成像器件和成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及成像器件和成像系统，并且具体涉及输出被像素中的M0S晶体管放大的像素信号的成像器件和使用该成像器件的成像系统。
【背景技术】
[0002]在固态成像器件中，当像素信号将从布置有大量像素的成像区域中被读出时，一种通过使来自多个像素的像素信号相加并且压缩图像的分辨率信息来进行读出的方法是已知的。
[0003]作为一种固态成像器件的(XD顺序地传送每一个像素的信号电荷并且将其输出。当多个像素的信号将被相加时，输出基本上是相加的电荷(在下文中，该读出方法将被称作“电荷相加”)。另一方面，另一种固态成像器件CMOS传感器将每一个像素的信号电荷转换为电压并且通过M0S晶体管来放大该电压，然后将其输出。当多个像素的信号将被相加时，输出基本上是相加的电压(在下文中，该读出方法将被称作“电压相加”)或者平均电压。
[0004]在这里，已知信号相加之后的电荷相加在SN比上一般而言比电压相加更出色。其原因是，信号电荷被原样传送并且然后在电荷相加中相加，而由放大晶体管放大的电压在电压相加中被相加，并因而叠加在每一个信号上的放大晶体管的噪声也被相加。因此，在CMOS传感器中，对于信号相加，电荷相加同样优选于电压相加。
[0005]另外，通过使用列模数转换器，读出近来已被加速。当一个帧的像素信号将通过使信号相加而被读出时，如果该像素信号经受电荷相加，则一个帧的读出时间可以被减少，但是在电压相加中读出时间基本上无法被减少。就是说，因为在电荷相加中?目号电荷在像素中被相加，因此可压缩将要从像素区域中被读出的像素信号的信息量。另一方面，因为在电压相加中信号相加是在读出像素信号之后进行的，因此即使像素信号的信息量此时被压缩，一个帧的读出时间也无法被本质上降低。
[0006]如上所述，从SN比和一个帧的读出时间两者的视点来看，相比电压相加，更期望电荷相加作为像素信号的相加方法。
[0007]在日本专利申请特开N0.2001-250931和日本专利申请特开N0.2003-244712中描述的拜耳(Bayer)布置一般被用作CMOS传感器的每一个颜色的像素布置。在拜耳布置中，相同颜色的像素在即便彼此最接近的行方向和列方向上也被每隔一个像素地分开布置。
[0008]然而，CMOS传感器中的信号相加基本上是相同颜色的像素的相加。那是因为，如果不同颜色的像素的信号被混合，则颜色的信息被丢失，并且该颜色无法再被再现。因此，难以实现这种能够在诸如灵敏度和饱和信号电荷之类的像素的基本特性被保持的同时进行相同颜色的像素之间的电荷相加的像素构成。
【发明内容】
[0009]本发明的一个目的是提供一种能够在像素的基本特性被保持的同时进行相同颜色的多个像素的电荷相加读出的成像器件。本发明的另一个目的是提供一种能够通过使用这种成像器件获得具有降低的噪声的图像的成像系统。
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种包括按照包括多个行和多个列的矩阵布置的多个像素区域的成像器件，其中该多个像素区域包括:多个第一像素区域，其在每一行中被每隔一个像素布置以使得该多个第一像素区域在相邻行中相互交替，该多个第一像素区域中的每一个被配置为将第一颜色的光转换为第一信号电荷并且累积第一信号电荷；多个第二像素区域，其被按照方形格子形式布置，并且被布置在与第一像素区域的那些位置不同的位置处，该多个第二像素区域中的每一个被配置为将与第一颜色不同的第二颜色或第三颜色的光转换为第二信号电荷并且累积第二信号电荷；以及多个第三像素区域，其被按照方形格子形式布置，并且被布置在与第一像素区域和第二像素区域的那些位置不同的位置处，该多个第三像素区域中的每一个具有第一读出电路单元，第一读出电路单元被配置为:使在与第三像素区域相邻的至少两个第一像素区域中累积的第一信号电荷相加，或者使在对应于同一颜色并且与所述第三像素区域相邻的至少两个第二像素区域中累积的所述第二信号电荷相加，并且被配置为输出基于相加后的信号电荷的量的信号。
[0011 ] 根据参考附图的对示例性实施例的以下描述，本发明的另外特征将变得清晰。
【附图说明】
[0012]图1是示出根据本发明第一实施例的成像器件的构成的平面图。
[0013]图2A、图2B和图2C是示出根据本发明第一实施例的成像器件的构成的电路图。
[0014]图3是示出根据本发明第一实施例的成像器件的构成的平面图。
[0015]图4是示出根据本发明第一实施例的成像器件的构成的平面图。
[0016]图5是示出根据本发明第二实施例的成像器件的构成的平面图。
[0017]图6是示出根据本发明第二实施例的成像器件的构成的示意截面图。
[0018]图7是示出根据本发明第三实施例的成像器件的构成的示意截面图。
[0019]图8是示出根据本发明第四实施例的成像器件的构成的平面图。
[0020]图9是示出根据本发明第四实施例的成像器件的构成的示意截面图。
[0021]图10是示出根据本发明第五实施例的成像系统的构成的示意图。
【具体实施方式】
