CN102821255B - 图像拾取装置 - Google Patents

图像拾取装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102821255B
CN102821255B CN201210187766.6A CN201210187766A CN102821255B CN 102821255 B CN102821255 B CN 102821255B CN 201210187766 A CN201210187766 A CN 201210187766A CN 102821255 B CN102821255 B CN 102821255B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
signal
wire
switch
node
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.)
Active
Application number
CN201210187766.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102821255A (zh
Inventor
山下雄一郎
清水伸一郎
小泉徹
松田崇
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of CN102821255A publication Critical patent/CN102821255A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102821255B publication Critical patent/CN102821255B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/46—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

一种图像拾取装置，包括多个像素，每个像素都包括：读出节点，光电转换单元中生成的电荷传送至该读出节点；输出单元，被配置为把传送到读出节点的电荷转换为电压并且将所得的电压输出到信号线；以及开关，包括电连接到读出节点的第一节点。每个开关都包括与第一节点不同的第二节点，特定数量的第二节点电连接到公共旁路引线。

Description

图像拾取装置
技术领域
实施例的一个方面涉及一种图像拾取装置，更具体地，涉及一种将信号相加的技术。
背景技术
日本专利公开No.2009-033316中公开了在图像拾取装置中将信号相加的一种技术。在该技术中，在垂直方向上相邻的像素的浮置扩散部分（下文中，被称为FD部分）经由FD部分连接开关而彼此电连接。对于固态图像拾取设备的整个有效像素阵列区域中的所有像素进行这种连接。每个FD部分充当将传送来的电荷转换为电压的电荷电压转换单元的一部分。
在日本专利公开No.2009-033316中公开的技术中，当三个或更多个FD部分的电荷被加在一起时，必须针对每个FD部分提供两个FD部分连接开关，以在上部位置或下部位置将该FD部分连接到另一FD部分。该配置导致电荷电压转换单元的电容的增大。电荷电压转换单元的电容的增大使得难以在将光电转换单元中生成的电荷转换为电压时实现高的电荷电压转换因子。鉴于上述情况，实施例的一个方面提供一种用于将FD部分的电荷相加的改进技术。
发明内容
根据实施例的一方面，一种图像拾取装置，包括多个像素，每个像素都包括：读出节点，光电转换单元中生成的电荷传送至该读出节点；输出单元，被配置为把传送到读出节点的电荷转换为电压并且将所得的电压输出到信号线；以及开关，包括连接到读出节点的第一节点，其中每个开关都包括与第一节点不同的第二节点，特定数量的第二节点连接到公共旁路引线。
根据参照附图的示例性实施例的以下描述，实施例的更多特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据第一实施例的图像拾取装置的等效电路图。
图2是示出根据第一实施例的驱动脉冲图案的示例的图。
图3是示出根据第一实施例的驱动脉冲图案的示例的图。
图4是示出根据第一实施例的驱动脉冲图案的示例的图。
图5是根据第二实施例的图像拾取装置的等效电路图。
图6是示出根据第二实施例的驱动脉冲图案的示例的图。
图7是示意性示出根据第三实施例的图像拾取装置的框图。
图8是示出根据第三实施例的图像拾取装置的驱动脉冲图案的示例的图。
图9是示出根据第三实施例的图像拾取装置的驱动脉冲图案的示例的图。
图10是根据第四实施例的图像拾取装置的等效电路图。
具体实施方式
第一实施例
实施例的一个公开特征可以描述为通常被描述为时序图、结构图或框图的处理。虽然时序图可以将操作或事件描述为顺序处理，但操作可以并行或同时执行，或事件可以并行或同时产生。时序图中的操作可以是可选的。此外，操作或事件的顺序可以重新布置。
图1示出可应用于根据第一实施例的图像拾取装置的等效电路图。注意，图1仅示出在一个方向上布置的五个像素，更具体地说，图1示出在像素列中布置的五个相邻像素。
在图1所示的示例中，电路被配置为能够将三个FD部分103的信号相加。可以对至少两个FD部分103的电荷执行相加操作。相加操作可以是确定至少两个FD部分103的电荷的平均值的操作。这也可适用于稍后描述的其它实施例。FD部分是像素中的读出节点的具体示例。至于读出节点，可以采用像素中的任何节点，只要该节点被配置为将光电转换单元中生成的信号读出到该节点。在以下描述中，通过示例的方式假设FD部分用作每个读出节点。
图1所示的配置具有这样的特征：每个FD部分103经由开关而连接到旁路引线109，以使得通过控制开关的导通/关断来控制多个FD部分103之间的电连接，如以下参照图1详细描述的那样。在以下描述中，通过示例的方式假设电子用于提供信号电荷。注意，空穴可以用于提供信号电荷。在此情况下，必须将电压的极性反相，并且对于半导体区域采用与在信号电荷为电子的情况下相反的导电类型。在以下描述中，后缀用于指示像素行。
虽然可以存在更大数量的像素，但图1仅示出包括一列和五行的阵列中布置的五个像素。实际上，可以在图像感测区域中以矩阵形式布置像素。
光电转换单元101（n）至101（n+4）用于将光转换为电信号。例如，光电二极管可以用作光电转换单元101（n）至101（n+4）中的每一个。
