CN102143333A - 固态成像器件和成像装置 - Google Patents

固态成像器件和成像装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102143333A
CN102143333A CN2011100236557A CN201110023655A CN102143333A CN 102143333 A CN102143333 A CN 102143333A CN 2011100236557 A CN2011100236557 A CN 2011100236557A CN 201110023655 A CN201110023655 A CN 201110023655A CN 102143333 A CN102143333 A CN 102143333A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
signal
column
pixel region
pixels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011100236557A
Other languages
English (en)
Inventor
二改教广
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of CN102143333A publication Critical patent/CN102143333A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/63—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to dark current
    • H04N25/633—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to dark current by using optical black pixels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

一种固态成像器件，包括：像素阵列部分，具有由按照矩阵形式布置的多个像素形成有效像素区域，该多个像素的每个包括光电转换器件和读出通过在光电转换器件处的光电转换获得的电荷的晶体管，并且通过光照射该多个像素，该像素阵列部分还具有由与光屏蔽的多个像素形成的光屏蔽像素区域；行扫描部分，其选择并控制像素阵列部分的每个像素行，以将来自选择的像素行的每个像素的信号输出到与该像素行相关联提供的列信号线；以及A-D转换部分，其将从信号线输出的信号转换为数字信号。

Description

固态成像器件和成像装置
技术领域
本发明涉及CMOS型固态成像器件和具有这种元件的成像装置。
背景技术
近来，能够利用固态成像器件成像并且能够存储得到的图像的成像装置已经广泛传播，这种装置包括数字照相机和数字摄像机。CCD型固态成像器件已经最常用作这种成像装置的固态成像器件。然而，近来有朝向具有更大像素数量的固态成像器件的趋势，结果，对CMOS型固态成像器件越来越关注。
CMOS型固态成像器件是这样的固态成像器件，其包括由多个像素的二维阵列构成的像素阵列部分，该多个像素的每个包括光电转换器件和多个像素晶体管或所谓的MOS晶体管，其读出通过转换由光电转换器件生成的电荷而获得的电信号。CMOS型固态成像器件的特征在于与CCD型固态成像器件相比时以更高速度、更高灵敏度和更低功耗读出的能力。CMOS型固态成像器件可以将模拟电路和使用CMOS工艺制造的逻辑电路合并为单个芯片，因此，得到的芯片的优点在于要求少量的外围IC。
如图16所示，CMOS型固态成像器件的像素阵列部分100具有在被光照射的有效像素区域101的外部提供的光学黑像素区域102。区域102包括与照射光屏蔽以获得光学黑电平的像素(以下称为“光学黑像素”)。光学黑像素配置为生成与在有效像素处生成的相同的暗电流，并且使用暗电流的电平(黑电平)作为参考电平，读出来自有效像素区域101的信号。因此，防止在有效像素区域101处生成的暗电流的大小在其中的各像素之间变化，从而抑制具有固定模式的噪声的生成和垂直条纹的生成。还可以抑制归因于温度改变的有效像素区域101处的信号电平的波动。
然而，当强光刺射(impinge)到光学黑像素区域102附近的有效像素区域101的像素上时，在有效像素区域101的像素处出现电荷的溢出，并且该电荷流入光学黑像素区域102从而增加区域102的黑电平，该现象称为图像浮散(blooming)。结果，当使用该黑电平作为参考从有效像素区域101读出输出时，将生成带黑色的模糊图像或异常图像。即，将再现低质量的图像。
对于该问题的一种建议的解决方案是在有效像素区域和光学黑像素区域之间提供以哑像素阵列的形式的哑像素区域(见JP-A-2006-222751(专利文献1))。
发明内容
在具有有效像素区域和光学黑像素区域之间提供的哑像素区域的CMOS型固态成像器件中已经出现如下所述的问题。
首先，因为哑像素区域总是保持在未选择状态，所以当从像素阵列部分的每个像素行读出信号时，在进行中的行扫描下的位置从光学黑像素区域移到哑像素区域中时，对驱动各种控制线的电路施加的驱动负荷经历急剧的波动。这种急剧的负荷波动导致电源电压的波动。因此，在从有效像素区域读出的信号中生成噪声，并且再现的图像因此具有低图像质量。
