TW421816B - Solid-state image sensing device - Google Patents

Description

A7 421816 _B7_ 五、發明說明P ) 發明背畳 本發明傺關於一種固態影像戲測裝置，用以接收在一光 接收表面上形成之一物體之光影像，在此表面上諸光電 轉換器是配置成一矩陣。 固態影像感測裝置整體包括一群圖素，以一光雷轉換 功能及聚積功能配置成一矩陣；及一電路，具有一掃描 功能以順序摘取在各個圖素中聚積之信號電荷，依時 間順序《類似如此之固態影像感測裝置，有一 MO S (金氣 半導體）影像烕測裝置（互補金氣半導體C Μ 0 S影像感測器） 具有一 C Μ 0 S之結構，其中之功率消耗較低及週邊電路能 以單石積體化。 如第4圆所示此C Μ 0 S影像感測器包括多個光電轉換器 3 0 1配置成一矩陣以執行光電轉換及電荷聚積。每一光 電轉換器3 0 1是鄰近一電路區3 Q 2用以摘取信號電荷者。 光電轉換器3 G 1及電路匾3 Q 2構成一光電轉換胞格（c e 1 1 ) 3 0 5 0 用於供應一電源電壓或同類物至光電轉換器3 Q 1及電 路區3 Q 2之電源線是敷設在X軸向鄰近之各Μ光電轉換 胞格3 D 5間之Υ軸向布線區3 Q 3中。一重置信號線用於發 送一重置信號至光電轉換器301及電路區302者，一選擇 信號線及同類物皆敷設在Υ軸向郯近之各個光電轉換胞 格3 G 5間之X軸向布線區3 0 4中。電路區3 Q 2是經由一接觸 點3 Q3 a建接至電源線。 光屛蔽構件3 1 Q覆篕配置成一矩陣之各個光電轉換胞 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)別規格（210 X 297公楚） , , 裝--------訂---------線 (請先閲讀背面之注音V事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42 1816 A7 _B7_ 五、發明說明（> ) 格3 D 5。開口 3 1 1是形成光屏蔽構件3 1 0中相當於各個光 電轉換器3 G 1之中心位置。 C Μ 0 S影像感測器之詳細電路配置將由參考第5圖而說 明之。 作為光電轉換3 Q 1條使用一光二極體4 Q.1。光二極體4 0 1 是由在矽基體中形成之Ρ型井，及由井中的矽基體表面 形成之η型雜質區造成。當光線射入在光二極體4 0 1上 時，電洞對即産生在η型雑質區中。在η型雜質區中， '電洞移勤至Ρ型井故僅剩下電子。即是電荷藉光線照射 而聚積在光二極體4Q1之η型雜質區。聚積之電荷量依 射入光線之強度而改變並作為信號電荷。 由信號電荷所致之1圔素信號是以一電晶體4 Q 2放大， 此電晶體是經一電源線4 1 1接收一電源電壓V D D。電晶體 4 〇2是經一接觸點411a而連接至電源線411。接觸點411a相當 於第4圃中之接觸點3 0 3 a。 1圖素之視頻信號之輸出是自一信號輸出端子4 3 1藉 來自垂直掃描移位暫存器4 2 1信號選擇一電晶體4 G 3，及 藉來自水平掃描移位暫存器4 2 2之信號選擇一電晶體4 0 4 而完成，當一重置信號是輸入至一電晶體4 0 5時，電源 供應電壓V D D即輸入至光二極體4 (H以抹除剩餘之電荷。 第5圖中之電晶體4 0 2 , 4 0 3及4 [) 5是形成在第4圖中 之電路區3 D 2。當光線人射在電路區3 0 2上時，電晶體4 0 2 ，4 G 3及4 G 5會錯誤動作。要防止此誤動需有光屛蔽構件 31〇(第4圖）覆蓋電路區302q 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A.l規格（2]0 X 297公；ί| ) , « .---裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 42 1816 A7 _B7__ 五、發明說明（〗） 用於自光二極體4 〇 1輸出之各個圖素之視頻信號是配 置成矩陣及由電晶體4 2 D放大並順序由垂直及水平掃描 移位暫存器4 2 1及4 2 2摘取為影像信號。 