TW200307455A - Solid-state imaging apparatus and driving method thereof - Google Patents

Description

200307455 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係特別與適用於CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補式金屬氧化半導體）型影 像感測器之固體攝像裝置及其驅動方法有關者。 【先前技術】 在CMOS型影像感測器方面，在半導體晶片上把多個像素 配置成2次元矩陣狀，來構成攝像像素部；其呈 極體等光電變換元件，其係用於在各像素上形成相應於受 光量之訊號電荷者；及閉極電路，其係由多個刪電晶體 所構成，且係用於把該光電變換元件所形成之訊號電荷變 換成電氣訊號，並以特定之時脈進行讀出者。 此外’在該攝像素部之週邊設有：訊號處理電路，其係 針對來自各像素之訊號進行 ’、 (Correlated Double sampnt相關雙重取樣）等之訊號處理者；垂直/水平掃描 電路’其係用於驅動各像素之閘極電路，並將各像素 號依照特定之順序讀出者； -σ 動電子快門者。 電路，其係用於啟 在先前之CMOS型影像感測哭 部此模式化像素12配列所亍/如圖U中之該攝像像素 像素⑽'配置成2次元矩陣像像素㈣上，多個 輯當於特定之列數隔開，被了Λ門物^ 向依序調移、電子快門列擇⑽ 電荷者；_擇列16係用 ；。又各像素12之訊號 進仃訊號電荷之讀出者。 81873 200307455 在電子快門列！4之各像素12上，進行把光電子（電荷）丢 棄的動作’·該光電子係館存於各像素12之感光二極體中者。 、又：在讀出選擇列16之各像素12上，進行把光電子變換 為電氣訊號，並介以輪出訊號線將之輸出到訊號處理電路 的動作；而該光電子係儲存於各像素12之感光二極體中者。 如來’從各像素12在電子快門列14上被重設時起到 其在讀出選擇列16上被進行讀出之選擇為止的期間中，各 像素12之輸出㉝號係等於與光電子量對應之位準的訊穿； 而該光電子係儲存於感光二極體t者。 u ▲因此，如改變電子快門列14與選擇列16的間隔，則可改 變光電子的儲存時間，並調整感度。 此即先前之電子快門的功能。 d而對攝像影像而言當同時有亮處與暗處的並存時， 如依刖述方法’各p會產生如下問題：如配合明處來調整 快門時間的話，則暗處會變得感光度不足’·如配合暗處來 調整㈣時間的話’則使亮處之感光二極體因飽和而呈現 泛白。亦即，存在著動態範圍狹窄的問題。 最近’在特開2001_177775號公報上揭示了 一種擴大其動 態範圍的方法。 其係採取，在影像訊號讀出之選擇列上，把感光二極體 之訊號分成多次來讀出的方法。 、然而如依照該方法，由於感光二極體之飽和電子數的 減少，在—次傳送中，在浮動擴散(Floating Diffusion，下 稱FD)部中無法獲得足夠的電位，因此在該情況下，即使實 81873 200307455 方β多认的纟買出動作，目丨丨—々—一 、， 、在弟二二人以後無法獲得充份的訊號 ，故並热法增加動離筋 · 义 … 〜、圍，而則述感光二極體之飽和電子 數的減少係因近年來伴卩省 — 現著攝像70件之微細化及低電壓化 所導致者。 此外，在該此情況下，因在一個選擇列上必須進行連續2 次之讀出料才行，故㈣達成像㈣調移的高速化。、 ;、、、肖除各個像素之固定圖案雜點而實施CDS處理 ^情形時，為了在1個選擇列上讀出2個像素訊號，則必須 貝軛2次之重設動作和2次的光電子儲存動作，亦即，共需 進仃4次之重設位準和光電子儲存位準的檢出；而上述⑽ 處里係用於，肖除重設時之訊號位準和光電子儲存時之訊號 位準之差者。 此外，由於合成時係採取把分成多次讀出後之多個像素 A號進订合成的方法，目此在後段中必須設置合成電路， 如此會使電路大龍，及合成部分的參差不齊或導致設於 各像素列上之各合成電路呈現參差不齊等問題。 【發明内容】 本發明提供一種固體攝像裝置及其驅動方法；其係不會 V致電路之大型化、複雜化，並且可改善動態範圍者。 本發明之固體攝像裝置係具有：攝像像素部，其係由多 個像素配列成矩陣狀者；垂直選擇手段，其係用於把攝像 像素部之水平方向之各像素列選擇為垂直方向者；像素驅 動手'^又其係介以像素驅動配線來驅動各像素列之各像素 者，而該像素列係經由垂直選擇手段所選擇者；及訊號處 81873 200307455 施特定之 :號線把各像素之訊號輸入，並實 變換元件；=丰而攝像像素部之各像素具借：光電 胃/ ’其係用於把光電變換元件所變換並 於把浮動擴散部之電位者及=手段，其係用 係用於把輸出訊號進行輪出==出放大手段，其 散部之電位對應者。该輪出訊號係與浮動擴 個手段係具傷如下功能：把攝像像素部之至少2 個為快門列及選擇列進行選擇，並㈣ 7 所=素驅動手段係具備如下功能：在經由垂直選料段

