專利名稱：固態(tài)成像器件、其驅(qū)動(dòng)方法和相機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以CMOS圖像傳感器為代表的固態(tài)成像器件、其驅(qū)動(dòng)方法和相機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，CMOS圖像傳感器作為當(dāng)作對(duì)于CCD圖像傳感器的替代方案的固態(tài)成像器件(圖像傳感器)受到了注意。對(duì)于此，存在下列的原因。專用的工藝對(duì)于制造CXD像素是必要的，多個(gè)電源電壓對(duì)于工作是必要的，并且進(jìn)一步，需要協(xié)調(diào)多個(gè)外圍IC以使CCD工作。響應(yīng)于上述，CMOS圖像傳感器克服各種問題而使得在CXD圖像傳感器中系統(tǒng)變得
非常復(fù)雜。CMOS圖像傳感器在其制造中可以使用與公共CMOS集成電路相同的制造工藝，其可以由單個(gè)電源驅(qū)動(dòng)，并且其可以將使用該CMOS工藝的模擬電路和邏輯電路混合在同一芯片中。據(jù)此，CMOS圖像傳感器具有多個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)而使得可以減小外圍IC的數(shù)量。作為CXD的輸出電路，使用具有浮空擴(kuò)散(FD)層的FD放大器的單溝道(ch)輸出
型是主流。另一方面，CMOS圖像傳感器具有相對(duì)于各個(gè)像素的FD放大器，并且，選擇像素陣列中的給定行并且在列方向上同時(shí)讀取多個(gè)像素的列并行輸出型是主流。這是由于難以通過排列在像素中的FD放大器獲得足夠的驅(qū)動(dòng)能力，并且需要降低數(shù)據(jù)速率，以便并行處理是有效的。在這種類型的固態(tài)成像器件中，傳遞來自像素的信號(hào)的垂直信號(hào)線(像素信號(hào)讀取線)連接至在像素單元的外部形成恒流源的負(fù)載元件(負(fù)載M0S)，所述垂直信號(hào)線利用包括像素的放大器晶體管的放大器輸出單元形成源極跟隨器。在CMOS圖像傳感器中減小用于傳輸來自像素的信號(hào)的垂直信號(hào)線的安定時(shí)間 (settling time)是重要的，并且已經(jīng)提出了包括負(fù)載元件(負(fù)載M0S)的、與其有關(guān)的各種技術(shù)。在JP-A-2008_211540(專利文獻(xiàn)1)中，提出了使得電流可以根據(jù)工作速度而靜態(tài)改變的技術(shù)。在JP-A-2009_22269(專利文獻(xiàn)2)中，提出了當(dāng)激活驅(qū)動(dòng)垂直信號(hào)線的開關(guān)晶體管的控制信號(hào)時(shí)臨時(shí)增大負(fù)載MOS電流的技術(shù)。另外，自從大約1990年，在論文“active pull-down 〃(參見 Ching-TeChugang, “ Advanced Bipolar Circuits, “ Circuits&Devices, pp.32-36, Nov. 1992 (非專利文獻(xiàn) 1)、Jouppi 的〃 A speed, power, and supply noise evaluation of ECLdriver circuits, “ IEEE J. of SC, pp. 38-45，Jan. 1996 (非專利文獻(xiàn) 2)、 Τ· Kuroda 等人的〃 Capacitor-free level-sensitive active pull-down ECL circuit withself-adjusting driving capability, " IEEE J. of SC,pp. 819-827, Jun.利文獻(xiàn)3)禾口K. Ueda等人的"A fully compensated active pull-down ECL circuitwith self-adjusting driving capability, " IEEE J. of SC，pp. 46—53，Jun. 1996 ( __專禾文獻(xiàn)4)中，已經(jīng)研究了"僅在必要時(shí)自動(dòng)增大電流的機(jī)制"。這些研究主要目標(biāo)在于在抑制功耗增大的同時(shí)，加速由稱作ECL(Emitter Coupled Logic，發(fā)射極耦合邏輯)的邏輯電路所應(yīng)對(duì)的二進(jìn)制信號(hào)的傳輸。
