CN101365040A - 固态成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在维持足够的性能的同时具有较低功耗和较小面积的固态成像装置，该固态成像装置包括：多个像素，用于读取多个彩色分量；多个保持单元，用于保持来自各个像素的信号；多个公共输出线，与各个彩色分量相对应的多个相应保持单元被连接到该多个公共输出线；以及被连接到该多个公共输出线的多个输出电路。然后，该多个公共输出线中的至少两个通过选择单元被连接到该多个输出电路中的一个输出电路。另外，保持单元的输出通过选择单元被连接到该多个公共输出线中的一个公共输出线，其中该保持单元与基本单元中的多个像素中的至少两个不同彩色分量的像素相连接。

Description

固态成像装置

技术领域

本发明涉及用于诸如复印机和扫描仪之类的图像读取装置的固态成像装置。

背景技术

作为诸如复印机之类的图像读取装置，既读取单色图像又读取彩色图像的装置得到了普及。近年来，作为安装在这些图像读取装置中的固态成像装置，有除了与R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的各个彩色分量对应的3条线的像素(彩色像素)列之外还具有用于读取单色图像的1条线单元的传感器。也就是说，利用了具有4线结构的传感器，该传感器为了读取单色图像，还具有1条线的像素(单色像素)列。作为这些传感器，例如，在日本特开第2003-087503号公报中的图2或在日本特开第2003-007996号公报中的图6所示的结构被提及。

另外，作为4线传感器的示例，有在日本特开第H06-204445号公报中的图13所示的结构，该4线传感器在以MOS类型为代表的光电变换元件的后级中对每个像素执行电荷-电压变换。也就是说，除了光电变换元件和电荷-电压变换单元之外，它还包括用于每个像素的信号保持电容器和对信号保持电容器的电容器写入开关、以及用于每种颜色的公共输出线和对公共输出线的每个像素的输出转移开关。另外，它由移位寄存器和用于每种颜色的各个输出单元构成，其中该移位寄存器对每个像素进行扫描，并对水平输出线打开或关闭每个转移开关。另外，在主体中，其构造不仅具有RGB像素，还具有用于不可见光的光电变换元件。

另外，在需要改进性能(例如，改进S/N比)时，可以采用在日本专利特开第2006-211363号中示出的传感器的电路。除了信号保持电容器的一条线之外，在日本特开2006-211363号的图1中的电路还具有保持电容器的另一条线，并且保持电容器的另一条线保持在每个像素的光电变换元件和电荷-电压变换单元中产生的噪声分量。

然后，在包含差分放大器的输出单元中，通过获得由每个保持电容器保持的信号分量和噪声分量之间的差，来去除噪声分量。另外，为了提高S/N比，如在日本特开第2003-051989号的图1中所示，可以构造为在两个保持电容器的前级中具有增益放大器。

如在日本特开第2003-087503号公报中所描述的，在常规的图像读取装置中，由于在读取彩色图像时仅使用彩色像素信号，因此没有使用例如在具有4线结构的固态成像装置中与单色像素列相连接的输出单元、保持电容器和增益放大器等构成元件。因此，在读取彩色图像时，它们无益地耗费与单色像素列相连接的每个构成元件的电力。

类似地，在读取单色图像时，还无益地耗费与彩色像素列相连接的每个构成元件的电力。另外，由于布置了在读取每个图像时不需要的每个构成元件，因此成为无用地消费面积和导致传感器的成本增加的因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种维持与现有技术相等的性能的同时，与现有技术相比耗电更低且面积更小的固态成像装置。

根据以下结合附图的描述，本发明的其他特征和优点将是清楚的，在整个附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。

附图说明

图1是示出本发明的固态成像装置的第一实施例的框图。

图2是图示像素的示例的电路图。

图3是图示保持单元的示例的电路图。

图4是图示第一至第三选择单元的示例的电路图。

图5是示出第一实施例的操作的时序图。

图6是图示像素的另一示例的电路图。

图7是示出图6中的元件的操作的时序图。

图8是图示保持单元的另一示例的电路图。

图9是示出在使用图8中的保持单元的情况下的操作的时序图。

图10是图示保持单元的又一示例的电路图。

图11是示出在使用图10中的保持单元的情况下的操作的时序图。

图12是图示在图1的实施例中***了第一伪晶体管(dummytransistor)的实施例的框图。

图13是示出本发明的第二实施例的框图。

图14是示出在读取单色图像时在图13中从输出电路执行并行输出的实施例的框图。

图15是示出在图14的实施例中在读取单色图像时的操作的时序图。

图16是图示在图13的实施例中***第二伪晶体管的实施例的框图。

图17是示出本发明的第三实施例的框图。

图18是示出本发明的第四实施例的框图。

图19是示出在图18的实施例中使用的像素的示例的电路图。

图20是示出在图18的实施例中使用的像素的另一示例的电路图。

图21是示出在图18的实施例中沿像素的上下两个方向分割并布置每个保持单元的示例的图。

图22是示出在第一至第三实施例中的像素和保持单元的布置的示例的图。

图23是示出第四实施例中的不期望的布置示例的图。

根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其它的特征将变得清楚。

具体实施方式

现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。

(第一实施例)

