固態成像設備和照相系統的製作方法

2023-06-08 20:27:56

專利名稱：固態成像設備和照相系統的製作方法
技術領域：
本公開涉及以CMOS (互補型金屬氧化物半導體)圖像傳感器為代表的固態成像設備和照相系統。
背景技術：
CMOS圖像傳感器可以通過使用與典型CMOS集成電路相同的製造工藝來製造，並且可以通過單個電源來驅動。因此，通過進一步使用CMOS工藝，能夠以混合方式在同一晶片中提供模擬電路和邏輯電路。 從而，具有諸如外圍IC(集成電路)數量減少的許多優點。主要使用的C⑶輸出電路是單通道(ch)輸出類型，其使用具有浮動擴散 (floating diffusion, FD)層的 FD 放大器。相反，由於CMOS圖像傳感器具有用於每個像素的FD放大器，因此主要使用的其輸出電路是平行列輸出類型，其中選擇像素陣列中的單行並且在列方向上同時讀取整行。對於布置在每個像素中的FD放大器而言，難以展示足夠的驅動能力，因此必須降低數據速率。這就是為什麼並行處理有利的原因。圖1是圖示由四個電晶體組成的CMOS圖像傳感器的示例性像素的圖。像素1具有由例如光電二極體形成的光電轉換器件11。像素1具有下列四個電晶體作為每單個光電轉換器件11的有源器件傳輸電晶體 12、復位電晶體13、放大器電晶體14和選擇電晶體15。光電轉換器件11將入射光光電地轉換為其數量對應於光量的電荷(此處為電子)。傳輸電晶體12連接在光電轉換器件11與浮動擴散FD之間。當傳輸電晶體12的柵極(傳輸柵極)通過傳輸控制線LTx接收驅動信號時，傳輸電晶體12將由光電轉換器件 11光電轉換的電子傳輸到浮動擴散FD。復位電晶體13連接在電源線LVDD和浮動擴散FD之間。當復位電晶體13的柵極通過復位控制線LRST接收復位信號時，復位電晶體13將浮動擴散FD的電勢復位為電源線 LVDD的電勢。浮動擴散FD連接到放大器電晶體14的柵極。放大器電晶體14通過選擇電晶體 15連接到信號線16。放大器電晶體14和像素部分外部的恆流源組成源極跟隨器。另外，通過選擇控制線LSEL，地址信號(選擇信號)可被供給選擇電晶體15的柵極。從而，當選擇電晶體15導通時，放大器電晶體14放大浮動擴散FD的電勢，並且將與該電勢對應的電壓輸出到信號線16。通過信號線16，從每個像素輸出的電壓被輸出到列電路 (列處理電路)。像素的復位操作被定義為如下操作通過導通傳輸電晶體12對在光電轉換器件 11中累積的電荷執行放電，並且將光電轉換器件11中累積的電荷傳輸到浮動擴散FD。這時，為了接收光電轉換器件11的電荷，浮動擴散FD通過導通復位電晶體13預先將電荷放電到電源側。可替換地，在 某些情況下，在執行導通傳輸電晶體12的同時，與此並行地，復位電晶體13導通，從而將電荷直接放電到電源。這一系列操作是「像素復位操作」。另一方面，在讀取操作中，首先通過導通復位電晶體13，浮動擴散FD復位，並且在這種狀態下，通過導通的選擇電晶體15將一輸出供給輸出信號線16。該輸出稱作P相輸出。接著，通過導通傳輸電晶體12，光電轉換器件11中累積的電荷被傳輸到浮動擴散 FD，隨後其輸出被供給輸出信號線16。該輸出稱作D相輸出。從像素電路的外部獲取D相輸出與P相輸出之間的差異，並且去除浮動擴散FD的復位噪聲，從而得到圖像信號。這一系列操作是「像素讀取操作」。圖2是圖示其中圖1的像素以2維陣列形狀布置的CMOS圖像傳感器(固態成像設備)的典型配置示例的圖。圖2的CMOS圖像傳感器20包括其中圖1中所示的像素電路以2維陣列形狀布置的像素部分21、像素驅動電路(垂直驅動電路)22和列電路(列處理電路)23。像素驅動電路22控制每行中像素的傳輸電晶體12、復位電晶體13和選擇電晶體 15的導通/截止狀態。