CN109887945A - 光电转换器件、图像拾取系统和光电转换器件的驱动方法 - Google Patents

光电转换器件、图像拾取系统和光电转换器件的驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光电转换器件、图像拾取系统和光电转换器件的驱动方法。光电转换器件具有包含有效像素行和基准像素行的像素区域，基准像素行包含多个基准像素对，每对由相邻地布置的第一基准像素和第二基准像素构成。第一和第二基准像素输出具有不同的信号电平且与入射光的量无关的基准信号。

Description

光电转换器件、图像拾取系统和光电转换器件的驱动方法
本申请是申请日为2015年4月17日、申请号为201510181906.2、发明名称为“光电转换器件、图像拾取系统和光电转换器件的驱动方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及光电转换器件，特别是涉及输出基准信号的光电转换器件。
背景技术
在图像拾取装置的领域中，用作诸如校正的动作的定时的基准的信号已知由图像拾取装置自身产生。日本专利公开No.5-308579描述了包含遮光像素的光学黑色区域包含产生与由遮光像素产生的输出信号不同的输出信号的位置基准像素的技术。并且，日本专利公开No.5-308579提到一个位置基准像素被遮光像素包围。
在日本专利公开No.5-308579所描述的固态成像装置中，位置基准像素的输出可根据例如固态成像装置的温度、使用环境或存放时间的长度改变。特别地，由于光学黑色区域中的一个位置基准像素被遮光像素包围，因此，难以识别读取信号是基于位置基准像素的还是由有缺陷的遮光像素等产生的特定信号。并且，由于一个位置基准像素被遮光像素包围，因此，需要复杂的处理以从读取信号识别某行的开始位置。
发明内容
以下描述的技术解决上述的问题中的至少一个。
根据本发明的一个方面的光电转换器件具有包含有效像素行和基准像素行的像素区域，基准像素行包含多个基准像素对，每对由相邻地布置的第一基准像素和第二基准像素构成。第一基准像素输出与入射光的量无关的第一基准信号。第二基准像素输出具有与第一基准信号的信号电平不同的信号电平的第二基准信号。第二基准信号也与入射光的量无关。
根据本发明的另一方面的驱动方法是具有包含有效像素行和基准像素行的像素区域的光电转换器件的驱动方法，基准像素行包含多个基准像素对和遮光像素，每对由相邻地布置的第一基准像素和第二基准像素构成，其中，第一基准像素输出与入射光的量无关的第一基准信号，并且，第二基准像素输出具有与第一基准信号的信号电平不同的信号电平的第二基准信号，第二基准信号与入射光的量无关。驱动方法包括在遮光像素输出信号之前从包含于多个对之中的一对中的第一基准像素和第二基准像素中的每一个输出信号。
从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1示出光电转换器件的构成。
图2A示出基准像素行的构成，图2B示出从根据第一实施例的输出单元输出的信号。
图3A示出有效像素的构成，图3B示出根据第一实施例的第一基准像素的构成。
图4A示出基准像素行的构成，图4B示出从根据第二实施例的输出单元输出的信号。
图5示出根据第三实施例的基准像素的构成。
图6示出根据第四实施例的图像拾取系统的构成。
具体实施方式
第一实施例
图1示出根据第一实施例的光电转换器件的构成。光电转换器件1包含像素区域PA、行选择单元400、读取单元500、输出单元600和水平扫描单元700。
像素区域PA包含有效像素区域100、遮光像素区域200和基准像素区域300。有效像素区域100包括包含多个有效像素的有效像素行，每个有效像素包含光电转换器并且被配置为输出依赖于入射光的信号。遮光像素区域200包括包含多个遮光像素的遮光像素行，每个遮光像素包含被遮光的光电转换器。
