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TW201315219A - 固態影像拾取裝置及固態影像拾取系統 - Google Patents

固態影像拾取裝置及固態影像拾取系統 Download PDF

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TW201315219A
TW201315219A TW101108454A TW101108454A TW201315219A TW 201315219 A TW201315219 A TW 201315219A TW 101108454 A TW101108454 A TW 101108454A TW 101108454 A TW101108454 A TW 101108454A TW 201315219 A TW201315219 A TW 201315219A
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Hirokazu Sekine
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Toshiba Kk
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Abstract

本申請之實施例提出一種固態影像拾取裝置，其包括一第一像素、一第二像素及一輸出電路。第一像素具有一第一光二極體和一在第一光二極體上形成的第一微透鏡。第二像素具有一第二光二極體和一在第二光二極體上形成且小於第一微透鏡的第二微透鏡。此外，第二像素具有第一像素之1/n倍的敏感度並具有第一像素之n倍的光電轉換週期。輸出電路輸出基於第一信號電荷之電荷量的一第一偵測信號與基於第二信號電荷之電荷量的一第二偵測信號之差異的一差動信號。

Description

固態影像拾取裝置及固態影像拾取系統 交叉參照相關申請書
本申請書係基於並主張於2011/9/22在日本申請的先前日本專利申請書第2011-207448號之優先權，特此須合併參考其全部內容。
本文所述之實施例一般係關於固態影像拾取裝置及固態影像拾取系統。
近幾年來，光學系統非觸控面板的發展一直在進步，作為個人電腦及可攜式終端的輸入單元。非觸控面板使得有可能不須用指尖觸碰顯示器即可輸入字元及繪圖。根據光學系統觸控面板，由於指尖未接觸到顯示器，故有可能抑制顯示器表面的污染。此外，根據光學系統非觸控面板，因為係藉由偵測指尖的移動來輸入字元及繪圖，所以偵測指尖碰觸到顯示器的透明電極就變得多餘了。因此，有可能因藉由透明電極來吸收光而抑制顯示器的亮度降低。
此外，在遊戲領域中，藉由光學辨識人的移動，有分配會改變在螢幕上出現的人之移動或將人的移動改變成對球的反應之系統來作為將人的意向傳遞給機器的單元。
就適用於非觸控面板及系統的照相機而言，係使用CMOS感測器或CCD感測器來作為固態影像拾取裝置。 例如，CMOS感測器具有複數個排列成格子狀的像素，其中像素具有相同大小且也具有相同敏感度。在藉由使用應用CMOS感測器等的照相機來偵測如指尖的物件移動之情況下，例如，必須藉由使用移動偵測信號處理電路來進行下列信號處理。
也就是，拾取包括在各預定時間間隔中移動的物件之預定區域的影像，並藉由使用移動偵測信號處理電路來比較所拾取的影像。藉由相互比較影像，來偵測物件移動的方向及物件移動的距離。藉此，能偵測物件的移動。
然而，由於此信號處理係基於影像之間的比較之處理，因此會有過程太複雜且處理時間也很長的問題。
本申請之實施例提出一種固態影像拾取裝置，其包括一第一像素、一第二像素及一輸出電路。第一像素具有一第一光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第一信號電荷、及一在第一光二極體上形成的第一微透鏡。第二像素具有一第二光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第二信號電荷、及一在第二光二極體上形成且小於第一微透鏡的第二微透鏡。再者，第二像素具有第一像素之1/n倍的敏感度以及第一像素之n倍的光電轉換週期。輸出電路輸出基於第一信號電荷之電荷量的一第一偵測信號與基於第二信號電荷之電荷量的一第二偵測信號之差異的一差動信號。
本申請之實施例提出一種包括固態影像拾取裝置的固態影像拾取系統，其包括一第一像素、一第二像素、一輸出電路、及一影像形成單元。第一像素具有一第一光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第一信號電荷、及一在第一光二極體上形成的第一微透鏡。第二像素具有一第二光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第二信號電荷、及一在第二光二極體上形成且小於第一微透鏡的第二微透鏡。再者，第二像素具有第一像素之1/n倍的敏感度以及第一像素之n倍的光電轉換週期。輸出電路輸出基於第一信號電荷之電荷量的一第一偵測信號與基於第二信號電荷之電荷量的一第二偵測信號之差異的一差動信號。影像形成單元基於從輸出電路輸出的差動信號形成一影像。若光係由一靜止物件反射的反射光，則固態影像拾取系統基於變得彼此相同之第一偵測信號和第二偵測信號，使輸出電路輸出零作為差動信號。若光係由一移動物件反射的反射光，則固態影像拾取系統基於變得彼此不同之第一偵測信號和第二偵測信號，藉由使輸出電路輸出兩偵測信號之差值作為差動信號，並藉由使影像形成單元基於差值來形成影像以偵測物件的移動。
本申請之實施例提出一種固態影像拾取裝置，其包括一第一像素、一第二像素、一輸出電路、及一控制單元。第一像素具有一第一光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第一信號電荷、及一在第一光二極體上形成的第一微透鏡。第二像素具有一第二光二極體，其藉 由接收光並透過光電地轉換光來產生一第二信號電荷、及一在第二光二極體上形成且小於第一微透鏡的第二微透鏡。再者，第二像素具有第一像素之1/n倍的敏感度。輸出電路基於第一信號電荷之電荷量與第二信號電荷之電荷量輸出一信號。控制單元藉由提供一模式切換信號給輸出電路來控制輸出電路的運作。輸出電路基於第一信號電荷之電荷量與第二信號電荷之電荷量之總和或差值來輸出信號。
本申請之實施例提出一種包括固態影像拾取裝置的固態影像拾取系統，其包括一第一像素、一第二像素、一輸出電路、及一影像形成單元。第一像素具有一第一光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第一信號電荷、及一在第一光二極體上形成的第一微透鏡。第二像素具有一第二光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第二信號電荷、及一在第二光二極體上形成且小於第一微透鏡的第二微透鏡，又，第二像素具有第一像素之1/n倍的敏感度。輸出電路基於第一信號電荷之電荷量與第二信號電荷之電荷量輸出一信號。控制單元藉由提供一模式切換信號給輸出電路來控制輸出電路的運作。影像形成單元基於從輸出電路輸出的信號形成一影像。若輸出電路從控制單元收到移動偵測模式信號作為模式切換信號且若光係由一靜止物件反射的反射光，則固態影像拾取系統根據變得彼此相同之基於第一信號電荷之電荷量的第一偵測信號和基於第二信號電荷之電荷量的第二偵測信號 ，使輸出電路輸出零作為信號。若輸出電路從控制單元收到移動偵測模式信號作為模式切換信號且若光係由一移動物件反射的反射光，則固態影像拾取系統基於變得彼此不同之第一偵測信號和第二偵測信號，藉由使輸出電路輸出兩偵測信號之一差值作為信號，並藉由使影像形成單元基於差值來形成影像以偵測物件的移動。若輸出電路從控制單元收到寬動態範圍模式信號作為模式切換信號，則固態影像拾取系統基於第一信號電荷之電荷量與第二信號電荷之電荷量的總和來使輸出電路輸出信號，並根據基於總和的信號使影像形成單元形成影像。
