CN1816113A - 成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种成像设备。参考电压产生器的第二源极跟随器电路包括具有与像素的第一源极跟随器电路相同的特性的晶体管。因此，第二源极跟随器电路可以根据第一源极跟随器电路的特性改变而产生第二参考电压。噪声电压切换电路在噪声电压等于或低于第二参考电压时，将第一电压作为噪声电压输出到像素信号产生器。在复位状态中，噪声电压和第二参考电压一直具有预定的电压差。因此，即使在捕获具有高亮度的物体时，也能够避免图像质量的恶化。由于根据所形成的晶体管的特性而从多个参考电压中选择出任一个参考电压的修整电路等变得不必要，因此可以降低成像设备的成本。

Description

成像设备
技术领域
本发明涉及包括光电转换元件的成像设备。更具体而言，本发明涉及当捕获具有高亮度的物体时，提高所捕获图像的质量的技术。
背景技术
诸如CMOS图像传感器之类的成像设备在复位周期期间，读取各个光电转换元件处的噪声数据(噪声电压)。例如，成像设备的相关双采样电路(在下文中也被称为CDS电路)从包括所读取的噪声数据在内的像素数据中减去噪声数据，从而产生真实像素数据。但是，当捕获具有高亮度的物体时，由于成像设备内的电荷泄漏，噪声数据的电平变得较接近像素数据的电平。由于噪声数据和像素数据之间的电平差变小，因此由像素数据所示出的亮度相对降低。例如，在捕获太阳的情况下，太阳的亮度在所捕获的图像中变得极低，并且太阳的图像变黑。这种现象通常被称为黑太阳(black sun)。
在日本未实审专利申请公布No.2004-112740中，公开了如下技术：当噪声数据的电平变得等于或低于参考电压电平时，要被提供到CDS电路的噪声数据电平被切换到固定电压电平，以便防止黑太阳。例如，当物体的亮度为零时，固定电压电平表示标准黑电平。
在CMOS图像传感器中，光电转换元件由光电二极管和晶体管组成。晶体管的阈值电压根据成像设备(半导体)的制造条件而变化。上述噪声数据的电平跟随晶体管的阈值电压的变化而变化。而上述参考电压通常不会被阈值电压的变化所影响。因此，由于阈值电压的变化，噪声数据的电平相对地变成上述参考电压的电平。这样一来，会出现如下问题，即噪声数据电平和固定电压电平不能正常切换。
例如，当与参考电压电平相比，噪声数据电平变得过高时，即使正在发生黑太阳现象，噪声数据电平也未能切换到固定电压电平。相反，当与参考电压电平相比，噪声数据电平变得较低时，则由于判断出总是在发生黑太阳现象，因而噪声数据电平总是被切换到固定电压电平。
这种问题例如可以通过如下方法来解决，即利用分压电阻等产生多个参考电压，并且根据所制造的晶体管的阈值电压在参考电压之间切换。但是，当使用该方法来切换参考电压时，必须形成修整电路(trimmingcircuit)，例如成像设备内的熔丝电路(fuse circuit)。另外，需要在用于测试成像设备的测试过程中提供熔丝切断过程。这样一来，提高了成像设备的成本。
发明内容
本发明的一个目的是确保避免黑太阳现象，而不受晶体管特性变化的影响并且不提高成本。
根据本发明的成像设备的模式，多个像素中的每一个像素都包括光电转换元件和第一源极跟随器电路。第一源极跟随器电路根据光电转换元件所产生的电荷来产生噪声电压(噪声数据)和像素电压(像素数据)。参考电压产生器包括产生第一参考电压的电压产生器，以及根据第一参考电压来产生第二参考电压的第二源极跟随器电路。例如，第二源极跟随器电路包括具有与第一源极跟随器电路所包括的晶体管相同特性的晶体管。作为更优选的示例，第二源极跟随器电路的晶体管具有与第一源极跟随器电路的晶体管的阈值电压相同的阈值电压。噪声电压切换电路在噪声电压超过第二参考电压时，将噪声电压输出到像素信号产生器。噪声电压切换电路在噪声电压等于或低于第二参考电压时，将第一电压作为噪声电压输出到像素信号产生器。像素信号产生器输出噪声电压和像素电压之间的电压差作为像素信号。