之快門列方面，在浮動擴散部之重設之後，H 先電變換元件之訊號電荷傳送到浮動擴散部的動作=在 經由垂直選擇手段所選擇 邱之n k擇列方面，未進行浮動擴散 :株 進行浮動擴散部之重設之前，把光電變換 Γ件之訊號1荷傳送料_散部，並使該傳送後之輪Γ 汛號輸出到上述訊號處理手段。 又’本發明之驅動方法係-種固體攝像裝置之驅動方法 =固體攝像裝置係具有:攝像像素部，其係由多= 二1平==像ΐ直選擇手段，其係用於把攝像像素 Γ:Ι: 選擇為垂直方向者；像素驅動手 & Ί丨以像素驅動配線來驅動各像素列之久 而該像素列係經由垂直選擇手段所選擇者；及訊號處理手 段、、係介以輸出訊號線把各像素之訊號輪入，並 定之訊號處理者。而攝像像素部之各像素具備：光電變= 81873 200307455 元件’傳送手段，其係用 之m ~ ^ ;把光電變換元件所變換並儲存 之心虎电何傳.送到浮動擴 仔 浮動擴散部之電位進行重，者者:重3又手段，其係用於把 出訊號進行輸出者，而^ 段，其係用於把輸 對應者。 μ &出訊號係與浮動擴散部之電位 =卜’該垂直選擇手段係可把攝像像素部 列作為快Η列及選擇列進 1 口像素 哕傻去斬I 4 丁、擇，亚依序使之調移者。而 :::動手段係具傷如下功能：在經由垂直選擇手段所 2之快門列方面，在浮動擴散部之重設之後，實斤 黾變換元件之訊辦雪并後W 、 Α何傳达到洋動擴散部的動作，·而在絲 由垂直選擇手段所選擇之選 ^ k㈣方面，未進行㈣擴散部 之“，或在進行浮動擴散部之重設之前，把光電變換元 件之訊號電荷傳送到浮動擴散部，並把在該傳送後之輸

訊號輸出到前述訊號處理手段。 J 二如上所述I由垂直選擇手段來使快門列和選擇列依 調移；在快門列方面’在浮動擴散部之重設之後，把光電 變換元件之訊號電荷傳送到浮動擴散部；而在選擇列方面 ’至少在進行浮動擴散部之重設之前，就把光電變換元件 之訊號電荷傳送到浮動擴散部，經由此一方式，可輪出具 有在暗處敏感、在明處鈍感之拐點的訊號。 也可 之簡 經由 因此，即使光電變換元件之飽和電荷量小的情形， 達成大動態範圍化·’又，利用僅以單一系統進行輪出 易結構’就可以實現具有良好動態範圍的攝影。 此外’在固體攝像裝置之驅動方法方面，同樣的， 81873 200307455 垂直選擇手段來使快門列和選擇列依序 外凋移，在快門列方 面’在洋動擴散部之重設之後，把光電 u屯又換7L件之訊赛雷 荷傳送到浮動擴散部；而在選擇列方 主J在浮動擴散 权重設之前’就把光電變換元件之訊號電荷傳送到浮動 擴散部；、經由此-方式，可輸出具有在暗處敏感、在 鈍感之拐點的訊號。

因此，即使光電變換元件之餘和電荷量小的情形，也可 達成大動態範圍化；又，利用僅以單一系統進行輸出之簡 易結構，就可以實現具有良好動態範圍的攝影。 【實施方式】 本發明之目的在於實現大動態範圍的攝影；本專利之申 請者亦於先前提出固體攝像裝置及其驅動方法之專利申請 案（譬如，參考特願2001-201601號、特願2001_276529號、月 特願2001-286457號，以下稱為先前之專利申請）；而其係 可彈性適應各種攝影條件，且經常維持良好動態範圍者。

然而，在與前述各專利申請案有關之固體攝像裝置方面 ，輸出係採用二系統結構，故使得電路呈現大型化。 而本务月之進一步的目的係在於提供一種固體攝像裝置 及其驅動方法；其係利用僅以單一系統進行輸出之簡易結 構，就可以實現具有良好動態範圍的攝影者。 本發明之固體攝像裝置係具有：多個像素；像素垂直選 擇手段，其係用於把該各像素進行依序選擇者；訊號垂直 選擇手段，其係用於把來自像素之訊號進行依序選擇者； 及訊號處理手段，其係用來對來自像素之訊號實施特定之 81873 -10- 200307455 訊號處理者。 而上述像素係具備：光電變 變換為電氣1 % 土 、件/、係用於把光訊號 I乳戒就者；傳送手段，呈 元件之1 % # /、係用於把來自光電變換 σ ^傳送到浮動擴散部者； 浮動擴散部之雷你、隹―舌Μ土· 于奴其係用於把 盥浮動檐4 Α 仃5又，及放大手段，其係用於把 在㈣Γ奴電位對應之訊號進行放大者。此外，執行 替==手段上不進行訊號處理之快門動作，及執行在 上進行處理之選擇動作；在執行快門動作之際 ::子動擴散部之電位為基準電位後，把儲存於光電 =換凡件之訊號傳送到浮動擴散部；而在快門動作之後， 執仃選擇動作之時’則不設定浮動擴散部之電位為基準電 _或在將之没疋為基準電位之前，就把儲存於光電變換 元件之訊號傳送到浮動擴散部。 