固體攝像裝置制造方法
【專利摘要】即使在讀出期間中像素輸出發(fā)生變動，也輸出抗噪性高的信號。提供一種固體攝像裝置，其具有：呈二維排列的多個單位像素(9)，它們包含對入射光進行光電轉(zhuǎn)換的PD(11)；FD(13)和輸出端子(8)，它們按照多個像素組的每個像素組設(shè)置，所述像素組包含一個以上該單位像素(9)，所述輸出端子(8)能夠單獨輸出噪聲信號以及信號噪聲和信號；多條第1傳輸線(6a)，它們將輸出端子(8)共同地連接起來，能夠保持基于從該輸出端子(8)輸出的信號的電壓；多條第2傳輸線(6b)，它們與該第1傳輸線(6a)并列地設(shè)置，能夠保持電壓；傳輸線間電容元件(20)，其將該第2傳輸線(6b)和第1傳輸線(6a)連接起來；復(fù)位開關(guān)(16b)，其將各第2傳輸線(6b)復(fù)位為復(fù)位電壓；讀出開關(guān)(19)，其設(shè)置在各第2傳輸線(6b)上；以及第3傳輸線(7)，其經(jīng)由讀出開關(guān)(19)將各第2傳輸線(6b)分別并聯(lián)連接起來。
【專利說明】固體攝像裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及固體攝像裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 以往，公知有以 CMOS (complementary metal-oxide semiconductor :互補金屬氧 化物半導(dǎo)體）圖像傳感器為代表的放大型固體攝像裝置，其在像素內(nèi)將光電轉(zhuǎn)換元件蓄積 的信號電荷轉(zhuǎn)換為信號電壓之后輸出到信號線（例如，參照專利文獻1。）。該固體攝像裝 置在所有的垂直信號線上具備兩個電容元件，在該固體攝像裝置中，從像素內(nèi)的電荷電壓 轉(zhuǎn)換元件輸出對像素內(nèi)的電荷電壓轉(zhuǎn)換元件進行復(fù)位時所產(chǎn)生的電壓（以下，稱作噪聲電 壓。）和將通過光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的信號電荷加在該噪聲電壓上而得到的電壓（以下，稱作信 號噪聲和電壓。），并分別保持在所述兩個電容元件中。
[0003] 而且，該固體攝像裝置構(gòu)成為將來自垂直移位寄存器所選擇的行的所有的像素的 噪聲電壓與信號噪聲和電壓保持在電容元件中后，從水平移位寄存器所選擇的列所具備的 兩個電容元件中輸出噪聲電壓以及信號噪聲和電壓，通過CDS電路計算這些電壓的差值， 由此進行噪聲去除。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開2000-4399號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明要解決的課題
[0008] 但是，以往的固體攝像裝置如果為了小型化而去除列所具備的電容元件，則為了 通過CDS電路進行噪聲去除，需要在進行一行的噪聲信號的讀出后進行信號噪聲和信號的 讀出，在讀出期間中像素輸出發(fā)生變動的情況下，不能去除噪聲。尤其隨著像素數(shù)增加該情 況愈發(fā)明顯。
[0009] 本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種即使在讀出期間中像素輸 出發(fā)生變動也能夠輸出抗噪性高的信號的固體攝像裝置。
[0010] 解決課題的手段
[0011] 用于解決問題的手段
[0012] 為了達成上述目的，本發(fā)明提供以下手段。
