TW202224412A - 影像捕捉裝置及電子設備 - Google Patents

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山下知憲
大迫洋平
梅田謙吾
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日商索尼半導體解決方案公司
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Abstract

本發明提供一種影像捕捉裝置，其能夠抑制由在一類比數位轉換器中之一信號線與一負載電流源之間插入一比較器之一輸入電晶體所引起之整個影像捕捉裝置之一動態範圍減小。 本發明之影像捕捉裝置包含：一負載電流源；一比較器，其包含經連接於傳輸自一像素讀取之一信號之一信號線與該負載電流源之間之一輸入電晶體；及一參考信號供應區段，其將一預定參考信號供應至該像素之一電荷電壓轉換區段。

Description

影像捕捉裝置及電子設備
本發明係關於一種影像捕捉裝置及一種電子設備。
數位化自一像素讀取之一類比像素信號之一類比數位轉換區段安裝於一影像捕捉裝置上。安裝於影像捕捉裝置上之類比數位轉換區段係包含對應於像素行配置之複數個類比數位轉換器之一所謂的行平行類比數位轉換區段。
作為包含於行平行類比數位轉換區段中之類比數位轉換器，例如，已知藉由比較自一像素讀取之一類比像素信號與一預定參考信號來數位化類比像素信號之一所謂的單斜率類比數位轉換器。
單斜率類比數位轉換器包含(例如)比較一類比像素信號與一預定參考信號之一比較器及基於比較器之一比較結果來執行計數之一計數器。作為包含單斜率類比數位轉換器之一影像捕捉裝置，例如，已提出具有其中比較一類比像素信號與一預定參考信號之一比較器之一輸入電晶體插入傳輸自一像素讀取之一信號之一信號線與一負載電流源之間的一組態之一影像捕捉裝置(例如，參閱PTL 1)。 [引用列表] [專利文獻]
[PTL 1] WO 2020/170518 A1
[技術問題]
如上文所描述，在PTL 1中所描述之影像捕捉裝置中，類比數位轉換器之比較器之輸入電晶體插入傳輸自像素讀取之信號之信號線與負載電流源之間。藉由依此方式將輸入電晶體插入信號線與負載電流源之間，用於一個電晶體之一額外汲極-源極電壓V ds變得必要。因此，保證線性度之一信號線電位之一下限增大，且整個影像捕捉裝置之一動態範圍減小。
可期望提供一種能夠抑制由一類比數位轉換器中插入一信號線與一負載電流源之間的一比較器之一輸入電晶體引起之整個影像捕捉裝置之一動態範圍減小之影像捕捉裝置及一種包含該影像捕捉裝置之電子設備。 [問題之解決方案]
根據本發明之一實施例，提供一種影像捕捉裝置，其包含： 一負載電流源； 一比較器，其包含連接於傳輸自一像素讀取之一信號之一信號線與該負載電流源之間的一輸入電晶體；及 一參考信號供應區段，其將一預定參考信號供應至該像素之一電荷電壓轉換區段。
根據本發明之另一實施例，提供一種包含一影像捕捉裝置之電子設備，其包含： 一負載電流源； 一比較器，其包含連接於傳輸自一像素讀取之一信號之一信號線與該負載電流源之間的一輸入電晶體；及 一參考信號供應區段，其將一預定參考信號供應至該像素之一電荷電壓轉換區段。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2020年12月1日申請之日本優先專利申請案JP 2020-199510的權利，該案之全部內容係以引用的方式併入本文中。
在下文中，將參考圖式詳細描述根據本發明之技術之一實施方式(下文中指稱「實施例」)。根據本發明之技術不限於實施例。在以下描述中，相同元件符號將用於相同元件或具有相同功能之元件，且將省略一重疊描述。應注意，將按以下順序提供描述。 1. 本發明之影像捕捉裝置及電子設備之總體描述 2. 根據本發明之技術應用於其之影像捕捉裝置 2-1. CMOS影像感測器之組態實例 2-2. 像素之電路組態之實例 2-3. 半導體晶片結構 2-3-1. 扁平型半導體晶片結構 2-3-2. 堆疊型半導體晶片結構 2-4. 類比數位轉換區段之組態實例 2-5. 類比數位轉換器之比較器 2-6. 根據參考實例之比較器 2-6-1. 根據相關領域之技術之比較器之電路組態之實例 2-6-2. 根據相關領域之技術之比較器之問題 3. 本發明之第一實施例(其中斜波參考信號施加至浮動擴散區FD之實例) 3-1. 包含比較器之一個像素行之電路組態之實例 4. 本發明之第二實施例(其中斜波參考信號之偏移部分與斜坡波形分離、經垂直反相及輸入至比較器之實例) 4-1. 包含比較器之一個像素行之電路組態之實例 5. 本發明之第三實施例(像素共用之實例) 5-1. 包含比較器之一個像素行之電路組態之實例 6. 參考信號供應區段之組態實例 6-1. 實例1 (其中斜波參考信號沿行方向供應之實例) 6-2. 實例2 (實例1之修改實例：參考信號產生區段配置成由所有像素行共有) 6-3. 實例3 (實例2之修改實例：由參考信號產生區段產生之參考信號直接供應至各像素行) 6-4. 實例4 (實例3之修改實例：自矩陣像素陣列之上側及下側兩者驅動之實例) 6-5. 實例5 (其中斜波參考信號沿列方向供應之實例) 6-6. 實例6 (實例5之修改實例：自矩陣像素陣列之左側及右側兩者驅動之實例) 6-7. 實例7 (實例5之修改實例：參考信號產生區段配置成由所有像素列共有) 6-8. 實例8 (實例7之修改實例：自矩陣像素陣列之左側及右側兩者驅動之實例) 6-9. 實例9 (其中參考信號供應於像素單元中之網格圖案中之實例) 6-10. 實例10 (實例9之修改實例：其中緩衝器中介於參考信號之佈線與參考信號產生區段之間的實例) 6-11. 實例11 (其中斜波參考信號自矩陣像素陣列之中心部分在行方向上供應之實例) 7. 像素電路之電路組態實例 7-1. 電路組態實例1 (其中緩衝器提供於輸入電容元件中之實例) 7-2. 電路組態實例2 (其中緩衝器之恆定電流源電晶體提供於不同於像素之晶片中之實例) 7-3. 電路組態實例3 (其中參考信號產生區段提供於像素中之實例) 8. 堆疊型半導體晶片結構中之晶片間佈線結構之實例 8-1. 佈線結構實例1 (兩層晶片結構中之晶片間佈線結構之實例) 8-2. 佈線結構實例2 (其中在兩層晶片結構中之參考信號產生區段之輸出部分處之晶片之間形成電連接之實例) 8-3. 佈線結構實例3 (其中對兩層晶片結構中之各像素提供參考信號產生區段之實例) 8-4. 佈線結構實例4 (三層晶片結構中之晶片間佈線結構之實例) 8-5. 佈線結構實例5 (其中在三層晶片結構中之參考信號產生區段之輸出部分處在晶片之間形成電連接之實例) 8-6. 佈線結構實例6 (其中對三層晶片結構中之各像素提供參考信號產生區段之實例) 9. 修改實例 10. 應用實例 11. 根據本發明之技術之應用實例 11-1. 本發明之電子設備(影像捕捉裝置之實例) 11-2. 應用於移動體之實例 12. 本發明可採用之組態
＜本發明之影像捕捉裝置及電子設備之總體描述＞ 在本發明之一影像捕捉裝置及一電子設備中，一預定參考信號可為具有依一預定斜率線性改變之一斜坡波形之一電壓。另外，一比較器可經組態以比較一信號電壓(其透過一信號線供應且具有斜坡波形之電壓與其重疊)與一預定參考電壓。
在具有上述較佳組態之本發明之影像捕捉裝置及電子設備中，在其中具有斜坡波形之電壓包含一斜坡部分及一偏移部分之一情況中，具有斜坡波形之電壓之斜坡部分經由一電容元件輸入至一電荷電壓轉換區段，且具有斜坡波形之電壓之偏移部分相對於斜坡部分反相極性且輸入至比較器作為預定參考電壓。
此外，在具有上述較佳組態之本發明之影像捕捉裝置及電子設備中，一參考信號供應區段可經組態以將預定參考信號供應至複數個像素之間共用之電荷電壓轉換區段。此外，參考信號供應區段可包含產生預定參考信號之一參考信號產生區段及將由參考信號產生區段產生之參考信號施加至像素之電荷電壓轉換區段之一輸入電容元件。
此外，在具有上述較佳組態之本發明之影像捕捉裝置及電子設備中，參考信號供應區段可經組態以沿其中像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列之一行方向將參考信號供應至像素之電荷電壓轉換區段。再者，參考信號產生區段可配置成由其中像素依一矩陣形式二維配置之像素陣列之所有像素行共有。再者，參考信號產生區段可在行方向上配置於像素陣列之對置側之各者上。
此外，在具有上述較佳組態之本發明之影像捕捉裝置及電子設備中，參考信號供應區段可經組態以沿其中像素依一矩陣形式二維配置之像素陣列之一列方向將參考信號供應至像素之電荷電壓轉換區段。再者，參考信號產生區段可配置成由像素陣列之所有像素列共有。再者，參考信號產生區段可在列方向上配置於像素陣列之對置側之各者上。
此外，在具有上述較佳組態之本發明之影像捕捉裝置及電子設備中，參考信號產生區段可經組態以在相對於其中像素依一矩陣形式二維配置之像素陣列之各像素之像素單元中將參考信號供應至像素之電荷電壓轉換區段。此外，參考信號產生區段可經組態以沿行方向將參考信號自像素陣列之一中心部分供應至像素之電荷電壓轉換區段。
此外，在具有上述較佳組態之本發明之影像捕捉裝置及電子設備中，可在輸入電容元件前面對像素提供一緩衝器。替代地，可在像素中提供參考信號產生區段。
此外，在具有上述較佳組態之本發明之影像捕捉裝置及電子設備中，在具有藉由堆疊至少兩個半導體晶片來形成之一堆疊型半導體晶片結構之一情況中，像素及比較器可分別形成於不同半導體晶片中。此外，在其中堆疊作為第一層之一半導體晶片及作為第二層之一半導體晶片之一兩層晶片結構之一情況中，像素可形成於作為第一層之半導體晶片中，且比較器及參考信號產生區段可形成於作為第二層之半導體晶片中。替代地，在其中堆疊作為第一層之一半導體晶片、作為第二層之一半導體晶片及作為第三層之一半導體晶片之一三層晶片結構之一情況中，一光電變換元件可形成於作為第一層之半導體晶片中，除光電變換元件之外的像素之一組成元件可形成於作為第二層之半導體晶片中，且比較器及參考信號產生區段可形成於作為第三層之半導體晶片中。
＜根據本發明之技術應用於其之影像捕捉裝置＞ 作為根據本發明之技術應用於其之一影像捕捉裝置，將描述一互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器(其係一種類型之X-Y位址影像捕捉裝置)作為一實例。CMOS影像感測器係藉由施加或部分使用一CMOS程序來製造之一影像感測器。
(CMOS影像感測器之組態實例) 圖1係示意性繪示CMOS影像感測器之一系統組態之一輪廓的一方塊圖，CMOS影像感測器係根據本發明之技術應用於其之影像捕捉裝置之一實例。
根據本應用實例之一CMOS影像感測器1包含一像素陣列區段11及像素陣列區段11之一周邊電路區段。像素陣列區段11具有其中包含光接收元件之像素(像素電路) 20在一列方向及一行方向上(即，依一矩陣形式)二維配置之一組態。此處，列方向係指一像素列中像素20之一配置方向，且行方向係指一像素行中像素20之一配置方向。像素20執行光電變換以根據接收光量來產生及累積一光電荷。
像素陣列區段11之周邊電路區段包含(例如)一列選擇區段12、一類比數位轉換區段13、作為一信號處理區段之一邏輯電路區段14、一時序控制區段15及其類似者。
應注意，在像素陣列區段11中，一像素控制線31 (31 1至31 m)沿呈一矩陣形式之一像素陣列之各像素列之列方向佈線。此外，一信號線32 (32 1至32 n)沿各像素行之行方向佈線。像素控制線31傳輸一驅動信號用於在自像素20讀取一信號時執行驅動。在圖1中，像素控制線31經繪示為一個佈線，但像素控制線31之數目不限於一個。像素控制線31之一端連接至對應於各列之列選擇區段12之一輸出端子。
在下文中，將描述像素陣列區段11之周邊電路區段之各自組件，即，列選擇區段12、類比數位轉換區段13、邏輯電路區段14及時序控制區段15。
列選擇區段12包含一移位暫存器、一位址解碼器及其類似者，且在選擇像素陣列區段11之各像素20時控制一像素列之掃描及像素列之一位址。儘管未繪示列選擇區段12之一具體組態，但列選擇區段12一般包含兩個掃描系統，其等包含一讀取掃描系統及一掃掠掃描系統。
為自像素20讀取一像素信號，讀取掃描系統逐列依序選擇及掃描像素陣列區段11之像素20。自像素20讀取之像素信號係一類比信號。掃掠掃描系統在讀取掃描之前對由讀取掃描系統對其執行讀取掃描之一讀取列執行掃掠掃描直至對應於一快門速度之一時間。
藉由掃掠掃描系統執行之掃掠掃描，非必要電荷自讀取列中之像素20之光電變換元件掃除，藉此重設光電變換元件。接著，當掃掠掃描系統掃除非必要電荷(執行重設)時，執行一所謂的電子快門操作。此處，電子快門操作係指捨棄光電變換元件之光電荷及重新開始曝光(開始光電荷累積)之一操作。
類比數位轉換區段13包含對應於(例如，針對各像素行)像素陣列區段11之像素行提供之一組複數個類比數位轉換器(ADC)。類比數位轉換區段13係將透過各像素行之信號線32 1至32 n之各者輸出之一類比像素信號轉換成一數位信號之一行平行類比數位轉換區段。
作為行平行類比數位轉換區段13中之類比數位轉換器，例如，可使用一單斜率類比數位轉換器，其係一參考信號比較類比數位轉換器之一實例。
邏輯電路區段14 (其係信號處理區段)讀取由類比數位轉換區段13數位化之像素信號且執行預定信號處理。具體而言，在邏輯電路區段14中，作為預定信號處理，例如執行垂直線缺陷及點缺陷之校正、一信號之箝位或數位信號處理(諸如並串轉換、壓縮、編碼、添加、平均或間歇操作)。邏輯電路區段14將所產生之影像資料輸出至後續級中之一裝置作為CMOS影像感測器1之一輸出信號OUT。
時序控制區段15基於自外部提供之一同步信號來產生各種時序信號、時脈信號、控制信號及其類似者。接著，時序控制區段15基於所產生之信號來執行列選擇區段12、類比數位轉換區段13、邏輯電路區段14及其類似者之一驅動控制。