传送单元102（n）至102（n+4）把由对应的光电转换单元101（n）至101（n+4）生成的电荷传送到读出节点中。在该实施例中，FD部分103（n）至103（n+4）充当读出节点。可以例如通过N型MOS晶体管来实现传送单元102（n）至102（n+4）。可以通过N型半导体区域来实现FD部分103（n）至103（n+4）中的每一个。传送到FD部分103（n）至103（n+4）的电荷被转换为电压，然后经由放大器104（n）至104（n+4）输出。
放大器104（n）至104（n+4）基于传送到对应的FD部分103（n）至103（n+4）的电荷而放大信号，并且将所得的放大信号输出到信号线108。可以通过N型MOS晶体管来实现放大器104（n）至104（n+4）中的每一个。反之，为了进一步减少放大器中生成的1/f噪声，可以采用P型MOS晶体管。在使用MOS晶体管实现放大器104（n）至104（n+4）的情况下，FD部分103（n）至103（n+4）中的每一个连接到充当放大器104（n）至104（n+4）的MOS晶体管中的对应一个的栅极。放大器104（n）至104（n+4）中每一个均可以是非反相放大器。更具体地说，MOS晶体管连同连接到信号线108的电流源一起可以形成源级跟随器电路，并且源级跟随器电路可以用作每个放大器。在图1所示的示例中，采用源级跟随器电路。注意，只要放大器具有输出作为将传送到节点的电荷转换为电压的结果获得的信号或输出基于前述信号的信号的功能，放大器就无需一定具有放大功能。
重置单元105（n）至105（n+4）将对应的FD部分103（n）至103（n+4）的电势设置为预定值。可以控制重置单元105（n）至105（n+4），以使得它们在与其中对应的传送单元102（n）至102（n+4）导通的时段相同的时段中导通，由此将光电转换单元的电势设置为特定值。可以通过N型MOS晶体管来实现重置单元105（n）至105（n+4）。
选择单元106（n）至106（n+4）控制放大器104（n）至104（n+4）与信号线之间的电连接。更具体地说，响应于从垂直扫描电路提供的驱动脉冲，选择单元依次地或随机地将来自像素或像素行的信号输出到信号线108。可以例如通过N型MOS晶体管来实现选择单元106（n）至106（n+4）。
开关107（n）至107（n+4）用于将不同FD部分103彼此电连接。开关107（n）至107（n+4）中的每一个的节点连接到FD部分103（n）至103（n+4）中的对应一个。注意，可以由相同半导体区域来形成每个开关的第一节点和每个FD部分。可以例如通过N型MOS晶体管来实现开关107（n）至107（n+4）。在使用MOS晶体管实现开关107（n）至107（n+4）的情况下，每个MOS晶体管的源级或漏极电连接到FD部分中的对应一个。或者，每个MOS晶体管的源级或漏极可以与FD部分中的对应一个共享相同半导体区域。
旁路引线109a至190c中每一个均用于将特定数量的开关107的节点（第二节点）连接在一起，其中，第二节点是开关的与连接到FD部分103中的对应一个的节点相对的节点。在图1所示的示例中，三个开关107（n+1）至107（n+3）的第二节点经由公共旁路引线109b而连接在一起。
RES（n）至RES（n+4）是用于提供驱动脉冲以控制重置单元105（n）至105（n+4）的节点的引线。SEL（n）至SEL（n+4）是用于提供驱动脉冲以控制选择单元106（n）至106（n+4）的节点的引线。Tx（n）至Tx（n+4）是用于提供驱动脉冲以控制传送单元102（n）至102（n+4）的节点的引线。ADD（n）至ADD（n+4）是用于提供驱动脉冲以控制开关107（n）至107（n+4）的节点的引线。在通过MOS晶体管实现上述电路元件的情况下，将驱动脉冲提供给各个对应晶体管的栅极。
根据该实施例，作为连接到每个FD部分103的开关，仅需要一个开关107。这允许FD部分的电容的减少。
图2至图4示出提供给图像拾取装置的图1所示的等效电路图的元件的驱动脉冲的示例。在以下描述中，假设通过N型MOS晶体管实现图1所示的等效电路中的电路元件。在此情况下，每个晶体管响应于对应驱动脉冲的高电平而导通。
以下解释图2所示的驱动脉冲图案。该图所示的标号与图1所示的相似标号对应。图2所示的驱动脉冲图案是在其中独立地读出像素的信号的模式下使用的示例。
在图2所示的整个时段中，至保持在低电平，因此开关107（n）至107（n+4）保持在关断状态下。
在时刻t1之前，至处于高电平。也就是说，在时刻t1之前，重置单元105（n）至105（n+4）处于导通状态下，因此经由重置单元105（n）至105（n+4）将特定电势提供给FD部分103（n）至103（n+4）。至处于低电平，因此选择单元106（n）至106（n+4）处于关断状态下，并且没有信号从任何像素输出到信号线108。至处于低电平。
在时刻t1，从低电平转变为高电平。响应于此，选择单元106（n）转变为导通状态，信号线108的电势转变为与第n行中的像素的放大器104（n）的输入节点的电势对应的值。
在时刻t2，从低电平转变为高电平。响应于此，选择单元106（n）转变为导通状态，信号线108的电势转变为与第n行中的像素的放大器104（n）的输入节点的电势对应的值。
在时刻t3，从低电平转变为高电平。响应于此，传送单元102（n）转变为导通状态，传送时段开始，其中，电荷从光电转换单元101（n）传送到FD部分103（n）。传送时段在时刻t4结束，在时刻t4，从高电平转变为低电平。
在时刻t5，从低电平转变为高电平。在时刻t6， 从高电平转变为低电平。
在从t2至t3的时段中，通过未示出的电路采样并且保持信号线108的电势或基于该电势的信号。在从t4至t5的时段中，采样并且保持信号线108的电势或基于该电势的信号。这些采样和保持的信号之间的差是由随后级处的电路确定的。结果，可以实现像素中的重置噪声等的减少。
通过对于每个像素行重复以上处理，获得信号的一帧。以上描述的操作可以用于获得静止图像等。对于未选择的行，处于低电平还是高电平是无关紧要的。这也适用于以下描述的其它驱动脉冲图案。
接下来，以下解释图3所示的驱动脉冲图案。以下描述将关注于与图2所示的驱动脉冲图案的不同。根据图3所示的驱动脉冲图案，来自三个像素的信号相加在一起。
在时刻t1，从低电平转变为高电平。响应于此，开关107（n）转变为导通状态。结果，FD部分103（n）电连接到在图1的向上方向上与FD部分103（n）相邻的FD部分（未示出），因此信号相加在一起。
在从时刻t1到t6的时段中，保持在高电平。在时刻t6，和从高电平转变为低电平。对于图2，在从t2至t3的时段和从t4至t5的时段中，输出与放大器104（n）的输入节点的电势对应的信号。然而，与图2的不同在于，像素的信号与另一像素（未示出）的信号相加，并且输出结果。