發(fā)明內(nèi)容
然而，在僅增大電流的專利文獻(xiàn)1描述的技術(shù)中，存在這樣的問題使信號(hào)電平在整體上減小，并且難以具有足夠的動(dòng)態(tài)范圍。另外，大電流在高速工作中恒定地流動(dòng)。請(qǐng)求從“單位速度的功耗”的觀點(diǎn)的改善。專利文獻(xiàn)2中描述的技術(shù)具有初始移動(dòng)加速的優(yōu)點(diǎn)，然而，需要在安定之前斷開控制信號(hào)以將電流返回到穩(wěn)定狀態(tài)，并且最后的安定工作從該狀態(tài)開始?？梢灶A(yù)期的是，安定時(shí)間可能由于第二安定可以以降低的誤差從該狀態(tài)開始而在整體上降低，然而難以控制定時(shí)，并存在效果變化或?qū)?huì)受到限制的擔(dān)心。非專利文獻(xiàn)1 4中描述的技術(shù)未假定用于諸如在負(fù)載MOS中安定電壓較大的模擬信號(hào)。由此，期望提供能夠在不使得功耗增大的情況下減小負(fù)載元件電路的安定時(shí)間的固態(tài)成像器件、其驅(qū)動(dòng)方法和相機(jī)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種固態(tài)成像器件，包含像素信號(hào)讀取線；像素單元，其中排列包括光電轉(zhuǎn)換元件的像素；以及像素信號(hào)讀取單元，其執(zhí)行經(jīng)由像素信號(hào)讀取線從像素單元讀取像素信號(hào)，其中，所述像素信號(hào)讀取單元包括電流源電路，其包括作為形成源極跟隨器的電流源的、連接至所述像素信號(hào)讀取線的負(fù)載元件，并且所述電流源電路包括這樣的電路其根據(jù)像素信號(hào)讀取線的轉(zhuǎn)換速率生成電流，并且復(fù)制與以上電流對(duì)應(yīng)的電流以在所述電流源中流動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種固態(tài)成像器件的驅(qū)動(dòng)方法，包括以下步驟 當(dāng)經(jīng)由連接至形成源極跟隨器的電流源的像素信號(hào)讀取線從像素單元讀取像素信號(hào)時(shí)，根據(jù)像素信號(hào)讀取線的轉(zhuǎn)換速率生成電流，并且復(fù)制對(duì)應(yīng)于以上電流的電流以在一電流源中流動(dòng)，其中在所述像素單元中排列包括光電轉(zhuǎn)換元件的像素。根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供了一種相機(jī)系統(tǒng)，包含固態(tài)成像器件；以及光學(xué)系統(tǒng)，其將目標(biāo)圖像成像在所述固態(tài)成像器件上，其中，所述固態(tài)成像器件包括像素信號(hào)讀取線；像素單元，其中排列包括光電轉(zhuǎn)換元件的像素；以及像素信號(hào)讀取單元，其執(zhí)行經(jīng)由像素信號(hào)讀取線從像素單元讀取像素信號(hào)，并且所述像素信號(hào)讀取單元包括電流源電路， 其包括作為形成源極跟隨器的、連接至所述像素信號(hào)讀取線的電流源的負(fù)載元件，并且所述電流源電路包括這樣的電路其根據(jù)像素信號(hào)讀取線的轉(zhuǎn)換速率生成電流，并且復(fù)制與以上電流對(duì)應(yīng)的電流以在所述電流源中流動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以在不使得功耗增大的情況下減小負(fù)載元件電路的安定時(shí)間。
圖1是示出安裝了根據(jù)實(shí)施例的列并行ADC的固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器) 的配置示例的框圖；圖2是更具體示出安裝了根據(jù)實(shí)施例的列并行ADC的固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)中的像素和ADC組的框圖；圖3是示出根據(jù)實(shí)施例的包括四個(gè)晶體管的CMOS圖像傳感器的基本像素電路的示例的圖；圖4是示出根據(jù)實(shí)施例的電流源電路的每個(gè)負(fù)載元件單元的特定配置示例的電路圖；圖5是示出從像素的選擇晶體管導(dǎo)通直到垂直信號(hào)線變?yōu)榘捕娖綖橹沟臓顟B(tài)轉(zhuǎn)變的視圖；圖6是示出根據(jù)實(shí)施例的電流源電路的每個(gè)負(fù)載元件單元的另一特定配置示例的電路圖；以及圖7是示出應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像器件的相機(jī)系統(tǒng)的配置的示例的視圖。
