твердотельное устройство формирования изображений и система формирования изображений

Формула изобретения

1. Твердотельное устройство формирования изображений, имеющее пиксельный массив, в котором множество единичных ячеек размещаются для формирования множества строк и множества столбцов,

каждая из множества единичных ячеек содержит пиксель, и причем пиксель содержит элемент фотоэлектрического преобразования и внутрипиксельную схему считывания, которая выводит сигнал, соответствующий зарядам, сгенерированным в элементе фотоэлектрического преобразования,

при этом питание подается на множество единичных ячеек через линию источника питания и линию земли, и,

по меньшей мере, одна из множества единичных ячеек включает в себя, по меньшей мере, часть емкостного элемента, имеющего первый электрод, соединенный с линией источника питания, и второй электрод, соединенный с линией земли.

2. Устройство по п.1, в котором

каждая из единичных ячеек, которые формируют, по меньшей мере, один столбец пиксельного массива, включает в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы сканирования по вертикали, и набор из единичных схем сканирования по вертикали формирует схему сканирования по вертикали, сконфигурированную для сканирования множества строк, и

множество единичных ячеек включает в себя единичную ячейку, включающую в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы сканирования по вертикали и, по меньшей мере, часть емкостного элемента.

3. Устройство п.1, в котором

каждая из единичных ячеек формирует, по меньшей мере, одну строку пиксельного массива, включающую в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы сканирования по горизонтали, и набор из единичных схем сканирования по горизонтали формирует схему сканирования по горизонтали, сконфигурированную для сканирования множества столбцов, и

множество единичных ячеек включает в себя единичную ячейку, включающую в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы сканирования по горизонтали и, по меньшей мере, часть емкостного элемента.

4. Устройство по п.1, в котором

пиксельный массив содержит множество сигнальных линий столбца, которые должны быть возбуждены пикселями, и горизонтальную сигнальную линию, которая должна быть соединена с выбранной одной из множества сигнальных линий столбца, и

множество единичных ячеек включает в себя единичную ячейку, включающую, по меньшей мере, часть выходного усилителя, который усиливает сигнал, выводящийся на горизонтальную сигнальную линию и, по меньшей мере, часть емкостного элемента.

5. Устройство по п.1, в котором

пиксельный массив содержит множество сигнальных линий столбца, которые должны быть возбуждены пикселями единичных ячеек,

каждая из единичных ячеек, которые формируют один из множества столбцов пиксельного массива, включает в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы сканирования по вертикали, и набор из единичных схем сканирования по вертикали формирует схему сканирования по вертикали, сконфигурированную для сканирования множества строк,

каждая из единичных ячеек, которые формируют одну из множества строк пиксельного массива, включает в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы сканирования по горизонтали, и набор из единичных схем сканирования по горизонтали формирует схему сканирования по горизонтали, сконфигурированную для сканирования множества столбцов, с тем, чтобы последовательно соединить множество сигнальных линий столбца с горизонтальной сигнальной линией, и

множество единичных ячеек включает в себя

единичную ячейку, в которой емкостной элемент не размещается и размещается, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одной единичной схемы сканирования по вертикали, единичной схемы сканирования по горизонтали и выходного усилителя, который усиливает сигнал, выводящийся с горизонтальной сигнальной линии, и

единичную ячейку, в которой не размещается единичная схема сканирования по вертикали, единичная схема сканирования по горизонтали и выходной усилитель и размещается, по меньшей мере, часть емкостного элемента.

6. Система формирования изображений содержит:

твердотельное устройство формирования изображений по п.1 и

процессор, который обрабатывает сигнал, выводящийся с твердотельного устройства формирования изображений.

Описание изобретения к патенту

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к твердотельному устройству формирования изображений и системе формирования изображений.

Описание известного уровня техники

Японский Патент, Публикационный Номер 2002-344809, раскрывает устройство формирования изображений, имеющее регистры сдвига по вертикали и регистры сдвига по горизонтали, размещенные в датчике изображения (пиксельном массиве). Японский Патент, Публикационный Номер 2002-344809, также раскрывает размещение, в котором единичный блок (причем единица для выбора и возбуждения одной строки) регистров сдвига по вертикали размещается в одной области, вместе со схемой одного пикселя.

В соответствии с размещением, раскрытым в Японском Патенте, Публикационный Номер 2002-344809, например, в столбце, в котором размещается единичный блок регистров сдвига по вертикали, и его соседних столбцах, пиксельная схема чувствительна к изменениям потенциала источника питания и потенциала земли, вызванным операцией единичного блока. Когда меняются потенциал источника питания и потенциал земли, шум может быть сгенерирован в сигнале, выведенном из пиксельной схемы, приводя к более низкому качеству изображения.

