專利名稱：固態(tài)圖像拾取器件及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)圖像拾取器件以及驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，更具體地，涉及一種水平掃描固態(tài)圖像拾取器件以及驅(qū)動(dòng)水平掃描固態(tài)圖像拾取器件的方法。
背景技術(shù)：
與使用固態(tài)圖像拾取器件的全部像素信息的靜像模式相比，在攝像機(jī)模塊中，例如使用固態(tài)圖像拾取器件的數(shù)字靜止攝像機(jī)，通過增加像素信息或通過在監(jiān)控目標(biāo)的監(jiān)控模式中跳過(skipping)像素信息來減少分辨率。此外，對(duì)于在低分辨率讀取像素信息的固態(tài)圖像拾取器件中，通過激活多個(gè)列的水平掃描脈沖φH、同時(shí)使用水平掃描電路以及通過同時(shí)訪問多個(gè)列來添加水平信號(hào)線中的水平方向(橫向方向)的多個(gè)像素的像素信息。(參見，例如日本未審專利申請(qǐng)公開號(hào)No.11-146278。)但是，由于依照已知示例的固態(tài)圖像拾取器件具有其像素以水平方向添加的結(jié)構(gòu)，因此如果把該固態(tài)圖像拾取器件用作數(shù)字靜止攝像機(jī)的圖像拾取器件，該結(jié)構(gòu)不能應(yīng)用到其中還需要垂直方向(縱向方向)添加像素的監(jiān)控模式。此外，由于必須通過水平信號(hào)線讀取到每一行的像素信息，因此該配置不能應(yīng)付靜止圖像模式中所有像素的讀取速度的增長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠應(yīng)付所有像素信息的讀取速度的增長(zhǎng)并且能夠在垂直方向以高精確性添加像素的固態(tài)圖像拾取器件；以及驅(qū)動(dòng)該固態(tài)圖像拾取器件的方法。
為了達(dá)到上述目的，依照本發(fā)明的固態(tài)圖像拾取器件包括其中像素以矩陣二維排列的像素陣列區(qū)，每個(gè)像素包含光電變換部分；用于存儲(chǔ)每一列的多個(gè)行中像素的電荷的多個(gè)電容器，電荷通過垂直信號(hào)線從像素陣列區(qū)輸出；用于輸出相應(yīng)于存儲(chǔ)于多個(gè)電容器中的電荷的模擬信號(hào)的多個(gè)輸出電路；和用于選擇性地短路多個(gè)輸出電路的輸入端子的開關(guān)單元。在固態(tài)圖像拾取器件中，適當(dāng)?shù)厍疫x擇性地設(shè)置第一驅(qū)動(dòng)模式和第二驅(qū)動(dòng)模式，其中第一驅(qū)動(dòng)模式為開關(guān)單元不短路以便從多個(gè)輸出電路獨(dú)立地讀取模擬信號(hào)，第二驅(qū)動(dòng)模式為開關(guān)單元短路以便從多個(gè)輸出電路讀取模擬信號(hào)的平均值。
在具有前述結(jié)構(gòu)的固態(tài)圖像拾取器件中，在第一驅(qū)動(dòng)模式中，由于從多個(gè)輸出電路獨(dú)立地輸出相應(yīng)于存儲(chǔ)于多個(gè)電容器中的電荷的模擬信號(hào)，因此可并行地讀取多個(gè)行中的像素信息。而且，在第二驅(qū)動(dòng)模式中，由于短路多個(gè)輸出電路的輸入端子，多行的像素信息添加到每個(gè)像素，并讀取平均數(shù)，即不僅僅是讀取和。
依照本發(fā)明，在第一驅(qū)動(dòng)模式中，由于能并行地讀取多個(gè)行中的像素信息，因此該模式可應(yīng)對(duì)所有像素信息的讀取速度的增長(zhǎng)。在第二驅(qū)動(dòng)模式中，由于把多個(gè)行中的像素信息添加到每個(gè)像素以及讀取平均數(shù)，因此可實(shí)現(xiàn)垂直方向上的像素添加。


圖1是示出依照本發(fā)明的實(shí)施例的MOS固態(tài)圖像拾取器件的示意圖；圖2是示出選擇信號(hào)、漏極電位、復(fù)位信號(hào)和傳輸信號(hào)之間的定時(shí)關(guān)系的時(shí)序圖；圖3是示出列電路中用于列的S/H電路部分的布置以及輸出電路單元布置的示例的電路圖；圖4A是用于解釋電荷-電壓轉(zhuǎn)換放大器中的電荷-電壓轉(zhuǎn)換原理的復(fù)位階段中的等效電路圖；圖4B是用于解釋電荷-電壓轉(zhuǎn)換放大器中的電荷-電壓轉(zhuǎn)換原理的采樣階段中的等效電路圖；圖5是示出復(fù)位脈沖與開關(guān)控制脈沖之間的定時(shí)關(guān)系的時(shí)序圖；圖6是示出電流-電壓轉(zhuǎn)換放大器的布置的示例的電路圖；圖7是示出依照本發(fā)明的變形的水平掃描CCD固態(tài)圖像拾取器件的示意圖；圖8說明依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的攝像機(jī)(或攝像機(jī)模塊)的布置。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例將參考附圖來說明。
圖1是示出依照本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取器件的結(jié)構(gòu)的示意圖。這里，將描述將本發(fā)明應(yīng)用到金屬-氧化物半導(dǎo)體(MOS)固態(tài)圖像拾取器件的例子。
