專利名稱：處理噪聲信號和光電轉(zhuǎn)換信號的成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種捕捉物體圖像的成像裝置。
背景技術(shù)：
近年來，主要用來捕捉靜態(tài)圖像的數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)和具有最大為10000000像素的成像設(shè)備已經(jīng)開始被使用，并且甚至對于主要用途是捕捉移動圖像的電影攝影機(jī)，也已經(jīng)開始使用幾百萬像素的成像設(shè)備。 很明顯，成像設(shè)備像素數(shù)量的這種增加歸因于像素尺寸的縮小。然而，作為結(jié)果，像素的開口面積也變得更小，并且低靈敏度和光散射噪聲成為突出的問題。而且，隨著所包含電子數(shù)量的減少，由成像裝置產(chǎn)生的噪聲變的非常顯著。 作為減少放大成像設(shè)備噪聲的方法，一般的做法是，為了移除放大晶體管輸入階段的復(fù)位噪聲(reset noise)(該噪聲作為在圖像捕捉平面上的固定模式噪聲和構(gòu)成放大器的晶體管的Vth變化出現(xiàn))，預(yù)先讀取該噪聲，并隨后光電轉(zhuǎn)換信號疊加在該噪聲上并被讀取，以及通過減去它們來執(zhí)行噪聲處理，即，執(zhí)行所謂的(S-N)處理。在該方法中，作為常識可以認(rèn)識到雖然減少了固定模式噪聲，但是隨機(jī)噪聲變大為V^倍。
下面描述減少這種隨機(jī)噪聲的傳統(tǒng)例子。 (1)在像素噪聲減少處理中，基于在遮光狀態(tài)下獲得的捕捉輸出，從多個噪聲數(shù)據(jù)片中產(chǎn)生預(yù)定的噪聲數(shù)據(jù)。對于被捕捉的數(shù)據(jù)來說，利用在圖像捕捉操作之后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。由于預(yù)定噪聲數(shù)據(jù)被平均，所以隨機(jī)噪聲被減少。然而，并不能減少包含在圖像捕捉數(shù)據(jù)中的隨機(jī)噪聲。另外，由于從成像設(shè)備中讀出噪聲需要時間，所以圖像捕捉的間隔變長，并且不能立即進(jìn)行圖像捕捉。而且，無功功率的消耗變得較大(日本專利公開No. 05-64085)。 (2)為了降低X射線噪聲，多次讀出光電轉(zhuǎn)換的信號，并基于差別來分離X射線噪聲。在該情況下，雖然可以分離出隨機(jī)X射線噪聲，但是增加了像素噪聲(日本專利公開No. 2002-344813)。 (3)已提出了一種減少噪聲影響的方法，所述噪聲由信號處理電路在隨后的階段通過多次讀取來自放大晶體管的噪聲或信號，并且通過電荷相加(charge addition)來增加噪聲和信號幅度而產(chǎn)生。例如，在該實(shí)施例的圖2中，在信號僅僅在通過傳統(tǒng)MOS開關(guān)后被以電氣方式提供給電容器的情況中，相加電荷是困難的。當(dāng)使用電荷轉(zhuǎn)移MOS晶體管時，由于信號的傳送需要足夠的時間，因此，難以進(jìn)行高速驅(qū)動和高速連續(xù)圖像捕捉，并且放大晶體管的1/f噪聲不能減少的可能性也很大(日本專利公開No. 10-257389)。