第二，在像素共享型元件的情况下，其中浮置扩散(以下简称为“FD”)部分由在像素列延伸的方向上的像素共享，如果在列方向上来看时一部分像素用作哑像素而剩余的像素以正常方式读出，则浮置扩散节点的总容量可能在各像素行之间变化。结果，在应当基本上保持一致的黑电平的读出中将存在变化。
根据本发明的实施例，提供了一种固态成像器件，包括：像素阵列部分，具有由按照矩阵形式布置的多个像素形成有效像素区域，该多个像素的每个包括光电转换器件和读出通过在光电转换器件处的光电转换获得的电荷的晶体管，并且该多个像素被光照射，该像素阵列部分还具有由与光屏蔽的多个像素形成的光屏蔽像素区域；行扫描部分，其选择像并控制素阵列部分的每个像素行，以将来自选择的像素行的每个像素的信号输出到与该像素行相关联提供的列信号线；以及A-D转换部分，其将从信号线输出的信号转换为数字信号。光屏蔽像素区域包括光学黑像素区域和哑像素区域，该光学黑像素区域由生成用作黑电平的参考的信号的像素形成，该哑像素区域由这样的像素形成，该像素到列信号线的信号输出路径被中断以将在光电转换器件处生成的电荷放电到电源，并且该哑像素区域提供在光学黑像素区域和有效像素区域之间。有效像素区域、光学黑像素区域和哑像素区域的每个由包括在列方向上安排并且共享浮置扩散部分的多个像素的一组像素形成。行扫描部分不选择光屏蔽像素区域的哑像素区域。
本发明的另一实施例贯注于上述实施例的固态成像器件，其中，行扫描部分包括多个控制电路，其输出用于共同地选择和控制属于共同行的一组像素的控制信号。该控制电路可以执行一系列选择和控制操作，以从光学黑像素区域开始直到有效像素区域读取数据，使得只有光学黑像素区域和有效像素区域被连续地读取，而留下哑像素区域不读取。
根据本发明的另一实施例，提供了一种包括固态成像器件的成像装置。该固态成像器件包括：像素阵列部分，具有由按照矩阵形式布置的多个像素形成有效像素区域，该多个像素的每个包括光电转换器件和读出通过在光电转换器件处的光电转换获得的电荷的晶体管，并且该多个像素被光照射，该像素阵列部分还具有由与光屏蔽的多个像素形成的光屏蔽像素区域；行扫描部分，其选择像并控制素阵列部分的每个像素行，以将来自选择的像素行的每个像素的信号输出到与该像素行相关联提供的列信号线；以及A-D转换部分，其将从信号线输出的信号转换为数字信号。光屏蔽像素区域包括光学黑像素区域和哑像素区域，该光学黑像素区域由生成用作黑电平的参考的信号的像素形成，该哑像素区域由这样的像素形成，该像素到列信号线的信号输出路径被中断以将在光电转换器件处生成的电荷放电到电源，并且该哑像素区域提供在光学黑像素区域和有效像素区域之间。有效像素区域、光学黑像素区域和哑像素区域的每个由包括在列方向上安排并且共享浮置扩散部分的多个像素的一组像素形成。行扫描部分不选择光屏蔽像素区域的哑像素区域。
本发明的各实施例使得可能提供一种固态成像器件和固态成像装置，其中通过各区域之间布置的哑像素区域可以防止电荷从光学黑像素区域流入有效像素区域中，并且还可以防止可归因于电源波动和电路配置的不均匀性的图像失调。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的成像装置的一般配置的图；
图2是示出根据本发明实施例的固态成像器件的一般配置的图；
图3是示出图1所示的固态成像器件的像素的配置的图；
图4是用于说明控制图3所示的像素组的方法的曲线图；
图5是示出图2所示的固态成像器件的像素阵列部分的布局的图示；
图6是示出图5所示的哑像素区域中提供的像素组的配置的图；
图7是示出在哑像素区域和有效像素区域之间共享像素组的配置的图；
图8A是用于说明在对图5所示的像素组执行行扫描时获得的特性的表；
图8B是用于说明在对图7所示的像素组执行行扫描时获得的特性的表；
图9A是示出根据现有技术的行扫描的方法的图示；
图9B是示出在图1所示的固态成像器件中执行的行扫描的方法的图示；
图10A是用于说明在使用根据现有技术的行扫描的方法时观察到的电源的状态的曲线图；
图10B是用于说明在使用图1所示的固态成像器件的行扫描方法时观察到的电源的状态的曲线图；
图11是示出图2所示的行扫描部分的配置的图；
图12是示出图2所示的行扫描部分的修改的图；
图13是示出图2所示的行扫描部分的另一修改的图；
图14是示出固态成像器件的像素的另一配置的图；
图15是示出哑像素区域中的像素组的配置的图；以及
图16是示出根据现有技术的固态成像器件的像素阵列部分的布局的图示。
具体实施方式
以下，将描述本发明的各实施例。将按照下列顺序进行描述。
1.成像装置的配置
2.固态成像器件的配置
[1.成像装置的配置]
现在将参考附图描述根据本发明实施例的成像装置的配置。
如图1所示，成像装置1包括固态成像器件2、信号处理电路3、系统控制器4、输入部分5和光学块6。成像装置1还包括用于驱动光学块6中的机构的驱动器7和用于驱动固态成像器件2的定时发生器(TG)8。固态成像器件2是CMOS型固态成像器件。
光学块6包括用于将来自对象的光会聚到固态成像器件2上的镜头、用于移动镜头以聚焦或变焦的驱动机构、机械快门和光圈。驱动器7控制光学块6中的机构以根据来自系统控制器4的控制信号驱动它们。
基于从定时发生器8输出的定时信号驱动固态成像器件2，以将来自对象的光转换为电信号。定时发生器8在由系统控制器4执行的控制下输出定时信号。
信号处理电路3执行各种类型的相机信号处理，如自动聚焦和来自固态成像器件2的数字信号的曝光、用于检测和校正缺陷像素的处理、白平衡调节和矩阵处理。