图1是示出根据本发明的固态成像装置的第一实施例的框图。图1示出读出4个分量，即R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)和单色(M)分量的N位×4线传感器。在图中，作为像素1的末端符号所附的R、G、B和M分别指红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)和单色(M)像素。也就是说，如作为1-R、1-G、1-B和1-M所示出的，与红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)和单色(M)相对应地设置像素。另外，在此情况下，如图1所示，在一个方向上按照多个像素一列的方式布置用于读取多个彩色分量的多个像素1-R、1-G、1-B和1-M。

保持单元2连接到每个像素，并且输出转移开关3响应于来自后述的移位寄存器的控制信号打开或关闭开关。基本单元(unit cell)10由像素1、保持单元2和输出转移开关3构成，并被定义为1位。移位寄存器(SR)11针对每个位执行对基本单元的顺序访问，并且将用于每个颜色的保持单元2通过输出转移开关3连接到公共输出线12。

对于基本单元，如10-1、10-2和10-N所示，以列的方式布置多个基本单元。如11-1、11-2和11-N所示，与各个基本单元对应地布置移位寄存器。

这里，与像素1类似地，保持单元2被图示为与红色(R)对应的2-R、与绿色(G)对应的2-G、与蓝色(B)对应的2-B和与单色(M)对应的2-M。输出转移开关3也是一样。另外，公共输出线12、以及后述的输出电路13和公共输出线复位晶体管14也是一样。

输出电路13连接到公共输出线12，并且公共输出线复位晶体管14对公共输出线12进行复位。第一选择单元15选择B分量的公共输出线12-B或M分量的公共输出线12-M，并将其输出到输出电路13-B。

尽管在图1中B分量和M分量共享输出电路13-B，但是B分量可以为另一个彩色分量(R或G)，或者，如果需要，可以共享三个或更多个输出电路。另外，公共输出线复位晶体管14可以连接在第一选择单元15的前级，并连接到四个分量，即R、G、B和M的公共输出线12。

在图2中示出了像素1的示例。图2示出光电变换元件21、用于对光电变换元件21进行复位的复位晶体管22、接收光电变换元件21的信号的源极跟随器(source follower)的输入晶体管23、和源极跟随器的电流调节电路24。电流调节电路24可以例如通过MOS晶体管来实现，其中在该MOS晶体管中，栅极被固定为恒电压，漏极被连接到源极跟随器输入晶体管的源极，并且源极被连接到电源。

如图3所示，保持单元2可以例如由信号保持电容器31和第一电容器写入开关32构成。在大多数情况下通常使用具有一定增益的增益放大器作为输出电路13。

例如，如图4所示，第一选择单元15可以由第一选择晶体管16和第二选择晶体管17构成。例如，在两个晶体管都为NMOS晶体管时，连接这两个晶体管的漏极，然后将其作为输出连接到输出电路13-B，并且这两个晶体管的各个源极分别连接到公共输出线12-B和12-M。

另外，控制信号线连接到这两个晶体管的各个栅极。然后，与选择晶体管的源极相连接的公共输出线可以连接到输出电路13，其中，该选择晶体管与具有高电平的控制信号线相连接，该输出电路13与第一选择单元15的后级相连接。尽管在该示例中将选择晶体管描述为NMOS晶体管，但是该晶体管可以为PMOS晶体管或CMOS开关(NMOS和PMOS晶体管的组合)。在这些情况下，需要的仅仅是通过控制信号线对每个栅极输入到各自适当的电压电平。

接着，使用图5描述该实施例的操作。这里，使第一选择单元15在读取彩色图像时选择B分量的公共输出线12-B，或在读取单色图像时选择M分量的公共输出线12-M，其中，第一选择单元15与输出电路13-B相连接。在读取彩色图像时，附图标记ΦRES表示复位晶体管22(参考图2)的控制信号，ΦCT表示第一电容器写入开关32的控制信号(参考图3)。移位寄存器11的1至N位的输出信号ΦSR1至ΦSRN控制各个基本单元10的输出转移开关3的打开/关闭。

另外，假设在图5的控制信号处于高电平时，图2和3的电路中的各个晶体管或开关成为导通的，在处于低电平时成为断开的。另外，图5中的附图标记13-R、13-G和13-B表示各个输出电路13-R、13-G和13-B的输出信号波形。

在ΦRES为高电平的期间，通过复位晶体管22将各个彩色分量的光电变换元件21复位在电压VRES。在ΦRES下降时，入射光信号以被变换为信号电荷的形式被存储在光电变换元件21中。所存储的信号电荷由源极跟随器进行电荷放大，并且作为电压信号从像素1输出。在ΦCT为高电平的期间，从像素1输出的各个彩色分量的电信号由信号保持电容器31通过第一电容器写入开关32进行取样，并在ΦCT下降时保持该值。

在ΦCHR为高电平时，通过公共输出线复位晶体管14将各个公共输出线12复位在电压VCHR(参考图1)。在ΦCHR下降后ΦSR1上升，并且由信号保持电容器31通过基本单元10-1中的输出转移开关3保持的各个彩色分量的信号被输出到各个公共输出线12，其中该基本单元10-1是第一位。此时，输出到公共输出线12的信号具有通过由信号保持电容器31保持的信号振幅乘以由下面公式确定的增益G而获得的振幅。

G＝CT/(CT+CH)                       ...(1)

