固体摄像器件和照相机装置的制造方法
【专利说明】固体摄像器件和照相机装置
[0001]本申请是申请日为2009年6月I日、发明名称为“固体摄像器件和照相机装置”的申请号为200980100152.6的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及以互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器为代表的固体摄像器件，并涉及照相机装置。
【背景技术】
[0003]近来，CMOS图像传感器作为用于替代CCD (电荷耦合器件)的固体摄像器件(图像传感器)已经引起了人们的注意。
[0004]这是因为CMOS图像传感器能够解决以下问题。
[0005]S卩，C⑶像素的制造需要专用的工艺，C⑶像素的操作需要多个电源电压，并且多个周边集成电路(IC)必须联合运行。
[0006]使用上述CCD时，会产生诸如让装置变得非常复杂等各种问题，而CMOS图像传感器能够解决这些问题。
[0007]在制造CMOS图像传感器时，可以使用与通用CMOS集成电路相同的制造工艺。也可以通过把能够被单个电源驱动且基于CMOS工艺的模拟电路和逻辑电路混装在同一芯片上来实现。
[0008]出于上述原因，CMOS图像传感器具有诸如能够减少周边IC的数目等多个显著优点。
[0009]CXD的输出电路采用的主要是使用了具有浮动扩散部(Floating Diffus1n，FD)的FD放大器的单通道输出。
[0010]相比之下，CMOS图像传感器的每个像素都具有FD放大器，并且CMOS图像传感器的输出采用的主要是列并行输出型，在该列并行输出型的方式下，选择图像阵列中的某一行并且沿列方向同时读出所选中的行。
[0011]这是因为，利用布置在像素中的FD放大器难以获得足够的驱动能力，因此必须降低数据率(data rate)，而并行处理有利于降低数据率。
[0012]此外，在CMOS图像传感器的情况下，在复位像素时通常采取了逐行地依次使像素复位的方式。
[0013]该方式称为卷帘式快门(rolling shutter)。
[0014]图1图示出了包括四个晶体管的CMOS图像传感器的像素的示例。
[0015]像素I具有例如由光电二极管组成的光电转换元件11，并且关于这一个光电转换元件11设有四个作为有源元件的晶体管，即传输晶体管12、复位晶体管13、放大晶体管14和选择晶体管15。
[0016]光电转换元件11将入射光进行光电转换从而转换成具有与入射光的光量相对应的量的电荷(这里指的是电子)。
[0017]传输晶体管12连接在光电转换元件11和浮动扩散部FD之间，并且传输信号(驱动信号)TG通过传输控制线LTx被提供到传输晶体管12的栅极(传输栅极)。
[0018]由此，把在光电转换元件11中经过光电转换而获得的电子传输到浮动扩散部FD。
[0019]复位晶体管13连接在电源线LVDD和浮动扩散部FD之间，并且复位信号RST通过复位控制线LRST被提供到复位晶体管13的栅极。
[0020]由此，将浮动扩散部FD的电位复位到电源线LVDD的电位。
[0021]浮动扩散部FD与放大晶体管14的栅极相连。放大晶体管14通过选择晶体管15连接到信号线16，由此与像素外部的恒电流源一起构成了源极跟随器。
[0022]然后，地址信号(选择信号)SEL通过选择控制线LSEL被提供到选择晶体管15的栅极，从而使得选择晶体管15接通。
[0023]当选择晶体管15接通后，放大晶体管14将浮动扩散部FD的电位放大并且将对应于该电位的电压输出到信号线16。从每个像素输出的电压通过信号线16输出到列电路(列处理电路)。
[0024]像素复位操作表示的是:通过接通传输晶体管12，将累积在光电转换元件11中的电荷传输到浮动扩散部FD，从而释放该累积在光电转换元件11中的电荷。
[0025]此时，通过接通复位晶体管13已经预先让浮动扩散部FD把电荷释放至电源侧，由此做好了接收光电转换元件11的电荷的准备。或者，还可以在接通传输晶体管12的同时也接通复位晶体管13，将电荷直接释放到电源的情况。
