防止阴影细节损失的成像装置的制作方法

专利名称：防止阴影细节损失的成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种成像装置，其通过按照一维或二维在半导体衬底上排列多个单位晶格而构成，所述单位晶格对入射光进行光电转换。本发明尤其涉及一种技术，其用于防止由于强入射光造成的曝光不足图像中的阴影细节损失。
背景技术：
近年来，成像装置例如家用摄像机和数码照相机已经非常普及。
这些成像装置可以包括特征化放大器的图像传感器。
虽然具有有益特性例如低噪声，但是特征化放大器的图像传感器遇到由于强入射光而出现曝光不足的问题，导致图像阴影细节损失。
公开的日本专利申请NO.2000-287131描述了CMOS图像传感器的概要，它是特征化放大器的图像传感器，谈到上述问题，并公开了一种CMOS图像传感器，通过根据复位时的输出电压为每个像素传感器检测强入射光，并用另一电压取代复位时的输出电压，它可以解决上述问题。
根据公开的日本专利申请NO.2000-287131，复位时的输出电压用来检测每个像素传感器，对于所述像素传感器，图像阴影细节损失可以发生。然而复位时输出电压的变化是导致图像阴影细制员失的直接原因。甚至复位时输出电压的微小变化直接影响亮度信息。
当所述变化足够大而被检测到时，可以只检测复位时输出电压的这种变化。因此通过复位时输出电压的这种变化不可能完全消除不良影响。
而且，当强光入射时，复位时输出电压进行剧烈变化。因此，不容易对这种变化进行精确检测，因此有效防止图像阴影细节损失不是容易的任务。
例如假设用公开的日本专利申请NO.2000-287131中所公开的CMOS图像传感器获取主题照片，所述照片由足够亮的中间部分和越靠近主题边缘逐渐变得越暗的周边部分组成。在这种情况下，图像传感器可以防止足够亮的中间部分中的曝光不足，但是未能防止环绕中间部分的周边部分中的曝光不足，由此环绕中间部分的周边部分显得比更靠近边缘的周边部分更暗。根据显得更暗的周边部分中出现的曝光不足程度，可以看到这部分成为环状黑区，在所述黑区中损失了阴影细节。

发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供成像装置和成像方法，与常规成像装置相比，它可以有效防止由于强入射光而导致的曝光不足图像中的阴影细节损失，并且通过复位时电压的变化，可以确保消除不良影响。
通过成像装置可以实现本发明的目的，其根据入射光量输出亮度信息，包括成像单元和输出单元，成像单元包括按照一维或二维排列的多个单位晶格，每个单位晶格包括光电转换部件，所述部件在复位状态下产生第一输出电压，并根据入射光量产生第二输出电压，每个单位晶格产生与第一输出电压相应的复位电压和与第二输出电压相应的读取电压；对于每个单位晶格，当读取电压位于预定范围内时，输出单元可操作输出表示复位电压和读取电压之差的亮度信息，当读取电压不在预定范围内时，其可操作输出表示高亮度的亮度信息。
通过用在成像装置的成像方法也可以实现本发明的目的，所述成像装置包括成像区域并根据入射光量输出亮度信息，所述成像区域由按照一维或二维排列的多个单位晶格构成，每个单位晶格包括光电转换部件，所述部件在复位状态下产生第一输出电压，并根据入射光量产生第二输出电压，每个单位晶格产生与第一输出电压相应的复位电压和与第二输出电压相应的读取电压，所述方法包含判断步骤，对于每个单位晶格判断读取电压是否位于预定范围内；第一输出步骤，当判断读取电压位于预定范围内时，输出表示复位电压和读取电压之差的亮度信息；第二输出步骤，当判断读取电压不在预定范围内时，输出表示高亮度的亮度信息。
根据这些，读取时的电压用来检测像素传感器，对于所述像素传感器，图像阴影细节损失可以发生。这意味着甚至对比这种强光更弱的入射光采取预防措施，以防止阴影细节损失，所述强光导致复位时电压的变化，其是阴影细节损失等等的直接原因。
因此，与常规情况相比，成像装置可以有效解决由于入射强光而导致的曝光不足的图像阴影细节损失问题，通过复位时电压的变化，可以确保消除不利效果。
在成像装置中，输出单元可以包括第一输出线、第二输出线、钳位电容和旁路晶体管，第一输出线连接到成像单元，并且接收从每个单位晶格中输出的复位电压和读取电压；第二输出线连接到下一级电路，并且将亮度信息输出给下一级电路；钳位电容串联在第一输出线和第二输出线之间；旁路晶体管与钳位电容并联，在第一种情况下，即钳位电容两端间施加的电压位于预定范围内，其将使第一信号输出线和第二信号输出线断开，从而不旁路钳位电容，在第二种情况下，即两端间施加的电压不在预定范围内，其将使第一信号输出线和第二信号输出线导电，从而旁路钳位电容。
根据这种结构，当施加到钳位电容两端间施加的电压不在预定范围内时，用第一输出线的电压取代第二输出线的电压，而无需任何特殊操作。然后输出合成电压作为亮度信息。因此，通过给每个输出单元提供一个旁路晶体管可以简单实现所述目的。
在成像装置中，第一种情况可以是第一输出线的电势高于旁路晶体管的势垒；而第二种情况可以是第一输出线的电势等于或小于旁路晶体管的势垒。
根据这种结构，当第一输出线电势高于旁路晶体管势垒时；用第一输出线的电压取代第二输出线的电压，而无需任何特殊操作。然后输出得到的电压作为亮度信息。因此，通过给每个输出单元提供一个旁路晶体管可以简单实现所述目的。
在成像装置中，输出单元可以进一步包括采样电容、钳位晶体管和控制单元，采样电容串联在第二输出线和提供预定电压的端点之间；钳位晶体管串联在第二输出线和提供参考电压的端点之间；在钳位晶体管为ON和第二输出线设定为参考电压的情况下，控制单元可操作控制将复位电压输出给第一输出线，然后在钳位晶体管为OFF的情况下，其控制将读取电压输出给第一输出线；其中，在钳位晶体管为ON和第二输出线设定为参考电压的情况下，当位于预定范围内的复位电压输出给第一输出线时，由钳位电容保持参考电压和复位电压之差的等效值，然后在钳位晶体管为OFF的情况下，当位于预定范围内的读取电压输出给第一输出线时，第二二输出线的电压从参考电压改变了与由钳位电容保持的等效值相应的量，以便输出表示复位电压和读取电压之差的亮度信息，在钳位晶体管为OFF的情况下，当不在预定范围内的读取电压输出给第一输出线时，旁路晶体管将使第一输出线和第二输出线导电，从而旁路钳位电容，因而用读取电压取代第二输出线的电压，以便不管复位电压是否在预定范围内，都输出表示高亮度的亮度信息。
在成像装置中，输出单元可以进一步包括采样电容、钳位晶体管和控制单元，采样电容串联在第二输出线和提供预定电压的端点之间；钳位晶体管串联在第二输出线和提供参考电压的端点之间；在读取电压输出给第一输出线的情况下，控制单元可操作将钳位晶体管切换为ON，然后将钳位晶体管切换为OFF，并控制将复位电压输出给第一输出线，其中，在位于预定范围内的读取电压输出给第一输出线的情况下，当钳位晶体管切换为ON时，由钳位电容保持参考电压和读取电压之差的等效值，然后钳位晶体管切换为OFF，并且位于预定范围内的复位电压输出给第一输出线，第二输出线的电压从复位电压改变了与由钳位电容保持的等效值相应的量，以便输出表示复位电压和读取电压之差的亮度信息，在不在预定范围内的读取电压输出给第一输出线的情况下，旁路晶体管将使第一输出线和第二输出线导电，从而旁路钳位电容，因而没有电压由钳位电容保持，以便输出表示高亮度的亮度信息。
