图像传感器和摄像装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种图像传感器和摄像装置。图像传感器包括：第一半导体基板，在所述第一半导体基板上布置有多个光电转换元件；第二半导体基板，在所述第二半导体基板上布置有各自用于存储像素信号的多个存储器件；以及多个连接单元，被配置为将所述光电转换元件和所述存储器件电连接，其中，所述多个存储器件与所述多个光电转换元件相对应地布置。
【专利说明】图像传感器和摄像装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包括按照矩阵布置的多个像素的图像传感器和使用该图像传感器的摄像装置。
【背景技术】
[0002]传统上已知一种技术，其通过针对各个像素配设存储器件，并且依次将连续累积的像素信号存储在存储器件中，而不将像素信号读出到图像传感器外部，来以高帧速率摄像。
[0003]日本特开第2001-345441号公开了一种技术，其通过针对各个像素配设由电荷耦合器件构成的电荷信号累积单元，在电荷耦合器件之间移动累积的电荷以依次存储这些电荷，并且将它们读出，来以高帧速率摄像。
[0004]然而，在由上述日本特开第2001-345441号公开的传统技术中，由于针对各个像素配设许多存储器件，因此像素的面积变大，由此在有限的面积中能够布置的像素的数量变小，从而使图像质量劣化。此外，如果配设许多存储器件，则光电二极管的面积变小，饱和特性等降低，导致图像质量劣化。
【发明内容】
[0005]考虑到上述问题作出了本发明，本发明提供一种使得能够在保持图像质量的同时以高帧速率进行摄像的图像传感器和使用该图像传感器的摄像装置。
[0006]根据本发明的第一方面，提供一种图像传感器，其包括:第一半导体基板，在所述第一半导体基板上布置有多个光电转换元件；第二半导体基板，在所述第二半导体基板上布置有各自用于存储像素信号的多个存储器件；以及多个连接单元，被配置为将所述光电转换元件和所述存储器件电连接，其中，所述多个存储器件与所述多个光电转换元件相对应地布置。
[0007]根据本发明的第二方面，提供一种摄像装置，其包括:上面限定的图像传感器；以及选择单元，被配置为在第一模式和第二模式之间进行选择，在所述第一模式下，使所述图像传感器交替进行像素信号的生成和所生成的像素信号的读出，在所述第二模式下，使所述图像传感器多次生成像素信号，然后读出所生成的多个像素信号。
[0008]根据本发明的第三方面，提供一种图像传感器，其包括:第一半导体基板，在所述第一半导体基板上布置有多个光电转换元件；第二半导体基板，在所述第二半导体基板上布置有用于存储像素信号的存储器件；以及多个连接单元，被配置为将所述光电转换元件和所述存储器件电连接，其中，所述存储器件被连接到所述多个光电转换元件。
[0009]根据本发明的第四方面，提供一种摄像装置，其包括:上面限定的图像传感器；以及选择单元，被配置为在第一模式和第二模式之间进行选择，在所述第一模式下，使所述图像传感器交替进行像素信号的生成和所生成的像素信号的读出，在所述第二模式下，使所述图像传感器多次生成像素信号，然后读出所生成的像素信号。
[0010]根据本发明的第五方面，提供一种图像传感器，其包括:第一半导体基板，在所述第一半导体基板上布置有光电转换元件；第二半导体基板，在所述第二半导体基板上布置有各自用于存储像素信号的多个存储器件；以及连接单元，被配置为将所述光电转换元件和所述存储器件电连接，其中，将通过由所述光电转换元件进行多次累积控制而累积的各像素信号，单独存储在所述多个存储器件中。
[0011]根据本发明的第六方面，提供一种摄像装置，其包括:上面限定的图像传感器；以及选择单元，被配置为在第一模式和第二模式之间进行选择，在所述第一模式下，使所述图像传感器交替进行像素信号的生成和所生成的像素信号的读出，在所述第二模式下，使所述图像传感器多次生成像素信号，然后读出所生成的像素信号。
[0012]通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是示出根据本发明的第一实施例的图像传感器的布置的电路图；
[0014]图2是示出像素集的布置的电路图；
[0015]图3是示出图像传感器的布置的立体图；
[0016]图4A是用于说明存储器组中的电荷的移动的视图；
[0017]图4B是用于说明存储器组中的电荷的移动的时序图；
[0018]图5是用于说明图像传感器的累积和读出操作的时序图；
[0019]图6是示出根据本发明的第二实施例的摄像装置的布置的框图；
[0020]图7是示出根据本发明的第二实施例的像素集的布置的电路图；
[0021]图8是例示根据本发明的第二实施例的摄像装置的操作的流程图；
[0022]图9是示出图像传感器在高速连拍模式下的操作的时序图；
[0023]图10是示出图像传感器在与高速连拍模式不同的模式下的操作的时序图；以及
[0024]图11是示出根据本发明的第三实施例的移动电话的布置的框图。