由于参考电压产生器是使用第二源极跟随器电路来形成的，因此从第二源极跟随器电路输出的第二参考电压可以跟随响应于阈值电压的噪声电压(在复位状态中的值)的改变而改变，其中噪声电压是从第一源极跟随器电路输出的。第二参考电压可以根据第一源极跟随器电路的特性改变而改变。因此，无论构成第一源极跟随器电路的晶体管的阈值电压如何，噪声电压都被设置为总是与第二参考电压之间具有预定电压差的值。因此，噪声电压切换电路能够总是正常工作，并且例如可以确保避免黑太阳现象。这样一来，可以在捕获具有高亮度的物体时避免图像质量恶化。此外，用于根据所形成的晶体管的特性而从多个参考电压中选择任一个参考电压的修整电路等变得不必要，并且因此可以降低成像设备的成本。
根据本发明的成像设备的模式的优选示例，与第一源极跟随器电路的晶体管相比，第二源极跟随器电路的晶体管具有更大的栅极宽度和相同的沟道长度。通过增大栅极宽度，可以使第二源极跟随器电路中流动的电流量变大。这样一来，第二源极跟随器电路可以高精度地产生稳定的第二参考电压。
根据本发明的成像设备的模式的优选示例，操作控制电路关断第二源极跟随器电路的选择晶体管，从而可以降低第二源极跟随器电路的功耗。这样一来，可以降低成像设备的待机电流。
根据本发明的成像设备的模式的优选示例，电压产生器包括多个串联连接的电阻器，并且从电阻器的连接节点中的任一个连接节点产生第一参考电压。因此，可以根据成像设备的规范来切换第一参考电压的值。因此，可以将成像设备形成为用于不同规范的多种成像设备。这样一来，可以降低成像设备的开发成本。
根据本发明的成像设备的模式的优选示例，电压产生器包括恒定电压产生器，它使用电源电压来产生是恒定电压的第一参考电压。第一参考电压不会由于电源电压、温度等等而变化。由于第一参考电压是恒定的，因此第二参考电压只受第二源极跟随器电路的特性的影响而改变。因此，可以确保第二参考电压跟随从第一源极跟随器电路输出的噪声电压(在复位状态中的值)的改变而改变。
根据本发明的成像设备的模式的优选示例，第一参考电压的值可以被设置为与成像设备规范相对应的各种值。此外，可以使用各种第一参考电压来评价成像设备的原型。
根据本发明的成像设备的模式的优选示例，并联连接在参考电压产生器中的多个第二源极跟随器电路共同接收第一参考电压，并且共同产生第二参考电压。因此，可以使多个第二源极跟随器电路的特性平均。参考电压产生器可以产生独立于各自电路特性的平均第二参考电压。此外，由于可以增大第二源极跟随器电路中流动的电流总量，因此参考电压产生器可以高精度地产生稳定的第二参考电压。
根据本发明的成像设备的模式的优选示例，第二源极跟随器电路通过使用像素阵列中的一部分像素的第一源极跟随器电路而形成。因此，可以容易地使第二源极跟随器电路的特性与第一源极跟随器电路的特性一致。这样一来，从第二源极跟随器电路输出的第二参考电压可以正确跟随从第一源极跟随器电路输出的噪声电压(在复位状态中的值)的改变而改变。
根据本发明的成像设备的模式的优选示例，第二源极跟随器电路通过使用在像素阵列一端的像素的第一源极跟随器电路和在像素阵列另一端的像素的第一源极跟随器电路而形成。由于在彼此分离的位置上形成第二源极跟随器电路，因此可以确保产生平均的第二参考电压。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中，本发明的本质、原理和实用性将变得更加明显，附图中用相同的标号指代类似的部件，其中：
图1是示出了根据本发明的成像设备的第一实施例的框图；
图2是示出了图1所示像素阵列的细节的电路图；
图3是示出了图1所示参考电压产生器的细节的电路图；
图4是示出了图1所示噪声电压切换电路的细节的电路图；
