攝像器件和攝像裝置的製作方法

2024-01-25 11:19:15

專利名稱：攝像器件和攝像裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及攝像器件和攝像裝置，更具體地，涉及列讀出型固體攝像器件和具有該攝像器件的攝像裝置。
背景技術：
近年來，由於在用於將進入至例如數位照相機中的光轉換成電信號並將該經過轉換後的圖像信號輸出的固體攝像器件中像素數量的增加以及更高的幀率，快速讀出技術已經變得重要起來。這樣的能夠快速讀出的固體攝像器件中的其中一種是金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor, M0S)型圖像傳感器(例如參照日本專利特許公報第 2005-328135 號和第 2005-311487 號)。MOS型圖像傳感器能夠通過與互補型金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)集成電路的工藝相同的工藝來製造。因此，在MOS型圖像傳感器中，能夠將適用於把每個像素的電荷轉換成電信號並對每一列的經轉換後的電信號進行處理的模擬電路與邏輯電路及其他電路混裝在同一晶片中。以這種方式製造的MOS型圖像傳感器能夠對分別從各列中的一列讀出的電信號進行並行地處理，因此能夠提高讀出速度。圖11圖示了例如在日本專利特許公報第2005-328135號和第2005-311487號中記載的傳統的列讀出型固體攝像器件(圖像傳感器)的示意性結構。固體攝像器件500包括像素陣列部1和電流源電路部501。像素陣列部1具有以矩陣形式布置的多個像素10。 電流源電路部501對用於從各個像素10中讀出電信號的讀出操作進行控制。應當注意的是，電流源電路部501包括多個電流源電路502且每一列都設置有一個電流源電路502。固體攝像器件500還包括垂直驅動電路3、列讀出電路4和電流控制電路5。電流控制電路5 對電流源電路部501的操作進行控制。各電流源電路502通常包括單級的MOS場效應電晶體(M0S Field-Effect Transistor, M0SFET) 503 (下文中稱作電流源503)。應當注意的是，圖11所示的例子是使用適用於引出電流的負溝道型金屬氧化物半導體(Negative channel Metal Oxide Semiconductor,NM0S)電晶體作為電流源503。應當注意的是，流過電流源電路502的電流 (即，從電流源503的漏極電極流向電流源503的源極電極的電流)是由電流源503的柵極電極的電位與電流源503的源極電極的電位之間的電位差Vgs決定的。應當注意的是， 下文中將MOS電晶體的柵極電極、源極電極和漏極電極簡稱為MOS電晶體的柵極、源極和漏極。
每個電流源503的柵極電位Vgate是經由設置成被各電流源電路502共用的柵極電位供給線SL而提供的。在圖11所示的示例中，柵極電位Vgate是從設置在柵極電位供給線SL —端處的電流控制電路5提供的。應當注意的是，沒有電流流過柵極電位供給線SL。 因此，每個電流源503的柵極電位Vgate是恆定的。每個電流源503的源極電位VSS是經由設置成被各電流源電路502共用的地線GL 而提供的。在圖11所示的示例中，地線GL的兩端都接地。源極電位VSS是從地線GL的兩端提供的。應當注意的是，地線GL被用來將從各電流源503的漏極弓I出至源極的電流I (列電流)饋送給各列的兩側。如上所述，在圖11所示的傳統的固體攝像器件500中，為像素陣列部1的各列(垂直信號線VL)設置了由像素10中的放大電晶體14和電流源電路502中的電流源503組成的源極跟隨電路。該源極跟隨電路將通過各像素10轉換得到的像素信號(電信號)傳輸至列讀出電路4。這時，通過從各列中同時讀出像素信號並且並行處理這些信號，從而使得快速處理成為可能。如上所述，在圖11所示的固體攝像器件500中，能夠通過從各列中同時讀出像素信號並且並行處理這些信號從而進行快速處理。然而，這樣的讀出帶來了下面的問題。下面將參照圖12A和圖12B更具體地說明這個問題。應當注意的是，圖12A是圖示了在讀出像素信號(電信號)的過程中地線GL上的列位置與各電流源503的柵極電位Vgate及源極電位VSS之間關係的電位分布圖。另一方面，圖12B是圖示了地線GL上的列位置與從各電流源503流出的列電流I之間關係的電流分布圖。應當注意的是，圖11、圖12A和圖12B中的附圖標記Vgs(m)和I (m)分別表示位於地線GL的延伸方向上的中央處的電流源503的柵極與源極間電位差Vgs和由該電流源 503提供的列電流I。此外，附圖標記Vgs (r)和I(r)分別表示位於地線GL的右端附近的電流源503的柵極與源極間電位差Vgs和由該電流源503提供的列電流I。另外，參考標記 Vgs(I)和I(I)分別表示位於地線GL的左端附近的電流源503的柵極與源極間電位差Vgs 和由該電流源503提供的列電流I。在圖11所示的固體攝像器件500中，從各電流源電路502流出的列電流I流入地線GL的兩側。此時，由於地線GL的導線電阻R因而在該地線GL中產生了電壓降(下文中稱為IR降)，由此根據各電流源503的位置(列位置)改變了該電流源503的源極電位 VSS。更具體地，電流源503的源極電位VSS在地線GL的中央附近達到峰值，並朝著地線GL的兩側逐漸降低。也就是說，提供給位於地線GL中央附近的電流源503的源極電位 VSS相對於提供給位於地線GL兩端的電流源503的源極電位VSS是浮起的。另一方面，通過柵極電位供給線SL向電流源503的柵極供給了柵極電位Vgate。 然而，沒有電流流過柵極電位供給線SL。因此，如圖12A中的特性曲線506所示，不管地線 GL上的列位置如何，所有電流源503的柵極電位Vgate都是恆定的。因此，各電流源電路502中的電流源503的柵極與源極間電位差Vgs在地線GL的中央附近是最低的。於是，如圖12B中的特性曲線507所示，由各電流源電路502中的電流源503的柵極與源極間電位差Vgs決定的電流I在地線GL的中央附近是最小的，並且朝著地線GL的兩側逐漸增大。
如果由於IR降因而使得地線GL中央附近的列電流I低於地線GL的兩側處的列電流I，那麼在地線GL的中央附近進行讀出時的操作裕度就低於在地線GL兩側進行讀出時的操作裕度。這就導致了列讀出電路4的讀出精度降低。上述IR降的問題的一種可能解決辦法是強化地線GL。例如，可以通過加粗地線 GL來強化該地線GL，或者可以藉助於一些引線讓地線GL在沿著該地線GL路徑的多個位置處接地來強化該地線GL。然而，這些技術都會導致地線GL的更大布局尺寸。如果對晶片尺寸有所限制，那麼晶片中能夠用來形成地線GL的面積就會受到限制。因此，即使強化了地線GL，也不可能使IR降的影響完全最小化。IR降的問題的另一種可能解決辦法是在考慮了地線GL中的IR降的前提下增大流入至各電流源電路502中的電流量，以便保證在地線GL的中央附近的操作裕度。然而，這種被設計成提供了具有固定裕度的電流源503的方案由於小的IR降因而會導致在能夠獲得足夠的操作裕度的地線GL兩端處產生不必要的電力消耗。另外，近年來已經看到隨著像素數量的增加，列的數量也在增加，這就使得難以將上述IR降最小化。

發明內容
