CN104639787B - 固态成像装置和成像系统 - Google Patents
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Abstract
公开了固态成像装置和成像系统。一种固态成像装置，其中像素在同一行中具有相同的滤色器，并且在不同行中具有不同的滤色器；并且颜色选择单元按颜色的顺序依次选择并输出由多个保持单元保持的信号，以满足：y＝ax+(b/c‑d)x，其中像素在同一行方向上按节距x布置，并且在同一列方向上按节距y布置，a是大于或等于1的第一系数，b是一行中的像素的电荷累积时段相对于与该一行相邻的行中的像素的电荷累积时段的偏移，c是从选择单元输出信号的周期，这些信号由多个像素生成，并且d是大于或等于0并且小于或等于0.15的第二系数。
Description
技术领域
本发明涉及固态成像装置和成像系统。
背景技术
近年来，因为复印机产业中的成本竞争，读出原稿的读取器单元也需要降低其成本。作为一种用于降低设在读取器单元中的图像传感器的成本的措施，存在一种在日本专利申请特开第2010-199710号公报中公开的技术。在日本专利申请特开第2010-199710号公报中，多个颜色信号被顺序地对于每种颜色输出到一条共同的输出线，从而减少诸如选择开关之类的元件的数目，并且减小芯片尺寸。此外，还公开一种技术，其将该装置与用于每种颜色的增益切换功能相组合，从而消除后级中的增益调节电路，并且实现系统级的成本降低。
发明内容
根据本发明的一方面，一种固态成像装置包括：具有多个像素的像素阵列，所述多个像素布置成矩阵并且通过光电转换来生成信号，其中同一行中的像素具有相同颜色的滤光器，而不同行中的像素具有不同颜色的滤光器；多个保持单元，每个保持来自所述多个像素中的每个像素的信号；以及颜色选择单元，被配置为按颜色的顺序依次选择由多个保持单元保持的信号，以满足关系：y＝ax+(b/c-d)x，其中所述多个像素在同一行方向上按节距(pitch)x布置，所述多个像素在同一列方向上按节距y布置，a是第一系数，b是一行中的像素的电荷累积时段相对于与该一行相邻的行中的像素的电荷累积时段的偏移，c是从颜色选择单元输出由所述多个像素生成的信号的周期，并且d是第二系数，并且其中第一系数a是大于或等于1的整数，第二系数d是大于或等于0并且小于或等于0.15的值。
通过以下参考附图对示范性实施例的描述，本发明的更多特征将变得清楚。
附图说明
图1由图1A和1B组成，示出图示出根据本实施例的固态成像装置的配置示例的视图。
图2是图示出图1A和1B中的像素的配置示例的视图。
图3是图示出图1A和1B中的固态成像装置的每种颜色的像素阵列的布置示例的视图。
图4是图示出图1A和1B中的保持单元的配置示例的视图。
图5是图示出图1A和1B中的颜色选择单元的配置示例的视图。
图6是图示出图1A和1B中的固态成像装置的操作的定时图。
图7是图示出根据本实施例的固态成像装置的系统的配置示例的视图。
图8由图8A、8B、8C和8D组成，示出图示出根据本实施例的固态成像装置的另一配置示例的视图。
图9由图9A和9B组成，示出图示出根据本实施例的固态成像装置的另一配置示例的视图。
图10是图示出图9A和9B中的像素的配置示例的视图。
图11是图示出图9A和9B中的固态成像装置的每种颜色的像素阵列的布置示例的视图。
图12是图示出图9A和9B中的固态成像装置的操作的定时图。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
作为一种进一步降低成本的措施，减少作为光源的LED阵列的数目的必要性已经显现出来。然而，如果减少LED的数目，则会出现这样的问题：入射在传感器上的光自身的量因此减少，这成为降低图像质量的因素。
本发明的一目的是提供一种抑制成本的增大并且同时具有高灵敏度的固态成像装置和成像系统。
图1由图1A和1B组成，示出图示出根据本发明的实施例的固态成像装置的配置示例的视图。像素阵列100中具有布置成二维矩阵的多个像素101。图2是图示出像素101的配置示例的电路图。光电二极管PD是将光光电转换成电荷并累积电荷的光电转换部。像素101由脉冲pres和脉冲ptx控制。脉冲pres被施加到复位晶体管M1的栅极。当脉冲pres变成高电平时，复位晶体管M1被接通，并且光电二极管PD和/或浮置扩散FD被复位到电源电压。从而，光电二极管PD和/或浮置扩散FD中的电荷被复位。此外，脉冲ptx被施加到传送晶体管M2的栅极。当脉冲ptx变成高电平时，传送晶体管M2被接通，并且光电二极管PD中的电荷被传送到浮置扩散FD。浮置扩散FD将电荷转换成电压。放大晶体管M3是用于从输出端子out向后级中的电路输出相应于浮置扩散FD的电压的电压的源极跟随器电路的输入部。
