CN1734779A - 固态成像器件和成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种固态成像器件，在带有多像素共享结构的该固态成像器件中，可以不受每个像素的面积减小的影响，确保每个光电转换元件有足够的面积。将光电转换元件安置到每个像素的光学中心。因此可以将光像素中心相等地两维地间隔开。在固态成像器件中，其包括布置在两维阵列中的光电转换元件1和电压转换元件2，该电压转换元件2用于将通过对应的光电转换元件1的光电转换而产生的电荷转换为电压，在两维阵列中的两个对角相邻的光电转换元件1之间布置一个电压转换元件2，从而在两个光电转换元件1之间共享一个电压转换元件2。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求于2004年8月11日在日本专利局提交的日本专利申请JP2004-234061的权益，在此参考合并其整个内容。
技术领域
本发明涉及一种作为图像拾取器件使用的固态成像器件和成像装置。
背景技术
最近，使用互补金属氧化物半导体(CMOS)的图像传感器(下面，将其称为CMOS传感器)已经得到广泛使用。CMOS是在IC制造中所使用的标准技术。CMOS传感器不需要电荷耦合器件(CCD)需要的高驱动电压。此外，可以与外围电路一起集成CMOS传感器(芯片上结构)。因此CMOS传感器使得尺寸大大减小。
CMOS传感器包括像素的两维阵列。一个像素区包括许多元件晶体管，如光电转换元件、读出门、电压转换元件、复位门、和放大器。因此，减小像素尺寸是很困难的。近来，已经提出了一种结构，例如多个像素共享结构，其中在多个像素间部分共享每个像素所需的元件以减小由除光电转换元件之外的一个像素所占有的区域。绝对需要这样的技术来减小在CMOS传感器中的每个像素的尺寸。图12示出了一种结构(参考专利文献1)作为具体的例子。在该结构中，在两个光电转换元件21之间布置要被共享的电压转换元件和其他电路元件(诸如复位门的晶体管和类似的元件)。图13示出了另一种结构(参考专利文献2)，其中在两个光电转换元件21和两个读出门22之间共享电压转换元件23和其他电路元件，并且在与光电转换元件21相邻的每个晶体管区24中布置所共享的电路元件。
但是在传统的多像素共享结构中，实际上不可能一致地布置光电转换元件和元件晶体管。因此，共享元件晶体管的程度并不总与光电转换元件的区域占有率成比例。原因是在每个小像素中的元件晶体管的尺寸相对于像素尺寸较大，而且由于制造技术和物理特性的限制导致形状上的灵活性不高。两维地将像素的光学中心相等地间隔开并且所有像素具有相同的基本特性是非常必要的。因此，即使减小了在每个像素中由除去光电转换元件以外的晶体管占据的区域(晶体管区)，因为需要赋给一致布置(例如对称性)较高的优先级，所以不能有效地使用通过减小所占据区域而形成的自由空间。换句话说，当有效地利用自由空间时，不能两维地将光像素中心相等地间隔开。
例如，在图12所示的多像素共享结构中，当相对于像素区每个元件晶体管的尺寸足够小时，可以在光电转换元件21之间的空间中布置元件晶体管。随着像素区域变小，在晶体管之间的间隔或在用于连接的互连部分之间的间隔变窄。这使得设计灵活性更差。将光电转换元件21安排到每个像素的光学中心(像素中心)是很困难的。
在图13所示的多像素共享结构中，将用于光电转换元件21的区域与晶体管区24分离。因此，从像素布置的方面来说这种结构是高效率的。还可以提供良好平衡的布置布局。但是，由于晶体管区24和用于光电转换元件21的区域对准，所以即使晶体管区24较大，还可以在宽方向减小光电转换元件21的区域。因此，很难将光电转换元件21布置到每个像素的光中心(像素中心)。而且很难确保在每个光电转换元件21中可积累的信号电荷量。