图5是示出了图像传感器每个像素中的像素信号读取操作的时序图；
图6是示出了根据本发明的成像设备的第二实施例的参考电压产生器的电路图；
图7是示出了根据本发明的成像设备的第三实施例的参考电压产生器的电路图；
图8是示出了根据本发明的成像设备的第四实施例的参考电压产生器的电路图；以及
图9是示出了根据第四实施例的像素阵列的细节的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来解释本发明的优选实施例。附图中的双圆圈代表外部端子。在附图中，每条粗线代表包含多条线的信号线。与粗线相连的块中的一些分别包含多个电路。以与信号名称相同的标记来指代用于传送这些信号的信号线。
图1示出了根据本发明的成像设备的第一实施例。该成像设备是使用CMOS技术而形成在硅衬底上的CMOS图像传感器芯片。该成像设备包括恒定电压产生器10、操作控制电路12、参考电压产生器14、噪声电压切换电路16、相关双采样电路(CDS电路)18和像素阵列ARY。
根据电源电压AVDD，恒定电压产生器10产生总是恒定的内部电压VR。电源电压AVDD是用于模拟电路的电源电压。可以将用于数字电路的电源电压DVDD提供给恒定电压产生器10。内部电压VR是低于电源电压AVDD的电压，并且不管电源电压AVDD和温度如何改变，内部电压VR总是保持恒定。操作控制电路12控制成像设备的总体操作。操作控制电路12将复位信号RST、传输控制信号TG和选择控制信号SEL输出到像素阵列ARY，并且将待机信号XPD输出到参考电压产生器14。在像素PX检测光的操作周期(光接收操作)期间，待机信号XPD变成高电平，并且在像素PX不检测光的待机周期期间，待机信号XPD变成低电平。
参考电压产生器14根据内部电压VR，产生参考电压(第二参考电压)VREF。参考电压产生器14在其接收到高电平的待机信号XPD时产生参考电压VREF，并且在其接收到低电平的待机信号XPD时停止产生参考电压VREF。
当在后面将描述的读取操作的复位周期期间，所读取信号的电压电平VOUT(噪声电压、噪声数据)超过参考电压VREF时，噪声电压切换电路16输出该电压电平VOUT，作为噪声电压VOUT1。当在复位周期期间，所读取信号的电压电平VOUT等于或低于参考电压VREF时，噪声电压切换电路16输出固定的第一电压V1，作为噪声电压VOUT1。例如，当物体的亮度为零时，第一电压V1表示标准电平(黑电平)。
CDS电路18从在读取周期期间读取的像素数据(像素电压)中减去在复位周期期间读取的噪声数据(噪声电压)，产生不包括噪声的真实像素数据，并且输出所产生的像素数据作为像素信号SIG。像素阵列ARY包括以矩阵状态排列的多个像素PX。通过各个像素PX的光电转换所获得的像素数据和噪声数据被输出作为检测电压VOUT。
图2示出了图1所示像素阵列ARY的细节。该实施例的像素PX是所谓的4晶体管类型的。每个像素PX包括串联连接在内部电压线VR和地线VSS之间的nMOS晶体管M1、M2和光电二极管PD(光电转换电路)，以及串联连接在内部电压线VR和地线VSS之间的nMOS晶体管M3、M4和电流源CS1。晶体管M4的源极连接到检测电压线VOUT，通过该检测电压线VOUT输出所读取电压和噪声电压。晶体管M1(复位晶体管)的栅极接收复位信号RST。晶体管M2(传输晶体管)的栅极接收传输控制信号TG。晶体管M3(源极跟随器晶体管)连接到晶体管M1和M2之间的连接节点FD(浮动扩散节点)。晶体管M4(选择晶体管)的栅极接收选择控制信号SEL。晶体管M3是源极跟随器晶体管。晶体管M3和M4构成源极跟随器电路SF1(第一源极跟随器电路)。
