TW541832B - X-Y address type solid-state image pickup device - Google Patents

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TW541832B
TW541832B TW090132226A TW90132226A TW541832B TW 541832 B TW541832 B TW 541832B TW 090132226 A TW090132226 A TW 090132226A TW 90132226 A TW90132226 A TW 90132226A TW 541832 B TW541832 B TW 541832B
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transistor
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reset
type solid
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Shinya Udo
Masatoshi Kokubun
Chikara Tsuchiya
Katsuyosi Yamamoto
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Fujitsu Ltd
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Description

541832 A7 B7 五、發明説明) 【發明之技術領域】 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係有關於一種以半導體元件構成之固體攝影裝 置，特別是有關於一種可以CMOS程序製造之XY位址型固 體攝影裝置。 【發明之背景】 近年，數位相機及數位攝影機或手機等各種產品逐漸 開始於内部裝設固體攝影裝置而大量加以使用。固體攝影 裝置則可大致分成以電荷傳送型影像感測器(image sensor) 構成之CCD(Charge Coupled Device)固體攝影裝置及以諸 如CMOS(互補型金屬氧化物半導體）電晶體構成影像感測 器之XY位址型固體攝影裝置。使用CMOS影像感測器之XY 位址型固體攝影裝置（以下，加以簡稱為CMOS影像感測器） 可以與MOSFET之製造工程相同之技術製造，且以單一電 源驅動而粍電較少，並可將各種信號處理電路搭載於同一 晶片上，故被視為可望取代CCD固體攝影裝置者。 以下，參照第6圖以就使用該CMOS影像感測器之習知 XY位址型固體攝影裝置加以說明。第6圖係顯示習知之XY 位址型影像感測器之1像素量之電路例者。第6圖所示之習 知CMOS影像感測器於各像素皆具有諸如搭載有源輸出放 大器（source follower amplifier)404 之 APS(Active Pixel Sensor)構造。光二極體（photo diode)400之陰極（cathode)側 及源輸出放大器404之閘極則與MOS型之重置電晶體402 相連接。又，源輸出放大器404並經水平選擇電晶體406而 與垂直選擇線408相連接。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -4- 541832 A7 _____B7 五、發明説明2() (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其次，就該習知之CMOS影像感測器之動作加以簡單 說明。首先，以預定之時間對重置電晶體4〇2之閘極施加重 置“號RST ’而使重置電晶體4 02呈接通（on)狀態。藉此， 光二極體400即可充電至重置電位VR。接著，光二極體4〇〇 之放電與光之入射一同開始而使電位自重置電位VR開始 降低。於積分期間内入射之光子（ph〇t〇n)則進行光電轉換 而產生電子一空穴（positive hole)對。電子將蓄積於已呈浮 動（floating)狀態之光二極體，空穴則將為受接地施加偏壓 之半導體基板所吸收。信號電子所導致光二極體4〇〇之電位 變化△ VPD則可以信號電荷作為Qsig而以△ vpD = Qsig/Cs 進行附加。經過預定時間後，朝水平選擇電晶體4〇6之閘極 輸入水平選擇信號RWn而使水平選擇電晶體406呈接通狀 態’即可經垂直選擇線408而抽出源輸出放大器404之電壓 以作為信號電壓。 另，搭載有電荷儲存電容之光二極體400與源輸出放大 器404之上述習知APS構造具有因臨界電壓VT之偏差等而 產生信號電壓之D/C位準變動之固定模式雜訊（Fixe(j Pattern Noise ; FPN)而使畫質劣化之問題。