(4)降低讀取系統(tǒng)信號處理電路中噪聲的方法是已知的。在該情況下，在降低來自放大晶體管的噪聲的方法中，信號處理電路在后續(xù)階段的噪聲可被CDS (相關(guān)雙采樣器)電路和放大器設(shè)備忽略，這在減少放大晶體管的固定模式噪聲中是很有效的(日本專利公開No. 2001-36920)。 在前面的敘述中，以減少成像裝置的噪聲為目的描述了傳統(tǒng)的例子。在具有大數(shù)量像素的成像設(shè)備的應(yīng)用中，通常的做法是，在需要高分辨率的高精度圖像捕捉中使用大量的像素來進(jìn)行圖像捕捉，而在低分辨率就足夠的情況中用少量的像素來進(jìn)行圖像捕捉。此時，在高精度成像捕捉中，從成像裝置中讀取幾乎所有的像素信號。在低分辨率圖像捕捉中，為了防止照相機(jī)的電池消耗或?yàn)榱瞬蹲揭苿訄D像，像素信號在被稀疏的同時被讀取，或像素信號在被稀疏和相加的同時被讀取。 在上述技術(shù)的第一例子(日本專利公開No. 9-247689)中，通過在4X4像素單元中稀疏相同顏色的像素來進(jìn)行讀取相加(readingaddition)。在第二例子(日本專利公開No. 2001-36920)中，通過使用4X4像素作為一組相加多個像素信號，以便在相加之前每種顏色的空間顏色配置和相加之后每種顏色的空間顏色配置相同。 在公知的傳統(tǒng)放大成像裝置的噪聲減少的例子中，由放大晶體管引起的固定模式噪聲可以被減少到在(S-N)處理中不會引起問題的圖像層級。因此，當(dāng)放大晶體管被驅(qū)動時產(chǎn)生的l/f噪聲(包括隨機(jī)噪聲)就成了問題?；蛘呖梢哉f，最后，技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到在S-N處理之后放大晶體管的1/f噪聲成為問題的程度。這種放大成像裝置的噪聲小于或等于在高精度圖像捕捉模式中CCD的噪聲。然而，在相加讀取該成像裝置中的信號時，這也成了新的問題。這是由于下面的原因。由于在CCD中的像素相加是電荷相加，所以，信號被放大作為從多個像素相加光電轉(zhuǎn)換信號的結(jié)果。但是，由于噪聲是在CCD的最后階段由放大器(浮動擴(kuò)散放大器)確定的，因此該情況與相加的相同。然而，在放大成像裝置中，由于增加了包含用于每個像素的噪聲的信號，所以噪聲變的較大。可以說，當(dāng)與CCD相比時，放大成像裝置在黑暗時間(dark time)具有為增加像素數(shù)量的、/^倍的差SN比。放大晶體管的1/f噪聲仍是一個突出的問題。
下面，描述增加多個像素信號的方法的問題。 在上述的第一個例子中，問題在于4X4像素中使用的有效像素的數(shù)量少。在最近的成像裝置中，由于成像裝置具有較大數(shù)量的像素，單位像素的大小變的更小，并且不足的靈敏度也成為更突出的問題。在數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)中，當(dāng)捕捉暗物體時，可以通過選通光發(fā)射來補(bǔ)償不足的靈敏度，但是在捕捉移動圖像時，就不能使用昂貴和沉重的光源，并且會產(chǎn)生很多噪聲。作為稀疏像素信號的結(jié)果，由于抽樣頻率的降低而產(chǎn)生莫爾干涉條紋，并且圖像質(zhì)量的惡化也很嚴(yán)重。 在上述第二個例子中，增加了在一個組中的像素信號的相加的數(shù)量，而且也提高了靈敏度。但是，問題在于存在不被使用(被丟棄)的像素信號。相加多個像素信號以便每種顏色的空間顏色配置在一個組中的相加之前和之后變得相同。然而，另一個問題在于，當(dāng)捕捉的圖像被放大時，會產(chǎn)生莫爾干涉條紋。 如上所述，在傳統(tǒng)技術(shù)中，由于像素信號被稀疏，因此，靈敏度不能被足夠地改善，并且既使空間顏色配置相同也會產(chǎn)生莫爾干涉條紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是減少噪聲和提高圖像的質(zhì)量。
本發(fā)明提供了一種成像裝置，包括多個像素，每個像素都具有光電轉(zhuǎn)換部分和用
來放大來自光電轉(zhuǎn)換部分的信號并輸出該信號的放大設(shè)備；具有第一模式和第二模式的讀
取設(shè)備，在第一模式中，通過復(fù)位放大設(shè)備的輸入部分獲得的信號經(jīng)由放大設(shè)備被讀取多
