圖像拾取裝置和圖像拾取系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及圖像拾取裝置和圖像拾取系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，提出了在CMOS圖像傳感器中使用全局電子快門。在日本專利公開N0.2004-111590和N0.2006-246450中公開的圖像拾取裝置具有這樣一種優(yōu)點(diǎn):即使當(dāng)捕獲迅速移動(dòng)的被照體的圖像時(shí)，被照體圖像也不畸變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，一種圖像拾取裝置包括多個(gè)像素。每個(gè)像素包含被配置為響應(yīng)入射光產(chǎn)生電荷并且蓄積電荷的光電轉(zhuǎn)換單元、被配置為保持電荷的保持單元、被配置為輸出基于電荷的信號(hào)的放大單元、被配置為從光電轉(zhuǎn)換單元向保持單元傳送電荷的第一傳送開關(guān)、以及被配置為從保持單元向放大單元傳送電荷的第二傳送開關(guān)。圖像拾取裝置包括向其輸出來(lái)自多個(gè)像素的信號(hào)的輸出線。在第一時(shí)間點(diǎn)處，多個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元開始電荷的蓄積。多個(gè)像素中的至少一個(gè)的第一傳送開關(guān)從第一時(shí)間點(diǎn)到第二時(shí)間點(diǎn)保持關(guān)斷，并且，多個(gè)像素中的至少一個(gè)的光電轉(zhuǎn)換單元蓄積在從第一時(shí)間點(diǎn)到第二時(shí)間點(diǎn)的第一時(shí)段中產(chǎn)生的電荷。在第一時(shí)段中，多個(gè)像素的第二傳送開關(guān)被接通，并且，多個(gè)像素的放大單元向輸出線輸出信號(hào)。在從第二點(diǎn)到第三點(diǎn)的第二時(shí)段中，多個(gè)像素的保持單元保持在第一時(shí)段中由光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷和在第二時(shí)段中由光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷。在第三時(shí)間點(diǎn)處，多個(gè)像素的第一傳送開關(guān)從接通控制為關(guān)斷。
[0004]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，一種圖像拾取裝置包括多個(gè)像素。每個(gè)像素包含被配置為響應(yīng)入射光產(chǎn)生電荷并且蓄積電荷的光電轉(zhuǎn)換單元、被配置為在與光電轉(zhuǎn)換單元不同的部分中保持電荷的保持單元和被配置為輸出基于電荷的信號(hào)的放大單元。圖像拾取裝置包括向其輸出來(lái)自多個(gè)像素的信號(hào)的輸出線。在第一時(shí)段中產(chǎn)生的電荷在多個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換單元中被蓄積。在第一時(shí)段之后的第二時(shí)段期間，多個(gè)像素的保持單元保持在第一時(shí)段中由光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷和在第二時(shí)段中由光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷。在多個(gè)像素中的每一個(gè)中，通過(guò)保持單元保持的電荷在第一時(shí)段中被讀取到放大單元。
[0005]從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本公開的其它特征將變得清晰。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是示出圖像拾取裝置的等價(jià)電路的示圖。
[0007]圖2是示意性地示出圖像拾取裝置的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
[0008]圖3是示出圖像拾取裝置的驅(qū)動(dòng)脈沖的示圖。
[0009]圖4是示出圖像拾取裝置的驅(qū)動(dòng)脈沖的示圖。