第4圖中所示之光電轉換器3 Q 1及開口 3 1 1以光線接收 之觀點看來是不能過度縮小造型β例如開口 3 1 1在考慮 接收光線之波長下不能過度縮小造型。為此理由，若積 體化程度是由光電轉換器3 G 1之光二極體及開口 3 1 1之縮 小造型而增加，則C Μ 0 S影像感測器之待性退化。 如第4圖及第5圆所示，用於供應電源電壓VDD之電 源線不需為毎一個鄰近之光電轉換胞格3 G 5預備。卽是 如第6圖所示，一値電源線4 1 1是共同使用於鄰近在X軸 向之光電轉換胞格305,此可實質地將電源線411之數量 減半。其結果如第7圖所示，電源線是満足於配置在每隔 一個之Υ軸向布線區，而積體化程度能有增加<在此情 況下，如第6圖所示，在X軸向鄰近之雷路區3 0 2是經 過一共同接觸點411a連接至電源線4 1 1。 担是若積體化程度是由上述方法增加，則在X軸向之 光電轉換器3 0 1之諸開口 3 1 1間之間距成為不同，而重現 影像自一物體之光位置局部位移。 更特別的是如第7圖所示，在X軸向經過Y軸向布線 區3 0 3之鄰近諸開口 3 1 1間之距離d 1是與沒有中介之Y軸 向布線區3 (] 3之諸開口 3 1 1間之距離d 2不同。但是圖素是 配置在影像重現之相等間距上，因而精確之影像不能重 現。 -5 - 本紙張尺度迪用中國國家標準<CNS)M規格（210 X 297公茇） t ^ 裝--------訂---------線 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 2 1816 w A7 B7 五、發明說明（4 沭 簡 明 0 態 感格置是其是信間 狀 像胞配器，其光等 現 影諸是換件，，遞相 重 態此並轉構Ρ傳之 像 。固 ， ，電蔽開並向 影置一1)號光屛個，方 之裝之el信諸光多器定 確測供(C光，一及換預 精感提格諸荷，，轉 一 更像明胞換電近格電在 得影發換轉號鄰胞光置 獲態本轉電信相換諸配 能固據電光之互轉於是 供之根光於換距電對口 提度傜個用轉間光相開 是程，多，電同之中諸 標化標：器光不中件 ， 目體目括換積以陣構器 一積述包轉聚向矩蔽換 明 之之上其電以方在屛轉 説 明高成，光陣定置光電 塱 發更逹置諸矩預配在光。簡 本有要裝有一 一蓋成至上式 並 測具成在覆形號隔圃 之 例 施 實 1 第 之 明 發 本 據 艮 示 。 顯圖 是面 圖平 1 之 第器 翻 is 像 影 7 > 裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I - 第 示 顯 是 。 圖 _ 2 路 第電 之 之 中 圖 置 配 細 詳 之 器 損 0 像 影 ί線' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之 例 施 實 二 第 之 明 發 本 據 根 示 。 顯圖 是面 圖平 3 之 第器 測 感 像 影 第第電 之 置 配 β 細 圖詳 面之 平器 之測 器Μ 測像 感影 像0S 影CM S -ο 之 Μ C 中 知圖 習 4 - 第 示示 顯顯 是是 。 圖圔圖 路 4 5 知 習 之 度 程 化 體 積 高 C 成圖 逹路 一 電 示置 顯配 是細 圖詳 6 之 第器 測 戲 像 影 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2.10 X 297公釐） 421816 A7 __B7五、發明說明（ 之 中 圖 6 明 .第説 示細 顯詳 是例 圖施 7 啻 第佳 最 圖 面 平 之 器 Μ 感 像 影 下一 如之 明例 説施 細實 詳一 而第 式明 圖發 隨本 伴據 考根 參_示 將顯 明圖 發 1 本第 0 像 影 有 具 器 測 感 像 影10 S 盗 ο 盎 Μ ί C 換 此轉 。 