專利名稱：固態(tài)圖像感測設(shè)備和相機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及由CXD或CMOS表示的固態(tài)圖像感測設(shè)備以及相機系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
期望實現(xiàn)具有寬動態(tài)范圍的固態(tài)圖像感測設(shè)備，其使得使能夠拍攝細節(jié)而即使在用汽車的前燈和球類運動場的照明光或者日光的逆光拍攝下也不丟失高亮度信息的細節(jié)或者使低亮度部分中的被攝體圖像太暗。在這些情況下，在專利文獻1 (日本專利No. 2125710)、專利文獻 2QP-A-03-117281)、專利文獻 3 (JP-A-09-205589)、專利文獻 4 (JP-A-2004-320119)、專利文獻5 (JP-A-2005-278135)、專利文獻6 (JP-A-2010-284213)等中公開了關(guān)于諸如CCD的固態(tài)圖像感測設(shè)備擴展動態(tài)范圍的技術(shù)。專利文獻1示出了通過在CCD等的一個像素內(nèi)提供兩個或多個具有不同靈敏度特性的區(qū)域(單元)以提供輸入/輸出特性按階梯方式改變的拐點(knee)特性來擴展動態(tài)范圍的例子。拐點特性指由輸出電流與曝光量的關(guān)系示出的特性曲線在高輸入?yún)^(qū)域中取比在低輸入?yún)^(qū)域中更小的值，并且經(jīng)常被稱為高亮度信號壓縮技術(shù)。作為改變感光區(qū)域(單元)的感光性的方法，例如描述了改變設(shè)備的孔徑比，提供濾光器(ND濾光器)、改變雜質(zhì)濃度等。根據(jù)專利文獻1，該例子適用于除了 CXD以外的XY地址類型的圖像感測設(shè)備，但是，沒有詳細描述。專利文獻2公開了使用CCD的感光像素單元中的相鄰像素或者具有不同感光特性的單元作為一對并在一個像素內(nèi)添加各個單元的信號電荷將其用作該像素的信號電荷、以光閥等的加亮來實現(xiàn)較高動態(tài)范圍而不丟失細節(jié)的例子。在此情況下，作為改變感光性的手段，例如，將具有不同像素面積的單元配對。專利文獻3類似地將CXD的感光像素單元的一個像素劃分成兩個不同的區(qū)域，并在垂直寄存器中將同一像素的具有不同感光度的各區(qū)域的信號電荷相混合并垂直地傳輸它。此外，在該技術(shù)中，通過使用分類柵極(gate)將具有不同感光度的信號電荷分類至兩個水平傳輸柵極，并使用外部信號處理電路來剪切高感光度側(cè)的信號并將其添加到低感光度側(cè)的信號，來形成視頻信號。在此情況下，視頻信號輸出與入射光量的特性圖是線圖，并且傾斜度在高感光度側(cè)(低亮度側(cè))陡峭，傾斜度在低感光度側(cè)(高亮度側(cè))平緩。專利文獻4公開了在包括高感光度成像單元和低感光度成像單元的圖像感測設(shè)備中對于RAW圖像數(shù)據(jù)量(原始數(shù)據(jù))隨兩個單元的數(shù)據(jù)變得更大的問題的改進方法。具體地，通過分析拍攝的圖像信息自動確定是否需要記錄高亮度部分的圖像信息。如果確定為“是”，則高亮度部分的RAW圖像數(shù)據(jù)與低亮度部分的信息一起被記錄。如果確定為“否”，則不記錄高亮度部分的信息，而僅記錄低亮度部分的RAW圖像數(shù)據(jù)。
通過將主感光像素單元(具有較大面積和較高感光度主要使用微透鏡的中心部分)和副感光像素單元(具有較小面積和較低感光度配備在微透鏡的邊緣側(cè))組合來形成一個像素。專利文獻5公開了包括具有比較器和上/下計數(shù)器的列并列ADC的CMOS圖像傳感器。該CMOS圖像傳感器可以對多行執(zhí)行像素數(shù)字值的加法運算而不需要諸如加法器和線存儲器設(shè)備的另外的電路。但是，與劃分像素相加的情況下具有作為目標像素的所有面積的總和的面積的像素相比，在劃分的情況下，在信號處理中產(chǎn)生了不直接對感光性做出貢獻的無效區(qū)域(死區(qū))。從而，劃分的各個單元的面積比簡單劃分成四個的情況下更小，與前一情況相比， 飽和電子的數(shù)量減少，并且拍攝噪聲相對增加，劃分的各個單元的S/N惡化。因為每次相加時也添加了拍攝噪聲，所以劃分相加的結(jié)果的S/N惡化。此外，像素信號的加法處理是模擬信號加法，并且感光度相對每個像素不同，因此存在飽和值變化以及轉(zhuǎn)折點(break point)位置變化的問題。此外，在數(shù)字加法的情況下，需要在傳感器之外提供存儲器。也就是，在將一個像素單元劃分成具有不同感光度或累積時間的兩個或更多像素單元并測量感光度作為像素的飽和電荷量Qs的現(xiàn)有相加方法中，飽和電荷量Qs關(guān)于每個像素變化。從而，對于相同的光量，相加結(jié)果關(guān)于每個像素變化。換句話說，在以入射光量作為水平軸和飽和電荷量Qs作為垂直軸的感光度曲線 (線圖)中，轉(zhuǎn)折點位置(垂直軸)在劃分的像素單元相加點(水平軸)處變化。從而，專利文獻6提出通過應(yīng)用將四個像素當作一個像素并變化四個像素的各自累積時間的技術(shù)來實現(xiàn)寬動態(tài)范圍的方法。在此技術(shù)中，四個信號相加。圖1是用于說明通過變化四個像素的各自累積時間來實現(xiàn)寬動態(tài)范圍的方法的圖。在該方法中，通過分別將單個顏色R、G、B劃分為四個來形成像素。此外，如作為例子的圖1的左上處的G(綠色)中的標記A到D所示，假設(shè)具有不同感光性或曝光量的四個像素的結(jié)構(gòu)。在圖1中，F(xiàn)D示出浮置擴散部分。此外，通過對四個像素的輸出求和，實現(xiàn)寬動態(tài)范圍。根據(jù)此技術(shù)，可以實現(xiàn)劃分像素相加而在像素的輸出電子的數(shù)量方面沒有變化， 并且可以提供其中在較低入射光量時感光度較高、較高入射光時感光度較低并且輸出不飽和的寬動態(tài)范圍。

發(fā)明內(nèi)容
但是，在專利文獻6中公開的技術(shù)具有以下缺點。各個像素之間的重心不同，并且可能需要重心的偏移校正。如圖2所示，取決于當輸出信號被返回為如從線X到線Y那樣的線性時的計算，S/ N可能未被最大化。將進一步詳細說明重心的偏移的問題。當感光度/曝光在四個像素之間變化時，重心在四個像素之間變化，并且需要重心偏移的校正。當感光度/曝光簡單地在兩個像素之間變化時，重心在兩個像素之間變化，并且也需要重心的偏移的校正。由于重心的差別，可能存在以下缺點。如果重心不同，則需要重心偏移的校正，另外，例如，當使用如圖3所示的具有在垂直方向上劃分的感光度/累積的像素拍攝類似電纜的橫向方向上的被攝體時，由上部像素和下部像素獲得的圖像可能變化。這可能導(dǎo)致產(chǎn)生假色或噪聲。接下來，將進一步詳細描述S/N的問題。當由具有不同感光度/曝光量的四個像素形成信號時，需要最終輸出值相對于光量是線性的，如圖2中的Y所示。需要使獲得的原始(Raw)信號值是如線Y所示的線性，因為該線在圖2中的區(qū)域 RGl到RG4中是折曲的(folded)。作為在這點上的計算方法，可想象以下例子。區(qū)域“RG1” 表達式y(tǒng) = ax區(qū)域“RG2” 表達式y(tǒng)，= cx+d(χ =獲得的信號值，y =最終輸出)在此情況下，為了將“ RGl ”表達式疊加在“ RG2，，表達式上，可以通過從“ RG2，，表達式中減去截距d來將該截距設(shè)置為0并乘以a/c使得“RG2”表達式關(guān)于“RG1”表達式是線性的。