TW202044574A - 固態影像裝置及電子器件 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種光偵測器件，其包含：一或多個開關電晶體；一第一像素，其包含透過一第一轉移電晶體耦合至一第一光電轉換器之一第一浮動擴散區域及耦合至該第一浮動擴散區域之一第一放大電晶體；一第二像素，其包含透過一第二轉移電晶體耦合至一第二光電轉換器之一第二浮動擴散區域及耦合至該第二浮動擴散區域之一第二放大電晶體；及一第三像素，其包含透過一第三轉移電晶體耦合至一第三光電轉換器之一第三浮動擴散區域及耦合至該第三浮動擴散區域之一第三放大電晶體。一像素信號由該第一放大電晶體及該第三放大電晶體差動放大。該第一浮動擴散區域及該第二浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一者彼此選擇性連接。
Description
根據本發明之技術(本發明)係關於一種固態影像裝置及一種電子器件。
在相關技術中，已知由一源極隨耦器電路使用一放大電晶體執行讀出之一源極隨耦器CMOS影像感測器(CIS)。另外，已提出一種能夠比一源極隨耦器CIS增大增益及顯著提高轉換效率之差動放大CIS (參閱PTL 1至PTL 3及NPL 1)。在一差動放大CIS中，一差動放大器由一像素信號自其讀出之一讀出像素及一像素信號不自其讀出之一參考像素形成，且讀出由差動放大器差動放大之一像素信號。
[引用列表]
[專利文獻]
[PTL 1]
JP 2008-271280A
[PTL 2]
WO 2017/179319
[PTL 3]
JP 2003-259218A
[非專利文獻]
[NPL 1]
Kazuko Nishimura及其他11人之「An 8K4K Resolution 60fps 450ke- Saturation Signal Organic Photoconductive Film Global Shutter CMOS Image Sensor with In-Pixel Noise Canceller」，國際固態電路研討會(ISSCC)，美國電機電子工程師學會(IEEE)，Digest of Technical Papers，2018年，第82頁至第83頁。
[技術問題]
在差動放大CIS中，需要進一步提高效能。
期望提供一種其中可實現進一步效能提高之差動放大固態影像裝置。
[問題之解決方案]
根據本發明之一態樣，提供一種光偵測器件，其包含：一或多個開關電晶體；一第一像素，其包含一第一光電轉換器、透過一第一轉移電晶體耦合至該第一光電轉換器之一第一浮動擴散區域及耦合至該第一浮動擴散區域之一第一放大電晶體；一第二像素，其位於其中安置該第一像素之一行中，該第二像素包含一第二光電轉換器、透過一第二轉移電晶體耦合至該第二光電轉換器之一第二浮動擴散區域及耦合至該第二浮動擴散區域之一第二放大電晶體；及一第三像素，其位於該行中，該第三像素包含一第三光電轉換器、透過一第三轉移電晶體耦合至該第三光電轉換器之一第三浮動擴散區域及耦合至該第三浮動擴散區域之一第三放大電晶體，其中一像素信號由該第一放大電晶體及該第三放大電晶體差動放大，且其中該第一浮動擴散區域及該第二浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一者彼此選擇性連接。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述光偵測器件，其進一步包含複數個重設電晶體，該複數個重設電晶體包含經組態以重設該第一浮動擴散區域之一第一重設電晶體、經組態以重設該第二浮動擴散區域之一第二重設電晶體及經組態以重設該第三浮動擴散區域之一第三重設電晶體。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述光偵測器件，其中該第一重設電晶體之一源極或該第一重設電晶體之一汲極耦合至一電源供應電壓，且該第三重設電晶體之一源極或該第三重設電晶體之一汲極耦合至提供不同於該電源供應電壓的一第一電壓之一第一電壓線。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述光偵測器件，其進一步包含該行中之一第四像素，該第四像素包含一第四光電轉換器、透過一第四轉移電晶體耦合至該第四光電轉換器之一第四浮動擴散區域及耦合至該第四浮動擴散區域之一第四放大電晶體，其中該第三浮動擴散區域及該第四浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一第二者彼此選擇性連接。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述光偵測器件，其進一步包含安置成相鄰於該行之一電流供應(VCOM)線及安置成相鄰於該行之一輸出信號(VSL)線。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述光偵測器件，其中該電流供應線安置於該第一放大電晶體與一第四像素之一第四放大電晶體之間，該第四像素安置於相鄰於該行之一行中。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述光偵測器件，其中該第一放大電晶體耦合至該電流供應線，該第二放大電晶體耦合至該電流供應線，且該第三放大電晶體耦合至該電流供應線。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述光偵測器件，其中該第一放大電晶體耦合至該輸出信號線，且該第二放大電晶體耦合至該輸出信號線。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述光偵測器件，其進一步包含一第二輸出信號(VSLR)線，其安置成相鄰於該行，該第二輸出信號線不同於該輸出信號線，其中該第三放大電晶體耦合至該第二輸出信號線。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述光偵測器件，其中該第一像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第一開關電晶體，該第一開關電晶體係經組態以將該第一浮動擴散區域電連接至該第二浮動擴散區域的該一或多個開關電晶體之一者，該第二像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第二開關電晶體，該第二開關電晶體經組態以將該第二浮動擴散區域電連接至一第四浮動擴散區域，且該第三像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第三開關電晶體，該第三開關電晶體經組態以將該第三浮動擴散區域電連接至一第五浮動擴散區域。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述光偵測器件，其進一步包含一像素陣列，該像素陣列包含該第一像素、該第二像素及該第三像素，其中該第三像素係定位於該像素陣列之一邊緣處的一參考像素。
根據本發明之另一態樣，提供一種電子裝置，其包含一光偵測器件，該光偵測器件包含：一或多個開關電晶體；一第一像素，其包含一第一光電轉換器、透過一第一轉移電晶體耦合至該第一光電轉換器之一第一浮動擴散區域及耦合至該第一浮動擴散區域之一第一放大電晶體；一第二像素，其位於其中安置該第一像素之一行中，該第二像素包含一第二光電轉換器、透過一第二轉移電晶體耦合至該第二光電轉換器之一第二浮動擴散區域及耦合至該第二浮動擴散區域之一第二放大電晶體；及一第三像素，其位於該行中，該第三像素包含一第三光電轉換器、透過一第三轉移電晶體耦合至該第三光電轉換器之一第三浮動擴散區域及耦合至該第三浮動擴散區域之一第三放大電晶體，其中一像素信號由該第一放大電晶體及該第三放大電晶體差動放大，且其中該第一浮動擴散區域及該第二浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一者彼此選擇性連接。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含複數個重設電晶體，其中該複數個重設電晶體包含經組態以重設該第一浮動擴散區域之一第一重設電晶體、經組態以重設該第二浮動擴散區域之一第二重設電晶體及經組態以重設該第三浮動擴散區域之一第三重設電晶體。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述電子裝置，其中該第一重設電晶體之一源極或該第一重設電晶體之一汲極耦合至一電源供應電壓，且
該第三重設電晶體之一源極或該第三重設電晶體之一汲極耦合至提供不同於該電源供應電壓的一第一電壓之一第一電壓線。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含該行中之一第四像素，該第四像素包含一第四光電轉換器、透過一第四轉移電晶體耦合至該第四光電轉換器之一第四浮動擴散區域及耦合至該第四浮動擴散區域之一第四放大電晶體，其中該第三浮動擴散區域及該第四浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一第二者彼此選擇性連接。
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根據本發明之另一態樣，提供一種上述電子裝置，其中該第一放大電晶體耦合至該電流供應線，該第二放大電晶體耦合至該電流供應線，且該第三放大電晶體耦合至該電流供應線。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述電子裝置，其中該第一放大電晶體耦合至該輸出信號線，且該第二放大電晶體耦合至該輸出信號線。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述電子裝置，其中該第一像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第一開關電晶體，該第一開關電晶體係經組態以將該第一浮動擴散區域電連接至該第二浮動擴散區域的該一或多個開關電晶體之一者，該第二像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第二開關電晶體，該第二開關電晶體經組態以將該第二浮動擴散區域電連接至一第四浮動擴散區域，且該第三像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第三開關電晶體，該第三開關電晶體經組態以將該第三浮動擴散區域電連接至一第五浮動擴散區域。
根據本發明之另一態樣，提供一種上述電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含一像素陣列，該像素陣列包含該第一像素、該第二像素及該第三像素，且其中該第三像素係定位於該像素陣列之一邊緣處的一參考像素。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2019年5月17日申請之日本優先專利申請案JP 2019-093923之權利，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
在下文中，將參考圖式描述本發明之第一實施例至第六實施例。在以下描述中涉及之圖式之標記中，相同或類似部分由相同或類似符號標示。然而，應瞭解，圖式係示意性說明圖，且特徵(諸如厚度與平面尺寸之間的關係及各層之厚度之比率)可不同於實際特徵。因此，應鑑於以下描述判定特定厚度及尺寸。另外，不同圖式中相對於彼此之尺寸之關係及比率可明顯包含彼此不同之一些部分。應注意，本說明書中所描述之效應僅供例示而非限制，且可存在其他額外效應。
另外，以下描述中之方向(諸如向上及向下)之界定僅係為了方便之界定，且不限制本發明之技術理念。例如，顯而易見，當旋轉90°觀察目標時，向上及向下被重新解譯為向左及向右，且當旋轉180°觀察目標時，向上及向下被解譯為反向。
(第一實施例)
如上文所描述，已提出一種能夠比相關技術之一源極隨耦器CIS增大增益及顯著提高轉換效率之差動放大CIS。在一差動放大CIS中，存在相較於一源極隨耦器CIS之諸多垂直信號線，且因為線面積佔用空間，所以垂直信號阻礙像素之小型化。另外，為了較快速操作而自多個列同時讀出亦存在問題。因此，第一實施例描述一種其中可減少垂直信號線之數目之差動放大固態影像裝置。
＜固態影像裝置之組態＞
一CIS經繪示為根據第一實施例之固態影像裝置之一實例。一CIS自一主體擷取入射光(影像光)，將形成為一成像表面上之一影像之入射光之光強度轉換為像素之單元中之電信號，且輸出電信號作為像素信號。
如圖1中所繪示，根據第一實施例之固態影像裝置具有一像素陣列單元1及周邊電路(2、3、4、5、6及7)。在根據第一實施例之固態影像裝置中，圖1中所繪示之組態可提供於一單一基板上，或組態可具有其中將複數個基板黏貼在一起之一層壓結構。
像素陣列單元1具有配置成列及行之二維佈局(一矩陣)之複數個像素。複數個像素之各者包含一光電轉換單元，其能夠光電轉換及內部儲存對應於入射光量之一數量之電荷且輸出所儲存之電荷作為一信號。例如，光電轉換單元包含一光二極體。在像素陣列單元1中，像素驅動線8分別連接至每個像素列，且垂直信號線9分別連接至每個像素行。像素驅動線8係接受信號(諸如一轉移信號、一選擇信號及一重設信號)作為輸入之一線群組。垂直信號線9係諸如輸出信號線、重設輸入線及電流供應線之一線群組。
周邊電路(2、3、4、5、6及7)包含一垂直驅動單元2、一行讀出電路單元3、一行信號處理單元4、一水平驅動單元5、一信號處理單元6及一系統控制單元7。垂直驅動單元2包含(例如)一移位暫存器、一位址解碼器或其類似者。垂直驅動單元2連續選擇像素驅動線8，供應用於驅動像素之脈衝至選定像素驅動線8，且驅動列之單元中之像素之各者。
行讀出電路單元3針對每個像素行包含供應一恆定電流之一電路、一電流鏡電路及其類似者，且與像素陣列單元1之像素內部之電晶體一起形成一差動放大器。行讀出電路單元3自像素陣列單元1讀出信號至垂直信號線9。
行信號處理單元4針對(例如)每個像素行安置，且處理自每個像素行之像素之個別列輸出之信號。例如，行信號處理單元4執行諸如相關雙重取樣(CDS)及類比轉數位(AD)轉換之信號處理。CDS係藉由自一像素兩次讀出一信號且將兩個讀數之間的差視為像素資料來減少固定圖案雜訊之一程序。第一次讀出之信號係(例如)一重設位準且指稱P相位準。第二次讀出之信號係(例如)一信號位準且指稱D相位準。
水平驅動單元5包含(例如)一移位暫存器、一位址解碼器或其類似者。水平驅動單元5連續輸出水平掃描脈衝至行信號處理單元4，依序選擇行信號處理單元4，且引起選定行信號處理單元4輸出一經處理像素信號。信號處理單元6對自行信號處理單元4輸出之像素信號執行信號處理，且輸出經處理影像資料。
系統控制單元7基於一垂直同步信號、一水平同步信號及一主時脈信號產生充當垂直驅動單元2、行讀出電路單元3、行信號處理單元4、水平驅動單元5及其類似者操作之一參考之控制信號及時脈信號，且輸出所產生之時脈信號及控制信號至垂直驅動單元2、行讀出電路單元3、行信號處理單元4、水平驅動單元5及其類似者。
如圖2中所繪示，像素陣列單元1包含配置於一列方向(水平方向)及一行方向(垂直方向)上之複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
、Xi+5,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
、Xi+3,k+1
、Xi+4,k+1
及Xi+5,k+1
。列方向界定為圖2之左右方向，而行方向界定為圖2之上下方向。圖2中示意性繪示第k行(其中k係一整數)及第(k+1)行及亦第i列(其中i係一整數)至第(i+5)列中之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
、Xi+5,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
、Xi+3,k+1
、Xi+4,k+1
及Xi+5,k+1
，同時省略其他像素之繪示。另外，圖2及其後續圖中之電路圖中繪示之標記(諸如「I」、「2I」及「4I」)及箭頭指示電流之量值及流動。
如圖3中所繪示，圖2中所繪示之像素Xi,k
包含一光電轉換單元(其包含光電轉換入射光之一光二極體PD)及控制經光電轉換之信號電荷之複數個像素電晶體(T1、T2、T3及T4)。複數個像素電晶體(T1、T2、T3及T4)包含(例如)一轉移電晶體T1、一重設電晶體T2、一選擇電晶體T3及一放大電晶體T4。轉移電晶體T1、重設電晶體T2、選擇電晶體T3及放大電晶體T4係(例如) n通道MOS電晶體。
如圖3中所繪示，光二極體PD之陽極接地，而光二極體PD之陰極連接至轉移電晶體T1之源極。轉移電晶體T1之汲極連接至一浮動擴散區(FD)。一轉移信號TRGi
施加於轉移電晶體T1之閘極。轉移電晶體T1基於轉移信號TRGi
將由光二極體PD產生之信號電荷轉移至浮動擴散區(FD)。
浮動擴散區FD連接至重設電晶體T2之源極及放大電晶體T4之閘極。浮動擴散區FD儲存由轉移電晶體T1轉移之電荷。根據儲存於浮動擴散區FD中之電荷量調變浮動擴散區FD之電位。
放大電晶體T4之源極連接至一電流供應線VCOMk
，而放大電晶體T4之汲極連接至選擇電晶體T3之源極。放大電晶體T4放大浮動擴散區FD之電位，且輸出對應於浮動擴散區FD之電位之一電流至一輸出信號線VSL0k
。
選擇電晶體T3之汲極連接至輸出信號線VSL0k
。一選擇信號SELi
施加於選擇電晶體T3之閘極。選擇電晶體T3基於選擇信號SELi
選擇像素Xi,k
作為讀出像素。
重設電晶體T2之汲極連接至一重設輸入線VRD0k
。一重設信號RSTi
施加於重設電晶體T2之閘極。重設電晶體T2基於重設信號RSTi
使儲存於浮動擴散區FD中之電荷放電(重設)。應注意，在其中使光二極體PD之極性反向之情況中，重設電晶體T2之源極及汲極可反向連接。在此情況中，重設電晶體T2之汲極連接至浮動擴散區FD，而重設電晶體T2之源極連接至重設輸入線VRD0k
。
同樣地，圖2中所繪示之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
、Xi+5,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
、Xi+3,k+1
、Xi+4,k+1
及Xi+5,k+1
具有類似於圖3中所繪示之像素Xi,k
之一組態。
如圖2中所繪示，在相同第i列中之像素Xi,k
及Xi,k+1
之各者中，轉移信號TRGi
施加於轉移電晶體之閘極，重設信號RSTi
施加於重設電晶體之閘極，且選擇信號SELi
施加於選擇電晶體之閘極。在相同第(i+1)列中之像素Xi+1,k
及Xi+1,k+1
之各者中，轉移信號TRGi+1
施加於轉移電晶體之閘極，重設信號RSTi+1
施加於重設電晶體之閘極，且選擇信號SELi+1
施加於選擇電晶體之閘極。
在相同第(i+2)列中之像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
之各者中，轉移信號TRGi+2
施加於轉移電晶體之閘極，重設信號RSTi+2
施加於重設電晶體之閘極，且選擇信號SELi+2
施加於選擇電晶體之閘極。在相同第(i+3)列中之像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
之各者中，轉移信號TRGi+3
施加於轉移電晶體之閘極，重設信號RSTi+3
施加於重設電晶體之閘極，且選擇信號SELi+3
施加於選擇電晶體之閘極。
在相同第(i+4)列中之像素Xi+4,k
及Xi+4,k+1
之各者中，轉移信號TRGi+4
施加於轉移電晶體之閘極，重設信號RSTi+4
施加於重設電晶體之閘極，且選擇信號SELi+4
施加於選擇電晶體之閘極。在相同第(i+5)列中之像素Xi+5,k
及Xi+5,k+1
之各者中，轉移信號TRGi+5
施加於轉移電晶體之閘極，重設信號RSTi+5
施加於重設電晶體之閘極，且選擇信號SELi+5
施加於選擇電晶體之閘極。
在根據第一實施例之固態影像裝置中，一差動放大器由讀出信號電荷之一讀出像素及給定無信號電荷之一參考電壓之一參考像素之對(差動對)形成。例如，讀出像素連續選自複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
、Xi+5,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