在图12和13中所示的多像素共享结构之外，还可以获得在图14中的另一个多像素共享结构。根据该结构，垂直地布置光电转换元件21。但是在这个多像素共享结构中，由于所共享的电压转换元件23的数量非常少，而且扩散层的电容增加。不幸的是，电压转换效率可能降低。而且，还可以获得在图15所示的其他多像素共享结构。在该结构中，在垂直方向上的共享与在水平方向上的共享组合起来。在这个多像素共享结构中，需要读出一行的信号从而将信号划分为两个部分。不利地是，输出信号可能不同于典型的视频信号。
因此，本发明的目的是提供带有多像素共享结构的固态成像器件，其中即使当减小每个像素区时，还可以通过有效地使用自由空间来为每个光电转换元件确保足够的区域，并且将光电转换元件安置到每个像素的光学中心从而可以两维地将光像素中心相等地间隔开。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种固态成像器件，其包括在两维阵列中布置的光电转换元件和将通过光电转换元件进行的光电转换所产生的电荷转换为电压的电压转换元件，其中将所述每个电压转换元件布置在两维阵列中对角相邻的两个光电转换元件之间，并且在两个光电转换元件之间共享所述每个电压转换元件。
而且，本发明提供固态成像装置，其包括在两维阵列中布置的光电转换元件和将通过对应的光电转换元件的光电转换所产生的电荷转换为电压的电压转换元件，以及入射光线通过其而到达所述光电转换元件的光学系统，其中将所述每个电压转换元件布置在两维阵列中对角相邻的两个光电转换元件之间，并且在两个光电转换元件之间共享所述每个电压转换元件。
附图说明
图1示出了解释根据本发明第一实施例的CMOS传感器的结构的第一个例子的示意图，图1示出了元件的布局例子；
图2A和2B示出了解释根据本发明第一实施例的CMOS传感器的结构的第二例子的示意图，图2A示出了电路配置的例子；
图3A到3C示出了解释根据本发明第一实施例的CMOS传感器的结构的第三例子的示意图，图3B和3C示出了信号读出的例子；
图4示出了解释根据本发明第二实施例的CMOS传感器的结构的示意图；
图5示出了解释根据本发明第三实施例的CMOS传感器的结构的第一个例子的示意图；
图6示出了解释根据本发明第三实施例的CMOS传感器的结构的第二个例子的示意图；
图7示出了解释各个颜色元件的产生电荷量的示意图；
图8示出了解释根据本发明第四实施例的CMOS传感器的结构的第一个例子的示意图；
图9示出了解释根据本发明第四实施例的CMOS传感器的结构的第二个例子的示意图；
图10A到10B示出了解释根据本发明第五实施例的CMOS传感器的结构的例子的示意图；
图11A到11C示出了解释根据本发明第六实施例的CMOS传感器的结构的例子的示意图；
图12示出了解释在传统CMOS传感器中的多像素共享结构的第一个例子的示意图；
图13示出了解释在传统CMOS传感器中的多像素共享结构的第二个例子的示意图；
图14示出了解释在传统CMOS传感器中的多像素共享结构的第三个例子的示意图；和
图15示出了解释在传统CMOS传感器中的多像素共享结构的第四个例子的示意图。
具体实施方式
将参照附图用CMOS传感器的例子在下面说明根据本发明的固态成像器件。
下面将说明本发明第一实施例。图1到3C示出了根据第一实施例的CMOS传感器的概要结构的例子。图1示出了元件布局的例子。图2A和2B示出了电路配置的例子。图3B和3C示出了信号读出的例子。