具體實(shí)施例方式下文參照
本發(fā)明的實(shí)施例。將按照下列順序進(jìn)行說明。1.固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的整體配置的概要2.電流源電路的配置示例3.第三實(shí)施例(相機(jī)系統(tǒng)的配置示例)<1.固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的整體配置的概要>圖1是示出安裝了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的列并行ADC的固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)的配置示例的框圖。圖2是更具體示出安裝了根據(jù)實(shí)施例的列并行ADC的固態(tài)成像器件(CMOS圖像傳感器)中的像素和ADC組的框圖。如圖1和圖2中所示，固態(tài)成像器件100包括像素單元110、電流源電路120、垂直掃描電路130、水平傳輸掃描電路140、作為像素信號(hào)讀取單元的列處理單元(ADC組)150 以及定時(shí)控制電路160。固態(tài)成像器件100包括DAC偏置電路170 (其包括DAC (數(shù)/模轉(zhuǎn)換器))、放大器電路(S/A) 180和信號(hào)處理電路190。在上述組件中，像素單元110、電源電路120、垂直掃描電路130、水平傳輸掃描電路140、ADC組150、DAC 170和放大器電路(S/A) 180由模擬電路形成。定時(shí)控制電路160和信號(hào)處理電路190由數(shù)字電路形成。在實(shí)施例中，列ADC系統(tǒng)用作像素信號(hào)讀取單元的示例，然而，可以應(yīng)用諸如列 CDS之類的其它系統(tǒng)，而不限于此系統(tǒng)。在實(shí)施例中，電源電路120配置為包括作為形成源極跟隨器的電流源的負(fù)載M0S。同樣在實(shí)施例中，CMOS圖像傳感器具有這樣的特征配置向負(fù)載MOS電流源添加了根據(jù)信號(hào)線的轉(zhuǎn)換速率來產(chǎn)生電流的功能，所述負(fù)載MOS電流源與從像素接收電信號(hào)的垂直信號(hào)線連接。作為根據(jù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率而產(chǎn)生電流的功能，使用具有源極跟隨器晶體管和復(fù)制寄生電容的實(shí)際電容的電路，并且晶體管的漏極電流被鏡像以獲得垂直電路線中的負(fù)載 MOS電流。該特征配置和電流源電路120的功能將在稍后詳細(xì)描述。在像素單元110中，每一個(gè)均具有作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管的像素PXL被排列成矩形形式。[像素的基本配置示例]圖3是示出根據(jù)實(shí)施例的包括四個(gè)晶體管的CMOS圖像傳感器的基本像素電路的示例的圖。圖3的像素電路IlOA例如包括作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管(PD) 111。像素電路IlOA具有作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管111。相對(duì)于一個(gè)光電二極管111，像素電路IlOA包括作為有源元件的四個(gè)晶體管，它們是作為傳輸元件的傳輸晶體管112、作為復(fù)位元件的復(fù)位晶體管113、放大器晶體管114 和選擇晶體管115。光電二極管111以光電方式將入射光轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于光量的電荷(這種情況下為電子)。傳輸晶體管112連接在光電二極管111和作為輸出節(jié)點(diǎn)的浮空擴(kuò)散FD之間。