間。然而，選擇晶體管34也可以被構(gòu)造為連接在放大晶體管35與垂直信 號線122之間。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的像素電路，在電荷已經(jīng)從光電二極管31U或者31L傳輸?shù)礁訑U(kuò) 散部36之后，對所述電荷進(jìn)行檢測。因此，兩個像素30U和30L共用作為電荷傳輸目的地 的同一浮動擴(kuò)散部36。因此，兩個像素30U與30L之間的靈敏度特性是均衡的。作為連接 至放大晶體管35的柵極電極的節(jié)點，浮動擴(kuò)散部36具有寄生電容。因而，并不是特別需要 準(zhǔn)備電容元件。如上所述，在包括作為按照行和列布置而成的橫向較長型矩形像素的單位像素30 的CMOS圖像傳感器10中，通過使用來自形成一組的上下兩個像素30U和30L的各個信號 中的更好一者，能夠獲得以下的作用效果。通常，如果根據(jù)從上下兩個像素30U和30L的各 個信號選出的信號(或合成的信號)來生成視頻信號，則垂直方向(豎直方向)上的分辨 率降低。然而，在上述結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器10中，垂直方向上的分辨率和水平方向上的 分辨率相等，并且能夠基本上與方形像素類似地對上下兩個像素30U和30L進(jìn)行處理。在 圖像中，垂直方向上的采樣間距僅在信號量發(fā)生改變的上下兩個像素30U與30L之間的過 渡區(qū)域中是不相等的。因此，為了處理的完全性，可以對該區(qū)域附加地進(jìn)行輕微處理。另外，如果垂直方向上的像素間距隨著像素的精細(xì)化而減小并且變得小于用來接 收入射光的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，則CMOS圖像傳感器10的分辨率不由垂直方向上的像素間 距來決定，而是由該光學(xué)系統(tǒng)的分辨率來決定。因此，如果垂直方向上的像素間距小于用 來接收入射光的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，則基本上不必對信號量發(fā)生改變的、上下兩個像素30U 與30L之間的過渡區(qū)域進(jìn)行上述輕微處理。也就是說，如果像素的精細(xì)化超出了分辨率的極限并且垂直方向上的像素間距變 得小于用來接收入射光的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，則使用來自上下兩個像素30U和30L的各個 信號中的更好一者。由此，與如果保持分辨率則會使攝像特性劣化的現(xiàn)有技術(shù)相比，可以在 保持分辨率的同時提高攝像特性。例如，如果上下兩個像素30U和30L中一個像素的信號 是高靈敏度信號且另一像素的信號是低靈敏度信號，并且如果該高靈敏度信號已經(jīng)飽和， 則使用低靈敏度信號來生成視頻信號。因此，能夠擴(kuò)大相對于光輸入的動態(tài)范圍。變形例在很多CMOS圖像傳感器中，為了提高靈敏度，在個體的片上濾色器40上對應(yīng)于各 個像素都設(shè)置有片上透鏡。在第一實施例中，各個單位像素30具有橫向較長的形狀。因而， 很難通過使用片上透鏡來精確地收集光。這是因為，很難制造非圓形的片上透鏡，并且重要 的是，很難通過使用非圓形的透鏡來收集光。[第一變形例]為了解決通過使用片上透鏡來收集光時的問題，優(yōu)選采用具有100%的開口率且 不使用片上透鏡的像素結(jié)構(gòu)，該像素結(jié)構(gòu)例如是背面入射型像素結(jié)構(gòu)或者光電轉(zhuǎn)換膜層疊 型像素結(jié)構(gòu)。背面入射型像素結(jié)構(gòu)從布線層的相對側(cè)接收入射光。光電轉(zhuǎn)換膜層疊型像素 結(jié)構(gòu)在層疊于布線層的入射光側(cè)上的光電轉(zhuǎn)換膜處進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。下面說明背面入射型像素結(jié)構(gòu)的示例。圖16是示出了背面入射型像素結(jié)構(gòu)的示例的截面圖。這里，示出了兩個像素的截 面結(jié)構(gòu)。在圖16中，在硅部41中形成有光電二極管42和像素晶體管43。也就是說，硅部 41是元件形成部。