專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在例如攝像機(jī)、數(shù)字靜止照相機(jī)、圖像掃描儀用的圖像輸入裝置中廣泛使用的固態(tài)攝像裝置。
背景技術(shù)：
近年來，為提高分辨率，一方面集中精力于縮小采用微細(xì)化工序的光電變換元件的單元尺寸，另一方面，因?yàn)楣怆娮儞Q信號(hào)的輸出低下，引人注目的是可以將光電變換信號(hào)放大輸出的放大型固態(tài)攝像裝置。這種放大型固態(tài)攝像裝置中有MOS型，AMI，CMD，BASIS等。其中，MOS型是將由光電二極管產(chǎn)生的光載體蓄積于MOS晶體管的柵極，按照掃描電路發(fā)出的驅(qū)動(dòng)定時(shí)，將該電位變化進(jìn)行電荷放大而輸出到輸出單元。近年來，在此MOS型中，光電變換單元，包含該外圍電路單元，全部都由CMOS工序?qū)崿F(xiàn)的CMOS型固態(tài)攝像裝置特別受到注目。


圖12示出現(xiàn)有的CMOS型固態(tài)攝像裝置的框圖。在圖12中，1是像素單元，2是用來進(jìn)行垂直掃描的垂直掃描電路塊，D11～D33是光電二極管，M211～M233是用來將光電二極管的電荷復(fù)位的復(fù)位MOS M211～M233，M311～M333是用來放大光電二極管的電荷的放大MOS，M411～M433是用來進(jìn)行行選擇的選擇MOS，V1～V3是垂直信號(hào)線，M51～M53是作為放大MOS的負(fù)載的負(fù)載MOS，M50是用來設(shè)定流過負(fù)載MOS的固定電流的輸入MOS，5是用來設(shè)定輸入MOS的柵極電壓的電壓輸入端子。
下面對(duì)其動(dòng)作予以說明。如果光入射到光電二極管D11～D33，就產(chǎn)生并蓄積光信號(hào)電荷。信號(hào)的讀出由垂直移位寄存器2在垂直掃描的同時(shí)一行一行順序讀入到垂直信號(hào)線V1～V3。首先，如選擇第1行，則選擇MOS M411～M431的柵極PSEL1變?yōu)楦唠娖?，放大MOSM311～M331工作。由此，第1行的信號(hào)讀出到垂直信號(hào)線V1～V3。之后，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1變?yōu)楦唠娖?，蓄積于光電二極管D11～D31上的電荷復(fù)位。之后，選擇第2行，同樣將第2行的信號(hào)讀出到垂直信號(hào)線V1～V3。第3行以后也同樣順序地讀出到垂直信號(hào)線V1～V3。
然而，在上述這種讀出動(dòng)作中，光信號(hào)越大，垂直信號(hào)線V1～V3上的電壓越低。另外，垂直信號(hào)線V1～V3，因?yàn)榕c負(fù)載MOS M51～M53的漏極相連接，如垂直信號(hào)線上的電壓變化，由于MOS晶體管的溝道長調(diào)制效果負(fù)載MOS的電流值變化。因此，在讀出某一行時(shí)流過共用GND線4的電流，因光入射的像素?cái)?shù)或入射的光量而變化。
另一方面，由于芯片尺寸等的制約，GND線4的布線寬度只能取有限值，具有某一阻抗。另外，流過負(fù)載MOS的固定電流的值，由于是通過在輸入MOS M50的柵極和絕對(duì)GND(例如，外部襯底的接地電位)之間施加輸入電壓5而設(shè)定的，由于由GND線4的阻抗和流過的電流所決定的電壓降，設(shè)定電流的值變化，因此，光入射的像素越多，入射的光量越大，GND線4的電壓降越小，負(fù)載MOS的設(shè)定電流越大。
如著眼于某一行，在只在數(shù)個(gè)像素上有強(qiáng)光入射的場合，在沒有光入射的像素(暗像素)中，負(fù)載MOS的電流值也變大，放大MOS的柵極和源極之間的電壓變大。由于這一現(xiàn)象，出現(xiàn)的問題是包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的暗像素的輸出電壓不同，在強(qiáng)光光點(diǎn)入射的圖像處，在光點(diǎn)左右會(huì)產(chǎn)生發(fā)白的帶條。
另外，在具有光學(xué)黑色(OB)像素的固態(tài)攝像裝置中，包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的暗像素及OB像素的輸出電壓不同，也會(huì)引起與上述相同的問題。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于獲得高畫質(zhì)的圖像。
