TW554546B - Image pickup apparatus - Google Patents
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Description
554546 A7 __ _ _B7_ 五、發明説明(j 發明背景 發明領域 本發明係有關一種固態影像拾取裝置,其被廣泛地使 用於,例如,視頻相機、數位靜態相機、及影像掃描器之 影像輸入裝置中。 相關背景技術 近年來,爲了獲得較高的解析度,業界係積極地尋求 使用微型化程序以減小光電轉換元件之單元尺寸,但光電 轉換信號輸出之伴隨的損失已使業界注意到其能夠放大並 輸出光電轉換信號之放大型固態影像拾取裝置。此種放大 型固態影像拾取裝置包含Μ ◦ S型、A Μ I、C M D、 BAS I S,等等。其中,MOS型累積一產生於閘電極 中之光二極體上的光學載子,並根據來自一掃瞄電路之驅 動時序,執行電荷放大以輸出電位改變至一輸出部。近年 來,於Μ〇S型之中,特別注意一種C Μ〇S型固態影像 拾取裝置,其中包含光電轉換部分及其周邊電路之整個架 構係使用C Μ〇S程序而被形成。 圖1 2顯示一種傳統的C Μ〇S型固態影像拾取裝置 之方塊圖。於圖1 2中,參考數字1代表一像素部分,參 考數字2代表一垂直掃瞄電路區塊,用以執行垂直掃瞄, 符號D 1 1 D 3 3代表光二極體,符號M2 1 1 -M2 3 3代表重設MOS s ,用以重設光二極體之電荷, 符號“3 11-1^333代表放大1\4〇88,用以放大光 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210x297公釐) " 一 V----------^^1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 554546 A7 B7 五、發明説明(2> 二極體之電荷,符號M4 1 1 -M4 3 3代表選取 M〇S s ,用以選取列,符號V 1 - V 3代表垂直信號線 路’參考數字M51—M53代表負載MOSs ,其作用 爲放大M〇Ss之負載,符號M50代表一輸入MOS, 用以設定一流至負載Μ〇S s之恆定電流,及參考數字5 代表一電壓輸入終端,用以設定輸入Μ ◦ S之一閘極電壓 〇 以下將解釋其操作。當光進入光二極體D 1 1 -D 3 3時,光信號電荷被產生並累積。信號之讀取係由垂 直偏移電阻2所執行,垂直偏移電阻2係垂直地掃瞄列以 讀出信號至垂直掃瞄線路V 1 - V 3 (依成列之順序)。 首先,當第一列被選取時,其連接至選取MOS s Μ4 1 1 — Μ4 3 1之閘極的P SEL改變至高位準,且 放大Μ〇S s Μ 3 1 1 — Μ 3 3 1變爲活性。結果,來 自第一列之信號被讀出至垂直信號線路V 1 - V 3。接下 來,其連接至重設MOS s M2 1 1— M2 3 1之閘極 的P R E S 1改.變至高位準且累積於光二極體D 1 1 -D 3 1中之電荷被重設。接下來,第二列被選取且第二列 之信號被類似地讀出至垂直信號線路V 1 - V 3。第三及 後續的列被類似地依序讀出至垂直信號列V 1 - V 3。 然而,依據上述讀取操作,光信號變得越大,則垂直 信號線路V 1 - V 3之電壓變得越低。再者,因爲垂直信 號線路V 1 — V 3被連接至負載Μ〇S s Μ 5 1 —
Μ 5 3之汲極,所以負載Μ〇S s之電流値係由於Μ〇S 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(21〇、〆297公釐) .j--知----------裝^ιρ — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 線 -5- 554546 A7 —B7 五、發明説明(3) 電晶體之一通道長度調變效應而改變,當垂直信號線路上 之電壓改變時。因此,流至一共同G N D線路4 (於某一 列之讀出期間)改變,根據光所進入之像素變成的數目, 或者根據其已進入其中之光的量。 另一方面,由於晶片尺寸等之限制,所以G N D線路 4可僅具有有限値之線路寬度,而因此其具有某一阻抗。 再者,因爲流至負載Μ〇S之恆定電流的値係藉由施加一 輸入電壓5於輸入Μ〇S Μ 5 0的閘極與一絕對G N D (例如一外板之接地電位)之間而被設定,所以設定之電 流的値係由於一電壓降而改變,此電壓降係由G N D線路 4之阻抗及其流動之電流所決定。因此,光所進入之像素 的數目變得越大,或者入射光之量變得越大,則G N D線 路4中之電壓降變得越小而負載Μ ◦ S S之設定電流變得 越大。 於一情況下(其中一強光已進入一既定列中之僅僅某 些像素),則負載Μ〇S s之電流値亦增加於其中光未進 入之像素中(即,黑暗像素),而因此介於其放大Μ〇S 的閘極與源極之間的電壓增加。此現象致使黑暗像素之輸 出電壓不同於其包含有強光進入之像素的列與無強光進入 之像素的列之間,而因此有一問題,即其一白色條發生於 一影像上的一點之左及右,於此影像上係入射一聚光燈。 再者,於一種具有光學黑(◦ Β )像素之固態影像拾取裝 置中,其來自黑暗像素及0Β像素之輸出電壓係不同於一 線路(其包含有強光進入之像素)與一線路(其不包含有 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -------I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 -6 - 554546 A7 B7 五、發明説明(j 強光進入之像素)之間,而因此發生如上所述之類似問題 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明槪述 本發明之一目的係獲得一高品質之影像。 