CN102656879A - 摄像设备和图像传感器 - Google Patents

Abstract

一种摄像设备，其能够在无需增大电路规模的情况下拍摄无失真的运动图像。图像传感器具有像素，其中，各像素包括生成与入射光相对应的电荷的光电转换部、储存所述电荷的电荷储存部和输出与所述电荷相对应的电压的输出部。所述像素包括具有电荷保持部的第一类型像素和不具有所述电荷保持部的第二类型像素，所述电荷保持部在所述电荷传送至所述电荷储存部之前暂时保持所述电荷。设置单元设置模式。控制单元进行控制，以在运动图像拍摄模式下生成与来自所述第一类型像素的输出电压相对应的图像，并且在静止图像拍摄模式下生成与来自所述第一类型像素和所述第二类型像素的输出电压相对应的图像。

Description

摄像设备和图像传感器

技术领域

本发明涉及一种摄像设备和图像传感器。本发明尤其涉及一种在拍摄运动图像时提供没有失真等的图像质量劣化的运动图像的摄像设备和该摄像设备所适用的图像传感器。

背景技术

近年来，诸如数字单镜头反光照相机等的许多摄像设备采用使用CMOS(互补金属氧化物半导体)的图像传感器(以下称为CMOS传感器)。

CMOS传感器具有二维排列的多个像素。在使用这类CMOS传感器的摄像光学系统中，例如，可以使用机械快门作为机械遮光构件来控制曝光时间。

在拍摄静止图像时，机械快门对像素遮光，并且在遮光条件下复位所有像素。然后，机械快门开放以曝光CMOS传感器，从而取得适当曝光。在经过预定时间之后，机械快门闭合，然后，读取信号以获得静止图像。

然而，机械快门的驱动速度(即快门速度)受限。因此，为了提高快门速度，通常代替机械快门而使用电子快门。

现说明电子快门的操作的例子。应该注意，在使用电子快门时，开放机械快门以使得始终曝光CMOS传感器。

首先，对于各像素或者每一行的像素，执行用于清除各像素中所储存的不必要的电荷的扫描，即复位扫描。然后，对于各像素或者每一行的像素，当经过预定时间时，执行用于读取所储存的电荷的扫描。这样实现电子快门的功能。以下将这类电子快门称为“卷帘电子快门”。

图11是示意性示出使用传统CMOS传感器的摄像单元的结构的例子的图。通过X-Y地址扫描方法扫描所关心的CMOS传感器。摄像设备具有该图所示的摄像单元。图12是示出图11所示CMOS传感器的各像素的电路结构的例子的图。图12示出图11所示像素中的一个像素。

应该注意，为了简化说明，图11示出具有三行×三列(3×3矩阵)排列的9个像素1104a的CMOS传感器。然而，实际的CMOS传感器具有二维排列的数量极大的像素(例如，数百万个像素)。

在图11中，使用该图所示的CMOS传感器的摄像单元设置有垂直移位寄存器(垂直扫描电路)1101、读出电路1102和1110、水平移位寄存器(水平扫描电路)1106和1109、输出放大器1105和1111、像素单元1104、恒流源1107a～1107c、以及选择开关1103a～1103c。而且，像素单元1104设置有3行×3列的像素1104a。

如图11所示，在像素单元1104中，将信号输出线1108a连接至第一列上的三个像素1104a，并且将信号输出线1108b连接至第二列上的三个像素1104a。类似地，将信号输出线1108c连接至第三列上的三个像素1104a。

恒流源1107a～1107c分别与这些信号输出线1108a～1108c连接。信号输出线1108a和1108c与读出电路1102连接。信号输出线1108b与读出电路1110连接。

如图11所示，读出电路1102经由选择开关1103a和1103c连接至输出放大器1105，并且读出电路1110经由选择开关1103b连接至输出放大器1111。而且，通过水平移位寄存器1106控制选择开关1103a和1103c，并且通过水平移位寄存器1109控制选择开关1103b。

上述垂直移位寄存器1101向像素单元1104给出传送脉冲信号PTX、复位脉冲信号PRES和选择脉冲信号PSEL。因此，像素单元1104将电荷作为电压输出，如后面所述。

应该注意，这里将通过第一行的像素1104a所定义的扫描线称为第一扫描线。也就是说，将通过第n行(n是等于或大于1的整数，在所示例子中，n＝1、2或3)的像素1104a所定义的扫描线称为第n扫描线。

将垂直移位寄存器1101施加给第n扫描线的传送脉冲信号、复位脉冲信号和选择脉冲信号分别表示为PTX(n)、PRES(n)和PSEL(n)。

在图12中，像素1104a具有光电二极管(PD)1201、传送开关1202、复位开关1203、存储区域(浮动扩散：FD)1204、MOS放大器1205和选择开关1206。

通过PD 1201将入射至像素1104a的入射光转换成电荷。而且，传送脉冲信号PTX接通传送开关1202，并且将通过PD 1201转换的电荷传送给FD 1204。另一方面，复位脉冲信号PRES接通复位开关1203，并且清除FD 1204中储存的电荷。MOS放大器1205是发挥源极跟随器功能的放大器。通过选择脉冲信号PSEL来接通选择开关1206，并且选择开关1206选择从中读取所储存的电荷的像素。

