固態(tài)圖像傳感器和圖像感測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及固態(tài)圖像傳感器和圖像感測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 日本專利特開No. 2001-223566的圖2示出了包括像素201、202和203、電流路徑 形成塊210、電流路徑211以及比較單元215的比較器。電流路徑形成塊210包括具有柵極 的M0S晶體管204、205和206,像素201、202和203的電荷-電壓轉換器分別連接到這些柵 極。電流路徑211包括具有柵極的M0S晶體管，參考電壓212供給該柵極。比較單元215 包括算術放大器，該算術放大器包括作為差動對的電流路徑形成塊210和電流路徑211，并 且可以基于來自比較單元215的輸出獲得對應于像素信號的數(shù)字信號。
[0003] 在日本專利特開No. 2001-223566的圖2中所示的這種布置中，與像素201、202和 203的放大晶體管204、205和206 -起形成差動對的晶體管213被設置在像素201、202和 203外部。在類似這樣的布置中，難以改進形成差動對的一條電流路徑與另一條電流路徑之 間的平衡，并且這有時候使得難以充分提高像素信號的讀出準確性。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明提供了對提高像素信號的讀出準確性有利的技術。
[0005] 本發(fā)明的一個方面提供了一種固態(tài)圖像傳感器，包括包含多個像素塊的圖像感測 單元以及被配置為從圖像感測單元讀出信號的讀出單元，其中像素塊包括光電轉換器、第 一晶體管、第二晶體管和電流源，第一晶體管的第一主電極和第二晶體管的第一主電極連 接到公共節(jié)點，并且電流源被設置在該公共節(jié)點與預定電壓之間的路徑中，用于從圖像感 測單元讀出信號的讀出操作包括其中與光電轉換器中生成的電荷對應的電壓供給第一晶 體管的控制電極、并且在時間上變化的參考電壓供給第二晶體管的控制電極的操作，并且 讀出單元經(jīng)第一晶體管的第二主電極從圖像感測單元讀出信號。
[0006] 參考附圖，本發(fā)明的更多特征將從以下對示例性實施例的描述變得清晰。
【附圖說明】
[0007] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的固態(tài)圖像傳感器的布置的視圖；
[0008] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的固態(tài)圖像傳感器的布置的視圖；
[0009] 圖3是示例性地解釋本發(fā)明原理的視圖；
[0010] 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的圖像感測單元的布置的 視圖；
[0011] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的操作的視圖；
[0012] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)圖像傳感器的圖像感測單元的布置的 視圖；
[0013] 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)圖像傳感器的操作的視圖；
[0014] 圖8A和8B是示出適用于第一和第二實施例的信號處理單元的布置例子的視圖；
[0015]圖9是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施例的固態(tài)圖像傳感器的圖像感測單元的布置的 視圖；
[0016] 圖10是示出適用于第三實施例的信號處理單元的布置例子的視圖；
[0017] 圖11是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的固態(tài)圖像傳感器的圖像感測單元的布置的 視圖；
[0018] 圖12是示出根據(jù)本發(fā)明第四實施例的固態(tài)圖像傳感器的操作的視圖；
[0019] 圖13是示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的固態(tài)圖像傳感器的圖像感測單元的布置的 視圖；
[0020] 圖14是示出根據(jù)本發(fā)明第五實施例的固態(tài)圖像傳感器的操作的視圖；
[0021] 圖15是示出根據(jù)本發(fā)明第六實施例的固態(tài)圖像傳感器的圖像感測單元的布置的 視圖；
[0022] 圖16是示出作為圖4中所示第一實施例的應用例的第一應用例的視圖；
[0023] 圖17是示出第一應用例的操作的視圖；
[0024] 圖18是示出第一應用例中信號處理單元的布置例子的視圖；
[0025] 圖19是示出第一應用例的另一操作的視圖；
[0026] 圖20是用于解釋第一應用例的再一操作的視圖；
[0027] 圖21是示出作為圖11中所示第四實施例的應用例的第二應用例的視圖；
[0028] 圖22是示出第二應用例的操作的視圖；