為減低上述雜 訊，而使用了相關雙重取樣電路（Corelated Double Sampling ; CDS)。首先，可以相關雙重取樣電路對信號電 壓進行取樣，再將光二極體400重置成重置電位VR。其次， 以相關雙重取樣電路對重置電壓進行取樣而求出信號電壓 與重置電壓之差。藉此，即可抵消臨界電壓VT之偏差之影 響而減低FPN。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） -5· 541832 A7 ____B7 五、發明説明3() (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 但，本方法由於並非取樣信號蓄積（積分）前之重置電 壓，而係取樣信號蓄積後之重置電壓而求出其與信號電壓 之差’故與h 5虎電壓重豐之kTC雜訊（熱雜訊）及與業經取樣 之重置電壓重疊之kTC雜訊間全無關連。因此，無法以CDS 電路去除於重置期間中自光二極體400隨機產生之kTC雜 訊，而造成S/N比將劣於CCD固體攝影裝置之問題。 kTC雜訊係產生於使重置電晶體402呈接通狀態而將 光二極體400重置成初期電位時者，其並係可以y kTC = (kT/C)1/2表示之散亂雜訊。在此，k係波次曼常數 (Boltzmann constant)，T係絕對溫度，Cs則係蓄積於光二 極體400之總容量。 其次，參照第7圖以就可減低kTC雜訊之CMOS影像感 測器加以說明。第7圖中，光二極體400之第1靜電容量C1 與浮動傳播（FD)領域之第2靜電容量C2間設有可形成能量 障壁之傳輸門FT，而傳輸門FT與以MOSFET構成之水平選 擇電晶體406間則連接有源輸出放大器404。第2靜電容量 C2則與以用以去除蓄積於第2靜電容量C2之電荷之MOS型 構成之重置電晶體402相連接。源輸出放大器404之汲極與 電源VDD相連接，源極則與水平選擇電晶體406相連接。 又，源輸出放大器404之閘極與第2靜電容量C2袓連接。重 置電晶體402之汲極則可受重置電位VR施加。重置電晶體 402之源極與第2靜電容量C2相連接，閘極則可輸入重置信 號 RST。 於第1靜電容量C1蓄積電荷後，若導通傳輸門FT而朝 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4规格U10X297公釐） -6- 541832 A7 B7 五、發明説明4( (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) FD領域之第2靜電容量C2傳送電荷，則源輸出放大器4〇4 之閘極之電位將逐漸昇高。若於預定時間經過後使水平選 擇電晶體406呈接通狀態，則源輸出放大器4〇4之源電壓將 經垂直選擇線40 8而輸出，並可檢出蓄積於第2靜電容量匸2 之電荷量Q。另，藉於導通傳輸門FT前僅導通重置電晶體 402一次，則可完全去除蓄積於第2靜電容量C2之電荷，並 抑制持續電荷所導致晝質之劣化。 、可| 根據上述構造，由於可在取樣信號蓄積前之重置電壓 後乃取樣該重置後之信號電壓，故分別與重置電壓及信號 電壓重疊之kTC雜訊具有高相關性。因此，藉於取樣重置 電壓後乃取樣信號電壓而使用相關雙重取樣電路求出重置 電壓與信號電壓之差分，即可減低信號電壓2kTC雜訊。 但，雖然第7圖所示之習知CM〇s影像感測器之構造可 如上述般減低FPN及kTC雜訊，但亦具有元件構造複雜之問 題。第7圖所示之像素之元件構造與第6圖所示之像素之元 件構造相比，則具有電晶體之數量增加，且像素部亦複雜 化而使受光部之開口數（占空係數（fill fact〇r))降低之問 題。 其次’參照第8圖以就可減低kTC雜訊之CMOS影像感 測器之其他例子加以說明。第8圖所示之CM〇s影像感測器 在第6圖所示之元件構造以外，並具有一控制電路，係可控 制用以對重置電晶體402之閘極施加之重置電壓而減低 kTC雜訊者。 控制電路之運算放大器（0perati〇nal amplifier)412i
541832
、發明説明5( (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 非反轉輸入端子係可輸入基準重置信號VR者。運算放大器 412之反轉輸入端子則可經配線416而輸入光二極體4〇〇之 陰極端子與重置電晶體402之連接點之信號。配線416則係 配置於像素領域内者。又，運算放大器412之反轉輸入端子 並與定電流源414相連接。運算放大器412之輸出端子則經 開關電路410而與重置電晶體4〇2之閘極相連接。 、可· 根據具上述構造之控制電路，一旦以預定之重置時間 朝開關電路410之閘極輸入信號vg而使開關電路41〇呈接 通狀態’即可控制重置電晶體4〇2之閘電壓，以使光二極體 4〇〇之陰極側之電位維持於重置電壓VR。