TWI386046B - 固態成像器件、驅動其之方法、用於其之信號處理方法以及成像裝置 - Google Patents

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Description

固態成像器件、驅動其之方法、用於其之信號處理方法以及成像裝置
本發明係關於一種固態成像器件、一種驅動其之方法、一種用於其之信號處理方法以及一種成像裝置。
本發明包括在2007年4月12日向日本專利局申請的日本專利申請案JP 2007－104425的相關標的，該案之全文以引用的方式併入本文中。
圖27顯示一固態成像器件之一單元像素100之組態之範例。關於此範例，在單元像素100(其具有一傳送電晶體，用於傳送透過光電轉換元件101中之光電轉換所獲得之信號電荷)中，使得可傳送至單元像素之浮動擴散電容器(FD)106的累積電荷最大數量(Qfd.max)充分大於用作光接收單元之光電轉換元件101中所累積之電荷之最大數量(Qpd.max)。因此，藉由移除光電轉換元件101中之殘留電荷來實現信號電荷從光電轉換元件101至浮動擴散電容器106之完全傳送。
以上述方式針對透過光電轉換元件101中之光電轉換所獲得之信號電荷實現該完全傳送，其導致可預防影像之攝影階段中之殘留影像且入射光之光度與感測器輸出信號間之令人滿意的線性可得以實現。就此而言，此具體實施例之單元像素100除傳送電晶體102之外包括重設電晶體103、放大電晶體104及像素選擇電晶體105。
不過，圖27所示單元像素100涉及以下問題。
(1)由於累積電荷之最大數量(Qfd.max)必須大於光電轉換元件101中所累積之電荷之最大數量(Qpd.max)，所以用於電荷至電壓轉換效率之增強的浮動擴散電容器106之電容之減小有一限制。
(2)由於用於與以上原因相同的原因，用作浮動擴散電容器106之重設電壓的電源電壓Vdd之減小導致浮動擴散電容器106中所累積之電荷之最大數量(Qfd.max)之減小，所以電源電壓Vdd之降低有一限制。
因此，迄今為止，以以下方式解決上述問題(1)與(2)。即，當累積電荷之最大數量(Qfd.max)由於用於電荷至電壓轉換效率之增強的浮動擴散電容器106之電容之減小而較小時，或當累積電荷之最大數量(Qfd.max)由於重設電壓(電源電壓)Vdd之降低而較小時，執行浮動擴散電容器106之電荷傳送、信號讀取、及重設之後，再次傳送因其多於傳送電晶體102可傳送之電荷而保留在光電轉換元件101中之電荷以讀出信號。因此，在複數個批次中讀出光電轉換元件101中所累積之所有電荷。此技術(例如)係在日本專利特許公開第2001－177775號中進行說明。
在上述相關技術中，浮動擴散電容器106中所累積之電荷之最大數量(Qfd.max)係小於光電轉換元件101中所累積之電荷之最大數量(Qpd.max)。此外，如圖28所示，傳送能夠傳送至浮動擴散電容器106之所有電荷。因此，無法以浮動擴散電容器106中所累積之電荷之最大數量 (Qfd.max)的單元(A)來分割光電轉換元件101中所累積之電荷之最大數量(Qpd.max)。用於此原因，無法採用任意電荷數量作為單元(B)在複數個批次中傳送光電轉換元件101中所累積之電荷之最大數量(Qpd.max)。
此外，如圖29所示，在採用於複數個像素中共享浮動擴散電容器FD與讀出電路200之組態的固態成像器件中，在某些情況下無法減小浮動擴散電容器FD之電容。在此類情況下，由於無法在複數個批次中傳送信號電荷，所以用於為複數個批次中所傳送之信號分別添加加權因數的處理無法應用於該固態成像器件。因此，由於此等處理所引起的用於(例如)改變對應於光數量之範圍之敏感度的效應無法獲得。
依據前述內容，因此需要提供一種固態成像器件(其在傳送透過一光電轉換單元中之光電轉換所獲得之信號電荷時能夠採用一任意電荷數量作為一單元在複數個批次中傳送該等信號電荷)、一種驅動其之方法、一種用於其之信號處理方法以及一種成像裝置。
為了獲得上述所需者，依據本發明之一具體實施例，提供一種固態成像器件，其包括：一像素陣列單元，其係藉由在矩陣中配置單元像素而構成，該等單元像素之各單元像素包括一光電轉換單元，其係經組態用以將一光學信號轉換為信號電荷；一傳送元件，其係經組態用以傳送透過該光電轉換單元中之光電轉換所獲得之該等信號電荷；及輸出構件，其係經組態用以 輸出藉由該傳送元件所傳送之該等信號電荷；第一驅動構件，其係經組態用以，在一單元之一累積時間週期期間累積於該光電轉換單元中的該等信號電荷之一部分係保持於該光電轉換單元中的狀況下，藉由使用一第一控制電壓驅動該傳送元件，依據該第一控制電壓藉由該傳送元件來傳送數量超過已保持信號電荷之數量的該等累積電荷；第二驅動構件，其係經組態用以藉由使用一第二控制電壓驅動該傳送元件，依據該第二控制電壓藉由該傳送元件來傳送保持於該光電轉換單元中之所有信號電荷；及第三驅動構件，其係經組態用以驅動該輸出區段以便讀出藉由連續執行該第一驅動構件之該驅動及該第二驅動構件之該驅動所傳送之該等信號電荷。
依據本發明之另一具體實施例，提供一種驅動一固態成像器件之方法，該固態成像器件係藉由配置單元像素而構成，該等單元像素之各單元像素包括一光電轉換單元，其係經組態用以將一光學信號轉換為信號電荷；一傳送元件，其係經組態用以傳送透過該光電轉換單元中之光電轉換所獲得之該等信號電荷；及輸出構件，其係經組態用以輸出藉由該傳送元件所傳送之該等信號電荷，該方法包括以下步驟：在一單元之一累積時間週期期間累積於該光電轉換單元中的該等信號電荷之一部分係保持於該光電轉換單元中的狀況下，藉由使用一第一控制電壓驅動該傳送元件，依據 該第一控制電壓藉由該傳送元件來傳送數量超過已保持信號電荷之數量的該等累積電荷；藉由使用一第二控制電壓驅動該傳送元件，依據該第二控制電壓藉由該傳送元件來傳送保持於該光電轉換單元中之所有信號電荷；及讀出藉由連續執行使用該第一控制電壓之該驅動及使用該第二控制電壓之該驅動所傳送之該等信號電荷。
依據本發明之另一具體實施例，提供一種用於一固態成像器件之信號處理方法，該固態成像器件包括：一像素陣列單元，其係藉由在矩陣中配置單元像素而構成，該等單元像素之各單元像素包括一光電轉換單元，其係經組態用以將一光學信號轉換為信號電荷；一傳送元件，其係經組態用以傳送透過該光電轉換單元中之光電轉換所獲得之該等信號電荷；及輸出構件，其係經組態用以輸出藉由該傳送元件所傳送之該等信號電荷；第一驅動構件，其係經組態用以，在一單元之一累積時間週期期間累積於該光電轉換單元中的該等信號電荷之一部分係保持於該光電轉換單元中的狀況下，藉由使用一第一控制電壓驅動該傳送元件，依據該第一控制電壓藉由該傳送元件來傳送數量超過已保持信號電荷之數量的該等累積電荷；第二驅動構件，其係經組態用以藉由使用一第二控制電壓驅動該傳送元件，依據該第二控制電壓藉由該傳送元件來傳送保持於該光電轉換單元中之所有信號電荷；及 第三驅動構件，其係用於驅動該輸出區段以便讀出藉由連續執行該第一驅動構件之該驅動及該第二驅動構件之該驅動所傳送之該等信號電荷，該信號處理方法包括以下步驟：將複數個輸出信號加在一起，該複數個輸出信號係在該第一及第二驅動構件針對該傳送元件之該驅動下透過該第三驅動構件之該驅動從該輸出構件連續讀出。
依據本發明之另一具體實施例，提供一種成像裝置，其包括：一固態成像器件，其係藉由配置單元像素而構成，該等單元像素之各單元像素包括一光電轉換單元，其係經組態用以將一光學信號轉換為信號電荷；一傳送元件，其係經組態用以傳送透過該光電轉換單元中之光電轉換所獲得之該等信號電荷；及輸出構件，其係經組態用以輸出藉由該傳送元件所傳送之該等信號電荷；及一光學系統，其係用於使一入射光聚焦於該固態成像器件之一成像區域上；其中該固態成像器件包括：第一驅動構件，其係經組態用以，在一單元之一累積時間週期期間累積於該光電轉換單元中的該等信號電荷之一部分係保持於該光電轉換單元中的狀況下，藉由使用一第一控制電壓驅動該傳送元件，依據該第一控制電壓藉由該傳送元件來傳送數量超過已保持信號電荷之數量的該等累積電荷； 第二驅動構件，其係經組態用以藉由使用一第二控制電壓驅動該傳送元件，依據該第二控制電壓藉由該傳送元件來傳送保持於該光電轉換單元中之所有信號電荷；第三驅動構件，其係經組態用以驅動該輸出構件以便讀出藉由連續執行該第一驅動構件之該驅動及該第二驅動構件之該驅動所傳送之該等信號電荷；及信號處理構件，其係經組態用以將複數個輸出信號加在一起，該複數個輸出信號係在該第一及第二驅動構件針對該傳送元件之該驅動下透過該第三驅動構件之該驅動從該輸出構件連續讀出。
依據本發明之該等具體實施例，在一單元之該累積時間週期期間累積於該光電轉換單元中的該等信號電荷之一部分係保持於該光電轉換單元中的狀況下，藉由使用該第一控制電壓(依據該第一控制電壓傳送數量超過已保持信號電荷之數量的該等累積電荷)驅動該傳送元件的操作，以及藉由使用該第二控制電壓(依據該第二控制電壓傳送保持於該光電轉換單元中之所有信號電荷)驅動該傳送元件的操作係連續執行。此外，適當設定該第一控制電壓之電壓值。因此，可採用一任意電荷數量作為一單元在複數個批次中傳送透過該光電轉換單元中之該光電轉換所獲得之該等信號電荷。
