固態(tài)成像元件、其驅(qū)動方法和成像裝置制造方法

固態(tài)成像元件、其驅(qū)動方法和成像裝置制造方法
【專利摘要】提供了一種包括相差A(yù)F功能和單眼3D成像功能的固態(tài)圖像捕捉裝置，其中能夠適當(dāng)?shù)刈x出每一個像素的信號。像素對(25)設(shè)立有第一像素讀出晶體管(40)、第二像素讀出晶體管(41)、電荷積聚單元(42)、重置晶體管(43)、放大器晶體管(44)、和行選擇晶體管(45)。第一像素讀出晶體管(40)讀出第一像素(21)的信號電荷。第二像素讀出晶體管(41)讀出第二像素(22)的信號電荷。電荷積聚單元(42)暫時地積聚從每一個像素讀出的信號電荷。重置晶體管(43)重置電荷積聚單元(42)。放大器晶體管(44)將在電荷積聚單元(42)中積聚的信號電荷轉(zhuǎn)換到信號電壓，并且輸出該信號電壓。行選擇晶體管(45)選擇信號電壓從其被轉(zhuǎn)移到垂直信號線(50)的行。
【專利說明】固態(tài)成像元件、其驅(qū)動方法和成像裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有相差A(yù)F功能和單眼3D成像功能的固態(tài)成像元件、其一種驅(qū)動方法，和一種具有該固態(tài)成像元件的成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已知使用用于對對象成像的固態(tài)成像元件執(zhí)行相差類型自動聚焦(在下文中稱為相差A(yù)F)的數(shù)字照相機等。相差A(yù)F是其中計算在由選擇右方向的第一像素形成的圖像和由選擇左方向的第二像素形成的圖像之間的移位數(shù)量，并且從這個移位數(shù)量獲得成像光學(xué)系統(tǒng)的散焦數(shù)量的方法。
[0003]作為具有相差A(yù)F功能的固態(tài)成像元件，已知一種在具有預(yù)定樣式的成像表面中具有多個第一和第二像素(在下文中稱為相差檢測像素)的布置的固態(tài)成像元件(參考專利文獻I到3)。通過從用于將光會聚到ro的微透鏡的光軸偏轉(zhuǎn)被配置在ro上方的光屏蔽膜的開口的中心，第一和第二像素關(guān)于在光電二極管(PD)的光接收表面上入射的光的角度在左和右之間具有選擇性。
[0004]通常，獲得視差圖像要求相互平行地配置的兩個成像部。與此對照，已經(jīng)研究了通過在固態(tài)成像元件的全部成像表面中配置成對的第一和第二像素而使用一個成像部獲得具有雙眼視差的一對圖像(所謂的單眼3D成像)。具有單眼3D成像功能的這個固態(tài)成像元件允許僅僅利用一個成像部獲得視差圖像，并且因此使得成像裝置的成本顯著降低。近年來，3D相關(guān)技術(shù)受到注目，并且盡可能最早地要求能夠執(zhí)行單眼3D成像的成像裝置的實際使用。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本專利特開公報N0.2007-158692
[0008]專利文獻2:日本專利特開公報N0.2010-093619
[0009]專利文獻3:日本專利特開公報N0.2010-252277

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的問題
[0011]然而，在目前的狀態(tài)下，關(guān)于具有單眼3D成像功能的固態(tài)成像元件，認為如何向外側(cè)讀出由相差檢測像素獲得的信號尚無任何具體的實施例。
[0012]本發(fā)明意在提供一種從其適當(dāng)?shù)刈x出由每一個相差檢測像素獲得的信號的、具有相差A(yù)F功能和單眼3D成像功能的固態(tài)成像元件、其一種驅(qū)動方法，和一種成像裝置。
[0013]用于解決所述問題的手段
[0014]為了實現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的一種固態(tài)成像元件包括:成像部；第一像素讀出部、第二像素讀出部、電子電荷積聚器、重置部、放大器，和被設(shè)立在每一個像素對中的行選擇部；多個垂直信號線；水平信號線；列選擇部；多個第一像素讀出線信號供應(yīng)線；多個第二像素讀出線信號供應(yīng)線；多個重置線；和多個行選擇線。成像部包括多個像素對，每一個像素對具有在水平方向上相互鄰接配置用于將入射光轉(zhuǎn)換成用于信號積聚的電子電荷的第一和第二像素，和用于將光會聚到第一和第二像素的微透鏡。在成像部中，每一個由在水平方向上布置的多個像素對構(gòu)成的多個像素行被在垂直方向上布置使得第一像素和第二像素在垂直方向上相互鄰接。第一像素讀出部讀出在第一像素中積聚的信號電荷。第二像素讀出部讀出在第二像素中積聚的信號電荷。電子電荷積聚器暫時地積聚從第一像素和第二像素讀出的信號電荷。重置部將在電子電荷積聚器中積聚的信號電荷重置到預(yù)定電子電位。放大器放大在電子電荷積聚器中積聚的信號電荷并且作為信號電壓輸出信號電荷。行選擇部選擇將從其轉(zhuǎn)移信號電壓的一個或者多個像素行。在垂直方向上形成并且在垂直方向上每預(yù)定的列數(shù)提供該多個垂直信號線，以在垂直方向上從由行選擇部選擇的行轉(zhuǎn)移信號電壓。水平信號線在水平方向上從每一個垂直信號線轉(zhuǎn)移信號電壓。列選擇部被設(shè)立成對應(yīng)于每一個垂直信號線，以選擇其中信號電壓將被從每一個垂直信號線轉(zhuǎn)移到水平信號線的一個或者多個列。該多個第一像素讀出線信號供應(yīng)線向每一個第一像素讀出部供應(yīng)用于從第一像素讀出信號電荷的第一像素讀出信號。該多個第二像素讀出線信號供應(yīng)線向每一個第二像素讀出部供應(yīng)用于從第二像素讀出信號電荷的第二像素讀出信號。該多個重置線向每一個重置部供應(yīng)用于將電子電荷積聚器重置到預(yù)定電子電位的重置信號。該多個行選擇線將行選擇信號供應(yīng)到每一個行選擇部。
[0015]第一像素讀出線信號供應(yīng)線和第二像素讀出線信號供應(yīng)線在垂直方向上毗連的像素行之間在垂直方向上交替地配置，從而在垂直方向上毗連的兩個像素行之間被共享。
[0016]像素對具有用于在被微透鏡會聚的光中僅透射具有預(yù)定顏色的光的一個顏色濾光器。顏色濾光器是用于透射紅色光的紅色顏色濾光器、用于透射綠色光的綠色顏色濾光器，和用于透射藍色光的藍色顏色濾光器中的一個。濾光器集合由在垂直方向上相鄰地配置的兩個綠色顏色濾光器和與該兩個綠色顏色濾光器毗連并且在水平方向上相鄰地配置的一個紅色顏色濾光器和一個藍色顏色濾光器構(gòu)成。在水平方向和垂直方向上彼此相鄰地布置濾光器集合。
[0017]每一個垂直信號線被設(shè)立在布置在垂直方向上的每一個像素對的每一列處。
[0018]可替代地，第一濾光器集合由在45度斜向方向上相鄰地配置的兩個綠色顏色濾光器和與綠色顏色濾光器毗連并且在45度斜向方向上彼此相鄰地配置的兩個紅色顏色濾光器構(gòu)成。通過利用藍色顏色濾光器替代第一濾光器集合的每一個紅色顏色濾光器而構(gòu)造第二濾光器集合。顏色濾光器可以由以交錯樣式布置的第一和第二濾光器集合制成。在此情形中，一個垂直信號線優(yōu)選地被設(shè)立在每兩列像素對處。在45度斜向方向上毗連并且具有相同顏色的顏色濾光器的一對像素對的輸出優(yōu)選地被連接到單一垂直信號線。
[0019]在光電轉(zhuǎn)換器之上的光屏蔽膜的開口區(qū)域具有并不從微透鏡的外廓延伸出去的這種形狀。
[0020]微透鏡可以具有半橢球形狀，該半橢球形狀的長軸具有與像素對在水平方向上的寬度基本相同的長度，并且微透鏡的光軸可以基本與像素對的中心一致。在此情形中，像素對在被微透鏡會聚的光中優(yōu)選地僅僅透射具有預(yù)定顏色的光，并且優(yōu)選地具有外接微透鏡的底表面的基本六邊形形狀的顏色濾光器。
[0021]而且，根據(jù)本發(fā)明的一種固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法是這樣一種固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法，該固態(tài)成像元件包括成像部；第一像素讀出部、第二像素讀出部、電子電荷積聚器、重置部、放大器，和被設(shè)立在每一個像素對中的行選擇部；多個垂直信號線；水平信號線；列選擇部；多個第一像素讀出線信號供應(yīng)線；多個第二像素讀出線信號供應(yīng)線；多個重置線；和多行選擇線。這個驅(qū)動方法具有使得成像部曝光的A步驟、讀出信號電壓的B步驟，和通過從第一行到最后一行地重復(fù)A到B步驟而讀出一個屏的信號電壓的C步驟。在B步驟中，通過向成像部的第N行的行選擇線輸入行選擇信號，向成像部的第N行的第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第一像素讀出信號，向成像部的第N行的第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第二像素讀出信號，并且將讀出到每一個垂直信號線的、與第N行相對應(yīng)的信號電壓順次地轉(zhuǎn)移到水平信號線，第N行(N是任意整數(shù))的一個行的第一和第二像素的信號電壓得以讀出。
[0022]優(yōu)選的是，通過當(dāng)進行曝光時將第一像素讀出信號的輸入定時移位到第一像素讀出線信號供應(yīng)線并且將第二像素讀出信號的輸入定時移位到第二像素讀出線信號供應(yīng)線，在第一像素和第二像素之間曝光時間不同。
[0023]通過當(dāng)進行曝光時同時地向第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第一像素讀出信號并且向第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第二像素讀出信號，曝光時間可以在第一像素和第二像素之間基本相等。
[0024]當(dāng)執(zhí)行第N行的讀出時，通過向第N行的第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第一像素讀出信號而讀出在第N行的每一個第一像素中積聚的、在曝光之后的信號電荷。在讀出信號電荷之后，優(yōu)選地通過向第N行的第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第二像素讀出信號而讀出在第N行的每一個第二像素中積聚的、在曝光之后的信號電荷。
[0025]當(dāng)執(zhí)行第N行的讀出時，第一像素讀出信號被輸入到第一像素讀出線信號供應(yīng)線。與這一起地，第二像素讀出信號被同時地輸入到第二像素讀出線信號供應(yīng)線。通過同時地讀出在第一像素中積聚的信號電荷和在第二像素中積聚的信號電荷，信號電荷可以在電子電荷積聚器中混合。
[0026]第一和第二濾光器集合可以以交錯的樣式被布置，并且長曝光時間和短曝光時間可以在垂直方向上被交替地分配到每隔一個的像素行。通過在讀出該一行時在電子電荷積聚器中執(zhí)行信號電荷的混合，在45度斜向方向上Btt連的一對像素對中的一個旨在用于高敏感性，并且另一個旨在用于低敏感性。
[0027]當(dāng)執(zhí)行第N行的讀出時，通過同時地向包括毗連行的多行的第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第一像素讀出信號，在垂直方向上毗連的多個像素對的每一個第一像素中積聚的信號電荷可以在垂直信號線中混合。與這一起地，通過同時地向多行的第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第二像素讀出信號，在垂直方向上毗連的多個像素對的每一個第二像素中積聚的信號電荷可以在垂直信號線中混合。
[0028]而且，根據(jù)本發(fā)明的一種成像裝置包括固態(tài)成像元件和用于驅(qū)動固態(tài)成像元件的驅(qū)動控制部。驅(qū)動控制部具有第一驅(qū)動模式，在第一驅(qū)動模式中，通過當(dāng)進行成像部的曝光時將第一像素讀出信號的輸入定時移位到第一像素讀出線信號供應(yīng)線并且將第二像素讀出信號的輸入定時移位到第二像素讀出線信號供應(yīng)線，曝光時間在第一像素和第二像素之間不同。
[0029]優(yōu)選地提供第二驅(qū)動模式，在第二驅(qū)動模式中在第一像素和第二像素之間曝光時間基本相等。在此情形中，當(dāng)進行成像部的曝光時，驅(qū)動控制部向第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第一像素讀出信號。與這一起地，第二像素讀出信號被同時地輸入到第二像素讀出線信號供應(yīng)線。
[0030]當(dāng)讀出在第N行(N是任意整數(shù))的第一和第二像素中積聚的信號電壓時，通過向第N行的第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第一像素讀出信號，驅(qū)動控制部讀出在第N行的每一個第一像素中積聚的、在曝光之后的信號電荷。在這之后，優(yōu)選地通過向第N行的第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第二像素讀出信號而讀出在第N行的每一個第二像素中積聚的、在曝光之后的信號電荷。
[0031]優(yōu)選地提供第三驅(qū)動模式，在第三驅(qū)動模式中在電子電荷積聚器中信號電荷被混合。在此情形中，當(dāng)讀出在第一和第二像素中積聚的信號電荷時，第一像素讀出信號被輸入到第一像素讀出線信號供應(yīng)線。與這一起地，第二像素讀出信號被同時地輸入到第二像素讀出線信號供應(yīng)線，使得在第一像素中積聚的信號電荷和在第二像素中積聚的信號電荷被同時地讀出到電子電荷積聚器。
[0032]第一和第二濾光器集合可以以交錯樣式被布置，并且驅(qū)動控制部可以在垂直方向上交替地向每隔一個的像素行分配長曝光時間和短曝光時間。通過采用在讀出所述一行時在電子電荷積聚器中混合信號電荷的模式，在45度斜向方向上Btt連的一對像素對中的一個旨在用于高敏感性并且另一個旨在用于低敏感性。
[0033]當(dāng)讀出在第一和第二像素中積聚的信號電荷時，驅(qū)動控制部同時地向多個第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第一像素讀出信號。因此，在垂直方向上毗連的該多個像素對的每一個第一像素中積聚的信號電荷在垂直信號線中混合。而且，通過同時地向多個第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第二像素讀出信號，在垂直方向上毗連的多個像素對的每一個第二像素中積聚的信號電荷優(yōu)選地在垂直信號線中混合。
[0034]發(fā)明的效果