所谓的浮动扩散放大器包括FD 1204、MOS放大器1205以及后述的恒流源1107a～1107c。如上所述，通过由选择开关1206选择的像素的PD 1201所转换的电荷作为MOS放大器1205的输出电压出现在信号输出线1207上。

应该注意，图12所示的信号输出线1207示出图11所示信号输出线1108a～1108c中的任一个。

恒流源1107a～1107c分别成为MOS放大器1205的负载，并且将来自第一列上的像素1104a的输出电压给出至读出电路1102。类似地，将来自第三列上的像素1104a的输出电压给出至读出电路1102。将来自第二列上的像素1104a的输出电压给出至读出电路1110。

如上所述，通过水平移位寄存器1106驱动和控制选择开关1103a和1103c。通过选择开关1103a和1103c驱动和控制由读出电路1102读取的输出电压，并且经由输出放大器1105对其进行输出。

通过水平移位寄存器1109驱动和控制选择开关1103b。通过选择开关1103b驱动和控制由读出电路1110读取的输出电压，并且经由输出放大器1111对其进行输出。

图13是示出在图11所示的CMOS摄像单元进行卷帘电子快门操作时的操作序列的图。应该注意，为了简化说明，图13示出对所选择的从第n扫描线～第(n＋3)扫描线这四个行的驱动控制。

首先，在第n扫描线，在时刻t32和时刻t31之间的期间，向CMOS传感器的像素单元1104施加复位脉冲信号PRES(n)和传送脉冲信号PTX(n)。这接通图12所示的传送开关1202和复位开关1203。执行复位操作以清除第n扫描线(第n行)的像素1104a的PD 1201和FD 1204中所储存的不必要的电荷。

然后，在时刻t32，断开传送开关1202，并且开始用于储存在PD 1201中生成的电荷的储存操作。接着，在时刻t34，向像素单元1104施加传送脉冲信号PTX(n)，并且将传送开关1202设置成ON。这使得进行用于将PD 1201的电荷传送至FD 1204的传送操作。

应该注意，在上述传送操作之前，必须断开复位开关1203。在图13所示的驱动控制中，复位开关1203和传送开关1202在时刻t32同时断开。

如上所述，从在时刻t32结束复位操作起到在时刻t35结束传送为止的期间为储存时间。

在完成第n行的像素1104a中所储存的电荷的传送操作之后，向像素单元1104施加选择脉冲信号PSEL(n)。这接通选择开关1206。当选择开关1206接通时，将储存在FD 1204中的电荷转换成电压，并且将该电压作为输出电压输出给读出电路1102和1110。

从时刻t36开始，通过水平移位寄存器1106和1109顺次输出由读出电路1102和1110暂时保持的电压信号。将从在时刻t34开始传送起到在时刻t37结束读出为止的期间定义为T3read，并且将从时刻t31到时刻t33的时期定义为T3wait。

应该注意，在其它扫描线上，从开始传送到结束读出的时期也是T3read，并且从某一扫描线的复位开始到下一扫描线的复位的开始为止的时期也是T3wait。

上述卷帘电子快门的驱动方法使得能够拍摄静止图像。如图13所示，在复位之后，第二次施加传送脉冲信号PTX(n＋3)和选择脉冲信号PSEL(n＋3)。然后，在无需复位的情况下，重复施加传送脉冲信号PTX(n)～PTX(n＋3)和选择脉冲信号PSEL(n)～PSEL(n＋3)。因此，可以获取读出间隔是储存时间Tint的运动图像的信号。

还有所谓的批处理电子快门操作MOS型图像传感器，该图像传感器通过一个操作来执行复位操作和读取操作。图14是示出批处理电子快门操作MOS型图像传感器的操作序列的图。

在图14中，在时刻t41和时刻t42之间同时执行对所有扫描线的复位动作。而且，传送操作也在时刻t43和时刻t44之间同时执行。在批处理电子快门的操作中，对于所有扫描线，储存时间是时刻t42和时刻t44之间的时期(例如，参考PTL 1)。

顺便提及，要求CMOS传感器提高像素数量、拍摄速度和ISO(感光度)。具有大量像素的这类CMOS传感器非常适用于拍摄高清晰度的静止图像。近年来，像素数量超过1千万个像素。

另一方面，拍摄运动图像所需的像素的数量通常约为30万个像素，并且在按照高清TV的全规格时约为2百万个像素，这低于拍摄静止图像所需的像素数量。帧频约为每秒30帧或者每秒60帧。

在使用针对拍摄静止图像所设计的具有大量像素的CMOS传感器拍摄运动图像时，从像素数量和帧频的观点出发，通常进行用于间隔剔除像素的处理或者用于像素相加的处理。

作为用于提高拍摄速度的方法，已知一种用于在与各像素相对应的PD周围配置电荷储存元件(像素储存器)、并且在储存时将电荷储存在这些电荷储存元件中的技术(例如，参考PTL2)。

引用列表

专利文献

PTL 1：日本特开2003-17677(JP2003-17677A)

PTL 2：日本特开2008-42825(JP2008-42825A)

发明内容

技术问题

然而，上述卷帘电子快门的操作方法存在的问题是：在画面的上侧和下侧之间的扫描线的位置，电荷储存定时相差扫描该画面所需的时间。

由于从某一扫描线的复位和传送起到下一扫描线的复位和传送为止的时间T3wait需要长于从传送开始到读取结束的时间T3read，所以发生上述现象。

这是因为，如果时间T3wait短于时间T3read，则在完成当前扫描线的读取操作之前，将下一扫描线的输出电压输出给读出电路。在这种情况下，不能获得正确的图像信息。

