專利名稱：圖像拍攝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像拍攝裝置。
背景技術(shù)：
電荷耦合器件(CXD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器等已被用作攝像器 件，并且圖像拍攝設(shè)備的多像素化和小型化也已取得了進(jìn)展。像素?cái)?shù)量的增加和圖像拍攝設(shè)備的小型化使像素的單元尺寸縮小，晶體管面積與 像素面積的比例增大，并使得光電二極管的面積變小。結(jié)果，每個(gè)像素的飽和電荷量和靈敏 度可能降低，并且圖像的質(zhì)量也可能下降。日本未審查專利申請公開第2006-340044號(hào)公開了具有以矩陣狀形成的像素的 每一列設(shè)置了 ADC的CMOS傳感器(下文根據(jù)需要稱為安裝列并列模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的CMOS 傳感器)，并且平行設(shè)置這些ADC。圖1是示出安裝列并列ADC的CMOS傳感器的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖。在圖1中，CMOS傳感器11包括定時(shí)控制電路12、行掃描器13、像素陣列14、m個(gè) 負(fù)載MOS 151 15m、DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換器)16、列處理單元17、列掃描器18和水平輸出線19?；诰哂蓄A(yù)定頻率的主時(shí)鐘，定時(shí)控制電路12向行掃描器13、DAC16、列處理單元 17和列掃描器18提供這些組件操作所需的時(shí)鐘信號(hào)、定時(shí)信號(hào)等。行掃描器13以預(yù)定定時(shí)將用于控制像素信號(hào)輸出的信號(hào)順序提供給像素陣列14 的垂直方向上設(shè)置的像素。像素陣列14有m列η行的像素21ia 21m,n、n條水平信號(hào)線22i 22n和m條垂 直信號(hào)線23i 23m。像素21^ 21m,n的每一個(gè)都包括光電二極管(未示出)。響應(yīng)于經(jīng)由每條水平 信號(hào)線22i 22n從行掃描器13提供的信號(hào)，對應(yīng)于每個(gè)光電二極管中累積的電荷的像素 信號(hào)被輸出至每條垂直信號(hào)線23i 23m。水平信號(hào)線22i 22n在水平方向上將行掃描器13連接至像素21ia 21m,n。艮口， 像素21^ 21^連接至水平信號(hào)線22i，像素211>2 21m,2連接至水平信號(hào)線222，以類似 的方式，像素21i,n 21m,n連接至水平信號(hào)線22n。垂直信號(hào)線23i 23m在垂直方向上將列處理單元17連接至像素 21m,n。 艮口，像素21^ 21i,n連接至垂直信號(hào)線23i，像素212>1 212,n連接至垂直信號(hào)線232，以類 似的方式，像素21^ 21m,n連接至垂直信號(hào)線23m。負(fù)載MOS戰(zhàn) 15m的漏極連接至垂直信號(hào)線23i 23m。將偏置電壓施加給柵極， 并且源極接地。負(fù)載MOS和每個(gè)像素 21m,n中的放大晶體管(未示出)構(gòu)成了源極 跟隨電路。
根據(jù)來自定時(shí)控制電路12的定時(shí)信號(hào)等，DAC 16生成斜坡信號(hào)(具有稍后描述的圖2所示的波形)，并將斜坡信號(hào)提供給列處理單元17。列處理單元17包括并列設(shè)置的ADC 24! 24m，其中，ADC的數(shù)量為m。ADC 24, 24m分別連接至垂直信號(hào)線23i 23m，并通過使用由DAC16提供的斜坡 信號(hào)，對經(jīng)由垂直信號(hào)線23i 23m提供的像素信號(hào)執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC ？+ ？乂的每一個(gè)均包括比較器、計(jì)數(shù)器、開關(guān)和存儲(chǔ)器。S卩，ADC 2+包括 比較器25i、計(jì)數(shù)器(CNTUei、開關(guān)27i和存儲(chǔ)器28lt) ADC242包括比較器252、、計(jì)數(shù)器262、 開關(guān)272和存儲(chǔ)器282，以類似的方式，ADC 24m包括比較器25m、計(jì)數(shù)器26m、開關(guān)27m和存儲(chǔ) 器 28mo經(jīng)由垂直信號(hào)線23i 23m，像素信號(hào)從像素21。 21m,n分別提供給比較器25工 25m。來自DAC 16的斜坡信號(hào)被分別提供給比較器25i 25m。比較器25i 25m將由DAC 16提供的斜坡信號(hào)與經(jīng)由垂直信號(hào)線23i 23m提供 的像素信號(hào)進(jìn)行比較，并將表示比較結(jié)果的比較信號(hào)提供給計(jì)數(shù)器26i 26m。S卩，比較器 25i將來自DAC 16的斜坡信號(hào)和經(jīng)由垂直信號(hào)線23i從像素 2k n提供的像素信號(hào) 之間的比較信號(hào)提供給計(jì)數(shù)器26lt)比較器252將來自DAC 16的斜坡信號(hào)和經(jīng)由垂直信號(hào) 線232從像素212>1 212,n提供的像素信號(hào)之間的比較信號(hào)提供給計(jì)數(shù)器262，以類似的方 式，比較器25m將來自DAC 16的斜坡信號(hào)和經(jīng)由直信號(hào)線23m從像素2。 21m, n提供的 像素信號(hào)之間的比較信號(hào)提供給計(jì)數(shù)器26m。計(jì)數(shù)器26i 26m提供有來自定時(shí)控制電路12的時(shí)鐘信號(hào)，并基于來自比較器 25i 25m的比較信號(hào)對時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)。表示計(jì)數(shù)器26i 26m對時(shí)鐘信號(hào)的計(jì)數(shù)結(jié)果的計(jì) 算值經(jīng)由開關(guān)27i 27m提供給存儲(chǔ)器28i 28m，作為通過像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換獲得的像 素?cái)?shù)據(jù)。響應(yīng)于來自定時(shí)控制電路12的定時(shí)信號(hào)，開關(guān)27i 27m連接計(jì)數(shù)器26i 存儲(chǔ)器28i 28m。存儲(chǔ)器28i 28m臨時(shí)存儲(chǔ)由計(jì)數(shù)器26工 26m提供的像素?cái)?shù)據(jù)，并在列掃描器18 的控制下將像素?cái)?shù)據(jù)輸出至水平輸出線19。列掃描器18以預(yù)定定時(shí)將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器28i 28m中的像素?cái)?shù)據(jù)順序輸出至水平 輸出線19。水平輸出線19連接至后級(jí)的圖像處理電路等，并將從存儲(chǔ)器28i 28m輸出的像 素?cái)?shù)據(jù)提供給圖像處理電路等。圖2是示出圖1所示CMOS傳感器11的操作時(shí)序圖。例如，如圖2最上部所示，在IH周期(一個(gè)水平掃描周期)內(nèi)，從第N行的像素 21n讀取像素信號(hào)，并通過列處理單元17進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。在下一個(gè)IH周期內(nèi)，從第N+1行 的像素21n+1讀取像素信號(hào)時(shí)，如圖2從上往下第二部分所示，輸出由第N行像素信號(hào)的A/ D轉(zhuǎn)換得到的像素?cái)?shù)據(jù)。從像素21讀取的像素信號(hào)具有如圖2第三部分所示的波形，并且從DAC 16輸出 的斜坡信號(hào)具有如圖2第四部分(最底部)所示的波形。圖1中的比較器25將斜坡信號(hào) 與具有這些波形的像素信號(hào)進(jìn)行比較。如上所述，在CMOS傳感器11中，以與像素21。 