專利名稱：圖像感測設備和成像系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像感測設備和成像系統(tǒng)。
背景技術：
根據(jù)日本專利特開No. 2001-45378中所公開的技術，在包括行方向和列方向上布 置的多個像素的像素陣列中，經(jīng)由在行方向上延伸的多個行控制線將驅(qū)動信號供給到像 素，并且經(jīng)由在列方向上延伸的多個列信號線從像素讀出信號。聚積單元連接到列信號線 的每一端。當正從兩個聚積單元中的一個讀出信號時，從像素輸出的信號聚積在另一聚積 單元中。這縮短了空白時段(沒有傳感器輸出的時段)和用于將信號從像素陣列讀出到聚 積單元的整個讀出時段。在日本專利特開No. 11-150255的技術中，兩個聚積單元以及兩個放大器交替連 接到多個列信號線中的每一個。在所述兩個聚積單元中的一個中所聚積的信號被所述兩個 放大器中的一個放大并輸出，然后被聚積在另一聚積單元中。在另一聚積單元中聚積的信 號被另一放大器放大，然后被讀出到后續(xù)級的輸出線。在日本專利特開No. 2001-45378的技術中，來自像素陣列的第一行的像素的信號 被聚積在一個聚積單元中，而來自第二行的像素的信號被聚積在另一聚積單元中。從每一 聚積單元傳輸?shù)胶罄m(xù)級的輸出線的信號乘以基于由每一聚積單元的電容值和輸出線的電 容值所確定的電容分割比率的增益。例如，當聚積單元具有電容值Cl，并且輸出線具有電容 值C2時，增益由C1/(C1+C2)給出。輸出線的電容值包含其寄生電容以及由在輸出線上所 提供的電容元件所生成的電容值。在使用這種電容分割的日本專利特開No. 2001-45378的 讀出技術中，當一個聚積單元以及另一聚積單元中每一個的電容的絕對值小時，基于后續(xù) 級的輸出線與每一聚積單元的電容之間的電容分割比率的增益變小，并且信噪比降低。反 過來，當一個聚積單元以及另一聚積單元中的每一個的電容的絕對值大時，基于后續(xù)級的 輸出線與每一聚積單元的電容之間的電容分割比率的增益變大，并且信噪比升高。然而，這 增加了一個聚積單元和另一聚積單元中的每一個的電極面積，導致了芯片面積增加。根據(jù)日本專利特開No. 11-150255的技術，在另一聚積單元中所聚積的信號由另一 放大器來放大，并且被讀出到后續(xù)級，如上所述。因此，有可能將該信號讀出到后續(xù)級的輸出 線，而不考慮基于電容分割比率的增益。然而，由于對于一個信號，兩個放大器連接到多個列 信號線中的每一個，因此圖像感測設備的芯片面積可能增加。此外，由于兩個放大器為了讀出 一個信號而操作，因此在圖像感測設備中在整個讀出時段中的整體功耗可能增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供圖像感測設備和成像系統(tǒng)，其甚至在以高速度讀出像素信號時，也可以減小芯片面積，并且抑制功耗增加。根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種圖像感測設備，包括像素，其包括光電轉(zhuǎn)換單元； 列信號線，其連接到所述像素；讀出電路，其經(jīng)由所述列信號線從所述像素讀出信號；輸出 線，其連接到所述讀出電路，并且具有電容；以及輸出單元，其經(jīng)由所述輸出線，根據(jù)來自所 述讀出電路的信號而輸出圖像信號，其中，所述讀出電路包括第一聚積單元，其保持讀出 到所述列信號線的信號；第一斷開/閉合單元，其斷開/閉合所述列信號線與所述第一聚積 單元之間的連接；第二聚積單元；傳送單元，其將由所述第一聚積單元所保持的信號傳送 到所述第二聚積單元；以及第二斷開/閉合單元，其斷開/閉合所述傳送單元與所述第二聚 積單元之間的連接，所述第一聚積單元的電容小于所述第二聚積單元的電容，由所述第二 聚積單元所保持的信號被基于所述第二聚積單元的電容以及所述輸出線的電容而讀出到 所述輸出單元。根據(jù)本發(fā)明第二方面，提供一種圖像感測設備，包括第一像素；第二像素；列信 號線，其連接到所述第一像素和所述第二像素；讀出電路，其經(jīng)由所述列信號線從所述第一 像素和所述第二像素讀出信號；驅(qū)動單元，其驅(qū)動所述第一像素、所述第二像素以及所述讀 出電路；輸出線，其連接到所述讀出電路，并且具有電容；以及輸出單元，其經(jīng)由所述輸出 線，根據(jù)來自所述讀出電路的信號而輸出圖像信號，其中，所述讀出電路包括第一聚積單 元，其保持讀出到所述列信號線的信號；第一斷開/閉合單元，其斷開/閉合所述列信號線 與所述第一聚積單元之間的連接；第二聚積單元；傳送單元，其將由所述第一聚積單元所 保持的信號傳送到所述第二聚積單元，并且其輸入端子和輸出端子連接到所述第一聚積單 元，其輸出端子連接到所述第二聚積單元；以及第二斷開/閉合單元，其斷開/閉合所述第 一聚積單元以及所述傳送單元與所述第二聚積單元之間的連接，所述第一聚積單元的電容 小于所述第二聚積單元的電容，由所述第二聚積單元所保持的信號被基于所述第二聚積單 元的電容以及所述輸出線的電容而讀出到所述輸出單元，并且所述驅(qū)動單元驅(qū)動所述第一 像素、所述第二像素以及所述讀出電路，以在第一時段期間，從所述第一聚積單元讀出所述 第一像素的信號，并且經(jīng)由所述傳送單元將所述信號傳送到所述第二聚積單元，而在所述 第一時段之后的第二時段期間，使所述第一聚積單元對輸出到所述列信號線的所述第二像 素的信號進行聚積，并且從所述第二聚積單元讀出所述第一像素的信號，并且將所述信號 傳送到所述輸出單元。根據(jù)本發(fā)明第三方面和第四方面，提供一種成像系統(tǒng)，其包括根據(jù)本發(fā)明的相應 第一方面和第二方面的圖像感測設備；光學系統(tǒng)，其在所述圖像感測設備的像面上形成圖 像；信號處理單元，其處理從所述圖像感測設備所輸出的信號，以生成圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明，甚至在以高速度讀出像素信號中，也有可能減小芯片面積并且抑制 功耗增加。根據(jù)以下結合附圖對示例性實施例的描述，本發(fā)明的進一步的特征將變得顯而易 見。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像感測設備的布置的視圖；圖2是示出讀出電路中的一列的電路布置的電路6
圖3是示出讀出電路的操作的時序圖；圖4是示出傳送單元的電路布置的電路圖；圖5是示出使用根據(jù)第一實施例的圖像感測設備的成像系統(tǒng)的布置的框圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像感測設備300的布置的視圖；圖7是示出讀出電路中的一列的電路布置的電路圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的圖像感測設備600的布置的視圖；圖9是示出讀出電路中的一列的電路布置的電路圖；圖10是示出讀出電路的操作的時序圖；圖11是用于解釋復位電位的視圖；圖12是示出讀出電路中的一列的電路布置的電路圖(變型例)；圖13是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的圖像感測設備800的布置的視圖；圖14是示出讀出電路中的一列的電路布置的電路圖；圖15是示出讀出電路的操作的時序圖；圖16是示出輸出單元的布置的電路圖；圖17是示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的圖像感測設備900的布置的視圖；圖18是示出讀出電路中的一列的電路布置的電路圖；圖19是示出讀出電路的操作的時序圖；圖20是示出讀出電路的操作的時序圖；圖21是示出根據(jù)本發(fā)明第六實施例的圖像感測設備1000的布置的視圖；圖22是示出讀出電路中的一列的電路布置的電路圖；圖23是示出讀出電路的操作的時序圖；圖24是示出讀出電路的操作的時序圖。
