圖像拾取器件的製作方法
2023-12-06 16:52:06 4
專利名稱：圖像拾取器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括由NMOS電晶體組成的成像元件的圖像拾取器件。
背景技術：
下面將要描述一種常規的圖像拾取器件(參考，例如，JP2002-237584A)，它包括由NMOS電晶體組成的成像元件。
圖11是說明常規圖像拾取器件90的結構的結構圖。圖像拾取器件90包括成像元件7，用於對對象成像。成像元件7包括像素部分96。圖12是說明像素部分96的結構的示意圖。像素部分96有多個被排列成矩陣形式的像素單元99。圖13是說明每個像素單元99的結構的電路圖。像素單元99包括光電轉換元件4。光電轉換元件4包括光電二極體，並將來自對象的入射光光電轉化為信號電荷。
像素單元99包括讀出電晶體2。讀出電晶體2有柵極端3，轉移信號10被加在其上。根據加在柵極端3上的轉移信號10，讀出電晶體2讀出由光電轉換元件4進行光電轉換得到的信號電荷。
像素單元99包括累積元件5。累積元件5通過浮動擴散(floatingdiffusion)配置，並且累積由讀出電晶體2讀出的信號電荷。
像素單元99包括檢測電晶體6。檢測電晶體6基於在累積元件5中累積的信號電荷而檢測電壓信號。
像素單元99包括復位電晶體91。當電壓信號被檢測電晶體6檢測到後，復位電晶體91根據復位信號11為累積元件5提供復位電位，從而基於VDDCELL信號89，將信號電荷復位。
圖像拾取器件90包括數位訊號處理器(DSP)97。數位訊號處理器97包括驅動信號提供部分98。驅動信號提供部分98為成像元件7的像素部分96的每個像素單元99提供VDDCELL信號89，復位信號11，以及轉移信號10。
圖像拾取器件90包括模擬—數字轉換器(ADC)12。模擬—數字轉換器12將由每個像素單元99中的檢測電晶體6檢測到的電壓信號轉化為數位訊號。
數位訊號處理器97還包括一個圖像處理電路13。圖像處理電路13基於模擬—數字轉換器12轉換得到的數位訊號生成圖片信號，並把此圖片信號輸出到圖像拾取器件90之外。
下面將要描述具有上面所述結構的圖像拾取器件90的工作。圖14是VDDCELL信號89的波形圖，該VDDCELL信號由驅動信號提供部分98供給每個像素單元99中的復位電晶體91。圖15是用於說明成像元件7中的每個像素單元99的工作的時序圖。圖16(a)到16(d)是用於說明成像元件7中的每個像素單元99中的信號電荷運動的示意圖。
在A時刻，光電轉換元件4將來自對象的入射光光電轉化為信號電荷。然後，供給讀出電晶體2的柵極端3的轉移信號10從低態升為高態。隨後，在B時刻，讀出電晶體2讀出由光電轉換元件4進行光電轉換得到的信號電荷。由讀出電晶體2讀出的信號電荷在累積元件5中累積。
接下來，供給讀出電晶體2的柵極端3的轉移信號10從高態降為低態。然後，在C時刻，基於被收集在收集元件5中的信號電荷檢測電晶體6檢測電壓信號。
此後，VDDCELL信號89從高態降為低態，並且供給復位電晶體91的柵極端的復位信號11從低態升為高態。在D時刻，基於VDDCELL信號89，電荷通過復位電晶體91流進累積元件5中。從而，累積元件5的電位變為低態，因此將在累積元件5中累積的信號電荷復位。
然而，常規的圖像拾取器件的上述結構有如下缺點。如圖16(d)所示，在D時刻，基於VDDCELL信號89，通過復位電晶體91流進累積元件5中的電荷，可能流進位於在讀出電晶體2的柵極端3之外的光電轉換元件4中。因此，在處理基於從光電轉換元件4中讀出的信號電荷所檢測到的電壓信號後，當輸出圖片信號時，圖片信號的顯示圖像可能會產生白色瑕點(white flaw)，從而導致圖像質量較低。
因此，考慮到前面所講的，本發明的目標是提供一種圖像拾取器件，其輸出用於顯示較高質量圖像的圖片信號。
發明內容