爲了達成上述目的,提供一種影像拾取裝置,包括: 一包含一光電轉換元件及一放大元件之像素,此放大 元件被配置以放大並輸出一產生於光電轉換元件中之信號 J 一負載電晶體,其被配置以控制流動於放大元件中之 電流;及 一電位控制元件,其被配置以抑制其爲放大元件之一 輸出側的負載電晶體之第一主電極區中的電位波動。 此外,依據本發明之另一型態,提供一種影像拾取裝 置,包括: 一包含一光電轉換元件及一放大元件之像素,此放大 元件被配置以放大並輸出一產生於光電轉換元件中之信號 7 一負載電晶體,其被配置以控制流動於放大元件中之 電流; 一控制電晶體,其被串聯至其爲放大元件之一輸出側 的負載電晶體之第一主電極;及 一驅動電路,其被配置以施加一恆定的第一電壓至控 制電晶體之一控制電極區,於信號被讀取自放大元件期間 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • W·— ·
、1T •線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) 經濟部智慈財產局員工消t合作社印製 554546 A7 B7 ____ 五、發明説明(5) 以及於信號未被讀取自放大元件期間。 本發明之其他目的及特徵將從以下本發明之實施例的 說明變得淸楚明白。 圖形簡述 圖1係說明本發明之第一實施例的一種固態影像拾取 裝置之方塊圖; 圖2係說明本發明之第二實施例的一種固態影像拾取 裝置之方塊圖; 圖3係一時序圖,用以解釋本發明之第二實施例的操 作; 圖4係說明本發明之第三實施例的一種固態影像拾取 裝置之方塊圖; 圖5係說明本發明之第四實施例的一種固態影像拾取 裝置之方塊圖; 圖6係說明本發明之第五實施例的一種固態影像拾取 裝置之方塊圖, 圖7係說明本發明之第六實施例的一種固態影像拾取 裝置之方塊圖; 圖8係一時序圖,用以解釋本發明之第六實施例的操 作; 圖9係說明本發明之第七實施例的一種固態影像拾取 裝置之方塊圖; 圖1 0係說明本發明之第八實施例的一種影像拾取系 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
-8- 554546 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明(q) 統之方塊圖; 圖1 1係說明本發明之第九實施例的一種影像拾取系 統之方塊圖; 圖1 2係代表習知技術之一圖形。 元件對照表 1 :像素部分 2:垂直掃瞄電路區塊 3:恆定電壓機構 4 : G N D線路 5:電壓輸入終端 6:電壓輸入終端 7:水平掃瞄電路區塊 8 :差動電路區塊 9:控制信號輸入終端 1 0 :操作放大器 11:固態影像拾取裝置 12:可規程增益放大器 1 3 : A D轉換器 1 4 :數位輸出 101:障壁 1〇2 :透鏡 1〇3 :虹膜 1 0 4 :固態影像拾取裝置 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .i--VI.
、1T 線 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ 297公釐) -9- 554546 A7 B7 五、發明説明(7) 1 0 5 :影像拾取信號處理電路 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 106: A/D轉換器 1 0 7 :信號處理單元 108 :時序產生單元 1 0 9 :系統控制及操作單元 110:記憶體單元 1 1 1 :介面單元 較佳實施例之敘述 圖1係依據本發明之一種固態影像拾取裝置的第一實 施例之方塊圖。構成固態影像拾取裝置之電路元件並非特 別由半導體積體電路之製造技術所限制,而元件被形成於 一諸如單晶矽之單一半導體基底上。此外,爲了簡化之目 的,本發明被構成爲如圖1中具有3列及3行之一像素陣 列,但本發明並不限定於此尺寸。 經濟部智总財產局員工消費合作社印製 現在將使用圖1以解釋本發明之固態影像拾$裝置的 架構。於本範例中,用以產生光信號電荷之光二極體 D 1 1 - D 3 3被接地於其陽極側上。光二極體D 1 1 - D 3 3之陰極側被連接至放大Μ〇S s Μ 3 1 1 一 Μ 3 3 3之閘極。此外,用以重設放大Μ〇S s Μ31 1— Μ333 之重設M〇Ss M21 1 一 M2 3 3的源極被連接至放大M〇S s Μ 3 1 1 " Μ333之閘極,而重設M〇Ss Μ 2 1 1 - M 2 3 3 之汲極被連接至重設電源供應。此外,放大Μ 〇 S s 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -10- 554546 A 7 B7 五、發明説明(β M3 1 1 — M3 3 3之汲極被連接至用以供應供應電壓之 選取M〇Ss M41 1 — M433。重設M〇S 2 1 1之閘極被連接至第一列選取線路(垂直掃瞄線路) P R E S 1 ,其被配置以沿著一水平方向延伸。配置於相 同列中之其他像素單元中之類似重設Μ〇S s Μ 2 2 1 及Μ 2 3 1的閘極亦被共同地連接至第一列選取線路 PRES1 。