固态图像传感器和图像感测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及固态图像传感器和图像感测系统。
【背景技术】
[0002] 日本专利特开No. 2001-223566的图2示出了包括像素201、202和203、电流路径 形成块210、电流路径211以及比较单元215的比较器。电流路径形成块210包括具有栅极 的M0S晶体管204、205和206,像素201、202和203的电荷-电压转换器分别连接到这些栅 极。电流路径211包括具有栅极的M0S晶体管，参考电压212供给该栅极。比较单元215 包括算术放大器，该算术放大器包括作为差动对的电流路径形成块210和电流路径211，并 且可以基于来自比较单元215的输出获得对应于像素信号的数字信号。
[0003] 在日本专利特开No. 2001-223566的图2中所示的这种布置中，与像素201、202和 203的放大晶体管204、205和206 -起形成差动对的晶体管213被设置在像素201、202和 203外部。在类似这样的布置中，难以改进形成差动对的一条电流路径与另一条电流路径之 间的平衡，并且这有时候使得难以充分提高像素信号的读出准确性。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了对提高像素信号的读出准确性有利的技术。
[0005] 本发明的一个方面提供了一种固态图像传感器，包括包含多个像素块的图像感测 单元以及被配置为从图像感测单元读出信号的读出单元，其中像素块包括光电转换器、第 一晶体管、第二晶体管和电流源，第一晶体管的第一主电极和第二晶体管的第一主电极连 接到公共节点，并且电流源被设置在该公共节点与预定电压之间的路径中，用于从图像感 测单元读出信号的读出操作包括其中与光电转换器中生成的电荷对应的电压供给第一晶 体管的控制电极、并且在时间上变化的参考电压供给第二晶体管的控制电极的操作，并且 读出单元经第一晶体管的第二主电极从图像感测单元读出信号。
[0006] 参考附图，本发明的更多特征将从以下对示例性实施例的描述变得清晰。
【附图说明】
[0007] 图1是示出根据本发明一个实施例的固态图像传感器的布置的视图；
[0008] 图2是示出根据本发明另一个实施例的固态图像传感器的布置的视图；
[0009] 图3是示例性地解释本发明原理的视图；
[0010] 图4是示出根据本发明第一实施例的固态图像传感器的图像感测单元的布置的 视图；
[0011] 图5是示出根据本发明第一实施例的固态图像传感器的操作的视图；
[0012] 图6是示出根据本发明第二实施例的固态图像传感器的图像感测单元的布置的 视图；
[0013] 图7是示出根据本发明第二实施例的固态图像传感器的操作的视图；
[0014] 图8A和8B是示出适用于第一和第二实施例的信号处理单元的布置例子的视图；
[0015]图9是示出根据本发明第三实施例的固态图像传感器的图像感测单元的布置的 视图；
[0016] 图10是示出适用于第三实施例的信号处理单元的布置例子的视图；
[0017] 图11是示出根据本发明第四实施例的固态图像传感器的图像感测单元的布置的 视图；
[0018] 图12是示出根据本发明第四实施例的固态图像传感器的操作的视图；
[0019] 图13是示出根据本发明第五实施例的固态图像传感器的图像感测单元的布置的 视图；
[0020] 图14是示出根据本发明第五实施例的固态图像传感器的操作的视图；
[0021] 图15是示出根据本发明第六实施例的固态图像传感器的图像感测单元的布置的 视图；
[0022] 图16是示出作为图4中所示第一实施例的应用例的第一应用例的视图；
[0023] 图17是示出第一应用例的操作的视图；
[0024] 图18是示出第一应用例中信号处理单元的布置例子的视图；
[0025] 图19是示出第一应用例的另一操作的视图；
[0026] 图20是用于解释第一应用例的再一操作的视图；
[0027] 图21是示出作为图11中所示第四实施例的应用例的第二应用例的视图；
[0028] 图22是示出第二应用例的操作的视图；
[0029] 图23是示出作为图11中所示第四实施例的另一应用例的第三应用例的视图；以 及
[0030] 图24是示出作为本发明实施例的图像感测系统的布置的视图。
【具体实施方式】
[0031] 以下将参考附图解释本发明的示例性实施例。
