專利名稱：固體攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)施方式涉及固體攝像裝置。
背景技術(shù)：
CMOS圖像傳感器(image sensor)為了實(shí)現(xiàn)將來自像素的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的單斜(single slope)型ADC的高速化，可采用2步驟單斜型ADC。在該2步驟單斜型 ADC中，實(shí)現(xiàn)了約7. 6倍的高速化。如果想要實(shí)現(xiàn)CMOS圖像傳感器的進(jìn)一步的高速動作化， 則在對從像素讀出的信號進(jìn)行傳輸?shù)拇怪毙盘柧€的響應(yīng)性上受限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明想要解決的課題是，提供一種能夠提高對從像素讀出的信號進(jìn)行傳輸?shù)拇怪毙盘柧€的響應(yīng)性的固體攝像裝置。實(shí)施方式的固體攝像裝置具備像素陣列部，對光電轉(zhuǎn)換后的電荷進(jìn)行蓄積的像素被配置成矩陣狀；垂直信號線，將從上述像素讀出的信號在垂直方向上傳輸；加速電路，在從上述像素讀出信號之前使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動；加速控制電路，控制使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動的定時(shí)；和定時(shí)控制電路，產(chǎn)生用于控制上述加速控制電路的控制信號。其他實(shí)施方式的固體攝像裝置具備像素陣列部，對光電轉(zhuǎn)換后的電荷進(jìn)行蓄積的像素被配置成矩陣狀；垂直信號線，將從上述像素讀出的信號在垂直方向上傳輸；負(fù)載電路，能夠控制上述垂直信號線的電位；加速控制電路，用于控制上述負(fù)載電路；和定時(shí)控制電路，產(chǎn)生用于控制上述加速控制電路的控制信號。根據(jù)上述構(gòu)成的固體攝像裝置，能夠提高對從像素讀出的信號進(jìn)行傳輸?shù)拇怪毙盘柧€的響應(yīng)性。


圖1是表示第1實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示第2實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的1列的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。圖3是表示圖2的固體攝像裝置的1個(gè)像素的讀出動作的時(shí)間圖。圖4是表示第3實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的1列的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。圖5是表示第4實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的1列的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖6是表示第5實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。圖7是表示第6實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的1列的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)實(shí)施方式的固體攝像裝置，設(shè)置有像素陣列部、垂直信號線、加速電路、加速控制電路和定時(shí)控制電路。像素陣列部將對光電轉(zhuǎn)換后的電荷進(jìn)行蓄積的像素配置成矩陣狀。垂直信號線將從上述像素讀出的信號在垂直方向傳輸。加速電路在從上述像素讀出信號之前，使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動(shft)。加速控制電路控制使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動的定時(shí)。定時(shí)控制電路產(chǎn)生用于控制上述加速控制電路的控制信號。以下，參照附圖對實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置進(jìn)行說明。需要說明的是，本發(fā)明并不由這些實(shí)施方式限定。(第1實(shí)施方式)圖1是表示第1實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。