參照?qǐng)D1，每個(gè)像素(像素電路)11包括光電變換部分，例如光電二極管PD。像素陣列區(qū)12包括以二維陣列排列的m行×n列像素。在像素陣列區(qū)12中，關(guān)于像素11的矩陣布置，提供用于相應(yīng)行的傳送控制線13-1至13-m以及復(fù)位控制線14-1至14-m，為相應(yīng)列提供垂直信號(hào)線15-1至15-n。每個(gè)像素11具有三個(gè)晶體管的配置。每個(gè)像素11包括除了光電二極管PD以外，例如傳送晶體管Q11、放大晶體管Q12和復(fù)位晶體管Q13。例如，傳送晶體管Q11、放大晶體管Q12和復(fù)位晶體管Q13為N溝道MOS晶體管。
在每個(gè)像素(像素電路)11中，光電二極管PD的陽(yáng)極接地。把傳送晶體管Q11的源極連接到光電二極管PD的陰極，把傳送晶體管Q11的漏極連接到浮動(dòng)擴(kuò)散(FD)部分，且把傳送晶體管Q11的柵極連接到相應(yīng)的傳送控制線13-1至13-m。因此，傳送晶體管Q11把在光電二極管PD中通過光電轉(zhuǎn)換得到的信號(hào)電荷(光電子)傳送到FD部分。這里，F(xiàn)D部分是具有寄生電容的擴(kuò)散層。把放大晶體管Q12的柵極連接到FD部分，把放大晶體管Q12的漏極連接到漏極電位DRN，且把放大晶體管Q12的源極連接到相應(yīng)的垂直信號(hào)線15-1至15-n。此外，放大晶體管Q12輸出相應(yīng)于FD部分的電位的信號(hào)(復(fù)位電平/信號(hào)電平)到相應(yīng)的垂直信號(hào)線15-1至15-n。把復(fù)位晶體管Q13的源極連接到FD部分，把復(fù)位晶體管Q13的漏極連接到漏極電位DRN，且把復(fù)位晶體管Q13的柵極連接到相應(yīng)的復(fù)位控制線14-1至14-m。由此，復(fù)位晶體管Q13把FD部分的電位復(fù)位到漏極電位DRN。
盡管這里描述了每個(gè)具有三個(gè)晶體管的像素(像素電路)11的配置的示例，但是其配置不限于此。例如，每個(gè)像素(像素電路)11可具有四個(gè)晶體管的配置，例如包括用于選擇像素的選擇晶體管。
在像素陣列區(qū)12的附近提供作為信號(hào)處理裝置的垂直驅(qū)動(dòng)電路16、列電路17和作為水平驅(qū)動(dòng)電路的水平掃描電路18和水平選擇開關(guān)控制電路19，以及輸出電路單元20。
垂直驅(qū)動(dòng)電路16包括例如移位寄存器。垂直驅(qū)動(dòng)電路16選擇用于每一行的像素陣列區(qū)12的像素11，并通過相應(yīng)傳送控制線13-1至13-m給出傳輸信號(hào)TRF和通過相應(yīng)復(fù)位控制線14-1至14-m給出復(fù)位信號(hào)RST到所選擇的行中的像素11。這里，通過與垂直掃描同步地從垂直驅(qū)動(dòng)電路16給出選擇信號(hào)SEL到電源控制電路(未示出)、并響應(yīng)于此通過在所選擇的行中從電源控制電路供應(yīng)漏極電位DRN到像素11來選擇每行的像素11。
圖2示出了選擇信號(hào)SEL、漏極電位DRN、復(fù)位信號(hào)RST與傳輸信號(hào)TRF之間的時(shí)序關(guān)系。依照選擇信號(hào)SEL選擇每一行的像素11。然后，在所選擇的行中，給出復(fù)位信號(hào)RST到像素11致使FD部分的電位復(fù)位到漏極電位DRN，且通過放大器晶體管Q12，F(xiàn)D部分的復(fù)位電位作為復(fù)位電平輸出到相應(yīng)的垂直信號(hào)線15-1至15-n。接著，給出傳輸信號(hào)TRF到像素11致使光電二極管PD中光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷傳輸?shù)紽D部分，且通過放大晶體管Q12，F(xiàn)D部分的傳輸電位作為信號(hào)電平輸出到相應(yīng)的垂直信號(hào)線15-1至15-n。
把從每個(gè)垂直信號(hào)線15-1至15-n的一端獲得的信號(hào)供給列電路17。列電路17是信號(hào)處理電路，包括例如相關(guān)復(fù)式采樣(CDS)電路和采樣保持(S/H)電路。例如對(duì)于每一列從像素陣列區(qū)12的兩個(gè)所選擇的行中的像素11，列電路17加載在水平消隱期間輸出的復(fù)位電平與信號(hào)電平并得到電平之間的差。由此，列電路17消除兩行中的像素11的固定模式噪聲和像素的采樣保持電荷。
圖3示出了列電路17中用于列的S/H電路部分的布置的示例。如圖3所示，為了對(duì)從例如像素陣列區(qū)12的兩行中的像素讀出的以及通過CDS電路進(jìn)行噪聲消除的雙軌(dual-rail)電荷進(jìn)行采樣和保持，列電路17中的用于列的S/H電路部分具有如此布置包括在垂直信號(hào)線15和參考電位例如地電位之間的、彼此串聯(lián)的取樣開關(guān)31-1與電容器32-1和彼此串聯(lián)的取樣開關(guān)31-2與電容器32-2。取樣開關(guān)31-1與31-2取樣通過垂直信號(hào)線15供給的兩行中的像素的信號(hào)，且把取樣信號(hào)存儲(chǔ)于電容器32-1和32-2中。
對(duì)于通過列電路17的雙軌電荷的處理，提供兩條水平信號(hào)線21-1和21-2。而且，在水平信號(hào)線21-1和取樣開關(guān)31-1與電容器32-1的公共連接點(diǎn)N11之間連接水平選擇開關(guān)22-1，且在水平信號(hào)線21-2和取樣開關(guān)31-2與電容器32-2的公共連接點(diǎn)N12之間連接水平選擇開關(guān)22-2。水平選擇開關(guān)22-1與22-2與水平掃描電路18以及水平選擇開關(guān)控制電路19一起構(gòu)成水平驅(qū)動(dòng)電路。