選取M〇S Μ41 1之閘極被連接至一第 二列選取線路(垂直掃瞄線路)P S E L 1 ,其被配置以 沿著水平方向延伸。配置於相同列中之其他像素單元中之 類似選取Μ〇S s Μ 4 2 1及Μ 4 3 1的閘極亦被共同 地連接至第二列選取線路P S E L 1。第一及第二列選取 線路被連接至一垂直掃瞄電路區塊2且根據一操作時序( 將描述於後)而被供應以信號電壓。圖1中所示之剩餘線 路亦設有類似構成的像素單元及列選取線路。垂直掃瞄電 路區塊2中所形成之PRES2 - PRES 3及 P S E L 2 - P S E L 3被提供爲這些列選取線路。 放大Μ〇S Μ 3 1 1之源極被連接至一垂直信號線 路V 1 ,其被配置以沿著一垂直方向延伸。配置於相同行 中之像素單元中之類似放大M〇S s M3 1 2及 Μ 3 1 3的源極亦被連接至垂直信號線路V 1。垂直信號 線路V 1被連接至一作用爲負載元件之一負載μ〇S Μ 5 1,經由一作用爲恆定電壓機構3之一閘極接地 Μ〇S Μ 7 1 。Μ 7 1之閘極被連接至一用以供應閘極 電壓之電壓輸入終端6。圖1中所示之剩餘的垂直信號線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慈財產局員工消费合作社印製 -11 - 554546 A7 B7 五、發明説明(d 路V 2 — V 3類似地具有放大Μ〇S S、閘極接地 M〇Ss及其所連接之負載MOSs。此外,負載 M〇S s M5 1 — M5 3之源極被共同地連接至一 G N D線路4,而其閘極被連接至一輸入Μ〇S Μ 5 0 之一閘極以及連接至一電壓輸入終端5。 接下來,將解釋其操作。當光進入光二極體D 1 1 -D 3 3時,則光信號電荷被產生並累積。信號之讀取係由 其垂直地一列接一列掃瞄之垂直偏移電阻2來執行,且信 號被依序地讀出至垂直信號線路V 1 - V 3。首先,當第 一列被選取時,P S E L 1被連接至選取Μ〇S s Μ 4 1 1 - Μ 4 3 1 (其改變爲一高位準)之閘極,且放 大M〇Ss M31 1 - M331變爲活性。結果,來自 第一列之信號係由垂直信號線路V 1 - V 3讀出。接下來 ,其連接至重設M〇S s M21 1— M23 1之閘極的 P R E S 1改變至高位準並重設其累積於光二極體D 1 1 一 D 3 1中之電荷。接下來,第二列被選取且來自第二列 之信號被類似地讀出至垂直信號線路V 1 - V 3。第三列 及後續的列係依序由垂直信號線路V 1 - V 3類似地讀出 〇 當(例如)第一列係依據上述操作而被讀出時,即使 其讀出至垂直信號線路V 1 - V 3之信號電壓有所改變時 ,負載M〇S s M5 1 — M5 3之汲極電壓仍不會改變 ,因爲其係由閘極接地M〇S s M7 1 — M7 3之源極 電壓所決定。因此,即使於讀出極大信號電荷之情況下, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 線 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -12- 554546 A7 B7__
五、發明説明(A 其來自負荷Μ〇S s Μ 5 1 — Μ 5 3之電流値仍可被保 持僅具極小改變。因此,因爲其已有光進入之像素的數目 以及所接收之光的量均不會造成G N D線路4之電壓降量 的改變,所以負載Μ〇S s Μ 5 1 - Μ 5 3之設定電流 被保持於其固定位準,而無論讀取哪一線路。依據上述架 構,來自黑暗像素(及來自〇Β像素)之輸出電壓於一列 (其包含有強光進入之像素)與一列(其不包含有強光進 入之像素)之間是相等的,而因此不會發生一問題,即一 白色條產生於一其上入射有強光之影像中,藉此得以獲得 一淸晰的影像。 第二實施例 圖2係依據本發明之第二實施例的固態影像拾取裝置 之一方塊圖。於第二實施例中之一像素部分1係藉由加入 下列元件至第一實施例中而構成··轉移Μ〇S s Ml 1 1 — Ml 3 3,用以傳送光二極體中所累積之光信 號電荷於光二極體D 1 1 - D 3 3的陰極側與放大 Μ〇S s Μ 3 1 1 — Μ 3 3 3的閘極之間。 轉移Μ〇S Μ 1 1 1之閘極被連接至一第三列選取 線路(垂直掃瞄線路)Ρ Τ X 1 ,其被配置以沿著水平方 向延伸。配置於相同列中之其他像素單元中之類似轉移 Μ〇S s Μ 1 2 1及Μ 1 3 1的閘極亦被共同地連接至 第三列選取線路。第三列選取線路係類似於第一及第二列 選取線路而被連接至垂直掃瞄電路區塊2,且其係根據一 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 1--------— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 554546 A7 B7 五、發明説明(> 操作時序(將描述於後)而被供應以一信號電壓。除了上 述之外的像素部分係類似於圖1 ,而相同的參考數字係指 定相同的結構元件。 此外,垂直信號線路V 1係經由一雜訊信號轉移開關 Ml 1而被連接至一電容CTN1 (用以暫時地保持一雜 訊信號),且係類似地經由一光信號轉移開關Μ 2 1而被 連接至一電容C T S 1 (用以暫時地保持一光信號)〇雜 訊信號保持電容C Τ Ν 1及光信號保持電容C T S 1之相 反側上的終端被接地。