[0032] 图1示出了根据本发明一个实施例的固态图像传感器1的布置。固态图像传感器 1包括图像感测单元110和用于从图像感测单元110读出信号的读出单元140。图像感测 单元110包括布置成形成多行多列的多个像素112,并且每个像素112包括诸如光电二极管 的光电转换器。按其它观点，图像感测单元110包括多个像素块，每个像素块包括至少一个 像素112,并且每个像素包括光电转换器。
[0033] 固态图像传感器1包括垂直扫描单元（垂直选择单元）120和水平扫描单元（水 平选择单元）150,用于选择从其读出信号的像素112。垂直扫描单元120从图像感测单元 110中的多行中选择要读出的行，并且读出单元140通过垂直传输路径114读出所选择的行 中的像素112的信号。水平扫描单元150从由读出单元140读出的多列中的像素112的信 号选择要读出的列中的像素112,并且把所选择的像素112的信号输出到输出信号线160。 即，水平扫描单元150从图像感测单元110中的多列中选择要读出的列。
[0034] 固态图像传感器1还包括参考电压发生器130。参考电压发生器130生成在时间 上变化的参考电压。这种在时间上变化的参考电压通常是斜坡信号。由参考电压发生器 130生成的参考电压可以经垂直扫描单元120供给包括图像感测单元110中要被读出的行 中的像素112的像素块113。参考电压还可以不使用垂直扫描单元120就供给像素块113。 如在图3中示例性示出的，每个像素块113包括至少一个光电转换器（例如，光电二极管） PD、第一晶体管M1、第二晶体管M2以及电流源M3。第一晶体管Ml的第一主电极（在这个 例子中，源极电极）和第二晶体管M2的第一主电极（在这个例子中，源极电极）连接到公 共节点CN，并且第三晶体管M3被设置在公共节点CN与预定电位（在这个例子中，地电位） 之间的路径中。当预定的偏置电压施加到控制电极（栅极）时，第三晶体管M3充当电流源。 第一晶体管Ml、第二晶体管M2和电流源M3形成差动放大器电路。来自这个差动放大器电 路的输出通过垂直传输路径114传输到读出单元140。在图3所示的例子中，一条垂直传 输路径114包括形成差动信号线对的第一和第二垂直信号线114a和114b。在另一个例子 中，一条垂直传输路径114包括一条垂直信号线114a。
[0035] 用于从图像感测单元110读出信号的读出操作包括如下操作：在该操作中，对应 于在要被读出的像素112的光电转换器ro中生成的电荷的电压供给第一晶体管Ml的控制 电极，并且在时间上变化的参考电压VRMP供给第二晶体管M2的控制电极。注意，控制电极 是栅极电极。读出单元140通过第一晶体管Ml的第二主电极（在这个例子中，漏极电极） 和垂直传输路径114从图像感测单元110读出信号。在图3所示的例子中，读出单元140基 于传输到连接到第一晶体管Ml的第二主电极的第一垂直信号线114a的信号以及传输到连 接到第二晶体管M2的第二主电极的第二垂直信号线114b的信号从图像感测单元110读出 信号。在光电转换器ro中生成的电荷通过传送晶体管MT传送到连接到第一晶体管Ml的 控制电极（栅极）的电荷-电压转换器（浮动扩散）fd，并且通过电荷-电压转换器fd被 转换成电压。电荷-电压转换器fd的电压被电压控制晶体管MR复位。
[0036] 被垂直扫描单元120驱动的传送信号(pT施加到传送晶体管MT的栅极。被垂直 扫描单元120驱动的电压控制信号(pR施加到电压控制晶体管MR的栅极。在以下描述中， 当在一个传送信号与另一个传送信号之间进行区分时，数字添加到(pT之后，就像(pTl和 tpTlu类似地，当在一个电压控制信号与另一个电压控制信号之间进行区分时，数字添加 到<pR之后，就像(pRl和(()R2。这适用于其它信号。
[0037] 读出单元140把通过垂直传输路径114从图像感测单元110的像素112传输的信 号转换成数字信号，并且把该信号输出到输出信号线160。在把像素信号作为数字信号输出 的一般的固态图像传感器中，为图像感测单元的每一列形成的列放大器从像素读出模拟电 压信号形式的信号，并且AD转换器把这个模拟电压信号转换成数字信号。相对照地，在该 实施例的固态图像传感器1中，从像素传输到垂直传输路径114的信号具有电流信号的形 式，并且这个电流信号被转换成数字信号。
[0038] 读出单元140可以包括信号处理单元142、计数器144以及存储器146。可以对于 图像感测单元110的每一列形成一组信号处理单元142、计数器144和存储器146。信号处 理单元142接收通过垂直传输路径114从第一晶体管Ml的第二主电极