次，在第二模式中，在光電轉(zhuǎn)換部分產(chǎn)生的光電轉(zhuǎn)換信號經(jīng)由放大設(shè)備從同一像素被讀取
多次；混合部分，用來混合以第一模式從放大設(shè)備多次讀取的信號，輸出該結(jié)果作為第一混
合信號，以及混合以第二模式從放大設(shè)備多次讀取的信號，并輸出該結(jié)果作為第二混合信
號；和差分處理部分，用來執(zhí)行第一混合信號和第二混合信號之間的差分處理。 從下面參考附圖對優(yōu)選實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的進(jìn)一步目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變
得更明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明使用彩色成像裝置的暫時存儲器的相加平均處理電路的圖。 圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的定時圖。 圖3顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施例，還顯示了具有CDS電路和放大器的電路配置。 圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例的定時圖。 圖5顯示了本發(fā)明的第三實(shí)施例，還顯示了組合使用用于多個像素信號的加法電
路和用于多次讀取的電路的例子。 圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例的定時圖。 圖7是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例，改變存儲之后的相加方法的配置圖。 圖8是在所有像素信號讀取期間的定時圖。 圖9是相加讀取期間的定時圖。 圖10顯示了本發(fā)明第二實(shí)施例的成像裝置的整體配置圖。 圖11顯示了本發(fā)明第三實(shí)施例的成像裝置的整體配置圖。 圖12是像素部分公共放大器像素的配置示例圖。 圖13顯示了成像裝置。 圖14顯示了相加多個像素信號之后的顏色配置。 圖15A至15E是每種顏色的配置圖。
具體實(shí)施方式
第一實(shí)施例 圖1、3、5和7是提取連接到存儲器傳感器內(nèi)的單位像素的噪聲減少電路和垂直信號線的示意圖。最初，當(dāng)然，單位像素是一個存儲器傳感器，在其中多個單位像素按水平和垂直方向安排，并且噪聲減少電路被連接到垂直信號線。 圖1是使用暫時存儲器的用于噪聲N和信號S'的相加平均處理的電路圖。
在圖1中，由虛線包圍的塊100是單位像素，塊200是暫時存儲來自單位像素的信號的暫時存儲器，塊300是(S-N)差分電路。 從單位像素讀取多次的像素信號N(復(fù)位噪聲A KTC， A Vth和RN(l/f噪聲)，在下面的描述中省略)和信號S'(新噪聲RN(l/f噪聲)和光電轉(zhuǎn)換信號S被疊加于復(fù)位噪聲A Vth，在下面的描述中省略)被存儲在相應(yīng)的暫時存儲器中，同時被傳送到水平信號線Ll
