固态图像拾取设备以及相机系统的制作方法

专利名称：固态图像拾取设备以及相机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及由CMOS图像传感器代表的固态图像拾取设备以及相机系统。
背景技术：
近年来，对CMOS图像传感器作为固态图像拾取设备或代替CCD图像 传感器的图像传感器给予了关注。
这是因为CMOS图像传感器克服了各种问题，如这样的问题因为操作 需要多个电源电压以及多个外围IC必须结合操作，所以系统非常复杂。
CMOS图像传感器具有如下所述的多个显著的优点。具体地，CMOS图 像传感器能够使用与制造流行的CMOS型集成电路的制造工艺类似的制造工 艺来制造，并且能够用单个电源驱动。此外，使用CMOS工艺，CMOS图像 传感器允许在相同芯片中的模拟电路和逻辑电路的混合形成，因此，能够减 少外围IC的数量。
在大多数情况下，CCD图像传感器的输出电路使用具有漂移扩散(FD) 层的FD放大器来输出l-通道(ch)输出。
相反，CMOS图像传感器包括用于每个像素的FD放大器，并且在大多 数情况下，通过选择像素阵列的某行并在沿着各列的方向上同时读出该行中 的各像素，输出这样的并行列输出。
这是因为放置在像素中的FD放大器难以具有足够的驱动能力，因此必 须使用低数据率并且使用并行处理是有利的。
以下，描述了流行的CMOS图像传感器。
图1示出由4个晶体管形成的CMOS图像传感器的像素的示例。 参照图1，像素1包括例如光电二极管11作为光电转换设备。像素1还
包括4个晶体管，其包括传送晶体管12、放大晶体管13、选择晶体管14
以及作为光电二极管11的有源设备的重置晶体管15。
光电二极管11将入射光光电转换为电荷(这里，电子)，电荷量对应于入射光的光量。
传送晶体管12连接到光电二极管11和漂移扩散FD，并且当驱动信号通 过传送控制线LTx施加到其栅极(即，传送栅极)时，将由光电二极管11 通过光电转换产生的电子传送到漂移扩散FD。
放大晶体管13在其栅极连接到漂移扩散FD。放大晶体管13通过选择晶 体管14连接到信号线LSGN,并且与像素外的恒流源协作来形成源极(source) 跟随器。
地址信号通过选择控制线LSEL施加到选择晶体管14的栅极，并且如杲 选择晶体管14导通，那么放大晶体管13放大在漂移扩散FD在电势，并将 对应于该电势的电压输出到信号线LSGN。从每个像素输出的电压通过信号 线LSGN输出到像素输出数据并-串处理部分。
重置晶体管15连接在电源线LVDD和漂移扩散FD之间，并且当重置信 号通过重置控制线LRST施加到重置晶体管15时，将在漂移扩散FD的电势 重置为电源线LVDD的电势。
图2显示CMOS图像传感器或固态图像拾取设备的一般配置的示例，其 中如图1所示的这样的像素以二维阵列排列。
参照图2,显示的CMOS图像传感器20包括像素阵列部分21、地址 解码器22、像素驱动脉冲生成电路23、以及电平移位器组24。 CMOS图像 传感器20还包括像素输出数据并-串处理部分25、输出电路部分26、传感 器控制部分27、以及每个为电池形式的外部电源28和29。
在CMOS图像传感器20中，电源电压VDD从电源28提供给芯片内的 地址解码器22、像素驱动脉沖生成电路23、像素输出数据并-串处理部分25、 输出电路部分26和传感器控制部分27。同时，另一电源电压VD从电源29 提供给电平移位器组24和像素阵列部分21。
在CMOS图像传感器20中，传感器控制部分27生成用于指定要访问的 像素阵列行的地址，并将该地址发送到地址解码器22。
地址解码器22致使其对应于指定的像素行的输出激活。然后，对于由地 址解码器22指定的行，像素重置脉沖LRST和像素读出脉冲LTx和LSEL从 像素驱动脉冲生成电路23提供给每行的像素1。对于每行，从像素l输出的 图像通过信号线LSGN传送到像素输出数据并-串处理部分25。
然后，图像数据从像素输出数据并-串处理部分25 —个接一个像素地输出，并且输出数据通过输出电路部分26输出到芯片外。 传感器控制部分27是控制一系列操作的控制逻辑电路。 再次参照图1,为了重置像素，传送晶体管12导通以清除(sweep out)
在光电二极管11中积累的电荷。此后，传送晶体管12截止，并且光电二极
管11将光信号转换为电荷并且积累电荷。
在读出时，重置晶体管15被导通以重置漂移扩散FD,然后重置晶体管
15截止，然后在漂移扩散FD的电压通过放大晶体管13和选择晶体管14输
出。在该实例中的输出此后称为P阶段(phase )输出。
