固态摄像器和固态摄像系统技术方案

本发明专利技术涉及固态摄像器和固态摄像系统。某些实施例提供了包括第一像素、第二像素和输出电路的固态摄像器。所述第一像素具有第一光电二极管以及在所述光电二极管之上形成的第一微透镜。所述第二像素具有第二光电二极管以及在所述第二光电二极管之上形成并小于所述第一微透镜的第二微透镜。进一步地，所述第二像素具有所述第一像素的1/n倍的敏感性和所述第一像素的n倍的光电转换周期。所述输出电路输出基于所述第一信号电荷的电荷量的第一检测信号和基于所述第二信号电荷的电荷量的第二检测信号之差的差分信号。

【技术实现步骤摘要】
固态摄像器和固态摄像系统相关申请的交叉引用本申请基于并主张2011年9月22日在日本提交的编号为2011-207448的先前日本专利申请中的优先利益；该申请的全部内容在此弓I入作为参考。
在此描述的实施例一般地涉及固态摄像器和固态摄像系统。
技术介绍
近几年，光学系统非触摸面板作为个人计算机和便携式终端的输入单元不断发展。通过使用非触摸面板，无需指尖触摸显示面板便可输入字符和绘制图画。对于光学系统非触摸面板，可以减少对显示面板表面的污染，因为指尖不与显示面板接触。进一步地， 对于光学系统非触摸面板，无需使用检测指尖与显示面板的接触的透明电极，因为通过检测指尖的移动来输入字符和绘制图画。因此，可以减少因透明电极吸收光而导致的显示面板亮度降低。进一步地，在游戏领域中，作为将个人意志传递给机器的单元，推出了一种系统， 可以通过对玩家移动进行光学识别，更改屏幕上出现的玩家移动或将玩家移动更改为对球的反应。应用于非触摸面板和所述系统的相机使用CMOS传感器或CCD传感器作为固态摄像器。例如，CMOS传感器具有多 个以格栅形状排列的像素，所述像素的大小相同并且敏感性也相同。例如，当使用应用此类CMOS传感器的相机检测诸如指尖之类的物体的移动时， 有必要使用移动检测信号处理电路来执行下面的信号处理。也就是说，拍摄包括在每个预定时间间隔中移动的物体的预定区域的图像，然后使用所述移动检测信号处理电路比较所拍摄的图像。通过对这些图像进行相互比较，检测物体的移动方向和物体的移动距离。这样便可检测物体的移动。但是，由于该信号处理是一个基于图像间比较的过程，因此存在所述过程很复杂并且处理时间也很长的问题。
技术实现思路
某些实施例提供了包括第一像素、第二像素和输出电路的固态摄像器。所述第一像素具有通过接收光并光电转换所述光以产生第一信号电荷的第一光电二极管，以及在所述第一光电二极管之上形成的第一微透镜。所述第二像素具有通过接收光并光电转换所述光以产生第二信号电荷的第二光电二极管，以及在所述第二光电二极管之上形成并小于所述第一微透镜的第二微透镜。进一步地，所述第二像素具有所述第一像素的I/η倍的敏感性和所述第一像素的η倍的光电转换周期。所述输出电路输出基于所述第一信号电荷的电荷量的第一检测信号和基于所述第二信号电荷的电荷量的第二检测信号之差的差分信号。某些实施例提供了包括固态摄像器的固态摄像系统，所述固态摄像器包括第一像素、第二像素、输出电路和图像形成单元。所述第一像素具有通过接收光并光电转换所述光以产生第一信号电荷的第一光电二极管，以及在所述第一光电二极管之上形成的第一微透镜。所述第二像素具有通过接收光并光电转换所述光以产生第二信号电荷的第二光电二极管，以及在所述第二光电二极管之上形成并小于所述第一微透镜的第二微透镜。进一步地， 所述第二像素具有所述第一像素的I/η倍的敏感性和所述第一像素的η倍的光电转换周期。所述输出电路输出基于所述第一信号电荷的电荷量的第一检测信号和基于所述第二信号电荷的电荷量的第二检测信号之差的差分信号。所述图像形成单元基于从所述输出电路输出的差分信号形成图像。如果所述光照为由静止物体反射的反射光，则所述固态摄像系统基于变为彼此相等的所述第一检测信号和所述第二检测信号而使所述输出电路输出零作为差分信号，如果所述光为由移动物体反射的反射光，则所述固态摄像系统基于变为彼此不同的所述第一检测信号和所述第二检测信号，通过使所述输出电路输出这两个检测信号之间的差值作为差分信号，并且通过使所述图像形成单元基于所述差值形成图像来检测物体的移动。某些实施例提供了包括第一像素、第二像素、输出电路和控制单元的固态摄像器。 所述第一像素具有通过接收光并光电转换所述光以产生第一信号电荷的第一光电二极管， 以及在所述第一光电二极管之上形成的第一微透镜。