但是，在考慮S (信號)/N (噪聲)時，關(guān)于在此情況下減去的截距d，僅減去了 S (信號)，并且對于乘法，信號和噪聲兩者都乘以了 a/c (因為減法對于噪聲是不可能的)。從而，與之前的計算相比，S/N極大地惡化。因此，期望提供固態(tài)圖像感測設(shè)備和相機系統(tǒng)，其可以防止重心的偏移、最大化S/ N、實現(xiàn)劃分像素相加而像素的輸出電子數(shù)量相對于入射光量沒有變化，并具有其中在較低入射光量時感光度較高、在高入射光時感光度較低并且輸出不飽和的寬動態(tài)范圍。根據(jù)本公開的一個實施例的固態(tài)圖像感測設(shè)備包括像素部分，其中以矩陣布置多個像素；以及像素信號讀出部分，包括對從像素部分讀出的像素信號進行模擬-數(shù)字 (AD)轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換部分，其中像素部分的多個相鄰像素的每個或者像素之一被形成為劃分成具有不同感光性或累積電荷量的多個劃分像素，對于多個劃分像素設(shè)置多個感光性或曝光時間條件，并且提供為在對角方向上相對的劃分像素的感光性或曝光時間條件被設(shè)置為相同條件，像素信號讀出部分讀出像素的各個劃分像素的劃分像素信號，以及AD轉(zhuǎn)換部分通過對各個讀出的劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換并對信號相加來獲得一個像素的像素信號。根據(jù)本公開的另一實施例的固態(tài)圖像感測設(shè)備包括像素部分，其中以矩陣布置多個像素；像素信號讀出部分，包括對從像素部分讀出的像素信號進行模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換部分；以及處理部分，通過從像素信號讀出部分的輸出值獲得最佳乘法因子并將該輸出值乘以獲得的乘法因子來獲得最終輸出，其中像素部分的多個相鄰像素的每個或者像素之一被形成為劃分成具有不同感光性或累積電荷量的多個劃分像素，像素信號讀出部分讀出像素的各個劃分像素的劃分像素信號，以及AD轉(zhuǎn)換部分通過對各個讀出的劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換并對信號相加來獲得一個像素的像素信號。根據(jù)本公開的另一實施例的相機系統(tǒng)包括固態(tài)圖像感測設(shè)備；以及光學(xué)系統(tǒng)， 其在固態(tài)圖像感測設(shè)備上形成被攝體圖像，該固態(tài)圖像感測設(shè)備包括像素部分，其中以矩陣布置多個像素；以及像素信號讀出部分，包括對從像素部分讀出的像素信號進行模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換部分，其中像素部分的多個相鄰像素的每個或者像素之一被形成為劃分成具有不同感光性或累積電荷量的多個劃分像素，對于多個劃分像素設(shè)置多個感光性或曝光時間條件，并且提供為在對角方向上相對的劃分像素的感光性或曝光時間條件被設(shè)置為相同條件，像素信號讀出部分讀出像素的各個劃分像素的劃分像素信號，以及 AD轉(zhuǎn)換部分通過對各個讀出的劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換并對信號相加來獲得一個像素的像素信號。根據(jù)本公開的另一實施例的相機系統(tǒng)包括固態(tài)圖像感測設(shè)備；以及光學(xué)系統(tǒng)， 其在固態(tài)圖像感測設(shè)備上形成被攝體圖像，該固態(tài)圖像感測設(shè)備包括像素部分，其中以矩陣布置多個像素；像素信號讀出部分，包括對從像素部分讀出的像素信號進行模擬-數(shù)字 (AD)轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換部分；以及處理部分，通過從像素信號讀出部分的輸出值獲得最佳乘法因子并將該輸出值乘以獲得的乘法因子來獲得最終輸出，其中像素部分的多個相鄰像素的每個或者像素之一被形成為劃分成具有不同感光性或累積電荷量的多個劃分像素，像素信號讀出部分讀出像素的各個劃分像素的劃分像素信號，以及AD轉(zhuǎn)換部分通過對各個讀出的劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換并對信號相加來獲得一個像素的像素信號。根據(jù)本公開的實施例，可以防止重心的偏移，并且可以最大化S/N，并且可以實現(xiàn)劃分像素相加而相對于入射光量沒有像素的輸出電子數(shù)量的變化。結(jié)果，可以提供其中在較低入射光量時感光性較高、在較高入射光時感光性較低并且輸出不飽和的寬動態(tài)范圍。


圖1是用于說明通過變化四個像素的各自累積時間來實現(xiàn)寬動態(tài)范圍的方法的圖。圖2是示出在通過變化四個像素的各自累積時間來實現(xiàn)寬動態(tài)范圍的方法中原始(Raw)輸出和考慮S/N問題的計算之后的最終輸出之間的關(guān)系的圖。圖3是在通過變化四個像素的各自累積時間來實現(xiàn)寬動態(tài)范圍的方法中考慮由于重心的變化弓丨起的問題的圖。圖4是示出根據(jù)本公開的實施例的CMOS圖像傳感器(固態(tài)圖像感測設(shè)備)的配置例子的圖。圖5是示出作為像素布置例子的拜耳排列的圖。圖6是根據(jù)該實施例的像素劃分的概念圖。圖7是示出圖1中的在具有列并列ADC的固態(tài)圖像感測設(shè)備(CMOS圖像傳感器) 中進行相加處理的位置的圖。圖8是用于說明根據(jù)實施例的作為對于重心偏移的第一對策的兩像素對角方法的圖。圖9是用于說明根據(jù)實施例的作為對于重心偏移的第二對策的兩像素對角GrAib
8反轉(zhuǎn)方法的圖。圖10是用于說明根據(jù)實施例的作為對于重心偏移的第二對策的兩像素對角Gr/ Gb反轉(zhuǎn)方法的應(yīng)用例子的圖。圖11是用于說明根據(jù)實施例的對于S/N的對策的圖。圖12是示出根據(jù)實施例的包括四個晶體管的CMOS圖像傳感器的劃分像素的例子的圖。圖13是示出共享浮置擴散部分、放大晶體管、選擇晶體管、復(fù)位晶體管的多個劃分像素的例子的電路圖。圖14是示出各自具有浮置擴散部分并共享放大晶體管的多個劃分像素的例子的電路圖。圖15是示出被分組并在各個組中共享浮置擴散部分并作為整體在像素中共享放大晶體管的多個劃分像素的例子的電路圖。圖16A到16D是用于說明在一個像素的表面內(nèi)劃分成多個區(qū)域的方法的圖。圖17A和17B是示意性示出與劃分像素相加有關(guān)的列AD轉(zhuǎn)換型CMOS圖像傳感器電路的配置例子的圖。圖18是示出根據(jù)本公開的實施例的與CCD傳感器對應(yīng)的固態(tài)圖像感測設(shè)備的配置例子的圖。圖19是示出應(yīng)用根據(jù)本公開的實施例的固態(tài)圖像感測設(shè)備的相機系統(tǒng)的配置例子的圖。
具體實施例方式如以下，將參考