【具体实施方式】
[0025]下面，参照附图详细描述本发明的实施例。
[0026](第一实施例)
[0027]图1是示出根据本发明的第一实施例的图像传感器的布置的电路图。参照图1，通过在垂直方向(列方向)和水平方向(行方向)上按照矩阵布置多个像素集100，来形成图像传感器的有效像素区域。各个像素集100连接到接收来自垂直扫描电路105的控制信号的控制信号线104。各个像素集100还连接到延伸通过图像传感器并且与像素列邻接的垂直输出线101。垂直输出线101的一端连接到恒定电流源103，并且另一端连接到列放大器(放大器)102。列放大器102的输出经由通过控制信号PTS驱动的开关106连接到保持电容器108。保持电容器108经由通过从水平扫描电路114输出的针对各个列的控制信号PH驱动的传输开关110，连接到水平输出线112。向水平输出线112输出保持电容器108中保持的像素集100的信号电平。
[0028]列放大器102的输出还经由通过控制信号PTN驱动的开关107连接到保持电容器109。保持电容器109经由通过从水平扫描电路114输出的针对各个列的控制信号PH驱动的传输开关111，连接到水平输出线113。向水平输出线113输出保持电容器109中保持的像素集100的暗电平(复位电平)。
[0029]读出放大器115连接到水平输出线112和113。读出放大器115经由水平输出线112接收像素集100的信号电平，并且经由水平输出线113接收像素集100的暗电平(复位电平)。读出放大器115输出通过将信号电平和暗电平之差乘以预定增益而获得的信号。对下一列进行相同的操作。
[0030]在该实施例中，存在各自存在于图像传感器的上部或下部的两个水平扫描电路114，由此同时针对两列输出信号。也就是说，水平扫描电路114依次工作，以输出第!1和第(11+1)列的像素信号，然后输出第(11+2)和第(11+3)列的像素信号。
[0031]图2是示出像素集100的布置的电路图。向像素集100的传输开关301的栅极输入来自垂直扫描电路105的控制信号？IX。光电二极管300连接到传输开关30110(浮置扩散部)307经由连接开关308连接到传输开关301。向复位开关302的栅极输入来自垂直扫描电路105的控制信号？即3。向行选择开关305的栅极输入来自垂直扫描电路105的控制信号？32匕像素放大器306连接到307，并且输出与？0 307的电荷量相对应的电压信号。
[0032]存储器组310具有如下布置，在该布置中连接了各自用于临时存储通过光电转换而在光电二极管300中产生并累积的电荷的III个单位存储器1(布置了多个单位存储器)。存储器组310的一端经由连接线312连接到传输开关301，并且另一端经由连接线313连接到307。存储器组310例如由电荷耦合设备构成，并且对各个单位存储器施加驱动电压训、V1、\2和V〗。注意，虽然在该示例中作为存储器件的存储器组310由电荷耦合元件构成，但是本发明不限于此。可应用诸如电容器等的用于单独保持多个电荷的任何布置。
[0033]图3示出了图像传感器的布置。如图3所示，图像传感器具有连结作为半导体基板的两个基板200和201的布置。在基板200上形成图2中的由实线309包围的部件，即，存储器组310之外的电路元件。类似地，还在基板200上形成图1所示的像素集100之外的电路元件。另一方面，在基板201上形成图2中的由实线311包围的存储器组310以及驱动电压乂0、V1、乂2和乂3的驱动电路(未示出)。由微凸块等形成连接线312和313，并且针对各个像素将基板200和201电连接。使用这种布置，即使存储器组310的面积大，也能够在不需要减小光电二极管300的面积的情况下，保持诸如饱和特性和分辨率的图像质量。
[0034]图4八和图48是用于说明存储器组310中的电荷的移动的视图。如图4八所示，对各个单位存储器1施加驱动电压％、V1、72和V〗。在时刻〖0，施加驱动电压70和VI。施加驱动电压％和VI的区域的电位降低，并且电荷被存储在该区域中。当在时刻〖1施加驱动电压％时，电荷在施加驱动电压训至V〗的范围上散布。之后，当在时刻〖2停止施加驱动电压V。时，电荷被存储在施加驱动电压VI和V〗的区域中，这意味着电荷移动了一个电极。如果如图48所示，从时刻13至时刻18连续进行类似的操作，则电荷移动一个单位存储器。通过将从时刻切至时刻丨8的操作重复III次，将通过在光电二极管300中进行III次累积操作而累积的电荷(通过在光电二极管300中进行多次累积控制而累积的电荷)单独存储在单位存储器1(1)至1(111)中。
[0035]图5是用于说明图像传感器的累积和读出操作的时序图。针对布置在第&行上的像素集100的控制信号由PSEL(k)、PRES (k)和PTX(k)表示。布置在第k行上的像素集的驱动电压由VO (k)、Vl (k)、V2 (k)和V3 (k)表示。
