專利名稱：固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件驅(qū)動(dòng)方法和相機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以CMOS圖像傳感器為代表的固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件驅(qū)動(dòng)方法和相機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近些年來(lái)，CMOS圖像傳感器作為可替換CXD的固態(tài)成像器件(圖像傳感器)已經(jīng)得到人們的關(guān)注。這是由于下面原因。制造CXD像素需要專用處理。CXD像素的操作需要多種電源電壓，并且需要對(duì)多種外圍IC進(jìn)行組合和操作。另一方面，CMOS圖像傳感器克服了這種CXD中的非常復(fù)雜系統(tǒng)的問(wèn)題。與針對(duì)普通CMOS集成電路的制造過(guò)程相同的制造過(guò)程能夠用于制造可由單個(gè)電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的CMOS圖像傳感器，并且在同一芯片內(nèi)包含使用CMOS處理的模擬電路和邏輯電路。由此，CMOS圖像傳感器的很大優(yōu)點(diǎn)在于減少了外圍IC的數(shù)目。用于CXD的輸出電路主要是使用具有FD層的浮動(dòng)擴(kuò)散(FD)放大器的單通道(ch) 輸出。另一方面，CMOS圖像傳感器對(duì)每個(gè)像素具有FD放大器，CMOS圖像傳感器的輸出主要是列并行輸出，在這個(gè)列并行輸出中，選擇像素陣列中的任一行并且在列方向上同時(shí)讀取該行上的像素。這是因?yàn)閺牟贾迷谙袼刂械腇D放大器難以獲得足夠的驅(qū)動(dòng)能力并且由此需要降低數(shù)據(jù)傳輸率并且并行處理是有利的。這里，在這種固態(tài)成像器件中，多像素化、小型化的像素的單位單元尺寸變得更小。因此，在該固態(tài)成像器件中，像素中的晶體管的區(qū)域的百分比增加并且光電二極管(PD)的區(qū)域變小，從而使得飽和電荷量和靈敏度下降并且圖像質(zhì)量惡化。另外，需要多個(gè)像素中的高速讀取(例如，在HD模式下實(shí)現(xiàn)30fps)。由此，在包括具有小型單位單元尺寸的像素的固態(tài)成像器件中，已經(jīng)提出了以模擬或數(shù)字方式增加一些像素信號(hào)以增強(qiáng)靈敏度和S/N或者進(jìn)行高速讀取的方法。一種方法是在多個(gè)像素之中共享FD并且在每個(gè)像素中通過(guò)光電轉(zhuǎn)換獲得的電荷在FD進(jìn)行加法運(yùn)算。然而，如果FD被形成為對(duì)相同顏色像素進(jìn)行加法運(yùn)算而同時(shí)減小像素的單位單元尺寸，則PD區(qū)域進(jìn)一步減小，這導(dǎo)致飽和電荷量和靈敏度的下降以及圖像質(zhì)量的惡化。另一種方法是在固態(tài)成像器件中通過(guò)模擬數(shù)字(AD)轉(zhuǎn)換器執(zhí)行數(shù)字轉(zhuǎn)換并且然后進(jìn)行加法運(yùn)算。在全像素模式下，在一定時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行一次AD轉(zhuǎn)換。然而，當(dāng)執(zhí)行數(shù)字化加法運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)高速時(shí)，在這個(gè)一定時(shí)間段內(nèi)需要多個(gè)AD轉(zhuǎn)換，并且出現(xiàn)需要快速AD轉(zhuǎn)換以及由
4于快速AD轉(zhuǎn)換產(chǎn)生噪聲的問(wèn)題。源跟隨器加法運(yùn)算(連接到讀信號(hào)線的負(fù)載MOS電路執(zhí)行加法運(yùn)算)是一種能夠避免由于FD增加和數(shù)字加法導(dǎo)致的問(wèn)題以及實(shí)現(xiàn)靈敏度和S/N以及高速的增強(qiáng)的已知方法(見專利文獻(xiàn)1)。引用列表專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 美國(guó)專利No. 6794627B2

發(fā)明內(nèi)容
在多個(gè)像素信號(hào)被同時(shí)讀到讀取線(read line)的源跟隨器加法運(yùn)算中，當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的像素電荷量彼此近似時(shí)，讀信號(hào)量變成進(jìn)行加法運(yùn)算的像素電荷量的平均值。然而，當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的像素電荷量之間存在較大差異時(shí)，由源跟隨器進(jìn)行加法運(yùn)算的信號(hào)量的每一個(gè)不等于平均值，而是小于平均值的信號(hào)量。因此，源跟隨器加法運(yùn)算使得例如在對(duì)比度明顯的邊沿處出現(xiàn)錯(cuò)誤顏色。在專利文獻(xiàn)1中，對(duì)多個(gè)像素進(jìn)行加法運(yùn)算以處理邊沿處的彩色效應(yīng)。然而，在多個(gè)列上對(duì)像素進(jìn)行加法運(yùn)算以處理邊沿處的彩色效應(yīng)的方法受到分辨率下降的困擾。本發(fā)明的目的在于一種提供能夠在抑制錯(cuò)誤顏色產(chǎn)生的同時(shí)防止分辨率下降的固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件驅(qū)動(dòng)方法和相機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種固態(tài)成像器件，包括像素信號(hào)讀取線；像素單元，包括以矩陣形式布置的多個(gè)像素，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器件；以及像素信號(hào)讀取單元，用于經(jīng)由像素信號(hào)讀取線從像素單元讀取像素信號(hào)，在像素單元中，形成在多個(gè)像素之中共享輸出節(jié)點(diǎn)的共享像素，并且共享像素中的每個(gè)像素的像素信號(hào)能夠選擇性地從共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出到像素信號(hào)讀取線中的對(duì)應(yīng)一個(gè)，像素信號(hào)讀取單元包括連接到像素信號(hào)讀取線以用作電流源的負(fù)載器件，并且基于偏壓的電流在該負(fù)載器件中流動(dòng)，以及當(dāng)驅(qū)動(dòng)共享像素中的各個(gè)像素的像素信號(hào)的加法運(yùn)算時(shí)，負(fù)載器件的偏壓能被設(shè)置到一定電壓， 該電壓使得電流值高于當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)的基準(zhǔn)偏壓時(shí)的電流。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像器件的方法，所述方法包括形成在每個(gè)均包括光電轉(zhuǎn)換器件的多個(gè)像素之中共享輸出節(jié)點(diǎn)的共享像素；選擇性地將共享像素中的每個(gè)像素的像素信號(hào)從共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出到像素信號(hào)讀取線的對(duì)應(yīng)一個(gè)；以及當(dāng)驅(qū)動(dòng)共享像素中的各個(gè)像素的像素信號(hào)的加法運(yùn)算時(shí)，將連接到像素信號(hào)讀取線以用作電流源并且基于偏壓的電流在其中流動(dòng)的負(fù)載器件的偏壓設(shè)置到一定電壓，該電壓使得電流值高于當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)的基準(zhǔn)偏壓時(shí)的電流。