水平掃描電路18包括例如移位寄存器。在水平掃描期間(有效像素期間)，水平掃描電路18順序輸出水平掃描脈沖φH1到φHn。與從水平掃描電路18輸出的水平掃描脈沖φH1到φHn同步，水平選擇開關(guān)控制電路19順序地輸出雙軌開關(guān)控制脈沖φS1-1和φS1-2到φSn-1和φSn-2，并控制水平選擇開關(guān)22-1與22-2的驅(qū)動(dòng)。通過接收開關(guān)控制脈沖φS1-1和φS1-2到φSn-1和φSn-2，水平選擇開關(guān)22-1與22-2進(jìn)入接通狀態(tài)(閉合態(tài))。通過水平信號(hào)線21-1和21-2，水平選擇開關(guān)22-1與22-2將電容器32-1與32-2中存儲(chǔ)的電荷供給到輸出電路單元20。
圖3是示出用于列的S/H電路部分的布置和輸出電路單元20的布置的示例的電路圖。
如圖3中清楚地所示，輸出電路單元20包括兩個(gè)輸出電路，例如電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2，提供這兩個(gè)電路以便相應(yīng)于水平信號(hào)線21-1和21-2；在電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸出側(cè)提供的S/H電路24-1和24-2；用于選擇性短路電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸入端子的開關(guān)25；以及用于選擇性地短路電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸出端子的開關(guān)26。這里，開關(guān)26不是必需的。下面將說明開關(guān)26不是必需的原因。
電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1包括運(yùn)算放大器41，其倒相輸入(-)端子連接到水平信號(hào)線21-1的輸出端子，且其非倒相輸入(+)端子接收參考電壓Vref；在運(yùn)算放大器41的倒相輸入端和輸出端之間，彼此串聯(lián)的開關(guān)42a、反饋電容器43和開關(guān)42b；以及連接在運(yùn)算放大器41的倒相輸入端和輸出端之間的復(fù)位開關(guān)44。電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1將由水平信號(hào)線21-1供給的電荷轉(zhuǎn)換為電壓。這里，提供k(k為等于或大于2的整數(shù))個(gè)開關(guān)42a1到42ak、反饋電容器43-1到43-k、和開關(guān)42b1到42bk以便設(shè)置電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1的增益。電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-2具有與電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1相同的布置。
S/H電路24-1和24-2采樣保持電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸出信號(hào)數(shù)據(jù)。S/H電路24-1和24-2的保持?jǐn)?shù)據(jù)(像素?cái)?shù)據(jù))由雙輸出端子27-1和27-2得到，作為與在像素11光電轉(zhuǎn)換的電荷相對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)(模擬信號(hào))。開關(guān)25和26彼此相關(guān)聯(lián)。在進(jìn)行垂直方向像素添加和以低分辨率讀取像素信息的驅(qū)動(dòng)模式中，響應(yīng)于指定驅(qū)動(dòng)模式的模式信號(hào)，開關(guān)25和26進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)(閉和態(tài))，且電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1與23-2的輸入端以及電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1與23-2的輸出端被短路。
參考圖4A和4B將說明電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的電荷電壓轉(zhuǎn)換原理。盡管這里作為示例說明了電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1，但是電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-2應(yīng)用相同的原理。這里，Vm代表相應(yīng)于在i列中電容器32-1i存儲(chǔ)的電荷的電位，且Vref代表電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1的參考電壓。
