TWI357260B

TWI357260B - Solid state photographing device

Info

Publication number: TWI357260B
Application number: TW096142049A
Authority: TW
Inventors: Yoshitaka Egawa
Original assignee: Toshiba Kk
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2012-01-21
Also published as: EP1924085A2; CN101321238A; JP4843461B2; EP1924085A3; CN101321238B; US8525901B2; JP2008124842A; US20080218619A1; TW200828999A; US20110228152A1; US20110228130A1; US7969484B2; US8502886B2

Description

1357260 26166pif . ' 爲第如4·號中文翻書無劃線修正本修正日期:100年9月26曰九、發明說明：本申請案是基於且主張2006年11月13曰申請的先前的曰本專利申請案2006-307257號的優先權的權益，該申請案之全文以引用的方式併入本文。【發明所屬之技術領域】本發明涉及一種固態攝影裝置，例如涉及一種附有影像感測器（image sensor)的行動電話或數位攝影機、視訊攝影機等中所使用的互補式金氧半導體（c〇mplementaiy

Metal Oxide Semiconductor，CMOS)型影像感測器。【先前技術】先前，關於擴大CMOS影像感測器的動態範圍 (dynamic range)的方法，例如記载於日本專利特開 2001-189893或日本專利特開2〇〇〇_23〇44中。日本專利特開2001-189893中’擴大動態範圍的方法適用於不完整傳輸型光電二極體（Photodiode)，但可能會產生殘影（after 血age)或白點等從而難以獲得高晝f。與此相對日本專利特開2000-23044的方法，可適用於完整傳輸型光電二極體。然而’因使職測部來擴大動態翻，故會因檢測部 =漏電流（leak)而產生暗處不均或咖雜訊 4位雜訊）’且可月b會因與日本專利特開·ι 不同 2因而服畫質劣化。而且，上述方法均需要將曝光時間長的信號與曝光咖_信號相加後輸出，因此存在難 =將曝光時間長的域㈣光㈣短的錢予以分離的問 1357260 26166pif 修正曰期:1〇〇年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正本【發明内容】本發明之一形態的固態攝影裝置， == 上二維方式配置I-。韓將由上述光電轉換部將入射光進行光電的信號電荷讀出至檢測部的讀出電路、將與檢測部中的信號電荷相對應的放大而輸出的放電路、U及將上碰測_錢料光時間控制電路，其控制由上述光電轉換部進S ，:曝’使上述曝光時間於整個像素部内都ί t換電路，其喊自上述像素部輪出的輸出· 的^號位準的解析度不同的方式來進行AD轉換；線 =其記憶著經上述AD轉換電路轉換後的信號；以及^ 應上述AD轉換電路後的像素輸“ 大率，使得相對於光輸入信號量成為線性傾斜之方式，對來自上述線記龍的輸出信號進理。〜本發明其他形態的固態攝影裝置包括：像素部其一維地配置於半導體基板上的光電二極體、將上述光電二極體的信號電荷讀出至檢測部的讀出電路、輪部的電荷的輸出電路、以及用以重置上述檢測部的重g 路所構成；曝光時間控制電路，其控制由上述光電二極體進行光電轉換的曝光時間；行(c〇lumn)放大電路，其放大經由上述輸出電路輸出的信號；AD轉換電路，其&上述行放大電路所放大的信號進行AD轉換；多個線記憶體^ 9 1357260 26166pif 修正日期:1〇〇年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正本 Μ轉換電路轉換的信號；以及信號處卢拽.田對來自上述多個線記憶體的多個輸出信號進行處理，利用上述讀出電路將館存於上述光電二極體中的信次讀出’利用上述行放大電路以使放大= ^ 而輸出的輪出電魏行電麼 “ AD二=述AD轉換電路進行多次AD轉換，將經得的上述信號記憶於上述多個線記憶體二路包括線性轉換合成電路，該線性卜山二* 4了使自上述多個線記憶體同時讀出的多個輸出仏唬的傾斜度相同’而對庫率來控制信號放大電路：=仃，路的放大 ^輸入^量相同之方式，利用切換電路來合成為-個信本發明其他形態的固態攝影裝置包括二維地配置於半導體基板上 ^素。15其由極體的信號電荷讀出至檢測部的讀：電路:：卞述，二荷轉換為電壓的檢測電路、述仏號電出電路、以及用以重二===的電屋的輸曝光時間控制電路，其控制由」成；信號;AD轉換電路，其對:===路輸出的個=處= 線_的_二==來先 26166pif