這里，光電二極管42對應(yīng)于圖15的光電二極管31U和31L。另外，像素 晶體管43對應(yīng)于圖15的晶體管32U和32L及33 35。在硅部41的一側(cè)，隔著層間膜44形成有濾色器45。利用此結(jié)構(gòu)，從硅部41的上 述一側(cè)入射的光通過濾色器45而被引導(dǎo)至光電二極管42的各個光接收面。在硅部41的 另一側(cè)，形成有布線部46，在該布線部46中設(shè)置有像素晶體管43各自的柵極電極和金屬布 線。布線部46的與硅部41相背離的表面通過粘合劑47與支撐基板48粘接。 在上述像素結(jié)構(gòu)中，形成有光電二極管42和像素晶體管43的硅部41具有面向布 線部46的一側(cè)，該側(cè)稱作前面?zhèn)龋⑶夜璨?1具有背離布線部46的一側(cè)，該側(cè)稱為背面 側(cè)。根據(jù)上述定義，從硅部41的背面?zhèn)冉邮杖肷涔獾谋鞠袼亟Y(jié)構(gòu)是背面入射型像素結(jié)構(gòu)。根據(jù)該背面入射型像素結(jié)構(gòu)，由于入射光是從布線部46的相對側(cè)接收到的，因而 能夠?qū)㈤_口率提高到100%。另外，布線部46不位于入射光接收側(cè)。因此，不使用片上透鏡 就能夠?qū)⑷肷涔馐占焦怆姸O管42的各個光接收面上。因此，本示例能夠解決當(dāng)各個單 位像素30是在垂直方向和水平方向上具有不同尺寸的矩形像素時而產(chǎn)生的需要使用片上 透鏡來收集光的問題。[第二變形例]在上述第一實施例中，分別對奇數(shù)行和偶數(shù)行進(jìn)行快門掃描，這會導(dǎo)致累積時間 出現(xiàn)差異并因而提供了具有不同靈敏度的上下兩個像素?？商娲?，可以采用另一種提供 不同靈敏度的方法。例如，可以將ND(Neutral Density，中性密度)濾色器僅粘接在偶數(shù)行 上，或者如圖17所示，可以只在奇數(shù)行中的單位像素30上設(shè)置片上透鏡49，從而提供具有 不同靈敏度的上下兩個像素。這里，ND濾色器是指如下的光量調(diào)節(jié)濾色器，該光量調(diào)節(jié)濾 色器使可見光范圍的光量基本上均勻減少而不會影響顏色。第二實施例圖18是示出了第二實施例的像素陣列部12中的像素陣列的示例的結(jié)構(gòu)圖。如圖 18所示，像素陣列部12包括各自具有光電轉(zhuǎn)換元件且布置成多行多列的二維形式的單位 像素30。這里，各個單位像素30是所謂的縱向較長型矩形像素，該縱向較長型矩形像素的 垂直尺寸(在列方向上)是水平尺寸(在行方向上)的兩倍，即，該縱向較長型矩形像素具 有2 1的垂直與水平間距比。如果CMOS圖像傳感器10能夠攝取彩色圖像，則在水平方向上相鄰的多個例如兩 個單位像素30形成一組。由左右兩個像素構(gòu)成的組設(shè)置有同色的片上濾色器40。具體地， 各個奇數(shù)行包括由重復(fù)的GGBB組合構(gòu)成的顏色排列，并且各個偶數(shù)行包括由重復(fù)的RRGG 組合構(gòu)成的顏色排列。左右兩個像素是相同的顏色。因此，一個濾色器能夠覆蓋該左右兩 個像素。在像素陣列部12的像素陣列中，各個單位像素30是垂直與水平尺寸比為2 1的 縱向較長型矩形像素。因此，如圖18所示，用于由左右兩個像素構(gòu)成的組的單個片上濾色 器40的形狀是正方形。這種正方形的片上濾色器40被設(shè)置給通過讓兩列由重復(fù)的GR組合構(gòu)成的顏色排列和兩列由重復(fù)的BG組合構(gòu)成的顏色排列進(jìn)行交替而得到的像素陣列。因 此，片上濾色器40的總體顏色排列是拜爾陣列。在片上濾色器40被構(gòu)造為具有以兩個像素為單位的顏色排列的情況下，能夠獲 得與第一實施例類似的優(yōu)點。也就是說，隨著CMOS工藝的精細(xì)化，像素也變得越來越精細(xì) 化。然而，使濾色器隨著像素的精細(xì)化而精細(xì)化已變得越來越困難。這是因為，很難在防止 濾色器的角部變圓和脫落并同時保持濾色器的分光特性的情況下使濾色器精細(xì)化。然而， 上述結(jié)構(gòu)示例的片上濾色器40能夠被形成為兩個像素的組合尺寸，因而對像素的精細(xì)化 是有利的。掃描方法參照圖19，下面說明對第二實施例的像素陣列部12的像素陣列進(jìn)行的掃描方法， 該像素陣列即由兩列重復(fù)的GR組合的顏色排列和兩列重復(fù)的BG組合的顏色排列進(jìn)行交替 而得到的像素陣列。