在圖1中，該固體攝像裝置中設(shè)置有將對光電轉(zhuǎn)換后的電荷進(jìn)行蓄積的像素PC 在行(row)方向及列方向上配置成矩陣狀的像素陣列部1-1、對成為讀出對象的像素PC沿垂直方向掃描的行掃描電路2、使垂直信號線Vlin的電位跟隨(追従folloW)從像素讀出的信號的負(fù)載電路3-1、將各像素PC的信號成分通過⑶S數(shù)字化的列ADC電路4、將被列 ADC電路4數(shù)字化后的各像素PC的信號成分保存1行(line)量的行存儲器5、將成為讀出對象的像素PC沿水平方向掃描的列掃描電路6、控制各像素PC的讀出與蓄積的定時(shí)的定時(shí)控制電路7、對列ADC電路4輸出燈信號Vramp的DA轉(zhuǎn)換器8、在從像素PC讀出信號之前使垂直信號線Vlin的電位預(yù)先變動的加速電路10-1、10-2、以及對使垂直信號線Vlin的電位預(yù)先變動的定時(shí)進(jìn)行控制的加速控制電路9。其中，定時(shí)控制電路7被輸入了主時(shí)鐘MCK。這里，加速電路10-1、10-2被設(shè)置在像素陣列部1-1的垂直方向的兩端。而且，加速電路10-1、10-2可以根據(jù)預(yù)測出從像素PC讀出信號時(shí)垂直信號線Vlin的電位會變動的量，在從像素PC讀出信號之前使垂直信號線Vlin的電位預(yù)先變動。加速控制電路9可以在即將進(jìn)行像素PC的復(fù)位動作之前以及即將進(jìn)行像素PC的讀出動作之前使垂直信號線Vlin的電位預(yù)先變動。這里，在像素陣列部1-1中，沿行方向設(shè)置有進(jìn)行像素PC的讀出控制的水平控制線Hlin，沿列方向設(shè)置有對從像素PC讀出的信號進(jìn)行傳輸?shù)拇怪毙盘柧€Vlin。而且，通過由行掃描電路2在垂直方向掃描像素PC，行方向的像素PC被選擇，從該像素PC讀出的信號經(jīng)由垂直信號線Vlin被傳輸給列ADC電路4。這里，在負(fù)載電路3_1 中，通過當(dāng)從像素PC讀出信號時(shí)在與該像素PC之間構(gòu)成源極跟隨器，使得垂直信號線Vlin 的電位跟隨從像素PC讀出的信號。另外，在從像素PC讀出信號的情況下，在加速電路10-1、10_2中，垂直信號線Vlin 的電位向與從像素PC讀出信號時(shí)垂直信號線Vlin的電位發(fā)生變動的方向的相反側(cè)預(yù)先變動。而且，在列ADC電路4中，從各像素PC的信號中取樣復(fù)位電平以及讀出電平，通過取得與復(fù)位電平以及讀出電平的差量，各像素PC的信號成分被CDS數(shù)字化，并經(jīng)由行存儲器5作為輸出信號Vout被輸出。
這里，通過在從像素PC讀出信號時(shí)使垂直信號線Vl in的電位預(yù)先變動，能夠縮短垂直信號線Vlin的電位收斂為復(fù)位電平或者讀出電平的時(shí)間。因此，可以提高對從像素PC 讀出的信號進(jìn)行傳輸?shù)拇怪毙盘柧€Vlin的響應(yīng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)固體攝像裝置的讀出時(shí)的高速化。(第2實(shí)施方式)圖2是表示第2實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的1列的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖2中，像素陣列部1-1中設(shè)置有像素PCn、PCn+1，在像素PCn、PCn+1中分別設(shè)置有光電二極管PD、行選擇晶體管Ta、放大晶體管Tb、復(fù)位晶體管Tc以及讀出晶體管 Td。另外，在放大晶體管Tb、復(fù)位晶體管Tc與讀出晶體管Td的連接點(diǎn)形成有浮動擴(kuò)散區(qū) FD (floating diffusion)作為檢測節(jié)點(diǎn)。而且，在像素PCn、PCn+1中，讀出晶體管Td的源極與光電二極管PD連接，讀出晶體管Td的柵極被分別輸入讀出信號READn、READn+1。另外，復(fù)位晶體管Tc的源極與讀出晶體管Td的漏極連接，復(fù)位晶體管Tc的柵極被分別輸入復(fù)位信號RESETruRESETn+Ι，復(fù)位晶體管Tc的漏極與電源電位VDD連接。而且，行選擇晶體管Ta的柵極被分別輸入行選擇信號ADRESn、ADRESn+1，行選擇晶體管Ta的漏極與電源電位VDD連接。另外，放大晶體管 Tb的源極與垂直信號線Vlin連接，放大晶體管Tb的柵極與讀出晶體管Td的漏極連接，放大晶體管Tb的漏極與行選擇晶體管Ta的源極連接。其中，圖1的水平控制線Hlin能夠按每一行將讀出信號READn、READn+1、復(fù)位信號RESETn、RESETn+1以及行選擇信號ADRESn、ADRESn+1向像素PC傳輸。另外，負(fù)載電路3-1中設(shè)置有負(fù)載晶體管TL以及偏置電源VTL。而且，負(fù)載晶體管 TL的漏極與垂直信號線Vlin連接，負(fù)載晶體管TL的柵極上連接著偏置電源VTL。其中，可以由負(fù)載晶體管TL與放大晶體管Tb的組合構(gòu)成源極跟隨器，進(jìn)行恒電流動作。列ADC電路4中按每一列設(shè)置有電容器Cl、比較器PA、開關(guān)晶體管Tcp、變換器 (inverter) V、可逆(U/D)計(jì)數(shù)器UD?？