通過經(jīng)由傳輸控制線LTRG供給其柵極(傳輸門)的傳輸信號(hào)TRG，傳輸晶體管112 將通過光電二極管111中的光電轉(zhuǎn)換獲得的電子傳輸至浮空擴(kuò)散FD。復(fù)位晶體管113連接在電源線LVDD和浮空擴(kuò)散FD之間。通過經(jīng)由復(fù)位控制線LRST供給其柵極的復(fù)位信號(hào)RST，復(fù)位晶體管113將浮空擴(kuò)散FD的電位復(fù)位至電源線LVDD的電位。放大器晶體管114的柵極連接至浮空擴(kuò)散FD。放大器晶體管114經(jīng)由選擇晶體管115連接至垂直信號(hào)線116，利用電流源電路 120 (其在像素單元的外部形成恒流源)的負(fù)載MOS形成源極跟隨器。然后，控制信號(hào)(地址信號(hào)或選擇信號(hào))SEL經(jīng)由選擇控制線LSEL供給選擇晶體管115的柵極，從而導(dǎo)通選擇晶體管115。當(dāng)選擇晶體管115導(dǎo)通時(shí)，放大器晶體管114將浮空擴(kuò)散FD的電位放大，并且將對(duì)應(yīng)于該電位的電壓輸出至垂直信號(hào)線116。經(jīng)由垂直信號(hào)線116從每個(gè)像素輸出的電壓輸出至作為像素信號(hào)讀取單元的ADC組150。同時(shí)在一行中的各個(gè)像素上執(zhí)行這些操作，這是由于例如傳輸晶體管112、復(fù)位晶體管113和選擇晶體管115的各個(gè)柵極以行單元連接。如圖2所示，在利用ADC組形成像素信號(hào)讀取單元的電流源電路120中，像素布置的每一列中排列的作為負(fù)載元件的負(fù)載MOS晶體管121連接至垂直信號(hào)線116。負(fù)載MOS晶體管121由NMOS晶體管形成，該NMOS晶體管例如是作為第一傳導(dǎo)型的η溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。負(fù)載MOS晶體管121的漏極連接至垂直信號(hào)線116，且其源極連接至基準(zhǔn)電位源 VSS。
在實(shí)施例的電流源電路120中，具有根據(jù)信號(hào)線的轉(zhuǎn)換速率而產(chǎn)生電流的功能的復(fù)制電路122連接至排列在每一列中的每一個(gè)負(fù)載MOS晶體管121。負(fù)載MOS將是允許在像素的選擇晶體管115中流動(dòng)的電流源(電流宿)。如果選擇晶體管115和放大器晶體管114的連接位置反轉(zhuǎn)，則本發(fā)明的實(shí)施例具有相同的效果。<2.電流源電路的配置示例〉圖4是示出根據(jù)實(shí)施例的電流源電路的每個(gè)負(fù)載元件單元的特定配置示例的電路圖。圖5是示出從像素的選擇晶體管導(dǎo)通直到垂直信號(hào)線變?yōu)榘捕娖綖橹沟臓顟B(tài)轉(zhuǎn)變的視圖。電流源電路120的每個(gè)負(fù)載元件單元120A配置為包括作為形成電流源的第一源極跟隨器晶體管的負(fù)載MOS晶體管121、復(fù)制電路122和電流鏡電路123。在實(shí)施例中，將η型當(dāng)作為第一傳導(dǎo)型，而將ρ型當(dāng)作為第二傳導(dǎo)型。復(fù)制電路122配置為包括電流源1121、作為第二源極跟隨器晶體管的PMOS晶體管 ΡΤ121和電容器(實(shí)際電容)C121。電流鏡電路123包括匪OS晶體管ΝΤ121和負(fù)載MOS晶體管121。PMOS晶體管ΡΤ121的柵極連接至負(fù)載MOS晶體管121和垂直信號(hào)線116之間的連接部分，其源極連接至電流源1121，而其漏極連接至NMOS晶體管ΝΤ121的漏極和柵極。電流源1121連接至電源VDD，實(shí)際電容(電容器)C121連接在PMOS晶體管ΡΤ121 的源極和基準(zhǔn)電位(例如，地電位)VSS之間。形成電流鏡電路123的NMOS晶體管ΝΤ121的源極連接至基準(zhǔn)電位VSS，而其柵極和漏極連接至負(fù)載MOS晶體管121的柵極。當(dāng)像素IlOA的選擇晶體管(SEL Tr) 115導(dǎo)通時(shí)，垂直信號(hào)線116持續(xù)減小，直到如圖5所示那樣抵達(dá)安定電平為止。相當(dāng)大量的寄生電容Cp添加至垂直信號(hào)線116，因此，電流從寄生電容Cp流向垂直信號(hào)線116。