本發明的圖像拾取器件包括成像元件，用於對對象成像，和驅動信號提供部分，用於為成像元件提供驅動信號以驅動成像元件。成像元件包括多個被排列成矩陣形式的像素單元。每個像素單元包括以下部分光電轉換元件，用於將來自對象的入射光轉化為信號電荷；讀出電晶體，用於讀出由光電轉換元件進行光電轉換所得到的信號電荷；累積元件，用於累積由讀出電晶體所讀出的信號電荷；檢測電晶體，用於根據在累積元件中累積的信號電荷檢測電壓信號；以及一個復位電晶體，用於當檢測電晶體檢測到電壓信號後，根據驅動信號提供部分所提供的驅動信號，為累積元件提供復位電位，從而將信號電荷復位。讀出電晶體有一個柵極端，將用於讀出信號電荷的柵極電位加在其上，並且當供給柵極端上的柵極電位從第一狀態變為第二狀態時，讀出電晶體讀出信號電荷。當供給讀出電晶體的柵極端上的柵極電位從第二狀態變為第一狀態後，檢測電晶體檢測電壓信號。復位電晶體給累積元件提供的復位電位具有一個中間電位，此中間電位在供給讀出電晶體柵極端上的處於第一狀態的柵極電位與預定的VDD電位之間。
附圖簡述圖1是說明根據實施例1的圖像拾取器件結構的結構圖；圖2是說明在根據實施例1的圖像拾取器件中的成像元件的像素部分的結構的示意圖；圖3是說明根據實施例1的成像元件中的像素單元結構的電路圖；圖4是用於解釋在根據實施例1的圖像拾取器件中的成像元件的像素單元的工作的時序圖；圖5(a)到5(d)是用於解釋在根據實施例1的圖像拾取器件中的成像元件的像素單元中的信號電荷的運動的示意圖；圖6是在根據實施例1的圖像拾取器件中的由驅動信號提供部分供給復位電晶體上的中間電位信號的波形圖；圖7是說明根據實施例2的圖像拾取器件結構的結構圖；圖8(a)是根據實施例2圖像拾取器件中由SSG供給驅動器的同步脈衝波形圖；圖8(b)是根據實施例2圖像拾取器件中的由驅動器供給復位電晶體的中間電位信號的波形圖；圖9是說明根據實施例3的圖像拾取器件的結構的結構圖；圖10(a)是根據實施例3的圖像拾取器件中由SSG供給偏置電路的Hi-z信號的波形圖；圖10(b)是根據實施例3的圖像拾取器件中由偏置電路供給復位電晶體的中間電位信號的波形圖；圖11是說明常規圖像拾取器件的結構的結構圖；圖12是說明常規圖像拾取器件中的成像元件中的像素部分的結構的示意圖；圖13是說明常規成像元件中的像素單元的結構的電路圖；圖14是常規圖像拾取器件中的由驅動信號提供部分供給復位電晶體的驅動信號的波形圖；圖15是用於解釋常規圖像拾取器件中成像元件的像素單元的工作原理的時序圖；圖16(a)到16(d)是用於解釋在常規圖像拾取器件中的成像元件的像素單元中的信號電荷運動的示意圖。
發明詳述在本發明中的圖像拾取器件中，由復位電晶體供給累積元件的復位電位具有中間電位，該中間電位在供給讀出電晶體的柵極端的柵極電位的第一狀態與預定的VDD電位之間。因此，復位電位與處於第一狀態的柵極電位之間的差值可以足夠大。所以，當復位電晶體為累積元件提供復位電位時，使得從復位電晶體流入累積元件中的電荷不能流入在讀出電晶體柵極端之外的光電轉換元件中。從而，本發明中的圖像拾取器件能夠提供較高圖像質量，而沒有因為電荷流入在讀出電晶體柵極端之外的光電轉換元件中所引起的白色瑕點。
優選的是，當復位電晶體對累積元件提供復位電位時，復位電位與處於第一狀態的柵極電位之間的差值足夠大，以使得從復位電晶體流進累積元件中的電荷，不能流進在讀出電晶體柵極端之外的光電轉換元件中。這能夠抑制由於電荷流進在讀出電晶體柵極端之外的光電轉換元件中所引起的白色瑕點。
優選的是，第一狀態為低態，而第二狀態為高態。這允許當對柵極端提供的柵極電位從低態變為高態時，讀出電晶體讀出信號電荷。
優選的是，復位電位高於地電位，並且低於VDD電位。這能夠使得從復位電晶體流進累積元件的電荷不能流入讀出電晶體柵極端之外的光電轉換元件中。
優選的是，處於第一狀態的柵極電位為地電位。這使讀出電晶體受地電位的控制。
優選的是，根據預定脈衝形狀的復位信號，復位電晶體為累積元件提供復位電位。這使復位電晶體能夠控制為累積元件提供復位電位的定時。