列電路23是接收其讀取由像素驅動電路22控制的像素行上的數據並且在後續階段將數據傳遞到信號處理電路的電路。在各種可攜式終端設備、靜態數位相機、數字單眼相機、數字攝像機等中，具有如此配置的固態成像設備已被用作圖像輸入裝置。另外，按照其申請(例如，參考JP-A-2001-298748、JP-A-2005-191814 和 JP-A-2006-333035)，固態成像設備不僅能夠執行順序讀取操作還能夠執行各種讀取操作。例如，當意欲以高速幀執行讀取而不是順序讀取整個像素時，執行3行稀疏相加 (thinning-out addition)讀取等。

發明內容
在上述的固態成像設備中，近年來，按照像素數量的增加以及幀頻的增加，相應於高速讀取的技術變得至關重要。例如，在該技術中，在靜止圖像的情況下，讀取全部像素，而在運動圖像的情況下，稀疏並讀取空間排列的像素。關於這種稀疏，迄今為止，在CMOS圖像傳感器中，結合垂直(V)地址掃描和讀取電路，已經執行了垂直方向上的稀疏和像素相加。在這種情況下，類似於1/2稀疏和1/3稀疏，執行了通常的稀疏相加，其中當分子被設定為1時，分母被設定為2或者更大。在如圖3所示的現有技術的方法中可以解決其中分母被設定為2或更大(例如3 和5)的稀疏。然而，偶爾執行像素的稀疏，由此會損害圖像質量。因此，期望提供一種能夠執行靈活的稀疏而不損害圖像質量的固態成像設備和照相系統。本公開的實施例關注一種固態成像設備，包括像素部分，其中以矩陣形狀排列多個像素，所述多個像素將光信號轉換為電信號並且根據曝光時間段累積所述電信號；和像素驅動部分，能夠驅動所述像素部分執行其復位並且累積和輸出所述電信號。所述像素驅動部分具有垂直讀取功能，交替地讀取對其垂直地執行相加的像素列和對其不執行相加的像素列，和列讀取功能，每當響應於所述垂直讀取電路的掃描而讀取每單個行時，改變所 述相加和正常讀取。所述像素驅動部分通過讀取全部像素來執行等效於稀疏的偽稀疏讀取相加，而不稀疏在讀取目標行中的像素。本公開的另一個實施例關注一種照相系統，包括固態成像設備；光學系統，用於在所述固態成像設備上形成物體圖像；和信號處理電路，用於處理所述固態成像設備的輸出圖像信號。所述固態成像設備包括像素部分，其中以矩陣形狀排列多個像素，所述多個像素將光信號轉換為電信號並且根據曝光時間段累積所述電信號；和像素驅動部分，能夠驅動所述像素部分執行其復位並且累積和輸出所述電信號。所述像素驅動部分具有垂直讀取功能，交替地讀取對其垂直地執行相加的像素列和對其不執行相加的像素列，和列讀取功能，每當響應於所述垂直讀取電路的掃描而讀取每單個行時，改變所述相加和正常讀取。所述像素驅動部分通過讀取全部像素來執行等效於稀疏的偽稀疏讀取相加，而不稀疏在讀取目標行中的像素。按照本公開的實施例，能夠執行靈活的稀疏而不損害圖像質量。


圖1是圖示由四個電晶體組成的CMOS圖像傳感器的示例性像素的圖；圖2是圖示其中以2維陣列形狀布置圖1的像素的CMOS圖像傳感器(固態成像設備)的典型示例性配置的圖；圖3是示意性圖示現有技術中的3/5稀疏讀取處理的圖；圖4是圖示按照本公開實施例的CMOS圖像傳感器(固態成像設備)的示例性配置的圖； 圖5是圖示Bayer陣列的圖；圖6是圖示按照實施例的由四個電晶體組成的CMOS圖像傳感器的示例性像素的圖；圖7是圖示按照實施例的不執行稀疏的偽3/5行稀疏相加的情況下讀取的示例圖；圖8是圖示按照實施例的不執行稀疏的偽3/5行稀疏相加的情況下讀取的另一示例圖；圖9是圖示偽3/5稀疏讀取信號處理的示例圖；圖10A、圖IOB和圖IOC是以比較方式圖示放大圖像、經受正常稀疏處理的圖像以及經受按照實施例的偽稀疏相加處理的圖像的第一圖；圖11A、圖IlB和圖IlC是以比較方式圖示放大圖像、經受正常稀疏處理的圖像以及經受按照實施例的偽稀疏相加處理的圖像的第二圖；圖12是圖示按照實施例的配備有列平行ADC的固態成像設備(CMOS圖像傳感器) 的示例性配置的方框圖；和圖13是圖示使用按照本公開實施例的固態成像設備的照相系統的示例性配置的圖。