因此，传统卷帘电子快门不能高速读出输出电压，尤其当像素数量大时，画面的上部和下部之间的储存定时的偏差变大。

另一方面，批处理电子快门可以统一所有扫描线之间的储存定时。通常，读出噪声信号，然后读出PD中存储的电荷信号。通过从电荷信号减去噪声信号以消除各像素的固有噪声，获得输出电压。这里，噪声信号是对紧接在读取输出电压之前的像素的复位释放信号。

然而，如果同时执行所有扫描线的传送操作以将电荷传送给FD，则不能读取噪声信号。也就是说，不可能抵消噪声，并且所获得的图像将会包含许多随机噪声。

如果与各像素相对应地配置像素储存器，则可以通过像素储存器保持像素信号(即输出电压)。当在读出噪声信号之后读出像素储存器中所保持的像素信号时，通过计算像素信号和噪声信号之间的差，可以获得包含少量噪声的输出电压。

然而，如果与每一像素相对应地整合像素储存器，则电路规模变大，并且与没有像素储存器的情况相比，必须缩小PD部分。因此，与没有像素储存器的情况相比，感光度降低。

本发明提供一种能够在无需增大电路规模的情况下拍摄无失真的运动图像的摄像设备。

此外，本发明提供一种能够拍摄不会损害动态范围的静止图像的摄像设备。

问题的解决方案

因此，本发明提供一种摄像设备，其生成与入射光相对应的图像，包括：图像传感器，通过配置多个像素构成所述图像传感器，其中，各所述像素包括生成与所述入射光相对应的电荷的光电转换部、储存从所述光电转换部所传送的电荷的电荷储存部和输出与储存在所述电荷储存部中的电荷相对应的电压的输出部，所述像素包括具有电荷保持部的第一类型像素和不具有所述电荷保持部的第二类型像素，所述电荷保持部在将通过所述光电转换部所生成的电荷传送至所述电荷储存部之前暂时保持所述电荷；设置单元，用于设置运动图像拍摄模式或静止图像拍摄模式；以及控制单元，用于进行控制，以在所述设置单元设置所述运动图像拍摄模式时，生成与来自所述第一类型像素的输出电压相对应的图像，并且在所述设置单元设置所述静止图像拍摄模式时，生成与来自所述第一类型像素和所述第二类型像素的输出电压相对应的图像。

本发明的有益效果

根据本发明，由于根据用途选择性地使用设置有电荷保持部的第一类型像素和未设置电荷保持部的第二类型像素，所以可以提供一种能够在无需增大电路规模的情况下拍摄无失真的运动图像、并且能够拍摄不会损害动态范围的静止图像的摄像设备。

通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将显而易见。

附图说明

图1是示意性示出根据本发明实施例的摄像设备的结构的框图。

图2是示出图1所示的摄像设备中使用的CMOS传感器的像素配置的例子的图。

图3是示出图2所示的CMOS传感器中的三个像素的像素电路的例子的图。

图4是示意性示出使用图3所示的CMOS传感器的CMOS摄像单元的例子的框图。

图5是示意性示出图1所示的摄像设备在运动图像拍摄模式(动画模式)下的操作的图。

图6是示出在图1所示的摄像设备处于运动图像拍摄模式(动画模式)时与光电二极管的电荷储存有关的操作的例子的时序图。

图7是示出在图1所示的摄像设备处于运动图像拍摄模式时、在将电荷传送给电荷保持部之后的读出操作的例子的时序图。

图8是示出图4所示的读出电路的结构的例子的图。

图9是示出图1所示的摄像设备在静止图像拍摄模式下的操作的图。

图10是示出图1所示的摄像设备在静止图像拍摄模式下的读出操作的例子的时序图。

图11是示意性示出传统CMOS摄像单元的结构的例子的框图。

图12是示出图11所示的CMOS摄像单元中的CMOS传感器的像素电路的例子的图。

图13是示出图11所示的CMOS摄像单元的驱动方法的例子的时序图。

图14是示出图11所示的CMOS摄像单元的驱动方法的另一例子的时序图。

具体实施方式

下面将参考附图说明根据本发明实施例的摄像设备的例子。图1是示意性示出根据本发明实施例的摄像设备的例子的框图。该摄像设备是例如数字单镜头反光照相机。该图所示的摄像设备具有用于拍摄运动图像的运动图像拍摄模式(动画模式)和用于拍摄静止图像的静止图像拍摄模式(静止图像模式)。

在图1中，摄像设备500具有CMOS摄像单元501，后面将说明CMOS摄像单元501的结构，并且CMOS摄像单元501设置有具有多个像素的CMOS传感器(图1未示出)。此外，该图所示的摄像设备500设置有模拟前端(AFE)502、数字前端(DFE)503、存储器电路504、图像处理装置505、控制电路506、操作单元507、显示电路508、存储介质509和时序生成电路510。

CMOS摄像单元501将通过摄像镜头(未示出)所拍摄的图像作为电荷储存。而且，CMOS摄像单元501如后面所述输出与图像相对应的电压信号(输出电压)。

AFE 502放大从CMOS摄像单元501输出的电压信号，调整黑电平(OB箝位)等，并且输出表示图像信号的模拟信号。在黑电平的调整中，AFE 502根据从时序生成电路510输出的OB箝位定时信号和OB箝位目标水平信号，执行黑电平调整处理。