具體實施例方式本發(fā)明具體地針對在視頻攝像機、數(shù)字靜態(tài)攝像機、用于圖像掃描儀的圖像輸入 設備等等中廣泛使用的圖像感測設備。將參照圖1描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像感測設備100。圖1是示出根據(jù)本 發(fā)明第一實施例的圖像感測設備100的布置的視圖。圖像感測設備100包括像素陣列PA、垂直掃描電路(VSR，驅(qū)動單元)101、讀出電 路110、水平掃描電路(HSR，驅(qū)動單元)102、行控制線CLl至CL4以及列信號線RLl至RL4。 圖像感測設備100還具有第一水平輸出線121、第二水平輸出線122以及輸出單元120。像素陣列PA包括多個像素All至B24，其按二維方式(以矩陣形式)排列。為了 方便描述，將在此以4 X 4像素的陣列為例。像素All至B24中的每一個包括光電轉(zhuǎn)換單元PD。光電轉(zhuǎn)換單元PD是例如光電
二極管。垂直掃描電路(VSR) 101經(jīng)由行控制線CLl至CL4將驅(qū)動信號供給到像素All至 B24。例如，垂直掃描電路(VSR) 101使得像素陣列PA中的每一行的像素將信號輸出到列信 號線RLl至RL4中的對應一個。讀出電路110經(jīng)由列信號線RLl至RL4從像素Al 1至B24讀出信號。讀出電路110包括第一斷開/閉合單元組103、第一聚積單元組104、傳送單元組105、第二斷開/閉 合單元組106、第二聚積單元組107以及第三斷開/閉合單元組108。第一斷開/閉合單元組103包括為各個列提供的多個第一斷開/閉合單元。第一聚積單元組104包括為各個列提供的多個第一聚積單元。第一聚積單元保持 輸出到列信號線RLl至RL4的信號。傳送單元組105包括為各個列提供的多個傳送單元。傳送單元將由第一聚積單元 所保持的信號傳送到第二聚積單元。傳送單元將與由第一聚積單元所保持的電荷對應的信 號供給到第二聚積單元。第二斷開/閉合單元組106包括為各個列提供的多個第二斷開/閉合單元。第二 聚積單元組107包括為各個列提供的多個第二聚積單元。第三斷開/閉合單元組108包括為各個列提供的多個第三斷開/閉合單元。第三 斷開/閉合單元斷開/閉合第二聚積單元與第一水平輸出線121或第二水平輸出線122之 間的連接。例如，第三斷開/閉合單元將第二聚積單元和第一水平輸出線121或第二水平 輸出線122設置為閉合狀態(tài)，由此將第二聚積單元電連接到第一水平輸出線121或第二水 平輸出線122。水平掃描電路(HSR) 102依次使得將要供給到讀出電路中的每一列的布置的水平 掃描信號(HSR)有效，由此依次閉合每一列的第三斷開/閉合單元。通過該操作，水平掃描 電路(HSR) 102使得第三斷開/閉合單元組108從讀出電路110的每一列(的第二聚積單 元)讀出信號，并且經(jīng)由第一水平輸出線121和第二水平輸出線122將所述信號輸出到輸 出單元120。第一水平輸出線121和第二水平輸出線122中的每一個將讀出電路110 (的第二 聚積單元)連接到輸出單元120。輸出單元120根據(jù)從讀出電路110經(jīng)由第一水平輸出線121和第二水平輸出線 122所輸出的信號，輸出圖像信號。也就是說，輸出單元120基于由第二聚積單元所保持的 信號而輸出圖像信號。通過第二聚積單元的電容與第一水平輸出線121或第二水平輸出線 122的電容之間的電容分割，將由第二聚積單元所保持的信號讀出到輸出單元120。接下來將參照圖2描述讀出電路110的布置。圖2是示出讀出電路110中的一列 的電路布置的電路圖。將主要描述連接到列信號線RLl的電路。該情況也應用于連接到其 余列信號線RL2至RL4的電路。例如，第一像素All和第二像素Bll (圖1)連接到列信號線RLl的上游側。第一 斷開/閉合單元210、第一聚積單元203、傳送單元204、第二斷開/閉合單元205、第二聚積 單元206以及第三斷開/閉合單元220依次連接到列信號線RLl的下游側。第一水平輸出 線121和第二水平輸出線122 (圖1)連接到第三斷開/閉合單元220的后續(xù)級。第一斷開/閉合單元210包括光學信號開關201和噪聲信號開關202。第一聚積 單元203包括光學信號聚積單元(即，用于光學信號的第一聚積單元)Ctsl和噪聲信號聚 積單元(即，用于噪聲信號的第一聚積單元)Ctnl。傳送單元204包括光學信號緩沖放大器 AMS和噪聲信號緩沖放大器AMN，它們是阻抗變換器。第二斷開/閉合單元205包括光學信 號開關231和噪聲信號開關232。第二聚積單元206包括光學信號聚積單元(即，用于光 學信號的第二聚積單元)Cts2和噪聲信號聚積單元(即，用于噪聲信號的第二聚積單元)Ctn2。第三斷開/閉合單元220包括光學信號開關207和噪聲信號開關208。在圖2所示的一列的電路布置中，每一開關201等等可以要么包括NMOS晶體管， 要么包括PMOS晶體管。接下來將描述讀出電路110的操作。圖3是示出讀出電路110的操作的時序圖。 圖3中所描述的所有信號都是在高電平有效的。應注意，可以通過反轉(zhuǎn)所有信號邏輯電平 來提供信號在低電平有效的情況。在圖3中，將信號ΦΤ51、Φ ^1和c^TSN2從垂直掃描電 路(VSR) 101供給到讀出電路110。將信號HSR從水平掃描電路(HSR) 102供給到讀出電路 110。在BLKa時段(S卩，第二時段)期間，在使得Φ TW有效的同時，接通開關202，從 而噪聲信號聚積單元Ctnl聚積從第一像素All輸出到列信號線RLl的噪聲信號。在使得 ΦΤΞΙ有效的同時，接通開關201，從而光學信號聚積單元Ctsl聚積從第一像素All輸出到 列信號線RLl的光學信號。也就是說，第一聚積單元203聚積從第一像素All輸出到列信 號線RLl的信號。在BLKc時段(S卩，第一時段)期間，在使得ΦΤ5Ν2有效的同時，接通開關231和 232。光學信號緩沖放大器AMS從光學信號聚積單元Ctsl讀出第一像素All的光學信號，并 將其傳送到光學信號聚積單元Cts2。噪聲信號緩沖放大器AMN從噪聲信號聚積單元Ctnl 讀出第一像素All的噪聲信號，并將其傳送到噪聲信號聚積單元Ctn2。也就是說，傳送單元 204從第一聚積單元203讀出第一像素All的信號，并將其傳送到第二聚積單元206。在時段BLKc (即，第一時段)之后的BLKb時段(S卩，第二時段)期間，在使得ΦΤΝ1 有效的同時，接通開關202，從而噪聲信號聚積單元Ctnl聚積從第二像素Bll輸出到列信號 線RLl的噪聲信號。在使得ΦΤΞ1有效的同時，接通開關201，從而光學信號聚積單元Ctsl 聚積從第二像素Bll輸出到列信號線RLl的光學信號。也就是說，第一聚積單元203聚積 從第二像素Bll輸出到列信號線RLl的信號。在時段BLKb (S卩，第二時段)期間，在使得用于水平掃描信號HSR中的列信號線 RLl的信號HSRl有效的同時，接通開關207和208，以從第二聚積單元206讀出第一像素All 的信號。更具體地說，通過光學信號聚積單元Cts2的電容與第一水平輸出線121的電容之 間的電容分割，將第一像素All的光學信號從光學信號聚積單元Cts2讀出到第一水平輸出 線121。因此，經(jīng)由第一水平輸出線121將第一像素All的光學信號傳送到輸出單元120。 通過噪聲信號聚積單元Ctn2的電容與第二水平輸出線122的電容之間的電容分割，將第一 像素All的噪聲信號從噪聲信號聚積單元Ctn2讀出到第二水平輸出線122。因此，經(jīng)由第 二水平輸出線122將第一像素All的噪聲信號傳送到輸出單元120。