[0035]在本發(fā)明中，與執(zhí)行向行選擇線輸入行選擇信號、向第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第一像素讀出信號和向第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入第二像素讀出信號一起地，與行相對應(yīng)的每一個垂直信號線的每一個列選擇部被致動以將讀出到每一個垂直信號線的信號電壓順次地轉(zhuǎn)移到水平信號線。這讀出一個任意行的每一個像素的信號電壓。通過從第一行到最后一行地重復(fù)行的讀出，一個屏的信號電壓得以讀出。因此，根據(jù)本發(fā)明，在使用是相差檢測像素的第一和第二像素的、具有相差A(yù)F功能和單眼3D成像功能的固態(tài)成像元件中，可以適當(dāng)?shù)刈x出由每一個像素獲得的信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是示出成像裝置的結(jié)構(gòu)的框圖；
[0037]圖2是示出成像表面的結(jié)構(gòu)的解釋性視圖；
[0038]圖3是示出顏色濾光器的布置的解釋性視圖；
[0039]圖4是示出CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的示意電路圖；
[0040]圖5是示出在高動態(tài)范圍靜止圖像模式中的操作程序的時序圖；
[0041]圖6是示出在垂直信號線中執(zhí)行信號電荷的混合的情形中的操作程序的時序圖；
[0042]圖7是示出在左和右同時曝光靜止圖像模式中的操作程序的時序圖；[0043]圖8是示出在左和右像素混合靜止圖像模式中的操作程序的時序圖；
[0044]圖9是示出在2D移動圖像模式中的操作程序的時序圖；
[0045]圖10是示出在3D移動圖像模式中的操作程序的時序圖；
[0046]圖11是示出EXR陣列顏色濾光器的解釋性視圖；
[0047]圖12是示出具有EXR陣列顏色濾光器的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的示意電路圖；
[0048]圖13是示出其中H)的光屏蔽膜的開口區(qū)域并不從微透鏡的外廓延伸出去的結(jié)構(gòu)的示例的解釋性視圖；
[0049]圖14是示出其中使得ro的光屏蔽膜的開口區(qū)域的一個邊緣靠近微透鏡的中心的示例的解釋性視圖；
[0050]圖15是示出正方形微透鏡的示例的解釋性視圖；以及
[0051]圖16是示出形式為半卵形球體的微透鏡的示例的解釋性視圖。
【具體實施方式】
[0052][第一實施例]
[0053]在圖1中，成像裝置10設(shè)立有拍攝透鏡12、機械快門13、CM0S圖像傳感器(固態(tài)成像元件)14、圖像傳感器驅(qū)動部15、圖像處理部16、控制部17，和操作部18。這個成像裝置10例如是數(shù)字照相機、具有照相機功能的蜂窩式電話等。注意，圖像傳感器驅(qū)動部15、圖像處理部16和CMOS圖像傳感器14可以在公共的單一半導(dǎo)體芯片中形成。
[0054]拍攝透鏡12在CMOS圖像傳感器14的成像表面(成像部)14a中形成物象。拍攝透鏡12包含聚焦透鏡和像差校正透鏡(兩者均未示出)以執(zhí)行焦距調(diào)節(jié)、圖像失真校正，和顏色校正。
[0055]機械快門13具有在用于阻擋物象在成像表面14a上入射的關(guān)閉位置和用于允許物象在成像表面14a上入射的打開位置之間移位的可移動部(未示出)?？梢苿硬康矫恳粋€位置的移位打開或者關(guān)閉從拍攝透鏡12引向CMOS圖像傳感器14的光路。機械快門13的可移動部通常處于關(guān)閉位置中從而防止不必要的光進入CMOS圖像傳感器14中。機械快門13的可移動部響應(yīng)于來自控制部17的命令從關(guān)閉位置移位到打開位置，使得CMOS圖像傳感器14能夠捕捉物象。注意，成像裝置10包括用于控制進入CMOS圖像傳感器14的光量的孔徑光闌(未示出)。
[0056]CMOS圖像傳感器14捕捉由拍攝透鏡12形成的物象，并且輸出成像信號。圖像傳感器驅(qū)動部15向CMOS圖像傳感器14輸入各種類型的信號以驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。
[0057]圖像處理部16通過將各種類型的圖像處理應(yīng)用于從CMOS圖像傳感器14輸出的成像信號而產(chǎn)生具有預(yù)定格式的圖像數(shù)據(jù)。這個圖像數(shù)據(jù)被輸出到諸如液晶顯示器等的顯示裝置，或者通過諸如連接器、電纜等的接口輸出到外部裝置，或者存儲到成像裝置10的諸如閃存、硬盤等的內(nèi)部存儲器，或者存儲到諸如裝載到介質(zhì)槽中的記憶卡等的外部記錄介質(zhì)。
[0058]控制部17被電連接到拍攝透鏡12、機械快門13、圖像傳感器驅(qū)動部15、和圖像處理部16的每一個部分，并且在這些部分之上具有集中的控制。拍攝透鏡12的聚焦、機械快門13的打開和關(guān)閉、CMOS圖像傳感器14被圖像傳感器驅(qū)動部15的驅(qū)動，和圖像處理部16的圖像數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是在控制部17的控制下執(zhí)行的。[0059]用戶從其向成像裝置10輸入操作命令的操作部18被電連接到控制部17。操作部18設(shè)立有各種類型的輸入部件，諸如用于命令圖像捕捉的釋放按鈕、用于選擇CMOS圖像傳感器14的操作模式的選擇按鈕等，以向成像裝置10輸入操作命令。操作部18向控制部17輸入輸入部件的操作的結(jié)果作為操作命令?？刂撇?7響應(yīng)于由用戶從操作部18輸入的操作命令而控制每一個部分。
[0060]在圖2中，CMOS圖像傳感器14設(shè)立有每一個由第一和第二像素21和22構(gòu)成的多個像素對25、微透鏡23，和顏色濾光器24。第一和第二像素21和22被布置成在水平方向上相互鄰接。第一和第二像素21和22中的每一個具有是將入射光轉(zhuǎn)換成電子電荷并且積聚電子電荷的光電轉(zhuǎn)換器的光電二極管(PD)20。TO20的表面通過在其上設(shè)立的光屏蔽膜的開口區(qū)域20a暴露。
[0061]為每一對第一和第二像素21和22提供一個微透鏡23,并且該微透鏡將光會聚到第一和第二像素21和22的中間。在由微透鏡23會聚的光中，顏色濾光器24僅僅將具有預(yù)定顏色(波長)的光透射到第一和第二像素21和22中。
[0062]每一個具有正方形形式和大致相同的尺寸的第一和第二像素21和22被如此配置，使得通過在水平和垂直方向上以布置間距α的平移對稱性操作，它們的側(cè)面相互鄰接。微透鏡23大致以球體的形式被形成，并且被如此配置，使得它的光軸位于第一和第二像素21和22的中間，即，第一和第二像素21和22相互鄰接的側(cè)面的中點處。能夠認為，這個微透鏡23具有如此結(jié)構(gòu)，即，使得傳統(tǒng)微透鏡(微透鏡的光軸大致與TO20的光屏蔽膜的開口區(qū)域20a的中心一致，并且微透鏡的直徑并不超過對應(yīng)的像素的區(qū)域)以α/2相互靠近，并且微透鏡中的兩個被組合并且按比例放大。
[0063]每一個形式為旋轉(zhuǎn)大致45度的正方形的顏色濾光器24被如此配置，使得每一個顏色濾光器24的中心與微透鏡23的光軸一致，并且通過關(guān)于在水平方向上右在大致45度和大致135度的方向上以布置間距21/2α的平移對稱性操作。微透鏡23被形成為顏色濾光器24的內(nèi)切圓。微透鏡23和顏色濾光器24是能夠在像素對25上布置的最大可能尺寸。
[0064]顏色濾光器24的一側(cè)的長度β是21/2 α，并且顏色濾光器24的尺寸是2 α2。換言之，顏色濾光器24是第一或者第二像素21、22的兩倍之大。顏色濾光器24的一側(cè)的長度β等于微透鏡23的直徑。相應(yīng)地，微透鏡23的外切圓(具有直徑β的圓)的尺寸是
α2/2?因為具有直徑α的傳統(tǒng)微透鏡的外切圓的尺寸是η α 2/4，所以微透鏡23的外切圓是傳統(tǒng)微透鏡的外切圓的兩倍之大。
[0065]在CMOS圖像傳感器14中，在水平方向上布置多個像素對25構(gòu)成了像素行26。多個像素行26被布置在大致與每一個像素對25的行方向正交的方向(垂直方向)上，并且毗連像素行26以一個像素在水平方向上相互異相使得第一像素21和第二像素22均不在毗連像素行26中相互鄰接。圖2簡單地示出具有由十二個像素對25構(gòu)成的四行和六列的成像表面14a，但是實際上，正方形成像表面14a由數(shù)目更多的像素對25構(gòu)成。
[0066]通過類似這樣地構(gòu)成成像表面14a，正如在將像素布置成所謂的蜂窩結(jié)構(gòu)的情形中那樣，第一和第二像素21和22被布置成簡單的四方晶格從而在水平方向和垂直方向上相互鄰接，并且微透鏡23和顏色濾光器24被布置成在45度斜向方向上毗連。這里，水平方向與被形成為正方形的成像表面14a的左右方向(寬度方向)同義，并且垂直方向與成像表面14a的上下方向(長度方向)同義。45度斜向方向是關(guān)于成像表面14a的左右方向和上下方向以45度傾斜的方向。
[0067]在成像表面14a的以上結(jié)構(gòu)中，在垂直方向上毗連的像素行26以一個像素在水平方向上異相地布置，從而微透鏡23的一部分從每一個像素對25延伸出去并且進入在毗連像素行26的兩個微透鏡23之間的中部。而且，顏色濾光器24的一部分從每一個像素對25延伸出去并且進入在毗連像素行26的兩個顏色濾光器24之間的中部。相應(yīng)地，第一和第二像素21和22被布置在水平方向和垂直方向上而沒有留出空間，并且微透鏡23和顏色濾光器24被布置在45度斜向方向上而沒有留出空間。
[0068]第一和第二像素21和22是對于在其上入射的光的角度具有選擇性的相差檢測像素。例如，在Η)20的光屏蔽膜的開口區(qū)域20a處于微透鏡23的焦點附近的情形中，從左方向進入微透鏡23的光幾乎不在第一像素21上入射,從而第一像素21對于從右方向進入微透鏡23的光具有選擇性。另一方面，從右方向進入微透鏡23的光幾乎不在第二像素22上入射，從而第二像素22對于從左方向進入微透鏡23的光具有選擇性。注意，當(dāng)微透鏡23的焦距比在微透鏡23和TO20之間的距離更長時，左右關(guān)系顛倒。
[0069]相應(yīng)地，在成像裝置10中，根據(jù)成像鏡頭12的聚焦?fàn)顟B(tài)，在由第一像素21的成像信號產(chǎn)生的圖像和由第二像素22的成像信號產(chǎn)生的圖像之間在沿著左右方向上發(fā)生移位。通過檢測這個移位的數(shù)量和方向，能夠獲得拍攝透鏡12的焦距調(diào)節(jié)數(shù)量。
[0070]如上所述，CMOS圖像傳感器14實現(xiàn)相差類型AF。而且，CMOS圖像傳感器14還使得能夠獲得具有雙眼視差的視差圖像，即，所謂的單眼3D成像。因為微透鏡23的輪廓圓具有傳統(tǒng)微透鏡的輪廓圓的尺寸的兩倍的區(qū)域，所以如與其中光屏蔽膜的開口偏心并且由于偏心等尺寸減小的傳統(tǒng)的相差檢測像素相比較，CMOS圖像傳感器14具有高敏感性。
[0071]在圖3中，顏色濾光器24被分組成用于透射紅色光的紅色顏色濾光器24R、用于透射綠色光的綠色顏色濾光器24G，和用于透射藍色光的藍色顏色濾光器24B。該三個顏色濾光器24R、24G，和24B中的一個被設(shè)立在每一個像素對25中，并且該三個顏色濾光器24R、24G，和24B被以預(yù)定樣式布置在成像表面14a中。注意，在圖中，垂直陰影代表紅色。斜向陰影代表綠色。水平陰影代表藍色。
[0072]單一濾光器集合28由在沿著垂直方向上相鄰地配置的兩個綠色顏色濾光器24G、以右轉(zhuǎn)45度緊接著綠色顏色濾光器24G配置的一個紅色顏色濾光器24R、和以左轉(zhuǎn)45度緊接著綠色顏色濾光器24G配置的一個藍色顏色濾光器24B構(gòu)成。濾光器集合28不留出空間地被布置。
[0073]根據(jù)顏色濾光器24R、24G，和24B的這種布置，每一個具有在沿著垂直方向上對準(zhǔn)的綠色顏色濾光器24G的列和每一個具有在垂直方向上交替地對準(zhǔn)的紅色顏色濾光器24R和藍色顏色濾光器24B的列被交替地配置在水平方向上。而且，每一個具有在沿著水平方向上對準(zhǔn)的綠色顏色濾光器24G的行和每一個具有在沿著水平方向上交替地對準(zhǔn)的紅色顏色濾光器24R和藍色顏色濾光器24B的行被交替地配置在沿著垂直方向上。此外，在具有交替地對準(zhǔn)的紅色顏色濾光器24R和藍色顏色濾光器24B的相互鄰接的列或者行之間，在紅色顏色濾光器24R和藍色顏色濾光器24B之間的位置關(guān)系是相反的。在具有蜂窩布置的像素陣列的情形中，顏色濾光器24的這個布置與傳統(tǒng)的顏色濾光器布置相同。
[0074]在圖4中，除了每一個被設(shè)立在第一和第二像素21和22中的TO20，像素對25由第一像素讀出晶體管40、第二像素讀出晶體管41、浮置擴散電容(FD) 42、重置晶體管43、放大器晶體管44，和行選擇晶體管45構(gòu)成。
[0075]第一像素讀出晶體管40讀出在第一像素21的TO20中積聚的信號電荷。第二像素讀出晶體管41讀出在第二像素22的TO20中積聚的信號電荷。FD42暫時地積聚從第一像素21的TO20和第二像素22的TO20讀出的信號電荷。重置晶體管43將積聚信號電荷的FD42重置到預(yù)定電子電位。放大器晶體管44放大并且作為信號電壓輸出在FD42中積聚的信號電荷。行選擇晶體管45將信號電壓轉(zhuǎn)移到垂直信號線50。
[0076]CMOS圖像傳感器14由多個垂直信號線50、水平信號線51、負載晶體管52、相關(guān)雙米樣(CDS)電路53、列選擇晶體管54、輸出放大器55、電源線路56、第一像素讀出線信號供應(yīng)線57、第二像素讀出線信號供應(yīng)線58、重置線59，和行選擇線60構(gòu)成。
[0077]該多個垂直信號線50在垂直方向上轉(zhuǎn)移第一和第二像素21和22的信號電壓。水平信號線51在水平方向上轉(zhuǎn)移通過垂直信號線50轉(zhuǎn)移的信號電壓。被連接到每一個垂直信號線50的負載晶體管52與放大器晶體管44 一起地構(gòu)成源極跟隨器電路。CDS電路53減小在讀出到垂直信號線50的信號電壓中包括的每一個像素的固定樣式噪聲。列選擇晶體管54被設(shè)立在每一個垂直信號線50中以選擇信號電壓將被從其轉(zhuǎn)移到水平信號線51的列。輸出放大器55執(zhí)行通過水平信號線51順次地供應(yīng)的信號電壓的阻抗轉(zhuǎn)換，并且向外側(cè)輸出信號電壓作為成像信號。電源線路56向第一和第二像素21和22供應(yīng)電力電壓VDD0第一像素讀出線信號供應(yīng)線57向第一像素讀出晶體管40輸入第一像素讀出信號。第二像素讀出線信號供應(yīng)線58向第二像素讀出晶體管41輸入第二像素讀出信號。重置線59向重置晶體管43輸入重置信號。行選擇線60向行選擇晶體管45輸入行選擇信號。
