CN101547319A - 固态成像装置 - Google Patents

Abstract

固态成像装置包括：光接收部分，包括多个像素，划分成多个划分区域；电荷转移部分，构造为转移在光接收部分中积聚的电荷；积聚控制电极，提供在光接收部分和电荷转移部分之间并构造为响应于积聚控制信号将在光接收部分中积聚的电荷转移至电荷转移部分；监测传感器组，包括为多个划分区域分别提供的多个监测传感器，并构造为输出与多个划分区域电荷量对应的多个监测传感器的传感器输出；电荷检测电路，构造为基于来自监测传感器组的传感器输出输出表示在多个划分区域中的至少一个中积聚了预定量电荷的电荷检测信号；和信号控制电路，构造为响应于电荷检测信号输出积聚控制信号。电荷检测电路包括为多个监测传感器提供的多个划分区域电荷检测部分。

Description

固态成像装置

技术领域

本发明涉及一种固态成像装置。

背景技术

已知在固态成像装置中提供监测传感器并且通过使用监测传感器输出控制像素输出的技术，如日本专利申请(JP-A-Showa 59-196666)中所述。在自动对焦图像传感器中广泛使用了此种技术。在与整个像素序列邻近地安排监测传感器时，来自于监测传感器的信号反映来自像素序列的平均信号量。通过当其输出达到基准电压时结束像素序列的电荷积聚，能够获得独立于光强度的像素序列的近似恒定信号。这时，当来自于像素序列的信号的非均匀性较大时，由于即使在这样的控制下信号部分地饱和，因此有时候不能精确地测量距离。

在日本专利申请(JP-A-Showa 59-196666)中描述的技术中，监测传感器被划分成多个监测传感器部分并且由比较器为每个监测传感器部分实施与基准电压的比较。通过计算来自于比较器的输出的NAND，检测信号的最小电平并且控制像素序列的电荷积聚。比较器的NAND结果响应于比较器中的第一个的输出改变而输出改变。响应于此，输出从像素序列读取电荷信号的信号并且结束电荷积聚。在日本专利申请(JP-A-Showa 59-196666)中描述的技术中，通过此种构造和与带有最大信号输出量(最小的输出电平)的监测传感器相关的操作来控制像素序列的电荷积聚。为此，与使用单一监测传感器的情况相比，几乎不引起像素序列信号的部分饱和。在日本专利申请(JP-A-Showa59-196666)中描述的技术中，通过为每个监测传感器安排比较器并且通过计算来自于比较器的输出的NAND来检测最小值。因此，要求数量与监测传感器的数量一样的比较器。

比较器是相对复杂的电路。因此，比较器的增加导致电路面积的增加。当增加监测传感器的数量以提高控制的精确度时，控制电路变得复杂从而增加芯片尺寸。

发明内容

因此，本发明的主要内容是提供一种固态成像装置，该固态成像装置具有通过减少复杂的比较器和NAND电路的数目而减小的电路规模。

在本发明的一个方面，固态成像装置包括：光接收部分，该光接收部分包括多个像素，其中光接收部分被划分为多个划分区域；电荷转移部分，该电荷转移部分被构造为转移在光接收部分中积聚的电荷；积聚控制电极，该积聚控制电极被设置在光接收部分和电荷转移部分之间并且被构造为响应于积聚控制信号将在光接收部分中积聚的电荷转移至电荷转移部分；监测传感器组，该监测传感器组包括为所述多个划分区域分别提供的多个监测传感器，并且被构造为输出与所述多个划分区域的电荷量相对应的所述多个监测传感器的传感器输出；电荷检测电路，该电荷检测电路被构造为基于来自于监测传感器组的传感器输出而输出电荷检测信号，该电荷检测信号表示在所述多个划分区域中的至少一个中积聚了预定量的电荷；以及信号控制电路，该信号控制电路被构造为响应于电荷检测信号输出积聚控制信号。电荷检测电路包括为所述多个监测传感器提供的多个划分区域电荷检测部分。

