專利名稱：固體攝像裝置和照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有受光元件的固體攝像裝置，特別涉及能夠?qū)碜允芄庠男盘?hào)進(jìn)行相加的固體攝像裝置。
背景技術(shù)：
在數(shù)字照相機(jī)、攝像機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等中安裝有許多包含光電轉(zhuǎn)換部件的將像素排列為1維或2維的固體攝像元件。在固體攝像元件中，例如有CCD攝像元件和CMOS攝像元件等放大型固體攝像元件等。
伴隨著固體攝像元件那樣的圖像傳感器的多像素化，近年來，與現(xiàn)有的始終單純地順序輸出圖像傳感器的所有像素的信號(hào)的方法相比，對(duì)以下的方法的要求提高了，即根據(jù)需要只從圖像傳感器輸出一部分像素的信號(hào)，或者在對(duì)像素的信號(hào)進(jìn)行某種程度的信號(hào)處理后再從圖像傳感器輸出。例如，從顏色處理、分辨率轉(zhuǎn)換等觀點(diǎn)來看，正在更多地進(jìn)行在相鄰的像素之間將信號(hào)相加再從圖像傳感器輸出的處理。另外，也正在使用以下的方法，即通過在圖像傳感器內(nèi)進(jìn)一步對(duì)許多像素的信號(hào)進(jìn)行相加平均，來降低隨機(jī)噪聲。
圖12表示了日本專利特開2000-106653號(hào)公報(bào)所揭示的相加方式。圖12是表示2H線性存儲(chǔ)器+2H線性加法電路的概要結(jié)構(gòu)的圖。第1垂直信號(hào)線8(8-1、8-2、......)經(jīng)由采樣保持晶體管29(29-1、29-2、......)和電容器C1(C1-1、C1-2、......)與第2垂直信號(hào)線17(17-1、17-2、......)連接。在此，為了圖的簡化，只記載了2個(gè)第1垂直信號(hào)線8，但實(shí)際上，在橫方向上排列有多個(gè)。第2垂直信號(hào)線17與晶體管23(23-1、23-2、......)和電容器C2(C2-1、C2-2、.....)的串聯(lián)連接、2組的(電容器C2和晶體管23、電容器C3(C3-1、C3-2、......)、晶體管26(26-1、26-2、......))連接。在此，2N行的信號(hào)電壓經(jīng)由晶體管23被積蓄在電容器C2中，(2N+1)行的信號(hào)電壓經(jīng)由晶體管26被積蓄在電容器C3中，通過第2垂直信號(hào)線17將該2N行的信號(hào)電壓和(2N+1)行的信號(hào)電壓相加。
另外，圖13表示日本專利特開2000-261728號(hào)公報(bào)所記載的加法電路。從與各像素連接的垂直輸出線經(jīng)由轉(zhuǎn)送開關(guān)41、48將信號(hào)成分積蓄在積蓄電容器43、49中，在下一個(gè)定時(shí)將其他行的像素的信號(hào)成分經(jīng)由轉(zhuǎn)送開關(guān)42積蓄在積蓄電容器45中，然后根據(jù)來自移位寄存器61的控制信號(hào)使轉(zhuǎn)送開關(guān)46、47、50接通，由此能夠在水平輸出線62上得到2個(gè)垂直輸出線的像素信號(hào)的相加成分。這時(shí)，在圖13中，由于積蓄電容器45的信號(hào)加重了積蓄電容器43的信號(hào)成分以及其他行的像素的信號(hào)的量，所以能夠得到至少相加了3個(gè)像素的信號(hào)成分。
但是，在現(xiàn)有的相加平均裝置中，為了在對(duì)垂直方向的信號(hào)相加之后對(duì)水平方向的信號(hào)進(jìn)行相加，而在H列×V行的像素排列中對(duì)水平m像素×垂直n像素進(jìn)行相加的情況下，需要n×H個(gè)采樣保持電容[在2×2相加的情況下為2H個(gè)，在3×3相加的情況下為3H個(gè)，......]。因此，垂直方向的相加像素?cái)?shù)越多，則所需要的采樣保持電容的個(gè)數(shù)越增加，有加法電路增大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于使對(duì)排列為2維形狀的多個(gè)像素信號(hào)進(jìn)行相加的信號(hào)加法電路小型化。
為了達(dá)到該目的，本發(fā)明的特征在于包括2維地配置的多個(gè)受光元件；分別將設(shè)置在列方向上的多個(gè)受光元件連接起來的多個(gè)信號(hào)線；具備開關(guān)裝置，并且在進(jìn)行箝位動(dòng)作的同時(shí)對(duì)來自設(shè)置在行方向上的多個(gè)受光元件的信號(hào)進(jìn)行相加的箝位電路，該開關(guān)裝置其一端分別與上述多個(gè)信號(hào)線連接，并且另一端分別與短路了的多個(gè)箝位電容、上述多個(gè)箝位電容的另一端連接，通過箝位動(dòng)作向上述另一端施加基準(zhǔn)電壓；與上述多個(gè)箝位電容的另一端連接，對(duì)從該另一端輸出的每行受光元件的相加信號(hào)進(jìn)行相加，并對(duì)設(shè)置在列方向上的多個(gè)受光元件的信號(hào)進(jìn)行相加的信號(hào)相加裝置。