在图1A和1B中，像素阵列100具有第一行的R像素行110、第二行的G像素行120和第三行的B像素行130。R像素行110由第一行的多个像素101形成，并且是如下的像素行：在该像素行的上面布置有使红色的波长区域中的光透过它的滤光器(optical filter)。G像素行120由第二行的多个像素101形成，并且是如下的像素行：在该像素行的上面布置有使绿色的波长区域中的光透过它的滤光器。B像素行130由第三行的多个像素101形成，并且是如下的像素行：在该像素行的上面布置有使蓝色的波长区域中的光透过它的滤光器。像素阵列100具有布置成矩阵并通过光电转换来生成信号的多个像素101。同一行中的像素101具有同种颜色的滤光器。不同行中的像素101具有互不相同颜色的滤光器。
如图3中所示，R像素行110、G像素行120和B像素行130是并行布置的。顺便说一下，图3中R像素行110、G像素行120和B像素行130中的像素101所排列的方向在下文中将被称为主扫描方向，并且与主扫描方向垂直的方向将被称为副扫描方向。副扫描方向与原稿读取扫描方向一致。固态成像装置通过在副扫描方向上相对于原稿移动来扫描原稿。此外，如图3中所示，像素101在主扫描方向上的节距被定义为x，并且像素101在副扫描方向上的节距被定义为y。多个像素101被布置成矩阵。像素101的节距x是同一行中的像素101的节距。像素101的节距y是同一列中的像素101的节距。
图4是图示出图1A和1B中的保持单元200的配置示例的电路图。多个保持单元200通过输入端子in接收来自多个像素101的各个输出信号，并且将输入信号保持在其中。每个保持单元200具有电流源电路401、开关402、电容器CM和缓冲器电路403。与图2中的放大晶体管M3一起，电流源电路401构成源极跟随器电路。开关402和电容器CM构成采样和保持电路。缓冲器电路403将电容器CM中保持的电压输出到后级中的电路。开关402通过控制脉冲pcm来控制通/断操作。电容器CM在其中保持像素101的复位信号和光学信号。缓冲器电路403向输出端子out输出信号。
在图1A和1B中，脉冲控制单元300生成用于控制像素101和保持单元200的脉冲pres_r、pres_g、pres_b、ptx_r、ptx_g、ptx_b、pcm_r、pcm_g和pcm_b。脉冲pres_r是用于R像素行110中的像素101的脉冲pres。脉冲pres_g是用于G像素行120中的像素101的脉冲pres。脉冲pres_b是用于B像素行130中的像素101的脉冲pres。脉冲ptx_r是用于R像素行110中的像素101的脉冲prx。脉冲ptx_g是用于G像素行120中的像素101的脉冲prx。脉冲ptx_b是用于B像素行130中的像素101的脉冲prx。脉冲pcm_r是用于保持来自R像素行110中的像素101的输出信号的保持单元200的脉冲pcm。脉冲pcm_g是用于保持来自G像素行120中的像素101的输出信号的保持单元200的脉冲pcm。脉冲pcm_b是用于保持来自B像素行130中的像素101的输出信号的保持单元200的脉冲pcm。脉冲控制单元300根据外部控制脉冲分别设定R像素行110和与该行相对应的保持单元200、G像素行120和与该行相对应的保持单元200以及B像素行130和与该行相对应的保持单元200的控制脉冲的脉冲生成时刻。顺便说一下，用于R像素行110和与该行相对应的保持单元200的控制脉冲pres_r、ptx_r和pcm_r被称为R控制脉冲。此外，用于G像素行120和与该行相对应的保持单元200的控制脉冲pres_g、ptx_g和pcm_g被称为G控制脉冲。类似地，用于B像素行130和与该行相对应的保持单元200的控制脉冲pres_b、ptx_b和pcm_b被称为B控制脉冲。
图5是图示出图1A和1B中的颜色选择单元400的配置示例的电路图。颜色选择单元400设在布置成矩阵的像素101的每一列中。颜色选择单元400选择性地放大被保持在与同一列中的像素101相对应的保持单元200中的每种颜色的信号，并且在其中保持放大的信号。输入端子in_r通过保持单元200接收来自R像素行110中的像素101的输出信号。输入端子in_g通过保持单元200接收来自G像素行120中的像素101的输出信号。输入端子in_b通过保持单元200接收来自B像素行130中的像素101的输出信号。开关501r根据控制脉冲psw_r将输入端子in_r连接到输入电容器Cinr。开关501g根据控制脉冲psw_g将输入端子in_g连接到输入电容器Cing。开关501b根据控制脉冲psw_b将输入端子in_b连接到输入电容器Cinb。在差分放大器503中，负输入端子连接到输入电容器Cinr、Cing和Cinb，并且正输入端子连接到地电位节点。颜色选择单元400具有按如下的放大比率来放大信号的开关电容放大器，该放大比率由输入电容器Cinr、Cing和Cinb与反馈电容器Cf的比率示出。如果Cin＝Cinr＝Cing＝Cinb的关系成立，则放大比率成为Cin/Cf。输入电容器Cinr接收从R像素行110发送的像素信号作为输入，输入电容器Cing接收从G像素行120发送的像素信号作为输入，并且Cinb接收从B像素行130发送的像素信号作为输入。此外，要输入到输入电容器Cinr、Cing和Cinb的每一个的像素信号被分别由控制脉冲psw_r、psw_g和psw_b控制的颜色选择开关501r、501g和501b选择性地采样。来自开关电容放大器的这个输出被保持在保持电容器Ctn或Cts中。保持电容器Ctn或Cts的采样和保持操作由开关504n和504s来控制，开关504n和504s分别由控制脉冲ptn和pts来控制。此外，保持电容器Ctn和Cts中保持的信号分别被受控制脉冲phsr控制的水平传送开关505n和505s通过输出端子out_n和out_s输出到图1A和1B中的输出放大器600。
