CN102857710A - 固体拍摄装置及弥散评价方法 - Google Patents

Abstract

公开一种固体拍摄装置及弥散评价方法。根据实施方式，上述固体拍摄装置包括：像素阵列部，以矩阵状配置积蓄光电变换的电荷的像素；行扫描电路，以每行驱动上述像素；电荷注入部，向上述像素阵列部的一部分的像素注入电荷；和定时控制电路，控制上述像素的驱动定时及电荷注入定时。

Description

固体拍摄装置及弥散评价方法

关联申请的引用

本申请享受2011年6月27日申请的日本申请专利号2011-141405优先权的利益，其日本申请专利的全部内容在本申请被援用。

技术区域

一般地，本实施方式涉及固体拍摄装置及弥散(blooming)评价方法。

背景技术

CMOS图像传感器中，高亮度的光入射时，光电二极管中发生大量的电荷，向周边像素溢出超过排出能力的量，所以发生弥散。

作为这样的弥散的评价方法，存在使高亮度的光向全部的感光像素入射，用遮光像素检测从那里溢出的电荷而量化的方法。这个方法中，假定在室外晴天的环境使用的条件时，需要准备与太阳光同等的亮度的光源。

发明内容

本发明要解决的问题是提供可以使光不入射至感光像素，而评价弥散的固体拍摄装置及弥散评价方法。

实施方式的固体拍摄装置，其特征在于，包括：像素阵列部，以矩阵状配置有积蓄光电变换的电荷的像素；行扫描电路，以每行驱动上述像素；电荷注入部，向上述像素阵列部的一部分的像素注入电荷；和定时控制电路，控制上述像素的驱动定时及电荷注入定时。

其他的实施方式的弥散评价方法，其特征在于，包括以下步骤：向像素阵列部的一部分的像素注入电荷，其中上述像素阵列部以矩阵状配置有积蓄光电变换的电荷的像素；和在向上述像素注入电荷时，从上述像素的周边的像素读出信号。

根据上述构成的固体拍摄装置及弥散评价方法，可以使光不入射至感光像素，而评价弥散。

附图说明

图1是表示第1实施方式涉及的固体拍摄装置的概略构成的方块图。

图2(a)是表示图1像素PC的构成的电路图，图2(b)是表示图1像素PC′的构成的电路图。

图3(a)是表示图2(a)的像素PC的主要部分的断面图，图3(b)是表示图2(a)的像素PC的低亮度时的电荷的状态的电位图，图3(c)是表示图2(a)的像素PC的高亮度时的电荷的状态的电位图。

图4(a)是表示图2(b)的像素PC′的主要部分的断面图，图4(b)是表示图2(a)的像素PC′的电荷注入时的电荷的状态的电位图。

图5是表示在图2(a)的像素PC′的电荷注入时向周边像素的电荷的扩散状态的平面图。

图6是表示第2实施方式涉及的固体拍摄装置的弥散评价方法的流程图。

具体实施方式

根据实施方式的固体拍摄装置，设置有：像素阵列部、行扫描电路、电荷注入部、定时控制电路。像素阵列部中，以矩阵状配置积蓄光电变换的电荷的像素。行扫描电路，以每行驱动上述像素。电荷注入部，向上述像素阵列部的一部分的像素注入电荷。定时控制电路，控制上述像素的驱动定时及电荷注入定时。

以下，关于实施方式涉及的固体拍摄装置，一边参照附图一边说明。本发明不通过这些实施方式限定。

(第1实施方式)

