專利名稱：固態(tài)成像器件和成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CMOS型固態(tài)成像器件和具有這種元件的成像裝置。
背景技術(shù)：
近來，能夠利用固態(tài)成像器件成像并且能夠存儲得到的圖像的成像裝置已經(jīng)廣泛 傳播，這種裝置包括數(shù)字照相機和數(shù)字?jǐn)z像機。C⑶型固態(tài)成像器件已經(jīng)最常用作這種成像 裝置的固態(tài)成像器件。然而，近來有朝向具有更大像素數(shù)量的固態(tài)成像器件的趨勢，結(jié)果， 對CMOS型固態(tài)成像器件越來越關(guān)注。CMOS型固態(tài)成像器件是這樣的固態(tài)成像器件，其包括由多個像素的二維陣列構(gòu)成 的像素陣列部分，該多個像素的每個包括光電轉(zhuǎn)換器件和多個像素晶體管或所謂的MOS晶 體管，其讀出通過轉(zhuǎn)換由光電轉(zhuǎn)換器件生成的電荷而獲得的電信號。CMOS型固態(tài)成像器 件的特征在于與CCD型固態(tài)成像器件相比時以更高速度、更高靈敏度和更低功耗讀出的能 力。CMOS型固態(tài)成像器件可以將模擬電路和使用CMOS工藝制造的邏輯電路合并為單個芯 片，因此，得到的芯片的優(yōu)點在于要求少量的外圍IC。如圖16所示，CMOS型固態(tài)成像器件的像素陣列部分100具有在被光照射的有效像 素區(qū)域101的外部提供的光學(xué)黑像素區(qū)域102。區(qū)域102包括與照射光屏蔽以獲得光學(xué)黑 電平的像素(以下稱為“光學(xué)黑像素”)。光學(xué)黑像素配置為生成與在有效像素處生成的相 同的暗電流，并且使用暗電流的電平(黑電平)作為參考電平，讀出來自有效像素區(qū)域101 的信號。因此，防止在有效像素區(qū)域101處生成的暗電流的大小在其中的各像素之間變化， 從而抑制具有固定模式的噪聲的生成和垂直條紋的生成。還可以抑制歸因于溫度改變的有 效像素區(qū)域101處的信號電平的波動。然而，當(dāng)強光刺射(impinge)到光學(xué)黑像素區(qū)域102附近的有效像素區(qū)域101的 像素上時，在有效像素區(qū)域101的像素處出現(xiàn)電荷的溢出，并且該電荷流入光學(xué)黑像素區(qū) 域102從而增加區(qū)域102的黑電平，該現(xiàn)象稱為圖像浮散(blooming)。結(jié)果，當(dāng)使用該黑電 平作為參考從有效像素區(qū)域101讀出輸出時，將生成帶黑色的模糊圖像或異常圖像。即，將 再現(xiàn)低質(zhì)量的圖像。對于該問題的一種建議的解決方案是在有效像素區(qū)域和光學(xué)黑像素區(qū)域之間提 供以啞像素陣列的形式的啞像素區(qū)域(見JP-A-2006-222751 (專利文獻1))。

發(fā)明內(nèi)容
在具有有效像素區(qū)域和光學(xué)黑像素區(qū)域之間提供的啞像素區(qū)域的CMOS型固態(tài)成 像器件中已經(jīng)出現(xiàn)如下所述的問題。首先，因為 像素區(qū)域總是保持在未選擇狀態(tài)，所以當(dāng)從像素陣列部分的每個像 素行讀出信號時，在進行中的行掃描下的位置從光學(xué)黑像素區(qū)域移到現(xiàn)像素區(qū)域中時，對 驅(qū)動各種控制線的電路施加的驅(qū)動負(fù)荷經(jīng)歷急劇的波動。這種急劇的負(fù)荷波動導(dǎo)致電源電 壓的波動。因此，在從有效像素區(qū)域讀出的信號中生成噪聲，并且再現(xiàn)的圖像因此具有低圖像質(zhì)量。第二，在像素共享型元件的情況下，其中浮置擴散(以下簡稱為“FD”)部分由在像 素列延伸的方向上的像素共享，如果在列方向上來看時一部分像素用作 像素而剩余的像 素以正常方式讀出，則浮置擴散節(jié)點的總?cè)萘靠赡茉诟飨袼匦兄g變化。結(jié)果，在應(yīng)當(dāng)基本 上保持一致的黑電平的讀出中將存在變化。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種固態(tài)成像器件，包括像素陣列部分，具有由按 照矩陣形式布置的多個像素形成有效像素區(qū)域，該多個像素的每個包括光電轉(zhuǎn)換器件和讀 出通過在光電轉(zhuǎn)換器件處的光電轉(zhuǎn)換獲得的電荷的晶體管，并且該多個像素被光照射，該 像素陣列部分還具有由與光屏蔽的多個像素形成的光屏蔽像素區(qū)域；行掃描部分，其選擇 像并控制素陣列部分的每個像素行，以將來自選擇的像素行的每個像素的信號輸出到與該 像素行相關(guān)聯(lián)提供的列信號線；以及A-D轉(zhuǎn)換部分，其將從信號線輸出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號。