在t7以及此后，如下执行处理。
在时刻t7， 和从低电平转变为高电平。 和到高电平的电平变化使得开关107（n+1）、107（n+2）和107（n+3）转变为导通状态。结果，FD部分103（n+1）、103（n+2）和103（n+3）经由开关107（n+1）、107（n+2）、107（n+3）和旁路引线109b而电连接在一起。
在时刻t8，和从高电平转变为低电平。这使得FD部分103（n+1）、FD部分103（n+2）和FD部分103（n+3）的电势转变为浮置状态。
在时刻t9，和从低电平转变为高电平。响应于此，光电转换单元101（n+1）、光电转换单元101（n+2）和光电转换单元101（n+3）的电荷分别传送到FD部分103（n+1）、FD部分103（n+2）和FD部分103（n+3）。因为开关107（n+1）、107（n+2）和107（n+3）处于导通状态，所以传送到FD部分的电荷相加在一起。
在时刻t10，和从高电平转变为低电平。这结束用于将电荷分别从光电转换单元101（n+1）、101（n+2）和101（n+3）传送到FD部分103（n+1）、103（n+2）和103（n+3）的传送时段。
在时刻t11，和从低电平转变为高电平。结果，FD部分103（n+1）、FD部分103（n+2）和FD部分103（n+3）的电势重置。随后，在时刻t12， 和从高电平转变为低电平。
在从t2至t3的时段以及从t7至t8的时段中，采样并且保持信号线108的电势或基于该电势的信号。此后，在从t4至t5时段以及从t10至t11的时段中，采样并且保持信号线108的电势或基于该电势的信号。由随后级处的电路确定这些电势或信号之间的差，以减少像素重置噪声等。
根据图3所示的操作，可以将由多个光电转换单元生成的信号相加。更具体地说，由光电转换单元生成的电荷传送到FD部分，这些FD部分经由开关和旁路引线而电连接，由此实现电荷的相加。在该示例中，多个选择单元106（即选择单元106（n+1）、选择单元106（n+2）和选择单元106（n+3））同时导通，以读出信号。虽然同时导通两个或更多个选择单元以减少1/f噪声是更有效的，但可以通过使三个选择单元106（n+1）至106（n+3）中的至少一个导通来读出信号。注意，在图3中，重置单元对于待相加的像素同时执行重置操作。替代地，可以操作这些重置单元中的至少一个。然而，有利的是，同时操作多个重置单元，以减少重置时段。另一方面，操作单个重置单元导致当重置FD部分的电势时产生的电势的改变的减少。这也适用于相加操作中的其它驱动脉冲图案。
接下来，以下解释图4所示的驱动脉冲图案。根据图4所示的驱动脉冲图案，独立地读出像素的信号。图4所示的驱动脉冲图案与图2所示的驱动脉冲图案的不同在于，FD部分103具有比根据图2所示的驱动脉冲图案的操作中的电容更大的读出操作中的电容。更具体地说，与其中在图2所示的整个时段上保持在低电平的图2所示的驱动脉冲图案不同，在图4所示的驱动脉冲图案中，交替地转变为低电平和高电平。在其中对于待读出的行的而言电平转变为并且保持在高电平的时段中，对于可以经由FD部分和旁路引线电连接到处于高电平的行的像素行而言，转变为并且保持在高电平。在图4所示的示例中，FD部分103（n+1）、FD部分103（n+2）和FD部分103（n+3）是可以经由旁路引线109b而电连接在一起的FD部分。更具体地说，当将第（n+1）行、第（n+2）行和第（n+3）行中的一个选择作为要被执行读出的行时，对于与和非选择的行对应的开关107（n+1）、107（n+2）和107（n+3）中的至少一个，驱动脉冲转变为高电平。
通过在图2所示的操作与图4所示的操作之间切换与关联的操作，可以切换FD部分与负载电容器之间的连接，以改变像素的电荷电压转换系数。这使得可以改变读出操作中的灵敏度。此外，变得可以在像素的源级跟随器电路的电荷量方面增加输入动态范围。因此，可以对于入射光实现大动态范围。
第二实施例
图5示出根据第二实施例的像素的等效电路图。第二实施例与第一实施例不同在于，进一步提供用于将旁路引线彼此电连接的开关。其它元件可以与根据第一实施例的元件相似。
开关510a和510b是用于将旁路引线彼此连接的开关。开关510a用于将旁路引线509a和旁路引线509b彼此电连接。开关510b用于将旁路引线509b和旁路引线509c彼此电连接。这种配置使得可以改变待相加在一起的像素的数量。
图6示出在驱动图5所示的配置中使用的驱动脉冲图案的示例。图6所示的驱动脉冲图案用于将多个像素的信号相加。在该示例中，在五个像素的信号当中执行加法。然而，待相加在一起的像素的数量不限于五个。可以通过适当地修改开关的操作而在任意数量像素的信号当中执行加法。
在时刻t1，和从低电平转变为高电平。在相同时刻，至从低电平转变为高电平。结果，来自第n至第（n+4）行中的像素的信号可以相加在一起。如果和保持在低电平，则三个FD部分经由旁路引线509b连接在一起，因此来自三个像素的信号相加在一起。
因此，根据该实施例，变得可以通过提供用于将旁路引线连接在一起的开关而改变待相加在一起的像素的数量。
第三实施例
图7示出根据第三实施例的像素框图。虽然图7未示出每个像素的等效电路，但等效电路可以与图1或图5所示的相似。假设根据该实施例的图像拾取装置是彩色图像拾取装置。在图7所示的示例中，绿色像素Gr和红色像素Re交替地布置在阵列中。这种布置可以用作拜耳（Bayer）图案的一部分。在图7中，与根据第一实施例或第二实施例的元件相似的元件由相似标号表示，并且省略其进一步的详细描述。
在图7中，在每个像素中，FD表示连接到FD部分的节点，OUT表示输出节点。这些元件与图1所示的元件对应，以使得FD与光电转换单元的电荷被传送到的读出节点对应，OUT与选择单元的输出节点对应。该实施例与第一实施例和第二实施例不同在于，在每个像素列中提供多个信号线。更具体地说，在图7所示的示例中，在每个像素列中提供两个信号线。
开关707（n）、707（n+2）和707（n+4）能够经由公共旁路引线709b电连接第n、第（n+2）和第（n+4）行中的像素的FD部分。开关707（n+3）、707（n+5）和707（n+7）能够经由公共旁路引线709c电连接第（n+3）、第（n+5）和第（n+7）行中的像素的FD部分。用于电连接红色像素的FD部分的旁路引线709b和709d被布置为靠近信号线708a，用于从红色像素读出信号。用于电连接绿色像素的FD部分的旁路引线709a、709c和709e被布置为靠近信号线708b，用于从绿色像素读出信号。换句话说，用于将第一颜色的像素的FD部分连接在一起的旁路引线与用于从第二颜色的像素读出信号的信号线之间的距离，大于用于将第一颜色的像素的FD部分连接在一起的旁路引线与用于从第一颜色的像素读出信号的信号线之间的距离。这种配置使得可以减少可能经由引线之间的电容而产生的颜色的混合。具体地说，当每个像素的放大器是非反相放大器（例如源级跟随器电路）时，该配置有利的是，信号线的电势在与旁路引线的电势改变的相同方向上改变。旁路引线709a至709e彼此电绝缘。
