TWI412272B - 固態成像元件及照相機系統 - Google Patents

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Description

固態成像元件及照相機系統
本發明係關於一種典型係一CCD及一CMOS成像感測器之固態成像元件及一照相機系統。
需要達成一寬動態範圍之固態成像元件，藉助該固態成像元件，甚至可使細節如此成像，以致即使在逆光(例如車前燈、球賽場地之照明燈或太陽光等光)照相時高照度資訊不隱縮且主體影像之低照度部分不變得太暗。
在關於一固態成像元件(例如一CCD)之此等環境下，用於放大該動態範圍之技術係揭示於(例如)日本專利第2125710號、日本專利特許公開案第Hei 3-117281號、日本專利特許公開案第Hei 9-205589號及日本專利特許公開案第2004-320119號(下文分別稱作專利文件1、專利文件2、專利文件3及專利文件4)中。
專利文件1揭示藉由將在敏感度特性上彼此不同之複數個區域(單元)設置於一CDD之一個像素中並允許該像素具有一所謂的彎曲特性(其中輸入-輸出特性以一階梯狀方式改變)來放大該CDD或其類似物之動態範圍之一實例。
該彎曲特性係指一藉由將高輸入區域之斜率設定得比一指示曝光量與輸出電流之間的關係之曲線中之低輸入區域之斜率更小而獲得之特性曲線。該彎曲特性通常作為一高照度信號壓縮技術而被採用。
揭示一種提供一濾光片(ND濾光片)之方法及一種改變雜質濃度之方法來作為一用於改變敏感區域(單元)之敏感度之方法，例如一改變元件之孔徑比之方法。
根據專利文件1，此技術看起來亦可適用於除該CCD以外之XY位址型成像元件，儘管其中並不缺乏詳細闡述。
專利文件2揭示達成此一寬廣動態範圍以防止主體影像之隱縮(即使係在例如燈泡等輔助照明燈下)之一實例。在此實例中，將一CCD之光敏像素單元中在光敏度特性上彼此不同之毗鄰像素或單元組合為一個群組，且將一個像素中之相應單元之信號電荷彼此相加從而獲得該像素之信號電荷。
在此情況下，作為一用於改變光敏度之方案，舉例而言，將具有不同像素區之若干單元組合為一個群組。
在專利文件3中所揭示之技術中，類似地將一CCD中之光敏像素單元之一個像素分割為在敏感度上彼此不同之兩個區域，且將相同像素中具有不同敏感度之區域之信號電荷混合於一垂直暫存器中並垂直地傳送。此外，在此技術中，由一分類閘將具有不同敏感度之區域之信號電荷分類為兩個水平傳送閘。另外，由一外部信號處理電路限幅較高敏感度側之信號並將其與低敏感度側之信號相加，從而形成一視訊信號。
在此情況下，視訊信號輸出關於入射光量之特性曲線係一折線曲線圖。在此曲線圖中，較高敏感度側(較低照度側)上之斜率較陡峭，且較低敏感度側(較高照度側)上之斜率較漸進。
專利文件4揭示一用於解決如下一問題之方法：在一包含一高敏感度成像單元及一低敏感度成像單元之成像元件中，一RAW影像之資料(原始資料)量因兩個成像單元之資料而較大。
特定而言，分析一所捕獲影像上之資訊且不論是否需要記錄高照度部分之影像資訊皆自動地確定該所捕獲影像上之資訊。若確定需要記錄高照度部分之影像資訊，則記錄高照度部分之RAW影像資料以及低照度部分之資訊。若確定不需要記錄高照度部分之影像資訊，則不記錄該高照度部分之資訊而僅記錄低照度部分之RAW影像資料。
一個像素係藉由將一主要光敏像素單元(其具有大面積及高敏感度，且一微透鏡之中央部分主要用作該光敏像素單元)與一輔助光敏像素單元(其具有小面積及低敏感度且設置於該等微鏡之邊緣側上)彼此組合在一起而獲得。
日本專利特許公開案第2005-278135號(專利文件5)揭示一CMOS影像感測器，其中行平行ADC中之每一者皆由一比較器及一加減計數器組成。此CMOS影像感測器可在沒有額外電路(例如一加法器及一線路記憶體裝置)之情況下執行複數個列之像素數位值之加法運算。
然而，在上文闡述之經分割像素相加之情況下，不直接有助於光感測之無效區域(非作用空間)針對不同於一具有等於經分割像素之面積總和之面積之像素之方式之信號處理而存在。
因此，藉由分割而形成之個別單元之面積係小於當僅將該像素分割為四個區時之面積，且因此飽和電子之數目係小於當僅將該像素分割為四個區時之數目。因此，散粒雜訊(shot noise)相對增加且個別所分割之像素之信雜比(S/N)降低。
由於在每一經分割像素相加中亦加上該散粒雜訊，因此經分割像素相加之結果之S/N亦降低。
此外，對像素信號之額外處理係類比信號相加且敏感度逐像素地不同。此導致(例如)飽和值不同且斷點位置亦不同之一問題。
此外，在數位相加之情況下，必須在感測器外部提供一記憶體。
特定而言，在相關技術相加方法中，一個像素單元被分割為具有不同敏感度或累積時間且敏感度被量測為該像素之飽和電荷量Qs之複數個像素單元，該飽和電荷量Qs逐像素地不同。因此，當光量相同時，相加結果隨像素而各不相同。
換言之，在藉由將入射光量繪製於橫座標上且將飽和電荷量繪製於縱座標上而獲得之敏感度曲線(折線曲線圖)中，斷點位置(縱座標)在經分割之像素單元之相加之點(橫座標)處不同。
本發明之一願望係提供一種固態成像元件及一照相機系統，其可達成經分割像素相加而免於一像素之輸出電子數目相對於入射光量之變化，且允許其具有在入射光量小時敏感度高且在入射光量大且輸出未飽和時敏感度降低之此一寬廣動態範圍。
根據本發明之一第一實施例，提供一種固態成像元件，其包含：一像素單元，其經組態以包含依一矩陣配置之複數個像素；及一像素信與讀出單元，其經組態以包含實施自該像素單元讀出之像素信號之一類比數位(AD)轉換之一AD轉換單元。該像素單元中之像素中之每一像素包含複數個經分割像素，該等像素係自分割為在光學敏感度或一電荷累積量上彼此不同之若干區域而產生。該像素信號讀出單元讀出該像素中之經分割像素之經分割像素信號。該AD轉換單元實施所讀出之經分割像素信號之AD轉換並將該等經分割像素信號彼此相加，從而獲得一個像素之一像素信號。