光屏蔽像素區(qū)域包括光學(xué)黑像素區(qū)域和啞像素區(qū)域，該光學(xué)黑像素區(qū)域由生成用作 黑電平的參考的信號的像素形成，該啞像素區(qū)域由這樣的像素形成，該像素到列信號線的 信號輸出路徑被中斷以將在光電轉(zhuǎn)換器件處生成的電荷放電到電源，并且該現(xiàn)像素區(qū)域提 供在光學(xué)黑像素區(qū)域和有效像素區(qū)域之間。有效像素區(qū)域、光學(xué)黑像素區(qū)域和啞像素區(qū)域 的每個由包括在列方向上安排并且共享浮置擴散部分的多個像素的一組像素形成。行掃描 部分不選擇光屏蔽像素區(qū)域的啞像素區(qū)域。本發(fā)明的另一實施例貫注于上述實施例的固態(tài)成像器件，其中，行掃描部分包括 多個控制電路，其輸出用于共同地選擇和控制屬于共同行的一組像素的控制信號。該控制 電路可以執(zhí)行一系列選擇和控制操作，以從光學(xué)黑像素區(qū)域開始直到有效像素區(qū)域讀取數(shù) 據(jù)，使得只有光學(xué)黑像素區(qū)域和有效像素區(qū)域被連續(xù)地讀取，而留下啞像素區(qū)域不讀取。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種包括固態(tài)成像器件的成像裝置。該固態(tài)成 像器件包括像素陣列部分，具有由按照矩陣形式布置的多個像素形成有效像素區(qū)域，該多 個像素的每個包括光電轉(zhuǎn)換器件和讀出通過在光電轉(zhuǎn)換器件處的光電轉(zhuǎn)換獲得的電荷的 晶體管，并且該多個像素被光照射，該像素陣列部分還具有由與光屏蔽的多個像素形成的 光屏蔽像素區(qū)域；行掃描部分，其選擇像并控制素陣列部分的每個像素行，以將來自選擇的 像素行的每個像素的信號輸出到與該像素行相關(guān)聯(lián)提供的列信號線；以及A-D轉(zhuǎn)換部分， 其將從信號線輸出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。光屏蔽像素區(qū)域包括光學(xué)黑像素區(qū)域和tt像素 區(qū)域，該光學(xué)黑像素區(qū)域由生成用作黑電平的參考的信號的像素形成，該啞像素區(qū)域由這 樣的像素形成，該像素到列信號線的信號輸出路徑被中斷以將在光電轉(zhuǎn)換器件處生成的電 荷放電到電源，并且該 像素區(qū)域提供在光學(xué)黑像素區(qū)域和有效像素區(qū)域之間。有效像素 區(qū)域、光學(xué)黑像素區(qū)域和啞像素區(qū)域的每個由包括在列方向上安排并且共享浮置擴散部分 的多個像素的一組像素形成。行掃描部分不選擇光屏蔽像素區(qū)域的啞像素區(qū)域。本發(fā)明的各實施例使得可能提供一種固態(tài)成像器件和固態(tài)成像裝置，其中通過各 區(qū)域之間布置的啞像素區(qū)域可以防止電荷從光學(xué)黑像素區(qū)域流入有效像素區(qū)域中，并且還 可以防止可歸因于電源波動和電路配置的不均勻性的圖像失調(diào)。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的成像裝置的一般配置的圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的固態(tài)成像器件的一般配置的圖；圖3是示出圖1所示的固態(tài)成像器件的像素的配置的圖；圖4是用于說明控制圖3所示的像素組的方法的曲線圖；圖5是示出圖2所示的固態(tài)成像器件的像素陣列部分的布局的圖示；圖6是示出圖5所示的啞像素區(qū)域中提供的像素組的配置的圖；圖7是示出在啞像素區(qū)域和有效像素區(qū)域之間共享像素組的配置的圖；圖8A是用于說明在對圖5所示的像素組執(zhí)行行掃描時獲得的特性的表；圖8B是用于說明在對圖7所示的像素組執(zhí)行行掃描時獲得的特性的表；圖9A是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的行掃描的方法的圖示；圖9B是示出在圖1所示的固態(tài)成像器件中執(zhí)行的行掃描的方法的圖示；圖IOA是用于說明在使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的行掃描的方法時觀察到的電源的狀態(tài) 