图1是表示第1实施方式涉及的固体拍摄装置的概略构成的方块图。

在图1，这个固体拍摄装置配置有：像素阵列部1，在行方向及列方向以矩阵状配置积蓄光电变换的电荷的像素PC；行扫描电路2，以每行驱动成为读出对象的像素PC；负载电路3，使垂直信号线Vlin的电位追随从像素PC读出的信号；列ADC电路4，用CDS数字化各像素PC的信号分量；线存储器5，仅以1线量保存ADC电路4数字化的各像素PC的信号分量；列扫描电路6，在水平方向扫描成为读出对象的像素PC；定时控制电路7，控制像素PC的驱动定时及像素PC′的电荷注入定时；DA转换器8，向列ADC电路4输出斜坡信号Vramp；电流源G′，向像素阵列部1的一部分的像素PC′注入电荷；选择器10，遮断向像素PC′的电荷的注入；和转换控制部9，进行向像素PC′的电荷的注入的转换控制。像素PC′优选地配置在像素阵列部1的端部。通过在端部设置，像素PC′周边以外可大致如以前那样保持像素阵列部1的布线结构/布局。

在这里，像素阵列部1中，在行方向设置进行像素PC，PC′的读出控制的水平控制线Hlin，在列方向设置传送从像素PC，PC′读出的信号的垂直信号线Vlin。

并且，拍摄操作中，用转换控制部9截断选择器10，将像素PC′和电流源G′断开。并且，通过用行扫描电路在垂直方向扫描2像素PC，PC′，选择行方向的像素PC，PC′，从其像素PC，PC′读出的信号经由垂直信号线Vlin向列ADC电路4传送。在这里，负载电路3中，从像素PC，PC′读出信号时，在其像素PC，PC′之间构成源极跟随器，将垂直信号线Vlin的电位追随从像素PC读出的信号。

并且，列ADC电路4中，从各像素PC，PC′的信号取样复位电平及读出电平，取得复位电平及读出电平的差量，用CDS数字化各像素PC，PC′的信号分量，经由线存储器5作为输出信号Vout输出。

另一方面，在弥散的评价时，用转换控制部9导通选择器10，将像素PC′和电流源G′连接。并且，从电流源G′向像素PC′注入电流，以电荷从像素PC′向周边的像素PC溢出的方式设定电流量。此时，通过用行扫描电路2在垂直方向扫描像素PC，PC′，选择行方向的像素PC，PC′，从其像素PC，PC′读出的信号经由垂直信号线Vlin向列ADC电路4传送。

并且，列ADC电路4中，从各像素PC的信号取样复位电平及读出电平，取得复位电平及读出电平的差量，用CDS数字化各像素PC的信号分量，经由线存储器5作为输出信号Vout输出。并且，参照此时的图像，通过确认从像素PC′向周边的像素PC溢出电荷到哪个程度的范围，能评价弥散。并且，根据这个弥散的评价结果，能进行固体拍摄装置的发货时间的合格与否的判断。

在这里，可通过向像素阵列部1的一部分的像素PC′注入电荷，能使光不入射至像素阵列部1，而评价弥散。因此，在弥散评价时，能不准备具有与太阳光同等的亮度的光源，再现在室外晴天的环境使用的条件。

图2(a)是表示图1的像素PC的构成的电路图，图2(b)是表示图1的像素PC′的构成的电路图。

在图2(a)，像素PC中设置有光电二极管PD，行选择晶体管Ta，放大晶体管Tb，复位晶体管Tc及读出晶体管Td。此外，在放大晶体管Tb、复位晶体管Tc和读出晶体管Td的连接点形成浮动扩散点FD作为检测节点。

并且，读出晶体管Td的源极与光电二极管PD连接，向读出晶体管Td的栅极输入读出信号READ。此外，复位晶体管Tc的源极与读出晶体管Td的漏极连接，向复位晶体管Tc的栅极输入复位信号RESET，复位晶体管Tc的漏极连接在电源电位VDD。此外，向行选择晶体管Ta的栅极输入行选择信号ADRES，行选择晶体管Ta的漏极连接在电源电位VDD。此外，放大晶体管Tb的源极与垂直信号线Vlin连接，放大晶体管Tb的栅极与读出晶体管Td的漏极连接，放大晶体管Tb的漏极与行选择晶体管Ta的源极连接。此外，电流源G与垂直信号线Vlin连接。