優選的是，根據用於對柵極提供柵極電位的預定脈衝形狀的轉移信號，讀出電晶體讀出信號電荷。這使讀出電晶體能夠控制從光電轉換元件讀出信號電荷的定時。
優選的是驅動信號提供部分對每個復位電晶體提供具有中間電位的信號。這使每個復位電晶體都能夠對累積元件提供具有中間電壓的復位電位。
優選的是成像元件還包括驅動器，此驅動器根據驅動信號提供部分所提供的驅動信號生成具有中間電位的信號，並把該具有中間電位的信號供給每個復位電晶體。這能夠消除為了產生具有中間電位的信號而在驅動信號提供部分中設置專用電路的需要。
優選的是由驅動信號提供部分所提供的驅動信號包括Hi-z信號，並且成像元件還包括偏置電路，用於根據由驅動信號提供部分所提供的Hi-z信號生成具有中間電位的信號，並且將該具有中間電位的信號供給每個復位電晶體。這能夠消除為了產生具有中間電位的信號而在驅動信號提供部分中設置專用電路的需要。
優選的是圖像拾取器件還包括模擬—數字轉換器，用於將成像元件中的每個檢測電晶體檢測到的電壓信號轉化為數位訊號，以及圖像處理電路，用於根據由模擬—數字轉換器轉化得到的數位訊號，輸出圖片信號。這種結構能夠提供具有較高圖像質量的圖片信號。
在下文中，將參照附圖描述本發明的實施例。
實施例1圖1是說明實施例1的圖像拾取器件100結構的結構圖。圖像拾取器件100包括成像元件7，用於對對象成像。成像元件7包括像素部分16。圖2是說明像素部分16的結構的示意圖。像素部分16包含有多個被排列成矩陣形式的像素單元9。圖3是說明每個像素單元9的結構的電路圖。像素單元9包括光電轉換元件4。光電轉換元件4由光電二極體組成，並將來自對象的入射光光電轉化為信號電荷。
像素單元9包括一個讀出電晶體2。讀出電晶體2有柵極端3，轉移信號被加在其上。讀出電晶體2根據供給柵極端3的轉移信號10，讀出由光電轉換元件4進行光電轉換得到的信號電荷。
像素單元9包括累積元件5。累積元件5通過浮動擴散設置，並且累積由讀出電晶體2讀出的信號電荷。
像素單元9包括檢測電晶體6。檢測電晶體6基於在累積元件5中累積的信號電荷而檢測電壓信號。
像素單元9包括復位電晶體1。當檢測電晶體6檢測到電壓信號後，復位電晶體1根據復位信號11對累積元件5提供復位電位，從而基於信號VDDCELL 19，將信號電荷復位。
圖像拾取器件100包括一個數位訊號處理器(DSP)17。數位訊號處理器17包括一個驅動信號提供部分8。驅動信號提供部分8為成像元件7中的像素部分16中的每個像素單元9提供信號VDDCELL信號19，復位信號11，以及轉移信號10。
圖像拾取器件100包括模擬—數字轉換器(ADC)12。模擬—數字轉換器12將由每個像素單元9中的檢測電晶體6所檢測到的電壓信號轉化為數位訊號。
數位訊號處理器17還包括圖像處理電路13。圖像處理電路13根據由模擬—數字轉換器12轉化得到的數位訊號生成圖片信號，並且將該圖片信號輸出到圖像拾取器件100之外。
下面將描述具有上面所述結構的圖像拾取器件100的工作原理。圖4是用於解釋成像元件7中的每個像素單元9的工作原理的時序圖。圖5(a)到5(b)是用於解釋在成像元件7中的每個像素單元9中的信號電荷的移動的示意圖。圖6是由驅動信號提供部分8供給復位電晶體1的中間電位信號的波形圖。
在A時刻，光電轉換元件4將來自對象的入射光進行光電轉化為信號電荷。然後，被供給讀出電晶體2的柵極端3上的轉移信號10從低態升為高態。隨後，在B時刻，讀出電晶體2讀出由光電轉換元件4進行光電轉化得到的信號電荷。柵極端3的高態可以是，比如，VDD電位，而低態可以是，比如，地電位。由讀出電晶體2讀出的信號電荷在累積元件5中累積。
下面，被供給讀出電晶體2的柵極端3的轉移信號10從高態降為低態。然後，在C時刻，基於在累積元件5中累積的信號電荷，檢測電晶體6檢測電壓信號。
然後，VDDCELL信號19從高態下降為中間電位狀態，該中間電位處在高態和低態之間，而提供給復位電晶體1柵極端的復位信號11從低態升為高態。在D時刻，基於VDDCELL信號19，電荷通過復位電晶體1流進累積元件5中。因此，累積元件5的電壓變為在高態和低態之間的中間電位狀態，從而將在累積元件5中累積的信號電荷復位。累積元件5的電位的高態可以是，比如VDD電位，而低態可以是，比如地電位。
