專利名稱：固態(tài)成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置。
背景技術(shù)：
近年來，MOS型固態(tài)成像裝置已廣泛用于數(shù)字照相機(jī)和掃描儀。 原因之一是已能夠?qū)崿F(xiàn)高S/N (信噪比)。作為用于實(shí)現(xiàn)高S/N的一 種手段，為用于像素矩陣陣列的每個(gè)像素列的讀取電路提供到諸如放 大器的后級(jí)電路的輸出單元是有用的。通過用每個(gè)像素列的放大器將 信號(hào)放大，后級(jí)電路的放大系數(shù)可被抑制為是低的。因此，在后級(jí)處 出現(xiàn)的噪聲沒有隨著信號(hào)的放大而被大幅放大。結(jié)果，可以提高S/N。
在日本專利申請(qǐng)公開No. 2003-228457 (以下，專利文獻(xiàn)l)中， 通過由多個(gè)列共享為每個(gè)像素列設(shè)置的放大器，減少電路元件的數(shù)量 并且減小芯片面積。在前述例子中，由兩個(gè)列的像素共享一個(gè)放大電 路。
電路的操作如下。首先，使共享放大器的多個(gè)采樣開關(guān)成為接通 (ON)狀態(tài)，并且，通過箝位電容器(信號(hào)保持單元)以差分 (differential)放大器的參考電壓VREF作為基準(zhǔn)對(duì)來自像素的復(fù)位 信號(hào)進(jìn)行箝位。接著，使多個(gè)像素列的采樣開關(guān)同時(shí)成為斷開(OFF) 狀態(tài)。接著，通過對(duì)于每個(gè)像素列使采樣開關(guān)成為接通狀態(tài)，來自像 素的光學(xué)信號(hào)被讀出，并且，從放大器輸出光學(xué)信號(hào)和復(fù)位信號(hào)之間 的差分信號(hào)。
然而，當(dāng)使得作為采樣開關(guān)的晶體管在上述操作中成為斷開狀態(tài) 時(shí)，采樣開關(guān)的兩端處的節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)由于電荷注入和時(shí)鐘場(chǎng)穿通 (clock field through )而變化。當(dāng)信號(hào)被保持在信號(hào)保持單元中時(shí)， 節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)變化有時(shí)被作為偏移分量疊加在信號(hào)上。控制每個(gè)采樣開關(guān)的驅(qū)動(dòng)脈沖的波形取決于由控制布線的布局的 不對(duì)稱性引起的布線電阻和寄生電容器的差異而不同。在作為采樣開 關(guān)的晶體管中，各自的電極區(qū)域之間的寄生電容器和閾值發(fā)生變化。 由電荷注入和場(chǎng)穿通引起的電勢(shì)變化的程度根據(jù)晶體管的驅(qū)動(dòng)脈沖的 波形和晶體管的寄生電容器而改變。由電荷注入和場(chǎng)穿通引起的節(jié)點(diǎn) 的電勢(shì)變化取決于將晶體管變成斷開狀態(tài)時(shí)的定時(shí)和脈沖波形而不 同。
當(dāng)多個(gè)晶體管的輸出節(jié)點(diǎn)共同連接到后級(jí)電路、并且轉(zhuǎn)變(Shift) 到斷開狀態(tài)的定時(shí)在晶體管之間不同或者轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)時(shí)的脈沖波 形不同時(shí)，在各自的晶體管中由電荷注入和場(chǎng)穿通引起的電荷分布不 同。當(dāng)前述的電荷分布在晶體管之間不同時(shí)，前述的偏移分量在每個(gè) 信號(hào)保持單元處不同。偏移分量的變化變成固定模式噪聲，并且顯著 地降低圖像質(zhì)量。此外，當(dāng)信號(hào)保持單元的電容值越小時(shí)，對(duì)于信號(hào) 的偏移分量的變化就具有越大的影響。
如上所述，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，被設(shè)置以由預(yù)定數(shù)量的信號(hào)保持單 元共享諸如放大器的輸出單元的多個(gè)采樣開關(guān)導(dǎo)致如下的新問題，即，
疊加在被信號(hào)保持單元保持的信號(hào)上的偏移分量發(fā)生變化。
本發(fā)明是鑒于這種問題而作出的，并且具有如下目的，即，在例 如由預(yù)定數(shù)量的信號(hào)保持單元共享輸出單元的固態(tài)成像裝置中獲得高 的圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的問題，本發(fā)明提供一種固態(tài)成像裝置，具有多個(gè)信 號(hào)保持單元，每個(gè)信號(hào)保持單元具有輸入節(jié)點(diǎn)，信號(hào)被從像素的輸出 節(jié)點(diǎn)供給到該輸入節(jié)點(diǎn)；多個(gè)共用輸出單元，每個(gè)共用輸出單元具有 輸入節(jié)點(diǎn)，來自預(yù)定數(shù)量的信號(hào)保持單元的輸出節(jié)點(diǎn)的信號(hào)被供給到 該輸入節(jié)點(diǎn)；和多個(gè)選擇單元，每個(gè)選擇單元被對(duì)應(yīng)于信號(hào)保持單元 中的每一個(gè)而布置，用于將來自信號(hào)保持單元的輸出節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳送 