[0013] 本發(fā)明的一個方式提供一種固體攝像裝置，其具有：呈二維排列的多個單位像素， 它們包含對入射光進行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換兀件；電荷轉(zhuǎn)換兀件和輸出端子，它們按照多 個像素組的每個像素組設(shè)置，其中，所述像素組包含一個以上的該單位像素，所述電荷轉(zhuǎn)換 元件將在該像素組內(nèi)的各所述單位像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件中進行了光電轉(zhuǎn)換后的信號 電荷轉(zhuǎn)換為電壓或電流，所述輸出端子能夠單獨輸出在對該電荷轉(zhuǎn)換元件進行復(fù)位時所產(chǎn) 生的噪聲信號以及將通過光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的信號加在該噪聲信號上而得到的信號噪聲和 信號；多條第1傳輸線，多個所述像素組的所述輸出端子共同地連接至該第1傳輸線，該第 1傳輸線能夠保持基于從該輸出端子輸出的信號的電壓；多條第2傳輸線，它們與該第1傳 輸線并列地設(shè)置，能夠保持電壓；傳輸線間電容元件，其將該第2傳輸線和所述第1傳輸線 連接起來；復(fù)位開關(guān)，其將各所述第2傳輸線復(fù)位為復(fù)位電壓；讀出開關(guān)，其設(shè)置在各所述 第2傳輸線上；以及第3傳輸線，各所述第2傳輸線分別經(jīng)由所述讀出開關(guān)并聯(lián)連接至該第 3傳輸線。
[0014] 根據(jù)本方式，如果入射光入射到屬于各像素組的單位像素內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換元件，則 通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生信號電荷，并且將該信號電荷保持在光電轉(zhuǎn)換元件中。在該狀態(tài)下，對設(shè) 置在各像素組的電荷轉(zhuǎn)換元件進行復(fù)位。對電荷轉(zhuǎn)換元件進行復(fù)位而產(chǎn)生的噪聲信號被從 各像素組的輸出端子輸出到各第1傳輸線，以與噪聲信號對應(yīng)的大小的電壓（以下，稱作噪 聲電壓。）形式保持在各第1傳輸線。
[0015] 接著，在噪聲信號被從像素組的輸出端子輸出到第1傳輸線的狀態(tài)下，通過復(fù)位 開關(guān)將第2傳輸線復(fù)位為復(fù)位電壓。由此，由傳輸線間電容元件連接的第2傳輸線的復(fù)位 電壓被保存為表不第1傳輸線的噪聲電壓的電壓。然后，使第1傳輸線處于懸浮電位狀態(tài)， 如果將信號噪聲和信號從像素組的輸出端子輸出到第1傳輸線，則以與信號噪聲和信號對 應(yīng)的大小的電壓（以下，稱作信號噪聲和電壓。）形式被保持在第1傳輸線。
[0016] 此時，在信號噪聲和信號的輸出前后，保持在第1傳輸線的電壓改變了信號噪聲 和電壓與噪聲電壓的差值（以下，稱作信號電壓。）的大小。如果第1傳輸線的電壓變化， 則通過傳輸線間電容元件與第1傳輸線連接的第2傳輸線的電壓根據(jù)電容性耦合而變化相 同的差值。由于復(fù)位為已知的第2電壓的第2傳輸線的電壓改變了與入射光的光量對應(yīng)的 信號電壓的大小，因此能夠通過將讀出開關(guān)切換為開狀態(tài)而將去除了噪聲的信號電壓讀出 到第3傳輸線。
[0017] 即，根據(jù)本方式所涉及的固體攝像裝置，各單位像素的噪聲信號的輸出與信號噪 聲和信號的輸出的時間差縮短，即使在讀出期間中像素輸出發(fā)生變動，也能夠高精度地去 除噪聲，構(gòu)建由抗噪性高的信號組成的圖像。
[0018] 在上述方式中，可以是固體攝像裝置具有：像素選擇單元，其選擇從所述像素組的 所述輸出端子向所述第1傳輸線輸出信號的所述單位像素；以及復(fù)位單元，其將各所述第1 傳輸線復(fù)位為第1電壓，該固體攝像裝置進行噪聲信號讀出動作和信號噪聲和信號讀出動 作，在噪聲信號讀出動作中，在使所述復(fù)位單元成為開狀態(tài)而將所述第1傳輸線復(fù)位為所 述第1電壓之后，將所述復(fù)位單元切換到關(guān)狀態(tài)，使所述第1傳輸線處于懸浮電位狀態(tài)，一 邊將輸出到所述輸出端子的噪聲信號讀出到處于懸浮電位狀態(tài)的所述第1傳輸線，一邊使 所述復(fù)位開關(guān)成為開狀態(tài)而將所述第2傳輸線復(fù)位為所述復(fù)位電壓，在信號噪聲和信號讀 出動作中，在使所述復(fù)位開關(guān)成為關(guān)狀態(tài)而使所述第2傳輸線處于懸浮電位狀態(tài)之后，將 從所述像素選擇單元所選擇的所述單位像素輸出到所述輸出端子的信號噪聲和信號讀出 到處于懸浮電位狀態(tài)的所述第1傳輸線。