DFE 503将从AFE 502输出的模拟信号转换成数字信号。在这种情况下，DFE 503执行诸如图像信号的校正和像素的交换等的数字处理。一旦从DFE 503接收到了数字信号，则图像处理装置505执行显像处理，并且将其作为图像显示在显示电路508上。

在显像处理中，使用存储器电路504作为工作存储器。当由于连续拍摄而来不及进行显像处理时，使用该存储器电路作为缓冲存储器。

在这种情况下，图像处理装置505在控制电路506的控制下，将图像存储在存储介质509中。应该注意，对于存储介质508，使用例如紧致闪速(Compact Flash，注册商标)存储器。

操作单元507具有用于启动摄像设备500的电源开关(未示出)、快门开关(未示出)等。使用快门开关来指示开始诸如测光处理和测距处理等的摄像准备操作，并且开始如下的一系列摄像操作，包括例如用于处理通过驱动镜和快门从CMOS摄像单元501读取的电压信号的操作和用于将处理后的信号写入存储介质509中的操作。

应该注意，通过操作单元507选择上述运动图像拍摄模式或静止图像拍摄模式。

控制电路506控制摄像设备500，并且根据来自操作单元507的指示向时序生成电路510发送命令。

图2是示出图1所示的摄像设备500使用的CMOS传感器的像素配置的例子的图。

在图2中，所示CMOS传感器100装配有第一类型像素101和第二类型像素102，其中，各第一类型像素101具有电荷保持部103，各第二类型像素102不具有电荷保持部，并且以矩阵形式配置这些像素101和102。各像素设置有用于分别接收在CMOS传感器100上所形成的图像的红色成分(R)、绿色成分(G)和蓝色成分(B)的滤波器。

在所示例子中，每隔两行配置像素101。这里，由于像素101具有电荷储存单元103，所以像素101的光电二极管(PD：光电转换单元(图2中未示出))的大小小于像素102的光电二极管的大小。

图3是示出图2所示CMOS传感器100中的三个像素的像素电路的例子的图。这里，示出与以图2所示的粗线矩形框所包围的三个像素相对应的电路。

在图3中，像素101具有PD 201。PD 201接收通过摄像镜头(未示出)所形成的光图像(入射光)，生成与光图像相对应的电荷，并且储存该电荷。复位开关202根据后面所述的复位脉冲信号PRES1来工作。当在传送开关203处于OFF(即断开)的条件下、复位脉冲信号PRES1(n)升高到高电平(H)时，复位开关202复位储存在PD 201中的电荷(n是1以上的整数)。

上述传送开关203根据传送脉冲信号PTX1(n)来工作。电荷保持部103暂时保持储存在PD 201中并且通过传送开关203来传送的电荷。

像素101的传送开关209根据传送脉冲信号PTX2(n)来工作。通过传送开关209将通过PD 201所储存的电荷或者保持在电荷保持部103中的电荷传送给FD 205。

像素101的复位开关208根据复位脉冲信号PRES2(n)来工作。复位开关208根据FD 205的电位，通过传送开关209将电荷保持部103的电位复位成VDD。

像素101的选择开关207根据选择脉冲信号PSEL(n)来工作。当接通选择开关207时，将与传送至FD 205的电荷相对应的电压从源极跟随器放大器206输出给垂直输出线211。应该注意，根据选择开关207的操作，一次输出一行的像素的输出电压。

这样，像素101设置有电荷保持部103和复位开关202，并且在向垂直输出线211输出输出电压的同时，还通过PD 201执行电荷储存操作。

另一方面，像素102具有PD 210。PD 210接收通过摄像镜头(未示出)所形成的光图像(入射光)，生成与光图像相对应的电荷，并且储存该电荷。通过传送开关209将储存在PD 210中的电荷传送至FD 205。

而且，根据选择开关207的操作，将传送给FD 205的电荷从源极跟随器放大器206作为输出电压输出给垂直输出线211的。应该注意，复位开关208根据FD 205的电位，通过传送开关209将PD 210的电荷(即电位)复位成VDD。

图4是示意性示出使用图2所示的CMOS传感器100的CMOS摄像单元的例子的框图。这里，CMOS传感器100具有3行×3列的像素101和102，将像素101配置在第一行上，并且将像素102配置在其它行上。

在图4中，CMOS摄像单元501设置有垂直移位寄存器(垂直扫描电路)301、读出电路302和310、水平移位寄存器(水平扫描电路)306和309、差分放大器305和311、图像传感器100、恒流源307a～307c、以及由n沟道MOS晶体管构成的选择开关303a～303c和304a～304c。

如图4所示，在CMOS传感器100中，将垂直输出线308a连接至第一列上的三个像素101和102，并且将垂直输出线308b连接至第二列上的三个像素101和102。类似地，将垂直输出线308c连接至第三列上的三个像素101和102。

将恒流源307a～307c分别连接至这些垂直输出线308a～308c。将垂直输出线308a和308c连接至读出电路302。将垂直输出线308b连接至读出电路310。应该注意，图3所示的垂直输出线211对应于图4所示的垂直输出线307a、307b和307c。

如图4所示，通过选择开关303a、304a、303c和304c将读出电路302连接至差分放大器305。此外，通过选择开关303b和304b将读出电路310连接至差分放大器311。

