TWI478578B - 固態影像拾取器件、驅動其之方法、用於其之信號處理方法、以及影像拾取裝置 - Google Patents

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Description

固態影像拾取器件、驅動其之方法、用於其之信號處理方法、以及影像拾取裝置
本發明係關於一種固態影像拾取器件、驅動其之方法、用於其之信號處理方法、以及影像拾取裝置。
本發明包括在2007年4月23日向日本專利局申請的日本專利申請案JP 2007－112652的相關標的，該案之全文以引用的方式併入本文中。
在一固態影像拾取器件中，一光電轉換部分(光接收部分)中產生之信號電荷係傳送至一浮動擴散電容器，並且轉換成欲讀出至外側之浮動擴散電容器中的一電壓。然而，很難確保符合最近像素之小型化之足夠信號電荷。為此原因，很難從每一像素獲得具有一足夠量值的一輸出電壓。
來自該像素之輸出電壓V係以V＝Q/C表達，其中C係一信號偵測電容，而且Q係對應於發端自一接收光之一信號之若干信號電荷。因此，該小信號偵測電容器C促成增加該輸出電壓V，亦即，增強該靈敏度。
為此原因，迄今，具有接地的一端的一光電轉換元件、一共同源極組態放大電晶體、具有一小電容的一電容元件及一重設電晶體構成一像素，藉以實現一高靈敏度信號輸出。此處，該共同源極組態放大電晶體具有連接至該光電轉換元件之另一端的一閘極電極、接地的一源極電極及連接至一負載電路的一汲極電極。該電容元件係連接於該共 同源極組態放大電晶體之汲極電極與閘極電極間。再者，該重設電晶體係與該電容元件並聯連接。此技術(例如)說明於日本專利特許公開第Hei 5－207375號的一專利文件1中。
該專利文件1中所說明之技術採用一種組態，其中在該像素內側並未提供該等信號電荷之任何傳送路徑。因此，該輸出電壓具有對應於一接收光之一信號的一位準，及之後將該信號重設於其欲讀出位準的一重設位準。因此，雖然可能移除該放大電晶體之臨界值之一分散所致的一固定圖案雜訊，將不可能抑制在一重設階段中所產生的一重設雜訊。對於以高靈敏度輸出該信號之以上所說明之相關技藝技術，此重設雜訊顯現成該像素的一大雜訊。
另一方面，在該像素內側提供一種用於傳送信號電荷之傳送電晶體促成解決以上所說明之相關技藝中所牽涉之問題。也就是說，在該像素內側提供該傳送電晶體促成：一相關雙重取樣操作在一後續級中變成可能，因為可先重設該像素，而且然後可傳送該像素中所產生中之信號電荷。再者，實現該相關雙重取樣操作促成抑制該像素中之重設雜訊及固定圖案雜訊兩者。
本文中，當在該像素內側提供該傳送電晶體時，該等信號電荷係藉由該傳送電晶體而傳送至該浮動擴散電容器。結果，無法將該等信號電荷從該光電轉換元件傳送至該浮動擴散電容器，除非該光電轉換元件之一電位係高於該浮 動擴散電容器之電位。
該浮動擴散電容器之電位取決於一重設電壓，其係於將一重設電晶體接通的一重設操作中施加於該浮動擴散電容器。然而，在使用該共同源極類型放大電晶體之像素中，該浮動擴散電容器之一節點電位係設定為如靠近該放大電晶體之一臨界電壓一般低(該電位係高)，而且再者該重設電壓係固定於該電路之一操作點之附近。結果，無法調整該浮動擴散電容器之電位。由此原因，基本上無法將該等信號電荷從該光接收部分傳送至該浮動擴散電容器。
於前述見解中，因而希望提供一種固態影像拾取器件，其能夠輕易地實現將信號電荷從一光接收部分完全傳送至一單元像素中的一浮動擴散電容器，其中高靈敏度信號輸出係藉由使用一共同源極類型放大電晶體與具有一小電容之一電容元件、驅動其之方法、用於其之信號處理方法、以及影像拾取裝置加以實現。
為了得到以上所說明之希望，根據本發明之一具體實施例，提供一種固態影像拾取器件，其包含：一像素陣列部分，其藉由配置單元像素而構成，每一單元像素包含一光電轉換元件、一傳送電晶體，其用於將透過該光電轉換元件中之光電轉換所獲得之信號電荷傳送至一浮動擴散電容器、一重設電晶體，其連接於該浮動擴散電容器與一輸出節點之間、一電容元件，其具有較該浮動擴散電容器之電容更微小的一電容，該電容元件係連接於該浮動擴散電容器與該輸出節點之間、及一放大電晶體，其用於讀出透過 該電容元件中之轉換所獲得的一電壓信號；一虛設像素，其具有與該單元像素相等之特徵，該像素陣列部分之每一像素行提供該虛設像素；一差動電路，其由該單元像素及該虛設像素所組成；一重設電壓供應區段，其組態成用以透過該輸出節點將一重設電壓供應至該重設電晶體，該重設電壓供應區段係調適成用以調整該重設電壓的一電壓值；以及一共同相位回授電路，其用於在藉由該重設電晶體完成一重設操作後控制該差動電路的一電流源，使來自該差動電路之差動輸出間之一差的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓。
根據本發明之具體實施例，在具有以上所說明之組態之固態影像拾取器件中，調整該重設電壓之電壓值促成自由地設定該浮動擴散電容器之電位。因此，輕易地實現該單元像素之電位設計，而且將該等信號電荷從該光接收部分完全傳送至該浮動擴散層變成可能。此外，控制該差動電路之電流源，使來自該差動電路之差動輸出間之差之中心變成由該外部電壓源所調整之控制電壓，藉以促成設定該放大電晶體之一閘極部分的一操作點，使該輸出振幅變成最大值。因此，可能加寬該動態範圍。
根據本發明之另一具體實施例，提供一種驅動一固態影像拾取器件之方法，該固態影像拾取器件包含：一像素陣列部分，其藉由配置單元像素而構成，每一單元像素包含一光電轉換元件、一傳送電晶體，其用於將透過該光電轉換元件中之光電轉換所獲得之信號電荷傳送至一浮動擴散 電容器、一重設電晶體，其連接於該浮動擴散電容器與一輸出節點之間、一電容元件，其具有較該浮動擴散電容之電容更微小的一電容，該電容元件係連接於該浮動擴散電容器與該輸出節點之間、及一放大電晶體，其用於讀出透過該電容元件中之轉換所獲得的一電壓信號；一虛設像素，其具有與該單元像素相等之特徵，該像素陣列部分之每一像素行提供該虛設像素；及一差動電路，其由該單元像素及該虛設像素所組成，該驅動方法包含以下步驟：使透過該輸出節點供應至該重設電晶體之一重設電壓的一電壓值可變；以及於藉由該重設電晶體完成一重設操作後，控制該差動電路的一電流源，使來自該差動電路之差動輸出間之一差的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓。
根據本發明之又另一具體實施例，提供一種用於一固態影像拾取器件之信號處理方法，該固態影像拾取器件包含：一像素陣列部分，其藉由配置單元像素而構成，每一單元像素包含一光電轉換元件、一傳送電晶體，其用於將透過該光電轉換元件中之光電轉換所獲得之信號電荷傳送至一浮動擴散電容器、一重設電晶體，其連接於該浮動擴散電容器與一輸出節點之間、一電容元件，其具有較該浮動擴散電容之電容更微小的一電容，該電容元件係連接於該浮動擴散電容器與該輸出節點之間、及一放大電晶體，其用於讀出透過該電容元件中之轉換所獲得的一電壓信號；一虛設像素，其具有與該單元像素相等之特徵，該像 素陣列部分之每一像素行提供該虛設像素；及一差動電路，其由該單元像素及該虛設像素所組成，該信號處理方法包含以下步驟：當將相同輸入給予該像素陣列部分之單元像素時，獲得來自該等單元像素之輸出之逆數(inverse number)，其係校正係數的一形式；以及藉由使用該等校正係數校正該等像素間的一靈敏度分散。