参照图1，根据第一实施例，CMOS传感器包括：用于光电转换的光电转换元件1；用于将通过光电转换元件的光电转换所产生的电荷转换为电压信号的电压转换元件2；用于控制从光电转换元件1到电压转换元件2的电荷读出的传输门3；晶体管区4，其中将用于处理通过对应的电压转换元件而获得的电压信号的电路组(即，包括诸如复位门和类似元件的晶体管的电路元件组)进行布置；和互连5，用于将电压转换元件2电连接到在晶体管区4中的对应电路组。元件1到5基本上与已知COM传感器的那些元件相同。因此，将省略对那些元件的说明。
本CMOS传感器的主要特点是上述元件1到5的布置布局。具体地说，如图1所示，CMOS传感器具有一种结构，其中将光电转换元件1布置在包括多个列和多个行的两维阵列中，将每个电压转换元件2布置在两维阵列中对角相邻的两个光电转换元件1之间，并且通过分别提供给对应的光电转换元件1的传输门3在两个光电转换元件1之间共享每个电压转换元件2。例如，参照图2B，在包括列i、i+1、i+2、...和行j、j+1、j+2、...的两维阵列中，在位于坐标(i+1，j)的光电转换元件1和位于坐标(i，j+1)的光电转换元件1之间共享一个电压转换元件2，并且在位于坐标(i+1，j+2)的光电转换元件1和位于坐标(i，j+3)的光电转换元件1之间共享另一个电压转换元件2。
参照图1，在光电转换元件1之间布置每个晶体管区4，而在其间没有电压转换元件2。在经由互连5被电连接到电路组的两个电压转换元件2之间共享在晶体管区域4中分布的每个电路组。参照图2A，共享的电路组包括复位(RST)晶体管和选择(SEL)晶体管。在晶体管区域4中分布电路元件。
换句话说，如图1所示，上述CMOS传感器具有一种结构，其中在相同列方向中对准的两个电压转换元件2之间共享在两维阵列的列方向中对准的两个晶体管区4中分布的一个电路组，并且在两维阵列中对角相邻的两个光电转换元件1之间共享每个电压转换元件2。一个电路组、两个电压转换元件2、和四个光电转换元件1组成一个共享整体(单元块)6。
如上所述，根据本实施例，CMOS传感器具有多像素共享结构，其中在两个对角相邻的光电转换元件1之间布置一个电压转换元件2，从而在它们之间共享光电转换元件1。因此，在正交方向中的每个电压转换元件2的尺寸是在传统结构中的尺寸的
在传统结构中在两维阵列的列或行方向中对准的光电转换元件之间共享每个电压转换元件。此外，当以这种方式布置电压转换元件2时，每个传输门3向对应的光电转换元件1突出的部分比较小。因此，可以减小在光电转换元件1之间的空间。而且，由于将每个电压转换元件2放置于在行方向中的像素之间的间隔的中心，所以延伸到列方向中分开布置的晶体管区4的每个互连5具有简单形式，从而互连5几乎不对另一个互连5产生干扰。关于通常包括多晶硅的传输门3，将传输门3的平行布置部分用于信号读出。因此，可以将每个传输门3连接到在小绝缘区域中的对应互连5，而不受多晶硅门之间的可能间隔的限制。
根据上述共享结构，从而在除晶体管区4之外的每个整体区域中，每个光电转换元件1的区域只依赖于绝缘的宽度。由于减小晶体管区4的面积是困难的，所以根据基本上形状无关的电压转换元件2的布置来增加面积的利用率。将在对角相邻的光电转换元件1之间的自由空间有效地用于电压转换元件2的布置，因此减小电压转换元件2邻近的无效区域。因此，可以减小在光电转换元件1之间的每个间隔(在两维阵列的行或列方向中其间的距离)。此外，可以确保与每个像素区相关而有足够的面积用于光电转换元件1区域。而且，将光电转换元件1分配给每个像素的光学中心，从而可以轻松地将光像素中心两维地相等地间隔开。