例如，系统控制器4由CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)形成。CPU执行存储在ROM中的程序以执行成像装置1的各个部分的整体控制，并且CPU还执行这种控制所需的各种计算。输入部分5包括用于从用户接受操作输入的操作键、转盘和控制杆，并且将根据操作输入的控制信号输出到系统控制器4。
从信号处理电路3输出的图像数据提供到未示出的图形界面电路，并且通过该电路转换为要显示的图像信号。因此，相机直通图像显示在未示出的监视器上。当通过在输入部分5接收的来自用户的操作输入指示系统控制器4记录图像时，感兴趣的图像数据从信号处理电路3提供到编解码器(编码器/解码器)以接收压缩编码处理，并且得到的图像记录在记录介质中。当要记录静态图像时，一帧的图像数据从信号处理电路3提供到编解码器。当要记录运动画面时，处理后的图像数据连续地提供到编解码器。
[2.固态成像器件2的配置]
现在将参考附图描述根据本发明实施例的CMOS型固态成像器件2的配置。
如图2所示，通过在半导体基底10上形成控制部分11、行扫描部分12、列信号处理部分13、列扫描部分14、输出部分15和像素阵列部分16来提供根据本实施例的固态成像器件2。例如，半导体基底10是硅基底。
控制部分11生成时钟信号和控制信号，以基于从定时发生器8输入的同步信号和主时钟，用作用于行扫描部分12、列信号处理部分13和列扫描部分14的操作的参考。控制部分11将如此所述的生成的控制信号输入到行扫描部分12、列信号处理部分13和列扫描部分14。
行扫描部分12也称为“垂直传送部分”，并且该部分输出用于控制像素阵列部分16的控制信号。例如，行扫描部分12输出行选择信号
Figure BDA0000044702010000061
和行传送信号
Figure BDA0000044702010000062
以顺序地选择和扫描像素阵列部分16的各行像素20，使得在像素列延伸的方向(垂直方向)上逐个扫描各行。因此，基于根据在每个像素20处接收的光量生成的信号电荷的信号(像素信号)通过列信号线VSL提供到列信号处理部分13。行扫描部分12还提供行重置信号
Figure BDA0000044702010000063
以重置像素20。
列信号处理部分13将从像素阵列部分16的像素列中的每个像素20输出到列信号线VSL的信号转换为数字信号。列信号处理部分13使用从稍后将描述的光学黑像素区域32中的像素20输出的信号电平作为参考电平，通过将从稍后将描述的有效像素区域30中的像素20输出的信号转换为数字信号来生成图像数据。
列扫描部分14例如通过移位寄存器形成，并且该部分顺序地输出列扫描脉冲到列信号处理部分13，以使得列信号处理部分13输出根据图像数据的信号。列扫描部分14也称为“水平传送部分”。输出部分15对通过水平信号线17从列信号处理部分13顺序地提供的信号执行预定的信号处理，并且输出得到的信号。
像素阵列部分16是以矩阵形式的像素20的阵列，每个像素包括光电转换器件PD和传送晶体管(稍后将详细描述)，其用于读出通过在光电转换器件PD处的光电转换获得的电荷，并且将其提供到浮置扩散(以下简称为“FD”)部分。
如图3所示，根据本实施例的像素阵列部分16是像素共享型阵列，其中在像素列的延伸方向上安排的四个像素共享浮置扩散。四个像素构成一个像素组21。具体地，形成1(行)×4(列)阵列的四个像素共享浮置扩散22、重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3。要共享浮置扩散22的像素20的数量不限于本实施例中所示的数量。例如，像素组21可以是2(行)×2(列)阵列或2(行)×4(列)阵列。
如图3所示，像素组21通过光电转换器件PD-1到PD-4、传送晶体管Tr1-1到Tr1-4、浮置扩散22、重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3形成。
在像素列的延伸方向上安排光电转换器件PD-1到PD-4，并且各元件根据入射光的量将入射光光电转换为电荷量。例如，光电转换器件PD-1到PD-4是光电二极管。
传送晶体管Tr1-1到Tr1-4连接在光电转换器件PD-1到PD-4和浮置扩散22之间。处于有效状态(处于高电平)的行传送信号
Figure BDA0000044702010000071
到
Figure BDA0000044702010000072
从行扫描部分12顺序地提供到传送晶体管Tr1-1到Tr1-4的栅极，从而通过在光电转换器件PD-1到PD-4处的光电转换获得的电荷被传送到浮置扩散22。
重置晶体管Tr2连接在行选择信号
Figure BDA0000044702010000073
和浮置扩散22之间。当处于有效状态(或处于高电平)的行重置信号从行扫描部分12提供到重置晶体管Tr2的栅极时，如果行选择信号
Figure BDA0000044702010000075
为有效(或处于高电平)，则在浮置扩散22处的电势重置为行选择信号
Figure BDA0000044702010000076
的电势。因此，已经在浮置扩散22处累积的电荷被清除。即使在处于有效状态的行重置信号
Figure BDA0000044702010000077
从行扫描部分12提供到重置晶体管Tr2的栅极时，如果行选择信号
Figure BDA0000044702010000078
为无效(或处于低电平)，则在浮置扩散22处的电势不重置为行选择信号