此后，传送晶体管12导通以将在光电二极管11中积累的电荷传送到漂
移扩散FD，并且此时在漂移扩散FD的电压通过放大晶体管13输出。在该
实例中的输出此后称为D阶段输出。
通过将D阶段输出和P阶段输出之间的差设置为图像信号，不仅每个像
素的输出的DC分量的离差(dispersion),而且漂移扩散的FD重置噪声也能
够从图像信号中移除。
因为例如传送晶体管12、选择晶体管14和重置晶体管15的栅极以行为
单元连接，所以上述操作对一行的各像素同时执行。

发明内容
如图2中所见，CMOS图像传感器20不仅需要像素阵列部分21,而且 需要大量的外围电路。存在这样的可能性像素的光电转换设备11的称为暗 电流的漏电流可能通过由外围电路生成的热量而增加。已知的是，暗电流增 加像素的输出信号，并且输出信号的离差导致遭受固定模式噪声的粗糙图像 的出现。因此，必须设计CMOS图像传感器20使得外围电路的热量不会导 致像素的暗电流的增加。
然而，如果信号积累执行了长的时间段，那么也积累了由外围电路的热 量导致的暗电流，外围电路热量的问题变为更显著。在这样的实例中，因为 图像传感器不输出信号，所以电流消耗能够通过在信号在像素中积累的状态 持续时停止电路操作而被抑制。
然而，随着晶体管的精细程度(refinement)进步，晶体管的截止漏电流 (off leak current) 土曽力口 。
此外，在CMOS图像传感器20中，因为各功能集成在芯片上，所以晶体管的数量增加并且整个芯片的漏电流进一步增加。
因此，即使电路操作停止，由漏电流生成的热量到达对显示图像产生影 响的水平的情况仍可能出现。
此外，如果集成更高级功能的制造工艺的精细程度进一步进步以便实现
CMOS图像传感器的更高级功能，那么漏电流增加，并且特别是在要求高速
操作中，漏电流的抑制变得困难。此外，如果要集成的晶体管的数量增加， 那么发热进一步增加。
结果，在数字静态相机中，特别是在球管(bulb)模式等中要求长时间 段的积累操作的单镜头反射式相机中，通过周围电路的漏电流的发热的增加 成为问题。
作为抑制晶体管的漏电流的技术， 一种技术是可用的，其在晶体管的操 作速度可能低的时候调制基底偏压，以增加晶体管的阈值电压来抑制漏电流。
然而，该技术的缺点在于必须为晶体管的源极电源和用于固定基底的 电源准备分开的电源，并且需要用于调制基底偏压的措施，这使得芯片和系 统的设计都困难。
因此，需要提供一种固态图像拾取设备和相机系统，通过其能够预期减 少功率的消耗而不使设计复杂。
根据本发明的实施例，提供了一种固态图像拾取设备，包括像素部分， 其包括至少一个像素电路，该像素电路包括用于将光信号转变为电信号并响 应于曝光时间积累电信号的机制；像素驱动部分，其被配置为驱动所述像素 部分以执行信号积累和信号输出；至少一个不同电路部分，其被配置为执行 与通过所述像素驱动部分访问所述像素部分有关的处理；以及控制部分，其 被配置为至少在所述像素电路的信号积累时，控制所述像素驱动电路以便将 所述像素电路维持在所述像素电路积累电信号的状态，并且控制提供电源电 压到所述不同电路部分。
优选地，所述控制部分在所述像素电路的信号积累时，将电源电压提供 给所述像素驱动部分，并且停止提供电源电压到所述处理部分。
或者，所述控制部分可以在所述像素电路的信号积累时，将电源电压提 供给所述像素驱动部分，并且降低电源电压，并将降低的电源电压丧供给所 述不同电i 各部分。
优选地，所述像素驱动电路响应于从所述控制部分接收的控制信号，将所述像素电路维持在所述像素电路积累电信号的状态。
在该实例中，优选地所述像素部分、像素驱动部分和不同电路部分被集 成为集成电路，并且所述控制信号从外部提供。
或者，所述固态图像拾取设备可以被配置，使得所述像素部分、像素驱 动部分和不同电路部分被集成为集成电路，并且所述控制信号保持在所述集 成电路中。
优选地，所述固态图像拾取设备还包括存储器部分，其被配置为存储被 停止提供电源电压的任何电路在被提供电源电压前的状态，所述控制部分还 在作为控制提供电源电压到所述不同电路部分的结果、所述不同电路部分处 于不操作状态时，控制所述存储器以保持所述存储器部分的存储的内容。
优选地，所述像素电路包括有源设备，其被配置为将积累的信号输出到 信号线，以及所述控制部分控制在所述有源设备连接到其的电源线和信号线 的电势，以便在信号存储时段内相互相等。
根据本发明的另一实施例，提供了一种相机系统，包括固态图像拾取