、Xi+3,k+1
、Xi+4,k+1
及Xi+5,k+1
中。參考像素可連續選自複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
、Xi+5,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
、Xi+3,k+1
、Xi+4,k+1
及Xi+5,k+1
中以追蹤讀出像素，或可預先確定參考像素。在本文中，如圖2中由影線所示意性繪示，將描述其中選擇像素Xi,k
、Xi+3,k
、Xi,k+1
及Xi+3,k+1
作為參考像素且選擇像素Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
作為讀出像素之一情況。
重設輸入線VRD1k
及VRD2k
分別連接至第k行中之讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之重設電晶體之汲極。輸出信號線VSL1k
及VSL2k
分別連接至讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之選擇電晶體之汲極。一共同電流供應線VCOMk
連接至讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之放大電晶體之源極。一共同重設輸入線VRD0k
連接至第k行中之參考像素Xi,k
及Xi+3,k
之重設電晶體之汲極。一共同輸出信號線VSL0k
連接至參考像素Xi,k
及Xi+3,k
之選擇電晶體之汲極。一共同電流供應線VCOMk
連接至參考像素Xi,k
及Xi+3,k
之放大電晶體之源極。
重設輸入線VRD1k+1
及VRD2k+1
分別連接至第(k+1)行中之讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
之重設電晶體之汲極。輸出信號線VSL1k+1
及VSL2k+1
分別連接至讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
之選擇電晶體之汲極。一共同電流供應線VCOMk+1
連接至讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
之放大電晶體之源極。一共同重設輸入線VRD0k+1
連接至第(k+1)行中之參考像素Xi,k+1
及Xi+3,k+1
之重設電晶體之汲極。一共同輸出信號線VSL0k+1
連接至參考像素Xi,k+1
及Xi+3,k+1
之選擇電晶體之汲極。一共同電流供應線VCOMk+1
連接至參考像素Xi,k+1
及Xi+3,k+1
之放大電晶體之源極。
行讀出電路單元3具有對應於第k行及第(k+1)行之各者之一組態。作為對應於第k行之組態，行讀出電路單元3包含安置於一重設電壓Vrst
與重設輸入線VRD0k
、VRD1k
及VRD2k
之間的一開關M0k
。開關M0k
將重設電壓Vrst
之連接目的地切換為重設輸入線VRD0k
、VRD1k
及VRD2k
之一者。開關M0k
將重設電壓Vrst
之連接目的地連接至重設輸入線VRD0k
，重設輸入線VRD0k
連接至參考像素Xi,k
及Xi+3,k
之重設電晶體之汲極。
另外，行讀出電路單元3包含形成一電流鏡電路之電晶體T1k
、T2k
、T3k
及T4k
。電晶體T1k
、T2k
、T3k
及T4k
係(例如) p通道MOS電晶體。電晶體T1k
、T2k
、T3k
及T4k
之汲極連接至一電源供應電壓VDD。電晶體T1k
、T2k
、T3k
及T4k
之閘極彼此連接且亦連接至電晶體T1k
及T2k
之源極。電晶體T1k
及T2k
自源極輸出一信號電流2I。電晶體T3k
及T4k
分別自源極輸出一參考電流I。
另外，行讀出電路單元3包含安置於電晶體T1k
及T2k
之源極與輸出信號線VSL0k
、VSL1k
及VSL2k
之間的一開關M1k
、安置於電晶體T3k
之一源極與輸出信號線VSL0k
、VSL1k
及VSL2k
之間的一開關M2k
及安置於電晶體T4k
之源極與輸出信號線VSL0k
、VSL1k
及VSL2k
之間的一開關M3k
。開關M1k
能夠將電晶體T1k
及T2k
之連接目的地切換為輸出信號線VSL0k
、VSL1k
及VSL2k
之一者，且連接至輸出信號線VSL0k
。開關M2k
能夠將電晶體T3k
之連接目的地切換為輸出信號線VSL0k
、VSL1k
及VSL2k
之一者，且連接至輸出信號線VSL1k
。開關M3k
能夠將電晶體T4k
之連接目的地切換為輸出信號線VSL0k
、VSL1k
及VSL2k
之一者，且連接至輸出信號線VSL2k
。
另外，行讀出電路單元3包含安置於重設輸入線VRD0k
與輸出信號線VSL0k
之間的一開關S1k
、安置於重設輸入線VRD1k
與輸出信號線VSL1k
之間的一開關S2k
及安置於重設輸入線VRD2k
與輸出信號線VSL2k
之間的一開關S3k
。接通開關S1k
。切斷開關S2k
以使重設輸入線VRD1k
及輸出信號線VSL1k
短路。切斷開關S3k
以使重設輸入線VRD2k
及輸出信號線VSL2k
短路。另外，行讀出電路單元3包含連接至電流供應線VCOMk
之一恆定電流源L1k
。恆定電流源L1k
係(例如)一n通道MOS電晶體。恆定電流源L1k
維持來自電流供應線VCOMk
之一恆定電流4I。
包含讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之放大電晶體、參考像素Xi,k
及Xi+3,k
之放大電晶體及電晶體T1k
、T2k
、T3k
及T4k
之電流鏡電路與恆定電流源L1k
一起形成放大一對差動輸入電壓之一差動放大器。差動輸入電壓對之一者輸入至讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之放大電晶體中，而差動輸入電壓對之另一者輸入至參考像素Xi,k
及Xi+3,k
之放大電晶體中。另外，放大差動輸入電壓之輸出電壓透過連接至讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之放大電晶體之汲極之輸出信號線VSL1k
及VSL2k
輸出至行讀出電路單元3。
作為對應於第(k+1)行之組態，行讀出電路單元3包含安置於重設電壓Vrst
與重設輸入線VRD0k+1
、VRD1k+1
及VRD2k+1
之間的一開關M0k+1
。開關M0k+1
能夠將重設電壓Vrst
之連接目的地切換為重設輸入線VRD0k+1
、VRD1k+1
及VRD2k+1
之一者，且連接至重設輸入線VRD0k+1
。
另外，行讀出電路單元3包含形成一電流鏡電路之電晶體T1k+1
、T2k+1
、T3k+1
及T4k+1
。電晶體T1k+1
、T2k+1
、T3k+1
及T4k+1
係(例如) p通道MOS電晶體。電晶體T1k+1
、T2k+1
、T3k+1
及T4k+1
之汲極連接至一電源供應電壓VDD。電晶體T1k+1
、T2k+1
、T3k+1
及T4k+1
之閘極彼此連接且亦連接至電晶體T1k+1
及T2k+1
之源極。電晶體T1k+1
及T2k+1
自源極輸出一信號電流2I。電晶體T3k+1
及T4k+1
分別自源極輸出一參考電流I。
另外，行讀出電路單元3包含安置於電晶體T1k+1
及T2k+1
之源極與輸出信號線VSL0k+1
、VSL1k+1
及VSL2k+1
之間的一開關M1k+1
、安置於電晶體T3k+1
之源極與輸出信號線VSL0k+1
、VSL1k+1
及VSL2k+1
之間的一開關M2k+1
及安置於電晶體T4k
之源極與輸出信號線VSL0k+1
、VSL1k+1
及VSL2k+1
之間的一開關M3k+1
。開關M1k+1
將電晶體T1k+1
及T2k+1
之連接目的地切換為輸出信號線VSL0k+1
、VSL1k+1
及VSL2k+1
之一者。開關M2k+1
將電晶體T3k+1
之連接目的地切換為輸出信號線VSL0k+1
、VSL1k+1
及VSL2k+1
之一者。開關M3k將電晶體T4之連接目的地切換為輸出信號線VSL0k+1
、VSL1k+1
及VSL2k+1
之一者。
另外，行讀出電路單元3包含安置於重設輸入線VRD0k+1
與輸出信號線VSL0k+1
之間的一開關S1k+1
、安置於重設輸入線VRD1k+1
與輸出信號線VSL1k+1
之間的一開關S2k+1
及安置於重設輸入線VRD2k+1
與輸出信號線VSL2k+1
之間的一開關S3k+1
。另外，行讀出電路單元3包含連接至電流供應線VCOMk+1
之一恆定電流源L1k+1
。恆定電流源L1k+1
係(例如)一n通道MOS電晶體。恆定電流源L1k+1
維持來自電流供應線VCOMk+1
之一恆定電流4I。
＜差動放大讀出操作＞
接著，將參考圖5中之時序圖來描述其中選擇第k行之第i列及第(i+3)列中之像素Xi,k
及Xi+3,k
作為參考像素同時選擇第k行之第(i+1)列及第(i+2)列中之像素Xi+1,k
及Xi+2,k
作為讀出像素之一情況中之一差動放大讀出操作，如圖4中所繪示。
自一時間t1至一時間t5，施加一高(H)位準作為參考像素Xi,k
及Xi+3,k
之選擇信號SELi
及SELi+3
，且另外將讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之選擇信號SELi+1
及SELi+2
設定為H位準。
自時間t1至t2，將讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之重設信號RSTi+1
及RSTi+2
設定為H位準以重設讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
。同時，將參考像素Xi,k
及Xi+3,k
之重設信號RSTi
及RSTi+3
設定為H位準以重設參考像素Xi,k
及Xi+3,k
。在重設期間，差動放大器之電壓隨耦器功能引起輸出信號線VSL1k
及VSL2k
之輸出電壓達到重設位準Vrst
。自時間t2至時間t3，重設位準Vrst
自輸出信號線VSL1k
及VSL2k
讀出為P相位準。
自時間t3至t4，將讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之轉移信號TRGi+1
及TRGi+2
設定為H位準，使輸出信號線VSL1k
及VSL2k
之重設位準Vrst
反相及放大，且讀出D相位準。行信號處理單元4輸出P相位準與D相位準之間的差異作為影像資料。
根據第一實施例之固態影像裝置，藉由使參考像素Xi,k
及Xi+3,k
分別共用連接至重設電晶體之汲極之重設輸入線VRD0k
、連接至選擇電晶體之汲極之輸出信號線VSL0k
及連接至放大電晶體之源極之電流供應線VCOMk
，可比一非共用組態減少垂直信號線之數目。為此，可小型化像素，且亦可在執行多列讀出時減小線面積。
應注意，參考像素Xi,k
及Xi+3,k
未必共用所有重設輸入線VRD0k
、輸出信號線VSL0k
及電流供應線VCOMk
。若參考像素Xi,k
及Xi+3,k
共用重設輸入線VRD0k
、輸出信號線VSL0k
及電流供應線VCOMk
之至少一者，則可減少垂直信號線之數目。
＜第一實施例之第一修改方案＞
如圖6中所繪示，在根據第一實施例之一第一修改方案之一固態影像裝置中，像素陣列單元1之組態不同於根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置。
像素陣列單元1包含第k行之第i列至第(i+5)列中之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
及Xi+5,k
、第(k+1)行之第j列至第(j+5)列(其中j係一整數)中之像素Xj,k+1
、Xj+1,k+1
、Xj+2,k+1
、Xj+3,k+1
、Xj+4,k+1
及Xj+5,k+1
、第(k+2)行之第i列至第(i+5)列中之像素Xi,k+2
、Xi+1,k+2
、Xi+2,k+2
、Xi+3,k+2
、Xi+4,k+2
及Xi+5,k+2
及第(k+3)行之第j列至第(j+5)列中之像素Xj,k+3
、Xj+1,k+3
、Xj+2,k+3
、Xj+3,k+3
、Xj+4,k+3
及Xj+5,k+3
。
在第k行中，選擇第i列中之像素Xi,k
作為參考像素，同時選擇第(i+1)列中之像素Xi+1,k
作為讀出像素。在第(k+1)行中，選擇第(j+1)列中之像素Xj+1,k+1
作為讀出像素，同時選擇第(j+2)列中之像素Xj+2,k+1
作為參考像素。讀出像素Xi+1,k
及Xj+1,k+1
在相同列中彼此相鄰。
第k行及第(k+1)行中之讀出像素Xi+1,k
及Xj+1,k+1
之各自重設電晶體之汲極分別連接至重設輸入線VRD1k
及VRD2k
。讀出像素Xi+1,k
及Xj+1,k+1
之各自放大電晶體之源極連接至一共同電流供應線VCOMk
。讀出像素Xi+1,k
及Xj+1,k+1
之各自選擇電晶體之汲極分別連接至輸出信號線VSL1k
及VSL2k
。
第k行及第(k+1)行中之參考像素Xi,k
及Xj+2,k+1
之各自重設電晶體之汲極連接至一共同重設輸入線VRD0k
。參考像素Xi,k
及Xj+2,k+1
之各自放大電晶體之源極連接至一共同電流供應線VCOMk
。參考像素Xi,k
及Xj+2,k+1
之各自選擇電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL0k
。
此外，在第(k+2)行中，選擇第i列中之像素Xi,k+2
作為參考像素，同時選擇第(i+1)列中之像素Xi +1,k+2
作為讀出像素。在第(k+3)行中，選擇第(j+1)列中之像素Xj+1,k+3
作為讀出像素，同時選擇第(j+2)列中之像素Xj+2,k+3
作為參考像素。讀出像素Xi+1,k+2
及Xj+1,k+3
在相同列中彼此相鄰。
第(k+2)行及第(k+3)行中之讀出像素Xi+1,k+2
及Xj+1,k+3
之各自重設電晶體之汲極分別連接至重設輸入線VRD1k+1
及VRD2k+1
。讀出像素Xi+1,k+2
及Xj+1,k+3
之各自放大電晶體之源極連接至一共同電流供應線VCOMk+1
。讀出像素Xi+1,k+2
及Xj+1,k+3
之選擇電晶體之汲極分別連接至輸出信號線VSL1k+1
及VSL2k+1
。
第(k+2)行及第(k+3)行中之參考像素Xi,k+2
及Xj+2,k+3
之各自重設電晶體之汲極連接至一共同重設輸入線VRD0k+1
。參考像素Xi,k+2
及Xj+2,k+3
之各自放大電晶體之源極連接至一共同電流供應線VCOMk+1
。參考像素Xi,k+2
及Xj+2,k+3
之各自選擇電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL0k+1
。
根據第一實施例之第一修改方案之固態影像裝置之組態之剩餘部分類似於根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
根據第一實施例之第一修改方案之固態影像裝置，藉由分別使相鄰行中之參考像素Xi,k
及Xj+2,k+1
及參考像素Xi,k+2
及Xj+2,k+3
分別共用連接至重設電晶體之汲極之重設輸入線VRD0k
及VRD0k+1
、連接至選擇電晶體之汲極之輸出信號線VSL0k
及VSL0k+1
及連接至放大電晶體之源極之電流供應線VCOMk
、VCOMk+1
，可減少垂直信號線之數目。
＜第一實施例之第二修改方案＞
如圖7中所繪示，根據第一實施例之一第二修改方案之一固態影像裝置與根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置共用一共同點，即，在像素陣列單元1中，讀出像素Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
在第k行及第(k+1)行之各者中每次安置兩個。然而，根據第一實施例之第二修改方案之固態影像裝置與根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置之不同點在於參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
在第k行及第(k+1)行之各者中每次安置一個。
參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
安置於相同第(i+3)列中。連接至參考像素Xi+3,k
之選擇電晶體之汲極之輸出信號線VSL0k
及連接至參考像素Xi+3,k+1
之選擇電晶體之汲極之輸出信號線VSL0k+1
由一短路線51透過行讀出電路單元3中之開關M1k
及M1k+1
短路。
連接至參考像素Xi+3,k
之放大電晶體之源極之電流供應線VCOMk
及連接至參考像素Xi+3,k+1
之放大電晶體之源極之電流供應線VCOMk+1
由行讀出電路單元3中之一短路線52短路。根據第一實施例之第二修改方案之固態影像裝置之組態之剩餘部分類似於根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
根據第一實施例之第二修改方案之固態影像裝置，如圖7中所繪示，藉由使參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
在第k行及第(k+1)行之各者中每次安置一個且使用短路線51使連接至相同列中之參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
之各者之選擇電晶體之汲極之輸出信號線VSL0k
及VSL0k+1
短路同時亦使用短路線52使連接至相同列中之參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
之各者之放大電晶體之源極之電流供應線VCOMk
及VCOMk+1
短路，可減少雜訊。另外，可減少每行之參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
之讀出之次數，且可減少電力消耗。
＜第一實施例之第三修改方案＞
如圖8中所繪示，根據第一實施例之一第三修改方案之一固態影像裝置與根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置之不同點在於在像素陣列單元1中，選擇比讀出像素Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
更多之參考像素Xi,k
、Xi+3,k
、Xi+6,k
、Xi,k+1
、Xi+3,k+1
及Xi+6,k+1
。
在圖8中，在第k行中，選擇第i列、第(i+3)列及第(i+6)列中之三個參考像素Xi,k
、Xi+3,k
及Xi+6,k
，同時選擇第(i+1)列及第(i+2)列中之兩個讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
。在第k+1行中，選擇第i列、第(i+3)列及第(i+6)列中之三個參考像素Xi,k+1
、Xi+3,k+1
及Xi+6,k+1
，同時選擇第(i+1)列及第(i+2)列中之兩個讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
。
應注意，可在各行中選擇四個或更多個參考像素，且可在各行中選擇三個或更多個讀出像素。根據第一實施例之第三修改方案之固態影像裝置之組態之剩餘部分類似於根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
根據第一實施例之第三修改方案之固態影像裝置，藉由選擇比讀出像素Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
更多之參考像素Xi,k
、Xi+3,k
、Xi+6,k
、Xi,k+1
、Xi+3,k+1
及Xi+6,k+1
，可進一步減少雜訊。
＜第一實施例之第四修改方案＞
如圖9中所繪示，根據第一實施例之一第四修改方案之一固態影像裝置與根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置共用一共同點，即，相同第k行中之參考像素Xi,k
及Xi+3,k
共用輸出信號線VSL0k
、重設輸入線VRD0k
及電流供應線VCOMk
且另外，相同第(k+1)行中之參考像素Xi,k+1
及Xi+3,k+1
共用輸出信號線VSL0k+1
、重設輸入線VRD0k+1
及電流供應線VCOMk+1
。
