TWI511557B - 固態成像器件及其驅動方法，以及使用該固態成像器件之電子裝置 - Google Patents

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Description

固態成像器件及其驅動方法，以及使用該固態成像器件之電子裝置
本發明係關於一種固態成像器件及其驅動方法，及一種使用該固態成像器件之電子裝置，且更特定言之係關於一種固態成像器件及其驅動方法，及一種使用該固態成像器件之電子裝置，其等可獲得具有不同靈敏度之複數個信號以擴展其動態範圍。
在相關技術中，作為擴展至一固態成像器件之對應於一入射光量之一信號量輸出之動態範圍之一方法，有一種以複數個不同曝光時間讀取一相同像素若干次且接著在後續階段組合彼此之間具有不同靈敏度之該等經讀取之信號之方法(例如，參考日本專利第3680366號及Orly Yadid-Pecht及Eric R.Fossum之「Wide Intrascene Dynamic Range CMOS APS Using Dual Sampling」，IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES，第44卷，第10號，第1721-1723頁，1997年10月)。
在上述方法中，一低亮度部分之資訊可自信號之一長曝光時間獲得，及高亮度部分之資訊可自信號之一短曝光時間獲得。然而，當一主體處於低亮度時，至少需要延長具有長曝光時間之信號之曝光時間，但在延長具有長曝光時間之信號之曝光時間時具有限制性。例如，在動態範圍中，最大曝光時間為僅1/30秒。此外，在一靜止影像中， 為抑制手或主體之偏置，期望避免延長曝光時間超過一預定時間。
在此情況中，即使在具有長曝光時間之信號中，由於信號量為小，故需要升高固態成像器件之增益設定。為升高增益設定，有兩種方法，即：一種為在一AD(類比至數位)轉換之前升高一類比增益，及另一種為在AD轉換之後升高數位增益。
在升高一數位增益之方法中，升高數位元增益引起一影像之一粗灰階。此外，在升高類比增益之方法中，在一影像之一部分為明亮之一情況中，該明亮部分之一信號超過實施AD轉換之AD轉換電路之輸入範圍，且因此不管最初是否存在一信號，皆丟失該信號。當然，該明亮部分之信號能自短曝光時間之信號獲得，但當相較於長曝光時間之信號時，S/N(信號/雜訊)為低，且因此一直擔心該所獲得之影像之S/N降低。
本發明因應此情況而產生，且因此即使當升高類比增益以獲得複數個具有不同靈敏度之信號且接著擴展其動態範圍時，期望防止一高靈敏度信號與一低靈敏度信號之連接部分之資訊丟失，藉此能獲得具有一高S/N之信號。
根據本發明之一實施例，提供一種固態成像器件，其包含一像素陣列區段，其中偵測物理量之像素係以二維矩陣配置；一AD(類比轉數位)轉換區段，其對複數個通道之自單位像素陣列區段讀取之類比像素信號執行AD轉換；及一控制區段，其根據單位像素信號之一增益設定而設定藉 由該AD轉換區段而AD轉換之量子化單位，其中該控制區段根據像素信號之增益設定判定對至少一通道之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數。
當升高單位像素信號之增益時，該控制區段將藉由該AD轉換區段而AD轉換之量子化單位控制為小，且同時將對至少一通道之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數控制為大。
在根據本發明之實施例之固態成像器件中，該AD轉換區段藉由該AD轉換區段對彼此之間具有不同靈敏度之複數個通道之像素信號執行AD轉換，及當升高單位像素信號之增益時，該控制區段將藉由該AD轉換區段而AD轉換之量子化單位控制為小且將對至少一通道之靈敏度為高之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數控制為大。
在根據本發明之實施例之固態成像器件中，當升高單位像素信號之增益時，該控制區段將對至少一通道之靈敏度為低之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數控制為不改變。
在根據本發明之實施例之固態成像器件中，在升高單位像素信號之增益之前，該控制區段將對至少一通道之靈敏度為高之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數控制為小於對至少一通道之靈敏度為低之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數之值。
在根據本發明之實施例之固態成像器件中，該AD轉換 區段藉由將用於偵測單位像素之物理量之一偵測時間設定為不同而對複數個通道之彼此之間具有不同靈敏度之像素信號執行AD轉換。
根據本發明之另一實施例，提供一種用於驅動一固態成像器件之方法，該固態成像器件包含一像素陣列區段，其中偵測物理量之像素係以二維矩陣配置；一AD(類比轉數位)轉換區段，其對複數個通道之自該單位像素陣列區段讀取之類比像素信號執行AD轉換；一控制區段，其根據單位像素信號之一增益設定而設定藉由該AD轉換區段而AD轉換之量子化單位，其中該方法包含根據像素信號之增益設定判定對至少一通道之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數之步驟。
根據本發明之又另一實施例，提供一種設有一固態成像器件之電子裝置，其中該固態成像器件包含一像素陣列區段，其中偵測物理量之像素係以二維矩陣配置；一AD(類比轉數位)轉換區段，其對複數個通道之自單位像素陣列區段讀取之類比像素信號執行AD轉換；及一控制區段，其根據單位像素信號之一增益設定而設定藉由該AD轉換區段而AD轉換之量子化單位，其中該控制區段根據像素信號之增益設定判定對至少一通道之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數。
根據本發明之實施例，對複數個通道之自一像素陣列區段讀取之類比像素信號執行AD轉換，及根據像素信號之增益設定而設定藉由AD轉換區段而AD轉換之量子化單 位，及根據像素信號之增益設定判定對至少一通道之像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數。
根據本發明之實施例，當升高一類比增益時，可防止資訊丟失以及可在獲得具有不同靈敏度之複數個信號且擴展其動態範圍之情況中獲得影像之一高S/N影像。
在下文中，參考附圖揭示根據本發明之實施例。
固態成像器件之組態