赡嬗?jì)數(shù)器UD中設(shè)置有邏輯積電路附。在行存儲器 5中，存儲器M按每一列設(shè)置。而且，垂直信號線Vlin經(jīng)由電容器Cl與比較器PA的反相輸入端子連接，比較器 PA的非反相輸入端子被輸入燈信號Vramp。在比較器PA的反相輸入端子與輸出端子之間連接有開關(guān)晶體管Tcp。比較器PA的輸出端子經(jīng)由變換器V與邏輯積電路m的一個(gè)輸入端子連接，邏輯積電路W的另一個(gè)輸入端子被輸入基準(zhǔn)時(shí)鐘CKC?？赡嬗?jì)數(shù)器UD的輸出端子與存儲器M連接。加速電路10-1、10_2中分別設(shè)置有加速晶體管THS1、THS2。而且，加速晶體管 THSU THS2的漏極與垂直信號線Vlin連接，加速晶體管THS1、THS2的源極被接地。加速控制電路9中設(shè)置有開關(guān)SWHS以及可變電壓源VHS。開關(guān)SWHS的端子Tl與加速晶體管THS1、THS2的柵極連接，開關(guān)SWHS的端子T2與可變電壓源VHS連接，開關(guān)SWHS 的端子T3被接地。圖3是表示圖2的固體攝像裝置的1個(gè)像素的讀出動作的時(shí)間圖。其中，垂直信號線Vlin的粗虛線是未被賦予加速用脈沖PHS時(shí)的波形。而燈信號Vramp的細(xì)虛線是被賦予了加速用脈沖PHS時(shí)的垂直信號線Vlin的波形。在圖3中，當(dāng)行選擇信號ADRESn為低電平時(shí)，由于行選擇晶體管Ta成為截止?fàn)顟B(tài)、不進(jìn)行源極跟隨器動作，所以對垂直信號線Vlin不輸出信號。此時(shí)，如果讀出信號 READn與復(fù)位信號RESETn變成高電平，則讀出晶體管Td導(dǎo)通，光電二極管PD中蓄積的電荷被向浮動擴(kuò)散區(qū)FD排出。然后，經(jīng)由復(fù)位晶體管Tc被向電源VDD排出。在光電二極管PD中蓄積的電荷被排出到電源VDD后，如果讀出信號READn變成低電平，則在光電二極管PD中開始蓄積有效的信號電荷。接下來，如果行選擇信號ADRESn變成高電平，則像素PC的行選擇晶體管Ta導(dǎo)通， 通過對放大晶體管Tb的漏極施加電源電位VDD，由放大晶體管Tb與負(fù)載晶體管TL構(gòu)成源極跟隨器。接下來，通過在選擇信號ADRESn為高電平的狀態(tài)下復(fù)位信號RESETn上升之前，開關(guān)SWHS被從端子T3切換到端子T2，加速晶體管THSl，THS2的柵極被施加加速用脈沖PHS， 使得加速晶體管THS1、THS2導(dǎo)通。而且，若加速晶體管THS1、THS2導(dǎo)通，則垂直信號線Vlin的電位被拉至接地電平， 垂直信號線Vlin的電位下降。然后，如果在垂直信號線Vlin的電位下降的狀態(tài)下，復(fù)位信號RESETn上升，則復(fù)位晶體管Tc導(dǎo)通，在浮動擴(kuò)散區(qū)FD中因泄漏電流等而產(chǎn)生的多余電荷被復(fù)位。而且，與浮動擴(kuò)散區(qū)FD的復(fù)位電平對應(yīng)的電壓被施加給放大晶體管Tb的柵極。這里，由于由放大晶體管Tb與負(fù)載晶體管TL構(gòu)成源極跟隨器，所以垂直信號線Vlin的電壓跟隨著放大晶體管 Tb的柵極被施加的電壓，復(fù)位電平的輸出電壓Vsig被輸出給垂直信號線Vlin。而且，在復(fù)位電平的輸出電壓Vsig被輸出給垂直信號線Vlin時(shí)，如果復(fù)位脈沖 Pcp被施加給開關(guān)晶體管Tcp的柵極，則比較器PA的反相輸入端子的輸入電壓被以輸出電壓被電平固定(clamp)，設(shè)定了動作點(diǎn)。此時(shí)，與來自垂直信號線Vlin的輸出電壓Vsig的差量由電容器Cl保持，比較器PA的輸入電壓被設(shè)定為零。開關(guān)晶體管Tcp在截止后，以復(fù)位電平的輸出電壓Vsig經(jīng)由電容器Cl被輸入給比較器PA的狀態(tài)，被賦予三角波作為燈信號Vramp，將復(fù)位電平的輸出電壓Vsig與燈信號 Vramp進(jìn)行比較。然后，在比較器PA的輸出電壓被變換器V反相后，作為輸出電壓Vcomp被輸入給邏輯積電路W的一個(gè)輸入端子。另外，邏輯積電路m的另一個(gè)輸入端子被輸入基準(zhǔn)時(shí)鐘CKC。然后，在復(fù)位電平的輸出電壓Vsig比燈信號Vramp的電平小的情況下，輸出電壓Vcomp成為高電平。因此，基準(zhǔn)時(shí)鐘CKC經(jīng)過邏輯積電路附，經(jīng)過后的基準(zhǔn)時(shí)鐘CKCi被可逆計(jì)數(shù)器(up down counter) UD 減 1 計(jì)數(shù)(down count)。然后，如果復(fù)位電平的輸出電壓Vsig與燈信號Vramp的電平一致，則比較器PA的輸出電壓下降，輸出電壓Vcomp成為低電平。因此，基準(zhǔn)時(shí)鐘CKC被邏輯積電路m切斷，通過由可逆計(jì)數(shù)器UDl使減1計(jì)數(shù)停止，復(fù)位電平的輸出電壓Vsig被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值D，由可逆計(jì)數(shù)器UD保持。接下來，在像素PCn的行選擇晶體管Ta為導(dǎo)通的狀態(tài)下讀出信號READn上升之前，通過開關(guān)SWHS從端子T3被切換到端子T2，加速晶體管THS1、THS2的柵極被施加加速用脈沖PHS，加速晶體管THS1、THS2導(dǎo)通。而且，如果加速晶體管THSl、THS2導(dǎo)通，則垂直信號線Vlin的電位被拉至接地電平，垂直信號線Vlin的電位降低。