通过从水平移位寄存器306输出的选择脉冲信号Ph1和Ph3控制选择开关303a、304a、303c和304c。通过从水平移位寄存器309输出的选择脉冲信号Ph2控制选择开关303b和304b。

输出垂直移位寄存器301向CMOS传感器100给出传送脉冲信号PTX1(1)、PTX2(1)、PTX2(2)和PTX2(3)、复位脉冲信号PRES1(1)、PRES2(1)、PRES2(2)和PRES2(3)以及选择脉冲信号PSEL(1)、PSEL(2)和PSEL(3)。

这里，在CMOS传感器100中，将由第一行上的像素101所定义的扫描线称为第一扫描线。也就是说，将由第n行(n是等于或大于1的整数)的像素所定义的扫描线称为第n扫描线。将通过垂直移位寄存器301施加给第n扫描线的传送脉冲信号表示为PTX1(n)和PTX2(n)。以相同方式，将复位脉冲信号表示为PRES1(n)和PRES2(n)，并且将选择脉冲信号表示为PSEL(n)。

在图4所示的CMOS摄像单元501中，像素101和102中的每一个都对应于像素，并且奇数列是第一通道(CH1)，而且偶数列是第二通道(CH2)。

顺便提及，选择开关303a和304a对应于垂直输出线308a。读出电路302分别通过选择开关303a和304a将垂直输出线308中出现的输出电压作为像素信号和噪声信号输出给差分放大器305。

类似地，选择开关303c和304c对应于垂直输出线308c。读出电路302分别通过选择开关303c和304c将垂直输出线308c中出现的输出电压作为像素信号和噪声信号输出给差分放大器305。而且，差分放大器305将像素信号和噪声信号之间的差分作为差分输出信号输出。

选择开关303b和304b对应于垂直输出线308b。读出电路310分别通过选择开关303b和304b将垂直输出线308b中出现的输出电压作为像素信号和噪声信号输出给差分放大器311。而且，差分放大器311将像素信号和噪声信号之间的差分作为差分输出信号输出。

参考图3和图4，假定n＝1来说明信号应用。在像素101中，将从垂直移位寄存器301输出的复位脉冲信号PRES1(1)施加给复位开关202的栅极。此外，在像素101和102中，将从垂直移位寄存器301输出的复位脉冲信号PRES2(1)、PRES2(2)和PRES2(3)分别施加给复位开关208的栅极。

在像素101中，将从垂直移位寄存器301输出的传送脉冲信号PXT1(1)施加给传送开关203的栅极。此外，在像素101和102中，将从垂直移位寄存器301输出的传送脉冲信号PTX2(1)、PTX2(2)和PTX2(3)分别施加给传送开关209的栅极。

此外，在像素101和102中，将从垂直移位寄存器301输出的选择脉冲信号PSEL(1)、PSEL(2)和PSEL(3)分别施加给选择开关207的栅极。而且，将这些选择开关207的源极连接至图3所示的垂直输出线211(对应于图4中的垂直输出线308a、308b和308c)。

接着将说明图1所示的摄像设备在运动图像拍摄模式下的操作。图5是示意性示出图1所示的摄像设备在运动图像拍摄模式下的操作的图。

在图5中，横轴表示时间。纵轴表示图像传感器100中的行的位置。应该注意，该图的上部示出PD的操作，并且下部示出直到在从PD传送电荷之后的读出的操作。

如图5所示，在储存时间Ti进行电荷储存操作。应该注意，在时刻t1通过复位开关202(图3)同时复位配置有像素101的每一行，以使得在图1所示的显示电路508上显示的画面的上部和下部之间、电荷储存时刻不会生成间隙。

参考图3、图4和图5，说明运动图像拍摄模式下的操作。在图4中，CMOS传感器100具有n行×n列的像素，并且在第(3m＋1)行(m是等于或大于0的整数)配置上述具有电荷保持部103的像素101。

在经过储存时间Ti之后，在时刻t2，垂直移位寄存器301通过传送脉冲信号PTX1(n)接通传送开关203。这样，经由传送开关203将电荷从PD 201传送给电荷保持部103。对配置像素101的每一行同时进行电荷传送操作。

在运动图像拍摄模式下，仅使用装配有电荷保持部103的像素101，并且不使用像素102。也就是说，在拍摄运动图像时，每三行间隔剔除像素。因此，垂直移位寄存器301通过复位脉冲信号PRES2(n+1)和PRES2(n+2)(参考图3)来维持像素102的复位开关208的ON状态。

如果像素102的复位开关208未处于ON状态(即复位状态)，则像素102的PD 210储存电荷，这可能出现诸如电荷泄漏至周围像素等的弊端。

从第一行开始顺次进行CMOS传感器100的读出操作。垂直移位寄存器301选择位于第(3m＋1)行上的像素101。也就是说，垂直移位寄存器301逐一选择第一行、第四行、第七行……。

垂直移位寄存器301在所选择的行中将传送脉冲信号PTX2(n)升高成高电平，以接通传送开关209。这样，通过传送开关209将储存在电荷保持部103中的电荷传送至FD 205。而且，顺次从水平方向(即行方向)上所配置的像素101读出信号。在完成某一行的所有像素101的读出操作之后，开始下一行的像素101的读出操作。

接着，垂直移位寄存器301根据要驱动的帧频和储存时间，在时刻t3通过复位脉冲信号PRES1(n)复位PD 201。这样暂时复位PD 201的电荷，并且重新开始储存操作。在运动图像拍摄模式下重复上述读出操作。