以下將參考圖示來詳細說明根據實施例之固態影像拾取裝置及固態影像拾取系統。
(第一實施例)
第1圖係顯示根據第一實施例之固態影像拾取裝置10之相關組件之平面圖。第1圖所示之固態影像拾取裝置10係具有複數個排成格子狀的像素13a、13b之CMOS型的固態影像拾取裝置10。
在固態影像拾取裝置10中，在縱向上彼此相鄰之像素13a、13b具有互不相同的敏感度。根據本實施例之固態影像拾取裝置10即是所謂的兩像素單格型之固態影像拾取裝置，其具有兩個不同敏感度的像素13a、13b作為單位格14。
每單位格14具有高敏感度的第一像素13a、及低敏 感度的第二像素13b。高敏感度的第一像素13a具有大面積之四邊形的第一光二極體11a、及大型(表面積或高度)的第一微透鏡12a，其在第一光二極體11a上形成。低敏感度的第二像素13b具有比第一光二極體11a面積還小之四邊形的第二光二極體11b，及具有比第一微透鏡12a小的第二微透鏡12b，其在第二光二極體11b上形成。
像素13a、13b之每一者的飽和度，也就是，能藉由透過光二極體11a、11b之每一者進行的光電轉換所累積的最大信號電荷量係由光二極體11a、11b之每一者的面積而定。由於第一光二極體11a的面積大於第二光二極體11b的面積，故第一像素13a的飽和度大於第二像素13b的飽和度。
第一像素13a具有比第二像素13b更高的敏感度，且第一光二極體11a中的每單位時間所累積的信號電荷量比第二光二極體11b中的每單位時間所累積的信號電荷量大。因此，如同根據本實施例之固態影像拾取裝置10中的關係，第一光二極體11a最好大於第二光二極體11b。然而，當第一光二極體11a和第二光二極體11b兩者都具有某種不產生飽和度的尺寸時，則這些光二極體11a、11b之尺寸間的關係並不受限於上述關係。因此，如同說明在後的第15圖所示之固態影像拾取裝置60中的關係，第一光二極體11a能小於第二光二極體11b。
像素13a、13b的敏感度係根據微透鏡12a、12b的尺寸而定。因為第一微透鏡12a具有比第二微透鏡12b更大 的尺寸，故第一像素13a的敏感度高於第二像素13b的敏感度。
根據本實施例之固態影像拾取裝置10具有複數個各包括第一像素13a與第二像素13b的單位格14，其中這些單位格14係排成格子狀。亦即，根據本實施例之固態影像拾取裝置10具有複數個排成格子狀的單位格14，以致於在同一單位格14中的第一微透鏡12a與第二微透鏡12b在圖中的縱向(以下稱作「垂直方向」)上彼此相鄰，並使得在不同單位格14中的第一微透鏡12a在圖中的橫向(以下稱作「水平方向」)上彼此相鄰。在此情況中，雖然在不同單位格14中的第二微透鏡12b在水平方向上彼此分開，但第二微透鏡12b係彼此接近地。
在每單位格14中，有設置一第一讀取閘極15a，讀取在第一像素13a中累積的信號電荷(以下稱作「第一信號電荷」)、一第二讀取閘極15b，讀取在第二像素13b中累積的信號電荷(以下稱作「第二信號電荷」)、一偵測單元16，偵測第一和第二信號電荷、一單位格的輸出電路17，基於所偵測到的第一和第二信號電荷輸出第一和第二偵測信號、一重置電晶體18，重置偵測單元16，以致於偵測單元16具有固定電位並釋放過剩的電荷、及一汲極19作為過剩電荷的放電目的端。
第一讀取閘極15a係置於接近第一像素13a的第一光二極體11a之一側的位置上。第二讀取閘極15b係置於接近第二像素13b的第二光二極體11b之一側的位置上。
偵測單元16係置於第一讀取閘極15a和第二讀取閘極15b之間。偵測單元16藉由第一讀取閘極15a來接收從第一像素13a所偵測到的第一信號電荷，並藉由第二讀取閘極15b來接收從第二像素13b所偵測到的第二信號電荷。
單位格的輸出電路17係置於接近第二像素13b的位置上，並輸出對應第一和第二信號電荷之電荷量的第一和第二偵測信號的電路。
重置電晶體18係置於電晶體18和單位格的輸出電路17夾住偵測單元16的位置上。重置電晶體18藉由從偵測單元16釋放偵測單元16中所累積的過剩電荷，並藉由傳送所釋放之過剩電荷到置於重置電晶體18附近的汲極19，使偵測單元16的電位維持在固定位準。
第2圖係沿著第1圖之虛線X-X’之固態影像拾取裝置10之部分剖面圖。如第2圖所示，在固態影像拾取裝置10的單位格14中，作為N+型雜質層的第一光二極體11a和第二光二極體11b係形成在相互分開的位置上，例如，在以矽製成的P型半導體基板20之表面上。此外，在半導體基板20之表面上，作為N+型雜質層的偵測單元16係形成在第一光二極體11a和第二光二極體11b之間所夾的位置上。
在半導體基板20之表面上，在第一光二極體11a和偵測單元16之間作為第一讀取閘極15a的第一閘極15a係經由氧化膜21來形成。同樣地，在第二光二極體11b 和偵測單元16之間作為第二讀取閘極15b的第二閘極15b係經由氧化膜21來形成。
在半導體基板20之表面上，佈線層22係經由氧化膜21來形成。佈線層22包括第一閘極15a、第二閘極15b、及佈線23，且這三者係以絕緣體24來彼此隔絕。
在佈線層22之表面上，形成第一微透鏡12a和第二微透鏡12b。第一微透鏡12a係在第一光二極體11a上形成，且第二微透鏡12b係在第二光二極體11b上形成。
在固態影像拾取裝置10中，當施加所欲之電壓至第一閘極15a時，例如，由於通道係直接在第一閘極15a下方的半導體基板20之表面上形成，因此在第一光二極體11a中累積的第一信號電荷能經由通道被傳送到偵測單元16。同樣地，當施加所欲之電壓至第二閘極15b時，例如，由於通道係直接在第二閘極15b下方的半導體基板20之表面上形成，因此在第二光二極體11b中累積的第二信號電荷能經由通道被傳送到偵測單元16。
重置電晶體18中的電荷之傳送也係同樣地進行。
第3圖係固態影像拾取裝置之等效電路圖，包括根據本實施例之固態影像拾取裝置10的單位格14、及與複數個單位格14共同排列的共同輸出電路17’。如第3圖所示，第一讀取閘極15a連接到組成具有高敏感度之第一像素13a的第一光二極體11a。同樣地，第二讀取閘極15b連接到組成具有低敏感度之第二像素13b的第二光二極體11b。
第一讀取閘極15a和第二讀取閘極15b的輸出係共同連接到偵測單元16。偵測單元16在垂直方向上連接到重置電晶體18，且在水平方向上連接到單位格的輸出電路17。
單位格的輸出電路17包括用來將由偵測單元16接收的第一和第二信號電荷轉成電壓信號的放大器電晶體AMPTr、及用來選擇單位格14的位址電晶體ADDRESSTr。偵測單元16在水平方向上連接到單位格的輸出電路17之放大器電晶體AMPTr的控制閘極。
放大器電晶體AMPTr的汲極係連接到位址電晶體ADDRESSTr，且放大器電晶體AMPTr的源極係經由垂直信號線LS連接到負載電晶體LOADTr。
包括第一至第三開關SW1、SW2、SW3、差動放大器Diff-AMP、及負載電晶體LOADTr的共同輸出電路17’係與複數個在垂直方向上排成陣列的單位格14共同被使用。
第一讀取閘極15a的控制閘極係經由第一引線LR1連接到作為周邊電路的垂直暫存器25，且第二讀取閘極15b的控制閘極係經由第二引線LR2連接到垂直暫存器25。重置電晶體18的閘極係經由重置線LRS連接到垂直暫存器25，且位址電晶體ADDRESSTr的閘極係經由位址線LA連接到垂直暫存器25。
放大器電晶體AMPTr的輸出經由負載電晶體LOADTr和第一開關SW1連接到差動放大器Diff-AMP的 反向輸入端(以下稱作「負端」)，且同時經由負載電晶體LOADTr和第二開關SW2連接到差動放大器Diff-AMP的非反向輸入端(以下稱作「正端」)。第一開關SW1的輸出連接到差動放大器Diff-AMP的負端，且同時連接到其中一端接地的電容器C之另外一端。
第三開關SW3係連接到差動放大器Diff-AMP的輸出。基於從第三開關SW3輸出的信號形成影像的影像形成單元26係連接到第三開關SW3。