[0019] 這樣，通過所謂的電容負(fù)荷型的讀出方式，能夠以簡單的結(jié)構(gòu)直接讀出各單位像 素的噪聲信號與信號噪聲和信號的差值。
[0020] 并且，在上述方式中，可以是固體攝像裝置具有：像素選擇單元，其選擇從所述像 素組的所述輸出端子向所述第1傳輸線輸出信號的所述單位像素；以及恒定電流電路元 件，其對向所述第1傳輸線的恒定電流的供給進行開關(guān)操作，該固體攝像裝置進行噪聲信 號讀出動作和信號噪聲和信號讀出動作，在噪聲信號讀出動作中，在使該恒定電流電路元 件成為開狀態(tài)而向所述第1傳輸線供給恒定電流的狀態(tài)下，一邊將輸出到所述輸出端子的 噪聲信號讀出到所述第1傳輸線一邊使所述復(fù)位開關(guān)成為開狀態(tài)而使所述第2傳輸線復(fù)位 為所述復(fù)位電壓，在信號噪聲和信號讀出動作中，在使所述復(fù)位開關(guān)成為關(guān)狀態(tài)而使所述 第2傳輸線處于懸浮電位狀態(tài)之后，在使所述恒定電流電路元件成為開狀態(tài)而向所述第1 傳輸線供給恒定電流的狀態(tài)下，將從所述像素選擇單元所選擇的所述單位像素輸出到所述 輸出端子的信號噪聲和信號讀出到所述第1傳輸線。
[0021] 這樣，通過所謂的恒定電流負(fù)荷型的讀出方式，能夠高精度地直接讀出各單位像 素的噪聲信號與信號噪聲和信號的差值。
[0022] 發(fā)明效果
[0023] 根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)以下效果：即使在讀出期間中像素輸出發(fā)生變動也能夠輸出抗 噪性高的信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是示出本發(fā)明的第1實施方式所涉及的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0025] 圖2是示出包含圖1的固體攝像裝置所具有的像素的列電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0026] 圖3是示出圖1的固體攝像裝置的動作的時序圖。
[0027] 圖4是示出本發(fā)明的第2實施方式所涉及的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0028] 圖5是示出包含圖4的固體攝像裝置所具有的像素的列電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0029] 圖6是示出圖4的固體攝像裝置的動作的時序圖。
[0030] 圖7是示出圖4的固體攝像裝置的變形例的電路圖。
[0031] 圖8是示出包含圖7的固體攝像裝置所具有的像素的列電路的結(jié)構(gòu)的電路圖
[0032] 圖9是示出圖7的固體攝像裝置的動作的時序圖。
[0033] 圖10是示出作為圖1的固體攝像裝置的變形例的電容負(fù)荷型的固體攝像裝置的 結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0034] 圖11是示出包含圖10的固體攝像裝置所具有的像素的列電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0035] 圖12是示出圖10的固體攝像裝置的動作的時序圖。

【具體實施方式】
[0036] 【第1實施方式】
