成像器件和成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及成像器件和成像系統(tǒng)，并且具體涉及輸出被像素中的M0S晶體管放大的像素信號的成像器件和使用該成像器件的成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在固態(tài)成像器件中，當像素信號將從布置有大量像素的成像區(qū)域中被讀出時，一種通過使來自多個像素的像素信號相加并且壓縮圖像的分辨率信息來進行讀出的方法是已知的。
[0003]作為一種固態(tài)成像器件的(XD順序地傳送每一個像素的信號電荷并且將其輸出。當多個像素的信號將被相加時，輸出基本上是相加的電荷(在下文中，該讀出方法將被稱作“電荷相加”)。另一方面，另一種固態(tài)成像器件CMOS傳感器將每一個像素的信號電荷轉(zhuǎn)換為電壓并且通過M0S晶體管來放大該電壓，然后將其輸出。當多個像素的信號將被相加時，輸出基本上是相加的電壓(在下文中，該讀出方法將被稱作“電壓相加”)或者平均電壓。
[0004]在這里，已知信號相加之后的電荷相加在SN比上一般而言比電壓相加更出色。其原因是，信號電荷被原樣傳送并且然后在電荷相加中相加，而由放大晶體管放大的電壓在電壓相加中被相加，并因而疊加在每一個信號上的放大晶體管的噪聲也被相加。因此，在CMOS傳感器中，對于信號相加，電荷相加同樣優(yōu)選于電壓相加。
[0005]另外，通過使用列模數(shù)轉(zhuǎn)換器，讀出近來已被加速。當一個幀的像素信號將通過使信號相加而被讀出時，如果該像素信號經(jīng)受電荷相加，則一個幀的讀出時間可以被減少，但是在電壓相加中讀出時間基本上無法被減少。就是說，因為在電荷相加中?目號電荷在像素中被相加，因此可壓縮將要從像素區(qū)域中被讀出的像素信號的信息量。另一方面，因為在電壓相加中信號相加是在讀出像素信號之后進行的，因此即使像素信號的信息量此時被壓縮，一個幀的讀出時間也無法被本質(zhì)上降低。
[0006]如上所述，從SN比和一個幀的讀出時間兩者的視點來看，相比電壓相加，更期望電荷相加作為像素信號的相加方法。
[0007]在日本專利申請?zhí)亻_N0.2001-250931和日本專利申請?zhí)亻_N0.2003-244712中描述的拜耳(Bayer)布置一般被用作CMOS傳感器的每一個顏色的像素布置。在拜耳布置中，相同顏色的像素在即便彼此最接近的行方向和列方向上也被每隔一個像素地分開布置。
[0008]然而，CMOS傳感器中的信號相加基本上是相同顏色的像素的相加。那是因為，如果不同顏色的像素的信號被混合，則顏色的信息被丟失，并且該顏色無法再被再現(xiàn)。因此，難以實現(xiàn)這種能夠在諸如靈敏度和飽和信號電荷之類的像素的基本特性被保持的同時進行相同顏色的像素之間的電荷相加的像素構(gòu)成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠在像素的基本特性被保持的同時進行相同顏色的多個像素的電荷相加讀出的成像器件。本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠通過使用這種成像器件獲得具有降低的噪聲的圖像的成像系統(tǒng)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種包括按照包括多個行和多個列的矩陣布置的多個像素區(qū)域的成像器件，其中該多個像素區(qū)域包括:多個第一像素區(qū)域，其在每一行中被每隔一個像素布置以使得該多個第一像素區(qū)域在相鄰行中相互交替，該多個第一像素區(qū)域中的每一個被配置為將第一顏色的光轉(zhuǎn)換為第一信號電荷并且累積第一信號電荷；多個第二像素區(qū)域，其被按照方形格子形式布置，并且被布置在與第一像素區(qū)域的那些位置不同的位置處，該多個第二像素區(qū)域中的每一個被配置為將與第一顏色不同的第二顏色或第三顏色的光轉(zhuǎn)換為第二信號電荷并且累積第二信號電荷；以及多個第三像素區(qū)域，其被按照方形格子形式布置，并且被布置在與第一像素區(qū)域和第二像素區(qū)域的那些位置不同的位置處，該多個第三像素區(qū)域中的每一個具有第一讀出電路單元，第一讀出電路單元被配置為:使在與第三像素區(qū)域相鄰的至少兩個第一像素區(qū)域中累積的第一信號電荷相加，或者使在對應(yīng)于同一顏色并且與所述第三像素區(qū)域相鄰的至少兩個第二像素區(qū)域中累積的所述第二信號電荷相加，并且被配置為輸出基于相加后的信號電荷的量的信號。