共同輸出電路17’係設置在每個垂直信號線LS的下方部分。第三開關SW3係連接到水平暫存器(未顯示)，且藉由連續地打開SW3，會使一水平掃描線的差動輸出經由水平輸出線(未顯示)連續地輸出至外部。該影像形成單元26包括一水平暫存器及水平輸出線。
控制垂直暫存器25及共同輸出電路17’的控制單元27係連接到垂直暫存器25及共同輸出電路17’。控制單元27係藉由輸出控制信號給控制垂直暫存器25及共同輸出電路17’來控制垂直暫存器25及共同輸出電路17’的運作。
亦即，垂直暫存器25係基於控制單元27輸出給垂直暫存器25的控制信號，輸出信號給第一讀取閘極15a、第二讀取閘極15b、重置電晶體18、及位址電晶體ADDRESSTr，用來以所欲之時序操作第一讀取閘極15a、第二讀取閘極15b、重置電晶體18、及位址電晶體ADDRESSTr。
基於控制單元27以所欲之時序輸出控制信號給包括在共同輸出電路17’中的第一至第三開關SW1、SW2、SW3、及負載電晶體LOADTr之每一者，第一至第三開關SW1、SW2、SW3、及負載電晶體LOADTr便以所欲之時序運作。
當包括設置在每個單位格14中的單位格14之第一讀取閘極15a、第二讀取閘極15b、重置電晶體18、及輸出電路17的電路、垂直暫存器25、及共同輸出電路17’的電路被稱為一輸出電路時，此輸出電路基於控制單元27輸出給輸出電路的控制信號以所欲之時序來進行所欲之操作。
接下來說明根據本實施例之固態影像拾取裝置10所使用的影像拾取方法。此影像拾取方法係一種實現移動偵測模式的方法。移動偵測模式係一種用來輸出移動物件的輪廓作為影像，而不輸出在靜止狀態中的物件作為影像的模式。參考第4圖來說明實現移動偵測模式的方法。第4圖顯示第一像素13a與第二像素13b的光電轉換週期、及累積在像素13a中的第一信號電荷之電荷量與累積在像素13b中的第二信號電荷之電荷量之間的關係之說明圖。圖中的實線箭頭代表累積在第一像素13a中的第一信號電荷之電荷量，且圖中的虛線箭頭代表累積在第二像素13b中的第二信號電荷之電荷量。在接下來的說明中，係假設第一像素13a的敏感度與第二像素13b的敏感度之間的敏感度比為2：1。
如第4圖所示，首先，同時啟動第一像素13a的光電轉換與第二像素13b的光電轉換，第一像素13a和第二像素13b具有互不相同的敏感度。由於第一像素13a之敏感度是第二像素13b之敏感度的兩倍，故透過光電轉換而累積在第一像素13a中的第一信號電荷之電荷量會以累積在第二像素13b中的第二信號電荷之電荷量的兩倍速率來增加。
經過一段預定時間t1之後，只有累積在第一像素13a中的第一信號電荷被釋放。此放電操作即所謂的電子快門、且累積在第一像素13a中的第一信號電荷經由重置電晶體18被釋放至汲極19。繼續進行第二像素13b的光電轉換。
在第一像素13a的電子快門結束之後，再次啟動第一像素13a的光電轉換。
自電子快門結束而經過一段預定時間t1之後，即，經過一段第一像素13a的光電轉換週期t1之後，便讀出累積在第一像素13a中的第一信號電荷。
再者，在稍微偏離讀取累積在第一像素13a中的第一信號電荷之時序的時序上，即，經過一段實質上為第二像素13b的光電轉換週期t2(=2×t1)之後，便讀出累積在第二像素13b中的第二信號電荷。
例如，在每秒拾取30個影像，且當每個影像在垂直方向上具有500個像素時的情況下，從第一像素13a讀取第一信號電荷之時序與從第二像素13b讀取第二信號電荷 之時序之間的些微差異約為64μs。
在本實施例中，雖然第二像素13b之光電轉換週期被設定為第一像素13a之光電轉換週期的兩倍，一般來說，當第一像素13a之敏感度是第二像素13b之敏感度的n倍時，藉由使兩像素的電子快門運作使得第二像素13b之光電轉換週期變成第一像素13a之光電轉換週期的n倍，便能任意地設定兩者的光電轉換週期。
當根據本發明之固態影像拾取裝置拾取在靜止狀態中的物件之影像時，從第一像素13a讀取的第一信號電荷之電荷量Q與從第二像素13b讀取的第二信號電荷之電荷量Q實質上會變得相等。然而，當固態影像拾取裝置拾取移動物件的影像時，從第一像素13a讀取的第一信號電荷之電荷量與從第二像素13b讀取的第二信號電荷之電荷量變得不相等，且兩電荷量之間會產生差異，如第4圖所示。
接著，藉由使用差動放大器Diff-AMP來對基於從第一像素13a讀取的第一信號電荷之電荷量之第一偵測信號、及基於從第二像素13b讀取的第二信號電荷之電荷量之第二偵測信號進行減法程序。
如上所述，當拾取在靜止狀態中的物件之影像時，第一信號電荷的電荷量與第二信號電荷的電荷量係相等的。因此，第一偵測信號的電壓與第二偵測信號的電壓變成相等。藉此，當對第一偵測信號與第二偵測信號進行減法程序時，差動放大器Diff-AMP會輸出零作為差動信號。
然而，當拾取移動物件的影像時，第一信號電荷的電荷量與第二信號電荷的電荷量之間便根據物件移動而產生差異。於是，第一偵測信號的電壓與第二偵測信號的電壓之間也會產生差異。因此，當對第一偵測信號與第二偵測信號進行減法程序時，差動放大器Diff-AMP便輸出差動信號作為第一偵測信號的電壓與第二偵測信號的電壓之間的差異。藉由反映差動信號，固態影像拾取裝置會輸出對應物件之移動的影像。
如上所述，在設定第一像素13a與第二像素13b的敏感度比為2：1之後，且也在設定第一像素13a與第二像素13b的光電轉換週期比為1：2之後，便對藉由透過使用第一與第二像素13a、13b來拾取物件影像所得到的第一與第二偵測信號進行減法程序來實現移動偵測模式。
一般來說，在設定第一像素13a與第二像素13b的敏感度比為n：1之後，且也在設定第一像素13a與第二像素13b的光電轉換週期比為1：n之後，便對藉由透過使用第一與第二像素13a、13b來拾取物件影像所得到的第一與第二偵測信號進行減法程序來實現移動偵測模式。
藉由參考第3圖之等效電路圖，參考第5圖及第6圖來更詳細說明實現移動偵測模式的方法。第5圖係顯示在移動偵測模式中，位址電晶體ADDRESSTr、重置電晶體18、第一讀取閘極15a、和第二讀取閘極15b的運作、與在垂直信號線LS上出現之第一及第二偵測信號之間的關係之時序圖。第6圖係顯示在移動偵測模式中，第一至第 三開關SW1、SW2、SW3的運作、與輸入至差動放大器Diff-AMP的第一和第二偵測信號及從差動放大器Diff-AMP的輸出端輸出之差動信號之間的關係之時序圖。
第5圖及第6圖所示之移動偵測模式中的運作係由將移動偵測模式信號(如同控制信號的模式切換信號)輸出給至少一部分(垂直暫存器25和共同輸出電路17’)之上述輸出電路的控制單元27(第3圖)來執行。
當位址電晶體ADDRESSTr(第3圖)關閉時，第一讀取閘極15a和第二讀取閘極15b便同時在T7之時序上的固定時間α期間打開，如第5圖所示。藉由打開閘極15a、15b，在第一像素13a與第二像素13b中累積的第一與第二信號電荷便釋放至偵測單元16。因為之後會在T9之時序時對第一像素13a進行電子快門，因此第一讀取閘極電晶體15a不一定要在T7之時序中打開。
接著，重置電晶體18只有在T8之時序時的固定時間β期間保持開啟。藉由保持重置電晶體18開啟，偵測單元16中累積的第一與第二信號電荷便傳到汲極19作為過剩電荷，且偵測單元16的電位保持在固定位準。因為重置電晶體18之後在T1之時序時打開，因此重置電晶體18不一定要在此時序時打開。
接著，從關閉第一讀取閘極15a經過一段時間t1-α後，第一讀取閘極電晶體15a在T9之時序時被再次打開並在固定時間α內保持開啟。亦即，在第一像素13a中進行所謂的電子快門。藉由打開第一讀取閘極15a，第一像 素13a中累積的第一信號電荷被再次釋放至偵測單元16。此時，不打開第二讀取閘極15b，並且繼續對第二像素13b進行光電轉換。
接著，重置電晶體18在T10之時序時被再次打開並在固定時間β內保持開啟。藉由保持重置電晶體18開啟，偵測單元16中累積的第一信號電荷便傳到汲極19作為過剩電荷，且偵測單元16的電位保持在固定位準。由於重置電晶體18在之後的T1之時序開啟，因此重置電晶體18不一定要在此時序開啟。