Figure BDA0000044702010000079
的电势。放大晶体管Tr3的栅极连接到浮置扩散22。放大晶体管Tr3放大在浮置扩散22处的电势，并且将根据该电势的电压输出到列信号线VSL。
现在将参考图4具体地描述用于从像素组21的像素20读出信号到列信号线VSL所采取的步骤。
行扫描部分12激活与包括要从其读出信号的像素行(以下称为“要读出行”)的像素组21相关联的行选择信号
Figure BDA00000447020100000710
此后，行扫描部分12对于预定时段激活与包括要读出行的像素组21相关联的行重置信号
Figure BDA00000447020100000711
结果，在要读出行中的像素20处，重置晶体管Tr2导通以将在浮置扩散22处的电势重置为行选择信号
Figure BDA00000447020100000712
的电势，从而清除已经在浮置扩散22处累积的信号电荷。
接着，行扫描部分12对于预定时段激活与包括要读出行的像素组21相关联的行传送信号
Figure BDA00000447020100000713
以读出通过光电转换器件PD获得的信号电荷到浮置扩散22中。结果，在要读出行中的像素20处，传送晶体管Tr1导通以将在光电转换器件PD处累积的信号电荷传送到浮置扩散22。传送的信号电荷在浮置扩散22处被转换为电压信号，并输出到放大晶体管Tr3的栅极。从浮置扩散22输出的电压信号通过放大晶体管TR3放大，并输出到列信号线VSL。此后，行扫描部分12致使行选择信号
Figure BDA00000447020100000714
无效以终止来自一个像素行的信号读出。
重复上述操作。具体地，如图4所示，传送晶体管Tr1-1到Tr1-4被顺序激活，以通过放大晶体管Tr3输出根据在光电转换器件PD-1到PD-4处的信号电荷的电压。行扫描部分12从第一行直到最后一行顺序地读取要读出的各行，并且输出来自像素阵列部分16的用于形成对象的图像的信号。
如图5所示，像素阵列部分16具有三个分区，即，有效像素区域30、光学黑像素区域32和哑像素区域33。
有效像素区域30是由多个像素20形成的像素区域，该多个像素20的光电转换器件PD被光照射，因为在光电转换器件PD上面不提供光屏蔽。
光屏蔽像素区域31是由多个像素20形成的像素区域，该多个像素20的光电转换器件PD没有被光照射，因为在光电转换器件PD上面提供光屏蔽。
光屏蔽像素区域31包括光学黑像素区域32。光学黑像素区域32是由这样的像素20形成的像素区域，在该像素20处生成用作用于黑电平的参考的信号(光学黑像素)。
此外，光屏蔽像素区域31包括哑像素区域33，其提供在有效像素区域30和光学黑像素区域32之间。哑像素区域33由每个包括以下像素20的像素组21构成，该像素20的用于输出信号到列信号线VSL的路径被中断，以将在其光电转换器件PD处生成的电荷放电到电源。
在根据本实施例的固态成像器件2中，哑像素区域33由每个共享浮置扩散22的像素组21形成。此外，在哑像素区域33中不执行通过行扫描部分12的读出。
哑像素区域33由如此描述的像素组21形成。即，该区域不与有效像素区域30和光学黑像素区域32共享像素组。因此，在有效像素区域30和光学黑像素区域32中的各像素行的浮置扩散节点的总容量之间不出现变化，因此可能防止这些区域之间的任何黑电平输出差的生成。
现在将具体地描述哑像素区域33。图6示出形成哑像素区域33的一部分的像素组21。
形成哑像素区域33的一部分的像素组21在配置上类似于有效像素区域30和光学黑像素区域32中的像素组21，除了形成哑像素区域33的一部分的像素组21的放大晶体管Tr3不连接到列信号线VSL，因此该像素组到列信号线VSL的信号输出路径被中断。
处于高电平的电压施加到形成哑像素区域33的一部分的像素组21作为行选择信号
Figure BDA0000044702010000081
和行传送信号
Figure BDA0000044702010000082
到
Figure BDA0000044702010000083
使得在各个光电转换器件PD处生成的电荷被放电到电源。因此，传送晶体管Tr1-1到Tr1-4和重置晶体管Tr2导通，并且在光电转换器件PD处生成的电荷被放电到电源VRST。
因为如上所述放大晶体管Tr3没有连接到列信号线VSL，所以信号将不会错误地从放大晶体管Tr3输出到列信号线VSL。
如上所述，哑像素区域33由每个共享浮置扩散22的像素组形成，并且该区域不与有效像素区域30和光学黑像素区域32共享像素组。结果，在光学黑像素区域32中的各像素行的浮置扩散节点的总容量之间将不会有变化，因此可能防止不同的黑电平输出。
具体地，当如图7所示在光学黑像素区域和哑像素区域之间共享一个像素组时，只有两个传送晶体管连接到光学黑像素区域中的浮置扩散。另一方面，四个传送晶体管连接到有效像素区域中的浮置扩散。因此，光学黑像素区域和有效像素区域中的浮置扩散节点的总容量相互不同，因此在这些区域中将输出不同的黑电平。
假设在具有R∶G∶B＝1∶2∶1的RGB像素比的拜耳(Bayer)阵列中的有效像素区域和哑像素区域之间共享像素组。然后，如图8A所示，在浮置扩散节点的总容量方面相互不同的像素组之间求和相同颜色的信号。当从浮置扩散节点的总容量方面相互不同的像素组提供输出时，在依赖于各组的浮置扩散节点的总容量的输出电平之间存在差别。因此，再现的图像将具有低质量。