在本发明的另一方面，通过以下步骤实现了控制固态成像装置中的电荷转移的方法：在包括多个划分区域的光接收部分中积聚电荷；通过为所述多个划分区域分别提供的多个监测传感器生成与在所述多个划分区域中积聚的电荷量相对应的传感器输出；基于传感器输出生成电荷检测信号，该电荷检测信号表示在所述多个划分区域中的至少一个中积聚了预定量的电荷；响应于电荷检测信号生成积聚控制信号；以及响应于积聚控制信号通过积聚控制电极将来自于光接收部分的积聚的电荷转移到电荷转移部分。

根据本发明，由于能够减少具有复杂电路构造的比较器和NAND电路的数量，所以能够构造具有减少电路面积的固态成像装置。

附图说明

结合附图，根据特定实施例的以下描述，本发明的以上和其它方面、优点和特征将更加明显，其中：

图1是示出本发明的固态成像装置1的构造的框图；

图2是示出信号控制电路的构造的框图；

图3是示出电荷检测电路的详细构造的电路图；

图4A示出从电荷检测电路输出的电荷检测信号的时间变化，图4B示出比较器的输出，图4C示出积聚控制信号发生器的输出，并且图4D示出光接收部分(像素序列)2的操作的时间变化。

具体实施方式

在下文中，将会在下面描述本发明的固态成像装置。

图1是示出本实施例的固态成像装置1的构造的框图。固态成像装置1包括光接收部分(像素序列)2、积聚控制电极3、CCD(电荷耦合器件)4、监测传感器单元5、积聚控制信号发生器6、转移电荷检测电路7，以及放大器电路8。

光接收部分(像素序列)2包括多个光电二极管(像素)。积聚控制电极3响应于积聚控制信号将在光接收部分2中积聚的电荷转移到CCD 4。CCD 4将电荷从积聚控制电极3转移到转移电荷检测电路7。转移电荷检测电路7将从CCD 4转移的电荷转换成电压信号并且将该电压信号输出至放大器电路8。放大器电路8放大来自于转移电荷检测电路7的电压信号并且输出放大的信号。

邻近于包括多个像素的像素序列2放置监测传感器单元5。监测传感器单元5包括多个独立地操作的监测传感器(第一监测传感器5-1、第二监测传感器5-2以及第三监测传感器5-3)。为了便于理解本实施例中的固态装置1，图1示出了其中监测传感器单元5包括三个监测传感器的装置。应注意的是，图1中的构造并不限制本发明中的监测传感器单元5的构造。

积聚控制信号发生器6接收从第一监测传感器5-1、第二监测传感器5-2、以及第三监测传感器5-3中的每一个输出的传感器输出，并且基于传感器输出生成积聚控制信号。积聚控制信号发生器6包括电荷检测电路11和信号控制电路12。电荷检测电路11包括第一划分区域电荷检测部分13、第二划分区域电荷检测部分14，以及第三划分区域电荷检测部分15。第一划分区域电荷检测部分13被连接至第一监测传感器5-1，第二划分区域电荷检测部分14被连接至第二监测传感器5-2，并且第三划分区域电荷检测部分15被连接至第三监测传感器5-3。所述多个电荷检测部分13至15中的每一个从对应的监测传感器独立地接收传感器输出。电荷检测电路11基于接收到的传感器输出生成电荷检测信号并且将该电荷检测信号输出至信号控制电路12。信号控制电路12基于从电荷检测电路11供给的电荷检测信号生成积聚控制信号并且将该积聚控制信号输出至积聚控制电极3。

图2是示出信号控制电路12的构造的框图。信号控制电路12包括比较器21、基准电压发生器22、以及积聚控制信号发生器23。如图2中所示，从电荷检测电路11输出的电荷检测信号被供给比较器21。比较器21将电荷检测信号与从基准电压发生器22供给的基准电压信号进行比较，并且将比较的结果输出至积聚控制信号发生器23。积聚控制信号发生器23基于从比较器21供给的比较结果生成积聚控制信号，以响应于积聚控制信号控制积聚控制电极3接通或者断开。