根據本發明之一第二實施例，提供一具有一固態成像元件及在該固態成像元件上形成一主體影像之一光學系統之照相機系統。該固態成像元件包含：一像素單元，其經組態以包含依一矩陣配置之複數個像素；及一像素信號讀出單元，其經組態以包含實施自該像素單元讀出之像素信號之一類比數位(AD)轉換之一AD轉換單元。該像素單元中之像素中之每一像素包含複數個經分割像素，該等像素係自分割為在一電荷累積量上彼此不同之若干區域而產生。該像素信號讀出單元讀出該像素中之經分割像素之經分割像素信號。該AD轉換單元實施所讀出之經分割像素信號之AD轉換並將該等經分割像素信號彼此相加，從而獲得一個像素之一像素信號。
根據本發明之一第三實施例，提供一種固態成像元件，其包含：一像素單元，其經組態以包含依一矩陣配置之複數個像素；及一像素信號讀出單元，其經組態以包含實施自該像素單元讀出之像素信號之一類比數位(AD)轉換之一AD轉換單元。該像素單元中之像素中之每一像素包含自分割為複數個區域而產生之複數個經分割像素。該像素信號讀出單元讀出該像素中之經分割像素之經分割像素信號。該AD轉換單元實施所讀出之經分割像素信號之AD轉換並將該等經分割像素信號彼此相加，從而獲得一個像素之一像素信號。
在本發明之實施例中，由像素信號讀出單元自自分割為在電荷累積量上彼此不同之若干區域而產生之複數個經分割像素讀出該等經分割像素信號。
在該像素信號讀出單元中，使所讀出之相應經分割像素信號經受AD轉換並將其彼此相加，從而獲得一個像素之像素信號。
本發明之實施例可達成經分割像素相加而免於像素之輸出電子數目隨入射光量之變化。因此，固態成像元件及照相機系統可具有在入射光量小時敏感度高且在入射光量大且輸出不飽和時敏感度降低之此一寬動態範圍。
下文將結合各圖式闡述本發明之一實施例。
圖1係一顯示一根據本發明之實施例包含若干行平行ADC之固態成像元件(CMOS影像感測器)之組態實例之方塊圖。
本發明之實施例不僅可適用於CMOS影像感測器而且亦適用於一CCD。將藉由舉CMOS影像感測器作為一項實例來做出以下闡述。
如圖1中所示，此固態成像元件100具有一像素單元110、一垂直掃描電路120、一水平傳送掃描電路130、一時序控制電路140及一類比數位轉換器(ADC)群組150。
固態成像元件100進一步具有一數位-類比轉換器(DAC)160、放大器電路(S/A)170、一信號處理電路180及一水平傳送線路190。
像素信號讀出單元係由垂直掃描電路120、水平傳送掃描電路130、時序控制電路140、ADC群組150及DAC 160形成。
像素單元110係藉由依一矩陣(呈列與行形式)配置複數個像素而形成。
採用(例如)如圖2中所顯示之拜爾陣列來作為像素單元110中之像素陣列。
在本實施例之像素單元110中，一個像素分割為複數個經分割像素單元DPC，其各自包含由(例如)一光二極體形成之一光電轉換元件。
特定而言，在包含行平行ADC之固態成像元件(CMOS影像感測器)100中，該拜爾陣列之一同色濾光片下之一個像素被分割為在敏感度或累積時間上彼此不同之複數個經分割像素單元DPC。
此外，在沿行方向進行像素信號與其輸出之AD轉換時，將來自經分割像素之經分割像素信號輸出彼此相加並使其經受AD轉換。此時，該AD轉換器之輸入之範圍經限幅以等於或低於相應像素之飽和輸出電壓，從而每一像素之輸出值必然係一特定數位值。
以下闡述將論述一其中將一個像素分割為四個經分割像素單元DPC-A至DPC-D之實例。
圖3係根據本發明實施例之像素分割之一概念圖。
圖3顯示在拜爾陣列之情況下之一分割方法。在此實例中，將一同色濾光片下之一個像素分割為四個單元，且藉由分割而形成之個別像素在敏感度或累積時間上彼此不同。
在圖3中，將綠色(G)像素PCG分割為四個像素DPC-A、DPC-B、DPC-C及DPC-D。
稍後將闡述此像素單元110中之該像素及該等經分割像素之組態之細節、分割形式等等。
本實施例之固態成像元件100將(例如)在一像素中放大之經分割像素信號按時間順序發送至一垂直信號線，並實施由設置於行像素信號讀出單元中之ADC群組150中之一AD轉換器(AD轉換單元)所實施之AD轉換。
在隨後針對第二經分割像素信號之AD轉換作業中，固態成像元件100加上第一AD轉換值並針對第二經分割像素信號實施AD轉換作業。
在隨後針對第三經分割像素信號之AD轉換作業中，固態成像元件100加上第二AD轉換值並針對第三經分割像素信號實施AD轉換作業。
在隨後針對第四經分割像素信號之AD轉換作業時，固態成像元件100加上第三AD轉換值並針對第四經分割像素信號實施AD轉換作業。
本發明之固態成像元件採用一經分割像素相加方法，其中由藉由此一方法在行單元中提供之AD轉換器來順序地使複數個分割像素之像素信號相加。
在固態成像元件100中，產生一內部時脈之時序控制電路140、控制列位址及列掃描之垂直掃描電路120及控制行位址及行掃描之水平傳送掃描電路130設置為控制電路以用於順序地讀出像素單元110之信號。
ADC群組150具有若干比較器151，該等比較器各自比較一參考電壓Vslop(其具有因由DAC 160所產生之參考電壓中之階梯狀改變而形成之一斜坡波形)與經由該垂直信號線或逐列地獲得之一類比信號(電位Vsl)。
在ADC群組150中，各自由可計數比較時間之一加減計數器(下文中簡稱為計數器)152組成之若干ADC及可保持該計數結果之一鎖存器153係配置於複數個行上。
該ADC具有一n位元數位信號轉換功能且針對每一垂直信號線(行線)而設置從而形成一行平行ADC塊。
每一鎖存器153之輸出皆連接至具有(例如)2n位元寬度之水平傳送線190。
此外，設置對應於水平傳送線190及信號處理電路180之2n放大器電路170。
在ADC群組150中，由逐行設置之比較器151將讀出至垂直信號線之類比信號(電位Vsl)與參考電壓Vslop(其具有一具有一特定斜率且線性地改變之傾斜波形)。
此時，像比較器151一樣逐行設置之計數器152進行運作，且垂直信號線之電位(類比信號)Vsl藉由該斜坡波形之電位Vslop之改變以及其間具有一對一對應之計數值而被轉換為一數位信號。
參考電壓Vslop之改變欲將電壓改變轉換為時間改變，且ADC以一特定循環(時脈)計數時間，藉此將時間改變轉換為一數位值。