為達(dá)到上述目的，提供一種攝像裝置，包括具有光電變換元件和將上述光電變換元件產(chǎn)生的信號(hào)放大輸出的放大元件的像素，控制流過上述放大元件的電流的負(fù)載晶體管，以及抑制位于上述負(fù)載晶體管的上述放大元件的輸出單元側(cè)的第一主電極區(qū)域的電位變動(dòng)的電位控制元件。
另外，提供一種攝像裝置，包括具有光電變換元件和將上述光電變換元件產(chǎn)生的信號(hào)放大輸出的放大元件的像素，控制流過上述放大元件的電流的負(fù)載晶體管，抑制位于上述負(fù)載晶體管的上述放大元件的輸出單元側(cè)的與第一主電極串聯(lián)的抑制晶體管，以及在從上述放大元件讀出信號(hào)的期間及在不從上述放大元件讀出信號(hào)的期間，都向上述控制晶體管的控制電極區(qū)域施加一定的第一電壓的驅(qū)動(dòng)電路。
本發(fā)明的其他目的和特征可由以下的實(shí)施方案示例得到清楚的了解。
附圖簡述圖1為示出本發(fā)明的第1實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖2為示出第2實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖3為用來說明第2實(shí)施方案的動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖4為示出第3實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖5為示出第4實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖6為示出第5實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖7為示出第6實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖8為用來說明第6實(shí)施方案的動(dòng)作的定時(shí)圖。
圖9為示出第7實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖10為示出第8實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖11為示出第9實(shí)施方案的攝像系統(tǒng)的框圖。
圖12為示出現(xiàn)有技術(shù)的示圖。
實(shí)施發(fā)明的具體方式下面利用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案予以說明。
第1實(shí)施方案圖1為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第1實(shí)施方案的框圖。構(gòu)成上述固態(tài)攝像裝置的各電路元件，是利用半導(dǎo)體集成電路的制造技術(shù)，沒有特殊限制，在單晶硅之類的一個(gè)半導(dǎo)體襯底上形成的。另外，在圖1中，為簡單起見，假設(shè)的是一個(gè)3行3列的像素陣列，但不限定于這一尺寸。
下面利用圖1對(duì)該實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的構(gòu)成予以說明。產(chǎn)生光信號(hào)的光電二極管D11～D33，在此示例中，陽極側(cè)接地。光電二極管D11～D33的陰極側(cè)與放大MOS M311～M333的柵極相連接。另外，在上述放大MOS M311～M333的柵極上連接有用來將其復(fù)位的復(fù)位MOS M211～M233的源極，復(fù)位MOS M211～M233的漏極，與復(fù)位電源相連接。此外，上述放大MOS M311～M333的漏極，連接到用來供給電源電壓的選擇MOS M411～M433。上述復(fù)位MOS M211的柵極，與在橫向方向上延長配置的第1行選擇線(垂直掃描線)PRES1相連接。配置于同一行的其他像素單元的同樣的復(fù)位MOS M221，M231的柵極也共通連接到上述第1行選擇線PRES1。上述選擇MOS M411的柵極，與在橫向方向上延長配置的第2行選擇線(垂直掃描線)PSEL1相連接。配置于同一行的其他像素單元的同樣的選擇MOS M421，M431的柵極也共通連接到上述第2行選擇線PSEL1。這些第1～第2行選擇線，與垂直掃描電路部件2相連接，并根據(jù)后述的動(dòng)作定時(shí)供給信號(hào)電壓。在圖1所示的剩余的行中也設(shè)置同樣構(gòu)成的像素單元和行選擇線。向這些行選擇線供給由上述垂直掃描電路部件2形成的PRES2～PRES3，PSEL2～PSEL3。