電 器光 個 多 有 上 其 面 表 收 接 光 成 置 配 並 積 聚 荷 電 及 換 轉 電 光一了 Ji— 賁 於 用 上 面 表 收 接 光 此 在10 C 區 陣路 矩電 荷 電 號言 /Ί 取 摘 作 器 換 轉 電 光1 毎 近 邻 是 轉 電 光 區 路 電 及 .器 換 轉 電 光 至 物 類 阆後 50其於 10或明 格壓說 胞電Μ泉 換源Η 原 .轉電Ιίϋ 1 j 光_ s 個供IP 一 於區 成用路 構 電 X 在 設 敷 是 及之 01近 tl β 向 --------------—裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 布 ο 1 向 格軸 胞 Υ 換 = 轉中 電例 光施 値實 各 j 之 間 Υ 中 區 線 胞 換 轉 ο置ii ιξϊΗ 區光 線在 布置 向配 軸是 第 在 之程 近化 部 S 向積 軸加 X 增 在局 由布 是之 線果 源結 電後 個最 一 0 及用 >共 上05 一了 1 彳格 泡 隔 目換 彳轉 之II 5 電 ο 1 光 線1C 源區 電路 至電 接諸 連之 3a近 10鄰 點向 觸自 接車 一 X 經在 是於 區用 路使 電同 〇 共 度是 1 觸接 而 訂： 線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 信 ，— 置10 重器 1 換 轉 線 號 電 及 電 同 光及 至— 號 言 /i 置 重 一 線 送號 發信 於擇 β 選} 一 後 於2’ 明10 説區 /V 路 後 於 明 説 間 5 ο t―一 格 包 月 換 轉 電 光 個 各 之 近 B· 向 由 ο 庠 4 ο Υ 1 在區 設線 敷布 是向 皆軸 物 X; 類之 構' 蔽 屏 光 格 1Α 1Χ 口 開 胞心 換中 轉之 電01 先ί 個 各 之 SI 矩 成 置 配 蓋 覆 器 換 轉 電 光 個 各 於 當 相 在 是 此 中 例 施 實 一 第 在 ο 中 ο t I 11-件 構蔽 屏光 成 形 處 置 位 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)AO見格（210 X 297公釐） 42 1816 a7 __B7_ 五、發明說明U_ ) 開口. η 1是配置在x與γ軸向上有相等之間距。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 由於Υ軸向布線區i D 3是配置為每隔一行之光電轉換胞 格1 Q 5上，故在X軸向中之諸光電轉換1 CU間之間距是不 同的，如圖所明示β因此開口 1 1 1不是形成在相當於諸 光電轉換器1Q 1之中心處，與前述技術不一樣，而是在 相當諸光電鞞換器1 〇 1之各區中有相等間距。即是如第 1圖所示在當一開口 1 1 1是形成在相當於經Υ軸向布線 區1 D 3鄰近之一個光電轉換器1 0 1之中心，另一開口 1 1 1 是形成在相當於較鄰近於Υ軸向布線區1 c 3之其他鄰近 之光電轉換器1G1之位置。 C M Q S影像感測器之詳細電路配置將參考第2圖說明。 應注意其電路配置本身是舆第5圖中者相词，故僅將其主 要部分作簡短解釋。 對倍號電赭之1圖素之視頻信號是由一電晶體2 0 2放 大，此電晶體是經一電源線2 1 1接收一雷源電壓V D D。電 晶體2是經一接觸點21 la連接至電源線211 〇接觸點2ila相 當於第1圖中之觸點1 ϋ 3 a。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制^ 電晶體2 G 3是由來自一垂直掃描移位暫存器2 1 1經一選 擇倍號線2 1 2選出。電晶體4 0 4是由來自一水平掃描移位 暫存器2 2 2經一選擇信號線2 1 3選出。1画素之視頻信號 是自一信號輸出端子231ϋ選擇電晶體203及2Q4而輸出。 當一重置信號是經一重置信號線2 U而輸出至一電曷體