到共用輸出單元的輸入節(jié)點(diǎn)，其特征在于，該固態(tài)成像裝置還包括用于使共用輸出單元的輸出節(jié)點(diǎn)連接到共用輸出單元的輸入節(jié)點(diǎn)的反饋 路徑，以及，在通過反饋路徑將來自共用輸出單元的輸出節(jié)點(diǎn)的信號(hào) 供給到共用輸出單元的輸入節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)下，使選擇單元變成導(dǎo)通狀態(tài)， 以使信號(hào)保持單元對(duì)從像素輸出的信號(hào)進(jìn)行箝位，并且，箝位操作被 執(zhí)行，以使為了從非導(dǎo)通狀態(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)而供給到選擇單元的驅(qū)動(dòng)
從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征 將變得明顯。


圖l是用于描述實(shí)施例1的固態(tài)成像裝置的框圖。
圖2是實(shí)施例1的固態(tài)成像裝置的一個(gè)像素的等效電路圖。 圖3是用于描述實(shí)施例1的放大單元的示圖。 圖4是用于描述實(shí)施例1的驅(qū)動(dòng)單元的輸出級(jí)的示圖。 圖5是實(shí)施例1的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)脈沖圖。 圖6是用于描述實(shí)施例1的第一修改例子的示圖。 圖7是用于描述實(shí)施例2的驅(qū)動(dòng)單元的輸出級(jí)的示圖。 圖8是用于描述實(shí)施例2的驅(qū)動(dòng)單元的脈沖波形的示圖。 圖9是用于描述實(shí)施例3的驅(qū)動(dòng)單元的輸出級(jí)的示圖。 圖IO是用于描述實(shí)施例1的第二修改例子的示圖。 被包含于說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施 例，并與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
具體實(shí)施例方式
以下，將通過使用附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。 (實(shí)施例1)
圖1至5分別是構(gòu)成第一實(shí)施例的具有M行和N列的像素陣列 的框圖、 一個(gè)像素的等效電路圖、共用輸出單元的詳細(xì)示圖、驅(qū)動(dòng)單元的輸出緩沖級(jí)(output buffer stage)的詳細(xì)示圖、和驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖。
在圖1中，示出了像素1、以M行和N列的矩陣布置像素的像素 陣列2、在每個(gè)像素列處設(shè)置的恒流源3、和用于每個(gè)像素列的共用輸 出線4?？梢哉f，恒流源3被設(shè)置在共用輸出線4中的每一個(gè)處。
信號(hào)保持單元5保持通過共用輸出線傳輸?shù)男盘?hào)。來自像素的輸 出節(jié)點(diǎn)的信號(hào)被供給到信號(hào)保持單元的輸入節(jié)點(diǎn)。
選擇單元6選擇保持在信號(hào)保持單元中的每一個(gè)中的信號(hào)，并將 其輸出到將在后面描述的共用輸出單元。選擇單元6被對(duì)應(yīng)于信號(hào)保 持單元中的每一個(gè)而設(shè)置，并將信號(hào)從信號(hào)保持單元的輸出節(jié)點(diǎn)傳送 到共用輸出單元的輸入節(jié)點(diǎn)。
在預(yù)定數(shù)量的信號(hào)保持單元處設(shè)置共用輸出單元7。共用輸出單 元7將預(yù)定數(shù)量的信號(hào)保持單元的信號(hào)依次輸出到后級(jí)。共用輸出單 元執(zhí)行信號(hào)保持單元和后級(jí)電路之間的阻抗變換(impedance conversion )，或者當(dāng)從信號(hào)保持單元向后級(jí)電路傳輸信號(hào)時(shí)執(zhí)行信 號(hào)的放大。
放大單元8包含信號(hào)保持單元5到共用輸出單元7。本實(shí)施例的 固態(tài)成像裝置具有這樣的構(gòu)造，所述構(gòu)造具有多個(gè)放大單元8。 驅(qū)動(dòng)單元9供給用于控制選擇單元的驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)脈沖。輸出級(jí)100 放大并輸出作為驅(qū)動(dòng)脈沖的起源(origin)的控制信號(hào)。還設(shè)置有控 制信號(hào)線200。在預(yù)定數(shù)量的像素列(在該情況下為L(zhǎng)個(gè)列)處設(shè)置 每個(gè)放大單元8，并且，總共設(shè)置(N/L)個(gè)放大單元8。放大單元8 中的每一個(gè)包含L個(gè)信號(hào)保持單元5、 L個(gè)選擇單元6和一個(gè)共用輸 出單元7。
