攝像單元、攝像裝置及攝像控制程序的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及攝像單元、攝像裝置及攝像控制程序。
【背景技術(shù)】
[0002]已知有如下的攝像單元:背面照射型攝像芯片和信號(hào)處理芯片，按各單元(cell)單位而經(jīng)由微凸塊連接，所述單元單位是將多個(gè)像素匯總而成。
[0003]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2006 - 49361號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]在入射光強(qiáng)、被轉(zhuǎn)換的電荷多的情況下與其相應(yīng)地縮短電荷積蓄時(shí)間，則從入射光弱的區(qū)域讀出的信號(hào)變小。相反，與入射光弱的區(qū)域相應(yīng)地增長(zhǎng)電荷積蓄時(shí)間時(shí)，則從入射光強(qiáng)的區(qū)域讀出的信號(hào)飽和。因此，攝像單元的動(dòng)態(tài)范圍限制于較窄的范圍。
[0008]用于解決技術(shù)問(wèn)題的手段
[0009]本發(fā)明的第I方案的攝像單元，包括:攝像部，包含針對(duì)用于生成I幀圖像數(shù)據(jù)的攝像指示而能夠執(zhí)行多次電荷積蓄的像素；保存部，保存基于來(lái)自像素的輸出的像素信號(hào)；更新部，對(duì)通過(guò)新的電荷積蓄而從像素輸出的像素信號(hào)和已經(jīng)保存于保存部的像素信號(hào)進(jìn)行累積處理，更新已經(jīng)保存于保存部的像素信號(hào)；以及控制部，按各像素組控制是否執(zhí)行累積更新部的更新，所述像素組包含I個(gè)以上所述像素。
[0010]本發(fā)明的第2方案的攝像裝置，包括:上述的攝像單元；攝像指示部，生成向攝像單元發(fā)送的攝像指示；以及圖像處理部，對(duì)來(lái)自保存部的像素信號(hào)進(jìn)行處理而生成圖像數(shù)據(jù)。
[0011]本發(fā)明的第3方案的攝像控制程序，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行如下步驟:電荷積蓄步驟，構(gòu)成攝像部的至少一部分像素，針對(duì)用于生成I幀圖像數(shù)據(jù)的攝像指示，執(zhí)行多次電荷積蓄；保存步驟，將基于電荷積蓄步驟中的來(lái)自像素的輸出的像素信號(hào)保存于保存部；判斷步驟，按各像素組判斷是否執(zhí)行對(duì)保存于保存部的像素信號(hào)的更新，所述像素組包含I個(gè)以上所述像素；以及更新步驟，在判斷步驟中判斷為執(zhí)行更新的情況下，對(duì)通過(guò)電荷積蓄步驟中的新的電荷積蓄而從像素輸出的所述像素信號(hào)、和通過(guò)保存步驟已經(jīng)保存于保存部的像素信號(hào)進(jìn)行累積處理，更新已經(jīng)保存于保存部的像素信號(hào)。
[0012]需要說(shuō)明的是，上述的發(fā)明概要并未列舉本發(fā)明的所有必要特征。此外，這些特征群的組合也可構(gòu)成發(fā)明。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)施方式涉及的背面照射型的MOS型攝像元件的剖視圖。
[0014]圖2是說(shuō)明攝像芯片的像素排列和單位組的圖。
[0015]圖3是與攝像芯片的單位組對(duì)應(yīng)的電路圖。
[0016]圖4是表示攝像元件的功能結(jié)構(gòu)的框圖。
[0017]圖5是主要表示信號(hào)處理芯片的具體結(jié)構(gòu)的框圖。
[0018]圖6是表示本實(shí)施方式涉及的攝像裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0019]圖7是說(shuō)明場(chǎng)景的例子和區(qū)域分割的圖。
[0020]圖8是說(shuō)明按各分割后的區(qū)域的電荷積蓄控制的圖。
[0021]圖9是表不攝影動(dòng)作的處理的流程圖。
[0022]圖10是說(shuō)明按各分割后的其他電荷積蓄控制的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下，通過(guò)發(fā)明的實(shí)施方式說(shuō)明本發(fā)明，但以下的實(shí)施方式不限定權(quán)利要求書(shū)涉及的發(fā)明。此外，實(shí)施方式中說(shuō)明的特征的全部組合未必是發(fā)明的解決手段所必須的。