然而，根據第一實施例之第四修改方案之固態影像裝置與根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置之不同點在於第k行中之讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
共用連接至重設電晶體之汲極之重設輸入線VRD1k
且另外，第(k+1)行中之讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
共用連接至重設電晶體之汲極之重設輸入線VRD1k+1
。
作為對應於第k行之組態，行讀出電路單元3包含安置於重設輸入線VRD0k
及VRD1k
與輸出信號線VSL0k
、VSL1k
及VSL2k
之間的開關M11k
及M12k
。開關M11k
及M12k
切換重設輸入線VRD0k
與VRD1k
之一者至輸出信號線VSL0k
、VSL1k
及VSL2k
之一者之連接。例如，在一讀出操作期間，開關M11k
連接重設輸入線VRD1k
及輸出信號線VSL1k
。在一讀出操作期間，開關M12k
連接重設輸入線VRD1k
及輸出信號線VSL2k
。
如同對應於第k行之組態，作為對應於第(k+1)行之組態，行讀出電路單元3包含安置於重設輸入線VRD0k+1
及VRD1k+1
與輸出信號線VSL0k+1
、VSL1k+1
及VSL2k+1
之間的開關M11k+1
及M12k+1
。根據第一實施例之第四修改方案之固態影像裝置之組態之剩餘部分類似於根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
接著，將參考圖11中之時序圖來描述其中選擇第k行之第(i+1)列及第(i+2)列中之像素Xi+1,k
及Xi+2,k
作為讀出像素同時選擇第i列及第(i+3)列中之像素Xi,k
及Xi+3,k
作為參考像素之情況中之一差動放大讀出操作，如圖10中所繪示。
自一時間t0至一時間t3，使圖10中之開關M11k
處於閉合狀態中以使輸出信號線VSL1k
及重設輸入線VRD1k
短路。自時間t1至t2，將一讀出像素Xi+1,k
之重設信號RSTi+1
設定為H位準以重設讀出像素Xi+1,k
。同時，將參考像素Xi,k
及Xi+3,k
之重設信號RSTi
及RSTi+3
設定為H位準以重設參考像素Xi,k
及Xi+3,k
。因為輸出信號線VSL1k
及重設輸入線VRD1k
短路，所以輸出信號線VSL1k
達到重設位準且讀出為P相位準。
在時間t3，使開關M11k
處於斷開狀態中以電隔離輸出信號線VSL1k
及重設輸入線VRD1k
。自時間t3至t6，使開關M12k
處於閉合狀態中以使重設輸入線VRD1k
及輸出信號線VSL2k
短路。
自時間t4至t5，將另一讀出像素Xi+2,k
之重設信號RSTi+2
設定為H位準以重設讀出像素Xi+2,k
。同時，將參考像素Xi,k
及Xi+3,k
之重設信號RSTi
及RSTi+3
設定為H位準以重設參考像素Xi,k
及Xi+3,k
。因為重設輸入線VRD1k
及輸出信號線VSL2k
短路，所以輸出信號線VSL2k
達到重設位準且讀出為P相位準。在時間t6，使開關M12k
處於斷開狀態中以電隔離重設輸入線VRD1k
及輸出信號線VSL2k
。
自時間t7至t8，將讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之轉移信號TRGi+1
及TRGi+2
設定為H位準，且使輸出信號線VSL1k
及VSL2k
之重設位準反相及放大。此後，同時讀出輸出信號線VSL1k
及VSL2k
之D相位準。
根據第一實施例之第四修改方案之固態影像裝置，藉由使第k行中之讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
共用連接至重設電晶體之汲極之重設輸入線VRD1k
且亦使第(k+1)行中之讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
共用連接至重設電晶體之汲極之重設輸入線VRD1k+1
，可進一步減少垂直信號線之數目。
＜第一實施例之第五修改方案＞
如圖12中所繪示，根據第一實施例之第五修改方案之一固態影像裝置與根據圖10中所繪示之第一實施例之第四修改方案之固態影像裝置之不同點在於在像素陣列單元1中，在第k行中選擇一參考像素Xi,k
。將參考圖13中之時序圖描述此情況中之差動放大讀出操作。
自一時間t0至一時間t3，使圖10中所繪示之開關M11k
處於閉合狀態中以使連接至先前經重設之讀出像素Xi+1,k
之輸出信號線VSL1k
及重設輸入線VRD1k
短路。
自時間t1至t2，將一參考像素Xi,k
之重設信號RSTi
設定為H位準以重設參考像素Xi,k
。同時，將一讀出像素Xi+1,k
之重設信號RSTi+1
設定為H位準以重設讀出像素Xi+1,k
。因為輸出信號線VSL1k
及重設輸入線VRD1k
短路，所以輸出信號線VSL1k
達到重設位準，且讀出P相位準。在時間t3，使開關M11k
處於斷開狀態中以電隔離輸出信號線VSL1k
及重設輸入線VRD1k
。
自時間t4至t7，使開關M12k
處於閉合狀態中以使連接至隨後將重設之讀出像素Xi+2,k
之重設輸入線VRD1k
及輸出信號線VSL2k
短路。
自時間t5至t6，將參考像素Xi,k
之重設信號RSTi
設定為H位準以重設參考像素Xi,k
。同時，將另一讀出像素Xi+2,k
之重設信號RSTi+2
設定為H位準以重設讀出像素Xi+2,k
。因為重設輸入線VRD1k
及輸出信號線VSL2k
短路，所以輸出信號線VSL2k
達到重設位準，且讀出P相位準。自時間t5至t6，將讀出像素Xi+1,k
之轉移信號TRGi+1
設定為H位準，且使輸出信號線VSL1k
之重設位準反相及放大，且讀出D相位準。
在時間t7，使開關M12k
處於斷開狀態中以電隔離重設輸入線VRD1k
及輸出信號線VSL2k
。自時間t8至t9，將讀出像素Xi+2,k
之轉移信號TRGi+2
設定為H位準，輸出信號線VSL2k
之重設位準達到信號位準，且讀出D相位準。
根據第一實施例之第五修改方案之固態影像裝置，執行同時所選擇之讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之P相位準及D相位準之讀出(遠離彼此移位一半相)以可讀出一讀出像素Xi+1,k
之信號位準(D相位準)，且同時讀出另一讀出像素之Xi+2,k
之重設位準(P相位準)。因此，可加速讀出且可縮短讀出時間。
(第二實施例)
如上文所描述，已提出一種能夠比相關技術之一源極隨耦器CIS增大增益及顯著提高轉換效率之差動放大CIS。另一方面，一差動放大CIS具有一窄操作點且動態範圍難以擴展。為此，已研究使用一開關來切換於一差動放大讀出與源極隨耦器讀出之間的一組態。
然而，與僅執行源極隨耦器讀出之一像素相比，切換於源極隨耦器讀出與差動放大讀出之間的一像素需要像素內部之額外垂直線。例如，就其中一行ADC針對每個像素行安置(如同PTL 2)之一組態而言，僅執行相關技術之源極隨耦器讀出之一像素中存在一或兩個垂直線，而在切換於源極隨耦器讀出與差動放大讀出之間的一像素中垂直線之數目增加至5個線。一像素內部之垂直線之添加導致一前照式CIS及甚至一背照式CIS之降低敏感度，像素內部之線放置之自由度因精細像素大小而降低，另外，金屬互連層增加且變得更昂貴。因此，第二實施例提出一種固態影像裝置，其能夠減少能夠切換於差動放大讀出與源極隨耦器讀出之間的一固態影像裝置中之像素內部之垂直線。
＜固態影像裝置之組態＞
根據第二實施例之固態影像裝置之總體組態與根據圖1中所繪示之第一實施例之固態影像裝置享有共同點。然而，如圖14中所繪示，根據第二實施例之固態影像裝置與根據圖2中所繪示之第一實施例之固體影像裝置之不同點在於像素陣列單元1包含一讀出像素區域1a及一參考像素區域1b。
讀出像素區域1a包含配置成二維矩陣之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
。包含於讀出像素區域1a中之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
僅可選擇為讀出像素，且不被選擇為參考像素。讀出像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
之各者之組態類似於圖3中所繪示之像素Xi,k
之組態。
第k行之第i列及第(i+2)列中之讀出像素Xi,k
及Xi+2,k
之各自放大電晶體之源極連接至一共同電流供應線VCOMk
。讀出像素Xi,k
及Xi+2,k
之各自選擇電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL0k
。讀出像素Xi,k
及Xi+2,k
之各自重設電晶體之源極連接至一浮動擴散區，且各自重設電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL0k
。讀出像素Xi,k
及Xi+2,k
形成透過重設電晶體連接浮動擴散區及輸出信號線VSL1k
之一負回饋迴路，且供應重設電壓。
第k行之第(i+1)列及第(i+3)列中之讀出像素Xi+1,k
及Xi+3,k
之各自放大電晶體之源極連接至一共同電流供應線VCOMk
。讀出像素Xi+1,k
及Xi+3,k
之各自選擇電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL1k
。讀出像素Xi+1,k
及Xi+3,k
之各自重設電晶體之源極連接至一浮動擴散區，且各自重設電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL1k
。讀出像素Xi+1,k
及Xi+3,k
形成透過重設電晶體連接浮動擴散區及輸出信號線VSL1k
之一負回饋迴路，且供應重設電壓。
第(k+1)行之第i列及第(i+2)列中之讀出像素Xi,k+1
及Xi+2,k+1
之各自放大電晶體之源極連接至一共同電流供應線VCOMk+1
。讀出像素Xi,k+1
及Xi+2,k+1
之各自選擇電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL0k+1
。讀出像素Xi,k+1
及Xi+2,k+1
之各自重設電晶體之源極連接至一浮動擴散區，且各自重設電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL0k+1
。即，讀出像素Xi,k+1
及Xi+2,k+1
形成透過重設電晶體連接浮動擴散區及輸出信號線VSL1k+1
之一負回饋迴路，且供應重設電壓。
第(k+1)行之第(i+1)列及第(i+3)列中之讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+3,k+1
之各自放大電晶體之源極連接至一共同電流供應線VCOMk+1
。讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+3,k+1
之各自選擇電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL1k+1
。讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+3,k+1
之各自重設電晶體之源極連接至一浮動擴散區，且各自重設電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL1k+1
。讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+3,k+1
形成透過重設電晶體連接浮動擴散區及輸出信號線VSL1k+1
之一負回饋迴路，且供應重設電壓。
另一方面，參考像素區域1b包含固定至像素陣列單元1之一特定列之複數個像素XR,k
及XR,k+1
。本文中繪示其中像素XR,k
及XR,k+1
配置於第R列中之一情況之一實例，第R列係像素陣列單元1之列中最靠近行讀出電路單元3定位之列。像素XR,k
及XR,k+1
安置成與讀出像素區域1a之第k行及第(k+1)行對應。像素XR,k
及XR,k+1
確定為參考像素，且不被選擇為讀出像素。參考像素XR,k
及XR,k+1
之各者之組態類似於圖3中所繪示之像素Xi,k
之組態。
第k行及第(k+1)行中之參考像素XR,k
及XR,k+1
之各自重設電晶體之汲極連接至一共同重設輸入線VRD。換言之，參考像素XR,k
及XR,k+1
共用重設輸入線VRD。重設輸入線VRD被供應來自一重設電壓源之任何重設電壓Vrst
。
第k行及第(k+1)行中之參考像素XR,k
及XR,k+1
之各自選擇電晶體之汲極連接至輸出信號線VSLRk
及VSLRk+1
。輸出信號線VSLRk
及VSLRk+1
由行讀出電路單元3中之一短路線61短路。
第k行及第(k+1)行中之參考像素XR,k
及XR,k+1
之各自放大電晶體之源極分別連接至電流供應線VCOMk
及VCOMk+1
。電流供應線VCOMk
及VCOMk+1
由行讀出電路單元3中之一短路線62短路。
行讀出電路單元3具有第k行及第(k+1)行之各者之一對應組態。作為對應於第k行之組態，行讀出電路單元3包含恆定電流源L1k
及L2k
。恆定電流源L1k
及L2k
係n通道MOS電晶體或其類似者。行讀出電路單元3包含形成一電流鏡電路之電晶體T1k
、T2k
及T3k
。一電源供應電壓VDD連接至電晶體T1k
、T2k
及T3k
之汲極。電晶體T1k
、T2k
及T3k
之閘極彼此連接且亦連接至電晶體T1k
之源極。
行讀出電路單元3包含切換第k行之讀出像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
及Xi+3,k
之放大電晶體之操作點於源極隨耦器讀出與差動放大讀出之間的複數個開關(切換單元) S11k
、S12k
、S13k
、S14k
、S15k
、S16k
、S17k
、S18k
、S19k
及S20k
。
開關S11k
安置於電晶體T1k
之源極與輸出信號線VSLRk
之間。開關S12k
安置於電晶體T2k
之源極與輸出信號線VSL0k
之間。開關S13k
安置於電晶體T3k
之源極與輸出信號線VSL1k
之間。開關S14k
安置於電源供應電壓VDD與電流供應線VCOMk
之間。
開關S15k
安置於電源供應電壓VDD與輸出信號線VSL0k
之間。開關S16k
安置於電源供應電壓VDD與輸出信號線VSL1k
之間。開關S17k
安置於輸出信號線VSL0k
與恆定電流源L1k
之間。開關S18k
安置於輸出信號線VSL1k
與恆定電流源L2k
之間。開關S19k
安置於恆定電流源L1k
與電流供應線VCOMk
之間。開關S20k
安置於恆定電流源L2k
與電流供應線VCOMk
之間。
作為第(k+1)行之組態，行讀出電路單元3包含恆定電流源L1k+1
及L2k+1
及電晶體T1k+1
、T2k+1
及T3k+1
。恆定電流源L1k+1
及L2k+1
及電晶體T1k+1
、T2k+1
及T3k+1
之各者之組態類似於第k行之組態中之恆定電流源L1k
及L2k
及電晶體T1k
、T2k
及T3k
。
行讀出電路單元3包含切換第(k+1)行之讀出像素Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
之放大電晶體之操作點於源極隨耦器讀出與差動放大讀出之間的複數個開關(切換單元) S11k+1
、S12k+1
、S13k+1
、S14k+1
、S15k+1
、S16k+1
、S17k+1
、S18k+1
、S19k+1
及S20k+1
。複數個開關S11k+1
、S12k+1
、S13k+1
、S14k+1
、S15k+1
、S16k+1
、S17k+1
、S18k+1
、S19k+1
及S20k+1
之各者之組態類似於第k行之組態中之複數個開關S11k
、S12k
、S13k
、S14k
、S15k
、S16k
、S17k
、S18k
、S19k
及S20k
。
圖14繪示根據第二實施例之固態影像裝置之差動放大讀出狀態。在行讀出電路單元3之第k行之組態中，開關S11k
、S12k
、S13k
、S19k
及S20k
處於閉合狀態中，而開關S14k
、S15k
、S16k
、S17k
及S18k
處於斷開狀態中。另外，在行讀出電路單元3之第(k+1)行之組態中，開關S11k+1
、S12k+1
、S13k+1
、S19k+1
及S20k+1
處於閉合狀態中，而開關S14k+1
、S15k+1
、S16k+1
、S17k+1
及S18k+1
處於斷開狀態中。
另一方面，圖15繪示根據第二實施例之固態影像裝置之源極隨耦器讀出狀態。在行讀出電路單元3之第k行之組態中，開關S11k
、S12k
、S13k
、S19k
及S20k
處於斷開狀態中，而開關S14k
、S17k
及S18k
處於閉合狀態中。開關S15k
及S16k
在源極隨耦器讀出操作期間切換於斷開狀態與閉合狀態之間。另外，在行讀出電路單元3之第(k+1)行之組態中，開關S11k+1
、S12k+1
、S13k+1
、S19k+1
及S20k+1
處於斷開狀態中，而開關S14k+1
、S17k+1
及S18k+1
處於閉合狀態中。開關S15k+1
及S16k+1
在源極隨耦器讀出操作期間切換於斷開狀態與閉合狀態之間。
＜差動放大讀出操作＞
接著，將參考圖17中之時序圖來描述其中選擇第k行之第i列及第(i+1)列中之像素Xi,k
及Xi+1,k
作為讀出像素同時確定參考像素XR,k
之情況中之一差動放大讀出操作，如圖16中所繪示。
自一時間t1至一時間t5，將參考像素XR,k
之一選擇信號SELR
設定為H位準，同時另外將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之選擇信號SELi
及SELi+1
設定為H位準。應注意，自時間t1至t5，將開關S15k
及S16k
之一控制信號φVSW設定為L位準以使開關S15k
及S16k
處於斷開狀態中。
自時間t1至t2，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之重設信號RSTi
及RSTi+1
設定為H位準以重設讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
。同時，將參考像素XR,k
之一重設信號RSTR
設定為H位準以重設參考像素XR,k
。根據差動放大器之電壓隨耦器功能，輸出信號線VSL0k
及VSL1k
達到重設位準Vrst
。自時間t2至t3，重設位準Vrst
自輸出信號線VSL0k
及VSL1k
讀出為P相位準。
自時間t3至t4，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之轉移信號TRGi
及TRGi+1
設定為H位準，使輸出信號線VSL0k
及VSL1k
之重設位準Vrst
反相及放大，且此後讀出D相位準。
＜源極隨耦器讀出操作＞
接著，將參考圖19中之時序圖來描述其中第k行之第i列及第(i+1)列中之像素Xi,k
及Xi+1,k
係讀出像素之情況中之一源極隨耦器讀出操作，如圖18中所繪示。
自一時間t1至一時間t6，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之選擇信號SELi
及SELi+1
設定為H位準。參考像素XR,k
之選擇信號SELR
處於L位準，且不選擇參考像素XR,k
。
自時間t1至t2，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之重設信號RSTi
及RSTi+1
設定為H位準以重設讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
。自時間t1至t3，將開關S15k
及S16k
之控制信號φVSW設定為H位準以使開關S15k
及S16k
處於閉合狀態中以藉此使輸出信號線VSL0k
及VSL1k
及電源供應電位VDD短路。此後，自輸出信號線VSL0k
及VSL1k
讀出P相位準。
自時間t4至t5，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之轉移信號TRGi
及TRGi+1
設定為H位準，使輸出信號線VSL0k
及VSL1k
之P相位準反相及放大，且讀出D相位準。
根據第二實施例之固態影像裝置，可使用複數個開關(切換單元) S11k
、S12k
、S13k
、S14k
、S15k
、S16k
、S17k
、S18k
、S19k