[0078]沿著垂直方向形成的垂直信號線50被以如此方式被設(shè)立在每一列像素對25中，使得一個垂直信號線50被設(shè)立在具有在垂直方向上對準(zhǔn)的綠色顏色濾光器24G的列中，并且另一個垂直信號線50被設(shè)立在具有在垂直方向上交替地對準(zhǔn)的紅色顏色濾光器24R和藍色顏色濾光器24B的列中。如垂直信號線50那樣，沿著垂直方向形成的電源線路56被設(shè)立在每一列像素對25中。
[0079]第一像素讀出線信號供應(yīng)線57、第二像素讀出線信號供應(yīng)線58、重置線59，和行選擇線60沿著水平方向形成。線57到60中的每一個被配置在垂直方向上相互鄰接的第一和第二像素21和22之間。單一重置線59和單一行選擇線60被設(shè)立在第一和第二像素21和22的每一行中。重置線59位于第一和第二像素21和22的行上方，并且行選擇線60位于第一和第二像素21和22的行下面。
[0080]另一方面，第一像素讀出線信號供應(yīng)線57和第二像素讀出線信號供應(yīng)線58在垂直方向上每隔一個行地交替地被設(shè)立在相互鄰接的第一和第二像素21和22之間。在垂直方向上相互鄰接的兩行的第一和第二像素21和22共享相同的第一像素讀出線信號供應(yīng)線57和相同的第二像素讀出線信號供應(yīng)線58的使用。
[0081]具體地說，第二像素讀出線信號供應(yīng)線58被配置在行A和行B之間，并且被用于從行A和行B的第二像素22讀出。以類似的方式，第一像素讀出線信號供應(yīng)線57被配置在行B和行C之間，并且被用于從行B和行C的第一像素21讀出。因此，第一像素讀出線信號供應(yīng)線57專用于從第一像素21讀出信號，并且第二像素讀出線信號供應(yīng)線58專用于從第二像素22讀出信號。
[0082]如上所述，在具有綠色顏色濾光器24G的行A和行C中，第一像素讀出線信號供應(yīng)線57位于上方，并且第二像素讀出線信號供應(yīng)線58位于下面。另一方面，在具有交替地對準(zhǔn)的紅色顏色濾光器24R和藍色顏色濾光器24B的行B和行D中，第一像素讀出線信號供應(yīng)線57位于下面，并且第二像素讀出線信號供應(yīng)線58位于上方。因此，在具有綠色顏色濾光器24G的像素對25和具有交替地對準(zhǔn)的紅色顏色濾光器24R和藍色顏色濾光器24B的像素對25之間，布線的結(jié)構(gòu)等是不同的。
[0083]線57到60中的每一個通過控制電路(未示出)等而被連接到圖像傳感器驅(qū)動部15。通過圖像傳感器驅(qū)動部15的操作，信號被輸入到線57到60中的每一個。
[0084]CDS電路53由箝位電容器70、箝位晶體管71、樣本保持晶體管72、和樣本保持電容器73構(gòu)成。箝位電容器70保持傳輸?shù)酱怪毙盘柧€50的信號電壓。箝位晶體管71響應(yīng)于箝位信號向它的柵電極的輸入而輸出電力電壓VDD。樣本保持晶體管72通過計算在由曝光獲得的信號電壓和在重置之后立即從放大器晶體管44輸出的電壓(在下文中稱為重置水平電壓)之間的差異而降低在信號電壓中包括的噪聲。樣本保持電容器73保持在噪聲降低之后的信號電壓。
[0085]箝位晶體管71的柵電極和樣本保持晶體管72的柵電極通過控制電路(未示出)等而被連接到圖像傳感器驅(qū)動部15。通過圖像傳感器驅(qū)動部15的操作，用于接通箝位晶體管71的箝位信號和用于接通樣本保持晶體管72的樣本保持信號得以輸入。
[0086]列選擇晶體管54的源電極被連接到樣本保持電容器73，并且列選擇晶體管54的漏電極被連接到水平信號線51。列選擇晶體管54的柵電極通過控制電路(未示出)等而被連接到圖像傳感器驅(qū)動部15。列選擇信號通過圖像傳感器驅(qū)動部15的操作而被輸入到列選擇晶體管54的柵電極，并且列選擇晶體管54被接通。接通列選擇晶體管54允許將由與列選擇晶體管54相對應(yīng)的垂直信號線50的樣本保持電容器73保持的、在噪聲降低之后的信號電壓轉(zhuǎn)移到水平信號線51。
[0087]輸出放大器55的輸入端子被連接到水平信號線51,并且輸出放大器55的輸出端子被連接到圖像處理部16。輸出放大器55根據(jù)從水平信號線51輸出的信號電壓產(chǎn)生成像信號，并且向圖像處理部16輸出成像信號。
[0088]在第一像素21中，TO20的陽極被接地，并且Η)20的陰極被連接到第一像素讀出晶體管40的源電極。TO20被反向偏壓，并且在其中是載流子的電子(信號電荷)暫時地被第一像素讀出晶體管40排放的瞬時狀態(tài)下在耗盡狀態(tài)中執(zhí)行光的積聚。因此，TO20處于不同于使用普通光電二極管的靜止?fàn)顟B(tài)的狀態(tài)中。TO20的陰極和第一像素讀出晶體管40的源極被耗盡，并且并不處于具有低電子電阻的、所謂的傳導(dǎo)狀態(tài)中。
[0089]第一像素讀出晶體管40的源電極被連接到Η)20的陰極，其漏電極被連接到FD42，并且其柵電極被連接到第一像素讀出線信號供應(yīng)線57。在通過第一像素讀出信號供應(yīng)線57向第一像素讀出晶體管40的柵電極輸入第一像素讀出信號時，第一像素讀出晶體管40被接通。因此，在第一像素21的TO20中積聚的信號電荷被轉(zhuǎn)移到FD42并且在其中積聚。
[0090]除了第二像素讀出晶體管41的柵電極被連接到第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，第二像素22的TO20和第二像素讀出晶體管41具有與第一像素21的TO20和第一像素讀出晶體管40相同的結(jié)構(gòu)。第二像素讀出信號通過第二像素讀出線信號供應(yīng)線58而被輸入到第二像素讀出晶體管41的柵電極。結(jié)果，第二像素讀出晶體管41被接通，并且在第二像素22的TO20中積聚的信號電荷被轉(zhuǎn)移到FD42并且在其中積聚。[0091 ] 重置晶體管43的源電極被連接到FD42，其漏電極被連接到電源線路56，并且其柵電極被連接到重置線59。當(dāng)重置信號被輸入重置晶體管43的柵電極并且重置晶體管43接通時，F(xiàn)D42的電子電位被重置為電力電壓VDD。
[0092]放大器晶體管44的漏電極被連接到電線路56。放大器晶體管44的源電極被連接到行選擇晶體管45的漏電極，并且其柵電極被連接到FD42。行選擇晶體管45的漏電極被連接到放大器晶體管44的源電極。行選擇晶體管45的源電極被連接到垂直信號線50，并且其柵電極被連接到行選擇線60。
[0093]當(dāng)行選擇信號被輸入到行選擇晶體管45的柵電極并且行選擇晶體管45接通時，放大器晶體管44和負載晶體管52構(gòu)成源極跟隨器電路。根據(jù)被連接到放大器晶體管44的柵電極的FD42的信號電荷,在垂直信號線50中一種電壓作為信號電壓出現(xiàn)。
[0094]接著，將描述CMOS圖像傳感器14的驅(qū)動方法。能夠通過五種驅(qū)動方法操作CMOS圖像傳感器14，即，高動態(tài)范圍靜止圖像模式、左右同時曝光靜止圖像模式、左右像素混合靜止圖像模式、2D活動圖像模式、和3D活動圖像模式。通過在第一像素21和第二像素22之間改變曝光時間，高動態(tài)范圍靜止圖像模式使得能夠獲得帶有寬的動態(tài)范圍的靜止圖像。通過在第一像素21和第二像素22之間均等曝光時間，左右同時曝光靜止圖像模式使得能夠獲得用于相差A(yù)F的靜止圖像或者單眼3D成像。通過在FD42中混合第一像素21的信號電荷和第二像素22的信號電荷，左右像素混合靜止圖像模式使得能夠獲得無任何相差信息的圖像。2D活動圖像模式使得能夠獲得2D活動圖像。3D活動圖像模式使得能夠獲得3D活動圖像。
[0095]用戶能夠通過操作部18的操作而任意地選擇驅(qū)動模式中的一個?？刂撇?7根據(jù)由用戶選擇的驅(qū)動模式控制圖像傳感器驅(qū)動部15的操作。圖像傳感器驅(qū)動部15在圖像傳感器驅(qū)動部15的控制下向線57到60中的每一個、箝位晶體管71、和樣本保持晶體管72輸入各種類型的信號，以在選擇的驅(qū)動模式中驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。如上所述，在該實施例中，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17構(gòu)成在權(quán)利要求中記載的驅(qū)動控制部?？刂撇?7還根據(jù)驅(qū)動模式控制機械快門13的操作，并且使得圖像處理部16執(zhí)行與該驅(qū)動模式相對應(yīng)的過程，使得圖像處理部16以與驅(qū)動模式相對應(yīng)的格式產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。
[0096]當(dāng)選擇高動態(tài)范圍靜止圖像模式時，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17基于圖5所示的時序圖驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。當(dāng)在高動態(tài)范圍靜止圖像模式中命令拍攝時，控制部17首先控制機械快門13從而將機械快門13的可移動部分從關(guān)閉位置移位到打開位置，以開始曝光CMOS圖像傳感器14的成像表面14a。在這之后，控制部17控制圖像傳感器驅(qū)動部15從而在高動態(tài)范圍靜止圖像模式中驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。
[0097]在高動態(tài)范圍靜止圖像模式中，圖像傳感器驅(qū)動部15向CMOS圖像傳感器14的每一個第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號，并且接通每一個第一像素讀出晶體管40，從而每一個第一像素21的TO20向FD42排放不必要的電子電荷并且被耗盡。如上所述，圖像傳感器驅(qū)動部15在每一個第一像素21的TO20被耗盡的這種狀態(tài)中開始曝光每一個第一像素21。
[0098]在向每一個第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15還向每一個重置線59輸入重置信號并且接通每一個重置晶體管43，從而每一個FD42的電子電位被重置為電力電壓VDD。[0099]圖像傳感器驅(qū)動部15開始曝光每一個第一像素21，并且在保持機械快門13的可移動部分處于打開位置中時在預(yù)定的時間逝去之后向每一個第二像素讀出線信號供應(yīng)線58輸入第二像素讀出信號，從而如每一個第一像素21那樣開始曝光每一個第二像素22。在向每一個第二像素讀出線信號供應(yīng)線58輸入第二像素讀出信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15再次向每一個重置線59輸入重置信號從而將每一個FD42的電子電位重置到電力電壓 VDD。
[0100]當(dāng)在圖像傳感器驅(qū)動部15開始曝光每一個第二像素22之后已經(jīng)逝去預(yù)定的時間時，控制部17控制機械快門13。機械快門13的可移動部分從打開位置移位到關(guān)閉位置以結(jié)束CMOS圖像傳感器14的成像表面14a的曝光。因此，每一個第一像素21的曝光時間變得比每一個第二像素22的曝光時間更長，并且每一個第一像素21的曝光量大于每一個第二像素22的曝光量。如上所述，通過在不同的定時向第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號和向第二像素讀出線信號供應(yīng)線58輸入第二像素讀出信號，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17在第一像素21和第二像素22之間改變曝光時間。
[0101]在曝光完成之后，圖像傳感器驅(qū)動部15開始從第一和第二像素21和22讀出一屏的信號。首先，圖像傳感器驅(qū)動部15向第一行(圖3中的行A)的行選擇線60輸入行選擇信號以接通行A的行選擇晶體管45。
[0102]在輸入行選擇信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的重置線59輸入重置信號，從而從行A的每一個放大器晶體管44輸出重置水平電壓。重置水平電壓通過行選擇晶體管45而被轉(zhuǎn)移到對應(yīng)的垂直信號線50，并且被保持在連接到垂直信號線50的箝位電容器70中。
[0103]在輸入重置信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向每一個樣本保持晶體管72輸入樣本保持信號以接通每一個樣本保持晶體管72。樣本保持晶體管72保持被接通，直至重置水平電壓被保持于每一個對應(yīng)的樣本保持電容器73中。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向每一個箝位晶體管71輸入箝位信號以接通每一個箝位晶體管71。因此，在箝位信號的下降沿SHl處，從每一個放大器晶體管44輸出的重置水平電壓被保持在對應(yīng)的列的每一個樣本保持電容器73中。
[0104]在重置水平電壓得以保持之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號以接通行A的每一個第一像素讀出晶體管40。在行A的每一個第一像素21的Η)20中積聚的信號電荷被讀出到FD42。讀出的信號電荷被放大器晶體管44和負載晶體管52放大，并且通過每一個行選擇晶體管45作為信號電壓轉(zhuǎn)移到對應(yīng)的垂直信號線50。因此，在箝位信號的下降沿SH2處，是從信號電壓減去重置水平電壓的、在噪聲降低之后的信號電壓，被保持在每一個樣本保持電容器73中。
[0105]在行A的每一個第一像素21的噪聲降低的信號電壓被保持在每一個樣本保持電容器73中之后，圖像傳感器驅(qū)動部15停止向每一個樣本保持晶體管72輸入樣本保持信號以使得每一個樣本保持晶體管72恢復(fù)為斷開狀態(tài)。同時地，圖像傳感器驅(qū)動部15停止向行選擇線60輸入行選擇信號以使得行A的每一個行選擇晶體管45恢復(fù)為斷開狀態(tài)。
[0106]在停止樣本保持信號和行選擇信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15然后向每一個對應(yīng)的垂直信號線50的列選擇晶體管54在預(yù)定程序中輸入列選擇信號。因此，保持在每一個樣本保持電容器73中的信號電壓被順次地轉(zhuǎn)移到水平信號線51。[0107]因為垂直信號線50被設(shè)立在像素對25的每一個列中，所以在轉(zhuǎn)移一行的信號電壓時每隔一個的列選擇晶體管54接通。例如，在轉(zhuǎn)移行A的第一像素21的信號電壓的情形中，列選擇信號被輸入到與第一和第二列相對應(yīng)的垂直信號線50的列選擇晶體管54。與第二和第三列相對應(yīng)的下一個垂直信號線50對應(yīng)于行B、D，...并且因此被跳過，并且隨后列選擇信號被輸入到與第三和第四列相對應(yīng)的垂直信號線50的列選擇晶體管54。以類似的方式，列選擇信號被順次地輸入到每隔一個的列選擇晶體管54，例如與第五和第六列相對應(yīng)的列選擇晶體管54、與第七和第八列相對應(yīng)的列選擇晶體管54，...，使得從行A的每一個第一像素21轉(zhuǎn)移信號電壓。