图8和图9示出用于驱动具有图7所示的配置的图像拾取装置的驱动脉冲图案。图8所示的驱动脉冲图案用在其中独立地读出来自像素的信号的模式下。图9所示的驱动脉冲图案用在其中来自多个像素的信号相加在一起然后被读出的模式下。在图9所示的示例中，相同颜色的三个像素的信号相加，并且输出其结果。在实际装置中，可以根据选择的模式来选择这两个驱动脉冲图案。
以下解释图8所示的驱动脉冲图案。除了在每个像素列中提供多个信号线之外，根据该驱动脉冲图案的操作与以上参照图2描述的操作基本相似。在该示例中，在每个像素列中提供两个信号线。在该配置中，信号从中被读出到信号线708a的像素和信号从中被读出到信号线708b的像素被同时选择并且读出。
以下进一步详细解释图8所示的驱动脉冲图案。在以下解释中，假设如图7所示配置像素电路，并且图7未示出的元件与图1所示的元件相似。在图8所示的整个时段中，至保持在低电平，因此开关707（n）至707（n+9）保持在关断状态。
在时刻t1之前，至处于高电平。也就是说，在时刻t1之前，重置单元105（n）至105（n+9）处于导通状态下，因此经由重置单元105（n）至105（n+9）将特定电势提供给FD部分103（n）至103（n+9）。至处于低电平，因此选择单元106（n）至106（n+9）处于关断状态下，并且没有信号从任何像素输出到信号线708a和708b。至 处于低电平。
在时刻t1，和从低电平转变为高电平。响应于此，选择单元106（n）和106（n+1）转变为导通状态。
在时刻t2，和从高电平转变为低电平。结果，重置单元105（n）和重置单元105（n+1）转变为关断状态。这使得FD部分103（n）和FD部分103（n+1）的电势转变为浮置状态。信号线708a的电势转变为与FD部分103（n）的电势对应的值，信号线708b的电势转变为与FD部分103（n+1）的电势对应的电势。
在时刻t3，和从低电平转变为高电平。结果，传送单元102（n）和102（n+1）转变为导通状态，其中电荷从光电转换单元101（n）传送到FD部分103（n）的传送时段开始，此外，其中电荷从光电转换单元101（n+1）传送到FD部分103（n+1）的传送时段开始。
传送时段在时刻t4结束，在时刻t4，和从高电平转变为低电平。
在时刻t5，和从低电平转变为高电平。在时刻t6，和从高电平转变为低电平。
在从t2至t3的时段中，信号线708a和708b的电势或基于这些电势的信号由未示出的电路采样并且保持。在从t4至t5的时段中，信号线708a和708b的电势或基于这些电势的信号被采样并且保持。位于随后级处的电路确定这些采样和保持的信号之间的差。结果，可以实现像素中的重置噪声等的减少。
通过对于每个像素行重复以上处理，获得一个信号帧。以上描述的操作可以用于获得静止图像等。
根据上述驱动脉冲图案，可以从像素独立地读出信号。如图4所示的驱动脉冲图案，连接到FD部分的多个开关709可以导通，以电连接FD部分，由此改变FD部分的电容。
与根据图2所示的驱动脉冲图案的操作相比，根据当前驱动脉冲图案的操作允许甚至当独立地读出像素的信号时，从多个行同时读出信号，因此变得可以高速读出信号。
接下来，以下描述图9所示的驱动脉冲图案。该图所示的驱动脉冲图案用于将多个像素的信号相加在一起并且读出结果。更具体地说，相同颜色的三个像素的信号相加。除了在每个像素列中提供两个信号线以允许两个颜色的像素的信号相加并且输出到对应信号线之外，操作与以上参照图3描述的操作基本相似。在图9中，在从t7至t12的时段中执行的操作中，第n、第（n+2）和第（n+4）行中的红色像素的信号经由开关707（n）、707（n+2）和707（n+4）并且经由旁路引线709b相加。
第（n+3）、第（n+5）和第（n+7）行中的绿色像素的信号经由开关707（n+3）、707（n+5）和707（n+7）并且经由旁路引线709c相加。在从t1至t6的时段中执行的操作中，第（n+1）行中的绿色像素的信号与图中未示出的第（n-3）和第（n-1）行中的绿色像素的信号相加。在从t1至t6的时段中执行的操作中，第（n-6）、第（n-4）和第（n-2）行（图中未示出）中的红色像素的信号相加在一起。在时刻t12开始的时段中，第（n+6）、第（n+8）和第（n+10）行中的三个红色像素的信号相加，第（n+9）、第（n+11）和第（n+13）行中的三个绿色像素的信号相加。
也就是说，在图7所示的配置中，第一颜色的像素和与第一颜色不同的第二颜色的像素交替地布置，以使得每个颜色的FD部分经由与该颜色关联的旁路引线和开关电连接在一起。各个颜色的像素的信号读出到对应信号线。更具体地说，红色像素的信号读出到信号线708a，绿色像素的信号读出到信号线708b。
在第n行中的红色像素的信号之前，读出第（n+1）行中的绿色像素的信号。在第（n+7）行中的绿色像素的信号之后，读出第（n+6）行中的红色像素的信号。
根据该实施例，可以在以下模式之间切换操作模式：这些模式是相同颜色的像素的信号相加在一起并且输出结果的模式和独立地读出各个像素的信号的模式。此外，在每个像素列中提供多个信号线使得可以实现信号读取速度的进一步增加。
第四实施例
图10是根据第四实施例的固态图像拾取装置的等效电路图。第四实施例与第一实施例至第三实施例的不同在于，来自多个光电转换单元的电荷传送到一个FD部分。在图10所示的配置中，来自两个光电转换单元的信号被传送到一个FD部分。通过耗尽传送（depletiontransfer）执行自光电转换单元的传送。
在图10中，电荷从光电转换单元1001（a1）和1001（a2）传送到FD部分1003a。相似地，电荷从光电转换单元1001（b1）和1001（b2）传送到FD部分1003b，以及电荷从光电转换单元1001（c1）和1001（c2）传送到FD部分1003c。可以通过单个半导体区域实现FD部分1003a至1003c，或可以对于各个传送单元提供单独的半导体区域，并且这些半导体区域可以经由引线等电连接。