鑑於上述問題，本發明的目的是期望提供能夠解決IR降的問題、使布局尺寸的增大最小化並且保證電力消耗降低的攝像器件和攝像裝置。本發明的實施例提供了一種攝像器件。所述攝像器件包括像素陣列部、第一電流源、第一地線、第一開關、第一電容元件、第二開關和電流控制電路。上述各組件按照下面的方式進行配置並發揮作用。所述像素陣列部具有沿著行方向和列方向以矩陣形式布置的多個像素，還具有用於從所述多個像素讀出像素信號的多條讀出信號線。所述第一電流源包括MOS電晶體，且所述第一電流源與各條所述讀出信號線對應設置著。所述第一地線被提供有由所述第一電流源產生的電流。所述第一開關設置在所述第一電流源的漏極與對應的所述讀出信號線之間，從而以接通和斷開的方式控制流過所述第一電流源的電流。所述第一電容元件設置在所述第一電流源的柵極與所述第一電流源的源極之間，用於使所述第一電流源的柵極電位升高至預定電位和/或將所述第一電流源的柵極電位保持為所述預定電位。所述第二開關用於開始和停止對所述第一電容元件的充電。所述電流控制電路在第一期間內使所述第一開關處於斷開狀態並使所述第二開關處於導通狀態，在所述第一期間內是對所述第一電容元件充電。所述電流控制電路在第二期間內使所述第一開關處於導通狀態並使所述第二開關處於斷開狀態，在所述第二期間內是將所述像素信號讀出。本發明的實施例還提供了一種攝像裝置。所述攝像裝置包括本發明所述攝像器件的像素陣列部而且還包括光學系統和電流源電路部。所述光學系統用於獲取被攝物體光並在所述像素陣列部的攝像面上形成圖像。所述電流源電路部包括本發明所述攝像器件的第一電流源、第一地線、第一開關、第一電容元件、第二開關和電流控制電路。在本發明的實施例中，從所述第一電流源流向所述第一地線的電流在所述第一期間內被終止，因此使所述第一電流源的柵極電位升高至預定電位和/或將該柵極電位保持為所述預定電位。在所述第二期間內，允許電流從所述第一電流源流向所述第一地線。因此在所述第二期間內，與過去一樣在所述第一地線中產生IR降，於是所述第一電流源的源極電位根據在所述第一地線上的位置而變化。然而在本發明中，所述第一電流源的柵極在所述第二期間內處於浮置狀態。因此，柵極電位與源極電位一樣地根據所述第一地線上的位置而變化，由此抵消了 IR降的影響。結果，在所述第二期間(即像素信號讀出期間)內， 無論所述第一地線上的位置如何，所述第一電流源的柵極與源極間電位差都是恆定的。所以無論所述第一地線上的位置如何，從所述第一電流源流向所述第一地線的電流也是恆定的。如上所述，在本發明中，在所述第二期間(即像素信號讀出期間)內，無論所述第一地線上的位置如何，從所述第一電流源流向所述第一地線的列電流都是恆定的。這使得本發明能夠解決上述IR降的問題。此外，即使在地線中產生了 IR降的情況下，本發明也能夠抵消IR降的影響。因此，本發明在設計地線布局的過程中不需要考慮IR降的影響，從而在地線布局的設計上提供了更高的自由度並且確保了更小的布局尺寸。另外，本發明不需要像過去那樣由於考慮到IR降的影響因而使不需要的列電流流入到電流源電路中，因此保證了電力消耗的降低。


圖1是本發明第一實施例的固體攝像器件的示意性結構圖。圖2是本發明第一實施例的固體攝像器件中的讀出操作的時序圖。圖3A至圖3C是圖示了本發明第一實施例的固體攝像器件中地線上的列位置與電流源的柵極電位及電流源的源極電位之間的關係的電壓分布圖，以及圖示了本發明第一實施例的固體攝像器件中列位置與列電流之間的關係的電流分布圖。圖4是本發明第二實施例的固體攝像器件的示意性結構圖。圖5是本發明第二實施例的固體攝像器件中的讀出操作的時序圖。圖6A至圖6C是圖示了本發明第二實施例的固體攝像器件中地線上的列位置與電流源的柵極電位及電流源的源極電位之間的關係的電壓分布圖，以及圖示了本發明第二實施例的固體攝像器件中列位置與列電流之間的關係的電流分布圖。圖7是本發明第三實施例的固體攝像器件的示意性結構圖。圖8是本發明第三實施例的固體攝像器件中的讀出操作的時序圖。圖9A至圖9C是圖示了本發明第三實施例的固體攝像器件中地線上的列位置與電流源的柵極電位及電流源的源極電位之間的關係的電壓分布圖，以及圖示了本發明第三實施例的固體攝像器件中列位置與列電流之間的關係的電流分布圖。圖10是使用了本發明實施例攝像器件的攝像裝置的示意性結構框圖。圖11是傳統的固體攝像器件的示意性結構圖。圖12A和圖12B分別是圖示了傳統的固體攝像器件中地線上的列位置與電流源的柵極電位及電流源的源極電位之間的關係的電壓分布圖，以及圖示了傳統的固體攝像器件中列位置與列電流之間的關係的電流分布圖。
具體實施例方式下面將參照附圖對本發明實施例的攝像器件以及具有該攝像器件的攝像裝置的結構示例進行說明，說明將會按照如下的順序進行。應當理解的是，本發明不限於這些示例。1.第一實施例(固體攝像器件的基本結構示例)2.第二實施例3.第三實施例4.各種變形例5.第四實施例(攝像裝置的結構示例)1.第一實施例(固體攝像器件的基本結構示例)固體攝像器件的總體結構圖1圖示了第一實施例的列讀出型圖像傳感器(固體攝像器件)的示意性結構。固體攝像器件100 (攝像器件)包括像素陣列部1、電流源電路部2、垂直驅動電路 3、列讀出電路4(讀出電路)和電流控制電路5。這些組件形成在未圖示的同一個半導體基板(晶片)上。像素陣列部1具有沿著行(圖1中為水平的)方向和列(圖1中為垂直的)方向以矩陣形式布置的多個像素10。應當注意的是，稍後會說明像素10(單位像素)的具體結構。另外，在像素陣列部1中，對於以矩陣形式布置的像素10來說，沿行方向的每一行中都設有一條電源線PL和多條像素驅動線(圖1中的DLl DL3)。電源線PL提供電源電位VD。各條像素驅動線分別提供驅動信號(圖1中的Vt、Vr和Vs)。上述電源線和各條像素驅動線的一端連接至垂直驅動電路3的對應輸出端。另外，在像素陣列部1中，對於以矩陣形式布置的像素10來說，沿列方向的每一列中形成有垂直信號線VL(讀出信號線)。各條垂直信號線VL的一端連接至列讀出電路4的對應輸出端。從被垂直驅動電路3掃描並選擇的一個像素10中輸出的信號(模擬電信號)經由對應的垂直信號線VL被提供給列讀出電路4。電流源電路部2包括多個電流源電路20，且與每條垂直信號線VL對應地設有一個電流源電路20。在從各像素10讀出電信號的期間內電流源電路部2保持電流恆定。應當注意的是，稍後會說明電流源電路20的具體結構。另一方面，圖1中已經描述了這樣的示例該示例中，電流源電路20與以矩陣形式布置的像素10的各列對應設置著。然而，本發明不限於此。如果多個像素列共用一條垂直信號線VL，那麼每一個電流源電路20與每一條被多個像素列共用的垂直信號線VL對應設置著。垂直驅動電路3具有包括例如移位寄存器或地址解碼器的電路(未圖示)，從而按行依次對將要被讀出信號的像素10進行選擇和掃描。垂直驅動電路3還具有用於向被掃描以進行讀出的行中的像素10提供各種驅動信號(圖1中的Vt、Vr和Vs)的電路(未圖示)°列讀出電路4具有AD (模擬數字)轉換器(未圖示)，該AD轉換器用於從被垂直驅動電路3選擇和掃描的行中的像素10讀出模擬電信號並將該模擬信號轉換成數位訊號。 列讀出電路4還具有選擇電路(未圖示)，各選擇電路包括例如移位寄存器或地址解碼器以依次選擇和掃描各列之中的一列中的AD轉換器。
8