上述放大MOS M311的源極，與在縱向方向上延長配置垂直信號(hào)線V1相連接。配置于同一列的其他像素單元的同樣的放大MOSM312，M313的源極也連接到上述垂直信號(hào)線V1。上述垂直信號(hào)線V1，經(jīng)作為固定電壓裝置3的柵極接地MOS M71連接到作為負(fù)載元件的負(fù)載MOS M51。M71的柵極，連接到供給柵極電壓的電壓輸入端子6。在圖1所示的剩余的垂直信號(hào)線V2～V3中也同樣連接放大MOS，柵極接地MOS及負(fù)載MOS。此外，上述負(fù)載MOS M51～M53的源極連接到共通的GND線4，而柵極在與輸入MOS M50的柵極相連接的同時(shí)還連接到輸入端子5。
下面對(duì)動(dòng)作予以說明。如果光入射到光電二極管D11～D33，D33，就產(chǎn)生并蓄積光信號(hào)電荷。信號(hào)的讀出由垂直移位寄存器2在垂直掃描的同時(shí)一行一行順序讀入到垂直信號(hào)線V1～V3。首先，如選擇第1行，則選擇MOS M411～M431的柵極PSEL1變?yōu)楦唠娖剑糯驧OSM311～M331工作。由此，第1行的信號(hào)讀出到垂直信號(hào)線V1～V3。之后，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1變?yōu)楦唠娖?，蓄積于光電二極管D11～D31上的電荷復(fù)位。之后，選擇第2行，同樣將第2行的信號(hào)讀出到垂直信號(hào)線V1～V3。第3行以后也同樣順序地讀出到垂直信號(hào)線V1～V3。
在上述的動(dòng)作中，例如，在讀出第1行時(shí)，即使讀出到各垂直信號(hào)線V1～V3的信號(hào)電壓變化，負(fù)載MOS M51～M53的漏極電壓，由于是由柵極接地MOS M71～M73決定的，不會(huì)改變。因此，在讀出非常大的信號(hào)電荷的場合負(fù)載MOS M51～M53的電流值的變化也可保持很小。所以，由于GND線4的電壓降不會(huì)因?yàn)楣馊肷涞南袼財(cái)?shù)或入射的光量而變化，在讀出任何行的場合負(fù)載MOS M51～M53的設(shè)定電流也會(huì)保持一定。根據(jù)上述構(gòu)成，包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的暗像素(和OB像素)的輸出電壓相等，不會(huì)出現(xiàn)在光點(diǎn)左右會(huì)產(chǎn)生發(fā)白的帶條的問題，可以獲得鮮明的圖像。
第2實(shí)施方案圖2為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第2實(shí)施方案的框圖。第2實(shí)施方案的像素單元1是在第1實(shí)施方案追加要來在光電二極管D11～D33的陰極側(cè)和放大MOS M311～M333的柵極之間傳輸蓄積于光電二極管上的光信號(hào)電荷的傳輸MOS M111～M133而構(gòu)成。
上述M111的柵極，與在橫向方向上延長配置的第3行選擇線(垂直掃描線)PTX1相連接。配置于同一行的其他像素單元的同樣的傳輸MOS M121～M131的柵極也共通連接到上述第3行選擇線PTX1。第3行選擇線也與第1～第2行選擇線一樣，與垂直掃描電路部件2相連接，并根據(jù)后述的動(dòng)作定時(shí)供給信號(hào)電壓。上述以外的像素單元構(gòu)成與圖1相同，對(duì)相同構(gòu)成要素附加的標(biāo)號(hào)相同。
此外，上述垂直信號(hào)線V1，經(jīng)噪聲信號(hào)傳輸開關(guān)M11連接到用來臨時(shí)保持光信號(hào)的電容CTN1，并且同時(shí)經(jīng)光信號(hào)傳輸開關(guān)M21連接到用來臨時(shí)保持光信號(hào)的電容CTS1。噪聲信號(hào)保持電容CTN1與光信號(hào)保持電容CTS1的對(duì)側(cè)端子接地。噪聲信號(hào)傳輸開關(guān)M11和噪聲信號(hào)保持電容CTN1的連接點(diǎn)，以及光信號(hào)傳輸開關(guān)M21和光信號(hào)保持電容CTS1的連接點(diǎn)，分別經(jīng)保持電容復(fù)位開關(guān)M31，M32接地的同時(shí)，還經(jīng)水平傳輸開關(guān)M41，M42連接到用來取得光信號(hào)和噪聲信號(hào)的差的差動(dòng)電路塊8。
水平傳輸開關(guān)M41，M42的柵極共通連接到列選擇線H1而與水平掃描電路塊7相連接。在圖2所示的剩余的列V2～V3中也設(shè)置同樣構(gòu)成的讀出電路。另外，與各列相連接的噪聲信號(hào)傳輸開關(guān)M11～M13、光信號(hào)傳輸開關(guān)M21～M23的柵極分別共通與PTN，PTS相連接，并根據(jù)后述的動(dòng)作定時(shí)分別供給信號(hào)電壓。