图6是示出在图1所示的摄像设备处于运动图像拍摄模式时的光电二极管的电荷储存操作的例子的时序图。图7是示出在图1所示的摄像设备处于运动图像拍摄模式时、在将电荷传送至电荷保持部103之后的读出操作的例子的时序图。

这里，将参考图3和图4以及图6和图7，详细说明图1所示的摄像设备在运动图像拍摄模式下的操作。如上所述，在运动图像拍摄模式下，使用配置像素101的行。在这种情况下，如图6所示，垂直移位寄存器301将复位脉冲信号PRES1(n)升高至高电平，并且接通像素101的复位开关202。这样复位PD 201的电荷。

而且，如图6所示，在想要的时间(预定时间)T经过之后，垂直移位寄存器301将传送脉冲信号PTX1(n)升高至高电平，并且接通像素的传送开关203。这样，通过传送开关203将储存在PD 201中的电荷传送至电荷保持部103。

在像素102中，垂直移位寄存器301将复位脉冲信号PRES2(n+1)和PRES2(n+2)升高成高电平，并且接通复位开关208。

在读取操作中，垂直移位寄存器301保持传送脉冲信号PTX1(n)处于低电平(L)，直到完成读取操作为止。也就是说，断开传送开关203。

图8是示出图4所示的读出电路302的结构例子的图。尽管如虚线所示，为了方便、图8仅示出CMOS传感器100的一个列的一个读出块801，但实际上设置有在数量上等于CMOS传感器100的列的数量的读出块。

例如，所示读出块801对应于图4所示的垂直输出线308a，并且未示出的同样的读出块与图4所示的垂直输出线308c相对应地设置。也就是说，在图4所示的例子中，读出电路302具有两个读出块801。

类似地，图4所示的读出电路310具有与垂直输出线308b相对应的一个读出块801。

如上所述，图4所示的读出电路302包括两个读出块801。垂直输出线308a和308c分别与这两个读出块801的输入端子Vout连接。类似地，图4所示的读出电路310包括一个读出块801。垂直输出线308b与该读出块801的输入端子Vout连接。应该注意，图8仅示出与垂直输出线308a相对应的一个读出块801。

这里将参考图3、图4、图7和图8说明第一行上所配置的像素101的读出操作。

在从电荷保持部103读取电荷之前，垂直移位寄存器301将复位脉冲信号PRE S2(n)升高成高电平。这样将复位开关208的栅极复位成复位电源电压。

如果复位脉冲信号PRES2(n)恢复成低电平，即如果复位开关208的栅极变成低电平，则箝位开关802的栅极电压Pc0r变成高电平，然后，选择脉冲信号PSEL(n)变成高电平。因此，将叠加有复位噪声的复位信号(即噪声信号)输入至输入端子Vout，并且通过箝位电容器C0被箝位。

接着，在箝位开关802的栅极电压Pc0r恢复成低电平之后，噪声信号侧的传送开关803的栅极电压Pctn变成高电平，并且通过噪声保持电容器Ctn保持复位信号。

然后，在像素信号侧的传送开关804的栅极电压Pcts变成高电平之后，传送脉冲信号PTX2(n)变成高电平。也就是说，传送开关209的栅极电压变成高电平。因此，将通过电荷保持部103所保持的电荷传送至源极跟随器放大器206的栅极，并且将其作为输出电压输入至输入端子Vout。

接着，在传送脉冲信号PTX2(n)恢复成低电平之后，即在传送开关209的栅极电压恢复成低电平之后，像素信号侧的传送开关804的栅极电压Pcts变成低电平。因此，通过信号保持电容器Cts读出并保持来自复位信号的变化(光信号)。

根据上述操作，将来自配置在第一行上的像素的输出存储在各个读出块801的信号保持电容器Ctn和Cts中。也就是说，在读出电路302中，将位于第一行/第一列的像素101的输出存储在这两个读出块801的其中一个中，并且将位于第一行/第三列的像素101的输出存储在这两个读出块801中的另一个中。类似地，在读出电路310中，将位于第一行/第二列的像素101的输出存储在读出块801中。

然后，水平移位寄存器306将选择脉冲信号Ph1升高成高电平，并且接通选择开关303a和304a。因此，将通过与垂直输出线308a相对应的读出块801所保持的电荷作为电压给出至差分放大器305，在差分放大器305中通过差分处理对其进行处理，并且将其作为输出电压通过输出端子OUT输出。

然后，水平移位寄存器309将选择脉冲信号Ph2升高成高电平，并且接通选择开关303b和304b。这样，将与垂直输出线308b相对应的读出块801处所保持的电荷作为电压施加给差分放大器311，并且在差分放大器311中进行差分处理，并且将其作为输出电压输出给输出端子OUT。

然后，水平移位寄存器306将选择脉冲信号Ph3升高成高电平，并且接通选择开关303c和304c。因此，将通过与垂直输出线308c相对应的读出块801所保持的电荷作为电压给出至差分放大器305，在差分放大器305中通过差分处理对其进行处理，并且将其作为输出电压通过输出端子OUT输出。

尽管在图4中省略掉了，但是如图8所示，在从读出块801到差分放大器305的输出线上配置复位开关805和806。根据复位脉冲信号Pchres接通/断开这些复位开关805和806。