图3是示出电荷检测电路11的详细构造的电路图。如上所述，电荷检测电路11包括第一划分区域电荷检测部分13、第二划分区域电荷检测部分14、以及第三划分区域电荷检测部分15。第一划分区域电荷检测部分13包括源极跟随器以及第一浮置扩散区域37，该源极跟随器包括第一P沟道MOS晶体管31和第一电阻元件32。第一P沟道MOS晶体管31的栅极被连接至第一监测传感器5-1并且接收从第一监测传感器5-1供给的第一传感器输出。另外，第二划分区域电荷检测部分14包括源极跟随器以及第二浮置扩散区域38，该源极跟随器包括第二P沟道MOS晶体管33和第二电阻元件34。第二P沟道MOS晶体管33的栅极被连接至第二监测传感器5-2并且接收从第二监测传感器5-2供给的第二传感器输出。类似地，第三划分区域电荷检测部分15包括源极跟随器以及第三浮置扩散区域39，该源极跟随器包括第三P沟道MOS晶体管35和第三电阻元件36。第三P沟道MOS晶体管35的栅极被连接至第三监测传感器5-3并且接收从第三监测传感器5-3供给的第三传感器输出。如图3中所示，由P沟道MOS晶体管构造本实施例中的电荷检测电路11的源极跟随器，并且源极跟随器的输出端子被短接，或线或(wired-OR)。

图4A示出从电荷检测电路11输出的电荷检测信号的时间变化，并且图4B示出比较器21的输出。图4C示出积聚控制信号发生器23的输出，并且图4D示出光接收部分(像素序列)2的操作的时间变化。

在时间t1开始电荷积聚。随着时间的推移积聚电荷，并且由于生成的电子使得监测传感器的输出进入较低电平。如上所述，第一划分区域电荷检测部分13、第二划分区域电荷检测部分14、以及第三划分区域电荷检测部分15的P沟道源极跟随器的输出端子被短接。因此，当三个监测传感器的输出具有不同的电平时，电荷检测电路11输出跟随具有三个输出中的最小的输出的信号的信号，如图4A中所示。如图4B中所示，该信号被供给比较器21，并且在来自于三个监测传感器的输出当中的最小的监测传感器输出变得低于基准电压时在时间t2处比较器21的输出变化。

如图4C中所示，积聚控制信号发生器23响应于在时间t2处的比较器21的输出生成积聚控制信号以输出到积聚控制电极3。积聚控制电极3响应于积聚控制信号而操作并且输出像素信号。

通过包括多个由P沟道MOS晶体管构造的P沟道源极跟随器并且短接源极跟随器的输出端子，电荷检测电路11的输出信号跟随这些源极跟随器的输出中的最低的一个。通过使用P沟道源极跟随器的特性，电荷检测电路11以模拟方式检测最小电平信号。因此，本发明的固态成像装置1能够基于所述多个监测传感器的输出生成积聚控制信号，而没有增加比较器的数量。

如上所述，根据本发明，为了避免像素信号的部分饱和，通过使用监测传感器输出中的最小的输出来控制积聚时间。在要求黑暗场景(dark scene)中的数据的情况下，可以通过使用监测传感器输出中的最大的输出来控制积聚。在这样的情况下，由N沟道MOS晶体管构造电荷检测电路11，并且短接源极跟随器的输出端子。电荷检测电路11的输出被供给比较器。以该方式，能够通过使用监测传感器输出中的最大的输出控制电荷积聚。

由于监测传感器输出跟随最大值，所以在图4A中比较器21的输出在时间t3处从高电平变为低电平。

例如，在使用监测传感器输出中的最小电平的情况下，能够通过将N沟道源极跟随器安排在其中由E/D转换器转换输出的后面的部分并且通过短接其输出来获得相同的效果。如上所述，能够通过甚至在信号被反转的位置处在N和P之间切换源极跟随器的沟道而实现相类似的功能。