根據(jù)本發(fā)明，在H列×V行的像素排列中進(jìn)行水平m像素×垂直n像素的信號(hào)相加的情況下，能夠?qū)⑺枰牟蓸颖３蛛娙莸膫€(gè)數(shù)減少到H+(n/m)×H個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明，通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行相加平均，能夠抑制受光元件的隨機(jī)噪聲。另外，通過根據(jù)受光元件的類型而操作箝位動(dòng)作和像素復(fù)位的定時(shí)，能夠除去受光元件的復(fù)位噪聲(隨機(jī)成分)。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的固體攝像裝置的電路的圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的固體攝像裝置的動(dòng)作的圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的固體攝像裝置的電路的圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施例3的固體攝像裝置的電路的圖。
圖5是表示將本發(fā)明的固體攝像裝置適用于對(duì)應(yīng)動(dòng)畫的“靜止照相機(jī)”的情況的框圖。
圖6是表示將本發(fā)明的固體攝像裝置適用于攝像機(jī)的情況的框圖。
圖7是表示與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的參考例1的固體攝像裝置的電路的圖。
圖8是表示受光元件的一個(gè)例子的圖。
圖9是表示與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的參考例1的固體攝像裝置的動(dòng)作的圖。
圖10是表示與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的參考例2的固體攝像裝置的電路的圖。
圖11是表示與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的參考例2的固體攝像裝置的動(dòng)作的圖。
圖12是表示現(xiàn)有例子的信號(hào)相加電路的圖。
圖13是表示現(xiàn)有例子的其他信號(hào)相加電路的圖。
具體實(shí)施例方式
使用附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
首先，在說明本發(fā)明之前，先說明本發(fā)明相關(guān)的參考例子。
(參考例1)在圖7中表示本發(fā)明相關(guān)的參考例1。該參考例表示在H列×V行的像素排列中進(jìn)行水平3像素×垂直3像素的信號(hào)相加(平均化)的情況的一個(gè)例子。
在圖7中，101-a～101-i是將受光元件排列為2維。112～114是分別連接由受光元件101-a、101-d、101-g組成的受光元件列、由受光元件101-b、101-e、101-h組成的受光元件列、由受光元件101-c、101-f、101-i組成的受光元件列的垂直輸出線。102-a～102-c是其一端分別與垂直輸出線112～114連接，另一端共通地連接在一起的箝位電容，使用該電容進(jìn)行水平方向的像素信號(hào)的相加。103是與箝位電容102-a～102-c的共通連接的另一端連接的箝位用MOS開關(guān)，與箝位電壓Vclmp連接。109是用于對(duì)箝位后的輸出進(jìn)行平均的共通線。104～106是與箝位電容102-a～102-c的共通連接的另一端連接的采樣保持電容選擇用的MOS開關(guān)，用于選擇采樣保持電容。107-a～107-c是經(jīng)由采樣保持電容選擇用的MOS開關(guān)分別與箝位電容102-a～102-c的另一端連接的成為信號(hào)保持裝置的采樣保持電容。108-a～108-c是用于進(jìn)行垂直方向的像素信號(hào)的相加的MOS開關(guān)，通過同時(shí)使該開關(guān)接通，能夠?qū)懭氲讲蓸颖３蛛娙?07-a～107-c中的電壓進(jìn)行平均化，能夠進(jìn)行垂直方向的信號(hào)相加。111是輸出線，110是對(duì)輸出線111進(jìn)行復(fù)位的MOS晶體管，與復(fù)位電壓Vres連接。115是輸出放大器。
圖8表示像素的一個(gè)例子。201是光電轉(zhuǎn)換部件，202是從光電轉(zhuǎn)換部件201將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)送到未圖示的漂移擴(kuò)散(floatingdiffusion)區(qū)域的轉(zhuǎn)送MOS晶體管。203是復(fù)位MOS晶體管，其漏極端與復(fù)位電壓Vres連接，對(duì)漂移擴(kuò)散區(qū)域的信號(hào)電荷進(jìn)行復(fù)位。204是放大用MOS晶體管，其漏極端與電源電壓Vdd連接，柵極與漂移擴(kuò)散區(qū)域連接。205是選擇用MOS晶體管，206是與選擇用MOS晶體管205連接的輸出線。
圖9表示該電路的動(dòng)作定時(shí)。在圖9中，103～108表示向各MOS晶體管施加的脈沖信號(hào)。首先，使MOS晶體管103接通，向共通線109寫入箝位的基準(zhǔn)電壓Vclmp。同時(shí)，使MOS晶體管110接通，將輸出線111復(fù)位為電壓Vres。這時(shí)，使復(fù)位MOS晶體管接通，從像素向垂直輸出線112～114讀出噪聲信號(hào)。然后，MOS晶體管103成為斷開狀態(tài)。
接著，選擇A行(受光元件101-a～101-c)，向垂直輸出線112輸出受光元件101-a的信號(hào)，向垂直輸出線113輸出受光元件101-b的信號(hào)，向垂直輸出線114輸出受光元件101-c的信號(hào)。這時(shí)，由于MOS晶體管103為斷開狀態(tài)，所以共通線109以受光元件101-a～101-c的平均輸出量進(jìn)行變化。通過到此為止的動(dòng)作能夠除去共通線的復(fù)位離散，并且對(duì)受光元件101-a～c的信號(hào)進(jìn)行相加平均。即，垂直輸出線112～114各自的電位變化量為從信號(hào)減去了噪聲信號(hào)的量，共通線109的電位變動(dòng)量為從垂直輸出線112～114的信號(hào)減去了噪聲信號(hào)的量的平均輸出量。這樣能夠在進(jìn)行箝位動(dòng)作的同時(shí)，進(jìn)行除去來自受光元件101-a～101-c的噪聲的信號(hào)的加法處理。
