專利名稱：攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在例如攝像機(jī)、數(shù)字靜止照相機(jī)、圖像掃描儀用的圖像輸入裝置中廣泛使用的固態(tài)攝像裝置。
背景技術(shù)：
近年來，為提高分辨率，一方面集中精力于縮小采用微細(xì)化工序的光電變換元件的單元尺寸，另一方面，因?yàn)楣怆娮儞Q信號的輸出低下，引人注目的是可以將光電變換信號放大輸出的放大型固態(tài)攝像裝置。這種放大型固態(tài)攝像裝置中有MOS型，AMI，CMD，BASIS等。其中，MOS型是將由光電二極管產(chǎn)生的光載體蓄積于MOS晶體管的柵極，按照掃描電路發(fā)出的驅(qū)動定時，將該電位變化進(jìn)行電荷放大而輸出到輸出單元。近年來，在此MOS型中，光電變換單元，包含該外圍電路單元，全部都由CMOS工序?qū)崿F(xiàn)的CMOS型固態(tài)攝像裝置特別受到注目。


圖12示出現(xiàn)有的CMOS型固態(tài)攝像裝置的框圖。在圖12中，1是像素單元，2是用來進(jìn)行垂直掃描的垂直掃描電路塊，D11～D33是光電二極管，M211～M233是用來將光電二極管的電荷復(fù)位的復(fù)位MOS M211～M233，M311～M333是用來放大光電二極管的電荷的放大MOS，M411～M433是用來進(jìn)行行選擇的選擇MOS，V1～V3是垂直信號線，M51～M53是作為放大MOS的負(fù)載的負(fù)載MOS，M50是用來設(shè)定流過負(fù)載MOS的固定電流的輸入MOS，5是用來設(shè)定輸入MOS的柵極電壓的電壓輸入端子。
下面對其動作予以說明。如果光入射到光電二極管D11～D33，就產(chǎn)生并蓄積光信號電荷。信號的讀出由垂直移位寄存器2在垂直掃描的同時一行一行順序讀入到垂直信號線V1～V3。首先，如選擇第1行，則選擇MOS M411～M431的柵極PSEL1變?yōu)楦唠娖剑糯驧OSM311～M331工作。由此，第1行的信號讀出到垂直信號線V1～V3。之后，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1變?yōu)楦唠娖?，蓄積于光電二極管D11～D31上的電荷復(fù)位。之后，選擇第2行，同樣將第2行的信號讀出到垂直信號線V1～V3。第3行以后也同樣順序地讀出到垂直信號線V1～V3。
然而，在上述這種讀出動作中，光信號越大，垂直信號線V1～V3上的電壓越低。另外，垂直信號線V1～V3，因?yàn)榕c負(fù)載MOS M51～M53的漏極相連接，如垂直信號線上的電壓變化，由于MOS晶體管的溝道長調(diào)制效果負(fù)載MOS的電流值變化。因此，在讀出某一行時流過共用GND線4的電流，因光入射的像素數(shù)或入射的光量而變化。
另一方面，由于芯片尺寸等的制約，GND線4的布線寬度只能取有限值，具有某一阻抗。另外，流過負(fù)載MOS的固定電流的值，由于是通過在輸入MOS M50的柵極和絕對GND(例如，外部襯底的接地電位)之間施加輸入電壓5而設(shè)定的，由于由GND線4的阻抗和流過的電流所決定的電壓降，設(shè)定電流的值變化，因此，光入射的像素越多，入射的光量越大，GND線4的電壓降越小，負(fù)載MOS的設(shè)定電流越大。
如著眼于某一行，在只在數(shù)個像素上有強(qiáng)光入射的場合，在沒有光入射的像素(暗像素)中，負(fù)載MOS的電流值也變大，放大MOS的柵極和源極之間的電壓變大。由于這一現(xiàn)象，出現(xiàn)的問題是包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的暗像素的輸出電壓不同，在強(qiáng)光光點(diǎn)入射的圖像處，在光點(diǎn)左右會產(chǎn)生發(fā)白的帶條。
另外，在具有光學(xué)黑色(OB)像素的固態(tài)攝像裝置中，包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的暗像素及OB像素的輸出電壓不同，也會引起與上述相同的問題。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于獲得高畫質(zhì)的圖像。