及S20k
切換於源極隨耦器讀出與差動放大讀出之間。另外，藉由使讀出像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
及Xi+3,k
形成將選擇電晶體之汲極及重設電晶體之汲極連接至輸出信號線VSL0k
及VSL1k
之一負回饋迴路，可減少重設輸入線之數目。因此，可減少像素內部之垂直線以藉此提高敏感度且亦提高線放置之自由度。
另外，藉由將參考像素區域1b之像素XR,k
及XR,k+1
固定至最靠近行讀出電路單元3之第R列或像素陣列單元1之列中之一鄰近列，可縮短與像素XR,k
及XR,k+1
之各自選擇電晶體之汲極連接之輸出信號線VSLRk
及VSLRk+1
之線長度。
＜第二實施例之修改方案＞
如圖20中所繪示，根據第二實施例之一修改方案之一固態影像裝置與根據圖14中所繪示之第二實施例之固態影像裝置共用一共同點，即，能夠切換於源極隨耦器讀出與差動放大讀出之間的一組態。圖20繪示差動放大讀出之狀態。在根據第二實施例之修改方案之固態影像裝置中，包含於讀出像素區域1a中之讀出像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
及包含於參考像素區域1b中之參考像素XR,k
及XR,k+1
之組態不同於根據圖14中所繪示之第二實施例之固態影像裝置。
包含於讀出像素區域1a中之像素Xi,k
包含兩個光電轉換單元(其包含光電轉換入射光之光二極體PD1及PD2)及控制經光電轉換之信號電荷之複數個像素電晶體(T1a、T1b、T2a、T2b、T3及T4)。複數個像素電晶體(T1a、T1b、T2a、T2b、T3及T4)包含(例如)轉移電晶體T1a及T1b、用於源極隨耦器讀出之一重設電晶體(源極隨耦器重設電晶體) T2a、用於差動放大讀出之一重設電晶體(差動放大重設電晶體) T2b、一選擇電晶體T3及一放大電晶體T4。
光電轉換單元(即，光二極體PD1及PD2)之各自陽極接地，而光二極體PD1及PD2之各自陰極分別連接至轉移電晶體T1a及T1b之源極。轉移電晶體T1a及T1b之汲極連接至浮動擴散區FD。轉移信號TRG0i
及TRG1i
分別施加於轉移電晶體T1a及T1b之閘極。
浮動擴散區FD連接至源極隨耦器重設電晶體T2a及差動放大重設電晶體T2b之源極及放大電晶體T4之閘極。放大電晶體T4之源極連接至一電流供應線VCOMk
，而放大電晶體T4之汲極連接至選擇電晶體T3之源極。選擇電晶體T3之汲極連接至輸出信號線VSL0k
。一選擇信號SELi
施加於選擇電晶體T3之閘極。
源極隨耦器重設電晶體T2a之汲極連接至電流供應線VCOMk
。差動放大重設電晶體T2b之汲極連接至輸出信號線VSL0k
。重設信號RSTSi
及RSTDi
分別施加於源極隨耦器重設電晶體T2a及差動放大重設電晶體T2b之閘極。包含於讀出像素區域1a中之其他讀出像素Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
及包含於參考像素區域1b中之參考像素XR,k
及XR,k+1
之各者具有類似於讀出像素Xi,k
之一組態。
另一方面，在參考像素區域1b中，一重設信號RSTSR
施加於參考像素XR,k
及XR,k+1
之各自源極隨耦器重設電晶體之閘極。參考像素XR,k
及XR,k+1
之各自源極隨耦器重設電晶體之汲極連接至電流供應線VCOMk
及VCOMk+1
。
一重設信號RSTDR
施加於參考像素XR,k
及XR,k+1
之各自差動放大重設電晶體之閘極。參考像素XR,k
及XR,k+1
之各自差動放大重設電晶體之汲極連接至一共同重設輸入線VRD。根據第二實施例之修改方案之固態影像裝置之組態(包含行讀出電路單元3)之剩餘部分類似於根據圖14中所繪示之第二實施例之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
＜差動放大讀出操作＞
接著，將參考圖22中之時序圖來描述其中第k行之第i列及第(i+1)列中之像素Xi,k
及Xi+1,k
係讀出像素同時確定參考像素XR,k
之情況中之第二實施例之修改方案中之一差動放大讀出操作，如圖21中所繪示。
自一時間t1至一時間t5，將參考像素XR,k
之一選擇信號SELR
設定為H位準，同時另外將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之選擇信號SELi
及SELi+1
設定為H位準。應注意，自時間t1至t5，將開關S15k
及S16k
之一控制信號φVSW設定為L位準以使開關S15k
及S16k
處於斷開狀態中。另外，自時間t1至t5，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之重設信號RSTSi
及RSTSi+1
及參考像素XR,k
之重設信號及RSTSR
設定為L位準。
自時間t1至t2，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之重設信號RSTDi
及RSTDi+1
設定為H位準以重設讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
。同時，將參考像素XR,k
之一重設信號RSTDR
設定為H位準以重設參考像素XR,k
。根據差動放大器之電壓隨耦器功能，輸出信號線VSL0k
及VSL1k
達到重設位準Vrst
。自時間t2至t3，重設位準Vrst
自輸出信號線VSL0k
及VSL1k
讀出為P相位準。
自時間t3至t4，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之轉移信號TRG0i
及TRG0i+1
設定為H位準，使輸出信號線VSL0k
及VSL1k
之重設位準Vrst
反相及放大，且讀出D相位準。
＜源極隨耦器讀出操作＞
接著，將參考圖24中之時序圖來描述其中第i列及第(i+1)列中之像素Xi,k+1
及Xi+1,k+1
係讀出像素之情況中之第二實施例之修改方案中之一源極隨耦器讀出操作，如圖23中所繪示。
自一時間t1至一時間t5，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之選擇信號SELi
及SELi+1
設定為H位準。參考像素XR,k
之選擇信號SELR
處於L位準，且不選擇參考像素XR,k
。應注意，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之重設信號RSTDi
及RSTDi+1
設定為L位準。
自時間t1至t2，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之重設信號RSTSi
及RSTSi+1
設定為H位準以重設讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
。自時間t1至t3，將開關S15k
及S16k
之控制信號φVSW設定為H位準以使開關S15k
及S16
k處於閉合狀態中以藉此使輸出信號線VSL0k
及VSL1k
及電源供應電位VDD短路。此後，自輸出信號線VSL0k
及VSL1k
讀出P相位準。
自時間t4至t5，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之轉移信號TRGi
及TRGi+1
設定為H位準，使輸出信號線VSL0k
及VSL1k
之P相位準反相及放大，且讀出D相位準。
根據第二實施例之修改方案之固態影像裝置，藉由使讀出像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
及參考像素XR,k
及XR,k+1
之各者包含源極隨耦器重設電晶體T2a及差動放大重設電晶體T2b (與根據圖15中所繪示之第二實施例之固態影像裝置相比)，可切換於源極隨耦器讀出與差動放大讀出之間，即使無開關S15k
安置於電源供應電壓VDD與輸出信號線VSL0k
之間及無開關S16k
安置於電源供應電壓VDD與輸出信號線VSL1k
之間。
(第三實施例)
如上文所描述，已提出一種能夠比相關技術之一源極隨耦器CIS增大增益及顯著提高轉換效率之差動放大CIS。然而，在一差動放大CIS中，需要使浮動擴散區之重設電壓保持低於像素之電源供應電壓以確保讀出期間之輸出振幅範圍。為此，在相關技術之一源極隨耦器CIS中，放大電晶體之源極擴散層及重設電晶體之源極擴散層可共用於像素之間，而在一差動放大CIS中，放大電晶體之源極擴散層及重設電晶體之源極擴散層不共用於像素之間。為此，一差動放大CIS具有比一源極隨耦器CIS差之佈局效率。特定言之，就亞微米大小之小像素而言，放大電晶體之閘極長度變短，且RTS雜訊變壞。因此，一第三實施例提出一種其中即使是小像素大小亦可延長放大電晶體之閘極長度且減少RTS雜訊之固態影像裝置。
＜固態影像裝置之組態＞
根據第三實施例之固態影像裝置之總體組態與根據圖1中所繪示之第一實施例之固態影像裝置享有共同點。如圖25中所繪示，在根據第三實施例之固態影像裝置中，一像素陣列單元1包含配置成一矩陣之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
、Xi+5,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
、Xi+3,k+1
、Xi+4,k+1
及Xi+5,k+1
。
在圖25中，在第k行中，選擇第(i+1)列及第(i+2)列中之像素Xi+1,k
及Xi+2,k
作為讀出像素，同時選擇第(i+3)列中之像素Xi+3,k
作為參考像素。另外，第(k+1)行中，選擇第(i+1)列及第(i+2)列中之像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
作為讀出像素，同時選擇第(i+3)列中之像素Xi+3,k+1
作為參考像素。
讀出像素Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
之各自放大電晶體之源極連接至一共同電流供應線VCOMk
。根據第三實施例之固態影像裝置之電路組態之剩餘部分類似於根據圖7中所繪示之第一實施例之第二修改方案之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
圖26繪示圖25中所繪示之讀出像素Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
之部分之一平面圖佈局。第k行中之讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
及參考像素Xi+3,k
及第(k+1)行中之讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k+1
在圖26中具有左右線對稱之一平面圖佈局(平面圖圖案)。換言之，在第k行中之讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
及參考像素Xi+3,k
及第(k+1)行中之讀出像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k+1
中，諸如浮動擴散區、重設電晶體、放大電晶體及選擇電晶體之組件之配置具有線對稱性。應注意，在圖26及後續圖式所繪示之平面圖佈局中，為促進理解，各部分使用諸如「PD」、「TRG」、「FD」、「RST」、「VRD」、「VSL」、「SEL」、「AMP」或「VCOM」之一標籤標示。
第k行之第(i+1)列中之讀出像素Xi+1,k
具有用於施加一基板電位之一擴散層70a、形成一光二極體之一擴散層71a、轉移電晶體之一閘極電極81a、充當浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72a、重設電晶體之一閘極電極82a、重設電晶體之一汲極擴散層73a、選擇電晶體之一源極擴散層74a、選擇電晶體之一閘極電極83a、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75a、放大電晶體之一閘極電極84a及放大電晶體之一源極擴散層76a。
在列方向上相鄰於讀出像素Xi+1,k
之第(k+1)行之第(i+1)列中之讀出像素Xi+1,k+1
具有用於施加一基板電位之一擴散層70d、形成一光二極體之一擴散層71d、轉移電晶體之一閘極電極81d、充當浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72d、重設電晶體之一閘極電極82d、重設電晶體之一汲極擴散層73d、選擇電晶體之一汲極擴散層74d、選擇電晶體之一閘極電極83d、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75d、放大電晶體之一閘極電極84d及放大電晶體之一源極擴散層76a。換言之，在相同第(i+1)列中，彼此相鄰之讀出像素Xi+1,k
及Xi+1,k+1
共用放大電晶體之源極擴散層76a。
第k行之第(i+2)列中之讀出像素Xi+2,k
具有用於施加一基板電位之一擴散層70b、形成一光二極體之一擴散層71b、轉移電晶體之一閘極電極81b、充當浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72b、重設電晶體之一閘極電極82b、重設電晶體之一汲極擴散層73b、選擇電晶體之一源極擴散層74b、選擇電晶體之一閘極電極83b、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75b、放大電晶體之一閘極電極84b及放大電晶體之一源極擴散層76b。
在列方向上相鄰於讀出像素Xi+2,k
之第(k+1)行之第(i+2)列中之讀出像素Xi+2,k+1
具有用於施加一基板電位之一擴散層70e、形成一光二極體之一擴散層71e、轉移電晶體之一閘極電極81e、充當浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72e、重設電晶體之一閘極電極82e、重設電晶體之一汲極擴散層73e、選擇電晶體之一汲極擴散層74e、選擇電晶體之一閘極電極83e、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75e、放大電晶體之一閘極電極84e及放大電晶體之一源極擴散層76b。換言之，在相同第(i+2)列中，彼此相鄰之讀出像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
共用放大電晶體之源極擴散層76b。
第k行之第(i+3)列中之參考像素Xi+3,k
具有用於施加一基板電位之一擴散層70c、形成一光二極體之一擴散層71c、轉移電晶體之一閘極電極81c、充當浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72c、重設電晶體之一閘極電極82c、重設電晶體之一汲極擴散層73c、選擇電晶體之一源極擴散層74c、選擇電晶體之一閘極電極83c、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75c、放大電晶體之一閘極電極84c及放大電晶體之一源極擴散層76c。
在列方向上相鄰於讀出像素Xi+3,k
之第(k+1)行之第(i+3)列中之參考像素Xi+3,k+1
具有用於施加一基板電位之一擴散層70f、形成一光二極體之一擴散層71f、轉移電晶體之一閘極電極81f、充當浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72f、重設電晶體之一閘極電極82f、重設電晶體之一汲極擴散層73f、選擇電晶體之一汲極擴散層74f、選擇電晶體之一閘極電極83f、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75f、放大電晶體之一閘極電極84f及放大電晶體之一源極擴散層76c。換言之，在相同第(i+3)列中，彼此相鄰之參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
共用放大電晶體之源極擴散層76c。
根據第三實施例之固態影像裝置，相同列中彼此相鄰之讀出像素Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
共用放大電晶體之源極擴散層76a、76b及76c。使用此配置，即使是小像素大小，仍可延長讀出像素Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
之各者之放大電晶體之閘極長度且可減少RTS雜訊。
＜第三實施例之第一修改方案＞
如同根據第一實施例之固態影像裝置，根據第三實施例之一第一修改方案之一固態影像裝置包含圖2中所繪示之像素陣列單元1。如圖2中所繪示，在第k行中，選擇像素Xi,k
及Xi+3,k
作為讀出像素，同時選擇像素Xi+1,k
及Xi+2,k
作為參考像素。在第(k+1)行中，選擇像素Xi,k+1
及Xi+3,k+1
作為讀出像素，同時選擇像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
作為參考像素。
圖27繪示圖2中所繪示之像素陣列單元1之第k行中之讀出像素Xi+2,k
及參考像素Xi+3,k
及第(k+1)行中之讀出像素Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k+1
之部分之一平面圖佈局。相同第(i+2)列中之讀出像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
及相同第(i+3)列中之參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
在圖27中具有上下線對稱之一平面圖佈局。換言之，在相同第(i+2)列中之讀出像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
及相同第(i+3)列中之參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
中，諸如浮動擴散區、重設電晶體、放大電晶體及選擇電晶體之組件之配置具有線對稱性。
第k行之第(i+2)列中之讀出像素Xi+2,k
具有用於施加一基板電位之一擴散層70b、形成一光二極體之一擴散層71b、轉移電晶體之一閘極電極81b、充當一轉移電晶體之一汲極擴散層、浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72b、重設電晶體之一閘極電極82b、重設電晶體之一汲極擴散層73b、選擇電晶體之一源極擴散層74b、選擇電晶體之一閘極電極83b、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75b、放大電晶體之一閘極電極84b及放大電晶體之一源極擴散層76b。
此外，在行方向上相鄰於讀出像素Xi+2,k
之第k行之第(i+3)列中之參考像素Xi+3,k
具有用於施加一基板電位之一擴散層70c、形成一光二極體之一擴散層71c、轉移電晶體之一閘極電極81c、充當一轉移電晶體之一汲極擴散層、浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72c、重設電晶體之一閘極電極82c、重設電晶體之一汲極擴散層73c、選擇電晶體之一源極擴散層74c、選擇電晶體之一閘極電極83c、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75c、放大電晶體之一閘極電極84c及放大電晶體之一源極擴散層76b。換言之，在相同第k行中，彼此相鄰之讀出像素Xi+2,k
及參考像素Xi+3,k
共用放大電晶體之源極擴散層76b。
第(k+1)行之第(i+2)列中之讀出像素Xi+2,k+1
具有用於施加一基板電位之一擴散層70e、形成一光二極體之一擴散層71e、轉移電晶體之一閘極電極81e、充當一轉移電晶體之一汲極擴散層、浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72e、重設電晶體之一閘極電極82e、重設電晶體之一汲極擴散層73e、選擇電晶體之一源極擴散層74e、選擇電晶體之一閘極電極83e、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75e、放大電晶體之一閘極電極84e及放大電晶體之一源極擴散層76b。
