拍攝元件和拍攝裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種拍攝元件，具有：呈矩陣狀地配置有多個像素的拍攝芯片；以及信號處理芯片，具有按一個或多個像素列或者按一個或多個像素行設(shè)置并對從像素輸出的像素信號進行信號處理的元件，并層疊在拍攝芯片上。例如進行信號處理的元件是將從像素輸出的像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器，在將從像素輸出的像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號時，并列控制A/D轉(zhuǎn)換器中的至少兩個以上A/D轉(zhuǎn)換器。
【專利說明】拍攝元件和拍攝裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及拍攝元件和拍攝裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，已知有包括列并列型A/D轉(zhuǎn)換器(僅稱為ADC)的圖像傳感器。另外，在層疊了信號處理芯片的圖像傳感器中，提出了塊并列型ADC(例如參照非專利文獻I)。
[0003]非專利文獻1:“A Very Low Area ADC for 3-D Stacked CMOS Image ProcessingSystem”，K.Kiyoyama 等，IEEE 3DIC 2012。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明要解決的問題
[0005]列并列型ADC按每個像素列設(shè)置ADC，在各ADC中并行讀出所選擇的行的各像素的像素信號。但是，以往的列并列型ADC與有效像素區(qū)域形成在同一面(例如有效像素區(qū)域的列方向上的上下)上，所以拍攝元件的面積增大。另外，在并行高速處理多個行的情況下，必須在有效像素區(qū)域內(nèi)繞回布線。另外，在并行高速處理多個行的情況下，ADC大型化從而拍攝元件的面積進一步增大。
[0006]另一方面，塊并列型ADC按每個有效像素的塊(例如每個10像素X 10像素的塊)設(shè)置ADC。但是，為了用一個ADC讀出塊內(nèi)的各像素，需要想辦法使用復(fù)雜的控制線或者在拍攝芯片一側(cè)配置控制用晶體管等。另外，每個塊的ADC分別獨立地工作。因此，ADC的發(fā)熱也獨立地產(chǎn)生，信號處理芯片有時會局部地發(fā)熱?？烧J為信號處理芯片中的局部發(fā)熱會傳遞給層疊的拍攝芯片，并給拍攝芯片的工作帶來影響。
[0007]用于解決問題的手段
[0008]在本發(fā)明的第I方式中，提供一種拍攝元件，呈矩陣狀地配置有多個像素的拍攝芯片；以及信號處理芯片，具有按一個或多個像素列或者按一個或多個像素行設(shè)置并對從像素輸出的像素信號進行信號處理的元件，所述信號處理芯片層疊在所述拍攝芯片上。
[0009]在本發(fā)明的第2方式中，提供使用了上述拍攝元件的拍攝裝置。
[0010]此外，上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并未列舉本發(fā)明的全部必要特征。另外，這些特征組的子組合也可以成為發(fā)明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實施方式的拍攝元件100的剖視圖。
[0012]圖2是說明拍攝芯片113的像素排列和單位組131的圖。
[0013]圖3表示像素150的等效電路圖。
[0014]圖4是表示拍攝芯片113中的多個像素150和凸塊109的配置例的圖。
[0015]圖5是表示配置在信號處理芯片111的ADC配置面上的多個ADC180的圖。
[0016]圖6是表示拍攝芯片113中的多個像素150和凸塊109的另一配置例的圖。
[0017]圖7是表示拍攝芯片113中的多個像素150和TSV(Through Silicon Via:硅貫通電極)120的配置例的圖。
[0018]圖8是表示配置在信號處理芯片111的ADC配置面上的多個ADC180和TSV120的圖。
[0019]圖9是與拍攝芯片113 —起地表示具有模擬CDS (Correlated Double Sampling:相關(guān)雙采樣)電路186的信號處理芯片111的概要的圖。
[0020]圖10是表示具有模擬⑶S電路186的信號處理芯片111的工作例的時序圖。
[0021]圖11是與拍攝芯片113 —起地表示具有DDS電路188的信號處理芯片111的概要的圖。
[0022]圖12是表示具有DDS電路188的信號處理芯片111的工作例的時序圖。
[0023]圖13是表示本實施方式的拍攝裝置500的構(gòu)成的框圖。

【具體實施方式】
[0024]以下通過【具體實施方式】說明本發(fā)明，但以下的實施方式并不限定權(quán)利要求書涉及的發(fā)明。另外，在發(fā)明的解決手段中，在實施方式中說明的特征的組合并不一定全部都是必需的。
[0025]圖1是本實施方式的拍攝元件100的剖視圖。在本例中，示出所謂的背面照射型的拍攝元件100，但拍攝元件100不限定于背面照射型，也可以是正面照射型。拍攝元件100也可以是包括層疊在拍攝芯片113上的層疊芯片的構(gòu)造。
[0026]本例的拍攝元件100包括輸出與入射光對應(yīng)的像素信號的拍攝芯片113、處理像素信號的信號處理芯片111以及存儲像素信號的存儲芯片112。這些拍攝芯片113、信號處理芯片111以及存儲芯片112被層疊，并通過銅等具有導(dǎo)電性的多個凸塊109相互電連接。在本例中，信號處理芯片111和存儲芯片112相當(dāng)于上述層疊芯片。
[0027]此外，如圖所示，入射光主要朝向以空心箭頭表示的Z軸正方向入射。在本實施方式中，在拍攝芯片113中，將入射光入射的一側(cè)的面稱為背面。另外，如坐標(biāo)軸所示，將與Z軸正交的紙面右方向設(shè)為X軸正方向，將與Z軸和X軸正交的紙面面前方向設(shè)為Y軸正方向。在以后的幾個圖中，以圖1的坐標(biāo)軸為基準(zhǔn)，表示坐標(biāo)軸以理解各個圖的方向。
[0028]拍攝芯片113的一個例子是背面照射型的MOS (Metal Oxide Semiconductor:金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器。PD (photoconductor d1de:光電導(dǎo)二極管)層106配置于布線層108的背面?zhèn)?。F1D層106具有生成與光相應(yīng)的電荷的多個光電轉(zhuǎn)換部。拍攝芯片113輸出與該電荷相應(yīng)的像素信號。本例的ro層106具有二維地配置的多個ro(光電導(dǎo)二極管)104和與PD104對應(yīng)地設(shè)置的晶體管105。PD104是光電轉(zhuǎn)換部的一個例子。
[0029]在H)層106上的入射光的入射側(cè)，隔著鈍化膜103設(shè)置彩色濾光片102。彩色濾光片102具有透射相互不同的波長區(qū)域的多個種類，并與各個PD104對應(yīng)地具有特定的排列。將在后面說明彩色濾光片102的排列。彩色濾光片102、PD104和晶體管105的組形成一個像素。
[0030]在彩色濾光片102上的入射光的入射側(cè)，與各個像素對應(yīng)地設(shè)置微型透鏡101。微型透鏡ιο?朝向?qū)?yīng)的ro14對入射光進行聚光。
[0031]布線層108具有向信號處理芯片111傳輸來自ro層106的像素信號的布線107。布線107可以為多層，另外，也可以設(shè)置無源元件和有源元件。
[0032]在布線層108的表面上配置多個凸塊109。該多個凸塊109與設(shè)置在信號處理芯片111的對置的面上的多個凸塊109對位并通過加壓拍攝芯片113和信號處理芯片111等，將被對位的凸塊109彼此接合并電連接。
[0033]同樣地，在信號處理芯片111和存儲芯片112的相互對置的面上配置多個凸塊109。這些凸塊109相互對位并通過加壓信號處理芯片111和存儲芯片112等，將被對位的凸塊109彼此接合并電連接。
[0034]此外，凸塊109間的接合不限于利用固相擴散的銅凸塊接合，也可以采用利用焊接熔融的微凸塊結(jié)合。另外，凸塊109例如可以相對于后述的一條輸出布線設(shè)置一個，也可以設(shè)置多個。凸塊109的大小也可以大于PD104的間距。另外，也可以是，在排列有像素的像素區(qū)域以外的周邊區(qū)域中，一并設(shè)置比與像素區(qū)域?qū)?yīng)的凸塊109大的凸塊。
[0035]信號處理芯片111接收拍攝芯片113輸出的模擬像素信號。信號處理芯片111對接收到的像素信號進行預(yù)定的信號處理，并輸出至存儲芯片112。存儲芯片112保存從信號處理芯片111接收的信號。
[0036]信號處理芯片111具有對從像素輸出的像素信號進行信號處理的多個元件。本例的信號處理芯片111具有多個ADC180作為該多個元件的一個例子。該多個元件也可以是與ADC180不同的元件，如運算電路等。各個ADC180將拍攝芯片113輸出的模擬像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。信號處理芯片111也可以對該數(shù)字信號進行修正等預(yù)定的運算。
[0037]在與設(shè)置有多個像素的面平行的ADC配置面中，呈二維地配置多個ADC180的至少一部分。例如，在拍攝芯片113中，沿著行方向和列方向二維地配置多個像素，在信號處理芯片111中，沿著行方向和列方向二維地配置多個ADC180。優(yōu)選的是，在信號處理芯片111中，等間隔地配置多個ADC180。
[0038]另外，配置于ADC配置面的多個ADC180中的至少二個以上ADC180被并行控制，且并行工作。并行工作是指大致同時進行多個ADC180中的模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。由此，該兩個以上ADC180大致同時發(fā)熱，與多個ADC180獨立地工作的情況相比，能夠降低溫度分布的偏差。此外，優(yōu)選的是，配置于ADC配置面的多個ADC180均大致同時工作。由此，能夠使ADC180的發(fā)熱導(dǎo)致的溫度分布變均勻。另外，也可以是，在信號處理芯片111的ADC配置面中，也可以不均勻地配置多個ADC180。也可以是，例如多個ADC180配置成與信號處理芯片111的ADC配置面的中央相比，端部的密度較高。
[0039]另外，也可以是，在信號處理芯片111中，多個ADC180配置在Z軸方向上的位置不同的多個ADC配置面中。也就是說，也可以是，信號處理芯片111為多層芯片，多個ADC180設(shè)置在不同的層中。在該情況下，也優(yōu)選的是，在將配置多個ADC180的位置投影在一個ADC配置面上的情況下，等間隔地配置各個ADC180。
[0040]另外，信號處理芯片111具有將分別設(shè)置在正反面上的電路相互連接的TSV(硅貫通電極)110。優(yōu)選的是，TSVllO設(shè)置在周邊區(qū)域。另外，也可以是，TSVllO設(shè)置在拍攝芯片113的周邊區(qū)域、存儲芯片112。
[0041]圖2是說明拍攝芯片113的像素排列和單位組131的圖。特別示出從背面?zhèn)扔^察拍攝芯片113的情況。在像素區(qū)域中，像素沿著行方向和列方向呈矩陣狀排列。在本例中，將X軸方向設(shè)為行方向，將y軸方向設(shè)為列方向。在本實施方式中，相鄰的4個像素X4個像素共16個像素形成一個組。圖中的格子線表示相鄰的像素被分組并形成單位組131的概念。此外，單位組131是用于說明后述ADC180的位置的概念性組，拍攝芯片113也可以不按每個單位組131獨立地工作。
[0042]如像素區(qū)域的部分放大圖所示，單位組131在上下左右將4個所謂的拜耳排列內(nèi)包，所述拜耳排列由綠色像素Gb、Gr、藍色像素B以及紅色像素R這4個像素構(gòu)成。綠色像素Gb、Gr具有綠色濾光片作為彩色濾光片102，接受入射光中的綠色波長帶的光。同樣地，藍色像素B具有藍色濾光片作為彩色濾光片102，接受藍色波長帶的光，紅色像素R具有紅色濾光片作為彩色濾光片102，接受紅色波長帶的光。
[0043]圖3表示像素150的等效電路圖。上述多個像素150的每一個具有上述Η)104、傳輸晶體管152、復(fù)位晶體管154、放大晶體管156以及選擇晶體管158。這些晶體管的至少一部分與圖1的晶體管105對應(yīng)。并且，在像素150中配置了被供給復(fù)位晶體管154的導(dǎo)通信號的復(fù)位布線300、被供給傳輸晶體管152的導(dǎo)通信號的傳輸布線302、從電源Vdd接受電力供給的電源布線304、被供給選擇晶體管158的導(dǎo)通信號的選擇布線306以及輸出像素信號的輸出布線308。以下，以η溝道型FET為例說明各晶體管，但晶體管的種類不限于此。
[0044]傳輸晶體管152的源極、柵極、漏極分別與Η)104的一端、傳輸布線302、放大晶體管156的柵極連接。另外，復(fù)位晶體管154的漏極與電源布線304連接，源極與放大晶體管156的柵極連接。放大晶體管156的漏極與電源布線304連接，源極與選擇晶體管158的漏極連接。選擇晶體管158的柵極與選擇布線306連接，源極與輸出布線308連接。負載電流源309向輸出布線308供給電流。即，相對于選擇晶體管158的輸出布線308由源極跟隨器形成。此外，負載電流源309既可以設(shè)置在拍攝芯片113—側(cè)，也可以設(shè)置在信號處理芯片111 一側(cè)。
[0045]圖4是表示拍攝芯片113中的多個像素150和凸塊109的配置例的圖。此外，像素150與圖3所示的像素150相同，但在圖4中簡化地表示。如圖4所示，多個像素150沿著行方向和列方向配置成矩陣狀。此外，也可以是，行方向和列方向指平面內(nèi)的不同的兩個方向，不一定正交。此外，在本例中，將多個像素150示意性地分為4個像素X4個像素的單位組131來進行說明。本例的多個像素150分為單位組131-1至131-8這8個單位組。此外，表示單位組131-3至131-7的虛線省略。
[0046]沿著各個列設(shè)置的像素150與公共的輸出布線308連接。另外，拍攝芯片113具有按每行讀出來自多個像素150的像素信號的垂直解碼器170。沿著各個行設(shè)置的像素150與公共的控制布線連接，并根據(jù)來自垂直解碼器170的控制信號讀出像素信號。從選擇的行中的各像素150讀出的像素信號分別經(jīng)由對應(yīng)的輸出布線308和凸塊109并行地傳輸，并分別輸入給設(shè)置在信號處理芯片111上的對應(yīng)的ADC180。垂直解碼器170是使兩個以上ADC180并行工作的控制部的一個例子。
[0047]圖5是表示配置在信號處理芯片111的ADC配置面上的多個ADC180的圖。此外，在圖5中，表示將圖4所示的多個單位組131投影而成的區(qū)域。各個ADC180按任一個或多個像素列設(shè)置。即，各個ADC180按任一條或多條輸出布線308設(shè)置。各個ADC180經(jīng)由對應(yīng)的輸出布線308與對應(yīng)的列的多個像素150連接。本例中的多個ADC180與像素區(qū)域的多個輸出布線308 —對一對應(yīng)設(shè)置。各個ADC180接收與對應(yīng)的輸出布線308連接的像素150中的、由垂直解碼器170選擇的行的像素150的像素信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。此外，各個ADC180與多條輸出布線308連接的情況下，也可以在信號處理芯片111中進一步設(shè)置緩沖來自各條輸出布線308的像素信號并依次輸入至對應(yīng)的ADC180的元件。
[0048]另外，各個ADC180 二維地配置在信號處理芯片111的ADC配置面中。在這里，二維地配置是指沿著至少兩個方向配置ADC180，該兩個方向也可以不正交。本例的多個ADC180在正交的行方向和列方向上按一定間隔配置。另外，也可以是，多個ADC180按預(yù)定的個數(shù)設(shè)置在各個單位組131中。本例的多個ADC180在各個單位組131中各設(shè)置一個。
[0049]此外，各個ADC180的列方向上的長度短于設(shè)置有多個像素150的像素區(qū)域的列的長度。另外，各個ADC180的ADC配置面中的形狀可以是大致正方形。通過具有這樣的形狀，能夠提高配置ADC180的自由度，如圖5所示，在ADC配置面中均勻地配置ADC180變得容易。
[0050]根據(jù)本例的拍攝元件100，由于各個ADC180按列與輸出布線308連接，每當(dāng)垂直解碼器170選擇任意的行時，各個ADC180大致同時地工作。而且，由于各個ADC180均勻地配置在信號處理芯片111的ADC配置面上，所以即使各個ADC180發(fā)熱，也能夠使ADC配置面上的溫度分布均勻化。因此，能夠降低由ADC180的發(fā)熱引起的多個Η)104的暗電流的偏差等。此外，拍攝芯片113中的像素150的數(shù)量越多，該效果越顯著。另外，拍攝元件100不限定于ADC配置面上的全部ADC180同時工作。只要ADC配置面上的兩個以上ADC180同時工作，就能夠降低溫度分布的偏差。例如，在垂直解碼器170選擇了任意的行的情況下，也可以不同時讀出來自該行中的全部像素150的像素信號，而以分別由兩個以上的像素150構(gòu)成的組為單位，讀出來自該行中的像素150的像素信號。在該情況下，來自組內(nèi)的兩個以上的像素150的像素信號被同時讀出，對應(yīng)的兩個以上的ADC180同時工作。
[0051]此外，在單位組131具有η個像素Xn個像素的情況下，優(yōu)選地是，多個像素150在列方向上被分為η個單位組131。即，優(yōu)選的是，多個像素150在列方向上具有與單位組131內(nèi)的列數(shù)相同數(shù)量的單位組131。設(shè)置于沿列方向排列的單位組131中的各ADC180與對應(yīng)于這些單位組131的任一條輸出布線308連接。
[0052]另外，信號處理芯片111也能夠只讀出一部分單位組131的像素信號。例如，在只讀出單位組131-1所包含的像素150的像素信號的情況下，首先，讀出單位組131-1中的第I行的像素150 (在本例中為4個像素150)的像素信號。在該情況下，對應(yīng)的4個ADC180-1、180-2、180-3、180-4將各個像素150的像素信號同時轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
[0053]接著，讀出單位組131-1中的第2行的像素150的像素信號。此時，對應(yīng)的4個ADC180-1至180-4也將各個像素150的像素信號同時轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。同樣地，同時使用4個ADC180-1至180-4，依次讀出單位組131-1中的第3行和第4行像素150。在讀出單位組131-1中的最終行像素150后，將讀出對象行返回至第I行，并重復(fù)處理。
[0054]根據(jù)本例，由于使用配置于不同位置的多個ADC180，即使是只讀出局部的單位組131所包含的像素150的像素信號的情況下，也能夠使ADC180的發(fā)熱引起的溫度上升在面內(nèi)均勻。
[0055]另外，各個ADC180經(jīng)由凸塊109與對應(yīng)的輸出布線308連接。本例的拍攝元件100相對于各個ADC180分別具有一個凸塊109。各個凸塊109形成在與各個ADC180相同的單位組131的區(qū)域中。各個凸塊109也可以設(shè)置在應(yīng)與ADC180連接的輸出布線308的正下方。例如，凸塊109按每條輸出布線308設(shè)置，且按在行方向上相鄰的輸出布線308，列方向上的凸塊109的位置逐個錯開預(yù)定的間隔地配置。也可以是，該預(yù)定的間隔與單位組131的列方向的長度相等。另外，也可以是，凸塊109的配置圖案(pattern)按每η行重復(fù)(其中，η是單位組131所包含的行方向上的像素150的數(shù)量)。
[0056]此外，各個ADC180在各個單位組131的區(qū)域中設(shè)置在相同的相對位置。在該情況下，也可以是，ADC180與凸塊109的相對位置按每個單位組131不同。信號處理芯片111具有連接對應(yīng)的ADC180和凸塊109的布線。
[0057]圖6是表示拍攝芯片113中的多個像素150和凸塊109的另一配置例的圖。在圖4所不的例子中，相對于一條輸出布線308設(shè)置一個凸塊109,在本例中，相對于一條輸出布線308設(shè)置多個凸塊109。在該情況下，相對于一條輸出布線308的多個凸塊109可以設(shè)置在不同的單位組131的區(qū)域中。與一條輸出布線308連接的多個凸塊109與公共的ADC180連接。也就是說，即使是在相對于一條輸出布線308設(shè)置多個凸塊109的情況下，與相同的輸出布線308連接的凸塊109與相同的ADC180連接。在該情況下，信號處理芯片111具有將多個凸塊109與相同的ADC180連接的布線，所述多個凸塊109與相同的輸出布線308連接。該布線遍及多個單位組131的區(qū)域而形成。另外，也可以是，相對于輸出布線308設(shè)置的多個凸塊109中的一部分是不與輸出布線308和ADC180連接的虛擬凸塊。
[0058]優(yōu)選的是，本例的多個凸塊109也在行方向和列方向上等間隔地配置。另外，如圖6所示，也可以是，各列中的多個凸塊109在列方向上的位置按行方向上相鄰的輸出布線308而逐行錯開預(yù)定間隔地配置。如上所述，通過相對于各輸出布線308設(shè)置多個凸塊109，能夠增加拍攝芯片113和信號處理芯片111之間的支承點數(shù)，并能夠防止芯片的翹起。
[0059]此外，拍攝元件100中的像素信號的讀出的控制方法能夠設(shè)為與所謂的列并列型傳感器相同。因此，能夠用設(shè)置在信號處理芯片111中的ADC180讀出像素信號而不使用復(fù)雜的控制線等。另外，即使是在垂直解碼器170讀出某一行的情況下，拍攝元件100也能夠使多個ADC180同時工作。另外，也可以是，信號處理芯片111具有對像素信號進行相關(guān)雙采樣并除去噪聲的模擬CDS電路或者DDS電路(數(shù)字CDS電路)。
[0060]圖7是表示拍攝芯片113中的多個像素150和TSV120的配置例的圖。在本例中，利用TSV120來代替凸塊109，電連接拍攝芯片113和信號處理芯片111。TSV120貫通拍攝芯片113和信號處理芯片111地形成，并電連接拍攝芯片113和信號處理芯片111。輸出布線308和垂直解碼器170與圖4所示的例子相同。
[0061]沿著各個行設(shè)置的像素150與公共的控制布線連接，并根據(jù)來自垂直解碼器170的控制信號讀出像素信號。從選擇的行中的各像素150讀出的像素信號分別經(jīng)由對應(yīng)的輸出布線308和TSV120并行地傳輸，并分別輸入給設(shè)置在信號處理芯片111上的對應(yīng)的ADC180。
[0062]此外，TSV120設(shè)置在除了排列有像素的像素區(qū)域以外的周邊區(qū)域。在本例中，TSV120按各列交替地設(shè)置在像素區(qū)域的上側(cè)和下側(cè)，但TSV120的排列不限定于本例。既可以將全部TSV120設(shè)置在像素區(qū)域的上側(cè)和下側(cè)的一方，另外，也可以按每兩列交替地設(shè)置在像素區(qū)域的上側(cè)和下側(cè)。
[0063]圖8是表示配置在信號處理芯片111的ADC配置面上的多個ADC180和TSV120的圖。在圖7和圖8中用相同的附圖標(biāo)記示出的TSV120被電連接。例如，各個TSV120從拍攝芯片113連續(xù)地形成到信號處理芯片111。
[0064]ADC180的配置與圖5所示的例子相同。各個ADC180經(jīng)由TSV120與對應(yīng)的輸出布線308連接。本例的拍攝元件100相對于各個ADC180分別具有一個TSV120。TSV120的配置與圖7所示的拍攝芯片113相同。此外，雖然在圖8中布線交叉地形成，但利用多層布線構(gòu)造使這些布線間電絕緣。如圖7和圖8所示，即使使用TSV120來代替凸塊109，也能夠使多個ADC180并行工作,從而使溫度上升均勻化。
[0065]圖9是與拍攝芯片113 —起地表示具有模擬⑶S電路186的信號處理芯片111的概要的圖。此外，在圖9中，僅示出2個像素X2個像素作為拍攝芯片113中的像素，省略其他像素。另外，在信號處理芯片111中也同樣地僅示出兩個ADC180，并省略其他ADC180。
[0066]信號處理芯片111相對于各個ADC180具有模擬⑶S電路186。模擬⑶S電路186的工作在后面敘述。另外，信號處理芯片111具有控制電路184。控制電路184包含定時控制部、運算部、存儲器總線控制部、接口以及電源部等?？刂齐娐?84經(jīng)由凸塊109控制拍攝芯片113的各像素150的讀出定時。也可以使用TSV來代替凸塊109。另外，控制電路184控制模擬⑶S電路186、ADC180以及存儲器182的工作?？刂齐娐?84與拍攝元件100的外部收發(fā)信號，并且，向信號處理芯片111的各電路供給電源電力和工作時鐘。另外，控制電路184進行對像素信號和數(shù)字信號的預(yù)定運算。
[0067]圖10是表示具有模擬⑶S電路186的信號處理芯片111的工作例的時序圖。控制電路184將針對像素150-N的選擇信號S(N)設(shè)為H電平，并且向像素150-N供給復(fù)位脈沖R。由此，像素150-N的輸出Out變成復(fù)位電平?？刂齐娐?84輸出控制模擬⑶S電路186的開關(guān)的信號Reset_Hold，用該復(fù)位電平對模擬⑶S電路186的電容器充電。
[0068]接著，控制電路184對像素150-N供給傳輸脈沖Tx (N)。由此，像素150-N輸出像素信號。然后，控制電路184輸出控制模擬CDS電路186的開關(guān)的信號Signaljtold，用該像素信號的電平對模擬CDS電路186的另一方的電容器充電。接著，控制電路184控制模擬⑶S電路186的開關(guān)，使減法電路輸出兩個電容器的電壓之差。模擬⑶S電路186的采樣保持電路保持減法電路輸出的差電壓的電壓值，并向ADC180輸入。ADC180將該差電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。對各像素150進行這樣的工作。此外，該工作與以往的列并列型傳感器相同。拍攝元件100在按原樣使用以往的列并列型傳感器中的信號讀出控制的同時，由于配置在信號處理芯片111中的多個ADC180同時工作，所以能夠防止芯片內(nèi)的局部發(fā)熱。
[0069]圖11是與拍攝芯片113 —起地表示具有DDS電路188的信號處理芯片111的概要的圖。相對于圖9所示的信號處理芯片111，本例的信號處理芯片111具有DDS電路188來代替模擬CDS電路186。
[0070]圖12是表示具有DDS電路188的信號處理芯片111的工作例的時序圖。控制電路184將針對像素150-N的選擇信號S (N)設(shè)為H電平，并且向像素150-N供給復(fù)位脈沖R。由此，像素150-N的輸出Out變成復(fù)位電平?？刂齐娐?84向DDS電路188的采樣保持電路輸出使該復(fù)位電平保持的脈沖S/Η。采樣保持電路向ADC180輸入該復(fù)位電平。ADC180將該復(fù)位電平轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。
[0071]接著，控制電路184對像素150-N供給傳輸脈沖Tx(N)。由此，像素150-N輸出像素信號。然后，控制電路184向DDS電路188的采樣保持電路輸出使該像素信號的電平保持的脈沖S/Η。采樣保持電路向ADC180輸入該像素信號的電平。ADC180將該像素信號的電平轉(zhuǎn)換成數(shù)字值?？刂齐娐?84算出ADC180輸出的復(fù)位電平的數(shù)字值與像素信號的電平的數(shù)字值之差。對各像素150進行這樣的工作。此外，該工作與以往的列并列型傳感器相同。拍攝元件100在按原樣使用以往的列并列型傳感器中的信號讀出控制的同時，由于配置在信號處理芯片111中的多個ADC180同時工作，所以能夠防止芯片內(nèi)的局部發(fā)熱。
[0072]圖13是表示本實施方式的拍攝裝置500的構(gòu)成的框圖。拍攝裝置500包括作為攝像光學(xué)系統(tǒng)的拍攝透鏡520，拍攝透鏡520將沿著光軸OA入射的被拍攝體光束引導(dǎo)至攝像元件100。拍攝透鏡520也可以是能夠相對于拍攝裝置500裝拆的更換式透鏡。拍攝裝置500主要包括拍攝元件100、系統(tǒng)控制部501、驅(qū)動部502、測光部503、工作存儲器504、記錄部505以及顯示部506。
[0073]拍攝透鏡520由多個光學(xué)透鏡組構(gòu)成，并使來自場景的被拍攝體光束拍攝在其焦平面附近。此外，在圖13中，以配置于光瞳附近的一片假想透鏡作為代表來表示。驅(qū)動部502是按照來自系統(tǒng)控制部501的指示，執(zhí)行拍攝元件100的定時控制、區(qū)域控制等電荷積蓄控制的控制電路。在該含義下，可以說，驅(qū)動部502承擔(dān)對拍攝元件100執(zhí)行電荷積蓄并使像素信號輸出的拍攝元件控制部的功能。驅(qū)動部502與拍攝元件100組合而形成拍攝單元。也可以是，形成驅(qū)動部502的控制電路被芯片化，并層疊在拍攝元件100上。
[0074]拍攝元件100向系統(tǒng)控制部501的圖像處理部511傳遞像素信號。拍攝元件100與在圖1至圖12中說明的拍攝元件100相同。圖像處理部511將工作存儲器504作為工作區(qū)進行各種圖像處理，并生成圖像數(shù)據(jù)。例如，在生成JPEG文件格式的圖像數(shù)據(jù)的情況下，在實施白平衡處理、伽馬處理等后執(zhí)行壓縮處理。生成的圖像數(shù)據(jù)記錄在記錄部505中，并且轉(zhuǎn)換成顯示信號并在預(yù)先設(shè)定的時間期間顯示在顯示部506上。
[0075]測光部503在生成圖像數(shù)據(jù)的一連串拍攝序列之前，檢測出場景的亮度分布。測光部503例如包含100萬像素左右的AE (Automatic Exposure:自動曝光)傳感器。系統(tǒng)控制部501的運算部512接收測光部503的輸出并算出每個場景區(qū)域的亮度。運算部512按照算出的亮度分布決定快門速度、光圈值、ISO感光度。此外，可以在拍攝元件100內(nèi)設(shè)置用于上述AE傳感器的像素，在該情況下，也可以不設(shè)置與該拍攝元件100獨立的測光部503。根據(jù)本例的拍攝裝置500，由于使用降低了由ADC180引起的局部發(fā)熱的拍攝元件100，所以能夠取得降低了暗電流等的偏差的圖像數(shù)據(jù)。
[0076]以上，使用實施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明的技術(shù)范圍不限定于上述實施方式記載的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可對上述實施方式施加多種變更或改良。從權(quán)利要求書的記載可以明顯看出，施加了這種變更或改良的實施方式也可包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
[0077]需要留意的是，只要是沒有特別明確表示“之前”、“在先”等，并且不是把前面處理的輸出使用在后面的處理，就可以以任意順序?qū)崿F(xiàn)在權(quán)利要求書、說明書、以及附圖中示出的裝置、系統(tǒng)、程序、以及方法的操作、順序、步驟以及階段等各處理的執(zhí)行順序。對于權(quán)利要求書、說明書、以及附圖中的操作流程，即使為了方便期間使用了“首先，”、“接著，”等進行了說明，但并不意味著必須以該順序?qū)嵤?br> [0078]附圖標(biāo)記的i兌明
[0079]100拍攝元件，101微型透鏡，102彩色濾光片，103鈍化膜，104PD, 105晶體管，106PD層，107布線，108布線層，109凸塊，110TSV, 111信號處理芯片，112存儲芯片，113拍攝芯片，120TSV, 131單位組，150像素，152傳輸晶體管，154復(fù)位晶體管，156放大晶體管，158選擇晶體管，170垂直解碼器，180ADC, 182存儲器，184控制電路，186模擬⑶S電路，188DDS電路，300復(fù)位布線，302傳輸布線，304電源布線，306選擇布線，308輸出布線，309負載電流源，500拍攝裝置，520拍攝透鏡，501系統(tǒng)控制部，502驅(qū)動部，503測光部，504工作存儲器，505記錄部，506顯示部，511圖像處理部，512運算部
【權(quán)利要求】
1.一種拍攝元件，具有: 呈矩陣狀地配置有多個像素的拍攝芯片；以及 信號處理芯片，具有按一個或多個像素列或者按一個或多個像素行設(shè)置并對從像素輸出的像素信號進行信號處理的元件，所述信號處理芯片層疊在所述拍攝芯片上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拍攝元件，其中， 所述進行信號處理的元件是將從所述像素輸出的像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拍攝元件，其中， 在將從所述像素輸出的像素信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號時，并行控制所述A/D轉(zhuǎn)換器中的至少兩個以上A/D轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的拍攝元件，其中， 至少一部分所述A/D轉(zhuǎn)換器配置在與配置有所述像素的面平行的面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的拍攝元件，其中， 所述A/D轉(zhuǎn)換器按任一個或多個像素列設(shè)置， 各個所述A/D轉(zhuǎn)換器的所述列方向上的長度短于所述拍攝芯片中的所述多個像素的列的長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的拍攝元件，其中， 各個所述A/D轉(zhuǎn)換器在所述行方向和所述列方向的每一方向上，按一定間隔配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項所述的拍攝元件，其中， 所述拍攝元件還具有控制部，所述控制部按每行讀出來自所述拍攝芯片中的所述多個像素的像素信號，并向?qū)?yīng)的所述A/D轉(zhuǎn)換器并行地輸入各列所述像素的所述像素信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項所述的拍攝元件，其中， 所述拍攝芯片和所述信號處理芯片通過多個凸塊電連接， 沿著各個列設(shè)置的像素與公共的輸出布線連接， 各個所述A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)由所述多個凸塊中的對應(yīng)的凸塊而與所述輸出布線連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的拍攝元件，其中， 所述凸塊按每條所述輸出布線設(shè)置一個， 與在所述行方向上相鄰的所述輸出布線對應(yīng)的所述凸塊以在所述列方向上的位置逐行錯開預(yù)先設(shè)定的間隔的方式配置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的拍攝元件，其中， 所述凸塊按每條所述輸出布線設(shè)置多個， 多個所述凸塊在所述行方向和所述列方向上等間隔地配置。
11.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項所述的拍攝元件，其中， 所述拍攝芯片和所述信號處理芯片通過多個硅貫通電極電連接， 沿著各個列設(shè)置的像素與公共的輸出布線連接， 各個所述A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)由所述多個硅貫通電極中的對應(yīng)的硅貫通電極與所述輸出布線連接。
12.一種拍攝裝置，具有權(quán)利要求1至11中任一項所述的拍攝元件。
【文檔編號】H01L27/146GK104380714SQ201380029815
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月8日
【發(fā)明者】村田寬信 申請人:株式會社尼康