摄像单元、摄像装置及摄像控制程序的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及摄像单元、摄像装置及摄像控制程序。
【背景技术】
[0002]已知有如下的摄像单元:背面照射型摄像芯片和信号处理芯片，按各单元(cell)单位而经由微凸块连接，所述单元单位是将多个像素汇总而成。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2006 - 49361号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的技术问题
[0007]在入射光强、被转换的电荷多的情况下与其相应地缩短电荷积蓄时间，则从入射光弱的区域读出的信号变小。相反，与入射光弱的区域相应地增长电荷积蓄时间时，则从入射光强的区域读出的信号饱和。因此，摄像单元的动态范围限制于较窄的范围。
[0008]用于解决技术问题的手段
[0009]本发明的第I方案的摄像单元，包括:摄像部，包含针对用于生成I帧图像数据的摄像指示而能够执行多次电荷积蓄的像素；保存部，保存基于来自像素的输出的像素信号；更新部，对通过新的电荷积蓄而从像素输出的像素信号和已经保存于保存部的像素信号进行累积处理，更新已经保存于保存部的像素信号；以及控制部，按各像素组控制是否执行累积更新部的更新，所述像素组包含I个以上所述像素。
[0010]本发明的第2方案的摄像装置，包括:上述的摄像单元；摄像指示部，生成向摄像单元发送的摄像指示；以及图像处理部，对来自保存部的像素信号进行处理而生成图像数据。
[0011]本发明的第3方案的摄像控制程序，使计算机执行如下步骤:电荷积蓄步骤，构成摄像部的至少一部分像素，针对用于生成I帧图像数据的摄像指示，执行多次电荷积蓄；保存步骤，将基于电荷积蓄步骤中的来自像素的输出的像素信号保存于保存部；判断步骤，按各像素组判断是否执行对保存于保存部的像素信号的更新，所述像素组包含I个以上所述像素；以及更新步骤，在判断步骤中判断为执行更新的情况下，对通过电荷积蓄步骤中的新的电荷积蓄而从像素输出的所述像素信号、和通过保存步骤已经保存于保存部的像素信号进行累积处理，更新已经保存于保存部的像素信号。
[0012]需要说明的是，上述的发明概要并未列举本发明的所有必要特征。此外，这些特征群的组合也可构成发明。
【附图说明】
[0013]图1是本实施方式涉及的背面照射型的MOS型摄像元件的剖视图。
[0014]图2是说明摄像芯片的像素排列和单位组的图。
[0015]图3是与摄像芯片的单位组对应的电路图。
[0016]图4是表示摄像元件的功能结构的框图。
[0017]图5是主要表示信号处理芯片的具体结构的框图。
[0018]图6是表示本实施方式涉及的摄像装置的结构的框图。
[0019]图7是说明场景的例子和区域分割的图。
[0020]图8是说明按各分割后的区域的电荷积蓄控制的图。
[0021]图9是表不摄影动作的处理的流程图。
[0022]图10是说明按各分割后的其他电荷积蓄控制的图。
【具体实施方式】
[0023]以下，通过发明的实施方式说明本发明，但以下的实施方式不限定权利要求书涉及的发明。此外，实施方式中说明的特征的全部组合未必是发明的解決手段所必须的。
[0024]图1是本实施方式涉及的背面照射型的摄像元件100的剖视图。摄像元件100包括:输出与入射光对应的像素信号的摄像芯片113 ;对像素信号进行处理的信号处理芯片111 ;存储像素信号的存储器芯片112。这些摄像芯片113、信号处理芯片111及存储器芯片112层叠，通过Cu等具有导电性的凸块109而彼此电连接。
[0025]需要说明的是，如图所示，入射光主要朝向空心箭头所示的Z轴正向入射。在本实施方式中，在摄像芯片113，将入射光入射一侧的面称为背面。此外，如坐标轴所示，将与Z轴正交的纸面左方向作为X轴正向，将与Z轴及X轴正交的纸面近前方向作为Y轴正向。在以后的几个图中，以图1的坐标轴为基准，显示坐标轴以清楚各个图的朝向。
[0026]摄像芯片113的一例是背面照射型的MOS图像传感器。H)层106配置于布线层108的背面侧。H)层106具有二维配置的多个PD (光二极管)104、及与PD104对应设置的晶体管105。
[0027]在H)层106的入射光的入射侧隔着钝化膜103设有滤色器102。滤色器102具有彼此透过不同波长区域的多个种类，与roi04分别对应地具有特定的排列。关于滤色器102的排列将后述。滤色器102、roi04及晶体管105的组合形成一个像素。
[0028]在滤色器102的入射光的入射侧，与各个像素对应地设有微透镜101。微透镜101使入射光朝向对应的ro14聚光。
[0029]布线层108具有将来自H)层106的像素信号向信号处理芯片111传输的布线107。布线107可以是多层，也可以设置受动元件及能动元件。
[0030]在布线层108的表面配置有多个凸块109。该多个凸块109与设置在信号处理芯片111的对置面的多个凸块109对位，通过摄像芯片113和信号处理芯片111被加压等而使对位的凸块109彼此接合，被电连接。