下面參照?qǐng)D3對(duì)本實(shí)施方案的動(dòng)作予以說明。在從光電二極管D11～D33讀出光信號(hào)電荷之前，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1變?yōu)楦唠娖?。由此，放大MOS M311～M331的柵極由復(fù)位電源復(fù)位。在復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1返回低電平之后，選擇MOSM411～M431的柵極PSEL1，噪聲信號(hào)傳輸開關(guān)M11～M13的柵極PTN變?yōu)楦唠娖?。由此，?fù)位噪聲疊加，復(fù)位信號(hào)(噪聲信號(hào))讀出到噪聲信號(hào)保持電容CTN1～CTN3。之后，噪聲信號(hào)傳輸開關(guān)M11～M13的柵極PTN返回低電平。
之后，傳輸MOS M111～M131的柵極PTX1變?yōu)楦唠娖?，光電二極管D11～D33的光信號(hào)電荷傳輸?shù)椒糯驧OS M311～M331的柵極。傳輸MOS M111～M131的柵極PTX1返回低電平之后光信號(hào)傳輸開關(guān)M21～M23的柵極PTS變?yōu)楦唠娖?。由此，光信?hào)讀出到光信號(hào)保持電容CTS1～CTS3。之后，光信號(hào)傳輸開關(guān)M21～M23的柵極PTS返回低電平。在到現(xiàn)在為止的動(dòng)作中，與第1行相連接的像素單元的噪聲信號(hào)和光信號(hào)分別由與各列相連接的噪聲信號(hào)保持電容CTN1～CTN3和光信號(hào)保持電容CTS1～CTS3保持。
之后，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1變?yōu)楦唠娖?，光電二極管D11～D33的光信號(hào)電荷復(fù)位。之后，利用水平掃描電路塊發(fā)出的信號(hào)H1～H3，各列的水平傳輸開關(guān)M41～M46的柵極順序地變?yōu)楦唠娖?，噪聲信?hào)保持電容CTN1～CTN3和光信號(hào)保持電容電容CTS1～CTS3中保持的電壓順序地讀出到差動(dòng)電路塊。在差動(dòng)電路塊中，取得光信號(hào)和噪聲信號(hào)的差并順序地輸出到輸出端子OUT。到此為止，與第1行相連接的像素單元的讀出結(jié)束。
之后，在從第2行讀出之前，噪聲信號(hào)保持電容CTN1～CTN3及光信號(hào)保持電容CTS1～CTS3的復(fù)位開關(guān)M31～M36的柵極PCTR變?yōu)楦唠娖?，?fù)原為GND。之后，同樣，利用垂直掃描電路塊發(fā)出的信號(hào)順序地讀出與第2行以后的各行相連接的像素單元的信號(hào)，全部像素單元的讀出結(jié)束。
在上述的動(dòng)作中，例如，在讀出第1行時(shí)，即使讀出到各垂直信號(hào)線V1～V3的信號(hào)電壓變化，負(fù)載MOS M51～M53的漏極電壓，由于是由柵極接地MOS M71～M73決定的，不會(huì)改變。因此，在讀出非常大的信號(hào)電荷的場合負(fù)載MOS M51～M53的電流值的變化也可保持很小。所以，由于GND線4的電壓降不會(huì)因?yàn)楣馊肷涞南袼財(cái)?shù)或入射的光量而變化，在讀出任何行的場合負(fù)載MOS M51～M53的設(shè)定電流也會(huì)保持一定。
根據(jù)上述構(gòu)成，包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的暗像素(OB像素)的輸出電壓相等，不會(huì)出現(xiàn)在光點(diǎn)左右會(huì)產(chǎn)生發(fā)白的帶條的問題，可以獲得鮮明的圖像。
第3實(shí)施方案圖4為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第3實(shí)施方案的框圖。在本實(shí)施方案中，像素單元1的構(gòu)成不同。在此示例中，放大MOSM311～M333的漏極直接與電源相連接。上述放大MOS M311的源極，經(jīng)選擇MOS M411與在縱向方向上延長配置垂直信號(hào)線V1相連接。配置于同一列的像素單元的同樣的放大MOS M312，M313的源極也經(jīng)選擇MOS M412，M413連接到上述垂直信號(hào)線V1。在圖4所示的剩余的垂直信號(hào)線V2～V3中也同樣連接放大MOS及選擇MOS。
本實(shí)施方案的動(dòng)作與第2實(shí)施方案相同，具有同樣的效果。