[0037] 以下，參照附圖對本發(fā)明的第1實施方式所涉及的固體攝像裝置1進行說明。
[0038] 如圖1所示，本實施方式所涉及的固體攝像裝置1具有：具有多個像素 P的像素陣 列2 ;垂直移位寄存器3 ;水平移位寄存器4以及控制這些移位寄存器3、4的控制電路5。
[0039] 像素陣列2具有：多個像素 P，它們呈矩陣狀即在行方向和列方向上以規(guī)定的數(shù)量 排列；多條第1垂直信號線（第1傳輸線）6a，它們將屬于同一列的多個像素 P共同地連接 起來；多條第2垂直信號線（第2傳輸線）6b，它們與各該第1垂直信號線并列地延伸；以 及水平信號線（第3傳輸線）7,其將多條第2垂直信號線6b共同地連接起來。在本實施方 式中，一個像素 P構(gòu)成一個像素組。
[0040] 如圖2所示，各像素 P具有：單位像素9 ;浮置擴散元件（FD、電荷轉(zhuǎn)換元件）13,其 將從該單位像素9輸出的信號電荷轉(zhuǎn)換為電壓；放大晶體管14,其將蓄積在FD 13中的信 號電荷作為電壓讀出；FD復(fù)位晶體管15,其連接在該放大晶體管14和傳輸晶體管12之間， 對FD 13的電壓進行復(fù)位；選擇晶體管10,其配置在所述放大晶體管14的輸出線（輸出端 子）8和第1垂直信號線6a之間。
[0041] 各單位像素9具有：光電二極管（PD、光電轉(zhuǎn)換元件）11，其對接收到的光信號進行 光電轉(zhuǎn)換并蓄積信號電荷；以及傳輸晶體管12,其對蓄積在該PD 11中的信號電荷進行傳 輸。
[0042] 放大晶體管14的源極與輸出線8連接。放大晶體管14對與柵極連接的FD 13的 信號電壓進行電流放大，并將該信號輸出到輸出線8。具體而言，通過從垂直移位寄存器3 向FD復(fù)位晶體管15的柵極輸入FD復(fù)位脈沖 (pR，放大晶體管14的柵極成為激活狀態(tài)，成 為能夠讀出的狀態(tài)。同時，傳輸?shù)紽D 13的信號電荷被排出到FD復(fù)位晶體管15的漏極側(cè)。 由此，F(xiàn)D 13的電壓被復(fù)位。
[0043] 通過向柵極輸入傳輸脈沖φΤ，傳輸晶體管12從源極側(cè)的11向漏極側(cè)的FD 13 傳輸FO 11所蓄積的信號電荷。輸入給傳輸晶體管12的φΤ信號按照每列輸入。通過該傳 輸動作，將ro 11所蓄積的信號電荷量復(fù)位到(LFD 13產(chǎn)生與從ro 11經(jīng)由傳輸晶體管12 傳輸來的信號電荷對應(yīng)的信號電壓。
[0044] 通過向柵極輸入噪聲讀出脈沖ipS，選擇晶體管10從漏極側(cè)的放大晶體管14向源 極側(cè)的第1垂直信號線6a輸出與由FD 13產(chǎn)生的信號電壓對應(yīng)的信號。
[0045] 在各垂直信號線6a、6b上設(shè)置有對這些電位進行復(fù)位的復(fù)位單元。復(fù)位單元由 信號線復(fù)位晶體管（復(fù)位開關(guān)）16a、16b構(gòu)成，通過向各自的柵極輸入復(fù)位脈沖tpVCLi、 (pVCL2，將各垂直信號線6a、6b復(fù)位為VREF。
[0046] 在第1垂直信號線6a上設(shè)置有恒定電流源連接開關(guān)18,該恒定電流源連接開關(guān) 18配置在該第1垂直信號線6a和恒定電流源17之間，對第1垂直信號線6a和恒定電流源 17的導(dǎo)通和切斷進行切換。
[0047] 并且，在第2垂直信號線6b上設(shè)置有垂直信號線選擇開關(guān)（讀出開關(guān)）19,該垂直 信號線選擇開關(guān)19對該第2垂直信號線6b和水平信號線7之間的導(dǎo)通和切斷進行切換。
[0048] 并且，在第1垂直信號線6a和第2垂直信號線6b之間設(shè)置有連接兩垂直信號線 6a、6b的電容元件（C ac)20。
[0049] 垂直移位寄存器3從像素陣列2中選擇一行，通過向?qū)儆谒x擇行的像素 P輸入 脈沖(pR、φΤ、cpS，從各像素 p向第1垂直信號線6a輸出信號。