本公開的實施例。將按以下順序進行說明。1.固態(tài)圖像感測設(shè)備的整體示意配置2.對于重心偏移的對策3.對于S/N的對策4.劃分像素的配置例子5.相機系統(tǒng)的配置例子<1.固態(tài)圖像感測設(shè)備的整體示意配置〉圖4是示出根據(jù)本公開的實施例的具有列并列ADC的固態(tài)圖像感測設(shè)備(CMOS圖像傳感器)的配置例子的框圖。本公開不僅可應(yīng)用于CMOS圖像傳感器，而且可應(yīng)用于(XD。在此，將以CMOS圖像傳感器作為例子說明。固態(tài)圖像感測設(shè)備100具有像素部分110、垂直掃描電路120、水平傳輸掃描電路 130、定時控制電路140和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)組150，如圖4所示。固態(tài)圖像感測設(shè)備100還具有數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC) 160、放大器電路(S/ A) 170、信號處理電路180和水平傳輸線190。垂直掃描電路120、水平傳輸掃描電路130、定時控制電路140、ADC組150和 DAC160形成像素信號讀出部分。
像素部分110包括以矩陣布置的多個像素。例如，像素部分110采用如圖2所示的拜耳布置作為其像素布置。在該實施例的像素部分110中，一個像素被劃分成包含由光電二極管形成的光電轉(zhuǎn)換元件的劃分的像素單元DPC。具體地，在具有列并列ADC的固態(tài)圖像感測設(shè)備(CMOS圖像傳感器)100中，在拜耳布置中的相同顏色的濾色器下的一個像素被劃分成兩個或多個具有不同感光度或累積時間的劃分的像素單元DPC。此外，在該實施例中，如稍后將描述的，為了防止重心的偏移，采用在曝光時間條件(或感光性)的兩種條件下在對角方向上彼此相對的像素具有相同曝光時間(或感光性)的結(jié)構(gòu)。此外，在該實施例中，為了最大化S/N，采用如下配置在該配置中，當信號被返回為線性時，該信號不直接通過計算獲得，而是通過暫且(once)從原始(Raw)輸出值計算最佳乘法因子并將該原始(Raw)輸出值乘以該乘法因子來獲得最終輸出。此外，當像素信號被AD轉(zhuǎn)換并從列方向輸出時，在將劃分像素的輸出的劃分像素信號相加后進行AD轉(zhuǎn)換。在這點上，AD轉(zhuǎn)換部分的輸入范圍被剪切以恒等于或小于每個像素的飽和輸出電壓，使得每個像素的輸出值可以一定是具體數(shù)字值。在以下說明中，將說明其中一個像素被劃分成四個劃分像素單元DPC-A到DPC-D 的例子。圖6是根據(jù)本公開的實施例的像素劃分的概念圖。圖6示出其中G(綠色)像素PCG被劃分成四個像素DPC-A，DPC-B, DPC-C, DPC-D 的情況。在圖6中，示出了在拜耳布置的情況下的劃分方法，并且在其中在相同顏色的濾色器下的一個像素被劃分成四個的例子中，在劃分像素中感光度和累積時間不同，如以下。S卩，為了防止重心的偏移，存在曝光時間條件(或感光性)的兩個條件，并且在對象方向上彼此相對的像素具有相同的曝光時間(或感光性)。例如，在圖6的G像素的例子中，在對角方向上彼此相對的像素DPC-A和DPC-C、 DPC-B和DPC-具有相同的曝光時間。稍后將詳細描述在像素部分110中的像素和劃分像素的配置、劃分形式等。此外，例如，本實施例的固態(tài)圖像感測設(shè)備100在時間上依次向垂直信號線發(fā)送出在像素內(nèi)放大的劃分像素信號，并在列像素信號讀出部分中提供的ADC組150的AD轉(zhuǎn)換器(AD轉(zhuǎn)換部分)中執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。然后，當進行第二劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作時，固態(tài)圖像感測設(shè)備100添加第
一AD轉(zhuǎn)換的值并執(zhí)行第二劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作。然后，當進行第三劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作時，固態(tài)圖像感測設(shè)備100添加第
二AD轉(zhuǎn)換的值并執(zhí)行第三劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作。然后，當進行第四劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作時，固態(tài)圖像感測設(shè)備100添加第三AD轉(zhuǎn)換的值，并執(zhí)行第四劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作。本實施例的固態(tài)圖像感測設(shè)備采用由在列部分中提供的AD轉(zhuǎn)換器按此方式依次添加被劃分成多個部分的像素的像素信號的劃分像素信號相加方法。
在固態(tài)圖像感測設(shè)備100中，作為用于依次讀出像素部分110的信號的控制電路， 提供了產(chǎn)生內(nèi)部時鐘的定時控制電路140、控制行地址和行掃描的垂直掃描電路120以及控制列地址和列掃描的水平傳輸掃描電路130。ADC組150具有比較器151，其將作為其中由DAC160產(chǎn)生的基準電壓以階梯方式改變的斜坡波形的基準電壓Vslop與經(jīng)由垂直信號線LVS關(guān)于每行從像素獲得的模擬信號 (電勢Vsl)相比較。在ADC組150中，每個具有對比較時間計數(shù)的上下計數(shù)器(下文中簡稱為“計數(shù)器”)152和保持計數(shù)結(jié)果的鎖存器153的ADC被布置在多個列中。ADC組150具有η位數(shù)字信號轉(zhuǎn)換功能，并且關(guān)于每個垂直信號線(列線)而提供，由此，形成列并列AD塊。各個鎖存器153的輸出連接到例如具有2η位寬度的水平傳輸線190。此外，提供了對應(yīng)于水平傳輸線190的2η放大器電路170以及信號處理電路180。在ADC組150中，在關(guān)于每列提供的比較器(比較器)151中將讀出到垂直信號線 LVS的模擬信號(電勢Vsl)與基準電壓Vslop (以某一傾斜度改變?yōu)榫€性形狀的斜波形) 相比較。在這點上，類似于比較器151關(guān)于每列提供的計數(shù)器152工作，并且具有斜坡波形的電勢Vslop以及計數(shù)器值一一對應(yīng)地改變，由此，垂直信號線LVS的電勢(模擬信號)Vsl 被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號?；鶞孰妱軻slop的改變是電壓改變到時間改變的轉(zhuǎn)換，并且ADC通過對某一時段中的時間(時鐘)計數(shù)來進行到數(shù)字值的轉(zhuǎn)換。此外，當模擬電子信號Vsl和基準電壓Vslop交叉時，比較器151的輸出反轉(zhuǎn)，計數(shù)器152的輸入時鐘停止，或者其輸入已經(jīng)被停止的時鐘被輸入到計數(shù)器152，由此，完成一個AD轉(zhuǎn)換。例如，通過在多個劃分像素信號中持續(xù)進行計數(shù)器的上下計數(shù)處理而不復(fù)位計數(shù)器，實現(xiàn)作為由上述AD轉(zhuǎn)換器進行的加法的劃分像素相加。