第4實(shí)施方案圖5為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第4實(shí)施方案的框圖。在本實(shí)施方案中，與第1實(shí)施方案相比，固定電壓裝置3的構(gòu)成不同。在此構(gòu)成中，不需要獨(dú)立給出設(shè)定柵極接地MOS M71～M73的柵極電壓和負(fù)載的固定電流的輸入MOS M50的柵極電壓。
第5實(shí)施方案圖6為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第5實(shí)施方案的框圖。在本實(shí)施方案中，與第1實(shí)施方案相比，固定電壓裝置3的構(gòu)成不同。
第6實(shí)施方案圖7為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第6實(shí)施方案的框圖。本實(shí)施方案的像素單元1，與第3實(shí)施方案中的構(gòu)成相同。垂直信號(hào)線V1，經(jīng)用來分離垂直信號(hào)線V1與負(fù)載的開關(guān)M81和柵極接地MOS M71連接到作為負(fù)載元件的負(fù)載MOS M51。另外，上述垂直信號(hào)線V1經(jīng)用來控制限幅動(dòng)作的開關(guān)M410連接到限幅晶體管M310。在圖7所示的剩余的垂直信號(hào)線V2～V3中也同樣連接放大MOS，開關(guān)，柵極接地MOS，負(fù)載MOS，限幅晶體管及控制開關(guān)。上述開關(guān)M81～M88的柵極及上述柵極接地MOS M71～M73的柵極分別共通連接到控制信號(hào)輸入端子9及供給柵極電壓的電壓輸入端子6，并且上述限幅晶體管M310～M330的柵極及上述控制開關(guān)M410～M430的柵極分別共通連接到限幅電壓輸入端子VCLIP及控制信號(hào)輸入端子PSEL，并根據(jù)后述的動(dòng)作定時(shí)分別供給信號(hào)電壓。上述負(fù)載MOS M51～M53的源極連接到公用GND線4，柵極在連接到輸入MOS M50的同時(shí)還連接到輸入電壓端子5。
此外，上述垂直信號(hào)線V1，經(jīng)箝位電容C01和傳輸開關(guān)M21連接到用來臨時(shí)保持信號(hào)的電容CT1，經(jīng)水平傳輸開關(guān)M41連接到在反饋系統(tǒng)中連接反饋電容CF和復(fù)位開關(guān)的運(yùn)算放大器10的反轉(zhuǎn)端子。運(yùn)算放大器10的正轉(zhuǎn)端子連接到參考電壓VREF。信號(hào)保持電容CT1和開關(guān)M21的連接點(diǎn)經(jīng)箝位開關(guān)M31與電源相連接。
水平傳輸開關(guān)M41的柵極與列選擇線H1相連接而連接到水平掃描電路塊5。在圖7所示的剩余的垂直信號(hào)線V2～V3中也設(shè)置同樣構(gòu)成的讀出電路。另外，與各列相連接的箝位開關(guān)M31～M33的柵極及傳輸開關(guān)M21～M23的柵極分別共通與箝位信號(hào)輸入端子PCOR及傳輸信號(hào)輸入端子PT相連接，并根據(jù)后述的動(dòng)作定時(shí)分別供給信號(hào)電壓。
下面參照?qǐng)D8對(duì)本實(shí)施方案的動(dòng)作予以說明。在從光電二極管D11～D33讀出光信號(hào)電荷之前，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1變?yōu)楦唠娖?。由此，放大MOS M311～M331的柵極由復(fù)位電源復(fù)位。在復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1返回低電平的同時(shí)，開關(guān)M81～M83的柵極控制信號(hào)9變?yōu)楦唠娖剑⑶以隗槲婚_關(guān)M31～M33的柵極PCOR變?yōu)楦唠娖街?，選擇MOS M411～M431的柵極PSEL1及限幅控制信號(hào)PSEL變?yōu)楦唠娖健Ｓ纱?，?fù)位噪聲疊加，復(fù)位信號(hào)(噪聲信號(hào))讀出到垂直信號(hào)線V1～V3，由箝位電容C01～C03箝位。同時(shí)傳輸開關(guān)M21～M23的柵極PT變?yōu)楦唠娖?，信?hào)保持電容CT1～CT3由箝位電壓復(fù)位。之后，箝位開關(guān)M31～M33的柵極PCOR返回低電平。