如此一來，即可 使分別與信號電壓及與之連續之信號蓄積後之重置電壓重 疊之kTC雜訊為大致一定之位準。因此，藉取樣信號蓄積 後之重置電壓而以CDS電路求出其與信號電壓之差，即可 減低kTC雜訊。然而，由於本構造必須將配線416配置於像 素領域内，故有開口數無法提昇之問題。 【發明所欲解決之問題】 如以上之說明，第6圖所示之CMOS影像感測器具有無 法減低kTC雜訊之問題。另，第7及8圖所示之CMOS影像感 測恭則與kTC雜訊之減低相反地具有元件尺寸增大，且無 法得到較大開口數之問題。 本發明之目的即在提供一種元件尺寸小而具有較大開 口數’且可減低kTC雜訊之χγ位址型固體攝影裝置。 【解決問題之方法】 上述目的可藉以下所述之χγ位址型固體攝影裝置而 -8- 541832 A7 ---- B7____ 五、發明説明6() 達成，即，本發明之XY位址型固體攝影裝置包含有：一像 素領域，及，一 kTC雜訊減低電路。而，該像素領域包括： 一光電轉換元件，係用以對入射光進行光電轉換者；一重 置電晶體，係用以重置前述光電轉換元件者；一放大用電 晶體，係用以將蓄積於前述光電轉換元件之電荷轉換成電 壓者，一水平選擇電晶體，係可依據已朝水平選擇線輸出 之水平選擇信號而朝垂直選擇線輸出前述電壓以作為圖像 資料者。該kTC雜訊減低電路則係用以減低前述重置時所 產生之kTC雜訊者。 【本發明之實施例】 以下，參照第1乃至第5圖以就本發明一實施例之χγ 位址型固體攝影裝置加以說明。首先，參照第丨圖以就作為 本實施例之XY位址型固體攝影裝置之CM〇s影像感測器 之概略構造加以說明。第丨圖係顯示具有列之像素排 列之CMOS影像感測器1之4x 4像素量之電路例者。複數之 像素領域P11〜P44係以矩陣狀排列者，複數之垂直選擇線 CL1〜CL4與水平選擇線RW1〜RW4則係縱橫配置者。各像 素領域PI 1~P44中則形成有光二極體1〇作為光電轉換元 件。而’光電轉換元件亦可使用諸如光閘極（phQtQgate)而 取代光二極體1 0。 CMOS影像感測器丨於各像素領域pi i〜p44皆具有配置 有以諸如M0SFET(本實施例中例示為nch(n通道）M0SFET) 構成之源輸出放大器14及水平選擇電晶體16等之APS構 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、^r_ -9- 541832 A7 -'----- B7 五、發明~) ' 〜 造。 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 以下，則以m為行編號，並以η為列編號而就像素領域 Pmn之電路構造加以說明。像素領域Pmn内之光二極體1〇 之陰極側與諸如n_chMOSFET之重置電晶體丨2之源極及源 輸出放大器14之閘極相連接。 各重置電晶體12之汲極與源輸出放大器14之汲極與可 义重置電壓VR施加之重置電壓供給線VRn相連接。各重置 電晶體12之閘極則與重置信號線RSTm相連接。源輸出放大 器14之源極與諸如n_chM〇SFET之水平選擇電晶體16之汲 極相連接。各水平選擇電晶體16之閘極則與可供入水平選 擇信號RW之水平選擇線RWm相連接。各水平選擇電晶體 16之源極則與垂直選擇線cLn相連接。 水平選擇線RWm係與垂直掃瞄移位暫存器/重置控制 電路4相連接者。藉設於垂直掃瞄移位暫存器/重置控制電 路4内之未予圖示之移位暫存器，即可以預定之時間朝水平 選擇線RWm依次輸出水平選擇信號RW。重置信號線RSTm 亦與垂直掃瞄移位暫存器/重置控制電路4相連接，並可以 預定之時間就各水平選擇線RWm朝像素領域Pmn之重置電 晶體12施加重置信號RST。 重置電壓供給線VRn係與垂直選擇線CLn大致平行配 線，並與垂直選擇線CLn同樣分別與放大器/雜訊消除電路 6相連接者。 垂直選擇’線CLn係經設於放大器/雜訊消除電路6内之 CDS電路6CLn及以諸如n-chMOSFET構成之列選擇電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） -10- 541832 五 、發明説明8( 2〇而與信號共用輸出線3〇相連接者。至於放大器/雜訊消除 電路6内之CDS電路6CLn之構造則留待下面參照第2圖再 加以說明。 重置電麼供給線VRn與電路主要部分設於放大器/雜 訊消除電路6内之kTC雜訊減低電路6~目連接。咖雜訊 減低電路6VRn之構造則留待下面參照第3圖再加以說明。 複數之列選擇電晶體20之閘極係可自水平掃聪移位暫 存器8以預定之時間依次輸人列選擇信號者，已藉放大器/ 雜訊消除電路6而去除固定模式雜訊及沉雜訊之圖像資 料則可依次朝信號共用輸出線3〇輸出’再經放大器Μ而朝 外部系統送出。 