专利名称：固体摄像器件和摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如CMOS图像传感器等固体摄像器件和包括该固体摄像器件的摄像 装置，更具体而言，涉及能够实现高速电子快门控制的固体摄像器件和摄像装置。
背景技术：
以CMOS图像传感器为代表的固体摄像器件用于各种照相机装置、移动电话等中。CMOS图像传感器包括像素区域部，该像素区域部中有多个像素沿二维方 向在同一半导体基板上排成阵列，这些像素具有由光电二极管形成的光电转换部；以 及外围电路区域，该外围电路区域形成于像素区域部的外侧(参见日本专利申请案 JP-A-2008-236634)。CMOS图像传感器具有电子快门功能，以用于在光电转换部中所累积的信号电荷被 复位一次以后再经过预定时间之后，读出光电转换部中所累积的信号电荷，从而控制光电 转换部中所累积的信号电荷的累积期间。换句话说，CMOS图像传感器相对于读出时刻使得在预定累积期间之前累积于光电 转换部中的信号电荷复位一次，从而仅累积并输出在该预定累积期间内入射的光的信号电 荷。参照图8及图9对具有电子快门功能的现有技术CMOS图像传感器进行说明。如图8所示，CMOS图像传感器包括像素区域部2、垂直扫描电路3、列⑶S(相关双 采样)电路4、水平扫描电路5、输出电路6以及定时发生电路7。在像素区域部2中，多个分别具有光电转换部的像素沿二维方向排成阵列。像素 区域部2接收与设置于像素区域部2上方的滤色镜的频谱特性相对应的颜色成分光，并生 成与光量相对应的像素信号。垂直扫描电路3以行为单位沿垂直方向(沿列方向)对像素区域部2进行扫描。列⑶S电路4以列为单位捕获像素区域部2的像素信号，并执行⑶S处理及其它 种类的信号处理。水平扫描电路5沿水平方向扫描列⑶S电路4。输出电路6对从列⑶S电路4传送过来的像素信号执行必要的信号处理，并输出 像素信号作为图像信号。定时发生电路7使垂直扫描电路3、列⑶S电路4以及水平扫描电路5的操作时序 同步。在此实例的CMOS图像传感器中，沿垂直方向彼此相邻的两个像素共用复位晶体
3管、放大晶体管以及选择晶体管。这两个相邻像素的光电转换部分别由20IA和20IB表示。与光电转换部201A和201B对应的传输晶体管202A和202B的源极分别连接至光 电转换部20IA和201B。传输线203A和203B分别连接至传输晶体管202A和202B的栅极。传输晶体管202A和202B的漏极共同连接起来并连接至一个复位晶体管204。在传输晶体管202A和202B的漏极与复位晶体管204的源极之间的浮动扩散部FD 连接至一个放大晶体管205的栅极。复位晶体管204的漏极和放大晶体管205的漏极连接至电源线206。复位晶体管204的栅极连接至复位线207。放大晶体管205的源极连接至选择晶体管208的漏极。选择晶体管208的栅极连接至选择线209。选择晶体管208的源极连接至垂直信 号线210。以下对CMOS图像传感器的电子快门的操作进行说明。具体而言，对所谓的卷帘式电子快门(rolling electronic shutter)的操作进行 说明，该卷帘式电子快门操作在以行为单位沿垂直方向(列方向)依序扫描像素的同时使 像素的信号电荷复位。在图8中，符号n、n+l等以及附加至传输信号Tx的后缀n、n+l等表明了各行在垂 直方向上的地址。附加至复位信号RET的后缀m、m+l等是被用来分别区分以两个像素为单位提供的 复位信号RET。如图8所示，在地址为η的行(以下称为第η行)中，在把从垂直扫描电路3输出 的复位信号RETm固定为“Η(高电平)”的同时将其提供至复位线207，且将传输信号Txn作 为正逻辑脉冲从垂直扫描电路3提供至传输线203Α。 于是，接通传输晶体管202Α和复位晶体管204，且执行复位操作从而移除在第η行 的光电转换部201Α中和浮动扩散部FD中所累积的不必要电荷。当由于传输信号Txn下降至“L(低电平)，，因而关断传输晶体管202A时，从此时 开始在光电转换部201A中累积光电荷。换句话说，累积期间开始。在第n+1行、第n+2行、第n+3行等中也执行与上述操作相同的操作。