[0036]当在时刻a0激活所有行上的控制信号PRES时，所有像素集100的复位开关302接通，由此将像素放大器306的栅极、即FD 307复位。在从时刻al至时刻a2的时间段期间，激活所有行上的控制信号PTX。在该示例中，仅示出了特定行上的控制信号。然而，在该时间段期间，激活所有行上的控制信号PTX，并且将所有像素集100的光电二极管300中的电荷分别经由传输开关301和连接开关308传输到像素放大器306的栅极。其结果是，将光电二极管300复位。
[0037]当在时刻a2使控制信号PTX无效时，光电二极管300中的累积开始。之后，在时刻a3，使所有行上的控制信号PRES无效。通过在从时刻a4至时刻a5的时间段期间激活所有行上的控制信号PTX，累积在各个光电二极管300中的电荷被传输到存储器组310的单位存储器M(O)。该操作使累积终止，因此从时刻a2至时刻a5的时间段是累积时间段。
[0038]在从时刻a6至时刻a7的时间段期间，分别在图4B所示的从时刻tO至时刻t8的定时，驱动所有行上的驱动电压V0、V1、V2和V3。这使电荷从单位存储器M(O)移动到单位存储器M(I)。通过上述操作，在各个像素中将通过同时对所有像素进行曝光而获得的像素信号(电荷)存储在单位存储器M(I)中。从时刻a8至时刻a9的操作与从时刻a0至时刻a7的操作相同。将在下一个累积时间期间累积在各个光电二极管300中的电荷存储在单位存储器M(I)中，并且将在前一个累积时间段期间累积在各个光电二极管300中的电荷存储在单位存储器M(2)中。之后，在从时刻a9至时刻alO的时间段期间重复进行相同的操作，由此总共进行m次累积和存储操作。在时刻alO，将通过在各个光电二极管300中进行m次累积操作(曝光操作)而获得的像素信号单独存储在单位存储器M(I)至M(m)中。
[0039]在时刻alO之后，进行依次读出存储在存储器组310中的各行上的电荷的操作。在时刻alO，激活第k行上的控制信号PSEL (k)，由此接通行选择开关305。由像素放大器306和连接到垂直输出线101的恒定电流源103构成的各个源极跟随器电路进入操作状态。当在时刻all激活控制信号PRES (k)时，接通复位开关302，并且将像素放大器306的栅极、即FD 307初始化。也就是说，各个垂直输出线101接收处于暗电平(复位电平)的信号，作为紧接在复位操作之后的信号电平。在时刻al2使控制信号PRES(k)无效之后，在时刻al3激活控制信号PTN。这使连接到与各个垂直输出线101连接的列放大器102的输出的开关107接通，由此将暗电平保持在保持电容器109中。
[0040]之后，在时刻al4传输操作完成后,在从时刻al5至时刻al6的时间段期间,在图4B所示的从时刻t0至时刻t8的定时，分别驱动第k行上的驱动电压VO (k)、Vl (k)、V2 (k)和V3(k)。通过该操作，将在第一操作中累积并且存储在各个单位存储器M (m)中的电荷传输到像素放大器306的栅极、即FD 307。电位从复位电平改变与传输到由像素放大器306构成的各个源极跟随器的信号电荷相对应的量，由此确认信号电平。在时刻al7，激活控制信号PTS。这使连接到与各个垂直输出线101连接的列放大器102的输出的开关106接通，由此将信号电平保持在保持电容器108中。
[0041]之后，当在时刻al8使控制信号PTS无效时，完成传输操作。通过上述操作，保持电容器108和109分别保持第k行上的像素集100中的相应一个的信号电平和暗电平。由于输出了来自像素的信号，因此在时刻al9使控制信号PSEL(k)无效。
[0042]在时刻￡120，各个水平扫描电路114输出控制信号？!I，以对传输开关110和111进行控制，由此进行分别将保持电容器108和109连接到水平输出线112和113的操作。如果激活控制信号？則10，则第II列上的保持电容器108和109分别经由传输开关110和111连接到水平输出线112和113。也就是说，将累积在第&行、第II列上的像素中的信号读出到读出放大器115的输入中。之后，读出诸如第(11+1)列和第(11+2)列的各列上的所有像素信号。
[0043]在从时刻310至时刻321的操作中，进行针对第&行一行的读出操作。在从时刻￡122至时刻323的时间段期间，针对第(1^+1)行进行与从时刻&10至时刻321的操作相同的操作，由此输出第0^+1)行上的信号。在时刻…1之后，针对图像传感器的所有行进行上述读出操作，由此读出在第一操作中累积在所有像素中的电荷(第一图像的图像信号)。通过将时刻40之后的操作重复III次，读出通过进行III次累积操作而累积的所有电荷011个图像的图像信号
[0044]通过上述操作，由于当进行多次累积操作时，代替针对各个累积操作读出像素信号，而保持连续累积的电荷并稍后读出，因此能够以高帧速率摄像。此外，由于图像传感器由两个半导体基板构成，并且光电二极管和各个像素的存储器形成在不同的半导体基板上，因此能够保证光电二极管的面积，并且提高图像质量。