在圖1的垂直驅(qū)動部13的驅(qū)動操作下進(jìn)行上述掃描。第二實施例的掃描是對偶數(shù)列與奇數(shù)列之間不同的電子快門行進(jìn)行的。因此，偶 數(shù)列和奇數(shù)列 具有不同的累積時間，因而也具有不同的靈敏度。對各個行進(jìn)行兩次讀出操 作，即，首先對奇數(shù)列進(jìn)行讀出操作，然后對偶數(shù)列進(jìn)行讀出操作。在本示例中，來自奇數(shù)列 的各個像素的信號是對應(yīng)于長時間累積的高靈敏度信號，而來自偶數(shù)列的各個像素的信號 是對應(yīng)于短時間累積的低靈敏度信號。像素電路圖20是示出了第二實施例的像素電路的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。在該圖中，與圖15 中的元件相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。如圖20所示，第二實施例的像素電路被構(gòu)造為同色的左右兩個相鄰的像素共用 電路的一部分，從而使左右兩個像素的偏移量及靈敏度特性均衡，并分別對奇數(shù)列和偶數(shù) 列進(jìn)行快門操作和讀出操作。下面分別將左側(cè)的像素30和右側(cè)的像素30稱作奇數(shù)列像素 30ο和偶數(shù)列像素30e。具體地，左右兩個像素30ο和30e分別包括光電二極管(PD) 31ο和31e以及傳輸 晶體管32ο和32e。另外，兩個像素30ο和30e共用一些電路元件，例如共用包括復(fù)位晶體 管33、選擇晶體管34和放大晶體管35的三個晶體管。通常，如第一實施例那樣，同一行中的像素由同一線驅(qū)動。然而，在第二實施例中， 奇數(shù)列和偶數(shù)列分別被分配有用于驅(qū)動傳輸晶體管32 (32ο和32e)各自的柵極電極的線。 具體地，奇數(shù)列像素30ο的傳輸晶體管32ο的柵極電極被用于奇數(shù)列的傳輸線1211ο驅(qū)動， 并且偶數(shù)列像素30e的傳輸晶體管32e的柵極電極被用于偶數(shù)列的傳輸線1211e驅(qū)動。復(fù)位晶體管33、選擇晶體管34和放大晶體管35之間的連接關(guān)系基本上與第一實 施例的像素電路中的連接關(guān)系相同。然而，在第二實施例的像素電路中，選擇晶體管34連 接在放大晶體管35與垂直信號線122之間。此外，在第一實施例的像素電路中，選擇晶體 管34連接在電源電壓Vdd的電源線與放大晶體管35之間?？商娲?，第二實施例的像素 電路可以被構(gòu)造為如第一實施例的像素電路那樣，選擇晶體管34連接在電源電壓Vdd的電 源線與放大晶體管35之間。在上述結(jié)構(gòu)的像素電路中，在對奇數(shù)列執(zhí)行快門操作時，向復(fù)位晶體管33的柵極 電極供給高激活復(fù)位脈沖RST，并且向奇數(shù)列的傳輸晶體管32ο的柵極電極供給高激活傳輸脈沖TRGo。因此，除掉浮動擴(kuò)散部36的電荷，隨后開始奇數(shù)列的累積。此外，在對偶數(shù)列 執(zhí)行快門操作時，向復(fù)位晶體管33的柵極電極供給高激活復(fù)位脈沖RST，并且向偶數(shù)列的 傳輸晶體管32e的柵極電極供給高激活傳輸脈沖TRGe。因此，除掉浮動擴(kuò)散部36的電荷， 隨后開始偶數(shù)列的累積。列處理部
圖21是第二實施例的列電路14B的結(jié)構(gòu)示例的框圖。在該圖中，與圖4中的元件 相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。在第二實施例中，左右兩個相鄰像素30ο和30e形成一組。因此，第二實施例的各 個列電路14B對應(yīng)于每兩個相鄰列而被設(shè)置著。另外，列電路14B被構(gòu)造為包括⑶S電路
141、判定電路142、AD轉(zhuǎn)換電路143和鎖存器144，并且還包括選擇部148，該選擇部148對 應(yīng)于列電路14B的輸入部而被設(shè)置著并例如由用于在奇數(shù)列與偶數(shù)列之間進(jìn)行選擇的開 關(guān)形成。選擇部148首先選擇來自奇數(shù)列的信號，然后選擇來自偶數(shù)列的信號。由于選擇 部148的選擇，來自奇數(shù)列的信號和來自偶數(shù)列的信號依次受到CDS電路141、判定電路