之后，傳輸MOS M111～M131的柵極PTX1變?yōu)楦唠娖?，光電二極管D11～D33的光信號(hào)電荷，在傳輸?shù)椒糯驧OS M311～M331的柵極的同時(shí)，光信號(hào)讀出到垂直信號(hào)線V1～V3。此時(shí)，限幅晶體管M310～M330由于控制信號(hào)而變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，在放大MOS M311～M331的柵極電壓較箝位電壓VCLIP低的場合，垂直信號(hào)線的電壓由箝位電壓VCLIP決定的電壓箝位。之后，在傳輸MOS M111～M131的柵極PTX1返回到低電位之后，傳輸開關(guān)M221～M23的柵極PT變?yōu)榈碗娢?。由此，將來自?fù)位信號(hào)的變化量(光信號(hào))讀出到信號(hào)保持電容CT1～CT3。在到現(xiàn)在為止的動(dòng)作中，與第1行相連接的像素單元的光信號(hào)由與各列分別相連接的信號(hào)保持電容CT1～CT3保持。
之后，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1及傳輸MOSM111～M131的柵極PTX1變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)M81～M83的柵極控制信號(hào)9變?yōu)榈碗娖?，光電二極管D11～D33的光信號(hào)電荷被復(fù)位。之后，利用水平掃描電路塊發(fā)出的信號(hào)H1～H3，各列的水平傳輸開關(guān)M41～M46的柵極順序地變?yōu)楦唠娖?，在信?hào)保持電容CT1～CT3保持的電壓順序地讀出到運(yùn)算放大器的反饋電容CF并順序地輸出到輸出端子OUT。在讀出各列信號(hào)的間隙期間，利用復(fù)位開關(guān)M0復(fù)位反饋電容CF的電荷。到此為止，與第1行相連接的像素單元的讀出結(jié)束。之后，同樣，利用垂直掃描電路塊發(fā)出的信號(hào)順序地讀出與第2行以后的各行相連接的像素單元的信號(hào)，全部像素單元的讀出結(jié)束。
在上述的動(dòng)作中，例如，在讀出第1行時(shí)，即使讀出到各垂直信號(hào)線V1～V3的信號(hào)電壓變化，負(fù)載MOS M51～M53的漏極電壓，由于是由柵極接地MOS M71～M73決定的，不會(huì)改變。因此，在讀出非常大的信號(hào)電荷的場合負(fù)載MOS M51～M53的電流值的變化也可保持很小。所以，由于GND線4的電壓降不會(huì)因?yàn)楣馊肷涞南袼財(cái)?shù)或入射的光量而變化，在讀出任何行的場合負(fù)載MOS M51～M53的設(shè)定電流也會(huì)保持一定。
根據(jù)上述構(gòu)成，包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的暗像素(OB像素)的輸出電壓相等，不會(huì)出現(xiàn)在光點(diǎn)左右會(huì)產(chǎn)生發(fā)白的帶條的問題，可以獲得鮮明的圖像。
在本實(shí)施方案中，設(shè)置有用來分離垂直信號(hào)線V1與負(fù)載的開關(guān)M81～M83，具有和使輸入到柵極接地MOS M71～M73的柵極的電壓6在柵極接地電壓和GND之間脈沖動(dòng)作的構(gòu)成同樣的效果。
第7實(shí)施方案圖9為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第7實(shí)施方案的框圖。在本實(shí)施方案中，是將像素單元1的構(gòu)成設(shè)定為一維的直線傳感器。像素單元1的構(gòu)成，與第1實(shí)施方案相比，其構(gòu)成不包括用來選擇行的選擇MOS，放大MOS M311～M333的漏極直接與電源相連接。如光入射到光電二極管D11～D33，就在產(chǎn)生并蓄積光信號(hào)電荷的同時(shí)，輸出到放大MOS M311～M333的輸出線V4～V6。之后，復(fù)位MOSM211～M231的柵極PRES變?yōu)楦唠娖?，而蓄積于光電二極管D11～D31的電荷被復(fù)位。
在上述的動(dòng)作中，即使讀出到各垂直信號(hào)線V4～V6的信號(hào)電壓變化，負(fù)載MOS M51～M53的漏極電壓，由于是由柵極接地MOSM71～M73決定的，不會(huì)改變。因此，在讀出非常大的信號(hào)電荷的場合負(fù)載MOS M51～M53的電流值的變化也可保持很小。所以，由于GND線4的電壓降不會(huì)因?yàn)楣馊肷涞南袼財(cái)?shù)或入射的光量而變化，在讀出任何行的場合負(fù)載MOS M51～M53的設(shè)定電流也會(huì)保持一定。
根據(jù)上述構(gòu)成，由于暗像素(及OB像素)的輸出電壓不會(huì)因強(qiáng)光入射的像素?cái)?shù)而變化，所以在后級(jí)無需設(shè)置箝位電路，電路簡單。
