專利名稱：固體攝像器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像器件，尤其涉及內(nèi)置有降低噪聲的信號處理電路的二維圖像傳感器，用于攜帶式電話機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、攝像機(jī)和車載攝像機(jī)等。
背景技術(shù)：
作為二維圖像傳感器的一種的CMOS圖像傳感器，例如公開于特開2000-287137號報(Sugiki)、特開2004-15712號公報(Nakamura andKawahito)和特開2000-261730號公報(Nakamura and Sone)等中。CMOS圖像傳感器的一個例子是對攝像區(qū)的多個垂直線分別設(shè)置模擬數(shù)字變換電路(AD變換電路)，依次選擇這些多個AD變換電路的輸出，取得數(shù)字圖像輸出。
在Sugiki中公開的CMOS圖像傳感器中，各AD變換電路分別具有電壓比較部。各電壓比較部由多級放大器構(gòu)成。并且在各放大器中設(shè)置了嵌位電路。從攝像區(qū)內(nèi)的多條水平線讀取的多個像素信號在上述多個AD變換電路中進(jìn)行AD變換。經(jīng)AD變換后的數(shù)據(jù)由各閂鎖電路保持，在下一水平有效期間內(nèi)從各閂鎖電路作為多位的數(shù)據(jù)而輸出。
在CMOS圖像傳感器中，從攝像區(qū)到AD變換電路的信號路線途中有多個開關(guān)用晶體管。若這些晶體管的閾值電壓產(chǎn)生誤差，則在這些晶體管從導(dǎo)通向截止轉(zhuǎn)移時，每條縱線上都有信號電平變動。并且，由于該信號電平變動的誤差，而產(chǎn)生縱向條狀的固定模式噪聲(固定パタ一ンノイズ)，即縱向條狀噪聲(Vertical Strip enoise)。
并且，在攝像區(qū)的每條水平線的讀取動作中，在上述開關(guān)用晶體管從導(dǎo)通向截止轉(zhuǎn)移時，電源電壓發(fā)生變動，AD變換用基準(zhǔn)電壓波形在每條水平線上發(fā)生變動，從而，每條水平線上的信號電平發(fā)生變動，產(chǎn)生橫條噪聲。該橫條噪聲是電源電壓變動所引起的，所以，隨機(jī)發(fā)生。這些縱條，橫條噪聲使圖像質(zhì)量下降。
而且，在特開2000-261730號公報(Nakamura and Sone)中公開了以下內(nèi)容在有效像素區(qū)的垂直方向的端部設(shè)置黑基準(zhǔn)部，在垂直消隱期間內(nèi)存儲從黑基準(zhǔn)部來的輸出，并取加法運(yùn)算平均值，這樣取得基準(zhǔn)信號，從有效像素區(qū)的各水平期間的信號中減去上述基準(zhǔn)信號，取得不包括縱條噪聲的圖像信號。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有問題而提出的方案，其目的是提供一種在對列式(カラム型)AD變換電路進(jìn)行混裝的CMOS圖像傳感器中，使得造成圖像質(zhì)量下降的原因的縱條噪聲和/或隨機(jī)發(fā)生的橫條噪聲減少的固體攝像器件。
本發(fā)明提供一種固體攝像器件，具有攝像區(qū)，包括有效像素部和被遮光的光學(xué)黑體部，上述光學(xué)黑體部包括配置在上述攝像區(qū)的垂直方向的一邊的端部上的第1光學(xué)黑體部、以及配置在上述攝像區(qū)的水平線方向的讀取開始側(cè)的第2光學(xué)黑體部，上述有效像素部包括配置成二維狀的多個光電變換元件、以及把由各光電變換元件進(jìn)行光電變換的信號電荷變換成電壓并生成像素信號的多個檢測部，上述第1光學(xué)黑體部僅包括多個檢測部，上述第2光學(xué)黑體部包括配置成二維狀的多個光電變換元件以及把由這些光電變換元件進(jìn)行光電變換的信號電荷變換成電壓并生成像素信號的多個檢測部；多個垂直信號線，供給在上述攝像區(qū)生成的上述圖像信號；多個AD變換電路，與上述多個垂直信號線連接，把上述像素信號變換成數(shù)字信號；以及信號處理電路，接收由上述多個AD變換電路取得的數(shù)字信號，并輸出數(shù)字圖像信號，上述信號處理電路包括縱條校正電路(Vertical stripe noise suppression Circuit)，該縱條校正電路對在上述第1光學(xué)黑體部生成且在上述多個AD變換電路中變換后的多條線的數(shù)字信號，在垂直方向上進(jìn)行加法運(yùn)算并進(jìn)行平均化，并對在上述有效像素部中生成且在上述多個AD變換電路中變換后的數(shù)字信號，加上或者減去所述平均化的數(shù)字信號。
圖1是表示本發(fā)明第1實施例的CMOS圖像傳感器的整體結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2A表示圖1所示的CMOS圖像傳感器的傳感器核心部的布局和信號處理電路的結(jié)構(gòu)。
圖2B是圖2A所示的橫條校正電路的主要部分的信號波形圖。
圖3是表示圖2A中所示的傳感器核心部、VREF發(fā)生電路和第1偏壓發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖4是圖3所示的傳感器核心部的主要部分的信號波形圖。
圖5是表示圖2A中的信號處理電路的動作例的流程圖。
圖6是圖5中所示的中間值(median)處理電路中的中間值平均化處理方法的一例的說明圖。
圖7A～圖7D是將圖2中的各種像素的斷面結(jié)構(gòu)和勢電位一起表示的圖。
圖8A、圖8B、圖8C是圖7B所示的圖像模糊(blooming)對策用的光學(xué)黑體部的像素變形例的斷面結(jié)構(gòu)和勢電位一起表示的圖。
圖9是表示本發(fā)明第2實施例的CMOS圖像傳感器整體結(jié)構(gòu)的框圖。
圖10是表示圖9中所示的傳感器核心部、VREF發(fā)生電路、第1偏壓發(fā)生電路和第2偏壓發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)的圖。
圖11A表示本發(fā)明第3實施例的CMOS圖像傳感器中的傳感器核心部的布局和信號處理電路的結(jié)構(gòu)。
圖11B是圖11A所示的橫條校正電路的主要部分的信號波形圖。
圖12A和圖12B是表示采用了上述各實施例的CMOS圖像傳感器的CMOS圖像傳感器組件的外觀形狀的斜視圖。
具體實施例方式
以下參照附圖，說明本發(fā)明的實施例。在該說明時，對于全圖中通用的部分標(biāo)注通用的參考符號。
<第1實施例>
圖1是表示本發(fā)明第1實施例的CMOS圖像傳感器的整體結(jié)構(gòu)的框圖。該CMOS圖像傳感器中，把各種電路集成在一個半導(dǎo)體芯片上。CMOS圖像傳感器具有傳感器核心部10。傳感器核心部10包括像素部(攝像區(qū))11、列式噪聲消除電路(CDS)12、列式AD變換電路13(ADC)對由AD變換電路13進(jìn)行數(shù)字變換后的信號進(jìn)行閂鎖的閂鎖電路14、以及對由閂鎖電路14進(jìn)行閂鎖的信號進(jìn)行讀取控制的移位寄存器(水平移位寄存器)15。
在攝像區(qū)11內(nèi)把多個像素配置成二維狀，各個像素如后所述，具有光電變換元件、用于讀取光電變換的信號的讀取門、以及把輸出的信號電荷變換成電壓的檢測部等。
