CN101626461A

CN101626461A - 成像设备、相机、成像设备的控制方法及计算机程序

Info

Publication number: CN101626461A
Application number: CN200910151061A
Authority: CN
Inventors: 西原利幸
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2029-07-09
Also published as: JP2010021697A; CN101626461B; US8208053B2; US20100007780A1; JP5266916B2

Abstract

本发明公开了成像设备、相机、成像设备的控制方法及计算机程序。一种成像设备包括：多个像素块，其中各个像素块具有预定数目的像素电路并被设置作为一个单元，多个块是通过划分多个像素电路排列成矩阵形状而形成的像素区域而获得的，多个像素电路根据光电转换将入射光转换为电荷；以及选择控制单元，该选择控制单元选择像素块中所希望的像素块，并且总体执行重置控制以将由所选像素块中的各个像素电路累积的电荷进行放电，其中，选择控制单元针对每个所选像素块改变执行重置控制的定时，并且为像素电路分配不同的电荷累积时间。

Description

成像设备、相机、成像设备的控制方法及计算机程序

技术领域

本发明涉及诸如CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器之类的成像设备、相机、成像设备的控制方法以及计算机程序。

背景技术

过去，安装有CMOS图像传感器等的数码相机(下文中简称为相机)在曝光控制中执行下述处理。首先，相机计算将要成像的对象的画面上的照度(illuminance)(明度(brightness))。作为计算照度的方法，广泛使用了在整个像素区域中对包括在像素电路的输出信号中的辉度水平(luminance level)进行积分的方法。

之后，相机根据该测得的照度来调节电子快门的增益、光圈值(stopvalue)和定时(也称为像素电路的重置(reset))，由此执行曝光控制。

在极暗的地方，相机执行完全打开光圈并执行电子快门的调节，以使像素电路的电荷累积时间最大化，由此增加增益。随着照度的增加，相机执行如下调节：将增益减少到0并且调节电子快门的定时，以减少电荷累积时间。在极亮的地方，相机执行固定电子快门以关闭光圈的处理。

作为相关技术，有JP-A-2005-51352和JP-A-2006-135708。

发明内容

如上所述，执行与照度相对应的曝光控制。特别地，近年来，大多数相机从用户友好的观点自动执行与各种拍摄模式相对应的曝光控制。在这些相机中，当极亮的区域和极暗的区域混合在一个画面中时，不能执行适当的曝光控制，并且难以获得最佳的摄取图像。

为了解决这个问题，如果相机设置曝光量较大，则在明亮区域中由像素电路累积的电荷超过了可以累积的电荷量。因此，会出现诸如白色区域(white void)之类的现象。相反，如果相机设置曝光量较小，则由于暗区域被噪点隐藏了，因此难以区分暗区域。

这是因为在所有像素区域中各个像素电路的电荷累积时间是相同的，并且在曝光控制中，相机计算整个画面的照度并且将曝光控制应用到整个画面。

在任一情况下，包括JP-A-2005-51352和JP-A-2006-135708所公开的相机在内的过去的相机仅可以在整个画面上统一地针对增益、光圈值和电子快门调节定时。因此，难以防止这样的问题。

因此，希望提供即使当一个画面中出现极亮和极暗时也可以扩大动态范围并获取最优摄取图像的成像设备、相机、用于成像设备的控制方法以及计算机程序。

根据本发明一实施例，提供了一种成像设备，该成像设备包括：多个像素块，各个像素块具有预定数目的像素电路并被设置作为一个单元，多个块是通过划分多个像素电路排列成矩阵形状而形成的像素区域而获得的，多个像素电路根据光电转换将入射光转换为电荷；以及选择控制单元，该选择控制单元选择像素块中所希望的像素块，并且总体执行重置控制以将由所选像素块中的各个像素电路累积的电荷进行放电。选择控制单元针对每个所选像素块改变执行重置控制的定时，并且为像素电路分配不同的电荷累积时间。

优选地，选择控制单元分配的电荷累积时间随着从像素块的每个的辉度计算出的照度的增大而缩短。

优选地，像素电路分别包括用于将所累积的电荷转移到预定节点的转移开关，选择控制单元包括用于对所选像素块中的像素电路执行重置控制的开关电路，其中针对每个像素块包括一个开关电路，开关电路被排列在同一列中并被连接到用于控制开关电路的接通或断开状态的第一和第二控制线，以及选择控制单元基于被提供给第一控制线的第一控制信号和被提供给第二控制线的第二控制信号同时切换像素块中的像素电路的所有转移开关。

优选地，像素块的每个是由N×N(N＝2，3，...)个像素电路形成的，以使得像素块形成为基本正方形形状。

优选地，第一控制线被划分为N条线，重置控制电路被分散在针对同一像素块中每行不同的位置，并且被连接到经划分的第一控制线的任一条，以及选择控制单元将第一控制信号提供给所述N条第一控制线，并且对像素块中的像素电路总体执行重置控制。

优选地，像素区域包括用于遮挡入射光的挡光区域，并且在挡光区域中，像素块以行为单位被形成。

像素区域包括用于遮挡入射光的挡光区域，并且选择控制单元将要分配的电荷累积时间中最长的电荷累积时间分配给挡光区域。

根据本发明的另一实施例，提供了一种相机，该相机包括：成像设备；光学系统，该光学系统将入射光引导到成像设备的像素区域；控制单元，该控制单元控制成像设备；以及信号处理单元，该信号处理单元对由成像设备基于控制所输出的输出信号进行处理。成像设备包括：多个像素块，各个像素块具有预定数目的像素电路并被设置作为一个单元，多个块是通过划分像素区域而获得的，像素区域是通过将多个像素电路排列成矩阵形状而形成的，多个像素电路根据光电转换将入射光转换为电荷；以及选择控制单元，该选择控制单元选择像素块中所希望的像素块，并且总体执行重置控制以对由所选像素块中的各个像素电路累积的电荷进行放电。选择控制单元针对每个所选像素块改变执行重置控制的定时，并且为给像素电路分配不同的电荷累积时间。

根据本发明的又一实施例，提供了一种用于成像设备的控制方法，该方法包括以下步骤：对通过将多个像素电路排列成矩阵形状而形成的像素区域进行划分，其中多个像素电路根据光电转换将入射光转换为电荷，并且在多个像素块中选择所希望的像素块，其中各个像素块具有预定数目的像素电路并被设置作为一个单元；以及总体执行重置控制以将由所选像素块中的各个像素电路累积的电荷进行放电。在总体执行重置控制的步骤中，针对每个所选像素块改变执行重置控制的定时，并且为像素电路分配不同的电荷累积时间。

根据本发明的又一实施例，提供了一种用于使得计算机执行以下处理的计算机程序：第一处理，对通过将多个像素电路排列成矩阵形状而形成的像素区域进行划分，其中多个像素电路根据光电转换将入射光转换为电荷，并且在多个像素块中选择所希望的像素块，其中各个像素块具有预定数目的像素电路并被设置作为一个单元；以及第二处理，总体执行重置控制以将由所选像素块中的各个像素电路累积的电荷进行放电。在第二处理中，针对每个所选像素块改变执行重置控制的定时，并且为像素电路分配不同的电荷累积时间。