[0045]注意，虽然在该实施例中针对各个光电二极管配设了一个存储器组，但是本发明不限于此。存储器组可以经由开关连接到多个光电二极管。在这种情况下，可以将电荷仅存储在特定连接的像素中(稀疏(1:11111111118-0111:))，或者可以以时分方式将各个光电二极管中的电荷存储在存储器组中。
[0046]虽然在该实施例中在基板200上形成除了存储器组310之外的电路元件，但是本发明不限于此。
[0047](第二实施例)
[0048]下面描述根据本发明的第二实施例的摄像装置。
[0049]图6是示出根据本发明的第二实施例的摄像装置的布置的框图。在图6所示的摄像装置400中，图像传感器401能够通过布置(稍后要描述)以高帧速率摄像。模拟前端(下文中称为八?￡) 403根据增益调整和预定量化位，对从图像传感器401输出的模拟图像信号进行数字转换。定时发生器(下文中称为1(^)402对图像传感器401和八403的驱动定时进行控制。
[0050]1^1 408具有以下功能，即用于存储由八403进行了数字转换的图像数据和由图像处理单元409(稍后要描述)处理的图像数据的图像数据存储单元的功能，以及当404(稍后要描述)操作时要使用的工作存储器的功能。在该实施例中，使用408实现这些功能。然而，也可应用其他存储器，只要存储器的访问速度处于足够的水平即可。
[0051]1？01 406存储当404(稍后要描述)操作时要使用的程序。在该实施例中，使用？1%卜1？01。然而，这仅仅是示例，也可应用其他存储器，只要存储器的访问速度处于足够的水平即可。
[0052]0^ 404对摄像装置400进行整体控制。图像处理单元409对拍摄的图像进行诸如校正和压缩的处理。连接器412连接到诸如非易失性存储器或硬盘等的外部记录介质413的连接器416。接口单元410与所连接的外部记录介质413的接口 414进行通信，以将静止图像数据和运动图像数据记录在外部记录介质413的记录单元415中。注意，在该实施例中，使用可拆卸的外部记录介质作为记录介质。然而，可以包含能够写入数据的非易失性存储器、硬盘等。
[0053]当用户对操作单元405进行操作时，针对CPU 404进行诸如摄像指令和摄像条件的设置。显示单元407显示拍摄的静止图像和运动图像、菜单等。
[0054]接下来描述图像传感器401的布置。除了像素集100的布置之外，根据该实施例的图像传感器401的布置与图1所示的图像传感器的布置基本相同。图7示出了根据该实施例的像素集100的布置。
[0055]向像素集100的传输开关501的栅极输入来自垂直扫描电路105的控制信号PTX。光电二极管500连接到经由连接开关508与FD 507连接的传输开关501。连接开关508由控制信号PFD控制。向复位开关502的栅极输入来自垂直扫描电路105的控制信号PRES。向行选择开关505的栅极输入来自垂直扫描电路105的控制信号PSEL。像素放大器506连接到FD 507，并且输出与FD 507的电荷量相对应的电压信号。
[0056]存储器组510具有如下布置，在该布置中连接了各自用于临时存储通过光电转换在光电二极管500中产生并累积的电荷的m个单位存储器M。存储器组510的一端经由连接线512和开关514连接到传输开关501，并且另一端经由连接线513和开关515连接到FD 507。存储器组510例如由电荷耦合设备构成，并且对各个单位存储器施加驱动电压V0、V1、V2和V3。注意，虽然在该示例中作为存储器件的存储器组510由电荷耦合元件构成，但是本发明不限于此。可应用诸如电容器等的用于单独保持多个电荷的任何布置。
[0057]如图3所示，图像传感器具有连结作为半导体基板的两个基板200和201的布置。在基板200上形成图7中的由实线509包围的部件，也即，存储器组510之外的电路元件。类似地，还在基板200上形成图1所示的像素集100之外的电路元件。另一方面，在基板201上形成图7中的由实线511包围的存储器组510以及驱动电压V0、V1、V2和V3的驱动电路(未示出)。由微凸块等形成连接线512和513，并且针对各个像素将基板200和201电连接。使用这种布置，即使存储器组510的面积大，也能够在不需要减小光电二极管500的面积的情况下，抑制饱和特性、分辨率等的劣化，并且保持图像质量。
[0058]图8是示出根据该实施例的摄像装置400的操作的流程图。参照图8描述摄像装置400的操作。
[0059]当用户按下包含在操作单元405中的摄像开关时，摄像操作开始，并且处理前进到步骤S100。在步骤SlOO中，确定预先设置的摄像模式是否是高速连拍模式。如果设置了高速连拍模式，则处理前进到步骤S101，以进行高速连拍。
[0060]图9示出了图像传感器401在高速连拍模式下的操作。在高速连拍模式下，图像传感器401连续进行多次电荷累积操作，并且读出与各个存储器组510中(经由各个存储器组510)临时存储的电荷相对应的电压信号。当在时刻b0激活控制信号PMEM时，接通开关514和515，由此各个存储器组510连接到传输开关501和FD 507。当在时刻bl激活所有行上的控制信号PRES和PFD时，接通所有像素集100的复位开关502和连接开关508，由此将像素放大器506的栅极、即FD 507复位。在从时刻b2至时刻b3的时间段期间，激活所有行上的控制信号PTX。虽然图9仅示出了特定行上的控制信号，但是在该时间段期间，激活所有行上的控制信号PTX，并且所有像素集的光电二极管500中的电荷分别经由传输开关501和连接开关508传输到像素放大器506的栅极。其结果是，将光电二极管500复位。
