光电转换设备和使用光电转换设备的图像拾取系统的制作方法

专利名称：光电转换设备和使用光电转换设备的图像拾取系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电转换设备和使用光电转换设备的图像拾取系统。
背景技术：
作为用于数字照相机、视频摄影机等的光电转换设备，已经提供了电荷耦合器件(CCD )光电转换设备或者金属氧化物半导体(MOS ) 光电转换设备。特别地，近年来，由于更低的功率消耗以及与半导体 工艺的优秀的兼容性这些优点，已经积极地进行了互补金属氧化物半 导体(CMOS)光电转换设备的技术开发。此外，为了满足提高像素 数目的需求以及改善每单位像素的灵敏度，已经建议了其中每单位像 素的MOS晶体管数量降低的各种配置。在这种情况下，为了增大光电转换元件的光接收区域，已经检验 了其中MOS晶体管数量降低的配置。例如，在例如日本专利特开No. 11-355668中公开了一种光电转换设备，该设备通过控制复位MOS 晶体管的漏极电位而以行为单位选择像素。此外，例如在日本专利特 开No. 2005-005911中公开了 一种光电转换设备，该设备通过借助像 素电源驱动电路而控制共同连接的复位晶体管和放大晶体管的漏极 电压，从而以行为单位选择像素。在需要像素数量进一步增加、更精细的布线等的情况下，当使用 日本专利特开No. 11-355668或2005-005911中描述的配置时，根据光 电转换区域尺寸的增大，用于向像素电源电压电路或复位MOS晶体 管提供电压的电源线路上的负载增加。因而，用于对电源线路充电和放电所必需的时间增加。结果，可 能出现一个问题，即用于读取信号所必需的时间增加，因而帧速率降 低。此外，由于电压降，提供给复位MOS晶体管的漏极的电源电压 在光电转换区域中变动。根据光电转换区域的尺寸增大，该变动增大。 因而，被称为"阴影(shading)"的现象会经常发生，其中在光电转 换区域内生成信号输出电平的差。发明内容本发明改善帧速率或者抑制阴影的发生。根据本发明的一个方面，提供一种光电转换设备，该设备包括 光电转换区域，其包括被布置为将入射光转换成电载子的光电转换 元件；放大单元，其被布置为读取基于对应于光电转换元件的电栽子 的信号，并将该信号提供到输出线路；传送单元，其被布置为将对应 于光电转换元件的电栽子传送到放大单元的输入单元；电压供给单 元，其被布置为向相应的输入单元提供用于将相应的输入单元设定成 具有至少第一和第二电位的电压；该光电转换设备还包括多个电源线 路，其被布置为将电压提供给多个电压供给单元；以及多个电压供给 控制电路，其中每一个都被布置在多个电源线路和多个电压供给单元 的相应的电压供给单元之间的电源通道中，并且被布置为控制向相应 的电压供给单元的电压供给，其中光电转换元件、放大单元、传送单 元、以及电压供给单元被二维地布置。从以下结合附图的说明中，本发明的其他特征和优势将显而易 见，在所有附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。


图l是用于说明根据第一实施例的光电转换设备的示意图. 图2是示出了根据本发明的一个实施例的电压供给控制电路的 示例的示意图.图3是示出用于说明根据第一实施例的光电转换设备的操作的 时序的示意图.图4是用于说明根据第二实施例的光电转换设备的示意图。