雜訊信號轉移開關Μ 1 1與雜訊信 號保持電容C Τ Ν 1之一連接點、以及光信號轉移開關 Μ 2 1與光信號保持電容C T S 1之一連接點,係個別地 透過保持電容重設開關Μ 3 1及Μ 3 2而被接地,且係經 由水平轉移開關Μ 4 1及Μ 4 2而亦被連接至一差動電路 區塊8,用以獲得一介於光信號與雜訊信號之間的差異。 水平轉移開關Μ 4 1及Μ 4 2之閘極被共同地連接至 一行選取線路Η 1 ,且被連接至一水平掃瞄電路區塊7。 圖2中所示之剩餘的行V 2 - V 3亦設有具類似結構之讀 取電路。此外,其連接至各行之雜訊信號轉移開關Μ 1 1 —Μ 1 3及光信號轉移開關Μ 2 1 - Μ 2 3的閘極被個別 地共同連接至ΡΤΝ及PTS,且根據操作時序(將描述 於後)而各被提供以信號電壓。 接下來,將參考圖3以解釋本實施例之操作。當欲讀 出光信號電荷自光二極體D 1 1 - D 3 3時,其連接至重 設M〇S s M21 1— M231之閘極的PRES1改 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 線 經濟部智慈財產局W工消費合作社印製 -14 - 經濟部智魅財產局8工消費合作社印製 554546 A7 _B7 ____
五、發明説明(A 變至高位準。結果,放大M〇Ss M311-M331 之閘極被重設至重設電源供應在其連接至重設M〇s s Μ 2 1 1 — Μ 2 3 1之閘極的P R E S 1回到低位準之後 ,則其連接至選取M〇S s M4 1 1 - M4 3 1之閘極 的P S E L 1及其連接至雜訊信號轉移開關Μ 1 1 -Μ 1 3之閘極的Ρ Τ Ν均改變至高位準。因此’具有重設 雜訊疊置於其上之重設信號(雜訊信號)被讀取至雜訊信 號保持電容CTN1 - CTN3 °接下來’其連接至雜訊 信號轉移開關Μ 1 1 - Μ 1 3之閘極的Ρ Τ Ν回到低位準 〇 接下來,其連接至轉移M〇S s Mill- M 1 3 1之閘極的Ρ Τ X 1改變至高位準,且光二極體 D 1 1D3 3中之光信號電荷被傳送置放大M〇S s M3 1 1 - M3 3 1之閘極。在其連接至轉移M〇S s Μ 1 1 1 — Μ 1 3 1之閘極的Ρ Τ X 1回到低位準之後’ 則其連接至光信號轉移開關Μ 2 1 - 2 3之閘極的Ρ T S 改變至高位準。結果,光信號被讀出至光信號保持電容 CTS 1 - CTS 3。接下來,其連接至光信號轉移開關 Μ 2 1 — 2 3之閘極的Ρ T S回到低位準。於到此爲止之 操作中,來自其連接至第一列之像素單元的雜訊信號及光 信號均被保持於其被連接至各行之雜訊信號保持電容 CTN1-CTN3及光信號保持電容CTS1-C T S 3 中。 接下來,其連接至重設M〇S s Μ 2 1 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -15- 554546 A7 B7
五、發明説明(A Μ 2 3 1之閘極的P R E S 1以及其連接至轉移μ〇S s •Μ 1 1 1 — Μ 1 3 1之閘極的Ρ Τ X 1均改變至高位準, 且光二極體D 1 1 - D 3 3中之光信號電荷被重設。之後 ,來自水平掃瞄電路區塊7之信號Η 1 — Η 3致使每一行 之水平轉移開關Μ 4 1 - Μ 4 6的閘極依序改變至高位準 ,而其被保持於雜訊信號保持電容C Τ Ν 1 - C Τ Ν 3及 光信號保持電容CTS 1 - CTS 3中之電壓被依序讀出 至差動電路區塊。於差動電路區塊上,介於光信號與雜訊 信號之間的差異被取得,且被依序輸出至一輸出終端 〇U Τ。因此,其連接至第一列之像素單元的讀取便完成 〇 之後,在讀取第二列之前,其連接至雜訊信號保持電 容CTN1— CTN3及光信號保持電容CTS 1 -CTS 3之重設開關M3 1 — M3 6的閘極之P CTR改 變至高位準,而電容係藉由接地而被重設。後續之操作係 類似的,以致其連接至第二及後續列之像素單元的信號被 依序讀出,藉由來自垂直掃瞄電路區塊之信號,而因此完 成所有像素單元之讀取。 當,例如,第一列係依據上述操作而被讀出時,則即 使其讀出自垂直信號線路V 1 - V 3之信號電壓有所改變 ,其負載M〇S s Μ5 1— Μ5 3之汲極電壓仍不會改 變’,因爲其係由閘極接地Μ〇S s Μ 7 1 — Μ 7 3之源 極電壓所決定。因此,即使於讀出極大信號電荷之情況下 ,其來自負荷M〇S s Μ5 1 - Μ5 3之電流値仍可被 ----------^w — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) -16- 554546 A7 B7 五、發明説明(山 保持僅具極小改變。因此,因爲其有光進入之像素的數目 以及所接收之光的量均不會造成G N D線路4之電壓降量 的改變,所以負載Μ〇S s Μ 5 1 — Μ 5 3之設定電流 被保持於其固定位準,而無論讀取哪一線路。 依據上述架構,則來自黑暗像素(及來自〇Β像素) 之輸出電壓於一列(其包含有強光進入之像素)與一列( 其不包含有強光進入之像素)之間是相等的,而因此不會 發生一問題,即一白色條產生於一其上入射有強光之影像 中,藉此得以獲得一淸晰的影像。 第三實施例 圖4係依據本發明之固態影像拾取裝置的第三實施例 之一方塊圖。於本實施例中,像素部分1之結構係不同於 前述實施例。於本實施例中,放大Μ〇S s Μ 3 1 1 -Μ 3 3 3之汲極被直接連接至電源供應。