CN1225897C - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

一种摄像装置,配置多个像素而构成,所述像素包括进行光电变换并存储通过光电转换而产生的信号电荷的光电转换单元、和放大输出由上述光电转换单元产生的信号电荷的放大用晶体管,该摄像装置具有:结型场效应晶体管,由多个主电极和栅极部构成,所述多个主电极由与相邻的2个上述像素中分别包含的上述放大用晶体管的控制电极区域连接的第一导电类型的多个第一半导体区域构成;所述栅极部和在形成上述光电转换单元的半导体区域中的、与上述多个第一半导体区域导电类型相反的第二导电类型的半导体区域为相同的电位,并且由第二导电类型的第二半导体区域构成;并且串联连接上述多个第一半导体区域;以及电位供给电路,用来向上述结型场效应晶体管的主电极区域供给预定的电位。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及一种对被拍摄物图像进行摄像的摄像装置。
背景技术
在过去,作为固体摄像器件,CCD因为其良好的信噪比而广为应用。但是,另一方面,也一直在开发一种具有使用简便、功耗小等优点的放大型固体摄像器件。所谓“放大型固体摄像器件”,是指把存储在受光像素内的信号电荷导往像素单元所具备的晶体管的控制电极并从主电极输出被放大了的信号的固体摄像器件。作为放大用晶体管,有使用SIT的SIT型图像传感器(A.Yusa、J.Nishizawa et al.,’SITImage sensor:Design consideration and characteristics,’IEEE trans.Vol.ED-33,pp.735-742,June 1986.)、使用双极晶体管的BASIS(N.Tanaka etal.,’A 310k pixel bipolar imager(BASIS),’IEEE Trans.ElectronDevices,vol.35,pp.646-652,May 1990)、使用了控制电极耗尽化的JFET的CMD(中村等、“栅极存储型MOS光晶体管图像传感器’,日本电视学会杂志,41,11,pp.1075-1082 Nov.,1987)、使用MOS晶体管的CMOS传感器(S.K.Mendis,S.E.Kemeny and E.R.Fossum,‘A 128×128CMOS actiVe image sensor for highly integrated imagingsystems,’in IEDM Tech.Dig.,1993,pp.583-586)等。特别是CMOS传感器,由于它和CMOS方法之间具有良好的匹配性,而且可以使外围CMOS电路制作在芯片上,因此,人们在它的开发上倾注了很大心力。放大型固体摄像器件面临着一个相同课题,即:由于各像素所具有的放大用晶体管的输出偏移在每一个像素中都不相同,因此作为图像传感器的信号就会叠加固定模式噪声(FPN),为了除去该固定模式噪声(FPN),人们设计了各种各样的信号读出电路。另一方面,在MCOS传感器中存在着由于构成单个像素的MOS晶体管数的数量较多而难以缩小像素面积这样的缺点。
图8是现有的CMOS图像传感器的电路图。在该图中,1是单位像素,为简便起见将其设定为2×2像素;2是用来受光并存储信号电荷的光电二极管;3是信号电荷放大用MOS晶体管;4是用来把存储在2的光电二极管中的信号电荷传送到3的栅极电极单元的传送用MOS晶体管;5是用来使3的栅极电极电位复位的复位用MOS晶体管;6是电源电位供给线,5的放大用MOS晶体管的漏极电极连接在该电源电位供给线6上;7是像素输出线;8是用来通过输出线7来供给复位电位的开关用MOS晶体管;9是用来向像素输出线8供给恒定电流的恒定电流供给用MOS晶体管;通过被选中的像素的选择开关7,使放大用MOS晶体管3作为源极跟随器动作,使得与MOS晶体管3的栅极电位具有某一恒定电压差的电位显示在输出线7上。