[0108]轉(zhuǎn)移到水平信號線51的信號電壓被輸出放大器55放大,并且作為成像信號被輸出到圖像處理部16。如上所述地完成了從行A的第一像素21讀出信號。
[0109]在完成從行A的第一像素21讀出信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15隨后開始從行A的每一個第二像素22讀出信號。如在第一像素21的情形中，圖像傳感器驅(qū)動部15執(zhí)行向行A的行選擇線60輸入行選擇信號、向行A的重置線59輸入重置信號、向每一個樣本保持晶體管72輸入樣本保持信號，并且向每一個箝位晶體管71輸入箝位信號，使得重置水平電壓被保持在對應(yīng)的行的每一個樣本保持電容器73中。
[0110]在重置水平電壓得以保持之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的第二像素讀出線信號供應(yīng)線58輸入第二像素讀出信號，使得從每一個第二像素22的信號電壓減去重置水平電壓的、在噪聲降低之后的信號電壓被保持在每一個樣本保持電容器73中。
[0111]當(dāng)行A的每一個第二像素22的噪聲降低的信號電壓被保持在每一個樣本保持電容器73中時，如在第一像素21的情形中，圖像傳感器驅(qū)動部15停止向每一個樣本保持晶體管72輸入樣本保持信號并且停止向行選擇線60輸入行選擇信號。同時地，列選擇信號被輸入到每一個對應(yīng)的列選擇晶體管54，使得保持在樣本保持電容器73中的信號電壓被順次地轉(zhuǎn)移到水平信號線51。注意，類似于第一像素21的情形，在第二像素22的情形中交替地選擇垂直信號線50。
[0112]如上所述，由輸出放大器55放大的、每一個第二像素22的信號電壓作為成像信號被輸出到圖像處理部16，并且完成了從第一行的第一像素21和第二像素22讀出信號。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15重復(fù)以上處理直至最后的行以讀出一屏的信號。
[0113]在高動態(tài)范圍靜止圖像模式中，行A的第一像素21的信號按照Gla，G3a，G5a，...的順序輸出并且行A的第二像素22的信號按照G2a，G4a，G6a，...的順序輸出。隨后，行B的第一像素21的信號按照BOb，R2b，B4b,...的順序輸出，并且行B的第二像素22的信號按照Bib, R3b，B5b,...的順序輸出。類似地，信號順次地按照行C，行D，...的順序輸出，以輸出一屏的信號。這里，“Gla”或者“BOb”根據(jù)顏色濾光器24的顏色(R:紅色、G:綠色、B:藍色)的有序組合、列的編號和行的字母符號來標(biāo)識像素。
[0114]當(dāng)在高動態(tài)范圍靜止圖像模式中執(zhí)行拍攝并且從CMOS圖像傳感器14輸出一屏的成像信號時，圖像處理部16從具有長的曝光時間的第一像素21的成像信號產(chǎn)生高敏感性圖像數(shù)據(jù)。同時，從具有短的曝光時間的第二像素22的成像信號產(chǎn)生低敏感性圖像數(shù)據(jù)，并且組合和優(yōu)化高敏感性和低敏感性圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生具有寬的動態(tài)范圍的靜止圖像數(shù)據(jù)。
[0115]而且，在CMOS圖像傳感器14中，如在圖6的時序圖中所示，當(dāng)在Η)20中積聚的、在曝光之后的信號電荷被讀出到FD42時，第一像素讀出信號被同時地輸入到第Ν(Ν是從第一行到最后一行的任意行數(shù))第一像素讀出線信號供應(yīng)線57和第(N+2)第一像素讀出線信號供應(yīng)線57，從而可以在垂直信號線50中混合在垂直方向上相互鄰接的像素對25的第一像素21的信號電荷。以類似的方式，因為第二像素讀出信號被同時地輸入到第N第二像素讀出線信號供應(yīng)線58和第(N+2)第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，所以能夠在垂直信號線50中混合這垂直方向上相互鄰接的像素對25的第二像素22的信號電荷。
[0116]在垂直方向上信號電荷的混合被應(yīng)用于高動態(tài)范圍靜止圖像模式，并且信號從第一和第二像素 21 和 22 的讀出按照 Gla+Glc、G3a+G3c, G5a+G5c,...，G2a+G2c, G4a+G4c,G6a+G6c,..., BOb, R2b, B4b,..., Bib, R3b, B5b,..., ROd, B2d, R4d,...，Rid, B3d, R5d，...的順序執(zhí)行，并且被順次地重復(fù)。注意，“ + ”符號表示信號的混合。
[0117]如上所述，在具有在垂直方向上相互鄰接的綠色顏色濾光器24G的像素對25中，第一像素21的信號被混合并且第二像素22的信號被混合，從而可以縮短信號讀出時間。而且，第一和第二像素21和22的單一信號數(shù)量的敏感性被加倍。相應(yīng)地，第一和第二像素21和22的信號的S/N比被放大2"2倍，并且在動態(tài)范圍中噪聲降低引起進一步的放大。注意，其信號在垂直信號線50中混合的像素的數(shù)目不限于兩個，而是能夠是可以任意地可設(shè)定的。
[0118]接著，當(dāng)選擇左右同時曝光靜止圖像模式時，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17基于圖7所示時序圖來驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。當(dāng)在左右同時曝光靜止圖像模式中命令拍攝時，控制部17首先控制機械快門13從而將機械快門13的可移動部分從關(guān)閉位置移位到打開位置，以開始曝光CMOS圖像傳感器14的成像表面14a。在這之后，控制部17控制圖像傳感器驅(qū)動部15從而驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。
[0119]圖像傳感器驅(qū)動部15向所有的第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號。與這一起地并且同時地，第二像素讀出信號被輸入到所有的第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，使得FD42從第一和第二像素21和22的TO20排放不必要的電子電荷。如上所述，圖像傳感器驅(qū)動部15使得第一和第二像素21和22的TO20排放不必要的電子電荷，并且通過從每一個TO20消除信號電荷及其耗盡而使得第一和第二像素21和22開始被同時地曝光。
[0120]在第一和第二像素21和22開始曝光之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向每一個重置線59輸入重置信號，以將每一個FD42的電子電位重置到電力電壓VDD。
[0121]響應(yīng)于在圖像傳感器驅(qū)動部15開始曝光第一和第二像素21和22之后逝去預(yù)定的時間，控制部17控制機械快門13。機械快門13的可移動部分從打開位置移位到關(guān)閉位置，并且因此CMOS圖像傳感器14的成像表面14a的曝光完成。因此，第一像素21的曝光時間變得等于第二像素22的曝光時間。
[0122]在曝光完成之后，圖像傳感器驅(qū)動部15在與在高動態(tài)范圍靜止圖像模式中相同的程序中從第一和第二像素21和22讀出一屏的信號。在左右同時曝光靜止圖像模式中信號從第一和第二像素21和22的輸出順序與在高動態(tài)范圍靜止圖像模式中的相同。
[0123]如上所述，利用相等的曝光時間獲得的第一和第二像素21和22的成像信號被用于產(chǎn)生三維圖像數(shù)據(jù)并且計算拍攝透鏡12的焦距調(diào)節(jié)量。當(dāng)從成像信號計算了焦距調(diào)節(jié)量時，控制部17基于焦距調(diào)節(jié)量來調(diào)節(jié)拍攝透鏡12的焦距。
[0124]如上所述，驅(qū)動CMOS圖像傳感器14使得可以在讀出單一行的第一和第二像素21和22的信號時交替地讀出第一像素21的全部信號和第二像素22的全部信號。因此，在讀出單一行的第一像素21的信號之后，計算例如平滑(移動平均)過程等被應(yīng)用于單一行的第一像素21的讀出信號。通過獲得在第一像素21的經(jīng)處理的信號和單一行的第二像素22的、隨后讀出的信號之間的差異，可以產(chǎn)生相差信息并且因此高效率地計算焦距調(diào)節(jié)量。
[0125]如在高動態(tài)范圍靜止圖像模式的情形中，可以在具有在垂直方向上相互鄰接的綠色顏色濾光器24G的像素對25中混合第一像素21的信號和混合第二像素22的信號。這將第一和第二像素21和22的信號的S/N比放大21/2倍。
[0126]接著，當(dāng)選擇左右像素混合靜止圖像模式時，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17基于圖8中所示的時序圖驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。當(dāng)在左右像素混合靜止圖像模式中命令拍攝時，控制部17首先控制機械快門13從而將機械快門13的可移動部分從關(guān)閉位置移位到打開位置，以開始曝光CMOS圖像傳感器14的成像表面14a。在這之后，控制部17控制圖像傳感器驅(qū)動部15從而驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。
[0127]圖像傳感器驅(qū)動部15分別地同時地向每一個第一像素讀出線信號供應(yīng)線57和每一個第二像素讀出線信號供應(yīng)線58輸入第一像素讀出信號和第二像素讀出信號，以同時開始第一和第二像素21和22的曝光。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向每一個重置線59輸入重置信號，以將每一個FD42的電子電位重置到電力電壓VDD。
[0128]當(dāng)自從第一和第二像素21和22的曝光開始已經(jīng)逝去預(yù)定的時間時，控制部17關(guān)閉機械快門17以結(jié)束CMOS圖像傳感器14的成像表面14a的曝光。
[0129]在曝光完成之后，為了開始從第一和第二像素21和22讀出一屏的信號，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的行選擇線60輸入行選擇信號。在輸入行選擇信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的重置線59輸入重置信號，并且向與行A相對應(yīng)的列(交替列)的樣本保持晶體管72輸入樣本保持信號，并且向與行A相對應(yīng)的列的箝位晶體管71輸入箝位信號，使得與行A相對應(yīng)的列的每一個樣本保持電容器73保持重置水平電壓。
[0130]在重置水平電壓得以保持之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號，使得行A的每一個第一像素讀出晶體管40接通。同時，第二像素讀出信號被輸入到行A的第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，使得行A的每一個第二像素讀出晶體管41接通。
[0131]因此，在每一個第一像素21的TO20中在曝光期間積聚的信號電荷被讀出到FD42，并且在每一個第二像素22的TO20中在曝光期間積聚的信號電荷同時還被讀出到FD42。并排地毗連的第一像素21和第二像素22的信號電荷在FD42中混合。
[0132]在FD42中混合的第一和第二像素21和22的信號電荷被放大器晶體管44和負載晶體管52放大，并且通過列選擇晶體管45作為信號電壓傳輸?shù)綄?yīng)的垂直信號線50。通過從信號電壓減去重置水平電壓獲得的、在噪聲降低之后的信號電壓被保持在每一個樣本保持電容器73中。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15停止向每一個樣本保持晶體管72輸入樣本保持信號，并且然后停止向行選擇線60輸入行選擇信號。
[0133]然后，圖像傳感器驅(qū)動部15按照預(yù)定順序向每一個對應(yīng)的垂直信號線50的列選擇晶體管54輸入列選擇信號，使得在每一個樣本保持電容器73中保持的信號電壓被順次地傳輸?shù)剿叫盘柧€51并且完成了從行A的第一和第二像素21和22讀出信號。此時，如在高動態(tài)范圍靜止圖像模式的情形中，垂直信號線50被交替地選擇。[0134]在從行A的第一和第二像素21和22讀出信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15重復(fù)以上過程直至最后的行以讀出一屏的信號。相應(yīng)地，在左右像素混合靜止圖像模式中，行A的第一和第二像素21和22的混合信號按照Gla+G2a, G3a+G4a, G5a+G6a,...的順序輸出，并且然后行B的第一和第二像素21和22的混合信號按照BOb+Blb，R2b+R3b，B4b+B5b，...的順序輸出，并且然后行C的第一和第二像素21和22的混合信號按照Glc+G2c，G3c+G4c,G5c+G6c,...的順序輸出。類似地，從行D、行E、...反復(fù)地讀出信號導(dǎo)致一屏的信號得以輸出。注意，“ + ”符號表不信號的混合。
[0135]如上所述，在FD42中混合并排地毗連的第一像素21和第二像素22的信號電荷縮短了信號的讀出時間并且增加了信號的S/N比。
[0136]而且，在左右像素混合靜止圖像模式中，第一像素讀出信號被同時地輸入到行N(N代表從第一到最后一行的任意行數(shù))和行N+2的第一像素讀出線信號供應(yīng)線57，并且第二像素讀出信號被同時地輸入到行N和N+2的第二像素讀出線信號供應(yīng)線58。這允許混合具有在垂直方向上相互鄰接的綠色顏色濾光器24G的像素對25的第一和第二像素21和22的信號。這便于加速讀出時間并且增強S/N比增加的效果。
[0137]注意，在執(zhí)行并排地毗連的第一和第二像素21和22的信號混合和在垂直方向上相互鄰接的第一和第二像素21和22的信號混合這兩者的情形中，行A和C的第一和第二像素 21 和 22 的混合信號按照(Gla+G2a) + (Glc+G2c)，(G3a+G4a) + (G3c+G4c)，(G5a+G6a) + (G5c+G6c),...的順序輸出。隨后,行B的第一和第二像素21和22的混合信號按照BOb+Blb, R2b+R3b, B4b+B5b,...的順序輸出。此外，行D的第一和第二像素21和22的混合信號按照ROd+Rld，B2d+B3d, R4d+R5d，...的順序輸出。類似地重復(fù)導(dǎo)致一屏的信號得以輸出。
