TWI393437B - 固態影像拾取裝置與攝影系統 - Google Patents

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Description

固態影像拾取裝置與攝影系統
本發明係關於一種由一CMOS影像感測器表示的固態影像拾取裝置與攝影系統。
本發明包括在2007年5月10日向日本專利局申請的日本專利申請案JP 2007－126150的相關標的，該案之全文以引用的方式併入本文中。
近年來，取代一CCD影像感測器成為一固態影像拾取裝置或影像感測器之一CMOS影像感測器引起關注。
此係因為該CMOS影像感測器克服了各種問題，例如一問題係，由於操作需要複數個電源供應電壓且複數個周邊IC必須組合操作，因此使系統變複雜。
CMOS影像感測器具有如下複數個顯著優點。特定言之，可使用類似於製造通用CMOS型積體電路之一製造程序製造CMOS影像感測器且其可以一單一電源供應驅動。此外，CMOS影像感測器允許使用一CMOS程序在相同晶片中混合形成類比電路與邏輯電路，且因此可減少周邊IC的數量。
在多數情形下，一CCD影像感測器之一輸出電路使用具有一浮動擴散(FD)層之一FD放大器輸出一1頻道(ch)輸出。
相反，一CMOS影像感測器針對每一像素包括一FD放大器，且在多數情形下藉由選擇一像素陣列之一特定列且同 時在沿行之一方向上讀出該列中的像素來輸出此等並列行輸出。
此係因為，對於佈置於像素中的FD放大器而言，很難具有一足夠驅動容量，且因此其必需使用一低資料速率且使用並列處理較有利。
以下說明一通用CMOS影像感測器。
圖1顯示由四個電晶體形成之一CMOS影像感測器之一像素的範例。
參考圖1，像素1包括(例如)用作光電轉換裝置之一光二極體11。像素1進一步包括用作光二極體11之主動裝置的四個電晶體，其包括一傳送電晶體12、一放大電晶體13、一選擇電晶體14及一重設電晶體15。
光二極體11將入射光光電轉換成電荷(此處為電子)，電荷量對應於入射光之光量。
將傳送電晶體12連接至光二極體11及一浮動擴散區FD且在其中透過一傳送控制線LTx施加一驅動信號至閘極(即一傳送閘極)時，傳送電晶體12傳送藉由由光二極體11光電轉換產生的電子至該浮動擴散區FD。
將放大電晶體13在其閘極處連接至浮動擴散區FD。放大電晶體13係透過選擇電晶體14連接至一信號線LSGN且與像素外的一恆定電流源配合以形成一源極隨耦器。
透過一選擇控制線LSEL將一位址信號施加至選擇電晶體14之閘極，且若開啟選擇電晶體14，則放大電晶體13放大浮動擴散區FD處的電位且輸出對應於該電位之一電壓至 信號線LSGN。將自各像素輸出之一電壓透過信號線LSGN輸出至一像素輸出資料並列－串列處理區段。
重設電晶體15係連接在一電源供應線LVDD與浮動擴散區FD之間且在透過一重設控制線LRST施加一重設信號至重設電晶體15之閘極時，其將浮動擴散區FD處的電位重設為電源供應線LVDD的電位。
圖2顯示一CMOS影像感測器或固態影像拾取裝置之一一般組態之一範例，其中如圖1所示的該等像素係排列成一二維陣列。
參考圖2，所示CMOS影像感測器20包括一像素陣列區段21、一位址解碼器22、一像素驅動脈衝產生電路23及一位準偏移器群組24。CMOS影像感測器20進一步包括一像素輸出資料並列－串列處理區段25、一輸出電路區段26、一感測器控制區段27，以及每一個皆為一電池形式之外部電源供應器28及29。
在CMOS影像感測器20中，自電源供應器28供應一電源供應電壓VDD至一晶片內的位址解碼器22、像素驅動脈衝產生電路23、像素輸出資料並列－串列處理區段25、輸出電路區段26及感測器控制區段27。同時，自電源供應器29供應另一電源供應電壓VDD至位準偏移器群組24及像素陣列區段21。
在CMOS影像感測器20中，感測器控制區段27產生用以指定欲存取之一像素陣列列之位址並發送該位址至位址解碼器22。
位址解碼器22使其一輸出對應於指定像素列活動。接著，自像素驅動脈衝產生電路23供應一像素重設脈衝LRST及像素讀出脈衝LTx與LSEL至位址解碼器22所指定之每一列中的像素1。透過信號線LSGN將自每一列之像素1的影像輸出傳送至像素輸出資料並列－串列處理區段25。
接著，自像素輸出資料並列－串列處理區段25逐個輸出每一像素的影像資料，且將該輸出資料透過輸出電路區段26輸出至晶片外部。
感測器控制區段27係控制一系列操作之一控制邏輯電路。
再次參考圖1，為重設像素，開啟傳送電晶體12以清除累積在光二極體11中的電荷。之後，關閉傳送電晶體12，且光二極體11將一光學信號轉換成電荷並累積該電荷。