參考如圖5中所示的時(shí)序圖，在圖4A所示的激活復(fù)位脈沖RP(高電平)的復(fù)位狀態(tài)中，當(dāng)響應(yīng)于復(fù)位脈沖RP導(dǎo)通復(fù)位開關(guān)44時(shí)，運(yùn)算放大器41的倒相輸入端和非倒相輸入端被短路。由此，由于電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1用作電壓跟隨器，水平信號(hào)線21-1的電位和電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1的輸出電位變?yōu)閰⒖茧娢籚ref。這里，由Q1＝Vm·C1來表示的電荷Q1存儲(chǔ)于電容器32-1i中，其中C1代表電容器32-1i的電容。
圖4B所示的復(fù)位脈沖RP為非激活(低電平)的采樣階段中，復(fù)位開關(guān)44截止，且響應(yīng)于與水平掃描脈沖φH同步的開關(guān)控制脈沖φSi-1水平選擇開關(guān)22-1i導(dǎo)通。由此，電容器32-1i通過水平選擇開關(guān)22-1i連接到水平信號(hào)線21-1。這里，由于通過電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1把水平信號(hào)線21-1的電位保持在參考電位Vref，電容器32-1i的電荷從電荷Q1轉(zhuǎn)變到由Q2＝Vref·C1表示的電荷Q2。
在電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1的反饋電容器43處出現(xiàn)電荷的改變量(差的量)ΔQ(＝Q1-Q2)。結(jié)果，電容器32-1i中存儲(chǔ)的電荷轉(zhuǎn)換到電壓Vout，由Vout＝Vref+{(C1/C2)·(Vref-Vm)}來表示，其中C2(反饋電容器43-1到43-k中的任何一個(gè)的電容或多個(gè)電容的組合電容)代表反饋電容器43的電容。
返回圖3，依照本實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取器件具有如此排列，包括雙電容器，即電容器32-1和32-2，和雙電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器，即電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2。由此，當(dāng)需要在高速讀取像素信息的驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，關(guān)斷開關(guān)25和26且作為輸出電路的電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸入端和輸出端不短路，由此把雙輸出電路用作雙軌輸出。由此，可從模擬輸出端27-1和27-2獨(dú)立地且并行地讀取用于兩行的模擬像素信號(hào)。
相反，在低分辨率讀取像素信息的驅(qū)動(dòng)模式中，可使用相同電路進(jìn)行垂直方向的像素添加。更具體地，導(dǎo)通開關(guān)25和短路電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1與23-2的輸入端，能在垂直方向添加兩個(gè)像素。由此，當(dāng)短路電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸入端致使雙電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1與23-2的每一個(gè)的誤差被忽略時(shí)，基本上相對(duì)于電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1與23-2的輸出，用于兩行的模擬圖像信號(hào)加到每個(gè)像素。由此得到平均數(shù)，即，不僅僅是和，且每個(gè)輸出顯示出相同值。
由此，通過像素添加得到的平均像素信號(hào)可以從模擬輸出端27-1或27-2讀取。為了從模擬輸出端27-1或27-2讀取像素信號(hào)，通常僅導(dǎo)通通過開關(guān)與電容器的組合而形成的每一個(gè)S/H電路24-1和24-2之一的開關(guān)。這里，由于從其開關(guān)關(guān)斷的S/H電路24-1或24-2所看到的負(fù)載很低，由此帶來高速讀取。
此外，通過導(dǎo)通與開關(guān)25相關(guān)的開關(guān)26且通過把電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1與23-2的輸出端以及電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸入端短路，即使在雙電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2中發(fā)現(xiàn)偏差，也可輸出其中消除了偏差的平均值。換句話說，通過把雙電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸入端短路并把雙電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸出端短路，該兩個(gè)電荷電壓放大器用作一個(gè)大的電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器。