圖1繪示根據本發明之一實施例之一固態成像器件之一組態。在此實施例中，其揭示該固態成像器件之一實例為一CMOS(互補金屬氧化物半導體)影像感測器，其偵測對應於可見光之光量之電荷量之物理量作為一像素單位。
如圖1所繪示，CMOS影像感測器10可設有一像素陣列區段12，其中包含將一入射可見光之光量轉換成一光電信號之光電轉換器件之一單位像素11(在下文中，簡稱為像素11)係以列及行(矩陣形狀)配置。
該CMOS影像感測器10可經調適用於一像素陣列區段且設有完全控制該CMOS影像感測器10之一控制電路13、驅動單位像素陣列區段12之各像素11之一垂直驅動電路14、處理自各像素11輸出之一信號之n通道之行信號處理電路15、16、水平驅動電路17、18、水平信號線19、20及輸出電路21、22。
具體言之，該CMOS影像感測器10為包含一行信號處理電路15、一水平驅動電路17、一水平信號線19及一輸出電 路21以及一行信號處理電路16、一水平驅動電路18、一水平信號線20及一輸出電路22之兩通道之信號處理機構係配置於該單位像素陣列區段12上方及下方之兩個側上之此一組態之一系統。
在該系統之此組態中，控制電路13自外部接收用於命令COMS影像感測器10之一操作模式或類似物之資料且將包含該CMOS影像感測器10之資訊之資料輸出至外部。
此外，在一垂直同步信號Vsync、水平同步信號Hsync及主時脈MCK之基礎上，控制電路13產生(諸如)扮演參考信號之時脈信號或控制信號，藉由該等信號驅動垂直驅動電路14、行信號處理電路15、16、水平驅動電路17、18及類似物。由該控制電路13產生之該時脈信號或控制信號、或類似物給定至垂直驅動電路14、行信號處理電路15、16、水平驅動電路17、18及類似物。
在像素陣列區段12中，單位像素11係以二維矩陣配置。如圖1所繪示，該等單位像素11係以一實質上方格串接配置。此意謂藉由光電轉換器件或金屬電線或類似物所指示之一光學開口係以一實質上方格串接配置，且該單位像素11之電路部分不限於此組態。即，在下文所描述之單位像素11之電路部分中，以一實質上方格串接配置並非必需。
此外，在像素陣列區段12中，針對列及行之單位像素11配置，每一像素列連同圖之左右方向(一像素列中的像素之陣列方向)一起形成一像素驅動電線23，且每一像素行連同圖之上下方向(一像素行中的像素之陣列方向)一起形 成一垂直信號線24。此像素驅動電線23之一端係連接至對應於該垂直驅動電路14之各像素列之一輸出端。
該垂直驅動電路14可由移位暫存器或位址解碼器組成，且隨後選擇及掃描一列單位中的像素陣列區段12之各像素，且接著經由單位像素驅動電線23將一所需驅動脈衝(控制脈衝)供應至經選擇之列之各像素。
儘管已省略垂直驅動電路14之一特定組成，然其可經組成以設有實施讀取之一掃描通道以選擇性且隨後掃描一列單位中的像素11，及藉由比讀取掃描領先更多作為一快門速度時間部分實施一掃掠掃描之一掃描通道以掃除(重設)來自光電轉換器件讀取單位像素11之非所需電荷。
藉由透過掃掠掃描通道掃除(重設)非所需電荷，實施所謂的電子快門操作。在下文中，據稱該掃掠掃描通道為一電子快門掃描通道。在本文中，所謂電子快門操作係指損耗光電轉換器件之光電荷之操作，且接著開始一新曝光(開始光電荷儲存)。
藉由透過讀取掃描通道之讀取操作之讀取信號對應於僅於先前讀取操作之前或電子快門操作之後所接收之光量。此外，自僅先前讀取操作之一讀取時序及電子快門操作之一掃除時序至一當前讀取操作之讀取時序之一週期扮演一單位像素11中的光電荷之一儲存時間(曝光時間)。
經由垂直信號線24將來自經選擇之列之各像素11之輸出信號分別供應至行信號處理電路15或行信號處理電路16。該等行信號處理電路15、16分別配置於單位像素陣列12之 上方及下方以使(例如)像素陣列區段12之每一像素行(即，單位像素行)呈1：1之一對應關係。
此行信號處理電路15、16自像素陣列區段12之每像素11列之經選擇之列接收輸出信號且實施用於消除該等信號內固有之一固定型樣雜訊之一CDS(相關雙重取樣)程序、一信號放大程序或AD轉換程序或類似物。
此外，在本文中，儘管作為一實例，繪示調適其中行信號處理電路15、16可以1：1之對應關係配置之一組態之一情況，然其不限於該組態，而是其亦能調適成每複數個像素行(垂直信號線24)之行信號處理電路15、16一個接著一個配置之此一組態等，以時間分割多個像素行之間的行信號處理電路15、16以共同使用行信號處理電路15、16。
水平驅動電路17可由移位暫存器或位址解碼器等組成以隨後選擇行信號處理電路15以依序輸出水平掃描脈衝。水平驅動電路18亦可由移位暫存器或位址解碼器等組成(類似於水平驅動電路17)以隨後選擇行信號處理電路16以依次輸出水平掃描脈衝。
此外，儘管已省略圖式，然行信號處理電路15、16之輸出階段之各者具有與水平信號線19、20之各者連接之一水平選擇開關。隨後自水平驅動電路17、18輸出之水平掃描脈衝φH1~φHx依次打開連接至該等行信號處理電路15、16之各輸出階段之水平選擇開關。此等水平選擇開關依次回應於水平掃描脈衝而打開且依次將藉由每各像素行之行信號處理電路15、16處理之像素信號輸出至該等水平線19、 20。
輸出電路21、22實施來自行信號處理電路15、16之經由水平信號線19、20依次供應之單位像素信號之若干信號程序且接著輸出該等經處理之信號。作為此等輸出電路21、22之特定信號程序之一實例，有僅緩衝之一程序、在緩衝前調整e黑階之一程序、校正各行之間的差異之一程序、放大信號之一程序、色彩相關之一程序或類似物。
像素之電路組態
圖2係繪示單位像素11之電路組態之一實例之一圖式。繪示於圖2上之單位像素11具有用於光電轉換器件之一光二極體41、一傳輸電晶體42、一重設電晶體43、放大電晶體44及選擇電晶體45。
在本文中，作為傳輸電晶體42至選擇電晶體45之四個電晶體之一實例，可使用n型通道MOS電晶體。然而，傳輸電晶體42、重設電晶體43、放大電晶體44及選擇電晶體45之一傳導類型之上述組合僅為一實例，且不限於此組合。
此外，如圖2中所繪示，用於單位像素11之像素驅動電線23係經共同配置用於相同於像素驅動電線23(例如，一傳輸電線23a、一重設電線23b及一選擇電線23c之三種驅動電線)之像素列之各像素。該傳輸電線23a、重設電線23b及選擇電線23c之各一端係以一像素列為單位連接至對應於垂直驅動電路14之各像素列之輸出端。
一光二極體41具有連接至一負極側(例如，一接地)之一陽極且將一經感測之光轉換成對應於光量之電荷量(物理 量)之光電荷(在本文中為光電子)。該光二極體41之一陰極係藉由傳輸電晶體42之一介入而電連接至放大電晶體44之一閘極。與此放大電晶體44之閘極電連接之一節點46被稱為FD(浮動擴散)區段。