放大器1004a至1004c放大基于传送到FD部分1003a至1003c的电荷的信号，并且输出所得的放大信号。重置单元1005a至1005c将各个FD部分1003a至1003c的电势设置为基准电势。选择单元1006a至1006c控制放大器1004a至1004c与信号线1008之间的电连接。开关1007a至1007c连接，以使得它们中的每一个的第一节点连接到对应的FD部分，第二节点连接到旁路引线1009。传送到FD部分1003a至1003c的电荷可以经由开关1007a至1007c和旁路引线1009相加在一起。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本公开不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围将要赋予最宽泛的解释，从而包括所有这样的修改以及等效结构和功能。

Claims (14)

1.一种图像拾取装置，包括多个像素，每个像素都包括：浮置扩散部分，光电转换单元中生成的电荷传送至该浮置扩散部分；放大晶体管，被配置为把传送到所述浮置扩散部分的信号放大到信号线；开关，该开关包括连接到所述浮置扩散部分的第一节点和与所述第一节点不同的第二节点；以及重置晶体管，包括与所述浮置扩散部分连接的第三节点和连接到重置电压线的第四节点，其中，
多个开关的特定数量的第二节点连接到公共旁路引线。
2.如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，传送到多个浮置扩散部分的电荷经由多个开关和旁路引线而相加在一起。
3.如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，每个像素还包括布置在所述光电转换单元与所述第一节点之间的电路径中的传送单元。
4.如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，
第一颜色的像素和第二颜色的像素交替地布置，
所述第一颜色的各个像素中包括的开关的第二节点共同连接到第一旁路引线，以及
所述第二颜色的各个像素中包括的开关的第二节点共同连接到第二旁路引线。
5.如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，
所述像素布置为矩阵，以及
在每个像素列中提供多个信号线。
6.如权利要求1至4中的一项所述的图像拾取装置，其中，
所述像素布置为矩阵，
在每个像素列中提供多个信号线，
在每个像素列中交替地布置第一颜色的像素和第二颜色的像素，
第一颜色的各个像素中包括的开关的第二节点共同连接到第一旁路引线，
第二颜色的各个像素中包括的开关的第二节点共同连接到第二旁路引线，
来自所述第一颜色的像素的信号输出到第一信号线，以及
来自所述第二颜色的像素的信号输出到第二信号线。
7.如权利要求6所述的图像拾取装置，其中，所述第一旁路引线和所述第二旁路引线彼此电绝缘。
8.如权利要求6所述的图像拾取装置，其中，
所述放大晶体管包括非反相放大器，以及
所述第一旁路引线与所述第二信号线之间的距离大于所述第一旁路引线与所述第一信号线之间的距离。
9.如权利要求1所述的图像拾取装置，其中，第一光电转换单元中生成的电荷和第二光电转换单元中生成的电荷通过耗尽传送而传送到所述浮置扩散部分。
10.一种驱动图像拾取装置的方法，所述图像拾取装置包括多个像素，每个像素都包括：浮置扩散部分，光电转换单元中生成的电荷传送至该浮置扩散部分；放大晶体管，被配置为把传送到所述浮置扩散部分的信号放大到信号线；开关，包括连接到所述浮置扩散部分的第一节点和与所述第一节点不同的第二节点；以及重置晶体管，包括与所述浮置扩散部分连接的第三节点和连接到重置电压线的第四节点，所述方法包括：
使多个开关导通，以使得传送到多个浮置扩散部分的电荷经由连接到所述第二节点的公共旁路引线而相加在一起。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个开关转变为关断状态，并且各个像素的信号被独立地读出。
12.如权利要求10所述的方法，其中，在具有连接到所述公共旁路引线的所述第二节点的所述开关中，特定数量的开关导通以增加所述第二节点的电容。
13.如权利要求10所述的方法，其中，多个像素的信号同时输出到在每个像素列中提供的多个信号线。
14.如权利要求13所述的方法，其中，同时输出到所述信号线的信号中每个信号均为通过将所述多个像素的信号相加而获得的信号。
CN201210187766.6A 2011-06-08 2012-06-08 图像拾取装置 Active CN102821255B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011128143A JP5885403B2 (ja) 2011-06-08 2011-06-08 撮像装置
JP2011-128143 2011-06-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102821255A CN102821255A (zh) 2012-12-12
CN102821255B true CN102821255B (zh) 2015-08-19

Family

ID=47292335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210187766.6A Active CN102821255B (zh) 2011-06-08 2012-06-08 图像拾取装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9241117B2 (zh)
JP (1) JP5885403B2 (zh)
CN (1) CN102821255B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9277144B2 (en) 2014-03-12 2016-03-01 Apple Inc. System and method for estimating an ambient light condition using an image sensor and field-of-view compensation
US9293500B2 (en) 2013-03-01 2016-03-22 Apple Inc. Exposure control for image sensors