在半導(dǎo)體芯片上設(shè)置了定時信號發(fā)生電路(TG)16，生成用于控制來自攝像區(qū)11的信號的讀取動作、以及噪聲消除電路12的動作的各種控制脈沖信號；VREF發(fā)生電路17，用于發(fā)生在AD變換電路13中使用的比較用基準(zhǔn)信號VREF 串行接口電路18，對為各種控制而從外部串行輸入的數(shù)據(jù)DATA的進(jìn)行接口(I/F)；以及指令控制電路19，對經(jīng)過串行接口電路18輸入的指令數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并生成各種控制信號。
再者，在半導(dǎo)體芯片上設(shè)置了第1偏壓發(fā)生電路20，生成在攝像區(qū)11內(nèi)需要的第1偏壓VVL；以及信號處理電路21，對從閂鎖電路14讀取的信號進(jìn)行縱條校正和橫條校正，向外部輸出數(shù)字圖像信號。
VREF發(fā)生電路17具有對時鐘信號進(jìn)行計數(shù)的計數(shù)器。該計數(shù)器按預(yù)定的定時起動，產(chǎn)生電壓電平隨著計數(shù)器的計數(shù)值由低電平向高電平依次變化的例如三角波形基準(zhǔn)信號VREF。
圖2A表示圖1所示的CMOS圖像傳感器的傳感器核心部10的布局和信號處理電路21的結(jié)構(gòu)。
攝像區(qū)11大致上劃分為光線射入光電變換元件51有效地進(jìn)行光電變換的區(qū)即有效像素部40、以及被遮光的區(qū)光學(xué)黑體部(optical plack)(OB)。光學(xué)黑體部具有光學(xué)黑體部41a，其配置在攝像區(qū)11的水平線方向的讀取開始側(cè)，具有和有效像素部40相同的像素結(jié)構(gòu)；模擬用的光學(xué)黑體部41b，其配置在攝像區(qū)11的垂直方向的上部側(cè)的端部上，像素上未設(shè)置光電變換元件，僅設(shè)置了檢測部；圖像模糊對策用的光學(xué)黑體部41c，其配置在與上述光學(xué)黑體部41a和41b相鄰接的位置上；光學(xué)黑體部41d，其配置在攝像區(qū)11的垂直方向的下部側(cè)的端部，具有和有效像素部40相同的結(jié)構(gòu)；以及光學(xué)黑體部41e，其配置在攝像區(qū)11的水平線方向的讀取終端側(cè)。光學(xué)黑體部41a對每1條水平線，例如包含36個像素。
關(guān)于有效像素部40、光學(xué)黑體部41a，模擬用光學(xué)黑體部41b、圖像模糊對策用的光學(xué)黑體部41c各自的像素結(jié)構(gòu)，以后說明。
由AD變換電路13取得并從閂鎖電路14中依次讀取的數(shù)字圖像信號輸入到信號處理電路21內(nèi)。信號處理電路21由縱條校正電路22和橫條校正電路23構(gòu)成。在信號處理電路21中，對數(shù)字圖像信號進(jìn)行預(yù)定的運(yùn)算處理，進(jìn)行縱條校正和橫條校正，輸出數(shù)字圖像信號。
縱條校正電路22包括電平限幅電路24、加法運(yùn)算平均化處理電路25、減法運(yùn)算電路26、和加減法運(yùn)算電路27。在從攝像區(qū)11的垂直方向的端部上所配置的光學(xué)黑體部41b中讀取的多條線的輸出信號大于第1基準(zhǔn)電平，或者小于第2基準(zhǔn)電平的情況下，縱條校正電路22用各基準(zhǔn)電平來對讀取信號進(jìn)行限幅，而且對多條線的信號在垂直方向上進(jìn)行加法運(yùn)算平均化，對有效像素部40的有效像素的輸出信號進(jìn)行加減法運(yùn)算。
橫條校正電路23包括中間值處理電路28、減法運(yùn)算電路29、和加法運(yùn)算電路30。橫條校正電路23將從配置在攝像區(qū)11的水平線方向讀取開始側(cè)的光學(xué)黑體部41a來的輸出信號，按信號電平的大小順序重新排列，并將重新排列的信號的大致中心級附近的像素信號、或者中心級附近的多個像素的信號的平均值加到有效像素部40的有效像素信號上。
圖3表示圖2A中所示的傳感器核心部10、VREF發(fā)生電路17和第1偏壓發(fā)生電路20的電路結(jié)構(gòu)。
在攝像區(qū)11內(nèi)設(shè)置了在水平方向和垂直方向上配置成二維狀的多個像素50。有效像素部40內(nèi)的各個像素50包括光電變換元件、例如光電二極管51、4個晶體管52～55。晶體管52是行選擇用晶體管，晶體管53是放大用晶體管，晶體管54是復(fù)位用晶體管，晶體管55是信號讀取用的晶體管。
在各個像素50中，光電二極管51的陽極連接在接地電壓GND的供給節(jié)點上，陰極通過信號讀取用晶體管55和復(fù)位用晶體管54而串聯(lián)連接在直流電源電壓VDD的供給節(jié)點上。放大用晶體管53的柵極連接在上述兩個晶體管54和55的共用連接節(jié)點上，源、漏極的一端經(jīng)行選擇用晶體管52而連接在VDD的供給節(jié)點上，源、漏極的另一端連接在多個垂直信號線56中對應(yīng)的線上。
多個源極輸出器用負(fù)荷晶體管TL與攝像區(qū)11相鄰接地配置在水平線方向上。該多個負(fù)荷晶體管TL連接在多個各垂直信號線56的一端側(cè)和接地電壓的供給節(jié)點之間，柵電極共同連接在第1柵控制線57上。第1偏壓發(fā)生電路20產(chǎn)生第1偏壓VVL，供給到上述柵控制線57上。
每條垂直信號線56上與上述多個負(fù)荷晶體管TL的形成區(qū)相鄰接地配置了用于向AD變換電路13傳送多個垂直信號線56的信號VLIN的信號傳送用晶體管TS1、用于向AD變換電路13供給AD變換用基準(zhǔn)信號VREF的VREF傳送用晶體管TS2、以及噪聲消除用電容器器C1、C2。并且，二級電壓比較器COMP1、COMP2與晶體管TS1、TS2及電容器C1、C2的形成區(qū)相鄰接地配置在每條垂直信號線56上。各二級電壓比較器COMP1、COMP2將經(jīng)晶體管TS1而傳送的各條垂直信號線56的信號VLIN與基準(zhǔn)電壓VREF進(jìn)行比較，電壓一致的電壓比較器COMP2的輸出被活化。而且，在電壓比較器COMP1的輸出輸入節(jié)點之間，插入了接地用晶體管TS3的源、漏之間。向該晶體管TS3的柵電極供給脈沖信號S3。在電壓比較器COMP1的輸出節(jié)點和電壓比較器COMP2的輸入節(jié)點之間連接了電容器器C3。在電壓比較器COMP2的輸入輸出節(jié)點之間插入了嵌位用的晶體管TS4的源、漏之間。在該晶體管TS4的柵電極上供給脈沖信號S4。
對每條垂直信號線56設(shè)置了閂鎖電路LAT。這些多個閂鎖電路LAT構(gòu)成圖1中的閂鎖電路14。向上述多個閂鎖電路LAT并列地供給與基準(zhǔn)信號VREF相對應(yīng)的數(shù)字信號，例如10位數(shù)字信號。并且，在上述多個閂鎖電路LAT中，電壓比較器COMP2的輸出被活化了的電路所對應(yīng)的閂鎖電路LAT對基準(zhǔn)信號VREF所對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)行閂鎖。這樣，讀取到多條垂直信號線56上的信號VLIN被變換成數(shù)字信號。被多個閂鎖電路LAT閂鎖的數(shù)字信號，在圖1中的移位寄存器15的控制下依次在多個閂鎖電路LAT內(nèi)傳送，從位于最端部的閂鎖電路中讀取10位的AD變換輸出，即圖1中的DOUT0～DOUT9。
圖4表示圖3所示的傳感器核心部10的動作定時波形。