图5是用于说明根据第三实施例的光电转换设备的示意闺。 图6A和6B是用于说明电压供给线路中的电压降的示意图。 图7A和7B是用于说明电压供给线路从一側被充电时的电压降 的示意图。图8A和8B是用于说明当电压供给线路从一侧和另 一测被交替 充电从而布置在一列中的电压供给线路从一侧被充电并且布置在相 邻列中的电压供给线路从另 一侧被充电时的电压降的示意图。图9是用于说明根据笫四实施例的光电转换设备的示意图。 图10A和10B是用于说明当从一侧执行电压供给线路的充电和 放电时的时间常数的示意图。图IIA、 IIB、和11C是用于说明当从两侧执行电压供给线路的 充电和放电时的时间常数的示意图。图12是用于说明根据第五实施例的光电转换设备的示意图。 图13是用于说明根据第六实施例的光电转换设备的示意图。 图14是用于说明根据第七实施例的光电转换设备的示意图。 图15是用于说明根据第八实施例的光电转换设备的示意图。 图16是用于说明根据第九实施例的光电转换设备的示意图。 图17是示出了用于说明根据第九实施例的光电转换设备的操作 的时序的示意图。图18是用于说明根据本发明一个实施例的光电转换设备的示意图。图19是使用根据本发明实施例的光电转换设备的图像拾取系统 的框图。附图并入说明书并且组成说明书的一部分，图示了本发明的实施 例，并且结合说明书一起用于说明本发明的原理。
具体实施方式
第一实施例图l是示出本发明笫一实施例的示意图。参考图1, 二维地布置八个像素6。布置了像素6的区域被称为光电转换区域。光电转换元件1将入射光转换成电荷。传送单元2将光电转换元 件1的电荷传送到用于放大单元的输入单元3。传送单元2可以是 MOS晶体管。可以使用在半导体基板上形成的浮置扩散(floating diffusion) ( FD )区域作为输入单元3。 MOS晶体管(放大MOS晶 体管)4形成放大单元。放大单元(放大MOS晶体管)4的栅极被电 连接到输入单元(FD区域)3。放大单元(放大MOS晶体管)4被 配置为公知的源极跟随器电路。电压供给单元5将电压提供给输入单元(FD区域)3。电压供给 单元5可以是MOS晶体管。特别地，可以使用将输入单元(FD区域) 3的电位设定为预定值的复位MOS晶体管，作为电压供给单元5。输 入单元(FD区域)3充当传送单元(传送MOS晶体管)2的漏极。 输入单元(FD区域)3、放大单元(放大MOS晶体管)4的栅极、 以及电压供给单元(复位MOS晶体管)5的源极连接到传送单元(传 送MOS晶体管)2的漏极。电压供给单元(复位MOS晶体管)5的 漏极连接到电压供给线路15。放大单元(放大MOS晶体管)4的源 极连接到输出线路16。像素可以在光电转换区域中被布置为矩阵。作为替换方案，光电 转换元件1、传送单元(传送MOS晶体管)2、放大单元(放大MOS 晶体管)4、以及电压供给单元(复位MOS晶体管)5可以在光电转 换区域中被布置为矩阵。将描述信号读取序列。光电转换元件1中的电荷经由传送单元 (传送MOS晶体管)2被传送到用于放大单元(放大MOS晶体管) 4的输入单元(FD区域)3。基于输入单元(FD区域)3的电位的改 变的信号被放大单元(放大MOS晶体管)4读取，并且被提供给输 出线路16。该信号被输出到外部。在此， 一个像素表示一个光电转换元件，以及用于从该光电转换 元件向输出线路读取信号的元件集合的最小单位。该元件集合包括传 送单元(传送MOS晶体管)2、放大单元(放大MOS晶体管)4、以及电压供给单元(复位MOS晶体管)5。上述元件集合可以由彼此 相邻的光电转换元件共享。然而在这种情况下，由用于读取光电转换 元件的信号的元件集合的最小单位定义像素。电压供给控制电路11连接到相应的列中的电压供给线路15。电 压供给控制电路ll与被施加了高电平电压(5V)的电源线路12、被 施加了低电平电压(0V)的电源线路13、以及像素电源选择信号线 路14一起，形成电源控制器18。电压供给控制电路ll被设置在电源 线路12和13与多个电压供给单元(复位MOS晶体管)5之间的电 源通道中。因而，电压供给控制电路11控制向该多个电压供给单元 (复位MOS晶体管)5的电压供给。电源线路12和13和像素电源 选择信号线路14可以由多个电源控制器18共享。图2示出了电源控制器18的配置示例。电源控制器18被布置为 根据通过像素电源选择信号线路14传输的脉冲P_VSEL的电平，使 用反向器41和CMOS开关42向电压供给线路15输出电源线路12 或者电源线路13的电源电平。