TWI245558B - Solid-state imaging device - Google Patents

Description

(2) 1245558 源，]3表示放大器之饋回電容（其電容値以下以Cf表示 )’和1 4表不使運算放大器]]成爲緩衝狀態之開關。参 考數字]5表示一重置電源，用以經由重置]VI 0 S電晶體2 重置光電轉換兀件1之一纟而。爹考數字】6表示運算放大 器1 ]之輸出端。具有上述電路構造之固態成像裝置例如 曰本專利申請案第2 002-3 3 02 5 8號所述。 圖】4顯不上述電路之操作時間圖。以下參考圖式簡 單說明此電路之操作。 在圖]4中，PRES表示一重置脈衝，其輸入至重置 Μ〇S電晶體2之閘極，P T表示一傳送脈衝，其輸入至第 —傳送電晶體6之閘極，P S R 1至p s R 4表示掃猫脈衝， 其連續的從掃瞄電路.8輸出以驅動第二訊號傳送電晶體9 ，和PRES2表示輸入至開關14之脈衝。 首先’重置Μ Ο S電晶體2由重置脈衝pR E s啓動以 重置光電轉換元件]至由重置電源】5所決定之電壓。在 關斷重置電晶體2後，光電轉換元件}進入光訊號之累積 操作以依照入射光量產生一訊號改變。所產生的訊號改變 由存仕於與光電轉換元件1和輸入Μ 〇 S電晶體3連接的 部份（未顯示）之電容値轉換爲一訊號電壓。此電容値一 般對應於光一極體之接面電容値，重置Μ 〇 s電晶體之汲 極接囬電谷値，輸入Μ 0 S電晶體之閘極電容値，和介於 接線間之電容値等。但是，有時可有意的增加電容元件。 在經過累櫝時間後’此訊號電壓由源極從動放大器5放大 ，和此放大訊號錯由以ρ Τ啓動第一訊號傳送電晶體6而 -5- (3) 1245558 讚入保持電容7。於此假設讀入保持電容7之訊號電壓爲 Vet。其次，使PRES2啓動。當啓動此脈衝時，運算放大 器】1作用當成一緩衝放大器，和共同輸出線]〇重置至由 梦考電壓源]2所決定之電壓。於此，該電壓爲v 1· e f 1。 其次’當第一訊號傳送電晶體9 - 1以掃瞄脈衝p s R 1啓動 時’儲存在保持電容7 ]之訊號讀入共同輸出線1 〇 6由 下式表示之電壓呈現在依照讀取訊號之運算放大器n之 輸出端上。 V0Ut二一 (Ct/Cf) · ( Vet- Vrefl ) +Vrefl ^ 其中V ο υ t表示在掃瞄脈衝p s R i啓動期間，運算放 大器1 ]之輸出端電壓。 而後’如圖1 4所不，掃瞄脈衝p g r 2至P S R 4和 PRES2連續啓動.以連續讀取四圖素線性感應器之訊號。在 此電路構造中，由於增益是由放大器部份之饋回.電容]3 對訊號保持電.容7之電容値比例所決定，因此，掃瞄電路 S可受驅動以使訊號同時從保持電容讀取，藉以獲得雙倍 增益。 介於運算放大器1 ]之輸入電壓和輸出電壓間之關係 如圖1 5所示。如圖所示，假設縱座標表示運算放大器之 輸入電壓（Vet )或輸出電壓（V〇ut )，和橫座標表示電 容値Ct和Cf，相對於確定Vct所獲得之vout可由使用 Vref]當成支持點之翹翹板示意表示。翹翹板之長度比例 對應於Ct對cf之比例。爲便於說明起見，假設在圖]5 中當感應器在暗狀態下，Vc.t = Vref]。此時，在圖]3之 (4) 1245558 光電轉換元件中，其中陽極連接至源極從動器之輸入端， 光二極體之端電壓依照所接收之光量，從地側向著電源側 上升。結果，在保持電容Ct上讀取之訊號所指示之電壓 高於在暗狀態中之電壓（Vref])。結果，放大器之輸出 在暗狀態具有一電壓 Vref]，和當接收光時，具有低於 Vrefl之電壓（例如日本專利公開申請案第 2 0 02 - 3 3 02 5 8 號所揭示者）。 在圖]3所示之源極從動器電路5中，輸入Μ Ο S電晶 體3之閘極構成輸入端，和源極構成輸出端。由輸入 Μ Ο S電晶體3之臨界電壓、移動率、閘極長度、或閘極 寬度所決定之偏置電壓產生在輸入端電壓和輸出端電壓間 。Μ 0 S電晶體之臨界電壓、移動率、閘極長度、或閘極 寬度根據製造方法之條件變化而改變，且因此，偏置電壓 會因爲製造方法變化而無可避免的改變。當偏置電壓從初 始設定値改變時，·在保持電容7上的電壓亦偏離此設定値 。此情況如圖1 6所示。爲了便於說明，在圖]6中，電容 比和電壓假設如下。 電容比（Ct/Cf ) - ] .5 在暗時之電壓（在變化前）

參考電壓=I V 根據上述條件， ν〇υ1= — ].5x ( 1— 1) + 1 = 1 V ^ 但是，如果在保持電容c t上之電壓從1 V偏離至 (5) 1245558