圖7是示出在圖4中的具有列并列ADC的固態(tài)圖像感測設(shè)備(CMOS圖像傳感器) 中進行相加處理的位置的圖。在圖7中，由虛線圍繞的位置是實際進行相加處理的位置。細虛線是現(xiàn)有位置，粗虛線是根據(jù)本公開的實施例的區(qū)域。在DSP等的信號處理部分中進行已經(jīng)已知的劃分像素的相加信號處理的方法。另一方面，在該實施例中，如上所述，在AD轉(zhuǎn)換時在計數(shù)器152中的四個劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換時，依次進行相加處理。S卩，在像素內(nèi)放大的劃分像素信號在時間上依次被發(fā)送到垂直信號線VSL，并且由在像素信號讀出部分中提供的ADC組150的AD轉(zhuǎn)換器(AD轉(zhuǎn)換部分)執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。然后，在ADC組150的每個ADC中，當進行第二劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作時，添加第一 AD轉(zhuǎn)換值，并且執(zhí)行第二劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作。然后，在ADC組150的每個ADC中，當進行第三劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作時，添加第二 AD轉(zhuǎn)換值，并執(zhí)行第三劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作。然后，在ADC組150的每個ADC中，當進行第四劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作時，添加第三AD轉(zhuǎn)換值，并且執(zhí)行第四劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換操作。在上述AD轉(zhuǎn)換時段結(jié)束后，由水平傳輸掃描電路130將保持在鎖存器153中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿絺鬏斁€190，經(jīng)由放大器電路170輸入到信號處理電路180，由此，通過預(yù)定信
號處理產(chǎn)生二維圖像。如以上，已經(jīng)說明了本公開的實施例中的基本配置和功能。如以下，將進一步詳細說明作為本實施例的特征配置的像素和劃分像素的配置和劃分形式、對于重心偏移的對策、對于S/N的對策、劃分像素相加處理等。首先，將描述作為本實施例的特征配置的對于重心偏移的對策和對于S/N的對策。在RGB的各個像素的四個像素DPC-A到DPC-D之間感光性和曝光量不同的情況下，在各個像素之間重心不同，并且可能需要重心偏移的校正。如圖2所示，取決于當輸出信號被返回為如從線X到線Y那樣的線性時的計算，S/ N可能未被最大化。從而，在此實施例中，采取如下所述的對于重心偏移的對策和對于S/N的對策。<2.對于重心偏移的對策〉圖8是用于說明根據(jù)此實施例的作為對于重心偏移的第一對策的兩像素對角方法的圖。在圖8的兩像素對角方法中，設(shè)置感光性/曝光量的兩種條件，以便各個對角像素可以具有相同的條件。在圖8的例子中，在Gr像素中，第一條件是在對角方向上彼此相對的左上像素 DPC-A和右下像素DPC-C的感光性/曝光量相同。類似地，第二條件是在對角方向上彼此相對的右上像素DPC-B和左下像素DPC-D的感光性/曝光量相同。關(guān)于其他的( 像素、R像素和B像素，條件相同。關(guān)于這些Gr像素、Gb像素、R像素和B像素，最終要添加在FD中的所有信號的重心集合到四個像素的中心，并且重心偏移的校正是不需要的并且對于橫向方向和縱向方向上的線性被攝體是強壯(strong)的。圖9是用于說明根據(jù)此實施例的作為對于重心偏移的第二對策的兩像素對角Gr/ Gb反轉(zhuǎn)方法的圖。在圖9的兩像素對角GrAib反轉(zhuǎn)方法中，B列和R列中的G像素的感光性/曝光量的條件變化的方向改變。在圖9的例子中，在Gr像素中，第一條件是在對角方向上彼此相對的左上像素 DPC-A和右下像素DPC-C的感光性/曝光量相同。在Gr像素中，第二條件是在對角方向上彼此相對的右上像素DPC-B和左下像素DPC-D的感光性/曝光量相同。在這點上，在R像素中，第二條件是在對角方向上彼此相對的左上像素DPC-A和右下像素DPC-C的感光性/曝光量相同。在R像素中，第一條件是在對角方向上彼此相對的右上像素DPC-B和左下像素DPC-D的感光性/曝光量相同。此外，在( 像素中，第二條件是在對角方向上彼此相對的左上像素DPC-A和右下像素DPC-C的感光性/曝光量相同。在( 像素中，第一條件是在對角方向上彼此相對的右上像素DPC-B和左下像素DPC-D的感光性/曝光量相同。
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在這點上，在B像素中，第一條件是在對角方向上彼此相對的左上像素DPC-A和右下像素DPC-C的感光性/曝光量相同。在B像素中，第二條件是在對角方向上彼此相對的右上像素DPC-B和左下像素DPC-D的感光性/曝光量相同。在兩像素對角方法中，認為重心偏移的可能性在對角方向上的線性被攝體中可能稍微殘留，但是，通過改變B列和R列中的G像素的感光性/曝光量變化的方向，可以實現(xiàn)在對角方向上具有抵抗性的布局。注意，通過進一步在具有如圖10所示的8X8的像素單元中應(yīng)用具有稍微巧妙的布置的兩像素對角GrAib反轉(zhuǎn)方法，可以對于B信號和R信號做出對于假色和噪聲強壯的布置。<3.對于S/N的對策〉圖11是用于說明根據(jù)此實施例的對于S/N的對策的圖。在圖11中，為了幫助理解，標記與圖2中的那些相同，并且可以在說明中引用圖2。如參考圖2所說明的，減去表達式的截距是減去信號，并且可能導(dǎo)致S/N的惡化。S卩，在現(xiàn)有方法中，為了從Raw傳感器輸出獲得目標輸出，直接從等式進行計算。 從而，由于減法分量(僅對信號)和乘法分量(還對噪聲)的影響，S/N可能惡化。另一方面，在本實施例中，為了防止S/N惡化，暫且從獲得的信號值獲得“用于獲得目標值的乘法因子”，并通過“獲得的信號值X乘法因子”來進行計算，由此，可以留下截距(信號)。S卩，從Raw傳感器輸出計算乘法因子。通過將Raw傳感器輸出直接乘以乘法因子(而不進行減法)，可以維持S/N。如上所述，此實施例中的“對于S/N的對策”是在讀出像素信號后計算信號值的方法，并且乘法因子取決于獲得的信號值和輸出而改變。作為一種計算方法，例如，存在具有關(guān)于每個輸出值的乘法因子表的方法或者數(shù)學(xué)計算的方法。在讀出像素信號后在一個系統(tǒng)中進行這些計算。例如，可以在信號處理電路180 中進行處理。<4.劃分像素的配置例子〉首先，為了幫助理解，將說明CMOS圖像傳感器的基本劃分像素的配置的例子。圖12是示出根據(jù)本實施例的包括四個晶體管的CMOS圖像傳感器的劃分像素的例子的圖。劃分像素DPCl具有例如由光電二極管形成的光電轉(zhuǎn)換元件111。