[0061]当在时刻63使控制信号？IX无效时，光电二极管500中的累积开始。之后，在时刻64，使所有行上的控制信号？即3无效。通过在从时刻65至时刻66的时间段期间激活所有行上的控制信号？IX，各个光电二极管500中累积的电荷被传输到存储器组510的单位存储器1(0)。该操作使累积终止，因此从时刻…至时刻66的时间段是累积时间段。
[0062]在从时刻67至时刻68的时间段期间，在图48所示的从时刻切至时刻七8的定时，分别驱动所有行上的驱动电压训、V1、和V〗。这使电荷从单位存储器1(0)移动到单位存储器1(1)。通过上述操作，在各个像素中将通过同时对所有像素进行曝光而获得的像素信号(电荷)存储在单位存储器1(1)中。从时刻69至时刻610的操作与从时刻61至时刻％的操作相同。将在下一个累积时间期间累积在各个光电二极管500中的电荷存储在单位存储器1(1)中，并且将在前一个累积时间段期间累积在各个光电二极管500中的电荷存储在单位存储器1(2)中。之后，在从时刻610至时刻611的时间段期间重复进行相同的操作，由此总共进行III次累积和存储操作。在时刻611，将通过在各个光电二极管500中进行III次累积操作(曝光操作)而获得的像素信号单独存储在单位存储器1(1)至1(111)中。
[0063]在累积完成后，处理前进到步骤3102。在步骤3102中，读出在步骤3101中累积在光电二极管500中并且存储在存储器组510中的像素信号(电荷)。在图9所示的时刻611之后，进行依次读出存储在存储器组510中的各个行上的电荷的操作。在时刻611，激活第匕行上的控制信号此00，由此接通行选择开关505。由像素放大器506和连接到垂直输出线501的电流源503构成的各个源极跟随器电路进入操作状态。当在时刻612激活控制信号？即3 00时，接通复位开关502，并且将像素放大器506的栅极、即507初始化。也就是说，各个垂直输出线101接收处于暗电平(复位电平)的信号，作为紧接在复位操作之后的信号电平。在时刻613使控制信号？即3 00无效之后，在时刻614激活控制信号？例。这使连接到与各个垂直输出线101连接的列放大器102的输出的开关107接通，由此将暗电平保持在保持电容器109中。
[0064]之后，在时刻615完成传输操作后，在从时刻616至时刻617的时间段期间，在图48所示的从时刻丨0至时刻丨8的定时，分别驱动第&行上的驱动电压V。00、VI 00、\2 00和乂3 00。通过该操作，将在第一操作中累积并且存储在各个单位存储器1(111)中的电荷传输到像素放大器506的栅极、即？0 507。电位从复位电平改变与传输到由像素放大器506构成的各个源极跟随器的信号电荷相对应的量，由此确认信号电平。在时刻618，激活控制信号？13。这使连接到与各个垂直输出线101连接的列放大器102的输出的开关106接通，由此将信号电平保持在保持电容器108中。
[0065]之后，当在时刻619使控制信号？13无效时，完成传输操作。通过上述操作，保持电容器108和109分别保持第&行上的像素集100中的相应一个的信号电平和暗电平。由于输出了来自各像素的信号，因此在时刻620使控制信号？3此00无效。
[0066]在时刻621，各个水平扫描电路114输出控制信号？！！，以对传输开关110和111进行控制，由此进行分别将保持电容器108和109连接到水平输出线112和113的操作。当激活控制信号911(11)时，第II列上的保持电容器108和109分别经由传输开关110和111连接到水平输出线112和113。也就是说，将第&行、第II列上的像素中累积的信号读出到读出放大器115的输入中。之后，读出诸如第(11+1)列和第(11+2)列的各个列上的所有像素信号。
[0067]在从时刻611至时刻622的操作中，进行针对第&行一行的读出操作。在从时刻623至时刻624的时间段期间，针对第(1^+1)行进行与从时刻611至时刻622的操作相同的操作，由此输出第0^+1)行上的信号。在时刻622之后，针对图像传感器的所有行进行上述读出操作，由此读出在第一操作中累积在所有像素中的电荷(第一图像的图像信号)。处理前进到步骤3103。
[0068]在步骤3103中，确定是否进行了 0次读出操作(是否读出了通过进行0次累积操作而累积的所有像素信号如果尚未进行III次读出操作，则处理返回到步骤3102，以进行读出操作；否则，处理前进到步骤3104。
[0069]在步骤3104中，确定是否按下了包含在操作单元405中的摄像开关。如果按下了该开关，则处理返回到步骤3100 ；否则，摄像操作结束。