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種相機(jī)系統(tǒng)，包括固態(tài)成像器件；以及光學(xué)系統(tǒng)，用于在成像器件上對(duì)被攝體圖像進(jìn)行成像，其中，固態(tài)成像器件包括像素信號(hào)讀取線； 像素單元，包括以矩陣形式布置的多個(gè)像素，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器件；以及像素信號(hào)讀取單元，用于經(jīng)由像素信號(hào)讀取線從像素單元讀取像素信號(hào)，其中，在像素單元中，形成在多個(gè)像素之中共享輸出節(jié)點(diǎn)的共享像素，并且共享像素中的每個(gè)像素的像素信號(hào)能夠選擇性地從共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出到像素信號(hào)讀取線中的對(duì)應(yīng)一個(gè)，像素信號(hào)讀取單元包括連接到像素信號(hào)讀取線以用作電流源的負(fù)載器件，并且基于偏壓的電流在該負(fù)載器件中流動(dòng)， 以及當(dāng)驅(qū)動(dòng)共享像素中的各個(gè)像素的像素信號(hào)的加法運(yùn)算時(shí)，負(fù)載器件的偏壓能被設(shè)置到一定電壓，該電壓使得電流值高于當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)的基準(zhǔn)偏壓時(shí)的電流。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)驅(qū)動(dòng)共享像素中的像素的像素信號(hào)的加法運(yùn)算時(shí)，負(fù)載器件的偏壓被設(shè)置成一定電壓，該電壓使得電流值高于當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)的基準(zhǔn)偏壓時(shí)的電流。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，能夠在抑制錯(cuò)誤顏色產(chǎn)生的同時(shí)防止分辨率下降。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有列并行ADC的固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的結(jié)構(gòu)例子的框圖。圖2是具體示出根據(jù)在4個(gè)像素之中共享FD的第一實(shí)施例的具有列并行ADC的固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的像素和ADC組的框圖。圖3示出了根據(jù)本實(shí)施例的包括四個(gè)晶體管的CMOS圖像傳感器的基本像素電路的一個(gè)例子。圖4是示出2X2共享像素結(jié)構(gòu)的例子的電路圖。圖5示出了驅(qū)動(dòng)第一實(shí)施例的源跟隨器加法運(yùn)算的時(shí)序圖。圖6示出了第一實(shí)施例的源跟隨器的線性特征。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的具有列并行ADC的固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的結(jié)構(gòu)例子的框圖。圖8是用于解釋根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件的RGB輸入/輸出線性特征的圖。圖9A是用于解釋驅(qū)動(dòng)第二實(shí)施例的源跟隨器加法運(yùn)算的第一方法的圖，該方法是一種在2X2像素共享像素陣列內(nèi)驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖9B是用于解釋驅(qū)動(dòng)第二實(shí)施例的源跟隨器加法運(yùn)算的第一方法的圖，該方法是一種在2X2像素共享像素陣列內(nèi)驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖1OA是用于解釋驅(qū)動(dòng)第二實(shí)施例的源跟隨器加法運(yùn)算的第二方法的圖，該方法是一種在4X 1像素共享像素陣列內(nèi)驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖1OB是用于解釋驅(qū)動(dòng)第二實(shí)施例的源跟隨器加法運(yùn)算的第二方法的圖，該方法是一種在4X 1像素共享像素陣列內(nèi)驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖1lA是用于解釋驅(qū)動(dòng)第二實(shí)施例的源跟隨器加法運(yùn)算的第三方法的圖，該方法是一種在2X2像素曲折(zigzag)像素共享像素陣列內(nèi)驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖1lB是用于解釋驅(qū)動(dòng)第二實(shí)施例的源跟隨器加法運(yùn)算的第三方法的圖，該方法是一種在2X2像素曲折像素共享像素陣列內(nèi)驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖12A是用于解釋驅(qū)動(dòng)第二實(shí)施例的源跟隨器加法運(yùn)算的第四方法的圖，該方法是一種在相同顏色2X2像素共享像素陣列內(nèi)驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖12B是用于解釋驅(qū)動(dòng)第二實(shí)施例的源跟隨器加法運(yùn)算的第四方法的圖，該方法是一種在相同顏色2X2像素共享像素陣列內(nèi)驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖13示出了進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差分、線性保持所需的負(fù)載MOS晶體管的柵極電壓和控制值之間的關(guān)系。圖14示出了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件的相機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
具體實(shí)施例方式在下文中參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。另外，將按照下面順序進(jìn)行描述。1.第一實(shí)施例(固態(tài)成像器件的第一結(jié)構(gòu)例子)2.第二實(shí)施例(固態(tài)成像器件的第二結(jié)構(gòu)例子)3.第三實(shí)施例(相機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子)<第一實(shí)施例>圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有列并行ADC的固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的結(jié)構(gòu)例子的框圖。圖2是更加具體示出根據(jù)第一實(shí)施例的具有在4個(gè)像素之中共享FD的列并行ADC 的固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)中的像素和ADC組的框圖。如圖1和圖2所示，該固態(tài)成像器件100包括像素單元110、負(fù)載MOS單元120、 垂直掃描電路130、水平傳輸掃描電路140、作為像素信號(hào)讀取單元的列處理單元(ADC 組)150、以及定時(shí)控制單元150。固態(tài)成像器件100包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換裝置(DAC)和偏壓電路170 (包括DAC)、放大器電路(S/A) 180、信號(hào)處理電路190、以及線存儲(chǔ)器200。在這些部件之中，像素單元110、負(fù)載MOS單元120、垂直掃描電路130、水平傳輸掃描電路140、ADC組150、DAC 170和放大器電路(S/A) 180由模擬電路形成。另外，定時(shí)控制單元160、信號(hào)處理電路190和線存儲(chǔ)器200由數(shù)字電路形成。像素單元110包括以矩陣形式布置的像素PXL，每個(gè)像素PXL包括光電二極管 (PD)作為光電轉(zhuǎn)換器件。本實(shí)施例的像素單元110具有在4個(gè)像素之中共享FD的結(jié)構(gòu)。這里，將描述基本像素結(jié)構(gòu)，然后將描述在4個(gè)像素之中共享FD的結(jié)構(gòu)。[像素的基本結(jié)構(gòu)的例子]圖3示出了根據(jù)本實(shí)施例的包括四個(gè)晶體管的CMOS圖像傳感器的基本像素電路的一個(gè)例子。圖3的像素電路1IOA例如包括作為光電轉(zhuǎn)換器件的PD 111。像素電路IlOA包括PD 111作為一個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件。對(duì)于一個(gè)PD 111，像素電路IlOA包括四個(gè)作為有源器件的晶體管作為傳輸器件的傳輸晶體管112、作為復(fù)位器件的復(fù)位晶體管113、放大晶體管114和選擇晶體管115。PD 111以光電方式根據(jù)入射光的光量將入射光轉(zhuǎn)換成一定量的電荷(這里為電子)。傳輸晶體管112連接在PD 111與作為輸出節(jié)點(diǎn)的FD之間。