根据实施例，像素区域被划分为多个块，并且选择控制单元以像素块为单位执行重置控制，以将由像素块中的像素电路累积的电荷进行放电。选择控制单元选择所希望的像素块，针对每个所选像素块改变执行重置控制的定时，并且为像素电路分配不同电荷累积时间。

根据实施例，即使当在一个画面中出现极亮和极暗时，也可以扩大动态范围并获得最佳的摄取图像。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的配置示例的示意图；

图2是根据第一实施例的像素单元的配置示例的示意图；

图3是根据第一实施例的像素单元的详细框图；

图4是根据第一实施例的形成小像素块的像素电路的示例的等效电路图；

图5A至图5F图示出了当根据第一实施例的任意像素块被选择时由像素电路执行的操作示例的时序图；

图6是根据第一实施例的安装有CMOS图像传感器的相机的配置示例的框图；

图7是根据第一实施例的第一预设图表(preset chart)的示图；

图8是根据第一实施例的第二预设图表的示图；

图9是根据第一实施例的相机的操作示例的流程图；

图10是图9所示的步骤ST1中像素电路的时序图；

图11是用于说明图9所示的步骤ST7中的处理的有效像素区域的示意图；

图12是图9所示的步骤ST7中像素电路的时序图；

图13是根据第一实施例的挡光区域的修改的示意图；

图14是根据第一实施例的挡光区域的修改的示意图；

图15是用于说明根据本发明第二实施例的方形区域的配置示例的概念图；

图16是根据第二实施例的相机的配置示例的框图；

图17是根据第二实施例的相机的操作示例的时序图；

图18是根据本发明第三实施例的像素单元的配置示例的详细框图；以及

图19是图18所示的像素单元的等效电路图。

具体实施方式

下面参考附图详细说明本发明的实施例。

第一实施例

在本发明的第一实施例中，说明了这样的相机，其中，一像素区域被划分为多个像素块(区域)并且可以对各个像素块执行曝光控制。一CMOS图像传感器被安装在相机上，该CMOS图像传感器可以在对各个像素块执行曝光控制时仅总体控制所希望像素块中的像素电路。

首先，详细说明CMOS图像传感器。

图1是根据第一实施例的CMOS图像传感器的配置示例的示意图。

图2是根据第一实施例的像素单元的配置示例的示意图。

如图1所示，作为成像设备的CMOS图像传感器1包括像素单元10、多个像素电路11、行选择电路12、行驱动电路13、寄存器14、像素块控制电路15、移位寄存器组16、重置控制电路17、恒流源电路18、感测电路19、A/D转换电路20、水平转移电路21以及输出电路22。

根据第一实施例的选择控制单元包括行驱动电路13、像素块控制电路15、移位寄存器组16、重置控制电路17以及后面将说明的开关电路SW。

像素单元10也称为像素区域。如图2所示，像素单元10包括有效像素区域101和由图2中的阴影所指示的挡光区域102。

有效像素区域101是用于接收入射光的区域，并且占据了像素单元10的大部分。在此区域中，例如，2048(行方向)×2048(列方向)个像素电路11被排列成矩阵形状。

有效像素区域101被划分为成矩阵形状的32×32个块。根据此划分，在有效像素区域101中形成了32×32个像素块BLK，每个像素块被设置作为一个单元并具有64×64个像素电路11。

希望划分有效像素区域101以形成成基本正方形形状的各个像素块BLK，即将n(n＝2，3，...)×n个像素电路11设置作为一个单元。这是因为，当像素块垂直或水平地聚集在一侧时，诸如垂直条纹或水平条纹之类的不自然噪点(noise)会混入摄取的图像中。

挡光区域102是阻挡入射光的区域。该区域形成在像素单元10的一部分中，沿着有效像素区域101的两个侧扩展。

挡光区域102被设置来减少所生成的暗电流噪点。暗电流噪点是出现在像素电路11中的由因热所累积的不需要的电荷(所谓的暗电流)或者晶体缺陷引起的噪点。

后面将说明的在CMOS图像传感器1的外部的相机控制单元32(见图6)利用由挡光区域102中的像素电路11引起的暗电流来测量暗电流噪点，并且通过从图像数据去除暗电流噪点来减少暗电流噪点。

挡光区域102在列方向上未被划分为块，而以行为单位被划分。挡光区域102在行方向上例如以四行(也称为排)为单位被划分。具体地，形成了512个像素块BLK，每个像素块BLK被设置作为一个单元并具有512×m(m＝1，2，...)个像素电路11。

各个像素电路11被覆盖有与R(红)、G(绿)和B(蓝)相对应的色彩滤波器，并且以例如Bayer类型的阵列形式排列。像素电路11根据光电转换将入射光转换为电荷(电子)。然而，挡光区域102中的像素电路11被屏蔽了光，因此，这些像素电路11不通过光电转换生成电荷。

为了扫描各个像素电路11，行选择电路12在行选择电路12每次执行扫描时顺序地将行选择信号SAD输出到行驱动电路13。

行驱动电路13基于从行选择电路12输入的行选择信号SAD来控制像素电路11。

从在CMOS图像传感器1的外部的相机控制单元32输入的控制信号SCTL被写入寄存器14。控制信号SCTL例如包括将要选择的像素块BLK的数据。

像素块控制电路15读出写在寄存器14中的控制信号SCTL，并且从该控制信号SCTL中提取与将要选择的像素块BLK有关的数据。像素块控制电路15根据所提取的数据来确定将要选择的像素块BLK，并且将所确定的内容输出到移位寄存器组16(移位寄存器16(1))作为数据S1。

在移位寄存器组16中，在行方向上设置有等于行数(在此实施例中为2048)的移位寄存器16(1)至移位寄存器16(2048)，并且移位寄存器被串联连接。各个移位寄存器16(n)将数据S1输出到重置控制电路17，并且与由未示出的定时生成器生成的时钟信号同步地将输入数据S1移位到下一级。

当数据S1从各个移位寄存器16(n)被输入时，重置控制电路17将与数据S1相对应的像素块选择信号SBS提供给与其相对应的像素块选择信号线BSL(见图3)。

恒流源电路18将预定电流i提供给垂直信号线VSL(m)(见图3和4)。

在感测电路19中，例如，电压比较器被连接到各个垂直信号线(见图3和4)。如下详细说明的，当像素电路11读出电荷时，像素电路11的重置被执行两次，由此使电压信号SIG在每个水平周期被提供给垂直信号线VSL(m)两次。感测电路19逐列生成这两个电压信号SIG之间的差异(电荷差异)，并且将所生成的信号输出到A/D转换电路20。

A/D转换电路20例如包括计数器和存储器。根据由感测电路19逐列感测到的电压信号SIG之间的差异，A/D转换电路20基于水平转移电路21的控制逐列将模拟格式的电压信号SIG转换为数字格式的电压信号SIG，并且将数字电压信号SIG输出到水平转移电路21。

水平转移电路21与未示出的时钟信号同步地逐列顺序选择包括在A/D转换电路20中的计数器、存储器等。当从A/D转换电路20输入数字电压信号SIG时，水平转移电路21顺序地将电压信号SIG输出到输出电路22。

