专利名称：放大固态图像拾取装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种放大固态图像拾取装置。
背景技术：
通常，已经提出的放大固态图像拾取装置具有有放大功能的象素部分，和环绕该象素部分设置的扫描电路，其中通过该扫描电路从该象素部分读取象素数据。特别地，已知的APS(有源象素传感器)类型的图像传感器由CMOS(互补金属氧化物半导体)形成，其有利于将象素部分与周边驱动电路和信号处理电路集成。
对于APS类型的图像传感器，通常在一个象素内需要形成光电转换部件、放大部件、象素选择部件和复位部件。因此，通常在APS类型的图像传感器中，除了使用由光电二极管(PD)形成的光电转换部件之外，另外还要使用3至4个MOS晶体管(Tr)。
图8示出APS类型的图像传感器的结构，其采用了一个光电二极管(PD)和四个MOS晶体管(Tr)，组成一个PD+4Tr系统。例如在参考文献“I.Inoue et al.，IEDM Tech.Digest，pp.883-886(1999)”中公开了这种PD+4Tr系统的APS图像传感器。
图8中所示的PD+4Tr系统的APS类型的图像传感器包括作为“PD”的光电二极管201；和作为“4Tr”的转移晶体管202，其用于转移存储在该光电二极管201中的信号电荷；复位晶体管231；放大晶体管232和象素选择晶体管233。在这种情况下，假定所给的光电二极管201是隐埋类型的，并且优选从光电二极管201转移信号电荷，已知可以非常大量地减少噪声并可以得到高质量的图像。
通过φT表示转移晶体管202的驱动脉冲，通过φRR表示复位晶体管231的驱动脉冲，并通过φS表示象素选择晶体管233的驱动脉冲。而且，垂直信号线235通过施加有驱动脉冲φL的恒流负载晶体管234接地，其中可以得到输出信号VS。另外，VDD表示电源电压(恒压)。
对于该放大固态图像拾取装置，其可以用于在静止图片模式中通过相互独立地读出所有象素而获得高分辨率，并可以用于在移动图片模式中通过在象素中执行相加而增强读帧速率或灵敏度，尽管这样会牺牲分辨率。
然而，在图8所示的放大固态图像拾取装置的情况下，会产生如下问题。也就是，因为信号电荷被转换并被放大成为电压信号，然后逐个象素地读出，象素中的相加操作是这些读出电压信号中的所要进行的一个。这就要求除了用于相加操作的象素部分之外，还需要模拟或数字存储元件，其导致读出电路结构更加复杂。而且该方法的S/N(信噪比)改善效果较差。其原因如下。
这里检查两个象素P1和P2之间的相加。象素的信号分别假定为s1和s2，并且假定光电转换部件所产生的噪声为np1和np2，并且假定在象素放大部件中产生的噪声为na1和na2。因为噪声np1和np2以及噪声na1和na2并不是相互相关，而是彼此独立，总噪声n12通过下面的等式(等式1)表示n12=(np12+np22+na12+na22)]]>……(等式1)总信号s12通过下面的等式(等式2)表示s12＝s1+s2 ……(等式2)。
假定这样的情况，其中光电转换部件产生的噪声被抑制，使得(np1，np2)＜＜(na1，na2)，并且其中信号P1和P2相同，并且所产生的噪声也相等，s12＝2·s1并且n12=2·na1,]]>s12/n12=2·(s1/na1)]]>……(等式3)从而S/N只提高到 倍。
在这里所检查的情况是，其中在转换成电压以及放大之前进行象素之间的相加操作，然后在相加之后读出信号。
在这种情况下，相加之后的噪声通过下面的等式(等式4)表示，其小于等式1的噪声n12=(np12+np22+na12)]]>……(等式4)。
另一方面，由于在电荷相加过程中信号通过(等式2)表示，所检查的情况下是，其中(np1，np2)＜＜(na1)，并且信号P1和P2相同。