5和L2，并且分別被相加和平均。在該實(shí)施例中，由于噪聲和信號均被讀取兩次，所以放大晶體管的RN變?yōu)?/V^。接著通過(S-N)差分電路對噪聲N的成分AVth和復(fù)位噪聲AKTC執(zhí)行差分處理，并且包含在輸出信號Vout中的信號變?yōu)镽N。以該方式中，作為分別讀取像素噪聲和信號兩次并對其執(zhí)行相加平均的結(jié)果，通過S-N電路使之成為V^倍的RN變成1/V^。在初始階段，當(dāng)1/f噪聲被讀取多次時的時間相關(guān)是所關(guān)心的，但是，即使當(dāng)讀取的次數(shù)n實(shí)驗(yàn)性地增加時，RN噪聲也變的接近其初始電平的大約1/V^倍。在圖1中，參考字母PD表示在塊100中的光電二極管。參考字母MSF表示放大光電荷(light charge)的放大晶體管。參考字母MTX表示將由光電二極管PD光電轉(zhuǎn)換的光電荷轉(zhuǎn)移到放大晶體管的傳送晶體管。參考字母MSF表示放大晶體管的緩沖晶體管。參考字母MSEL表示用來選擇放大晶體管的選擇晶體管。參考字母MRES表示用來在緩沖晶體管的輸入部分移除剩余電荷的晶體管。在上述的晶體管中，根據(jù)連接到到其門的每個脈沖，即，小TX，小RES和小SEL執(zhí)行復(fù)位、存儲、傳送和讀取控制。在塊200，參考字母Vn表示連接到放大晶體管的垂直信號線，參考字母MRV表示用于放大晶體管的電流源的晶體管。參考字母CT1和CT2均表示用于暫時存儲像素噪聲的電容。參考字母CT3和CT4均表示用于暫時存儲像素信號的電容。到各電容器的輸入晶體管MT1到MT4均是用來控制對來自放大晶體管的噪聲和信號的傳送的傳送晶體管。來自各電容器的輸出晶體管MTOl到MT04均是用來將噪聲和信號傳送到水平信號線L1和L2的晶體管。傳送晶體管的傳送是根據(jù)脈沖小T1到小T4和小hn來控制的。這里，小hn是來自水平掃描電路(圖中沒有示出)的脈沖。最后，下面描述塊300。參考字母Mhl和Mh2均表示用于復(fù)位水平信號線的剩余信號的復(fù)位晶體管。參考字母300-1表示用于噪聲N和信號S'的差分放大器。 下面描述圖1電路的操作定時。圖2顯示了主操作的定時圖。
放大晶體管的輸入門部分的剩余電荷在脈沖小RES的tl周期復(fù)位。
在脈沖小Tl的周期t2，像素噪聲Nl ( A KTC+ A Vth+RN1)被存儲在電容器CT1中。在脈沖小T2的周期t3，像素噪聲N2 ( A KTC+ A Vth+RN2)被存儲在電容器CT2中。接著，在脈沖小TX的周期t4，由光電二極管PD光電轉(zhuǎn)換的光電荷S被傳送到放大晶體管的輸入部分。接著，在脈沖小T3的周期t5，信號S' (S+AKTC+AVth+RN3)被存儲在電容器CT3中，并且在脈沖小T4的周期t6，信號S' (S+AKTC+AVth+RN4)被存儲在電容器CT4中。這就允許噪聲和信號從放大晶體管被讀取兩次并被存儲。這些操作是針對在實(shí)際區(qū)域傳感器中的水平方向上連接的多個像素行的每一個來執(zhí)行的。存儲器的噪聲和信號根據(jù)來自水平掃描電路的脈沖小h(n)被同時傳送到水平信號線L1和L2，并成為相加的和平均的噪聲
(A^7U + AWA + RN，/V^ )和信號(S+MTC + RN〃/V^ )。接著，固定模
式噪聲被差分放大器300-1通過差分處理移除，并輸出信號Vout(S+RN)。小hreset用于復(fù)
位水平信號線的剩余電荷以便準(zhǔn)備噪聲和信號的下一次傳送。
第二實(shí)施例 圖3顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施例。 圖3中具有與圖1相同配置的電路用相同的參考數(shù)字標(biāo)識，因此，省略對其的描述。當(dāng)與圖1的第一實(shí)施例相比時，在第二實(shí)施例中，在單位像素的塊ioo和暫時存儲器塊200之間提供用來移除放大晶體管的固定模式噪聲的CDS電路(CcL，McL)和放大電路。CDS電路能夠移除箝位電容器的AKTC噪聲和放大晶體管的噪聲(AKTC+AVth)。而且，放大器使得能夠獲得這樣一種程度的信號電平，在該程度上，可以忽略在后續(xù)階段的電路的噪聲。該放大器也可以轉(zhuǎn)換成像裝置的增益。在低照明時間期間，這對于避免后續(xù)階段電路的噪聲的影響是方便的。 下面描述CDS電路。用于CDS的箝位電容器Ccl被連接到垂直信號線Vn，并且箝位晶體管Mcl被連接于在箝位電容器末端的所需參考電源。起初，當(dāng)從放大晶體管中讀取第一像素信號時，其電位被箝位于參考電源。對于接下來讀取的噪聲和信號來說，放大晶體管的變化成分，即，RN噪聲和光電荷的變化電壓，被輸入到放大器。在該放大器中，噪聲和信號均被放大，放大器的偏置電壓被重疊于其上，并將該結(jié)果存儲在暫時存儲器中。