然后，通過使MOS晶體管104接通，來將受光元件101-a～101-c的信號(hào)的相加平均輸出保存到采樣保持電容107-a中。
通過對(duì)B行、C行進(jìn)行同樣的動(dòng)作，將受光元件101-d～101-f的信號(hào)的相加平均輸出保存到采樣保持電容107-b中，將受光元件101-g～101-i的信號(hào)的相加平均輸出保存到采樣保持電容107-c中。
最后，通過使MOS晶體管108-a～108-c接通，能夠經(jīng)由輸出放大器115將保存在采樣保持電容107-a～107-c中的受光元件101-a～101-i的9個(gè)像素的信號(hào)的相加平均輸出到輸出線111。
在本參考例子中，通過使用這樣的方法進(jìn)行信號(hào)相加，能夠在箝位動(dòng)作的同時(shí)進(jìn)行水平方向的信號(hào)相加，在現(xiàn)有的方式中，能夠?qū)⑾嗉硬蓸颖３钟玫碾娙輳乃枰膎×H個(gè)[3×3相加的情況下為3H個(gè)]電容省略為H+(n/m)×H個(gè)[3×3相加的情況下為2H個(gè)]，因此能夠在除去噪聲的同時(shí)簡化信號(hào)加法電路。因此，能夠簡化信號(hào)加法電路，通過使用該電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行相加平均處理，還能夠除去隨機(jī)噪聲。
(參考例2)圖10表示本發(fā)明的參考例2。該實(shí)施例表示在H列×V行的像素排列中進(jìn)行水平3像素×垂直4像素的信號(hào)相加的情況的一個(gè)例子。
在圖10中，401-a～401-l是將受光元件排列為2維。413～415是垂直輸出線。402a～402c是箝位電容，使用該電容進(jìn)行水平方向的信號(hào)相加。403是箝位用MOS開關(guān)，與箝位電壓Vclmp連接。410是對(duì)箝位后的輸出進(jìn)行平均的共通線。404～407是采樣保持電容選擇用的MOS開關(guān)，用于選擇采樣保持電容。408-a～408-d是采樣保持電容。409-a～409-d是用于進(jìn)行垂直方向的信號(hào)相加的MOS開關(guān)。通過同時(shí)使該開關(guān)接通，能夠?qū)懭氲讲蓸颖３蛛娙?08-a～408-d中的電壓進(jìn)行相加(平均化)，能夠進(jìn)行垂直方向的信號(hào)相加。412是輸出線，411是對(duì)輸出線412進(jìn)行復(fù)位的MOS晶體管，與復(fù)位電壓Vres連接。416是輸出放大器。
圖11表示該電路的動(dòng)作定時(shí)。首先，使MOS晶體管403接通，向共通線410寫入箝位的基準(zhǔn)電壓Vclmp。同時(shí)，使MOS晶體管411接通，對(duì)輸出線412進(jìn)行復(fù)位。接著，選擇A行(受光元件401-a～401-c)，向垂直輸出線413輸出受光元件401-a的信號(hào)，向垂直輸出線414輸出受光元件401-b的信號(hào)，向垂直輸出線415輸出受光元件401-c的信號(hào)。這時(shí)，由于MOS晶體管403為斷開狀態(tài)，所以共通線410以受光元件401-a～401-c的平均輸出量進(jìn)行變化。通過到此為止的動(dòng)作能夠除去共通線的復(fù)位離散，并且對(duì)受光元件401-a～c的信號(hào)進(jìn)行相加平均。然后，通過使MOS晶體管404接通，來將受光元件401-a～401-c的相加平均輸出保存到采樣保持電容408-a中。
通過對(duì)B行、C行、D行進(jìn)行同樣的動(dòng)作，將受光元件401-d～401-f的相加平均輸出保存到采樣保持電容408-b中，將受光元件401-g～401-i的相加平均輸出保存到采樣保持電容408-c中，將受光元件401-j～401-i的相加平均輸出保存到采樣保持電容408-d中。
最后，通過使MOS晶體管409接通，能夠經(jīng)由輸出放大器將保存在采樣保持電容408-a～408-d中的受光元件401-a～401-l的12個(gè)像素的信號(hào)的相加平均輸出到輸出線111。
在本實(shí)施例中，通過使用這樣的方法進(jìn)行信號(hào)相加，能夠在箝位動(dòng)作的同時(shí)進(jìn)行水平方向的信號(hào)相加，在現(xiàn)有的方式中，能夠?qū)⑾嗉硬蓸颖３钟玫碾娙輳乃枰膎×H個(gè)[3×4相加的情況下為4H個(gè)]電容省略為H+(n/m)×H個(gè)[3×3相加的情況下為7/3H個(gè)]。因此，能夠簡化信號(hào)加法電路，通過使用該電路進(jìn)行相加平均處理，還能夠除去隨機(jī)噪聲。
以上說明了本發(fā)明相關(guān)的參考例子，以下說明本發(fā)明的實(shí)施例。
(實(shí)施例1)圖1表示本發(fā)明的實(shí)施例1。該實(shí)施例表示在H列×V行的像素排列中進(jìn)行水平3像素×垂直3像素的信號(hào)相加的情況的一個(gè)例子。通過使用本實(shí)施例，與參考例1相比能夠進(jìn)一步減少信號(hào)成分的損失(lose)。對(duì)于與圖7所示的結(jié)構(gòu)部件相同的結(jié)構(gòu)部件，附加相同的符號(hào)并省略說明。本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)當(dāng)然也能夠適用于在H列×V行的像素排列中進(jìn)行水平3像素×垂直4像素的信號(hào)相加的情況。
