TW579597B - Image pickup apparatus - Google Patents
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579597 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明所屬之技術領域 本發明係關於影像拾訊裝置，用於物體影像之拾訊。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 先前技術 近年來，爲了促進高解析度，採用微小化製程的光電 轉換裝置之胞尺寸縮減已蓬勃發展，而能夠放大光電轉換 訊號以輸出所造成的如此放大的訊號之放大型固態影像拾 訊裝置已受到廣泛注目，以避免導因於微小化製程之光電 轉換輸出訊號等的量値降低。 關於此種放大型固態拾訊裝置，有MOS型、AMI型、 CMD型、BASIS型、等等。在這些裝置中，MOS型固態影 像拾訊裝置係構造成光二極體中所產生的光載波會累積於 M〇S電晶體的閘電極中，以及根據掃瞄電路所提供的驅動 時間，其電位變化會以電荷型式放大而輸出至輸出單元。 在MOS型固態影像拾訊裝置之中，已特別注意到經由 CMOS製程而整體地形成之包括週邊電路單元的CMOS型固 態影像拾訊裝置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖5係傳統的CMOS固態影像拾訊裝置的等效電路圖 。圖7係圖5中所示的水平轉換開關N511至N513、重設開 關N5 14、水平掃瞄電路區5、及插動放大電路51之安裝平 面視圖。附帶一提，圖7顯示上述構成要件經由第一接線 層與第二接線層組成的二接線層而彼此連接。 圖.5中所示之CMOS型固態影像拾訊裝置包含像素單 元1、垂直掃瞄電路區2、水平掃瞄電路區5、輸入MOS電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -5- 579597 A7 __B7_ 五、發明説明（2 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 晶體N51、負載MOS電晶體N52至N54、箝位電容器C01 至C03、箝位開關N55至N57、傳送開關N58至N510、訊 號固持（儲存）電容器CT1至CT3、水平傳送開關N511至 N513、重設開關N514、及差動放大器電路51，所有這些要 件將於下說明。 設在像素單元1中的光二極體D11至D13會產生光訊 號電荷。在此情形中，光二極體Dl 1至D33的陽極側會接 地。光二極體D11至D33的陰極側經由傳送MOS電晶體 Mill至M133分別連接至放大MOS電晶體M311至M333的 聞極。 此外，用於重設這些閘極的重設MOS電晶體M211至 M233的源極會分別連接至放大MOS電晶體M311至M333 的閘極。重設MOS電晶體M211至M233的汲極連接至重設 電源。 此外，放大MOS電晶體M311至M333的汲極連接至電 源及其源極分別連接至選取MOS電晶體M411至M433的汲 極。傳送MOS電晶體Ml 11的閘極連接至配置成橫向延伸 之第一列選取線（垂直掃瞄線）PTX1。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 配置在相同列中的其它像素胞之類似傳送MOS電晶體 M121及M131的閘極也會共同連接至第一列選取線PTX1。 M〇S電晶體M211的閘極會連接至配置成橫向延伸之第二列 選取線（垂直掃瞄線）PRES1。選取MOS電晶體M411的閘 極連接至配置成橫向延伸之第三列選取線（垂直掃瞄線） PSEL1 。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） -6- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印繁 579597 A7 B7 五、發明説明（3) 配置在相同列中的其它像素胞之類似選取MOS電晶體 M421及M431之閘極通常連接至第三列選取線PSEL1。第 一至第三列選取線連接至垂直掃瞄電路區2，且訊號電壓根 據稍後說明之操作時序供應至此。 在圖5中所示的其餘列中，設置具有相同結構及列選 取線的像素胞。形成在垂直掃瞄電路區2中的PTX2及 PTX3、PRES2及PRES3、以及PSEL2及PSEL3供應至這些 列選取線。選取MOS電晶體M411的源極連接至配置成縱 向延伸之垂直訊號線VI。 配置在相同列中的像素胞之類似的選取MOS電晶體 M412及M413之源極也會連接至垂直訊號線VI。垂直訊號 線VI連接至負載MOS電晶體N52作爲負載機構。 類似地，選取MOS電晶體及負載MOS電晶體連接至圖 5中所示的其餘垂直訊號線V2及V3。 此外，負載MOS電晶體N52至N54的源極連接至共同 接地線4，且其閘極共同連接至輸入MOS電晶體N51的閘 極和汲極並且也鍋合至電壓輸入端Vbias。 垂直訊號線V 1連接至電容器CT1，用於經由箝位電容 器C01及傳送開關N58以暫時固持訊號，並且也經由水平 傳送開關N5 11而連接至差動放大電路5 1的反相輸入端（ 水平輸出線）。 差動放大電路5 1的非反相輸入端及反相輸入端分別耦 合至水平輸出線的垂設電壓V〃s及經由重設開關N5 14耦合 至水平輸出線的垂設電壓Vm。