图1的水平控制线Hlin，能以每行向像素PC传送读出信号READ，复位信号RESET及行选择信号ADRES。

并且，行选择信号ADRES为低电平的场合，行选择晶体管Ta成为截断状态，不进行源极跟随操作，所以不向垂直信号线Vlin输出信号。此时，读出信号READ和复位信号RESET变为高电平时，读出晶体管Td导通，向浮动扩散点FD排出光电二极管PD积蓄的电荷。并且，经由复位晶体管Tc向排出电源VDD。

向电源VDD排出光电二极管PD积蓄的电荷之后，读出信号READ成为行低电平时，用光电二极管PD开始有效的信号电荷的积蓄。

其次，行选择信号ADRES变为高电平时，像素PC的行选择晶体管Ta导通，向放大晶体管Tb的漏极施加电源电位VDD，所以用放大晶体管Tb和负载电路3构成源极跟随器。

并且，复位信号RESET上升时，复位晶体管Tc导通，将浮动扩散点FD发生漏泄电流等的多余的电荷复位。并且，对应浮动扩散点FD的复位电平的电压应用在放大晶体管Tb的栅极上。在这里，由于用放大晶体管Tb和负载电路3构成源极跟随器，垂直信号线Vlin的电压追随向放大晶体管Tb的栅极加的电压，复位电平的输出电压Vsig经由垂直信号线Vlin向列ADC电路4输出。

并且，列ADC电路4中，在输入复位电平的输出电压Vsig的状态，作为斜坡信号Vramp给予三角波，比较复位电平的输出电压Vsig和斜坡信号Vramp。

并且，通过将复位电平的输出电压Vsig倒计时直到与斜坡信号Vramp的电平一致，将复位电平的输出电压Vsig转换成数字值并保持。

其次，读出信号READ上升时，读出晶体管Td导通，向浮动扩散点FD传送光电二极管PD积蓄的电荷，对应浮动扩散点FD的信号电平的电压应用在放大晶体管Tb的栅极上。在这里，由于用放大晶体管Tb和负载电路3构成源极跟随器，垂直信号线Vlin的电压追随向放大晶体管Tb的栅极施加的电压，读出电平的输出电压Vsig经由垂直信号线Vlin向列ADC电路4输出。

并且，列ADC电路4中，在输入读出电平的输出电压Vsig的状态，作为斜坡信号Vramp给予三角波，比较读出电平的输出电压Vsig和斜坡信号Vramp。

并且，这次通过将读出电平的输出电压Vsig正计时直到与斜坡信号Vramp的电平一致，将读出电平的输出电压Vsig和复位电平的输出电压Vsig的差量转换成数字值，向线存储器5发送。

图2(b)是表示图1像素PC′的构成的电路图。

在图2(b)，像素PC′中设置有光电二极管PD′，行选择晶体管Ta′，放大晶体管Tb′，复位晶体管Tc′，读出晶体管Td′和选择晶体管Te′。此外，在读出放大晶体管Tb′、复位晶体管Tc′和晶体管Td′的连接点形成浮动扩散点FD′作为检测节点。

并且，读出晶体管Td′的源极与光电二极管PD′连接，读出晶体管Td′的栅极与选择晶体管Te′的源极连接。此外，复位晶体管Tc′的源极与读出晶体管Td′的漏极连接，向复位晶体管Tc′的栅极输入复位信号RESET，复位晶体管Tc′的漏极连接在电源电位VDD。此外，向行选择晶体管Ta′的栅极输入行选择信号ADRES，行选择晶体管Ta′的漏极连接在电源电位VDD。此外，放大晶体管Tb′的源极与垂直信号线Vlin连接，放大晶体管Tb′的栅极与读出晶体管Td′的漏极连接，放大晶体管Tb′的漏极与行选择晶体管Ta′的源极连接。选择晶体管Te′的栅极与图1转换控制部9连接，向选择晶体管Te′的漏极输入读出信号READ。