在圖1中，601是源輸出(source follower)放大電路，602、603、606-a、606-b是MOS開關(guān)。604、605是線性存儲(chǔ)器，通過使MOS開關(guān)602接通，將噪聲信號(hào)(包含源輸出放大電路的偏移量)寫入到線性存儲(chǔ)器604中，通過使MOS開關(guān)603接通，能夠?qū)⑤敵鲂盘?hào)寫入到線性存儲(chǔ)器605中。通過使MOS開關(guān)606-a～606-b接通，能夠讀出寫入到線性存儲(chǔ)器604、605中的電壓。607是噪聲信號(hào)用水平輸出線，608是輸出信號(hào)用水平輸出線，609是差動(dòng)放大器，能夠輸出從輸出信號(hào)減去了噪聲信號(hào)的電壓。
圖2表示該電路的動(dòng)作定時(shí)。首先，使MOS晶體管103接通，向共通線109寫入箝位的基準(zhǔn)電壓Vclmp。同時(shí)，使MOS晶體管110接通，對(duì)輸出線111進(jìn)行復(fù)位。同時(shí)，使MOS晶體管602接通，將噪聲信號(hào)寫入到線性存儲(chǔ)器604中。接著，選擇A行(受光元件101-a～c)，向垂直輸出線112輸出受光元件101-a的信號(hào)，向垂直輸出線113輸出受光元件101-b的信號(hào)，向垂直輸出線114輸出受光元件101-c的信號(hào)。這時(shí)，由于MOS晶體管103為斷開狀態(tài)，所以共通線109以受光元件101-a～c的平均輸出量進(jìn)行變化。通過到此為止的動(dòng)作能夠除去共通線的復(fù)位離散，并且能夠?qū)κ芄庠?01-a～c的信號(hào)進(jìn)行相加平均。然后，通過使MOS晶體管104接通，來將受光元件101-a～c的信號(hào)的相加平均輸出保存到采樣保持電容107-a中。
通過對(duì)B行、C行進(jìn)行同樣的動(dòng)作，將受光元件101-d～f的信號(hào)相加平均輸出保存到采樣保持電容107-b中，將受光元件101-g～i的信號(hào)相加平均輸出保存到采樣保持電容107-c中。
通過使MOS晶體管108-a～108-c接通，在輸出線111中對(duì)保存在采樣保持電容107-a～c中的受光元件101-a～101-i的9個(gè)像素的信號(hào)進(jìn)行相加平均。這時(shí)，使MOS開關(guān)603接通來將相加平均信號(hào)寫入到線性存儲(chǔ)器605中。最后，通過使MOS開關(guān)606接通，能夠?qū)⒃肼曅盘?hào)和信號(hào)相加平均輸出讀入到各個(gè)水平輸出線，并通過差動(dòng)放大器輸出該差分信號(hào)。
在參考例子中，由于在進(jìn)行垂直信號(hào)成分的相加后原樣地輸出到水平輸出線，所以如果設(shè)采樣保持電容為C，設(shè)水平輸出線的電容為Ch，則由于電容分割而信號(hào)成分成為3C/(Ch+3C)。與此相對(duì)，在本實(shí)施例中，由于暫時(shí)由源輸出放大電路對(duì)信號(hào)電壓進(jìn)行放大，所以信號(hào)成分的損失減少。
因此，在本實(shí)施例中，通過使用這樣的方法進(jìn)行信號(hào)相加，能夠與箝位動(dòng)作同時(shí)地進(jìn)行水平方向的信號(hào)相加，在現(xiàn)有的方式中，能夠?qū)⑾嗉硬蓸颖３钟玫碾娙輳乃枰膎×H個(gè)[3×3相加的情況下為3H個(gè)]電容省略為H+(n/m)×H個(gè)[3×3相加的情況下為2H個(gè)]。因此，能夠簡化信號(hào)相加電路，通過使用該電路進(jìn)行相加平均處理，還能夠除去隨機(jī)噪聲，并且能夠?qū)⑿盘?hào)成分的損失抑制為很小。
在本實(shí)施例中使用的像素可以使用圖8所示的被稱為CMOS傳感器的傳感器，但對(duì)像素并不特別限定于CMOS傳感器，還可以使用VMIS(Threshold Voltage Modulation Image Sensor)、BCAST(BuriedCharge Accumulator and Sensing Transistor array)、LBCAST(Lateral Buried Charge Accumulator and Sensing Transistor array)等。特別對(duì)于BCAST和LBCAST，通過將放大用MOS晶體管置換為JFET晶體管，能夠不進(jìn)行本質(zhì)的變更地實(shí)現(xiàn)。另外，在本實(shí)施例的像素中可以使用以下這樣的傳感器將積蓄在光電變換部件中的信號(hào)電荷導(dǎo)入到像素所具備的晶體管的控制電極，從主電極輸出放大后的信號(hào)的類型的傳感器。作為放大用晶體管有使用了SIT的SIT型圖像傳感器(A.Yusa，J.Nishizawa et al.，“SIT image sensorDesignconsideration and characteristics，”IEEE trans.Vol.ED-33，PP.735-742，June 1986.)、使用了雙極型晶體管的BASIS(N.Tabakaet al.，“A 310K pixel bipolar imager(BASIS)”，IEEE Trans.ElectronDevice，vol.35，PP.646-652，may 1990)、使用了控制電極耗盡的JFET的CMD(中村等“柵極積蓄型MOS光電晶體管圖像傳感器”，電視學(xué)會(huì)志，41，11，pp.1075-1082 Nov.，1987)等。
(實(shí)施例2)圖3表示本發(fā)明的實(shí)施例2。本實(shí)施例表示在H列×V行的像素排列中進(jìn)行水平3像素×垂直3像素的相加的情況下的一個(gè)例子。
