專利名稱：光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和圖像捕獲系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
由于通過(guò)電容器33的箝位操作去除像素輸出中的重置噪 聲，所以由位于保持電容器7和8下游的差分放大器22去除的噪聲是 列放大單元206的偏移變化以及電容器33和34中的重置噪聲(kTC 噪聲)。由于光學(xué)信號(hào)的幅度被放大C1/C2倍，所以能夠通過(guò)適當(dāng)?shù)?進(jìn)行增益設(shè)置獲得具有高SN比的傳感器輸出。[0050輸出緩沖單元228包括以下組成元件。[0051參考標(biāo)號(hào)43表示輸入端子。輸入端子43電連接到輸出端 子42。差分信號(hào)從差分放大器24輸入到輸入端子43。參考標(biāo)號(hào)29表示輸出端子。輸入端子29電連接到第二列信號(hào)線L102,位于電源 線L103與恒流源30(下文將描述)之間，并且與輸入端子43電絕緣。 輸出端子29電連接到晶體管Tr的源極。輸出端子29將對(duì)應(yīng)于差分 信號(hào)的信號(hào)(差分信號(hào)-Tr的閾值電壓)輸出到第二列信號(hào)線L102。 [0052參考標(biāo)號(hào)30表示恒定電流供應(yīng)MOS晶體管(恒流源)。 電壓從端子35提供到MOS晶體管(恒流源)30的柵極，以使晶體管 作為恒流源工作。晶體管Tr與MOS晶體管(恒流源)30 —起用作 源極跟隨器。0053輸出緩沖單元228經(jīng)由輸入端子43接收差分信號(hào)，并且經(jīng) 由輸出端子29將對(duì)應(yīng)于差分信號(hào)的信號(hào)輸出到第二列信號(hào)線L102。[0054限流單元237位于電源線L103與輸出端子29之間。限流 單元237限制過(guò)電流從電源線L103流動(dòng)到第二列信號(hào)線L102。限流 單元237包括例如在飽和范圍內(nèi)工作的晶體管。更具體的，限流單元 237包括例如P型MOS晶體管。參考標(biāo)號(hào)238表示電連接到P型MOS 晶體管的柵極的電勢(shì)供應(yīng)端子。電勢(shì)供應(yīng)端子238的電勢(shì)被設(shè)置為將 在MOS晶體管中流動(dòng)的電流限制為特定值。[0055使VDS為P型MOS晶體管的源-漏電壓，VGS為柵-源電 壓，VTH為閾值電壓。在這種情況下，由下式表示相對(duì)于源-漏電壓 VDS的漏電流ID特性-VDS < - (VGS - VTH) ...(l) 在滿足以上不等式的線性區(qū)域中，漏電流ID表現(xiàn)出由下式表示的特性ID = K((VGS國(guó)VTH) VDS - VDS2/2} ."(2) 在滿足以下不等式的飽和范圍內(nèi)，-VDS > - (VGS - VTH) …(3) 漏電流ID表現(xiàn)出下式表示的特性ID = K/2 . (VGS - VTH)2 ."(4) 在等式(2)和(4)中，K是由P型MOS晶體管的結(jié)構(gòu)參數(shù)確 定的常數(shù)。0056根據(jù)等式(2)，當(dāng)限流單元(晶體管，237在線性區(qū)域內(nèi) 工作時(shí)，電流ID隨著電壓VDS的增大而增大。結(jié)果，不能限制流入 晶體管Tr的電流。時(shí)序產(chǎn)生單元98電連接到圖像傳感設(shè)備86、捕獲信號(hào)處理 電路95、 A/D轉(zhuǎn)換器96和圖像信號(hào)處理單元97。利用該布置，時(shí)序 產(chǎn)生單元98將時(shí)序信號(hào)提供給圖像傳感設(shè)備86、捕獲信號(hào)處理電路 95、 A/D轉(zhuǎn)換器96和圖像信號(hào)處理單元97。然后，圖像傳感設(shè)備86、 捕獲信號(hào)處理電路95、 A/D轉(zhuǎn)換器96和圖像信號(hào)處理單元97與時(shí)序 信號(hào)同步地工作。
[0074總體控制/計(jì)算單元99電連接到時(shí)序產(chǎn)生單元98、圖<象信 號(hào)處理單元97和記錄介質(zhì)控制I/F單元94?？傮w控制/計(jì)算單元99全 面地控制時(shí)序產(chǎn)生單元98、圖像信號(hào)處理單元97和記錄介質(zhì)控制I/F 單元94。
[00751記錄介質(zhì)88可拆卸地電連接到記錄介質(zhì)控制I/F單元94。利用該布置，從圖像信號(hào)處理單元97輸出的圖像數(shù)據(jù)被經(jīng)由記錄介質(zhì) 控制I/F單元94記錄在記錄介質(zhì)88上。
[0076利用以上布置，如果光電轉(zhuǎn)換設(shè)備200能夠獲得良好的圖 像信號(hào)，則能夠獲得良好的圖像(圖像數(shù)據(jù))。
0077將參照?qǐng)D5和6描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè) 備300。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備300的布 置的圖。圖6是示出列放大單元306的布置的等效電路圖。
0078如圖5所示，光電轉(zhuǎn)換設(shè)備300的基本布置與第一實(shí)施例 中的相同，除了設(shè)備300包括列放大單元306以外。
00791如圖6所示，列放大單元306與第一實(shí)施例中的不同之處 在于它包括輸出緩沖單元328。輸出緩沖單元328包括限流單元339。
[0080限流單元339限制過(guò)電流從電源線L103流動(dòng)到第二列信號(hào) 線L102。限流單元339包括例如電阻元件。這使得能夠利用簡(jiǎn)單的布 置實(shí)現(xiàn)限流單元。
[0081假設(shè)列放大單元306不包括限流單元339。在這種情況下， 當(dāng)高電平信號(hào)被輸入到列放大單元306時(shí)，用于對(duì)電連接到第二列信 號(hào)線L102的讀出電路5的保持電容器7和8充電的電流的負(fù)荷增大。 結(jié)果，大的電流(過(guò)電流)在輸出緩沖單元328的晶體管Tr的漏極 與源極之間流動(dòng)，并且因此大的電流(過(guò)電流)也在電源線L103中 流動(dòng)。
