发明名称 固态摄影装置
摘要 一种具有可变(连续的)电子快门功能之固态摄影装置,包括成像区、读取线、垂直选取线、垂直驱动电路、垂直讯号线、及列选取电路,在成像区中具有光二极体以作为像素之单元胞系二维地配置,读取线系用以驱动每一像素中的读取电晶体,垂直选取线系用以驱动每一像素列中的垂直选取电晶体,垂直驱动电路系用以选择性地驱动垂直选取线,垂直讯号线系用以从顺序地被驱动之像素列中的每一单元胞中输出讯号,列选取电路系用以控制垂直驱动电路,以致于垂直驱动电路会依序以所需的讯号储存时序及讯号读取时序,驱动每一像素列中的读取电晶体二次,藉以与讯号读取时序同步地驱动像素列中的垂直选取电晶体。
申请公布号 TW439285 申请公布日期 2001.06.07
申请号 TW088120919 申请日期 1999.11.30
申请人 东芝股份有限公司 发明人 中村 信男;江川 佳孝;大泽 慎治;远藤 幸雄;松长诚之;田中赖子;井泽文男;三浦浩树;宫川良平;井上郁子;荒川毅;富泽义行;星野诚
分类号 H01L27/14 主分类号 H01L27/14
代理机构 代理人 林志刚 台北巿南京东路二段一二五号七楼
主权项 1.一种固态摄影装置,包括:影像拾讯区,具有光接收表面,该光接收表面之面积大于输出影像讯号之成像区;垂直暂存器电路,用以驱动影像拾讯区中的像素列;水平暂存器电路,用以驱动影像拾讯区中的像素行;及时序产生器,用以供应讯号电荷时间控制讯号给该垂直暂存器电路,其中该垂直暂存器电路能够同时选取三或更多像素列。2.如申请专利范围第1项之固态摄影装置,其中该垂直暂存器电路系由用于电子快门之第一及第二垂直移位暂存器与用于读取操作之第三垂直移位暂存器所构成,及该时序产生器会以一格或一图场之间隔交替地操作第一及第二垂直移位暂存器并执行电子快门操作。3.如申请专利范围第2项之固态摄影装置,其中该时序产生器会根据外部供应的手晃动校正位址资讯,控制该第三垂直移位暂存器,仅使对应于成像区的像素列由第三垂直移位暂存器读出。4.如申请专利范围第3项之固态摄影装置,其中该时序产生器会使得该第一及第二垂直移位暂存器以多于一格或一图场之间隔,执行初始化操作。5.如申请专利范围第3项之固态摄影装置,其中该时序产生器会根据外部供应的手晃动校正位址资讯,控制该第三垂直移位暂存器,以使该第三垂直移位暂存器以对应于排除该成像区之光接收表面之高速度操作。6.如申请专利范围第2项之固态摄影装置,其中该时序产生器会根据外部供应的手晃动校正位址资讯以决定用于该水平暂存器电路之读取启始位置。7.如申请专利范围第2项之固态摄影装置,其中该时序产生器会在讯号从成像区中的每一像素中被读出之前,藉由操作该第一及第二垂直移位暂存器,以执行跳行扫瞄及初始化每一像素,以及控制该第一、第二、及第三垂直移位暂存器,以致于从初始化直至该第三垂直移位暂存器开始读启之周期,对每一像素列均为固定的。8.如申请专利范围第2项之固态摄影装置,其中该时序产生器会在讯号从成像区中的每一像素中被读出之前,藉由操作该第一及第二垂直移位暂存器,以初始化每一像素,以及控制该第一、第二、及第三垂直移位暂存器,以致于从初始化直至该第三垂直移位暂存器开始读启之周期,相当于周围光的闪烁周期。9.一种固态摄影装置,包括:成像区,包含二维地配置于半导体基底上以形成像素列之单元胞,每一单元胞均由用于光电转换像素上的入射光及储存电荷之光电转换元件、及用以读取储存电荷至感测节点之读取区所构成;读取线,设置于水平方向以分别地对应成像区中的个别像素列,用以传送读取驱动讯号以驱动对应的像素列中的单元胞之读取区;垂直选取线,设置于水平方向以对应成像区中个别的像素列,用以传送用于驱动对应的像素列中的单元胞之垂直选取元件之列选取驱动讯号;垂直驱动电路,用以选择性地供应读取驱动讯号给读取线以驱动读取区及用以