设备；光学系统，其被配置为在所述图像拾取设备上形成图像拾取对象的图 像；以及信号处理电路，其被配置为处理所述图像拾取设备的输出图像信号； 所述图像拾取设备包括像素部分，其包括至少一个像素电路，该像素电路 包括用于将光信号转变为电信号并响应于曝光时间积累电信号的机制；像素 驱动部分，其被配置为驱动所述像素部分以执行信号积累和信号输出；至少 一个不同电路部分，其被配置为执行与通过所述像素驱动部分访问所述像素 部分有关的处理；以及控制部分，其被配置为至少在所述像素电路的信号积 累时，控制所述像素驱动电路以便将所述像素电路维持在所述像素电路积累 电信号的状态，并且控制提供电源电压到所述不同电路部分。
根据本发明的各实施例，在像素电路的信号存储期间，像素驱动部分保 持操作状态并具有提供到其的电源电压，同时不同电路部分的电源电压的提 供停止、或电源电压被设置到降低的电平并且提供有降低的电平，使得所述 不同电路部分保持不操作状态。
根据本发明的各实施例，能够预期功率消耗的减少而不使设计复杂。特 别是，当在固态图像拾取设备和相机系统中使用的晶体管处于截止状态时， 能够减少在信号积累期间的功耗，还包括漏电流的减少。
结合附图，从以下描述和权利要求中，本发明的上述和其他目标、特征和优点将变得明显，在附图中，相同的部件或元件由相同的参照标号指示。


图1是显示由4个晶体管形成的CMOS图像传感器的像素的示例的电路
图2是显示CMOS图像传感器或固态图像拾取设备的流行配置的示例的 视图，其中如图1所示的这样的像素以二维阵列放置；
图3到8是显示应用本实施例的CMOS图像传感器或固态图像拾取设备 的配置的示例的方块图；以及
图9是显示其中并入任何固态图像拾取设备的相机系统的配置的示例的
具体实施方式
<第一实施例>
图3显示根据本发明第 一 实施例的CMOS图像传感器或固态图像拾取设 备的配置的示例。
参照图3, CMOS图像传感器100包括像素阵列部分101、地址解码器 102、像素驱动脉冲生成电路103、像素驱动部分104、像素输出数据并-串处 理部分105、以及输出电路部分106。显示的CMOS图像传感器100还包括 传感器控制部分107、每个为电池形式的外部电源108和109、以及开关110 和111。
在提到的各组件中，像素阵列部分101、地址解码器102、像素驱动脉冲 生成电路103、像素驱动部分104、 4象素输出数据并-串处理部分105、输出电 路部分106和传感器控制部分107^C集成到IC芯片112中。'
在本实施例中，除了像素驱动部分104外的像素阵列部分101、地址解 码器102、像素驱动脉冲生成电路103、像素输出数据并-串处理部分105、输 出电路部分106、和传感器控制部分107的一个、多个或全部对应于不同电 路部分。
此外，外部电源108和109、开关110和111、以及未示出的控制器或传 感器控制部分107形成控制部分。
IC芯片112具有在其上形成的若干端子，并且包括电源端子TV1到
方块图。TV5 ，电源电压VDD1从电池形式的外部电源108提供到该电源端子TV 1到 TV5;电源端子TV6和TV7，电源电压VDD2从电池形式的外部电源109提 供到该电源端子TV6和TV7;连接到接地电势GND的电源端子TG1到TG6; 输入端子TI1,例如控制信号.SCTL提供到该输入端子TI1;以及输出端子 TOl。
在IC芯片112中，电源端子TV1连接到地址解码器102和像素驱动脉 沖生成电路103的电源端子Pow，以及电源端子TV2连接到像素驱动部分104 的电源端子Pow,而电源端子TV3连接到输出电路部分106的电源端子Pow。 此外，电源端子TV4连接到像素输出数据并-串处理部分105的电源端子Pow, 以及电源端子TV5连接到传感H控制部分107的电源端子Pow。
此外，电源端子TV6连接到像素驱动部分104中提供的电平移位器组 1041的电源端子Pow2,以及电源端子TV7连接到像素阵列部分101的电源 线LVDD。
像素阵列部分101包括以矩阵排列的多个像素电路101A。要注意的是， 在图3中，为了简化图示，像素电路101A按照3行和3列排列。
在图3中，示出由4个晶体管形成的CMOS图像传感器的像素的示例。
每个像素电路101A包括例如作为光电转换设备的光电二极管121，并且 还包括4个晶体管，其包括传送晶体管122、放大晶体管123、选择晶体管 124以及作为光电二极管121的有源设备的重置晶体管125。
光电二极管121将入射光光电转换为电荷(这里，电子)，电荷量对应于 入射光的光量。
传送晶体管122连接在光电二极管121和漂移扩散FD之间，并在驱动 信号通过传送控制线LTx提供到传送晶体管122的栅极(即，传送栅极)时， 将由光电二极管121通过光电转换产生的电子传送到漂移扩散FD。