US9319611B2 (en) 2013-03-14 2016-04-19 Apple Inc. Image sensor with flexible pixel summing
US9473706B2 (en) 2013-12-09 2016-10-18 Apple Inc. Image sensor flicker detection
US9538106B2 (en) 2014-04-25 2017-01-03 Apple Inc. Image sensor having a uniform digital power signature
US9549099B2 (en) 2013-03-12 2017-01-17 Apple Inc. Hybrid image sensor
US9584743B1 (en) 2014-03-13 2017-02-28 Apple Inc. Image sensor with auto-focus and pixel cross-talk compensation
US9596423B1 (en) 2013-11-21 2017-03-14 Apple Inc. Charge summing in an image sensor
US9596420B2 (en) 2013-12-05 2017-03-14 Apple Inc. Image sensor having pixels with different integration periods

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5686765B2 (ja) * 2011-07-21 2015-03-18 キヤノン株式会社 撮像装置およびその制御方法
JP2014209696A (ja) * 2012-07-23 2014-11-06 ソニー株式会社 固体撮像装置、信号読み出し方法、および電子機器
US9276031B2 (en) 2013-03-04 2016-03-01 Apple Inc. Photodiode with different electric potential regions for image sensors
US9741754B2 (en) 2013-03-06 2017-08-22 Apple Inc. Charge transfer circuit with storage nodes in image sensors
JP6594493B2 (ja) * 2013-05-10 2019-10-23 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびカメラ
JP6217338B2 (ja) * 2013-11-19 2017-10-25 株式会社ニコン 固体撮像素子及び撮像装置
CN111866416B (zh) 2013-11-18 2023-12-05 株式会社尼康 固态成像元件及成像装置
US10285626B1 (en) 2014-02-14 2019-05-14 Apple Inc. Activity identification using an optical heart rate monitor
JP6075646B2 (ja) * 2014-03-17 2017-02-08 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子機器
JP6406856B2 (ja) * 2014-04-07 2018-10-17 キヤノン株式会社 撮像装置及びその制御方法
US9659982B2 (en) * 2014-04-11 2017-05-23 Cista System Corp. Image sensor pixel structure with optimized uniformity
US9686485B2 (en) 2014-05-30 2017-06-20 Apple Inc. Pixel binning in an image sensor
JP6433243B2 (ja) * 2014-11-04 2018-12-05 キヤノン株式会社 固体撮像素子及び撮像装置
JP2016111425A (ja) * 2014-12-03 2016-06-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 撮像装置
JP6765805B2 (ja) * 2015-11-24 2020-10-07 キヤノン株式会社 撮像装置の駆動方法、撮像装置、撮像システム
US9912883B1 (en) 2016-05-10 2018-03-06 Apple Inc. Image sensor with calibrated column analog-to-digital converters
JP2018007035A (ja) * 2016-07-01 2018-01-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法
WO2018012316A1 (ja) * 2016-07-15 2018-01-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および固体撮像素子の動作方法、撮像装置、並びに電子機器
EP3516692B1 (en) 2016-09-23 2022-02-16 Apple Inc. Stacked backside illuminated spad array
CN110235024B (zh) 2017-01-25 2022-10-28 苹果公司 具有调制灵敏度的spad检测器
US10656251B1 (en) 2017-01-25 2020-05-19 Apple Inc. Signal acquisition in a SPAD detector
US10962628B1 (en) 2017-01-26 2021-03-30 Apple Inc. Spatial temporal weighting in a SPAD detector
US10375338B2 (en) * 2017-02-01 2019-08-06 Omnivision Technologies, Inc. Two stage amplifier readout circuit in pixel level hybrid bond image sensors