傳輸電晶體42係連接於光二極體41之陰極與FD區段46之間，且係藉由經由傳輸電線23a將一傳輸脈衝φTRF(一高位準(例如，Vdd位準)被揭示成一主動(在下文中為「高主動」))施加至其閘極而接通以將在該光二極體41中轉換之光電荷傳輸至該FD區段46。
重設電晶體43具有連接至一像素電源供應器Vdd之一汲極及連接至FD區段46之一源極，且係藉由重設電線23b之介入將一高主動之一重設脈衝φRST施加至其閘極而接通，以在將信號自光二極體41傳輸至FD區段46之前藉由損耗該FD區段46之電荷至單位像素之像素電源供應器Vdd，重設該FD區段46。
放大電晶體44具有連接至該FD區段46之一閘極及連接至該像素電源供應器Vdd之一汲極，且在藉由該重設電晶體43重設之後輸出該FD區段46之電位作為一重設位準，且此外在藉由傳輸電晶體42完成信號之電荷傳輸之後輸出該FD區段46之電位作為一信號位準。
選擇電晶體45具有連接至放大電晶體44之源極之汲極及連接至垂直信號線24之源極，且係藉由選擇電線23c之介入將高主動之選擇脈衝φSEL施加至其閘極而接通以將輸出信號自放大電晶體44傳輸至垂直信號線24作為單位像素 11之一經選擇之狀態。
此外，該選擇電晶體45能調適連接於單位像素電源供應器Vdd與放大電晶體44之汲極之間的一電路之一組態。
此外，單位像素11不限於四個電晶體之組態，且能為由如放大電晶體44與選擇電晶體45相容之三個電晶體形成之電路組成或其他電路組成。
獲得來自多個通道之具有不同靈敏度之信號之實例
與根據上述組態之一實施例相關之COMS影像感測器10可經由多個通道(例如，本實施例中的兩個通道)獲得來自單位像素陣列區段12之各像素11之具有不同靈敏度之信號以得到一寬動態範圍。
垂直驅動電路14對單位像素陣列區段12之各像素11實施一電子快門掃描通道中的一快門掃描及兩個通道之一讀取掃描，且能藉由使偵測像素11之光量作為物理量之一偵測時間(亦即，曝光時間)不同而獲得具有不同靈敏度之信號(以使兩個通道中的信號靈敏度為不同)。藉由該兩個通道之讀取掃描之一間隔調整曝光時間(偵測時間)之長度。其特定描述於下文予以給定。
在讀取掃描中，如圖3之左側所繪示，兩個像素列分別掃描為兩個通道之讀取列1、2，及將來自此2個讀取列1、2之各像素信號讀取至垂直信號線24。此外，對應於兩個通道之讀取掃描安裝該兩個通道之行信號處理電路15、16。
藉由垂直掃描，如圖3之右側所繪示，由於自一快門列 至一讀取列1之一時間(執行第一回之讀取掃描)為一曝光時間1及自讀取列1至讀取列2之一時間(執行第二回之讀取掃描)為一曝光時間2，故藉由將此等連續兩個曝光時間(儲存時間)1、2設定為不同，可接連獲得來自相同像素之具有不同靈敏度之兩個信號(即，基於一短曝光時間1之低靈敏度信號及另一者為基於一長曝光時間2之高靈敏度信號)。藉由控制電路13處理該等曝光時間1、2之設定。
藉由在稍後階段中將具有不同靈敏度之兩個信號(即，一低靈敏度信號及一高靈敏度信號)組合於一組合電路(未展示)中，能獲得具有寬動態範圍之影像信號。能自基於短曝光時間1之低靈敏度信號獲得以此方式獲得之影像信號之高亮度部分之資訊，及能自基於長曝光時間2之高靈敏度信號獲得該所獲得之影像信號之低亮度部分之資訊。關於這方面，高靈敏度信號之信號係參照一低靈敏度信號且高靈敏度之信號係參照一低靈敏度信號。
此外，關於如上文所描述之快門掃描及讀取掃描，其可藉由下列組態實行。
換言之，如上述，在具有讀取掃描通道及電子快門掃描通道(掃掠掃描通道)之垂直驅動電路14中，該電子快門掃描通道可由(例如)移位暫存器組成，且自第一列隨後輸出來自一像素列單位中的移位暫存器之一電子快門脈衝，藉此可自該第一列隨後實施一滾動快門操作(或焦平面快門操作)(其實施快門掃描)。
同時，讀取掃描通道可由兩個移位暫存器組成，藉由自 此等兩個移位暫存器隨後輸出選擇讀取列1、2之掃描脈衝1、2，其可執行兩個通道之讀取掃描。此外，該讀取掃描通道亦可由一位址解碼器組成，藉由對應位址解碼器分配各列1、2之位址，其可執行兩個通道之讀取掃描。
以此方式，藉由實施電子快門掃描通道之快門掃描及讀取掃描通道之兩個通道之讀取掃描，可獲得具有不同靈敏度之兩個通道之信號。
具體言之，如圖3之左側所繪示，首先掃描快門列及接著掃描兩個讀取列1、2。例如，可於行信號處理電路15中讀取自讀取列1之各像素輸出之一信號且可於行信號處理電路16中讀取來自讀取列2之各像素之一輸出信號。可改變該等讀取列1、2與該等行信號處理電路15、16之組合。
藉由行信號處理電路15、16之各者之操作時序判定該等行信號處理電路15、16之哪一個讀取該等讀取列1、2之哪一列之信號。即，若行信號處理電路15(16)藉由讀取列1之掃描時序操作，則該讀取列1之各像素信號係藉由該行信號處理電路15(16)讀取，且若行信號處理電路16(15)藉由讀取列2之掃描時序操作，則該讀取列2之各像素信號係藉由該行信號處理電路16(15)讀取。
在圖3之右側，橫軸表示一時間及一掃描輪廓。此處，讀取列1被定義為短曝光時間1及讀取列2被定義為長曝光時間2，為促進理解，作為一實例，該曝光時間1被定義為一時間2H之2列部分(H為水平時間段)及該曝光時間2被定義為時間8H之8列部分。因此，該讀取列1之單位像素靈敏 度為低及該讀取列2之單位像素靈敏度比該讀取列1高4倍。
行信號處理電路之組態
圖4係繪示一行信號處理電路15、16之一實例之一方塊圖。在本文，為方便解釋，行信號處理電路15、16中的所有信號係以自左至右之方向指示。
行信號處理電路15能由一CDS處理電路51、一AD轉換電路52及一鎖存電路53組成。
CDS處理電路51藉由採用經由一垂直信號線24由組成單位像素陣列區段12之單位像素11供應之如上述之重設位準與信號位準之間的差異且接著實施CDS程序而消除來自對應於入射光之光量之信號位準(高亮度部分)之單位像素之固有固定型樣雜訊。AD轉換電路52在控制電路13之基礎上轉換藉由該CDS處理電路51消除雜訊之類比信號(高亮度部分)。數位電路53儲存經AD轉換且自該AD轉換電路52輸出之數位信號。
行信號處理電路16基本上具有與行信號處理電路15相同之組態。具體言之，該行信號處理電路16係由一CDS處理電路61、一AD轉換電路62及一鎖存電路63組成。
即，CDS處理電路61藉由實施CDS程序以採用經由一垂直信號線24由組成單位像素陣列區段12之單位像素11供應之如上述之重設位準與信號位準之間的差異而消除來自對應於入射光之光量之一信號位準(低亮度部分)之單位像素之固有固定型樣雜訊。AD轉換電路62在控制電路13之基 礎上轉換類比信號(低亮度部分)，其中在該CDS處理電路61中消除一雜訊。數位電路63儲存經AD轉換且自該AD轉換電路62輸出之數位信號。