其中，公式(1)中的CT是信号保持电容器31的电容值，CH是各个公共输出线12的电容值。然后，在对各个公共输出线12进行复位后，将各个彩色分量的信号从各个基本单元10逐个地输出到各个公共输出线12。各个输出电路13将输出到各个公共输出线12的各个彩色分量的信号乘以任意的增益，并从输出端子输出该乘积。

这里，由于在读取彩色图像时，在第一选择单元15中B分量的公共输出线12-B与输出电路13-B相连接，因此从输出电路13-B输出B分量的信号。类似地，从输出电路13-R和13-G分别输出R分量和G分量的信号。

另一方面，由于在读取单色图像时，由第一选择单元15将M分量的公共输出线12-M连接到输出电路13-B，因此从输出电路13-B输出M分量的信号。

到目前为止，尽管以图2的结构描述了像素1，但是除此以外还可以使用图6中示出的结构。在图6中，对于与图2相同的部件，应用相同的附图标记，并省略它们的描述。在图6中，转移晶体管25对来自光电变换元件21的信号进行转移。另外，尽管没有示出，但将在复位晶体管22的源极、源极跟随器输入晶体管23的栅极和转移晶体管(transfer transistor)25的漏极、以及连接这三个电极的配线中存在的寄生电容称为浮置扩散区(floating diffusion region)(浮置扩散区：浮置扩散单元，FD单元)。

接着，使用图7描述该情况中的操作。在图7中，附图标记ΦTX表示转移晶体管25的控制信号。如图7所示，在ΦRES和ΦTX为高电平时，光电变换元件21被复位在电压VRES。另外，在ΦRES为高电平时，在图6中未图示的FD单元被复位。

在ΦTX下降时，在光电变换元件21中开始累积。此时，入射光信号被变换为信号电荷，该信号电荷被存储在光电变换元件21中。在ΦRES下降后ΦTX上升时，将存储在光电变换元件21中的信号电荷转移到FD单元。所转移的信号电荷由源极跟随器进行电荷放大，并且作为电压信号从像素1输出。

此时，在ΦCT上升时，由信号保持电容器31通过第一电容器写入开关32对从像素1输出的电压信号进行取样。由于随后的操作与在图5中描述的那些操作相同，因此省略它们的描述。

使用例如在图8中示出的结构作为保持单元2也是有益的。在图8中，对于与图3中的部件相同的部件，应用了相同的附图标记，并省略它们的描述。噪声保持电容器33保持像素的噪声分量，并且第二电容器写入开关34将噪声分量写入在噪声保持电容器33中。

尽管这里未图示，但是在采用该结构时需要两个输出转移开关，即用于由各个信号保持电容器31保持的信号分量的一个输出转移开关、和用于由各个噪声分量保持电容器33保持的噪声分量的另一个输出转移开关。类似地，使用将两个公共输出线12制成一个组的这种结构。另外，各个输出电路13成为差分输入电路，并输出通过将被输出到公共输出线的信号分量和噪声分量之间的差乘以任意增益而获得的信号。

接着，利用图9描述图8所示的具有保持单元2的固态成像装置的操作。假设像素具有图2所示的结构。在图9中，附图标记ΦCTN表示第二电容器写入开关34的控制信号。在用ΦRES对光电变换元件21进行复位后，当ΦCTN为高电平时，通过第二电容器写入开关34将各个彩色像素的复位电平作为噪声分量写入到各个噪声保持电容器33中(参考图8)。

接着，在ΦCTS为高电平时，通过电容器写入开关32由信号保持电容器31对各个彩色分量的所存储的信号进行取样，并将ΦCTS下降时的值保持为信号分量。

在ΦCHR为高电平时，通过公共输出线复位晶体管14将各个公共输出线12复位在电压VCHR(参考图1)。在ΦCHR下降后ΦSR1上升，并且将通过基本单元10-1中的输出转移开关由各个信号保持电容器31保持的各个彩色分量的信号、和由各个噪声保持电容器33保持的各个彩色分量的噪声分量输出到各个公共输出线12，其中该基本单元10-1是第一位。

将乘以由上述的公式(1)确定的增益并输出到公共输出线12的各个彩色分量的信号分量和噪声分量输入到输出电路13来进行差分，并在乘以任意的增益后从各个输出端子输出。因此，通过使用图8中的结构作为保持单元2，可以去除在每个像素中生成的噪声分量，由此实现较高的S/N比的性能。

由于读取单色图像的操作与前面描述的操作相同，故省略其描述。另外，像素1可以具有图6所示的结构。在该情况下，对于噪声分量，在噪声保持电容器33中通过源极跟随器保持FD单元的复位电平，并在输出电路13中输出与信号分量的差分信号。

另外，使用例如图10所示的结构作为保持单元2也是有益的。在图10中，对于与图8的部件相同的部件，应用相同的附图标记，并省略它们的描述。该图示出钳位电容器35、钳位开关36和增益放大器37。

接着，利用图11描述包括具有图10所示的结构的保持单元的固态成像装置的操作。作为像素1，利用具有图6中的结构的一个像素。附图标记ΦCR表示钳位开关36的控制信号。在ΦRES和ΦTX为高电平时，光电变换元件21被复位。另外，在ΦRES为高电平时，浮置扩散区被复位。