142、AD轉(zhuǎn)換電路143和鎖存器144的處理。CDS電路141、判定電路142、AD轉(zhuǎn)換電路143 和鎖存器144進(jìn)行與第一實施例的處理操作類似的處理操作。如上所述，根據(jù)包括作為垂直與水平尺寸比為2 1且按照行和列布置的單位像 素30的CMOS圖像傳感器10，即使像素的精細(xì)化超出了分辨率的極限并且水平方向上的像 素間距變得小于用來接收入射光的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，也能夠改善攝像特性。例如，如果左 右兩個像素30ο和30e中的一個像素的信號是高靈敏度信號而另一像素的信號是低靈敏度 信號，并且如果該高靈敏度信號已經(jīng)飽和，則使用低靈敏度信號來生成視頻信號。因此，能 夠擴(kuò)大相對于光輸入的動態(tài)范圍。第三實施例在第二實施例中，像素電路的一部分被左右兩個像素30ο和30e所共用。此外，第 三實施例假設(shè)采用了大尺寸的CMOS圖像傳感器，并且被構(gòu)造為左右兩個像素30ο和30e不 共用像素電路的一部分。在諸如大尺寸CMOS圖像傳感器中等提供了額外工藝的結(jié)構(gòu)中，即 使左和右兩個相鄰的像素30ο和30e不共用像素電路的一部分，也能使這兩個像素30ο與 30e在偏移量及靈敏度特性方面均衡。本實施例與第二實施例具有相同的像素陣列和顏色 編碼。像素電路圖22是示出了第三實施例的像素電路的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。在該圖中，與圖20 中的元件相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。如圖22所示，在第三實施例的像素電路中，雖然左右兩個像素30ο和30e不共用 像素電路的一部分，但同一行的奇數(shù)列和偶數(shù)列分別被配備有用于驅(qū)動傳輸晶體管32ο和 32e各自的柵極電極的線。具體地，奇數(shù)列像素30ο的柵極電極通過用于奇數(shù)列的傳輸線 1211ο而被驅(qū)動，并且偶數(shù)列像素30e的柵極電極通過用于偶數(shù)列的傳輸線1211e而被驅(qū) 動。來自左右兩個像素30ο和30e的各個信號(信號電平和復(fù)位電平的信號)分別被讀出 到分別用于奇數(shù)列和偶數(shù)列的垂直信號線122ο和122e。掃描方法
利用通過分別用于同一行中奇數(shù)列和偶數(shù)列的傳輸線1211ο和1211e而進(jìn)行的傳 輸和驅(qū)動操作，可以在快門操作中分別對奇數(shù)列和偶數(shù)列進(jìn)行掃描，并且可以在讀出操作 中同時對奇數(shù)列和偶數(shù)列進(jìn)行掃描。圖23示出了掃描的順序。如圖23所示，分別對奇數(shù) 列和偶數(shù)列進(jìn)行快門操作，而對各個行同時進(jìn)行讀出操作。列處理部圖24是示出了第三實施例的列電路14C的結(jié)構(gòu)示例的框圖。在該圖中，與圖4中 的元件相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。在第三實施例中，在左右兩個像素30ο和30e中分別通過各自的垂直信號線122ο 和122e來供給信號電平和復(fù)位電平。因此，第三實施例的列電路14C被構(gòu)造為包括分別用 于奇數(shù)列和偶數(shù)列的不同的⑶S電路141ο和141e。在列電路14C中，⑶S電路141ο和141e分別對奇數(shù)列和偶數(shù)列進(jìn)行降噪處理，并 且將奇數(shù)列 的已降噪的信號和偶數(shù)列的已降噪的信號分別供給到判定電路142。判定電路 142判定要使用該奇數(shù)列的信號還是該偶數(shù)列的信號。例如，如果對應(yīng)于長時間累積的奇數(shù) 列的信號未達(dá)到飽和電平，則使用奇數(shù)列的信號。如果奇數(shù)列的信號已經(jīng)達(dá)到飽和電平，則 使用偶數(shù)列的信號。然后，判定電路142選擇要被使用的信號，并輸出該信號和判定結(jié)果。