参考图2，当脉冲P一VSEL的电平为"高" 时，高电平电压(5V)被施加到电压供给线路15。当脉沖P一VSEL 的电平为"低，，时，低电平电压(0V)被施加到电压供给线路15。希 望电压总是被施加到电源线路12和电源线路13。当在一段时间中没 有电压被提供给电压供给线路15时，在该段时间期间可以停止电压 供给。上述配置可以应用于以下所述的实施例。第一实施例的特征是，对于各个列设置如上所述配置的电压供给 控制电路ll。将参考图3所示的示意性时序图描述图l所示的光电转换设备的 操作。将简短描述第n行中的操作，其中像素的光信号被输出的行即 所选行由第n行表示，并且其他行即非所选行由第n+l行表示。参考图3，在时刻t0,电压供给控制电路11所设定的电压供给 线路15的电位为"低"(0V )。复位开关控制脉冲P—Res(n)和P_Res(n+l) 以及传送开关控制脉冲P一Tx(n)和P一Tx(n+l)的电平为"低"。此时， 电压供给单元(复位MOS晶体管)5处于非导通状态，并且输入单
元(FD区域)3具有低电位(大约0V ),并且处于浮置(floating ) 状态。此外，放大单元(放大MOS晶体管)4处于非选中状态。因 而，输出线路16的电位不改变。在从时刻tl到时刻t2的时间段期间，电压供给线路15通过为 各个列设置的电压供给控制电路11而达到高电位(5V)。在此，脉 冲P_VSEL处于高电平。由于为布置了电压供给线路15的各个列设 置了电压供给控制电路11，与已知技术相比，用于对电压供给线路 15充电所必需的时间可以降低。这是因为要由电压供给控制电路11 之一设定为高电位的线路仅是为相应的列提供的电压供给线路15。因 而，用于从低电位(0V)到高电位(5V)对该光电转换区域中的所 有电压供给线路15充电所必需的时间可以降低。在时刻t3到时刻t4的时间段期间，第n行中的复位开关控制脉 冲P-Res(n)的电平被设定为"高"。在此，电压供给单元(复位MOS 晶体管)5处于导通状态，输入单元(FD区域)3的电位被设定为"高"， 并且放大单元(放大MOS晶体管)4处于选中状态。因而，达到了 这样一种状态，其中，输出线路16的电位根据包括在该第n行中的 像素中的输入单元(FD区域)3的电位改变而改变，即选择了第n 行中的像素的状态。接着，在从时刻t5到时刻t6的时间段期间，第n行中的传送开 关控制脉沖P一Tx(n)的电平被设定为"高"。在此，传送单元(传送 MOS晶体管)2处于导通状态，并且电荷从光电转换元件1被传送到 输入单元(FD区域)3。输入单元(FD区域)3的电位根据所传送的 电荷量改变，并且输出线路16的电位通过放大单元(放大MOS晶体 管)4而改变。然后，在从时刻t6到时刻t7的时间段期间，第n行中的传送开 关控制脉冲P一Tx(n)的电位被设定为"低"，水平传送脉冲顺序地达到 导通状态，并且水平传送开关31顺序地达到导通状态。接着，输出 线路16的信号电平通过水平信号传送线路32和输出放大器33而顺 序地被输出。即，从多个输出线路16并行读出的信号被顺序地读取。
然后，在从时刻t7到时刻t8的时间段期间，电压供给线路15 通过为各个列提供的电压供给控制电路11而达到低电位(0V)。在 此，由于为各个列中布置的电压供给线路15提供电压供给控制电路 11，与已知技术相比，用于将电压供给线路15设定为具有所需电位 所必需的时间可以降低。用于将该光电转换区域中的所有电压供给线 路15设定为具有所需电位所必需的时间可以降低。然后，执行用于 选择第n+l行中的像素的操作。通过在第一实施例中所用的配置，由于为各个列设置电压供给控 制电路ll，即使当光电转换区域的尺寸增大时，用于将电压供给线路 15设定为具有所需电位所必需的时间也可以降低。因而，可以改善帧 速率。第二实施例图4是示出本发明第二实施例的示意图。第二实施例与第一实施 例的不同之处在于电压供给控制电路11的位置。