如此，經由水平掃描線19水平掃描水平驅動電路17讀取對應於儲存於鎖存電路53中的高亮度信號之一數位信號DH，及經由水平掃描線20水平掃描水平驅動電路18讀取對應於儲存於鎖存電路63中的低亮度信號之一數位信號DL。
此外，組合電路71組合對應於自鎖存電路53讀取之高亮度信號之數位信號DH與對應於自鎖存電路63讀取之低亮度信號之數位信號DL以輸出一組合信號D。此外，該組合電路71設有儲存且固持對應於複數個列之信號之一記憶體，且其能暫時儲存且固持來自讀取列1之信號，且因此，當輸出來自讀取列2之相同像素信號時，其能組合信號之各者。
此外，在圖4中，儘管未繪示輸出電路21、22，然實際上，如參考圖1所繪示，來自行信號處理電路15之單位像素信號係供應至輸出電路21，及來自行信號處理電路16之單位像素信號係供應至輸出電路22。即，該組合電路71組合自該輸出電路21輸出之數位信號DH與自該輸出電路22輸出之數位信號DL。
組合低亮度信號與高亮度信號
在下文中，參考圖5及圖6，其揭示藉由組合電路71組合對應於高亮度部分之一數位信號DH與對應於低亮度部分 之一數位信號DL之程序。
此外，在下文中，對應於高亮度信號之數位信號DH及對應於低亮度信號之數位信號DL分別係指一高亮度信號DH及一低亮度信號DL。
圖5繪示對於CMOS影像感測器10之一入射光量之一低亮度信號DL及一高亮度信號DH之一動態範圍。
此處，若低亮度信號與高亮度信號之一類比之靈敏度之一比率(靈敏度比率)(換言之，每一單位光量之單位像素11之一類比輸出比率)為4：1，則低亮度信號與高亮度信號之每1 mV之光量之比率(光量比率)變為1：4，且在AD轉換之每量子化單位(1 LSB)之低亮度信號DL及高亮度信號DH中，建立下列公式(1)之一關係。
低亮度信號DL=高亮度信號DH×4………(1)
在此時，組合電路71輸出一螢幕上實際所呈現之低亮度部分之低亮度信號DL作為一組合信號D且將影像表面上之高亮度部分之高亮度信號DH放大4倍，並且輸出該信號作為一組合信號D。即，該組合電路71選擇性地輸出低亮度部分DL或高亮度部分DH作為組合信號D。藉此，其能擴展動態範圍。
然而，實際上，由於相對於公式(1)包含一偏差，故在選擇低亮度信號DL或高亮度信號DH之任一者時，無法輸出接近一邊界之光量之一正確數位信號。
於此，該組合電路71輸出藉由下列公式(2)表示之一組合信號D使得在圖5上照明之La及Lb之範圍處於低亮度側 之情況中，其添加(加權平均)至低亮度信號DL，且在La及Lb之範圍處於高亮度側之情況中，其添加至高亮度信號DH。
組合信號D=低亮度信號DL×α+高亮度信號DH×4×(1-α)………(2)
此外，在公式(2)中，以圖6上所指示之一值取代係數α。即，係數α在低亮度信號DL小於對應於一光量La之一值a之情況中採用1，且在低亮度信號DL大於對應於一光量Lb之一值b之情況中採用0。此外，在低亮度信號DL大於對應於光量La之值a且小於對應於光量Lb之值b之情況中，係數α根據低亮度信號DL之漸增自1改變至0。此外，公式(2)中的值4為每一量子化單位之低亮度信號與高亮度信號之光量比率之一值。
藉此，該組合電路71在光量小於La之情況中輸出低亮度信號DL(在圖5中，低亮度信號之實線部分)，及在光量大於Lb之情況中輸出高亮度信號DH(在圖5中，高亮度信號之實線部分)乘以4倍之一值作為一組合信號，且此外在光量大於La且小於Lb之情況中輸出藉由呈現於上文公式(2)中的加權平均值而獲得之一組合信號D。
藉由上述，組合電路71能在擴展動態範圍之同時輸出一正確數位信號。
順便提及，在升高與本實施例相關之CMOS影像感測器10之增益設定之情況中，實施升高類比增益之一程序。具體言之，控制電路13根據類比增益之設定而設定藉由AD 轉換電路52、62而進行AD轉換之量子化單位(1 LSB)。具體言之，例如，為得到自組合電路71輸出之數位信號之一增益之兩倍(換言之，自行信號處理電路15、16輸出之低亮度信號DL及高亮度信號DH)，藉由AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位應為1/2倍。
此處，在圖4中，來自單位像素陣列12之單位像素11之一信號(類比信號)輸出400 mV之最大值且AD轉換電路52、62之各輸入範圍為0 mV至500 mV。在類比增益之增益設定之情況中，如圖7所繪示，藉由單位像素11之最大輸出(400 mV)一起AD轉換低亮度信號及高亮度信號。然而，在類比增益之增益設定為2倍之情況中，為使經AD轉換之量子化單位變為1/2倍，AD轉換電路52、62之各輸入範圍相對變為0 mV至250 mV。因此，如圖7所繪示，僅藉由250 mV之信號部分AD轉換低亮度信號及高亮度信號，且因此丟失對應於250 mV至400 mV之信號I部分之資訊。
在此情況中，例如，關於圖5之低亮度信號，對應於可在用實線部分表示輸出作為組合信號D之信號之間獲得接近光量La之信號之資訊被丟棄而丟失。儘管此丟失資訊可自高亮度部分獲得，然由於高亮度部分之S/N低於低亮度部分之S/N，故有影像之S/N變低之顧慮。
於此，控制電路13根據類比增益之增益設定判定藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之數位輸出之灰階數。具體言之，該控制電路13可控制以使灰階數(即，在升高類比增益時藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行 AD轉換之數位輸出之灰階數)變更大。此處，所謂之灰階數為經AD轉換之灰階數乘以2的次方使得10個位元對應於1024且12個位元對應於4096等。此外，根據AD轉換電路，其能藉由不為2的次方(但為(例如)3000及類似物)之灰階數實施AD轉換。
類比增益與低亮度信號之AD轉換之灰階數之關係。
在此處，參考圖8及圖9，給定增益設定與經AD轉換之類比增益之灰階數之關係之一解釋。圖8繪示一增益設定與低亮度信號及高亮度信號之AD轉換之灰階數之一關係，圖9繪示用於類比增益之AD轉換之灰階數、輸入範圍、量子化單位(1LSB)及低亮度信號及高亮度信號之接近1LSB之光量比率。
此外，AD轉換電路52、62之各者能轉換數位輸出之一最大值12個位元，且因此能改變灰階數(灰階數)。
具體言之，例如，在AD轉換電路具有比較一參考電壓與一輸入電壓之一組態或為△-Σ型AD轉換電路之情況中，能藉由改變一計數器之一操作頻率或改變包括AD轉換之一時間之任一者改變灰階數。此外，在AD轉換電路52、62為一循序比較型AD轉換電路之情況中，能藉由多個比較改變灰階數。此外，在AD轉換電路52、62為一快閃型AD轉換電路之情況中，能藉由處於備用狀態之一非必需比較器改變灰階數，且在AD轉換電路52、62為一管線型AD轉換電路之情況中，能藉由改變所使用之階段數改變灰階數。