在图1A和1B中，水平移位寄存器500向颜色选择单元400中的水平传送开关505n和505s输出控制脉冲phsr，从而使得颜色选择单元400从其输出端子out_n和out_s向输出放大器600输出信号。输出放大器600输出从颜色选择单元400的输出端子out_n和out_s发送来的信号之间的差分信号。
本实施例中的固态成像装置将图3所示的副扫描方向上的像素节距y放大如下大小：该大小对应于根据读出方法而确定的每种颜色的累积时段的最大偏移时间；与主扫描方向上相比，在副扫描方向上将光接收区域加宽得更多；从而增强其灵敏度。下面将描述细节。
首先，下面将描述被称为采样颜色偏移(color shift)的现象。该现象是由于如下事实而发生的：副扫描方向上的像素节距y和用于图像读取的采样位置就时间而言是不同的。当使用了固态成像装置的线传感器的装置读取图像时，该装置作为其特性引起线传感器中的R(红)、G(绿)和B(蓝)的像素101的每个输出之间的采样颜色偏移。颜色偏移起源于原始图像上的R、G和B的像素101的每一个的图像拾取位置的物理位移(恒定节距y)。因此，在这种类型的固态成像装置中，校正线传感器中的R、G和B的像素101的每个输出之间发生的颜色偏移是必不可少的技术。在线传感器或原稿在副扫描方向上移动的同时，R、G和B的像素101的每个之间的位置关系始终保持恒定，并且因此，每种颜色在同一时间点的图像拾取位置因此位移与像素节距y相对应的量。具体而言，为了增强灵敏度而加宽像素节距y的操作带来如下结果：副扫描方向上的颜色偏移按该加宽量增大。如果像素节距y是主扫描方向上的像素节距x的等倍数(equimultiple)(y＝a×x，其中a是大于或等于1的整数)，则可通过如下操作来理想地校正颜色偏移：在后级中的信号处理单元3(图7)进行的颜色偏移校正中将相邻颜色的行偏移a×x的量，然后合成图像。副扫描方向上的像素节距y具有增大的极限，该极限取决于副扫描方向上的允许分辨率，并且只要这个像素节距y的极限值是像素节距x的等倍数，就没有问题。然而，如果副扫描方向上的像素节距y不是像素节距x的等倍数，则颜色偏移成分因此保持，该成分不能被后级中的信号处理单元3(图7)进行的颜色偏移校正所消除。因此，为了最大化通过放大像素节距y来增强灵敏度的效果，装置需要在像素节距y不是像素节距x的等倍数时也能够应对颜色偏移。下面将描述解决了此问题的本实施例的配置和操作。
图6是图示出用于图1A和1B中的固态成像装置的驱动方法的定时图。在时刻t0，脉冲trg变成高电平，从而像素信号的读出操作开始。在从时刻t1到时刻t2的时段中，控制脉冲pres_r、pres_g和pres_b从高电平转变到低电平，并且R、G和B的像素101的复位晶体管M1被从接通转变到关断。从而，确定R像素行110、G像素行120和B像素行130中的像素101的每个的浮置扩散FD的复位电位(电源电位)。在每个像素101中，浮置扩散FD输出相应于复位电位的电压。当控制脉冲pcm_r、pcm_g和pcm_b变成高电平时，图4中的每种颜色的保持单元200中的开关402被接通，并且像素101的输出电压被写入在电容器CM中。同时，复位脉冲pc0r变成高电平，图5中的颜色选择单元400中的复位开关502被接通，开关电容放大器变成复位状态(缓冲状态)，并且电容器Cf的电荷被复位。
接下来，在时刻t2和时刻t3之间的时段中，控制脉冲psw_r1、psw_r2、psw_g1、psw_g2、psw_b1和psw_b2被顺序设定在高电平。当控制脉冲psw_r1变成高电平时，左半部中的颜色选择单元400的控制脉冲psw_r变成高电平，图5中的开关501r被接通，并且R像素行110中的像素101的复位信号被写入在输入电容器Cinr中。当控制脉冲psw_r2变成高电平时，右半部中的颜色选择单元400的控制脉冲psw_r变成高电平，图5中的开关501r被接通，并且R像素行110中的像素101的复位信号被写入在输入电容器Cinr中。当控制脉冲psw_g1变成高电平时，左半部中的颜色选择单元400的控制脉冲psw_g变成高电平，图5中的开关501g被接通，并且G像素行120中的像素101的复位信号被写入在输入电容器Cing中。当控制脉冲psw_g2变成高电平时，右半部中的颜色选择单元400的控制脉冲psw_g变成高电平，图5中的开关501g被接通，并且G像素行120中的像素101的复位信号被写入在输入电容器Cing中。当控制脉冲psw_b1变成高电平时，左半部中的颜色选择单元400的控制脉冲psw_b变成高电平，图5中的开关501b被接通，并且B像素行130中的像素101的复位信号被写入在输入电容器Cinb中。当控制脉冲psw_b2变成高电平时，右半部中的颜色选择单元400的控制脉冲psw_b变成高电平，图5中的开关501b被接通，并且B像素行130中的像素101的复位信号被写入在输入电容器Cinb中。之后，复位脉冲pc0r被设定在低电平，复位开关502被关断，并且开关电容放大器的复位状态(缓冲状态)被解除。