10是用来控制传送用MOS晶体管4的栅极电位的传送控制线;11是用来控制复位用MOS晶体管5的栅极电位的复位控制线;12是用来供给控制MOS晶体管开关8的栅极电位的脉冲的控制线;13是恒定电位供给线,用来向MOS晶体管9的栅极供给恒定的电位,以便于进行MOS晶体管9成为恒定电流供给源的饱和区域动作;14是用来向传送控制线10供给传送脉冲的脉冲端子;15是用来把所有的行指定为要供给复位脉冲的像素的脉冲供给端子;16是用来向复位控制线11供给复位脉冲的脉冲供给端子;17是用来对行列配置的像素的行进行依次选择扫描的垂直扫描电路;18是垂直扫描电路的输出线,其中,18-1是第一行选择输出线,18-2是第2行选择输出线;19是用来向控制线10导入来自脉冲供给端子14的脉冲的开关用MOS晶体管;20是OR门电路,以脉冲供给端子15和垂直扫描电路17的输出作为输入,并指定复位行;21是用来向控制线11导入来自脉冲端子16的脉冲的开关用MOS晶体管,其中,19、21的MOS晶体管的栅极被连接到选择输出线18上,根据行选择输出线18的状态和端子15的状态来决定要驱动的行的像素。22是来自像素的输出读出电路;23是用来保持像素的复位信号输出的电容;24用来保持像素的光信号输出的电容;25是用来使像素输出线7和电容23之间的导通进行通断的开关用MOS晶体管;26是用来使像素输出线7和电容24之间的导通进行通断的开关用MOS晶体管;27是用来导入由电容23保持着的复位输出的噪音输出线;28是用来导入由电容24保持着的光信号输出的信号输出线;29是用来使电容23和噪音输出线27之间的导通进行通断的开关用MOS晶体管;30是用来使电容24和信号输出线28之间的导通进行通断的开关用MOS晶体管;31是用来使噪音输出线27的电位复位的噪音输出线复位用MOS晶体管;32是用来使噪音输出线28的电位复位的噪音输出线复位用MOS晶体管;33是用来向31和32的复位用MOS晶体管的源极电极供给复位电位的电源端子;34是用来依次选择被设置在行列配置的像素的每一列上的上述电容23、24的水平扫描电路,其中,35-1是选择第1列的输出线,35-2是选择第2列的输出线,该水平扫描电路的输出线被连接到开关用MOS晶体管29、30上。36是用来向复位用MOS晶体管31、32的栅极施加脉冲的脉冲供给端子;37、38分别是用来向开关用MOS晶体管25、26的栅极施加脉冲的脉冲供给端子;39是用来放大输出噪声输出线27的电位和信号输出线28的电位之间的差电压量的差动放大器;40是差动放大器的输出端子;41是用来向MOS晶体管9的栅极供给脉冲的脉冲供给端子;42是用来向MOS晶体管8的栅极供给脉冲的脉冲供给端子;43是用来通过MOS晶体管8向像素输出线7供给复位电位的电位供给端子;44是所谓的浮置扩散(以下叫做FD),分别连接到MOS晶体管4、5的漏极、MOS晶体管3的栅极上,由传送用MOS晶体管4传送信号电荷。
接着,使用图9的时序图,说明图8的传感器的动作。另外,图8所示的MOS晶体管都是N型,栅极电位在高电平时为ON状态,在低电平时为OFF状态。图8中用于表示定时脉冲的号码与图9中的脉冲输入端子的号码一致。
首先,当18-1借助于垂直扫描电路17的动作而变成为High时,像素行列的第1行就被选中。并且,此时,端子41为低电平,端子42为高电平,像素输出线7的电位由端子43供给的电位来决定(t1)。首先,当端子15为高电平时,由于所有的行的MOS开关21借助于OR门电路20而成为ON状态,因此,全部像素的FD44的电位借助于由端子16供给的脉冲,而被复位为端子43的电位(t2)。接着,当端子15为低电平时,在MOS开关21中,只有作为被选行的第1行中的MOS开关才会变成为ON状态。在该状态下,当端子43的电位仅升高某一电压量,并从端子16供给脉冲时,第1行的像素的FD44的电位被复位到端子43的电位(t3)。然后,使端子42为低电平,使MOS开关8为OFF状态,把端子41的电位设定为能够使MOS晶体管9供给恒定电流的电位。这时,第1行的MOS晶体管3的栅极电位被复位到比第1行以外的行的MOS晶体管3的栅极电位更高的电位电平,第1行的MOS晶体管3就进行源极跟随器动作,第1行以外的MOS晶体管3则处于非导通状态。