訊號固持電容器CT1的另一 本紙張尺度適用中國國家摞準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ——^ *5----裝------訂----------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 579597 A7 B7 五、發明説明（4) 端接地。 在箝位電容器C01與傳送開關N58之間的接合點經由 箝位開關N55連接至箝位電源。水平傳送開關N511的閘極 連接至訊號線H1及水平掃瞄電路區5。 具有相同配置的讀取電路分別設在圖5中所示的其餘 欄V2及V3中。此外，連接至個別欄之箝位開關N55至 N57的閘極以及連接至個別欄之傳送開關N58至N510的閘 極分別共同連接至箝位訊號輸入端PCOR及傳送訊號輸入端 PT，且如同將說明般，訊號電壓會根據操作時序分別供應 至此。 圖6係時序圖，用於說明圖5中所示的CMOS型固態 影像拾訊裝置之操作。在從光二極體D11至D33讀出光訊 號電荷之操作之前，重設MOS電晶體M211至M231的閘極 PRES1之位準進入高位準。 結果，放大MOS電晶體M311至M331的閘極重設至重 設電源。箝位開關N55至N57的閘極PCOR之位準與重設 M〇S電晶體M211至M231的閘極PRES1的位準回至低位準 同時進入高位準之後，在選取MOS電晶體M411至M431的 閘極PSEL1之位準會進入高位準。 結果，有重設雜訊疊加於上之重設訊號（雜訊訊號） 會被讀出至垂直訊號線VI至V3，而被箝位於箝位電容器 C01至C03中。同時，傳送開關N58至N510的閘極PT之 位準進入高位準以及訊號固持電容器CT1至CT3會被重設 至箝位電壓。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1 T----衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8- 579597 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（5 ) 接著，箝位開關N55至N57的閘極PCOR之位準回至 低位準。接著，在傳送MOS電晶體Mill至M131的閘極 PTX1之位準進入高位準，以及隨著光二極體D11至D13的 光訊號電荷被傳送至放大MOS電晶體M311至M3 31的閘極 時，光訊號同時被讀出至垂直訊號線VI至V3。 接著，在傳送MOS電晶體Mill至M131的閘極PTX1 之位準回至低位準之後，在傳送開關N5 8至N5 10的閘極 PT之位準進入低位準。結果，對應於重設訊號的改變（光 訊號）之訊號會被讀出至訊號固持電容器CT1至CT3。 在到目前爲止的操作中，連接至第一列的像素胞的光 訊號會分別被固持在連接至個別欄之訊號固持電容器CT1 至CT3中。 接著，在重設MOS電晶體M211至M231的閘極PRES1 之位準與傳送MOS電晶體Mill至M131的閘極PTX1之位 準進入高位準，且光二極體D11至D31的光訊號電荷會被 重設。 之後，在個別欄中的水平傳送開關N511至N513的閘 極之位準隨著從水平掃瞄電路區5供應以經由訊號線H1至 H3傳送的訊號而連續地進入高位準，以及分別固持於訊號 固持電容器CT1至CT3中的電壓會被連續地讀出至水平輸 出線以連續地輸出至端子OUT。 在欄中的訊號之讀出操作之間，水平輸出線會由重設 開關N5 14重設至重設電壓V…。因此，完成讀出連接至第 一列的像素胞的訊號之操作。同樣地，連接至第二列中及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---：--i----裝------訂------*---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9 - 579597 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（6 ) 之後的列之像素胞的訊號會隨著來自垂直掃瞄電路區的訊 號被連續地讀出，以完成所有像素胞的訊號讀出操作。 但是，在習知技藝中，水平輸出線會有水平傳送開關 N511至N513的源極與其共同連接，其會經由水平傳送開 關N511至N5 13的閘極至源極電容器，電容地耦合至訊號 線Η1至H3，以驅動閘極端。 此外，水平輸出線會與要與其電容地耦合之來自水平 掃瞄電路區5的訊號線Η1至Η3的接線重疊。通過訊號線 Η1至Η3之訊號係從水平掃瞄電路區5的的電源及GND供 應，結果，水平輸出線會電容地耦合至水平掃瞄電路區5 的電源及GND。 此外，水平輸出線的接線設在半導體基底之並因此也 電容地耦合至半導體基底。如同參考圖6所述之驅動方法 中所述般，差動放大電路5 1的反相輸入端在訊號被讀出至 水平輸出線時係處於高阻抗（浮動）狀態，因此，很容易受導 因於電容耦合所產生的干擾雜訊所影響。 一般而言，在很多情形中，用於水平掃瞄電路區5之 電源及GND會受數位電路中流經的電流等之影響而具有疊 加於其上波尖狀雜訊。因此，此雜訊會對水平輸出線造成 影響。結果，會有雜訊影響差動放大電路5 1的輸出波形（ 感測器輸出波形）以致於無法取得物體的必要影像之問題 發明內容 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（21 OX 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) i裝·
