图像捕获装置和图像捕获装置的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用以CMOS图像传感器为代表的图像传感器的图像捕获装置和图像捕获装置的控制方法。
【背景技术】
[0002]近年来，越来越多的电子照相机和视频照相机包括安装在其上的CMOS图像感测设备。通常使用的CMOS图像感测设备采用如下方案:逐行依次读出在按照二维矩阵排列的像素的光电转换单元中生成并累积的信号电荷。近年来，提出了在同一定时累积信号电荷的同时图像捕获功能(全局快门功能)，并且具有全局快门功能的CMOS图像感测元件的应用也越来越多。
[0003]根据日本特开第2011-217315号公报，在各个像素中配设有串联排列的作为电荷保持单元的多个CCD，并且通过获得具有不同累积时间段的信号来扩展动态范围。然而，在包括越来越多的像素的固态图像捕获装置中，在单个像素中配设多个CCD，导致作为光电转换单元的光电二极管部分的尺寸减小，因此可能使灵敏度降低。
[0004]根据日本特开第2011-217315号公报，即使使用全局快门，也一次针对一行进行从传感器的输出，因此获得具有不同累积时间段的信号花费很长的读出时间段。此外，根据日本特开第2011-217315号公报，电荷保持部分布置在第一芯片的像素中的各个中，因此光电二极管部分的尺寸等同于传统相应部分的尺寸。
【发明内容】
[0005]考虑到上面的情形作出了本发明，本发明在不减小光电二极管部分的尺寸的情况下，提供具有宽动态范围的图像。
[0006]根据本发明，提供一种图像捕获装置，其包括:图像传感器，其包括多个像素，所述像素中的各个包括:光电转换单元；多个电荷累积单元，用于累积在所述光电转换单元中生成的电荷；控制单元，被构造为对电荷在所述多个电荷累积单元中的各个中的累积进行控制；以及读出单元，被构造为从所述多个电荷累积单元中的各个中，读出与电荷相对应的信号；以及生成单元，被构造为根据分别从所述多个电荷累积单元中读出的信号，生成所述像素中的各个的信号，其中，所述光电转换单元形成在第一芯片中，并且所述多个电荷累积单元、所述控制单元和所述读出单元形成在第二芯片中。
[0007]此外，根据本发明，提供一种图像捕获装置，其包括:图像传感器，其包括多个像素，所述像素中的各个包括:光电转换单元；多个电荷累积单元，用于累积在所述光电转换单元中生成的电荷；电荷保持单元，被构造为保持从所述多个电荷累积单元传送的电荷；控制单元，被构造为对电荷在所述多个电荷累积单元中的各个中的累积进行控制；传送单元，被构造为将电荷从所述多个电荷累积单元传送到所述电荷保持单元；以及读出单元，被构造为读出与保持在所述电荷保持单元中的电荷相对应的信号中的各个；以及生成单元，被构造为根据从所述电荷保持单元中读出的信号，生成所述像素中的各个的信号，其中，所述光电转换单元形成在第一芯片中，并且所述多个电荷累积单元、所述电荷保持单元、所述控制单元、所述传送单元和所述读出单元形成在第二芯片中。
[0008]此外，根据本发明，提供一种图像捕获装置的控制方法，所述图像捕获装置包括:图像传感器，其包括多个像素，所述像素中的各个包括:光电转换单元和用于累积在所述光电转换单元中生成的电荷的多个电荷累积单元、控制单元和读出单元，其中，所述光电转换单元形成在第一芯片中，并且所述多个电荷累积单元、所述控制单元和所述读出单元形成在第二芯片中，所述控制方法包括:电荷累积步骤，通过所述控制单元对电荷在所述多个电荷累积单元中的各个中的累积进行控制；读出步骤，通过所述读出单元从所述多个电荷累积单元中的各个中，读出与电荷相对应的信号；以及生成步骤，通过生成单元根据在所述读出步骤中分别从所述多个电荷累积单元中读出的信号，生成所述像素中的各个的信号。
[0009]此外，根据本发明，提供一种图像捕获装置的控制方法，所述图像捕获装置包括:图像传感器，其包括多个像素，所述像素中的各个包括:光电转换单元；多个电荷累积单元，用于累积在所述光电转换单元中生成的电荷；电荷保持单元，被构造为保持从所述多个电荷累积单元传送的电荷；控制单元；传送单元；以及读出单元，其中，所述光电转换单元形成在第一芯片中，并且所述多个电荷累积单元、所述电荷保持单元、所述控制单元、所述传送单元和所述读出单元形成在第二芯片中，所述控制方法包括:控制步骤，通过所述控制单元对电荷在所述多个电荷累积单元中的各个中的累积进行控制；传送步骤，通过所述传送单元将电荷从所述多个电荷累积单元传送到所述电荷保持单元；以及读出步骤，通过所述读出单元读出与保持在所述电荷保持单元中的电荷相对应的信号中的各个；以及生成步骤，通过生成单元根据分别从所述电荷保持单元中读出的信号，生成所述像素中的各个的信号。
[0010]通过以下对示例性实施例的描述(参照附图)，本发明的其他特征将变得清楚。
【附图说明】
[0011]包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且与文字说明一起用来解释本发明的原理。
[0012]图1是示出根据本发明的第一实施例的图像捕获装置的示意性配置的框图；
[0013]图2是根据第一实施例的图像传感器的叠置结构的示意图；
[0014]图3是示出根据第一实施例的图像传感器的配置的框图；
[0015]图4A和4B分别是根据第一实施例的像素的等效电路图和截面图；
[0016]图5是示出根据传统技术的像素驱动模式的时序图；
[0017]图6是根据传统技术的电位转变图；
[0018]图7是示出根据第一实施例的像素驱动模式的时序图；
[0019]图8是根据第一实施例的电位转变图；