為達(dá)到上述目的，提供一種攝像裝置，包括具有光電變換元件和將上述光電變換元件產(chǎn)生的信號放大輸出的放大元件的像素，控制流過上述放大元件的電流的負(fù)載晶體管，以及抑制位于上述負(fù)載晶體管的上述放大元件的輸出單元側(cè)的第一主電極區(qū)域的電位變動的電位控制元件。
另外，提供一種攝像裝置，包括具有光電變換元件和將上述光電變換元件產(chǎn)生的信號放大輸出的放大元件的像素，控制流過上述放大元件的電流的負(fù)載晶體管，抑制位于上述負(fù)載晶體管的上述放大元件的輸出單元側(cè)的與第一主電極串聯(lián)的抑制晶體管，以及在從上述放大元件讀出信號的期間及在不從上述放大元件讀出信號的期間，都向上述控制晶體管的控制電極區(qū)域施加一定的第一電壓的驅(qū)動電路。
本發(fā)明的其他目的和特征可由以下的實(shí)施方案示例得到清楚的了解。
附圖簡述圖1為示出本發(fā)明的第1實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖2為示出第2實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖3為用來說明第2實(shí)施方案的動作的定時圖。
圖4為示出第3實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖5為示出第4實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖6為示出第5實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖7為示出第6實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖8為用來說明第6實(shí)施方案的動作的定時圖。
圖9為示出第7實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖10為示出第8實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的框圖。
圖11為示出第9實(shí)施方案的攝像系統(tǒng)的框圖。
圖12為示出現(xiàn)有技術(shù)的示圖。
實(shí)施發(fā)明的具體方式下面利用附圖對本發(fā)明的實(shí)施方案予以說明。
第1實(shí)施方案圖1為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第1實(shí)施方案的框圖。構(gòu)成上述固態(tài)攝像裝置的各電路元件，是利用半導(dǎo)體集成電路的制造技術(shù)，沒有特殊限制，在單晶硅之類的一個半導(dǎo)體襯底上形成的。另外，在圖1中，為簡單起見，假設(shè)的是一個3行3列的像素陣列，但不限定于這一尺寸。
下面利用圖1對該實(shí)施方案的固態(tài)攝像裝置的構(gòu)成予以說明。產(chǎn)生光信號的光電二極管D11～D33，在此示例中，陽極側(cè)接地。光電二極管D11～D33的陰極側(cè)與放大MOS M311～M333的柵極相連接。另外，在上述放大MOS M311～M333的柵極上連接有用來將其復(fù)位的復(fù)位MOS M211～M233的源極，復(fù)位MOS M211～M233的漏極，與復(fù)位電源相連接。此外，上述放大MOS M311～M333的漏極，連接到用來供給電源電壓的選擇MOS M411～M433。上述復(fù)位MOS M211的柵極，與在橫向方向上延長配置的第1行選擇線(垂直掃描線)PRES1相連接。配置于同一行的其他像素單元的同樣的復(fù)位MOS M221，M231的柵極也共通連接到上述第1行選擇線PRES1。上述選擇MOS M411的柵極，與在橫向方向上延長配置的第2行選擇線(垂直掃描線)PSEL1相連接。配置于同一行的其他像素單元的同樣的選擇MOS M421，M431的柵極也共通連接到上述第2行選擇線PSEL1。這些第1～第2行選擇線，與垂直掃描電路部件2相連接，并根據(jù)后述的動作定時供給信號電壓。在圖1所示的剩余的行中也設(shè)置同樣構(gòu)成的像素單元和行選擇線。向這些行選擇線供給由上述垂直掃描電路部件2形成的PRES2～PRES3，PSEL2～PSEL3。