Mm 96142049 修正日期:100年9月26日 ^使由上述光電二極體進行光電㈣的曝光時間於所有像 ^都相同’上述AD轉換電路以使自上述像素部輸出的〜出電壓的信號位準的解析度不同的方式來進行AD轉換’上述錢處理電路包括雜轉換電路，該紐轉換電路以對應於來自上述AD轉換電路的解析度，來控制信號放大電路的放大率，以使相對於光輸人錢量成為線性傾斜之方式，對來自上料娜記紐的輸幻讀進行處理。【實施方式】以下，參照圖式，說明各實施形態。 ▲，1是用以表示本發明第丨實施形態中之低照度時的動態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CM0S*像感測器概略結構的方塊圖。於感測器之内核（c〇re)部A上配置有：像素部1 ’行（c〇lumn )型雜訊消除（n〇ise cancding) 電路（相關雙重取樣，Correlated Double Sampling，CDS) 2 ’ 行型類比數位轉換器（anal〇g_t〇 digitai c〇nverter，ADc) 3 ’鎖存(latch)電路4，2個線記憶體（MSGH、MSGHL) 5、 6 ’及水平移位暫存器7等。光經由透鏡10射入至像素部丨，並藉由光電轉換而生成與入射光量相對應的電荷。該像素部1中以列及行二維地配置著晶胞（像素）u。一個晶胞(cell)11由4個電晶體 (Ta、Tb、Tc、Td)與光電二極體（；PD)構成’各晶胞 Π中分別供給有脈衝信號ADDRESSn、RESETn、READn。於該像素部1的下部沿著水平方向配置有源極隨耦電路 (source follower circuit)用的負載電晶體TLM，該些負 1357260 26166pif ' 爲第96U2049號中織明書無劃線修正本修正日期·年9月26日載電晶體TLM的電流通路的一端分別與垂直信號線Vlin 連接，另一端與接地點連接。垂直信號線VLIN經由開關 S1而連接到CDS2上。與像素部1中產生的信號電荷相對應的類比信號，經由CDS2而供給到ADC3中，並轉換為數位信號後鎖存於鎖存電路4中。鎖存在該鎖存電路4中的數位信號，經由線s己憶體（MSGH、MSGHL) 5、6而藉由水平移位暫存器7自感測器内核部A中依次讀出。自線記憶體（MSGH、 MSGHL) 5、6讀出的數位信號〇υτ〇〜OUT9供給至寬動態範圍混合（wide dynamic range mix，WDM)電路 20 中，合成為2個信號，並經由後段的寬動態範圍壓縮（wide dynamic range compression，WDC )電路 30 而輸出至感測器的外部。而且，鄰接於像素部1，分別配置有脈衝選擇電路（選擇器）12、信號讀出用的垂直暫存器（VR暫存器）n、儲存時間控制用的垂直暫存器（ES暫存器）14。自像素部1的讀出及CDS2之控制是由自時序產生器 (TG ) 40輸出的脈衝信號 S1〜以、 RESET/ADDRESS/READ、VRR、ESR 來實施。脈衝信號 Μ〜S4供給至 CDS2中。脈衝信號 RESET/ADDRESS/READ供給至脈衝選擇電路12中。脈衝信號VRR供給至VR暫存器13中，脈衝信號ESR 供給至ES暫存器14中。由上述暫存器來選擇像素部i的垂直列（line)，並經由脈衝選擇電路12將脈衝信號 12 1357260 • . 26166pif 修正曰期:100年9月26曰爲第96142049號中文說明書無劃線修正本 RESET/ADDRESS/READ (圖 1 中以 RESETn、 ADDRESSn、READn為代表加以表示）供給至像素部1。脈衝信號（位址脈衝）ADDRESSn供給至晶胞u中的列選擇電晶體Ta的閘極中，脈衝信號（重置脈衝）供給至晶胞11中的重置電晶體Tc的閘極中，脈衝信號（讀出脈衝）READn供給至晶胞11中的讀出電晶體Td的閘極中。像素部1中’自偏壓產生電路（偏壓丨）15施加有偏壓電壓VVL。該偏壓電壓VVL供給至__電路用的負載電晶體TLM的閘極中。 VREF產生電路50是響應於㈣脈信號MCK而動作、，以生成AD轉換（ADC)用的基準波形的電路。該基準波形的振幅由輸入至串列介面（串列I/F) 6〇中的資料 DATA來控制。输入至該串列介面6〇中的指令供給至指令解碼器（command decoder) 61中以進行解碼，且與上述主時脈信號MCK —併供給至時序產生器4〇中。 VREF產生電路5〇中，為了於〗個水平掃描期間執行 2 _人AD轉換，而產生三角波（Triangle Wave) VREFGH 與VREFGL並將該些三角波供給至ADC3中。藉由使前半部分VREF振幅為傾斜度GH，而幻〇吩的1〇日23位準於輸入信號位準小的信號範圍進行AD轉換。亦即，可獲得與放大一種類比增益（GAIN)相同的效果。於後半部分，藉由使VREF振巾！為騎度沉，μ丨㈣的顧位準於輸^信號位準大的信號範圍進行AD轉換。亦即’可獲待與減〗種類比GAIN相同的效果。例如，當將VREFGl 13 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:100年9月26日振幅設為480 mV時，則獲得與輸入信號480 mV相對應的 lObit資料1023 LSB位準。當將VREFGH振幅設為120mV 時，則獲得與輸入信號120 mV相對應的10 bit資料1023 LSB位準。亦即，可獲得與將類比GAIN放大4倍相同的效果*先前’例如低照度攝影中的GAIN4倍設定，則將 VREF振幅設為120 mV，故輸入信號大於120 mV的信號不能使用·。寬動態範圍混合（WDM)電路20由對黑階（black level)的dark(暗）信號進行減法處理的減法電路（_dark) 2(Π、202 ’放大該減法電路2〇1、202的輸出的增益電路 (GA) 203，以及開關204所構成。後段中，寬動態範圍壓縮（dynamic range compressor，WDC)電路 30 之構成中含有白平衡處理電路（whitebalance，WB) 31及壓縮電路 32。 ’ 同時自線記憶體5、6讀出並輸入信號SGH與信號 SGHL到WDM電路20巾，上述信號SGH是將記憶於線記憶體5、6中的類比GAIN放大至4倍後所得的信號，上述信號SGHL ；%將記憶於線記憶體5、6巾的類比〇ΑΐΝ 放大至1倍後所得的信號。首先，利用該減法電路扣化號SGH減去黑階（dark)的64 LSB位準後生一號从。同樣，利用該減法電路202自信號SGHL減去^ 階（齡）的64咖位準後生成信號SB。其次， =路（GA)2〇3將信號SB放大，以生成信號犯。= 里為信號SGH與信號sghl的類比GAIN之比gh/g^ 1357260 26166pif 修正曰期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正本藉由使信號SB的增益倍增的處理，則即便傾斜度不同的光電轉換特性曲線’亦可等價地獲得與信號SGH相同的傾斜度。本WDM電路20中’為了使低信號位準的雜訊降低，而將信號SD與信號SA相加後生成信號SC。該信號Sc 藉由相加而使信號位準成為2倍，故於後段使之變為1/2 而生成信號SE。藉由上述處理可使雜訊降低3 dB。對於信號SF而言’（利用未圖示的判定電路）對開關2〇4進行切換’使得在SGH信號小於1〇23 LSB位準時，選擇信號 SE ’而當SGH信號為1〇23 LSB或1023 LSB以上時，選擇#號SD。其結果’可順利地合成se信號與GAIN成倍放大的SD t被，從而獲得相對於光輸入信號以直線變化的信號，作為SF信號。於WDM電路20中使位元數增加，並以最大16位元來輸出。而且，於白平衡（WB)處理電路31中對R、G、B信號的位準進行相同處理，從而可於壓縮電路32中將信號壓縮為12位元後輸出。先前大於GO mV的信號尚無法使用，但可有效地再生感測器的飽和信號（saturation signal)位準直至480 mV為止，從而可擴大動態範圍。圖2是表示圖1所示的放大型CMOS影像感測器的像素部1、CDS2及ADC3的具體構成例的電路圖。像素部1 中各晶胞（像素）11由列選擇電晶體Ta、放大電晶體Tb、重置電晶體Tc、讀出電晶體Td及光電二極體pd構成。電晶體Ta、Tb的電流通路串聯連接於電源vDd與垂直信號線VLIN之間。電晶體Ta的閘極中供給有脈衝信號 1357260 26166pif 爲第靈⑽號中文說明書無劃線修正本修正日期備年9月2δ日 ADDRESSn。電晶體Tc的電流通路連接於電源vdd與電晶體Tb的閘極（檢測部FD)之間，其閘極中供給有脈衝信號RESETii。而且，電晶體Td的電流通路的一端連接於檢測部FD，其閘極中供給有脈衝信號pjgADn。而且，電晶體Td的電流通路的另一端連接有光電二極體pD的陰極，該光電二極體PD的陽極接地。以列及行二維地配置上述結構的晶胞u而構成像素部1。於像素部1的下部，水平方向配置有源極隨耦電路用的負載電晶體TLM。該等負載電晶體TLM的電流通路連接於垂直信號線VLIN與接地點之間，其閘極中由偏壓產生電路15施加有偏壓電壓VVL。CDS2及ADC3中配置有雜訊消除器（noisecanceler)用的電容ci、C2,且配置有用以傳輸垂直信號線VLIN的信號的電晶體TS1、用以輸入AD轉換用的基準波形的電晶體TS2及2階比較電路COMP1、COMP2。比較電路COMP1、COMP2之間連接著電容器C3。比較電路COMP1由反相器INV1、在該反相器INV1 的輸入端與輸出端間連接著電流通路的電晶體TS3構成。比較電路COMP2由反相器INV2、及在該反相器INV2的輸入端與輸出端間連接著電流通路的電晶體TS4構成。電晶體TS1的閘極中供給有自時序產生器40輸出的脈衝信號S1 ’電晶體TS2的閉極中供給有脈衝信號S2，電晶體 TS3的閘極中供給有脈衝信號S3’及電晶體TS4的閘極中供給有脈衝信號S4。自比較電路COMP2輸出的數位信號 1357260 26166pif 修正日期:100年9月26日爲第 96142049 號巾鎖存於鎖存電路4中，並輸人至2個線記憶體5、6。線記隱體七號使移位暫存II 7動作自2個線記憶體5、6依次輸出10位元的數位信號OUTO〜OUT9。 .上述„ ’為了讀出例如垂直信號線VLIN的n列 (lme) ^號，而藉由使脈衝信號ADDRESSri成為“Η 曰(High，南），’位準，以使由放大用電晶體几與負载用電曰b體TOV[構成的源極隨相電路動作。而且，$了將利用光電一極體PD進行光電轉換後所得的錢電荷儲存一定期間再進订讀出之前’去除檢測部fd中的暗電流（齡 :Urfent)等雜訊信號，而將脈衝信號RESETn設為“H”位準，接通電晶體Tc，將檢測部jjD設定為VDD電壓=2 8 v。藉此’將成為基準的檢測部FD中無信號狀態的電壓（重準）輸出至垂直仏號線VLIN中。此時，分別使脈衝 Lt?虎Sj、S3、S4成為“H”位準並接通電晶體TS1、TS3、 TS4 ’藉此设定ADC3的比較電路c〇Mpi與c〇Mp2的 AD曰轉換位準’並將與垂直信號線vlin的重置位準相對應量的電荷儲存於電容C1中。、其，將脈衝信號（讀出脈衝）READn設為“H”位準，接通讀出電晶體Td ’將由光電二極體^生成並儲存的 =號電荷讀出至檢測部中。藉此，垂直信號線vun 中讀出有檢測部FD的電壓（信號+重置）位準。此時，使脈衝Μ為‘兄’轉，脈衝信號％為“l(l⑽，低）,， =準，脈衝仏號S4為“l”位準，脈衝信號S2為“H，，位準， θ此’接通該電晶體加，斷開該電晶體TS3，斷開該電 17

I χ35726〇 26l66pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:1〇〇年9月26日 B曰體TS4 ’接通該電晶體TS2 ’使與「垂直信號線VLIN 的信號+重置位準」相對應的電荷儲存於電容C2中。此時，因比較電路COMP1的輸入端為高阻抗狀態，故電容 C1 一直保持重置位準。其後，藉由使VREF產生電路50輸出的基準波形的位準增加（使三角波VREF從低位準變為高位準），而經由電容C1與C2的合成電容，於比較電路c〇MPl、COMP2 中進行AD轉換。使上述三角波以10位元（〇〜1〇23位準）來產生，並利用10位元的計數器來判定AD轉換位準後，於鎖存電路4中保持著資料。經1〇23位準的AD轉換後，將鎖存電路4的資料傳輸至線記憶體5、6中。因儲存於電谷C1中的重置位準與儲存於電容C2中的重置位準極性相反，故取消該重置位準，實質上以電容C2的信號成分來執行AD轉換。將去除該重置位準的動作稱作低雜訊化處理動作（CDS 動作：correlated D()uble SampUng，相關二重取樣）。為了於1個水平掃描期間執行2次該AD轉換動作’而利用VREF產生電路50來產生三角波VREFGH與 VREFGL，並供給至電晶體TS2的電流通路的一端。前半部分由VREFGH進行AD轉換的數位信號由線記憶體 MSGH5保持著。另—方面，後半部分由VR£FGL進行ad 轉換的數位信號由線記憶體MsGHL6保持著。該2個信號於下一水平掃描期間同時讀出。圖3是表不圖1所示的CMOS影像感測器的第一動作時序的波形圖。本感測器由於像素數為VGA，故於本例 1357260 « > 26166pif 修正日期:1〇〇年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正本中，使利用垂直的η列光電二極體PD進行光電轉換後儲存電荷的儲存時間為用以進行低照度撮影的最大儲存時間 TL = 525 H (Hour，小時），利用光電二極體pD對光信號進行光電轉換，以儲存信號電荷。以高位準（2.8 V)來控制言買出脈衝READ的振幅。錯存時間TL可利用ES暫存器14每隔一小時進行控制。而且，儲存時間TL可利用 ES暫存器14每隔一小時進行控制，進而亦可藉由變更選擇電路12的輸入脈衝位置而每隔一小時或一小時以下進行控制。當自像素部1第1次進行讀出動作時（t4)，與水平同步脈衝HP同步，將脈衝信號虹啦以虹八加、 =、D至像素。卩1中，並由光電二極體PD進行光電轉換後，出儲存的錢電荷。首先，將使咖㈣接通（〇N)， ==(卿）時的重置位準取至圖2的電容C1中，此時，形的振姑定為巾間位準以進行讀出。該中間位準咸、、目丨盟W的遮光像素（〇B)部達到64 LSB的方式而於 “該仃調整。其次’接通READn’輸出信號。 ft^餘的k號的信號成分與重置位準相加後所得的信 Ϊ水2的電容C”。相對於該經讀出的信號， 4 2二並實施10位元的ad轉換。經AD轉換的束iU 持於鎖存電路4中，並於AD轉換結设輸入至線記憶體MSGH5中。像素。P1進行第2次讀出動作時⑹，在第1次讀 1357260 26166pif 爲第96142049號中錄明書無劃線修正本修正日期:100年9月26曰出動作的0.5 Η後並不將脈衝信號RESETn、READn施加至像素部1中’而僅施加ADDRESSn，將儲存於檢測部 FD中的重置位準與信號位準經相加後所得的信號再次輸入並保持於圖2的電容C2中。電容C1的重置位準將再次使用於前半部分t4中保持的信號。在水平掃描期間後半部分0.5 Η期間產生三角波GL以作為基準波形，藉此實施 10位元AD轉換。經AD轉換的信號保持於鎖存電路4中，並於AD轉換結束後輸入至線記憶體MSGHL6中。在下一水平掃描期間藉由2個線記憶體MSGH5、MSGHL6而同時輸出，並於WD1V[電路20中對該像素單位的信號進行信號合成。如圖1所示，於寬動態範圍混合（WDM)電路 20中2個信號經線性轉換合成’而生成最大16 bit (位元）信號。於後段的WDC電路30中，經由合併有白色被寫體撮影時的RGB信號位準的白平衡電路31，對16 bit信號的高亮度（high light)部分壓縮為12 bit化後自感測器輸出。本動作中’藉由對後半部分再次輸出檢測部FD的信號’可減少因S1開關而產生的KTC雜訊，或因源極隨耗器而引起的熱雜訊（thermal noise)或l/f雜訊（flicker noise，閃爍雜訊）等隨機雜訊（random noise)。進而，於