换句话说，在多像素共享结构中，由于可以抑制在与每个共享的电压转换元件2相邻的无效区域的形成，所以可以增加用于每个光电转换元件1的区域的面积，并且轻松地实现相等间隔的像素中心。由于光电转换元件1的区域的面积增加导致在光电转换元件1中的饱和信号量的增加，因此改善了动态范围。随着信号电荷量的变大，随机噪声的相对量在强光条件下变小，因此增加了信噪比。从而可以期望提高输出信号的图像质量。
根据本发明的CMOS传感器，组成一个电路组的电路元件在两个晶体管区域4中分布。因此，可以将电路组的被良好平衡的一致布置指定给在两维阵列中的对应光电转换元件1。即使很难减少晶体管区4的面积，还是可以相对于每个像素区域而确保足够的面积用于光电转换元件1的区域。此外，将光电转换元件1安置在每个像素的光学中心，从而可以轻松地将光像素中心两维地相等地间隔开。
上面的说明关于一个共享整体6包括四个光电转换元件1的情况，即由四个像素共享的情况。但是本发明并不限于此。只要在偶数的像素之间建立共享关系，就可以实现类似的驱动。随着共享的像素数量的增加，电压转换元件2的电容增加。因此，相对于信号电荷量，电压转换元件2的输出电压趋于较低。这种情况减小了提供给放大部件的输入信号的幅度。这可以导致噪声免除方面的降级。随着共享像素的数量的增加，每个光电转换元件1的面积变大。面积增加速率依赖于与所共享的电路元件相关的共享程度。因此，随着共享程度增加，所述增加速率减小。虽然可以通过优化杂质浓度来改善电压转换元件2的电容，但是改善的空间有限。因此，在第一实施例中所述的由四个像素进行共享是最平衡的共享结构。
在根据本发明的CMOS传感器中，在对角相邻的光电转换元件1之间共享每个电压转换元件2。关于读出，由于将共享每个电压转换元件2的像素(光电转换元件1)放置在两维阵列的不同行中，可以同时从每行读出电荷。因此，上面的结构非常适合拜尔(Bayer)图案颜色滤波器阵列的使用，如图3A所示，其中在两维阵列的行中以R、G、R、G....的顺序交替红色(R)和绿色(G)而且在下一行中以G、B、G、B....的顺序交替绿色(G)和蓝色(B)。当使用拜尔图案颜色滤波器阵列时，将G指派给在一个共享整体6中的四个光电转换元件1的每一个。或者，将R指派给四个元件中的两个并且将B指派给其他两个元件。换句话说，一个共享整体6包括两对光电转换元件1，每对具有相同的色谱灵敏度。将相同的颜色指派给在奇数行中的光电转换元件1，而且将其他相同的颜色指派给在偶数行中的那些。
因此，当使用拜尔图案颜色滤波器阵列时，如图3B和3C所示，CMOS传感器支持一种驱动模式，其中从组成一个共享整体6的光电转换元件1中具有相同色谱灵敏度的光电转换元件1同时读出电荷，而且通过在共享整体6中的电压转换元件2将基于电荷的信号累加。因此，还可以执行从光电转换元件1高速读出信号。换句话说，根据在驱动模式中的电荷累加功能，电压转换元件2可以执行与相同颜色的光电转换元件相关的两行电荷累加。因此，将输出行的数量减少到1/2，从而实现高速信号读出。
而且，根据本实施例，CMOS传感器具有一种结构，其中在每个共享整体中，在两维阵列中的列方向中的两个电压转换元件2之间共享电路组，即将两个电压转换元件2垂直对准。因此，可以将同时读出的驱动信号提供给在两维阵列的相同行中布置的电路组，从而可能轻松地从在两维阵列的相同行中布置的光电转换元件1同时读出电荷。换句话说，当在对角相邻的光电转换元件1之间共享每个电压转换元件2时，将共享每个电压转换元件2的像素(光电转换元件)指派给在两维阵列中的不同行。因此，可以每行同时读出基于电荷的信号。而且，当在两个电压转换元件2之间共享在晶体管区4中的每个电路组时，只要在列方向中对准电压转换元件2，就不妨碍同时读出每行。因此在上述的同时读出中，还可以实现高速信号读出。
下面将说明本发明的第二实施例。图4示出了解释根据第二实施例的CMOS传感器的结构的示意图。