所述第二像素具有通过接收光并光电转换所述光以产生第二信号电荷的第二光电二极管，以及在所述第二光电二极管之上形成并小于所述第一微透镜的第二微透镜。进一步地，所述第二像素具有所述第一像素的1/η 倍的敏感性。所述输出电路输出基于所述第一信号电荷的电荷量和所述第二信号电荷的电荷量的信号。所述控制单元通过为所述输出电路提供模式切换信号来控制所述输出电路的操作。所述输出电路输出基于所述第一信号电荷的电荷量和所述第二信号电荷的电荷量之和或之差的信号。某些实施例提供了包括固态摄像器的固态摄像系统，所述固态摄像器包括第一像素、第二像素、输出电路和图像形成单元。所述第一像素具有通过接收光并光电转换所述光以产生第一信号电荷的第一光电二极管，以及在所述第一光电二极管之上形成的第一微透镜。所述第二像素具有通过接收光并光电转换所述光以产生第二信号电荷的第二光电二极管，以及在所述第二光电二极管之上形成并小于所述第一微透镜的第二 微透镜，其进一步具有所述第一像素的I/η倍的敏感性。所述输出电路输出基于所述第一信号电荷的电荷量和所述第二信号电荷的电荷量的信号。所述控制单元通过为所述输出电路提供模式切换信号来控制所述输出电路的操作。所述图像形成单元基于从所述输出电路输出的信号形成图像并且输出所述图像。如果所述输出电路从所述控制单元接收移动检测模式信号作为模式切换信号并且如果所述光为静止物体反射的反射光，则所述固态摄像系统根据变为彼此相等的基于所述第一信号电荷的电荷量的所述第一检测信号和基于所述第二信号电荷的电荷量的所述第二检测信号而使所述输出电路输出零作为信号。如果所述输出电路从所述控制单元接收移动检测模式信号作为模式切换信号并且如果所述光为由移动物体反射的反射光，则所述固态摄像系统基于变为相互不同的所述第一检测信号和所述第二检测信号， 通过使所述输出电路输出所述两个检测信号之间的差值作为信号，并且通过使所述图像形成单元基于所述差值形成图像来检测物体的移动。如果所述输出电路从所述控制单元接收宽动态范围模式信号作为模式切换信号，则所述固态摄像系统使所述输出电路输出基于所述第一信号电荷的电荷量和所述第二信号电荷的电荷量之和的信号，并且使所述图像形成单元根据基于所述和的信号形成图像。附图说明图1是示出根据第一实施例的固态摄像器的相关部件的平面图2是沿着图1中的虚线X-X'的固态摄像器的局部剖视图3是固态摄像器的等效电路，其中包括第一实施例中的固态摄像器的单位基元，以及多个单位基元共同的排列的公共输出电路；图4是示出第一像素13a和第二像素13b的光电转换周期和在像素13a中蓄积的第一信号电荷的电荷量和在像素13b中蓄积的第二信号电荷的电荷量之间的关系的说明图5是示出移动检测模式中地址晶体管、重置晶体管、第一读取门及第二读取门的操作和垂直信号线中出现的检测信号之间的关系的时序图6是示出移动检测模式中第一至第三开关的操作和输入差分放大器的检测信号及从差分放大器输出的差分信号之间的关系的时序图7A-7F是用于解释移动检测模式的说明图，并且图7A示出要拍摄图像的移动的指尖，图7B示出仅基于第一像素拍摄指尖图像时的输出图像，图7C示出图7B的倒置图像；图7D示出仅基于第二像素拍摄指尖图像时的输出图像，图7E示出从沿着图7A中的虚线A-A'的线上每个基元输出的检测信号的电势水平，以及图7F示出根据本实施例的固态摄像器的输出图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态摄像器，包括：第一像素，其具有通过接收光并光电转换所述光以产生第一信号电荷的第一光电二极管，以及在所述第一光电二极管之上形成的第一微透镜；第二像素，其具有通过接收光并光电转换所述光以产生第二信号电荷的第二光电二极管，以及在所述第二光电二极管之上形成并小于所述第一微透镜的第二微透镜，其进一步具有所述第一像素的1/n倍的敏感性和所述第一像素的n倍的光电转换周期；以及输出电路，用于输出基于所述第一信号电荷的电荷量的第一检测信号和基于所述第二信号电荷的电荷量的第二检测信号之差的差分信号。

【技术特征摘要】