當(dāng)傳輸信號(hào)TRG經(jīng)由傳輸控制線LTRG而被施加到傳輸晶體管112的柵極(傳輸柵極，transfer gate)時(shí)，傳輸晶體管112將通過(guò)在PD 111中的光電轉(zhuǎn)換獲得的電子傳輸?shù)紽D。復(fù)位晶體管113連接在電源線LVDD與FD之間。當(dāng)復(fù)位信號(hào)RST經(jīng)由復(fù)位控制線LRST而被施加到復(fù)位晶體管113的柵極時(shí)，復(fù)位晶體管113將FD的電位復(fù)位到電源線LVDD的電位。放大晶體管114的柵極連接到FD。放大晶體管114經(jīng)由選擇晶體管115連接到垂直信號(hào)線116并且與負(fù)載MOS合作形成源跟隨器，從而在像素單元外部形成恒流源?？刂菩盘?hào)(地址信號(hào)或選擇信號(hào))SEL經(jīng)由選擇控制線LSEL而被施加到選擇晶體管115的柵極，從而使選擇晶體管115導(dǎo)通。當(dāng)選擇晶體管115導(dǎo)通時(shí)，放大晶體管114對(duì)FD的電位進(jìn)行放大并且將基于該電位的電壓輸出到垂直信號(hào)線116。經(jīng)由垂直信號(hào)線116從每個(gè)像素輸出的電壓被輸出到作為像素信號(hào)讀取單元的ADC組150。例如，在一行上的各個(gè)像素上同時(shí)執(zhí)行這些操作，這是因?yàn)閭鬏斁w管112、復(fù)位晶體管113和選擇晶體管115的各個(gè)柵極以行為單位進(jìn)行連接。[共享像素的結(jié)構(gòu)例子]基于以上基本結(jié)構(gòu)描述如圖2所示的2X2像素共享像素結(jié)構(gòu)的例子。圖4是示出2X2共享像素結(jié)構(gòu)的例子的電路圖。這里，2X2共享像素由標(biāo)號(hào)IlOB進(jìn)行指示。另外，與圖3中相同的結(jié)構(gòu)部分由相同標(biāo)號(hào)進(jìn)行指示。在共享像素IlOB中，像素PXLl到PXL4分別包括PD 111-1到111-4以及作為傳輸柵極的傳輸晶體管112-1到112-4。對(duì)于4個(gè)像素PXLl到PXL4，共享像素IlOB包括FD、復(fù)位晶體管113、放大晶體管 114和選擇晶體管115。傳輸控制線LTRGl (N)和LTRG2 (N)以及選擇控制線LSEL(N)布置在布置有像素 PXLl和PXL2的行上。傳輸控制線LTRG3(N)和LRG4(N)以及復(fù)位控制線LRST(N)布置在布置有像素 PXL3和PXL4的行上。傳輸控制線LRGl連接到第一列上的像素PXLl的傳輸晶體管112_1的柵極，傳輸控制線LRG2連接到第二列上的像素PXL2的傳輸晶體管112-2的柵極。傳輸控制線LTRG3連接到第一列上的像素PXL3的傳輸晶體管112_3的柵極，傳輸控制線LTRG4連接到第二列上的像素PXL4的傳輸晶體管112-4的柵極。選擇控制線LSEL(N)連接到選擇晶體管115的柵極，復(fù)位控制線LRST連接到復(fù)位晶體管113的柵極。傳輸控制線LTRGl到LTRG4、復(fù)位控制線LRST和選擇控制線LSEL由垂直掃描電路 130進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。垂直信號(hào)線116作為一個(gè)像素信號(hào)讀取線而被布置在第一列上的像素PXLl和 PXL3與第二列上的像素PXL2和PXL4之間。也就是說(shuō)，在圖2的像素單元110中，為兩列布置一個(gè)垂直信號(hào)線116。
如圖2所示，與ADC組形成像素讀取單元的、作為負(fù)載MOS單元120中的負(fù)載器件的負(fù)載MOS晶體管121連接到垂直信號(hào)線116。此外，在ADC組150中，與這種結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)地每?jī)闪胁⑿胁贾靡粋€(gè)ADC。負(fù)載MOS晶體管121由NMOS晶體管形成，它是N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。負(fù)載MOS晶體管121的漏極連接到垂直信號(hào)線116，并且其源極連接到基準(zhǔn)電源 VSS。每個(gè)負(fù)載MOS晶體管121的柵極連接到偏壓VBias的電源線LVBias。在本實(shí)施例中，通過(guò)源跟隨器加法運(yùn)算(包括負(fù)載MOS晶體管121)執(zhí)行像素加法運(yùn)算。當(dāng)對(duì)累積在多個(gè)像素中的電荷進(jìn)行加法運(yùn)算時(shí)，源跟隨器加法運(yùn)算在與進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量的平均值對(duì)應(yīng)的信號(hào)量輸出到作為讀取線的垂直信號(hào)線116時(shí)是理想的。然而，當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間存在較大差別時(shí)，讀取到等于或小于平均值的信號(hào)量，從而使得輸入/輸出線性被破壞。例如，當(dāng)需要靜止圖像的分辨率時(shí)，累積在每個(gè)像素中的電荷通過(guò)全像素驅(qū)動(dòng)進(jìn)行輸出而沒(méi)有進(jìn)行加法運(yùn)算。然而，當(dāng)利用在全像素驅(qū)動(dòng)中輸入到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的偏壓VBias來(lái)驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算時(shí)，如果在兩個(gè)進(jìn)行加法運(yùn)算的像素電荷量之間沒(méi)有差別，則輸出變成與進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量的平均值對(duì)應(yīng)的值。然而，如果在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間存在差別，則負(fù)載MOS晶體管的線性被破壞。因此，通過(guò)增加負(fù)載MOS晶體管121的偏壓VBias能夠改善負(fù)載MOS的線性，并且即使當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間存在差異時(shí)仍能夠保證這種線性。能夠抑制在對(duì)比度明顯的沿處的彩色效應(yīng)。因此，在本實(shí)施例中，對(duì)負(fù)載MOS晶體管121的柵極偏壓VBias進(jìn)行優(yōu)化以使得即使當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的像素電荷量之間存在較大差別時(shí)仍能夠保持線性。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)共享像素IlOB中的像素PXL的像素信號(hào)的源跟隨器加法運(yùn)算時(shí)，柵極偏壓被設(shè)置成這樣一種電壓，該電壓使得電流值高于當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)的基準(zhǔn)偏壓時(shí)的電流。在固態(tài)成像器件100中，用于產(chǎn)生內(nèi)部時(shí)鐘的定時(shí)控制單元160、用于控制行地址或行掃描的垂直掃描電路130，以及用于控制列地址或列掃描的水平傳輸掃描電路140被布置作為用于順序讀出像素單元110的信號(hào)的控制單元。定時(shí)控制單元160產(chǎn)生像素單元110、垂直掃描電路130、水平傳輸掃描電路140、 ADC組(列ADC電路)150、DAC 170、信號(hào)處理電路190和線存儲(chǔ)器200中的信號(hào)處理所需的定時(shí)信號(hào)。像素單元110使用線快門(line shutter)，通過(guò)光子累積和發(fā)射來(lái)以光電形式轉(zhuǎn)換每個(gè)像素行的視頻或屏幕圖像，并且將模擬信號(hào)VSL輸出到ADC組。在ADC組150中，每個(gè)ADC塊(每個(gè)列單元)使用來(lái)自DAC170的斜坡信號(hào)RAMP 執(zhí)行APGA兼容集成ADC，對(duì)像素單元110的模擬輸出執(zhí)行數(shù)字⑶S，并且輸出多比特的數(shù)字信號(hào)。