但是，即使在低分辨率讀取像素信息的驅(qū)動(dòng)模式中，通過導(dǎo)通在電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的后續(xù)級(jí)中設(shè)置的雙S/H電路24-1和24-2的開關(guān)，可從模擬輸出端27-1與27-2讀取相同的平均值。由此，如果導(dǎo)通雙S/H電路24-1和24-2的開關(guān)，當(dāng)從電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2觀察，可得到與使用雙軌輸出的驅(qū)動(dòng)模式中相同的負(fù)載。由此，不需設(shè)計(jì)具有在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模式中負(fù)載不同的放大器。因此，可簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)放大器。
如上所述，在MOS固態(tài)圖像拾取器件中，包括兩個(gè)電容器，即電容器32-1和32-2，該電容器存儲(chǔ)對(duì)于每列的多個(gè)行例如兩行中的像素的電荷；和兩個(gè)電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器，即電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1與23-2，輸出相應(yīng)于電容器32-1和32-2中存儲(chǔ)的電荷的模擬信號(hào)。提供用于選擇性地短路電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸入端的開關(guān)25，并優(yōu)選地提供用于選擇性地短路電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸出端的開關(guān)26。由此，可在兩個(gè)模式中選擇性地驅(qū)動(dòng)MOS固態(tài)圖像拾取器件，其中開關(guān)25和26為非短路狀態(tài)(截止態(tài))以便從電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2獨(dú)立地讀取模擬信號(hào)的第一模式，和其中開關(guān)25和26為短路狀態(tài)(導(dǎo)通態(tài))以便從電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2讀取模擬信號(hào)平均值的第二模式。
在第一驅(qū)動(dòng)模式中，關(guān)斷開關(guān)25和26，且電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸入端與輸出端進(jìn)入非短路狀態(tài)。由此，雙軌電路可用作雙軌輸出，且可從模擬輸出端27-1和27-2獨(dú)立地且并行地讀取用于兩行的模擬圖像信號(hào)。由此，通過采用雙軌輸出的形式，當(dāng)在靜止圖像模式等中讀取所有像素的像素信息時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高速讀取。但是，不必需使用雙軌輸出形式。通過僅使用雙電容器32-1和32-2的中一個(gè)以及使用兩個(gè)電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2中的一個(gè)，可采用單軌(single-rail)輸出形式。
相反，在第二驅(qū)動(dòng)模式中，導(dǎo)通開關(guān)25，且電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸入端進(jìn)入短路狀態(tài)。由此，用于兩行的模擬像素信號(hào)添加到每一像素，且可讀出平均值而不僅是和。此外，導(dǎo)通開關(guān)26且電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸出端進(jìn)入短路狀態(tài)。由此，即使在雙電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2中發(fā)現(xiàn)了偏差，也可消除該偏差。由此，可輸出不包括誤差的平均值。此外，通過在垂直方向添加兩個(gè)像素，可實(shí)現(xiàn)在低分辨率讀取。
盡管在前述實(shí)施例中描述了提供有雙軌電容器32-1和32-2以及雙軌電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的例子，但是不必需使用雙軌電容器和雙軌電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器?？商峁┤?或多軌電容器和三-或多軌電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器來添加垂直方向的三個(gè)或多個(gè)像素來完成在低分辨率的讀取。此時(shí)，通過在f個(gè)(f為等于或大于3的整數(shù))電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1到23-f的輸入端之間以及在f個(gè)電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1到23-f的輸出端之間提供開關(guān)，可在第一驅(qū)動(dòng)模式中實(shí)現(xiàn)f軌輸出以及可在第二驅(qū)動(dòng)模式中實(shí)現(xiàn)f個(gè)像素在垂直方向的添加。
順便提及，盡管前述實(shí)施例中描述了僅在垂直方向的像素添加，但是可把已知技術(shù)使用于水平方向的像素添加。通過使用水平掃描電路18同時(shí)激活用于多個(gè)列的水平掃描脈沖ΦH和當(dāng)進(jìn)行水平掃描時(shí)同時(shí)訪問多個(gè)列，可添加水平信號(hào)線21-1和21-2中用于多個(gè)水平方向(橫向)像素的信息。