上述放大MOS M311的源極，與在縱向方向上延長配置垂直信號線V1相連接。配置于同一列的其他像素單元的同樣的放大MOSM312，M313的源極也連接到上述垂直信號線V1。上述垂直信號線V1，經(jīng)作為固定電壓裝置3的柵極接地MOS M71連接到作為負(fù)載元件的負(fù)載MOS M51。M71的柵極，連接到供給柵極電壓的電壓輸入端子6。在圖1所示的剩余的垂直信號線V2～V3中也同樣連接放大MOS，柵極接地MOS及負(fù)載MOS。此外，上述負(fù)載MOS M51～M53的源極連接到共通的GND線4，而柵極在與輸入MOS M50的柵極相連接的同時還連接到輸入端子5。
下面對動作予以說明。如果光入射到光電二極管D11～D33，D33，就產(chǎn)生并蓄積光信號電荷。信號的讀出由垂直移位寄存器2在垂直掃描的同時一行一行順序讀入到垂直信號線V1～V3。首先，如選擇第1行，則選擇MOS M411～M431的柵極PSEL1變?yōu)楦唠娖?，放大MOSM311～M331工作。由此，第1行的信號讀出到垂直信號線V1～V3。之后，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1變?yōu)楦唠娖?，蓄積于光電二極管D11～D31上的電荷復(fù)位。之后，選擇第2行，同樣將第2行的信號讀出到垂直信號線V1～V3。第3行以后也同樣順序地讀出到垂直信號線V1～V3。
在上述的動作中，例如，在讀出第1行時，即使讀出到各垂直信號線V1～V3的信號電壓變化，負(fù)載MOS M51～M53的漏極電壓，由于是由柵極接地MOS M71～M73決定的，不會改變。因此，在讀出非常大的信號電荷的場合負(fù)載MOS M51～M53的電流值的變化也可保持很小。所以，由于GND線4的電壓降不會因?yàn)楣馊肷涞南袼財?shù)或入射的光量而變化，在讀出任何行的場合負(fù)載MOS M51～M53的設(shè)定電流也會保持一定。根據(jù)上述構(gòu)成，包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的暗像素(和OB像素)的輸出電壓相等，不會出現(xiàn)在光點(diǎn)左右會產(chǎn)生發(fā)白的帶條的問題，可以獲得鮮明的圖像。
第2實(shí)施方案圖2為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第2實(shí)施方案的框圖。第2實(shí)施方案的像素單元1是在第1實(shí)施方案追加要來在光電二極管D11～D33的陰極側(cè)和放大MOS M311～M333的柵極之間傳輸蓄積于光電二極管上的光信號電荷的傳輸MOS M111～M133而構(gòu)成。
上述M111的柵極，與在橫向方向上延長配置的第3行選擇線(垂直掃描線)PTX1相連接。配置于同一行的其他像素單元的同樣的傳輸MOS M121～M131的柵極也共通連接到上述第3行選擇線PTX1。第3行選擇線也與第1～第2行選擇線一樣，與垂直掃描電路部件2相連接，并根據(jù)后述的動作定時供給信號電壓。上述以外的像素單元構(gòu)成與圖1相同，對相同構(gòu)成要素附加的標(biāo)號相同。
此外，上述垂直信號線V1，經(jīng)噪聲信號傳輸開關(guān)M11連接到用來臨時保持光信號的電容CTN1，并且同時經(jīng)光信號傳輸開關(guān)M21連接到用來臨時保持光信號的電容CTS1。噪聲信號保持電容CTN1與光信號保持電容CTS1的對側(cè)端子接地。噪聲信號傳輸開關(guān)M11和噪聲信號保持電容CTN1的連接點(diǎn)，以及光信號傳輸開關(guān)M21和光信號保持電容CTS1的連接點(diǎn)，分別經(jīng)保持電容復(fù)位開關(guān)M31，M32接地的同時，還經(jīng)水平傳輸開關(guān)M41，M42連接到用來取得光信號和噪聲信號的差的差動電路塊8。