在ΦCR为高电平时，在增益放大器37附近的钳位电容器35的端子和增益放大器37的输入端子被固定到VCR，并且在钳位电容器35的另一个端子处对浮置扩散单元的复位电平进行钳位。接着，将ΦCTN设为高电平，并且在噪声保持电容器33中保持在增益放大器37的输入电压被固定到VCR时的输出电压。

接着，通过将ΦTX设为高电平，从像素1输出存储在光电变换元件21中的信号。然后，在钳位电容器35中获得与浮置扩散单元的复位电平的差，并仅将像素1的信号分量的改变部分通过钳位电容器35输入到增益放大器37。此时，通过将ΦCTS设为高电平，将通过增益放大器37的信号分量保持在信号保持电容器31中。

然后，通过在输出电路13中获得保持在信号保持电容器31和噪声保持电容器33中的信号之间的差，可以去除增益放大器的偏移分量。此时，对增益放大器37施加任意的一个或更多个增益时，可以在不生成偏置的情况下施加增益，并还可以达到高S/N比的性能。由于读取单色图像的操作与上面描述的操作相同，故省略其描述。像素1可以具有图2所示的结构。

另外，通过提供在读取彩色图像时停止单色像素的源极跟随电路的操作的单元，还可以实现省电。另外，还可以通过提供这样的单元来实现省电，该单元在读取单色图像时停止彩色像素的源极跟随电路的操作，在增益放大器用于保持单元时停止未连接单色像素的增益放大器的操作，并且，停止不输出M分量的输出电路的操作。

另外，由于仅在公共输出线12-B和12-M中***了第一选择单元15，因此未***第一选择单元15的R和G分量的公共输出线12-R、12-G的电容值与B和M分量的公共输出线12-B和12-M不同。因此，B和M分量的增益与由公式(1)确定的R和G分量的增益有可能不同，并且对每个彩色分量可能产生性能(例如，S/N比)的差异。

为了避免该问题，例如，如图12所示，在公共输出线12-R和12-G中***具有与构成第一选择单元15的晶体管相同的尺寸和极性的第一伪晶体管18-R和18-G。另外，通过固定栅极使该伪晶体管可以一直处于导通状态，可以去除各彩色分量之间的差异。

在图12的示例中，对于第一选择晶体管16、第二选择晶体管17和第一伪晶体管18，使用了NMOS晶体管，并且对第一伪晶体管18的栅极施加作为供给电压的VDD。除了增加了伪晶体管18之外，图12与图1相同。

如上所述，根据本实施例的固态成像装置包括：用于读取多个彩色分量的多个像素、用于保持来自各个像素的信号的多个保持单元、以及与对应于各个彩色分量的多个相应保持单元相连接的多个公共输出线。另外，该固态成像装置还包括与多个公共输出线相连接的多个输出电路。然后，多个公共输出线中的至少两个公共输出线通过选择单元与多个输出电路中的一个输出电路相连接。

另外，具有与构成选择单元的元件相同的结构的伪元件被连接在彩色分量的公共输出线和未与选择单元相连接的输出电路之间。另外，用于读取多个彩色分量的多个像素是由读取彩色图像的多个彩色像素和单色像素构成的。然后，与单色像素相对应的公共输出线和与多个彩色像素中的至少一个彩色分量的彩色像素相对应的公共输出线通过选择单元连接到一个输出电路。

在第一实施例中，单色分量和彩色分量中的一个彩色分量的各个公共输出线利用第一选择单元15共享同一输出电路。在这样做时，由于在具有与现有技术相同的功能的同时电路的数量(即，消耗电力的电路的数量)与现有技术相比小，因此可以实现低功耗，并可以实现具有小面积的固态成像装置。另外，通过提供上述的电路停止单元，还可以实现更低的功耗。

(第二实施例)

图13示出根据本发明的固态成像装置的第二实施例。在图13中，对于与图1相同的部件，应用了相同的附图标记，并省略了其描述。与图1的不同之处在于，在每个基本单元中设置了选择单元。与图1类似地，图13示出读取4个分量、即红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和单色(M)分量的N位×4线传感器。

在图13中，第二选择单元4选择B分量的输出转移开关3-B和M分量的输出转移开关3-M中的任一个，并将其连接到公共输出线12-B，其中该第二选择单元4位于各个基本单元10中。尽管在图13中B分量和M分量共享公共输出线12-B和输出电路13-B，但是B分量可以为另一种彩色分量(R或G)。这里，使像素1具有例如图2、5示出的结构等。使保持单元2具有例如图3、7、9示出的结构等。另外，使第二选择单元4具有图4中的结构。

如下描述操作。作为示例，将描述像素1具有图2的结构和保持单元2具有图3的结构的情况。另外，使第二选择单元4在读取彩色图像时选择B分量的输出转移开关3-B，或者在读取单色图像时选择M分量的输出转移开关3-M，其中，第二选择单元4连接到公共输出线12-B。由于操作时序图与图5中的操作时序图相同，故省略详细的描述。

在读取彩色图像时，各个保持单元2保持R、G和B的各个分量的信号。由于第二选择单元4如上所述选择B分量的输出转移开关3-B，因此在每个基本单元的输出中，保持在B分量的保持单元2-B中的信号被输出到公共输出线12-B。类似地，分别保持在R和G分量的保持电容器中的信号被分别输出到公共输出线12-R和12-G。在施加了任意的增益的情况下，从每个输出电路13输出R、G和B的各个彩色分量的信号。