接下来，在时刻t3和时刻t6之间的时段中，脉冲ptn1变成高电平，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关504n被接通，并且开关电容放大器的偏置量的噪声信号被写入在电容器Ctn中。
此外，在时刻t3和时刻t4之间的时段中，控制脉冲ptx_r变成高电平；并且在R像素行110中的每个像素101中，传送晶体管M2被接通，并且被累积在光电二极管PD中的电荷被传送到浮置扩散FD。顺便说一下，时刻t4应当是R像素行110的电荷累积时段的结束位置。此外，在同一时段中，脉冲pcm_r变成高电平，图4中的R的保持单元200的开关402被接通，并且从R像素行110发送的光学信号被写入在电容器CM中。
接下来，在时刻t4和时刻t5之间的时段中，脉冲pres_r和ptx_r变成高电平，并且R像素行110中的复位晶体管M1和传送晶体管M2被接通。从而，R像素行110中的光电二极管PD和浮置扩散FD被复位到复位电位(电源电位)。之后，当脉冲ptx_r变成低电平时，R像素行110中的下一次电荷累积开始。
在时刻t6，当脉冲ptn1被设定在低电平时，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关504n被关断，并且电容器Ctn在其中保持开关电容放大器的偏置量的噪声信号。
在时刻t6和时刻t7之间的时段中，脉冲psw_r1变成高电平，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关501r被接通，并且R像素行110中的光学信号被差分放大器503放大。此时，复位信号已被保持在输入电容器Cinr中，并且因此，差分放大器503放大复位信号与光学信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的复位信号可被去除。
接下来，在时刻t7和时刻t8之间的时段中，控制脉冲pts1变成高电平，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关504s被接通，并且已被差分放大器503放大的光学信号被写入在电容器Cts中。
接下来，在时刻t8和时刻t9之间的时段中，控制脉冲phsr[1]至phsr[n]依次变成高电平脉冲。从而，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关505n和505s被依次接通，并且每一列中的电容器Ctn的噪声信号和电容器Cts的光学信号被依次输出到输出放大器600。输出放大器600输出光学信号与噪声信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的噪声信号可被去除。
此外，复位脉冲pc0r变成高电平，图5中的颜色选择单元400中的复位开关502被接通，开关电容放大器变成复位状态(缓冲状态)，并且电容器Cf的电荷被复位。之后，脉冲ptn2变成高电平，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关504n被接通，并且开关电容放大器的偏置量的噪声信号被写入在电容器Ctn中。
之后，脉冲psw_r2变成高电平，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关501r被接通，并且R像素行110中的光学信号被差分放大器503放大。此时，复位信号已被保持在输入电容器Cinr中，并且因此，差分放大器503放大复位信号与光学信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的复位信号可被去除。之后，控制脉冲pts2变成高电平，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关504s被接通，并且已被差分放大器503放大的光学信号被写入在电容器Cts中。
此外，控制脉冲ptx_g变成高电平，传送晶体管M2在G像素行120中被接通，并且光电二极管PD的电荷被传送到浮置扩散FD。此外，脉冲pcm_g变成高电平，图4中的G的保持单元200的开关402被接通，并且从G像素行120发送的光学信号被写入在电容器CM中。
之后，脉冲pres_g和ptx_g变成高电平，并且G像素行120中的复位晶体管M1和传送晶体管M2被接通。从而，G像素行120中的光电二极管PD和浮置扩散FD被复位到复位电位(电源电位)。之后，当脉冲ptx_g变成低电平时，G像素行120中的下一次电荷累积开始。
接下来，在时刻t9和时刻t11之间的时段中，控制脉冲phsr[n+1]至phsr[2n]依次变成高电平脉冲。从而，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关505n和505s被依次接通，并且每一列中的电容器Ctn的噪声信号和电容器Cts的光学信号被依次输出到输出放大器600。输出放大器600输出光学信号与噪声信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的噪声信号可被去除。