在讀出後，開啟重設電晶體15以重設浮動擴散區FD，接著關閉重設電晶體15，之後透過放大電晶體13與選擇電晶體14輸出浮動擴散區FD處的電壓。此實例中之輸出在下文中稱作P相位輸出。
隨後，開啟電晶體12以將累積在光二極體11中的電荷傳送至浮動擴散區FD，且透過放大電晶體13輸出此時浮動擴散區FD處的電壓。此實例中之輸出在下文中稱為D相位輸出。
藉由設定一影像信號之D相位輸出與P相位輸出之間的差異，不僅可自該影像信號消除各像素之輸出的DC組件之一分散，亦可消除浮動擴散區之FD重設雜訊。
由於(例如)傳送電晶體12、選擇電晶體14及重設電晶體15之閘極係連接在一列之一單元中，因此對於一列中之像素，上述操作係同時執行。
自圖2可見，CMOS影像感測器20不僅需要像素陣列區段21，亦需要大量周邊電路。由於周邊電路產生熱量，因此可能增加像素的光電轉換裝置11的所謂暗電流之洩漏電流。已知暗電流增加像素的輸出信號且輸出信號之一分散引起遭受固定圖案雜訊之一粗糙影像的出現。因此，必須設計CMOS影像感測器20，以使周邊電路之熱量不會引起像素暗電流之增加。
然而，若長時間執行信號累積，則由於周邊電路熱量引起之暗電流亦會累積，周邊電路的熱量問題變得更顯著。在此一實例中，由於影像感測器未輸出一信號，因此藉由停止電路操作可抑制電流消耗，而其中像素中累積信號之狀態仍繼續。
然而，隨著電晶體精進進行，該等電晶體的外洩漏電流隨之增加。
此外，在CMOS影像感測器20中，由於功能係整合在晶片上，因此電晶體數量增加且整個晶片之洩漏電流進一步增加。
因此，有可能出現此一情形，即，即使停止電路操作，洩漏電流之熱量產生仍達到可能影響顯示影像之一層級。
此外，為實現一CMOS影像感測器之更高功能，當用於 整合更高功能之製造程序之精進進一步進行時，尤其在需要高速操作的位置洩漏電流增加，因此洩漏電流的抑制變得困難。此外若欲整合之電晶體數量增加，熱量產生亦進一步增加。
結果，在一數位靜態相機中，尤其在其中需要以一燈泡模式或類似物之長時間累積操作的一單一透鏡反射相機中，由於周邊電路之洩漏電流產生的熱量增加成為一問題。
作為用於抑制一電晶體之洩漏電流之一技術，可使用在電晶體之操作速度較低時調變一基板偏壓以提高電晶體的臨界電壓，從而抑制洩漏電流之一技術。
然而此技術缺點在於，必須準備分離的電源供應器：用於電晶體之一電源供應以及用於固定基板之一電源供應，且需要用於調變基板偏壓之一對策，此使得晶片與系統的設計均很困難。
因此，需要提供一固態影像拾取裝置與一攝影系統，藉此可預期電力消耗的降低而不會提高設計的難度。
依據本發明之一具體實施例，提供一種固態影像拾取裝置，其包括：包含至少一像素電路之一像素區段，該像素電路包括用於回應曝光時間而將一光學信號轉換成一電信號且累積該電信號之一機制；一像素驅動區段，其經組態用以驅動該像素區段執行信號累積與信號輸出；至少一不同電路區段，其經組態用以執行關於透過該像素驅動區段存取該像素區段之一程序；以及一控制區段，其經組態用 以至少在該像素電路之信號累積後控制該像素驅動區段，以便將該像素電路維持在該像素電路累積該電信號並控制一電源供應電壓對不同電路區段之供應的一狀態下。
該控制區段較佳係在像素電路之信號累積後，供應電源供應電壓至像素驅動區段並停止該電源供應電壓對處理區段之供應。
或者，該控制區段可在像素電路之信號累積後，供應電源供應電壓至像素驅動區段並降低電源供應電壓，且供應降低的電源供應電壓至不同電路區段。
較佳地，像素驅動區段將像素電路維持在像素電路回應自控制區段接收之一控制信號而累積電信號的狀態下。
在此實例中，較佳的係將像素區段、像素驅動區段與不同電路區段整合成一積體電路，且自外部供應控制信號。
或者，該固態影像拾取裝置可經組態，以使像素區段、像素驅動區段及不同電路區段整合成一積體電路，且將該控制信號保留在該積體電路中。
較佳地，該固態影像拾取裝置進一步包括一記憶體區段，其經組態用以儲存該等任何電路之一狀態，在供應電源供應電壓前，停止電源供應電壓對電路之供應，該控制區段亦在由於控制對該電源供應電壓向該不同電路區段之供應使該不同電路區段處於一不可操作狀態下時，控制該記憶體以保留該記憶體區段之儲存物質。
較佳地，該像素電路包括經組態用以輸出累積信號至一信號線的一主動裝置，且該控制區段控制連接該主動裝置 之一電源供應線處的電位以及該信號線處的電位，以使兩者在信號儲存週期內彼此相等。
依據本發明之另一具體實施例，提供一種攝影系統，其包括：一固態影像拾取裝置；經組態用以在該影像拾取裝置上形成一影像拾取物體之一影像的一光學系統；以及經組態用以處理該影像拾取裝置之一輸出影像信號之信號處理電路，該固態影像拾取裝置包括：包含至少一像素電路之一像素區段，該像素電路具有用於回應曝光時間而將一光學信號轉換成一電信號且累積該電信號之一機制；經組態用以驅動該像素區段執行信號累積與信號輸出之一像素驅動區段；經組態用以執行關於透過該像素驅動區段存取該像素區段之一程序之至少一電路區段；以及一控制區段，其經組態用以至少在該像素電路之信號累積後控制該像素驅動區段，以便將該像素電路維持在該像素電路累積該電信號並控制一電源供應電壓對不同電路區段之供應的一狀態下。