(像素之電路組態之實例) 圖2係繪示像素20之一電路組態之一實例的一電路圖。像素20包含(例如)一光二極體21作為光電變換元件。除光二極體21之外，像素20亦包含一轉移電晶體22、一重設電晶體23、一放大電晶體24及一選擇電晶體25。
作為包含轉移電晶體22、重設電晶體23、放大電晶體24及選擇電晶體25之四個電晶體，例如使用N通道MOS場效電晶體。然而，此處所繪示之四個電晶體22至25之一導電組合僅為一實例，且本發明不限於其等之組合。
針對像素20，作為上述像素控制線31 (31 1至31 m)，複數個像素控制線佈線成由相同像素列中之各自像素20共有。複數個像素控制線連接至對應於像素列單元中之各像素列之列選擇區段12之一輸出端子。列選擇區段12將一轉移信號TRG、一重設信號RST及一選擇信號SEL適當輸出至複數個像素控制線。
在光二極體21中，一陽極電極連接至低電位側電源供應(例如接地)，且所接收之光經光電變換成具有對應於接收光量之一電荷量之一光電荷(此處，一光電子)，且累積光電荷。光二極體21之一陰極電極經由轉移電晶體22電連接至放大電晶體24之一閘極電極。此處，放大電晶體24之閘極電極電連接至其之一區域係一浮動擴散區(浮動擴散區域/雜質擴散區域) FD。浮動擴散區FD係將電荷轉換成電壓之一電荷電壓轉換區段。
高態有效(例如V DD位準)之轉移信號TRG自列選擇區段12施加至轉移電晶體22之一閘極電極。在其中轉移電晶體22回應於轉移信號TRG而變成導電之一情況中，透過由光二極體21執行之光電變換來獲得且累積於光二極體21中之光電荷轉移至浮動擴散區FD。
重設電晶體23連接於一高電位側電源供應電壓V DD之一節點與浮動擴散區FD之間。高態有效之重設信號RST自列選擇區段12施加至重設電晶體23之一閘極電極。重設電晶體23回應於重設信號RST而變成導電，且藉由將浮動擴散區FD之電荷捨棄至電壓V DD之節點來重設浮動擴散區FD。
在放大電晶體24中，一閘極電極連接至浮動擴散區FD，且一汲極電極連接至高電位側電源供應電壓V DD之節點。放大電晶體24充當讀取由光二極體21執行之光電變換獲得之一信號之一源極隨耦器之一輸入單元。即，在放大電晶體24中，一源極電極經由選擇電晶體25連接至信號線32。
在選擇電晶體25中，一汲極電極連接至放大電晶體24之源極電極，且一源極電極連接至信號線32。高態有效之選擇信號SEL自列選擇區段12施加至選擇電晶體25之一閘極電極。選擇電晶體25回應於選擇信號SEL而變成導電，使得自放大電晶體24輸出之一信號在其中選擇像素20之一狀態中傳輸至信號線32。
應注意，在上述電路實例中，包含四個電晶體(Tr)(即，轉移電晶體22、重設電晶體23、放大電晶體24及選擇電晶體25)之一4Tr組態經描述為像素20之一實例，但像素20不限於此。例如，像素20亦可為其中省略選擇電晶體25且放大電晶體24具有選擇電晶體25之功能之一3Tr組態，或可為根據需要包含更多電晶體之一5Tr或更多Tr組態。
自上述電路組態實例中之像素20依序輸出一重設信號(所謂的P相信號)(其在由重設電晶體23重設浮動擴散區FD時係一重設位準)及一資料信號(所謂的D相信號)(其係基於光二極體21中之光電變換之一信號位準)。即，自像素20輸出之像素信號包含重設時之重設信號及光二極體21中之光電變換時之資料信號。
(半導體晶片結構) 作為具有上述組態之CMOS影像感測器1之半導體晶片結構，可例示一扁平型半導體晶片結構及一堆疊型半導體晶片結構。此外，一像素結構可為其中在其上形成一佈線層之一側上之一基板表面界定為一外表面(前表面)之一情況中吸收自對置側上之一後表面側照射之光之一後表面照射型像素結構或其中吸收自前表面側照射之光之一前表面照射型像素結構。
在下文中，將描述扁平型半導體晶片結構及堆疊型半導體晶片結構之一輪廓。
(扁平型半導體晶片結構) 圖3A係示意性繪示CMOS影像感測器1之扁平型晶片結構的一透視圖。如圖3A中所繪示，扁平型半導體晶片結構係其中像素陣列區段11之周邊電路區段之各組件形成於相同於像素陣列區段11 (其中像素20依一矩陣形式配置)之半導體基板41上之一結構。具體而言，列選擇區段12、類比數位轉換區段13、邏輯電路區段14、時序控制區段15及其類似者形成於相同於像素陣列區段11之半導體基板41上。用於外部連接及電源供應之墊42提供於(例如)作為第一層之半導體晶片41之左端及右端兩者處。
(堆疊型半導體晶片結構) 圖3B係示意性繪示CMOS影像感測器1之堆疊型半導體晶片結構的一分解透視圖。如圖3B中所繪示，堆疊型半導體晶片結構(即，所謂的堆疊型結構)係其中堆疊包含作為第一層之一半導體晶片43及作為第二層之一半導體晶片44之至少兩個半導體晶片之一結構。
在堆疊型半導體晶片結構中，作為第一層之半導體晶片43係其中形成像素陣列區段11之一像素晶片，在像素陣列區段11中，各包含光電變換元件(例如光二極體21)之像素20依一矩陣形式二維配置。用於外部連接及電源供應之墊42提供於(例如)作為第一層之半導體晶片43之左端及右端兩者處。
作為第二層之半導體晶片44係其中形成像素陣列區段11之周邊電路區段(即，列選擇區段12、類比數位轉換區段13、邏輯電路區段14、時序控制區段15及其類似者)之一電路晶片。應注意，列選擇區段12、類比數位轉換區段13、邏輯電路區段14及時序控制區段15之配置係一實例且不限於此配置實例。
作為第一層之半導體晶片43上之像素陣列區段11及作為第二層之半導體晶片44上之周邊電路區段經由包含一Cu-Cu直接接合(其中直接接合Cu電極)、一矽穿孔(TSV)、一微凸塊及其類似者之一接合部分(圖中未繪示)電連接。
根據上述堆疊型半導體晶片結構，適合於製造像素陣列區段11之一程序可施加至作為第一層之半導體晶片43，且適合於製造電路部分之一程序可施加至作為第二層之半導體晶片44。因此，可進行程序最佳化用於製造CMOS影像感測器1。特定而言，可施加一先進程序來製造電路部分。
(類比數位轉換區段之組態實例) 接著，將描述類比數位轉換區段13之一組態之一實例。此處，假定單斜率類比數位轉換器用作類比數位轉換區段13之各類比數位轉換器。
圖4繪示類比數位轉換區段13之組態之一實例。在CMOS影像感測器1中，類比數位轉換區段13包含對應於像素陣列區段11之各自像素行提供之一組複數個單斜率類比數位轉換器。此處，將描述第n行之單斜率類比數位轉換器130作為一實例。
類比數位轉換器130具有包含一比較器131及一計數器132之一電路組態。接著，在單斜率類比數位轉換器130中，使用由一參考信號產生區段16產生之一參考信號。參考信號產生區段16包含(例如)一數位類比轉換器(DAC)，產生具有其位凖(電壓)隨時間逝去而單調減小之一斜坡波形(所謂的斜波)之一參考信號V RAMP，且將參考信號V RAMP提供至提供給各像素行之比較器131作為一標準信號。
比較器131將自像素20讀取之一類比像素信號V VSL用作一比較輸入及將由參考信號產生區段16產生之斜波參考信號V RAMP用作一參考輸入，且比較兩個信號。接著，例如，在其中參考信號V RAMP大於像素信號V VSL之一情況中，比較器131之輸出進入一第一狀態(例如高位準)，及在其中參考信號V RAMP等於或小於像素信號V VSL之一情況中，比較器131之輸出進入一第二狀態(例如低位準)。因此，比較器131輸出具有對應於像素信號V VSL之信號位準之一脈衝寬度(明確而言，信號位準之大小)之一脈衝信號作為一比較結果。
一時脈信號CLK依相同於參考信號V RAMP開始供應至比較器131之一時序之時序自時序控制區段15供應至計數器132。接著，計數器132與時脈信號CLK同步執行一計數操作以量測比較器131之一輸出脈衝之一脈衝寬度之一週期，即，自比較操作開始至比較操作結束之一週期。計數器132之計數結果(計數值)供應至邏輯電路區段14作為藉由數位化類比像素信號V VSL來獲得之一數位值。
使用包含上述一組單斜率類比數位轉換器130之類比數位轉換區段13，可自關於直至由參考信號產生區段16產生之斜波參考信號V RAMP與透過信號線32自像素20讀取之類比像素信號V VSL之間的一大小關係改變之一時間之資訊獲得一數位值。
應注意，在上述實例中，作為類比數位轉換區段13，類比數位轉換器130與像素陣列區段11之像素行一對一對應配置，但其中類比數位轉換器130針對複數個像素行配置之一組態亦可行。
(類比數位轉換器之比較器) 在上述單斜率類比數位轉換器130中，具有一差動放大器組態之一比較器一般用作比較器131。然而，在具有差動放大器組態之比較器之一情況中，由於需要根據像素20之一信號量來固定一輸入範圍，所以需要將電源供應電壓V DD設定為相對較高且因此存在類比數位轉換器130之功耗及CMOS影像感測器1之功耗變得相對較高之一問題。
另一方面，相關領域之技術具有其中提供一P通道金屬氧化物半導體(MOS)電晶體(其中一類比像素信號輸入至一源極電極且一預定參考信號輸入至一閘極電極)且一像素(像素電路)之一負載電流源共用為一比較器之一電流源(參閱(例如) PTL 1)之一組態。根據相關領域之此一技術，功耗可比其中一電流源亦提供於與一像素電路分離之一比較器中之一組態減少。
(根據相關領域之技術之比較器) 在下文中，將描述根據相關領域之一技術之一比較器。
(根據相關領域之技術之比較器之電路組態之實例) 圖5繪示根據相關領域之技術之比較器之一電路組態之一實例。此處，為簡化圖式，繪示一個像素行之一電路組態。
如圖5中所繪示，根據相關領域之技術之比較器131包含一電容元件C 01、一自動歸零開關SW AZ、一輸入電晶體PT 11、一輸入側負載電流源I 11、一輸出電晶體PT 12及一輸出側負載電流源I 12。
在像素20中，轉移電晶體22、重設電晶體23、放大電晶體24及選擇電晶體25具有包含(例如)一N通道MOS電晶體之一電路組態。對應地，一P通道MOS電晶體用作輸入電晶體PT 11。
包含P通道MOS電晶體之輸入電晶體PT 11連接於信號線32之一端與輸入側負載電流源I 11之間。具體而言，輸入電晶體PT 11之一源極電極連接至信號線32之一端，且其之一汲極電極連接至輸入側負載電流源I 11之一端。因此，類比像素信號V VSL透過信號線32輸入至輸入電晶體PT 11之源極電極。
輸入側負載電流源I 11之另一端連接至一低電位側電源供應(例如一接地GND)。輸入側負載電流源I 11將一恆定電流供應至輸入電晶體PT 11及信號線32之一串聯連接電路。
電容元件C 01連接於斜波參考信號V RAMP之一輸入端子T 11與輸入電晶體PT 11之一閘極電極之間，充當參考信號V RAMP之一輸入電容，且吸收一偏移。因此，類比像素信號V VSL透過信號線32輸入至輸入電晶體PT 11之源極電極，且斜波參考信號V RAMP經由電容元件C 01輸入至閘極電極。
輸入電晶體PT 11放大輸入至閘極電極之斜波參考信號V RAMP與輸入至源極電極之類比像素信號V VSL之間的一差(即，輸入電晶體PT 11之一閘極-源極電壓V gs)，且輸出放大差作為來自一汲極電極之一汲極電壓V d。
自動歸零開關SW AZ連接於輸入電晶體PT 11之閘極電極與汲極電極之間，且經控制以根據經由一輸入端子T 12輸入之一驅動信號AZ來接通(閉合)或切斷(打開)。自動歸零開關SW AZ經接通以對輸入電晶體PT 11之閘極電極與汲極電極之間的短路執行一自動歸零操作(初始化操作)。自動歸零開關SW AZ可使用一P通道或N通道MOS電晶體來組態。
輸出電晶體PT 12包含(例如)一P通道MOS電晶體且連接於信號線32之一端與輸出側負載電流源I 12之間。具體而言，輸出電晶體PT 12之一源極電極連接至信號線32之一端，且其一汲極電極連接至輸出側負載電流源I 12之一端。因此，像素信號V VSL透過信號線32輸入至輸出電晶體PT 12之源極電極。
輸出側負載電流源I 12之另一端連接至低電位側電源供應(例如接地GND)。輸出側負載電流源I 12將一恆定電流供應至輸出電晶體PT 12及信號線32之一串聯連接電路。
輸出電晶體PT 12之一閘極電極連接至輸入電晶體PT 11之汲極電極。因此，輸入電晶體PT 11之一汲極電壓輸入至輸出電晶體PT 12之閘極電極。
輸出電晶體PT 12透過一輸出端子T 13輸出指示透過信號線32輸入至源極電極之類比像素信號V VSL與輸入至閘極電極之輸入電晶體PT 11之汲極電壓V d之間的一電壓差是否超過來自汲極電極之一預定臨限電壓之一信號OUT作為類比像素信號V VSL與斜波參考信號V RAMP之間的一比較結果。
具有上述組態之根據相關領域之技術˙比較器131具有其中將一電流供應至信號線32之負載電流源I 11及負載電流源I 12共用為比較器131之一電流源之一電路組態。使用具有電路組態之比較器131，可減少類比數位轉換器130之功耗且減少CMOS影像感測器1之功耗。即，根據相關領域之技術的比較器131係一超低功耗型比較器。
再者，在根據相關領域之技術的比較器131中，由於輸入電晶體PT 11在輸出電晶體PT 12之閘極與源極之間供應汲極-源極電壓，可依類比像素信號V VSL之一改變與斜波參考信號V RAMP之一改變匹配之一時序來反相比較結果。因此，可減小由反相時序之一誤差引起之非線性度，且可提高影像資料之影像品質。
(根據相關領域之技術之比較器的問題) 如上文所描述，根據相關領域之技術的比較器131具有其中包含一P通道MOS電晶體之輸入電晶體PT 11插入傳輸自像素20讀取之一信號之信號線32與輸入側負載電流源I 11之間之一組態。依此方式，由於輸入電晶體PT 11插入信號線32與輸入側負載電流源I 11之間，所以用於一個電晶體之一額外汲極-源極電壓V ds變得必要。因此，保證線性度之信號線32之一電位之一下限增大，且整個CMOS影像感測器1之一動態範圍減小。