AD轉(zhuǎn)換電路143對通過判定電路142供給的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，并將AD轉(zhuǎn)換后的 信號寫入到鎖存器144中。上述判定結(jié)果通過AD轉(zhuǎn)換電路143而被寫入到鎖存器144中 作為標(biāo)記FL。然后，在后續(xù)階段處對該判定結(jié)果和信號進(jìn)行處理，從而獲得具有擴(kuò)大的動態(tài) 范圍的圖像。與第二實施例相比，本實施例對各個行僅進(jìn)行一次讀出操作，因而對實現(xiàn)高速 處理是有利的。此外，在第三實施例中，能夠獲得與第二實施例的作用效果類似的作用效果。例 如，如果左右兩個像素30ο和30e中一個像素的信號是高靈敏度信號且另一像素的信號是 低靈敏度信號，并且如果該高靈敏度信號已經(jīng)飽和，則使用低靈敏度信號來生成視頻信號。 因此，能夠擴(kuò)大相對于光輸入的動態(tài)范圍。3、變形例上述第一 第三實施例被構(gòu)造為使用各自具有1 2(2 1)的垂直與水平尺寸 比的矩形像素作為單位像素30，并且這些單位像素30中的每上下兩個單位像素或者每左 右兩個單位像素形成一組。然而，結(jié)構(gòu)不限于此。例如，可以對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形，即將像 素的垂直與水平尺寸比設(shè)定為1 3或者1 4，并且每三個或者四個垂直或者水平相鄰的 像素形成一組。利用此結(jié)構(gòu)，能夠?qū)碜匀齻€或者四個像素的信號進(jìn)行處理。另外，第一 第三實施例被構(gòu)造為把形成一組的兩個像素中的任一個像素的信號 輸出?？梢园言摻Y(jié)構(gòu)變形為根據(jù)兩個像素的各個信號來合成單個信號。如果由此從形成一 組的多個像素的信號中選擇出或合成單個信號，則能夠獲得與來自方形像素的信號類似的 信號。另外，在第一 第三實施例中，例如已經(jīng)對為了擴(kuò)大動態(tài)范圍所進(jìn)行的信號處理 進(jìn)行了說明。然而，信號處理不限于此示例。例如，在兩個像素形成一組的情況下，當(dāng)光從 諸如發(fā)光二極管等光源發(fā)出并照射至目標(biāo)來檢測物體時，可以將來自其中一個像素的信號 用作基于由所述目標(biāo)反射的光的目標(biāo)信號。另外，可以將來自另一像素的信號用作基于所 述目標(biāo)的背景光的背景信號。然后，如果對來自兩個像素的各個信號進(jìn)行減法處理，從而根據(jù)該減法結(jié)果除去了背景光，則能夠讓所獲得的信號看起來像是來自方形像素(方形格 子)的信號。如上所述，除了用于擴(kuò)大動態(tài)范圍的應(yīng)用例之外，其它各種應(yīng)用也是可行的。在任 何情況下，當(dāng)將來自兩個像素的信號作為來自方形像素的信號進(jìn)行處理時，優(yōu)選的是，像素 陣列的垂直方向上的像素間距和水平方向上的像素間距中較短的一者等于或者小于接收 入射光的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。另外，第一 第三實施例被構(gòu)造為將來自R、G和B像素的信號讀出到公用的垂直 信號線122。該結(jié)構(gòu)可以變形為將來自R、G和B像素的信號讀出到不同的垂直信號線。例 如，如圖25所示，可以將來自G像素的信號及來自B和R像素的信號分別讀出到不同的垂 直信號線122g和122br。在這種情況下，例如，在像素陣列部12的下側(cè)設(shè)置有用于G像素的列電路14g，并且在像素陣列部12的上側(cè)設(shè)置有用于B和R像素的列電路14br。另外，來自G像素的信 號通過垂直信號線122g被讀出到該圖的下側(cè)，而來自B和R像素的信號通過垂直信號線 122br被讀出到該圖的上側(cè)。然后，分別對列電路14g和14br進(jìn)行諸如降噪等信號處理。另外，在第一 第三實施例中，已經(jīng)對本發(fā)明應(yīng)用于能夠攝取彩色圖像的CMOS圖 像傳感器的示例進(jìn)行了說明。然而，本發(fā)明同樣也可以應(yīng)用于能夠攝取黑白圖像的CMOS圖 像傳感器。上面說明了將本發(fā)明應(yīng)用于如下CMOS圖像傳感器的示例該CMOS圖像傳感器包 括按照行和列的形式布置著且把與可見光的光量對應(yīng)的信號電荷作為物理量進(jìn)行檢測的 單位像素。