TWI394448B - 固態成像裝置，成像裝置及固態成像裝置之驅動方法 - Google Patents

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Description

固態成像裝置，成像裝置及固態成像裝置之驅動方法
本發明係關於一種固態成像裝置、成像裝置及固態成像裝置之驅動方法。更特定言之，本發明係關於一種像素驅動技術，其係適用於用於偵測物理量分佈的諸如固態成像裝置之半導體裝置及其他電子設備，該等半導體裝置及電子設備包括對諸如光與輻射之外部饋送電磁波敏感之複數個單元像素之一配置，並可藉由位址控制透過任意選擇以一電氣信號之形式從該等半導體裝置及電子設備讀出由單元組件轉換成一電氣信號的一物理量分佈。
用於偵測物理量分佈的半導體裝置已在各種領域內得到廣泛的應用。此類裝置具有以線或以一矩陣形式來配置的對諸如光與輻射之外部饋送電磁波敏感的複數個單元組件(例如，像素)。
在視訊設備領域中，使用(例如)CCD(電荷耦合裝置)或MOS(金氧半導體)及CMOS(互補金氧半導體)固態成像裝置。該些裝置係設計以在其他物理量中偵測光(電磁波之一範例)。此類裝置允許以一電氣信號之形式從其讀出由單元組件(在一固態成像裝置內的像素)轉換成一電氣信號的一物理量分佈。
一些固態成像裝置係放大裝置。在一像素信號產生區段中，該些裝置包括組態成固態成像元件(APS：主動像素感測器，亦稱為增益單元)的像素，該等固態成像元件之每一者具有一放大驅動電晶體。該像素信號產生區段產生一像素信號，該像素信號相當於由一電荷產生區段所產生之信號之電荷。例如，CMOS固態成像裝置之許多者係以此一方式來組態。
為了從此一放大固態成像裝置外部讀出一像素信號，位址控制具有複數個單元像素之一配置的一像素區段使得可任意選擇並讀出來自一單元像素之信號。即，一放大固態成像裝置係位址控制固態成像裝置之一範例。
在具有以一矩陣形式配置之單元像素的一X-Y位址固態成像裝置中，MOS電晶體用作調適以選擇像素並讀出信號電荷之主動元件，諸如切換元件。另外，MOS電晶體係用於水平及垂直掃描電路內，提供一優點，因為可以一系列步驟來製造該等切換元件與像素區段兩者。
一單元像素包括一電荷產生區段與信號輸出區段。該電荷產生區段產生一信號電荷。該信號輸出區段具有一電晶體，其經調適以產生並輸出一目標信號，該目標信號相當於與由該電荷產生區段所產生之信號電荷。例如，該電荷產生區段具有執行光電轉換的一光二極體。該信號輸出區段具有一讀出選擇電晶體、放大電晶體、重設電晶體及選擇電晶體。該讀出選擇電晶體讀出由該光二極體所產生之信號電荷。該放大電晶體將該讀取信號電荷轉換成一像素信號。該重設電晶體重設該信號電荷。該選擇電晶體選擇欲讀出的像素。累積於該光二極體(即一光電轉換元件)內的信號電荷(光電子或電洞)係由該信號產生區段之該等主動元件來加以放大且作為影像資訊來加以讀出。
順便提及，電子曝光時間控制係在此類型固態成像裝置中執行。在該成像裝置中，該像素區段包括以一矩陣形式來二維配置的若干像素電晶體。與入射光相關聯之信號電荷之累積以逐個像素或逐線(列)為基礎開始。基於累積信號電荷之電流或電壓信號係透過位址指定從在一成像區段內的該等像素依序讀取。廣義上，此係名為電子快門功能。此處，一像素信號係藉由同時存取一列像素從該像素區段以逐列為基礎讀出。位址控制之此範例(以下稱為逐列讀出或行讀出方案)在一MOS(包括CMOS)固態成像裝置中較常見。
應注意，在一些X-Y位址固態成像裝置中，例如在其中不讀出任何信號電荷的一水平遮沒週期期間，重設一列像素之不必要信號電荷(放電至一信號線)，以便狹義上實現一電子快門功能。此電子快門功能電子指定不同於一正常曝光時間的一曝光時間。
在一X-Y位址固態成像裝置中，對應於用於電子快門速度的曝光時間之時間(即，像素累積時間)係由從信號電荷之放電至讀出的時間週期來決定。因此，使用該累積及循序讀出方案，其每像素曝光時間(累積圖框時間)讀出一像素信號。
例如，當使用一CMOS固態成像裝置時，依據其操作原理，一像素一般從其輸出一信號時刻起再次開始累積透過光電轉換所獲得的信號電荷。因此，該累積週期依據成像表面之掃描時序而偏差。即，該累積時間偏差在掃描線間的掃描時間，從而導致所謂的線曝光。不同於一CCD(電荷耦合裝置)固態成像裝置，未使用全域曝光。全域曝光藉由以信號電荷之形式在相同時間週期期間在該等光電轉換元件上累積入射光將該等信號電荷從所有像素同時讀出至垂直CCD，從而滿足用於累積的同時性條件。因為一驅動脈衝係逐列供應，故線曝光(亦稱為滾動快門或焦平面累積)係用於一CMOS固態成像裝置內，此係與基於該累積及同時讀出方案(即，全域曝光)之其CCD對應物的一明顯差異。
當快門速度較慢且指定一足夠長像素累積時間時，累積週期偏差可忽略不計。然而，若快門速度較快且與水平掃描週期相差不多，則由於物件之水平運動與掃描時間(累積週期)差異，累積週期差異在線方向(列方向或水平掃描方向)上造成時間陰影失真。時間陰影失真在影像上以一運動失真之形式來表現自身。
此問題的一可行解決方案將係在捕捉一靜止影像期間組合電子快門來使用機械快門。另一可行解決方案將係使用一配置，其經調適以實現全域快門功能使得在電子快門操作期間的曝光/累積時間在不同像素之間恆定(使得同時曝光該等像素)。
然而，難以在捕捉一移動影像期間組合電子快門來使用機械快門。另外，目前考量中的常見全域快門功能在信號電荷累積於電荷累積區段之後保持直至一圖框的電荷(例如，浮動融合)，從而由於暗電流雜訊而導致特性退化。
如用於類比廣播波之視訊信號的交錯掃描將係用以處置移動影像捕捉而無由全域快門所引起之暗電流雜訊以便改良與線曝光相關聯之運動失真的一可行方式。例如，可以兩個方式(即圖框累積與場累積)來驅動一線間傳送CCD。
藉由圖框累積之交錯掃描在一奇數場期間僅將在奇數列內的該等電荷產生區段之信號電荷傳送至垂直CCD，並在一偶數場期間僅將在偶數列內的該等者傳送至相同CCD。對於僅由奇數列所構成的一奇數場與僅由偶數者所構成的一偶數場，該等電荷產生區段之每一者之累積時間係一圖框週期。因此，成像一快速移動物體招致充滿圖框後像的一影像。
對比之下，藉由場累積之交錯掃描在一奇數場期間將在奇數列及其下一偶數列內的該等電荷產生區段之信號電荷傳送至垂直CCD用於添加及讀出，並接著在一下一偶數場期間改變欲添加的該等電荷產生區段之電荷之組合，將在偶數列及其下一奇數列內的該等電荷產生區段之信號電荷同時傳送至垂直CCD用於添加及讀出。用於所有像素的電荷產生區段之信號電荷係以逐場為基礎讀出。對於每一場，該等電荷產生區段之每一者之累積時間係一場週期(即，半圖框週期)。此甚至在成像一快速移動物體時仍提供具有最小圖框後像之一影像。因此，使用等效於用於一線間傳送CCD之此場累積的一驅動方法用於X-Y位址固態成像裝置(諸如CMOS固態成像裝置)將很可能貢獻於與線曝光相關聯之失真之改良。
然而，等效於用於一線間傳送CCD之場累積的交錯掃描無法在一常見CMOS固態成像裝置中執行。此原因係，必須將在複數列(在每圖框兩個場之情況下通常為上部與下部像素)內的該等電荷產生區段之信號電荷添加在一起。另外，欲添加的電荷產生區段之組合在場間變動。在一CCD固態成像裝置之情況下，甚至在欲添加的電荷產生區段之組合變動的情況下，垂直CCD仍可以電荷形式來將該等信號添加在一起。另一方面，對於一常見CMOS固態成像裝置，該等電荷產生區段與像素信號產生區段係成一一對一關係，從而使以電荷形式來添加信號不可能。
針對以上的一可行對策將係提供一像素內記憶體，其經調適以保持一信號電荷(參見日本專利特許公開案第2007-150008號(專利文件1)與日本專利特許公開案第Hei 06-334920號(專利文件2))。然而，此招致若干損害，包括增加的晶片區域與更小的飽和信號位準。
例如，專利文件1提出一種允許使用浮動擴散來添加信號的配置。然而，為了使此結構提供交錯掃描，必須共用在行方向上的所有浮動擴散，從而導致增加該等浮動擴散之寄生電容。此招致轉換效率明顯降低，從而使此提議不切實際。另外，電荷儲存區段係與該等浮動擴散分離地提供於像素陣列區段內。此因為該等電荷儲存區段而降低該等電荷產生區段之大小，從而導致降低飽和信號位準。
另一方面，專利文件2提出一種結構，其使用一MOS電晶體將該等上部及下部像素連接在一起以允許以電荷形式之信號添加。然而，此結構招致兩倍的電容，從而最終引起平均化該等電壓。
本發明已根據前述問題而產生，且期望提供一種可使用交錯掃描來抑制與線曝光相關聯之影像運動失真而不引起增加晶片大小或降低飽和信號位準的配置。
首先，本發明包括一像素陣列區段。該像素陣列區段包括以一矩陣形式來二維配置的單元像素。該等單元像素之每一者包括一電荷產生區段、若干電荷傳送區段及信號輸出區段。該電荷產生區段產生一信號電荷。該等電荷傳送區段傳送由該電荷產生區段所產生之信號電荷。該信號輸出區段產生並輸出一目標信號，該目標信號相當於由該電荷產生區段所產生之信號之電荷。
該複數個電荷傳送區段係提供用於該等電荷產生區段之每一者。
此外，在本發明之一具體實施例中，在與該電荷產生區段相對之側上，提供用於該等電荷產生區段之每一者的該複數個電荷傳送區段係連接至在不同列內的該等信號輸出區段。該等電荷產生區段之每一者可經由該複數個電荷傳送區段來連接至在不同列內的信號輸出區段。
在從一不同角度來檢視以上的本發明之另一具體實施例中，在每一列內的信號輸出區段可在兩個操作之間切換，即調適以透過該複數個電荷傳送區段之選擇性開啟/關閉操作從在該等列之一者內的電荷產生區段接收一信號電荷的一操作與調適以從該信號輸出區段所屬之其自己列內的電荷產生區段或從在除其自己列外的一列內的電荷產生區段接收一信號電荷的另一操作。
該複數個電荷傳送區段係提供用於該等電荷產生區段之每一者。該等電荷傳送區段係連接至在不同列內的信號輸出區段。此允許交錯掃描，其涉及該複數個電荷產生區段之信號電荷之添加。在不同列內的電荷產生區段係組合用於添加每個場。藉由該複數個電荷傳送區段之選擇性開啟/關閉操作(藉由其僅啟動該等電荷傳送區段之一者的操作)來使得交錯掃描可行。此允許交錯掃描，其讀出用於所有像素的電荷產生區段之信號電荷。當然，類似用於藉由一常見CMOS感測器之影像獲取之逐步掃描的逐步掃描係亦可行。
應用以上配置的一固態成像裝置可採取一單晶片或一模組之形式，該模組具有封裝在一起的一像素陣列區段(成像區段)與信號處理區段或光學系統。另外，以上配置亦不僅可應用於一固態成像裝置，而且可應用於一成像裝置。在此情況下，成像裝置提供與固態成像裝置相同的有利效果。此處，成像裝置係指(例如)一相機(或相機系統)。另一方面，術語「成像」不僅包括在正常相機攝影期間的影像捕捉，而且廣義上包括指紋偵測及其他。
本發明之一具體實施例具有提供用於每一電荷產生區段的複數個電荷傳送區段，從而允許將該等電荷產生區段之每一者連接至在一不同列內的一信號輸出區段。此使該信號輸出區段可藉由選擇欲啟動的該電荷傳送區段以匹配交錯掃描來將該等信號電荷添加在一起。
交錯掃描以逐場為基礎讀出用於所有像素之電荷產生區段之信號電荷，從而抑制與線曝光相關聯之影像運動失真。另外，不需要電荷累積區段用於除現有用途外的添加用途，從而防止增加晶片區域，降低轉換效率並降低飽和信號位準並由於信號電荷添加而提供改良的S/N比。
下面將參考附圖來說明本發明之較佳具體實施例。在區別不同具體實施例之功能元件的情況下，此類元件將藉由諸如大寫字母A、B、C等等之參考數字來加以表示。在不為說明在其間進行特別區別的情況下，將省略此類參考數字。此點同樣適用於該等圖式。
應注意，下面將說明其中一CMOS固態成像裝置(即X-Y位址固態成像裝置之一範例)係用作一裝置的一情況。另外，除非另有指定，將假定該CMOS固態成像裝置之所有單元像素包括NMOS(n通道MOS)電晶體且該等信號電荷為負(電子)來給出下列說明。然而，此僅係一範例，且該等目標裝置不限於MOS固態成像裝置。該等單元像素可能包括PMOS(p通道MOS)電晶體。該等信號電荷可能為正(電洞)。所有稍後所說明的具體實施例可類似地應用於用於偵測物理量分佈之所有半導體裝置及其他電子設備，該等半導體裝置及電子設備包括對諸如光與輻射之外部饋送電磁波敏感之複數個單元像素之一線或矩陣配置，且可透過位址控制使用一任意選擇以一電氣信號之形式從該等半導體裝置及電子設備讀出藉由單元組件轉換成一電氣信號的一物理量分佈。