此外，在行方向上相鄰於讀出像素Xi+2,k+1
之第(k+1)行之第(i+3)列中之參考像素Xi+3,k+1
具有用於施加一基板電位之一擴散層70f、形成一光二極體之一擴散層71f、轉移電晶體之一閘極電極81f、充當一轉移電晶體之一汲極擴散層、浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72f、重設電晶體之一閘極電極82f、重設電晶體之一汲極擴散層73f、選擇電晶體之一汲極擴散層74f、選擇電晶體之一閘極電極83f、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75f、放大電晶體之一閘極電極84f及放大電晶體之一源極擴散層76e。換言之，在相同第(k+1)行中，彼此相鄰之讀出像素Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k+1
共用放大電晶體之源極擴散層76e。
根據第三實施例之第一修改方案之固態影像裝置，相同行中彼此相鄰之讀出像素Xi+2,k
及參考像素Xi+3,k
及讀出像素Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k+1
共用放大電晶體之各自源極擴散層76b及76e。使用此配置，即使是小像素大小，仍可延長讀出像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k
及Xi+3,k+1
之各者之放大電晶體之閘極長度且減少RTS雜訊。
應注意，儘管圖27繪示其中相同行中彼此相鄰之讀出像素Xi+2,k
及參考像素Xi+3,k
及讀出像素Xi+2,k+1
及參考像素Xi+3,k+1
共用放大電晶體之各自源極擴散層76b及76e之一情況之一實例，但一讀出像素及一參考像素之對不受限於共用一源極擴散層。例如，在圖2所繪示之像素陣列單元1之第k行中，彼此相鄰之讀出像素Xi+1,k
及Xi+2,k
可共用放大電晶體之源極擴散層。另外，在其中參考像素在相同行中彼此相鄰之情況中，相鄰參考像素可共用放大電晶體之汲極擴散層。
＜第三實施例之第二修改方案＞
如圖28中所繪示，根據第三實施例之一第二修改方案之一固態影像裝置與根據圖14中所繪示之第二實施例之固態影像裝置共用一共同點，即，像素陣列單元1包含讀出像素區域1a及參考像素區域1b。
然而，根據第三實施例之第二修改方案之固態影像裝置與根據圖14中所繪示之第二實施例之固態影像裝置之不同點在於讀出像素區域1a中之第k行中之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
及Xi+5,k
及第(k+1)行中之像素Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
、Xi+3,k+1
、Xi+4,k+1
及Xi+5,k+1
之各自放大電晶體之汲極連接至一共同電流供應線VCOMk
。共同電流供應線VCOMk
藉由行讀出電路單元3之短路線61與自圖28中之繪示省略之其他行之各者之電流供應線短接。
在第k行中，選擇像素Xi,k
及Xi+3,k
作為讀出像素，同時將像素XR,k
確定為參考像素。在第(k+1)行中，選擇像素Xi,k+1
及Xi+3,k+1
作為讀出像素，同時將像素XR,k+1
確定為參考像素。根據第三實施例之第二修改方案之固態影像裝置之組態之剩餘部分類似於根據圖14中所繪示之第二實施例之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
圖29繪示圖28中所繪示之參考像素XR,k
及XR,k+1
之一平面圖佈局。相同列中之參考像素XR,k
及XR,k+1
在圖29中具有左右線對稱之一平面圖佈局。換言之，在相同列中之參考像素XR,k
及XR,k+1
中，諸如浮動擴散區、重設電晶體、放大電晶體及選擇電晶體之組件之配置具有線對稱性。
參考像素XR,k
具有用於施加一基板電位之一擴散層70g、形成一光二極體之一擴散層71g、轉移電晶體之一閘極電極81g、充當一轉移電晶體之一汲極擴散層、浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72g、重設電晶體之一閘極電極82g、重設電晶體之一汲極擴散層73g、選擇電晶體之一汲極擴散層74g、選擇電晶體之一閘極電極83g、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75g、放大電晶體之一閘極電極84g及放大電晶體之一源極擴散層76g。
在列方向上相鄰於參考像素XR,k
之參考像素XR,k+1
具有用於施加一基板電位之一擴散層70h、形成一光二極體之一擴散層71h、轉移電晶體之一閘極電極81h、充當一轉移電晶體之一汲極擴散層、浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72h、重設電晶體之一閘極電極82h、重設電晶體之一汲極擴散層73g、選擇電晶體之一汲極擴散層74h、選擇電晶體之一閘極電極83h、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75h、放大電晶體之一閘極電極84h及放大電晶體之一源極擴散層76h。即，參考像素XR,k
及XR,k+1
共用重設電晶體之汲極擴散層73g。
根據第三實施例之第二修改方案之固態影像裝置，藉由使相同列中彼此相鄰之參考像素XR,k
及XR,k+1
共用重設電晶體之一汲極擴散層73g，即使是小像素大小，仍可延長參考像素XR,k
及XR,k+1
之各者之重設電晶體之閘極長度且減少RTS雜訊。
＜第三實施例之第三修改方案＞
根據第三實施例之一第三修改方案之一固態影像裝置與根據圖28中所繪示之第三實施例之第二修改方案之固態影像裝置共用一共同電路組態。然而，參考像素XR,k
及XR,k+1
之平面圖佈局不同於根據圖29中所繪示之第三實施例之第二修改方案之固態影像裝置。
圖30A繪示圖28中所繪示之參考像素XR,k
及XR,k+1
之一平面圖佈局。第(k-1)行中之一參考像素XR,k-1
相鄰於參考像素XR,k
之左邊，而第(k+2)行中之一參考像素XR,k+2
相鄰於參考像素XR,k+1
之右邊。相同列中之參考像素XR,k-1
、XR,k
、XR,k+1
及XR,k+2
在圖30A中具有左右線對稱之一平面圖佈局。換言之，在相同列中之參考像素XR,k-1
、XR,k
、XR,k+1
及XR,k+2
中，諸如浮動擴散區、重設電晶體、放大電晶體及選擇電晶體之組件之配置具有線對稱性。
參考像素XR,k
具有用於施加一基板電位之一擴散層70g、形成一光二極體之一擴散層71g、轉移電晶體之一閘極電極81g、充當一轉移電晶體之一汲極擴散層、浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72g、重設電晶體之一閘極電極82g、重設電晶體之一汲極擴散層73g、選擇電晶體之一汲極擴散層74g、選擇電晶體之一閘極電極83g、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75g、放大電晶體之一閘極電極84g及放大電晶體之一源極擴散層76g。參考像素XR,k
與在列方向上相鄰於參考像素XR,k
之參考像素XR,k-1
共用重設電晶體之汲極擴散層73g。
在列方向上相鄰於參考像素XR,k
之參考像素XR,k+1
具有用於施加一基板電位之一擴散層70h、形成一光二極體之一擴散層71h、轉移電晶體之一閘極電極81h、充當一轉移電晶體之一汲極擴散層、浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72h、重設電晶體之一閘極電極82h、重設電晶體之一汲極擴散層73h、選擇電晶體之一汲極擴散層74h、選擇電晶體之一閘極電極83h、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75h、放大電晶體之一閘極電極84h及放大電晶體之一源極擴散層76g。即，參考像素XR,k
及XR,k+1
共用放大電晶體之源極擴散層76g。此外，參考像素XR,k+1
與在列方向上相鄰於參考像素XR,k+1
之參考像素XR,k+2
共用重設電晶體之汲極擴散層73h。
圖30B繪示圖28中所繪示之讀出像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
之一平面圖佈局。第(k-1)行中之一讀出像素Xi+2,k-1
相鄰於讀出像素Xi+2,k
之左邊，而第(k+2)行中之一讀出像素Xi+2,k+2
相鄰於讀出像素Xi+2,k+1
之右邊。相同列中之讀出像素Xi+2,k-1
、Xi+2,k
、Xi+2,k+1
及Xi+2,k+2
在圖30B中具有左右線對稱之一平面圖佈局。換言之，在相同列中之讀出像素Xi+2,k-1
、Xi+2,k
、Xi+2,k+1
及Xi+2,k+2
中，諸如浮動擴散區、重設電晶體、放大電晶體及選擇電晶體之組件之配置具有線對稱性。
讀出像素Xi+2,k
具有用於施加一基板電位之一擴散層70b、形成一光二極體之一擴散層71b、轉移電晶體之一閘極電極81b、充當一轉移電晶體之一汲極擴散層、浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72b、重設電晶體之一閘極電極82b、重設電晶體之一汲極擴散層73b、選擇電晶體之一源極擴散層74b、選擇電晶體之一閘極電極83b、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75b、放大電晶體之一閘極電極84b及放大電晶體之一源極擴散層76b。
此外，在列方向上相鄰於讀出像素Xi+2,k
之讀出像素Xi+2,k+1
具有用於施加一基板電位之一擴散層70e、形成一光二極體之一擴散層71e、轉移電晶體之一閘極電極81e、充當一轉移電晶體之一汲極擴散層、浮動擴散區及重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72e、重設電晶體之一閘極電極82e、充當重設電晶體之汲極擴散層及選擇電晶體之汲極擴散層之共同汲極擴散層74e、選擇電晶體之一閘極電極83e、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75e、放大電晶體之一閘極電極84e及放大電晶體之一源極擴散層76b。換言之，在相同第(i+2)列中，彼此相鄰之讀出像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
共用放大電晶體之源極擴散層76b。
根據第三實施例之第三修改方案之固態影像裝置，相同列中之相鄰參考像素XR,k-1
、XR,k
、XR,k+1
及XR,k+2
共用重設電晶體之汲極擴散層73g及73h，且另外，參考像素XR,k
及XR,k+1
共用放大電晶體之一源極擴散層76g。另外，相同列中彼此相鄰之讀出像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
共用重設電晶體之汲極擴散層73g。使用此配置，即使是小像素大小，仍可延長參考像素XR,k-1
、XR,k
、XR,k+1
及XR,k+2
及讀出像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
之各者之放大電晶體及重設電晶體之閘極長度且減少RTS雜訊。
＜第三實施例之第四修改方案＞
如同根據第二實施例之修改方案之固態影像裝置，根據第三實施例之一第四修改方案之一固態影像裝置包含圖20中所繪示之像素陣列單元1。如圖20中所繪示，在第k行中，選擇像素Xi,k
及Xi+1,k
作為讀出像素，同時確定參考像素XR,k
。在第(k+1)行中，選擇像素Xi,k+1
及Xi+1,k+1
作為讀出像素，同時確定參考像素XR,k+1
。
圖31繪示圖20中所繪示之讀出像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi,k+1
及Xi+1,k+1
及未被選擇為讀出像素之像素(非選定像素) Xi+2,k
及Xi+2,k+1
之一平面圖佈局。圖31之上下方向指示像素陣列單元1之列方向，而圖31之左右方向指示像素陣列單元1之行方向。相同第k行中之讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
及非選定像素Xi+2,k
及相同第(k+1)行中之讀出像素Xi,k+1
及Xi+1,k+1
及非選定像素Xi+2,k+1
在圖31中具有上下線對稱之一平面圖佈局。換言之，在相同第k行中之讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
及非選定像素Xi+2,k
及相同第(k+1)行中之讀出像素Xi,k+1
及Xi+1,k+1
及非選定像素Xi+2,k+1
中，諸如浮動擴散區、重設電晶體、放大電晶體及選擇電晶體之組件之配置具有線對稱性。
第(i+1)列及第k行中之讀出像素Xi+1,k
具有用於施加一基板電位之一擴散層70x、形成各自光二極體之擴散層71x及71y、轉移電晶體之閘極電極81x及81y、形成一浮動擴散區之一擴散層72x、一源極隨耦器重設電晶體之一汲極擴散層73x、一源極隨耦器重設電晶體之一閘極電極82x、充當一浮動擴散區、源極隨耦器重設電晶體之源極擴散層及一差動放大重設電晶體之源極擴散層之一共同擴散層72y、差動放大重設電晶體之一閘極電極82y、充當差動放大重設電晶體之汲極擴散層及選擇電晶體之源極擴散層之一共同擴散層74x、選擇電晶體之一閘極電極83x、充當選擇電晶體之源極擴散層及放大電晶體之汲極擴散層之一共同擴散層75x、放大電晶體之一閘極電極84x及放大電晶體之一源極擴散層76x。圖31中所繪示之其他讀出像素Xi,k
、Xi,k+1
及Xi+1,k+1
及非選定像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
之各者亦具有類似於讀出像素Xi+1,k
之一組態。
在相同第k行中，讀出像素Xi,k
之源極隨耦器重設電晶體之汲極擴散層73x係與相鄰於讀出像素Xi,k
之讀出像素Xi+1,k
之放大電晶體之源極擴散層共用之一共同擴散層。另外，讀出像素Xi+1,k
之放大電晶體之源極擴散層76x係與相鄰於讀出像素Xi+1,k
之非選定像素Xi+2,k
之源極隨耦器重設電晶體之汲極擴散層共用之一共同擴散層。
在相同第(k+1)行中，讀出像素Xi,k+1
之源極隨耦器重設電晶體之汲極擴散層77x係與相鄰於讀出像素Xi,k+1
之讀出像素Xi+1,k+1
之放大電晶體之源極擴散層共用之一共同擴散層。另外，讀出像素Xi+1,k+1
之放大電晶體之源極擴散層77y係與相鄰於讀出像素Xi+1,k+1
之非選定像素Xi+2,k+1
之源極隨耦器重設電晶體之汲極擴散層共用之一共同擴散層。
根據第三實施例之第四修改方案之固態影像裝置，藉由使相同行中彼此相鄰之讀出像素Xi,k
、Xi +1 ,k
、Xi,k+1
及Xi+1,k+1
及非選定像素Xi+2,k
及Xi+2,k+1
共用擴散層73x、77x、76x及77y，即使是小像素大小，仍可延長共用擴散層之電晶體之閘極長度且減少RTS雜訊。
＜第四實施例＞
如上文所描述，已提出一種能夠比相關技術之一源極隨耦器CIS (參閱PTL1及PTL2)增大增益及顯著提高轉換效率之差動放大CIS。然而，在一差動放大CIS中，因為放大電晶體之輸出電阻大於一源極隨耦器CIS，所以垂直信號線之RC時間常數增大，且讀出速度變慢。
另一方面，存在藉由包含一取樣及保持電路作為一周邊電路且引起AD轉換週期及垂直信號線之設定週期重疊(參閱NPL 1)來加速讀出速度之一技術。然而，為使取樣及保持電路之KTC雜訊保持在不影響影像品質之一位準，需要使用(例如)數pF之一大電容，且晶片大小增大。因此，一第四實施例提供一種能夠加速讀出速度同時亦抑制晶片大小增大之固態影像裝置。
＜固態影像裝置之組態＞
根據第四實施例之固態影像裝置之總體組態與根據圖1中所繪示之第一實施例之固態影像裝置享有共同點。如圖32中所繪示，在根據第四實施例之固態影像裝置中，與根據圖14中所繪示之第二實施例之固態影像裝置共用像素陣列單元1及行讀出電路單元3之組態。然而，如圖32中所繪示，在根據第四實施例之固態影像裝置中，行信號處理單元4之組態不同於根據圖14中所繪示之第二實施例之固態影像裝置。
行信號處理單元4包含分別連接至輸出信號線VSL0k
及VSL1k
之取樣及保持電路41及42之兩個系統及分別連接至取樣及保持電路41及42之兩個類比轉數位轉換單元43及44。取樣及保持電路41及42連續取樣自輸出信號線VSL0k
及VSL1k
讀出之重設位準及信號位準，且連續輸出所取樣之重設位準及信號位準至類比轉數位轉換單元43及44。
取樣及保持電路41具有彼此並聯連接至輸出信號線VSL0k
之開關S31及S32、使一端分別連接至開關S31及S32且使另一端接地之電容器C1及C2及分別連接至電容器C1及C2之一端且亦彼此並聯連接至類比轉數位轉換單元43之開關S33及S34。開關S31、S32、S33及S34之斷開或閉合狀態由控制信號φPSMP
、φDSMP
、φPAD
及φDAD
控制。
取樣及保持電路42具有彼此並聯連接至輸出信號線VSL1k
之開關S35及S36、使一端接地至開關S35及S36且使另一端接地之電容器C3及C4及分別連接至電容器C3及C4之一端且亦彼此並聯連接至類比轉數位轉換單元44之開關S37及S38。開關S35、S36、S37及S38之斷開或閉合狀態由控制信號φPSMP
、φDSMP
、φPAD
及φDAD
控制。
類比轉數位轉換單元43藉由執行自取樣及保持電路41輸出之重設位準及信號位準之類比轉數位(AD)轉換來輸出一影像信號。類比轉數位轉換單元44藉由執行自取樣及保持電路42輸出之重設位準及信號位準之AD轉換來輸出一影像信號。
＜差動放大讀出操作＞
接著，將參考圖33中之時序圖描述藉由根據第四實施例之固態影像裝置之差動放大讀出操作。本文中假定確定參考像素XR,k
，且連續選擇像素Xi-2,k
、Xi-1,k
、Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
及Xi+3,k
作為讀出像素。
自一時間t1至t9，將參考像素XR,k
之選擇信號SELR
設定為H位準。自時間t1至t5，將像素Xi,k
及Xi+1,k
之選擇信號SELi
及SELi+1
設定為H位準以選擇像素Xi,k
及Xi+1,k
作為讀出像素。自時間t1至t2，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之重設信號RSTi
及RSTi+1
設定為H位準以重設讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
。同時，將參考像素XR,k
之一重設信號RSTR
設定為H位準以重設參考像素XR,k
。輸出信號線VSL0k
及VSL1k
達到讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之重設位準，且讀出P相位準。
自時間t1至t3，將控制信號φPSMP
設定為H位準以使開關S31及S35處於閉合狀態中，同時另外將控制信號φPAD
設定為L位準以使開關S33及S37處於斷開狀態中，藉此引起電容器C1及C3取樣讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之P相位準。同時，將控制信號φDAD
設定為H位準以使開關S34及S38處於閉合狀態中，同時另外將控制信號φDSMP
設定為L位準以使開關S32及S36處於斷開狀態中，藉此引起電容器C2及C4分別輸出讀出像素Xi-2,k
及Xi-1,k
之取樣D相位準。換言之，使先前讀出像素Xi-2,k
及Xi-1,k
之D相位準之AD轉換週期與讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之P相位準之取樣週期(安定週期)重疊。類比轉數位轉換單元43及44執行讀出像素Xi-2,k
及Xi-1,k
之D相位準之AD轉換，且輸出影像信號。
自時間t3至t4，將讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之轉移信號TRGi
及TRGi+1
設定為H位準，使輸出信號線VSL0k
及VSL1k
之P相位準反相及放大，且此後讀出讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之D相位準。
自時間t3至t5，將控制信號φDSMP
設定為H位準以使開關S32及S36處於閉合狀態中，同時另外將控制信號φDAD
設定為L位準以使開關S34及S38處於斷開狀態中，藉此引起電容器C1及C3取樣讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之D相位準。同時，將控制信號φPAD
設定為H位準以使開關S33及S37處於閉合狀態中，同時另外將控制信號φPSMP
設定為L位準以將開關S31及S35設定為斷開狀態，藉此引起電容器C1及C3分別輸出讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之取樣P相位準。換言之，使先前讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之P相位準之AD轉換週期與讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之D相位準之取樣週期(安定週期)重疊。類比轉數位轉換單元43及44執行讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之P相位準之AD轉換，且輸出影像信號。
自時間t5至t9，將像素Xi+2,k
及Xi+3,k
之選擇信號SELi+2
及SELi+3
設定為H位準以選擇像素Xi+2,k
及Xi+3,k
作為讀出像素。自時間t5至t6，將讀出像素Xi+2,k
及Xi+3,k
之重設信號RSTi+2
及RSTi+3
設定為H位準以重設讀出像素Xi+2,k
及Xi+3,k
。同時，將參考像素XR,k
之一重設信號RSTR
設定為H位準以重設參考像素XR,k
。輸出信號線VSL0k
及VSL1k
達到像素Xi+2,k
及Xi+3,k
之重設位準，且讀出P相位準。
自時間t5至t7，將控制信號φPSMP
設定為H位準以使開關S31及S35處於閉合狀態中，同時另外將控制信號φPAD
設定為L位準以使開關S33及S37處於斷開狀態中，藉此引起電容器C1及C3取樣像素Xi+2,k
及Xi+3,k
之P相位準。同時，將控制信號φDAD
設定為H位準以使開關S34及S38處於閉合狀態中，同時另外將控制信號φDSMP
設定為L位準以將開關S32及S36設定為斷開狀態，藉此引起電容器C2及C4分別輸出讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之取樣D相位準。換言之，使先前讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之D相位準之AD轉換週期與讀出像素Xi+2,k
及Xi+3,k
之P相位準之取樣週期(安定週期)重疊。類比轉數位轉換單元43及44執行讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之D相位準之AD轉換，且輸出影像信號。
自時間t7至t8，將讀出像素Xi+2,k
及Xi+3,k
之轉移信號TRGi+2
及TRGi+3
設定為H位準，使輸出信號線VSL0k
及VSL1k
之P相位準反相及放大，且讀出D相位準。
自時間t7至t9，將控制信號φDSMP
設定為H位準以使開關S32及S36處於閉合狀態中，同時另外將控制信號φDAD
設定為L位準以使開關S34及S38處於斷開狀態中，藉此引起電容器C1及C3取樣讀出像素Xi+2,k
及Xi+3,k
之D相位準。同時，將控制信號φPAD
設定為H位準以使開關S33及S37處於閉合狀態中，同時另外將控制信號φPSMP
設定為L位準以將開關S31及S35設定為斷開狀態，藉此引起電容器C1及C3分別輸出讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之取樣P相位準。換言之，使先前讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之P相位準之AD轉換週期與讀出像素Xi+2,k
及Xi+3,k
之D相位準之取樣週期(安定週期)重疊。類比轉數位轉換單元43及44執行讀出像素Xi,k
及Xi+1,k
之P相位準之AD轉換，且輸出影像信號。
根據第四實施例之固態影像裝置，藉由使輸出信號線VSL0k
及VSL1k
之每線包含取樣及保持電路41及42之兩個或更多個系統，可達成快速及低雜訊讀出，同時亦使取樣及保持電路41及42相較於NPL 1之組態保持約1/10大小。應注意，儘管第四實施例繪示其中包含取樣及保持電路41及42之兩個系統之一情況之一實例，但具有取樣及保持電路之兩個或更多個系統亦滿足要求。例如，若組態取樣及保持電路之四個或八個系統，則可實現一甚至更大加速。
(第五實施例)
如上文所描述，已提出一種能夠比相關技術之一源極隨耦器CIS增大增益及顯著提高轉換效率之差動放大CIS。然而，一差動放大CIS具有轉換效率明顯不一致及緩慢安定及一窄讀出信號範圍之問題。此等問題主要由放大電晶體之閘極與汲極之間的寄生電容、選擇電晶體及放大電晶體之輸出電阻及高轉換效率不一致引起。因此，一第五實施例提供一種能夠降低轉換效率之不一致性、加速安定及拓寬讀出信號範圍之固態影像裝置。
＜固態影像裝置之組態＞
根據第五實施例之固態影像裝置之總體組態與根據圖1中所繪示之第一實施例之固態影像裝置享有共同點。如圖34中所繪示，在根據第五實施例之固態影像裝置中，像素陣列單元1之組態不同於根據圖2中所繪示之第一實施例之固態影像裝置。
像素陣列單元1包含複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
。像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
之各者之組態基本上類似於圖2中所繪示之像素Xi,k
之組態。第k行中之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
及Xi+3,k
之各自放大電晶體之源極及第(k+1)行中之像素Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
之各自放大電晶體之源極連接至一共同電流供應線VCOMk
。第k行中之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
及Xi+3,k
之汲極連接至一共同輸出信號線VSL0k
。第k+1行中之像素Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
之各自選擇電晶體之汲極連接至一共同輸出信號線VSL1k
。
在像素胞元之單元中，像素陣列單元1具有使第k行中之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
及Xi+3,k
之浮動擴散區短路之開關S41i
、S41i+1
、S41i+2
及S41i+3
及使第(k+1)行中之像素Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
之浮動擴散區短路之開關S42i
、S42i+1
、S42i+2
及S42i+3
。
相同第i列中之開關S41i
及S42i
之接通-切斷狀態由一控制信號FDLi控制。相同第(i+1)列中之開關S41i+1
及S42i+1
之接通-切斷狀態由一控制信號FDLi+1
控制。相同第(i+2)列中之開關S41i+2
及S42i+2
之接通-切斷狀態由一控制信號FDLi+2
控制。相同第(i+3)列中之開關S41i+3
及S42i+3
之接通-切斷狀態由一控制信號FDLi+3
控制。
在像素陣列單元1中，選擇第k行之第i列中之像素Xi,k
作為參考像素，同時選擇第(k+1)行之第i列中之像素Xi,k+1
作為讀出像素。接通讀出像素Xi,k+1
及參考像素Xi,k
之各自選擇電晶體。另一方面，不接通未被選擇為一讀出像素或一參考像素之像素(非選定像素) Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
之各自選擇電晶體。
切斷第k行中之參考像素Xi,k
與在行方向上相鄰於參考像素Xi,k
之非選定像素Xi+1,k
之間的開關S41i
以使參考像素Xi,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+1,k
之浮動擴散區短路。另一方面，接通第k行中之非選定像素Xi+1,k
、Xi+2,k
及Xi+3,k
之間的開關S41i+1
、S41i+2
及S41i+3
。
切斷第(k+1)行中之讀出像素Xi,k+1
與在行方向上相鄰於讀出像素Xi,k+1
之非選定像素Xi+1,k+1
之間的開關S42i
以使讀出像素Xi,k+1
之浮動擴散區及非選定像素Xi+1,k+1
之浮動擴散區短路。另一方面，接通第(k+1)行中之非選定像素Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
之間的開關S42i+1
、S42i+2
及S42i+3
。
應注意，儘管第五實施例繪示其中僅切斷開關S41i
及S42i
之一情況之一實例，但亦可切斷開關S41i+1
、S41i+2
、S41i+3
、S42i+1
、S42i+2
及S42i+3
以接合額外浮動擴散區。
在本文中，一特定像素中之選擇電晶體及放大電晶體之輸出電阻R由以下公式(1)表示。
R = RVSL
+ RAMPTr
+ RSELTr
... (1)
在公式(1)中，RVSL
係線電阻，RAMPTr
係放大電晶體之輸出電阻，且RSELTr
係選擇電晶體之輸出電阻。
另外，轉換效率η由以下公式(2)表示。
[數學式1]
... (2)
在公式(2)中，CFD_total
係浮動擴散電容之總量，Av係浮動擴散電容之平均值，CFD_VSL
係線寄生電容，且Cgd
係放大電晶體之閘極與汲極之間的寄生電容。放大電晶體之寄生電容Cgd
之不一致性相對大於線寄生電容CFD_VSL
之不一致性。另外，轉換效率η越高，信號讀出範圍變得越窄。
相比而言，根據第五實施例之固態影像裝置，藉由使用開關S41i
使參考像素Xi,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+1,k
之浮動擴散區短路且另外使用開關S42i
使讀出像素Xi,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+1,k+1
之浮動擴散區短路，使公式(2)中所指示之浮動擴散電容CFD_total
之總量加倍，且可降低轉換效率η。因此，可拓寬信號讀出範圍。
應注意，在根據第五實施例之固態影像裝置之像素陣列單元1中，第k行中之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
及Xi+3,k
之浮動擴散區可在不包含接合安置於相同行中之複數個像素之浮動擴散區之開關S41i
、S41i+1
、S41i+2
及S41i+3
之情況下短路，且第(k+1)行中之像素Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
之浮動擴散區可在不包含開關S42i
、S42i+1
、S42i+2
及S42i+3
之情況下短路。換言之，可共用浮動擴散電容且可在不執行藉由開關S41i
、S41i+1
、S41i+2
、S41i+3
、S42i
、S42i+1
、S42i+2
及S42i+3
切換之情況下降低轉換效率。因此，可拓寬信號讀出範圍。
＜第五實施例之第一修改方案＞
如圖35中所繪示，在根據第五實施例之一第一修改方案之一固態影像裝置中，與根據圖34中所繪示之第五實施例之固態影像裝置共用像素陣列單元1及行讀出電路單元3之組態。
然而，根據第五實施例之第一修改方案之固態影像裝置與根據圖34中所繪示之第五實施例之固態影像裝置之不同點在於接通其浮動擴散區與參考像素Xi,k
之浮動擴散區一起短路之像素Xi+1,k
之選擇電晶體，且另外，接通其浮動擴散去與讀出像素Xi,k
之浮動擴散區一起短路之像素Xi+1,k+1
之選擇電晶體。
應注意，儘管第五實施例之第一修改繪示其中僅切斷開關S41i
及S42i
之一情況之一實例，但亦可切斷開關S41i+1
、S41i+2
、S41i+3
、S42i+1
、S42i+2
及S42i+3
以接合三個或更多個浮動擴散區。另外，可接通其浮動擴散區與參考像素Xi,k
之浮動擴散區一起短路之兩個或更多個像素之選擇電晶體，且另外，可接通其浮動擴散區與讀出像素Xi,k
之浮動擴散區一起短路之兩個或更多個像素之選擇電晶體。
根據第五實施例之第一修改方案之固態影像裝置，藉由使用開關S41i
使參考像素Xi,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+1,k
之浮動擴散區短路且另外使用開關S42i
使讀出像素Xi,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+1,k+1
之浮動擴散區短路，可增大浮動擴散電容，且可降低轉換效率。因此，可拓寬信號讀出範圍。
另外，藉由接通其浮動擴散區與參考像素Xi,k
之浮動擴散區一起短路之像素Xi+1,k
之選擇電晶體且另外接通其浮動擴散區與讀出像素Xi,k
之浮動擴散區一起短路之像素Xi+1,k+1
之選擇電晶體，可執行自讀出像素Xi,k
及Xi+1,k+1
之多個(兩個)列之一並行讀出。
如圖36A中所繪示，在其中兩個放大電晶體之寄生電容C11及C12並聯連接之情況中，若Cgd0
被視為放大電晶體之寄生電容C11及C12之一參考值，則放大電晶體之寄生電容C11及C12之各自值變成Cgd0
+ΔCgd0
。另一方面，如圖36B中所繪示，一單一放大電晶體之寄生電容C13之值變成2Cgd0
+√2ΔCgd0
。
在本文中，執行N個列(其中N係等於或大於2之一整數)之一並行讀出之情況中之放大電晶體之寄生電容Cgd
之不一致性ΔCgd
/Cgd
由以下公式(3)表示。
[數學式2]
... (3)
換言之，藉由執行N個列之一並行讀出，閘極與汲極之間的寄生電容Cgd
之不一致性ΔCgd
/Cgd
乘以1/√N，且減小轉換效率η之不一致性。
另外，在執行N個列之一並行讀出之情況中，選擇電晶體及放大電晶體之輸出電阻R由以下公式(4)表示。
R = RVSL
+ 1/N (RAMPTr
+ RSELTr
) ... (4)
換言之，與不執行公式(4)中所指示之並行讀出之情況相比，在N個列之一並行讀出之情況中，放大電晶體之輸出電阻RAMPTr
及選擇電晶體之輸出電阻RSELTr
乘以1/N，且提高讀出速度。
另外，歸因於添加開關S41i
及S41i+1
之光二極體面積損失小於使放大電晶體之閘極寬度加倍之情況中之光二極體面積損失。
＜第五實施例之第二修改方案＞
如圖37中所繪示，在根據第五實施例之一第二修改方案之一固態影像裝置中，與根據圖35中所繪示之第五實施例之第一修改方案之固態影像裝置共用像素陣列單元1及行讀出電路單元3之組態。
然而，根據第五實施例之第二修改方案之固態影像裝置與根據圖35中所繪示之第五實施例之第一修改方案之固態影像裝置之不同點在於在像素陣列單元1中，藉由開關S41i
、S41i+1
、S42i
及S42i+ 1
使像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
之浮動擴散區短路之數目增加至三個。切斷開關S41i
及S41i+1
以使第k行中之參考像素Xi,k
及相鄰於參考像素Xi,k
之像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之浮動擴散區短路。另外，切斷開關S42i
及S42i+1
以使第(k+1)行中之讀出像素Xi,k+1
及相鄰於讀出像素Xi,k+1
之像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
之浮動擴散區短路。應注意，亦可切斷開關S41i+2
、S41i+3
、S42i+2
及S42i+3
以將Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
、Xi+2,k+1
及Xi+3,k+1
之浮動擴散區短路之數目增加至四個或更多個。
另外，亦接通相鄰於參考像素Xi,k
之像素Xi+1,k
及Xi+2,k
之各自選擇電晶體，同時另外亦接通相鄰於讀出像素Xi,k+1
之像素Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
之各自選擇電晶體。根據第五實施例之第二修改方案之固態影像裝置之組態之剩餘部分類似於根據圖35中所繪示之第五實施例之第一修改方案之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
根據第五實施例之第二修改方案之固態影像裝置，藉由將藉由開關S41i
、S41i+1
、S42i
及S42i+ 1
使像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi,k+1
、Xi+1,k+1
及Xi+2,k+1
之浮動擴散區短路之數目增加至三個或更多個，可進一步增大浮動擴散電容，且可進一步降低轉換效率。因此，可進一步拓寬信號讀出範圍。
＜第五實施例之第三修改方案＞
如圖38中所繪示，根據第五實施例之一第三修改方案之一固態影像裝置與根據圖34中所繪示之第五實施例之固態影像裝置共用一共同點，即，像素陣列單元1包含複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
及Xi+5,k
，且另外包含開關S41i
、S41i+1
、S41i+2
、S41i+3
、S41i+4
及S41i+5
。
然而，根據第五實施例之第三修改方案之固態影像裝置與根據圖35中所繪示之第五實施例之固態影像裝置之不同點在於在相同第k行中，選擇像素Xi,k
及Xi+2,k
作為讀出像素，同時選擇像素Xi+4,k
作為參考像素。
讀出像素Xi,k
及非選定像素Xi+1,k
共用一重設輸入線VRD1k
、VSL1k
及VCOMk
。讀出像素Xi+2,k
及非選定像素Xi+3,k
共用一重設輸入線VRD2k
、VSL2k
及VCOMk
。參考像素Xi+4,k
及非選定像素Xi+5,k
共用一重設輸入線VRD0k
、VSL0k
及VCOMk
。
切斷開關S41i
以使讀出像素Xi,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+1,k
之浮動擴散區短路。切斷開關S41i+2
以使讀出像素Xi+2,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+3,k
之浮動擴散區短路。切斷開關S41i+4
以使讀出像素Xi+4,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+5,k
之浮動擴散區短路。根據第五實施例之第三修改方案之固態影像裝置之組態之剩餘部分類似於根據圖34中所繪示之第五實施例之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
根據第五實施例之第三修改方案之固態影像裝置，在相同第k行中，即使在其中選擇像素Xi,k
及Xi+2,k
作為讀出像素且選擇像素Xi+4,k
作為參考像素之情況中，藉由使用開關S41i+4
使參考像素Xi+4,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+5,k
之浮動擴散區短路、使用開關S41i
使讀出像素Xi,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+1,k
之浮動擴散區短路及使用開關S41i+2
使讀出像素Xi+2,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+3,k
之浮動擴散區短路，可增大浮動擴散電容，且可降低轉換效率。因此，可拓寬信號讀出範圍。
＜第五實施例之第四修改方案＞
如圖39中所繪示，根據第五實施例之一第四修改方案之一固態影像裝置與根據圖38中所繪示之第五實施例之第三修改方案之固態影像裝置共用一共同點，即，像素陣列單元1包含複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
及Xi+5,k
，且另外包含開關S41i
、S41i+1
、S41i+2