電流控制電路5控制電流源電路部2的操作，並在讀出操作的期間內向電流源電路部2提供各種驅動信號(圖1中的si、s2和Vgate)。像素結構如圖1所示，各像素10包括光電轉換元件11、傳輸電晶體12、復位電晶體13、放大電晶體14和選擇電晶體15。應當注意的是，儘管在本實施例中構成像素10的全部四個電晶體均圖示為N型MOS電晶體，但本發明不限於此。可以適當改變各電晶體的導電類型(N 型或P型)以及電晶體的導電類型的組合。電源線PL設置成被處於同一行中的多個像素10共用，從而向復位電晶體13的漏極和放大電晶體14的漏極提供電源電位VD。另外，傳輸線DLl設置成被處於同一行中的多個像素10共用，從而向傳輸電晶體12的柵極提供傳輸脈衝Vt。此外，復位線DL2設置成被處於同一行中的多個像素10共用，從而向復位電晶體13的柵極提供復位脈衝Vr。另外，選擇線DL3設置成被處於同一行中的多個像素10共用，從而向選擇電晶體15的柵極提供選擇脈衝Vs。光電轉換元件11包括例如光電二極體PD，從而將所接收到的光轉換成電荷量與光強度相當的光電荷(在本例中是光電子)。另一方面，光電二極體PD的陽極電極與負電源(例如，地)連接。光電二極體PD的陰極電極通過傳輸電晶體12與放大電晶體14的柵極電連接。應當注意的是，下文中把光電二極體PD的陰極電極與放大電晶體14的柵極電連接處的節點稱為浮動擴散(floating diffusion, FD)部。傳輸電晶體12設置在光電二極體PD的陰極電極與FD部之間，並且傳輸電晶體12 的柵極連接至對應的傳輸線DLl。當通過傳輸線DLl向傳輸電晶體12的柵極施加高電平傳輸脈衝Vt時，傳輸電晶體12導通，從而將通過光電二極體PD的光電轉換而獲得的光電荷傳輸到FD部。復位電晶體13設置在FD部與電源線PL之間，並且復位電晶體13的漏極連接至電源線PL，復位電晶體13的源極連接至FD部，而復位電晶體13的柵極連接至對應的復位線DL2。當通過復位線DL2向復位電晶體13的柵極施加高電平復位脈衝Vr時，復位電晶體13導通。該操作是在將信號電荷從光電二極體PD傳輸到FD部之前進行的。這一操作的結果是，將FD部的電荷轉移到電源線PL中，從而使FD部復位。放大電晶體14設置在電源線PL與選擇電晶體15之間，並且放大電晶體14的漏極連接至電源線PL，放大電晶體14的源極連接至選擇電晶體15，放大電晶體14的柵極連接至對應的FD部。在FD部被復位電晶體13復位之後，放大電晶體14將FD部的電位作為復位信號(復位電平)輸出。另外，在通過傳輸電晶體12向FD部傳輸信號電荷之後，放大電晶體14將FD部的電位作為光累積信號(像素電平)輸出。選擇電晶體15設置在放大電晶體14與垂直信號線VL之間，並且選擇電晶體15的漏極連接至放大電晶體14，選擇電晶體15的源極連接至垂直信號線VL，選擇電晶體15的柵極連接至對應的選擇線DL3。當通過選擇線DL3向選擇電晶體15的柵極施加高電平選擇脈衝Vs時，選擇電晶體15導通，因此使得能夠對像素10進行選擇。選擇電晶體15將當選擇了像素10時從放大電晶體14輸出的像素信號傳遞給垂直信號線VL。應當注意的是，選擇電晶體15的設置位置不限於圖1中所示示例中的位置。選擇電晶體15可以設置在電源線PL與放大電晶體14的漏極之間。
在如上所述配置而成的像素10中，通過設置在垂直信號線VL與基準電位節點 (例如，地)之間的電流源電路20將每一列的經過放大電晶體14放大的像素信號(電壓信號)讀出至垂直信號線VL。應當注意的是，儘管圖1中說明的是各像素10包括四個電晶體的示例，但本發明不限於此。能夠以任意方式來配置像素10，只要在像素10中累積的電荷能夠被輸出到與各列對應設置的垂直信號線VL中即可。例如，可以將單個電晶體同時作為放大電晶體14和選擇電晶體15，這樣各像素10就包括三個電晶體。電流源電路的結構如圖1所示，各電流源電路20包括電流源21 (第一電流源)、第一開關22和第二開關23以及電容元件24 (第一電容元件)。另外，柵極電位供給線SL和地線GL (第一地線) 設置成被各電流源電路20共用。柵極電位供給線SL向電流源21提供柵極電位Vgate。地線GL向電流源21提供源極電位VSS。另外，第一控制線CLl和第二控制線CL2設置成被各電流源電路20共用。第一控制線CLl將第一控制脈衝si提供給第一開關22。第二控制線 CL2將第二控制脈衝s2提供給第二開關23。電流源21包括N型MOS電晶體。電流源21的柵極連接至第二開關23的源極以及電容元件24的一個電極。電流源21的漏極連接至第一開關22的源極，並且電流源21 的源極連接至地線GL。從電流源21流向地線GL的列電流1(飽和電流)是由電流源21的柵極電位Vg與電流源21的源極電位VSS之間的電位差Vgs決定的。第一開關22包括N型MOS電晶體。第一開關22的漏極連接至對應的垂直信號線 VL，第一開關22的源極連接至電流源21的漏極，並且第一開關22的柵極連接至第一控制線CLl。從垂直信號線VL向電流源21的漏極電極供給的電流是通過第一開關22的開/關操作來控制的。應當注意的是，當向第一開關22的柵極施加高電平第一控制脈衝si時，第一開關22導通。第二開關23包括N型MOS電晶體。第二開關23的漏極連接至柵極電位供給線SL， 第二開關23的源極連接至電容元件24的一個電極，並且第二開關23的柵極連接至第二控制線CL2。當向第二開關23的柵極施加高電平第二控制脈衝s2時，第二開關23導通。電容元件24設置在第二開關23的源極與地線GL之間。電容元件24的一個電極與第二開關23的源極及電流源21的柵極連接，電容元件24的另一個電極與地線GL連接。 電容元件24被設置用來升高或保持電流源21的柵極電位。電容元件24的充電是通過第二開關23的開/關操作來控制的。在如上所述配置而成的固體攝像器件100中，與像素陣列部1的各列(垂直信號線VL)對應地設置了由像素10中的放大電晶體14和電流源21構成的源極跟隨電路。該源極跟隨電路使得由各像素10轉換的像素信號(電信號)能夠被傳輸至列讀出電路4。應當注意的是，儘管圖1中已經介紹了第一開關22和第二開關23都包括N型MOS 電晶體的示例，但本發明不限於此。可以適當地改變各電晶體的導電類型(N型或P型)以及電晶體的導電類型的組合。固體攝像器件的讀出操作下面將參照圖2以及圖3A至圖3C對本實施例的固體攝像器件100的讀出操作進行具體說明。圖2是在讀出操作的期間內提供給各電流源電路20的第一控制脈衝si和第二控制脈衝s2的時序圖。然而應當注意的是，圖2圖示的是在一行的讀出期間(單個讀出期間)內的時序圖，並且圖2中所示的重複周期對應於一行的讀出期間。另一方面，圖3A是圖示了在圖2所示的期間1內，地線GL上的列位置與電流源21 的柵極電位Vg及電流源21的源極電位VSS之間的關係的電位分布圖。圖3B是圖示了在圖2所示的期間2內，地線GL上的列位置與電流源21的柵極電位Vg及電流源21的源極電位VSS之間的關係的電位分布圖。應當注意的是，圖3A和圖3B所示的特性圖的水平軸代表地線GL上的列位置，而這些特性圖的垂直軸代表電位。另外，圖3C是圖示了在圖2所示的期間2內，地線GL上的列位置與從電流源21提供給地線GL的列電流I之間的關係的電流分布圖。應當注意的是，圖3C中所示的特性圖的水平軸代表地線GL上的列位置，而該特性圖的垂直軸代表電流值。在本實施例中，如圖2所示，將一行的讀出期間劃分為兩個期間(期間1和期間 2)，在期間1 (第一期間)內使電流源21的柵極電位Vg升高和/或保持(採樣並保持)該柵極電位，並且在期間2(第二期間)內讀出像素信號。應當注意的是，在例如考慮了各種因素的前提下適當地設定期間1的長度，這些因素包括讀出速度、每次讀出時從電容元件24 漏出的電荷量以及一次讀出期間的規範等。另一方面，在讀出動作的初始階段中，電容元件未充電。因此，在讀出動作開始後不久，優選的是將期間1設定得較長。應當注意的是，電容元件24 —旦被充電，從那時起電荷的洩漏量就不明顯了。因此，在除了初始階段以外的時期，可以將期間1設定得較短。首先，如圖2所示，在期間1內，電流控制電路5向第一控制線CLl提供低電平第一控制脈衝si。這就使第一開關22斷開，因此使流過電流源電路20的電流終止。另外，在期間1內，電流控制電路5向第二控制線CL2提供高電平第二控制脈衝s2。