接下來，在垂直信號線Vlin的電位降低的狀態(tài)下，如果讀出信號READn上升，則讀出晶體管Td導(dǎo)通，光電二極管PD中蓄積的電荷被傳輸給浮動擴(kuò)散區(qū)FD，與浮動擴(kuò)散區(qū)FD 的信號電平對應(yīng)的電壓被施加給放大晶體管Tb的柵極。這里，由于由放大晶體管Tb與負(fù)載晶體管TL構(gòu)成了源極跟隨器，所以垂直信號線Vlin的電壓跟隨著放大晶體管Tb的柵極被施加的電壓，作為讀出電平的輸出電壓Vsig被輸出給垂直信號線Vlin。然后，在讀出電平的輸出電壓Vsig經(jīng)由電容器Cl被輸入到比較器PA的狀態(tài)下， 作為燈信號Vramp而被賦予三角波，將讀出電平的輸出電壓Vsig與燈信號Vramp進(jìn)行比較。而且，比較器PA的輸出電壓在被變換器V反相后，作為輸出電壓Vcomp被輸入給邏輯積電路m的一個(gè)輸入端子。然后，在讀出電平的輸出電壓Vsig比燈信號Vramp的電平小的情況下，輸出電壓 Vcomp成為高電平。因此，基準(zhǔn)時(shí)鐘CKC經(jīng)過邏輯積電路Ni，經(jīng)過后的基準(zhǔn)時(shí)鐘CKCi這次被可逆計(jì)數(shù)器UD加1計(jì)數(shù)(up count)。而且，如果讀出電平的輸出電壓Vsig與燈信號 Vramp的電平一致，則比較器PA的輸出電壓下降，輸出電壓Vcomp成為低電平。因此，基準(zhǔn)時(shí)鐘CKC被邏輯積電路m切斷，通過由可逆計(jì)數(shù)器UD使加1計(jì)數(shù)停止，讀出電平的輸出電壓Vsig與復(fù)位電平的輸出電壓Vsig的差量被轉(zhuǎn)換成數(shù)字值D，并被發(fā)送給行存儲器M。這里，如垂直信號線Vlin的粗虛線所示那樣，在未被賦予加速用脈沖PHS時(shí)，對于垂直信號線Vlin的信號波形而言，如果復(fù)位信號RESETn變?yōu)楦唠娖剑瑒t由于浮動擴(kuò)散區(qū)FD 的電位大幅變化，所以垂直信號線Vlin的電位也大幅變化。在垂直信號線Vlin的電位也大幅變化之后，到垂直信號線Vlin的電位穩(wěn)定為止， 作為CR時(shí)間常量，需要5 τ =以上的時(shí)間。此時(shí)的R由源極跟隨器電路的輸出阻抗與垂直信號線Vlin的布線電阻決定，C由垂直信號線Vlin的布線電容和與放大晶體管1 接觸的擴(kuò)散電容決定。在10兆像素的CMOS傳感器中，如果輸出阻抗與垂直信號線Vlin的布線電阻為 40k Ω，垂直信號線Vlin的電容為4pF，則到垂直信號線Vlin的電位達(dá)到99. 3%為止，需要 5 τ = 5 * 40ΚΩ * 4pF = 0. 8uS 的時(shí)間。即使在讀出信號READn變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，基于由讀出晶體管Td與浮動擴(kuò)散區(qū)FD的耦合電容引起的變化、和由從光電二極管PD讀出的信號量引起的變化，垂直信號線Vlin的電位大幅變化。到垂直信號線Vlin的電位穩(wěn)定為止，該情況下也需要5τ的0.8uS以上的時(shí)間。另一方面，通過在復(fù)位信號RESETn即將上升之前施加加速用脈沖PHS，能夠使垂直信號線Vlin的電位預(yù)先變動當(dāng)復(fù)位信號RESETn上升時(shí)的垂直信號線Vlin的電位的變化量。結(jié)果，能夠使復(fù)位動作之后的垂直信號線Vlin的電位成為幾乎穩(wěn)定的電平，可以模擬性地加速垂直信號線Vlin的響應(yīng)性。作為該響應(yīng)性，縮短為約1/4的0. 2uS。同樣，通過在讀出信號READn即將上升之前施加加速用脈沖PHS，可以按照成為讀出信號READn上升時(shí)的垂直信號線Vlin的暗時(shí)(dark time)的信號電平與飽和信號電平的中間電平的方式，使垂直信號線Vlin的電位預(yù)先變動。結(jié)果，能夠使對垂直信號線Vlin 的電容進(jìn)行充電的電荷量為約1/2，可以將垂直信號線Vlin的響應(yīng)時(shí)間縮短為約1/2的 0. 4uS。在未被賦予加速用脈沖PHS時(shí)，暗時(shí)的狀態(tài)與飽和時(shí)的狀態(tài)都在垂直信號線Vlin的電位上升的方向變化，但通過賦予加速用脈沖PHS，可以是垂直信號線Vlin的電位向上升的方向或下降的方向這兩方變化，能夠使垂直信號線Vlin的響應(yīng)時(shí)間約為1/2。