下文中將參考附圖詳細說明本發明的較佳具體實施例。
圖1係一系統組態圖，其顯示依據本發明之一第一具體 實施例之一固態成像器件(例如CMOS影像感測器)之一組態。
如圖1所示，此具體實施例之CMOS影像感測器10包括一像素陣列單元11，及其周邊電路。在此情況下，像素陣列單元11係經組態使得各包括一光電轉換元件之單元像素(下文中在某些情況下簡單稱為"一像素")20以二維方式配置於矩陣中。
垂直掃描電路12、供應電壓控制電路13、電壓供應電路14、時序產生電路(TG)15、複數個行電路16、水平掃描電路17、行信號選擇電路18等等(例如)係作為像素陣列單元11之周邊電路而提供。
對於像素20在像素陣列單元11中之矩陣配置，每一像素行佈有一垂直信號線111，且每一像素列佈有驅動控制線，例如傳送控制線112、重設控制線113及選擇控制線114。
恆定電流源19係分別連接至垂直信號線111之一端。與使用恆定電流源19不同，可使用一用於電流偏壓之電晶體，其閘極(例如)係藉由偏壓電壓Vbias而偏壓。在此情況下，用於電流偏壓之電晶體與隨後將說明的一放大電晶體24一起組態一源極隨耦器電路(參考圖2)。
垂直掃描電路12係由一移位暫存器、一位址解碼器等等構成。此外，相對於電子快門列及讀出列之每一個以列之單元垂直掃描像素陣列單元11之像素20時，垂直掃描電路12執行一電子快門操作用於掃除來自像素20中屬於電子快 門列之對應像素的信號，並執行一讀出操作用於讀出來自像素中屬於讀出列之對應像素的信號。
儘管此處省略解說，但垂直掃描電路12包括一讀出掃描系統、及一電子快門掃描系統。在此情況下，以列之單元連續選擇像素20的同時讀出掃描系統執行從屬於讀出列之像素20讀出信號之讀出操作。此外，電子快門掃描系統在比讀出掃描系統之讀出掃描提前一對應於快門速度之時間週期之時間針對相同列(電子快門列)執行電子快門操作。
此外，對於像素20之每一個中之信號電荷，一範圍為第一時序至第二時序之時間週期變為一單元之一累積時間週期(曝光時間週期)。此處，在第一時序處，透過電子快門掃描系統之快門掃描重設光電轉換單元中之不必要電荷。此外，在第二時序處，透過讀出掃描系統之讀出掃描分別從像素中讀出信號。即，電子快門操作意指一用於重設(掃除)光電轉換單元中所累積之信號電荷並在信號電荷之重設完成後開始以新方式累積信號電荷的操作。
供應電壓控制電路13控制供應(施加)至單元像素20內之傳送電晶體(傳送元件)22之閘極電極(控制電極)的傳送脈衝TRG之電壓值(峰值)。隨後將說明此供應電壓控制電路13之具體組態。
電壓供應電路14將複數個具有不同電壓值之控制電壓供應至供應電壓控制電路13。將該複數個控制電壓作為具有不同電壓值之傳送脈衝TRG連續供應至傳送電晶體22之閘極電極。隨後將說明具有不同電壓值之傳送脈衝TRG之細 節。
供應電壓控制電路13將具有不同電壓值之傳送脈衝TRG連續供應至傳送電晶體22之閘極電極時，時序產生電路(TG)15產生一時序信號PTRG(依據其決定一時序)。
行電路16(例如)係經佈置以分別對應於像素陣列單元11之像素行，即與一對一對應於像素行。行電路16針對透過個別垂直信號線111從屬於讀出列(其係透過垂直掃描電路12之垂直掃描操作來選擇)之像素20連續輸出之信號執行預定信號處理，並在預定信號處理完成後於其中臨時保持像素信號。
針對行電路16使用一具有取樣與保持電路用於取樣及保持透過垂直信號線111所輸出之像素信號的電路組態、一具有雜訊移除電路(其包括取樣與保持電路)用於藉由執行相關雙重取樣(CDS)處理來移除像素中由於放大電晶體24之臨限值分散而固有之重設雜訊或固定圖案雜訊的電路組態等等。
不過，上述電路組態僅為一範例，因此本發明之該具體實施例決不受限於此。例如，亦可採用一賦予行電路16類比至數位(A/D)轉換功能以便以數位信號之形式輸出具有預定信號位準之像素信號的電路組態。
水平掃描電路17包括一移位暫存器、一位址解碼器等等。水平掃描電路17水平掃描按順序佈置以分別對應於像素陣列單元11之像素行之行電路16。行信號選擇電路18係由一水平選擇開關、一水平信號線等等組成。行信號選擇 電路18與水平掃描電路17之水平掃描操作同步連續輸出分別臨時保持於行電路16中之像素信號。
應注意，自一時序控制電路(未顯示)產生一時序信號及一控制信號，其各成為用於垂直掃描電路12、行電路16、水平掃描電路17等等之操作的參考。
(像素電路)
圖2係一電路圖，其顯示單元像素20之電路組態之一範例。此範例之單元像素20係組態為一像素電路，其除光電轉換元件(光電轉換單元)21(例如埋入式光二極體)之外還包括四個電晶體，例如傳送電晶體(傳送元件)22、重設電晶體23、放大電晶體24及選擇電晶體25。在此情況下，儘管使用(例如)N通道MOS電晶體作為四個電晶體22至25，但本發明決不受限於此組態。
傳送電晶體22係連接在光電轉換元件21之陰極電極與浮動擴散電容器(FD)26間。傳送電晶體22藉由將傳送脈衝TRG供應至其閘極電極(控制電極)而將透過光電轉換元件21中之光電轉換已累積之信號電荷(在此情況下為電子)傳送至浮動擴散電容器26。因此，浮動擴散電容器26用作一用於將信號電荷轉換為電壓信號之電荷至電壓轉換單元。
重設電晶體23之汲極電極係連接至重設線115，且其源極電極係連接至浮動擴散電容器26之一與其接地端對置之端。信號電荷從光電轉換元件21至浮動擴散電容器26之傳送之前，重設電晶體23依據一供應至其閘極電極之重設脈衝RST將浮動擴散電容器26之電位重設為重設電壓Vrst。
放大電晶體24之閘極電極係連接至浮動擴散電容器26之該一端，且其汲極電極係連接至用於供應電源電壓Vdd之像素電源。放大電晶體24在藉由重設電晶體23加以重設之後以具有重設位準之信號的形式輸出浮動擴散電晶體26之電位，並在藉由傳送電晶體22將信號電荷傳送至浮動擴散電容器26之後以具有信號位準之信號的形式輸出浮動擴散電容器26之電位。
例如，選擇電晶體25之汲極電極係連接至放大電晶體24之源極電極，且其源極電極係連接至垂直信號線111。選擇電晶體25係依據一施加至其閘極電極之選擇脈衝SEL而開啟以將像素20設定為選擇狀態，藉此將從放大電晶體24所輸出之信號輸出至垂直信號線111。選擇電晶體25亦可採用一連接在像素電源(Vdd)與放大電晶體24之汲極電極間之組態。
應注意，儘管此處作為一範例提供將本發明之該具體實施例應用於包括具四電晶體組態(包括傳送電晶體22、垂直電晶體23、放大電晶體24及選擇電晶體25)之單元像素20之CMOS影像感測器的情況，但本發明決不受限於此應用範例。
明確言之，本發明亦可應用於一包括具三電晶體組態(其中如圖3所示，省略圖2所示選擇電晶體25，並使得電源電壓SELVdd可變，藉此賦予放大電晶體24選擇電晶體25之功能)之單元像素20'的CMOS影像感測器、一具有如圖29所示在複數個像素中共享浮動擴散電容器FD與讀出電 路200之組態的CMOS影像感測器等等。
[供應電壓控制電路]
供應電壓控制電路13接收一位址信號ADR作為其輸入，依據該位址信號ADR驅動屬於透過垂直掃描電路12之垂直掃描操作所選擇之像素列之單元像素20以選擇從電壓供應電路14所供應之複數個電壓之一，藉此將如此選擇之該電壓作為傳送脈衝TRG供應至單元像素20內之傳送電晶體22之閘極電極。
從電壓供應電路14作為複數個電壓供應：一開啟電壓Von，藉由該開啟電壓Von而開啟傳送電晶體22；一關閉電壓Voff，藉由該關閉電壓Voff而關閉傳送電晶體22之關閉電壓Voff；及一在該開啟電壓與該關閉電壓間之中間電壓Vmid。此處，中間電壓Vmid意指藉以在保持光電轉換元件21中之累積電荷之一部分的同時將其餘累積電荷可部分傳送至浮動擴散電容器26的一電壓。
在上述像素電路中，由於傳送電晶體22係為N通道，所以將開啟電壓設定為電源電壓Vdd，並將關閉電壓Voff設定為接地電壓，較佳設定為一低於接地電壓之電壓。此外，在此具體實施例中，使用兩個具有不同電壓值之中間電壓(明確言之，兩個中間電壓Vmid0與Vmid1，其各大於關閉電壓Voff且小於開啟電壓Von)作為中間電壓Vmid。就此而言，在傳送電晶體22為P通道之情況下，接地電壓與電源電壓Vdd分別變為開啟電壓Von與關閉電壓Voff。因此，中間電壓Vmid變為兩個中間電壓Vmid0與Vmid1(其各 大於開啟電壓Von且小於關閉電壓Voff)。
因此，將四個電壓(即，開啟電壓Von、中間電壓Vmid0與Vmid1、及關閉電壓Voff)從電壓供應電路14供應至供應電壓控制電路13。四個電壓之電壓值顯示一Voff<Vmid0<Vmid1<Von之關係。此外，四個電壓之中間電壓Vmid0與Vmid1之每一個以及開啟電壓Von係用作傳送脈衝TRG。
為了分別控制從電壓供應電路13供應中間電壓Vmid0與Vmid1以及開啟電壓Von之時序，將三個時序信號PTRG1、PTRG2及PTRG3從時序產生電路15供應至供應電壓控制電路13。供應電壓控制電路13基於時序信號PTRG1、PTRG2及PTRG3選擇中間電壓Vmid0與Vmid1以及開啟電壓Von之一，並將該選定電壓作為中間電壓Vmid供應至傳送電晶體22之閘極電極。