[0024]圖1是本實(shí)施方式涉及的背面照射型的攝像元件100的剖視圖。攝像元件100包括:輸出與入射光對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)的攝像芯片113 ;對(duì)像素信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理芯片111 ;存儲(chǔ)像素信號(hào)的存儲(chǔ)器芯片112。這些攝像芯片113、信號(hào)處理芯片111及存儲(chǔ)器芯片112層疊，通過(guò)Cu等具有導(dǎo)電性的凸塊109而彼此電連接。
[0025]需要說(shuō)明的是，如圖所示，入射光主要朝向空心箭頭所示的Z軸正向入射。在本實(shí)施方式中，在攝像芯片113，將入射光入射一側(cè)的面稱(chēng)為背面。此外，如坐標(biāo)軸所示，將與Z軸正交的紙面左方向作為X軸正向，將與Z軸及X軸正交的紙面近前方向作為Y軸正向。在以后的幾個(gè)圖中，以圖1的坐標(biāo)軸為基準(zhǔn)，顯示坐標(biāo)軸以清楚各個(gè)圖的朝向。
[0026]攝像芯片113的一例是背面照射型的MOS圖像傳感器。H)層106配置于布線層108的背面?zhèn)?。H)層106具有二維配置的多個(gè)PD (光二極管)104、及與PD104對(duì)應(yīng)設(shè)置的晶體管105。
[0027]在H)層106的入射光的入射側(cè)隔著鈍化膜103設(shè)有濾色器102。濾色器102具有彼此透過(guò)不同波長(zhǎng)區(qū)域的多個(gè)種類(lèi)，與roi04分別對(duì)應(yīng)地具有特定的排列。關(guān)于濾色器102的排列將后述。濾色器102、roi04及晶體管105的組合形成一個(gè)像素。
[0028]在濾色器102的入射光的入射側(cè)，與各個(gè)像素對(duì)應(yīng)地設(shè)有微透鏡101。微透鏡101使入射光朝向?qū)?yīng)的ro14聚光。
[0029]布線層108具有將來(lái)自H)層106的像素信號(hào)向信號(hào)處理芯片111傳輸?shù)牟季€107。布線107可以是多層，也可以設(shè)置受動(dòng)元件及能動(dòng)元件。
[0030]在布線層108的表面配置有多個(gè)凸塊109。該多個(gè)凸塊109與設(shè)置在信號(hào)處理芯片111的對(duì)置面的多個(gè)凸塊109對(duì)位，通過(guò)攝像芯片113和信號(hào)處理芯片111被加壓等而使對(duì)位的凸塊109彼此接合，被電連接。
[0031]同樣，在信號(hào)處理芯片111及存儲(chǔ)器芯片112的彼此相對(duì)的面配置有多個(gè)凸塊109。這些凸塊109彼此對(duì)位，通過(guò)信號(hào)處理芯片111和存儲(chǔ)器芯片112被加壓等而使對(duì)位的凸塊109彼此接合，被電連接。
[0032]需要說(shuō)明的是，凸塊109之間的接合不限于利用固相擴(kuò)散的Cu凸塊接合，可以采用利用焊錫熔融的微凸塊結(jié)合。此外，凸塊109只要針對(duì)例如后述的一個(gè)像素組設(shè)置一個(gè)的程度即可。因而，凸塊109的大小可以大于PD104的間距。此外，在除了排列有像素的像素區(qū)域以外的周邊區(qū)域，可以一并設(shè)置比對(duì)應(yīng)于像素區(qū)域的凸塊109大的凸塊。
[0033]信號(hào)處理芯片111具有將分別設(shè)于表背面的電路相互連接的TSV(硅貫通電極)110。TSVllO優(yōu)選設(shè)于周邊區(qū)域。此外，TSVllO也可以設(shè)于攝像芯片113的周邊區(qū)域、存儲(chǔ)器芯片112。
[0034]圖2是說(shuō)明攝像芯片113的像素排列和單位組131的圖。尤其是表示從背面?zhèn)扔^察攝像芯片113的情形。在像素區(qū)域，2000萬(wàn)個(gè)以上的像素排列呈矩陣狀。在本實(shí)施方式中，相鄰的4像素X 4像素的16像素形成一個(gè)組。圖中的格子線表示相鄰的像素分組而形成單位組131的概念。
[0035]如像素區(qū)域的局部放大圖所示，單位組131在上下左右包括4個(gè)由綠色像素Gb、Gr、藍(lán)色像素B及紅色像素R這4個(gè)像素構(gòu)成的所謂拜耳排列。綠色像素是作為濾色器102而具有綠色濾光片的像素，接受入射光中的綠色波段的光。同樣，藍(lán)色像素是作為濾色器102而具有藍(lán)色濾光片的像素，接受藍(lán)色波段的光，紅色像素是作為濾色器102而具有紅色濾光片的像素，接受紅色波段的光。