为此,被选中的第1行的像素的放大用MOS晶体管3的源极通过输出线7与恒定电流源9进行连接,从而像素的源极跟随器输出就得以输出到输出线(t4)。在该状态下向端子37施加高电平脉冲时,第1行像素的复位输出就通过MOS晶体管25被存储到电容23内(t5)。接着,通过向端子14施加高电平脉冲并经由第1行的开关MOS晶体管19把高电平脉冲传送给控制线10,存储在光电二极管中的信号电荷通过传送用MOS晶体管4被传送给MOS晶体管3的栅极。这时,在像素输出线上,成为相当于在像素的复位输出上叠加了信号的输出的电位(t6)。在该状态下给端子38施加高电平脉冲时,对像素的复位输出叠加了信号的输出就通过MOS晶体管26被存储到电容24内(t7)。像素的复位输出,由于各像素的MOS晶体管3的阈值电压存在差异,因此像素的复位输出就产生了差异。所以,被存储在电容23和电容24内的输出的差量就变成了无噪声的纯粹的信号。接着,当使水平扫描电路34动作时,35-1、35-2就依次变成为高电平,被存储在各列的电容23、24中的输出分别通过MOS晶体管29、30被导入水平输出线27、28。在输出35-1、35-2的高电平脉冲之前,必须预先使端子36成为高电平,并通过MOS晶体管31、32使水平输出线27、28复位。被导入的水平输出线27、28的像素复位输出以及被叠加到像素复位电平的信号输出被输入到差分放大器39内,从输出端子40输出被减去复位电平也就是无噪声的像素信号(t8、t9)。
然后,通过垂直扫描电路17的动作,18-1变成为低电平,18-2变成为高电平时,则第2行被选中,用来驱动第2行的脉冲定时和第1行时相同。
在以上的动作中,复位电位供给端子43的电位由MOS晶体管3的特性所决定,但是,仅仅是被选行的源极跟随器动作,非被选行MOS晶体管3则被设定为非导通的电位变化。
如上所述,即使在像素中没有选择用MOS晶体管,CMOS晶体管传感器也可以动作,输出高信噪比的信号。
此外,在日本特公平08-004131中,公开了这样一种技术方案,即:在行方向上以MOS晶体管把用来对像素信号进行放大的双极晶体管的基极串联连接起来,并使由上述MOS晶体管连接的基极复位。
但是,即使是在上述现有技术中进行说明的CMOS传感器,在1个像素中,除光电二极管以外还有3个MOS晶体管。另一方面,在固体摄像器件中最为广泛使用的行间式CCD像素中内除光电二极管以外,就只有传送门电路和垂直CCD,要形成较小的尺寸的像素,CMOS传感器较CCD相比而言仍是很不利的。
另外,即使是由日本特公平08-004131所公开的传感器,在行方向上连接的复位用MOS晶体管的控制电极用布线是必不可少的,因此难以使像素的面积缩小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以使像素缩小的摄像装置。
为了实现上述目的,作为一个实施例,提供一种摄像装置,配置多个像素而构成,所述像素包括进行光电变换并存储通过光电转换而产生的信号电荷的光电转换单元、和放大输出由上述光电转换单元产生的信号电荷的放大用晶体管,该摄像装置具有:结型场效应晶体管,由多个主电极和栅极部构成,所述多个主电极由与相邻的2个上述像素中分别包含的上述放大用晶体管的控制电极区域连接的第一导电类型的多个第一半导体区域构成;所述栅极部和在形成上述光电转换单元的半导体区域中的、与上述多个第一半导体区域导电类型相反的第二导电类型的半导体区域为相同的电位,并且由第二导电类型的第二半导体区域构成;并且串联连接上述多个第一半导体区域;以及电位供给电路,用来向上述结型场效应晶体管的主电极区域供给预定的电位。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式1的图像传感器电路图。
图2是说明本发明的实施方式1的图像传感器动作的时序图。
图3是说明本发明的实施方式1的像素的平面布局图。
图4是说明本发明的实施方式1的像素的剖面构造图。
图5是说明本发明的实施方式2的图像传感器的像素的电路图。
图6是说明本发明的实施方式3的图像传感器的像素的电路图。