在上述第1～7實(shí)施方案中說明的固態(tài)攝像裝置中，在柵極接地MOS M71～M73的柵極上，在從圖像單元內(nèi)的放大MOS向垂直信號(hào)線V1～V3讀出信號(hào)期間，施加一定的電壓V6，而在其外的期間可以不施加電壓，或施加小于電壓V6的電壓V6’，并且在從圖像單元內(nèi)的放大MOS向垂直信號(hào)線V1～V3讀出信號(hào)期間和在其外的期間也可以施加一定的電壓V6。
在前者的場合，因?yàn)橹皇窃诒匦钑r(shí)在柵極接地MOS M71～M73的柵極上施加電壓，可以降低消耗功率。
另外，在后者的場合，由于不需要切換施加的電壓，電路的構(gòu)成簡單。
在上述第1～7實(shí)施方案中說明的固態(tài)攝像裝置，有沒有OB像素的裝置都可以。
第8實(shí)施方案圖10為示出采用上面說明的第1～7實(shí)施方案的任何一個(gè)的固態(tài)攝像裝置的攝像系統(tǒng)的框圖。11是固態(tài)攝像裝置，12是用來控制固態(tài)攝像裝置的輸出信號(hào)的振幅的可編程增益放大器(PGA)，13是AD變換器(ADC)，而14為數(shù)字輸出。在采用上述說明的固態(tài)攝像裝置的場合，由于包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的水平OB像素的輸出不會(huì)變化，不需要對(duì)水平OB箝位，可如圖10那樣以DC直接連接方式構(gòu)成。由此，不會(huì)由于水平OB箝位電平各行之間的偏差而產(chǎn)生的橫線等，可以構(gòu)成由簡潔的電路塊構(gòu)成的高畫質(zhì)的攝像系統(tǒng)。
第9實(shí)施方案圖11為示出將上面說明的第1～7實(shí)施方案的任何一個(gè)的固態(tài)攝像裝置應(yīng)用于攝像系統(tǒng)(靜止攝像機(jī))的場合的框圖。101是兼作透鏡的保護(hù)體和主開關(guān)的鏡頭蓋，102是將被掃描物體光學(xué)成像于固態(tài)攝像元件104的透鏡，103是用來使通過透鏡102的光量可變的光圈，104是將由透鏡102成像的被掃描物體作為圖像信號(hào)收入的固態(tài)攝像裝置，106是對(duì)從固態(tài)攝像裝置104經(jīng)進(jìn)行增益校正等的攝像信號(hào)處理電路105輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)字變換的A/D變換器，107是對(duì)從A/D變換器106輸出到圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行各種校正的同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮的信號(hào)處理單元。另外，108是向固態(tài)攝像元件104，攝像信號(hào)處理單元105，A/D變換器106，信號(hào)處理單元107輸出各種定時(shí)信號(hào)的定時(shí)發(fā)生單元，109是對(duì)各種運(yùn)算和靜止攝像機(jī)整體進(jìn)行控制的整體控制運(yùn)算單元，110是要來臨時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元，111是用來對(duì)記錄媒體進(jìn)行記錄或讀出的接口單元，112是用來對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄或讀出的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等的可拆裝的記錄媒體，113是用來與外部計(jì)算機(jī)等進(jìn)行通信的接口單元。
下面對(duì)上述構(gòu)成的攝影時(shí)的攝像系統(tǒng)的動(dòng)作予以說明。
如對(duì)開鏡頭蓋101就接通主電源，接著接通控制系統(tǒng)的電源，并且接通A/D變換器106等的攝像系統(tǒng)電路的電源。
于是，為了控制曝光量，整體控制運(yùn)算單元109打開光圈103，在將從固態(tài)攝像元件104輸出的信號(hào)在A/D變換器106中變換之后，輸入到信號(hào)處理單元107。整體控制運(yùn)算單元109根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行曝光運(yùn)算。
利用該測光結(jié)果判斷亮度，整體控制運(yùn)算單元109按照該結(jié)果控制光圈。