圖1的WDM電路20中藉由將低信號位準相加，可使雜訊降低3 dB 圖4表示第2動作時序。與圖3不同的是，於時刻t5 斷開ADDRESSn脈衝，故不輸出檢測部FD的信號，而再 20 1357200 26166pif 爲第96丨42049號中文說明書無劃線修正本修正日期:1〇〇年9月26日次使用儲存於圖2的電容ci與C2中⑽m 換。藉由使用圖i的WDM電路2〇 ,=縣進行仙轉中混入的雜訊。了降低AD轉換動作的像:二是:曰示】二4:示的動作時序圖的時刻^ 巧1豕Id i的日日胞U的剖面圖與電位圖光電上設置“型雜質擴跡擴散區域遮蔽。藉此的表面由p型雜質型光電—Spifi、，或暗處不均的較小的嵌人 ii:測部ro由n型雜質擴散區域形成， ϊ晶體型雜質擴散區域-併作為讀出 -署菩士夕曰物二者未圖示的開極絕緣膜 :置者由夕曰日頻成的開極電極。該間極電極 '與作為檢測部阳的n型雜質擴散區= ^置散區域。該η型雜質擴散區域作為 Πί )刊的汲極區域來操作，檢測部阳的η型雜質擴散區域作為源極區域來操作。上述沒極區域中施加有沒極電壓VD (=2 8 ν，例如vdd)。於該等二型擴散區域_基板上，隔著未圖示的閘極絕‘ 膜設置著由多晶石夕構成的閘極電極。該閘極電極中供給重置脈衝RESET。而且’藉由該重置電晶體Tc，可將檢部FD重置為汲極電壓。信號儲存是自時刻t0開始利用PD來對光輸入信號進行光電轉換制始儲存錢電荷。使時刻u、t2、6與儲 21 1357260 26166pif 、爲第96丨麵號中文說明書無劃線修正本修正日期養年9月％曰存動作保持持續。為了於時刻t4讀出光電二極體pD部所儲存的彳§號，首先施加RESET脈衝，並將檢測部FD重置成電源電壓VD的電位。其次，向ΜΑΙ)電極施加電壓 Vn並將Pd部的信號電荷全部讀出至檢測部FD中。於時刻t5，均不施加证兕丁及READ脈衝因此檢測部中一直保持著時刻t4中讀出的信號電荷Q。圖6表示WDM電路2〇的其他結構。首先，利用減法電路201自信號SGH減去黑階（dark)的641^位準，以生成信號SA。同樣，利用減法電路2〇2自信號SGHl 減去黑階（dark)的64 LSB位準，以生成信號SB〇其次，利用增益電路（GA) 23來放大信號SB，以生成信號SD。對於仏號SF而言，利用未圖示的判定電路來切換開關 2〇4，使SGH信號小於1023 LSB位準時選擇信號SA，而於SGH信號為1023 LSB或1〇23 lSB以上時選擇信號 SD。其結果，可順利地合成SA信號與GAIN經成倍放大的SD信號此兩種信號，從而可獲得相對於光輸入信號以直線變化的信號，以作為SF信號。圖7a表示圖1的WDM電路20的動作。為了簡化說明’將黑階（dark)設為0LSB。因信號SD為信號SGHL k號的4倍，故信號SD的傾斜度與信號SGH相同。因信號SC為信號SA與SD相加之和’故傾斜度為信號SGH 的2倍。因信號SE為GAIN降至1/2 ’故其傾斜度與SGH 信號相同。若信號SGH以1023 LSB位準達到飽和，則切換為將信號SGHL放大4倍後的信號SD作為1 〇23或1023 22 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:1〇〇年9月扣日以上的大k號’以生成SF彳§號。其結果，信號sf的動雜範圍相對於先前的SGH信號擴大成約4倍。進而，能夠以小於1023的位準使雜訊改善約3 dB。圖7b表示圖6的WDM電路20的動作。相對於彳古號 SGHL，信號SGH之GAIN擴大到4倍，因此傾斜度成為 • 4倍。若信號SGH以1023 LSB位準達到飽和，則切換為將信號SGHL擴大4倍後的信號SD作為1〇23或1〇23二上的大信號’以生成SF信號。其結果，信號sf的動態範圍可相對於先前的SGH信號擴大到4倍。圖8是用以表示本發明第2實施形態中之低照度時的動態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CMOS影像减測器概略結構的方塊圖。於圖8中，對與圖1相同的部分附上相同符號。圖8中’相對於圖1，使VREF電路50前半部分的 VREF振幅為與後半部分相同的GL傾斜度。於感測器内核部A内，於垂直信號線VLIN與S1開關之間設置有行放大器（Column Amplifier) AMP16。於水平掃描期間的前半部分使GAIN升至4倍，於後半部分將GAIN切換為 ··« 1倍。本構成中’可使S1開關以後的雜訊混入量降低為 ,· 1/GAIN。行放大器AMP16可使用反相器型AMP作為源極隨輕器。而且，行放大器AMP16亦可使用反轉型。然而’必須與對VREF波形進行反轉等相對應。脈衝READn 自時序產生器40將信號供給至脈衝振幅控制電路70，藉 Λ n s. ^ ι〇_ ,¾ ij# ^ 4 ^3 23 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:j 〇〇年9月26日信號VREAD以供給至選擇器12中。使用該3值信號，自光電一極體？〇將^§號分為2個讀出。圖9表示動作時序。首先，使儲存時間TL = 525 Η，利用光電二極體PD來儲存信號電荷。於時刻t4施加中間電麼Vm的READn脈衝，並將一部分的信號電荷讀出至