图7是说明本发明的实施方式5的摄像系统的图。
图8是说明现有技术例的图像传感器的电路图。
图9是说明现有技术例的图像传感器动作的时序图。
图10是本发明的实施方式4的像素的等效电路图。
具体实施方式
在以下说明的实施方式1到3中,通过下述来进行像素的FD的复位,即:以在行方向上相邻的像素的FD为主电极,在行方向上串联连接JFET,该JFET的构成为,在上述相邻FD的中间部分、也就是说在现有构造中相当于元件隔离部分的位置上设置使其电位成为与CMOS传感器像素的阱电位相同的电位,并从像素区域的端部的上述JFET的主电极供给复位电位。
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1的图像传感器等效电路图,在该图中,45是以在横向方向上相邻的浮置扩散(FD)为源极、漏极,由与光电变换单元的光电二极管2及MOS晶体管3的衬底的半导体层相同的导电类型半导体层所形成,并且具有与衬底半导体的电位相同的栅极的结型场效应晶体管(JFET);46是放大用晶体管3的漏极和FD44之间的电容;47用来切换连接到放大器晶体管3的漏极上的电源布线6和电源VDD的MOS晶体管;48是用来切换布线6和电位供给端子43的MOS晶体管;49是用来向PMOS晶体管47的栅极和MOS晶体管48的栅极供给控制脉冲的端子;50是用来使垂直扫描电路17的输出进行反转的反相器;51是用来通过JFET 45复位在读出动作中成为选择行的像素FD44的第一复位电位供给端子;52是用来通过JFET 45复位在读出动作中成为非选择行的像素FD44的第二复位电位供给端子;53是用来控制第一复位电位向像素单元的供给的MOS晶体管;54是用来控制第二复位电位向像素单元的供给的MOS晶体管;56是用来切换上述第一、第二复位电位供给端子51、52和JFET 45的漏极的MOS晶体管。
在图1中,电容46存在二种情形,即寄生性地产生的电容以及在设计时有意识地被附加的电容。此外,端子43在图1中成为像素输出线7的复位电位供给端子。此外,设JFET 45的夹断电压即阈值电压为-VPO。因此,在JFET 45的源极、漏极的电位都在VPO以上时,JFET 45为断开状态,若源极或漏极的电位比VPO低,JFET 45就为导通状态。此外,设当选择行的FD的复位端子51的电位为VR1、非选择行的FD的复位端子52的电位为VR2时0<VR2<VR1<VPO。设当端子43的像素输出线复位电位为VR3时VR3为比接地电位或接地电平稍微高并且比电源电位VDD充分地低的电位。另外,在图1中,对于与图7相同的构件都赋予相同的标号并省略其说明。
接着,使用图2的时序图来说明图1的传感器的动作。另外,图1中的MOS晶体管,只要没有特别说明就定为N型,在栅极电位为高电平时成为导通状态,在低电平时则成为断开状态。此外,图2中的表示定时脉冲的号码,与图1中的脉冲输入端子的号码一致。
首先,当通过垂直扫描电路17的动作使18-1成为高电平并且选中像素行列的第1行时,首先要进行被选行和非被选行的FD的复位。为此,端子41为低电平,端子42、49、56为高电平,电源布线6和像素输出线7的电位为由端子43供给的电位VR3。并且,作为被选行的第1行的像素的FD电位通过MOS晶体管53、55及JFET 45而被复位至VR1,第1行以外的非被选行的像素的FD电位则通过MOS晶体管54、55及JFET 45被复位至VF2(t1)。在FD的复位结束后,首先,使端子56为低电平,使作为像素的FD复位电位供给开关的MOS晶体管55为断开状态(t2)。紧接着,当端子42、49为低电平时,MOS晶体管8、48为断开状态,P型MOS晶体管47为导通状态,布线6的电位从VF3上升到电源电位VDD。这时,作为被选行的第1行的像素的FD的电位在电容46和放大用MOS晶体管3处于导通状态时,通过其栅极-沟道间电容而上升。其中,放大用MOS晶体管3的栅极-沟道间电容,在FD44的电位与像素输出线7之间的电位差比MOS晶体管3的阈值电压小的条件下,参与上述电容耦合。