、1T d if I J— · -10- 579597 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（7) 發明槪述 本發明的目的係提供影像拾訊裝置，其抑制雜訊等的 影響。 爲了取得上述目的，根據本發明的態樣，提供影像拾 訊裝置，包含： 多個光電轉換元件，用於光電轉換來自物體的光； 第一輸出線，來自多個光電轉換元件之訊號連續地輸 出至其； 多個第一開關，連接至第一輸出線以將來自多個光電 轉換元件的訊號輸出給第一輸出線； 第二輸出線，參考訊號供應至其； 多個第二開關，連接至第二輸出、線以供應參考訊號給 第二輸出線； 掃瞄電路，控制多個第一開關及多個第二開關； 差動電路，取得來自第一輸出線的訊號與來自第二輸 出線的訊號之間的差。 從下述說明及圖式中，可以更淸楚本發明的其它目的 及特徵。 實施方式 在參考附圖之下述本發明的較佳實施例之說明中，本 發明的上述及其它目的以及優點將變得更加淸楚。 較佳實施例說明 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝. έ 本紙張尺度適用中.國國家標準（CNS ) Α4規格（2】0Χ297公t ) -11 - 579597 A7 B7 五、發明説明（8 ) 將參考附圖，詳細說明本發明的較佳實施例。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1係等效電路圖，顯示根據本發明的第一實施例之 固態影像拾訊裝置的配置。在圖1中，像素單元1、輸入 MOS電晶體N51、負載電晶體N52至N54、箝位電容器C01 至C03、箝位開關N55至N57、傳送開關N58至N510、及 訊號固持電容器CT1至CT3，與圖5中所示的相同。此外 ，在圖1中，與圖5所示相同的構成要件會由相同代號表 示。
用於暫時固持訊號的電容器CT1至CT3分別經由水平 傳送開關N5 11至N5 1 3而連接至差動放大電路5 1的反相輸 入端（水平輸出線），而水平輸出線經由重設開關N5 14連接 至重設電壓V 水平傳送開關N511至N513分別連接至訊號線H1至 H3，訊號線H1至H3連接至水平掃瞄電路區5。 具有分別耦合至重設電壓Vm的汲極之開關Nil至N13 會連接至差動放大電路5 1的非反相輸入端，且類似於水平 傳送開關N511至N513，開關Nil至N13的閘極分別連接 至訊號線H1至H3。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外，差動放大電路51的非反相輸入端會經由重設開 關N14耦合至重設電壓VuS ◊ 雖然未特定限制，但是，希望水平傳送開關N5 11至 N5 13以及開關Nil至N13在形狀上彼此相同，且重設開關 N514及N14在形狀上彼此相同。 此外，雖然在圖1中爲了簡潔起見而顯示3(列）X 3(行） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2】0X297公釐） -12- 579597 A7 ___ B7__ 五、發明説明（9 ) 的二維像素陣列，但是，應暸本發明不限於此尺寸，對於 一維線性感測器也可以採用類似的配置。 接著，將說明本實施例的固態影像拾訊裝置之操作。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 直至訊號分別固持於訊號固持電容器CT1至CT3之操作的 說明與根據圖6之說明相同。 在個別欄中的水平傳送開關N5 11至N5 1 3的閘極之位 準會隨著從水平掃瞄電路區5供應以分別經由訊號線H1至 H3傳送的訊號而連續地進入高位準，以致於固持在訊號固 持電容器CT1至CT3中的訊號會被讀出至水平輸出線。 此外，開關Nil至N1 3的閘極之位準隨著從水平掃瞄 電路區5供應以分別經由訊號線H1至H3傳送之訊號而連 續地進入高位準，以致於重設電壓會與訊號被讀出至水平 輸出線時同步地被讀出至差動放大電路5 1的非反相輸入端 〇 差動放大電路5 1的的水平輸出線及非反相輸入端會在 個別行中的訊號之讀出操作之間由重設開關N5 14至N14重 設至重設電壓V〃s。呈現非反相輸入訊號與反相輸入訊號之 間的差異之訊號會以所需增益放大以輸出至輸出端OUT。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此操作中，舉例而言，在水平輸出線中會產生從水 平掃瞄電路區5供應以經由訊號線H1至H3傳送之訊號的 時計洩露、以及水平輸出線的重訊訊號PCHRES。此外，水 平輸出線會經由水平傳送開關N5 11至N5 1 3的閘極至源極 電容器而電容地耦合至訊號線H1至H3。 由於從水平掃瞄電路區5供應以經由訊號線H1至H3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 9: 5 9 7 A7 B7 五、發明説明（10) 傳送的訊號之位準連續地進入高位準，所以，從水平掃瞄 電路區5的GND供應之低位準的訊號在大部份的時間週期 中會輸出。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 現在，在本實施例中，類似於水平輸出線，重設開關 N14以及開關Nil至N13也會連接至差動放大電路51的非 反相輸入端，開關Nil至N13係具有分別的閘極，而有同 於水平傳送開關的訊號輸入至閘極。因此，類似於反相輸 入端，時計洩露及波尖狀雜訊也會對非反相輸入端造成影 響。 