Vout 二一]·5χ ( ].2 — ]) + ]二0.7V。 設在 /。但 Ct上 ’其 且因 和電 位至 電壓 獲得 提供 光電 自光 器， 弟一 考電 和訊 因此，在放大器輸出上產生- 0.3 V之變化。H 光照射時，在Ct上之電壓爲1 .6V，則Voiit = 〇.] 是，假設在暗時電壓移位0.2 V時，在光照射時，在 之電壓亦平行的移位至1 · 8 V。於此 V 〇 U t < 〇 V。因it| 比例受限於地電壓或放大器輸出之可能輸出下限値， 此無法獲得一正常輸出。結果，可能發生之問題是齡 壓下降或訊5虎之線性受到傷害。當在C t上之電壓移 地側時，在暗時之電壓爲 V ο υ t，其比例受限於電源 或放大器輸出之可能輸出上限値。且因此相似的無g 一正常輸出，因此會發生訊號之線性受到傷害之問題 [發明內容〕 本發明之目的旨在獲得一高品質影像。 爲了達成此目的，依照本發明之一觀點，本發明 一種固態成像裝置，包含多數圖素，每一圖素包括一 轉換元件和一訊號放大元件，該訊號放大元件接收來 電轉換元件之訊號以放大和輸出該訊號；一訊號放大 包括第一輸入端用以接收來自訊號放大元件之訊號和 輸入端以輸入一參考電壓；和一參考電源，其供應參 壓至訊號放大器之第二輸入端，其中該參考電源包括 號放大元件等效之一電路構造。 依照本發明之另一觀點，本發明提供一種固態成像裝 置：包含多數圖素，每一圖素包括一光電轉換元件和第〜 (6) 1245558 源極從動放大器，該第一源極從動放大器之輸入端連接至 光電轉換元件之一端；一訊號放大器，包括第一輸入端用 以接收從第一源極從動放大器輸出之訊號，和第二輸入端 以輸入一參考電壓；和一參考電源，其供應參考電壓至訊 號放大器之第二輸入端，其中第一源極從動放大器包括一 導電型輸入電晶體和一負載元件，和其中該參考電源包括 第二源極從動放大器，該第二源極從動放大器包括和第一 源極從動放大器相同導電型之輸入電晶體和一負載元件。 依照本發明之又一觀點，本發明提供一種固態成像裝 置，包含一光電轉換元件；第一源極從動放大器，其輸入 端連接至光電轉換元件之一端；第一保持電容，其經由第 一傳送電晶體接收從第一源極從動放大器輸出之訊號；第 二源極從動放大器，其輸入端連接至第一保持電容；第二 保持電容，其經由第二傳送電晶體接收從第二源極從動放 大器輸出之訊號；第三保持電容，其經由第三傳送電晶體 接收從第二源極從動放大器輸出之訊號；第一訊號放大器 ，包括第一輸入端以接收由第二保持電容所保持的訊號， 和第二輸入端以輸入一參考電壓；第二訊號放大器，包括 第三輸入端以接收由第三保持電容所保持的訊號，和第四 輸入端以輸入一參考電壓；和一參考電源，其連接至第一 和第二訊號放大器之第二和第四輸入端，其中至少第一和 第二源極從動放大器之一包括一導電型輸入電晶體和一負 載元件，和其中該參考電源包括第三源極從動放大器，該 第三源極從動放大器包括和至少第一和第二源極從動放大 (7) 1245558 器之一相同導電型之輸入電晶體和一負載元件。 由下述之說明伴隨附圖之解說，其中本發明之較佳竇 施例以說明例顯示，可更加明瞭本發明之上述和其它目的 ，特徵，和優點。 【實施方式〕 下面參考附圖說明本發明的實施例。 [第一實施例] 圖1爲本發明之第一實施例之示意圖。和圖13相同 的構件以相同參考數字表示，因此省略詳細之說明。. 在圖1中，參考數字501表示第二源極從動放大器， 其具有和源極從動放大器5相同的構造，5 02表示第二參 考電壓源，和5 0 3表示增益放大器。於此設置第二源極從 動放大器 501，第二參考電壓源 5 02，和增益放大器503 以替代圖1 3之參考電壓源]2。 由第二參考電壓源5 02所設定的電壓和在第二源極從 動放大器50]中產生的偏置電壓之整體電壓輸入至增益放 大器5 0 3之輸入。調整MOS電晶體之尺寸等以使由第二 源極從動放大器5 0 1所產生的偏置電壓實質等於由源極從 動器電路5所產生的電壓。例如，如果使用之μ Ο S電晶 體具有閘極長度或寬度等於源極從動器電路5者，當相同 電流量供應至受驅動之電晶體時，可達成上述狀況。再者 ，即使其閘極長度或寬度不同時，所供應之電流量亦可依 -10- (8) 1245558 照差異而調整，因此，可達成第二源極從動放大器5 Ο 1具 有之偏置電壓實質等於源極從動器電路5的偏置電壓。增 益放大器5 0 3具有以下式（1 )表示之輸出特性。

Vr ejl :