檢測部FD中。使行AMP16的GAIN升至4倍以進行AD 轉換，製成SGH信號後自鎖存電路4向線記憶體5輸出。於1個水平掃描期間的後半部分的時刻t5時，以虹犯以來重置檢測部FD後，將高電壓Vn施加至READn中，並讀出所有剩餘的電荷。此時的行AMpi6使GAIN成為i 倍。經AD轉換的信號經由鎖存電路4而作為SGHL·信號記憶於線記憶體6中。圖10表示電位圖。於時刻t4時，使j^AD電壓為Vm，並將電位大於OVm的錢電荷QGH信號讀丨至檢測部 FD中。於時刻t5將剩餘的信號電荷讀出至檢測部FD中，將與先前的QGH相加所得的信號作為QGHL而輸出。 ▲，11是用以表示本發明第3實施形態中之低照度時的動態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CM〇s影像感測器概略結構的方塊圖。圖Π中對與圖1相同的部分附上相同符號。 ^ 圖11中，相對於圖1，將VREF電路50後半部分的 VREFGL波形傾斜度設為與VR£fgh相同之明。由 VREFGL所得的信號記憶於線記憶體msghl6中，感測器内核部A輸出以作為信號SGHL。WDM電路僅 24 1357260 26166pif 修正日期:1〇〇年9月26曰爲第96142G49辦域鴨無纖修正本將減去黑階（dark)所得的信號SA來與信號SB相加並變為1/2’因此信號兕的朌數並未增加便成為1〇汕信號，可與圖1情形相同，使隨機雜訊降低3 dB。若不利用WDM 電路20使信號SA變為1/2，則可獲得11 bit的信號SF。號5賣出時序可適用於圖3或圖4。圖12疋用以表示本發明第4實施形態中之低照度時的，態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CMOS影像感測益概略結構的方塊圖。圖12中對與圖1相同的部分附上相同的符號。圖12中，相對於圖i，使VR£F電路5〇中vref波开y為1個。線5己憶體51亦僅為1列。VREF電路50中以具有2個傾斜度的摺線來產生VREF波形。至511 LSB 止使傾斜度。為GH，於KP點或灯點以上時使傾斜度為 GL。感測器内核部Α的輸出信號SGHL輸入至電路2〇中。WDM電路20中，利用放大電路205將VREF 波形的大於kp點的信號放大GA倍。該放 GH/GL ^ °^ 2〇4，虽大於kp位準時切換為SA信號理:當未滿KP轉時轉為円利 =m2G6減去黑階（減）後生成信號SF。圖η表不動作時序圖。首先，使 Η，並利用光電二極體PD來儲存錄電荷。於時刻^ 加腸Dn脈衝並將所有信號電荷讀出至檢測部該信號進行AD轉換且輸出以作為信號SGHL。此時的 25 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:1_ 9月26日 VREF波形傾斜度起初以Gh上升，自κρ點開始則變為 GL。傾斜度GH提高了小信號位準的解析度。外觀上與類比GAIN增大後的狀態相同。傾斜度GL與類比GAIN減小後的狀態相同。圖14是用以表示本發明第5實施形態中之低照度時的，態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CM〇s影像感測器概略結構的方塊圖。圖14中對與圖1相同的部分附上相同的符號。圖14中，相對於圖12，使VREF電路50中以具有3 個傾斜度的摺線來產生VREF波形。至ΚΡ!點511 lsb為止’使傾斜度為GH，接著，至KP2點767 LSB為止，使傾斜度為GL1。其後，使傾斜度為GL2並增加至1023 LSB 為止。WDM電路20中’利用放大電路207將大於VREF 波形的Kn點的信號放大GA倍後生成信號SA。而且， =用放大電路208將大於KP2點的信號放大GB倍後生成 ^號SB。而且，生成分別以KP1、KP2來切換SGHL與 SA以及SB並進行線性轉換後的SF信號。，15是用以表示本發明第6實施形態中之低照度時的，態範騎大方法的圖，且是表示放大型CMC)S影像感測器概略結構的方塊圖。圖15中對與圖1相同的部分附上相同的符號。圖15中’相對於圖14，以相對於具有3個傾斜度的摺線而平滑變化的曲線傾斜度α(：來產生VREF波形。該傾斜度根據計數器數值而緩慢增大。外觀上，輸入信號為 26 l35726〇 26166pif 爲第96H2049號中織明書無劃線修正本修正曰期·年9月26日小信號時GAIN變大，為大信號時GAIN變小。WDM電路20中，與VREF波形的曲線Gc相對應，以如圖15的 GC1所示方式來設定放大電路（GC1) 209的GAIN曲線。 ·· 輪入彳s 5虎SGHL越大則GAIN變得越大。該輸出信號 • 相對於輸入信號以直線的形式輸出。而且，相對於先前的 lObit輸出’線性轉換為4倍的I2bit輸出。亦即，相對於先前，將動態範圍擴大4倍。該GC的傾斜度可自由設定。通常，對輸入信號，進行平方運算，或者乘以冪乘方的倒數等係數來進行運算、或製成表格進行轉換。圖16是用以表示本發明第7實施形態中之高照度時的動態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CMOS影像感測器概略結構的方塊圖。圖16中對與圖8相同的部分附上相同的符號。圖16中，感測器内核部a中配置有：像素部1，行型雜訊消除電路（CDS) 2 ’行型類比數位轉換器（ADC) 3，鎖存電路4 ’ 2個線記憶體（MSTLS、MSTS) 5、6，及水平移位暫存器7等。光經由透鏡10射入至像素部丨中，並藉由光電轉換以 ·· 生成與入射光量相對應的電荷。該像素部1中，於半導體基板上以列及行二維地配置著晶胞（像素）u。一個晶胞 11由4個電晶體（Ta、Tb ' Tc、Td)與光電二極體（) 構成，各晶胞11中分別供給有脈衝信號ADDRESSn、 RES^Tn、READn。於該像素部1的下部沿著水平方向配置著源極隨耦電路用的負載電晶體TLM，該等負載電晶體 27 1357260 26166pif 修正日期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正本的電流通路的一端分別與垂直信號線VUN連接，另一端與接地點連接。與像素部1中所產生的信號電荷相對應的類比信號，經由CDS2供給到ADC3中，且轉換為數位信號後鎖存於鎖存電路4中。鎖存於該鎖存電路4中的數位信號，經由線記憶，（MSTLS、MSTS) 5、6藉由水平移位暫存器7 自感測器内核部A依次讀出。自線記憶體（mstls、msts) 5、6讀出的數位信號〇UT〇〜〇UT9供給至寬動態範圍混合（WDM)電路20中，合成為2個信號後，經由後段的寬動態範圍壓縮（WDC)電路30而輸出至感測器的外部。而且，與像素部1鄰接，分別配置有脈衝選擇電路（選擇器）12、^(§號§賣出用的垂直暫存器（vr暫存器）13、儲存時間控制用的垂直暫存器（ES暫存器，長儲存時間控制用的暫存器）14、及儲存時間控制用的垂直暫存器（WD 暫存器，短儲存時間控制用的暫存器）17。自像素部1的讀出及CDS電路2的控制，藉由自時序產生器（TG ) 40輸出的脈衝信號si〜S4、READ、 RESET/ADDRESS/READ、VRR、ESR、WDR 來實施。脈衝信號S1〜S4供給至CDS電路2中。脈衝信號read供給至脈衝振幅控制電路70中，該脈衝振幅控制電路7〇的輸出信號VREAD供給至脈衝選擇電路12中。而且，脈衝 4s號RESET/ADDRESS/READ亦供給至脈衝選擇電路I〗中。脈衝信號VRR供給至VR暫存器13中，脈衝信號esr 供給至ES暫存器14中，脈衝信號WDR供給至WD暫存 28 1357260 26166pif 修正日期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修器17中。藉由上述暫存器來選擇像素部丨的垂直列並經由脈衝選擇電路12將脈衝信號j^set/addj^s/j^ad (圖16中以RESETn、ADDRESSn、READn為代表來表不）供給至像素部1。脈衝信號（位址脈衝）ADDRESSn 供給至晶胞中的列選擇電晶體Ta的閘極中，脈衝信號（重置脈衝）RESETn供給至晶胞中的重置電晶體Tc的閘極中，脈衝信號（讀出脈衝）READn供給至晶胞中的讀出電晶體Td的陳巾。自偏壓產生電路（偏壓1) 15將偏壓電壓VVL施加至上述像素部丨巾。職壓電壓WL供給至源極隨耦電路用的負載電晶體TLM的閘極中。

VREF產生電路5〇是一種響應於主時脈信號MCK而動作並生成AD轉換（ADC)用的基準波形的電路。該基準波形的振巾S由輸人至串列介面（串列I/F)⑼中的資料 data來控制。輸入至該串列介面6〇中的指令供給至指令解碼态61中以進行解碼，且與主時脈信號MCK 一併供給至時序產生器40中。VREF產生電路5〇中，為了於1個水平掃描期間執行2次AD轉換，而產生三纽vrefts ，yREFTLS並供給至ADC3。自時序產生器4〇輸出的脈衝k 5虎READ供給至脈衝振幅控制電路7〇中，並藉由該脈衝振幅控制電路70來控制振幅，藉此生成3值脈^信g vread並供給至選擇器12。、WDM電路20由對黑階dark信號進行減法處理的減法電路（-dark) 201、202，放大該減法電路2〇2的輸出的増益電路（GA)203,比較A電路210及開關204所構成。 29 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正曰期:100年9月26日後段具有WDC電路30，該WDC電路30之構成中含有白平衡處理電路（WB) 31及壓縮電路32。該WDM電路30 同時輸入記憶於線記憶體6中的曝光時間（電荷的儲存時間）的短的信號STS與信號STLS，上述信號STLS是將記憶於線記憶體5中的曝光時間短的信號STS與曝光時間長的信號STL相加後所得的信號。首先’在利用ADC3進行的類比/數位轉換動作中，為了將黑階（dark )設為64 LSB位準，而利用減法電路2〇 1、 2〇2分別自線記憶體5、6的輸出信號中減去黑階64。接著，利用增益電路（GA) 23將已由減法電路202進行減法處理後所传的信號SB放大’以生成信號SC。將信號STL與 k號STS的曝光時間分別設為TL與TS ’則上述增益量可根據信號STL與信號STS的比TL/TS來算出。藉由使信號SB增益成倍的放大處理，則即便傾斜度不同的光電轉換特性曲線，亦可等價地獲得相同的傾斜度。利用比較A 電路210，將上述信號SC與自信號STLS減去黑階（dark) 後所得的信號SA加以比較，並利用開關電路204來選擇其中較大的信號。結果，可順利地合成信號SA與gain 經成倍放大後的信號SC。該線性轉換合成輸出信號SF，使位元數增加後以最大16位元輸出。而且’於後段的WDC 電路30中’利用白平衡（WB)處理電路31同樣對r、g、 B信號的位準進行處理，並利用壓縮電路32將信號壓縮為 12位元後輸出。圖Π是表示圖16所示的CMOS影像感測器的動作時 30 1357260 26166pif 爲第9_9號中文說明細線修正本修正曰期测年9月%曰序的波形圖。本例中，使利用垂直的n列光電二極體叻來進灯光電轉換並儲存電荷時的儲存時間為TL=525 Η。而且，使短儲存時間為TS=66 Η。長儲存時間tl中，以高位準（2·8 V)來控制讀出脈衝概〇的振幅。短儲間TS’則以低位準=1 v來控制讀出脈衝贴^的振幅。為了產生該讀出脈衝REA D，而藉由脈衝振幅控制電路川來控制該讀出脈衝READ的振幅。儲存時間TL可每隔— J時利用ES暫存器Μ來控制。而且，儲存時間可隔一小時利用WD暫存器17來控制’進而亦可藉由變更選擇電路12的輸人脈_置每隔—何或—小時行控制。％ =1次讀出由光電二極體阳儲存的信號電荷的動作時⑻，與水平同步脈衝Hp同步，將脈衝信號卿咖、 READn、ADDRESSn供給至像素部丨並由光電二極體扣 =光電轉換後將所儲存的信號電荷讀出。此時的讀出脈衝EAD的振幅設定為低位準Vm電遷。第i次讀存時間525 H的中途時刻t2，輸入低位“ 。買出脈衝READ ’將光電二極體pD的一部分信號钱出後排出。於時刻t4，自光電二極體p 。;貝時刻為止再摘贿的信號。直t2〜t4 當RES.接通後再斷開時取入重置位準時，將成為64 LSB的方式於感測器内進丁自動調整。其次’將職加接通後輸出信號。於水平 31 1357260 26166pif 修正日期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修2；$; 掃描期财半科G.5 Η躺產生三級作為基準波形，以對該讀出，號實施i(Η立元的AD轉換。經AD轉換後的 U (數位S料）保持於鎖存電路4中，於AD轉換結束後輸入至線記憶體（MSTS) 6中。 *當自光電二極體PD進行的第2次讀出動作時（t5)，於第1次的0·5 H後’將脈衝信號RESETn、READn、 ADDRESSn輸入至像素部1巾，然後將由該光電二極體 PD進行光電轉換並加以儲存的信號電荷讀出。此時的讀出脈衝READ的振幅設定為高位準電壓Vn。殘存在光電二極體PD中的信號電荷，以未經施加 RESETn脈衝而輸入READn與ADDRESSn之方式讀出。 RESET位準使用t4時的信號。將READn接通後，與儲存在檢測部FD中的STS信號相加後輸出。於水平掃描期間的後半部分0.5 Η期間產生三角波作為基準波形，藉此對該讀出的信號實施10位元的AD轉換。經AD轉換後的信號保持於鎖存電路4中，並於八〇轉換結束後輸入至線記憶體（MSTLS) 5 °於下-水平掃描躺，自2個線記憶體（MSTS、MSTLS) 6、5同時輸出，且於WDM電路2〇中對像素單位的信號進行線性轉換合成。如圖16所示，於寬動態範圍混合（WDM)電路2〇中，2個信號經線性轉換合成，而生成最大16 bit的信號。於後段的WDC電路 3〇中，經由合併有白色被寫體攝影時的RGB信號位準的 ^平衡電路31，且利用壓縮電路32來對16 1^信號的高壳度部分進行壓縮，使成為12 bit後自感測器輸出。 32 1357260 26166pif 修正曰期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正本圖18是用以說明圖17的動作中光電二極體pD的传號電荷的儲存的圖。於時刻to，施加2.8 V作為脈衝信號 READ ’藉此排出所有的光電二極體pd的信號電荷。於時刻tl，儲存由光電二極體PD進行光電轉換後所得的信號。於時刻t2，以脈衝信號READ的Vm電壓=1.〇乂，自光^ 二極體PD讀出約為飽和信號量φΥρ的1/2的信號後排出。信號STS2的過大信號切割(siice)為〇Vm。信號因信號量少而未能排出。於時刻t3，利用光電二極體pD 實施再儲存。於時刻t4,以脈衝信號READ的電壓=1 〇v 來讀出大於Φνιη的信號電荷，以作為信號阳。藉此，輸出大於(DVm的信號STS1或STS2等。此時，信號stl 因位準充分小故未能讀出。於下—時刻t5，讀出該光電二 f體PD中（DVm或φνπι以下的信號電荷以作為肌，並，、由檢測部於時刻t4所讀出的信號仍相加後，作為而輸出。時刻t4時’拐點（Knee)或拐點以下祕山阳飞bTL於時刻t2未能自光電二極體PD中連續儲存的信號電荷。另—方面，於時刻切割，‘極，PI1中排出的信號STS2以φνιη位準而被換ii·生❼麻ί上核為儲料㈣停止敝11。光電轉拐點（Knee)為界限而變化。亦即，於輸^。〗出的㈣STS中具有拐點（Knee)的信號被的信Γίτ上S述t成’於1個水平掃描期間，對曝光時間短 ) 將曝光_麵錢與曝光時間短的信號 33 1357260 26166pif 修正日期:100年9月26曰爲第96142049號φ麵明鶴冑線修μ 相加後所得的信號STLS分別進行讀出的2個數域號相加，因此輸出，將所大動態、範1 不致使畫質降低便可擴 ti〜1%表示圖18所示的動作時序圖中的時刻圖與電位圖，圖⑼表示儲存大面圖與電位圖’圖1% 剖面圖與電位圖。河仔』饴现矸的電- St導:基板上設S η型雜質擴散區域以形成光 :7:體PD，該η型雜質擴散區域的表面由P型雜質擴 3域遮蔽。藉此，形成傷痕或暗處不均的較小的嵌入型上極】檢:部FD由°型雜質擴散區域形成，且 ”先電一極體PD的η型雜f擴散源極、汲極心 =，紅域_基板上，隔著未_的_絕緣膜者由多晶矽構成的閘極電極 ' 衝READ。與作為檢渺極電極中供給有讀出脈設詈有η划Μ哲邻D的n型雜質擴散區域相鄰接，電曰體（重區域。該。型雜質擴散區域作為重置電曰:體（重置閉極)TC的汲極區域來操作，檢測部二 η型雜質擴散區域作為源極區域來摔二 == 的有汲極電壓VD(=2.8V =作賴£域中施加散區域間的基板上，於該等n型雜質擴晶痛的閉極電極==極絕緣膜設置著由多 RESET。π ιμ閘極電極中供給有重置脈衝