根据这些，当读取电压不在预定范围内时，用读取电压取代第二输出线的电压。然后输出产生的电压作为亮度信息。因此，通过给每个输出单元提供一个旁路晶体管可以简单实现所述目的。
在成像装置中，输出单元可以进一步包括电压供应单元，其可操作将偏压提供给旁路晶体管的栅极。
根据这个结构，依赖于各个情况或甚至制造之后，可以由提供的偏压调节旁路晶体管的动态特性。由于这个，可以实现高度通用性。
在成像装置中，旁路晶体管可以是耗尽型晶体管。
根据这个结构，偏压不需要提供给旁路晶体管。因此，可以简化电路结构。
在成像装置中，每个单位晶格可以包括光接收元件、电荷检测单元、复位晶体管和放大器晶体管，光接收元件可操作根据入射光量产生电荷；电荷检测单元可操作保持由光接收元件产生的电荷，并将电荷作为电压信号输出；复位晶体管串联在提供参考电压的复位端和电荷检测单元之间，当栅极电压应用到复位晶体管上时，使其进行导电，以便将电荷检测单元复位到参考电压；放大器晶体管连接在提供参考电压的放大器端和第一输出线之间，当由电荷检测单元转换的电压信号应用到放大器晶体管的栅极时，放大电压信号，并且将放大的电压信号输出给第一输出线，以及其中旁路晶体管势垒比饱和信号电势高预定量，所述饱和信号是放大器晶体管的输出，并依赖于断路的复位晶体管电势。
根据这个结构，当旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差大于预定值时，旁路晶体管工作，由此产生预期效果。
在成像装置中，旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差可以基本上为0.1V。
根据这个结构，旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差基本上设定为0.1V。
在成像装置中，输出单元可以进一步包括电压供应单元，其可操作将偏压提供给旁路晶体管栅极，其中由所述偏压可以设定旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差。
根据这个结构，通过提供的偏压可以设定旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差。
在成像装置中，可以用一种工艺制造旁路晶体管和复位晶体管。
根据这个结构，用一种工艺制造旁路晶体管和复位晶体管，因此它们可以具有相似电特性。可以使提供给每对用一种工艺制造的旁路晶体管和复位晶体管的偏压实质上均匀，具有缩减变化，因此，可以容易对所提供的偏压进行设定。
在成像装置中，电压供应单元可以包括偏压设定电路，其使得能够从外部设定成像装置独有的适当偏压。
根据这个结构，可以从外部设定偏压。因此，可以使经常未被均匀化的成像装置特征得到均匀化。
在成像装置中，通过预定的注射掩埋工艺可以制造复位晶体管，通过预定的注射掩埋工艺和附加注射工艺可以制造旁路晶体管，其中通过附加注射工艺可以设定旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差。
根据这个结构，通过附加注射工艺可以设定旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差。
在成像装置中，第一衬底偏压可以应用到旁路晶体管，第一衬底偏压的电势不同于应用到复位晶体管的第二衬底偏压，其中旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差可以由第一衬底偏压和第二衬底偏压之差控制。
根据这个结构，旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差可以由施加到旁路晶体管的衬底偏压和施加到复位晶体管的衬底偏压之差控制。
在成像装置中，输出单元可以进一步包括削波晶体管(clip transistor)，当第一输出线电势和第二输出线电势之差的电压不在预定范围内时，其可操作输出某一电压作为表示高亮度的亮度信息，所述电压与作为模拟电路的下一级电路的输入动态范围相匹配。
根据这个结构，可以输出与下一级模拟电路的输入动态范围相匹配的电压，作为表示高亮度的亮度信息。因此，可以有效利用模拟电路特性。
在成像装置中，削波晶体管可以连接在某一端点和第二输出线之间，所述端点提供与下一级电路的输入动态范围内最大电压相应的电压，当预定电压应用到削波晶体管栅极时，使得削波晶体管临时导电，以便将与输入动态范围相匹配的电压从第二输出线输出给下一级电路，输出单元可以进一步包括削波晶体管控制单元，通过将削波晶体管临时导电，其可操作脉冲驱动削波晶体管，当下一级电路输入亮度信息时，脉冲电压应用到削波晶体管栅极。
根据这个结构，可以脉冲驱动削波晶体管，因此可以降低功耗。
在成像装置中，输出单元可以进一步包括采样晶体管和采样晶体管控制单元，采样晶体管串联在第一输出线和钳位电容之间；采样晶体管控制单元在垂直消隐期可操作将采样晶体管断路，在垂直消隐期期间，从成像单元中不输出亮度信息。
根据这个结构，在垂直消隐期期间可以将采样晶体管断路，因此可以将第一输出线和钳位电容断路。因此，没有电荷由钳位电容保持。结果，可以输出表示低亮度的亮度信息。
因此，在垂直消隐期期间不输出饱和信号。因此，不限定下一级输出放大器的输入动态范围。
在成像装置中，每个单位晶格可以包括放大器晶体管和选择晶体管，放大器晶体管串联在提供参考电压的放大器端和第一输出线之间，当由电荷检测单元转换的电压信号应用到放大器晶体管栅极时，放大电压信号，并且将放大的电压信号输出给第一输出线；选择晶体管串联在放大器端和放大器晶体管之间，或放大器晶体管和第一输出线之间，输出单元可以进一步包括负载晶体管和控制单元，当负载晶体管导电时，通过加载第一输出线负载晶体管可操作读取经由放大器晶体管和选择晶体管输出的电压；控制单元可操作(a)在使负载晶体管导电之前，使包含在一个或多个单位晶格中的选择晶体管导电，(b)在使包含在所有单位晶格中的选择晶体管断路之前，使负载晶体管断路，以及(c)在垂直消隐期期间使负载晶体管断路，在垂直消隐期，从任何单位晶格中不输出亮度信息。
根据这个结构，在垂直消隐期期间可以断开负载晶体管。因此，没有电荷由钳位电容保持。结果，可以输出表示低亮度的亮度信息。
因此，在垂直消隐期期间不输出饱和信号。因此，不限定下一级输出放大器的输入动态范围。


根据下文结合附图对本发明的描述，它的这些及其它目的、优点和特征将变得显而易见，附解了本发明具体实施例。
附图中图1表示关于本发明第一实施例的成像装置示意结构；图2表示关于第一实施例的成像装置的电路原理结构；图3表示提供在关于第一实施例的成像装置中的各种控制脉冲的时序；图4A-4D各自表示正常情况下在每个定时的像素电路110每个区域中的电势状态；图5A表示正常情况下在图3定时“b”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；图5B表示正常情况下在图3定时“b’”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；图5C表示正常情况下在图3定时“d”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；图6A-6D和图7各自表示高亮度情况下在每个定时的像素电路110每个区域中的电势状态；图8A表示第一高亮度情况下在图3定时“b”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；图8B表示第一高亮度情况下在图3定时“b’”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；图8C表示第一高亮度情况下在图3定时“d”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；