＜本發明之第一實施例＞ 為解決上述問題，假定根據本發明之一第一實施例之一CMOS影像感測器1包含一比較器131，其包含連接於傳輸自一像素20讀取之一信號之一信號線32與一輸入側負載電流源I 11之間的一輸入電晶體PT 11。接著，提供像素20之一電荷電壓轉換區段，即，將一預定參考信號(例如依一預定斜率線性改變之一斜波(斜坡波形)參考信號V RAMP)供應至一浮動擴散區FD之一參考信號供應區段。
由於斜波參考信號V RAMP施加至浮動擴散區FD，所以可使比較器131中信號線32在反相時之一電位恆定，不論入射於像素20上之光量如何。由於比較器131中信號線32在反相時之電位(即，比較器131之一反相電位)變得恆定(不論入射光量如何)，所以可擴大信號線32之一節點處之一操作範圍且因此可擴大整個CMOS影像感測器1之一動態範圍。此外，由於比較器131之反相電位變得恆定，所以可比根據相關領域之技術之比較器之一情況降低像素20之一電源供應電壓之一部分或全部。因此，可減少整個CMOS影像感測器1之功耗。
(包含比較器之一個像素行之電路組態之實例) 圖6繪示包含根據本發明之第一實施例之CMOS影像感測器1之一比較器之一個像素行之一電路組態之一實例。
根據本發明之第一實施例之CMOS影像感測器1包含比較器131，其包含一輸入電晶體PT 11，輸入電晶體PT 11包含(例如)一P通道MOS電晶體且連接於信號線32之一端與輸入側負載電流源I 11之間。輸入電晶體PT 11具有連接至信號線32之一端之一源極電極及連接至輸入側負載電流源I 11之一端之一汲極電極。因此，類比像素信號V VSL透過信號線32輸入至輸入電晶體PT 11之源極電極。針對輸入電晶體PT 11，可期望使一背閘極及源極電極短路以抑制一背閘極效應。
除輸入電晶體PT 11之外，比較器131亦包含一電容元件C 01、一自動歸零開關SW AZ、輸入側負載電流源I 11、一電容元件C 02、一輸入側箝位電晶體PT 13、一輸入側箝位電晶體NT 11、一輸出電晶體PT 12、一輸出側負載電流源I 12及一輸出側箝位電晶體NT 12。電容元件C 01連接於輸入電晶體PT 11之一閘極電極與一預定參考電壓之一節點之間。
此處，由於一固定電壓(例如一接地GND)作為預定參考電壓經由電容元件C 01輸入至輸入電晶體PT 11之閘極電極，所以存在電容元件C 01之大小可比其中輸入一斜波參考信號V RAMP之一情況減小之一優點。
自動歸零開關SW AZ連接於輸入電晶體PT 11之閘極電極與汲極電極之間，且根據經由一輸入端子T 12自圖1中所繪示之時序控制區段15輸入之一驅動信號AZ來接通/切斷。自動歸零開關SW AZ經接通以對輸入電晶體PT 11之閘極電極與汲極電極之間的短路執行一自動歸零操作(初始化操作)。自動歸零開關SW AZ可使用一P通道或N通道MOS電晶體來組態。
輸入側負載電流源I 11具有連接至輸入電晶體PT 11之汲極電極之一端及連接至一低電位側電源供應(例如接地GND)之另一端。輸入側負載電流源I 11將一恆定電流供應至輸入電晶體PT 11及信號線32之一串聯連接電路。
電容元件C 02並聯連接至輸入電晶體PT 11。具體而言，電容元件C 02之一端連接至輸入電晶體PT 11之源極電極，且電容元件C 02之另一端連接至輸入電晶體PT 11之汲極電極。電容元件C 02係一限帶電容器。
輸入側箝位電晶體PT 13包含(例如)一P通道MOS電晶體，且連接於輸入電晶體PT 11之源極電極與汲極電極之間。輸入側箝位電晶體PT 13具有其中一閘極電極及一源極電極經共同連接之二極體連接組態，且具有在輸入電晶體PT 11處於一非導電狀態時抑制輸入電晶體PT 11之一汲極電壓減小之一作用。
輸入側箝位電晶體NT 11包含(例如)一N通道MOS電晶體，且具有連接至輸入電晶體PT 11之源極電極之一汲極電極及連接至輸入電晶體PT 11之汲極電極之一源極電極。將一預定偏壓電壓bias1施加至輸入側箝位電晶體NT 11之一閘極電極。因此，輸入電晶體PT 11之一汲極電壓V d可具有無關於信號線32之電壓之一下限，且可直接防止汲極電流之供應停止。
輸出電晶體PT 12包含(例如)一P通道MOS電晶體，且連接於信號線32之一端與輸出側負載電流源I 12之間。具體而言，輸出電晶體PT 12之一源極電極連接至信號線32之一端，且其一汲極電極連接至輸出側負載電流源I 12之一端。因此，像素信號V VSL透過信號線32輸入至輸出電晶體PT 12之源極電極。針對輸出電晶體PT 12，可期望使背閘極及源極電極短路以抑制背閘極效應。
輸出側負載電流源I 12具有連接至輸出電晶體PT 12之汲極電極之一端及連接至低電位側電源供應(例如接地GND)之另一端。輸出側負載電流源I 12將一恆定電流供應至輸出電晶體PT 12及信號線32之一串聯連接電路。
輸出電晶體PT 12之一閘極電極連接至輸入電晶體PT 11之汲極電極。因此，輸入電晶體PT 11之一汲極電壓輸入至輸出電晶體PT 12之閘極電極。
輸出電晶體PT 12透過一輸出端子T 13輸出指示透過信號線32輸入至源極電極之類比像素信號V VSL與輸入至閘極電極之輸入電晶體PT 11之汲極電壓V d之間的一電壓差是否超過來自汲極電極之一預定臨限電壓之一信號OUT作為類比像素信號V VSL與斜波參考信號V RAMP之間的一比較結果。
輸出側箝位電晶體NT 12包含(例如)一N通道MOS電晶體，且具有連接至輸出電晶體PT 12之源極電極之一汲極電極及連接至輸出電晶體PT 12之汲極電極之一源極電極。一預定偏壓電壓bias2施加至輸出側箝位電晶體NT 12之一閘極電極。包含一N通道MOS電晶體之輸出側箝位電晶體NT 12可指定輸出電晶體PT 12之汲極電壓之下限。
如上文所描述，根據第一實施例之CMOS影像感測器1之比較器131具有其中將一電流供應至信號線32之輸入側負載電流源I 11及輸出側負載電流源I 12共用為比較器131之一電流源之一電路組態，類似於根據相關領域之技術之比較器131。使用具有電路組態之比較器131，可減少類比數位轉換器131之功耗且減少CMOS影像感測器1之功耗。即，根據相關領域之技術之比較器131係一超低功耗型比較器。
除具有包含連接於信號線32與輸入側負載電流源I 11之間的輸入電晶體PT 11之上述組態之比較器131之外，根據第一實施例之CMOS影像感測器1亦包含將一預定參考信號(例如斜波參考信號V RAMP)供應至浮動擴散區FD (其係像素20之一電荷電壓轉換區段)之一參考信號供應區段50。
參考信號供應區段50包含產生斜波參考信號V RAMP之一參考信號產生區段51及將由參考信號產生區段51產生之斜波參考信號V RAMP施加至浮動擴散區FD之一輸入電容元件52。參考信號產生區段51產生具有藉由根據相關領域之技術使參考信號V RAMP(即，輸入至輸入電晶體PT 11之閘極電極之參考信號V RAMP)之斜坡波形垂直反相來獲得之一波形之參考信號V RAMP。
圖7繪示用於描述根據第一實施例之CMOS影像感測器1之一操作之一時序圖。圖7之時序圖繪示用於驅動像素20之一選擇電晶體25之一選擇信號SEL、用於驅動一重設電晶體23之一重設信號RST、用於驅動一轉移電晶體22之一轉移信號TRG及類比像素信號V VSL之間的一時序關係。圖7之時序圖進一步繪示施加至浮動擴散區FD之斜波參考信號V RAMP、自動歸零開關SW AZ之驅動信號AZ及斜波重疊之後的像素信號V VSL之間的一時序關係。
如上文所描述，當由參考信號產生區段51產生之斜波參考信號V RAMP經由輸入電容元件52施加至浮動擴散區FD時，如圖8A中所繪示，自信號線32讀取其中斜波參考信號V RAMP與浮動擴散區FD之電位重疊之像素信號V VSL。接著，在一行平行類比數位轉換區段13中，在提供給各像素行之比較器131中，如圖8B中所繪示，執行比較像素信號V VSL(其透過信號線32供應且斜波參考信號V RAMP與其重疊)與輸入至輸入電晶體PT 11之閘極電極之預定參考電壓(例如接地GND)之處理。因此，具有對應於像素信號V VSL之一信號位準之一脈衝寬度(具體而言，對應於信號位準之大小之一脈衝寬度)之一脈衝信號基於斜波參考信號V RAMP與預定參考電壓交叉之一時序自比較器131輸出作為一比較結果。
＜本發明之第二實施例＞ 在根據第一實施例之CMOS影像感測器1中，作為施加至浮動擴散區FD之斜波參考信號V RAMP，使用具有藉由根據相關領域之技術使參考信號V RAMP(即，輸入至輸入電晶體PT 11之閘極電極之參考信號V RAMP)之斜坡波形垂直反相來獲得之一波形之一信號。在具有藉由根據相關領域之技術使參考信號V RAMP之斜坡波形垂直反相來獲得之波形之信號中，需要將重設信號(P相信號)及資料信號(D相信號)之穩定期設定為較長。
為可靠地引起反相且確保線性度，在斜波參考信號V RAMP之一斜坡部分前面提供一偏移。即，斜波參考信號V RAMP包含斜坡部分及一偏移部分。此係因為偏移部分之一階躍引起波形歸因於信號線32之一大時間常數影響而在信號線32中鈍化，且需要等待穩定。然而，隨著重設信號(P相信號)及資料信號(D相信號)之穩定期增加，行平行類比數位轉換區段13中類比數位轉換所需之整體時間相應增加。因此，一圖框率降低或功耗之一時間平均值劣化。
為解決此問題，在根據本發明之一第二實施例之一CMOS影像感測器1中，包含一斜坡部分及一偏移部分之一斜波參考信號V RAMP之偏移部分與斜坡波形分離，經垂直反相，且經由一電容元件C 01供應至一輸入電晶體PT 11之一閘極電極。
(包含比較器之一個像素行之電路組態之實例) 圖9繪示包含根據本發明之第二實施例之CMOS影像感測器1之一比較器之一個像素行之一電路組態之一實例，且圖10繪示用於描述根據第二實施例之CMOS影像感測器1之一操作之一時序圖。
在根據第二實施例之CMOS影像感測器1中，一參考信號產生區段51將包含斜坡部分及偏移部分之斜波參考信號V RAMP分離成斜坡部分及偏移部分，將斜坡部分輸出為一參考信號V RAMP1，使偏移部分垂直反相，且將反相偏移部分輸出為一參考信號V RAMP2。參考信號V RAMP1(其係斜坡部分)經由一輸入電容元件52施加至一浮動擴散區FD。參考信號V RAMP2(其係偏移部分)作為一預定參考電壓經由一輸入端子T 11及一電容元件C 01供應至輸入電晶體PT 11之閘極電極。
如上文所描述，在根據本發明之第二實施例之CMOS影像感測器1中，包含斜坡部分及偏移部分之斜波參考信號V RAMP之偏移部分自斜坡波形分離，經垂直反相，且經由電容元件C 01供應至輸入電晶體PT 11之閘極電極。因此，儘管參考信號V RAMP1(其係斜坡部分)與一像素信號V VSL重疊，但偏移部分之階躍不放置於像素信號V VSL上。因此，波形歸因於信號線32之大時間常數影響而未在信號線32中鈍化，且無需等待穩定。接著，包含一P通道MOS電晶體之輸入電晶體PT 11之一閘極-源極電壓V gs之一波形係「V RAMP1-V RAMP2」，其相同於原始斜波參考信號V RAMP。因此，作為一電路操作，可獲得相同於根據第一實施例之CMOS影像感測器1之一情況之輸出。
＜本發明之第三實施例＞ 本發明之一第三實施例係其中一斜波參考信號V RAMP供應至一CMOS影像感測器1中之一共用浮動擴散區FD之一實例，在CMOS影像感測器1中，充當浮動擴散區FD下游之一電荷電壓轉換區段之像素電路在複數個像素之間共用。
(包含比較器之一個像素行之電路組態之實例) 圖11繪示包含根據本發明之第三實施例之CMOS影像感測器1之一比較器之一個像素行之一電路組態之一實例。
在圖11中所繪示之像素組態之實例中，例如，四個像素共用浮動擴散區FD之後的一級中之像素電路。具體而言，四個像素係包含一光二極體21 1及一轉移電晶體22 1之一第一像素、包含一光二極體21 2及一轉移電晶體22 2之一第二像素、包含一光二極體21 3及一轉移電晶體22 3之一第三像素及包含一光二極體21 4及一轉移電晶體22 4之一第四像素。
第一像素至第四像素共用浮動擴散區FD下游之像素電路，即，浮動擴散區FD、一重設電晶體23、一放大電晶體24及一選擇電晶體25。接著，根據第三實施例之CMOS影像感測器1具有其中由一參考信號產生區段51產生之斜波參考信號V RAMP經由一輸入電容元件52施加至四個像素之間共用之浮動擴散區FD之一組態。
亦在其中進行像素共用之根據第三實施例之CMOS影像感測器1中，由於斜波參考信號V RAMP經由輸入電容元件52施加至像素之間共用之浮動擴散區FD，所以可獲得類似於根據第一實施例之CMOS影像感測器1之作用及效應之作用及效應。
應注意，此處，已將其中根據第一實施例之技術應用於其中進行像素共用之根據第三實施例之CMOS影像感測器1之一情況描述為一實例。然而，亦可應用根據第二實施例之技術，即，使斜波參考信號V RAMP之一偏移部分與一斜坡波形分離、使偏移部分垂直反相及經由一電容元件C 01將反相偏移部分供應至一輸入電晶體PT 11之一閘極電極之一技術。
＜參考信號供應區段之組態實例＞ 接著，例如，下文將描述將斜波參考信號V RAMP供應至根據第一實施例之CMOS影像感測器1中之浮動擴散區FD之參考信號供應區段50之一組態實例之一具體實例。
(實例1) 實例1係其中斜波參考信號V RAMP沿矩陣像素陣列之行方向供應至浮動擴散區FD之一實例。圖12繪示根據實例1之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
在圖12中，在與圖6及其類似者之電路組態實例之對應關係中，將參考信號供應區段50 (50 1至50 n)之輸入電容元件52描述為對應於m列×n行之一像素陣列之各自像素之C 11至C mn。另外，由電阻元件之符號繪示之電阻器表示參考信號供應區段50之佈線電阻器。此同樣適用於稍後將描述之各自實例。