如在图中所示，在根据第二实施例的CMOS传感器中，在两维阵列的每个列中布置读取通过每个电路组处理的电压信号的多个信号线7。通过信号线7，从在两维阵列的列方向中布置的多个共享整体6同时读出电压信号。根据上面结构，每列都同时获得共享整体6的信号输出，从而根据输出的数量减小获得一个图像所需的时间。换句话说，可以实现较高速度的驱动。
现在将说明本发明的第三实施例。图5和6是解释根据第三实施例的CMOS传感器的结构的示意图。
根据第三实施例，CMOS传感器包括信号序列排列部分，用于修正在两维阵列中的奇数行和偶数行之间的读出信号序列差，和修正由在对角相邻的光电转换元件1之间共享每个电压转换元件2而引起的差异。下面是其原因。
在通常的CMOS传感器中，如图5或6所示，通过在两维阵列中的列选择开关8将进行读信号的每个信号线7连接到行电路9，从而从信号线7产生信号到行电路9。根据在两个对角相邻的光电转换元件1之间共享每个电压转换元件2的多像素共享结构，通过不同的信号线7将在奇数和偶数行中的光电转换元件1的输出提供给行电路9。为了获得与用传统结构的普通CMOS传感器的输出等效的输出，因此必须输入读取控制信号到行电路9，从而信号被移动一列。为此，根据第三实施例的CMOS传感器包括信号序列排列部分。
通常，由在图中所示的级联连接的多个延迟电路10来控制从信号线7到行电路9的信号输出。将时间转移信号顺序地输入到在各个列中的列选择开关8。根据第三实施例，在CMOS传感器中，信号序列排列部分延迟要被提供给第一级的输入信号，从而将输入信号定时到普通CMOS传感器的数据输出。
在上述信号序列排列部分中，例如图5所示，可以将一个延迟电路11安排在第一输入级的上游，并且还可以安置旁路延迟电路11的开关12。在这种结构中，虽然不清楚如何处理末尾列的信号，但是由于通常由定时信号来定义水平空白周期，所以也没有问题。此外，在信号序列排列部分，例如图6所示，可安排开关13从而从串联的延迟电路10中选择提供给各个列的控制信号中的两个。这两个所选择的控制信号与一个列的时间转移读出信号对应。在这种结构中，在行电路9的输出端提供给放大器9a的模拟信号和普通像素阵列的那些信号没有区别。在任一例子中，由于CMOS传感器包括信号序列排列部分，所以可以切换奇数行和偶数行之间的读出。因此，可以使用与传输门3的控制信号同步的定时信号来控制读出。从而不需要特别功能的电路。
现在将说明本发明的第四实施例。图7是解释各个颜色元件的产生电荷量的示意图。图8和9是解释根据第四实施例的CMOS传感器的结构的例子的示意图。
在根据第四实施例的CMOS传感器中，布置拜尔图案颜色滤波器阵列，从而将颜色滤波器分别地指派给布置在两维阵列中的光电转换元件1(参照图3A)。构造CMOS传感器，从而与在两维阵列中的每个奇数列的输出电压信号相关的放大因子与每个偶数列的输出电压信号相关的放大因子彼此不同，即输出电压信号的信号线的信号放大因子彼此不同。原因如下。
在拜尔图案颜色滤波器阵列的布置中，根据其中在两个对角相邻的光电转换元件1之间共享每个电压转换元件2的多像素共享结构，将信号线划分为在Gr(其中布置了R像素的列的G信号)和Gb(其中布置了B像素的列的G信号)之间共享的输出线(Gr/Gb输出线)以及在B和R之间共享的输出线(B/R输出线)。如图7所示，通常，B信号具有如此的特性，即所产生的电荷量小并且由于在表面p+上的光子吸收而引起损耗，而R信号具有如此的特性，即在光电转换元件1的、可以形成pn结的深度中不吸收大多数的光子。因此，G信号具有最小的损耗而G信号输出具有变大的趋势。因此，如果每个Gr/Gb输出线的增益(放大因数)不同于每个B/R输出线的增益，则可以减小在芯片输出中的RGB之间的色谱特征差异。