在圖3中，向與參考例和實(shí)施例1所述的圖7、圖1的構(gòu)成部件相同的構(gòu)成部件附加相同的符號(hào)，并省略說明。另外，對(duì)于附加了相同符號(hào)的構(gòu)成部件的動(dòng)作，由于與圖1的構(gòu)成部件一樣，所以也省略說明。
本實(shí)施例在箝位電容102-a～102-c的前級(jí)設(shè)置放大器，同時(shí)設(shè)置保存將水平方向的信號(hào)和垂直方向的信號(hào)進(jìn)行了相加(平均化)的信號(hào)的存儲(chǔ)部件。在此，只表示了一個(gè)存儲(chǔ)器單元，但與像素?cái)?shù)對(duì)應(yīng)地設(shè)置。在此，由于進(jìn)行像素的相加(平均化)處理，所以存儲(chǔ)器單元數(shù)也可以比像素?cái)?shù)少。但是，當(dāng)然需要與形成圖像所必需的像素?cái)?shù)對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)的存儲(chǔ)器單元數(shù)。例如，為了形成VGA的圖像，需要具有640個(gè)×480個(gè)存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)部件。
在圖3中，501是源輸出放大電路，502、503、506-a、506-b是MOS開關(guān)。504、505是線性存儲(chǔ)器，通過使MOS開關(guān)502接通，可以將噪聲信號(hào)寫入到線性存儲(chǔ)器504中，通過使MOS開關(guān)503接通，可以將輸出信號(hào)寫入到線性存儲(chǔ)器505中。通過使MOS開關(guān)506-a、506-b接通，能夠讀出寫入到線性存儲(chǔ)器504、505中的電壓。507是噪聲信號(hào)用水平輸出線，508是輸出信號(hào)用水平輸出線，509是差動(dòng)放大器，能夠輸出從輸出信號(hào)減去了噪聲信號(hào)的電壓。
在圖3中，801是對(duì)各列的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的增益超過1的放大器(以下稱為列放大器)，通過用列放大器讀出像素輸出信號(hào)，能夠抑制各垂直輸出線的輸出離散，能夠減小固定波形噪聲。在此，作為放大器使用反饋型放大器，但特別理想的是在反饋型放大器中也使用了電容的反饋型放大器。例如，在使用了電阻的反饋型放大器中，如果電阻值小，則電流值變大，消耗電力變大，如果電阻值增大，則噪聲變大，響應(yīng)性變差。如果考慮到該點(diǎn)，則更理想的是使用了電容的反饋型放大器。另外，可以通過在參考例1中說明了的箝位動(dòng)作，來同時(shí)除去放大器的偏移量和來自像素的噪聲。
由源輸出放大電路501放大了的信號(hào)被寫入到存儲(chǔ)器單元511。對(duì)于存儲(chǔ)器單元511，需要與形成圖像所需要的像素?cái)?shù)對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)的存儲(chǔ)器單元而形成幀存儲(chǔ)器，但在本圖中省略。存儲(chǔ)器單元511由放大用晶體管512、存儲(chǔ)器選擇晶體管513、寫入晶體管501以及存儲(chǔ)器單元電容514構(gòu)成。電流供給用晶體管515提供電流使得放大用晶體管512作為源輸出器動(dòng)作。在本實(shí)施例中，使用放大型幀存儲(chǔ)器，但也可以使用由寫入(兼作讀出)晶體管510、存儲(chǔ)器單元電容514構(gòu)成的DRAM型存儲(chǔ)器。在通過使用放大型存儲(chǔ)器而從存儲(chǔ)器向積蓄電容進(jìn)行讀出的過程中，由于存儲(chǔ)器單元511所具有的放大作用，而信號(hào)電壓不會(huì)降低。
通過使存儲(chǔ)器選擇晶體管513接通，來從存儲(chǔ)器單元511讀出信號(hào)。使轉(zhuǎn)送MOS開關(guān)503接通，將選擇的存儲(chǔ)器單元的輸出采樣到線性存儲(chǔ)器505中。
在上述信號(hào)的寫入和讀出之前，進(jìn)行對(duì)存儲(chǔ)器單元511的噪聲信號(hào)的寫入和讀出。通過使MOS晶體管110接通，對(duì)輸出線111進(jìn)行復(fù)位，并將由源輸出放大電路501放大后的噪聲信號(hào)寫入到存儲(chǔ)器單元511中，來向存儲(chǔ)器單元511寫入噪聲信號(hào)。對(duì)寫入到存儲(chǔ)器單元中的偏移量的讀出和采樣，與寫入到存儲(chǔ)器單元中的信號(hào)的讀出和采樣一樣。噪聲信號(hào)包含源輸出放大電路501和存儲(chǔ)器單元的偏移量。
在本實(shí)施例中，通過使用這樣的方法進(jìn)行信號(hào)相加，也能夠與箝位動(dòng)作同時(shí)地進(jìn)行水平方向的信號(hào)相加。在現(xiàn)有的方式中，能夠?qū)⑾嗉硬蓸颖３钟玫碾娙輳乃枰膎×H個(gè)(在3×3相加的情況下為3H個(gè))省略為H+(n/m)×H個(gè)(在3×3相加的情況下為2H個(gè))。
(實(shí)施例3)圖4表示本發(fā)明的實(shí)施例3。該實(shí)施例表示將彩色濾波器進(jìn)行分組排列后的H列×V行的像素排列中進(jìn)行水平3像素×垂直3像素的信號(hào)相加的情況下的一個(gè)例子。在圖4中，向與實(shí)施例1中記載的圖1的結(jié)構(gòu)部件相同的結(jié)構(gòu)部件附加相同的符號(hào)，并省略說明。另外，對(duì)于附加了相同符號(hào)的結(jié)構(gòu)部件的動(dòng)作，由于與圖1的結(jié)構(gòu)部件一樣，所以省略說明。