[0050] 水平移位寄存器4通過對垂直信號線選擇開關(guān)19輸入垂直信號線選擇脈沖 cpHCLK，從輸入了垂直信號線選擇脈沖(pHCLK的第2垂直信號線6b向水平信號線7輸出 信號。
[0051] 控制電路5根據(jù)預(yù)先設(shè)定的脈沖序列，將使上述的各脈沖輸出的控制信號輸出到 垂直移位寄存器3和水平移位寄存器4,由此，對從像素陣列2讀出信號的讀出動作進行控 制。
[0052] 在圖1和圖2中，標(biāo)號CV1、CV2表不各垂直信號線6a、6b的寄生電容。
[0053] 接著，參照圖3的時序圖對這樣構(gòu)成的固體攝像裝置1的驅(qū)動方法進行說明。
[0054] 本實施方式所涉及的固體攝像裝置1讀出像素 P接收的光信號所涉及的電壓和對 FD 12進行復(fù)位時產(chǎn)生的噪聲所涉及的電壓（以下，稱作"噪聲電壓（噪聲信號）"。）。這 里，像素 P接收的光信號所涉及的電壓中包含上述的對FD 12進行復(fù)位時產(chǎn)生的噪聲電壓。 艮P，在本實施方式所涉及的固體攝像裝置1中，通過分別將噪聲電壓和在該噪聲電壓上加 上像素 P接收的光信號所涉及的電壓而得到的電壓（以下，稱作"信號噪聲和電壓（信號噪 聲和信號）"。）單獨讀出到第1垂直信號線6a，將出現(xiàn)在第2垂直信號線6b上的信號噪聲 和電壓與噪聲電壓的差值輸出到水平信號線7。
[0055] 首先，如下進行將噪聲電壓輸出到第1垂直信號線6a上并暫時保持的動作。
[0056] 首先，在切斷了所有的第1垂直信號線6a的恒定電流源連接開關(guān)18的狀態(tài)下，向 構(gòu)成該垂直信號線6a的復(fù)位單元的信號線復(fù)位晶體管16a施加復(fù)位脈沖tpVCLi，該第1垂 直信號線6a復(fù)位為電位VREF。并且，與此同時，通過從垂直移位寄存器3向?qū)儆谧鳛檩敵?對象的行的各像素 P施加 FD復(fù)位脈沖q>R，F(xiàn)D 12的電位被復(fù)位，所選擇的像素 P的放大晶 體管14導(dǎo)通。
[0057] 在該狀態(tài)下，通過向設(shè)置在第1垂直信號線6a上的恒定電流源連接開關(guān)18的柵 極輸入脈沖(pC〇L，恒定電流源連接開關(guān)18成為開狀態(tài)，恒定電流流入第i垂直信號線6a。 而且，與此同時，通過向與該第1垂直信號線6a連接的輸出線8的選擇晶體管10的柵極輸 入噪聲讀出脈沖(pS，該選擇晶體管1〇導(dǎo)通，復(fù)位后的FD 12的噪聲電壓被輸出到第1垂直 信號線6a。而且，將脈沖q>C0L的輸入保持了規(guī)定的時間后停止，將恒定電流源連接開關(guān) 18 切換到關(guān)狀態(tài)，由此，第1垂直信號6a成為懸浮電位狀態(tài)，噪聲電壓由該第1垂直信號電壓 線6a的寄生電容暫時保持。
[0058] 接著，在所有的第1垂直信號電壓線6a保持著噪聲電壓的狀態(tài)下，向所有的構(gòu)成 第2垂直信號線6b的復(fù)位單元的信號線復(fù)位晶體管16b施加復(fù)位脈沖 (pVCL2，該第2垂直 信號線6b復(fù)位為已知的電位VREF。
[0059] 而且，之后通過從垂直移位寄存器3向?qū)儆谧鳛檩敵鰧ο蟮男械母飨袼?P的傳輸 晶體管12的柵極施加傳輸脈沖φΤ，從F>D 11向FD 12傳輸11所蓄積的信號電荷，F(xiàn)D 12 的電位被設(shè)定為信號噪聲和電壓。
[0060] 在該狀態(tài)下，放大晶體管14為導(dǎo)通狀態(tài)，因此第1垂直信號線6a的電位從噪聲電 壓變化為信號噪聲和電壓。
[0061] 在該情況下，在本實施方式所涉及的固體攝像裝置中，由于第1垂直信號線6a和 第2垂直信號線6b是由電容元件20連接的，因此如果第1垂直信號線6a的電位從噪聲電 壓變化為信號噪聲和電壓，則通過電容元件20的耦合效應(yīng)，第2垂直信號線6b的電位改變 了信號噪聲和電壓與噪聲電壓的差值。