换句话说， 依序选择快门目标地址并执行电子快门操作。在这种卷帘式电子快门操作中，由于在沿垂直方向(列方向)扫描各行的同时使 像素复位，因而在垂直方向上各个像素中的信号电荷的累积期间的起始点逐个地相互偏 移。换句话说，打开快门时的时间点被逐个地延迟。已知的是，当各行的累积期间的起始点之间以此方式出现了偏移时，例如在通过 摄取动态物体的图像而获得的图像中会出现畸变。随着各行的累积期间的起始点之间的偏移增大，图像的畸变会更加明显。因此，期望提高电子快门操作的速度以保证所摄取的图像的质量。当试图在上述CMOS图像传感器中实现高速化快门操作时，如图9B所示，只须减小 传输信号Tx的脉冲宽度。
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然而，传输信号Tx的脉冲宽度的下限值受到传输线203A和203B的配线电阻 (wiring resistance)及寄生电容(stray capacitance)的限制。因此，在实现电子快门操 作的高速化方面存在着限制。
发明内容
因此，鉴于上述问题，本发明的目的是提供能够有利地实现电子快门操作的高速 化的固体摄像器件和摄像装置。根据本发明的实施例，提供一种固体摄像器件，该固体摄像器件包括像素区域 部，在该像素区域部中有多个具有光电转换部的像素沿水平方向及垂直方向排列着，在所 述光电转换部中累积信号电荷；垂直扫描单元，它用于以行为单位选择所述像素区域部中 的像素并以行为单位从所述像素中读出所述信号电荷；以及电子快门单元，它用于以行为 单位向所述像素提供被置为有效状态的复位信号及被置为有效状态的传输信号以使全部 所述像素复位，然后以行为单位向所述像素提供被置为无效状态的所述传输信号以解除对 所述像素的所述复位并开始在所述像素中累积所述信号电荷。根据本发明的另一实施例，提供一种摄像装置，该摄像装置包括含有固体摄像器 件的摄像单元、用于控制所述摄像单元的控制单元以及用于操作所述摄像单元的操作单 元，其中固体摄像器件包括像素区域部，在所述像素区域部中有多个具有光电转换部的像 素沿水平方向及垂直方向排列着，在所述光电转换部中累积信号电荷；垂直扫描单元，它用 于以行为单位选择所述像素区域部中的像素并以行为单位从所述像素中读出所述信号电 荷；以及电子快门单元，它用于以行为单位向所述像素提供被置为有效状态的复位信号及 被置为有效状态的传输信号以使全部所述像素复位，并接着以行为单位向所述像素提供被 置为无效状态的所述传输信号以解除对所述像素的所述复位并开始在所述像素中累积所 述信号电荷。在本发明的各实施例中，可通过将传输信号从有效状态切换为无效状态而使像素 复位。因此，与现有技术不同的是，无需考虑由于传输线的配线电阻及寄生电容而导致的传 输信号的脉冲宽度下限值的限制。所以，能够减小各行的累积期间的起始点之间的偏移。这有利于实现电子快门操 作的高速化。此外，可抑制在通过摄取动态物体而获得的图像中出现畸变。这有利于保证 所摄取的图像的质量。
图1为本发明实施例的固体摄像器件的结构图。图2为存储块的结构的电路图。图3为用于说明锁存器的输入信号和输出信号之间关系的图。图4A至图4F为信号波形图，它们用于说明本发明实施例的固体摄像器件的卷帘 式电子快门操作。图5A至图5F为信号波形图，它们用于说明本发明实施例的固体摄像器件的卷帘 式电子快门操作的高速化。图6A至图6F为信号波形图，它们用于说明本发明实施例的固体摄像器件的全局电子快门操作。图7为包括本发明实施例的固体摄像器件的摄像装置的结构框图。图8为现有技术的实例中CMOS图像传感器的结构图。图9A为信号波形图，其用于说明现有技术的CMOS图像传感器中的电子快门操作。图9B为信号波形图，其用于说明电子快门操作的高速化。