訂 鑪 其次，就CMOS影像感測器丨之動作加以簡單說明。首 先，一旦藉重置信號RST而使重置電晶體12於預定之時間 呈接通狀態，即可將光二極體1〇充電至重置電位¥11。接 著，隨著光之入射，光二極體1〇亦開始放電，電位並自重 置電位VR開始降低。於預定時間經過後，一旦朝水平選擇 線RWm輸出水平選擇信號Rw，則水平選擇信號Rw將朝與 該水平選擇線RWm相連接之水平選擇電晶體16之閘極輸 入而使水平選擇電晶體16呈接通狀態。藉此，來自源輸出 放大器14之輸出電壓即可作為像素領域pmn之圖像資料而 朝垂直選擇線CLn輸出。 其次’就放大器/雜訊消除電路6之構造加以說明。如 第2圖所示，放大器/雜訊消除電路6具有與垂直選擇線CLi 相連之取樣保持電路（sampling hold circuit)及相關雙重取 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -11- 541832 A7 _,__ B7 五、發明説明9( ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 樣電路。第2圖中，以圖中左側之虛線表示之方塊係顯示第 1圖左上之像素領域p 11，以作為與垂直選擇線CL丨相連之 複數像素中之例示者。以圖中右側之虛線表示之方塊則係 顯示取樣保持電路及相關雙重取樣電路者。 取樣保持電路設有用以控制已朝垂直選擇線CL丨輸出 之k唬之輸入之取樣保持用開關42。取樣保持用開關42之 輸入側與垂直選擇線CL1之連接點上則連接有定電流電源 40。取樣保持用開關42之輸出側則連接有用以保持已朝垂 直選擇線CL 1輸出之信號之取樣保持用容量44之一電極側 (以下，用以構成容量之2電極，以及閘極以外之電晶體之2 電極將視需要而稱其中一方為一電極，而稱另一方為他電 極）。取樣保持用容量44之他電極側則與基準電壓源46相連 接。 取樣保持用開關42與取樣保持用容量44之一電極側之 連接點上連接有用以構成相關雙重取樣電路之放大器4 $之 輸入端子。放大器48之輸出端子則與相關雙重取樣電路之 CDS用容量50之一電極側相連接，CDS用容量50之他電極 侧則與放大器54之輸入端子相連接。 又，CDS用容量50之他電極側經嵌位開關52而與取樣 保持用容量44之他電極側相連接。CDS用容量50之他電極 側並可藉嵌位開關52之開閉而自基準電壓源46之基準電壓 切斷’或固定於基準電壓。放大器54之輸出端子則經列選 擇電晶體20而與信號共用輸出線30相連接。 其次，參照第2圖以就取樣保持電路及相關雙重取樣電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4规格（21〇x297公楚） -12- 541832 、發明説明ld( (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁} 路之動作加以說明。首先，就自像素領域p丨丨輸出之信號 之傳遞加以簡單說明。一旦朝水平選擇電晶體16之閘極輸 入水平選擇信號RW1，則與為像素領域Pii之光二極體1〇 所蓄積之電荷量相對應之源輸出放大器14之電壓變動將作 為包含圖像資料之信號電壓VS而朝垂直選擇線CL1輸出。 接著，水平選擇電晶體16則將維持接通狀態而朝重置電晶 體12之閘極輸入重置信號rST而使重置電晶體丨2呈接通狀 態，並將光二極體10重置成重置電位VR，且朝垂直選擇線 CL 1輸出重置電壓VR。以上之動作則係於水平遮沒期間内 進行者。 上述之信號傳遞中，舉例言之，取樣保持用開關42及 嵌位開關52可與輸入水平選擇信號rw 1而使水平選擇電晶 體16呈接通狀態同步而呈接通狀態。藉此，即可朝取樣保 持電路之輸入端子施加信號電壓VS。由於嵌位開關52呈接 通狀態，故信號電壓V S可將取樣保持電路之取樣保持用容 量44充電並將CDS用容量50充電。 其次’使欲位開關52呈未接通（off)狀態之後，再輸入 重置信號RST以使重置電晶體12呈接通狀態。藉此，即可 將光二極體10重置成重置電位VR，並朝垂直選擇線CL 1輸 出重置電壓VR。重置電壓VR則可朝取樣保持電路之輸入 端子輸入而保持於取樣保持用容量44。 結果’於CDS用容量50之輸出側將產生相當於信號電 壓VS與重置電壓VR之差之差信號（VS — VR)。該信號則可 為CDS用容量50所保持。藉此，即可得到已去除與信號電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -13- 541832 A7 厂 ---------------- ---------- ---— B7 五、發明説明U() — 壓VS及重置電雙方重疊之固定模式雜訊成分之類 比圖像資料。該類比圖像資料則可自放大器54之輸出端子 經列選擇電晶體20而朝信號共用輸出線3〇輸出。 