為了讀取攝像區(qū)11的n條垂直線的信號，在脈沖信號HBLK中所示的水平掃描期間(通常780個時鐘信號期間)內(nèi)的無效期間中，脈沖信號ADRESn被活化，像素50內(nèi)的行選擇用晶體管52變成導(dǎo)通狀態(tài)，從而由放大用晶體管53和負(fù)荷用晶體管TL構(gòu)成的源極輸出電路進(jìn)行動作，被光電二極管51光電變換的信號電荷在多個垂直信號線56上被讀取一定期間。
在該信號電荷讀取動作之前，為了消除圖3中的各像素50內(nèi)的檢測部DN中的暗電流等所造成的無效信號，首先，在水平無效期間內(nèi)脈沖信號RESEn被活化，晶體管54變成導(dǎo)通狀態(tài)，檢測部DN被復(fù)位到VDD電平上。這樣，在各垂直信號線56上輸出復(fù)位電平信號作為信號VLIN。并且，在水平無效期間，利用控制脈沖信號S1來使晶體管TS1變成導(dǎo)通狀態(tài)，利用控制脈沖信號S3來使插入在比較器COMP1的輸入輸出之間的晶體管TS3變成導(dǎo)通狀態(tài)，利用控制脈沖信號S4來使插入在比較器COMP2的輸入輸出節(jié)點之間的嵌位用晶體管Ts4變成導(dǎo)通狀態(tài)，這樣，在電壓比較器COMP14和COMP2中設(shè)定AD變換時的基準(zhǔn)電平。
然后，在晶體管TS3變成導(dǎo)通狀態(tài)后，垂直信號線56的復(fù)位電平存儲在電容器器C1內(nèi)。然后，利用脈沖信號READn來使像素50內(nèi)的讀取用晶體管55變成導(dǎo)通狀態(tài)，存儲在光電二極管51內(nèi)的信號電荷被讀取到檢測部DN內(nèi)。這樣，信號電平重疊到復(fù)位電平上的信號在垂直信號線56上被讀取。這時，利用控制脈沖信號S1來使信號傳送用晶體管TS1變成導(dǎo)通狀態(tài)，利用控制脈沖信號S3來使晶體管TS3變成截止?fàn)顟B(tài)，利用控制脈沖信號S4來使晶體管TS4變成截止?fàn)顟B(tài)，利用控制脈沖信號S2來使晶體管TS2變成導(dǎo)通狀態(tài)，這樣，使先前在垂直信號線56上被讀取的信號存儲到電容器器C2內(nèi)。
然后，信號傳送用晶體管TS1變成截止?fàn)顟B(tài)，信號被保持在電容器器C2內(nèi)。這時，比較器COMP1的輸入節(jié)點變成高阻抗，所以，電容器器C1保持復(fù)位電平狀態(tài)。
然后，在水平掃描期間內(nèi)的有效期間內(nèi)，基準(zhǔn)信號VREF從低電平向高電平依次變化。通過電容器器C1、C2的合成容量，使基準(zhǔn)信號VREF輸入到比較器COMP1內(nèi)，用比較器COMP1、COMP2來對來自像素的讀取信號和基準(zhǔn)信號VREF進(jìn)行比較。在此情況下，電容器C1中存儲的復(fù)位電平的極性與電容器C2中存儲的復(fù)位電平相反，所以，復(fù)位電平被消掉，實質(zhì)上通過電容器C2供給的基準(zhǔn)信號VREF的信號成分與來自像素的讀取信號進(jìn)行比較。并且，在多個電壓比較器COMP2中，被比較的兩個信號的電壓一致的比較器COMP2的輸出被活化，利用輸入了該活化的輸出的閂鎖電路LAT來對基準(zhǔn)信號VREF所對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)行閂鎖。這樣，讀取到多個垂直信號線56上的各信號進(jìn)行AD變換。對前面說明的復(fù)位電平進(jìn)行清除的低噪聲化處理動作，稱為相關(guān)雙重取樣(Correlated Double Sampling；CDS)動作，AD變換后的數(shù)據(jù)由各閂鎖電路LAT保持，在下一個水平有效期間從閂鎖電路LAT作為10位的數(shù)據(jù)DOUT0～DOUT9而輸出。在本例中，10位的0～1023電平的AD變換電平利用10位的計數(shù)器來生成。
而且，為了使AD變換電路13的動作準(zhǔn)確，如上所述在進(jìn)行AD變換動作之前進(jìn)行以下處理使比較器COMP1的輸入輸出節(jié)點的直流電平相同的處理，以及使比較器COMP2的輸入輸出節(jié)點的直流電平成為相同電平的處理。也就是說，插入到比較器COMP1的輸入輸出節(jié)點之間的晶體管TS3、以及插入到比較器COMP2的輸入輸出節(jié)點之間的晶體管TS4暫時變成導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)行所謂嵌位處理，減小輸入偏移的誤差。在該嵌位處理時，由于晶體管TS3的柵電極和比較器COMP1的輸入輸出節(jié)點間存在的寄生電容，在電壓比較器COMP1的閾值電壓和嵌位電壓之間產(chǎn)生差。該差受到晶體管TS3的制造誤差的影響，結(jié)果，在多個比較器COMP1的輸出信號的直流電平之間產(chǎn)生誤差。結(jié)果該誤差以數(shù)字輸出值的通道間誤差方式表現(xiàn)。
因此，和前面的Suquki中公開的固體攝像器件的情況一樣，利用具有嵌位用晶體管的二級比較器COMP1、COMP2來進(jìn)行電壓比較。這樣，能夠使同一水平線方向的多個像素的各讀取信號之間不產(chǎn)生直流電平誤差，能夠提高圖像質(zhì)量。在此情況下，最好將控制脈沖信號S3、S4的斷開時間設(shè)定成，使得插入在后級的電壓比較器COMP2的輸入輸出節(jié)點之間的晶體管TS4變成截止的時間晚于插入到前級比較器COMP1的輸入輸出節(jié)點之間的晶體管TS3變成截止的時間。在圖4中，控制脈沖信號S3、S4變成高電平，晶體管TS3、TS4變成導(dǎo)通的時間是一致的。但是，總之，只要后級側(cè)的晶體管TS4變成截止的時間晚于前級側(cè)的晶體管TS3變成截止的時間即可。所以，后級側(cè)的晶體管TS4變成導(dǎo)通的時間，也可以晚于前級側(cè)的晶體管TS3變成截止的時間。而且，由于后級側(cè)的晶體管TS4的特性誤差的影響，AD變換特性產(chǎn)生通道間的誤差。但是，前級的比較器COMP1使信號為A1倍(A1是比較器COMP1的放大倍數(shù))，所以，從后級的比較器COMP2來看時，晶體管TS4的特性誤差造成的影響為1/A1，與信號成分相比，該誤差實質(zhì)上沒有。
但是，由于晶體管TS1和TS3的閾值電壓等的誤差，晶體管TS1變成截止時，每條縱線的信號電平發(fā)生變動。由于該變動的誤差，有可能產(chǎn)生縱條噪聲。并且，由于晶體管TS1或TS3變成截止時的電源電壓變動，或AD變換用基準(zhǔn)信號VREF的電平在每條水平線上發(fā)生變動，所以在每條水平線上信號電平發(fā)生變動。由于該變動的誤差，有可能發(fā)生橫條噪聲。因為該橫條噪聲是電源電壓變動引起的，所以，隨機(jī)發(fā)生。這些縱條橫條噪聲是造成圖像質(zhì)量變壞的原因。在本發(fā)明實施例中，以下敘述對縱條、橫條噪聲的對策。
也就是說，在圖3所示的傳感器核心部10中，由光電二極管51變換后的模擬信號在列式AD變換電路13中變換成10位的數(shù)字信號。這時，對基準(zhǔn)信號VREF的發(fā)生進(jìn)行控制，以使從在攝像區(qū)11的水平線方向的讀取開始側(cè)配置的光學(xué)黑體部41a讀取的信號，在AD變換后變成32LSB，也就是說，變成以由10位表現(xiàn)的0～1023LSB構(gòu)成的數(shù)字信號中的最低位LSB為起點的第32級(OB電平＝32LSB)。AD變換后的10位的數(shù)字輸出信號被輸入到圖2A中所示的信號處理電路21中。