图9A表示第二高亮度情况下在图3定时“b”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；图9B表示第二高亮度情况下在图3定时“b’”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；图9C表示第二高亮度情况下在图3定时“d”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；图10A表示复位时第一信号输出线的电压特性；图10B表示读取时第一信号输出线的电压特性；图10C表示与图10A和10B相应的常规成像装置输出电压特性，常规成像装置未采取任何措施防止曝光不足或图像的阴影细节损失；图10D表示关于第一实施例的成像装置输出电压特性；图11表示关于本发明第二实施例的成像装置电路原理结构；图12表示当包括在关于第二实施例的成像装置中的削波晶体管131被脉冲驱动时，包括削波脉冲的各种控制脉冲的时序；图13表示高亮度情况下在图3定时“d”的信号处理电路130每个区域中的电势状态；图14A表示高亮度情况下在图12定时“d”的信号处理电路130每个区域中的电势状态；图14B表示高亮度情况下在图12定时“e”的信号处理电路130每个区域中的电势状态；图15表示关于本发明第三实施例的成像装置电路结构；图16表示提供在关于第三实施例的成像装置中的各种控制脉冲的时序；图17A-17D各自表示正常情况下在每个定时的像素电路140每个区域中的电势状态；图18A表示正常情况下在图16定时“a”的信号处理电路150每个区域中的电势状态；图18B表示正常情况下在图16定时“b’”的信号处理电路150每个区域中的电势状态；图18C表示正常情况下在图16定时“d”的信号处理电路150每个区域中的电势状态。
图19A-19D各自表示高亮度情况下在每个定时的像素电路140每个区域中的电势状态；图20A表示高亮度情况下在图16定时“a”的信号处理电路150每个区域中的电势状态；图20B表示正常情况下在图16定时“b’”的信号处理电路150每个区域中的电势状态；图20C表示正常情况下在图16定时“d”的信号处理电路150每个区域中的电势状态；图21A和21B各自表示复位晶体管势垒和旁路晶体管势垒之间的关系；图22表示关于改进2的采样脉冲的时序；图23表示关于改进3的负载晶体管上的控制的时序。
具体实施例方式图1表示关于本发明第一实施例的成像装置示意结构。
如图1中所示，关于第一实施例的成像装置包括成像单元1、负载电路单元2、行选择编码器3、列选择编码器4、信号处理单元5和输出电路6。
成像单元1是通过按照一维或二维排列多个单位晶格而形成的成像区域。这里为了方便，所描述的成像单元1由按照二维以3×3矩阵形式排列的九个像素组成，但实际上在按照一维排列的情况下，由约几千个像素组成，而在按照二维排列的情况下，由约几十万到几百万个像素组成。
通过以一对一方式将相同电路连接到相应的列，形成负载电路单元2。负载电路2以列为单位将成像单元1的像素加载到输出电压的每个读取上。
行选择编码器3包括三根控制线“RESET”、“READ”“LSEL”，以一对一方式连接到相应的行。行选择解码器3以行为单位控制成像单元1的像素以便被复位、读取或选择。
列选择编码器4包括控制线，并顺序选择列。
通过以一对一方式将相同电路连接到相应的列，形成信号处理单元5。信号处理单元5处理来自成像单元1的以列为单位的输出，并顺序输出产生的数据。
输出电路6对信号处理单元5的输出进行必要转换，并将产生的数据输出到外部。
图2表示关于第一实施例的成像装置的电路原理结构。
如图2中所示，关于第一实施例的成像装置包括负载电路100、像素电路110和信号处理单元120。
负载电路100是构成图1中所示的负载电路单元2的电路之一。负载电路100包括负载晶体管101 并提供负载电压(LG)，负载晶体管101连接在第一信号输出线和GND之间。
像素电路110是构成图1中所示的成像单元1的单位晶格之一。像素电路110的特征是将复位电压和读取电压输出给第一信号输出线，通过复位时放大电压获得复位电压，通过读取时放大电压获得读取电压。像素电路110包括光接收元件111、电容器112、复位晶体管113、读取晶体管114、放大器晶体管115和行选择晶体管116，光接收元件111如光电二极售对入射光进行光电转换并输出电荷，电容器112积累由光接收元件111产生的电荷，并将积累电荷作为电压信号输出，复位晶体管113将由晶体管112指示的电压复位到初始电压(这里为VDD)，读取晶体管114将由光接收元件111输出的电荷提供给电容器112，放大器晶体管115输出跟随电容器112所示电压的电压，根据从行选择解码器3中接收到行选择信号，行选择晶体管116将放大器晶体管115的输出输出给第一信号输出线。在本说明书中，为了易于解释，电容器112中指示根据电容器112积累电荷所确定的电压的点，在下文中称为电荷检测单元117，在该点上连接复位晶体管113、读取晶体管114和放大器晶体管115。
信号处理电路120是构成图1中所示的信号处理单元5的电路之一。信号处理电路120的特征是当读取电压位于预定范围内时，输出表示从单位晶格中输出的复位电压和读取电压之间差的亮度信息，当读取电压不在预定范围内时，输出表示高亮度的亮度信息。信号处理电路120包括采样晶体管121、钳位电容122、采样电容123、钳位晶体管124和旁路晶体管125，采样晶体管121和钳位电容122串联在第一信号输出线和第二信号输出线之间，采样电容123串联在第二信号输出线和GND之间，钳位晶体管124串联在第二信号输出线和参考电压端VDD之间，旁路晶体管125与钳位电容122并联，并且当钳位电容122两端间施加的电压不超过预定电压时，将使第一信号输出线和第二信号输出线断开，从而不旁路钳位电容122，当电压超过预定电压时，将使第一信号输出线和第二信号输出线导电，从而旁路钳位电容122。
这里，在预定定时将复位脉冲(初始信号RESET)、读取脉冲(READ)、行选择信号(LSEL)提供给像素电路110，在预定定时将采样脉冲(SP)和钳位脉冲(CP)提供给信号处理单元120。将与这些控制脉冲相应的晶体管转换到ON和OFF。
图3表示提供在关于第一实施例的成像装置中的各种控制脉冲的时序。
通过在图3中所示定时提供控制脉冲，钳位晶体管124可以切换到ON，同时行选择晶体管116为ON，复位电压可以输出给第一信号输出线，同时第二信号输出线设定为参考电压(图3中“a”)。这里，当复位电压位于预定范围内时，由钳位电容122保持参考电压和复位电压之间差的等效值(图3中“b”)。此后，读取电压输出给第一信号输出线，同时钳位电容器124为OFF(图3中“c”)。这里，当读取电压位于预定范围内时，第二信号输出线的电压从参考电压改变了与复位电压和读取电压之间的差等效的量(图3中“d”)。然后可以将产生的电压作为亮度信息输出。当读取电压不在预定范围内时，旁路晶体管125将使第一信号输出线和第二信号输出线导电，从而旁路钳位电容122，以便用读取电压取代第二信号输出线的电压。然后可以将产生的电压作为亮度信息输出。