輸出單元120計算經(jīng) 由第一水平輸出線121所傳送的光學信號與經(jīng)由第二水平輸出線122所傳送的噪聲信號之 間的差值，并且將它們之間的差動信號作為圖像信號輸出到后續(xù)級。重復以上所描述的操作。應注意，雖然除了水平掃描信號HSR之外關于列信號線RLl描述了讀出電路110 的操作，但關于其余列信號線RL2至RL4的讀出電路110的操作與圖3相同。在水平掃描 信號HSR中，在用于列信號線RLl的信號HSRl的有效時段之后，依次使得用于其余列信號 線RL2至RL4 (圖1)的信號HSR2至HSR4有效。將由第一聚積單元203所保持的信號傳送到第二聚積單元206的時段BLKc短于將第一像素All的信號讀出到第一聚積單元203的時段BLKa。將由第一聚積單元203所保 持的信號傳送到第二聚積單元206的時段BLKc短于將第二像素Bll的信號讀出到第一聚 積單元203的時段BLKb。這是因為讀出電路110的面積小于像素陣列PA的面積(例如，具 有幾毫米至幾十毫米長的邊的面積)。也就是說，將信號傳送過讀出電路110的面積所需的 時間短于將信號傳送過像素陣列PA的面積所需的時間。第一聚積單元203的電容(電極面積)可以小于第二聚積單元206的電容。原因 如下。在日本專利特開No. 2001-45378中所公開的技術中，連接到多個列信號線中的每 一個的兩個聚積單元中的一個必須具有與另一聚積單元相同的電容(電極面積)，從而使 得用于讀出的增益均衡，如上所述。當將信號從所述兩個聚積單元中的每一個讀出到水 平輸出線時，根據(jù)聚積單元的電容與水平輸出線的電容之間的電容分割比率來確定讀出增 益。為了防止讀出增益太低，所述兩個聚積單元兩者都必須具有大電容(電極面積)。結 果，芯片面積增加，芯片生產(chǎn)率必然降低。然而，在該實施例中，在第一聚積單元203與第二聚積單元206之間提供傳送單元 204，其包括光學信號緩沖放大器AMS和噪聲信號緩沖放大器AMN。傳送單元204將與由第 一聚積單元203所保持的電荷對應的信號供給到第二聚積單元206，而不是將由第一聚積 單元203所保持的電荷自身直接供給到第二聚積單元206。在通過電容分割將信號讀出到 輸出單元120中，這防止第一聚積單元203的電容影響第二聚積單元206的電容與第一水 平輸出線121或第二水平輸出線122的電容之間的電容分割。這是因為甚至當?shù)谝痪鄯e 單元203具有比第二聚積單元206更小的電容時，將信號從第一聚積單元203讀出到第二 聚積單元206的執(zhí)行操作也不使用電容分割。因此，有可能在改進增益和信噪比的同時以 高速度讀出高質(zhì)量圖像數(shù)據(jù)，而不增加芯片面積，并且不降低芯片生產(chǎn)率。也就是說，根據(jù) 該實施例，甚至在以高速度讀出像素信號中，也有可能減少圖像質(zhì)量劣化，并且減小芯片面 積。在日本專利特開No. 11-150255的技術中，兩個聚積單元以及兩個放大器按照與 一個信號對應的方式交替連接到多個列信號線中的每一個。在所述兩個聚積單元中的一個 中所聚積的信號由所述兩個放大器中的一個放大，然后在另一聚積單元中被聚積。在另一 聚積單元中所聚積的信號由另一放大器來放大，并且被讀出到后續(xù)級的輸出線，如上所述。 在此情況下，從所述兩個聚積單元讀出信號的執(zhí)行操作不使用電容分割。因此，有可能獨立 于兩個聚積單元的電容來讀出信號，而不減少增益。然而，由于兩個放大器連接到多個列信 號線中的每一個，因此圖像感測設備的芯片面積可能增加。此外，由于兩個放大器為讀出一 個信號而操作，因此在圖像感測設備中在整個讀出時段中的整體功耗可能增加。然而，在該實施例中，對于一個信號，僅一個放大器連接到多個列信號線中的每一 個。因此，可以減少圖像感測設備的芯片面積。此外，僅一個放大器為讀出一個信號(即， 光學信號或噪聲信號)而操作。因此，與日本專利特開No. 11-150255的技術相比，可以抑 制圖像感測設備中的功耗。也就是說，有可能甚至在以高速度讀出像素信號中也減小芯片 面積并且抑制功耗增加。傳送單元204的緩沖放大器AMS和AMN可以被設計為施加增益?；蛘?，可以將增 益為1的緩沖器簡單地僅僅用于避免因第一聚積單元203與第二聚積單元206之間的電容
10分割比率而導致的增益的任何減少。圖4示出充當增益為1的電壓跟隨器的緩沖放大器的 示例。圖5示出使用本發(fā)明的圖像感測設備100的成像系統(tǒng)的示例。成像系統(tǒng)90主要包括光學系統(tǒng)、圖像感測設備100以及信號處理單元，如圖5所 示。光學系統(tǒng)主要包括快門91、透鏡92以及光闌93。信號處理單元主要包括感測信號處 理電路95、A/D轉(zhuǎn)換器96、圖像信號處理單元97、存儲器單元87、外部I/F單元89、時序生 成單元98、全局控制/算術單元99、記錄介質(zhì)88以及記錄介質(zhì)控制I/F單元94。信號處理 單元無需總是包括記錄介質(zhì)88?？扉T91在光學路徑上位于透鏡92的前面，以控制曝光。透鏡92對入射光進行折射，并且在圖像感測設備100的像面(像素陣列PA)上形 成對象圖像。光闌93被提供在透鏡92與圖像感測設備100之間的光學路徑上，以調(diào)整穿過透 鏡92并且被引導至圖像感測設備100的光的量。圖像感測設備100將形成在像面(像素陣列PA)上的對象圖像轉(zhuǎn)換為圖像信號。 圖像感測設備100從像素陣列PA讀出圖像信號，并且輸出該圖像信號。感測信號處理電路95連接到圖像感測設備100，以處理從圖像感測設備100所輸 出的圖像信號。A/D轉(zhuǎn)換器96連接到感測信號處理電路95，以將從感測信號處理電路95所輸出 的處理過的圖像信號(模擬信號)轉(zhuǎn)換為圖像信號(數(shù)字信號)。圖像信號處理單元97連接到A/D轉(zhuǎn)換器96，以執(zhí)行算術處理(例如，用于從A/D 轉(zhuǎn)換器96所輸出的圖像信號(數(shù)字信號)的各種校正)，由此生成圖像數(shù)據(jù)。圖像數(shù)據(jù)被 供給到存儲器單元87、外部I/F單元89、全局控制/算術單元99以及記錄介質(zhì)控制I/F單 元94。存儲器單元87連接到圖像信號處理單元97，以存儲從圖像信號處理單元97所輸 出的圖像數(shù)據(jù)。外部I/F單元89連接到圖像信號處理單元97，從而從圖像信號處理單元97所輸 出的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由外部I/F單元89而被傳輸?shù)酵獠吭O備(例如個人計算機)。時序生成單元98連接到圖像感測設備100、感測信號處理電路95、A/D轉(zhuǎn)換器96 以及圖像信號處理單元97，以將時序信號供給到它們。圖像感測設備100、感測信號處理電 路95、A/D轉(zhuǎn)換器96以及圖像信號處理單元97同步于所述時序信號而操作。全局控制/算術單元99連接到時序生成單元98、圖像信號處理單元97以及記錄 介質(zhì)控制I/F單元94，以全面控制它們。記錄介質(zhì)88以可拆卸的方式連接到記錄介質(zhì)控制I/F單元94。從圖像信號處理 單元97輸出的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)由記錄介質(zhì)控制I/F單元94而被記錄在記錄介質(zhì)88上。通過上述布置，當圖像感測設備100可以獲得良好圖像信號時，可以獲得良好圖 像(圖像數(shù)據(jù))。接下來將參照圖6和圖7描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像感測設備300。