21m,n的水平方向上的間距相似的間距設(shè)置ADC ？+ 〗、。結(jié)果，ADC ？+ 〗、并行執(zhí)行像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換。如上所述， 由于近年來安裝列并列ADC的CMOS傳感器11變小，所以像素陣列14也變小。相應(yīng)地，水 平方向上像素21^ 21m,n的間距變窄，使得難于以與像素間距相同的間距設(shè)置ADC 21 24mo從而，例如，在兩個(gè)區(qū)域中設(shè)置列處理單元17。結(jié)果，ADC ？+ ？乂可以以寬于像 素21^ 21m,n在水平方向上的間距而設(shè)置。圖3是示出具有兩個(gè)列處理單元17A和17B的CMOS傳感器11’的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖。在圖3中，CMOS傳感器11’包括定時(shí)控制電路12、行掃描器13、像素陣列14、m個(gè) 負(fù)載MOS 15: 15m、兩個(gè)DAC 16A和16B、兩個(gè)列處理單元17A和17B、兩個(gè)列掃描器18A禾口 18B以及兩條水平輸出線19A和19B。如圖3所示，在安裝列并列ADC的CMOS傳感器11，中，將列處理單元17A和17B 設(shè)置為在垂直方向(上/下)上夾置像素陣列14。雖然圖1所示的列處理單元17包括m個(gè)ADC 24, 24m，但列處理單元17A和17B 的每一個(gè)均具有m/2個(gè)ADC(未示出)。S卩，列處理單元17A設(shè)置有用于對從像素 21m,n讀取的像素信號(hào)中的偶數(shù)列的像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的ADC。列處理單元17B設(shè)置有 用于對從像素21。 21m,n讀取的像素信號(hào)中的奇數(shù)列的像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的ADC。 因此，在列處理單元17A和17B中，ADC可以以像素21^ 21m,n在水平方向上的 兩倍間距而設(shè)置。兩個(gè)列處理單元17A和17B可以在水平方向上夾置像素陣列14，或者可以以兩級(jí) 設(shè)置在像素陣列14的相同側(cè)。CMOS傳感器11’中的兩個(gè)列處理單元17A和17B可具有不同的特性。在這種情況 下，拍攝的圖像可能出現(xiàn)縱向條紋，使得圖像質(zhì)量下降。例如，日本未審查專利申請公開第2006-80861號(hào)公開了一種CMOS傳感器，其中， 一個(gè)ADC對多列的像素進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，使得ADC可以比像素在水平方向的間距更寬的間距 進(jìn)行設(shè)置。圖4是示出一個(gè)ADC對兩列像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的CMOS傳感器11”的結(jié)構(gòu)實(shí) 例的框圖。在圖4中，CMOS傳感器11”包括定時(shí)控制電路12、行掃描器13、像素陣列14、列處 理單元17’、列掃描器18以及水平輸出線19。圖4所示CMOS傳感器11”的列處理單元17，的結(jié)構(gòu)與圖1所示CMOS傳感器11 的列處理單元17的結(jié)構(gòu)不同。S卩，列處理單元17’包括數(shù)量為m個(gè)的電容器 31m、數(shù)量為m個(gè)的開關(guān)32i 32m、數(shù)量為m/2個(gè)的ADC SS1 33m/2、數(shù)量為m個(gè)的開關(guān) 34m以及數(shù)量為m個(gè)的存儲(chǔ) -^ τ 35i 35mo電容器Sl1-Slm分別連接至垂直信號(hào)線23i 23m，并保持經(jīng)由垂直信號(hào)線23工 23m提供的像素信號(hào)。開關(guān)32i 32m切換電容器3“ 31m和ADC SS1 33m/2的連接。例如，開關(guān) 切換電容器33i的連接以及電容器312*ADC 33i的連接。當(dāng)電容器3“連接至ADC 33i時(shí)，電容器中保持的像素信號(hào)被提供給ADC 當(dāng)電容器312連接至ADC SS1 時(shí)，電容器312中保持的像素信號(hào)被提供給ADCADC SS1-SSmZ2對由電容器311-Slm提供的像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。即，ADC SS1 對由電容器和312提供的像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC 332對由電容器313和314提供 的像素信號(hào)執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換，以類似的方式，ADC33m/2對由電容器31m和31m提供的像素信號(hào) 執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換。開關(guān)31 34m切換ADC SS1 33m/2和存儲(chǔ)器35i 35m的連接。例如，在ADC SS1 對經(jīng)由垂直信號(hào)線23i提供的像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，開關(guān)31連接33i和存儲(chǔ)器35lt)在 ADC 33i對經(jīng)由垂直信號(hào)線232提供的像素信號(hào)執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，開關(guān)342連接332和存儲(chǔ)
ο存儲(chǔ)器35i 35m臨時(shí)存儲(chǔ)從ADC SS1 33m/2輸出的像素?cái)?shù)據(jù)，并在列掃描器18 的控制下將像素?cái)?shù)據(jù)輸出至水平輸出線19。在如上構(gòu)造的CMOS傳感器11”中，ADC SS1 33m/2可以以像素21^ 21m,n在水 平方向的兩倍間距而設(shè)置。在CMOS傳感器11”中，電容器3L 31m保持從像素21^ 21m,n讀取的模擬像 素信號(hào)。如果電 容器Sl1 31m的電容變化或者存在從像素信號(hào)保持到像素信號(hào)被提供給 ADC 33! 33m/2的時(shí)間差，電容器 31m中的像素信號(hào)可能會(huì)泄漏變化。因此，由CMOS 傳感器11”拍攝的圖像質(zhì)量可能會(huì)有所下降。如上所述，由于像素的單元尺寸變小，所以光電二極管的面積也變小，并且如果飽 和電荷數(shù)量和像素靈敏度下降，圖像質(zhì)量也將下降。作為避免飽和電荷數(shù)量和靈敏度下降的方法，存在通過使用垂直方向上的像素共 享浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)(floatng diffusion)的方法。參照圖5對共享浮置擴(kuò)散進(jìn)行說明。圖5的上部區(qū)域示出了具有沒有共享浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的像素21,和21n+1。圖5 的下部區(qū)域示出了具有共享浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的像素21/。如圖5所示，像素21n包括光電二極管M1、轉(zhuǎn)移晶體管42i、復(fù)位晶體管43i、放大 晶體管41、選擇晶體管45i以及浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)46lt)對應(yīng)于光電二極管釓的光接收量的電荷經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管42i被轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散 節(jié)點(diǎn)46i，并在其中累積。浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)46i被復(fù)位晶體管43i鉗位至預(yù)定基準(zhǔn)電位，并且在 復(fù)位晶體管43i累積的電荷被放大晶體管41放大并經(jīng)由選擇晶體管45i輸出至垂直信號(hào) 線23。與像素21n類似，像素21n+1包括光電二極管412、轉(zhuǎn)移晶體管422、復(fù)位晶體管432、 放大晶體管442、選擇晶體管452以及浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)462。像素21n’包括光電二極管41和412、轉(zhuǎn)移晶體管42i和422、復(fù)位晶體管43、放大 晶體管44、選擇晶體管45以及浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)46。在像素21/中，對應(yīng)于光電二極管M1的 光接收量的電荷和對應(yīng)于光電二極管412的光接收量的電荷交替累積在浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)46 中。因此，像素21n’共享了浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)46，使得可以避免飽和電荷量和像素靈敏度 的下降。
然而，在具有由共享浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的像素構(gòu)成的像素陣列的CMOS傳感器中，ADC 以與像素相同的間距設(shè)置。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，由于CMOS傳感器的小型化，所 以難以以與像素相同的間距設(shè)置ADC。因 為飽和電荷量和像素靈敏度的下降，圖像質(zhì)量也下降。因此，期望抑制由小型化CMOS傳感器所導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種圖像拍攝裝置，包括光電轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)移元件、 轉(zhuǎn)換器、復(fù)位元件和放大器。光電轉(zhuǎn)換器將入射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并累積電信號(hào)。轉(zhuǎn)移元件 轉(zhuǎn)移累積在光電轉(zhuǎn)換器中的電荷。轉(zhuǎn)換器將經(jīng)由轉(zhuǎn)移元件轉(zhuǎn)移的光電轉(zhuǎn)換器中的電荷轉(zhuǎn)換 為電壓。復(fù)位元件復(fù)位轉(zhuǎn)換器的電位。放大器放大由轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電壓以生成像素信號(hào)， 并將像素信號(hào)輸出至用于讀取像素信號(hào)的讀取信號(hào)線。至少設(shè)置在水平方向上的多個(gè)光電 轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)移元件共享放大器和讀取信號(hào)線。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以抑制由小型化CMOS傳感器所導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下 降。本發(fā)明的上述概述并非用于描述本發(fā)明的每個(gè)示出的實(shí)施例或每種實(shí)施方案。下 面的附圖和詳細(xì)描述將更具體地舉例說明這些實(shí)施例。


圖1是示出安裝列并列ADC的CMOS傳感器的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖；圖2是解釋CMOS傳感器11操作的時(shí)序圖；圖3是解釋CMOS傳感器11’操作的時(shí)序圖；圖4是解釋CMOS傳感器11，，操作的時(shí)序圖；圖5是解釋共享的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)的示圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS傳感器的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖；圖7是解釋由四個(gè)像素構(gòu)成的2X2共享像素的示圖；圖8是示出CMOS傳感器51操作實(shí)例的時(shí)序圖；圖9是示出CMOS傳感器51操作的另一實(shí)例的時(shí)序圖；圖10是示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的CMOS傳感器的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖；以及圖11是示出CMOS傳感器51，操作實(shí)例的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式以下對本發(fā)明實(shí)施例的描述中，所披露的發(fā)明和實(shí)施例之間的對應(yīng)關(guān)系如下。這 些描述用于證實(shí)在本說明書中描述了支持說明書中描述的本發(fā)明的實(shí)施例。因此，與部分 發(fā)明不對應(yīng)的本說明書中描述的實(shí)施例并不意味著該實(shí)施例與本發(fā)明不對應(yīng)。相反，與部 分發(fā)明相對應(yīng)的本說明書中描述的實(shí)施例并不意味著該實(shí)施例與除所述部分發(fā)明以外的 本發(fā)明不對應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于拍攝圖像的圖像拍攝裝置，包括光電轉(zhuǎn)換器(例如，圖7中的光電二極管713、7113、71(3、71(1)，用于將入射光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并累積電荷；轉(zhuǎn)移元件(例如，圖7中的轉(zhuǎn)移晶體管72a、72b、72c、72d)，用于轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換器 中累積的電荷；轉(zhuǎn)換器(例如，圖7中的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76)，用于將經(jīng)由轉(zhuǎn)移元件轉(zhuǎn)移的光電轉(zhuǎn)換 器中的電荷轉(zhuǎn)換為電壓；復(fù)位元件(例如 ，圖7中的復(fù)位晶體管73)，用于復(fù)位轉(zhuǎn)換器的電位；以及放大器(例如，圖7中的放大晶體管74)，用于放大由轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電壓，并將通過 放大電壓值獲得的像素信號(hào)輸出至用于讀取像素信號(hào)的讀取信號(hào)線，其中，至少設(shè)置在水平方向上的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)移元件共享放大器和讀取信 號(hào)線。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像拍攝裝置還包括控制線(例如，圖6中的水平信號(hào)線 eii-eij，用于傳輸用于控制轉(zhuǎn)移元件的電荷轉(zhuǎn)移的信號(hào)，其中，控制線獨(dú)立用于共享放 大器和讀取信號(hào)線的多個(gè)轉(zhuǎn)移元件的每一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像拍攝裝置還可以包括連接至讀取信號(hào)線的負(fù)載金屬氧 化物半導(dǎo)體(MOS)(例如，圖6中的負(fù)載MOS SS1-SSmZ2),并且負(fù)載MOS和放大器構(gòu)成源極 跟隨電路。