固態成像裝置和成像系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及固態成像裝置和成像系統。
【背景技術】
[0002] 致力于被設計W使得單個像素放大器被多個光電轉換元件共享的互補金屬氧化 物半導體（CMO巧圖像傳感器中的每一列中布置的像素的像素信號的高速讀取，日本專利 申請特開No. 2011-130032中公開了使用針對像素的每一列布置的兩條垂直輸出線來同時 讀取兩行中的像素信號的技術。
[0003] 日本專利申請特開No. 2011-130032中，公開W下配置作為成像元件的一個實施 例。像素組包括兩個光電二極管和兩個傳送開關。該像素組進一步包括單個重置開關、單 個像素放大器和單個行選擇開關。該兩個光電二極管通過各自的傳送開關被連接到單個浮 置擴散部分，并且共享該重置開關、像素放大器和行選擇開關。
[0004] 在上述配置中，針對像素的每列布置兩條垂直輸出線。如此，可W從該兩條垂直輸 出線同時讀取在沿著列的方向上連續的兩個像素組的像素信號。該樣可W確保光電二極管 的面積并且還可W完成高速讀取。注意，在此實施例中，從被選為兩個連續像素組的各自行 的兩行，而不是從同一像素組內的兩行，同時讀取像素信號。
[0005] 在W上描述的其中從兩條垂直輸出線同時讀取像素信號的配置中，讀取的順序可 能無法匹配像素的實際空間布置。在上述的技術中，像素信號不是被如空間信息指示地讀 取。此外，同樣在其中針對單個像素放大器布置單個光電轉換元件的另一配置中，像素信號 可能無法被如空間信號指示地讀取。因此有必要使用外部數字信號處理電路將像素信號如 空間信息指示地排序（sort)。
【發明內容】
[0006] 根據本發明的一個實施例，提供了一種固態成像裝置，包括：像素部分，包括布置 為矩陣的多個單元像素，所述多個單元像素中的每一個包括光電轉換元件；針對像素部分 的每一列布置的多條垂直輸出線，所述多條垂直輸出線被配置為傳輸從所述光電轉換元件 輸出的信號，多個存儲器，被配置為存儲從所述光電轉換元件輸出的信號；在所述多條垂直 輸出線和所述多個存儲器之間連接的寫存儲器選擇單元，被配置為將從所述多條垂直輸出 線的至少一條傳輸的信號選擇性地存儲在所述多個存儲器的至少一個中；多個水平掃描通 道，被配置為輸入存儲在所述多個存儲器中的信號；W及在所述多個存儲器和所述多個水 平掃描通道之間連接的讀存儲器選擇單元，被配置為將存儲在所述多個存儲器的所述至少 一個中的信號選擇性地輸出到所述多個水平掃描通道的至少一個。所述讀存儲器選擇單元 被配置為按對應于所述光電轉換元件的空間布置的順序輸出信號。
[0007] 從W下參考附圖對示例性實施例的描述，本發明的進一步特征將變得清楚。
【附圖說明】
[000引圖1是圖解根據本發明的第一實施例的固態成像裝置的示例性配置的圖。
[0009] 圖2是圖解根據本發明的第一實施例的像素部分和信號處理單元的示例性配置 的圖。
[0010] 圖3是圖解根據本發明的第一實施例的單元像素的示例性配置的圖。
[0011] 圖4是圖解用于描述根據本發明的第一實施例的驅動定時的示例性電路的圖。
[0012] 圖5是圖解根據本發明的第一實施例的驅動定時的圖。
[0013] 圖6是圖解用于描述根據本發明的第二實施例的驅動定時的示例性電路的圖。
[0014] 圖7是圖解根據本發明的第二實施例的驅動定時的圖。
[0015] 圖8是圖解用于描述根據本發明的第S實施例的驅動定時的示例性電路的圖。
[0016] 圖9是圖解根據本發明的第S實施例的驅動定時的圖。
[0017] 圖10是圖解用于描述根據本發明的第四實施例的驅動定時的示例性電路的圖。 [001引圖11是圖解根據本發明的第四實施例的驅動定時的圖。
[0019] 圖12是圖解用于描述根據本發明的第五實施例的驅動定時的示例性電路的圖。
[0020] 圖13A是圖解根據本發明的第五實施例的第一模式中的驅動定時的圖。
[0021] 圖13B是圖解根據本發明的第五實施例的第二模式中的驅動定時的圖。
[0022] 圖14是圖解根據本發明的第六實施例的成像系統的配置的圖。
【具體實施方式】