这里，通过在制造期间组合耗尽型晶体管作为旁路晶体管125，或通过使用电压供应设备恒定或在必要定时(图3中“c”至“d”等)给旁路晶体管125的栅极提供偏压，可以设定预定电压范围。
作为一个实例，当从像素电路110中读出读取电压期间，能够以脉冲形式将偏压输出给旁路晶体管125的栅极。
<操作>
图4A-4D各自表示导致曝光不足或图像阴影细节损失的这种强光未入射的情况下(下文中称为“正常情况”)，在每个定时的像素电路110每个区域中的电势状态。
图4A-4D分别与图3中定时“a”-“d”对应。
图5A表示在图3定时“b”的信号处理电路120每个区域中的电势状态。
图5B表示在图3定时“b’”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；图5C表示在图3定时“d”的信号处理电路120每个区域中的电势状态；
这里，图4A-4D和图5A-5C各自表示电路原理结构的上半部分和下半部分中，与上半部分中所示电路的位置相对应的区域中的电势状态。
下面参考图4A-4D和图5A-5C描述像素电路110每个区域中的电势变化和信号处理电路120每个区域中的电势变化。
(1)在图3中定时“a”，读取晶体管114为OFF，复位晶体管113为ON。因此，如图4A中所示，光接收元件111中产生的电荷未转移到电荷检测单元117，电荷检测单元117的电荷转移到VDD端。
(2)在图3中定时“b”，复位晶体管113从ON切换到OFF。如图4B中所示，电荷检测单元117的电压复位到VDD。同样，如图5A中所示，因为钳位晶体管124为ON，第二信号输出线的电压复位到VDD。
(3)在图3中定时“b’”，钳位晶体管124从ON切换到OFF。如图5B中所示，由钳位电容122保持复位电压和VDD之间差的等效值。
(4)在图3中定时“c”，读取晶体管114切换为ON，同时复位晶体管113为OFF。因此，如图4C中所示，光接收元件111中产生的电荷转移到电荷检测单元117。
(5)在图3中定时“d”，如图4D中所示，读取晶体管114切换为OFF，同时复位晶体管113为OFF。因此，将光接收元件111中产生的电荷读到电荷检测单元117。
这里，电荷检测单元117的电压改变，并且产生的电压由放大器晶体管115放大。因此，第一信号输出线的电压改变到读取电压。同样，因为钳位电容122保持了复位电压和VDD之间差的等效值，如图5C所示，第二信号输出线的电压变为某一电压，该电压通过从VDD中减去第一信号输出线的电压变化而得到。然后输出产生的电压作为亮度信息(假设第一信号输出的电压变化为SIG，钳位电容122为Ccp，采样电容123为Csp，第二信号输出线的电压为VDD-SIGx Ccp/(Ccp+Csp))。
图6A-6D和图7各自表示导致曝光不足或图像阴影细节损失的这种强光入射的情况下(下文中称为“高亮度情况”)，在每个定时的像素电路110每个区域中的电势状态。
这里，图6A-6D分别与图3A-3D中所示的定时对应。图7表示在图3中定时“d”，比图6D情况下入射光更强的光入射的情况，或与比图3中定时“d”更晚的定时相对应。在图7中所示的情况下，如果没有采取预防措施，阴影细节损失出现。
在本说明书中，在高亮度情况下在图3中定时“b”，第一信号输出线的电荷未达到超过旁路晶体管125的势垒的情况具体称为“第一高亮度情况”，而在高亮度情况下在图3中定时“b”，第一信号输出线的电荷达到超过旁路晶体管125的势垒的情况具体称为“第二高亮度情况”。
图8A表示第一高亮度情况下在图3定时“b”的信号处理电路120每个区域中的电势状态。
图8B表示第一高亮度情况下在图3定时“b’”的信号处理电路120每个区域中的电势状态。
图8C表示第一高亮度情况下在图3定时“d”的信号处理电路120每个区域中的电势状态。
图9A表示第二高亮度情况下在图3定时“b”的信号处理电路120每个区域中的电势状态。
图9B表示第二高亮度情况下在图3定时“b’”的信号处理电路120每个区域中的电势状态。
图9C表示第二高亮度情况下在图3定时“d”的信号处理电路120每个区域中的电势状态。
这里，图6A-6D、图7、图8A-8C和图9A-9C各自表示电路原理结构的上半部分和下半部分中，与上半部分中所示电路的位置相对应的区域中的电势状态。
下面参考图6A-6D、图7、图8 A-8C和图9A-9C描述像素电路110每个区域中的电势变化和信号处理电路120每个区域中的电势变化。
(1)在图3中定时“a”，读取晶体管114为OFF，复位晶体管113为ON。因此，在正常情况下，光接收元件11 1中产生的电荷未转移到电荷检测单元117，然而在如图6A中所示的第一和第二高亮度情况下，光接收元件111中产生的电荷超过读取晶体管114的势垒，并且转移到电荷检测单元117，同时，电荷检测单元117的电荷转移到VDD端。
(2)在图3中定时“b”，复位晶体管113从ON切换到OFF。然而如图6B中所示，光接收元件111中产生的电荷然后超过读取晶体管114的势垒，并且转移到电荷检测单元117。因此，电荷检测单元117的电压变得比VDD低。此时钳位晶体管124为ON。因此，在图8A中所示的第一高亮度情况下，第二信号输出线的电压复位到VDD，第一信号输出线的电荷不超过旁路晶体管125的势垒，而在图9A中所示的第二高亮度情况下，第二信号输出线的电压复位到VDD，但是同时第一信号输出线的电荷超过旁路晶体管125的势垒，并转移到第二信号输出线。
(3)在图3中定时“b’”，钳位晶体管124从ON切换到OFF。在正常情况下，由钳位电容122保持复位电压和VDD之间差的等效值，同时第二信号输出线的电压复位到VDD。然而在图8B中所示的第一高亮度情况下，由钳位电容122保持复位电压和VDD之间差的等效值，所述等效值比正常情况下的小，而在图9B中所示的第二高亮度情况下，第一信号输出线的电荷超过旁路晶体管125的势垒，并转移到第二信号输出线，基本上钳位电容122保持零电压差。
在图3中定时“b”和“b’”，在第二高亮度情况下，第一信号输出线的电荷超过旁路晶体管125的势垒，并转移到第二信号输出线，基本上钳位电容122保持零电压差。在这种情况下，结果输出也变成相同的，因此后续运行是重要的。
(4)在图3中定时“c”，读取晶体管114切换为ON，同时复位晶体管113为OFF。因此，如图6C中所示，光接收元件111中产生的电荷转移到电荷检测单元117。
(5)在图3中定时“d”，如图6D中所示，读取晶体管114切换为OFF，同时复位晶体管113为OFF。因此，将光接收元件111中产生的电荷读到电荷检测单元117。
这里，电荷检测单元117的电压改变，并且产生的电压由放大器晶体管115放大。因此，第一信号输出线的电压改变到读取电压。在正常情况下，钳位电容122保持了复位电压和VDD之间差的等效值。因此第二信号输出线的电压变为某一电压，该电压通过从VDD中减去第一信号输出线的电压变化而得到。然后输出产生的电压作为亮度信息。然而分别如图8C和9C中所示，在第一和第二高亮度的情况下，第一信号输出线的电荷超过旁路晶体管125的势垒，并转移到第二信号输出线，第二信号输出线的电压变成第一信号输出线的电压等效值，表示高亮度。然后输出合成电压作为亮度信息。
<结论>
图10A表示复位时第一信号输出线的电压特性。
图10B表示读取时第一信号输出线的电压特性。
图10C表示与图10A和10B相应的常规成像装置输出电压特性，常规成像装置未采取任何措施防止曝光不足或图像阴影细节损失。
图10D表示关于第一实施例的成像装置输出电压特性。在这个关于第一实施例的成像装置中，用表示高亮度的电压取代超过预定电压的输出电压。因此，可以完全防止曝光不足或图像阴影细节损失。
这里，在图10A-10D中，水平轴表示入射光强度(向右更强)，垂直轴表示电压(在图10A和10B中向上更正，在图10C和10D中向上更负)。
如上所述，本发明第一实施例集中在图10B中所示读取电压。当读取电压达到这样范围以便使得放大器电路得到饱和时，旁路晶体管直接用表示高亮度的电压取代它的输出电压。这样，与常规情形相比，通过甚至对入射光采取预防措施，第一实施例可以有效解决曝光不足或图像阴影细节损失的问题，所述入射光比导致曝光不足或图像阴影细节损失的这种入射光更弱。同样，通过复位电压的变化，第一实施例可以确保消除不良影响。
<结构>
图11表示关于本发明第二实施例的成像装置电路原理结构。
关于第二实施例的成像装置包括信号处理电路130，而不是第一实施例中的信号处理电路120，信号处理电路130另外包括削波晶体管131，它串联在第二信号输出线和削波电压端(CLIPDC)之间，防止第二信号输出线的电压增加到某一电压，所述电压超过下一级输出放大器的输入动态范围。
关于第二实施例的成像装置使用另外提供的削波晶体管131，可以调节第二信号输出线的电压，以便不在预定电压之下。
这里，作为驱动削波晶体管131的方法，可以使用提供固定电压的DC驱动和在适当定时提供削波脉冲(CLIP)的脉冲驱动。
当削波晶体管131由DC驱动时，提供的各种类型控制脉冲的时序与第一实施例中图3所示的时序相同。
下面描述当削波晶体管131由脉冲驱动时，提供的各种类型控制脉冲的时序。
图12表示当包括在关于第二实施例的成像装置中的削波晶体管131由脉冲驱动时，包括削波脉冲的各种控制脉冲的时序。
如图12中所示，当削波晶体管131由脉冲驱动时，采样脉冲切换为OFF(图12中“e”)之后削波脉冲切换为ON，以便调节第二信号输出线的电压，使得不在预定电压之下。这里，图12中的定时“a”-“d”与图3中的定时“a”-“d”相同。
<操作1>
下面描述当削波晶体管131由DC驱动时的运行。
图13表示高亮度情况下在图3定时“d”的信号处理电路130每个区域中的电势状态。
这里，图13表示电路原理结构的上半部分和下半部分中，与上半部分中所示电路的位置相对应的区域中的电势状态。
下面参考图13描述高亮度情况下信号处理电路120每个区域中的电势状态。
(1)在图3中定时“d”，如图13所示，GND的电荷超过负载晶体管101的势垒，并转移给第一信号输出线。因为采样晶体管121为ON，电荷继续超过每个晶体管的势垒并被转移，以便固定电流从削波电压端(CLIPDC)流向GND。这里，通过削波晶体管131的势垒确定第二信号输出线的电压。这意味着通过削波晶体管131的栅极电压可以设定第二信号输出线的电压。
这里应该注意，可以通过在制造期间组合耗尽型晶体管作为削波晶体管131，来设定削波晶体管131的势垒。
这里，第一信号输出线的电势由源极输出器电路确定，并且不必要变得与GND电势相同，源极输出器电路由提供在像素电路110中的放大器晶体管115和提供在负载电路中的负载晶体管101构成。
正如从图13中所看到的，在DC驱动削波晶体管131的情况下，形成电流从GND流向CLIPDC的路径。因此DC驱动具有高功耗问题。
<操作2>
下面描述当削波晶体管131由脉冲驱动时的操作。
图14A表示高亮度情况下在图12定时“d”的信号处理电路130每个区域中的电势状态。
图14B表示高亮度情况下在图12定时“e”的信号处理电路130每个区域中的电势状态。
这里，图14A和14B各自表示电路原理结构的上半部分和下半部分中，与上半部分中所示电路的位置相对应的区域中的电势状态。
下面参考图14A和14B描述高亮度情况下信号处理电路120每个区域中的电势状态。
(1)在图12中定时“d”，如图14A所示，GND的电荷超过负载晶体管101的势垒，并转移给第一信号输出线。因为采样晶体管121为ON和削波晶体管131为OFF，电荷继续超过每个晶体管的势垒并被转移到第二信号输出线。
这里，第一信号输出线的电势由源极输出器电路确定，并且不必要变得与GND电势相同，源极输出器电路由提供在像素电路110中的放大器晶体管115和提供在负载电路中的负载晶体管101构成。
(2)在图12中定时“e”，如图14B所示，GND的电荷超过负载晶体管101的势垒，并转移给第一信号输出线。因为采样晶体管121为OFF和削波晶体管131为ON，电荷继续超过采样晶体管121右侧上的每个晶体管势垒并被转移，但是当每根信号线的电压达到由每个晶体管势垒确定的电压时，这个电荷转移停止。这里，第二信号输出线的电压可以由削波晶体管131的脉冲电压进行设定。
正如从图14A和14B中所看到的，在脉冲驱动消波晶体管131的情况下，未形成电流从GND流向CLIPDC的路径。因此脉冲驱动的优点在于它的功耗比DC驱动低。
<结论>
在上述第二实施例中，将削波晶体管131增加到关于第一实施例的成像装置结构中。因此在第二实施例中，可以设定第二信号输出线的电压不必达到某一电压，该电压超出下一级输出放大器的输入动态范围。
<结构>
图15表示关于本发明第三实施例的成像装置电路原理结构。
如图15所示，关于第三实施例的成像装置包括像素电路140和信号处理电路150，而不是第一实施例中的像素电路110和信号处理电路120。
像素电路140的特征是将复位电压和读取电压输出给第一信号输出线，通过复位时放大电压获得复位电压，通过读取时放大电压获得读取电压。像素电路140包括光接收元件141、复位晶体管142、放大器晶体管143和行选择晶体管144，光接收元件141如光电二极管对入射光进行光电转换以便产生和积累电荷，并输出积累电荷作为电压信号，复位晶体管142对光接收元件141中的积累电荷进行放电，并且将其中的电压复位到初始电压(这里为VDD)，放大器晶体管143输出跟随光接收元件141中积累电荷所示电压的电压，根据从行选择解码器3中接收到行选择信号，行选择晶体管144将放大器晶体管143的输出输出给第一信号输出线。
这里，在预定定时将复位脉冲(初始信号RESET)和行选择信号(LSEL)提供给像素电路140，在预定定时将采样脉冲(SP)和钳位脉冲(CP)提供给信号处理电路150。将与这些控制脉冲相应的晶体管转换到ON和OFF。
信号处理电路150包括与第一实施例中的信号处理电路120相同的部件。信号处理电路150与第一实施例中的信号处理电路120相同，除了钳位晶体管124串联在第二信号输出线和电压端VCL之间以外，其为了信号处理电路150中的钳位，而在信号处理电路120中，钳位晶体管124串联在第二信号输出线和参考电压端VDD之间。
这里，优选地设定钳位电压端VCL的电势略高于旁路晶体管125的势垒VSKIP，具体约为VCL＝VSKIP+0.1V，以便当钳位晶体管124切换为ON时，第二信号输出线的电势不超过旁路晶体管125的势垒。
这里，通过在制造期间结合耗尽型晶体管作为钳位晶体管124，或通过使用电压供应设备恒定或在必要定时(图16中“c”至“d”等)给钳位晶体管124的栅极提供偏压，可以设定VCL的电势。
作为一个实例，当从像素电路140中读出读取电压期间，能够以脉冲形式将偏压输出给钳位晶体管124的栅极。
图16表示提供在关于第三实施例的成像装置中的各种控制脉冲的时序。
通过在图16中所示定时提供控制脉冲，钳位晶体管124可以切换到ON，同时行选择晶体管116为ON，并且第二信号输出线可以设定为参考电压，同时第一信号输出线输出读取电压(图16中“a”)。这里，当读取电压位于预定范围内时，由钳位电容122保持读取电压和参考电压之间差的等效值。此后，第一信号输出线输出复位电压(图16中“c”)，同时钳位电容器124为OFF(图16中“b”)。第二信号输出线的电压改变了与复位电压和读取电压之间的差等效的量(图16中“d”)。然后可以将合成电压作为亮度信息输出。当读取电压不在预定范围内时，旁路晶体管125将使第一信号输出线和第二信号输出线导电，从而旁路钳位电容122，以便第一信号输出线和第二信号输出线之间不存在差别，并且没有电荷由钳位电容122保持。此后，用复位电压取代第二信号输出线的电压。然后可以将合成电压作为亮度信息输出。
这里，通过在制造期间结合耗尽型晶体管作为旁路晶体管125，或通过使用电压供应设备恒定或在必要定时(图16中“c”至“d”等)给旁路晶体管125的栅极提供偏压，可以设定预定电压范围。
作为一个实例，当从像素电路110中读出读取电压期间，能够以脉冲形式将偏压输出给旁路晶体管125的栅极。
<操作>
图17A-17D各自表示正常情况下在每个定时的像素电路140每个区域中的电势状态。
图17A-17D分别与图16中的定时“a”至“d”相对应。
图18A表示在图16定时“a”的信号处理电路150每个区域中的电势状态。
图18B表示在图16定时“b’”的信号处理电路150每个区域中的电势状态。
图18C表示在图16定时“d”的信号处理电路150每个区域中的电势状态。
这里，图17A-17D和图18A-18C各自表示电路原理结构的上半部分和下半部分中，与上半部分中所示电路的位置相对应的区域中的电势状态。
下面参考图17A-17D和图18A-18C描述像素电路140每个区域中的电势变化和信号处理电路150每个区域中的电势变化。
(1)在图16中定时“a”，复位晶体管142为OFF，如图17A中所示，由于光接收元件111中产生的电荷，它的电压改变了。因为行选择晶体管144为ON，由放大器晶体管143放大了产生的电压，并且第一信号输出线的电压改变为读取电压。同样，因为钳位晶体管124为ON，如图18A所示，第二信号输出线的电压复位到VCL。
这里，假设旁路晶体管125的势垒VSKIP约为0.7V，钳位电压端VCL约为0.8V，作为一个实例，输出给第一信号输出线的读取电压约为1.5V。
(2)在图16中定时“b”，钳位晶体管124从ON切换到OFF。如图18B中所示，由钳位电容122保持读取电压和VCL之间差的等效值。
这里，由钳位电容122保持约1.5V读取电压和约0.8VVCL之间差的约0.7V等效值。
(3)在图16中定时“c”，复位晶体管142切换到ON。因此如图17C中所示，光接收元件141中产生的电荷转移到VDD端。
(4)在图16中定时“d”，复位晶体管142从ON切换到OFF。如图17D中所示，光接收元件141的电压复位到VDD。
这里，光接收单元141的电压改变为VDD，并且产生的电压由放大器晶体管115放大。因此，第一信号输出线的电压改变为复位电压。同样，因为钳位电容122保持了读取电压和VCL之间差的等效值，如图16C所示，第二信号输出线的电压变为某一电压，该电压通过从VCL中减去第一信号输出线的电压变化而得到。然后输出产生的电压作为亮度信息(假设第一信号输出的电压变化为SIG，钳位电容122为Ccp，采样电容123为Csp，第二信号输出线的电压为VCL+SIGx Ccp/(Ccp+Csp))。
这里作为一个实例，假设输出给第一信号输出线的复位电压Vreset约为2.0V，并且Ccp＝Csp，第二信号输出线的电压Vnrm变为Vnrm＝VCL+SIGx Ccp/(Ccp+Csp)＝0.8+(2.0-1.5)×(1/2)＝1.05(V)″。
图19A-19D各自表示高亮度情况下在每个定时的像素电路140每个区域中的电势状态。
这里，图19A-19D分别与图16A-16D中的定时相对应。
图20A表示高亮度情况下在图16定时“a”的信号处理电路150每个区域中的电势状态。
图20B表示正常情况下在图16定时“b’”的信号处理电路150每个区域中的电势状态。
图20C表示正常情况下在图16定时“d”的信号处理电路150每个区域中的电势状态。
这里，图19A-19D和图20A-20C各自表示电路原理结构的上半部分和下半部分中，与上半部分中所示电路的位置相对应的区域中的电势状态。
下面参考图19A-19D和图20A-20C描述像素电路140每个区域中的电势变化和信号处理电路150每个区域中的电势变化。
(1)在图16中定时“a”，复位晶体管142为OFF，如图19A中所示，由于光接收元件111中产生的电荷，它的电压改变了。因为行选择晶体管144为ON，由放大器晶体管143放大产生的电压，并且第一信号输出线的电压改变为读取电压。同样，因为钳位晶体管124为ON，第二信号输出线的电压复位到VCL。
这里，假设旁路晶体管125的势垒VSKIP约为0.7V，钳位电压端VCL约为0.8V，作为一个实例，输出给第一信号输出线的读取电压约为0.5V。
(2)在图16中定时“b”，钳位晶体管124从ON切换到OFF。这里，在正常情况下，由钳位电容122保持读取电压和参考电压之间差的等效值。然而如图20B所示，在高亮度的情况下，读取晶体管的势垒超过旁路晶体管125的势垒，并且旁路晶体管125将使第一信号输出线和第二信号输出线导电，从而旁路钳位电容122。因此，没有电荷由钳位电容122保持。
这里作为一个实例，约0.5V读取电压超过VSKIP约0.7V，因此，第一信号输出线的电压和第二信号输出线的电压变成约0.5V。因此，没有电荷由钳位电容122保持。
(3)在图16中定时“c”，复位晶体管142切换到ON。因此如图19C中所示，光接收元件141中产生的电荷转移到VDD端。
(4)在图16中定时“d”，如图19D中所示，虽然复位晶体管142从ON切换到OFF，由于在高亮度情况下产生的电荷，光接收元件141输出略低于VDD的电压。
这里，因为没有电荷由钳位电容122保持，如图20C所示，第二信号输出线的电压变为复位电压的等效值，表示高亮度。然后输出产生的电压作为亮度信息。
更具体地，当第一信号输出线的电压超过旁路晶体管的势垒时，第一信号输出线的电压等于第二信号输出线的电压。当第一信号输出线的电压高于旁路晶体管的势垒时，通过采样电容Csp和钳位电容Ccp，第二信号输出线的电压相对于第一信号输出线的电压变化以固定比例进行变化。此时第二信号输出线的电压Vov写为Vov＝VSKIP+(Vreset-VSKIP)×Ccp/(Ccp+Csp)。
这里，作为一个实例，假设输出给第一信号输出线的复位电压Vreset约为1.9V，并且Ccp＝Csp，第二信号输出线的电压Vov变为Vov＝VSKIP+(Vreset-VSKIP)×Ccp/(Ccp+Csp)＝0.7+(1.9-0.7)×(1/2)＝1.3(V)。
在上述实例中，满足不等式Vov＞Vnrm。