在本实施例的固态成像器件2中，哑像素区域33的每个像素单元由像素组21构成。光学黑像素区域32和有效像素区域30的每个像素单元类似地由像素组21构成。因此，那些区域在其中的浮置扩散节点22的总容量方面相互相等。
因此，可能防止从各区域中输出不同的黑电平。如图8B所示，在浮置扩散22的节点的总容量方面相互相等的像素组21之间求和相同颜色的信号。因此，可以防止再现图像的劣化。
如上所述，根据本实施例的固态成像器件2的哑像素区域33中的像素行不由行扫描部分12读出。因此，可能防止将噪声叠加在从有效像素区域30输出的信号上。
根据现有技术，例如，如图9A所示，通过行扫描部分12的各个行扫描电路顺序地扫描光学黑像素区域32、哑像素区域33和有效像素区域30中的各像素行。
当如上所述扫描各像素行时，随着行扫描的位置从光学黑像素区域32移动到哑像素区域33，驱动像素20的行扫描部分12上的驱动负荷急剧波动。这种急剧的负荷波动导致电源电压VDD的波动。如图10A所示，在扫描位置从光学黑像素区域移动到有效像素区域中以后，电源电压VDD的波动保持。因此，从像素20输出到列信号线VSL的信号被不利地影响。
在根据本实施例的固态成像器件2中，如图9B所示，在扫描光学黑像素区域32中的像素行之后，行扫描部分12继续扫描有效像素区域30中的像素行，而不是从光学黑像素区域32移动到哑像素区域33中。即，行扫描部分12不扫描哑像素区域33中的像素行或不读取该区域。
当如上所述扫描各像素行时，如图10B所示，防止置于驱动像素20的行扫描部分12上的驱动负荷波动。因此，可能抑制对电源电压VDD的不利影响，并且因此抑制再现图像的质量的劣化。
现在将参考图11描述行扫描部分12的配置。
如图11所示，行扫描部分12包括地址解码器部分40、定时脉冲生成部分50和驱动器部分60。行扫描电路(控制电路)与在列方向上安排的每个像素组21相关联地由这样的部分形成，用于控制其每个由四个像素形成的像素组21。即，提供多个行扫描电路(控制电路)，其每个共同地选择和控制属于共同行的像素组。
地址解码器部分40包括多个地址解码器电路41，其在输入与预设地址一致的地址时的定时，输出变为有效(高电平)的信号。为每个像素组21提供这种地址解码器电路。与哑像素区域33中的像素组21相关联的地址解码器电路41的输入连接到提供电源电压VDD和VRST的电源，并且该电路被配置为总是输出无效(低电平)信号。设置地址解码器电路41中的地址，使得在扫描光学黑像素区域32以后在有效像素区域30中继续行扫描，留下哑像素区域33不读取。
定时脉冲生成部分50包括为要扫描的每行生成具有预定模式的脉冲信号的脉冲生成部件51和为每个像素组21提供的开关SW1到SW6。在输入与预设地址一致的地址以接通连接到地址解码器电路41的各个开关SW1到SW6时的定时，地址解码器部分40的每个地址解码器电路41输出变为有效(高电平)的信号。因此，从脉冲生成部件51输出的行传送信号
Figure BDA0000044702010000101
到
Figure BDA0000044702010000102
行选择信号
Figure BDA0000044702010000103
和行重置信号
Figure BDA0000044702010000104
输入到驱动部分60。
驱动部分60包括多个驱动器61，并且从定时脉冲生成部分50输出的行传送信号
Figure BDA0000044702010000111
到
Figure BDA0000044702010000112
行选择信号
Figure BDA0000044702010000113
和行重置信号
Figure BDA0000044702010000114
分别输入驱动器61。
驱动器61在放大行传送信号
Figure BDA0000044702010000115
到
Figure BDA0000044702010000116
行选择信号
Figure BDA0000044702010000117
和行重置信号后，将其输出到有效像素区域30和光学黑像素区域32中的像素组21。驱动器61的输出不连接到哑像素区域33中的像素组21。该输出连接到电源电压VDD和VRST的电源。因此，行传送信号到
Figure BDA00000447020100001110
行选择信号
Figure BDA00000447020100001111
和行重置信号的每个处于高电平。
如上所述，行扫描部分12包括与有效像素区域30、光学黑像素区域32和哑像素区域33的每个相关联地提供的相同的行扫描电路(其每个由地址解码器电路41、开关SW1到SW6和驱动器61形成)。因此，行扫描部分12的每个行扫描电路可以与由多个像素行(在该情况下为四个像素行)形成的像素阵列部分16的一个像素单元相关联。因此，可能防止由多个像素行(四个像素行)形成的像素单元的布局在像素阵列部分16的各个区域之间变化。因为如上所述电路配置可以保持一致，所以可以抑制每个由多个像素行形成的像素单元之间的特性的变化，以再现具有高质量的图像。
在图11所示的示例中，通过中断哑像素区域33中的像素组21和驱动器61之间的布线并且只连接像素组21和电源之间的布线，可以共同地将在哑像素区域33的相同行中连续提供的像素组21置于不操作状态。
可替代地，可以中断驱动器61和开关SW1到SW6之间的布线，并且可以在驱动器61和电源之间连接布线，如图12所示。
另一替代是中断脉冲发生器51和开关SW1到SW6之间的布线，并且连接开关SW1到SW6和电源之间的布线，如图13所示。