由于s12＝2·s1，并且n12＝na1，所以s12/n12＝2·(s1/na1)……(等式5)从而S/N提高到2倍。该操作的范例所示如下。
在图9所示的放大固态图像拾取装置中，向多个光电二极管201和转移晶体管202共同提供有信号电荷存储器部件208、复位晶体管231、放大晶体管232和象素选择晶体管233(例如参见JP 09-46596 A)。
在图9中，与图8中相同的符号表示与图8中相同的内容。图9与图8的不同之处在于一组电荷检测部件208、复位晶体管231、放大晶体管232和象素选择晶体管共同被提供给上和下两个象素。结果，同时开启象素(m，1)的转移晶体管202的驱动脉冲φT(m，1)和象素(m，2)的晶体管的驱动脉冲φT(m，2)，使得有可能读出上和下两个象素的光电二极管201的累加的信号电荷(m是自然数)。
然而在图9所示的放大固态图像拾取装置的结构和操作中，会产生如下所示的问题。也就是，假定共同信号电荷存储部件208的电容为CFD，从光电二极管201中得出的信号电荷Qsig转换成电压信号Vsig的电荷电压转换效率η为η＝GSF·Vsig/Qsig＝GSF/CFD……等式6，其中GSF是由放大晶体管232和恒流负载晶体管234所组成的源跟随器电路的增益，其小于1。
从等式6明显可以看到，为了增大电荷电压转换效率η，需要减少电容CFD。共同信号电荷存储部件208的电容CFD是转移晶体管202的漏极侧结电容与放大晶体管232的栅极电容之和，这两个晶体管都与信号电荷存储部件208连接。因此，转移晶体管的漏极结电容和布线电容随着与共同信号电荷存储部件连接的光电二极管和转移晶体管的数目的增加而增加，其导致的问题就是电荷电压转换效率η降低。
发明内容
本发明想要解决该问题，其目标是提供一种放大固态图像拾取装置，其执行象素中信号电荷的相加，使得有可能进行相加操作而不增加读出电路的负载，并且其通过相加不仅能够增强S/N的改善效果，而且即使具有相加结构也可以保持电荷电压转换效率。
为了获得上面的目标，根据本发明提供一种放大固态图像拾取装置，包括分别为每个象素设置的多个光电转换转移部件，并且其每一个都具有光电转换元件和至少一个转移晶体管，用于转移该光电转换元件的信号电荷，其中该多个光电转换转移部件被划分成为多个光电转换转移部件组，每一组分别由至少两个光电转换转移部件组成；分别为每个光电转换转移部件组设置的多个开关电容器放大部件，其输入侧与光电转换转移部件的每一转移晶体管的输出侧连接，并且其输出侧与信号线连接；和控制部件，用于从光电转换转移部件组内的所有的光电转换转移部件中选择出多个光电转换转移部件，并用于控制转移晶体管和开关电容器放大部件，使得所选择的多个光电转换转移部件的光电转换元件的信号电荷通过所选择的多个光电转换转移部件的转移晶体管转移到开关电容器放大部件的输入侧，多个信号电荷被累加，并且通过开关电容器放大部件读出所累加的信号电荷。
在本发明的这种放大固态图像拾取装置中，多个光电转换元件的信号电荷通过转移晶体管累加到开关电容器放大部件的输入侧。这表明通过电荷累加对S/N的改善产生较大的效果。而且，在象素部件处进行相加操作，决不会使得读出电路变得复杂。通过使用开关电容器放大部件组成放大器，有可能有效地减少在开关电容器放大部件的输入侧上的信号电荷存储部件的电容，使得可以增强电荷电压转换增益。而且，由于从光电转换转移部件组内的所有的光电转换转移部件中选择出多个光电转换转移部件，并然后将所选择的光电转换转移部件的光电转换元件的信号电荷累加，有可能以各种方式选择象素(光电转换元件)的组合，使得该装置可以应用于较宽的范围。