以下’舉例說明本發明之實施型態。所舉之例均為良好 之具體實施例，在說明之際’雖設定了種種有利於技術上 的限制’但除非在如下之說明中有特別提及本發明之限制 則本發明之適用II圍並不侷限於以下所舉出之之 圍。 在本實施型態上，在快門列上WFD重設_電荷傳送的順 序進行驅動，而在選擇列上以電荷傳送—CDS取得—FD重 設—CDS取得的順序進行驅動，經由此一方式，可獲得具 有在暗處敏感、在明處鈍感之所謂拐點的單一系統之輸出 ’而實現大動態範圍化。 如此一來，則無需準備二組CDS電路，而可沿用迄今之 81873 -11- 200307455 拐點輸出之技術。

，具體而言’本實施型態所使用之固體攝像裝置2係CMOS 型影像感測器，如圖！中之整體結構圖所示，在半導體 (未在圖中顯示）上包含：攝像像素部1〇4、垂直⑺選擇手段 1〇6、水平（H)選擇手段108、時脈產生器11Θ (TG)、S/H.CDS 部Π2、定電流部U4A等。 一在攝像像素部丨〇4中，多個像素配列成矩陣狀，各像素把 光進行檢出所形成之電氣訊號係根據來自時脈產生器11() 2脈衝，被v選擇手段106及11選擇手段108依序進行選擇， k水平汛號線丨丨6透過輸出部丨丨8而被輸出。 如圖2中之1像素週邊之電路圖所示，構成攝像像素部104 像素120係包含·感光二極體122，其係作為光電變換元 件者；FD部（浮動擴散部）124，其係用於獲得與被傳送之 電荷量對應之電位變動者；傳送閘126，其係在被提供傳送 脈衝時，使感光二極體122與]?]〇部124連接者；重設閘 ，其係在被提供重設脈衝時，使FE^pl24與電源Vdd連接者 ，及放大電晶體130，其係用於輸出部124之電位變動 對應之電壓者。 感光二極體122之陽極係與接地連接，而其陰極則與^^型 之MOSFET(絕緣閘極型場效電晶體）之源極連接；型之 MOSFET係用於構成傳送閘126者。又，該MOSFET之汲極 係與FD部124連接；而閘極則接受來自v選擇手段ι〇6所提 七、之傳送脈衝132。重設閘128亦為由N型之MOSFET所構成 者，其源極與FD部124連接，而汲極則與電源vdd連接，而 81873 -12- 200307455 閘極則接受來自v選擇手段106所提供之重設脈衝134。 構成放大電晶體130之N型之MOSFET的閘極係與FD部 124連接，而汲極則與電源Vdd連接。放大電晶體13〇和垂直 訊號線136之間介由N型之M0SFET所構成之選擇電晶體 138，而其閘極接受來自圖丨所示之^▽選擇手段1〇6所提供之 選擇脈衝140。此外，放大電晶體13〇之源極係與選擇電晶 體138的汲極連接，而選擇電晶體138的源極則與垂直訊號 線136連接。 垂直訊號線136係設置於呈矩陣狀配列之像素12〇的各列 上。屬於同一列之像素120之選擇電晶體138的源極則與所 有對應之垂直訊號線136連接。垂直訊號線136之一端在定 電流部114A上與定電流源U4連接；而定電流部U4A係配 置於攝像像素部104之外者；該定電流源114可供應垂直訊 唬線1 36維持一定的電流。垂直訊號線丨36之他端係與 S/H.CDS部112連接·，而S/H.CDS部112係配置於如圖丨所示 攝像像素部1 0 4之外者。 在S/H.CDS部112中，各垂直訊號線136均分別設有 S/H.CDS電路146。各S/H.CDS電路146係接受如圖i所示時 脈產生态11 0所提供之第1及第2取樣脈衝148、1 50 〇S/H>CDS 電路14 6根據前述取樣脈衝，在分別維持放大電晶體1 $ 〇對 垂直訊號線136所輸出之如下兩電壓的同時，並輸出與兩電 壓之差對應之電壓；而前述兩電壓係指··依據來自感光二 極體122之訊號電荷，由FD部124所獲得的電壓（光檢出電壓） ;及在重設時由FD部124所獲得的電壓（補偏電壓）。 81873 -13- 200307455 又，如要讓S/H CDS電路146維持補偏電壓的情形，則 ，應第!及第2取樣脈衝148、15〇;而如要維持光檢出 包壓的情形，則僅供應第2取樣脈衝15〇。 各垂直訊號線136之各S/H.CDS電路146之輸出訊號係被 圖！所示之Η選擇手段⑽進行依序選擇，輸出到纟平訊號線 116,接著透過輸出部118被輸出；㈣選擇手段咖係根據 來自日Τ脈產生盗11 〇之時脈訊號而動作者。具體而言，輸出 部118包含：放大電路、AGC電路及A/D變換器等。 