由於這些雜訊成份係反相輸入端與非反相輸入端之間 同相的成份且經由差動放大電路5 1而被移除，所以，它們 不會對輸出端OUT造成任何影響。 第二實施例 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2A係等效電路圖，顯示根據本發明的第二實施例之 固態影像拾訊裝置的部份之配置。在圖2A中，顯示配置於 圖式中比圖1中所示之訊號固持電容器CT1至CT3更低的 下側上之部份，因此，其它構成要件與圖1中所示的要件 相同。附帶一提，相同的構成要件以同於圖1中所示的代 號表示。 類似於圖1，用於暫時固持訊號之電容器CT1至CT3 分別經由水平傳送開關N511至N5 13而連接至差動放大電 路5 1的反相輸入端（水平輸出線），且水平輸出線經由重設 開關N514連接至重設電壓Vw。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -14 - 579597 A 7 B7 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 五、發明説明（11) 水平傳送開關N511至N513的閘極會分別連接至訊號 線H1至H3，訊號線H1至H3係要連接至水平掃瞄電路區 5 ° 具有共同耦合之源極以及汲極之仿開關N21至N23連 接至差動放大電路5 1的非反相輸入端，且類似於水平傳送 開關N511至N513，仿開關N21至N23的閘極分別連接至 訊號線H1至H3的。 此外，差動放大電路51的非反相輸入端經由重設開關 N14耦ί合至重設電壓Vres。 接著，將於下說明本實施例的固態影像拾訊裝置之操 作。直至訊號分別被固持於訊號固持電容器CT1至CT3中 之操作說明均與根據圖6之說明相同。 在個別欄中的水平傳送開關N5 11至N5 1 3的閘極之位 準會隨著從水平掃瞄電路區5供應以分別經由訊號線H1至 H3傳送的訊號而連續地進入高位準，以致於固持於訊號固 持電容器CT1至CT3中的訊號會被讀出至水平輸出線。 此外，仿開關N21至N23的閘極之位準會隨著分別經 由相同的訊號線H1至H3而傳送的訊號連續地進入高位準 〇 差動放大電路5 1的反相輸入端及非反相輸入端會在個 別欄中的訊號之讀出操作之間由重設開關N5 14及N 14重設 至電壓V r e s。 呈現非反相輸入訊號與反相輸入訊號之間的差異之訊 號會以所需增益放大以輸出至輸出端OUT。 •m - - I —^ - I- - —·ΙΙ i·^—· 1·^— y m 1^1 ϋϋ —ϋ ------n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 it 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 579597 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_五、發明説明（12) 以此操作，類似於第一實施例，水平輸出線會受到時 計洩露及諸如波尖狀雜訊等干擾雜訊的影響。但是，由於 類似於水平輸出線，重設開關N14及仿開關N21至N23也 會連接至差動放大電路5 1的非反相輸入端，所以，非反相 輸入端也會受到時計洩露及波尖狀雜訊的類似影響，仿開 關N21至N23係具有分別的閘極，與水平傳送開關的訊號 相同之訊號會輸入至閘極。 由於這些雜訊成份係反相輸入端與非反相輸入端之間 同相的成份且經由差動放大電路5 1而被移除，所以，它們 不會對輸出端OUT造成任何影響。 圖2C係等效電路圖，顯示本發明的第二實施例之另一 固態影像拾訊裝置的部份配置。固態影像拾訊裝置與第一 實施例不同處在於仿開關N21至N23的連接。 在本實施例中，仿開關N21至N23的閘極會連接至與 水平掃.瞄電路區相同的GND。 由於從水平掃瞄電路區5供應以經由訊號線H1至H3 傳送的訊號之位準會連續地進入高位準，所以，從水平掃 瞄電路區5的GND供應之低位準的訊號會在大部份的時間 週期輸出。 結果，即使在同於本賓施例的情形中，仿開關N21至 N23的閘極會連接至與水平掃瞄電路區5相同的GND，取 得與上述實施例相同的效果。 圖.2B係等效電路圖，顯示根據本發明的第二實施例之 固態影像拾訊裝置的部份配置。在圖2B中，顯示配置在比 (請先閲讀背面之注意事' 4 項再填· 裝— :寫本頁) 訂 Φ. 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐） -16- 579597 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___B7五、發明説明（13) 圖1中所示的訊號固持電容器CT1至CT3還低的下側上之 部份，因此，其它構成要件之配置與圖1中所示相同。此 外，在圖2B中，相同的構成要件係以同於圖i中所示的代 號表示。 類似於圖1，用於暫時固持訊號之電容器CT1至CT3 分別經由水平傳送開關N511至N513而連接至差動放大電 路5 1的反相輸入端（水平輸出線），以及水平輸出線會經由 重設開關N514連接至重設電壓Vm。 水平傳送開關N 5 11至N 5 1 3的閘極會分別連接至訊號 線Η1至H3，訊號線Η1至H3連接至水平掃瞄電路區5。 具有分別耦合至重設電壓V〃s的汲極之開關Nil至Ν1 3 會連接至差動放大電路51的非反相輸入端，且類似於水平 傳送開關N511至N513，開關Nil至N13的閘極分別連接 至訊號線H1至H3。 