非被选行的FD电位,虽然也同样地通过电容耦合而上升,但是由于在VR2<VR1条件下,MOS晶体管47、48的通断切换前的非被选行的放大用MOS晶体管3更接近于断开状态,因此,其栅极-沟道间电容的有效性比被选行更少,所以,其FD的上升量比被选行FD的电位上升量小。另外,在上述动作后,由于VR2<VR1,电位上升量比被选行小,因此非被选行的FD电位比被选行FD电位充分地低。并且,这时必须把VR1、VR3、电容46、MOS晶体管3的栅极电容设定得能够使被选行的FD电位比VPO充分地高。如果被选行FD电位比VPO充分地高,则被选行的JFET 45就为断开状态,被选行的各像素则独立地进行动作(t3)。在该状态下,把端子41的电位设定为使MOS晶体管9可以供给恒定电流的电位。作为被选行的第1行的MOS晶体管3的栅极电位被复位至比第1行以外的行的MOS晶体管3的电位更高的电位电平,第1行的MOS晶体管3进行源极跟随器动作,第1行以外的MOS晶体管3成为非导通状态(t4)。然后,按照与现有技术中所述的动作相同的动作,使像素1和读出电路22动作。在把来自像素的输出存储到电容23、24之后,在驱动水平扫描电路34之前,根据垂直扫描电路17的动作,使18-1为低电平、使18-2为高电平,即,把被选行切换成第2行。在对第1行的输出信号进行水平扫描的期间内,进行第2行的像素的FD电位复位,这次,使第1行的像素的FD电位复位至VRS1,使第2行之外的像素的FD电位复位至VRS2。然后,反复进行上述动作。
图3是在图1中说明的实施方式1的平面布局的一个例子。在图3中,对于与图1相同的构件赋予了相同的符号。MOS晶体管的栅极由以10所示的花纹来表示的多晶硅构成,6、7则由金属布线构成。45所示的JFET的中央的花纹表示栅极部分,60所示的图形是用来连接半导体层或多晶硅布线和金属布线的接触孔。61是用来连接FD44和MOS晶体管3之间的栅极的金属布线。另外,电容46假定为寄生性地形成的电容,在图3中未特别表示出来。
图4表示了沿着图3的A-B线剖断的剖面图。在该图中,用与图1、图3相同的符号来表示传送MOS晶体管的栅极10、FD单元44、来自FD单元44的连接布线61。62是N型半导体衬底,63是成为像素的衬底的P型阱,64是作为元件隔离部分的厚的硅氧化膜,65是处于半导体界面部分的P型半导体层,66是存储光信号电荷的N型半导体层,通过63、64、65形成埋入型光电二极管。67是相邻像素的FD单元,68是P型半导体层,69是N型半导体层,44、67是源极、漏极,63、68是栅极,69是沟道,形成JFET。JFET的单侧栅极68被形成为下述:在图4中以垂直方向的一部分与P型阱63接连并与63同电位。
如图1、图3所示,在本实施方式1中,在像素中使用的MOS晶体管是信号电荷传送用和放大用的2种,此外,如图4所示,由于JFET的一部分形成在现有技术的元件隔离部分的地方,因此与现有技术相比较而言不会耗费多余的面积,从而,是与现有的CMOS传感器相比,其可以形成面积较小的像素,比上述现有的CMOS传感器要小出一个复位用MOS晶体管的大小。
如上所述,根据本发明的第1实施方式可以提供一种图像传感器,能够以像素中没有选择用MOS晶体管以及FD复位用MOS晶体管的构成来形成CMOS传感器并使之动作,而且能够以比现有技术更小的像素来输出更高的信噪比的信号。
实施方式2
图5是表示本发明的实施例2的像素的等效电路图,其构成为:1个FD和放大用MOS晶体管接受来自2个独立的光电二极管的信号电荷。在该图中,71是包括2个光电二极管的像素单位,即,包括作为图像传感器的2个像素量的单位,2-1像素单位71所包含的第一个光电二极管,2-2是另一个光电二极管,4-1是用来传送光电二极管2-1的信号电荷的MOS晶体管,4-2是用来传送光电二极管2-2的信号电荷的MOS晶体管,10-1是传送用MOS晶体管4-1的传送栅极线,10-2是传送用MOS晶体管4-2的传送栅极线。在图5中,对于与图1相同的构件赋予相同的号码并省略其说明。
排列配置了图5的像素单位71的图像传感器的驱动与实施方式1基本上是相同的,垂直驱动电路向每一行像素单位输出,并且,由于在71的1行中有2行的量的光电二极管,因此,如果独立地驱动栅极线10-1和10-2,则可以独立地读出各个光电二极管的放大信号输出。