重置為沒極電壓VDB。該重置電晶體Te’而將檢測部FD 34 26166pif 修正曰期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無當儲存大信號時，如圖⑼所示，於時刻u，光電二極體PD的信號電荷達到飽彳準的讀出電壓(=1〇t)=而，，於時刻口， -搞骑τ>ηΑ、Ι )也加至讀出閘極，藉此排出光電 7體^中達到飽和的信號電荷的-部份。於下-時刻 t3，將佗號再次儲存於光電- x 了讀出再次儲存於光電二^於時刻料’為位#的鲭出雷^\中齡號，藉由施加低二ΛΛ v)而將上述信號讀出至檢測部於時刻t5，施加高位準的讀出電壓（=2 8 V)，^ 巾^號储如缝測部^

Qxls Γί, 時，：於時刻t4讀出上述儲存時間短的信號。f飽和 ti，光’如圖1%_，於時刻低位準的讀出電壓（〜時刻t2 ’以

中排出電荷。於下n〇, %电一極體PD 極體阳中。t3，信號電荷繼續健存於光電二丼，马了於蚪刻t4讀出光電二極體pD的信妒雷丄極體FD ^3讀_ ( = 1.G V)。然而，因^電於時列〖5 Γΐ荷少，故不會讀出至檢測部FD中。 .*由施加高位準的讀出電壓卜28 極體1^的所有信號電荷讀出至檢測部；pD中。、