在一个实施例中，该控制部件可以在用于执行信号电荷相加的相加操作模式与用于分别独立的读取光电转换元件的信号电荷而不执行信号电荷相加的独立操作模式之间切换。
在该实施例中，仅仅改变控制部件的驱动方法使得有可能从独立操作模式与相加操作模式之间进行选择，独立操作模式不包含相加操作从而确保了高分辨率，而相加操作模式包含相加操作从而确保了较高的帧读取速度和灵敏度的改善，而牺牲了分辨率。
在一个实施例中，该光电转换元件是隐埋光电二极管。
在一个实施例中，每一光电转换元件具有多个颜色特征中的任何一个，并且
将具有相同颜色特征的光电转换元件的信号电荷累加起来。
在该实施例中，该放大固态图像拾取装置用作彩色固态图像拾取装置，其中即使具有彩色部件也可以进行象素相加，并且特别地，增强基于原色的彩色元件中相同颜色的信号质量，可以使灵敏度得到增加。
在一个实施例中，每一光电转换元件具有多个颜色特征中的任何一个，并且将具有分别由多个特定颜色的组合组成的不同颜色特征的光电转换元件的信号电荷累加起来。
在该实施例中，该放大固态图像拾取装置用作彩色固态图像拾取装置，其中即使具有彩色部件也可以进行象素相加，并且特别地，通过相加尤其是基于互补色的彩色元件中的特定颜色组合而增强必要的颜色，可以使灵敏度得到提高。
在一个实施例中，该光电转换转移部件组排列成矩阵形状，在每一光电转换转移部件中，转移晶体管由奇数编号的场转移晶体管和偶数编号的场转移晶体管组成，其分别转移光电转换元件的信号电荷，开关电容器放大部件包括奇数编号的场开关电容器放大部件，其输入侧与该奇数编号的场转移晶体管的输出侧连接，和偶数编号的场开关电容器放大部件，其输入侧与该偶数编号的场转移晶体管的输出侧连接；控制部件包括奇数编号的场控制部件，用于控制该奇数编号的场转移晶体管和该奇数编号的场开关电容器放大部件，以及偶数编号的场控制部件，用于控制该偶数编号的场转移晶体管和该偶数编号的场开关电容器放大部件；和该奇数编号的场控制部件和偶数编号的场控制部件交织读取将要相加到奇数编号的场开关电容器放大部件侧的列方向组合的光电转换元件，以及将要相加到偶数编号的场开关电容器放大部件侧的列方向组合的光电转换元件，其分别在列方向上有一行的偏移。
在该实施例中，将要以场为基础相加的象素组合水平移位一行(即在列方向上移位一行)，从而实现交织读取。因此，有可能进行交织读取，特别是具有彩色元件时，这是非常难以进行的。
根据本发明的放大固态图像拾取装置，多个光电转换元件的信号电荷通过转移晶体管累加到开关电容器放大部件的输入侧上，S/N改善效果变得较大。而且，在象素部件进行相加操作，决不会使得读取电路变得复杂。进一步，使用以开关电容型设置的放大电路，有可能有效地减少开关电容器放大部件的输入侧上的信号电荷存储部件的电容，使得可以增强电荷电压转换增益。而且，仅仅改变驱动方法使得有可能在不包含相加操作从而确保了高分辨率的操作模式与包含相加操作从而确保较高的帧读取速度和灵敏度改善而牺牲分辨率的操作模式之间进行选择。
于是，本发明对于形成能够在高分辨率的静止图片与高灵敏度和高速的运动图片之间切换的图像传感器非常有用。
附图内容从此后所给出的详细描述和附图可以更加全面的理解本发明，其只是通过范例的形式给出，而其并无意图限制本发明，并且其中
图1A为根据本发明实施例的二维放大固态图像拾取装置的操作说明图；图1B为根据本发明实施例的二维放大固态图像拾取装置的操作说明图；图1C为根据本发明实施例的二维放大固态图像拾取装置的电路图；图2A为对应于图1A和图1C中所示的二维放大固态图像拾取装置中的驱动脉冲的时序图；图2B为对应于图1B和图1C中所示的二维放大固态图像拾取装置中的驱动脉冲的时序图；图2C为图1C中所示的二维放大固态图像拾取装置中的驱动脉冲的时序图；图3为根据本发明另一实施例的二维放大固态图像拾取装置的操作说明图；图4为图3中所示的二维放大固态图像拾取装置的电路图；图5A为对应于图3和图4中所示的二维放大固态图像拾取装置中的驱动脉冲的时序图；图5B为图4中所示的二维放大固态图像拾取装置中的驱动脉冲的时序图；图6A为还根据本发明另一实施例的二维放大固态图像拾取装置中奇数编号的场的操作说明图；