圖2是像素1的等效電路圖。光電二極管10用作光電轉(zhuǎn)換元件。 傳送單元ll傳送由光電轉(zhuǎn)換元件10產(chǎn)生的信號(hào)電荷。例如，可以使 用MOS晶體管。光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷經(jīng)由傳送單元ll被傳送到 浮動(dòng)(floating)擴(kuò)散(以下，稱為FD)區(qū)域15。 FD區(qū)域與將在后 面描述的像素放大部分的輸入節(jié)點(diǎn)電連接。復(fù)位單元12向FD區(qū)域供 給基準(zhǔn)電壓以將FD區(qū)域的電勢(shì)復(fù)位。例如，可以使用MOS晶體管。放大晶體管13構(gòu)成像素放大部分。放大晶體管13與圖1的恒流源3 一起構(gòu)成源極跟隨器電路。像素放大部分的輸入節(jié)點(diǎn)是放大晶體管的 柵極，并且，柵極和FD區(qū)域電連接。
像素選擇單元14選擇預(yù)定的像素列的信號(hào)，并將該信號(hào)輸出到共 用輸出線4。例如，可以使用MOS晶體管。還示出了像素的輸出節(jié)點(diǎn) 16。這里，控制傳送單元11、復(fù)位單元12和像素選擇單元14的信號(hào) 分別i殳為PTX、 PRES和PSEL。
圖3詳細(xì)示出圖1的放大單元8。MOS晶體管^皮用作選擇單元6。 此外，共用輸出單元7包括差分放大器71和反饋電容器72，該反饋 電容器72布置在差分放大器的一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)(反轉(zhuǎn)(inversion )輸入 端子)和輸出節(jié)點(diǎn)之間的電路徑中。此外，共用輸出單元7包括與反 饋電容器并聯(lián)布置的反饋開關(guān)73。反饋開關(guān)73布置在連接差分放大 單元的輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)的反饋路徑中。差分放大器的輸入節(jié)點(diǎn)74 和輸出節(jié)點(diǎn)75被示出。差分放大器的輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)用作共用輸 出單元的輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)。
此外，差分放大單元的輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)用作共用輸出單元的 輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)。例如，可以使用MOS晶體管作為反饋開關(guān)。 向差分放大器的另一輸入節(jié)點(diǎn)(非反轉(zhuǎn)輸入端子)供給基準(zhǔn)電平 (VREF)。
共用輸出單元通過這些部件構(gòu)成開關(guān)電容器放大器(switched capacitor amplifier)。對(duì)于選擇單元6，為了描述電荷注入現(xiàn)象，示 出了 MOS晶體管的截面。
控制L個(gè)選擇單元6的驅(qū)動(dòng)脈沖被設(shè)為PSW_1、 PSW_2 ...和 PSW_L。通過控制信號(hào)線200從驅(qū)動(dòng)單元9供給這些驅(qū)動(dòng)脈沖?？刂?反饋開關(guān)73的信號(hào)被設(shè)為PC0R。以下，通過開關(guān)的開啟操作和關(guān)斷
而通過關(guān)斷操作使開關(guān)成為非導(dǎo)通狀態(tài)的狀態(tài)將被描述為斷開操作。
共用輸出單元7的開關(guān)電容器放大器當(dāng)PC0R處于接通(ON)狀 態(tài)時(shí)處于一倍放大系數(shù)模式，并且輸出在非反轉(zhuǎn)輸入端子中輸入的VREF。當(dāng)PC0R處于斷開(OFF)狀態(tài)時(shí)，開關(guān)電容器放大器處于 放大模式，該放大模式的放大系數(shù)由信號(hào)保持單元5和反饋電容器72 的電容比來定義。信號(hào)保持單元用作輸入電容器，并且，當(dāng)信號(hào)保持 單元5的電容值被設(shè)為CC且反饋電容器72的電容值被設(shè)為CF時(shí)， 放大模式中的放大系數(shù)變成CC/CF。包含開關(guān)和電容器放大器的放大 單元被構(gòu)成為可通過切換這些操作模式而操作。信號(hào)保持單元的輸入節(jié)點(diǎn)51和信號(hào)保持單元的輸出節(jié)點(diǎn)52被包 括。還包括柵極61以及源才及區(qū)域和漏極區(qū)域62和63。當(dāng)選擇單元6 接通時(shí)，經(jīng)由柵絕緣膜在柵極61下形成溝道區(qū)域64。在本實(shí)施例中， N型MOS晶體管將作為例子被描述。在柵極61和溝道64之間形成 柵極電容器65。示意性地示出了在柵極61與源極62和漏極63之間 形成的重疊電容器66和67。
圖4詳細(xì)示出圖1的驅(qū)動(dòng)單元9的輸出緩沖級(jí)100。輸出緩沖級(jí) 100具有P型MOS晶體管102和N型MOS晶體管103，所述P型 MOS晶體管102和N型MOS晶體管103具有,皮供給控制信號(hào)的柵極。 P型MOS晶體管102的漏極和N型MOS晶體管103的漏極彼此連接。 電源電壓被供給到P型MOS晶體管的源極，并且，N型MOS晶體管 的源極經(jīng)由恒流源101被接地。示意地示出了^皮添加到控制信號(hào)線200 的電容器201。