圖4係一電路圖，其顯示供應電壓控制電路13之電路組態之一範例。如圖4所示，供應電壓控制電路13包括四個電路區塊131至134，其分別對應於四個電壓(即，中間電壓Vmid0與Vmid1、開啟電壓Von以及關閉電壓Voff)，以及3輸入NOR電路135。
通常將一位址信號ADR從垂直掃描電路12供應至電路區塊131至134之每一個。將時序信號PTRG1、PTRG2及PTRG3作為三個輸入從時序產生電路15供應至NOR電路135。
電路區塊131包括一NAND電路1311(其係用於接收其兩個輸入位址信號ADR與時序信號PTRG1)、一位準偏移器 1312及一P通道驅動電晶體1313。電路區塊131選擇中間電壓Vmid0並將如此選擇之中間電壓Vmid0供應至傳送電晶體22之閘極電極。
電路區塊132包括一NAND電路1321(其係用於接收位址信號ADR與時序信號PTRG2作為其兩個輸入)、及一P通道驅動電晶體1322。電路區塊132選擇中間電壓Vmid1，並將如此選擇之中間電壓Vmid1供應至傳送電晶體22之閘極電極。
電路區塊133包括一AND電路1331(其係用於接收其兩個輸入位址信號ADR與時序信號PTRG3)、及一N通道驅動電晶體1332。電路區塊133選擇開啟電壓Von並將如此選擇之開啟電壓Von供應至傳送電晶體22之閘極電極。
電路區塊134包括一AND電路1341(其係用於接收位址信號ADR及來自NOR電路135之輸出信號作為其兩個輸入)、一OR電路1342(用於在具有於此所設定之負邏輯的一輸入端子處接收位址信號ADR，並在另一輸入端子處接收來自AND電路1341之輸出信號)、一位準偏移器1343及一N通道驅動電晶體1344。電路區塊134選擇關閉電壓Voff，並將如此選擇之關閉電壓Voff供應至傳送電晶體22之閘極電極。
為了供應一低於接地電壓之電壓(例如－1.0 V)作為關閉傳送電晶體22所依據之關閉電壓Voff，電路區塊134採用一基於NOR電路135之操作以排斥其他電路區塊131、132及133之方式操作的電路組態。
圖5顯示至及來自供應電壓控制電路13之輸入與輸出間之時序關係。在假定欲供應至傳送電晶體22之閘極電極之電壓為中間電壓Vmid0與Vmid1、開啟電壓Von及關閉電壓Voff之情況下，藉由位址信號ADR選擇像素列時，依據時序信號PTRG1、PTRG2及PTRG3，將分別與其對應之中間電壓Vmid0與Vmid1以及開啟電壓Von連續供應至傳送電晶體22之閘極電極，並在與以上情況不同的情況下供應關閉電壓Voff。
以上述方式，在供應電壓控制電路13所進行之控制下與垂直掃描電路12之垂直掃描操作同步將中間電壓Vmid0與Vmid1以及開啟電壓Von以此順序從供應電壓控制電路13連續供應至每一像素列之傳送電晶體22之閘極電極。因此，可實現三分割傳送，其中將光電轉換元件21中所累積之信號電荷(例如)在三個批次中傳送至浮動擴散電容器26中。
<三分割傳送>
下文中將參考圖6之時序圖以及圖7之操作說明圖來說明某一像素列中之三分割傳送之情況下的具體操作。在圖7中，操作(1)至(11)分別對應於圖6所示時間週期(1)至(11)。
某一像素列中之一單元之累積時間週期期間在三分割傳送基礎上傳送信號電荷時，從垂直掃描電路12以給定間隔向重設電晶體23之閘極電極三次施加重設脈衝PTS，藉此針對浮動擴散電容器26執行三次重設操作。每一重設操作 過去某一時間週期時與此重設操作同步將中間電壓Vmid0與Vmid1以及開啟電壓Von以此順序從供應電壓控制電路13連續供應至傳送電晶體22之閘極電極。
時間週期(1)期間，在光電轉換元件21中累積電荷Qpd。此時，將關閉電壓Voff施加至傳送電晶體22之閘極電極。此外，已藉由第一時間重設脈衝RST重設浮動擴散電容器26。透過放大電晶體24及選擇電晶體25將浮動擴散電容器26之重設位準以第一時間重設位準之形式讀出至垂直信號線111。
重設位準之第一時間讀出完成後，在時間週期(2)期間將中間電壓Vmin0施加至傳送電晶體22之閘極電極。中間電壓Vmin0之施加導致將電荷(Qpd－Qmid0)傳送至浮動擴散電容器26，光電轉換元件21中之累積電荷Qpd之部分電荷Qmid0係照原樣留下。
接下來，在時間週期(3)期間，將關閉電壓施加至傳送電晶體22之閘極電極。因此，將對應於傳送至浮動擴散電容器26之電荷(Qpd－Qmid0)的一信號以一具有第一信號位準之信號的形式讀出至垂直信號線111。
接下來，在時間週期(4)期間，將第二時間重設脈衝RST施加至重設電晶體23之閘極電極，藉此重設浮動擴散電容器26。接下來，在時間週期(5)期間，將一具有所得重設位準之信號以一具有第二時間重設位準之信號的形式讀出至垂直信號線111。
接下來，在時間週期(6)期間，將中間電壓Vmid1施加至 傳送電晶體22之閘極電極。中間電壓Vmin1之施加導致將電荷(Qpd－Qmid1)傳送至浮動擴散電容器26，保留在光電轉換元件21中的電荷Qmid0之部分電荷Qmid1係照原樣留下。
接下來，在時間週期(7)期間，將關閉電壓Voff施加至傳送電晶體22之閘極電極。因此，將對應於傳送至浮動擴散電容器26之電荷(Qpd0－Qmid1)的一信號以一具有第二時間信號位準之信號的形式讀出至垂直信號線111。
接下來，在時間週期(8)期間，將第三時間重設脈衝RST施加至重設電晶體23之閘極電極，藉此重設浮動擴散電容器26。接下來，在時間週期(9)期間，將一具有所得重設位準之信號以一具有第三時間重設位準之信號的形式讀出至垂直信號線111。
接下來，在時間週期(10)期間，將開啟電壓Von施加至傳送電晶體22之閘極電極。開啟電壓Von之施加導致將光電轉換元件21中之其餘電荷Qmid1傳送至浮動擴散電容器26。
接下來，在時間週期(11)期間，將關閉電壓Voff施加至傳送電晶體22之閘極電極。因此，將對應於傳送至浮動擴散電容器26之電荷Qmid1的一信號以一具有第三時間信號位準之信號的形式讀出至垂直信號線111。
圖8作為一範例顯示TRG驅動電壓(施加至傳送電晶體22之閘極電極的傳送脈衝TRG)與光電轉換元件21中所保持之電荷數間之關係的實驗結果。
在此情況下，顯示向具有約5,500 e－ 之飽和電子數之光電轉換元件21施加中間電壓Vmid(其在開啟與關閉傳送電晶體22所分別依據之開啟電壓Von與關閉電壓Voff之間)時光電轉換元件21中所保持之電荷數。
圖8亦作為一範例顯示將中間電壓Vmid設定為Vmid0及Vmid1來執行三分割傳送之驅動時的已保持電荷數Qmid0及已保持電荷數Qmid1。以此一方式設定中間電壓Vmid之電壓值及中間電壓Vmid1之數目導致可以任意傳送電荷數作為單元及採用任意分割數來傳送光電轉換元件21中所累積之電荷，且可輸出與在分割基礎上如此傳送之對應於電荷之信號。
在三分割傳送之情況下，中間電壓Vmid0與Vmid1各變為第一控制信號，而開啟電壓Von變為第二控制信號。
(雙分割傳送)
圖9顯示某一像素列中之一雙分割傳送操作之情況下的驅動時序之一範例，而圖10顯示一說明該雙分割傳送之情況下之操作的圖式。在圖10中，操作(1)至(7)對應於圖9所示時間週期(1)至(7)。雙分割傳送之情況下的傳送操作數僅比三分割傳送之情況下的傳送操作數小一。因此，雙分割傳送之情況下的基本操作與三分割傳送之情況下的基本操作相同。
在雙分割傳送之情況下，中間電壓Vmid0變為第一控制電壓，而開啟電壓Von變為第二控制電壓。
<n分割傳送>
從上面應明白，可任意設定傳送操作之分割數。此外，執行n分割傳送(n：2或大於2之整數)時，如圖11所示，必須將(n－1)個中間電壓Vmid0、Vmid1、...、Vmid(n－2)以及開啟電壓Von按順序從供應電壓控制電路13施加至傳送電晶體22之閘極電極，藉此驅動有關傳送電晶體22。
在n分割傳送之情況下，(n－1)個中間電壓Vmid0至Vmid(n－2)各變為第一控制電壓，而開啟電壓Von變為第二電壓。
在基於上述n分割傳送(包括三分割傳送、四分割傳送等等)之驅動下每一像素列地執行電荷傳送、重設及像素選擇。因此，將具有重設位準之信號及具有信號位準之信號(即，來自單元像素20之輸出信號)以行平行方式(即，以像素行之單元平行地)從單元像素20讀出至垂直信號線111以透過有關垂直信號線111供應至行電路16。
在具有上述組態之CMOS影像感測器10中，用於驅動單元像素20之構成元件(傳送電晶體22、重設電晶體23及選擇電晶體25)的垂直掃描電路12包括一第一驅動區段、一第二驅動區段及一第三驅動區段。在此情況下，該第一驅動區段，在一單元之累積時間週期期間累積於光電轉換元件21中的該等信號電荷之一部分係保持於光電轉換元件21中的狀況下，藉由使用第一控制電壓驅動傳送元件22，依據該第一控制電壓藉由傳送元件22來傳送數量超過已保持信號電荷之數量的該等累積電荷。該第二驅動區段藉由使用該第二控制信號驅動該傳送電晶體22，依據該第二控制 信號藉由該傳送電晶體22來傳送保持於光電轉換元件21中之所有信號電荷。此外，該第三驅動區段驅動該輸出區段(其係由重設電晶體23及選擇電晶體25組成)以便讀出藉由連續執行該第一驅動區段之該驅動及該第二驅動區段之該驅動所傳送之該等信號電荷。