具体实施例方式以下，参照图1至图6对本发明的实施例进行说明。在以下说明中，本实施例的固体摄像器件10包括CMOS图像传感器。如图1所示，固体摄像器件10包括像素区域部12、垂直扫描单元(列扫描单 元)14、电子快门单元16、列CDS电路18、水平扫描单元(行扫描单元)20、输出电路22以 及定时发生电路24。像素区域部12是其中有多个像素沿水平方向及垂直方向排成阵列的部分，这些 像素都具有由光电二极管形成的光电转换部。在本实施例中，沿垂直方向彼此相邻的两个像素分别具有光电转换部及传输晶体 管，并共用复位晶体管、放大晶体管及选择晶体管。沿垂直方向彼此相邻的这两个像素中的一者由附图标记26A表示，而另一者由附 图标记26B表示。一个像素26A包括光电转换部201A、传输晶体管202A、复位晶体管204、放大晶体 管205以及选择晶体管208。另一像素26B包括光电转换部201B、传输晶体管202B、复位晶体管204、放大晶体 管205以及选择晶体管208。在以下说明中，将传输晶体管202A和202B、复位晶体管204、放大晶体管205以及 选择晶体管208统称为像素晶体管。在本实施例中，如上所述，相邻的两个像素共用除了传输晶体管以外的其他晶体 管。然而，无论是每一像素均使用各自的晶体管还是由三个或更多个像素共用除了传输晶 体管以外的其他晶体管，均可应用本发明。传输晶体管202A和202B分别将光电转换部201A和201B的信号电荷读出至浮动 扩散部FD。复位晶体管204使浮动扩散部FD复位。放大晶体管205生成与浮动扩散部FD的电位相对应的像素信号。选择晶体管208选择输出该像素信号的像素。与光电转换部201A和201B的输出端(阴极)相对应的传输晶体管202A和202B 的源极分别连接至光电转换部201A和201B的输出端(阴极)。传输线203A和203B分别连接至传输晶体管202A和202B的栅极。传输晶体管202A和202B的漏极共同连接起来并连接至复位晶体管204。在传输晶体管202A和202B的漏极与复位晶体管204的源极之间的浮动扩散部FD 连接至放大晶体管205的栅极。复位晶体管204的漏极和放大晶体管205的漏极连接至电源线206。
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复位晶体管204的栅极连接至复位线207。放大晶体管205的源极连接至选择晶体管208的漏极。选择晶体管208的栅极连接至选择线209，并且选择晶体管208的源极连接至垂直 信号线210。列⑶S电路18以列为单位捕获像素区域部12的像素信号，并执行⑶S处理及其 它种类的信号处理。水平扫描电路20沿水平方向扫描列CDS电路18。换句话说，水平扫描电路20以 列为单位对由垂直扫描单元14以行为单位读出的像素信号执行信号处理。输出电路22对从列⑶S电路18传送过来的像素信号执行必要的信号处理，并输 出像素信号作为图像信号。定时发生电路24使垂直扫描单元14、电子快门单元16、列⑶S电路18以及水平 扫描电路20的操作时序同步。垂直扫描单元14以行为单位选择像素区域部12中的像素并以行为单位从像素中 读出信号电荷。换句话说，垂直扫描单元14以行为单位选择像素区域部12中的像素，并执 行对这些像素的控制。垂直扫描单元14包括定时控制块28、地址解码器30、定时生成电路32、电平移位 器34、存储块36以及驱动器38。定时控制块28产生用于生成复位信号RET、传输信号Tx以及稍后说明的选择信号 SEL的各种脉冲信号，并将这些脉冲信号提供至定时生成电路32。定时控制块28产生用于依序生成图2所示的快门控制信号I_txn、锁存器置位信 号Sn以及锁存器复位信号Rn的各种脉冲信号，并将这些脉冲信号提供至定时生成电路32。此外，定时控制块28向地址解码器30提供地址数据，这些地址数据用于指定像素 区域部12中的行。地址解码器30对从定时控制块28提供过来的地址数据进行解码，并指定像素区 域部12中的行。定时生成电路32根据从定时控制块28提供过来的各种脉冲信号而生成复位信号 RET、传输信号Tx、选择信号SEL、快门控制信号I_txn、锁存器置位信号Sn以及锁存器复位 信号Rn。定时生成电路32将这些信号提供至由地址解码器30指定的行。电平移位器34将由定时生成电路32提供的复位信号RET、传输信号Tx以及选择 信号SEL的电压提高到足以驱动后一级中的存储块36或驱动器38的电压。