圖12中的劃分像素DPC具有用于一個光電轉(zhuǎn)換元件111的四個晶體管傳輸晶體管112、復(fù)位晶體管113、作為放大部分的放大晶體管114以及作為有源元件的選擇晶體管 115。光電轉(zhuǎn)換元件111將入射光光電轉(zhuǎn)換為響應(yīng)于光量的量的電荷(在此是電子)。傳輸晶體管112連接在光電轉(zhuǎn)換元件111和浮置擴散部分FD之間，并且通過傳輸控制線LTx向其柵極(傳輸柵極)提供控制信號Tx。由此，由光電轉(zhuǎn)換元件111光電轉(zhuǎn)換的電子被傳輸?shù)礁≈脭U散部分FD。復(fù)位晶體管113連接在電源線LVDD和浮置擴散部分FD之間，并且通過復(fù)位控制線LRST向其柵極提供控制信號RST。由此，浮置擴散部分FD的電勢被復(fù)位到電源線LVDD的電勢。放大晶體管114的柵極連接到浮置擴散部分FD。放大晶體管114經(jīng)由選擇晶體管 115連接到垂直信號線116，并且與在像素部分以外的恒流源形成源極跟隨器。此外，控制信號(地址信號或選擇信號)SEL經(jīng)過選擇控制線LSEL提供給選擇晶體管115的柵極，并且選擇晶體管115導(dǎo)通。當選擇晶體管115導(dǎo)通時，放大晶體管114放大浮置擴散部分FD的電勢，并且向垂直信號線116輸出響應(yīng)于電勢的電壓。通過垂直信號線116從各個像素輸出的電壓被輸出到作為像素信號讀出電路的ADC組150。關(guān)于一行的各個劃分像素DPC同時進行這些操作，因為例如傳輸晶體管112、復(fù)位晶體管113和選擇晶體管115的各個柵極以行為單位連接。在像素部分110中連線的復(fù)位控制線LRST、傳輸控制線LTx和選擇控制線LSEL被連線為像素布置的各個行的一個集合。這些復(fù)位控制線LRST、傳輸控制線LTx和選擇控制線LSEL由像素驅(qū)動電路102驅(qū)動。上述配置可以不改變地應(yīng)用于根據(jù)此實施例的劃分像素單元。此外，作為其中每個劃分像素單元包含光電轉(zhuǎn)換元件和傳輸晶體管的配置，可以采用其中劃分像素單元共享浮置擴散部分FD的配置。在此情況下，多個單元可以形成為共享作為放大部分的放大晶體管、選擇晶體管以及復(fù)位晶體管。圖13是示出共享浮置擴散部分、放大晶體管、選擇晶體管和復(fù)位晶體管的多個劃分像素的例子的電路圖。對于圖13中的包含多個劃分像素DPC-A到DPC-D的像素PC，關(guān)于劃分像素DPC-A 到DPC-D提供光電轉(zhuǎn)換元件Ill-A到Ill-D和傳輸晶體管112-A到112-D。此外，傳輸晶體管112-A到112-D的一端(例如漏極)連接到共享的浮置擴散部分 SFD。傳輸晶體管112-A的柵極連接到傳輸控制線LTxA，并且傳輸晶體管112-B的柵極連接到傳輸控制線LTxB。類似地，傳輸晶體管112-C的柵極連接到傳輸控制線LTxC，并且傳輸晶體管112-D的柵極連接到傳輸控制線LTxD。復(fù)位晶體管113連接在電源電勢VDD和共享的浮置擴散部分SFD之間。復(fù)位晶體管113的柵極連接到復(fù)位控制線LRST。放大晶體管114和選擇晶體管115串聯(lián)連接在電源電勢VDD和垂直信號線116之間。此外，放大晶體管114的柵極連接到共享的浮置擴散部分SFD，并且選擇晶體管115的柵極連接到選擇控制線LSEL。在該配置中，由各個劃分像素DPC-A到DPC-D的光電轉(zhuǎn)換元件111-A到111-D光電轉(zhuǎn)換的劃分像素信號通過共享的浮置擴散部分SFD傳輸?shù)阶鳛榉糯蟛糠值姆糯缶w管 114。然后，劃分像素信號被放大并且放大的劃分像素信號在時間上依次被發(fā)送到垂直信號線 116。此外，可以采用其中每個劃分像素單元包含光電轉(zhuǎn)換元件、傳輸晶體管和復(fù)位晶體管并且劃分的像素單元各自包含浮置擴散部分FD的配置。在此情況下，多個單元可以被形成為共享作為放大部分的放大晶體管。圖14是示出各自具有浮置擴散部分并共享放大晶體管的多個劃分像素的例子的電路圖。在圖14的包含多個劃分像素DPC-A到DPC-D的像素PC中，關(guān)于劃分像素DPC-A 到DPC-D提供光電轉(zhuǎn)換元件Ill-A到Ill-D和傳輸晶體管112-A到112-D。此外，在劃分像素DPC-A到DPC-D中，提供浮置擴散部分FD-A到FD-D以及復(fù)位晶體管113-A到113-D。選擇晶體管115-A連接在浮置擴散部分FD-A和節(jié)點NDl之間，并且選擇晶體管 115-B連接在浮置擴散部分FD-B和節(jié)點NDl之間。類似地，選擇晶體管115-C連接在浮置擴散部分FD-C和節(jié)點NDl之間，并且選擇晶體管115-D連接在浮置擴散部分FD-D和節(jié)點NDl之間。傳輸晶體管112-A的柵極連接到傳輸控制線LTxA，并且傳輸晶體管112-B的柵極連接到傳輸控制線LTxB。類似地，傳輸晶體管112-C的柵極連接到傳輸控制線LTxC，并且傳輸晶體管112-D的柵極連接到傳輸控制線LTxD。復(fù)位晶體管113-A的柵極連接到復(fù)位控制線LRSTA，并且復(fù)位晶體管113-B的柵極連接到復(fù)位控制線LRSTB。類似地，復(fù)位晶體管113-C的柵極連接到復(fù)位控制線LRSTC，并且復(fù)位晶體管113-D的柵極連接到復(fù)位控制線LRSTD。選擇晶體管115-A的柵極連接到選擇控制線LSELA，并且選擇晶體管115-B的柵極連接到選擇控制線LSELB。類似地，選擇晶體管115-C的柵極連接到選擇控制線LSELC，并且選擇晶體管115-D的柵極連接到選擇控制線LSELD。放大晶體管114連接在電源電勢VDD和垂直信號線116之間。此外，放大晶體管 114的柵極連接到節(jié)點NDl。在該配置中，由各個劃分像素DPC-A到DPC-D的光電轉(zhuǎn)換元件111-A到111-D光電轉(zhuǎn)換的劃分像素信號傳輸?shù)礁≈脭U散部分FD-A到FD-D。劃分像素信號通過浮置擴散部分FD-A到FD-D并進一步經(jīng)由選擇晶體管115-A到115-D傳輸?shù)阶鳛榉糯蟛糠值姆糯缶w管114。然后，劃分像素信號被放大，并且放大的劃分像素信號在時間上依次被發(fā)送到垂直信號線116。此外，可以采用其中形成一個像素的多個劃分像素被劃分成多個組并且每個劃分的組共享浮置擴散部分FD的配置。在此情況下，每個劃分的組可以被形成為共享復(fù)位晶體管和選擇晶體管，并且各組可以被形成為整體共享放大晶體管。圖15是示出被分組并且在各個組中共享浮置擴散部分并且作為整體在像素中共享放大晶體管的多個劃分像素的例子的電路圖。在此例子中，四個劃分像素DPC-A，DPC-B, DPC-C, DPC-D被分割到兩組。具體地，劃分像素DPC-A和劃分像素DPC-B被分割到第一組GRP1，并且劃分像素 DPC-C和劃分像素DPC-D被分割到第二組GRP2。對于圖15中的第一組GRPl的劃分像素DPC-A和DPC-B，分別提供光電轉(zhuǎn)換元件 Ill-A和Ill-B以及傳輸晶體管112-A和112-B。此外，傳輸晶體管112-A和112-B的一端(例如漏極)連接到共享的浮置擴散部分 SFD1。傳輸晶體管112-A的柵極連接到傳輸控制線LTxA，并且傳輸晶體管112-B的柵極連接到傳輸控制線LTxB。對于圖15中的第二組GRP2的劃分像素DPC-C和DPC-D，分別提供光電轉(zhuǎn)換元件 Ill-C和Ill-D以及傳輸晶體管112-C和112-D。