而且，前述實(shí)施例中描述了把轉(zhuǎn)換電荷到電壓的電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2用作輸出電路(該輸出電路輸出相應(yīng)于存儲(chǔ)于電容器32-1和32-2的電荷的模擬信號(hào))，但是不必需使用電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器。例如，如圖6所示，可使用包括運(yùn)算放大器51的電流-電壓轉(zhuǎn)換放大器50，該運(yùn)算放大器51的非倒相輸入端接收參考電壓Vref，輸入電阻52連接到運(yùn)算放大器51的倒相輸入端，且反饋電阻器53連接在運(yùn)算放大器51的輸出端與倒相輸入端之間。
在電流-電壓轉(zhuǎn)換放大器50中，由于相應(yīng)存儲(chǔ)于電容器中的的電荷的電流I流入輸入電阻器52，運(yùn)算放大器51的輸出顯示出由Vout＝I·R表示的輸出電壓Vout，其中R代表反饋電阻器53的電阻。
這里，提供輸入電阻器52用于防止振蕩，且對(duì)操作不起作用。當(dāng)在第二模式中使用電流-電壓轉(zhuǎn)換放大器50作為輸出電路且短路輸入端和輸出端時(shí)，彼此并行地連接兩個(gè)反饋電阻器53-1和53-2，并得到組合電阻R/2。由此，如果相應(yīng)于存儲(chǔ)于電容器32-1和32-2中的電荷的電流彼此相等時(shí)，可得到由Vout＝2I·(R/2)＝I·R表示的輸出電壓Vout，其為通過添加垂直方向的兩個(gè)像素的信息得到的和的平均值。
盡管前述實(shí)施例中描述了MOS固態(tài)圖像拾取器件，其中提供電容器32-1和32-2以及電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2以便于與水平信號(hào)線21-1和21-2相應(yīng)，以及其中電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1與23-2通過水平信號(hào)線21-1與21-2將從電容器32-1和32-2輸出的電荷轉(zhuǎn)換為電壓，但是本發(fā)明還可以應(yīng)用于MOS固態(tài)圖像拾取器件，其中例如為了減小噪聲，對(duì)垂直信號(hào)線15-1至15-n中的每一個(gè)提供電容器32-1和32-2以及電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2，且其中自電容器32-1和32-2的輸出電荷通過電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2轉(zhuǎn)換到電壓并輸出到水平信號(hào)線21-1和21-2。
此時(shí)，在水平信號(hào)線21-1和21-2中僅提供S/H電路24-1和24-2。由于在相應(yīng)的垂直信號(hào)線15-1至15-n的電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸入端之間提供開關(guān)25，且在水平信號(hào)線21-1至21-2之間提供開關(guān)26，在第二驅(qū)動(dòng)模式中可把提供給相應(yīng)信號(hào)線15-1至15-n的電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器23-1和23-2的輸入端和輸出端短路。由此，可達(dá)到如前述實(shí)施例的相同優(yōu)點(diǎn)。
此外，盡管前述實(shí)施例中描述了把本發(fā)明應(yīng)用于MOS固態(tài)圖像拾取器件的例子，該MOS固態(tài)圖像拾取器件具有水平掃描MOS布置，其中把通過對(duì)各個(gè)像素11的光電轉(zhuǎn)換得到的電荷轉(zhuǎn)換到電信號(hào)，把轉(zhuǎn)換的電信號(hào)讀入各個(gè)垂直信號(hào)線15-1至15-n，且通過水平掃描輸出讀入的電信號(hào)，但是本發(fā)明還可應(yīng)用到水平掃描電荷電荷耦合器件(CCD)固態(tài)圖像拾取器件，如圖7所示，其中通過對(duì)各個(gè)垂直像素列提供的垂直傳送單元(垂直CCD)62-1至62-n垂直地傳送通過對(duì)各個(gè)像素61進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而得到的電荷，通過在對(duì)相關(guān)垂直像素列的垂直傳送單元62-1至62-n的后續(xù)級(jí)中提供的電荷檢測(cè)單元(例如電荷電壓轉(zhuǎn)換單元)63-1到63-n、把垂直傳送的電荷電壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過垂直信號(hào)線64-1至64-n讀取所轉(zhuǎn)換的電信號(hào)，且通過水平掃描輸出讀入的電信號(hào)。這里，如圖1所示，布置圖7所示的列電路17、水平掃描電路18、水平選擇開關(guān)控制電路19和輸出電路單元20。
