固體攝像器件及其驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及固體攝像器件、固體攝像器件驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備，且更具體地，涉及能夠在輸出低分辨率圖像的情況下減少電力消耗的固體攝像器件、固體攝像器件驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，越來越多的攝像設(shè)備包括具有龐大數(shù)量的像素(諸如數(shù)百萬至數(shù)千萬像素)的攝像器件，以便進(jìn)行高分辨率攝像。然而，在某些情況下，不需要高分辨率攝像。此夕卜，如果將高分辨率圖像記錄于存儲(chǔ)器中，那么就需要較大的存儲(chǔ)器容量。因此，優(yōu)先考慮的可能是確保能夠被記錄下來的圖像數(shù)量。
[0003]鑒于這樣的情形，包括具有大量像素的攝像器件的攝像設(shè)備不會(huì)將從攝像器件輸出的像素信號(hào)按照原樣地記錄于存儲(chǔ)器中，而是通常會(huì)進(jìn)行如下的處理，即:通過用于減少輸出像素的數(shù)量的處理或通過含有對(duì)多個(gè)像素執(zhí)行的求和運(yùn)算的合成處理，來削減總的像素?cái)?shù)量，然后才記錄于存儲(chǔ)器中。例如，專利文獻(xiàn)I是披露了這樣的像素?cái)?shù)量削減處理的技術(shù)。
[0004]引用文獻(xiàn)列表
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_2012-175600A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0008]在輸出其中像素?cái)?shù)量已被削減的低分辨率圖像的情況下，優(yōu)選的是，進(jìn)一步減少電力消耗。
[0009]鑒于這些狀況而做出了本技術(shù)，且本技術(shù)的目的是在輸出低分辨率圖像的時(shí)候減少電力消耗。
[0010]解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案
[0011]本技術(shù)第一方面的固體攝像器件包括:像素求和部，它通過對(duì)以矩陣方式布置的那些像素之中的沿垂直方向排列且具有不同權(quán)重的多個(gè)像素的像素信號(hào)和所述以矩陣方式布置的那些像素之中的沿水平方向排列且具有不同權(quán)重的多個(gè)像素的像素信號(hào)執(zhí)行求和，輸出水平及垂直像素求和信號(hào)；以及AD (模擬數(shù)字)轉(zhuǎn)換部，它對(duì)從所述像素求和部輸出的所述水平及垂直像素求和信號(hào)執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。
[0012]本技術(shù)第二方面的固體攝像器件驅(qū)動(dòng)方法包括:利用所述固體攝像器件，通過對(duì)以矩陣方式布置的那些像素之中的沿垂直方向排列且具有不同權(quán)重的多個(gè)像素的像素信號(hào)和所述以矩陣方式布置的那些像素之中的沿水平方向排列且具有不同權(quán)重的多個(gè)像素的像素信號(hào)執(zhí)行求和，輸出水平及垂直像素求和信號(hào)；以及利用所述固體攝像器件，對(duì)所輸出的所述水平及垂直像素求和信號(hào)執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。
[0013]本技術(shù)第三方面的電子設(shè)備包括固體攝像器件，該固體攝像器件包括:像素求和部，其通過對(duì)以矩陣方式布置的那些像素之中的沿垂直方向排列且具有不同權(quán)重的多個(gè)像素的像素信號(hào)和所述以矩陣方式布置的那些像素之中的沿水平方向排列且具有不同權(quán)重的多個(gè)像素的像素信號(hào)執(zhí)行求和，輸出水平及垂直像素求和信號(hào)；以及AD轉(zhuǎn)換部，其對(duì)從所述像素求和部輸出的所述水平及垂直像素求和信號(hào)執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。