輸入到信號處理電路21中的信號，經(jīng)過縱條校正用電平限幅電路24而輸入到加法運(yùn)算平均化處理電路25。在此，對多條線例如64條線的信號進(jìn)行加法運(yùn)算，并進(jìn)行平均化處理。在實驗中，利用64條線以上的加法運(yùn)算平均化而取得隨機(jī)噪聲無增加的實用電平。這是通過電平限幅電路24來除去白傷和大的隨機(jī)噪聲，不會產(chǎn)生誤校正，能夠?qū)崿F(xiàn)64條線這樣少的線數(shù)。尤其在傳感器溫度高時，或者傳感器GAIN高時(VREF振幅小時)尤其有效。加法運(yùn)算平均化的信號被輸入到減法運(yùn)算電路26，從OB電平中減去32LSB，即可提取白縱條、黑縱條校正電平。
被提取的白縱條、黑縱條校正電平輸入到加減法運(yùn)算電路27內(nèi)。在信號處理電路21的輸入信號是從有效像素部40讀取的有效像素信號的情況下，白縱條電平從有效像素信號中減去，黑縱條電平加到有效像素信號上。通過該加減法運(yùn)算處理而進(jìn)行縱條校正，也還能夠改善水平黑斑(shading)。
橫條校正中的信號波形的一例在圖2B中用A、B、C表示。圖2B中的信號A在垂直方向上對每條線表示縱條校正的信號。在該信號A中，相對32LSB產(chǎn)生變動的部分作為橫條噪聲而發(fā)生。該信號在同一水平線上存在的光學(xué)黑體部41a和有效像素部40均呈現(xiàn)出相同電平的變動。因此，把光學(xué)黑體部41a的電平變動檢測出來，從64LSB中減去，即可獲得圖2B中的信號B所示的差分信號(實線)。把該差分信號加到有效像素的信號上，即可如圖2B中的信號C所示，使電平變動得到改善，能夠把OB電平設(shè)定為64LSB。通過該加法運(yùn)算處理能夠使1023LSB的飽和電平不減少。而且，在本實施例中，作為傳感器輸出，把光學(xué)黑體部41a的OB電平從32LSB更改為64LSB加以輸出。但是也可以自由地更改OB電平的設(shè)定。
在圖2A中的信號處理電路21中，進(jìn)行了縱條校正的加減法運(yùn)算電路27的輸出信號A為了橫條校正而被輸入到中間值處理電路28內(nèi)。也就是說，從配置在水平線的開始側(cè)的光學(xué)黑體部41a中讀取36像素量的信號，通過中間值處理來減少或除去白傷和隨機(jī)噪聲，僅檢測出光學(xué)黑體部41a中的電平變動。通過該中間值處理而提取的平均信號SigOB輸入到運(yùn)算處理29內(nèi)，從64LSB中減去SigOB。該減法運(yùn)算電路29的輸出信號被輸入到加法運(yùn)算電路30內(nèi)。利用加法運(yùn)算電路30將其加到與進(jìn)行了中間值處理的水平線相同的水平線的有效像素上。通過該動作也能夠改善縱向的垂直黑斑。
圖5是表示圖2A中的信號處理電路21的動作例的流程圖。為了進(jìn)行縱條校正，利用電平限幅電路24從AD變換輸出信號中除去白傷和大的隨機(jī)噪聲。這時，預(yù)先設(shè)定由電平限幅電路24進(jìn)行限幅的大電平(第1基準(zhǔn)電平)和小電平(第2基準(zhǔn)電平)。首先，AD變換輸出信號與大電平進(jìn)行比較。在AD變換輸出信號大于大電平的情況下，用大電平來對信號限幅，信號被置換成大電平信號。在AD變換輸出信號不大于大電平的情況下，AD變換輸出信號與小電平進(jìn)行比較。在AD變換輸出信號小于小電平的情況下，用小電平來對信號限幅，把信號置換成小電平信號。通過這樣的處理，能夠提取穩(wěn)定的縱條信號電平。
其次，前面被置換成大電平信號或者小電平信號的信號，輸入到加法運(yùn)算平均化處理電路25內(nèi)，加到以前輸入的信號上，進(jìn)行平均化處理。并且，若判斷為64線量的加法運(yùn)算和平均化處理結(jié)束，則然后由減法運(yùn)算電路26從平均化處理結(jié)果中減去32LSB。這樣，獲得帶符號的縱條校正數(shù)據(jù)。
接著，該縱條校正數(shù)據(jù)和垂直方向的有效像素信號在加減法運(yùn)算電路27中進(jìn)行加減法運(yùn)算處理。該處理時，在白縱條的情況下，從有效像素信號中減去縱條數(shù)據(jù)，在黑縱條的情況下，在有效像素信號上加上縱條數(shù)據(jù)。
在加法運(yùn)算平均化處理電路25中進(jìn)行加法運(yùn)算平均化的信號是以下兩種信號中的某一個，所述兩種信號是從在攝像區(qū)11的垂直方向上部側(cè)端部配置的模擬用光學(xué)黑體部41b中讀取的信號，或者在不能夠供給從攝像區(qū)11來的讀取信號時的AD變換電路13的信號。通過控制，使圖3中的晶體管TS1變成截止?fàn)顟B(tài)，使晶體管TS2變成導(dǎo)通狀態(tài)，這樣能夠取得僅AD變換電路13的信號。實驗結(jié)果證明，縱條幾乎都是在AD變換電路13中發(fā)生的。再者，若采用有效像素部40的信號，則在有效像素部40中發(fā)生的隨機(jī)噪聲混入，加法運(yùn)算平均化信號的噪聲增加。實驗證明，不使用從攝像區(qū)11來的讀取信號，而僅使用AD變換電路13的信號是最有效的方法。在實驗中通過進(jìn)行64線量的加法運(yùn)算平均，能夠?qū)崿F(xiàn)無噪聲惡化的實用性縱條校正。
以下，為了進(jìn)行橫條校正，在攝像區(qū)11的水平線方向的讀取開始側(cè)配置的光學(xué)黑體部41a的36像素量的信號，按照信號電平從大到小的順序重新排列，而且進(jìn)行提取中心值的中間值處理。為了改善S/N比，在提取中心值時，可以選擇電平中等的2～32像素，取其平均值。通過該中間值平均化處理，除去在光學(xué)黑體部41a中發(fā)生的白傷和大的隨機(jī)噪聲，取得噪聲少的橫條校正數(shù)據(jù)。然后，從64LSB中減去橫條校正數(shù)據(jù)，接著，通過該運(yùn)算而求得的信號再加到同一水平線的有效像素信號上，以此對橫條進(jìn)行校正。在此情況下，若不預(yù)先除去白傷，則發(fā)生白傷的線被反向校正，產(chǎn)生黑的橫條。在實驗中通過32像素以上的中間值平均化，取得了實用水平的橫條校正結(jié)果。并且，也可以不使用中間值平均化處理數(shù)據(jù)，而是為了除去白傷，提取除去大信號的4個像素，使用對其余的32像素信號進(jìn)行了平均化的數(shù)據(jù)。
如上述那樣，在圖2A的信號處理電路21中，使用從在攝像區(qū)11的垂直方向上部側(cè)端部配置的模擬用光學(xué)黑體部41b來的讀取信號，或者僅使AD變換電路13動作，這樣，能夠從包含縱條噪聲和水平黑斑的信號中除去縱條噪聲，而且校正水平黑斑。
并且，從在攝像區(qū)11的水平線方向的讀取開始側(cè)配置的光學(xué)黑體部41a來的讀取信號電平被進(jìn)行平均化，生成平均值，從64LSB中減去平均值，將其結(jié)果加到有效像素信號上，這樣能夠減小橫條噪聲。取得OB電平被設(shè)定為64LSB的全位的AD變換信號。而且，若單純把平均值加到有效像素信號上或者減去，則在運(yùn)算時不能夠輸出全位的AD變換信號，飽和信號按被減的量相應(yīng)地降低電平，在飽和電平區(qū)內(nèi)發(fā)生橫條。
圖6表示圖5中所示的中間值處理電路中的中間值平均化處理方法的一例。從AD變換電路13中按照從光學(xué)黑體部41a中讀取的像素的順序來輸出AD變換信號。該信號由于隨機(jī)噪聲或白傷等而其電平變動，對這些信號按照從大到小或者從小到大的順序重新排列，把具有大致中心電平的像素的信號電平提取出來，即進(jìn)行中間值處理。這時，為了減少光學(xué)黑體部41a的像素數(shù)，并取得S/N比良好的信號，如前面說明的那樣，選擇出電平中等的2～32像素，取其平均值。關(guān)于取該平均值的像素數(shù)和提取的位置，可以考慮白傷的發(fā)生頻度或信號的漏入等而自由選擇。