根據實例1之參考信號供應區段50包含作為參考信號產生區段51提供給各自像素行之電流積分型數位類比轉換器53 1至53 n，且具有其中電流積分型數位類比轉換器53 1至53 n之電流積分電容器沿各自像素行之行方向針對各自像素配置以形成斜波參考信號V RAMP之輸入電容元件52之一組態。
根據根據實例1之參考信號供應區段50之組態實例，由於針對各像素行分離斜波參考信號V RAMP之一佈線，所以可將經由佈線之一干擾抑制至非常小。
(實例2) 實例2係實例1之一修改實例，且係其中參考信號產生區段51經配置成由所有像素行共有之一實例。圖13繪示根據實例2之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
根據實例2之參考信號供應區段50具有其中參考信號產生區段51經配置成由所有像素行共有之一組態。作為針對所有像素行集中產生斜波參考信號V RAMP之參考信號產生區段51，可使用一電流導向型數位類比轉換器或一電流積分數位類比轉換器。由參考信號產生區段51產生之斜波參考信號V RAMP經由緩衝器54 1至54 n供應至各像素行。
根據根據實例2之參考信號供應區段50之組態實例，斜波參考信號V RAMP之佈線由緩衝器54 1至54 n分離用於各像素行，且電流消耗增加，但經由斜波參考信號V RAMP之佈線之一干擾可抑制至非常小。此外，由於針對所有像素行集中產生斜波參考信號V RAMP，所以可減少像素行之間的失配。
(實例3) 實例3係實例2之一修改實例，且係其中參考信號產生區段51經配置成由所有像素行共有且由參考信號產生區段51產生之參考信號V RAMP直接供應至各像素行之一實例。圖14繪示根據實例3之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
在根據實例3之參考信號供應區段50中，參考信號產生區段51經配置成由所有像素行共有，且由參考信號產生區段51產生之斜波參考信號V RAMP直接供應至各像素行之斜波參考信號V RAMP之佈線。作為針對所有像素行集中產生斜波參考信號V RAMP之參考信號產生區段51，可使用一電流導向型數位類比轉換器或一電流積分數位類比轉換器。
在根據實例3之參考信號供應區段50之一情況中，由於實例2之緩衝器54 1至54 n未中介於斜波參考信號V RAMP之佈線與參考信號供應區段50之間，所以可比實例2之參考信號供應區段50之一情況減少功耗。此外，由於未針對各自像素行中介緩衝器54 1至54 n，所以可最小化像素行之間的失配。
(實例4) 實例4係實例3之一修改實例，且係自矩陣像素陣列之上側及下側兩者驅動之一實例。圖15繪示根據實例4之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
根據實例4之參考信號供應區段50具有其中參考信號產生區段51 1_1及51 1_2在矩陣像素陣列之像素行方向上分別配置於上側及下側上且自矩陣像素陣列之上側及下側驅動(即，所產生之斜波參考信號V RAMP供應給各像素行)之一組態。此處，已描述自上側及下側驅動之參考信號供應區段之組態之一實例，但本發明不限於此組態。在自矩陣像素陣列之上側及下側兩者供應之一情況中，存在時序歸因於一控制信號或其類似者延遲而在上側與下側之間略微移位之一可能性，但由於參考信號V RAMP係一斜波，所以即使在其中時序略微移位之一情況中，亦不存在操作問題。
在實例4之參考信號供應區段50之一情況中，由於斜波參考信號V RAMP自矩陣像素陣列之上側及下側兩者供應，所以可減少一最大延遲量且可抑制陰影、一干擾之一最大值及上側與下側之間的一差，使得可提高影像品質。
(實例5) 實例5係其中斜波參考信號V RAMP沿矩陣像素陣列之列方向供應至浮動擴散區FD之一實例。圖16繪示根據實例5之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
根據實例5之參考信號供應區段50包含作為參考信號產生區段51提供給各自像素列之電流積分型數位類比轉換器53 1至53 n，且具有其中電流積分型數位類比轉換器53 1至53 n之電流積分電容器沿各自像素列之列方向針對各自像素配置以形成斜波參考信號V RAMP之輸入電容元件52之一組態。
根據根據實例5之參考信號供應區段50之組態實例，由於未針對各像素行分離斜波參考信號V RAMP之佈線，所以經由佈線之干擾問題比其中針對各像素行分離斜波參考信號V RAMP之佈線之一情況更可能發生。然而，由於僅需驅動自其讀取像素信號之像素列，所以可將功耗抑制至很小。
(實例6) 實例6係實例5之一修改實例，且係自矩陣像素陣列之左側及右側兩者驅動之一實例。圖17繪示根據實例6之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
根據實例6之參考信號供應區段50具有其中電流積分型數位類比轉換器53 1_1至53 m_1及53 1_2至53 m_2在矩陣像素陣列之像素列方向上分別配置於左側及右側上且自矩陣像素陣列之左側及右側驅動(即，所產生之斜波參考信號V RAMP供應給各像素列)之一組態。此處，已描述自左側及右側驅動之參考信號供應區段之組態之一實例，但本發明不限於此組態。在自矩陣像素陣列之左側及右側兩者供應之一情況中，存在時序歸因於一控制信號或其類似者延遲而在左側與右側之間略微移位之一可能性，但由於參考信號V RAMP係一斜波，所以即使在其中時序略微移位之一情況中，亦不存在操作問題。
在實例6之參考信號供應區段50之一情況中，由於斜波參考信號V RAMP自矩陣像素陣列之左側及右側兩者供應，所以可減少一最大延遲量且可抑制陰影、一干擾之一最大值及左側與右側之間的一差，使得可提高影像品質。
(實例7) 實例7係實例5之一修改實例，且係其中參考信號產生區段51經配置成由所有像素列共有且由參考信號產生區段51產生之參考信號V RAMP供應至各像素列之一實例。圖18繪示根據實例7之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
在根據實例7之參考信號供應區段50中，參考信號產生區段51經配置成由所有像素列共有，且由參考信號產生區段51產生之斜波參考信號V RAMP經由開關S 1至S m供應至各像素行之斜波參考信號V RAMP之佈線。作為針對所有像素列集中產生斜波參考信號V RAMP之參考信號產生區段51，可使用一電流導向型數位類比轉換器或一電流積分數位類比轉換器。
在根據實例7之參考信號供應區段50之一情況中，由於未針對各像素行分離斜波參考信號V RAMP之佈線，所以經由佈線之干擾問題比其中針對各像素行分離斜波參考信號V RAMP之佈線之一情況更可能發生。然而，由於僅需連接經由開關S 1至S m自其讀取像素信號之像素列，所以可將功耗抑制至很小。此外，由於針對所有像素列集中產生斜波參考信號V RAMP，所以可減少像素列之間的失配。
(實例8) 實例8係實例7之一修改實例，且係自矩陣像素陣列之左側及右側兩者驅動之一實例。圖19繪示根據實例8之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
根據實例8之參考信號供應區段50具有其中參考信號產生區段51 1_1及51 1_2在矩陣像素陣列之像素列方向上分別配置於左側及右側上且自矩陣像素陣列之左側及右側驅動(即，所產生之斜波參考信號V RAMP供應給各像素列)之一組態。此處，已描述自左側及右側驅動之參考信號供應區段之組態之一實例，但本發明不限於此組態。在自矩陣像素陣列之左側及右側兩者供應之一情況中，存在時序歸因於一控制信號或其類似者延遲而在左側與右側之間略微移位之一可能性，但由於參考信號V RAMP係一斜波，所以即使在其中時序略微移位之一情況中，亦不存在操作問題。
在實例8之參考信號供應區段80之一情況中，由於斜波參考信號V RAMP自矩陣像素陣列之左側及右側兩者供應，所以可減少一最大延遲量且可抑制陰影、一干擾之一最大值及左側與右側之間的一差，使得可提高影像品質。
(實例9) 實例9係其中斜波參考信號V RAMP供應於像素單元中之一網格圖案中之一實例。此係自矩陣像素陣列之左側及右側兩者驅動之一實例。圖20繪示根據實例9之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
根據實例9之參考信號供應區段50具有其中參考信號產生區段51經提供為由所有像素共有且參考信號產生區段51將斜波參考信號V RAMP供應至像素單元中之一網格圖案中之所有像素之一組態。作為參考信號產生區段51，可使用一電流導向型數位類比轉換器或一電流積分型數位類比轉換器。
根據實例9之參考信號供應區段50之組態實例，由於未針對各像素行分離斜波參考信號V RAMP之佈線，所以經由佈線之一干擾可比其中針對各像素行分離斜波參考信號V RAMP之佈線之一情況更可能發生。然而，由於緩衝器未中介於參考信號V RAMP之佈線與參考信號產生區段51之間，所以可將功耗抑制至很小。此外，由於斜波參考信號V RAMP供應於像素單元中之一網格圖案中，所以可最小化像素列/像素行之間的失配。
(實例10) 實例10係實例9之一修改實例，且係其中緩衝器中介於參考信號V RAMP之佈線與參考信號產生區段51之間的一實例。圖21繪示根據實例10之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
根據實例10之參考信號供應區段50具有其中在其中斜波參考信號V RAMP供應於像素單元中之一網格圖案中之組態中緩衝器54 1至54 n提供於參考信號V RAMP之佈線與參考信號產生區段51之間的一組態。作為參考信號產生區段51，可使用一電流導向型數位類比轉換器或一電流積分型數位類比轉換器。
根據根據實例10之參考信號供應區段50之組態實例，由於緩衝器54 1至54 n中介於參考信號V RAMP之佈線與參考信號產生區段51之間，所以儘管功耗比其中未中介緩衝器之一情況增加，但可改良穩定且亦可將經由斜波參考信號V RAMP之佈線之一干擾抑制至很小。此外，由於斜波參考信號V RAMP供應於像素單元中之一網格圖案中，所以可最小化像素列/像素行之間的失配。
(實例11) 實例11係其中斜波參考信號V RAMP沿行方向自矩陣像素陣列之中心部分供應之一實例。圖22繪示根據實例11之一參考信號供應區段之一組態之一實例。
根據實例11之參考信號供應區段50具有其中參考信號產生區段51經提供成在矩陣像素陣列外部由矩陣像素陣列之中心附近之所有像素共有且由參考信號產生區段51產生之斜波參考信號V RAMP經由開關S 11及S 12及佈線L 11及L 12在行方向上供應之一組態。作為參考信號產生區段51，可使用一電流導向型數位類比轉換器或一電流積分型數位類比轉換器。
用於沿像素行方向及佈線L 11及L 12供應斜波參考信號V RAMP之上佈線及下佈線可由一連接部分55 (諸如矩陣像素陣列之中心部分處之Cu-Cu直接接合)電連接。
根據根據實例11之參考信號供應區段50之組態實例，由於斜波參考信號V RAMP自矩陣像素陣列之中心部分在行方向上供應，所以可分離矩陣像素陣列之上半側及下半側中未自其讀取像素信號之一側上之佈線。因此，由於可使參考信號產生區段51之一負載電阻或負載容量減半，所以可減少參考信號產生區段51之功耗及整個CMOS影像感測器1之功耗。
＜像素電路之電路組態實例＞ 接著，將描述其中斜波參考信號V RAMP施加至浮動擴散區FD之一像素電路之一電路組態實例。
(電路組態實例1) 電路組態實例1係其中在輸入電容元件52前面提供一緩衝器之一實例。圖23繪示根據電路組態實例1之像素電路之一電路圖。
根據電路組態實例1之像素電路具有其中在輸入電容元件52之前一級中提供經由輸入電容元件52將自參考信號產生區段51供應之斜波參考信號V RAMP施加至浮動擴散區FD之一緩衝器56之一組態。緩衝器56具有包含一恆定電流源電晶體57及一輸入電晶體58之一源極隨耦器組態。
在具有源極隨耦器組態之緩衝器56中，恆定電流源電晶體57連接於光二極體21之陽極電極與輸入電容元件52之輸入端子之間，且一預定偏壓電壓V BIAS施加至其一閘極電極。輸入電晶體58連接於一預定電位之一節點與輸入電容元件52之輸入端子之間，且斜波參考信號V RAMP施加至其一閘極電極。
此處，考量其中未在輸入電容元件52之前一級中提供緩衝器56之一情況。在其中未在輸入電容元件52之前一級中提供緩衝器56之一情況中，一信號可自像素電路側反向流動至參考信號產生區段51側，且可易於發生一干擾。
另一方面，在根據電路組態實例1之像素電路之一情況中，由於在輸入電容元件52之前一級中提供緩衝器56，所以可抑制由信號自像素電路側反向流動至參考信號產生區段51側引起之干擾。此外，由於最小化具有源極隨耦器組態之緩衝器56之負載，所以可減少緩衝器56之功耗。
(電路組態實例2) 電路組態實例2係其中在不同於像素之一晶片中提供緩衝器之恆定電流源電晶體57之一實例。圖24繪示根據電路組態實例2之一像素電路之一電路圖。
在根據電路組態實例2之像素電路中，在圖3B中所繪示之堆疊型半導體晶片結構之前提下，當在像素中提供具有源極隨耦器組態之緩衝器56時，在不同於像素晶片(對應於圖3B中所繪示之作為第一層之半導體晶片43)之一晶片(即，電路晶片(對應於圖3B中所繪示之作為第二層之半導體晶片44))中提供恆定電流源電晶體57。
像素晶片及電路晶片經由(例如)一接合部分61電連接，接合部分61包含用於使Cu電極彼此直接接合之Cu-Cu直接接合。在像素晶片側上，一開關電晶體59連接於接合部分61與輸入電容元件52之輸入端子之間，且選擇信號SEL施加至其一閘極電極。在電路晶片側上，一取樣/保持電路60連接至恆定電流源電晶體57之閘極電極。
根據電路組態實例2之像素電路，由於取樣/保持電路60 (就空間而言，其難以配置於像素中)可在電路晶片側上連接至恆定電流源電晶體57之閘極電極，所以可切斷偏壓之雜訊且可抑制輸出雜訊。