(Vin-Vref2)+Vref2 = 〇+0/^1 2 3〇 (1) 其中Vi η表示第二源極從動放大器501之輸出電壓， 亦即’增益放大器503之輸入電壓。Vrefl表示增益放大 器503之輸出電壓，其爲運算放大器之參考電壓。 如上所述，源極從動器電路之偏置電壓根據製造處理 條件改變而改變，但是，在本實施例中，運算放大器n 之參考電壓亦依照偏置電壓之改變量而改變。因此，可消 除在放大器輸出上之電位變化以防止感應器之飽和電壓下 降和線性受到破壞等問題之發生。於此說明之運算放大器 11之參考電壓表示連接至習知裝置之參考電壓源12之端 之電壓。 當上式（1 )以表示以習知裝置說明之輸出放大器之 輸入/輸出特性之等式取代時，可獲得下式（2 }/〇lt7 十： Cf O-fC/ f D Cf l〇4C/ Vin. C/ + C/

Cf a

Vrefl j (ya ~ Vin) + Vre/2 -11 - 1 2 在式（2 )中’訊號放大器之增益Ga爲_Ct/Cf。因此 可獲得 Ga/(Ga— 1) = (ct/cf)/(1+ct/cf)，和此 對應於在式（])中的增益放大器5 〇 3之增益。上述之說 明亦可應用於下述第二至第四實施例。 3 由上式可知’源極從動器電路5和5 〇 ]之電晶體尺寸 (9) 1245558 可受選擇以使即使當製造處理改變時，V c t之變化量仍可 實質等於V i η之變化量，因此，即使V c t和V i η値變化時 ，仍可獲得固定的Vout。 以下參考圖2更詳細的說明本電路之操作。爲了易於 瞭解此說明，以下假設固定的電容比和電壓。

電容比（Ct/Cf) = 1.5 保持電容Ct上之電壓 =1V 第二源極從動放大器5 〇 I之輸出電壓 =]V V r e f = 1 V 由第二參考電壓源5 02設定的電壓受選擇以獲得第二 源極從動放大器5 0 1之上述輸出電壓。此時，從上式可知 ，運算放大器1 1之參考電壓如下_· 5/ ( 1 + 1.5) )x(l - 1) + ι=]ν〇 於此，當由源極從動器5或第二源極從動放大器5 〇】 所產生之偏置電壓根據製造方法等改變而改變〇. 2 v時5 · 在保持電容Ct上之電壓 =].2 V ;和 增益放大器之輸入電壓 =1.2V。 從上式可獲得下述結果： (]·5/(] + ]·5) )χ(1·2—ΐ) + ]= ] ]2V。 由於此電壓爲運算放大器]]之參考電壓，運算放大 器]1之輸出電壓如下：

Vout = - ].5x ( ].2-].12) + ].]2 = ]V〇 當用於放大訊號之運算放大器之增益設定爲-Ci/Cf時 指示一偏置電壓改變實質等於用於讀取訊號之源極從動 (10) 1245558 器電路5之偏置電壓改變之源極從動器電路5 0 ]乃設置當 成電壓源，和偏置電壓改變量設定爲移位運算放大器11 之參考電壓量的（Ct/Cf) / ( ] + ( Ct/Cf ))倍。因此， . 即使當源極從動器電路之偏置電壓根據製造方法而改變時 ，運算放大器]]之輸出電壓變化亦可充分的抑制。結果 ，即使在製造處理條件有變化的情況下，亦可獲得具有穩， 定飽和電壓和訊號線性的固態成像裝置。 [第二實施例] 圖3爲本發明之第二實施例之示意說明圖。和圖1 3 和1相同的構件以相同參考數字表示。在圖3中，參考數 字70】表示源極從動器之輸入MOS電晶體，和‘702表示 一·電阻元件。輸入MOS電晶體701和電阻元件7 02結合 形成一電阻負載型源極從動放大器703。假設輸入 電晶體70]之ON電阻値爲Ron，和電阻元件7 02之電|5且 値爲R，則源極從動放大器7 0 3之增益爲： g R/ (Ron+R) 〇 當輸入MOS電晶體70 1之尺寸和電阻元件7 02之電 阻値受選擇以滿足下式時： R/ ( Ron + R ) = ( Ct/Cf) / (1+ ( Ct/Cf))， 在本實施例中亦可獲得和第一實施例相似的技術優、 〇 相較於第一實施例，由於在本實施例中可以較少元件 獲得相似優點，因此可達成具有較小尺寸且較低成本的固 13- (11) 1245558 態成像裝置。 藉由應用本實施例至如上述源極從動器電路5爲之電 阻負載型源極從動器之例中，此電阻負載型源極從動器具 有由MOS電晶體之ON電阻値對電阻元件之電阻値比例 所決定之]或更小的增益。因此，假設源極從動器電路5 之增益爲Gsf和輸入MOS電晶體70]之尺寸和電阻元件 7 02之電阻値受選擇以滿足下式： R / ( R ο n + R ) = Gsf X { ( Ct/Cf ) /(1+ (Ct/Cf)) }， 則可獲得相似的技術優點。 [第三實施例] 圖4爲本發明之第三實施例之示意說明圖。和圖！ 3 和]相同的構件以相同參考數字表示。在圖4中，參考數 字80]表示源極從動器之輸入MOS電晶體，和8 02表示 一負載MOS電晶體。輸入MOS電晶體801和負載MOS 電晶體S02結合形成一MOS負載型源極從動放大器803 。假設輸入MOS電晶體801之ON電阻値爲Ron]，和負 載MOS電晶體8 02之電阻値爲R0n2，則源極從動放大器 之增益爲： R〇n2/(Ronl+Ron2)。 當輸入MOS電晶體80〗和負載MOS電晶體8 02之尺 寸受選擇以滿足下式時： R ο η 2 / ( Ron] + R ο η 2 ) = Ci/ ( Ct/Cf)， -14- (12) 1245558 在本實施例中亦可獲得和第一實施例相似的技術優點 。一般而言，由於使用MO S電晶體之電阻可以比使用半 導體擴散層之電阻元件佔據更小面積而達成相同的電阻値 ’因此可達成一更小的固態成像裝置。 [第四實施例] 圖5爲本發明之第四實施例之示意說明圖。和圖13 和1相同的構件以相同參考數字表示。在圖5中，參考數 字901、902表示第二和第三運算放大器，和903至906 表示電阻元件。運算放大器901和電阻元件903、904構 成第一反向放大器。運算放大器902和電阻元件905、 906構成第二反向放大器。參考數字907表示第一反向放 大器之參考電壓源，和908表示第二反向放大器之參考電 壓源。在圖中，假設電阻903至906之電阻値爲R1至R4 ’參考電壓源907、908之參考電壓爲Vref3、V】.ef4，第 一反向放大器之輸入爲Vin，和第二反向放大器之輸出爲 y〇^ — Vrefl^Vref^^Vref^ V 〇 u t時，輸入/輸出特性以下式表示： Λ3| 7Γ R1'RA Virt ^^13hIlVref2 4 y^3