的曲線圖；圖IOB是用于說明在使用圖1所示的固態(tài)成像器件的行掃描方法時觀察到的電源 的狀態(tài)的曲線圖；圖11是示出圖2所示的行掃描部分的配置的圖；圖12是示出圖2所示的行掃描部分的修改的圖；圖13是示出圖2所示的行掃描部分的另一修改的圖；圖14是示出固態(tài)成像器件的像素的另一配置的圖；圖15是示出啞像素區(qū)域中的像素組的配置的圖；以及圖16是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)成像器件的像素陣列部分的布局的圖示。
具體實施例方式以下，將描述本發(fā)明的各實施例。將按照下列順序進行描述。1.成像裝置的配置2.固態(tài)成像器件的配置[1.成像裝置的配置]現(xiàn)在將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的成像裝置的配置。如圖1所示，成像裝置1包括固態(tài)成像器件2、信號處理電路3、系統(tǒng)控制器4、輸入 部分5和光學(xué)塊6。成像裝置1還包括用于驅(qū)動光學(xué)塊6中的機構(gòu)的驅(qū)動器7和用于驅(qū)動 固態(tài)成像器件2的定時發(fā)生器(TG) 8。固態(tài)成像器件2是CMOS型固態(tài)成像器件。光學(xué)塊6包括用于將來自對象的光會聚到固態(tài)成像器件2上的鏡頭、用于移動鏡 頭以聚焦或變焦的驅(qū)動機構(gòu)、機械快門和光圈。驅(qū)動器7控制光學(xué)塊6中的機構(gòu)以根據(jù)來 自系統(tǒng)控制器4的控制信號驅(qū)動它們?；趶亩〞r發(fā)生器8輸出的定時信號驅(qū)動固態(tài)成像器件2，以將來自對象的光轉(zhuǎn) 換為電信號。定時發(fā)生器8在由系統(tǒng)控制器4執(zhí)行的控制下輸出定時信號。信號處理電路3執(zhí)行各種類型的相機信號處理，如自動聚焦和來自固態(tài)成像器件 2的數(shù)字信號的曝光、用于檢測和校正缺陷像素的處理、白平衡調(diào)節(jié)和矩陣處理。例如，系統(tǒng)控制器4由CPU(中央處理單元)、R0M(只讀存儲器)和RAM(隨機存取 存儲器)形成。CPU執(zhí)行存儲在ROM中的程序以執(zhí)行成像裝置1的各個部分的整體控制，并且CPU還執(zhí)行這種控制所需的各種計算。輸入部分5包括用于從用戶接受操作輸入的操作 鍵、轉(zhuǎn)盤和控制桿，并且將根據(jù)操作輸入的控制信號輸出到系統(tǒng)控制器4。從信號處理電路3輸出的圖像數(shù)據(jù)提供到未示出的圖形界面電路，并且通過該電 路轉(zhuǎn)換為要顯示的圖像信號。因此，相機直通圖像顯示在未示出的監(jiān)視器上。當(dāng)通過在輸 入部分5接收的來自用戶的操作輸入指示系統(tǒng)控制器4記錄圖像時，感興趣的圖像數(shù)據(jù)從 信號處理電路3提供到編解碼器(編碼器/解碼器)以接收壓縮編碼處理，并且得到的圖 像記錄在記錄介質(zhì)中。當(dāng)要記錄靜態(tài)圖像時，一幀的圖像數(shù)據(jù)從信號處理電路3提供到編 解碼器。當(dāng)要記錄運動畫面時，處理后的圖像數(shù)據(jù)連續(xù)地提供到編解碼器。[2.固態(tài)成像器件2的配置]現(xiàn)在將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的CMOS型固態(tài)成像器件2的配置。如圖2所示，通過在半導(dǎo)體基底10上形成控制部分11、行掃描部分12、列信號處 理部分13、列掃描部分14、輸出部分15和像素陣列部分16來提供根據(jù)本實施例的固態(tài)成 像器件2。例如，半導(dǎo)體基底10是硅基底?？刂撇糠?1生成時鐘信號和控制信號，以基于從定時發(fā)生器8輸入的同步信號和 主時鐘，用作用于行掃描部分12、列信號處理部分13和列掃描部分14的操作的參考?？刂?部分11將如此所述的生成的控制信號輸入到行掃描部分12、列信號處理部分13和列掃描 部分14。行掃描部分12也稱為“垂直傳送部分”，并且該部分輸出用于控制像素陣列部分 16的控制信號。例如，行掃描部分12輸出行選擇信號cpSEL和行傳送信號cpTG,以順序地選 擇和掃描像素陣列部分16的各行像素20，使得在像素列延伸的方向(垂直方向)上逐個掃 描各行。