图3示出了图1所示参考电压产生器14的细节。参考电压产生器14包括电压产生器VG、源极跟随器电路SF2(第二源极跟随器电路)、电流源CS2和放大器AMP，其中源极跟随器电路SF2具有与像素PX的源极跟随器电路SF1相同的电特性。电压产生器VG包括串联连接在内部电压线VR和地线VSS之间的电阻器R1、R2和R3，以及开关SW1和SW2，其中开关SW1和SW2将电阻器R1到R3之间的连接节点连接到源极跟随器电路SF2中的nMOS晶体管M5的栅极。
开关SW1和SW2中的一个根据形成在图像传感器内的电阻器的值而接通。电阻器的值例如由使用图像传感器的用户(系统)在打开电源时进行设置。通过在开关SW1和SW2之间进行切换，由电阻器行R1到R3所产生的两个电压中的一个作为第一参考电压VR1被提供到源极跟随器电路SF2中的晶体管M5的栅极。顺便提及，当像素PX不接收光时，晶体管M5的栅极电压被设置为稍低于噪声电压。由于晶体管M5的栅极电压可由开关SW1和SW2切换，因此例如可将图像传感器芯片作为多种规格(特性)的图像传感器而出货。
源极跟随器电路SF2包括nMOS晶体管M5和M6，它们的阈值分别与源极跟随器电路SF1中的nMOS晶体管M3和M4的阈值相同。例如，晶体管M5和M6的栅极宽度被分别设计为晶体管M3和M4的栅极宽度的两倍。晶体管M5和M6的沟道长度与晶体管M3和M4的沟道长度相同。通过增大栅极宽度，可以使源极跟随器电路SF2中流动的电流量大于源极跟随器电路SF1中流动的电流量。因此，源极跟随器电路SF2可以稳定地操作，并且高精度地产生稳定的第二参考电压。顺便提及，电流源CS2的电流量也被设计为电流源CS1的电流量的两倍。
晶体管M6的栅极接收待机信号XPD。由于晶体管M6在像素PX不检测光的待机周期期间被关断，因此可以减小待机电流。电流源CS2被布置在晶体管M6的源极和地线VSS之间。放大器AMP放大晶体管M6的源极电压，并且将其输出作为参考电压VREF。
与像素PX的源极跟随器电路相同的源极跟随器电路SF2被形成在参考电压产生器14内。因此，当图像传感器的制造条件在其制造过程中变化，以及像素PX内的晶体管(例如M3和M4)的阈值电压改变时，参考电压VREF也改变。更具体而言，当像素PX内的晶体管M3和M4的阈值电压高时，噪声电压相对降低。由于图像传感器由一个芯片形成，因此晶体管M5和M6的阈值电压随晶体管M3和M4的阈值电压一起上升。因此，参考电压VREF跟随噪声电压而下降。相反，当晶体管M3和M4的阈值电压低时，噪声电压相对升高。此时，晶体管M5和M6的阈值电压降低，并且因此参考电压VREF跟随噪声电压而升高。通过这样跟随依赖于晶体管阈值电压的噪声电压的改变而改变参考电压VREF，图4所示的噪声电压切换电路16稳定地操作。
图4示出了图1所示的噪声电压切换电路16的细节。噪声电压切换电路16包括判断电路DC和开关SW3和SW4，所述判断电路DC将参考电压VREF与从像素PX输出的噪声电压VOUT进行比较，开关SW3和SW4根据判断电路DC的判断结果来接通/关断。当噪声电压VOUT高于参考电压VREF时，判断电路DC输出高电平。在这种情况下，开关SW3关断而开关SW4接通。CDS电路18使用从像素PX读取的噪声电压VOUT来产生像素信号SIG。而当噪声电压VOUT等于或低于参考电压VREF时，判断电路DC输出低电平。在这种情况下，开关SW3接通而开关SW4关断。CDS电路18使用固定的第一电压V1来产生像素信号SIG。
图5示出了上述图像传感器的每个像素中的像素信号的读取操作。读取操作由噪声数据读取周期和像素数据读取周期构成。在开始读取操作之前，选择控制信号SEL被设置为高电平(电源电压)，以便使晶体管M4导通。复位信号RST和传输控制信号TG被设置为低电平(地电压)，以便使晶体管M1和M2关断。
首先，在噪声数据读取周期期间，复位信号RST变成高电平，并且晶体管M1导通。通过使晶体管M1导通，节点FD被复位到内部电压VR。接下来，复位信号RST变成低电平，并且读取噪声数据N1。由于源极跟随器电路SF1的操作伴随节点FD的电压改变，因此噪声数据(噪声电压)N1被输出作为检测电压VOUT。