另外,在上述实施方式2中,像素单位71虽然是含有2个光电二极管的构成,但是,也可以是含有3个以上的光电二极管的构成。
根据上述的本实施方式2,可以提供这样一种图像传感器,即:对于多个光电二极管仅仅需要1个放大用MOS晶体管和JFET,与实施方式1相比较而言,可以减少作为图像传感器的单位像素所需要的MOS晶体管的个数,以更小的像素来输出更高的信噪比的信号。
实施方式3
图6是本发明的实施方式3的像素的等效电路图,在该图中,72是行选择线,73是在FD44和行选择线72之间形成的电容。在图6中,对于与图1相同的构件赋予相同的号码并省略其说明。
实施方式3与实施方式2相比而言,其的不同之处在于:图6中的电源布线6被固定到电源VDD上;此外,用来通过JFET使FD44复位的复位电位是1种,不分被选行和非被选行。进行信号读出的行的选择,是通过使行选择线73的电位从低电平成为高电平并经由电容73的电容耦合使FD44的电位上升来实现的。在使行选择线73成为高电平之前,通过诸如图1所示的MOS晶体管55的开关,断开对JFET的复位电位供给,使被选行的像素的FD的电位上升到比JFET的夹断电压VPO充分地高的电平,这些与实施形态1是相同的,以下,与实施方式1同样地,向读出电路输出被选行的像素的放大信号。在一度被选中的行到再度被选中的期间内,至少是1个场期间,可在该期间内进行FD的复位,如实施方式1所述,借助于FD复位的供给电位来决定被选行,与必须在1个水平扫描期间内进行被选行的FD复位的状况相比,可以得到更加充分的复位动作时间。
另外,图6所示的像素,与图1所示的像素比较,虽然行选择线增加了,但是也可以采用这样的构成:使放大用MOS晶体管3的电源供给线在行方向上穿行,可以在各行中独立地控制其电位,并兼用行选择线。在该情况下,与图1的像素比较,也不会增加构成构件。此外,在图6中,虽然1个放大用MOS晶体管与1个光电二极管相对应,但是,即使是在如实施方式2所述的多个光电二极管与1个放大用MOS晶体管相对应的构成中,本实施方式3也是可以应用的。
以上,根据实施方式3,由于单位像素所需要的MOS晶体管的个数减少,所以可以减少构成CMOS图像传感器的像素,而且,由于可以获得充分的FD的复位时间,因此,在水平扫描高速动作的图像传感器中也是可以应用的。因此,可以提供一种由更小的图像构成、并高速输出更高的信噪比的图像传感器。
另外,在实施形态1、2、3的说明中所示的像素,虽然是以在P型衬底(P型阱)上形成的N型MOS晶体管、N型JFET、作为信号电荷载体的电子为基本要素构成的,但是,也可以以N型衬底上形成的P型MOS晶体管、P型JFET、作为信号电荷载体的空穴为基本要素构成。此外,在图1中,虽然像素的驱动电路仅仅在单侧形成,但是驱动电路也可以在两侧形成,这时由于可以从两侧进行像素的FD的复位电位的供给,所以可以缩短FD复位所需要的时间。并且,作为像素的放大用晶体管,不仅可以使用MOS晶体管,也可以使用结型场效应晶体管等别的类型的晶体管,
此外,在上述的实施方式1、3中,虽然表示了在放大用晶体管以及光电二极管之间设置传送用MOS晶体管的构成,但是,也可以是直接连接放大用晶体管以及光电二极管而没有传送用MOS晶体管的构成。
在该构成的情况下,从放大用晶体管读出由最初的光电二极管所产生的信号,然后,读出通过使FD复位而得到的信号,基于该构成,虽然不能削减复位噪声、在噪声方面不具优势,但是却可以使像素进一步缩小。
实施方式4
图10是本发明第4实施方式的像素的等值电路图。在图10中,与图6中所示的元件相同的元件也用与图6中的标号相同的标号来表示,并且省略对它们的描述。
实施方式4与实施方式3的不同之处在于,JFET45的一个主电极没有连接到相邻像素的JFET,而是连接到一个复位电位源。在图10中,该JFET连接到一个电源。有可能使用该像素输出线或其他电位源作为该复位电位源。该复位电位源的电位应该设置为高于该JFET的夹断电压,以便在行选择时切断该JFET通道。与实施方式3一样,通过改变行选择线72的电位来进行行选择。