并且，在弥散的评价时，用转换控制部9导通选择器10，将像素PC′和电流源G′连接。此外，用转换控制部9截断选择晶体管Te′，遮断向读出晶体管Td′的栅极的读出信号READ的输入。

并且，从电流源G′向光电二极管PD′注入电流，以电荷从像素PC′向周边的像素PC溢出的方式设定电流量。此时，通过用行扫描电路2在垂直方向扫描像素PC，PC′，选择行方向的像素PC，PC′，从其像素PC，PC′读出的信号经由垂直信号线Vlin向列ADC电路4传送。

并且，列ADC电路4中，从各像素PC的信号取样复位电平及读出电平，取得复位电平及读出电平的差量，用CDS数字化各像素PC的信号分量，经由线存储器5作为输出信号Vout输出。并且，根据此时的输出信号Vout，能定量地评价从像素PC′向周边的像素PC溢出的电荷量。

在这里，在弥散的评价时，通过使向读出晶体管Td′的栅极的读出信号READ的输入遮断，能防止从电流源G′向光电二极管PD′注入的电荷经由读出晶体管Td′向浮动扩散点FD′排出。因此，能防止从电流源G′向光电二极管PD′注入的电荷变得无用，能使从电流源G′向光电二极管PD′的电荷的注入效率提高。

图3(a)是表示图2(a)的像素PC的主要部分的断面图，图3(b)是表示图2(a)的像素PC的低亮度时的电荷的状态的电位图，图3(c)是表示图2(a)的像素PC的高亮度时的电荷的状态的电位图。

在图3(a)，在半导体基板形成阱21。在阱21形成元件分离区域22，用元件分离区域22以每像素PC元件分离阱21。此外，在阱21，形成互相分离的杂质扩散层23～25，在杂质扩散层23，24间的沟道区域上经由栅绝缘膜形成栅电极26，在杂质扩散层24，25间的沟道区域上经由栅绝缘膜形成栅电极27。

在杂质扩散层23，能设置图2(a)的光电二极管PD及读出晶体管Td的源极。在杂质扩散层24，能设置图2(a)的读出晶体管Td的漏极，复位晶体管Tc的源极及浮动扩散点FD。在杂质扩散层25，能设置图2(a)的复位晶体管Tc的漏极。栅电极26能构成图2(a)的读出晶体管Td的栅极。栅电极27能构成图2(a)的复位晶体管Tc的栅极。

并且，在低亮度时，用光电二极管PD光电变换的电荷e-积蓄在光电二极管PD。并且，通过读出晶体管Td导通，向浮动扩散点FD排出光电二极管PD的电荷e-。此外，由于复位晶体管Tc导通，向电源电位VDD排出浮动扩散点FD。

另一方面，在高亮度时，用光电二极管PD光电变换的电荷e-积蓄在光电二极管PD。并且，即使读出晶体管Td截断的场合，光电二极管PD的电荷e-也向浮动扩散点FD溢出。此外，元件分离区域22的电位势垒比读出晶体管Td截断时的电位势垒小时，自身的像素PC的光电二极管PD的电荷e-向周边的像素PC溢出。

图4(a)是表示图2(b)的像素PC′的主要部分的断面图，图4(b)是表示图2(a)的像素PC′的电荷注入时的电荷的状态的电位图。

在图4(a)，在半导体基板形成阱21。在阱21形成元件分离区域22，用元件分离区域22以每像素PC′元件分离阱21。此外，在阱21，形成互相分离的杂质扩散层23′～25′，在杂质扩散层23′，24′间的沟道区域上经由栅绝缘膜形成栅电极26′，在杂质扩散层24′，25′间的沟道区域上经由栅绝缘膜形成栅电极27′。