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像拍攝裝置還可以包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器(例如，圖6中 的ADC 61 64m/2)，用于將經(jīng)由讀取信號(hào)線讀取的像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像拍攝裝置中，A/D轉(zhuǎn)換器還可包括比較元件(例如，圖6中的比較器65i 65m/2)，具有用于接收像素信號(hào)的第一輸 入端和用于接收恒定斜率從預(yù)定基準(zhǔn)電位開始降低的基準(zhǔn)電壓的第二輸入端，其中，在第 一和第二輸入端的電位被復(fù)位之后，比較元件將輸入至第一輸入端的像素信號(hào)和輸入至第 二輸入端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；以及測量元件(例如，圖6中的計(jì)數(shù)器66i 66m/2)，用于測量從基準(zhǔn)電壓以恒定斜率 從預(yù)定基準(zhǔn)電位開始下降到比較元件判斷出基準(zhǔn)電壓低于像素信號(hào)時(shí)的時(shí)間。參照附圖，詳細(xì)描述采用本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CMOS傳感器的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖。在圖6中，CMOS傳感器51包括定時(shí)控制電路52、行掃描器53、像素陣列54、m/2 個(gè)負(fù)載MOS SS1NSSm^DAC 56、列處理單元57、列掃描器58和水平輸出線59。基于具有預(yù)定頻率的主時(shí)鐘，定時(shí)控制電路52向行掃描器53、DAC56、列處理單元 57和列掃描器58提供這些組件操作所需的時(shí)鐘信號(hào)、定時(shí)信號(hào)等。行掃描器53以預(yù)定定時(shí)將用于控制像素信號(hào)輸出的信號(hào)順序提供給像素陣列54 垂直方向上設(shè)置的像素。像素陣列54包括具有m列η行的像素61^ 61m,n、n條水平信號(hào)線62i 62n和 m/2條垂直信號(hào)線63i 63m/2。如稍后參照圖7所描述的，像素61^ 61m,n的每一個(gè)均包括光電二極管71和轉(zhuǎn) 移晶體管72。兩個(gè)水平像素和兩個(gè)垂直像素的共四個(gè)像素共享復(fù)位晶體管73、放大晶體管 74、選擇晶體管75和浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76。在該實(shí)例中，作為CMOS傳感器51拍攝的圖像構(gòu)成元素的像素被定義為具有用于光電轉(zhuǎn)換的光電二極管71和用于轉(zhuǎn)移電荷的轉(zhuǎn)移晶體管72的像素61。然而，硬件像素不 僅包括光電二極管和轉(zhuǎn)移晶體管，還包括復(fù)位晶體管、放大晶體管、選擇晶體管和浮置擴(kuò)散 節(jié)點(diǎn)。例如，由兩個(gè)水平像素和兩個(gè)垂直像素的四個(gè)像素、復(fù)位晶體管、放大晶體管、選擇晶 體管和浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的組件在下文應(yīng)用中稱作“2X2共享像素”。即，例如，由圖6中虛線包圍的像素61ia,612jl,61lj2和612,2構(gòu)成一個(gè)2X2共享像 素，像素61^614,i、613,2和614,2構(gòu)成一個(gè)2X2共享像素，以類似的方式，像素Slmh1Alm, P1Aln^n和61m,n構(gòu) 成一個(gè)2X2共享像素。像素eiu 61m,n將與兩列光電二極管61中累積的電荷相對應(yīng)的像素信號(hào)同時(shí)輸 出至一條垂直信號(hào)線63。即，第一列的像素61^ 61i,n和第二列的像素612>1 612,n輸 出像素信號(hào)至垂直信號(hào)線631;第三列的像素613>1 613,n和第四列的像素614>1 614,n輸 出像素信號(hào)至垂直信號(hào)線632，以類似的方式，第m-1列的像素61m,i 61m, n和第m列的 像素61^ 61m,n輸出像素信號(hào)至垂直信號(hào)線63m/2。水平信號(hào)線62i 62n在水平方向上連接行掃描器53和像素Sl1,i 61m,n。S卩，像 素61^ 61m, n連接至水平信號(hào)線62i，像素611>2 61m,2連接至水平信號(hào)線622，以類似的 方式，像素61i,n 61m,n連接至水平信號(hào)線62n。垂直信號(hào)線63i 63m/2在垂直方向上連接列處理單位57和兩列像素61^ 61m, n。即，像素61^ 611>n和像素612>1 612,n連接至垂直信號(hào)線63i，像素613>1 613,n和像 素614>1 614,n連接至垂直信號(hào)線632，以類似的方式，像素Sl11^1 Sl1^n和像素61^ 61m,n連接至垂直信號(hào)線63m/2。負(fù)載MOS 55i 55m/2的漏極連接至垂直信號(hào)線63i 63m/2，偏置電壓施加到柵極， 并且源極接地。負(fù)載MOS和像素61m 61m,n每一個(gè)中的放大晶體管74(圖7)構(gòu)成了源 極跟隨電路。根據(jù)來自定時(shí)控制電路52的定時(shí)信號(hào)等，DAC 56生成斜坡信號(hào)，并將斜坡信號(hào)提 供給列處理單元57。在列處理單元57中，并列設(shè)置m/2個(gè)ADC 64丨 64m/2。ADC 61 64m/2分別連接至垂直信號(hào)線63i 63m/2，并通過使用由DAC 56提供的 斜坡信號(hào)將經(jīng)由垂直信號(hào)線63i 63m/2提供的像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC 61 64m/2的每一個(gè)均具有比較器、計(jì)數(shù)器、開關(guān)和存儲(chǔ)器。SP，ADC 具有 比較器65i、計(jì)數(shù)器(CNIOeei、開關(guān)67i和存儲(chǔ)器681; ADC642具有比較器652、計(jì)數(shù)器662、開 關(guān)672和存儲(chǔ)器682，以類似的方式，ADC 64ffl/2具有比較器65m/2、計(jì)數(shù)器66m/2、開關(guān)67m/2和存 儲(chǔ)器68m/2。像素信號(hào)經(jīng)由垂直信號(hào)線63i 63m/2從像素61^ 64m,n提供給比較器65i 65m， 并從DAC 56提供斜坡信號(hào)。比較器65i 65m/2將由DAC 56提供的斜坡信號(hào)與經(jīng)由垂直信號(hào)線63i 63m/2提 供的像素信號(hào)進(jìn)行比較，并將表示比較結(jié)果的比較信號(hào)提供給計(jì)數(shù)器66i 66m/2。S卩，比較 器65i將來自DAC 56的斜坡信號(hào)與經(jīng)由垂直信號(hào)線63i從像素Gl1,i Gl1,n和像素612>1 612, n提供的像素信號(hào)之間的比較信號(hào)提供給計(jì)數(shù)器66lt)比較器652將來自DAC 56的斜坡信號(hào)與經(jīng)由垂直信號(hào)線632從像素613>1 613,n 和像素614>1 614,n提供的像素信號(hào)之間的比較信號(hào)提供給計(jì)數(shù)器662，以類似的方式，比較器65m/2將來自DAC 56的 斜坡信號(hào)與經(jīng)由垂直信號(hào)線63m/2從像素61m_ia Gln^n和像素 611^1 61m,n提供的像素信號(hào)之間的比較信號(hào)提供給計(jì)數(shù)器66m/2。計(jì)數(shù)器66i 66m/2提供有來自定時(shí)控制電路52的時(shí)鐘信號(hào)，并基于來自比較器 65! 65m/2的比較信號(hào)對時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。表示計(jì)數(shù)器66i 66m/2對時(shí)鐘信號(hào)的計(jì)數(shù)結(jié) 果的計(jì)算值經(jīng)由開關(guān)67i 67m/2提供給存儲(chǔ)器68i 68m/2，作為A/D轉(zhuǎn)換像素信號(hào)所獲得 的像素?cái)?shù)據(jù)。