[0062] 而且，在來自同一行內(nèi)的所有的像素 P的信號噪聲和電壓輸出到第1垂直信號 6a的時間點上，從水平移位寄存器4向垂直信號線選擇開關(guān)19施加垂直信號線選擇脈沖 (pHCLK,,
[0063] 由此，保持在第2垂直信號線6b的信號噪聲和電壓與噪聲電壓的差值被讀出到水 平信號線7上。在水平信號線7上設(shè)置有信號放大單元21，所讀出的噪聲電壓與信號噪聲 和電壓的差值即像素信號被信號放大單元21放大后輸出。
[0064] 并且，通過從所有的第2垂直信號線6b依次將噪聲電壓與信號噪聲和電壓的差值 讀出到水平信號線7,能夠得到一行的像素信號。因此，通過依次切換由垂直移位寄存器3 所選擇的行并進行同一處理，能夠輸出所有的像素 P的像素信號，取得一張圖像。
[0065] 這樣，根據(jù)本實施方式所涉及的固體攝像裝置1，只分別將從同一像素 P單獨輸出 的噪聲電壓以及信號噪聲和電壓輸出到第1垂直信號線6a，就能夠?qū)⒃诘?垂直信號線6b 上出現(xiàn)的信號噪聲和電壓與噪聲電壓之間的差值讀出到水平信號線7。其結(jié)果為，能夠在剛 剛讀出了噪聲電壓后，在短時間內(nèi)立刻讀出信號噪聲和電壓。其結(jié)果為，具有以下優(yōu)點：即 使在讀出期間中像素 P的輸出發(fā)生變動，也能夠輸出抗噪性高的信號。
[0066] 并且，只分別將從同一像素 P單獨輸出的噪聲電壓以及信號噪聲和電壓輸出到第 1垂直信號線6a，就能夠?qū)⒃诘?垂直信號線6b上出現(xiàn)的信號噪聲和電壓與噪聲電壓之間 的差值輸出到水平信號線7,無需在其后級設(shè)置差分放大器這樣的電路。因此，具有能夠簡 化結(jié)構(gòu)而使其小型化的優(yōu)點。
[0067] 【第2實施方式】
[0068] 接著，參照附圖對本發(fā)明的第2實施方式所涉及的固體攝像裝置30進行說明。在 本實施方式的說明中，對與上述第1實施方式所涉及的固體攝像裝置1的結(jié)構(gòu)的共同的部 分標(biāo)注相同標(biāo)號，并省略該部分的說明。
[0069] 在第1實施方式所涉及的固體攝像裝置1中所有的像素 P具有放大晶體管14、FD 復(fù)位晶體管15以及選擇晶體管10,與此相對，本實施方式所涉及的固體攝像裝置30在這點 上不同，如圖4所示，在列方向上并列的兩像素 P中共有這些放大晶體管14、FD復(fù)位晶體管 15以及選擇晶體管10。
[0070] 即，如圖5所示，在本實施方式所涉及的固體攝像裝置30中，在由兩個單位像素 9 組成的像素組31中，各單位像素9具有Η) 11和傳輸晶體管12,所有的傳輸晶體管12的漏 極側(cè)與共同的FD 13連接，并且，各像素組31共有：單一的FD復(fù)位晶體管15，其對該FD 13 進行復(fù)位；放大晶體管14,其將蓄積在FD 13中的信號電荷作為電壓讀出；以及選擇晶體管 10,其設(shè)置在與該放大晶體管14的源極側(cè)連接的輸出線8上。
[0071] 參照圖6對這樣構(gòu)成的本實施方式所涉及的固體攝像裝置30的動作進行說明。
[0072] 在本實施方式中，從各像素組31的兩個單位像素9讀出噪聲電壓以及信號噪聲和 電壓的讀出動作是切換單位像素9而重復(fù)兩次如下的動作來進行的：在將一個單位像素9 的噪聲電壓輸出到第1垂直信號線6a并暫時保持在該垂直信號線6a的寄生電容中的狀態(tài) 下，使第2垂直信號線6b復(fù)位為復(fù)位電壓，然后，將信號噪聲和電壓輸出到第1垂直信號線 6a，其結(jié)果為，將在第2垂直信號線6b上出現(xiàn)的信號噪聲和電壓與噪聲電壓的差值讀出到 水平號線7。
[0073] 即，在本實施方式中，垂直移位寄存器（像素選擇單元）3向兩個單位像素9的 傳輸晶體管12輸出兩個傳輸脈沖φΤΙ、φΤ2 (通過來自垂直移位寄存器3的各傳輸脈沖 φΤΙ、φΤ2的不同時刻的輸出，在不同時刻將來自各單位像素9的信號噪聲和電壓輸出到 第1垂直信號線6a并保持。
