專利名稱：光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和使用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的圖像拾取系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和使用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的圖像拾取系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為用于數(shù)字照相機、視頻攝影機等的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，已經(jīng)提供了電荷耦合器件(CCD )光電轉(zhuǎn)換設(shè)備或者金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS ) 光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。特別地，近年來，由于更低的功率消耗以及與半導(dǎo)體 工藝的優(yōu)秀的兼容性這些優(yōu)點，已經(jīng)積極地進行了互補金屬氧化物半 導(dǎo)體(CMOS)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的技術(shù)開發(fā)。此外，為了滿足提高像素 數(shù)目的需求以及改善每單位像素的靈敏度，已經(jīng)建議了其中每單位像 素的MOS晶體管數(shù)量降低的各種配置。在這種情況下，為了增大光電轉(zhuǎn)換元件的光接收區(qū)域，已經(jīng)檢驗 了其中MOS晶體管數(shù)量降低的配置。例如，在例如日本專利特開No. 11-355668中公開了一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，該設(shè)備通過控制復(fù)位MOS 晶體管的漏極電位而以行為單位選擇像素。此外，例如在日本專利特 開No. 2005-005911中公開了 一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，該設(shè)備通過借助像 素電源驅(qū)動電路而控制共同連接的復(fù)位晶體管和放大晶體管的漏極 電壓，從而以行為單位選擇像素。在需要像素數(shù)量進一步增加、更精細的布線等的情況下，當(dāng)使用 日本專利特開No. 11-355668或2005-005911中描述的配置時，根據(jù)光 電轉(zhuǎn)換區(qū)域尺寸的增大，用于向像素電源電壓電路或復(fù)位MOS晶體 管提供電壓的電源線路上的負載增加。因而，用于對電源線路充電和放電所必需的時間增加。結(jié)果，可 能出現(xiàn)一個問題，即用于讀取信號所必需的時間增加，因而幀速率降 低。此外，由于電壓降，提供給復(fù)位MOS晶體管的漏極的電源電壓 在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中變動。根據(jù)光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的尺寸增大，該變動增大。 因而，被稱為"陰影(shading)"的現(xiàn)象會經(jīng)常發(fā)生，其中在光電轉(zhuǎn) 換區(qū)域內(nèi)生成信號輸出電平的差。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明改善幀速率或者抑制陰影的發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，該設(shè)備包括 光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，其包括被布置為將入射光轉(zhuǎn)換成電載子的光電轉(zhuǎn)換 元件；放大單元，其被布置為讀取基于對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換元件的電栽子 的信號，并將該信號提供到輸出線路；傳送單元，其被布置為將對應(yīng) 于光電轉(zhuǎn)換元件的電栽子傳送到放大單元的輸入單元；電壓供給單 元，其被布置為向相應(yīng)的輸入單元提供用于將相應(yīng)的輸入單元設(shè)定成 具有至少第一和第二電位的電壓；該光電轉(zhuǎn)換設(shè)備還包括多個電源線 路，其被布置為將電壓提供給多個電壓供給單元；以及多個電壓供給 控制電路，其中每一個都被布置在多個電源線路和多個電壓供給單元 的相應(yīng)的電壓供給單元之間的電源通道中，并且被布置為控制向相應(yīng) 的電壓供給單元的電壓供給，其中光電轉(zhuǎn)換元件、放大單元、傳送單 元、以及電壓供給單元被二維地布置。從以下結(jié)合附圖的說明中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將顯而易 見，在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部件。