接著，打開位址電晶體ADDRESSTr，且在T1之時序上打開重置電晶體18，並在固定時間β期間保持開啟。當重置電晶體18打開時，偵測單元16中到目前為止累積的第一信號電荷或第二信號電荷便釋放至汲極19，且偵測單元16的電位維持在固定位準。之後，當重置電晶體18關閉時，偵測單元16藉由感應來偵測雜訊，且此雜訊被加到放大器電晶體AMPTr的控制閘極。因此，在垂直訊號線LS上產生雜訊成分。
接著，從第一像素13a的電子快門結束經過一段時間t1-α後，第一讀取閘極15a在T3之時序時被再次打開並在固定時間α期間保持開啟。藉由打開閘極15a，讀取第一像素13a中累積的第一信號電荷。第一信號電荷係由偵測單元16偵測，且被施加至放大器電晶體AMPTr的控制閘極。因此，在垂直訊號線LS上產生基於第一信號電荷之電荷量的第一偵測信號。第一偵測信號疊加了雜訊成分 。
從在T9之時序時關閉第一讀取閘極15a到在T3之時序時關閉第一讀取閘極15a的時間係為第一像素13a的光電轉換週期t1。
接著，重置電晶體18在T4之時序時打開，並在固定時間β期間保持開啟。當打開重置電晶體18時，偵測單元16的電位便保持在固定位準。之後，當關閉重置電晶體18時，便在重置電晶體18中產生與當重置電晶體18在T1之時序關閉時產生的雜訊相同位準的雜訊，且再次在垂直信號線LS上產生雜訊成分。
之後，從第二讀取閘極15b在T7之時序時關閉經過一段時間t2-α後，第二讀取閘極15b在T6之時序時打開，並在固定時間α期間保持開啟。藉由打開閘極15b，讀取第二像素13b中累積的第二信號電荷。第二信號電荷係由偵測單元16偵測，且被施加至放大器電晶體AMPTr的控制閘極。因此，在垂直訊號線LS上產生基於第二信號電荷之電荷量的第二偵測信號。第二偵測信號疊加了雜訊成分。
從在T7之時序時關閉第二讀取閘極15b到在T6之時序時關閉第二讀取閘極15b的時間係為第二像素13b的光電轉換週期t2。光電轉換週期t2實際上略長於兩倍的第一像素13a的光電轉換週期t1。然而，藉由將T3與T6兩者的時序之間的誤差設得很小，使得t2實質上變得等於2×t1，第二像素13b的光電轉換週期t2能被視為是兩 倍的第一像素13a之光電轉換週期t1。
儘管第二像素13b的光電轉換週期t2被視為是兩倍的第一像素13a之光電轉換週期t1，但第二像素13b的敏感度是第一敏感度13a的1/2倍。因此，當拾取在靜止狀態中的物件之影像時，從第一像素13a讀取的第一信號電荷之電荷量與從第二像素13b讀取的第二信號電荷之電荷量變得實質上相同。然而，當拾取移動物件之影像時，第一信號電荷之電荷量與第二信號電荷之電荷量之間會產生差異。
當如第5圖所示在T3之時序上讀取第一信號電荷時，之後，如第6圖所示，第一開關SW1在T31之時序時打開，並在固定時間期間保持開啟。接著，基於第一信號電荷之電荷量的第一偵測信號與雜訊成分一起被輸入至差動放大器Diff-AMP的反向輸入端(以下稱作「負端」)。同時，輸入第一偵測信號與雜訊成分至電容器C。因此，對電容器C充電第一信號偵測信號與雜訊成分所保持的電位。藉此，在固定週期期間，電容器C保持第一信號偵測信號與雜訊成分所保持的電位。因此，即使當第一開關SW1關閉時，充電至電容器C的電位仍能在固定週期期間繼續施加至差動放大器Diff-AMP的負端。
再者，如第5圖所示，當在T6之時序上從第二像素13b讀取第二信號電荷時，之後，如第6圖所示，第二和第三開關SW2、SW3在T62之時序時打開，並在固定週期期間保持開啟。接著，基於第二信號電荷之電荷量的第 二偵測信號與雜訊成分一起被輸入至差動放大器Diff-AMP的非反向輸入端(以下稱作「正端」)。
在當將第二偵測信號與雜訊成分所保持的電位施加至差動放大器Diff-AMP的正端期間，第一偵測信號與雜訊成分所保持的電位會被施加至負端。
當從第一像素13a讀取的第一信號電荷之電荷量與從第二像素13b讀取的第二信號電荷之電荷量是相同時，第一偵測信號的電位與第二偵測信號的電位便會相等。此外，與各偵測信號疊加的雜訊成分之電位也會相等。因此，當第三開關SW3在T62之時序時打開，並在固定時間期間保持開啟時，差動放大器Diff-AMP會輸出零作為差動信號。由於雜訊成分也被消除，故差動放大器Diff-AMP也不會輸出雜訊成分。
如上所述，當拾取在靜止狀態中的物件之影像時，亦即，當從第一像素13a讀取的第一信號電荷之電荷量與從第二像素13b讀取的第二信號電荷之電荷量相同時，差動放大器Diff-AMP會輸出零作為差動信號。因此，即使當拾取在靜止狀態中的物件之影像時，固態影像拾取裝置不會輸出一輸出影像。
然而，當物件正在移動時，對應移動之第一信號電荷的電荷量與第二信號電荷的電荷量之間會產生差異，且差動放大器Diff-AMP會基於第一偵測信號與第二偵測信號之差異來輸出一差動信號。因此，當物件正在移動時，固態影像拾取裝置便基於此差動信號來輸出影像。移動偵測 模式係如上所述來實現。即使當物件正在移動時，因為疊加於第一偵測信號的雜訊成分與疊加於第二偵測信號的雜訊成分相等，故兩者的雜訊成分都會被差動放大器Diff-AMP消除，且雜訊成分不會與從差動放大器Diff-AMP輸出的差動信號疊加。
參考第7A至7F圖來更加說明根據本實施例之固態影像拾取裝置所執行的移動偵測模式，第7A至7F圖係用來更詳細說明移動偵測模式之說明圖，且第7A圖顯示移動中的指尖作為物件的實例，第7B圖顯示當只基於第一像素來拾取指尖影像時的輸出影像，第7C圖顯示第7B圖之反向影像，第7D圖顯示當只基於第二像素來拾取指尖影像時的輸出影像，第7E圖顯示從沿著第7A圖之虛線A-A’的線上每格輸出的輸出信號之電位位準，及第7F圖顯示根據本實施例之固態影像拾取裝置所輸出的影像。在接下來的說明中，也假設第一像素與第二像素的敏感度比為2：1。
如第7A圖所示，考量到在根據本實施例之固態影像拾取裝置所進行的移動偵測模式中拾取在時間△1期間依L1、L2、L3之順序持續移動的指尖之影像的情況。
假設光電轉換週期為t1的第一像素13a之影像拾取係在當指尖在L2的位置上出現時開始，且第一像素13a之影像拾取係在當指尖在L3的位置上出現時結束。又，假設光電轉換週期為t2的第二像素13b之影像拾取係在當指尖在L1的位置上出現時開始，且第二像素13b之影 像拾取係在當指尖在L3的位置上出現時結束。
在此情況下，如第7B圖所示，當只基於第一像素13a拾取移動中的指尖之影像時，便輸出對應光電轉換週期t1的厚度之指尖之影像作為輸出影像。第7C圖顯示第7B圖之反向輸出影像。
如第7D圖所示，當只基於第二像素13b拾取移動中的指尖之影像時，則輸出對應光電轉換週期t2的厚度之指尖之影像作為輸出影像。
藉由基於第一像素13a拾取影像所得到的第一偵測信號會輸入至差動放大器Diff-AMP的負端，且藉由基於第二像素13b拾取影像所得到的第二偵測信號會輸入至差動放大器Diff-AMP的正端。因此，差動放大器Diff-AMP輸出兩者偵測信號之差異之差動信號作為輸出信號。即，差動放大器Diff-AMP輸出一影像，其對應於作為第7B圖的反向影像之第7C圖所示之影像與第7D圖所示之影像的總和。
亦即，當拾取如第7A圖所示之移動的指尖之影像時，從位置L1上的每格輸出的差動信號之電位位準會沿著指尖移動的方向降為負數，如第7E圖所示。從位置L2上的每格輸出的差動信號之電位位準會沿著指尖移動的方向而增加，在P點上變成零(位置L1至L3的中間點)，且沿著指尖移動方向而更為增加。從位置L3上的每格輸出的輸出信號之電位位準會沿著指尖移動的方向而降低。
當顯示成影像時，如第7F圖所示，影像不會從接近顯示出沒有移動的位置L2之每格中輸出，影像係從接近顯示出有移動的位置L1、L3之每格中輸出，且只輸出移動中的指尖之輪廓。