因此，基于根據(jù)在每個像素20處接收的光量生成的信號電荷的信號(像素信號) 通過列信號線VSL提供到列信號處理部分13。行掃描部分12還提供行重置信號CpRST以 重置像素20。列信號處理部分13將從像素陣列部分16的像素列中的每個像素20輸出到列信 號線VSL的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。列信號處理部分13使用從稍后將描述的光學(xué)黑像素區(qū) 域32中的像素20輸出的信號電平作為參考電平，通過將從稍后將描述的有效像素區(qū)域30 中的像素20輸出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號來生成圖像數(shù)據(jù)。列掃描部分14例如通過移位寄存器形成，并且該部分順序地輸出列掃描脈沖到 列信號處理部分13，以使得列信號處理部分13輸出根據(jù)圖像數(shù)據(jù)的信號。列掃描部分14 也稱為“水平傳送部分”。輸出部分15對通過水平信號線17從列信號處理部分13順序地 提供的信號執(zhí)行預(yù)定的信號處理，并且輸出得到的信號。像素陣列部分16是以矩陣形式的像素20的陣列，每個像素包括光電轉(zhuǎn)換器件PD 和傳送晶體管(稍后將詳細(xì)描述)，其用于讀出通過在光電轉(zhuǎn)換器件PD處的光電轉(zhuǎn)換獲得 的電荷，并且將其提供到浮置擴散(以下簡稱為“FD”)部分。如圖3所示，根據(jù)本實施例的像素陣列部分16是像素共享型陣列，其中在像素列 的延伸方向上安排的四個像素共享浮置擴散。四個像素構(gòu)成一個像素組21。具體地，形成 1(行)X4(列)陣列的四個像素共享浮置擴散22、重置晶體管Tr2和放大晶體管Tr3。要 共享浮置擴散22的像素20的數(shù)量不限于本實施例中所示的數(shù)量。例如，像素組21可以是 2(行)X2(列)陣列或2(行)X4(列)陣列。
如圖3所示，像素組21通過光電轉(zhuǎn)換器件PD-I到PD-4、傳送晶體管Trl-I到 Trl-4、浮置擴散22、重置晶體管Tr2和放大晶體管Tr3形成。在像素列的延伸方向上安排光電轉(zhuǎn)換器件PD-I到PD-4，并且各元件根據(jù)入射光 的量將入射光光電轉(zhuǎn)換為電荷量。例如，光電轉(zhuǎn)換器件PD-I到PD-4是光電二極管。傳送晶體管Trl-I到Trl_4連接在光電轉(zhuǎn)換器件PD-I到PD-4和浮置擴散22之 間。處于有效狀態(tài)(處于高電平)的行傳送信號cpTG-Ι到cpTG-4從行掃描部分12順序地 提供到傳送晶體管Trl-I到Trl-4的柵極，從而通過在光電轉(zhuǎn)換器件PD-I到PD-4處的光 電轉(zhuǎn)換獲得的電荷被傳送到浮置擴散22。重置晶體管Tr2連接在行選擇信號CpSEL和浮置擴散22之間。當(dāng)處于有效狀態(tài) (或處于高電平)的行重置信號CpRST從行掃描部分12提供到重置晶體管Tr2的柵極時， 如果行選擇信號CpSEL為有效(或處于高電平)，則在浮置擴散22處的電勢重置為行選擇 信號CpSEL的電勢。因此，已經(jīng)在浮置擴散22處累積的電荷被清除。即使在處于有效狀態(tài) 的行重置信號CpRST從行掃描部分12提供到重置晶體管Tr2的柵極時，如果行選擇信號 cpSEL為無效(或處于低電平)，則在浮置擴散22處的電勢不重置為行選擇信號cpSEL的電 勢。放大晶體管Tr3的柵極連接到浮置擴散22。放大晶體管Tr3放大在浮置擴散22處的 電勢，并且將根據(jù)該電勢的電壓輸出到列信號線VSL?，F(xiàn)在將參考圖4具體地描述用于從像素組21的像素20讀出信號到列信號線VSL 所采取的步驟。行掃描部分12激活與包括要從其讀出信號的像素行(以下稱為“要讀出行”)的 像素組21相關(guān)聯(lián)的行選擇信號cpSEL。此后，行掃描部分12對于預(yù)定時段激活與包括要讀 出行的像素組21相關(guān)聯(lián)的行重置信號cpRST。結(jié)果，在要讀出行中的像素20處，重置晶體管 Tr2導(dǎo)通以將在浮置擴散22處的電勢重置為行選擇信號cpSEL的電勢，從而清除已經(jīng)在浮 置擴散22處累積的信號電荷。接著，行掃描部分12對于預(yù)定時段激活與包括要讀出行的像素組21相關(guān)聯(lián)的行 傳送信號cpTG，以讀出通過光電轉(zhuǎn)換器件PD獲得的信號電荷到浮置擴散22中。