在類比電信號Vsl與參考電壓Vslop交叉時，比較器151之輸出被轉換，且計數器152之輸入時脈停止或輸入目前已被停止之時脈被輸入至計數器152，從而完成一次AD轉換。
舉例而言，藉由在不重設計數器之情況下連續地執行該計數器之此加減計數處理與經分割信號之數目相同之次數來達成由上述AD轉換器實施之經分割像素相加。
圖4係一顯示在包含圖1之行平行ADC之固態成像元件(CMOS成像感測器)中執行加法處理之位置之圖表。
在圖4中，由虛線環繞之區域係可實際執行該加法處理之位置。細虛線指示相關技術中之位置，且粗虛線指示與本發明實施例相關之區域。
在先前已知之針對經分割像素之信號相加處理中，由一例如一DSP之信號處理器來執行該相加處理。
相比之下，在本實施例中，在進行AD轉換時，計數器152順序地執行該相加處理，同時如上所述執行四個經分割像素信號之AD轉換。
特定而言，將在一像素中放大之經分割像素信號按時間順序發送至垂直信號線，且由設置於行像素信號讀出單元中之ADC群組150中之AD轉換器(AD轉換單元)實施該AD轉換。
在隨後針對第二經分割像素信號之AD轉換作業中，ADC群組150中之每一ADC加上第一AD轉換值並針對第二經分割像素信號實施AD轉換作業。
在隨後針對第三經分割像素信號之AD轉換作業中，ADC群組150中之每一ADC加上第二AD轉換值並針對第三經分割像素信號實施AD轉換作業。
在隨後針對第四經分割像素信號之AD轉換作業中，ADC群組150中之每一ADC加上第三AD轉換值並針對第四經分割像素信號實施AD轉換作業。
在上述AD轉換週期結束之後，將鎖存器153中所保持之資料傳送至水平傳送線190並由水平傳送掃描電路130經由放大器170輸入至信號處理電路180，從而藉由預定信號處理形成一二維影像。
此係本發明實施例之基礎組態及功能之闡述之結束。
下文將做出一關於該像素及經分割像素之組態、分割形式、經分割像素相加處理等之詳細闡述來作為本實施例之特性組態。
首先，下文將闡述一CMOS影像感測器中之一基本經分割像素之組態之一項實例以便於理解。
圖5係一顯示根據本實施例之CMOS影像感測器中之一包含四個電晶體之經分割像素之一項實例之圖表。
此經分割像素DPC1具有由(例如)一光二極體形成之一光電轉換元件111。
圖5之經分割像素DPC具有以下四個電晶體來作為用於此一個光電轉換元件111之主動元件：傳送電晶體112、重設電晶體113、如放大器之放大電晶體114及選擇電晶體115。
光電轉換元件111實施入射光至一電荷(在此實例中為電子)之光電轉換，其中電荷量取決於光量。
傳送電晶體112連接在光電轉換元件111與一浮動擴散部件FD之間，且經由一傳送控制線LTx給予其閘極(傳送閘極)一控制信號Tx。
此將由光電轉換元件111所實施之光電轉換而產生之電子傳送至該浮動擴散部件FD。
重設電晶體113連接在一電源線LVDD與該浮動擴散部件FD之間，且經由一重設控制線LRST給予其閘極一控制信號RST。
此將該浮動擴散部件FD之電位重設至該電源線LVDD之電位。
放大電晶體114之閘極連接至該浮動擴散部件FD。放大電晶體114經由選擇電晶體115連接至一垂直信號線116且形成一源極隨耦器，其中一恆定電流源位於該像素單元外部。
經由一選擇控制線LSEL給予選擇電晶體115之閘極一控制信號(位址信號或選擇信號)SEL，且導通選擇電晶體115。
在選擇電晶體115導通時，放大電晶體114放大浮動擴散部件FD之電位並將相依於此電位之電壓輸出至垂直信號線116。自相應像素經由垂直信號線116而輸出之電壓被輸出至用作一像素信號讀出電路之ADC群組150。
此等作業係在一列上之相應經分割像素DPC中同時實施，此乃因(例如)傳送電晶體112、重設電晶體113及選擇電晶體115之相應閘極係逐列地連接。
設置於像素單元110中之重設控制線LRST、傳送控制線LTx及選擇控制線LSEL係作為一個群組針對像素陣列之若干列中之每一列而設置。
該重設控制線LRST、該傳送控制線LTx及該選擇控制線LSEL係由一像素驅動電路102驅動。
亦可能將上述組態直接應用於根據本實施例之經分割像素單元。
此外，亦可能將一其中浮動擴散部件FD由若干經分割像素單元共用之組態用作一其中光電轉換元件及轉換電晶體包含於該等經分割像素單元中之每一者中之組態。
在此情況下，該等經分割像素單元亦可能經形成以共用作為放大器之該放大電晶體、該選擇電晶體及該重設電晶體。
圖6係一顯示其中複數個經分割像素共用該浮動擴散部件、該放大電晶體、該選擇電晶體及該重設電晶體之一像素之實例之電路圖。
在圖6中一包含複數個經分割像素DPC-A至DPC-D之像素PC中，光電轉換元件111-A至111-D及傳送電晶體112-A至112-D係分別針對經分割像素DPC-A至DPC-D而設置。
傳送電晶體112-A至112-D中之每一者之一端(例如汲極)連接至一共用浮動擴散部件SED。
傳送電晶體112-A之閘極連接至一傳送控制線LTxA，且傳送電晶體112-B之閘極連接至一傳送控制線LTxB。類似地，傳送電晶體112-C之閘極連接至一傳送控制線LTxC，且傳送電晶體112-D之閘極連接至一傳送控制線LTxD。
重設電晶體113連接在一供應電位VDD與該共用浮動擴散部件SFD之間。重設電晶體113之閘極連接至該重設控制線LRST。
放大電晶體114與選擇電晶體115串聯地連接於供應電位VDD與垂直信號線116之間。放大電晶體114之閘極連接至該共用浮動擴散部件SFD，且選擇電晶體115之閘極連接至該選擇控制線LSEL。
在此組態中，自經分割像素DPC-A至DPC-D中由光電轉換元件111-A至111-D所實施之光電轉換而產生之經分割像素信號經由共用浮動擴散部件SFD被傳送至作為放大器之放大電晶體114。放大經分割像素信號並將所放大之經分割像素信號按時間順序發送至垂直信號線116。
此外，亦可能採用一其中光電轉換元件、傳送電晶體及重設電晶體包含於經分割像素單元中之每一者中且浮動擴散部件FD亦由經分割像素單元個別地擁有之組態。