在杂质扩散层23′，能设置图2(b)的光电二极管PD′及读出晶体管Td′的源极。在杂质扩散层24′，能设置图2(b)的读出晶体管Td′的漏极，复位晶体管Tc′的源极及浮动扩散点FD′。在杂质扩散层25′，能设置图2(b)的复位晶体管Tc′的漏极。栅电极26′能构成图2(b)的读出晶体管Td′的栅极。栅电极27′能构成图2(b)的复位晶体管Tc′的栅极。

此外，在像素PC′，设置遮断像素PC′积蓄的电荷e-的读出的选择器11。在这里，读出信号READ经由选择器11向栅电极26′供应。这个选择器11能用图2(b)的选择晶体管Te′构成。

并且，在电荷注入时，用选择器11遮断向栅电极26′施加的读出信号READ，截断读出晶体管Td′。此外，通过用选择器10将电流源G′和杂质扩散层23′连接，从电流源G′向光电二极管PD′注入电流，以电荷e-从像素PC′向周边的像素PC溢出的方式设定电流量。

图5是表示在图2(a)的像素PC′的电荷注入时向周边像素的电荷的扩散状态的平面图。

在图5，在图1像素阵列部1，设置感光像素区域31及OB(OpticalBlack：光黑)像素区域32。并且，在感光像素区域31和OB像素区域32之间，形成防止从感光像素区域31溢出的电荷e-向OB像素区域32侵入的阻挡区域33。

在感光像素区域31，以与感光像素相邻的方式在感光像素区域31的端部配置像素PC′。并且，从电流源G′向像素PC′注入电流时，电荷e-从像素PC′向周边的像素PC溢出。并且，以这个状态驱动像素阵列部1的像素PC，通过从像素PC读出信号能评价弥散。

(第2实施方式)

图6是表示第2实施方式涉及的固体拍摄装置的弥散评价方法的流程图。

在图6，在固体拍摄装置的弥散评价时，导通图4的选择器10，截断选择器11(S1)。

其次，从电流源G′向像素PC′注入电流(S2)，此时用列ADC电路4检测从像素PC′，PC读出的信号(S3)。并且，参照此时的图像，通过确认从像素PC′向周边的像素PC溢出电荷到哪个程度的范围，评价弥散(S4)。

说明了本发明的几个实施方式，但是，这些实施方式，作为实例出示，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式，可以用其他的各种各样的形态实施，在不越出发明的要旨的范围内，能进行各种的省略，调换，变更。这些实施方式及其变形，包含在发明的范围和要旨内，并且包含在权利要求的范围内记载的发明及其等同物的范围内。

Claims (25)

1.一种固体拍摄装置，其特征在于，包括：

像素阵列部，以矩阵状配置有积蓄光电变换的电荷的像素；

行扫描电路，以每行驱动上述像素；

电荷注入部，向上述像素阵列部的一部分的像素注入电荷；和

定时控制电路，控制上述像素的驱动定时及电荷注入定时。

2.如权利要求1所述的固体拍摄装置，其特征在于，从上述电荷注入部注入电荷的像素配置在上述像素阵列部的端部。

3.如权利要求1所述的固体拍摄装置，其特征在于，从上述电荷注入部注入电荷的像素设置为与上述像素阵列部的感光像素相邻。

4.如权利要求1所述的固体拍摄装置，其特征在于，包括：第1选择器，遮断从上述电荷注入部向上述像素的电荷的注入。

5.如权利要求4所述的固体拍摄装置，其特征在于，包括：第2选择器，设置在从上述电荷注入部注入电荷的像素，遮断上述像素积蓄的电荷的读出。

6.如权利要求5所述的固体拍摄装置，其特征在于，包括：转换控制部，进行向上述像素的电荷的注入的转换控制。

7.如权利要求6所述的固体拍摄装置，其特征在于，上述转换控制部，在拍摄操作时，通过截断上述第1选择器使从上述电荷注入部向上述像素的电荷的注入遮断，在弥散评价时，通过导通上述第1选择器使电荷从上述电荷注入部向上述像素注入。