此外，AD轉換電路52、62不限於上述組態且係較佳以調適具有一可變灰階數之一組態。
(1)沒有任何增益設定之常用增益(增益設定為1倍)之一情況
首先，如圖8上側所繪示，藉由單位像素陣列區段12之單位像素11之最大輸出(例如，400 mV)一起AD轉換低亮度信號及高亮度信號。此時，藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之數位輸出被視為最大值10個位元及藉由AD轉換電路52對高亮度部分進行AD轉換之數位輸出係藉由控制電路13而變為最大值12個位元。
在此情況中，如圖9所繪示，該等AD轉換電路52、62之各輸入範圍為0 mV至500 mV，及藉由該等AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位分別變為約0.13 mV及0.5 mV。此外，若低亮度信號及高亮度信號之靈敏度比率(即，每一單位光量之單位像素11之類比輸出比率)為16：1，則低亮度信號及高亮度信號之每1 mV之光量比率變為1：16，且因此低亮度信號及高亮度信號之量子化單位(1 LSB)之光量比率變為1：4(在圖9中)，表示高亮度部分之光量之一大小之一值在每量子化單位之低亮度部分之光量之大小為1時為4。此外，若低亮度部分之量子化單位(1 LSB)為一參考，則AD轉換電路52對高亮度部分之輸入範圍變為14個位元部分。因此，組合信號D變為14個位元。
(2)增益設定為兩倍之一情況
在此情況中，根據控制電路13，藉由AD轉換電路52、 62進行AD轉換之量子化單位相對於常用增益值為1/2倍。此時，根據控制電路13，如圖8中間階段所繪示，藉由AD轉換電路62對高亮度部分進行AD轉換之數位輸出被視為最大值11個位元，及藉由AD轉換電路52對低亮度部分進行AD轉換之數位輸出被視為最大值12個位元。藉此，僅藉由250 mV之信號部分而AD轉換高亮度部分，且因此對應於250 mV至400 mV之信號部分之資訊丟失，而藉由單位像素11之最大輸出而AD轉換低亮度部分。
即，如圖9所繪示，若AD轉換電路52、62之各輸入範圍分別變為250 mV及500 mV，則藉由該等AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位分別變為0.063 mV及0.25 mV。此外，若低亮度信號與高亮度信號之靈敏度比率為16：1，則低亮度信號與高亮度信號之每1 mV之光量比率變為1：16，且因此如同常用增益之情況，低亮度信號與高亮度信號之每一量子化單位(1 LSB)之光量比率變為1：4。此外，若低亮度部分之量子化單位(1 LSB)為一參考，則AD轉換電路52對高亮度部分之輸入範圍變為14個位元部分。因此，組合信號D變為14個位元。
(3)增益設定為4倍之一情況
在此情況中，根據控制電路13，藉由AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位相對於增益值為2倍之一情況為1/2倍。此時，根據控制電路13，如圖8之下側所繪示，藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之數位輸出被視為最大值12個位元，及藉由AD轉換電路52對高亮度 部分進行AD轉換之數位輸出變為最大值12個位元。藉此，僅藉由125 mV之信號部分而AD轉換高亮度部分，且因此對應於125 mV至400 mV之信號部分之資訊丟失，而藉由單位像素11之最大輸出而AD轉換低亮度部分。
即，如圖9所繪示，若AD轉換電路52、62之各輸入範圍分別變為125 mV及500 mV，則藉由該等AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位分別變為0.031 mV及0.13 mV。此外，若低亮度信號與高亮度信號之靈敏度比率為16：1，則低亮度信號與高亮度信號之每1 mV之光量比率變為1：16，且因此如同常用增益之情況，低亮度信號與高亮度信號之每量子化單位(1 LSB)之光量比率變為1：4。此外，若低亮度部分之量子化單位(1 LSB)為一參考，則AD轉換電路52對高亮度部分之輸入範圍變為14個位元部分。因此，組合信號D變為14個位元。
(4)增益設定為8倍之一情況
在此情況中，根據控制電路13，藉由AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位相對於增益值為4倍之一情況為1/2倍。此處，AD轉換電路52、62藉由一最大值12個位元AD轉換數位輸出，且因此，根據控制電路13，藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之數位輸出及藉由AD轉換電路52對高亮度部分進行AD轉換之數位輸出皆視為最大值12個位元。藉此，僅藉由63 mV之信號部分而AD轉換高亮度部分，且因此對應於63 mV至400 mV之信號部分之資訊丟失，且此外，僅藉由250 mV之信號部分而AD 轉換低亮度部分，且因此對應於250 mV至400 mV之信號部分之資訊丟失。
即，如圖9所繪示，若AD轉換電路52、62之各輸入範圍分別變為63 mV及250 mV，則藉由該等AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位分別變為0.016 mV及0.063 mV。此外，若低亮度信號與高亮度信號之靈敏度比率為16：1，則低亮度信號與高亮度信號之每1 mV之光量比率變為1：16，且因此如同常用增益之情況，低亮度信號與高亮度信號之每量子化單位(1 LSB)之光量比率變為1：4。此外，若低亮度部分之量子化單位(1 LSB)為一參考，則AD轉換電路52對高亮度部分之輸入範圍變為14個位元部分。因此，組合信號D變為14個位元。
(5)增益設定為16倍之一情況
在此情況中，根據控制電路13，藉由AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位相對於增益值為8倍之情況之一值為1/2倍。此處，由於AD轉換電路52、62藉由一最大值12個位元AD轉換數位輸出，類似於增益設定為8倍之情況，根據控制電路13，藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之數位輸出及藉由AD轉換電路52對高亮度部分進行AD轉換之數位輸出皆視為最大值12個位元。藉此，僅藉由31 mV之信號而AD轉換高亮度部分，且因此對應於31 mV至400 mV之信號之資訊丟失，且此外，僅藉由125 mV之信號而AD轉換低亮度信號，且因此對應於125 mV至400 mV之信號之資訊丟失。