此外，复位脉冲pc0r变成高电平，图5中的颜色选择单元400中的复位开关502被接通，开关电容放大器变成复位状态(缓冲状态)，并且电容器Cf的电荷被复位。之后，脉冲ptn1变成高电平，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关504n被接通，并且开关电容放大器的偏置量的噪声信号被写入在电容器Ctn中。
接下来，脉冲psw_g1变成高电平，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关501g(图5)被接通，并且G像素行120中的光学信号被差分放大器503放大。此时，复位信号已被保持在输入电容器Cinr中，并且因此，差分放大器503放大复位信号与光学信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的复位信号可被去除。之后，控制脉冲pts1变成高电平，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关504s被接通，并且已被差分放大器503放大的光学信号被写入在电容器Cts中。
接下来，控制脉冲phsr[1]至phsr[n]依次变成高电平脉冲。从而，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关505n和505s被依次接通，并且每一列中的电容器Ctn的噪声信号和电容器Cts的光学信号被依次输出到输出放大器600。输出放大器600输出光学信号与噪声信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的噪声信号可被去除。
此外，复位脉冲pc0r变成高电平，图5中的颜色选择单元400中的复位开关502被接通，开关电容放大器变成复位状态(缓冲状态)，并且电容器cf的电荷被复位。之后，脉冲ptn2变成高电平，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关504n被接通，并且开关电容放大器的偏置量的噪声信号被写入在电容器Ctn中。
之后，脉冲psw_g2变成高电平，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关501g被接通，并且G像素行120中的光学信号被差分放大器503放大。此时，复位信号已被保持在输入电容器Cinr中，并且因此，差分放大器503放大复位信号与光学信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的复位信号可被去除。之后，控制脉冲pts2变成高电平，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关504s被接通，并且已被差分放大器503放大的光学信号被写入在电容器Cts中。
此外，控制脉冲ptx_b变成高电平，传送晶体管M2在B像素行130中被接通，并且光电二极管PD的电荷被传送到浮置扩散FD。此外，脉冲pcm_b变成高电平，图4中的B的保持单元200的开关402被接通，并且从B像素行130发送的光学信号被写入在电容器CM中。
之后，脉冲pres_b和ptx_b变成高电平，并且B像素行130中的复位晶体管M1和传送晶体管M2被接通。从而，B像素行130中的光电二极管PD和浮置扩散FD被复位到复位电位(电源电位)。之后，当脉冲ptx_b变成低电平时，B像素行130中的下一次电荷累积开始。
接下来，控制脉冲phsr[n+1]至phsr[2n]依次变成高电平脉冲。从而，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关505n和505s被依次接通，并且每一列中的电容器Ctn的噪声信号和电容器Cts的光学信号被依次输出到输出放大器600。输出放大器600输出光学信号与噪声信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的噪声信号可被去除。
此外，复位脉冲pc0r变成高电平，图5中的颜色选择单元400中的复位开关502被接通，开关电容放大器变成复位状态(缓冲状态)，并且电容器cf的电荷被复位。之后，脉冲ptn1变成高电平，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关504n被接通，并且开关电容放大器的偏置量的噪声信号被写入在电容器Ctn中。