在此情況下，該等經分割像素單元亦可能經形成以共用作為放大器之放大電晶體。
圖7係一顯示一其中複數個經分割像素各自個別地具有浮動擴散部件且共用放大電晶體之一像素之實例之電路圖。
在圖7中一包含複數個經分割像素DPC-A至DPC-D之像素PC中，光電轉換元件111-A至111-D及傳送電晶體112-A至112-D係分別針對經分割像素DPC-A至DPC-D而設置。此外，浮動擴散部件FD-A至FD-D及重設電晶體113-A至113-D分別設置於經分割像素DPC-A至DPC-D中。
一選擇電晶體115-A連接在浮動擴散部件FD-A與一節點ND1之間，且一選擇電晶體115-B連接在浮動擴散部件FD-B與節點ND1之間。
類似地，一選擇電晶體115-C連接在浮動擴散部件FD-C與節點ND1之間，且一選擇電晶體115-D連接在浮動擴散部件FD-D與節點ND1之間。
傳送電晶體112-A之閘極連接至該傳送控制線LTxA，且傳送電晶體112-B之閘極連接至該傳送控制線LTxB。類似地，傳送電晶體112-C之閘極連接至該傳送控制線LTxC，且傳送電晶體112-D之閘極連接至該傳送控制線LTxD。
傳送電晶體113-A之閘極連接至一重設控制線LRSTA，且傳送電晶體113-B之閘極連接至一重設控制線LRSTB。類似地，重設電晶體113-C之閘極連接至一重設控制線LRSTC，且重設電晶體113-D之閘極連接至一重設控制線LRSTD。
選擇電晶體115-A之閘極連接至一選擇控制線LSELA，且選擇電晶體115-B之閘極連接至一選擇控制線LSELB。類似地，選擇電晶體115-C之閘極連接至一選擇控制線LSELC，且選擇電晶體115-D之閘極連接至一選擇控制線LSELD。
放大電晶體114連接在供應電位VDD與垂直信號線116之間。放大電晶體114之閘極連接至節點ND1。
在此組態中，自經分割像素DPC-A至DPC-D中由光電轉換元件111-A至111-D所實施之光電轉換而產生之經分割像素信號被傳送至浮動擴散部件FD-A至FD-D。藉由浮動擴散部件FD-A至FD-D，該等經分割像素信號經由選擇電晶體115-A至115-D被進一步傳送至作為放大器之放大電晶體114。放大該等經分割像素信號並將所放大之經分割像素信號按時間順序發送至垂直信號線116。
此外，亦可能採用一其中一個像素之複數個經分割像素分為複數個群組且浮動擴散部件FD逐群組地被共用之組態。
在此情況下，亦可能在每一單獨群組中共用該重設電晶體及該選擇電晶體且由所有經分割像素共用該放大電晶體。
圖8係一顯示一其中複數個經分割像素分為若干群組且浮動擴散部件在每一群組中共用且放大電晶體由所有經分割像素共用之一像素之實例之電路圖。
在此實例中，將四個經分割像素DPC-A、DPC-B、DPC-C及DPC-D分為兩個群組。
特定而言，將經分割像素DPC-A及經分割像素DPC-B分離至一第一群組GRP1中，且將經分割像素DPC-C及經分割像素DPC-D分離至一第二群組GRP2中。
在圖8中之第一群組GRP1中之經分割像素DPC-A及DPC-B中，設置光電轉換元件111-A及111-B及傳送電晶體112-A及112-B。
傳送電晶體112-A及112-B中之每一者之一端(例如汲極)連接至一共用浮動擴散部件SFD1。
傳送電晶體112-A之閘極連接至該傳送控制線LTxA，且傳送電晶體112-B之閘極連接至該傳送控制線LTxB。
在圖8中之第二群組GRP2中之經分割像素DPC-C及DPC-D中，設置光電轉換元件111-C及111-D及傳送電晶體112-C及112-D。
傳送電晶體112-C及112-D中之每一者之一端(例如汲極)連接至一共用浮動擴散部件SFD2。
傳送電晶體112-C之閘極連接至傳送控制線LTxC，且傳送電晶體112-D之閘極連接至傳送控制線LTxD。
重設電晶體113-1連接在供應電位VDD與共用浮動擴散部件SFD1之間。重設電晶體113-1之閘極連接至一重設控制線LRST1。
重設電晶體113-2連接在供應電位VDD與共用浮動擴散部件SFD2之間。重設電晶體113-2之閘極連接至一重設控制線LRST2。
一選擇電晶體115-1連接在共用浮動擴散部件SFD1與一節點ND2之間，且一選擇電晶體115-2連接在共用浮動擴散部件SFD2與該節點ND2之間。
選擇電晶體115-1之閘極連接至一選擇控制線LSEL1，且選擇電晶體115-2之閘極連接至一選擇控制線LSEL2。
放大電晶體114連接在供應電位VDD與垂直信號線116之間。放大電晶體114之閘極連接至節點ND2。
在此組態中，自經分割像素DPC-A至DPC-D中由光電轉換元件111-A至111-D所實施之光電轉換而產生之經分割像素信號被傳送至共用浮動擴散部件SFD1及SFD2。藉由共用浮動擴散部件SFD1及SFD2，經分割像素信號經由選擇電晶體115-1及115-2被進一步傳送至作為放大器之放大電晶體114。放大經分割像素信號並將所放大之經分割像素信號按時間順序發送至垂直信號線116。
如上所述，可使用各種方式來作為分割為一個像素之平面中之複數個區之方案。此等方式可大體分類為一共用浮動擴散(由四個像素共用)系統(下文稱作共用FD系統)及一個別浮動擴散系統(下文中稱作個別FD系統)。
圖9A至9D係用於解釋分割為一個像素之平面中之複數個區之方法之圖表。
圖9A顯示一分割為共用FD系統中之四個正方形之實例。圖9B顯示一分割為個別FD系統中之四個正方形之實例。圖9C顯示一分割為共用FD系統中之四個條形之實例。圖9D顯示一分割為個別FD系統中之四個條形之實例。
在垂直於該平面之方向上具有不同敏感度之堆疊式光敏層及半導體層(PN接面)在廣義上亦可稱為像素分割，但省卻了其詳細闡述。
可藉由以下方法達成對經分割像素之敏感度之改變：改變該元件之孔徑比；允許光敏區上方之絕緣膜具有一光學濾光片特性；及改變基板中之雜質濃度。
圖9A至9D特定地顯示將一個像素分割為四部分之實例。在此等實例中，除經分割光敏區PA、PB、PC及PD之外，亦存在一不直接有助於光感測之無效區(非作用空間)IVL。