另一方面，由于在读取单色图像时第二选择单元4选择M分量的输出转移开关3-M，因此在每个基本单元的输出中，保持在M分量的保持单元2-M中的信号被输出到公共输出线12-B。

图14示出另一个实施例。在图14中，对于与图13相同的部件，应用相同的附图标记。在该结构中，奇数位基本单元10-(2L-1)(L是1到N/2的整数)具有如下结构，使得第二选择单元4-(2L-1)与图13类似地选择输出转移开关3-B和3-M中的任一个。另一方面，偶数位基本单元10-(2L)具有如下结构，使得第二选择单元4-(2L)选择输出转移开关3-G和3-M中的任一个。

就该结构而言，由于在读取单色图像时，从两个输出电路13-B和13-G并行地输出信号，因此与读取彩色图像的情况相比可以用两倍的速度执行读取。在图14中，尽管处于奇数位的B分量、以及处于偶数位的G分量和M分量共享输出电路，但是偶数位和奇数位可以反过来，或者共享的彩色分量的组合也可以为(R，G)或(R，B)。

接着，将描述图14的固态成像装置的操作。这里，在读取彩色图像时，处于奇数位的第二选择单元4-(2L-1)选择B分量的输出转移开关3-B。另外，使处于偶数位的第二选择单元4-(2L)选择G分量的输出转移开关3-G，并将其连接到公共输出线12-B。另外，在读取单色图像时，使其选择M分量的输出转移开关3-M，并将其分别连接到公共输出线12-B和12-G。由于随后的操作与图5、9、11中描述的那些操作相同，故省略它们的描述。

下面利用图15描述读取单色图像时的操作。如图15所示，在读取单色图像时，同时输出移位寄存器11的各个输出的2位(ΦSR1和ΦSR2，ΦSR3和ΦSR4)。通过这样做，通过两个公共输出线12-G和12-B从两个输出电路13-G和13-B并行地输出信号。尽管在这里描述了2个并行输出，但还可以通过相同的考虑方法在读取单色图像时采取3个并行输出结构。

另外，通过提供在读取彩色图像时停止单色像素的源极跟随电路的操作的单元，还可以实现省电。另外，还可以通过提供这样的单元来实现省电，该单元在读取单色图像时停止彩色像素的源极跟随电路的操作，在增益放大器用于保持单元时停止未连接单色像素的增益放大器的操作，并且停止不输出M分量的输出电路的操作。

另外，由于在图13的结构中仅在B和M分量中***了第二选择单元4，故未***第二选择单元4的R和G分量的公共输出线12-R和12-G在寄生电容方面与B和M分量的公共输出线12-B和12-M不同。因此，B和M分量的增益与由公式(1)确定的R和G分量的增益有可能不同，并且对每个彩色分量可能产生性能(例如，S/N比)的差异。

为了避免该问题，与图12中的结构相似，在各个基本单元10的R和G分量的输出转移开关3-R和3-G与公共输出线12-R和12-G之间***具有与构成第二选择单元4的晶体管相同的尺寸和极性的第二伪晶体管。然后，通过固定栅极使伪晶体管可以一直处于导通状态，也可以去除各彩色分量之间的差异。

另外，与在图14的结构中一样，如图16所示，只需将第二伪晶体管19***到未***有第二选择单元4的输出转移开关3和公共输出线12之间的节点中。在图16中，例如，在基本单元10-1中，在输出转移开关3-R和公共输出线12-R之间***了第二伪晶体管19-R-1，并且伪晶体管19-G-1连接在输出转移开关3-G和公共输出线12-G之间。类似地，使第二伪晶体管19为具有与构成第二选择单元4的晶体管相同的尺寸和极性的晶体管。除了提供了第二伪晶体管之外，图16与图14相同。

另外，在该示例中，尽管将第二选择单元4布置在输出转移开关3和公共输出线12之间，但是将其布置在保持单元2和输出转移开关3之间是足够的。在此情况下，只需类似地将第二伪晶体管19***到保持单元2和输出转移开关3之间。

如上所述，根据本实施例的固态成像装置包括：均具有用于读取多个彩色分量的多个像素的多个基本单元、和用于保持来自所述多个像素的各个信号的多个保持单元。另外，该固态成像装置包括：与和多个基本单元的各自彩色分量相对应的多个保持单元的输出连接的多个公共输出线；以及分别与多个公共输出线相连接的多个输出电路。然后，保持单元的输出通过选择单元与公共输出线中的一个公共输出线相连接，其中在每个基本单元中多个像素中的至少两个不同的彩色分量的像素连接到该保持单元。

另外，具有与构成选择单元的元件相同的结构的伪元件被连接在彩色分量的保持单元和公共输出线之间，其中选择单元未与该保持单元相连接。另外，用于读取多个彩色分量的各个基本单元的多个像素是由读取彩色图像的多个彩色像素和单色像素构成的。另外，与单色像素相连接的保持单元的输出、和与多个彩色像素中的至少一个彩色分量的彩色像素相连接的保持单元的输出通过选择单元连接到一个公共输出线。