響應(yīng)于來自定時(shí)控制電路52的定時(shí)信號(hào)，開關(guān)67i 67m/2分別連接計(jì)數(shù)器66工 66m/2和存儲(chǔ)器68i 68m/2。存儲(chǔ)器68i 68m/2臨時(shí)存儲(chǔ)由計(jì)數(shù)器66i 66m/2提供的像素?cái)?shù)據(jù)，并在列掃描器 58的控制下將像素?cái)?shù)據(jù)輸出至水平輸出線59。列掃描器58以預(yù)定定時(shí)將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68i 68m/2中的像素?cái)?shù)據(jù)順序輸出至水 平輸出線59。水平輸出線59連接至后級(jí)的圖像處理電路等，并將從存儲(chǔ)器68i 68m/2輸出的像 素?cái)?shù)據(jù)提供給圖像處理電路等。如上所述，在CMOS傳感器51中，兩列像素61^ 61m,n，同時(shí)連接至一條垂直信號(hào) 線63，并且兩列像素信號(hào)由一個(gè)ADC 64進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。下面將參考圖7描述由四個(gè)像素構(gòu)成的2X2共享像素。如圖7所示，2X2共享像素由四個(gè)像素61a 61d構(gòu)成。像素61a是奇數(shù)列中第 N行的像素，像素61b是偶數(shù)列中第N行的像素，像素61c是奇數(shù)列中第N+1行的像素，而像 素61d是偶數(shù)列中第N+1行的像素。像素61a包括光電二極管71a和轉(zhuǎn)移晶體管72a，像素61b包括光電二極管71b和 轉(zhuǎn)移晶體管72b。像素61c包括光電二極管71c和轉(zhuǎn)移晶體管72c，像素61d包括光電二極 管71d和轉(zhuǎn)移晶體管72d。在2X2共享像素中，四個(gè)像素61a 61d共享復(fù)位晶體管73、放大晶體管74、選 擇晶體管75和浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76。即，光電二極管71a 71d經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管72a 72d連 接至浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76。在響應(yīng)于用于控制復(fù)位晶體管73的復(fù)位信號(hào)RST(N)將浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76鉗位至 預(yù)定基準(zhǔn)電位之后，由光電二極管71a產(chǎn)生的電荷響應(yīng)于用于控制轉(zhuǎn)移晶體管72a的轉(zhuǎn)移 信號(hào)TRl (N)被轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76，并在其中累積。在浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)中累積的電荷經(jīng)由 選擇晶體管75輸出至垂直信號(hào)線63，作為像素61a的像素信號(hào)。繼輸出像素61a的像素信號(hào)之后，在響應(yīng)于用于控制復(fù)位晶體管73的復(fù)位信號(hào) RST(N)將浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76鉗位至預(yù)定基準(zhǔn)電位之后，由光電二極管71b產(chǎn)生的電荷響應(yīng)于 用于控制轉(zhuǎn)移晶體管72b的轉(zhuǎn)移信號(hào)TR2(N)轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76，并且類似像素61a， 像素61b的像素信號(hào)輸出至垂直信號(hào)線63。以相同的方式，由光電二極管71c產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn) 移至浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76，并且像素61c的像素信號(hào)輸出至垂直信號(hào)線63，以及由光電二極管 71d產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76，并且像素61d的像素信號(hào)輸出至垂直信號(hào)線63。如上所述，在四個(gè)像素61a 61d構(gòu)成的2X2共享像素中，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76和垂 直信號(hào)線63提供用于像素61a 61d。圖8是示出CMOS傳感器51操作的時(shí)序圖。
在用于讀取第N行的像素信號(hào)的IH周期開始時(shí)，用于控制如圖7所示選擇晶體管 75的選擇信號(hào)SEL (N)從L電平轉(zhuǎn)變?yōu)镠電平，從而開始從圖7所示四像素61a 61d構(gòu)成 的2 X 2共享像素讀取像素信號(hào)。在選擇信號(hào)SEL(N)由L電平轉(zhuǎn)變?yōu)镠電平之后，用于控制復(fù)位晶體管73的復(fù)位 信號(hào)RST (N)變?yōu)槊}沖形式的H電平，并且響應(yīng)于該復(fù)位信號(hào)RST (N)，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76被鉗 位為預(yù)定基準(zhǔn)電位，以在復(fù)位電平(P相位)執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換。此后，用于控制轉(zhuǎn)移晶體管72a的轉(zhuǎn)移信號(hào)TRl (N)變?yōu)槊}沖形式的H水平，并且 響應(yīng)于該轉(zhuǎn)移信號(hào)TRl (N)，由像素61a的光電二極管71a產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn) 76，以在數(shù)據(jù)電平(D相位)執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換。以下將描述復(fù)位電平的A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)電平的A/D轉(zhuǎn)換。如圖8的倒數(shù)第二部分所示，當(dāng)浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76被鉗位為預(yù)定基準(zhǔn)電位時(shí)，輸出 對應(yīng)于基準(zhǔn)電位的像素信號(hào)。此后，由于由光電二極管71a產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散節(jié) 點(diǎn)76，所以輸出對應(yīng)于電荷的像素信號(hào)。像素信號(hào)經(jīng)由選擇晶體管75和垂直信號(hào)線63輸入至比較器65(圖6)的一端。圖 8最底部所示的斜坡信號(hào)被提供給比較器65的另一端。比較器65在通過內(nèi)部短路兩個(gè)輸入端復(fù)位輸入端的電位之后，比較像素信號(hào)與 斜坡信號(hào)。比較器65將表示比較結(jié)果的比較結(jié)果信號(hào)提供給計(jì)數(shù)器66。例如，如果像素 信號(hào)不小于斜坡信號(hào)，則比較器65輸出L電平的比較結(jié)果信號(hào)，如果像素電平小于斜坡信 號(hào)，則比較器65輸出H電平的比較結(jié)果信號(hào)。S卩，在斜坡信號(hào)的電壓值以恒定斜率降低的 同時(shí)，當(dāng)斜坡信號(hào)變得等于像素信號(hào)時(shí)，比較器65輸出從H電平轉(zhuǎn)變?yōu)長電平的比較結(jié)果 信號(hào)。