結(jié)果，在要 讀出行中的像素20處，傳送晶體管Trl導(dǎo)通以將在光電轉(zhuǎn)換器件PD處累積的信號電荷傳 送到浮置擴散22。傳送的信號電荷在浮置擴散22處被轉(zhuǎn)換為電壓信號，并輸出到放大晶體 管Tr3的柵極。從浮置擴散22輸出的電壓信號通過放大晶體管TR3放大，并輸出到列信號 線VSL。此后，行掃描部分12致使行選擇信號CpSEL無效以終止來自一個像素行的信號讀 出ο重復(fù)上述操作。具體地，如圖4所示，傳送晶體管Trl-I到Trl_4被順序激活，以 通過放大晶體管Tr3輸出根據(jù)在光電轉(zhuǎn)換器件PD-I到PD-4處的信號電荷的電壓。行掃描 部分12從第一行直到最后一行順序地讀取要讀出的各行，并且輸出來自像素陣列部分16 的用于形成對象的圖像的信號。如圖5所示，像素陣列部分16具有三個分區(qū)，S卩，有效像素區(qū)域30、光學(xué)黑像素區(qū) 域32和啞像素區(qū)域33。有效像素區(qū)域30是由多個像素20形成的像素區(qū)域，該多個像素20的光電轉(zhuǎn)換器 件PD被光照射，因為在光電轉(zhuǎn)換器件PD上面不提供光屏蔽。
光屏蔽像素區(qū)域31是由多個像素20形成的像素區(qū)域，該多個像素20的光電轉(zhuǎn)換 器件PD沒有被光照射，因為在光電轉(zhuǎn)換器件PD上面提供光屏蔽。光屏蔽像素區(qū)域31包括光學(xué)黑像素區(qū)域32。光學(xué)黑像素區(qū)域32是由這樣的像素 20形成的像素區(qū)域，在該像素20處生成用作用于黑電平的參考的信號(光學(xué)黑像素)。此外，光屏蔽像素區(qū)域31包括啞像素區(qū)域33，其提供在有效像素區(qū)域30和光學(xué)黑 像素區(qū)域32之間。啞像素區(qū)域33由每個包括以下像素20的像素組21構(gòu)成，該像素20的 用于輸出信號到列信號線VSL的路徑被中斷，以將在其光電轉(zhuǎn)換器件PD處生成的電荷放電 到電源。在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像器件2中，啞像素區(qū)域33由每個共享浮置擴散22的 像素組21形成。此外，在啞像素區(qū)域33中不執(zhí)行通過行掃描部分12的讀出。啞像素區(qū)域33由如此描述的像素組21形成。即，該區(qū)域不與有效像素區(qū)域30和 光學(xué)黑像素區(qū)域32共享像素組。因此，在有效像素區(qū)域30和光學(xué)黑像素區(qū)域32中的各像 素行的浮置擴散節(jié)點的總?cè)萘恐g不出現(xiàn)變化，因此可能防止這些區(qū)域之間的任何黑電平 輸出差的生成。現(xiàn)在將具體地描述啞像素區(qū)域33。圖6示出形成啞像素區(qū)域33的一部分的像素 組21。形成啞像素區(qū)域33的一部分的像素組21在配置上類似于有效像素區(qū)域30和光 學(xué)黑像素區(qū)域32中的像素組21，除了形成啞像素區(qū)域33的一部分的像素組21的放大晶體 管Tr3不連接到列信號線VSL，因此該像素組到列信號線VSL的信號輸出路徑被中斷。處于高電平的電壓施加到形成啞像素區(qū)域33的一部分的像素組21作為行選擇信 號cpSEL和行傳送信號cpTG-l到cpTG-4,使得在各個光電轉(zhuǎn)換器件PD處生成的電荷被放電 到電源。因此，傳送晶體管Trl-I到Trl-4和重置晶體管Tr2導(dǎo)通，并且在光電轉(zhuǎn)換器件PD 處生成的電荷被放電到電源VRST。因為如上所述放大晶體管Tr3沒有連接到列信號線VSL，所以信號將不會錯誤地 從放大晶體管Tr3輸出到列信號線VSL。如上所述，啞像素區(qū)域33由每個共享浮置擴散22的像素組形成，并且該區(qū)域不與 有效像素區(qū)域30和光學(xué)黑像素區(qū)域32共享像素組。結(jié)果，在光學(xué)黑像素區(qū)域32中的各像 素行的浮置擴散節(jié)點的總?cè)萘恐g將不會有變化，因此可能防止不同的黑電平輸出。具體地，當(dāng)如圖7所示在光學(xué)黑像素區(qū)域和啞像素區(qū)域之間共享一個像素組時， 只有兩個傳送晶體管連接到光學(xué)黑像素區(qū)域中的浮置擴散。另一方面，四個傳送晶體管連 接到有效像素區(qū)域中的浮置擴散。因此，光學(xué)黑像素區(qū)域和有效像素區(qū)域中的浮置擴散節(jié) 點的總?cè)萘肯嗷ゲ煌?，因此在這些區(qū)域中將輸出不同的黑電平。