水平傳輸開關(guān)M41，M42的柵極共通連接到列選擇線H1而與水平掃描電路塊7相連接。在圖2所示的剩余的列V2～V3中也設(shè)置同樣構(gòu)成的讀出電路。另外，與各列相連接的噪聲信號傳輸開關(guān)M11～M13、光信號傳輸開關(guān)M21～M23的柵極分別共通與PTN，PTS相連接，并根據(jù)后述的動作定時分別供給信號電壓。
下面參照圖3對本實(shí)施方案的動作予以說明。在從光電二極管D11～D33讀出光信號電荷之前，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1變?yōu)楦唠娖?。由此，放大MOS M311～M331的柵極由復(fù)位電源復(fù)位。在復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1返回低電平之后，選擇MOSM411～M431的柵極PSEL1，噪聲信號傳輸開關(guān)M11～M13的柵極PTN變?yōu)楦唠娖?。由此，?fù)位噪聲疊加，復(fù)位信號(噪聲信號)讀出到噪聲信號保持電容CTN1～CTN3。之后，噪聲信號傳輸開關(guān)M11～M13的柵極PTN返回低電平。
之后，傳輸MOS M111～M131的柵極PTX1變?yōu)楦唠娖剑怆姸O管D11～D33的光信號電荷傳輸?shù)椒糯驧OS M311～M331的柵極。傳輸MOS M111～M131的柵極PTX1返回低電平之后光信號傳輸開關(guān)M21～M23的柵極PTS變?yōu)楦唠娖?。由此，光信號讀出到光信號保持電容CTS1～CTS3。之后，光信號傳輸開關(guān)M21～M23的柵極PTS返回低電平。在到現(xiàn)在為止的動作中，與第1行相連接的像素單元的噪聲信號和光信號分別由與各列相連接的噪聲信號保持電容CTN1～CTN3和光信號保持電容CTS1～CTS3保持。
之后，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1變?yōu)楦唠娖?，光電二極管D11～D33的光信號電荷復(fù)位。之后，利用水平掃描電路塊發(fā)出的信號H1～H3，各列的水平傳輸開關(guān)M41～M46的柵極順序地變?yōu)楦唠娖剑肼曅盘柋３蛛娙軨TN1～CTN3和光信號保持電容電容CTS1～CTS3中保持的電壓順序地讀出到差動電路塊。在差動電路塊中，取得光信號和噪聲信號的差并順序地輸出到輸出端子OUT。到此為止，與第1行相連接的像素單元的讀出結(jié)束。
之后，在從第2行讀出之前，噪聲信號保持電容CTN1～CTN3及光信號保持電容CTS1～CTS3的復(fù)位開關(guān)M31～M36的柵極PCTR變?yōu)楦唠娖剑瑥?fù)原為GND。之后，同樣，利用垂直掃描電路塊發(fā)出的信號順序地讀出與第2行以后的各行相連接的像素單元的信號，全部像素單元的讀出結(jié)束。
在上述的動作中，例如，在讀出第1行時，即使讀出到各垂直信號線V1～V3的信號電壓變化，負(fù)載MOS M51～M53的漏極電壓，由于是由柵極接地MOS M71～M73決定的，不會改變。因此，在讀出非常大的信號電荷的場合負(fù)載MOS M51～M53的電流值的變化也可保持很小。所以，由于GND線4的電壓降不會因?yàn)楣馊肷涞南袼財?shù)或入射的光量而變化，在讀出任何行的場合負(fù)載MOS M51～M53的設(shè)定電流也會保持一定。
根據(jù)上述構(gòu)成，包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的暗像素(OB像素)的輸出電壓相等，不會出現(xiàn)在光點(diǎn)左右會產(chǎn)生發(fā)白的帶條的問題，可以獲得鮮明的圖像。
第3實(shí)施方案圖4為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第3實(shí)施方案的框圖。在本實(shí)施方案中，像素單元1的構(gòu)成不同。在此示例中，放大MOSM311～M333的漏極直接與電源相連接。上述放大MOS M311的源極，經(jīng)選擇MOS M411與在縱向方向上延長配置垂直信號線V1相連接。配置于同一列的像素單元的同樣的放大MOS M312，M313的源極也經(jīng)選擇MOS M412，M413連接到上述垂直信號線V1。在圖4所示的剩余的垂直信號線V2～V3中也同樣連接放大MOS及選擇MOS。