當(dāng)輸出復(fù)位電平的像素信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器66使用從斜坡信號(hào)開始以恒定斜率降低 的時(shí)刻到比較結(jié)果信號(hào)從H電平轉(zhuǎn)變到L電平的時(shí)刻的計(jì)數(shù)值(時(shí)間)，作為復(fù)位電平的像 素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換值。當(dāng)輸出數(shù)據(jù)電平的像素信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器66使用從斜坡信號(hào)開始以恒 定斜率下降的時(shí)刻到比較結(jié)果信號(hào)從H電平轉(zhuǎn)變?yōu)長電平的時(shí)刻的計(jì)數(shù)值，作為數(shù)據(jù)電平 的像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換值。復(fù)位電平的像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換值和數(shù)據(jù)電平的像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換值之間的差 作為像素?cái)?shù)據(jù)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68 (圖6)中。以上述方式，從像素61a讀取的像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并且像素61a的像素?cái)?shù)據(jù) 被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器68中。此后，用于控制復(fù)位晶體管73的復(fù)位信號(hào)RST(N)變?yōu)槊}沖形式的 H電平，并且響應(yīng)于該復(fù)位信號(hào)RST(N)，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76被鉗位為預(yù)定基準(zhǔn)電位。即，由像 素光電二極管71a產(chǎn)生并累積在浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76中的電荷被復(fù)位。此后，用于控制轉(zhuǎn)移晶體管72b的轉(zhuǎn)移信號(hào)TR2(N)變?yōu)槊}沖形式的H電平，并且 響應(yīng)于轉(zhuǎn)移信號(hào)TR2(N)，由像素61b的光電二極管71b產(chǎn)生的電荷被轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn) 76。此后，與從像素61a讀取的像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換類似，從像素61b讀取的像素信號(hào)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。在像素61b的像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換的同時(shí)，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68中的像素61a的像 素?cái)?shù)據(jù)在列掃描器58的控制下被輸出至水平輸出線59。 在用于讀取第N行像素信號(hào)的IH周期結(jié)束之后，另一個(gè)用于讀取第N+1行像素信 號(hào)的IH周期開始。用于控制復(fù)位晶體管73的復(fù)位信號(hào)RST(N)變?yōu)槊}沖形式的H電平，從而復(fù)位由像素61b的光電二極管71b產(chǎn)生并累積在浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76中的電荷。此后，用于控制轉(zhuǎn)移晶體管72c的轉(zhuǎn)移信號(hào)TR3(N)變?yōu)槊}沖形式的H電平，并且 響應(yīng)于該轉(zhuǎn)移信號(hào)TR3(N)，由像素61c的光電二極管71c產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn) 76。在像素61c的像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換的同時(shí)，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68中的像素61b的像素?cái)?shù)據(jù) 在列掃描器58的控制下輸出至水平輸出線59。此后，用于控制復(fù)位晶體管73的復(fù)位信號(hào)RST (N)變?yōu)槊}沖形式的H電平，從而復(fù) 位由像素61c的光電二極管71c產(chǎn)生并累積在浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76中的電荷。此后，用于控制轉(zhuǎn)移晶體管72d的轉(zhuǎn)移信號(hào)TR4(N)變?yōu)槊}沖形式的H電平，并且 響應(yīng)于該轉(zhuǎn)移信號(hào)TR4(N)，由像素61d的光電二極管71d產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn) 76。在像素61d的像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換的同時(shí)，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68中的像素61c的像素?cái)?shù)據(jù) 在列掃描器58的控制下輸出至水平輸出線59。在下一個(gè)IH周期內(nèi)，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68中的 像素61d的像素?cái)?shù)據(jù)輸出至水平輸出線59。如上所述，在CMOS傳感器51中，ADC 64在IH期間內(nèi)執(zhí)行兩次A/D轉(zhuǎn)換來輸出一 行的像素?cái)?shù)據(jù)。如圖8最上部分所示，CMOS傳感器51以奇數(shù)列中第N行的像素61a、偶數(shù)列中第 N行的像素61b、奇數(shù)列中第N+1行的像素61c和偶數(shù)列中第N+1行的像素61d的順序讀取 像素信號(hào)并執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換。像素?cái)?shù)據(jù)以奇數(shù)列中第N行的像素61a、偶數(shù)列中第N行的像素 61b、奇數(shù)列中第N+1行的像素61c和偶數(shù)列中第N+1行的像素61d的順序輸出至水平輸出 線。S卩，在CMOS傳感器51中，由于先輸出奇數(shù)列的像素?cái)?shù)據(jù)再輸出偶數(shù)列的像素信號(hào)，所 以后級(jí)的處理電路重新配置像素?cái)?shù)據(jù)的順序，以使像素?cái)?shù)據(jù)具有像素的相同順序，從而形 成圖像。 由于一個(gè)DAC 64執(zhí)行兩列像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，所以ADC 6+ 64m/2可以以兩倍 于像素61^ 61m,n的間距來并列設(shè)置。即使像素61^ 61m,n的間距很窄，也可以容易地 布置ADC eiNet/y與ADC 64不被兩列像素共享的情況相比，ADC 64的數(shù)量可減少一 半。由于列處理單元57的面積減小，使得CMOS傳感器51可被小型化。由于ADC 64的數(shù) 量減少，所以有利于減少諸如圖像中出現(xiàn)的條紋等的特性。此外，如參照圖7所描述的，由于四個(gè)像素61a 61d共享復(fù)位晶體管73、放大晶 體管74和選擇晶體管75，所以與這些晶體管沒有被共享的情況相比，可以減少晶體管的數(shù) 量。因此，可以改善諸如飽和電荷量和靈敏度等的攝像特性。即使CMOS傳感器51小型化， 也可以通過增加每個(gè)像素的孔徑率來抑制圖像質(zhì)量的降低。此外，在CMOS傳感器51中，如參照圖3所描述的，沒有出現(xiàn)由于在兩個(gè)區(qū)域設(shè)置 列處理單元而引起的圖像質(zhì)量的下降。