假設(shè)在具有R G B= 1 2 1的RGB像素比的拜耳(Bayer)陣列中的有效 像素區(qū)域和啞像素區(qū)域之間共享像素組。然后，如圖8A所示，在浮置擴散節(jié)點的總?cè)萘糠?面相互不同的像素組之間求和相同顏色的信號。當(dāng)從浮置擴散節(jié)點的總?cè)萘糠矫嫦嗷ゲ煌?的像素組提供輸出時，在依賴于各組的浮置擴散節(jié)點的總?cè)萘康妮敵鲭娖街g存在差別。 因此，再現(xiàn)的圖像將具有低質(zhì)量。在本實施例的固態(tài)成像器件2中， 像素區(qū)域33的每個像素單元由像素組21構(gòu) 成。光學(xué)黑像素區(qū)域32和有效像素區(qū)域30的每個像素單元類似地由像素組21構(gòu)成。因此，那些區(qū)域在其中的浮置擴散節(jié)點22的總?cè)萘糠矫嫦嗷ハ嗟取Ｒ虼?，可能防止從各區(qū)域中輸出不同的黑電平。如圖8B所示，在浮置擴散22的節(jié) 點的總?cè)萘糠矫嫦嗷ハ嗟鹊南袼亟M21之間求和相同顏色的信號。因此，可以防止再現(xiàn)圖像 的劣化。如上所述，根據(jù)本實施例的固態(tài)成像器件2的啞像素區(qū)域33中的像素行不由行掃 描部分12讀出。因此，可能防止將噪聲疊加在從有效像素區(qū)域30輸出的信號上。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，例如，如圖9A所示，通過行掃描部分12的各個行掃描電路順序地 掃描光學(xué)黑像素區(qū)域32、 像素區(qū)域33和有效像素區(qū)域30中的各像素行。當(dāng)如上所述掃描各像素行時，隨著行掃描的位置從光學(xué)黑像素區(qū)域32移動到啞 像素區(qū)域33，驅(qū)動像素20的行掃描部分12上的驅(qū)動負(fù)荷急劇波動。這種急劇的負(fù)荷波動 導(dǎo)致電源電壓VDD的波動。如圖IOA所示，在掃描位置從光學(xué)黑像素區(qū)域移動到有效像素 區(qū)域中以后，電源電壓VDD的波動保持。因此，從像素20輸出到列信號線VSL的信號被不 利地影響。在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像器件2中，如圖9B所示，在掃描光學(xué)黑像素區(qū)域32中 的像素行之后，行掃描部分12繼續(xù)掃描有效像素區(qū)域30中的像素行，而不是從光學(xué)黑像素 區(qū)域32移動到啞像素區(qū)域33中。即，行掃描部分12不掃描啞像素區(qū)域33中的像素行或 不讀取該區(qū)域。當(dāng)如上所述掃描各像素行時，如圖IOB所示，防止置于驅(qū)動像素20的行掃描部分 12上的驅(qū)動負(fù)荷波動。因此，可能抑制對電源電壓VDD的不利影響，并且因此抑制再現(xiàn)圖像 的質(zhì)量的劣化?，F(xiàn)在將參考圖11描述行掃描部分12的配置。如圖11所示，行掃描部分12包括地址解碼器部分40、定時脈沖生成部分50和驅(qū) 動器部分60。行掃描電路(控制電路)與在列方向上安排的每個像素組21相關(guān)聯(lián)地由這 樣的部分形成，用于控制其每個由四個像素形成的像素組21。即，提供多個行掃描電路(控 制電路)，其每個共同地選擇和控制屬于共同行的像素組。地址解碼器部分40包括多個地址解碼器電路41，其在輸入與預(yù)設(shè)地址一致的地 址時的定時，輸出變?yōu)橛行?高電平)的信號。為每個像素組21提供這種地址解碼器電路。 與啞像素區(qū)域33中的像素組21相關(guān)聯(lián)的地址解碼器電路41的輸入連接到提供電源電壓 VDD和VRST的電源，并且該電路被配置為總是輸出無效(低電平)信號。設(shè)置地址解碼器 電路41中的地址，使得在掃描光學(xué)黑像素區(qū)域32以后在有效像素區(qū)域30中繼續(xù)行掃描， 留下啞像素區(qū)域33不讀取。定時脈沖生成部分50包括為要掃描的每行生成具有預(yù)定模式的脈沖信號的脈沖 生成部件51和為每個像素組21提供的開關(guān)SWl到SW6。在輸入與預(yù)設(shè)地址一致的地址以 接通連接到地址解碼器電路41的各個開關(guān)SWl到SW6時的定時，地址解碼器部分40的每 個地址解碼器電路41輸出變?yōu)橛行?高電平)的信號。因此，從脈沖生成部件51輸出的 行傳送信號CpTGl到cpTG4、行選擇信號CpSEL和行重置信號CpRST輸入到驅(qū)動部分60。