固態(tài)成像元件及其驅(qū)動(dòng)方法以及相機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及使得能夠抑制由于外圍電路的影響導(dǎo)致在圖像邊緣的白色模糊的固態(tài)成像元件、驅(qū)動(dòng)該元件的方法和相機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明具有：像素部分，其中以行排列多個(gè)像素，像素部分包括用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且存儲(chǔ)信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn)換元件，信號(hào)電荷取決于曝光時(shí)間；外圍電路，布置成以與像素部分的彼此相對(duì)排列與邊緣部分相鄰并且與至少像素信號(hào)的讀取操作相關(guān)聯(lián)地驅(qū)動(dòng)；和像素信號(hào)讀取單元，以多個(gè)像素為單位從像素部分讀取像素信號(hào)。當(dāng)像素信號(hào)讀取單元讀取全部像素時(shí)，復(fù)位全部像素，且然后從靠近外圍電路的特定區(qū)域中的行開(kāi)始一次至少一行地交替地讀取像素，外圍電路以與像素部分的彼此相對(duì)的排列向著邊緣部分布置。
【專利說(shuō)明】固態(tài)成像元件及其驅(qū)動(dòng)方法以及相機(jī)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及執(zhí)行全像素讀出的固態(tài)成像裝置、驅(qū)動(dòng)所述固態(tài)成像裝置的方法以及相機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，盡管圖像傳感器具有高分辨率，但是仍然需要圖像傳感器以低分辨率成像高質(zhì)量圖像。
[0003]例如，諸如使用數(shù)字靜態(tài)相機(jī)拍攝運(yùn)動(dòng)圖像以及相反地，使用攝像機(jī)對(duì)靜態(tài)圖像進(jìn)行成像這樣的功能正受到歡迎。
[0004]并且，這種電子設(shè)備常常具有用于確認(rèn)畫面的取景器，可是取景器的分辨率通常低于所成像的圖像的分辨率。
[0005]而且，一些數(shù)字靜態(tài)相機(jī)和移動(dòng)電話整合有在以低分辨率成像時(shí)增大幀速率的功能，以便對(duì)常規(guī)上無(wú)法辨識(shí)的高速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成像。
[0006]如前所述，需要僅以一個(gè)圖像傳感器來(lái)既支持具有高分辨率的低幀速率的靜態(tài)圖像又支持具有相對(duì)低分辨率的高幀速率的運(yùn)動(dòng)圖像。
[0007]專利文獻(xiàn)I公開(kāi)了一種技術(shù)，其使電荷耦合裝置(CCD)圖像傳感器能夠獲取輸出信號(hào)而無(wú)需信號(hào)輸出負(fù)載時(shí)段并且能夠滿足對(duì)高幀速率的要求。
[0008]相比之下，已經(jīng)提出了這樣的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器:所述互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器支持用于從全部像素讀取信號(hào)的全像素模式以及用于通過(guò)跳過(guò)行和/或列來(lái)間斷性地讀取信號(hào)的稀疏模式(thinning mode)。
[0009]在CMOS圖像傳感器中，在拍攝靜態(tài)高分辨率圖像時(shí)使用全像素模式，而稀疏模式用于成像低分辨率運(yùn)動(dòng)圖像和/或高幀速率的圖像。
[0010]如今，使用具有FD層的浮動(dòng)擴(kuò)散(FD)放大器的單通道(ch)輸出電路主要用作CXD的輸出電路。
[0011]與此相對(duì)，CMOS圖像傳感器在每個(gè)像素中均具有FD放大器，并且主要使用列并行輸出配置，在該列并行輸出配置中，從像素陣列中選擇一個(gè)行，并且在該行中的像素沿列方向被同時(shí)讀出。
[0012]這是因?yàn)椴⑿刑幚碛欣诮档蛿?shù)據(jù)速率，由于僅從每個(gè)像素中所布置的FD放大器難以獲得足夠的驅(qū)動(dòng)功率，所以并行處理是必要的。
[0013]已經(jīng)提出了用于列并行輸出型CMOS圖像傳感器的多種像素信號(hào)讀出(輸出)電路。
[0014]在這些像素信號(hào)讀出電路中最先進(jìn)的電路之一是這樣的類型:其在每一列中包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置(下文簡(jiǎn)稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC))從而將像素信號(hào)取出作為數(shù)字信號(hào)。
[0015]這里,將對(duì)普通的CMOS圖像傳感器中的全校正操作(full proofread operation)進(jìn)行說(shuō)明。
[0016]圖1(A)至圖2(B)是示出在普通的CMOS圖像傳感器中的全像素讀出操作的概況的示例圖。
[0017]圖1的CMOS圖像傳感器I被配置為包括:像素單元2，在該像素單元2中，包括光電轉(zhuǎn)換功能的像素排列成陣列配置；用于像素讀出的像素電流源3D和3U ;以及諸如列ADC的讀出電路4D和4U。
[0018]當(dāng)像素電流源3D和3U與信號(hào)線連接從而形成具有像素的FD放大器的源極跟隨器用于像素讀出時(shí)，采用將像素電流源3D和3U提供在信號(hào)線的兩端(像素單元2的上側(cè)和下側(cè))上的配置，以便保證阻抗。
[0019]圖1示出了一實(shí)例，在該實(shí)例中，讀出電路4D和4U布置在像素單元2的上端和下端。圖2示出了一實(shí)例，在該實(shí)例中，讀出電路4D僅布置在像素單元的上端和下端中的一端(下端)。
[0020]如圖UA)和圖2⑷中所示，當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，全部像素被同時(shí)復(fù)位。
[0021]然后，例如，以從像素單元2的下端到上端的順序一次一行地執(zhí)行讀出。
[0022]引文列表
[0023]專利文獻(xiàn)
[0024]專利文獻(xiàn)I JP H06-217206A
【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]技術(shù)問(wèn)題
[0026]然而，在讀取操作期間，從外圍電路(例如像素電流源和讀出電路)產(chǎn)生光和熱。
[0027]在像素電流源3中所產(chǎn)生的光和熱具有特別大的影響。
[0028]當(dāng)像素單元2被從下端至上端讀出時(shí)，靠近上端的位置具有更長(zhǎng)的電荷存儲(chǔ)時(shí)間。
[0029]由于在上端靠近外圍電路的部分(由虛線包圍的部分)長(zhǎng)時(shí)間地受到從外圍電路所產(chǎn)生的光和熱的影響，所以該部分導(dǎo)致具有陰影圖案的白化(whitening)。
[0030]并且，如圖3中所示，當(dāng)幀速率降低時(shí)，受到來(lái)自外圍電路的影響的時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，使得白化現(xiàn)象明顯。由于具有大量像素的圖像傳感器具有低幀速率，所以這種現(xiàn)象導(dǎo)致嚴(yán)重問(wèn)題。
[0031]當(dāng)像素電流源被提供在上側(cè)和下側(cè)時(shí)，即使讀出電路(諸如列ADC)僅提供在一側(cè)上，由于由像素電流源所產(chǎn)生的光和熱，后來(lái)被讀出的像素也導(dǎo)致白化。
