專(zhuān)利名稱(chēng)：固態(tài)成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像設(shè)備。
技術(shù)背景
作為用于如復(fù)印機(jī)和掃描儀之類(lèi)的圖像掃描設(shè)備的固態(tài)成像設(shè)備，存在如下的固 態(tài)成像設(shè)備，其包括用于讀出不同的顏色成分的光電二極管以及與相應(yīng)的光電二極管對(duì)應(yīng) 的保持電容器，如日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-211363(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)的圖1中所示。
日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-211363公開(kāi)了具有一個(gè)公共輸出線的固態(tài)成像設(shè) 備，而日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. H06-204445 (專(zhuān)利文獻(xiàn)2、提出了可以對(duì)于每一顏色成分輸出 一信號(hào)的固態(tài)成像設(shè)備，如其圖4中所示。由于在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)NO.H06-204445中公 開(kāi)的布置通過(guò)多個(gè)公共輸出線并行地輸出信號(hào)，因此它可以將讀出信號(hào)所用的時(shí)間降低得 如日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2006-211363中所公開(kāi)的布置所花費(fèi)的時(shí)間除以所述公共輸出線 的數(shù)目那么短。
在需要改善性能諸如改善S/N比時(shí)，可以采用如下的布置，該布置具有被提 供用于垂直傳送單元(其以低速操作)的放大電路以用于放大窄帶中的信號(hào)以實(shí)現(xiàn) 低噪聲，如日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2008-54246 (專(zhuān)利文獻(xiàn)3)以及日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi) No. 2008-60949 (專(zhuān)利文獻(xiàn)4)中所示。
然而，已知在日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2008-54246以及日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi) No. 2008-60949中所公開(kāi)的布置中，會(huì)由于上述的放大電路而出現(xiàn)被稱(chēng)作拖尾(smear)的 與輸入圖像的光強(qiáng)相應(yīng)的偽像(artifact)。除上述的文獻(xiàn)中所示的導(dǎo)致偽像的機(jī)制以 外，偽像可以由如下的機(jī)制引起，其中在來(lái)自前一級(jí)的信號(hào)被采樣在保持電容器中時(shí)產(chǎn)生 的過(guò)量電流通過(guò)其電源阻抗改變了電源偏置，并且電源中的所述改變使得來(lái)自每一列的信 號(hào)值偏移。此外，在使用源極跟隨器電路作為像素中的放大電路時(shí)，源極跟隨器電路的電 流源晶體管上的偏置受信號(hào)的壓迫，導(dǎo)致電流改變，這會(huì)使來(lái)自每一列的信號(hào)值偏移。這 里，所述“拖尾”根據(jù)它產(chǎn)生的位置以及信號(hào)的極性可以相對(duì)于所述光強(qiáng)表現(xiàn)為白的(上浮 (floating)成分)或黑的(下沉(sinking)成分)。
已經(jīng)考慮到上述情況而提出本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個(gè)目的是使得能夠減少由于 偽像(諸如，拖尾)而導(dǎo)致的圖像質(zhì)量劣化。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種固態(tài)成像設(shè)備，其包括多個(gè)單位單元組，每一單位單元組包括 多個(gè)單位單元，每一單位單元包括具有彼此不同的光譜敏感度的多個(gè)像素；以及多個(gè)保持 電容器，信號(hào)被從所述單位單元傳送到所述保持電容器，其中所述固態(tài)成像設(shè)備進(jìn)行用于 將來(lái)自所述單位單元的信號(hào)傳送到所述保持電容器的垂直傳送操作，以及用于相繼讀取所 述保持電容器中的信號(hào)的水平傳送操作，從而通過(guò)所述垂直傳送操作將來(lái)自被包括在每一 單位單元組中的光學(xué)黑像素以及有效像素的信號(hào)分別傳送到所述保持電容器，并且通過(guò)所述水平傳送操作相繼讀出通過(guò)所述垂直傳送操作傳送的信號(hào)。
從下面的參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的另外的特征將變得清楚。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的一部分的配置示例的圖。
圖2是示出了根據(jù)該實(shí)施例的像素的配置示例的圖。
圖3是示出了根據(jù)該實(shí)施例的中間保持單元的配置示例的圖。
圖4是示出了根據(jù)該實(shí)施例的選擇單元的配置示例的圖。
圖5是示出了根據(jù)該實(shí)施例的保持單元的配置示例的圖。
圖6是示出了根據(jù)該實(shí)施例的切換單元的配置示例的圖。
圖7是示出了圖1中所示的固態(tài)成像設(shè)備的操作示例的流程圖。
圖8是示出了圖1中所示的固態(tài)成像設(shè)備的操作示例的時(shí)序圖。
圖9是示出了一種典型的固態(tài)成像設(shè)備的操作示例的時(shí)序流程圖。
圖10是示出了用于實(shí)現(xiàn)圖9中所示的驅(qū)動(dòng)的配置的示意圖。
圖IlA和IlB是示出了在圖9中所示的驅(qū)動(dòng)中在OB鉗位(clamping)之后的輸出 的示例的圖。
圖12是示出了根據(jù)該實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的配置示例的示意圖。
圖13是示出了圖12中所示的固態(tài)成像設(shè)備的操作示例的時(shí)序流程圖。
圖14是示出了在圖12中所示的驅(qū)動(dòng)中在OB鉗位之后的輸出的示例的圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
首先，將描述固態(tài)成像設(shè)備的配置和驅(qū)動(dòng)以及固態(tài)成像設(shè)備中拖尾所導(dǎo)致的使圖 像質(zhì)量劣化的機(jī)制。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的一部分的配置的示例的圖。圖 1示出了用于檢測(cè)三種顏色的顏色傳感器作為示例。
圖1示出了 像素1沖間保持單元2，其用于保持來(lái)自像素1的信號(hào)；選擇單元3， 其用于選擇并輸出來(lái)自與其耦接的中間保持單元的輸出信號(hào)；以及單位單元4，其包括多 個(gè)所述像素1、和與像素一樣多的中間保持單元2、以及選擇單元3。在每一單位單元4中， 以列布置具有彼此不同的光譜敏感度的像素1，例如，以分別讀出不同的顏色成分。在該示 例中，假定從像素1中的每一個(gè)讀出R、G和B成分中的每一個(gè)，并且每一成分被稱(chēng)作R像 素1_R、G像素I-G以及B像素1-B。在每一單位單元4中，可以對(duì)每一顏色分配一個(gè)像素。 這里，耦接到所述R像素1_R、G像素I-G以及B像素I-B的中間保持單元被分別稱(chēng)作2-R、 2-G 以及 2-B。
該圖還示出了 保持單元5，其用于保持來(lái)自單位單元4的輸出信號(hào)；掃描電路6， 其用于相繼掃描來(lái)自保持單元5的信號(hào)；以及掃描線7，其從掃描電路6輸出，用于保持單 元5的掃描。該圖還示出了 公共輸出線8，其用于根據(jù)掃描線7的掃描信號(hào)輸出來(lái)自保持 單元5中的每一個(gè)保持單元的信號(hào)；復(fù)位單元9，其用于根據(jù)柵極信號(hào)(pCHR將公共輸出 線8復(fù)位到電壓VCHR ；以及輸出電路10，其用于放大并輸出來(lái)自公共輸出線8的信號(hào)。該圖還示出了單位單元組11，其是例如以行布置的多個(gè)單位單元4的組。例如，也可以將單位 單元組Ii以行布置。該圖還示出了切換單元12，其用于根據(jù)控制信號(hào)(pCHl、(pCH2和 q>CH3連接保持單元5和公共輸出線8。
這里，在該實(shí)施例中，掃描電路6可以是與單位單元組11-1至11-3對(duì)應(yīng)的三個(gè) 6-1至6-3。掃描電路6-1至6-3可以通過(guò)掃描信號(hào)7同時(shí)掃描與單位單元組11_1至11_3 對(duì)應(yīng)的保持單元5。公共輸出線8中的每一個(gè)可以輸出多個(gè)顏色成分(R、G、B)，其每一個(gè)被 稱(chēng)作8-R、8-G和8-B。與公共輸出線8-R、8-G和8-B對(duì)應(yīng)地分別提供復(fù)位單元9_R、9_G和 9-B以及輸出電路IO-RUO-G和IO-B0在圖1中，假設(shè)像素1中的字母數(shù)字R-I至R_6、G_1 至G-6以及B-I至B-6表示像素的顏色列編號(hào)。在下文中，假設(shè)通過(guò)高電平控制信號(hào)(柵 極信號(hào))將開(kāi)關(guān)或起開(kāi)關(guān)作用的晶體管驅(qū)動(dòng)至導(dǎo)通狀態(tài)，并且通過(guò)低電平控制信號(hào)使之返 回到非導(dǎo)通狀態(tài)。
現(xiàn)在，下面將描述圖1中所示的固態(tài)成像設(shè)備的各部件。
(像素1)
圖2是示出了像素1的配置示例的圖。圖2示出了光電轉(zhuǎn)換元件21(例如，光電 二極管)以及用于根據(jù)柵極信號(hào)(pRES將光電轉(zhuǎn)換元件21復(fù)位到電壓VRES的復(fù)位晶體 管22。還示出了用于接收來(lái)自光電轉(zhuǎn)換元件21的信號(hào)的源極跟隨器電路的輸入晶體管23 以及該源極跟隨器電路的恒流電路24?？梢詾槊恳幌袼鼗蚨鄠€(gè)像素提供該恒流電路。恒流 電路M可以是這樣的MOS晶體管，其中預(yù)先確定的電壓被提供到柵極，漏極連接到輸入晶 體管23的源極，并且源極連接到電源。像素1中經(jīng)受光電轉(zhuǎn)換的輸出信號(hào)被從節(jié)點(diǎn)N21輸 出ο
(中間保持單元2)
圖3是示出了中間保持單元2的配置示例的圖。圖3示出了中間保持電容器31以 及用于根據(jù)柵極信號(hào)(pCM進(jìn)行寫(xiě)入的第一寫(xiě)入開(kāi)關(guān)32。中間保持單元2具有節(jié)點(diǎn)N31， 其連接到相應(yīng)的像素1的節(jié)點(diǎn)N21 ；以及節(jié)點(diǎn)N32，其連接到選擇單元3。在該中間保持單 元2中，通過(guò)高電平柵極信號(hào)(pCM將第一寫(xiě)入開(kāi)關(guān)32驅(qū)動(dòng)到導(dǎo)通狀態(tài)，從而將來(lái)自相應(yīng)的像素1的信號(hào)寫(xiě)入到中間保持電容器31中。
(選擇單元3)
圖4是示出了第一單位單元組11-1中的選擇單元3-1、第二單位單元組11-2中的 選擇單元3-2、以及第三單位單元組11-3中的選擇單元3-3的配置示例的圖。圖4示出了 選擇晶體管41和放大電路42。在該實(shí)施例中，由于選擇單元3輸出用于三個(gè)像素R、G和 B的中間保持單元2(中間保持電容器31)中保持的信號(hào)，因此選擇晶體管41包括三個(gè)選 擇晶體管41-R、41-G以及41-B。放大電路42可以是專(zhuān)利文獻(xiàn)3和4中描述的放大電路或 源極跟隨器電路。選擇晶體管41的漏極經(jīng)由相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)N41連接到相應(yīng)的中間保持單元 2 (中間保持單元2的節(jié)點(diǎn)N3》，并且各自的源極耦接到放大電路42的輸入節(jié)點(diǎn)。也即，來(lái) 自單位單元4的信號(hào)經(jīng)由放大電路42從節(jié)點(diǎn)N47輸出。不同的控制信號(hào)(pSWl、9SW2 和(|)S\V3被施加到相應(yīng)的選擇晶體管41的柵極，并且根據(jù)控制信號(hào)，從相應(yīng)的中間保持單 元2選擇信號(hào)并經(jīng)由放大電路42將該信號(hào)輸出。在圖4中，放大電路42被布置在選擇晶 體管41之后，即，對(duì)于每一列布置一個(gè)放大電路42，但是放大電路42可以布置在選擇晶體管41之前。如圖中所示，控制信號(hào)(pSWl、(pSW2和(|)S\V3分別耦接到選擇單元3-1、 3-2和3-3，并且這些控制信號(hào)(pSW分別經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N44、N45和N46施加到所述選擇晶體管 41。因此，選擇單元3可以從單位單元組11中的每一個(gè)單位單元組中的不同顏色成分的中 間保持單元2中選擇一個(gè)。
(保持單元5)
圖5是示出了保持單元5的配置示例的圖。圖5示出了保持電容器51、用于根 據(jù)柵極信號(hào)(|)CT進(jìn)行寫(xiě)入的第二寫(xiě)入開(kāi)關(guān)52、以及用于根據(jù)來(lái)自掃描電路6的掃描信號(hào) 7 ( (pSR )將來(lái)自保持電容器51的信號(hào)傳送到公共輸出線8的傳送開(kāi)關(guān)53。保持單元5具 有耦接到相應(yīng)選擇單元3的節(jié)點(diǎn)N47的節(jié)點(diǎn)N51，并具有耦接到切換單元12的節(jié)點(diǎn)N52。在 保持單元5中，通過(guò)高電平的柵極信號(hào)(|)CT將第二寫(xiě)入開(kāi)關(guān)52驅(qū)動(dòng)到導(dǎo)通狀態(tài)，從而將信 號(hào)從相應(yīng)的選擇單元3寫(xiě)入到保持電容器51中。
(切換單元12)
圖6是示出了切換單元12的配置示例的圖。在圖6中，切換單元12-1是與單位單 元組11-1對(duì)應(yīng)的切換單元12，切換單元12-2是與單位單元組11-2對(duì)應(yīng)的切換單元12，而 切換單元12-3是與單位單元組11-3對(duì)應(yīng)的切換單元12。圖6示出了切換晶體管61，其用于 將每一保持單元5連接到公共輸出線8，以便將經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N61輸入的信號(hào)輸出到公共輸出線 8中。如該圖中所示，切換單元12-1、12-2以及12-3分別耦接到控制信號(hào)(pCHl、(pCH2 以及(pCH3，并且這些控制信號(hào)(pCH分別經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N62、N63以及N64施加到所述切換晶 體管61。因此，切換單元12可以為經(jīng)由保持單元5與其耦接的相應(yīng)的單位單元組11選擇 不同顏色成分的公共輸出線8中的一個(gè)。
現(xiàn)在，將參考圖7和8來(lái)描述操作。圖7是示出了圖1中所示的固態(tài)成像設(shè)備的 操作示例的流程圖，而圖8是示出了圖1中所示的該固態(tài)成像設(shè)備的操作示例的時(shí)序圖。
首先，操作以在像素1中的光電轉(zhuǎn)換元件21中積累入射光的期間(未示出)開(kāi)始。 在積累期間中，在源極跟隨器電路中的輸入晶體管23的源極處將光電轉(zhuǎn)換元件21中轉(zhuǎn)換 的電信號(hào)放大，并從那里輸出。
接著，在步驟Sll中，執(zhí)行第一垂直傳送操作，所述第一垂直傳送操作用于幾乎同 時(shí)地將多個(gè)信號(hào)從像素1傳送到中間保持單元2。在該第一垂直傳送操作中，在柵極信號(hào) (pCM處于高電平的同時(shí)將來(lái)自像素ι的信號(hào)寫(xiě)入到中間保持單元2的相應(yīng)的中間保持電 容器31中，并且在柵極信號(hào)(pCM下降時(shí)保持這些信號(hào)值(Pll)。
接著，在步驟S12中，設(shè)置第一計(jì)數(shù)器和第二計(jì)數(shù)器的初始值。在該實(shí)施例中，第 一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值X和第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值Z兩者都被設(shè)置為1 (X = Z = 1)。
然后，在步驟S13中，執(zhí)行第二垂直傳送操作，所述第二垂直傳送操作用于將選擇 單元3中選定的中間保持單元2的中間保持電容器31中保持的信號(hào)傳送到保持單元5。在 該第二垂直傳送操作中，控制信號(hào)(pSW (X)上升到高電平以使得，在每一單位單元組11 中，將信號(hào)從選擇單元3所選定的中間保持單元2寫(xiě)入到保持單元5的保持電容器51中。
接著，在步驟S14中，執(zhí)行水平傳送操作，所述水平傳送操作用于根據(jù)掃描電路6 的掃描和切換單元12的切換操作并行地將用于相應(yīng)的單位單元組11的保持單元5的保持 電容器51中保持的信號(hào)傳送到任意的公共輸出線8。在該水平傳送操作中，控制信號(hào)(pCH(X)上升到高電平，從而使得保持單元5中的每一個(gè)經(jīng)由切換單元12連接到公共輸出線8， 并且來(lái)自保持單元5的信號(hào)根據(jù)掃描電路6的掃描而被相繼輸出。因此，相繼讀出并輸出 通過(guò)垂直傳送操作傳送到保持單元5的信號(hào)。
接著，在步驟S15中，基于第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值X執(zhí)行第一判定操作。通過(guò)該第一 判定操作，判定第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值X是否與顏色成分的數(shù)目(在該實(shí)施例中，為三)相 同。該第一計(jì)數(shù)器對(duì)例如第二垂直傳送操作(SU)執(zhí)行的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。在根據(jù)該第一判 定操作，計(jì)數(shù)值X與顏色成分的數(shù)目相同(是)時(shí)，操作進(jìn)行至步驟S17;否則(否)，在步 驟S16中將計(jì)數(shù)值X增加1并且操作返回到步驟S13。
在步驟S17中，基于第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值Z執(zhí)行第二判定操作。通過(guò)第二判定操 作，判定第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值Z是否與單位單元4中的用于一個(gè)顏色成分的像素的數(shù)目 (在該實(shí)施例中，為一)相同。第二計(jì)數(shù)器對(duì)例如在第一判定操作(S15)中被判定為是的次 數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果根據(jù)第二判定操作，計(jì)數(shù)值Z不是與單位單元4中的用于一個(gè)顏色成分 的像素的數(shù)目相同(否)，則在步驟S18中將計(jì)數(shù)值Z增加1并將計(jì)數(shù)值X設(shè)置為1，并且 操作返回到步驟S13。在根據(jù)第二判定操作，計(jì)數(shù)值Z與單位單元4中用于一個(gè)顏色成分的 像素的數(shù)目相同(是)時(shí)，一個(gè)周期(cycle)的處理結(jié)束。
將參考圖8詳細(xì)描述圖7中所示的流程圖中的步驟S13之后的操作。
在步驟S12中的操作之后執(zhí)行的第一次的第二垂直傳送操作(P12-1)中，控制信 號(hào)(pSWl上升到高電平。因此，在每一單位單元組11中，選擇單元3選擇中間保持單元2， 并且保持在該中間保持單元2的中間保持電容器31中的信號(hào)被寫(xiě)入到保持單元5的保持 電容器51中。這里，在控制信號(hào)(pSWl上升到高電平時(shí)，單位單元組11-1的選擇單元3-1 選擇中間保持單元2-R(R成分)。此外，單位單元組11-2的選擇單元3-2選擇中間保持單 元2-B(B成分)；并且單位單元組11-3的選擇單元3-3選擇中間保持單元2_G(G成分)。
在控制信號(hào)(pCHl上升到高電平時(shí)，耦接到單位單元組11中的每一個(gè)單位單元 組的保持單元5經(jīng)由切換單元12連接到相應(yīng)的公共輸出線8。這里，在控制信號(hào)(pCHl上 升到高電平時(shí)，耦接到單位單元組11-1的保持單元5連接到公共輸出線8-R(R成分)。此 外，耦接到單位單元組11-2的保持單元5連接到公共輸出線8-B(B成分)；并且耦接到單 位單元組11-3的保持單元5連接到公共輸出線8-G(G成分)。需要至少在下面的水平傳送 操作開(kāi)始之前完成該切換操作。
在第一次的第二垂直傳送操作(P12-1)結(jié)束時(shí)，作為第一次的水平傳送操作 (P13-1)，根據(jù)通過(guò)來(lái)自掃描電路6中的每一個(gè)掃描電路的信號(hào)(pSR的掃描，相繼讀出保持 單元5中保持的信號(hào)，并將其輸出到相應(yīng)的公共輸出線8。
接著，執(zhí)行第一次的第一判定操作(P14-1)。這里，由于第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值X為 1，其被判定為否，于是計(jì)數(shù)值X被向上計(jì)數(shù)(X = x+l = 2)，并執(zhí)行第二次的第二垂直傳送 操作(P12-2)。在該第二次的第二垂直傳送操作(P12-2)中，控制信號(hào)(pS\V2上升到高電 平。因此，單位單元組11-1的選擇單元3-1選擇中間保持單元2-G(G成分)；單位單元組 11-2的選擇單元3-2選擇中間保持單元2-R(R成分)；并且單位單元組11_3的選擇單元 3-3選擇中間保持單元2-B(B成分)。于是，被保持在所選定的中間保持單元2的中間保持 電容器31中的信號(hào)寫(xiě)入在保持單元5的保持電容器51中。在控制信號(hào)(pCH2上升到高電平時(shí)，耦接到單位單元組11-1的保持單元5經(jīng)由切換單元12連接到相應(yīng)的公共輸出線 8_G(G成分)。此外，耦接到單位單元組11-2的保持單元5經(jīng)由切換單元12連接到公共輸 出線8-R(R成分)；并且耦接到單位單元組11-3的保持單元5經(jīng)由切換單元12連接到公 共輸出線8-B (B成分)。然后，執(zhí)行第二次的水平傳送操作(P13-2)以使得相繼讀出保持在 保持單元5中的信號(hào)并且將其輸出到相應(yīng)的公共輸出線8。
接著，執(zhí)行第二次的第一判定操作(P141)。這里，由于第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值X為 2，其被判定為否，于是將該計(jì)數(shù)值X向上計(jì)數(shù)(X = X+1 = 3)。然后，與上述的操作類(lèi)似地， 執(zhí)行第三次的第二垂直傳送操作(P12-3)以及第三次的水平傳送操作(P13-;3)。在該第三 次的第二垂直傳送操作以及該第三次的水平傳送操作中，控制信號(hào)(|)S\V3和(pCH3適當(dāng) 地分別上升到高電平。
接著，執(zhí)行第三次的第一判定操作(PHD。這里，由于第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值X為 3，其被判定為“是”，于是執(zhí)行第二判定操作(P15-1)。這里，由于第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值Z為 1，因此其被判定為“是”，并且從積累到讀出的一個(gè)周期(cycle)完成。這里，已經(jīng)讀出了來(lái) 自所有像素的信號(hào)。在上述的操作中，通過(guò)圖8中由信號(hào)V0UT-R、V0UT_G和VOUT-B所示的 次序讀出來(lái)自像素1的信號(hào)。在如上所述的從一個(gè)公共輸出線僅輸出一個(gè)顏色成分的情況 下，對(duì)于所有的公共輸出線同時(shí)地并行讀出來(lái)自不同區(qū)域的不同顏色的信號(hào)。
這里，通常，在后級(jí)接收來(lái)自固態(tài)成像設(shè)備的信號(hào)時(shí)，在每一水平掃描期間中，來(lái) 自被遮光的像素(在下文中，也稱(chēng)為光學(xué)黑像素)的輸出被鉗位，并且根據(jù)所鉗位的信號(hào)電 平設(shè)置用于行的黑基準(zhǔn)值。該鉗位操作(在下文中，也稱(chēng)為OB鉗位)使得能夠去除偏移成 分。在進(jìn)行模擬式OB鉗位時(shí)，如圖9中的時(shí)序流中所示，需在一個(gè)水平掃描期間的開(kāi)始處 輸出來(lái)自光學(xué)黑像素的信號(hào)，以確定用于隨后的未被遮光的(以下，也稱(chēng)作未被遮蔽的)像 素(也稱(chēng)作有效像素)的黑基準(zhǔn)值。圖9示出了第一垂直傳送操作71、第二垂直傳送操作 72-1、72-2和72-3，以及水平傳送操作74_1、74_2和74_3。示出了傳送操作的框體下的字 母數(shù)字(R1、R2等等)表示通過(guò)所述傳送操作向其傳送信號(hào)的像素。在其中在上述的配置 中在一個(gè)水平傳送操作的開(kāi)始處從光學(xué)黑像素輸出信號(hào)的情況下，通過(guò)第一次的第二垂直 傳送操作72-1傳送所述信號(hào)，并通過(guò)第一次的水平傳送操作74-1將所述信號(hào)從相應(yīng)的公 共輸出線8輸出?？蝮w73-1、73-2和73-3表示用于開(kāi)始掃描電路6_1、6_2和6_3的掃描 的開(kāi)始脈沖(|>SP。在執(zhí)行了第二垂直傳送操作72-1、72-2和72-3之后，開(kāi)始脈沖(|)SP被輸 出到掃描電路6，并且作為響應(yīng)，掃描開(kāi)始并執(zhí)行水平傳送操作74-1、74-2和74-3。
圖10是示出了用于實(shí)現(xiàn)所述驅(qū)動(dòng)的配置的示意圖。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖10中僅示 出了 R像素。在圖10中，通過(guò)相同的參考字母數(shù)字表示具有與圖1和5中所示的部件相同 的作用的部件，并省略了對(duì)其重復(fù)的描述。如從圖1和9中清楚看出的，在考慮所有的R、G 和B像素時(shí)，對(duì)于像素中的每一個(gè)像素，將開(kāi)始脈沖(pSP輸入到掃描電路6-1、6-2和6-3中 三次。在僅考慮R像素時(shí)，如圖10中所示的，將開(kāi)始脈沖(pSP輸入到掃描電路6-1、6-2和 6-3中一次。由于在單位單元組11-1中包含R成分的光學(xué)黑像素(該圖中的0BR1)，因此 通過(guò)來(lái)自掃描電路6-1的掃描信號(hào)7在水平傳送操作中讀出來(lái)自該光學(xué)黑像素的信號(hào)。G 像素和B像素也分別具有光學(xué)黑像素。
接著，將描述在驅(qū)動(dòng)上述的包含所述光學(xué)黑像素的固態(tài)成像設(shè)備過(guò)程中由于拖尾 而導(dǎo)致的圖像劣化的影響。這里，假設(shè)六個(gè)像素中的有效像素的布置為使得在第一和第二9像素中輸入黑色信號(hào)，在第三和第四像素中輸入深綠色信號(hào)，而在第五和第六像素中輸入 淺綠色信號(hào)。還假定其中既沒(méi)有R成分也沒(méi)有B成分，并且信號(hào)VOUT-R和VOUT-B輸出黑 色。還假定這里出現(xiàn)的拖尾導(dǎo)致對(duì)于光強(qiáng)的‘上浮’偏移，并且還假定在放大電路42輸出 光信號(hào)時(shí)出現(xiàn)拖尾。
例如，如圖IlA中所示地輸出信號(hào)V0UT-R。還假定縱坐標(biāo)軸的正向與圖IlA中的 光振幅方向相同。在第一次的第二垂直傳送72-1中，來(lái)自光學(xué)黑像素0BR1、R像素Rl和R 像素R2的信號(hào)2被與來(lái)自G像素G5和G像素G6 (其對(duì)應(yīng)于淺綠色區(qū)域)的信號(hào)同時(shí)地傳 送。因此，與第二次的第二垂直傳送72-2和第三次的第二垂直傳送72-3相比，在這里由于 拖尾導(dǎo)致的偏移在所述‘上浮’方向上出現(xiàn)最強(qiáng)。在第二次的第二垂直傳送72-2中，由于 來(lái)自R像素R3和R像素R4的信號(hào)被與來(lái)自G像素Gl和G像素G2 (其對(duì)應(yīng)于黑區(qū)域)的 信號(hào)同時(shí)地傳送，因此并未出現(xiàn)由于拖尾導(dǎo)致的偏移并且拖尾處于最低水平。
如果在該輸出過(guò)程中執(zhí)行上述的OB鉗位，則在信號(hào)VOUT-R中，來(lái)自R像素Rl和R 像素R2的信號(hào)與黑基準(zhǔn)值相符，并且來(lái)自R像素R3至R6的信號(hào)剩余作為偏移成分，如圖 IlA中所示。在該示例中，由于沒(méi)有除綠色以外的顏色成分，因此信號(hào)VOUT-R應(yīng)輸出一定的 黑色，但是未被移除的偏移成分導(dǎo)致R像素R2和R像素R3以及R像素R4和R像素R5之 間的差。類(lèi)似地，在其中考慮信號(hào)VOUT-B的情況下的輸出中，存在B像素B2和B像素B3 以及B像素B4和B像素B5之間的差，如圖IlB中所示。由于上述的機(jī)制，在不應(yīng)出現(xiàn)這種 差的位置出現(xiàn)了差，并且結(jié)果使得所獲得的圖像的質(zhì)量劣化。
于是，根據(jù)該實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備防止出現(xiàn)不應(yīng)出現(xiàn)的差，以便減少由于上述 的偽像(諸如，拖尾)而引起的圖像質(zhì)量的劣化。
圖12是示出了根據(jù)該實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的配置示例的示意圖。為了簡(jiǎn)單起 見(jiàn)，圖12中僅示出了 R像素。在圖12中，通過(guò)相同的參考字母數(shù)字表示具有與圖1、5和10 中所示的部件相同的作用的部件，并省略了對(duì)其重復(fù)的描述。圖12中所示的配置不同于圖 10中所示的配置之處在于光學(xué)黑像素是三個(gè)像素(0BR1、0BR2和0BR3)，并且有效像素區(qū) 域和光學(xué)黑像素區(qū)域被分別劃分成三個(gè)區(qū)域。單位單元組11-1具有光學(xué)黑像素OBRl和R 像素(有效像素)Rl和R2 ；而單位單元組11-2具有光學(xué)黑像素0BR2和R像素(有效像素) R3和R4。單位單元組11-3具有光學(xué)黑像素0BR3和R像素(有效像素)R5和R6。根據(jù)單 位單元11的組合來(lái)將來(lái)自掃描電路6-1、6-2和6-3的掃描信號(hào)7施加到相應(yīng)列中的傳送 開(kāi)關(guān)53。盡管這里未示出，但是類(lèi)似地，對(duì)于G像素和B像素，光學(xué)黑像素和有效像素的組 被組合作為單位單元組11-1至11-3。
圖13是根據(jù)該實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的時(shí)序流程圖，在圖12中部分示出了該固 態(tài)成像設(shè)備的配置。圖13示出了第一垂直傳送操作81，第二垂直傳送操作82-1、82-2和82-3，以及水平傳送操作84-1、84-2和84-3。該圖還示出了開(kāi)始脈沖(pSP83_1、83_2和83-3，其分別用于開(kāi)始掃描電路6-1、6-2和6-3的掃描。示出了傳送操作的框體下面的字 母數(shù)字(0BR1、R1、R2等等)表示通過(guò)所述傳送操作向其傳送信號(hào)的像素。
如圖13中所示的，在該實(shí)施例中，分別通過(guò)第二垂直傳送82-1、82_2和82-3以及 水平傳送84-1、84-2和84-3傳送來(lái)自三個(gè)光學(xué)黑像素OBRl、0BR2和0BR3的信號(hào)。也即， 通過(guò)第一次的第二垂直傳送82-1和水平傳送84-1傳送來(lái)自光學(xué)黑像素OBRl、R像素Rl和 R像素R2的信號(hào)，并將其輸出作為信號(hào)V0UT-R。通過(guò)第二次的第二垂直傳送82-2和水平傳送84-2傳送來(lái)自光學(xué)黑像素0BR2、R像素R3和R像素R4的信號(hào)，并將其輸出作為信號(hào) VOUT-R0類(lèi)似地，通過(guò)第三次的第二垂直傳送82-3和水平傳送84-3傳送來(lái)自光學(xué)黑像素 0BR3、R像素R5和R像素R6的信號(hào)，并將其輸出作為信號(hào)V0UT-R。
這里，每次在這三次的水平傳送84-1、84_2和84-3中輸出信號(hào)時(shí)都執(zhí)行固態(tài)成像 設(shè)備的后面的OB鉗位，并且在每次輸出時(shí)，基于來(lái)自所述光學(xué)黑像素的輸出決定黑色基準(zhǔn) 值。利用所述操作，如果在相應(yīng)的輸出處出現(xiàn)不同的偏移，則如圖14中所示通過(guò)所述黑色 基準(zhǔn)值來(lái)正確地去除偏移。結(jié)果，在最終獲得的圖像中未出現(xiàn)由于拖尾等等導(dǎo)致的差，從而 可以降低圖像質(zhì)量的劣化。圖14也是基于如下的假定的，S卩，假定在六個(gè)比特中有效像素 的布置為使得在第一和第二比特中輸入黑色圖像，在第三和第四比特中輸入深綠色圖像， 而在第五和第六比特中輸入淺綠色圖像。
盡管圖12示出了把被遮蔽的光學(xué)黑像素布置于未被遮蔽的有效像素列的左側(cè)來(lái) 作為示例，然而光學(xué)黑像素可以布置于有效像素列的右側(cè)。即使在后者的情況下，掃描電路 6對(duì)來(lái)自于其的信號(hào)進(jìn)行掃描的像素的次序(掃描次序)優(yōu)選與上述的次序相同。假設(shè)，在 上述的描述中，執(zhí)行模擬OB鉗位；如果通過(guò)利用A/D (模擬-數(shù)字)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值執(zhí)行所 述OB鉗位，則來(lái)自光學(xué)黑像素的信號(hào)并不必需在每一水平傳送的開(kāi)始處。盡管作為示例， 該圖示出了具有三個(gè)光學(xué)黑像素和六個(gè)有效像素(其每一都以行方向布置)的固態(tài)成像設(shè) 備，但是像素的數(shù)目并無(wú)限制。優(yōu)選的是，例如，光學(xué)黑像素的數(shù)目(包含光學(xué)黑像素的單 位單元的總數(shù))以及有效像素的數(shù)目(包含有效像素的單位單元的總數(shù))兩者是單位單元 組11的數(shù)目的倍數(shù)(在該示例中，為3的倍數(shù))。還優(yōu)選的是，例如，單位單元組11中的包 含所述光學(xué)黑像素的單位單元的數(shù)目和包含所述有效像素的單位單元的數(shù)目的和與單位 單元組11的數(shù)目相同。還優(yōu)選的是，準(zhǔn)備足夠數(shù)目的每一水平傳送時(shí)的光學(xué)黑像素以用于 執(zhí)行后面的OB鉗位。
盡管在該實(shí)施例中描述了可以降低由于布置用于每一列的放大電路所導(dǎo)致的偽 像(如，拖尾)而引起的圖像質(zhì)量的劣化，然而本發(fā)明不限于此。例如，如果所述偽像由另 一個(gè)讀出電路所引起并且該讀出電路執(zhí)行劃分了一定次數(shù)的讀出操作，那么可以通過(guò)在劃 分之后在每一重復(fù)操作中并行讀出來(lái)自光學(xué)黑像素和有效像素的信號(hào)來(lái)獲得與本發(fā)明相 同的優(yōu)點(diǎn)。作為其他的讀出電路，可以考慮像素中的源極跟隨器電路(其導(dǎo)致如本發(fā)明所 要解決的問(wèn)題中所描述的拖尾)、保持電容器等等。
根據(jù)該實(shí)施例，在執(zhí)行所述垂直傳送和水平傳送多次以讀出并輸出來(lái)自像素的信 號(hào)時(shí)，每次都輸出來(lái)自被遮蔽的光學(xué)黑像素的信號(hào)和來(lái)自未被遮蔽的有效像素的信號(hào)。因 此，如果在各次輸出出現(xiàn)不同的偏移，則可以正確地去除所述偏移從而可以降低由于偽像 (如，拖尾)而引起的圖像質(zhì)量的劣化。
上述的實(shí)施例僅僅是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種示例，并且本發(fā)明技術(shù)范圍不應(yīng)受實(shí)施例 的限制。也即，本發(fā)明可以以多種形式實(shí)現(xiàn)而不偏離其技術(shù)思想或主要特征。
盡管在本說(shuō)明書(shū)中以放大電路42作為導(dǎo)致水平拖尾的單元的示例，但是并不限 于此。水平拖尾可以出現(xiàn)在任何具有用于并行地對(duì)來(lái)自多個(gè)像素的信號(hào)進(jìn)行處理或采樣保 持的電路的單元中。