驅(qū)動部分60包括多個驅(qū)動器61，并且從定時脈沖生成部分50輸出的行傳送信號 cpTGl到cpTG4、行選擇信號cpSEL和行重置信號cpRST分別輸入驅(qū)動器61。驅(qū)動器61在放大行傳送信號CpTGl到cpTG4、行選擇信號cpSEL和行重置信號CpRST后，將其輸出到有效像素區(qū)域30和光學(xué)黑像素區(qū)域32中的像素組21。驅(qū)動器61的 輸出不連接到啞像素區(qū)域33中的像素組21。該輸出連接到電源電壓VDD和VRST的電源。 因此，行傳送信號CpTGl到cpTG4、行選擇信號CpSEL和行重置信號CpRST的每個處于高電平。如上所述，行掃描部分12包括與有效像素區(qū)域30、光學(xué)黑像素區(qū)域32和啞像素區(qū) 域33的每個相關(guān)聯(lián)地提供的相同的行掃描電路(其每個由地址解碼器電路41、開關(guān)SWl到 SW6和驅(qū)動器61形成)。因此，行掃描部分12的每個行掃描電路可以與由多個像素行(在 該情況下為四個像素行)形成的像素陣列部分16的一個像素單元相關(guān)聯(lián)。因此，可能防止 由多個像素行(四個像素行)形成的像素單元的布局在像素陣列部分16的各個區(qū)域之間 變化。因為如上所述電路配置可以保持一致，所以可以抑制每個由多個像素行形成的像素 單元之間的特性的變化，以再現(xiàn)具有高質(zhì)量的圖像。在圖11所示的示例中，通過中斷啞像素區(qū)域33中的像素組21和驅(qū)動器61之間 的布線并且只連接像素組21和電源之間的布線，可以共同地將在啞像素區(qū)域33的相同行 中連續(xù)提供的像素組21置于不操作狀態(tài)?？商娲?，可以中斷驅(qū)動器61和開關(guān)SWl到SW6之間的布線，并且可以在驅(qū)動器 61和電源之間連接布線，如圖12所示。另一替代是中斷脈沖發(fā)生器51和開關(guān)SWl到SW6之間的布線，并且連接開關(guān)SWl 到SW6和電源之間的布線，如圖13所示。行掃描部分12具有多個行掃描電路，其每個輸出用于共同地選擇和控制共同行 中提供的像素組21的控制信號。行掃描部分12執(zhí)行一系列選擇和控制操作，以從光學(xué)黑 像素區(qū)域32開始直到有效像素區(qū)域30讀取數(shù)據(jù)，并留下啞像素區(qū)域33不讀取，并且執(zhí)行 選擇和控制，使得只有光學(xué)黑像素區(qū)域32和有效像素區(qū)域30被連續(xù)地讀出。因此，可以在 跳過啞像素區(qū)域33的情況下掃描各像素行，因此可能抑制否則可能被電源的波動導(dǎo)致的 再現(xiàn)圖像的劣化。如上所述，本實施例的固態(tài)成像器件2的啞像素區(qū)域33由其每個共享共同的浮置 擴散22的像素組21形成，并且啞像素區(qū)域33不被行掃描部分12讀取。因此，可以防止如 此再現(xiàn)的圖像的圖像質(zhì)量的劣化。上面已經(jīng)通過示例的方式描述了由三個MOS晶體管(即，傳送晶體管Trl、重置晶 體管Tr2和放大晶體管Trf)形成的像素20。如圖14所示，本發(fā)明可以類似地由通過四個 MOS晶體管形成的像素20’來體現(xiàn)。參考圖14，除了傳送晶體管Trl、重置晶體管Tr2和放 大晶體管Tr3外，還提供選擇晶體管Tr4。如圖15所示，啞像素區(qū)域33的像素組21，的晶體管Trl-I到Trl_4以及Tr2的 柵極連接到電源，以提供處于高電平的電壓形式的行傳送信號cpTG-Ι到cpTG-4和重置信號 cpRST。因此，在光電轉(zhuǎn)換器件PD處的信號電荷被清除到未示出的重置漏極區(qū)域中。選擇晶 體管Tr4的源極不連接到列信號線VSL，以防止來自放大晶體管Tr3的信號錯誤地輸出到列 信號線VSL。上面參考附圖描述了本發(fā)明的一些實施例。然而，它們表示為示例，并且基于本領(lǐng) 域技術(shù)人員的知識，本發(fā)明可以實現(xiàn)為具有各種修改和改進的其它形式。本發(fā)明包含于2010年1月四日向日本專利局提交的日本優(yōu)先專利申請JP2010-019056中公開的主題相關(guān)的主題，通過引用將其全部內(nèi)容合并于此。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依賴于設(shè)計需求和其他因素可以出現(xiàn)各種修改、組合、
子組合和更改，只要它們在權(quán)利要求或其等效物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像器件，包括像素陣列部分，具有由按照矩陣形式布置的多個像素形成的有效像素區(qū)域，所述多個 像素的每個包括光電轉(zhuǎn)換器件和讀出通過在所述光電轉(zhuǎn)換器件處的光電轉(zhuǎn)換獲得的電荷 的晶體管，并且通過光照射所述多個像素，所述像素陣列部分還具有由與光屏蔽的多個像 素形成的光屏蔽像素區(qū)域；行掃描部分，其選擇并控制所述像素陣列部分的每個像素行，以將來自選擇的像素行 的每個像素的信號輸出到與該像素行相關(guān)聯(lián)提供的列信號線；以及 A-D轉(zhuǎn)換部分，其將從信號線輸出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，其中 所述光屏蔽像素區(qū)域包括光學(xué)黑像素區(qū)域和啞像素區(qū)域，所述光學(xué)黑像素區(qū)域由生成 用作黑電平的基準(zhǔn)的信號的像素形成，所述啞像素區(qū)域由這樣的像素形成，該像素到列信 號線的信號輸出路徑被中斷以將在所述光電轉(zhuǎn)換器件處生成的電荷放電到電源，并且所述 啞像素區(qū)域提供在所述光學(xué)黑像素區(qū)域和所述有效像素區(qū)域之間，所述有效像素區(qū)域、所述光學(xué)黑像素區(qū)域和所述啞像素區(qū)域的每個由包括在列方向上 安排并且共享浮置擴散部分的多個像素的一組像素形成，以及所述行掃描部分不選擇所述光屏蔽像素區(qū)域的所述 像素區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中所述行掃描部分包括多個控制電路，其輸 出用于共同地選擇和控制屬于共同行的一組像素的控制信號，所述控制電路執(zhí)行一系列選 擇和控制操作，以從所述光學(xué)黑像素區(qū)域開始直到所述有效像素區(qū)域讀取數(shù)據(jù)，使得只有 所述光學(xué)黑像素區(qū)域和所述有效像素區(qū)域被連續(xù)地讀取，而留下所述啞像素區(qū)域不讀取。
3.一種包括固態(tài)成像器件的成像裝置，其中該固態(tài)成像器件包括像素陣列部分，具有由按照矩陣形式布置的多個像素形成的有效像素區(qū)域，所述多個 像素的每個包括光電轉(zhuǎn)換器件和讀出通過在所述光電轉(zhuǎn)換器件處的光電轉(zhuǎn)換獲得的電荷 的晶體管，并且通過光照射所述多個像素，所述像素陣列部分還具有由與光屏蔽的多個像 素形成的光屏蔽像素區(qū)域；行掃描部分，其選擇并控制所述像素陣列部分的每個像素行，以將來自選擇的像素行 的每個像素的信號輸出到與該像素行相關(guān)聯(lián)提供的列信號線；以及 A-D轉(zhuǎn)換部分，其將從信號線輸出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，其中 所述光屏蔽像素區(qū)域包括光學(xué)黑像素區(qū)域和啞像素區(qū)域，所述光學(xué)黑像素區(qū)域由生成 用作黑電平的基準(zhǔn)的信號的像素形成，所述啞像素區(qū)域由這樣的像素形成，該像素到列信 號線的信號輸出路徑被中斷以將在所述光電轉(zhuǎn)換器件處生成的電荷放電到電源，并且所述 啞像素區(qū)域提供在所述光學(xué)黑像素區(qū)域和所述有效像素區(qū)域之間，所述有效像素區(qū)域、所述光學(xué)黑像素區(qū)域和所述啞像素區(qū)域的每個由包括在列方向上 安排并且共享浮置擴散部分的多個像素的一組像素形成，以及所述行掃描部分不選擇所述光屏蔽像素區(qū)域的所述 像素區(qū)域。
全文摘要
一種固態(tài)成像器件，包括像素陣列部分，具有由按照矩陣形式布置的多個像素形成有效像素區(qū)域，該多個像素的每個包括光電轉(zhuǎn)換器件和讀出通過在光電轉(zhuǎn)換器件處的光電轉(zhuǎn)換獲得的電荷的晶體管，并且通過光照射該多個像素，該像素陣列部分還具有由與光屏蔽的多個像素形成的光屏蔽像素區(qū)域；行掃描部分，其選擇并控制像素陣列部分的每個像素行，以將來自選擇的像素行的每個像素的信號輸出到與該像素行相關(guān)聯(lián)提供的列信號線；以及A-D轉(zhuǎn)換部分，其將從信號線輸出的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
文檔編號H04N5/225GK102143333SQ20111002365
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者二改教廣 申請人:索尼公司