圖l是用于說明根據(jù)第一實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示意圖. 圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電壓供給控制電路的 示例的示意圖.圖3是示出用于說明根據(jù)第一實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作的 時序的示意圖.圖4是用于說明根據(jù)第二實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示意圖。
圖5是用于說明根據(jù)第三實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示意閨。 圖6A和6B是用于說明電壓供給線路中的電壓降的示意圖。 圖7A和7B是用于說明電壓供給線路從一側(cè)被充電時的電壓降 的示意圖。圖8A和8B是用于說明當(dāng)電壓供給線路從一側(cè)和另 一測被交替 充電從而布置在一列中的電壓供給線路從一側(cè)被充電并且布置在相 鄰列中的電壓供給線路從另 一側(cè)被充電時的電壓降的示意圖。圖9是用于說明根據(jù)笫四實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示意圖。 圖10A和10B是用于說明當(dāng)從一側(cè)執(zhí)行電壓供給線路的充電和 放電時的時間常數(shù)的示意圖。圖IIA、 IIB、和11C是用于說明當(dāng)從兩側(cè)執(zhí)行電壓供給線路的 充電和放電時的時間常數(shù)的示意圖。圖12是用于說明根據(jù)第五實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示意圖。 圖13是用于說明根據(jù)第六實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示意圖。 圖14是用于說明根據(jù)第七實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示意圖。 圖15是用于說明根據(jù)第八實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示意圖。 圖16是用于說明根據(jù)第九實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示意圖。 圖17是示出了用于說明根據(jù)第九實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作 的時序的示意圖。圖18是用于說明根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的示意圖。圖19是使用根據(jù)本發(fā)明實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的圖像拾取系統(tǒng) 的框圖。附圖并入說明書并且組成說明書的一部分，圖示了本發(fā)明的實施 例，并且結(jié)合說明書一起用于說明本發(fā)明的原理。
具體實施方式
第一實施例圖l是示出本發(fā)明笫一實施例的示意圖。參考圖1, 二維地布置八個像素6。布置了像素6的區(qū)域被稱為光電轉(zhuǎn)換區(qū)域。光電轉(zhuǎn)換元件1將入射光轉(zhuǎn)換成電荷。傳送單元2將光電轉(zhuǎn)換元 件1的電荷傳送到用于放大單元的輸入單元3。傳送單元2可以是 MOS晶體管。可以使用在半導(dǎo)體基板上形成的浮置擴散(floating diffusion) ( FD )區(qū)域作為輸入單元3。 MOS晶體管(放大MOS晶 體管)4形成放大單元。放大單元(放大MOS晶體管)4的柵極被電 連接到輸入單元(FD區(qū)域)3。放大單元(放大MOS晶體管)4被 配置為公知的源極跟隨器電路。電壓供給單元5將電壓提供給輸入單元(FD區(qū)域)3。電壓供給 單元5可以是MOS晶體管。特別地，可以使用將輸入單元(FD區(qū)域) 3的電位設(shè)定為預(yù)定值的復(fù)位MOS晶體管，作為電壓供給單元5。輸 入單元(FD區(qū)域)3充當(dāng)傳送單元(傳送MOS晶體管)2的漏極。 輸入單元(FD區(qū)域)3、放大單元(放大MOS晶體管)4的柵極、 以及電壓供給單元(復(fù)位MOS晶體管)5的源極連接到傳送單元(傳 送MOS晶體管)2的漏極。電壓供給單元(復(fù)位MOS晶體管)5的 漏極連接到電壓供給線路15。放大單元(放大MOS晶體管)4的源 極連接到輸出線路16。像素可以在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中被布置為矩陣。作為替換方案，光電 轉(zhuǎn)換元件1、傳送單元(傳送MOS晶體管)2、放大單元(放大MOS 晶體管)4、以及電壓供給單元(復(fù)位MOS晶體管)5可以在光電轉(zhuǎn) 換區(qū)域中被布置為矩陣。將描述信號讀取序列。光電轉(zhuǎn)換元件1中的電荷經(jīng)由傳送單元 (傳送MOS晶體管)2被傳送到用于放大單元(放大MOS晶體管) 4的輸入單元(FD區(qū)域)3?；谳斎雴卧?FD區(qū)域)3的電位的改 變的信號被放大單元(放大MOS晶體管)4讀取，并且被提供給輸 出線路16。該信號被輸出到外部。在此， 一個像素表示一個光電轉(zhuǎn)換元件，以及用于從該光電轉(zhuǎn)換 元件向輸出線路讀取信號的元件集合的最小單位。