尽管在上面已经连同若干实施例描述了本发明，但是对于本领域中技术人员来说显然的是提供所述实施例仅为示出本发明，并且不能基于所述实施例在限制的意义上理解本申请的权利要求。

Claims (9)

1.一种固态成像装置，包括：

光接收部分，所述光接收部分包括多个像素，其中所述光接收部分被划分成多个划分区域；

电荷转移部分，所述电荷转移部分被构造为转移在所述光接收部分中积聚的电荷；

积聚控制电极，所述积聚控制电极被提供在所述光接收部分和所述电荷转移部分之间并且被构造为响应于积聚控制信号将在所述光接收部分中积聚的电荷转移至所述电荷转移部分；

监测传感器组，所述监测传感器组包括为所述多个划分区域分别提供的多个监测传感器，并且被构造为输出与所述多个划分区域的电荷量相对应的所述多个监测传感器的传感器输出；

电荷检测电路，所述电荷检测电路被构造为基于来自于所述监测传感器组的传感器输出输出电荷检测信号，所述电荷检测信号表示在所述多个划分区域中的至少一个中积聚了预定量的电荷，以及

信号控制电路，所述信号控制电路被构造为响应于电荷检测信号输出积聚控制信号，

其中所述电荷检测电路包括为所述多个监测传感器分别提供并且其输出被短接的多个划分区域电荷检测部分。

2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述电荷检测电路基于所述多个划分区域电荷检测部分的输出输出传感器输出中与根据时间流逝的最小变化量或者最大变化量相对应的一个作为电荷检测信号。

3.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中传感器输出中的每一个表示在所述多个划分区域中的对应的一个中积聚的电荷量，

所述多个划分区域电荷检测部分中的每一个接收传感器输出中的对应的一个并且基于接收到的传感器输出输出电压检测信号，并且

所述电荷检测电路输出来自于所述多个划分区域电荷检测部分的电压检测信号中的与最小电压或者最大电压相对应的一个作为电荷检测信号。

4.根据权利要求3所述固态成像装置，其中所述多个划分区域电荷检测部分中的每一个包括源极跟随器，所述源极跟随器包括MOS晶体管，所述MOS晶体管具有接收来自对应的监测传感器的传感器输出的栅极、与接地相连接的漏极、以及被连接至输出端子的源极。

5.根据权利要求4所述的固态成像装置，其中所述信号控制电路包括单一比较器，所述单一比较器被构造为当电荷检测信号跨过阈值时输出积聚控制信号。

6.一种控制固态成像装置中的电荷转移的方法，包括：

在包括多个划分区域的光接收部分中积聚电荷；

通过为所述多个划分区域分别提供的多个监测传感器，生成与所述多个划分区域中积聚的电荷量相对应的传感器输出；

基于与传感器输出对应的检测信号的线或而生成电荷检测信号，所述电荷检测信号表示在所述多个划分区域中的至少一个中积聚了预定量的电荷；

响应于电荷检测信号生成积聚控制信号；以及

响应于积聚控制信号通过积聚控制电极将积聚的电荷从所述光接收部分转移至电荷转移部分。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述生成电荷检测信号包括：

基于为所述多个监测传感器提供的多个划分区域电荷检测部分的输出，生成传感器输出中的与根据时间流逝的最小变化量或者最大变化量相对应的一个作为电荷检测信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中传感器输出中的每一个表示在所述多个划分区域中的对应的一个中积聚的电荷量，

所述生成电荷检测信号包括：

基于来自于所述多个划分区域电荷检测部分的传感器输出生成电压检测信号；和

生成来自于所述多个划分区域电荷检测部分的电压检测信号中的对应于最小电压或者最大电压的一个作为电荷检测信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述生成积聚控制信号包括：

当电荷检测信号跨过阈值时生成积聚控制信号。

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