其中，由于垂直信號線Vlin的電位的上升與下降的能力依賴于負(fù)載晶體管TL與放大晶體管Tb的驅(qū)動力，所以可以根據(jù)負(fù)載晶體管TL與放大晶體管Tb的驅(qū)動力，來設(shè)定加速用脈沖PHS的振幅。另外，在圖1的例子中，對將加速電路10-1、10-2設(shè)置在像素陣列部1-1的垂直方向的兩端的方法進(jìn)行了說明，但也可以僅在像素陣列部1-1的垂直方向的一端設(shè)置。該情況下，可以通過加長加速用脈沖PHS的脈沖寬度，來彌補(bǔ)驅(qū)動力的降低。并且，有時(shí)通過在暗的環(huán)境下減小燈信號Vramp的三角波的振幅，來使模擬增益上升。該情況下，有效的光電二極管PD的飽和信號量例如小至1/4或1/8。此時(shí)，通過根據(jù)該飽和信號電平使加速用脈沖PHS的振幅變化，能夠使垂直信號線Vlin的響應(yīng)性進(jìn)一步加速。另外，通過伴隨著垂直信號線Vlin的響應(yīng)性的提高，將讀出動作時(shí)的列ADC電路4 的動作開始時(shí)刻提前，可以將CDS時(shí)間從PH2縮短為PH1，能夠減少l/f(RTS)噪聲。其中， Hl是被賦予了加速用脈沖PHS時(shí)的CDS時(shí)間，H2是未被賦予加速用脈沖PHS時(shí)的CDS時(shí)間。在垂直信號線Vlin的布線電阻大的情況下，通過將加速電路配置在垂直信號線的上下，可獲得大的改善效果。并且，在多像素、微小像素化的制品中，由于垂直信號線Vlin 的布線寬度變小，所以布線電阻變高。因此，本實(shí)施方式的改善效果大。(第3實(shí)施方式)圖4是表示第3實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的1列的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖4中，在該固體攝像裝置中取代圖2的像素陣列部1-1而設(shè)置了像素陣列部 1-2。在像素陣列部1-2中取代像素PCn而設(shè)置了像素PCn'。在像素PCn'中，取代讀出晶體管Td而設(shè)置了讀出晶體管Tdl Td4，取代光電二極管PD而設(shè)置了光電二極管PDl PD4。光電二極管PDl PD4分別與讀出晶體管Tdl Td4連接，一個(gè)放大晶體管Tb被 4個(gè)像素量的光電二極管PDl PD4共用。這里，通過使多個(gè)像素共用放大晶體管Tb，可以減少與垂直信號線Vlin連接的放大晶體管Tb的個(gè)數(shù)，能夠提高垂直信號線Vlin的響應(yīng)性。 此外，在圖4的例子中，對將4個(gè)像素共用一個(gè)放大晶體管Tb的方法進(jìn)行了說明， 但也可以將任意個(gè)數(shù)的像素共用一個(gè)放大晶體管Tb。(第4實(shí)施方式)圖5是表示第4實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的1列的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖5中，在該固體攝像裝置中對每1列設(shè)置了 2根垂直信號線Vlinl-1、 Vlinl-2。而且，垂直信號線Vlinl-I與像素PCn連接，垂直信號線Vlinl_2與像素PCn+1 連接。另外，在該固體攝像裝置中，取代圖2的負(fù)載電路3-1而設(shè)置了負(fù)載電路12，取代加速電路10-1、10-2而設(shè)置了加速電路11。負(fù)載電路12中設(shè)置有負(fù)載晶體管TL11、TL12以及偏置電源VTL。而且，負(fù)載晶體管TLll的漏極與垂直信號線Vlinl-I連接，負(fù)載晶體管TLll的柵極上連接著偏置電源 VTL0負(fù)載晶體管TL12的漏極與垂直信號線Vlinl-2連接，負(fù)載晶體管TL12的柵極上連接著偏置電源VTL。加速電路11中設(shè)置有加速晶體管THS11、THS12。而且，加速晶體管THSll的漏極與垂直信號線Vlinl-I連接，加速晶體管THS12的漏極與垂直信號線Vlinl-2連接。加速晶體管THS11、THS12的源極被接地，加速晶體管THS11、THS12的柵極與開關(guān)SWHS的端子 Tl連接。而且，在像素PCn被選擇的情況下，在即將進(jìn)行像素PCn的復(fù)位動作之前以及即將進(jìn)行像素PCn的讀出動作之前開關(guān)SWHS被從端子T3切換到端子T2。此時(shí)，通過加速晶體管THSll的柵極被施加加速用脈沖PHS，加速晶體管THSll導(dǎo)通，使得在復(fù)位信號RESETn或者讀出信號READn上升之前垂直信號線Vlinl的電位下降。另外，在像素PCn+Ι被選擇的情況下，在即將進(jìn)行像素PCn+1的復(fù)位動作之前以及即將進(jìn)行像素PCn+Ι的讀出動作之前開關(guān)SWHS被從端子T3切換到端子T2。