随后，在像素数据读取周期期间，传输控制信号TG变成高电平，并且晶体管M2导通。通过使晶体管M2导通，通过捕获物体图像而在光电二极管中累积的电荷被传输到节点FD。节点FD的电压根据电荷量而下降。顺便提及，节点FD的电压的改变还受到噪声数据N1的影响。接下来，传输控制信号TG变成低电平，并且包括噪声数据N1在内的像素数据(N1+S1)被读取。由于源极跟随器电路SF1的操作伴随节点FD的电压改变，因此包括噪声数据N1在内的像素数据(像素电压)被输出作为检测电压VOUT。
图1所示的CDS电路18从包括噪声数据N1在内的像素电压(N1+S1)中减去噪声电压N1，并且输出不包括噪声数据的真实像素数据作为像素信号SIG。顺便提及，当要被图像传感器捕获的物体不具有高亮度(图5的(a))时，噪声电压N1高于参考电压VREF。因此，在噪声数据读取周期期间，正确的噪声数据N1被读取。图4所示的噪声电压切换电路16关断开关SW3，并且接通开关SW4，从而将噪声电压N1输出到CDS电路18。而当要被图像传感器捕获的物体具有高亮度(图5的(b))时，由于图像传感器的衬底等中引起的电荷泄漏而使噪声电压N1变得低于参考电压VREF。这时，噪声电压切换电路16接通开关SW3，并且关断开关SW4，从而将表示虚拟噪声的固定的第一电压V1输出到CDS电路18。
根据本发明，参考电压产生器14包括源极跟随器电路SF2，它具有与形成在像素PX中的源极跟随器电路SF1相同的电特性。因此，当半导体制造过程中的制造条件变化，以及构成图像传感器的晶体管的阈值电压改变时，参考电压VREF也跟随噪声电压N1的改变而改变。因此，在像素PX的复位状态(当复位信号RST处于高电平的周期)中，无论晶体管的阈值电压如何，噪声电压N1总是比参考电压VREF高出预定值。复位状态中的噪声电压N1依赖于晶体管的阈值电压而变化。因此，在传统技术中，上述预定值在形成在晶片、多个晶片和许多晶片上的多个图像传感器之间变化。通过应用本发明，可以允许复位状态中的噪声电压V1和参考电压VREF之间的差在晶片、多个晶片和许多晶片上的多个图像传感器之间总是恒定的。这样一来，可以防止噪声电压N1与参考电压VREF相比过高，并且解决虽然发生黑太阳现象而无法将噪声电压N1切换到第一电压V1的问题。此外，可以防止噪声电压N1与参考电压VREF相比过低，并且解决由于判断出总是出现黑太阳现象而总是将噪声电压N1切换到第一电压V1的问题。
根据至此描述的第一实施例，参考电压产生器14包括源极跟随器电路SF2，其阈值电压与像素PX中的源极跟随器电路SF1的阈值电压相同。因此，即使在构成图像传感器的晶体管的阈值电压由于制造条件的变化而改变时，也可以跟随复位状态中的噪声电压N1的改变来改变参考电压VREF。由于可以根据像素PX内的源极跟随器电路SF1的电特性来产生所需的参考电压VREF，因此噪声电压切换电路16可以总是正常地操作。这样一来，可以确保防止黑太阳现象，并且防止在捕获具有高亮度的物体时图像质量恶化。
用于根据所形成的晶体管的电特性而从多个参考电压中选择出任一个参考电压的修整电路(熔丝电路)等变得不必要。通常，需要除去熔丝电路外围中的芯片的钝化层，以便在测试过程中执行激光切割，并且用于有选择地除去钝化层的过程在制造过程中是必不可少的。在测试过程中，图像传感器的电特性被评估，并且根据评估结果来切断熔丝。通过应用本发明，可以避免增加图像传感器的制造过程，并且消除用于修整的测试过程。还可以消除测试装置之类的设备。此外，由于熔丝电路变得不必要，因此可以减小芯片尺寸。这样一来，可以减小图像传感器的制造成本。