[0011 ] 根據(jù)參考附圖的對示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的另外特征將變得清晰。
【附圖說明】
[0012]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的成像器件的構(gòu)成的平面圖。
[0013]圖2A、圖2B和圖2C是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的成像器件的構(gòu)成的電路圖。
[0014]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的成像器件的構(gòu)成的平面圖。
[0015]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的成像器件的構(gòu)成的平面圖。
[0016]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的成像器件的構(gòu)成的平面圖。
[0017]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的成像器件的構(gòu)成的示意截面圖。
[0018]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的成像器件的構(gòu)成的示意截面圖。
[0019]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的成像器件的構(gòu)成的平面圖。
[0020]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的成像器件的構(gòu)成的示意截面圖。
[0021]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的成像系統(tǒng)的構(gòu)成的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0023][第一實施例]
[0024]將參考圖1至圖4描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的成像器件。
[0025]圖1、圖3和圖4是示出根據(jù)本實施例的成像器件的構(gòu)成的平面圖。圖2A、圖2B和圖2C是示出根據(jù)本實施例的成像器件的構(gòu)成的電路圖。
[0026]根據(jù)本實施例的成像器件100在如圖1所示的成像區(qū)域中具有多個像素區(qū)域札至R5、GiS G 12、BiS Β 4以及0 !至0 40這多個像素區(qū)域札至R 5、GiS G 12、B 4以及0:至0 4按照包括多個行和多個列的矩陣來布置。每一行跨越該多列中的每一個。每一列跨越該多行中的每一個。
[0027]多個像素區(qū)域&至R 5乂至G 12為至B 4以及0茂0 4包括用于累積信號電荷的像素區(qū)域(在下文中稱作“信號累積像素”)以及用于放大和讀出信號的像素區(qū)域(在下文中稱作“信號讀出像素”)。在圖1中，像素區(qū)域&至1?5、像素區(qū)域匕至612和像素區(qū)域^至84對應(yīng)于信號累積像素。像素區(qū)域1^至1?5是用于由紅光累積信號電荷的像素區(qū)域(在下文中稱作“R信號累積像素”)。像素區(qū)域匕至612是用于由綠光累積信號電荷的像素區(qū)域(在下文中稱作“G信號累積像素”)。像素區(qū)域81至B 4是用于由藍光累積信號電荷的像素區(qū)域(在下文中稱作“B信號累積像素”)。像素區(qū)域01至04對應(yīng)于信號讀出像素。