[0070]如果在步骤3100中确定未选择高速连拍模式，则处理前进到步骤3105。图10示出了未选择高速连拍模式时的操作。如果未选择高速连拍模式，则交替进行累积操作和读出操作。当在时刻⑷使控制信号？腿1无效时，开关514和515断开，并且将各个存储器组510从传输开关501和？0 507切断。当在时刻激活所有行上的控制信号？即3和？?0时，接通所有像素集100的复位开关502和连接开关508，由此将像素放大器506的栅极、即
507复位。
[0071]在从时刻至时刻的时间段期间，激活所有行上的控制信号？1。虽然图10仅示出了特定行上的控制信号，但是在该时间段期间，激活所有行上的控制信号？IX，并且将所有像素集的光电二极管500中的电荷分别经由传输开关501和连接开关508传输到像素放大器506的栅极。其结果是，将光电二极管500复位。在时刻^3，使控制信号？IX无效。之后，在时刻。4，使所有行上的控制信号？即3无效。然后，在直到时刻的时间段期间，配设在图像传感器401外部的、能够打开/闭合的机械快门机构(未示出)将向图像传感器401发射的光切断。从时刻￠3开始直到机械快门机构切断光的时间段是累积时间段。
[0072]在累积完成后，处理前进到步骤3106。在步骤3106中，读出在步骤3105中累积的像素信号(电荷在图10所示的时刻05之后，进行依次读出存储在各行上的电荷的操作。在时刻巧，激活第&行上的控制信号？3此00，由此接通行选择开关505。由像素放大器506和连接到垂直输出线501的电流源503构成的各个源极跟随器电路进入操作状态。此外，激活控制信号？？0，以接通连接开关508，由此分别连接传输开关501和507。
[0073]当在时刻激活控制信号？即3 00时，接通复位开关502，并且将像素放大器506的栅极、即？0 507初始化。也就是说，各个垂直输出线101接收处于暗电平(复位电平)的信号，作为紧接在复位操作之后的信号电平。在时刻07使控制信号？即300无效之后，在时刻激活控制信号这使连接到与各个垂直输出线101连接的列放大器102的输出的开关107接通，由此将暗电平保持在保持电容器109中。
[0074]之后，在时刻￠9完成传输操作后，在从时刻至时刻42的时间段期间，激活控制信号？1(10。通过该操作，传输累积在各个光电二极管500中的电荷。电位从复位电平改变与传输到由像素放大器506构成的各个源极跟随器的信号电荷相对应的量，由此确认信号电平。在时刻43，激活控制信号？13。这使连接到与各个垂直输出线101连接的列放大器102的输出的开关106接通，由此将信号电平保持在保持电容器108中。之后，当在时刻c 14使控制信号PTS无效时，传输操作完成。通过上述操作，保持电容器108和109分别保持第k行上的像素集100中的相应一个的信号电平和暗电平。由于输出了来自像素的信号，因此在时刻cl5使控制信号PSEL(k)无效。此外，使控制信号PFD无效，以断开开关508，由此切断传输开关501和FD 507。
[0075]在时刻cl6，各个水平扫描电路114输出控制信号PH，以对传输开关110和111进行控制，由此进行分别将保持电容器108和109连接到水平输出线112和113的操作。当激活控制信号PH (η)时，第η列上的保持电容器108和109分别经由传输开关110和111连接到水平输出线112和113。也就是说，将第k行、第η列上的像素中累积的信号读出到读出放大器115的输入中。之后，读出诸如第(η+1)列和第(η+2)列的各列上的所有像素信号。
[0076]如上所述，在从时刻c5至时刻cl7的操作中，进行针对第k行一行的读出操作。在从时刻cl8至cl9的时间段期间，针对第(k+Ι)行进行与从时刻c5至时刻cl7的操作相同的操作，由此输出第(k+Ι)行上的信号。在时刻cl9之后，针对图像传感器的所有行进行上述读出操作，由此读出累积在所有像素中的电荷(第一图像的图像信号)。处理前进到步骤S104。
[0077]通过上述操作，在高速连拍模式下，能够将通过连续进行多次累积操作(多次生成信号)而获得的电荷，保持在针对各个像素配设的存储器组中，并且稍后读出电荷，而不针对各个累积操作读出电荷，由此使得能够以高帧速率进行摄像。在与高速连拍模式不同的模式下，由于重复进行累积操作和读出操作，因此能够在不依赖于存储器容量的情况下，连续进行摄像操作。此外，由于不使用存储器，因此能够断开对基板的电力供给的一部分或全部，由此减少了电力。
[0078](第三实施例)
[0079]图11是示出根据本发明的第三实施例的移动电话1100的布置的框图。除了语音通信功能之外，根据该实施例的移动电话1100还具有电子邮件功能、因特网连接功能、摄像功能、图像回放功能等。
[0080]参照图11，通信单元1101利用符合用户与其签订了合同的通信运营商的通信方法，来与另一移动电话进行语音数据和图像数据的通信。在进行语音通信时，语音处理单元1102将来自麦克风1103的语音数据转换为适合呼叫的格式，并且向通信单元1101发送转换后的数据。语音处理单元1102对由通信单元1101发送的来自呼叫对方的语音数据进行解码，并且将解码后的数据发送到扬声器1104。