具体地说，如图8所示，减小每条Gr/Gb输出线的增益并且增加每条B/R输出线的增益。由于可以使用公知的技术来设置增益，所以省略关于设置的说明。
根据每个列的增益设置，即使当CMOS传感器具有一种结构，其中由为每个列提供的AD转换部分(例如，AD转换器)将从每个列输出的信号转换为数字信号并且将从多个列产生的数字信号顺序地提供给一个信号输出部分(例如，列电路或放大器)，各个数字信号都会经历增益调整，从而减小在RGB之间的色谱特征差异。因此，信号输出部分可以统一地运行数字信号，即使用相同的处理参数。
例如，如图9所示，将在两维阵列中的奇数列的输出和偶数列的输出分别连接到两个不同的行电路9b和9c。在这种情况下，当在每个奇数列中的信号线的信号放大因子与在每个偶数列中的信号线的信号放大因子没有差别时，只要两个行电路9b和9c的增益彼此不同，就可以减小在芯片输出中的RBG之间的色谱特征差异。因此，可以抑制在列之间的增益变化。在行电路9b和9c的增益彼此不同的情况下，可以使用公知的技术来设置增益。这里省略关于增益设置的说明。
现在将说明根据本发明的第五实施例。图10A和10B示出了根据第五实施例的CMOS传感器的示意结构的例子。
在根据第五实施例的CMOS传感器中，布置了拜尔图案颜色滤波器阵列，从而将颜色滤波器分别分派给放置在两维阵列中的多个光电转换元件1。根据在被分别分派具有相同颜色的滤波器的、对角相邻的两个光电转换元件1所产生的检测信号之间进行比较的结果，修正由像素布局的不同而导致的输出信号之间的差异。原因如下。
在多像素共享结构中，通常在多个光电转换元件之间共享每个电压转换元件。因为光电转换元件的形状是对称的，所以由于在制造过程中的图案失准或在接收光线时的光线入射角变化而引起所产生的信号量可能彼此不同。在多像素共享结构中，但是根据多像素共享结构，其中在对角相邻的两个光电转换元件1之间共享每个电压转换元件2，当如图10A所示使用拜尔图案颜色滤波器时，将每个Gr像素和Gb像素连接到相同的电压转换元件2，并且Gr和Gb像素属于不同的行。因此，存在除像素之外元件的相同组合，即颜色和后续级连接电路。因此，可以容易地修正由像素形状差异而导致的所产生信号量的差异。
换句话说，在根据第五实施例的CMOS传感器中，根据Gr和Gb像素所产生的检测信号之间的比较结果，使用图10B所示的修正系数来修正由在对角相邻的两个光电转换元件1之间像素布局(光电转换元件的布置位置和形状)的不同而导致的输出信号差异。将修正应用于从B和R像素的输出信号。根据修正，修正由像素布局差异而引起的输出信号差异。在多像素共享结构的情况下，可以实现带有小输出变化的信号输出。具体地说，在多像素共享结构中，其中在对角相邻的两个光电转换元件1之间共享每个电压转换元件2，可以减小修正错误并且可以容易地计算修正系数。在使用垂直或水平相邻像素之间共享关系的传统共享结构中(参照图12和13)，由于相同颜色像素的共享元件彼此不同，所以错误较大。另一方面，在对角共享结构中，由于根据从Gr和Gb像素(即，具有除像素之外的相同元件的像素)来的检测信号之间的比较结果而执行修正，所以可以抑制错误。在包括垂直共享和水平共享两者的另外的传统共享结构中(参照图15)，由于形成图案的像素的数量增加为四个，所以很难计算修正系数。在另一方面，在对角共享结构中，由于回避了上面的问题，所以可以轻松地获得修正系数。
可以将如上所述的修正过程容易地应用于经历了AD转换的数字信号。能够以于在第四实施例中所述增益调整类似的方式使用公知技术来执行信号输出的修正过程。这里省略修正过程的说明。