行扫描部分12具有多个行扫描电路，其每个输出用于共同地选择和控制共同行中提供的像素组21的控制信号。行扫描部分12执行一系列选择和控制操作，以从光学黑像素区域32开始直到有效像素区域30读取数据，并留下哑像素区域33不读取，并且执行选择和控制，使得只有光学黑像素区域32和有效像素区域30被连续地读出。因此，可以在跳过哑像素区域33的情况下扫描各像素行，因此可能抑制否则可能被电源的波动导致的再现图像的劣化。
如上所述，本实施例的固态成像器件2的哑像素区域33由其每个共享共同的浮置扩散22的像素组21形成，并且哑像素区域33不被行扫描部分12读取。因此，可以防止如此再现的图像的图像质量的劣化。
上面已经通过示例的方式描述了由三个MOS晶体管(即，传送晶体管Tr1、重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3)形成的像素20。如图14所示，本发明可以类似地由通过四个MOS晶体管形成的像素20’来体现。参考图14，除了传送晶体管Tr1、重置晶体管Tr2和放大晶体管Tr3外，还提供选择晶体管Tr4。
如图15所示，哑像素区域33的像素组21’的晶体管Tr1-1到Tr1-4以及Tr2的栅极连接到电源，以提供处于高电平的电压形式的行传送信号到
Figure BDA0000044702010000122
和重置信号因此，在光电转换器件PD处的信号电荷被清除到未示出的重置漏极区域中。选择晶体管Tr4的源极不连接到列信号线VSL，以防止来自放大晶体管Tr3的信号错误地输出到列信号线VSL。
上面参考附图描述了本发明的一些实施例。然而，它们表示为示例，并且基于本领域技术人员的知识，本发明可以实现为具有各种修改和改进的其它形式。
本发明包含于2010年1月29日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP2010-019056中公开的主题相关的主题，通过引用将其全部内容合并于此。
本领域技术人员应当理解，依赖于设计需求和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在权利要求或其等效物的范围内。

Claims (3)

1.一种固态成像器件，包括：
像素阵列部分，具有由按照矩阵形式布置的多个像素形成的有效像素区域，所述多个像素的每个包括光电转换器件和读出通过在所述光电转换器件处的光电转换获得的电荷的晶体管，并且通过光照射所述多个像素，所述像素阵列部分还具有由与光屏蔽的多个像素形成的光屏蔽像素区域；
行扫描部分，其选择并控制所述像素阵列部分的每个像素行，以将来自选择的像素行的每个像素的信号输出到与该像素行相关联提供的列信号线；以及
A-D转换部分，其将从信号线输出的信号转换为数字信号，其中
所述光屏蔽像素区域包括光学黑像素区域和哑像素区域，所述光学黑像素区域由生成用作黑电平的基准的信号的像素形成，所述哑像素区域由这样的像素形成，该像素到列信号线的信号输出路径被中断以将在所述光电转换器件处生成的电荷放电到电源，并且所述哑像素区域提供在所述光学黑像素区域和所述有效像素区域之间，
所述有效像素区域、所述光学黑像素区域和所述哑像素区域的每个由包括在列方向上安排并且共享浮置扩散部分的多个像素的一组像素形成，以及
所述行扫描部分不选择所述光屏蔽像素区域的所述哑像素区域。
2.如权利要求1所述的固态成像器件，其中所述行扫描部分包括多个控制电路，其输出用于共同地选择和控制属于共同行的一组像素的控制信号，所述控制电路执行一系列选择和控制操作，以从所述光学黑像素区域开始直到所述有效像素区域读取数据，使得只有所述光学黑像素区域和所述有效像素区域被连续地读取，而留下所述哑像素区域不读取。
3.一种包括固态成像器件的成像装置，其中该固态成像器件包括：
像素阵列部分，具有由按照矩阵形式布置的多个像素形成的有效像素区域，所述多个像素的每个包括光电转换器件和读出通过在所述光电转换器件处的光电转换获得的电荷的晶体管，并且通过光照射所述多个像素，所述像素阵列部分还具有由与光屏蔽的多个像素形成的光屏蔽像素区域；
行扫描部分，其选择并控制所述像素阵列部分的每个像素行，以将来自选择的像素行的每个像素的信号输出到与该像素行相关联提供的列信号线；以及
A-D转换部分，其将从信号线输出的信号转换为数字信号，其中
所述光屏蔽像素区域包括光学黑像素区域和哑像素区域，所述光学黑像素区域由生成用作黑电平的基准的信号的像素形成，所述哑像素区域由这样的像素形成，该像素到列信号线的信号输出路径被中断以将在所述光电转换器件处生成的电荷放电到电源，并且所述哑像素区域提供在所述光学黑像素区域和所述有效像素区域之间，
所述有效像素区域、所述光学黑像素区域和所述哑像素区域的每个由包括在列方向上安排并且共享浮置扩散部分的多个像素的一组像素形成，以及
所述行扫描部分不选择所述光屏蔽像素区域的所述哑像素区域。
CN2011100236557A 2010-01-29 2011-01-21 固态成像器件和成像装置 Pending CN102143333A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010019056A JP5556199B2 (ja) 2010-01-29 2010-01-29 固体撮像素子及び撮像機器
JP019056/10 2010-01-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102143333A true CN102143333A (zh) 2011-08-03