如圖8所示，依照本發(fā)明的固態(tài)圖像拾取器件可用作攝像模塊的圖像拾取器件，例如數(shù)字靜止攝像機(jī)，具有靜止圖像模式(第一驅(qū)動(dòng)模式)和監(jiān)控模式(第二驅(qū)動(dòng)模式)。此外，依照本發(fā)明的固態(tài)圖像拾取器件可用作由具有靜止圖像模式和監(jiān)控模式的攝像功能的蜂窩電話所代表的便攜式終端的圖像拾取器件。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)圖像拾取器件，包括像素陣列區(qū)，其中像素以矩陣二維布置，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換部分；用于在每列的多個(gè)行中存儲(chǔ)像素的電荷的多個(gè)電容器，通過垂直信號(hào)線從像素陣列區(qū)輸出該電荷；用于輸出相應(yīng)于在多個(gè)電容器中存儲(chǔ)的電荷的模擬信號(hào)的多個(gè)輸出電路；和用于選擇性地短路多個(gè)輸出電路的輸入端的第一開關(guān)裝置。
2.依照權(quán)利要求1的固態(tài)圖像拾取器件，還包括用于選擇性地短路多個(gè)輸出電路的輸出端的第二開關(guān)裝置。
3.依照權(quán)利要求1的固態(tài)圖像拾取器件，其中提供多個(gè)電容器和多個(gè)輸出電路，以便與多個(gè)水平信號(hào)線相應(yīng)；和通過多個(gè)輸出電路把通過多個(gè)水平信號(hào)線自多個(gè)電容器輸出的電荷轉(zhuǎn)換為電壓。
4.依照權(quán)利要求1的固態(tài)圖像拾取器件，其中提供多個(gè)電容器和多個(gè)輸出電路，以便與多個(gè)水平信號(hào)線相應(yīng)；和通過多個(gè)輸出電路把與通過多個(gè)水平信號(hào)線自多個(gè)電容器的輸出電荷對(duì)應(yīng)的電流轉(zhuǎn)換為電壓。
5.依照權(quán)利要求1的固態(tài)圖像拾取器件，其中提供用于垂直信號(hào)線的多個(gè)電容器和多個(gè)輸出電路；和通過多個(gè)輸出電路把自多個(gè)電容器輸出的電荷轉(zhuǎn)換為電壓并輸出到多個(gè)水平信號(hào)線。
6.一種固態(tài)圖像拾取器件，包括像素陣列區(qū)，其中像素以矩陣二維布置，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換部分；用于在每列的多個(gè)行中存儲(chǔ)像素的電荷的多個(gè)電容器，通過垂直信號(hào)線從像素陣列區(qū)輸出該電荷；用于輸出相應(yīng)于在多個(gè)電容器中存儲(chǔ)的電荷的模擬信號(hào)的多個(gè)輸出電路；和用于選擇性地短路多個(gè)輸出電路的輸入端的第一開關(guān)裝置，其中固態(tài)圖像拾取器件具有第一驅(qū)動(dòng)模式，其中不短路第一開關(guān)裝置，由此從多個(gè)輸出電路獨(dú)立地讀取模擬信號(hào)；和第二驅(qū)動(dòng)模式，其中短路第一開關(guān)裝置，由此從多個(gè)輸出電路讀取模擬信號(hào)的平均值。
7.依照權(quán)利要求6的固態(tài)圖像拾取器件，還包括用于選擇性地短路與第一開關(guān)裝置相關(guān)的多個(gè)輸出電路的輸出端的第二開關(guān)裝置。
8.一種驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，該固態(tài)圖像拾取器件包括像素陣列區(qū)，其中像素以矩陣二維布置，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換部分；用于在每列的多個(gè)行中存儲(chǔ)像素的電荷的多個(gè)電容器，通過垂直信號(hào)線從像素陣列區(qū)輸出電荷；用于輸出相應(yīng)于在多個(gè)電容器中存儲(chǔ)的電荷的模擬信號(hào)的多個(gè)輸出電路；和用于選擇性地短路多個(gè)輸出電路的輸入端的第一開關(guān)裝置，該方法包括把第一開關(guān)裝置置于非短路態(tài)，由此從多個(gè)輸出電路獨(dú)立地讀取模擬信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中固態(tài)圖像拾取器件還包括用于選擇性地短路與第一開關(guān)裝置相關(guān)的多個(gè)輸出電路的輸出端的第二開關(guān)裝置。
10.如權(quán)利要求8的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中從多個(gè)輸出電路中的一個(gè)讀取模擬信號(hào)。
11.如權(quán)利要求8的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中從多個(gè)輸出電路并行地讀取模擬信號(hào)。
12.一種驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，該固態(tài)圖像拾取器件包括像素陣列區(qū)，其中像素以矩陣二維布置，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換部分；用于在每列的多個(gè)行中存儲(chǔ)像素的電荷的多個(gè)電容器，通過垂直信號(hào)線從像素陣列區(qū)輸出電荷；用于輸出相應(yīng)于在多個(gè)電容器中存儲(chǔ)的電荷的模擬信號(hào)的多個(gè)輸出電路；和用于選擇性地短路多個(gè)輸出電路的輸入端的第一開關(guān)裝置，該方法包括把第一開關(guān)裝置置于短路態(tài)，由此從多個(gè)輸出電路讀取模擬信號(hào)的平均值。
13.如權(quán)利要求12的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中固態(tài)圖像拾取器件還包括用于選擇性地短路與第一開關(guān)裝置相關(guān)的多個(gè)輸出電路的輸出端的第二開關(guān)裝置。