放大Μ〇S 311之源極係經由選取M〇S M411而被連接至垂 虐:信號線路V 1 ,其被配置以沿著垂直方向延伸。配置於 相同行中之其他像素單元中之類似放大Μ〇S s M3 1 2及M3 1 3的源極亦經由選取選取M〇S s Μ4 1 2及Μ4 1 3而被連接至垂直信號線路VI。圖1 中所示之剩餘的垂直信號線路V 2 - V 3亦具有放大 Μ 0 S s及其所類似地連接之選取μ〇S s。 依據本實施例之操作係類似於第二實施例且具有相同 的效果。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210 X 297公釐) ^----------^_wi I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,ιτ 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 -17- 554546 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明(4 第四實施例 圖5係依據本發明之固態影像拾取裝置的第四實施例 之一方塊圖。恆定電壓機構3之結構係不同於第一實施例 ’以致其依據此結構,無須獨立地提供閘極接地Μ 0 S s Μ7 1— Μ73之閘極電壓以及輸入M〇S M50 (其 設定負載之恆定電流)之閘極電壓。 第五實施例 圖6係依據本發明之固態影像拾取裝置的第五實施例 之一方塊圖。依據此實施例,恆定電壓機構3之結構係不 同於第一實施例。 第六實施例 圖7係依據本發明之固態影像拾取裝置的第六實施例 之一方塊圖。本實施例之像素部分1具有與第三實施例類 似的結構。垂直信號線路v 1被連接至一開關Μ 8 1 (用 以分離垂直信號線路V 1自負載),及連接至一作用爲負 載元件之負載Μ〇S Μ 5 1 ,經由一閘極接地Μ〇S Μ 7 1。此外,垂直信號線路ν 1係經由一開關Μ 4 1 0 而被連接至一夾制(c 1 i ρ )電晶體Μ 3 1 0,用以控 制一夾制操作。圖7中所示之剩餘的垂直信號線路V 2 -V 3亦被連接與放大Μ〇S s 、開關、閘極接地Μ 0 S s 、負載Μ〇S s 、夾制電晶體及控制開關。開關Μ 8 1 - .---------^wi (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -18- 554546 A7 B7 五、發明説明(4 Μ 8 3之閘極及閘極接地Μ〇S s Μ 7 1 — Μ 7 3之閘 極被共同地連接至一控制信號輸入終端9及連接至一用以 供應閘極電壓之電壓輸入終端6,而夾制電晶體Μ 3 1 0 一 M3 3 0之閘極及控制開關Μ4 1 〇 — Μ4 3 0之閘極 被共同地連接至一夾制電壓輸入終端V C L I Ρ及連接至 一控制信號輸入終端P S E L,且這些閘極係根據一操作 時序(將描述於後)而被個別地供應以信號電壓。負載 Μ 0 S s Μ5 1— Μ5 3之源極被連接至一共同GND 線路4,而其閘極被連接至輸入Μ〇S Μ 5 0之閘極且 亦連接至電壓輸入終端5。 此外,垂直信號線路V 1係經由一箝位(clamp )電容 C〇1及一轉移開關M2 1而被連接至一電容CT 1 (用 以暫時地保持信號),且被連接至一操作放大器1 〇之反 相終端,其中一回饋電容C F及一重設開關M0被連接至 一回饋系統。操作放大器1 0之非反相終端被連接至一參 考電壓V R E F。信號保持電容C T 1之相反側上的終端 被接地。一箝位電容C 0 1及一轉移開關Μ 2 1之接點係 經由一箝位開關Μ 3 1而被連接至一箝位電源供應。 水平轉移開關Μ 4 1之閘極被連接至行選取線路Η 1 ,且被連接至水平掃瞄電路區塊7。圖7中所示之剩餘的 行V 2 - V 3亦設有具類似結構之讀取電路。此外,其連 接至每一行之箝位開關Μ 3 1 — Μ 3 3的閘極、以及轉移 開關Μ 2 1 - Μ 2 3之閘極被共同地個別連接至一箝位信 號輸入終端P C 0 R及連接至一轉移信號輸入終端Ρ Τ, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -19- 554546 A7 B7 五、發明説明(* 且根據一操作時序(將描述於後)而被個別地供應以信號 電壓。 接下來,將參考圖8以解釋本實施例之操作。當欲讀 出光二極體D 1 1 - D3 3中之光信號電荷時,其連接至 重設M〇Ss M21 1— M23 1之閘極的PRES1 改變至高位準。因此,放大M〇S s Μ 3 1 1 -M3 3 1之閘極係由一重設電源供應重設。當其連接至重 設M〇Ss M21 1 — M231之閘極的PRES1回 到低位準之後,則一用於重設Μ〇S s Μ 8 1 Μ 8 3之 閘極控制信號9同時地改變至高位準,且在其連接至箝位 開關Μ 3 1 — Μ 3 3之閘極的P C 0 R改變至高位準以後 ,其連接至選取M〇Ss M41 1 - M431之閘極的 P S E L 1以及夾制控制信號P S E L均改變至高位準。 因此,具有重設雜訊疊置於其上之重設信號(雜訊信號) 被讀出至垂直信號線路V 1 _ V 3且由箝位電容C 〇 1 -C 0 3所箝位。同時地,其連接至轉移開關Μ 2 1 — Μ 2 3之閘極的Ρ Τ改變至高位準,且信號保持電容 CT 1 — CT 3由箝位電壓所重設。接下來,其連接至箝 位開關Μ 3 1 — Μ 3 3之閘極的P C〇R回到低位準。 接下來,其連接至轉移M〇S s Mill-M1 3 1之閘極的PTX1改變至高位準,而來自光二極 體D 1 1 —D 3 3之光信號被轉移至放大M〇S s Μ 3 1 1 — 3 3 1之閘極且光信號係同時地由垂直信號線 路V 1 - V 3讀出。當此情況發生時,夾制電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X 297公釐) 4---------— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