此外，傳輸晶體管112-C和112-D的一端(例如漏極)連接到共享的浮置擴散部分 SFD2。傳輸晶體管112-C的柵極連接到傳輸控制線LTxC，并且傳輸晶體管112-D的柵極連接到傳輸控制線LTxD。復(fù)位晶體管113-1連接在電源電勢VDD和共享的浮置擴散部分SFDl之間。復(fù)位晶體管113-1的柵極連接到復(fù)位控制線LRSTl。復(fù)位晶體管113-2連接在電源電勢VDD和共享的浮置擴散部分SFD2之間。復(fù)位晶體管113-2的柵極連接到復(fù)位控制線LRST2。選擇晶體管115-1連接在共享的浮置擴散部分SFDl和節(jié)點ND2之間，并且選擇晶體管115-2連接在共享的浮置擴散部分SFD2和節(jié)點ND2之間。選擇晶體管115-1的柵極連接到選擇控制線LSEL1，并且選擇晶體管115_2的柵極連接到選擇控制線LSEL2。放大晶體管114連接在電源電勢VDD和垂直信號線116之間。此外，放大晶體管 114的柵極連接到節(jié)點ND2。在該配置中，由各個劃分像素DPC-A到DPC-D的光電轉(zhuǎn)換元件111-A到111-D光電轉(zhuǎn)換的劃分像素信號傳輸?shù)焦蚕淼母≈脭U散部分SFDl和SFD2。劃分像素信號通過共享的浮置擴散部分SFDl和SFD2-A并進一步經(jīng)由選擇晶體管115-1和115-2傳輸?shù)阶鳛榉糯蟛糠值姆糯缶w管114。然后，劃分像素信號被放大，并且放大的劃分像素信號在時間上依次被發(fā)送到垂直信號線116。如上所述，存在在一個像素的表面內(nèi)劃分成多個區(qū)域的各種方法，并且這些方法被粗略地分類為共享的浮置擴散(四個像素共享的)方法(下文中稱為“共享FD方法”) 以及單獨的浮置擴散方法(下文中稱為“單獨FD方法”)。圖16A到16D是用于說明在一個像素的表面內(nèi)劃分成多個區(qū)域的方法的圖。圖16A示出通過共享FD方法劃分成四個方形的例子，圖16B示出通過單獨FD方法劃分成四個方形的例子，圖16C示出通過共享FD方法劃分成四個條形(reed shape)的例子，圖16D示出通過單獨FD方法劃分成四個條形的例子。盡管省略了詳細說明，但是在與表面垂直的方向上堆疊具有不同感光度的感光層和半導(dǎo)體層(P-N結(jié))可以被稱為廣義上的像素劃分?？梢酝ㄟ^改變設(shè)備的孔徑比、向感光區(qū)上的絕緣膜提供光濾波器特性、改變襯底的雜質(zhì)濃度等方法來實現(xiàn)改變劃分像素的感光度。圖16A到16D示出其中一個像素被劃分成四個、并且除了劃分的感光區(qū)PA、PB、PC、 PD之外存在不直接對感光性做貢獻的無效區(qū)(死區(qū))IVL的具體例子。區(qū)域IVL是用于電隔離的空間(溝道停止)，使得在劃分的單元中累積的像素電荷可以不泄露或者彼此干擾，并且根據(jù)需要在其中提供用于信號處理的配線。
在以上說明中，已經(jīng)通過將具有列并列ADC的固態(tài)圖像感測設(shè)備(CMOS圖像傳感器)作為例子說明了劃分像素相加信號處理。對于列AD轉(zhuǎn)換型CMOS圖像傳感器的劃分像素相加信號處理，例如，可以采用以下兩個方法。圖17A是示意性地示出與劃分像素相加有關(guān)的列AD轉(zhuǎn)換型CMOS圖像傳感器的配置例子的圖。在圖17A中，在相同顏色的濾色器下的一個像素被劃分成四個，并且感光性和累積時間相對于在各個劃分像素的對角方向上相對的多個像素的每個而變化，并且像素信號通過共享的浮置擴散部分FD依次被讀出到相同的信號線。然后，由關(guān)于每列提供的CDS電路200進行噪聲處理，并且在該列之外一次對一行進行A/D轉(zhuǎn)換。圖17B是示意性地示出與劃分像素相加有關(guān)的列AD轉(zhuǎn)換型CMOS圖像傳感器的另一配置例子的圖。在圖17B中，在相同顏色的濾色器下的一個像素被劃分成四個，并且感光性和累積時間相對于在各個劃分像素的對角方向上相對的多個像素的每個而變化。然后，像素信號通過共享FD依次被讀出到相同的信號線，并且由關(guān)于每列提供的CDS電路200進行第一
噪聲處理。然后，通過類似地關(guān)于每列提供的A/D轉(zhuǎn)換器220將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且由類似地關(guān)于每列提供的⑶S電路230進行第二噪聲處理，由此，移除在A/D轉(zhuǎn)換處產(chǎn)生的數(shù)字噪聲。此外，在以上說明中，已經(jīng)說明了其中本公開的實施例應(yīng)用于CMOS圖像傳感器的例子，但是，本公開的實施例可以應(yīng)用于CCD傳感器。圖18是示出根據(jù)本公開的實施例的與CCD傳感器對應(yīng)的固態(tài)圖像感測設(shè)備的配置例子的圖。圖18中的固態(tài)圖像感測設(shè)備300具有在行(垂直)方向上和列(水平)方向上以矩陣布置的多個傳感器部分(光電轉(zhuǎn)換元件)311，且將入射光轉(zhuǎn)換為響應(yīng)于其光量的電荷量的信號電荷，并累積該電荷。固態(tài)圖像感測設(shè)備300具有關(guān)于傳感器部分311的每個垂直列布置的多個垂直傳輸寄存器312，其垂直傳輸經(jīng)由讀出柵極部分(未示出)從各個傳感器部分311讀出的信號電荷。傳感器部分和垂直傳輸寄存器312形成成像區(qū)313。傳感器部分311采用拜耳布置，并且各個像素被劃分成劃分像素DPC，作為具有不同感光度的多個區(qū)域(例如對于每個像素兩個的四個)。例如，垂直傳輸寄存器312由垂直傳輸脈沖驅(qū)動用于傳輸三個或四個階段，并且在水平消隱時段的一部分中關(guān)于與一個掃描線(一行)對應(yīng)的每個部分依次傳輸作為從各個傳感器部分311讀出的劃分像素信號的信號電荷。水平傳輸寄存器314在圖中被提供在成像區(qū)313的下側(cè)。作為與一行對應(yīng)的劃分像素信號的信號電荷依次從多個垂直傳輸寄存器312的每一個傳輸?shù)剿絺鬏敿拇嫫?314。例如，水平傳輸寄存器314由垂直傳輸脈沖驅(qū)動用于傳輸三個或四個階段，并在水平消隱時段之后的水平掃描時段中在水平方向上依次傳輸從多個垂直傳輸寄存器312傳輸?shù)挠糜谝恍械男盘栯姾伞Ｔ谒絺鬏敿拇嫫?14的傳輸目的地側(cè)的端部，例如，提供具有浮置擴散放大器配置的電荷檢測部分315。電荷檢測部分315具有累積經(jīng)由水平輸出柵極部分從水平傳輸寄存器314提供的信號電荷的浮置擴散部分FD。盡管未示出，但是電荷檢測部分315包括排出(drain)信號電荷的復(fù)位漏極(RD)和提供在浮置擴散部分FD和復(fù)位漏極之間的復(fù)位柵極(RG)。在電荷檢測部分315中，預(yù)定復(fù)位漏極電壓被施加到復(fù)位漏極，并且在信號電荷的檢測時段復(fù)位脈沖被提供給復(fù)位柵極。此外，在浮置擴散部分FD中累積的信號電荷被轉(zhuǎn)換成信號電壓并且經(jīng)由輸出電路316被引出到CSD電路320作為C⑶輸出信號(XDout。然后，在ADC330中，進行各個劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換和相加處理。如上所述，根據(jù)此實施例，為了防止重心偏移，采用了在對角方向上彼此相對的像素具有相同曝光時間(或感光性)的在曝光時間條件(或感光性)的兩個條件下的結(jié)構(gòu)。