在公共負(fù)載MOS電路中，負(fù)載MOS的電流恒定，因此，其電流流入選擇晶體管115。因此，柵/源電壓VGS降低，并且下降定時(shí)相應(yīng)地被延遲。過去，通過允許足夠的穩(wěn)定電流流入負(fù)載MOS而降低了效果。當(dāng)應(yīng)用根據(jù)本實(shí)施例的負(fù)載元件單元120Α時(shí)，垂直信號(hào)線116的電壓受到PMOS 晶體管形成的源極跟隨器的監(jiān)控。當(dāng)垂直信號(hào)線116的電位開始降低時(shí)，PMOS晶體管ΡΤ121的源極電壓以相同的速率減小。電容器C121用作實(shí)際負(fù)荷，與轉(zhuǎn)換速率成比例的電流流入該電容器。源極跟隨器的初始工作電流和要在電容器C121上充電的電流之總和流入PMOS晶體管ΡΤ121的漏極。該電流經(jīng)電流鏡電路123鏡像以生成負(fù)載MOS晶體管121的電流，從而根據(jù)垂直信號(hào)線116的電位的下降而增大負(fù)載MOS晶體管121的電流。PMOS晶體管ΡΤ121的源極跟隨器是這樣的復(fù)制電路其中，當(dāng)從某一觀察點(diǎn)來看時(shí)，選擇晶體管115和負(fù)載MOS晶體管121形成的源極跟隨器的極性是反向的。
作為最簡(jiǎn)單方式的電路常數(shù)，電流鏡像比設(shè)為1 1，并且實(shí)際電容器C121等于寄生電容Cp。據(jù)此，寄生電容Cp中流動(dòng)的電流匹配實(shí)際電容C121中的電流，結(jié)果，選擇晶體管 115中流動(dòng)的電流可以恒定，而不管轉(zhuǎn)換速率如何。然后，選擇晶體管115中的柵極電壓的變化直接傳送至垂直信號(hào)線116，從而很大程度上緩解了安定時(shí)間。只要電流鏡像比和實(shí)際電容C121與寄生電容Cp之比相等，就可以獲得相同的效果。例如，當(dāng)所述比都為1 2時(shí)，在PMOS晶體管PT121中流動(dòng)的電流變?yōu)橐话?，并且在?shí)際電容C121中流動(dòng)的電流也變?yōu)橐话?，結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)低功耗和小面積。當(dāng)允許過去的相同安定時(shí)間時(shí)，還可以減小穩(wěn)定狀態(tài)下的電流。通過應(yīng)用本發(fā)明， 即使當(dāng)考慮在電流鏡中流動(dòng)的電流時(shí)，也可以降低總功耗。圖6是示出根據(jù)本實(shí)施例的電流源電路的每個(gè)負(fù)載元件單元的另一特定配置示例的電路圖。圖6的負(fù)載元件單元120B在下列幾點(diǎn)上不同于圖4的負(fù)載元件單元120A。在負(fù)載元件單元120B中，復(fù)制電路122的電流源由共源共柵連接的兩個(gè)PMOS晶體管PT122、PT123形成。當(dāng)在復(fù)制電路中使用具有共源共柵的電流源時(shí)，降低了穩(wěn)定電流的變化。在這種情況下，用于NMOS晶體管的工作點(diǎn)調(diào)節(jié)的源極跟隨器124插入在其之間， 以用于確保工作范圍。另外，通過包括復(fù)制電路122和電流鏡電路123，形成升壓器單元125。工作點(diǎn)調(diào)節(jié)源極跟隨器124包括作為第三源極跟隨器晶體管的NMOS晶體管ΝΤ122 以及形成電流源的NMOS晶體管NT 123。NMOS晶體管ΝΤ122的柵極連接至垂直信號(hào)線116，其源極連接至電源VDD，而其漏極連接至NMOS晶體管ΝΤ123的漏極以及復(fù)制電路122的PMOS晶體管ΡΤ121的柵極。NMOS晶體管NT 123的源極連接至基準(zhǔn)電位VSS，而其柵極連接至給定的偏置電源 Vb。也可以應(yīng)用在復(fù)制電路中使用NMOS晶體管的變型示例。在實(shí)施例中，復(fù)制電路122的電容器C121連接至作為基準(zhǔn)電位的地電位GND。這是由于，其對(duì)于實(shí)際電容C121抽取和中和(neutralize)負(fù)載MOS晶體管121 中允許流動(dòng)的電流的部分或全部增量是有效的。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器100包括電流源電路120，從而在不使得功耗增大的情況下減小負(fù)載MOS電路的安定時(shí)間。