存储块36构成电子快门单元16的一部分。存储块36根据快门控制信号I_txn、 锁存器置位信号Sn以及锁存器复位信号Rn而生成传输信号Txn。稍后会对存储块36进行详细说明。驱动器38把从电平位移器34通过存储块36而提供过来的复位信号RET、传输信 号Tx以及选择信号SEL提供至像素晶体管，并驱动这些像素晶体管。电子快门单元16以行为单位向像素提供被置为有效状态的复位信号RST及被置 为有效状态的传输信号Txn，从而使全部像素复位。在使全部像素复位之后，电子快门单元 16向像素提供被置为无效状态的传输信号Txn以解除对像素的复位，并开始在像素中累积 信号电荷。
电子快门单元16包括定时控制块28、地址解码器30、定时生成电路32、电平位移 器34、存储块36以及驱动器38。以下，对构成电子快门单元16的一部分的存储块36进行详细说明。如图2所示，存储块36包括以传输线203A(203B)为单位(即以行为单位)设置 的多个传输信号生成电路40。在本实施例中，各传输信号生成电路40中的每一者均包括锁存器42、第一或(OR) 门44以及第二或门46。在本实施例中，锁存器42具有正逻辑置位输入端42A、正逻辑复位输入端42B以及 负逻辑输出端42C。图3为用于说明输入至置位输入端42A的置位信号S、输入至复位输入端42B的复 位信号R以及输出端42C的输出信号0之间的关系的图。如图3所示，当置位信号S为“1”时，锁存器42将输出信号0保持为“0” ；而当复 位信号R为“ 1”时，锁存器42将输出信号0保持为“ 1 ”。换句话说，当提供置位信号S时，锁存器42将输出信号0保持为“L” ；而当提供复 位信号R时，锁存器42将输出信号0保持为“H”。这种锁存器42相当于存储一位(one bit)数据的存储器。如图2所示，由定时生成电路32提供的正逻辑快门控制信号I_txn和由定时生成 电路32提供的正逻辑锁存器置位信号Sn被输入至第一或门44。第一或门44的输出端连接至锁存器42的置位输入端42A。因此，快门控制信号I_txn与锁存器置位信号Sn的逻辑或运算结果被提供至锁存 器42的置位输入端42A。快门控制信号I_txn和锁存器42的输出端42C的输出信号0被输入至第二或门 46。为便于说明，以下将输出信号0称为锁存器输出信号M_txn。第二或门46把快门控制信号I_txn与锁存器输出信号M_txn的逻辑或运算结果 作为传输信号Txn而输出。因此，传输信号生成电路40包括锁存器42，该锁存器42利用快门控制信号I_txn 与锁存器置位信号Sn的逻辑或运算结果进行置位，并利用锁存器复位信号Rn进行复位。传 输信号生成电路40根据锁存器42的输出信号来生成传输信号Txn。传输信号Txn是由快门控制信号I_txn与锁存器输出信号M_txn的逻辑或运算结 果形成的。参照图4A至图4F对本实施例的固体摄像器件10的卷帘式电子快门操作进行说 明。在以下说明中，以正逻辑方式对信号电平进行说明。因此，“L”对应于“0”，而“H”对应 于 “1”。如图4E所示，定时生成电路32预先将复位信号RST固定为“H”。如图4A至图4C所示，在锁存器置位信号Sn被固定为“L”且快门控制信号I_txn 等被置为“L”的状态下，电子快门单元16同时向传输信号生成电路40提供作为正逻辑脉 冲信号的锁存器复位信号Rn。接着，如图4D所示，传输信号生成电路40的锁存器输出信号M_txn等同时转变为“H”。因此，如图4F所示，传输信号Txn等也同时转变为“H”。结果，这些行中的全部像素同时被复位。换句话说，执行电子快门的快门期间开 始。具体而言，电子快门单元16以行为单位向像素提供被置为有效状态的复位信号 RST及被置为有效状态的传输信号Txn等，以使全部像素复位。在这种情况下，通过电子快门单元16对像素进行的复位是对全部像素同时进行 的。随后，如图4C所示，电子快门单元16向传输信号生成电路40依序输出快门控制 信号I_txn、I_txn+1等作为正逻辑脉冲信号。快门控制信号I_txn等具有相同的脉冲宽度ΔΧ。在时间上居先的快门控制信号 升高时的点与下一个快门控制信号升高时的点相互重合。