В дополнение, внутрипиксельная схема считывания, включенная в пиксель с большим количеством падающего света, может существенно изменить потенциал сигнальной линии столбца и ей подобной, вызывая изменения в потенциале источника питания и потенциале земли, несмотря на то, что это относится не только к размещению, раскрытому в Японском Патенте, Публикационный Номер 2002-344809. Это влияние может колебаться в других пикселях, в частности соседних пикселях, которые совместно используют линию источника питания и линию земли, приводя к ухудшению в качестве изображения.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение предоставляет метод, который является благоприятным в подавлении ухудшения качества изображения, вызванного изменениями в потенциалах линии источника питания и линии земли.

Первая особенность настоящего изобретения предоставляет твердотельное устройство формирования изображений, имеющее пиксельный массив, в котором множество единичных ячеек размещаются для формирования множества строк и множества столбцов, каждая из множества единичных ячеек содержит пиксель, и причем пиксель содержит элемент фотоэлектрического преобразования и внутрипиксельную схему считывания, которая выводит сигнал, соответствующий зарядам, сгенерированным в элементе фотоэлектрического преобразования, в котором питание подается на множество единичных ячеек через линию источника питания и линию земли, и, по меньшей мере, одна из множества единичных ячеек включает в себя, по меньшей мере, часть емкостного элемента, имеющего первый электрод, соединенный с линией источника питания, и второй электрод, соединенный с линией земли.

Вторая особенность настоящего изобретения предоставляет систему формирования изображений, содержащую твердотельное устройство формирования изображений, как было описано в первой особенности, и процессор, который обрабатывает сигналы, выводящиеся с твердотельного устройства формирования изображений.

Дополнительные особенности настоящего изобретения станут очевидны из следующего описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1A и 1B объясняют пример схематичного размещения твердотельного устройства формирования изображений в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 2 объясняет пример размещения блока формирования изображений в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 объясняет пример размещения пикселя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 4A и 4B объясняет пример размещений регистров сдвига в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 объясняет пример временной диаграммы в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 6 иллюстрирует типы единичной ячейки;

Фиг. 7 иллюстрирует типы единичной ячейки;

Фиг. 8 иллюстрирует примеры размещений элемента фотоэлектрического преобразования и емкостного элемента;

Фиг. 9 иллюстрирует другие примеры размещений элемента фотоэлектрического преобразования и емкостного элемента;

Фиг. 10 иллюстрирует систему формирования изображений с помощью излучения.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Схематичное размещение твердотельного устройства 100 формирования изображений в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения будет описано со ссылкой на Фигуры 1A и 1B. Твердотельное устройство 100 формирования изображений может быть сформировано посредством, например, организации массива из множества блоков 101 формирования изображений. В этом случае массив из множества блоков 101 формирования изображений может формировать панель SP датчика, имеющую одну область формирования изображений. Множество блоков 101 формирования изображений может быть размещено на вспомогательной подложке 102. Когда твердотельное устройство 100 формирования изображений использует отдельный блок 101 формирования изображений, причем отдельный блок 101 формирования изображений формирует панель SP датчика. Каждый из множества блоков 101 формирования изображений может быть предоставлен посредством, например, формирования схемного элемента на полупроводниковой подложке, или формирования полупроводникового слоя, например, на стеклянной подложке и формирования схемного элемента на полупроводниковом слое. Каждый из множества блоков 101 формирования изображений имеет пиксельный массив, в котором множество пикселей организовывает массив так, чтобы сформировать множества строк и столбцов.

Твердотельное устройство 100 формирования изображений может служить устройством, которое захватывает изображение излучения, такого как рентгеновские лучи, или устройством, которое захватывает изображение видимого света. Когда твердотельное устройство 100 формирования изображений служит устройством, которое захватывает изображение излучения, сцинтиллятор 103, который преобразовывает излучение в видимый свет, типично может быть предоставлен на панели SP датчика. Упомянутый сцинтиллятор 103 преобразует излучение в видимый свет, который пронизывает панель SP датчика и фотоэлектрически преобразуется посредством каждого элемента фотоэлектрического преобразования на панели SP датчика (блока 101 формирования изображений).