选择性地供应列选取驱动讯号给垂直选取线以驱动垂直选取元件;列选取电路,用以控制垂直驱动电路,以致于成像区中的每一像素列中的读取区会由所需的讯号储存时序及依该次序之讯号读取时序所驱动,列选取电路包含第一列选取器及至少二第二列选取器,该第一列选取器系用以使垂直驱动电路以讯号读取时序驱动每一像素列中的读取区,该至少二第二列选取器系用以使垂直驱动电路以讯号储存时序驱动每一像素列中的读取区;及垂直讯号线,设置成对应于成像区中的个别像素行,用以在垂直方向上传送由垂直驱动电路顺序地驱动之像素列中每一单元胞输出的讯号。10.如申请专利范围第9项之固态摄影装置,其中该成像区除了包含用于读取讯号的像素列之外,倘包含至少三仿像素列;该第一列选取器会使垂直驱动电路驱动仿像素列之一;及该至少二个第二列选取器会分别使垂直选取电路驱动仿像素列中的其余至少二像素列。11.如申请专利范围第9项之固态摄影装置,其中该列选取电路会以一图场间隔,改变一图场周期之内的讯号储存时序。12.如申请专利范围第11项之固态摄影装置,其中该至少二个第二列选取器会使垂直驱动电路以相当不同于讯号读取时序之讯号储存时序,驱动读取区,由该至少二个列选取器执行的垂直驱动电路之控制操作会以一图场之间隔切换。13.如申请专利范围第9项之固态摄影装置,其中该第一列选取器包含读出垂直移位暂存器,用以控制讯号从单元胞中读出之启始时间,及该至少二个第二列选取器包含第一电子快门垂直移位暂存器及第二电子快门垂直移位暂存器,该第一电子快门垂直移位暂存器系用以在第一图场周期中控制单元胞中的讯号储存之启始时间,该第二电子快门垂直移位暂存器系用以在与第一图场周期交错之第二图场周期中控制单元胞中的讯号储存之启始时间。14.如申请专利范围第9项之固态摄影装置,其中该列选取电路会控制垂直驱动电路,以致于当成像区中的每一像素列中的读取区由讯号储存时序及讯号读取时序驱动二次时,在二次驱动期间,相邻于光电转换元件的近处中之每一读取线之其它接线的电压实际上相等。15.如申请专利范围第14项之固态摄影装置,其中其它接线系垂直选取线。16.一种固态摄影装置,当储存的电荷从二维地配置于半导体基底上的成像区中之单元胞中的光电转换元件中被读出时,以所需的讯号储存时序及所需的讯号读取时序,顺序地驱动读取控制接线,并输出以所需的讯号读取时序读取之讯号,而执行电子快门操作,其中,在所需的讯号储存时序时,相邻于光电转换元件的近处中的读取控制接线之另一接线的电压,实际上同于所需的讯号读取时序时的电压。17.一种固态摄影装置,包含成像区,该成像区系由均具有二像素且二维地配置于半导体基底上的单元胞所形成,其中储存于二像素中的电荷会被顺序地读出,且当储存于一像素中的电荷被读出时,相邻于光电转换元件近处中的读取控制线之另一接线的电压实际上与储存于另一像素中的电荷被读出时之电压相同。18.如申请专利范围第17项之固态摄影装置,其中每一该单元胞均包括:二光二极体,其阳极系接地的,构成二像素;二读出电晶体,每一该读出电晶体的一端系连接至该二光二极体的每一阴极,而闸极系连接至二读取线;放大电晶体,闸极系连接至每一该二读出电晶体之另一端,而一端系连接至垂直讯号线;垂直选取电晶体,一端连接至该放大电晶体的另一端,而闸极系连接至垂直选取线;电源线,连接至该垂直选取电晶体的另一端;及重设电晶体,连接于该放大电晶体的闸极与该电源线之间,而闸极系连接至重设线。19.