該元件集合包括傳 送單元(傳送MOS晶體管)2、放大單元(放大MOS晶體管)4、以及電壓供給單元(復(fù)位MOS晶體管)5。上述元件集合可以由彼此 相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件共享。然而在這種情況下，由用于讀取光電轉(zhuǎn)換 元件的信號的元件集合的最小單位定義像素。電壓供給控制電路11連接到相應(yīng)的列中的電壓供給線路15。電 壓供給控制電路ll與被施加了高電平電壓(5V)的電源線路12、被 施加了低電平電壓(0V)的電源線路13、以及像素電源選擇信號線 路14一起，形成電源控制器18。電壓供給控制電路ll被設(shè)置在電源 線路12和13與多個電壓供給單元(復(fù)位MOS晶體管)5之間的電 源通道中。因而，電壓供給控制電路11控制向該多個電壓供給單元 (復(fù)位MOS晶體管)5的電壓供給。電源線路12和13和像素電源 選擇信號線路14可以由多個電源控制器18共享。圖2示出了電源控制器18的配置示例。電源控制器18被布置為 根據(jù)通過像素電源選擇信號線路14傳輸?shù)拿}沖P_VSEL的電平，使 用反向器41和CMOS開關(guān)42向電壓供給線路15輸出電源線路12 或者電源線路13的電源電平。參考圖2，當(dāng)脈沖P一VSEL的電平為"高" 時，高電平電壓(5V)被施加到電壓供給線路15。當(dāng)脈沖P一VSEL 的電平為"低，，時，低電平電壓(0V)被施加到電壓供給線路15。希 望電壓總是被施加到電源線路12和電源線路13。當(dāng)在一段時間中沒 有電壓被提供給電壓供給線路15時，在該段時間期間可以停止電壓 供給。上述配置可以應(yīng)用于以下所述的實施例。第一實施例的特征是，對于各個列設(shè)置如上所述配置的電壓供給 控制電路ll。將參考圖3所示的示意性時序圖描述圖l所示的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的 操作。將簡短描述第n行中的操作，其中像素的光信號被輸出的行即 所選行由第n行表示，并且其他行即非所選行由第n+l行表示。參考圖3，在時刻t0,電壓供給控制電路11所設(shè)定的電壓供給 線路15的電位為"低"(0V )。復(fù)位開關(guān)控制脈沖P—Res(n)和P_Res(n+l) 以及傳送開關(guān)控制脈沖P一Tx(n)和P一Tx(n+l)的電平為"低"。此時， 電壓供給單元(復(fù)位MOS晶體管)5處于非導(dǎo)通狀態(tài)，并且輸入單
元(FD區(qū)域)3具有低電位(大約0V ),并且處于浮置(floating ) 狀態(tài)。此外，放大單元(放大MOS晶體管)4處于非選中狀態(tài)。因 而，輸出線路16的電位不改變。在從時刻tl到時刻t2的時間段期間，電壓供給線路15通過為 各個列設(shè)置的電壓供給控制電路11而達到高電位(5V)。在此，脈 沖P_VSEL處于高電平。由于為布置了電壓供給線路15的各個列設(shè) 置了電壓供給控制電路11，與已知技術(shù)相比，用于對電壓供給線路 15充電所必需的時間可以降低。這是因為要由電壓供給控制電路11 之一設(shè)定為高電位的線路僅是為相應(yīng)的列提供的電壓供給線路15。因 而，用于從低電位(0V)到高電位(5V)對該光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的所 有電壓供給線路15充電所必需的時間可以降低。在時刻t3到時刻t4的時間段期間，第n行中的復(fù)位開關(guān)控制脈 沖P-Res(n)的電平被設(shè)定為"高"。在此，電壓供給單元(復(fù)位MOS 晶體管)5處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸入單元(FD區(qū)域)3的電位被設(shè)定為"高"， 并且放大單元(放大MOS晶體管)4處于選中狀態(tài)。因而，達到了 這樣一種狀態(tài)，其中，輸出線路16的電位根據(jù)包括在該第n行中的 像素中的輸入單元(FD區(qū)域)3的電位改變而改變，即選擇了第n 行中的像素的狀態(tài)。接著，在從時刻t5到時刻t6的時間段期間，第n行中的傳送開 關(guān)控制脈沖P一Tx(n)的電平被設(shè)定為"高"。在此，傳送單元(傳送 MOS晶體管)2處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且電荷從光電轉(zhuǎn)換元件1被傳送到 輸入單元(FD區(qū)域)3。輸入單元(FD區(qū)域)3的電位根據(jù)所傳送的 電荷量改變，并且輸出線路16的電位通過放大單元(放大MOS晶體 管)4而改變。然后，在從時刻t6到時刻t7的時間段期間，第n行中的傳送開 關(guān)控制脈沖P一Tx(n)的電位被設(shè)定為"低"，水平傳送脈沖順序地達到 導(dǎo)通狀態(tài)，并且水平傳送開關(guān)31順序地達到導(dǎo)通狀態(tài)。接著，輸出 線路16的信號電平通過水平信號傳送線路32和輸出放大器33而順 序地被輸出。即，從多個輸出線路16并行讀出的信號被順序地讀取。