现在将说明本发明的第六实施例。图11A到11C解释了根据第六实施例的CMOS传感器的示意结构的例子。
以类似于第一实施例的方式，基于构成每个共享整体6的电压转换元件2中的电荷，根据第六实施例的CMOS传感器支持信号累加的驱动模式。根据第六实施例，构造CMOS传感器，从而在使用驱动模式中的电荷累加功能之外，光电转换元件1的光电转换次数彼此不同，其中为基于电荷的信号累加而从所述光电转换元件1同时读出电荷。其原因如下。
在多像素共享结构中，具体地说，在四像素共享结构中，其中一个共享整体6包括四个像素，经由互连5共享电压转换元件2的像素包括具有相同色谱特征的像素，即被分派相同颜色滤波器的像素。因此，可以使用电荷累加功能。在这种情况下，如图11A和11B所示，在电荷被同时读出的像素中，连接到一个电压转换元件2的至少一个光电转换元件1的光电转换时间不同于连接到另外电压转换元件2的至少一个光电转换元件1的光电转换时间。因此，对低亮度光线的灵敏度高于对高亮度光线的灵敏度，即可以实现较宽的动态范围。可以如图11B所示通过控制读出脉冲来实现光电转换时间的差异。在具有光电转换时间差异的情况下，例如当入射高亮度的光线时，带有普通累积时间的像素饱和了，但是带有延迟的累积开始时间的像素没有饱和，因此获得依赖于光线强度的特征。因此当在共享的电压转换元件2中累加信号电荷量时，所累加的信号输出代表灵敏度特征，如图11C所示。
在如上所述第一到第六实施例中已经说明了本发明的优选实施例。但是本发明并不限于此说明。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以进行本发明的变化和改进，例如第一到第六实施例的适当组合。
如上所述的固态成像器件具有多像素共享结构，其中在对角相邻的两个光电转换元件之间布置一个电压转换元件，从而在其间共享电压转换元件。因此，在正交方向中的每个电压转换元件的尺寸是在传统结构中其尺寸的其中在传统结构中，在两维阵列的行方向或列方向中对准的光电转换元件之间共享每个电压转换元件。换句话说，有效地将在对角相邻的光电转换元件之间的自由空间用于电压转换元件的布置，从而减小与电压转换元件相邻的无效区域。因此，可以减小在光电转换元件之间的每个间隔(在两维阵列的列方向或行方向之间的距离)。此外，可以确保有足够的区域面积用于与每个像素区域相关的光电转换元件的区域。而且，将光电转换元件安置在每个像素的光学中心，从而可以容易地将光像素中心相等地两维地间隔开。当在对角相邻的光电转换元件之间共享每个电压转换元件时，将共享每个电压转换元件的像素(光电转换元件)安置到两维阵列中的不同行中。因此，可以每行同时读出信号。当根据拜尔图案在各个像素中形成颜色滤波器时，在每个共享整体中，将相同的颜色分派给在奇数行中的光电转换元件，也将相同的颜色分派给在偶数行中的光电转换元件。这样，电压转换元件可以执行相对于相同颜色的光电转换元件的两行的电荷累加。因此，就可以执行从光电转换元件高速读出信号。
如上所述，根据本发明，在具有多像素共享结构的固态成像器件中，可以抑制在每个共享的电压转换元件附近形成无效区域。可以增加每个光电转换元件区域的面积，并且可以轻松地实现将像素中心相等地间隔开。因此，由于光电转换元件区域的面积增加而增加了在光电转换元件中的饱和信号量，从而改善了动态范围。随着信号电荷量的变得更大，随机噪声的相对量在强光条件下变得更小，从而提高了信噪比。因此可以期望输出信号的图像质量的提高。而且，在多像素共享结构中，其中在对角相邻的两个光电转换元件之间共享每个电压转换元件，可以依赖于驱动模式来执行高速信号读出。
还可以将本发明应用于成像装置，例如照相机或照相机模块。
Claims (16)