在本實施型態之固體攝像裝置上，如圖3中其像素列之選 擇動作所示，在攝像像素部1〇4上，多個像素12〇被配置成二 次凡矩陣狀；第1快門列21〇、第2快門列220及選擇列230 以相當於特定之列數分別隔開，被進行選擇，並朝箭頭A 之方向依序调移，而第1快門列2 1 〇、第2快門列22〇係用於 重設各像素120之訊號電荷者；選擇列23〇係用於進行像素 訊號之讀出者。 此外，在第1快門列210之各像素120上，進行把光電子丟 棄的重設動作；而該光電子係儲存於各像素12〇之感光二極 體122中者。 又’在此僅把光電變換元件感光二極體丨22進行重設，但 除感光二極體12 2外亦可把F D部12 4進行重設。在進行ρ D部 124重設以外之感光二極體122的重設時，可採取，在基板 上施加電壓，讓感光二極體122的電荷排出到基板上的方法 。或是，可另設置有別於FD部124之電荷排出部。 再者，在第2快門列220之各像素120上，實施FD部124之 81873 -14- 200307455 重設動作；隨後，把儲存於感光二極體122的光電子傳送到 被設定為基準電位之此FD部124。 此外，在選擇列230之各像素12〇上，把儲存於各像素12〇 之感光二極體丨22中之光電子傳送到上述？〇部124，接著利 用放大電晶體130及選擇電晶體138，把傳送到fd部124的 光電子對垂直訊號線136實施讀出動作；而上述叩部⑵係 處於未被再度設定為基準電位狀態，或被設定為基準電位 之前的狀態者。然後，把各像素12〇之FD部124進行重設， 並把該訊號同時對垂直訊號線i 36實施讀出動作。 此時，在快門列210、220及選擇列230以外的像素列上並 有任何動作進行。 接著’利用圖4針對此動作進行說明。 θ 4A B C及D係分別顯示在第^快門列、第2快門列、 選擇列及其他行上之重設R、傳送τ、選擇8的動作。 圖4係顯示從丨行期間中所取出之驅動像素的區間，而實 際上’不驅動像素之期間to則占了較大的部份。 首先田第1快門列210來到像素120時，則124在t9 被重又而在“ 1上感光二極體122的光電子被傳送到FD部 匕在此感光二極體12 2暫時成空白狀態，但緊接 著光電子會開始儲存到感光二極體丨22中。 接著田第2快門列220來時，在像素120中，選擇電晶體 13 8在t8上王0N狀態，垂直訊號線136之電位追隨第2快門列 220之FD電位。接著，在”上把叩部124進行重設，而在⑴ 上把感光二極體122的光電子傳送到FD部124。如此一來， 81873 200307455 光電子開始重新儲存到感光二極體122中。又，在U3上， 把選擇電晶體1 3 8進行〇 f ρ。 接著，當選擇列230來時，像素12〇在心7期間中被驅動 。在此，在像素120中，選擇電晶體138在11上呈〇N狀態， 垂直訊號線136之電位追隨選擇列230之FD電位。接著，在 t3上把感光二極體122的光電子傳送到？〇部124 ;而且在c 上把F D部1 2 4進行重設。 S/H CDS電路146取得t4及t6之垂直訊號線136的電位，並 維持該2個電位的差。隨後，在π上把選擇電晶體…進行 OFF。 S/H_CDS電路146之輸出係經由]^選擇手段1〇8，依序被水 平訊號線116讀出，然後通過輸出部118進被輸出。 在前述動作中顯示了如下的特徵： (1) 在第2快門列220上，傳送脈衝在重設脈衝之後進入。 (2) 在選擇列23 0上，傳送脈衝在重設脈衝之前進入。 根據雨述動作，並不需要二系統的輸出，用單1系統之輸 出即可進行訊號處理。此外，在感光二極體之飽和訊號量 較小的情形，亦可實現大動態範圍化。 以下’茶考圖5及圖6針對其理由進行說明。 圖5係從構成丨像素之感光二極體往傳送閘極部、重設閘 極部之剖面結構圖（圖5A)及其電位圖（圖5B〜E)。 在圖5A中，於Si基板160形成之p井區域i62係配置有：感 光一極體122其包含P+區域及η區域；FD部124 ;及汲極部 164 ’而在Si基板160之上則介以閘極絕緣膜166，配置有傳 81873 -16- 200307455 送閘電極168及重設閘電極170。 在圖5B、C、D、E中，係以圖5A之對應於圖4所示之各時 脈til、tl2、t2、t3之各部份的位置為橫軸，而以該各部份 之電位為橫軸者。而電位係以朝下方向為+。 又’圖6係固體設像裝置上之輸出特性之說明圖；其縱軸 為FD上之電荷量CFD，而橫軸為入射光量。 接著，參考圖5B〜E之電位變遷圖及圖6之輸出特性圖， 針對本發明之實施例的功效作詳細說明。 在此，就一個實例而言，可把從第1快門列2丨〇到第2快門 列220之間的間隔設為400行，而把第2快門列220到選擇列 230之間的間隔設為5行。 