具體實施例方式下文中，將參考附圖來描述本公開的實施例。而且，將以下列項的順序給出描述。 1. CMOS圖像傳感器(固態成像設備)的示例性配置2.偽多行稀疏相加讀取功能3. CMOS圖像傳感器(固態成像設備)的其它示例性配置4.照相系統的示例性配置圖4是圖示按照本公開實施例的CMOS圖像傳感器(固態成像設備)的示例性配置的圖。CMOS圖像傳感器100包括像素部分110、作為像素驅動部分的垂直讀取電路的像素驅動電路(垂直驅動電路)120、讀取控制部分130和形成像素驅動部分的列讀取電路 (列處理電路)140。在像素部分110中，以2維陣列(矩陣形狀)形成多個像素110A。在像素部分110中，以圖5中所示的陣列、即Bayer陣列，形成顏色像素，例如，R、 Gr, Gb 禾口 B。圖6是圖示按照實施例的由四個電晶體組成的CMOS圖像傳感器的公共像素的示例圖。圖6中圖示的像素110A包括例如由光電二極體形成的光電轉換器件111。像素 110A進一步包括下列四個電晶體作為每光電轉換器件111的有源器件傳輸電晶體112、復位電晶體113、放大器電晶體114和選擇電晶體115。光電轉換器件111將入射光光電地轉換為其數量對應於光量的電荷(此處為電子)。傳輸電晶體112連接在光電轉換器件111與浮動擴散FD之間。當傳輸電晶體112 的柵極(傳輸柵極)通過傳輸控制線LTx接收控制信號Tx時，傳輸電晶體112將由光電轉換器件111光電轉換的電子傳輸到浮動擴散FD。復位電晶體113連接在電源線LVDD和浮動擴散FD之間。當復位電晶體113的柵極通過復位控制線LRST接收控制信號RST時，復位電晶體113將浮動擴散FD的電勢復位為電源線LVDD的電勢。浮動擴散FD連接到放大器電晶體114的柵極。放大器電晶體114通過選擇電晶體115連接到信號線116。放大器電晶體114和像素部分外部的恆流源組成源極跟隨器。另外，通過選擇控制線LSEL，控制信號(地址信號或選擇信號)SEL可被供給選擇電晶體115的柵極，從而，選擇電晶體115導通。然後，放大器電晶體114放大浮動擴散FD 的電勢，並且將與該電勢對應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取電路140。例如，傳輸電晶體112、復位電晶體113和選擇電晶體115的各自柵極基於逐行地連接。因此，對相應於單行的每個像素同時並行地執行這樣的操作。
像素驅動電路120在讀取控制部分130的控制下將每個控制信號輸出到復位控制線LRST、傳輸控制線LTx和選擇控制線LSEL中的每一個連接到的控制線。通過使得像素驅動電路120驅動像素，不需對像素執行稀疏，執行與諸如2/3稀疏或3/5稀疏之類的多行稀疏相加讀取等效的讀取。像 素驅動電路120能夠驅動像素部分110執行其復位並且累積和輸出信號。像素驅動電路120在讀取控制部分的控制下能夠交替地讀取對其垂直地執行相加的像素列和對其不執行相加的像素列。像素驅動電路120能夠驅動像素部分110對每個顏色像素執行偽稀疏相加讀取。 像素驅動電路120驅動像素部分交替地執行多個第一顏色像素(例如R像素)的讀取相加和多個第二顏色像素(例如G像素)的讀取相加。