如图4D所示，当快门控制信号I_txn等依序转变为“H”时，锁存器输出信号M_txn 等依序从“H”转变为“L”。因此，如图4F所示，传输信号Txn等相对于锁存器输出信号M_txn等的下降点在 等于脉冲宽度ΔΧ的延迟之后下降。在图4F中，快门期间A表示利用锁存器输出信号M_txn等的下降点而设定的快门 期间，快门期间B表示通过将脉冲宽度ΔΧ加到快门期间A上而得到的实际快门期间。结果，以行为单位依序解除对像素的复位，且开始在像素的光电转换部26A和26B 中累积信号电荷。换句话说，累积期间开始。具体而言，在使像素复位之后，电子快门单元16以行为单位向像素提供被置为无 效状态的传输信号Txn等从而解除对像素的复位，并开始在像素中累积信号电荷。在这种情况下，通过电子快门单元16对像素的复位进行的解除是以行为单位对 像素依序进行的。因此，如图4A至图4F所示，可以看出，像素区域部12的各行的快门期间B是以脉 冲宽度ΔΧ为单位进行偏移(延迟)的。具体而言，如果像素区域部12的行的数量为N，则第一行的快门期间B与最后一行 的快门期间B之间的偏移量为ΔΧΧ (N-I)。以下，参照图5A至图5F对电子快门操作的高速化进行说明。为了提高电子快门操作的速度，如图5C中的虚线所示，只须减小快门控制信号1_ txn、I_txn+1等的脉冲宽度ΔΧ。快门控制信号I_txn、l_txn+1等的脉冲宽度ΔX的下限值只须是足以使传输信号 生成电路40正常工作的时间。具体而言，在现有技术中，传输信号Tx的脉冲宽度的下限值受传输线203Α和203Β 的配线电阻及寄生电容限制。相反，在本实施例中，确保快门控制信号的脉冲宽度ΔΧ足以使传输信号生成电 路40运行(即包括锁存器42、第一或门44以及第二或门46的门电路)就足够了。当这是以使被设置为一个单元的垂直扫描单元14进行工作的时钟信号的一个时 钟来表示时，尽管在现有技术中，需要约十个时钟作为传输信号Tx的脉冲宽度，然而在本 实施例中，例如，两个时钟便足以作为快门控制信号的脉冲宽度ΔΧ。
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因此，将快门期间B的偏移量减小至约1/5是可能的。这非常有利于实现电子快 门操作的高速化。以下，参照图6A至图6F对全局电子快门操作进行说明。全局电子快门操作意指用于将像素区域部12中的全部像素的快门期间设置成相 同期间的电子快门操作。换句话说，由于各快门期间之间的偏移为0，因而各累积期间在同 一时刻开始。如图6E所示，定时生成电路32预先将复位信号RST固定为“H”。如图6A至图6C所示，电子快门单元16将锁存器置位信号Sn —次置位为“L”。在 快门控制信号I_txn等被固定为“L”的状态下，电子快门单元16同时向传输信号生成电路 40输出作为正逻辑脉冲信号的锁存器复位信号Rn。于是，如图6D所示，传输信号生成电路40的锁存器输出信号M_tXn、M_tXn+l等同 时转变为“H”。因此，如图6F所示，传输信号Txn、Τχη+1等也同时转变为“H”。结果，这些行中的全部像素同时复位。换句话说，执行电子快门的快门期间开始。具体而言，电子快门单元16以行为单位向像素提供被置为有效状态的复位信号 RST及被置为有效状态的传输信号Txn等，以使全部像素复位。在这种情况下，通过电子快门单元16对像素进行的复位是对全部像素同时进行 的。随后，如图6Α、图6Β及图6Ε所示，在以行为单位向由垂直扫描单元14选择的像素 提供复位信号RST的状态下，电子快门单元16将锁存器复位信号Rn置为无效状态。在这 种状态下，电子快门单元16同时向传输信号生成电路40提供作为正逻辑脉冲信号的锁存 器置位信号Sn。在锁存器置位信号Sn从“L”升高为“H”的时间点处，锁存器输出信号M_txn、M_ txn+1等同时下降为“L”。由于快门控制信号I_txn、I_txn+1等被固定为“L”，因而作为图2所示第二或门 46的输出信号的传输信号Txn、Txn+1等同时从“H”下降为“L”。因此，对全部像素的复位被同时解除。