<固態成像裝置：基本組態>
圖1係作為依據本發明之一固態成像裝置之一具體實施例的一CMOS固態成像裝置(CMOS影像感測器)之一基本組態圖。
一固態成像裝置1具有一像素陣列區段10，其包括以一矩陣形式來二維配置的複數個單元像素3。裝置1可呈現能夠藉由使用(例如)具有以一貝爾(Bayer)圖案配置之R、G及B彩色濾光器之一分色濾光器來彩色成像的像素陣列區段10。
在圖1中，儘管出於簡化而省略一些列及行，但數十至數千的單元像素3係實際上提供用於該等列及行之每一者。如稍後所說明，除用作作為一偵測區段之一範例的一光接收元件(電荷產生區段)的一光二極體外，該等單元像素3每一者具有一像素內放大器，其包括三至四個電晶體用於電荷傳送、重設及放大用途。該等單元像素3經由一垂直信號線19以逐行為基礎輸出一像素信號電壓Vx。像素信號電壓Vx含有一重設位準Srst(P相位分量)與一信號位準Ssig(D相位分量)。
固態成像裝置1進一步具有一行類比轉數位(AD)轉換區段26。區段26具有以一行平行方式來配置的類比轉數位轉換區段250。類比轉數位轉換區段250處置相關雙重取樣(CDS)處理與數位轉換。術語「行平行」係指複數個相關雙重取樣處理功能區段、數位轉換功能區段(類比轉數位轉換區段)及其他區段係平行提供用於在垂直行內的該等垂直信號線19(行信號線之一範例)之每一者的事實。此一讀出方案係名為行讀出方案。
固態成像裝置1又進一步包括一驅動控制區段7、讀出電流控制區段24、參考信號產生區段27及輸出區段28。讀出電流控制區段24將用於讀出像素信號的一操作電流(讀出電流)供應至該等單元像素3。參考信號產生區段27將用於類比轉數位轉換的一參考信號SLP_ADC供應至行類比轉數位轉換區段26。
驅動控制區段7包括一水平掃描區段12(行掃描電路)、垂直掃描區段14(列掃描電路)及通信/時序控制區段20以提供控制電路功能用於將該等信號從像素陣列區段10循序讀出。
水平掃描區段12具有一水平位址設定單元12a、水平驅動單元12b及其他區段。水平位址設定單元12a控制該等行位址與行掃描。垂直掃描區段14具有一垂直位址設定單元14a、垂直驅動單元14b及其他區段。垂直位址設定單元14a控制該等列位址與列掃描。該等水平及垂直掃描區段12及14回應於供應自通信/時序控制區段20之控制信號CN1及CN2來開始其列及行選擇(掃描)。
區段20包括一時序產生器(讀出位址控制裝置之一範例)功能組塊。此功能組塊將與經由一端子5a饋送的一主時脈CLK0同步的一時脈供應至該裝置之各種區段(諸如水平掃描區段12、垂直掃描區段14及行類比轉數位轉換區段26)。相同區段20進一步包括一通信介面功能組塊。此功能組塊經由端子5a從一外部主要控制區段接收主時脈CLK0。相同功能組塊進一步經由一端子5b從該外部主要控制區段接收調適以指定(例如)欲使用之操作模式的資料。此功能組塊亦將含有關於固態成像裝置1之資訊的資料輸出至該外部主要控制區段。
例如，通信/時序控制區段20具有一時脈轉換單元20a與系統控制單元20b及其他單元。時脈轉換單元20a具有一時脈轉換功能，其經調適以產生一內部時脈。系統控制單元20b不僅控制通信功能，而且還控制各種區段。時脈轉換單元20a併入一頻率乘法器，其經調適以基於經由端子5a所饋送之主時脈CLK0來產生在頻率上高於此時脈的脈衝，從而產生內部時脈，諸如計數時脈CKcnt1及CKdac1。
輸出區段28具有一感測放大器28a(S‧A)與介面區段28b(IF區段)。感測放大器28a偵測在一水平信號線18上的信號(儘管係數位，但振幅上較小)。介面區段28b處置在固態成像裝置1與外部設備之間的介接。介面區段28之輸出係連接至一輸出端子5c使得視訊資料係輸出至在後續級處的電路。輸出區段28可能在感測放大器28a與介面區段28b之間具有一數位操作區段以處置各種類型的數位操作。
該等單元像素3係各經由調適以選擇列的一列控制線15來連接至垂直掃描區段14並經由垂直信號線19來連接至提供用於行類比轉數位轉換區段26之該等垂直行之每一者的該等類比轉數位轉換區段250之一者。此處，該等列控制線15係指一般來自垂直掃描區段14並進入該等像素內的佈線。
垂直掃描區段14選擇像素陣列區段10之列並將一必要脈衝供應至該等列。垂直位址設定單元14a不僅選擇從其讀出信號之列(讀出列：亦稱為選定列或信號輸出列)，而且選擇用於電子快門之列。
此處，一X-Y位址固態成像裝置(諸如固態成像裝置1)使用該累積及循序讀出方案。此方案在區域元件之每一者之每累積圖框時間讀出一像素信號。在此一裝置中，一驅動脈衝係逐列供應。因此，使用線曝光(亦稱為滾動快門或焦平面累積)，其累積並以逐列為基礎讀出電荷。此係與其使用該累積及同時讀出方案(即，全域曝光)之CCD對應者的一明顯差異。全域曝光藉由以信號電荷之形式在相同時間週期期間在該等光電轉換元件上累積入射光將該等信號電荷從所有像素同時讀出至垂直CCD，從而滿足用於累積的同時性條件。
在此線曝光方案之電子快門操作中，曝光時間係從將一給定讀出列指定為用於快門操作之列(快門操作列)且重設組成單元像素3之光電轉換元件(偵測區段)時至將該讀出列指定為用於讀出操作之列(讀出操作列)且將信號電荷實際讀出至垂直信號線19時。
儘管稍後將給出一詳細說明，但此線曝光方案有問題，因為捕捉一移動物體招致一較大時間陰影失真。作為針對此問題的一對策，本具體實施例執行交錯掃描而非逐步掃描。在交錯掃描期間，形成單元像素群組2。在該等單元像素群組2之每一者中，複數個電荷產生區段共用一單一像素信號產生區段。由該複數個電荷產生區段所產生之信號電荷係藉由該像素信號產生區段來添加在一起。所得目標信號係讀出至行類比轉數位轉換區段26內。
從電路規模、處理速度(速度增強)、解析度及其他因素的觀點，各種類比轉數位轉換方案均可用於該等類比轉數位轉換區段250內。作為一範例，使用一類比轉數位轉換方案，其係名為參考信號比較、斜率積分或斜坡信號比較類比轉數位轉換方案。在該參考信號比較類比轉數位轉換中，用於計數操作的有效週期係基於從轉換開始(比較開始)至結束(比較結束)的時間來決定。類比目標信號係基於指示該有效週期的一計數啟用信號EN來轉換成數位資料。
因此，參考信號產生區段27具有一數位轉類比(DA)轉換區段270(DAC：數位轉類比轉換器)，從而產生藉由來自通信/時序控制區段20之控制資料CN4所指示之斜率(變化速率)之參考信號SLP_ADC。與計數時脈CKdac1同步，區段270從藉由來自通信/時序控制區段20之控制資料CN4所指示之初始值來產生該參考信號。計數時脈CKdac1可能與用於一計數器區段254之計數時脈CKcnt1相同。
該等類比轉數位轉換區段250各包括一比較區段252(COMP)與一計數器區段254，該計數器區段可在向上計數與向下計數模式之間切換。在此範例中，該等區段250之每一者在計數器區段254之後續級處進一步包括一開關區段258與資料儲存區段256。比較區段252比較由參考信號產生區段27所產生之參考信號SLP_ADC與經由垂直信號線19(H1、H2、...、Hh)從該等選定列內的該等單元像素3所獲得之類比像素信號電壓Vx。計數器區段254使用計數時脈CKcnt1來計數計數啟用信號EN之作用中持續時間並保持計數結果。計數啟用信號EN與比較區段252之一比較輸出Co具有一恆定關係。
通信/時序控制區段20將一控制信號CN5供應至該等類比轉數位轉換區段250之每一者之計數器區段254。該控制信號指定控制資訊。此類控制資訊包括計數器區段254是否在向下計數或向上計數模式下操作以計數P與D相位。此類控制資訊亦包括用於計數P相位的一初始值Dini之設定及重設及其他資訊。
輸入端子(+)(該等比較區段252之每一者之兩個端子之一者)連同其他輸入端子(+)係供應由參考信號產生區段27所產生之參考信號SLP_ADC。輸入端子(-)(其兩個端子之另一者)係連接至該等垂直信號線19之相關聯者，該等垂直信號線係以垂直行配置且供應來自像素陣列區段10之像素信號電壓Vx。
計數器區段254之時脈端子CK連同其他時脈端子CK係供應來自通信/時序控制區段20之計數時脈CKcnt1。若未提供資料儲存區段256，則計數器區段254連同其他計數器區段254係經由一控制線12c來供應來自水平掃描區段12之一控制脈衝。該等計數器區段254之每一者具有用以保持計數結果的一鎖存功能並保持計數輸出值直至藉由經由控制線12c所供應之控制脈衝指示。
在本具體實施例中，相關雙重取樣處理係藉由該等類比轉數位轉換區段250來完成。然而，在重設位準Srst處的P相位資料與在信號位準Ssig處的D相位資料可分離地傳送至輸出區段28使得相關雙重取樣處理係藉由設於該等類比轉數位轉換區段250之後續級處的該等數位操作區段來加以處置。本申請人已提出調適以使用該等類比轉數位轉換區段250來執行類比轉數位轉換及相關雙重取樣處理的各種參考信號比較類比轉數位轉換方案，且該些方案可基本上用於所有具體實施例內。
依據本具體實施例之固態成像裝置1係以一單晶片裝置(設於相同半導體基板上)之形式來組態，其中驅動控制區段7(諸如該等水平掃描區段12及垂直掃描區段14)之個別組件係使用與半導體積體電路製造技術相同的技術在一單晶矽或其他半導體區內與像素陣列區段10成整體形成。
固態成像裝置1可採取一單晶片之形式，其組件成整體形成於以上所說明之半導體區內。然而，或者，裝置1可採取一有成像能力模組之形式，除像素陣列區段10、驅動控制區段7、行類比轉數位轉換區段26及其他信號處理區段外，該有成像能力模組具有一光學系統，諸如封裝在一起的一成像透鏡、光學低通濾光器或紅外線截止濾光器，但省略其圖解。
作為該等類比轉數位轉換區段250之每一者之輸出側，例如，計數器區段254之輸出可連接至水平信號線18。或者，用作一記憶體之資料儲存區段256與開關區段258可設於計數器區段254之後續級處，如圖1中所解說。計數器區段254具有用以保持計數器區段254之計數結果的一鎖存功能。開關區段258係設於計數器區段254與資料儲存區段256之間。開關區段258具有一開關SW用於該等垂直行之每一者。
在包括該等資料儲存區段256之組態中，開關SW連同沿該等垂直行的其他開關SW係從通信/時序控制區段20以一預定時序來供應一記憶體傳送指令脈衝CN8作為一控制脈衝。當供應記憶體傳送指令脈衝CN8時，開關區段258之該等開關SW將該等相關聯計數器區段254之計數器值傳送至該等資料儲存區段256。該等資料儲存區段256保持並儲存該等傳送計數值。該等區段256係經由控制線12c來供應來自水平掃描區段12之一控制脈衝。相同區段256保持來自該等計數器區段254之計數器值直至藉由經由控制線12c所供應之控制脈衝指示。
水平掃描區段12能夠用作一讀出掃描區段，平行於由行類比轉數位轉換區段26之該等比較區段252及計數器區段254所處置之處理來從該等資料儲存區段256讀出該等計數值。該等資料儲存區段256之輸出係連接至該等水平信號線18。該等水平信號線18係各與類比轉數位轉換區段250之位元寬度一樣寬或兩倍寬(例如，用於互補輸出)。相同線18係連接至輸出區段28，其具有與該等輸出線相關聯之感測放大器28a。應注意，該等計數器區段254、資料儲存區段256、開關區段258及水平信號線18係各經組態用以處置n位元。
<曝光時間控制功能>
圖2至4C係說明一常見X-Y位址成像裝置之一曝光控制(電子快門)功能的圖式。如圖2中所解說，一垂直掃描區段414之一垂直位址設定區段414x不僅能夠指定欲讀出的列位址φTG，此係一正常功能，而且能夠產生指定欲遮閉單元像素403(快門像素)之列位址的位址資訊，即快門像素位置(更明確而言，用作一驅動脈衝的傳送閘極脈衝TGs)。
應注意，在一些X-Y位址固態成像裝置中，例如在其中不讀出任何信號電荷的一水平遮沒週期期間，重設一列像素之不必要信號電荷(放電至一信號線)，以便狹義上實現一電子快門功能。此電子快門功能電子指定不同於一正常曝光時間的一曝光時間。
此處，在一X-Y位址固態成像裝置中，對應於用於電子快門速度的曝光時間之時間(即，像素累積時間)係由從信號電荷之放電至讀出的時間週期來決定。因此，使用該累積及循序讀出方案，其每像素曝光時間(累積圖框時間)讀出一像素信號。此招致橫跨表面所配置之像素之曝光的一時間差異。若使用此一讀出方案，則物體之一運動造成在不同像素之間捕捉光所要求之時間的一偏差，從而導致運動失真。該累積及循序讀出方案係在此點上明顯不同於該累積及同時讀出方案。由電荷耦合成像元件所運用之後者方案保持該等信號以延遲其傳送，從而允許同時曝光所有像素並在一單一畫面上防止「運動失真」。
例如，該行讀出方案(逐列讀出方案)引起該累積週期偏差在水平掃描線間的掃描時間，從而取決於該等列(水平掃描線)導致在水平方向上在左與右之間的一累積時間差異。此招致時間陰影失真(運動失真)，其引起以一失真方式來成像一快速移動物體。
即，佈線係配置使得一驅動脈衝φTGs係從垂直位址設定區段414x之快門時序控制功能元件來供應至相同列內的所有單元像素403。驅動脈衝φTGs指定欲遮閉的該等列之位址。此允許將在驅動脈衝φTGs所指定之列內的該等單元像素403指定為快門像素。
當使用一CMOS固態成像裝置時，依據其操作原理，一像素一般從其輸出一信號時刻起再次開始累積透過光電轉換所獲得的信號電荷。因此，該累積週期依據成像表面之掃描時序而偏差。即，該累積時間偏差在掃描線間的掃描時間，從而導致所謂的線曝光。不同於一CCD(電荷耦合裝置)固態成像裝置，未使用全域曝光。全域曝光藉由以信號電荷之形式在相同時間週期期間在該等光電轉換元件上累積入射光將該等信號電荷從所有像素同時讀出至垂直CCD，從而滿足用於累積的同時性條件。
此處，考量一情況，其中一讀出列n與快門列ns係在成像區域內彼此分離Δs列，如圖2中所解說。在沿指示以電子遮閉之列ns的該等目標行內的該等像素在重設之後再次開始信號電荷累積。因此，若從頂部至底部來掃描該成像表面，則在列n與列n+Δs之間的時間差異與圖框速率與掃描線計數具有一給定關係。因此，藉由調整在讀出列n與快門列nS之間的間距，可改變讀出自該CMOS固態成像裝置之電荷之累積時間。此調整可以一線週期(一水平掃描週期)為單元來進行。
一現有CMOS感測器使用單一讀出列n與單一快門列ns用於成像一畫面來以逐列為基礎執行電子快門控制。垂直位址設定區段414x之快門時序控制功能元件為在讀出列n內的所有行(H1、H2、...、Hh)內的該等像素指定快門列ns，該讀出列n係由相同區段414x在一給定時間點指定。快門列ns係除讀出列n外的任一列，即在位置(時間)上與讀出列n分離Δs列。在此條件下，該快門時序控制功能元件重設該等像素。此重設操作可藉由在快門時序之前從該等光電轉換元件釋放該等電荷來達成。在一CMOS固態成像裝置之情況下，該重設操作可藉由開啟該等傳送及重設閘來達成。
直至在快門列ns內的該等像素係由垂直位址設定區段414x指定為讀出列n為止的時間週期係累積時間。即，在讀出列n與快門列ns之間的時間間隔係累積時間。此最終以逐列為基礎提供對累積時間的控制。當指定一正常累積時間(曝光時間)時，將不存取快門列ns。在此情況下，將累積電荷僅持續等於圖框速率的一時間週期。
如上所說明，由一CMOS固態成像裝置所執行之線曝光之特徵利用將用於電子快門之驅動脈衝φTGs以逐列為基礎供應至該等單元像素403。此使得可為該等單元像素403以逐列為基礎地指定在讀出列n與快門列n+Δs之間的時間差異，從而准許對累積時間的逐列就緒控制。
然而應注意，此處，一X-Y位址固態成像裝置使用該累積及循序讀出方案，如更早所說明。此方案在區域元件之每一者之每累積圖框時間讀出一像素信號。在此一裝置中，驅動脈衝φTGs係逐列供應。因此，使用線曝光(亦稱為滾動快門或焦平面累積)(參考圖3B及3C)。此係與基於該累積及同時讀出方案(即，全域曝光(參考圖3A))之其CCD對應者的一明顯差異。
當快門速度較慢且指定一足夠長像素累積時間時，累積週期偏差可忽略不計。然而，若快門速度較快且與水平掃描週期相差不多，則由於物件之水平運動與掃描時間(累積週期)差異，累積週期差異在線方向(列方向或水平掃描方向)上造成時間陰影失真(參考圖4B)。時間陰影失真在影像上以一運動失真之形式來表現自身(參考圖4C)。
此問題的一可行解決方案將係交錯掃描。在交錯掃描中，必須將複數個像素添加在一起，且欲添加在一起的像素之組合在場間變動。在一CCD固態成像裝置之情況下，甚至在欲添加像素之組合變動的情況下，垂直暫存器仍可以電荷形式來將該等信號添加在一起。另一方面，對於一常見CMOS固態成像裝置，電荷產生區段32與像素信號產生區段5係成一一對一關係，從而使以電荷形式添加信號不可能。
為此原因，本具體實施例運用一種新配置以貢獻於在線方向上的時間陰影失真改良，該時間陰影失真係由於線曝光之累積週期差異所引起且在影像上以一運動失真之形式來表現自身。
為了實現此配置，首先，像素陣列區段10具有複數個讀出選擇電晶體34，其作為電荷傳送區段(傳送閘極)提供用於每一電荷產生區段32。該些電荷傳送區段係分別連接至像素信號產生區段5(排除該等讀出選擇電晶體34)，即在不同列內的信號輸出區段6。提供用於相同電荷產生區段32的複數個讀出選擇電晶體34可選擇性開啟或關閉。垂直掃描區段14控制該些電晶體使得在傳送一信號電荷期間僅其中一者係作用中的。區段14選擇性使用複數個讀出選擇電晶體34之列以確保該成像裝置支援逐步與交錯掃描兩者。
在交錯掃描期間，形成該等單元像素群組2。在該等單元像素群組2之每一者中，複數個電荷產生區段32共用單一像素信號產生區段5。由複數個電荷產生區段32所產生之信號電荷係藉由像素信號產生區段5來添加在一起，其後讀出所得目標信號。此配置係等效於用於一線間傳送CCD之場累積的一驅動方法並稱為組合電荷添加的交錯掃描。儘管在稍後所給出之具體實施例之說明中，可省略術語「組合電荷添加」，但所有交錯掃描均係組合電荷添加來加以執行。
逐步掃描從用於一畫面(圖框)之垂直掃描線(在本具體實施例中像素信號產生區段5或信號輸出區段6之列)之信號輸出區段6循序讀出目標信號。交錯掃描藉由讀取該畫面之每N個掃描線將一畫面分割成N個影像(N個場)。換言之，交錯掃描以N個步驟來讀出畫面(場)，每一畫面在不同位置處具有1/N個掃描線。在組合電荷添加的交錯掃描中，每一場影像具有逐步掃描之垂直解析度1/N倍的一垂直解析度。另外，在場之間存在一時間差異。然而，每秒畫面數目係在逐步掃描中的每秒畫面數目N倍大。電荷累積時間係逐步掃描之電荷累積時間的1/N倍。此允許一移動物體之平滑呈現，從而貢獻於改良的時間解析度。因而，組合電荷添加的交錯掃描提供一優點，因為其可減輕與線曝光相關聯之時間陰影失真並防止在移動影像中的平滑運動退化。應注意，此不意味著拒絕交錯掃描捕捉一靜止影像。然而，在此情況下，每一場具有一時間差異。因此，成像一移動物體招致一模糊。
下面將給出一詳細說明。應注意，術語「一場週期」係指期間成像表面係二維掃描以讀出一影像的時間週期(更明確而言垂直掃描週期)。術語「一場週期」係指期間一影像係使用在成像表面上的所有像素來形成的時間週期。在調適以在垂直方向上循序掃描所有列的逐步掃描中，「一場週期」係等於「一圖框週期」。對比之下，在一第一垂直掃描期間略過一些列並在一第二垂直掃描期間掃描該等略過列以補充第一者的交錯掃描中，「K個場」係等於「一圖框」。「K」取決於其中略過列之方式而變動。正常情況下，K=2。應注意，不論是否使用逐步或交錯掃描，期間成像表面係二維掃描以讀出一影像的垂直掃描週期可廣義上稱為「一圖框」。
<像素陣列區段：第一具體實施例>
圖5係作為一比較範例來說明一像素陣列區段10Z的一圖式。圖6係說明依據一第一具體實施例之一像素陣列區段10A的一圖式。
各包括一光二極體及其他組件並調適以產生信號電荷的該等電荷產生區段32係以一矩陣形式來二維配置。作為一範例，單元像素3具有一四電晶體組態，除電荷產生區段32外，該四電晶體組態還包括四個電晶體(讀出選擇電晶體34、重設電晶體36、垂直選擇電晶體40及放大電晶體42)作為其基本元件，每一電晶體具有一不同功能。讀出選擇電晶體34、重設電晶體36及放大電晶體42連同一浮動擴散38組成像素信號產生區段5。接著，像素信號產生區段5與垂直選擇電晶體40組成一信號輸出區段6。相同區段6為由電荷產生區段32所產生之信號電荷產生並輸出像素信號電壓Vx。電晶體34、36、40及42還可統稱為像素電晶體。
組成該傳送區段的讀出選擇電晶體34(傳送電晶體/讀出電晶體)之閘極係連同在相同列內的相同電晶體34之閘極來連接至一傳送佈線54。該等閘極係由來自一傳送驅動緩衝器BFT之一傳送信號TRG來加以驅動。組成一初始化區段的重設電晶體36之閘極係連同在相同列內的相同電晶體36之閘極來連接至一重設佈線56。該等閘極係由來自一重設驅動緩衝器BF2之一重設信號RST來加以驅動。垂直選擇電晶體40(選擇電晶體)之閘極係連同在相同列內的相同電晶體40之閘極來連接至一垂直選擇線58。該等閘極係藉由來自一選擇驅動緩衝器BF3之一垂直選擇信號VSEL來加以驅動。傳送佈線54、重設佈線56及垂直選擇線58係圖1中所示之列控制線15。
所有電晶體均係n通道MOS電晶體。一般而言，在高位準(源極電壓位準)處作用中且在低位準(參考位準)處非作用中的一二進制脈衝係用於所有信號，即傳送信號TRG、重設信號RST及垂直選擇信號VSEL。該源極電壓位準係(例如)大約3V。該參考位準係(例如)0.4至0.7V或接地位準，即0V。然而，一些或所有脈衝可能取決於情形而係大約-1V的一負電位。
包括一光二極體PD或其他光接收元件DET的該等電荷產生區段32(即偵測區段之一範例)各使光接收元件DET之一末端(陽極側)連接至在低電位側(負電位，例如在大約-1V處)的一參考電位Vss。該等區段32各使光接收元件DET之另一末端(陰極側)連接至讀出選擇電晶體34之輸入端子(一般為源極)。應注意，參考電位Vss可能係一接地電位GND。讀出選擇電晶體34使其輸出端子(一般為汲極)連接至一連接節點，重設電晶體36、浮動擴散38及放大電晶體42係連接至該連接節點。重設電晶體36使其源極連接至浮動擴散38並使其汲極連接至一重設電源Vrd(正常情況下亦用作一電源Vdd)。
垂直選擇電晶體40使(例如)其汲極連接至放大電晶體42之源極，其源極連接至一像素線51且其閘極(明確而言稱為一垂直選擇閘極SELV)連接至垂直選擇線58。像素線51係連同在相同行內的其他像素線51來連接至垂直信號線19。放大電晶體42使其閘極連接至浮動擴散38，其汲極連接至電源Vdd且其源極連接至像素線51並經由垂直選擇電晶體40來進一步連接至垂直信號線19。應注意，本具體實施例不限於此組態。或者，垂直選擇電晶體40與放大電晶體42可在其位置上翻轉使得垂直選擇電晶體40使其汲極連接至電源Vdd而其源極連接至放大電晶體42之汲極並使得放大電晶體42使其源極連接至像素線51。
垂直信號線19之一末端朝行類比轉數位轉換區段26延伸。相同線19係沿其路線來連接至讀出電流控制區段24。儘管省略其詳細圖解，但讀出電流控制區段24沿每一垂直行具有一負載MOS電晶體並連同一參考電流源區段組成一電流鏡電路，該電流鏡電路使該等負載MOS電晶體之閘極連接在一起。此電流鏡電路用作用於該等垂直信號線19的一電流源。區段24亦連同放大電晶體42組成一源極隨耦器，其供應一大約恆定操作電流(讀出電流)。
此處，依據該第一具體實施例之像素陣列區段10具有一像素共用結構，其中在單元像素3內的該等組件之一些者係由複數個單元像素3所共用。在像素陣列區段10內組成單元像素群組2的該等單元像素3係以與在一普通CMOS影像感測器中相同的方式來加以組態。此處，作為一範例來顯示一兩像素共用結構，其中在列方向(垂直方向)上的兩個單元像素3共用該等組件以形成單一單元像素群組2。應注意，該等單元像素3之組態與藉由組合該等單元像素3所形成之單元像素群組2之組態僅係範例。本具體實施例不限於此。例如，本具體實施例不限於由兩個單元像素3所組成之單元像素群組2。相反，相同群組2可由三、四或八個單元像素3所組成。
從電路組態之觀點，單元像素群組2具有兩個電荷產生區段32。除讀出選擇電晶體34外，相同區段32共用重設電晶體36、浮動擴散38及放大電晶體42。然而不同於圖5中所示之像素共用結構，依據圖6中所示之第一具體實施例之結構具有讀出選擇電晶體34，其係以一方式提供使得調適以共用該等組件之該等電荷產生區段32可在交錯掃描期間在場間變化。
即，圖5中所示之比較範例具有一像素共用結構，其經調適以在垂直方向上將兩個像素添加在一起。為了用作用以將分別累積於兩個電荷產生區段32a及32b內的信號電荷Qa及Qb傳送至共同像素信號產生區段5之構件，單元像素群組2具有彼此獨立的讀出選擇電晶體34a及34b、傳送佈線54a及54b及傳送驅動緩衝器BF1a及BF1b。一第一單元像素3a可視為包括電荷產生區段32a、讀出選擇電晶體34a及像素信號產生區段5，且一第二單元像素3b可視為包括電荷產生區段32b、讀出選擇電晶體34b及像素信號產生區段5。整體上，單元像素群組2包括五個電晶體。當根據電荷產生區段32a及32b來檢視時，該些區段各具有一四電晶體組態，其中單元像素3包括四個電晶體。
另一方面，在圖6中所示之第一具體實施例中，單元像素群組2具有N(在圖6中兩個或上部及下部)讀出選擇電晶體34U及34D用於該等電荷產生區段32之每一者。該等讀出選擇電晶體34U之每一者之閘極係藉由連接至一傳送佈線54U之一傳送驅動緩衝器BF1U來加以驅動。該等讀出選擇電晶體34D之每一者之閘極係藉由連接至一傳送佈線54D之一傳送驅動緩衝器BF1D來加以驅動。
用於相同電荷產生區段32之讀出選擇電晶體34U及34D係連接至在不同列內的該等像素信號產生區段5。例如，在一2n列(n係等於或大於1的一正整數)內的一讀出選擇電晶體34D_2n與在一2n+1列內的一讀出選擇電晶體34U_2n+1係連接至在2n列內的一像素信號產生區段5_2n(排除讀出選擇電晶體34)。在一2n-1列內的一讀出選擇電晶體34D_2n-1與在2n列內的一讀出選擇電晶體34U_2n係連接至在2n-1列內的一像素信號產生區段5_2n_1(排除讀出選擇電晶體34)。
在每一對內的該等上部及下部電荷產生區段32共用重設電晶體36、浮動擴散38、垂直選擇電晶體40及放大電晶體42。此外，單元像素群組2可藉由使用該等讀出選擇電晶體34U及34D在該等選定列之間變化來在場間改變調適以共用該等組件的該等電荷產生區段32。
欲啟動的該等讀出選擇電晶體34U及34D之列可依據掃描類型(即，逐步或交錯掃描)來加以選擇。在交錯掃描期間，連接至在目標列內的像素信號產生區段5的該等讀出選擇電晶體34U及34D係開啟。此允許浮動擴散38將兩個電荷產生區段32之信號電荷添加在一起。
該第一具體實施例係類似於該比較範例，因為該等第一及第二單元像素3各包括該兩個電荷產生區段32、兩個讀出選擇電晶體34及像素信號產生區段5且該兩個單元像素3組成單元像素群組2。然而在該比較範例之像素共用結構中，調適以共用該等組件的該等電荷產生區段32之組合係固定。對比之下，如稍後說明，在交錯掃描期間，該第一具體實施例之像素共用結構可使用該等讀出選擇電晶體34U及34D在奇數場與偶數場之間改變調適以共用該等組件的該等電荷產生區段32之組合，此係與該比較範例的一明顯差異。
<交錯掃描：第一具體實施例>
圖7至12B-2係說明依據該第一具體實施例之交錯掃描之圖式。此處，圖7係說明用於交錯掃描的該等電荷產生區段32與像素電晶體之組合(如何形成單元像素群組2)的一圖式。圖8係說明在該第一具體實施例中在交錯掃描中在奇數場讀出期間的一信號流之一圖式。圖9係在該第一具體實施例中在交錯掃描中奇數場讀出之一概念圖。圖10係說明在該第一具體實施例中在交錯掃描中在偶數場讀出期間的一信號流之一圖式。圖11係在該第一具體實施例中在交錯掃描中偶數場讀出之一概念圖。圖12A-1至12B-2係說明由於交錯掃描而減輕與線曝光相關聯之時間陰影失真之效果的圖式。
該第一具體實施例之交錯掃描將一畫面劃分成兩個影像(偶數場及奇數場)並藉由讀取一畫面之每兩個垂直掃描線(在本具體實施例中該等像素信號產生區段5及信號輸出區段6之列)以兩個步驟來分離地讀取該些影像。
首先，將說明一情況，其中一奇數場係藉由來自在奇數列(2n-1：n係等於或大於1的一正整數)內的該等信號輸出區段6之像素信號來加以形成。如圖7中所解說，分別在2n-1及2n列內的該等讀出選擇電晶體34D_2n-1及34U_2n係組合使用使得分別在2n-1及2n列內的電荷產生區段32_2n-1及32_2n共用在2n-1列內的一像素信號產生區段5_2n-1。
在此情況下，當啟動一垂直選擇電晶體40_2n-1時，啟動讀出選擇電晶體34D_2n-1及34U_2n兩者，如圖8中所解說。此允許一浮動擴散38_2n-1將由電荷產生區段32_2n-1及32_2n所產生之信號電荷添加在一起。所得電荷係先藉由像素信號產生區段5_2n-1來轉換成像素信號電壓Vx，並接著經由垂直信號線19來傳送至行類比轉數位轉換區段26。
如圖9中所解說，當關注中心像素時，一信號電荷係從下部電荷產生區段32_2n讀出至浮動擴散38_2n-1，該浮動擴散係藉由開啟讀出選擇電晶體34U_2n與上部電荷產生區段32_2n-1來共用。一信號電荷係亦從上部電荷產生區段32_2n-1讀出至浮動擴散38_2n-1內，其中兩個信號電荷係添加在一起。
接下來，將說明一情況，其中一偶數場係藉由來自在偶數列(2n-1：n係等於或大於1的一正整數)內的該等信號輸出區段6之像素信號來加以形成。如圖7中所解說，分別在2n及2n+1列內的該等讀出選擇電晶體34D_2n及34U_2n+1係組合使用使得分別在2n及2n+1列內的電荷產生區段32_2n及32_2n+1共用在2n列內的該像素信號產生區段5_2n。
在此情況下，當啟動一垂直選擇電晶體40_2n時，啟動讀出選擇電晶體34D_2n及34U_2n+1兩者，如圖10中所解說。此允許一浮動擴散38_2n將由電荷產生區段32_2n及32_2n+1所產生之信號電荷添加在一起。所得電荷係先藉由像素信號產生區段5_2n來轉換成像素信號電壓Vx，並接著經由垂直信號線19來傳送至行類比轉數位轉換區段26。
如圖11中所解說，當關注中心像素時，一信號電荷係從上部電荷產生區段32_2n讀出至浮動擴散38_2n內，該浮動擴散係藉由開啟讀出選擇電晶體34U_2n與下部電荷產生區段32_2n+1來共用。一信號電荷係亦從下部電荷產生區段32_2n+1讀出至浮動擴散38_2n內，其中該兩個信號電荷係添加在一起。
如上所說明，該等讀出選擇電晶體34(讀出閘極)之組合係在交錯掃描期間在場間變化。此准許選擇讀出該等信號電荷至其內的像素信號產生區段5(例如，浮動擴散38)。
該兩個讀出選擇電晶體34D及34U係提供用於該等電荷產生區段32之每一者。相同電晶體34D及34U之一選擇性組合使複數個電荷產生區段32可共用單一像素信號產生區段5(例如，排除讀出選擇電晶體34的浮動擴散38)。藉由選擇欲啟動的該等讀出選擇電晶體34D及34U之列以匹配交錯掃描，採取電荷形式的該等信號可藉由浮動擴散38來添加在一起。此消除在像素區段內對任一信號添加記憶體的需要，從而防止增加的晶片區域。儘管浮動擴散38係由複數個電荷產生區段32及讀出選擇電晶體34所共用，但幾乎不存在浮動擴散38之任何寄生電容增加，從而防止轉換效率明顯降低。
與在記憶體區段內添加該等信號之相關技術相比，期望本具體實施例提供N倍的S/N比改良。N係欲添加在一起的該等電荷產生區段32之數目。此時，用於該等電荷產生區段32之讀出選擇電晶體34之數目亦係N。
第一具體實施例：S=2倍，N=1倍->S/N=2
相關技術：S=1倍，N=1倍->S/N=1
(假定在先前技術中的S及N係一倍。)
另外，除浮動擴散38外，在像素陣列區段10內不需要任何單獨電荷儲存區段來暫時儲存電荷。因此，不必降低該等電荷產生區段32之大小，從而防止飽和信號位準降低。儘管必須提供複數個讀出選擇電晶體34D及34U，但與其中除設於該等像素信號產生區段5(信號輸出區段6)內的現有電荷累積區段(浮動擴散38)外還提供單獨電荷累積區段(用於暫時儲存電荷)的情況相比，本具體實施例僅引起該等電荷產生區段32之一更小大小降低。
而且，本具體實施例使用該等浮動擴散38來將該等信號電荷添加在一起。一信號位準增加「原樣」轉譯成一像素信號電壓Vx增加。此提供與增加信號位準相當的改良S/N比。
因為該N個(在先前範例中兩個)讀出選擇電晶體34係提供用於該等電荷產生區段32之每一者，故在讀出及/或電子快門期間不用於信號電荷傳送的另一讀出選擇電晶體34之閘極之非作用中位準可減少至一低於正常位準。在此範例中，若該正常非作用中位準係接地位準，則該非作用中位準可減少至一負位準。若該正常非作用中位準係一負位準，則該非作用中位準可減少至一更低負位準。此係在圖9及11中藉由內部具有一負號「-」之圓形來顯示。因此，此在傳送方向上提供一有效電位梯度。有效用於提供至該等電荷產生區段32之電荷傳送之一電位梯度貢獻於調適以傳送信號電荷的讀出選擇電晶體34之改良傳送效率。
另一方面，如圖12A-1及12B-1中所解說，每一對電荷產生區段32(即在一奇數列內的一者與在下一偶數列內的另一者)之該等信號電荷係添加在一起，且該目標信號係在交錯掃描期間對於一奇數場從在奇數列(在該等圖中的黑點)內的信號輸出區段6讀出。對於一偶數場，每一對電荷產生區段32(即在一偶數列內的一者與在下一奇數列內的另一者)之該等信號電荷係添加在一起，且該目標信號係從在該偶數列(在該等圖中的黑點)內的信號輸出區段6讀出。產生自交錯掃描的每一場影像係由交替垂直掃描線所構成。然而，該場週期係現有圖框週期的一半。因此，此在兩個場中在時間陰影失真(運動失真)上提供從現有者的百分之五十降低，從而減輕與線曝光相關聯之時間陰影失真。如圖12A-2及12B-2中所解說，應清楚，與圖4C中所示者相比，已在兩個場中降低快速移動物體之運動失真。
然而，兩個場影像係使用等於場週期的一時間差異來加以捕捉。因此，若該物體正在移動，則一模糊在藉由組合該兩個場影像所形成之靜止影像中發生。即，藉由組合交錯奇數場及偶數場所形成的一影像針對一移動物體而遭受在偶數場與奇數場之間的一未對準。在一移動影像之情況下，此未對準幾乎沒有問題。在一靜止影像之情況下，其可能有問題。因此，對於靜止影像捕捉，僅必需取決於針對在交錯掃描中在偶數場與奇數場之間的未對準來藉由衡量在逐步掃描中與線曝光相關聯之運動失真該等交錯及逐步影像之哪一者係較佳來選擇該兩個方案(即交錯及逐步掃描)之一者。當然，組合機械快門的逐步掃描可用於靜止影像捕捉。
<逐步掃描：第一具體實施例>
圖13係說明在該第一具體實施例中用於逐步掃描的電荷產生區段32與像素電晶體之組合的一圖式。圖14係說明在該第一具體實施例中在逐步掃描中在讀出期間的信號流之一第一範例的一圖式。圖15係說明在該第一具體實施例中在逐步掃描中在讀出期間的信號流之一第二範例的一圖式。
因為存在複數個(在先前範例中兩個)讀出選擇電晶體34用於該等電荷產生區段32之每一者，故可取決於使用該等讀出選擇電晶體34之哪一者來使用複數個讀出方法。對於單一電荷產生區段32，僅必需使用該等讀出選擇電晶體34U及34D之任一者。例如，基本上存在兩個可行方法，即第一及第二範例，如圖13中所解說。在該第一範例中，全部在一k列(k係一正整數)的一電荷產生區段32_k、讀出選擇電晶體34D_k及像素信號產生區段5_k係組合使用。在該第二範例中，全部在一k+1列(k係一正整數)內的一電荷產生區段32_k+1與讀出選擇電晶體34U_k+1與在k列內的像素信號產生區段5_k係組合使用。當然，包括在讀出列間在第一及第二範例之間切換的修改係亦可行。
在該第一範例之情況下，當啟動一垂直選擇電晶體40_k時，啟動讀出選擇電晶體34D_k，如圖14中所解說。此允許將由電荷產生區段32_k所產生之信號電荷讀出至一浮動擴散38_k內。該電荷係先藉由像素信號產生區段5_k來轉換成像素信號電壓Vx，並接著經由垂直信號線19來傳送至行類比轉數位轉換區段26。
在該第二範例之情況下，當啟動垂直選擇電晶體40_k時，啟動讀出選擇電晶體34U_k+1，如圖15中所解說。此允許將由電荷產生區段32_k+1所產生之信號電荷讀出至浮動擴散38_k內。該電荷係先藉由像素信號產生區段5_k來轉換成像素信號電壓Vx，並接著經由垂直信號線19來傳送至行類比轉數位轉換區段26。
如上所說明，依據該第一具體實施例之像素電路結構不僅支援交錯掃描，而且支援普通逐步掃描。
<像素陣列區段：第二具體實施例>
圖16係說明依據一第二具體實施例之一像素陣列區段10B的一圖式。該第二具體實施例提供單元像素3，其具有從一四電晶體者所修改的一三電晶體組態。與該四電晶體組態相比，該三電晶體組態係無垂直選擇電晶體40。該第二具體實施例在所有其他方面中均類似於該第一具體實施例。該第二具體實施例具有該N個(在先前範例中兩個或34U及34D)讀出選擇電晶體34用於該等電荷產生區段32之每一者，從而允許選擇欲啟動的該等讀出選擇電晶體34U及34D之列以匹配交錯掃描。
如在該第一具體實施例中，浮動擴散38係在該第二具體實施例中連接至放大電晶體42之閘極。因而，放大電晶體42將與浮動擴散38之電位相當的信號輸出至垂直信號線19。
重設電晶體36使其重設佈線56在列方向上延伸。一汲極線59係由幾乎全部像素所合用。汲極線59係藉由來自一汲極驅動緩衝器BF4之一源極電壓來加以驅動。由重設驅動緩衝器BF2驅動，重設電晶體36控制浮動擴散38之電位。此處，儘管在列方向上分離，但汲極線59係實質上由所有列所合用。
如上所說明，不同於該四電晶體對應物，該三電晶體組態係無垂直選擇電晶體40，否則其將串聯連接至放大電晶體42。因此，像素信號產生區段5「原樣」用作信號輸出區段6。垂直信號線19使若干像素連接至其。然而，像素之選擇係藉由控制FD電位而非垂直選擇電晶體40來進行。FD電位正常情況下較低。然而，在像素選擇期間，選定像素之FD電位係拉高，從而允許將選定像素之信號讀出至垂直信號線19內。接著，選定像素之FD電位係拉回低。此操作係在一列內的該等像素上同時執行。
如上所說明，該FD電位控制操作係如下：1)拉高汲極線59以經由在該選定列內的重設電晶體36來拉高該選定列之FD電位，及2)拉低汲極線59以經由在該選定列內的重設電晶體36拉低該選定列之FD電位。
另一方面，電荷產生區段32之信號電荷係藉由讀出選擇電晶體34來讀出至浮動擴散38內。因此，該等四電晶體組態及三電晶體組態係在此方面類似。因此，關於該第一具體實施例在交錯與逐步掃描期間在該等讀出選擇電晶體34之間的切換的說明可「原樣」應用於該第二具體實施例。
<像素陣列區段：第三具體實施例>
圖17係說明依據一第三具體實施例之一像素陣列區段10C的一圖式。在該第三具體實施例中，組件係在水平方向上在複數行之間共用。在正常像素結構中，在垂直方向上的該等像素係未添加在一起。此點已在該第三具體實施例中改變使得在垂直方向上的兩個像素係在交錯掃描期間添加在一起。因為存在複數個此類行，故該第三具體實施例支援一兩列乘M行添加模式。為了簡化，將對其中M=2的一情況進行一說明。
如在該第一具體實施例中，在該第三具體實施例中，單元像素群組2具有該兩個讀出選擇電晶體34U及34D用於該等電荷產生區段32之每一者。不同於在該第一具體實施例中，像素信號產生區段5(排除讀出選擇電晶體34)係在兩列之間共用。儘管未解說，但該等讀出選擇電晶體34U(即在一奇數行內的一者與在一偶數行內的另一者)之該等閘極係連接至該等不同傳送佈線54D並藉由彼此獨立的該等傳送驅動緩衝器BF1U來加以驅動。該等讀出選擇電晶體34D(即在一奇數行內的一者與在一偶數行內的另一者)之該等閘極係連接至不同傳送佈線54D並藉由彼此獨立的該等傳送驅動緩衝器BF1D來加以驅動。
用於相同電荷產生區段32的該等讀出選擇電晶體34U及34D係連接至在不同列內的該等像素信號產生區段5。然而，在該等成對行內的該等電荷產生區段32之讀出選擇電晶體34U或34D(即在一奇數行內的一者與在一偶數行內的另一者)係連接至在相同列內的像素信號產生區段5。
因此，該一浮動擴散38係在該四個電荷產生區段32(即左上、左下、右上及右下者)中共用。即，該四個電荷產生區段32共用該一重設電晶體36、一浮動擴散38、一垂直選擇電晶體40及一放大電晶體42。
如在該第一具體實施例中，可選擇欲啟動的該等讀出選擇電晶體34D及34U之列以匹配逐步及交錯掃描。在交錯掃描期間，在兩行(即，第2m-1行及第2m行(m係等於或大於1的一正整數))內的上部及下部讀出選擇電晶體34D及34U係開啟。此允許浮動擴散38將四個電荷產生區段32之信號電荷添加在一起。該第三具體實施例係類似於該第一具體實施例，因為在交錯掃描期間，調適以共用該等組件的該等上部及下部電荷產生區段32之組合可藉由在該等讀出選擇電晶體34U及34D之間變化來在奇數場及偶數場之間變化。
<交錯掃描：第三具體實施例>
圖18A至22係說明在該第三具體實施例中的交錯及逐步掃描的圖式。此處，圖18A及18B係說明在該第三具體實施例中用於交錯及逐步掃描的該等電荷產生區段32與像素電晶體之組合的圖式。圖19係說明在交錯掃描中在奇數場讀出期間的一信號流之一圖式。圖20係在交錯掃描中奇數場讀出之一概念圖。圖21係說明在交錯掃描中在偶數場讀出期間的一信號流之一圖式。圖22係在交錯掃描中偶數場讀出之一概念圖。
首先，將說明一情況，其中一奇數場係藉由來自在奇數列(2n-1：n係等於或大於1的一正整數)內的該等信號輸出區段6之像素信號來加以形成。如圖18A中所解說，在一奇數列內的一像素信號產生區段5_2n-1,2m係在四個電荷產生區段32內共用，即在一第2m-1行(m係等於或等於1的一正整數)之2n-1列內的一電荷產生區段32_2n-1,2m-1、在第2m-1行之2n列內的一電荷產生區段32_2n,2m-1、在一第2m行之2n-1列內的一電荷產生區段32_2n-1,2m及在第2m行之2n列內的一電荷產生區段32_2n,2m。因此，組合使用四個讀出選擇電晶體34，即在第2m-1行之2n-1列內的一讀出選擇電晶體34D_2n-1,2m-1、在第2m-1行之2n列內的一讀出選擇電晶體34U_2n,2m-1、在第2m行之2n-1列內的一讀出選擇電晶體34D_2n-1,2m及在第2m行之2n列內的一讀出選擇電晶體34U_2n,2m。
在此情況下，當啟動一垂直選擇電晶體40_2n-1,2m時，全部啟動讀出選擇電晶體34D_2n-1,2m-1、34U-2n,2m-1、34D_2n-1,2m及34U_2n,2m，如圖19中所解說。此允許一浮動擴散38_2n-1,2m將由電荷產生區段32_2n-1,2m-1、32_2n,2m-1、32_2n-1,2m及32_2n,2m所產生之信號電荷添加在一起。所得電荷係先藉由像素信號產生區段5_2n-1,2m來轉換成像素信號電壓Vx，並接著經由垂直信號線19來傳送至行類比轉數位轉換區段26。
關注電荷產生區段32_2n,2m-1，其係在第2m-1行中從底部的第二者，如圖20中所解說。藉由開啟讀出選擇電晶體34U_2n,2m-1，該信號電荷係從此電荷產生區段讀出至浮動擴散38_2n-1,2m內，該浮動擴散係在電荷產生區段32_2n,2m-1與三個其他電荷產生區段32(即上部電荷產生區段32_2n-1,2m-1、右電荷產生區段32_2n,2m及右上電荷產生區段32_2n-1,2m)中共用。該等信號電荷係亦從該等上部電荷產生區段32_2n-1,2m-1、右電荷產生區段32_2n,2m及右上電荷產生區段32_2n-1,2m讀出至浮動擴散38_2n-1,2m內，其中該等信號電荷係添加在一起。
接下來，將說明一情況，其中一偶數場係藉由來自在偶數列(2n：n係等於或大於1的一正整數)內的該等信號輸出區段6之像素信號來加以形成。如圖18A中所解說，在一偶數列內的一像素信號產生區段5_2n,2m係在四個電荷產生區段32內共用，即在第2m-1行之2n列內的電荷產生區段32_2n,2m-1、在第2m-1行之一2n+1列內的一電荷產生區段32_2n+1,2m-1、在第2m行之2n列內的電荷產生區段32_2n,2m及在第2m行之2n+1列內的一電荷產生區段32_2n+1,2m。因此，組合使用四個讀出選擇電晶體34，即在第2m-1行之2n列內的一讀出選擇電晶體34D_2n,2m-1、在第2m-1行之2n+1列內的一讀出選擇電晶體34U_2n+1,2m-1、在第2m行之2n列內的一讀出選擇電晶體34D_2n,2m及在第2m行之2n+1列內的一讀出選擇電晶體34U_2n+1,2m。
在此情況下，當啟動一垂直選擇電晶體40_2n,2m時，全部啟動讀出選擇電晶體34D_2n,2m-1、34U_2n+1,2m-1、34D_2n,2m及34U_2n+1,2m，如圖21中所解說。此允許一浮動擴散38_2n,2m將由電荷產生區段32_2n,2m-1、32_2n+1,2m-1、32_2n,2m及32_2n+1,2m所產生之信號電荷添加在一起。所得電荷係先藉由像素信號產生區段5_2n,2m來轉換成像素信號電壓Vx，並接著經由垂直信號線19來傳送至行類比轉數位轉換區段26。
關注電荷產生區段32_2n,2m-1，其係在第2m-1行中從底部的第二者，如圖22中所解說。藉由開啟讀出選擇電晶體34U_2n,2m-1，該信號電荷係從此電荷產生區段32_2n,2m-1讀出至浮動擴散38_2n-1,2m內，該浮動擴散係在電荷產生區段32_2n,2m-1與三個其他電荷產生區段32(即下部電荷產生區段32_2n+1,2m-1、右電荷產生區段32_2n,2m及右下電荷產生區段32_2n+1,2m)中共用。該等信號電荷係亦從該等下部電荷產生區段32_2n+1,2m-1、右電荷產生區段32_2n,2m及右下電荷產生區段32_2n+1,2m讀出至浮動擴散38_2n,2m內，其中該等信號電荷係添加在一起。
如上所說明，甚至在支援兩個乘兩個像素添加的第二具體實施例中，該等讀出選擇電晶體34(讀出閘極)仍在交錯掃描期間在場間變化以選擇欲讀取該等信號電荷至其的像素信號產生區段5(例如，浮動擴散38)。
該第三具體實施例不同於該第一者，因為在水平方向上的複數個像素(在先前範例中兩個像素)係亦添加在一起。然而，該第三具體實施例係以其中在垂直方向上添加像素之方式類似於該第一者。因此，該第三具體實施例提供與該第一者相同的有利效果。該第三具體實施例係亦類似於該第一者，因為在讀出及/或電子快門期間不用於信號電荷傳送的另一讀出選擇電晶體34之閘極之非作用中位準可減少至一低於正常位準。此係在圖20及22中藉由內部具有一負號「-」之圓形來顯示。
儘管未解說，但在依據該第三具體實施例之像素結構中在逐步掃描期間的信號流係類似於在該第一具體實施例中者。如圖18B中所解說，兩個範例係可行，即其中在k列(k係一正整數)內的電荷產生區段32_k,2m-1及32_k,2m與在k列內的一像素信號產生區段5_k,2m係組合使用的第一者與其中在k+1列(k係一正整數)內的電荷產生區段32_k+1,2m-1及32_k+1,2m與在k列內的像素信號產生區段5_k,2m係組合使用的第二者。當然，包括在讀出列間在第一及第二範例之間切換的修改係亦可行。
<像素陣列區段：第四具體實施例>
圖23係說明依據一第四具體實施例之一像素陣列區段10D的一圖式。該第四具體實施例具有從該第一具體實施例之像素配置結構旋轉45度的一像素配置結構。此結構僅需要藉由將頁對角旋轉45度來加以考量。可應用於該第一具體實施例之相同方案亦可針對交錯及逐步掃描應用於該第四具體實施例。因此，該第四具體實施例提供與該第一者相同的有利效果。
儘管未解說，但該第四具體實施亦可應用於(例如)一蜂巢配置。因此，可想像，該第四具體實施例可提供相同的有利效果。
<像素陣列區段：第五具體實施例>
圖24係說明依據一第五具體實施例之一像素陣列區段10E的一圖式。依據該第五具體實施例之單元像素群組2具有三個讀出選擇電晶體34U、34M及34D用於該等電荷產生區段32之每一者。用於相同電荷產生區段32的該等讀出選擇電晶體34U、34M及34D係連接至在不同列內的該等像素信號產生區段5。
例如，在一3n列(n係等於或大於1的一正整數)內的一讀出選擇電晶體34M_3n、在一3n-1列內的一讀出選擇電晶體34D_3n-1及在一3n+1列內的一讀出選擇電晶體34U_3n+1係連接至在3n列內的一像素信號產生區段5_3n(排除讀出選擇電晶體34)。在3n+1列內的一讀出選擇電晶體34M_3n+1、在3n列內的一讀出選擇電晶體34D_3n及在一3n+2列內的一讀出選擇電晶體34U_3n+2係連接至在3n+1列內的一像素信號產生區段5_3n+1(排除讀出選擇電晶體34)。在3n+2列內的一讀出選擇電晶體34M_3n+2、在3n+1列內的一讀出選擇電晶體34D_3n+1及在一3n+3列內的一讀出選擇電晶體34U_3n+3係連接至在3n+2列內的一像素信號產生區段5_3n+2(排除讀出選擇電晶體34)。在每一群組內的該等上部、中間及下部電荷產生區段32共用重設電晶體36、浮動擴散38、垂直選擇電晶體40及放大電晶體42。
該第五具體實施例係類似於該第一者，因為可選擇欲啟動的該等讀出選擇電晶體34U、34M及34D之列以匹配逐步及交錯掃描。在交錯掃描期間，連接至在欲讀出列內的像素信號產生區段5的該等上部、中間及下部讀出選擇電晶體34U、34M及34D係開啟使得浮動擴散38將該三個電荷產生區段32之信號電荷添加在一起。
<交錯掃描：第五具體實施例>
圖25A及25B係說明在該第五具體實施例中用於交錯及逐步掃描的該等電荷產生區段32與像素電晶體之組合的圖式。圖26係說明在該第五具體實施例中在交錯掃描中在一第一場(在第3n列內的掃描線之組合)之讀出期間的一信號流之一圖式。圖27係說明在該第五具體實施例中在交錯掃描中在一第二場(在第3n+1列內的掃描線之組合)之讀出期間的一信號流之一圖式。圖28係說明在該第五具體實施例中在交錯掃描中在一第三場(在第3n+2列內的掃描線之組合)之讀出期間的一信號流之一圖式。
該第五具體實施例之交錯掃描將一畫面劃分成三個影像(第一、第二及第三場)並藉由讀取一畫面之每三個垂直掃描線(在此具體實施例中該等像素信號產生區段5及信號輸出區段6之列)以三個步驟來分離地讀取該些影像。
首先，將說明一情況，其中掃描線使用來自在第3n列內的該等信號輸出區段6之像素信號來組成一第一場。如圖25A中所解說，分別在3n-1、3n及3n+1列內的讀出選擇電晶體34D_3n-1、34M_3n及34U_3n+1係組合使用使得分別在3n-1、3n及3n+1列內的電荷產生區段32_3n-1、32_3n及32_3n+1共用在3n列內的像素信號產生區段5_3n。
在此情況下，當啟動一垂直選擇電晶體40_3n時，全部啟動讀出選擇電晶體34D_3n-1、34M_3n及34U_3n+1，如圖26中所解說。此允許一浮動擴散38_3n將由電荷產生區段32_3n-1、32_3n及32_3n+1所產生之信號電荷添加在一起。所得電荷係先藉由像素信號產生區段5_3n來轉換成像素信號電壓Vx，並接著經由垂直信號線19來傳送至行類比轉數位轉換區段26。
接下來，將說明一情況，其中掃描線使用來自在第3n+1列內的該等信號輸出區段6之像素信號來組成一第二場。如圖25A中所解說，分別在3n、3n+1及3n+2列內的讀出選擇電晶體34D_3n、34M_3n+1及34U_3n+2係組合使用使得分別在3n、3n+1及3n+2列內的電荷產生區段32_3n、32_3n+1及32_3n+2共用在3n+1列內的像素信號產生區段5_3n+1。
在此情況下，當啟動一垂直選擇電晶體40_3n+1時，全部啟動讀出選擇電晶體34D_3n、34M_3n+1及34U_3n+2，如圖27中所解說。此允許一浮動擴散38_3n+1將由電荷產生區段32_3n、32_3n+1及32_3n+2所產生之信號電荷添加在一起。所得電荷係先藉由像素信號產生區段5_3n+1來轉換成像素信號電壓Vx，並接著經由垂直信號線19來傳送至行類比轉數位轉換區段26。
接下來，將說明一情況，其中掃描線使用來自在第3n+2列內的該等信號輸出區段6之像素信號來組成一第三場。如圖25A中所解說，分別在3n+1、3n+2及3n+3列內的讀出選擇電晶體34D_3n+1、34M_3n+2及34U_3n+3係組合使用使得分別在3n+1、3n+2及3n+3列內的電荷產生區段32_3n+1、32_3n+2及32_3n+3共用在3n+2列內的像素信號產生區段5_3n+2。
在此情況下，當啟動一垂直選擇電晶體40_3n+2時，全部啟動讀出選擇電晶體34D_3n+1、34M_3n+2及34U_3n+3，如圖28中所解說。此允許一浮動擴散38_3n+2將由電荷產生區段32_3n+1、32_3n+2及32_3n+3所產生之信號電荷添加在一起。所得電荷係先藉由像素信號產生區段5_3n+2來轉換成像素信號電壓Vx，並接著經由垂直信號線19來傳送至行類比轉數位轉換區段26。
如上所說明，該等讀出選擇電晶體34(讀出閘極)係在交錯掃描期間在場間變化以選擇欲讀取該等信號電荷至其的像素信號產生區段5(例如，浮動擴散38)。單元像素群組2具有該三個讀出選擇電晶體34U、34M及34D用於該等電荷產生區段32之每一者。該三個讀出選擇電晶體34U、34M及34D係提供用於該等電荷產生區段32之每一者。該等電晶體34U、34M及34D之一選擇性組合使複數個電荷產生區段32可共用單一像素信號產生區段5(例如，排除讀出選擇電晶體34的浮動擴散38)。藉由選擇欲啟動的該等讀出選擇電晶體34U、34M及34D之列以匹配交錯掃描，採取電荷形式的該等信號可藉由浮動擴散38來添加在一起。
該第五具體實施例在該等電荷產生區段32之信號電荷係在垂直方向上添加在一起所採取之方式並亦在劃分一畫面所採取之方式不同於該第一者。即，該第五具體實施例將在兩列內的該等電荷產生區段32之信號電荷添加在一起並藉由讀取每兩列的該等信號輸出區段6來將一畫面劃分成兩個影像。對比之下，該第一具體實施例將在三列內的該等電荷產生區段32之信號電荷添加在一起並藉由讀取每三列的該等信號輸出區段6來將一畫面劃分成三個影像。然而，該兩個具體實施例係在配置上基本上相同。因此，該第五具體實施例提供與該第一者相同的有利效果。因為欲添加在一起的該三個電荷產生區段32，與相關技術相比，該第五具體實施例提供三倍的S/N比改良。該第五具體實施例係亦類似於該第一者，因為在讀出及/或電子快門期間不用於信號電荷傳送的另一讀出選擇電晶體34之閘極之非作用中位準可減少至一低於正常位準。
儘管未解說，但在依據該第五具體實施例之像素結構中在逐步掃描期間的信號流係類似於在該第一具體實施例中者。如圖25B中所解說，三個範例係可行，即其中在k列(k係一正整數)內的電荷產生區段32_k、一讀出選擇電晶體34M_k及像素信號產生區段5_k係組合使用的第一者、其中在k-1列內的一電荷產生區段32_k-1與讀出選擇電晶體34D_k-1及在k列內的像素信號產生區段5_k係組合使用的第二者、及其中在k+1列內的電荷產生區段32_k+1與讀出選擇電晶體34U_k+1及在k列內的像素信號產生區段5_k係組合使用的第三者。當然，包括在讀出列間在第一及第二範例之間切換的修改係亦可行。
<像素陣列區段：第六具體實施例>
圖29係說明依據一第六具體實施例之一像素陣列區段10F的一圖式。依據該第六具體實施例之單元像素群組2具有從在垂直方向上將兩個像素添加在一起的圖5中所示之比較範例之兩個像素共用結構修改的一結構，因而支援交錯掃描。對於在垂直方向上不將像素添加在一起的正常像素結構，在交錯掃描期間在垂直方向上不將像素添加在一起。已延伸此概念使得針對調適以在交錯掃描期間在垂直方向上將兩個像素添加在一起的像素共用結構在交錯掃描期間將四個像素添加在一起。
首先，該兩個像素共用結構具有兩對電荷產生區段32與讀出選擇電晶體34(即一對電荷產生區段32a與讀出選擇電晶體34a與另一對電荷產生區段32b與讀出選擇電晶體34b)用於單一像素信號產生區段5。基於此點，在該第六具體實施例中，讀出選擇電晶體34aU及34aD係提供用於電荷產生區段32a，而讀出選擇電晶體34bU及34bD用於電荷產生區段32b。在圖29中，方便起見(為了便於圖中解說)，顯示該等成對電荷產生區段32a及32b水平移動。然而，吾人假定該些區段在相同列內。
用於相同電荷產生區段32a之讀出選擇電晶體34aU及34aD係連接至在不同列內的該等像素信號產生區段5。用於相同電荷產生區段32b之讀出選擇電晶體34bU及34bD係連接至在不同列內的該等像素信號產生區段5。另一方面，與該等成對電荷產生區段32a及32b相關聯之該等讀出選擇電晶體34aU及34bU係連接至在相同列內的像素信號產生區段5。該等讀出選擇電晶體34aD及34bD係連接至在相同列內的像素信號產生區段5。
例如，因此，在2n列內的讀出選擇電晶體34aD_2n及34bD_2n與在2n+1列內的讀出選擇電晶體34aU_2n+1及34bU_2n+1係連接至在2n列(n係等於或大於1的一正整數)內的像素信號產生區段5_2n(排除該等讀出選擇電晶體34)。在2n-1列內的讀出選擇電晶體34aD_2n-1及34bD_2n-1與在2n列內的讀出選擇電晶體34aU_2n及34bU_2n係連接至在2n-1列內的像素信號產生區段5_2n-1(排除該等讀出選擇電晶體34)。在每一對內的該等上部電荷產生區段32a及下部電荷產生區段32b共用重設電晶體36、浮動擴散38、垂直選擇電晶體40及放大電晶體42。
在該第六具體實施例中，該等讀出選擇電晶體34aU及34bU係成對，而該等讀出選擇電晶體34aD及34bD係成對。該第六具體實施例係類似於該第一者，因為可選擇欲啟動的該等讀出選擇電晶體34aU及34bU與該等讀出選擇電晶體34aD及34bD之列以匹配逐步及交錯掃描。在交錯掃描期間，連接至在欲讀出列內的像素信號產生區段5的上部及下部對的讀出選擇電晶體34aU、34bU、34aD及34bD係開啟使得浮動擴散38將該四個電荷產生區段32之信號電荷添加在一起。
<交錯掃描：第六具體實施例>
圖30A及30B係說明在該第六具體實施例中用於交錯及逐步掃描的該等電荷產生區段32與像素電晶體之組合的圖式。圖31係說明在該第六具體實施例中在交錯掃描期間在奇數場讀出期間的一信號流之一圖式。圖32係說明在該第六具體實施例中在交錯掃描中在偶數場讀出期間的一信號流之一圖式。
該第六具體實施例之交錯掃描將一畫面劃分成兩個影像(偶數場及奇數場)並藉由讀取一畫面之每三個垂直掃描線(在本具體實施例中該等像素信號產生區段5及信號輸出區段6之列)以兩個步驟來分離地讀取該些影像。儘管省略其詳細說明，但僅必需考量將在該第一具體實施例中的該等電荷產生區段32之每一者與該等讀出選擇電晶體34之每一者分別劃分成在該第六具體實施例中的該兩個電荷產生區段32a及32b與該等讀出選擇電晶體34a及34b，如可從圖30A中所推斷。該第六具體實施例係類似於該第一者，因為在讀出及/或電子快門期間不用於信號電荷傳送的另一讀出選擇電晶體34之閘極之非作用中位準可減少至一低於正常位準。
儘管未解說，但在依據該第六具體實施例之像素結構中在逐步掃描期間的信號流係類似於在該第一具體實施例中者。如圖30B中所解說，兩個範例係可行，即其中全部在k列(k係一正整數)內的一電荷產生區段32a_k、讀出選擇電晶體34aD_k、電荷產生區段32b_k及讀出選擇電晶體34bD_k與在k列內的像素信號產生區段5_k係組合使用的第一者、及其中全部在k+1列(k係一正整數)內的一電荷產生區段32a_k+1、讀出選擇電晶體34aU_k+1、電荷產生區段32b_k+1及讀出選擇電晶體34bU_k+1與在k列內的像素信號產生區段5_k係組合使用的第二者。當然，包括在讀出列間在第一及第二範例之間切換的修改係亦可行。
<成像裝置：第七具體實施例>
圖33係說明一第七具體實施例之一圖式。該第七具體實施例係用於固態成像裝置1之以上具體實施例內的用於交錯及逐步掃描之配置至作為實體資訊獲取裝置之一範例的一成像裝置的一應用。圖33係一成像裝置8之一示意性組態圖。
依據本具體實施例之成像裝置亦支援交錯及逐步掃描並准許一配置之實施，該配置在移動影像捕捉期間透過交錯掃描而貢獻於一移動物體之平滑呈現及改良時間解析度。例如，此時，對至少該等掃描方案之控制可藉由將控制指令資訊從一外部主要控制區段設定至通信/時序控制區段20內來加以任意指定。
更明確而言，成像裝置8包括一成像透鏡802、光學低通濾光器804、一彩色濾光器群組812、像素陣列區段10、驅動控制區段7、行類比轉數位轉換區段26、參考信號產生區段27及一相機信號處理組塊810。如由圖33中虛線所示，可連同光學低通濾光器804來提供一紅外線截止濾光器805。相同濾光器805係設計以降低紅外線分量。
另外，包括正電源302及負電源304的一電源區段300係與其中形成像素陣列區段10、驅動控制區段7、行類比轉數位轉換區段26及參考信號產生區段27之半導體區(半導體晶片)分離地設於本具體實施例內。
成像透鏡802藉由(例如)使用螢光燈或陽光在照明下將載送一物體Z之影像的光L引導至該成像裝置內來形成一影像。彩色濾光器群組812具有(例如)以一貝爾圖案配置的R、G及B彩色濾光器。驅動控制區段7驅動像素陣列區段10。讀出電流控制區段24控制來自像素陣列區段10之像素信號操作電流。行類比轉數位轉換區段26處置來自像素陣列區段10之像素信號的相關雙重取樣處理及類比轉數位轉換。參考信號產生區段27將參考信號SLP_ADC供應至行類比轉數位轉換區段26。相機信號處理組塊810處理來自行類比轉數位轉換區段26之成像信號。
設於行類比轉數位轉換區段26之後續級處的相機信號處理組塊810包括一成像信號處理區段820與相機控制區段900。相同區段900用作調適以整體上控制成像裝置8的一主要控制區段。成像信號處理區段820包括一信號分離單元822、色彩信號處理單元830、亮度信號處理單元840及編碼器單元860。
信號分離單元822具有一原色分離功能，其經調適以在非原色濾光器用作彩色濾光器時將來自行類比轉數位轉換區段26之類比轉數位轉換功能區段之數位成像信號分離成R(紅色)、G(綠色)及B(藍色)原色信號。色彩信號處理單元830基於由信號分離單元822所分離之原色信號R、G及B來處理一色彩信號C。亮度信號處理單元840基於由信號分離單元822所分離之原色信號R、G及B來處理一亮度信號Y。編碼器單元860基於亮度信號Y與色彩信號C來產生一視訊信號VD。
儘管省略其圖解，但色彩信號處理單元830包括(例如)一白平衡放大器、伽瑪校正區段及色差矩陣區段。儘管省略其圖解，亮度信號處理單元840包括(例如)高頻亮度信號產生區段及低頻亮度信號產生區段與一亮度信號產生區段。該高頻亮度信號產生區段基於來自信號分離單元822之一原色分離區段之原色信號來產生一亮度信號YH。亮度信號YH含有頻率上相對較高的一些分量。該低頻亮度信號產生區段基於來自該白平衡放大器之白平衡調整原色信號來產生一亮度信號YL。亮度信號YL僅含有頻率上相對較低的分量。該亮度信號產生區段基於該兩個亮度信號YH與YL來產生一亮度信號Y並將相同信號Y供應至編碼器單元860。亮度信號YL係亦用於曝光控制。
編碼器單元860先使用與一色彩信號副載波相關聯之一數位信號來數位調變色差信號R-Y與B-Y並接著合成所得信號與由亮度信號處理單元840所產生之亮度信號Y用於轉換成數位視訊信號VD(=Y+S+C；S係一同步信號，而C係一色度信號)。來自編碼器單元860之數位視訊信號VD係供應至設於一另外後續級(其圖解省略)處的相機信號輸出區段，用於監視器輸出與資料記錄至一記錄媒體。此時，必要時，數位視訊信號VD係藉由數位轉類比轉換來轉換成一類比視訊信號。
依據本具體實施例之相機控制區段900包括一微處理器902；ROM(唯讀記憶體)904，其係一唯讀儲存區段；RAM(隨機存取記憶體)906；及其他周邊部件(省略其圖解)。微處理器902係類似於在一電腦內具有一核心作用的微處理器且一般係藉由將一電腦所處置之算術及控制功能合併成超小型積體電路所實現的一CPU(中央處理單元)。RAM 906係在任一時間可重寫且可讀取之揮發性儲存區段之一範例。微處理器902、ROM 904及RAM 906係亦統稱為一微處理器。
相機控制區段900整體上控制該系統。特別在本具體實施例中，相同區段900能夠控制交錯及逐步掃描。關於此能力，相機控制區段900將關於使用兩個掃描方案中哪一者的資訊供應至驅動控制區段7。ROM 904儲存用於相機控制區段900之程式。特別在本範例中，ROM 904儲存調適以控制交錯及逐步掃描的一程式。RAM 906儲存要求用於相機控制區段900之資料以處置各種類型的處理。
另外，相機控制區段900經組態用以准許諸如記憶卡之一記錄媒體924之附接及脫離並准許連接至諸如網際網路之一通信網路。例如，除了微處理器902、ROM 904及RAM 906外，相機控制區段900包括一記憶體讀出單元907與通信介面908。
記錄媒體924係用以(例如)儲存各式各樣資料，包括使用軟體欲由微處理器902所處理之程式資料、基於來自亮度信號處理單元840之亮度信號的光度資料DL之收斂範圍及用於曝光控制處理(包括電子快門控制)之各種控制資訊的設定。
記憶體讀出單元907將讀出自記錄媒體924之資料儲存(安裝)至RAM 906。通信介面908調度與網際網路或其他通信網路交換通信資料。
顯示成像裝置8採取一模組形式，該模組與像素陣列區段10分離地具有驅動控制區段7與行類比轉數位轉換區段26。然而不言而喻，如關於相同裝置1所說明，可使用具有與像素陣列區段10整體形成於相同半導體基板上的驅動控制區段7與行類比轉數位轉換區段26的固態成像裝置1。另外，除像素陣列區段10、驅動控制區段7、行類比轉數位轉換區段26、參考信號產生區段27及相機信號處理組塊810外，在圖33中顯示成像裝置8還包括一光學系統，諸如成像透鏡802、光學低通濾光器804或紅外線截止濾光器805。此具體實施例係在成像裝置8用作具有在其內封裝在一起之以上組件的一有成像能力模組時較佳。
此處，對於在固態成像裝置1與模組之間的關係，相同裝置1可以一有成像能力模組之形式來加以提供。如圖33中所解說，此模組具有與該信號處理區段(排除在行類比轉數位轉換區段26之後續級處的相機信號處理組塊)封裝在一起的像素陣列區段10(成像區段)，諸如具有與像素陣列區段10密切相關之類比轉數位轉換及差異(相關雙重取樣)處理功能的行類比轉數位轉換區段26。接著，作為其餘信號處理區段的相機信號處理組塊810係設於以一模組之形式提供的固態成像裝置1之後續級處。固態成像裝置1與相機信號處理組塊810整體上一起組成成像裝置8。
或者，儘管未解說，但固態成像裝置1可採取一有成像能力模組之形式來提供，該有成像能力模組具有與光學系統(諸如成像透鏡802)封裝在一起的像素陣列區段10。接著，相機信號處理組塊810係亦設於該模組內使得相同區段810與固態成像裝置1整體上一起組成成像裝置8。又或者，固態成像裝置1之模組可能包括相機信號處理組塊810。在此情況下，固態成像裝置1可實質上視為與成像裝置8相同的事物。相同裝置8係(例如)作為調適以執行「成像」的一配備相機或有成像能力的行動設備來提供。應注意，術語「成像」不僅包括在正常相機攝影期間的影像捕捉，而且廣義上包括指紋偵測及其他。
如上所說明來組態的成像裝置8包括固態成像裝置1之所有功能並可以與固態成像裝置1相同的方式來基本上組態並操作。特定言之，在移動影像捕捉期間的交錯掃描提供平滑呈現移動物體之運動的一影像並確保改良的S/N比而不引起增加晶片大小，降低轉換效率或降低飽和信號位準。
儘管以上已說明較佳具體實施例，但本發明之技術範疇不限於該些具體實施例中所說明之範疇。本發明可以各種方式來變化或修改而不脫離本發明之範疇及精神，且包括此類變化或修改之具體實施例係亦包括於本發明之技術範疇內。
另外，以上具體實施例係不限於隨附申請專利範圍內所提出之本發明，且並非該等具體實施例中所說明之該等特徵的所有組合均構成本發明之必要解決構件。以上具體實施例包括本發明之各種級，且各種發明可藉由複數個揭示構成元件之一適當組合來加以擷取。即使該等構成元件之一些者從所有元件中移除，無此類構成元件之組態仍可作為一發明來加以擷取，只要其提供本發明之有利效果即可。
例如，已在以上具體實施例中明確說明調適以將每一圖框分割成兩個及三個場之交錯掃描。然而，交錯掃描可將每一圖框分割成四個或四個以上場。為達成此點，僅必需具有該N個讀出選擇電晶體34用於該等電荷產生區段32之每一者並將相同電晶體34連接至在不同列內的該等像素信號產生區段5。因此，基本概念係與在以上具體實施例中相同。
另外，在將交錯掃描應用至具有信號輸出區段6之一像素共用結構的第六具體實施例中已給出一說明，該信號輸出區段具有四個電晶體(34、36、40及42)。然而，可實現與在第六具體實施例中所說明相同的功能及優點用於具有無垂直選擇電晶體40之一三電晶體組態之像素。甚至在此情況下，依據該第六具體實施例之配置可應用於依相同原理操作的像素，諸如具有複數個讀出選擇電晶體34用於該兩個光二極體(電荷產生區段32)之每一者以支援交錯掃描的該等者。
為了將本發明應用於彩色影像捕捉，該等彩色濾光器僅需配置以支援用於線間傳送CCD之場累積。
在以上具體實施例中，已將包括單元像素之一感測器作為一範例來給出說明，該等單元像素之每一者係由NMOS電晶體所組成。然而，本發明係不限於此。本發明藉由依據該等信號電荷與電晶體極性翻轉在控制信號電位上的關係(翻轉正及負電位)來提供與以上具體實施例中所說明相同的功能及有利效果。
即，在導電率類型上與用於以上具體實施例內的NMOS電晶體相對的PMOS電晶體係運用於在使用電洞作為信號電荷之一MOS固態成像裝置內的至少讀出選擇電晶體34。甚至在此情況下，僅必需提供複數個PMOS讀出選擇電晶體34用於該等電荷產生區段32之每一者並將相同電晶體34連接至在不同列內的該等像素信號產生區段5及信號輸出區段6以便支援交錯掃描。
對於單元像素3之組態，該基板及半導體區可全部變成一相對導電率類型，在該等具體實施例內所示的條件保持不變。亦在此情況下，必要時僅需進行一修改，使得信號電荷與在控制信號電位(該等正及負電位)上的關係係翻轉。
本申請案含有與2008年5月30日向日本專利局申請的日本優先權專利申請案JP 2008-142336中所揭示者有關之標的，其全部內容係以引用的方式併入本文中。
1．．．固態成像裝置
2．．．單元像素群組
3．．．單元像素
3a．．．第一單元像素
3b．．．第二單元像素
5．．．像素信號產生區段
5a．．．端子
5b．．．端子
5c．．．輸出端子
5_2n．．．像素信號產生區段
5_2n-1．．．像素信號產生區段
5_3n．．．像素信號產生區段
5_3n+1．．．像素信號產生區段
5_3n+2．．．像素信號產生區段
6．．．信號輸出區段
7．．．驅動控制區段
8．．．成像裝置
10．．．像素陣列區段
10A．．．像素陣列區段
10B．．．像素陣列區段
10C．．．像素陣列區段
10D．．．像素陣列區段
10E．．．像素陣列區段
10F．．．像素陣列區段
10Z．．．像素陣列區段
12．．．水平掃描區段
12a．．．水平位址設定單元
12b．．．水平驅動單元
12c．．．控制線
14．．．垂直掃描區段
14a．．．垂直位址設定單元
14b．．．垂直驅動單元
15．．．列控制線
18．．．水平信號線
19．．．垂直信號線
20．．．通信/時序控制區段
20a．．．時脈轉換單元
20b．．．系統控制單元
24．．．讀出電流控制區段
26．．．行類比轉數位轉換區段
27．．．參考信號產生區段
28．．．輸出區段
28a．．．感測放大器
28b．．．介面區段
32a．．．電荷產生區段
32b．．．電荷產生區段
322n．．．電荷產生區段
32_2n,2m．．．電荷產生區段/右電荷產生區段
32_2n,2m-1．．．電荷產生區段
32_2n+1．．．電荷產生區段/下部電荷產生區段
32_2n+1,2m．．．電荷產生區段/右下電荷產生區段
32_2n+1,2m-1．．．電荷產生區段/下部電荷產生區段
32_2n-1．．．電荷產生區段/上部電荷產生區段
32_2n-1,2m．．．電荷產生區段/右上電荷產生區段
32_2n-1,2m-1．．．電荷產生區段/上部電荷產生區段
32_3n．．．電荷產生區段
32_3n+1．．．電荷產生區段
32_3n-1．．．電荷產生區段
32_3n+2．．．電荷產生區段
32_3n+3．．．電荷產生區段
34．．．讀出選擇電晶體
34a．．．讀出選擇電晶體
34b．．．讀出選擇電晶體
34bD_2n．．．讀出選擇電晶體
34bD_2n-1．．．讀出選擇電晶體
34D．．．讀出選擇電晶體
34D_2n．．．讀出選擇電晶體
34D_2n,2m．．．讀出選擇電晶體
34D_2n,2m-1．．．讀出選擇電晶體
34D_2n-1．．．讀出選擇電晶體
34D_2n-1,2m．．．讀出選擇電晶體
34D_2n-1,2m-1．．．讀出選擇電晶體
34D_3n．．．讀出選擇電晶體
34D_3n+1．．．讀出選擇電晶體
34D_3n-1．．．讀出選擇電晶體
34M_3n．．．讀出選擇電晶體
34M_3n+1．．．讀出選擇電晶體
34M_3n+2．．．讀出選擇電晶體
34U．．．讀出選擇電晶體
34U_2n．．．讀出選擇電晶體
34U_2n,2m．．．讀出選擇電晶體
34U_2n,2m-1．．．讀出選擇電晶體
34U_2n+1．．．讀出選擇電晶體
34U_2n+1,2m．．．讀出選擇電晶體
34U_2n+1,2m-1．．．讀出選擇電晶體
34U_3n+1．．．讀出選擇電晶體
34U_3n+2．．．讀出選擇電晶體
34U_3n+3．．．讀出選擇電晶體
36．．．重設電晶體
38．．．浮動擴散
38_2n．．．浮動擴散
38_2n-1．．．浮動擴散
40．．．垂直選擇電晶體
40_2n．．．垂直選擇電晶體
40_2n,2m．．．垂直選擇電晶體
40_2n-1．．．垂直選擇電晶體
40_2n-1,2m．．．垂直選擇電晶體
40_3n．．．垂直選擇電晶體
40_3n+1．．．垂直選擇電晶體
40_3n+2．．．垂直選擇電晶體
42．．．放大電晶體
51．．．像素線
54a．．．傳送佈線
54b．．．傳送佈線
54D．．．傳送佈線
54U．．．傳送佈線
56．．．重設佈線
58．．．垂直選擇線
59．．．汲極線
250．．．類比轉數位轉換區段
252．．．比較區段
254．．．計數器區段
256．．．資料儲存區段
258．．．開關區段
270．．．數位轉類比轉換區段
403．．．單元像素
414．．．垂直掃描區段
414x．．．垂直位址設定區段
802．．．成像透鏡
804．．．光學低通濾光器
805．．．紅外線截止濾光器
810．．．相機信號處理組塊
812．．．彩色濾光器群組
820．．．成像信號處理區段
822．．．信號分離單元
830．．．色彩信號處理單元
840．．．亮度信號處理單元
860．．．編碼器單元
900．．．相機控制區段
902．．．微處理器
904．．．ROM(唯讀記憶體)
906．．．RAM(隨機存取記憶體)
907．．．記憶體讀出單元
908．．．通信介面
924．．．記錄媒體
BF1a．．．傳送驅動緩衝器
BF1b．．．傳送驅動緩衝器
BF1D．．．傳送驅動緩衝器
BF1U．．．傳送驅動緩衝器
BF2．．．重設驅動緩衝器
BF3．．．選擇驅動緩衝器
BF4．．．汲極驅動緩衝器
SW．．．開關
Z．．．物體
圖1係作為一固態成像裝置之一具體實施例的一CMOS固態成像裝置(CMOS影像感測器)之一基本組態圖；
圖2係說明一X-Y位址成像裝置之一電子快門功能的一圖式1；
圖3A至3C係說明一X-Y位址成像裝置之電子快門功能的圖式2；
圖4A至4C係說明一X-Y位址成像裝置之電子快門功能的圖式3；
圖5係作為一比較範例來說明一像素陣列區段的一圖式；
圖6係說明依據一第一具體實施例之像素陣列區段的一圖式；
圖7係說明在該第一具體實施例中用於交錯掃描的電荷產生區段與像素電晶體之組合的一圖式；
圖8係說明在該第一具體實施例中在交錯掃描中在奇數場讀出期間的一信號流之一圖式；
圖9係在該第一具體實施例中在交錯掃描中奇數場讀出之一概念圖；
圖10係說明在該第一具體實施例中在交錯掃描中在偶數場讀出期間的一信號流之一圖式；
圖11係在該第一具體實施例中在交錯掃描中偶數場讀出之一概念圖；
圖12A-1至12B-2係說明由於交錯掃描而減輕與線曝光相關聯之時間陰影失真之效果的圖式；
圖13係說明在該第一具體實施例中用於逐步掃描的電荷產生區段與像素電晶體之組合的一圖式；
圖14係說明在該第一具體實施例中在逐步掃描中在讀出期間的信號流之一第一範例的一圖式；
圖15係說明在該第一具體實施例中在逐步掃描中在讀出期間的信號流之一第二範例的一圖式；
圖16係說明依據一第二具體實施例之像素陣列區段的一圖式；
圖17係說明依據一第三具體實施例之像素陣列區段的一圖式；
圖18A及18B係說明在該第三具體實施例中用於交錯及逐步掃描的電荷產生區段與像素電晶體之組合的圖式；
圖19係說明在該第三具體實施例中在交錯掃描中在奇數場讀出期間的一信號流之一圖式；
圖20係在該第三具體實施例中在交錯掃描中奇數場讀出之一概念圖；
圖21係說明在該第三具體實施例中在交錯掃描中在偶數場讀出期間的一信號流之一圖式；
圖22係在該第三具體實施例中在交錯掃描中偶數場讀出之一概念圖；
圖23係說明依據一第四具體實施例之像素陣列區段的一圖式；
圖24係說明依據一第五具體實施例之像素陣列區段的一圖式；
圖25A及25B係說明在該第五具體實施例中用於交錯及逐步掃描的電荷產生區段與像素電晶體之組合的圖式；
圖26係說明在該第五具體實施例中在交錯掃描中在一第一場(在第3n列內的掃描線之組合)之讀出期間的一信號流之一圖式；
圖27係說明在該第五具體實施例中在交錯掃描中在一第二場(在第3n+1列內的掃描線之組合)之讀出期間的一信號流之一圖式；
圖28係說明在該第五具體實施例中在交錯掃描中在一第三場(在第3n+2列內的掃描線之組合)之讀出期間的一信號流之一圖式；
圖29係說明依據一第六具體實施例之像素陣列區段的一圖式；
圖30A及30B係說明在該第六具體實施例中用於交錯及逐步掃描的電荷產生區段與像素電晶體之組合的圖式；
圖31係說明在該第六具體實施例中在交錯掃描中在奇數場讀出期間的一信號流之一圖式；
圖32係說明在該第六具體實施例中在交錯掃描中在偶數場讀出期間的一信號流之一圖式；以及
圖33係一成像裝置(第七具體實施例)之一示意性組態圖。
5．．．像素信號產生區段
6．．．信號輸出區段
10A．．．像素陣列區段
19．．．垂直信號線
32_2n．．．電荷產生區段
32_2n+1．．．電荷產生區段/下部電荷產生區段
34U_2n．．．讀出選擇電晶體
34U_2n+1．．．讀出選擇電晶體
38_2n．．．浮動擴散
38_2n-1．．．浮動擴散
40_2n．．．垂直選擇電晶體
40_2n-1．．．垂直選擇電晶體
51．．．像素線
54D．．．傳送佈線
54U．．．傳送佈線
56．．．重設佈線
58．．．垂直選擇線
BF1D．．．傳送驅動緩衝器
BF1U．．．傳送驅動緩衝器
BF2．．．重設驅動緩衝器
BF3．．．選擇驅動緩衝器

Claims (10)

  1. 一種固態成像裝置，其包含：一像素陣列區段，其具有二維配置的單元像素，該等單元像素之每一者包括一電荷產生區段，其經組態用以產生一信號電荷，電荷傳送區段，其經組態用以傳送由該電荷產生區段所產生之該信號電荷，以及一信號輸出區段，其經組態用以產生並輸出一目標信號，該目標信號相當於由該電荷產生區段所產生之一信號，其中該複數個電荷傳送區段係提供用於該等電荷產生區段之每一者，係連接至在不同列內的信號輸出區段。
  2. 如請求項1之固態成像裝置，其包含：一驅動控制區段，其經組態用以控制該複數個電荷傳送區段與信號輸出區段，其中該驅動控制區段以N個步驟來執行交錯掃描，該交錯掃描經調適以藉由讀出場來讀出目標信號，每一場組成在不同位置處的該等信號輸出區段之1/N列，對於每一場，該驅動控制區段將由在不同列內的N個電荷產生區段所產生之該等信號電荷傳送至在相同列內的該信號輸出區段，以便產生並輸出藉由合成N個信號電荷所獲得之一目標信號，以及該驅動控制區段控制該等電荷傳送區段與信號輸出區段使得N個電荷傳送區段之該等列之組合係在場間不 同。
  3. 如請求項2之固態成像裝置，其中該驅動控制區段執行控制使得在信號電荷讀出或電子快門期間不用於信號電荷傳送的該電荷傳送區段之非作用中位準可減少至一低於正常位準。
  4. 如請求項2之固態成像裝置，其中該驅動控制區段執行逐步掃描，該逐步掃描經調適以藉由控制該等電荷傳送區段以列次序從該等信號輸出區段來循序讀出目標信號，使得該信號電荷係藉由該複數個電荷傳送區段之一者來加以傳送。
  5. 一種固態成像裝置，其包含：一像素陣列區段，其具有二維配置的單元像素，該等單元像素之每一者包括一電荷產生區段，其經組態用以產生一信號電荷，電荷傳送區段，其經組態用以傳送由該電荷產生區段所產生之該信號電荷，以及一信號輸出區段，其經組態用以產生並輸出一目標信號，該目標信號相當於由該電荷產生區段所產生之信號，其中該複數個電荷傳送區段係提供用於該等電荷產生區段之每一者，使得在每一列內的該信號輸出區段可在兩個操作之間切換，一操作經組態用以從在該等列之一者內的該電荷產生區段接收一信號電荷，而另一操作經組態用以從在該信號輸出區段所屬之其自己列內 的該電荷產生區段或從在除其自己列外的一列內的該電荷產生區段來接收一信號電荷。
  6. 如請求項5之固態成像裝置，其包含：一驅動控制區段，其經組態用以控制該複數個電荷傳送區段與信號輸出區段，其中該驅動控制區段以N個步驟來執行交錯掃描，該交錯掃描經調適以藉由讀出一畫面之場來讀出目標信號，每一場組成在不同位置處的該等信號輸出區段之1/N列，對於每一場，該驅動控制區段將由在不同列內的N個電荷產生區段所產生之該等信號電荷傳送至在相同列內的該信號輸出區段，以便產生並輸出藉由合成N個信號電荷所獲得之一目標信號，以及該驅動控制區段控制該等電荷傳送區段與信號輸出區段，使得N個電荷傳送區段之該等列之組合係在場間不同。
  7. 如請求項5之固態成像裝置，其中該驅動控制區段執行控制使得在信號電荷讀出或電子快門期間不用於信號電荷傳送的該電荷傳送區段之非作用中位準可減少至一低於正常位準。
  8. 如請求項5之固態成像裝置，其中該驅動控制區段執行逐步掃描，該逐步掃描經調適以藉由控制該等電荷傳送區段以列次序從該等信號輸出區段來循序讀出目標信號，使得該信號電荷係藉由該複數個電荷傳送區段之一者來加以傳送。
  9. 一種成像裝置，其包含：一像素陣列區段，其具有二維配置的單元像素，該等單元像素之每一者包括一電荷產生區段，其經組態用以產生一信號電荷，電荷傳送區段，其經組態用以傳送由該電荷產生區段所產生之該信號電荷，以及一信號輸出區段，其經組態用以產生並輸出一目標信號，該目標信號相當於由該電荷產生區段所產生之信號之該電荷；一驅動控制區段，其經組態用以控制該複數個電荷傳送區段與信號輸出區段之操作；以及一主要控制區段，其經組態用以控制該驅動控制區段，其中提供用於相同電荷產生區段的複數個電荷傳送區段至在不同列內的該等信號輸出區段。
  10. 一種用於一固態成像裝置之驅動方法，該方法經由該固態成像裝置所實施，該固態成像裝置包括一像素陣列區段，其具有二維配置的單元像素，該等單元像素之每一者包括一電荷產生區段，用於該等電荷產生區段之每一者的複數個電荷傳送區段，該等電荷傳送區段之每一者經組態用以傳送由該電荷產生區段所產生之一信號電荷，以及一信號輸出區段，其經組態用以產生並輸出一目標 信號，該目標信號相當於由該電荷產生區段所產生之信號之該電荷，該驅動方法包含：以N個步驟來執行交錯掃描，該交錯掃描經調適以藉由讀出場來讀出目標信號，每一場組成在不同位置處的該等信號輸出區段之1/N列；對於每一場，將由在不同列內的N個電荷產生區段所產生之該等信號電荷傳送至在相同列內的該信號輸出區段，以便產生並輸出藉由合成N個信號電荷所獲得之一目標信號；以及控制該等電荷傳送區段與信號輸出區段使得N個電荷傳送區段之該等列之組合係在場間不同。
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