Пример размещения каждого блока 101 формирования изображений будет описан далее со ссылкой на Фиг. 2. Когда твердотельное устройство 100 формирования изображений использует отдельный блок 101 формирования изображений, отдельный блок 101 формирования изображений может быть рассмотрен в качестве твердотельного устройства формирования изображений. Блок 101 формирования изображений имеет пиксельный массив GA, в котором образуют массив множество пикселей 201 так, чтобы сформировать размещенные множества строк и столбцов и множество сигнальных линий 208a столбца. Каждый из множества пикселей 201 включает в себя элемент (например, фотодиод) 202 фотоэлектрического преобразования и внутрипиксельную схему 203 считывания, которая выводит сигнал (световой сигнал), соответствующий заряду, сгенерированному посредством элемента 202 фотоэлектрического преобразования для сигнальной линии 208a столбца. В пиксельном массиве GA дополнительно может быть размещено множество сигнальных линий 208b столбца, и причем внутрипиксельная схема 203 считывания может быть сконфигурирована для вывода шума, сгенерированного самого по себе, в данном случае к сигнальной линии 208b столбца. Внутрипиксельные схемы 203 считывания двух смежных пикселей 201, выровненные в направлении строки, могут быть размещены осесимметрично, чтобы иметь, например, граничную линию между двумя пикселями 201 в качестве их оси симметрии.

Блок 101 формирования изображений включает в себя схемы 204 сканирования по вертикали и схемы 205 сканирования по горизонтали. Несмотря на то, что схема 204 сканирования по вертикали может быть расположена, например, между элементами 202 фотоэлектрического преобразования на двух смежных столбцах, она может быть расположена вне элемента 202 фотоэлектрического преобразования, на крайнем столбце в пиксельном массиве GA. Упомянутая схема 204 сканирования по вертикали включает в себя, например, регистр сдвига по вертикали, который выполняет сдвиговую операцию в соответствии с первым тактирующим сигналом CLK1, и сканирует множество строк в пиксельном массиве GA, в соответствии со сдвиговой операцией посредством регистра сдвига по вертикали. Регистр сдвига по вертикали формируется посредством соединения множества регистров в серии, и импульс, принятый регистром на первом этапе, последовательно переносится к регистрам на последующих этапах, в соответствии с первым тактирующим сигналом CLK1. Должна быть выбрана строка, соответствующая регистру, который содержит импульс.

Несмотря на то, что схема 205 сканирования по горизонтали может быть расположена, например, между элементами 202 фотоэлектрического преобразования на двух смежных строках, она может быть расположена вне элемента 202 фотоэлектрического преобразования, на крайней строке в пиксельном массиве GA. Схема 205 сканирования по горизонтали включает в себя, например, регистр сдвига по горизонтали, который выполняет сдвиговую операцию в соответствии со вторым тактирующим сигналом CLK2, и сканирует множество столбцов в пиксельном массиве GA, в соответствии со сдвиговой операцией регистра сдвига по горизонтали. Регистр сдвига по горизонтали формируется посредством соединения множества регистров в серии, и импульс, принятый регистром на первом этапе, последовательно переносится к регистрам на последующих этапах, в соответствии со вторым тактирующим сигналом CLK2. Должен быть выбран столбец, соответствующий регистру, который содержит импульс.

Схема 204 сканирования по вертикали может быть сформирована посредством вертикального образования массива множества единичных схем VSR сканирования по вертикали, каждая включает в себя один регистр, который составляет регистр сдвига по вертикали. Каждая единичная схема VSR сканирования по вертикали может быть расположена в области между элементом 202 фотоэлектрического преобразования пикселя, принадлежащего заданному столбцу (причем самому левому столбцу, который является первым столбцом, на Фиг. 2) и элементом 202 фотоэлектрического преобразования пикселя, принадлежащего столбцу, смежному с заданным столбцом (причем второму столбцу слева, который является вторым столбцом, на Фиг. 2). Когда импульс переносится через регистр сдвига по вертикали, каждая единичная схема VSR сканирования по вертикали возбуждает сигнал VST выбора строки для активации уровня такого, что пиксели 201 выбираются на строке, которой они принадлежат. Световой сигнал и шум от пикселя 201 на выбранной строке выводятся на сигнальные линии 208a и 208b столбца соответственно. Ссылаясь на Фиг. 2, сигнальные линии 208a и 208b столбца указанны посредством отдельной линии. Импульсные сигналы (стартовые импульсы) PULSE1 и PULSE2 доставляются на входные терминалы (не показаны) схемы 204 сканирования по вертикали и схемы 205 сканирования по горизонтали соответственно.