图6B为还根据本发明另一实施例的二维放大固态图像拾取装置中偶数编号的场的操作说明图；图7为图6A和6B中所示的二维放大固态图像拾取装置的电路图；图8为根据现有技术的放大固态图像拾取装置中多个象素的电路图；图9为根据现有技术的另一放大固态图像拾取装置中多个象素的电路图。
具体实施例方式
此下，通过参照附图中所示的实施例更加详细地描述本发明。
(第一实施例)图1A至1C所示的二维放大固态图像拾取装置是放大固态图像拾取装置的范例，其是本发明的实施例。图1A是显示了象素相加的范例的说明图，图1B是显示了象素相加的另一范例的说明图，并且图1C为二维放大固态图像拾取装置的电路图。
图1A所示为在Bayer格式滤色器中相同颜色的上和下两个象素30、30之间进行相加的范例方法，Bayer格式滤色器由三原色绿(G)、红(R)和蓝(B)组成，其中每隔一个象素进行相加操作。
图1B所示为在滤色器中特定颜色组合的上和下两个象素30、30之间进行相加的范例方法，该滤色器是由互补色黄(Ye)、青(Cy)、品红(Ma)和绿(G)组成，其中在周期1H(一个水平扫描周期)中可以交替地得到下面的相加结果第[Ye+G，Cy+Ma]行→亮度+颜色-不同信号(2B-G)第[Cy+G，Ye+Ma]行→亮度+颜色-不同信号(2R-G)。
于是可以得到必要的颜色信号。
如图1C中所示，用于完成图1A和1B中所示的象素相加的电路包括设置在每一象素30中的光电转换转移部件10；开关电容器放大部件20，用于将从光电转换转移部件10中得到的信号电荷转换为电压，以放大电压；和作为控制部件的范例的垂直扫描电路25，用于控制光电转换转移部件10和开关电容器放大部件20。
图1C只示出了多行和多列的光电转换转移部件10中的两列，第j列(j是自然数)和第(j+1)列，其中开关电容器放大部件20分别与光电转换转移部件组相连。光电转换转移部件组分别由每一列中的光电转换转移部件10组成。注意到，k是不小于2的整数，并且图1C中所示的实例是k＝4。
该光电转换转移部件10具有光电二极管1，作为光电转换元件的范例，其阳极接地；和转移晶体管2，其漏极与光电二极管1的阴极相连。
而且，开关电容器放大部件20具有反相放大器3；复位晶体管5和电容器4(作为电容元件的范例)，它们两个都接入到反相放大器3的输入和输出之间；以及选择晶体管6，其接入到反相放大器3的输出侧与垂直信号线7之间。
在反相放大器3的输入侧是信号电荷存储部件8，其中四个光电转换转移部件10在它们的输出侧(即转移晶体管2的源极)共同与其相连。也就是，该信号电荷存储部件8从开关电容器放大部件20的输入端向上延伸到每一个转移晶体管2的输出侧。注意到，信号电荷存储部件8的电容表示为CFD，电容器4的电容为Cin。
垂直扫描电路25具有转移晶体管驱动信号线21、选择晶体管驱动信号线22和复位晶体管驱动信号线23。
转移晶体管驱动信号线21与沿行方向设置的每一光电转换转移部件10的转移晶体管2的栅极相连。选择晶体管驱动信号线22与开关电容器放大部件20的选择晶体管6的栅极相连。复位晶体管驱动信号线23与开关电容器放大部件20的复位晶体管5的栅极相连。