[0081]摄像单元1105拍摄被摄体的图像，并且输出图像数据。根据该实施例的摄像单元1105包括图1所示的图像传感器，并且图像传感器的各个像素集100具有与图2或图7所示的布置相同的布置。将省略其描述。假设摄像单元1105进行与在第一或第二实施例中所描述的相同的摄像操作。
[0082]在进行摄像时，图像处理单元1106对由摄像单元1105拍摄的图像数据进行处理，将图像数据转换为适合记录的格式，并且输出转换后的数据。在回放记录的图像时，图像处理单元1106对回放图像进行处理，并且向显示单元1107发送处理后的图像。显示单元1107包括大约几英寸的液晶显示屏板，并且响应于来自控制单元1109的指令，显示各种画面。非易失性存储器1108存储诸如地址簿信息、电子邮件数据和由摄像单元1105拍摄的图像数据等的数据。
[0083]控制单元1109包括CPU和存储器，并且根据存储在存储器(未示出)中的控制程序来对移动电话1100的各单元进行控制。操作单元1110包括电源按钮、数字键和用户用来输入数据的各种操作键。卡I/F 1111针对存储卡1112记录并回放各种数据。外部I/F1113向外部设备发送存储在非易失性存储器1108或存储卡1112中的数据，并且接收由外部设备发送的数据。外部I/F 1113通过诸如像USB的有线通信方法或者无线通信方法等的公知通信方法进行通信。
[0084]将描述移动电话1100的语音通信功能。为了向通信对方进行呼叫，用户对操作单元1110的数字键进行操作，以输入通信对方的号码，或者在显示单元1107上显示存储在非易失性存储器1108中的地址簿，选择通信对方，并且指示进行呼叫。当用户指示进行呼叫时，控制单元1109使通信单元1101向通信对方进行呼叫。当通信对方接收到呼叫时，通信单元1101向语音处理单元1102输出对方的语音数据，并且也向对方发送用户的语音数据。
[0085]为了发送电子邮件，用户使用操作单元1110指示进行邮件创建。当用户指示创建邮件时，控制单元1109在显示单元1107上显示邮件创建画面。用户使用操作单元1110输入发送目的地地址和正文，并且指示进行发送。当用户指示邮件发送时，控制单元1109向通信单元1101发送地址信息和邮件正文的数据。通信单元1101将邮件数据转换为适合通信的格式，并且向发送目的地发送转换后的数据。在接收到电子邮件时，通信单元1101将接收到的邮件的数据转换为适合显示的格式，并且在显示单元1107上显示转换后的数据。
[0086]将说明移动电话1100的摄像功能。当在用户通过对操作单元1110进行操作而设置了摄像模式之后，发出静止图像拍摄指令或者运动图像拍摄指令时，摄像单元1105拍摄静止或运动图像数据，并且向图像处理单元1106发送数据。图像处理单元1106对拍摄的静止或运动图像数据进行处理，并且将处理后的数据存储在非易失性存储器1108中。图像处理单元1106向卡I/F 1111发送拍摄的静止或运动图像数据。卡I/F 1111将静止或运动图像数据存储在存储卡1112中。
[0087]此外，移动电话1100能够将包括如此拍摄的静止或运动图像数据的文件作为电子邮件的附件发送。更具体来说，当发送电子邮件时，用户选择存储在非易失性存储器1108或存储卡1112中的图像文件，并且指示将选择的文件作为附件发送。
[0088]移动电话1100能够经由外部I/F 1113向诸如PC或另一电话的外部设备，发送包括拍摄的静止或运动图像数据的文件。用户对操作单元1110进行操作，以选择存储在非易失性存储器1108或存储卡1112中的图像文件，并且指示进行发送。控制单元1109控制外部I/F 1113从非易失性存储器1108或存储卡1112中读出所选择的图像文件，并且发送该图像文件。
[0089]上面描述了本发明的优选实施例。然而，本发明不限于它们，能够在本发明的范围和精神内，进行各种变型和改变。
[0090](其它实施例)
[0091]本发明的各方面还能够通过读出并执行记录在存储装置上的用于执行上述实施例的功能的程序的系统或设备的计算机(或诸如CPU或MPU的装置)来实现，以及由系统或设备的计算机例如读出并执行记录在存储装置上的用于执行上述实施例的功能的程序来执行步骤的方法来实现。鉴于此，例如经由网络或者从用作存储装置的各种类型的记录介质(例如计算机可读介质)向计算机提供程序。
[0092]虽然参照示例性实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围符合最宽的解释，以使其涵盖所有这种变型、等同结构及功能。
【权利要求】