這里，關(guān)注第X個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖PSW_X ( X是從1到L的整數(shù))。 被添加到第X條控制信號(hào)線200的電容器被設(shè)為Csw一X，并且，在第 X個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的輸出緩沖級(jí)的恒流源101中通過的電流被設(shè)為Isw_X。 PSW^X從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)的時(shí)間Tfsw一X與Isw一X成反比， 并與08 _乂成比例。因此，通過改變它們，可以控制轉(zhuǎn)變時(shí)間。這里， PSW_X從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)的時(shí)間表示當(dāng)在驅(qū)動(dòng)單元的輸出 節(jié)點(diǎn)處觀察波形時(shí)VDD (脈沖波形的最大值)從90%變?yōu)?0%的時(shí) 間。
這里，為了使得驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度的時(shí)間變化率在從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)變變化率低，如圖4所示，電路被構(gòu)成為直接向P型MOS晶體管的源 極供給電源電壓。作為替代方案，在電源和P型MOS晶體管的源極 之間設(shè)置具有比恒流源101大的驅(qū)動(dòng)力的恒流源。
接著，將描述圖5的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖。在本實(shí)施例中，構(gòu)成具有M行 和N列的像素陣列。然而，為了描述一個(gè)行的操作，假定作為像素選 擇單元的MOS晶體管14處于接通狀態(tài)。開關(guān)中的每一個(gè)是高態(tài)有效 的(High active )(接通狀態(tài))。
首先，在時(shí)間tl處，復(fù)位信號(hào)PRES從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)。 通過該操作，F(xiàn)D區(qū)域的電勢(shì)被復(fù)位在基準(zhǔn)電勢(shì)，并且然后，作為浮 動(dòng)，基于基準(zhǔn)電勢(shì)的信號(hào)被經(jīng)由源極跟隨器電路輸出到共用輸出線4。 此時(shí)，接通狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)脈沖被供給到開關(guān)電容器放大器的反饋開關(guān) 73，并且，非反轉(zhuǎn)輸入電平VREF,皮以一倍^L大系數(shù)模式輸出到差分 放大器71的輸出節(jié)點(diǎn)。
在tl至t2中，對(duì)于驅(qū)動(dòng)脈沖PSW_1至PSW_L供給從斷開狀態(tài) 轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的脈沖。接著，供給從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)的脈 沖波形。由此，信號(hào)保持電容器5的與像素輸出節(jié)點(diǎn)連接的端子(輸 入節(jié)點(diǎn))處于基于FD區(qū)域的電勢(shì)的復(fù)位電平，并且，與輸入節(jié)點(diǎn)相 對(duì)側(cè)處的端子(輸出節(jié)點(diǎn))處于VREF電平。通過該操作，像素輸出 信號(hào)的復(fù)位電平被箝位在VREF電平處。對(duì)于分別被供給到L個(gè)選擇 單元6的驅(qū)動(dòng)脈沖PSW_1、 PSW—2到PSW—L，可以供給處于相同的 脈沖波形的驅(qū)動(dòng)脈沖。
當(dāng)這里控制信號(hào)PSW從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)時(shí)，由重疊電 容器66保持的電荷用作時(shí)鐘場(chǎng)穿通電荷。另外，在柵極下的溝道64 中產(chǎn)生的電荷中的約一半用作電荷注入電荷。由此，選擇單元6的與 信號(hào)保持電容器5的輸出節(jié)點(diǎn)所連接的節(jié)點(diǎn)的電勢(shì)發(fā)生變化。結(jié)果， 對(duì)信號(hào)保持電容器5出現(xiàn)偏移電壓。類似地，在選擇單元6的與信號(hào) 保持電容器5相對(duì)的節(jié)點(diǎn)處，出現(xiàn)時(shí)鐘場(chǎng)穿通電荷和電荷注入電荷。
導(dǎo)致被寫到信號(hào)保持電容器5的偏移的電荷量由選擇單元6的尺 寸確定。例如，當(dāng)在選擇單元6中產(chǎn)生的時(shí)鐘場(chǎng)穿通和電荷注入的最大電荷量被設(shè)為Qsw_max時(shí)，被寫入信號(hào)保持電容器5中的最大偏 移電壓Voff一max是通過將Qsw—max除以信號(hào)保持電容器5的電容值 CC獲得的電壓。被寫入信號(hào)保持電容器中的偏移量被開關(guān)電容器放 大器進(jìn)一步乘以CC/CF。
這里，在選擇單元6從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)的過程中，從具 有低阻抗的差分力文大器71的輸出節(jié)點(diǎn)供給電荷以抵消Qsw—max?？?通過選擇單元6從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)的期間(period)中的控 制方法，使得電荷量不同。