這就使第二開關23導通，因此對電容元件24進行充電並且使電流源21的柵極電位升高到電位Vgate和 /或將電流源21的柵極電位保持為這一電位水平。在期間1內，沒有列電流I從各電流源電路20流向地線GL。因此，如圖3A中的特性曲線101所示，無論地線GL上的列位置如何，各電流源21的源極電位VSS都是恆定的。 另外，如圖3A中的特性曲線102所示，在期間1內，無論地線GL上的列位置如何，各電流源 21的柵極電位Vg恆定為電位Vgate。因此，無論地線GL上的列位置如何，各電流源21的柵極與源極之間的電位差Vgs都是恆定的。接著，繼期間1之後當期間2開始時，電流控制電路5向第一控制線CLl提供高電平第一控制脈衝si。這就使第一開關22導通，從而使得電流流入到電流源電路20中。此時，由各電流源21的柵極與源極間的電位差Vgs決定的列電流從各電流源電路20流入到地線GL中。另外，在期間2內，電流控制電路5向第二控制線CL2提供低電平第二控制脈衝 s2。這就使第二開關23斷開，從而使得電流源21的柵極處於浮置狀態。如上所述，在期間2內有列電流I流過地線GL，由此產生了 IR降。因此，如圖3B 中的特性曲線103所示，在期間2內，源極電位VSS在地線GL上的分布相對於列位置(水平軸)是呈弓形的，且電流源21的源極電位VSS在位於地線GL中央處的列的附近達到峰值。也就是說，在期間2內，在位於地線GL中央處的列的附近的電流源21的源極電位VSS 相對於在位於地線GL兩端處的列中的源極電位VSS是浮起的。
然而應當注意的是，如上所述在期間2內電流源21的柵極是處於浮置狀態，並且電流源21的源極和柵極通過電容元件24而連接在一起。在此情況下，如果電流源21的源極電位VSS發生變化，則電流源21的柵極電位Vg也與源極電位VSS變化得一樣多。更具體地，如果電流源21的源極電位VSS由於IR降而升高，則該電流源21的柵極電位Vg與源極電位VSS升高得一樣多。也就是說，如果在期間2內由於IR降而使在位於中央處的列的附近的電流源21 的源極電位VSS升高，則在該列處的該電流源21的柵極電位Vg也升高了。因此，如圖3B中的特性曲線104(Vgate (S/H))所示，在期間2內電流源21的柵極電位Vg的分布也是呈弓形的，且該柵極電位Vg在位於中央處的列的附近達到峰值。因此，無論地線GL上的列位置如何，電流源21的柵極與源極間的電位差Vgs都是恆定的。如圖3C中的特性曲線105所示，從各電流源21流到地線GL的列電流I也是恆定的。因此，在期間2內，即在讀出期間內，使電流源21的柵極處於浮置狀態，由此抵消了 IR降的影響。如上所述，無論電流源21的列位置如何，且不管是在期間1內還是在期間2內，本實施例的電流源電路20都保持著電流源21的柵極與源極間的電位差Vgs基本恆定。這使得無論列位置如何，本實施例的電流源電路20都能夠使流入到地線GL中的列電流I保持恆定。也就是說，本實施例提供了與地線GL上的上述IR降無關的恆定電流源，因此不管列位置如何都能夠以高精度穩定地產生所需的列電流。因此，本實施例的固體攝像器件100 最小化了由於地線GL上的IR降因而導致的操作裕度的減少，從而提供了列讀出電路4的更好讀出精度。另外，因為無論列位置如何都能夠保持流入到地線GL中的列電流I是恆定的，所以本實施例不需要讓不必要的電流流向位於地線GL兩端附近的電流源電路20，從而解決了過去存在的IR降的問題。因此，本實施例有助於降低固體攝像器件100的電力消耗。另一方面，在本實施例中，與傳統的結構不同的是，必須提供用於形成電流源電路 20中的新開關和電容元件的空間。然而，本發明不需要考慮IR降的影響，因此例如在地線 GL的布局設計上提供了相比於過去更高的自由度(更高的布局效率)。因此，相比於傳統的對地線GL的強化，本實施例有助於實現更小晶片尺寸的固體攝像器件100。應當注意的是，如同本實施例中那樣設置在電流源21的柵極與源極之間的電容元件24加強了該電流源21的柵極與源極間的結合。這保證了更有效地抵消IR降。2.第二實施例在第一實施例中，在期間1內沒有列電流I流動。因此，儘管第一實施例提供了低的電力消耗，但讀出操作是間斷進行的。在從期間1切換到期間2的過程中或者從期間2 切換到期間1的過程中，在電流發生顯著變化的情況下，可能產生噪聲。另外，在沒有列電流I流動的期間1內，像素10內的放大電晶體14可能會將垂直信號線VL的電位提升。在此情況下，在垂直信號線VL的電位收斂於所期望的電位水平之前需要額外的時間量，這可能會導致更長的像素信號讀出時間。在本實施例中，將對被設計成能夠解決這一問題的結構示例進行說明。固體攝像器件的整體結構圖4圖示了第二實施例的固體攝像器件的示意性結構。應當注意的是，圖4中所示本實施例的固體攝像器件200的與圖1中所示第一實施例的固體攝像器件100的組件相同的組件用相同的附圖標記表示。固體攝像器件200包括像素陣列部1、電流源電路部6、垂直驅動電路3、列讀出電路4和電流控制電路5。這些組件形成在未圖示的同一個半導體基板(晶片)上。除了電流源電路部6以外，固體攝像器件200是按照與第一實施例中的固體攝像器件100相同的方式進行配置的。因此，這裡將僅說明電流源電路部6的結構。應當注意的是，電流源電路部6包括多個電流源電路30，且與每條垂直信號線VL 對應地設有一個電流源電路30。電流源電路的結構如圖4所示，各電流源電路30包括第一電流源31、第一開關32和第二開關33、電容元件34(第一電容元件)、第二電流源35以及第三開關36。柵極電位供給線SL設置成被各電流源電路30共用。柵極電位供給線SL向第一電流源31和第二電流源35提供柵極電位Vgate。另外，第一地線GLl和第二地線GL2設置成被各電流源電路30共用。第一地線GLl向第一電流源31提供源極電位VSS。第二地線GL2向第二電流源35提供源極電位VSS sub.應當注意的是，第一地線GLl與第二地線 GL2平行布置著且它們的兩端均接地。另外，第一控制線CLl和第二控制線CL2設置成被各電流源電路30共用。第一控制線CLl向第一開關32提供第一控制脈衝Si。第二控制線CL2向第二開關33提供第二控制脈衝s2。另外，第三控制線CL3設置成被各電流源電路30共用。第三控制線CL3向第三開關36提供第三控制脈衝S3。應當注意的是，本實施例的每個電流源電路30中的第一電流源31、第一開關32和第二開關33以及電容元件34是按照與第一實施例(圖1)的每個電流源電路20中的相應組件(即，第一電流源21、第一開關22和第二開關23以及電容元件24)相同的方式配置的。另外，本實施例的柵極電位供給線SL、第一地線GL1、第一控制線CLl和第二控制線CL2 也是按照與第一實施例(圖1)的相應線路(即，柵極電位供給線SL、地線GL、第一控制線 CLl和第二控制線CL2)相同的方式配置的。也就是說，本實施例的電流源電路30除了包括第一實施例中所述的電流源電路 20外還包括由第二電流源35和第三開關36構成的輔助電路、第三控制線CL3和第二地線 GL2。在本實施例中，設置有由第二電流源35和第三開關36構成的輔助電路，從而如稍後所述即使在期間1內也有列電流I流動。第二電流源35包括N型MOS電晶體。第二電流源35的柵極連接至柵極電位供給線SL，第二電流源35的漏極連接至第三開關36的源極，並且第二電流源35的源極連接至第二地線GL2。從第二電流源35流向第二地線GL2的列電流(飽和電流)是由第二電流源 35的柵極與源極間的電位差來決定的。第三開關36包括N型MOS電晶體。第三開關36的漏極連接至垂直信號線VL，第三開關36的源極連接至第二電流源35的漏極，並且第三開關36的柵極連接至第三控制線 CL3。從垂直信號線VL流向第二電流源35的電流是通過第三開關36的開/關(導通/斷開)操作來控制的。應當注意的是，當向第三開關36的柵極施加高電平第三控制脈衝s3 時，第三開關36導通。