接下来，脉冲psw_b1变成高电平，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关501b(图5)被接通，并且B像素行130中的光学信号被差分放大器503放大。此时，复位信号已被保持在输入电容器Cinr中，并且因此，差分放大器503放大复位信号与光学信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的复位信号可被去除。之后，控制脉冲pts1变成高电平，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关504s被接通，并且已被差分放大器503放大的光学信号被写入在电容器Cts中。
接下来，控制脉冲phsr[1]至phsr[n]依次变成高电平脉冲。从而，图1A和1B中的左半部中的颜色选择单元400的开关505n和505s被依次接通，并且每一列中的电容器Ctn的噪声信号和电容器Cts的光学信号被依次输出到输出放大器600。输出放大器600输出光学信号与噪声信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的噪声信号可被去除。
此外，复位脉冲pc0r变成高电平，图5中的颜色选择单元400中的复位开关502被接通，开关电容放大器变成复位状态(缓冲状态)，并且电容器cf的电荷被复位。之后，脉冲ptn2变成高电平，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关504n被接通，并且开关电容放大器的偏置量的噪声信号被写入在电容器Ctn中。
之后，脉冲psw_b2变成高电平，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关501b被接通，并且B像素行130中的光学信号被差分放大器503放大。此时，复位信号已被保持在输入电容器Cinr中，并且因此，差分放大器503放大复位信号与光学信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的复位信号可被去除。之后，控制脉冲pts2变成高电平，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关504s被接通，并且已被差分放大器503放大的光学信号被写入在电容器Cts中。
接下来，控制脉冲phsr[n+1]至phsr[2n]依次变成高电平脉冲。从而，图1A和1B中的右半部中的颜色选择单元400的开关505n和505s被依次接通，并且每一列中的电容器Ctn的噪声信号和电容器Cts的光学信号被依次输出到输出放大器600。输出放大器600输出光学信号与噪声信号之间的差。从而，重叠在光学信号上的噪声信号可被去除。
此后，固态成像装置相对于原稿移动，并且对于接下来的行重复以上描述的操作。颜色选择单元400按颜色的顺序依次选择并输出多个保持单元200中保持的信号。R像素行110的电荷累积开始时刻t5与G像素行120的电荷累积开始时刻t9之间的时间差是R和B的累积时间段的偏移b。此外，G像素行120的电荷累积开始时刻t9与B像素行130的电荷累积开始时刻t12之间的时间差是G和B的累积时间段的偏移b。换言之，累积时间段的偏移b是一行中的像素的电荷累积时段(电荷累积的开始时刻)相对于与该一行相邻的行中的像素的电荷累积时段的偏移。电荷累积的开始时刻与由复位晶体管M1和传送晶体管M2对光电二极管PD的电荷的复位的结束时刻相同或者在该结束时刻之后。
这里，为了使得G像素行120中的复位信号和光学信号在颜色选择单元400中经历放大处理，光学信号需要在放大处理之前被完全从G像素行120读出到保持单元200。换言之，对于G像素行120的累积操作可被偏移——如果该操作是在G像素行120中的信号在颜色选择单元400中经历信号放大处理之前执行的话。在图6中，由G像素行120中的颜色选择单元400中的一系列读出操作开始之前的时刻t9来控制对G像素行120的累积操作。顺便提及，G像素行120中的累积结束的界限恰好是时刻t10的定时，但在这里，颜色选择单元400的相应于脉冲pc0r的复位操作被视为信号读出操作的开始，并且开始点已被定义为读出的边界。类似的定义也适用于B像素行130。这里，图3中的像素布置中的物理上相邻的颜色之间的光学信号的累积时段的可变范围的差将由b表示，并且如图6中所示那样定义。此时，当成为副扫描方向上的扫描周期的脉冲trg与脉冲trg之间的节距由c表示时，假定相邻颜色的光学信号的累积时段偏移b。然后，与b/c相对应的颜色偏移因此在颜色之间发生。c是其中颜色选择单元400输出已经由多个像素101生成的信号的周期。
以上描述了颜色偏移相应于副扫描方向上的像素节距y发生，但是当由于像素的物理布置引起的颜色偏移成分和b/c的颜色偏移相互之间具有相反的极性和相等的大小时，各颜色偏移成分可被相互抵消，并且颜色偏移可被减小。换言之，副扫描方向上的像素节距y可在累积时间段的偏移b的允许范围中被放大，并且如上所述，借助于后级中的信号处理单元3(图7)中的颜色偏移校正而将像素节距y限制到像素节距x的等倍数就不必要了。因此，像素节距y可被放大到最大，并且光接收区域被放大像素节距y被放大的量，并且灵敏度可得以增强。这里，如果由式子来表述，则像素节距y可由以下式(1)来表述。
y＝ax+(b/c-d)x (1)