如上所述，根據(jù)第1實施例的CMOS圖像傳感器，能夠減少縱條狀固定模式噪聲(縱條噪聲)或隨機(jī)發(fā)生的橫條狀模式噪聲(橫條噪聲)。并且，也能夠改善水平黑斑、垂直黑斑。再者，由于能夠把黑電平(OB電平)設(shè)定為預(yù)定電平，所以改善色再現(xiàn)性。
并且，關(guān)于縱條校正，利用電平限幅電路24能夠除去大的隨機(jī)噪聲，并且，僅對AD變換電路13的信號進(jìn)行加法運(yùn)算平均化，即可獲得S/N比良好的縱條校正數(shù)據(jù)。并且，關(guān)于橫條校正，通過水平OB像素的中間值平均化而能夠防止白傷造成的誤校正，能夠除去大的隨機(jī)噪聲，削減OB像素數(shù)，獲得SN比良好的橫條校正數(shù)據(jù)。并且，通過設(shè)置圖像模糊對策用的光學(xué)黑體部41c，能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行縱條校正和橫條校正，對強(qiáng)光也不會產(chǎn)生誤動作。
所以，對數(shù)字輸出型CMOS圖像傳感器設(shè)置小規(guī)模信號處理電路21，能夠輸出高質(zhì)量的圖像信號。
圖7A～圖7D同時示出對圖2中的光學(xué)黑體部41a、圖像模糊對策用光學(xué)黑體部41c、有效像素部40和模擬用光學(xué)黑體部41b分別設(shè)置的像素斷面結(jié)構(gòu)和勢電位。在此，為了簡化說明，對于復(fù)位用的晶體管即相當(dāng)于圖3中的晶體管54的部分省略圖示。
在圖7C的有效像素部40的像素中，在P型半導(dǎo)體襯底61上形成了光電二極管51的N+層62。為了減小表面漏電流，在N+層62的表面區(qū)內(nèi)形成了P+層63。在半導(dǎo)體襯底61上離開上述N+層62，形成了N+層64。該N+層64相當(dāng)于圖3中的檢測部DN。并且，在上述N+層62、64互相之間的襯底上，形成了相當(dāng)于圖3中的晶體管55的讀取柵65。像素間用像素分離區(qū)66來進(jìn)行分離，光電二極管51的形成區(qū)以外的上部利用鋁等遮光膜67來覆蓋，防止光射入。
圖7A的光學(xué)黑體部41a的像素具有大致上和有效像素部40的像素相同的結(jié)構(gòu)。唯一不同的地方是，光電二極管51的形成區(qū)上部也被遮光膜67覆蓋，使光電二極管51的形成區(qū)內(nèi)也不射入光線。在光學(xué)黑體部41a的光電二極管51中發(fā)生暗時電壓，該暗時電壓與有效像素部40的光電二極管51中發(fā)生的暗時電壓相同。因此，通過進(jìn)行橫條校正，能夠校正有效像素部40的暗時電壓的上升。
圖7B的圖像模糊對策用光學(xué)黑體部41c，其設(shè)置的目的是在如對高亮度被攝體進(jìn)行攝像時那樣，在強(qiáng)光射入到有效像素內(nèi)的情況下，從光電二極管51中溢出信號電荷，減少向光學(xué)黑體部內(nèi)擴(kuò)散的量。該光學(xué)黑體部41c的像素具有大致上與有效像素部40的像素相同的結(jié)構(gòu)。唯一的不同點是作為像素檢測部DN的N+層64接觸到例如供給2.8V電源電壓VDD的遮光膜67。通過實施溝道注入等，使光電二極管51的讀取柵65下部襯底中的勢電位加深。這樣，流入到光電二極管51內(nèi)的信號電荷能夠排出到檢測部DN內(nèi)。圖像模糊對策用光學(xué)黑體部41c的像素具有這樣的結(jié)構(gòu)，所以，能夠減少流出到光學(xué)黑體部內(nèi)的信號電荷量。其結(jié)果，即使對20像素以上以透鏡光圈F2.8直射太陽光，也幾乎不會有信號電荷流入到光學(xué)黑體部內(nèi)。并且與通常的光學(xué)黑體部結(jié)構(gòu)相比，能夠使像素數(shù)減少到約1/2。
如上所述，在進(jìn)行縱條校正時，因為不需要從光電二極管51來的讀取信號，所以在圖7D的模擬用光學(xué)黑體部41b的像素上不形成光電二極管51。只有作為檢測部DN的N+層64形成在襯底61上。所以，既不發(fā)生信號，也不發(fā)生暗時電壓。
圖8A、圖8B、圖8C分別表示圖7B所示的圖像模糊(blooming)對策用光學(xué)黑體部41c的像素變形例的斷面結(jié)構(gòu)和勢電位。在圖8A的像素中也示出了相當(dāng)于圖3中的復(fù)位用晶體管54的復(fù)位柵68、以及作為晶體管54的漏極的N+層69。并且，讀取柵65、復(fù)位柵68和N+層69均接觸遮光膜67，供給2.8V的電源電壓VDD。這樣，讀取柵65和復(fù)位柵68下部襯底的勢電位變得更深，形成柵打開的狀態(tài)，所以，從有效像素部40溢出的信號電荷經(jīng)過光電二極管51和檢測部DN(N+導(dǎo)64)，流入到N+層69內(nèi)，被吸收。
圖8B的像素不同于圖8A的像素，讀取柵65和復(fù)位柵68不接觸遮光膜67。代之以，讀取柵65和復(fù)位柵68下部溝道區(qū)形成耗盡型。各下部襯底的勢電位更深。也就是說，在此情況下，仍然是讀取柵65和復(fù)位柵68均為打開狀態(tài)，所以，從有效像素部40溢出的信號電荷和圖8A的情況一樣，被N+層69吸收。
圖8C的像素不同于圖8B的像素，在光電二極管51的N+層62的表面區(qū)內(nèi)不形成P+層63，N+層62接觸遮光膜67，而且檢測部DN的N+層64也接觸遮光膜67。在本例中，因為光電二極管51、檢測部DN和復(fù)位用晶體管的漏極接觸到遮光膜67，所以，從有效像素部40溢出的信號電荷，分別流入到光電二極管51、檢測部DN和復(fù)位用晶體管漏極而被吸收。
<第2實施例>
圖9表示涉及本發(fā)明第2實施例的CMOS圖像傳感器整體結(jié)構(gòu)的框圖。該CMOS圖像傳感器與圖1所示的第1實施例的CMOS圖像傳感器相比，不同點是增加了第2偏壓發(fā)生電路90，而且，第1偏壓發(fā)生電路20和傳感器核心部10的連接關(guān)系被更改，其他構(gòu)成相同。
圖10表示圖9中所示的傳感器核心部10、VREF發(fā)生電路17、第1偏壓發(fā)生電路20和第2偏壓發(fā)生電路90的電路結(jié)構(gòu)。
第2偏壓發(fā)生電路90發(fā)生第2偏壓(例如1V)，該第2偏壓用于校正在晶體管TS1中發(fā)生的縱條噪聲。用一對電阻來對2.8V的電源電壓VDD進(jìn)行分壓，生成電平大致上與從像素來的通常讀取電壓相同的1V的偏壓。
若從有效像素部40輸出圖像信號，則像素50內(nèi)的放大用晶體管53的1/f噪聲造成的隨機(jī)噪聲增大，得不到充分的縱條校正效果。因此，在垂直信號線56的一個端部，即夾持?jǐn)z像區(qū)11并與負(fù)荷晶體管TL相反的一側(cè)，連接開關(guān)用晶體管TIN，利用控制脈沖信號DC ON來使晶體管TIN變成導(dǎo)通狀態(tài)，這樣，把第2偏壓供給到垂直信號線56上。也就是說，不使用有效像素部40的信號，把偏壓加到垂直信號線56上，即可校正縱條噪聲。
多個開關(guān)用晶體管TIN插入到第2偏壓發(fā)生電路90的輸出節(jié)點和多個各垂直信號線56之間。并且，晶體管TIN的各柵電極共同連接在第2柵控制線58上。在第2柵控制線58上供給控制脈沖信號DC ON，該信號在圖9中的定時信號發(fā)生電路16中生成，用于對晶體管TIN進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制。