放大晶体管123在其栅极连接到漂移扩散FD。放大晶体管123通过选择 晶体管124连接到信号线LSGN,并且与像素外的恒流源协作来形成源跟随 器。
如果地址信号通过选择控制线LSEL提供到选择晶体管124的栅极以导 通选择晶体管124,那么选择晶体管124放大在漂移扩散FD的电势，并将对 应于该放大电势的信号输出到信号线LSGN。从每个像素输出的电压通过信 号线LSGN输出到像素输出数据并-串处理部分105 。因为例如传送晶体管122、选择晶体管124和重置晶体管125的栅极以 行为单元连接，所以上述操作对一行中的各像素并行执行。
在像素阵列部分101中布线的重置控制线LRST、传送控制线LTx和选 择控制线LSEL，以像素阵列的行为单元布线为一组。
重置控制线LRST、传送控制线LTx和选择控制线LSEL由像素驱动部 分104驱动。
像素驱动部分104包括电平移位器组1041,其包括多个电平移位器LS， 该电平移位器LS是重置控制线LRST、传送控制线LTx和选择控制线SLEL 分别连接到其的控制线驱动器；以及控制逻辑电路组1042，用于控制电平移 位器组1041的电平移位器LS的驱动。
电平移位器组1041对像素阵列的每行包括三个电平移位器LS1、 LS2和 LS3 ，重置控制线LRST、传送控制线LTx和选择控制线LSEL分别连接到该 三个电平移位器LS1、 LS2和LS3。
在上电时，当来自外部电源109的电源电压VDD2通过电源端子TV6提 供时，即使在提供电源电压VDD2时提供给其他设备(如地址解码器)的电 源电压VDD1停止，电平移位器组1041也响应于电源电压VDD2的4是供,皮 置于然后维持操作状态。
控制逻辑电路组1042包括多个NOR (或非)门NR,其对应于电平移位 器组1041的电平移位器LS的阵列排列，以便控制到电平移位器LS的输入。
每个NOR门NR在其输出连接到用作驱动器的电平移位器LS的对应的 一个的输入，在其第一输入端连接到来自像素驱动脉冲生成电路103的驱动 脉冲的对应的提供线，以及在其第二输入端共同连接到IC芯片112的输入端 子TIl。
对于输入端子TIl，提供了来自例如未示出的控制器的控制信号SCTL。
如果以高电平提供控制信号SCTL,则至少传送控制线LTx能够被设置 为低电平，而不管来自像素驱动脉冲生成电路103的脉冲信号，因此，像素 电路101A能够保持在电荷(信号)积累状态。
开关110在其固定触点a连接到IC芯片112的电源端子TV1、TV3、TV4 和TV5，在其可移动触点b连接到外部电源108的正电极和电源端子TV2, 并且在其可移动触点c连接到外部电源108的负电极和电源端子TG1到TG6。
开关110响应于例如来自未示出的控制器或传感器控制部分107的切换(changeover)信号SW,将固定触点a连接到可移动触点b或c。
具体地，在普通的一般操作时，切换信号SW提供给开关110以便将固 定触点a和可移动触点b相互连接。结果，来自外部电源108的电源电压VDD1 通过电源端子TVl到TV5,分别提供给IC芯片112的地址解码器102和像 素驱动脉沖生成电路103、像素驱动部分104、像素输出数据并-串处理部分 105、输出电路部分106、和传感器控制部分107。
另一方面，在像素阵列部分101的电荷积累时段内，切换信号SW提供 给开关110以便将固定触点a和可移动触点c相互连接。结果，电源端子TV1、 TV3、 TV4和TV5连接到接地电势。结果，分别停止从外部电源108提供电 源电压VDD1给IC芯片112的地址解码器102和4象素驱动脉沖生成电路103、 像素输出数据并-串处理部分105、输出电路部分106、和传感器控制部分107。'
开关111在其固定触点a连接到IC芯片112的电源端子TV7，在其可移 动触点b连接到外部电源109的正电极和电源端子TV6，并且在其可移动触 点c连接到外部电源108的负电极。
开关111响应于例如来自未示出的控制器或传感器控制部分107的切换 信号SW,将其固定触点a连接到可移动触点b或c。
具体地，在普通的一般操作时，切换信号SW提供给开关111以便将固 定触点a和可移动触点b相互连接。结果，来自外部电源109的电源电压VDD2 通过电源端子TV6和TV7，提供给IC芯片112的像素阵列部分101和像素 驱动部分104中的电平移位器组1041的电源线LVDD。
另一方面，在像素阵列部分101的电荷积累时段内，切换信号SW提供 给开关111以便将固定触点a和可移动触点c相互连接。结杲，电源端子TV7 连接到接地电势。结果，停止从外部电源109提供电源电压VDD2给IC芯片 112的像素阵列部分101的电源线，并且像素阵列部分101的电源线LVDD 保持在接地电势。