[行電路]
下文中將藉由作為具體範例提供範例1至3來說明行電路16之組態範例。現在將藉由作為範例提供該等組態(其各對應於三分割基礎傳送)之情況來說明範例1至3。
(範例1)
圖12係一方塊圖，其顯示範例1之行電路16A之組態之範例。在該圖式中，與先前參考圖1所說明之單元相同的單元係分別藉由相同參考數字來表示。在此情況下，基於繪圖簡單起見顯示兩行之單元像素20與行電路16A。
範例1之行電路16A包括一雜訊移除電路161、一輸出信號選擇電路162、一輸出信號保持電路163及一輸出信號加法電路164。
雜訊移除電路161係由一CDS電路構成。雜訊移除電路161連續獲得第一時間、第二時間及第三時間重設位準與信號位準(自單元像素20連續供應第一時間、第二時間及第三時間重設位準與信號位準之個別信號)間之差，藉此移除各像素中由於放大電晶體24之臨限值分散等等而固有之重設雜訊或固定圖案雜訊。
在以上情況下，迄今為止已藉由作為一範例提供每一像 素行佈置雜訊移除電路161之組態之情況來提供說明。不過，亦可採用一組態使得作為輸出放大器30之一單元提供雜訊移除電路161，同時行信號選擇電路18個別選擇重設位準與信號位準並將具有重設位準之信號及具有信號位準之信號供應至輸出放大器30之雜訊移除電路161，且雜訊移除電路161執行CDS處理。
輸出信號選擇電路162連續選擇輸出信號中對應於第一時間、第二時間及第三時間分割傳送操作按順序從雜訊移除電路161所輸出之輸出信號，並指示輸出保持電路162將如此選擇之輸出信號按順序分別保持於其保持單元163-1、163-2及163-3中。輸出信號加法單元164將分別保持於保持單元163-1、163-2及163-3中之第一時間、第二時間及第三時間輸出信號相互加在一起。
在此情況下，行電路16A執行用於將對應於第一時間、第二時間及第三時間分割傳送操作之輸出信號加在一起之處理。不過，亦可採用一組態使得將對應於第一時間、第二時間及第三時間分割傳送操作之輸出信號讀出至CMOS影像感測器10之外部之後，一外部信號處理系統執行用於將此等輸出信號相互加在一起之處理。
圖13係一電路圖，其顯示輸出信號選擇電路162、輸出信號保持電路163及輸出信號加法電路164之具體電路之範例。
輸出信號選擇電路162係由MOS電晶體162-1、162-2及162-3組成。對已分別與第一時間、第二時間及第三時間 分割傳送操作同步化之選擇脈衝S1、S2及S3作出回應按順序開啟MOS電晶體162－1、162－2及162－3，藉此選擇第一時間、第二時間及第三時間輸出信號。
輸出信號保持電路163之保持單元163－1、163－2及163－3(例如)包括分別與MOS電晶體162－1、162－2及162－3串聯連接之電容器。保持單元163－1、163－2及163－3分別於其中保持藉由MOS電晶體162－1、162－2及162－3所選擇之輸出信號。
輸出信號加法電路164係連接在重設電源VRST與輸出信號保持電路163之輸出節點間。輸出信號加法電路164係由一MOS電晶體164－1、一MOS電晶體164－2及一電流源164－3組成。此處，對重設脈衝ADDRST作出回應而開啟MOS電晶體164－1。MOS電晶體164－2之閘極電極係連接至輸出信號保持電路163之輸出節點，且其汲極電極係連接至電源Vdd。此外，電流源164－3係連接在MOS電晶體164－2之源極電極與接地間。
圖14顯示重設脈衝ADDRST、以及選擇脈衝S1、S2及S3中之時序關係。
在具有上述組態之行電路16A中，對重設脈衝ADDRST作出回應而開啟MOS電晶體164－1，以便輸出信號加法電路164變為初始狀態。接下來，對於第一時間、第二時間及第三時間分割傳送操作中所傳送之輸出信號，分別對選擇脈衝S1、S2及S3作出回應而連續開啟MOS電晶體162－1、162－2及162－3。因此，分別將此等輸出信號保持於保持單元163－1、163－2及163－3中。此外，將分割基礎傳送上所傳 送的所有輸出信號分別保持於輸出信號保持電路163之保持單元163-1、163-2及163-3中之時間點處，MOS電晶體164-2從其源極電極輸出一藉由將此等輸出信號相互加在一起所獲得之輸出信號。
如迄今為止所述，在n分割基礎傳送操作中傳送一單元之累積時間週期期間累積於單元像素20中之信號電荷，並將分別對應於n分割基礎傳送操作之輸出信號相互加在一起。因此，由於可在不削弱飽和位準之情況下以高轉換效率讀出累積電荷，所以可實現高敏感度影像感測器。除其之外，由於防止輸出速率與分割數n成正比增加，所以可實現高圖框速率。
附帶提及，一種藉由(例如)減少寄生於浮動差電容(電荷至電壓轉換單元)26上之寄生電容而增加轉換效率之方法、一種增加讀出電路之電壓放大因數之方法等等係作為一種實現高敏感度影像感測器之方法而為人熟知。不過，關於此一方法，能夠透過電荷傳送而從光電轉換元件21讀出之電荷的最大數量係受限於削弱飽和位準。
另一方面，依據範例1，藉由使用中間電壓Vmid之傳送驅動採用任意電荷數量作為一單元可將讀出操作數分割為讀出操作之任意倍數。因此，可在複數個批次中讀出光電轉換元件21中所累積之所有電荷，與浮動差電容(電荷至電壓轉換單元)26之電容或初始電壓無關。
(範例2)
圖15係一方塊圖，其顯示範例2之行電路16B之組態之範 例。在該圖式中，與先前參考圖12所說明之單元相同的單元係分別藉由相同參考數字來表示。
範例2之行電路16B包括一提供於雜訊移除電路161之後續級中的類比至數位轉換(ADC)電路165。行電路16B採用以下組態。即，輸出信號選擇電路162連續選擇對應於第一時間、第二時間及第三時間分割傳送操作按順序從雜訊移除電路161所輸出、然後在ADC電路165中加以數位化之輸出信號。之後將所得數位輸出信號分別保持於輸出信號保持電路162之保持單元163-1、163-2及163-3中。此外，加法電路164將第一時間、第二時間及第三時間數位輸出信號相互加在一起。
即，範例1之行電路16A透過類比處理針對第一時間、第二時間及第三時間分割基礎傳送操作中所傳送之輸出信號執行加法處理。另一方面，範例2之行電路16B透過數位處理針對第一時間、第二時間及第三時間分割基礎傳送操作中所傳送之輸出信號執行加法處理。因此，範例2之行電路16B僅在此方面與範例1之行電路16A不同，因而基本電路操作與範例1之行電路16A相同。
(範例3)
圖16係一方塊圖，其顯示範例3之行電路16C之組態之範例。在該圖式中，與先前參考圖12所說明之單元相同的單元係分別藉由相同參考數字來表示。
範例3之行電路16C係由一具有加法功能之ADC電路166構成。該ADC電路166除加法功能之外還具有一雜訊移除 (CDS處理)功能。不過，並非ADC電路166必須具有雜訊移除功能。即，如同範例2之情況，亦可採用在ADC電路166之先前級之側上佈置雜訊移除電路161之組態。
圖17係一方塊圖，其顯示A/D轉換單元166之具體組態之範例。如圖17所示，此範例之ADC電路166係由一電壓比較器1661與一計數器1662組成。
電壓比較器1661在其反向(－)輸入端子處接收一具有斜坡波形之參考信號Vref，並在其非反向(＋)端子處接收一透過垂直信號線111從單元像素20所供應之輸出信號Vout。輸出信號Vout之位準高於參考信號Vref之位準時，電壓比較器1661輸出一比較結果Vco。
計數器1662包括一向上/向下計數器。計數器1662在電壓比較器1661中之比較結果Vco變化所需要的一時間週期期間在基於一向上/向下控制信號之控制下與一時脈CK同步執行一用於向上計數/向下計數之計數操作。
圖18顯示具有斜坡波形之參考信號Vref及從電壓比較器1661所獲得之比較結果Vco的波形，以及計數器1662中之計數值。
在此範例中，對於基於三分割傳送所獲得之輸出信號，計數器1662中之計數值在用於讀出具有重設位準之信號的第一時間讀出操作中遞減，且計數器1662中之計數值接著在用於讀出具有信號位準之信號的第一時間讀出操作中遞增。因此，獲得一對應於重設位準與信號位準間之差的計數值(雜訊移除處理)。
以此一方式，與A/D轉換處理同時執行雜訊移除處理。此外，計數器1662中之計數值在用於讀出具有重設位準之信號的第二時間讀出操作中遞減，且計數器1662中之計數值在用於讀出具有信號位準之信號的第二時間讀出操作中遞增以便遵循第一時間A/D轉換處理。因此，可將第二時間雜訊移除處理完成後之結果與第一時間雜訊移除處理完成後之結果相加(加法處理)。
即，對於基於三分割傳送所獲得之輸出信號，重複執行用於獲得對應於重設位準與信號位準間之差之計數值的操作，以便計數器1662中之計數值重複遞增或遞減。因此，可獲得數位輸出信號，其係藉由將基於個別分割傳送之讀出操作中之重設位準與信號位準間之差加在一起而獲得。從上面可明白，可賦予ADC電路166圖12之雜訊移除電路161、輸出信號保持電路163及輸出信號加法電路164之功能。
以上述方式由具有加法功能之ADC電路166構成行電路16C，其導致除範例1之操作及效應之外，信號保持電路163之保持單元163－1、163－2及163－3變為不必要的，且亦不必增加對應於分割基礎傳送之分割數之保持單元163－1、163－2及163－3之數目。因此，可簡化行電路16C之電路組態。
此外，ADC電路具有雜訊移除功能之組態的採用使得雜訊移除電路161也為不必要的。因此，可進一步簡化行電路16C之電路組態。
<具有不同轉換精度之A/D轉換>
此處，在基於n分割傳送之所有讀出操作(如圖18所示)中針對從單元像素20讀出之輸出信號以相同轉換精度執行A/D轉換，A/D轉換之執行時間、及功率消耗各與分割數n成正比增加。
另一方面，針對n分割基礎傳送操作中所傳送之輸出信號以不同轉換精度執行A/D轉換，且將所得數位輸出信號相互加在一起，其導致可在不削弱影像品質之情況下獲得諸如A/D轉換所必需之執行時間(轉換速度)改善、功率消耗之降低等等的效應。下文中將具體說明此方面。
圖19係說明三分割傳送期間以不同轉換精度執行A/D轉換時之處理的圖式。此處理係一範例，其中在第一時間讀出操作中以相對較低轉換精度執行A/D轉換，此外在第二時間及第三時間讀出操作期間連續增加該轉換精度。以此一方式，用於基於分割傳送之n個讀出操作的輸出信號經受具有不同轉換精度之A/D轉換以得以相互加在一起，藉此使得可獲得藉以使轉換精度變化為對應於入射光之光度之另一轉換精度的A/D轉換特徵。
原因在於，由於入射光之光度低時累積於光電轉換元件21中之電荷數較小，所以在第一分割基礎傳送中不產生輸出，且僅在此一光度致使產生具有超過臨限值(其取決於中間電壓)之數量的累積電荷的情況下傳送該等電荷。
在關於圖8所示範例在三分割基礎上傳送電荷之情況下，當產生數目小於已保持電荷數Qmid1的累積電荷時 (即，入射光之光度係低時)，僅在第三時間傳送操作中獲得輸出信號。另一方面，當存在數目超過已保持電荷數Qmid0的累積電荷時(即，入射光之光度係高時)，自從第一時間傳送操作傳送電荷一直獲得輸出信號。
因此，如圖19所示，可獲得藉以在光度係低時應用高A/D轉換精度而在光度係高時應用與低A/D轉換精度連續混合之A/D轉換精度的特徵。
此處，將輸出信號之雜訊位準粗略分類為黑暗階段雜訊(其係在無入射光之光度時產生於電路等等中)與光學拍攝雜訊(其係藉由以入射光之光度之平方根之形式所獲得的取決於入射光之光度之能量而產生)。基於此原因，如圖20所示，雜訊位準具有將光學拍攝雜訊(其具有信號位準之平方根之特徵)與用於信號位準(其與入射光之光度成正比)之黑暗階段雜訊相加之特徵。
由於A/D轉換精度(即，A/D轉換中之最小偵測單元係較佳低於雜訊位準)，所以在低光度之情況下需要以高精度執行A/D轉換。不過，在高光度之情況下，光學拍攝雜訊占主導地位。因此，即使針對輸出信號以低精度執行A/D轉換而增加A/D轉換中之量化誤差時，也幾乎不削弱影像品質。
<用於設定不同A/D轉換精度之具體範例>
隨後將參考圖21採用圖17所示ADC電路166之組態針對一用於設定不同A/D轉換精度之具體範例提供說明。
造成參考信號Vref之斜坡為N倍，藉此使得可使每一計 數之電壓值(即，A/D轉換中之最小偵測數量)粗糙。例如，如圖21所示，在第一時間讀出操作中，使得參考信號Vref之斜坡為第二時間讀出操作中之參考信號Vref之斜坡的兩倍，藉此將具有其中所設定之低轉換精度之A/D轉換應用於第一時間讀出操作。
另一方面，將三分割傳送基礎上所傳送之輸出信號相互加在一起時，在時脈CK(與該時脈CK同步操作計數器1662)之一時脈中使計數值遞增N，其導致可將分割傳送基礎上所傳送之輸出信號採用相同加權因數相互加在一起。
例如，如圖21所示參考信號Vref之斜坡加倍時，使計數值每一時脈遞增或遞減2，其導致減小轉換精度的同時執行採用相同加權因數之加法。
此外，在不敢造成計數值為N倍之情況下改變參考信號Vref之斜坡，或造成計數值為N倍而不改變參考信號Vref之斜坡，其導致亦可在分別與任意加權因數相乘的同時將分割傳送基礎上所傳送之輸出信號相互加在一起。
圖22係一特徵圖，其顯示將光電轉換元件21中所累積之電荷之最大數量設定為10,000個電子時入射光之強度(累積電荷)與信號讀出之雜訊位準間之關係。在此情況下，讀出操作中之固定圖案雜訊對應於2e－ ，讀出操作中之隨機雜訊對應於7e－ ，且與對應於累積電荷之光學拍攝雜訊係作為雜訊成分而包含。
如圖22所示，在具有較少累積電荷之低光度區域中黑暗階段雜訊位準占主導地位。不過，當入射光之強度增加且 累積電荷之數量相應地增加時，光學拍攝雜訊變為占主導地位。用於此原因，將具有其中所設定之高轉換精度之A/D轉換應用於低光度導致即使在將具有其中所設定之低轉換精度之A/D轉換應用於高光度之情況下，例如，如圖22所示，成像品質也幾乎不劣化，因為A/D轉換中之量化誤差並不占主導地位。
在此範例中，針對12個位元、10個位元及8個位元之A/D轉換中之每1LSB轉換精度分別變為2.4e- 、9.8e- 及39.1e- 。因此，當如圖22所示在四分割基礎上傳送累積電荷時，圖13所示轉換精度之向個別四分割之應用導致取決於對應於1LSB之電子數的量化誤差明顯小於諸如光學拍攝雜訊之雜訊成分。因此，此幾乎不對影像品質施加不良影響。
此外，儘管在第一至第三具體實施例之每一個，迄今為止已藉由作為一範例提供將本發明應用於包括單元像素20(其具有光電轉換元件21中之電荷係在分割傳送基礎上藉由一傳送電晶體22而傳送至共同浮動擴散電容器26，且係連續讀出至共同垂直信號線111的組態)之CMOS影像感測器之情況提供說明，但本發明決不受限於此，且可進行各種變化。
(修改1)
圖23係一電路圖，其顯示修改1之單元像素20A之像素電路。在該圖式中，與先前參考圖2所說明之單元相同的單元係分別藉由相同參考數字來表示。
如圖23所示，修改1之單元像素20A針對單一光電轉換元 件21包括傳送電晶體22-1至22-n、重設電晶體23-1至23-n、放大電晶體24-1至24-n、選擇電晶體25-1至25-n及浮動擴散電容器26-1至26-n，以便對應於分割基礎傳送中之分割數n。
在單元像素20A中，在分割傳送基礎上藉由傳送電晶體22-1至22-n將光電轉換元件21中之電荷分別傳送至獨立浮動擴散電容器26-1至26-n以透過獨立輸出電路(其係由重設電晶體23-1至23-n、放大電晶體24-1至24-n及選擇電晶體25-1至25-n組成)分別以n個系統之輸出信號Vout-1至Vout-n之形式獲得。
如迄今為止所述，本發明之具體實施例亦可應用於包括單元像素20A(其具有光電轉換元件21中之電荷係在分割傳送基礎上分別藉由傳送電晶體22-1至22-n而傳送至獨立浮動擴散電容器26-1至26-n以透過獨立輸出電路分別讀出的組態)之CMOS影像感測器。此外，將透過獨立輸出電路分別讀出的n個系統之輸出信號Vout-1至Vout-n相互加在一起，藉此使得可以獲得與上述具體實施例之情況下之操作及效應相同的操作及效應。
(修改2)
圖24係一電路圖，其顯示修改2之單元像素20B之像素電路。在該圖式中，與先前參考圖2所說明之單元相同的單元係分別藉由相同參考數字來表示。
如圖24所示，修改2之單元像素20B係經組態使得在與放大電晶體24串聯連接之選擇電晶體25之汲極電極與電源間 連接電流源31，且由選擇電晶體25之汲極節點導出輸出信號Vout。
在單元像素20B中，浮動擴散電容器26中之電荷至電壓轉換效率取決於浮動擴散電容器26與垂直信號線111間之寄生電容之電容值Ci。因此，使得寄生電容之電容值Ci係小於浮動擴散電容器26之電容值Cfd，藉此使得可以增強電荷至電壓轉換效率。
此處，獲得高電荷至電壓轉換效率之效應係以Qi.max<Qfd.max之關係為條件，其中Qfd.max係累積於浮動擴散電容器26中之電荷之最大數量，而Qi.max係累積於寄生電容Ci中之電荷之最大數量。用於此原因，光電轉換元件21中所累積的具有數量Qpd之電荷必須在分割傳送基礎上採用小於累積電荷之最大數量Qfd.max之累積電荷最大數量Qi.max為單元進行傳送。
如迄今為止所述，包括單元像素20B(其具有高電荷至電壓轉換效率或高電壓放大因數)之CMOS影像感測器在S/N比方面係有利的，雖然一讀出操作中能夠讀出之電荷之數量可能有一限制。
依據本發明之具體實施例之分割傳送係應用於包括單元像素20B之CMOS影像感測器，以便在分割傳送基礎上傳送光電轉換元件21中之電荷，其導致可視讀出電路之輸出範圍有效地輸出光電轉換元件21中所產生之所有電荷。
此外，在圖24所示修改2之單元像素20B中，電荷至電壓轉換單元(浮動擴散電容器26)之重設階段中之電壓必須在 讀出電路之一操作點處加以設定。不過，依據本發明之具體實施例之分割基礎傳送之應用使得可以在不依賴於電荷至電壓轉換單元之電位的情況下控制分割傳送基礎上所傳送之電荷之數量。
(修改3)
圖25係一電路圖，其顯示修改3之單元像素20C之像素電路。在該圖式中，與先前參考圖2所說明之單元相同的單元係分別藉由相同參考數字來表示。
如圖25所示，修改3之單元像素20C係經組態使得與使用放大電晶體24不同在浮動擴散電容器26與選擇電晶體25間連接一反向放大電路27，且重設電晶體23係與反向放大電路27並聯連接。以此一方式在像素內提供反向放大電路27導致可放大信號位準以改善S/N比。
在包括單元像素20C(其具有以此一方式提供於像素內之反向放大電路27)之CMOS影像感測器中，將反向放大電路27之放大因數設定為-A時，將具有最大數量Qfd.max之累積電荷傳送至浮動擴散電容器26時輸出電壓Vout之振幅-A.Qfd.max/Cfd在某些情況下超過輸出Vout之可輸出範圍△Vout.pp。
在此情況下，為了以輸出信號之形式輸出所有電荷，必須以將小於浮動擴散電容器26中所累積之電荷之最大數量Qfd.max的電荷數量Qmid(<Qfd.max)設定為最大值的電荷之數量之單元執行分割基礎傳送。
依據本發明之具體實施例之分割基礎傳送係應用於包括 單元像素20C之CMOS影像感測器，且在任意分割傳送基礎上傳送光電轉換元件21中之電荷，其導致可有效輸出對應於輸出電壓Vout之可輸出範圍△Vout.pp之光電轉換元件21中所產生之所有電荷。
應注意，在上述第一至第三具體實施例之每一個中，迄今為止已藉由作為一範例提供將本發明應用於CMOS影像感測器(其中各用以偵測對應於一採用實體量形式之可見光數量之信號電荷的單元像素係配置於矩陣中)之情況提供說明。不過，本發明決不受限於應用於CMOS影像感測器。即，本發明亦可應用於各使用行系統(其中像素陣列單元之每一像素行配置行電路)之一般固態成像器件。
此外，本發明決不受限於應用於用以偵測一數量之入射可見光之一分佈以採用影像形式捕獲其分佈的成像器件。即，本發明亦可應用於用於偵測一數量之入射紅外線、X射線、粒子等等之一分佈以採用影像形式捕獲其分佈的所有固態成像器件，以及用於偵測其他實體數量(例如廣義上之壓力或靜電電容)之一分佈以採用影像形式捕獲其分佈的固態成像器件(實體數量分佈偵測器件)，例如指紋偵測感測器。
此外，本發明決不受限於藉由以列之單元連續掃描像素陣列單元之單元像素從個別單元像素讀出像素信號之固態成像器件。即，本發明亦可應用於以像素之單元選擇任意像素，並以像素之單元從如此選擇之個別像素讀出信號的X－Y位址型固態成像器件。
應注意，該固態成像器件可具有一形成為一晶片之形式，或可具有一具成像功能之模組形式，其中共同封裝一成像單元以及一信號處理單元或一光學系統。
此外，本發明不僅可應用於固態成像器件，而且可應用於成像裝置。此處，成像裝置意指一相機系統(例如數位靜態相機或視訊相機)、或一具有成像功能之電子裝置(例如行動電話)。應注意，該成像裝置亦指上面安裝至電子裝置之模組形式，即某些情況下之相機模組。
[成像裝置]
圖26係一方塊圖，其顯示依據本發明之一具體實施例之一成像裝置之一組態。如圖26所示，依據本發明之該具體實施例之成像裝置50包括一具有透鏡群組51、固態成像器件52、DSP電路53(其用作相機信號處理電路)、圖框記憶體54、顯示器件55、記錄器件56、操控系統57、電源系統58等等的光學系統。此外，DSP電路53、圖框記憶體54、顯示器件55、記錄器件56、操控系統57及電源系統58係透過匯流排線59而相互連接。
透鏡群組51捕獲來自主體之入射光(影像光)以使入射光聚焦於固態成像器件52之成像區域上。固態成像器件52將藉由透鏡群組51而聚焦於成像區域上的一數量的入射光以像素之單元轉換為電信號並以像素信號之形式輸出電信號。上述第一至第三具體實施例之每一個之CMOS影像感測器10係用作固態成像器件52。
顯示器件55係由一面板型顯示器件(例如液晶顯示器件 或有機電致發光(EL)顯示器件)構成。顯示器件55於其上顯示藉由固態成像器件52所捕獲之移動影像或靜止影像。記錄器件56將關於藉由固態成像器件52所捕獲之移動影像或靜態影像的影像資料記錄於一記錄媒體(例如錄影帶或數位多功能碟片(DVD))中。
操控系統57在使用者所進行之操控下發出關於此具體實施例之成像裝置所具有之各種功能的操控指令。電源系統58將各種電源(其成為DSP電路53、圖框記憶體54、顯示器件55、記錄器件56及操控系統57之操作電源)分別以適當方式供應至電源供應之此等目標。
如迄今為止所述，在用於視訊相機或數位靜態相機之成像裝置(例如相機模組)、或行動裝置(例如行動電話)中，上述具體實施例之CMOS影像感測器10係用作其固態成像器件52，其導致關於CMOS影像感測器10，可以高轉換效率讀出累積電荷而不削弱飽和位準。因此，可實現高敏感度成像裝置。
熟習此項技術者應瞭解，只要在所附申請專利範圍或其等效內容的範疇內，可進行取決於設計要求及其他因素的各種修改、組合、次組合及變更。
10‧‧‧CMOS影像感測器
11‧‧‧像素陣列單元
12‧‧‧垂直掃描電路
13‧‧‧供應電壓控制電路
14‧‧‧電壓供應電路
15‧‧‧時序產生電路(TG)
16‧‧‧行電路
16A‧‧‧行電路
16B‧‧‧行電路
16C‧‧‧行電路
17‧‧‧水平掃描電路
18‧‧‧行信號選擇電路
19‧‧‧恆定電流源
20‧‧‧單元像素
20'‧‧‧單元像素
20A‧‧‧單元像素
20B‧‧‧單元像素
20C‧‧‧單元像素
21‧‧‧光電轉換元件(光電轉換單元)
22‧‧‧傳送電晶體(傳送元件)
23‧‧‧重設電晶體
24‧‧‧放大電晶體
25‧‧‧選擇電晶體
26‧‧‧浮動擴散電容器(FD)
27‧‧‧反向放大電路
30‧‧‧輸出放大器
31‧‧‧電流源
50‧‧‧成像裝置
51‧‧‧透鏡群組
52‧‧‧固態成像器件
53‧‧‧DSP電路
54‧‧‧圖框記憶體
55‧‧‧顯示器件
56‧‧‧記錄器件
57‧‧‧操控系統
58‧‧‧電源系統
59‧‧‧匯流排線
100‧‧‧單元像素
101‧‧‧光電轉換元件
102‧‧‧傳送電晶體
103‧‧‧重設電晶體
104‧‧‧放大電晶體
105‧‧‧像素選擇電晶體
106‧‧‧浮動擴散電容器(FD)
111‧‧‧垂直信號線
112‧‧‧傳送控制線
113‧‧‧重設控制線
114‧‧‧選擇控制線
131‧‧‧電路區塊
132‧‧‧電路區塊
133‧‧‧電路區塊
134‧‧‧電路區塊
135‧‧‧3輸入NOR電路
161‧‧‧雜訊移除電路
162‧‧‧輸出信號選擇電路
162－1‧‧‧MOS電晶體
162－2‧‧‧MOS電晶體
162－3‧‧‧MOS電晶體
163‧‧‧輸出信號保持電路
163－1‧‧‧保持單元
163－2‧‧‧保持單元
163－3‧‧‧保持單元
164‧‧‧輸出信號加法電路
164－1‧‧‧MOS電晶體
164－2‧‧‧MOS電晶體
164－3‧‧‧電流源
165‧‧‧類比至數位轉換(ADC)電路
166‧‧‧ADC電路
200‧‧‧讀出電路
1311‧‧‧NAND電路
1312‧‧‧位準偏移器
1313‧‧‧P通道驅動電晶體
1321‧‧‧NAND電路
1322‧‧‧P通道驅動電晶體
1331‧‧‧AND電路
1332‧‧‧N通道驅動電晶體
1341‧‧‧AND電路
1342‧‧‧OR電路
1343‧‧‧位準偏移器
1344‧‧‧N通道驅動電晶體
1661‧‧‧電壓比較器
1662‧‧‧計數器
圖1係一系統組態圖，其顯示依據本發明之一具體實施例之一CMOS影像感測器；圖2係一電路圖，其顯示圖1所示單元像素之電路組態之一範例； 圖3係一電路圖，其顯示圖1所示單元像素之電路組態之另一範例；圖4係一電路圖，其顯示圖1所示供應電壓控制電路之電路組態之一範例；圖5係一時序圖，其顯示供應電壓控制電路中之輸入操作與輸出操作間之時序關係；圖6係一時序圖，其顯示三分割傳送情況下之一驅動時序範例；圖7係一能量圖，其顯示三分割傳送情況下的一操作；圖8係作為一範例顯示TRG驅動電壓與保持於光電轉換元件中之電荷數間之關係之實驗結果的圖式；圖9係一時序圖，其顯示雙分割傳送情況下之一驅動時序的一範例；圖10係說明雙分割傳送情況下之操作的圖式；圖11係一時序圖，其顯示n分割傳送情況下之一驅動時序範例；圖12係一方塊圖，其顯示範例1之行電路之組態之一範例；圖13係一電路圖，其顯示一輸出信號選擇電路、一輸出信號保持電路及一輸出信號加法電路之一具體電路範例；圖14係一時序圖，其顯示重設脈衝ADDRST、以及選擇脈衝S1、S2及S3中之關係；圖15係一方塊圖，其顯示範例2之行電路之組態之一範例； 圖16係一方塊圖，其顯示範例3之行電路之組態之一範例；圖17係一方塊圖，其顯示範例3之行電路中之一ADC電路之具體組態之一範例；圖18係一時序波形圖，其顯示參考信號Vref及由電壓比較器所獲得之比較結果Vco之波形，以及計數器之計數值；圖19係說明三分割傳送期間以不同轉換精度執行A/D轉換時之處理的圖式；圖20係一特徵圖，其顯示各與入射光之光度成正比之信號位準與雜訊位準間之關係；圖21係一說明圖，其顯示其中設定不同A/D轉換精度的一具體範例；圖22係一特徵圖，其顯示入射光(累積電荷)之強度與信號讀出之雜訊位準間之關係；圖23係一電路圖，其顯示修改1之單元像素之像素電路；圖24係一電路圖，其顯示修改2之單元像素之像素電路；圖25係一電路圖，其顯示修改3之單元像素之像素電路；圖26係一方塊圖，其顯示依據本發明之一具體實施例之一成像裝置之組態；圖27係一電路圖，其顯示相關技術中之單元像素之組態 之一範例；圖28A與28B分別為說明相關技術(部分1)中之間題的圖式；及圖29係說明相關技術(部分1)中之間題的圖式。
(無元件符號說明)

Claims (17)

  1. 一種固態成像器件，其包含：一像素陣列單元，其係由在一矩陣中配置的單元像素而構成，該等單元像素之各單元像素包括一光電轉換單元，其係經組態用以將一光學信號轉換為信號電荷；一傳送元件，其係經組態用以傳送該等信號電荷；及一輸出單元，其係經組態用以輸出藉由該傳送元件所傳送之該等信號電荷，一第一驅動單元，其係經組態用以使用一中間電壓驅動該傳送元件，該中間電壓有效地僅提供一部分在該光電轉換元件中累積電荷之轉換；一第二驅動單元，其係經組態用以藉由使用不同於該中間電壓之另一電壓驅動該傳送元件；及一第三驅動單元，其係經組態用以驅動輸出區段以便分別地讀出藉由該第一驅動單元所傳送之信號電荷及由該第二驅動單元所傳送之信號電荷。
  2. 如請求項1之固態成像器件，其中該第一驅動單元將具有不同電壓值之控制電壓作為該第一控制電壓分兩次或兩次以上供應至該傳送元件，且在兩次或兩個以上批次中傳送該光電轉換單元中所累積之該等信號電荷。
  3. 如請求項1之固態成像器件，其進一步包含：一加法單元，其係經組態用以將複數個輸出信號加在一起，該複數個輸出信號係在該第一驅動單元及該第二驅動單元針對該傳送元件之該驅動下藉由該第三驅動單 元之該驅動從該輸出單元連續讀出。
  4. 如請求項1之固態成像器件，其進一步包含：一類比至數位轉換單元，其係經組態用以在將複數個輸出信號加在一起的同時執行類比至數位轉換，該複數個輸出信號係在該第一驅動單元及該第二驅動單元針對該傳送元件之該驅動下藉由該第三驅動單元之該驅動從該輸出單元連續讀出。
  5. 如請求項1之固態成像器件，其進一步包含：一類比至數位轉換單元，其係經組態用以針對複數個輸出信號以不同轉換精度執行類比至數位轉換，該複數個輸出信號係在該第一驅動單元及該第二驅動單元針對該傳送元件之該驅動下藉由該第三驅動單元之該驅動從該輸出單元連續讀出。
  6. 如請求項1之固態成像器件，其進一步包含：一類比至數位轉換單元，其係經組態用以在將複數個輸出信號加在一起的同時以不同轉換精度執行類比至數位轉換，該複數個輸出信號係在該第一驅動單元及該第二驅動單元針對該傳送元件之該驅動下藉由該第三驅動單元之該驅動從該輸出單元連續讀出。
  7. 如請求項5之固態成像器件，其中該類比至數位轉換單元逐漸增加對應於自該輸出單元讀出之該複數個輸出信號之該轉換精度。
  8. 如請求項1之固態成像器件，其中該單元像素包含：複數個傳送元件，其係經組態用以在複數個批次中傳 送透過該光電轉換單元中之光電轉換所獲得之該等信號電荷；及複數個輸出單元，其係經組態用以輸出藉由該複數個傳送元件傳送於此之該等信號電荷。
  9. 如請求項1之固態成像器件，其中該單元像素進一步包含：一電荷至電壓轉換單元，藉由該傳送元件將透過該光電轉換單元中之該光電轉換所獲得之該等信號電荷之一部分從該光電轉換單元傳送至該電荷至電壓轉換單元；及一重設單元，其係經組態用以在藉由該輸出單元從該電荷至電壓轉換單元讀出透過該光電轉換單元中之該光電轉換所獲得之該等信號電荷之該部分後按一預定電位重設該電荷至電壓轉換單元。
  10. 一種驅動一固態成像器件之方法，該固態成像器件係藉由配置單元像素而構成，該等單元像素之各單元像素包括一光電轉換單元，其係經組態用以將一光學信號轉換為信號電荷；一傳送元件，其係經組態用以傳送透過該光電轉換單元中之光電轉換所獲得之該等信號電荷；及一輸出單元，其係經組態用以輸出藉由該傳送元件所傳送之該等信號電荷，該方法包含以下步驟：在一單元之一累積時間週期期間累積於該光電轉換單元中的該等信號電荷之一部分係保持於該光電轉換單元中的狀況下，藉由使用一第一控制電壓驅動該傳送元件，依據該第一控制電壓藉由該傳送元件來傳送一數量 超過已保持信號電荷之一數量的該等累積電荷；藉由使用一第二控制電壓驅動該傳送元件，依據該第二控制電壓藉由該傳送元件來傳送保持於該光電轉換單元中之所有該等信號電荷；及分別地讀出藉由連續執行使用該第一控制電壓之該驅動及使用該第二控制電壓之該驅動所傳送之該等信號電荷。
  11. 如請求項10之驅動一固態成像器件之方法，其中將具有不同電壓值之控制電壓作為該第一控制電壓分兩次或兩次以上供應至該傳送元件，且在兩次或兩個以上批次中傳送該光電轉換單元中所累積之該等信號電荷。
  12. 如請求項10之驅動一固態成像器件之方法，其中該單元像素進一步包含：一電荷至電壓轉換單元，藉由該傳送元件將透過該光電轉換單元中之該光電轉換所獲得之該等信號電荷之一部分從該光電轉換單元傳送至該電荷至電壓轉換單元，其中藉由該輸出單元從該電荷至電壓轉換單元讀出透過該光電轉換單元中之該光電轉換所獲得之該等信號電荷之該部分後按一預定電位重設該電荷至電壓轉換單元。
  13. 一種用於一固態成像器件之信號處理方法，其包含：一像素陣列單元，其係藉由在矩陣中配置單元像素而構成，該等單元像素之各單元像素包括一光電轉換單元，其係經組態用以將一光學信號轉換為信號電荷；一傳送元件，其係經組態用以傳送透過該光電轉換單元中 之光電轉換所獲得之該等信號電荷；及一輸出單元，其係經組態用以輸出藉由該傳送元件所傳送之該等信號電荷；一第一驅動單元，其係經組態用以，在一單元之一累積時間週期期間累積於該光電轉換單元中的該等信號電荷之一部分係保持於該光電轉換單元中的狀況下，藉由使用一第一控制電壓驅動該傳送元件，依據該第一控制電壓藉由該傳送元件來傳送一數量超過已保持信號電荷之一數量的該等累積電荷；一第二驅動單元，其係經組態用以藉由使用一第二控制電壓驅動該傳送元件，依據該第二控制電壓藉由該傳送元件來傳送保持於該光電轉換單元中之所有該等信號電荷；及一第三驅動單元，其係用於驅動輸出區段以便讀出藉由分別地連續執行該第一驅動單元之該驅動及該第二驅動單元之該驅動所傳送之該等信號電荷，該信號處理方法包括以下步驟：將複數個輸出信號加在一起，該複數個輸出信號係在該第一驅動單元及該第二驅動單元針對該傳送元件之該驅動下透過該第三驅動單元之該驅動從該輸出單元連續讀出。
  14. 如請求項13之用於一固態成像器件之信號處理方法，其進一步包含以下步驟：針對該複數個輸出信號以不同轉換精度執行類比至數 位轉換。
  15. 如請求項14之用於一固態成像器件之信號處理方法，其中將該複數個輸出信號相互加在一起的同時針對該複數個輸出信號執行該類比至數位轉換。
  16. 如請求項14之用於一固態成像器件之信號處理方法，其中對應於自該輸出單元讀出之該複數個輸出信號，逐漸增加用於該複數個輸出信號之該轉換精度。
  17. 一種成像裝置，其包含：一固態成像器件，其係藉由配置單元像素而構成，該等單元像素之各單元像素包括一光電轉換單元，其係經組態用以將一光學信號轉換為信號電荷；一傳送元件，其係經組態用以傳送透過該光電轉換單元中之光電轉換所獲得之該等信號電荷；及一輸出單元，其係經組態用以輸出藉由該傳送元件所傳送之該等信號電荷；及一光學系統，其係用於使一入射光聚焦於該固態成像器件之一成像區域上；其中該固態成像器件包括：一第一驅動單元，其係經組態用以，在一單元之一累積時間週期期間累積於該光電轉換單元中的該等信號電荷之一部分係保持於該光電轉換單元中的狀況下，藉由使用一第一控制電壓驅動該傳送元件，依據該第一控制電壓藉由該傳送元件來傳送一數量超過已保持信號電荷之一數量的該等累積電荷；一第二驅動單元，其係經組態用以藉由使用一第二 控制電壓驅動該傳送元件，依據該第二控制電壓藉由該傳送元件來傳送保持於該光電轉換單元中之所有該等信號電荷；一第三驅動單元，其係經組態用以驅動該輸出單元以便讀出藉由連續執行該第一驅動單元之該驅動及該第二驅動單元之該驅動所傳送之該等信號電荷；及一信號處理單元，其係經組態用以將複數個輸出信號加在一起，該複數個輸出信號係在該第一驅動單元及該第二驅動單元針對該傳送元件之該驅動下透過該第三驅動單元之該驅動從該輸出單元連續讀出。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11838670B2 (en) 2019-03-11 2023-12-05 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging element and imaging apparatus

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4935486B2 (ja) * 2007-04-23 2012-05-23 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置
JP2009278241A (ja) * 2008-05-13 2009-11-26 Canon Inc 固体撮像装置の駆動方法および固体撮像装置
JP4661912B2 (ja) 2008-07-18 2011-03-30 ソニー株式会社 固体撮像素子およびカメラシステム
JP2010183435A (ja) * 2009-02-06 2010-08-19 Toshiba Corp 固体撮像装置
FR2943199B1 (fr) * 2009-03-13 2012-12-28 E2V Semiconductors Procede de lecture de signal de capteur d'image et capteur d'image.
TWI411102B (zh) * 2009-03-31 2013-10-01 Sony Corp 固態成像元件及成像裝置
WO2010116974A1 (ja) * 2009-04-07 2010-10-14 ローム株式会社 光電変換装置および撮像装置
JP5269735B2 (ja) * 2009-10-08 2013-08-21 株式会社東芝 固体撮像装置
JP5614993B2 (ja) * 2010-01-19 2014-10-29 キヤノン株式会社 撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法
JP5744543B2 (ja) 2011-01-31 2015-07-08 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、および撮像装置の駆動方法
KR101251744B1 (ko) * 2011-04-13 2013-04-05 엘지이노텍 주식회사 Ｗｄｒ 픽셀 어레이, 이를 포함하는 ｗｄｒ 이미징 장치 및 그 구동방법
US9001107B2 (en) 2011-07-14 2015-04-07 SK Hynix Inc. Image pixel and image pixel control method
KR101273197B1 (ko) * 2011-08-16 2013-06-17 엘지이노텍 주식회사 픽셀, 픽셀 어레이, 이를 포함하는 이미지센서 및 그 구동방법
JP6083611B2 (ja) * 2011-08-30 2017-02-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置及び撮像装置
JP2012094137A (ja) * 2011-10-15 2012-05-17 Masayuki Kawada マークシート解答即時管理システム
JP5967915B2 (ja) * 2011-12-09 2016-08-10 キヤノン株式会社 固体撮像装置の駆動方法
JP2013165416A (ja) * 2012-02-13 2013-08-22 Nikon Corp 撮像装置
CN104137421B (zh) * 2012-03-01 2016-09-28 株式会社尼康 A／d转换电路及固体成像装置
TW201340708A (zh) 2012-03-19 2013-10-01 Sony Corp 固體攝像裝置及電子機器
US9453730B2 (en) * 2013-03-20 2016-09-27 Cognex Corporation Machine vision 3D line scan image acquisition and processing
US10113870B2 (en) 2013-03-20 2018-10-30 Cognex Corporation Machine vision system for forming a digital representation of a low information content scene
KR20140126144A (ko) 2013-04-22 2014-10-30 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이를 포함하는 컴퓨팅 시스템
US9973716B2 (en) * 2013-08-02 2018-05-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Reset noise reduction for pixel readout with pseudo correlated double sampling
CN104580938B (zh) * 2013-10-18 2018-05-01 恒景科技股份有限公司 影像传感器以及影像感测方法
US20150200229A1 (en) * 2014-01-16 2015-07-16 Gvbb Holdings S.A.R.L. Image sensor pixel with multilevel transfer gate
JP6339851B2 (ja) * 2014-05-01 2018-06-06 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びその駆動方法
JP6463002B2 (ja) * 2014-05-08 2019-01-30 キヤノン株式会社 撮像装置の駆動方法、撮像システムの駆動方法
JP6442261B2 (ja) * 2014-06-05 2018-12-19 キヤノン株式会社 撮像素子及び撮像装置、及びその制御方法
FR3027479B1 (fr) * 2014-10-21 2017-12-29 Commissariat Energie Atomique Pixel de capteur d'image ayant de multiples gains de noeud de detection
JP6452381B2 (ja) * 2014-10-23 2019-01-16 キヤノン株式会社 撮像装置
JP6587497B2 (ja) * 2014-10-31 2019-10-09 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
CN104486565B (zh) * 2014-12-31 2019-03-05 格科微电子（上海）有限公司 一种像素点结构、阵列及其控制方法
US9521351B1 (en) 2015-09-21 2016-12-13 Rambus Inc. Fractional-readout oversampled image sensor
US9588240B1 (en) * 2015-10-27 2017-03-07 General Electric Company Digital readout architecture for four side buttable digital X-ray detector
US10840281B2 (en) * 2015-12-08 2020-11-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Imaging device
US20170168615A1 (en) * 2015-12-15 2017-06-15 Novatek Microelectronics Corp. Display device and control device thereof
US9843749B2 (en) * 2016-01-05 2017-12-12 Sensors Unlimited, Inc. Leakage mitigation at image storage node
JP7005886B2 (ja) 2016-03-31 2022-01-24 ソニーグループ株式会社 固体撮像素子、および電子機器
JP6719984B2 (ja) * 2016-06-06 2020-07-08 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム
KR101867345B1 (ko) * 2017-02-20 2018-06-18 (주)픽셀플러스 픽셀의 구동방법 및 이를 이용하는 cmos 이미지센서
CN108881906B (zh) * 2017-05-15 2021-03-19 北京大学 一种图像重构方法及装置
WO2020067503A1 (ja) * 2018-09-28 2020-04-02 株式会社ニコン 撮像素子および撮像装置
CN109040628B (zh) * 2018-10-31 2020-12-08 锐芯微电子股份有限公司 图像传感器像素电路及其工作方法
KR20210048952A (ko) 2019-10-24 2021-05-04 삼성전자주식회사 지문 영상을 생성하는 방법 및 지문 센서
US11659288B2 (en) * 2020-10-22 2023-05-23 Sunasic Technologies, Inc. Image sensing device with adjustable parameters for image sampling
WO2024111356A1 (ja) * 2022-11-24 2024-05-30 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光学素子、演算方法、及び電子機器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001177775A (ja) * 1999-10-05 2001-06-29 Canon Inc 固体撮像装置、撮像システム及び固体撮像装置の駆動方法
US6850278B1 (en) * 1998-11-27 2005-02-01 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup apparatus
US20060158539A1 (en) * 2005-01-14 2006-07-20 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup device and control method thereof, and camera
EP1746820A1 (en) * 2004-04-12 2007-01-24 Sugawa, Shigetoshi Solid-state imaging device, optical sensor, and solid-state imaging device operation method
US20070069936A1 (en) * 2003-10-27 2007-03-29 Alexander Krymski Variable quantization ADC for image sensors

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2568231B2 (ja) * 1987-12-04 1996-12-25 株式会社日立製作所 電荷移送型固体撮像素子
US5786852A (en) * 1994-06-20 1998-07-28 Canon Kabushiki Kaisha Image pick-up apparatus having an image sensing device including a photoelectric conversion part and a vertical transfer part
JPH08242408A (ja) * 1995-03-06 1996-09-17 Nikon Corp 撮像装置
JPH0965217A (ja) * 1995-08-22 1997-03-07 Nec Corp 固体撮像装置およびその駆動方法
US6452633B1 (en) * 1998-02-26 2002-09-17 Foveon, Inc. Exposure control in electronic cameras by detecting overflow from active pixels
JP2001008104A (ja) * 1999-06-23 2001-01-12 Fuji Photo Film Co Ltd 広ダイナミックレンジ撮像装置
US6727946B1 (en) * 1999-12-14 2004-04-27 Omnivision Technologies, Inc. APS soft reset circuit for reducing image lag
JP3631114B2 (ja) * 2000-08-01 2005-03-23 キヤノン株式会社 撮像装置
JP2004159274A (ja) * 2002-09-13 2004-06-03 Shoji Kawahito 固体撮像装置
JP2004304246A (ja) * 2003-03-28 2004-10-28 Fuji Photo Film Co Ltd 広ダイナミックレンジ撮像装置
US7091531B2 (en) * 2004-04-07 2006-08-15 Micron Technology, Inc. High dynamic range pixel amplifier
JP4193768B2 (ja) * 2004-07-16 2008-12-10 ソニー株式会社 データ処理方法並びに物理量分布検知の半導体装置および電子機器
JP4157862B2 (ja) * 2004-08-04 2008-10-01 マイクロン テクノロジー，インコーポレイテッド アナログ‐デジタル変換器及びその動作方法、撮像装置並びにランプ発生器の動作方法
US7250665B1 (en) * 2004-12-30 2007-07-31 Ess Technology, Inc. Method and apparatus for removing electrons from CMOS sensor photodetectors
JP2006197393A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Canon Inc 固体撮像装置、カメラ、及び固体撮像装置の駆動方法
JP4459099B2 (ja) * 2005-03-18 2010-04-28 キヤノン株式会社 固体撮像装置及びカメラ
US7829832B2 (en) * 2005-08-30 2010-11-09 Aptina Imaging Corporation Method for operating a pixel cell using multiple pulses to a transistor transfer gate
US7696545B2 (en) * 2006-08-29 2010-04-13 Micron Technology, Inc. Skimmed charge capture and charge packet removal for increased effective pixel photosensor full well capacity
JP4843461B2 (ja) * 2006-11-13 2011-12-21 株式会社東芝 固体撮像装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6850278B1 (en) * 1998-11-27 2005-02-01 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup apparatus
JP2001177775A (ja) * 1999-10-05 2001-06-29 Canon Inc 固体撮像装置、撮像システム及び固体撮像装置の駆動方法
US20070069936A1 (en) * 2003-10-27 2007-03-29 Alexander Krymski Variable quantization ADC for image sensors
EP1746820A1 (en) * 2004-04-12 2007-01-24 Sugawa, Shigetoshi Solid-state imaging device, optical sensor, and solid-state imaging device operation method
US20060158539A1 (en) * 2005-01-14 2006-07-20 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup device and control method thereof, and camera

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11838670B2 (en) 2019-03-11 2023-12-05 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging element and imaging apparatus
TWI846824B (zh) * 2019-03-11 2024-07-01 日商索尼半導體解決方案公司 攝像元件及攝像裝置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080092862A (ko) 2008-10-16
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US9509927B2 (en) 2016-11-29
US20150365615A1 (en) 2015-12-17
JP2008263395A (ja) 2008-10-30
US20080252742A1 (en) 2008-10-16
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CN102685400A (zh) 2012-09-19

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