在設定第一像素13a與第二像素13b的敏感度比為n：1之後，且在設定第一像素13a與第二像素13b的光電轉換週期比為1：n之後，根據上述之第一實施例之固態影像拾取裝置能對藉由透過使用第一與第二像素13a、13b來拾取物件影像所得到的第一與第二偵測信號進行減法程序以偵測物件的移動。因此，不須進行比較影像之間的複雜信號處理，就能輕易地偵測物件的移動。
(移動偵測模式之修改)
在移動偵測模式中，可以安排使得只在T2、T5的時序時偵測雜訊成分，如第5圖所示。也就是，首先，在上述時序時偵測雜訊，且差動放大器Diff-AMP移除與第一和第二偵測信號疊加的雜訊。接著，在移除掉雜訊的第一偵測信號和第二偵測信號之間計算出差異。藉由此安排，能實現移動偵測模式。
當個別取出被移除掉雜訊的第一與第二偵測信號時，便拾取了獨立於第一像素13a與第二像素13b的物件之影像。在此情況下，實現了高解析度模式。
(第二實施例)
第8圖係顯示根據第二實施例之固態影像拾取裝置30之相關組件之平面圖。第二固態影像拾取裝置30與第一固態影像拾取裝置10不同，由於單位格14的陣列不同。
如第8圖所示，根據第二實施例之固態影像拾取裝置30具有複數個排成陣列的單位格14，以致於複數個第一微透鏡12a與複數個第二微透鏡12b會排成棋盤狀。
也就是，根據本實施例之固態影像拾取裝置30具有複數個排成陣列的單位格14，以藉由在第一微透鏡12a之間的間隙中佈置各第二微透鏡12b，使得複數個第一微透鏡12a排成棋盤狀，且複數個第二微透鏡12b排成棋盤狀。
藉由以與根據第一實施例之固態影像拾取裝置10類似的方式來運作，固態影像拾取裝置30也能實現移動偵測模式。
在設定第一像素13a與第二像素13b的敏感度比為n：1之後，且也在設定第一像素13a與第二像素13b的光電轉換週期比為n：1之後，根據上述之第二實施例之固態影像拾取裝置30也對藉由使用第一與第二像素13a、13b來拾取物件影像所得到的第一與第二偵測信號進行減法程序。因此，基於與根據第一實施例之固態影像拾取裝置10類似的理由，固態影像拾取裝置30也能輕易地偵測物件的移動。
另外，依照根據第二實施例之固態影像拾取裝置30 ，因為在固態影像拾取裝置30中減少第一與第二微透鏡12a、12b之間的間隙，因此固態影像拾取裝置30能比根據第一實施例之固態影像拾取裝置10接收更多的光。因此，能提出具有增進之敏感度的固態影像拾取裝置30。
(第三實施例)
第9圖係顯示根據第三實施例之固態影像拾取裝置40之相關組件之平面圖。在第三固態影像拾取裝置40中，在斜角方向上彼此相鄰之像素41a、41b的敏感度係彼此不同的。根據本實施例之固態影像拾取裝置40即是所謂的兩像素單格型之固態影像拾取裝置，其具有不同的敏感度之兩像素41a、41b作為單位格42。
此外，固態影像拾取裝置40具有使紅色、綠色、及藍色之任一顏色的光在佈線層22(第二圖)以及第一與第二微透鏡43a、43b之間傳送至各單位格的濾色器R1、R2、Gr1、Gr2、Gb1、Gb2、B1、B2。傳送紅光的紅色濾色器R1、R2、傳送綠光的綠色濾色器Gr1、Gr2、Gb1、Gb2、及傳送藍光的藍色濾色器B1、B2會排成對應於單位格42之陣列的拜耳陣列。
每單位格42具有高敏感度的第一像素41a、及低敏感度的第二像素41b。高敏感度的第一像素41a具有大面積之六邊形的第一光二極體44a，及在第一光二極體44a上形成之具有大尺寸的第一微透鏡43a。低敏感度的第二像素41b具有比第一光二極體44a還小尺寸的六邊形的第 二光二極體44b，及在第二光二極體44b上形成之比第一微透鏡43a還小的第二微透鏡43b。
根據本實施例之固態影像拾取裝置40具有複數個在圖中分別面對斜角方向而排成陣列的單位格42。複數個單位格42被排成陣列，以致於複數個第一微透鏡43a與複數個第二微透鏡43b會排成棋盤狀。
亦即，根據本實施例之固態影像拾取裝置40具有複數個排成陣列的單位格42，以藉由在第一微透鏡43a之間的間隙中佈置各第二微透鏡43b，使得複數個第一微透鏡43a排成棋盤狀，且複數個第二微透鏡43b排成棋盤狀。
在每單位格42中，有設置第一與第二讀取閘極45a、45b、偵測單元46、單位格的輸出電路47、重置電晶體48、和汲極49。
第一讀取閘極45a係置於接近第一像素41a的第一光二極體44a之一側的位置上。第二讀取閘極45b係垂直於第一讀取閘極45a而設置，並置於接近第二像素41b的第二光二極體44b之一側的位置上。
偵測單元46和單位格的輸出電路47係置於單位格42中的第一像素41a和第二像素41b之間。偵測單元46係置於第一讀取閘極45a和第二讀取閘極45b之間，且單位格的輸出電路47係置於偵測單元46對面的位置上。
重置電晶體48係置於靠近偵測單元46的位置上，且汲極49係置於此區域49和偵測單元46夾住重置電晶體 48的位置上。
在固態影像拾取裝置40中，單位格42被排成陣列，複數個垂直信號線LSGr、LSB、LSGb、LSR會共同連接到複數個在垂直方向上具有同一顏色的濾色器之單位格42之各單位格的輸出電路47。與垂直信號線LSGr、LSB、LSGb、LSR正交的複數個水平信號線LH1係共同連接到在水平方向上相鄰之複數個單位格42的各自第一讀取閘極45a。在複數個水平信號線LH1之間，平行於水平信號線LH1之排成陣列的複數個水平信號線LH2係共同連接到在水平方向上相鄰之複數個單位格42的各自第二讀取閘極45b。
藉由以與根據第一實施例之固態影像拾取裝置10類似的方式來操作影像拾取方法，固態影像拾取裝置40也能實現移動偵測模式。
在設定第一像素41a與第二像素41b的敏感度比為n：1之後，且也在設定第一像素41a與第二像素41b的光電轉換週期比為1：n之後，根據上述之第三實施例之固態影像拾取裝置40能對藉由使用第一與第二像素41a、41b來拾取物件影像所得到的第一與第二偵測信號進行減法程序。因此，基於與根據第一實施例之固態影像拾取裝置10類似的理由，固態影像拾取裝置40也能輕易地偵測物件的移動。
另外，依照根據第三實施例之固態影像拾取裝置40，在每單位格42中的第一像素41a和第二像素41b分別 包括同一顏色的濾色器。再者，當每單位格42中的同一顏色之兩個濾色器被視為是一個顏色濾色器時，各被視為一個顏色濾色器的紅色濾色器R、綠色濾色器Gr、Gb、及藍色濾色器B會排成拜耳陣列。因此，能直接應用一般使用的影像處理電路來作為形成具有從差動放大器Diff-AMP輸出的差動信號之顏色的影像之影像處理電路(未顯示)。
(第四實施例)
第10圖係一平面圖，示意地顯示一非觸控面板50作為使用第一至第三固態影像拾取裝置10、30、40之任一者的固態影像拾取系統50。第11圖係顯示非觸控面板50之示意側視圖。
如第10圖及第11圖所示，框架單元52係置於例如作為顯示單元的顯示器51之周邊部分上。框架單元52裝有複數個應用例如根據第一實施例之固態影像拾取裝置10的照相機53。例如，照相機53區域係置於框架單元52的右上角和左上角。
照相機53可以是應用根據第二或第三實施例之固態影像拾取裝置30、40的照相機。
同樣地在非觸控面板50中，各照相機53係在移動偵測模式中操作，且例如拾取第10圖所示之指尖影像來作為物件。在此情況下，當拾取靜止的指尖影像時，各照相機53所持有的各固態影像拾取裝置10便從輸出電路輸出 零作為差動信號，而當拾取移動指尖的影像時，便從輸出電路輸出除了零之外的差動信號。再者，當輸出除了零之外的差動信號時，影像形成單元26(第三圖)便基於此差動信號來形成影像，並輸出所形成之影像。亦即，非觸控面板50基於從各照相機53所持有的各固態影像拾取裝置10輸出的信號來偵測作為物件的指尖之移動。
更具體來說，在右上方位置的照相機53拾取指尖影像，並能偵測出指尖在第10圖之x方向和z方向上的移動，且在左上方位置的照相機53拾取指尖影像，並能偵測出指尖在第10圖之y方向和z方向上的移動。藉由上述配置，非觸控面板50能偵測指尖的三維移動。因此，不須直接以指尖接觸顯示器51便能操作非觸控面板50。例如，在非觸控面板50上畫出指尖之接續移動的圖片之情況下，能排列以將基於指尖移動所形成的影像顯示在顯示器51上。又，例如，在對應於非觸控面板50上的指尖移動來移動在顯示於顯示器51上的遊戲中出現的人之情況下，所形成之影像不須顯示在顯示器51上。