*1T 線 經濟部智葸財產局員工消費合作社印製 -20- 554546 A7 B7 五、發明説明(4 Μ 3 1 0 - Μ 3 3 0係由控制信號啓動,以致當放大 Μ 0 S s M3 1 1 — M3 3 1之閘極電壓低於夾制電壓 V C L I Ρ時,則垂直信號線路之電壓係由夾制電壓 VL I Ρ所決定之電壓夾制。接下來,在其連接至轉移 Μ 0 S s Ml 11—Μ131之閘極的ΡΤΧ1回到低 位準以後,則其連接至轉移開關Μ 2 1 - Μ 2 3之閘極的 Ρ Τ便改變至低位準。因此,來自重設信號(光信號)之 改變的量被讀出至信號保持電容C Τ 1 - C Τ 3。於操作 之此時刻,來自其被連接至第一列之像素單元的光信號被 個別地保持於其連接至行之信號保持電容c Τ 1 - C Τ 3 〇 接下來,其連接至重設M〇Ss Μ 2 1 1 -M2 3 1之閘極的PRES 1及其連接至轉移M〇S s Ml 1 1— Ml 3 1之閘極的PTX1均改變至高位準’ 且用於開關Μ 8 1 - Μ 8 3之閘極控制信號9改變至低位 準,而因此光二極體D 1 1 D 3 3之光信號電荷被重設。 之後,來自水平掃瞄電路區塊之信號Η 1 - Η 3致使每一 行之水平轉移開關Μ 4 1 - Μ 4 6的閘極依序改變至高位 準,而其被保持於信號保持電容C Τ 1 - C Τ 3中之電壓 被依序讀出至操作放大器之回饋電容C F ’且被依序輸出 透過一輸出終端〇U Τ。於各行之信號的個別讀取之間的 間隔中,回饋電容C F之電荷係由重設開關Μ 0所重設。 因此,完成其連接至第一列之像素單元的讀取°後續操作 係類似的,以致其來自連接至第二及後續列之像素單元的 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(21〇Χ297公釐) ----------^9— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -21 - 554546 Α7 Β7 五、發明説明(4 信號係由於來自垂直掃瞄電路區塊之信號而被依序讀出, 而因此完成所有像素單元之讀取。 例如當第一列以上述操作而被讀出時,即使其讀出至 垂直信號線路V 1 - V 3之信號電壓有所改變,負載 Μ 0 S s Μ5 1 - Μ5 3之汲極電壓仍不會改變,因爲 其係由閘極接地M〇S s Μ7 1 - Μ7 3之源極電壓所 決定。此外,閘極接地Μ〇S s Μ 7 1 — Μ 7 3之汲極 電壓不會關閉,因爲其係由夾制電晶體Μ 3 1 0 -Μ 3 3 0所夾制。因此,即使於讀出極大信號電荷之情況 下,其負載M〇S s Μ5 1 - Μ5 3之電流値仍可被保 持僅具極小改變。因此,因爲其已有光進入之像素的數目 以及入射光之量均不會造成G N D線路4之電壓降量的改 變,所以負載Μ〇S s Μ 5 1 — Μ 5 3之設定電流被保 持於其固定位準,而無論讀取哪一線路。 依據上述架構,來自黑暗像素(及來自0Β像素)之 輸出電壓於一列(其包含有強光進入之像素)與一列(其 不包含有強光進入之像素)之間是相等的,而因此不會發 生一問題,即一白色條產生於一其上入射有強光之影像中 ,藉此得以獲得一淸晰的影像。 於本實施例中,設有開關Μ 8 1 - Μ 8 3 ,用以自負 載分離垂直信號線路V 1 ,但是類似效果亦產生於一種結 構,其中被輸入至閘極接地Μ〇S s Μ 7 1 — Μ 7 3之 閘極的電壓6被致使跳動於閘極接地電壓與接地位準之間 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) --------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -22- 554546 A7 B7 五、發明説明(4 第七實施例 圖9係依據本發明之固態影像拾取裝置的第七實施例 之一方塊圖。依據本實施例,像素部分1被構成爲一維的 線路感應器。像素部分1之結構與第一實施例的差異在於 其並無供選取列之選取M〇S,且放大M〇S s Μ 3 1 1 - Μ 3 3 1之汲極被直接連接至電源供應。當光 進入光二極體D 1 1 - D 3 3時,光信號電荷被產生及累 積並同時被輸出至放大M〇S s M3 1 3— M3 3 3之 輸出線路V4 - V6。接著,其連接至重設M〇Ss M2 1 3— M2 3 3之閘極的PRES改變至高位準,且 累積於光二極體D 1 1 — D 3 3中之電荷被重設。 於上述操作中,即使其讀出至垂直信號線路V 4 -V6之信號電壓有所改變,負載M〇S s Μ 5 1 -Μ 5 3之汲極電壓仍不會改變,因爲其係由閘極接地 Μ 0 S s Μ7 1 - Μ7 3之源極電壓所決定。因此,即 使於讀出極大信號電荷之情況下,其負載Μ〇S s Μ 5 1 - Μ 5 3之電流値仍可被保持僅具極小改變。