在D時刻，累積元件5的電位處於中間電位狀態，並且高於處於低態的讀出電晶體2的柵極電位。當復位電晶體1為累積元件5提供復位電位時，累積元件5與讀出電晶體2之間的電位差足夠大，使得從復位電晶體1流入累積元件5中的電荷，不能流入位於讀出電晶體2的柵極端3之外的光電轉換元件4中。因此，從復位電晶體91流入累積元件5中的電荷，不能流入位於讀出電晶體2的柵極端3之外的光電轉換元件4中。
ADC 12將由檢測電晶體6檢測到的電壓信號轉化為數位訊號。然後圖像處理電路13處理由ADC 12轉化得到的數位訊號，生成圖片信號，並且將圖片信號輸出到圖像拾取器件100之外。
在實施例1中，由復位電晶體1供給累積元件5的復位電位具有中間電位，該中間電位在供給讀出電晶體2的柵極端3的VDD電位與地電位之間。因此，復位電位與地電位之間差異可以足夠大。所以，當復位電晶體1對累積元件5提供復位電位時，從復位電晶體1流入累積元件5中的電荷不能流入在讀出電晶體2的柵極端3之外的光電轉換元件4中。從而，本實施例的圖像拾取器件能夠提供較高圖像質量，而沒有因為電荷流入位於讀出電晶體2的柵極端3之外的光電轉換元件4中，所引起的白色瑕點。
實施例2圖7是說明實施例2的圖像拾取器件100A的結構的結構圖。與圖1中實施例1的圖像拾取器件100中的相同元件使用相同的標號進行標註，並且不再重複詳細的說明。圖像拾取器件100A與實施例1中的圖像拾取器件100的不同之處在於用成像元件7A和DSP 17A分別代替了成像元件7和DSP 17。
DSP 17A包括SSG 18。SSG 18產生一個具有高態和低態的同步脈衝信號，如圖8(a)所示。
成像元件7A包括驅動器14。基於由SSG 18產生的同步脈衝信號，驅動器14產生一個具有高態和中間電位狀態的中間電位脈衝信號，該中間電位狀態在高態與低態之間，如圖8(b)所示。然後，驅動器14將此中間電位脈衝信號供給每個像素單元9的復位電晶體1。
復位電晶體1根據由驅動器14所提供的中間電位脈衝信號，為累積元件5提供復位電位，使得將信號電荷復位。
在實施例2中，成像元件7A中的驅動器14根據由SSG 18所提供的同步脈衝信號產生中間電位脈衝信號，並且將其供給每個復位電晶體1。因此，沒有必要特別的從DSP 17A中的SSG 18中，生成具有中間電位的中間電位脈衝信號。這能夠消除為驅動NMOS成像元件，而在DSP中提供專用電路的需要。
實施例3圖9是說明實施例3的圖像拾取器件100B的結構的結構圖。與圖7中實施例2的圖像拾取器件100A中相同元件使用相同的標號進行標註，並且不重複詳細的說明。圖像拾取器件100B與實施例2中的圖像拾取器件100A的不同之處在於用成像元件7B和DSP 17B分別代替了成像元件7A和DSP 17A。
DSP 17B包括SSG 18B。SSG 18B產生一個驅動Hi-z信號，如圖10(a)所示。驅動Hi-z信號在預定時間段內保持為Hi-z信號，而在其他時間段內，變為高水平(VDD電平)的高信號。
成像元件7B包括一個偏置電路15。在輸入Hi-z信號的預定時間段內，通過接收來自SSG 18B的驅動Hi-z信號，偏置電路15生成一個具有高態值和中間電位的中間電位脈衝信號，該中間電位在高態與低態之間，如圖10(b)所示。然後，偏置電路15對每個像素單元9中的復位電晶體1提供中間電位脈衝信號。當輸入高電平(VDD電平)的高信號時，偏置電路15為復位電晶體1提供該電平的高信號。
根據由偏置電路15所提供的中間電位脈衝信號，復位電晶體1為累積元件5提供復位電位，從而將信號電荷復位。
在實施例3中，由SSG 18B所提供的驅動Hi-z信號包括Hi-z信號，而成像元件7B的偏置電路15根據由SSG 18B提供的Hi-z信號生成中間電位脈衝信號，並且將其供給每個復位電晶體1。因此，與實施例2相似，沒有必要特別的從DSP的SSG中生成具有中間電位的中間電位脈衝信號。這能夠消除為驅動NMOS成像元件而在DSP中設置專用電路的需要。