在第二实施例中，利用第二选择单元，由M分量和彩色分量中的至少一个彩色分量的保持单元和输出转移开关共享同一公共输出线和输出电路。在这样做时，由于在具有与现有技术相同的功能的同时电路的数量(即，消耗电力的电路的数量)与第一实施例相比小，因此可以实现与第一实施例相比具有更低功耗和更小面积的固态成像装置。另外，通过提供上述的电路停止单元，还可以实现更低的功耗。

(第三实施例)

图17示出本发明地第三实施例。在图17中，对于与图1、13等中相同的部件，应用了相同的附图标记，并省略了它们的描述。与图1类似地，图17示出读取4个分量、即红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和单色(M)分量的N位×4线传感器。在图17中，第三选择单元5选择B分量的像素1-B和M分量的像素1-M中的任一个，将其连接到保持单元2-B，并且第三选择单元5位于每个基本单元10内。

尽管在图17中，B分量和M分量共享保持单元2-B、公共输出线12-B和输出电路13-B，但是B分量可以为另一种彩色分量(R或G)。这里，使像素1具有例如图2、5等所示的结构。对于保持单元2，使用例如图3、8、10等中所示的保持单元。另外，使第三选择单元5具有图4的结构。

本实施例的操作与图13的情况基本相同。在图13中的实施例中，使第二选择单元4在读取彩色图像时选择B分量的输出转移开关3-B，或者在读取单色图像时选择M分量的输出转移开关3-M，其中，第二选择单元4连接到公共输出线12-B。该实施例的不同之处在于，第三选择单元5在读取彩色图像时选择B分量的像素1-B，或者在读取单色图像时选择M分量的像素1-M，其中，第三选择单元5连接到保持单元2-B。另外，与图14和图16类似地，在该实施例中还可以使在读取单色图像时的两个或三个输出并行。

另外，类似地，提供在读取彩色图像时停止单色像素的源极跟随电路的操作的单元也是有益的。另外，提供这样的单元也是有益的，该单元在读取单色图像时停止彩色像素的源极跟随电路的操作，在增益放大器用于保持单元时停止未连接单色像素的增益放大器的操作，并且停止不输出M分量的输出电路的操作。

而且，由于仅在B和M分量中***了第三选择单元5，故未***第三选择单元5的R和G分量的像素输出在寄生电容和寄生电阻方面与B和M分量的像素输出不同。因此，由于各个彩色分量的像素输出波形的时间常数不同，所以在保持单元2中基于信号分量和结构保持噪声分量的时序余量(timing margin)中产生各个彩色分量之间的差异，从而各个彩色分量的增益可能不同。另外，对每个彩色分量不同的偏置可能被重叠在对每个彩色分量的像素输出上。

为了避免该问题，基于类似于图12的结构的考虑方法，在各个基本单元10的R和G分量的像素1-R和1-G与保持单元2-R和2-G之间***具有与构成第三选择单元5的晶体管相同的尺寸和极性的第三伪晶体管。然后，通过固定栅极使该伪晶体管可以一直处于导通状态来去除各彩色分量之间的差异就足够了。

另外，基于类似于图16的结构的考虑方法，在2并行或3并行地输出M分量的结构的情况下，只需将第三伪晶体管***到未***有第三选择单元5的像素1和保持单元2之间的节点中。

如上所述，根据本实施例的固态成像装置包括：均具有用于读取多个彩色分量的多个像素的多个基本单元、和保持来自所述多个像素的各个信号的多个保持单元。另外，该固态成像装置包括：与和多个基本单元的各自彩色分量相对应的多个保持单元的输出连接的多个公共输出线；以及分别与多个公共输出线相连接的多个输出电路。然后，在各个基本单元中多个像素中的至少两个不同的彩色分量的像素通过选择单元与一个保持单元相连接。

另外，具有与构成选择单元的元件相同的结构的伪元件被连接在彩色分量的像素和保持单元之间，其中选择单元未与该像素相连接。另外，用于读取多个彩色分量的各个基本单元的多个像素是由读取彩色图像的多个彩色像素和单色像素构成的。然后，多个像素中的单色像素和至少一个彩色分量的彩色像素通过选择单元连接到一个保持单元。

在第三实施例中，利用第三选择单元，由M分量和彩色分量中的至少一个彩色分量的像素共享同一保持单元、公共输出线和输出电路。在这样做时，由于在具有与现有技术相同的功能的同时电路的数量(即，消耗电力的电路的数量)与第一和第二实施例相比小，因此可以实现与第一和第二实施例相比具有更低功耗和更小面积的固态成像装置。另外，通过提供上述的电路停止单元，还可以实现更低的功耗。

(第四实施例)

图18示出本发明的第四实施例的结构。与图17类似地，图18示出读取4个分量，即红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)和单色(M)分量的N位×4线传感器。在图18中，对于与图17相同的部件，应用了相同的附图标记，并省略了它们的描述。图18示出在B分量的像素1-B和M分量的像素1-M之间共享同一保持单元2-B的示例。当然，B分量可以为另一种彩色分量(R或G)。

图19示出在该实施例中使用的像素的示例。向图2的结构新添加了开关晶体管26，并且该开关晶体管26与源极跟随输入晶体管23的源极相连接。像素1可以具有图20所示的结构。在图20中，与图6一样，添加转移晶体管25。在该示例中，尽管开关晶体管26被描述为NMOS晶体管，但是该开关晶体管26也可以为PMOS或CMOS晶体管。使保持单元2具有例如图3、8、10等中所示的结构。