圖6 是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像感測設備300的布置的視圖。圖7是示出讀出電路中 的一列的電路布置的電路圖。以下將主要描述不同于第一實施例的部分，將省略對于相同部分的描述。除了讀出電路310之外，圖像感測設備300具有與第一實施例相同的基本布置。讀 出電路310與第一實施例的不同之處在于，其包括傳送單元組305。如圖7所示，被包括在傳送單元組305中的每一列的傳送單元504包括光學信號 源極跟隨器SFs以及噪聲信號源極跟隨器SFn。光學信號源極跟隨器SFs包括NMOS晶體管 MS和恒定電流源Is。噪聲信號源極跟隨器SFn包括NMOS晶體管麗和恒定電流源In。MOS晶體管MS經(jīng)由柵極接收由第一聚積單元203的光學信號聚積單元Ctsl所保 持的信號，并且經(jīng)由源極將與輸入到柵極的信號對應的信號輸出到第二聚積單元206的光 學信號聚積單元Cts2。MOS晶體管MN經(jīng)由柵極接收由第一聚積單元203的噪聲信號聚積單元Ctnl所保 持的信號，并且經(jīng)由源極將與輸入到柵極的信號對應的信號輸出到第二聚積單元206的噪 聲信號聚積單元Ctn2。包括光學信號源極跟隨器SFs和噪聲信號源極跟隨器SFn的傳送單元504可以通 過簡單的布置來升高輸入阻抗并且降低輸出阻抗。傳送單元504將與由第一聚積單元203 所保持的電荷對應的信號供給到第二聚積單元206，而不是將由第一聚積單元203所保持 的電荷自身直接供給到第二聚積單元206，如在第一實施例中那樣。傳送單元504的光學信號源極跟隨器SFs和噪聲信號源極跟隨器SFn中的每一個 可以包括PMOS晶體管來替代NMOS晶體管(M0S晶體管MS或MN)。接下來將參照圖8至圖11描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例的圖像感測設備600。圖8 是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的圖像感測設備600的布置的視圖。圖9是示出讀出電路中 的一列的電路布置的電路圖。圖10是示出讀出電路的操作的時序圖。圖11是用于解釋復 位電位的視圖。以下將主要描述不同于第一實施例和第二實施例的部分，將省略對于相同 部分的描述。除了讀出電路610之外，圖像感測設備600具有與第一實施例和第二實施例相同 的基本布置。讀出電路610與第一實施例和第二實施例的不同之外在于，其在第二聚積單 元組107與第三斷開/閉合單元組108之間包括第一復位單元組609。在第二聚積單元206與第三斷開/閉合單元220之間提供被包括在第一復位單元 組609中的每一列的第一復位單元709，如圖9所示。第一復位單元709包括光學信號復 位晶體管MRS和噪聲信號復位晶體管MRN。光學信號復位晶體管MRS對光學信號聚積單元 Cts2的電位V2進行復位。噪聲信號復位晶體管MRN對噪聲信號聚積單元Ctn2的電位V2 進行復位。也就是說，第一復位單元709對第二聚積單元206的電位V2進行復位。如果第一復位單元709可以對第二聚積單元206的電位V2進行復位，則可以將它 提供在除了第二聚積單元206與第三斷開/閉合單元220之間的位置之外的任何地方。讀出電路的操作與第一實施例和第二實施例的不同之外在于以下幾點，如圖10 所示。在時段BLKc (即，第一時段)期間，在使得6CTR有效的同時，接通第一復位單元 709的光學信號復位晶體管MRS和噪聲信號復位晶體管MRN。此時，第二斷開/閉合單元 205處于“切斷”。因此，第一復位單元709對從傳送單元504斷開電連接的第二聚積單元 206的電位V2進行復位。更具體地說，設Vl是第一聚積單元203的電位，Vthn是NMOS晶體管MS和麗的閾值電壓，以及V2是第二聚積單元206的電位。此時，第一復位單元709 對第二聚積單元206的電位V2進行復位，以滿足下式V2 ≤ Vl-Vthn... (1)在使得cjiTSN2有效的同時，接通開關231和232，以將光學信號源極跟隨器SFs 的NMOS晶體管MS以及噪聲信號源極跟隨器SFn的NMOS晶體管MN電連接到第二聚積單元 206。此時，NMOS晶體管MS將光學信號聚積單元Cts2的電位V2從由第一復位單元709所 復位的電位(式(1))升高到與由光學信號聚積單元Ctsl所保持的信號對應的電位。NMOS 晶體管麗將噪聲信號聚積單元Ctn2的電位V2從由第一復位單元709所復位的電位(式 (1))升高到與由噪聲信號聚積單元Ctnl所保持的信號對應的電位。也就是說，當電連接到 第二聚積單元206時，NMOS晶體管MS和麗將第二聚積單元206的電位V2從由第一復位 單元709所復位的電位升高到與由第一聚積單元203所保持的信號對應的電位。將參照圖11解釋第一復位單元709應該將第二聚積單元206的電位V2復位到由 式(1)所表示的電位的原因?？紤]通過經(jīng)由開關SW將包括NMOS晶體管匪和恒定電流源 Ic的源極跟隨器SF連接到電容負載CL所形成的電路。設Vg是柵極電位，Vd是漏極電位， Vs是源極電位，Vth是閾值電壓，并且Id是NMOS晶體管NM的漏極電流。設Ib是從恒定電 流源Ic所供給的預定電流值Ib，VCL是電容負載CL的電位。在使得用于接通開關SW的信號C^TSN2有效的時序Ton之前，操作根據(jù)電容負載 CL的電位VCL的初始值而改變。電容負載CL的電位VCL與第二聚積單元206的電位V2對 應。電位Vg與第一聚積單元203的電位Vl對應。由恒定電流源Ic的電流值Ib與NMOS 晶體管NM的漏極電流Id之間的差值來確定電容負載CL的電位VCL。如果在用于接通開關 SW的時序Ton之前，VCL ≤ Vg-Vth. . . (2)則在時序Ton，接通源極跟隨器SF的NMOS晶體管匪，從而漏極電流Id在NMOS晶 體管的漏極和源極之間流動。如果圖11所示的電路操作在五極管(pentode)中，則Id (Vg-Vth)2. . . (3)因此，NMOS晶體管匪對電容負載CL瞬時充電，并且升高電位VCL。NMOS晶體管 匪將源極電位Vs ( = VCL)改變?yōu)閹缀跏?Vg-Vth)。在從時序Ton逝去時間Δ Tl之后，電 流Id = Ib流動，并且獲得穩(wěn)定狀態(tài)。另一方面，如果在用于接通開關SW的時序Ton之前，VCL > Vg-Vth. . . (4)則開關SW在時序Ton處于“切斷”。因此，漏極電流Id不在漏極與源極之間流動。 恒定電流源Ic根據(jù)電流值Ib從電容負載CL去除電荷，并且以每單位時間預定比率來降低 電容負載CL的電位VCL。恒定電流源Ic將NMOS晶體管匪的源極電位Vs ( = VCL)改變?yōu)?幾乎是(Vg-Vth)。在從時序Ton逝去時間Δ T2之后，電流Id = Ib流動，并且獲得穩(wěn)定狀 態(tài)。在此情況下，可以通過增加恒定電流源Ic的電流值Ib來縮短用于降低電容負載CL的 電位VCL的時間。然而，由于電流值Ib總是流動，并且電流消耗增加，因此圖像感測設備的 質(zhì)量是差的。為了抑制電流消耗，恒定電流源Ic的電流值Ib必須是小的。這產(chǎn)生了以下 趨勢ΔΤ1 < ΔΤ2... (5)