通过使源极跟随器电路SF2的晶体管的栅极宽度大于源极跟随器电路SF1的晶体管的栅极宽度，可以增大源极跟随器电路SF2中流动的电流量。这样一来，源极跟随器电路SF2可以高精度地产生稳定的参考电压VREF。
参考电压产生器14的电压产生器VG通过开关SW1和SW2从多个电压中选择出任一个电压，并且将其输出作为第一参考电压VR1(晶体管M5的栅极电压)。因此，可将图像传感器芯片作为多种规格(特性)的图像传感器而出货，并降低图像传感器的开发成本。
图6示出了根据本发明的成像设备的第二实施例的参考电压产生器14A。用相同的标号和符号来指代与第一实施例所解释的相同元件，并且将省略其详细解释。根据本实施例，形成参考电压产生器14A以取代第一实施例中的参考电压产生器14。在其他方面，其结构与第一实施例相同。就是说，该成像设备是使用CMOS技术而形成在硅衬底上的CMOS图像传感器芯片。
参考电压产生器14A包括恒定电压产生器20，其取代了第一实施例的参考电压产生器14中的电压产生器VG。在其他方面，其结构与参考电压产生器14相同。恒定电压产生器20响应于电源电压AVDD而产生总是恒定的恒定电压CV1。恒定电压CV1低于内部电压VR，并且无论电源电压AVDD和温度如何变化，总是保持恒定。顺便提及，可以将用于数字电路的电源电压DVDD提供给恒定电压产生器20。通过形成参考电压产生器14A，可以使要提供给源极跟随器电路SF2中的晶体管M5的栅极电压总是恒定。因此，参考电压VREF只响应于构成源极跟随器电路SF2的晶体管的阈值电压的变化而改变。
根据至此所描述的第二实施例，可以获得与上述第一实施例相同的效果。此外，根据该实施例，无论电源电压和温度如何改变，都可以使参考电压VREF恒定，并且可以确保参考电压VREF只跟随复位状态中的噪声电压N1(即，构成源极跟随器电路SF1的晶体管的阈值电压的差)的改变而改变。
图7示出了根据本发明的成像设备的第三实施例的参考电压产生器14B。用相同的标号和符号来指代与第一和第二实施例所解释的相同元件，并且将省略其详细解释。根据本实施例，形成参考电压产生器14B以取代第一实施例中的参考电压产生器14。在其他方面，其结构与第一实施例相同。就是说，该成像设备是使用CMOS技术而形成在硅衬底上的CMOS图像传感器芯片。
参考电压产生器14B包括恒定电压产生器20，以及在第一实施例的参考电压产生器14中的电压产生器VG。在其他方面，其结构与参考电压产生器14相同。恒定电压产生器20的输出CV1经由开关SW5而连接到源极跟随器电路SF2中的晶体管M5的栅极。根据形成在图像传感器内的电阻器的值，开关SW1、SW2和SW5中的任一个被接通。所述电阻器的值例如由使用图像传感器的用户(系统)在打开电源时进行设置。无论接通开关SW1、SW2和SW5中的哪一个开关，在像素PX不接收光时，晶体管M5的栅极电压都被设置为稍低于噪声电压。
根据至此所描述的第三实施例，可以获得与上述第一实施例相同的效果。此外，根据该实施例，可以通过开关SW1、SW2和SW5来选择三种电压中的任一个，并且将其输出以作为第一参考电压VR1(晶体管M5的栅极电压)。因此，可使用一块图像传感器芯片来形成更多种规格(特性)的图像传感器，并降低图像传感器的开发成本。
图8示出了根据本发明的成像设备的第四实施例的参考电压产生器14C。用相同的标号和符号来指代与第一实施例所解释的相同元件，并且将省略其详细解释。根据本实施例，形成参考电压产生器14C以取代第一实施例的参考电压产生器14。在其他方面，其结构与第一实施例相同。就是说，该成像设备是使用CMOS技术而形成在硅衬底上的CMOS图像传感器芯片。