具体而言，在使像素复位之后，电子快门单元16以行为单位向像素提供被置为无 效状态的传输信号Txn等从而解除对像素的复位，并开始在像素中累积信号电荷。在这种情况下，通过电子快门单元16对像素的复位进行的解除是对全部像素同 时进行的。因此，全部像素的全部快门期间(全局快门期间)均相同，且信号电荷的累积期间 在同一时刻开始。在这种情况下，由于各行的快门期间之间的偏移为零，因而就可以防止在通过摄 取动态物体的图像而获得的图像中发生畸变。这有利于保证所摄取的图像的质量。为了实现全局电子快门操作，只须同时向全部像素提供传输信号。然而，在现有技 术中，为了生成这些传输信号，需要提供专用于全局电子快门操作的门电路。因此，在实现固体摄像器件10的尺寸小型化及成本降低方面存在着缺点。相反，在本实施例中，可采用其中以行为单位设置有传输信号生成电路40的简单 结构来实现全局电子快门操作。这非常有利于实现固体摄像器件10的尺寸小型化及成本降低。根据本实施例，电子快门单元16以行为单位向像素提供被置为有效状态的复位 信号及被置为有效状态的传输信号，以使全部像素复位。之后，电子快门单元16向像素提 供被置为无效状态的传输信号以解除对像素的复位，并开始在像素中累积信号电荷。因此，由于能够通过将传输信号从有效状态切换为无效状态来使像素复位，因而 与现有技术不同的是，无需考虑由于传输线203A和203B的配线电阻及寄生电容而造成的 传输信号Tx的脉冲宽度下限值的限制。因此，可减小各行的累积期间的起始点之间的偏移。换句话说，可减小以行为单位 出现的快门期间之间的偏移。这有利于实现电子快门操作的高速化。可以抑制在通过摄取动态物体的图像而获 得的图像中出现畸变。这有利于保证所摄取的图像的质量。在本实施例中，在电子快门单元16中，以行为单位设置着具有锁存器42的传输信 号生成电路40。锁存器42利用快门控制信号I_txn与锁存器置位信号Sn的逻辑或运算结果进行 置位，并利用锁存器复位信号Rn进行复位。传输信号生成电路40根据快门控制信号I_txn与锁存器输出信号M_txn的逻辑 或运算结果来生成传输信号Txn。因此，为了将传输信号Txn从有效状态转变为无效状态，只须向各行中的传输信 号生成电路40依序提供具有足以使传输信号生成电路40 (包括锁存器42)运行的短脉冲 宽度的快门控制信号I_txn。因此，可减小各行的累积期间的起始点之间的偏移。换句话说，可减小按照行单位 出现的快门期间之间的偏移。此处，只要快门控制信号I_txn的脉冲宽度足以让传输信号生成电路40进行工作 就足够了。因此，可减小各行的累积期间的起始点之间的偏移。换句话说，可减小按照行单 位出现的快门期间之间的偏移。因此，可使用其中在电子快门单元16中设置有传输信号生成电路40的简单结构 来实现电子快门操作的高速化。这有利于在降低成本的同时确保所摄取的图像的质量。根据本实施例，可以如上所述简单地实现全局电子快门操作。然而，当执行全局电子快门操作时，如图6A、图6D及图6F所示，当锁存器置位信号 Sn的脉冲信号上升时，锁存器输出信号和传输信号同时下降。因此，功耗会瞬时地增加。因此，当设计固体摄像器件10中所包含的外围电路时，需要将这种功耗的增加考 虑在内。因而，存在着会造成设计成本增大的顾虑。相反，如果实现了卷帘式电子快门操作的高速化，则可获得与在执行全局电子快 门操作时所实现的效果接近的效果。此外，无需将功耗的增加考虑在内。这有利于实现设 计成本的降低。可以构想的是将固体摄像器件10用于例如数字照相机等摄像装置中，并将固体 摄像器件10所摄取的物体图像以动态图像的形式显示在显示器上。在这种情况下，由于从固体摄像器件10读出图像信号时的传输速度存在限制，因 而需要在以行为单位使像素变稀疏的情况下读出固体摄像器件10的全部像素。