[0138]接著，當(dāng)選擇2D活動圖像模式時，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17基于圖9中所示的時序圖控制CMOS圖像傳感器14。當(dāng)選擇2D活動圖像模式時，控制部17控制圖像傳感器驅(qū)動部15以驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。
[0139]在開始時，圖像傳感器驅(qū)動部15同時地向行A的第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號和向行A的第二像素讀出線信號供應(yīng)線58輸入第二像素讀出信號，以開始曝光行A的第一和第二像素21和22。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的重置線59輸入重置信號，從而行A的每一個FD42的電子電位被重置為電力電壓VDD。
[0140]圖像傳感器驅(qū)動部15開始行A的第一和第二像素21和22的曝光。當(dāng)已經(jīng)逝去預(yù)定的時間時，第一像素讀出信號和第二像素讀出信號分別地被同時地輸入到第二行B的第一像素讀出線信號供應(yīng)線57和第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，以開始曝光行B的第一和第二像素21和22。而且，如以上那樣，重置信號被輸入到行B的重置線59，從而行B的每一個FD42的電子電位被重置為電力電壓VDD。
[0141]在開始曝光行B的第一和第二像素21和22之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的行選擇線60輸入行選擇信號，以開始從行A的第一和第二像素21和22讀出信號。在輸入行選擇信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15執(zhí)行向行A的重置線59輸入重置信號、向與行A相對應(yīng)的列的樣本保持晶體管72輸入樣本保持信號，和向與行A相對應(yīng)的列的箝位晶體管71輸入箝位信號。因此，行A的重置水平電壓被保持在對應(yīng)的列的樣本保持電容器73中。
[0142]在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號，并且接通行A的每一個第一像素讀出晶體管40。與此同時地，第二像素讀出信號被輸入到行A的第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，從而行A的每一個第二像素讀出晶體管41同時地接通。相應(yīng)地，行A的第一和第二像素21和22的曝光時間被定義為從讀出信號的第一輸入到讀出信號的第二輸入的時間。
[0143]如在左右像素混合靜止圖像模式的情形中，通過同時地向第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號和向第二像素讀出線信號供應(yīng)線58輸入第二像素讀出信號，第一和第二像素21和22的信號電荷被同時地讀出到FD42并且在FD42中混合。在FD42中混合的第一和第二像素21和22的信號電荷被放大器晶體管44和負載晶體管52放大。在這之后，信號電荷通過行選擇晶體管45作為信號電壓傳輸?shù)綄?yīng)的垂直信號線50，并且是從信號電壓減去重置水平電壓的、在噪聲降低之后的信號電壓被保持在每一個樣本保持電容器73中。
[0144]在行A的第一和第二像素21和22的噪聲降低信號電壓被保持在每一個樣本保持電容器73中之后，圖像傳感器驅(qū)動部15停止向每一個樣本保持晶體管72輸入樣本保持信號，并且隨后停止向行選擇線60輸入行選擇信號。
[0145]在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15按照預(yù)定順序向?qū)?yīng)的垂直信號線50的列選擇晶體管54輸入列選擇信號，并且在樣本保持電容器73中保持的信號電壓被順次地傳輸?shù)剿叫盘柧€51，從而完成從行A的第一和第二像素21和22讀出信號。此時，如在高動態(tài)范圍靜止圖像模式的情形中，垂直信號線50被交替地選擇。
[0146]在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15在類似的程序中執(zhí)行從行B的第一和第二像素21和22讀出信號。重復(fù)這個過程直至最后一行允許獲得一屏的信號，并且重復(fù)獲得一屏的信號允許二維活動圖像數(shù)據(jù)。
[0147]如上所述，當(dāng)選擇2D活動圖像模式時，通過從行到行地移位第一和第二像素21和22的曝光定時(讀出信號的輸入定時)，圖像傳感器驅(qū)動部15調(diào)節(jié)第一和第二像素21和22的曝光時間而不使用機械快門13并且有效率地從每一行的第一和第二像素21和22讀出信號。注意，當(dāng)然，在每一行處在讀出信號之間的輸入間隔，換言之，第一和第二像素21和22的曝光時間，是恒定的。
[0148]而且，在2D活動圖像模式中，同時地向第N和第(N+2)第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號和向第N和第(N+2)第二像素讀出線信號供應(yīng)線58輸入第二像素讀出信號使得可以混合具有在垂直方向上毗連的綠色顏色濾光器24G的像素對25的第一和第二像素21和22的信號。
[0149]接著，當(dāng)選擇3D活動圖像模式時，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17基于圖10所示時序圖驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。當(dāng)選擇3D活動圖像模式時，控制部17控制圖像傳感器驅(qū)動部15驅(qū)動CMOS圖像傳感器14。
[0150]首先，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號以開始曝光行A的第一像素21。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的重置線59輸入重置信號,從而行A的每一個FD42的電子電位被重置為電力電壓VDD。
[0151]響應(yīng)于在開始曝光行A的第一像素21之后預(yù)定的時間逝去，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的第二像素讀出線信號供應(yīng)線58輸入第二像素讀出信號以開始曝光行A的第二像素22。而且，如以上那樣，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的重置線59輸入重置信號，從而行A的每一個FD42的電子電位被重置為電力電壓VDD。
[0152]在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的行選擇線60輸入行選擇信號，并且執(zhí)行向行A的重置線59輸入重置信號、向與行A相對應(yīng)的列的樣本保持晶體管72輸入樣本保持信號，和向與行A相對應(yīng)的列的箝位晶體管71輸入箝位信號，從而行A的重置水平電壓被保持在對應(yīng)的列的樣本保持電各器73中。
[0153]在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15向行A的第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號，以接通行A的每一個第一像素讀出晶體管40。因此，行A的每一個第一像素21的曝光時間被定義為從第一像素讀出信號的第一輸入到第一像素讀出信號的第二輸入的時間。
[0154]通過向第一像素讀出線信號供應(yīng)線57輸入第一像素讀出信號，每一個第一像素21的信號電荷被讀出到FD42。每一個第一像素21的讀出信號電荷被放大器晶體管44和負載晶體管52放大并且通過行選擇晶體管45作為信號電壓傳輸?shù)綄?yīng)的垂直信號線50，從而是從信號電壓減去重置水平電壓的、在噪聲降低之后的信號電壓被保持在每一個樣本保持電容器73中。
[0155]在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15停止向每一個樣本保持晶體管72輸入樣本保持信號，并且隨后停止向行選擇線60輸入行選擇信號。然后，圖像傳感器驅(qū)動部15以預(yù)定順序向?qū)?yīng)的垂直信號線50的列選擇晶體管54輸入列選擇信號，并且在樣本保持電容器73中保持的信號電壓被順次地傳輸?shù)剿叫盘柧€51，從而完成從行A的每一個第一像素21讀出信號。此時，如在高動態(tài)范圍靜止圖像模式的情形中，垂直信號線50被交替地選擇。
[0156]在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15在類似的程序中執(zhí)行從行A的每一個第二像素22讀出信號。重復(fù)這個過程直至最后一行允許獲得一屏的信號，并且獲得一屏的信號被進一步重復(fù)。因此，獲得了由第一像素21獲得的用于活動圖像的成像信號和由第二像素22獲得的用于活動圖像的成像信號，并且從這些成像信號產(chǎn)生了三維活動圖像數(shù)據(jù)。
[0157]如上所述，當(dāng)選擇3D活動圖像模式時，圖像傳感器驅(qū)動部15在第一像素21和第二像素22之間移位第一和第二像素21和22的曝光定時(讀出信號的輸入定時)。因此，第一和第二像素21和22的曝光時間得以調(diào)節(jié)而不使用機械快門13并且信號被有效率地并且交替地從第一和第二像素21和22讀出。注意，當(dāng)然，在每一行處，在讀出信號之間的輸入間隔，換言之，第一和第二像素21和22的曝光時間，是恒定的。
[0158]雖然在圖10中省略，但是實際上在從行A的第一像素21讀出(繪圖的水平成像時段)信號期間，行B的每一個第一像素21的曝光開始，并且在完成從行A的第二像素22讀出信號之后立即開始從行B的每一個第一像素21將信號轉(zhuǎn)移(繪圖的水平消隱時段)到垂直信號線50。
[0159]而且，在3D活動圖像模式中，第一像素讀出信號被同時地輸入到第N和(N+2)第一像素讀出線信號供應(yīng)線57。與這一起地，第二像素讀出信號被同時地輸入到第N和(N+2)第二像素讀出線信號供應(yīng)線58。因此，可以混合具有在垂直方向上毗連的綠色顏色濾光器24G的像素對25的第一像素21的信號，并且混合具有在垂直方向上毗連的綠色顏色濾光器24G的像素對25的第二像素22的信號。
[0160]如上所述，CMOS圖像傳感器14能夠適當(dāng)?shù)叵蛲鈧?cè)讀出由是相差檢測像素的第一和第二像素21和22獲得的信號。而且，在CMOS圖像傳感器14中，因為第一和第二像素21和22共享FD42、重置晶體管43、放大器晶體管44、行選擇晶體管45等，所以可以混合并排地配置的第一和第二像素21的信號和混合在上方和下面毗連的第一和第二像素21和22的信號，并且因此在各種模式中執(zhí)行成像。
[0161][第二實施例]
[0162]接著，將描述本發(fā)明的第二實施例。注意，相同的數(shù)字引用與第一實施例的那些相同的功能和結(jié)構(gòu)，并且將省略其詳細說明。在圖11中，CMOS圖像傳感器100的顏色濾光器24構(gòu)成第一濾光器集合102和第二濾光器集合104。
[0163]第一濾光器集合102具有在45度斜向方向上相鄰地布置的兩個綠色顏色濾光器24G和與綠色顏色濾光器24G毗連并且在45度斜向方向上彼此相鄰地布置的兩個紅色顏色濾光器24R。在第二濾光器集合104中，藍色顏色濾光器24B替代第一濾光器集合102的每一個紅色顏色濾光器24R。第一和第二濾光器集合102和104在成像表面IOOa中被以交錯的樣式布置。
[0164]顏色濾光器24的這個布置與其中像素被以蜂窩樣式布置的、用于在所謂的EXR中使用的布置相同，并且在45度斜向方向上毗連的一對像素中的一個旨在用于高敏感性并且另一個旨在用于低敏感性，并且這些像素中的每一個的像素值被混合以獲得具有寬的動態(tài)范圍的圖像。
[0165]在圖12中，如第一實施例的像素對25那樣，CMOS圖像傳感器100的像素對106包括第一和第二像素21和22的Η)20、第一像素讀出晶體管40、第二像素讀出晶體管41、FD42、重置晶體管43、放大器晶體管44，和行選擇晶體管45。
[0166]在CMOS圖像傳感器100中，為在水平方向上相互鄰接的每兩列像素對106提供單一垂直信號線108,但是在第一實施例的CMOS圖像傳感器14中為在垂直方向上對準(zhǔn)的每一列像素對25提供單一垂直信號線50。
[0167]如上所述，在CMOS圖像傳感器100中，相同顏色的顏色濾光器24被相鄰地布置在45度斜向方向上。因此，在CMOS圖像傳感器100中，具有相同顏色的顏色濾光器24的一對像素對106的輸出端子(即，一對像素對106中的每一個的行選擇晶體管45的源電極)被連接到公共的垂直信號線108。因此，例如可以混合來自45度毗連的、具有相同顏色的顏色濾光器24的一對像素對106的信號。
[0168]接著，將描述CMOS圖像傳感器100的操作方法。正如第一實施例的CMOS圖像傳感器14那樣，CMOS圖像傳感器100具有五種驅(qū)動模式，即，高動態(tài)范圍靜止圖像模式、左右同時曝光靜止圖像模式、左右像素混合靜止圖像模式、2D活動圖像模式、和3D活動圖像模式。
[0169]當(dāng)選擇高動態(tài)范圍靜止圖像模式時，在與第一實施例類似的程序中(參考圖5的流程圖)，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17使得每一個樣本保持電容器73保持在噪聲降低之后行A的每一個第一像素21的信號電壓。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15按照預(yù)定的順序向?qū)?yīng)的垂直信號線108的列選擇晶體管54輸入列選擇信號,使得在樣本保持電容器73中保持的信號電壓被轉(zhuǎn)移到水平信號線51。
[0170]為具有相同顏色的顏色濾光器24的、每一個45度斜向毗連的一對像素對106提供單一垂直信號線108。相應(yīng)地，為在水平方向上對準(zhǔn)的每一個單一像素對106，即在每一行中的每一個像素對106，提供單一垂直信號線108。而且，顏色濾光器24被如此布置，使得相同顏色的顏色濾光器24在45度斜向方向上相互鄰接。因此，在水平方向上觀察，不同顏色的顏色濾光器24被交替地布置，并且因此存在具有交替地布置的綠色顏色濾光器24G和紅色顏色濾光器24R的行、和具有交替地布置的綠色顏色濾光器24G和藍色顏色濾光器24B的行。