1、一种固态成像器件，其包括在两维阵列中布置的光电转换元件和电压转换元件，该电压转换元件将通过对应光电转换元件的光电转换而产生的电荷转换为电压，其中
将所述每个电压转换元件布置在两维阵列中对角相邻的两个光电转换元件之间，并且在两个光电转换元件之间共享所述每个电压转换元件。
2、根据权利要求1所述的器件，还包括：
包括电路组的晶体管区，每个所述电路组处理由对应电压转换元件所转换的电压信号，其中
经由互连将每个电路组电连接到电压转换单元，从而在电压转换元件之间共享电路组。
3、根据权利要求2所述的器件，其中
将所述晶体管区分派给共享电路组的所述电压转换元件，并且
包括在电路组中的电路元件在晶体管区域中分布。
4、根据权利要求3所述的器件，其中一个所述电路组、两个所述电压转换元件、和四个所述光电转换元件构成一个共享整体。
5、根据权利要求4所述的器件，其中在一个共享整体中包括具有相同色谱灵敏度的多个所述光电转换元件。
6、根据权利要求5所述的器件，其中所述器件支持一种驱动模式，其中从在共享整体中具有相同色谱灵敏度的多个所述光电转换元件同时读出电荷。
7、根据权利要求4所述的器件，其中在两维阵列的列方向中的每个共享整体的电压转换元件之间共享所述电路组。
8、根据权利要求7所述的器件，其中将同时读出的驱动信号提供给在两维阵列的相同行中布置的电路组，从而从在两维阵列的相同行中布置的所述光电转换元件同时读出电荷。
9、根据权利要求4所述的器件，其中在两维阵列的每个列中布置有要读出由电路组处理的电压信号的多条信号线，从而从在两维阵列的列方向中布置的共享整体通过所述多条信号线同时读取电压信号。
10、根据权利要求4所述的器件，还包括：
信号序列排列部分，其修正在两维阵列中的奇数行和偶数行之间的读出信号序列差，和修正由在两维阵列中对角相邻的光电转换元件之间的、每个共享整体中共享每个电压转换元件而导致的差异。
11、根据权利要求4所述的器件，其中
布置拜尔图案颜色滤波器阵列，从而将颜色滤波器分派给布置在两维阵列中的各个光电转换元件，并且
在两维阵列中的奇数列的输出电压信号的放大因子不同于偶数列的输出电压信号的放大因子。
12、根据权利要求11所述的器件，其中
在每行的每个驱动周期，通过提供给每个列的AD转换部分，将从两维阵列的每个列所产生的信号转换为数字信号，并且
将从列产生的数字信号顺序地提供给一个信号输出部分。
13、根据权利要求4所述的器件，其中
布置拜尔图案颜色滤波器阵列，从而将颜色滤波器分派给在两维阵列中布置的各个光电转换元件，
将两维阵列中的奇数列的输出和偶数列的输出分别连接到两个不同的行电路，并且
两个行电路的放大因子彼此不同。
14、根据权利要求4所述的器件，其中当布置拜尔图案颜色滤波器阵列，从而将颜色滤波器分派给在两维阵列中布置的各个光电转换元件时，根据被分别分派相同颜色滤波器的两个对角相邻的光电转换元件所产生的检测信号之间的比较结果、由像素布局的差异导致的差异，来修正在对角相邻的两个光电转换元件的输出信号之间的差异。
15、根据权利要求4所述的器件，其中所述器件通过电压转换元件支持用于基于电荷的信号累加的驱动模式，并且
从其同时读出电荷的光电转换元件的光电转换时间彼此不同。
16、一种固态成像装置，其包括在两维阵列中布置的光电转换元件和将通过对应的光电转换元件的光电转换而产生的电荷转换为电压的电压转换元件，以及入射光线通过其到达所述光电转换元件的光学系统，其中
将所述每个电压转换元件布置在两维阵列中对角相邻的两个光电转换元件之间，并且在两个光电转换元件之间共享所述每个电压转换元件。
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