當相繼地執行偽單元稀疏多次時，像素驅動電路120驅動像素部分在持續執行偽單元稀疏操作之間的邊界處執行正常讀取。在實施例的像素部分110中，在單個列中，第一顏色像素(R像素)以奇數行Li、 L3、L5等等排列，且第二顏色像素(G像素)以偶數行L2、L4、L6等等排列。在一些情況下， 第一顏色像素(R像素)以偶數行布置，而第二顏色像素(G像素)以奇數行布置。在相鄰列中，第三顏色像素(G像素)以奇數行L1、L3、L5等等排列，且第四顏色像素(B像素)以偶數行L2、L4、L6等等排列。在一些情況下，第三顏色像素(G像素)以偶數行布置，而第四顏色像素(B像素)以奇數行布置。另外，像素驅動電路120驅動像素部分對多行執行偽稀疏相加讀取，該多行的順序是第一顏色像素(R像素)和第二顏色像素(G像素)的交替單個行(例如，兩行)交替地重複，所述多行作為單偽稀疏的讀取單元RDUT。像素驅動電路120驅動像素部分對例如首先讀取的第一顏色像素(R像素)的讀取單元RDUT執行稀疏相加讀取一次。隨後，像素驅動電路120驅動像素部分110對其顏色不同於第一顏色像素(R像素)的顏色的第二顏色像素(G像素)執行偽稀疏相加讀取，並且執行用於對隨後行中的第一顏色像素(R像素)執行正常讀取的偽單元稀疏。在實施例中，通過參考符號THUT來表示稀疏單元。當相繼執行偽單元稀疏多次時，像素驅動電路120在隨後的單元讀取中反轉第一顏色像素(R像素)的讀取相加和第二顏色像素(G像素)的讀取相加的順序。然後，對首先讀取的第二顏色像素(G像素)的讀取單元RDUT執行偽稀疏相加讀取一次。隨後，像素驅動電路120驅動像素部分110對其顏色不同於第二顏色像素(G像素)的顏色的第一顏色像素(R像素)執行偽稀疏相加讀取，並且執行用於對隨後行中的第二顏色像素(G像素)執行正常讀取的偽單元稀疏。讀取控制部分130通過像素驅動電路120和列讀取電路140控制各自多行讀取處理操作，例如奇數行相加讀取處理和偶數行相加讀取處理。列讀取電路140具有以下功能在讀取控制部分130的控制下，接收對其通過像素驅動電路120控制讀取的像素行上的數據；和每當響應於作為垂直讀取電路的像素驅動電路120的掃描讀取每單行時，改變相加和正常讀取。列讀取電路140是一種將處理後的信號傳輸到隨後級的信號處理電路的電路。
下文，將參考給出的特定示例描述偽多行稀疏相加讀取功能，該功能是實施例的獨特功能。這裡，首先，將參考例如圖7來描述3/5行稀疏相加的情況。圖7是圖示 按照實施例的在不執行稀疏的偽3/5行稀疏相加的情況下讀取的示例圖。在圖7的示例中，第一顏色像素是R像素，且第二顏色像素是G像素。如圖7所示，在第一列中，第一顏色像素(R像素)以奇數行L1、L3、L5等等排列， 且第二顏色像素(G像素)以偶數行L2、L4、L6等等排列。在相鄰第二列中，第三顏色像素(G像素)以奇數行L1、L3、L5等等排列，且第四顏色像素(B像素)以偶數行L2、L4、L6等等排列。在這種情況下，上面的處理是用於從5個連續行讀取三行的3/5行稀疏相加讀取處理。在第一偽稀疏單元THUTl中，都是奇數行的第一行Ll和第三行L3中的R像素形成R像素的第一讀取單元RDUT1R。都是偶數行的第二行L2和第四行L4中的G像素形成G像素的第一讀取單元 RDUTIG。然後，第五行L5中的R像素形成偽稀疏單元THUT的邊界像素BDP1R。隨後，在第二偽稀疏單元THUT2中，都是偶數行的第六行L6和第八行L8中的G像素形成G像素的第二讀取單元RDUT2G。都是奇數行的第七行L7和第九行L9中的R像素形成R像素的第二讀取單元 RDUT2R。然後，第十行LlO中的G像素形成偽稀疏單元THUT的邊界像素BDP2G。