Family

ID=44341336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100236557A Pending CN102143333A (zh) 2010-01-29 2011-01-21 固态成像器件和成像装置

Country Status (3)

Country Link
US (2) US8284277B2 (zh)
JP (1) JP5556199B2 (zh)
CN (1) CN102143333A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110557587A (zh) * 2018-05-30 2019-12-10 半导体元件工业有限责任公司 图像传感器和操作该图像传感器的方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201216138A (en) * 2010-10-13 2012-04-16 Chunghwa Picture Tubes Ltd Method for driving photosensor array panel
JP2013211603A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Sony Corp 撮像装置、撮像方法およびプログラム
JP2015012373A (ja) * 2013-06-27 2015-01-19 株式会社東芝 固体撮像装置
JP6383143B2 (ja) 2013-10-08 2018-08-29 株式会社リコー 撮像素子、画像読取装置、画像形成装置及び撮像方法
JP6545013B2 (ja) * 2015-06-17 2019-07-17 キヤノン株式会社 画像形成方法、画像形成装置、および画像形成プログラム
US10103187B2 (en) * 2015-12-17 2018-10-16 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor color correction
KR102559953B1 (ko) * 2016-06-13 2023-07-28 에스케이하이닉스 주식회사 플로팅 확산 영역의 전압 변동 리드아웃 장치 및 그 방법과 그를 이용한 씨모스 이미지 센서
CN108496358B (zh) * 2018-04-13 2020-10-16 深圳市汇顶科技股份有限公司 图像传感电路及其控制方法
KR20200075962A (ko) * 2018-12-18 2020-06-29 삼성전자주식회사 피드백 루프를 통해 픽셀들의 각각의 변환 이득들을 결정하는 이미지 센서

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000196055A (ja) * 1998-12-24 2000-07-14 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP2002165136A (ja) * 2000-11-29 2002-06-07 Canon Inc 撮像装置及び撮像システム
JP2006229799A (ja) * 2005-02-21 2006-08-31 Sony Corp 固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法および撮像装置
US20080218615A1 (en) * 2007-03-07 2008-09-11 Altasens, Inc. Apparatus and method for stabilizing image sensor black level

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003222751A (ja) 2001-11-21 2003-08-08 Central Glass Co Ltd 平面光部品の製造方法及び平面光部品
US20110032391A1 (en) * 2009-08-04 2011-02-10 Himax Imaging, Inc. Image Sensor with Peripheral Dummy Pixels
JP2011040976A (ja) * 2009-08-11 2011-02-24 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および電子機器
US8872953B2 (en) * 2009-10-30 2014-10-28 Sony Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, camera, and electronic device
JP2011097542A (ja) * 2009-11-02 2011-05-12 Sony Corp 画素欠陥検出補正装置、撮像装置、画像欠陥検出補正方法、およびプログラム