14.如權(quán)利要求12的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中從所有多個(gè)輸出電路讀取平均值。
15.如權(quán)利要求12的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中從多個(gè)輸出電路中的一個(gè)讀取平均值且阻塞其它輸出電路的輸出側(cè)。
16.一種驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，該固態(tài)圖像拾取器件包括像素陣列區(qū)，其中像素以矩陣二維布置，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換部分；用于在每列的多個(gè)行中存儲(chǔ)像素的電荷的多個(gè)電容器，通過垂直信號(hào)線從像素陣列區(qū)輸出電荷；用于輸出相應(yīng)于在多個(gè)電容器中存儲(chǔ)的電荷的模擬信號(hào)的多個(gè)輸出電路；和用于選擇性地短路多個(gè)輸出電路的輸入端的第一開關(guān)裝置，該方法包括在第一開關(guān)裝置為非短路的第一模式中選擇性地驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件，由此從多個(gè)輸出電路獨(dú)立地讀取模擬信號(hào)，并在第一開關(guān)裝置為短路的第二驅(qū)動(dòng)模式中選擇性地驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件，以便從多個(gè)輸出電路讀取模擬信號(hào)的平均值。
17.如權(quán)利要求16的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中固態(tài)圖像拾取器件還包括用于選擇性地短路與第一開關(guān)裝置相關(guān)聯(lián)的多個(gè)輸出電路的輸出端的第二開關(guān)裝置。
18.如權(quán)利要求16的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中以第一驅(qū)動(dòng)模式中從多個(gè)輸出電路中的一個(gè)讀取模擬信號(hào)。
19.如權(quán)利要求16的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中以第一驅(qū)動(dòng)模式中從多個(gè)輸出電路中并列地讀取模擬信號(hào)。
20.如權(quán)利要求16的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中以第二驅(qū)動(dòng)模式中從所有多個(gè)輸出電路讀取平均值。
21.如權(quán)利要求16的驅(qū)動(dòng)固態(tài)圖像拾取器件的方法，其中以第二驅(qū)動(dòng)模式從多個(gè)輸出電路中的一個(gè)讀取平均值且阻塞其它輸出電路的輸出側(cè)。
22.一種固態(tài)圖像拾取器件，包括像素陣列區(qū)，其中布置每個(gè)包括光電轉(zhuǎn)換部分的多個(gè)像素；用于從多個(gè)像素輸出信號(hào)的多個(gè)輸出電路；和用于選擇性地短路多個(gè)輸出電路的輸入端的開關(guān)裝置。
23.依照權(quán)利要求22的固態(tài)圖像拾取器件，還包括在像素陣列區(qū)旁邊布置的信號(hào)處理單元，其中多個(gè)輸出電路通過信號(hào)處理單元從多個(gè)像素輸出信號(hào)。
24.一種攝像機(jī)模塊，包括圖像拾取芯片，包括像素陣列區(qū)，在像素陣列區(qū)中設(shè)置多個(gè)像素，每一個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換部分；用于從多個(gè)像素輸出信號(hào)的多個(gè)輸出電路；和用于選擇性地短路多個(gè)輸出電路的輸入端的開關(guān)裝置；和用于對(duì)從圖像拾取芯片發(fā)送的圖像拾取信號(hào)執(zhí)行信號(hào)處理的信號(hào)處理芯片。
全文摘要
一種MOS固態(tài)圖像拾取器件包括存儲(chǔ)每列的兩行的像素的電荷的兩個(gè)電容器和用于輸出相應(yīng)于電容器中存儲(chǔ)的電荷的像素信號(hào)的兩個(gè)電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器。在MOS固態(tài)圖像拾取器件中，提供用于選擇性地短路電荷電壓轉(zhuǎn)換放大器的輸入端的開關(guān)和短路電荷電壓放大器的輸出端的開關(guān)，在第一驅(qū)動(dòng)模式中，開關(guān)不短路以便于以雙軌輸出形式讀取模擬信號(hào)。在第二驅(qū)動(dòng)模式中，短路開關(guān)以便于讀取模擬信號(hào)的平均值。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1755936SQ20051006977
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2005年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者船津英一, 馬渕圭司, 中村信男, 阿部高志 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社