在放大為/雜訊消除電路6内，上述取樣保持電路及相 關雙重取樣電路6CLn(以了，將兩電路總稱為CDS電路）則 分別設於垂直選擇線CLn上。 另，本實施例之放大器/雜訊消除電路6並設有於各 CDS電路6CLn皆已設置並可與CDS電路6(χη協同動作而 減低kTC雜訊之kTC雜訊減少電路。 以下，參照第3圖以就本實施例之kTC雜訊減少電路 6VRn加以說明。kTC雜訊減少電路6VRn之特徵在於電路構 造之大部分形成於放大器/雜訊消除電路6内，且電路構造 之一部分係兼用像素領域Pmn内之元件者。第3圖中，以圖 中左側之虛線表示之方塊係例示與垂直選擇線cu連接之 像素領域P11者。以圖中右側之虛線表示之方塊則係顯示 放大器/雜訊消除電路6内之CDS電路6CL1&kTC雜訊減少 電路6VR1之主要部分者。另’第3圖中之相關雙重取樣電 路則省略詳細之說明而顯示為1電路方塊。 第3圖中，於放大器/雜訊消除電路6内設有具有與形成 於像素領域P11内之水平選擇電晶體16大致相同之特性之 電路切換用電晶體72，其源極則與垂直選擇線CL丨相連 接電路切換用電晶體72之閘極則可輸入電路切換信號 SWX。電路切換信號swx則係與重置信號RST同步輸出者。 電路切換用電晶體72之汲極與具有與源輸出放大器14 ------------------- 本紙張尺度適财關家標準（CNS) A4規格(210X297公釐)
訂· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -14- 541832 A7 ____ B7 五、發明説明J ) 大致相同之特性之第1差動電晶體62之源極相連接。第1差 動電晶體62之汲極則與諸如MOS型之電晶體64之一電極 側相連接，電晶體64之他電極侧則可受電壓Vdd施加。第 1差動電晶體62之閘極則可輸入重置電壓VR。 另’像素領域Ρ11内之重置電晶體12及源輸出放大器 14之汲極則經可受重置電壓vr施加之重置電壓供給線 VR1而與諸如M0S型之電晶體66之一電極側相連接。電晶 體66之他電極側則可受電壓VDD施加。重置電壓供給線 VR1係於複數之像素領域PU、p21、p31、…之外沿行垂直 選擇線CL 1而形成，而可朝形成於各像素領域p丨丨、p2 j、 P31、…内之複數之重置電晶體12供給重置電壓vr者。 電晶體66之閘極與電晶體64之閘極係共通連接者。 又’並形成有於一電極側連接有第1差動電晶體62與電晶體 64之連接點，他電極側則與電晶體料及電晶體“之閘極連 接之電路切換用電晶體68。電路切換用電晶體68之閘極則 可輸入電路切換信號SWX。另，亦形成有於一電極側連接 有電晶體64及電晶體66之閘極，他電極側則已接地之電路 切換用電晶體70。電路切換用電晶體7〇之閘極則可輪入與 電路切換信號swx極性相反之電路切換信號/swx。 在此，藉使像素領域P11之水平選擇電晶體16及放大 |器/雜訊消除電路6内之電路切換用電晶體68、72呈接通狀 態，並使電路切換用電晶體7〇呈未接通狀態，而將像素領 域P11之源輸出放大器14視為作為與第丨差動電晶體“之 本紙張尺度賴巾關緖準(CNS) A4規格（210X297公釐) --—- -15-
訂— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 541832 A7 ------—__B7_______ 五、發明説明1；( ) 有電流鏡電路（current mirror circuit)而取代附加電阻之 差動放大器。電流鏡電路則包含有一電極側已與閘極直接 連結之電晶體64 ,以及具有可與電晶體64之他電極側一同 受電壓VDD施加之他電極側並具有已與電晶體64之閘極 共通連接之閘極之電晶體66。 以上，參照第3圖而說明之電路係本實施例之kTC雜訊 減 >、電路6VR1之電路構造，雖然已省略圖示，但其他^丁匸 雜訊減少電路6VRn亦具有相同之構造。如上所述，kT(：雜 訊減少電路6VRn係電路構造之大部分形成於放大器/雜訊 /肖除電路6内，且兼用像素領域pmn内之元件作為電路構造 之一部分者。 其次，以第3圖所示之kTC雜訊減少電路6VR1為例， 而就用以減低kTC雜訊之動作加以說明。首先，至重置期 間結束之前為止，水平選擇電晶體16及電路切換用電晶體 68、72皆呈接通狀態，電路切換用電晶體7〇則呈未接通狀 悲。因此，kTC雜訊減少電路6VR1i主要部分與像素領域 1内之元件電性連接，kTC雜訊減少電路6Vri並作為差 動放大器而發揮機能，而呈進行kTC雜訊減低動作之狀態。 重置^號RST —旦成非活性位準，水平選擇電晶體J 6 及電路切換用電晶體68、72將呈未接通狀態，電路切換用 電曰b體70則呈接通狀態。藉此，即可使kTC雜訊減少電路 6VR1之主要部分與像素領域p 1丨内之元件電性分離，且使 TC雜汛減少電路6VR1不再發揮差動放大器之機能而呈 不進行kTc雜訊減低動作之狀態。另，像素領域pu内之各 中國國家標準(cns) A4規格⑵〇Χ297公釐) --