参照图1C，与第n个开关电容器放大部件20相连的第一行象素被表示为(n，1)，其中n是自然数，并且第二行象素被表示为(n，2)、......，第四行象素被表示为(n，4)。将从垂直扫描电路25输出的驱动脉冲φT(n，1)、φT(n，2)、......，φT(n，4)通过每一个转移晶体管驱动信号线21被施加到每一象素(n，1)、象素(n，2)、......，象素(n，4)的转移晶体管2的栅极。
将驱动脉冲φR(n)通过复位晶体管驱动信号线23施加到第n个开关电容器放大部件20的复位晶体管5的栅极，将驱动脉冲φS(n)通过选择晶体管驱动信号线22施加到选择晶体管6的栅极。
然后从第j列的输出信号线7得到输出信号Vs，j，和从第(j+1)列的输出信号线11得到输出信号Vs，j+1。
注意到，反相放大器3的增益GAM的值设置尽可能的大。增益GAM足够大时，反相放大器3、复位晶体管5和电容器4组成图1C中的开关电容器放大器。相应地，信号电荷存储部件8的信号电荷被转移到电容器4(电容Cin)并存储在其中。也就是，用于将信号电荷有效地转换成电压的电容从CFD变化到Cin，其中设置CFD＞＞Cin使得有可能增加电荷电压转换的效率。
进一步在图1C中，假定光电二极管1是隐埋型的，并且通过转移晶体管2将电荷从光电二极管1转移到信号电荷存储部件8是优选的，可以很大程度地抑制光电转换转移部件10产生的噪声。
图2A-2C的时序图用于解释图1A-1C中所示的二维放大固态图像拾取装置的操作，其中图2A对应于图1A，图2B对应于图1B，并且图2C所示为在不进行象素相加情况下的时序。该象素相加操作是在周期T3A中进行的，并且图2A-2C彼此不同之处仅在于每一周期T3A中的操作。
图2A-2C共同地在周期T1中，施加到第n个开关电容器放大部件20的复位晶体管5的驱动脉冲φR(n)变为高电平，使得复位晶体管5变到开启状态。结果，反相放大器3的输入和输出短路，其中信号电荷存储部件8的电压复位到恒压。
图2A-2C共同地在下一周期T2中，驱动脉冲φR(n)变为低电平，使得复位晶体管5变到关闭状态。然而，因为驱动脉冲φS(n)是高电平，选择晶体管6变到开启状态。而且，反相放大器3对信号电荷存储部件8的电压进行反相和放大，并且通过选择晶体管6将复位电平读取到垂直信号线7。
在下一周期T3B中，驱动脉冲φS(n)变为低电平，使得选择晶体管6关闭。
在图2A中所示的情况下，在第一1H(一个水平扫描周期)的周期T3A中，施加到象素(n，1)的驱动脉冲φT(n，1)和施加到象素(n，3)的驱动脉冲φT(n，3)变为高电平，使得转移晶体管2的栅极的电压电平上升。结果，存储在象素(n，1)和象素(n，3)的光电二极管1中的信号电荷被转移到信号电荷存储部件8。也就是，象素(n，1)和象素(n，3)的象素信号电荷被累加。在下一个1H中，由于施加到象素(n，2)的驱动脉冲φT(n，2)和施加到象素(n，4)的驱动脉冲φT(n，4)变为高电平，使得转移晶体管2的栅极的电压电平上升。结果就是，存储在象素(n，2)和象素(n，4)的光电二极管1中的信号电荷被转移到信号电荷存储部件8。也就是，象素(n，2)和象素(n，4)的象素信号电荷被累加。于是，图2A中所示的操作对应于图1A的操作。
在图2B中所示的情况下，在第一个1H的周期T3A中，施加到象素(n，1)的驱动脉冲φT(n，1)和施加到象素(n，2)的驱动脉冲φT(n，2)变为高电平，使得转移晶体管2的栅极的电压电平上升。结果，存储在象素(n，1)和象素(n，2)的光电二极管1中的信号电荷被转移到信号电荷存储部件8。也就是，象素(n，1)和象素(n，2)的象素信号电荷被累加。在下一个1H中，由于施加到象素(n，3)的驱动脉冲φT(n，3)和施加到象素(n，4)的驱动脉冲φT(n，4)变为高电平，使得转移晶体管2的栅极的电压电平上升。结果，存储在象素(n，3)和象素(n，4)的光电二极管1中的信号电荷被转移到信号电荷存储部件8。也就是，象素(n，3)和象素(n，4)的象素信号电荷被累加。于是，图2B中所示的操作对应于图1B的操作。