在CMOS传感器100的各个行的读出操作之间的间隔期间，如图7所示，向复位开关805和806的栅极施加复位脉冲信号Pchres。因此，将图8所示的水平输出电容器Chn和Chs复位成复位电压VCHRN和VCHRS。

如上所述，完成CMOS传感器100的第一行上所配置的像素101的读出操作。此后，如上所述，跳过两个行，然后执行CMOS传感器100的第四行上配置的像素101的读出操作。类似地执行该读出操作，并且完成所有像素101的读出操作。

这里，由于如上所述，在运动图像拍摄模式下，在读出操作中间隔剔除三个行中的两个行，所以当使用原样的输出信号来显示图像时，显示图像的高宽比与在CMOS传感器100上所形成的实际图像的高宽比不一致。因此，图1所示的图像处理装置505执行例如用于计算水平方向上的像素的信号的算术平均数的插值处理来创建运动图像。由于上述操作使得运动图像的各个部分的储存时间能够同步，所以显示电路508能够在上部和下部之间没有失真的情况下来显示图像。

尽管在上述实施例中间隔剔除三个行中的两个行，但是可以在五个行的其中一个上配置具有电荷保持部103的像素101，或者可以间隔剔除五个行中的四个行来获得图像。也就是说，当将CMOS传感器100中的所有行分成各自具有k(k是3以上的奇数)个行的区段时，仅在每一区段的第一行上配置像素101。

总之，在CMOS传感器100的行中通过预定图案所确定的行上配置具有电荷保持部103的像素101。在拍摄运动图像时，间隔剔除除配置具有电荷保持部103的像素101的行以外的行。

接着说明使用具有图2所示的像素配置的CMOS传感器在静止图像拍摄模式下的操作。

图9是用于说明图1所示的摄像设备在静止图像拍摄模式下的操作的图。首先，进行像素的复位操作。例如，通过将复位脉冲信号PRES2(n)、PRES2(n+1)和PRES2(n+2)升高成高电平，一次复位所有行。

然后，控制焦平面快门的第一帘幕和第二帘幕以储存电荷预定时间。通常，快门的帘幕在垂直方向上扫描。在完成电荷储存之后，从第一行开始顺次进行读出操作。应该注意，在拍摄静止图像时，像素101的复位开关202始终处于OFF状态。

作为这一操作的结果，具有电荷保持部103的像素101的操作变得与不具有电荷保持部103的像素102的操作相同。

接着将详细说明上述静止图像拍摄模式下的读出操作。图10是示出图1所示的摄像设备在静止图像拍摄模式下的读出操作的例子的时序图。

将参考图3、图4、图8以及图10说明该操作。在从PD 201和PD 210读取电荷之前，垂直移位寄存器301将复位脉冲信号PRES2(n)、PRES2(n+1)和PRES2(n+2)升高成高电平。也就是说，复位开关208的栅极电压变成高电平。这样，将源极跟随器放大器206的栅极电压复位成复位电源电压。

当复位脉冲信号PRES2(n)、PRES2(n+1)和PRES2(n+2)恢复成低电平时，即当复位开关208的栅极电压恢复成低电平时，图8所示的箝位开关802的栅极电压Pc0r同时变成高电平。

然后，垂直移位寄存器301将选择脉冲信号PSEL(n)、PSEL(n+1)和PSEL(n+2)升高成高电平。也就是说，选择开关207的栅极电压变成高电平。因此，将叠加了复位噪声的复位信号(噪声信号)读出至垂直输出线211，并且通过各列的箝位电容器C0进行箝位。

接着，在箝位开关802的栅极电压Pc0r恢复成低电平时，噪声信号侧的传送开关803的栅极电压Pctn变成高电平，并且通过各列的噪声保持电容器Ctn保持复位信号。

在像素信号侧的传送开关804的栅极电压Pcts变成高电平之后，垂直移位寄存器301将传送脉冲信号PTX1(n)、PTX2(n)、PTX2(n+1)和PTX2(n+2)升高成高电平。也就是说，传送开关209的栅极电压和传送开关203的栅极电压变成高电平。

因此，通过源极跟随器放大器206，将储存在与PD 201和PD 210中的电荷相对应的电压输出给垂直输出线211。

接着，垂直移位寄存器301将传送脉冲信号PTX1(n)、PTX2(n)、PTX2(n+1)和PTX2(n+2)降低成低电平。也就是说，传送开关203和209的栅极电压恢复成低电平。然后，像素信号侧的传送开关804的栅极电压Pcts变成低电平。

因此，通过各行的信号保持电容器Cts读出并保持来自复位信号的变化。根据上述操作，通过各列的信号保持电容器Ctn和Cts来保持第一行上配置的像素101的电荷。

然后，响应于从水平移位寄存器306提供的选择脉冲信号Ph 1和Ph3，选择开关303a、303c、304a和304c的栅极电压变成高电平。响应于从水平移位寄存器309提供的选择脉冲信号Ph2，选择开关303b和304b的栅极电压变成高电平。

而且，顺次读出通过信号保持电容器Ctn和Cts所保持的电荷，在差分放大器305和311中通过差分处理对其进行处理，并且通过输出端子Out顺次输出。在各个行的读出操作之间的间隔期间，复位脉冲信号Pchres接通和断开复位开关805和806。因此，将图8所示的水平输出电容器Chn和Chs复位成复位电压VCHRN和VCHRS。