[0023] 現在將根據附圖詳細描述本發明的優選實施例。遍及附圖，相同的附圖標記表示 相同的組件，并且重疊的組件的描述有時被省略。
[0024] (第一實施例）
[0025] 圖1是圖解根據本發明的第一實施例的固態成像裝置的示例性電路配置的示意 圖。該固態成像裝置包括像素部分1、信號處理單元2、水平掃描電路3和垂直掃描電路4。
[0026] 像素部分1包括布置為矩陣的多個單元像素。信號處理單元2被連接到像素部分 1的各個列中的單元像素W便從各個列讀取信號，并且每個信號處理單元包括用于存儲所 讀取的信號的存儲器。水平掃描電路3被連接到信號處理單元2從而選擇性地讀取信號處 理單元2中存儲的信號。垂直掃描電路4被連接到像素部分1的各個行中的單元像素W便 執行諸如選擇將從哪個像素讀取信號的處理。
[0027] 圖2是圖解根據本發明的第一實施例的像素部分1和信號處理單元2的示例性配 置的示意圖。像素部分1包括單元像素200和連接到單元像素200的每個列的兩條垂直輸 出線201和202。
[002引同一列中的單元像素200的輸出被連接到垂直輸出線201和202W及恒定電流源 203和204。垂直輸出線201和202被連接到信號處理單元2。信號處理單元2包括放大器 205、模數（AD)轉換器206和存儲器部分207。放大器205和AD轉換器206被連接到垂直 輸出線201和202中的每一條。
[0029] 放大器205放大輸出到對應的垂直輸出線的像素信號，并且輸出經放大的像素信 號到AD轉換器206。AD轉換器206AD轉換經放大的像素信號，并且將經轉換的信號作為數 字數據輸出到存儲器部分207。
[0030] 存儲器部分207包括寫存儲器選擇單元208、并聯的多個存儲器209和讀存儲器選 擇單元210。存儲器部分207具有將像素信號作為數字數據保持的功能。
[0031] 該里，每個單元僅僅需要具有開關功能或放大功能，并且例如可W由諸如金屬氧 化物半導體場效應晶體管（MOSFET)的晶體管形成。W下描述假設每個單元是具有柵極、源 極和漏極端子的FET。
[0032] 寫存儲器選擇單元208被配置為選擇使用哪個存儲器209來存儲輸入到存儲器部 分207的數字數據。
[0033] 寫存儲器選擇單元208和讀存儲器選擇單元210之間連接有多個存儲器209。并 聯的存儲器209的數量等于或大于連接到信號處理單元的垂直輸出線的數量。在此實施例 中，關于兩條垂直輸出線201和202四個存儲器209并聯。每個存儲器209能夠存儲兩種 信號，即包含像素中生成的噪聲成分的重置信號N和在其上疊加有對應于重置信號N的噪 聲的光電轉換信號S。可W在固態成像裝置的外部執行（S-N)的減法處理，或者該功能可W 被包括在固態成像裝置中，諸如被包括在存儲器209中。在其中（S-N)的減法處理在存儲 器209的上游側執行的情況下，存儲器209可W被配置為存儲僅一種數據。
[0034] 讀存儲器選擇單元210具有選擇將從其讀取信號的存儲器209中的任一個的功 能。來自讀存儲器選擇單元210的信號的讀取由水平掃描電路3控制。
[0035] 當垂直掃描電路4恰當地選擇像素部分1的像素行時，執行上述有關將來自像素 的像素信號讀取到垂直輸出線的操作序列。注意，由傳輸自被分離地提供的定時控制單元 (未示出）的脈沖信號控制每個電路。
[0036] 注意，圖2中示出的單元像素200和垂直輸出線201和202具有如下關系；兩條垂 直輸出線被連接到像素的每一列。然而，像素的列的數量和垂直輸出線的數量之間的關系 并不限于此，并且僅必需多條垂直輸出線被連接到像素的每一列。
[0037] 在圖2的信號處理單元2中，一個放大器205和一個AD轉換器206被連接到兩條 垂直輸出線中的每一條，并且包括四個存儲器209的存儲器部分207被連接到兩個AD轉換 器206。然而，信號處理單元2并不限于此配置，并且放大器205和AD轉換器206不是必要 的組件。換言之，垂直輸出線可W直接連接到AD轉換器206,或者垂直輸出線可W作為未經 任何轉換的模擬信號在不經由AD轉換器206的情況下連接到存儲器部分207。
[003引圖3是圖解根據第一實施例的單元像素的示例性配置的圖。單元像素200包括兩 個光電轉換元件301和302、電荷傳送單元303和304、浮置擴散部分抑、重