在ADC組150中，多個(gè)ADC被布置為對(duì)多個(gè)列布置一個(gè)ADC，具體地講對(duì)兩個(gè)列布置一個(gè)ADC。每個(gè)ADC包括比較器151，比較器151將基準(zhǔn)電壓Vslop(即通過(guò)將由DAC 170產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓改變成階躍形式獲得的斜坡波形(RAMP))與可以經(jīng)由垂直信號(hào)線的來(lái)自每個(gè)行線中的像素的模擬信號(hào)(電位VSL)進(jìn)行比較。另外，每個(gè)ADC包括用于對(duì)比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器152和用于保持計(jì)數(shù)的結(jié)果的存儲(chǔ)器(鎖存器)153。ADC組150具有η比特?cái)?shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換功能并且布置在每個(gè)垂直信號(hào)線(讀取線) 上，從而組成列并行ADC塊。每個(gè)鎖存器153的輸出連接到例如2η比特寬度的水平傳輸線LTRF。布置與水平傳輸線LTRF對(duì)應(yīng)的2η放大器電路180和信號(hào)處理電路190。在ADC組150中，通過(guò)在每列中布置的比較器151將讀到垂直信號(hào)線116的模擬信號(hào)(電位VSL)與基準(zhǔn)電壓Vslop (斜坡信號(hào)RAMP，即以一定斜率線性變化的傾斜波形) 進(jìn)行比較。在這種情況下，布置在每列中的計(jì)數(shù)器152與比較器151類似地進(jìn)行工作。具有斜坡波形的一定斜坡信號(hào)RAMP (電位Vslop)與計(jì)數(shù)器值按照一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系進(jìn)行變化，從而使得垂直信號(hào)線的電位VSL被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。ADC將基準(zhǔn)電壓Vslop (斜坡信號(hào)RAMP)的變化轉(zhuǎn)換成時(shí)間變化，并且通過(guò)在一定時(shí)間段(時(shí)鐘)內(nèi)對(duì)這個(gè)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)進(jìn)行向成數(shù)字值的轉(zhuǎn)換。當(dāng)模擬信號(hào)VSL與斜坡信號(hào)RAMP (基準(zhǔn)電壓Vslop)相交時(shí)，比較器151的輸出被反轉(zhuǎn)以停止計(jì)數(shù)器152的輸入時(shí)鐘或者向計(jì)數(shù)器152輸入其輸入停止的時(shí)鐘，以完成AD轉(zhuǎn)換。在這個(gè)AD轉(zhuǎn)換周期結(jié)束以后，保持在存儲(chǔ)器(鎖存器)153中的數(shù)據(jù)通過(guò)水平傳輸掃描電路140傳輸?shù)剿絺鬏斁€LTRF并且經(jīng)由放大器180輸入到信號(hào)處理電路190，從而通過(guò)給定的信號(hào)處理產(chǎn)生二維圖像。水平傳輸掃描電路140執(zhí)行幾個(gè)通道的同時(shí)并行傳輸以保證傳輸速率。定時(shí)控制單元160產(chǎn)生各個(gè)塊(例如，像素單元110和ADC組150)中信號(hào)處理所需的定時(shí)。信號(hào)處理電路190在下一個(gè)階段執(zhí)行垂直線缺陷或點(diǎn)缺陷的校正以及存儲(chǔ)在線存儲(chǔ)器200中的信號(hào)的信號(hào)箝位，或者執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理(例如，并行-串行轉(zhuǎn)換、壓縮、編碼、加法運(yùn)算、求平均和間歇操作)。傳送到每個(gè)像素行的數(shù)字信號(hào)被存儲(chǔ)在線存儲(chǔ)器200中。在本實(shí)施例的固態(tài)成像器件100中，信號(hào)處理電路190的數(shù)字輸出被作為ISP或基帶ISP的輸入而發(fā)送。接下來(lái)，參照?qǐng)D5和圖6描述第一實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算。圖5示出了第一實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的時(shí)序圖。在選擇信號(hào)SEL(N)和SEL(N+1)處于高電平以后，復(fù)位信號(hào)RST(N)和RST(N+1) 處于高電平以對(duì)FD進(jìn)行復(fù)位從而執(zhí)行處于復(fù)位電平(P相)的AD轉(zhuǎn)換。然后，傳輸信號(hào)TRGl (N)和TRGl (N+1)處于高電平以同時(shí)讀取行N和N+2上的PD
10111-KPD1)的信號(hào)并且執(zhí)行處于信號(hào)電平(D相)的AD轉(zhuǎn)換。P相與D相之間的差分的信號(hào)保持在存儲(chǔ)器153中。接下來(lái)，復(fù)位信號(hào)RST(N)和RST (N+1)處于高電平以復(fù)位FD從而執(zhí)行P相的AD 轉(zhuǎn)換。傳輸信號(hào)TRG2(N)和TRG2(N+1)處于高電平以讀取PD11102 (PD2)的信號(hào)從而執(zhí)行 D相的AD轉(zhuǎn)換。為了輸出PD的數(shù)據(jù)，在執(zhí)行PD 111_2(PD2)中的AD轉(zhuǎn)換處理的同時(shí)輸出PD 111-KPD1)的數(shù)據(jù)。類似地，執(zhí)行PD 111-3 (PD3)和111-4 (PD4)中的AD轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)輸出。圖6是示出第一實(shí)施例的源跟隨器的線性特征的圖。在圖6中，水平軸表示信號(hào)電荷量(電子量)，垂直軸表示讀信號(hào)電壓(VSL)。另外，在圖6中，由A表示的曲線(虛線)示出了全像素驅(qū)動(dòng)特征，由B表示的曲線(實(shí)線) 示出了源跟隨器加法運(yùn)算驅(qū)動(dòng)特征。在例如強(qiáng)調(diào)分辨率的靜止圖像拍攝過(guò)程中，可使用全像素驅(qū)動(dòng)并且可以通過(guò)源跟隨器的消耗電流和輸入/輸出線性的方面確定此時(shí)在負(fù)載MOS晶體管121中流動(dòng)的電流值。然而，當(dāng)在負(fù)載MOS晶體管121的電流具有與全像素驅(qū)動(dòng)相同的值的情況下執(zhí)行源跟隨器加法運(yùn)算時(shí)，隨著進(jìn)行加法運(yùn)算的像素電荷量之間的差的增加，源跟隨器的線性被破壞，并且在諸如對(duì)比度明顯的邊沿的區(qū)域中產(chǎn)生錯(cuò)誤顏色。另一方面，在本實(shí)施例中，負(fù)載MOS晶體管121的偏壓VBias高于正常電壓并且在負(fù)載MOS晶體管121中流動(dòng)的電流增加，從而擴(kuò)大了保持源跟隨器的線性的范圍。因此，即使當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的像素電荷量之間的差較大時(shí)，讀信號(hào)量仍變成與進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量的平均值對(duì)應(yīng)的信號(hào)量。也就是說(shuō)，能夠抑制由于源跟隨器加法運(yùn)算導(dǎo)致的邊沿處的錯(cuò)誤顏色。<2.