如上所述，完成第一行上配置的像素101的读出操作。类似地，垂直移位寄存器301执行第一行及后面的行上所配置的像素的读出操作，并且完成所有像素的读出操作。

尽管在上述实施例中一次驱动传送脉冲信号PTX1(n)、PTX2(n)、PTX2(n+1)和PTX2(n+2)，但是，传送脉冲信号PTX1(n)可以始终处于高电平状态。

然而，如图2所示，在本实施例中，图像传感器100由具有电荷保持部103的像素101和不具有电荷保持部103的像素102构成。因此，即使这些像素储存相同的光量，像素101的输出电压也不同于像素102的输出电压。

此外，由于如上所述，像素101的PD 201和像素102的PD 210在大小上不同，所以相对于相同的曝光、输出也不同。因此，需要补偿从像素101所获得的输出电压。

可以使用下面的方法作为补偿处理方法。例如，预先测量对于相同曝光的输出电压的值，并且获得输出差。而且，使用输出差作为像素101和102的感光度的比来执行补偿处理。

可选地，可以基于PD 201和PD 210之间的面积比α和电容器的电容分割，根据下面的公式通过像素101的输出电压V101来计算输出电压V101′。

[数学公式1]

V101′=α(CFD101+CM)/CFD102×V101

这里，CM表示电荷保持部103的容量，CFD101表示像素101中的PD 205的容量，并且CFD102表示像素102中的FD 205的容量。

在这样补偿像素101的输出电压时，即使使用具有如PD 201一样大小的小光电二极管的CMOS传感器100，也可以在不损害感光度的情况下获得适当的静止图像。这里，图1所示的图像处理装置505发挥补偿单元的功能。

应该注意，希望在运动图像拍摄模式下进行该补偿，以使运动图像的感光度与静止图像的感光度相匹配。

如上所述，根据本发明的实施例的摄像设备，由于CMOS传感器100设置有具有电荷保持部205的像素101，并且在运动图像拍摄模式下生成响应于像素101的输出电压的图像，所以可以在无需增大电路规模的情况下获得不会在显示画面的上部和下部之间导致失真的运动图像。由于在静止图像拍摄模式下生成与像素101和102的输出电压相对应的静止图像，所以可以在不会损害动态范围的情况下获得静止图像。

还可以利用读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的系统或设备的计算机(或者CPU或MPU等装置)和通过下面的方法实现本发明的方面，其中，利用系统或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行上述方法的步骤。为此，例如，通过网络或者通过用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。

尽管参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不局限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有修改、等同结构和功能。

附图标记列表

100CMOS传感器

101、102像素

103电荷保持部

201、210光电二极管(PD)

202、208复位开关

203、209传送开关

205储存区域(FD)

207选择开关

301垂直移位寄存器(垂直扫描电路)

302、310读出电路

306、309水平移位寄存器(水平扫描电路)

Claims (8)

1.一种摄像设备，其生成与入射光相对应的图像，所述摄像设备包括：

图像传感器，通过配置多个像素构成所述图像传感器，其中，各所述像素包括生成与所述入射光相对应的电荷的光电转换部、储存从所述光电转换部所传送的电荷的电荷储存部以及输出与储存在所述电荷储存部中的电荷相对应的电压的输出部，所述像素包括具有电荷保持部的第一类型像素和不具有所述电荷保持部的第二类型像素，所述电荷保持部在将通过所述光电转换部所生成的电荷传送至所述电荷储存部之前暂时保持所述电荷；

设置单元，用于设置运动图像拍摄模式或静止图像拍摄模式；以及

控制单元，用于进行控制，以在所述设置单元设置了所述运动图像拍摄模式的情况下，生成与来自所述第一类型像素的输出电压相对应的图像，并且在所述设置单元设置了所述静止图像拍摄模式的情况下，生成与来自所述第一类型像素和所述第二类型像素的输出电压相对应的图像。

2.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第一类型像素包括第一传送开关和第二传送开关，其中，所述第一传送开关将电荷从所述光电转换部传送至所述电荷保持部，所述第二传送开关将电荷从所述电荷保持部传送至所述电荷储存部。

3.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，所述第一类型像素包括复位部，所述复位部复位储存在所述光电转换部中的电荷。

4.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，以矩阵形式配置所述像素，并且以预定图案配置所述第一类型像素。

5.根据权利要求4所述的摄像设备，其特征在于，以矩阵状配置将所述第一类型像素配置在预定行上。

6.根据权利要求5所述的摄像设备，其特征在于，所述预定行是当将所述矩阵状配置的所有行分成各自具有k个行的区段时、各所述区段中的第一行，其中，k是3以上的奇数。

7.根据权利要求1所述的摄像设备，其特征在于，还包括：

补偿单元，用于根据所述第一类型像素的感光度和所述第二类型像素的感光度之间的差，补偿来自所述第一类型像素的输出电压。

8.一种图像传感器，通过配置多个像素构成所述图像传感器，其中，各所述像素包括生成与入射光相对应的电荷的光电转换部、储存从所述光电转换部所传送的电荷的电荷储存部以及输出与储存在所述电荷储存部中的电荷相对应的电压的输出部，其中，

所述像素包括具有电荷保持部的第一类型像素和不具有所述电荷保持部的第二类型像素，所述电荷保持部在将通过所述光电转换部所生成的电荷传送至所述电荷储存部之前暂时保持所述电荷。

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