然而，本發(fā)明的應(yīng)用不限于CMOS圖像傳感器。因此，本發(fā)明能夠應(yīng)用于諸如CCD 圖像傳感器等一般的固體攝像器件。固體攝像器件可以被實現(xiàn)為一個芯片，或者被實現(xiàn)為一個模塊，該模塊具有攝像 功能且包括一體封裝的攝像部及信號處理部或者光學(xué)系統(tǒng)。4、電子裝置通常，本發(fā)明實施例的固體攝像器件能夠安裝并應(yīng)用于在其圖像捕捉單元(光電 轉(zhuǎn)換單元)中使用了上述固體攝像器件的電子裝置。該電子裝置例如是諸如數(shù)碼相機(jī)和 攝像機(jī)等攝像裝置(照相機(jī)系統(tǒng))，具有攝像功能的諸如手機(jī)等移動終端裝置，以及在其圖 像讀取單元中使用了上述固體攝像器件的復(fù)印機(jī)，等等。在一些情況下，安裝在電子裝置中 的上述模塊化實施例即照相機(jī)模塊構(gòu)成了攝像裝置。攝像裝置圖26示出了本發(fā)明實施例的一種電子裝置例如攝像裝置的結(jié)構(gòu)示例的框圖。如 圖26所示，本發(fā)明實施例的攝像裝置100包括具有透鏡組101等組件的光學(xué)系統(tǒng)、攝像器 件102、用作照相機(jī)信號處理單元的DSP電路103、幀存儲器104、顯示裝置105、記錄裝置 106、操作系統(tǒng)107和電源系統(tǒng)108等。攝像裝置100被構(gòu)造為使得DSP電路103、幀存儲器 104、顯示裝置105、記錄裝置106、操作系統(tǒng)107和電源系統(tǒng)108通過總線109相互連接。透鏡組101從目標(biāo)接收入射光(圖像光)，并且在攝像器件102的攝像面上形成圖 像。攝像器件102以多個像素為單位把通過透鏡組101在攝像面上形成圖像的入射光的光 量轉(zhuǎn)換為電信號，并把轉(zhuǎn)換后的電信號作為像素信號輸出。作為攝像器件102，能夠使用諸 如前述實施例的CMOS圖像傳感器10等固體攝像器件。
這里，攝像器件102中像素陣列的垂直方向上的像素間距和水平方向上的像素間 距中較短的一者等于或者小于包括透鏡組101的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。DSP電路103從攝像 器件102接收像素信號，并接收表明該像素信號是對應(yīng)于長時間累積的高靈敏度信號還是 對應(yīng)于短時間累積的低靈敏度信號的信號(圖4、圖21和圖24中的標(biāo)記FL)，并且進(jìn)行用 于擴(kuò)大動態(tài)范圍的信號處理。
具體地，如果通過攝像器件102供給的標(biāo)記FL表明高靈敏度信號還未飽和(FL = 0)，則DSP電路103通過使用與標(biāo)記FL —起作為一對而被提供的高靈敏度信號來生成視頻 信號。如果標(biāo)記FL表明高靈敏度信號已經(jīng)飽和(FL = 1)，則DSP電路103通過使用與標(biāo) 記FL—起作為一對而被提供的低靈敏度信號的信號電平來合成飽和電平，由此生成視頻 信號。利用上述信號處理，能夠擴(kuò)大相對于光輸入的動態(tài)范圍。通過DSP電路103進(jìn)行的處理與對來自方形像素的信號進(jìn)行處理時的信號處理相 同。不必說，可以考慮像素的實際排列來設(shè)計上述處理。然而，如果所述處理與對來自方 形像素的信號進(jìn)行的信號處理相同，那就不必考慮像素的實際排列而改變所設(shè)計的信號處 理。因此，與要考慮像素的實際排列而設(shè)計的信號處理相比，能夠以更低的成本生成基本上 相同的圖像。另外，能夠在減少多個像素的信號量的同時使多個像素看起來像方形像素。因 此，本信號處理能夠以較低的電能消耗來實現(xiàn)，并且具有很高的通用性。顯示裝置105包括諸如液晶顯示裝置和有機(jī)電致發(fā)光(ElectroLuminescence， EL)顯示裝置等平板顯示裝置，并且顯示裝置105顯示通過攝像器件102攝取的動態(tài)或靜態(tài) 圖像。記錄裝置106將通過攝像器件102攝取的動態(tài)或靜態(tài)圖像記錄在諸如錄像帶和數(shù)字 式通用盤(DigitalVersatile Disk, DVD)等記錄介質(zhì)上。操作系統(tǒng)107發(fā)出與攝像裝置100的各種功能相關(guān)的操作命令。