如圖11所示。因此，在該實施例中，在第二聚積單元206從傳送單元504斷開電連接的同時，第 一復位單元709將第二聚積單元206的電位V2復位為由式(1)所表示的電位。這縮短了 時段BLKc，并且減少了圖像感測設備600的電流消耗。如圖12所示，傳送單元704a可以包括光學信號源極跟隨器SFsa和噪聲信號源極 跟隨器SFna。光學信號源極跟隨器SFsa包括PMOS晶體管MSa和恒定電流源Isa。噪聲信 號源極跟隨器SFna包括PMOS晶體管MNa和恒定電流源Ina。第一復位單元709a對從傳送 單元704a斷開電連接的第二聚積單元206的電位V2進行復位。更具體地說，設Vl是第一 聚積單元203的電位，Vthp是PMOS晶體管的閾值電壓，并且V2是第二聚積單元206的電 位。此時，第一復位單元709a對第二聚積單元206的電位V2進行復位，以滿足下式V2 ^ Vl+Vthp. . . (6)當電連接到第二聚積單元206時，PMOS晶體管MSa和MNa將第二聚積單元206的 電位V2從由第一復位單元709a所復位的電位降低到與由第一聚積單元203所保持的信號 對應的電位。接下來將參照圖13至圖16描述根據(jù)本發(fā)明第四實施例的圖像感測設備800。圖 13是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的圖像感測設備800的布置的視圖。圖14是示出讀出電 路中的一列的電路布置的電路圖。圖15是示出讀出電路的操作的時序圖。以下將主要描 述不同于第一實施例至第三實施例的部分，并且將省略對于相同部分的描述。除了讀出電路810之外，圖像感測設備800具有與第一實施例至第三實施例相同 的基本布置。讀出電路810與第一實施例至第三實施例的不同之處在于，其包括“第一斷開 /閉合單元組、第一聚積單元組以及傳送單元組” 803以及第二斷開/閉合單元組806。被包括在“第一斷開/閉合單元組、第一聚積單元組以及傳送單元組” 803中的每 一列的第一斷開/閉合單元1110、第一聚積單元1103以及傳送單元1104具有圖14所示的 電路布置。更具體地說，第一聚積單元1103連接到傳送單元1104的反轉(zhuǎn)輸入端子和輸出端 子。第二斷開/閉合單元1105也連接到傳送單元1104的輸出端子。用于供給基準電位 Vref的端子連接到傳送單元1104的反轉(zhuǎn)輸入端子。通過該布置，傳送單元1104計算基準 信號Vref與基于從輸出端子經(jīng)由第一聚積單元1103所反饋的信號以及輸出到列信號線 RLl的信號的信號之間的差值，并且輸出這個差動信號。傳送單元1104因此經(jīng)由第二斷開 /閉合單元1105將由第一聚積單元1103所保持的信號傳送到第二聚積單元206。傳送單 元1104將與由第一聚積單元1103所保持的電荷對應的信號供給到第二聚積單元206。第 二斷開/閉合單元1105斷開/閉合傳送單元1104的輸出端子與第二聚積單元206 (Cts2、 Ctn2)之間的連接。參照圖14，斷開/閉合單元1101對列信號線RLl與電容CO之間的路徑進行短路 或者開路。斷開/閉合單元1102對傳送單元1104的反饋路徑進行短路或開路。讀出電路810的布置通常被稱為列放大器系統(tǒng)，其可以乘以與比率C0/Cf對應的 增益。第一聚積單元1103的電容Cf(Cfl、Cf2、Cf3)可以根據(jù)第一斷開/閉合單元1110的 斷開/閉合狀態(tài)(處于“接通”狀態(tài)的開關的數(shù)量)而改變。因此，有可能根據(jù)應用目的來 設置增益。圖14示出選擇了 Cfl的示例。
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讀出電路810的操作與第一實施例至第三實施例的不同之外在于以下幾點，如圖 15所示。在時段BLKa(即，第二時段)期間，使得信號Φ VL有效，以經(jīng)由列信號線RLl和 斷開/閉合單元1101將從第一像素All所輸出的噪聲信號(VN)輸入到CO。在使得信號 (^PCOR有效的同時，將斷開/閉合單元1102接通。將第一聚積單元1103的電容Cf(Cfl、 Cf2, Cf3)的兩個端子復位為Vref，從而將所保持的電荷放電到電源或GND，并且獲得復位 狀態(tài)。當使得信號ΦΡΟ)! 無效時，對斷開/閉合單元1102進行切斷，以經(jīng)由列信號線RLl 和斷開/閉合單元1101將從第一像素All所輸出的光學信號(VS+VN)輸入到CO。此時，由 下式Voutl = (VS+VN-VN) * Co/Cf+Vref+Voffset…(7)所表示的信號出現(xiàn)在傳送單元1104的輸出端子處。也就是說，基于Vref的輸出 出現(xiàn)為Voutl，其是通過從第一像素All的光學信號消除噪聲分量并且將所得到的信號乘 以增益C0/Cf而獲得的。Voffset是傳送單元1104的偏移噪聲。因此，第一聚積單元1103 聚積第一像素All的信號，該信號由下式給出Vcf = Voutl-Vref= (VS+VN-VN) * Co/Cf+Voffset. . . (8)在時段BLKc (即，第一時段)期間，在使得信號ΦΤΞ有效的同時，經(jīng)由開關1231 將由式(7)所表示的信號Voutl從第一聚積單元1103傳送到第二聚積單元206的光學信 號聚積單元Cts2。第二聚積單元206的光學信號聚積單元Cts2保持信號Voutl。在使得 信號6TS無效，并且使得信號ctPCOR有效的同時，對第一聚積單元1103進行復位。由下 式Vout2 = Voffset... (9)所表示的信號出現(xiàn)在傳送單元1104的輸出端子處。在此之后，在使得信號ΦΡΟ)! 無效，并且使得信號ΦΤΝ有效的同時，經(jīng)由開關1232將由式(9)所表示的信號Vout2從第 一聚積單元1103傳送到第二聚積單元206的噪聲信號聚積單元Ctn2。第二聚積單元206 的噪聲信號聚積單元Ctn2保持信號Vout2。在將信號寫入第二聚積單元206之前，第一復位單元709可以臨時對第二聚積單 元206的電位進行復位。在BLKc時段(即，第一時段)的之后時段BLKb(S卩，第二時段)期間，使得信號 Φ VL有效，以經(jīng)由列信號線RLl和斷開/閉合單元1101將從第二像素Bll所輸出的噪聲信 號(VN)輸入到C0。在使得信號CtPCOR有效的同時，將斷開/閉合單元1102接通。將第一 聚積單元1103的電容Cf (Cfl、Cf2, Cf3)的兩個端子復位為Vref，從而將所保持的電荷放 電到電源或GND，并且獲得復位狀態(tài)。當使得信號CtPCOR無效時，將斷開/閉合單元1102 切斷，以經(jīng)由列信號線RLl和斷開/閉合單元1101將從第二像素Bll所輸出的光學信號 (VS+VN)輸入到C0。此時，與式(7)相同的信號出現(xiàn)在傳送單元1104的輸出端子處。也就 是說，基于Vref的輸出出現(xiàn)為Voutl，其是通過從第二像素Bll的光學信號消除噪聲分量并 且將所得到的信號乘以增益C0/Cf而獲得的。Voffset是傳送單元1104的偏移。因此，第 一聚積單元1103聚積與式(8)相同的信號作為第二像素Bll的信號。
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在時段BLKb (即，第二時段)期間，在使得用于水平掃描信號HSR中的列信號線 RLl的信號HSRl有效的同時，開關207和208處于“接通”，以從第二聚積單元206讀出第一 像素All的信號。更具體地說，通過光學信號聚積單元Cts2的電容與第一水平輸出線121 的電容之間的電容分割，將第一像素All的信號Voutl從光學信號聚積單元Cts2讀出到第 一水平輸出線121。因此，經(jīng)由第一水平輸出線121將第一像素All的信號Voutl傳送到輸 出單元120。通過噪聲信號聚積單元Ctn2的電容與第二水平輸出線122的電容之間的電容 分割，將第一像素All的信號Vout2從噪聲信號聚積單元Ctn2讀出到第二水平輸出線122。 因此，經(jīng)由第二水平輸出線122將第一像素All的信號Vout2傳送到輸出單元120。輸出單 元120計算AV = Voutl-Vout2= (VS+VN-VN) * Co/Cf+Vref... (10)作為經(jīng)由第一水平輸出線121所傳送的信號Voutl (式(7))與經(jīng)由第二水平輸出 線122所傳送的信號Vout2(式(9))之間的差值，并且將該差動信號ΔΥ作為圖像信號輸 出到后續(xù)級。