根據本發明之又另一具體實施例，提供一種用於一固態影像拾取器件之信號處理方法，該固態影像拾取器件包含：一像素陣列部分，其藉由配置單元像素而構成，每一單元像素包含一光電轉換元件、一傳送電晶體，其用於將透過該光電轉換元件中之光電轉換所獲得之信號電荷傳送至一浮動擴散電容器、一重設電晶體，其連接於該浮動擴散電容器與一輸出節點之間、一電容元件，其具有較該浮動擴散電容器之電容更微小的一電容，該電容元件係連接於該浮動擴散電容器與該輸出節點之間、及一放大電晶體，其用於讀出透過該電容元件中之轉換所獲得的一電壓信號；一虛設像素，其具有與該單元像素相等之特徵，該像素陣列部分之每一像素行提供該虛設像素；及一差動電路，其由該單元像素及該虛設像素所組成，該信號處理方法包含以下步驟：逐漸增加藉以驅動該傳送電晶體之一傳送控制信號的一電壓值，而且以複數個批次傳送於一單元之一累積時間週期在該光電轉換元件中所產生之信號電荷；以及藉由複數個傳送操作將輸出自該等單元像素之信號相加。
根據本發明之又另一具體實施例，提供一種影像拾取裝置，其包含：一固態影像拾取器件包含：一像素陣列部分，其藉由配置單元像素而構成，每一單元像素包含一光電轉換元件、一傳送電晶體，其用於將透過該光電轉換元件中之光電轉換所獲得之信號電荷傳送至一浮動擴散電容器、一重設電晶體，其連接於該浮動擴散電容器與一輸出節點之間、一電容元件，其具有較該浮動擴散電容之電容更微小的一電容，該電容元件係連接於該浮動擴散電容器與該輸出節點之間、及一放大電晶體，其用於讀出透過該電容元件中之轉換所獲得的一電壓信號；及一光學系統，其用於將一入射光聚焦至該固態影像拾取器件的一成像區域上；其中該固態影像拾取器件包含：一虛設像素，其具有與該單元像素相等之特徵，該像素陣列部分之每一像素行提供該虛設像素；一差動電路，其由該單元像素及該虛設像素所組成；一重設電壓供應區段，其組態成用以透過該輸出節點將一重設電壓供應至該重設電晶體，該重設電壓供應區段係調適成用以調整該重設電壓的一電壓值；以及一共同相位回授電路，其用於在藉由該重設電晶體完成一重設操作後控制該差動電路的一電流源，使來自該差動電路之差動輸出間之一差的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓。
根據本發明之一具體實施例，在該單元像素中，其中該高靈敏度信號輸出係藉由使用該共同源極類型放大電晶體及具有該微小電容之電容元件所實現，可自由地設定該浮 動擴散電容器之電位。結果，可能實現將該等信號電荷從該光接收部分完全傳送至該浮動擴散層。
以下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，其顯示一固態影像拾取器件之一組態，例如，根據本發明之一具體實施例的一CMOS影像感測器。
如圖1中所示，此具體實施例的一CMOS影像感測器10包含一像素陣列部分11，及其周邊電路。在此情況中，該像素陣列部分11係組態使得各包含一光電轉換元件(下文於某些情況中簡稱為"一像素")之單元像素20二維配置成矩陣。提供一垂直掃描電路12、複數個行電路13、一水平掃描電路14、一行信號選擇電路15及類似物作為該像素陣列部分11之周邊電路。
對於該像素陣列部分11中之單元像素20之矩陣配置，兩個信號線111與112及一源極線113係布線每一像素行。再者，與該單元像素20具有相同特徵的一虛設像素30及一共同相位回授電路(CMFD)40係提供每一像素行。該單元像素20及該虛設像素30組成一差動電路。稍後將說明該差動電路之細節。再者，例如一傳送控制線114、一重設控制線115及一選擇控制線116之驅動控制線係布線在該像素陣列部分11中之每一像素列。
該垂直掃描電路12係由一移位暫存器、一位址解碼器或類似物所構成。此外，當相對於每一電子快門列及讀出列 而垂直掃描列單元中之像素陣列部分11之像素20時，該垂直掃描電路12實現一電子快門操作，其用於從屬於該電子快門列之像素20之對應者掃掉該等信號，而且實現一讀出操作，其用於從屬於該讀出列之像素20之對應者讀出該等信號。
雖然此處省略一解說，但該垂直掃描電路12包含一讀出掃描系統，及一電子快門掃描系統。在此情況中，該讀出掃描系統實現該讀出操作，其用於從屬於該讀出列之像素20讀出該等信號，同時連續選擇該等列單元中之像素20。再者，於藉由該讀出掃描系統之讀出掃描對應於一快門速度達一時間週期前，該電子快門掃描系統實現相同列(電子快門列)之電子快門操作。
再者，一範圍從一第一時序至一第二時序之時間週期變成每一像素20中之信號電荷之一單元的一累積時間週期(曝光時間週期)。此處，於該第一時序，該光電轉換部分中之非必要電荷係透過藉由該電子快門掃描系統之快門掃描加以重設。再者，於該第二時序，該等信號係透過藉由該讀出掃描系統之讀出掃描分別從該等像素讀出。也就是說，該電子快門操作意謂一種操作，其用於重設(掃掉)累積在該光電轉換部分中之信號電荷，而且於完成該等信號電荷之重設後開始新累積該等信號電荷。
複數個行電路13係配置(例如)該像素陣列部分11之每一像素行，亦即，配置成用以顯示與該等像素行的一對一對應關係。再者，該複數個行電路13執行像素信號之預定信 號處理，該等像素信號分別輸出自屬於透過藉由該垂直掃描電路12之垂直掃描所選擇之讀出行之像素20，而且其中暫時保持透過該預定信號處理所獲得之像素信號。
該行電路13使用由用於取樣及保持一像素信號之一取樣及保持電路所組成的一電路組態，或者由藉由執行相關雙重取樣(CDS)處理或類似物而移除一重設雜訊或一固定圖案雜訊之一雜訊移除電路(包含一取樣及保持電路)所組成的一電路組態，該等雜訊係一像素中固有，其由一放大電晶體或類似物中之臨界值的一分散所致。
然而，以上所說明之電路組態僅為一範例，因而本發明絕未受其限制。例如，亦可能採用一種電路組態，其給予該行電路13一類比至數位(A/D)轉換功能，使具有一預定位準之一像素信號以一數位信號之形式輸出。
該水平掃描電路14係由一移位暫存器、一位址解碼器或類似物所構成。該水平掃描電路14連續掃描水平對應於該像素陣列部分11之像素行之行電路13，其中保持透過該信號處理所獲得之像素信號。
該行信號選擇電路15係由一水平選擇切換器、一水平信號線及類似物所組成。該行信號選擇電路15與藉由該水平掃描電路14之水平掃描同步而連續輸出該等像素信號，其係保持在對應於該像素陣列部分11之像素列之行電路13中。
應注意，一時序信號及一控制信號係由一時序控制電路(未顯示)所產生，該等信號之每一個變成該垂直掃描電路 12、該行電路13、該水平掃描電路14及類似物之操作的一參考。
在具有以上所說明之組態之CMOS影像感測器10中，分別輸出自該等單元像素20之像素信號之各種信號處理(例如該CDS處理)係分別執行於該等行電路13中。然而，亦可能採用一種組態，使該等像素信號之各種信號處理藉由佈置在該行信號選擇電路15之一後續級側上的一信號處理電路(未顯示)加以執行。在此情況中，可將該信號處理電路黏著至與該像素陣列部分11之基板相同之半導體基板，或者可佈置在該半導體基板外側。
(單元像素及虛設像素)
圖2係一電路圖，其顯示圖1中所示之單元像素20及虛設像素30之組態的一範例。
此範例之單元像素20係組態成一種像素電路，除了例如一光二極體的一光電轉換元件21外，該像素電路包含(例如)一傳送電晶體(傳送閘極)22、一重設電晶體23、一放大電晶體24與一選擇電晶體25之四個電晶體，及一電容元件26。在此情況中，雖然使用(例如)N通道MOS電晶體作為該等四個電晶體22至25，但本發明絕未受其限制。
該光電轉換元件21之一端(陽極電極)係接地。該傳送電晶體22係連接在該光電轉換元件21之另一端(陰極電極)與一浮動擴散電容器Cfd之間。一接收光係經受該光電轉換元件21中之光電轉換，以轉變成該等信號電荷(在此情況中為電子)。因此，該等信號電荷係累積在該光電轉換元 件21中。如此累積之信號電荷係根據供應至該傳送電晶體22之一閘極電極(控制電極)的一傳送控制信號Tx而傳送至用作一電荷至電壓轉換部分之浮動擴散電容器Cfd。
該重設電晶體23的一汲極電極係連接至該像素的一輸出節點N11，而且其一源極電極係連接至該浮動擴散電容器Cfd。於將該等信號電荷從該光電轉換元件21傳送至該浮動擴散電容器Cfd前，該重設電晶體23根據供應至其閘極電極的一重設控制信號R而重設在該浮動擴散電容器Cfd之一節點N12的一電位(節點電位)。
該放大電晶體24具有一共同源極組態，其中一閘極電極係連接至該浮動擴散電容器Cfd，而且一汲極電極係連接至該輸出節點N11。於藉由該重設電晶體23加以重設後，該放大電晶體24讀出該浮動擴散電容器Cfd之電位，其係一重設位準之形式，而且於藉由該傳送電晶體22將該等信號電荷傳送至該浮動擴散電容器Cfd後，亦讀出該浮動擴散電容器Cfd的一電位，其係一信號位準之形式。
例如，該選擇電晶體25的一汲極電極係連接至該輸出節點N11，而且其一源極電極係連接至該放大電晶體24之汲極電極。該選擇電晶體25係藉由將一選擇控制信號Vsel施加於其閘極電極而接通，藉以與藉由該垂直掃描電路12之垂直掃描同步而選擇該單元像素20。該選擇電晶體25亦可採用連接於該放大電晶體24之源極電極與該源極線113間的一組態。
該電容元件26具有較該浮動擴散電容器Cfd之電容更微 小的一電容Cio。該電容元件26之一端係連接至該輸出節點N11，而且其另一端係連接至該放大電晶體24之閘極電極。該電容元件26可為該放大電晶體24之閘極電極(該浮動擴散電容器Cfd之節點N12)與該輸出節點N11間的一寄生電容。
該虛設像素30(例如)由一重設電晶體31、一放大電晶體32、一選擇電晶體33及一電容元件34所組成。此等構成元件31至34分別對應於該單元像素20之重設電晶體23、放大電晶體24、選擇電晶體25及電容元件26。
該虛設像素30係在與該單元像素20之程序相同之程序於該像素陣列部分11內形成，藉以促成等化該虛設像素30之特徵與該單元像素20之特徵。此處，控制該選擇電晶體33的一閘極電位(一選擇控制信號Vsel_r)，使一信號輸入至該選擇電晶體33之閘極，該信號具有與至該單元像素20之選擇電晶體25之信號波形相同之波形。
此範例之虛設像素30不包含對應於該像素電路20之傳送電晶體22之電晶體。然而，如圖3中所示，該虛設像素30亦可採用包含一傳送電晶體35之一組態，其對應於該單元像素20之傳送電晶體22。在此情況中，必須將該傳送電晶體35的一閘極電位固定在一"低"位準(例如，一接地位準)。
在具有以上所說明之組態之單元像素20及虛設像素30中，該等選擇控制信號Vsel及Vsel_r可藉由使用在一接地位準的一電壓及在一Vdd位準的一電壓而數位控制。然 而，調整該等選擇控制信號Vsel及Vsel_r之電壓值促成增加該像素電路的一增益。控制該等選擇控制信號Vsel及Vsel_r，以便將具有相同波形之信號分別輸入至該選擇電晶體25之閘極及該選擇電晶體33之閘極。
(差動電路)
該單元像素20及該虛設像素30構成一差動電路50。其後將詳細說明該差動電路50的一具體組態。
該單元像素20之放大電晶體24之源極電極及該虛設像素30之放大電晶體32之源極電極係透過該源極線113共同連接至一共同連接節點N13。再者，該共同連接節點N13係透過一電流源電晶體51而接地。
信號藉以從該單元像素20之輸出節點N11及該虛設像素30之輸出節點N14導出之信號線111及112係分別連接至輸出端子52及53。負載電路54及55係分別連接於該信號線111與該電源Vdd之間，及該信號線112與該電源Vdd之間，亦即，其係橫跨分別來自該單元像素20及該虛設像素30之輸出端子52及53而連接。
該負載電路54(例如)由兩級串聯連接P通道MOS電晶體541及542所組成。同樣地，該負載電路55係由兩級串聯連接P通道MOS電晶體551及552所組成。此外，該等P通道MOS電晶體541及551之各閘極電極係藉由一偏壓電壓Vbp1加以偏壓。再者，該等P通道MOS電晶體542及552之各閘極電極係藉由一偏壓電壓Vbp2加以偏壓。
雖然在此情況中，每一負載電路54及55係以該兩級串聯 連接P通道MOS電晶體之形式加以組態，但本發明絕未受其限制。也就是說，如圖4中所示。該等負載電路54及55亦可分別以P通道MOS電晶體541及551之形式加以組態。
如以上所說明，該差動電路50係由該單元像素20之放大電晶體24、該虛設像素30之放大電晶體32、該電流源電晶體51及該負載電路54與55所組成。
在此差動電路50中，對應於該放大電晶體24之閘極電壓Vfpd之差動輸出Vom及Vop係以該放大32的一閘極電壓Vfdm作為一參考而分別從該等輸出端子52及53導出。該等差動輸出Vom及Vop係作為該單元像素20之一像素信號而供應至該行電路13。
(共同相位回授電路)
圖5係一電路圖，其顯示該共同相位回授電路40之一組態的一範例。該共同相位回授電路40之一輸出端子係連接至一電流源電晶體51之一閘極電極。因此，該共同相位回授電路40實現該控制，使該等差動輸出Vom與vop間之一差的一中心(振幅的一中心)變成該控制電壓Vcom，其係藉由根據來自該差動電路50之差動輸出Vom及vop控制該電流源電晶體51之一閘極偏壓，而且該控制電壓Vcom由該外部電壓源所控制。
如圖5中所示，該共同相位回授電路40係由三個切換元件41至43及兩個電容元件44與45所組成。兩個輸入/輸出端子46及47係分別連接至該差動電路50之輸出端子52及53。
將該等切換元件41及42接通，以回應一切換控制信號φcmfbd，而在其中選擇性擷取來自該外部電壓源之控制電壓Vcom，藉以將該控制電壓Vcom供應至該差動電路50之各輸出端子52及53。當重設該單元像素20時，將該控制電壓Vcom設定為適合用於該重設的一電壓值，而且當完成該單元像素20之重設時，將其設定為使該差動電路50之輸出振幅於一時間點變成最大值的一電壓值(CMFB電壓)。
此處，適合用於該重設之電壓值意謂可基於該光電轉換元件21之電位與該浮動擴散電容器Cfd之電位間之一關係將該等信號電荷從該光電轉換元件21完全地傳送至該浮動擴散電容器Cfd之此一電壓值。調整該重設電壓之電壓值促成自由地設定該放大電晶體24之一閘極部分的一操作點。
此外，使該差動電路50之輸出振幅變成最大值之電壓值(CMFB電壓)意謂用於調節該差動電路50之一共同模式信號之一位準(共同模式電壓)的一電壓值，亦即，該等差動輸出Vom與Vop間之差之中心電壓。也就是說，該電壓值(CMFB電壓)意謂藉以實現該控制使(例如)差動輸出Vom與Vop間之差之中心電壓變成該差動電路50之輸出振幅之中心的一電壓值。
將切換元件43接通，以回應該切換控制信號φcmfd，而在其中擷取一偏壓電壓Vbn1，藉以將該偏壓電壓Vbn1作為一閘極偏壓而供應至該差動電路50之電流源電晶體51。
當該切換元件43於一關閉狀態時，將一偏壓電壓 Vbn1_cmfb作為一閘極偏壓而供應至該電流源電晶體51，取代供應該偏壓電壓Vbn1。在此情況中，於藉由使用該偏壓電壓Vbn1_cmfb基於該共同相位回授電路40之操作而完成該單元像素20之重設後，控制該差動電路50，使該差動電路50之差動輸出Vom與vop間之差之振幅之中心變成該控制電壓Vcom(CMFB電壓)。
應注意，在具有以上所說明之組態之CMOS影像感測器10中，將該負載電路54及55配置於該像素陣列部分11之共同相位回授電路40側上(於圖1之上側上)，而且導出該等差動輸出Vom及Vop。然而，本發明絕未受其限制。也就是說，具有以下之一組態之Si晶片上之場地佈置圖係任意：該等負載電路54及55被配置於該像素陣列部分11之共同相位回授電路40側上，而且導出該等差動輸出Vom及Vop。
藉由採用此一組態，可能縮減每一像素行所布線的一信號線，具體言之，在該虛設像素30側上之信號線112。再者，可能縮短布線於該差動電路50之輸出端子52與53間(參考圖2)及該共同相位回授電路40之輸入/輸出端子46與47間(參考圖5)之布線之長度。結果，存在以下優點：可能縮減該整體像素陣列部分11的一布局面積。
(像素陣列部分之操作)
後續，將參考圖6之一時序波形圖而說明該像素陣列部分11中之單元像素20、虛設像素30及共同相位回授電路40之操作。
首先，於一時間t1，具有一"高"位準之一重設控制信號 R(n)係輸入至每一單元像素20及虛設像素30，其屬於特定像素列n。再者，該共同相位回授電路40之切換元件41與42及切換元件43係分別根據該切換控制信號φcmfbd及該切換控制信號φcmfb而接通。
與此操作並行，用於調節該差動電路50之共同模式信號之一位準之控制電壓Vcom係作為該單元像素20之重設電壓而從該外部電壓源輸入至該共同相位回授電路40。也就是說，該外部電壓源及該共同相位回授電路40構成透過該輸出節點N11將該重設電壓供應至該重設電晶體23的一重設電壓供應區段。
在此情況中，該控制電壓Vcom係用作該單元像素20之重設電壓。然而，亦可能採用以下之此一組態：特別準備由專屬於一重設操作之一信號線及一切換元件所組成的一重設電壓供應區段，而且一重設電壓係與來自考慮之重設電壓供應區段之控制電壓Vcom適合地並聯輸入。
然而，採用使用該共同相位回授電路40作為該重設電壓供應區段的一組態亦提供以下的一優點：可將該電路組態更簡化，因為不必特別準備該重設電壓供應區段。
一般而言該重設控制信號R(n)係於一時間點t2從該"高"位準改變至該"低"位準，此時作為該單元像素20之信號偵測部分之浮動擴散電容器Cfd之節點電位係基於根據該重設控制信號R(n)所進行之重設操作而設定為該控制電壓Vcom之重設電壓。此操作應用於該虛設像素30。
於該重設控制信號R(n)已變成該"低"位準後，於一時間 t3，輸入具有該"高"位準之選擇控制信號Vsel(n)，以轉變屬於該像素列n之單元像素20之每一選擇電晶體25，藉以將每一單元像素20設定為該選擇狀態。
此處，該選擇控制信號Vsel(n)可與該重設控制信號R(n)並行輸入。然而，就抑制該單元像素20中之功率消耗方面而言，不與該重設控制信號R(n)並行輸入該選擇控制信號Vsel(n)係有利，因為該功率可藉由在從該時間t1至該時間t3之一時間週期接通該選擇電晶體25所消耗之功率加以縮減。
與輸入該選擇控制信號Vsel(n)並行或者在該輸入之中及之後，該控制電壓Vcom係設定為使該差動電路50之輸出振幅獲得一最大程度的一電壓值。其後，該切換控制信號φcmfb係於一時間t4設定在一非主動狀態(在該"低"位準)，而且後續該切換控制信號φcmfbd係於一時間t5設定在一非主動狀態。
此時，在該單元像素20中實現一操作，其用於讀出設定為該控制電壓Vcom之重設電壓之浮動擴散電容器Cfd之電壓，其係該重設位準之形式，而且將該電壓供應至該後續級中之行電路13。
其次，於一時間t6，輸入一傳送控制信號T(n)，以接通該傳送電晶體23，藉以傳送已透過該光電轉換元件21中之光電轉換而累積之信號電荷，直到抵達該浮動擴散電容器Cfd之時間。再者，在該傳送控制信號T(n)消失的一時間t6，對應於如此傳送之信號電荷之電壓係以具有一預定位 準之一信號之形式讀出，而且然後在該後續級中供應至該行電路13。
連接於該浮動擴散電容器Cfd與該信號線111間之電容元件26及共同源極組態放大電晶體24進行用於讀出該單元像素20中之重設位準及信號位準之操作。該電容元件26具有較該浮動擴散電容器Cfd之電容更微小的一電容。因此，該輸出電壓之位準為高，亦即，該單元像素20之信號偵測靈敏度為高，其藉由使用具有該微小電容之電容元件26及該共同源極組態放大電晶體24實現用於讀出該信號之操作。
[本發明之操作及效應]
如目前為止已說明，在該單元像素20中提供透過該光電轉換元件21中之光電轉換將獲得之信號電荷傳送至該浮動擴散電容器Cfd之傳送電晶體22，其中該信號偵測靈敏度係藉由使用該共同源極類型放大電晶體24及具有該微小電容之電容元件26讀出信號加以增強。結果，首先重設該像素20並且讀出該重設位準，而且其後將該等信號電荷從該光電轉換元件21傳送至該浮動擴散電容器Cfd，而且以具有該預定位準之信號之形式讀出，藉以例如移除該行電路13中之相關雙重取樣所致之雜訊。結果，可能抑制該重設雜訊及該固定圖案雜訊兩者。
此外，該差動電路50係由該單元像素20及該虛設像素30所組成，而且從該單元像素20讀出該重設位準及該信號位準之讀出電路係以該差動電路之形式加以組態。再者，提 供該重設電壓供應區段(在此範例中由該外部電壓源及該共同相位回授電路40所組成)，用於透過該像素20之輸出節點N11將該重設電壓供應至該重設電晶體23，而且使該重設電壓之電壓可變。結果，該浮動擴散電容器Cfd之電位可藉由調整該重設電壓之電壓值而自由地設定。結果，可輕易地實現該單元像素20之電位設計，而且從該光電轉換元件21至該浮動擴散電容器Cfd之信號電荷之完全傳送變成可能。
然而，當調整在該單元像素20側上(在該正相位上)之重設電壓之電壓值時，該差動輸出Vom與Vop間之差之中心電壓偏離該差動電路50中之輸出振幅。為了對付此情形，其採用以下之此一組態：提供用於控制該差動電路50之電流源電晶體51之閘極偏壓之共同相位回授電路40，而且藉由設定該控制電壓Vcom之電壓值(CMFB電壓)而實現該回授控制，因此於藉由該重設電壓將該單元像素20之浮動擴散電容器Cfd之節點電位重設後，基於該共同相位回授電路40之操作，該等差動輸出Vom與Vop間之差之中心電壓變成該差動電路50中之輸出振幅之中心。結果，可設定該放大電晶體24之閘極部分之操作點，使該輸出振幅(輸出範圍)變成最大值。結果，可能加寬該動態範圍。
(差動電路之特徵之分散)
此處，在此具體實施例之單元像素20中，當由於尺寸失配或類似物使特徵之一分散出現於該差動電路50之每一單元像素20側及虛設像素側30上時，特徵之分散可對該輸出 信號之輸出特徵發揮一影響。
圖7A至7C顯示當在每一單元像素20側上及虛設像素30側上存在特徵之一分散(誤差)之輸出波形。在此等圖式中，參考符號Cfd_L指定在該單元像素20側上之浮動擴散電容器的一電容，參考符號Cio_L指定該電容元件26的一電容，參考符號Cfd_R指定在該虛設像素30側上之浮動擴散電容器Cfd的一電容，而且參考符號Cio_R指定該電容元件34的一電容。
當在該單元像素20側上之電容元件26之電容Cio_L及浮動擴散電容器Cfd之電容Cfd_L係分別小於在該虛設像素30側上之電容元件34之電容Cio_R及浮動擴散電容器Cfd之電容Cfd_R時，該單元像素20及該虛設像素30之重設位準彼此不一樣，而如圖7A中所示彼此偏移。在此連接中，當並無單元像素20側或虛設像素30側上出現一誤差時，如圖7B中所示，該單元像素20及該虛設像素30之重設位準彼此一致。
因此，相反地利用以下特徵：由於在該單元像素20側上之電容元件26之電容Cio_L與在該虛設像素30側上之電容元件34之電容Cio_R間之差及在該單元像素20側上之浮動擴散電容器Cfd之電容Cfd_L與在該虛設像素30側上之浮動擴散電容器Cfd之電容Cfd_R間之差，使該單元像素20及該虛設像素30之重設位準改變。也就是說，於尺寸上，該虛設像素30側係故意設計成較該單元像素20側更大，使在該單元像素20側上之電容元件26之電容Cio_L及浮動擴散電 容器Cfd之電容Cfd_L係分別大於在該虛設像素30側上之電容元件34之電容Cio_R及浮動擴散電容器Cfd之電容Cfd_R，其導致如圖7C中所示，可能加寬該等差動輸出Vom及Vop之振幅範圍。
(靈敏度之分散)
同樣地，由於用於偵測該信號之電容元件26之電容Cio係微小，每一單元像素20出現靈敏度的一分散。當將相同輸入施加於該等像素20時，用於校正特徵之分散之校正係數可以來自該等像素20之輸出之逆數之形式獲得。
關於將相同輸入施加於該等單元像素20以獲得該等校正係數的一第一方法，將一光均勻地輻射至所有單元像素20，而且於該時間獲得來自該等單元像素20之輸出之逆數，藉以促成分別獲得所有單元像素20之校正係數。關於一第二方法，設定該傳送控制信號Tx之電壓值，使其逐漸增加，而且以複數個批次將該光電轉換元件21中所產生之信號電荷傳送(部分傳送)，藉以促成獲得該校正係數。
<校正係數之計算>
此處，獲得靈敏度之分散之校正係數之第二方法將參考圖8的一時序波形圖及圖9的一能量圖而具體說明。
首先，例如將來自外側的一電壓施加於該光電轉換元件(PD)21，藉此以電荷(在此範例中為電子)填充該光電轉換元件21。其後，於一時間t11，具有該"高"位準之重設控制信號R(n)係輸入至屬於該特定像素列n之每一單元像素20及虛設像素30。再者，該傳送控制信號Tx(n)係設定為一 電壓值Vx1，藉此可將該光電轉換元件21中所累積之電荷完全地傳送至該浮動擴散電容器Cfd。
與此操作同時，分別根據該切換控制信號φcmfbd及該切換控制信號φcmfb將該共同相位回授電路40之所有切換元件41與42及切換元件43接通。再者，輸入至該共同相位回授電路40之控制電壓Vcom係設定為該重設電壓。
其次，於一時間t12，該傳送控制信號Tx(n)係設定為一電壓值Vx2，無法用此電壓值完全地傳送該光電轉換元件21中之電荷，而僅可從該像素陣列部分11中之所有像素20之光電轉換元件21傳送一小量之電荷。
其次，於一時間t13，在該浮動擴散電容器(FD)Cfd側上之電壓(亦即，該控制電壓Vcom)係設定為該高電壓(CMFB電壓)，而且使該浮動擴散電容器Cfd之電位降低。結果，將對應於一所謂調平電壓或以上(其係設定在該傳送電晶體22之閘極之正下方之一通道之一電位)之電荷從該光電轉換元件21傳送至該浮動擴散電容器Cfd。
其次，於該重設控制信號R(n)已變成一"低"位準後，於一時間t14，輸入具有一"高"位準之選擇控制信號Vsel(n)，以接通屬於該像素列n之單元像素20之選擇電晶體25。結果，每一單元像素20係設定為一選擇狀態，藉以執行該讀出操作之設定。
再者，於一時間t15，該傳送控制信號Tx(n)係設定為一"低"位準。因此，該浮動擴散電容器Cfd之電壓(對應於在該傳送控制信號Tx(n)之電壓Vx2傳送之電荷)係設定為欲 讀出至外側的一重設位準(信號參考位準)。
其次一於一時間t16，該傳送控制信號Tx(n)係設定為未准許該完全傳送的一給定電壓值Vx3(高於該第一調平電壓值Vx2)。再者，於一時間t17，該傳送控制信號Tx(n)係設定為一"低"位準，而且該浮動擴散電容器Cfd之電壓(對應於在該傳送控制信號Tx(n)之電壓值Vx3傳送之電荷)係以一信號位準之形式讀出至外側。
理想上此信號位準係基於相同之像素電荷品質。因此，若不存在靈敏度之分散，則相同像素信號係藉由在該讀出信號位準及在該重設位準執行該相關雙重取樣而從所有像素輸出。然而，該等像素信號係受到該等單元像素20中之靈敏度之分散所影響。結果，一分散出現在該等像素間之像素信號中。
為了對付此情形，將該傳送控制信號Tx之電壓值設定為逐漸增加。在該光電轉換元件21中所產生之信號電荷係以複數個批次傳送。在該第一次電荷傳送以外之電荷傳送階段中來自該等單元像素20之輸出信號之逆數係分別用作該校正係數。因此，藉由使用該等校正係數對於該等輸出信號執行該校正處理，藉以促成校正該等像素中之靈敏度之分散。應注意，較佳者，獲得在該第一次電荷傳送以外之電荷傳送階段中來自該等單元像素20之輸出信號之平均值，並且係用作該等校正係數，因為當僅實現一次該讀出操作時含有該等雜訊。
(輸出信號之飽和)
此具體實施例之單元像素20(亦即，藉由使用具有該微小電容之電容元件26及該共同源極組態放大電晶體24讀出該信號之單元像素20)具有較該相關技術中所讀出之源極隨耦器之情況之量值更高大約一等級之量值之靈敏度。為此原因，來自該像素20之輸出信號可以一小量之電荷使其飽和。
使該輸出信號飽和之問題可解決如下。也就是說，利用分割該單元像素20之方法，其用於校正以上靈敏度之分散，亦即，傳送透過該光電轉換元件21中之光電轉換所獲得之信號電荷之驅動方法，其中將該等信號電荷切割成複數個部分，各對應於一任意數量之電荷，而且讀出對應於以該分割傳送為基礎所獲得之電荷之信號。再者，將藉由利用此驅動方法所讀出之信號彼此相加成一像素信號，藉以允許解決以上所說明之問題。
以下將較具體說明傳送該等信號電荷之驅動方法，其中將該等信號電荷分割成複數個部分，各對應於任意數量之電荷，而且讀出對應於以該分割傳送為基礎所獲得之電荷之信號，其係給定以下情況作為一範例：其中(例如)以一三分割傳送為基礎而傳送於一單元之一累積時間週期期間在該光電轉換元件21中所累積之信號電荷。
在該以三分割傳送為基礎之情況中，設定可完全地傳送該光電轉換元件21中之電荷的一接通電壓Von、於一"低"位準的一關閉電壓Voff及各高於該關閉電壓Voff並且低於該接通電壓Von之兩個中間電壓Vmid0與Vmid1作為該傳送 控制信號Tx，其係施加於該傳送電晶體22之閘極電極。
再者，該等中間電壓Vmid0與Vmid1及該接通電壓Von係以此次序連續施加於該傳送電晶體22之閘極電極，以作為該傳送控制信號Tx。於一單元之累積時間週期期間在該光電轉換元件21中所累積之信號電荷係以該三分割傳送為基礎而傳送至該浮動擴散電容器Cfd。再者，對應於以三分割傳送為基礎而輸出自該等個別單元像素20之信號(例如)在該行電路13或該後續級的一信號處理電路(未顯示)額外處理。
如以上已說明，該等單元像素20係藉由利用基於該分割傳送之基礎之驅動方法所驅動，而且以該分割傳送為基礎而輸出自該等個別單元像素20之信號係彼此相加成為一像素信號。結果，可實現該高靈敏度影像感測器，因為該等信號可以該高信號偵測靈敏度從該等個別單元像素20讀出，不致減損該飽和位準。
(像素共享)
目前為止已說明之此具體實施例之單元像素20較不會縮減靈敏度。因此，可能採用如圖11中所示之此一組態，一單元像素20'係由該光電轉換元件21及該傳送電晶體22所組成，複數個單元像素20'係並聯配置，而且由該重設電晶體23、該放大電晶體24、該選擇電晶體25及該電容元件26所組成的一信號偵測電路200係於複數個單元像素20'間共享。由於該像素共享導致縮減一讀取線的一寄生電容，所以可增加一信號讀取速度。
尤其，該讀出電路係以一差動形式之形式加以組態，其導致：當獲得該差動電路50的一理想放大因數時可偵測該信號，而不致取決於該浮動擴散電容器Cfd。因此，如圖11中所示，當在該像素電路中並聯提供該光電轉換元件21及該傳送電晶體22時可讀出該信號，而不致縮減該電壓靈敏度。
在此連接中，具有該正常像素組態之讀取操作取決於該浮動擴散電容器Cfd，而且當在該等像素中提供複數個光電轉換元件21及複數個傳送電晶體22時，該浮動擴散電容器Cfd增加。結果，相應地縮減該靈敏度。
亦在此具體實施例之單元像素20中，雖然該浮動擴散電容器Cfd類似地增加，但偵測該信號電壓之靈敏度一致取決於在該浮動擴散電容器Cfd之節點N12之電容及輸出節點N11之電容。因此，增加該等像素之平行性幾乎不發揮對該靈敏度的一影響。此外，平行性的一增加導致：該放大電晶體24之擴散層之數目減少。因此，可能縮減寄生在該讀取線上之寄生電容，其可在讀出該信號之速度貢獻一增加。
[修改]
應注意，在上述具體實施例中，已藉由給定以下情況作為一範例而說明本發明：將本發明應用於該CMOS影像感測器，其中將各用以偵測對應於以一物理量形式之若干可見光之信號電荷之單元像素配置成矩陣。然而，本發明絕不限於該CMOS影像感測器之應用。也就是說，可將本發 明應用於各使用該行系統的一般固態影像拾取器件，其中該像素陣列部分之每一像素行配置該行電路。
此外，本發明絕不限於應用在用於偵測若干入射可見光之一分佈以便以一影像之形式捕獲其分佈之影像拾取器件。也就是說，可將本發明應用在用於偵測若干入射紅外射線、X射線、粒子或類似物之一分佈以便以一影像之形式捕獲其分佈之所有固態影像拾取器件，及例如一指紋偵測感測器之用於偵測例如廣義之一壓力或一靜電電容之其他物理量之一分佈以便以一影像之形式捕獲其分佈之固態影像拾取器件(物理量分佈偵測器件)。
再者，本發明絕不限於藉由連續掃描列中之像素陣列部分之單元像素而從該等個別單元像素讀出該等像素信號之固態影像拾取器件。也就是說，亦可將本發明應用於一X－Y位址類型固態影像拾取器件，其用於選擇像素中之任意像素，並且從在像素中如此選擇之個別像素讀出該等信號。
應注意，該固態影像拾取器件可具有形成為一晶片的一形式，或者可具有含有一影像拾取功能的一模組形式，其中集體封裝一影像拾取部分及一信號處理部分或一光學系統。
此外，可將本發明應用於一影像拾取裝置以及該固態影像拾取器件。此處，該影像拾取裝置意謂例如一數位相機或一視訊攝影機的一相機系統，或者例如一行動電話之具有一影像拾取功能的一電子裝置。應注意，該影像拾取裝 置亦意謂黏著至該電子裝置之上述模組形式，亦即，某些情況中的一相機模組。
[影像拾取裝置]
圖12係一方塊圖，其顯示根據本發明之一具體實施例之一影像拾取裝置的一組態。如圖12中所示，根據本發明之具體實施例之影像拾取裝置60包含一光學系統，其具有一透鏡群61、一固態影像拾取器件62、如一相機信號處理電路的一DSP電路63、一圖框記憶體64、一顯示器件65、一記錄器件66、一操縱系統67及一電源系統68。再者，該DSP電路63、該圖框記憶體64、該顯示器件65、該記錄器件66、該操縱系統67及該電源系統68係透過一匯流排線69彼此連接。
該透鏡群61捕獲來自一主體的一入射光(影像光)，以便將該入射光聚焦至該固態影像拾取器件62的一成像區域上。該固態影像拾取器件62將藉由該透鏡群61聚焦至該成像區域上之若干入射光轉換成像素中之電性信號，而且以像素信號之形式輸出該等電性信號。以上所說明之具體實施例之CMOS影像感測器10用作該固態影像拾取器件62。
該顯示器件65係由例如一液晶顯示器件或一有機電致發光(EL)顯示器件的一面板型顯示器件所構成。該顯示器件65將藉由該固態影像拾取器件62所捕獲的一移動影像或一靜態影像顯示在其上。該記錄器件66將藉由該固態影像拾取器件62所捕獲之移動影像或靜態影像上之影像資料記錄於例如一錄影帶或一數位多功能光碟(DVD)的一記錄媒 體。
在藉由一使用者所進行之操縱下，該操縱系統67發出有關此具體實施例之影像拾取裝置所具有之各種功能之操縱命令。該電源系統68合適地供應各種電源，變成分別至該DSP電路63、該圖框記憶體64、該顯示器件65、該記錄器件66及該操縱系統67之電力供應之操作電源。
如目前為止已說明，在例如該視訊攝影機或該數位相機之相機模組之影像拾取裝置或者例如該行動電話之行動裝置中，以上所說明之具體實施例之CMOS影像感測器10係用作其固態影像拾取器件62，其導致：由於即使在考慮之CMOS影像感測器10中具有較少量之信號電荷，仍可獲得具有該足夠量值之像素信號，所以可實現該高靈敏度影像拾取裝置。
熟諳此技術者應瞭解，只要在文後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‧‧‧像素陣列部分
12‧‧‧垂直掃描電路
13‧‧‧行電路
14‧‧‧水平掃描電路
15‧‧‧行信號選擇電路
20‧‧‧單元像素
20'‧‧‧單元像素
21‧‧‧光電轉換元件
22‧‧‧傳送電晶體(傳送閘極)
23‧‧‧重設電晶體
24‧‧‧放大電晶體
25‧‧‧選擇電晶體
26‧‧‧電容元件
30‧‧‧虛設像素
31‧‧‧重設電晶體
32‧‧‧放大電晶體
33‧‧‧選擇電晶體
34‧‧‧電容元件
35‧‧‧傳送電晶體
40‧‧‧共同相位回授電路(CMFD)
41‧‧‧切換元件
42‧‧‧切換元件
43‧‧‧切換元件
44‧‧‧電容元件
45‧‧‧電容元件
46‧‧‧輸入/輸出端子
47‧‧‧輸入/輸出端子
50‧‧‧差動電路
51‧‧‧電流源電晶體
52‧‧‧輸出端子
53‧‧‧輸出端子
54‧‧‧負載電路
55‧‧‧負載電路
60‧‧‧影像拾取裝置
61‧‧‧透鏡群
62‧‧‧固態影像拾取器件
63‧‧‧DSP電路
64‧‧‧圖框記憶體
65‧‧‧顯示器件
66‧‧‧記錄器件
67‧‧‧操縱系統
68‧‧‧電源系統
69‧‧‧匯流排線
111‧‧‧信號線
112‧‧‧信號線
113‧‧‧源極線
114‧‧‧傳送控制線
115‧‧‧重設控制線
116‧‧‧選擇控制線
200‧‧‧信號偵測電路
541‧‧‧P通道MOS電晶體
542‧‧‧P通道MOS電晶體
551‧‧‧P通道MOS電晶體
552‧‧‧P通道MOS電晶體
Cfd‧‧‧浮動擴散電容器
N11‧‧‧輸出節點
N12‧‧‧節點
N13‧‧‧共同連接節點
N14‧‧‧輸出節點
圖1係一系統組態圖，其顯示根據本發明之一具體實施例之一CMOS影像感測器的一組態；圖2係一電路圖，其顯示圖1中所示之一單元像素及一虛設像素之一組態的一範例；圖3係一電路圖，其顯示該虛設像素之組態之另一範例；圖4係一電路圖，其顯示一負載電路之一組態之另一範 例；圖5係一電路圖，其顯示一共同相位回授電路之一組態的一範例；圖6係一時序波形圖，其解釋該單元像素、該虛設像素及該共同相位回授電路之操作；圖7A至7C分別為當特徵之一分散出現在一單元像素側上及在一虛設像素側上之波形圖；圖8係一時序波形圖，其解釋一種獲得靈敏度之一分散之校正係數之方法；圖9係一能量圖，其解釋獲得靈敏度之分散之校正係數之方法；圖10係一時序圖，其顯示在以三分割傳送為基礎之情況中之一驅動時序的一範例；圖11係一電路圖，其顯示像素共享的一範例；以及圖12係一方塊圖，其顯示根據本發明之一具體實施例之一影像拾取裝置的一組態。
20‧‧‧單元像素
21‧‧‧光電轉換元件
22‧‧‧傳送電晶體(傳送閘極)
23‧‧‧重設電晶體
24‧‧‧放大電晶體
25‧‧‧選擇電晶體
26‧‧‧電容元件
30‧‧‧虛設像素
31‧‧‧重設電晶體
32‧‧‧放大電晶體
33‧‧‧選擇電晶體
34‧‧‧電容元件
50‧‧‧差動電路
51‧‧‧電流源電晶體
52‧‧‧輸出端子
53‧‧‧輸出端子
54‧‧‧負載電路
55‧‧‧負載電路
111‧‧‧信號線
112‧‧‧信號線
113‧‧‧源極線
541‧‧‧P通道MOS電晶體
542‧‧‧P通道MOS電晶體
551‧‧‧P通道MOS電晶體
552‧‧‧P通道MOS電晶體
Cfd‧‧‧浮動擴散電容器
N11‧‧‧輸出節點
N12‧‧‧節點
N13‧‧‧共同連接節點
N14‧‧‧輸出節點

Claims (14)

  1. 一種固態影像拾取器件，其包括：一像素陣列部分，其藉由配置單元像素而構成，每一單元像素包含：一光電轉換元件、一傳送電晶體，其用於將透過該光電轉換元件中之光電轉換所獲得之信號電荷傳送至一浮動擴散電容器；一重設電晶體，其連接於該浮動擴散電容器與一輸出節點之間；一電容元件，其具有較該浮動擴散電容器之電容更微小的一電容，該電容元件係連接於該浮動擴散電容器與該輸出節點之間；及一放大電晶體，其用於讀出透過該電容元件中之轉換所獲得的一電壓信號；一虛設像素，其具有與該單元像素相等之特徵，該像素陣列部分之每一像素行提供該虛設像素；一差動電路，其由該單元像素及該虛設像素所組成；重設電壓供應構件，其用於透過該輸出節點將一重設電壓供應至該重設電晶體，該重設電壓供應構件係調適成用以調整該重設電壓的一電壓值；以及一共同相位回授電路，其用於在藉由該重設電晶體完成一重設操作後控制該差動電路的一電流源，使來自該差動電路之差動輸出間之一差的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓。
  2. 如請求項1之固態影像拾取器件，其中該共同相位回授電路具有該重設電壓供應構件的一功能。
  3. 如請求項1之固態影像拾取器件，其中該虛設像素係設 計成具有較該單元像素之尺寸更大的一尺寸。
  4. 一種驅動一固態影像拾取器件之方法，該固態影像拾取器件包含：一像素陣列部分，其藉由配置單元像素而構成；一虛設像素，其具有與該單元像素相等之特徵，該像素陣列部分之每一像素行提供該虛設像素；及一差動電路，其由該單元像素及該虛設像素所組成，每一單元像素包含：一光電轉換元件；一傳送電晶體，其用於將透過該光電轉換元件中之光電轉換所獲得之信號電荷傳送至一浮動擴散電容器；一重設電晶體，其連接於該浮動擴散電容器與一輸出節點之間；一電容元件，其具有較該浮動擴散電容器之電容更微小的一電容，該電容元件係連接於該浮動擴散電容器與該輸出節點之間；及一放大電晶體，其用於讀出透過該電容元件中之轉換所獲得的一電壓信號，該驅動方法包括以下步驟：使透過該輸出節點供應至該重設電晶體之一重設電壓的一電壓值可變；以及於藉由該重設電晶體完成一重設操作後，控制該差動電路的一電流源，使來自該差動電路之差動輸出間之一差動的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓。
  5. 一種用於一固態影像拾取器件之信號處理方法，該固態影像拾取器件包含：一像素陣列部分，其藉由配置單元像素而構成；一虛設像素，其具有與該單元像素相等之特徵，該像素陣列部分之每一像素行提供該虛設像素； 及一差動電路，其由該單元像素及該虛設像素所組成，每一單元像素包含：一光電轉換元件；一傳送電晶體，其用於將透過該光電轉換元件中之光電轉換所獲得之信號電荷傳送至一浮動擴散電容器；一重設電晶體，其連接於該浮動擴散電容器與一輸出節點之間；一電容元件，其具有較該浮動擴散電容器之電容更微小的一電容，該電容元件係連接於該浮動擴散電容器與該輸出節點之間；及一放大電晶體，其用於讀出透過該電容元件中之轉換所獲得的一電壓信號，該信號處理方法包括以下步驟：當將相同輸入給予該像素陣列部分之該等單元像素時，獲得來自該等單元像素之輸出之逆數，其係校正係數的一形式；以及藉由使用該等校正係數校正該等像素間之靈敏度的一分散。
  6. 如請求項5之用於一固態影像拾取器件之信號處理方法，其進一步包括以下步驟：在獲得該等校正係數中將一光均勻地輻射至該像素陣列部分之該等像素；以及將來自該等單元像素之該等輸出之該等逆數設定為該等校正係數。
  7. 如請求項5之用於一固態影像拾取器件之信號處理方法，其進一步包括以下步驟：設定一傳送控制信號的一電壓值，藉以驅動該傳送電 晶體，以便在獲得該等校正係數中逐漸地增加其電壓值；以複數個批次傳送該光電轉換元件中所產生之該等信號電荷；以及除在一第一次電荷傳送外之一電荷傳送階段中設定來自該等單元像素之該等輸出之該等逆數為該等校正係數。
  8. 如請求項7之用於一固態影像拾取器件之信號處理方法，其中在除該第一次電荷傳送外之該電荷傳送階段中來自該等單元像素之該等輸出之平均值之逆數被設定為該等校正係數。
  9. 一種用於一固態影像拾取器件之信號處理方法，該固態影像拾取器件包含：一像素陣列部分，其藉由配置單元像素而構成；一虛設像素，其具有與該單元像素相等之特徵，該像素陣列部分之每一像素行提供該虛設像素；及一差動電路，其由該單元像素及該虛設像素所組成，每一單元像素包含：一光電轉換元件；一傳送電晶體，其用於將透過該光電轉換元件中之光電轉換所獲得之信號電荷傳送至一浮動擴散電容器；一重設電晶體，其連接於該浮動擴散電容器與一輸出節點之間；一電容元件，其具有較該浮動擴散電容器之電容更微小的一電容，該電容元件係連接於該浮動擴散電容器與該輸出節點之間；及一放大電晶體，其用於讀出透過該電容元件中之轉換所獲得的一電壓信號，該信號處理方法包括以 下步驟：逐漸增加藉以驅動該傳送電晶體之一傳送控制信號的一電壓值，而且以複數個批次傳送於一單元之一累積時間週期在該光電轉換元件中所產生之該等信號電荷；以及藉由複數個傳送操作將輸出自該等單元像素之該等信號相加。
  10. 一種影像拾取裝置，其包括：一固態影像拾取器件，其具有一像素陣列部分，其藉由配置單元像素而構成，每一單元像素包含：一光電轉換元件；一傳送電晶體，其用於將透過該光電轉換元件中之光電轉換所獲得之信號電荷傳送至一浮動擴散電容器；一重設電晶體，其連接於該浮動擴散電容器與一輸出節點之間；一電容元件，其具有較該浮動擴散電容器之電容更微小的一電容，該電容元件係連接於該浮動擴散電容器與該輸出節點之間；及一放大電晶體，其用於讀出透過該電容元件中之轉換所獲得的一電壓信號；及一光學系統，其用於將一入射光聚焦至該固態影像拾取器件的一成像區域上；其中該固態影像拾取器件包含一虛設像素，其具有與該單元像素相等之特徵，該像素陣列部分之每一像素行提供該虛設像素，一差動電路，其由該單元像素及該虛設像素所組成， 重設電壓供應構件，其用於透過該輸出節點將一重設電壓供應至該重設電晶體，該重設電壓供應構件係調適成用以調整該重設電壓的一電壓值，以及一共同相位回授電路，其用於在藉由該重設電晶體完成一重設操作後控制該差動電路的一電流源，使來自該差動電路之差動輸出間之一差的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓。
  11. 一種固態影像拾取器件，其包括：一像素陣列部分，其包括(a)以列及行配置之單元像素，每一單元像素包含一光電轉換元件及一傳送電晶體，及(b)第二像素，其具有等同於該等單元像素的特性之特性，該像素陣列部分之每一像素行提供該等第二像素；複數個差動電路，每一差動電路包括該等單元像素之一者及該等第二像素之一者；一重設電壓供應區段，其經組態以透過一輸出節點供應一重設電壓至重設電晶體，該重設電壓供應區段經組態以提供不同值之重設電壓；以及一共同相位回授電路，其經組態以控制每一差動電路之一電流源，使得在藉由該重設電晶體之一重設操作完成之後，來自每一差動電路之差動輸出間之一差的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓。
  12. 一種驅動一固態影像拾取器件之方法，其中該固態影像拾取器件包含(1)一像素陣列部分，其包括(a)以列及行配 置之單元像素，每一單元像素包含一光電轉換元件及一傳送電晶體，及(b)第二像素，其具有等同於該等單元像素的特性之特性，該像素陣列部分之每一像素行提供該等第二像素；(2)複數個差動電路，每一差動電路包括該等單元像素之一者及該等第二像素之一者；(3)一重設電壓供應區段；及(4)一共同相位回授電路，該方法包括以下步驟：透過一輸出節點以該重設電壓供應區段供應一重設電壓至重設電晶體；以及以該共同相位回授電路控制每一差動電路之一電流源，使得在藉由該重設電晶體之一重設操作完成之後，來自每一差動電路之差動輸出間之一差的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓。
  13. 一種在一固態影像拾取器件中之信號處理方法，該固態影像拾取器件包含(1)一像素陣列部分，其包括(a)以列及行配置之單元像素，每一單元像素包含一光電轉換元件及一傳送電晶體，及(b)第二像素，其具有等同於該等單元像素的特性之特性，該像素陣列部分之每一像素行提供該等第二像素；(2)複數個差動電路，每一差動電路包括該等單元像素之一者及該等第二像素之一者；(3)一重設電壓供應區段，其經組態以透過一輸出節點供應一重設電壓至重設電晶體，該重設電壓供應區段經組態以提供不同值之重設電壓；及(4)一共同相位回授電路，其經組態以控制每一差動電路之一電流源，使得在藉由該重 設電晶體之一重設操作完成之後，來自每一差動電路之差動輸出間之一差的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓，該方法包括：透過一輸出節點以該重設電壓供應區段供應一重設電壓至重設電晶體；以及以該共同相位回授電路控制每一差動電路之一電流源，使得在藉由該重設電晶體之一重設操作完成之後，來自每一差動電路之差動輸出間之一差的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓。
  14. 一種影像拾取裝置，其包括一固態影像拾取器件，其中中該固態影像拾取器件包含：一像素陣列部分，其包括(a)以列及行配置之單元像素，每一單元像素包含一光電轉換元件及一傳送電晶體，及(b)第二像素，其具有等同於該等單元像素的特性之特性，該像素陣列部分之每一像素行提供該等第二像素；複數個差動電路，每一差動電路包括該等單元像素之一者及該等第二像素之一者；一重設電壓供應區段，其經組態以透過一輸出節點供應一重設電壓至重設電晶體，該重設電壓供應區段經組態以提供不同值之重設電壓；以及一共同相位回授電路，其經組態以控制每一差動電路之一電流源，使得在藉由該重設電晶體之一重設操作完成之後，來自每一差動電路之差動輸出間之一差的一中心變成由一外部電壓源加以調整的一控制電壓。
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