[0171]因此，在將單一行的第一像素21的信號電壓轉(zhuǎn)移到水平信號線51時，圖像傳感器驅(qū)動部15選擇每隔一個的垂直信號線108，使得信號電壓從在該行中包括的一種顏色的像素對106的第一像素21被順次地轉(zhuǎn)移到水平信號線51。在這之后，跳過的每隔一個的垂直信號線108被選擇以將在該行中包括的另一種顏色的像素對106的第一像素21的信號電壓順次地轉(zhuǎn)移到水平信號線51。通過如上所述以交替的方式選擇垂直信號線108，圖像傳感器驅(qū)動部15相繼地輸出與在該行中包括的兩種顏色中的每一種相對應(yīng)的信號電壓。
[0172]例如，在從行A的每一個第一像素21轉(zhuǎn)移信號電壓的情形中，首先，列選擇信號被輸入到與越過第一列和第二列地定位的像素對106相對應(yīng)的垂直信號線108的列選擇晶體管54。因為這個像素對106設(shè)立有綠色顏色濾光器24G，所以與綠色相對應(yīng)的信號電壓被轉(zhuǎn)移到水平信號線51。
[0173]越過第三列和第四列地定位的下一個像素對106被跳過，因為這個像素對106具有藍色顏色濾光器24B，并且然后列選擇信號被輸入到與越過第五列和第六列地定位的像素對106相對應(yīng)的垂直信號線108的列選擇晶體管54。通過按照這個順序選擇垂直信號線108，在行A中包括的綠色信號電壓被順次地轉(zhuǎn)移到水平信號線51。
[0174]在轉(zhuǎn)移綠色信號電壓之后，列選擇信號被輸入到與越過第三列和第四列地定位的像素對106相對應(yīng)的垂直信號線108的、跳過的列選擇晶體管54，并且以交替的方式重復(fù)輸入允許順次地轉(zhuǎn)移在行A中包括的藍色顏色的信號電壓。相應(yīng)地，在行A中包括的兩種顏色即綠色和藍色的信號電壓以逐個顏色為基礎(chǔ)被相繼地轉(zhuǎn)移到水平信號線51。
[0175]被轉(zhuǎn)移到水平信號線51的信號電壓被輸出放大器55放大，并且作為成像信號被輸出到圖像處理部16。因此，信號被完全地從行A的第一像素21讀出。
[0176]在完成從行A的第一像素21讀出信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15開始從行A的第二像素22讀出信號。通過重復(fù)讀出直至最后一行，一屏的信號得以讀出。
[0177]相應(yīng)地，在CMOS圖像傳感器100的高動態(tài)范圍靜止圖像模式中，信號首先按照Gla, G5a，...的順序從行A的綠色第一像素21，并且然后按照B3a，B7a,...的順序從行A的藍色第一像素21，并且然后按照G2a，G6a，...的順序從行A的綠色第二像素22，并且然后按照B4a，B8a,...的順序從行A的藍色第二像素22輸出。
[0178]隨后，信號按照G2b，G6b，...的順序從行B的綠色第一像素21，并且然后按照BOb, B4b,...的順序從行B的藍色第一像素21，并且然后按照G3b，G7b，...的順序從行B的綠色第二像素22，并且然后按照Blb，B5b,...的順序從行B的藍色第二像素22輸出。
[0179]然后，信號按照G3c，G7c,...的順序從行C的綠色第一像素21，并且然后按照Rlc, R5c,...的順序從行C的紅色第一像素21，并且然后按照G4c，G8c,...的順序從行C的綠色第二像素22，并且然后按照R2c，R6c，...的順序從行C的紅色第二像素22輸出。重復(fù)相同的程序直至最后一行允許輸出一屏的信號。
[0180]而且，在CMOS圖像傳感器100中，當(dāng)在曝光之后將在TO20中積聚的信號電荷讀出到FD42時，如果第一像素讀出信號被同時地輸入到第N第一像素讀出線信號供應(yīng)線57和第(N+2)第一像素讀出線信號供應(yīng)線57，則在垂直信號線108中混合在45度斜向方向上毗連的像素對106的每一個第一像素21中積聚的信號電荷。以類似的方式，如果第二像素讀出信號被同時地輸入到第N第二像素讀出線信號供應(yīng)線58和第(N+2)第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，則在垂直信號線108中混合在45度斜向方向上毗連的像素對106的每一個第二像素22中積聚的信號電荷。
[0181]當(dāng)信號電荷的混合被應(yīng)用于高動態(tài)范圍靜止圖像模式時，信號按照Gla+G2b，G5a+G6b，...的順序從行4和8的綠色第一像素21，并且然后按照83&+8413，87&+8813，...的順序從行A和B的藍色第一像素21，并且然后按照G2a+G3b，G6a+G7b，...的順序從行A和B的綠色第二像素22，并且然后按照B4a+B5b，B8a+B9b,...的順序從行A和B的藍色第二像素22輸出。
[0182]隨后，信號按照G3c+G4d, G7c+G8d,...的順序從行C和D的綠色第一像素21，并且然后按照Rlc+R2d，R5c+R6d,...的順序從行C和D的紅色第一像素21，并且然后按照G4c+G5d，G8c+G9d，...的順序從行C和D的綠色第二像素22，并且然后按照R2c+R3d，R6c+R7d,...的順序從行C和D的紅色第二像素22輸出。重復(fù)相同程序直至最后一行允許輸出一屏的信號，從而可以如第一實施例那樣縮短信號讀出時間并且進一步擴大動態(tài)范圍。
[0183]接著，當(dāng)選擇左右同時曝光靜止圖像模式時，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17在與第一實施例(見圖7的時序圖)相同的程序中實現(xiàn)第一和第二像素21和22的曝光。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15在與在上述高動態(tài)范圍靜止圖像模式中相同的程序中從第一和第二像素21和22讀出一屏的信號。因此，如在第一實施例的情形中，CMOS圖像傳感器100能夠獲得用于產(chǎn)生三維圖像數(shù)據(jù)并且計算焦距調(diào)節(jié)量的成像信號。
[0184]而且，在左右同時曝光靜止圖像模式中，當(dāng)在曝光之后將在Η)20中積聚的信號電荷讀出到FD42時，如果第一像素讀出信號被同時地輸入到第N第一像素讀出線信號供應(yīng)線57和第(N+2)第一像素讀出線信號供應(yīng)線57，則在垂直信號線108中混合在45度斜向方向上毗連的像素對106的每一個第一像素21中積聚的信號電荷。以類似的方式，如果第二像素讀出信號被同時地輸入到第N第二像素讀出線信號供應(yīng)線58和第(N+2)第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，則在垂直信號線108中混合在45度斜向方向上毗連的像素對106的每一個第二像素22中積聚的信號電荷。
[0185]接著，當(dāng)選擇左右像素混合靜止圖像模式時，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17在與在第一實施例中相同的程序(見圖8的時序圖)中使得每一個樣本保持電容器73保持行A的第一和第二像素21和22的噪聲降低信號電壓(在FD42中混合的信號電壓)。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15在與在上述高動態(tài)范圍靜止圖像模式中相同的程序中讀出行A的第一和第二像素21和22的信號電壓，并且重復(fù)這個程序直至最后一行允許讀出一屏的信號。
[0186]相應(yīng)地，在CMOS圖像傳感器100的左右像素混合靜止圖像模式中，行A的綠色的第一和第二像素21和22的混合信號按照Gla+G2a,G5a+G6a,...的順序輸出，并且然后行A的藍色的第一和第二像素21和22的混合信號按照B3a+B4a，B7a+B8a，...的順序輸出。隨后，行B的綠色的第一和第二像素21和22的混合信號按照G2b+G3b，G6b+G7b，...的順序輸出，并且然后行B的藍色的第一和第二像素21和22的混合信號按照BOb+Blb，B4b+B5b，B8b+B9b,...的順序輸出。隨后，行C的綠色的第一和第二像素21和22的混合信號按照G3c+G4c, G7c+G8c,...的順序輸出，并且然后行C的紅色的第一和第二像素21和22的混合信號按照Rlc+R2c, R5c+R6c,...的順序輸出。通過對于行D、行E、...重復(fù)相同的程序，
一屏的信號得以輸出。
[0187]而且，在這個左右像素混合靜止圖像模式中，第一和第二像素讀出信號分別地被同時地輸入到第N第一像素讀出線信號供應(yīng)線57和第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，以及第(N+2)第一像素讀出線信號供應(yīng)線57和第二像素讀出線信號供應(yīng)線58。因此，在垂直信號線108中混合在45度斜向方向上毗連的像素對106的第一和第二像素21和22的信號。以類似的方式，如果第二像素讀出信號被同時地輸入到第N第二像素讀出線信號供應(yīng)線58和第(N+2)第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，則在垂直信號線108中混合在45度斜向方向上毗連的像素對106的每一個第二像素22中積聚的信號電荷。這縮短了讀出時間并且進一步增強了 S/N比增加的效果。
[0188]在此情形中，行A和B的綠色的第一和第二像素21和22的混合信號按照(Gla+G2a) + (G2b+G3b)，(G5a+G6a) + (G6b+G7b)，...的順序輸出，并且然后行 A和B的藍色的第一和第二像素21和22的混合信號按照(B3a+B4a) + (B4b+B5b)，(B7a+B8a) + (B8b+B9b),...的順序輸出。隨后，行C和D的綠色的第一和第二像素21和22 的混合信號按照(G3c+G4c) + (G4d+G5d)，(G7c+G8c) + (G8d+G9d)，...的順序輸出，并且然后行C和D的紅色的第一和第二像素21和22的混合信號按照(Rlc+R2c) + (R2d+R3d)，(R5c+R6c) + (R6d+R7d),...的順序輸出。通過重復(fù)相同的程序，一屏的信號得以輸出。
[0189]注意，左右像素混合靜止圖像模式和高動態(tài)范圍靜止圖像模式的組合允許實行傳統(tǒng)EXR的動態(tài)范圍模式。具有長曝光時間的行和具有短曝光時間的行被交替地設(shè)定，使得例如行A的像素對106具有長曝光時間并且行B的像素對106具有短曝光時間。然后，通過采用上述左右像素混合靜止圖像模式的讀出程序，例如從(Gla+G2a)的像素對106獲得高敏感性信號，并且從在45度斜向方向上毗連(Gla+G2a)的像素對106的(G2b+G3b)的像素對106獲得低敏感性信號。因此，因為在45度斜向方向上毗連的一對像素對106中的一個旨在用于高敏感性并且另一個旨在用于低敏感性，所以傳統(tǒng)EXR的動態(tài)范圍模式得以實行。
[0190]接著，當(dāng)選擇2D活動圖像模式時，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17在與在第一實施例中相同的程序中(見圖9的時序圖)使得每一個樣本保持電容器73保持行A的第一和第二像素21和22的噪聲降低的信號電壓(在FD42中混合的信號電壓)。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15在與在上述高動態(tài)范圍靜止圖像模式中相同的程序中讀出行A的第一和第二像素21和22的信號電壓，并且重復(fù)這個程序直至最后一行允許讀出一屏的信號。通過順次地重復(fù)獲得一屏的信號，獲得了 二維活動圖像數(shù)據(jù)。
[0191]而且，在2D活動圖像模式中，第一像素讀出信號和第二像素讀出信號分別被同時地輸入到第N和第(N+1)第一像素讀出線信號供應(yīng)線57以及第N和第(N+1)第二像素讀出線信號供應(yīng)線58。因此，可以在垂直信號線108中混合在45度斜向方向上毗連的每一個像素對106的第一和第二像素21和22的信號。
[0192]接著，當(dāng)選擇3D活動圖像模式時，圖像傳感器驅(qū)動部15和控制部17在與在第一實施例相同的程序中(見圖10的時序圖)使得每一個樣本保持電容器73保持第一行的每一個第一像素21的噪聲降低的信號電壓。在這之后，圖像傳感器驅(qū)動部15在與在上述高動態(tài)范圍靜止圖像模式中相同的程序中讀出第一行的每一個第一像素21的信號電壓。
[0193]在完成從第一行的每一個第一像素21讀出信號之后，圖像傳感器驅(qū)動部15在相同的程序中從第一行的每一個第二像素22讀出信號。重復(fù)這個程序直至最后一行以獲得一屏的信號，并且獲得一屏的信號被進一步重復(fù)。因此，獲得了由每一個第一像素21獲得的用于活動圖像的成像信號和由每一個第二像素22獲得的用于活動圖像的成像信號，并且產(chǎn)生了三維活動圖像數(shù)據(jù)。
[0194]而且，在3D活動圖像模式中，當(dāng)在TO20中積聚的信號電荷被讀出到FD42時，第一像素讀出信號被同時地輸入到第N第一像素讀出線信號供應(yīng)線57和第(N+1)第一像素讀出線信號供應(yīng)線57。因此，可以在垂直信號線108中混合在45度斜向方向上毗連的像素對106的每一個第一像素21的信號電荷。以類似的方式，因為第二像素讀出信號被同時地輸入到第N第二像素讀出線信號供應(yīng)線58和第(N+1)第二像素讀出線信號供應(yīng)線58，所以在垂直信號線108中混合在45度斜向方向上毗連的像素對106的每一個第二像素22的信號電荷。
[0195]在每一個以上實施例中，第一和第二像素21和22的TO20的光屏蔽膜的開口區(qū)域20a大致以矩形的形狀形成。因此，當(dāng)從正交于成像表面14a的方向觀察時，開口區(qū)域20a在與微透鏡23的中心相對的一側(cè)上的端部從微透鏡23的外廓延伸出去，并且端部的兩個角部處于毗連的像素對25的顏色濾光器24的一個部分中。在毗連的像素對25的顏色濾光器24具有不同的顏色的情形中，這個結(jié)構(gòu)可以引起顏色混合。因此，優(yōu)選的是H)的光屏蔽膜的開口區(qū)域并不從微透鏡23的外廓延伸出去。例如，如在圖13中所示，其中矩形的兩個角部被切除的大致六邊形形狀的開口區(qū)域121a被設(shè)立在像素對120中的TO121的光屏蔽膜中。
[0196]而且，根據(jù)開口區(qū)域121a的結(jié)構(gòu)，曝光區(qū)域小于Η)20的開口區(qū)域20a的結(jié)構(gòu)的曝光區(qū)域，從而第一和第二像素21和22的敏感性可能劣化。因此，如在像素對122的TO123的屏蔽膜中具有開口區(qū)域123a的圖14中所示，進一步優(yōu)選的是使得開口區(qū)域123a的端部盡可能靠近微透鏡23的中心。由微透鏡23會聚的光的數(shù)量(照度)在中央部分中更大。因此，正如開口區(qū)域123a那樣，使得屏蔽膜的開口區(qū)域靠近中心能夠防止第一和第二像素21和22的敏感性劣化。