該差動信號Δ V是通過消除傳送單元1104的偏移噪聲而獲得的信號。更具體地說，讀出電路810中的傳送單元1104在相同的列放大器中執(zhí)行傳送噪聲 信號的操作以及傳送光學信號的操作。因此，傳送單元1104可以將包含相同偏移噪聲的 噪聲信號和光學信號傳送到第二聚積單元206。后續(xù)級的輸出單元120計算噪聲信號與光 學信號之間的差值，由此獲得已經(jīng)消除了列放大器的偏移噪聲的圖像信號。傳送單元1104 將與由第一聚積單元1103所保持的電荷對應的信號供給到第二聚積單元206，而不是將由 第一聚積單元1103所保持的電荷自身直接供給到第二聚積單元206，如在第一實施例中那 樣。可以使用雙端類型的輸出單元1220，如圖16所示。圖像感測設備800可以僅將信號Voutl輸出到后續(xù)級，而不提供在圖14所示的讀 出電路810中的開關1232、噪聲信號聚積單元Ctn2、復位晶體管MRN以及開關208。后續(xù)級 的信號處理單元(圖5)可以消除傳送單元1104的每一列的偏移分量的信號Vout2。例如，對于每一列，獲得被稱為OB像素的像素的輸出，其在圖像感測設備800中沒 有受到光照射。OB像素可以使其光電二極管被屏蔽。或者，對于每一列，獲得暗信號。從像 素所輸出的信號作為信號Vout2被保存在存儲器單元87等等中作為校正數(shù)據(jù)。在每次拍 攝中，圖像信號處理單元97等等從信號Voutl減去信號Vout2，由此容易地消除偏移分量。 在裝配攝像機或視頻攝像機期間，在每次拍攝中，在對攝像機或視頻攝像機供電時，或者根 據(jù)攝像機或視頻攝像機的使用狀況的改變，可以保存校正數(shù)據(jù)。當傳送單元1104在時段BLKa或BLKb期間傳送像素信號時，也就是說，當在Cf中 保持像素信號的同時等待時段BLKc時，某種噪聲可能進入列信號線RL1?？梢酝ㄟ^以下操 作來有效地避免這種情況設置由實線所指示的圖15中的c^VL，從而斷開/閉合單元1101 在時段BLKa或BLKb的結束臨時地斷開，以對像素信號進行采樣并且將其保持在Cf中。接下來將參照圖17至圖19描述根據(jù)本發(fā)明第五實施例的圖像感測設備900。圖 17是示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的圖像感測設備900的布置的視圖。圖18是示出讀出電 路中的一列的電路布置的電路圖。圖19是示出讀出電路的操作的時序圖。以下將主要描 述不同于第三實施例的部分，將省略對于相同部分的描述。
除了讀出電路910之外，圖像感測設備900具有與第三實施例相同的基本布置。讀 出電路610與第三實施例的不同之外在于，其包括傳送單元組905、第二復位單元組915以 及第四斷開/閉合單元組911。傳送單元組905包括為像素陣列PA的各個列所提供的多個 傳送單元1304。第二復位單元組915包括為像素陣列PA的各個列所提供的多個第二復位 單元1315。第四斷開/閉合單元組911包括為像素陣列PA的各個列所提供的多個第四斷 開/閉合單元1310。在第三實施例中，傳送單元504經(jīng)由分離的源極跟隨器SFs和SFn將噪聲信號和 光學信號傳送到第二聚積單元206。因此，源極跟隨器SFs和SFn之間的變化產(chǎn)生固定模式 噪聲，其使得圖像質(zhì)量劣化。也就是說，由第二聚積單元206所保持的噪聲信號和光學信號 包含不同的源極跟隨器偏移。更具體地說，由于源極跟隨器SFs的NMOS晶體管MS的閾值 電壓不同于源極跟隨器SFn的NMOS晶體管MN的閾值電壓，因此不能通過計算噪聲信號與 光學信號之間的差值來消除偏移噪聲，并且仍有固定模式噪聲。固定模式噪聲在各個列之 間變化，并且因此基于所獲得的圖像信號而在圖像中生成垂直帶狀噪聲。然而，在第五實施例中，第一噪聲信號聚積單元Ctnl或第一光學信號聚積單元 Ctsl有選擇地連接到傳送單元1304的輸入端子。第二噪聲信號聚積單元Ctn2或第二光學 信號聚積單元Cts2有選擇地連接到輸出端子。更具體地說，第一噪聲信號聚積單元Ctnl 經(jīng)由噪聲信號開關1312連接到傳送單元1304，而第一光學信號聚積單元Ctsl經(jīng)由光學信 號開關1311而連接。第二噪聲信號聚積單元Ctn2經(jīng)由噪聲信號開關232連接到傳送單元 1304，而第二光學信號聚積單元Cts2經(jīng)由光學信號開關231而連接。這允許傳送單元1304 經(jīng)由公共源極跟隨器SFsn而將噪聲信號或光學信號有選擇地傳送到第二聚積單元206。因 此，由第二聚積單元206所保持的噪聲信號和光學信號可以包含相同的固定模式噪聲。也 就是說，可以通過計算噪聲信號與光學信號之間的差值來消除由源極跟隨器SFsn的NMOS 晶體管MSN的閾值電壓的變化而生成的固定模式噪聲。第二復位單元1315包括復位晶體管MRA。復位晶體管MRA也連接到傳送單元1304 的輸入端子。復位晶體管MRA對源極跟隨器SFsn的NMOS晶體管MSN的柵極的電位進行復 位。更具體地說，對讀出電路910進行驅(qū)動，如圖19所示。注意，(jiCRT與圖10所示 的相同。在時段BLKc(即，第一時段，見圖10)期間，在ΦΟ 有效的同時，ΦΙ 也有效。復 位晶體管MRA對源極跟隨器SFsn的NMOS晶體管MSN的柵極的電位進行復位(例如，復位 為接地電平)。在(tTS2有效的同時，(tTS3也有效。經(jīng)由光學信號開關1311、傳送單元1304和 光學信號開關231將由第一光學信號聚積單元Ctsl所保持的光學信號傳送到第二光學信 號聚積單元Cts2。然后，再次使得Φ R有效。復位晶體管MRA再次對源極跟隨器SFsn的NMOS晶體 管MSN的柵極的電位進行復位(例如，復位為接地電平)。在ΦΤΝ2有效的同時，ΦΤΝ3也有效。經(jīng)由噪聲信號開關1312、傳送單元1304和 噪聲信號開關232將由第一噪聲信號聚積單元Ctnl所保持的噪聲信號傳送到第二噪聲信 號聚積單元Ctn2。
將描述在使得ΦΤΝ2有效之前再次使得ΦR有效從而使復位晶體管MRA再次執(zhí)行 復位的原因。由第一光學信號聚積單元Ctsl所保持的光學信號根據(jù)入射光的量而改變。因 此，剩余在傳送單元1304的輸入端子(輸入節(jié)點NXl)的寄生電容Cpl中的信號(殘余信 號)也根據(jù)光而極大地變化。在ΦΤΝ2的有效時段期間，傳送單元1304從輸出端子輸出與 由第一噪聲信號聚積單元Ctnl所保持的信號以及具有變化的殘余信號對應的信號。如果 不再次使得ΦΙ 有效，則由入射光的量所給出的線性劣化。這可能妨礙獲得滿意的信號。如果將ΦΤΝ2和ΦΤΝ3的有效時段放置在ΦΤ52和Φ TS3的有效時段之前，如圖 20所示，則無需使得Φ R再次有效。原因如下。由第一噪聲信號聚積單元Ctnl所保持的噪聲信號幾乎是獨立于入射光的量而恒 定的。因此，剩余在傳送單元1304的輸入端子的寄生電容中的信號(即，殘余信號)也幾 乎是獨立于光而恒定的。在6TS2的有效時段期間，傳送單元1304從輸出端子輸出與由第 一噪聲信號聚積單元Ctnl所保持的信號以及幾乎是恒定的殘余信號對應的信號。即使沒 有使得ΦΙ 再次有效，由入射光的量所給出的線性也不劣化，并且增益僅輕微減少。增益減 少的量與傳送單元1304的輸入端子的寄生電容對第一光學信號聚積單元Ctsl的電容值的 比率對應。傳送單元1304的寄生電容是例如幾十fF。第一光學信號聚積單元Ctsl的電容一 般被設計為幾個PF。在此情況下，關于在圖19所示的驅(qū)動方法中的增益減少的量是幾個 百分點，這樣不會帶來問題。與圖19的驅(qū)動方法相比，因為沒有再次使得ΦΙ 有效，所以圖 20的驅(qū)動方法可以縮短讀出時間。