当行选择单元400选择像素区域PA中的行时，从选择的行中的像素输出像素信号。结合水平扫描单元700，读取单元500多路传输从像素区域PA并行输出的信号并且从输出单元600输出多路传输的信号。读取单元500可包含缓冲从像素区域PA输出的信号的电路以及采样和保持从像素区域PA输出的信号的采样和保持电路。
图2A示出包含于基准像素区域300中的基准像素行的构成。本实施例的基准像素行包含多个基准像素对33，每个基准像素对33包含相邻地布置的第一基准像素30和第二基准像素31。在本实施例中，基准像素对33被设置在基准像素行的两端。处于两端的基准像素对33中的每一个中的第一基准像素30和第二基准像素31从相应的端部起被依次设置。从第一基准像素30输出的第一基准信号和从第二基准像素31输出的第二基准信号具有不同的信号电平。第一和第二基准信号均与入射于光电转换器件1上的光的量无关。基准像素行可不仅包含基准像素对33，而且包含其它的像素。图2A示出基准像素行在除基准像素行的各端部处的四个像素的区域以外的区域中包含遮光像素的例子。
图2B示出读取基准像素行的信号时的从输出单元600输出的信号的值的转变。这里，将描述从图2A的左手侧依次读取信号的情况。在图2B中的从时间T0到时间T4的时段中，具有输出电平V1的第一基准信号和具有输出电平V2的第二基准信号分别被交替输出两次。在从时间T4到时间TN-4的时段中，输出基于遮光像素200的信号。然后，在从时间TN-4到时间TN的时段中，第二基准信号和第一基准信号分别被交替输出两次。第二基准信号的输出电平V2可如图2B所示的那样与从遮光像素200输出的信号的电平基本上相同，或者可与从遮光像素200输出的信号的电平不同。这里，“基本上相同的”电平意味着，即使存在信号电平的差异，差异也在可忽略的范围内。“基本上相同的”的电平的范围根据光电转换器件1的用途或者要满足的规范改变。
当基准像素行如上面描述的那样包含多个基准像素对33时，在从基准像素行输出的信号中多次出现从第一基准电平到第二基准电平的转变或者从第二基准电平到第一基准电平的转变。这有利于识别基于基准像素的信号。特别地，当多个基准像素对33被相邻地布置时，获得第一和第二基准信号交替出现的输出图案。这使得能够精确地区分基于基准像素的信号与偶尔产生的基于遮光像素200中的缺陷的信号。即使当例如遮光像素而不是基准像素被设置在基准像素行的物理端时，也可通过在扫描基准像素行时首先选择基准像素对33来识别基准像素行的开始。换句话说，包含于基准像素对33中的第一基准像素和第二基准像素中的每一个在包含于基准像素行中的遮光像素输出信号之前输出信号。
光电转换器件1可不仅沿像素区域PA的方向，而且沿其相反方向执行扫描。通过在基准像素行的端部处即在扫描开始位置设置基准像素对33，可以识别被读取的像素行的开始位置。另外，在本实施例中，设置在基准像素行的各端部处的基准像素对33的第一和第二基准像素30和31从相应的端部起被依次设置。因此，即使当改变扫描的方向时，也可精确地识别像素行的开始。特别地，如果进行这种配置使得当没有像素被选择时或者在读取一个行之后输出单元600输出等于第二基准信号的信号电平的信号电平，那么在从基准像素行读取信号之前总是输出等于第二基准信号的信号电平的信号电平。因此，通过在基准像素行中首先选择第一基准像素30，可容易地识别像素行的开始。
图3A示出有效像素区域100中的有效像素10的构成。有效像素10包含光电转换器PD、晶体管M1和M2以及开关SWs。光电转换器PD为例如光电二极管。当开关SWs被接通时，晶体管M2结合电流源Ic作为源跟随器电路动作。晶体管M2的控制节点与共用于光电转换器PD和晶体管M1的主节点中的一个的节点连接。然后，在源跟随器电路的输出节点处出现与该节点的电势对应的电压。晶体管M2的控制节点的电势随在光电转换器PD中产生的电荷改变。晶体管M1根据电压VRES将晶体管M2的控制节点和光电转换器PD复位。电流源Ic可共用于有效像素10和包含遮光像素的其它像素。第二基准像素31可具有与有效像素10相同的构成。在第二基准像素31的情况下，通过使得晶体管M1至少在信号读取时段中处于导通状态中，晶体管M2的控制节点的电势被固定，并且，输出与入射光的量无关的第二基准信号。