在实施方式4中,可以使用转移控制线10作为带有三态脉冲的行选择线,或者如实施方式3中所述的使用横向布置的电源线作为行选择线,而不用线72。
与实施方式1-3相比,实施方式4的装置能够大大降低FD复位时间。
因此,实施方式4能够给该图像传感器提供短循环操作。
实施方式4能够应用到如实施方式2所述的一个FD区从多个光电二极管接受的像素结构。
结合实施方式1、2、3和4所述的像素基本上是通过使用一个N型MOS晶体管、一个N型JFET(二者均形成在P型衬底上(P型阱)),和信号电荷电子载流子构成的。然而,该像素也可以基本上通过使用一个P型MOS晶体管、一个P型JFET(二者均形成在N型衬底上(N型阱)),和信号电荷空穴载流子构成。此外,虽然该像素的驱动电路仅仅形成在图1所示的像素阵列的一侧,但是该驱动电路也可以形成在该像素阵列的两侧。在这种情况下,该像素的FD的复位电位从该像素阵列的两侧提供,因此使FD复位所需的时间能够缩短。此外,该像素的放大晶体管可以是其他类型的晶体管,例如结型场效应晶体管等,用来代替该MOS晶体管。
此外,在如上所述的实施方式1-4所示出的结构中,转移MOS晶体管设置在放大晶体管和光电二极管之间。然而,本发明可以应用到其中省略该转移MOS晶体管,而将放大晶体管和光电二极管直接相互连接的结构。
在这种情况下,由第一光电二极管产生的信号从该放大晶体管读出,之后读取通过使FD复位得到的信号。结果,不能减小复位噪声,该结构在噪声方面的性能较差。然而,该结构能够进一步减小像素的尺寸。
实施方式5
根据图7,对使用了上述实施方式1到3的图像传感器的摄像系统进行说明。
在图7中,101是兼用做透镜的保护和主开关的挡板,102是使被拍摄物的光学像在图像传感器104上成像的透镜,103是可以改变通过透镜102后的光量的光圈,104是用来把用透镜102成像的被拍摄物作为图像信号取入的图像传感器,105是包括放大从图像传感器104输出的图像信号的增益可变放大器单元和用来对增益值进行修正的增益修正电路的摄像信号处理电路,106是对从图像传感器104输出的图像信号的模拟-数字转换的A/D转换器,107是对从A/D转换器输出的图像数据进行各种修正或对数据进行压缩的信号处理单元,108是向图像传感器104、摄像信号处理电路105、A/D转换器106、信号处理单元107输出各种定时信号的定时产生单元,109是对各种运算和摄像系统整体进行控制的整体控制·运算单元,110是用来暂时存储图像数据的存储器单元,111是用来对记录介质进行记录或读出的接口单元,112是用来进行图像数据的记录或读出的半导体存储器等的可装卸的记录介质,113是用来与外部计算机等进行通信的接口单元。
接下来,对上述构成的摄像时的静态视频摄像机的动作进行说明。
当挡板1打开后,主电源就被接通,接着控制系统的电源接通,然后,A/D转换器106等的摄像系统电路的电源接通。
然后,为了控制曝光量,整体控制·运算单元109使光圈103开放,从图像传感器104输出的信号在A/D转换器进行了转换后,被输入到信号处理单元107。
以该数据为基础在整体控制运算单元109中进行曝光量的运算。
根据上述测光结果来判断亮度,由整体控制·运算单元109根据该结果来控制光圈。
接着,根据从图像传感器104输出的信号,取出高频成分,以整体控制·运算单元109来运算到被拍摄物的距离。然后,驱动透镜判断是否已经聚焦,在判断为未聚焦时,就再次驱动透镜进行测距。
然后,在确认已聚焦后,就开始正式曝光。
在曝光结束后,从图像传感器104输出的图像信号在A/D转换器106进行A/D转换,通过信号处理单元107,并借助于整体控制·运算单元109被写入到存储器单元。
然后,被存储到存储器单元110内的数据,通过整体控制·运算单元的控制,并经由记录介质控制I/F单元被记录到半导体存储器等的可装卸的记录介质112内。
此外,也可以通过外部I/F单元113直接输入计算机等,并进行图像的加工。

Claims (14)