然后，在從時刻t7到時刻t8的時間段期間，電壓供給線路15 通過為各個列提供的電壓供給控制電路11而達到低電位(0V)。在 此，由于為各個列中布置的電壓供給線路15提供電壓供給控制電路 11，與已知技術(shù)相比，用于將電壓供給線路15設(shè)定為具有所需電位 所必需的時間可以降低。用于將該光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的所有電壓供給線 路15設(shè)定為具有所需電位所必需的時間可以降低。然后，執(zhí)行用于 選擇第n+l行中的像素的操作。通過在第一實施例中所用的配置，由于為各個列設(shè)置電壓供給控 制電路ll，即使當(dāng)光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的尺寸增大時，用于將電壓供給線路 15設(shè)定為具有所需電位所必需的時間也可以降低。因而，可以改善幀 速率。第二實施例圖4是示出本發(fā)明第二實施例的示意圖。第二實施例與第一實施 例的不同之處在于電壓供給控制電路11的位置。第二實施例的特征 是，電壓供給控制電路11被布置得與充當(dāng)連接到輸出線路16的負載 單元的恒流源17關(guān)于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域?qū)ΨQ。；限據(jù)第二實施例的光電轉(zhuǎn) 換設(shè)備的操作與第一實施例的操作相似。因而，將省略對根據(jù)第二實 施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作的說明。通過第二實施例中所用的配置，由于為各個列設(shè)置電壓供給控制 電路11，可以改善幀速率。此外，由于可以抑制布置得接近恒流源 17的電壓供給控制電路11所生成的電源布線耦合引起的電源偏差的 影響，可以向每條電壓供給線路15施加穩(wěn)定電壓，此外，由于電壓 供給控制電路11可以被布置得接近光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，因此可以降低布 線中生成的寄生電阻。因而，可以抑制電壓降。第三實施例圖5是示出本發(fā)明笫三實施例的示意圖。第三實施例與第一實施 例的不同之處在于，電壓供給控制電路11被交替地布置在光電轉(zhuǎn)換
區(qū)域的一側(cè)和另一側(cè)，使得布置在一列中的電壓供給控制電路11跨雖然沒有圖示，但是電壓供給控制電路11可以被布、置為使得包括多 個電壓供給控制電路11的電路組跨越光電轉(zhuǎn)換區(qū)域?qū)堑孛鎸Π?多個電壓供給控制電路11的相鄰電路組。根據(jù)第三實施例的光電轉(zhuǎn) 換設(shè)備的操作與第一實施例的操作相似。因而，將省略對根據(jù)第三實 施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作的說明。如圖6A所示，將考慮由電壓供給控制電路11設(shè)定的電壓供給 線路15中生成的電壓降。對于每單位像素6的電壓供給線路15的布 線電阻和由電壓供給線路15所驅(qū)動的晶體管的接通-關(guān)斷電阻的和由 Rpix表示，并且流向電壓供給線路15的電流由Ivdd表示。如圖6B 所示，在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的上端和下端之間生成對應(yīng)于所有像素的電壓 降的和i:(Ivdd.Rpix)的電位差。這表明，當(dāng)具有相同電平的光入射到 上端的像素和下端的像素時，在輸出信號中生成差2:(Ivdd.Rpix)。即， 此差可能引起被稱為陰影的現(xiàn)象。將考慮這樣一種情況，其中如圖7所示，電壓供給控制電路ll 僅被布置在上端，并且設(shè)定電壓供給線路15的電位，在此，如圖7B 所示，在每列的上端和下端輸出的信號中生成差S(Ivdd . Rpix)。因而， 對于整個輸出，觀察到上端和下端之間的顯著輸出差。接著，將考慮 這樣一種情況，其中，電壓供給控制電路11被交替地布置在上端和 下端，如圖8A所示，并且設(shè)定電壓供給線路15的電位。在這種情況 下，雖然在每列中存在電位差E(Ivdd.Rpix)，但是偶數(shù)編號的列中的 電位差的方向與奇數(shù)編號的列中的電位差的方向相反。因而，如圖8B 中所示，對于整個輸出，可以在視覺上識別各個列中的陰影的平均值。 因而，可以顯著地改善圖像質(zhì)量。此外，由于可以為每兩列設(shè)置電壓 供給控制電路ll，因此即使當(dāng)像素尺寸降低時，也可以容易地布置電 壓供給控制電路ll。如上所述，通過第三實施例中所用的配置，除了由于為各個列設(shè) 置電壓供給控制電路11引起的幀速率的改善之外，可以顯著獲得對 由每個電壓供給線路15的列方向上的電壓降的差引起的陰影現(xiàn)象的 抑制。此外，即使當(dāng)像素尺寸降低時，也可以容易地布置元件和電路。第四實施例圖9是示出本發(fā)明第四實施例的示意圖。第四實施例與第一實施 例的不同之處在于，電壓供給控制電路11被布置成使得為光電轉(zhuǎn)換 區(qū)域的兩側(cè)的各個列設(shè)置電壓供給控制電路。根據(jù)第四實施例的光電 轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作與第一實施例的操作相似。因而，將省略對根據(jù)第四 實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作的說明。將考慮在圖10A中所示的情況下的由電壓供給控制電路ll設(shè)定 的電壓供給線路15的電壓的時間改變。對于每單位像素6的電壓供 給線路15的布線電阻和由電壓供給線路15驅(qū)動的晶體管的接通-關(guān)斷 電阻的和由Rpix表示。