在具有如上所述的这样的配置的CMOS图像传感器100中，在普通的一 般操作中，切换信号SW提供给开关110以便将固定触点a和其可移动触点b 相互连接。结果，来自外部电源108的电源电压VDD1通过电源端子TV1到 TV5,分别提供给IC芯片112的地址解码器102和像素驱动脉冲生成电路103、 像素输出部分104、像素输出数据并-串处理部分105、输出电路部分l06、和 传感器控制部分107。类似地，切换信号SW也提供给开关111以便将固定触点a和可移动触 点b相互连接。结果，来自外部电源109的电源电压VDD2通过电源端子TV6 和TV7，提供给像素驱动部分104中的电平移位器组1041和IC芯片112的 像素阵列部分101的电源线LVDD。
在如上所述的状态中，传感器控制部分107生成用于指定要访问的像素 阵列行的地址，并将该地址发送到地址解码器102。
地址解码器102致使其对应于指定的像素行的输出激活。结果，每行的 像素重置脉冲LRST和像素读出脉冲LTx和LSEL从像素驱动脉冲生成电路 103提供给像素阵列部分101,并且来自像素电路101A的图像输出通过信号 线LSGN传送到每行的像素输出数据并-串处理部分105。
然后，图像数据从像素输出数据并-串处理部分105 —个接一个像素地输 出，并且通过输出电路部分106输出到芯片外。
如果控制信号SCTL以高电平提供到输入端子TI1,则像素驱动部分104 至少能够设置传送控制线LTx为低电平，而不管来自像素驱动脉冲生成电路 103的脉冲信号，并且像素电路101A固定为电荷(信号)积累状态。
此时，如上所述，在像素阵列部分101的电荷积累时段内，切换信号SW 提供给开关110以便将固定触点a和可移动触点b相互连接。结果，电源端 子TV1、 TV3、 TV4和TV5连接到接地电势。结果，停止从电源108提供电 源电压VDD1到IC芯片112的地址解码器102和像素驱动脉冲生成电路103、 像素输出数据并-串处理部分105、输出电路部分106、和传感器控制部分107。
类似地，切换信号SW提供给开关111以便将固定触点a和可移动触点b 相互连接。结果，电源端子TV7连接到接地电势。结果，停止从电源109提 供电源电压VDD2到IC芯片112的像素阵列部分101的电源线，并且像素阵 列部分101的电源线LVDD保持在接地电势。
以这种方式，即使对除了像素驱动部分104外的电路的供电停止，各像 素也维持在积累状态。此时，在整个芯片中生成的漏电流只包括在像素驱动 部分104产生的漏电 流。
如上所述，根据本实施例的CMOS图像传感器100，在积累长时间段后， 由集成在CMOS图像传感器上的电路的截止漏电流导致的发热被抑制。结果， 由于这样的发热的暗电流生成以及因此的画面质量的劣化能够被抑帝丁 。
此外，与替代的流行的利用基底偏压效应的截止漏电流的抑制技术相比时，发热的抑制只能通过电源的打开/关闭施加，并且芯片的电路配置和系统
配置能够更容易地设计。 <第二实施例>
图4显示根据本发明第二实施例的CMOS图像传感器或固态图像拾取设
备的配置的示例。
根据第二实施例的CMOS图像传感器100A是对根据上述第一实施例的 CMOS图像传感器100的修改，但是与根据上述第一实施例的CMOS图像传 感器100不同在于其包括可变电源113和114来替代开关110和111。
具体地，固定电源108提供电源电压VDD1到电源端子TV2;固定电源 109提供电源电压VDD2到电源端子TV6;可变电源113提供可变电源电压 VDD3到电源端子TV1、 TV3、 TV4和TV5;以及可变电源114提供可变电 源电压VDD4到电源端子TV7。
可变电源113和114从例如未示出的控制器接收控制信号SCTL2,并在 普通操作时提供普通电源电压VDD,但在电荷积累期间提供低于电源电压的 电源电压(如VDD/2)到电压提供的对象。更具体地，可变电源113和114 提供这样的低电平的电源电压，使得IC芯片112的地址解码器102、像素驱 动脉冲生成电路103、像素输出数据并-串处理部分105、输出电路部分106、 和传感器控制部分107保持处于不操作状态，并且优选地是使得各组件的晶 体管的漏电流能够被抑制的低电平。
还在该实例中，如果控制信号SCTL以高电平提供到输入端子TIl,则像 素驱动部分104至少能够设置传送控制线LTx为低电平，而不管来自像素驱 动脉冲生成电路103的脉冲信号。因此，像素电路101A固定为电荷或信号 积累状态。
此时，即使对除了像素驱动部分104外的地址解码器102、像素驱动脉 冲生成电路103、 4象素输出lt据并-串处理部分105、输出电路部分106、和传 感器控制部分107的电源电压下降，各像素维持也维持在积累状态。
还在本第二实施例中，通过降低电源电压能够获得抑制漏电流的效果。 当与.电源完全停止的第一实施例相比时，电源重启时的恢复更快地执行，可 以允许 一 些电路继续其功能。
<第三实施例>
图5显示根据本发明第三实施例的CMOS图像传感器或固态图像拾取设备的配置的示例。
根据第三实施例的CMOS图像传感器100B是对根据上述第一实施例的 CMOS图像传感器100的修改，但是与上述根据第一实施例的CMOS图像传 感器100不同在于控制信号SCTL不从IC芯片'112外的控制器提供，而能 够在IC芯片112中生成。
具体地，参照图5，存储器1043放置在像素驱动部分104B中，电源电 压VDD1从外部电源108提供到该像素驱动部分104B，使得用于维持像素在 积累状态的信息保持在存储器1043中。
在该实例中，电源电压也持续提供给存储器1043。
例如，存储器1043的1或0的信息由传感器控制部分107控制，普通的 电源电压VDD3提供给该传感器控制部分107。
利用本第三实施例的CMOS图像传感器100B,能够实现与由第一实施 例CMOS图像传感器100实现的优点类似的优点。
要注意的是，第三实施例的CMOS图像传感器100B的配置也能够应用 到上述第二实施例的CMOS图像传感器100A。
<第四实施例〉
图6显示根据本发明第四实施例的CMOS图像传感器或固态图像拾取设 备的配置的示例。
参照图6,根据第四实施例的CMOS图像传感器IOOC是对根据上述第 一实施例的CMOS图像传感器100的修改，但是与上述根据第一实施例的 CMOS图像传感器100不同在于它包括具有连接到电源端子TV2的电源端 子Pow的状态保持存储器115，电源电压VDDl正常提供到该电源端子TV2。
在图6的示例中，传感器控制部分107具有状态保持存储器115,并且 电源电压持续提供给状态保持存储器115。
在IC芯片112C中提供状态保持存储器115的原因描述如下。
在第一实施例中，如果提供给除了像素驱动部分外的电路的电源电压停 止，那么定义电源电压提供到其的各块的操作状态的信息也丢失。因此，在 电源电压的提供重启之后，必须开始以用于恢复操作状态(如操作的指定) 的4乘作开始的操作，并且对恢复可能需要许多时间。
因此，在本第四实施例中，电源电压持续提供给指定操作的状态保持存 储器115,由此消除重新指定操作的必要性。因此，在电源电压的提供重新启动后，能够减少芯片的操作开始前的时间。 <第五实施例>
图7显示根据本发明第五实施例的CMOS图像传感器或固态图像拾取设 备的配置的示例。
参照图7,根据第五实施例的CMOS图像传感器100D是对根据上述第 一实施例的CMOS图像传感器100的修改，但是与上述根据第一实施例的 CMOS图像传感器100不同在于它包括移位寄存器116来代替地址解码器 102,并且像素驱动部分104只由电平移位器组或驱动器组1041A形成。此 外，从输入端子Til提供的控制信号SCTL输入到像素驱动脉冲生成电路 103D,并且来自外部电源108的电源电压VDD1正常提供到移位寄存器116 和像素驱动脉冲生成电路103D。
同时，在前述第一到第四实施例中，指定像素行的选择由地址解码器102 执行，在本第五实施例中，像素行的选择由移位寄存器116执行。
因为像素驱动脉沖生成电路103D生成驱动脉冲到指定行，其中使用了 地址解码器，所以驱动脉冲只提供到指定行。
然而，在使用了移位寄存器116的情况下，所有行能够通过连续发送"1" 到移入(shift-in)信号被指定。如果用于发出指令来控制指定行为积累状态 的控制信号SCTL、通过输入端子Til从外部提供到像素驱动脉冲生成电路 103D,则所有行的像素能够被指定为积累状态。
相应地，在本第五实施例中，电源电压持续提供给移位寄存器116和像 素驱动脉沖生成电路103D。
<第六实施例>
图8显示根据本发明第六实施例的CMOS图像传感器或固态图像拾取设 备的配置的示例。
参照图8,根据第六实施例的CMOS图像传感器100E是对根据上述第一 实施例的CMOS图像传感器100的修改，但是与上述根据第一实施例的 CMOS图像传感器100不同在于当如在电荷积累时段等内像素输出没有被 读出到信号线LSGN时，在像素阵列部分101的电源线LVDD和信号线LSGN 的电势被控制，以便相互相等。 .
在本实施例中，在电源线LVDD和每个信号线LSGN之间提供开关117。 然而，图8的安排毕竟是示例，并且各种修改形式是可能的。例如，用于设置在信号线LSGN的电势等于在电源线LVDD的电势的配置，可以另外提供 在像素输出数据并-串处理部分105侧。
在像素电路101A中，存在这样的可能性截止漏电流可能通过选择晶 体管124,在电源线LVDD和输出信号线LSGN之间出现。
即使每一个像素的截止漏电流量小，但是存在这样的可能性随着像素 数量增加，不可忽略的漏电流可能随整个像素阵列出现。
因此，在像素输出没有读出的等待时段内(如例如在长时间段的积累期 间)，截止漏电流不仅能通过控制像素电源，还通过控制电源线LVDD和信号 线LSGN为相同电势来防止。
如上所述，利用根据本实施例的CMOS图像传感器100E，在积累长时间 段时，由聚集在CMOS图像传感器上的电路的截止漏电流导致的发热被抑制。 结果，由于这样的发热的暗电流生成以及因此的画面质量的劣化能够被抑制。
此外，当与替代的流行的利用基底偏压效应的截止漏电流的抑制技术相 比时，发热的抑制能只通过电源的打开/关闭或通过电压控制施加，并且芯片 的电路配置和系统配置能够更容易地设计。
此外，尽管在第三、第四和第五实施例中，给存储器或移位寄存器持续 提供电源电压，但同样在那些情况下，来自存储器或移位寄存器的漏电流能 够通过降低电源电压到这样的范围内而被抑制，在该范围内保持的内容不如 第二实施例从移位寄存器或存储器中丢失。
此外，尽管在第一到第六实施例中，类似地执行停止提供或降低要提供 到像素驱动部分(特别是除了电平移位器组1041外的电路组)的电源电压， 但是芯片中的电源系统可以更精确分类，同时类似的控制被分别地施加到各 个系统。
要注意的是，尽管根据各实施例的CMOS图像传感器不特定限制，但是 它们可以被配置为例如并入列并列型的模拟-数字转换器(ADC)的CMOS 图像传感器。
展示上述效果的固态图像拾取设备能够应用为数字相机或摄像机的图像 拾取设备。
图9显示其中应用了根据本发明的任何实施例的固态图像拾取设备的相 机系统的配置的示例。
参照图9，显示的相机系统200包括图像拾取设备210,前述根据本发明各实施例的任何CMOS图像传感器100和100A到100E能够应用到该图像拾 取设备210。相机系统200还包括用于将入射光引到图像拾取设备210的像 素区以形成图像拾取对象的图像的光学系统，例如，用于形成入射光或图像 拾取平面上的图像光的图像。相机系统200还包括用于驱动图像拾取设备 210的驱动电路(DRV) 230、以及用于处理图像拾取设备210的输出信号的 信号处理电路(PRC) 240。
驱动电路230具有未示出的定时发生器，用于生成包括用于驱动图像拾 取设备210中的各电路的开始脉冲和时钟脉沖的各种定时信号，并且利用预 定定时信号驱动图像拾取设备210。
信号处理电路240对图像拾取设备210的输出信号执行信号处理，如相 关双倍采样(CDS)。
由信号处理电路240处理的图像信号被记录到记录介质(如例如存储器) 中。记录在记录介质中的图像信息由打印机等硬拷贝。此外，由信号处理电 路240处理的图像信号在由液晶显示装置等形成的监视器上显示为运动图 像。
如上所述，通过将前述作为图像拾取设备210的任何CMOS图像传感器 100和100A到100E并入图像拾取装置(如数字相机)，展示低功耗的高精度 相机能够实现。
本领域技术人员应当理解的是，依赖于设计要求和其他因素，各种修改、 组合、子组合和替代可以出现，只要它们在权利要求或其等效的范围内。 相关申请的交叉引用