出信= 表4:種顯示麵電二20的動作的數位輸神馬先篁，縱軸為數位輸出位準。信號STLS 35 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:1〇〇年9月26日相對於光量以依存於儲存時間TL的傾斜度而增加。若捧加至Knee點’則傾斜度根據儲存時間TS而緩慢增加。: 且，增加至光電二極體PD的飽和信號為止。另一方面 sts信號於光量大於因讀出電壓Vm而受限的儲存電容時，開始輸出信號。傾斜度與儲存時間TL相對應。卷到大於Knee點的光量時，傾斜度對應於儲存時間:rs : 慢增加:WDM電路20,的輸出信號SF直至光量心從點為止’成為STLS信號線。大於Knee點的信號則將sts信號切換為經GA放大的信號。可藉由使該放大電路2〇3 ^ GAIN作為儲存關比TL/TS，而將信號SF變換成近似直線。實測中，因來自光電二極體PD的信號讀出不能成為凡整傳輸模式，故STS信號中疊加有殘影信號。因此，STS 信號會略微增大。可藉由將GAIN相對於放大率GA倍，放大約0.85倍，而進-步改善直線性。於點，SA信號一SB信號^ SA信號是自STLS信號減去黑階（dark) 後所得的錢，sc錢是自STS錢減去黑階（dark)並以放大率GA倍放大後所得的信號。黑階（dark)是根據配置於水平線的開始侧的遮光像素（OB)的平均值算出的。圖21a、圖21b、圖21c及圖21d是表示WDC電路30 概略結構的方塊圖與表示動作的圖。圖21a是電路構成圖，WDC電路30中以16 bit輸入有經線性轉換後的信號 SF。如圖2lb所示’該信號於已對白色被寫體進行攝影時， GR®的k號位準成為不同。為了於WB電路31中合併GRB 的信號位準，而分別放大R信號與B信號。於是，如圖 36 ^57260 26l66pif 修正日期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正本 21c所示，SWB信號中GRB的信號位準變為相同。利用壓縮電路32將上述16 bit信號的高亮度信號壓縮為最大 12 bit位準。如圖21d所示，作為壓縮模式丨，以與通常的 k號處理中所使用的γ修正相同的曲線來進行壓縮。愿縮模式2中，為了增大尚凴度信號部分的灰階，而施加2點摺線的壓縮。當為16 bit信號時，動態範圍擴大量相比於先前的lObit信號可擴大為64倍。. ' 圖2 2是用以表示本發明第8實施形態中之高照度時的動態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CM〇s影像咸器概略結構的方塊圖。圖22中對與圖16相同的；= 相同的符號。圖22相對於圖16，使用像素部i的2列（Hne)信號來擴大動態範圍。該2列以可分別控制上述儲存時間的方" 式而設置控制用暫存器（ESA、ESB) 141、142。將第i 列的儲存時間設為TL，將信號作為STL而讀出。輸出第2 列的光電二極體PD中儲存時間已縮短的STS信號。wdm 電路20中，減去STS信號的黑階（dark)，且放大為儲存時間比TL/TS的G倍後生成SB信號。自STL信號減去黑，（dark)後與SB信號相加而生成SA信號。將該8八信唬作為1/2，以生成sc信號。於後段的開關電路2〇4中， STL信號未滿1〇23 LSB時選擇sc信號，於信號為 1023 LSB或1〇23 LSB以上時選擇SB信號，藉此將儲存時間不同的2列信號線性轉換為一個信號後生成SF信號。圖23表示動作時序圖。本動作中為了 2列相加以進行 37 1357260 26I66pif 爲第96丨42049號中文說明書無劃線修正本修正日期:100年9月26日輸出，而使垂直列數中為1/2也就是263H » η列的儲存時間設為TL=263 H，m列的儲存時間設為TS==33 η。於時刻t4,輸出η列儲存的信號並AD轉換為STL信號。於1/2 Η後的時刻t5 ’項出該儲存時間TS所儲存的信號並ad 轉換為讀出STS信號》圖24疋用以表示本發明第9實施形態中自低照度至高知度為止的廣動態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型. CMOS影像感測器概略結構的方塊圖。圖24中對與圖π 相同的部分附上相同的符號。相對於圖16 ’圖24於1個水平掃描期間使VR£F產生3 a。使感測器内核部A的線記憶體亦增加1列而達到 3列。WDM電路2輸入來自感測器内核部a的3個信號 SGH、SGL、STS。WDM電路2是將圖16與圖1合成後所得的電路。VREF產生電路50中，於開始的1/3H期間，以傾斜度GL產生VREFTS。接著，以相同的傾斜度Gl 產生VREFTL。最後，VREFGH的傾斜度GH變得緩慢，看上去則成為使類比GAIN增加（UP)的狀態。以VREFTS 與VREFTL來擴大第6實施形態中之高照度時的動態範圍，以VREFTL與VREFGH來擴大第1實施形態中=低照度時的動態範圍。WDM電路20中，自感測器内核部A 輸入上述儲存時間短的信號以作為STS。信號SGL作為儲存時間短的信號與儲存時間長的信號相加後所得的信號而輸入，信號SGH作為信號SGL經放大後所得的信號而輸入0 38 1357260 26166pif 爲第96H細號中文_書無騰赃本修正_1G吟9月26日首先，在利用ADC3進行的類比/數位轉換動作中，由於黑階（dark)設定為64 LSB位準，故利用減法電路2U、 201、202自各個線§己憶體5、6、8的輸出信號中減去黑階， 64。其次，利用增益電路（GA) 203將已由減法電路2〇2 進行減法處理後的信號SB放大，以生成信號sci。當分別將信號STL與信號STS的曝光時間設為TL與TS時，該增益量GA可根據TL/TS之比來算出。利用比較A電路 210，對上述信號SCI與由減法電路201自SGL信號減去黑階（dark)後所得的信號SA加以比較後，利用開關電路204來選擇較大的信號。結果，順利地將信號SA與gain 成倍放大的信號SCI合成，以生成信號SC2。接著，利用減法電路211自信號SGH減去黑階（dark)的64 LSB位準後生成信號SD1。生成將信號SC2放大GC倍後所得的信號SC3。該放大率GC可根據VREF振幅的傾斜度GH/GL 而算出。將信號SD1與信號SC3相加後生成信號SD2。信號SD2可藉由相加而使信號位準變為2倍，故於後段中使 I為1/2後生成仏號SE。可藉由上述處理而使雜訊降低3 dB。對於信號SF而言，對開關212進行切換，使得在sgh .，信號小於1023 LSB位準時選擇信號SE，當SGH信號為 1〇23LSB位準或i〇23LSB以上時選擇信號SC3 (利用未圖示的判疋電路）。結果，可順利地合成SE信號與成，放大的SC3信號，以獲得相對於光輸入信號自低照度至咼照度為止以直線形式而變化的信號來作為SF信號。 WDM電路20中，使位元數增加並以最大16位元來進行 39 1357260 26166pif 爲第胸號中文說明書無劃線修正本修正曰期·年9月26日輸出。而且，利用白平衡（WB)處理電路31來對R、G、 B信號的位準進行相同處理，並利用壓縮電路32將信號壓縮為12位元後輸出。圖25表示動作時序圖。於時刻t4，輸出在高亮度儲存時間TS所儲存的信號STS。於下一時刻t5，因無RESETn 脈衝’故將儲存時間TL與TS相加後所得的信號作為SGL 而輸出。此時的VREF振幅設定為傾斜度為GL的大振幅。於下一時刻t6，再次讀出儲存於檢測部FD中的信號。可藉由使VREF的振幅為傾斜度GH ’而使類比GAIN增加 (UP)，並使低位準信號的解析度變得精細。該讀出亦可使用圖3的動作。第9實施形態的變形例表示於第10實施形態中。圖26表示WDM電路的變形例。分別於訊框内對3 個信號的產生頻率KSGH、KSGL、KSTS進行積分，提取信號位準的產生頻率較高者。利用位準判定電路213來判斷該等信號的位準，將結果反映於下一訊框内，利用壓縮電路214對信號實施加權處理。圖27a、圖27b、圖27c及圖27d表示本實施形態的控制方法。為了簡化說明，將dark量設為〇 LSB。圖27a表示合成3個信號的方法。生成有將信號SGL與STS進行線性轉換合成後所得的信號SC2。接著，利用放大電路將 SC2信號放大GC倍後生成信號SC3，並將該信號SC3與信號SD1相加後生成SD2。該信號SD2由於將SGL與SGH 相加，故達到2倍的信號位準。將該信號變為1/2後成為 1357260 . 26166pif 修正曰期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正本 SF信號的低位準側。高位準侧切換為將信號sc2擴大gc 倍後所得的健。藉由對3個域進行線性合成，最終生成為直線性的SF信號。圖27b中表示WDM電路20的輸出^號DOUT ’且表示3個信號全部均等地再生的狀態。因低照度錢的解析度高，故為了易於觀察㈣度信而增大GAIN。圖27e + ’以低照度側的信號為重點，將低照度側的GAIN增大。圖27d中，以高亮度側為重點，以易於觀察高亮度影像的方式，擴大高亮度_再生位準的範圍。圖28是表不自低照度至高照度為止廣範圍地擴大動態範圍的其他的第11實施形態，圖28中對與圖24相同的部分附上相同的符號。 ^ 相對於圖24,圖28使VREF產生2次，以具有2個傾斜度的摺線產生後半部分的vrefghl。傾斜度設為GH，自中途開始設為证。^^ (MSGHL ) 5讀出該信號，並作為SGHL信號向WDM電路20輸入。利用放大電路將VR£fghl的大於κρ點的信號放大GA倍。該放大率根據VR£F的傾斜度比gh/gl 來算出。將大於κρ位準的信號切換為SA信號，藉此生成將SGHL信號直線化後所得的SB信號。sc信號是如下的信號’即’利用減法電路202將STS信號減去黑階 (dark ) ’並接著以儲存時間的比TL/Ts來放大GB倍其次以GH/GS的比來放大GC倍。將該SB信號與sc信號加以比較，並利用開關電路216來切換為其中較大的信號 1357260 26166pif 修正日期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正本後生成經線性轉換合成的SF信號。圖29表示動作時序圖。於時刻t4,輸出高亮度儲存時間TS中儲存的信號STS。於下一時刻t5，將儲存時間 TL與TS相加後所得的信號作為SGHL而輸出。此時的 VREF的傾斜度開始時以GH上升’自κρ點變為GL。亦即，使小信號位準的解析度提高。圖30表示本實施形態的控制方法。信號sghl開始以與傾斜度GH相對應的傾斜度而輸出，且傾斜度自κρ 位準向GL緩慢變化。而且，自取決於讀出電壓Vm與儲存時間比的KPm點開始，進一步變化為取決於儲存時間 ts的傾斜度sts的信號。首先，以放大率ga=Gh/gl 來放大SGHL信號的KP位準或KP位準以上的信號。大於KPm的信號切換為將STS放大GB倍與GC倍後所得的信號，藉此可使最終的SF信號直線化。圖31表示自低照度至高照度為止的廣範圍地擴大動態範圍的其他的第12實施形態。圖31中對與圖28相同的部分附上相同的符號。

相對於圖28，圖31使VREF產生2次·，以平滑地變化的曲線的傾斜度GC來產生後半部分的vrefgc。該傾斜度可根據計數器數值而緩慢變大。外觀上，當輸入信號為小信號時GAIN增大，當輸入信號為大信號時GAIN變小。WDM電路20中，對輸入信號SGC，以如圖34的GC1 所示之方式，與VREF產生電路50的曲線GC相對應地設定該放大電路GC1的GAIN曲線。亦即，使輸入信號SGC 42 1357260 , 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:丨〇〇年9月％日越大’則GAIN變成越大。其輸出信號SE可相對於輸入信號而成直線狀輸出。相對於先前的10 bit輸出，可線性轉換為4倍的12 bit輸出。亦即，相對於先前，可將動態範圍擴大4倍。該GC傾斜度可自由設定。通常，對輸入信號進行平方運算’或者乘以冪乘方的倒數等係數來進行 * 運算’或者製成表格後進行轉換。自該SE信號減去黑階 (dark)後生成信號SB。另一方面，自STS信號減去黑階 (dark)，接著以儲存時間的比TL/TS來放大GB倍，其次以相對應於VREF的GC曲線的最大GAIN係數GC2倍來放大而生成信號SC。藉由將該SB信號與SC信號加以比較，且利用開關電路216切換為其中較大的信號而生成線性轉換合成的SF信號。圖32表示本實施形態的控制方法。信號SGC開始時傾斜度較大，但傾斜度隨著光量變大而變小，且上升至由讀出電壓Vm與儲存時間比所決定的Kpm點為止。自該 KPm點開始，STS信號由於儲存時間變短，因此以平緩的傾斜度上升。線性轉換合成，首先是對信號SGc以gAIN 曲線GC1來進行放大。接著，生成線性轉換為直線的信號 SE。大於KPm的信號，藉由切換為將挪放大GB倍與 GC2倍後所得的錢，而使最_ SF信號直線化。圖33表不本發明的第13實施形態。圖33中對與圖 11相同的部分附上相同的符號。相對於圖1卜圖33使用像素部1的2列（line)信號將信號相加。儲存時間亦與2列相同。WDM電路2〇中， 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期·年9月％日