Rl^R3 R3 R1 R3 (3) 當電阻元件値受選擇以使電路增益滿足： (R2 · R4 ) / ( R 1 · R3 ) = ^ Ct/Cf ) / ( ι + (

Ct/Cf))，亦可獲得相似的優點。 當寥s電壓電路使用如本實施例之運算放大器構成時 -15- (13) 1245558 ，由上式可知，增益並非由電阻元件之參考電壓本身所決 定，而是由電阻値比例所決定。因此，即使在製造方法改 變之例中，電阻元件之電阻値之絕對値改變，亦可降低/ 抑制增益變化。因此，可達成原始目的，即，源極從動器 電路部份之偏置電壓變化可以良好準確的校正。 [第五實施例] 圖6爲本發明之第五實施例之示意說明圖。和圖13 和1相同的構件以相同參考數字表示。本實施例說明之例 爲其中用以讀出訊號的輸出放大器電路使用一運算放大器 和一電阻元件構成。 在圖中，參考數字1001表示第一運算放大器，1〇〇2 表示第二運算放大器，和1003、1004表示電阻元件。第 一運算放大器]001，當一輸出端連接至一輸入端之一端 時’作用當成具有一倍增益之緩衝電路。當..電阻元件 1003連接在第一運算放大器10()1和第二運算放大器1002 間時（構成第一運算放大器100]之緩衝放大器之一輸出 經由電阻元件]〇〇3連接至運算放大器]002之一輸入）和 電阻元件]〇〇4連接在第二運算放大器]〇〇2之輸入和輸出 端間時，第二違算放大器]〇〇2構成一反向放大器。運算 放大器]002之另—輸入端連接至增益放大器5 0 3之輸出 。假設電阻元件]〇〇3、1 004之電阻値爲R5、R6，和運算 放大器]002之另一輸入端之端電壓爲vref，則當共同輸 出線]〇之電位爲V i η和輸出端]〇 〇 5之電位爲V 〇 in時之 (14) 1245558 輸入/輸出特性如下：

Vout = - ( R6/R5) · (Vin—Vref) +Vref〇 訊號放大器之增益Ga爲-R6/R5。 於此，當參考電壓源之增益放大器5 03之增益設定爲 R6/ ( R5 + R6 )時，即使當輸出放大器爲以運算放大器和 電阻元件構成之反向放大器時，亦可獲得相似的優點。 [第六實施例] 圖7爲本發明之第六實施例之示意說明圖。和圖13 和]相同的構件以相同參考數字表示。在圖7中，參考數 字】101表示第二重置MOS電晶體，其具有一汲極電容實 質等於重置MOS電晶體2之汲極電容，和]〗02表示第二 光電轉換元件，其與光電轉換元件1相似。如上所述，當 重置MOS電晶體2啓動時，光電轉換元件1之一端重置 至由重釐電源]5所決定之電壓。但是，詳細而言，耦合 電容（未顯示）存在於光電轉換元件1和源極從動輸入 MOS電晶體3間之接面部份，和重置MOS電晶體2之閘 極。耦合電容主要由重置Μ 0 S電晶體2之閘極和汲極間 之重疊電容所引起。因此，當重置MOS電晶體2關閉時 ，在連接部份會由耦合電容引起之偏轉而產生變位變化。 此電位變化隨著耦合電容對存在於接點上之電容比例和重 置脈衝PRES之振幅而改變。 因此，在本實施例中，具有汲極接面電容實質等於重 置Μ Ο S電晶體2汲極電容和介於閘極和汲極間之重疊電 (15) 1245558 容之第二重置MOS電晶體π (η，和具有接面電容實質等 於光電轉換元件]之接面電容之光電轉換元件1 1 0 2亦設 置在第二參考電壓源5 0 2和在參考電源供應電路部份中之 源極從動器電路5 0 ]間。因此，參考電壓可更準確的調整 。較佳的是，光電轉換元件]]〇2由遮蔽機構充分的遮蔽 〇 圖7爲同時設置第二重置Μ Ο S電晶體1 1 0 ]和光電轉 換元件】1 〇 2之例。在由光電轉換元件1] 〇 2所產生之電容 相對於整體電容而言較小之例中，亦可省略光電轉換元件 110 2。 在將訊號讀入運算放大器Π之輸入端之前之任何時 間皆可使用當成開/關第二重置電晶體之時間。在本實施 例中，第二重置電晶體最好稍早於水平掃瞄電路8操作前 開/關。 [第七實施例] 圖S爲本發明之第七實施例之示意說明圖.。和圖13 和1相同的構件以相同參考數字表示。在圖8中，參考數 字1 2 0 1 (] 2 〇 1至1 2 0 ] - 4 )表示傳送Μ 0 S電晶體，I 2 02 (]2〇2-1 至 1 2 02-4)表示第二保持電容，]2 03 ( 1 203 ·1 至]203-4 )、] 2 0 6、和1 2 0 8表示源極從動器之輸入MOS 電晶體，和12.07、] 20 9爲源極從動器之固定電流源。輸 入M OS電晶體]2 0 3和固定電流源1 2 04結合以形成第二 源極從動放大器]2 0 5 (] 2 0 5 -]至]2 0 5 - 4 )。輸入Μ 0 S電 -18 - (16) 1245558