另外，沒有發(fā)生由參照圖4所描述的在電容器中保 持模擬信號(hào)而引起的問題。在CMOS傳感器51中，如上所述，從每個(gè)像素中順序讀取像素值，另外，從多個(gè)像素 輸出的電荷通過浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76加在一起，使得可以讀取對應(yīng)于相加電荷的像素信號(hào)。圖9是示出CMOS傳感器51操作的另一個(gè)實(shí)例的時(shí)序圖。參照圖9，描述設(shè)置在水平方向上兩個(gè)像素的電荷的加法實(shí)例，例如，圖7所示像 素61a和61b電荷的相加和像素61c和61d電荷的相加。在選擇信號(hào)SEL(N)由L電平轉(zhuǎn)變?yōu)镠電平之后，復(fù)位信號(hào)RST(N)變?yōu)槊}沖形式的H電平，并且浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76被鉗位為預(yù)定基準(zhǔn)電位，以執(zhí)行復(fù)位電平的A/D轉(zhuǎn)換。此后，轉(zhuǎn)移信號(hào)TRl (N)和轉(zhuǎn)移信號(hào)TR2(N)同時(shí)變?yōu)槊}沖形式的H電平，并且響應(yīng)于轉(zhuǎn)移信號(hào)TRl (N)和轉(zhuǎn)移信號(hào)TR2 (N)，由光電二極管71a和71b產(chǎn)生的電荷同時(shí)被轉(zhuǎn)移至 浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76。結(jié)果，在浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76中，由光電二極管71a和71b產(chǎn)生的電荷被相加，并且通 過使用與相加電荷對應(yīng)的像素信號(hào)，執(zhí)行數(shù)據(jù)電平的A/D轉(zhuǎn)換。復(fù)位電平的A/D轉(zhuǎn)換值和 數(shù)據(jù)電平的A/D轉(zhuǎn)換值之間的差作為像素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68中。在用于讀取第N行像素信號(hào)的IH周期結(jié)束之后，復(fù)位信號(hào)RST(N)變?yōu)槊}沖形式 的H電平，并且浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76被鉗位為預(yù)定基準(zhǔn)電位，即，復(fù)位累積電荷，以執(zhí)行復(fù)位電 平的A/D轉(zhuǎn)換。此后，與通過相加光電二極管71a和71b而得到的像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換類似，使由 光電二極管71c和71d產(chǎn)生的電荷相加，并通過使用與相加電荷相應(yīng)的像素信號(hào)，執(zhí)行數(shù)據(jù) 電平的A/D轉(zhuǎn)換。在通過光電二極管71c和71d的相加而得到的像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換的同時(shí)，將通 過相加光電二極管71a和71b而得到的像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換所獲得的像素?cái)?shù)據(jù)從存儲(chǔ)器68 輸出至水平輸出線59。在下一個(gè)IH周期輸出通過光電二極管71c和71d的相加而得到的 像素信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換所獲得的像素?cái)?shù)據(jù)。如上所述，兩個(gè)像素的電荷在浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76處相加，并讀取與相加電荷相對應(yīng) 的像素信號(hào)。因此，可使拍攝圖像的幀率加倍。由于電荷在浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)76處相加，例如，與來自兩個(gè)像素的像素信號(hào)被A/D轉(zhuǎn) 換然后數(shù)字相加像素?cái)?shù)據(jù)的情況相比，可以減少A/D轉(zhuǎn)換處理的次數(shù)并且可減少噪聲。更 具體地，由于包含在圖像信號(hào)中的噪聲在A/D轉(zhuǎn)換處理中以平方增長，所以對應(yīng)于A/D轉(zhuǎn)換 處理次數(shù)的減少，可將放大晶體管74的噪聲和ADC 64的噪聲減少1/ V 2。圖10是示出根據(jù)另一實(shí)施例的CMOS傳感器的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖。在圖10中，CMOS傳感器51，包括定時(shí)控制電路52、行掃描器53、像素陣列54、m/2 個(gè)負(fù)載MOS SS1NSSm^DAC 56、列處理單元57，、列掃描器58和水平輸出線59。在圖10 中，與圖6所示CMOS圖像傳感器51中類似的組件用相同的參考符號(hào)表示，并且在下文中適 當(dāng)?shù)厥÷躁P(guān)于它們的說明。S卩，圖10所示CMOS傳感器51，與圖6所示CMOS傳感器51的相似之處在于CMOS 傳感器51，也包括定時(shí)控制電路52、行掃描器53、像素陣列54、m/2個(gè)負(fù)載MOS SS1 55m/2、 DAC 56、列掃描器58和水平輸出線59。CMOS傳感器51’包括與CMOS傳感器51中不同的 列處理單元57，。列處理單元57，包括并列設(shè)置的m/2個(gè)ADC 64: 64m/2。每個(gè)ADC64: 64m/2均 包括比較器、計(jì)數(shù)器、兩個(gè)開關(guān)和兩個(gè)存儲(chǔ)器。S卩，ADC 61包括比較器65i、計(jì)數(shù)器(CNT)66i、兩個(gè)開關(guān)67/和672，以及兩個(gè)存 儲(chǔ)器68/和682，，ADC 642包括比較器652、計(jì)數(shù)器662、兩個(gè)開關(guān)67/和67/以及兩個(gè)存儲(chǔ) 器68/和68/，以相同的方式，DAC 64m/2包括比較器65m/2、計(jì)數(shù)器66m/2、兩個(gè)開關(guān)67^，和 67/以及兩個(gè)存儲(chǔ)器68^，和68m，。在如上構(gòu)造的CMOS傳感器51，中，例如，像素61^ 61m, n中奇數(shù)列的像素信號(hào)和偶數(shù)列的像素信號(hào)可存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)器中。例如，在用于讀取第N行的像素61^ 61m,n的IH周期內(nèi)，當(dāng)ADC64/的計(jì)數(shù)器66i 對第一列中的像素611>ν的像素信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，開關(guān)67/連接至存儲(chǔ)器68/，第一列 中像素611>Ν的像素?cái)?shù)據(jù)被 存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68/中。當(dāng)計(jì)數(shù)器66i對第二列中的像素612,N的 像素信號(hào)執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，開關(guān)672’連接至存儲(chǔ)器682’，第二列中的像素612,n的像素?cái)?shù)據(jù) 存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器682’中。類似地，在ADC 64/中，第三列中的像素613,n的像素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68/中， 第四列中的像素614,n的像素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68/中。