一种固态摄影装置,包括:成像区,包含二维地配置于半导体基底上以形成像素列之单元胞,每一单元胞均由用以光电转换像素上的入射光及储存电荷之光电转换元件、及用以读取储存电荷至感测节点之读取区所构成,成像区包含多个用以读取讯号之像素列及至少二仿像素列;读取线,设置于水平方向上以对应于成像区中的个别像素列,用以传送用于驱动对应的像素列中的单元胞之读取区之读取驱动讯号;垂直选取线,设置于水平方向上以对应于成像区中的个别像素列,用以传送用于驱动对应的像素列中的单元胞之垂直选取元件之列选取驱动讯号;垂直驱动电路,用以选择性地供应读取驱动讯号给读取线以驱动读取区及用以选择性地供应列选取驱动讯号给垂直选取线以驱动垂直选取元件;列选取电路,用以控制垂直驱动电路,以致于成像区中的每一像素列中的读取区会由所需的讯号储存时序及依该次序之讯号读取时序所驱动;及垂直讯号线,设置成对应于成像区中的个别像素行,用以在垂直方向上传送由垂直驱动电路顺序地驱动之像素列中的每一单元胞所输出的讯号,其中该列选取电路会控制垂直驱动电路,以致于在从多个像素列的单元胞中以讯号读取时序读出储存电荷之后,至少该二仿像素列之一会被驱动,在多个像素列的单元胞中以讯号储存时序执行初始化之后,该至少二仿像素列中的另一列会被驱动。20.如申请专利范围第19项之固态摄影装置,其中该列选取电路包括电子快门垂直移位暂存器及读出垂直移位暂存器,该电子快门垂直移位暂存器系用于控制电荷储存的启始时间,该读出垂直移位暂存器系用于控制电荷读出的启始时间,该电子快门垂直移位暂存器会使垂直驱动电路驱动第一仿像素列,而该读出垂直移位暂存器会使垂直驱动电路驱动第二仿像素列。21.一种固态摄影装置,包含单元胞、垂直讯号线、垂直控制区、及水平控制区,该单元胞系二维地配置于列及行的方向上并根据入射光量以产生电讯号,该垂直讯号线系用以一行接一行地从该单元胞读取电讯号,该垂直控制区系用以控制该单元胞处产生的电讯号读至该垂直讯号线,该水平控制区系用以控制垂直控制区所读取的电讯号于水平方向上传送至该垂直讯号线,该固态摄影装置包括:增益校正因数计算器,根据读自该单元胞之第一讯号及比第一电讯号的读取时间晚t时间读自该单元胞的第二讯号,计算每一列之入射该单元胞的光量中的照度波动之增益校正因数;及算术运算电路,使用计算的增益校正因数以校正第二讯号。22.一种固态摄影装置,包含单元胞、垂直讯号线、垂直控制区、及水平控制区,该单元胞系二维地配置于列及行的方向上并根据入射光量以产生电讯号,该垂直讯号线系用以一行接一行地从该单元胞读取电讯号,垂直控制区系用以控制单元胞处产生的电讯号读至该垂直讯号线,该水平控制区系用以控制垂直控制区所读取的电讯号于水平方向上传送至该垂直讯号线,该固态摄影装置包括:计算元件,用以计算随着时间t′改变之多于一个的差値S,差値S系读自该单元胞的第一讯号S与读自该单元胞的第二讯号S〞之间的差,读取第二讯号S〞的时间比读取第一讯号S的时间晚t′,及决定元件,藉由比较因改变时间t′而取得之多于一个的S之値,以决定照度的波动周期。图式简单说明:第一图系显示第一传统CMOS影像感测器的等效电路;第二图系时序波形图,用以说明第一图的CMOS影像感测器之操作;第三图系时序波形图,用以解释第二图的时序波形图中时序产生器、垂直移位暂存器、及脉冲选取器的操作;第四图系显示第二传统CMOS影像感测器的等效电路;第五图系显示用于第四图的二垂直移位暂存器之列选取时序的实施例;第六图系时序图,用以解释藉由改变电子快门垂直移位暂存器比读出垂直移位暂存器还要早选取列之时序以改变第四图的CMOS影像感测器中的电荷储存时间,以储存像素讯号之情形;第七图系显示根据本发明的第一实施例之CMOS影像感测器的等效电路;第八图系显示根据本发明的第二实施例之CMOS影像感测器的等效电路;第九图系时序图,用以解释二电子快门垂直移位暂存器如何以第二实施例的CMOS影像感测器中的图场间隔,交替地控制电子快门操作;第十图系显示根据本发明的第三实施例之CMOS影像感测器的等效电路;第十一图系电路图,显示第十图中的脉冲选取器之实施例;第十二图系时序波形图,用以解释第一至第三垂直移位暂存器之时序产生器的操作,及第十图中的脉冲选取器;第十三图系时序波形图,用以解释第十二图