反而言之，具有可以在保持安定時(shí)間的同時(shí)降低功耗的顯而易見的效果。固態(tài)成像器件100配備有生成內(nèi)部時(shí)鐘的定時(shí)控制電路160(其作為用于依次讀取像素單元110的信號(hào)的控制電路)、控制行地址和行掃描的垂直掃描電路130以及控制列地址和列掃描的水平傳輸掃描電路140。定時(shí)控制電路160生成像素單元110、垂直掃描電路130、水平傳輸掃描電路140、 ADC組(列ADC電路)150、DAC170和信號(hào)處理電路190中的信號(hào)處理所需要的定時(shí)信號(hào)。在像素單元110中，通過使用線快門(line shutter)累積和釋放光子以將模擬信號(hào)VSL輸出至ADC組，以像素行單元光電地轉(zhuǎn)換視頻或屏幕圖像。在ADC組150中，對(duì)ADC組的各個(gè)ADC塊(各個(gè)列單元)上的像素單元110的模擬輸出執(zhí)行使用來自DAC 170的斜坡信號(hào)RAMP的APGA兼容集成ADC和數(shù)字CDS，以輸出若
干位的數(shù)字信號(hào)。ADC組150中的ADC包括比較器151。比較器151將基準(zhǔn)電壓Vslop (其為DAC 170生成的基準(zhǔn)電壓以階梯圖形的方式而改變的斜坡波形(RAMP))與經(jīng)由垂直信號(hào)線從每一行中的像素獲得的模擬信號(hào)(電位 VSL)進(jìn)行比較。每個(gè)ADC進(jìn)一步包括計(jì)數(shù)器152，其對(duì)比較時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及存儲(chǔ)器(鎖存器)153，其存儲(chǔ)計(jì)數(shù)結(jié)果。ADC組150具有η位數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能，其中相對(duì)于每條垂直信號(hào)線(讀取線) 形成列并行ADC塊。每個(gè)存儲(chǔ)器(鎖存器)153的輸出連接至具有2η位寬的水平傳輸線LTRF。另外，排列2η個(gè)對(duì)應(yīng)于水平傳輸線LTRF的放大器電路180和信號(hào)處理電路190。在ADC組150中，在相對(duì)于每一列排列的比較器151上，讀取到垂直信號(hào)線116的模擬信號(hào)(電位VSL)與基準(zhǔn)電位Vslop (具有以某一梯度線性改變的傾斜波形的斜坡信號(hào) RAMP)進(jìn)行比較。此時(shí)，以與比較器151相同的方式相對(duì)于每個(gè)列排列的計(jì)數(shù)器152進(jìn)行工作，并且具有斜坡波形的斜坡信號(hào)RAMP (電位Vslop)和計(jì)數(shù)器值改變以使得彼此對(duì)應(yīng)，從而將垂直信號(hào)線的電位VSL轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在ADC中，基準(zhǔn)電壓Vslop (斜坡信號(hào)RAMP)的變化指示將電壓的變化轉(zhuǎn)換為時(shí)間的變化，并且通過某一時(shí)段(時(shí)鐘)對(duì)該時(shí)間計(jì)數(shù)，從而執(zhí)行到數(shù)字值的轉(zhuǎn)換。然后，當(dāng)模擬信號(hào)VSL與斜坡信號(hào)RAMP(基準(zhǔn)電壓Vslop)交叉時(shí)，比較器151的輸出被反相，并且計(jì)數(shù)器時(shí)鐘152的輸入時(shí)鐘停止，或者其輸入已經(jīng)停止的時(shí)鐘被輸入至計(jì)數(shù)器152以完成AD轉(zhuǎn)換。在AD轉(zhuǎn)換時(shí)段完成之后，存儲(chǔ)器(鎖存器)153中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過水平傳輸掃描電路140傳輸至水平傳輸線LTRF，并且經(jīng)由放大器電路180輸入至信號(hào)處理電路190，從而通過給定的信號(hào)處理生成二維圖像。在水平傳輸掃描電路140中，執(zhí)行多通道同步并行傳輸以確保傳輸速度。在定時(shí)控制電路160中，生成各個(gè)塊(如，像素單元110和ADC組150)中的信號(hào)處理所需要的定時(shí)。