输出电路22对从水平转移电路21输入的电压信号SIG进行放大，并且将经放大的电压信号SIG输出到相机控制单元32(见图6)。

将参考图3说明像素单元10的详细配置。

图3是根据第一实施例的像素单元的配置示例的详细框图。

在有效像素区域101中，32×32个像素块被形成。一个像素块BLK由64×64个像素电路11形成，以具有基本正方形形状。在图3中只示出了两个像素块BLK。

在图3中示出的小像素块BLKα是通过集中被排列在第n行中的连续的64个像素电路11而形成的像素块。因此，一个像素块BLK是由排列在行方向上的连续的64个小像素块BLKα形成的。在图3中只示出了第n行和第(n+1)行中的小像素块BLKα。

在有效像素区域101中，呈现了32×2048个小像素块BLKα。

将对形成小像素块BLKα的像素电路11进行说明。

图4是根据第一实施例的形成小像素块的像素电路的示例的等效电路图。

如图4所示，一个像素电路11包括例如由光电二极管形成的光电转换元件111、作为转移开关的转移晶体管112、重置晶体管113、放大晶体管114以及选择晶体管115。

光电转换元件111的阳极侧接地(GND)，而其阴极侧连接到转移晶体管112的源极。光电转换元件111根据其光量将入射光光电转换为电荷(电子)，并且累积电荷。在下面的说明中，通过光电转换元件111的电荷累积也称为“像素电路累积电荷”。光电转换元件111累积电荷的时间称为电荷累积时间。

作为各个晶体管，例如采用n沟道MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)。各个晶体管采用下述的连接形式。

为了将由光电转换元件111累积的电荷转移到用作节点的浮动扩散(floating diffusion)FD，转移晶体管112被设置在光电转换元件111的阴极侧和浮动扩散FD之间。转移信号线TRNL(n)被连接到转移晶体管112的栅极。

转移晶体管112的漏极、重置晶体管113的源极和放大晶体管114的栅极被连接到浮动扩散FD。

为了将浮动扩散FD的电位重置到电源电压VDD，重置晶体管113被设置在浮动扩散FD和电源电压VDD之间。重置信号线RSTL(n)被连接到重置晶体管113的栅极。

放大晶体管114、经由选择晶体管115连接到放大晶体管114的恒流源电路18以及连接到恒流源电路18的垂直信号线VSL(m)构成源跟随器电路。放大晶体管114的漏极连接到电源电压VDD，而其源极连接到选择晶体管115的漏极。

选择晶体管115的漏极被连接到放大晶体管114的源极，以便串联连接到放大晶体管114，其栅极连接到选择信号线SELL(n)，并且其源极连接到垂直信号线VSL(m)。选择晶体管115选择性地将经放大晶体管114放大的电压输出到垂直信号线VSL(m)。

上述像素电路11将由光电转换元件111累积的电荷转移到浮动扩散FD，并且执行“重置”以将浮动扩散FD的电位设置为电源电压VDD。

将浮动扩散FD的电位重置为电源电压VDD也简称为“重置”或“电子快门”。与重置相关的控制也称为重置控制。

为了执行重置，需要向重置信号线RSTL(n)和转移信号线TRNL(n)提供高电平信号，并且向转移晶体管112和重置晶体管113的栅极施加电压以将两个晶体管维持在导通(ON)(通电)状态。

在执行重置之后，执行“电荷的读出”以读出在像素电路11中累积的电荷。在“电荷的读出”中，也需要将转移晶体管112和重置晶体管113维持在导通状态。

电荷累积时间是根据在一帧时间段中执行重置的定时和读出电荷的定时来确定的。因此，重置和读出电荷之间的时间间隔越长，电荷累积时间越长并且曝光时间越长。

如果第n行中的转移晶体管112的栅极共同连接到转移信号线TRNL(n)，则连接到此信号线的所有转移晶体管112被总体控制。因此，难以选择性地只对所希望像素块BLK中的像素电路11进行控制。换言之，难以统一地控制整个像素区域中的曝光时间(曝光控制)。

因此，在第一实施例中，仅小像素块BLKα中的转移晶体管112的栅极被共同连接到转移信号线TRNL(n)，并且开关电路SW被设置。这使得能够选择性地执行像素电路11的重置以及电荷的读出。

具体地，如图4所示，在小像素块BLKα中的像素电路11中，重置晶体管113的栅极共同由重置信号线RSTL(n)连接。类似地，选择晶体管115的栅极也共同由选择信号线SELL(n)连接。转移晶体管112也共同由转移信号线TRNL(n)连接。

再次参考图3，在第n行中，重置信号线RSTL(n)和选择信号线SELL(n)被小像素块BLKα共享。它们的一端被连接到行驱动电路13。

然而，与这些信号线不同，转移信号线TRNL(n)未在小像素块BLKα之间被共享，而仅在小像素块BLKα中的像素电路11之间被共享。

小像素块BLKα的转移信号线TRNL(n)经由开关电路SW被连接到主转移信号线MTRNL(n)。主转移信号线MTRNL(n)的一端被连接到行驱动电路13。

开关电路SW被设置来进行总体控制，以仅重置有效像素区域101的像素电路11中位于小像素块BLKα中的像素电路11。下面将参考图3和4说明开关电路SW。

如图4所示，开关电路SW包括用作开关的晶体管103。作为晶体管103，例如采用n沟道MOSFET。

晶体管103的栅极连接到像素块选择信号线BSL(I)(I＝1，2，...，以及32)，其源极连接到转移信号线TRNL(n)，并且其漏极连接到主转移信号线MTRNL(n)。

像素块选择信号线BSL(I)对应于权利要求书中描述的第一控制线，并且主转移信号线MTRNL(n)对应于权利要求书中描述的第二控制线。

像素块选择信号线BSL(I)连接到重置控制电路17。主转移信号线MTRNL(n)连接到行驱动电路13(见图3)。

如图3所示，为每个小像素块BLKα设置了具有上述配置的开关电路SW。

仅当行驱动电路13将高电平主驱动信号SMTRN提供给主转移信号线MTRNL(n)并且重置控制电路17将高电平像素块选择信号SBS提供给像素块选择信号线BSL(I)时，晶体管103才改变为导通状态，即，开关电路SW接通。

像素块选择信号SBS对应于权利要求书中描述的第一控制信号。主驱动信号SMTRN对应于权利要求书中描述的第二控制信号。

由行驱动电路13输出的高电平主驱动信号SMTRN被提供给转移信号线TRNL(n)作为驱动信号STRN。

将对当第n行中的第一小像素块BLKα被选择时由像素电路11执行的操作进行说明。为了说明的方便，假设小像素块BLKα出现在有效像素区域101中。

图5A至图5F图示出了当根据第一实施例的任意小像素块被选择时由像素电路执行的操作示例的时序图。

图5A显示了重置信号SRST，图5B显示了主驱动信号SMTRN，图5C显示了选择信号SSEL，图5D显示了像素块选择信号SBS，图5E显示了驱动信号STRN，图5F显示了电压信号SIG。