[0031]同样，在信号处理芯片111及存储器芯片112的彼此相对的面配置有多个凸块109。这些凸块109彼此对位，通过信号处理芯片111和存储器芯片112被加压等而使对位的凸块109彼此接合，被电连接。
[0032]需要说明的是，凸块109之间的接合不限于利用固相扩散的Cu凸块接合，可以采用利用焊锡熔融的微凸块结合。此外，凸块109只要针对例如后述的一个像素组设置一个的程度即可。因而，凸块109的大小可以大于PD104的间距。此外，在除了排列有像素的像素区域以外的周边区域，可以一并设置比对应于像素区域的凸块109大的凸块。
[0033]信号处理芯片111具有将分别设于表背面的电路相互连接的TSV(硅贯通电极)110。TSVllO优选设于周边区域。此外，TSVllO也可以设于摄像芯片113的周边区域、存储器芯片112。
[0034]图2是说明摄像芯片113的像素排列和单位组131的图。尤其是表示从背面侧观察摄像芯片113的情形。在像素区域，2000万个以上的像素排列呈矩阵状。在本实施方式中，相邻的4像素X 4像素的16像素形成一个组。图中的格子线表示相邻的像素分组而形成单位组131的概念。
[0035]如像素区域的局部放大图所示，单位组131在上下左右包括4个由绿色像素Gb、Gr、蓝色像素B及红色像素R这4个像素构成的所谓拜耳排列。绿色像素是作为滤色器102而具有绿色滤光片的像素，接受入射光中的绿色波段的光。同样，蓝色像素是作为滤色器102而具有蓝色滤光片的像素，接受蓝色波段的光，红色像素是作为滤色器102而具有红色滤光片的像素，接受红色波段的光。
[0036]图3是与摄像芯片113的单位组131对应的电路图。在图中，代表性地用虚线包围的矩形表示与I个像素对应的电路。需要说明的是，以下说明的各晶体管的至少一部分与图1的晶体管105对应。
[0037]如上所述，单位组131由16个像素形成。与各个像素对应的16个PD104分别连接于传输晶体管302，在各传输晶体管302的各栅极连接有被供给传输脉冲的TX布线307。在本实施方式中，TX布线307相对于16个传输晶体管302共通连接。
[0038]各传输晶体管302的漏极与对应的各复位晶体管303的源极连接，并且传输晶体管302的漏极与复位晶体管303的源极之间的所谓浮置扩散部(floating diffus1n)FD与放大晶体管304的栅极连接。复位晶体管303的漏极与被供给电源电压的Vdd布线310连接，其栅极与被供给复位脉冲的复位布线306连接。在本实施方式中，复位布线306相对于16个复位晶体管303共通连接。
[0039]各个放大晶体管304的漏极与被供给电源电压的Vdd布线310连接。此外，各个放大晶体管304的源极与对应的各个选择晶体管305的漏极连接。在选择晶体管的各栅极，连接被供给选择脉冲的译码布线308。在本实施方式中，译码布线308相对于16个选择晶体管305分别独立地设置。并且，各个选择晶体管305的源极与共通的输出布线309连接。负载电流源311向输出布线309供给电流。S卩，由源极跟随器形成针对选择晶体管305的输出布线309。需要说明的是，负载电流源311可以设于摄像芯片113侧，也可以设于信号处理芯片111侦U。
[0040]在此，说明从电荷积蓄开始到积蓄结束后的像素输出为止的电荷流动。通过复位布线306而向复位晶体管303施加复位脉冲，同时通过TX布线307向传输晶体管302施加传输脉冲，则Η)104及浮置扩散部FD的电位被复位。
[0041]PD104在传输脉冲的施加被解除时，将接受的入射光转换为电荷而积蓄。其后，若在未施加复位脉冲的状态下再次施加传输脉冲，则所积蓄的电荷向浮置扩散部FD传输，浮置扩散部FD的电位从复位电位变成电荷积蓄后的信号电位。并且，若通过译码布线308向选择晶体管305施加选择脉冲，则浮置扩散部FD的信号电位的变动经由放大晶体管304及选择晶体管305而向输出布线309传输。由此，与复位电位和信号电位对应的像素信号被从单位像素输出到输出布线309。
[0042]如图所示，在本实施方式中，相对于形成单位组131的16个像素而言，复位布线306和TX布线307是共通的。S卩，复位脉冲和传输脉冲分别同时施加于16个像素的全部像素。因而，形成单位组131的全部像素以同一定时开始电荷积蓄，在同一定时结束电荷积蓄。但是，与所积蓄的电荷对应的像素信号，通过各个选择晶体管305依次施加选择脉冲而被选择性地输出到输出布线309。
[0043]通过这样以单位组131为基准构成电路，从而能够按单位组131控制电荷积蓄时间。由于能按单位组控制电荷积蓄时间，因此能够在相邻的单位组131，使其彼此分别输出基于不同电荷积蓄时间的像素信号。进而，也能进行如下控制:对所有单位组131预先设置共通的电荷积蓄时间，对某一单位组131使其执行I次的电荷积蓄和像素信号输出，对相邻的单位组131使其重复2次的电荷积蓄和像素信号输出。将后者的、对基于共通单位时间的电荷积蓄及像素信号输出的重复控制称为单位时间控制。需要说明的是，在进行单位时间控制的情况下，若使电荷积蓄的开始