[0032]本發(fā)明的目的是提供一種能夠抑制由于外圍電路的影響所導(dǎo)致的屏幕的端處的白化的固態(tài)成像裝置、驅(qū)動(dòng)所述固態(tài)成像裝置的方法、以及相機(jī)系統(tǒng)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種固態(tài)成像裝置，包括:像素單元，其適于具有以矩陣形式排列的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且存儲(chǔ)與曝光時(shí)間相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷；外圍電路，其適于被布置成與所述像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分相鄰，并且適于至少與像素信號(hào)的讀取操作相關(guān)聯(lián)地被驅(qū)動(dòng)；以及像素信號(hào)讀出單元，其適于以多個(gè)像素為單位從所述像素單元讀取所述像素信號(hào)。當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，所述像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后至少?gòu)目拷鐾鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行像素讀出，所述外圍電路布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊。[0034]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，所述固態(tài)成像裝置包括外圍電路和像素單元，所述外圍電路適于被布置成與彼此相對(duì)的邊緣部分相鄰并且適于與至少像素信號(hào)的讀取操作相關(guān)聯(lián)地被驅(qū)動(dòng)，所述像素單元適于具有以矩陣形式排列的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且存儲(chǔ)與曝光時(shí)間相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷，所述方法包括，當(dāng)對(duì)所述像素單元執(zhí)行全像素讀出時(shí)，復(fù)位全部像素的復(fù)位步驟；以及讀出步驟，所述讀出步驟至少?gòu)目拷鐾鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行像素讀出，所述外圍電路布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種相機(jī)系統(tǒng)，包括:固態(tài)成像裝置；以及光學(xué)系統(tǒng)，其適于在所述固態(tài)成像裝置上形成目標(biāo)圖像。所述固態(tài)成像裝置包括:像素單元，其適于具有以矩陣形式排列的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且存儲(chǔ)與曝光時(shí)間相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷；外圍電路，其適于被布置成與所述像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分相鄰，并且適于與至少像素信號(hào)的讀取操作相關(guān)聯(lián)地被驅(qū)動(dòng)，以及像素信號(hào)讀出單元，其適于以多個(gè)像素為單位從所述像素單元讀取所述像素信號(hào)。當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，所述像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后至少?gòu)目拷鐾鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行像素讀出，所述外圍電路布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊。
[0036]本發(fā)明的有益效果
[0037]根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制由于外圍電路的影響所導(dǎo)致的屏幕的端處的白化。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1是用于說(shuō)明在普通的CMOS圖像傳感器中的全像素讀出操作的概況的第一組圖。
[0039]圖2是用于說(shuō)明在普通的CMOS圖像傳感器中的全像素讀出操作的概況的第二組圖。
[0040]圖3是示出在普通的CMOS圖像傳感器中出現(xiàn)白化的示例圖。
[0041]圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施例的安裝有列并行ADC的固態(tài)成像裝置(CMOS圖像傳感器)的配置實(shí)例的框圖。
[0042]圖5示出了在根據(jù)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中的包括四個(gè)晶體管的像素的一個(gè)實(shí)例。
[0043]圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的布置在像素單元的上端和下端的像素電流源的具體配置實(shí)例。
[0044]圖7是示出在根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中的全像素讀出的操作實(shí)例的示例圖。
[0045]圖8示出了兩個(gè)像素共享中的像素配置實(shí)例。
[0046]圖9示出了四個(gè)像素共享中的像素配置實(shí)例。
[0047]圖10是示出根據(jù)第二實(shí)施例的安裝有列并行ADC的固態(tài)成像裝置(CMOS圖像傳感器)的配置實(shí)例的框圖。
[0048]圖11示出了在根據(jù)第三實(shí)施例的安裝有列并行ADC的固態(tài)成像裝置(CMOS圖像傳感器)中的像素單元的配置。
[0049]圖12示出了根據(jù)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置應(yīng)用的相機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)配置實(shí)例。【具體實(shí)施方式】
[0050]在下文中，將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0051]將以下面所示的順序進(jìn)行說(shuō)明:
[0052]1、第一實(shí)施例(固態(tài)成像裝置的第一配置實(shí)例)
[0053]2、第二實(shí)施例(固態(tài)成像裝置的第二配置實(shí)例)
[0054]3、第三實(shí)施例(固態(tài)成像裝置的第三配置實(shí)例)
[0055]4、第四實(shí)施例(相機(jī)系統(tǒng)的配置實(shí)例)
[0056]〈1.第一實(shí)施例>
[0057]圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施例的安裝有列并行ADC的固態(tài)成像裝置(CMOS圖像傳感器)的配置實(shí)例的框圖。
[0058][固態(tài)成像裝置的總體配置實(shí)例]
[0059]如圖4中所示，固態(tài)成像裝置100具有作為成像部分的像素單元110、垂直掃描電路(行掃描電路)120、水平轉(zhuǎn)移掃描電路(列掃描電路)130和定時(shí)控制電路140。
[0060]并且，固態(tài)成像裝置100具有作為列電路的像素電流源150D和150U、形成ADC組的列并行處理單元160D和160U、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC) 170以及內(nèi)部電壓生成電路(偏壓電路)180。
[0061]在本實(shí)施例中，像素信號(hào)讀出單元由水平轉(zhuǎn)移掃描電路130、像素電流源150、列并行處理單元160、DAC170等形成。定時(shí)控制電路140具有與控制單元相對(duì)應(yīng)的功能。
[0062]并且，在本實(shí)施例中，像素電流源150、列并行處理單元160以及DAC170被配置為包括用于接收內(nèi)部或外部所生成的偏壓的供應(yīng)的功能單元。
[0063]像素單元110具有多個(gè)單元像素110A，所述多個(gè)單元像素IlOA以由m行和η列所形成的二維配置(矩陣配置)排列，每個(gè)單元像素IIOA包括在像素內(nèi)的光電二極管(光電轉(zhuǎn)換元件)和放大器。
[0064][單元像素的配置實(shí)例]
[0065]圖5示出了在根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中的包括四個(gè)晶體管的像素的一個(gè)實(shí)例。
[0066]單元像素IlOA例如具有光電二極管111作為光電轉(zhuǎn)換元件。
[0067]單元像素IlOA針對(duì)一個(gè)光電二極管111具有作為有源元件的四個(gè)晶體管，所述四個(gè)晶體管包括作為轉(zhuǎn)移元件的轉(zhuǎn)移晶體管112、作為復(fù)位元件的復(fù)位晶體管113、放大晶體管114以及選擇晶體管115。
[0068]光電二極管111光電地將入射光轉(zhuǎn)換為電荷(在該情形中為電子)，所述電荷的量與入射光的量相對(duì)應(yīng)。
[0069]轉(zhuǎn)移晶體管112連接在光電二極管111與用作輸出節(jié)點(diǎn)的浮動(dòng)擴(kuò)散FD之間。