步骤STa

在第n行的第一小像素块BLKα(图3所示的四个小像素块BLKα中位于左上的小像素块BLKα)中的像素电路11中执行重置(电子快门)(步骤STa)。步骤STa被执行以防止重置噪点等。

像素块控制电路15从自寄存器14输入的控制信号SCTL中提取关于将要选择的像素块BLK的数据，并且将数据S1输出到移位寄存器组16。

为了重置所希望的小像素块BLKα中的像素电路11，重置控制电路17基于从移位寄存器组16输入的数据S1而将脉冲型像素块选择信号SBS提供给像素块选择信号线BSL(I)(见图5D)。

像素块选择信号SBS的脉冲宽度希望长于除了选择信号SSEL之外的其它信号(重置信号SRST等)的脉冲宽度，以便确保选择所希望的小像素块BLKα。在此实施例中，像素块选择信号SBS在时间t1前后被提供得长于其它信号。类似地，在后面将说明的电荷的读出期间，像素块选择信号SBS在时间t5前后被提供得长于其它信号。

行选择电路12将用于扫描第n行中的像素电路的行选择信号SAD输出到行驱动电路13。行驱动电路13接收行选择信号SAD，并且将预定信号输出到第n行中的信号线。

行驱动电路13将脉冲型重置信号SRST提供给重置信号线RSTL(n)(见图5A)，并且同时，将脉冲型主驱动信号SMTRN提供给主转移信号线MTRNL(n)(见图5B)。

在脉冲宽度期间，由于晶体管103维持在导通状态，因此主驱动信号SMTRN被提供给转移信号线TRNL(n)作为驱动信号STRN(见图5E)。

结果，在小像素块BLKα中的所有转移晶体管112和所有重置晶体管113同时改变为导通状态。在光电转换元件111中累积的电荷被转移到浮动扩散FD，并且浮动扩散FD的电位被重置为电源电压VDD(时间t1)。

换言之，在小像素块BLKα的光电转换元件111中累积的电荷经由浮动扩散FD被放电至电源电压VDD。

重置之后，像素电路11的光电转换元件111在从时间t1至时间t4的时间段(电荷累积时间)中累积电荷。

步骤STb

从小像素块BLKα的所有像素电路11读出电荷被同时执行(步骤STb)。

在时间t2，行驱动电路13将脉冲型重置信号SRST提供给重置信号线RSTL(n)(见图5A)。因此，浮动扩散FD的电位被一次重置为电源电压VDD。

同时，行驱动电路13将高电平选择信号SSEL提供给选择信号线SELL(n)，直到电荷读出操作结束为止(见图5C)。因此，在电荷读出操作结束之前，小像素块BLKα中的像素电路11的选择晶体管115被维持在导通状态。

源跟随器电路由放大晶体管114、恒流源电路18和垂直信号线VSL(m)构成。因此，在垂直信号线VSL(n)的电位Vsl和浮动扩散FD的电位Vfd之间具有下面的关系表达式：

公式1

iv＝(1/2)×β×(Vfd-Vth-Vsl)²

在公式1中，iv表示由恒流源电路18输出的电流i的电流值，Vth表示放大晶体管114的阈值，β表示预定常数。

根据公式1，在电位Vsl、电位Vfd和阈值Vth间具有波动比接近1的线性关系。(Vfd-Vth-Vsl)是固定值。电位Vfd的波动线性地反映在电位Vsl上。

当选择晶体管115被切换到导通状态时，电压信号SIG经由垂直信号线VSL(m)被输出到感测电路19。像素电路11正在累积电荷。然而，由于转移晶体管112维持在截止(OFF)状态，因此感测电路19在重置期间感测电压信号SIG的状态(时间t3)。

此后，为了执行重置，重置控制电路17基于从移位寄存器组16输入的数据S1将脉冲型像素块选择信号SBS提供给像素块选择信号线BSL(I)(见图5D)。

同时，行驱动电路13将脉冲型主驱动信号SMTRN提供给主转移信号线MTRNL(n)(见图5B)。

结果，在小像素块BLKα中的所有转移晶体管112同时改变为导通状态。由于重置晶体管113被维持在截止(不通电)状态，因此在光电转换元件111中累积的电荷被转移到浮动扩散FD。

浮动扩散FD的电位被放大晶体管114放大。经放大的电压信号SIG将经由垂直信号线VSL(m)被输出到感测电路19(时间t4)。

因此，感测电路19逐列生成时间t2时的电压信号SIG与时间t5时的电压信号SIG之间的差异(电荷量的差异)，并且将该差异输出到A/D转换电路20。

根据由感测电路19逐列感测出的电压信号SIG之间的差异，A/D转换电路20基于水平转移电路21的控制逐列地将模拟格式的电压信号SIG转换为数字格式的电压信号SIG，并且将数字电压信号SIG输出到水平转移电路21。

水平转移电路21与未示出的时钟信号同步地逐列顺序选择包括在A/D转换电路20中的计数器、存储器等。当数字电压信号SIG从A/D转换电路20被输入时，水平转移电路21顺序地将电压信号SIG输出到输出电路22。

如上所述，通过将转移晶体管112和开关电路SW的晶体管103彼此相关联地改变为导通状态，可以仅对所希望的小像素块BLKα中的像素电路11执行重置。

步骤STa和STb中的处理也简称为成像。

挡光区域102也以行为单位被划分为块。小像素块BLKα在已形成的各个像素块BLK中被形成。挡光区域102中的像素电路11执行与有效像素区域101中的操作相同的操作。

但是，挡光区域102中的像素电路11将浮动扩散FD中生成的电荷(暗电流)输出到垂直信号线VSL(m)，而不是对由光电转换元件111生成的电荷进行放大并将电荷输出到垂直信号线VSL(m)。

CMOS图像传感器1被安装在具有下述配置的相机上。

图6是根据第一实施例的安装有CMOS图像传感器的相机的配置示例的框图。图6中仅示出了根据第一实施例的相机的主要部分。

如图6所示，相机30包括CMOS图像传感器1、引导入射光的光学系统31、相机控制单元32以及数据输出单元33。相机控制单元32对应于权利要求书中描述的控制单元和信号处理单元。

在光学系统31中，具有将入射光(像光)会聚在成像表面(像素单元10)上的透镜311、用于调节光量的光圈312以及使具有特定频率(低频)的入射光通过的低通滤波器313。

相机控制单元32包括存储器321、照度获取单元322以及电荷累积时间确定单元323。相机控制单元32包括诸如DSP(数字信号处理器)之类的计算机，并且执行重置定时的确定、预定信号处理、光学系统31的曝光控制、CMOS图像传感器1的控制等。

相机控制单元32对从CMOS传感器1的输出电路22输入的电压信号SIG应用预定图像处理，例如颜色插值、γ校正、RGB转换处理以及YUV转换处理。相机控制单元32将经过图像处理的电压信号SIG作为数据输出到数据输出单元33。

相机控制单元32测量由挡光区域102的像素电路11输出的暗电流(暗电流的噪点值)，并且在图像处理中执行用于从所生成的摄取图像数据中去除暗电流引起的噪点的处理。

存储器321存储有第一预设图表和第二预设图表(权利要求书中描述的基准数据)以及与CMOS图像传感器1的控制有关的计算机程序。存储器321由照度获取单元322和电荷累积时间确定单元323访问。存储器321还存储除了上述那些之外的由相机控制单元32的处理单元输出的临时数据等。