在此情況下，也可以把第2偏壓發(fā)生電路90內(nèi)的一對電阻生成的偏壓通過運(yùn)算放大器供給到各開關(guān)用晶體管TIN上。使用運(yùn)算放大器，能夠減少電源噪聲，而且能夠用低阻抗來驅(qū)動垂直信號線56。若能用低阻抗來驅(qū)動垂直信號線56，則不受像素部50的隨機(jī)噪聲的影響，能夠獲得更穩(wěn)定的縱條校正效果。
在由第2偏壓發(fā)生電路90生成的偏壓供給到各垂直信號線56內(nèi)時，從第1偏壓發(fā)生電路20所發(fā)生的第1偏壓VVL不加到第1柵控制線57上，必須切斷各負(fù)荷晶體管TL。因此，在圖10的電路中，設(shè)置了開關(guān)元件TL SW。該開關(guān)元件TL SW對第1偏壓發(fā)生電路20的輸出和接地電壓進(jìn)行切換，輸出到第1柵控制線57上。由第2偏壓發(fā)生電路90生成的偏壓供給到各垂直信號線56上時，開關(guān)元件TL SW把接地電壓輸出到第1柵控制線57上。這時的多個負(fù)荷晶體管TL變成截止?fàn)顟B(tài)。
<第3實施例>
圖11A示出本發(fā)明第3實施例的CMOS圖像傳感器內(nèi)的傳感器核心部10的布局和信號處理電路21的結(jié)構(gòu)。
該CMOS圖像傳感器與圖2A所示的第1實施例的CMOS圖像傳感器相比，傳感器核心部10的結(jié)構(gòu)相同，信號處理電路21由縱條校正電路22和橫條校正電路23構(gòu)成的這一點也相同。但是與圖2A的相比，橫條校正電路23的結(jié)構(gòu)不同。橫條校正電路23由以下部分構(gòu)成中間值處理電路28、減法運(yùn)算電路31、加減法運(yùn)算電路32和白色電平限制器(white clipper)33。減法運(yùn)算電路31從64LSB中減去由中間值處理電路28提取的平均信號Sig OB。加減法運(yùn)算電路32對減法運(yùn)算電路31的輸出數(shù)據(jù)和與進(jìn)行了中間值處理的水平線是同一水平線的有效像素數(shù)據(jù)之間進(jìn)行加減運(yùn)算。
圖11A的信號處理電路21中的縱條校正動作與圖2A所示的信號處理電路21的縱條校正動作相同。
橫條校正動作如下。也就是說，對水平線開始側(cè)的光學(xué)黑體部41a的像素信號進(jìn)行讀取，進(jìn)行36個像素量的中間值處理，這樣來減少或除去白傷或隨機(jī)噪聲，僅檢測出光學(xué)黑體部41a的像素信號的電平變動。并且，從32LSB中減去由該中間值處理而提取的平均信號Sig OB(32LSB-Sig OB)，由加減法運(yùn)算電路32對和同一水平線的有效像素信號進(jìn)行加減法運(yùn)算，進(jìn)行橫條校正。在此情況下，由于加減法運(yùn)算電路32的輸出信號(全10位的1023LSB)的信號電平降低，所以利用白色電平限制器33進(jìn)行處理。當(dāng)把白色電平限制器33的特性設(shè)為從全10位的1023LSB中減去64LSB后的959LSB時，由后級的電路按1023/959倍調(diào)整，使OB電平成為32LSB×1.0734LSB，比AD變換輸出的32LSB增加。
橫條校正中的信號波形的一例在圖11B中由A、B、C來表示。圖11B中的信號A表示在垂直方向上對每條線進(jìn)行縱條校正的信號。在信號A中，對32LSB變動的部分作為橫條發(fā)生。該信號與同一水平線的光學(xué)黑體部41a和有效像素部40進(jìn)行相同電平的變動。因此，通過檢測出光學(xué)黑體部41a的電平變動，計算出32LSB，即可獲得圖11B中所示的信號B(實線)。把該信號B加到有效像素信號上，即可像圖11B中的信號C所示的那樣，改善電平變動，把OB電平設(shè)定在32LSB上。
而且，在上述各實施例中，實質(zhì)上進(jìn)行了處理是AD變換電路13的輸出信號的OB電平在傳感器輸出時增加的處理，所以，能夠避免由于縱條、橫條校正動作而發(fā)生的飽和區(qū)內(nèi)的縱條、橫條噪聲。
圖12A和圖12B是表示采用了上述各實施例的CMOS圖像傳感器的CMOS圖像傳感器組件的外觀形狀的斜視圖。在圖12A中，例如，在由塑料構(gòu)成的外殼100內(nèi)，安裝了半導(dǎo)體芯片110，其中集成了CMOS圖像傳感器，用于輸出在上述第1～第3實施例中說明的數(shù)字圖像信號；以及圖像信號處理器，用于從上述CMOS圖像傳感器中接收信號，并輸出數(shù)字亮度信號和數(shù)字顏色信號。圖像信號處理器，除了具有輸出數(shù)字亮度信號和數(shù)字顏色信號的功能外，也可以具有例如白色平衡(whitebalance)調(diào)整、色調(diào)整、數(shù)據(jù)壓縮、并行/串行變換等功能。并且，在外殼100的正面上，設(shè)置了例如由1個或多個透鏡構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)120，它用于把光引入到CMOS圖像傳感器內(nèi)。圖12A所示的CMOS圖像傳感器組件是利用連接器130安裝的形式，外殼100的例如背面上形成的多個端子和連接器130由撓性電纜140電連接。
圖12B所示的CMOS圖像傳感器組件是不用連接器，而外殼100本身安裝在電路板上的插座(receptacle)內(nèi)的形式。
技術(shù)熟練人員很容易實現(xiàn)另外的優(yōu)點和改進(jìn)。因為本發(fā)明適用的范圍很廣，并不僅限于這里的詳細(xì)說明和代表性實施例。因此，在不脫離附件權(quán)利要求書及其等效文件預(yù)定的一般發(fā)明概念的精神或范圍的情況下，本發(fā)明能夠有各種變型。例如，雖然在各實施例中說明了進(jìn)行縱條校正和橫條校正這兩種情況，但是可以變形成只進(jìn)行某一種校正。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像器件，其特征在于，具有攝像區(qū)(11)，包括有效像素部(40)和被遮光的光學(xué)黑體部，上述光學(xué)黑體部包括配置在上述攝像區(qū)的垂直方向的一邊的端部上的第1光學(xué)黑體部(41b)、以及配置在上述攝像區(qū)的水平線方向的讀取開始側(cè)的第2光學(xué)黑體部(41a)，上述有效像素部(40)包括配置成二維狀的多個光電變換元件(51)、以及把由各光電變換元件(51)進(jìn)行光電變換的信號電荷變換成電壓并生成像素信號的多個檢測部(DN)，上述第1光學(xué)黑體部(41b)僅包括多個檢測部(DN)，上述第2光學(xué)黑體部(41a)包括配置成二維狀的多個光電變換元件(51)以及把由這些光電變換元件(51)進(jìn)行光電變換的信號電荷變換成電壓并生成像素信號的多個檢測部(DN)；多個垂直信號線(56)，供給在上述攝像區(qū)(11)生成的上述圖像信號；多個AD變換電路(13)，與上述多個垂直信號線(56)連接，把上述像素信號變換成數(shù)字信號；以及信號處理電路(21)，接收由上述多個AD變換電路(13)取得的數(shù)字信號，并輸出數(shù)字圖像信號，上述信號處理電路(21)包括縱條校正電路(22)，該縱條校正電路(22)對在上述第1光學(xué)黑體部(41b)生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的多條線的數(shù)字信號，在垂直方向上進(jìn)行加法運(yùn)算并進(jìn)行平均化，并對在上述有效像素部(11)中生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的數(shù)字信號，加上或者減去所述平均化的數(shù)字信號。