在后級(jí)的信號(hào)處理電路190中，從讀取的信號(hào)執(zhí)行垂直線缺陷和點(diǎn)缺點(diǎn)的校正以及信號(hào)鉗位，或者執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理，如并/串轉(zhuǎn)換、壓縮、編碼、相加、平均和間歇操作。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像器件100中，將信號(hào)處理電路190的數(shù)字輸出傳送為ISP或基帶LSI的輸入。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，可以在不使得功耗增大的情況下降低負(fù)載MOS電路的安定時(shí)間。反而言之，具有可以在保持安定時(shí)間的同時(shí)降低功耗的顯而易見的效果。具有上述優(yōu)點(diǎn)的固態(tài)成像器件可用作數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)的成像器件。<3.相機(jī)系統(tǒng)的配置示例〉
圖7是示出應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件的相機(jī)系統(tǒng)的配置的示例的視圖。如圖7所示，相機(jī)系統(tǒng)200具有可以應(yīng)用根據(jù)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器(固態(tài)成像器件)100的成像器件210。相機(jī)系統(tǒng)200包括光學(xué)系統(tǒng)，其將入射光引入到成像器件210的像素區(qū)域(其將目標(biāo)圖像成像在成像器件210的像素區(qū)域上)，所述成像器件210例如是將入射光(圖像光)成像在成像面上的鏡頭220。相機(jī)系統(tǒng)200包括驅(qū)動(dòng)電路(DRV) 230，其驅(qū)動(dòng)成像器件310 ；以及信號(hào)處理電路 (PRC) 240，其處理成像器件210的輸出信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路230包括定時(shí)發(fā)生器(未示出)，其生成用于驅(qū)動(dòng)成像器件210中的各電路的各種定時(shí)信號(hào)(包括開始脈沖和時(shí)鐘脈沖)，通過給定的定時(shí)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)成像器件 210。信號(hào)處理電路240對(duì)成像器件210的輸出信號(hào)執(zhí)行給定的信號(hào)處理。信號(hào)處理電路MO中處理的圖像信號(hào)被記錄在諸如存儲(chǔ)器之類的存儲(chǔ)介質(zhì)中。記錄介質(zhì)中記錄的圖像信息由打印機(jī)等硬拷貝。信號(hào)處理電路240中處理的圖像信號(hào)作為運(yùn)動(dòng)圖像再現(xiàn)在包括液晶顯示器的監(jiān)視器上。如上所述，將上述固態(tài)成像器件100作為成像器件210安裝在諸如數(shù)碼相機(jī)之類的成像裝置中，從而實(shí)現(xiàn)高精度的相機(jī)。本申請(qǐng)包含與2010年4月觀日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP 2010-104345中公開的主題有關(guān)的主題，其全部?jī)?nèi)容通過引用的方式合并在此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素，可以出現(xiàn)各種修改、組合、部分組合和變更，只要其在所附權(quán)利要求書及其等同體的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像器件，包含 像素信號(hào)讀取線；像素單元，其中排列了包括光電轉(zhuǎn)換元件的像素；以及像素信號(hào)讀取單元，其執(zhí)行經(jīng)由像素信號(hào)讀取線從像素單元讀取像素信號(hào)，其中，所述像素信號(hào)讀取單元包括多個(gè)電流源電路，其每一個(gè)均包括作為形成源極跟隨器的、連接至所述像素信號(hào)讀取線的電流源的負(fù)載元件，并且所述電流源電路包括一電路，其根據(jù)像素信號(hào)讀取線的轉(zhuǎn)換速率產(chǎn)生電流，并且復(fù)制與以上電流對(duì)應(yīng)的電流以在所述電流源中流動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件， 