第二實(shí)施例〉圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的具有列并行ADC的固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的結(jié)構(gòu)例子的框圖。根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件100A與根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件100的不同之處在于固態(tài)成像器件100A被構(gòu)造為獨(dú)立控制負(fù)載MOS晶體管121的柵極電壓，從而對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行讀取。因此，在固態(tài)成像器件100A中，采用了通過(guò)在源跟隨器加法運(yùn)算驅(qū)動(dòng)中調(diào)整每個(gè)像素中的在負(fù)載MOS晶體管中流動(dòng)的、用于對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行讀取的電流來(lái)降低功耗的方法。在第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件100A中，作為信號(hào)處理單元的信號(hào)處理電路190A 具有計(jì)算功能，并且控制信號(hào)CTL根據(jù)計(jì)算結(jié)果被輸出到偏壓控制單元210。偏壓控制單元210利用電壓VLOAD動(dòng)態(tài)改變負(fù)載MOS晶體管121的偏壓VBias以調(diào)整負(fù)載MOS晶體管的電流。在下文中，描述該固態(tài)成像器件100A的偏壓控制功能。圖8是用于解釋根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件的RGB輸入/輸出線性特征的圖。
如圖8中的A所示，在對(duì)RGB —致地按下快門的單片CMOS圖像傳感器中，當(dāng)任何像素飽和并且沒(méi)有發(fā)生過(guò)度曝光時(shí)，RGB累積時(shí)間截止。因此，如圖8中的B所示，在源跟隨器加法運(yùn)算中把近飽和的累積電荷量與黑暗時(shí)的累積電荷量進(jìn)行加法運(yùn)算是在其間具有最大差別的累積電荷量進(jìn)行加法運(yùn)算的條件。如圖5中的C所示，由于從像素特征能夠看出RGB靈敏度比率，所以還能夠計(jì)算針對(duì)RGB像素的由源跟隨器進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的最大差別。因此，能夠?qū)γ總€(gè)顏色優(yōu)化當(dāng)進(jìn)行源跟隨器加法運(yùn)算時(shí)在負(fù)載MOS晶體管121中流動(dòng)的電流，從而降低功耗。圖9A到圖12B示出了在包括不同共享像素的像素陣列中驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的另一個(gè)方法。圖9A和圖9B是用于解釋第二實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的第一方法的圖， 該第一方法是在2X2像素的共享像素陣列中驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖9A是等效電路圖，圖9B示出了時(shí)序圖。圖IOA和圖IOB是用于解釋第二實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的第二方法的圖，該第二方法是在4X1像素的共享像素陣列中驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖IOA是等效電路圖，圖IOB示出了時(shí)序圖。圖IlA和IlB是用于解釋第二實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的第三方法的圖， 該第三方法是在2X2像素的曲折像素共享像素陣列中驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖 IlA是等效電路圖，圖IlB示出了時(shí)序圖。圖12A和12B是用于解釋第二實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的第四方法的圖， 該第四方法是在相同顏色2X2像素的共享像素陣列中驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的方法。圖 12A是等效電路圖，圖12B示出了時(shí)序圖。在圖9A到圖12B中，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓顯示為VL0AD。在圖9A和圖9B的第一例子中，利用一個(gè)電壓VLOADl控制負(fù)載MOS晶體管121的柵極電壓。在圖IOA到圖12B的第二到第四例子中，利用電壓VLOADl控制負(fù)載MOS晶體管 121-1的柵極電壓，利用電壓VL0AD2控制負(fù)載MOS晶體管121-2的柵極電壓。在這四個(gè)例子的任何一個(gè)中，當(dāng)進(jìn)行列并行讀取時(shí)根據(jù)靈敏度比率調(diào)整施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOADl或VL0AD2，從而降低功耗。作為一個(gè)例子，當(dāng)白光入射到RGB像素中的Gr/Gb像素具有最高靈敏度的圖像傳感器上時(shí)，出現(xiàn)下面情況。當(dāng)讀取Gr/Gb像素時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓是IV，當(dāng)讀取R/B 像素時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓改變到0. 8V，從而降低了消耗電流。另外，當(dāng)光量沒(méi)有飽和時(shí)，即使已經(jīng)累積了 1幀，但是通過(guò)源跟隨器加法運(yùn)算相加的電荷量之間的差進(jìn)一步減小，從而使得可以降低在負(fù)載MOS晶體管121中流動(dòng)的電流。例如，算術(shù)處理電路將1幀內(nèi)的每個(gè)顏色的像素的輸出與隨后輸出的相同顏色的像素的輸出進(jìn)行比較，并且將較大的輸出值存儲(chǔ)在信號(hào)處理電路190A的存儲(chǔ)器內(nèi)。類似地，通過(guò)對(duì)每個(gè)顏色進(jìn)行比較，1幀內(nèi)的每個(gè)顏色的最大輸出值被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)。
在1幀結(jié)束以后，能夠從存儲(chǔ)在算術(shù)處理電路的存儲(chǔ)器中的值和傳感器的模擬增益值或數(shù)字增益值推測(cè)在像素中最大累積的電荷量。當(dāng)把假設(shè)最大累積的電荷量和黑暗時(shí)的像素進(jìn)行加法運(yùn)算時(shí)，必須流過(guò)最大負(fù)載 MOS電流。由于優(yōu)選在以上條件下保持負(fù)載MOS晶體管121的線性，所以在負(fù)載MOS晶體管 121中流動(dòng)的電流能夠進(jìn)一步減小。在下文中結(jié)合針對(duì)作為一個(gè)例子的列并行讀取10比特輸出的RGB拜爾布置的單片圖像傳感器詳細(xì)描述上述的內(nèi)容。當(dāng)讀取像素時(shí)，首先讀取第一列上的R像素。所讀取的R像素中的最大輸出值被保持在信號(hào)處理電路190A的存儲(chǔ)器中。接下來(lái)，同一列上的Gr像素的所讀取的最大輸出值被保持在信號(hào)處理電路190A 的存儲(chǔ)器內(nèi)。Gb像素/B像素的最大值被保持在信號(hào)處理電路190A的存儲(chǔ)器內(nèi)，這與R像
素/Gr像素一樣。在整個(gè)1幀上執(zhí)行相同處理。在1幀結(jié)束以后，信號(hào)處理電路190A中的存儲(chǔ)器的值如下R像素=512，Gr像素 =768，Gb 像素=768，B 像素=256。另外，模擬增益是α dB。當(dāng)在輸出值被保持在信號(hào)處理電路190A的存儲(chǔ)器中之前應(yīng)用數(shù)字增益時(shí)，增益值是β(1Β。通過(guò)源跟隨器進(jìn)行加法運(yùn)算的每個(gè)色彩中的兩個(gè)信號(hào)量之間的可能的最大差別變成通過(guò)黑暗時(shí)的電荷量和下面方程計(jì)算的電荷量。[方程1]