根據固態影像拾取系統50，因為使用固態影像拾取裝置10、30、40的照相機53所偵測的物件之移動能輕易地偵測物件之移動，故可提出能輕易地偵測物件移動的固態影像拾取系統50。
再者，依照根據本實施例之固態影像拾取系統50，由於不須以指尖直接觸碰顯示器51便能操作非觸控面板50，故能抑制顯示器51表面的污染。
另外，依照根據本實施例之固態影像拾取系統50，由於指尖的三維移動係藉由複數個照相機53來偵測，故不須在顯示器51中設置用來偵測以指尖觸碰顯示器51的透明電極。因此，與傳統觸控面板相比，固態影像拾取系統50能增加顯示器51的亮度。
(修改)
根據本實施例之固態影像拾取裝置10、30、40能輕易地實現出移動偵測模式。然而，寬動態範圍模式能直接基於例如根據第一實施例之固態影像拾取裝置10的基本配置來實現。接著說明一種用來實現寬動態範圍模式的方法。在此方法之接下來的說明中，僅說明不同於實現移動偵測模式的部分。
第12圖係顯示在寬動態範圍模式中，位址電晶體ADDRESSTr、重置電晶體18、第一讀取閘極15a、和第二讀取閘極15b的運作、與在垂直信號線LS上出現之第一和第二偵測信號之間的關係之時序圖。第13圖係顯示在寬動態範圍模式中，第一至第三開關SW1、SW2、SW3的運作、與輸入至差動放大器Diff-AMP的第一和第二偵測信號、及從差動放大器Diff-AMP輸出的差動信號之間的關係之時序圖。
第12圖所示之寬動態範圍模式之運作係由將寬動態範圍模式信號(如同控制信號的模式切換信號)輸出給第一實施例中所述之至少部分(垂直暫存器25和共同輸出 電路17’)的輸出電路之控制單元27(第3圖)來執行。
如第12圖及第13圖所示，在寬動態範圍模式的情況中，首先，重置電晶體18在T1之時序時打開，且偵測單元16維持在固定位準。之後，關閉重置電晶體18。偵測單元16藉由感應偵測雜訊，且在垂直訊號線LS上產生雜訊成分。接著，在T2之時序時僅取樣雜訊成分。即，第一開關SW1在T2之時序時開啟，並在固定時間期間保持開啟。接著，在垂直訊號線LS上出現的雜訊成分被輸入至差動放大器Diff-AMP的負端，且被輸入至電容器C。因此，對電容器C充電基於雜訊成分的電位。藉此，在固定週期期間，電容器C保持基於雜訊成分的電位。。因此，即使當第一開關SW1關閉時，充電至電容器C的電位仍能在固定時間期間繼續施加至差動放大器Diff-AMP的負端。
接著，在T3之時序時同時讀取第一像素13a中累積的第一信號電荷及讀取第二像素13b中累積的第二信號電荷。之後，具有基於對應於第一信號電荷的電荷量與第二信號電荷的電荷量之總和的電荷量之電位的偵測信號在垂直訊號線LS上出現。此偵測信號疊加了雜訊成分。
之後，第二和第三開關SW2、SW3在T31之時序時打開，並在固定時間期間保持開啟，如第13圖所示。接著，偵測信號與雜訊成分一起被輸入至差動放大器Diff-AMP的正端。
如上所述，當將基於偵測信號與雜訊成分的電位施加 至差動放大器Diff-AMP的正端時，基於雜訊成分的電位便被施加至負端。
分別施加至差動放大器Diff-AMP的正端之雜訊成分的電位與施加至差動放大器Diff-AMP的負端之雜訊成分的電位是相等的。因此，當第三開關SW3在T31之時序時打開，並在固定時間期間保持開啟時，便只從差動放大器Diff-AMP輸出藉由消除雜訊成分所得到的偵測信號作為差動信號。
接著，參考第14圖來說明能藉由同時進行第一信號電荷之讀取與第二信號電荷之讀取並藉由相加兩信號電荷來實現寬動態範圍模式的理由。
第14圖係用來說明寬動態範圍模式之圖示，且係顯示根據第一實施例之固態影像拾取裝置10的單位格所接收的光量以及從差動放大器Diff-AMP輸出的差動信號之電位之間的關係圖。
如第14圖所示，當只基於第一像素13a來拾取物件影像時，例如，由於第一像素13a具有高敏感度，故即使當從物件接收到的光具有低光量時，第一光二極體11a中的第一信號電荷之電荷量仍會迅速地增加。因此，當只基於第一像素13a來拾取物件影像時，能實現高敏感度模式。
然而，由於第一信號電荷的電荷量在第一像素13a的第一光二極體11a中迅速地增加，故當從物件接收到的光具有高光量時，便飽和第一光二極體11a。因此，當只基 於第一像素13a來拾取物件影像時，動態範圍係窄的。
另一方面，當只基於第二像素13b來拾取物件之影像時，因為第二像素13b具有低敏感度，故第二信號電荷的電荷量在第二像素13b的第二光二極體11b中略微地增加。因此，即使當從物件接收到的光具有高光量時，第二光二極體11b也不容易飽和。亦即，當只基於第二像素13b來拾取物件之影像時，動態範圍係寬的。
然而，由於第二信號電荷的電荷量在第二像素13b的第二光二極體11b中略微地增加，故當從物件接收到的光具有低光量時，第二信號電荷的電荷量會在第二光二極體11b中略微地增加。因此，當只基於第二像素13b來拾取物件之影像時，敏感度便減少。
另一方面，當第一信號電荷與第二信號電荷相加時，即使當從物件接收到的光具有低光量時，由於第一信號電荷的電荷量在第一光二極體11a中迅速地增加，因此能在高敏感度中拾取物件之影像。
再者，即使當從物件接收到的光具有高光量時，由於第二信號電荷的電荷量在第二光二極體11b中增加，因此能實現與當只基於第二像素13b來拾取物件影像時相同的動態範圍。
因此，藉由同時進行第一信號電荷之讀取與第二信號電荷之讀取並藉由相加兩者信號電荷能實現寬動態範圍模式。
以此方式，可配置能選擇性地實現移動偵測模式或寬 動態範圍模式的固態影像拾取裝置10、30、40之任一者來應用於非觸控面板50作為第四實施例之固態影像拾取系統50。例如，能有效地將能選擇性地實現移動偵測模式或寬動態範圍模式的固態影像拾取裝置10、30、40之任一者應用於具有用來拾取靜止影像之影像的照相機功能之非觸控面板50。
(寬動態範圍模式之修改)
第15圖係顯示用來實現寬動態範圍模式之根據第一實施例之固態影像拾取裝置之其他修改之平面圖。根據第15圖所示之修改之固態影像拾取裝置60係與根據第一實施例之固態影像拾取裝置10相同，因為固態影像拾取裝置60具有以具有大型第一微透鏡64a之高敏感度的第一像素61a、及具有小於第一微透鏡64a之第二微透鏡64b之低敏感度的第二像素61b來配置的單位格62。然而，固態影像拾取裝置60與固態影像拾取裝置10的不同處在於第一像素61a的第一光二極體63a小於第二像素61b的第二光二極體63b。
單位格62中包括的第一與第二讀取閘極15a、15b、偵測單元16、單位格的輸出電路17、重置電晶體18、和汲極19係以與根據第一實施例之固態影像拾取裝置10類似的方式來配置。
藉由與根據第一實施例之固態影像拾取裝置10類似的方式來操作影像拾取方法，固態影像拾取裝置60也能 實現移動偵測模式。
藉由與根據第一實施例之固態影像拾取裝置10類似的方式來操作寬動態範圍模式之影像拾取方法，固態影像拾取裝置60也能實現寬動態範圍模式。然而，就根據修改之固態影像拾取裝置60而言，可能實現比根據第一實施例之固態影像拾取裝置10(第1圖)還大的寬動態範圍模式。下面將說明其理由。
第16圖係顯示固態影像拾取裝置60的單位格62接收的光量，與從差動放大器Diff-AMP輸出的差動信號之電位之間的關係圖。
當如第15圖所示形成小的第一像素61a之第一光二極體63a時，第一像素61a的飽和度便減少，如第16圖所示，因此，第一像素61a的動態範圍會變小。然而，當形成大的第二像素61b之第二光二極體63b時，則第二像素61b的飽和度便增加，如第16圖所示，因此，第二像素61b的動態範圍會變大。
因為在寬動態範圍模式之情況下的動態範圍係與第二像素61b的動態範圍相同，因此依照根據修改之固態影像拾取裝置60，能實現比根據第一實施例之固態影像拾取裝置10之寬動態範圍模式更寬的動態範圍。