[0197]ro的光屏蔽膜的開口區(qū)域的形狀不限于如上所述的六邊形，并且可以是任意的，只要該形狀并不從微透鏡23的外廓延伸出去。注意，正確地說，促進光的入射的ro的形狀不是在半導(dǎo)體基板中形成的p-n結(jié)的光電轉(zhuǎn)換器的形狀，而是在覆蓋半導(dǎo)體基板的表面的光屏蔽膜中形成的開口的形狀。
[0198]在每一個以上實施例中設(shè)立了大致半球形形狀的微透鏡23，但是不限于此，如在圖15中所示，具有大致正方形外廓的凸形彎曲形狀的微透鏡125可以被設(shè)立在像素對124中。半球形透鏡被以使得能夠布置像素對124，換言之，使得微透鏡125的底表面幾乎是具有長度為2α的對角線的正方形的形狀的這種尺寸在微透鏡125中呈方形。因此，微透鏡125具有大于半球形透鏡的區(qū)域，并且因此第一和第二像素21和22的敏感性增加。相應(yīng)地，當(dāng)TO123的光屏蔽膜的開口區(qū)域123a被形成為并不從微透鏡125的外廓延伸出去時，微透鏡125是特別地有效的。[0199]而且，如在圖16中所示，半橢球微透鏡131可以被設(shè)立在像素對130中。微透鏡131的底表面被形成為具有2 α的長軸和稍大于α的短軸的橢圓的形狀。微透鏡131被如此配置，使得它的光軸大致與像素對130的中心一致。因此，微透鏡131在短軸一側(cè)上的頂點部分突出到在微透鏡131之上或者下面在微透鏡131自身和在垂直方向上毗連的一對微透鏡131之間留出的空間中。
[0200]像素對130的顏色濾光器132被大致形成為外接如上所述被以橢圓形形狀形成的微透鏡131的底表面的六邊形的形狀。類似這樣地形成顏色濾光器132使得可以不留出任何空間地在成像表面中整齊地布置顏色濾光器132。
[0201]這里，當(dāng)α代表像素的一側(cè)的長度并且像素對130的中心PO被設(shè)定為原點時，最靠近在垂直方向上相互鄰接的每一個微透鏡131的部分Ρ1、Ρ2、Ρ3和Ρ4的坐標(biāo)是Ρ1=(α /2, α/2)、Ρ2=(α/2，-α/2)、Ρ3=(_α/2，α/2)，和 Ρ4= (-α/2，- α/2)。這四個點Pl到Ρ4中的每一個還是在微透鏡131和顏色濾光器132之間的接觸點。注意，每一個微透鏡131具有在圖16中具有銳利頂點的六邊形形狀，但是在實際制造中頂點(角部)是被圓化的。
[0202]根據(jù)半球形微透鏡23和大致矩形的顏色濾光器24，從微透鏡23的外廓延伸出去的，相對大的邊際區(qū)域在顏色濾光器24的四個角部中形成，并且憂慮在這些邊際區(qū)域上傾斜地入射的光引起顏色混合。相反，根據(jù)上述微透鏡131和顏色濾光器132，因為顏色濾光器132被形成為更加接近圓狀的六邊形的形狀，所以與微透鏡23和顏色濾光器24的結(jié)構(gòu)相比較，邊際的尺寸變小，并且因此防止了顏色混合的發(fā)生。
[0203]此外，與以半球形形狀形成的微透鏡23的區(qū)域所具有的相比，以半橢球形狀形成的微透鏡131具有與第一和第二像素21和22交迭的更大的區(qū)域。相應(yīng)地，如在圖16中所示，即便TO133的光屏蔽膜的開口區(qū)域133a以傳統(tǒng)方式被形成為矩形形狀，開口區(qū)域133a也不從微透鏡131延伸出去，從而防止了第一和第二像素21和22的敏感性的劣化。
[0204]而且，水平地長的微透鏡131和顏色濾光器132適合于獲得3D和相差信號。因為像素對130具有1:2的縱橫比，所以以大致1:2設(shè)定在微透鏡131的短軸和長軸之間的比率縮短了從開口區(qū)域133a的端部到微透鏡131的端部的最大長度。因此，由微透鏡131折射的光在開口區(qū)域133a上入射的折射角度是小的并且促使敏感性增加。
[0205]在每一個以上實施例中，僅僅描述了在成像元件光接收區(qū)域中的光學(xué)中心附近的像素的結(jié)構(gòu)。隨著距光學(xué)中心的距離增加，主射線的入射角關(guān)于垂直方向在更大程度上傾斜，從而優(yōu)選的是進一步使用所謂的縮放方法，這是用于校正在微透鏡、顏色濾光器，和ro的光屏蔽膜的開口區(qū)域之間的位置關(guān)系的方案。更加具體地，縮放方向和尺寸明顯地對于上述微透鏡的偏心數(shù)量和方向具有影響，并且可以基于縮放方向和尺寸來校正微透鏡和顏色濾光器這兩者或者中的一個的偏心數(shù)量和方向。
[0206]在每一個以上實施例中，⑶S電路53降低每一個像素的固定樣式噪聲，但是不限于此，固定樣式噪聲的降低可以由列ADC(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)等執(zhí)行。
[0207]每一個以上實施例示出本發(fā)明應(yīng)用于一般的CMOS圖像傳感器的一個示例，但是不限于此，本發(fā)明可以被應(yīng)用于另一種類型的固態(tài)成像元件。特別地，后表面曝光型CMOS圖像傳感器能夠具有大的開口區(qū)域，并且能夠通過在防止敏感性劣化的情況下增加從微透鏡23和顏色濾光器24到第一和第二像素21和22的TO20的距離而關(guān)于焦點增加圖像的移位數(shù)量或者窄化視差角度。因此，將本發(fā)明應(yīng)用于后表面曝光型CMOS圖像傳感器適合于相差性質(zhì)的優(yōu)化。
[0208]在每一個以上實施例中，信號被順次地從第一行(行A)到最后一行讀出。然而，在讀出成像屏幕的一個部分的情形中，在將成像屏幕的中間行視為第一行時讀出信號。在這個意義上，第一行和最后一行并不具有物理位置關(guān)系而是具有相對位置關(guān)系。
[0209]附圖標(biāo)記的說明
[0210]10成像裝置
[0211]14 CMOS圖像傳感器
[0212]14a成像表面
[0213]15圖像傳感器驅(qū)動部
[0214]17控制部
[0215]20 PD
[0216]21第一像素
[0217]22第二像素
[0218]23微透鏡
[0219]24顏色濾光器
[0220]25像素對
[0221]26像素行
[0222]40第一像素讀出晶體管
[0223]41第二像素讀出晶體管
[0224]42 FD
[0225]43重置晶體管
[0226]44放大器晶體管
[0227]45行選擇晶體管
[0228]50垂直信號線
[0229]51水平信號線
[0230]54列選擇晶體管
[0231]57第一像素讀出線信號供應(yīng)線
[0232]58第二像素讀出線信號供應(yīng)線
[0233]59重置線
[0234]60行選擇線
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)成像元件，其特征在于包括: 成像部，所述成像部包括多個像素對，每一個像素對具有第一像素和第二像素、以及微透鏡，所述第一像素和第二像素被配置成在水平方向上相互鄰接，用于將入射光轉(zhuǎn)換成用于信號積聚的電子電荷，所述微透鏡用于將光會聚到所述第一像素和第二像素，所述成像部具有多個像素行的布置，每一個像素行由在所述水平方向上布置的多個所述像素對構(gòu)成，所述像素行被布置在垂直方向上，使得所述第一像素和所述第二像素在所述垂直方向上相互鄰接； 第一像素讀出部，所述第一像素讀出部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于讀出在所述第一像素中積聚的信號電荷； 第二像素讀出部，所述第二像素讀出部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于讀出在所述第二像素中積聚的信號電荷； 多個第一像素讀出線信號供應(yīng)線，用于向每一個所述第一像素讀出部供應(yīng)第一像素讀出信號，所述第一像素讀出信號用于從所述第一像素讀出所述信號電荷； 多個第二像素讀出線信號供應(yīng)線，用于向每一個所述第二像素讀出部供應(yīng)第二像素讀出信號，所述第二像素讀出信號用于從所述第二像素讀出所述信號電荷； 電子電荷積聚器，所述電子電荷積聚器被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于暫時地積聚從所述第一像素和所述第二像素讀出的所述信號電荷； 重置部，所述重置部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于將在所述電子電荷積聚器中積聚的所述信號電荷重置到預(yù)定電子電位； 多個重置線，用于向每一個所述重置部供應(yīng)重置信號，所述重置信號用于將所述電子電荷積聚器重置到所述預(yù)定電子電位； 放大器，所述放大器被設(shè)立在每·一個所述像素對中，用于放大在所述電子電荷積聚器中積聚的所述信號電荷并且將所述信號電荷輸出為信號電壓； 行選擇部，所述行選擇部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于選擇要被轉(zhuǎn)移的所述信號電壓所來自的一個或者多個所述像素行； 多個行選擇線，用于向每一個所述行選擇部供應(yīng)行選擇信號； 多個垂直信號線，所述多個垂直信號線沿著所述垂直方向形成，并且被設(shè)立在所述垂直方向上每預(yù)定數(shù)目的列，用于在所述垂直方向上從由所述行選擇部選擇的所述行轉(zhuǎn)移所述信號電壓； 水平信號線，用于在所述水平方向上從每一個所述垂直信號線轉(zhuǎn)移所述信號電壓；和列選擇部，所述列選擇部被設(shè)立成對應(yīng)于每一個所述垂直信號線，用于選擇一個或者多個列，在所述一個或者多個列中所述信號電壓將被從每一個所述垂直信號線轉(zhuǎn)移到所述水平號線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件，其特征在于，所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線和所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線在位于所述垂直方向上毗連的所述像素行之間、在所述垂直方向上被交替地配置，從而在所述垂直方向上毗連的兩個所述像素行之間被共享。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件，其特征在于，所述像素對具有一個顏色濾光器，所述一個顏色濾光器用于僅透射由所述微透鏡會聚的所述光之中的預(yù)定顏色的光； 所述顏色濾光器是下述中的一個:用于透射紅色光的紅色顏色濾光器、用于透射綠色光的綠色顏色濾光器、和用于透射藍色光的藍色顏色濾光器； 濾光器集合由在所述垂直方向上相鄰地配置的兩個所述綠色顏色濾光器、和與所述兩個綠色顏色濾光器毗連并且在所述水平方向上相鄰地配置的一個所述紅色顏色濾光器和一個所述藍色顏色濾光器構(gòu)成；以及 所述濾光器集合彼此相鄰地布置在所述水平方向和所述垂直方向上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像元件，其特征在于，每一個所述垂直信號線被設(shè)立在所述垂直方向上布置的每一個所述像素對的每列處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件，其特征在于，所述像素對具有一個顏色濾光器，所述一個顏色濾光器用于僅透射由所述微透鏡會聚的所述光之中的預(yù)定顏色的光； 所述顏色濾光器是下述中的一個:用于透射紅色光的紅色顏色濾光器、用于透射綠色光的綠色顏色濾光器、和用于透射藍色光的藍色顏色濾光器； 第一濾光器集合由在45度斜向方向上相鄰地配置的兩個所述綠色顏色濾光器和與每一個所述綠色顏色濾光器毗連并且在所述45度斜向方向上彼此相鄰地配置的兩個所述紅色顏色濾光器構(gòu)成； 通過用所述藍色顏色濾光器替代所述第一濾光器集合的每一個所述紅色顏色濾光器，來構(gòu)造第二濾光器集合；以及 所述第一濾光器集合和第二濾光器集合被布置成交錯樣式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像元件，其特征在于，所述垂直信號線中的每一個被設(shè)立在所述像素對的每兩列處，并且在所述45度斜向方向上毗連并且具有相同顏色的所述顏色濾光器的所述像素對中的一對的輸出被連接到每一個所述垂直信號線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件，其特征在于，在光電轉(zhuǎn)換器之上的光屏蔽膜的開口區(qū)域具有的形狀沒有從所述微透鏡的外廓延伸出去。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件，其特征在于，所述微透鏡具有半橢球形狀，所述半橢球形狀具有長軸，所述長軸具有與所述像素對在所述水平方向上的寬度基本相同的長度，并且所述微透鏡的光軸基本與所述像素對的中心一致。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像元件，其特征在于，所述像素對僅透射由所述微透鏡會聚的所述光之中的預(yù)定顏色的光，并且具有外接所述微透鏡的底表面的基本六邊形形狀的顏色濾光器。