圖4顯示了本發(fā)明第二實(shí)施例的操作定時流程圖。 當(dāng)放大晶體管的輸入被根據(jù)在周期tl的脈沖小RES復(fù)位，并使CDS電路運(yùn)行在周期t2時，箝位電容器的輸入端被箝位于放大晶體管的噪聲電位，并且放大晶體管的末端被箝位于參考電位。接著，在周期t3，放大器的偏置電壓和噪聲被根據(jù)脈沖小Tl存儲在存儲器中。類似地，在周期t4，放大器的偏置電壓和噪聲被根據(jù)脈沖小T2存儲在存儲器中。而且，在信號讀取期間，類似地，在周期t5和t6，光電轉(zhuǎn)換信號S和放大器的偏置電壓和噪聲被存儲在存儲器中。存儲器的噪聲和信號根據(jù)來自水平掃描電路的脈沖小h(n)被同時
傳送到水平信號線Li和L2，并成為被相加和平均的噪聲(AVoffset+RIV/V^ )和信號(S+AVoffset+RN'7V^ )。放大器的偏置噪聲(AVoffset)被通過差分放大器300-1
的差分處理移除掉，并輸出信號Vout(S+SN)。在第一和第二實(shí)施例中，由于存儲器和差分放大器的噪聲被忽略，所以包含在信號Vout中的噪聲在本描述中是相同的。
第三實(shí)施例 圖IO顯示了本發(fā)明第三實(shí)施例的成像裝置的整體配置的示意圖。在圖10中，參考數(shù)字5表示圖像捕捉區(qū)域，在其中沿水平和垂直方向形成多個單位像素。用于提高光聚集的顯微透鏡、用來色彩化的濾色器，等等均被形成于單位像素中(圖中沒有示出)。
在圖像捕捉區(qū)域內(nèi)的每個像素行的像素受垂直掃描電路10的控制。
在圖10中，在圖像捕捉區(qū)域內(nèi)，只示意性地顯示了垂直信號線VI至lJVn。垂直信號線被連接到在奇數(shù)列和偶數(shù)列中的相應(yīng)CDS和放大電路20-1和20-2，并且輸出信號暫時被存儲在存儲器30-1和30-2中。接著，存儲器的信號噪聲和信號被根據(jù)水平掃描電路40-1和40-2的控制脈沖導(dǎo)向差分放大器50-l和50-2，從而，噪聲被減少。在上述20-l、20-2中的電路相應(yīng)于圖3中的CcL和McL。在上述20-l、20-2中的放大電路相應(yīng)于圖3中的5。存儲器30-1 、30-2相應(yīng)于圖中的200。差分放大器50-1和50_2相應(yīng)于圖3中的300。
除了讀取到偶數(shù)列的底部和讀取到奇數(shù)列的底部之外，組成和操作與實(shí)施例2的情況相同。 第四實(shí)施例 下面描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。第四實(shí)施例涉及電路的配置和操作，其中組合使用多個像素信號的相加平均以及多個噪聲和信號的多次讀取。 圖14是顯示根據(jù)該實(shí)施例，在像素信號由顏色成像裝置相加之后用于每一種顏色的顏色安排和相加信號的圖解。圖15A是在相加像素信號之前的每種顏色的安排示例圖。 起初，在圖15A的顏色安排示例中，假設(shè)顏色濾波器G(綠色)、R(紅色)、和B(藍(lán)