應當注意的是，儘管在圖4中已經說明了第一電流源31、第一開關32、第二開關 33、第二電流源35以及第三開關36全都包括的是N型MOS電晶體的示例，但本發明不限於此。可以適當地改變各MOS電晶體的導電類型(N型或P型)以及MOS電晶體的導電類型的組合。另一方面，在本實施例中，只需要減小從期間1切換至期間2的過程中或者從期間 2切換至期間1的過程中的電流變化。因此，在期間1內流過第二電流源35的列電流可以不同於在期間2內流過第一電流源31的列電流。因此，可以將第二電流源35設置得不同於第一電流源31 (例如，不同的溝道尺寸)。或者，可以將第二地線GL2設置得不同於第一地線GLl。固體攝像器件的讀出操作下面將參照圖5以及圖6A至圖6C對本實施例的固體攝像器件200的讀出操作進行具體說明。圖5是在讀出操作的期間內提供給各電流源電路30的第一控制脈衝Si、第二控制脈衝s2和第三控制脈衝s3的時序圖。然而應當注意的是，圖5圖示的是在一行的讀出期間(單個讀出期間)內的時序圖，並且圖5中所示的重複周期對應於一行的讀出期間。另一方面，圖6A是圖示了在圖5所示的期間1內各地線GL上的列位置與各電流源的柵極電位及各電流源的源極電位之間的關係的電位分布圖。圖6B是圖示了在圖5所示的期間2內第一地線GLl上的列位置與第一電流源31的柵極電位Vg及第一電流源31 的源極電位VSS之間的關係的電位分布圖。應當注意的是，圖6A和圖6B所示的特性圖的水平軸代表地線上的列位置，而這些特性圖的垂直軸代表電位。另外，圖6C是圖示了在圖5 所示的期間2內第一地線GLl上的列位置與從第一電流源31提供給第一地線GLl的列電流I之間的關係的電流分布圖。圖6C中所示的特性圖的水平軸代表第一地線GLl上的列位置，而該特性圖的垂直軸代表電流。在本實施例中，與第一實施例一樣，將一行的讀出期間劃分為期間1和期間2，在期間ι內使第一電流源31的柵極電位Vg升高和/或保持該柵極電位，並且在期間2內讀
出像素信號。首先，在期間1內，電流控制電路5向第一控制線CLl提供低電平第一控制脈衝 si。這就使第一開關32斷開，因此讓流過第一電流源31的電流終止。另外，在期間1內電流控制電路5向第二控制線CL2提供高電平第二控制脈衝s2。這就使第二開關33導通，因此對電容元件34進行充電並且將第一電流源31的柵極電位升高到電位Vgate和/或將第一電流源31的柵極電位保持為這一電位水平。在期間1內，沒有列電流I從各電流源31流向第一地線GL1。因此，如圖6A中的特性曲線201所示，無論第一地線GLl上的列位置如何，各第一電流源31的源極電位VSS 都是恆定的。另外，如圖6A中的特性曲線202所示，在期間1內，無論第一地線GLl上的列位置如何，各第一電流源31的柵極電位Vg恆定為電位Vgate。因此，無論第一地線GLl上的列位置如何，各第一電流源31的柵極與源極間的電位差Vgs都是恆定的。另外，在期間1內，電流控制電路5向第三控制線CL3提供高電平第三控制脈衝 S3。這就使第三開關36導通，從而允許電流流入由第二電流源35和第三開關36構成的輔助電路中。此時，由第二電流源35的柵極與第二電流源35的源極間的電位差決定的列電流從該輔助電路流入到第二地線GL2中，由此導致了第二地線GL2中的IR降。因此，如圖6A中的特性曲線203所示，在期間1內，第二電流源35的源極電位VSS_sub的分布是呈弓形的，且第二電流源35的源極電位VSS_sub在位於第二地線GL2中央處的列的附近達到峰值。也就是說，在期間1內，在位於第二地線GL2中央處的列的附近的第二電流源35的源極電位VSS_sub相對於在位於第二地線GL2兩端處的列中的源極電位VSS_sub是浮起的。接著，繼期間1之後當期間2開始時，電流控制電路5向第一控制線CLl提供高電平第一控制脈衝sl，這就使第一開關32導通，從而允許電流流入到第一電流源31中。此時，由第一電流源31的柵極與第一電流源31的源極間的電位差Vgs決定的列電流I (飽和電流)從第一電流源31流入到第一地線GLl中。此外，在期間2內，電流控制電路5向第二控制線CL2提供低電平第二控制脈衝 s2。這就使第二開關33斷開，從而使得第一電流源31的柵極處於浮置狀態。如上所述，在期間2內有列電流I流過第一地線GL1，由此產生了 IR降。因此，如圖6B中的特性曲線204所示，在期間2內第一電流源31的源極電位VSS的分布是呈弓形的，且第一電流源31的源極電位VSS在位於第一地線GLl中央處的列的附近達到峰值。也就是說，在期間2內，在位於第一地線GLl中央處的列的附近的第一電流源31的源極電位 VSS相對於在位於第一地線GLl兩端處的列中的源極電位VSS是浮起的。然而應當注意的是，在期間2內第一電流源31的柵極處於浮置狀態，並且第一電流源31的柵極與第一電流源31的源極通過電容元件34而連接在一起。在此情況下，按照與第一實施例中所述的工作原理相同的方式，第一電流源31的柵極電位Vg與第一電流源 31的源極電位VSS變化得一樣多，因此抵消了 IR降的影響。也就是說，如圖6B中的特性曲線205 (Vgate (S/H))所示，在期間2內，第一電流源 31的柵極電位Vg的分布是呈弓形的，且第一電流源31的柵極電位Vg在位於第一地線GLl 中央處的列的附近達到峰值。因此，在期間2內，無論列位置如何，第一電流源31的柵極與第一電流源31的源極間的電位差Vgs都是恆定的。這就使得如圖6C中的特性曲線206所示，無論列位置如何，本實施例的電流源電路30都能夠將流入到第一地線GLl中的列電流 I保持恆定。另一方面，在期間2內，電流控制電路5向第三控制線CL3提供低電平第三控制脈衝S3。這就使第三開關36斷開，從而使流過由第二電流源35和第三開關36構成的輔助電路的列電流終止。如上所述，本實施例對各電流源電路30的操作進行了控制。在本實施例中，如上所述在像素信號讀出期間(期間2)內，列電流I僅從第一電流源31流向第一地線GLl。無論第一地線GLl上的列位置如何，列電流I都能夠保持恆定。 因此，本實施例也能夠抵消IR降的影響，從而提供了與第一實施例相同的有益效果。應當注意的是，由於形成由第二電流源35和第三開關36構成的輔助電路以及第二地線GL2和第三控制線CL3時需要一定的空間，因此本實施例的電流源電路30在布局尺寸上要大於第一實施例的電流源電路20。然而，與第一實施例一樣地，本實施例不需要考慮IR降的影響，因此例如在地線GL的布局設計上相比於過去提供了更高的自由度(更高的布局效率)。因此，相比於傳統的對地線GL的強化，本實施例有助於實現更小晶片尺寸的固體攝像器件200。另外，在本實施例中，在期間1內也有列電流I流過地線，從而確保了在從期間1 切換到期間2的過程中或者從期間2切換到期間1的過程中的電流變化較小。這使得本實