照度获取单元322将下述处理应用到从CMOS图像传感器1输入的电压信号SIG。

照度获取单元322从电压信号SIG提取辉度水平，并且计算整个行效像素区域101中的辉度水平的均值<Y>。照度获取单元322将计算出的辉度水平的均值<Y>输出到电荷累积时间确定单元323。

当在后面将说明的标准电荷累积时间T_avr中执行了成像之后，照度获取单元322再次从由有效像素区域101中的像素电路11输出的电压信号SIG提取辉度水平。

照度获取单元322提取针对每个像素块BLK的辉度水平，并且计算针对每个像素块BLK的辉度水平的均值<Y_BLK>。照度获取单元322将计算出的辉度水平的均值<Y_BLK>输出到电荷累积时间确定单元323。对于各个像素块BLK，辉度值的均值<Y_BLK>具有不同的值。

电荷累积时间确定单元323参考存储在存储器321中的第一和第二预设图表向各个像素块BLK分配电荷累积时间。

电荷累积时间确定单元323将从照度获取单元322输入的辉度值的均值<Y>与第一预设图表相比较，并且确定标准电荷累积时间T_avr、增益和光圈值。电荷累积时间确定单元323将所确定的标准电荷累积时间T_avr等作为控制信号SCTL输出到CMOS图像传感器1的寄存器14。

如图7所示，第一预设图表显示了电荷累积时间、增益和光圈值相对照度的关系。作为照度，使用了整个有效像素区域101中的辉度水平的均值<Y>。

图7是根据第一实施例的第一预设图表的示例的示图。在图7中，虚线A表示电荷累积时间，实线B表示增益，虚线C表示光圈312的光圈值(量)。

如图7所示，当照度极小时(照度＜阈值Ya)，标准电荷累积时间T_avr取最大电荷累积时间T_max。电荷累积时间随着照度的增加(阈值Ya＜照度＜阈值Yb)从最大电荷累积时间T_max减小。在此期间的标准电荷累积时间T_avr取T。当照度极大时(照度＞阈值Yb)，标准电荷累积时间T_avr取最小电荷累积时间T_min。

增益随着照度的增加而降低(照度＜阈值Ya)。当照度超过阈值Ya时，增益降为0。当照度极高时，光圈值较小(照度＞阈值Yb)。

电荷累积时间确定单元323将从照度获取单元322输入的辉度水平的均值<Y_BLK>与第二预设图表相比较，并且确定针对每个像素块BLK的电荷累积时间T_BLK。电荷累积时间确定单元323将所确定的电荷累积时间T_BLK作为控制信号SCTL输出到CMOS图像传感器1的寄存器14。

图8是根据第一实施例的第二预设图表的示例的示图。

如图8所示，第二预设图表显示了电荷累积时间相对照度的关系。作为照度，使用了各个像素块BLK的辉度水平的均值<Y_BLK>。

如图8所示，在第二预设图表中，照度根据阈值被分段为三个水平。对应于照度的电荷累积时间被设置。

当照度为中等(阈值Ya＜照度＜阈值Yb)时，电荷累积时间T_BLK取T。当照度极小(照度＜阈值Ya)时，电荷累积时间T_BLK取为电荷累积时间T的4倍的值，即4T。当照度极大(照度＞阈值Yb)时，电荷累积时间T_BLK取为电荷累积时间T的1/4的值，即T/4。在下面的说明中，预定为电荷累积时间T的倍数的时间适当地以4T和T/4的方式来简单地表示。

如上所述，电荷累积时间根据照度被分配。标准电荷累积时间T_avr和电荷累积时间T_BLK是针对有效像素区域101的像素电路11的时间。对于挡光区域102的像素电路11，电荷累积时间确定单元323设置电荷累积时间以按照2T、T、T/2、T等方式来变换针对每行的电荷累积时间。因此，即使在具有非常小的面积的挡光区域102中，也可以在不同的重置定时处测量暗电流。

数据输出单元33被输入来自相机控制单元32的经过图像处理的数据，并且将该数据输出到例如监视器和外部存储器。

将参考图9至12说明安装有CMOS图像传感器1的相机30的操作。

图9是根据第一实施例的相机的操作示例的流程图。

步骤ST1

在步骤ST1中，执行成像以获取辉度水平。

通过透镜311会聚的目标OBJ的入射光被使得入射在CMOS图像传感器1的像素单元10上。仅具有低频的入射光通过低通滤波器313。

在此步骤中，成像被执行而不考虑像素区域的划分。因此，像素电路11的重置(步骤STa)和电荷的读出(步骤STb)被针对每行而执行。

重置控制电路17将脉冲型像素块选择信号SBS提供给所有的像素块选择信号线BSL。重置控制电路17输出像素块选择信号SBS以使得转移晶体管12和开关电路SW的晶体管103彼此相关联地改变为导通状态。

从而，高电平主驱动信号SMTRN被提供给主转移信号线(n)，在同一行中的开关电路SW的晶体管103改变为导通状态，并且在同一行中的所有转移晶体管112同时被切换为导通状态。换言之，在同一行中的像素电路11被总体控制。

图10是图9所示的步骤ST1中的像素电路的时序图。图10中的虚线A对应于在图5A至图5F所示的时间t1处执行的重置(电子快门)。实线B对应于在图5A至图5F所示的时间t4处执行电荷的读出。

如图10所示，在时间t1时，在第n行中的像素电路11上执行重置，而在时间t4时，在像素电路11上执行电荷的读出。

虚线A和实线B之间的时间间隔T是电荷累积时间。在针对第n行的电荷的读出结束之后，在第(n+1)行中的像素电路11上执行重置和电荷的读出。

步骤ST2

在步骤ST2中，当执行了从整个有效像素区域101中的像素电路11读出电荷之后，从像素电路11来计算照度。

照度获取单元322从由有效像素区域101中的像素电路11输出的电压信号SIG提取辉度水平，并且计算整个有效像素区域101上的辉度水平的均值<Y>。照度获取单元322将计算出的辉度水平的均值<Y>输出到电荷累积时间确定单元323。

步骤ST3

在步骤ST3中，计算标准电荷累积时间T_avr，并且执行针对整个像素区域的曝光控制。

电荷累积时间确定单元323将从照度获取单元322输入的辉度水平的均值<Y>与第一预设图表相比较，并且确定标准电荷累积时间T_avr、增益和光圈值。电荷累积时间确定单元323将所确定的标准电荷累积时间T_avr等作为控制信号SCTL输出到CMOS图像传感器1的寄存器14。

相机控制单元32控制光圈312来调节光圈值。相机控制单元32还调节增益。

步骤ST4

在步骤ST4，在标准电荷累积时间T_avr中执行与步骤ST1中相同的成像。

步骤ST5

在步骤ST5，当在标准电荷累积时间T_avr中执行了成像之后，计算针对每个像素块BLK的照度。

照度获取单元322提取针对每个像素块BLK的辉度水平，并且计算针对每个像素块BLK的辉度水平的均值<Y_BLK>。照度获取单元322将计算出的辉度水平的均值<Y_BLK>输出到电荷累积时间确定单元323。