7色)形成于成像設(shè)備的每個光電二極管中。在該例子中，G被安排為方格式的模式，而R和 B被安排為線序列形式，換句話說，R、 G、 G、 B的2X2 = 4像素被作為一個單位像素顏色安 排安排為兩維。 在該實(shí)施例的用于像素信號的相加讀取圖像捕捉模式中，如圖14所示，像素信號 被加到成像設(shè)備中以便形成與圖15A相同的顏色安排，這些信號被存儲，并且此后它們被 從成像設(shè)備中讀取。圖15A到15E的實(shí)施例涉及相加相同顏色的3X3 = 9個像素的例子。 圖15B顯示Ri和Rj信號的相加，其中相加了第m行、第(m+2)行、和第(m+4)行的第Rn列、 (Rn+2)列、和第(Rn+4)列的信號。類似地，圖15C顯示了 ^和Gj+1信號的相加，圖15D顯 示了 Gi+1和Gj信號的相加，和圖15E顯示了 Bi+1和Bj信號的相加。在該情況中，就空間方面 而言，顏色被以重疊的方式相加。因此，在相加的顏色信號之間的空間抽樣的重心就變得處 于均等間距，并且所有的像素信號都被利用。從而，由空間抽樣的偏差導(dǎo)致的圖象的莫爾干 涉條紋消失，并且靈敏度(尤其是光散射噪聲)被提高V^ = 3倍。例如，如果將本發(fā)明應(yīng)用 于具有五百萬像素的成像設(shè)備，那么在相加之后，像素的數(shù)量就接近于相應(yīng)于VGA的數(shù)量， 并可以以高靈敏度讀取高速圖像捕捉。此外，如果需要低的分辨率，那么相加像素的數(shù)量可 以增加到5X5或7X7。結(jié)果，就獲得具有較高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)。為了增加相加像素的數(shù)量， 加法電路的存儲器(將在后面描述)只需增加相應(yīng)于相加行數(shù)的數(shù)量。
有關(guān)在3X3情況下的成像設(shè)備的組合和操作被解釋為第五實(shí)施例。
第五實(shí)施例 圖5是其中組合使用三個像素的像素信號的相加平均以及三次讀取噪聲和信號 的電路結(jié)構(gòu)。圖6是本發(fā)明第五實(shí)施例的驅(qū)動定時圖。 在該實(shí)施例中，如圖15B 15E所示，執(zhí)行3X3個像素的相加平均。首先，像素行 m的單位像素100-1到100-3的CDS之后的終端通過晶體管Mcol和Mco2連接，并且在相加 期間，根據(jù)脈沖小add控制該晶體管的導(dǎo)通。來自三個單位像素的CDS之后的噪聲和信號 在周期tl被根據(jù)脈沖(小T1導(dǎo)小T6，小TX)相加和平均，并在通過放大器5-1之后存儲在 存儲器CT0到CT5中。因此，噪聲和信號被讀取三次并被存儲在存儲器200' -1中。相似 地，在像素行m+2，根據(jù)脈沖(小T1'至小T6'，小TX')執(zhí)行對三個像素的噪聲和信號的 相加平均，以及對其的多次讀取，并存儲在存儲器200' -2中。而且，在m+4像素行中，根據(jù) 脈沖(小T1〃至小T6〃 ，小TX〃 )執(zhí)行對三個像素的噪聲和信號的相加平均，以及對其的多 次讀取，并存儲在存儲器200-3'中。 在后續(xù)周期t4中，由于存儲器200-1到200-3的噪聲和信號被同時傳送到水平 信號線(小hn、小hn'和小hn〃被根據(jù)公共脈沖控制)，九個像素的噪聲和信號在水平信 號線上被相加和平均三次。從而，噪聲RN可以減少到1/(3V )。結(jié)果是，在差分放大器300 的輸出中，噪聲RN變成V^/(3 V^)。與沒有執(zhí)行多個像素相加的情況相比，噪聲RN減少到 1/(3V^)，從而，靈敏度提高到3V^倍。 圖11是本發(fā)明第五實(shí)施例的成像設(shè)備的電路框圖。圖11和圖10的主要不同在 于額外地提供了加法電路(Mco 1 、 Mco2)，并在后續(xù)階段形成放大電路。