在ADC 64/中，第(m_l)列中的 像素61m,n的像素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器68M’中，第m列中的像素61m,n的像素?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在存 儲(chǔ)器68m，中。如上所述，通過在不同的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)奇數(shù)列中像素的像素?cái)?shù)據(jù)和偶數(shù)列中像素 的像素?cái)?shù)據(jù)，第一列中的像素6i,n的像素?cái)?shù)據(jù)到第m列中的像素61m,n的像素?cái)?shù)據(jù)可以在列 掃描器58的控制下順序輸出至水平輸出線59。S卩，如參考圖8所描述的，在CMOS傳感器51中，通過后級(jí)的處理電路執(zhí)行像素?cái)?shù) 據(jù)順序的重新配置處理，以重新配置像素的順序。在CMOS傳感器51’中，像素?cái)?shù)據(jù)以像素 順序輸出。結(jié)果，不需要執(zhí)行像素?cái)?shù)據(jù)順序的中心配置處理。圖11是示出CMOS傳感器51’操作實(shí)例的時(shí)序圖。如圖11所示，在用于讀取第N行的像素信號(hào)的IH周期內(nèi)，讀取奇數(shù)列中第N行的 像素61a的像素信號(hào)，此后，讀取偶數(shù)列中第N行的像素61b的像素信號(hào)。此后，在用于讀 取第N+1行的像素信號(hào)的IH周期內(nèi)，讀取奇數(shù)列中第N+1行的像素61c的像素信號(hào)，此后， 在讀取偶數(shù)列中第N+1行的像素61d的像素信號(hào)的同時(shí)，以像素順序輸出第N行的像素?cái)?shù) 據(jù)。在下一 IH周期以像素順序輸出第N+1行的像素?cái)?shù)據(jù)。在圖11中，選擇信號(hào)的SEL(N)、 復(fù)位信號(hào)RST(N)、轉(zhuǎn)移信號(hào)TRl TR4、像素信號(hào)和斜坡信號(hào)與圖8的時(shí)序圖中一樣。在本發(fā)明的實(shí)施例中，描述了兩個(gè)垂直像素X兩個(gè)水平像素的2X2共享像素 61a 61d共享放大晶體管等。例如，為了使ADC的間距比像素的寬，如果至少水平方向的 多個(gè)像素共享放大晶體管等就可滿足需要。即，即使在水平方向上具有兩個(gè)像素的共享像 素共享放大晶體管等，類似于2 X 2共享像素，可以容易地布置ADC。本發(fā)明實(shí)施例不僅限于上述實(shí)施例，而且在不背離本發(fā)明精神的情況下，可以進(jìn) 行各種改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種圖像拍攝裝置，包括光電轉(zhuǎn)換裝置，用于將入射光轉(zhuǎn)換為電荷并累積電荷；轉(zhuǎn)移裝置，用于轉(zhuǎn)移在所述光電轉(zhuǎn)換裝置中累積的電荷；電荷電壓轉(zhuǎn)換裝置，用于將經(jīng)由所述轉(zhuǎn)移裝置轉(zhuǎn)移的所述光電轉(zhuǎn)換裝置中的電荷轉(zhuǎn)換 為電壓信號(hào)；復(fù)位裝置，用于復(fù)位所述電荷電壓轉(zhuǎn)換裝置的電位；以及模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換裝置，用于經(jīng)由讀取信號(hào)線將所述電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，其中，一個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換裝置和一個(gè)所述轉(zhuǎn)移裝置組成一個(gè)像素，每四個(gè)像素共享所 述讀取信號(hào)線，一個(gè)所述模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換裝置執(zhí)行兩列所述電壓信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像拍攝裝置，還包括控制線，用于傳輸用于控制由所述轉(zhuǎn) 移裝置進(jìn)行的電荷轉(zhuǎn)移的信號(hào)，其中，所述控制線獨(dú)立用于共享所述放大裝置和所述讀取 信號(hào)線的多個(gè)所述轉(zhuǎn)移裝置的每一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像拍攝裝置，還包括負(fù)載金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)，連接 至所述讀取信號(hào)線，其中，所述負(fù)載金屬氧化物半導(dǎo)體和所述放大裝置構(gòu)成源極跟隨電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像拍攝裝置，其中所述模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換裝置還包括比較裝置，具有用于接收所述電壓信號(hào)的第一輸入端和用于接收以恒定斜率從預(yù)定基 準(zhǔn)電位下降的基準(zhǔn)電壓的第二輸入端，在所述第一輸入端和所述第二輸入端的電位被復(fù)位 之后，所述比較裝置將輸入至所述第一輸入端的電壓信號(hào)和輸入至所述第二輸入端的基準(zhǔn) 電壓進(jìn)行比較；以及測量裝置，用于測量所述基準(zhǔn)電壓以恒定斜率從預(yù)定基準(zhǔn)電位下降時(shí)到所述比較裝置 判斷出所述基準(zhǔn)電壓低于所述電壓信號(hào)時(shí)的時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像拍攝裝置，其中，所述模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè) 或多個(gè)保持裝置，用于保持用所述測量裝置測量的值，作為被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的所述電壓信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像拍攝裝置，其中，在水平方向上掃描讀取所述電壓信號(hào) 的一個(gè)掃描周期內(nèi)，所述模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換裝置中的一個(gè)執(zhí)行多次A/D轉(zhuǎn)換，并以所述光電 轉(zhuǎn)換裝置在水平方向上的順序輸出被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電壓信號(hào)。
全文摘要
一種拍攝圖像的圖像拍攝裝置，包括光電轉(zhuǎn)換器，用于將入射光轉(zhuǎn)換為電荷并累積電荷；轉(zhuǎn)移元件，用于轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換器中累積的電荷；轉(zhuǎn)換器，用于將經(jīng)由轉(zhuǎn)移元件轉(zhuǎn)移的光電轉(zhuǎn)換器中的電荷轉(zhuǎn)換為電壓；復(fù)位元件，用于復(fù)位轉(zhuǎn)換器的電位；以及放大器，用于放大由轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電壓以生成像素信號(hào)，并將像素信號(hào)輸出至用于讀取像素信號(hào)的讀取信號(hào)線。至少在水平方向上設(shè)置的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)移元件共享放大器和讀取信號(hào)線。通過本發(fā)明，可以抑制由小型化CMOS傳感器所導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降。
文檔編號(hào)H04N5/335GK102098458SQ201110066890
公開日2011年6月15日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日
發(fā)明者三品浩司, 新田嘉一 申請人:索尼株式會(huì)社