如下描述操作。在读取彩色图像时，通过使R、G和B分量的像素1-R、1-G和1-B的各个开关晶体管26的栅极为高电平，各个开关晶体管26成为导通状态。与此同时，通过使M分量的像素1-M的开关晶体管26的栅极为低电平，开关晶体管26成为非导通状态。

在该状态中执行与图17中的描述相同的操作时，可以输出R、G和B的各个分量，并且可以通过停止M分量的源极跟随电路的操作来实现省电。

类似地，在读取单色图像时，通过使R、G和B分量的像素1-R、1-G和1-B的各个开关晶体管26的栅极为低电平，各个开关晶体管26成为非导通状态。与此同时，通过使M分量的像素1-M的开关晶体管26的栅极为高电平，开关晶体管26成为导通状态。在该状态下，只输出M分量，并且可以通过停止R、G和B分量的源极跟随电路的操作和电流来实现省电。

在图18中，尽管由B分量的像素1-B和M分量的像素1-M共享同一保持单元2-B，但是与图14和图16类似地还可以在读取单色图像时2并行或3并行地输出信号。在该情况下，停止不与M分量的像素共享保持单元2的像素的源极跟随电路的操作和电流。

如上所述，根据本实施例的固态成像装置包括：各自具有用于读取不同的彩色分量的多个像素的多个基本单元、和用于保持来自多个像素的信号的多个保持单元。另外，该固态成像装置包括：与和多个基本单元的各自彩色分量相对应的多个保持单元的输出连接的多个公共输出线；以及分别与多个公共输出线相连接的多个输出电路。

另外，在像素中具有用于对是否输出像素的信号进行切换的开关晶体管，并且在各个基本单元的多个像素中的至少两个不同的彩色分量的像素与一个保持单元相连接。另外，通过控制在至少两个不同的彩色分量的像素之间的开关晶体管，来对像素的信号的输出进行切换。另外，用于读取多个彩色分量的各个基本单元的多个像素是由读取彩色图像的多个彩色像素和单色像素构成的。另外，多个像素中的单色像素和至少一个彩色分量的彩色像素连接到一个保持单元。

通常，固态成像装置的像素节距和开口尺寸有缩小像素节距和减小开口的趋势。在这种趋势中，必需保留用于布置电路元件的空间，所述电路元件是上述的保持单元、增益放大器等，并且对每一个像素都是需要的。因此，例如，如在日本特开第2003-259227号公报中所公开的，越来越多地采用了在上下两个方向上分割并布置像素列的方法(参考日本特开第2003-259227号公报中的图1)。

图21示出在图18中示出的固态成像装置中，以列的方式布置R、G、B和M的各个彩色分量的像素1并在像素列的上下两个方向上分割和布置保持单元2的示例。与图18一样，由B分量和M分量的像素共享保持单元。输出线从各个像素1的下方通过像素之间进行配线，并且该输出线连接到各个保持单元2。另外，在一个基本单元中的保持单元被一起布置在像素列的同一侧，并且相邻基本单元的保持单元被布置在像素列的相反侧。

因此，在图21中的固态成像装置中，对于每个彩色分量以列的方式布置多个像素的多个基本单元被布置为与所关心的基本单元的像素的线方向相正交，并且同一基本单元的多个保持单元被布置在多个基本单元的像素列的一个方向侧处。另外，与基本单元相邻的基本单元的多个保持单元被布置在多个基本单元的像素列的另一方向侧处。

另外，基本单元的至少两个彩色分量的像素被连接到同一保持单元，并且与所述同一保持单元相连接的至少两个彩色分量的像素被相邻地布置在基本单元的线方向上。

图22示出在保持单元未被不同的彩色分量的像素共享时的像素和保持单元的布置的示例(例如，第一至第三实施例，以及日本特开2006-211363号公报的图2中所示的常规示例)。从图22中可以明显地知道，通过像素之间的输出线的数量多于图21中的结构的输出线的数量。因此，在以相同的像素节距规格构造图21和图22时，图21中的结构可以更宽地确保像素在横向方向上的开口。

由于在图21的情况中添加了开关晶体管26而导致像素本身的电路元件的数量变大，因此可以想到，相应地该数量抑制像素开口。然而，在复印机等中使用固态成像装置的情况下，在副扫描方向(图21中的纵向方向)上的像素节距规格(也将其称为线间隔)在大多数情况下是两个或更多个像素节距(两条线或更多条线)。

因此，如果所添加的开关晶体管26在该空间中，则容易在不减小像素开口面积的情况下布置它。结果，由于在图21的结构中很少的输出线通过像素之间，因此可以获得较大的像素开口并确保较高的灵敏度。

图23示出相对于图21交换了与单色像素共享保持单元的像素的布置的示例。其中，省略了保持单元。如图23所示，在共享保持单元的两个像素列不在上下彼此邻接时，出现与图21相比的输出线密集的位置，因此有可能抑制开口面积。因此，在始终在相同的彩色分量之间共享保持单元时(在单色图象读取时，不执行并行输出的情况下)，期望两个彩色分量的像素列在垂直方向上彼此邻接。

另外，在读取单色图像时执行2并行输出的情况下，不可能在全部的位(基本单元)中使共享保持单元的像素在垂直方向上彼此邻接。此时，期望通过使至少一个彩色分量与单色像素邻接，来将输出线密集的位置抑制到最小。