这里，第一系数a表示大于或等于1的整数。此外，第二系数d是示出由于由诸如透镜之类的光学系统的色差等造成的外部因素引起的颜色偏移的预测值的系数，并且是大于或等于0并且小于或等于0.15的值。顺便提及，式(1)中的第一项的系数a的颜色偏移成分被后级中的信号处理单元3(图7)中的颜色偏移校正所减小。
此外，按b/c发生的颜色偏移的极性取决于原稿读取方向而不同，并且因此，需要根据读取方向来改变每种颜色的累积时段之间的相对关系和读出的顺序。例如，在图6中，累积时段按R、G和B的顺序被偏移，但是当读取方向逆转时，累积时间段的顺序和被读出到传感器的外部的顺序需要被改变到B、G和R的顺序。
此外，相应于式(1)的系数d的剩余累积时段的可变范围可用于调整由于光学组件的色散等而发生的颜色偏移。下面将参考图7来描述内容。图7是图示出成像系统的配置示例的视图。成像系统具有图1A和1B中的固态成像装置1、模拟数字转换器(ADC)2、信号处理单元3和颜色偏移量计算单元4。在图7中，当成像系统经历出厂检验或校准时，固态成像装置1通过光学组件读取特定的图像图表，并且输出R信号、G信号和B信号。ADC 2将固态成像装置1的输出信号从模拟信号转换成数字信号。信号处理单元3对于来自ADC 2的输出信号执行必要的图像处理(颜色偏移校正、阴影校正等等)。具体而言，信号处理单元3通过基于来自ADC 2的输出信号将相邻颜色的行偏移a×x的量来执行颜色偏移校正，然后合成图像。颜色偏移量计算单元4输入从信号处理单元3输出的图像数据，确定发生的颜色偏移的量，并且向固态成像装置1输出外部控制脉冲。这里，例如，假定已发生与0.1像素(其中x被定义为1像素)相对应的颜色偏移。此时，如果式(1)中的d的值被设定为0.15，则每种颜色的累积时段可被进一步偏移与0.15像素相对应的时间段。因此，如果每种颜色的累积时段的偏移仅被进一步校正0.1×c——这是与对应于0.1像素的颜色偏移(这是由于组件的色散而发生的)相对应的时间段，并被设定在(b+0.1×c)，则由于色差而发生的颜色偏移也可被一起减小。颜色偏移量计算单元4可通过外部控制脉冲来控制累积时段间的偏移b。颜色偏移量计算单元4基于来自信号处理单元3的输出信号计算同一列中的像素101所排列的方向上的颜色偏移量，并且控制固态成像装置1中的电荷累积时段(电荷累积开始时刻)的偏移b。
如上所述，成像系统具有副扫描方向上的放大的像素节距y，该放大的像素节距y基于根据读出格式而确定的每种颜色的累积时段中的可变范围，从而可增强其灵敏度，同时抑制由于像素节距y的放大而发生的颜色偏移。
注意，控制脉冲pres、ptx和pcm之间的位置关系不一定需要限于图6所示的关系。然而，可以采用这样一种控制方法：对于每种颜色中的所有脉冲设定均一的偏移量，使得不会相应于颜色而引起噪声量之间的差，并且使得任何颜色不会破坏控制脉冲pres、ptx和pcm的脉冲位置之间的关系。
此外，本实施例被配置成使得通过单个输出来将信号读出到外部，但该方法不限于此。可通过多个输出来并行读出信号，例如如图8A至8D中所示。图8A至8D中的电路是图示出颜色选择单元400的多个信号输出被划分成三个信号输出并且这些信号通过三个通道从三个输出放大器600被并行输出的示例的电路，并且可按与图6中相同的定时图来操作。
此外，已经描述其中颜色选择单元400被配置为开关电容放大器的本实施例。然而，颜色选择单元400不限于此，而可以例如是由开关和电容器形成的简单的采样和保持电路。另外，在本实施例中，已经描述其中安装有三原色R、G和B的传感器的示例，但颜色的数目不限于此。本实施例也可应用到两种颜色或者四种或更多种颜色的传感器。
图9由图9A和9B组成，示出图示出根据另一实施例的固态成像装置的配置示例的视图。如图9A和9B中所示，本实施例也可应用到其中添加有作为单色像素的行的BW像素行140的实施例，并且既可应对彩色读出模式也可应对单色读出模式。在图9A和9B中，BW像素行140、R像素行110、G像素行120和B像素行130各自具有多个像素102。BW像素行140是能够接收红、绿和蓝色的光的像素102的行。
图10是图示出图9A和9B中的像素102的配置示例的电路图。图10中的像素102是这样一种像素：向图2中的像素101添加了选择晶体管M4。选择晶体管M4在脉冲控制psel变成高电平时被接通，并且将放大晶体管M3的输出端子连接到输出端子out。具体而言，选择晶体管M4选择性地输出放大晶体管M3的输出。
图11是图示出图9A和9B中的BW像素行140、R像素行110、G像素行120和B像素行130的像素布置的视图。BW像素行140的主扫描方向上的像素节距是x。此外，BW像素行140与R像素行110之间的副扫描方向上的像素节距是y_BW。其他方面与图3是相同的。
图12是图示出用于图9A和9B中的固态成像装置的驱动方法的定时图。以下，将描述图9A和9B的固态成像装置与图1A和1B的固态成像装置的不同点。脉冲生成单元300输出控制脉冲psel_m、psel_r、psel_g和psel_b。控制脉冲psel_m是用于BW像素行140中的像素102的控制脉冲psel。控制脉冲psel_r是用于R像素行110中的像素102的控制脉冲psel。控制脉冲psel_g是用于G像素行120中的像素102的控制脉冲psel。控制脉冲psel_b是用于B像素行130中的像素102的控制脉冲psel。用于BW像素行140中的像素102的控制脉冲pres与控制脉冲pres_r相同。用于BW像素行140中的像素102的控制脉冲ptx与控制脉冲ptx_r相同。BW像素行140中的像素102的输出端子out连接到R像素行110中的像素102的输出端子out。