在图2C中所示的情况下，在周期T3A中的操作中，由于应用施加到象素(n，i)的驱动脉冲φT(n，i)变为高电平，使得转移晶体管2的栅极的电压电平上升，存储在象素(n，i)的光电二极管1中的信号电荷被转移到信号电荷存储部件8。也就是，单独地读出象素(n，i)的象素信号电荷。在这种情况下，因为i按1H连续地从1移动到4，所以连续并独立地读出象素(n，1)至象素(n，4)。
图2A-2C共同地在下一周期T4中，驱动脉冲φT(n，1)变为低电平，使得转移晶体管2变到关闭状态。因此，信号电荷存储部件8保持一个通过由于信号电荷转换产生的变化而从周期T2中的电压移动的电压，并且驱动脉冲φS(n)是高电平，使得选择晶体管6变到开启状态。因此，信号电平被反相放大器3放大，并且通过选择晶体管6读取到垂直信号线7。
在上述象素信号的相加操作中，由于信号电荷被累加到开关电容器放大部件20的输入侧上，相加之后产生的噪声通过所提到的等式(等式4)表示，其与所述等式(等式1)表示的噪声相比要小。
在本发明的相加操作中，信号在电荷相加中通过上述(等式2)表示。因此，假定(np1，np2)＜＜(na1)，并且信号P1和P2相等，S/N通过上述(等式5)所示的关系，s12＝2·s1并且n12＝na1，其中S/N的改善扩大到两倍。
进一步在本发明中，反相放大器3的增益GAM如上所述足够大，所具有的优势就是可以忽略开关电容器放大部件20的输入电容CFD，使得不管象素电荷相加结构如何，都可以增加电荷电压转换效率。
在图2A和2B中，其中所示的情况中，两个象素信号电荷相加的相加周期T3A同时在两行之间。然而，本发明并不限制于这种情况，如果周期T3A和T3A在周期T3B内，两行之间的周期T3A和T3A可以彼此不一致。也就是，即使在读出操作中具有时差，也可以得到正确的相加。
(第二实施例)图3所示为作为放大固态图像拾取装置的范例的二维放大固态图像拾取装置中的象素相加范例，其是本发明的另一实施例。图4所示为用于完成图3中所示象素相加的电路图，并且图5A和5B所示为用于解释图4中的电路工作的时序图。
图3所示为在Bayer格式滤色器中相同颜色的上和下两个象素30、30以及左和右两个象素30、30之中进行相加的方法的例子，Bayer格式滤色器由三原色绿(G)、红(R)和蓝(B)组成，其中在水平和垂直方向上都每隔一个象素进行相加操作。
图4中与图1C中相同的符号表示相同的内容，其与图1C的不同之处在于，第j列的第一信号电荷存储部件81和第(j+2)列的第三信号电荷存储部件83彼此相连，而第(j+1)列的第二信号电荷存储部件82和第(j+3)列的第四信号电荷存储部件84彼此相连，并且在该四列的组中的第一和第二列的转移晶体管2与水平转移晶体管驱动信号线φT(n，Ai)相连，而在该四列的组中的第三和第四列的转移晶体管2与水平转移晶体管驱动信号线φT(n，Bi)相连，其中i和n是自然数。
在图5A和5B中，与图2A中相同的符号表示相同的内容。
图5A所示为图3中所示操作的操作时序图。参照图5A，在第一1H的周期T3A中，从垂直扫描电路(未示出)同时开启转移晶体管驱动信号线上的驱动脉冲φT(n，A1)和φT(n，B1)以及φT(n，A3)和φT(n，B3)，并且总共四个象素，即第一行的第一列和第三列的象素信号以及第三行的第一列和第三列的象素信号被累加，并被引向第j列的信号线7，而总共四个象素，即第一行的第二列和第四列的象素信号以及第三行的第二列和第四列的象素信号被累加，并被引向第(j+1)列的信号线11。