儘管已說明某些實施例，但僅藉由舉例來呈現這些實施例，且不會限制本發明之範疇。更確切地說，本文所述之新穎實施例能以各種其他形式來具體化；再者，在不違背本發明之精神下可依據本文所述之實施例的形式作出各 種省略、替代及變化。所附之申請專利範圍及其等效之範圍係用來涵括上述形式或修改，其會落在本發明之範疇及精神內。
10‧‧‧固態影像拾取裝置
13a‧‧‧第一像素
13b‧‧‧第二像素
14‧‧‧單位格
11a‧‧‧第一光二極體
12a‧‧‧第一微透鏡
11b‧‧‧第二光二極體
12b‧‧‧第二微透鏡
15a‧‧‧第一讀取閘極
15b‧‧‧第二讀取閘極
16‧‧‧偵測單元
17‧‧‧輸出電路
18‧‧‧重置電晶體
19‧‧‧汲極
20‧‧‧半導體基板
21‧‧‧氧化膜
22‧‧‧佈線層
23‧‧‧佈線
24‧‧‧絕緣體
AMPTr‧‧‧放大器電晶體
ADDRESSTr‧‧‧位址電晶體
LS‧‧‧垂直信號線
LOADTr‧‧‧負載電晶體
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
Diff-AMP‧‧‧差動放大器
17’‧‧‧共同輸出電路
LR1‧‧‧第一引線
LR2‧‧‧第二引線
25‧‧‧垂直暫存器
LRS‧‧‧重置線
C‧‧‧電容器
26‧‧‧影像形成單元
27‧‧‧控制單元
30‧‧‧固態影像拾取裝置
40‧‧‧固態影像拾取裝置
41a‧‧‧第一像素
41b‧‧‧第二像素
42‧‧‧單位格
43a‧‧‧第一微透鏡
43b‧‧‧第二微透鏡
R1‧‧‧紅色濾色器
R2‧‧‧紅色濾色器
Gr1‧‧‧綠色濾色器
Gr2‧‧‧綠色濾色器
Gb1‧‧‧綠色濾色器
Gb2‧‧‧綠色濾色器
B1‧‧‧藍色濾色器
B2‧‧‧藍色濾色器
44a‧‧‧第一光二極體
44b‧‧‧第二光二極體
45a‧‧‧第一讀取閘極
45b‧‧‧第二讀取閘極
46‧‧‧偵測單元
47‧‧‧輸出電路
48‧‧‧重置電晶體
49‧‧‧汲極
LSGr‧‧‧垂直信號線
LSB‧‧‧垂直信號線
LSGb‧‧‧垂直信號線
LSR‧‧‧垂直信號線
LH1‧‧‧水平信號線
LH2‧‧‧水平信號線
50‧‧‧固態影像拾取系統
50‧‧‧非觸控面板
51‧‧‧顯示器
52‧‧‧框架單元
53‧‧‧照相機
60‧‧‧固態影像拾取裝置
61a‧‧‧第一像素
61b‧‧‧第二像素
62‧‧‧單位格
63a‧‧‧第一光二極體
63b‧‧‧第二光二極體
64a‧‧‧第一微透鏡
64b‧‧‧第二微透鏡
第1圖係顯示根據第一實施例之固態影像拾取裝置之相關組件之平面圖；第2圖係沿著第1圖之虛線X-X’之固態影像拾取裝置之部分剖面圖；第3圖係固態影像拾取裝置之等效電路，包括第一實施例中的固態影像拾取裝置之單位格，及與複數個單位格共同排列的共同輸出電路；第4圖係顯示第一像素13a與第二像素13b的光電轉換週期、及像素13a中累積的第一信號電荷之電荷量與像素13b中累積的第二信號電荷之電荷量之間的關係之說明圖；第5圖係顯示在移動偵測模式中，位址電晶體、重置電晶體、第一讀取閘極、和第二讀取閘極的運作、與在垂直信號線上出現之偵測信號之間的關係之時序圖；第6圖係顯示在移動偵測模式中，第一至第三開關的運作、與輸入至差動放大器的偵測信號及從差動放大器輸出的差動信號之間的關係之時序圖；第7A至7F圖係用來說明移動偵測模式之說明圖，且第7A圖顯示待被拾取影像的移動之指尖，第7B圖顯 示當只基於第一像素來拾取指尖影像時的輸出影像，第7C圖顯示第7B圖之反向影像，第7D圖顯示當只基於第二像素來拾取指尖影像時的輸出影像，第7E圖顯示從沿著第7A圖之虛線A-A’的線上之每格輸出的偵測信號之電位位準，及第7F圖顯示根據本實施例之固態影像拾取裝置所輸出的影像；第8圖係顯示根據第二實施例之固態影像拾取裝置之相關組件之平面圖；第9圖係顯示根據第三實施例之固態影像拾取裝置之相關組件之平面圖；第10圖係顯示根據第四實施例之固態影像拾取裝置之相關組件之平面圖；第11圖係顯示根據第四實施例之固態影像拾取裝置之相關組件之側視圖；第12圖係顯示在寬動態範圍模式中，位址電晶體、重置電晶體、第一讀取閘極、和第二讀取閘極的運作、與在垂直信號線上出現之偵測信號之間的關係之時序圖；第13圖係顯示在寬動態範圍模式中，第一至第三開關的運作、與輸入至差動放大器的偵測信號及從差動放大器輸出的差動信號之間的關係之時序圖；第14圖係用來說明寬動態範圍模式的圖示，且係顯示根據第一實施例之固態影像拾取裝置的單位格接收的光量與從差動放大器輸出的差動信號之電位之間的關係圖；第15圖係顯示用來實現寬動態範圍模式之固態影像 拾取裝置之其他修改之平面圖；及第16圖係藉由第15圖所示之固態影像拾取裝置來說明寬動態範圍模式之圖示，並係顯示固態影像拾取裝置的單位格接收的光量與從差動放大器輸出的差動信號之電位之間的關係圖。
10‧‧‧固態影像拾取裝置
13a‧‧‧第一像素
13b‧‧‧第二像素
14‧‧‧單位格
11a‧‧‧第一光二極體
12a‧‧‧第一微透鏡
11b‧‧‧第二光二極體
12b‧‧‧第二微透鏡
15a‧‧‧第一讀取閘極
15b‧‧‧第二讀取閘極
16‧‧‧偵測單元
17‧‧‧輸出電路
18‧‧‧重置電晶體
19‧‧‧汲極

Claims (20)

  1. 一種固態影像拾取裝置，包含：一第一像素，具有一第一光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第一信號電荷、及一在該第一光二極體上形成的第一微透鏡；一第二像素，具有一第二光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第二信號電荷、及一在該第二光二極體上形成且小於該第一微透鏡的第二微透鏡，且進一步具有該第一像素之1/n倍的敏感度以及該第一像素之n倍的光電轉換週期；及一輸出電路，輸出基於該第一信號電荷之電荷量的一第一偵測信號與基於該第二信號電荷之電荷量的一第二偵測信號之差異的一差動信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之固態影像拾取裝置，包含複數個各包括該第一像素與該第二像素的單位格，其中該些單位格係排成格子狀。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之固態影像拾取裝置，包含複數個各包括該第一像素與該第二像素的單位格，其中該些單位格係排成陣列以致於複數個第一微透鏡與複數個第二微透鏡分別排成棋盤狀。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之固態影像拾取裝置，包含複數個單位格，各包括：具有濾色器的該第一像素，其使紅色、藍色、和綠色之任一顏色在該第一光二極體與該第一微透鏡之間傳送、 及具有濾色器的該第二像素，其使與該第一像素持有之濾色器所傳送之顏色相同的顏色在該第二光二極體與該第二微透鏡之間傳送，其中該些單位格係排成陣列以致於該些濾色器為一拜耳陣列。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之固態影像拾取裝置，其中該輸出電路包括：一偵測單元，累積該第一信號電荷和該第二信號電荷，一放大器電晶體，基於在該偵測單元中累積的該第一信號電荷之電荷量將該第一信號電荷轉成該第一偵測信號，並基於在該偵測單元中累積的該第二信號電荷之電荷量將該第二信號電荷轉成該第二偵測信號，及一差動放大器，具有一連接該放大器電晶體的反向輸入端，其中該第一偵測信號輸入到該反向輸入端、一連接該放大器電晶體的非反向輸入端，其中該第二偵測信號輸入到該非反向輸入端、及一輸出端，其輸出該差動信號作為該第一偵測信號與該第二偵測信號之差異。