晶體]2 Ο 6和固定電流源]2 Ο 7結合以形成第三源極從動放 大器]2 ] 0。輸入Μ〇S電晶體]2 0 8和固定電流源1 2 0 9結 合以形成第四源極從動放大器]2 1]。參考數字6-Π至6, ]4表示傳送電晶體用以傳送在暗時間上之訊號至保持電 容7 - ] 1至7 ·] 4，和6 - 2 ]至6 - 2 4表示傳送電晶體用以傳 送光訊號至保持電容厂21至7-24。參考數字1212表示一 差動放大器，503表示一增益放大器，10-1、10-2表示共 同輸出線，1 1-1、1 1-2表示運算放大器，13-1、] 3-2表示 放大器之饋回電容，和14-1、14-2表示開關。 本實施例之操作時間圖如圖 9所示。在圖中，PRES 表示一重置脈衝，其輸入至重置MOS電晶體2，PTM表 示一傳送脈衝以輸入至傳送Μ 0 S電晶體I 2 Ο I，P TN表示 傳送脈衝以傳送至傳送Μ 0 S電晶體6 - 11至6 - 1 4，和P T S 表示傳送脈衝以輸入至傳送MOS電晶體6-21至6-24。

首先，重置MOS電晶體2由重置脈衝PRES啓動以 重置光電轉換元件至所欲重置電壓。其次，傳送MOS電 晶體I 2 Ο I由傳送脈衝PTM啓動，和剛好在重置後在暗時 間上之電壓由源極從動放大器5放大和寫入第二保持電容 1 2 02。而後，光電轉換元件丨進入光訊號之累積操作以依 照入射光量而產生電荷。所產生的電荷由存在於光電轉換 元件]和輸入MOS電晶體3之接面部份（未顯示）的電 容轉換成電壓。而後，光電轉換元件]之端電壓依照所接 收之光量而改變。在經過累積時間後，傳送MOS電晶體 6- Π至6-] 4由傳送脈衝PTN啓動，和剛好在重置後在暗 -19- (17) 1245558 時間上之電壓由第二源極從動器電路]2 Ο 5依照在第二保 持電容1 202上之電壓而放大，並輸出至保持電容7_η至 744。其次，傳送MOS電晶.體]201由傳送脈衝ΡΤΜ再 度啓動，和已依照所接收光量改變之光電轉換元件1之端 電壓由源極從動放大器5放大並讀入保持電容]2 0 2。結 果，傳送MOS電晶體6-21和6-22由傳送脈衝PTS啓動 ，和此光訊號電壓由第二源極從動器電路1 205依照在第 二保持電容1 2 02上的電壓而放大並讀入保持電容7-2]至 '24。其次，脈衝PRES2啓動以使運算放大器]1-1、U-2成爲緩衝狀態。當放大器成爲緩衝狀態時，共同輸出線 ]0-1、1 0-2重置爲Vref]。其次，當第二訊號傳送電晶體 9-1由掃瞄脈衝PSR1啓動時，儲存在保持電容7-11、7-21中的訊號電荷讀入共同輸出線10-1、10-2。如習知技 藝所述，運算放大器〗卜1、〗卜2依照讀取訊號電荷而輸 出訊號，和差動放大器1 2 1 2採取和輸出介於兩訊號間之 差異。結果，掃瞄脈衝PSR2至PSR4連續的啓動以連續 讀出訊號。 一般而言，當如光二極體之光電轉換元件受到重置時 ，在重置後，由電位之量子振盪產生一重置雜訊。藉由安 排習知電路以包括輸出介於剛好重置後之訊號和由光所重 疊訊號之訊號間之差異之電路構造’可獲得具有降低重置 雜訊和良好S /N比之訊號。 由於在本實施例中5偏置電壓之變化產生在源極從動 器電路5和第二源極從動器電路]2 0 5中，因此可有效的 -20- (18) 1245558 依照兩電路之改變量而改變參考電壓源]2之參考電壓。 最後’設置第三源極從動器]2 1 〇和第四源極從動器]2 ]] ’和由在增益放大器5 0 3中施加所欲增益至所產生電壓而 獲得之訊號乃使用當成運算放大器Π之參考電壓。因此 ，可消除在放大器輸出中之電位變化。 在本實施例中，已說明由固定電流負載型式之源極從 動器電路所形成之參考電源電路，但是，此實施例並不限 於此種電路，且無庸贅言的是，即使以使用電阻負載型或 MOS電阻負載型之源極從動器電路架構，亦可獲得相似 的技術優點。無庸贅言的是，即使以使用運算放大器11 之架構，亦可獲得相似的技術優點。 再者，在本實施例中，參考電壓源部份提供有第三源 極從動器1 2 1 0和第四源極從動器1 2 1]，但是，本實施例 並不限於此架構。例如，相同導電型之MOS電晶體之臨 界電壓變化亦指示相同的趨勢。因此，在源極從動器電路 5和源極從動器電路1 20 5以相同導電型之MOS電晶體構 成之例中，一組相同導電型之源極從動器電路使用當成參 考電壓源，因此，輸出受乘以預定增益，藉以獲得相似的 技術優點。 [第八實施例] 圖]0爲本發明之第八實施例之示意說明圖。和圖1 3 和]相同的構件以相同參考數字表示。在圖1 0中，參考 數字]4 0 1、] 4 0 2、] 4 0 5、1 4 0 6表示電阻元.件，]4 0 3表示 (6) (20)1245558 dVoyl ^ RUR2 Λ] Λ3十火4 〜 dVm ~~R2 Ji — Μ = m + ja λΓ~