2011.09.22 JP 207448/20111.一种固态摄像器，包括 第一像素，其具有通过接收光并光电转换所述光以产生第一信号电荷的第一光电二极管，以及在所述第一光电二极管之上形成的第一微透镜； 第二像素，其具有通过接收光并光电转换所述光以产生第二信号电荷的第二光电二极管，以及在所述第二光电二极管之上形成并小于所述第一微透镜的第二微透镜，其进一步具有所述第一像素的I/η倍的敏感性和所述第一像素的η倍的光电转换周期；以及 输出电路，用于输出基于所述第一信号电荷的电荷量的第一检测信号和基于所述第二信号电荷的电荷量的第二检测信号之差的差分信号。2.如权利要求1中所述的固态摄像器，包括多个单位基元，其中每个单位基元包括第一像素和第二像素，其中 所述单位基元以格栅形状排列。3.如权利要求1中所述的固态摄像器，包括多个单位基元，其中每个单位基元包括第一像素和第二像素，其中 所述单位基元被排列为使得多个所述第一微透镜和多个所述第二微透镜分别以格子形状排列。4.如权利要求3中所述的固态摄像器，包括多个单位基元，其中每个单位基元包括 第一像素，其具有导致在所述第一光电二极管和所述第一微透镜之间传输红、蓝和绿中任一颜色的颜色滤光器，以及 第二像素，其具有导致在所述第二光电二极管和所述第二微透镜之间传输与所述第一像素所具有的颜色滤光器的颜色相同的颜色的颜色滤光器，其中所述单位基元被排列为使得所述颜色滤光器在拜耳阵列中。5.如权利要求1中所述的固态摄像器，其中 所述输出电路包括 检测单元，用于蓄积所述第一信号电荷和所述第二信号电荷， 放大器晶体管，用于基于所述检测单元中蓄积的所述第一信号电荷的电荷量将所述第一信号电荷转化为所述第一检测信号，以及基于所述检测单元中蓄积的所述第二信号电荷的电荷量将所述第二信号电荷转化为所述第二检测信号，以及 差分放大器，其具有与所述放大器晶体管相连并且用于输入所述第一检测信号的反相输入端、与所述放大器晶体管相连并且用于输入所述第二检测信号的同相输入端以及输出作为所述第一检测信号和所述第二检测信号之差的所述差分信号的输出端。6.一种具有固态摄像器的固态摄像系统，包括 第一像素，其具有通过接收光并光电转换所述光以产生第一信号电荷的第一光电二极管，以及在所述第一光电二极管之上形成的第一微透镜； 第二像素，其具有通过接收光并光电转换所述光以产生第二信号电荷的第二光电二极管，以及在所述第二光电二极管之上形成并小于所述第一微透镜的第二微透镜，其进一步具有所述第一像素的I/η倍的敏感性和所述第一像素的η倍的光电转换周期； 输出电路，用于输出基于所述第一信号电荷的电荷量的第一检测信号和基于所述第二信号电荷的电荷量的第二检测信号之差的差分信号；以及 图像形成单元，用于根据从所述输出电路输出的差分信号形成图像，其中如果所述光为由静止物体反射的反射光，则所述固态摄像系统基于变为彼此相等的所述第一检测信号和所述第二检测信号而使所述输出电路输出零作为所述差分信号，以及如果所述光照为由移动物体反射的反射光，则基于变为彼此不同的所述第一检测信号和所述第二检测信号，通过使所述输出电路输出这两个检测信号之间的差值作为所述差分信号，并且通过使所述图像形成单元基于所述差值形成图像来检测物体的移动。7.如权利要求6中所述的固态摄像系统，其具有多个固态摄像器。8.如权利要求6中所述的固态摄像系统，进一步包括显示所述图像形成单元形成的图像的显示单元。9.一种固态摄像器，包括 第一像素，其具有通过接收光并光电转换所述光以产生第一信号电荷的第一光电二极管，以及在所述第一光电二极管之上形成的第一微透镜； 第二像素，其具有通过接收光并光电转换所述光以产生第二信号电荷的第二光电二极管，以及在所述第二光电二极管之上形成并小于所述第一微透镜的第二微透镜，其进一步具有所述第一像素的1/n倍的敏感性； 输出电路，用于输出基于所述第一信号电荷的电荷量和所述第二信号电荷的电荷量的信号；以及 控制单元，用于通过为所述输出电路提供模式切换信号来控制所述输出电路的操作，其中 所述输出电路基于所述模式切换信号，输出基于所述第一信号电荷的电荷量和所述第二信号电荷的电荷量之和或之差的信号。10.如权利要求9中所述的固态摄像器，其中 所述输出电路包括 第一读取门，用于读取在所述第一光电二极管中产生的所述第一信号电荷， 第二读取门，用于读取在所述第二光电二极管中产生的所述第二信号电荷， 检测单元，用于蓄积所述第一读取门所读取的所述第一信号电荷和所述第二读取门所读取的所述第二信号电荷， 放大器晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：关根弘一，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：