[发明专利]固态图像摄取器件和相机系统

说明书

技术领域

本发明涉及以互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器为代表的 固态图像摄取器件，并涉及相机系统。

背景技术

近年来，CMOS图像传感器取代电荷耦合器件(CCD)而作为固态图 像摄取器件(图像传感器)已经越来越引起注意。

这是因为CMOS图像传感器克服了以下问题。

即，这些问题包括：制作CCD像素需要专用的制造工艺，其操作需 要多个电源电压，并且需要使得以组合方式操作多个外围集成电路 (IC)。

CMOS图像传感器克服了CCD的这些各种问题，例如系统变得非常 复杂。

CMOS图像传感器可以使用与制造一般CMOS IC的工艺类似的制造 工艺来制造。此外，CMOS图像传感器可由单个电源驱动。此外，使用 CMOS工艺的模拟电路和逻辑电路可被混合在单个芯片中。

因此，可以减少在CMOS图像传感器中的外围IC的数目。即， CMOS传感器具有多个很大的优点。

CCD的输出电路一般是使用具有浮动扩散层的浮动扩散部(FD)放 大器的1通道(ch)输出。

与之不同，CMOS图像传感器在每一个像素中都具有FD放大器，并 且一般使用列并行输出方案，该方案从像素阵列中选择一行，并且同时在 列方向上从该行读取并输出信号。

因为使用布置在各像素中的FD放大器难以获得足够驱动功率，所以 有必要使数据率降低。从这个意义上讲，并行处理被认为是有利的。

这种CMOS图像传感器已被广泛用作诸如数码相机、便携式摄像机、 监控相机之类的图像捕捉设备以及车载相机中的图像摄取器件。

将来自具有不同灵敏度的多个光电二极管(PD)的输出信号相加并将 和信号作为来自一像素的输出信号来输出的技术作为实现具有高动态范围 的CMOS图像传感器的方法是有效的。特别地，掩埋式光电二极管 (BPD，buried photodiode)被广泛地用作PD。由于诸如在其上形成PD 的衬底的表面上的悬空键之类的缺陷导致存在表面能级(surface level)， 所以因热能的缘故导致生成了大量电荷(暗电流)。其结果是，变得难以 读取正确信号。在BPD的情况下，PD的电荷聚积部分被掩埋在衬底中。 这样，引入信号中的暗电流量得以降低。

通过改变曝光时间或者通过提供中性(ND)滤光片可以改变PD的灵 敏度。

该方法具有以下优点：

可以实现比通过仅仅使用大像素实现的动态范围高的动态范围；并且

虽然输出相对于入射光量是非线性的，但是可容易地将输出改变回成 线性。当获得彩色图像时，很容易执行彩色处理。

发明内容

当存在来自高灵敏度的BPD的溢出电荷(overflow electric charge) 时，溢出电荷流入低灵敏度的BPD。因而变得难以输出正确数据。

与之不同，当曝光时间被减少为使得不会生成溢出电荷并且高灵敏度 的BPD不会饱和时，动态范围得不到延伸。

本发明提供了一种固态图像摄取器件和相机系统，其能够吸收来自高 灵敏度的光电转换元件的溢出电荷，能够实现正确的数据输出，并且能够 实现高动态范围。

根据本发明一个实施例的固态图像摄取器件包括像素单元和像素读取 单元，在该像素单元中布置了具有不同灵敏度的多个光电转换元件，该像 素读取单元被配置为读取来自像素单元中的多个光电转换元件的输出信号 并将其相加，并获得表面上来自一个像素的输出信号。像素单元包括吸收 单元，该吸收单元被配置为吸收来自高灵敏度的光电转换元件的溢出电 荷。

根据本发明一个实施例的相机系统包括：固态图像摄取器件；光学系 统，被配置为在固态图像摄取器件上形成拍摄对象的图像；以及信号处理 电路，被配置为对固态图像摄取器件的输出图像信号进行处理。固态图像 摄取器件包括像素单元和像素读取单元，在该像素单元中布置了具有不同 灵敏度的多个光电转换元件，该像素读取单元被配置为读取来自像素单元 中的多个光电转换元件的输出信号并将其相加，并获得表面上来自一个像 素的输出信号。像素单元包括吸收单元，该吸收单元被配置为吸收来自高 灵敏度的光电转换元件的溢出电荷。

根据本发明一个实施例，可以吸收来自高灵敏度的光电转换元件的溢 出电荷；可以实现正确的数据输出；并且可以实现高动态范围。

附图说明