、S41i+3
、S41i+4
及S41i+5
。
然而，根據第五實施例之第四修改方案之固態影像裝置與根據圖38中所繪示之第五實施例之第三修改方案之固態影像裝置之不同點在於開關S41i
、S41i+1
、S41i+2
、S41i+3
、S41i+4
及S41i+5
連接相同行中不相鄰之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
及Xi+5,k
之浮動擴散區。
在相同第k行中，選擇像素Xi,k
作為參考像素。同時選擇像素Xi+1,k
及Xi+2,k
作為讀出像素。開關S41i
連接於參考像素Xi,k
之浮動擴散區與非選定像素Xi+3,k
之浮動擴散區之間，且亦連接至開關S41i+3
。開關S41i+1
連接於讀出像素Xi+1,k
之浮動擴散區與非選定像素Xi+4,k
之浮動擴散區之間，且亦連接至開關S41i+4
。開關S41i+2
連接於讀出像素Xi+2,k
之浮動擴散區與非選定像素Xi+5,k
之浮動擴散區之間，且亦連接至開關S41i+5
。根據第五實施例之第四修改方案之固態影像裝置之組態之剩餘部分類似於根據圖38中所繪示之第五實施例之第三修改方案之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
根據第五實施例之第四修改方案之固態影像裝置，即使在其中開關S41i
、S41i+1
、S41i+2
、S41i+3
、S41i+4
及S41i+5
連接相同行中彼此保持距離且不相鄰之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
、Xi+3,k
、Xi+4,k
及Xi+5,k
之浮動擴散區之情況中，可增大浮動擴散電容，且可降低轉換效率。因此，可拓寬信號讀出範圍。
＜第五實施例之第五修改方案＞
如圖40中所繪示，根據第五實施例之一第五修改方案之一固態影像裝置與根據圖34中所繪示之第五實施例之固態影像裝置共用一共同點，即，像素陣列單元1包含複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
及Xi+3,k
，且另外包含開關S41i
、S41i+1
、S41i+2
及S41i+3
。
然而，如圖40中所繪示，根據第五實施例之第五修改方案之固態影像裝置與根據圖34中所繪示之第五實施例之固態影像裝置之不同點在於像素陣列單元1包含固定為與讀出像素區域1a分離之參考像素區域1b。參考像素區域1b安置於定位於像素陣列單元1之邊緣處的列中，或換言之，安置於最靠近行讀出電路單元3之像素陣列單元1之側上。
在包含於讀出像素區域1a中之像素Xi,k
、Xi+1,k
、Xi+2,k
及Xi+3,k
中，選擇像素Xi,k
及Xi+2,k
作為讀出像素，而像素Xi+1,k
及Xi+3,k
係非選定像素。像素陣列單元1包含接合讀出像素區域1a中之讀出像素Xi,k
及Xi+2,k
及非選定像素Xi+1,k
及Xi+3,k
之各自浮動擴散區之開關S41i
、S41i+1
、S41i+2
及S41i+3
。切斷開關S41i
以連接讀出像素Xi,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+1,k
之浮動擴散區。切斷開關S41i+2
以連接讀出像素Xi+2,k
之浮動擴散區及非選定像素Xi+3,k
之浮動擴散區。
參考像素區域1b包含配置於第R列及第(R+1)列中之複數個像素XR,k
及XR+1,k
。應注意，參考像素區域1b亦可包含配置於三個或更多個列中之複數個像素。在包含於參考像素區域1b中之像素XR,k
及XR+1,k
中，選擇第R列中之像素XR,k
作為參考像素，且像素XR+1,k
係一非選定像素。
像素陣列單元1包含接合參考像素區域1b之參考像素XR,k
及非選定像素XR+1,k
之各自浮動擴散區之開關S41R
及S41R+1
。切斷開關S41R
以連接參考像素XR,k
之浮動擴散區及非選定像素XR+1,k
之浮動擴散區。根據第五實施例之第五修改方案之固態影像裝置之組態之剩餘部分類似於根據圖34中所繪示之第五實施例之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
根據第五實施例之第五修改方案之固態影像裝置，在其中像素陣列單元1包含固定於與讀出像素區域1a分離之一特定列中之參考像素區域1b之情況中，參考像素區域1b中之參考像素XR,k
及非選定像素XR+1,k
之各自浮動擴散區由開關S41R
及S41R+1
連接。為此，可增大浮動擴散電容且可降低轉換效率。因此，可拓寬信號讀出範圍。
＜第五實施例之第六修改方案＞
如圖41中所繪示，根據第五實施例之一第六修改方案之一固態影像裝置與根據圖40中所繪示之第五實施例之第五修改方案之固態影像裝置共用一共同點，即，像素陣列單元1包含讀出像素區域1a及參考像素區域1b，且另外包含開關S41i
、S41i+1
、S41i+2
、S41i+3
及開關S41R
及S41R+1
。
然而，根據第五實施例之第六修改方案之固態影像裝置與根據圖40中所繪示之第五實施例之第五修改方案之固態影像裝置之不同點在於接通其浮動擴散區與參考像素XR,k
之浮動擴散區接合之非選定像素XR+1,k
之選擇電晶體，且另外接通其浮動擴散區與讀出像素Xi,k
及Xi+2,k
之浮動擴散區接合之像素Xi+1,k
及Xi+3,k
之各自選擇電晶體。根據第五實施例之第六修改方案之固態影像裝置之組態之剩餘部分類似於根據圖40中所繪示之第五實施例之第五修改方案之固態影像裝置，且因此將省略一重複描述。
根據第五實施例之第六修改方案之固態影像裝置，藉由接通其浮動擴散區與參考像素XR,k
之浮動擴散區接合之非選定像素XR+1,k
之選擇電晶體且另外接通其浮動擴散區與讀出像素Xi,k
及Xi+2,k
之浮動擴散區接合之像素Xi+1,k
及Xi+3,k
之各自選擇電晶體，可執行自多個(兩個)列之一並行讀出。
(第六實施例)
將應用根據第一實施例至第五實施例之固態影像裝置之一實例描述為一第六實施例。
＜應用於前照式CIS之實例＞
圖42繪示將根據第一實施例至第五實施例之固態影像裝置應用於一前照式CIS之一實例。如圖42中所繪示，前照式CIS包含根據第一實施例至第五實施例之固態影像裝置之複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
及Xi+2,k
。
在複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
及Xi+2,k
之各者中，含有一p-n接面之一光二極體92提供於一基板91 (諸如矽(Si))之一上部分中。一像素電晶體93提供於光二極體92上方。像素電晶體93係轉移電晶體、重設電晶體、放大電晶體及選擇電晶體之一實例。互連層95、96及97提供於光二極體92上方，其中一絕緣層94介於互連層95、96及97之間。一濾色器98及一晶片上透鏡(OCL) 99提供於互連層95、96及97之上面上。
＜應用於背照式CIS之實例＞
圖43繪示將根據第一實施例至第五實施例之固態影像裝置應用於一背照式CIS之一實例。如圖43中所繪示，背照式CIS包含根據第一實施例至第五實施例之固態影像裝置之複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
及Xi+2,k
。
在複數個像素Xi,k
、Xi+1,k
及Xi+2,k
之各者中，互連層95、96及97提供於一基板91 (諸如矽(Si))之上面上，其中一絕緣層94介於互連層95、96及97之間。一像素電晶體93提供於互連層95、96及97之一上部分中。像素電晶體93係轉移電晶體、重設電晶體、放大電晶體及選擇電晶體之一實例。含有一p-n接面之一光二極體92提供於互連層95、96及97上方。一濾色器98及一晶片上透鏡(OCL) 99提供於光二極體92上方。
圖44繪示將根據第一實施例至第五實施例之固態影像裝置應用於一背照式CIS之一實例。圖44中所繪示之背照式CIS包含呈一堆疊組態之一第一基板101及一第二基板102。第一基板101係一支撐基板。一像素陣列單元1及一周邊電路103提供於第二基板102上。周邊電路103包含行讀出電路單元3a及3b及行信號處理單元4a及4b。
圖45繪示將根據第一實施例至第五實施例之固態影像裝置應用於一背照式CIS之一實例。圖45中所繪示之背照式CIS包含呈一堆疊組態之一第一基板101及一第二基板102。一周邊電路103提供於第一基板101上。周邊電路103包含行讀出電路單元3a及3b及行信號處理單元4a及4b。一像素陣列單元1提供於第二基板102上。
＜應用於電子器件之實例＞
根據第一實施例至第五實施例之固態影像裝置可應用於具有一成像功能之任何類型之一電子器件，諸如(例如)一攝影機系統(如一數位靜物攝影機或一視訊攝影機)或包含一成像功能之一行動電話。例如，圖46中所繪示之電子器件係(例如)能夠拍攝靜止影像或移動影像之一視訊攝影機，且包含一固態影像裝置200、一光学系统201、一快門裝置202、驅動固態影像裝置200及快門裝置202之一驅動單元204及一信號處理單元203。
根據第一實施例至第五實施例之固態影像裝置可應用為固態影像裝置200。光学系统201將來自一物件之影像光(入射光)引導至固態影像裝置200之像素陣列單元1。光学系统201可包含複數個光學透鏡。快門裝置202控制在此期間光輻射至固態影像裝置200上或由固態影像裝置200阻擋之週期。驅動單元204驅動固態影像裝置200之一轉移操作及快門裝置202之一快門操作。信號處理單元203對自固態影像裝置200輸出之一信號執行各種類型之信號處理。經處理影像信號儲存於一儲存媒體(諸如記憶體)中或輸出至一監視器或其類似者。
(其他實施例)
如上所述，本發明由第一實施例至第六實施例描述，但構成本發明之部分之陳述及圖式不應被理解為限制本發明。若理解了由上述實施例揭示之技術內容之要旨，則熟習技術者應明白，各種取代實施例、實例及應用技術可包含於本發明中。另外，本發明顯然包含本文未描述之各種實施例及其類似者，諸如任意應用上述實施例中所闡釋之組態之各者之組態。因此，本發明之技術範疇將僅由申請專利範圍中所闡述之指定技術之標的(其適當來自以上例示性描述)判定。
另外，可在不引起不一致性之一範圍內適當組合第一實施例至第六實施例及其修改方案中分別所揭示之組態。例如，可組合分別由複數個不同實施例揭示之組態，且可組合分別由相同實施例之複數個不同修改方案揭示之組態。
此外，本發明可包含以下組態。
(1) 一種固態影像裝置，其包含：
一像素陣列單元，其包含配置成列及行之一矩陣之複數個像素；及
一周邊電路，其安置於該像素陣列單元之一周邊中，其中
該等像素之各者包含一浮動擴散區、一重設電晶體、一放大電晶體及一選擇電晶體，
來自該等像素中之一讀出像素及一參考像素形成一差動放大器，
該參考像素以複數形式安置於一相同列、一相同行或一相鄰行中，且
該複數個參考像素共用連接至該重設電晶體之一汲極或一源極之一參考側重設輸入線、連接至該選擇電晶體之一汲極之一參考側輸出信號線及連接至該放大電晶體之一源極之一電流供應線之至少一者。
(2) 如(1)之固態影像裝置，其中
該讀出像素以複數形式安置於一相同列、一相同行或一相鄰行中，且
該複數個讀出像素共用連接至該重設電晶體之一汲極或一源極之一讀出側重設輸入線。
(3) 如(1)或(2)之固態影像裝置，其中
以複數形式且同時選擇該讀出像素，
該周邊電路進一步包含針對該等同時選擇之讀出像素使連接至該重設電晶體之一汲極或一源極之一讀出側重設輸入線及連接至該選擇電晶體之一汲極之一讀出側輸出信號線短路之開關，且
連續重設該等同時選擇之讀出像素。
(4) 如(3)之固態影像裝置，其中
讀出該等同時選擇之讀出像素之一者之一重設位準，且同時讀出該等同時選擇之讀出像素之另一者之一信號位準。
(5) 如(1)至(4)中任一項之固態影像裝置，其中
該參考像素之該重設電晶體之一源極連接至該參考像素之該浮動擴散區，
該參考像素之該重設電晶體之一汲極連接至該參考側重設輸入線，
該讀出像素之該重設電晶體之一源極連接至該讀出像素之該浮動擴散區，
該讀出像素之該重設電晶體之一汲極連接至一輸出信號線，且
該參考像素固定至該像素陣列單元之一特定列。
(6) 如(5)之固態影像裝置，其中
該參考像素之該浮動擴散區自該參考側重設輸入線供應一重設電壓，且
該讀出像素之該浮動擴散區藉由透過該重設電晶體連接該浮動擴散區及該讀出側輸出信號線以形成一負回饋迴路來供應一重設電壓。
(7) 如(1)至(6)中任一項之固態影像裝置，其中
該周邊電路包含切換該等像素之該放大電晶體之一操作點於一源極隨耦器讀出與一差動放大讀出之間的一切換單元，且該切換單元包含在該源極隨耦器讀出期間使該讀出側輸出信號線短接至一電源供應電位之一開關。
(8) 如(7)之固態影像裝置，其中
該參考像素進一步包含使一源極連接至該參考像素之該浮動擴散區及使一汲極連接至該電流供應線之另一重設電晶體。
(9) 如(1)至(8)中任一項之固態影像裝置，其中
一相同列或一相同行中彼此相鄰之該等像素共用該放大電晶體之一源極擴散層。
(10) 如(1)至(9)中任一項之固態影像裝置，其中
一相同列或一相同行中彼此相鄰之該等像素共用該重設電晶體之一汲極擴散層。
(11) 如(9)或(10)中任一項之固態影像裝置，其中
在一相同列或一相同行中彼此相鄰之該等像素中，該浮動擴散區、該重設電晶體、該放大電晶體及該選擇電晶體之一配置具有線對稱性。
(12) 如(1)至(7)中任一項之固態影像裝置，其中
在該像素陣列單元中，接合安置於一相同列或一相同行中之該複數個像素之該等浮動擴散區。
(13) 如(1)至(8)中任一項之固態影像裝置，其中
該像素陣列單元進一步包含接合安置於一相同列或一相同行中之該複數個像素之該等浮動擴散區之一開關。
(14) 如(13)之固態影像裝置，其中
其浮動擴散區由該開關接合之該等像素共用連接至該等像素之該等選擇電晶體之汲極之一輸出信號線。
(15) 如(13)或(14)之固態影像裝置，其中
同時接通其浮動擴散區由該開關接合之該等像素之該等選擇電晶體。
(16) 如(1)至(15)中任一項之固態影像裝置，其中
該周邊電路包含連接至一共同讀出側輸出信號線之取樣及保持電路之兩個或更多個系統，該共同讀出側輸出信號線連接至複數個該等讀出像素之各者之該選擇電晶體之一汲極。
(17) 一種固態影像裝置，其包含：
一像素陣列單元，其包含配置成列及行之一矩陣之複數個像素；及
一周邊電路，其安置於該像素陣列單元之一周邊中，其中
該等像素之各者包含一浮動擴散區、一重設電晶體、一放大電晶體及一選擇電晶體，
來自該等像素中之一讀出像素及一參考像素形成一差動放大器，
該參考像素之該重設電晶體之一源極連接至該參考像素之該浮動擴散區，
該參考像素之該重設電晶體之一汲極連接至一重設輸入線，
該讀出像素之該重設電晶體之一源極連接至該讀出像素之該浮動擴散區，
該讀出像素之該重設電晶體之一汲極連接至一輸出信號線，且
該參考像素固定至該像素陣列單元之一特定列。
(18) 一種電子器件，其包含：
一固態影像裝置，其包含：一像素陣列單元，其包含配置成列及行之一矩陣之複數個像素；及一周邊電路，其安置於該像素陣列單元之一周邊中；及
一信號處理電路，其處理來自該固態影像裝置之一影像信號，其中
該等像素之各者包含一浮動擴散區、一重設電晶體、一放大電晶體及一選擇電晶體，
來自該等像素中之一讀出像素及一參考像素形成一差動放大器，
該參考像素以複數形式安置於一相同列、一相同行或一相鄰行中，且
該複數個參考像素共用連接至該重設電晶體之一汲極或一源極之一參考側重設輸入線、連接至該選擇電晶體之一汲極之一參考側輸出信號線及連接至該放大電晶體之一源極之一電流供應線之至少一者。
(19) 一種電子器件，其包含：
一固態影像裝置，其包含：一像素陣列單元，其包含配置成列及行之一矩陣之複數個像素；及一周邊電路，其安置於該像素陣列單元之一周邊中；及
一信號處理電路，其處理來自該固態影像裝置之一影像信號，其中
該等像素之各者包含一浮動擴散區、一重設電晶體、一放大電晶體及一選擇電晶體，
來自該等像素中之一讀出像素及一參考像素形成一差動放大器，
該參考像素之該重設電晶體之一源極連接至該參考像素之該浮動擴散區，
該參考像素之該重設電晶體之一汲極連接至一重設輸入線，
該讀出像素之該重設電晶體之一源極連接至該讀出像素之該浮動擴散區，
該讀出像素之該重設電晶體之一汲極連接至一輸出信號線，且
該參考像素固定至該像素陣列單元之一特定列。
(20) 一種光偵測器件，其包括：
一或多個開關電晶體；
一第一像素，其包含
一第一光電轉換器，
一第一浮動擴散區域，其透過一第一轉移電晶體耦合至該第一光電轉換器，及
一第一放大電晶體，其耦合至該第一浮動擴散區域；
一第二像素，其位於其中安置該第一像素之一行中，該第二像素包含
一第二光電轉換器，
一第二浮動擴散區域，其透過一第二轉移電晶體耦合至該第二光電轉換器，及
一第二放大電晶體，其耦合至該第二浮動擴散區域；及
一第三像素，其位於該行中，該第三像素包含
一第三光電轉換器，
一第三浮動擴散區域，其透過一第三轉移電晶體耦合至該第三光電轉換器，及
一第三放大電晶體，其耦合至該第三浮動擴散區域，
其中一像素信號由該第一放大電晶體及該第三放大電晶體差動放大，且
其中該第一浮動擴散區域及該第二浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一者彼此選擇性連接。
(21) 如(20)之光偵測器件，其進一步包括：
複數個重設電晶體，其中該複數個重設電晶體包含
一第一重設電晶體，其經組態以重設該第一浮動擴散區域，
一第二重設電晶體，其經組態以重設該第二浮動擴散區域，及
一第三重設電晶體，其經組態以重設該第三浮動擴散區域。
(22) 如(21)之光偵測器件，其中
該第一重設電晶體之一源極或該第一重設電晶體之一汲極耦合至一電源供應電壓，且
該第三重設電晶體之一源極或該第三重設電晶體之一汲極耦合至提供不同於該電源供應電壓的一第一電壓之一第一電壓線。
(23) 如(20)至(22)中任一項之光偵測器件，其進一步包括：
一第四像素，其位於該行中，該第四像素包含
一第四光電轉換器，
一第四浮動擴散區域，其透過一第四轉移電晶體耦合至該第四光電轉換器，及
一第四放大電晶體，其耦合至該第四浮動擴散區域，
其中該第三浮動擴散區域及該第四浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一第二者彼此選擇性連接。
(24) 如(20)至(23)中任一項之光偵測器件，其進一步包括：
一電流供應(VCOM)線，其安置成相鄰於該行；及
一輸出信號(VSL)線，其安置成相鄰於該行。
(25) 如(24)之光偵測器件，
其中該電流供應線安置於該第一放大電晶體與一第四像素之一第四放大電晶體之間，該第四像素安置於相鄰於該行之一行中。
(26) 如(24)之光偵測器件，其中
該第一放大電晶體耦合至該電流供應線，
該第二放大電晶體耦合至該電流供應線，且
該第三放大電晶體耦合至該電流供應線。
(27) 如(26)之光偵測器件，其中
該第一放大電晶體耦合至該輸出信號線，且
該第二放大電晶體耦合至該輸出信號線。
(28) 如(27)之光偵測器件，其進一步包括：
一第二輸出信號(VSLR)線，其安置成相鄰於該行，該第二輸出信號線不同於該輸出信號線，
其中該第三放大電晶體耦合至該第二輸出信號線。
(29) 如(20)至(28)中任一項之光偵測器件，其中
該第一像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第一開關電晶體，該第一開關電晶體係經組態以將該第一浮動擴散區域電連接至該第二浮動擴散區域的該一或多個開關電晶體之該一者，
該第二像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第二開關電晶體，該第二開關電晶體經組態以將該第二浮動擴散區域電連接至一第四浮動擴散區域，且
該第三像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第三開關電晶體，該第三開關電晶體經組態以將該第三浮動擴散區域電連接至一第五浮動擴散區域。
(30) 如(20)至(29)中任一項之光偵測器件，其進一步包括：
一像素陣列，其包含該第一像素、該第二像素及該第三像素，
其中該第三像素係定位於該像素陣列之一邊緣處的一參考像素。
(31) 一種電子裝置，其包括：
一光偵測器件，其包含：
一或多個開關電晶體；
一第一像素，其包含
一第一光電轉換器，
一第一浮動擴散區域，其透過一第一轉移電晶體耦合至該第一光電轉換器，及
一第一放大電晶體，其耦合至該第一浮動擴散區域；
一第二像素，其位於其中安置該第一像素之一行中，該第二像素包含
一第二光電轉換器，