然而，当VCL＞＞VSKIP，不满足不等式Vov＞Vnrm。因此，VCL和VSKIP之差需要在这样范围内，以便满足上述实例中的不等式VCL＞VSKIP。作为一个实例，优选地，VCL约为0.8V，VSKIP约为0.7V，同时VCL和VSKIP之间的差约为0.1V。
<结论>
关于第三实施例的成像装置具有与关于第一实施例的成像装置相同的输出电压特性。当读取电压超过预定电压时，用表示高亮度的电压代替输出电压。因此，可以防止曝光不足或图像阴影细节损失，在第三实施例中可以产生的效果与第一实施例中产生的效果相同。
图21A和21B表示复位晶体管势垒和旁路晶体管势垒之间的关系。
下面描述复位晶体管势垒VR和旁路晶体管势垒VSKIP之间的关系。
这里，假设放大器晶体管的放大系数为α，假设阈电压为Vt。
如图21A所示，当设定VSKIP等于或小于通过VR(VSKIP/α+Vt VR)确定的第一信号输出线最小电势Vmin＝(VR-Vt)×α时，饱和信号Vsat变为Vsat＝VDD-VR，以便可以保证饱和信号输出的最大有效电势。然而，在高亮度情况下，旁路晶体管未切换到ON，因此旁路晶体管不工作。
如图21B所示，当设定VSKIP大于通过VR(VSKIP/α+Vt＞VR)确定第一信号输出线最小电势Vmin＝(VR-Vt)×α时，饱和信号Vsat变为Vsat＝VDD-(VSKIP/α+Vt)。当VSKIP和Vmin之差大于预定值时，旁路晶体管工作。然而，随着这个差增加，饱和信号输出的有效电势减少。
这里优选地，VSKIP和Vmin之差约为0.1V。
这里应该注意，能够以一种工艺制造旁路晶体管和复位晶体管，可以给旁路晶体管的栅极提供偏压。这里，使用偏压可以设定旁路晶体管势垒和饱和信号输出电势之差。
同样，可以通过预定的注射掩埋工艺制造复位晶体管，可以通过预定的注射掩埋工艺和附加注射工艺制造旁路晶体管。这里，使用偏压可以设定旁路晶体管势垒和饱和信号输出电势之差。
<结论>
根据上述改进1，可以保证足够程度的饱和信号输出有效电势。同样，旁路晶体管可以工作，由此产生预期效果。
对于成像装置来说可以为每帧提供垂直消隐期，在垂直消隐期期间，从成像单元中不能输出预定量像素的亮度信息。
如果在垂直消隐期期间以与正常期间相同的方式驱动成像装置，由于负载电路，第一信号输出线的电势变为0V，并且在垂直消隐期期间，过度输出饱和信号。这里的问题是限制了下一级输出放大器的输入动态范围，并且不能充分放大小信号。
为了解决这个问题，本发明的改进2提供成像装置、成像方法等等，所述成像装置在垂直消隐期期间，不输出饱和信号。
图22表示改进2中的采样脉冲的时序。
图22中所示的采样脉冲是成像装置中的输出实例，它具有与关于第一实施例的成像装置相同的结构。假设采样脉冲从采样晶体管控制单元中输出，所述控制单元包含在列选择编码器4中。
如图22所示，采样晶体管控制单元在垂直消隐期期间不输出采样脉冲。因此，将采样晶体管121断路，并且没有电荷由钳位电容122保持。结果，输出表示低亮度的亮度信息。
<结论>
根据上述改进2，在垂直消隐期期间不输出饱和信号，因此不限制下一级输出放大器的输入动态范围。
为了解决与改进2处理的问题相同的问题，本发明的改进3提供成像装置、成像方法等等，所述成像装置在垂直消隐期期间，不输出饱和信号。
图23表示改进3中的采样脉冲的时序。
图23中所示的负载晶体管栅极电压上的控制是成像装置中的控制实例，所述成像装置具有与关于第一实施例的成像装置相同的结构。假设由负载晶体管控制单元执行控制，所述控制单元包含在列选择编码器4中。
如图23所示，负载晶体管控制单元在垂直消隐期期间不将偏压应用到负载晶体管上。因此，将负载晶体管101断路，并且没有电荷由钳位电容122保持。结果，输出表示低亮度的亮度信息。
<结论>
根据上述改进3，在垂直消隐期期间不输出饱和信号，因此不限制下一级输出放大器的输入动态范围。
这里应该注意，用来描述本发明的每个电路仅仅是实例，可以代替使用具有与上述电路相同功能的其它电路等等。
同样，代替每个信号处理电路，可以使用通用处理器来分别测量复位电压和读取电压，并且根据测量结果实现由每个信号处理电路执行的处理。作为选择，在正常情况下，可以使用常规信号处理电路运行成像装置，而当在高亮度情况下读取电压不在预定范围内并可以用表示高亮度的电压取代输出信号时，在判断为高亮度的情况下，使用通用处理器操作成像装置。
同样，为了设定由电压供应设备提供给钳位晶体管、旁路晶体管等栅极的偏压对于各个成像装置处于适当值，电压供应设备可以包括偏压设定电路，它使得可以从外部设定每个偏压，并且它可以保存每个偏压设定值。
对于要被提供偏压的每个晶体管来说，这个偏压设定电路包括多根并联导线，它们由多晶硅或类似物构成，例如，可以通过从外部给它们具体端点提供预定电压来断开它们，偏压设定电路包括部件，它们连接到所述导线，并且它们可以改变相同或不同电阻或类似物的电压。在制造的最后阶段，以这种方式断开适当根导线以便通过监视输出数据将连接的晶体管电势设定为最优值。作为一个实例，为了将旁路晶体管势垒和饱和信号输出电势之差设定为最优值，能以这种方式断开适当根导线以便通过监视第二信号输出线的电压将旁路晶体管的偏压设定为最优值。
同样，尽管本发明的上述实施例和改进描述了由电子实现信号电荷的情况，可以用电子空穴实现信号电荷。与用电子实现信号电荷时相比，当用电子空穴实现信号电荷时，信号极性是相反的，并且电势幅度关系是相对的。
尽管本发明的上述实施例和改进描述了使用MOS放大器晶体管的情况，通过使用成像装置可以实现本发明，所述成像装置需要用于消除FPN(固定图像噪声)例如CMD、BASIS和SIT的电路。
本发明可以应用到成像装置例如家用摄像机和数码照相机。本发明提供固态成像装置，与常规装置相比，它可以有效解决由于入射强光而导致的曝光不足的图像阴影细节损失问题，通过复位电压的变化，它可以确保消除不利效果，由此有助于提高成像装置的图像质量。
本发明不但可以应用到家用成像装置，而且可以应用到任何其它类型成像装置。
虽然参考附图用实例方法已经充分描述了本发明，应该注意，对于本领域技术人员来说，各种变化和修改将是显而易见的。因此，如果这些变化和修改未脱离本发明范围，应该解释为它们包含在本发明中。
权利要求
1.一种成像装置，其根据入射光量输出亮度信息，包含成像单元，其包括按照一维或二维排列的多个单位晶格，每个单位晶格包括光电转换部件，所述部件在复位状态下产生第一输出电压，并根据入射光量产生第二输出电压，每个单位晶格产生与第一输出电压相应的复位电压和与第二输出电压相应的读取电压；输出单元，对于每个单位晶格，当读取电压位于预定范围内时，其可操作输出表示复位电压和读取电压之差的亮度信息，当读取电压不在预定范围内时，其可操作输出表示高亮度的亮度信息。
2.如权利要求1所述的成像装置，其中输出单元包括第一输出线，其连接到成像单元，并且接收从每个单位晶格中输出的复位电压和读取电压；第二输出线，其连接到下一级电路，并且将亮度信息输出给下一级电路；钳位电容，其串联在第一输出线和第二输出线之间；旁路晶体管，其与钳位电容并联，在第一种情况下，即钳位电容两端间施加的电压位于预定范围内，其将使第一信号输出线和第二信号输出线断开，从而不旁路钳位电容，在第二种情况下，即两端间施加的电压不在预定范围内，其将使第一信号输出线和第二信号输出线导电，从而旁路钳位电容。
3.如权利要求2所述的成像装置，其中第一种情况是第一输出线的电势高于旁路晶体管的势垒；第二种情况是第一输出线的电势等于或小于旁路晶体管的势垒。