本實(shí)施方案的動作與第2實(shí)施方案相同，具有同樣的效果。
第4實(shí)施方案圖5為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第4實(shí)施方案的框圖。在本實(shí)施方案中，與第1實(shí)施方案相比，固定電壓裝置3的構(gòu)成不同。在此構(gòu)成中，不需要獨(dú)立給出設(shè)定柵極接地MOS M71～M73的柵極電壓和負(fù)載的固定電流的輸入MOS M50的柵極電壓。
第5實(shí)施方案圖6為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第5實(shí)施方案的框圖。在本實(shí)施方案中，與第1實(shí)施方案相比，固定電壓裝置3的構(gòu)成不同。
第6實(shí)施方案圖7為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第6實(shí)施方案的框圖。本實(shí)施方案的像素單元1，與第3實(shí)施方案中的構(gòu)成相同。垂直信號線V1，經(jīng)用來分離垂直信號線V1與負(fù)載的開關(guān)M81和柵極接地MOS M71連接到作為負(fù)載元件的負(fù)載MOS M51。另外，上述垂直信號線V1經(jīng)用來控制限幅動作的開關(guān)M410連接到限幅晶體管M310。在圖7所示的剩余的垂直信號線V2～V3中也同樣連接放大MOS，開關(guān)，柵極接地MOS，負(fù)載MOS，限幅晶體管及控制開關(guān)。上述開關(guān)M81～M88的柵極及上述柵極接地MOS M71～M73的柵極分別共通連接到控制信號輸入端子9及供給柵極電壓的電壓輸入端子6，并且上述限幅晶體管M310～M330的柵極及上述控制開關(guān)M410～M430的柵極分別共通連接到限幅電壓輸入端子VCLIP及控制信號輸入端子PSEL，并根據(jù)后述的動作定時分別供給信號電壓。上述負(fù)載MOS M51～M53的源極連接到公用GND線4，柵極在連接到輸入MOS M50的同時還連接到輸入電壓端子5。
此外，上述垂直信號線V1，經(jīng)箝位電容C01和傳輸開關(guān)M21連接到用來臨時保持信號的電容CT1，經(jīng)水平傳輸開關(guān)M41連接到在反饋系統(tǒng)中連接反饋電容CF和復(fù)位開關(guān)的運(yùn)算放大器10的反轉(zhuǎn)端子。運(yùn)算放大器10的正轉(zhuǎn)端子連接到參考電壓VREF。信號保持電容CT1和開關(guān)M21的連接點(diǎn)經(jīng)箝位開關(guān)M31與電源相連接。
水平傳輸開關(guān)M41的柵極與列選擇線H1相連接而連接到水平掃描電路塊5。在圖7所示的剩余的垂直信號線V2～V3中也設(shè)置同樣構(gòu)成的讀出電路。另外，與各列相連接的箝位開關(guān)M31～M33的柵極及傳輸開關(guān)M21～M23的柵極分別共通與箝位信號輸入端子PCOR及傳輸信號輸入端子PT相連接，并根據(jù)后述的動作定時分別供給信號電壓。
下面參照圖8對本實(shí)施方案的動作予以說明。在從光電二極管D11～D33讀出光信號電荷之前，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1變?yōu)楦唠娖?。由此，放大MOS M311～M331的柵極由復(fù)位電源復(fù)位。在復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1返回低電平的同時，開關(guān)M81～M83的柵極控制信號9變?yōu)楦唠娖剑⑶以隗槲婚_關(guān)M31～M33的柵極PCOR變?yōu)楦唠娖街?，選擇MOS M411～M431的柵極PSEL1及限幅控制信號PSEL變?yōu)楦唠娖健Ｓ纱?，?fù)位噪聲疊加，復(fù)位信號(噪聲信號)讀出到垂直信號線V1～V3，由箝位電容C01～C03箝位。同時傳輸開關(guān)M21～M23的柵極PT變?yōu)楦唠娖?，信號保持電容CT1～CT3由箝位電壓復(fù)位。之后，箝位開關(guān)M31～M33的柵極PCOR返回低電平。