1.一种图像传感器，所述图像传感器包括: 第一半导体基板，在所述第一半导体基板上布置有多个光电转换元件； 第二半导体基板，在所述第二半导体基板上布置有各自用于存储像素信号的多个存储器件；以及 多个连接单元，被配置为将所述光电转换元件和所述存储器件电连接， 其中，所述多个存储器件与所述多个光电转换元件相对应地布置。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括: 多个切换单元，被配置为在经由所述存储器件读出分别由所述多个光电转换元件生成的像素信号的操作、和在没有所述存储器件的介入的情况下读出所述像素信号的操作之间进行切换。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述连接单元中的各个由微凸块形成。
4.一种摄像装置，所述摄像装置包括: 权利要求1中限定的图像传感器；以及 选择单元，被配置为在第一模式和第二模式之间进行选择，在所述第一模式下，使所述图像传感器交替进行像素信号的生成和所生成的像素信号的读出，在所述第二模式下，使所述图像传感器多次生成像素信号，然后读出所生成的多个像素信号。
5.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，在所述第一模式下，断开对所述第二半导体基板的电力供给的一部分或全部。
6.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，在所述第二模式下，所述存储器件存储所生成的多个像素信号。
7.一种图像传感器，所述图像传感器包括: 第一半导体基板，在所述第一半导体基板上布置有多个光电转换元件； 第二半导体基板，在所述第二半导体基板上布置有用于存储像素信号的存储器件；以及 多个连接单元，被配置为将所述光电转换元件和所述存储器件电连接， 其中，所述存储器件被连接到所述多个光电转换元件。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，所述图像传感器还包括: 切换单元，被配置为在经由所述存储器件读出由所述光电转换元件生成的像素信号的操作、和在没有所述存储器件的介入的情况下读出所述像素信号的操作之间进行切换。
9.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述连接单元中的各个由微凸块形成。
10.一种摄像装置，所述摄像装置包括: 权利要求7中限定的图像传感器；以及 选择单元，被配置为在第一模式和第二模式之间进行选择，在所述第一模式下，使所述图像传感器交替进行像素信号的生成和所生成的像素信号的读出，在所述第二模式下，使所述图像传感器多次生成像素信号，然后读出所生成的像素信号。
11.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，在所述第一模式下，断开对所述第二半导体基板的电力供给的一部分或全部。
12.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，在所述第二模式下，在读出所生成的像素信号之前，所述存储器件存储所生成的像素信号。
13.一种图像传感器，所述图像传感器包括: 第一半导体基板，在所述第一半导体基板上布置有光电转换元件； 第二半导体基板，在所述第二半导体基板上布置有各自用于存储像素信号的多个存储器件；以及 连接单元，被配置为将所述光电转换元件和所述存储器件电连接， 其中，将通过由所述光电转换元件进行多次累积控制而累积的各像素信号，单独存储在所述多个存储器件中。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，所述图像传感器还包括: 读出单元，被配置为单独读出存储在所述多个存储器件中的所述各像素信号。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，所述图像传感器还包括: 切换单元，被配置为在经由所述存储器件读出由所述光电转换元件生成的像素信号的操作、和在没有所述存储器件的介入的情况下读出所述像素信号的操作之间进行切换。
16.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述连接单元中的各个由微凸块形成。
17.一种摄像装置，所述摄像装置包括: 权利要求13中限定的图像传感器；以及 选择单元，被配置为在第一模式和第二模式之间进行选择，在所述第一模式下，使所述图像传感器交替进行像素信号的生成和所生成的像素信号的读出，在所述第二模式下，使所述图像传感器多次生成像素信号，然后读出所生成的像素信号。
18.根据权利要求17所述的摄像装置，其中，在所述第一模式下，断开对所述第二半导体基板的电力供给的一部分或全部。
19.根据权利要求17所述的摄像装置，其中，在所述第二模式下，在读出所生成的像素信号之前，所述存储器件存储所生成的像素信号。
【文档编号】H04N5/353GK104469185SQ201410469776
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】三本杉英昭 申请人:佳能株式会社