[0022]现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。
[0023][第一实施例]
[0024]将参考图1至图4描述根据本发明的第一实施例的成像器件。
[0025]图1、图3和图4是示出根据本实施例的成像器件的构成的平面图。图2A、图2B和图2C是示出根据本实施例的成像器件的构成的电路图。
[0026]根据本实施例的成像器件100在如图1所示的成像区域中具有多个像素区域札至R5、GiS G 12、BiS Β 4以及0 !至0 40这多个像素区域札至R 5、GiS G 12、B 4以及0:至0 4按照包括多个行和多个列的矩阵来布置。每一行跨越该多列中的每一个。每一列跨越该多行中的每一个。
[0027]多个像素区域&至R 5乂至G 12為至B 4以及0茂0 4包括用于累积信号电荷的像素区域(在下文中称作“信号累积像素”)以及用于放大和读出信号的像素区域(在下文中称作“信号读出像素”)。在图1中，像素区域&至1?5、像素区域匕至612和像素区域^至84对应于信号累积像素。像素区域1^至1?5是用于由红光累积信号电荷的像素区域(在下文中称作“R信号累积像素”)。像素区域匕至612是用于由绿光累积信号电荷的像素区域(在下文中称作“G信号累积像素”)。像素区域81至B 4是用于由蓝光累积信号电荷的像素区域(在下文中称作“B信号累积像素”)。像素区域01至04对应于信号读出像素。
[0028]在根据本实施例的成像器件中，作为构成图像拾取区域的重复单元的像素阵列单元是4行X4列。图1示出了 5行X5列的像素阵列以便于理解信号电荷传输的模式。通过在列方向和行方向上重复地布置这种重复单元的像素阵列，构成具有期望数目个像素的图像拾取区域。
[0029]接下来，每一个像素区域的布置将被更加具体地描述。在这里，为了描述的方便，图1中的左上像素区域&被假定为第一行和第一列上的像素区域，并且行号随着它向下前进而增大并且列号随着它向右前进而增大。例如，像素区域G7是第三行和第四列上的像素区域。
[0030]G信号累积像素(像素区域匕至612)在像素区域中按照棋盘格图案布置。就是说，G信号累积像素在每一行中和每一列中被每隔一个像素布置。它们还被布置为在相邻行或者相邻列上交替。在图1中的示例中，像素区域G被布置在奇数行和偶数列的像素区域中以及偶数行和奇数列的像素区域中。
[0031]R信号累积像素(像素区域札至1?5)以及B信号累积像素(像素区域匕至84)和信号读出像素0(像素区域(^至04)交替地布置在每隔一行和每隔一列上。就是说，在图1中的示例中，R信号累积像素和B信号累积像素被交替地布置在奇数行上的G信号累积像素之间的像素区域中。并且信号读出像素0被布置在偶数行上的G信号累积像素之间的每一个像素区域中。像素区域R和像素区域B被交替地布置在奇数列上的G信号累积像素之间的像素区域中。信号读出像素0被布置在偶数列上的G信号累积像素之间的每一个像素区域中。
[0032]当R信号累积像素(像素区域札至1?5)以及B信号累积像素(像素区域^至^)在一个组中被考虑时，这些像素区域被考虑成以方形格子形式布置并且被布置在与G信号累积像素的位置不同的位置处。R信号累积像素(像素区域&至1?5)以及B信号累积像素(像素区域81至B 4)可以被考虑成当从整个成像区域看去时在行方向和列方向上每隔三个像素以交错方式布置。信号读出像素(像素区域(^至04)可以被考虑成以方形格子形式布置并且被布置在与信号累积像素的那些位置不同的位置处。
[0033]在图1中，像素区域0肩用于读出在像素区域G3、GjPG6中累积的信号电荷的信号读出像素(在下文中称作“G信号读出像素”)。传送栅极电极12G被各自布置在像素区域h与像素区域Gp G3、GjPG6之间。像素区域0 4是用于读出在像素区域G7、G9、G10和G12中累积的信号电荷的G信号读出像素。传送栅极电极12G被各自布置在像素区域04与像素区域G7、G9、Gi。和G 12之间。像素区域0 2是用于读出在像素区域B JP B 3中累积的信号电荷的信号读出像素(在下文中称作“B信号读出像素”)。传送栅极电极12B被各自布置在像素区域02与像素区域Β B 3之间。像素区域0 3是用于读出在像素区域R 3和R 4中累积的信号电荷的信号读出像素(在下文中称作“R信号读出像素”)。传送栅极电极12R被各自布置在像素区域03与像素区域R#PR4之间。示出为叠加在图1中的传送栅极电极12R、12G和12B上的箭头指示从信号累积像素到信号读出像素的信号电荷的读出方向。在图1中，关于每一个像素区域中的除传送栅极电极12R、12G和12B之外的构成元件的描述被省略。
[0034]图2A是构成G信号累积像素及其信号读出像素的电路的一个示例。在图1中的示例中，像素区域61、63、64和66及像素区域01或者像素区域67、69、61。和G12及像素区域04对应于该G信号累积像素及其信号读出像素。
[0035]四个G信号累积像素(像素区域Gp G3、64和G 6/像素区域G7、G9、Gi。和G 12)与G信号读出像素(像素区域0/像素区域04)相邻。四个G信号累积像素中的每一个都具有作为光电转换元件的光电二