8.如权利要求7所述的固体拍摄装置，其特征在于，上述转换控制部，在拍摄操作时，通过导通上述第2选择器使上述像素积蓄的电荷的读出成为可能，在弥散评价时，通过截断上述第2选择器使上述像素积蓄的电荷的读出遮断。

9.如权利要求6所述的固体拍摄装置，其特征在于，上述像素包括：

光电二极管，进行光电变换；

行选择晶体管，进行上述像素的行选择；

读出晶体管，从上述光电二极管向浮动扩散点传送信号；

复位晶体管，将上述浮动扩散点积蓄的信号复位；和

放大晶体管，检测上述浮动扩散点的电位。

10.如权利要求9所述的固体拍摄装置，其特征在于，从上述电荷注入部注入电荷的像素还包括：选择晶体管，遮断向上述读出晶体管的栅极输入读出信号。

11.如权利要求10所述的固体拍摄装置，其特征在于，上述光电二极管经由上述第1选择器与电流源连接。

12.如权利要求11所述的固体拍摄装置，其特征在于，上述像素阵列部包括：

水平控制线，在行方向进行上述像素的读出控制；和

垂直信号线，在列方向传送从上述像素读出的信号。

13.如权利要求12所述的固体拍摄装置，其特征在于，包括：

负载电路，使上述垂直信号线的电位追随从上述像素读出的信号；

列ADC电路，用CDS数字化上述像素的信号分量；和

列扫描电路，在水平方向扫描成为读出对象的像素。

14.如权利要求13所述的固体拍摄装置，其特征在于，在弥散的评价时，以电荷从上述电荷注入部注入电荷的像素向周边的像素溢出的方式设置上述电流源的电流量。

15.如权利要求14所述的固体拍摄装置，其特征在于，在弥散的评价时，用上述转换控制部导通上述第1选择器，将上述像素和上述电流源连接。

16.如权利要求15所述的固体拍摄装置，其特征在于，在上述弥散的评价时，通过用上述行扫描电路在垂直方向扫描上述像素选择行方向的像素，从上述像素读出的信号经由上述垂直信号线向上述列ADC电路传送。

17.如权利要求16所述的固体拍摄装置，其特征在于，在上述弥散的评价时，上述列ADC电路从上述像素的信号取样复位电平及读出电平，取得上述复位电平及上述读出电平的差量，用CDS数字化上述像素的信号分量。

18.如权利要求17所述的固体拍摄装置，其特征在于，在拍摄操作时，用上述转换控制部截断上述第1选择器，将上述像素和上述电流源切断。

19.如权利要求17所述的固体拍摄装置，其特征在于，在上述拍摄操作时，通过用上述行扫描电路在垂直方向扫描上述像素选择行方向的像素，从上述像素读出的信号经由上述垂直信号线向上述列ADC电路传送。

20.如权利要求19所述的固体拍摄装置，其特征在于，在上述拍摄操作时，上述列ADC电路从上述像素的信号取样复位电平及读出电平，取得复位电平及读出电平的差量，用CDS数字化上述像素的信号分量。

21.一种弥散评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

向像素阵列部的一部分的像素注入电荷，其中上述像素阵列部以矩阵状配置有积蓄光电变换的电荷的像素；和

在向上述像素注入电荷时，从上述像素的周边的像素读出信号。

22.如权利要求21所述的弥散评价方法，其特征在于，以电荷从注入上述电荷的像素向上述周边的像素溢出的方式设置上述电荷的注入量。

23.如权利要求21所述的弥散评价方法，其特征在于，通过在垂直方向扫描上述像素选择行方向的像素，在列方向传送从上述像素读出的信号。

24.如权利要求23所述的弥散评价方法，其特征在于，从上述像素的信号取样复位电平及读出电平，取得上述复位电平及上述读出电平的差量，用CDS数字化上述像素的信号分量。

25.如权利要求21所述的弥散评价方法，其特征在于，在拍摄操作时，遮断向上述像素的电荷的注入。

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