固態攝像設備的製作方法
2024-01-28 19:47:15
專利名稱：固態攝像設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種固態攝像設備。
背景技術：
通常，固態攝像設備包括一個光學黑區(OB區)，其被遮擋以不與光線反應以便獲得用作參考信號的信號電平的信號(黑參考信號)。參照從OB區輸出的所述信號，算術處理有效的像素信號。這種像素被稱為OB像素。當這種固態攝像設備用於數位相機等時，延長期間的曝光時間引起在像素中積累的暗電流增加，以致所述暗電流值對每個像素波動並且信號的波動變大。儘管所述黑參考信號是通過箝位從OB區的輸出獲得的，由於如上所述的信號波動，每行的黑參考信號波動，這導致橫向條紋在圖像屏幕上出現這種副作用。
而且，作為當構成所述OB區的光屏蔽薄膜具有缺陷而引起光透射出現時的對策，日本專利申請早期公開第(H)3-240379號(專利文獻1)中公開了一種固態攝像設備，其中並未在OB區中形成用於積累電荷的雜質區。由於沒有由暗電流導致的電荷積累，在所述固態攝像設備的OB區中上述副作用被抑制。然而，由於(如果特別地)曝光期間變長，有效像素區的原始黑參考信號和OB區的信號之間的差異將出現，將難以提供一個精確的黑參考信號。
日本專利申請早期公開第2002-64196號(專利文獻2)中公開了對這種問題的對策。在專利文獻2中，固態攝像設備包括通過向半導體襯底注入雜質而構成的第一OB區，和其中半導體襯底未被注入雜質的第二OB區，其作為所述OB區。參照從第二OB區輸出的模擬信號，箝位來自有效像素區的信號，並將其轉變為數位訊號，並且此後參照從第一OB區輸出的數位訊號，進一步箝位所述數位訊號。推定當如此執行穩定箝位而不包括不必要的暗電流時，可以精確地校正所述暗電流對有效像素區的信號的影響。
然而，依照專利文獻2的配置，在第一OB區和第二OB區之間的輸出差異通過由暗電流導致的輸出電壓量表示。因此，執行模擬箝位的電路和模-數轉換器的動態範圍、以及該模-數轉換器的數字輸出的動態範圍需要增大所述由暗電流導致的差異量。
而且，依照有效像素區和OB區的布局圖，通過向半導體襯底注入雜質而構成的第一OB區僅被安置在每行的一部分(在每行的第二半部分中的水平光學黑區)。這樣，為了在有效像素區的首行中獲得穩定的輸出電平，該布局被配置來僅使用第二OB區來執行箝位，第二OB區中半導體襯底未被注入雜質。
鑑於上述問題，本發明的目的是獲得高質量影象，其沒有橫線等，不受暗輸出的波動的影響以及避免具有特別大或小的暗輸出的信號(被稱為瑕疵)。
發明內容
本發明的固態攝像設備包括用於積累根據入射光產生的電荷並將其輸出的孔徑像素區；被遮蔽的光學黑區，其中未形成用於積累電荷的雜質區的黑參考像素區；以及電平偏移裝置，其用於相對於所述孔徑像素區和光學黑區的輸出信號的參考電平來偏移所述黑參考像素區的輸出信號的參考電平。
而且，本發明的固態攝像設備的處理方法是一種固態攝像設備的處理方法，其中所述設備包括用於積累根據入射光產生的電荷並將其輸出的孔徑像素區；被遮蔽的光學黑區，以及其中未形成用於積累電荷的雜質區的黑參考像素區；並且包括相對於所述孔徑像素區和光學黑區的輸出信號的參考電平來偏移所述黑參考像素區的輸出信號的參考電平的步驟。
而且，本發明的固態攝像系統包括固態攝像設備，其包括用於積累根據入射光產生的電荷並將其輸出的孔徑像素區；被遮蔽的光學黑區，和其中未形成用於積累電荷的雜質區的黑參考像素區；用於根據所述光學黑區的輸出信號來箝位固態攝像設備的輸出信號的箝位裝置；以及用於從固態攝像設備的輸出信號中減去所述黑參考像素區的輸出信號平均值的減去裝置。
而且，本發明的使用固態攝像設備的處理方法是使用一種固態攝像設備的處理方法，其中所述設備包括用於積累根據入射光產生的電荷並將其輸出的孔徑像素區，被遮蔽的光學黑區，以及其中未形成用於積累電荷的雜質區的黑參考像素區，該方法包括用於根據所述光學黑區的輸出信號來箝位固態攝像設備的輸出信號的箝位步驟；以及用於從固態攝像設備的輸出信號中減去所述黑參考像素區的輸出信號平均值的減去步驟。
從(參照附圖的)典型實施例的下述描述，本發明的進一步特徵將是顯而易見的。
圖1是表示本發明第一實施例的固態攝像設備的平面圖；圖2是MOS型固態攝像設備的一個像素單元的方框圖；圖3是所述MOS型固態攝像設備的方框圖；圖4是所述MOS型固態攝像設備的讀取電路的方框圖；圖5是解釋MOS型固態攝像設備的操作的時序圖；圖6是表示所述MOS型固態攝像設備的輸出波形的圖形；圖7是表示本發明第一實施例的固態攝像設備的讀取電路的方框圖；圖8是表示本發明第一實施例的固態攝像設備的讀取電路的方框圖；圖9顯示的是表示本發明第一實施例的固態攝像設備的輸出波形的圖形；圖10是表示本發明第二實施例的固態攝像設備的讀取電路的方框圖；
圖11是表示本發明第三實施例的攝像系統的信號處理電路的方框圖；以及圖12是表示本發明第四實施例的數位相機的配置的例子的方框圖。
具體實施例方式
(第一實施例)圖1是表示依照本發明第一實施例的固態攝像設備的配置例子的平面圖。如圖1所示，本實施例的固態攝像設備包括光電轉換信號輸出區101、第一黑參考信號輸出區102以及第二黑參考信號輸出區103。
在光電轉換信號輸出區101中，安置了大量光電轉換信號輸出元件。光電轉換信號輸出元件也可被稱為像素，並且可由光電轉換設備(如光電二級管)和用於讀取所述光電轉換設備的信號的讀取電路組成。
第一黑參考信號輸出區102是在垂直方向上相鄰於光電轉換信號輸出區101而提供的遮蔽區。在第一黑參考信號輸出區中，安置了多個第一黑參考信號輸出元件。
第二黑參考信號輸出區103是在水平方向上相鄰於光電轉換信號輸出區101而提供的。在第二黑參考信號輸出區中，安置了多個第二黑參考信號輸出元件。第二黑參考信號輸出元件沒有用於積累電荷(暗電流)的半導體區，但其它讀取電路等可被配置成與光電轉換信號輸出元件的配置相似。在此，例如當光電轉換設備是光電二級管時，用於積累電荷的半導體區是與被作為信號來處理的電荷具有相同類型的半導體區。當電子被作為信號讀取時，半導體區是構成所述光電二級管的n型半導體區。
圖2是MOS型固態攝像設備的信號輸出元件的方框圖。光電轉換信號輸出元件和第一黑參考信號輸出元件可以使用相似的方框圖來表示。第二黑參考信號輸出元件的配置沒有圖2中表示為201的二極體。在下文中，當不要求區分光電轉換信號輸出元件、以及第一和第二黑參考信號輸出元件時，它們都被稱為信號輸出元件。
在圖2中，附圖標記201是具有產生光信號電荷的光電轉換設備的功能的光電二級管，並且在本例中，其陽極端是接地的。光電二級管201的陰極端經由發射MOS電晶體202被連接到放大MOS電晶體204的柵極。還可以使用如下配置，其中光信號電荷被一次傳遞給一個浮動擴散，並且該浮動擴散被電氣連接到MOS電晶體204的柵極。而且，放大MOS電晶體204的柵極被連接到復位MOS電晶體203的源極，以便被提供一個預定電壓。電源電壓VDD被提供給復位MOS電晶體203的漏極。此外，至於放大MOS電晶體204，電源電壓VDD被提供給它的漏極，並且其源極被連接到選擇MOS電晶體205的漏極。
圖3是表示所述MOS型固態攝像設備的配置的例子的方框圖。一個垂直偏移寄存器301向行選擇線(例如Pres1、Ptx1和Psel1)提供信號脈衝。區308具有圖1的配置，並且有多個信號輸出元件像素。從每個信號輸出元件像素中向一個垂直信號線輸出信號。
被提供了從信號輸出元件向所述垂直信號線輸出的信號的讀取電路302保存所述被提供的信號，並向差分放大器305輸出所保存的信號。舉例來說，保存其中疊加了噪聲信號的光信號和所述噪聲信號。而且，還可以使用包括了放大器的配置。
一個水平偏移寄存器306控制電晶體303和304的通-斷。差分放大器305輸出在其中疊加了噪聲信號的光信號和所述噪聲信號之間的差異。
發射MOS電晶體202的柵極被連接到第一行選擇線(垂直掃描線)Ptx。安置在同一行的其它信號輸出元件像素的發射MOS電晶體202的柵極也被共同連接到所述第一行選擇線Ptx。復位MOS電晶體203的柵極被連接到第二行選擇線(垂直掃描線)Pres。安置在同一行的其它信號輸出元件像素的復位MOS電晶體203的柵極也被共同連接到第二行選擇線Pres。選擇MOS電晶體205的柵極被連接到第三行選擇線(垂直掃描線)Psel。安置在同一行的其它信號輸出元件像素的選擇MOS電晶體205的柵極也被共同連接到第三行選擇線Psel。所述第一至第三行選擇線Ptx、Pres和Psel被提供來自垂直偏移寄存器301的信號電壓。
圖3所示的剩餘行也配備具有相似配置的信號輸出元件像素和行選擇線。在這些行選擇線中，由上述垂直偏移寄存器301形成的信號脈衝被提供給行選擇線Ptx2至Ptx3、Pres2至Pres3以及Psel2至Psel3。
選擇MOS電晶體205的源極被連接到一個垂直信號線。安置在同一列的信號輸出元件像素的選擇MOS電晶體205的源極也被連接到同一垂直信號線。在圖3中，所述垂直信號線被連接到作為負載裝置的電流發生器307。所述電流發生器307連同放大MOS電晶體一起構成源極跟隨電路的一部分。
圖4是表示圖3所示的讀取電路302的一列塊的電路的例子的視圖。由虛線包圍的部分表示一列塊，並且圖2中的端子Vout被連接到每個垂直信號線。
圖5是表示圖2至4所示的MOS型固態攝像設備的操作的例子的時序圖。在從光電二級管201讀取光信號電荷之前，復位MOS電晶體203的柵極線Pres1變為高電平，並且它被激活。這樣，放大MOS電晶體204的柵極被設定為復位電壓。如果復位MOS電晶體203的柵極線Pres1變為低電平，箝位開關的柵極線PcOr(圖4)變為高電平，並且之後，選擇MOS電晶體205的柵極線Psel1變為高電平並且它被激活。這樣，噪聲信號被讀出到垂直信號線Vout，並在各列的每個箝位電容CO中被箝位。
接著，在箝位開關的柵極線PcOr回到低電平之後，第一信號傳遞開關401的柵極線Pctn變為高電平，並且復位信號被保存在提供於每行中的噪聲保持電容Ctn中。在柵極線Pctn回到低電平之後，第二傳遞開關402的柵極線Pcts變為高電平。
接著，發射MOS電晶體202的柵極線Ptx1變為高電平，光電二級管201的光信號電荷被傳遞給放大MOS電晶體204的柵極，並且光信號被讀出到垂直信號線。接著，在發射MOS電晶體202的柵極線Ptx1變為低電平之後，第二信號傳遞開關402的柵極線Pcts變為低電平。這樣，來自復位信號的改變量(光信號)被讀出到提供於每行中的信號保持電容Cts中。通過這些操作，第一行的信號輸出元件像素的信號被保存在各列的信號保持電容Ctn和Cts中。
此後，通過從水平偏移寄存器306提供的信號Ph，每列水平傳遞開關的柵極逐個變為高電平。將已被信號保持電容Ctn和Cts保持的信號逐個讀出到水平輸出線Chn和Chs，使用輸出放大器而經受差分處理，然後逐個輸出到輸出端OUT。水平輸出線Chn和Chs被復位開關在各列的讀取信號的間隔重置為復位電壓VCHRN和VCHRS。通過上述處理，將完成連接到第一行的像素單元Pixel的讀取。在下文中，相似地，隨後連接到第二行的像素單元Pixel的信號被來自垂直偏移寄存器301的信號逐個讀取，並且將完成全部像素單元Pixel的讀取。
圖6表示當圖1的固態攝像設備是由圖2至4的MOS型固態攝像設備構成並操作時的輸出波形。NULL輸出表示來自圖1中的第二黑參考信號輸出區103的輸出波形，OB輸出表示來自圖1中的第一黑參考信號輸出區102的輸出波形，並且孔徑像素輸出表示來自光電轉換信號輸出區101的輸出波形。
由於用於積累電荷的雜質區未被安放在相鄰於光電轉換輸出區101水平方向的頂部提供的第二黑參考信號輸出區103中，由暗電流導致的電荷未被積累，這導致與第一黑參考信號輸出區102的輸出電平相比較低的輸出電平。因此，為了使用第二黑參考信號輸出區103和第一黑參考信號輸出區102的信號來執行後面的信號處理，在後面的信號處理電路中需要較寬的動態範圍。
圖7是表示本發明第一實施例的讀取電路302的配置例子的方框圖。與圖4中的普通讀取電路的方框圖的差異在於，讀取電路302有第一和第二水平輸出線Chn和Chs的兩個復位開關線。第一復位電壓VCHRN1和VCHRS1由第一復位信號Pchres1提供給水平輸出線Chn和Chs。第二復位電壓VCHRN2和VCHRS2由第二復位信號Pchres2提供給水平輸出線Chn和Chs。僅當來自第二黑參考信號輸出區103的信號被讀出到水平輸出線Chn和Chs時，使用第二復位信號Pchres2將復位電壓VCHRN2和VCHRS2提供給水平輸出線Chn和Chs。當其它光電轉換信號輸出區101和第一黑參考信號輸出區102被讀出到水平輸出線Chn和Chs時，使用第一復位信號Pchres1將復位電壓VCHRN1和VCHRS1提供給水平輸出線Chn和Chs。此時，復位電壓的關係是VCHRN2(VCHRS2)＞VCHRN1(VCHRS1)。這樣，可以偏移從輸出端子OUT輸出的信號的電平。
圖8是表示本發明第一實施例的其它讀取電路302的配置的例子的方框圖。表示了使用開關來切換將被提供的復位電壓VCHR1和VCHR2、而不改變復位開關數量的方法。相似的效果也可以通過所述方法來獲得。
圖9表示當固態攝像系統由圖1中的固態攝像設備和圖7和8中的讀取電路302構成並操作時的輸出波形。由於在相鄰於光電轉換信號輸出區101水平方向的頂部提供的第二黑參考信號輸出區103中，並未形成用於積累電荷的雜質區，因而並未積累由暗電流導致的電荷。然而，通過使用第二復位信號Pchres2，將第一電平輸出線Chn和第二電平輸出線Chs的復位電壓分別改為VCHRN2和VCHRS2。從而，可以獲得具有與第一黑參考信號輸出區102的輸出電平基本上相同的電平的輸出信號。第二黑參考信號輸出區103的輸出電平(電平偏移量)被設定在第一黑參考信號輸出區102的輸出電平和光電轉換信號輸出區101的飽和輸出電平之間。這樣，後者的動態範圍也應當僅有在第一黑參考信號輸出區102的輸出電平和光電轉換信號輸出區101的飽和輸出電平之間的差異。
如上所述，用於切換所述復位電壓的裝置還可被稱為電平偏移裝置，用於使第二黑參考信號輸出區103的輸出信號的參考電平相對於光電轉換信號輸出區101和第一黑參考信號輸出區102的輸出信號的參考電平偏移。換句話說，通過改變水平輸出線的復位電平，改變了將作為信號分量的所述參考的電平。
(第二實施例)圖10是表示本發明第二實施例的讀取電路302的配置例子的方框圖。與圖4中的普通讀取電路的差異在於，讀取電路302具有兩個箝位電路的參考電壓線，並且被配置為參考電壓VCOR1和VCOR2是通過箝位電壓選擇信號Pvsel1和Pvsel2提供的。依照該配置，僅當第二黑參考信號輸出區103被箝位時，才有可能通過如下所示操作來偏移從輸出端子OUT輸出的信號的電平。
使箝位電壓選擇信號Pvres1為高電平並處於被激活狀態，使箝位電壓選擇信號Pvsel2為低電平並處於未被激活狀態，並且使得將被提供給一個箝位開關的柵極線PcOr的信號為高電平並處於被激活狀態。此後，選擇MOS電晶體205的柵極線Psel1變為高電平，並且它被激活。這樣，使用VCOR1作為參考電壓，復位信號(噪聲信號)被箝位在箝位電容CO中。
接著，將被提供給箝位開關的柵極線PcOr的信號變為低電平之後，通過向第一信號傳輸開關401的柵極線Pctn提供高電平信號來使第一信號傳遞開關401處於被激活狀態，並且將復位信號保存在提供給各列的噪聲保持電容Ctn中。
接著，使提供給發射MOS電晶體202的柵極線Ptx1的信號為高電平，並處於被激活狀態，光電二級管201的光信號電荷被傳遞給放大MOS電晶體204的柵極，並且通過這樣，光信號被讀出到垂直信號線Vout。這裡，使箝位電壓選擇信號Pvsel1為低電平並處於未被激活狀態，並且使箝位電壓選擇信號Pvsel2為高電平並處於被激活狀態。提供給發射MOS電晶體202的柵極線Ptx1的信號變為低電平並處於未被激活狀態之後，使提供給第二發射MOS電晶體402的柵極線Pcts的信號為低電平並處於未被激活狀態。這樣，使用VCOR2作為參考電壓，來自復位信號的改變量(光信號)被讀入到提供給各列的信號保持電容Cts中。此後，通過從水平偏移寄存器306提供的信號Ph，使各列的水平傳遞開關的柵極逐個成為高電平。儘管保存在信號保持電容Ctn和Cts中的電壓被逐個讀出到水平輸出線Chn和Chs，被電平偏移一個VCOR1和VCOR2之間的差異電壓量的電壓將在輸出端子OUT中逐個輸出。
(第三實施例)圖11表示使用依照本發明第三實施例的固態攝像設備的攝像系統的信號處理電路單元的方框圖。在可編程增益放大器(PGA)1001中放大從固態攝像設備輸出的傳感器信號。在那時，通過使用數-模轉換器(DAC)1006將由OB箝位模塊產生的數位訊號轉換成一個模擬信號來提供所述參考信號。模-數轉換器(ADC)1002將可編程增益放大器1001的輸出信號從模擬信號轉換成數位訊號。寄存器1003平均來自第二黑參考信號輸出區103的輸出信號，並存儲該平均信號值。減法器1004從模-數轉換器1002的輸出信號中減去寄存器1003的平均值，並輸出一個信號。來自減法器1004的信號被輸入進OB箝位模塊1005。然後，生成所述參考信號，從而基於圖1所示的固態攝像設備的第一黑參考信號輸出區102的輸出信號而受到平均處理等的所述信號變為一個所需值。數-模轉換器1006將參考信號從數位訊號轉換成模擬信號，並將其輸出給可編程增益放大器1001。這樣，確定了輸入進可編程增益放大器1001的信號的參考電壓。在模-數轉換器(ADC)中，放大的傳感器信號被轉換成一個數位訊號。
在普通固態攝像設備中，除了在光電轉換信號輸出區101的垂直方向的頂部之外，光電轉換信號輸出區101的水平方向上的頂部或底部配備有第一黑參考信號輸出區102。為了在垂直方向上正確地遮光，參考信號應當由OB箝位模塊1005在每列產生。在那時，副作用出現，例如由第一黑參考信號輸出區102的暗輸出的波動、以及有特別大的暗輸出的像素(被稱為瑕疵)的存在，所述參考信號對每行波動，這導致圖像平面上的橫線。
同時，依照本發明實施例的圖1的固態攝像設備中，提供了黑參考像素區103，其中未在孔徑像素區101在水平方向的頂部附近形成用於積累電荷的雜質區。寄存器1003運行，以便在緊接著OB箝位模塊1005的處理完成之後，僅校正在(例如，圖1中的第一行104的)第二黑參考信號輸出區103和每行(例如，圖1中的第二行105的)之間的平均值中的差異。OB箝位模塊1005使用在光電轉換信號輸出區101垂直方向的頂部提供的第一黑參考信號輸出區102來執行處理。特別地，所述處理中使用零作為初始值，從模-數轉換器(ADC)1002的輸出中減去每行的第二黑參考信號輸出區103的平均值。通過該處理，有可能執行穩定箝位，所述穩定箝位僅校正垂直遮蔽而不受暗輸出波動的影響，以及避免具有特別大暗輸出的像素(被稱為瑕疵)，並且有可能獲得沒有橫線等的高質量圖像。
如上所述，可編程增益放大器1001、數-模轉換器(DAC)1006、以及OB箝位模塊1005構成所述箝位裝置，並且根據第一黑參考信號輸出區102的輸出信號來箝位固態攝像設備的輸出信號。可編程增益放大器1001放大固態攝像設備的輸出信號。OB箝位模塊1005輸出這樣的參考信號，以至於基於可編程增益放大器1001放大的光學黑區102的輸出信號而受到平均處理等的所述信號具有所需電壓。可編程增益放大器1001使用第一黑參考信號輸出區102的輸出信號的平均值作為參考值來進行放大。減法器1004從固態攝像設備的輸出信號中減去寄存器1003中的來自第二黑參考信號輸出區的信號的平均值。
(第四實施例)圖12是表示依照本發明第四實施例的數位相機的配置例子的方框圖。參照圖12，將詳細描述當向數位相機應用第一至第三實施例的固態攝像設備的例子。
在圖12中，附圖標記1是擋板，具有保護鏡頭和主開關的雙重功能，附圖標記2是鏡頭，用於形成固態攝像設備4中的照相對象的光學圖像，並且附圖標記3是用於引起通過鏡頭2的光線量可變的光圈。附圖標記4是固態攝像設備，用於攝入其圖像由鏡頭2形成的照相對象作為圖像信號，並且附圖標記5是圖像信號處理電路，其用於使從固態攝像設備4輸出的攝像信號(圖像信號)受到模擬信號處理。附圖標記6是A/D轉換器，用於使從圖像信號處理電路5輸出的圖像信號受到模-數轉換，並且附圖標記7是信號處理單元，用於使從A/D轉換器6輸出的圖像數據受到各類校正並用於壓縮數據。附圖標記8是時序生成單元，其用於向固態攝像設備4、圖像信號處理電路5、A/D轉換器6以及信號處理單元7輸出各類時序信號。附圖標記9是整體控制/算術運算單元，用於控制各類算術運算和靜態攝像機的整體，附圖標記10是用於臨時地存儲圖像數據的存儲單元，並且附圖標記11是用於存儲進記錄介質12或從記錄介質12中讀取的接口單元。附圖標記12是可分離的且可附接的記錄介質，例如半導體存儲器，用於存儲或讀取圖像數據等，並且附圖標記13是用於與外部計算機等通信的接口單元。本發明的圖1中的固態攝像設備對應於固態攝像設備4，並且圖11中的攝像系統的信號處理電路單元對應於攝像信號處理單元5和A/D轉換器6。
接著，將描述在上述配置中在拍照期間所述靜態數位相機的操作。當擋板1打開時，主電源接通，接著控制系統的電源接通，並且進一步地，攝像系統電路例如A/D轉換器6的電源也接通。然後，為了控制曝光量，整體控制/算術運算單元9打開光圈3，並且在固態攝像設備4中輸出的信號經過圖像信號處理電路5被A/D轉換器6轉換之後，它被輸進信號處理單元7。根據所述數據，由整體控制/算術運算單元9執行曝光量的計算。由所執行的測光法的結果來確定亮度，並且根據該結果，整體控制/算術運算單元9控制光圈3。
接著，根據從固態攝像設備4中輸出的信號，取出高頻分量並且由整體控制/算術運算單元9計算與照相對象的距離。此後，通過驅動所述鏡頭來確定是否對焦，並且當確定並未實現對焦時，通過驅動鏡頭來再次測量距離。然後，在確認對焦之後，開始首次曝光。在曝光完成之後，從固態攝像設備4輸出的圖像信號經過圖像信號處理電路5，通過A/D轉換器6受到A/D轉換，經過信號處理單元7，並且被整體控制/算術運算單元9寫入存儲單元10中。此後，在整體控制/算術運算單元9的控制下，保存在存儲單元10中的數據經過記錄介質控制I/F11單元，並被記錄在可分離的且可附接的記錄介質12(例如半導體存儲器)中。而且，圖像也可以通過經由外部I/F單元13在計算機等中直接輸入數據來處理。
依照第一至第四實施例，其中未形成用於積累電荷的雜質區的黑參考像素區103的輸出電平能夠被設定在被遮蔽的光學黑區102的輸出電平和孔徑像素區101在飽和時的輸出電平之間。因此，並不要求執行箝位的電路1005、第一級放大器1001和模-數轉換器1002的動態範圍，以及模-數轉換器1002的數字輸出的動態範圍被設定為特別寬。
此外，可以實現穩定箝位，其中僅校正垂直陰影而不受暗輸出波動的影響以及避免具有特別大暗輸出的像素(被稱為瑕疵)，並且獲得沒有橫線等的高質量圖像。
上述實施例適用於固態攝像設備和固態攝像系統，其被廣泛用於攝像機、數位相機以及用於圖像掃描儀的圖像輸入設備。
上述實施例的任意一個僅僅是當執行本發明時的特定例子，從而本發明的技術範圍不應當以有限的方式來解釋。換句話說，本發明可以按照各種形式來執行而不背離其技術概念或其主要特徵。
儘管已經參照典型實施例描述了本發明，應當理解本發明並不限於公開的典型實施例。下述權利要求的範圍符合最寬的解釋，以便包括所有這些修改和等效結構與功能。
權利要求
1.一種固態攝像設備，其包括光電轉換信號輸出元件，用於積累並輸出根據入射光產生的電荷；第一黑參考信號輸出元件，其具有能夠積累暗電流的積累區並且被遮蔽；第二黑參考信號輸出元件，其沒有所述積累區；以及電平偏移裝置，用於使所述第二黑參考信號輸出元件的輸出信號的電平相對於光電轉換信號輸出元件和第一黑參考信號輸出元件的輸出信號偏移。
2.依照權利要求1的固態攝像設備，其中所述電平偏移裝置使來自第二黑參考信號輸出元件的所述信號的電平在一個方向上偏移，使得更接近於來自所述第一黑參考信號輸出元件的信號。
3.依照權利要求1的固態攝像設備，其中所述第一黑參考信號輸出元件是至少在所述光電轉換信號輸出元件的垂直方向上與其相鄰地提供的；以及所述第二黑參考信號輸出元件是至少在所述光電轉換信號輸出元件的水平方向上與其相鄰地提供的。
4.依照權利要求1的固態攝像設備，其中所述光電轉換信號輸出元件包括用於積累所述電荷的載流子積累區，以及用於從所述積累區讀取信號的讀取單元；以及所述第一黑參考信號輸出元件的積累區具有與所述載流子積累區的結構相同的結構，並且所述第二黑參考信號輸出元件具有讀取單元，所述讀取單元具有與所述光電轉換信號輸出元件的所述讀取單元的結構相同的結構。
5.一種固態攝像系統，其包括依照權利要求1的所述固態攝像設備；箝位裝置，用於根據所述第一黑參考信號輸出元件的輸出信號來箝位所述固態攝像設備的輸出信號；以及減去裝置，用於從所述固態攝像設備的所述輸出信號中減去所述第二黑參考信號輸出元件的輸出信號的平均值。
6.依照權利要求5的固態攝像系統，其中所述箝位裝置包括放大器，用於放大所述固態攝像設備的所述輸出信號；以及平均裝置，用於平均來自所述第一黑參考信號輸出元件的、由所述放大器放大的所述輸出信號；以及所述放大器通過箝位第一黑參考信號輸出元件的輸出信號的平均值，作為一個參考值，來放大所述第一黑參考信號輸出元件的所述輸出信號。
7.依照權利要求6的固態攝像系統，其進一步包括模-數轉換裝置，用於將所述放大器的輸出信號從模擬信號轉換成數位訊號；以及數-模轉換裝置，用於將由所述平均裝置輸出的平均值從數位訊號轉換成模擬信號。
8.一種相機，其包括依照權利要求1的所述固態攝像設備；鏡頭，用於在所述固態攝像設備中形成光學圖像；以及光圈，用於引起透過所述鏡頭的光線的量可變。
9.一種用於處理來自固態攝像設備的信號的處理方法，所述固態攝像設備包括第一黑參考輸出元件，所述第一黑參考輸出元件具有能夠積累暗電流的積累區並且被遮蔽，以及第二黑參考輸出元件，所述第二黑參考輸出元件沒有所述積累區，該方法包括電平偏移步驟，用於使第二黑參考輸出元件的輸出信號相對於第一黑參考輸出元件的輸出信號偏移。
全文摘要
想要獲得高質量圖像，其不受暗輸出的波動的影響，以及不受具有特別大暗輸出的像素(被稱為瑕疵)的影響，並且沒有橫線等。提供了一種固態攝像設備，其包括孔徑像素區，其積累並輸出根據入射光產生的電荷；被遮蔽的光學黑區，一個其中未形成用於積累電荷的雜質區的黑參考像素區；以及電平偏移裝置，用於使黑參考像素區的輸出信號的參考電平相對於孔徑像素區和光學黑區的輸出信號的參考電平偏移。
文檔編號H04N5/361GK1976402SQ200610163619
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月1日 優先權日2005年12月2日
發明者櫻井克仁, 藤村大, 小倉正德 申請人:佳能株式會社