15施例能夠將下面的問題最小化這些這些問題包括從期間1切換到期間2的過程中或者從期間2切換到期間1的過程中的噪聲以及垂直信號線VL的電位的提升。應當注意的是，儘管在本實施例中已經說明了單獨設置有第二控制線CL2和第三控制線CL3的示例，但本發明不限於此。在本實施例中，如圖5所述，第二控制脈衝s2與第三控制脈衝s3是同相的。因此，可以使用共用控制線作為第二控制線CL2和第三控制線 CL3。另一方面，在本實施例中，在期間1內在第二地線GL2中產生了 IR降，由此導致了列電流的非恆定分布。為了使第二地線GL2中的電流變化最小化，例如一列中的第二電流源35的溝道尺寸(寬度或長度)可以與另一列中的第二電流源35的溝道尺寸(寬度或長度)不同，以抵消IR降的影響。更具體地，在圖4所示的示例中，從第二地線GL2的兩端朝著第二地線GL2的中央，各第二電流源35的溝道寬度W逐漸擴大或者各第二電流源35的溝道長度L逐漸縮短。 改變各第二電流源35的溝道尺寸使得在第二地線GL2中央處附近的列電流增大，從而抵消了 IR降的影響。應當注意的是，這種IR降抵消技術的抵消精度比本發明的應用於第一地線GLl (主線)的IR降抵消技術的抵消精度低。然而，這是在不讀出像素信號的期間1內在第二地線GL2中產生了 IR降。因此，沒有必要以高精度抵消該IR降。3.第三實施例在第一實施例和第二實施例中，已經說明了這樣的情況這些情況中，在像素信號讀出期間(期間2)之前設置有採樣保持期間(期間1)，即，設置有不讀出像素信號的期間。 然而，本發明不限於此。下面將說明未設置不讀出期間的結構示例。固體攝像器件的總體結構圖7圖示了第三實施例的固體攝像器件的示意性結構。應當注意的是，圖7中所示本實施例的固體攝像器件300的與圖4中所示第二實施例的固體攝像器件200的組件相同的組件用相同的附圖標記表示。固體攝像器件300包括像素陣列部1、電流源電路部7、垂直驅動電路3、列讀出電路4和電流控制電路5。這些組件形成在未圖示的同一個半導體基板(晶片)上。除了電流源電路部7以外，固體攝像器件300是按照與第一實施例中的固體攝像器件100相同的方式進行配置的。因此，這裡將僅說明電流源電路部7的結構。電流源電路部7包括第一電流源電路部8和第二電流源電路部9。第一電流源電路部8包括多個第一電流源電路40，且與每條垂直信號線VL對應地都設有一個第一電流源電路40。另一方面，第二電流源電路部9包括多個第二電流源電路50，且與每條垂直信號線VL對應地都設有一個第二電流源電路50。電流源電路的結構第一電流源電路部8中的各第一電流源電路40包括第一電流源41、第一開關42 和第二開關43以及第一電容元件44。另外，第一柵極電位供給線SLl和第一地線GLl設置成被各第一電流源電路40共用。第一柵極電位供給線SLl向第一電流源41提供柵極電位 Vgatel。第一地線GLl向第一電流源41提供源極電位VSS1。應當注意的是，第一地線GLl 的兩端均接地。另外，第一控制線CLl和第二控制線CL2設置成被各第一電流源電路40共用。第一控制線CLl向第一開關42提供第一控制脈衝Si。第二控制線CL2向第二開關43提供第二控制脈衝s2。應當注意的是，本實施例的每個第一電流源電路40中的第一電流源41、第一開關 42和第二開關43以及第一電容元件44是按照與第一實施例的每個電流源電路20中的相應組件(即，電流源21、第一開關22和第二開關23以及電容元件24)相同的方式配置的。 另外，本實施例的第一柵極電位供給線SL1、第一地線GLl以及第一控制線CLl和第二控制線CL2也是按照與第一實施例的相應線路(即，柵極電位供給線SL、地線GL以及第一控制線CLl和第二控制線CL2)相同的方式配置的。另一方面，第二電流源電路部9中的每個第二電流源電路50包括第二電流源51、 第三開關52和第四開關53以及第二電容元件M。另外，第二柵極電位供給線SL2和第二地線GL2設置成被各第二電流源電路50共用。第二柵極電位供給線SL2向第二電流源51 提供柵極電位Vgate2。第二地線GL2向第二電流源51提供源極電位VSS2。應當注意的是， 第二地線GL2與第一地線GLl平行布置著且第二地線GL2的兩端都接地。另外，第三控制線CL3和第四控制線CL4設置成被各第二電流源電路50共用。第三控制線CL3向第三開關52提供第三控制脈衝S3。第四控制線CL4向第四開關53提供第四控制脈衝s4。此外，在本實施例中將第一電流源電路40和第二電流源電路50以相同的方式配置著。也就是說，在本實施例中，以相同方式配置而成的第一電流源電路40和第二電流源電路50被並行地設置在垂直信號線VL與地(接地點)之間。應當注意的是，儘管圖7中已經說明了所有電流源電路的各電流源和各開關都包括N型MOS電晶體的示例，但本發明不限於此。可以適當地改變各MOS電晶體的導電類型 (N型或P型)以及MOS電晶體的導電類型的組合。固體攝像器件的讀出操作下面將參照圖8以及圖9A至圖9C對本實施例的固體攝像器件300的讀出操作進行具體說明。圖8是在讀出操作的期間內提供給各第一電流源電路40的第一控制脈衝si 和第二控制脈衝s2以及在讀出操作的期間內提供給各第二電流源電路50的第三控制脈衝 s3和第四控制脈衝s4的時序圖。然而應當注意的是，圖8中所示的重複周期對應於兩行的讀出期間，而圖8中的列讀出電路重複操作的期間對應於一行的讀出期間。另一方面，圖9A是圖示了在圖8所示的期間1內各地線上的列位置與各電流源的柵極電位及各電流源的源極電位之間的關係的電位分布圖。圖9B是圖示了在圖8所示的期間2內各地線上的列位置與各電流源的柵極電位及各電流源的源極電位之間的關係的電位分布圖。應當注意的是，圖9A和圖9B所示的特性圖的水平軸代表地線上的列位置，而這些特性圖的垂直軸代表電位。另外，圖9C是圖示了在圖8所示的期間1和期間2內各地線上的列位置與提供給各地線的列電流之間的關係的電流分布圖。應當注意的是，圖9C中所示的特性圖的水平軸代表每條地線上的列位置，而該特性圖的垂直軸代表電流值。應當注意的是，在本實施例中，如稍後所述，在一個一行讀出期間(期間1)內通過使列電流I經由第二電流源電路50流入到第二地線GL2中來讀出像素信號。另外，在另一個一行讀出期間(期間2)內通過使列電流I經由第一電流源電路40流入到第一地線GLl 中來讀出像素信號。首先，在期間1內，電流控制電路5向第一控制線CLl提供低電平第一控制脈衝 si。這就使第一電流源電路40的第一開關42斷開，從而使流過第一電流源41的電流終止。另外，在期間1內，電流控制電路5向第二控制線CL2提供高電平第二控制脈衝s2。這就使第一電流源電路40的第二開關43導通，因此對第一電容元件44進行充電並且將第一電流源41的柵極電位Vg升高到電位Vgatel和/或將該柵極電位保持為這一電位水平。在期間1內，沒有列電流I從各第一電流源41流向第一地線GL1。因此，如圖9A 中的特性曲線301所示，無論第一地線GLl上的列位置如何，各第一電流源41的源極電位 VSS 1都是恆定的。另外，如圖9A中的特性曲線302 (Vgatel)所示，在期間1內，無論第一地線GLl上的列位置如何，各第一電流源41的柵極電位Vg恆定為電位Vgatel。因此，無論第一地線GLl上的列位置如何，各第一電流源41的柵極與源極間的電位差Vgs都是恆定的。另外，在期間1內，電流控制電路5向第三控制線CL3提供高電平第三控制脈衝 S3。這就使第二電流源電路50的第三開關52導通，從而允許電流流入第二電流源51中。 此時，由第二電流源51的柵極與第二電流源51的源極之間的電位差Vgs決定的列電流I從第二電流源51流入到第二地線GL2中，由此導致了第二地線GL2中的頂降。因此，如圖9A 中的特性曲線303所示，在期間1內第二電流源51的源極電位VSS2的分布是呈弓形的，且第二電流源51的源極電位VSS2在位於第二地線GL2中央處的列的附近達到峰值。也就是說，在期間1內，在位於第二地線GL2中央處的列的附近的第二電流源51的源極電位VSS2 相對於在位於第二地線GL2兩端處的列中的源極電位VSS2是浮起的。另外，在期間1內，電流控制電路5向第四控制線CL4提供低電平第四控制脈衝 s4。這就使第二電流源電路50的第四開關53斷開，從而使得第二電流源51的柵極處於浮置狀態。