在本實(shí)施例中，如用圖4所描述的那樣，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)單 元的輸出級(jí)的恒流源101和被添加到控制信號(hào)線200的電容器，確保 選擇單元6從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)的期間。由此，從差分放大器 71的輸出節(jié)點(diǎn)供給足夠的電荷。結(jié)果，可以降低被寫入信號(hào)保持電容 器5中的偏移電壓。
選擇單元6從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)的期間的長(zhǎng)度Toff適當(dāng)?shù)?為30 ns《Toff《lps。這是因?yàn)椋谛∮?0 ns的長(zhǎng)度Toff的情況下， 從差分放大器71的輸出節(jié)點(diǎn)不供給足夠的電荷，并且偏移電壓的影響 變得相對(duì)地大。此外，在大于1 ns的長(zhǎng)度Toff的情況下，對(duì)于讀出 速度的影響變大。
同時(shí)，選擇單元6從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的時(shí)間與偏移電壓 無關(guān)。當(dāng)使得選擇單元6從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，電 路操作變慢。因此，優(yōu)選在盡可能短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行從斷開狀態(tài)到接通 狀態(tài)的脈沖轉(zhuǎn)變。
由上可見，需要使得選擇單元6從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的時(shí) 間盡可能地短，并且，它從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)的時(shí)間需要被設(shè) 為是長(zhǎng)的，使得偏移電壓變得充分小。具體而言，與選擇單元6從斷 開狀態(tài)轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)時(shí)的驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度的時(shí)間變化率相比，使得 選擇單元6從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)時(shí)的驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度的時(shí)間變 化率是小的。圖5示出脈沖波形。在tl至t2中，與接通時(shí)的脈沖的 上升相比，斷開時(shí)的脈沖的下降變?yōu)橹饾u的變化。除了使用圖4的電路的方法以外，可以利用用恒定電流提取布線 電容器的電荷的電路和使用開關(guān)電容器的電路來構(gòu)成上述用于實(shí)現(xiàn)時(shí) 間變化率的電路構(gòu)造。
接著，在時(shí)間t2處，PCOR從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)，并且， 使共用輸出單元7的開關(guān)電容器放大器成為放大模式。
隨后，在時(shí)間t3處，使控制傳送單元11的信號(hào)PTX成為接通狀 態(tài)，并在時(shí)間t4處成為斷開狀態(tài)，并且，在光電轉(zhuǎn)換元件10中積累 的電荷4皮傳送到FD區(qū)域15。由此，與信號(hào)電荷對(duì)應(yīng)的光學(xué)信號(hào)電平 被經(jīng)由源極跟隨器輸出到共用輸出線4。
那之后，重復(fù)地使PSW_1至PSW_L和PC0R交替地成為接通狀 態(tài)和斷開狀態(tài)，由此，以M行和N列布置像素的像素陣列2的一列 的像素輸出被依次讀出到共用輸出單元7的后級(jí)。
以上描述了對(duì)于以M行和N列布置的像素在每L個(gè)列處設(shè)置每 個(gè)放大單元8、總共設(shè)置(N/L)個(gè)放大單元8的例子，但是，本實(shí)施 例不限于此。例如，列的數(shù)量可以僅為一個(gè)。此外，可以設(shè)置更多的 放大單元。
圖6是圖1的第一修改例子。示出了以L行和N列布置像素1的 像素陣列21和像素輸出線41。與圖1的像素陣列2不同，對(duì)于每個(gè) 像素設(shè)置每個(gè)像素輸出線41,并且，恒流源3與像素輸出線41中的 每一條連接。放大單元8由多個(gè)像素列共享。本實(shí)施例也可被應(yīng)用于 這種情況。
圖IO是第二修改例子。本修改例子是應(yīng)用于以一行和N列布置 像素的一維像素陣列的例子。放大單元8由多個(gè)像素列共享。通過由 多個(gè)像素共享放大單元，可使得線傳感器(linear sensor)的芯片面積 小。對(duì)于驅(qū)動(dòng)定時(shí)，可直接應(yīng)用圖5的驅(qū)動(dòng)脈沖波形。在這種構(gòu)造中， 也可應(yīng)用本實(shí)施例。
根據(jù)本實(shí)施例，通過減少由于時(shí)鐘場(chǎng)穿通和電荷注入導(dǎo)致的電荷 所引起的偏移，可實(shí)現(xiàn)這樣的固態(tài)成像裝置，它即使在使得信號(hào)保持 單元5的電容值小時(shí)也導(dǎo)致較小的固定模式噪聲。(實(shí)施例2)
將通過使用圖7和圖8描述第二實(shí)施例。