電荷量=計(jì)算處理中的存，器的最大值,LSB值丨轉(zhuǎn)換效率
10元 *10元 *2基于上述內(nèi)容，可以識(shí)別當(dāng)源跟隨器加法運(yùn)算時(shí)需要保持線性的范圍。該值是一個(gè)例子。例如，在信號(hào)處理電路190A中它能夠被構(gòu)造為具有如圖13所示的表。例如，當(dāng)把每個(gè)色彩從信號(hào)處理電路190A讀入偏壓控制單元210時(shí)保持線性所需的、與施加應(yīng)用電壓所需的電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)字值被反饋回來(lái)。圖13示出了進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差別、線性保持所需的負(fù)載MOS晶體管的柵極電壓、以及控制值之間的關(guān)系。例如，由信號(hào)處理電路190A計(jì)算進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差。當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差是“0”時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD是0. 60V。在這種情況下，信號(hào)處理電路190A將控制值0的控制信號(hào)CTL輸出到偏壓控制單元 210。因此，響應(yīng)于控制值0，偏壓控制單元210將施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD調(diào)整到0. 60V。當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差是“200”時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵
13極的電壓VLOAD是0. 65V。在這種情況下，信號(hào)處理電路190A將控制值1的控制信號(hào)CTL輸出到偏壓控制單元 210。因此，響應(yīng)于控制值1，偏壓控制單元210將施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD調(diào)整到0. 65V。當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差是“400”時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD是0. 70V。在這種情況下，信號(hào)處理電路190A將控制值2的控制信號(hào)CTL輸出到偏壓控制單元 210。因此，響應(yīng)于控制值2，偏壓控制單元210將施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD調(diào)整到0. 70V。當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量的差是“600”時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓 VLAOD 是 0. 75V。在這種情況下，信號(hào)處理電路190A將控制值3的控制信號(hào)CTL輸出到偏壓控制單元 210。因此，響應(yīng)于控制值3，偏壓控制單元210將施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD調(diào)整到0. 75V。當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差是“800”時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD是0. 80V。在這種情況下，信號(hào)處理電路190A將控制值4的控制信號(hào)CTL輸出到偏壓控制單元 210。因此，響應(yīng)于控制值4，偏壓控制單元210將施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD調(diào)整到0. 80V。當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差是“1000”時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD是0. 85V。在這種情況下，信號(hào)處理電路190A將控制值5的控制信號(hào)CTL輸出到偏壓控制單元 210。因此，響應(yīng)于控制值5，偏壓控制單元210將施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD調(diào)整到0. 85V。當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差是“1200”時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD是0. 90V。在這種情況下，信號(hào)處理電路190A將控制值6的控制信號(hào)CTL輸出到偏壓控制單元 210。因此，響應(yīng)于控制值6，偏壓控制單元210將施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD調(diào)整到0. 90V。當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差是“1400”時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD是0. 95V。在這種情況下，信號(hào)處理電路190A將控制值7的控制信號(hào)CTL輸出到偏壓控制單元 210。
因此，響應(yīng)于控制值7，偏壓控制單元210將施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD調(diào)整到0. 95V。當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差是“1600”時(shí)，施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD是1. OOV。在這種情況下，信號(hào)處理電路190A將控制值8的控制信號(hào)CTL輸出到偏壓控制單元 210。因此，響應(yīng)于控制值8，偏壓控制單元210將施加到負(fù)載MOS晶體管121的柵極的電壓VLOAD調(diào)整到1. 00V。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，固態(tài)成像器件包括像素單元110和像素信號(hào)讀取單元 (ADC組)150，在像素單元110中以矩陣形式布置了執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換的多個(gè)像素，像素信號(hào)讀取單元150以行為單位從像素單元110讀取數(shù)據(jù)。在像素單元110中，多個(gè)像素共享FD(輸出節(jié)點(diǎn))、復(fù)位晶體管113、放大晶體管 114和選擇晶體管115。共享像素中的每個(gè)像素包括PD 111和傳輸晶體管112。布置垂直信號(hào)線116作為讀信號(hào)線，其中，對(duì)包括共享像素的多列布置一個(gè)垂直信號(hào)線116。形成與ADC組150協(xié)作的像素讀取單元的、用于驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算的負(fù)載 MOS晶體管121連接到垂直信號(hào)線116。當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)，負(fù)載MOS晶體管121的柵極電壓高于基準(zhǔn)柵極電壓，從而當(dāng)驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算時(shí)，加法運(yùn)算源跟隨器的電流增大并且線性特征得到擴(kuò)展。可替換地，采用通過(guò)利用每個(gè)像素調(diào)整用于在驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算過(guò)程中讀取每個(gè)像素的、在負(fù)載MOS晶體管中流動(dòng)的電流來(lái)降低功耗的方法。ADC組150包括多個(gè)比較器151、多個(gè)計(jì)數(shù)器152和存儲(chǔ)器153，其中，這些比較器 151被布置為與像素的列布置對(duì)應(yīng)，用于將讀信號(hào)電位與用于判斷的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并且輸出判斷信號(hào)，這些計(jì)數(shù)器152的每個(gè)用于對(duì)所述多個(gè)比較器中對(duì)應(yīng)的一個(gè)比較器的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)。因此，根據(jù)本實(shí)施例，可以獲得下面的有利效果?？偟膩?lái)說(shuō)，在CMOS圖像傳感器中，當(dāng)像素的單位單元尺寸由于多個(gè)像素和小型化而變小時(shí)，沒(méi)有避免靈敏度或S/N的下降，并且以模擬或數(shù)字方式把像素輸出進(jìn)行加法運(yùn)算的驅(qū)動(dòng)方法是必須的。如上所述，一種加法運(yùn)算方法是由連接到讀信號(hào)線的負(fù)載MOS執(zhí)行加法運(yùn)算的源跟隨器加法運(yùn)算。當(dāng)需要分辨率時(shí)，例如，在靜止圖像中，在每個(gè)像素中累積的電荷通過(guò)全像素驅(qū)動(dòng)進(jìn)行輸出而無(wú)需進(jìn)行加法運(yùn)算。然而，當(dāng)在全像素驅(qū)動(dòng)時(shí)通過(guò)輸入到負(fù)載MOS的柵極的偏壓驅(qū)動(dòng)源跟隨器加法運(yùn)算時(shí)并且如果在兩個(gè)進(jìn)行加法運(yùn)算的像素電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)，輸出變成與進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量的平均值對(duì)應(yīng)的值。然而，如果在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間存在差別，則負(fù)載 MOS晶體管的線性被破壞。根據(jù)本實(shí)施例，可以通過(guò)增大負(fù)載MOS晶體管的偏壓來(lái)增強(qiáng)負(fù)載MOS晶體管的線性，并且即使當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間存在差別時(shí)仍能夠保證這種線性，從而抑制
15例如對(duì)比度明顯的邊沿處顏色的應(yīng)用。另外，根據(jù)入射光量和RGB靈敏度比率優(yōu)化當(dāng)讀取每個(gè)顏色時(shí)在負(fù)載MOS晶體管中流動(dòng)的電流，從而降低功耗。例如，使進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差最大的條件是黑暗，并且當(dāng)對(duì)FD完全填充的像素進(jìn)行加法運(yùn)算時(shí)。然而，即使當(dāng)累積了 1幀時(shí)，也能以不需要按下快門的光量來(lái)減小最大差別。因此，能夠降低保持負(fù)載MOS晶體管的線性的范圍并且因此能夠降低消耗電流。具有這些有利效果的固態(tài)成像器件可用作用于數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的成像裝置。<3.第三實(shí)施例>[相機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子]圖14示出了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件的相機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。如圖14所示，這個(gè)相機(jī)系統(tǒng)300包括成像裝置310，其中，可以對(duì)該成像裝置310 應(yīng)用根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器(固態(tài)成像器件)100或100A。相機(jī)系統(tǒng)300包括用于將入射光引導(dǎo)至成像裝置310的像素區(qū)域(用于對(duì)被攝體圖像進(jìn)行成像)的光學(xué)系統(tǒng)，例如用于在成像表面上對(duì)入射光(圖像光)進(jìn)行成像的鏡頭 320。相機(jī)系統(tǒng)300包括用于驅(qū)動(dòng)成像裝置310的驅(qū)動(dòng)電路(DRV) 330和用于處理成像裝置310的輸出信號(hào)的信號(hào)處理電路(PRC) 340。驅(qū)動(dòng)電路330包括用于產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)(包括用于驅(qū)動(dòng)成像裝置310中的電路的開始脈沖或時(shí)鐘脈沖)的定時(shí)發(fā)生器(未示出)，并且使用給定的定時(shí)信號(hào)驅(qū)動(dòng)成像裝置 310。另外，信號(hào)處理電路340對(duì)成像裝置310的輸出信號(hào)執(zhí)行給定的信號(hào)處理。由信號(hào)處理電路340進(jìn)行處理的圖像信號(hào)例如記錄在例如存儲(chǔ)器的記錄介質(zhì)中。記錄在記錄介質(zhì)中的圖像信息例如通過(guò)打印機(jī)進(jìn)行硬復(fù)制。另外，由信號(hào)處理電路340處理的圖像信號(hào)被輸出為在由液晶顯示器構(gòu)造的監(jiān)視器上的運(yùn)動(dòng)圖像。如上所述，在例如數(shù)字靜態(tài)相機(jī)的成像設(shè)備中，安裝上述的固態(tài)成像器件100或 100A作為成像裝置310，從而實(shí)現(xiàn)高精度相機(jī)。[參考標(biāo)號(hào)列表]100固態(tài)成像器件110像素單元120負(fù)載MOS單元130垂直掃描電路140水平傳輸掃描電路150ADC 組151比較器152計(jì)數(shù)器153鎖存器160定時(shí)控制單元
170DAC
180放大器電路
190，190A信號(hào)處理電路
200線存儲(chǔ)器
210偏壓控制單元
LTRF水平傳輸線
300相機(jī)系統(tǒng)
310成像裝置
320驅(qū)動(dòng)電路
330鏡頭
340信號(hào)處理電路
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像器件，包括像素信號(hào)讀取線；像素單元，包括以矩陣形式布置的多個(gè)像素，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器件；以及像素信號(hào)讀取單元，用于經(jīng)由像素信號(hào)讀取線從像素單元讀取像素信號(hào)， 其中，在像素單元中，形成在多個(gè)像素之中共享輸出節(jié)點(diǎn)的共享像素，并且共享像素中的每個(gè)像素的像素信號(hào)能夠選擇性地從共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出到像素信號(hào)讀取線中的對(duì)應(yīng)一個(gè)，其中，像素信號(hào)讀取單元包括連接到像素信號(hào)讀取線以用作電流源的負(fù)載器件，并且基于偏壓的電流在該負(fù)載器件中流動(dòng)，以及其中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)共享像素中的各個(gè)像素的像素信號(hào)的加法運(yùn)算時(shí)，負(fù)載器件的偏壓能被設(shè)置到一定電壓，該電壓使得電流值高于當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)的基準(zhǔn)偏壓時(shí)的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像器件，包括信號(hào)處理單元，用于從由像素信號(hào)讀取單元讀取的像素信號(hào)來(lái)計(jì)算進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間的差，并且根據(jù)計(jì)算結(jié)果輸出控制信號(hào)；以及偏壓控制單元，用于響應(yīng)于信號(hào)處理單元的控制信號(hào)來(lái)控制偏壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的固態(tài)成像器件，其中，偏壓控制單元控制偏壓，以使得在負(fù)載器件中流動(dòng)的電流的值隨所述差的增大而增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的固態(tài)成像器件，其中，偏壓控制單元能獨(dú)立控制連接到像素信號(hào)讀取線的負(fù)載器件的電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像器件，其中，共享像素包括 