隨後，在第三偽稀疏單元THUT3中，都是奇數行的第十一行Lll和第十三行L13中的R像素形成R像素的第三讀取單元RDUT3R。都是偶數行的第十二行L12和第十四行L14中的G像素形成G像素的第三讀取單元 RDUT3G。然後，第十五行L15中的R像素形成偽稀疏單元THUT的邊界像素BDP3R。隨後，在第四偽稀疏單元THUT4中，都是偶數行的第十六行L16和第十八行L18中的G像素形成G像素的第四讀取單元RDUT4G。都是奇數行的第十七行L17和第十九行L19中的R像素形成R像素的第四讀取單元 RDUT4R。然後，第二十行L20中的G像素形成偽稀疏單元THUT的邊界像素BDP4G。也就是，這樣的第一偽稀疏單元THUTl的偽稀疏讀取相加處理執行如下。在第一偽稀疏單元THUTl中，首先讀取第一行Ll中的R像素，其次讀取第三行L3 中的R像素。從而，形成R像素的第一讀取單元RDUT1R，並且執行這兩行中的R像素的相加。第三讀取第二行L2中的G像素，且第四讀取第四行L4中的G像素。從而，形成G 像素的第一讀取單元RDUT1G，並且執行這兩行中的G像素的相加。然後，正常地第五讀取第五行L5中的R像素。從而形成偽稀疏單元THUT的邊界像素BDP1R。

如上所述，執行了第一偽稀疏單元THUTl的偽稀疏讀取相加處理。接著，執行第二偽稀疏單元THUT2的偽稀疏讀取相加處理。隨後，在第二偽稀疏單元THUT2中，偶數行的第六行L6中的G像素被第六讀取，並且第八行L8中的G像素被第七讀取。從而，形成G像素的第二讀取單元RDUT2G，由此執行了兩行中的像素的相加。然後，第七行L7中的R像素被第八讀取，並且第九行L9中的R像素被第九讀取。 從而，形成R像素的第二讀取單元RDUT2R，由此執行了兩行中的像素的相加。然後，第十行LlO中的G像素被正常地第十讀取。從而，形成了偽稀疏單元THUT2 的邊界像素BDP2G。如上所述，執行了第二偽稀疏單元THUT2的偽稀疏讀取相加處理。接著，執行第三偽稀疏單元THUT3的偽稀疏讀取相加處理。隨後，在第三偽稀疏單元THUT3中，第十一行Lll中的R像素被第十一讀取，並且第十三行L13中的R像素被第十二讀取。從而，形成R像素的第三讀取單元RDUT3R，由此執行了兩行中的像素的相加。然後，第十二行L12中的G像素被第十三讀取，並且第十四行L14中的G像素被第十四讀取。從而，形成G像素的第三讀取單元RDUT3G，由此執行了兩行中的像素的相加。然後，第十五行L15中的R像素被第十五正常地讀取。從而，形成了偽稀疏單元 THUT的邊界像素BDP3R。如上所述，執行了第三偽稀疏單元THUT3的偽稀疏讀取相加處理。接著，執行第四偽稀疏單元THUT4的偽稀疏讀取相加處理。隨後，在第四偽稀疏單元THUT4中，第十六行L16中的G像素被第十六讀取，並且第十八行L18中的G像素被第十七讀取。從而，形成G像素的第四讀取單元RDUT4G，由此執行了兩行中的像素的相加。然後，第十七行L17中的R像素被第十八讀取，並且第十九行L19中的R像素被第十九讀取。從而，形成R像素的第四讀取單元RDUT4R，由此執行了兩行中的像素的相加。然後，第二十行L20中的G像素被第二十正常地讀取。從而，形成了偽稀疏單元 THUT4的邊界像素BDP4G。下文，以相同的方式重複處理。而且，對其它列也以相同的方式執行處理。圖8是圖示按照實施例的在不執行稀疏的偽3/5行稀疏相加的情況下的另一示例的圖。圖8的示例與圖7的不同之處在於加權相加被應用於對讀取的每個讀取單元RDUT 的相加處理。其它配置類似於圖7的示例。這裡，將描述本公開的可應用領域。本公開的實施例可應用於所有多行相加讀取，不論是奇數行相加還是偶數行相加。圖9是圖示偽3/5稀疏讀取信號處理的示例的圖。
在該示例中，對數位訊號執行處理。因此，毫無改變地處理第一行Ll和第二行L2， 移位第三行L3，毫無改變地處理第四行L4和第五行L5，移位第六行L6，諸如此類。圖10A、圖IOB和圖IOC是以比較方式圖示放大圖像(scaled image)、經受正常稀疏處理的圖像以及經受按照實施例的偽稀疏相加處理的圖像的第一圖。圖11A、圖IlB和圖IlC是以比較方式圖示放大圖像、經受正常稀疏處理的圖像以及經受按照實施例的偽稀疏相加處理的圖像的第二圖。圖IOA和圖IlA示出了放大圖像，圖IOB和圖IlB示出了經受正常3/5稀疏處理的圖像，圖IOC和圖IlC示出了經受按照實施例的偽3/5稀疏相加處理的圖像。從附圖中可以看出，經受按照實施例的偽3/5稀疏相加處理的圖像的質量沒有達到放大圖像的質量，但是等於或好於經受正常稀疏處理的圖像的質量。

如上所述，按照實施例，提供了一種交替地讀取對其垂直地執行相加的像素列和對其不執行相加的像素列的垂直讀取功能、以及一種每當響應其掃描讀取每單個行時改變相加和正常讀取的列讀取功能。因此，按照實施例，不稀疏像素，通過使用所有像素，能夠執行2/3稀疏、3/5稀疏，寸寸。而且，按照實施例的CMOS圖像傳感器並不特別受限。然而，可能的是，例如，利用裝備有列平行模擬數字轉換器件(下文中簡稱為ADC (模數轉換器))的CMOS圖像傳感器。圖12是圖示按照實施例的配備有列平行ADC的固態成像設備(CMOS圖像傳感器) 的示例性配置的方框圖。如圖12所示，固態成像設備200包括作為成像部分的像素陣列部分210、作為像素驅動電路的行選擇電路220、水平傳輸掃描電路230和定時控制電路240。固態成像設備200還包括ADC組250、數模轉換設備(下文中簡稱為DAC(數模轉換器))260、放大器電路(S/A)270和信號處理電路280。像素陣列部分210被配備成例如以矩陣形狀排列像素，每個像素包括如圖6所示的光電二極體和像素內放大器。而且，在固態成像設備200中，下列電路被布置為用於後續讀取像素陣列部分210 的信號的控制電路。具體地，在固態成像設備200中，作為控制電路，布置有產生內部時鐘的定時控制電路240、控制行地址和行掃描的行選擇電路220和控制列地址和列掃描的水平傳輸掃描電路230。另外，作為行選擇電路220，使用上述像素驅動電路120。在與列讀取電路對應的ADC組250中，每個具有比較器251、計數器252和鎖存器 253的ADC以多列排列。比較器251將參考電壓Vslop與可以從針對每行線的每個像素通過垂直信號線的模擬信號執行比較，所述參考電壓Vslop具有當由DAC 260產生的參考電壓逐步地改變時得到的RAMP波形。計數器252對比較器251的比較操作所需的時間執行計數。ADC組250具有η位數位訊號轉換功能，並且針對每條垂直信號線(每條列線)布置，從而組成列平行ADC塊。每個鎖存器253的輸出連接到例如具有2η位寬的水平傳輸線290。另外，布置有與水平傳輸線290對應的2η個放大器電路270和信號處理電路280。在ADC組250中，針對每列布置的比較器251將在垂直信號線上讀取的模擬信號 (電勢Vsl)與參考電壓Vslop (具有一定斜率並且線性改變的斜坡波形)執行比較。這時，類似於比較器251的針對每列布置的計數器252操作。因此，計數器值和具有RAMP波形的電勢Vslop彼此一對一地變化，從而將垂直信號線的電勢(模擬信號)Vsl 轉換為數位訊號。參考電壓Vslop的變化是電壓的變化被轉換為隨時間變化。因此，通過對某一周期(時鐘)的時間計數，執行到數字值的轉換。當模擬電信號Vsl與參考電壓Vslop交叉時，比較器251的輸出反轉，並且計數器 252的輸入時鐘停止，從而完成AD轉換。在上述AD轉換的期間結束之後，水平傳輸掃描電路230通過水平傳輸線290和放大器電路270將每個鎖存器253中保留的數據輸入到信號處理電路280，從而生成2維圖像。如上所述，執行了列平行輸出處理。具有如此效果的固態成像設備可被用作數位相機或攝像機的成像設備。<4.照相系統的示例性配置〉圖13是圖示使用按照本公開實施例的固態成像設備的照相系統的示例性配置的圖。如圖13所示，照相系統300包括可應用按照實施例的CMOS圖像傳感器(固態成像設備)100和200的成像設備310。照相系統300還包括將入射光導入成像設備310的像素區域(在其上形成物體圖像)的光學系統，例如，在成像表面上形成入射光(圖像光)的圖像的鏡頭320。照相系統300還包括驅動成像設備310的驅動電路(DRV) 330和處理成像設備310 的輸出信號的信號處理電路(PRC)340。驅動電路330包括定時發生器(未示出)，用於產生包括驅動成像設備310中的電路的啟動脈衝和時鐘脈衝的各種定時信號。驅動電路330通過使用預定的定時信號驅動成像設備310。而且，信號處理電路340對成像設備310的輸出信號執行預定的信號處理。將由信號處理電路340處理的圖像信號記錄在象存儲器那樣的記錄介質中。通過使用印表機等將記錄在記錄介質上的圖像信息形成為硬拷貝。而且，在由液晶顯示器等形成的監視器上還將由信號處理電路340處理的圖像信號顯示為視頻圖像。如上所述，在象靜態數位相機那樣的圖像捕獲裝置中，通過併入作為成像設備310 的上述固態成像設備100或200，能夠實現高精度照相系統。本公開包含關於在2010年7月9日向日本專利局提交的日本優先權專利申請JP 2010-157336中公開的主題，其整體內容併入於此作為參考。本領域技術人員將會理解，按照迄今為止的設計要求和其它因素，只要在所附權利要求或者其等價物的範圍之內，就可以發生各種修改、組合、子組合和替換。
權利要求
1.一種固態成像設備，包括像素部分，其中以矩陣形狀排列多個像素，所述多個像素將光信號轉換為電信號並且根據曝光時間段累積所述電信號；和像素驅動部分，能夠驅動所述像素部分執行其復位並且累積和輸出所述電信號，其中所述像素驅動部分包括垂直讀取功能，交替地讀取對其垂直地執行相加的像素列和對其不執行相加的像素列，和列讀取功能，每當響應於作為垂直讀取電路的所述像素驅動部分的掃描而讀取每單個行時，改變所述相加和正常讀取，和所述像素驅動部分通過讀取全部像素來執行等效於稀疏的偽稀疏讀取相加，而不稀疏在讀取目標行中的像素。
2.如權利要求1所述的固態成像設備，其中當相繼執行偽單元稀疏多次時，所述像素驅動部分驅動所述像素部分在當前偽單元稀疏和後續偽單元稀疏之間的邊界處執行正常讀取，所述後續偽單元稀疏是在當前偽單元稀疏結束之後繼續執行的。
3.如權利要求1或2所述的固態成像設備，其中在所述像素部分中，多個顏色像素以矩陣形狀排列，和所述像素驅動部分能夠驅動所述像素部分來執行對每個顏色像素的偽稀疏相加讀取， 並且驅動所述像素部分交替地執行多個第一顏色像素的讀取相加和多個第二顏色像素的讀取相加。
4.如權利要求3所述的固態成像設備，其中，所述像素驅動部分驅動所述像素部分對多行執行偽稀疏相加讀取，所述多行的順序是第一顏色像素和第二顏色像素的交替單個行交替地重複，並且所述多行作為單個偽稀疏的讀取單元。
5.如權利要求3或4所述的固態成像設備，其中，所述像素驅動部分驅動所述像素部分對首先讀取的第一顏色像素的讀取單元執行所述偽稀疏相加讀取，隨後對其顏色不同於所述第一顏色像素的顏色的第二顏色像素執行所述偽稀疏相加讀取，並且執行偽單元稀疏以便對後續行中的第一顏色像素執行正常讀取。
6.如權利要求5所述的固態成像設備，當相繼執行偽單元稀疏多次時，所述像素驅動部分在後續單元讀取中反轉所述第一顏色像素的讀取相加和所述第二顏色像素的讀取相加的順序，並且驅動所述像素部分對首先讀取的第二顏色像素的讀取單元執行所述偽稀疏相加讀取，隨後對所述第一顏色像素執行所述偽稀疏相加讀取，並且執行偽單元稀疏以便對後續行中的第二顏色像素執行正常讀取。
7.一種照相系統，包括固態成像設備；光學系統，用於在所述固態成像設備上形成物體圖像；和信號處理電路，用於處理所述固態成像設備的輸出圖像信號，其中，所述固態成像設備包括像素部分，其中以矩陣形狀排列多個像素，所述多個像素將光信號轉換為電信號並且根據曝光時間段累積所述電信號；和 像素驅動部分，能夠驅動所述像素部分執行其復位並且累積和輸出所述電信號，所述像素驅動部分包括垂直讀取功能，交替地讀取對其垂直地執行相加的像素列和對其不執行相加的像素列，和列讀取功能，每當響應於作為垂直讀取電路的所述像素驅動部分的掃描而讀取每單個行時，改變所述相加和正常讀取，和所述像素驅動部分通過讀取全部像素來執行等效於稀疏的偽稀疏讀取相加，而不稀疏在讀取目標行中的像素。
8.如權利要求7所述的照相系統，其中當相繼執行偽單元稀疏多次時，所述像素驅動部分驅動所述像素部分在當前偽單元稀疏和後續偽單元稀疏之間的邊界處執行正常讀取，所述後續偽單元稀疏是在當前偽單元稀疏結束之後繼續執行的。
9.如權利要求7或8所述的照相系統，其中在所述像素部分中，多個顏色像素以矩陣形狀排列，和所述像素驅動部分能夠驅動所述像素部分來執行對每個顏色像素的偽稀疏相加讀取， 並且驅動所述像素部分交替地執行多個第一顏色像素的讀取相加和多個第二顏色像素的讀取相加。
10.如權利要求9所述的照相系統，其中，所述像素驅動部分驅動所述像素部分對多行執行偽稀疏相加讀取，所述多行的順序是第一顏色像素和第二顏色像素的交替單個行交替地重複，並且所述多行作為單個偽稀疏的讀取單元。
11.如權利要求9或10所述的照相系統，其中，所述像素驅動部分驅動所述像素部分對首先讀取的第一顏色像素的讀取單元執行所述偽稀疏相加讀取，隨後對其顏色不同於所述第一顏色像素的顏色的第二顏色像素執行所述偽稀疏相加讀取，並且執行偽單元稀疏以便對後續行中的第一顏色像素執行正常讀取。
12.如權利要求11所述的照相系統，其中，當相繼執行偽單元稀疏多次時，所述像素驅動部分在後續單元讀取中反轉所述第一顏色像素的讀取相加和所述第二顏色像素的讀取相加的順序，並且驅動所述像素部分對首先讀取的第二顏色像素的讀取單元執行所述偽稀疏相加讀取，隨後對所述第一顏色像素執行所述偽稀疏相加讀取，並且執行偽單元稀疏以便對後續行中的第二顏色像素執行正常讀取。
全文摘要
一種固態成像設備，包括像素部分，其中以矩陣形狀排列多個像素，所述多個像素將光信號轉換為電信號並且根據曝光時間段累積所述電信號；和像素驅動部分，能夠驅動所述像素部分以執行其復位並且累積和輸出所述電信號，其中所述像素驅動部分包括垂直讀取功能，交替地讀取對其垂直地執行相加的像素列和對其不執行相加的像素列；和列讀取功能，每當響應於所述垂直讀取電路的掃描而讀取每單個行時，改變所述相加和正常讀取，和所述像素驅動部分通過讀取全部像素來執行等效於稀疏的偽稀疏讀取相加，而不稀疏在讀取目標行中的像素。
文檔編號H04N5/378GK102316285SQ201110180518
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月30日 優先權日2010年7月9日
發明者松本靜德 申請人:索尼公司