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于上述信號處理電路(21)還包括橫條校正電路(23)，橫條校正電路(23)接收在上述第2光學(xué)黑體部(41a)生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的數(shù)字信號，對上述攝像區(qū)(11)的每一條水平線分別除去與信號電平高的上述光電變換元件(51)對應(yīng)的數(shù)字信號，并將與其余的多個上述光電變換元件(51)對應(yīng)的數(shù)字信號的平均值，加到與上述有效像素部(40)的同一水平線的多個上述光電變換元件對應(yīng)的數(shù)字信號上，或者從與上述有效像素部(40)的同一水平線的多個上述光電變換元件(51)對應(yīng)的數(shù)字信號中減去所述的平均值。
3.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于上述縱條校正電路(22)包括加法運(yùn)算和平均化電路(25)，對在上述第1光學(xué)黑體部(41b)中生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的多條線的數(shù)字信號在垂直方向上進(jìn)行加法運(yùn)算并且進(jìn)行平均化；以及第1加減法運(yùn)算電路(27)，對在上述有效像素部(40)中生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的數(shù)字信號加上或減去上述加法運(yùn)算和平均化電路的輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其特征在于上述縱條校正電路(22)還具有電平限幅電路(24)，該電平限幅電路(24)在上述多個AD變換電路(13)中變換后的多個線的數(shù)字信號值大于第1基準(zhǔn)值，或者比上述第1基準(zhǔn)值小的第2基準(zhǔn)值還小的情況下，利用上述第1基準(zhǔn)值或者第2基準(zhǔn)值來對上述多條線的數(shù)字信號值進(jìn)行限幅，輸出到上述加法運(yùn)算和平均化電路(25)。
5.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其特征在于上述縱條校正電路(22)還具有第1減法運(yùn)算電路(26)，該第1減法運(yùn)算電路(26)從上述加法運(yùn)算和平均化電路(25)的輸出中減去一定值，供給到上述第1加減法運(yùn)算電路(27)中。
6.如權(quán)利要求2所述的固體攝像器件，其特征在于上述橫條校正電路(23)具有中間值處理電路(28)，接收在上述第2光學(xué)黑體部(41a)中生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的數(shù)字信號，對上述攝像區(qū)(11)的每條水平線分別除去與信號電平高的上述光電變換元件(51)對應(yīng)的數(shù)字信號，取得與其余多個上述光電變換元件對應(yīng)的數(shù)字信號的平均值；以及加法運(yùn)算電路(30)，對與上述有效像素部(40)的同一水平線的多個光電變換元件(51)對應(yīng)的數(shù)字信號，加上上述中間值處理電路(28)的輸出。
7.如權(quán)利要求6所述的固體攝像器件，其特征在于上述橫條校正電路(23)包括第2減法運(yùn)算電路(29)，該第2減法運(yùn)算電路(29)從一定值中減去上述中間值處理電路(28)的輸出，并供給到上述加法運(yùn)算電路(30)。
8.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于還具有多個第1晶體管(TL)，分別具有一端、另一端和柵電極，各個一端分別連接在上述多個垂直信號線(56)上，另一端分別連接在接地電壓節(jié)點上，各柵電極共同連接在第1柵控制線(57)上；以及第1偏壓發(fā)生電路(20)，發(fā)生第1直流偏壓(VVL)，供給到上述第1柵控制線(57)上。
9.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于還包括多個第1晶體管(TL)，分別具有一端、另一端和柵電極，各個一端分別連接在上述多個垂直信號線(56)上，另一端分別連接在接地電壓節(jié)點上，各柵電極共同連接在第1柵控制線(57)上；以及第1偏壓發(fā)生電路(20)，產(chǎn)生第1偏壓(VVL)，開關(guān)電路(20)，用于接收上述第1偏壓和接地電壓，選擇兩個電壓中的某一個，輸出到上述第1柵控制線(57)上；第2偏壓發(fā)生電路(90)，產(chǎn)生第2偏壓；多個第2晶體管(TIN)，分別具有一端、另一端和柵電極，在各一端上分別供給上述第2偏壓，各另一端分別連接在上述多個垂直信號線(56)上，各柵電極共同連接在第2柵控制線(58)上；以及定時信號發(fā)生電路(16)，向上述第2柵控制線(58)上供給對多個第2晶體管(TIN)進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制的控制信號(DC ON)。
10.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于上述縱條校正電路(22)在不被供給在上述攝像區(qū)(11)生成的上述像素信號的狀態(tài)下，對在上述多個AD變換電路(13)中變換后的多條線的數(shù)字信號在垂直方向上進(jìn)行加法運(yùn)算并且進(jìn)行平均化，并對上述有效像素部(40)中生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的數(shù)字信號，加上或者減去所述平均化的數(shù)字信號。
11.一種固體攝像器件組件具有半導(dǎo)體芯片(110)，集成了固體攝像器件和圖像信號處理器，前者輸出數(shù)字圖像信號，后者從該固體攝像器件接收數(shù)字圖像信號并輸出數(shù)字亮度信號和數(shù)字顏色信號；外殼(100)，收容上述半導(dǎo)體芯片(110)；以及光學(xué)系統(tǒng)(120)，把光引入上述固體攝像器件，上述固體攝像器件具有攝像區(qū)(11)，包括有效像素部(40)和被遮光的光學(xué)黑體部，上述光學(xué)黑體部包括配置在上述攝像區(qū)的垂直方向的一邊的端部上的第1光學(xué)黑體部(41b)、以及配置在上述攝像區(qū)的水平線方向的讀取開始側(cè)的第2光學(xué)黑體部(41a)，上述有效像素部(40)包括配置成二維狀的多個光電變換元件(51)、以及把由各光電變換元件(51)進(jìn)行光電變換的信號電荷變換成電壓并生成像素信號的多個檢測部(DN)，上述第1光學(xué)黑體部(41b)僅包括多個檢測部(DN)，上述第2光學(xué)黑體部(41a)包括配置成二維狀的多個光電變換元件(51)以及把由這些光電變換元件(51)進(jìn)行光電變換的信號電荷變換成電壓并生成像素信號的多個檢測部(DN)；多個垂直信號線(56)，供給在上述攝像區(qū)(11)生成的上述圖像信號；多個AD變換電路(13)，與上述多個垂直信號線(56)連接，把上述像素信號變換成數(shù)字信號；以及信號處理電路(21)，接收由上述多個AD變換電路(13)取得的數(shù)字信號，并輸出數(shù)字圖像信號，上述信號處理電路(21)包括縱條校正電路(22)，該縱條校正電路(22)對在上述第1光學(xué)黑體部(41b)生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的多條線的數(shù)字信號，在垂直方向上進(jìn)行加法運(yùn)算并進(jìn)行平均化，并對在上述有效像素部(11)中生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的數(shù)字信號，加上或者減去所述平均化的數(shù)字信號。