[0014]在本技術(shù)的第一至第三方面中，通過對(duì)以矩陣方式布置的那些像素之中的沿垂直方向排列且具有不同權(quán)重的多個(gè)像素的像素信號(hào)和所述以矩陣方式布置的那些像素之中的沿水平方向排列且具有不同權(quán)重的多個(gè)像素的像素信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算，輸出水平及垂直像素求和信號(hào)。然后，對(duì)所輸出的所述水平及垂直像素求和信號(hào)執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。
[0015]所述固體攝像器件和所述電子設(shè)備可以是單獨(dú)的裝置，或者可以是一個(gè)裝置中的內(nèi)部模塊。
[0016]本發(fā)明的效果
[0017]根據(jù)本技術(shù)的第一至第三方面，能夠減少在輸出低分辨率圖像時(shí)的電力消耗。
【附圖說明】
[0018]圖1是示意性地示出了本技術(shù)適用的固體攝像器件的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0019]圖2是示出了像素陣列部中的像素陣列的示例的圖。
[0020]圖3是示出了像素電路的示例的圖。
[0021]圖4是用來說明在2X2像素求和模式下的處理的圖。
[0022]圖5是用來說明在2X2像素求和模式下的處理的圖。
[0023]圖6是用來說明對(duì)沿垂直方向排列的那些像素的感光度控制的圖。
[0024]圖7是用來說明對(duì)沿垂直方向排列的那些像素的感光度控制的圖。
[0025]圖8是用來說明對(duì)沿水平方向排列的那些像素的感光度控制的圖。
[0026]圖9是用來說明根據(jù)第一像素求和方法在2X2像素求和模式下的處理過程的圖。
[0027]圖10是示出了對(duì)各像素的驅(qū)動(dòng)控制的時(shí)序圖的圖。
[0028]圖11是用來說明在2X2像素求和模式下的第二像素求和方法的圖。
[0029]圖12是用來說明根據(jù)第二像素求和方法在2X2像素求和模式下的處理過程的圖。
[0030]圖13是用來說明在4X4像素求和模式下的第一像素求和方法的圖。
[0031]圖14是用來說明根據(jù)第一像素求和方法在4X4像素求和模式下的處理過程的圖。
[0032]圖15是用來說明在4X4像素求和模式下的第二像素求和方法的圖。
[0033]圖16是用來說明根據(jù)第二像素求和方法在4X4像素求和模式下的處理過程的圖。
[0034]圖17是示意性地示出了既使用第一像素求和方法又使用第二像素求和方法的固體攝像器件的結(jié)構(gòu)的圖。
[0035]圖18是用來說明在實(shí)施第一像素求和方法的情況下的連接示例的圖。
[0036]圖19是用來說明在實(shí)施第二像素求和方法的情況下的連接示例的圖。
[0037]圖20是示出了作為本技術(shù)適用的電子設(shè)備的攝像設(shè)備的結(jié)構(gòu)示例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]固體攝像器件的結(jié)構(gòu)示例
[0039]圖1是示意性地示出了本技術(shù)適用的固體攝像器件的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0040]圖1所示的固體攝像器件I包括像素陣列部11、垂直驅(qū)動(dòng)部12、電容求和部13、AD轉(zhuǎn)換部14、水平驅(qū)動(dòng)部15、系統(tǒng)控制部16、像素驅(qū)動(dòng)線17、垂直信號(hào)線18、信號(hào)處理部19和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC:Digital to Analog Converter) 20。
[0041]像素陣列部11具有沿行方向和列方向或者按矩陣形式而呈二維狀被布置的像素。每個(gè)像素都具有光電轉(zhuǎn)換部，該光電轉(zhuǎn)換部根據(jù)所接收的光量而生成且積累光電荷。這里，行方向意指像素行中的像素的排列方向或指水平方向。列方向意指像素列中的像素的排列方向或指垂直方向。稍后將詳細(xì)地說明每個(gè)像素的電路構(gòu)造。