[0026]这一系列操作简称为“像素复位操作”或“快门操作”。
[0027]另一方面，在读取操作中，首先接通复位晶体管13来使浮动扩散部FD复位，在该状态下，剩余电荷(噪声)通过处于接通状态的选择晶体管15而被输出到输出信号线16。这称为P相输出(P-phase output)。
[0028]接着，接通传输晶体管12，将累积在光电转换元件11中的电荷传输到浮动扩散部FD，并且该浮动扩散部FD的输出被输出到信号线16。这称为D相输出(D-phase output)。
[0029]在上述像素电路的外部，获得D相输出和P相输出之间的差异并消除了浮动扩散部FD的复位噪声，由此提供图像信号。
[0030]为简单起见，这一系列操作简称为“像素读取操作”。
[0031]图2图示了将图1所示像素以二维阵列进行布置的CMOS图像传感器(固体摄像器件)的一般结构不例。
[0032]图2所示的CMOS图像传感器20包括像素阵列模块21、像素驱动电路(垂直扫描电路)22和列电路(列处理电路)23。在像素阵列模块21中，有图1所示的像素电路以二维阵列布置着。
[0033]像素驱动电路22控制每一行像素的传输晶体管12、复位晶体管13和选择晶体管15的导通/断开。
[0034]列电路23是用于接收由像素驱动电路22读出的像素行的数据并且将该数据向后一级的信号处理电路传输的电路。
[0035]图3示出了图2所示电路的卷帘式快门操作的时序图。
[0036]如图3所示，逐行地执行像素复位操作，在该操作后接着逐行地执行像素读取操作。
[0037]在像素复位操作和像素读取操作期间，每一行的各像素都在光电转换元件中累积信号，该信号通过像素读取操作而被读出。
[0038]然而，当拍摄逆光场景或明暗亮度差较大的场景时，装有上述固体摄像器件的照相机会导致用与拍摄物的亮度相匹配的曝光时间而得到的标准图像太白(white-out)或太黑(black-out)。
[0039]因此，通过拍摄多个具有不同曝光时间的非标准图像，并用通过向这些非标准图像施加合成增益而得到的图像来替换标准图像中太亮或太暗的区域，由此实现了动态范围的扩大，因而根据输出位(output bit)来执行压缩。
[0040]例如，在被称为宽动态范围(WDR)的处理中，通过多次曝光来获得具有动态范围(DR)的图像，并且执行多个图像的合成和动态范围(DR)的压缩。
_1] 现有技术文献
[0042]专利文献
[0043]专利文献1:日本专利公开公报特开N0.2004-166269。
【发明内容】
[0044]要解决的技术问题
[0045]目前，为了通过宽动态范围驱动来设定低亮度侧和高亮度侧之间的曝光比，不但需要设定快门，而且还需要设定增益。
[0046]但是，现有技术存在如下问题:快门和增益的同时设定会导致出现无效帧的问题。在现有技术中，如果通过寄存器通信以后的更新时序来反映增益设定，则会把增益设定反映到该帧上。
[0047]如果仅仅更改增益设定，则没有问题。
[0048]然而，如果在同一通信期间内执行快门设定和增益设定，则增益被反映到该帧上，而快门设定被反映到下一帧上，因此如图4所示，导致出现了一个无效帧的问题。
[0049]利用现有技术可以解决出现无效帧的问题。
[0050]如图5所示，解决方法是在执行快门设定的帧的下一帧中执行增益设定。
[0051]然而，该方法必须执行两次通信，其中一次用于快门设定且另一次用于增益设定，因此使得设定比较费时。
[0052]另外，在诸如宽动态范围驱动等需要多帧的操作的情况下，如图6所示，在起始帧执行快门设定和增益设定，同样会出现前一帧变成无效帧的问题。
[0053]因此，使得实现宽动态范围驱动的多帧都无效。
[0054]鉴于上述问题，本发明的目的是提供即使在同时设定快门和增益的情况下也能够防止出现无效帧的固体摄像器件和照相机装置。
[0055]所采取的技术方案
[0056]根据本发明的第一方面，提供一种固体摄像器件，其包括:像素模块，在所述像素模块上以矩阵样式布置有多个像素电路，所述像素电路具有将光信号转换成电信号的特性和根据曝光时间来累积该电信号的特性；像素驱动模块，所述像素驱动模块能够根据设定数据予以驱动，执行所述像素模