12.如權(quán)利要求11所述的固體攝像器件組件，其特征在于上述信號處理電路(21)還包括橫條校正電路(23)，橫條校正電路(23)接收在上述第2光學(xué)黑體部(41a)生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的數(shù)字信號，對上述攝像區(qū)(11)的每一條水平線分別除去與信號電平高的上述光電變換元件(51)對應(yīng)的數(shù)字信號，并將與其余的多個上述光電變換元件(51)對應(yīng)的數(shù)字信號的平均值，加到與上述有效像素部(40)的同一水平線的多個上述光電變換元件對應(yīng)的數(shù)字信號上，或者從與上述有效像素部(40)的同一水平線的多個上述光電變換元件(51)對應(yīng)的數(shù)字信號中減去所述的平均值。
13.如權(quán)利要求11所述的固體攝像器件組件，其特征在于上述縱條校正電路(22)包括加法運(yùn)算和平均化電路(25)，對在上述第1光學(xué)黑體部(41b)中生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的多條線的數(shù)字信號在垂直方向上進(jìn)行加法運(yùn)算并且進(jìn)行平均化；以及第1加減法運(yùn)算電路(27)，對在上述有效像素部(40)中生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的數(shù)字信號加上或減去上述加法運(yùn)算和平均化電路的輸出。
14.如權(quán)利要求13所述的固體攝像器件組件，其特征在于上述縱條校正電路(22)還具有電平限幅電路(24)，該電平限幅電路(24)在上述多個AD變換電路(13)中變換后的多個線的數(shù)字信號值大于第1基準(zhǔn)值，或者比上述第1基準(zhǔn)值小的第2基準(zhǔn)值還小的情況下，利用上述第1基準(zhǔn)值或者第2基準(zhǔn)值來對上述多條線的數(shù)字信號值進(jìn)行限幅，輸出到上述加法運(yùn)算和平均化電路(25)。
15.如權(quán)利要求13所述的固體攝像器件組件，其特征在于上述縱條校正電路(22)還具有第1減法運(yùn)算電路(26)，該第1減法運(yùn)算電路(26)從上述加法運(yùn)算和平均化電路(25)的輸出中減去一定值，供給到上述第1加減法運(yùn)算電路(27)中。
16.如權(quán)利要求12所述的固體攝像器件組件，其特征在于上述橫條校正電路(23)具有中間值處理電路(28)，接收在上述第2光學(xué)黑體部(41a)中生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的數(shù)字信號，對上述攝像區(qū)(11)的每條水平線分別除去與信號電平高的上述光電變換元件(51)對應(yīng)的數(shù)字信號，取得與其余多個上述光電變換元件對應(yīng)的數(shù)字信號的平均值；以及加法運(yùn)算電路(30)，對與上述有效像素部(40)的同一水平線的多個光電變換元件(51)對應(yīng)的數(shù)字信號，加上上述中間值處理電路(28)的輸出。
17.如權(quán)利要求16所述的固體攝像器件組件，其特征在于上述橫條校正電路(23)包括第2減法運(yùn)算電路(29)，該第2減法運(yùn)算電路(29)從一定值中減去上述中間值處理電路(28)的輸出，并供給到上述加法運(yùn)算電路(30)。
18.如權(quán)利要求11所述的固體攝像器件組件，其特征在于還具有多個第1晶體管(TL)，分別具有一端、另一端和柵電極，各個一端分別連接在上述多個垂直信號線(56)上，另一端分別連接在接地電壓節(jié)點上，各柵電極共同連接在第1柵控制線(57)上；以及第1偏壓發(fā)生電路(20)，發(fā)生第1直流偏壓(VVL)，供給到上述第1柵控制線(57)上。
19.如權(quán)利要求11所述的固體攝像器件組件，其特征在于還包括多個第1晶體管(TL)，分別具有一端、另一端和柵電極，各個一端分別連接在上述多個垂直信號線(56)上，另一端分別連接在接地電壓節(jié)點上，各柵電極共同連接在第1柵控制線(57)上；以及第1偏壓發(fā)生電路(20)，產(chǎn)生第1偏壓(VVL)，開關(guān)電路(20)，用于接收上述第1偏壓和接地電壓，選擇兩個電壓中的某一個，輸出到上述第1柵控制線(57)上；第2偏壓發(fā)生電路(90)，產(chǎn)生第2偏壓；多個第2晶體管(TIN)，分別具有一端、另一端和柵電極，在各一端上分別供給上述第2偏壓，各另一端分別連接在上述多個垂直信號線(56)上，各柵電極共同連接在第2柵控制線(58)上；以及定時信號發(fā)生電路(16)，向上述第2柵控制線(58)上供給對多個第2晶體管(TIN)進(jìn)行導(dǎo)通/截止控制的控制信號(DC ON)。
20.如權(quán)利要求11所述的固體攝像器件組件，其特征在于上述縱條校正電路(22)在不被供給在上述攝像區(qū)(11)生成的上述像素信號的狀態(tài)下，對在上述多個AD變換電路(13)中變換后的多條線的數(shù)字信號在垂直方向上進(jìn)行加法運(yùn)算并且進(jìn)行平均化，并對上述有效像素部(40)中生成且在上述多個AD變換電路(13)中變換后的數(shù)字信號，加上或者減去所述平均化的數(shù)字信號。
全文摘要
本發(fā)明的固體攝像器件，具有AD變換電路(13)，對從包括有效像素部40和光學(xué)黑體部的攝像區(qū)(11)讀取到多條垂直信號線上的像素信號進(jìn)行AD變換；以及信號處理電路(21)，依次輸入由AD變換取得的像素信號，并進(jìn)行運(yùn)算處理。信號處理電路(21)具有縱條校正電路(22)，對從攝像區(qū)(11)的垂直方向端部的OB部(41b)讀取的多條線的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算平均化，對有效像素信號進(jìn)行加減運(yùn)算；以及橫條校正電路(23)，對水平線的讀取開始側(cè)的OB部(41a)的輸出信號按照信號電平的高低順序重新排列，對有效像素信號加上或減去重新排列的中心附近的多個像素信號的平均值。
文檔編號H04N5/335GK1783957SQ200510128539
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者江川佳孝 申請人:株式會社東芝