在下一1H的周期T3A中，同时开启驱动脉冲φT(n，A2)和φT(n，B2)以及φT(n，A4)和φT(n，B4)，并且总共四个象素，即第二行的第一列和第三列的象素信号以及第四行的第一列和第三列的象素信号被累加，并被引向第j列的信号线7，而总共四个象素，即第二行的第二列和第四列的象素信号以及第四行的第二列和第四列的象素信号被累加，并被引向第(j+1)列的信号线11。
参照图5B，在周期T3A的操作中，由于施加到n行的组中的第i行象素上的驱动脉冲φT(n，Ai)和φT(n，Bi)变为具有偏移1H(一个水平扫描周期)的高电平，从而转移晶体管2的栅极的电压电平上升，存储在第i行象素的光电二极管1中的信号电荷带有1H周期偏移地被转移到第一和第三信号电荷存储部件81、83，和带有1H周期偏移地被转移到第二和第四信号电荷存储部件82、84。也就是，在n行的组中的第i行处四列的组中第一列和第三列的象素信号分别带有1H周期偏移地被引向第j列的信号线7，并且在n行的组中的第i行处四列的组中第二列和第四列的象素信号分别带有1H周期偏移地被引向第(j+1)列的信号线11。在该情况下，因为i从1至4以2H为基础连续的移动，所以可以以1H为基础连续并独立地读出n行的组中第一至第四行的所有象素。
(第三实施例)图6A和6B所示为作为放大固态图像拾取装置的范例的二维放大固态图像拾取装置的象素相加范例，其还是本发明的另一实施例。而且，图7所示的电路图用于执行图6A和6B中所示的象素相加。
图6A和6B类似于图1B，所示为用于在滤色器中特定颜色组合的上和下两个象素30、30之间进行相加的范例方法，滤色器由互补色黄(Ye)、青(Cy)、品红(Ma)和绿(G)组成，其中在1H周期可以交替地得到下面的相加结果第[Ye+G，Cy+Ma]行→亮度+颜色-不同信号(2B-G)第[Cy+G，Ye+Ma]行→亮度+颜色-不同信号(2R-G)。
其与图1B的不同之处在于，所要累加的象素30的组合以场为基础偏移一个水平行，从而能够进行交错读取。也就是在图6A中所示的奇数编号的场中，通过在奇数编号的行与偶数编号的行之间相加得到上面的信号。在图6B中所示的偶数编号的场中，通过在偶数编号的行与奇数编号的行之间相加得到上面的信号。
图7中与图1C中相同的符号表示相同的内容，其与图1C的不同之处在于，用于从光电二极管1转移电荷的转移晶体管包括奇数编号的场转移晶体管2a和偶数编号的场转移晶体管2b，其中奇数编号的场转移晶体管2a与奇数编号的场信号电荷存储部件8a相连，而偶数编号的场转移晶体管2b与偶数编号的场信号电荷存储部件8b相连，并且其中奇数编号的场信号电荷存储部件8a与奇数编号的场开关电容器放大部件20a相连，而偶数编号的场信号电荷存储部件8b与偶数编号的场开关电容器放大部件20b相连。
在奇数编号的场中，驱动脉冲从奇数编号的场驱动系统(奇数编号的场垂直扫描电路)25a施加到奇数编号的场转移晶体管2a的栅极和奇数编号的场开关电容器放大部件20a。也就是，驱动脉冲φT(On，i)施加到第i行的转移晶体管2a的栅极，驱动脉冲φR(On)施加到复位晶体管5的栅极，并且驱动脉冲φS(On)施加到选择晶体管6的栅极。
同样的，在偶数编号的场中，驱动脉冲从偶数编号的场的驱动系统(偶数编号的场垂直扫描电路)25b施加到偶数编号的场转移晶体管2b和偶数编号的场开关电容器放大部件20b。也就是，驱动脉冲φT(En，i)施加到第i行的转移晶体管2a的栅极，驱动脉冲φR(En)施加到复位晶体管5的栅极，并且驱动脉冲φS(En)施加到选择晶体管6的栅极。
结果，在奇数编号的场与偶数编号的场之间的对比中，待连接到开关电容器放大部件20a、20b的光电二极管1(列方向上)的组合彼此偏移1个水平行(即在列方向上偏移一个水平行)。因此，在从奇数编号的场的驱动系统25a施加驱动脉冲的情况与从偶数编号的场的驱动系统25b施加脉冲的情况之间的对比中，待累加的象素组合偏移1个水平行。也就是，可以进行交错读取。于是，变得可以实施交错读取，这对于APS图像传感器的彩色元件是非常困难的。