一第二浮動擴散區域，其透過一第二轉移電晶體耦合至該第二光電轉換器，及
一第二放大電晶體，其耦合至該第二浮動擴散區域；及
一第三像素，其位於該行中，該第三像素包含
一第三光電轉換器，
一第三浮動擴散區域，其透過一第三轉移電晶體耦合至該第三光電轉換器，及
一第三放大電晶體，其耦合至該第三浮動擴散區域，
其中一像素信號由該第一放大電晶體及該第三放大電晶體差動放大，且
其中該第一浮動擴散區域及該第二浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一者彼此選擇性連接。
(32) 如(31)之電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含
複數個重設電晶體，其中該複數個重設電晶體包含
一第一重設電晶體，其經組態以重設該第一浮動擴散區域，
一第二重設電晶體，其經組態以重設該第二浮動擴散區域，及
一第三重設電晶體，其經組態以重設該第三浮動擴散區域。
(33) 如(32)之電子裝置，其中
該第一重設電晶體之一源極或該第一重設電晶體之一汲極耦合至一電源供應電壓，且
該第三重設電晶體之一源極或該第三重設電晶體之一汲極耦合至提供不同於該電源供應電壓的一第一電壓之一第一電壓線。
(34) 如(30)至(33)中任一項之電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含
一第四像素，其位於該行中，該第四像素包含
一第四光電轉換器，
一第四浮動擴散區域，其透過一第四轉移電晶體耦合至該第四光電轉換器，及
一第四放大電晶體，其耦合至該第四浮動擴散區域，
其中該第三浮動擴散區域及該第四浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一第二者彼此選擇性連接。
(35) 如(30)至(34)中任一項之電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含
一電流供應(VCOM)線，其安置成相鄰於該行；及
一輸出信號(VSL)線，其安置成相鄰於該行。
(36) 如(35)之電子裝置，其中
該第一放大電晶體耦合至該電流供應線，
該第二放大電晶體耦合至該電流供應線，且
該第三放大電晶體耦合至該電流供應線。
(37) 如(36)之電子裝置，其中
該第一放大電晶體耦合至該輸出信號線，且
該第二放大電晶體耦合至該輸出信號線。
(38) 如(30)至(37)中任一項之電子裝置，其中
該第一像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第一開關電晶體，該第一開關電晶體係經組態以將該第一浮動擴散區域電連接至該第二浮動擴散區域的該一或多個開關電晶體之該一者，
該第二像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第二開關電晶體，該第二開關電晶體經組態以將該第二浮動擴散區域電連接至一第四浮動擴散區域，且
該第三像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第三開關電晶體，該第三開關電晶體經組態以將該第三浮動擴散區域電連接至一第五浮動擴散區域。
(39) 如(30)至(38)中任一項之電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含
一像素陣列，其包含該第一像素、該第二像素及該第三像素，且
其中該第三像素係定位於該像素陣列之一邊緣處的一參考像素。
熟習技術者應瞭解，各種修改、組合、子組合及變更可取決於設計要求及其他因數而發生，只要其在隨附申請專利範圍或其等效物之範疇內。
1:像素陣列單元
1a:讀出像素區域
1b:參考像素區域
2:垂直驅動單元
3:行讀出電路單元
3a:行讀出電路單元
3b:行讀出電路單元
4:行信號處理單元
4a:行信號處理單元
4b:行信號處理單元
5:水平驅動單元
6:信號處理單元
7:系統控制單元
8:像素驅動線
9:垂直信號線
41:取樣及保持電路
42:取樣及保持電路
43:類比轉數位轉換單元
44:類比轉數位轉換單元
51:短路線
52:短路線
61:短路線
62:短路線
70a至70h:擴散層
70x:擴散層
71a至71h:擴散層
71x:擴散層
71y:擴散層
72a至72h:共同擴散層
72x:擴散層
72y:共同擴散層
73a至73h:汲極擴散層
73x:汲極擴散層
74a至74c:源極擴散層
74d至74h:汲極擴散層
74x:共同擴散層
75a至75h:共同擴散層
75x:共同擴散層
76a至76c:源極擴散層
76e至76h:源極擴散層
76x:源極擴散層
77x:汲極擴散層
77y:源極擴散層
81a至81h:閘極電極
81x:閘極電極
81y:閘極電極
82a至82h:閘極電極
82x:閘極電極
82y:閘極電極
83a至83h:閘極電極
83x:閘極電極
84a至84h:閘極電極
84x:閘極電極
91:基板
92:光二極體
93:像素電晶體
94:絕緣層
95:互連層
96:互連層
97:互連層
98:濾色器
99:晶片上透鏡(OCL)
101:第一基板
102:第二基板
103:周邊電路
200:固態影像裝置
201:光学系统
202:快門裝置
203:信號處理單元
204:驅動單元
C1至C4:電容器
C11:寄生電容
C12:寄生電容
C13:寄生電容
FD:浮動擴散
FDLi至FDLi+ 5:控制信號
I:參考電流
L1k:恆定電流源
L2k:恆定電流源
M0k至M3k:開關
M11k:開關
M12k:開關
PD:光二極體
PD1:光二極體
PD2:光二極體
RSTi至RSTi +5:重設信號
RSTR至RSTR+1:重設信號
RSTDi至RSTDi +1:重設信號
RSTDR:重設信號
RSTSi至RSTSi +1:重設信號
RSTSR:重設信號
S1k至S3k:開關
S11k至S20k:開關
S31至S38:開關
S41i至S41i+ 5:開關
S41R至S41R+1:開關
S42i至S42i+ 5:開關
SELi至SELi+5:選擇信號
SELR:選擇信號
TRGi至TRGi+ 5:轉移信號
TRG0i至TRG1i:轉移信號
T1k至T4k:電晶體
T1:像素電晶體/轉移電晶體
T1a:像素電晶體
T1b:像素電晶體
T2:像素電晶體/重設電晶體
T2a:像素電晶體
T2b:像素電晶體
T3:像素電晶體/選擇電晶體
T4:像素電晶體/放大電晶體
VCOMk至VCOMk +1:電流供應線
VDD:電源供應電壓
VRD:重設輸入線
VRD0k至VRD2k:重設輸入線
Vrst:重設電壓
VSL0k至VSL2k +1:輸出信號線
VSLRk至VSLRk+1:輸出信號線
Xi,k至Xi+ 6 ,k:像素
Xi,k +1至Xi+ 6 ,k +1:像素
XR,k至XR,k+1:像素
XR+1,k:像素
φDAD:控制信號
φDSMP:控制信號
φPAD:控制信號
φPSMP:控制信號
φVSW:控制信號
圖1係根據一第一實施例之一固態影像裝置之一示意性組態圖。
圖2係根據第一實施例之固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖3係根據第一實施例之一像素之一電路圖。
圖4係根據第一實施例之固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖5係用於闡釋藉由根據第一實施例之固態影像裝置之一讀出操作之一時序圖。
圖6係根據第一實施例之一第一修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖7係根據第一實施例之一第二修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖8係根據第一實施例之一第三修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖9係根據第一實施例之一第四修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖10係根據第一實施例之第四修改方案之固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖11係用於闡釋藉由根據第一實施例之第四修改方案之固態影像裝置之一讀出操作之一時序圖。
圖12係根據第一實施例之一第五修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖13係用於闡釋藉由根據第一實施例之第五修改方案之固態影像裝置之一讀出操作之一時序圖。
圖14係根據一第二實施例之一固態影像裝置之一部分之一差動放大讀出狀態中之一電路圖。
圖15係根據第二實施例之固態影像裝置之一部分之一源極隨耦器讀出狀態中之一電路圖。
圖16係根據第二實施例之固態影像裝置之一部分之一差動放大讀出狀態中之一電路圖。
圖17係用於闡釋藉由根據第二實施例之固態影像裝置之一差動放大讀出操作之一時序圖。
圖18係根據第二實施例之固態影像裝置之一源極隨耦器讀出狀態中之一電路圖。
圖19係用於闡釋藉由根據第二實施例之固態影像裝置之一源極隨耦器讀出操作之一時序圖。
圖20係根據第二實施例之一修改方案之一固態影像裝置之一部分之一差動放大讀出狀態中之一電路圖。
圖21係根據第二實施例之修改方案之固態影像裝置之一部分之一差動放大讀出狀態中之一電路圖。
圖22係用於闡釋藉由根據第二實施例之修改方案之固態影像裝置之一差動放大讀出操作之一時序圖。
圖23係根據第二實施例之修改方案之固態影像裝置之一源極隨耦器讀出狀態中之一電路圖。
圖24係用於闡釋藉由根據第二實施例之修改方案之固態影像裝置之一源極隨耦器讀出操作之一時序圖。
圖25係根據一第三實施例之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖26係根據第三實施例之固態影像裝置之一示意性平面圖。
圖27係根據第三實施例之一第一修改方案之一固態影像裝置之一部分之一示意性平面圖。
圖28係根據第三實施例之一第二修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖29係根據第三實施例之第二修改方案之一固態影像裝置之一部分之一示意性平面圖。
圖30A係根據第三實施例之一第三修改方案之一固態影像裝置之一部分之一示意性平面圖。
圖30B係根據第三實施例之第三修改方案之一固態影像裝置之另一部分之一示意性平面圖。
圖31係根據第三實施例之一第四修改方案之一固態影像裝置之一部分之一示意性平面圖。
圖32係根據第四實施例之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖33係用於闡釋藉由根據第四實施例之固態影像裝置之一讀出操作之一時序圖。
圖34係根據一第五實施例之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖35係根據第五實施例之一第一修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖36A係繪示並聯連接之放大電晶體之寄生電容的一電路圖。
圖36B係繪示一放大電晶體之寄生電容的一電路圖。
圖37係根據第五實施例之一第二修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖38係根據第五實施例之一第三修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖39係根據第五實施例之一第四修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖40係根據第五實施例之一第五修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖41係根據第五實施例之一第六修改方案之一固態影像裝置之一部分之一電路圖。
圖42係繪示將根據一第六實施例之一固態影像裝置應用於一前照式CIS之一實例的一示意性橫截面圖。
圖43係繪示將根據第六實施例之固態影像裝置應用於一背照式CIS之一實例的一示意性橫截面圖。
圖44係繪示將根據第六實施例之固態影像裝置應用於一背照式CIS之一實例的一示意圖。
圖45係繪示將根據第六實施例之固態影像裝置應用於一背照式CIS之一實例的一示意圖。
圖46係繪示將根據第六實施例之固態影像裝置應用於一電子器件之一實例的一示意圖。
1:像素陣列單元
1a:讀出像素區域
1b:參考像素區域
3:行讀出電路單元
FDLi至FDLi+3:控制信號
I:參考電流
L1k:恆定電流源
L2k:恆定電流源
RSTi至RSTi+3:重設信號
RSTR至RSTR+1:重設信號
S11k至S20k:開關
S41i至S41i+3:開關
S41R至S41R+1:開關
SELi至SELi+3:選擇信號
SELR:選擇信號
TRGi至TRGi+3:轉移信號
T1k至T3k:電晶體
VCOMk:電流供應線
VDD:電源供應電壓
VSL0k至VSL1k:輸出信號線
VSLRk:輸出信號線
Xi,k至Xi+3,k:像素
XR,k至XR+1,k:像素
Claims (20)
- 一種光偵測器件，其包括： 一或多個開關電晶體； 一第一像素，其包含 一第一光電轉換器， 一第一浮動擴散區域，其透過一第一轉移電晶體耦合至該第一光電轉換器，及 一第一放大電晶體，其耦合至該第一浮動擴散區域； 一第二像素，其位於其中安置該第一像素之一行中，該第二像素包含 一第二光電轉換器， 一第二浮動擴散區域，其透過一第二轉移電晶體耦合至該第二光電轉換器，及 一第二放大電晶體，其耦合至該第二浮動擴散區域；及 一第三像素，其位於該行中，該第三像素包含 一第三光電轉換器， 一第三浮動擴散區域，其透過一第三轉移電晶體耦合至該第三光電轉換器，及 一第三放大電晶體，其耦合至該第三浮動擴散區域， 其中一像素信號由該第一放大電晶體及該第三放大電晶體差動放大，且 其中該第一浮動擴散區域及該第二浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一者彼此選擇性連接。
- 如請求項1之光偵測器件，其進一步包括： 複數個重設電晶體，其中該複數個重設電晶體包含 一第一重設電晶體，其經組態以重設該第一浮動擴散區域， 一第二重設電晶體，其經組態以重設該第二浮動擴散區域，及 一第三重設電晶體，其經組態以重設該第三浮動擴散區域。
- 如請求項2之光偵測器件，其中 該第一重設電晶體之一源極或該第一重設電晶體之一汲極耦合至一電源供應電壓，且 該第三重設電晶體之一源極或該第三重設電晶體之一汲極耦合至提供不同於該電源供應電壓的一第一電壓之一第一電壓線。
- 如請求項1之光偵測器件，其進一步包括： 一第四像素，其位於該行中，該第四像素包含 一第四光電轉換器， 一第四浮動擴散區域，其透過一第四轉移電晶體耦合至該第四光電轉換器，及 一第四放大電晶體，其耦合至該第四浮動擴散區域， 其中該第三浮動擴散區域及該第四浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一第二者彼此選擇性連接。
- 如請求項1之光偵測器件，其進一步包括： 一電流供應(VCOM)線，其安置成相鄰於該行；及 一輸出信號(VSL)線，其安置成相鄰於該行。
- 如請求項5之光偵測器件， 其中該電流供應線安置於該第一放大電晶體與一第四像素之一第四放大電晶體之間，該第四像素安置於相鄰於該行之一行中。
- 如請求項5之光偵測器件，其中 該第一放大電晶體耦合至該電流供應線， 該第二放大電晶體耦合至該電流供應線，且 該第三放大電晶體耦合至該電流供應線。
- 如請求項7之光偵測器件，其中 該第一放大電晶體耦合至該輸出信號線，且 該第二放大電晶體耦合至該輸出信號線。
- 如請求項8之光偵測器件，其進一步包括： 一第二輸出信號(VSLR)線，其安置成相鄰於該行，該第二輸出信號線不同於該輸出信號線， 其中該第三放大電晶體耦合至該第二輸出信號線。
- 如請求項1之光偵測器件，其中 該第一像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第一開關電晶體，該第一開關電晶體係經組態以將該第一浮動擴散區域電連接至該第二浮動擴散區域的該一或多個開關電晶體之該一者， 該第二像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第二開關電晶體，該第二開關電晶體經組態以將該第二浮動擴散區域電連接至一第四浮動擴散區域，且 該第三像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第三開關電晶體，該第三開關電晶體經組態以將該第三浮動擴散區域電連接至一第五浮動擴散區域。
- 如請求項1之光偵測器件，其進一步包括： 一像素陣列，其包含該第一像素、該第二像素及該第三像素， 其中該第三像素係定位於該像素陣列之一邊緣處的一參考像素。
- 一種電子裝置，其包括： 一光偵測器件，其包含： 一或多個開關電晶體； 一第一像素，其包含 一第一光電轉換器， 一第一浮動擴散區域，其透過一第一轉移電晶體耦合至該第一光電轉換器，及 一第一放大電晶體，其耦合至該第一浮動擴散區域； 一第二像素，其位於其中安置該第一像素之一行中，該第二像素包含 一第二光電轉換器， 一第二浮動擴散區域，其透過一第二轉移電晶體耦合至該第二光電轉換器，及 一第二放大電晶體，其耦合至該第二浮動擴散區域；及 一第三像素，其位於該行中，該第三像素包含 一第三光電轉換器， 一第三浮動擴散區域，其透過一第三轉移電晶體耦合至該第三光電轉換器，及 一第三放大電晶體，其耦合至該第三浮動擴散區域， 其中一像素信號由該第一放大電晶體及該第三放大電晶體差動放大，且 其中該第一浮動擴散區域及該第二浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一者彼此選擇性連接。
- 如請求項12之電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含 複數個重設電晶體，其中該複數個重設電晶體包含 一第一重設電晶體，其經組態以重設該第一浮動擴散區域， 一第二重設電晶體，其經組態以重設該第二浮動擴散區域，及 一第三重設電晶體，其經組態以重設該第三浮動擴散區域。
- 如請求項13之電子裝置，其中 該第一重設電晶體之一源極或該第一重設電晶體之一汲極耦合至一電源供應電壓，且 該第三重設電晶體之一源極或該第三重設電晶體之一汲極耦合至提供不同於該電源供應電壓的一第一電壓之一第一電壓線。
- 如請求項12之電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含 一第四像素，其位於該行中，該第四像素包含 一第四光電轉換器， 一第四浮動擴散區域，其透過一第四轉移電晶體耦合至該第四光電轉換器，及 一第四放大電晶體，其耦合至該第四浮動擴散區域， 其中該第三浮動擴散區域及該第四浮動擴散區域經由該一或多個開關電晶體之一第二者彼此選擇性連接。
- 如請求項12之電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含 一電流供應(VCOM)線，其安置成相鄰於該行；及 一輸出信號(VSL)線，其安置成相鄰於該行。
- 如請求項16之電子裝置，其中 該第一放大電晶體耦合至該電流供應線， 該第二放大電晶體耦合至該電流供應線，且 該第三放大電晶體耦合至該電流供應線。
- 如請求項17之電子裝置，其中 該第一放大電晶體耦合至該輸出信號線，且 該第二放大電晶體耦合至該輸出信號線。
- 如請求項12之電子裝置，其中 該第一像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第一開關電晶體，該第一開關電晶體係經組態以將該第一浮動擴散區域電連接至該第二浮動擴散區域的該一或多個開關電晶體之該一者， 該第二像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第二開關電晶體，該第二開關電晶體經組態以將該第二浮動擴散區域電連接至一第四浮動擴散區域，且 該第三像素包含來自該一或多個開關電晶體之一第三開關電晶體，該第三開關電晶體經組態以將該第三浮動擴散區域電連接至一第五浮動擴散區域。
- 如請求項12之電子裝置，其中該光偵測器件進一步包含 一像素陣列，其包含該第一像素、該第二像素及該第三像素，且 其中該第三像素係定位於該像素陣列之一邊緣處的一參考像素。
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