[0070]當(dāng)通過(guò)轉(zhuǎn)移控制線LTx將驅(qū)動(dòng)信號(hào)TG提供給轉(zhuǎn)移晶體管112的柵極時(shí)(轉(zhuǎn)移柵極)，轉(zhuǎn)移晶體管112將電子轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)擴(kuò)散FD，所述電子在作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管111中被光電地轉(zhuǎn)換。[0071]復(fù)位晶體管113連接在電源線LVDD與浮動(dòng)擴(kuò)散FD之間。
[0072]當(dāng)通過(guò)復(fù)位控制線LRST將復(fù)位RST提供給復(fù)位晶體管113的柵極時(shí)，復(fù)位晶體管113將浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電位復(fù)位為電源線LVDD的電位。
[0073]浮動(dòng)擴(kuò)散FD與放大晶體管114的柵極連接。放大晶體管114通過(guò)選擇晶體管115與垂直信號(hào)線116連接，并且與像素單元外部的像素電流源150D和150U的恒流源ID和IU一起形成源極跟隨器。
[0074]當(dāng)通過(guò)選擇控制線LSEL將控制信號(hào)(尋址信號(hào)或選擇信號(hào))SEL提供給選擇晶體管115的柵極時(shí)，選擇晶體管115被導(dǎo)通。
[0075]當(dāng)選擇晶體管115被導(dǎo)通時(shí)，放大晶體管114放大浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電位，并且將與該電位相對(duì)應(yīng)的電壓輸出至垂直信號(hào)線116。通過(guò)垂直信號(hào)線116從每個(gè)像素輸出的電壓被輸出至列并行處理單元160，所述列并行處理單元160用作像素信號(hào)讀出電路。
[0076]例如，由于轉(zhuǎn)移晶體管112、復(fù)位晶體管113和選擇晶體管115的各個(gè)柵極以列為單位相連接，所以這些操作在一行的每個(gè)像素上同時(shí)并行執(zhí)行。
[0077]連線到像素單元110的復(fù)位控制線LRST、轉(zhuǎn)移控制線LTx以及選擇控制線LSEL在像素陣列中的每個(gè)行中被分組并被連線為一條控制線LCTL。
[0078]這些復(fù)位控制線LRST、轉(zhuǎn)移控制線LTx以及選擇控制線LSEL由垂直掃描電路120驅(qū)動(dòng)，所述垂直掃描電路120用作像素驅(qū)動(dòng)單元。
[0079]在固態(tài)成像裝置100中，布置生成內(nèi)部時(shí)鐘的定時(shí)控制電路140、垂直掃描電路120以及水平轉(zhuǎn)移掃描電路130，該定時(shí)控制電路140作為用于像素單元110中的信號(hào)的順序讀出的控制電路，該垂直掃描電路120控制行尋址和行掃描，該水平轉(zhuǎn)移掃描電路130控制列尋址和列掃描。
[0080]例如，當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，垂直掃描電路120首先在定時(shí)控制電路140的控制下執(zhí)行像素單元110的全復(fù)位。
[0081]在該情形中，當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管112和復(fù)位晶體管113被導(dǎo)通時(shí)(或者復(fù)位晶體管113被導(dǎo)通時(shí))，同時(shí)執(zhí)行全屏復(fù)位。
[0082]更具體地，執(zhí)行轉(zhuǎn)移晶體管112的導(dǎo)通/截止控制的控制信號(hào)Tx與執(zhí)行復(fù)位晶體管113的導(dǎo)通/截止控制的控制信號(hào)RST兩者(或兩者之一)被設(shè)置為激活(在該實(shí)例中為高電平)。
[0083]結(jié)果，存儲(chǔ)在光電二極管(光電轉(zhuǎn)換元件)111中的電荷被丟棄。然后，在復(fù)位完成之后，控制信號(hào)Tx和控制信號(hào)RST均被切換為低電平，并且轉(zhuǎn)移晶體管112和復(fù)位晶體管被截止。結(jié)果，光電二極管111將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷，并且存儲(chǔ)該電荷。
[0084]接下來(lái)，在讀出時(shí)，垂直掃描電路120導(dǎo)通復(fù)位晶體管113以復(fù)位浮動(dòng)擴(kuò)散FD，然后截止復(fù)位晶體管113。結(jié)果，此時(shí)點(diǎn)的浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電壓通過(guò)放大晶體管114和選擇晶體管115輸出。此時(shí)點(diǎn)的輸出被定義為P相輸出。
[0085]接下來(lái)，轉(zhuǎn)移晶體管112被導(dǎo)通以將存儲(chǔ)在光電二極管111中的電荷轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)擴(kuò)散FD。此時(shí)點(diǎn)的浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電壓通過(guò)放大晶體管114輸出。此時(shí)點(diǎn)的輸出被定義為D相輸出。
[0086]使用D相輸出與P相輸出之間的差作為圖像信號(hào)使得不僅能夠從圖像信號(hào)中去除每個(gè)像素的輸出中的DC分量變化，而且還能夠從圖像信號(hào)中去除浮動(dòng)擴(kuò)散中的FD復(fù)位噪聲。
[0087]在定時(shí)控制電路140的控制下，垂直掃描電路120驅(qū)動(dòng)每個(gè)行中的像素，以便從像素單元110的上側(cè)和下側(cè)，即，從接近像素電流源150U和150D的區(qū)域中的行向中心交替地執(zhí)行像素讀出。
[0088]定時(shí)控制電路140生成用于像素單元110、垂直掃描電路120、水平轉(zhuǎn)移掃描電路130、列并行處理單元160、DAC170以及內(nèi)部電壓生成電路180的信號(hào)處理所必要的定時(shí)信號(hào)。
[0089]定時(shí)控制電路140包括DAC控制功能單元，所述DAC控制功能單元例如控制DAC170中的基準(zhǔn)信號(hào)RAMP(Vslop)的生成以及內(nèi)部電壓生成電路180。
[0090]DAC控制功能單元進(jìn)行控制，以便為每個(gè)行調(diào)整基準(zhǔn)信號(hào)RAMP的偏移，所述基準(zhǔn)信號(hào)RAMP在列并行處理單元160中的每個(gè)列處理電路(ADC) 161中被AD轉(zhuǎn)換。
[0091]在像素單元110中，通過(guò)使用行快門(line shutter)通過(guò)光子的積聚和放電，畫面和屏幕圖像在每個(gè)像素行中被光電地轉(zhuǎn)換，并且模擬信號(hào)VSL輸出至列并行處理單元160 (D、U)中的每個(gè)列處理電路161。
[0092]在列并行處理單元160中，每個(gè)ADC塊(每個(gè)列單元)通過(guò)使用來(lái)自DAC170的基準(zhǔn)信號(hào)(斜坡信號(hào))RAMP來(lái)對(duì)像素單元110的模擬輸出執(zhí)行基于APGA的集成ADC和數(shù)字⑶S，并且輸出幾個(gè)位的數(shù)字信號(hào)。
[0093]當(dāng)像素電流源150D和150U與信號(hào)線連接以便與像素的放大晶體管(FD放大器)一起形成源極跟隨器用于像素讀出時(shí)，應(yīng)用將像素電流源150D和150U提供在信號(hào)線的兩端(像素單元110的上側(cè)和下側(cè))的配置，以便保證阻抗。
[0094]在內(nèi)部電壓生成電路180中所生成的偏壓VBIASl被提供給像素電流源150D。
[0095]在內(nèi)部電壓生成電路180中所生成的偏壓VBIAS2被提供給像素電流源150U。
[0096]圖6示出了根據(jù)本實(shí)施例的布置在像素單元的上端和下端的像素電流源的具體配置實(shí)例。
[0097]根據(jù)像素的列陣列，像素電流源150D具有負(fù)載MOS晶體管151D-1至151D_n以及152D-1至152D-n。負(fù)載MOS晶體管151D-1至151D_n以及152D-1至152D_n串聯(lián)連接在基準(zhǔn)電位VSS與垂直信號(hào)線116-1至116-n中的每條線的一端(下端)側(cè)之間。
[0098]負(fù)載MOS晶體管151D-1至151D_n的柵極共同連接到在內(nèi)部電壓生成電路180中所生成的偏壓VBIAS11的供應(yīng)線。
[0099]負(fù)載MOS晶體管152D-1至152D_n的柵極共同連接到在內(nèi)部電壓生成電路180中所生成的偏壓VBIAS12的供應(yīng)線。
[0100]在像素讀出時(shí)，串聯(lián)連接的負(fù)載MOS晶體管151D-1到151D_n與152D-1到152D_n用作源極跟隨器的電流源ID。
[0101]根據(jù)像素的列陣列，像素電流源150U具有負(fù)載MOS晶體管151U-1至151U_n以及152U-1至152U-n。負(fù)載MOS晶體管151U-1至151U_n以及152U-1至152U_n串聯(lián)連接在基準(zhǔn)電位VSS與垂直信號(hào)線116-1至116-n中的每條線的另一端(上端)側(cè)之間。
[0102]負(fù)載MOS晶體管151U-1至151U_n的柵極共同連接到在內(nèi)部電壓生成電路180中所生成的偏壓VBIAS21的供應(yīng)線。
[0103]負(fù)載MOS晶體管152U-1至152U_n的柵極共同連接到在內(nèi)部電壓生成電路180中所生成的偏壓VBIAS22的供應(yīng)線。
[0104]在讀出像素時(shí)，串聯(lián)的負(fù)載MOS晶體管151U-1至151U_n以及152U-1至152U_n用作源極跟隨器的電流源IU。
[0105][列ADC的配置實(shí)例]
[0106]本實(shí)施例的列并行處理單元160D和160U具有相同的配置，在所述列并行處理單元160D和160U中排列多個(gè)列處理電路(ADC) 161，所述多個(gè)列處理電路(ADC) 161形成ADC塊。
[0107]更具體地，每個(gè)列并行處理單元160 (D、U)具有k位數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換功能，并且被布置在垂直信號(hào)線(列線)116-1至116-n中的每條線中，以便形成列并行ADC塊。
[0108]每個(gè)ADC161均具有比較器162作為功能單元，所述比較器162將基準(zhǔn)信號(hào)RAMP (Vslop)與模擬信號(hào)VSL進(jìn)行比較，其中所述基準(zhǔn)信號(hào)RAMP通過(guò)將由DAC170所生成的基準(zhǔn)信號(hào)變?yōu)轭愲A梯的斜坡波形來(lái)形成，所述模擬信號(hào)VSL通過(guò)垂直信號(hào)線從每條行線中的像素獲得。
[0109]并且，每個(gè)ADC均具有計(jì)數(shù)器163和存儲(chǔ)器(鎖存器)164，其中所述計(jì)數(shù)器163對(duì)比較次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，所述存儲(chǔ)器164保留計(jì)數(shù)器163的計(jì)數(shù)結(jié)果。ADC161具有轉(zhuǎn)移開(kāi)關(guān)165。
[0110]例如，每個(gè)存儲(chǔ)器164的輸出端與具有k位寬度的水平轉(zhuǎn)移線LTRF連接。
[0111]與水平轉(zhuǎn)移線LTRF相對(duì)應(yīng)地布置有k個(gè)放大電路和信號(hào)處理電路。
[0112]在具有這種比較器的列并行處理單元160中，被讀入至垂直信號(hào)線116中的模擬信號(hào)電位VSL在被布置于每列(每列)中的比較器162中與基準(zhǔn)信號(hào)RAMP進(jìn)行比較。
[0113]此時(shí)，計(jì)數(shù)器163進(jìn)行操作，所述計(jì)數(shù)器163像比較器162 —樣地被布置于每列中。
[0114]每個(gè)ADC161通過(guò)具有斜坡波形的基準(zhǔn)信號(hào)RAMP (電位Vslop)中的變化以及具有一對(duì)一對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值來(lái)將垂直信號(hào)線116的電位(模擬信號(hào))VSL轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0115]ADC161將基準(zhǔn)信號(hào)RAMP(電位Vslop)的電壓的變化轉(zhuǎn)換為時(shí)間的變化。通過(guò)對(duì)一定周期(時(shí)鐘)中的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，所述變化被轉(zhuǎn)化為數(shù)字值。
[0116]當(dāng)模擬信號(hào)VSL與基準(zhǔn)信號(hào)RAMP (Vslop)相交時(shí)，比較器162的輸出反轉(zhuǎn)，并且計(jì)數(shù)器163的輸入時(shí)鐘停止，或者停止的時(shí)鐘輸入到計(jì)數(shù)器163中，從而完成AD轉(zhuǎn)換。經(jīng)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)被保留在存儲(chǔ)器164中。
[0117]在上述AD轉(zhuǎn)換時(shí)段結(jié)束之后，保留在存儲(chǔ)器164中的數(shù)據(jù)由水平轉(zhuǎn)移掃描電路130轉(zhuǎn)移至水平轉(zhuǎn)移線LTRF。然后，所述數(shù)據(jù)通過(guò)放大電路被輸入至信號(hào)處理電路中，并且經(jīng)歷特定的信號(hào)處理，從而生成二維圖像。
[0118]在水平轉(zhuǎn)移掃描電路130中，同時(shí)并行使用幾條信道用以轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，以便保證轉(zhuǎn)移速率。
[0119]定時(shí)控制電路140生成用于在諸如像素單元110和列并行處理單元160之類的各個(gè)塊中進(jìn)行信號(hào)處理所必要的定時(shí)。
[0120]下行信號(hào)處理電路使用存儲(chǔ)在行存儲(chǔ)器中的信號(hào)來(lái)執(zhí)行對(duì)垂直線缺陷和/或點(diǎn)缺陷的校正、信號(hào)的鉗位處理以及數(shù)字信號(hào)處理，所述數(shù)字信號(hào)處理包括并行/串行轉(zhuǎn)換、壓縮、編碼、加法、平均以及采樣操作。[0121]在本實(shí)施例的固態(tài)成像裝置100中，信號(hào)處理電路的數(shù)字輸出被發(fā)送作為ISP或基帶LSI的輸入。
[0122]在定時(shí)控制電路140的控制下，DAC170生成具有斜坡波形的基準(zhǔn)信號(hào)(斜坡信號(hào))并且將所述基準(zhǔn)信號(hào)提供給列并行處理單元160，其中所述基準(zhǔn)信號(hào)從具有一定傾角變?yōu)榫€性形式。
[0123]例如，在定時(shí)控制電路140的控制下，DAC170為每一列生成具有經(jīng)調(diào)整的偏移的基準(zhǔn)信號(hào)RAMP，所述基準(zhǔn)信號(hào)RAMP經(jīng)歷由列并行處理單元160中的每個(gè)列處理電路(ADC) 161所進(jìn)行的AD轉(zhuǎn)換。
[0124]內(nèi)部電壓生成電路180生成偏壓VBIASl (I 1、12)和VBIAS2 (21、22)，并且將它們提供給像素電流源150D和150U。
[0125]內(nèi)部電壓生成電路180生成偏壓VBIAS3，并且將其提供給用于DAC170的電流控制的電流源(例如晶體管的柵極)。
[0126][固態(tài)成像裝置中的全像素讀出的操作實(shí)例]
[0127]圖7㈧和圖7(B)是示出在根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中的全像素讀出的操作實(shí)例的示例圖。
[0128]現(xiàn)在，參照?qǐng)D7對(duì)根據(jù)上述配置的操作進(jìn)行說(shuō)明。
[0129]例如，當(dāng)在定時(shí)控制電路140的控制下執(zhí)行全像素讀出時(shí)，如圖7(A)中所示，首先執(zhí)行像素單元110的全復(fù)位。
[0130]在該情形中，當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管112和復(fù)位晶體管113被導(dǎo)通時(shí)，同時(shí)執(zhí)行全屏復(fù)位以便導(dǎo)通。
[0131]更具體地，垂直掃描電路120將控制信號(hào)Tx和控制信號(hào)RST設(shè)置為激活或高電平，其中所述控制信號(hào)Tx執(zhí)行轉(zhuǎn)移晶體管112的導(dǎo)通/截止控制，所述控制信號(hào)RST執(zhí)行復(fù)位晶體管113的導(dǎo)通/截止控制。
[0132]結(jié)果，將存儲(chǔ)在光電二極管111中的電荷丟棄。
[0133]然后，在復(fù)位完成之后，將控制信號(hào)Tx和控制信號(hào)RST切換至低電平，并且將轉(zhuǎn)移晶體管112和復(fù)位晶體管截止。結(jié)果，光電二極管111將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷，并且存儲(chǔ)該電荷。
[0134]接下來(lái)，執(zhí)行像素讀出。
[0135]在讀取操作期間，從外圍電路，特別是像素電流源150D和150U產(chǎn)生光和熱。
[0136]因此，當(dāng)像素單元110被以從下端至上端順序讀出時(shí)，更靠近上端的位置具有更長(zhǎng)的電荷存儲(chǔ)時(shí)間。