[0074] 并且，對于所選擇的行內(nèi)的所有像素組31，將在第2垂直信號線6b上出現(xiàn)的信號 噪聲和電壓與噪聲電壓的差值讀出到水平信號線7之后，切換單位像素9,重復(fù)相同動作， 由此，能夠得到來自所有單位像素9的信號電壓。
[0075] 這樣，根據(jù)本實施方式所涉及的固體攝像裝置30,由于每兩個單位像素9共有FD 12、放大晶體管14以及選擇晶體管10,因此具有以下優(yōu)點：能夠減少像素陣列2內(nèi)的11 以外的元件，實現(xiàn)小型化或者高分辨率化。
[0076] 另外，在本實施方式中，雖然例示說明了像素組31由兩個單位像素9組成的情況， 但是不限于此，可以包含一個以上的任意數(shù)量的單位像素9。例如，如圖7?圖9所示，可以 設(shè)為像素組32包含四個單位像素9。
[0077] 并且，在本實施方式中，例示說明了在將噪聲電壓以及信號噪聲和電壓讀出到第1 垂直信號線6a時將第1垂直信號線6a與恒定電流源17連接而一邊使恒定電流流入一邊 以規(guī)定的時間讀出的所謂的恒定電流負(fù)荷方式的讀出方法，但是，也可以取而代之，采用不 與恒定電流源17連接而讀出的電容負(fù)荷方式的讀出方法。
[0078] 在圖10?圖12中分別示出采用電容負(fù)荷方式的讀出方法的情況下的框圖和時序 圖。并且，即使電容負(fù)荷方式的情況也能夠應(yīng)用于由多個像素 P組成的像素組31。
[0079] 通過該電容負(fù)荷方式也能夠?qū)崿F(xiàn)與恒定電流負(fù)荷方式相同的效果。并且，能夠具 有以下優(yōu)點：不需要恒定電流源17、恒定電流源連接晶體管18以及它們的控制信號，進而， 能夠簡單地構(gòu)成和控制。
[0080] 并且，在恒定電流負(fù)荷方式的情況下，可以沒有將第1垂直信號線6a復(fù)位為復(fù)位 電壓VREF的信號線復(fù)位晶體管16a。
[0081] 并且，在本實施方式中，例示了應(yīng)用于像素呈矩陣狀排列的像素陣列2的情況，但 是，也可以取而代之，應(yīng)用于像素呈蜂窩狀排列的像素陣列。
[0082] 并且，在本實施方式中，電荷轉(zhuǎn)換元件13將電荷轉(zhuǎn)換為電壓而輸出，但是，也可以 取而代之，采用轉(zhuǎn)換為電流而輸出的元件。
[0083] 并且，在本實施方式中，利用垂直信號線6a、6b的寄生電容將噪聲電壓以及信號 噪聲和電壓保持在垂直信號線6a、6b上。由此，能夠不需要特殊的電容元件，實現(xiàn)固體攝像 裝置1、30的小型化。
[0084] 但是，本發(fā)明不限于此，可以將電容元件（省略圖示）與各垂直信號線6a、6b連 接。由此，也能夠?qū)崿F(xiàn)以下效果：通過降低噪聲電壓與信號噪聲和電壓的時間差，即使在讀 出期間中像素輸出發(fā)生變動也能夠輸出抗噪性高的信號。
[0085] 標(biāo)號說明
[0086] 1、3〇固體攝像裝置
[0087] 3垂直移位寄存器（像素選擇單元）
[0088] 6a第1垂直信號線（第1傳輸線）
[0089] 6b第2垂直信號線（第2傳輸線）
[0090] 7水平信號線（第3傳輸線）
[0091] 8輸出線（輸出端子）
[0092] 9單位像素
[0093] 10選擇晶體管
[0094] 11光電轉(zhuǎn)換元件、PD
[0095] 13電荷轉(zhuǎn)換元件、FD
[0096] 16a信號線復(fù)位晶體管（復(fù)位單元）
[0097] 16b信號線復(fù)位晶體管（復(fù)位開關(guān)）
[0098] 18恒定電流源連接晶體管（恒定電流電路元件）
[0099] 19垂直信號線選擇開關(guān)（讀出開關(guān)）
[0100] 20電容元件（傳輸線間電容元件）
[0101] 31、32 像素組。
【權(quán)利要求】