此時(shí)，通過加速晶體管THS12的柵極被施加加速用脈沖PHS，加速晶體管THS12導(dǎo)通，使得在復(fù)位信號 RESETn+Ι或者讀出信號READn+Ι上升之前垂直信號線Vlin2的電位下降。這里，通過按每一列設(shè)置多個(gè)垂直信號線Vlinl、Vlin2，可以減少與每1根垂直信號線Vlinl、Vlin2連接的放大晶體管Tb的個(gè)數(shù)，能夠提高垂直信號線Vlinl、Vlin2的響應(yīng)性。此外，在圖5的例子中，對按每一列設(shè)置2根垂直信號線Vlinl、Vlin2的方法進(jìn)行了說明，但也可以按每一列設(shè)置任意根數(shù)的垂直信號線。并且，通過與圖2、圖4同樣地將加速電路11設(shè)置在垂直信號線的上部，能夠進(jìn)一步改善響應(yīng)性。(第5實(shí)施方式)圖6是表示第5實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。在圖6中，在該固體攝像裝置中取代圖1的固體攝像裝置的負(fù)載電路3-1以及加速電路10-1、10-2而設(shè)置了負(fù)載電路3-2。另外，取代圖1的固體攝像裝置的加速控制電路 9而設(shè)置了加速控制電路13。這里，負(fù)載電路3-2可以在從像素PC讀出信號之前使垂直信號線Vlin的電位預(yù)先變動，在從像素PC讀出信號時(shí)使垂直信號線Vlin的電位跟隨從像素PC讀出的信號。加速控制電路13能夠在即將進(jìn)行像素PC的復(fù)位動作之前以及即將進(jìn)行像素PC 的讀出動作之前使垂直信號線Vlin的電位預(yù)先變動。而且，通過由行掃描電路2在垂直方向掃描像素PC，使得行方向的像素PC被選擇， 從該像素PC讀出的信號經(jīng)由垂直信號線Vlin被傳輸給列ADC電路4。這里，在負(fù)載電路3-2中，當(dāng)從像素PC讀出信號時(shí)，向與從像素PC讀出信號時(shí)垂直信號線Vlin的電位變動的方向相反側(cè)使垂直信號線Vlin的電位預(yù)先變動。而且，通過當(dāng)從像素PC讀出信號時(shí)在與該像素PC之間構(gòu)成源極跟隨器，使得垂直信號線Vlin的電位跟隨著從像素PC讀出的信號。而且，在列ADC電路4中，從各像素PC的信號中取樣復(fù)位電平以及讀出電平，通過取得與復(fù)位電平以及讀出電平的差量，各像素PC的信號成分被CDS數(shù)字化，經(jīng)由行存儲器 5作為輸出信號Vout被輸出。
1
這里，通過在從像素PC讀出信號時(shí)使垂直信號線Vl in的電位預(yù)先變動，能夠縮短垂直信號線Vlin的電位收斂為復(fù)位電平或者讀出電平的時(shí)間。因此，可以提高對從像素PC 讀出的信號進(jìn)行傳輸?shù)拇怪毙盘柧€Vlin的響應(yīng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)固體攝像裝置的讀出時(shí)的高速化。(第6實(shí)施方式)圖7是表示第6實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的1列的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖7中，負(fù)載電路3-2中設(shè)置有負(fù)載晶體管TL、偏置電源VTL以及開關(guān)SWL。而且，負(fù)載晶體管TL的漏極與垂直信號線Vlin連接，負(fù)載晶體管TL的柵極上連接著開關(guān)SWL 的端子T4。另外，偏置電源VTL與開關(guān)SffL的端子T6連接。由放大晶體管Tb與負(fù)載晶體管TL構(gòu)成源極跟隨器，通過垂直信號線Vlin的電壓跟隨著放大晶體管Tb的柵極被施加的電壓，輸出電壓Vsig被輸出給垂直信號線Vlin。加速控制電路13中設(shè)置有開關(guān)SWHS以及可變電壓源VHS1、VHS2。開關(guān)SWHS的端子Tl與開關(guān)SWL的端子T5連接，開關(guān)SWHS的端子T2與可變電壓源VHSl連接，開關(guān)SWHS 的端子T3與可變電壓源VHS2連接。而且，在復(fù)位動作時(shí)，在復(fù)位信號RESETn即將上升之前開關(guān)SWL被從端子T6切換到端子T5，并且，開關(guān)SWHS被切換到端子T2。此時(shí)，通過負(fù)載晶體管TL的柵極被施加加速用脈沖，負(fù)載晶體管TL的恒定電流量增加，使得在復(fù)位信號RESETn上升之前垂直信號線 Vlin的電位下降。接下來，通過在垂直信號線Vlin的電位下降的狀態(tài)下，開關(guān)SWL被從端子T5切換到端子T6，負(fù)載晶體管TL的柵極與偏置電源VTL連接。而且，如果復(fù)位信號RESETn上升， 則下降的垂直信號線Vlin的電位被向穩(wěn)定電位方向拉升，在復(fù)位信號RESETn下降的時(shí)期， 垂直信號線Vlin的電位成為穩(wěn)定電位。在實(shí)驗(yàn)中得到了約4倍的改善效果。另一方面，在讀出動作時(shí)，在讀出信號READn即將上升之前開關(guān)SffL被從端子T6 切換到端子T5，并且，開關(guān)SWHS被切換到端子T3。此時(shí)，通過負(fù)載晶體管TL的柵極被施加加速用脈沖，負(fù)載晶體管TL的恒定電流量增加，使得在讀出信號READn上升之前垂直信號線Vlin的電位下降。接下來，通過在垂直信號線Vlin的電位下降的狀態(tài)下開關(guān)SWL被從端子T5切換到端子T6，使得負(fù)載晶體管TL的柵極與偏置電源VTL連接。而且，如果讀出信號READn上升，則下降的垂直信號線Vlin的電位被向穩(wěn)定電位方向拉升，在讀出信號READn上升的時(shí)期，垂直信號線Vlin的電位成為穩(wěn)定電位。信號讀出時(shí)的垂直信號線Vlin的電位的收斂電位，將信號為暗時(shí)與光電二極管PD飽和時(shí)的近似中間的垂直信號線Vlin的電位作為穩(wěn)定電位。在實(shí)驗(yàn)中獲得了約2倍的改善效果。本實(shí)施方式通過在即將進(jìn)行復(fù)位動作與讀出動作之前使垂直信號線的電流增加， 由此預(yù)先使垂直信號線的電位變動。然后，使電流增加停止，在復(fù)位或讀出動作的期間內(nèi)， 使因垂直信號線的電流變化而引起的GND變動穩(wěn)定化。由此，可避免噪聲的增加。并且，通過在復(fù)位動作與讀出動作分別設(shè)定加速動作用的脈沖的電壓或者脈沖寬度，由于能夠分別進(jìn)行最佳的設(shè)定，所以可實(shí)現(xiàn)大幅的高速動作。對本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但這些實(shí)施方式只是例示，并不用于限定發(fā)明的范圍。它們的新的實(shí)施方式能夠以其他的各種方式加以實(shí)施，在不脫離發(fā)明主旨的范圍能夠進(jìn)行各種省略、置換、變更。這些實(shí)施方式或其變形不僅包含在發(fā)明的范圍與主旨中，而且還包含在技術(shù)方案所記載的發(fā)明和其等同的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置，其特征在于，具備像素陣列部，對光電轉(zhuǎn)換后的電荷進(jìn)行蓄積的像素被配置成矩陣狀； 垂直信號線，將從上述像素讀出的信號在垂直方向上傳輸； 加速電路，在信號被從上述像素讀出之前使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動； 加速控制電路，控制使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動的定時(shí)；和定時(shí)控制電路，產(chǎn)生用于控制上述加速控制電路的控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述加速電路根據(jù)預(yù)測出信號被從上述像素讀出時(shí)上述垂直信號線的電位會變動的量，在信號被從上述像素讀出之前使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述加速電路具備使上述垂直信號線的電位變動的加速晶體管， 上述加速控制電路具備使上述加速晶體管導(dǎo)通或截止的開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述加速控制電路具備使上述加速晶體管導(dǎo)通時(shí)被施加的電壓變化的可變電壓源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述可變電壓源根據(jù)從上述像素讀出的信號量的大小，使上述加速晶體管導(dǎo)通時(shí)被施加的電壓變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于， 上述加速電路被設(shè)置在上述像素陣列部的垂直方向的兩端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于， 上述加速電路被設(shè)置在上述像素陣列部的垂直方向的一端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述加速控制電路在即將進(jìn)行上述像素的復(fù)位動作之前以及即將進(jìn)行上述像素的讀出動作之前使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述加速電路使上述垂直信號線的電位向與信號被從上述像素讀出時(shí)上述垂直信號線的電位變動的方向的相反側(cè)預(yù)先變動。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于， 上述像素具備進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電二極管；基于讀出信號從上述光電二極管向浮動擴(kuò)散區(qū)傳輸信號的讀出晶體管； 基于復(fù)位信號將上述浮動擴(kuò)散區(qū)中蓄積的信號復(fù)位的復(fù)位晶體管；和檢測上述浮動擴(kuò)散區(qū)的電位的放大晶體管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像裝置，其特征在于， 具備在與上述放大晶體管之間構(gòu)成源極跟隨器的負(fù)載晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述加速電路使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動當(dāng)上述復(fù)位信號上升時(shí)的上述垂直信號線的電位的變化量。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述加速電路使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動，以便成為上述讀出信號上升時(shí)的上述垂直信號線的暗時(shí)的信號電平與飽和信號電平的中間電平。
14.一種固體攝像裝置，其特征在于，具備像素陣列部，對光電轉(zhuǎn)換后的電荷進(jìn)行蓄積的像素被配置成矩陣狀；垂直信號線，將從上述像素讀出的信號在垂直方向上傳輸；負(fù)載電路，能夠控制上述垂直信號線的電位；加速控制電路，用于控制上述負(fù)載電路；和定時(shí)控制電路，產(chǎn)生用于控制上述加速控制電路的控制信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體攝像裝置，其特征在于， 上述負(fù)載電路具備與上述垂直信號線連接的負(fù)載晶體管； 對上述負(fù)載晶體管的柵極供給偏置電壓的偏置電源；和切換對上述負(fù)載晶體管的柵極施加的電壓的開關(guān)， 上述加速控制電路具備可變電壓源。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置，其特征在于，通過在即將進(jìn)行上述像素的復(fù)位動作之前經(jīng)由上述開關(guān)將上述可變電壓源與上述負(fù)載晶體管的柵極連接，來使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動，在上述復(fù)位動作時(shí)經(jīng)由上述開關(guān)將上述偏置電源與上述負(fù)載晶體管的柵極連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置，其特征在于，通過在即將進(jìn)行上述像素的讀出動作之前經(jīng)由上述開關(guān)將上述可變電壓源與上述負(fù)載晶體管的柵極連接，來使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動，在上述讀出動作時(shí)經(jīng)由上述開關(guān)將上述偏置電源與上述負(fù)載晶體管的柵極連接。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述負(fù)載晶體管在信號被從上述像素讀出時(shí)在與上述像素之間構(gòu)成源極跟隨器。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述負(fù)載電路在信號被從上述像素讀出之前使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動，在信號被從上述像素讀出時(shí)使上述垂直信號線的電位跟隨從上述像素讀出的信號。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述負(fù)載電路在信號被從上述像素讀出的情況下，使上述垂直信號線的電位向與信號被從上述像素讀出時(shí)上述垂直信號線的電位變動的方向的相反側(cè)預(yù)先變動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固體攝像裝置，能夠使對從像素讀出的信號進(jìn)行傳輸?shù)拇怪毙盘柧€的響應(yīng)性提高。根據(jù)實(shí)施方式，像素陣列部將對光電轉(zhuǎn)換后的電荷進(jìn)行蓄積的像素配置成矩陣狀。垂直信號線將從上述像素讀出的信號在垂直方向傳輸。加速電路在從上述像素讀出信號之前使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動。加速控制電路控制使上述垂直信號線的電位預(yù)先變動的定時(shí)。定時(shí)控制電路產(chǎn)生用于控制上述加速控制電路的控制信號。
文檔編號H04N5/378GK102404513SQ201110256460
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者江川佳孝 申請人:株式會社東芝