此外，這些像素信號被發(fā)送到垂直信號線并在列部分中提供的AD轉(zhuǎn)換部分中相加。此外，在此實施例中，為了最大化S/N，采用如下配置其中，當信號被返回為線性時不直接通過計算獲得該信號，而是通過暫且從原始(Raw)輸出值計算出最佳乘法因子并將該原始(Raw)輸出值乘以該乘法因子來獲得最終輸出。因此，根據(jù)此實施例，可以獲得以下優(yōu)點?？梢苑乐怪匦牡钠撇⒖梢宰畲蠡疭/N。 可以實現(xiàn)具有寬動態(tài)范圍、在低光量時具有較高感光度并具有高亮度信息壓縮特性的固態(tài)圖像感測設(shè)備的像素。此外，與現(xiàn)有數(shù)字加法相比，不需要外部存儲器。不再像在模擬相加中那樣有在其處作為相加目標的像素之一飽和的轉(zhuǎn)折點的變化。在轉(zhuǎn)折點處(在該處作為相加目標的像素之一飽和)改善了 S/N，并且在中等或更高亮度范圍中可以實現(xiàn)S/N幾乎等于或大于未劃分像素的S/N。此外，可以實現(xiàn)劃分像素結(jié)構(gòu)而不用太多地增加處理數(shù)量。另外，可以采用以下配置其中，根據(jù)規(guī)范各個劃分像素獨立地被讀出并且讀取可以被切換到用于獲得高分辨率圖像的讀出。具有上述優(yōu)點的固態(tài)圖像感測設(shè)備可以應(yīng)用為數(shù)字相機或攝像機的成像設(shè)備。<5.相機系統(tǒng)的示例配置>圖19是示出應(yīng)用根據(jù)本公開的實施例的固態(tài)圖像感測設(shè)備的相機系統(tǒng)的配置的例子的圖。相機系統(tǒng)400具有成像設(shè)備410，根據(jù)實施例的CMOS圖像傳感器(固態(tài)圖像感測設(shè)備)100、300可以應(yīng)用于該成像設(shè)備410，如圖19所示。例如，相機系統(tǒng)400具有將入射光引導(dǎo)到成像設(shè)備410的像素區(qū)域(形成被攝體圖像)的光學(xué)系統(tǒng)以及在成像表面上對入射光成像的鏡頭420。相機系統(tǒng)400具有驅(qū)動成像設(shè)備410的驅(qū)動電路(DRV) 430和處理成像設(shè)備410的輸出信號的信號處理電路(PRC)440。驅(qū)動電路430具有定時發(fā)生器(未示出)，其產(chǎn)生驅(qū)動成像設(shè)備410內(nèi)的電路的包括開始脈沖和時鐘脈沖的各種定時信號，并以預(yù)定定時信號驅(qū)動成像設(shè)備410。此外，信號處理電路440對成像設(shè)備410的輸出信號進行諸如⑶S的信號處理。在信號處理電路440中處理的圖像信號被記錄在諸如存儲器的記錄介質(zhì)中。使用打印機等硬拷貝記錄在記錄介質(zhì)中的圖像信息。或者，在信號處理電路440中處理的圖像信號在液晶顯示器等的監(jiān)視器上顯示為運動圖像。如上所述，在諸如數(shù)字相機的成像裝置中，通過安裝上述圖像感測設(shè)備100作為成像設(shè)備410，可以實現(xiàn)具有低功耗和高清晰度的相機。本公開包含與2010年11月8日在日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP 2010-250328中的公開的主題有關(guān)的主題，通過引用將其全部內(nèi)容合并于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，取決于設(shè)計要求和其他因素，可以發(fā)生各種修改、組合、子組合和變更，只要它們在所附權(quán)利要求或其等效物的范圍內(nèi)即可。
19
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)圖像感測設(shè)備，包括像素部分，其中以矩陣布置多個像素；以及像素信號讀出部分，包括對從像素部分讀出的像素信號進行模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換的AD 轉(zhuǎn)換部分，其中像素部分的多個相鄰像素的每個或者像素之一被形成為劃分成具有不同感光性或累積電荷量的多個劃分像素，對于多個劃分像素設(shè)置多個感光性或曝光時間條件，并且提供為在對角方向上相對的劃分像素的感光性或曝光時間條件被設(shè)置為相同條件，像素信號讀出部分讀出像素的各個劃分像素的劃分像素信號，以及 AD轉(zhuǎn)換部分通過對各個讀出的劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換并對信號相加來獲得一個像素的像素信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像感測設(shè)備，還包括處理部分，其通過從像素信號讀出部分的輸出值獲得最佳乘法因子并將該輸出值乘以獲得的乘法因子來獲得最終輸出。
3.一種固態(tài)圖像感測設(shè)備，包括像素部分，其中以矩陣布置多個像素；像素信號讀出部分，包括對從像素部分讀出的像素信號進行模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換的AD 轉(zhuǎn)換部分；以及處理部分，通過從像素信號讀出部分的輸出值獲得最佳乘法因子并將該輸出值乘以獲得的乘法因子來獲得最終輸出，其中像素部分的多個相鄰像素的每個或者像素之一被形成為劃分成具有不同感光性或累積電荷量的多個劃分像素，像素信號讀出部分讀出像素的各個劃分像素的劃分像素信號，以及 AD轉(zhuǎn)換部分通過對各個讀出的劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換并對信號相加來獲得一個像素的像素信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的固態(tài)圖像感測設(shè)備，其中對于多個劃分像素設(shè)置多個感光性或曝光時間條件，并且提供為在對角方向上相對的劃分像素的感光性或曝光時間條件被設(shè)置為相同條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像感測設(shè)備，其中像素信號讀出部分在時間上依次將各個劃分像素的劃分像素信號讀出到信號線，以及AD轉(zhuǎn)換部分依次進行以下處理對通過信號線輸入的劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換，在下一劃分像素信號的AD轉(zhuǎn)換時，相加先前AD轉(zhuǎn)換后的值，并對該下一劃分像素信號進行AD 轉(zhuǎn)換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的固態(tài)圖像感測設(shè)備，其中包含多個劃分像素的像素包括 關(guān)于每個劃分像素提供的多個光電轉(zhuǎn)換元件；在各個劃分像素之間公共地形成的共享浮置擴散部分；以及在各個劃分像素之間公共地形成的放大部分，并且像素信號讀出部分將由各個劃分像素的光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換的劃分像素信號通過共享浮置擴散部分傳輸?shù)椒糯蟛糠?，并放大該信號，并在時間上依次將放大的劃分像素信號發(fā)送到信號線。