因此，以與第一實施例中所述的工作原理相同的方式，第二電流源51的柵極電位 Vg與第二電流源51的源極電位VSS2變化得一樣多，因此抵消了頂降的影響。更具體地，如圖9A中的特性曲線304(Vgate2(S/H))所示，在期間1內第二電流源 51的柵極電位Vg的分布與第二電流源51的源極電位VSS2的分布一樣是呈弓形的。也就是說，第二電流源51的柵極電位Vg在位於第二地線GL2中央處的列的附近達到峰值，以致於無論列位置如何，第二電流源51的柵極與第二電流源51的源極間的電位差Vgs的分布都是恆定的。這使得如圖9C中的特性曲線309所示，在期間1內，無論列位置如何，本實施例都能夠將流入到第二地線GL2中的列電流I保持恆定。接著，繼期間1之後當期間2開始時，電流控制電路5向第一控制線CLl提供高電平第一控制脈衝si。這就使第一開關42導通，從而允許電流流入到第一電流源41中。此時，由第一電流源41的柵極與第一電流源41的源極間的電位差Vgs決定的列電流I從第一電流源41流入到第一地線GLl中，由此導致了第一地線GLl中的頂降。這樣，如圖9B 中的特性曲線305所示，在期間2內第一電流源41的源極電位VSSl的分布是呈弓形的，且第一電流源41的源極電位VSSl在位於第一地線GLl中央處的列的附近達到峰值。也就是說，在期間2內，在位於第一地線GLl中央處的列的附近的第一電流源41的源極電位VSS 1 相對於在位於第一地線GLl兩端處的列中的源極電位VSSl是浮起的。另外，在期間2內，電流控制電路5向第二控制線CL2提供低電平第二控制脈衝 s2。這就使第一電流源電路40的第二開關43斷開，從而使得第一電流源41的柵極處於浮置狀態。因此，按照與第一實施例中所述的工作原理相同的方式，第一電流源41的柵極電位Vg與第一電流源41的源極電位VSSl變化得一樣多，因此抵消了頂降的影響。
更具體地，如圖9B中的特性曲線306 (Vgatel (S/H))所示，在期間2內第一電流源 41的柵極電位Vg的分布與第一電流源41的源極電位VSSl的分布一樣是呈弓形的。也就是說，第一電流源41的柵極電位Vg在位於第一地線GLl中央處的列的附近達到峰值，以致於無論列位置如何，第一電流源41的柵極與第一電流源41的源極之間的電位差Vgs的分布都是恆定的。這使得如圖9C中的特性曲線309所示，在期間2內，無論列位置如何，本實施例都能夠將流入到第一地線GLl中的列電流I保持恆定。另外，在期間2內，電流控制電路5向第三控制線CL3提供低電平第三控制脈衝 S3。這就使第二電流源電路50的第三開關52斷開，從而使流過第二電流源51的電流終止。 另外，在期間2內，電流控制電路5向第四控制線CL4提供高電平第四控制脈衝s4。這就使第二電流源電路50的第四開關53導通，從而對第二電容元件M進行充電並且使第二電流源51的柵極電位Vg升高至電位Vgate和/或將該柵極電位保持為這一電位水平。另外，在期間2內，沒有列電流I從各第二電流源51流向第二地線GL2。因此，如圖9B中的特性曲線307所示，無論第二地線GL2上的列位置如何，各第二電流源51的源極電位VSS2都是恆定的。另外，如圖9B中的特性曲線308(Vgate2)所示，在期間2內，無論第二地線GL2上的列位置如何，各第二電流源51的柵極電位Vg都恆定為電位Vgate2。因此，無論第二地線GL2上的列位置如何，各第二電流源51的柵極與源極間的電位差Vgs都是恆定的。如上所述，本實施例對各電流源電路的操作進行了控制。如上所述，不管電流源電路的列位置如何，且不管是處於期間1內還是處於期間2 內，本實施例的電流源電路部7能夠保持列電流I是恆定的。因此，本實施例也能夠抵消頂降的影響，從而提供與第一實施例相同的有益效果。應當注意的是，與第一實施例的電流源電路部2不同的是，因為本實施例中的電流源電路部7的各列中都設有兩個電源電路，所以本實施例的固體攝像器件300的布局尺寸大於第一實施例的固體攝像器件100的布局尺寸。然而，與第一實施例一樣，本實施例不需要考慮頂降的影響，因此例如在地線GL的布局設計上相比於過去提供了更高的自由度 (更高的布局效率)。因此，相比於傳統的對地線的強化，本實施例有助於實現更小晶片尺寸的固體攝像器件300。另外，正如第二實施例不具有列電流終止期間那樣，本實施例也不具有列電流終止期間。這使得本實施例能夠將下面的問題最小化這些問題包括從期間1切換到期間2 的過程中或者從期間2切換到期間1的過程中的噪聲以及垂直信號線VL的電位的提升。另外，在本實施例中，在期間1和期間2內第一電流源電路40和第二電流源電路 50以互補的方式進行操作，因此在所有時刻進行讀出操作的同時能夠保證對各電流源的柵極電位Vg進行採樣和保持的時間段。應當注意的是，儘管在本實施例中已經說明了單獨設置第一控制線CLl至第四控制線CL4的示例，但本發明不限於此。在本實施例中，如圖8所示，第一控制脈衝si與第四控制脈衝s4是同相的，第二控制脈衝s2與第三控制脈衝s3是同相的。因此，可以使用一根共用控制線作為第一控制線CLl和第四控制線CL4，並且可以使用另一根共用控制線作為第二控制線CL2和第三控制線CL3。另外，在本實施例中已經說明了單獨設置有用於分別向第一電流源41和第二電流源51提供柵極電位Vgatel和Vgate2的第一柵極電位供給線SLl和第二柵極電位供給線SL2的示例，但本發明不限於此。可以使用共用柵極電位供給線作為第一柵極電位供給線SLl和第二柵極電位供給線SL2。4.各種變形例本發明固體攝像器件中的電流源電路部的結構不限於第一實施例至第三實施例中所述的示例，而是可以以各種方式進行變形。例如，可以以下面的方式對電流源電路部的結構進行變形。(1)變形例 1關於第一實施例至第三實施例的電流源電路部，儘管已經說明了是從地線GL兩端提供各電流源的源極電位VSS的示例，但本發明不限於此。可替代地，可從地線GL的一端提供各電流源的源極電位VSS。然而應當注意的是，在此情況下優選的是，源極電位VSS 應由地線GL的位於設有電流控制電路5的那一側的一端來提供。應當注意的是，在此情況下，各電流源的源極電位VSS在地線GL上的分布不是呈圖3B中的特性曲線103所示的弓形。而是，源極電位VSS的分布是這樣的該電位從電位提供側的一端向相反側的另一端呈線性升高。本發明的電流源電路部也可應用於這種情況並能提供相同的有益效果。另外，在此情況下不需要將地線GL的兩端都接地，所以提供了更好的布局效率。(2)變形例 2關於第一實施例至第三實施例的電流源電路部，儘管已經說明了向設置在電流源的漏極側且用於終止列電流的開關的柵極提供全電位(full potential)來使該開關導通的示例，但本發明不限於此。可替代地，可以向設置在電流源的漏極側的開關的柵極提供中間電位，因而該開關用作柵-陰放大器(cascode)。這使得能夠向地線提供更精確的列電流 (恆定電流)。(3)變形例 3儘管在第一實施例至第三實施例中已經說明了將本發明中的電流源電路部應用於由像素中的放大電晶體和電流源電路中的電流源構成的源極跟隨電路的示例，但本發明不限於此。本發明的電流源電路部適用於具有與各列或各條垂直信號線VL對應的電流源的任意電路。例如，本發明的電流源電路部適用於如下比較器的電流源供給部該比較器被設在列讀出電路4中的與各列對應設置著的列式模數轉換器(Analog to Digital Converter, ADC)內，由此提供相同的有益效果。5.第四實施例(攝像裝置的結構示例)下面將說明具有本發明固體攝像器件的電子設備。這裡將說明如下示例該示例中，將本發明的固體攝像器件應用於諸如相機模塊等攝像裝置中，該相機模塊安裝在例如視頻攝錄機、數位相機或手機等行動裝置中。圖10示意性地圖示了具有本發明固體攝像器件的攝像裝置的框圖結構。攝像裝置400包括光學系統401、攝像器件402、信號處理電路403、幀存儲器404、顯示部405、存儲部406、操作部407和電源部408。信號處理電路403、幀存儲器404、顯示部405、存儲部 406、操作部407和電源部408通過總線409相互連接。光學系統401包括多個透鏡，從而獲取來自被攝物體的入射光(圖像光)並在攝像器件402的攝像面(未圖示)上形成圖像。