此區IVL係一用於將該等經分割單元彼此電隔離以便可防止該等經分割單元中所累積之像素電荷洩露出去並彼此干擾之空間(溝道截斷)。根據需要在此區IVL中提供一用於信號處理之互連。
下文將更詳細地闡述該像素分割。
圖10係一顯示應用根據本實施例之共用FD系統之正方形像素分割之一特定實例。
圖11A及11B係垂直於圖10之剖視圖。圖11A係一沿圖10中之線A1-A2之剖視圖，且圖11B係一沿圖10中之線B1-B2之剖視圖。
圖10係一顯示一對應於上述針對具有拜爾陣列之CMOS影像感測器中之一個拜爾圖案單元中之一個像素之像素分割之像素PC之平面圖。此像素PC係一具有圖9A中所示之共用FD之正方形分割之應用實例。
在圖10中所示之共用FD系統中，亦可能在浮動擴散部件FD中實施信號混合(實質傳送及相加)。
在本實施例中，使得自個別經分割像素DPC-A至DPC-D讀出之信號之時序彼此不同，從而按時間順序將信號讀取至共用浮動擴散部件SFD，且在進行AD轉換時實施信號相加。
在圖10及圖11中，具有不同光敏感度之四個光電轉換及電荷累積區(亦即，經分割像素DPC-A、DPC-B、DPC-C及DPC-D)經設置以環繞該源。
一相同色彩之濾色片CFL設置於相應之像素區上，中間有一絕緣層ISL及一電極互連層。
在敏感度或擋光程度上彼此不同之光學衰減膜OATT-A、OATT-B、OATT-C及OATT-D設置於濾色片CLF上。舉例而言，具有不同透射比之擋光膜設置於經分割像素DPC-A、DPC-B、DPC-C及DPC-D之相應區上以使得光敏感度彼此不同，且光敏感度經設定以滿足DPC-A>DPC-B>DPC-C>DPC-D之關係。注意，該光學衰減膜(例如該擋光膜)不必經設置以用於具有最高光敏感度之經分割像素DPC-A。
此外，如圖10及圖11A及11B中所示，該等個別經分割像素區由一溝道終止(在此實例中為P型)CHSTP彼此隔離以便可在每一單元中累積一電荷。
相同色彩之濾色片CFL設置於中間有絕緣層之矽基板上方，且其上具有不同光透射比之擋光膜設置於相應像素區上方。
圖11A示意性地顯示如何由於相依於光學衰減膜之特性之光電轉換而在單晶矽單元中產生電荷。在此實例中，最左端之單元中電荷量最大且最右端之單元中電荷量最小。
圖11B顯示當向一讀出閘極電極RGT施加一信號電壓時如何將該單元中產生之電荷讀出至共用浮動擴散部件SFD。
在圖10及圖11A及11B中，FDEL表示共用浮動擴散部件SFD之FD電極，RGT-A至RGT-D表示讀出閘極二極體，且CHSTP表示通道終止。
在個別經分割區之半導體單元中，實施相依於入射光量之光電轉換。此外，回應於一閘極讀出信號經由設置於該等圖表中央之FD區將相依於所產生電荷量之電信號讀出至像素外部。
在此實例中，經分割像素DPC-A、DPC-B、DPC-C及DPC-D根據擋光特性而具有信號量減少次序。
圖12係一顯示應用根據本發明之實施例分割為具有一共用FD之像素分割之正方形像素分割之一特定實例之圖表。
在圖12中，類似於圖10及圖11A及11B中之組件及功能部件之組件及功能部件係由相同符號指示以便易於理解。
圖12係一顯示如圖10之一對應於針對一具有拜爾陣列之CMOS影像感測器中之一個拜爾圖案單元中之一個像素之像素分割之一像素之平面圖。在此像素中，採用共用FD系統且以一條帶方式設置經分割像素區。
具有不同透射比之光學衰減膜OATT-A、OATT-B、OATT-C及OATT-D設置於相應像素區上方。光學衰減膜OATT-A、OATT-B、OATT-C及OATT-D分別設置於經分割像素DPC-A、DPC-B、DPC-C及DPC-D上方。此外，光學敏感度經設定以滿足DPC-A>DPC-B>DPC-C>DPC-D之關係。
藉由光電轉換而產生於相應經分割像素區中之光載子由於設置於相應像素區中之讀出閘極電極RGT-A、RGT-B、RGT-C及RGT-D之操作而被讀出至共用浮動擴散部件SFD。
在此實例中，設置於共用浮動擴散部件SFD中之FD電極FDEL之位置發生改變。特定而言，舉例而言，其設置於共用浮動擴散部件SFD中緊靠如圖中所示之最左端經分割像素DPC-A下面。歸因於此結構，信號擷取之位置最接近於經分割像素DPC-A且最遠離經分割像素DPC-D。
若利用共用浮動擴散部件SFD中之擴散區之電阻，則將電衰減效應(衰減器)加至光學衰減作業，此乃因電信號之輻值相依於距像素區之距離而改變。
亦即，敏感度特性之斜率之改變之靈活性得以加強。
圖13係一顯示應用根據本發明之實施例分割為具有個別FD之若干條帶之像素分割之正方形像素分割之一特定實例之圖表。
圖13之實例在與光學敏感度相關之結構方面與圖12之實例大致相同，但在以下點中係不同。
特定而言，圖13之實例與圖12之實例之不同之處在於，在圖13之實例中，浮動擴散部件FDa、FDb、FDc及FDd分別係針對經分割像素DPC-A、DPC-B、DPC-C及DPC-D而設置。
在本實施例中，在包含行平行ADC之固態成像元件(CMOS影像感測器)100中，拜爾陣列之同色濾色片下之一個像素被分割為在敏感度或累積時間上彼此不同之複數個經分割像素單元DPC。
此外，在沿行方向進行像素信號與其輸出之AD轉換時，將來自經分割像素之已分割像素信號輸出彼此相加並使其經受AD轉換。此時，AD轉換器之輸入之範圍經限幅以總是等於或低於相應像素之飽和輸出電壓以使得每一像素之輸出值必然係一特定數位值。
此係對像素分割之特定實例之闡述之結束。
下面將闡述根據本實施例之AD轉換器中之經分割像素信號之相加處理。
圖14A及14B係顯示具有相關技術系統與根據本發明實施例之系統之間的特性比較之經分割像素信號之相加之圖表。
圖14A係一顯示藉由相關技術系統對經分割像素信號之相加之結果之圖表。
在圖14A之情況下，藉由使用如圖10或圖12中所示之結構來驅動經分割像素，從而將信號自具有不同敏感度之經分割像素讀出至共用浮動擴散部件SFD並在共用浮動擴散部件SFD中之信號相加後將該等信號輸出至信號線。
圖14A顯示偵測之結果及經分割像素之飽和電荷量相對於至該像素之入射光量之圖形。在此相加方法中，達成彎曲特性。