其中，所述電流源電路包括第一源極跟隨器晶體管，其連接至像素信號(hào)讀取線，并用作所述電流源， 第二源極跟隨器晶體管，其柵極連接至像素信號(hào)讀取線，其源極連接至一電流源， 實(shí)際電容，其連接至所述第二源極跟隨器晶體管的源極，其復(fù)制像素信號(hào)讀取線的寄生電容，以及電流鏡電路，其對(duì)所述第二源極跟隨器晶體管的漏極電流進(jìn)行鏡像，并且將該電流提供給所述第一源極跟隨器晶體管。
3.如權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像器件，其中，所述電流鏡電路的電流鏡像比和所述實(shí)際電容與所述寄生電容之比相同。
4.如權(quán)利要求1或2所述的固態(tài)成像器件， 其中，所述像素包括輸出晶體管，其源極連接至像素信號(hào)讀取線，并且所述輸出晶體管由第一傳導(dǎo)型晶體管形成，而所述第二源極跟隨器晶體管由第二傳導(dǎo)型晶體管形成。
5.如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像器件，連接至所述第二源極跟隨器晶體管的源極的一電流源由級(jí)聯(lián)連接的多個(gè)晶體管形成。
6.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像器件，其中，用于工作點(diǎn)調(diào)節(jié)的第三源極跟隨器晶體管排列在像素信號(hào)讀取線與所述第二源極跟隨器晶體管的柵極之間，第三源極跟隨器晶體管的柵極連接至像素信號(hào)讀取線，并且第三源極跟隨器晶體管的源極連接至第二源極跟隨器晶體管的柵極。
7.一種固態(tài)成像器件的驅(qū)動(dòng)方法，包括以下步驟當(dāng)經(jīng)由連接至形成源極跟隨器的電流源的像素信號(hào)讀取線從像素單元讀取像素信號(hào)時(shí)，根據(jù)像素信號(hào)讀取線的轉(zhuǎn)換速率生成電流，并且復(fù)制對(duì)應(yīng)于以上電流的電流以在一電流源中流動(dòng)，其中在所述像素單元中排列包括光電轉(zhuǎn)換元件的像素。
8.一種相機(jī)系統(tǒng)，包含 固態(tài)成像器件；以及光學(xué)系統(tǒng)，其將目標(biāo)圖像成像在所述固態(tài)成像器件上，其中，所述固態(tài)成像器件包括像素信號(hào)讀取線，像素單元，其中排列包括光電轉(zhuǎn)換元件的像素，以及像素信號(hào)讀取單元，其執(zhí)行經(jīng)由所述像素信號(hào)讀取線從所述像素單元讀取像素信號(hào)，并且所述像素信號(hào)讀取單元包括多個(gè)電流源電路，其每一個(gè)均包括作為形成源極跟隨器的、連接至所述像素信號(hào)讀取線的電流源的負(fù)載元件，并且所述電流源電路包括一電路，其根據(jù)像素信號(hào)讀取線的轉(zhuǎn)換速率生成電流，并且復(fù)制與以上電流對(duì)應(yīng)的電流以在所述電流源中流動(dòng)。
全文摘要
在此公開了固態(tài)成像器件、其驅(qū)動(dòng)方法和相機(jī)系統(tǒng)。所述固態(tài)成像器件包含像素信號(hào)讀取線；像素單元，其中排列包括光電轉(zhuǎn)換元件的像素；以及像素信號(hào)讀取單元，其執(zhí)行經(jīng)由像素信號(hào)讀取線從像素單元讀取像素信號(hào)，其中，所述像素信號(hào)讀取單元包括多個(gè)電流源電路，其每一個(gè)均包括作為形成源極跟隨器的、連接至所述像素信號(hào)讀取線的電流源的負(fù)載元件，并且所述電流源電路包括這樣的電路其根據(jù)像素信號(hào)讀取線的轉(zhuǎn)換速率生成電流，并且復(fù)制與以上電流對(duì)應(yīng)的電流以在所述電流源中流動(dòng)。
文檔編號(hào)H04N5/225GK102238344SQ20111010771
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
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