参考电压产生器14C包括并联布置在电压产生器VG和放大器AMP之间的一对源极跟随器电路SF3(第二源极跟随器电路)。源极跟随器电路SF3中的每一个都包括nMOS晶体管M7和M8，它们的阈值电压分别与源极跟随器电路SF1中的nMOS晶体管M3和M4的阈值电压相同。例如，晶体管M7和M8的栅极宽度与晶体管M3和M4的栅极宽度相同。晶体管M7和M8的沟道长度与晶体管M3和M4的沟道长度相同。参考电压产生器14C中的多个源极跟随器电路SF3具有与增大一个源极跟随器电路(例如第一实施例中的SF1)中的晶体管的栅极宽度相同的效果。就是说，与第一实施例类似，可以增大源极跟随器电路SF3中流动的电流的量，并且稳定地操作源极跟随器电路SF3。
图9示出了根据第四实施例的像素阵列ARY的细节。像素阵列ARY包括以矩阵状态排列的多个像素PX。形成在哑(dummy)区域DMY中的哑像素DPX不用于光电转换，其中所述哑区域DMY位于像素阵列ARY的最外侧。哑像素DPX被形成用于将内部像素PX形成为具有理想的形状。在图形的左右两侧，源极跟随器区域SFA被形成在哑区域DMY内侧。图8所示的源极跟随器电路SF3是通过使用形成在源极跟随器区域SFA中的像素PX中的源极跟随器电路SF1来形成的。尤其是，该实施例的源极跟随器电路SF3是通过使用示为网点状并且在像素阵列ARY中被位于对角线上的像素PX来形成的。
一般，在半导体器件中，元件的电特性会依赖于该元件所形成的位置而稍有不同。源极跟随器电路SF3被形成在像素阵列ARY中彼此分离的位置上，因此可以确保获得源极跟随器电路SF3的平均特性。
根据至此所描述的第四实施例，可以获得与上述第一实施例相同的效果。此外，根据该实施例，一对源极跟随器电路SF3被分散排列在像素阵列ARY内，从而可以使源极跟随器电路SF3的特性平均。因此，参考电压产生器14C可以产生独立于源极跟随器电路SF3各自电路特性的平均参考电压VREF。此外，由于可以增大源极跟随器电路SF3中流动的电流总量，因此参考电压产生器14C可以高精度地产生稳定的参考电压VREF。
源极跟随器电路SF3是通过使用在像素阵列ARY中的哑区域DMY中形成的像素PX的源极跟随器电路SF1来形成的。因此，可以容易地使源极跟随器电路SF3的电特性与源极跟随器电路SF1的电特性一致。此外，源极跟随器电路SF3是通过使用在像素阵列ARY左右两侧形成的源极跟随器区域SFA中的像素PX来分别形成的。由于源极跟随器电路SF3被形成在像素阵列ARY中彼此分离的位置上，因此可以容易地产生平均参考电压VREF。
顺便提及，上述第一和第二实施例已经涉及了源极跟随器电路SF2的晶体管M5和M6的栅极宽度被设计为源极跟随器电路SF1的晶体管M3和M4的栅极宽度的两倍的情况。但是，本发明并不局限于这样的实施例。例如，晶体管M5和M6可以被设计为具有与晶体管M3和M4相同的尺寸。在这种情况下，源极跟随器电路SF2可以通过使用在像素阵列ARY中的哑区域中形成的像素PX的源极跟随器电路SF1等来构成。通过在像素阵列内形成源极跟随器电路SF2，可以确保源极跟随器电路SF1和SF2的电特性相等。
上述第四实施例已经涉及了使用在像素阵列ARY中位于对角线上的像素PX来形成一对源极跟随器电路SF3的情况。但是，本发明并不局限于这样的实施例。源极跟随器电路SF3的数量可以多于两个。例如，可以通过使用位于像素阵列ARY四个角上的像素PX来形成四个源极跟随器电路SF3。
本发明并不局限于上述实施例，并且可以对其进行各种修改，而不脱离本发明的精神和范围。可以对组件中的部分或全部做出任意改进。
本申请基于2005年2月3日递交的日本专利申请No.2005-027771，并要求享受其优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims (15)

1.一种成像设备，包括：
多个像素，每个像素包括光电转换元件，以及根据由所述光电转换元件产生的电荷而产生噪声电压和像素电压的第一源极跟随器电路；
参考电压产生器，包括产生第一参考电压的电压产生器，以及根据所述第一参考电压而产生第二参考电压的至少一个第二源极跟随器电路；