盡管已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi) 的示例性實(shí)施例。下面的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬泛的解釋?zhuān)园ㄋ羞@些修改以及等效的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像設(shè)備，包括多個(gè)單位單元組，每一單位單元組包括多個(gè)單位單元，每一單位單元包括具有彼此不 同的光譜敏感度的多個(gè)像素；以及多個(gè)保持電容器，信號(hào)從所述單位單元傳送到所述保持電容器，其中 所述固態(tài)成像設(shè)備執(zhí)行用于將來(lái)自所述單位單元的信號(hào)傳送到所述保持電容器的垂 直傳送操作以及用于相繼讀取所述保持電容器中的信號(hào)的水平傳送操作，以使得來(lái)自每一單位單元組中所包括的光學(xué)黑像素和有效像素的信號(hào)被通過(guò)所述垂直傳送 操作分別傳送到所述保持電容器，并且通過(guò)所述垂直傳送操作傳送的信號(hào)被通過(guò)所述水平 傳送操作相繼讀出。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中 所述像素包括源極跟隨器電路。
3.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述垂直傳送操作包括通過(guò)放大電路傳送所述信號(hào)。
4.如權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述垂直傳送操作包括通過(guò)所述源極跟隨器電路傳送所述信號(hào)。
5.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述垂直傳送操作包括將所述信號(hào)傳送到所述保持電容器。
6.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中執(zhí)行所述水平傳送操作以使得在讀出從所述有效像素傳送的信號(hào)之前，讀出從所述 光學(xué)黑像素傳送的信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中所述單位單元組包括所述光學(xué)黑像素，使得由所述光學(xué)黑像素形成的單位單元的總數(shù) 和由所述有效像素形成的單位單元的總數(shù)的和等于所述單位單元組的數(shù)目。
8.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中 所述單位單元還包括多個(gè)中間保持單元O)，其分別對(duì)應(yīng)于所述具有彼此不同的光譜敏感度的像素，以及 選擇單元(3)，其布置在每一所述中間保持單元和所述保持電容器之間，并且 所述固態(tài)成像設(shè)備還包括 多個(gè)公共輸出線，以及切換單元，其布置在所述保持電容器和每一所述公共輸出線之間。
9.一種固態(tài)成像設(shè)備，包括多個(gè)單位單元組，每一單位單元組包括多個(gè)單位單元，每一單位單元包括多個(gè)像素；以及多個(gè)保持電容器，信號(hào)從所述單位單元傳送到所述保持電容器，其中 每一單位單元組包括其中布置了被遮光的光學(xué)黑像素的單位單元、以及其中布置了具 有彼此不同的光譜敏感度的未被遮光的有效像素的單位單元。
10.一種驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像設(shè)備的方法，所述固態(tài)成像設(shè)備包括多個(gè)單位單元組，每一單位單元組包括多個(gè)單位單元，每一單位單元包括具有彼此不 同的光譜敏感度的多個(gè)像素；以及多個(gè)保持電容器，信號(hào)從所述單位單元傳送到所述保持電容器，其中 所述方法包括垂直傳送步驟，用于將來(lái)自所述單位單元的信號(hào)傳送到所述保持電容器，以及 水平傳送步驟，用于相繼讀取所述保持電容器中的信號(hào)，從而 在所述垂直傳送步驟中，將來(lái)自每一單位單元組中所包括的光學(xué)黑像素和有效像素的 信號(hào)分別傳送到所述保持電容器，并且在所述水平傳送步驟中相繼讀出在所述垂直傳送步 驟中傳送的信號(hào)。
全文摘要
一種固態(tài)成像設(shè)備，包括多個(gè)包括多個(gè)單位單元的單位單元組，每一單位單元包括多個(gè)被遮光的光學(xué)黑像素、未被遮光的有效像素以及用于放大來(lái)自所述像素的信號(hào)的放大電路；以及保持電容器，每一保持電容器接收來(lái)自相應(yīng)的單位單元的信號(hào)，從而通過(guò)垂直傳送操作和水平傳送操作傳送來(lái)自全部所述像素的信號(hào)(所述垂直傳送操作和水平傳送操作中的每一個(gè)被重復(fù)與所述單位單元組的數(shù)目相等的次數(shù))，以使得通過(guò)所述垂直傳送操作分別傳送來(lái)自光學(xué)黑像素和有效像素的信號(hào)，并通過(guò)所述水平傳送操作相繼讀出通過(guò)所述垂直傳送操作傳送的信號(hào)，以通過(guò)正確地去除對(duì)于每一輸出都變化的偏移(如果其出現(xiàn)的話)來(lái)降低由于偽像而引起的圖像質(zhì)量的劣化。
文檔編號(hào)H04N5/369GK102036021SQ20101029646
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月7日
發(fā)明者戶塚洋史 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社