在第四实施例中，使用布置在像素中的开关晶体管，由M分量和彩色分量中的至少一个彩色分量的像素共享同一保持单元、公共输出线和输出电路。通过这样做，可以实现在具有与现有技术相同的功能的同时与第一和第二实施例相比具有更低功耗和更小面积的固态成像装置。

另外，通过在像素中提供开关晶体管，与第三实施例相比，可以进一步减小布置保持单元等的相邻空间的面积。另外，由于可以减小通过像素之间的输出线的数量，因此可以获得大的像素开口面积，并与第一至第三实施例相比，可以实现更高的灵敏度。

另外，上述的所有的实施例仅仅示出了在实施本发明时的具体示例，但是一定不能用这些实施例限定性地解释本发明的技术范围。也就是说，在不脱离本发明的技术构思或主要特征的前提下，可以以各种形式实施本发明。具体地说，本发明的要点在于，本发明在多个像素和多个输出电路之间的路径上具有开关单元，该开关单元对来自单色像素的输出和来自彩色像素的输出进行切换，并将其输出到后级，并且来自该开关元件的输出信号被供给到多个上述的输出电路中的一个。在各个实施例中，具体地描述了开关单元被布置在哪里。例如，有益的是，将该开关单元布置在像素中，或者在公共输出线和输出电路之间等。另外，通过提供开关单元，能够使多个输出电路的数量少于被包括在基本单元中的彩色像素和单色像素的总数。另外，还可以在每个电路中提供用来停止各个电路的操作的单元。例如，在读取单色图像时，仅停止没有信号从单色像素输出到其上的输出电路的操作是好的。

尽管参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解到，本发明并不限于所公开的示例性实施例。下述权利要求的范围应当给予最宽的解释，以便包括所有这样的变形、等同结构以及功能。

Claims (14)

1.一种固态成像装置，包括：

多个基本单元，每个所述基本单元具有分别与不同颜色相对应的多个彩色像素、单色像素、以及用于保持来自所述彩色像素和所述单色像素的信号的多个保持单元；

多个公共输出线，来自分别与所述多个彩色像素的彩色分量相对应的所述多个保持单元的输出信号被供给到所述多个公共输出线；以及

多个输出电路，用于接收来自所述多个公共输出线的输出信号，

其中，所述装置还包括：被设置在所述多个像素和所述多个输出电路之间的开关单元，所述开关单元在来自所述单色像素的输出和来自所述彩色像素的输出之间进行切换，以及

来自所述开关单元的输出信号被供给到所述多个输出电路中的一个输出电路。

2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

被包括在一个基本单元中的所述彩色像素分别与不同颜色相对应，并且所述多个输出电路的数量大于在所述一个基本单元中的所述彩色像素和所述单色像素的总数。

3.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

所述开关单元被布置在所述像素内。

4.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

所述开关单元被布置在所述公共输出线和所述输出电路之间。

5.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

所述像素包括光电变换元件、用于对所述光电变换元件进行复位的复位晶体管、以及用于接收来自所述光电变换元件的信号的源极跟随器类型的输入晶体管。

6.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

所述多个彩色像素是用于分别读取红色、绿色和蓝色分量的像素。

7.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

所述保持单元包括用于保持来自所述像素的信号分量的信号保持电容器、和用于保持来自所述像素的噪声分量的噪声保持电容器，以便从所述信号分量中减去所述噪声分量来抑制在所述像素中生成的噪声分量。

8.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

所述保持单元包括钳位电容器、与所述钳位电容器相连接的增益放大器、以及与所述增益放大器的输入相连接的钳位开关，并且，所述保持单元还包括用于保持由所述增益放大器放大的信号的信号保持电容器、和用于保持所述增益放大器的偏移分量的噪声保持电容器，以便从由所述信号保持电容器保持的信号中减去由所述噪声保持电容器保持的信号来去除所述增益放大器的所述偏移分量。

9.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

在读取单色图像时，停止没有信号从所述单色像素输出到其上的所述输出电路的操作。

10.根据权利要求5所述的固态成像装置，还包括：

停止单元，用于在读取彩色图像时停止所述单色像素的所述源极跟随器的操作，

并且用于在读取单色图像时停止所述彩色像素的所述源极跟随器的操作、和没有信号从所述单色像素输出到其上的所述像素的所述源极跟随器的操作。

11.根据权利要求8所述的固态成像装置，还包括：

停止单元，用于在读取单色图像时停止没有信号从所述单色像素输出到其上的所述增益放大器的操作。

12.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

所述多个基本单元被布置在与所述基本单元中的所述像素的布置方向相垂直的方向上，在每一个所述基本单元中，所述多个像素沿着列一个彩色分量接一个彩色分量地布置，在所述相同基本单元中的所述多个保持单元被布置在所述多个基本单元的所述像素列的一侧，并且，相邻基本单元的所述多个保持单元被布置在所述多个基本单元的所述像素列的另一侧。

13.根据权利要求12所述的固态成像装置，其中，

在所述基本单元中的至少两个彩色分量的所述像素与所述同一保持单元相连接，并且在所述基本单元的布置方向上被布置成彼此相邻。

14.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，

所述多个彩色像素以列的方式沿着一个方向多个像素接多个像素地布置。

Images