图3B示出第一基准像素30的构成。第一基准像素30具有与有效像素10的构成类似的构成，但在供给到晶体管M1的电压为VW上与有效像素10不同。第一和第二基准像素30和31可被配置为使得光电转换器PD被遮光或者可能甚至不具有光电转换器。在第一基准像素30中，同样，通过使得晶体管M1至少在信号读取时段中处于导通状态中，晶体管M2的控制节点的电势被固定，并且，输出与入射光的量无关的第一基准信号。
如上所述，本实施例的光电转换器件1包括包含多个基准像素对33的基准像素行。这提高光电转换器件1的动作精度。并且，基准像素对33被设置在基准像素行的端部即扫描开始位置。这允许识别被读取的像素行的开始位置。
第二实施例
图4A示出根据本发明的第二实施例的基准像素行的构成。与图2A所示的基准像素行的不同在于，图4A所示的基准像素行包含温度检测像素TP而不是遮光像素200。温度检测像素TP输出具有与光电转换器件1的温度对应的信号电平的信号。
图4B示出读取基准像素行的信号时的从输出单元600输出的信号的值的转变。这里，将描述从图4A的左手侧依次读取信号的情况。与第一实施例同样，在从时间T0到时间T4的时段中，具有输出电平V1的第一基准信号和具有输出电平V2的第二基准信号分别被交替输出两次。在从时间T4到时间TN-4的时段中，输出基于温度检测像素TP的信号。然后，在从时间TN-4到时间TN的时段中，第二基准信号和第一基准信号分别被交替输出两次。与第一实施例同样，第二基准信号的输出电平V2可与从遮光像素200输出的信号的电平基本上相同。从温度检测像素TP输出的信号的输出电平V3随光电转换器件1的温度改变。
通过本实施例的温度检测像素TP，可根据光电转换器件1的温度进行信号校正。
本实施例可实现与第一实施例的效果类似的效果。
第三实施例
图5示出根据本发明的第三实施例的第一和第二基准像素30和31的构成。在本实施例中，第一和第二基准像素30和31具有相同的电路构成。
根据本实施例的基准像素被配置为能够在第一基准信号与第二基准信号之间切换输出。在上述的实施例中，第一基准像素30和第二基准像素31中的每一个的晶体管M2的控制节点被配置为通过晶体管M1被供给电压VRES。在本实施例中，晶体管M2的控制节点被配置为进一步通过晶体管M3被供给电压VW。晶体管M1和晶体管M3不被同时接通。
使用上述的基准像素可有利地改变从基准像素行输出的信号的图案。
本发明可实现与上述的实施例的效果类似的效果。
第四实施例
图6示根据本发明的第四实施例的图像拾取系统的构成。图像拾取系统800包括例如光学单元810、图像拾取元件890、视频信号处理单元830、记录/通信单元840、定时控制单元850、系统控制单元860和再现/显示单元870。图像拾取装置820包括图像拾取元件890和视频信号处理单元830。上述的实施例的光电转换器件1被用作图像拾取元件890。
作为诸如透镜的光学系统的光学单元810将来自被照体的光聚焦于图像拾取元件890中的具有多个二维布置的像素的像素区域PA上，以形成被照体的图像。根据基于来自定时控制单元850的信号的定时，图像拾取元件890输出与聚焦于像素区域PA上的光对应的信号。从图像拾取元件890输出的信号被输入到视频信号处理单元830，并且根据由程序等限定的方法通过视频信号处理单元830被处理。通过视频信号处理单元830中的处理获得的信号作为图像数据被传送到记录/通信单元840。记录/通信单元840向再现/显示单元870传送用于形成图像的信号以导致再现/显示单元870再现运动图像或者显示静止图像。并且，响应来自视频信号处理单元830的信号，记录/通信单元840不仅与系统控制单元860通信，而且在记录介质(未示出)中记录用于形成图像的信号。
系统控制单元860控制图像拾取系统800的总体动作。系统控制单元860控制光学单元810、定时控制单元850、记录/通信单元840和再现/显示单元870的驱动。系统控制单元860具有记录控制图像拾取系统800的动作所需要的程序等的存储装置(未示出)，诸如记录介质。系统控制单元860将用于根据用户操作等切换驱动模式的信号供给到图像拾取系统800中。例如，为了改变要读取或复位的行、根据电子变焦动作改变场角、或者根据电子图像稳定化动作偏移场角，供给用于切换驱动模式的信号。定时控制单元850在系统控制单元860的控制下控制图像拾取元件890和视频信号处理单元830的驱动定时。