之后，傳輸MOS M111～M131的柵極PTX1變?yōu)楦唠娖?，光電二極管D11～D33的光信號電荷，在傳輸?shù)椒糯驧OS M311～M331的柵極的同時，光信號讀出到垂直信號線V1～V3。此時，限幅晶體管M310～M330由于控制信號而變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，在放大MOS M311～M331的柵極電壓較箝位電壓VCLIP低的場合，垂直信號線的電壓由箝位電壓VCLIP決定的電壓箝位。之后，在傳輸MOS M111～M131的柵極PTX1返回到低電位之后，傳輸開關(guān)M221～M23的柵極PT變?yōu)榈碗娢弧Ｓ纱?，將來自?fù)位信號的變化量(光信號)讀出到信號保持電容CT1～CT3。在到現(xiàn)在為止的動作中，與第1行相連接的像素單元的光信號由與各列分別相連接的信號保持電容CT1～CT3保持。
之后，復(fù)位MOS M211～M231的柵極PRES1及傳輸MOSM111～M131的柵極PTX1變?yōu)楦唠娖?，而開關(guān)M81～M83的柵極控制信號9變?yōu)榈碗娖?，光電二極管D11～D33的光信號電荷被復(fù)位。之后，利用水平掃描電路塊發(fā)出的信號H1～H3，各列的水平傳輸開關(guān)M41～M46的柵極順序地變?yōu)楦唠娖?，在信號保持電容CT1～CT3保持的電壓順序地讀出到運(yùn)算放大器的反饋電容CF并順序地輸出到輸出端子OUT。在讀出各列信號的間隙期間，利用復(fù)位開關(guān)M0復(fù)位反饋電容CF的電荷。到此為止，與第1行相連接的像素單元的讀出結(jié)束。之后，同樣，利用垂直掃描電路塊發(fā)出的信號順序地讀出與第2行以后的各行相連接的像素單元的信號，全部像素單元的讀出結(jié)束。
在上述的動作中，例如，在讀出第1行時，即使讀出到各垂直信號線V1～V3的信號電壓變化，負(fù)載MOS M51～M53的漏極電壓，由于是由柵極接地MOS M71～M73決定的，不會改變。因此，在讀出非常大的信號電荷的場合負(fù)載MOS M51～M53的電流值的變化也可保持很小。所以，由于GND線4的電壓降不會因?yàn)楣馊肷涞南袼財?shù)或入射的光量而變化，在讀出任何行的場合負(fù)載MOS M51～M53的設(shè)定電流也會保持一定。
根據(jù)上述構(gòu)成，包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的暗像素(OB像素)的輸出電壓相等，不會出現(xiàn)在光點(diǎn)左右會產(chǎn)生發(fā)白的帶條的問題，可以獲得鮮明的圖像。
在本實(shí)施方案中，設(shè)置有用來分離垂直信號線V1與負(fù)載的開關(guān)M81～M83，具有和使輸入到柵極接地MOS M71～M73的柵極的電壓6在柵極接地電壓和GND之間脈沖動作的構(gòu)成同樣的效果。
第7實(shí)施方案圖9為示出本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置的第7實(shí)施方案的框圖。在本實(shí)施方案中，是將像素單元1的構(gòu)成設(shè)定為一維的直線傳感器。像素單元1的構(gòu)成，與第1實(shí)施方案相比，其構(gòu)成不包括用來選擇行的選擇MOS，放大MOS M311～M333的漏極直接與電源相連接。如光入射到光電二極管D11～D33，就在產(chǎn)生并蓄積光信號電荷的同時，輸出到放大MOS M311～M333的輸出線V4～V6。之后，復(fù)位MOSM211～M231的柵極PRES變?yōu)楦唠娖?，而蓄積于光電二極管D11～D31的電荷被復(fù)位。