然而，由於信號相加係在共用浮動擴散部件SFD中實施，且AD轉換器之輸入之範圍並非經限幅以等於或低於相應像素之飽和輸出電壓，該飽和電荷量Qs隨有助於於製造製程之像素而不同。
此導致該相加結果亦如對應於理想曲線之虛線及對應於實際特性之實線所指示而不同之缺陷。
圖14B係一顯示由根據本發明實施例之系統而獲得之一相加結果之圖表。
在此系統中，該偵測並非基於飽和電荷量Qs而係基於行AD轉換器之輸出碼而實施。圖14B顯示偵測之結果。
如該圖表中所示，針對在相應經分割像素飽和時行AD轉換器之輸出電子之數目，將限幅點適當地設定於在任何經分割像素飽和之前獲得之電子之數目處。
藉此，針對相應之經分割像素相等地設定輸出電子之數目。
因此，如圖14B中所示達成無變化之相加結果。
換言之，即使該等像素包括飽和電荷量之變化，但使用此新穎相加系統可一直供應無變化之敏感度特性。
下面將闡述AD轉換之位元準確度。
圖15係一顯示針對具有不同位元準確度之若干經分割像素之A/D轉換之一實例之圖表。
特定而言，在圖15之實例中，一同色濾色片下之一個像素被分割為在光敏感度或累積時間上彼此不同之四個經分割像素，且當每一經分割像素之位元準確度皆不同之情況下實施A/D轉換。
舉例而言，當意欲分別向較小光量側及較大光量測指派較高解析度及較低解析度時，以自較小光量側朝向較大光量側之次序將解析度設定為4位元、3位元、3位元及2位元，如圖15中所示。
圖16係一顯示在使經分割像素經受具有不同位元準確度之A/D轉換時，可針對相應之經分割像素而設定之位元之數目之圖表，且假定每一像素之最低解析度為1位元。
圖16之右端顯示四個經分割像素之時脈之總數目。如最後一列中所示，當相應之解析度設定為4位元、3位元、3位元及2位元時，總時脈數目為36，此係最小數目。
圖17A及17B係顯示經分割像素相加時以及在考量電子及電壓轉換效率時在一正常像素中之S/N之模擬結果。
圖17B係以一放大方式顯示較小信號量側上之結果之一圖表。
在圖17A及17B中，當將信號量繪製於橫座標上並將S/N繪製於縱座標上並將飽和信號量定義為100時，關於像素相加之結果對應於由粗實線A指示之特性曲線且關於正常像素之結果對應於由虛線及鏈線B指示之曲線。
當光量係處於自一小量至一中等量之一範圍內時，在像素相加中之S/N低於在未對其實施分割之正常像素中之S/N。然而，當光量大於中等量時，存在像素相加之曲線圖急劇上升之三個點，此顯示S/N被加強。
此原因如下。特定而言，在AD相加之情況下，AD轉換在經分割像素飽和時(在限幅點處)之時序處停止。因此，在實施第二像素相加之時序處，第一像素之散粒雜訊(歸因於電路之雜訊)未在第二像素相加中得以反映。
類似地，第二像素之散粒雜訊未在第三相加中進位且第三像素之散粒雜訊未在第四相加中得以反映。因此，該S/N值跳躍且在相加之時序處突然增強，此係一新穎事實。
作為在AD轉換之時間處之相加方法，採用一其中在AD轉換在限幅點處停止後實施相應之經分割像素之信號相加之方法。因此，除如圖6中所示之在時間上順序之驅動方法之外，此方法亦可應用於一如圖18中所示之並行驅動方法。
同樣在並行驅動之情況下，在放大相應像素之信號之後，行AD轉換在限幅點處停止，且因此該像素之散粒雜訊未在下一相加中進位。因此，可達成如圖17A中之粗實線A所指示之S/N特性曲線。
圖18係一顯示應用一根據本發明實施例之並行驅動方法之經分割像素相加等效電路之一組態實例之圖表。
圖18係如圖13中所示之拜爾陣列CMOS影像感測器中之光敏像素單元之等效電路圖。
在此系統中，在浮動擴散部件FD中偵測之信號未在像素單元中被放大，而是在行像素讀出單元中被放大。
在具有不同光敏特性之四個像素區中偵測之信號係經由相應之浮動擴散部件FD而並行地輸出至四個信號線116-1至116-4。該等信號係在放大器AMP1至AMP4中並行地放大，且在轉換器ADC1至ADC4中並行地經受AD轉換。
在ADC中經受相加處理後，來自具有不同光敏特性之複數個像素區之信號被輸出。
在上文中，藉由將一包含若干行平行ADC之固態成像元件(CMOS影像感測器)作為一實例來闡述經分割像素相加信號處理。
例如，亦可採用以下兩種方法來作為此所謂的行AD轉換型CMOS影像感測器之經分割像素相加信號處理。
圖19A係一示意性地顯示一與經分割像素相加相關之行AD轉換型CMOS影像感測器電路之一組態實例之圖表。
在圖19A中，一同色濾色片下之一個像素分割為四個經分割像素，且使每一經分割像素之光敏度或累積時間不同。經由共用浮動擴散部件FD將像素信號順序地讀出至同一信號線。此外，在每一行上所提供之CDS電路200中執行雜訊處理，且在該行外部逐列地實施A/D轉換。
圖19B係一示意性地顯示與經分割像素相加相關之行AD轉換型CMOS影像感測器電路之另一組態實例之圖表。
在圖19B之實例中，一同色濾色片下之一個像素分割為四個經分割像素，且使得每一經分割像素之光敏度或累積時間不同。經由共用FD將像素信號順序地讀出至同一信號線，且在每一行上所提供之CDS電路210中執行第一雜訊處理。
隨後，由每一行上所提供之A/D轉換器220將類比信號轉換為數位信號，且由每一行上所提供之CDS電路230執行第二雜訊處理以藉此移除A/D轉換中所產生之數位雜訊。
在以上闡述中，將本發明實施例應用於一CMOS影像感測器作為一實例。然而，本發明之實施例亦可應用於一CCD感測器。
圖20係一顯示一對應於一根據本發明實施例之CCD感測器之固態成像元件之一組態實例之圖表。
圖20之固態成像元件300具有沿列(垂直)方向及行(水平)方向依一矩陣配置之複數個感測器部件(光電轉換元件)311，且每一感測器部件皆將入射光轉換為一信號電荷以累積信號電荷，其中電荷量係相依於入射光量。
固態成像元件300具有複數個垂直傳送暫存器312，其各自設置於感測器部件311之垂直行中之相應行上且經由讀出閘極部件(未顯示)垂直地傳送自相應感測器部件311讀出之信號電荷。由感測器部件及垂直傳送暫存器312形成一成像區域313。