[0029] 圖23是示出作為圖11中所示第四實施例的另一應用例的第三應用例的視圖；以 及
[0030] 圖24是示出作為本發(fā)明實施例的圖像感測系統(tǒng)的布置的視圖。
【具體實施方式】
[0031] 以下將參考附圖解釋本發(fā)明的示例性實施例。
[0032] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的固態(tài)圖像傳感器1的布置。固態(tài)圖像傳感器 1包括圖像感測單元110和用于從圖像感測單元110讀出信號的讀出單元140。圖像感測 單元110包括布置成形成多行多列的多個像素112,并且每個像素112包括諸如光電二極管 的光電轉換器。按其它觀點，圖像感測單元110包括多個像素塊，每個像素塊包括至少一個 像素112,并且每個像素包括光電轉換器。
[0033] 固態(tài)圖像傳感器1包括垂直掃描單元（垂直選擇單元）120和水平掃描單元（水 平選擇單元）150,用于選擇從其讀出信號的像素112。垂直掃描單元120從圖像感測單元 110中的多行中選擇要讀出的行，并且讀出單元140通過垂直傳輸路徑114讀出所選擇的行 中的像素112的信號。水平掃描單元150從由讀出單元140讀出的多列中的像素112的信 號選擇要讀出的列中的像素112,并且把所選擇的像素112的信號輸出到輸出信號線160。 即，水平掃描單元150從圖像感測單元110中的多列中選擇要讀出的列。
[0034] 固態(tài)圖像傳感器1還包括參考電壓發(fā)生器130。參考電壓發(fā)生器130生成在時間 上變化的參考電壓。這種在時間上變化的參考電壓通常是斜坡信號。由參考電壓發(fā)生器 130生成的參考電壓可以經(jīng)垂直掃描單元120供給包括圖像感測單元110中要被讀出的行 中的像素112的像素塊113。參考電壓還可以不使用垂直掃描單元120就供給像素塊113。 如在圖3中示例性示出的，每個像素塊113包括至少一個光電轉換器（例如，光電二極管） PD、第一晶體管M1、第二晶體管M2以及電流源M3。第一晶體管Ml的第一主電極（在這個 例子中，源極電極）和第二晶體管M2的第一主電極（在這個例子中，源極電極）連接到公 共節(jié)點CN，并且第三晶體管M3被設置在公共節(jié)點CN與預定電位（在這個例子中，地電位） 之間的路徑中。當預定的偏置電壓施加到控制電極（柵極）時，第三晶體管M3充當電流源。 第一晶體管Ml、第二晶體管M2和電流源M3形成差動放大器電路。來自這個差動放大器電 路的輸出通過垂直傳輸路徑114傳輸?shù)阶x出單元140。在圖3所示的例子中，一條垂直傳 輸路徑114包括形成差動信號線對的第一和第二垂直信號線114a和114b。在另一個例子 中，一條垂直傳輸路徑114包括一條垂直信號線114a。
[0035] 用于從圖像感測單元110讀出信號的讀出操作包括如下操作：在該操作中，對應 于在要被讀出的像素112的光電轉換器ro中生成的電荷的電壓供給第一晶體管Ml的控制 電極，并且在時間上變化的參考電壓VRMP供給第二晶體管M2的控制電極。注意，控制電極 是柵極電極。讀出單元140通過第一晶體管Ml的第二主電極（在這個例子中，漏極電極） 和垂直傳輸路徑114從圖像感測單元110讀出信號。在圖3所示的例子中，讀出單元140基 于傳輸?shù)竭B接到第一晶體管Ml的第二主電極的第一垂直信號線114a的信號以及傳輸?shù)竭B 接到第二晶體管M2的第二主電極的第二垂直信號線114b的信號從圖像感測單元110讀出 信號。在光電轉換器ro中生成的電荷通過傳送晶體管MT傳送到連接到第一晶體管Ml的 控制電極（柵極）的電荷-電壓轉換器（浮動擴散）fd，并且通過電荷-電壓轉換器fd被 轉換成電壓。電荷-電壓轉換器fd的電壓被電壓控制晶體管MR復位。
[0036] 被垂直掃描單元120驅動的傳送信號(pT施加到傳送晶體管MT的柵極。被垂直 掃描單元120驅動的電壓控制信號(pR施加到電壓控制晶體管MR的柵極。在以下描述中， 當在一個傳送信號與另一個傳送信號之間進行區(qū)分時，數(shù)字添加到(pT之后，就像(pTl和 tpTlu類似地，當在一個電壓控制信號與另一個電壓控制信號之間進行區(qū)分時，數(shù)字添加 到<pR之后，就像(pRl和(()R2。這適用于其它信號。
[0037] 讀出單元140把通過垂直傳輸路徑114從圖像感測單元110的像素112傳輸?shù)男?號轉換成數(shù)字信號，并且把該信號輸出到輸出信號線160。在把像素信號作為數(shù)字信號輸出 的一般的固態(tài)圖像傳感器中，為圖像感測單元的每一列形成的列放大器從像素讀出模擬電 壓信號形式的信號，并且AD轉換器把這個模擬電壓信號轉換成數(shù)字信號。相對照地，在該 實施例的固態(tài)圖像傳感器1中，從像素傳輸?shù)酱怪眰鬏斅窂?14的信號具有電流信號的形 式，并且這個電流信號被轉換成數(shù)字信號。
[0038] 讀出單元140可以包括信號處理單元142、計數(shù)器144以及存儲器146。可以對于 圖像感測單元110的每一列形成一組信號處理單元142、計數(shù)器144和存儲器146。信號處 理單元142接收通過垂直傳輸路徑114從第一晶體管Ml的第二主電極