[0028]在根據(jù)本實施例的成像器件中，作為構(gòu)成圖像拾取區(qū)域的重復(fù)單元的像素陣列單元是4行X4列。圖1示出了 5行X5列的像素陣列以便于理解信號電荷傳輸?shù)哪Ｊ?。通過在列方向和行方向上重復(fù)地布置這種重復(fù)單元的像素陣列，構(gòu)成具有期望數(shù)目個像素的圖像拾取區(qū)域。
[0029]接下來，每一個像素區(qū)域的布置將被更加具體地描述。在這里，為了描述的方便，圖1中的左上像素區(qū)域&被假定為第一行和第一列上的像素區(qū)域，并且行號隨著它向下前進而增大并且列號隨著它向右前進而增大。例如，像素區(qū)域G7是第三行和第四列上的像素區(qū)域。
[0030]G信號累積像素(像素區(qū)域匕至612)在像素區(qū)域中按照棋盤格圖案布置。就是說，G信號累積像素在每一行中和每一列中被每隔一個像素布置。它們還被布置為在相鄰行或者相鄰列上交替。在圖1中的示例中，像素區(qū)域G被布置在奇數(shù)行和偶數(shù)列的像素區(qū)域中以及偶數(shù)行和奇數(shù)列的像素區(qū)域中。
[0031]R信號累積像素(像素區(qū)域札至1?5)以及B信號累積像素(像素區(qū)域匕至84)和信號讀出像素0(像素區(qū)域(^至04)交替地布置在每隔一行和每隔一列上。就是說，在圖1中的示例中，R信號累積像素和B信號累積像素被交替地布置在奇數(shù)行上的G信號累積像素之間的像素區(qū)域中。并且信號讀出像素0被布置在偶數(shù)行上的G信號累積像素之間的每一個像素區(qū)域中。像素區(qū)域R和像素區(qū)域B被交替地布置在奇數(shù)列上的G信號累積像素之間的像素區(qū)域中。信號讀出像素0被布置在偶數(shù)列上的G信號累積像素之間的每一個像素區(qū)域中。
[0032]當R信號累積像素(像素區(qū)域札至1?5)以及B信號累積像素(像素區(qū)域^至^)在一個組中被考慮時，這些像素區(qū)域被考慮成以方形格子形式布置并且被布置在與G信號累積像素的位置不同的位置處。R信號累積像素(像素區(qū)域&至1?5)以及B信號累積像素(像素區(qū)域81至B 4)可以被考慮成當從整個成像區(qū)域看去時在行方向和列方向上每隔三個像素以交錯方式布置。信號讀出像素(像素區(qū)域(^至04)可以被考慮成以方形格子形式布置并且被布置在與信號累積像素的那些位置不同的位置處。
[0033]在圖1中，像素區(qū)域0肩用于讀出在像素區(qū)域G3、GjPG6中累積的信號電荷的信號讀出像素(在下文中稱作“G信號讀出像素”)。傳送柵極電極12G被各自布置在像素區(qū)域h與像素區(qū)域Gp G3、GjPG6之間。像素區(qū)域0 4是用于讀出在像素區(qū)域G7、G9、G10和G12中累積的信號電荷的G信號讀出像素。傳送柵極電極12G被各自布置在像素區(qū)域04與像素區(qū)域G7、G9、Gi。和G 12之間。像素區(qū)域0 2是用于讀出在像素區(qū)域B JP B 3中累積的信號電荷的信號讀出像素(在下文中稱作“B信號讀出像素”)。傳送柵極電極12B被各自布置在像素區(qū)域02與像素區(qū)域Β B 3之間。像素區(qū)域0 3是用于讀出在像素區(qū)域R 3和R 4中累積的信號電荷的信號讀出像素(在下文中稱作“R信號讀出像素”)。傳送柵極電極12R被各自布置在像素區(qū)域03與像素區(qū)域R#PR4之間。示出為疊加在圖1中的傳送柵極電極12R、12G和12B上的箭頭指示從信號累積像素到信號讀出像素的信號電荷的讀出方向。在圖1中，關(guān)于每一個像素區(qū)域中的除傳送柵極電極12R、12G和12B之外的構(gòu)成元件的描述被省略。
[0034]圖2A是構(gòu)成G信號累積像素及其信號讀出像素的電路的一個示例。在圖1中的示例中，像素區(qū)域61、63、64和66及像素區(qū)域01或者像素區(qū)域67、69、61。和G12及像素區(qū)域04對應(yīng)于該G信號累積像素及其信號讀出像素。
[0035]四個G信號累積像素(像素區(qū)域Gp G3、64和G 6/像素區(qū)域G7、G9、Gi。和G 12)與G信號讀出像素(像素區(qū)域0/像素區(qū)域04)相鄰。四個G信號累積像素中的每一個都具有作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二