具体而言，针对每一预定行，均设定了图像信号将不会被读出的行。然而，在图像信号不会被读出的行的像素中，电荷会累积并饱和。因此，需要将图 像信号不会被读出的行中的像素控制为向这些像素施用快门的状态(复位状态)。因此，必须以行为单位提供用于执行这种专用控制的门电路。其不便之处在于，会 导致固体摄像器件10的结构复杂化以及尺寸增大和成本升高。然而，在本实施例中，可以只通过控制被提供至传输信号生成电路40的锁存器置 位信号Sn及快门控制信号I_txn来以行为单位对像素的复位状态进行控制。因此，可实现 结构的简化。这有利于实现固体摄像器件10的尺寸小型化和成本降低。可以只通过对被提供至传输信号生成电路40的锁存器置位信号Sn及快门控制信 号I_txn做出各种改变来对电子快门操作做出各种改变。因此，由于无需提供与电子快门操作的种类相对应的数量的专用门电路，因而，这 有利于在实现固体摄像器件10的结构简化以及尺寸小型化和成本降低的同时容易地实现 各种电子快门操作。当将固体摄像器件10用于例如数字照相机等摄像装置中时，可以构想出将固体 摄像器件10的电子快门功能与焦平面快门相结合。焦平面快门使设置在固体摄像器件10前方的遮光板与固体摄像器件10的垂直方 向(列方向)平行地进行移动。由于焦平面快门是以机械方式而被驱动的，因而遮光板的移动速度不是恒定的， 而是随时间而增大。具体而言，遮光板的移动速度在移动开始时较小，随移动的进行而增 大，并在移动结束时达到最大速度。相反，当执行卷帘式电子快门操作时，沿垂直方向出现的在以行为单位的像素的 累积期间的开始时刻之间的偏移会线性地增大。因此，当将卷帘式电子快门操作与焦平面快门结合使用时，存在着遮光板的移动 速度的改变会影响所摄取的图像的顾虑。因此，可以构想的是控制沿垂直方向出现的在以行为单位的像素的累积期间的 开始时刻之间的偏移，以避免遮光板的移动速度的改变对图像造成影响。换句话说，可以控 制以行为单位的像素的累积期间的开始时刻之间的偏移使其非线性地增大。为了控制以行为单位的像素的累积期间的开始时刻之间的偏移使其非线性地增 大，只须将快门控制信号I_txn的脉冲宽度ΔΧ设置为非线性的。在这种情况下，也无需提供专用门电路来控制以行为单位的像素的累积期间的开 始时刻之间的偏移使其非线性地增大。这有利于实现固体摄像器件10的结构简化以及尺 寸小型化和成本降低。参照图7对把本实施例的固体摄像器件10应用于例如数字照相机等摄像装置中 进行说明。如图7所示，摄像装置400包括摄像光学系统300、摄像单元310、系统控制单元 320、驱动控制单元330、存储媒体340、操作面板单元350以及显示器360。摄像光学系统300包括布置在透镜镜筒中的变焦透镜301以及止动机构302。摄 像光学系统300使物体图像聚焦在图像传感器的光接收单元上。摄像光学系统300以机械方式驱动其各个单元，以便根据由驱动控制单元330基于系统控制单元320的指令而进行的控制来执行自动对焦等的控制。摄像单元310利用图1所示的固体摄像器件10来进行物体的成像。摄像单元310 向安装于主基板上的系统控制单元320输出成像信号(图像信号)。具体而言，摄像单元310对图像传感器的输出信号执行例如AGC(自动增益控制)、 OB (光学黑色)钳位、CDS (相关双采样)及A/D (模拟/数字)转换等处理，然后生成并输 出数字成像信号。系统控制单元320包括CPU (中央处理器)321、ROM(只读存储器)322、RAM(随机 存储器)323、DSP (数字信号处理器)324及外部接口(I/F) 325。CPU 321利用ROM 322及RAM 323向摄像装置400的各个单元发送指令，并执行对 整个系统的控制。DSP 324对来自摄像单元310的成像信号执行各种信号处理，从而以预定格式生 成静止图像或动态图像的视频信号(例如YUV信号)。外部接口 325包括各种编码器及D/A(数字/模拟)转换器。外部接口 325与连 接至系统控制单元320的外部元件(在此实例中，是指显示器360、存储媒体340及操作面 板单元350)交换各种控制信号和数据。存储媒体340是例如各种存储卡等能够适当存储所拍摄图像的存储媒体。对于例 如存储媒体控制器341而言，存储媒体340能够被更换。作为存储媒体340，除了可使用各 种存储卡之外，例如还可使用利用磁性与光的碟片媒体。操作面板单元350包括输入键，以供使用者在使用摄像装置400进行拍摄工作时 执行各种指令。CPU 321监测来自操作面板单元350的输入信号，并根据该输入信号的输入 内容来执行各种操作控制。显示器360是组装于摄像装置400中的小型显示器件，例如为液晶面板。显示器 360显示所摄取的图像。如果将本实施例的固体摄像器件10应用于这种摄像装置400中，则可实现电子快 门操作的高速化。因此，可抑制在显示于显示器360上的图像中出现畸变。这有利于保证 所摄取的图像的质量。本领域的技术人员应理解，可根据设计要求及其它因素，在本发明所附权利要求 书或其等同物的范围内做出各种修改、组合、子组合及改变。