訂I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -16- 541832 A7 B7
五、發明説明J 兀件則可進行原本之信號蓄積動作。 接著，CDS電路6CL1之取樣保持用開關42及嵌位開關 52將與經過預定時間後輸入水平選擇信號rwi而使水平選 擇電晶體16呈接通狀態時同步關閉，而使已朝垂直選擇線 CL1輸出之來自像素領域pn之源輸出放大器14之信號電 壓VS為取樣保持用容量44及CDS用容量50所充電。 其次’使嵌位開關52呈未接通狀態並使電路切換用電 晶體70呈未接通狀態，而使電路切換用電晶體68、72呈接 通狀態。藉此，kTC雜訊減少電路6VR1即可再度作為差動 放大器而發揮機能，而呈kTC雜訊減低之動作狀態。該狀 態下’則與朝像素領域P11之重置電晶體12之閘極施加重 置信號RST時同步，而朝第1差動電晶體62之閘極供給重置 電壓VR。 藉此’即可於重置電晶體12呈接通狀態之期間内，控 制kTC雜訊減少電路6VR1之電流鏡電路之輸出侧電晶體 66之輸出電壓（=重置電壓vr)，而使光二極體1〇之陰極侧 之電位維持於重置電壓VR。如上所述，kTC雜訊減少電路 6VR1可於重置動作時作為放大率為1之運算放大器而發揮 機能。 如此一來，即可使凡重置光二極體10即產生之kTC雜 訊大致一定，而使與包含信號蓄積前之kTC雜訊之信號電 壓VS及信號蓄積後之重置電壓Vr重疊之kTC雜訊彼此產 生連帶關係。一旦使用kTC雜訊減少電路6VR1而將光二極 體1 〇重置成重置電位VR，即可對垂直選擇線CL 1輸出重置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） # (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— -17- 541832 A7 ____ B7 五、發明説明d ) 電壓VR。重置電-VR則可朝取樣保持電路之輸入端子輸 入而保持於取樣保持用容量44。 結果，於CDS電路6CL1iCDS用容量5〇之輸出側將產 生相當於信號電壓vs與重置電壓VR之差之差信號（vs — VR)。該信號則可為CDS用容量5〇所保持。藉此，即可得 到已去除與信號電壓VS及重置電壓VR雙方重疊之固定模 式雜訊成分並已去除kTC雜訊之類比圖像資料。該類比圖 像貝料則可自放大器54之輸出端子經列選擇電晶體2〇而朝 信號共用輸出線30輸出。 根據本實施例之kTC雜訊減少電路6VRn，由於電路主 要部分配置於像素領域外，且，進行kTC雜訊減低動作時， 使用像素領域之元件作為電路構造之一部分而構成電路， 故不致使像素之開口數降低，而可減低kTC雜訊。 另，即便使作為差動對之第j差動電晶體62與源輸出放 大器14之大小等一致而具有相同特性，亦可能產生視兩者 間之配線距離不同而變化之偏移（〇ffset)電壓。且，由於源 輸出放大器14之電晶體較小，故偏移電壓將為數十mV。由 於如此則用以朝光二極體10之陰極側施加之重置電壓vr 將於複數之像素領域中產生偏差，故較不適宜。若為小至 一定程度之偏移電壓，則雖可以配置於後段之cDS電路 | 6CLn加以去除，但為確實加以去除，則宜***以第4圖之 虛線包圍之偏移修正電路。 第4圖係顯示偏移修正電路8〇之概觀者。偏移修正電路 80之主要部設於放大器/雜訊消除電路6之内。偏移修正電 ^紙張尺度適财關家鱗_ A4祕⑵_) ----- -18-
訂— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（1δ ) 路8〇具有偏移修正用電晶體82,係***於可朝第1差動電晶 體62之閘極施加之重置電壓VR之輸入段者。偏移修正用電 晶體82之一電極側則與第！差動電晶體62之閘極相連接。 又偏移修正電路80並具有偏移修正用電晶體％，係於一 電極側連接有可於kTC雜訊減少電路6vR1作為差動放大 器而發揮機能時輸出業經控制之重置電壓VR之重置電壓 供給線VR1者。偏移修正用電晶體86之他電極側則連接有 偏移修正用電晶體84及偏移修正用容量88之一電極側。偏 移修正用電晶體84之他電極側與偏移修正用電晶體82之一 電極側相連接，偏移修正用電晶體82之他電極側則與第1 差動電晶體62之一電極側（即第！差動電晶體62之閘極）相 連接。 以下，就具上述構造之偏移修正電路8〇之偏移電壓去 除動作加以說明。首先，電路切換用電晶體68、7〇、72可 與朝重置電晶體12之閘極施加重置信號RST同步而動作， 以使kTC雜訊減少電路6VR1作為差動放大器而發揮機 月b。