此外，具有連接至仿固持電容器CT4的汲極之開關 N15的源極會連接至非反相輸入端，且開關N15的閘極會 連接至來自水平掃瞄電路區5的訊號線H0。 希望仿固持電容器CT4的電容値儘可能等於訊號固持 電容器CT1至CT3的個別電容値。 此外，雖然未特別說明，但是，以或（OR )處理分別 經由訊號線H1至H3傳送的訊號而取得之訊號會供應給訊 號線H0。 此外，差動放大電路5 1的非反相輸入端會.經由重設開 關N14耦合至重設電壓Vw。 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐） 17 579597 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明説明（14) 接著，將於下說明本實施例的固態拾訊裝置之操作。 直到訊號分別固持於訊號固持電容器CT1至CT3中之操作 的說明與根據圖6之說明相同。 個別欄中的水平傳送開關N511至N5 13的閘極之位準 隨著從水平掃瞄電路區5供應以分別經由訊號線H1至H3 傳送的訊號而進入高位準，以致於固持於訊號固持電容器 CT1至CT3中的訊號被讀出至水平輸出線。 而且，在開關Nil至N1 3的閘極之位準會隨著分別經 由相同的訊號線H1至H3傳送的訊號而連續地進入高位準 。重設電壓接著與訊號被讀出至水平輸出線時同步地 被讀出至差動放大電路51的非反相輸入端。此外，在開關 N1 5的閘極之位準也會在從水平掃瞄電路區5供應以分別經 由訊號線H1至H3傳送之訊號連續地進入高位準時也進入 高位準，以致於仿固持電容器CT4連接至開關N1 5。 水平輸出線及差動放大電路5 1的非反相輸入端會在個 別攔中的訊號讀出操作之間由重設開關N5 14及N 14重設至 電壓V r e s。 呈現非反相輸入訊號與反相輸入訊號之間的差異之訊 號會以所需增益放大以輸出至輸出端OUT。 在此操作中，水平輸出線會遭受時計洩露及諸如波尖 雜訊等干擾雜訊的影響。但是，由於類似於水平輸出線， 所以，重設開關N14以及具有個別閘極之開關Nil至N13 也會連接至差動放大電路5 1的非反相輸入端，所以，非反 相輸入端也會遭受上述實施例中所述之時計洩露及波尖狀 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I—.--^----------1T------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -18- 579597 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（15) 雜訊等類似影響，與水平傳送開關的訊號相同之訊號會輸 入至開關Nil至N13的閘極。 此外’由於差動放大電路51的非反相輸入端在訊號被 讀出水平輸出線時會經由開關N15連接至仿固持電容器 CT4，所以，在水平輸出線與GND之間界定的容量以及差 動放大電路5 1的非反相輸入端與GND之間界定的容量彼此 相等。 由於這些雜訊成份是反相輸入端與非反相輸入端之間 同相的成份以及這些雜訊成份的量値也彼此相等，所以， 它們會經由差動放大電路5 1而被移除，因而不會對輸出端 OUT造成影響。 第三實施例 圖3是等效電路圖，顯示根據本發明的第三實施例之 固態影像拾訊裝置的部份配置。在圖3中，顯示配置於圖 式中比圖1中所示的訊號固持電容器CT1至CT3還低的下 側上之部份，因此，其它構成要件與圖1中所示的構成要 件相同。附帶一提，在圖3中，相同的構成要件係以同於 圖1中所示的代號標示。 用於暫時固持訊號之電容器CT1至CT3會分別經由水 平傳送開關N511至N513而連接至差動放大電路51的反相 輸入端（水平輸入線），以及水平輸出線會經由重設開關 N514連接至重設電壓V〃s。 水平傳送開關N5 11至N5 1 3的閘極會分別連接至訊號 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇'〆297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 項再填· 裝·
、1T 579597 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（16) 線H1至H3，訊號線H1至H3會連接至水平掃瞄電路區5 〇 二極體D31及D3 3具有之接面容量均等於水平傳送開 關N5 11至N5 13中每一者的源極區之容量，二極體D31及 D33會連接至差動放大電路51的非反相輸入端。 此外，差動放大電路51的非反相輸入端經由重設開關 N14耦合至重設電壓V…。 接著，將於下說明本實施例的固態拾訊裝置的操作。 直至訊號分別被固持於訊號固持電容器CT1至CT3中的操 作之說明均與根據圖6之說明相同。 個別欄中的水平傳送開關N5 11至N5 1 3的閘極之位準 隨著從水平掃瞄電路區5供應以分別經由訊號線‘ H1至H3 傳送的訊號而進入高位準，以致於固持於訊號固持電容器 CT1至CT3中的訊號被讀出至水平輸出線。 差動放大電路51的反相輸入端與非反相輸入端會在個 別攔中的訊號之讀出操作期間由重設開關N514至N14重設 至重設電壓Vm。 呈現非反相輸入訊號與反相輸入訊號之間的差異之訊 號會以所需增益放大以輸出至輸出端OUT。 在此操作中，類似於第一實施例，水平輸出線會遭受 時計洩露及諸如波尖狀雜訊等干擾雜訊之影響。