这样描述了本发明，显然同样的内容可以多种方式变化。这种变化并不被认为是脱离本发明的精神和范围，并且对于本领域的熟练技术人员显而易见的所有这些修改都包括在下面的权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种放大固态图像拾取装置，包括分别为每个象素设置的多个光电转换转移部件，并且每一个光电转换转移部件都具有光电转换元件和至少一个转移晶体管，用于转移该光电转换元件的信号电荷，其中该多个光电转换转移部件被划分成为多个光电转换转移部件组，每一组分别由至少两个光电转换转移部件组成；分别为每个光电转换转移部件组设置的多个开关电容器放大部件，每一开关电容器放大部件的输入侧与光电转换转移部件的每一转移晶体管的输出侧连接，并且每一开关电容器放大部件的输出侧与信号线连接；和控制部件，用于从光电转换转移部件组内的所有的光电转换转移部件中选择出多个光电转换转移部件，和控制转移晶体管和开关电容器放大部件，使得所选择的多个光电转换转移部件的光电转换元件的信号电荷通过所选择的多个光电转换转移部件的转移晶体管转移到开关电容放大器部件的输入侧，多个信号电荷被累加，并且通过开关电容器放大部件读出所累加的信号电荷。
2.如权利要求1中的放大固态图像拾取装置，其中该控制部件可以在用于执行信号电荷相加的相加操作模式与用于分别独立地读取光电转换元件的信号电荷而不执行信号电荷相加的独立操作模式之间切换。
3.如权利要求1中的放大固态图像拾取装置，其中该光电二极管转换元件是隐埋光电二极管。
4.如权利要求1中的放大固态图像拾取装置，其中每一光电转换元件具有多个颜色特征中的任何一个；并且将具有相同颜色特征的光电转换元件的信号电荷累加起来。
5.如权利要求1中的放大固态图像拾取装置，其中每一光电转换元件具有多个颜色特征中的任何一个；并且将具有分别由多个特定颜色的组合所组成的不同颜色特征的光电转换元件的信号电荷累加起来。
6.如权利要求1中的放大固态图像拾取装置，其中该光电转换转移部件组排列成矩阵形状；在每一光电转换转移部件中，该转移晶体管由奇数编号的场转移晶体管和偶数编号的场转移晶体管组成，其分别转移光电转换元件的信号电荷；开关电容器放大部件包括奇数编号的场开关电容器放大部件和偶数编号的场开关电容器放大部件，奇数编号的场开关电容器放大部件的输入侧与该奇数编号的场转移晶体管的输出侧连接，偶数编号的场开关电容放大部件的输入侧与该偶数编号的场转移晶体管的输出侧连接；控制部件包括奇数编号的场控制部件以及偶数编号的场控制部件，该奇数编号的场控制部件用于控制该奇数编号的场转移晶体管和该奇数编号的场开关电容器放大部件，该偶数编号的场控制部件用于控制该偶数编号的场转移晶体管和该偶数编号的场开关电容器放大部件；和该奇数编号的场控制部件和偶数编号的场控制部件交错读取将要相加到奇数编号的场开关电容器放大部件侧的列方向组合的光电转换元件，以及将要相加到偶数编号的场开关电容器放大部件侧的列方向组合的光电转换元件，其在列方向上有一行的偏移。
全文摘要
提供一种放大固态图像拾取装置，其能够改善S/N，并维持较高的电荷电压转换效率。在该放大固态图像拾取装置中，多个光电二极管1的信号电荷通过转移晶体管2在开关电容器放大部件20的输入侧累加。
文档编号H04N5/335GK1662040SQ20051005167
公开日2005年8月31日 申请日期2005年2月25日 优先权日2004年2月25日
发明者渡边恭志 申请人:夏普株式会社