之后，根據(jù)固態(tài)攝像元件104輸出的信號(hào)，由整體控制運(yùn)算單元109將高頻分量取出計(jì)算到被掃描物體的距離。其后，驅(qū)動(dòng)透鏡判斷焦點(diǎn)是否對(duì)準(zhǔn)，在判斷焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)時(shí)，就再驅(qū)動(dòng)透鏡進(jìn)行測距。
于是，在確定焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)之后就開始曝光。如曝光結(jié)束，就將固態(tài)攝像元件104輸出的圖像信號(hào)在A/D變換器106中進(jìn)行A-D變換，通過信號(hào)處理單元107由整體控制運(yùn)算單元109寫入存儲(chǔ)單元。之后，蓄積于存儲(chǔ)單元110中的數(shù)據(jù)由整體控制運(yùn)算單元109控制通過記錄媒體控制I/F單元記錄于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等可以拆裝的記錄媒體112。另外，也可通過外部I/F單元113直接輸入計(jì)算機(jī)等而進(jìn)行圖像加工。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，包括具有光電變換元件和將上述光電變換元件產(chǎn)生的信號(hào)放大輸出的放大元件的像素，控制流過上述放大元件的電流的負(fù)載晶體管，以及抑制位于上述負(fù)載晶體管的上述放大元件的輸出單元側(cè)的第一主電極區(qū)域的電位變動(dòng)的電位控制元件。
2.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其中上述電位控制元件是在上述第一主電極區(qū)域中串聯(lián)的控制晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其中還包括在從上述放大元件讀出信號(hào)的期間及在不從上述放大元件讀出信號(hào)的期間，都向上述控制晶體管的控制電極區(qū)域施加一定的第一電壓的驅(qū)動(dòng)電路。
4.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其中還包括以在從上述放大元件讀出信號(hào)的期間向上述控制晶體管的控制電極區(qū)域施加一定的第一電壓，而在不從上述放大元件讀出信號(hào)的期間向上述控制晶體管的控制電極區(qū)域施加一個(gè)比第一電壓低的電壓或不施加電壓的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路。
5.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其中上述電位控制元件是在上述第一主電極區(qū)域中串聯(lián)的柵極接地的晶體管。
6.一種攝像裝置，包括具有光電變換元件和將上述光電變換元件產(chǎn)生的信號(hào)放大輸出的放大元件的像素，控制流過上述放大元件的電流的負(fù)載晶體管，抑制位于上述負(fù)載晶體管的上述放大元件的輸出單元側(cè)的與第一主電極串聯(lián)的抑制晶體管，以及在從上述放大元件讀出信號(hào)的期間及在不從上述放大元件讀出信號(hào)的期間，都向上述控制晶體管的控制電極區(qū)域施加一定的第一電壓的驅(qū)動(dòng)電路。
7.如權(quán)利要求6所述的攝像裝置，其中上述控制晶體管是柵極接地的晶體管。
8.如權(quán)利要求1或6所述的攝像裝置，還包括將光成像于上述像素的透鏡，將上述像素發(fā)出的信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的模擬數(shù)字變換電路，以及對(duì)從上述模擬數(shù)字變換電路發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理電路。
全文摘要
提供一種攝像裝置，包括具有光電變換元件和將上述光電變換元件產(chǎn)生的信號(hào)放大輸出的放大元件的像素；控制流過上述放大元件的電流的負(fù)載晶體管；以及抑制位于上述負(fù)載晶體管的上述放大元件的輸出單元側(cè)的第一主電極區(qū)域的電位變動(dòng)的電位控制元件。
文檔編號(hào)H04N5/357GK1398105SQ02140650
公開日2003年2月19日 申請(qǐng)日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月12日
發(fā)明者櫻井克仁, 小泉徹, 樋山拓己 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社