在上述的動作中，即使讀出到各垂直信號線V4～V6的信號電壓變化，負(fù)載MOS M51～M53的漏極電壓，由于是由柵極接地MOSM71～M73決定的，不會改變。因此，在讀出非常大的信號電荷的場合負(fù)載MOS M51～M53的電流值的變化也可保持很小。所以，由于GND線4的電壓降不會因?yàn)楣馊肷涞南袼財?shù)或入射的光量而變化，在讀出任何行的場合負(fù)載MOS M51～M53的設(shè)定電流也會保持一定。
根據(jù)上述構(gòu)成，由于暗像素(及OB像素)的輸出電壓不會因強(qiáng)光入射的像素數(shù)而變化，所以在后級無需設(shè)置箝位電路，電路簡單。
在上述第1～7實(shí)施方案中說明的固態(tài)攝像裝置中，在柵極接地MOS M71～M73的柵極上，在從圖像單元內(nèi)的放大MOS向垂直信號線V1～V3讀出信號期間，施加一定的電壓V6，而在其外的期間可以不施加電壓，或施加小于電壓V6的電壓V6’，并且在從圖像單元內(nèi)的放大MOS向垂直信號線V1～V3讀出信號期間和在其外的期間也可以施加一定的電壓V6。
在前者的場合，因?yàn)橹皇窃诒匦钑r在柵極接地MOS M71～M73的柵極上施加電壓，可以降低消耗功率。
另外，在后者的場合，由于不需要切換施加的電壓，電路的構(gòu)成簡單。
在上述第1～7實(shí)施方案中說明的固態(tài)攝像裝置，有沒有OB像素的裝置都可以。
第8實(shí)施方案圖10為示出采用上面說明的第1～7實(shí)施方案的任何一個的固態(tài)攝像裝置的攝像系統(tǒng)的框圖。11是固態(tài)攝像裝置，12是用來控制固態(tài)攝像裝置的輸出信號的振幅的可編程增益放大器(PGA)，13是AD變換器(ADC)，而14為數(shù)字輸出。在采用上述說明的固態(tài)攝像裝置的場合，由于包含強(qiáng)光入射的像素的行和不包含強(qiáng)光入射的像素的行的水平OB像素的輸出不會變化，不需要對水平OB箝位，可如圖10那樣以DC直接連接方式構(gòu)成。由此，不會由于水平OB箝位電平各行之間的偏差而產(chǎn)生的橫線等，可以構(gòu)成由簡潔的電路塊構(gòu)成的高畫質(zhì)的攝像系統(tǒng)。
第9實(shí)施方案圖11為示出將上面說明的第1～7實(shí)施方案的任何一個的固態(tài)攝像裝置應(yīng)用于攝像系統(tǒng)(靜止攝像機(jī))的場合的框圖。101是兼作透鏡的保護(hù)體和主開關(guān)的鏡頭蓋，102是將被掃描物體光學(xué)成像于固態(tài)攝像元件104的透鏡，103是用來使通過透鏡102的光量可變的光圈，104是將由透鏡102成像的被掃描物體作為圖像信號收入的固態(tài)攝像裝置，106是對從固態(tài)攝像裝置104經(jīng)進(jìn)行增益校正等的攝像信號處理電路105輸出的圖像信號進(jìn)行模擬數(shù)字變換的A/D變換器，107是對從A/D變換器106輸出到圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行各種校正的同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮的信號處理單元。另外，108是向固態(tài)攝像元件104，攝像信號處理單元105，A/D變換器106，信號處理單元107輸出各種定時信號的定時發(fā)生單元，109是對各種運(yùn)算和靜止攝像機(jī)整體進(jìn)行控制的整體控制運(yùn)算單元，110是要來臨時存儲圖像數(shù)據(jù)的存儲單元，111是用來對記錄媒體進(jìn)行記錄或讀出的接口單元，112是用來對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄或讀出的半導(dǎo)體存儲器等的可拆裝的記錄媒體，113是用來與外部計算機(jī)等進(jìn)行通信的接口單元。
下面對上述構(gòu)成的攝影時的攝像系統(tǒng)的動作予以說明。
如對開鏡頭蓋101就接通主電源，接著接通控制系統(tǒng)的電源，并且接通A/D變換器106等的攝像系統(tǒng)電路的電源。
于是，為了控制曝光量，整體控制運(yùn)算單元109打開光圈103，在將從固態(tài)攝像元件104輸出的信號在A/D變換器106中變換之后，輸入到信號處理單元107。整體控制運(yùn)算單元109根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行曝光運(yùn)算。