4.如权利要求3所述的成像装置，其中输出单元进一步包括采样电容，其串联在第二输出线和提供预定电压的端点之间；钳位晶体管，其串联在第二输出线和提供参考电压的端点之间；控制单元，在钳位晶体管为ON和第二输出线设定为参考电压的情况下，其可操作控制将复位电压输出给第一输出线，然后在钳位晶体管为OFF的情况下，其控制将读取电压输出给第一输出线；其中，在钳位晶体管为ON和第二输出线设定为参考电压的情况下，当位于预定范围内的复位电压输出给第一输出线时，由钳位电容保持参考电压和复位电压之差的等效值，然后在钳位晶体管为OFF的情况下，当位于预定范围内的读取电压输出给第一输出线时，第二输出线的电压从参考电压改变了与由钳位电容保持的等效值相应的量，以便输出表示复位电压和读取电压之差的亮度信息，以及在钳位晶体管为OFF的情况下，当不在预定范围内的读取电压输出给第一输出线时，旁路晶体管将使第一输出线和第二输出线导电，从而旁路钳位电容，因而用读取电压取代第二输出线的电压，以便不管复位电压是否在预定范围内，都输出表示高亮度的亮度信息。
5.如权利要求3所述的成像装置，其中输出单元进一步包括采样电容，其串联在第二输出线和提供预定电压的端点之间；钳位晶体管，其串联在第二输出线和提供参考电压的端点之间；控制单元，在读取电压输出给第一输出线的情况下，其可操作将钳位晶体管切换为ON，然后将钳位晶体管切换为OFF，并控制将复位电压输出给第一输出线，以及其中，在位于预定范围内的读取电压输出给第一输出线的情况下，当钳位晶体管切换为ON时，由钳位电容保持参考电压和读取电压之差的等效值，然后钳位晶体管切换为OFF，并且位于预定范围内的复位电压输出给第一输出线，第二输出线的电压从复位电压改变了与由钳位电容保持的等效值相应的量，以便输出表示复位电压和读取电压之差的亮度信息，以及在不在预定范围内的读取电压输出给第一输出线的情况下，旁路晶体管将使第一输出线和第二输出线导电，从而旁路钳位电容，因而没有电压由钳位电容保持，以便输出表示高亮度的亮度信息。
6.如权利要求3所述的成像装置，其中输出单元进一步包括电压供应单元，其可操作将偏压提供给旁路晶体管的栅极。
7.如权利要求3所述的成像装置，其中旁路晶体管是耗尽型晶体管。
8.如权利要求3所述的成像装置，其中每个单位晶格包括光接收元件，其可操作根据入射光量产生电荷；电荷检测单元，其可操作保持由光接收元件产生的电荷，并将电荷作为电压信号输出；复位晶体管，其串联在提供参考电压的复位端和电荷检测单元之间，当栅极电压应用到复位晶体管上时，使其进行导电，以便将电荷检测单元复位到参考电压；以及放大器晶体管，其连接在提供参考电压的放大器端和第一输出线之间，当由电荷检测单元转换的电压信号应用到放大器晶体管的栅极时，放大电压信号，并且将放大的电压信号输出给第一输出线，以及其中旁路晶体管势垒比饱和信号电势高预定量，所述饱和信号是放大器晶体管的输出，并依赖于断路的复位晶体管电势。
9.如权利要求8所述的成像装置，其中旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差基本上为0.1V。
10.如权利要求8所述的成像装置，其中输出单元进一步包括电压供应单元，其可操作将偏压提供给旁路晶体管的栅极，以及其中由所述偏压设定旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差。
11.如权利要求10所述的成像装置，其中用一种工艺制造旁路晶体管和复位晶体管。
12.如权利要求10所述的成像装置，其中电压供应单元包括偏压设定电路，其使得能够从外部设定成像装置独有的适当偏压。
13.如权利要求8所述的成像装置，其中通过预定的注射掩埋工艺制造复位晶体管，通过预定的注射掩埋工艺和附加注射工艺制造旁路晶体管，以及其中通过附加注射工艺没定旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差。
14.如权利要求8所述的成像装置，其中第一衬底偏压应用到旁路晶体管，第一衬底偏压的电势不同于应用到复位晶体管的第二衬底偏压，以及其中旁路晶体管势垒和饱和信号电势之差由第一衬底偏压和第二衬底偏压之差控制。
15.如权利要求3所述的成像装置，其中输出单元进一步包括削波晶体管，当第一输出线电势和第二输出线电势之差的电压不在预定范围内时，其可操作输出某一电压作为表示高亮度的亮度信息，所述电压与作为模拟电路的下一级电路的输入动态范围相匹配。
16.如权利要求15所述的成像装置，其中削波晶体管连接在某一端点和第二输出线之间，所述端点提供与下一级电路的输入动态范围内最大电压相应的电压，当预定电压应用到削波晶体管栅极时，使得削波晶体管临时导电，以便将与输入动态范围相匹配的电压从第二输出线输出给下一级电路，以及输出单元进一步包括削波晶体管控制单元，通过将削波晶体管临时导电，其可操作脉冲驱动削波晶体管，当下一级电路输出亮度信息时，脉冲电压应用到削波晶体管栅极。
17.如权利要求3所述的成像装置，其中输出单元进一步包括采样晶体管，其串联在第一输出线和钳位电容之间；以及采样晶体管控制单元，其在垂直消隐期可操作将采样晶体管断路，在垂直消隐期期间，从成像单元中不输出亮度信息。
18.如权利要求3所述的成像装置，其中每个单位晶格包括放大器晶体管，其串联在提供参考电压的放大器端和第一输出线之间，当由电荷检测单元转换的电压信号应用到放大器晶体管栅极时，放大电压信号，并且将放大的电压信号输出给第一输出线，以及选择晶体管，其串联在放大器端和放大器晶体管之间，或放大器晶体管和第一输出线之间，以及输出单元进一步包括负载晶体管，当负载晶体管导电时，通过加载第一输出线其可操作读取经由放大器晶体管和选择晶体管输出的电压；以及控制单元，其可操作(a)在使负载晶体管导电之前，使包含在一个或多个单位晶格中的选择晶体管导电，(b)在使包含在所有单位晶格中的选择晶体管断路之前，使负载晶体管断路，以及(c)在垂直消隐期期间使负载晶体管断路，在垂直消隐期，从任何单位晶格中不输出亮度信息。
19.一种用在成像装置中的成像方法，所述成像装置包括成像区域并根据入射光量输出亮度信息，所述成像区域由按照一维或二维排列的多个单位晶格构成，每个单位晶格包括光电转换部件，所述部件在复位状态下产生第一输出电压，并根据入射光量产生第二输出电压，每个单位晶格产生与第一输出电压相应的复位电压和与第二输出电压相应的读取电压，所述方法包含判断步骤，对于每个单位晶格判断读取电压是否位于预定范围内；第一输出步骤，当判断读取电压位于预定范围内时，输出表示复位电压和读取电压之差的亮度信息；第二输出步骤，当判断读取电压不在预定范围内时，输出表示高亮度的亮度信息。
全文摘要
成像装置根据入射光量输出亮度信息，包括成像单元和输出单元，所述成像单元包括按照一维或二维排列的多个单位晶格，每个单位晶格包括光电转换部件，所述部件在复位状态下产生第一输出电压，并根据入射光量产生第二输出电压，每个单位晶格产生与第一输出电压相应的复位电压和与第二输出电压相应的读取电压；对于每个单位晶格，当读取电压位于预定范围内时，所述输出单元可操作输出表示复位电压和读取电压之差的亮度信息，当读取电压不在预定范围内时，其可操作输出表示高亮度的亮度信息。
文档编号H04N5/359GK1591892SQ20041003878
公开日2005年3月9日 申请日期2004年3月25日 优先权日2003年3月25日
发明者桝山雅之, 村上雅史, 松长诚之 申请人:松下电器产业株式会社