US10362255B2 (en) * 2017-02-09 2019-07-23 Semiconductor Components Industries, Llc Multi-conversion gain pixel configurations
EP3611918B1 (en) * 2017-04-12 2023-08-23 Brillnics Singapore Pte. Ltd. Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device, and electronic apparatus
US10622538B2 (en) 2017-07-18 2020-04-14 Apple Inc. Techniques for providing a haptic output and sensing a haptic input using a piezoelectric body
US10440301B2 (en) 2017-09-08 2019-10-08 Apple Inc. Image capture device, pixel, and method providing improved phase detection auto-focus performance
US11019294B2 (en) 2018-07-18 2021-05-25 Apple Inc. Seamless readout mode transitions in image sensors
US10848693B2 (en) 2018-07-18 2020-11-24 Apple Inc. Image flare detection using asymmetric pixels
JP6798532B2 (ja) * 2018-07-25 2020-12-09 株式会社ニコン 撮像素子及び撮像装置
JP6702371B2 (ja) * 2018-07-25 2020-06-03 株式会社ニコン 撮像素子及び撮像装置
JP6863355B2 (ja) * 2018-10-04 2021-04-21 株式会社ニコン 撮像素子および撮像装置
JP7362651B2 (ja) * 2018-11-07 2023-10-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置及び電子機器
JP6825675B2 (ja) * 2019-10-25 2021-02-03 株式会社ニコン 撮像素子及び撮像装置
WO2021102366A1 (en) 2019-11-20 2021-05-27 Gigajot Technology, Inc. Scalable-pixel-size image sensor
JP7156330B2 (ja) * 2020-04-29 2022-10-19 株式会社ニコン 撮像素子及び撮像装置
US11563910B2 (en) 2020-08-04 2023-01-24 Apple Inc. Image capture devices having phase detection auto-focus pixels
JP7136168B2 (ja) * 2020-11-18 2022-09-13 株式会社ニコン 撮像素子及び撮像装置
US11546532B1 (en) 2021-03-16 2023-01-03 Apple Inc. Dynamic correlated double sampling for noise rejection in image sensors

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1518345A (zh) * 2003-01-10 2004-08-04 ���µ�����ҵ��ʽ���� 固体摄像装置及摄像机
CN101668120A (zh) * 2008-09-01 2010-03-10 佳能株式会社 摄像装置
US20100225795A1 (en) * 2009-03-06 2010-09-09 Renesas Technology Corp. Image pickup apparatus
CN102036020A (zh) * 2009-10-06 2011-04-27 佳能株式会社 固态图像传感器和摄像装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3031606B2 (ja) * 1995-08-02 2000-04-10 キヤノン株式会社 固体撮像装置と画像撮像装置
KR100680469B1 (ko) * 2005-01-31 2007-02-08 매그나칩 반도체 유한회사 인접한 화소들 사이의 센싱노드들이 공유된 씨모스 이미지센서
US7705900B2 (en) * 2005-06-01 2010-04-27 Eastman Kodak Company CMOS image sensor pixel with selectable binning and conversion gain
JP2008205638A (ja) * 2007-02-16 2008-09-04 Texas Instr Japan Ltd 固体撮像装置及びその動作方法
JP4941131B2 (ja) * 2007-06-30 2012-05-30 株式会社ニコン 固体撮像素子及び電子カメラ
JP2009033316A (ja) 2007-07-25 2009-02-12 Nikon Corp 固体撮像装置及びこれを用いた電子カメラ
US7777171B2 (en) * 2008-08-26 2010-08-17 Eastman Kodak Company In-pixel summing of charge generated by two or more pixels having two reset transistors connected in series
US8913166B2 (en) * 2009-01-21 2014-12-16 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging apparatus
FR2955701A1 (fr) * 2010-01-28 2011-07-29 St Microelectronics Sa Structure compacte de capteur d'image