(電路組態實例3) 電路組態實例3係其中在一像素中提供參考信號產生區段之一實例。圖25繪示根據電路組態實例3之一像素電路之一電路圖。
在根據電路組態實例3之像素電路中，提供給各像素之輸入電容元件52用作用於電流積分之一電容元件，且用於參考信號產生之一電流積分型數位類比轉換器(DAC)與包含一P通道MOS電晶體之一恆定電流源電晶體71一起形成於像素中。一重設電晶體72連接於輸入電容元件52之輸入端子與光二極體21之陽極電極之間，且重設信號RST施加至重設電晶體72之一閘極電極。
在根據電路組態實例3之像素電路之一情況中，輸入電容元件52用作用於電流積分之一電容元件，且用於參考信號產生之電流積分型DAC形成於像素中，使得無需在電路晶片中形成用於參考信號產生之電流積分型DAC，且因此可減小電路晶片之大小及整個堆疊型半導體晶片之大小。
＜堆疊型半導體晶片結構中之晶片間佈線結構之實例＞ 接著，將描述藉由堆疊複數個半導體晶片來形成之堆疊型半導體晶片結構中之半導體晶片之間的一電佈線結構之一實例。
(佈線結構實例1) 佈線結構實例1係兩層晶片結構中之晶片之間的一電佈線結構之一實例。圖26繪示根據佈線結構實例1之一晶片間佈線結構實例。半導體晶片之一平面圖繪示於圖26之左側上，且各半導體晶片之一佈線結構示意性繪示於圖26之右側上。此同樣適用於稍後將描述之各佈線結構實例。
根據佈線結構實例1之晶片間佈線結構係其中堆疊作為第一層之半導體晶片43及作為第二層之半導體晶片44之兩層晶片結構。作為第一層之半導體晶片43係其中形成包含光二極體21之像素20之一像素晶片。作為第二層之半導體晶片44係其中形成包含於行平行類比數位轉換區段13中之比較器131及包含(例如)一數位類比轉換器(DAC)之參考信號產生區段51之一電路晶片。
接著，作為第一層之半導體晶片43 (其係像素晶片)及作為第二層之半導體晶片44 (其係電路晶片)(例如)經由接合部分61電連接至各浮動擴散區FD，斜波參考信號V RAMP自參考信號產生區段51供應至各浮動擴散區FD，接合部分61包含其中直接接合一Cu電極61a及一Cu電極61b之一Cu-Cu直接接合。在佈線結構實例1之一情況中，由參考信號產生區段51產生之斜波參考信號V RAMP在作為第二層之半導體晶片44中透過一佈線L 13分配至各像素。此外，作為第一層之半導體晶片43上之信號線32及作為第二層之半導體晶片44上之比較器131經由用於各像素行之一連接部分63電連接。此同樣適用於稍後將描述之佈線結構實例2及3。
(佈線結構實例2) 佈線結構實例2係其中在兩層晶片結構中之參考信號產生區段51之一輸出部分處在晶片之間形成電連接之一實例。圖27繪示根據佈線結構實例2之一晶片間佈線結構實例。
在根據佈線結構實例2之晶片間佈線結構中，形成於作為第二層之半導體晶片44 (其係電路晶片)中之參考信號產生區段51之輸出部分經由(例如)包含Cu-Cu直接接合之接合部分61電連接至作為第一層之半導體晶片43 (其係像素晶片)。在佈線結構實例2之一情況中，由參考信號產生區段51產生且經由接合部分61供應至作為第一層之半導體晶片43之斜波參考信號V RAMP在作為第一層之半導體晶片43中透過一佈線L 14分配至各像素。接著，如由圖27之左圖中作為第一層之半導體晶片43上之黑色圓圈(●)指示，輸入電容元件52電連接至佈線L 14用於各像素。在佈線結構實例2之一情況中，存在無需直接在像素下方提供接合部分61之優點。
(佈線結構實例3) 佈線結構實例3係其中針對兩層晶片結構中之各像素提供參考信號產生區段51之一實例。圖28繪示根據佈線結構實例3之一晶片間佈線結構實例。
在根據佈線結構實例3之晶片間佈線結構中，作為第一層之半導體晶片43 (其係像素晶片)包含用於各像素之參考信號產生區段51。作為第二層之半導體晶片44 (其係電路晶片)具有一偏壓產生區段62，其產生用於由參考信號產生區段51產生斜波參考信號V RAMP之一偏壓電壓。接著，由偏壓產生區段62產生之偏壓電壓經由包含(例如) Cu-Cu直接接合之接合部分61傳輸至作為第一層之半導體晶片43，且在作為第一層之半導體晶片43中由佈線L 14供應至提供給各像素之參考信號產生區段51。
(佈線結構實例4) 佈線結構實例4係三層晶片結構中之晶片之間之一電佈線結構之一實例。圖29繪示根據佈線結構實例4之一晶片間佈線結構實例。
根據佈線結構實例4之晶片間佈線結構係其中堆疊作為第一層之半導體晶片43、作為第二層之半導體晶片44及作為第三層之半導體晶片45的三層晶片結構。在作為第一層之半導體晶片43中，光二極體21及轉移電晶體22係配置於像素單元中。在作為第二層之半導體晶片44中，形成除光二極體21及轉移電晶體22之外之像素20的一組成元件。在作為第三層之半導體晶片45中，形成經包含於行平行類比數位轉換區段13中之比較器131及包含(例如)一數位類比轉換器(DAC)之參考信號產生區段51。
接著，作為第一層之半導體晶片43及作為第二層之半導體晶片44係經由用於各像素之包含Cu-Cu直接接合、一矽穿孔(TSV)或其類似者之一連接部分64電連接。此同樣適用於稍後將描述之佈線結構實例5及6。作為第二層之半導體晶片44及作為第三層之半導體晶片45係經由包含(例如) Cu-Cu直接接合之接合部分61電連接至各浮動擴散區FD，斜波參考信號V RAMP自參考信號產生區段51供應至各浮動擴散區FD。此外，作為第二層之半導體晶片44及作為第三層之半導體晶片45係經由用於各像素行之一連接部分65電連接。此同樣適用於稍後將描述之佈線結構實例5及6。在佈線結構實例4之一情況中，由參考信號產生區段51產生之斜波參考信號V RAMP在作為第三層之半導體晶片45中係透過佈線L 13分配至各像素。
在根據佈線結構實例4之晶片間佈線結構之一情況中，由於作為第一層之半導體晶片43中僅形成光二極體21及轉移電晶體22，所以可設定像素之一大孔徑比。此同樣適用於稍後將描述之佈線結構實例5及佈線結構實例6。
(佈線結構實例5) 佈線結構實例5係其中在三層晶片結構中之參考信號產生區段51之一輸出部分中在晶片之間形成電連接之一實例。圖30繪示根據佈線結構實例5之一晶片間佈線結構實例。
在根據佈線結構實例5之晶片間佈線結構中，形成於作為第三層之半導體晶片45中之參考信號產生區段51之輸出部分經由包含(例如) Cu-Cu直接接合之接合部分61電連接至作為第二層之半導體晶片44。在佈線結構實例5之一情況中，由參考信號產生區段51產生且經由接合部分61供應至作為第一層之半導體晶片43之斜波參考信號V RAMP在作為第二層之半導體晶片44中透過佈線L 14分配至各像素。
(佈線結構實例6) 佈線結構實例6係其中針對三層晶片結構中之各像素提供參考信號產生區段51之一實例。圖31繪示根據佈線結構實例6之一晶片間佈線結構實例。
在根據佈線結構實例6之晶片間佈線結構中，作為第二層之半導體晶片44包含用於各像素之參考信號產生區段51。作為第三層之半導體晶片45具有偏壓產生區段62，其產生用於由參考信號產生區段51產生斜波參考信號V RAMP之一偏壓電壓。接著，由偏壓產生區段62產生之偏壓電壓經由包含(例如) Cu-Cu直接接合之接合部分61傳輸至作為第二層之半導體晶片44且在作為第二層之半導體晶片44中由佈線L 14供應至提供給各像素之參考信號產生區段51。
＜修改實例＞ 上文已基於較佳實施例來描述根據本發明之技術，但根據本發明之技術不限於實施例。上述實施例之各者中所描述之影像捕捉裝置之組態及結構係實例且可適當改變。
例如，上述實施例之各者中之比較器131之電路組態係一實例且不限於電路組態。具體而言，根據第一實施例、第二實施例及第三實施例之比較器131可具有其中省略電容元件C 02、輸入側箝位電晶體PT 13、輸入側箝位電晶體NT 11或輸出側箝位電晶體NT 12之至少一者之一電路組態。
＜應用實例＞ 上述本實施例之影像捕捉裝置可用於感測諸如可見光、紅外光、紫外光或X射線之光之各種裝置中，例如，如圖32中所繪示。下文列舉各種裝置之具體實例。
- 捕捉一影像供觀看之一裝置，諸如一數位攝影機及具有一攝影機功能之一可攜式裝置 - 提供給交通之一裝置，諸如用於捕捉一車輛前面、後面、周圍或內部之區域之一影像之一車載感測器、用於監視一行駛車輛或一道路之一監視攝影機或用於量測車輛之間的距離以用於安全駕駛(諸如自動停車及辨識駕駛員之狀態)之一距離量測感測器 - 提供給諸如一電視、一冰箱及一空調之家用電器以捕捉使用者之手勢之一影像且根據手勢執行一裝置操作之一裝置 - 提供給醫療及保健之一裝置，諸如一內視鏡或用於藉由接收紅外光來捕捉血管之一影像之一裝置 - 提供給安全之一裝置，諸如用於安全之一監視攝影機或用於個人認證之一攝影機 - 提供給美容之一裝置，諸如用於捕捉皮膚之一影像之一皮膚量測裝置或用於捕捉頭皮之一影像之一顯微鏡 - 提供給運動之一裝置，諸如一運動攝影機或用於運動中之一可穿戴攝影機 - 提供給農業之一裝置，諸如用於監視農田及作物狀況之一攝影機
＜根據本發明之技術之應用實例＞ 根據本發明之技術可應用於各種產品。下文將描述一更具體應用實例。
(本發明之電子設備) 此處，將描述應用於諸如一數位攝影機或一視訊攝影機之一影像捕捉系統、諸如一行動電話之具有一影像捕捉功能之一行動終端裝置或將影像捕捉裝置用於一影像讀取區段之諸如一影印機之一電子設備。
(影像捕捉系統之實例) 圖33係繪示一影像捕捉系統之一組態實例的一方塊圖，影像捕捉系統係本發明之電子設備之一實例。
如圖33中所繪示，根據此實例之一影像捕捉系統100包含一影像捕捉光學系統101 (包含一透鏡群組及其類似者)、一影像捕捉區段102、一數位信號處理器(DSP)電路103、一圖框記憶體104、一顯示裝置105、一記錄裝置106、一作業系統107、一電源供應系統108及其類似者。此外，DSP電路103、圖框記憶體104、顯示裝置105、記錄裝置106、作業系統107及電源供應系統108經由一匯流線109彼此連接。
影像捕捉光學系統101接收來自一主體之入射光(影像光)且在影像捕捉區段102之一影像捕捉表面上形成一影像。影像捕捉區段102將由光學系統101在影像捕捉表面上形成為影像之入射光量轉換成以像素為單位之一電信號且輸出電信號作為一像素信號。DSP電路103執行一般攝影機信號處理，諸如白平衡處理、去馬賽克處理或伽瑪校正處理。
圖框記憶體104適當用於在由DSP電路103執行之信號處理程序中儲存資料。顯示裝置105包含諸如一液晶顯示裝置或一有機電致發光(EL)顯示裝置之一面板型顯示裝置，且顯示由影像捕捉區段102捕捉之一動態影像或一靜態影像。記錄裝置106將由影像捕捉區段102捕捉之動態影像或靜態影像記錄於一可攜式半導體記憶體、一光碟或諸如一硬碟(HDD)之一記錄媒體上。
作業系統107在使用者之操作下發出用於影像捕捉系統100之各種功能之操作命令。電源供應系統108將充當DSP電路103、圖框記憶體104、顯示裝置105、記錄裝置106及作業系統107之操作電源之各種類型之電源適當供應至此等供應目標。
在具有上述組態之影像捕捉系統100中，根據上述實施例之影像捕捉裝置可用作影像捕捉區段102。就影像捕捉裝置而言，由於可減少類比數位轉換器之功耗，所以可減少影像捕捉裝置之功耗。再者，在單斜率類比數位轉換器中，即使在其中在電容元件前面提供緩衝器用於吸收偏移以增大斜波參考信號之一驅動力且減小一輸出阻抗之一情況中，可在無需連接像素行之間的緩衝器之輸出端子之情況下減少緩衝器之雜訊，使得可獲得具有高影像品質之一捕捉影像。
(應用於移動體之實例) 根據本發明之技術(本技術)可應用於各種產品。例如，根據本發明之技術可實施為安裝於諸如以下之任一移動體中之一影像捕捉裝置：一車輛、一電動車、一混合電動車、一機車、一自行車、一個人移動裝置、一飛機、一無人機、一輪船、一機器人、一施工機械及一農業機械(拖拉機)。
圖34係繪示一車輛控制系統之一示意組態之一實例的一方塊圖，車輛控制系統係根據本發明之技術可應用於其之一移動體控制系統之一實例。
一車輛控制系統12000包含透過一通信網路12001連接之複數個電子控制單元。在圖34中所繪示之實例中，車輛控制系統12000包含一驅動系統控制單元12010、一車身系統控制單元12020、一車外資訊偵測單元12030、一車內資訊偵測單元12040及一整合控制單元12050。此外，作為整合控制單元12050之一功能組態，繪示一微電腦12051、一語音及影像輸出區段12052及一車載網路介面(I/F) 12053。
驅動系統控制單元12010根據各種程式來控制與一車輛之一驅動系統相關之一裝置之一操作。例如，驅動系統控制區段12010充當一控制裝置，諸如用於產生一車輛之一驅動力之一驅動力產生裝置(諸如一內燃機、一驅動馬達或其類似者)、用於將一驅動力傳輸至車輪之一驅動力傳輸機構、用於調整車輛之一轉向角之一轉向機構、用於產生車輛之一制動力之一制動裝置或其類似者。
車身系統控制單元12020根據各種程式來控制安裝於一車身中之各種裝置之一操作。例如，車身系統控制單元12020充當一無鑰匙進入系統、一智慧鑰匙系統、一電動車窗裝置或用於各種燈(諸如一頭燈、一尾燈、一剎車燈、一閃光燈、一霧燈及其類似者)之一控制裝置。在此情況中，自替代一鑰匙之一可攜式機器發送之電波及各種開關之一信號可輸入至車身系統控制單元12020。車身系統控制單元12020接收電波或信號以控制一車輛之一門鎖裝置、一電動車窗裝置、一燈或其類似者。
車外資訊偵測單元12030偵測有關其中安裝車輛控制系統12000之一車輛之一外部區域之資訊。例如，一影像捕捉區段12031連接至車外資訊偵測單元12030。車外資訊偵測單元12030引起影像捕捉區段12031捕捉車外之一區域之一影像，且接收所捕捉之影像。車外資訊偵測單元12030可執行偵測諸如一人、一汽車、一障礙物、一標誌、一路面上文字或其類似者之一物體之處理，或基於所接收之影像來執行距離偵測處理。