首先’當弟1快門列2 1 0來到像素12 0時，感光二極體12 2 被進行重設’且光電子開始被儲存。 接著，當第2快門列220來到像素120時，在把FD部124進 行重設後，在til (圖5B)上，有400列量之感光二極體122的 訊號S 1被傳送到FD部1 24。由於該訊號s 1之儲存時間長， 如圖6之曲線a所示，其對光量很敏感，因此當達到感光二 極體122之飽和位準所決定的值時則立即成為飽和的訊號。 在tl2 (圖5C)上，傳送閘極關閉，光電子開始儲存於感光 二極體122，當選擇列230來到像素120時，如t2 (圖5D)之時 點所示’感光二極體12 2累積含有5列量之訊號S 2的電位。 然後，該訊號S2在t3 (圖5E)上傳送到FD部124。 該訊號S2由於儲存時間短，故成為比訊號S 1對光鈍感8〇 倍光量的訊號，如以與入射光量的關係來表示，則為如圖6 81873 -17- 200307455 所示之曲線b的訊號。在該情況下，如為更強之光的話，則 訊號S2包含溢·出感光二極體122而流入部124者，故與訊 號si不同，不會因感光二極體122之飽和而決定其上限。 又，在t3上，訊號S1和訊號S2的和係累積於fd部124中。 將之讀出之際，在圖6之曲線c中，如在讀出其光電子之訊 唬時之FD部124之電荷所示，其可讀出的訊號，在光量較 小之處變化較大，而在光量較大之處變化較小。而該曲線c 之上限之位準Lb係依照FD部124之飽和位準而決定者。 依照前述方法，可輸出具有所謂拐點（kneep〇int)Np之訊 號；其特性在於，在暗處敏感，而在明處純感。而即使感 光二極體122之飽和位準較小的情形，亦可實現大動態範 化。 〜 再者，在前述實施例中，其結構亦可以是不使用約快門 列者。在5亥情況下，則^號81為由前面之選擇列到第2快門 列為止的光訊號。這與圖丨丨所示之先前例之電子快門的動 作類似，但在圖11所示之先前之例中，在選擇列上把叩部 進行重設後，把感光二極體之電荷進行傳送，再針對電子 快門列到選擇列為止的光訊號進行檢出；相對的，在本例 中如不使用第m門列的情形時，則針對前面之選擇列到第 2快門列為止的光電子及第2快門列到選擇列為止的光^號 之和進行檢出，故與圖U之電子快門的動作不 奋： 大動態範圍化。 只 此外，在驅動方法方面（亦即驅動脈衝的導入方法 有多種變化方式的。 疋 81873 -18- 200307455 譬如，/圖4中，係把第1快門列和第2快門列在同期間内 驅動、。採取這種方法可縮短㈣時間，^在驅動脈衝的製 作、導入之設計方面都較簡單。 但亦可讓第i快門列和第2快門列分別處於不同期間。譬 如錯開第1快門列和第2快門列之驅動期間，或使第1快門 列在其期間中打開選擇閘極亦可。 、 =卜’ 4 了獲得與上述同的結果’採用各種其他驅動脈 衝的導入方法亦可。 又’在本例中採用 ’而該固定圖案雜點 之苓差不齊所導致者 無須使用CDS電路。 了用於消除固定圖案雜點之CDS電路 係因各個像素之放大電晶體之界限值 仁如固疋圖案雜點較小的情形時則 之後的訊 ^匕’在該情形時，選擇列只要能把傳送脈衝 唬讀出即可，重設脈衝並不一定需要。 接著，針對本發明之第2實施例作說明。 在^實施例中，其電路結構及驅動脈衝係與在上述實施 歹’（即第1實施例）之圖工、圖2、圖4中所說明者相同。 而本第2實施例與第i實施例的一個相異點在於：電子快 歹U即弟2快Η列）係經f性地把選擇列之前的列進行選 释。 ’、卩纟圖7所不，在本例中，第2快門列以和選擇列㈣ 馬連續之像素列。 此外，CDS電路之訊號取得時脈也不同。 以下參考圖4進行說明，⑽電路之訊號取得係在第㈣ 81873 -19· 200307455 門，之輸出出現在垂直訊號線時之tlG時脈，及進人下一列 後iL擇列之輸出出現在垂直訊號線時之μ時脈上進行。CM 電路將其差進行輸出。 在前述動作上，在CDS電路中，FD部之重設位準首先進 入，接著是被傳送到FD部之光電子之位準進入。因此，其 差係等於被傳送到FD部之電子的純增量，故並無重設雜點： 亦即’在第1實施例中，由於首先是光電子的位準進入， 接著是將之重投後的位準進入，因此取其差時亦會含有重 、ί差不g (重δ又雜點），而在本第2實施例中，則可消除 «亥重ό又雜點的影響，而提高畫質。 接著，針對本發明之第3實施例作說明。 圖8係本發明之固體攝像裝置之其他例的結構圖。 圖8所示之固體攝像裝置34中設有通訊部54;而該通訊部 54係用於接收控制其驅動模式之外部訊號者。 利用前述通訊部54,則可對用於實現上述第丨、第2實施 例之動作的驅動模式進行選擇。 