工業應用如上所述，本發明能夠提供一個圖像拾取器件，其輸出圖片信號，用於顯示較高質量的圖像。
權利要求
1.一種圖像拾取器件包括成像元件，用於對對象成像；以及驅動信號提供部分，用於對該成像元件提供驅動信號從而驅動該成像元件；其中該成像元件包括多個被排列成矩陣式的像素單元；每一個該像素單元包括光電轉換元件，用於將來自該對象的入射光光電轉化為信號電荷；讀出電晶體，用於讀出由該光電轉換元件光電轉化得到的該信號電荷；累積元件，用於累積由該讀出電晶體讀出的該信號電荷；檢測電晶體，用於根據在該累積元件中累積的該信號電荷而檢測電壓信號；以及復位電晶體，用於當該檢測電晶體檢測到該電壓信號後，根據該驅動信號提供部分所提供的該驅動信號，為該累積元件提供復位電位，從而將該信號電荷復位，其中，該讀出電晶體具有柵極端，將用於讀出該信號電荷的柵極電位提供其上，並且當供給該柵極端上的該柵極電位從第一狀態變為第二狀態時，該讀出電晶體讀出該信號電荷，其中，當供給該讀出電晶體柵極端上的該柵極電位從該第二狀態變為該第一狀態後，該檢測電晶體檢測該電壓信號，其中，由該復位電晶體給該累積元件提供的該復位電位具有中間電位，該中間電位在供給該讀出電晶體柵極端上處於第一狀態的該柵極電位與預定的VDD電位之間。
2.根據權利要求1所述的圖像拾取器件，其中，當該復位電晶體為該累積元件提供該復位電位時，該復位電位與處於第一狀態的該柵極電位之間的差值足夠大，使得從該復位電晶體流入該累積元件的電荷不能流入在該讀出電晶體的柵極端之外的該光電轉換元件中。
3.根據權利要求1所述的圖像拾取器件，其中該第一狀態為低態，而該第二狀態為高態。
4.根據權利要求1所述的圖像拾取器件，其中該復位電位比地電位高，並且比該VDD電位低。
5.根據權利要求1所述的圖像拾取器件，其中處於該第一狀態的該柵極電位為地電位。
6.根據權利要求1所述的圖像拾取器件，其中該復位電晶體根據預定脈衝形狀的復位信號，為該累積元件提供該復位電位。
7.根據權利要求1所述的圖像拾取器件，其中根據用於給該柵極端提供該柵極電位的預定脈衝形狀轉移信號，該讀出電晶體讀出該信號電荷。
8.根據權利要求1所述的圖像拾取器件，其中該驅動信號提供部分為該復位電晶體中的每個提供具有該中間電位的信號。
9.根據權利要求1所述的圖像拾取器件，其中該成像元件還包括驅動器，該驅動器根據該驅動信號提供部分所提供的驅動信號生成具有該中間電位的信號，並將具有該中間電位的信號供給該復位電晶體中的每個。
10.根據權利要求1所述的圖像拾取器件，其中由該驅動信號提供部分所提供的驅動信號包括Hi-z信號，以及該成像元件還包括偏置電路，該偏置電路根據由該驅動信號提供部分所提供的Hi-z信號生成具有該中間電位的信號，並且將具有該中間電位的信號供給該復位電晶體中的每個。
11.根據權利要求1所述的圖像拾取器件，還包括模擬—數字轉換器，用於將由該成像元件中的每個檢測電晶體檢測到的該電壓信號轉化為數位訊號；以及圖像處理電路，用於根據由該模擬—數字轉換器轉換得到的該數位訊號而輸出圖片信號。
全文摘要
一種成像元件包括光電轉換元件，讀出電晶體，電荷累積元件，檢測電晶體，以及復位電晶體。當供給柵極端的柵極電位從第一狀態變為第二狀態時，讀出電晶體讀出信號電荷。當供給讀出電晶體柵極端的柵極電壓從第二狀態變為第一狀態後，檢測電晶體檢測電壓信號。從復位電晶體供給電荷累積元件的復位電位具有中間電位，該中間電位在施加到讀出電晶體柵極端的處於第一狀態的柵極電位與預定VDD電位之間。
文檔編號H04N5/378GK1711754SQ20038010338
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月17日 優先權日2002年11月15日
發明者米田耕二郎, 藤井俊哉, 巖澤高廣, 山口琢已 申請人:松下電器產業株式會社