1. 一種固體攝像裝置，其具有： 呈二維排列的多個單位像素，它們包含對入射光進行光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換元件； 電荷轉(zhuǎn)換元件和輸出端子，它們按照多個像素組的每個像素組設(shè)置，其中，所述像素組 包含一個以上的該單位像素，所述電荷轉(zhuǎn)換元件將在該像素組內(nèi)的各所述單位像素的所述 光電轉(zhuǎn)換元件中進行了光電轉(zhuǎn)換后的信號電荷轉(zhuǎn)換為電壓或電流，所述輸出端子能夠單獨 輸出在對該電荷轉(zhuǎn)換元件進行復(fù)位時所產(chǎn)生的噪聲信號以及將通過光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的信 號加在該噪聲信號上而得到的信號噪聲和信號； 多條第1傳輸線，多個所述像素組的所述輸出端子共同地連接至該第1傳輸線，該第1 傳輸線能夠保持基于從該輸出端子輸出的信號的電壓； 多條第2傳輸線，它們與該第1傳輸線并列地設(shè)置，能夠保持電壓； 傳輸線間電容元件，其將該第2傳輸線和所述第1傳輸線連接起來； 復(fù)位開關(guān)，其將各所述第2傳輸線復(fù)位為復(fù)位電壓； 讀出開關(guān)，其設(shè)置在各所述第2傳輸線上；以及 第3傳輸線，各所述第2傳輸線分別經(jīng)由所述讀出開關(guān)并聯(lián)連接至該第3傳輸線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 該固體攝像裝置具有： 像素選擇單元，其選擇從所述像素組的所述輸出端子向所述第1傳輸線輸出信號的所 述單位像素；以及 復(fù)位單元，其將各所述第1傳輸線復(fù)位為第1電壓， 該固體攝像裝置進行噪聲信號讀出動作和信號噪聲和信號讀出動作， 在所述噪聲信號讀出動作中，在使所述復(fù)位單元成為開狀態(tài)而將所述第1傳輸線復(fù)位 為所述第1電壓之后，將所述復(fù)位單元切換到關(guān)狀態(tài)，使所述第1傳輸線處于懸浮電位狀 態(tài)，一邊將輸出到所述輸出端子的噪聲信號讀出到處于懸浮電位狀態(tài)的所述第1傳輸線， 一邊使所述復(fù)位開關(guān)成為開狀態(tài)而將所述第2傳輸線復(fù)位為所述復(fù)位電壓， 在所述信號噪聲和信號讀出動作中，在使所述復(fù)位開關(guān)成為關(guān)狀態(tài)而使所述第2傳輸 線處于懸浮電位狀態(tài)之后，將從所述像素選擇單元所選擇的所述單位像素輸出到所述輸出 端子的信號噪聲和信號讀出到處于懸浮電位狀態(tài)的所述第1傳輸線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中， 該固體攝像裝置具有： 像素選擇單元，其選擇從所述像素組的所述輸出端子向所述第1傳輸線輸出信號的所 述單位像素；以及 恒定電流電路元件，其對向所述第1傳輸線的恒定電流的供給進行開關(guān)操作， 該固體攝像裝置進行噪聲信號讀出動作和信號噪聲和信號讀出動作， 在所述噪聲信號讀出動作中，在使該恒定電流電路元件成為開狀態(tài)而向所述第1傳輸 線供給恒定電流的狀態(tài)下，一邊將輸出到所述輸出端子的噪聲信號讀出到所述第1傳輸線 一邊使所述復(fù)位開關(guān)成為開狀態(tài)而使所述第2傳輸線復(fù)位為所述復(fù)位電壓， 在所述信號噪聲和信號讀出動作中，在使所述復(fù)位開關(guān)成為關(guān)狀態(tài)而使所述第2傳輸 線處于懸浮電位狀態(tài)之后，在使所述恒定電流電路元件成為開狀態(tài)而向所述第1傳輸線供 給恒定電流的狀態(tài)下，將從所述像素選擇單元所選擇的所述單位像素輸出到所述輸出端子 的信號噪聲和信號讀出到所述第1傳輸線。
【文檔編號】H04N5/374GK104272719SQ201380020301
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月19日
【發(fā)明者】須川成利, 赤羽奈奈, 足立理 申請人:國立大學(xué)法人東北大學(xué), 奧林巴斯醫(yī)療株式會社