減去STA信號的黑階（dark)後生成SA信號，減去STB 信號的黑階（dark)後生成SB信號。而且，將該等sa信號與SB信號相加後所得的信號作為SF信號。藉由此動作，可獲得將垂直2列的信號相加後所得的信號。此方法可適用於使垂直列數為約1/2的監視模式中。實際上，因信號成為2倍，故變得高靈敏度。雜訊亦可降m3dB。圖34表示動作時序圖。本動作中，將2列的信號相加後輸出，因此使垂直列數成為1/2即263 H。使n列的儲存時間為TL = 263 Η，亦同樣使m列的儲存時間為Ts== 263 Η。於時刻t4中使n列所儲存的信號輸出後八1)轉換為STA信號。於1/2 η後的時刻t5，將儲存時間Ts所儲 =信號AD轉換為讀出STB信號。彩色感·中，因通常才;色濾光片為拜爾（ba㈣排列，故去除相同顏！列以進行加法動作。圖35a、圖35b、圖35c及圖35d表示動作時序的變开{ 例。圖35a表示標準動作。本動作中，為了於⑽動作‘ 輸出D〇UT雜訊，而使來自像素的信號讀出杳B不輸出感測器輸出信^D〇UT。圖35b中表示本發明 == 動作，謂之後半部分的⑽糊= =動作。為了解決雜訊混入，如圖3 ==約2倍，於後半部分的CDS動作期間不玆因訊框作，Γ解紅雜訊狀。本動作 .旱為2倍，故成為低速，因此，圖35d中，將盤 Ί DOUT分為水平娜期_前半部分與後半部分以 1357260 26I66pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:1〇〇年9月26日 == 中間設置該後半部分的⑽動作期雜訊降低，因此’即使如圖35b來進行動二訊的混入。而且’丽的AD轉換吣數自膽降低為 9blt，使水平掃描期_短’從何增▲訊框動作頻率: 根據如上所述的本發明實施形態’提供一種t書併 CMOS感測器，其屬於行(column)ADC型cm =，對光輸人信號實施-種輸出不關斜度信號的奐’並利用實施GAIN調整以使傾斜度成為相同的線性轉換電路’將該AD轉換中不同傾斜度的輸出信號製成一個線性信號，藉此來擴大動態範圍且改善S/N( signal t〇 η〇& ratio ’信號-雜訊比）。亦即，相對於光輸入信號量而輸出傾斜度不同的信號，利用信號處理電路將不同傾斜度轉換為相同的傾斜度，使光輸入信號量直線化，藉此可與被寫體的照度相對應地自暗場直至亮場為止來擴大動態範圍。進而，藉由對信號進行直線化處理，可改善高亮度的被寫體的顏色再現性。而且，根據本方式，不易受到電源電壓或感測器的動作溫度的影響’能夠實施穩定的動態範圍擴大動作。根據本實施形態’構成如下的固態攝影裝置。根據本實施形態，可提供一種能夠擴大動態範圍並實現高晝質化的固態攝影裝置。熟習此項技術者將易想到另外的優勢及改質體。因此’本發明在其更寬闊之態樣中並不限於本文所示及描述 45 1357260 26166pif 修正日期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正本之特定細節及代表性實施例。為此，可進行各種修改而不偏離藉由隨附申請專利範圍及其等效體所界定之普遍發明概念的精神或範疇。【圖式簡單說明】圖1是用以表示本發明第1實施形態中之低照度時的動態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CMOS影像感測器概略結構的方塊圖。 . 圖2是表示本發明第1實施形態的放大型CMOS影像感測器的像素部、CDS及ADC的具體構成例的電路圖。圖3是表示本發明第1實施形態的CMOS影像感測器的第1動作時序的波形圖。圖4是表示本發明第1實施形態的CMOS影像感測器的第2動作時序的波形圖。圖5是本發明第1實施形態的像素部晶胞的剖面圖與電位圖。圖6是表示本發明第1實施形態的WDM電路的其他結構的圖。圖7a及圖7b是表示本發明第1實施形態的WDM電路動作的圖。圖8是用以表示本發明第2實施形態中之低照度時的，態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CMOS影像感測器概略結構的方塊圖。圖9是表示本發明第2實施形態的CMOS影像感測器的動作時序的波形圖。 46 26166pif 修正日期:100年9月26日爲第96M2049號中文說明書無^^^^ =1G疋本發明第2實施形態的像素部晶胞的剖面圖與現位圖。動離表示本發明第3實施形態_之低照度時的圍擴㈣圖，且是表示放大型CMGS影像感測态概略結構的方塊圖。叙能t是用以表示本發明第4實施形態中之低照度時的擴大方法的圖，且是表示放大型⑽⑽影像感測益概略結構的方塊圖。 m ，13是表示本發明第2實施形態的cM〇s影像感測裔的動作時序的波形圖。動^14是用以表示本發明第5實施形態中之低照度時的时二a圍擴大方法的圖，且是表示放大型CM0S*像感測盗概略結構的方塊圖。，15是用以表示本發明第6實施形態中之低照度時的哭^範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CMOS影像感測器概略結構的方塊圖。動態，16是用以表示本發明第7實施形態中之高照度時的範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CMOS影像感測裔概略結構的方塊圖。圖17是表示本發明第7實施形態的CMOS影像感測器的動作時序的波形圖。圖18是用以說明本發明第7實施形態的光電二極體的信號電荷儲存的圖。圖Na及圖1%是本發明第7實施形態的像素部晶胞 47 1357260 26l66pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:100年9月26曰的剖面圖與電位圖。圖20是表示本發明第7實施形態的WDM電路動作的數位輸出信號的示意圖。圖21a、圖21b、圖21c及圖21d是表示本發明第7 實施形態中WDC電路的概略結構的方塊圖，以及動作示意圖。圖22是用以表示本發明第8實施形態中之高照度時的動態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CMOS影像感測器概略結構的方塊圖。圖23是表示本發明第8實施形態的CMOS影像感測器的動作時序的波形圖。圖24是表示本發明第9實施形態中自低照度至高照度為止寬的動態範圍擴大方法的圖，且是表示放大型CMOS 影像感測器概略結構的方塊圖。圖25是表示本發明第9實施形態的CMOS影像感測器的動作時序的波形圖。圖26是表示本發明第10實施形態的WDM電路變形例的圖。圖27a、圖27b、圖27c及圖27d是表示本發明第10 實施形態的控制方法的圖。圖28是表示本發明第11實施形態中自低照度至·高照度為止寬的動態範圍擴大方法的圖，且是表示放Λ型 CMOS影像严測器概略結構的方塊圖。圖29是表示本發明第11實施形態的CMOS影像感測 48 1357260 26166pif 修正日期:1〇〇年9月％曰爲第96142049號中文說明書無劃線修正本器的動作時序的波形圖。圖30是表示本發明第11實施形態的控制方法的圖。圖31是表示本發明第12實施形態中自低照度至高照度為止寬的動態範圍擴大方法的圖，且是表示放大g CMOS影像感測器概略結構的方塊圖。圖32是表示本發明第12實施形態的控制方法的圖。圖33是表示本發明第13實施形態的放大型CM〇s影像感測器概略結構的方塊圖。圖34是表示本發明第13實施形態的（：]^〇!5影像感測器的動作時序的波形圖。〜與圖Ba、圖35b、圖35c及圖35d是表示本發明第14 實施形態的CMOS影像感測器的動作時序的變形例的波形圖。【主要元件符號說明】 1 :像素部 2 :行型雜訊消除電路（CDS) 3 :行型類比數位轉換器（ADC) 4 :鎖存電路 5、6 :線記憶體（MSGH、MSGHL) 7:水平移位暫存器仞··透鏡 11 :晶胞（像素） :脈衝選擇電路（選擇器） 13 :垂直暫存器（VR暫存器） 49 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:l〇〇年9月26日 14 :垂直暫存器（ES暫存器） 15 :偏壓產生電路（偏壓1) 16 :行放大器 17 :垂直暫存器（WD暫存器） 20 :寬動態範圍混合（WDM)電路 23、203 :增益電路（GA) 30:寬動態範圍壓縮（WDC)電路 31 :白平衡處理電路（WB) 32、214 :壓縮電路 40 :時序產生器（TG) 50 : VREF產生電路 51 :線記憶體 60 :串列介面（串列I/F) 61 :指令解碼器 70 :脈衝振幅控制電路 141、142 :控制用暫存器（ESA、ESB) 2(Π、202、206、211 :減法電路（-dark) 204 :開關電路 205、207、208 :放大電路 209 :放大電路（GC1 ) 210 :比較A電路 213 :位準判定電路 t0、tl、t2、t3、t4、t5 :時刻 A :感測器内核部 50 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:100年9月26曰 ADDRESSn、RESETn、READn、S1 〜S4、VRR、ESR、 VREAD :脈衝信號 Cl、C2 :電容 C3 :電容器 ·· COMP卜COMP2 :比較電路 - DATA:資料 DOUT :·輸出信號 FD :檢測部 GA、GC :放大率 GH、GL、GL1、GL2 :傾斜度 GAIN :增益 GC、GC1 :曲線 INV1、INV2 :反相器 KTC :雜訊 KP、KP 卜 KP2、KPm :點 KP :位準 KSGH、KSGL、KSTS :產生頻率

Knee :拐點 MCK :主時脈信號 ·* MSGH5、MSGHL6 :記憶體 • · OB :遮光像素 PD :光電二極體 OUTO〜OUT9 :數位信號 Ta :列選擇電晶體 51 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:100年9月26日

Tb :放大電晶體 Tc :重置電晶體 Td :讀出電晶體 TS :短儲存時間 QGH、QGHL :信號電荷 STA、SGH、SGHL、SA、SB、SC、SCn、SC2、SC3、 SD、SD 卜 SD2、SE、SF、STS、STS 卜 STS2、STL、SGL、 SGC :信號 S卜204、212 :開關 TLM :負載電晶體 TL :低照度撮影的最大儲存時間 TS 卜 TS2、TS3、TS4 :電晶體 VREFGH、VREFGL、VREFTS :三角波