依據本發明之該等具體實施例，在像素電路之信號儲存期間，藉由供應電源供應電壓至像素驅動區段將像素驅動區段保持在操作狀態下，而停止電源供應電壓對不同電路區段之供應，或將電源供應電壓設定成一較低位準並以一較低位準供應以使不同電路區段保持在一不可操作狀態下。
根據本發明之該等具體實施例，可預期電力消耗之降低而不會增加設計難度。特定言之，可降低信號累積期間的 電力消耗，亦包括當用於固態影像拾取裝置及攝影系統中之一電晶體處於一關閉狀態時的洩漏電流。
本發明的上述及其他目的，特徵及優點藉由以下的說明及隨附的申請專利範圍並結合隨附圖式會變得顯而易見，圖式中相同的零件或元件係由相同的參考符號來表示。
 <第一項具體實施例>
圖3顯示依據本發明之一第一項具體實施例之一CMOS影像感測器或固態影像拾取裝置之一組態的一範例。
參考圖3，所示CMOS影像感測器100包括一像素陣列區段101、一位址解碼器102、一像素驅動脈衝產生電路103、一像素驅動區段104、一像素輸出資料並列－串列處理區段105，及一輸出電路區段106。所示CMOS影像感測器100進一步包括一感測器控制區段107、每一個皆為一電池形式之外部電源供應器108及109，及開關110與111。
在所提及之組件中，將像素陣列區段101、位址解碼器102、像素驅動脈衝產生電路103、像素驅動區段104、像素輸出資料並列－串列處理區段105、輸出電路區段106及感測器控制區段107整合於一IC晶片112中。
在本具體實施例中，除了像素驅動區段104外，像素陣列區段101、位址解碼器102、像素驅動脈衝產生電路103、像素輸出資料並列－串列處理區段105、輸出電路區段106及感測器控制區段107中的一者、複數者或全部對應於不同電路區段。
此外，外部電源供應器108及109、開關110及111以及一控制器(未圖示)或感測器控制區段107形成一控制區段。
IC晶片112具有形成於其上的若干端子，該等端子包括自一電池形式之外部電源供應器108向其供應一電源供應電壓VDD1之電源供應端子TV1至TV5，自一電池形式之外部電源供應器109向其供應一電源供應電壓VDD2之電源供應端子TV6與TV7，連接至一接地電位GND的電源供應端子TG1至TG6，向其供應(例如)一控制信號SCTL之一輸入端子TI1，以及一輸出端子TO1。
在IC晶片112中，將電源供應端子TV1連接至位址解碼器102與像素驅動脈衝產生電路103之一電源供應端子Pow，且將電源供應端子TV2連接至像素驅動區段104之一電源供應端子Pow，而將電源供應端子TV3連接至輸出電路區段106之一電源供應端子Pow。此外，將電源供應端子TV4連接至像素輸出資料並列－串列處理區段105之一電源供應端子Pow，且將電源供應端子TV5連接至感測器控制區段107之一電源供應端子Pow。
此外，將電源供應端子TV6連接至像素驅動區段104中提供的一位準偏移器群組1041之一電源供應端子Pow2，且將電源供應端子TV7連接至像素陣列區段101之電源供應線LVDD。
像素陣列區段101包括以一矩陣排列之複數個像素電路101A。應注意，在圖3中，為簡化說明，像素電路101A係排列成三列與三行。
圖3中顯示由四個電晶體形成之CMOS影像感測器之一像素的範例。
每一像素電路101A包括(例如)用作一光電轉換裝置之一光二極體121，且進一步包括用作光二極體121之主動裝置的四個電晶體，其包括一傳送電晶體122、一放大電晶體123、一選擇電晶體124及一重設電晶體125。
光二極體121將入射光光電轉換成電荷(此處為電子)，電荷量對應於入射光之光量。
傳送電晶體122係連接在光二極體121與一浮動擴散區FD之間且當透過一傳送控制線LTx提供一驅動信號至傳送電晶體122之閘極(即一傳送閘極)時，傳送藉由由光二極體121光電轉換獲得的電子至該浮動擴散區FD。
將放大電晶體123在其閘極處連接至浮動擴散區FD。放大電晶體123係透過選擇電晶體124連接至一信號線LSGN且與像素外的一恆定電流源配合以形成一源極隨耦器。
當透過選擇控制線LSEL提供一位址信號至選擇電晶體124之閘極以開啟選擇電晶體124時，則選擇電晶體124放大浮動擴散區FD處的電位且輸出對應於該放大電位之一信號至信號線LSGN。將自各像素輸出之電壓透過信號線LSGN輸出至像素輸出資料並列－串列處理區段105。