[0010]圖5是示意性地示出圖像拾取裝置的動(dòng)作的示圖。
[0011]圖6是示意性地示出圖像拾取裝置的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
[0012]圖7是示出圖像拾取裝置的等價(jià)電路的示圖。
[0013]圖8是示意性地示出圖像拾取裝置的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
[0014]圖9A和圖9B是示出圖像拾取裝置的驅(qū)動(dòng)脈沖的示圖。
[0015]圖10是示意性地示出圖像拾取裝置的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
[0016]圖11是示意性地示出圖像拾取裝置的截面結(jié)構(gòu)的示圖。
[0017]圖12是示出圖像拾取裝置的驅(qū)動(dòng)脈沖的示圖。
[0018]圖13是示出圖像拾取系統(tǒng)的構(gòu)成的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]根據(jù)以下的實(shí)施例，可以在可改善飽和電荷數(shù)量或飽和電荷量的同時(shí)使全局電子快門動(dòng)作。
[0020]在日本專利公開N0.2004-111590中公開的圖像拾取裝置中，通過(guò)用于獲得一個(gè)圖像或一個(gè)幀的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的所有電荷蓄積于光電轉(zhuǎn)換單元中。然后，所有像素中的電荷同時(shí)從光電轉(zhuǎn)換單元傳送到保持單元，并且，開始光電轉(zhuǎn)換以獲得下一圖像或下一幀。因此，為了增加像素的飽和電荷量，光電轉(zhuǎn)換單元的飽和電荷量和保持單元的飽和電荷量基本上相同。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換單元的飽和電荷量增加時(shí)，光電轉(zhuǎn)換單元的面積增加。因此，像素的尺寸會(huì)增加。
[0021]在日本專利公開N0.2006-246450中公開的圖像拾取裝置中，光電轉(zhuǎn)換單元不蓄積電荷，但保持單元存儲(chǔ)幾乎所有的電荷。因此，可在不增加光電轉(zhuǎn)換單元的飽和電荷量的情況下增加像素的飽和電荷量。但是，在該方法中存在不允許存儲(chǔ)產(chǎn)生的電荷的時(shí)段，因此，圖像質(zhì)量會(huì)劣化。
[0022]發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在一些圖像拾取裝置中，難以增加像素的飽和電荷量。根據(jù)這里描述的一些實(shí)施例，在使用全局電子快門的圖像拾取裝置中，可增加像素的飽和電荷量。
[0023]實(shí)施例提供包括多個(gè)像素和從多個(gè)像素向其供給信號(hào)的輸出線的圖像拾取裝置。像素中的每一個(gè)包含光電轉(zhuǎn)換單元、保持電荷的保持單元和輸出基于電荷的信號(hào)的放大單元。像素中的每一個(gè)還包含從光電轉(zhuǎn)換單元向保持單元傳送電荷的第一傳送開關(guān)和從保持單元向放大單元傳送電荷的第二傳送開關(guān)。通過(guò)該構(gòu)成，可進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換時(shí)段一致的圖像拾取動(dòng)作即所謂的“全局電子快門”。電子快門例如被定義為電氣控制響應(yīng)入射光產(chǎn)生的電荷的蓄積?？梢允褂脗魉烷_關(guān)(或晶體管)和/或放電開關(guān)(或晶體管)以限定蓄積的時(shí)段。
[0024]在本公開的實(shí)施例中，像素的光電轉(zhuǎn)換單元在第一時(shí)間點(diǎn)處同時(shí)開始電荷的蓄積或存儲(chǔ)。像素中的至少一個(gè)的第一傳送開關(guān)從第一時(shí)間點(diǎn)到或者直到第二時(shí)間點(diǎn)保持關(guān)斷。在像素中的該至少一個(gè)中，在光電轉(zhuǎn)換單元中蓄積或存儲(chǔ)在該時(shí)間段中產(chǎn)生的電荷。從第一時(shí)間點(diǎn)到第二時(shí)間點(diǎn)的時(shí)段與第一時(shí)段對(duì)應(yīng)。換句話說(shuō)，第一時(shí)段可被定義為在第一時(shí)間開始且在第二時(shí)間結(jié)束。