即，如圖9所繪示，若AD轉換電路52、62之各輸入範圍分別變為31 mV及125 mV，則藉由該等AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位分別變為0.008 mV及0.031 mV。此外，若低亮度信號與高亮度信號之靈敏度比率為16：1，則低亮度信號與高亮度信號之每1 mV之光量比率變為1：16，且因此如同常用增益之情況，低亮度信號與高亮度信號之每量子化單位(1 LSB)之光量比率變為1：4。此外，若低亮度信號之量子化單位(1 LSB)視為一參考，則AD轉換電路52對高亮度信號之輸入範圍變為14個位元部分。因此，組合信號D變為14個位元。
如上述，在常用增益之情況中，若控制電路13可控制以判定藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之灰階數之位元數比藉由AD轉換電路52對高亮度部分進行AD轉換之灰階數之位元數少，且可控制以在升高增益設定時，使藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之灰階數更大(增加位元數)，即使量子化單位為小亦沒有問題，且因此其能維持AD轉換電路62之輸入範圍如同常用增益之情況。
此外，由於AD轉換電路62藉由最大值12個位元AD轉換數位輸出，故在增益設定為8倍之情況中，上述例示性實施例不能增加藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之灰階數(增加位元數)。在此情況中，對應於低亮度部分之未經AD轉換之資訊丟失。
如此，在圖9之實施例中，如同常用增益之情況，能藉 由4倍之增益設定維持AD轉換電路62之輸入範圍。
此處，若AD轉換電路62能藉由最大值14個位元而AD轉換數位輸出之AD轉換，其如同常用增益設定之情況，能藉由更高之增益設定維持該AD轉換電路62之輸入範圍。
即，如圖10所繪示，在增益設定為8倍之一情況中，根據控制電路13，藉由AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位相對於增益值為4倍之情況為1/2倍。此時，根據控制電路13，藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之數位輸出變為最大值13個位元，及藉由AD轉換電路52對高亮度部分進行AD轉換之數位輸出變為最大值12個位元。藉此，僅藉由63 mV之信號部分而AD轉換高亮度部分，且因此，對應於63 mV至400 mV之信號部分之資訊丟失，而藉由單位像素11之最大輸出而AD轉換低亮度部分。
此外，在增益設定為16倍之一情況中，根據控制電路13，藉由AD轉換電路52、62進行AD轉換之量子化單位相對於增益值為8倍之一情況為1/2倍。此時，根據控制電路13，藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之數位輸出變為最大值14個位元，及藉由AD轉換電路52對高亮度部分進行AD轉換之數位輸出變為最大值12個位元。藉此，僅藉由31 mV之信號部分而AD轉換高亮度部分，且因此，對應於31 mV至400 mV之信號部分之資訊丟失，而藉由單位像素11之最大輸出而AD轉換低亮度部分。
如此，在圖10之實施例中，如同常用增益之情況，能藉 由16倍之增益設定而維持AD轉換電路62之輸入範圍。
此外，在圖10之實施例中，若靈敏度比率為16倍及增益設定為16倍，則500 mV之低亮度部分及31 mV之高亮度部分對應於一實質上相同光量，且因此高亮度部分並非必需。在如圖11之此條件中，高亮度部分為「不使用」為較佳。
此外，在上述描述中，儘管假定AD轉換電路52、62之各者是要改變AD轉換之輸出位元數(灰階數)，然將AD轉換電路52之輸出位元數固定為12個位元且僅改變AD轉換電路62之輸出位元數可能較佳。
此外，在上述描述中，將高亮度部分之灰階數固定為某一值而不為可變增益之原因係因為組合信號D之位元數被固定為(例如)14等之一預定值。藉此，在下列階段之系統中，在未對應本發明所採用之組態之情況下亦能處理一般14個位元之信號。在組合信號D之位元數甚至為不固定為較佳之系統中，儘管藉由升高增益且同時增加高亮度部分之灰階而改變組合信號D，然其能藉由參考一特定機構之資訊處理信號而獲得儘可能最大之資訊。
信號輸出程序
接著，參考圖12，其揭示組合來自像素陣列區段12之低亮度信號與高亮度信號以輸出經組合之信號作為CMOS影像感測器10中的一數位信號之一信號輸出程序。
在步驟S11中，行信號處理電路15轉換來自單位像素陣列12之高亮度信號。
具體言之，在該行信號處理電路15中，CD處理電路51對來自該單位像素陣列區段12之像素11之一信號(高亮度部分)實施CDS程序，且將該經處理之信號供應至AD轉換電路52。該AD轉換電路52基於一控制電路13之控制轉換來自該CDS處理電路51之高亮度信號之類比信號。此處，在指示類比增益之增益設定之情況中，該控制電路13根據該經指示之類比增益之一增益設定而設定藉由該AD轉換電路52進行AD轉換之量子化單位。藉由該AD轉換電路52進行AD轉換之數位高亮度信號DH係儲存於一鎖存電路53中。
在步驟S12中，行信號處理電路16對來自單位像素陣列12之低亮度部分實施AD轉換程序。將參考圖13描述用於低亮度部分之AD轉換程序之細節，但藉由低亮度部分AD轉換程序之結果而獲得之數位低亮度部分DL係儲存於鎖存電路63中。
在步驟S13中，組合電路71組合儲存於鎖存電路53中的高亮度部分DH與儲存於鎖存電路63中的低亮度部分DL以基於上述公式2輸出作為組合信號D。
低亮度信號之AD轉換程序
接著，參考圖13，其揭示在圖12之一流程圖之步驟S12中實施之低亮度部分之AD轉換程序之細節。
在步驟S31中，控制電路13判定是否指示增益上升，即，升高類比增益之增益設定之指令是否存在。
在步驟S31中，若判定為指示增益上升，則程序轉至步 驟S32，且控制電路13可控制以根據所指示之增益設定判定藉由AD轉換電路62進行AD轉換之灰階數。例如，在圖9之實施例中，當存在將增益設定升高至兩倍之一指令時，藉由AD轉換電路62進行AD轉換之灰階數被判定為11個位元。
在步驟S33中，AD轉換電路62藉由控制電路13而AD轉換經判定之灰階數及低亮度部分。