在圖8中，把S/H .CDS電路146及輸出部ns整合為 S AGC邛260，訊號合成· a/D部262係用於合成其訊號者 :而匯流排線264係用於把其合成訊號以數位輸出方式進行 輸者，但在本質上係與圖1所示之固體攝像裝置2相同，因 此在圖8中如為與圖丨對應的部份，則賦予相同之元件符號， 但省略其說明。 再者，關於在上述各實施例中所說明之S/H.CDS電路146 方面’亦可以使用先前一直使用的各種型態之元件。 81873 -20- 200307455 譬如，圖9及圖10係用於顯示S/H.CDS電路146之具體例的 電路圖。 圖9係顯示圖2所示像素120與S/H·CDS電路146連接在一 起時的狀態。此S/H.CDS電路146係包含：電晶體356、358 、黾谷為360、362及水平選擇電晶體％4。 電晶體356之汲極與垂直訊號線136，源極則與電容器36〇 之立而連接，而黾晶體3 5 6之閘極接受來自時脈產生器η 〇 所提"ί共之第2取樣脈衝1 5 0。 又，電晶體358之汲極與偏壓電源Vb，源極則與電容器36〇 之他端連接；而閘極則接受來自時脈產生器11〇所提供之第 1取樣脈衝14 8。 電容器360之上述他端及接地之間係與電容器362連接； 電容器360之上述他端更進一步與水平選擇電晶體364之汲 極連接。 水平遠擇電晶體364之源極係與水平訊號線丨丨6連接，閘 極則接受來自Η選擇手段108所提供之選擇脈衝。 另一方面，圖1〇所示S/H.CDS電路146係包含··差動放大 電路355、電晶體356A、356B、電容器（即電容器362八、3㈣） 及水平選擇電晶體364。電容器3似、聰之汲極係與垂 直訊號線1 3 6連接。 又，電容器356A、356B之源極係與差動放大電路355的 輸入端子，及電容器362A、362B之—端連接，·而電容器“Μ 、之閘極則接受來自時脈產生器11〇所提供之取樣脈衝 148 、 150 ° 81873 -21 - 200307455 此外，差動放大電路355之輸出端子係與水平選擇電晶體 364之汲極連接；而水平選擇電晶體364之源極則與水平訊 號線116連接，閘極則接受來自η選擇手段1〇8所提供之選擇 脈衝。 再者，上述S/H.CDS電路係屬於一般所知者，但亦可使用 其他結構之S/H.CDS電路，在此省略其詳細說明。 本發明係可廣泛適用於使用上述S/H.CDS電路之固體攝 像裝置上者。 依據以上本發明之實施例，可獲得如下功效·· (1) 使用飽和電荷量小之感光二極體，可獲得大動態範圍的 固體攝像裝置。 (2) 輸出具有和點的訊遽，拐點前後的感度比可從快門列的 位置明確計算。 (3) 調節兩個快門列的位置’則可單獨改變拐點前後的感 度。 (4) 由於可使用雜訊少之埋入式感光二極體，因此可獲得 S/N(聲音噪訊比）良好的固體攝像裝置。 (5) 可不用在像素中加入新的結構要素，因此像素不會變大 ，可維持小型化。 (6) 無需使用比先前之電子快門更長的讀出期間，故可實現 南速驅動。 (7) 無需在後段設置合成電路來因應經由多次動作所讀出 的訊號，故不會導致電路大型化；同時不會因電路之參 差不齊而產生固定圖案雜點。 81873 -22- 200307455 以上係針對本發明之實施型態進行了㈣。但本發㈣ 不受限於上述實施型態’而可以進行各種變形實施。 譬如，在上述各實施型態例中係以電子為載體，但如 MO贿使用P型刪FET，以正孔為載體的情形，基本上 動作仍然不變，可獲得同樣的功效； 而上述MGSF則詩構成“極者。再者，在此係以 感光二極體為光電變換元件，但當然亦可使用感光閑極等 其他光電變換元件。 又，在上述之例中係在各像素列上設置⑽電路；作如

改採取把傳送後、重設後之兩種訊號輸出，交由外部CDS 進行處理的方式亦可。亦即’ CDS處理的方法並不會影塑 本發明的本質。 曰 如上所心本發明之固體攝像裝置係使快門列和選擇列 依序調移，·在快門列方面，在浮動擴散部之重設之後，把 先電變換元件之訊號電荷傳送到浮動擴散部；而在選擇列 方面，至少在吁動擴散部之重設之前，就把光電變換元件 U號電荷傳送到浮動擴散部；利用此方式，可輸出具有 :暗處敏感、在明處鈍感之拐點的訊號。因此本發明可獲 "下力放在光私蜓換元件之飽和訊號量較小的情形， 或利用僅以單—系統進行輸出之簡易結構的情形，可以實 現具有大動態範圍的攝影。 再者本纟曰月之固體攝像裝置之驅動方法係使快門列和 選擇列依序，周私，在快門列方面，在浮動擴散部之重設之 後’把光電變換元件之訊號電荷傳送到浮動擴散部；而在 81873 -23- 200307455 選擇列方面，至少在浮動擴散部之重設之前，就把光電變 換元件之訊號電荷傳送到浮動擴散部；利用此方式，可2 出具有在暗處敏感、在明處鈍感之拐點的訊號。因此本^ 明可獲得如下功效··在感光二極體之飽和訊號量較小的产 形，或利用僅以單一系統進行輸出之簡易結構的情形，。 以實現具有大動態範圍的攝影。 可 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之固體攝像褒置之一例的整體結構圖。