权利要求
一种固体摄像器件，其包括像素区域部，在所述像素区域部中有多个具有光电转换部的像素沿水平方向及垂直方向排列着，在所述光电转换部中累积信号电荷；垂直扫描单元，它用于以行为单位选择所述像素区域部中的像素并以行为单位从所述像素中读出所述信号电荷；以及电子快门单元，它用于以行为单位向所述像素提供被置为有效状态的复位信号及被置为有效状态的传输信号以使全部所述像素复位，然后以行为单位向所述像素提供被置为无效状态的所述传输信号以解除对所述像素的所述复位并开始在所述像素中累积所述信号电荷。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中通过所述电子快门单元对所述像素进行的 所述复位是对全部所述像素同时进行的。
3.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中通过所述电子快门单元对所述像素的所述 复位进行的所述解除是以行为单位对所述像素依序进行的。
4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中通过所述电子快门单元对所述像素的所述 复位进行的所述解除是对全部所述像素同时进行的。
5.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述电子快门单元包括以行为单位设置的传输信号生成电路， 所述传输信号生成电路包括锁存器；所述电子快门单元生成快门控制信号、锁存器置位信号及锁存器复位信号， 所述锁存器利用所述快门控制信号与所述锁存器置位信号的逻辑“或”运算结果进行 置位，并利用所述锁存器复位信号进行复位，并且所述传输信号生成电路利用所述快门控制信号与所述锁存器的输出信号的逻辑“或” 运算结果来生成所述传输信号。
6.一种摄像装置，其包括含有固体摄像器件的摄像单元、用于控制所述摄像单元的控 制单元以及用于操作所述摄像单元的操作单元，其中所述固体摄像器件包括像素区域部，在所述像素区域部中有多个具有光电转换部的像素沿水平方向及垂直方 向排列着，在所述光电转换部中累积信号电荷；垂直扫描单元，它用于以行为单位选择所述像素区域部中的像素并以行为单位从所述 像素中读出所述信号电荷；以及电子快门单元，它用于以行为单位向所述像素提供被置为有效状态的复位信号及被置 为有效状态的传输信号以使全部所述像素复位，然后以行为单位向所述像素提供被置为无 效状态的所述传输信号以解除对所述像素的所述复位并开始在所述像素中累积所述信号 电荷。
全文摘要
本发明公开了固体摄像器件和摄像装置，该固体摄像器件包括像素区域部，在所述像素区域部中有多个具有光电转换部的像素沿水平方向及垂直方向排列着，在所述光电转换部中累积信号电荷；垂直扫描单元，它以行为单位选择所述像素区域部中的像素并以行为单位从所述像素中读出所述信号电荷；以及电子快门单元，它以行为单位向所述像素提供被置为有效状态的复位信号及被置为有效状态的传输信号以使全部所述像素复位，然后以行为单位向所述像素提供被置为无效状态的所述传输信号以解除对所述像素的所述复位并开始在所述像素中累积所述信号电荷。本发明有利于实现电子快门操作的高速化。此外，本发明有利于保证所摄取的图像的质量。
文档编号H04N5/335GK101931758SQ201010203149
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月18日 优先权日2009年6月25日
发明者菊次博文 申请人:索尼公司