因此 ,因爲其已有光進入之像素的數目以及入射光之量均不會 造成G N D線路4之電壓降量的改變,所以負載Μ〇S s Μ 5 1 - Μ 5 3之設定電流被保持於其固定位準,而無論 讀取哪一線路。 依據上述架構,來自黑暗像素(及來自〇Β像素)之 輸出電壓不會隨著其接收強光之像素的數目而改變。因此 ---------士— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) *11 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -23- 554546 Α7 Β7 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 五、發明説明(4 ’無須提供一用以箝位◦ B之電路於往後之階段,而因此 電路變得簡單。 於以上第一至第七實施例中所解釋的固態影像拾取裝 置中,可採用一種結構以使得其一既定電壓V 6被施加至 閘極接地Μ〇S s Μ 7 1 — Μ 7 3之閘極,於其來自像 素單元內部之放大Μ〇S s的信號正由垂直信號線路V 1 一 V 3讀出期間,以及於其他時期期間,一小於電壓6之 電壓6’被施加至閘極接地M〇Ss M71—M73之 閘極,或者閘極接地Μ〇S s Μ 7 1 — Μ 7 3之閘極被 連接至一接地(GND)。另一方面,一恆定電壓6可被 施加於不僅當信號係藉由垂直信號線路V 1 - V 3而被讀 出自像素單元中之放大Μ〇S s期間,同時亦於當信號未 被讀出之期間。 於前者之情況下,電壓僅於需要時被施加至閘極接地 Μ〇S s Μ 7 1 — Μ 7 3之閘極。因此,減低了電力耗 損。 此外,於後者之情況下,施加之電壓無須被切換。因 此,電路具有簡單的架構。 以上第一至第七實施例中所解釋的固態影像拾取裝置 可具有一〇Β像素或者可不具有Ο Β像素。 第八實施例 圖1 0係一種使用依據任一上述第一至第七實施例的 固態影像拾取裝置之影像拾取系統的方塊圖。參考數字 ---------φ-I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 線一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210x297公釐) -24- 554546 A7 B7 五、發明説明(4 1 1代表固態影像拾取裝置,參考數字1 2代表一可規程 增益放大器(P G A ),用以控制來自固態影像拾取裝置 之輸出信號的振幅,參考數字1 3代表一 A D轉換器( ADC),而參考數字14代表數位輸出。於使用上述固 態影像拾取裝置之情況下,於一線路(其包含有強光進入 之像素)與一線路(其不包含有強光進入之像素)間之水 平〇B像素的輸出之間並無改變。因此,無須箝位水平 〇B s ,而因此可產生如圖1 0中所示之一 DC直接連接 。因此,於一所得影像之上的水平線路等(其係由各列的 水平〇B箝位位準之間的不一致所造成)不會發生,因而 可以一簡單區塊結構構成一種具有高影像品質之高品質的 影像拾取系統。 第九實施例 圖1 1係顯示一依據任一上述第一至第七實施例之固 態影像拾取裝置被應用於一影像拾取系統(一靜態視頻相 機)之情況下的方塊圖。參考數字1 0 1代表一作用爲透 鏡保護器及主開關之障壁,參考數字1 0 2代表一透鏡, 用以成像一拍照目標之光學影像至一固態影像拾取元件 104上,參考數字103代表一虹膜(iris),用 以致能調整其通過透鏡1 0 2之光的量,參考數字1 〇 4 代表固態影像拾取裝置,用以拾取其由透鏡1 〇 2所成像 之拍照目標爲一影像信號,參考數字1 0 6代表一 A / D 轉換器,用以執行其經由一影像拾取信號處理電路1 〇 5 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)
’IT 經濟部智慧財產局員工消費合作社印則表 -25- 554546 A7 __B7 五、發明説明(4 (用以執行增益校正等等)而輸出之影像信號的類比/數 位轉換,及參考數字1 0 7代表一信號處理單元,用以對 其輸出自A / D轉換器1 〇 6之影像資料執行各種校正並 用以壓縮資料。此外,參考數字1 0 8代表一時序產生單 元,用以輸出各種時序信號至固態影像拾取元件1 0 4、 影像拾取信號處理電路1 0 5、A / D轉換器1 0 6及信 號處理單元1 0 7,參考數字1 〇 9代表一系統控制及操 作單元,用以執行各種算術操作並用以整體控制靜態視頻 相機,參考數字1 1 0代表一記憶體單元,用以暫時地儲 存影像資料,參考數字1 1 1代表一介面單元,用以執行 記錄及讀取至/自一記錄媒體,參考數字1 1 2代表一可 移除式記錄媒體,諸如用以記錄及讀取影像資料之一半導 體記憶體等等,及參考數字1 1 3代表一介面單元,用以 通連與一外部電腦等等。 接下來,將解釋影像拾取系統於捕獲一影像之時刻的 相關操作,依據上述結構。 當障壁1 0 1被開啓時,一主電源供應啓動,接著用 於控制系統之電源供應啓動,以及用於影像拾取系統電路 (諸如A / D轉換器1 〇 6 )之電源供應亦啓動。 接著,爲了控制曝光之量,系統控制及操作單元 1 0 9開啓虹膜1 〇 3,而之後輸出自固態影像拾取元件 1 0 4之信號係由A / D轉換器1 〇 6轉換,其被輸入至 信號處理單元1 0 7。根據此資料,曝光操作係由系統控 制及操作單元1 0 9執行。