第二实施例的特征 是，电压供给控制电路11被布置得与充当连接到输出线路16的负载 单元的恒流源17关于光电转换区域对称。；限据第二实施例的光电转 换设备的操作与第一实施例的操作相似。因而，将省略对根据第二实 施例的光电转换设备的操作的说明。通过第二实施例中所用的配置，由于为各个列设置电压供给控制 电路11，可以改善帧速率。此外，由于可以抑制布置得接近恒流源 17的电压供给控制电路11所生成的电源布线耦合引起的电源偏差的 影响，可以向每条电压供给线路15施加稳定电压，此外，由于电压 供给控制电路11可以被布置得接近光电转换区域，因此可以降低布 线中生成的寄生电阻。因而，可以抑制电压降。第三实施例图5是示出本发明笫三实施例的示意图。第三实施例与第一实施 例的不同之处在于，电压供给控制电路11被交替地布置在光电转换
区域的一侧和另一侧，使得布置在一列中的电压供给控制电路11跨虽然没有图示，但是电压供给控制电路11可以被布、置为使得包括多 个电压供给控制电路11的电路组跨越光电转换区域对角地面对包括 多个电压供给控制电路11的相邻电路组。根据第三实施例的光电转 换设备的操作与第一实施例的操作相似。因而，将省略对根据第三实 施例的光电转换设备的操作的说明。如图6A所示，将考虑由电压供给控制电路11设定的电压供给 线路15中生成的电压降。对于每单位像素6的电压供给线路15的布 线电阻和由电压供给线路15所驱动的晶体管的接通-关断电阻的和由 Rpix表示，并且流向电压供给线路15的电流由Ivdd表示。如图6B 所示，在光电转换区域的上端和下端之间生成对应于所有像素的电压 降的和i:(Ivdd.Rpix)的电位差。这表明，当具有相同电平的光入射到 上端的像素和下端的像素时，在输出信号中生成差2:(Ivdd.Rpix)。即， 此差可能引起被称为阴影的现象。将考虑这样一种情况，其中如图7所示，电压供给控制电路ll 仅被布置在上端，并且设定电压供给线路15的电位，在此，如图7B 所示，在每列的上端和下端输出的信号中生成差S(Ivdd . Rpix)。因而， 对于整个输出，观察到上端和下端之间的显著输出差。接着，将考虑 这样一种情况，其中，电压供给控制电路11被交替地布置在上端和 下端，如图8A所示，并且设定电压供给线路15的电位。在这种情况 下，虽然在每列中存在电位差E(Ivdd.Rpix)，但是偶数编号的列中的 电位差的方向与奇数编号的列中的电位差的方向相反。因而，如图8B 中所示，对于整个输出，可以在视觉上识别各个列中的阴影的平均值。 因而，可以显著地改善图像质量。此外，由于可以为每两列设置电压 供给控制电路ll，因此即使当像素尺寸降低时，也可以容易地布置电 压供给控制电路ll。如上所述，通过第三实施例中所用的配置，除了由于为各个列设 置电压供给控制电路11引起的帧速率的改善之外，可以显著获得对 由每个电压供给线路15的列方向上的电压降的差引起的阴影现象的 抑制。此外，即使当像素尺寸降低时，也可以容易地布置元件和电路。第四实施例图9是示出本发明第四实施例的示意图。第四实施例与第一实施 例的不同之处在于，电压供给控制电路11被布置成使得为光电转换 区域的两侧的各个列设置电压供给控制电路。根据第四实施例的光电 转换设备的操作与第一实施例的操作相似。因而，将省略对根据第四 实施例的光电转换设备的操作的说明。将考虑在图10A中所示的情况下的由电压供给控制电路ll设定 的电压供给线路15的电压的时间改变。对于每单位像素6的电压供 给线路15的布线电阻和由电压供给线路15驱动的晶体管的接通-关断 电阻的和由Rpix表示。对于每单位像素6的电压供给线路15的布线 电容和由电压供给线路15驱动的晶体管的栅极电容的和由Cpix表 示。在这种情况下，如图10B所示，电压供给线路15的电位在时间 上改变。参考图IOB，向电压供给线路15充电开始于时刻t0，充电 结束于时刻tl，放电开始于时刻t2，并且放电结束于时刻t3。