但是，由 於類似水平輸出線，重設開關N14也連接至差動放大電路 5 1的非反相輸入端，所以，非反相輸入端也遭受類似於時 計洩露之影響。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家襟準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -20- 579597 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（17) 由於時計浅露是在反相輸入端與非反相輸入端之間同 相的成份且會經由差動放大電路5 1移除，但是，它們不會 對輸出端OUT造成任何影響。 第四實施例 圖4A是等效電路圖，顯示根據本發明的第四實施例之 固態影像拾訊裝置的部份配置。在圖4A中，顯示配置於圖 式中比圖1中所示的訊號固持電容器CT1至CT3低的下側 上之部份，因此，其它構成要件與圖1中所示的相同。附 帶一提，在圖4A中，相同的構成要件以同於圖1中所示的 代號表示。 圖4 B係均顯示於圖4 A中的水平傳送開關N 5 11至 N513、水平掃瞄電路區5、差動放大電路51的安裝平面視 圖。此外，在圖4B中，顯示上述構成要件經由第一接線層 、第二接線層、及第三接線層彼此連接之配置。 差動放大電路5 1的非反相輸入端之接線係形成爲使得 有關的接線與用於反相輸入端的接線（水平輸出線）平行延伸 ，以及有關接線與用於來自水平掃瞄電路區5之訊號線H1 至H3的接線之間的重疊關變成等於有關接線與水平輸出線 之間的重疊關係。 此外，在用於非反相輸入端的接線與用於水平輸出線 之間的接線之間所界定的區域會由GND接線屏蔽以抑制它 們之間的串擾。 如圖4B所示，水平輸出線與來自水平掃瞄電路區5之 (請先閲讀背面之注意事 • IT I J— 1· 項再填· 裝-- :寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中.國國家襟準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -21 - 579597 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 A7 _B7__五、發明説明（18) 訊號線H1至H3會彼此重疊以彼此電容地耦合。 此外，水平輸出線會配置於半導體基底之上，也以電 容方式耦合至半導體基底。在本實施例中，類似於第一實 施例，水平輸出線也會遭受干擾雜訊的影響。 舉例而言，由於從水平掃瞄電路區5供應以分別經由 訊號線H1至H3傳送的訊號位準連續地進入高位準，所以 ，從水平掃瞄電路區的GND供應之低位準訊號會在大部份 的時間週期中輸出。 而且，水平輸出線也會電容地耦合至半導體基底，因 此，當在水平掃瞄電路區的GND中、或是連接至半導體基 底的電源或GND中產生雜訊時，水平輸出線會受雜訊影響 。但是，水平輸出線形成爲使得用於差動放大電路5 1的非 反相輸入端之接線與用於來自水平掃瞄區5的訊號線H1至 H3之接線之間的重疊關係等於有關的水平輸出線與用於來 自水平掃瞄區5的訊號線H1至H3的接線之間的重疊關係 〇 結果，非反相輸入端也會遭受類似於上述之影響。由 於這些雜訊成份是在反相輸入端與非反相輸入端之間同相 並因而可經由差動放大電路5 1移除，所以，它們不會對輸 出端OUT造成任何影響。 如同上述第一至第四實施例中所述般，有來自光電轉 換裝置的訊號經過以連續地輸出至差動放大電路之水平輸 出線、與電源、GND、或訊號線H1至H3的所需訊號線之 間界定的耦合容量會加至有上述參考訊號經過以供應給差 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22- 579597 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __ B7____五、發明説明（19) 動放大電路之輸出線與上述所需訊號線之間界定的耦合容 量，藉以能夠取得局畫質影像。 第五實施例 圖8是方塊圖，顯示數位照相機（影像拾訊裝置）的 內部配置，其包含根據本發明的第一至第四實施例之固態 攝影裝置。在圖8中，代號1501代表屏蔽器，作爲用以屏 蔽透鏡及主開關之保護器；代號1502代表用於將物體的光 影像成像於第一實施例等所述之固態影像拾訊裝置1054上 的透鏡；代號1 053代表使通過透鏡1052的光量變化之虹膜 ;代號1 054代表拾訊裝置，其用以取得影像訊號型式之通 過透鏡1 052成像的物體影像；代號1 055代表影像拾訊訊號 處理電路，其用以使影像拾訊裝置輸出的影像訊號接受不 同的校正、箝位、等等；代號1056代表A/D轉換器，其用 以使影像拾訊裝置1 054輸出的影像訊號接受類比對數位轉 換；代號1057代表訊號處理單元，其用以使A/D轉換器 1056輸出的影像資料接受不同校正及用以壓縮資料；代號 1 058代表時序產生單元，其用以輸出不同的時序訊號給影 像拾訊裝置1054、影像拾訊訊號處理電路1 055、A/D轉換 器1056、及訊號處理單元1057 ;代號1059代表系統控制及 操作單元，用於執行不同的數學運算及用於控制整個靜態 照相機；代號1060代表記憶單元，用於暫存影像資料於其 中；代號1061代表記錄媒體控制I/F單元，用於將影像資 料記錄至記錄媒體中或自其中讀出；代號1 062代表可分離 11---；----jjlp-批衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23- 579597 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