具體言之，CDS處理電路61對來自單位像素陣列區段12之單位像素11之信號(低亮度部分)實施CDS程序以供應至AD轉換電路62。該AD轉換電路62在藉由控制電路13設定之AD轉換之量子化單位及藉由該控制電路13判定之AD轉換之灰階數之基礎上回應於類比增益之增益設定而AD轉換來自CDS處理電路61之類比低亮度部分。藉由AD轉換電路62而AD轉換之數位低亮度部分DL係儲存於鎖存電路63中。
然而，在步驟S31中，當判定升高增益之一指令不存在時，程序轉至步驟S34。
在步驟S34中，AD轉換電路62用已藉由控制電路13判定之預定灰階數而AD轉換來自CDS處理電路61之類比信號之低亮度部分。藉由該AD轉換電路62而AD轉換之數位低亮度部分DL係儲存於鎖存電路63中。
藉由上述程序，當升高增益設定時，藉由增加藉由AD轉換電路62對低亮度部分進行AD轉換之灰階數(增加位元數)，即使量子化單位變小，其亦能維持相同於在升高增 益設定之前之AD轉換電路62之輸入範圍。因此，在獲得具有不同靈敏度之多個信號及擴展動態範圍之情況中，例如，在圖5之低亮度部分中，能防止對應於在用實線部分表示之實際上作為組合信號D輸出之信號之間接近光量La獲得之信號之資訊丟失，且因此其能獲得影像之一高S/N。
此外，AD轉換電路62能實施具有一高輸出位元數(灰階數)之AD轉換。然而，若增益設定為低，則由於其可控制(驅動)以降低輸出位元數且實施AD轉換，故即使在設定成低增益時，其亦能減少該AD轉換電路62所消耗之功率。
此外，如參考圖9所揭示，即使改變增益設定，低亮度信號與高亮度信號之每量子化單位之光量比率亦為1：4保持不變。因此，由於無需改變用公式(2)表示之組合信號D之公式，故其能避免增加組合電路71中的一操作負載。
此外，上文中，該技術已結合調適本發明至一組態之一實施例而予以描述使得改變一曝光時間來獲得具有不同靈敏度之複數個信號，且結果擴展動態範圍。然而，期望調適本發明至可獲得具有一不同靈敏度之複數個信號之其他組態。即，例如，亦期望調適本發明至一組態使得藉由於一像素中讀取之部分之一電容差異獲得具有不同靈敏度之複數個信號，且接著擴展動態範圍。
此外，上文中，儘管在一行(在像素陣列區段12之上部及下部)中已設有2件行信號處理電路，然亦期望在一行中僅設有一件且期望藉由一行信號處理電路處理複數個列之 各像素信號。
此外，本發明不限於調適至固態成像器件。即，本發明能調適至使用一影像讀入區段(光電轉換區段)中的一固態成像器件之一整個電子裝置(諸如，一數位相機或視訊攝影機等)、具有一影像感測功能之一可攜式終端器件或使用一影像讀取區段中的一固態成像器件之一影印機或類似物。該固態成像器件可為整合至一晶片之一整合形式，或具有一影像感測功能之一模組類型，其中一影像感測區段及信號處理區段或光學系統係配置且封裝成一形式。
針對本發明所調適之電子設備之組態實例
圖14係繪示電子設備中設有本發明的影像感測器件之一實例之一方塊圖。
圖14之成像器件300可設有由一透鏡群組等組成之一光學區段301、針對上文所揭示之單位像素11之組態之各者所調適之一固態成像器件(影像感測器件)302，及如一相機信號處理電路之一DSP(數位信號處理器)電路303。此外，該成像器件300亦可設有一圖框記憶體304、一顯示區段305、一記錄區段306、一控制區段307、一電源供應器區段308及一CPU 309。DSP電路303、圖框記憶體304、顯示區段305、記錄區段306、控制區段307、電源供應器區段308及CPU 309係經由一匯流排線310而彼此連接。
光學區段301自一主體接收一入射光(影像光)且於固態成像器件302之一影像感測表面上形成一影像。該固態成像器件302藉由光學區段301將形成於該感測表面上之入射 光量轉換成像素單位之一電信號且輸出該信號作為一像素信號。能使用與上文如固態成像器件302所揭示之實施例之形式相關之實現固態成像器件之擴展(即，CMOS影像感測器10之一動態範圍)之固態成像器件。
顯示區段305可由(例如)一液晶面板或一有機EL(電致發光)面板之一面板型顯示單位形成(例如)以顯示藉由固態成像器件302感測之一動態影像或一靜止影像。記錄區段306將藉由固態成像器件302感測之一動態影像或一靜止影像記錄於一記錄媒體(諸如，錄影帶、DVD(數位通用磁碟))或類似物上。
控制區段307在使用者之控制下發出用於實施成像器件300之各種功能之操作命令。電源供應器區段308將各種各樣電源作為用於驅動DSP電路303、圖框記憶體304、顯示器305、記錄區段306及控制區段307之電源適當供應至需要電源供應器之部分。CPU 309控制成像器件300之整個操作。
此外，在成像器件300中，圖4所繪示之組合電路71可較佳包含於固態成像器件302之輸出側處，及DSP電路303可較佳實施該組合電路71中的一操作。該固態成像器件302及該DSP電路303可整合成一件固態成像器件且該DSP電路303轉換低亮度信號及高亮度信號之AD轉換以實施組合信號之操作為較佳。
此處，參考圖15之一流程圖，其揭示成像器件300中的一增益設定程序。圖15之增益設定程序處理(例如)一影像 感測模式設定成像器件300中的一自動影像感測模式之情況及類似情況。
在步驟S51中，DSP電路303藉由固態成像器件302判定經感測之影像之一亮度是否充足。具體言之，DSP電路303判定來自固態成像器件302之單位像素信號之亮度值是否大於一預定值。
在步驟S51中，若判定亮度值為不充足，則在步驟S52中，DSP電路303指示固態成像器件302使增益上升。具體言之，該DSP電路303指示該固態成像器件302之控制電路(例如，對應於CMOS影像感測器10之控制電路13)升高類比增益之增益設定。藉此，該固態成像器件302能輸出增益升高之數位信號(像素信號)。
稍後，在步驟S51中，若判定亮度充足，則程序結束。
藉由以一預定間隔實施上述程序，即使處於黑暗位置中時，亦能明亮顯示或記錄影像。
此外，如上述描述，藉由使用與如固態成像器件302之前述實施例相關之CMOS影像感測器10，能擴展動態範圍以及保證一高S/N。因此，可對行動裝置(諸如，一蜂巢式電話)，甚至對視訊攝影機、一數位相機及相機模組等之成像器件300實行高品質之感測影像。
此外，在上述實施例中，揭示調適至CMOS影像感測器之一例示性實施例，用於偵測對應於可見光之光量之信號電荷作為一物理量之單位像素係以若干列及若干行之形狀配置。然而，本發明不限於至CMOS影像感測器之調適， 而是可調適至一整個行類型之固態成像器件，其中行處理區段係經配置用於單位像素陣列之各像素列。
此外，本發明不限於至偵測一可見光之入射光量之分佈及影像感測作為一影像之固態成像器件之一調適，而是可調適至一整個固態成像器件(物理量分佈感測裝置)，諸如，感測一紅外射線、X射線或粒子或類似物之入射量之一分佈作為一影像之一固態成像器件，或在廣義中將一壓力或一靜電電容等之其他物理量之一分佈改變成一電信號且及時整合以感測影像之一指紋偵測感測器。