本发明包含涉及于2007年5月10日向日本专利局提交的日本专利申请 JP 2007-126150的主题，在此通过引用并入其全部内容。
权利要求
1. 一种固态图像拾取设备，包括像素部分，其包括至少一个像素电路，该像素电路包括用于将光信号转换为电信号、并响应于曝光时间积累电信号的机制；像素驱动部分，其被配置为驱动所述像素部分以执行信号积累和信号输出；至少一个不同电路部分，其被配置为执行与通过所述像素驱动部分访问所述像素部分有关的处理；以及控制部分，其被配置为至少在所述像素电路的信号积累时控制所述像素驱动部分，以便将所述像素电路维持在所述像素电路积累电信号的状态，并且控制提供电源电压到所述不同电路部分。
2. 如权利要求1所述的固态图像拾取设备，其中所述控制部分在所述像 素电路的信号积累时，将电源电压提供给所述像素驱动部分，并且停止提供 电源电压到所述处理部分。
3. 如权利要求1所述的固态图像拾取设备，其中所述控制部分在所述像 素电路的信号积累时，将电源电压提供给所述像素驱动部分，并且降低电源 电压，并将降低的电源电压提供给所述不同电路部分。
4. 如权利要求1所述的固态图像拾取设备，其中所述像素驱动电路响应 于从所述控制部分接收的控制信号，将所述像素电路维持在所述像素电路积 累电信号的状态。
5. 如权利要求4所述的固态图像拾取设备，其中所述像素部分、像素驱 动部分和不同电路部分被集成为集成电路，并且所述控制信号从外部提供。
6. 如权利要求4所述的固态图像拾取设备，其中所述像素部分、像素驱 动部分和不同电路部分被集成为集成电路，并且所述控制信号保持在所述集 成电路中。
7. 如权利要求1所述的固态图像拾取设备，还包括存储器部分，其被配 所述控制部分还在作为控制提供电源电压到所述不同电路部分的结果、 所述不同电路部分处于不操作状态时，控制所述存储器以保持所述存储器部 分的存储的内容。
8. 如权利要求1所述的固态图像拾取设备，其中所述像素电路包括有源 设备，其被配置为将积累的信号输出到信号线，以及所述控制部分控制在所述有源设备与其连接的电源线和信号线的电势， 以便在信号存储时段内相互相等。
9. 一种相才几系统，包括 固态图像拾取设备；光学系统，其被配置为在所述图像拾取设备上形成图像拾取对象的图像；以及信号处理电路，其被配置为处理所述图像拾取设备的输出图像信号； 所述固态图像拾取设备包括像素部分，其包括至少一个像素电路，该像素电路包括用于将光信 号转变为电信号、并响应于曝光时间积累电信号的机制；像素驱动部分，其被配置为驱动所述像素部分以执行信号积累和信 号输出；至少一个不同电路部分，其被配置为执行与通过所述像素驱动部分 访问所述像素部分有关的处理；以及控制部分，其被配置为至少在所述像素电路的信号积累时控制所述 像素驱动电路，以便将所述像素电路维持在所述像素电路积累电信号的 状态，并且控制提供电源电压到所述不同电路部分。
全文摘要
一种固态图像拾取设备以及相机系统，该固态图像拾取设备包括像素部分，其包括至少一个像素电路，该像素电路包括用于将光信号转换为电信号、并响应于曝光时间积累电信号的机制；像素驱动部分，其被配置为驱动所述像素部分以执行信号积累和信号输出；至少一个不同电路部分，其被配置为执行与通过所述像素驱动部分访问所述像素部分有关的处理；以及控制部分，其被配置为至少在所述像素电路的信号积累时，控制所述像素驱动电路以便将所述像素电路维持在所述像素电路积累电信号的状态，并且控制提供电源电压到所述不同电路部分。
文档编号H01L27/146GK101304493SQ200810097049
公开日2008年11月12日 申请日期2008年5月12日 优先权日2007年5月10日
发明者宇井博贵 申请人:索尼株式会社