A7 ____B7_五、發明説明（2〇) 的記錄媒體，舉例而言，半導體記憶體，用於將影像資料 記錄於其中或從其中讀出；及1063代表外部I/F單元，用 於執行與外部電腦等的通訊。 接著，將說明具有上述配置之數位靜態照相機在攝影 期間的操作。當屏蔽器1051被打開時，主電源會開啓，接 著，控制系統電源會被開啓以將諸如A/D轉換器1056之影 像拾訊系統電路的電源開啓。 之後，爲了控制曝光量，系統控制及操作單元1059會 釋放虹膜1053，接著，從固態影像拾訊裝置1054輸出的訊 號會通過影像拾訊訊號處理電路1055而輸出至A/D轉換器 1056。A/D轉換器1056使如此連續地輸出至其的訊號接受 A/D轉換，而將所造成的訊號輸出至訊號處理單元1057。 訊號處理單元1 057會根據有關的資料，在系統控制及操作 單元1059中執行用於曝光的數學運算。 根據測光術的結果，判斷亮度，以及系統控制及操作 單元1059會根據此判斷結果以控制虹膜。 接著，根據固態影像拾訊裝置1 054輸出的訊號，取還 高頻成份，然後，在系統控制及操作單元1059中，執行到 達物體的距離之數學運算。之後，驅動透鏡1052以判斷透 鏡是否處於聚焦位置。假使判定透鏡聚焦，則驅動透鏡 1 052以執行距離量測。 然後，在確認透鏡處於聚焦，則開始主曝光。在完成 曝光之後，從影像拾訊裝置1054輸出的影像訊號會在影像 拾訊訊號處理電路1055中連續地接受校正等，然後在A/D (請先閱讀背面之注意事 4 -項再填」 裝— 寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -24- 579597 A7 B7 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（21) 轉換器1056中接受連續地接受A/D轉換以由訊號處理單元 1057處理，然後，由系統控制及操作單元1 059儲存於記憶 單元1060。 之後，根據系統控制及操作單元1 059所執行的控制， 儲存於記憶單元1060中的資料會供應給記錄媒體控制I/F 單元1061，以記錄於拆卸式記錄媒體1062，舉例而言，半 導體記憶體。而且，有關資料會供應給外部I/F單元1063 ，以直接輸入至電腦等，以用於影像處理。 如上所述，根據本發明，由於雜訊等會疊加於輸入至 差動放大單元之輸入訊號，所以，雜訊等會在差動放大電 路中受到差動操作而從輸出訊號中被移除，差動放大單元 係用以放大光電轉換裝置中經由轉換而取得的訊號電荷輸 入。 雖然已參考較佳實施例特別地顯示及說明本發明，但 是，應瞭解習於此技藝者在不悖離發明的範圍及精神之下 ，可以作不同的改變及修改。因此，發明的範圍僅由後附 之申請專利範圍所決定。 圖式簡單說明 圖1係等效電路圖，顯不根據本發明的第一實施例之 固態影像拾訊裝置的配置； 圖2A、2B及2C分別爲等效電路圖，均顯示根據本發 明的第二實施例之固態影像拾訊裝置的部份之配置； 圖3係等效電路圖，顯示根據本發明的第三實施例之 丨I^---;----|^%衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、訂 d. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） -25- 579597 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 A7 ____B7五、發明説明（22) 固態影像拾訊裝置的部份之配置； 圖4A及4B分別爲等效電路圖，顯示根據本發明的第 四實施例之固態影像拾訊裝置的部份之配置及顯示其部份 的構造之安裝平面視圖； 圖5係等效電路圖，顯示傳統的CMOS型固態影像拾 訊裝置的配置； 圖6時序圖，用於解釋圖5中所示的CMOS型固態影 像拾訊器的操作； 圖7係圖5中所示的水平傳送開關N511至N513、重設 開關N514、水平掃瞄電路區5、及差動放大電路51的安裝 平面視圖；及 圖8係方塊圖，顯示包含根據本發明的第五實施例之 固態影像拾訊裝置之攝影機的內部配置。 主要元件對照表 1像素單元 2垂直掃瞄電路區 4共同接地線 5水平掃瞄電路區 51差動放大電路 1051屏蔽器 1052透鏡 1053虹膜 1054固態影像拾訊裝置 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ;裝· 訂 d. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -26- 579597 A7 B7五、發明説明（23) 1055影像拾訊訊號處理單元 1056 A/D轉換器 10 5 7訊號處理單元 1058時序產生單元 1059系統控制及操作單元 1060記憶單元 1061記錄媒體控制I/F單元 1062記錄媒體 1063外部I/F單元 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) • 1— I J— · •裝. 訂 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -27-
Claims (1)
- 579597 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 1 1.一種影像拾訊裝置，包括： 多個光電轉換元件，用於光電轉換來自物體的光； 第一輸出線，來自該多個光電轉換元件之訊號連續地 輸出至其； 多個傳送開關，連接 電轉換元件的訊號輸出至 第二輸出線，參考訊 差動電路，取得來自 二輸出線的訊號之間的差 至該第一輸出線以將來自多個光 第一輸出線； 號供應至其；及 該第一輸出線的訊號與來自該第 •裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 其中，該第一輸出線與所需訊號線之間界定的耦合容 出線與所需訊號線之間界定的耦 輸出線係有參考訊號經過而供應 量之電容値等於該第二輸 合容量之電容値，該第二 至該差動電路。 2.如申請專利範圍第 需訊號線係有用以控制電 之訊號會經過傳送之訊號 -訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1項之影像拾訊裝置，其中，該所 源、接地、或傳送開關的開/關 線。 3.—種影像拾訊裝置，包括： 用於光電轉換來自物體的光； 第一輸出線，來自該多個光電轉換兀件之訊號連續地 多個光電轉換元件 輸出至其； 多個第一開關，連接至該第一輸出線以將來自多個光 電轉換元件的訊號輸出至第一輸出線； 第二輸出線，參考訊 多個第二開關，連接 號供應至其；及 至該第二輸出線以供應該參考訊 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 579597 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 2 號給第二輸出線； 掃瞄電路，控制該多個第一開關及該多個第二開關； 及 差動電路，取得來自該第一輸出線的訊號與來自該第 二輸出線的訊號之間的差。 4. 一種影像拾訊裝置，包括： 多個光電轉換元件，用於光電轉換來自物體的光； 第一輸出線，來自該多個光電轉換元件之訊號連續地 輸出至其； 多個第一開關，連接至該第一輸出線以將來自多個光 電轉換元件的訊號輸出至第一輸出線； 第二輸出線，參考訊號供應至其；及 多個仿開關，在其中有多個連接至該第二輸出線之輸 入/輸出會被短路； 掃瞄電路，控制該多個第一開關及該多個第二開關； 及 差動電路，取得來自該第一輸出線的訊號與來自該第 二輸出線的訊號之間的差。 5. —種影像拾訊裝置，包括： 多個光電轉換元件，用於光電轉換來自物體的光； 第一輸出線，來自該多個光電轉換元件之訊號連續地 輸出至其； 多個第一開關，連接至該第一輸出線以將來自多個光 電轉換元件的訊號輸出至第一輸出線； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -29 - (請先閱讀背面之注意事 ▼項再填. 裝-- (寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 579597 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 第二輸出線，參考訊號供應至其； 多個仿開關，在其中它們的複數個連接至該第二輸出 線之控制端會連接至接地； 掃瞄電路，連接至與該接地相同的接地，以控制該多 個第一開關；及 差動電路，取得來自該第一輸出線的訊號與來自該第 二輸出線的訊號之間的差。 6.—種影像拾訊裝置，包括： 多個光電轉換元件，用於光電轉換來自物體的光； 第一輸出線，來自該多個光電轉換元件之訊號連續地 輸出至其； 多個第一開關，連接至該第一輸出線以將來自多個光 電轉換元件的訊號輸出至第一輸出線； 第二輸出線，參考訊號供應至其； 多個二極體，連接至該第二輸出線； 掃瞄電路，控制該多個第一開關；及 差動電路，取得來自該第一輸出線的訊號與來自該第 二輸出線的訊號之間的差。 7·如申請專利範圍第3項之影像拾訊裝置，又包括多個 雜訊校正電路，以移除包含於來自該多個光電轉換元件的 訊號中之雜訊成份， 其中，來自該多個雜訊校正電路的訊號會經由該多個^ 第一開關輸出至該第一輸出線。 8.如申請專利範圍第7項之影像拾訊裝置，其中，該多 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2】0X 297公釐） -30 - ----------------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 579597 A8 B8 C8 _ D8 々、申請專利範圍 4 個雜訊校正電路中的每一電路包含電容器及供應預定參考 電壓的開關，以及，其中，來自光電轉換元件的訊號會被 供應至該電容器的一端，以及該預定參考電壓會供應給該 電容器的另一端。 9·如申請專利範圍第7項之影像拾訊裝置，其中，該光 電轉換元件係在水平方向及垂直方向上二維地配置，以及 該多個雜訊校正電路分別設置在垂直於該光電轉換元件的 垂直方向上的複數個線上。 10.如申請專利範圍第3項之影像拾訊裝置，又包括透 鏡及訊號處理電路，該透鏡用於在該多個光電轉換元件上 形成光影像，該訊號處理電路處理來自該多個光電轉換元 件之訊號。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂 ▼線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -31 -
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