接下來將參照圖21至圖23描述根據(jù)本發(fā)明第六實施例的圖像感測設備1000。圖 21是示出根據(jù)本發(fā)明第六實施例的圖像感測設備1000的布置的視圖。圖22是示出讀出電 路中的一列的電路布置的電路圖。圖23是示出讀出電路的操作的時序圖。以下將主要描 述不同于第五實施例的部分，將省略對于相同部分的描述。除了讀出電路1010之外，圖像感測設備1000具有與第五實施例相同的基本布置。 讀出電路1010與第五實施例的不同之處在于，其既沒有第一復位單元組609，也沒有第二 復位單元組915，而是包括傳送單元組1005。傳送單元組1005包括為像素陣列PA的各個 列提供的多個傳送單元1404。傳送單元1404包括對于噪聲信號和光學信號公共的緩沖放大器AMSN。由于公共 緩沖放大器AMSN可以將由第一聚積單元203所保持的噪聲信號或光學信號有選擇地傳送 到第二聚積單元206，因此由第二聚積單元206所保持的噪聲信號和光學信號可以包含相 同的固定模式噪聲，如第五實施例那樣。緩沖放大器AMSN對輸入信號進行放大并且輸出，類似于第五實施例的源極跟隨 器 SFsn。在第五實施例中，復位晶體管MRA(見圖18)對源極跟隨器SFsn的輸入節(jié)點NXl 的寄生電容Cpl進行復位(初始化)。這消除了來自寄生電容Cpl的殘余電荷，并且防止由 入射光的量所給出的線性劣化。在第六實施例中，在不提供用于對緩沖放大器AMSN的輸入節(jié)點NX2的寄生電容 Cp2進行復位的晶體管的情況下，通過以下操作，防止由入射光的量所給出的線性的降級。讀出電路1010的操作與第五實施例的不同之外在于以下幾點，如圖23所示。
在時序tl，使得Φ 有效，以將噪聲信號從列信號線RLl傳輸?shù)皆肼曅盘柧鄯e單 元Ctnl。同時，使得ΦTN2有效，以將噪聲信號傳輸?shù)骄彌_放大器AMSN的輸入節(jié)點NX2，并 且將輸入節(jié)點ΝΧ2的電位設置為復位電平Vn。也就是說，輸入節(jié)點NX2的初始電位Vn等于 噪聲信號聚積單元Ctnl的電位。由于使用從像素輸出的噪聲信號來對輸入節(jié)點NX2進行 復位，因此有可能在沒有用于對寄生電容Cp2進行復位的晶體管的情況下對其進行復位。在時序t2，使得ΦΤΝ2無效，以斷開從列信號線RLl到節(jié)點NX2的路徑的連接。由 此完成寄生電容Cp2的復位。在時序t3，使得φπα無效。由于切斷了噪聲信號開關202，因此噪聲信號聚積單 元Ctnl保持噪聲信號。在時序t4，使得CtTSl有效。接通開關201，以將經(jīng)由列信號線RLl所傳送的光學 信號傳輸?shù)焦鈱W信號聚積單元Ctsl。在時序t5，使得CtTSl無效。切斷開關201，并且光學信號聚積單元Ctsl保持所 傳輸?shù)墓鈱W信號。設Vs是此時的信號電壓。光學信號聚積單元Ctsl保存電壓(Vn+Vs)。在時序t6，使得ΦΤΝ2有效，以通過噪聲信號聚積單元Ctnl的電容值與寄生電容 Cp2的電容值之間的電容分割，將由噪聲信號聚積單元Ctnl所保持的噪聲信號讀出到節(jié)點 NX2。此時，由于由噪聲信號聚積單元Ctnl所保持的電壓以及由寄生電容Cp2所保持的電 壓兩者都是Vn，因此節(jié)點NX2的電壓不改變。也就是說，讀出到節(jié)點NX2的噪聲信號是Vxn = Vn…(11)此外，使得Φ ΤΝ3有效，以將讀出到節(jié)點ΝΧ2的噪聲信號經(jīng)由緩沖放大器AMSN傳 送到噪聲信號聚積單元Ctn2。在時序t7，使得ΦΤΝ3無效。由于切斷了開關232，因此噪聲信號聚積單元Ctn2 保持所傳輸?shù)脑肼曅盘?。在時序t8，使得Φ TN2無效，以切斷開關1312。在時序t9，使得ΦTS2有效，以通過光學信號聚積單元Ctsl的電容值與寄生電容 Cp2的電容值之間的電容分割而將由光學信號聚積單元Ctsl所保持的光學信號讀出到節(jié) 點 NX2。設Cl是光學信號聚積單元Ctsl的電容值。面對光學信號聚積單元Ctsl的基準 側(接地側)電極的電極對由下式所表示的電荷進行聚積Ql = Cl * (Vs+Vn). . . (12)設Cp是寄生電容Cp2的電容值。節(jié)點NX2對由下式所表示的電荷進行聚積Qp = Cp * Vn... (13)讀出到節(jié)點NX2的光學信號由下式給出Vxs = (Ql+Qp)/(C1+Cp)= {Cl/(Cl+Cp)} * Vs+Vn. . . (14)此外，使得c^TS3有效，以將讀出到節(jié)點NX2的光學信號經(jīng)由緩沖放大器AMSN傳 送到光學信號聚積單元Cts2。在時序tlO，使得c^TS3無效。由于切斷了開關231，因此光 學信號聚積單元Cts2保持所傳輸?shù)墓鈱W信號。在時序til，使得Φ TS2無效，以切斷開關1311。然后，輸出單元120(見圖21)計算由式(11)所表示的Vxn與由式(14)所表示的Vxs之間的差值，以生成由下式所給出的圖像信號AV = Vxn-Vxs= {Cl/(C1+Cp)} * Vs. · · (15)獲得已經(jīng)從其中消除了噪聲信號Vn的圖像信號Δν，如由式(15)所指示的那樣。如上所述，根據(jù)該實施例，有可能在不提供第二復位單元(復位晶體管MRA)的情 況下對傳送單元的輸入節(jié)點的寄生電容進行復位。這防止了由入射光的量所給出的線性的 劣化。在第六實施例中，對節(jié)點ΝΧ2進行復位，從而噪聲信號聚積單元Ctnl與節(jié)點ΝΧ2 是等電位的。在此之后，通過噪聲信號聚積單元Ctnl的電容值與節(jié)點ΝΧ2的寄生電容Cp2 的電容值之間的電容分割而將由聚積單元Ctnl所保持的噪聲信號讀出到節(jié)點NX2。取而代之，可以對節(jié)點NX2進行復位，從而光學信號聚積單元Ctsl與節(jié)點NX2是 等電位的。在此之后，可通過光學信號聚積單元Ctsl的電容值與節(jié)點NX2的寄生電容Cp2 的電容值之間的電容分割而將由聚積單元Ctsl所保持的光學信號讀出到節(jié)點NX2。在此情況下，在從時間t4i到tl2i的時段期間使得c^TS2有效，而不是在從時間 tl到t2的時段期間使得ΦΤΝ2有效(見圖23)，如圖24所示。在時序tl2i，使得ΦΤΞ2無效。光學信號聚積單元Ctsl和節(jié)點NX2中的每一個保 存電壓(Vn+Vs)。由于使用從像素輸出的光學信號來對輸入節(jié)點NX2進行復位，因此有可能 在沒有用于對寄生電容Cp2進行復位的晶體管的情況下對寄生電容Cp2進行復位。在時序t6，使得ΦΤΝ2有效，以通過噪聲信號聚積單元Ctnl的電容值與寄生電容 Cp2的電容值之間的電容分割而將由噪聲信號聚積單元Ctnl所保持的噪聲信號讀出到節(jié) 點 NX2。設C2是噪聲信號聚積單元Ctnl的電容值。面對噪聲信號聚積單元Ctnl的基準 側(接地側)電極的電極對由下式所表示的電荷進行聚積Q2 = C2 * Vn...(16)設Cp是寄生電容Cp2的電容值。節(jié)點NX2對由下式所表示的電荷進行聚積Qp = Cp * (Vs+Vn)... (17)讀出到節(jié)點NX2的噪聲信號由下式給出Vxn = (Q2+Qp) / (C2+Cp)= {Cp/(C2+Cp) }* Vs+Vn. · · (18)在時序t9，使得(tTS2有效，以通過光學信號聚積單元Ctsl的電容值與寄生電容 Cp2的電容值之間的電容分割而將由光學信號聚積單元Ctsl所保持的光學信號讀出到節(jié) 點NX2。此時，讀出到節(jié)點NX2的光學信號由下式給出Vxs = Vs+Vn...(19)然后，輸出單元120(見圖21)計算由式(18)所表示的Vxn與由式(19)所表示的 Vxs之間的差值，以生成由下式所給出的圖像信號AV = Vxn-Vxs= {C2/ (C2+Cp)} * Vs... (20)獲得已經(jīng)從其中消除了噪聲信號Vn的圖像信號Δν，如由式(20)所指示的那樣。如上所述，根據(jù)該變型例，有可能在不提供第二復位單元(圖18所描述的對晶體管MRA進行復位)的情況下對傳送單元的輸入節(jié)點的寄生電容進行復位。這防止了由入射 光量所給出的線性的劣化。 雖然已經(jīng)參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但應理解，本發(fā)明不限于所公幵的示 例性實施例。所附權利要求的范圍與最寬泛的解釋一致，從而包括所有這樣的修改以及等 同的結構和功能。