在此， 从时刻t0到时刻tl的时间段和从时刻t2到时刻t3的时间段中的每个 时间段都与和Rpix以及和Cpix的乘积成比例，该乘积是电压供给线 路15的RC时间常数。接着，将考虑这样一种情况，其中从电压供给线路15的两端提 供电压，如图11A所示。在这种情况下，如图11B所示，和Rpix以 及Cpix等价于图10A所示的和Rpix以及Cpix的一半。在此，参考 图IIC，向电压供给线路15充电开始于时刻t0,充电结束于时刻tl'， 放电开始于时刻t2，并且放电结束于时刻t3'。关于从时刻tO到时刻 tl，的时间段和从时刻t2到时刻t3，的时间段中的每个时间段，由于电 压供给线路15的RC时间常数与值Rpix/2以及值Cpix/2的乘积成比 例，可以在图IOB所示的情况下所必需的时间的四分之一的时间内设 定电压供给线路15的电位。
此外，虽然由于从两侧设定电压供给线路15的电位因此在电压 供给线路15的中间生成大的电压降，但是如图11B所示，阴影量的 绝对值下降为从一侧驱动电压供给线路15的情况下的值的一半。如上所述，通过第四实施例中所用的配置，除了在为各个列设置 电压供给控制电路ll而带来的帧速率方面的改善之外，由于电位设 定可以以更高的速度执行，因此能够实现帧速率的进一步改善。此夕卜， 可以抑制由每个电压供给线路15的列方向上的电压降中的差引起的 阴影现象。第五实施例图12是示出本发明第五实施例的示意图。第五实施例在从光电转换区域读取信号方面与第一实施例不同。来自光电转换区域的输出被读取到多个上方通道和下方通道。根据第五实施例的光电转换设备 的操作与第一实施例的操作相似。因而，将省略对根据第五实施例的光电转换设备的操作的说明。由于为其中布置了电压供给线路15的各个列设置电压供给控制 电路11,用于设定电压供给线路15的电位所必需的时间可以下降。 因而，用于设定光电转换区域中的所有电压供给线路15的电位所必 需的时间可以下降。此外，由于为各个列设置电压供给控制电路11，即使当光电转 换区域的尺寸增大时，用于设定电压供给线路15的电位所必需的时 间也可以降低。其中输出被读取到多个上方通道和下方通道的光电转 换设备还实现在帧速率方面的改善。第六实施例图13是示出了本发明第六实施例的示意图。第六实施例在电压 供给控制电路11的位置方面与第五实施例不同。第六实施例的特征 是，电压供给控制电路11被交替地布置在光电转换区域的一侧和另 一侧，使得在一列中布置的电压供给控制电路11跨越光电转换区域
对角地面对在相邻列中布置的电压供给控制电路11。虽然没有图示， 但是电压供给控制电路11可以被布置为使得包括多个电压供给控制 电路11的电路组跨越光电转换区域对角地面对包括多个电压供给控 制电路11的相邻电路组。根据第六实施例的光电转换设备的操作与 第一实施例的操作相似。因而，将省略对根据第六实施例的光电转换 设备的操作的说明。通过第六实施例中所用的配置，由于为各个列设置电压供给控制 电路ll，可以改善帧速率。此外，阴影的方向在光电转换区域的上端 和下端之间交替改变。因而，对于整个输出，由于可以视觉上识别各 个列的阴影的平均值，因此可以显著改善图像质量。此外，由于可以 容易地布置电路，因此即使当像素尺寸降低时，此配置也是有效的。第七实施例图14是示出了本发明第七实施例的示意图。第七实施例在电压 供给控制电路11和恒流源17之间的位置关系方面与第五实施例不 同。电压供给控制电路11被布置为以便跨越光电转换区域对角地面 对恒流源17，该恒流源17充当连接到输出线路16的负载单元。此外， 电压供给控制电路ll和恒流源17的位置在两个相邻的列之间彼此相 对。虽然没有图示，电压供给控制电路ll和恒流源17的位置可以在 各包括多个列的两个相邻列组之间彼此相对。根据第七实施例的光电 转换设备的操作与第一实施例的操作相似。因而，将省略对根据第七 实施例的光电转换设备的操作的说明.通过第七实施例中所用的配置，由于为各个列设置电压供给控制 电路ll，可以改善帧速率。此外，由于电压供给控制电路ll可以被 布置为接近光电转换区域，因此在布线中生成的寄生电阻可以降低。 因而，可以抑制电压降。此外，由于电压供给控制电路被布置在没有 布置恒流源的一侧，并且恒流源被布置在没有布置电压供给控制电路 的一侧，因此仅为每两列设置电压供给控制电路和恒流源.因而，由 于降低了电路配置中不必要的空间，因此这种配置适用于小型化情 形。此外，由于为每个列设置关于像素的对称结构，因此可以实现从 光学观点来看的布局对称。第八实施例图15是示出了本发明第八实施例的示意图。第八实施例在电压 供给控制电路11的配置方面与第五实施例不同。第八实施例的一个 特征是，电压供给控制电路11被布置为使得为像素的上端和下端的 各个列设置电压供给控制电路。根据第八实施例的光电转换设备的操 作与第一实施例的操作相似。因而，将省略对根据第八实施例的光电 转换设备的操作的说明。通过第八实施例中所用的配置，由于为各个列设置电压供给控制 电路ll，可以改善帧速率。此外，可以从跨越光电转换区域彼此面对 的位置，即从列方向上的两侧设定电压供给线路15的电位。因而， 时间常数可以降低，并且可以进一步改善帧速率。此外，可以抑制由 每个电压供给线路15的列方向上的电压降的差引起的阴影现象。第九实施例图16是示出了本发明第九实施例的示意图。第九实施例在电压 供给线路的配置方面与第八实施例不同。在第九实施例中，用于向电 压供给单元(复位MOS晶体管)5的漏极提供电压的电压供给线路 还充当输出线路。用于向放大单元(放大MOS晶体管)4的漏极提 供电压的线路还提供VDD的固定电压。此外，可以设定施加到电压 供给控制电路ll的电源电压。将参考图17所示的示意性时序图描述图16所示的光电转换设备 的操作。在此，将简短描述笫n行中的操作，其中输出像素的光学信 号的行即所选行由第n行表示，并且其他行即非所选行由第n+l行表 示。参考图17，在时刻t0，由电压供给控制电路ll设定的输出线路 16的电位为"低"(0V)。复位开关控制脉冲P—Res(n)和P_Res(n+l)
以及传送开关控制脉冲P一Tx(n)和PJTx(n+l)的电平为"低"。此时， 电压供给单元(复位MOS晶体管)5处于非导通状态，并且输入单 元(FD区域)3具有低电位(大约0V)并且处于浮置状态。此外， 放大单元(放大MOS晶体管)4处于非选中状态。因而，输出线路 16的电位不改变。
在从时刻tl到时刻t2的时间段期间，充当电压供给线路的输出 线路16通过为各个列设置的电压供给控制电路11达到高电位(5V )。 在此，由于为其中布置了输出线路16的各个列设置电压供给控制电 路ll，用于设定输出线路16的电位所必需的时间可以降低。因而， 用于从低电位(0V)到高电位(5V)设定光电转换区域中的所有输 出线路16所必需的时间可以降低。
在从时刻t3到时刻t4的时间段期间，第n行中的复位开关控制 脉沖P一Res(n)的电平被设定为"高"。在此，电压供给单元(复位MOS 晶体管)5处于导通状态，并且输入单元(FD区域)3的电位被设定 为"高"。
然后，复位开关控制脉沖P一Res(n)的电平被设定为"低"，电压 供给控制电路11处于"关断"状态，并且恒流源17处于"接通"状态。 因而，放大单元(放大MOS晶体管)4达到选中状态。因此，达到 了这样一种状态，其中输出线路16的电位根据第n行中的像素中所 包括的FD区域的电位改变而改变，即选中第n行中的像素的状态。
然后，在从时刻t5到时刻t6的时间段期间，第n行中的传送开 关控制脉冲P一Tx(n)的电平被设定为"高"。在此，传送单元(传送 MOS晶体管)2处于导通状态，并且电荷从光电转换元件1被传送到 输入单元(FD区域)3。输入单元(FD区域)3的电位根据所传送的 电荷的量而改变，并且输出线路16的电位通过放大单元(放大MOS 晶体管)4而改变。
然后，在从时刻t6到时刻t7的时间段期间，其间第n行中的传 送开关控制脉冲P一Tx(n)的电平被设定为"低"，水平传送脉冲顺序达 到导通状态，并且水平传送开关31顺序达到导通状态。然后，输出
线路16的信号电平通过水平信号传送线路32和输出放大器33顺序 输出。
然后，在从时刻t7到时刻t8的时间段期间，输出线路16的电 位通过为各个列设置的电压供给控制电路11而达到低电位(0V)。 在此，由于为其中布置了输出线路16的各个列设置电压供给控制电 路ll，用于设定输出线路16的电位所必需的时间可以降低。因而， 用于设定光电转换区域中的所有输出电路16所必需的时间可以降低。 然后，执行用于在笫n+l行中选择像素的操作。
通过第九实施例中所用的配置，由于为各个列设置电压供给控制 电路ll，因此即使当光电转换区域的尺寸增大时，也可以降低用于设 定输出线路16的电位所必需的时间。因而，可以改善帧速率。此外， 由于电压供给控制电路11被布置为使得在像素的列方向上的两侧都 设置电压供给控制电路，因此可以从两侧设定输出线路16的电位。 因而，时间常数可以下降，并且可以进一步改善帧速率。此外，可以 抑制由输出线路16的列方向上的电压降的差引起的阴影现象。此外， 可以设定施加到电压供给控制电路11上的电源电压。从而，当由于 MOS晶体管的阈值的变动造成在各个列中叠加偏移(offset)等时，可 以实现用于消除叠加的偏移的电压设定。即，可以消除各个列中生成 的固定图案噪声。
如上所述，根据每个前述实施例的光电转换设备实现帧速率的改 善。此外，通过前述实施例中每一个实施例中所用的配置，可以实现 抑制阴影现象、像素数量增加、像素尺寸降低等中的至少一个。
虽然电源控制器18的配置的一个示例在图2中示出，电源控制 器18不必限于图2所示的配置。电源控制器18可以具有与图2所示 的配置不同的配置，只要电源控制器18具有对受控的线路的电压电 平进行切换的单元就可以。
电压供给控制电路和恒流源布置在光电转换区域以外。图18是 示出上述配置的示意图.参考图18，附图标记1801表示光电转换区 域，附图标记1804和1805各表示至少设置了电压供给控制电路和恒
流源之一的区域。区域1804和1805被布置为以便跨越光电转换区域 1801而彼此面对。控制单元1806执行电源和脉冲信号向区域1804和 1805的供应。控制单元1806还能够控制扫描电路1802和1803。信 号从扫描电路1803输出。在图18中，用于允许在区域和电路之间的 连接的部分布线被省略。虽然上文中描述了执行在两种类型的电压电平OV和5V之间切 换的配置，电压电平不限于上述的两种类型。也可以采用执行其他电 压之间的切换或者三种或更多种类型的电压电平之间的切换的配置。使用光电转换设备的图像拾取系统图19是当根据本发明的实施例的固态图像拾取设备用于摄影机 时的电路块的示例。在对象拍摄透镜1002之前设置用于控制曝光的 快门1001。孔径1003根据需要控制光强度，并且在固态图像拾取设 备1004上形成图像。从固态图像拾取设备1004输出的信号由图像拾 取信号处理电路1005进行处理，并且经过处理的信号通过A/D转换 器1006从模拟信号被转换成数字信号。从A/D转换器1006输出的数 字信号经过信号处理器1007进行的算术处理。经过处理的数字信号 被存储在存储单元1010中或者经由外部I/F单元1013被传输到外部 设备。固态图像拾取设备1004、图像拾取信号处理电路1005、 A/D 转换器1006、以及信号处理器1007受定时生成器1008的控制。此外， 整个系统由总体控制和算术单元1009进行控制。为了在记录介质1012 中记录图像，通过由总体控制和算术单元1009控制的记录介质控制 I/F单元1011记录输出数字信号。虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发 明不限于公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被给予最宽的 解释，以便涵盖所有变型、等同结构和功能.