於该重置期間之初期，偏移修正用電晶體82、86呈接 通狀態，偏移修正用電晶體84則呈未接通狀態。因此，將 對第1差動電晶體之閘極施加重置電壓VR，並經差動放大 器而朝重置電壓供給線VR1輸出包含偏移電壓VO之電壓 值VR+VO。因此，偏移電壓v〇可保持於偏移修正用電晶 體82〇 其次，一旦使偏移修正用電晶體82、86呈未接通狀態 而使偏移修正用電晶體84呈接通狀態，則電壓值+ v〇 541832 A7 ____ B7 五、發明説明G ) 將作為重置電壓而朝第1差動電晶體之閘極施加。藉此，即 可經差動放大器而朝重置電壓供給線VR1輸出所欲之重置 電壓VR。本動作則係於重置期間之初期階段進行者。藉 此’即可朝各像素領域Pmn供給無偏差之重置電壓vr。 第5圖係與比較例一同顯示本實施例之XY位址型固體 攝影裝置之kTC雜訊減低效果之模擬圖。圖中，橫軸代表 時間’縱軸則代表電壓值。圖中虛線α係顯示本實施例之 ΧΥ位址型固體攝影裝置之效果之曲線，實線石則係顯示習 知之ΧΥ位址型固體攝影裝置之曲線。第5圖係顯示於時間 120nsec朝重置電晶體輸入重置信號RST，而使光二極體之 陰極側之電位昇至約1.9V後再200nsec左右之後，1 〇mV2 DC成为之kTC雜訊已重疊時之來自CDS電路之輸出電壓值 者。如附圖所示，習知之χγ位址型固體攝影裝置中，無法 以CDS電路減低kTC雜訊，而出現了與已重疊ikTC雜訊位 準大致相同位準之約l〇mV之雜訊成分。相對於此，本實施 例之XY位址型固體攝影裝置中，來自CDS電路之輸出電壓 值之變動僅為0.2 5mV左右而已得到極佳之kTC雜訊減低效 果。 以上所說明之實施例之χγ位址型固體攝影裝置並可 匯整如下。 (附記1) 一種XY位址型固體攝影裝置，包含有：一像素領域， 包括··一光電轉換元件，係用以對入射光進行光電轉換者； 一重置電晶體，係用以重置前述光電轉換元件者；一放大 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁)
-20- 五、發明説明（8 ) 用電晶體，係用以將蓄積於前述光電轉換元件之電荷轉換 =壓者；一水平選擇電晶體，係可依據已朝水平選擇線 2之水平選擇信號而朝垂直選擇線輸出前述電壓以作為 m料者；及，一kTC雜訊減低電路，係用以減低前述 董置時所產生之kTC雜訊者。 (附記2) 如附記kXY位址型固體攝影裝置，前述kTc雜訊減 內電路係於進行kTC雜訊減低動作時，使用前述像素領域 N之7G件作為電路構造之一部分者。 (附記3) 如附記2之灯位址型固體攝影裝置，前述咖雜訊減 p路具有一電路切換用電晶體，係可於進行前述動作時 後:迷像素領域内之元件電性連接，而於未動作時與前述 像素領域内之元件電性分離者。 (附記4) 如附記w中任一項之χγ位址型固體攝影裝置，更具 重置電麗供給線’於前述像素領域外沿行前述垂直選擇 、而形成’係用以朝前述重置電晶體供給重置電麼者。 (附記5) 如附記3或4之^位址型固體攝影裳置，前述沉雜訊 :電路具有可於進行前述動作時構成差動放大器之第1 電晶體，而，前述像素領域内之前述放大用電晶體則 前^進行前述kTC雜訊減低電路之動作時，用以作為與 月’L 1差動電晶體配對之第2差動電晶體者。 五、發明說明（9 ) (附記6) 如附記5之XY位址型固體攝影裝置，前述電路切換用 電晶體係設於前述第！差動電晶體與前述垂直選擇線間者。 (附記7) 、、如附記5或6之XY位址型固體攝影裝置，前述kTC雜訊 減低電路於前述差動放大器内設有電流鏡電路。 (附記8) ^如附記7之χγ位址型固體攝影裝置，前述電流鏡電路 係與前述重置電壓供給線相連接者。 (附記9) 如附記1〜8中任一項之ΧΥ位址型固體攝影裝置，更具 有★雜Λ消除電路，係用以去除與前述圖像資料重疊之固 疋模式雜訊者，而，前述kTC雜訊減低電路巾，除前述像 素項域内之元件以外之電路則係配置於前述雜訊消除電路 内者。 (附記10) 如附記9之χγ位址型固體攝影裝置，其中前述雜訊消 除電路係於各前述垂直選擇線設有用以保持與雜訊去除後 之前述圖像資料相對應之電荷之相關雙重取樣電路者。 (附記11) 如附記5〜1 〇中任一項之χγ位址型固體攝影裝置，其更 具有一偏移修正用電路，係用以修正視該放大用電晶體與 該第1差動電晶體間之配線距離而變化之偏移電壓者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -22- 541832 A7 B7 五、發明説明fo ) 【發明之效果】 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如以上之說明，根據本發明，即可實現元件尺寸小而 具有較大開口數，並可減低kTC雜訊之ΧΥ位址型固體攝影 裝置。 【圖式之簡單說明】 第1圖係顯示本發明一實施例之CMOS影像感測器1之 4x 4像素量之電路例者。 