10.一種固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法,所述固態(tài)成像元件包括: 成像部，所述成像部包括多個像素對，每一個像素對具有第一像素和第二像素、以及微透鏡，所述第一像素和第二像素被配置成在水平方向上相互鄰接，用于將入射光轉(zhuǎn)換成用于信號積聚的電子電荷，所述微透鏡用于將光會聚到所述第一像素和第二像素，所述成像部具有多個像素行的布置，每一個像素行由在所述水平方向上布置的多個所述像素對構(gòu)成，所述像素行被布置在垂直方向上，使得所述第一像素和所述第二像素在所述垂直方向上相互鄰接； 第一像素讀出部，所述第一像素讀出部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于讀出在所述第一像素中積聚的信號電荷； 第二像素讀出部，所述第二像素讀出部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于讀出在所述第二像素中積聚的信號電荷；多個第一像素讀出線信號供應(yīng)線，用于向每一個所述第一像素讀出部供應(yīng)第一像素讀出信號，所述第一像素讀出信號用于從所述第一像素讀出所述信號電荷； 多個第二像素讀出線信號供應(yīng)線，用于向每一個所述第二像素讀出部供應(yīng)第二像素讀出信號，所述第二像素讀出信號用于從所述第二像素讀出所述信號電荷； 電子電荷積聚器，所述電子電荷積聚器被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于暫時地積聚從所述第一像素和所述第二像素讀出的所述信號電荷； 重置部，所述重置部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于將在所述電子電荷積聚器中積聚的所述信號電荷重置到預(yù)定電子電位； 多個重置線，用于向每一個所述重置部供應(yīng)重置信號，所述重置信號用于將所述電子電荷積聚器重置到所述預(yù)定電子電位； 放大器，所述放大器被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于放大在所述電子電荷積聚器中積聚的所述信號電荷并且將所述信號電荷輸出為信號電壓； 行選擇部，所述行選擇部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于選擇要被轉(zhuǎn)移的所述信號電壓所來自的一個或者多個所述像素行； 多個行選擇線，用于向每一個所述行選擇部供應(yīng)行選擇信號； 多個垂直信號線，所述多個垂直信號線沿著所述垂直方向形成，并且被設(shè)立在所述垂直方向上每預(yù)定數(shù)目的列，用于在所述垂直方向上從由所述行選擇部選擇的所述行轉(zhuǎn)移所述信號電壓； 水平信號線，用于在所述水平方向上從每一個所述垂直信號線轉(zhuǎn)移所述信號電壓；和列選擇部，所述列選擇部被設(shè)立成對應(yīng)于每一個所述垂直信號線，用于選擇一個或者多個列，在所述一個或者多個列中所述信號電壓將被從每一個所述垂直信號線轉(zhuǎn)移到所述水平信號線， 所述驅(qū)動方法的特征在于包括: (A)使得所述成像部曝光的步驟； (B)通過以下操作來讀出第N行(N是任意整數(shù))的所述第一像素和第二像素的所述信號電壓的步驟:向所述成像部的所述第N行的所述行選擇線輸入所述行選擇信號；向所述成像部的所述第N行的所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第一像素讀出信號；向所述成像部的所述第N行的所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第二像素讀出信號；以及，將被讀出到每一個所述垂直信號線的與所述第N行相對應(yīng)的所述信號電壓順次地轉(zhuǎn)移到所述水平信號線；一級建造師 (C)通過從第一行到最后一行地重復(fù)所述(A)步驟和所述(B)步驟，來讀出一屏的所述信號電壓的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的所述固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，當(dāng)進行所述曝光時，通過將所述第一像素讀出信號的輸入定時移位到所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線并且將所述第二像素讀出信號的輸入定時移位到所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線，在所述第一像素和所述第二像素之間曝光時間不同。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的所述固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，當(dāng)進行所述曝光時，通過同時地向所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第一像素讀出信號和向所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第二像素讀出信號，在所述第一像素和所述第二像素之間曝光時間基本相等。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的所述固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，當(dāng)執(zhí)行所述第N行的讀出時，通過向所述第N行的所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第一像素讀出信號，來讀出在所述第N行的每一個所述第一像素中積聚的、在所述曝光之后的所述信號電荷，以及然后通過向所述第N行的所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第二像素讀出信號，來讀出在所述第N行的每一個所述第二像素中積聚的、在所述曝光之后的所述信號電荷。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的所述固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，當(dāng)執(zhí)行所述第N行的讀出時，通過同時地向所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第一像素讀出信號和向所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第二像素讀出信號，來將在所述第一像素中積聚的所述信號電荷和在所述第二像素中積聚的所述信號電荷同時地讀出到所述電子電荷積聚器，以在所述電子電荷積聚器中混合所述信號電荷。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的所述固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，所述像素對具有一個顏色濾光器，所述一個顏色濾光器用于僅透射由所述微透鏡會聚的所述光之中的預(yù)定顏色的光； 所述顏色濾光器是下述中的一個:用于透射紅色光的紅色顏色濾光器、用于透射綠色光的綠色顏色濾光器、和用于透射藍色光的藍色顏色濾光器； 第一濾光器集合由在45度斜向方向上相鄰地配置的兩個所述綠色顏色濾光器和與每一個所述綠色顏色濾光器毗連并且在所述45度斜向方向上彼此相鄰地配置的兩個所述紅色顏色濾光器構(gòu)成； 通過用所述藍色顏色濾光器替代所述第一濾光器集合的每一個所述紅色顏色濾光器，來構(gòu)造第二濾光器集合；` 所述第一濾光器集合和第二濾光器集合被布置成交錯樣式；以及 在所述垂直方向上，將長曝光時間和短曝光時間交替地分配到每隔一個像素行，并且通過在讀出所述一行時在所述電子電荷積聚器中執(zhí)行所述信號電荷的所述混合，在所述45度斜向方向上毗連的所述像素對的一對中一個旨在用于高敏感性，并且另一個旨在用于低敏感性。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的所述固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，當(dāng)執(zhí)行所述第N行的讀出時，通過同時地向包括毗連行的多行的所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第一像素讀出信號，來在所述垂直信號線中混合在所述垂直方向上毗連的多個所述像素對的每一個所述第一像素中積聚的所述信號電荷，以及通過同時地向多行的所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第二像素讀出信號，來在所述垂直信號線中混合在所述垂直方向上毗連的多個所述像素對的每一個所述第二像素中積聚的所述信號電荷。
17.一種成像裝置，其特征在于包括: 固態(tài)成像元件，所述固態(tài)成像元件包括: 成像部，所述成像部包括多個像素對，每一個像素對具有第一像素和第二像素、以及微透鏡，所述第一像素和第二像素被配置成在水平方向上相互鄰接，用于將入射光轉(zhuǎn)換成用于信號積聚的電子電荷，所述微透鏡用于將光會聚到所述第一像素和第二像素，所述成像部具有多個像素行的布置，每一個像素行由在所述水平方向上布置的多個所述像素對構(gòu)成，所述像素行被布置在垂直方向上，使得所述第一像素和所述第二像素在所述垂直方向上相互鄰接； 第一像素讀出部，所述第一像素讀出部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于讀出在所述第一像素中積聚的信號電荷； 第二像素讀出部，所述第二像素讀出部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于讀出在所述第二像素中積聚的信號電荷； 多個第一像素讀出線信號供應(yīng)線，用于向每一個所述第一像素讀出部供應(yīng)第一像素讀出信號，所述第一像素讀出信號用于從所述第一像素讀出所述信號電荷； 多個第二像素讀出線信號供應(yīng)線，用于向每一個所述第二像素讀出部供應(yīng)第二像素讀出信號，所述第二像素讀出信號用于從所述第二像素讀出所述信號電荷； 電子電荷積聚器，所述電子電荷積聚器被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于暫時地積聚從所述第一像素和所述第二像素讀出的所述信號電荷； 重置部，所述重置部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于將在所述電子電荷積聚器中積聚的所述信號電荷重置到預(yù)定電子電位； 多個重置線，用于向每一個所述重置部供應(yīng)重置信號，所述重置信號用于將所述電子電荷積聚器重置到所述預(yù)定電子電位； 放大器，所述放大器被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于放大在所述電子電荷積聚器中積聚的所述信號電荷并且將所述信號電荷輸出為信號電壓； 行選擇部，所述行選擇部被設(shè)立在每一個所述像素對中，用于選擇要被轉(zhuǎn)移的所述信號電壓所來自的一個或者多個所述像素行； 多個行選擇線，用于向每一個所述行選擇部供應(yīng)行選擇信號； 多個垂直信號線，所述多個垂直信號線沿著所述垂直方向形成，并且被設(shè)立在所述垂直方向上每預(yù)定數(shù)目的列，用于在所述垂直方向上從由所述行選擇部選擇的所述行轉(zhuǎn)移所述信號電壓； 水平信號線，用于在所述水平方向上從每一個所述垂直信號線轉(zhuǎn)移所述信號電壓；和列選擇部，所述列選擇部被設(shè)立成對應(yīng)于每一個所述垂直信號線，用于選擇一個或者多個列，在所述一個或者多個列中所述信號電壓將被從每一個所述垂直信號線轉(zhuǎn)移到所述水平信號線；以及 驅(qū)動控制部，用于驅(qū)動所述固態(tài)成像元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的成像裝置，其特征在于，所述驅(qū)動控制部具有第一驅(qū)動模式，在所述第一驅(qū)動模式中，當(dāng)進行所述成像部的曝光時，通過將所述第一像素讀出信號的輸入定時移位到所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線并且將所述第二像素讀出信號的輸入定時移位到所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線，在所述第一像素和所述第二像素之間曝光時間不同。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的成像裝置，其特征在于，所述驅(qū)動控制部具有第二驅(qū)動模式，在所述第二驅(qū)動模式中，當(dāng)進行所述成像部的曝光時，通過同時地向所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第一像素讀出信號和向所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第二像素讀出信號，在所述第一像素和所述第二像素之間曝光時間是基本相等的。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的成像裝置，其特征在于，當(dāng)讀出在第N行(N是任意整數(shù))的所述第一像素和第二像素中積聚的所述信號電壓時， 通過向所述第N行的所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第一像素讀出信號，來讀出在所述第N行的每一個所述第一像素中積聚的、在曝光之后的所述信號電荷，以及然后通過向所述第N行的所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第二像素讀出信號，來讀出在所述第N行的每一個所述第二像素中積聚的、在所述曝光之后的所述信號電荷。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的成像裝置，其特征在于，所述驅(qū)動控制部具有第三驅(qū)動模式，在所述第三驅(qū)動模式中，當(dāng)讀出在所述第一和第二像素中積聚的所述信號電荷時，通過同時地向所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第一像素讀出信號和向所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第二像素讀出信號，來將在所述第一像素中積聚的所述信號電荷和在所述第二像素中積聚的所述信號電荷同時地讀出到所述電子電荷積聚器，從而在所述電子電荷積聚器中混合所述信號電荷。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的成像裝置，其特征在于，所述像素對具有一個顏色濾光器，所述一個顏色濾光器用于僅透射由所述微透鏡會聚的所述光之中的預(yù)定顏色的光； 所述顏色濾光器是下述中的一個:用于透射紅色光的紅色顏色濾光器、用于透射綠色光的綠色顏色濾光器、和用于透射藍色光的藍色顏色濾光器； 第一濾光器集合由在45度斜向方向上相鄰地配置的兩個所述綠色顏色濾光器和與每一個所述綠色顏色濾光器毗連并且在所述45度斜向方向上彼此相鄰地配置的兩個所述紅色顏色濾光器構(gòu)成； 通過用所述藍色顏色濾光器替代所述第一濾光器集合的每一個所述紅色顏色濾光器，來構(gòu)造第二濾光器集合； 所述第一濾光器集合和第二濾光器集合被布置成交錯樣式；以及 所述驅(qū)動控制部在所述垂直方向上將長曝光時間和短曝光時間交替地分配到每隔一個像素行，并且通過采用在讀出所述一行時在所述電子電荷積聚器中混合所述信號電荷的所述模式，在所述45度斜向方向上毗連的所述像素對的一對中的一個旨在用于高敏感性，并且另一個旨在用于低敏感性。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的成像裝置，其特征在于，當(dāng)讀出在所述第一像素和第二像素中積聚的所述信號電荷時，所述驅(qū)動控制部通過同時地向多行的所述第一像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第一像素讀出信號，來在所述垂直信號線中混合在所述垂直方向上毗連的多個所述像素對的每一個所述第一像素中積聚的所述信號電荷，并且通過同時地向多行的所述第二像素讀出線信號供應(yīng)線輸入所述第二像素讀出信號，來在所述垂直信號線中混合在所述垂直方向上毗連的多個所述像素對的每一個所述第二像素中積聚的所述信號電荷。
【文檔編號】H04N5/374GK103548335SQ201280023450
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月31日
【發(fā)明者】沖川滿, 河合智行, 巖崎洋一, 小田和也 申請人:富士膠片株式會社