JP5499789B2 (ja) * 2010-03-11 2014-05-21 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び、電子機器
JP5686765B2 (ja) * 2011-07-21 2015-03-18 キヤノン株式会社 撮像装置およびその制御方法
US9093351B2 (en) * 2012-03-21 2015-07-28 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state imaging apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1518345A (zh) * 2003-01-10 2004-08-04 ���µ�����ҵ��ʽ���� 固体摄像装置及摄像机
CN101668120A (zh) * 2008-09-01 2010-03-10 佳能株式会社 摄像装置
US20100225795A1 (en) * 2009-03-06 2010-09-09 Renesas Technology Corp. Image pickup apparatus
CN102036020A (zh) * 2009-10-06 2011-04-27 佳能株式会社 固态图像传感器和摄像装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9293500B2 (en) 2013-03-01 2016-03-22 Apple Inc. Exposure control for image sensors
US9549099B2 (en) 2013-03-12 2017-01-17 Apple Inc. Hybrid image sensor
US9319611B2 (en) 2013-03-14 2016-04-19 Apple Inc. Image sensor with flexible pixel summing
US9596423B1 (en) 2013-11-21 2017-03-14 Apple Inc. Charge summing in an image sensor
US9596420B2 (en) 2013-12-05 2017-03-14 Apple Inc. Image sensor having pixels with different integration periods
US9473706B2 (en) 2013-12-09 2016-10-18 Apple Inc. Image sensor flicker detection
US9277144B2 (en) 2014-03-12 2016-03-01 Apple Inc. System and method for estimating an ambient light condition using an image sensor and field-of-view compensation
US9584743B1 (en) 2014-03-13 2017-02-28 Apple Inc. Image sensor with auto-focus and pixel cross-talk compensation
US9538106B2 (en) 2014-04-25 2017-01-03 Apple Inc. Image sensor having a uniform digital power signature

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012257028A (ja) 2012-12-27
US9241117B2 (en) 2016-01-19
CN102821255A (zh) 2012-12-12
US20120312964A1 (en) 2012-12-13
JP5885403B2 (ja) 2016-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102821255B (zh) 图像拾取装置
CN1200555C (zh) 互补金属氧化物半导体成像器件
US9185369B2 (en) Solid state imaging device
CN104272718B (zh) 固体摄像装置
CN102623474B (zh) 像素面积减小的图像传感器
CN107743206B (zh) 图像传感器以及用于图像传感器的控制方法
CN102244741B (zh) 固态图像传感器和照相机
CN100362854C (zh) 固体摄像装置、其驱动方法及使用它的照相机
CN102780859B (zh) 固态成像设备、驱动固态成像设备的方法和固态成像系统
JP2011082768A (ja) 固体撮像装置および撮像装置
US7875839B2 (en) Solid state imaging device that generates color pixel signals corresponding to a color filter
CN102821256B (zh) 固态图像拾取装置及其驱动方法
TW201233165A (en) Image sensor having supplemental capacitive coupling node
CN104754252A (zh) 固态成像装置及其驱动方法
CN104980669A (zh) 具有一致性的图像传感器优化像素结构
CN104243862A (zh) 固态图像传感器
CN104272719B (zh) 固体摄像装置
CN103988494B (zh) 固体摄像装置
CN101513041A (zh) 包括三个晶体管的单位像素和包括该单位像素的像素阵列
CN112449131B (zh) 多功能图像传感器电路
JP4363496B2 (ja) 固体撮像装置およびその駆動方法
CN113488494B (zh) 一种内线帧转移ccd的像元倍增及信号转移控制方法
US20240080589A1 (en) Image sensor
KR20010050863A (ko) 전하전송장치, 이를 사용한 고체촬상장치 및 그 제어방법
CN101593749B (zh) 光电转换装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant