專利名稱：固體攝像器件和照相機裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器為代表的固體攝像器件，并涉及照相機裝置。
背景技術(shù)：
近來，CMOS圖像傳感器作為用于替代CCD(電荷耦合器件)的固體攝像器件(圖
像傳感器)已經(jīng)引起了人們的注意。 這是因為CMOS圖像傳感器能夠解決以下問題。 g卩，CCD像素的制造需要專用的工藝，CCD像素的操作需要多個電源電壓，并且多個周邊集成電路(IC)必須聯(lián)合運行。 使用上述CCD時，會產(chǎn)生諸如讓裝置變得非常復(fù)雜等各種問題，而CMOS圖像傳感器能夠解決這些問題。 在制造CMOS圖像傳感器時，可以使用與通用CMOS集成電路相同的制造工藝。也可以通過把能夠被單個電源驅(qū)動且基于CMOS工藝的模擬電路和邏輯電路混裝在同一芯片上來實現(xiàn)。 出于上述原因，CMOS圖像傳感器具有諸如能夠減少周邊IC的數(shù)目等多個顯著優(yōu)點。 CCD的輸出電路采用的主要是使用了具有浮動擴散部(FloatingDiffusion, FD)的FD放大器的單通道輸出。 相比之下，CMOS圖像傳感器的每個像素都具有FD放大器，并且CMOS圖像傳感器的輸出采用的主要是列并行輸出型，在該列并行輸出型的方式下，選擇圖像陣列中的某一行并且沿列方向同時讀出所選中的行。 這是因為，利用布置在像素中的FD放大器難以獲得足夠的驅(qū)動能力，因此必須降低數(shù)據(jù)率(data rate)，而并行處理有利于降低數(shù)據(jù)率。 此外，在CMOS圖像傳感器的情況下，在復(fù)位像素時通常采取了逐行地依次使像素復(fù)位的方式。 該方式稱為巻簾式快門(rolling shutter)。 圖1圖示出了包括四個晶體管的CMOS圖像傳感器的像素的示例。 像素1具有例如由光電二極管組成的光電轉(zhuǎn)換元件ll，并且關(guān)于這一個光電轉(zhuǎn)換
元件11設(shè)有四個作為有源元件的晶體管，即傳輸晶體管12、復(fù)位晶體管13、放大晶體管14
和選擇晶體管15。 光電轉(zhuǎn)換元件11將入射光進行光電轉(zhuǎn)換從而轉(zhuǎn)換成具有與入射光的光量相對應(yīng)的量的電荷(這里指的是電子)。 傳輸晶體管12連接在光電轉(zhuǎn)換元件11和浮動擴散部FD之間，并且傳輸信號(驅(qū)
動信號)TG通過傳輸控制線LTx被提供到傳輸晶體管12的柵極(傳輸柵極)。 由此，把在光電轉(zhuǎn)換元件11中經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換而獲得的電子傳輸?shù)礁訑U散部FD。
復(fù)位晶體管13連接在電源線LVDD和浮動擴散部FD之間，并且復(fù)位信號RST通過
復(fù)位控制線LRST被提供到復(fù)位晶體管13的柵極。 由此，將浮動擴散部FD的電位復(fù)位到電源線LVDD的電位。 浮動擴散部FD與放大晶體管14的柵極相連。放大晶體管14通過選擇晶體管15連接到信號線16，由此與像素外部的恒電流源一起構(gòu)成了源極跟隨器。
然后，地址信號(選擇信號)SEL通過選擇控制線LSEL被提供到選擇晶體管15的柵極，從而使得選擇晶體管15接通。 當(dāng)選擇晶體管15接通后，放大晶體管14將浮動擴散部FD的電位放大并且將對應(yīng)于該電位的電壓輸出到信號線16。從每個像素輸出的電壓通過信號線16輸出到列電路(列處理電路)。 像素復(fù)位操作表示的是通過接通傳輸晶體管12，將累積在光電轉(zhuǎn)換元件11中的
電荷傳輸?shù)礁訑U散部FD，從而釋放該累積在光電轉(zhuǎn)換元件11中的電荷。 此時，通過接通復(fù)位晶體管13已經(jīng)預(yù)先讓浮動擴散部FD把電荷釋放至電源側(cè)，由
此做好了接收光電轉(zhuǎn)換元件11的電荷的準(zhǔn)備?；蛘?，還可以在接通傳輸晶體管12的同時
也接通復(fù)位晶體管13，將電荷直接釋放到電源的情況。 這一系列操作簡稱為"像素復(fù)位操作"或"快門操作"。 另一方面，在讀取操作中，首先接通復(fù)位晶體管13來使浮動擴散部FD復(fù)位，在該狀態(tài)下，剩余電荷(噪聲)通過處于接通狀態(tài)的選擇晶體管15而被輸出到輸出信號線16。這稱為P相輸出(P-phase output)。 接著，接通傳輸晶體管12，將累積在光電轉(zhuǎn)換元件11中的電荷傳輸?shù)礁訑U散部FD，并且該浮動擴散部FD的輸出被輸出到信號線16。這稱為D相輸出(D-phase output)。
在上述像素電路的外部，獲得D相輸出和P相輸出之間的差異并消除了浮動擴散部FD的復(fù)位噪聲，由此提供圖像信號。 為簡單起見，這一系列操作簡稱為"像素讀取操作"。 圖2圖示了將圖1所示像素以二維陣列進行布置的CMOS圖像傳感器(固體攝像器件)的一般結(jié)構(gòu)示例。 圖2所示的CMOS圖像傳感器20包括像素陣列模塊21、像素驅(qū)動電路(垂直掃描電路)22和列電路(列處理電路)23。在像素陣列模塊21中，有圖l所示的像素電路以二維陣列布置著。 像素驅(qū)動電路22控制每一行像素的傳輸晶體管12、復(fù)位晶體管13和選擇晶體管15的導(dǎo)通/斷開。 列電路23是用于接收由像素驅(qū)動電路22讀出的像素行的數(shù)據(jù)并且將該數(shù)據(jù)向后一級的信號處理電路傳輸?shù)碾娐贰?圖3示出了圖2所示電路的巻簾式快門操作的時序圖。 如圖3所示，逐行地執(zhí)行像素復(fù)位操作，在該操作后接著逐行地執(zhí)行像素讀取操作。 在像素復(fù)位操作和像素讀取操作期間，每一行的各像素都在光電轉(zhuǎn)換元件中累積信號，該信號通過像素讀取操作而被讀出。 然而，當(dāng)拍攝逆光場景或明暗亮度差較大的場景時，裝有上述固體攝像器件的照相機會導(dǎo)致用與拍攝物的亮度相匹配的曝光時間而得到的標(biāo)準(zhǔn)圖像太白(white-out)或太黑(black-out)。 因此，通過拍攝多個具有不同曝光時間的非標(biāo)準(zhǔn)圖像，并用通過向這些非標(biāo)準(zhǔn)圖像施加合成增益而得到的圖像來替換標(biāo)準(zhǔn)圖像中太亮或太暗的區(qū)域，由此實現(xiàn)了動態(tài)范圍的擴大，因而根據(jù)輸出位(output bit)來執(zhí)行壓縮。 例如，在被稱為寬動態(tài)范圍(WDR)的處理中，通過多次曝光來獲得具有動態(tài)范圍(DR)的圖像，并且執(zhí)行多個圖像的合成和動態(tài)范圍(DR)的壓縮。
現(xiàn),有技術(shù)文獻
專利文獻 專利文獻1 :日本專利公開公報特開No. 2004-166269。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題 目前，為了通過寬動態(tài)范圍驅(qū)動來設(shè)定低亮度側(cè)和高亮度側(cè)之間的曝光比，不但需要設(shè)定快門，而且還需要設(shè)定增益。 但是，現(xiàn)有技術(shù)存在如下問題快門和增益的同時設(shè)定會導(dǎo)致出現(xiàn)無效幀的問題。在現(xiàn)有技術(shù)中，如果通過寄存器通信以后的更新時序來反映增益設(shè)定，則會把增益設(shè)定反映到該幀上。 如果僅僅更改增益設(shè)定，則沒有問題。 然而，如果在同一通信期間內(nèi)執(zhí)行快門設(shè)定和增益設(shè)定，則增益被反映到該幀上，而快門設(shè)定被反映到下一幀上，因此如圖4所示，導(dǎo)致出現(xiàn)了一個無效幀的問題。
利用現(xiàn)有技術(shù)可以解決出現(xiàn)無效幀的問題。 如圖5所示，解決方法是在執(zhí)行快門設(shè)定的幀的下一幀中執(zhí)行增益設(shè)定。 然而，該方法必須執(zhí)行兩次通信，其中一次用于快門設(shè)定且另一次用于增益設(shè)定，
因此使得設(shè)定比較費時。 另外，在諸如寬動態(tài)范圍驅(qū)動等需要多幀的操作的情況下，如圖6所示，在起始幀
執(zhí)行快門設(shè)定和增益設(shè)定，同樣會出現(xiàn)前一幀變成無效幀的問題。
因此，使得實現(xiàn)寬動態(tài)范圍驅(qū)動的多幀都無效。 鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供即使在同時設(shè)定快門和增益的情況下也能夠
防止出現(xiàn)無效幀的固體攝像器件和照相機裝置。 所采取的技術(shù)方案 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種固體攝像器件，其包括像素模塊，在所述像素模塊上以矩陣樣式布置有多個像素電路，所述像素電路具有將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的特性和根據(jù)曝光時間來累積該電信號的特性；像素驅(qū)動模塊，所述像素驅(qū)動模塊能夠根據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)予以驅(qū)動，執(zhí)行所述像素模塊的快門操作和讀取操作；以及界面部，所述界面部具有用于保持從外部提供過來的快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定數(shù)據(jù)的功能和用于控制把快門設(shè)定和增益設(shè)定反映到至少所述像素驅(qū)動模塊上的時序的功能。所述界面部具有在把增益反映到設(shè)定時的一幀后的下一幀上的功能。 上述界面部具有用于檢測多幀的驅(qū)動的功能和用于延遲一幀增益的所述反映的功能。 優(yōu)選地，上述界面部具有切換單元，所述切換單元對通過延遲一幀來執(zhí)行增益設(shè) 定值的反映還是未延遲一幀地執(zhí)行所述反映進行選擇。 優(yōu)選地，上述界面部具有數(shù)據(jù)保持單元、延遲更新時序生成單元、增益保持單元和 反映控制單元。所述數(shù)據(jù)保持單元保持從外部提供過來的快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定數(shù)據(jù)。 所述延遲更新時序生成單元接收更新時序信號以產(chǎn)生一幀延遲更新時序信號。所述增益保 持單元接收所述延遲更新時序信號，把要提供的增益設(shè)定數(shù)據(jù)延遲一幀后輸出。所述反映 控制單元接收所述更新時序信號，直接輸出所述數(shù)據(jù)保持單元中所保持的快門設(shè)定數(shù)據(jù)， 并且將增益設(shè)定數(shù)據(jù)提供到所述增益保持單元。 優(yōu)選地，上述界面部具有數(shù)據(jù)保持單元、延遲更新時序生成單元、增益保持單元、 反映控制單元和切換單元。所述數(shù)據(jù)保持單元保持從外部提供過來的快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益 設(shè)定數(shù)據(jù)。所述延遲更新時序生成單元接收更新時序信號，產(chǎn)生一幀延遲更新時序信號。所 述增益保持單元接收所述延遲更新時序信號，把要提供的增益設(shè)定值延遲一幀后輸出。所 述反映控制單元接收所述更新時序信號，直接輸出所述數(shù)據(jù)保持單元中所保持的快門設(shè)定 值及增益設(shè)定值，并且將增益設(shè)定值提供到所述增益保持單元。所述切換單元選擇性地輸 出從所述反映控制單元輸出的未經(jīng)延遲的增益設(shè)定值或被所述增益保持單元延遲過的增 益設(shè)定值。 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種照相機裝置，其包括固體攝像器件、用于在所述 固體攝像器件上形成拍攝物圖像的光學(xué)系統(tǒng)和用于處理所述固體攝像器件的輸出圖像信 號的信號處理電路。其中，所述固體攝像器件包括像素模塊，在所述像素模塊上以矩陣樣 式布置有多個像素電路，所述像素電路具有將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的特性和根據(jù)曝光時間 來累積該電信號的特性；像素驅(qū)動模塊，所述像素驅(qū)動模塊能夠根據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)予以驅(qū)動，執(zhí) 行所述像素模塊的快門操作和讀取操作；以及界面部，所述界面部具有用于保持從外部提 供過來的快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定數(shù)據(jù)的功能和用于控制把快門設(shè)定和增益設(shè)定反映到 至少所述像素驅(qū)動模塊上的時序的功能。所述界面部具有把增益反映到設(shè)定時的一幀后的 下一幀上的功能。 在本發(fā)明中，快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定數(shù)據(jù)從外部輸入到界面部并且保持在該界 面部處。 此外，當(dāng)反映快門設(shè)定和增益設(shè)定時，界面部毫不延遲地直接反映快門設(shè)定值，而
在設(shè)定了增益設(shè)定值之后在一幀后的下一幀上才反映增益。 有益效果 根據(jù)本發(fā)明，即使在同時設(shè)定快門和增益的情況下也能夠防止無效幀的出現(xiàn)。


圖1是示出了包括四個晶體管的CMOS圖像傳感器的示例性像素的圖。 圖2是示出了以二維陣列布置有圖1所示像素的CMOS圖像傳感器(固體攝像器
件)的一般示例性結(jié)構(gòu)的圖。 圖3是表示普通CMOS圖像傳感器的巻簾式快門的快門操作和水平期間之間的關(guān) 系的時序圖。
圖4是用于說明產(chǎn)生了一個無效幀的問題的圖。 圖5是用于說明在執(zhí)行快門設(shè)定的幀的下一幀上執(zhí)行增益設(shè)定的情況下，必須執(zhí) 行兩次通信，其中一次用于快門設(shè)定而另一次用于增益設(shè)定的圖。 圖6是用于說明如果在起始幀上執(zhí)行快門設(shè)定和增益設(shè)定，會出現(xiàn)前一幀變成無 效幀的問題的圖。 圖7是示出了本發(fā)明實施例的CMOS圖像傳感器(固體攝像器件)的示例性結(jié)構(gòu) 的圖。 圖8是示出了本實施例的包括四個晶體管的CMOS圖像傳感器的像素的一個示例 的圖。 圖9是示出了本發(fā)明實施例的界面部的示例性結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖10是表示本實施例的基本驅(qū)動操作和相關(guān)技術(shù)的基本驅(qū)動操作之間的比較的
時序圖。 圖11是表示本實施例的多幀驅(qū)動操作和現(xiàn)有技術(shù)的多幀驅(qū)動操作之間的比較的 時序圖。 圖12是用于說明本實施例的快門設(shè)定和增益設(shè)定處理的時序圖。 圖13是示出了本實施例的界面部的用于在使更新時序延遲一幀的功能和不使更
新時序延遲一幀的功能之間切換的示例性結(jié)構(gòu)的圖。 圖14是示出了本實施例的裝配有列并行ADC的固體攝像器件(CMOS圖像傳感器) 的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。 圖15是示出了應(yīng)用本發(fā)明實施例固體攝像器件的照相機裝置的示例性結(jié)構(gòu)的 圖。
具體實施例方式以下參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。 圖7是示出了本發(fā)明實施例的CMOS圖像傳感器(固體攝像器件)的示例性結(jié)構(gòu) 的圖。 該CMOS圖像傳感器100具有像素陣列模塊110、作為像素驅(qū)動模塊的垂直掃描電 路120、水平掃描電路130、列讀出電路140、控制模塊150、數(shù)據(jù)處理模塊160和界面部170。
在像素陣列模塊110上，有多個像素電路110A以二維狀(矩陣結(jié)構(gòu))布置著。
另外，固體攝像器件100具有作為用于依次讀出像素陣列模塊110的信號的控制 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊。 更具體地，在固體攝像器件100上，布置有包括內(nèi)部時鐘和界面部170的控制模塊 150、用于控制行地址和行掃描的垂直掃描電路120、用于控制列地址和列掃描的水平掃描 電路130和列讀出電路140。 稍后將詳細說明布置在控制模塊150中的界面部170。 圖8是示出了本實施例的包括四個晶體管的CMOS圖像傳感器的像素的一個示例 的圖。 該像素電路110A具有例如由光電二極管組成的光電轉(zhuǎn)換元件111。 此外，關(guān)于這一個光電轉(zhuǎn)換元件111而言，像素電路IIOA具有四個作為有源元件
8的晶體管，即，傳輸晶體管112、復(fù)位晶體管113、放大晶體管114和選擇晶體管115。
光電轉(zhuǎn)換元件111將入射光進行光電轉(zhuǎn)換從而轉(zhuǎn)換成具有與入射光的光量相應(yīng) 的量的電荷(這里指的是電子)。 傳輸晶體管112連接在光電轉(zhuǎn)換元件111和作為輸出節(jié)點的浮動擴散部FD之間， 并且作為控制信號的傳輸信號TG通過傳輸控制線LTx被提供到該傳輸晶體管的柵極(傳 輸柵極)。 由此，傳輸晶體管112將由光電轉(zhuǎn)換元件111進行光電轉(zhuǎn)換而獲得的電子傳輸?shù)?浮動擴散部FD。 復(fù)位晶體管113連接在電源線LVDD和浮動擴散部FD之間，并且作為控制信號的
復(fù)位信號RST通過復(fù)位控制線LRST被提供到該復(fù)位晶體管的柵極。 由此，復(fù)位晶體管113將浮動擴散部FD的電位復(fù)位成電源線LVDD的電位。 浮動擴散部FD與放大晶體管114的柵極連接。放大晶體管114通過選擇晶體管
115連接到信號線116，由此與像素模塊外部的恒電流源一起構(gòu)成了源極跟隨器。 然后，作為對應(yīng)于地址信號的控制信號的選擇信號SEL通過選擇控制線LSEL被提
供到選擇晶體管115的柵極，從而使得選擇晶體管115接通。 當(dāng)選擇晶體管115接通后，放大晶體管114將浮動擴散部FD的電位放大并且將對 應(yīng)于它的電位的電壓輸出到信號線116。通過信號線116從每個像素輸出的電壓被輸出到 列讀出電路140。 因為傳輸晶體管112、復(fù)位晶體管113和選擇晶體管115各自的柵極都按行進行連 接的，所以上述這些操作對于一行上的各像素而言是同時執(zhí)行的。 布線至像素陣列模塊110的復(fù)位控制線LRST、傳輸控制線LTx和選擇控制線LSEL 作為一組被布線在像素陣列的各行上。 這些復(fù)位控制線LRST、傳輸控制線LTx和選擇控制線LSEL由垂直掃描電路120驅(qū) 動。 垂直掃描電路120具有在執(zhí)行固體攝像器件的快門操作和讀取操作時對行進行 指定的功能。 垂直掃描電路120具有由界面部170反映快門設(shè)定數(shù)據(jù)和與曝光比相關(guān)的增益設(shè) 定數(shù)據(jù)的固體攝像器件的快門驅(qū)動處理功能。 列讀出電路140接收由垂直掃描電路120進行讀出控制的像素行的讀出數(shù)據(jù)并且 通過水平掃描電路130將這些讀出數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笠患壍臄?shù)據(jù)處理模塊160。
列讀出電路140具有用于執(zhí)行諸如相關(guān)雙采樣(Correlated DoubleSampling， CDS)等信號處理的功能。 以下說明本實施例的界面部170的具體結(jié)構(gòu)和功能。 界面部170根據(jù)時鐘CLK、數(shù)據(jù)DT和使能信號ENB來保持快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè) 定數(shù)據(jù)，并具有用于控制把快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定數(shù)據(jù)反映到垂直掃描電路120上的時 序的功能。 在現(xiàn)有技術(shù)中，如果在已經(jīng)設(shè)定了增益的情況下想把該增益反映到設(shè)定了該增益 的幀上，就要使該反映從上一幀開始，這導(dǎo)致了一個無效幀的出現(xiàn)。 因此，本實施例的界面部170具有通過在設(shè)定了增益時的一幀之后反映增益從而防止出現(xiàn)無效幀的功能。 界面部170保持從外部設(shè)定的增益設(shè)定數(shù)據(jù)并且把該增益反映到下一幀上。
界面部170具有用于檢測多幀的驅(qū)動的功能和用于自動延遲一幀增益的反映的 功能。 在界面部170中，在隨著快門設(shè)定數(shù)據(jù)來改變增益設(shè)定數(shù)據(jù)的反映時序的情況 下，不是在分開的各寄存器設(shè)定通信操作中執(zhí)行上述改變，而是在同一通信期間中執(zhí)行上 述改變，并且未出現(xiàn)無效幀，且從同一幀執(zhí)行反映。 圖9是示出了本發(fā)明實施例的界面部的示例性結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖9所示的界面部170具有串行/并行轉(zhuǎn)換單元171、數(shù)據(jù)保持單元172、一幀延
遲更新時序生成單元173、反映控制模塊174和增益保持單元175。 串行/并行轉(zhuǎn)換單元171根據(jù)從外部接收到的時鐘CLK、數(shù)據(jù)DT和使能信號ENB， 將3線串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)保持單元172保持被轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)的快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定數(shù)據(jù)。
—幀延遲更新時序生成單元173根據(jù)與垂直同步信號Vsync同步地從外部提供過 來的更新時序信號UTM，生成用于一幀延遲的延遲更新時序信號DUTM，并且將所生成的延 遲更新時序信號輸出到增益保持單元175。 反映控制單元174與從外部提供過來的更新時序信號UTM同步地把數(shù)據(jù)保持單元 172中所保持的快門設(shè)定數(shù)據(jù)STR提供到后一級的垂直掃描電路120等，并將增益設(shè)定數(shù)據(jù) 提供到增益保持單元175。 增益保持單元175具有一個或多個作為鎖存器的寄存器REG，并且通過接收用于 一幀延遲的延遲更新時序信號DUTM，將提供過來的增益設(shè)定信號保持一幀之后，將該增益 設(shè)定信號提供到后一級的垂直掃描電路120等。 圖10是表示本實施例的基本驅(qū)動和現(xiàn)有技術(shù)的基本驅(qū)動之間的比較的時序圖。
圖11是表示本實施例的多幀驅(qū)動和現(xiàn)有技術(shù)的多幀驅(qū)動之間的比較的時序圖。
在界面部170中，3線串行的且從外部輸入的數(shù)據(jù)DT通過串行/并行轉(zhuǎn)換單元171 從串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，然后保持在數(shù)據(jù)保持單元172中。 此外，所保持的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部生成的延遲更新時序信號DUTM而被反映到固體攝 像器件100的內(nèi)部，由此讓控制模塊150控制每個功能模塊，例如垂直掃描電路120等。
對于把保持在數(shù)據(jù)保持單元172中的數(shù)據(jù)反映到內(nèi)部的操作來說，只有用于反映 增益設(shè)定的操作被延遲了。 保持在數(shù)據(jù)保持單元172中的設(shè)定數(shù)據(jù)僅有增益設(shè)定不被更新時序UTM反映到內(nèi) 部上，而是如圖IO所示，設(shè)定數(shù)據(jù)在一幀延遲更新時序生成單元173中通過用于一幀延遲 的延遲更新時序信號DUTM而被反映到內(nèi)部上。 另外，如圖ll所示，在如寬動態(tài)范圍驅(qū)動那樣需要多幀的情況下，可以通過上述 方法來防止無效幀的出現(xiàn)。 然而，在每幀都要改變增益設(shè)定的驅(qū)動情況下，如果僅僅以一幀延遲的更新時序 來反映的話，則會反映出當(dāng)時通信過的增益的寄存器的數(shù)據(jù)。 因此，為了在這種驅(qū)動下也能將增益設(shè)定的反映延遲一幀，在本實施例中在增益 保持單元175中布置有作為鎖存器的寄存器REG，從而通過一幀延遲更新時序來執(zhí)行反映。
由此，即使在為每幀都執(zhí)行增益設(shè)定的情況下，也可以防止無效幀的出現(xiàn)。
圖12是說明本實施例的快門設(shè)定和增益設(shè)定處理的時序圖。 在通信期間Tl中設(shè)定的快門設(shè)定值SI和增益設(shè)定值Gl被保持到數(shù)據(jù)保持單元 172中。 然后，由更新時序信號UTM通過反映控制單元174反映到控制內(nèi)部寄存器REG上， 但是此時只有快門設(shè)定值S1反映到內(nèi)部上。 增益設(shè)定值G1通過增益保持單元175被一幀之后的延遲更新時序信號DUTM更新 到內(nèi)部寄存器中。 然后，該更新后的增益設(shè)定值被輸出到輸出端T0。
上述方式實現(xiàn)了不會導(dǎo)致無效幀的增益設(shè)定的反映。 如上所述，根據(jù)本實施例，通過設(shè)置把到內(nèi)部的更新時序延遲一幀的更新時序，從
而能夠使從外部進行的增益設(shè)定的反映延遲一幀。 此外，在通常的驅(qū)動中不需要執(zhí)行兩次寄存器通信。 此外，由于設(shè)置有增益專用的內(nèi)部鎖存器，所以即使在從外部對每幀都進行增益
設(shè)定更改的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)延遲一幀的增益反映，因而防止了無效幀的出現(xiàn)。 這里說明一下，針對界面部170，已經(jīng)結(jié)合僅僅具有延遲一幀反映增益設(shè)定功能的
實例予以說明，但例如如圖13所示，界面部170也可以具有能夠在將更新時序延遲一幀的
功能和不延遲更新時序的功能之間切換的結(jié)構(gòu)。 圖13是示出了本發(fā)明實施例的界面部的在將更新時序延遲一幀的功能和不延遲 更新時序的功能之間切換的示例性結(jié)構(gòu)的圖。 圖13所示的界面部170除了具有圖9所示的結(jié)構(gòu)之外還具有切換單元176。
切換單元176根據(jù)來自串行/并行轉(zhuǎn)換單元171A的切換信號S171，在來自反映控 制單元174的未延遲一幀的增益設(shè)定數(shù)據(jù)與被增益保持單元175延遲一幀的增益設(shè)定數(shù)據(jù) 之間進行選擇切換，并且輸出所選擇的增益設(shè)定數(shù)據(jù)。 根據(jù)圖13所示的結(jié)構(gòu)，由于實現(xiàn)了在將更新時序延遲一幀的功能和不延遲更新 時序的功能之間的切換，因此也可以適合于把本實施例與現(xiàn)有技術(shù)的增益設(shè)定一起運用的 情況。 這里說明一下，每個實施例的CMOS圖像傳感器可以但不限于被配置成裝配有例 如列并行型模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器件(以下簡寫成ADC(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器))的CMOS圖像傳感 器。 圖14是示出了本實施例的裝配有列并行型ADC的固體攝像器件(CMOS圖像傳感 器)的示例性結(jié)構(gòu)的框圖。 如圖14所示，固體攝像器件200具有作為攝像模塊的像素陣列模塊210、作為像素
驅(qū)動模塊的垂直掃描電路220、水平傳輸掃描電路230和時序控制電路240。 此外，固體攝像器件200具有ADC組250、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器件(以下簡寫成
DAC(數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器))260、放大電路(S/A)270和信號處理電路280。 像素陣列模塊210包括光電二極管和像素內(nèi)放大器，并且是例如通過把圖8所示
的像素以矩陣樣式(成行的樣式)進行布置而予以構(gòu)成的。 另外，在固體攝像器件200中，布置有下列電路作為依次讀出像素陣列模塊210的信號的控制電路。 具體地，在固體攝像器件200中，布置有作為控制電路且用于產(chǎn)生內(nèi)部時鐘的時 序控制電路240、用于控制行地址和行掃描的垂直掃描電路220以及用于控制列地址和列 掃描的水平傳輸掃描電路230。 此外，布置有控制模塊150，該控制模塊中的時序控制電路240包括參照圖7 圖 13中所說明的界面部170或170A。 在ADC組250中，布置有多列的ADC，各列ADC都具有比較器251、計數(shù)器252和鎖 存器253。 比較器251把參考電壓Vslop與通過垂直信號線從每一行的像素獲得的模擬信號 進行比較，上述參考電壓Vslop是通過使由DAC 260生成的參考電壓產(chǎn)生階段性變化而得 到的斜坡波形(RAMP)。 計數(shù)器252對比較器251的比較時間進行計數(shù)。 ADC組250具有對n位(n-bit)數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換的功能，并且為每一條垂直信號 線(列線)都予以設(shè)置著，由此構(gòu)成了列并行ADC模塊。 每個鎖存器253的輸出連接到例如具有2n位(2n_bit)寬度的水平傳輸線290。
此外，布置有與水平傳輸線290相對應(yīng)的2n個放大電路270并且還布置有信號處 理電路280。 在ADC組250中，讀出至垂直信號線的模擬信號(電位Vsl)通過每一列都布置有 的比較器251與參考電壓Vslop(具有一定傾斜度的呈線性變化的斜坡波形)比較。
此時，如同比較器251 —樣為每一列都布置有的計數(shù)器252正在工作，具有斜坡波 形的電位Vslop和計數(shù)值一一對應(yīng)地變化，從而將垂直信號線的電位(模擬信號)Vsl轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號。 參考電壓Vslop的變化將電壓的變化轉(zhuǎn)換成時間的變化，并且通過用期間(時鐘) 對該時間進行計數(shù)，來轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。 此夕卜，當(dāng)模擬電信號Vsl和參考電壓Vslop相互交叉時，比較器251的輸出被反 轉(zhuǎn)，從而停止計數(shù)器252的輸入時鐘，由此完成了 AD轉(zhuǎn)換。 在上述的AD轉(zhuǎn)換期間結(jié)束后，保持在鎖存器253中的數(shù)據(jù)被水平傳輸掃描電路 230通過水平傳輸線290和放大電路270輸入到信號處理電路280，從而產(chǎn)生二維圖像。
這樣，就執(zhí)行了列并行輸出處理。 具有上述效果的固體攝像器件可以作為數(shù)碼相機和攝像機中的攝像器件使用。
圖15是示出了應(yīng)用本發(fā)明實施例固體攝像器件的照相機裝置的示例性結(jié)構(gòu)的 圖。 如圖15所示，該照相機裝置300具有下述部件可應(yīng)用本實施例中的CMOS圖像傳 感器(固體攝像器件)100或200的攝像器件310 ;用于將入射光引導(dǎo)到攝像器件310的像 素區(qū)域(形成拍攝物的圖像)的光學(xué)系統(tǒng)，其例如是用于使入射光(成像光)在攝像面上 成像的鏡頭320 ;用于驅(qū)動攝像器件310的驅(qū)動電路(DRV)330 ;和用于處理攝像器件310的 輸出信號的信號處理電路(PRC) 340。 驅(qū)動電路330具有用于生成各種時序信號的時序發(fā)生器(未圖示)，從而通過預(yù)定 的時序信號來驅(qū)動攝像器件310，所述各種時序信號例如是用于驅(qū)動攝像器件310中的電路的觸發(fā)脈沖和時鐘脈沖。 另外，信號處理電路340對攝像器件310的輸出信號實施預(yù)定的信號處理。
由信號處理電路340處理過的圖像信號被記錄到諸如存儲器等記錄介質(zhì)。記錄到記錄介質(zhì)中的圖像信息是可以通過打印機等進行硬拷貝的。此外，由信號處理電路340處理過的圖像信號可以作為動態(tài)圖像在由諸如液晶顯示器等構(gòu)成的監(jiān)視器上顯示出來。
如上所述，在諸如數(shù)碼相機等攝像裝置中，可以裝配有作為攝像器件310的上述CMOS圖像傳感器100或200，從而獲得低功耗且高精度的照相機。
酬feiP扁日月 100 :CMOS圖像傳感器；110 :像素陣列模塊；110A :像素；
111 :光電轉(zhuǎn)換元件；112 :傳輸晶體管；113 :復(fù)位晶體管；
114 :放大晶體管；115 :選擇晶體管； 120 :垂直掃描電路(像素驅(qū)動模塊)；130 :水平掃描電路；
140 :列讀出電路；150 :控制模塊；160 :數(shù)據(jù)處理模塊；
170 :界面部；171 :串行/并行轉(zhuǎn)換單元；172 :數(shù)據(jù)保持單元；
173 :—幀延遲更新時序生成單元；174 :反映控制單元；
175 :增益保持單元；176 :切換單元；200 :固體攝像器件；
210 :像素陣列模塊；220 :垂直掃描電路； 230 :水平傳輸掃描電路；240 :時序控制電路；250 :ADC組；
260 :DAC ;270 :放大電路(S/A) ;280 :信號處理電路;
300 :照相機裝置;310 :攝像器件;320 :鏡頭;330 :驅(qū)動電路;
340:信號處理電路
權(quán)利要求
一種固體攝像器件，其包括像素模塊，在所述像素模塊上以矩陣樣式布置有多個像素電路，所述像素電路具有將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的特性和根據(jù)曝光時間來累積該電信號的特性；像素驅(qū)動模塊，所述像素驅(qū)動模塊能夠根據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)予以驅(qū)動，執(zhí)行所述像素模塊的快門操作和讀取操作；以及界面部，所述界面部具有用于保持從外部提供過來的快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定數(shù)據(jù)的功能和用于控制把快門設(shè)定和增益設(shè)定反映到至少所述像素驅(qū)動模塊上的時序的功能，其中，所述界面部具有把增益反映到設(shè)定時的一幀后的下一幀上的功能。
2. 如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述界面部具有用于檢測多幀的驅(qū)動的 功能和用于延遲一幀增益的所述反映的功能。
3. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的固體攝像器件，其中所述界面部具有切換單元，所 述切換單元對通過延遲一幀來執(zhí)行增益設(shè)定值的反映還是未延遲一幀地執(zhí)行增益設(shè)定值 的反映進行選擇。
4. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的固體攝像器件，其中，所述界面部包括 數(shù)據(jù)保持單元，所述數(shù)據(jù)保持單元保持從外部提供過來的快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定數(shù)據(jù)；延遲更新時序生成單元，所述延遲更新時序生成單元接收更新時序信號，產(chǎn)生一幀延 遲更新時序信號；增益保持單元，所述增益保持單元接收所述延遲更新時序信號，把要提供的增益設(shè)定 數(shù)據(jù)延遲一幀后輸出；以及反映控制單元，所述反映控制單元接收所述更新時序信號，直接輸出所述數(shù)據(jù)保持單 元中所保持的快門設(shè)定數(shù)據(jù)，并且將增益設(shè)定數(shù)據(jù)提供到所述增益保持單元。
5. 如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其中，所述界面部包括數(shù)據(jù)保持單元，所述數(shù)據(jù)保持單元保持從外部提供過來的快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定； 延遲更新時序生成單元，所述延遲更新時序生成單元接收更新時序信號，產(chǎn)生一幀延 遲更新時序信號；增益保持單元，所述增益保持單元接收所述延遲更新時序信號，把要提供的增益設(shè)定 值延遲一幀后輸出；反映控制單元，所述反映控制單元接收所述更新時序信號，直接輸出所述數(shù)據(jù)保持單 元中所保持的快門設(shè)定值及增益設(shè)定值，并且將增益設(shè)定值提供到所述增益保持單元；以 及切換單元，所述切換單元選擇性地輸出從所述反映控制單元輸出的未經(jīng)延遲的增益設(shè) 定值或被所述增益保持單元延遲過的增益設(shè)定值。
6. —種照相機裝置，其包括固體攝像器件、用于在所述固體攝像器件上形成拍攝物圖 像的光學(xué)系統(tǒng)和用于處理所述固體攝像器件的輸出圖像信號的信號處理電路，其中，所述固體攝像器件包括像素模塊，在所述像素模塊上以矩陣樣式布置有多個像素電路，所述像素電路具有將 光信號轉(zhuǎn)換成電信號的特性和根據(jù)曝光時間來累積該電信號的特性；像素驅(qū)動模塊，所述像素驅(qū)動模塊能夠根據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)予以驅(qū)動，執(zhí)行所述像素模塊的快門操作和讀取操作；以及界面部，所述界面部具有用于保持從外部提供過來的快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定數(shù)據(jù)的功能和用于控制把快門設(shè)定和增益設(shè)定反映到至少所述像素驅(qū)動模塊上的時序的功能，并且所述界面部具有把增益反映到設(shè)定時的一幀后的下一幀上的功能。
全文摘要
本發(fā)明提供即使在同時設(shè)定快門和增益的情況下也能夠防止出現(xiàn)無效幀的固體攝像器件和照相機裝置。所述固體攝像器件包括像素模塊(110)，在所述像素模塊上以矩陣樣式布置有多個像素電路，所述像素電路具有將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的特性和根據(jù)曝光時間來累積該電信號的特性；像素驅(qū)動模塊(120)，所述像素驅(qū)動模塊能夠根據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)予以驅(qū)動，執(zhí)行所述像素模塊的快門操作和讀取操作；以及界面部(170)，所述界面部具有用于保持從外部提供過來的快門設(shè)定數(shù)據(jù)和增益設(shè)定數(shù)據(jù)的功能和用于控制把快門設(shè)定和增益設(shè)定反映到至少所述像素驅(qū)動模塊上的時序的功能。所述界面部(170)具有在設(shè)定后把增益反映到一幀的下一幀上的功能。
文檔編號H04N5/335GK101779447SQ200980100152
公開日2010年7月14日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月18日
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