第六實(shí)施例 當(dāng)與第五實(shí)施例相比時，在第六實(shí)施例中，在將噪聲和信號傳送到水平信號線(圖7)之前的階段，執(zhí)行存儲器200的存儲電容器CT(CT0 CT5)之后的相加。除上面內(nèi) 容外的組合和操作與實(shí)施例5的情況相同。作為這種連接的結(jié)果，連接到水平信號線的晶 體管的數(shù)量減少了，寄生電容減少，并可以提高通過電容部分從存儲器到水平信號線的傳 送效率。圖8是在所有像素讀取情況下的定時圖。圖9是在相加讀取情況下的定時圖。在 所有像素讀取中，根據(jù)相加脈沖小add來起動多個像素信號的相加，并且獨(dú)立地控制水平 傳送脈沖小hn、小hn'禾P小hn〃 。在相加讀取中，小hn、小hn'禾P小hn〃被根據(jù)公共脈沖 控制。 至于圖像捕捉區(qū)域的像素部分，在上述實(shí)施例中，描述了在其中相對于一個光電 二極管形成一個放大晶體管的配置。作為像素部分的另一個實(shí)施例，圖12顯示了公共放大 器的像素配置。這是在其中相對于一個放大晶體管形成的兩個光電二極管的例子。如果 相對一個放大器安排多個光電二極管，相對于一個光電二極管的放大晶體管的區(qū)域變的較 小，結(jié)果就提高了光電二極管的孔徑比。 圖13顯示了使用上述成像設(shè)備的成像裝置的示意圖。如圖13所示，進(jìn)入光學(xué)系 統(tǒng)71的物體的光在傳感器72上形成圖像。光信息被安排在傳感器中的像素轉(zhuǎn)換成電信號。 該電信號被信號處理電路73通過使用預(yù)定方法進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換處理。所處理的信號被記錄 系統(tǒng)/通信系統(tǒng)74記錄到或傳輸?shù)叫盘栍涗浽O(shè)備。所記錄或傳送的信號在回放系統(tǒng)或顯 示系統(tǒng)中被回放或顯示。傳感器72和信號處理電路73由定時控制電路75控制。定時控 制電路75、記錄系統(tǒng)/通信系統(tǒng)74、以及回放系統(tǒng)/顯示系統(tǒng)77由系統(tǒng)控制電路76控制。 定時控制電路75選擇所有像素讀取模式或相加讀取模式(在實(shí)施例4 實(shí)施例6中)。在 實(shí)施例4 實(shí)施例6中的成像設(shè)備由定時控制電路75驅(qū)動。 在所有像素讀取模式和相加讀取模式之間，水平和垂直驅(qū)動脈沖不同。因此，傳感 器的驅(qū)動定時、信號處理電路的分辨率處理、和記錄系統(tǒng)的記錄像素的數(shù)量需要針對每個 讀取模式來變化。這些控制是由系統(tǒng)控制電路根據(jù)每種讀取模式執(zhí)行的。在讀取模式中， 靈敏度作為相加的結(jié)果而不同。關(guān)于該不同，光圈(沒有示出)控制由系統(tǒng)控制電路執(zhí)行， 并進(jìn)行轉(zhuǎn)換以根據(jù)來自定時控制電路的控制脈沖(沒有示出)增加傳感器的放大電路Amp 的增益，從而獲得正確的信號。 根據(jù)該成像裝置，在高精度圖像捕捉中，可以執(zhí)行所有像素讀取，以便獲得更高的 靈敏度，并且在低分辨率圖像捕捉中，可以實(shí)現(xiàn)超高靈敏度、高速讀取、和高圖像質(zhì)量。
根據(jù)上面描述的第一到第六實(shí)施例，可以通過從像素中多次讀取噪聲和信號，并 通過相加和平均它們來減少放大晶體管的1/f噪聲。由于組合使用像素信號的相加和多次 讀取，因此，可以進(jìn)一步減少1/f噪聲，并實(shí)現(xiàn)更高的靈敏度。由于使得每個顏色信號的空 間抽樣重心相互匹配，所以可以減少莫爾干涉條紋。作為相加像素信號的結(jié)果，可以提高靈 敏度，并可以實(shí)現(xiàn)高速讀取和低功耗。由于加法電路可以做的很小，因此可以低成本來提供 成像設(shè)備。 雖然本發(fā)明已經(jīng)參考當(dāng)前所認(rèn)為優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該理解到本發(fā) 明并不局限于所公開的實(shí)施例。