對于每單位像素6的電壓供給線路15的布線 電容和由電壓供給線路15驅(qū)動的晶體管的柵極電容的和由Cpix表 示。在這種情況下，如圖10B所示，電壓供給線路15的電位在時間 上改變。參考圖IOB，向電壓供給線路15充電開始于時刻t0，充電 結(jié)束于時刻tl，放電開始于時刻t2，并且放電結(jié)束于時刻t3。在此， 從時刻t0到時刻tl的時間段和從時刻t2到時刻t3的時間段中的每個 時間段都與和Rpix以及和Cpix的乘積成比例，該乘積是電壓供給線 路15的RC時間常數(shù)。接著，將考慮這樣一種情況，其中從電壓供給線路15的兩端提 供電壓，如圖11A所示。在這種情況下，如圖11B所示，和Rpix以 及Cpix等價于圖10A所示的和Rpix以及Cpix的一半。在此，參考 圖IIC，向電壓供給線路15充電開始于時刻t0,充電結(jié)束于時刻tl'， 放電開始于時刻t2，并且放電結(jié)束于時刻t3'。關(guān)于從時刻tO到時刻 tl，的時間段和從時刻t2到時刻t3，的時間段中的每個時間段，由于電 壓供給線路15的RC時間常數(shù)與值Rpix/2以及值Cpix/2的乘積成比 例，可以在圖IOB所示的情況下所必需的時間的四分之一的時間內(nèi)設(shè) 定電壓供給線路15的電位。
此外，雖然由于從兩側(cè)設(shè)定電壓供給線路15的電位因此在電壓 供給線路15的中間生成大的電壓降，但是如圖11B所示，陰影量的 絕對值下降為從一側(cè)驅(qū)動電壓供給線路15的情況下的值的一半。如上所述，通過第四實施例中所用的配置，除了在為各個列設(shè)置 電壓供給控制電路ll而帶來的幀速率方面的改善之外，由于電位設(shè) 定可以以更高的速度執(zhí)行，因此能夠?qū)崿F(xiàn)幀速率的進一步改善。此夕卜， 可以抑制由每個電壓供給線路15的列方向上的電壓降中的差引起的 陰影現(xiàn)象。第五實施例圖12是示出本發(fā)明第五實施例的示意圖。第五實施例在從光電轉(zhuǎn)換區(qū)域讀取信號方面與第一實施例不同。來自光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的輸出被讀取到多個上方通道和下方通道。根據(jù)第五實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備 的操作與第一實施例的操作相似。因而，將省略對根據(jù)第五實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作的說明。由于為其中布置了電壓供給線路15的各個列設(shè)置電壓供給控制 電路11,用于設(shè)定電壓供給線路15的電位所必需的時間可以下降。 因而，用于設(shè)定光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的所有電壓供給線路15的電位所必 需的時間可以下降。此外，由于為各個列設(shè)置電壓供給控制電路11，即使當(dāng)光電轉(zhuǎn) 換區(qū)域的尺寸增大時，用于設(shè)定電壓供給線路15的電位所必需的時 間也可以降低。其中輸出被讀取到多個上方通道和下方通道的光電轉(zhuǎn) 換設(shè)備還實現(xiàn)在幀速率方面的改善。第六實施例圖13是示出了本發(fā)明第六實施例的示意圖。第六實施例在電壓 供給控制電路11的位置方面與第五實施例不同。第六實施例的特征 是，電壓供給控制電路11被交替地布置在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的一側(cè)和另 一側(cè)，使得在一列中布置的電壓供給控制電路11跨越光電轉(zhuǎn)換區(qū)域
對角地面對在相鄰列中布置的電壓供給控制電路11。雖然沒有圖示， 但是電壓供給控制電路11可以被布置為使得包括多個電壓供給控制 電路11的電路組跨越光電轉(zhuǎn)換區(qū)域?qū)堑孛鎸Πǘ鄠€電壓供給控 制電路11的相鄰電路組。根據(jù)第六實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作與 第一實施例的操作相似。因而，將省略對根據(jù)第六實施例的光電轉(zhuǎn)換 設(shè)備的操作的說明。通過第六實施例中所用的配置，由于為各個列設(shè)置電壓供給控制 電路ll，可以改善幀速率。此外，陰影的方向在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的上端 和下端之間交替改變。因而，對于整個輸出，由于可以視覺上識別各 個列的陰影的平均值，因此可以顯著改善圖像質(zhì)量。此外，由于可以 容易地布置電路，因此即使當(dāng)像素尺寸降低時，此配置也是有效的。第七實施例圖14是示出了本發(fā)明第七實施例的示意圖。第七實施例在電壓 供給控制電路11和恒流源17之間的位置關(guān)系方面與第五實施例不 同。電壓供給控制電路11被布置為以便跨越光電轉(zhuǎn)換區(qū)域?qū)堑孛?對恒流源17，該恒流源17充當(dāng)連接到輸出線路16的負載單元。此外， 電壓供給控制電路ll和恒流源17的位置在兩個相鄰的列之間彼此相 對。雖然沒有圖示，電壓供給控制電路ll和恒流源17的位置可以在 各包括多個列的兩個相鄰列組之間彼此相對。根據(jù)第七實施例的光電 轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作與第一實施例的操作相似。因而，將省略對根據(jù)第七 實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作的說明.通過第七實施例中所用的配置，由于為各個列設(shè)置電壓供給控制 電路ll，可以改善幀速率。此外，由于電壓供給控制電路ll可以被 布置為接近光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，因此在布線中生成的寄生電阻可以降低。 因而，可以抑制電壓降。此外，由于電壓供給控制電路被布置在沒有 布置恒流源的一側(cè)，并且恒流源被布置在沒有布置電壓供給控制電路 的一側(cè)，因此僅為每兩列設(shè)置電壓供給控制電路和恒流源.因而，由 于降低了電路配置中不必要的空間，因此這種配置適用于小型化情 形。此外，由于為每個列設(shè)置關(guān)于像素的對稱結(jié)構(gòu)，因此可以實現(xiàn)從 光學(xué)觀點來看的布局對稱。第八實施例圖15是示出了本發(fā)明第八實施例的示意圖。第八實施例在電壓 供給控制電路11的配置方面與第五實施例不同。第八實施例的一個 特征是，電壓供給控制電路11被布置為使得為像素的上端和下端的 各個列設(shè)置電壓供給控制電路。根據(jù)第八實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的操 作與第一實施例的操作相似。因而，將省略對根據(jù)第八實施例的光電 轉(zhuǎn)換設(shè)備的操作的說明。通過第八實施例中所用的配置，由于為各個列設(shè)置電壓供給控制 電路ll，可以改善幀速率。此外，可以從跨越光電轉(zhuǎn)換區(qū)域彼此面對 的位置，即從列方向上的兩側(cè)設(shè)定電壓供給線路15的電位。因而， 時間常數(shù)可以降低，并且可以進一步改善幀速率。此外，可以抑制由 每個電壓供給線路15的列方向上的電壓降的差引起的陰影現(xiàn)象。第九實施例圖16是示出了本發(fā)明第九實施例的示意圖。第九實施例在電壓 供給線路的配置方面與第八實施例不同。在第九實施例中，用于向電 壓供給單元(復(fù)位MOS晶體管)5的漏極提供電壓的電壓供給線路 還充當(dāng)輸出線路。用于向放大單元(放大MOS晶體管)4的漏極提 供電壓的線路還提供VDD的固定電壓。此外，可以設(shè)定施加到電壓 供給控制電路ll的電源電壓。將參考圖17所示的示意性時序圖描述圖16所示的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備 的操作。在此，將簡短描述笫n行中的操作，其中輸出像素的光學(xué)信 號的行即所選行由第n行表示，并且其他行即非所選行由第n+l行表 示。參考圖17，在時刻t0，由電壓供給控制電路ll設(shè)定的輸出線路 16的電位為"低"(0V)。復(fù)位開關(guān)控制脈沖P—Res(n)和P_Res(n+l)
以及傳送開關(guān)控制脈沖P一Tx(n)和PJTx(n+l)的電平為"低"。此時， 電壓供給單元(復(fù)位MOS晶體管)5處于非導(dǎo)通狀態(tài)，并且輸入單 元(FD區(qū)域)3具有低電位(大約0V)并且處于浮置狀態(tài)。此外， 放大單元(放大MOS晶體管)4處于非選中狀態(tài)。因而，輸出線路 16的電位不改變。
在從時刻tl到時刻t2的時間段期間，充當(dāng)電壓供給線路的輸出 線路16通過為各個列設(shè)置的電壓供給控制電路11達到高電位(5V )。 在此，由于為其中布置了輸出線路16的各個列設(shè)置電壓供給控制電 路ll，用于設(shè)定輸出線路16的電位所必需的時間可以降低。因而， 用于從低電位(0V)到高電位(5V)設(shè)定光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的所有輸 出線路16所必需的時間可以降低。
在從時刻t3到時刻t4的時間段期間，第n行中的復(fù)位開關(guān)控制 脈沖P一Res(n)的電平被設(shè)定為"高"。在此，電壓供給單元(復(fù)位MOS 晶體管)5處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且輸入單元(FD區(qū)域)3的電位被設(shè)定 為"高"。
然后，復(fù)位開關(guān)控制脈沖P一Res(n)的電平被設(shè)定為"低"，電壓 供給控制電路11處于"關(guān)斷"狀態(tài)，并且恒流源17處于"接通"狀態(tài)。 因而，放大單元(放大MOS晶體管)4達到選中狀態(tài)。因此，達到 了這樣一種狀態(tài)，其中輸出線路16的電位根據(jù)第n行中的像素中所 包括的FD區(qū)域的電位改變而改變，即選中第n行中的像素的狀態(tài)。
然后，在從時刻t5到時刻t6的時間段期間，第n行中的傳送開 關(guān)控制脈沖P一Tx(n)的電平被設(shè)定為"高"。在此，傳送單元(傳送 MOS晶體管)2處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且電荷從光電轉(zhuǎn)換元件1被傳送到 輸入單元(FD區(qū)域)3。輸入單元(FD區(qū)域)3的電位根據(jù)所傳送的 電荷的量而改變，并且輸出線路16的電位通過放大單元(放大MOS 晶體管)4而改變。
然后，在從時刻t6到時刻t7的時間段期間，其間第n行中的傳 送開關(guān)控制脈沖P一Tx(n)的電平被設(shè)定為"低"，水平傳送脈沖順序達 到導(dǎo)通狀態(tài)，并且水平傳送開關(guān)31順序達到導(dǎo)通狀態(tài)。然后，輸出
線路16的信號電平通過水平信號傳送線路32和輸出放大器33順序 輸出。
然后，在從時刻t7到時刻t8的時間段期間，輸出線路16的電 位通過為各個列設(shè)置的電壓供給控制電路11而達到低電位(0V)。 在此，由于為其中布置了輸出線路16的各個列設(shè)置電壓供給控制電 路ll，用于設(shè)定輸出線路16的電位所必需的時間可以降低。因而， 用于設(shè)定光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的所有輸出電路16所必需的時間可以降低。 然后，執(zhí)行用于在笫n+l行中選擇像素的操作。
通過第九實施例中所用的配置，由于為各個列設(shè)置電壓供給控制 電路ll，因此即使當(dāng)光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的尺寸增大時，也可以降低用于設(shè) 定輸出線路16的電位所必需的時間。因而，可以改善幀速率。此外， 由于電壓供給控制電路11被布置為使得在像素的列方向上的兩側(cè)都 設(shè)置電壓供給控制電路，因此可以從兩側(cè)設(shè)定輸出線路16的電位。 因而，時間常數(shù)可以下降，并且可以進一步改善幀速率。此外，可以 抑制由輸出線路16的列方向上的電壓降的差引起的陰影現(xiàn)象。此外， 可以設(shè)定施加到電壓供給控制電路11上的電源電壓。從而，當(dāng)由于 MOS晶體管的閾值的變動造成在各個列中疊加偏移(offset)等時，可 以實現(xiàn)用于消除疊加的偏移的電壓設(shè)定。即，可以消除各個列中生成 的固定圖案噪聲。
如上所述，根據(jù)每個前述實施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備實現(xiàn)幀速率的改 善。此外，通過前述實施例中每一個實施例中所用的配置，可以實現(xiàn) 抑制陰影現(xiàn)象、像素數(shù)量增加、像素尺寸降低等中的至少一個。
雖然電源控制器18的配置的一個示例在圖2中示出，電源控制 器18不必限于圖2所示的配置。電源控制器18可以具有與圖2所示 的配置不同的配置，只要電源控制器18具有對受控的線路的電壓電 平進行切換的單元就可以。
電壓供給控制電路和恒流源布置在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域以外。圖18是 示出上述配置的示意圖.參考圖18，附圖標(biāo)記1801表示光電轉(zhuǎn)換區(qū) 域，附圖標(biāo)記1804和1805各表示至少設(shè)置了電壓供給控制電路和恒
流源之一的區(qū)域。區(qū)域1804和1805被布置為以便跨越光電轉(zhuǎn)換區(qū)域 1801而彼此面對?？刂茊卧?806執(zhí)行電源和脈沖信號向區(qū)域1804和 1805的供應(yīng)。控制單元1806還能夠控制掃描電路1802和1803。信 號從掃描電路1803輸出。在圖18中，用于允許在區(qū)域和電路之間的 連接的部分布線被省略。雖然上文中描述了執(zhí)行在兩種類型的電壓電平OV和5V之間切 換的配置，電壓電平不限于上述的兩種類型。也可以采用執(zhí)行其他電 壓之間的切換或者三種或更多種類型的電壓電平之間的切換的配置。使用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的圖像拾取系統(tǒng)圖19是當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實施例的固態(tài)圖像拾取設(shè)備用于攝影機 時的電路塊的示例。在對象拍攝透鏡1002之前設(shè)置用于控制曝光的 快門1001?？讖?003根據(jù)需要控制光強度，并且在固態(tài)圖像拾取設(shè) 備1004上形成圖像。從固態(tài)圖像拾取設(shè)備1004輸出的信號由圖像拾 取信號處理電路1005進行處理，并且經(jīng)過處理的信號通過A/D轉(zhuǎn)換 器1006從模擬信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。從A/D轉(zhuǎn)換器1006輸出的數(shù) 字信號經(jīng)過信號處理器1007進行的算術(shù)處理。經(jīng)過處理的數(shù)字信號 被存儲在存儲單元1010中或者經(jīng)由外部I/F單元1013被傳輸?shù)酵獠?設(shè)備。固態(tài)圖像拾取設(shè)備1004、圖像拾取信號處理電路1005、 A/D 轉(zhuǎn)換器1006、以及信號處理器1007受定時生成器1008的控制。此外， 整個系統(tǒng)由總體控制和算術(shù)單元1009進行控制。為了在記錄介質(zhì)1012 中記錄圖像，通過由總體控制和算術(shù)單元1009控制的記錄介質(zhì)控制 I/F單元1011記錄輸出數(shù)字信號。雖然已經(jīng)參考示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā) 明不限于公開的示例性實施例。以下權(quán)利要求的范圍應(yīng)被給予最寬的 解釋，以便涵蓋所有變型、等同結(jié)構(gòu)和功能.