攝像器件402以像素為單位將入射光(該入射光的圖像通過光學系統401形成在攝像面上)的光強轉化為電信號並將該電信號作為像素信號輸出。攝像器件402包括例如在上述各實施例和各變形例中所述的各種固體攝像器件中的一者。信號處理電路403可以包括例如數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)並以多種方式對從攝像器件402輸出的像素信號進行處理。顯示部405包括例如液晶顯示裝置或有機電致發光(electro luminescence, EL)顯示裝置等平板顯示裝置，以用於顯示拍攝到的動態圖像或靜態圖像。另一方面，存儲部406將通過攝像器件402拍攝到的動態圖像或靜態圖像存儲在例如硬碟驅動器(Hard Disk Drive，HDD)、半導體存儲器或光碟等存儲介質中。在用戶對攝像裝置400進行預定操作時，操作部407輸出適當的指令信號。電源部408向信號處理電路403、幀存儲器404、顯示部405、存儲部406和操作部407提供工作電源。上述攝像裝置400包括本發明的固體攝像器件，這使得該攝像裝置400能夠解決頂降的問題，並能夠提供具有更低電力消耗的更加緊湊的攝像裝置。本領域技術人員應當理解，依據設計要求和其他因素，可以在本發明隨附的權利要求或其等同物的範圍內進行各種修改、組合、次組合以及改變。
權利要求
1.一種攝像器件，所述攝像器件包括像素陣列部，所述像素陣列部具有沿著行方向和列方向以矩陣形式布置的多個像素， 還具有用於從所述多個像素讀出像素信號的多條讀出信號線；第一電流源，所述第一電流源包括MOS電晶體，且所述第一電流源與各條所述讀出信號線對應設置著；第一地線，由所述第一電流源產生的電流被提供給所述第一地線； 第一開關，所述第一開關設置在所述第一電流源的漏極與對應的所述讀出信號線之間，用於接通和斷開流過所述第一電流源的電流；第一電容元件，所述第一電容元件設置在所述第一電流源的柵極與所述第一電流源的源極之間，用於使所述第一電流源的柵極電位升高至預定電位和/或將所述第一電流源的柵極電位保持為所述預定電位；第二開關，所述第二開關用於開始和停止對所述第一電容元件的充電；以及電流控制電路，所述電流控制電路用於在第一期間內使所述第一開關處於斷開狀態並使所述第二開關處於導通狀態，並且在第二期間內使所述第一開關處於導通狀態並使所述第二開關處於斷開狀態，在所述第一期間內是對所述第一電容元件充電，在所述第二期間內是將所述像素信號讀出。
2.根據權利要求1所述的攝像器件，其中，所述第一電流源、所述第一開關和所述第二開關中的每一者都包括N型MOS電晶體， 所述電流控制電路向所述第一開關的柵極提供第一控制信號，所述第一控制信號在所述第一期間內處於低電平且在所述第二期間內處於高電平，並且所述電流控制電路向所述第二開關的柵極提供第二控制信號，所述第二控制信號在所述第一期間內處於高電平且在所述第二期間內處於低電平。
3.根據權利要求2所述的攝像器件，所述攝像器件還包括讀出電路，所述讀出電路用於通過所述多條讀出信號線將所述像素信號讀出。
4.根據權利要求1至3任一項所述的攝像器件，所述攝像器件還包括第二電流源，所述第二電流源包括MOS電晶體，且所述第二電流源與各條所述讀出信號線對應設置著；第二地線，由所述第二電流源產生的電流被提供給所述第二地線；以及第三開關，所述第三開關設置在所述第二電流源的漏極與對應的所述讀出信號線之間，並且所述電流控制電路將所述第三開關控制成在所述第一期間內導通且在所述第二期間內斷開。
5.根據權利要求1至3任一項所述的攝像器件，所述攝像器件還包括第二電流源，所述第二電流源包括MOS電晶體，且所述第二電流源與各條所述讀出信號線對應設置著；第二地線，由所述第二電流源產生的電流被提供給所述第二地線； 第三開關，所述第三開關設置在所述第二電流源的漏極與對應的所述讀出信號線之間，並且所述電流控制電路將所述第三開關控制成在所述第一期間內導通且在所述第二期間內斷開；第二電容元件，所述第二電容元件設置在所述第二電流源的柵極與所述第二電流源的源極之間，用於使所述第二電流源的柵極電位升高至預定電位和/或將所述第二電流源的柵極電位保持為所述預定電位；以及第四開關，所述電流控制電路將所述第四開關控制成在所述第一期間內斷開且在所述第二期間內導通，由此開始和停止對所述第二電容元件的充電。
6.一種攝像裝置，其包括像素陣列部，所述像素陣列部具有沿著行方向和列方向以矩陣形式布置的多個像素， 還具有用於從所述多個像素讀出像素信號的多條讀出信號線；光學系統，所述光學系統用於獲取被攝物體光並在所述像素陣列部的攝像面上形成圖像；第一電流源，所述第一電流源包括MOS電晶體，且所述第一電流源與各條所述讀出信號線對應設置著；第一地線，由所述第一電流源產生的電流被提供給所述第一地線； 第一開關，所述第一開關設置在所述第一電流源的漏極與對應的所述讀出信號線之間，用於接通和斷開流過所述第一電流源的電流；第一電容元件，所述第一電容元件設置在所述第一電流源的柵極與所述第一電流源的源極之間，用於使所述第一電流源的柵極電位升高至預定電位和/或將所述第一電流源的柵極電位保持為所述預定電位；第二開關，所述第二開關用於開始和停止對所述第一電容元件的充電；以及電流控制電路，所述電流控制電路用於在第一期間內使所述第一開關處於斷開狀態並使所述第二開關處於導通狀態，並且在第二期間內使所述第一開關處於導通狀態並使所述第二開關處於斷開狀態，在所述第一期間內是對所述第一電容元件充電，在所述第二期間內是將所述像素信號讀出。
7.一種攝像裝置，其包括根據權利要求1至5任一項所述的攝像器件；光學系統，所述光學系統從被攝物體獲取入射光並在所述攝像器件的攝像面上形成圖像；以及通過總線相互連接的信號處理電路、顯示部、存儲部、操作部和電源部， 所述信號處理電路對從所述攝像器件輸出的像素信號進行處理， 所述顯示部用於顯示由所述攝像器件拍攝到的圖像， 所述存儲部用於存儲由所述攝像器件拍攝到的圖像，所述操作部在用戶對所述攝像裝置進行預定操作時輸出適當的指令信號，並且所述電源部向所述信號處理電路、所述顯示部、所述存儲部和所述操作部提供工作電源。
全文摘要
本發明公開了一種攝像器件和具有該攝像器件的攝像裝置。所述攝像器件包括像素陣列部、第一電流源、第一地線、第一開關、第一電容元件、第二開關以及電流控制電路。所述電流控制電路在第一期間內使所述第一開關處於斷開狀態並使所述第二開關處於導通狀態，並且在第二期間內使所述第一開關處於導通狀態並使所述第二開關處於斷開狀態，在所述第一期間內是對所述第一電容元件充電，在所述第二期間內是將所述像素信號讀出。本發明能夠解決IR降的問題並且提供更低電力消耗且更緊湊的攝像器件和攝像裝置。根據本發明，在地線布局的設計過程中不需要考慮IR降的影響，從而在地線布局設計上提供了更高的自由度並且確保了更小的布局尺寸。
文檔編號H04N5/335GK102300052SQ20111016604
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月15日 優先權日2010年6月23日
發明者松本靜德 申請人:索尼公司