步骤ST6

步骤ST6，向各个像素块BLK分配电荷累积时间T_BLK，并且执行针对每个像素块BLK的曝光控制。

电荷累积时间确定单元323对挡光区域102的像素电路11中的电荷累积时间进行设置，以按照4T、T、T/4、T等方式来变换针对每行的电荷累积时间。

步骤ST7

在步骤ST7，在针对每个像素块BLK的不同电荷累积时间(即，不同曝光时间)中执行成像。

图11是用于说明图9所示的步骤ST7中的处理的有效像素区域的示意图。在图11中，为了说明的简便，适当地省略了信号线等。

图12是在图9所示的步骤ST7中的像素电路的时序图。

如图11所示，在有效像素区域101中形成了32×32个像素块BLK。任意像素块BLK适当地被表示为像素块BLK(k，1)(k＝1，2，...)。在一个像素块BLK中形成了64个小像素块BLKα。任意小像素块BLKα适当地被表示为小像素块BLKα(n，1)(n＝1，2，...)。

例如，假设在步骤ST6的处理中，针对像素块BLK(1，1)的电荷累积时间T_BLK被确定为T，针对像素块BLK(1，2)的电荷累积时间T_BLK被确定为4T，针对像素块BLK(1，3)的电荷累积时间T_BLK被确定为T/4。

在下面的说明中，将对有效像素区域101中的三个像素块BLK进行说明。

由于各个像素块BLK的电荷累积时间T_BLK不同，因此从具有最长电荷累积时间T_BLK的像素块BLK开始进行重置控制。换言之，以像素块BLK(1，2)、BLK(1，1)和BLK(1，3)的顺序执行重置。

为了对小像素块BLKα(1，2)中的像素电路11进行总体重置，重置控制电路17将脉冲型像素块选择信号SBS提供给像素块选择信号线BSL(2)。

行驱动电路13将脉冲型重置信号SRST提供给重置信号线RSTL(1)，并且同时将脉冲型主驱动信号SMTRN提供给主转移信号线MTRNL(1)。

在脉冲宽度期间，由于晶体管103被维持在导通状态，因此主驱动信号SMTRN作为驱动信号STRN被提供给转移信号线TRNL(1)。

结果，在小像素块BLKα(1，2)中的所有转移晶体管112和所有重置晶体管113同时地改变为导通状态，并且重置在小像素块BLKα(1，2)中的像素电路11中被执行(虚线A的时间t1a)。

为了对小像素块BLKα(1，1)中的像素电路11进行总体控制，重置控制电路17将脉冲型像素块选择信号SBS提供给像素块选择信号线BSL(1)。

如在小像素块BLKα(1，2)的情况，重置在小像素块BLKα(1，1)中的像素电路11中被执行(虚线B的时间t1b)。

接下来，为了对小像素块BLKα(1，3)中的像素电路11进行总体重置，重置控制电路17将脉冲型像素块选择信号SBS提供给像素块选择信号线BSL(3)。

如在小像素块BLKα(1，2)的情况，重置在小像素块BLKα(1，3)中的像素电路11中被执行(虚线C的时间t1c)。

电荷的读出以行为单位以与步骤STb相同的方式被执行(实线的时间t4)。

以这种方式，重置和电荷的读出在像素块BLK的所有像素电路11上被顺序地执行。在其它像素块BLK上，重置和电荷的读出以相同的方式被执行。

步骤ST7中的处理在挡光区域102的像素电路11上以相同的方式被执行。

如图12所示，在时间t，不同行中的电荷的读出(见实线D)以及三个系统的重置(见虚线A至C)同时被执行。行驱动单元13和重置控制电路17在改变选择行的同时以时分(time division)的方式执行电荷的读出和重置。

例如，在30帧/秒的成像中，一行的处理时间为(1/30/2048)秒，即大约16微秒。在对三个系统的重置中，CMOS图像传感器1的处理序列可以在此时间完成。

步骤ST8

在步骤ST8，执行图像处理。

由于各个像素块BLK的曝光时间不同，因此整个摄取图像上的明度不是统一的。因此，在图像处理中，需要调节增益以使得整个摄取图像的明度在图像处理中统一。

因此，相机控制单元32将从像素块BLK的像素电路11获取的图像数据(电压信号SIG)乘以与电荷累积时间T_BLK的倒数成比例的增益。

当电荷累积时间TBLK为4T、T或T/4时，如果摄取图像的浓淡度(gradation)为10比特，则相机控制单元32将像素块BLK的各个图像数据乘以1倍(0dB)、4倍(12dB)或16倍(24dB)增益。

根据该处理，摄取图像的浓淡度改变为14比特。但是，由于暗处的增益为1倍增益，因此噪点的实质水平未变。因此，可以扩大动态范围。

当从像素块BLK获取的图像数据被组合时，在图像数据的接合处(边界)可能出现明度梯度(step)。

因此，相机控制单元32将辉度水平划分为低频分量和高频分量，并且对低频分量的梯度执行诸如遮蔽之类的校正处理，以使得图像数据的接合处平滑地改变。

除了上述处理之外，相机控制单元32还执行颜色插值、γ校正、RGB转换处理、YUV转换处理等。

相机控制单元32测量由挡光区域102的像素电路11输出的暗电流，并且还在图像处理中执行用于从所生成的摄取图像数据中去除暗电流引起的噪点的处理。

此后，数据输出单元33将经由相机控制单元32进行图像处理的数据输出到监视器和外部存储器。

根据此实施例，像素区域被划分为多个块，并且选择控制单元以像素块BLK为单位总体执行重置控制，以便将由像素块中的像素电路11所累积的电荷进行放电。选择控制单元选择所希望的像素块BLK，改变针对每个所选择的像素块BLK的重置控制的定时，并且向像素块分配不同的电荷累积时间。因此，可以获得如下所述的效果。

由于可以调节针对每个像素块BLK的曝光时间，因此，即使在摄取图像中出现类似逆光的极亮和极暗时，也可以减少诸如白色区域之类的噪点并且扩大动态范围。

例如，甚至最初具有10比特浓淡度的CMOS图像传感器也可以在维持灵敏性的同时扩大动态范围，并且用12或更多比特的浓淡度来表示摄取图像。

此外，即使在改变电子快门的定时的同时用于执行成像多次以及组合多个摄取图像的处理未被执行，也可以在一次成像中获得最佳的摄取图像。因此，还有一个优点在于不需要准备不必要的帧缓冲器。

像素单元10的划分数目可以合适地设置为类似128×128。然而，当划分数目增加时，诸如重置和电荷的读取之类的处理序列可能费时间。在这种情况中，可以为多个系统的重置分别配置移位寄存器，并且调节重置的定时。