由於(例如)傳送電晶體122、選擇電晶體124及重設電晶體125之閘極係連接在一列之一單元中，因此對於一列中之像素，並列執行上述操作。
接入像素陣列區段101中的一重設控制線LRST、一傳送 控制線LTx及一選擇控制線LSEL在該像素陣列之一列之一單元中繞成一組。
藉由像素驅動區段104驅動該重設控制線LRST、該傳送控制線LTx及該選擇控制線LSEL。
像素驅動區段104包括一位準偏移器群組1041，該位準偏移器群組1041包括複數個位準偏移器LS，其係與一重設控制線LRST、一傳送控制線LTx及一選擇控制線SLEL個別連接之控制線驅動器；以及用於控制位準偏移器群組1041之位準偏移器LS之驅動的一控制邏輯電路群組1042。
對於像素陣列之每一列，位準偏移器群組1041包括分別與一重設控制線LRST、一傳送控制線LTx及一選擇控制線LSEL連接的三個位準偏移器LS1、LS2及LS3。
當透過電源供應端子TV6供應來自外部電源供應器109之電源供應電壓VDD2時，在接通後放入位準偏移器群組1041且將其維持在一操作狀態下以回應電源供應電壓VDD2之供應，即使在供應電源供應電壓VDD2時停止電源供應電壓VDD1對其他裝置(例如位址解碼器)之供應時，亦然。
控制邏輯電路群組1042包括複數個NOR閘極NR，其係排列成對應位準偏移器群組1041之位準偏移器LS之陣列，以便控制至位準偏移器LS之輸入。
將各NOR閘極NR在其一輸出處連接至用作驅動器之位準偏移器LS之一對應者之輸入，在其第一輸入端子連接至用於自像素驅動脈衝產生電路103之一驅動脈衝的一對應 供應線，且在其第二輸入端子通常連接至IC晶片112之輸入端子TI1。
將一控制信號SCTL(例如)自一控制器(未圖示)供應至輸入端子TI1。
若在高位準下供應控制信號SCTL，則可將至少傳送控制線LTx設定成低位準，而不論來自像素驅動脈衝產生電路103之脈衝信號，且因此可將像素電路101A保持在一電荷(信號)累積狀態下。
將開關110在其一固定接點a處連接至IC晶片112之電源供應端子TV1、TV3、TV4及TV5，在其一可動接點b處連接至外部電源供應器108之正電極與電源供應端子TV2，且在其一可動接點c處連接至外部電源供應器108之負電極及電源供應端子TG1至TG6。
開關110連接固定接點a至可動接點b或c以回應(例如)自一控制器(未圖示)或感測器控制區段107之一轉換信號SW。
特定言之，在正常一般操作後，將轉換信號SW供應至開關110以便使固定接點a與可動接點b彼此連接。因此，分別透過電源供應端子TV1至TV5，將自外部電源供應器108之電源供應電壓VDD1供應至IC晶片112中的位址解碼器102及像素驅動脈衝產生電路103、像素驅動區段104、像素輸出資料並列－串列處理區段105、輸出電路區段106以及感測器控制區段107。
另一方面，在像素陣列區段101之一電荷累積週期內， 將轉換信號SW供應至開關110以便將固定接點a與可動接點c彼此連接。因此，將電源供應端子TV1、TV3、TV4及TV5連接至接地電位。結果，分別停止自外部電源供應器108之電源供應電壓VDD1對IC晶片112中的位址解碼器102及像素驅動脈衝產生電路103、像素輸出資料並列－串列處理區段105、輸出電路區段106及感測器控制區段107之供應。
將開關111在其一固定接點a處連接至IC晶片112之電源供應端子TV7，在其一可動接點b處連接至外部電源供應器109之正電極與電源供應端子TV6，且在其一可動接點c處連接至外部電源供應器108之負電極。
開關111連接其固定接點a至可動接點b或c以回應(例如)自控制器(未圖示)或感測器控制區段107之一轉換信號SW。
特定言之，在正常一般操作後，將轉換信號SW供應至開關111以便使固定接點a與可動接點b彼此連接。因此，將自外部電源供應器109之電源供應電壓VDD2透過電源供應端子TV6及TV7供應至IC晶片112中之像素驅動區段104中的位準偏移器群組1041與像素陣列區段101之電源供應線LVDD。
另一方面，在像素陣列區段101之一電荷累積週期內，將轉換信號SW供應至開關111以便使固定接點a與可動接點c彼此連接。因此，將電源供應端子TV7連接至接地電位。結果，停止自外部電源供應器109之電源供應電壓 VDD2對IC晶片112之像素陣列區段101之電源供應線的供應，且將像素陣列區段101之電源供應線LVDD保持在接地電位處。
在具有上述此一組態之CMOS影像感測器100中，在正常一般操作中，將轉換信號SW供應至開關110以便使固定接點a與可動接點b彼此連接。因此，分別透過電源供應端子TV1至TV5，將自電源供應器108之電源供應電壓VDD1供應至IC晶片112中的位址解碼器102及像素驅動脈衝產生電路103、像素驅動區段104、像素輸出資料並列－串列處理區段105、輸出電路區段106以及感測器控制區段107。
同樣，亦將轉換信號SW供應至開關111以便使固定接點a與可動接點c彼此連接。因此，將自電源供應器109之電源供應電壓VDD2透過電源供應端子TV6及TV7供應至IC晶片112中之像素驅動區段104中的位準偏移器群組1041與像素陣列區段101之電源供應線LVDD。
在此上述之一狀態下，感測器控制區段107產生用以指定欲存取之一像素陣列列之位址並發送該位址至位址解碼器102。
位址解碼器102使其一輸出對應於指定像素列活動。因此，針對每一列，自像素驅動脈衝產生電路103供應一像素重設脈衝LRST及像素讀出脈衝LTx及LSEL至像素陣列區段101，且針對每一列，透過信號線LSGN將自像素電路101A之影像輸出傳送至像素輸出資料並列－串列處理區段105。
接著，自像素輸出資料並列－串列處理區段105逐個輸出每一像素的影像資料，且將該輸出資料透過輸出電路區段106輸出至晶片外。
若在高位準下供應控制信號SCTL至輸入端子TI1，則像素驅動區段104可將至少該等傳送控制線LTx設定成低位準，而不論來自像素驅動脈衝產生電路103之脈衝信號，且將像素電路101A固定於一電荷(信號)累積狀態下。
此時，如上文所述，在像素陣列區段101之一電荷累積週期內，將轉換信號SW供應至開關110以便使固定接點a與可動接點b彼此連接。因此，將電源供應端子TV1、TV3、TV4及TV5連接至接地電位。結果，停止自電源供應器108之電源供應電壓VDD1對IC晶片112中的位址解碼器102及像素驅動脈衝產生電路103、像素輸出資料並列－串列處理區段105、輸出電路區段106及感測器控制區段107之供應。
同樣，將轉換信號SW供應至開關111以便使固定接點a與可動接點c彼此連接。因此，將電源供應端子TV7連接至接地電位。結果，停止自電源供應器109之電源供應電壓VDD2對IC晶片112之像素陣列區段101之電源供應線的供應，且將像素陣列區段101之電源供應線LVDD保持在接地電位處。
以此方式，即使供應至像素驅動區段104之外的電路之電源供應器停止，該等像素仍維持在一累積狀態下。此時，在整個晶片中產生之洩漏電流僅包括像素驅動區段 104處產生的洩漏電流。
如上所述，依據本發明之CMOS影像感測器100，在長時間累積後，由該CMOS影像感測器上整合之電路的外洩漏電流引起的熱量產生受到抑制。因此，可抑制由此熱量產生造成之暗電流之產生且因此圖像品質之劣化。
此外，當與利用一基板偏差效應之外洩漏電流之一替代常用抑制技術相比，僅藉由開啟/關閉電源供應器即可抑制熱量產生，且可更易於設計一晶片之電路組態與系統組態。
<第二項具體實施例>
圖4顯示依據本發明之一第二項具體實施例之一CMOS影像感測器或固態影像拾取裝置之一組態的一範例。
依據第二項具體實施例之CMOS影像感測器100A係對上述依據第一項具體實施例之CMOS影像感測器100之一調變但與其不同，其中100A包括可變電源供應器113及114來替代開關110及111。
特定言之，固定電源供應器108供應一電源供應電壓VDD1至電源供應端子TV2；固定電源供應器109供應一電源供應電壓VDD2至電源供應端子TV6；可變電源供應器113供應一可變電源供應電壓VDD3至電源供應端子TV1、TV3、TV4及TV5；且可變電源供應器114供應一可變電源供應電壓VDD4至電源供應端子TV7。
可變電源供應器113及114(例如)自一控制器(未圖示)接收一控制信號SCTL2，並在正常操作後供應一正常電源供 應電壓VDD，而在一電荷累積週期期間供應低於該電源供應電壓之一電源供應電壓(例如VDD/2)至該電壓供應器之目標。更特定言之，可變電源供應器113及114供應此一低位準之一電源供應電壓以使IC晶片112中的位址解碼器102、像素驅動脈衝產生電路103、像素輸出資料並列－串列處理區段105、輸出電路區段106及感測器控制區段107保持在一不可操作狀態下，且較佳地係，此一低位準可抑制該等組件之電晶體的洩漏電流。
同樣在此實例中，若在高位準下供應控制信號SCTL至輸入端子TI1，則像素驅動區段104可將至少該等傳送控制線LTx設定成低位準，而不論來自像素驅動脈衝產生電路103之脈衝信號。因此，將像素電路101A固定至一電荷或信號累積狀態下。
此時，即使降低對除像素驅動區段104以外的位址解碼器102、像素驅動脈衝產生電路103、像素輸出資料並列－串列處理區段105、輸出電路區段106及感測器控制區段107之電源供應電壓，該等像素仍維持在一累積狀態下。
同樣在該第二具體實施例中，藉由降低電源供應電壓可獲得抑制洩漏電流之一效應。當與其中完全停止電源供應器之第一具體實施例相比，在重新啟動電源供應器後更快復原，此允許某一電路可繼續其功能。
<第三項具體實施例>
圖5顯示依據本發明之一第三項具體實施例之一CMOS影像感測器或固態影像拾取裝置之一組態的一範例。
依據第三項具體實施例之CMOS影像感測器100B係對上述依據第一項具體實施例之CMOS影像感測器100之一調變但與其不同，其中控制信號SCTL並非係自IC晶片112外部的一控制器提供而係可在IC晶片112中產生。
特定言之，參考圖5，將一記憶體1043佈置於像素驅動區段104B中，自外部電源供應器108將電源供應電壓VDD1供應至該記憶體以便將用於將像素維持在一累積狀態下之資訊保留在記憶體1043中。
在此實例中，同樣繼續供應電源供應電壓至記憶體1043。
例如，藉由向其供應正常電源供應電壓VDD3之感測器控制區段107控制記憶體1043之資訊1或0。
使用該第三項具體實施例之CMOS影像感測器100B，可獲得類似於第一項具體實施例之CMOS影像感測器100所獲得之優點。
應注意，第三項具體實施例之CMOS影像感測器100B之組態亦可應用於上述第二項具體實施例之CMOS影像感測器100A。
<第四項具體實施例>
圖6顯示依據本發明之一第四項具體實施例之一CMOS影像感測器或固態影像拾取裝置之一組態的一範例。
參考圖6，依據第四項具體實施例之CMOS影像感測器100C係對上述依據第一項具體實施例之CMOS影像感測器100之一調變但與其不同，其中100C包括具有一電源供應 端子Pow之一狀態保持記憶體115，該電源供應端子係連接至向其正常供應電源供應電壓VDD1之電源供應端子TV2。
在圖6之範例中，感測器控制區段107具有狀態保持記憶體115，且將電源供應電壓持續供應至狀態保持記憶體115。
以下說明在IC晶片112C中提供狀態保持記憶體115之原因。
在第一項具體實施例中，若停止對像素驅動區段以外之電路的電源供應電壓的供應，則定義對其停止電源供應電壓之供應的區塊之操作狀態的資訊亦丟失。因此重新啟動電源供應電壓之供應後，必需啟動操作，首先進行恢復操作狀態之操作(例如操作之指定)，且復原可能需要很多時間。
因此，在該第四項具體實施例中，將電源供應電壓持續供應給指定一操作之狀態保持記憶體115，從而消除重新指定操作之必要性。因此，在重新啟動電源供應電壓之供應後，啟動晶片操作之前的時間可減少。
<第五項具體實施例>
圖7顯示依據本發明之一第五項具體實施例之一CMOS影像感測器或固態影像拾取裝置之一組態的一範例。
參考圖7，依據第五項具體實施例之CMOS影像感測器100D係對依據上述第一項具體實施例之CMOS影像感測器100之一調變但與其不同，其中100D包括一移位暫存器116 來替代位址解碼器102，且僅由一位準偏移器群組或驅動器群組1041A形成像素驅動區段104。此外，將自輸入端子TI1供應之控制信號SCTL輸入至像素驅動脈衝產生電路103D，且將自外部電源供應器108之電源供應電壓VDD1正常供應至移位暫存器116及像素驅動脈衝產生電路103D。
然而，在上述第一項至第四項具體實施例中，藉由位址解碼器102實行一指定像素列之選擇，而在該第五項具體實施例中藉由移位暫存器116執行一像素列之選擇。
由於像素驅動脈衝產生電路103D產生一驅動脈衝至其中使用一位址解碼器之一指定列，因此僅將一驅動脈衝供應至一指定列。
然而，在使用移位暫存器116時，藉由連續發送「1」至移入信號，可指定所有列。若自外部透過輸入端子TI1提供用於發佈一指令以控制一指定列處於一累積狀態下之控制信號SCTL至像素驅動脈衝產生電路103D，則可將所有列的像素指定為一累積狀態。
因此，在該第五項具體實施例中，電源供應電壓持續供應至移位暫存器116及像素驅動脈衝產生電路103D。
<第六項具體實施例>
圖8顯示依據本發明之一第六項具體實施例之一CMOS影像感測器或固態影像拾取裝置之一組態的一範例。
參考圖8，依據第六項具體實施例之CMOS影像感測器100E係對上述依據第一項具體實施例之CMOS影像感測器100之一調變但與其不同，其中，當在(例如)一電荷累積週 期或類似時間內未將一像素輸出讀出至一信號線LSGN時，控制像素陣列區段101之電源供應線LVDD與信號線LSGN處的電位以使其彼此相等。
在該項具體實施例中，在一電源供應線LVDD與各信號線LSGN之間提供一開關117。然而，圖8之配置始終係一範例，且各種修改形式皆有可能。例如，在像素輸出資料並列－串列處理區段105側上，可額外提供用於設定一信號線LSGN處之電位等於一電源供應線LVDD處之電位的一組態。
在像素電路101A中，透過選擇電晶體124在一電源供應線LVDD與一輸出信號線LSGN之間可能出現外洩漏電流。
即使每一像素之外洩漏電流量很小，但有可能隨著像素數量增加，在整個像素陣列內可能出現不可忽視的洩漏電流。
因此，在未讀出一像素輸出之一等待週期內，例如在長時間累積期間，既可藉由控制像素電源供應亦可藉由控制電源供應線LVDD與信號線LSGN至相同電位來防止外洩。
如上所述，使用依據本發明之CMOS影像感測器100E，在長時間累積後，由該CMOS影像感測器上累積之電路的外洩漏電流引起的熱量產生受到抑制。因此，可抑制由此熱量產生造成之暗電流之產生且因此圖像品質之劣化。
此外，當與利用一基板偏差效應之外洩漏電流之一替代常用抑制技術相比，僅藉由開啟/關閉電源供應器或藉由電壓控制可抑制熱量產生，且可更易於設計一晶片之電路 組態與系統組態。
此外，在第三項、第四項及第五項具體實施例中持續以一電源供應電壓供應記憶體或移位暫存器，同樣在該等情形下，藉由降低電源供應電壓於一範圍內可抑制自記憶體或移位暫存器之洩漏電流，在該範圍內，如同第二項具體實施例，未自該記憶體或移位暫存器丟失保留之物質。
此外，雖然在第一項至第六項具體實施例中，相同地執行停止欲供應至像素驅動區段(尤其至位準偏移器群組1041以外的電路)的電源供應電壓或降低該電壓，但可將晶片中的電源供應系統更精細地分類，同時對個別系統個別施加類似控制。
應注意，雖然特別限制依據該等具體實施例之CMOS影像感測器，但其可組態成(例如)其中併入行並列類型之一類比數位轉換器(ADC)之CMOS影像感測器。
展現上述此等效應之固態影像拾取裝置可用作用於一數位相機或一攝像機之一影像拾取裝置。
圖9顯示一攝影系統之一組態之一範例，該攝影系統應用依據本發明之任一該等具體實施例的一固態影像拾取裝置。
參考圖9，所示攝影系統200包括可使用上述依據本發明之具體實施例的CMOS影像感測器100及100A至100E中任何一者的一影像拾取裝置210。攝影系統200進一步包括用於引導入射光至影像拾取裝置210之像素區域以形成一影像拾取目標之一影像的一光學系統，例如用於在一影像拾 取平面上形成入射光或影像光之影像的一透鏡220。攝影系統200進一步包括用於驅動影像拾取裝置210之一驅動電路(DRV)230，及用於處理影像拾取裝置210之一輸出信號的一信號處理電路(PRC)240。
驅動電路230具有用於產生各種時序信號的一時序產生器(未圖示)，該等信號包括用於驅動影像拾取裝置210中之電路的一啟動脈衝與一時脈脈衝，且該驅動電路以預定時序信號驅動影像拾取裝置210。
信號處理電路240執行信號程序，例如對影像拾取裝置210之一輸出信號之相關雙重取樣(CDS)。
將藉由信號處理電路240處理之影像信號記錄在一記錄媒體(例如記憶體)中。藉由一印表機或類似物硬拷貝記錄於記錄媒體中的影像資訊。此外，在由一液晶顯示設備或類似物形成之一監視器上，將藉由信號處理電路240處理之影像信號顯示為動態圖像。
如上所述，藉由在一影像拾取設備(例如一數位相機)中併入上述CMOS影像感測器100及100A至100E中任何一者作為影像拾取裝置210，則可實現展現低電力消耗之一高精度相機。
熟習此項技術者應瞭解，只要在隨附申請專利範圍或其等效內容的範疇內，可取決於設計要求及其他因素進行各種修改、組合、次組合及變更。
1‧‧‧像素
11‧‧‧光二極體
12‧‧‧傳送電晶體
13‧‧‧放大電晶體
14‧‧‧選擇電晶體
15‧‧‧重設電晶體
20‧‧‧CMOS影像感測器
21‧‧‧像素陣列區段
22‧‧‧位址解碼器
23‧‧‧像素驅動脈衝產生電路
24‧‧‧位準偏移器群組
25‧‧‧像素輸出資料並列－串列處理區段
26‧‧‧輸出電路區段
27‧‧‧感測器控制電路
28,29‧‧‧外部電源供應器
100‧‧‧CMOS影像感測器
100A‧‧‧CMOS影像感測器
100B‧‧‧CMOS影像感測器
100C‧‧‧CMOS影像感測器
100D‧‧‧CMOS影像感測器
100E‧‧‧CMOS影像感測器
101‧‧‧像素陣列區段
101A‧‧‧像素電路
102‧‧‧位址解碼器
103‧‧‧像素驅動脈衝產生電路
103D‧‧‧像素驅動脈衝產生電路
104‧‧‧像素驅動區段
104B‧‧‧像素驅動區段
105‧‧‧像素輸出資料並列－串列處理區段
106‧‧‧輸出電路區段
107‧‧‧感測器控制區段
108,109‧‧‧外部電源供應器
110,111‧‧‧開關
112‧‧‧IC晶片
113,114‧‧‧可變電源供應器
115‧‧‧狀態保持記憶體
116‧‧‧移位暫存器
117‧‧‧開關
121‧‧‧光二極體
122‧‧‧傳送電晶體
123‧‧‧放大電晶體
124‧‧‧選擇電晶體
125‧‧‧重設電晶體
200‧‧‧攝影系統
210‧‧‧影像拾取裝置
220‧‧‧透鏡
230‧‧‧驅動電路
240‧‧‧信號處理電路
1041‧‧‧位準偏移器群組
1041A‧‧‧位準偏移器群組或驅動器群組
1042‧‧‧控制邏輯電路群組
1043‧‧‧記憶體
a,b,c‧‧‧接點
NR‧‧‧NOR閘極
TG1－TG6‧‧‧電源供應端子
TI1‧‧‧輸入端子
TO1‧‧‧輸出端子
TV1－TV7‧‧‧電源供應端子
圖1係顯示由四個電晶體形成之一CMOS影像感測器之一 像素的範例之一電路圖；圖2係顯示一CMOS影像感測器或固態影像拾取裝置之一一般組態之一範例之視圖，其中將圖1所示的該等像素佈置於一二維陣列內；圖3至8係顯示應用本發明之具體實施例之CMOS影像感測器或固態影像裝置之一組態的一範例之方塊圖；及圖9係顯示其中併入任何固態影像拾取裝置之一攝影系統的一組態之範例的一方塊圖。
100‧‧‧CMOS影像感測器
101‧‧‧像素陣列區段
101A‧‧‧像素電路
102‧‧‧位址解碼器
103‧‧‧像素驅動脈衝產生電路
104‧‧‧像素驅動區段
105‧‧‧像素輸出資料並列－串列處理區段
106‧‧‧輸出電路區段
107‧‧‧感測器控制區段
108,109‧‧‧外部電源供應器
110,111‧‧‧開關
112‧‧‧IC晶片
121‧‧‧光二極體
122‧‧‧傳送電晶體
123‧‧‧放大電晶體
124‧‧‧選擇電晶體
125‧‧‧重設電晶體
1041‧‧‧位準偏移器群組
1042‧‧‧控制邏輯電路群組
a,b,c‧‧‧接點
NR‧‧‧NOR閘極
TG1－TG6‧‧‧電源供應端子
TO1‧‧‧輸出端子
TV1－TV7‧‧‧電源供應端子

Claims (9)

  1. 一種固態影像拾取裝置，其包括：一像素區段，其包括至少一像素電路，該至少一像素電路包括用於回應曝光時間而將一光學信號轉換成一電信號且累積該電信號之一機制；一像素驅動區段，其經組態用以驅動該像素區段以執行信號累積及信號輸出；至少一不同電路區段，其經組態用以執行關於透過該像素驅動區段存取該像素區段之一程序；以及一控制區段，其經組態用以至少在該像素電路之該電信號累積後，控制該像素驅動區段以便將該像素電路維持在一狀態，其中該像素電路累積該電信號且控制對該不同電路區段之一電源供應電壓之供應。
  2. 如請求項1之固態影像拾取裝置，其中該控制區段至少在該像素電路之該電信號累積後，供應該電源供應電壓至該像素驅動區段且停止該電源供應電壓對該不同電路區段之供應。
  3. 如請求項1之固態影像拾取裝置，其中該控制區段在該像素電路之該電信號累積後，供應該電源供應電壓至該像素驅動區段且降低該電源供應電壓並供應該降低之電源供應電壓至該不同電路區段。
  4. 如請求項1之固態影像拾取裝置，其中該像素驅動區段將該像素電路維持在該像素電路回應自該控制區段接收之一控制信號而累積該電信號之狀態下。
  5. 如請求項4之固態影像拾取裝置，其中將該像素區段、像素驅動區段及不同電路區段整合成一積體電路，且自外部供應該控制信號。
  6. 如請求項4之固態影像拾取裝置，其中將該像素區段、像素驅動區段及不同電路區段整合成一積體電路，且將該控制信號保留在該積體電路中。
  7. 如請求項1之固態影像拾取裝置，其進一步包括一記憶體區段，該記憶體區段經組態用以在供應該電源供應電壓前，儲存該等電路中停止向其供應該電源供應電壓的任何該等電路之一狀態，該控制區段亦在由於對該電源供應電壓向該不同電路區段之供應的控制使該不同電路區段處於一不可操作狀態下時，控制該記憶體區段以保留該記憶體區段之儲存物質。
  8. 如請求項1之固態影像拾取裝置，其中該像素電路包括一主動裝置，其經組態用以輸出該累積信號至一信號線，以及該控制區段控制在該主動裝置所連接之一電源供應線處及該信號線處的電位，以使該兩者在單一儲存週期內彼此相等。
  9. 一種攝影系統，其包括：一固態影像拾取裝置；一光學系統，其經組態用以在該影像拾取裝置上形成一影像拾取目標之一影像；以及 一信號處理電路，其經組態用以處理該影像拾取裝置之一輸出影像信號；該固態影像拾取裝置包括一像素區段，其包括至少一像素電路，該至少一像素電路具有用於回應曝光時間而將一光學信號轉換成一電信號且累積該電信號之一機制，一像素驅動區段，其經組態用以驅動該像素區段以執行信號累積及信號輸出，至少一不同電路區段，其經組態用以執行關於透過該像素驅動區段存取該像素區段之一程序，以及一控制區段，其經組態用以至少在該像素電路之該電信號累積後，控制該像素驅動區段，以便將該像素電路維持在一狀態，其中該像素電路累積該電信號且控制對該不同電路區段之一電源供應電壓之供應。
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