權利要求
一種圖像感測設備，包括像素，其包括光電轉(zhuǎn)換單元；列信號線，其連接到所述像素；讀出電路，其經(jīng)由所述列信號線從所述像素讀出信號；輸出線，其連接到所述讀出電路，并且具有電容；以及輸出單元，其根據(jù)來自所述讀出電路的信號，經(jīng)由所述輸出線輸出圖像信號，其中，所述讀出電路包括第一聚積單元，其保持讀出到所述列信號線的信號，第一斷開/閉合單元，其斷開/閉合所述列信號線與所述第一聚積單元之間的連接，第二聚積單元，傳送單元，其將由所述第一聚積單元所保持的信號傳送到所述第二聚積單元，以及第二斷開/閉合單元，其斷開/閉合所述傳送單元與所述第二聚積單元之間的連接，所述第一聚積單元的電容小于所述第二聚積單元的電容，并且由所述第二聚積單元所保持的信號被基于所述第二聚積單元的電容以及所述輸出線的電容而讀出到所述輸出單元。
2.如權利要求1所述的設備，其中，所述讀出電路進一步包括第三斷開/閉合單元，其斷開/閉合所述第二聚積單元與所 述輸出線之間的連接，所述第三斷開/閉合單元將所述第二聚積單元與所述輸出線之間的連接設置在閉合 狀態(tài)，以將所述第二聚積單元連接到所述輸出線，并且讀出由所述第二聚積單元所保持的信號。
3.如權利要求1所述的設備，其中，所述傳送單元將與由所述第一聚積單元所保持的電荷對應的信號供給到所述第二聚 積單元。
4.如權利要求3所述的設備，其中， 所述傳送單元包括MOS晶體管，并且所述MOS晶體管經(jīng)由柵極接收由所述第一聚積單元所保持的信號，并且經(jīng)由源極將與 輸入到所述柵極的信號對應的信號輸出到所述第二聚積單元。
5.如權利要求1所述的設備，其中，所述讀出電路進一步包括復位單元，其對所述第二聚積單元的電位進行復位。
6.如權利要求5所述的設備，其中， 所述傳送單元包括NMOS晶體管，設Vl是所述第一聚積單元的電位，Vthn是所述NMOS晶體管的閾值電壓，并且V2是所 述第二聚積單元的電位，所述復位單元對從所述傳送單元斷開電連接的所述第二聚積單元 的電位V2進行復位，以滿足 V2 彡 Vl-Vthn，并且當電連接到所述第二聚積單元時，所述NMOS晶體管將所述第二聚積單元的電位從由 所述復位單元所復位的電位升高到與由所述第一聚積單元所保持的信號對應的電位。
7.如權利要求5所述的設備，其中，所述傳送單元包括PMOS晶體管，設Vl是所述第一聚積單元的電位，Vthp是所述PMOS晶體管的閾值電壓，并且V2是所 述第二聚積單元的電位，所述復位單元對從所述傳送單元斷開電連接的所述第二聚積單元 的電位V2進行復位，以滿足 V2 ≥ Vl-Vthp，并且當電連接到所述第二聚積單元時，所述PMOS晶體管將所述第二聚積單元的電位從由 所述復位單元所復位的電位降低到與由所述第一聚積單元所保持的信號對應的電位。
8.如權利要求1所述的設備，其中， 所述第一聚積單元包括第一噪聲信號聚積單元，其保持輸出到所述列信號線的噪聲信號，以及 第一光學信號聚積單元，其保持輸出到所述列信號線的光學信號， 所述第二聚積單元包括第二噪聲信號聚積單元，由所述第一噪聲信號聚積單元所保持的信號被傳送至其，以及第二光學信號聚積單元，由所述第一光學信號聚積單元所保持的信號被傳送至其， 所述傳送單元具有輸入端子，其連接到所述第一噪聲信號聚積單元和所述第一光學 信號聚積單元；以及輸出端子，其連接到所述第二噪聲信號聚積單元和所述第二光學信號 聚積單元，并且所述輸出單元通過計算由所述第二噪聲信號聚積單元所保持的信號與由所述第二光 學信號聚積單元所保持的信號之間的差值而輸出所述圖像信號。
9.如權利要求1所述的設備，其中，第一像素和第二像素連接到所述列信號線，在第一時段期間，所述傳送單元將所述第一像素的信號從所述第一聚積單元傳送到所 述第二聚積單元，而在所述第一時段之后的第二時段期間，所述第一聚積單元對連接到所 述列信號線的所述第二像素的信號進行聚積，并且在所述第二時段期間，所述第一像素的信號被從所述第二聚積單元傳送到所述輸出單元。
10.如權利要求9所述的設備，其中， 所述第一時段比所述第二時段短。
11.一種圖像感測設備，包括第一像素； 第二像素；列信號線，其連接到所述第一像素和所述第二像素；讀出電路，其經(jīng)由所述列信號線從所述第一像素和所述第二像素讀出信號；驅(qū)動單元，其驅(qū)動所述第一像素、所述第二像素以及所述讀出電路；輸出線，其連接到所述讀出電路，并且具有電容；以及輸出單元，其根據(jù)來自所述讀出電路的信號，經(jīng)由所述輸出線輸出圖像信號，其中，所述讀出電路包括第一聚積單元，其保持讀出到所述列信號線的信號，第一斷開/閉合單元，其斷開/閉合所述列信號線與所述第一聚積單元之間的連接， 第二聚積單元，傳送單元，其將由所述第一聚積單元所保持的信號傳送到所述第二聚積單元，并且其 輸入端子和輸出端子連接到所述第一聚積單元，其輸出端子連接到所述第二聚積單元，以 及第二斷開/閉合單元，其斷開/閉合所述第一聚積單元以及所述傳送單元與所述第二 聚積單元之間的連接，所述第一聚積單元的電容小于所述第二聚積單元的電容，由所述第二聚積單元所保持的信號被基于所述第二聚積單元的電容以及所述輸出線 的電容而讀出到所述輸出單元，并且所述驅(qū)動單元驅(qū)動所述第一像素、所述第二像素以及所述讀出電路，在第一時段期間， 從所述第一聚積單元讀出所述第一像素的信號，并且經(jīng)由所述傳送單元將所述信號傳送到 所述第二聚積單元，而在所述第一時段之后的第二時段期間，使所述第一聚積單元對輸出 到所述列信號線的所述第二像素的信號進行聚積，并且從所述第二聚積單元讀出所述第一 像素的信號，并且將所述信號傳送到所述輸出單元。
12.如權利要求11所述的設備，其中，所述傳送單元計算經(jīng)由所述第一聚積單元從所述輸出端子反饋的信號與基于輸出到 所述列信號線的信號的信號之間的差值，并且輸出差動信號。
13.一種成像系統(tǒng)，包括權利要求1所述的圖像感測設備；光學系統(tǒng)，其在所述圖像感測設備的像面上形成圖像；以及信號處理單元，其處理從所述圖像感測設備輸出的信號，以生成圖像數(shù)據(jù)。
14.一種成像系統(tǒng)，包括權利要求11所述的圖像感測設備；光學系統(tǒng)，其在所述圖像感測設備的像面上形成圖像；以及信號處理單元，其處理從所述圖像感測設備輸出的信號，以生成圖像數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供圖像感測設備和成像系統(tǒng)。所述圖像感測設備包括包含列信號線的像素、讀出電路、輸出線和輸出單元。所述讀出電路包括第一聚積單元、第一斷開/閉合單元、第二聚積單元、傳送單元以及第二斷開/閉合單元。所述第一聚積單元的電容小于所述第二聚積單元的電容，由所述第二聚積單元所保持的信號被基于所述第二聚積單元的電容以及所述輸出線的電容而讀出到所述輸出單元。
文檔編號H04N5/369GK101945204SQ201010291848
公開日2011年1月12日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權日2007年9月14日
發(fā)明者小倉正德, 小泉徹, 菊地伸, 領木達也 申請人:佳能株式會社