電源系統(tǒng)108按 照需要向DSP電路103、幀存儲器104、顯示裝置105、記錄裝置106和操作系統(tǒng)107供給各 種電源以作為它們的工作電源。如上所述，如果諸如照相機(jī)系統(tǒng)和用于例如手機(jī)等移動裝置的照相機(jī)模塊等攝像 裝置100使用了前述實施例的CMOS圖像傳感器10作為攝像器件102，則能夠獲得以下的作 用效果。也就是說，即使攝像器件102中當(dāng)像素陣列的垂直方向上的像素間距和水平方向 上的像素間距中較短的一者等于或者小于包括透鏡組101的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率時，也能夠 改善攝像特性。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計要求和其他因素，可以在本發(fā)明所附的權(quán)利 要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次組合及改變。
權(quán)利要求
一種固體攝像器件，其包括像素陣列部，它包括多個矩形像素，每個所述矩形像素在垂直方向和水平方向上具有不同的尺寸，并且多個相鄰的所述矩形像素被組合起來以形成在垂直方向和水平方向上具有相同尺寸的方形像素；以及信號處理部，它用于進(jìn)行把從組合起來的多個所述矩形像素讀出的多個信號作為單個信號進(jìn)行輸出的處理。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述多個矩形像素的垂直方向上的像素 間距和水平方向上的像素間距中較短的一者等于或者小于用來將入射光接收到所述像素 陣列部中的光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。
3.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述多個矩形像素具有同色的濾色器。
4.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述多個矩形像素具有互不相同的靈敏度。
5.如權(quán)利要求4所述的固體攝像器件，其中，所述多個信號是包括來自高靈敏度像素的信號和來自低靈敏度像素的信號的兩個信 號，并且當(dāng)所述來自高靈敏度像素的信號不處于飽和電平時，所述信號處理部輸出所述來自高 靈敏度像素的信號，而當(dāng)所述來自高靈敏度像素的信號處于飽和電平時，所述信號處理部 輸出所述來自低靈敏度像素的信號。
6.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述多個矩形像素共用構(gòu)成像素電路的 電路元件的一部分。
7.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述多個矩形像素具有背面入射型像素 結(jié)構(gòu)或者光電轉(zhuǎn)換膜層疊型像素結(jié)構(gòu)，所述背面入射型像素結(jié)構(gòu)從與布線形成層相對的側(cè) 接收入射光，所述光電轉(zhuǎn)換膜層疊型像素結(jié)構(gòu)在層疊于布線形成層的入射光側(cè)上的光電轉(zhuǎn) 換膜處進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
8.—種固體攝像器件，其包括像素陣列部，它包括按照行和列以二維形式布置的像素；以及信號處理部，它包括判定電路，當(dāng)所述像素陣列部中的n個像素形成一組且從所述n個 像素中依次讀出n個信號時，所述判定電路在所述n個信號中的每一個信號的讀出時都判 定該信號是否等于或者大于預(yù)定值，并且所述信號處理部根據(jù)所述判定電路的判定結(jié)果來 對小于n個的m個信號進(jìn)行預(yù)定信號處理，其中n彡2且1 < m < n。
9.如權(quán)利要求8所述的固體攝像器件，其中，所述n個像素具有互不相同的靈敏度。
10.如權(quán)利要求9所述的固體攝像器件，其中，所述n個信號按照對應(yīng)的像素的靈敏度的降序被輸入到所述判定電路，并且所述信號處理部不對所述n個信號中的被所述判定電路判定為等于或者大于所述預(yù) 定值的任一個信號進(jìn)行所述預(yù)定信號處理。