权利要求
1.一种光电转换设备，该光电转换设备包括光电转换区域，该光电转换区域包括光电转换元件，其被布置为将入射光转换成电载子；放大单元，其被布置为读取基于相应光电转换元件的电载子的信号，并将该信号提供给输出线路；传送单元，其被布置为将所述相应光电转换元件的电载子传送给放大单元的输入单元；电压供给单元，其被布置为将用于将相应输入单元设定为至少具有第一和第二电位的电压提供给所述相应输入单元；多条电源线路，其被布置为将电压提供给所述多个电压供给单元；以及多个电压供给控制电路，每一个都放置在所述多个电源线路和所述多个电压供给单元当中的相应电压供给单元之间的电源通道中，并且被布置为控制到所述相应电压供给单元的电压供给，其中所述光电转换元件、所述放大单元、所述传送单元、以及所述电压供给单元被二维地布置。
2. 如权利要求1所述的光电转换设备，其中所述多个光电转换元件、所述多个放大单元、所述多个传送 单元、以及所述多个电压供给单元被布置为矩阵，以及其中为其中布置了所述多个电压供给单元的各个列设置所述多 个电压供给控制电路。
3. 如权利要求1或2所述的光电转换设备， 其中多个恒流源连接到相应输出线路，并且其中所述多个电压供给控制电路被布置为以便跨越光电转换区 域而面对该多个恒流源。
4. 如权利要求2所述的光电转换设备，其中所述多个电压供给 控制电路被交替地布置在其中布置了所述多个电压供给单元的各列 的 一侧和另 一侧，使得为其中布置了电压供给单元的 一列设置的电压 ^压供给单元的相邻一列设置的电压供给控制电路。
5. 如权利要求2所述的光电转换设备，其中所述多个电压供给 控制电路被布置为使得在布置了电压供给单元的列的两侧跨越所述 光电转换区域设置电压供给控制电路。
6. 如权利要求1所述的光电转换设备，还包括多个电压供给线 路，其被布置为从相应电压供给控制电路向相应电压供给单元提供电 压，其中所述电压供给线路与输出线路不同。
7. 如权利要求1所述的光电转换设备，其中从所述多个输出线 路并行读取的信号被顺序读取并且提供给多个通道。
8. 如权利要求1所述的光电转换设备，还包括被布置为提供脉 冲的选择线路，其中所述多个电源线路包括被布置为提供第一电压的第一电源 线路和被布置为提供低于第一电压的第二电压的第二电源线路，以及 其中所迷选择线路提供脉冲以控制第一电压和第二电压之间的切换。
9. 如权利要求8所述的光电转换设备，其中所述多条电压供给 控制电路中的每一条都使用反向器和互补金属氧化物半导体开关，向 相应电压供给单元提供第一电源线路的第一电压和第二电源线路的 第二电压之一。
10. 如权利要求8或9所述的光电转换设备，其中为所述多个电 压供给控制电路的每一个设置所述第一和第二电源线路。
11. 一种图像拾取系统，包括 根据权利要求1的所述光电转换设备；光学系统，其被布置为将光形成为所述光电转换设备上的图像；以及信号处理电路，其被布置为处理从所述光电转换设备输出的信号。
全文摘要
本发明涉及一种光电转换设备和使用光电转换设备的图像拾取系统。该光电转换设备包括光电转换区域，该光电转换区域包括被二维布置的下列组成元件多个光电转换元件被布置为将入射光转换为电荷，多个放大单元被布置为读取基于相应光电转换元件的电荷的信号，并将该信号提供给输出线路，多个传送单元被布置为将该相应光电转换元件的电荷传送给相应放大单元的输入单元，并且多个电压供给单元被布置为将用于将相应输入单元设定为至少具有第一和第二电位的电压提供给所述相应输入单元，并且该光电转换设备还包括多个电压供给控制电路，其被布置为将电压提供给多个电压供给单元中的相应电压供给单元。
文档编号H04N5/341GK101119447SQ20071013838
公开日2008年2月6日 申请日期2007年8月1日 优先权日2006年8月1日
发明者小林昌弘, 板野哲也 申请人:佳能株式会社