  6. 一種固態影像拾取系統，具有一固態影像拾取裝置，包含：一第一像素，具有一第一光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第一信號電荷、及一在該第一 光二極體上形成的第一微透鏡；一第二像素，具有一第二光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第二信號電荷、及一在該第二光二極體上形成且小於該第一微透鏡的第二微透鏡，且進一步具有該第一像素之1/n倍的敏感度以及該第一像素之n倍的光電轉換週期；一輸出電路，輸出基於該第一信號電荷之電荷量的一第一偵測信號與基於該第二信號電荷之電荷量的一第二偵測信號之差異的一差動信號；及一影像形成單元，基於從該輸出電路輸出的該差動信號形成一影像，其中若光係由一靜止物件反射的反射光，則該固態影像拾取系統基於變得彼此相同之該第一偵測信號和該第二偵測信號，使該輸出電路輸出零作為該差動信號，及若光係由一移動物件反射的反射光，則基於變得彼此不同之該第一偵測信號和該第二偵測信號，藉由使該輸出電路輸出兩偵測信號之差值作為該差動信號，並藉由使該影像形成單元基於該差值來形成該影像以偵測該物件的移動。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之固態影像拾取系統，具有複數個該固態影像拾取裝置。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之固態影像拾取系統，更包含一顯示單元，顯示該影像形成單元所形成的該影像。
  9. 一種固態影像拾取裝置，包含：一第一像素，具有一第一光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第一信號電荷、及一在該第一光二極體上形成的第一微透鏡；一第二像素，具有一第二光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第二信號電荷、及一在該第二光二極體上形成且小於該第一微透鏡的第二微透鏡，且進一步具有該第一像素之1/n倍的敏感度；一輸出電路，基於該第一信號電荷之電荷量與該第二信號電荷之電荷量輸出一信號；及一控制單元，藉由提供一模式切換信號給該輸出電路來控制該輸出電路的運作，其中該輸出電路基於該第一信號電荷之電荷量與該第二信號電荷之電荷量之總和或差值並基於該模式切換信號來輸出該信號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之固態影像拾取裝置，其中該輸出電路包括：一第一讀取閘極，讀取在該第一光二極體中產生的該第一信號電荷，一第二讀取閘極，讀取在該第二光二極體中產生的該第二信號電荷，一偵測單元，累積由該第一讀取閘極讀取的該第一信號電荷和由該第二讀取閘極讀取的該第二信號電荷， 一放大器電晶體，基於在該偵測單元中累積的該第一信號電荷之電荷量將該第一信號電荷轉成該第一偵測信號，並基於在該偵測單元中累積的該第二信號電荷之電荷量將該第二信號電荷轉成該第二偵測信號、及一差動放大器，具有一經由一第一開關連接該放大器電晶體的反向輸入端、一經由該放大器電晶體連接一第二開關的非反向輸入端、及一輸出端，其中該模式切換信號係用來控制該第一讀取閘極、該第二讀取閘極、該第一開關、及該第二開關的運作。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之固態影像拾取裝置，其中該模式切換信號是一移動偵測模式信號或一寬動態範圍模式信號，且若該模式切換信號是該移動偵測模式信號，則使用該模式切換信號來控制該第一讀取閘極和該第二讀取閘極使得該第二像素的光電轉換週期變成該第一像素的光電轉換週期的n倍，並且亦使用該模式切換信號來控制該第一開關和該第二開關使得將該第一偵測信號輸入到該差動放大器的該反向輸入端，並將該第二偵測信號輸入到該差動放大器的該非反向輸入端，且該差動放大器的該輸出端輸出對應於該第一偵測信號與該第二偵測信號之差異的該信號。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之固態影像拾取裝 置，其中該模式切換信號是一移動偵測模式信號或一寬動態範圍模式信號，且若該模式切換信號是該寬動態範圍模式信號，則使用該模式切換信號來控制該第一讀取閘極和該第二讀取閘極使得該第二像素的光電轉換週期變得比該第一像素的光電轉換週期長，並且亦使用該模式切換信號來控制該第一開關和該第二開關使得將該第一偵測信號和該第二偵測信號的總和輸入到該差動放大器的該非反向輸入端，其中該差動放大器的該輸出端輸出對應於該第一偵測信號與該第二偵測信號之總和的該信號。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之固態影像拾取裝置，其中該第一光二極體大於該第二光二極體。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之固態影像拾取裝置，其中該第一光二極體小於該第二光二極體。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之固態影像拾取裝置，具有複數個各包括該第一像素與該第二像素的單位格，其中該些單位格係排成格子狀。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之固態影像拾取裝置，具有複數個各包括該第一像素與該第二像素的單位格，其中該些單位格係排成陣列以致於複數個第一微透鏡與複數個第二微透鏡分別排成棋盤狀。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之固態影像拾取裝置 ，包含複數個單位格，各包括：具有濾色器的該第一像素，其使紅色、藍色、和綠色之任一顏色在該第一光二極體與該第一微透鏡之間傳送、及具有濾色器的該第二像素，其使與該第一像素持有之濾色器所傳送之顏色相同的顏色在該第二光二極體與該第二微透鏡之間傳送，其中該些單位格係排成陣列以致於該些濾色器為一拜耳陣列。
  18. 一種固態影像拾取系統，具有一固態影像拾取裝置，包含：一第一像素，具有一第一光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第一信號電荷、及一在該第一光二極體上形成的第一微透鏡；一第二像素，具有一第二光二極體，其藉由接收光並透過光電地轉換光來產生一第二信號電荷、及一在該第二光二極體上形成且小於該第一微透鏡的第二微透鏡，且進一步具有該第一像素之1/n倍的敏感度；一輸出電路，基於該第一信號電荷之電荷量與該第二信號電荷之電荷量輸出一信號；一控制單元，藉由提供一模式切換信號給該輸出電路來控制該輸出電路的運作；及一影像形成單元，基於從該輸出電路輸出的該信號形成一影像，其中 若該輸出電路從該控制單元收到一移動偵測模式信號作為該模式切換信號且若光係由一靜止物件反射的反射光，則該固態影像拾取系統根據變得彼此相同之基於該第一信號電荷之電荷量的該第一偵測信號和基於該第二信號電荷之電荷量的該第二偵測信號，使該輸出電路輸出零作為該信號，若該輸出電路從該控制單元收到該移動偵測模式信號作為該模式切換信號且若光係由一移動物件反射的反射光，則該固態影像拾取系統基於變得不同之該第一偵測信號和該第二偵測信號，使該輸出電路輸出該第一偵測信號和該第二偵測信號之一差值作為該信號，並藉由使該影像形成單元基於該差值來形成該影像以偵測該物件的移動，若該輸出電路從該控制單元收到一寬動態範圍模式信號作為該模式切換信號，則該固態影像拾取系統基於該第一信號電荷之電荷量與該第二信號電荷之電荷量的總和來使該輸出電路輸出該信號，並根據基於該總和的信號使該影像形成單元形成並輸出該影像。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之固態影像拾取系統，具有複數個該固態影像拾取裝置。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之固態影像拾取系統，更包含一顯示單元，顯示該影像形成單元所形成的該影像。
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