感測器部件311採用拜爾陣列，且每一像素分割為作為具有不同敏感度之複數個(例如四個)區之若干經分割像素DPC。
垂直傳送暫存器312經驅動以供藉由(例如)一三相或四相垂直傳送脈衝傳送並在對應於一個掃描線(一個線)之部件之單元中在一水平空白週期之一部分中沿垂直方向順序地將信號電荷作為自相應感測器部件311讀出之經分割像素信號而傳送。
在圖中，水平傳送暫存器314設置於成像區域313下方。信號電荷作為對應於一個線之經分割像素信號自複數個垂直傳送暫存器312中之每一者被順序地傳送至水平傳送暫存器314。
水平傳送暫存器314經驅動以由(例如)一三相或四相水平傳送脈衝傳送且順序地傳送對應於一個線之信號電荷，該等信號電荷係自複數個垂直傳送暫存器312在一水平空白週期之後之一水平掃描週期中沿水平方向被傳送。
具有(例如)一浮動擴散放大器組態之電荷偵測器315設置於傳送目的地側上之水平傳送暫存器314之末端處。
此電荷偵測器315具有一累積一經由一水平輸出閘極部件而自水平傳送暫存器314供應之信號電荷之浮動擴散部件FD。電荷偵測器315包含一用於使一信號電荷放電之重設汲極(RD)及一設置於浮動擴散部件FD與該重設汲極之間的重設閘極(RG)，但圖中並未顯示。
在此電荷偵測器315中，向該重設汲極施加一預定重設汲極電壓，且向該具有信號電荷之偵測循環之重設閘極施加一重設脈衝。
浮動擴散部件FD中累積之信號電荷轉換為一信號電壓且作為一CCD輸出信號CCDout經由一輸出電路316被引導至一CDS電路320。此外，在一ADC 330中實施相應經分割像素信號之AD轉換及相加處理。
如上所述，在本實施例中，在光敏特性或累積時間上彼此不同之複數個區(經分割像素)設置於一個像素中，且其像素信號被發送至垂直信號線並在行單元中所提供之AD轉換單元中彼此相加。
此時，相應像素信號至AD轉換器之輸入之範圍經設定以等於或低於個別經分割像素之飽和輸出電壓。
因此，本發明可達成以下優點。
可達成一寬廣動態範圍固態成像元件之像素，該元件在光量小時具有高敏感度且具有一高照度資訊壓縮特性。
此外，與一現有數位相加不同，不需要一外部記憶體。
亦存在類比相加中所涉及之斷點之變化，該斷點係使作為相加主體之任一像素飽和之點。
S/N在斷點(使作為相加主體之任一像素飽和之點)處得以加強，且等於或高於未經分割像素之S/N之S/N可在照度等於或高於中等照度時達成。
另外，可在不使過程數目增加太多之情況下達成經分割像素結構。
此外，亦可能採用一允許切換至其中獨立地讀出相應之經分割像素以便獲得一根據本說明書之高解析度影像之讀出。
具有此等有利特徵之固態成像元件可用作一數位照相機及一視訊照相機中之成像裝置。
圖21係一顯示根據本發明之實施例之固態成像元件可應用之一照相機系統之組態之一項實例之圖表。
如圖21中所示，此照相機系統400包含可應於根據本發明之CMOS影像感測器(固態成像元件)100、300之成像裝置410。照相機系統400進一步包含一用於將入射光引導至成像裝置410之像素區(從而形成一主體影像)之光學系統，例如用於將入射光(影像光)會聚至成像平面上之透鏡420。照相機系統400進一步包含一用於驅動成像裝置410之驅動電路(DRV)430及一用於處理一來自成像裝置410之輸出信號之信號處理電路(PRC)440。
驅動電路430具有一可產生各種時序信號並由預定時序信號驅動成像裝置410之時序產生器(未顯示)，該等時序信號包含用於驅動成像裝置410中之電路之開始脈衝及時脈脈衝。
信號處理電路440執行信號處理，例如用於來自成像裝置410之輸出信號之CDS。
自信號處理電路440所實施之處理產生之影像信號記錄於一例如一記憶體之記錄媒體中。記錄於該記錄媒體中之影像資訊作為一硬拷貝由一列印機或類似物輸出。此外，自信號處理電路440所實施之處理產生之影像信號作為一移動影像而顯示於由(例如)一液晶顯示器形成之一監視器上。
如上所述，藉由併入上述成像元件100來作為例如一數位照相機之成像設備中之成像裝置410可達成一低電力消耗、高準確度照相機。
本申請案含有與整體內容以引用方式併入本文中之於2008年7月18日在日本專利局提出申請之日本優先專利申請案JP 2008-187026中所揭示之標的物相關之標的物。
熟習此項技術者應瞭解，相依於在隨附請求項或其等效物之範疇內之設計要求及其它因素可發生各種修改、組合、子組合及變更。
100．．．固態成像元件
110．．．像素單元
111．．．光電轉換元件
111-A．．．光電轉換元件
111-B．．．光電轉換元件
111-C．．．光電轉換元件
111-D．．．光電轉換元件
112．．．傳送電晶體
112-A．．．傳送電晶體
112-B．．．傳送電晶體
112-C．．．傳送電晶體
112-D．．．傳送電晶體
113．．．重設電晶體
113-1．．．重設電晶體
113-2．．．重設電晶體
113-A．．．重設電晶體
113-B．．．重設電晶體
113-C．．．重設電晶體
113-D．．．重設電晶體
114．．．放大電晶體
115．．．選擇電晶體
115-1．．．選擇電晶體
115-2．．．選擇電晶體
115-A．．．選擇電晶體
115-B．．．選擇電晶體
115-C．．．選擇電晶體
115-D．．．選擇電晶體
116．．．垂直信號線
116-1．．．信號線
116-2．．．信號線
116-3．．．信號線
116-4．．．信號線
120．．．垂直掃描電路
130．．．水平傳送掃描電路
140．．．時序控制電路
150．．．數位-類比轉換器群組
151．．．比較器
152．．．加減計數器
153．．．鎖存器
160．．．數位-類比轉換器
170．．．放大器/放大器電路
180．．．信號處理電路
190．．．水平傳送線
200．．．CDS電路
220．．．A/D轉換器
230．．．CDS電路
311．．．感測器部件
312．．．垂直傳送暫存器
313．．．成像區域
314．．．水平傳送暫存器
315．．．電荷偵測器
320．．．CDS電路
330．．．ADC
400．．．照相機系統
410．．．成像裝置