JP5655355B2 (ja) * 2009-11-02 2015-01-21 ソニー株式会社 画素欠陥補正装置、撮像装置、画素欠陥補正方法、およびプログラム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000196055A (ja) * 1998-12-24 2000-07-14 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP2002165136A (ja) * 2000-11-29 2002-06-07 Canon Inc 撮像装置及び撮像システム
JP2006229799A (ja) * 2005-02-21 2006-08-31 Sony Corp 固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法および撮像装置
US20080218615A1 (en) * 2007-03-07 2008-09-11 Altasens, Inc. Apparatus and method for stabilizing image sensor black level

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110557587A (zh) * 2018-05-30 2019-12-10 半导体元件工业有限责任公司 图像传感器和操作该图像传感器的方法
CN110557587B (zh) * 2018-05-30 2024-06-04 半导体元件工业有限责任公司 图像传感器和操作该图像传感器的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8284277B2 (en) 2012-10-09
US20110187910A1 (en) 2011-08-04
US8922679B2 (en) 2014-12-30
JP5556199B2 (ja) 2014-07-23
US20130010164A1 (en) 2013-01-10
JP2011160116A (ja) 2011-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102143333A (zh) 固态成像器件和成像装置
US7787037B2 (en) Imaging method that continuously outputs a signal based on electric charges generated by a selected pixel unit without performing an operation of deselecting the selected pixel unit
KR102057157B1 (ko) 촬상 소자 및 촬상 장치
US7825974B2 (en) Solid-state image sensor and imaging system
JP6045156B2 (ja) 固体撮像装置
US9930279B2 (en) Image capturing apparatus and control method thereof, and storage medium
US8780236B2 (en) Imaging apparatus for correcting noise when a quantity of pixels in an invalid pixel area is small
US7135665B2 (en) Solid-state image sensing apparatus including a noise suppressing circuit
KR20110023802A (ko) 촬상 소자 및 카메라 시스템
CN102569321A (zh) 固体摄像器件和电子装置
KR20120140608A (ko) 전자 기기 및 전자 기기의 구동 방법
US8040405B2 (en) Solid-state imaging apparatus
EP2334057B1 (en) Solid-state imaging device and camera system
JP2008017388A (ja) 固体撮像装置
JP5434485B2 (ja) 固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法、およびカメラシステム
EP2482545B1 (en) An imaging apparatus, an imaging system, and a driving method of an imaging apparatus
JP7160081B2 (ja) 撮像素子および撮像装置
JP4661212B2 (ja) 物理情報取得方法および物理情報取得装置並びに半導体装置
JP5531417B2 (ja) 固体撮像装置
JP2007166486A (ja) 固体撮像装置
JP2008067241A (ja) 固体撮像装置及び撮像システム
CN110557587B (zh) 图像传感器和操作该图像传感器的方法
JP2011091474A (ja) 固体撮像装置及び撮像機器
JP7167974B2 (ja) 撮像素子および撮像装置
JP7497742B2 (ja) 撮像素子、及び撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20151202

C20 Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned