[發(fā)明專利]固態(tài)圖像攝取器件和相機(jī)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010111392.0
• 申請(qǐng)日: 2010-02-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101800861A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 船津英一;海老原弘知;工藤義治
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號(hào): H04N5/335
• 分類號(hào): H04N5/335;H04N5/225
• 代理公司: 北京東方億思知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11258
• 代理人: 宋鶴;南霆

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及以互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器為代表的 固態(tài)圖像攝取器件，并涉及相機(jī)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，CMOS圖像傳感器取代電荷耦合器件(CCD)而作為固態(tài)圖 像攝取器件(圖像傳感器)已經(jīng)越來(lái)越引起注意。

這是因?yàn)镃MOS圖像傳感器克服了以下問(wèn)題。

即，這些問(wèn)題包括：制作CCD像素需要專用的制造工藝，其操作需 要多個(gè)電源電壓，并且需要使得以組合方式操作多個(gè)外圍集成電路 (IC)。

CMOS圖像傳感器克服了CCD的這些各種問(wèn)題，例如系統(tǒng)變得非常 復(fù)雜。

CMOS圖像傳感器可以使用與制造一般CMOS?IC的工藝類似的制造 工藝來(lái)制造。此外，CMOS圖像傳感器可由單個(gè)電源驅(qū)動(dòng)。此外，使用 CMOS工藝的模擬電路和邏輯電路可被混合在單個(gè)芯片中。

因此，可以減少在CMOS圖像傳感器中的外圍IC的數(shù)目。即， CMOS傳感器具有多個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。

CCD的輸出電路一般是使用具有浮動(dòng)擴(kuò)散層的浮動(dòng)擴(kuò)散部(FD)放 大器的1通道(ch)輸出。

與之不同，CMOS圖像傳感器在每一個(gè)像素中都具有FD放大器，并 且一般使用列并行輸出方案，該方案從像素陣列中選擇一行，并且同時(shí)在 列方向上從該行讀取并輸出信號(hào)。

因?yàn)槭褂貌贾迷诟飨袼刂械腇D放大器難以獲得足夠驅(qū)動(dòng)功率，所以 有必要使數(shù)據(jù)率降低。從這個(gè)意義上講，并行處理被認(rèn)為是有利的。

這種CMOS圖像傳感器已被廣泛用作諸如數(shù)碼相機(jī)、便攜式攝像機(jī)、 監(jiān)控相機(jī)之類的圖像捕捉設(shè)備以及車載相機(jī)中的圖像攝取器件。

將來(lái)自具有不同靈敏度的多個(gè)光電二極管(PD)的輸出信號(hào)相加并將 和信號(hào)作為來(lái)自一像素的輸出信號(hào)來(lái)輸出的技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)具有高動(dòng)態(tài)范圍 的CMOS圖像傳感器的方法是有效的。特別地，掩埋式光電二極管 (BPD，buried?photodiode)被廣泛地用作PD。由于諸如在其上形成PD 的襯底的表面上的懸空鍵之類的缺陷導(dǎo)致存在表面能級(jí)(surface?level)， 所以因熱能的緣故導(dǎo)致生成了大量電荷(暗電流)。其結(jié)果是，變得難以 讀取正確信號(hào)。在BPD的情況下，PD的電荷聚積部分被掩埋在襯底中。 這樣，引入信號(hào)中的暗電流量得以降低。

通過(guò)改變曝光時(shí)間或者通過(guò)提供中性(ND)濾光片可以改變PD的靈 敏度。

該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

可以實(shí)現(xiàn)比通過(guò)僅僅使用大像素實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍高的動(dòng)態(tài)范圍；并且

雖然輸出相對(duì)于入射光量是非線性的，但是可容易地將輸出改變回成 線性。當(dāng)獲得彩色圖像時(shí)，很容易執(zhí)行彩色處理。

發(fā)明內(nèi)容

當(dāng)存在來(lái)自高靈敏度的BPD的溢出電荷(overflow?electric?charge) 時(shí)，溢出電荷流入低靈敏度的BPD。因而變得難以輸出正確數(shù)據(jù)。

與之不同，當(dāng)曝光時(shí)間被減少為使得不會(huì)生成溢出電荷并且高靈敏度 的BPD不會(huì)飽和時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍得不到延伸。

本發(fā)明提供了一種固態(tài)圖像攝取器件和相機(jī)系統(tǒng)，其能夠吸收來(lái)自高 靈敏度的光電轉(zhuǎn)換元件的溢出電荷，能夠?qū)崿F(xiàn)正確的數(shù)據(jù)輸出，并且能夠 實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍。

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的固態(tài)圖像攝取器件包括像素單元和像素讀取 單元，在該像素單元中布置了具有不同靈敏度的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，該像 素讀取單元被配置為讀取來(lái)自像素單元中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的輸出信號(hào) 并將其相加，并獲得表面上來(lái)自一個(gè)像素的輸出信號(hào)。像素單元包括吸收 單元，該吸收單元被配置為吸收來(lái)自高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換元件的溢出電 荷。

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的相機(jī)系統(tǒng)包括：固態(tài)圖像攝取器件；光學(xué)系 統(tǒng)，被配置為在固態(tài)圖像攝取器件上形成拍攝對(duì)象的圖像；以及信號(hào)處理 電路，被配置為對(duì)固態(tài)圖像攝取器件的輸出圖像信號(hào)進(jìn)行處理。固態(tài)圖像 攝取器件包括像素單元和像素讀取單元，在該像素單元中布置了具有不同 靈敏度的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，該像素讀取單元被配置為讀取來(lái)自像素單元 中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的輸出信號(hào)并將其相加，并獲得表面上來(lái)自一個(gè)像 素的輸出信號(hào)。像素單元包括吸收單元，該吸收單元被配置為吸收來(lái)自高 靈敏度的光電轉(zhuǎn)換元件的溢出電荷。

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，可以吸收來(lái)自高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換元件的溢 出電荷；可以實(shí)現(xiàn)正確的數(shù)據(jù)輸出；并且可以實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍。

附圖說(shuō)明