11.如權(quán)利要求8所述的固體攝像器件，其中，所述信號處理部針對所述m個信號中的 每個信號都保存有用于識別與該信號對應(yīng)的是所述n個信號中的哪個信號的信息。
12.如權(quán)利要求8所述的固體攝像器件，其中，所述信號處理部是為所述像素陣列部的 各個像素列而設(shè)置的。
13.如權(quán)利要求8所述的固體攝像器件，其中，所述信號處理部保存所述m個信號，并且 在讀出所述n個信號之后對所述m個信號進(jìn)行所述預(yù)定信號處理。
14.如權(quán)利要求13所述的固體攝像器件，其中，所述信號處理部對經(jīng)過所述預(yù)定信號 處理的所述m個信號進(jìn)行用于擴(kuò)大動態(tài)范圍的計算處理。
15.一種固體攝像器件的信號處理方法，其包括如下步驟對包括多個矩形像素的像素陣列部的各個所述矩形像素進(jìn)行信號處理，每個所述矩形 像素在垂直方向和水平方向上具有不同的尺寸，并且多個相鄰的所述矩形像素被組合起來 以形成在垂直方向和水平方向上具有相同尺寸的方形像素， 其中，從組合起來的多個所述矩形像素讀出信號，并且 對從多個所述矩形像素讀出的多個所述信號進(jìn)行處理并作為單個信號輸出。
16.如權(quán)利要求15所述的固體攝像器件的信號處理方法，其中，所述多個信號是包括來自高靈敏度像素的信號和來自低靈敏度像素的信號的兩個信號，當(dāng)所述來自高靈敏度像素的信號不處于飽和電平時，使用所述來自高靈敏度像素的信 號生成視頻信號，而當(dāng)所述來自高靈敏度像素的信號處于飽和電平時，使用所述來自低靈敏度像素的信號 生成視頻信號。
17.如權(quán)利要求15所述的固體攝像器件的信號處理方法，其中，所述多個信號是包括基于來自目標(biāo)的光的信號和基于所述目標(biāo)的背景光的信號的兩 個信號，并且對所述兩個信號進(jìn)行減法運算，作為該減法的結(jié)果而獲得已經(jīng)除去所述背景光的信號。
18.一種固體攝像器件的信號處理方法，其包括如下步驟對來自像素陣列部的信號進(jìn)行處理，所述像素陣列部包括多個矩形像素，每個所述矩 形像素在垂直方向和水平方向上具有不同的尺寸，并且多個相鄰的所述矩形像素被組合起 來以形成在垂直方向和水平方向上具有相同尺寸的方形像素，其中，從組合起來的多個所述矩形像素讀出靈敏度不同的多個信號，并且 對所述多個信號進(jìn)行處理，形成方形格子的信號。
19.一種電子裝置，其包括固體攝像器件，它包括像素陣列部，所述素陣列部包括多個矩形像素，每個所述矩形像 素在垂直方向和水平方向上具有不同的尺寸，且多個相鄰的所述矩形像素被組合起來以形 成在垂直方向和水平方向上具有相同尺寸的方形像素，并且所述固體攝像器件對從組合起 來的多個所述矩形像素讀出的多個信號進(jìn)行處理并把處理后的信號作為單個信號輸出；以 及光學(xué)系統(tǒng)，它被構(gòu)造為接收入射到所述固體攝像器件的攝像面上的入射光。
20.如權(quán)利要求19所述的電子裝置，其中，所述多個矩形像素的垂直方向上的像素間 距和水平方向上的像素間距中較短的一者等于或者小于所述光學(xué)系統(tǒng)的分辨率。
全文摘要
本發(fā)明提供固體攝像器件、固體攝像器件的信號處理方法和電子裝置，所述固體攝像器件包括像素陣列部和信號處理部。所述像素陣列部被構(gòu)造成包括多個矩形像素，每個所述矩形像素在垂直方向和水平方向上具有不同的尺寸，并且多個相鄰的所述矩形像素被組合起來以形成在垂直方向和水平方向上具有相同尺寸的方形像素。所述信號處理部被構(gòu)造成進(jìn)行這樣的處理把從組合起來的多個所述矩形像素讀出的多個信號作為單個信號輸出。在單個信號的情況下，就不必改變在后續(xù)階段處的針對方形格子的信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。另外，在后續(xù)階段處的信號處理系統(tǒng)中能夠通過使用該單個信號來進(jìn)行用于改善攝像特性的處理(例如用于擴(kuò)大動態(tài)范圍的處理等)。
文檔編號H04N5/335GK101860689SQ20101013696
公開日2010年10月13日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月7日
發(fā)明者馬渕圭司 申請人:索尼公司