挡光区域的第一修改

将参考图13对挡光区域102的修改进行说明。

图13是根据本实施例的挡光区域的修改的示意图。

如图13所示，由阴影指示的挡光区域102a不被划分成像素块。

因此，挡光区域102a中的重置控制在有效像素区域101中最长的电荷累积时间T_BLK中被逐行执行。

例如，假设在步骤ST6的处理中，由电荷累计时间确定单元323确定的电荷累积时间T_BLK中最长的电荷累积时间T_BLK为2T。

在此情况中，在步骤ST7，逐行地在挡光区域102的像素电路11上执行重置控制，以使得电荷累积时间T_BLK为2T。如在步骤ST6和ST7，以像素块BLK为单位在有效像素区域101的像素电路11上执行重置控制。

相机控制单元32从摄取图像数据中去除一值，该值是通过将在其它电荷累积时间中获得的暗电流(躁点)值乘以电荷累积时间的比(ratio)而获得的。

例如，当其它电荷累积时间T_BLK为T和T/2时，相机控制单元32在电荷累积时间T_BLK为T时将暗电流乘以1/2，在电荷累积时间T_BLK为T/2时将暗电流乘以1/4。

因此，可以减少暗电流噪点。

挡光区域的第二修改

图14是根据本实施例的挡光区域的修改的示意图。

如图14所示，仅挡光区域102的一部分可以被划分为像素块。在此情况中，逐块地在像素块BLK上执行重置控制。在最长的电荷累积时间T_BLK中在未被划分的像素区域上执行重置控制。

第二实施例

与像素块的数目相对应的数据在相机控制单元32和CMOS图像传感器1之间被发送和接收。因此，根据像素区域的划分数目的增加，数据传输量也增加。

如果如在第一实施例中那样将像素区域划分为32×32个像素块BLK并且向用于像素块BLK的重置控制分配2比特数据(用于主转移信号MTRNL和像素块选择信号SBS)，则将在相机控制单元32和CMOS图像传感器1之间发送和接收256字节的数据。与转移数据同等数量的位移寄存器16被需要用于发送和接收数据。

在本发明的第二实施例中，为了减少数据传输量，由多个像素块BLK形成一个方形区域，并且针对每个方形区域ARA执行曝光控制。下面将参考图15说明方形区域。

图15是用于说明根据第二实施例的方形区域的配置示例的概念图。

如图15所示，在有效像素区域101a(成像画面)中形成了5个方形区域ARA1至ARA5。各个方形区域ARA具有不同的大小和形成位置。

例如，在像人形的目标OBJ1周围，为了精细地执行曝光控制，由少数像素块(例如，3×3)形成了方形区域ARA1和ARA2。在像太阳的具有高照度的背景OBJ2中，为了粗略地执行曝光控制，由大量像素块BLK(例如，10×10)形成方形区域ARA3。

需要用于一个方形区域ARA的与位置有关的数据是方形区域ARA的原点O的坐标、宽度H和高度V。如果给坐标、宽度H和高度V分配1比特数据并且加上用于重置控制的数据，则可以由5比特×5(方形区域的数目)＝25比特来定义方形区域ARA。

为了防止诸如垂直条纹和水平条纹之类的噪点混入成像画面中，还希望定义以基本正方形形状形成的方形区域ARA。如果像素区域被划分以形成成基本正方形形状的像素块BLK，则存在的一个优点在于可以容易地定义方形区域ARA。

方形区域ARA形成在有效像素区域101中。因此，在第二实施例的说明中，对有效像素区域101的像素块BLK等进行说明。

为了定义方形区域ARA，相机30a采用图16所示的配置。

图16是根据第二实施例的相机的配置示例的框图。在图16中，仅示出了根据第二实施例的相机的主要部分。

如图16所示，相机控制单元32a包括存储器321、照度获取单元322、电荷累积时间确定单元323以及方形区域定义单元324。

方形区域定义单元324基于从照度获取单元322输入的每个像素块BLK的辉度水平的均值<Y_BLK>以及有效像素区域101上的辉度水平的均值<Y>来定义方形区域ARA。

具体地，方形区域定义单元324判定均值<Y_BLK>和均值<Y>之间的差异(也被简单称为辉度水平差异)是否超过了预定基准值，并且指定其均值<Y_BLK>与均值<Y>有很大不同的像素块BLK。

方形区域定义单元324集中具有大辉度水平差异的多个像素块来定义方形区域ARA。要定义的方形区域ARA的数目可以是一个或多个。多个方形区域ARA不必是彼此连续的。

在定义方形区域ARA时，方形区域定义单元324可以根据目标来定义方形区域ARA。例如，可以通过对像人形的目标OBJ1(见图15)定义多个小方形区域ARA(例如，ARA1和ARA2)来执行精细的曝光控制。用户可以指定方形区域ARA来仅针对所指定的方形区域ARA执行精细的曝光控制。

电荷累积时间确定单元323将从照度获取单元322输入的辉度水平的均值<Y_BLK>与第二预设图表进行比较，并且确定每个方形区域ARA的电荷累积时间T_BLK。

下面参考图17说明根据第二实施例的相机的操作示例。

图17是根据第二实施例的相机的操作示例的流程图。

如图17所示，在步骤ST1至ST5中的处理(见图9)之后，执行下面的步骤ST6a和ST7a。

步骤ST6a

在步骤ST6a，定义方形区域ARA。

步骤ST7a

与第一实施例中的步骤ST7中的处理相同的处理在除了方形区域ARA之外的像素块BLK上被执行。每个像素块BLK的电荷累积时间T_BLK被确定。

步骤ST8a

与第一实施例中的步骤ST7中的处理相同的处理在还方形区域ARA上被执行。在方形区域ARA中的像素块BLK中，重置和电荷的读出在所分配的相同电荷累积时间T_BLK中被执行。

重置和电荷的读出在所分配的电荷累积时间T_BLK中还在除了方形区域之外的像素块BLK上被执行。

步骤ST8

此后，与第一实施例中的步骤ST8中的处理相同的图像处理被执行。

根据第二实施例，由于可以针对每个方形区域ARA执行曝光控制，因此可以减少传输数据量。

在对相机进行监控中，大量的信息比图片的美丽更重要。根据本实施例的相机可以在不改变帧率等的情况下改变具体区域的曝光。当在监控期间出现异常时，相机可以仅在出现异常的区域中改变曝光，以使得该区域中的图像清晰。因此，该相机适于诸如对相机进行监控之类的应用。

第三实施例

为了提高开口率(aperture ratio)，希望减少行方向上的块的划分数目以使得一个像素块BLK由尽可能多的像素电路11组成。确定如何在保证用于形成开关电路SW和像素块选择信号线BSL的区域的同时保证像素电路11的光均匀性是很重要的。

在本发明的第三实施例中，通过分散开关电路SW和像素块选择信号线BSL来提高开口率。

图18是根据第三实施例的像素单元的配置示例的详细框图。在图18中，仅示出了像素单元10a的一部分，并且适当地省略了诸如重置信号线RSTL和行选择电路之类的部件。

如图18所示，在像素单元10a的有效像素区域101中，由4×4个像素电路11形成了像素块BLK。由在行方向上的连续的四个像素电路11形成了小像素块BLKα。

在第一实施例中，列方向上的开关电路SW连接到共同的像素块选择信号线BSL(I)(见图3)。另一方面，在第三实施例中，开关电路SW1至SW4被排列为针对每行移位一列。