[0042]在像素陣列部11的矩陣狀像素陣列中，像素驅(qū)動(dòng)線17沿水平方向被設(shè)置于各像素行中，且垂直信號(hào)線18沿垂直方向被設(shè)置于各像素列中。像素驅(qū)動(dòng)線17傳送當(dāng)從像素中讀取像素信號(hào)時(shí)用于執(zhí)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在圖1中，每個(gè)像素驅(qū)動(dòng)線17被顯示為單根線，但是其不局限于單根線。各像素驅(qū)動(dòng)線17的一端被連接至垂直驅(qū)動(dòng)部12的與各行對(duì)應(yīng)的輸出端。
[0043]垂直驅(qū)動(dòng)部12形成有移位寄存器和地址解碼器等，且對(duì)像素陣列部11中的各像素全部同時(shí)地或逐行地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。垂直驅(qū)動(dòng)部12的結(jié)構(gòu)沒有被具體地示出，但是其通常具有包括如下的兩個(gè)掃描系統(tǒng)的結(jié)構(gòu):讀取掃描系統(tǒng)和清除掃描系統(tǒng)。
[0044]為了從像素中讀取像素信號(hào)，讀取掃描系統(tǒng)逐行地依次選擇且掃描像素陣列部11中的像素。將要從像素中讀取的像素信號(hào)是模擬信號(hào)。比讀取掃描時(shí)刻提前了一個(gè)相當(dāng)于快門速度的時(shí)間，清除掃描系統(tǒng)對(duì)將要被讀取掃描系統(tǒng)執(zhí)行讀取掃描的讀取行進(jìn)行清除掃描。
[0045]通過該清除掃描系統(tǒng)的清除掃描，多余的電荷被掃出到讀取行的像素的光電轉(zhuǎn)換部之外，且因此，光電轉(zhuǎn)換部被復(fù)位。隨著多余的電荷被清除掃描系統(tǒng)掃出(復(fù)位)，所謂的電子快門操作就被執(zhí)行。這里，電子快門操作是用來丟棄光電轉(zhuǎn)換部中的光電荷且重新開始曝光(開始積累光電荷)的操作。
[0046]通過由讀取掃描系統(tǒng)執(zhí)行的讀取操作而被讀取的像素信號(hào)對(duì)應(yīng)于在之前的讀取操作或電子快門操作以后所接收到的光量。從之前的讀取操作中的讀取時(shí)刻或電子快門操作中的掃描時(shí)刻到當(dāng)前的讀取操作中的讀取時(shí)刻的時(shí)間是像素中的光電荷的曝光時(shí)間。
[0047]從被垂直驅(qū)動(dòng)部12選擇且掃描的像素行中的各像素輸出的像素信號(hào)通過各自對(duì)應(yīng)的像素列的垂直信號(hào)線18而被輸入到電容求和部13中。
[0048]電容求和部13包括對(duì)應(yīng)于像素列的電容元件(諸如圖8所示的電容元件CP)。各電容元件積累通過各垂直信號(hào)線18而被輸入過來的像素信號(hào)。在多個(gè)像素的像素信號(hào)要作為一個(gè)像素信號(hào)而被輸出的情況下，電容求和部13對(duì)沿水平方向排列的多個(gè)像素的像素信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算。電容求和部13與垂直驅(qū)動(dòng)部12 —起形成像素求和部，該像素求和部通過對(duì)沿水平方向的多個(gè)像素的像素信號(hào)和沿垂直方向的多個(gè)像素的像素信號(hào)進(jìn)行求和運(yùn)算而輸出水平及垂直像素求和信號(hào)。
[0049]AD轉(zhuǎn)換部 14 包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC:Analog-Digital Converter) 21，且各ADC21與像素陣列部11的各像素列對(duì)應(yīng)地布置著。各ADC 21對(duì)通過垂直信號(hào)線18而從相應(yīng)列的像素提供過來的像素信號(hào)進(jìn)行相關(guān)雙采樣(⑶S -Correlated Double Sampling)處理，且進(jìn)一步對(duì)該像素信號(hào)進(jìn)一步執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換處理。
[0050]自身的電平(電壓)隨著時(shí)間以階梯狀的方式發(fā)生改變的斜坡信號(hào)從充當(dāng)參考信號(hào)生成部的DAC 20被提供給ADC 21。