图像拾取系统800可包含用于转换入射光的波长的波长转换部件作为光学单元810。波长转换部件的例子包含在被X射线照射时发射可见光的波长转换部件。图像拾取元件890产生基于具有通过波长转换部件转换的波长的入射光的信号。通过该构成，可以提供用作X射线成像装置的图像拾取系统800。图像拾取系统800可包含用作产生X射线的光源的X射线产生装置。
上面分别具有光电转换器件1的多个半导体基板可被二维布置(换句话说，平面构成)，以形成多芯片光电转换装置。形成多芯片光电转换装置的光电转换器件1可并行动作。
以上描述的实施例仅是出于解释的目的，并且可在不背离本发明的原理的情况下进行改变。例如，在上述的实施例中，基准像素行包含遮光像素200或温度检测像素TP以及基准像素对33。但是，基准像素行可以仅包含基准像素。
本发明使得能够实现以下方面中的至少一个：提高光电转换器件的动作的精度；和识别被读取的像素行的开始位置。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的修改以及等同的结构和功能。

Claims (25)

1.一种光电转换装置，包含：包括有效像素行和基准像素行的像素区域；基准像素行包括多个基准像素对，每对包括彼此相邻地布置的第一基准像素和第二基准像素，和
电压供应单元；
其中，第一基准像素输出与入射光的量无关的第一基准信号；并且
第二基准像素输出具有与第一基准信号的信号电平不同的信号电平的第二基准信号，第二基准信号与入射光的量无关，
其中，每个第一基准像素包括输出第一基准信号的晶体管，每个第二基准像素包括输出第二基准信号的晶体管，
其中，电压供应单元将第一电压供给到包括在每个第一基准像素中的晶体管的栅极，并将第二电压供给到包括在每个第二基准像素中的晶体管的栅极，第二电压具有不同于第一电压的电压。
2.根据权利要求1所述的光电转换装置，还包括：被配置为扫描像素区域的扫描单元，
其中，扫描单元在扫描基准像素行时首先选择基准像素对之一。
3.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中，扫描单元选择首先选择的基准像素对的第一基准像素。
4.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，像素区域还包括遮光像素行，遮光像素行包括遮光像素，每个遮光像素包括被遮光的光电转换器。
5.根据权利要求4所述的光电转换装置，其中，第二基准信号的信号电平更接近基于遮光像素的信号的信号电平，而不是第一基准信号的信号电平。
6.根据权利要求4所述的光电转换装置，其中，第二基准信号的信号电平与基于遮光像素的信号的信号电平基本上相同。
7.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，所述多个基准像素对中的至少一对设置在基准像素行的末端。
8.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中，至少一个基准像素对的第一基准像素和第二基准像素从所述端部起依次布置，并且
所述多个基准像素对中的另一对设置在与基准像素行的端部相反的相反端部处，并且在所述相反端部处的基准像素对的第一基准像素和第二基准像素从所述相反端部起依次布置。
9.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，基准像素行还包括检测光电转换装置的温度的至少一个温度检测像素。
10.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，所述多个基准像素对彼此相邻地布置。