[0137]由于靠近上端的外圍電路的部分長(zhǎng)時(shí)間地受到從所述外圍電路所產(chǎn)生的光和熱的影響，所以所述部分導(dǎo)致具有陰影圖案的白化。
[0138]從圖3的實(shí)例來(lái)看，可以假設(shè)，白化趨于出現(xiàn)在從屏幕的一端開(kāi)始的占據(jù)大約1/5全屏的每個(gè)區(qū)域中。
[0139]因此，在本實(shí)施例中，如圖7(B)中所示，驅(qū)動(dòng)每行中的像素，使得從像素單元110的上側(cè)和下側(cè)，即從靠近像素電流源150U和150D的區(qū)域中的行向中心交替地執(zhí)行像素讀出。
[0140]例如，當(dāng)像素單元110在垂直(V)方向上具有5000行時(shí)，以下面所示的順序執(zhí)行讀出。
[0141]注意，在該實(shí)例中，假定，第I行是在下端側(cè)靠近像素電流源150的行，而第5000行是在上端側(cè)靠近像素電流源150U的行。然而，該順序可以被反轉(zhuǎn)。
[0142][像素讀出順序的第一實(shí)例]
[0143]在第一實(shí)例中，以下面的順序執(zhí)行讀出。
[0144]實(shí)例I)以第I行、第5000行、第2行、第4999行、第3行、第4998行、…第2500行、第2501行(R行->B行->B行->R行)的順序
[0145]在第一實(shí)例中，驅(qū)動(dòng)每行的像素，使得從靠近像素電流源150U和150D的區(qū)域中的行向中心交替地每次一行地執(zhí)行讀出。
[0146]在第一實(shí)施例中，由于屏幕的上端和下端被首先讀出，所以這些部分的存儲(chǔ)時(shí)間被顯著縮短。結(jié)果，能夠抑制由于外圍電路，特別是像素電流源的影響所導(dǎo)致的屏幕的端處的白化。
[0147][像素讀出順序的第二實(shí)例]
[0148]在第二實(shí)例中，以下面的順序執(zhí)行讀出。
[0149]實(shí)例2)以第I行、第2行、第4999行、第5000行、第3行、第4行、…第2501行、第2502行(R行->B行->R行->B行)的順序
[0150]在第二實(shí)例中，驅(qū)動(dòng)每行的像素，使得從靠近像素電流源150U和150D的區(qū)域中的行向中心交替地每次兩行地執(zhí)行讀出。
[0151]在第二實(shí)例中，由于屏幕的上端和下端也被首先讀出，所以這些部分的存儲(chǔ)時(shí)間被顯著縮短。結(jié)果，能夠抑制由于外圍電路，特別是像素電流源的影響所導(dǎo)致的屏幕的端處的白化。
[0152]如第二實(shí)例中的從上側(cè)和下側(cè)交替地每次兩行地讀取像素的方法可應(yīng)用于如圖8中所示的采用兩個(gè)像素共享配置的固態(tài)成像裝置。
[0153]更具體地，執(zhí)行對(duì)多個(gè)行的連續(xù)讀出，并且從上側(cè)和下側(cè)交替地執(zhí)行所述連續(xù)讀出，其中所述多個(gè)行的數(shù)量等于共享像素的數(shù)量。這使得可執(zhí)行適于像素共享配置的全像素讀出。
[0154]應(yīng)注意的是，在如圖9中所示的四像素共享的情形中，以下面的順序執(zhí)行讀出。
[0155]實(shí)例3)以第I行、第2行、第3行、第4行、第4997行、第4998行、第4999行、第5000行、第5行、第6行、第7行、第8行、…第2501行、第2502行、第2503行、第2504行(R行->B行->R行->B行)的順序
[0156]不是必須以如上述實(shí)例中的規(guī)律性來(lái)交替地讀取像素。
[0157]例如，從屏幕的上端和下端開(kāi)始的、包括有一些行的特定區(qū)域SAR-D和SAR-U或者被設(shè)置為包括邊緣的一些行首先被交替地讀出，其中所述特定區(qū)域SAR-D和SAR-U以及所述被設(shè)置為包括邊緣的一些行被預(yù)測(cè)為出現(xiàn)由于外圍電路的影響所導(dǎo)致的白化。
[0158]之后，以從與一個(gè)特定區(qū)域相鄰的行向與另一特定區(qū)域相鄰的行的順序執(zhí)行讀出，或者以從與一個(gè)特定區(qū)域相鄰的行向位于中心的行的順序執(zhí)行讀出，然后以從與另一特定區(qū)域相鄰的行向與已讀取的中心行相鄰的行的順序執(zhí)行讀出。
[0159]換言之，從屏幕的上端和下端開(kāi)始的、包括有一些行的特定區(qū)域或者被設(shè)置為包括邊緣的一些行首先被交替地讀出，然后可以以任意的順序執(zhí)行讀出，其中所述特定區(qū)域以及所述被設(shè)置為包括邊緣的一些行被預(yù)測(cè)為出現(xiàn)由于外圍電路的影響所導(dǎo)致的白化。
[0160]下面將對(duì)讀出時(shí)的具體操作進(jìn)行說(shuō)明。
[0161]在讀出時(shí)，垂直掃描電路120導(dǎo)通復(fù)位晶體管113從而復(fù)位浮動(dòng)擴(kuò)散FD，并且截止復(fù)位晶體管113。結(jié)果，此時(shí)的浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電壓通過(guò)放大晶體管114和選擇晶體管115輸出。此時(shí)的輸出被定義為P相輸出。
[0162]接下來(lái)，導(dǎo)通轉(zhuǎn)移晶體管112，從而將存儲(chǔ)在光電二極管111中的電荷轉(zhuǎn)移至浮動(dòng)擴(kuò)散FD。此時(shí)點(diǎn)的浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電壓通過(guò)放大晶體管114輸出。此時(shí)點(diǎn)的輸出被定義為D相輸出。
[0163]將從每個(gè)像素讀取的信號(hào)輸入至每個(gè)列處理電路(ADC) 161中。
[0164]在每個(gè)列處理電路(ADC) 161中，在布置于每個(gè)列中的比較器162中將已讀出至垂直信號(hào)線116中的模擬信號(hào)電位VSL與基準(zhǔn)信號(hào)RAMP進(jìn)行比較。
[0165]計(jì)數(shù)器163執(zhí)行計(jì)數(shù)直到模擬電位VSL的電平與基準(zhǔn)信號(hào)RAMP的電平相交并且由此比較器162的輸出反轉(zhuǎn)為止。
[0166]例如，計(jì)數(shù)器163與時(shí)鐘CLK同步執(zhí)行計(jì)數(shù)操作。一旦比較器162的輸出電平反轉(zhuǎn)，則停止計(jì)數(shù)操作并且將那時(shí)的值保留在存儲(chǔ)器164中。
[0167]所述P相復(fù)位電平隨像素而改變。
[0168]在第二輪，將在每個(gè)單元像素IlOA中經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)讀出至垂直信號(hào)線116 (-1至-n) (D相)，并且執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換。
[0169]在每個(gè)列處理電路(ADC) 161中，在布置于每一列中的比較器162中將已讀出至垂直信號(hào)線116中的模擬信號(hào)電平VSL與基準(zhǔn)信號(hào)RAMP進(jìn)行比較。
[0170]計(jì)數(shù)器163執(zhí)行計(jì)數(shù)直到模擬電位VSL的電平與基準(zhǔn)信號(hào)RAMP的電平相交并且由此比較器162的輸出反轉(zhuǎn)為止。
[0171]例如，計(jì)數(shù)器163與時(shí)鐘CLK同步執(zhí)行計(jì)數(shù)操作。一旦比較器162的輸出電平反轉(zhuǎn)，則停止計(jì)數(shù)操作并且將那時(shí)的值保留在存儲(chǔ)器164中。
[0172]然后，(D相電平一 P相電平)的計(jì)算與P相和D相轉(zhuǎn)換的結(jié)果的結(jié)合可實(shí)現(xiàn)相關(guān)二重采樣(OTS)。
[0173]由水平(列)轉(zhuǎn)移掃描電路130通過(guò)水平轉(zhuǎn)移線LTRF將已轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的信號(hào)一個(gè)接一個(gè)地讀至放大電路中，并最終輸出該信號(hào)。
[0174]這就是列并行輸出處理是如何執(zhí)行的。
[0175]如前所述，根據(jù)本實(shí)施例的固態(tài)成像裝置，屏幕的上端和下端首先被讀出，因此這些部分中的存儲(chǔ)時(shí)間顯著縮短。結(jié)果，能夠抑制由于外圍電路的影響所導(dǎo)致的屏幕的端處的白化。
[0176]〈2.第二實(shí)施例〉
[0177]圖10是示出根據(jù)第二實(shí)施例的安裝有列并行ADC的固態(tài)成像裝置(CMOS圖像傳感器)的配置實(shí)例的框圖。
[0178]根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像裝置100A與根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)成像裝置100的不同在于:作為讀出電路(例如列ADC)的列并行處理單元160僅被布置在一側(cè)。
[0179]在該情形中，由于像素電流源也被提供在上側(cè)和下側(cè)，所以可采用第一實(shí)施例中所公開(kāi)的全像素讀出方法。[0180]根據(jù)第二實(shí)施例，能夠獲得與前述第一實(shí)施例相同的效果。
[0181]〈3.第三實(shí)施例〉
[0182]圖11示出了在根據(jù)第三實(shí)施例的安裝有列并行ADC的固態(tài)成像裝置(CMOS圖像傳感器)中的像素單元的配置。
[0183]在根據(jù)第三實(shí)施例的固態(tài)成像裝置100B中，像素單元200具有垂直(V)光學(xué)黑體(OBP)區(qū)域220和水平(H)光學(xué)黑體(OBP)區(qū)域230，所述區(qū)域220和區(qū)域230在有效像素區(qū)域210的下端側(cè)和右端側(cè)以遮光狀態(tài)形成。
[0184]在該實(shí)施例中，VOPB區(qū)域220包括16行:從第O行至第15行，而有效像素區(qū)域210包括5000行，從第16行至第5015行。
[0185]在固態(tài)成像裝置100B中，執(zhí)行全像素讀出，使得首先順序讀出VOPB區(qū)域220的16行，然后執(zhí)行有效像素區(qū)域210的讀出。在第一實(shí)施例中所述的第一實(shí)例、第二實(shí)例和第三實(shí)例的讀出方法被應(yīng)用于所述讀出。
[0186]當(dāng)應(yīng)用第二實(shí)例時(shí)，以下面的順序執(zhí)行讀出。
[0187]實(shí)例2)以第16行、第17行、第5014行、第5015行、第18行、第19行、…第25016行、第25017行(R行->B行->R行->B行)的順序
[0188]當(dāng)以這樣的方式應(yīng)用第二實(shí)例的讀出方法時(shí)，驅(qū)動(dòng)每個(gè)行的像素，使得從靠近像素電流源150U和150D 的區(qū)域中的行向中心每次兩行地交替地執(zhí)行讀出。
[0189]在第三實(shí)施例中，由于屏幕的上端和下端首先被讀出，所以這些部分的存儲(chǔ)時(shí)間顯著縮短。結(jié)果，能夠抑制由于外圍電路，特別是像素電流源的影響所導(dǎo)致的屏幕的端處的白化。
[0190]具有這種效果的固態(tài)成像裝置可被應(yīng)用為用于數(shù)碼相機(jī)和/或視頻相機(jī)的成像
>J-U ρ?α裝直。
[0191]〈4.第四實(shí)施例〉
[0192]圖12示出了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的相機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)配置實(shí)例。
[0193]如圖12中所示，相機(jī)系統(tǒng)300具有成像裝置310，根據(jù)實(shí)施例的固態(tài)成像裝置100、100Α和100Β可被應(yīng)用于所述成像裝置310。
[0194]例如，相機(jī)系統(tǒng)300具有作為光學(xué)系統(tǒng)的鏡頭320，其中所述鏡頭320在成像平面上形成入射光(圖像光)的圖像，所述光學(xué)系統(tǒng)將入射光引導(dǎo)至成像裝置310的像素區(qū)域(在所述像素區(qū)域上形成目標(biāo)圖像)。
[0195]并且，相機(jī)系統(tǒng)300具有驅(qū)動(dòng)電路(DRV) 330和信號(hào)處理電路(PRC) 340，其中所述驅(qū)動(dòng)電路330驅(qū)動(dòng)成像裝置310，所述信號(hào)處理電路340處理成像裝置310的輸出信號(hào)。
[0196]驅(qū)動(dòng)電路330具有定時(shí)發(fā)生器(未示出)并且通過(guò)特定的定時(shí)信號(hào)驅(qū)動(dòng)成像裝置310，所述定時(shí)發(fā)生器生成包括起始脈沖和時(shí)鐘脈沖的各種定時(shí)信號(hào)，所述各種定時(shí)信號(hào)驅(qū)動(dòng)成像裝置310中的電路。
[0197]信號(hào)處理電路340還對(duì)成像裝置310的輸出信號(hào)執(zhí)行特定的信號(hào)處理。
[0198]例如，在信號(hào)處理電路340中所處理的圖像信號(hào)被記錄在諸如存儲(chǔ)器之類的記錄介質(zhì)上。記錄在記錄介質(zhì)上的圖像信息由打印機(jī)等進(jìn)行打印，從而制作硬拷貝。信號(hào)處理電路340中所處理的圖像信號(hào)在由液晶顯示器等制成的監(jiān)視器上被投射為運(yùn)動(dòng)圖像。[0199]如前所述，通過(guò)在諸如數(shù)字靜態(tài)相機(jī)這樣的成像設(shè)備上安裝固態(tài)成像裝置100、100A和100B作為成像裝置310，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度相機(jī)。
[0200]此外，還可將本技術(shù)如下配置。
[0201](I) 一種固態(tài)成像裝置，包括:
[0202]像素單元，其適于具有以矩陣形式排列的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且存儲(chǔ)與曝光時(shí)間相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷；
[0203]外圍電路，其適于被布置成與像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分相鄰，并且適于與至少像素信號(hào)的讀取操作相關(guān)聯(lián)地被驅(qū)動(dòng)；以及
[0204]像素信號(hào)讀出單元，其適于以多個(gè)像素為單位從像素單元讀取像素信號(hào)，其中
[0205]當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后至少?gòu)目拷鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行像素讀出，外圍電路布置在像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分旁邊。
[0206](2)根據(jù)⑴的固態(tài)成像裝置，其中
[0207]當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后從靠近布置在像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分旁邊的外圍電路的區(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行讀出，并且對(duì)在除了特定區(qū)域以外的像素單元的邊緣部分之間的中心區(qū)域執(zhí)行讀出。
[0208](3)根據(jù)(I)或⑵的固態(tài)成像裝置，其中
[0209]當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后從靠近布置在像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分旁邊的外圍電路的區(qū)域中的行向像素單元的邊緣部分之間的中心部分來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行讀出。
[0210](4)根據(jù)⑴至(3)中任一項(xiàng)的固態(tài)成像裝置，其中
[0211]像素單元包括共享像素，從而在多個(gè)像素中以這樣的方式共享輸出節(jié)點(diǎn):在共享像素中的每個(gè)像素的像素信號(hào)能夠被選擇性地從所共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出至相應(yīng)的像素信號(hào)讀出線，并且
[0212]像素信號(hào)讀出單元執(zhí)行在數(shù)量上與共享像素相等的行的連續(xù)讀出，并且所述連續(xù)讀出被交替地執(zhí)行。
[0213](5)根據(jù)⑴至(4)中任一項(xiàng)的固態(tài)成像裝置，其中
[0214]像素單元包括有效像素區(qū)域和處于遮光狀態(tài)的光學(xué)黑體區(qū)域，光學(xué)黑體區(qū)域位于除了有效像素區(qū)域以外的區(qū)域中的外圍電路旁邊，并且
[0215]當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后按順序執(zhí)行光學(xué)黑體區(qū)域的讀出，并且至少?gòu)目拷鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替執(zhí)行有效像素區(qū)域中的像素讀出，外圍電路布置在像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分旁邊。
[0216](6)根據(jù)⑴至(4)中任一項(xiàng)的固態(tài)成像裝置，包括:
[0217]像素信號(hào)讀出線，其中
[0218]像素信號(hào)讀出單元通過(guò)像素信號(hào)讀出線從像素單元讀出像素信號(hào)；并且
[0219]布置在像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分旁邊的外圍電路包括負(fù)載元件，負(fù)載元件用作與像素信號(hào)讀出線連接的電流源，并且通過(guò)負(fù)載元件施加與偏壓相對(duì)應(yīng)的電流。
[0220](7) 一種用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，所述固態(tài)成像裝置包括外圍電路和像素單元，外圍電路適于被布置成與彼此相對(duì)的邊緣部分相鄰并且適于與至少像素信號(hào)的讀取操作相關(guān)聯(lián)地被驅(qū)動(dòng)，像素單元適于具有以矩陣形式排列的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，光電轉(zhuǎn)換元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且存儲(chǔ)與曝光時(shí)間相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷，所述方法包括，當(dāng)對(duì)像素單元執(zhí)行全像素讀出時(shí):
[0221]復(fù)位步驟，復(fù)位全部像素；以及
[0222]讀出步驟，至少?gòu)目拷鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行像素讀出，外圍電路布置在像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分旁邊。
[0223](8)根據(jù)(7)的用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，其中
[0224]在讀出步驟中，當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，復(fù)位全部像素，然后從靠近布置在像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分旁邊的外圍電路的區(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行讀出，并且執(zhí)行在除了特定區(qū)域以外的像素單元的邊緣部分之間的中心區(qū)域的讀出。
[0225](9)根據(jù)(7)或⑶的用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，其中
[0226]在讀出步驟中，當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，復(fù)位全部像素，然后從靠近外圍電路的區(qū)域中的行向像素單元的邊緣部分之間的中心部分來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行讀出，外圍電路布置在像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分旁邊。
[0227](10)根據(jù)(7)至(9)中任一項(xiàng)的用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，其中
[0228]像素單元包括共享像素，從而在多個(gè)像素中以這樣的方式共享輸出節(jié)點(diǎn):在共享像素中的每個(gè)像素的像素信號(hào)能夠被選擇性地從所共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出至所對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)讀出線，并且
[0229]在讀出步驟中，執(zhí)行在數(shù)量上與共享像素相等的行的連續(xù)讀出，并且交替地執(zhí)行所述連續(xù)讀出。
[0230](11)根據(jù)(7)至(10)中任一項(xiàng)的用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，其中
[0231]像素單元包括有效像素區(qū)域和處于遮光狀態(tài)的光學(xué)黑體區(qū)域，光學(xué)黑體區(qū)域位于除了有效像素區(qū)域以外的區(qū)域中的外圍電路旁邊，
[0232]在讀出步驟中，當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，復(fù)位全部像素，然后順序執(zhí)行光學(xué)黑體區(qū)域的讀出，并且
[0233]至少?gòu)目拷鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行至少逐行交替地執(zhí)行有效像素區(qū)域中的像素讀出，外圍電路布置在像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分旁邊。
[0234](12) 一種相機(jī)系統(tǒng),包括:
[0235]固態(tài)成像裝置；以及
[0236]光學(xué)系統(tǒng)，其適于在固態(tài)成像裝置上形成目標(biāo)圖像，其中
[0237]固態(tài)成像裝置包括
[0238]像素單元，其適于具有以矩陣形式排列的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，光電轉(zhuǎn)換元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且存儲(chǔ)與曝光時(shí)間相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷，
[0239]外圍電路，其適于被布置成與像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分相鄰，并且適于與至少像素信號(hào)的讀取操作相關(guān)聯(lián)地被驅(qū)動(dòng)，以及
[0240]像素信號(hào)讀出單元，其適于以多個(gè)像素為單位從像素單元讀取像素信號(hào)，并且
[0241]當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后至少?gòu)目拷鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行像素讀出，外圍電路布置在像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分旁邊。[0242]附圖標(biāo)記列表
[0243]100、100A、100B 固態(tài)成像裝置
[0244]110像素單元
[0245]120垂直掃描電路
[0246]130水平轉(zhuǎn)移掃描電路
[0247]140定時(shí)控制電路
[0248]150負(fù)載電路
[0249]160列并行處理單元
[0250]161列處理電路(ADC)
[0251]162比較器
[0252]163計(jì)數(shù)器
[0253]164存儲(chǔ)器
[0254]170 DAC
[0255]180內(nèi)部電壓生成電路
[0256]LTRF水平轉(zhuǎn)移線
[0257]200像素單元
[0258]210有效像素區(qū)域
[0259]220垂直光學(xué)黑體區(qū)域(VOPB)
[0260]230水平光學(xué)黑體區(qū)域(HOPB)
[0261]SAR-D, SAR-U 特定區(qū)域
[0262]300相機(jī)系統(tǒng)
[0263]310成像裝置
[0264]320 鏡頭
[0265]330驅(qū)動(dòng)電路
[0266]340信號(hào)處理電路