圖2係圖丨所示固體攝像裝置之像素週邊的電路圖。 圖3係用於顯示圖i所示固體攝像裝置之電子快門列及訊 號讀出之選擇列間之關係之圖。 、、圖4A〜4D係用於顯示與圖2所示像素有關之動作的時脈 流程圖。 圖5A〜5E係在本發明固體攝像裝置之一例中，其感光: 極體及浮動擴散部之電位變遷圖。 〃

圖6係本發明裝置之-例之輪出㈣說明圖。 圖7係本發明裝置之其他例之輪出特性說明圖。 圖8係本發明裝置之另_ i … 另其他例的輪出特性說明圖。 圖9係S/H·CDS(樣本保持·相 電路圖。 的门 關雙重取樣）電路之一例i 圖10係S/H.CDS電路之/ t 圖。 門列及讀出選擇列 包俗之其他例之電蹲 圖11係先前之固體攝像裝置之電子士 之關係的說明圖。 81873 -24- 200307455 【圖式代表符號說明】 10 ， 104 像素部 12 ， 120 像素 14 電子快門列 16 讀出選擇列 34 攝像裝置 106 垂直（V)選擇手段 108 水平（H)選擇手段 110 時脈產生部 112 相關雙重取樣部 114 定電流源 114A 定電流部 116 水平訊號線 118 輸出部 122 感光二極體 124 FD(浮動擴散）部 126 傳送閘126 128 重設閘極 130 放大電晶體 132 傳送脈衝 134 重設脈衝 136 垂直訊號線 138 選擇電晶體 140 選擇脈衝 81873 -25- 200307455 146 S/H CDS電路 148 第1取樣脈衝 150 第2取樣脈衝 160 Si基板 162 P井區域 164 汲極部 166 閘絕緣膜 168，17 閘電極 210 第1快門列 220 第2快門列 230 選擇列 260 CDSAGC 部 262 訊號合成_A/D部 264 匯流排線 355 差動放大電路 356 、 358 電晶體 356A、356B、360A、362B 電容器 364 水平選擇電晶體 SI、S2 訊號 a、b、c 曲線 Lb 電荷量 -26- 81873

Claims (1)

1. 200307455 拾、申請專利範圍： 1 · 一種固體攝像裝置，其特徵在於具備·· 多個像素；垂直選擇手段，其係用於把該各像素進行 依序選擇者，·垂直選擇手段，其係用於把來自上述像: 之訊號進行依序選擇者；及訊號處理手段，其係用來對 來自上述像素之訊號實施特定之訊號處理者； 、 而上述像素係具備：光電變換元件，其係用於把光訊 號變換為電氣訊號者；傳送手段，其係用於把來自該光 電變換元件之訊號傳送到#動擴散部I; " 重设手段，其係用於把上述浮動擴散部之電位進 設者；及 放大手段，其係用於把與上述浮動擴散部之電位 之訊號進行放大者； ^ 此外，執行在上述訊號處理手段上不進行訊號處理之 决門動作，及執行在訊號處理部上進行處理之選擇動 “在執行上述快Η動作之際，在設定上述浮動擴散部之 =位為基準電位後，把儲存於上述光電變換元件之訊號 傳运到上述浮動擴散部； Γ f上述快門動作之後，執行上述選擇動作之時，則 上述浮動擴散部之電位為基準電位，或在將之設 捕:準私位之w ’就把儲存於上述光電變換元件之訊 5虎傳送到浮動擴散部。 2·如申請專利範圍第1項之固體攝像裝置，其中 81873 200307455 包含選擇手段，而其係與上述放大手段連接，且係用 於把來自上述放大手段之訊號送出到訊號線者。 3 ·如申請專利範圍第1項之固體攝像裝置，其中 包含水平選擇手段，而其係用於把來自上述訊號處理 手段之訊號提供給水平訊號線者。 4 _如申請專利範圍第1項之固體攝像裝置，其中 上述水平選擇手段至少具有第丨及第2電容器，且針對 儲存於該第1及第2電容器之電荷進行運算。 5·如申請專利範圍第1項之固體攝像裝置，其中 上述汛號處理手段具有差動放大電路；而上述第1電 容器係與上述差動放大電路之一方之輪入連#，同時， 上述第2電容器係與上述差動放大電路之他方之輸入連 接者。 6. 