第2圖係顯示本發明一實施例之CMOS影像感測器1之 取樣保持電路及相關雙重取樣電路之電路例者。 第3圖係顯示本發明一實施例之CMOS影像感測器1之 kTC雜訊減低電路之電路例者。 第4圖係顯示本發明一實施例之CMOS影像感測器1之 偏移電壓修正電路之電路例者。 第5圖係顯示本發明一實施例之CMOS影像感測器1之 效果者。 第6圖係顯示使用CMOS影像感測器之習知之XY位址 型固體攝影裝置者。 第7圖係顯示使用CMOS影像感測器之習知之XY位址 型固體攝影裝置之另一例者。 第8圖係顯示使用CMOS影像感測器之習知之XY位址 型固體攝影裝置之其他例者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -23- 541832 A7 B7 五、發明説明) 【主要元件符號之說明】 1…CMOS影像感測器 4…垂直掃瞄移位暫存器/重 置控制電路 6…放大器/雜訊消除電路 6CL1 〜6CL4、6CLn."CDS 電 路 6VR1 〜6VR4、6VRn ··· kTC 雜訊減低電路 8…水平掃瞄移位暫存器 10、400…光二極體 12、402…重置電晶體 14、404…源輸出放大器 16、406…水平選擇電晶體 20···列選擇電晶體 30…信號共用輸出線 48、54、412···放大器 40、414…定電流電源 42…取樣保持用開關 44…取樣保持用容量 46…基準電壓源 50-..CDS用容量 52…嵌位開關 62…第1差動電晶體 64、66···電晶體 68、70、72···電路切換用電 晶體 80…偏移修正電路 82、84、86···偏移修正用電 晶體 88…偏移修正用容量 CL1〜CL4、CLn···垂直選擇 線 P11〜P44、Pmn···像素領域 RST…重置信號 RST1 〜RST4、RSTm···重置 信號線 RW1 〜RW4、RWn···水平選 擇線 VR···重置電壓 VR1〜VR4、VRn···重置電壓 供給線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -24-

Claims (1)

  1. 體 541832 申請專利範園 i 一種χγ位址型固體攝影裝置，包含有： 一像素領域，包括： 一光電轉換元件，係用以對入射光進行光電轉換 者， 重置電a日體，係用以重置前述光電轉換元件者； 一放大用電晶體，係用以將蓄積於前述光電轉換元 件之電荷轉換成電壓者； 一水平選擇電晶體，係可依據已朝水平選擇線輸出 之水平選擇信號而朝垂直選擇線輸出前述電壓以 作為圖像資料者；及 一 kTC雜訊減低電路，係用以減低前述重置時所產生 之kTC雜訊者。 •如申凊專利範圍第丨項之χγ位址型固體攝影裝置，其 中前述kTC雜訊減低電路係於進行kTC雜訊減低動作 時，使用前述像素領域内之元件作為電路構造之一 分者。 •如申凊專利範圍第2項之χγ位址型固體攝影裳置，其 中别述kTC雜訊減低電路具有一電路切換用電晶體， 係可於進行前述動作時與前述像素領域内之元件電性 連接，而於未動作時與前述像素領域内之元件電性分 離者。 4. 2請專利範圍第卜2或3項之灯位址型固體攝影 :义’、更具有重置電壓供給線，於前述像素領域外沿 仃則述垂直選擇線而形成，係用以朝前述重置電晶 本紙張尺度翻?
    、可丨 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -25- 供給重置電壓者。 如：請專利範圍第4項之χγ位址型固體攝影裝置，其 中則述kTC雜訊減低電路具有可於進行前述動作時構 成差動放大器之第i差動電晶體， 、 I前述像素領域内之前述放大用電晶體縣可於進行 則述kTC雜訊減低電路之動作時，用以作為與前述第1 差動電晶體配對之第2差動電晶體者。 如申明專利範圍第5項之χγ位址型固體攝影裝置，其 中前述電路切換用電晶體係設於前述第1差動電晶體 與前述垂直選擇線間者。 Ηθ 如:請專利範圍第6項之ΧΥ位址型固體攝影裝置，其 中刖述kTC雜訊減低電路於前述差動放大器内設有電 流鏡電路。 如:請專利範圍第7項之XY位址型固體攝影裝置，其 中前述電流鏡電路係與前述重置電壓供給線相連接 者0 如申請專利範圍第i項之灯位址型固體攝影裝置，更 ^有—雜訊消除電路，係用以去除與前述圖像資料重 «之固定模式雜訊者， 而，前述kTC雜訊減低電路中，除前述像素領域内之 元件以外之電路則係配置於前述雜訊消除電路内者。 如申請專利範圍第9項之X γ位址型固體攝影裝置，其 中釗述雜汛消除電路係於各前述垂直選擇線設有用以 應之電荷之相 保持與雜訊去除後之前述圖像資料相對 關雙重取樣電路者。
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