此外，在本說明書中，儘管流程圖上所揭示之步驟係根據如揭示之次序且按時間序列處理，然其亦可不按時間序列處理，而係平行或以要求時之一所需時序或類似物處理。
本發明包含關於2011年4月6日向日本專利局所申請之日本優先權專利申請案JP 2011-084904中所揭示之標的，該案之全文以引用的方式併入本文中。
熟習此項技術者應理解，只要係在隨附申請專利範圍或其等效物之範疇內，可取決於設計需求及其他因素設想各種修改、組合、子組合及變更。
10‧‧‧CMOS影像感測器
11‧‧‧單位像素/像素
12‧‧‧像素陣列區段/單位像素陣列
13‧‧‧控制電路
14‧‧‧垂直驅動電路
15‧‧‧行信號處理電路
16‧‧‧行信號處理電路
17‧‧‧水平驅動電路
18‧‧‧水平驅動電路
19‧‧‧水平信號線
20‧‧‧水平信號線
21‧‧‧輸出電路
22‧‧‧輸出電路
23‧‧‧像素驅動電線
23a‧‧‧傳輸電線
23b‧‧‧重設電線
23c‧‧‧選擇電線
24‧‧‧垂直信號線
41‧‧‧光二極體
42‧‧‧傳輸電晶體
43‧‧‧重設電晶體
44‧‧‧放大電晶體
45‧‧‧選擇電晶體
46‧‧‧節點/浮動擴散區段
51‧‧‧CDS處理電路
52‧‧‧AD轉換電路
53‧‧‧鎖存電路
61‧‧‧CDS處理電路
62‧‧‧AD轉換電路
63‧‧‧鎖存電路
71‧‧‧組合電路
300‧‧‧成像器件
301‧‧‧光學區段
302‧‧‧固態成像器件
303‧‧‧數位信號處理器電路
304‧‧‧圖框記憶體
305‧‧‧顯示區段/顯示器
306‧‧‧記錄區段
307‧‧‧操作區段
308‧‧‧電源供應器區段
309‧‧‧中央處理器
310‧‧‧匯流排線
Vdd‧‧‧電源供應器
φRST‧‧‧重設脈衝
φSEL‧‧‧選擇脈衝
φTRF‧‧‧傳輸脈衝
圖1係繪示採用本發明之一固態成像器件之一實施例之組態之一實例之一圖式。
圖2係繪示一單位像素之電路之一組態之一實例之一圖式。
圖3係繪示兩個通道之一快門掃描及一讀取掃描以獲得具有不同靈敏度之信號之一圖式。
圖4係繪示一行信號處理電路之一組態之一實例之一方塊圖。
圖5係繪示一低亮度信號及一高亮度信號對一入射光量之一動態範圍之一圖式。
圖6係繪示用於組合低亮度信號及高亮度信號之一係數之一圖式。
圖7係繪示一AD轉換電路之一類比增益與一輸入增益之一關係之一圖式。
圖8係繪示一AD轉換電路之類比增益與輸入增益之一關係之一圖式。
圖9係繪示一AD轉換電路之類比增益與灰階數之一關係之一圖式。
圖10係繪示一AD轉換電路之類比增益與灰階數之一關係之一圖式。
圖11係繪示一AD轉換電路之類比增益與灰階數之一關係之一圖式。
圖12係繪示一信號輸出程序之一流程圖。
圖13係繪示一信號輸出程序之一流程圖。
圖14係繪示經調適用於本發明之一電子裝置之一實施例之一組態之一實例之一圖式。
圖15繪示一增益設定程序之一流程圖。
10‧‧‧CMOS影像感測器
11‧‧‧單位像素/像素
12‧‧‧像素陣列區段/單位像素陣列
13‧‧‧控制電路
14‧‧‧垂直驅動電路
15‧‧‧行信號處理電路
16‧‧‧行信號處理電路
17‧‧‧水平驅動電路
18‧‧‧水平驅動電路
19‧‧‧水平信號線
20‧‧‧水平信號線
21‧‧‧輸出電路
22‧‧‧輸出電路
23‧‧‧像素驅動電線
24‧‧‧垂直信號線

Claims (8)

  1. 一種固態成像器件，其包括：一像素陣列區段，其中偵測物理量之像素係以二維矩陣配置；一AD(類比轉數位)轉換區段，其對複數個通道之自該像素陣列區段讀取之類比像素信號執行AD轉換；及一控制區段，其根據單位像素信號之一增益設定而設定藉由該AD轉換區段進行AD轉換之量子化單位，其中該控制區段根據該像素信號之該增益設定而判定對至少一通道之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數。
  2. 如請求項1之固態成像器件，其中當升高該單位像素信號之該增益時，該控制區段將藉由該AD轉換區段進行AD轉換之該量子化單位控制為小且將對至少一通道之像素信號進行AD轉換之該數位輸出之灰階數控制為大。
  3. 如請求項2之固態成像器件，其中該AD轉換區段對該複數個通道之彼此之間具有不同靈敏度之像素信號執行AD轉換，及當升高該單位像素信號之該增益時，該控制區段將藉由該AD轉換區段進行AD轉換之該量子化單位控制為小且將對至少一通道之靈敏度為高之該等單位像素信號進行AD轉換之該數位輸出之灰階數控制為大。
  4. 如請求項3之固態成像器件，其中當升高該單位像素信號之該增益時，該控制區段將對至少一通道之靈敏度為 低之該單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數控制為不改變。
  5. 如請求項3之固態成像器件，其中在升高該單位像素信號之該增益之前，該控制區段將對至少一通道之靈敏度為高之該單位像素信號進行AD轉換之該數位輸出之灰階數控制為小於對至少一通道之靈敏度為低之該等單位像素信號進行AD轉換之該數位輸出之灰階數。
  6. 如請求項3之固態成像器件，其中該AD轉換區段藉由將用於偵測該像素之物理量之一偵測時間設定為不同而對該複數個通道之彼此之間具有不同靈敏度之像素信號執行AD轉換。
  7. 一種驅動一固態成像器件之方法，該固態成像器件包含：一像素陣列區段，其中用於偵測物理量之像素係以二維矩陣配置；一AD(類比轉數位)轉換區段，其對複數個通道之自該像素陣列區段讀取之類比像素信號執行AD轉換；及一控制區段，其根據單位像素信號之一增益設定而設定藉由該AD轉換區段進行AD轉換之量子化單位，其中該控制區段根據該像素信號之該增益設定判定對至少一通道之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數，該方法包括：根據該像素信號之該增益設定判定對至少一通道之該單位像素信號進行AD轉換之該數位輸出之灰階數。
  8. 一種設有一固態成像器件之電子裝置，其中該固態成像器件包括： 一像素陣列區段，其中偵測物理量之像素係以二維矩陣配置；一AD(類比轉數位)轉換區段，其對複數個通道之自該像素陣列區段讀取之類比像素信號執行AD轉換；及一控制區段，其根據單位像素信號之一增益設定而設定藉由該AD轉換區段而AD轉換之量子化單位，其中該控制區段根據該像素信號之該增益設定而判定對至少一通道之單位像素信號進行AD轉換之數位輸出之灰階數。
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