[0020]图9A和9B是例示根据第一实施例的像素信号电平和输出选择的图；
[0021]图10是例示根据第一实施例的图像传感器的读出控制的流程图；
[0022]图11是示出根据第二实施例的像素驱动模式的时序图；
[0023]图12是根据第二实施例的电位转变图；
[0024]图13A和13B是示出根据第二实施例的像素信号电平和输出选择的图；
[0025]图14是例示根据第二实施例的图像传感器的读出控制的流程图；
[0026]图15是示出根据第三实施例的图像传感器的配置的框图；
[0027]图16A和16B是示出根据第三实施例的像素信号电平和输出选择的图；
[0028]图17是例示根据第三实施例的图像传感器的读出控制的流程图；
[0029]图18是示出根据第四实施例的像素驱动模式的时序图；
[0030]图19是根据第四实施例的电位转变图；
[0031]图20是例示根据第四实施例的图像传感器的读出控制的流程图；
[0032]图21是示出根据第五实施例的图像传感器的配置的框图；
[0033]图22是根据第五实施例的像素的等效电路图；
[0034]图23是示出根据第五实施例的像素驱动模式的时序图；
[0035]图24是根据第五实施例的电位转变图；
[0036]图25是例示根据第五实施例的图像传感器的读出控制的流程图；
[0037]图26A和26B是例示根据第六实施例的加法控制的图；
[0038]图27是例示根据第六实施例的图像传感器的读出控制的流程图；以及
[0039]图28是示意性地示出根据第七实施例的移动电话的配置的框图。
【具体实施方式】
[0040]将根据附图详细描述本发明的示例性实施例。
[0041]〈第一实施例〉
[0042]图1是示出根据本发明的第一实施例的图像捕获装置的配置的框图。图像捕获装置主要包括图像处理装置100、诸如存储卡或硬盘的记录介质200和镜头单元300。
[0043]镜头单元300包括拍摄透镜310、光圈312、镜头卡口 316、镜头控制单元320和连接器322。镜头卡口 316机械地将镜头单元300连接到图像处理装置100的镜头卡口 106。连接器322经由图像处理装置100侧的连接器122电连接到图像处理装置100。镜头控制单元320经由连接器322和122接收来自图像处理装置100的信号，并且通过根据接收到的信号改变拍摄透镜310在光轴上的位置，来进行焦点调节。镜头控制单元320以相同的方式接收来自图像处理装置100的信号，并且对光圈312的打开进行控制。
[0044]在图像处理装置100中，当镜130处于光轴上时，经由镜130和131形成使得入射的入射光的图像，并且用户能够从光学取景器104检查捕获的静止图像的构图。图像传感器1400包括下面将描述的列AD电路和定时控制块，当镜130从光轴缩回时，其对使得经由镜头单元300入射的光学图像进行光电转换，将其转换为电信号。快门12控制对图像传感器1400的曝光量。
[0045]模拟前端(AFE) 1700包含将从图像传感器1400输出的模拟信号转换为数字信号的A/D转换器。定时发生器(TG) 1800向图像传感器1400和AFE 1700的A/D转换器提供时钟信号和控制信号。系统控制电路50 (下文中称为“CPU”)进行包括图像处理的对图像处理装置100的总体控制。
[0046]监视器1200由液晶显示器(IXD)等构成，其能够显示现场图像和捕获的静止图像。快门开关61用来指示捕获静止图像，其具有二阶段配置。响应于到第一阶段的浅按下的操作或者所谓的半按下操作，进行自动焦点调节以及在捕获之前的状态下由自动曝光机构进行的包括快门速度和光圈数值的设置的自动曝光控制。响应于到第二阶段的深按下的操作或者所谓的全按下操作，操作快门12以进行捕获操作。运动图像记录开始/停止开关62用来指示记录运动图像，在指示开始记录之后，连续进行运动图像记录操作。
[0047]电源开关60用于在图像处理装置100的电源接通和电源断开之间进行切换。另夕卜，能够相应地对诸如镜头单元300、外部闪光灯和记录介质200的连接到图像处理装置100的各种附加设备的电源接通和电源断开的设置进行切换。
[0048]易失性存储器(RAM) 70临时记录从图像传感器1400输出的图像数据和在图像处理单元72中进行了图像处理的图像数据。RAM 70还具有CPU 50的工作存储器的功能。非易失性存储器(ROM) 71存储在CPU50进行操作时使用的程序。图像处理单元72进行诸如对静止图像进行校正和压缩的处理。当如下面所描述的，存在来自各个像素的多个输出时，像素输出选择单元73从这些输出中选择适当电平的输出。当如下面所描述的，存在来自各个像素的多个输出时，像素相加单元74将这些输出相加。
[0049]电源控制单元80例如由电池检测电路、DC-DC转换器和用于切换要对其施加电流的块的切换电路构成。此外，电源控制单元80检测电池的安装、电池的类型和剩余电池电力，基于检测的结果和来自CPU 50的指令对DC-DC转换器进行控制，并且在需要的时间段内对包括记录介质的各个部分提供需要的电压。电源控制单元80经由连接器82和84连接到电源单元86。电源单元86由诸如碱性电池或者锂电池的一次电池、诸如锂离子电池的二次电池、AC适配器等构成。
[0050]接口 90与经由连接器92电连接到其的记录介质200进行通信。记录介质200是诸如存储卡或硬盘的记录介质，其包括由半导体存储器、磁盘等构成的记录单元252和到图像处理装置100的连接器256。
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