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐) ----------^_w! (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 線 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 -26- 554546 A 7 B7 五、發明説明(2>4 亮度係根據光測量之一結果而判斷,且系統控制及操 作單元1 0 9依據亮度判斷之結果以控制虹膜。 接下來,高頻成分係根據輸出自固態影像拾取元件 1 0 4之信號而被提取,且系統控制及操作單元1 〇 9執 行一操作以計算距拍照目標之距離。之後,透鏡被驅動並 判斷透鏡是否對焦。假如判斷其透鏡未對焦,則透鏡被再 次驅動以測量其距離。 接著,在對焦確認之後,主曝光開始。當主曝光完成 後,其輸出自固態影像拾取元件1 0 4之影像信號便由 A / D轉換器1 0 6執行A - D轉換,且接著其通過信號 處理單元1 〇 7以由系統控制及操作單元1 0 9寫入至記 憶體單元。之後,由系統控制及操作單元1 0 9所執行之 控制致使記憶體單元1 1 0中所儲存之資料通過一記錄媒 體控制I / F以被儲存於半導體記憶體或其他此等可移除 式記錄媒體1 1 2中。記錄資料亦可通過外界I/F 1 1 3且被直接輸入至電腦以供影像處理。 本發明之許多不同實施例可被構成而不背離本發明之 精神及範圍。應理解其本發明並不限定於說明書中所述之 特定實施例,除了後附申請專利範圍中所界定者之外。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) ---------士UK— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 線一 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 -27-
Claims (1)
- 554546 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 1 · 一種影像拾取裝置’包括: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一包含一光電轉換元件及一放大元件之像素’此放大 元件被配置以放大並輸出一產生於光電轉換元件中之信號 一負載電晶體,其被配置以控制流動於該放大元件中 之電流;及 一電位控制元件,其被配置以抑制其爲該放大元件之 一輸出側的該負載電晶體之第一主電極區中的電位波動。 2 .如申請專利範圍第1項之影像拾取裝置,其冲該 電位控制元件係一串聯至第一主電極區之控制電晶體。 3 .如申請專利範圍第1項之影像拾取裝置,進一步 包括一驅動電路,其被配置以施加一恆定的第一電壓至該 控制電晶體之一控制電極區,於其來自該放大元件之信號 正被讀取之期間以及於其來自該放大元件之信號未被讀取 之期間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 .如申請專利範圍第2項之影像拾取裝置’進一步 包括一驅動電路,其被配置以施加一恆定的第一電壓至該 控制電晶體之一控制電極區,於其來自該放大元件之信號 正被讀出之期間,並施加一低於第一電壓之電壓至控制電 晶體之控制電極區或者施加一接地位準於其來自該放大元 件之信號未被讀出之期間。 5 ·如申請專利範圍第1項之影像拾取裝置’其中該 電位控制元件係一串聯至第一主電極區之閘極接地電晶體 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -28 - 554546 A8 Βδ C8 D8 六、申請專利範圍 2 6 . —種影像拾取裝置,包括: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一包含一光電轉換元件及一放大元件之像素,此放大 元件被配置以放大並輸出一產生於該光電轉換元件中之信 號; 一負載電晶體,其被配置以控制流動於該放大元件中 之電流; 一控制電晶體,其被串聯至其爲放大元件之一輸出側 的該負載電晶體之第一主電極;及 一驅動電路,其被配置以施加一恆定的第一電壓_至該 控制電晶體之一控制電極區,於其來自放大元件之信號正 被讀取之期間以及於其信號未被讀出自該放大元件之期間 〇 7 .如申請專利範圍第6項之的影像拾取裝置’其中 該控制電晶體係一閘極接地電晶體。 8 ·如申請專利範圍第1項之影像拾取裝置’進一步 包括= 一透鏡,用以將光成像至像素上; 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一類比/數位轉換電路,其被配置以將來自_ @ ^ & 信號轉換爲數位信號;及 一信號處理電路,其被配置以處理一來自該類比/數 位轉換電路之信號。 9 ·如申請專利範圍第6項之影像拾取裝置’ 51 ^ # 包括: 一透鏡,用以將光成像至像素上; 本紙張尺度適用中國國家榇準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -29 - 554546 8 88 8 ABCD 六、申請專利範圍 3 一類比/數位轉換電路,其被配置以將來自該像素之 信號轉換爲數位信號;及 一信號處理電路,其被配置以處理一來自該類比/數 位轉換電路之信號。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -30 -
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