为了控制小像素块BLKα中的像素电路11，需要将一个像素块选择信号线BSL和主转移信号线MTRNL连接到开关电路SW。

因此，四个像素块选择信号线BSL(m)至BSL(m+3)分别被连接到开关电路SW1至SW4。像素块选择信号线BSL(m)的数目与像素块BLK中的行方向上的像素电路11的数目相同。

像素块选择信号线BSL的一端连接到重置控制电路17。

图19是图18所示的像素单元的等效电路图。在图19中，如在图18中一样，仅示出了像素单元10a的一部分，并且适当地省略了诸如重置信号线RSTL和行选择电路之类的部件。

在图19所示的像素电路11中，在列方向上四个光电转换元件111共享一个浮动扩散FD，一个重置晶体管113、一个放大晶体管114和一个选择晶体管115。

更具体而言，在列方向上四个光电转换元件111的阳极侧接地(GND)，并且其阴极侧分别连接到转移晶体管112的源极。

在列方向上的四个转移晶体管112的漏极共同连接到浮动扩散FD。一个重置晶体管113的源极和一个放大晶体管114的栅极还连接到浮动扩散FD。

开关电路SW1至SW4包括用作开关的晶体管103。开关电路SW1至SW4的晶体管103的栅极连接到像素块选择信号线BSL(m)，其源极连接到转移信号线TRNL(m)，并且其漏极连接到主转移信号线MTRNL(n)。

另一方面，挡光区域102在行方向上以四行为单位被划分。在挡光区域102中，如在图18所示的配置中一样，关于列方向，四个光电转换元件111共享除了转移晶体管112以外的晶体管。

图19所示的像素单元10a的控制方法与第一实施例一样。重置控制针对每个像素块BLK被执行。

重置控制单元17将脉冲型像素块选择信号SBS提供给四个像素块选择信号线BSL(m)至BSL(m+3)。行驱动电路13将脉冲型主驱动信号SMTRN提供给主转移信号线MTRN(n)。

因此，开关电路SW1至SW4的晶体管103改变为导通状态。行驱动电路13将脉冲型重置信号SRST适当地提供给重置信号线RSTL(n)，由此执行重置控制，

还可以在像素单元10a中提供图15所示的方形区域ARA并且针对每个方形区域ARA执行重置控制。

根据第三实施例，开关电路SW以及诸如像素块选择信号BSL之类的各个信号线的排列形状是统一化的。各个像素电路可以获得光均匀性。

近年来，背照型(back-illuminated)CMOS图像传感器引起了关注，在此CMOS图像传感器中，在电路被堆叠到半导体衬底上之后，通过研磨来减少半导体衬底的硅层的厚度。在背照型CMOS图像传感器中，由于使得光从半导体衬底的背面入射，因此光不影响上面布线层的布线图案的不均匀性。

通过将本像素单元应用到背照型CMOS图像传感器，可以实现灵活的布图，这是因为开关电路SW和像素块选择信号线BSL不受形成位置等的限制。

由根据第一和第三实施例的安装有CMOS图像传感器的相机执行的计算机程序可以通过利用设置有记录介质的计算机访问该记录介质来执行，记录介质例如是半导体存储器、磁盘、光盘或软盘(floppy，注册商标)。

本发明包含与2008年7月9日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-178964中公开的主题有关的主题，该申请的全部内容通过引用结合于此。

本领域的技术人员应当明白，可以根据设计要求和其它因素进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内即可。

Claims

1.一种成像设备，包括：

多个像素块，其中各个像素块具有预定数目的像素电路并被设置作为一个单元，所述多个块是通过划分多个像素电路排列成矩阵形状而形成的像素区域而获得的，所述多个像素电路根据光电转换将入射光转换为电荷；以及

选择控制单元，所述选择控制单元选择像素块中所希望的像素块，并且总体执行重置控制以将由所选像素块中的各个像素电路累积的电荷进行放电，其中，

所述选择控制单元针对每个所选像素块改变执行重置控制的定时，并且为像素电路分配不同的电荷累积时间。

2.根据权利要求1所述的成像设备，其中，所述选择控制单元分配的电荷累积时间随着从每个像素块的辉度计算出的照度的增大而缩短。

3.根据权利要求2所述的成像设备，其中

所述像素电路分别包括用于将所累积的电荷转移到预定节点的转移开关，

所述选择控制单元包括用于对所选像素块中的像素电路执行重置控制的开关电路，其中针对每个像素块包括一个开关电路，

所述开关电路被排列在同一列中，并且被连接到用于控制所述开关电路的接通或断开状态的第一和第二控制线，以及

所述选择控制单元基于被提供给所述第一控制线的第一控制信号和被提供给所述第二控制线的第二控制信号同时切换像素块中的像素电路的所有转移开关。

4.根据权利要求3所述的成像设备，其中，每个像素块是由N×N(N＝2，3，...)个像素电路形成的，以使得像素块被形成为基本正方形形状。

5.根据权利要求4所述的成像设备，其中

所述第一控制线被划分为N条线，

重置控制电路被分散在针对同一像素块中每行不同的位置，并且被连接到经划分的第一控制线的任一条，以及

所述选择控制单元将所述第一控制信号提供给所述N条第一控制线，并且对像素块中的像素电路总体执行重置控制。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的成像设备，其中

所述像素区域包括用于遮挡入射光的挡光区域，以及

在所述挡光区域中，像素块以行为单位被形成。

7.根据权利要求1至5中的任一项所述的成像设备，其中

所述像素区域包括用于遮挡所述入射光的挡光区域，以及

所述选择控制单元将要分配的所述电荷累积时间中最长的电荷累积时间分配给所述挡光区域。

8.一种相机，包括：

成像设备；

光学系统，所述光学系统将入射光引导到所述成像设备的像素区域；

控制单元，所述控制单元控制所述成像设备；以及

信号处理单元，所述信号处理单元对由所述成像设备基于控制所输出的输出信号进行处理，其中

所述成像设备包括：

选择控制单元，所述选择控制单元选择像素块中所希望的像素块，并且总体执行重置控制以将由所选像素块中的各个像素电路累积的电荷进行放电，以及

9.一种用于成像设备的控制方法，包括以下步骤：

对通过多个像素电路排列成矩阵形状而形成的像素区域进行划分，其中所述多个像素电路根据光电转换将入射光转换为电荷，并且在多个像素块中选择所希望的像素块，其中各个像素块具有预定数目的像素电路并被设置作为一个单元；以及

总体执行重置控制，以将由所选像素块中的各个像素电路累积的电荷进行放电，其中

在总体执行重置控制步骤中，针对每个所选像素块改变执行重置控制的定时，并且为像素电路分配不同的电荷累积时间。

10.一种用于使得计算机执行以下处理的计算机程序：

第一处理，对通过多个像素电路排列成矩阵形状而形成的像素区域进行划分，其中所述多个像素电路根据光电转换将入射光转换为电荷，并且在多个像素块中选择所希望的像素块，其中各个像素块具有预定数目的像素电路并被设置作为一个单元；以及

第二处理，总体执行重置控制以将由所选像素块中的各个像素电路累积的电荷进行放电，其中

在所述第二处理中，针对每个所选像素块改变执行重置控制的定时，并且为像素电路分配不同的电荷累积时间。