I 2 0 5時，電源電壓V D D則輸出至一光二極體2 0 1以抹除 剩餘之電荷。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSM4规格（2】0 X 297公藶） 42 1816 A7 _B7_ 五、發明說明（7 ) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 甩於各個圖素之視頻信號傜自配置成矩陣之光二極體 2 0 1及由電晶體2 0 2放大後輸出，且是由垂直及水平掃描 移位暫存器2 2 1及2 2 2順序摘取為影像信號。 在第一實施例中，在X軸向郧近之諸開口 1 1 1間經Y軸 向布線區1 0 3之距離及在X軸向直接鄰近之諸開口 1 11間 無Γ軸向布線區1 0 3中介之距離是定置為相等於間距X d ，如第1圃所示。由於圖素在影像重現時皆是配置為相 等間距，一精確之影像就能重現。 應注意第一實施例在X軸向上藉由僅在X軸向中鄰近 之光電轉換胞格1 0 5而共享Y軸向布線區1 0 3故增加X軸 向之稍體化程度。但本發明並不僅限於此。 例如第3圆所示，不僅Y軸向布線區1 0 3，而且X軸 向布線區1Q4亦可由在Y軸向鄰近之光電轉換胞格105共 享。在此情況下，開口 Ilia及UlcUllb及llld)亦是在 Y軸向形成一相等之間距y扒開口 1 1 1 a至1 1 1 d皆是形成 在相當於光電轉換器101之區内之處。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 更特別的是第一至第四蘭口 1 1 1 a至1 11 d是配置在電源 線及信號線之交叉處，其中之第一開口 1 1 1 a是形成在相 當於光電轉換器1 D 1之第一位置。第二開口 1 1 1 b是形成在 相當於較第一位置更接近電源線2 1 1 ( Y軸向布線區1 0 3 ) 之光電轉換器101之第二位置。第三開口 lUc是形成在 相當於較第一位置更接近信號線2 1 2及2 1 4 ( X軸向布線 區10O之光電轉換器101之第三位置。第四開口 llld是 形成在相當於較第一位置更接近電源線2 1 1及信號線2 1 2 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21ΰ X 297公釐） Α7 42Ί β1 6 _Β7__ 五、發明說明（^ ) 和2 1 4之光電轉換器1 Ο 1之第四位置。 如上文所説明。根據本發明，即使當在X或Υ軸向鄰 近之光電轉換器皆是配置在不同間距上，而在諸光電轉 換器上形成之諸開口定配置在相等之間距上。此種布局 能增加光電轉換器之積體化程度，及在影像重現狀態下 能收到之影像更能匹配原始之影像。 符號之説明 1 01 , 3 Q 1 ....光電轉換器 102, 302....電路區/電路部分 103， 303.·. ·Υ軸向布線區 1 04，3 0 4 .... X軸向布線區 1 0 5 , 3 0 5 ....光電鞞換胞格 103a，211a, 303a，41ia，411b.....接觸點 1 1 Ο , 3 1 Ο ·...光屏蔽構件 1 1 1，1 1 1 a，1 1 1 b，1 1 1 c，U 1 d , 3 1 1 · . ‘ ·開口 2 0 1 , 4 0 1 ....光二極體 202,203，2(H ,205,402 ,403,404, 405. ·..電晶體 211, 411，...雷源線 2 1 2， 2 1 3 ....選擇佶號線 2 14......重置信號線 2 2 1， 4 2 1 ....垂直掃描移位暫存器 2 2 2， 4 2 2 ....水平掃描移位暫存器 2 3 1 , 4 3 1 ....信號輸出端子 X d , y d.......間距 -1 Ο - 本紙張尺度滷用令國國家標準（CNSM.·丨規格⑵Ο X 297公釐） ,r i- 裝--------訂---------線 (請先閱11背面之注意事碩再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Claims (1)