901-a～901-y用受光元件排列為2維，并且將彩色濾波器進(jìn)行分組排列。因此，同色的是901-a、901-k、901-u、901-c、901-m、901-w、901-e、901-o、901-y的受光元件、901-b、901-l、901-v、901-d、901-n、901-x的受光元件......。902-a、902-b、902-c是箝位電容，使用該電容進(jìn)行水平方向的信號(hào)相加。903是箝位用MOS開關(guān)，與箝位電壓Vclmp連接。904～906是采樣保持電容選擇用的MOS開關(guān)，用于選擇采樣保持電容。907-a～907-c是采樣保持電容。908-a～908-c是用于進(jìn)行垂直方向相加的MOS開關(guān)，通過同時(shí)使該開關(guān)接通，能夠?qū)懭氲讲蓸颖３蛛娙?07-a～907-c中的電壓進(jìn)行平均化，能夠進(jìn)行垂直方向的信號(hào)相加。909是用于對(duì)箝位后的輸出進(jìn)行平均的共通線。111是輸出線，110是對(duì)輸出線111進(jìn)行復(fù)位的MOS晶體管，與復(fù)位電壓Vres連接。912～914是垂直輸出線。601是輸出放大器。
在該電路中，選擇A行，通過共通線909對(duì)受光元件901-a、901-c、901-e進(jìn)行平均相加，并將其結(jié)果保存到采樣保持電容907-a中。選擇C行，通過共通線909對(duì)受光元件901-k、901-m、901-o進(jìn)行平均相加，并將其結(jié)果保存到采樣保持電容907-b中。選擇E行，通過共通線909對(duì)受光元件901-u、901-w、901-y進(jìn)行平均相加，并將其結(jié)果保存到采樣保持電容907-c中。最后，通過使MOS開關(guān)908-a～908-c接通，能夠?qū)ι鲜鐾?個(gè)像素進(jìn)行相加。
因此，在本實(shí)施例中，也能夠與箝位動(dòng)作同時(shí)地進(jìn)行水平方向的信號(hào)相加。在現(xiàn)有的方式中，能夠?qū)⑾嗉硬蓸颖３钟玫碾娙輳乃枰膎×H個(gè)(在3×3相加的情況下為3H個(gè))省略為H+(n/m)×H個(gè)(在3×3相加的情況下為2H個(gè))，并且能夠?qū)ν牟噬盘?hào)進(jìn)行相加。
在上述各實(shí)施例中，固體攝像裝置可以設(shè)置在同一半導(dǎo)體基板上，但也可以將差動(dòng)放大器509、609設(shè)置在基板之外，使得由差動(dòng)放大器509、609產(chǎn)生的噪聲不對(duì)其他電路部件產(chǎn)生影響。
根據(jù)圖5，詳細(xì)說明將本發(fā)明的固體攝像裝置適用于動(dòng)畫對(duì)應(yīng)的靜止照相機(jī)的情況下的一個(gè)實(shí)施例。
圖5是表示將本發(fā)明的固體攝像裝置適用于動(dòng)畫對(duì)應(yīng)的“靜止照相機(jī)”的情況的框圖。
在圖5中，1101是兼作透鏡的保護(hù)和主開關(guān)的擋板(barrier)，1102是將被攝體的光學(xué)像成像在攝像元件(固體攝像裝置)1104上的透鏡，1103是用于改變通過了透鏡1102的光量的光圈，1104是作為圖像信號(hào)取得由透鏡1102成像的被攝體的攝像元件，1106是對(duì)由攝像元件1104輸出的圖像信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器，1107是對(duì)由A/D轉(zhuǎn)換器1106輸出的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行各種修正或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行壓縮的信號(hào)處理部件，1108是向攝像元件1104、攝像信號(hào)處理電路1105、A/D轉(zhuǎn)換器1106、信號(hào)處理部件1107輸出各種定時(shí)信號(hào)的定時(shí)產(chǎn)生部件，1109是對(duì)各種計(jì)算和靜止攝像機(jī)全體進(jìn)行控制的全體控制計(jì)算部件，1110是暫時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)部件，1111是對(duì)記錄介質(zhì)進(jìn)行記錄或讀出的接口部件，1112是進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的記錄或讀出的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等可以裝卸的記錄介質(zhì)，1113是用于與外部計(jì)算機(jī)等進(jìn)行通信的接口部件。
接著，說明上述結(jié)構(gòu)的攝影時(shí)的靜止攝像機(jī)的動(dòng)作。
如果擋板1101打開，則主電源接通，接著控制系統(tǒng)的電源接通，進(jìn)而A/D轉(zhuǎn)換器1106等的攝影系統(tǒng)電路的電源接通。
然后，為了控制曝光量，全體控制計(jì)算部件1109打開光圈1103，從攝像元件1104輸出的信號(hào)在由A/D轉(zhuǎn)換器1106進(jìn)行變換后，輸入到信號(hào)處理部件1107。根據(jù)該數(shù)據(jù)，由全體控制計(jì)算部件1109進(jìn)行曝光的計(jì)算。
根據(jù)該進(jìn)行測(cè)光的結(jié)果判斷亮度，全體控制計(jì)算部件1109根據(jù)其結(jié)果控制光圈。