利用該測光結(jié)果判斷亮度，整體控制運(yùn)算單元109按照該結(jié)果控制光圈。
之后，根據(jù)固態(tài)攝像元件104輸出的信號，由整體控制運(yùn)算單元109將高頻分量取出計算到被掃描物體的距離。其后，驅(qū)動透鏡判斷焦點(diǎn)是否對準(zhǔn)，在判斷焦點(diǎn)未對準(zhǔn)時，就再驅(qū)動透鏡進(jìn)行測距。
于是，在確定焦點(diǎn)對準(zhǔn)之后就開始曝光。如曝光結(jié)束，就將固態(tài)攝像元件104輸出的圖像信號在A/D變換器106中進(jìn)行A-D變換，通過信號處理單元107由整體控制運(yùn)算單元109寫入存儲單元。之后，蓄積于存儲單元110中的數(shù)據(jù)由整體控制運(yùn)算單元109控制通過記錄媒體控制I/F單元記錄于半導(dǎo)體存儲器等可以拆裝的記錄媒體112。另外，也可通過外部I/F單元113直接輸入計算機(jī)等而進(jìn)行圖像加工。
權(quán)利要求
1.一種攝像裝置，包括具有光電變換元件和將上述光電變換元件產(chǎn)生的信號放大輸出的放大元件的像素，控制流過上述放大元件的電流的負(fù)載晶體管，以及抑制位于上述負(fù)載晶體管的上述放大元件的輸出單元側(cè)的第一主電極區(qū)域的電位變動的電位控制元件。
2.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其中上述電位控制元件是在上述第一主電極區(qū)域中串聯(lián)的控制晶體管。
3.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其中還包括在從上述放大元件讀出信號的期間及在不從上述放大元件讀出信號的期間，都向上述控制晶體管的控制電極區(qū)域施加一定的第一電壓的驅(qū)動電路。
4.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其中還包括以在從上述放大元件讀出信號的期間向上述控制晶體管的控制電極區(qū)域施加一定的第一電壓，而在不從上述放大元件讀出信號的期間向上述控制晶體管的控制電極區(qū)域施加一個比第一電壓低的電壓或不施加電壓的方式進(jìn)行驅(qū)動的驅(qū)動電路。
5.如權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其中上述電位控制元件是在上述第一主電極區(qū)域中串聯(lián)的柵極接地的晶體管。
6.一種攝像裝置，包括具有光電變換元件和將上述光電變換元件產(chǎn)生的信號放大輸出的放大元件的像素，控制流過上述放大元件的電流的負(fù)載晶體管，抑制位于上述負(fù)載晶體管的上述放大元件的輸出單元側(cè)的與第一主電極串聯(lián)的抑制晶體管，以及在從上述放大元件讀出信號的期間及在不從上述放大元件讀出信號的期間，都向上述控制晶體管的控制電極區(qū)域施加一定的第一電壓的驅(qū)動電路。
7.如權(quán)利要求6所述的攝像裝置，其中上述控制晶體管是柵極接地的晶體管。
8.如權(quán)利要求1或6所述的攝像裝置，還包括將光成像于上述像素的透鏡，將上述像素發(fā)出的信號變換為數(shù)字信號的模擬數(shù)字變換電路，以及對從上述模擬數(shù)字變換電路發(fā)出的信號進(jìn)行處理的信號處理電路。
全文摘要
提供一種攝像裝置，包括具有光電變換元件和將上述光電變換元件產(chǎn)生的信號放大輸出的放大元件的像素；控制流過上述放大元件的電流的負(fù)載晶體管；以及抑制位于上述負(fù)載晶體管的上述放大元件的輸出單元側(cè)的第一主電極區(qū)域的電位變動的電位控制元件。
文檔編號H04N5/357GK1398105SQ02140650
公開日2003年2月19日 申請日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月12日
發(fā)明者櫻井克仁, 小泉徹, 樋山拓己 申請人:佳能株式會社