相反，本發(fā)明目的在于涵蓋包括在所附權(quán)利要求書的精神 和范圍之內(nèi)的各種修改和等同配置。下述權(quán)利要求的范圍與最寬的解釋一致以便包括所有 的這些修改和等同結(jié)構(gòu)和功能。 該申請要求2003年12月25日提交的日本專利申請No. 2003-430427的優(yōu)先權(quán)，其在此整體引用該專利文獻(xiàn)作為參考:
權(quán)利要求
一種成像裝置，包括多個像素，其中的每一個均具有光電轉(zhuǎn)換部分和放大設(shè)備，所述放大設(shè)備用來放大來自所述光電轉(zhuǎn)換部分的信號并輸出該信號；具有第一模式和第二模式的讀取部分，在該第一模式中，通過復(fù)位所述放大設(shè)備的輸入部分獲得的信號通過所述放大設(shè)備被讀取多次，在該第二模式中，在光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的光電轉(zhuǎn)換信號通過所述放大設(shè)備從同一像素被讀取多次；混合部分，用來混合從所述放大設(shè)備以所述第一模式讀取多次的信號，輸出結(jié)果作為第一混合信號；混合從所述放大設(shè)備以所述第二模式讀取多次的信號，并輸出結(jié)果作為第二混合信號；和差分處理部分，用來在所述第一混合信號和所述第二混合信號之間執(zhí)行差分處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的成像裝置，其中，在所述像素和所述混合部分之間提供箝位電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的成像裝置，其中，在所述像素和所述混合部分之間提供放大器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2的成像裝置，其中，在所述箝位電路和所述混合部分之間提供放大器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的成像裝置，進(jìn)一步包括 用于使光在所述多個像素上形成圖像的透鏡；用于將來自所述差分處理部分的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換部分；禾口 用來處理來自所述模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的信號的信號處理電路。
全文摘要
一種成像裝置，包括多個像素，所述像素的每個均具有光電轉(zhuǎn)換部分和放大設(shè)備；具有第一模式和第二模式的讀取部分，在第一模式中，通過復(fù)位所述放大設(shè)備的輸入部分獲得的信號通過所述放大設(shè)備被讀取多次，在第二模式中，在光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的光電轉(zhuǎn)換信號通過所述放大設(shè)備從同一像素中讀取多次；混合部分，用來混合從所述放大設(shè)備以所述第一模式讀取多次的信號，輸出該結(jié)果作為第一混合信號，以及混合從所述放大設(shè)備以所述第二模式讀取多次的信號，并輸出該結(jié)果作為第二混合信號；以及，用來在所述第一混合信號和所述第二混合信號之間執(zhí)行差分處理的差分處理部分。
文檔編號H04N5/357GK101707667SQ20091022642
公開日2010年5月12日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者林英俊, 橋本誠二 申請人:佳能株式會社