[0036]圖3是與攝像芯片113的單位組131對(duì)應(yīng)的電路圖。在圖中，代表性地用虛線包圍的矩形表示與I個(gè)像素對(duì)應(yīng)的電路。需要說(shuō)明的是，以下說(shuō)明的各晶體管的至少一部分與圖1的晶體管105對(duì)應(yīng)。
[0037]如上所述，單位組131由16個(gè)像素形成。與各個(gè)像素對(duì)應(yīng)的16個(gè)PD104分別連接于傳輸晶體管302，在各傳輸晶體管302的各柵極連接有被供給傳輸脈沖的TX布線307。在本實(shí)施方式中，TX布線307相對(duì)于16個(gè)傳輸晶體管302共通連接。
[0038]各傳輸晶體管302的漏極與對(duì)應(yīng)的各復(fù)位晶體管303的源極連接，并且傳輸晶體管302的漏極與復(fù)位晶體管303的源極之間的所謂浮置擴(kuò)散部(floating diffus1n)FD與放大晶體管304的柵極連接。復(fù)位晶體管303的漏極與被供給電源電壓的Vdd布線310連接，其柵極與被供給復(fù)位脈沖的復(fù)位布線306連接。在本實(shí)施方式中，復(fù)位布線306相對(duì)于16個(gè)復(fù)位晶體管303共通連接。
[0039]各個(gè)放大晶體管304的漏極與被供給電源電壓的Vdd布線310連接。此外，各個(gè)放大晶體管304的源極與對(duì)應(yīng)的各個(gè)選擇晶體管305的漏極連接。在選擇晶體管的各柵極，連接被供給選擇脈沖的譯碼布線308。在本實(shí)施方式中，譯碼布線308相對(duì)于16個(gè)選擇晶體管305分別獨(dú)立地設(shè)置。并且，各個(gè)選擇晶體管305的源極與共通的輸出布線309連接。負(fù)載電流源311向輸出布線309供給電流。S卩，由源極跟隨器形成針對(duì)選擇晶體管305的輸出布線309。需要說(shuō)明的是，負(fù)載電流源311可以設(shè)于攝像芯片113側(cè)，也可以設(shè)于信號(hào)處理芯片111偵U。
[0040]在此，說(shuō)明從電荷積蓄開(kāi)始到積蓄結(jié)束后的像素輸出為止的電荷流動(dòng)。通過(guò)復(fù)位布線306而向復(fù)位晶體管303施加復(fù)位脈沖，同時(shí)通過(guò)TX布線307向傳輸晶體管302施加傳輸脈沖，則Η)104及浮置擴(kuò)散部FD的電位被復(fù)位。
[0041]PD104在傳輸脈沖的施加被解除時(shí)，將接受的入射光轉(zhuǎn)換為電荷而積蓄。其后，若在未施加復(fù)位脈沖的狀態(tài)下再次施加傳輸脈沖，則所積蓄的電荷向浮置擴(kuò)散部FD傳輸，浮置擴(kuò)散部FD的電位從復(fù)位電位變成電荷積蓄后的信號(hào)電位。并且，若通過(guò)譯碼布線308向選擇晶體管305施加選擇脈沖，則浮置擴(kuò)散部FD的信號(hào)電位的變動(dòng)經(jīng)由放大晶體管304及選擇晶體管305而向輸出布線309傳輸。由此，與復(fù)位電位和信號(hào)電位對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)被從單位像素輸出到輸出布線309。
[0042]如圖所示，在本實(shí)施方式中，相對(duì)于形成單位組131的16個(gè)像素而言，復(fù)位布線306和TX布線307是共通的。S卩，復(fù)位脈沖和傳輸脈沖分別同時(shí)施加于16個(gè)像素的全部像素。因而，形成單位組131的全部像素以同一定時(shí)開(kāi)始電荷積蓄，在同一定時(shí)結(jié)束電荷積蓄。但是，與所積蓄的電荷對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)，通過(guò)各個(gè)選擇晶體管305依次施加選擇脈沖而被選擇性地輸出到輸出布線309。
[0043]通過(guò)這樣以單位組131為基準(zhǔn)構(gòu)成電路，從而能夠按單位組131控制電荷積蓄時(shí)間。由于能按單位組控制電荷積蓄時(shí)間，因此能夠在相鄰的單位組131，使其彼此分別輸出基于不同電荷積蓄時(shí)間的像素信號(hào)。進(jìn)而，也能進(jìn)行如下控制:對(duì)所有單位組131預(yù)先設(shè)置共通的電荷積蓄時(shí)間，對(duì)某一單位組131使其執(zhí)行I次的電荷積蓄和像素信號(hào)輸出，對(duì)相鄰的單位組131使其重復(fù)2次的電荷積蓄和像素信號(hào)輸出。將后者的、對(duì)基于共通單位時(shí)間的電荷積蓄及像素信號(hào)輸出的重復(fù)控制稱(chēng)為單位時(shí)間控制。需要說(shuō)明的是，在進(jìn)行單位時(shí)間控制的情況下，若使電荷積蓄的開(kāi)始