像素信号产生器，输出所述噪声电压和所述像素电压之间的电压差作为像素信号；以及
噪声电压切换电路，所述噪声电压切换电路当所述噪声电压超过所述第二参考电压时，将所述噪声电压输出到所述像素信号产生器，并且当所述噪声电压等于或低于所述第二参考电压时，将第一电压作为所述噪声电压输出到所述像素信号产生器。
2.根据权利要求1所述的成像设备，其中
所述第二源极跟随器电路包括具有与构成所述第一源极跟随器电路的晶体管相同的特性的晶体管。
3.根据权利要求2所述的成像设备，其中
所述第二源极跟随器电路的晶体管具有与所述第一源极跟随器电路的晶体管的阈值电压相同的阈值电压。
4.根据权利要求2所述的成像设备，其中
与所述第一源极跟随器电路的晶体管相比，所述第二源极跟随器电路的晶体管具有更大的栅极宽度和相同的沟道长度。
5.根据权利要求2所述的成像设备，其中
所述像素包括：将恒定电压线连接到所述第一源极跟随器电路的输入端的复位晶体管；将所述光电转换元件的输出端连接到所述第一源极跟随器电路的输入端的传输晶体管；构成所述第一源极跟随器电路的源极跟随器晶体管；以及构成所述第一源极跟随器电路，并且将所述源极跟随器晶体管的输出端连接到所述噪声电压切换电路的选择晶体管，并且
所述第二源极跟随器电路包括接收所述第一参考电压的源极跟随器晶体管，以及将所述源极跟随器晶体管的输出端连接到所述参考电压产生器中的所述第二参考电压的输出节点的选择晶体管。
6.根据权利要求5所述的成像设备，还包括
操作控制电路，所述操作控制电路在由所述像素接收到的光经历光电转换的读取周期期间，导通所述第二源极跟随器电路的所述选择晶体管，并且在由所述像素接收到的光未经历光电转换的待机周期期间，关断所述选择晶体管。
7.根据权利要求1所述的成像设备，其中
所述电压产生器包括多个串联连接的电阻器，并且从所述电阻器的连接节点中的任一个连接节点产生所述第一参考电压。
8.根据权利要求1所述的成像设备，其中
所述电压产生器包括恒定电压产生器，所述恒定电压产生器使用电源电压来产生是恒定电压的所述第一参考电压。
9.根据权利要求8所述的成像设备，其中
所述电压产生器包括多个串联连接的电阻器，并且从所述恒定电压产生器以及所述电阻器的连接节点中的任一个连接节点产生所述第一参考电压。
10.根据权利要求1所述的成像设备，其中
所述参考电压产生器包括多个并联连接的第二源极跟随器电路，以共同接收所述第一参考电压，并且共同产生所述第二参考电压。
11.根据权利要求10所述的成像设备，还包括
像素阵列，所述像素以矩阵状态形成在所述像素阵列中，并且其中
所述第二源极跟随器电路是通过使用所述像素阵列中的部分所述像素的所述第一源极跟随器电路而形成的。
12.根据权利要求11所述的成像设备，其中
所述第二源极跟随器电路是通过使用在所述像素阵列一端的像素的所述第一源极跟随器电路以及在所述像素阵列另一端的像素的所述第一源极跟随器电路而形成的。
13.根据权利要求1所述的成像设备，还包括
像素阵列，所述像素以矩阵状态形成在所述像素阵列中，并且其中
所述第二源极跟随器电路是通过使用所述像素阵列中的部分所述像素的所述第一源极跟随器电路而形成的。
14.根据权利要求1所述的成像设备，还包括
操作控制电路，所述操作控制单路在由所述像素接收到的光经历光电转换的读取周期期间顺序地执行：将所述第一源极跟随器电路的输入复位到恒定电压的复位操作；通过所述第一源极跟随器电路产生所述噪声电压的噪声读取操作；将所述光电转换元件连接到所述源极跟随器电路的电荷传输操作；以及通过所述第一源极跟随器电路产生所述像素电压的像素读取操作。
15.根据权利要求1所述的成像设备，其中
所述像素信号产生器是相关双采样电路。
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