圖7是使用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的情況下的電路圖，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換 器具有用作斜坡(ramp)形波發(fā)生器電路的驅(qū)動(dòng)電路。圖8示出圖7 的電路的輸入波形和輸出波形。
在圖7和圖8中，示出了數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(以下，稱為DAC)300， 并且控制信號(hào)DA—10、 DA_I1、 DA—12和DAJ3控制DAC300。具有 4位的分辨率的DAC300被作為例子示出。通過來自四個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)的 控制信號(hào)DA_IO至DA_I3產(chǎn)生PSW—X信號(hào)。向DA—IO至DA_I3供 給頻率和脈沖寬度不同的驅(qū)動(dòng)脈沖。作為例子，通過輸入圖8所示的 波形，可以輸出通過16步(st印)從接通狀態(tài);皮降(rampdown)到 斷開狀態(tài)的波形。對(duì)于從斷開狀態(tài)到接通狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，可通過普通的 變換器(inverter)代替DAC來輸出信號(hào)而實(shí)現(xiàn)時(shí)間變化率的前述關(guān) 系。
根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造，可使得驅(qū)動(dòng)脈沖的波形為任選的(optional) 波形?？山o予DAC 300足夠的對(duì)于控制信號(hào)布線的負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力， 因此，斜坡波形可以在不受被添加到輸出的電容器的影響的情況下被 輸出。
根據(jù)本實(shí)施例，除了實(shí)施例l的效果以外，可以容易地產(chǎn)生任選 的控制波形，并且，可以容易地設(shè)定從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)的時(shí) 間變化率。
(實(shí)施例3)
將通過使用圖9描述第三實(shí)施例。
本實(shí)施例是通過監(jiān)測(cè)來自選擇單元的驅(qū)動(dòng)電路的輸出并將監(jiān)測(cè)的 結(jié)果反饋到恒流源而使得恒流源的操作電流可改變的例子。
圖9示出可變恒流源401和監(jiān)測(cè)器電路400，該監(jiān)測(cè)器電路400 監(jiān)測(cè)控制信號(hào)線200的電勢(shì)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果調(diào)節(jié)可變恒流源401 的電流值Iswv—X。設(shè)置有從監(jiān)測(cè)器電路到可變恒流源401的反饋路徑 (未示出)。
14當(dāng)如圖3所示對(duì)于選擇單元6^f吏用N型MOS晶體管時(shí)，如果被 輸入到構(gòu)成選擇單元的MOS晶體管的源極62的電壓被像素輸出改 變，那么重疊電容器66的電容值也發(fā)生變化。當(dāng)像素的數(shù)量大時(shí)，被 添加到控制信號(hào)布線200的電容器201由于重疊電容器66的變化而發(fā) 生變化，并且這會(huì)影響信號(hào)。這里，關(guān)注第X個(gè)控制信號(hào)PSW一X(X 是從1到L的整數(shù))。當(dāng)被添加到第X條控制信號(hào)線200的電容值被 設(shè)為Csw_X、并且由第X個(gè)控制信號(hào)供給單元的輸出級(jí)恒流源401 定義的電流被設(shè)為Iswv一X時(shí)，PSW—X從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)的 時(shí)間Tfsw一X由下式定義
Tfsw_X = (VDD x Csw_X)/Iswv_X
如果Iswv一X是恒定的，那么被添加到第X條控制信號(hào)線200的電容 值Csw_X也由于重疊電容器變化的影響而發(fā)生變化，作為其結(jié)果， Tfsw一X改變。因而，通過使用監(jiān)測(cè)器電路400，控制信號(hào)線200的電 勢(shì)被監(jiān)測(cè)，并且變化量被反饋到可變恒流源。當(dāng)調(diào)節(jié)Iswv_X以使 Tfsw_X變得恒定時(shí)，可以構(gòu)成Csw一X的變化的影響被抑制的輸出緩 沖級(jí)亂
根據(jù)本實(shí)施例，除了實(shí)施例1的效果以外，可以進(jìn)一步抑制Csw_X 的變化的影響，并且，可以抑制對(duì)于信號(hào)的影響。
以上通過引用實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于這些實(shí) 施例。例如，在圖5中，脈沖PSW一1至PSW_L的所有波形具有小的 從接通狀態(tài)到斷開狀態(tài)的變化率，但是，需要至少在tl到t2的期間 中供給的脈沖中獲得這樣的波形。換句話說，在期間tl至t2中供給 的脈沖是這樣的脈沖，所述脈沖在向信號(hào)保持單元5供給用于箝位操 作的基準(zhǔn)信號(hào)的期間中被供給。此外，描述了信號(hào)電荷為電子的情況， 但是，信號(hào)電荷可以為空穴。在這種情況下，信號(hào)保持單元中電勢(shì)的 變化變成相反，并且因此選擇單元和差分放大單元的極性被適當(dāng)?shù)馗?變。此外，像素構(gòu)造可以是由多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件共享放大單元等這樣 的。