以此方式，即使在正向放大器中亦可獲得相.似的優點 。在本實施例中，參考電壓源亦說明當成使用運算放大器 之正向放大器，但是本發明並不限於此實施例。藉由施加 滿足上式之增益經由MOS反向放大器至具有一偏置變化 實質等於第一源極從動器電路5者之第二源極從動器電路 5 〇 ]之輸出而獲得之訊號亦可使用當成第一正向放大器之 參考電壓。因此，可以較小尺寸之電路獲得相似的優點。 [第九實施例] 圖】1爲本發明之第九實施例之示意說明圖。和圖I 3 和]相同的構件以相同參考數字表示。在本實施例中，源 極從動器電路501之輸出直接獲得當成運算放大器1]之 參考電壓，而無須使用第一實施例之增益放大器5 〇 3。如 圖]3所示之習知電路之輸出放大器之輸入/輸出特性再度 以下式表示：

Vout = ► ( Ct/Cf) · ( Vin — Vref] ) +Vref】° 當參考電壓VrefI表示一固定値時’ Vout對Vin的 變化如下： a'Vov； C1 dVm Cf

(V 在本實施例中，vin和Vren之變化量對製造方法變 -23- (8) (21) 1245558 化乃受選擇以實質互相相等，藉以獲得下式： dVoui __ Ο ΓdVi)i dVref\\ d\;ref\ dVin Cf、dVin dVin ) dVin