图12图示出彩色读出模式的驱动定时。在仅读出R像素行110、G像素行120和B像素行130的信号的彩色读出模式中，驱动脉冲psel_m被固定到低电平，并且驱动脉冲psel_r、psel_g和psel_b被固定到高电平。从而，只有R像素行110、G像素行120和B像素行130输出信号。
另一方面，在仅读出BW像素行140的信号的单色读出模式中，驱动脉冲psel_m被固定到高电平，并且驱动脉冲psel_r、psel_g和psel_b被固定到低电平。从而，只有BW像素行140输出信号。
注意，BW像素行140以一种颜色读出，并且不引起颜色偏移。因此，BW像素行140与R像素行110之间的副扫描方向上的像素节距y_BW可不同于其他颜色之间的副扫描方向上的像素节距y。
根据上述实施例的固态成像装置可通过放大像素大小来增强其灵敏度，同时通过按时间共享读出多个颜色的像素信号来获得减小芯片大小的效果。从而，该固态成像装置可通过减少作为光源的LED的数目来降低成本，并且也可以获得良好质量的图像。
注意，上述实施例只是可如何实践本发明的示例，而本发明的技术范围不应当由这些实施例来限制性地解释。换言之，在不脱离本发明的技术构思或主要特征的情况下，本发明可按各种方式来实现。
固态成像装置可放大像素的大小，并且因此可增强其灵敏度。从而，该固态成像装置可通过减少作为光源的LED的数目来降低成本，并且也可以获得良好质量的图像。
虽然已参考示范性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的示范性实施例。所附权利要求的范围要被给予最宽解释以涵盖所有这种修改和等同结构和功能。
Claims (8)
1.一种固态成像装置，包括：
具有多个像素的像素阵列，所述多个像素布置成矩阵并且通过光电转换来生成信号，其中同一行中的像素具有相同颜色的滤光器，而不同行中的像素具有不同颜色的滤光器；
多个保持单元，每个保持来自所述多个像素中的每个像素的信号；以及
颜色选择单元，被配置为按颜色的顺序依次选择由所述多个保持单元保持的信号，
所述固态成像装置的特征在于满足以下关系：
y＝ax+(b/c-d)x，其中，所述多个像素在同一行方向上按节距x布置，所述多个像素在同一列方向上按节距y布置，a是第一系数，b是一行中的像素的电荷累积时段相对于与该一行相邻的行中的像素的电荷累积时段的偏移，c是从颜色选择单元输出由所述多个像素生成的信号的周期，并且d是第二系数，并且其中，第一系数a是大于或等于1的整数，第二系数d是大于或等于0并且小于或等于0.15的值。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中
所述像素阵列具有
具有透过红色的光的滤光器的像素的行，
具有透过绿色的光的滤光器的像素的行，以及
具有透过蓝色的光的滤光器的像素的行。
3.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中
所述像素阵列具有能够接收红、绿和蓝色的光的像素的行，
在彩色读出模式中，所述具有透过红色的光的滤光器的像素的行、所述具有透过绿色的光的滤光器的像素的行和所述具有透过蓝色的光的滤光器的像素的行输出信号，并且
在单色读出模式中，所述能够接收红、绿和蓝色的光的像素的行输出信号。
4.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中
所述多个像素中的每个像素具有
光电转换部，被配置为将光光电转换成电荷，并且累积所述电荷，
浮置扩散，被配置为将所述电荷转换成电压，
传送晶体管，被配置为将所述电荷传送到所述浮置扩散，
放大晶体管，被配置为输出对应于来自所述浮置扩散的电压的电压，以及
复位晶体管，被配置为复位所述浮置扩散和所述光电转换部的电荷。
5.根据权利要求4所述的固态成像装置，其中
所述多个像素中的每个像素还具有选择晶体管，该选择晶体管被配置为选择性地输出从被配置为输出电压的所述放大晶体管输出的电压。
6.根据权利要求4所述的固态成像装置，其中
电荷累积时段的开始时刻与由所述复位晶体管和所述传送晶体管对所述光电转换部的电荷的复位的结束时刻相同或者在该结束时刻之后。
7.一种成像系统，包括：
根据权利要求1至6中的任一项所述的固态成像装置；以及
信号处理单元，被配置为基于来自所述固态成像装置的输出信号来校正颜色偏移。
8.根据权利要求7所述的成像系统，还包括：
颜色偏移量计算单元，被配置为基于来自所述信号处理单元的输出信号来计算在同一列中布置像素的方向上的颜色偏移量，并且控制所述固态成像装置的电荷累积时段的偏移b。
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