此外，在實(shí)施例中的每一個(gè)中，僅供給接通狀態(tài)到斷開狀態(tài)的脈沖值。除此之外，例如通過在中間電勢(shì)處產(chǎn)生脈沖、并且在所述中間 電勢(shì)處將脈沖保持恒定的期間，可使得從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)時(shí) 的時(shí)間變化率比從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到斷開狀態(tài)時(shí)小。
雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限 于公開的示例性實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋， 以包含所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包含多個(gè)信號(hào)保持單元，每個(gè)信號(hào)保持單元具有輸入節(jié)點(diǎn)，信號(hào)被從像素的輸出節(jié)點(diǎn)供給到所述輸入節(jié)點(diǎn)；多個(gè)共用輸出單元，每個(gè)共用輸出單元具有輸入節(jié)點(diǎn)，來自預(yù)定數(shù)量的所述信號(hào)保持單元的輸出節(jié)點(diǎn)的信號(hào)被供給到所述輸入節(jié)點(diǎn)；和多個(gè)選擇單元，每個(gè)選擇單元被對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)保持單元中的每一個(gè)而布置，用于將來自所述信號(hào)保持單元的輸出節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳送到所述共用輸出單元的輸入節(jié)點(diǎn)，其中，所述固態(tài)成像裝置還包含反饋路徑，用于使所述共用輸出單元的輸出節(jié)點(diǎn)連接到所述共用輸出單元的輸入節(jié)點(diǎn)，并且在通過所述反饋路徑將來自所述共用輸出單元的輸出節(jié)點(diǎn)的信號(hào)供給到所述共用輸出單元的輸入節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)下，使所述選擇單元變成導(dǎo)通狀態(tài)，以使所述信號(hào)保持單元對(duì)從所述像素輸出的信號(hào)進(jìn)行箝位，以及箝位操作被執(zhí)行，以使為了從非導(dǎo)通狀態(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)而供給到所述選擇單元的驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度的時(shí)間變化率不大于為了從導(dǎo)通狀態(tài)變成非導(dǎo)通狀態(tài)而供給到所述選擇單元的驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度的時(shí)間變化率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像裝置，其中， 所迷共用輸出單元包括放大單元，以及所迷放大單元在輸出用于執(zhí)行所述箝位操作的基準(zhǔn)電平的模式和 放大模式之間可切換地操作，所述放大模式的放大系數(shù)由用作輸入電 容器的所述信號(hào)保持單元的電容值與布置在與所述反饋路徑并聯(lián)的電 路徑中的反饋電容器的電容值之比定義。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述像素被以矩陣布置以形成像素陣列，并且，所述共用輸出單 元公共對(duì)應(yīng)于沿所述像素的列或行布置的像素。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，還包含 驅(qū)動(dòng)單元，用于向所述選擇單元供給所述驅(qū)動(dòng)脈沖，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元包括放大并輸出控制信號(hào)的輸出緩沖級(jí)，所 述驅(qū)動(dòng)脈沖是基于所述控制信號(hào)產(chǎn)生的，所述輸出緩沖級(jí)包括P型MOS晶體管和N型MOS晶體管，所 述P型MOS晶體管和所述N型MOS晶體管具有被供給所述控制信 號(hào)的柵極，所述P型MOS晶體管的漏極和所述N型MOS晶體管的 漏極互相連接，電源電壓被供給到所述P型MOS晶體管的源極，所 述N型MOS晶體管的源極通過恒流源^皮接地。