11.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，第一和第二基准像素被配置为能够在第一和第二基准信号之间切换输出。
12.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，基准像素行还包括遮光像素，每个遮光像素包括被遮光的光电转换器。
13.根据权利要求12所述的光电转换装置，其中，所述多个基准像素对的一部分布置在基准像素行的第一边缘处，并且所述多个基准像素对的另一部分布置在基准像素行的第二边缘处，
基准像素行中的所有遮光像素布置在基准像素对的所述一部分和基准像素对的所述另一部分之间。
14.根据权利要求1所述的光电转换装置，
其中，所述多个基准像素对包括第一基准像素对和第二基准像素对，
第一基准像素对与第二基准像素对相邻，
第一和第二基准像素对中的每一个的第一基准信号的信号电平是相同的，并且
其中，第一和第二基准像素对中的每一个的第二基准信号的信号电平是相同的。
15.根据权利要求14所述的光电转换装置，其中，第一基准像素对的第二基准像素与第二基准像素对的第一基准像素相邻地布置。
16.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，
多个基准像素对彼此相邻地布置。
17.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，
多个基准像素对彼此相邻地布置，使得多个基准像素对中的一对中的第一基准像素和多个基准像素对中的另一对中的第二基准像素彼此相邻。
18.一种多芯片光电转换装置，所述多芯片光电转换装置是通过二维地布置多个半导体基板而形成的，每个半导体基板具有根据权利要求1至17中任一项所述的光电转换装置。
19.一种图像拾取系统，包括：
根据权利要求1至17中任一项所述的光电转换装置；和
视频信号处理单元，被配置为处理从光电转换装置输出的信号以生成图像数据。
20.根据权利要求19所述的图像拾取系统，还包括被配置成产生X射线的光源。
21.根据权利要求20所述的图像拾取系统，还包括：被配置为转换X射线的波长的波长转换构件。
22.一种光电转换装置的驱动方法，光电转换装置具有包括有效像素行和基准像素行的像素区域，基准像素行包括多个基准像素对和遮光像素，每对包括彼此相邻地布置的第一基准像素和第二基准像素，其中第一基准像素输出与入射光的量无关的第一基准信号，并且第二基准像素输出具有与第一基准信号的信号电平不同的信号电平的第二基准信号，第二基准信号独立于入射光的量，其中每个第一基准像素包括输出第一基准信号的晶体管，并且每个第二基准像素包括输出第二基准信号的晶体管，
其中，所述驱动方法包括：
将第一电压输入到包括在每个第一基准像素中的晶体管的栅极；
将第二电压输入到包括在每个第二基准像素中的晶体管的栅极，第二电压具有不同于第一电压的电压；以及
在遮光像素输出信号之前，从包括在所述对之一中的第一基准像素和第二基准像素中的每一个输出信号。
23.根据权利要求22所述的光电转换装置的驱动方法，其中，第二基准信号的信号电平更接近基于遮光像素的信号的信号电平，而不是第一基准信号的信号电平，在像素区域中包括的遮光像素行中包括遮光像素，每个遮光像素包括被遮光的光电转换器。
24.根据权利要求22所述的光电转换装置的驱动方法，其中，第二基准信号的信号电平与基于在像素区域中包括的遮光像素行中包括的遮光像素的信号的信号电平基本上相同，每个遮光像素包括被遮光的光电转换器。
25.一种光电转换装置，包含：包括有效像素行和基准像素行的像素区域；基准像素行包括多个基准像素对，每对包括彼此相邻地布置的第一基准像素和第二基准像素，
其中，第一基准像素输出与入射光的量无关的第一基准信号；并且
第二基准像素输出具有与第一基准信号的信号电平不同的信号电平的第二基准信号，第二基准信号与入射光的量无关，
其中，第一和第二基准像素被配置为能够在第一和第二基准信号之间切换输出。
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