接著，根據(jù)從攝像元件1104輸出的信號(hào)，取出高頻成分，由全體控制計(jì)算部件1109計(jì)算到被攝體的距離。然后，驅(qū)動(dòng)透鏡并判斷是否對(duì)焦，在判斷為沒有對(duì)焦時(shí)，再次驅(qū)動(dòng)透鏡進(jìn)行測(cè)距。然后，在確認(rèn)了對(duì)焦后開始進(jìn)行主曝光。
如果曝光結(jié)束，則從攝像元件1104輸出的圖像信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器1106進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過信號(hào)處理部件1107由全體控制計(jì)算部件1109寫入到存儲(chǔ)部件1110中。
然后，根據(jù)全體控制計(jì)算部件1109的控制，通過記錄介質(zhì)控制I/F部件1111將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部件1110中的數(shù)據(jù)記錄到半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等能夠裝卸的記錄介質(zhì)1112中。
另外，也可以通過外部I/F部件1113直接輸入到計(jì)算機(jī)等中，進(jìn)行圖像的加工。
另外，根據(jù)圖6詳細(xì)說明將本發(fā)明的固體攝像裝置適用于攝影機(jī)中的情況(攝像系統(tǒng))的例子。
圖6是表示將本發(fā)明的固體攝像裝置適用于攝影機(jī)中的情況的框圖，1201是攝影鏡頭，具備用于進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)節(jié)的聚焦透鏡1201A、進(jìn)行縮放動(dòng)作的縮放透鏡1201B、成像用的透鏡1201C。
1202是光圈，1203是對(duì)成像在攝像面上的被攝體像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)換為電攝像信號(hào)的固體攝像元件(固體攝像裝置)，1204是對(duì)由固體攝像元件1203輸出的攝像信號(hào)進(jìn)行采樣保持，進(jìn)而對(duì)電平進(jìn)行放大的采樣保持電路(S/H電路)，輸出視頻信號(hào)。
1205是對(duì)從采樣保持電路1204輸出的視頻信號(hào)實(shí)施伽馬修正、顏色分離、空白(blanking)處理等規(guī)定處理的處理電路，輸出亮度信號(hào)Y和色飽和度信號(hào)C。從處理電路1205輸出的色飽和度信號(hào)C由顏色信號(hào)修正電路1221進(jìn)行白色平衡和顏色平衡的修正，作為色差信號(hào)R-Y、B-Y輸出。
另外，從處理電路1205輸出的亮度信號(hào)Y、從顏色信號(hào)修正電路1221輸出的色差信號(hào)R-Y、B-Y由編碼電路(ENC電路)1224進(jìn)行調(diào)制，作為標(biāo)準(zhǔn)電視信號(hào)輸出。然后，提供給未圖示的視頻錄像機(jī)或電子取錄器(view finder)等的監(jiān)視器EVF。
另外，1206是光圈控制電路，根據(jù)從采樣保持電路1204提供的視頻信號(hào)對(duì)光圈驅(qū)動(dòng)電路1207進(jìn)行控制，對(duì)控制光圈1202的開口量的ig測(cè)量器進(jìn)行自動(dòng)控制，使得視頻信號(hào)的電平成為規(guī)定電平的一定值。1213、1214是從由采樣保持電路1204輸出的視頻信號(hào)中抽出進(jìn)行對(duì)焦檢測(cè)所需要的高頻成分的不同頻帶限制的帶通濾波器(BPF)。從第1帶通濾波器1213(BPF1)和第2帶通濾波器1214(BPF2)輸出的信號(hào)通過門電路1215和焦點(diǎn)選通框信號(hào)分別被選通。然后，由峰值檢測(cè)電路1216檢測(cè)并保持峰值，同時(shí)輸入到邏輯控制電路1217。
將該信號(hào)稱為焦點(diǎn)電壓，根據(jù)該焦點(diǎn)電壓進(jìn)行聚焦。
另外，1218是檢測(cè)聚焦透鏡1201A的移動(dòng)位置的聚焦編碼器，1219是檢測(cè)縮放透鏡1201B的焦距的縮放編碼器，1220是檢測(cè)光圈1202的開口量的光圈編碼器。這些編碼器的檢測(cè)值被提供給進(jìn)行系統(tǒng)控制的邏輯控制電路1217。邏輯控制電路1217根據(jù)所設(shè)置的對(duì)焦檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的視頻信號(hào)，對(duì)被攝體進(jìn)行對(duì)焦檢測(cè)，并進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。即，取得由各個(gè)帶通濾波器1213、1214提供的高頻成分的峰值信息。然后，向?qū)⒕劢雇哥R1201A向高頻成分的峰值最大的位置驅(qū)動(dòng)的聚焦驅(qū)動(dòng)電路1209，提供聚焦電動(dòng)機(jī)1210的旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)/停止等的控制信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行控制。