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)成像裝置，包括: 像素單元，適于具有以矩陣形式排列的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且存儲(chǔ)與曝光時(shí)間相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷； 外圍電路，適于被布置成與所述像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分相鄰，并且適于與至少像素信號(hào)的讀取操作相關(guān)聯(lián)地被驅(qū)動(dòng)；以及 像素信號(hào)讀出單元，適于以多個(gè)像素為單位從所述像素單元讀取所述像素信號(hào)，其中 當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，所述像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后至少?gòu)目拷鐾鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行像素讀出，所述外圍電路布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 當(dāng)執(zhí)行所述全像素讀出時(shí)，所述像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后從靠近布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊的所述外圍電路的區(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行讀出，并且執(zhí)行在除了所述特定區(qū)域以外的所述像素單元的邊緣部分之間的中心區(qū)域的讀出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 當(dāng)執(zhí)行所述全像素讀出時(shí)，所述像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后從靠近所述外圍電路的區(qū)域中的行向所述像素單元的邊緣部分之間的中心部分來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行讀出，所述外圍電路布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 所述像素單元包括共享像素，從而在所述多個(gè)像素中以這樣的方式共享輸出節(jié)點(diǎn):在所述共享像素中的每個(gè)像素的像素信號(hào)能夠被選擇性地從所共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出至相應(yīng)的像素信號(hào)讀出線，并且 所述像素信號(hào)讀出單元執(zhí)行在數(shù)量上與所述共享像素相等的行的連續(xù)讀出，并且所述連續(xù)讀出被交替地執(zhí)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中 所述像素單元包括有效像素區(qū)域和處于遮光狀態(tài)的光學(xué)黑體區(qū)域，所述光學(xué)黑體區(qū)域位于除了所述有效像素區(qū)域以外的區(qū)域中的所述外圍電路旁邊，并且 當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，所述像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后順序執(zhí)行所述光學(xué)黑體區(qū)域的讀出，并且至少?gòu)目拷鐾鈬娐返乃鎏囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行所述有效像素區(qū)域中的像素讀出，所述外圍電路布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，包括: 像素信號(hào)讀出線，其中 所述像素信號(hào)讀出單元通過(guò)所述像素信號(hào)讀出線從所述像素單元讀出所述像素信號(hào)；并且 布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊的所述外圍電路包括負(fù)載元件，所述負(fù)載元件用作與所述像素信號(hào)讀出線連接的電流源，并且通過(guò)所述負(fù)載元件施加與偏壓相對(duì)應(yīng)的電流。
7.一種用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，所述固態(tài)成像裝置包括外圍電路和像素單元，所述外圍電路適于被布置成與彼此相對(duì)的邊緣部分相鄰并且適于與至少像素信號(hào)的讀取操作相關(guān)聯(lián)地被驅(qū)動(dòng)，所述像素單元適于具有以矩陣形式排列的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且存儲(chǔ)與曝光時(shí)間相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷，所述方法包括，當(dāng)對(duì)所述像素單元執(zhí)行全像素讀出時(shí): 復(fù)位步驟，復(fù)位全部像素；以及 讀出步驟，至少?gòu)目拷鐾鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行像素讀出，所述外圍電路布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，其中 在所述讀出步驟中，當(dāng)執(zhí)行所述全像素讀出時(shí)，復(fù)位全部像素，然后從靠近布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊的所述外圍電路的區(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行讀出，并且執(zhí)行在除了所述特定區(qū)域以外的所述像素單元的邊緣部分之間的中心區(qū)域的讀出。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，其中 在所述讀出步驟中，當(dāng) 執(zhí)行所述全像素讀出時(shí)，復(fù)位全部像素，然后從靠近所述外圍電路的區(qū)域中的行向所述像素單元的邊緣部分之間的中心部分來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行讀出，所述外圍電路布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，其中 所述像素單元包括共享像素，從而在所述多個(gè)像素中以這樣的方式共享輸出節(jié)點(diǎn):在所述共享像素中的每個(gè)像素的像素信號(hào)能夠被選擇性地從所共享的輸出節(jié)點(diǎn)輸出至所對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)讀出線，并且 在所述讀出步驟中，執(zhí)行在數(shù)量上與所述共享像素相等的行的連續(xù)讀出，并且交替地執(zhí)行所述連續(xù)讀出。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像裝置的方法，其中 所述像素單元包括有效像素區(qū)域和處于遮光狀態(tài)的光學(xué)黑體區(qū)域，所述光學(xué)黑體區(qū)域位于除了所述有效像素區(qū)域以外的區(qū)域中的所述外圍電路旁邊， 在所述讀出步驟中，當(dāng)執(zhí)行所述全像素讀出時(shí)，復(fù)位全部像素，然后順序執(zhí)行所述光學(xué)黑體區(qū)域的讀出，并且 至少?gòu)目拷鐾鈬娐返乃鎏囟▍^(qū)域中的行至少逐行交替地執(zhí)行所述有效像素區(qū)域中的像素讀出，所述外圍電路布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊。
12.—種相機(jī)系統(tǒng),包括: 固態(tài)成像裝置；以及 光學(xué)系統(tǒng)，適于在所述固態(tài)成像裝置上形成目標(biāo)圖像，其中 所述固態(tài)成像裝置包括 像素單元，適于具有以矩陣形式排列的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換元件，所述光電轉(zhuǎn)換元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且存儲(chǔ)與曝光時(shí)間相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷， 外圍電路，適于被布置成與所述像素單元的彼此相對(duì)的邊緣部分相鄰，并且適于與至少像素信號(hào)的讀取操作相關(guān)聯(lián)地被驅(qū)動(dòng)，以及 像素信號(hào)讀出單元，其適于以多個(gè)像素為單位從所述像素單元讀取所述像素信號(hào)，并且當(dāng)執(zhí)行全像素讀出時(shí)，所述像素信號(hào)讀出單元復(fù)位全部像素，然后至少?gòu)目拷鐾鈬娐返奶囟▍^(qū)域中的行來(lái)至少逐行交替地執(zhí)行像素讀出，所述外圍電路布置在所述像素單元的彼此相對(duì)的所述邊緣部分旁邊。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK103975579SQ201280059227
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月7日
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