[0051]ADC 21各者包括比較器和遞增/遞減計(jì)數(shù)器，該比較器比較從像素陣列部11的相應(yīng)列的像素輸出的像素信號(hào)與來自DAC 20的斜坡信號(hào)，該遞增/遞減計(jì)數(shù)器對(duì)該比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0052]比較器將通過比較像素信號(hào)與斜坡信號(hào)而獲得的差分信號(hào)輸出至遞增/遞減計(jì)數(shù)器。當(dāng)斜坡信號(hào)大于像素信號(hào)時(shí)，例如，高(Hi:High)的差分信號(hào)被提供給遞增/遞減計(jì)數(shù)器。當(dāng)斜坡信號(hào)小于像素信號(hào)時(shí)，低(LoiLow)的差分信號(hào)的被提供給遞增/遞減計(jì)數(shù)器。
[0053]當(dāng)在P階段(預(yù)設(shè)階段freset Phase)AD轉(zhuǎn)換周期的期間內(nèi)提供了 Hi的差分信號(hào)時(shí)，遞增/遞減計(jì)數(shù)器向下遞減，且當(dāng)在D階段(數(shù)據(jù)階段:Data Phase)AD轉(zhuǎn)換周期的期間內(nèi)提供了 Hi的差分信號(hào)時(shí)，遞增/遞減計(jì)數(shù)器向上遞增。然后，遞增/遞減計(jì)數(shù)器輸出經(jīng)過CDS處理和AD轉(zhuǎn)換處理后的像素?cái)?shù)據(jù)。該像素?cái)?shù)據(jù)是P階段AD轉(zhuǎn)換周期的遞減值和D階段AD轉(zhuǎn)換周期的遞增值的求和結(jié)果。遞增/遞減計(jì)數(shù)器可以在P階段AD轉(zhuǎn)換周期的期間內(nèi)向上遞增，且可以在D階段AD轉(zhuǎn)換周期的期間內(nèi)向下遞減。
[0054]通過上述⑶S處理，消除了復(fù)位噪聲(reset noise)和諸如像素內(nèi)的放大晶體管之間的閾值差異等像素所固有的固定模式噪聲(fixed pattern noise)。通過上述AD轉(zhuǎn)換處理，將模擬像素信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后的像素信號(hào)在通過水平驅(qū)動(dòng)部15而被輸出之前被暫時(shí)地存儲(chǔ)于ADC 21中。
[0055]水平驅(qū)動(dòng)部15例如形成有移位寄存器、和地址解碼器等，且依次地選擇AD轉(zhuǎn)換部14中的與像素列對(duì)應(yīng)的ADC 21。通過利用水平驅(qū)動(dòng)部I而進(jìn)行的選擇性掃描，暫時(shí)地存儲(chǔ)于ADC 21中的像素信號(hào)被依次輸出。
[0056]系統(tǒng)控制部16例如形成有用于生成各種時(shí)序信號(hào)的時(shí)序生成器，且基于由時(shí)序生成器生成的各種時(shí)序信號(hào)來執(zhí)行對(duì)垂直驅(qū)動(dòng)部12、AD轉(zhuǎn)換部14和水平驅(qū)動(dòng)部15的驅(qū)動(dòng)控制。
[0057]信號(hào)處理部19具有至少一個(gè)運(yùn)算處理功能，且對(duì)從AD轉(zhuǎn)換部14輸出的像素信號(hào)進(jìn)行諸如運(yùn)算處理等各種各樣的信號(hào)處理。
[0058]DAC 20生成了如下的斜坡信號(hào)且將該斜坡信號(hào)輸出至AD轉(zhuǎn)換部14中的各ADC21:所述斜坡信號(hào)的電平(電壓)隨著時(shí)間以階梯狀的方式改變。
[0059]像素陣列的示例
[0060]圖2示出了像素陣列部11中的像素陣列的示例。
[0061]在像素陣列部11中，像素31以矩陣的方式被布置著。在像素陣列部11中所包括的像素31中，圖2只示出了 8列(沿垂直方向)X8行(沿水平方向)的64個(gè)像素，但是其他的像素31也是以相同的方式被布置著。
[0062]像素陣列部11中的各像素31的陣列是如下的拜耳陣列:其中，以2行X2列布置著的R(紅)、Gb (綠)、Gr (綠)和B (藍(lán))這4個(gè)像素是一組，且各個(gè)由這樣4個(gè)像素構(gòu)成的組沿水平方向和沿垂直方向被重復(fù)地