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，該光電轉(zhuǎn)換設(shè)備包括光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，該光電轉(zhuǎn)換區(qū)域包括光電轉(zhuǎn)換元件，其被布置為將入射光轉(zhuǎn)換成電載子；放大單元，其被布置為讀取基于相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的電載子的信號，并將該信號提供給輸出線路；傳送單元，其被布置為將所述相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的電載子傳送給放大單元的輸入單元；電壓供給單元，其被布置為將用于將相應(yīng)輸入單元設(shè)定為至少具有第一和第二電位的電壓提供給所述相應(yīng)輸入單元；多條電源線路，其被布置為將電壓提供給所述多個電壓供給單元；以及多個電壓供給控制電路，每一個都放置在所述多個電源線路和所述多個電壓供給單元當(dāng)中的相應(yīng)電壓供給單元之間的電源通道中，并且被布置為控制到所述相應(yīng)電壓供給單元的電壓供給，其中所述光電轉(zhuǎn)換元件、所述放大單元、所述傳送單元、以及所述電壓供給單元被二維地布置。
2. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述多個光電轉(zhuǎn)換元件、所述多個放大單元、所述多個傳送 單元、以及所述多個電壓供給單元被布置為矩陣，以及其中為其中布置了所述多個電壓供給單元的各個列設(shè)置所述多 個電壓供給控制電路。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備， 其中多個恒流源連接到相應(yīng)輸出線路，并且其中所述多個電壓供給控制電路被布置為以便跨越光電轉(zhuǎn)換區(qū) 域而面對該多個恒流源。
4. 如權(quán)利要求2所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述多個電壓供給 控制電路被交替地布置在其中布置了所述多個電壓供給單元的各列 的 一側(cè)和另 一側(cè)，使得為其中布置了電壓供給單元的 一列設(shè)置的電壓 ^壓供給單元的相鄰一列設(shè)置的電壓供給控制電路。
5. 如權(quán)利要求2所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述多個電壓供給 控制電路被布置為使得在布置了電壓供給單元的列的兩側(cè)跨越所述 光電轉(zhuǎn)換區(qū)域設(shè)置電壓供給控制電路。
6. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，還包括多個電壓供給線 路，其被布置為從相應(yīng)電壓供給控制電路向相應(yīng)電壓供給單元提供電 壓，其中所述電壓供給線路與輸出線路不同。
7. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中從所述多個輸出線 路并行讀取的信號被順序讀取并且提供給多個通道。
8. 如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，還包括被布置為提供脈 沖的選擇線路，其中所述多個電源線路包括被布置為提供第一電壓的第一電源 線路和被布置為提供低于第一電壓的第二電壓的第二電源線路，以及 其中所迷選擇線路提供脈沖以控制第一電壓和第二電壓之間的切換。
9. 如權(quán)利要求8所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中所述多條電壓供給 控制電路中的每一條都使用反向器和互補金屬氧化物半導(dǎo)體開關(guān)，向 相應(yīng)電壓供給單元提供第一電源線路的第一電壓和第二電源線路的 第二電壓之一。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，其中為所述多個電 壓供給控制電路的每一個設(shè)置所述第一和第二電源線路。
11. 一種圖像拾取系統(tǒng)，包括 根據(jù)權(quán)利要求1的所述光電轉(zhuǎn)換設(shè)備；光學(xué)系統(tǒng)，其被布置為將光形成為所述光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上的圖像；以及信號處理電路，其被布置為處理從所述光電轉(zhuǎn)換設(shè)備輸出的信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和使用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的圖像拾取系統(tǒng)。該光電轉(zhuǎn)換設(shè)備包括光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，該光電轉(zhuǎn)換區(qū)域包括被二維布置的下列組成元件多個光電轉(zhuǎn)換元件被布置為將入射光轉(zhuǎn)換為電荷，多個放大單元被布置為讀取基于相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的電荷的信號，并將該信號提供給輸出線路，多個傳送單元被布置為將該相應(yīng)光電轉(zhuǎn)換元件的電荷傳送給相應(yīng)放大單元的輸入單元，并且多個電壓供給單元被布置為將用于將相應(yīng)輸入單元設(shè)定為至少具有第一和第二電位的電壓提供給所述相應(yīng)輸入單元，并且該光電轉(zhuǎn)換設(shè)備還包括多個電壓供給控制電路，其被布置為將電壓提供給多個電壓供給單元中的相應(yīng)電壓供給單元。
文檔編號H04N5/341GK101119447SQ20071013838
公開日2008年2月6日 申請日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月1日
發(fā)明者小林昌弘, 板野哲也 申請人:佳能株式會社