輸出節(jié)點(diǎn)；多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并且累積信號(hào)電荷； 多個(gè)傳輸器件，每個(gè)傳輸器件通過(guò)傳輸信號(hào)而被導(dǎo)通或截止，用于在導(dǎo)通狀態(tài)下將光電轉(zhuǎn)換器件中的對(duì)應(yīng)一個(gè)的電荷傳輸?shù)捷敵龉?jié)點(diǎn)；以及復(fù)位器件，通過(guò)復(fù)位信號(hào)而被導(dǎo)通或截止，用于在導(dǎo)通狀態(tài)下對(duì)輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位， 其中，輸出節(jié)點(diǎn)和復(fù)位器件在多個(gè)像素之中進(jìn)行共享，以及其中，共享像素中的每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器件和傳輸器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像器件，其中，所述共享像素包括 輸出節(jié)點(diǎn)；多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器件，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并且累積信號(hào)電荷； 多個(gè)傳輸器件，每個(gè)傳輸器件由傳輸信號(hào)而被導(dǎo)通或截止，用于在導(dǎo)通狀態(tài)下將光電轉(zhuǎn)換器件中的對(duì)應(yīng)一個(gè)的電荷傳輸?shù)捷敵龉?jié)點(diǎn)；復(fù)位器件，由復(fù)位信號(hào)而被導(dǎo)通或截止，用于在導(dǎo)通狀態(tài)下對(duì)輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)位；以及選擇器件，由選擇信號(hào)而被導(dǎo)通或截止，用于在導(dǎo)通狀態(tài)下將輸出節(jié)點(diǎn)電連接到像素信號(hào)讀取線，其中，輸出節(jié)點(diǎn)、復(fù)位器件和選擇器件在多個(gè)像素之中進(jìn)行共享，以及其中，共享像素中的每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器件和傳輸器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像器件，其中，像素信號(hào)讀取單元以多個(gè)像素為單位從像素單元讀取像素信號(hào)，以及其中，像素信號(hào)讀取單元包括多個(gè)比較器，被布置為與像素信號(hào)讀取線的列布置對(duì)應(yīng)，用于將讀取信號(hào)電位與用于判斷的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并且輸出判斷信號(hào)；多個(gè)計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器用于對(duì)比較器中的對(duì)應(yīng)一個(gè)的比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的操作由比較器的輸出進(jìn)行控制；以及鎖存器，用于鎖存計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。
8.—種驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像器件的方法，所述方法包括形成在每個(gè)均包括光電轉(zhuǎn)換器件的多個(gè)像素之中共享輸出節(jié)點(diǎn)的共享像素； 選擇性地將共享像素中的每個(gè)像素的像素信號(hào)從共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出到像素信號(hào)讀取線的對(duì)應(yīng)一個(gè)；以及當(dāng)驅(qū)動(dòng)共享像素中的各個(gè)像素的像素信號(hào)的加法運(yùn)算時(shí)，將連接到像素信號(hào)讀取線以用作電流源并且基于偏壓的電流在其中流動(dòng)的負(fù)載器件的偏壓設(shè)置到一定電壓，該電壓使得電流值高于當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)的基準(zhǔn)偏壓時(shí)的電流。
9.一種相機(jī)系統(tǒng)，包括 固態(tài)成像器件；以及光學(xué)系統(tǒng)，用于在成像器件上對(duì)被攝體圖像進(jìn)行成像， 其中，固態(tài)成像器件包括 像素信號(hào)讀取線；像素單元，包括以矩陣形式布置的多個(gè)像素，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換器件；以及像素信號(hào)讀取單元，用于經(jīng)由像素信號(hào)讀取線從像素單元讀取像素信號(hào)， 其中，在像素單元中，形成在多個(gè)像素之中共享輸出節(jié)點(diǎn)的共享像素，并且共享像素中的每個(gè)像素的像素信號(hào)能夠選擇性地從共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出到像素信號(hào)讀取線中的對(duì)應(yīng)一個(gè)，其中，像素信號(hào)讀取單元包括連接到像素信號(hào)讀取線以用作電流源的負(fù)載器件，并且基于偏壓的電流在該負(fù)載器件中流動(dòng)，以及其中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)共享像素中的各個(gè)像素的像素信號(hào)的加法運(yùn)算時(shí)，負(fù)載器件的偏壓能被設(shè)置到一定電壓，該電壓使得電流值高于當(dāng)在進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)的基準(zhǔn)偏壓時(shí)的電流。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種固態(tài)成像器件，包括像素信號(hào)讀取線(116)；和像素信號(hào)讀取單元(120)，用于經(jīng)由像素信號(hào)讀取線從像素單元(110)讀取像素信號(hào)。像素單元(110)中以矩陣形式布置有包括光電轉(zhuǎn)換器件的多個(gè)像素。在像素單元(110)中，形成共享輸出節(jié)點(diǎn)的多個(gè)像素(110B)，像素單元(110)能選擇性地把共享像素(110B)中的每個(gè)像素的像素信號(hào)從共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出到對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)讀取線。在共享像素(110B)中的像素(PXL)的像素信號(hào)的加法運(yùn)算期間，像素信號(hào)讀取單元將連接到各像素信號(hào)讀取線并且基于偏壓的電流在其中流動(dòng)的多個(gè)負(fù)載器件(121)的每一個(gè)的偏壓(VBias)設(shè)置到一定電壓值，使得對(duì)應(yīng)電流值高于當(dāng)進(jìn)行加法運(yùn)算的電荷量之間沒(méi)有差別時(shí)的基準(zhǔn)偏壓的間隔期間流動(dòng)的電流值。
文檔編號(hào)H04N5/374GK102165763SQ20098013753
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者加藤雄一, 新田嘉一, 末永貴嗣, 杉田俊超, 福島范之 申請(qǐng)人:索尼公司