中的一图场周期期间电子快门操作的实施例;第十四图A系成像区中的单元胞之部份的平面视图,用以解释第十三图的电子快门操作中抑制杂讯干扰的操作;第十四图B系成像区中的单元胞之部份的剖面视图,用以解释第十三图的电子快门操作中抑制杂讯干扰的操作;第十四图C系显示成像区中单元胞的部份之基底中的电位,用以解释第十三图的电子快门操作中抑制杂讯干扰的操作;第十四图D系显示成像区中单元胞的部份之基底中的电位,用以解释第十三图的电子快门操作中抑制杂讯干扰的操作;第十五图系显示根据本发明的第四实施例之CMOS影像感测器中具有二像素/单元之单元胞的等效电路;第十六图A系显示第十五图之具有二像素/单元之单元胞的平面样式的实施例;第十六图B系显示第十五图之具有二像素/单元之单元胞的剖面视图之实施例;第十七图系时序图,用以解释第四实施例中一图场周期期间读取讯号的操作之实施例;第十八图系时序图,用以解释传统的CMOS影像感测器之隔行操作的实施例;第十九图系方块,显示根据本发明的第五实施例之CMOS影像感测器的整体配置之实施例;第二十图系电路图,显示构成第十九图中成像区的主要元件部份之一的单元胞之配置的实施例;第二十一图系解释对应于第十九图中所示的成像区段之成像区的配置实施例;第二十二图系时序图,用于第五实施例的闪烁校正操作之第一实施例;第二十三图系时序图,用于第五实施例的操作之第二实施例;第二十四图系时序图,用于第五实施例的操作之第三实施例;第二十五图系显示有助于闪烁发生之传统萤光灯的闪烁周期;第二十六图系显示萤光灯下由传统的CMOS影像感测器拾讯的画面;第二十七图系用以解释传统的CMOS影像感测器中闪烁发生的原因;第二十八图系方块图,显示根据本发明的第六实施例之CMOS影像感测器的配置;第二十九图系时序图,用以解释第六实施例的原理;第三十图系时序图,用以解释根据第六实施例的CMOS影像感测器之闪烁校正操作;第三十一图系时序图,用以解释根据第六实施例的CMOS影像感测器之闪烁校正操作;第三十二图系时序图,用以解释根据第六实施例的CMOS影像感测器之闪烁校正操作;第三十三图系方块图,显示根据本发明的第七实施例之CMOS影像感测器的配置;第三十四图系时序图,用以解释根据第七实施例的CMOS影像感测器之闪烁校正操作;第三十五图系方块图,显示根据本发明的第八实施例之CMOS影像感测器的配置;第三十六图系时序图,用以解释根据第八实施例的CMOS影像感测器之闪烁校正操作;第三十七图系时序图,用以解释根据第八实施例的CMOS影像感测器之闪烁校正操作;第三十八图系方块图,显示根据本发明的第九实施例之CMOS影像感测器的配置;第三十九图系显示根据本发明的第十实施例之CMOS影像感测器中对应于感测区的成像区段之成像区的配置实施例;第四十图系解释第十实施例中垂直方向中手晃动校正操作的第一实施例;第四十一图系时序图,用于第十实施例中水平匿影周期的手晃动校正操作实施例;第四十二图系解释第十实施例中的垂直方向上手晃动校正操作的第二实施例;第四十三图系解释第十实施例中的垂直方向上手晃动校正操作的第三实施例;第四十四图系解释第十实施例中的垂直方向上手晃动校正操作的第四实施例;第四十五图系解释第十实施例中的水平方向上手晃动校正操作的实施例;第四十六图系第十实施例中的系统之主要部份的配置实施例之方块图;第四十七图系解释根据本发明的第十一实施例中CMOS影像感测器中垂直方向上手晃动校正操作的实施例;第四十八图系第十一实施例中的系统之主要部份的配置实施例之方块图;第四十九图系第十一实施例中的系统之主要部份的配置之另一实施例之方块图;第五十图系成像区段的实施例之主要部份,其周边电路、处理区块、及其它部份于第十一实施例中系整合于一晶片中。
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