[0025]在第一時(shí)段中，像素的輸出單元依次或連續(xù)向輸出線輸出基于保持在像素的保持單元中的電荷的信號(hào)。換句話說(shuō)，像素中的每一個(gè)在第一時(shí)段中輸出至少一個(gè)信號(hào)。具體而言，像素的第一傳送開關(guān)在第一時(shí)段中被依次接通。由于在第一時(shí)段中產(chǎn)生的電荷蓄積于光電轉(zhuǎn)換單元中，因此，保持單元可在第一時(shí)段中保持在第一時(shí)間點(diǎn)之前產(chǎn)生的電荷。
[0026]在第一時(shí)段中輸出的信號(hào)的數(shù)量可根據(jù)要輸出的圖像的格式改變。在例如拍攝運(yùn)動(dòng)圖像的情況下，輸出與用于一個(gè)幀的水平線的數(shù)量對(duì)應(yīng)的數(shù)量的信號(hào)就夠了。在這種實(shí)施例中，未必是包含于圖像拾取裝置中的所有像素均輸出信號(hào)的情況。
[0027]在從像素輸出信號(hào)之后，像素的保持單元至少在從第二時(shí)間點(diǎn)到第三時(shí)間點(diǎn)的第二時(shí)段中保持或存儲(chǔ)電荷。第二時(shí)段可被定義為在第二時(shí)間開始且在第三時(shí)間結(jié)束。在第二時(shí)段中，保持單元保持在第一時(shí)段中產(chǎn)生的電荷和在第二時(shí)段中產(chǎn)生的電荷。在第三時(shí)間點(diǎn)處，像素的第一傳送開關(guān)同時(shí)從接通狀態(tài)控制為關(guān)斷狀態(tài)。換句話說(shuō)，在第三時(shí)間點(diǎn)處，像素的第一傳送開關(guān)同時(shí)從接通控制為關(guān)斷。
[0028]由于光電轉(zhuǎn)換單元至少存儲(chǔ)在第一時(shí)段中產(chǎn)生的電荷，因此，即使光電轉(zhuǎn)換單元的飽和電荷量少，也可保持或者甚至增加像素的飽和電荷量。因此，通過(guò)該構(gòu)成，可在保持飽和電荷量的同時(shí)使全局電子快門動(dòng)作。注意，在一些實(shí)施例中，像素的保持單元保持電荷的第二時(shí)段比第一時(shí)段長(zhǎng)。這是由于，在第二時(shí)段比第一時(shí)段長(zhǎng)的情況下，光電轉(zhuǎn)換單元的飽和電荷量可減少。
[0029]以下將參照附圖描述本公開的實(shí)施例。本公開的實(shí)施例不限于以下描述的實(shí)施例。例如，在本公開的實(shí)施例中，也包括以下的實(shí)施例中的一個(gè)的一部分的構(gòu)成被添加到其它實(shí)施例中的一個(gè)的實(shí)施例和以下的實(shí)施例中的一個(gè)的一部分的構(gòu)成被其它實(shí)施例中的一個(gè)的一部分的構(gòu)成替代的實(shí)施例。并且，在以下的實(shí)施例中，第一導(dǎo)電類型是N型且第二導(dǎo)電類型是P型。但是，第一導(dǎo)電類型可以是P型且第二導(dǎo)電類型可以是N型。
[0030]第一實(shí)施例
[0031]將描述第一實(shí)施例。圖1是示出圖像拾取裝置的像素的等價(jià)電路的示圖。雖然在圖1中示出四個(gè)像素20，但圖像拾取裝置包括更多的像素。
[0032]像素20中的每一個(gè)包含光電轉(zhuǎn)換單元1、保持單元2、放大單元10、第一傳送開關(guān)4和第二傳送開關(guān)5。像素20中的每一個(gè)還包含復(fù)位晶體管9和選擇晶體管7。
[0033]光電轉(zhuǎn)換單元I響應(yīng)入射光產(chǎn)生電荷。光電轉(zhuǎn)換單元I蓄積或存儲(chǔ)響應(yīng)入射光產(chǎn)生的電荷。第一傳送開關(guān)4向保持單元2傳送光電轉(zhuǎn)換單元I的電荷。保持單元2在光電轉(zhuǎn)換單元I以外的部分中保持通過(guò)入射光產(chǎn)生的電荷。第二傳送開關(guān)5向放大單元10的輸入節(jié)點(diǎn)3傳送保持單元2的電荷。復(fù)位晶體管9將放大單元10的輸入節(jié)點(diǎn)3的電壓復(fù)位。選擇晶體管7選擇向輸出線8輸出信號(hào)的像素20中的相應(yīng)的一個(gè)。放大單元10向輸出線8輸出基于通過(guò)入