影像捕捉區段12031係接收光且輸出對應於接收光量之一電信號之一光學感測器。影像捕捉區段12031可將電信號輸出為一影像，或可將電信號輸出為距離量測資訊。此外，由影像捕捉區段12031接收之光可為可見光或諸如紅外線或其類似者之不可見光。
車內資訊偵測單元12040偵測有關車輛之一內部區域之資訊。例如，偵測一駕駛員之一狀態之一駕駛員狀態偵測區段12041連接至車內資訊偵測單元12040。駕駛員狀態偵測區段12041包含(例如)捕捉駕駛員之一影像之一攝影機，且車內資訊偵測單元12040可計算駕駛員之一疲勞度或一專注度，或基於自駕駛員狀態偵測區段12041輸入之偵測資訊來判別駕駛員是否打瞌睡。
微電腦12051可基於有關車輛之內部區域及外部區域之資訊(資訊由車外資訊偵測單元12030或車內資訊偵測單元12040獲取)來計算一驅動力產生裝置、一轉向機構或一制動裝置之一目標控制值，且將一控制指令輸出至驅動系統控制單元12010。例如，微電腦12051可執行一協同控制以實施先進駕駛輔助系統(ADAS)之功能，其包含車輛防撞、減緩衝擊、基於一車間距之跟車行駛、車輛勻速行駛、一車輛碰撞警告、一車道偏離警告或其類似者。
此外，微電腦12051可藉由基於由車外資訊偵測單元12030或車內資訊偵測單元12040或其類似者獲取之有關車輛之一周圍區域之資訊來控制一驅動力產生裝置、一轉向機構、一制動裝置或其類似者來執行一協同控制以進行其中一車輛在無需駕駛員操作之情況下自主行駛之一自動駕駛。
此外，微電腦12051可基於由車外資訊偵測單元12030獲取之車外資訊來將一控制指令輸出至車身系統控制單元12020。例如，微電腦12051可藉由根據由車外資訊偵測單元12030偵測到之一前方車輛或一對向車輛之一位置來控制一頭燈自一遠光燈切換至一近光燈或其類似者來執行一協同控制以防止眩目。
語音及影像輸出區段12052將語音或影像之至少一者之一輸出信號發送至一輸出裝置，輸出裝置能夠在視覺上或聽覺上向一車輛之一乘客或車輛之一外部區域通知資訊。在圖34中之實例中，將一音訊揚聲器12061、一顯示區段12062及一儀表板12063繪示為輸出裝置。顯示區段12062可包含(例如)一板載顯示器或一抬頭顯示器之至少一者。
圖35係繪示影像捕捉區段12031之一安裝位置之一實例的一圖式。
在圖35中，一車輛12100包含影像捕捉區段12101、12102、12103、12104及12105作為影像捕捉區段12031。
影像捕捉區段12101、12102、12103、12104及12105提供於(例如)一前鼻、側視鏡、一後保險桿、一後門、車廂內擋風玻璃之一上部分及車輛12100之類似處。提供於前鼻處之影像捕捉區段12101及提供於車廂內擋風玻璃之上部分處之影像捕捉區段12105主要獲取車輛12100前面之一區域之一影像。提供於側視鏡處之影像捕捉區段12102及12103主要獲取車輛12100之兩側區域之影像。提供於後保險桿或後門處之影像捕捉區段12104主要獲取車輛12100後面之一區域之一影像。由影像捕捉區段12101及12105獲取之車輛12100前面區域之影像主要用於偵測一前方車輛、一行人、一障礙物、一紅綠燈、一交通標誌、一車道或其類似者。
應注意，圖35繪示影像捕捉區段12101至12104之成像範圍之一實例。一影像捕捉範圍12111指示提供於前鼻處之影像捕捉區段12101之一影像捕捉範圍，影像捕捉範圍12112及12113指示分別提供於側視鏡處之影像捕捉區段12102及12103之影像捕捉範圍，且一影像捕捉範圍12114指示提供於後保險桿或後門處之影像捕捉區段12104之一影像捕捉範圍。例如，由影像捕捉區段12101至12104捕捉之影像資料經疊加以藉此獲得自車輛12100上方鳥瞰之一影像。
影像捕捉區段12101至12104之至少一者可具有獲取距離資訊之一功能。例如，影像捕捉區段12101至12104之至少一者可為包含複數個影像捕捉元件之一立體攝影機，或可為具有用於相位差偵測之像素之一影像捕捉元件。
例如，微電腦12051可藉由基於自影像捕捉區段12101至12104獲取之距離資訊來計算與影像捕捉範圍12111至12114中之各三維物體之一距離及距離之一時間變化(相對於車輛12100之相對速度)來提取在實質上相同於車輛12100之方向之方向上依一預定速度(例如0 km/h或更高)行進之三維物體(特定而言，車輛12100之一行進路徑上之最靠近三維物體，作為一前方車輛)。再者，微電腦12051可針對一前方車輛預先設定一車間安全距離，且可執行一自動制動控制(包含一跟車停止控制)、一自動加速控制(包含一跟車開始控制)及其類似者。如上文所描述，可執行一協同控制以進行其中一車輛在無需駕駛員操作之情況下自主行駛之一自動駕駛。
例如，微電腦12051可基於自影像捕捉區段12101至12104獲得之距離資訊來將與三維物體相關之三維物體資料分類及提取為一兩輪車、一普通車輛、一大型車輛、一行人、及諸如一電線桿之另一三維物體，且將分類及提取之一結果用於自動避開障礙物。例如，微電腦12051將車輛12100周圍之一障礙物識別為車輛12100之駕駛員可見之一障礙物或難以看見之一障礙物。接著，微電腦12051判定指示與各障礙物碰撞之一風險之一碰撞風險，且在其中碰撞風險等於或高於一設定值且存在碰撞之一可能性之一情況中，微電腦12051可透過音訊揚聲器12061或顯示區段12062向駕駛員輸出一警告或透過駕駛系統控制單元12010執行強制減速或避免轉向以執行防撞駕駛輔助。
影像捕捉區段12101至12104之至少一者可為偵測紅外線之一紅外攝影機。例如，微電腦12051可藉由判定影像捕捉區段12101至12104之捕捉影像中是否存在一行人來辨識一行人。此一行人辨識透過用於在攝影區段12101至12104 (其係例如紅外攝影機)之捕捉影像中提取特徵點之一程序及用於藉由對指示一物體之一輪廓之一系列特徵點執行圖案匹配處理來判別物體是否為一行人之一程序來執行。在其中微電腦12051判定影像捕捉區段12101至12104之捕捉影像中存在一行人且辨識行人之一情況中，語音及影像輸出區段12052控制顯示區段12062疊加一矩形輪廓線以突顯經辨識行人。此外，語音及影像輸出區段12052可控制顯示區段12062在一所要位置處顯示指示一行人之一圖標或其類似者。
在上文中，已描述根據本發明之技術可應用於其之車輛控制系統之一實例。根據本發明之技術可應用於(例如)上述組態中之影像捕捉區段12031及其類似者。接著，藉由將根據本發明之技術應用於影像捕捉區段12031及其類似者，可擴大整個影像捕捉裝置之動態範圍，且可減少影像捕捉裝置之功耗，使得可促成減少車輛控制系統之功耗。
＜本發明可採用之組態＞ 應注意，本發明亦可具有以下組態。
＜＜A. 影像捕捉裝置＞＞ (A-01) 一種影像捕捉裝置，其包含： 一負載電流源； 一比較器，其包含連接於傳輸自一像素讀取之一信號之一信號線與該負載電流源之間的一輸入電晶體；及 一參考信號供應區段，其將一預定參考信號供應至該像素之一電荷電壓轉換區段。 (A-02) 如上述(A-01)之影像捕捉裝置，其中 該預定參考信號包含具有依一預定斜率線性改變之一斜坡波形之一電壓。 (A-03) 如上述(A-02)之影像捕捉裝置，其中 該比較器比較一信號電壓與一預定參考電壓，該信號電壓透過該信號線供應且具有該斜坡波形之該電壓與該信號電壓重疊。 (A-04) 如上述(A-03)之影像捕捉裝置，其中 具有該斜坡波形之該電壓包含一斜坡部分及一偏移部分， 具有該斜坡波形之該電壓之該斜坡部分經由一電容元件輸入至該電荷電壓轉換區段，且 具有該斜坡波形之該電壓之該偏移部分相對於該斜坡部分反相極性且輸入至該比較器作為該預定參考電壓。 (A-05) 如上述(A-01)至(A-04)中任一者之影像捕捉裝置，其中 該參考信號供應區段將該預定參考信號供應至複數個像素之間共用之該電荷電壓轉換區段。 (A-06) 如上述(A-01)至(A-05)中任一者之影像捕捉裝置，其中 該參考信號供應區段包含 一參考信號產生區段，其產生該預定參考信號，及 一輸入電容元件，其將由該參考信號產生區段產生之該參考信號施加至該像素之該電荷電壓轉換區段。 (A-07) 如上述(A-06)之影像捕捉裝置，其中 該參考信號供應區段沿其中該等像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列之一行方向將該參考信號供應至該像素之該電荷電壓轉換區段。 (A-08) 如上述(A-07)之影像捕捉裝置，其中 該參考信號產生區段配置成由其中該等像素依一矩陣形式二維配置之該像素陣列之所有像素行共有。 (A-09) 如上述(A-08)之影像捕捉裝置，其中 該參考信號產生區段在該行方向上配置於其中該等像素依一矩陣形式二維配置之該像素陣列之對置側之各者上。 (A-10) 如上述(A-06)之影像捕捉裝置，其中 該參考信號供應區段沿其中該等像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列之一列方向將該參考信號供應至該像素之該電荷電壓轉換區段。 (A-11) 如上述(A-10)之影像捕捉裝置，其中 該參考信號產生區段配置成由其中該等像素依一矩陣形式二維配置之該像素陣列之所有像素列共有。 (A-12) 如上述(A-10)或(A-11)之影像捕捉裝置，其中 該參考信號產生區段在該列方向上配置於其中該等像素依一矩陣形式二維配置之該像素陣列之對置側之各者上。 (A-13) 如上述(A-06)之影像捕捉裝置，其中 該參考信號產生區段在相對於其中該等像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列之各像素之像素單元中將該參考信號供應至該像素之該電荷電壓轉換區段。 (A-14) 如上述(A-06)之影像捕捉裝置，其中 該參考信號產生區段自其中該等像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列之一中心部分沿一行方向將該參考信號供應至該像素之該電荷電壓轉換區段。 (A-15) 如上述(A-06)之影像捕捉裝置，其中 在該像素中，在該輸入電容元件前面提供一緩衝器。 (A-16) 如上述(A-06)之影像捕捉裝置，其中 在該像素中提供該參考信號產生區段。 (A-17) 如上述(A-06)至(A-16)中任一者之影像捕捉裝置，其中 該影像捕捉裝置具有藉由堆疊至少兩個半導體晶片來形成之一堆疊型半導體晶片結構，且 該像素及該比較器分別形成於不同半導體晶片中。 (A-18) 如上述(A-17)之影像捕捉裝置，其中 堆疊作為一第一層之一半導體晶片及作為一第二層之一半導體晶片， 該像素形成於作為該第一層之該半導體晶片中，且 該比較器及該參考信號產生區段形成於作為該第二層之該半導體晶片中。 (A-19) 如上述(A-17)之影像捕捉裝置，其中 堆疊作為一第一層之一半導體晶片、作為一第二層之一半導體晶片及作為一第三層之一半導體晶片， 一光電變換元件形成於作為該第一層之該半導體晶片中， 除該光電變換元件之外的該像素之一組成元件形成於作為該第二層之該半導體晶片中，且 該比較器及該參考信號產生區段形成於作為該第三層之該半導體晶片中。
＜＜B. 電子設備＞＞ (B-01) 一種電子設備，其包含一影像捕捉裝置，該影像捕捉裝置包含： 一負載電流源； 一比較器，其包含連接於傳輸自一像素讀取之一信號之一信號線與該負載電流源之間的一輸入電晶體；及 一參考信號供應區段，其將一預定參考信號供應至該像素之一電荷電壓轉換區段。 (B-02) 如上述(B-01)之電子設備，其中 該預定參考信號包含具有依一預定斜率線性改變之一斜坡波形之一電壓。 (B-03) 如上述(B-02)之電子設備，其中 該比較器比較一信號電壓與一預定參考電壓，該信號電壓透過該信號線供應且具有該斜坡波形之該電壓與該信號電壓重疊。 (B-04) 如上述(B-03)之電子設備，其中 具有該斜坡波形之該電壓包含一斜坡部分及一偏移部分， 具有該斜坡波形之該電壓之該斜坡部分經由一電容元件輸入至該電荷電壓轉換區段，且 具有該斜坡波形之該電壓之該偏移部分相對於該斜坡部分反相極性且輸入至該比較器作為該預定參考電壓。 (B-05) 如上述(B-01)至(B-04)中任一者之電子設備，其中 該參考信號供應區段將該預定參考信號供應至複數個像素之間共用之該電荷電壓轉換區段。 (B-06) 如上述(B-01)至(B-05)中任一者之電子設備，其中 該參考信號供應區段包含 一參考信號產生區段，其產生該預定參考信號，及 一輸入電容元件，其將由該參考信號產生區段產生之該參考信號施加至該像素之該電荷電壓轉換區段。 (B-07) 如上述(B-06)之電子設備，其中 該參考信號供應區段沿其中該等像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列之一行方向將該參考信號供應至該像素之該電荷電壓轉換區段。 (B-08) 如上述(B-07)之電子設備，其中 該參考信號產生區段配置成由其中該等像素依一矩陣形式二維配置之該像素陣列之所有像素行共有。 (B-09) 如上述(B-08)之電子設備，其中 該參考信號產生區段在該行方向上配置於其中該等像素依一矩陣形式二維配置之該像素陣列之對置側之各者上。 (B-10) 如上述(B-06)之電子設備，其中 該參考信號供應區段沿其中該等像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列之一列方向將該參考信號供應至該像素之該電荷電壓轉換區段。 (B-11) 如上述(B-10)之電子設備，其中 該參考信號產生區段配置成由其中該等像素依一矩陣形式二維配置之該像素陣列之所有像素列共有。 (B-12) 如上述(B-10)或(B-11)之電子設備，其中 該參考信號產生區段在該列方向上配置於其中該等像素依一矩陣形式二維配置之該像素陣列之對置側之各者上。 (B-13) 如上述(B-06)之電子設備，其中 該參考信號產生區段在相對於其中該等像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列之各像素之像素單元中將該參考信號供應至該像素之該電荷電壓轉換區段。 (B-14) 如上述(B-06)之電子設備，其中 該參考信號產生區段自其中該等像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列之一中心部分沿一行方向將該參考信號供應至該像素之該電荷電壓轉換區段。 (B-15) 如上述(B-06)之電子設備，其中 在該像素中，在該輸入電容元件前面提供一緩衝器。 (B-16) 如上述(B-06)之電子設備，其中 在該像素中提供該參考信號產生區段。 (B-17) 如上述(B-06)至(B-16)中任一者之電子設備，其中 該影像捕捉裝置具有藉由堆疊至少兩個半導體晶片來形成之一堆疊型半導體晶片結構，且 該像素及該比較器分別形成於不同半導體晶片中。 (B-18) 如上述(B-17)之電子設備，其中 堆疊作為一第一層之一半導體晶片及作為一第二層之一半導體晶片， 該像素形成於作為該第一層之該半導體晶片中，且 該比較器及該參考信號產生區段形成於作為該第二層之該半導體晶片中。 (B-19) 如上述(B-17)之電子設備，其中 堆疊作為一第一層之一半導體晶片、作為一第二層之一半導體晶片及作為一第三層之一半導體晶片， 一光電變換元件形成於作為該第一層之該半導體晶片中， 除該光電變換元件之外的該像素之一組成元件形成於作為該第二層之該半導體晶片中，且 該比較器及該參考信號產生區段形成於作為該第三層之該半導體晶片中。 (C-1) 一種光偵測裝置，其包括： 一像素，其包含一浮動擴散區； 一信號線，其經組態以傳輸自該像素讀取之一信號； 一比較器，其包含一輸入電晶體及一第一負載電流源，該輸入電晶體包含一源極及一汲極，該源極連接至傳輸自該像素讀取之該信號之該信號線且該汲極連接至該第一負載電流源；及 參考信號供應電路系統，其經組態以將一第一參考信號供應至該像素之該浮動擴散區。 (C-2) 如(C-1)之光偵測裝置，其中該輸入電晶體之一閘極耦合至一接地線。 (C-3) 如(C-2)之光偵測裝置，其中該輸入電晶體透過一耦合電容器耦合至該接地線。 (C-4) 如(C-1)之光偵測裝置，其中該比較器進一步包括一輸出電晶體，該輸出電晶體之一源極連接至該信號線，且該輸出電晶體之一汲極連接至一第二負載電流源。 (C-5) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該第一參考信號包含具有依一預定斜率線性改變之一斜坡波形之一電壓。 (C-6) 如(C-5)之光偵測裝置，其中該預定斜率係一向上斜率。 (C-7) 如(C-5)之光偵測裝置，其中 該比較器比較一信號電壓與一預定參考電壓，該信號電壓透過該信號線供應且具有該斜坡波形之該電壓與該信號電壓重疊。 (C-8) 如(C-1)之光偵測裝置，其中該參考信號供應電路系統經組態以將一第二參考信號供應至該輸入電晶體之一閘極。 (C-9) 如(C-8)之光偵測裝置，其中 該第一參考信號包含具有依一預定斜率線性改變之一斜坡波形之一電壓且該第二參考信號包含一偏移電壓。 (C-10) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該浮動擴散區在複數個像素之間共用。 (C-11) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統包含 一參考信號產生器，其產生該第一參考信號，及 一輸入電容元件，其將由該參考信號產生器產生之該第一參考信號耦合至該像素之該浮動擴散區。 (C-12) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該像素位於其中複數個像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列中， 該浮動擴散區係分別對應於該複數個像素之各者之複數個浮動擴散區之一者，且 該參考信號供應電路系統係將該第一參考信號分別供應至該像素陣列中之各自像素行之複數個參考信號供應電路系統之一者。 (C-13) 如(C-12)之光偵測裝置，其中 輸入電容元件經分別提供給一像素行中之各像素，且將由該像素行之一對應參考信號供應電路系統供應之該第一參考信號耦合至該像素行中之像素之各自浮動擴散區。 (C-14) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該像素位於其中複數個像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列中，且 該參考信號供應電路系統配置成由該像素陣列之所有像素行共有。 (C-15) 如(C-14)之光偵測裝置，其中 針對該等像素行之各者，該參考信號供應電路系統透過一緩衝器電路系統將該第一參考信號供應至對應於該像素行中之該等像素之浮動擴散區。 (C-16) 如(C-14)之光偵測裝置，其中 針對該等像素行之各者，該參考信號供應電路系統將該第一參考信號直接供應至對應於該像素行中之該等像素之浮動擴散區。 (C-17) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該像素位於其中複數個像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列中，且 該參考信號供應電路系統係配置於該像素陣列之對置側之各者上之兩個參考信號供應電路系統之一者。 (C-18) 如(C-17)之光偵測裝置，其中該兩個參考信號供應電路系統在一像素行方向上分別配置於該像素陣列之一上側及一下側處。 (C-19) 如(C-17)之光偵測裝置，其中該兩個參考信號供應電路系統在一像素列方向上分別配置於該像素陣列之一左側及一右側處。 (C-20) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該像素位於其中複數個像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列中，且 該參考信號供應電路系統係將該第一參考信號分別供應至該像素陣列中之各自像素列之複數個參考信號供應電路系統之一者。 (C-21) 如(C-14)之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統將該第一參考信號共同供應至像素單元中之一網格圖案中之該等像素。 (C-22) 如(C-15)之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統透過對應於該等行之各者之該各自緩衝器電路系統將該第一參考信號共同供應至像素單元中之一網格圖案中之該等像素。 (C-23) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該像素位於其中複數個像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列中，且 該參考信號供應電路系統沿一行方向配置於該像素陣列之一中心位置處。 (C-24) 如(C-23)之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統透過一第一佈線線路將該第一參考信號供應至該中心位置上方之列中之該等像素，且透過一第二佈線線路將該第一參考信號供應至該中心位置下方之列中之該等像素。 (C-25) 如(C-1)之光偵測裝置，其進一步包括： 一輸入電容元件，其經組態以將由該參考信號供應電路系統產生之該第一參考信號耦合至該像素之該浮動擴散區；及 緩衝器電路系統，其經組態以自該參考信號供應電路系統接收該第一參考信號且將該第一參考信號提供至該輸入電容元件，該緩衝器電路系統具有一源極隨耦器組態。 (C-26) 如(C-25)之光偵測裝置，其中該緩衝器電路系統包含連接於一預定電位處之一節點與該輸入電容元件之一輸入端子之間的一輸入電晶體。 (C-27) 如(C-26)之光偵測裝置，其中該緩衝器電路系統包含連接於該像素之一光二極體之一陽極電極與該輸入電容元件之該輸入端子之間的一恆定電流源電晶體。 (C-28) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該光偵測裝置具有藉由堆疊至少兩個半導體晶片來形成之一堆疊型半導體晶片結構，且 該像素及該比較器分別形成於不同半導體晶片中。 (C-29) 如(C-28)之光偵測裝置，其中 堆疊作為一第一層之一半導體晶片及作為一第二層之一半導體晶片， 該像素形成於作為該第一層之該半導體晶片中，且 該比較器形成於作為該第二層之該半導體晶片中。 (C-30) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統包含產生該第一參考信號之一參考信號產生器， 一輸入電容元件將由該參考信號產生器產生之該第一參考信號耦合至該像素之該浮動擴散區， 該光偵測裝置具有藉由堆疊至少兩個半導體晶片來形成之一堆疊型半導體晶片結構， 該像素形成於作為一第一層之一第一半導體晶片中， 該參考信號產生器形成於作為一第二層之一第二半導體晶片中，且 來自該參考信號產生器之該第一參考信號透過該第一層與該第二層之間的一接合部分電連接至該輸入電容元件。 (C-31) 如(C-30)之光偵測裝置，其中該接合部分包含一Cu-Cu直接接合。 (C-32) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 堆疊作為一第一層之一第一半導體晶片、作為一第二層之一第二半導體晶片及作為一第三層之一第三半導體晶片， 該像素之一光電轉換元件及一轉移電晶體形成於該第一半導體晶片中， 除該光電轉換元件及該轉移電晶體之外的該像素之一組成元件形成於該第二半導體晶片中，且 該比較器及該參考信號供應電路系統形成於該第三半導體晶片中。 (C-33) 如(C-1)之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統包含產生該第一參考信號之一參考信號產生器， 該第二半導體晶片中之一輸入電容元件透過一佈線線路接收該第一參考信號且將由該參考信號產生器產生之該第一參考信號耦合至該像素之該浮動擴散區，且 來自該參考信號產生器之該第一參考信號透過該第二層與該第三層之間的一接合部分電連接至該佈線線路。 (C-34) 如(C-33)之光偵測裝置，其中該接合部分包含一Cu-Cu直接接合。 (C-35) 一種電子設備，其包括如(C-1)之光偵測裝置。
熟習技術者應瞭解，可取決於設計要求及其他因數來發生各種修改、組合、子組合及更改，只要其等在隨附申請專利範圍或其等效物之範疇內。
1:互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器 11:像素陣列區段 12:列選擇區段 13:類比數位轉換區段 14:邏輯電路區段 15:時序控制區段 16:參考信號產生區段 20:像素 21:光二極體 21 1:光二極體 21 2:光二極體 21 3:光二極體 21 4:光二極體 22:轉移電晶體 22 1:轉移電晶體 22 2:轉移電晶體 22 3:轉移電晶體 22 4:轉移電晶體 23:重設電晶體 24:放大電晶體 25:選擇電晶體 31:像素控制線 31 1至31 m:像素控制線 32:信號線 32 1至32 n:信號線 41:半導體基板/半導體晶片 42:墊 43:半導體晶片 44:半導體晶片 45:半導體晶片 50:參考信號供應區段 50 1至50 n:參考信號供應區段 51:參考信號產生區段 51 1_1:參考信號產生區段 51 1_2:參考信號產生區段 52:輸入電容元件 53:電流積分型數位類比轉換器 53 1_1至53 m_1:電流積分型數位類比轉換器 53 1_2至53 m_2:電流積分型數位類比轉換器 54:緩衝器 54 1至54 n:緩衝器 55:連接部分 56:緩衝器 57:恆定電流源電晶體 58:輸入電晶體 59:開關電晶體 60:取樣/保持電路 61:接合部分 61a:Cu電極 61b:Cu電極 62:偏壓產生區段 63:連接部分 64:連接部分 65:連接部分 71:恆定電流源電晶體 72:重設電晶體 100:影像捕捉系統 101:影像捕捉光學系統 102:影像捕捉區段 103:數位信號處理器(DSP)電路 104:圖框記憶體 105:顯示裝置 106:記錄裝置 107:作業系統 108:電源供應系統 109:匯流線 130:類比數位轉換器 131:比較器 132:計數器 12000:車輛控制系統 12001:通信網路 12010:驅動系統控制單元 12020:車身系統控制單元 12030:車外資訊偵測單元 12031:影像捕捉區段 12040:車內資訊偵測單元 12041:駕駛員狀態偵測區段 12050:整合控制單元 12051:微電腦 12052:語音及影像輸出區段 12053:車載網路介面(I/F) 12061:音訊揚聲器 12062:顯示區段 12063:儀表板 12100:車輛 12101:影像捕捉區段 12102:影像捕捉區段 12103:影像捕捉區段 12104:影像捕捉區段 12105:影像捕捉區段 12111:影像捕捉範圍 12112:影像捕捉範圍 12113:影像捕捉範圍 12114:影像捕捉範圍 AZ:驅動信號 bias1:預定偏壓電壓 bias2:預定偏壓電壓 C 01:電容元件 C 02:電容元件 C 11至C mn:電容元件 CLK:時脈信號 FD:浮動擴散區 I 11:輸入側負載電流源 I 12:輸出側負載電流源 L 11:佈線 L 12:佈線 L 13:佈線 L 14:佈線 NT 11:輸入側箝位電晶體 NT 12:輸出側箝位電晶體 OUT:輸出信號 PT 11:輸入電晶體 PT 12:輸出電晶體 PT 13:輸入側箝位電晶體 RST:重設信號 S 1至S m:開關 S 11:開關 S 12:開關 SEL:選擇信號 SW AZ:自動歸零開關 T 11:輸入端子 T 12:輸入端子 T 13:輸出端子 TRG:轉移信號 V BIAS:預定偏壓電壓 V d:汲極電壓 V d s:汲極-源極電壓 V DD:電源供應電壓 V gs:閘極-源極電壓 V RAMP:斜波參考信號 V RAMP1:參考信號 V RAMP2:參考信號 V VSL:類比像素信號