1. 4'2 1 81 6 儲 CS D8 第88112173號「固態影像感測裝置」專利案 (89年10月23日修正） A申請專利範圍： 1. 一種固態影像感測裝置，其特徴包括： 多値光電轉換胞格（105),其具有光電轉換器（101) 轉同 電不 光以 積向 聚方 以定 陣預 矩一 1 在 成是 置器 配換 是轉 並電 號光 信該 光 ， 換荷 轉電 電號 光信 於之 用換 近構 鄰蔽 相屛 互光 距一 間 格口 肢 _ 電個 光多 諸 /1- 件及 該 之 矩1 成 在 置 配 蓋 覆 其 於 當 相 中 件 構 蔽 屏 光 該 在 成 形 是 其 器 換 轉°. 電上 光隔 該間 至等 號相 信之 光向 遞方 傳定 並預 處在 器置 換配 轉是 電 口 光開. 諸諸 該該 器 。 換近 轉鄰 電相 光互 諸距 該間 中同 其不 ，以 置上 裝脑 之一 項少 1 至 第之 圍向 範軸 利 Υ 專及 饋 X 申在 如是 2 器 換 轉 電 。 光近 諸鄰 該相 中互 其距 ，間 置同 裝不 之以之 項上項 1 者 1 第二 圍向 eL軸 利 Y 專及 請 X 申在 如是 3 第 圍 範 利 專 請 串 如 括 包 又 置 裝 該 中 其 置 裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線轉 源電 1£ /ru 霄" 者 乂|& 之 近 β 粦 行1 隔 每 向 軸 νΛ 在 置 配 是 其 IX t-H 2 rf\ 伸 並 間 格 胞 換 2 λτί 線 虎 05 信 -Γ1、 其 光 諸 之 近 及鄰 向 上軸 向 Y 軸在 Y 置 在配 延是 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 近 鄰 相 互 且距 > .間 上同 向不 軸以 X 向 在軸 延 X 伸在 並是 J 器 間換 格轉 胞電 換光 轉該 電 項 4 第 圍 範 利 專 請 申 如 相 在 成 形 是1 之 Q 開 之 線 源處 電心 該中 近之 鄰 器 該換 中轉 其電 ，光 置該 裝於 之當 及 該 近 接 於 當 相 在 成 形 是 Ρ 開1 S 之 線 源 電 該 近 該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 42181b A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 :之 鄰鄰第 位 括Η 行 相 之C， 一 包Ρ 一且互 αιι第 又Ίί隔，距 開1 之 置γ及毎上間 該b’ 器 裝 ；向向同 為11S換 該Μ上軸軸不 作轉 中 向ΓΧ以 中a’ u電 。其卜軸往在上 其11J光 處，車Y置延向 ，(1^該 置置EX在配伸軸 置口 線於 在 虎 ί 位裝 延是並 Υ 裝開SS當 之之Ξ伸其，及 之四&相 器項gs並，間X 項第Μ在 換,0格在 6及_成 轉第 間21胞是 第，源形 電圍),格，換器 圍三電是 光範11胞12轉換 範第在口 該利(2換(2電轉利，W開 之專線轉線光電 專二F1 線請源電號諸光 請第.第 源申電光信之該。申 ，id該處 電如 諸 近 近如 111置 * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .該 該 該 換 部 近 近 近。轉f 路 接 接 接處電 U 電 更 更 更置光 P 該 置 置 置位一 P 蔽 位 位及位四每*s屏 一 .，一 *， 一第該^以 第處第處第之中 Θ 蓋 該置該置該器其$ί覆 較位較位較換 件 於二於三於轉置)1没構 當第當第當電裝),，蔽 相之相之相光之02荷屏 在器在器在該項{1電光 成換成換成之1分號該 形轉形轉彤線第部信以 是電是電是號圍路之是 。 口光 口光口 信範電換分照 開該開該開該利一轉部光 二之三之四及專括電路受 第線第線第線請包光電不 該羱該號該源申格格該使 電 信 電如胞胞 分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）