420．．．透鏡
430．．．驅動電路
440．．．信號處理電路
圖1係一顯示一根據本發明之一實施例之CMOS影像感測器(固態成像元件)之組態實例之圖表；
圖2係一顯示一拜爾陣列來作為一像素陣列實例之圖表；
圖3係一根據本發明之像素分割之概念圖；
圖4係一顯示在包含圖1之行平行ADC之固態成像元件(CMOS影像感測器)中執行額外處理之位置之圖表；
圖5係一顯示在根據本發明實施例之CMOS影像感測器中一包含四個電晶體之經分割像素之一項實例之圖表；
圖6係一顯示一其中複數個經分割像素共用一浮動擴散部分、一放大電晶體、一選擇電晶體及一重設電晶體之一像素之實例之電路圖；
圖7係一顯示一其中複數個經分割像素各自個別地具有浮動擴散部分且共用該放大電晶體之一像素之實例之電路圖；
圖8係一顯示一其中複數個經分割像素分為若干群組且浮動擴散部件在每一群組中被共用且放大電晶體由所有經分割像素共用之一像素之實例之電路圖；
圖9A至9D係用於解釋在一個像素之平面中分割為複數個區之方法之圖表；
圖10係一顯示可應用根據本發明之實施例之一共用FD系統之正方形像素分割之一特定實例之圖表；
圖11A及11B係垂直於圖10之剖視圖；
圖12係一顯示可應用根據本發明之實施例分割為具有一共用FD之若干條帶之像素分割之正方形像素分割之一特定實例之圖表；
圖13係一顯示可應用根據本發明之實施例分割為具有個別FD之若干條帶之像素分割之正方形像素分割之一特定實例之圖表；
圖14A及14B係顯示具有一相關技術系統與一根據本發明之實施例之系統之間的特性比較之經分割像素信號之相加之圖表；
圖15係一顯示一其中一同色濾光片下之一個像素被分割為在光敏度或累積時間上彼此不同之四個經分割像素且在每一經分割像素之位元準確度不同之情況下實施A/D轉換之實例之圖表；
圖16係一顯示當該等經分割像素經受不同位元準確度下之A/D轉換且假定每一像素之最低解析度為1位元時可為相應的經分割像素設定之位元數目之圖表；
圖17A及17B係顯示在經分割像素相加中及在考量電子及電壓轉換效率之情況下在一正常像素中之S/N之模擬之結果之圖表；
圖18係一顯示應用一根據本發明之實施例之平行驅動方法之經分割像素相加等效電路之一組態實例之圖表；
圖19A及19B係示意性地顯示一與經分割像素相加相關之行AD轉換型CMOS影像感測器電路之一組態實例之圖表；
圖20係一顯示一對應於一根據本發明之實施例之CCD感測器之固態成像元件之一組態實例之圖表；且
圖21係一顯示應用根據本發明之實施例之固態成像元件之一照相機系統之組態之一項實例之圖表。
100．．．固態成像元件
120．．．垂直掃描電路
130．．．水平傳送掃描電路
140．．．時序控制電路
150．．．數位-類比轉換器群組
151．．．比較器
152．．．加減計數器
153．．．鎖存器
160．．．數位-類比轉換器
170．．．放大器/放大器電路
180．．．信號處理電路
190．．．水平傳送線

Claims (19)

  1. 一種固態成像元件，其包括：一第一經分割像素單元，其經組態以轉換光為一第一信號電荷，以及一第一位元準確度，其被用於轉換該第一信號電荷為一第一數位信號；一第二經分割像素單元，其經組態以轉換該光為一第二信號電荷，以及一第二位元準確度，其被用於轉換該第二信號電荷為一第二數位信號；其中該第一位元準確度與該第二位元準確度不同。
  2. 如請求項1之固態成像元件，其中該第一信號電荷可由該第一經分割像素單元傳送至一共用浮動擴散部件，該第二信號電荷可由該第二經分割像素單元傳送至該共用浮動擴散部件。
  3. 如請求項2之固態成像元件，其中該第一及第二經分割像素單元各有一傳送電晶體被連接於一光電轉換元件與該共用浮動擴散部件之間。
  4. 如請求項2之固態成像元件，其中一重設電晶體被連接於該共用浮動擴散部件與一供應電位之間，以及一放大電晶體被連接於該供應電位與一選擇電晶體之間。
  5. 如請求項1之固態成像元件，其中該第一信號電荷位於一信號線之時間早於該第二信號電荷位於該信號線之時間。
  6. 如請求項5之固態成像元件，其中該第一信號電荷與該第二信號電荷被放大於被讀出至該信號線之前。
  7. 如請求項1之固態成像元件，其中該第一信號電荷對應於入射至該第一經分割像素單元之該光之一強度，以及該第二信號電荷對應於入射至該第二經分割像素單元之該光之一強度。
  8. 如請求項1之固態成像元件，其中一像素包含該第一經分割像素單元以及該第二經分割像素單元。
  9. 如請求項1之固態成像元件，其中該光穿過一濾色片後入射至該第一經分割像素單元與該第二經分割像素單元，該濾色片為一相同色彩之濾色片。
  10. 如請求項9之固態成像元件，其中該濾色片來自一拜爾陣列。
  11. 如請求項1之固態成像元件，其中一特性與該第一經分割像素單元與該第二經分割像素單元有關，且針對該第一經分割像素單元之特性與針對該第二經分割像素單元之特性不同。
  12. 如請求項11之固態成像元件，其中該特徵為一累積時間。
  13. 如請求項11之固態成像元件，其中該特徵為一電荷累積數目。
  14. 如請求項11之固態成像元件，其中該特徵為一光學敏感度。
  15. 如請求項14之固態成像元件，其中該光學敏感度為一飽和電荷之數目。
  16. 如請求項11之固態成像元件，其中針對一第三經分割像 素單元之特性與針對該第一經分割像素單元之特性不同，且針對該第二經分割像素單元之特性與針對該第三經分割像素單元之特性不同。
  17. 如請求項16之固態成像元件，其中針對一第四經分割像素單元之特性與針對任何其他經分割像素單元之特性不同。
  18. 如請求項1之固態成像元件，其進一步包含：一類比數位轉換單元，其經組態以轉換該第一信號電荷為該第一數位信號，以及轉換該第二信號電荷為該第二數位信號。
  19. 一照相機系統，其包含：如請求項1之固態成像元件，以及一光學系統，其經組態以形成一主體影像於該固態成像元件之上。
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