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像裝置，還包含 驅(qū)動(dòng)單元，用于向所述選擇單元供給所述驅(qū)動(dòng)脈沖，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元在其輸出級(jí)處包括輸入控制信號(hào)以產(chǎn)生斜坡 形波的斜坡形波發(fā)生器電路，基于所述斜坡形波來控制為了從導(dǎo)通狀 態(tài)變成非導(dǎo)通狀態(tài)而供給到所述選擇單元的所述驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度的時(shí) 間變化率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，還包含 監(jiān)測(cè)單元，用于監(jiān)測(cè)所述驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度的時(shí)間變化率，其中，所述監(jiān)測(cè)單元向所述恒流源反饋監(jiān)測(cè)的結(jié)果，以調(diào)整所述恒流源的電 流值，從而使所述驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度的時(shí)間變化率維持恒定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的固態(tài)成像裝置，其中， 所述驅(qū)動(dòng)脈沖的從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)的期間的持續(xù)時(shí)間Toff為30 ns《Toff《1 |as。
8. —種固態(tài)成像裝置，包含多個(gè)信號(hào)保持單元，每個(gè)信號(hào)保持單元具有輸入節(jié)點(diǎn)，信號(hào)被從 像素的輸出節(jié)點(diǎn)供給到所述輸入節(jié)點(diǎn)；多個(gè)共用輸出單元，每個(gè)共用輸出單元具有輸入節(jié)點(diǎn)，來自預(yù)定 數(shù)量的所述信號(hào)保持單元的輸出節(jié)點(diǎn)的信號(hào)被供給到所述輸入節(jié)點(diǎn)；和多個(gè)選擇單元，每個(gè)選擇單元被對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)保持單元中的每 一個(gè)而布置，用于將來自所述信號(hào)保持單元的輸出節(jié)點(diǎn)的信號(hào)傳送到 所述共用輸出單元的輸入節(jié)點(diǎn)，其中，所述固態(tài)成像裝置還包含反饋路徑，用于使所述共用輸出單元的輸出節(jié)點(diǎn)連接到所述共用 輸出單元的輸入節(jié)點(diǎn)，并且在通過所述反饋路徑將來自所述共用輸出單元的輸出節(jié)點(diǎn)的信號(hào) 供給到所述共用輸出單元的輸入節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)下，使所述選擇單元變成 導(dǎo)通狀態(tài)，以使所述信號(hào)保持單元對(duì)從所述像素輸出的信號(hào)進(jìn)行箝位， 以及箝位操作被執(zhí)行，以使為了從非導(dǎo)通狀態(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)而供給到率，其中，所述共用輸出單元包括放大單元，以及所述放大單元在輸出用于執(zhí)行所述箝位操作的基準(zhǔn)電平的模式和 放大模式之間可切換地操作，所述放大模式的放大系數(shù)由用作輸入電 容器的所述信號(hào)保持單元的電容值與布置在與所述反饋路徑并聯(lián)的電 路徑中的反饋電容器的電容值之比定義，其中，所述固態(tài)成像裝置還包含驅(qū)動(dòng)單元，用于向所述選擇單元供給所述驅(qū)動(dòng)脈沖，并且其中 所述驅(qū)動(dòng)單元包括放大并輸出控制信號(hào)的輸出緩沖級(jí)，所迷驅(qū)動(dòng)脈沖是基于所述控制信號(hào)產(chǎn)生的，所述輸出緩沖級(jí)包括P型MOS晶體管和N型MOS晶體管，所 述P型MOS晶體管和所述N型MOS晶體管具有被供給所述控制信 號(hào)的柵極，所述P型MOS晶體管的漏極和所述N型MOS晶體管的 漏極互相連接，電源電壓被供給到所述P型MOS晶體管的源極，所 述N型MOS晶體管的源極通過恒流源被接地。
全文摘要
本發(fā)明公開一種固態(tài)成像裝置。為了抑制由每個(gè)信號(hào)保持單元保持的信號(hào)的變化，本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的特征在于，當(dāng)在信號(hào)保持單元中執(zhí)行像素輸出信號(hào)的箝位操作時(shí)，為了從非導(dǎo)通狀態(tài)變成導(dǎo)通狀態(tài)而供給到選擇單元的驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度的時(shí)間變化率不大于為了從導(dǎo)通狀態(tài)變成非導(dǎo)通狀態(tài)而供給到選擇單元的驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度的時(shí)間變化率。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101621637SQ20091015131
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者中西學(xué), 塚洋史, 齊藤和宏 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社