[00821與之相反，在本實(shí)施例中，當(dāng)高電平信號(hào)被輸入到列放大 單元306時(shí)，用于對(duì)保持電容器7和8充電的電流的負(fù)荷增大。限流 單元339限制過(guò)電流流動(dòng)到第二列信號(hào)線L102。由此，在保持電容器 7和8開(kāi)始充電的時(shí)序Tl，沒(méi)有大的電流(過(guò)電流)在列放大單元306 的輸出援沖單元328的晶體管Tr的源極與漏極之間流動(dòng)。結(jié)果，沒(méi) 有大的電流(過(guò)電流)在電源線L103中流動(dòng)，并且因此由于電源線 L103的互連電阻而引起的電源線L103的電勢(shì)減小也被抑制。在時(shí)序 T2,電源線L103的電勢(shì)幾乎返回到VDD。
00831如上所述，在本實(shí)施例中，同樣，即使右列上的列放大單元306與左列上的列放大單元306共享電源線L103 (參見(jiàn)圖5)，右 列上的列放大單元306也能夠輸出穩(wěn)定信號(hào)，而不受左列上的列放大 單元306的影響。假設(shè)沒(méi)有光進(jìn)入右列上的像素1，并且高輝度光進(jìn) 入左列上的像素1。在這種情況下，當(dāng)用于左列上的像素的列放大單 元306利用對(duì)應(yīng)于白電平光學(xué)信號(hào)的電壓對(duì)保持電容器8充電時(shí)，電 源線L103的電勢(shì)減小被抑制。這使得右列上的列放大單元306可以 利用與黑電平光學(xué)信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓對(duì)保持電容器8充電，而不受用于 左列上的像素1的列放大單元306的影響。結(jié)果，對(duì)應(yīng)于白電平的電 壓被作為圖像信號(hào)AV從左列提供到后續(xù)級(jí)，該圖像信號(hào)AV是重置信 號(hào)與光學(xué)信號(hào)之間的差，并且對(duì)應(yīng)于黑電平的電壓被從右列提供到后
續(xù)級(jí)。這能夠在與獲得的圖像信號(hào)對(duì)應(yīng)的圖像中，減少在與高亮度對(duì) 象40水平鄰近的區(qū)域45中的偽信號(hào)(水平拖尾)的出現(xiàn)(參見(jiàn)

圖10)。0084雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解， 本發(fā)明不限于公開(kāi)的示例性實(shí)施例。以下權(quán)利要求的范圍應(yīng)當(dāng)被給予 最寬的解釋，以包含所有這種修改以及等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1、一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括像素陣列，在所述像素陣列中，包括光電轉(zhuǎn)換單元的像素在行方向和列方向上排列；多個(gè)第一列信號(hào)線，分別電連接到像素陣列中的在列方向上排列的像素；多個(gè)列放大單元，放大分別經(jīng)由所述多個(gè)第一列信號(hào)線提供的信號(hào)；電源線，將電源電壓提供到所述多個(gè)列放大單元；以及多個(gè)第二列信號(hào)線，分別電連接到所述多個(gè)列放大單元的輸出側(cè)，所述多個(gè)列放大單元中的每一個(gè)包括限流單元，所述限流單元限制過(guò)電流流動(dòng)到所述多個(gè)第二列信號(hào)線中的每一個(gè)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中 所述多個(gè)列放大單元中的每一個(gè)包括差分放大器，通過(guò)放大經(jīng)由第一列信號(hào)線提供的信號(hào)與參考信號(hào)之間的差，產(chǎn)生差分信號(hào)，以及輸出緩沖單元，將差分信號(hào)輸出到第二列信號(hào)線，并且 輸出緩沖單元包括在電連接到第二列信號(hào)線的輸出端子與電源線之間的限流單元。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中 輸出緩沖單元包括源極跟隨器，并且 限流單元包括在飽和范圍內(nèi)工作的晶體管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中 輸出緩沖單元包括源極跟隨器，并且 限流單元包括電阻元件。
5、 一種圖像捕獲系統(tǒng)，包括 權(quán)利要求1中限定的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備；光學(xué)系統(tǒng)，在光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上將光形成為圖像；以及 信號(hào)處理單元，通過(guò)處理從光電轉(zhuǎn)換設(shè)備輸出的信號(hào)，產(chǎn)生圖像 數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和圖像捕獲系統(tǒng)。公開(kāi)了一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。一種光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括像素陣列，在所述像素陣列中，包括光電轉(zhuǎn)換單元的像素在行方向和列方向上排列；多個(gè)第一列信號(hào)線，分別電連接到像素陣列中的在列方向上排列的像素；多個(gè)列放大單元，放大分別經(jīng)由所述多個(gè)第一列信號(hào)線提供的信號(hào)；電源線，將電源電壓提供到所述多個(gè)列放大單元；以及多個(gè)第二列信號(hào)線，分別電連接到所述多個(gè)列放大單元的輸出側(cè)。每一個(gè)列放大單元包括限流單元，所述限流單元限制過(guò)電流流動(dòng)到所述多個(gè)第二列信號(hào)線中的每一個(gè)。
文檔編號(hào)H04N5/363GK101287062SQ20081009164
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者筱原真人 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社