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的固態(tài)圖像感測設(shè)備，其中包含多個劃分像素的像素包括 關(guān)于每個劃分像素提供的多個光電轉(zhuǎn)換元件；關(guān)于每個劃分像素提供的多個浮置擴散部分；以及在各個劃分像素之間公共地形成的放大部分，并且像素信號讀出部分將由各個劃分像素的光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換的劃分像素信號通過浮置擴散部分傳輸?shù)椒糯蟛糠郑⒎糯笤撔盘?，并在時間上依次將放大的劃分像素信號發(fā)送到信號線。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的固態(tài)圖像感測設(shè)備，其中包含多個劃分像素的像素被分割為多個組，并且包括關(guān)于每個劃分像素提供的多個光電轉(zhuǎn)換元件； 在各組劃分像素之間公共地形成的多個共享浮置擴散部分；以及在各組之間公共地形成的放大部分，并且像素信號讀出部分將由各個劃分像素的光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換的劃分像素信號通過與各組對應(yīng)的共享浮置擴散部分傳輸?shù)椒糯蟛糠?，并放大該信號，并在時間上依次將放大的劃分像素信號發(fā)送到信號線。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的固態(tài)圖像感測設(shè)備，其中包含多個劃分像素的像素包括 關(guān)于每個劃分像素提供的多個光電轉(zhuǎn)換元件；關(guān)于每個劃分像素提供的多個浮置擴散部分；以及關(guān)于每個劃分像素提供的放大部分，并且像素信號讀出部分將由各個劃分像素的光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換的劃分像素信號通過浮置擴散部分傳輸?shù)椒糯蟛糠郑⒎糯笤撔盘?，并在時間上依次將放大的劃分像素信號發(fā)送到信號線。
10.根據(jù)權(quán)利要求5的固態(tài)圖像感測設(shè)備，其中包含多個劃分像素的像素包括 關(guān)于每個劃分像素提供的多個光電轉(zhuǎn)換元件；以及關(guān)于每個劃分像素提供的多個浮置擴散部分，像素信號讀出部分包括放大部分，并分別將由各個劃分像素的光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換的劃分像素信號通過浮置擴散部分并行發(fā)送到不同的信號線，并且AD轉(zhuǎn)換部分通過并行地對放大部分中放大的多個劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換，并多次將AD轉(zhuǎn)換的值依次相加來獲得作為整體的像素信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的固態(tài)圖像感測設(shè)備，其中AD轉(zhuǎn)換部分通過在多個放大的劃分像素信號分別飽和時停止AD轉(zhuǎn)換處理并多次將AD轉(zhuǎn)換的值依次相加來獲得作為整體的像素信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求5的固態(tài)圖像感測設(shè)備，其中包含多個劃分像素的像素包括關(guān)于每個劃分像素提供的多個光電轉(zhuǎn)換元件，像素信號讀出部分包括第一傳輸寄存器，其在列方向上傳輸劃分像素信號；第二傳輸寄存器，其在與第一傳輸寄存器的傳輸方向正交的方向上傳輸劃分像素信號；以及浮置擴散部分，通過第二傳輸寄存器傳輸?shù)膭澐窒袼匦盘柋惶峁┙o該浮置擴散部分，并且像素信號讀出部分將由各個劃分像素的光電轉(zhuǎn)換元件光電轉(zhuǎn)換的劃分像素信號在時間上依次發(fā)送到第一傳輸寄存器和第二傳輸寄存器，通過浮置擴散部分放大該信號，對其進行相關(guān)雙采樣處理，并在AD轉(zhuǎn)換部分中對其進行AD轉(zhuǎn)換。
13.一種相機系統(tǒng)，包括 固態(tài)圖像感測設(shè)備；以及光學(xué)系統(tǒng)，其在固態(tài)圖像感測設(shè)備上形成被攝體圖像， 該固態(tài)圖像感測設(shè)備包括像素部分，其中以矩陣布置多個像素；以及像素信號讀出部分，包括對從像素部分讀出的像素信號進行模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換的AD 轉(zhuǎn)換部分，其中像素部分的多個相鄰像素的每個或者像素之一被形成為劃分成具有不同感光性或累積電荷量的多個劃分像素，對于多個劃分像素設(shè)置多個感光性或曝光時間條件，并且提供為在對角方向上相對的劃分像素的感光性或曝光時間條件被設(shè)置為相同條件，像素信號讀出部分讀出像素的各個劃分像素的劃分像素信號，并且 AD轉(zhuǎn)換部分通過對各個讀出的劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換并對信號相加來獲得一個像素的像素信號。
14.一種相機系統(tǒng)，包括 固態(tài)圖像感測設(shè)備；以及光學(xué)系統(tǒng)，其在固態(tài)圖像感測設(shè)備上形成被攝體圖像， 該固態(tài)圖像感測設(shè)備包括像素部分，其中以矩陣布置多個像素；像素信號讀出部分，包括對從像素部分讀出的像素信號進行模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換的AD 轉(zhuǎn)換部分；以及處理部分，通過從像素信號讀出部分的輸出值獲得最佳乘法因子并將該輸出值乘以獲得的乘法因子來獲得最終輸出，其中像素部分的多個相鄰像素的每個或者像素之一被形成為劃分成具有不同感光性或累積電荷量的多個劃分像素，像素信號讀出部分讀出像素的各個劃分像素的劃分像素信號，并且 AD轉(zhuǎn)換部分通過對各個讀出的劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換并對信號相加來獲得一個像素的像素信號。
全文摘要
一種固態(tài)圖像感測設(shè)備，包括像素部分，其中以矩陣布置多個像素；以及像素信號讀出部分，包括對從像素部分讀出的像素信號進行模擬-數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換的AD轉(zhuǎn)換部分。像素部分的多個相鄰像素的每個或者像素之一被形成為劃分成具有不同感光性或累積電荷量的區(qū)域的劃分像素，對于劃分像素設(shè)置感光性或曝光時間條件，并且提供為在對角方向上相對的劃分像素的感光性或曝光時間條件被設(shè)置為相同條件，像素信號讀出部分讀出像素的各個劃分像素的劃分像素信號，以及AD轉(zhuǎn)換部分通過對各個讀出的劃分像素信號進行AD轉(zhuǎn)換并對信號相加來獲得一個像素的像素信號。
文檔編號H04N5/3745GK102469271SQ20111033935
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者中田征志, 船津英一 申請人:索尼公司