圖1係示意性繪示一CMOS影像感測器之一系統組態之一輪廓的一方塊圖，CMOS影像感測器係根據本發明之一實施例之一技術應用於其之一影像捕捉裝置之一實例。 圖2係繪示一像素之一電路組態之一實例的一電路圖。 圖3A係示意性繪示一扁平型晶片結構的一透視圖，且圖3B係示意性繪示一堆疊型半導體晶片結構的一分解透視圖。 圖4係示意性繪示一類比數位轉換區段之一組態之一實例的一方塊圖。 圖5係繪示根據相關領域之一技術之一比較器之一電路組態之一實例的一電路圖。 圖6係繪示包含根據本發明之一第一實施例之一CMOS影像感測器之一比較器之一個像素行之一電路組態之一實例的一電路圖。 圖7係用於描述根據本發明之第一實施例之CMOS影像感測器之一操作的一時序圖。 圖8A係繪示其中一斜波參考信號與一浮動擴散區FD之一電位重疊之一狀態的一圖式，且圖8B係比較器之一比較操作之一說明圖。 圖9係繪示包含根據本發明之一第二實施例之一CMOS影像感測器之一比較器之一個像素行之一電路組態之一實例的一電路圖。 圖10係用於描述根據本發明之第二實施例之CMOS影像感測器之一操作的一時序圖。 圖11係繪示包含根據本發明之一第三實施例之一CMOS影像感測器之一比較器之一個像素行之一電路組態之一實例的一電路圖。 圖12係繪示根據實例1之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖13係繪示根據實例2之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖14係繪示根據實例3之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖15係繪示根據實例4之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖16係繪示根據實例5之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖17係繪示根據實例6之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖18係繪示根據實例7之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖19係繪示根據實例8之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖20係繪示根據實例9之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖21係繪示根據實例10之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖22係繪示根據實例11之一參考信號供應區段之一組態之一實例的一電路圖。 圖23係繪示根據電路組態實例1之一像素電路的一電路圖。 圖24係繪示根據電路組態實例2之一像素電路的一電路圖。 圖25係繪示根據電路組態實例3之一像素電路的一電路圖。 圖26係根據佈線結構實例1之一晶片間佈線結構之一說明圖。 圖27係根據佈線結構實例2之一晶片間佈線結構之一說明圖。 圖28係根據佈線結構實例3之一晶片間佈線結構之一說明圖。 圖29係根據佈線結構實例4之一晶片間佈線結構之一說明圖。 圖30係根據佈線結構實例5之一晶片間佈線結構之一說明圖。 圖31係根據佈線結構實例6之一晶片間佈線結構之一說明圖。 圖32係繪示根據本發明之一實施例之技術之一應用實例的一圖式。 圖33係繪示一影像捕捉系統之一組態實例之一輪廓的一方塊圖，影像捕捉系統係本發明之一電子設備之一實例。 圖34係繪示一車輛控制系統之一示意組態實例的一方塊圖，車輛控制系統係根據本發明之一實施例之技術可應用於其之一移動體控制系統之一實例。 圖35係繪示移動體控制系統中之一影像捕捉區段之一安裝位置之一實例的一圖式。
20:像素
21:光二極體
22:轉移電晶體
23:重設電晶體
24:放大電晶體
25:選擇電晶體
32:信號線
52:輸入電容元件
56:緩衝器
57:恆定電流源電晶體
58:輸入電晶體
FD:浮動擴散區
RST:重設信號
SEL:選擇信號
TRG:轉移信號
VBIAS:預定偏壓電壓
VDD:電源供應電壓
VRAMP:斜波參考信號

Claims (35)

  1. 一種光偵測裝置，其包括： 一像素，其包含一浮動擴散區； 一信號線，其經組態以傳輸自該像素讀取之一信號； 一比較器，其包含一輸入電晶體及一第一負載電流源，該輸入電晶體包含一源極及一汲極，該源極經連接至傳輸自該像素讀取之該信號之該信號線，且該汲極經連接至該第一負載電流源；及 參考信號供應電路系統，其經組態以將一第一參考信號供應至該像素之該浮動擴散區。
  2. 如請求項1之光偵測裝置，其中該輸入電晶體之一閘極經耦合至一接地線。
  3. 如請求項2之光偵測裝置，其中該輸入電晶體係透過一耦合電容器耦合至該接地線。
  4. 如請求項1之光偵測裝置，其中該比較器進一步包括一輸出電晶體，該輸出電晶體之一源極經連接至該信號線，且該輸出電晶體之一汲極經連接至一第二負載電流源。
  5. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該第一參考信號包含具有依一預定斜率線性改變之一斜坡波形之一電壓。
  6. 如請求項5之光偵測裝置，其中該預定斜率係一向上斜率。
  7. 如請求項5之光偵測裝置，其中 該比較器比較一信號電壓與一預定參考電壓，該信號電壓係透過該信號線供應，且具有該斜坡波形之該電壓與該信號電壓重疊。
  8. 如請求項1之光偵測裝置，其中該參考信號供應電路系統經組態以將一第二參考信號供應至該輸入電晶體之一閘極。
  9. 如請求項8之光偵測裝置，其中 該第一參考信號包含具有依一預定斜率線性改變之一斜坡波形之一電壓，且該第二參考信號包含一偏移電壓。
  10. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該浮動擴散區係在複數個像素之間共用。
  11. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統包含 一參考信號產生器，其產生該第一參考信號，及 一輸入電容元件，其將由該參考信號產生器產生之該第一參考信號耦合至該像素之該浮動擴散區。
  12. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該像素位於其中複數個像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列中， 該浮動擴散區係分別對應於該複數個像素之各者之複數個浮動擴散區中之一者，且 該參考信號供應電路系統係將該第一參考信號分別供應至該像素陣列中之各自像素行之複數個參考信號供應電路系統中之一者。
  13. 如請求項12之光偵測裝置，其中 輸入電容元件分別提供給一像素行中之各像素，且將由該像素行之一對應參考信號供應電路系統供應之該第一參考信號耦合至該像素行中之像素之各自浮動擴散區。
  14. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該像素位於其中複數個像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列中，且 該參考信號供應電路系統經配置成由該像素陣列之所有像素行共有。
  15. 如請求項14之光偵測裝置，其中 針對該等像素行之各者，該參考信號供應電路系統透過一緩衝器電路系統將該第一參考信號供應至對應於該像素行中之該等像素的浮動擴散區。
  16. 如請求項14之光偵測裝置，其中 針對該等像素行之各者，該參考信號供應電路系統將該第一參考信號直接供應至對應於該像素行中之該等像素的浮動擴散區。
  17. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該像素位於其中複數個像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列中，且 該參考信號供應電路系統係配置於該像素陣列之對置側之各者上之兩個參考信號供應電路系統中之一者。
  18. 如請求項17之光偵測裝置，其中該兩個參考信號供應電路系統在一像素行方向上分別被配置於該像素陣列之一上側及一下側處。
  19. 如請求項17之光偵測裝置，其中該兩個參考信號供應電路系統在一像素列方向上分別被配置於該像素陣列之一左側及一右側處。
  20. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該像素位於其中複數個像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列中，且 該參考信號供應電路系統係將該第一參考信號分別供應至該像素陣列中之各自像素列之複數個參考信號供應電路系統中之一者。
  21. 如請求項14之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統將該第一參考信號共同供應至像素單元中之一網格圖案中之該等像素。
  22. 如請求項15之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統透過對應於該等行之各者之該各自緩衝器電路系統將該第一參考信號共同供應至像素單元中之一網格圖案中之該等像素。
  23. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該像素位於其中複數個像素依一矩陣形式二維配置之一像素陣列中，且 該參考信號供應電路系統係沿一行方向配置於該像素陣列之一中心位置處。
  24. 如請求項23之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統透過一第一佈線線路將該第一參考信號供應至該中心位置上方之列中之該等像素，且透過一第二佈線線路將該第一參考信號供應至該中心位置下方之列中之該等像素。
  25. 如請求項1之光偵測裝置，進一步包括： 一輸入電容元件，其經組態以將由該參考信號供應電路系統所產生之該第一參考信號耦合至該像素之該浮動擴散區；及 緩衝器電路系統，其經組態以自該參考信號供應電路系統接收該第一參考信號且將該第一參考信號提供至該輸入電容元件，該緩衝器電路系統具有一源極隨耦器組態。
  26. 如請求項25之光偵測裝置，其中該緩衝器電路系統包含經連接於一預定電位處之一節點與該輸入電容元件之一輸入端子之間之一輸入電晶體。
  27. 如請求項26之光偵測裝置，其中該緩衝器電路系統包含經連接於該像素之一光二極體之一陽極電極與該輸入電容元件之該輸入端子之間之一恆定電流源電晶體。
  28. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該光偵測裝置具有藉由堆疊至少兩個半導體晶片來形成之一堆疊型半導體晶片結構，且 該像素及該比較器分別係形成於不同半導體晶片中。
  29. 如請求項28之光偵測裝置，其中 堆疊作為一第一層之一半導體晶片及作為一第二層之一半導體晶片， 該像素係形成於作為該第一層之該半導體晶片中，且 該比較器係形成於作為該第二層之該半導體晶片中。
  30. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統包含產生該第一參考信號之一參考信號產生器， 一輸入電容元件將由該參考信號產生器產生之該第一參考信號耦合至該像素之該浮動擴散區， 該光偵測裝置具有藉由堆疊至少兩個半導體晶片來形成之一堆疊型半導體晶片結構， 該像素形成於作為一第一層之一第一半導體晶片中， 該參考信號產生器係形成於作為一第二層之一第二半導體晶片中，且 來自該參考信號產生器之該第一參考信號係透過該第一層與該第二層之間之一接合部分電連接至該輸入電容元件。
  31. 如請求項30之光偵測裝置，其中該接合部分包含一Cu-Cu直接接合。
  32. 如請求項1之光偵測裝置，其中 堆疊作為一第一層之一第一半導體晶片、作為一第二層之一第二半導體晶片，及作為一第三層之一第三半導體晶片， 該像素之一光電轉換元件及一轉移電晶體係形成於該第一半導體晶片中， 除該光電轉換元件及該轉移電晶體之外之該像素之一組成元件係形成於該第二半導體晶片中，且 該比較器及該參考信號供應電路系統係形成於該第三半導體晶片中。
  33. 如請求項1之光偵測裝置，其中 該參考信號供應電路系統包含產生該第一參考信號之一參考信號產生器， 該第二半導體晶片中之一輸入電容元件透過一佈線線路接收該第一參考信號，且將由該參考信號產生器產生之該第一參考信號耦合至該像素之該浮動擴散區，且 來自該參考信號產生器之該第一參考信號係透過該第二層與該第三層之間之一接合部分電連接至該佈線線路。
  34. 如請求項33之光偵測裝置，其中該接合部分包含一Cu-Cu直接接合。
  35. 一種電子設備，其包括如請求項1之光偵測裝置。
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