本發(fā)明適用于能夠在行列方向上對(duì)來自受光元件的信號(hào)進(jìn)行相加的固體攝像裝置，特別適用于動(dòng)畫對(duì)應(yīng)的數(shù)字照相機(jī)(靜止照相機(jī))、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置，其特征在于包括2維地配置的多個(gè)受光元件；分別將設(shè)置在列方向上的多個(gè)受光元件連接起來的多個(gè)信號(hào)線；具備開關(guān)裝置并且在進(jìn)行箝位動(dòng)作的同時(shí)對(duì)來自設(shè)置在行方向上的多個(gè)受光元件的信號(hào)進(jìn)行相加的箝位電路，該開關(guān)裝置其一端分別與上述多個(gè)信號(hào)線連接，并且另一端分別與短路了的多個(gè)箝位電容、上述多個(gè)箝位電容的另一端連接，通過箝位動(dòng)作向上述另一端施加基準(zhǔn)電壓；與上述多個(gè)箝位電容的另一端連接，對(duì)從該另一端輸出的每行受光元件的相加信號(hào)進(jìn)行相加，并進(jìn)行設(shè)置在列方向上的多個(gè)受光元件的相加的相加裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于還包括與上述相加裝置連接，對(duì)來自上述相加裝置的信號(hào)進(jìn)行放大的放大器；對(duì)上述放大器的輸入側(cè)進(jìn)行復(fù)位的裝置；用于輸出上述放大器的偏移量和來自上述放大器的信號(hào)的電路裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于上述放大器是源輸出電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于上述相加裝置具備經(jīng)由第1開關(guān)裝置分別與上述多個(gè)箝位電容的另一端連接的多個(gè)信號(hào)保持裝置；使上述多個(gè)信號(hào)保持裝置短路的第2開關(guān)裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于多個(gè)信號(hào)線的各個(gè)經(jīng)由用超過1的增益進(jìn)行放大的第2放大器與上述箝位電容連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于在配置為2維狀的受光元件的上部形成彩色濾波器，對(duì)同色的受光元件的信號(hào)進(jìn)行相加。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于包括保持上述放大器的輸出信號(hào)，排列了與上述多個(gè)受光元件的至少一部分受光元件對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體攝像裝置，其特征在于上述存儲(chǔ)器單元是至少具備信號(hào)積蓄電容、用于寫入信號(hào)的晶體管、用于放大該信號(hào)的晶體管的放大型存儲(chǔ)器單元，上述電路裝置輸出上述放大器和上述放大型存儲(chǔ)器單元的偏移量。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其特征在于上述電路裝置具備積蓄上述偏移量的第1積蓄電容；將上述偏移量轉(zhuǎn)送到上述第1積蓄電容的第1轉(zhuǎn)送晶體管；對(duì)來自上述放大器或放大型存儲(chǔ)器單元的信號(hào)進(jìn)行積蓄的第2積蓄電容；將來自上述放大器或放大型存儲(chǔ)器單元的信號(hào)轉(zhuǎn)送到上述第2積蓄電容的第2轉(zhuǎn)送晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于包括對(duì)來自上述電路裝置的、上述輸出偏移量和上述信號(hào)進(jìn)行相減的裝置。
11.一種照相機(jī)，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求1～10中的任意一個(gè)所述的固體攝像裝置；將光成像在該固體攝像裝置上的光學(xué)系統(tǒng)；對(duì)來自該固體攝像裝置的輸出信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理電路。
全文摘要
本發(fā)明的固體攝像裝置和照相機(jī)減少了所需要的采樣保持電容的個(gè)數(shù)。具備與受光元件(101－a～101－i)的信號(hào)線(112～114)；具備一端與信號(hào)線連接并且另一端短路的箝位電容(102－a～102－c)、進(jìn)行箝位動(dòng)作并向另一端施加基準(zhǔn)電壓的開關(guān)(103)，進(jìn)行箝位動(dòng)作，同時(shí)對(duì)來自設(shè)置在行方向上的多個(gè)受光元件的信號(hào)進(jìn)行相加的箝位電路；與箝位電容的另一端連接，對(duì)從另一端輸出的每個(gè)受光元件行的相加信號(hào)進(jìn)行相加，進(jìn)行設(shè)置在列方向上的多個(gè)受光元件的相加的相加裝置(開關(guān)104～106、108－a～108－c、電容107－a～107－c)；與相加裝置連接的放大器(601)；對(duì)放大器的輸入側(cè)進(jìn)行復(fù)位的開關(guān)(110)；用于輸出放大器的偏移量和來自放大器的信號(hào)的電路裝置(開關(guān)602、603、606－a～606－b、電容604、605)。
文檔編號(hào)H04N5/347GK1705351SQ20051007432
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2005年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日
發(fā)明者野田智之, 菊池伸 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社