Vm :讀出電壓 VGA :像素數 VREF :振幅 VLIN :垂直信號線 VDD :電源 VD :電源電壓 VVL :偏壓電壓

Vn :高電壓

Vm :電壓 52

Claims

1357260 26166pif 修正曰期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修正^ 十、申請專利範固： 1.一種固態攝影裝置，包括：像素部’其於半導體基板上以列及行二維地配置有曰胞’該晶胞包括光電轉換部、將由上述光電轉換部對入: 光進打光電轉換所得的信號電荷讀出至檢測部的讀雷儲存在上述檢測部中的信號電荷相對應的電壓= 二==電路、以及對上述檢測部的信號電荷進行曝光時間控制電路’其控制由上述紋轉換部 ^轉換的曝光_，使上輕光時間於整轉素部内= AD轉換電路’其以使自上述像素部輸出的輸的信號位準的解析度不同的方式來進行AD轉換. 號；=憶體，其記憶著經上述AD轉換電路轉換後的信信號處理電路，其以對應於上述AD :輸出信號的解析度來控制放大率，使得相 ==性傾斜之方式’對來自上述線記憶體的輸“ 2.如申請專利範圍第1項所述的固態攝影裝 1 上述AD轉換電路對自上述像素部輸出的；:二次AD轉換’多個上述線記憶體記憶著 :2 所得的上述信號，夕人AD轉換後上述信號處理電路將自多個上述線記憶體同時讀出的 53 1357260 26166pif 爲第96142〇49號中文說明書無劃線修正本修正日期:1〇〇年9月26日多個信號合成為一個信號。 3. 如申請專利範圍第1項所述的固態攝影裝置，其中上述信號處理電路’根據規定的信號位準，將第1信號與第2信號進行切換後輸出，上述第i信號是將來自多個上述線記憶體的第丨輸出信號減去黑階並控制上述放大率而獲得，上述第2信號是將來自多個上述線記憶體的第輸出信號減去黑階後，加上上述第丨信號而獲得。 4. 如申請專利範圍第i項所述的固態攝影裝置，其中上述信號處理電路，根據規定的信號位準，將第i信號與第2信號進行切換後輸出，上述第丨信號是將來自多個上述線記憶體的第1輸出信號減去黑階並控制上述放大率而獲得，上述第2信號是將來自多個上述線記憶體的第 2輸出信號減去黑階而獲得。 5. 如申请專利範圍第1項所述的固態攝影裝置，其更包括振幅控制電路，該振幅控制電路為了利用上述讀出電路讀出信號電荷而對供給至上述讀出電_信號的振幅進行控制。 6. —種固態攝影裝置，包括：像素部，其由二維地配置於半導體基板上的光電二極體、將上述光電二極體的信號電荷讀出至檢測部的讀出電路、將上述彳§號電荷轉換為電壓的檢測電路、輸出上述檢測電路電壓的輸出電路以及用以重置上述檢測電路的重置電路而構成；曝光時間控制電路，其對由上述光電二極體進行光電 54 1357260 1357260 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:100年9月26日轉換的曝光時間進行控制； =電:儲 AD轉換；路所儲存的信號進行的4=憶體，其記憶著經上述ad轉換電路轉換後 ^號處理電路，其對來自上述客出信號進行處n &個線雜_多個輪利用上述讀出電路讀出由上述光 =二斤儲存的信號，並將該信號保持於:= 賴存電路中，利用上述AD轉換雷祕路或上號進行多次AD轉換，使自上=====上述信信號位準的解析度不同，且將經多出電_ 述信號記憶於上述多個線記憶财，_後所得的上述多包φ括合成電路，該合成電路將自上號廣德體问時讀出的多個輸出信號合成為一個信 7·如申請專利範圍第6項所述的_攝影裝置換電路包括線性轉換合成電路，該線性轉電路的解析度來= ’對應於上述AD轉換斜度成為與忒====率，並且以使傾儿置相同之方式，利用切換電路來合 55 1357260 26166pif 修正曰期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修^# 成為一個信號 8. 如申明專利|&圍第6項所述的固態攝影裝置，其令。口上述讀出電路將多列上述光電二極體作為i組且以列單位進行讀出，上述AD轉換電路以上述列單位來進行AD轉換，上，信號處理電路包括合成電路，該合成電路將自上述夕個線德體同時輸出的多個信號合成為—個信號。 9, 如申請專利範圍第6項所述的固態攝影裝置，盆中艎時間控制電路使由上述光電二極體進行光電轉換的曝耕間於解財成為不同，上述AD轉換電路以上述列單位來進行ad轉換， ^述多録記，隨逐個記憶以上述列單位來進行Μ 轉換後所得的信號，換合imtr自祕性賴合成電路’該線性轉、，二自上述多個線記憶體同時輸出的多個信 I i 於上述列單位㈣光賴來控制信號放大電路的並且以使傾斜度成為與光輸入信號量相同的方式’利用切換電路來合成為—個信號。 ‘如申明專利範圍第6項所述的固態攝 =曝光時間控制電路，藉由控制由上述光電二極二換的曝光時間及上述讀出電路的讀出電壓，而於早一像素内進行多次曝光，光雷電路對應於曝光賴，分為多次來讀出上述光電一極體的信號電荷， 56 1357260 26166pif 修正日期:100年9月26 爲第96142049號中文說明書無劃線修# 上述AD轉換電路進行多次AD轉換，始述錢處理魏包括雜轉換合成電路，該線性轉。声路針對自上述多個線記憶體同時輸出的多個作 Ϊ，對應於上述曝光時間來控制信號放大電路的放大率f =以使傾斜度成额光輸人錢量捕的方式，利用切換電路來合成為一個信號。中11_如申請專利範圍第1〇項所述的固態攝影裝置，其加。上述檢測電路對分為多次讀出的上述信號電荷進行相 12·如申請專利範圍第6項所述的固態攝影裝置，其中上述曝光時間控制電路，藉由控制由上述光電二進可光電轉換的曝光時間及上述讀出電路的讀出電壓於單一像素内進行多次曝光，上述讀出電路對應於曝光時間，分為多次來讀出上光電二極體的信號電荷， _上述AD轉換電路以使輸入信號位準的解析度成為同的方式來進行多次AD轉換，上述信號處理電路包括線性轉換合成電路，該線性換合成電路針對上述多個輸出信號，對應於上述AD轉換的解析度朿控制彳§號放大電路的放大率’並且以使傾斜/ 成為與光輸入信號量相同的方式，利用切換電路人^ 一個信號。〇取马 13·如申請專利範圍第6項所述的固態攝影裝置，其包 57 1357260 26166pif 修正日期:100年9月26曰爲第96142049號中文說明書無劃線修正# 括白平衡料’該自平衡電路對自上述信號處理電路輸出的線性信號的RGB信號位準單獨地進行GAIN調整。 14.如申請專利範圍第13項所述關態攝影裝置，其包括位準抑制電路，綠準抑制電路藉由使經上述白平衡電路調整後的信制高亮度信號成分的GAIN降低，而抑制位準。 15.如申請專利範圍第14項所述的固態攝影裝置，其中上述信號處理電路包括控制電路，該控制電路於訊框内對每個傾斜度不_多個上述輸出錢的錢產生頻率進行積分，並根據積分結果來控制壓縮電路的gain量。 16.如申請專利範圍第6項所述的固態攝影裝置，其具備-種於由上述AD轉換電路進行多次AD轉換的動^；乍時，增加水平掃描期間的長度的模式。 Π.—種固態攝影裝置，包括：像素部’其由二維統置於半導體基板上的光電二極體將上述光電二極體的信號電荷讀出至檢測部的讀出電路、輸出上述檢測部的電荷的輸出電路、以及用以重置上述檢測部的重置電路而構成；曝光時間控制電路’其控制由上較電二極體進電轉換的曝光時間；行AD轉換行放大電路，其放大經上述輸出電路輸出的信號； fD轉換電路，其對經上述行放大電路放大^信號進 58 26l66pif 修正日期:100年9月26日爲第96142049號中文說明書無劃線修IE# 的信號；以及隐體#錢者經上述AD#換電路轉換後出信號進路且其對來自上述多個線記憶體的多個輸讀== = == =二 =r再，輪出電路分割而輸出 :經多次辦換後的上述信號記憶於上述多個線怎體換合路包括線性轉換合成電路，該線性轉大電路的放大率’並且以使傾斜度成為與光 'e j夏相同之方式’利用切換電路來合成為一個信號。 18. 如申請專利範圍第17項所述的固態攝影裝置其二一ί於利用上述AD轉換電路進行多次AD轉換的：時，a加水平掃描期間的長度的模式。 19. 如申請專利範圍第Π項所述的固態攝影裝置，其 :上述讀出電路對應於曝光時間而對上述光電二極體的信號電荷進行乡次分缺讀Λ ; 上述檢測部將多次分割及讀出的上述信號電荷予以相加0 2〇·—種固態攝影裝置，包括： 59 26166pif 修正曰期:100年9月26曰爲第96142049號中文說明書無劃線修正本像素部，其由二維地配置於半導體上述光電二極體的信號電荷讀出至檢測部的:出電號電荷轉換為電壓的檢測電路、輸出上述檢 ==的輸出電路以及用以重置上述檢測電路的重電轉:=電路’其控制由上述光電二一 nr其儲存著經上述輸出電路輸出的信號；行AD轉Γ ’其對由上述儲存電路所儲存的信號進的信ί個2憶體’其記憶著經上述他轉換電路轉換後出信=路且其對來自上述多個線記憶體的多個輸轉換ίΐΪί時間控制電路使由上述光電二極體進行光電、的曝光時間於所有像素内都相同，的作轉換電路以使自上述像素部輸出的輸出電壓。號位^的解析度成為不同的方式來進行AD轉換，路以信號處理電路包括線性轉換電路，該線性轉換電電路^=述AD轉換電路的騎度，來控制信號放大方4、率，以使相對於光輸入信號量成為線性傾斜之 "’對來自上述多個線記憶體的輸出信號進行處理。 1357260 26166pif 修正日期:1〇〇年9月26曰爲第96142049號中文說明書無劃線修正本七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：圖1。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 1 :像素部 2 :行型雜訊消除電路（CDS) 3 :行型類比數位轉換器（ADC) 4:鎖存電路 · 5、6 :線記憶體（MSGH、MSGHL) 7:水平移位暫存器 10 :透鏡 11 .晶胞（像素） 12 :脈衝選擇電路（選擇器） 13 :垂直暫存器（VR暫存器） 14 :垂直暫存器（ES暫存器） 15 :偏壓產生電路（偏壓1) 20 :寬動態範圍混合（WDM)電路 30:寬動態範圍壓縮（WDC)電路 31 :白平衡處理電路（WB) 32 :壓縮電路 40 :時序產生器（TG) 50 : VREF產生電路 60 :串列介面（串列I/F) 61 :指令解碼器 201、202 :減法電路（-dark) 1357260 • _ 26166pif 爲第96142049號中文說明書無劃線修正本修正日期:1〇〇年9月26日 203 :增益電路（GA) 204:開關電路 A:感測器内核部八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： * 無