一種固體攝像裝置，其特徵在於具備·· 、阳攝像像素部，其係由多個像素配列成矩陣狀者；垂直 l擇手&，其係用於把上述攝像像素部之水平方向之各 像素列运擇為垂直方向者；像素驅動手段，其係、介以像 素驅動配線來驅動各像素列之各像素者，而該像辛列係 經由上述垂直選擇手段所選擇者；及訊號處理手段，立 :介以輸出訊號線把上述各像素之訊號輸入，並實施特 疋之訊號處理者； 、 而=攝像像素部之各像素係具備··光電變換元件； 之：：、係用於把上述光電變換元件所變換並儲存 “何傳送到浮動擴散部者；重設手段，其係用於 81873 200307455 擴散部之電位進行童設者;及放大手段，其 -叙妹“出矾號進行輸出者，而該輸出訊號係與上述 吁動擴散部之電位對應者； =述垂直選擇手段係具備如下功能：把上述攝像像素 ::至少2個像素列作為快門列及選擇列進行選擇，並 依序使之調移； 而上述像素驅動手段係具備如下功能·在經由上述垂 =擇手段 ：選擇之快門列方面，在上述浮動擴散部之 、'紅 先電交換凡件之訊號電荷傳送到 =擴散部的動作;而在經由上述垂直選擇手段所選擇 W擇列方面，未進行上述浮動擴散部之重設，或在進 行上述浮動擴散部之會# & 之室β又之别，把上述光電變換元件之 ^電荷傳送到浮動擴散部，並使該傳送後之輸出訊號 輸出到上述訊號處理手段。 7.如申請專利範圍第6項之固體攝像裝置，其中 上述訊號處理手段具有相關雙重取樣（cds)電路；而 上述像素驅動手段係在上述選擇列上，在把訊號電荷從 先電變換元件傳送到浮動擴散部後，執行浮動擴散部之 重設；而上述相關雙重取樣電路則用於消除如下兩輸出 訊號位準之差，其一為，在上述選擇列上把訊號電荷從 光電變換元件傳送到浮動擴散部後之輪出訊號位準，另 -個為，在浮動擴散部之重設後之輪出訊號位準。 8·如申請專利範圍第6項之固體攝像裝置，其中 上述訊號處理手段具有相關雙重取樣電路，·上述垂直 81873 200307455 選擇手段可把連續之2個像夸 行選擇* 象素歹J作為快門列及選擇列進 :=，而上逑相關雙重取樣電路係用於消除如下兩輸 出訊號位準之差者，其 卜句輸 擴在上述快門列上，在浮動 擴政W之重設後之輸出訊號 列接著成為選擇列之際，把為，在該快門 送到津叙桩# β 汛就琶何從光電變換元件傳 、丨，予動擴散部後之輸出訊號位準。 9.如中請專利範圍第6項之固體攝像裝置，並中 ^述垂直選擇手段具備如下功能：針對先行於上述快 二 =快門列進行選擇’依序使之調移;並在該先 、 上，執仃上述光電變換元件之重設。 1 〇· —種固體攝像裝置之 備： 罝之15動方法，其特徵在於此裝置具 ㈣’其係由多個像素配列成矩陣狀者；垂直 I音 係用於把上述攝像像素部之水平方向之各 =選擇為垂直方向者；像素驅動手段，其係介以像 !==驅動各像素列之各像素者，而該像素列係 ::;垂直選擇手段所選擇者;及訊號處理手段，其 定之訊號處理者； 象素之《輸入，並貫施特 而上^攝像像素部之各像素係具備：光電變換元件； '' Ί用於把上述光電變換元件所變換並儲存 之訊號電荷傳送到浮動擴散部者；重設手段，其係用於 巴上述子動擴散部之電位進行宜設者；及放大手段，其 二；輸出Λ唬進行輸出者，而該輸出訊號係與上述 81873 200307455 浮動擴散部之電位對應者； =垂直選擇手段係把上述攝像像素部之至少2 素列作為㈣収選擇料行，錢序使之調移； 而上述像素驅動手段# 係具備如下功能··在經由上述垂 選擇之快門列方面，在上述浮動擴散部之 γ Λ施把上述光電變換元件之訊號電荷傳送到 的動作;而在經由上述垂直選擇手段所選擇 =_方面’未進行上述浮動擴散部之重設，或在進 订w動擴散部之重設之前，把上述光電變 訊號電荷傳送到浮動擴散部， 〜 輸出到上述訊號處理手段。亥傳运後之輸出訊號 u.t申請專利範圍第10項之固體攝像裳置之驅動方法，並 在上述訊號處理手段呀署士 于奴°又置相關雙重取樣電路;在上述 像素驅動手段方面，在上述選擇列上在從光電變換 向浮動擴散部傳送訊號電荷後，執行浮動擴散部之 在上述相關雙重取樣電路方面，則消除如下兩輪； 旱之差’其―為，在上述選擇列上把訊號電针 光電變換元件傳送到浮動擴散部後之輸出訊號位準，^ -個為，在浮動擴散部之重設後之輸出訊號位準。 申請專利範圍第1G項之固體攝像裝置之驅動方法，其 在上述訊號處理手段設置相關雙重取樣帝路· 垂直選擇手段方面，把連續之至少2個像素:作為= 81873 ZUUJU/^DD 列及選擇列進 ，則咕A T k擇，而在上述相關雙 W岣除如下而认t 又更取樣電路方面 下兩輪出訊號位準之差面 門列上，在浮動擴散 ：為，在上述快 個為，在$ & °又後之輪出訊號位準，另一 1在该快門列接著ώ、Α、阳W以 力 光電變換元株# 4运擇列之際，把訊號電荷從 件傳送到浮動擴散部後之輸出訊號位準。 中’專利範圍第1〇項之固體攝像裝置之驅動方法，其 門 行 上述垂直選擇手段具備％下功能：針對先行於上述快 列之岫的快門列進行選擇，依序使之調移；並在該先 之快門列上，執行上述光電變換元件之重設。 81873