Cl Cf (】-】)+】 在輸出放大器之增益（=-Ct/Cf)相對於原始訊號大 於1之例中，即使使用如本實施例之簡單電路，亦可降低 由在暗時之電壓變化所引起之輸出放大器之輸出電壓變化 。因此可有效率的解決如訊號線性受到破壞和飽和電壓下 降等問題。 [第十實施例] 圖12爲本發明之第十實施例之示意說明圖。和圖13 和1相同的構件以相同參考數字表示。在圖中，參考數字 160Ί至16〇4表示電阻元件，和1 6 0 5表示電容元件。電 源電壓由電阻元件1 603和1 604做電阻分割以構成一重置 電壓源1 5。電源電壓由電阻元件]6 0 ]和1 6 0 2做電阻分 割以構成第二源極從動電路5 0 1之第二參考電壓源5 0 2。 當重置電壓源]5由電阻分割所構成時，光電轉換元件之 重置電壓根據電源電壓變化而改變，和在暗時之電壓變化 以和在上述習知裝置相同的方式有效的產生在保持電容 Ct上。但是，第二參考電壓源5 02亦構成以和電源電壓 之變化一起改變，因此，藉由施加一預定增益至依照本實 施例之電壓而獲得之訊號可獲得當成輸出放大器之參考電 壓，也因此即使相對於電源電壓之變化，亦可獲得相似的 技術優點。 -24- (22) 1245558 再者，當電容元件I 6 0 5連接以限制連接點之頻帶如 圖]2所示時，可完成一固態成像裝置’其中可降低產生 在第二參考電壓源之隨機雜訊，且因此可具有較佳的S/N 比。 在上述實施例中，以PM.OS型源極從動器電路說明， 但是，本發明並不限於此實施例。即使在NMOS型源極從 動器電路之例中亦可獲得相似的技術優點。在本實施例中 ，已說明固定電流負載型源極從動器電路，但是，本發明 並不限於這些實施例，且無庸贅言的，即使在電阻負載型 源極從動器電路之例中，本發明亦是有益的。在上述實施 例中，以四圖素線性感應器說明。但是，於此可獲得相似 的技術優點而和感應器之圖素數目、圖素安排圖型等無關 〇 再者，在上述實施例中，以光二極體爲例說明，其中 陽極連接至源極從動器之輸入Μ 0 S電晶體。但是，本發 明並不限於這些實施例，且無庸贅言的，即使在使用連接 至陰極之光二極體，或光電晶體，亦可獲得相似的技術優 點。 再者，在上述實施例中，以其中重置MO S電晶體直 接連接至光電轉換元件之電路構造爲例說明。但是，本發 明並不限於這些例子，且無庸贅言的，即使在光電轉換元 件包括一電路構造其中一傳送開關設置在完整空乏型光二 極體和一浮動擴散部份間，和一重置電晶體設置在浮動擴 散部份中，本發明之技術優點亦不會受到破壞。 (23) 1245558 再者’在上述實施例中，以保持電容之訊號累積操作 和訊號讀取操作連續的執行爲例並參考操作時間圖說明。 但是，本發明並不限於這些例子。即使當訊號從保持電容 讀出，在累積時間上，此操作亦是可能的。無庸贅言的， 即使在此例中，亦可獲得本發明相似的技術優點。 再者，輸出放大器有時藉由切換增益而使用。即使在 此例中，參考電壓源之增異亦依照本發明而切換，且無庸 贅言的，亦可獲得相似的技術優點。 再者，本發明並不限於上述實施例，而可在本發明之 範疇內修改和執行。在每一實施例中所說明的構造亦可互 相結合（例如，圖8之構造可與其它實施例、如圖7之例 結合）。 本發明並不限於上述之實施例，且於此仍可達成各種 改變和修飾’但其仍屬本發明之精神和範疇。因此·，本發 明之精神和範疇應由下述申請專利範圍界定之。 [圖式簡單說明〕 圖1爲依照本發明之第一實施例之固態成像裝置之電 路構造圖， 圖2爲依照本發明之第一實施例之固態成像裝置之操 作點之示意說明圖； 圖3爲依照本發明之第二實施例之固態成像裝置之電 路構造圖， 圖4爲依照本發明之第三實施例之固態成像裝置之電 -26- (24) 1245558 路構造圖， 圖5爲依照本發明之第四實施例之固態成像裝置之電 路構造圖， 圖6爲依照本發明之第五實施例之固態成像裝置之電 路構造圖， 圖7爲依照本發明之第六實施例之固態成像裝置之電 路構造圖； 圖8爲依照本發明之第七實施例之固態成像裝置之電 路構造圖； 圖9爲圖8之固態成像裝置之時間圖； 圖1 〇爲依照本發明之第八實施例之固態成像裝置之 電路構造圖； 圖1 1爲依照本發明之第九實施例之固態成像裝置之 電路構造圖； 圖1 2爲依照本發明之第十實施例之固態成像裝置之 電路構造圖； 圖]3爲習知固態成像裝置之電路圖； 圖]4爲圖]3之固態成像裝置之時間圖； 圖]5爲習知固態成像裝置之操作點之示意說明圖； 和 圖1 6爲習知固態成像裝置之問題之示意說明圖。 【主要元件之符號說明〕 ](]一]〜]一 4 ):光電轉換元件 -27- (25) 1245558 2(2— 1〜2— 4) ••重置MOS電晶體 3 ( 3 — 1〜3 — 4 ):輸入MOS電晶體 4(4 —]〜4— 4):固定電流源 5 ( 5 — I〜5 - 4):源極從動放大器 6 ( 6 — 1〜6 - 4 ):第一訊號傳送電晶體 7 (7- 1〜7— 4):保持電容 8 :掃描電路

9 ( 9一 1〜9一 4):第二訊號傳送電晶體 I 0 :共同輸出線 II :運算放大器 1 2 :參考電壓源 1 3 :饋回電容 I 4 :開關 1 5 :重置電源 ]6 :輸出端

5 0 1 :第二源極從動放大器 502:第二參考電壓源 5 〇 3 :增益放大器 7 0 ]:輸入Μ 0 S電晶體 7 〇 2 :電阻元件 7 〇 3 :源極從動放大器 、 8 0 1 :輸入Μ 0 S電晶體 8 0 2 :負載M0S電晶體 8 0 3 :源極從動放大器 -28^ (26) 1245558 901 :第二運算放大器

902 :第三運算放大器 9 0 3 — 9〇6 :電阻元件 907，908:參考電壓源 1 〇 〇 ]:第一運算放大器 1 002 :第二運算放大器 1 0 0 3，1 0 0 4 ·•電阻元件 1 0 〇 5 :輸出端 1 10]:第二重置MOS電晶體 1 102 :第二光電轉換元件 1201 ( 1 201—]〜]201— 4):傳送 MOS 電晶體 1 2 02 ( 1 202 — 1 〜1202 - 4):第二保持電容 1203 ( 1203 — I 〜1203— 4):輸入 MOS 電晶體 1 2 0 6，1 2 0 8 ··輸入Μ 0 S電晶體

1204 ( 1204 —]〜1204 — 4):固定電流源 1 2 0 7，] 2 0 9 :固定電流源 1 2 0 5 ( 1 2 0 5 — 1〜1 2 0 5 - 4 ):第二源極從動放大器 1 2 1 0 :第三源極從動放大器 ]2 1 I :第四源極從動放大器 1 2 ] 2 :差動放大器 ]40卜 1402，1405，1 4 0 6 ：電阻元件 ]4 0 3 :第二運算放大器 1 4 04 :第二參考電壓源 1 6 0 1 - 16 0 4 ：電阻元件 -29- (27)1245558 1 6 Ο 5 :電容元件