1.一种摄像装置,配置多个像素而构成,所述像素包括进行光电变换并存储通过光电转换而产生的信号电荷的光电转换单元、和放大输出由上述光电转换单元产生的信号电荷的放大用晶体管,其特征在于,具有:
结型场效应晶体管,由多个主电极和栅极部构成,所述多个主电极由与相邻的2个上述像素中分别包含的上述放大用晶体管的控制电极区域连接的第一导电类型的多个第一半导体区域构成;所述栅极部和在形成上述光电转换单元的半导体区域中的、与上述多个第一半导体区域导电类型相反的第二导电类型的半导体区域为相同的电位,并且由第二导电类型的第二半导体区域构成;并且串联连接上述多个第一半导体区域;以及
电位供给电路,用来向上述结型场效应晶体管的主电极区域供给预定的电位。
2.根据权利要求1所述的摄像装置,其特征在于,具有传送晶体管,用来向上述多个第一半导体区域传送被存储在上述像素所包含的上述光电转换单元的信号电荷。
3.根据权利要求1所述的摄像装置,其特征在于,上述多个第一半导体区域构成上述光电转换单元的一部分。
4.根据权利要求1所述的摄像装置,其特征在于,具有电位控制电路,通过电容耦合来控制上述像素所包含的上述多个第一半导体区域的电位。
5.根据权利要求4所述的摄像装置,其特征在于,上述电位控制电路是连接到上述放大用晶体管的主电极区域上的布线。
6.根据权利要求2所述的摄像装置,其特征在于,具有电位控制电路,通过电容耦合来控制上述像素所包含的上述多个第一半导体区域的电位。
7.根据权利要求6所述的摄像装置,其特征在于,上述电位控制电路是连接到上述传送用晶体管的栅极电极区域上的布线。
8.根据权利要求1所述的摄像装置,其特征在于,
上述电位供给电路可以有选择地供给第一电位以及与上述第一电位不同的第二电位,
上述摄像装置还具有第一驱动电路,用来对上述电位控制电路进行控制,使得向读出信号的多个像素供给上述第一电位,向不读出信号的多个像素供给上述第二电位。
9.根据权利要求1所述的摄像装置,其特征在于:具有:
第二驱动电路,具有通过从上述电位供给电路向上述结型场效应晶体管的主电极施加电位并串联连接上述多个像素所分别包含的上述多个第一半导体区域而使上述多个像素所分别包含的上述多个第一半导体区域复位并经由上述放大晶体管输出通过上述复位所得到的信号的第一模式,和从上述放大晶体管读出相当于用上述光电转换单元所得到的信号电荷的信号的第二模式;
差分电路,用来进行在上述第一模式所得到的信号和在上述第二模式所得到的信号之间的差分处理。
10.根据权利要求1所述的摄像装置,其特征在于,上述多个像素,分别对于多个光电转换单元配置共用的放大用晶体管,具有分别连接上述多个光电转换单元和上述共用的放大用晶体管的传送用晶体管。
11.一种摄像装置,包括由多个像素形成的阵列,所述像素包括用于积聚由光电变换产生的信号电荷的光电变换部分;一个放大晶体管,用于将由所述光电变换部分产生的信号电荷放大,以将该放大的信号电荷输出;和一个结型场效应晶体管,所述摄像装置包括:
由连接到所述放大晶体管的控制电极区的第一导电类型的第一半导体区形成的第一主电极、由与第一导电类型相反的第二导电类型的第二半导体区形成的栅极部和由连接到用于提供预定电位的电位源部分的第一导电类型的第三半导体区形成的第二主电极,所述第二半导体区的电位与包括在形成所述光电变换区的半导体区中的第二导电类型的半导体区的电位相同。
12.根据权利要求11所述的摄像装置,其特征在于,还包括一个电位控制电路,用于通过电容耦合控制所述第一半导体区的电位。
13.根据权利要求12所述的摄像装置,其特征在于,还包括一个传送晶体管,用于传送包括在所述像素中的所述光电变换部分中积聚的信号电荷,其中所述电位控制电路是连接到所述传送晶体管的栅极区的一条线,不但用于控制所述传送晶体管,也用于通过电容耦合控制所述第一半导体区的电位。
14.一种摄像系统,包括:
权利要求1或权利要求13所述的摄像装置;
用来使光在上述多个像素上成像的透镜;
模拟·数字转换电路,用于把来自上述多个像素的信号转换成模拟信号;
信号处理电路,用于处理来自上述模拟·数字转换电路的信号。
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