-30-

Claims (1)

1245558 ⑴ 十、申請專利範圍 ].一種固態成像裝置，包含： 多數圖素，每一圖素包括一光電轉換元件和一訊號放 大元件，該訊號放大元件接收來自光電轉換元件之訊號以 放大和輸出該訊號； 一訊號放大器，包括第一輸入端用以接收來自訊號放 大元件之訊號和第二輸入端以輸入一參考電壓；和 一參考電源，其供應參考電壓至訊號放大器之第二輸 入端， 其中該參考電源包括和訊號放大元件等效之一電路構 造。 2 . —種固態成像裝置，包含： 多數圖素，每一圖素包括一光電轉換元件和第一源極 從動放大器，該第一源極從動放大器之輸入端連接至光電 轉換元件之一端； 一訊號放大器，包括第一輸入端用以接收從第一源極 從動放大器輸出之訊號，和第二輸入端以輸入一參考電壓 ;和 一參考電源，其供應參考電壓至訊號放大器之第二輸 入端， 其中第一源極從動放大器包括一導電型輸入電晶體和 一負載元件，和 其中該參考電源包括第二源極從動放大器，該第二源 極從動放大器包括和第一源極從動放大器相同導電型之輸 -31 - 1245558 (2) 入電晶體和一負載元件。 3 . —種固態成像裝置，包含： 一光電轉換元件； 第一源極從動放大器，其輸入端連接至光電轉換元件 丄山 * 之一觸， 第一保持電容，其經由第一傳送電晶體接收從第一源 極從動放大器輸出之訊號； 第二源極從動放大器，其輸入端連接至第一保持電容 第二保持電容，其經由第二傳送電晶體接收從第二源 極從動放大器輸出之訊號； 第三保持電容，其經由第三傳送電晶體接收從第二源 極從動放大器輸出之訊號； 第一訊號放大器，包括第一輸入端以接收由第二保持 電容所保持的訊號，和第二輸入端以輸入一參考電壓； 第二訊號放大器，包括第三輸入端以接收由第三保持 電容所保持的訊號，和第四輸入端以輸入一參考電壓；和 一參考電源，其連接至第一和第二訊號放大器之第二 和第四輸入端， 其中至少第一和第二源極從動放大器之一包括一導電 型輸入電晶體和一負載元件，和 其中該參考電源包括第三源極從動放大器，該第三源 極從動放大器包括和至少第一和第二源極從動放大器之一 相同導電型之輸入電晶體和·一負載元件。 -32〜 (3) - 1245558 4 .如申請專利範圍第2項之固態成像裝置，其中該參 考電源包括一增益放大器，其接收第二源極從動放大器之 一輸出當成一輸入，和該增益放大器連接至訊號放大器之 - 第二輸入端。 . 5 .如申請專利範圍第3項之固態成像裝置，其中該參 考電源包括一增益放大器：其接收第三源極從動放大器之 一輸出當成一輸入，和該增益放大器連接至第一和第二訊 號放大器之第二和第四輸入端。 · 6 .如申請專利範圍第2項之固態成像裝置，其中第二. 源極從動放大器之負載元件包括一固定電流負載，一電阻 元件，或一 Μ 0 S型電晶體。 7 .如申請專利範圍第3項之固態成像裝置，其中第三 源極從動放大器之負載元件包括一固定電流負載，一電阻 元件，或一 Μ 0 S型電晶體。 8 .如申請專利範圍第2項之固態成像裝置，其中第二 源極從動放大器之輸入端連接至一固定電壓源。 # 9 .如申請專利範圍第3項之固態成像裝置，其中第三 源極從動放大器之輸入端連接至一固定電壓源。 ]0 .如申請專利範圍第4項之固態成像裝置，其中該 增益放大器包括一運算放大器。 \ 1 ].如申請專利範圍第4項之固態成像裝置，其中當 訊號放大器之增益爲G a時，增益放大器之增益實質爲 Ga/(Ga —])。 ]2 .如申請專利範圍第]項之固態成像裝置：其中該 -33- 1245558 (4) 〃 訊號放大器包括電容饋回型或電阻饋回型放大器。 1 3 .如申請專利範圍第]項之固態成像裝置，其中該 訊號放大器包括一反向放大器或一正向放大器。 · 】4 .如申請專利範圍第2項之固態成像裝置，進一步 . 包含： 第一重置電晶體，其重置光電轉換元件； 第一重置電源，其經由第一重置電晶體而連接至光電 轉換元件之一端；和 Φ 第二重置電源，其連接至第二源極從動放大器之輸入 丄山 m ° 1 5 .如申請專利範圍第 3項之固態成像裝置，進一步 包含： 第一重置電晶體，其重置光電轉換元件； 第一重置電源，其經由第一重置電晶體而連接至光電. 轉換元件之一端； 第二重置電晶體，其與第一重置電晶體具有相同導電 型；和 第二重置電源，其經由第二重置電晶體而連接至第三 源極從動放大器之輸入端。 ]6 .如申請專利範圍第Μ或]5項之固態成像裝置，其 中一電源電壓由電阻分割以形成第一和第二重置電源。 -34-