Схема 205 сканирования по горизонтали может быть сформирована посредством горизонтального образования массива множества единичных схем HSR сканирования по горизонтали, каждая включает в себя один регистр, который составляет регистр сдвига по горизонтали. Каждая единичная схема HSR сканирования по горизонтали располагается в области между двумя элементами 202 фотоэлектрического преобразования в каждой паре двух смежных пикселей (пара пикселей на первом и втором столбцах, пара пикселей на третьем и четвертом столбцах, , на Фиг. 2), принадлежащих одной строке (причем четвертой строке сверху, которая является четвертой строкой, на Фиг. 2). Однако не каждая единичная схема HSR сканирования по горизонтали располагается в области между двумя элементами 202 фотоэлектрического преобразования в двух смежных пикселях, выровненных в направлении столбца. Это размещение является преимущественным для уменьшения зазора между элементами 202 фотоэлектрического преобразования в направлении столбца. Когда импульс переносится через регистр сдвига по горизонтали, каждая единичная схема HSR сканирования по горизонтали управляет переключателем 207 так, что выбирается столбец, которому он принадлежит, то есть сигнальные линии 208a и 208b столбца на этом столбце соединяются с горизонтальными сигнальными линиями 209a и 209b соответственно. То есть световой сигнал и шум от пикселя 201 на выбранной строке выводятся на сигнальные линии 208a и 208b столбца соответственно, и сигналы от выбранного столбца (то есть выбранных сигнальных линий 208a и 208b столбца) выводятся на горизонтальные сигнальные линии 209a и 209b. Это реализует X-Y адресацию. Горизонтальные сигнальные линии 209a и 209b соединяются с входами выходных усилителей 210a и 210b соответственно, и сигналы, выведенные на горизонтальные сигнальные линии 209a и 209b, усиливаются посредством выходных усилителей 210a и 210b соответственно и выводятся через контактные площадки 211a и 211b соответственно.

Пиксельный массив GA может быть рассмотрен как полученный посредством образования массива множества единичных ячеек 200, каждая включает в себя пиксель 201, чтобы формировать множества строк и столбцов. Единичные ячейки 200 могут включать в себя несколько типов. Определенная единичная ячейка 200 включает в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы VSR сканирования по вертикали. Несмотря на то, что набор двух единичных ячеек 200 включает в себя только одну единичную схему VSR сканирования по вертикали, в примере, показанном на Фиг. 2, одна единичная ячейка 200 может включать в себя одну единичную схему VSR сканирования по вертикали, или набор из трех или более единичных ячеек 200 может включать в себя одну единичную схему VSR сканирования по вертикали. Другая единичная ячейка 200 включает в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы HSR сканирования по горизонтали. Несмотря на то, что одна единичная ячейка 200 включает в себя одну единичную схему HSR сканирования по горизонтали, в примере, показанном на Фиг. 2, набор из множества единичных ячеек 200 может включать в себя одну единичную схему VSR сканирования по вертикали. Еще одна единичная ячейка 200 включает в себя обе, по меньшей мере, часть единичной схемы VSR сканирования по вертикали и, по меньшей мере, часть единичной схемы HSR сканирования по горизонтали. Еще одна единичная ячейка 200 включает в себя, например, единичную ячейку, включающую в себя, по меньшей мере, часть выходного усилителя 210a, и единичную ячейку, включающую в себя, по меньшей мере, часть выходного усилителя 210b, и единичную ячейку, включающую в себя переключатель 207.

Пример размещения каждого пикселя 201 будет описан со ссылкой на Фиг. 3. Пиксель 201 включает в себя элемент 202 фотоэлектрического преобразования и внутрипиксельную схему 203 считывания, как было описано ранее. Элемент 202 фотоэлектрического преобразования типично может являться фотодиодом. Внутрипиксельная схема 203 считывания может включать в себя, например, схему 310 первого усилителя, схему 320 фиксации, схему 340 выборки и хранения светового сигнала, и схему 360 выборки и хранения шума, и NMOS транзисторы 343 и 363, а также переключатели 344 и 364 выбора строки в схеме второго усилителя.

Элемент 202 фотоэлектрического преобразования включает в себя блок накопления заряда, который соединяется с затвором PMOS транзистора 303 схемы 310 первого усилителя. Исток PMOS транзистора 303 соединяется с текущим истоком 305 через PMOS транзистор 304. Первая схема истокового повторителя формируется, используя PMOS транзистор 303 и текущий исток 305. Формирование схемы истокового повторителя, используя PMOS транзистор 303, является эффективным в уменьшении 1/f шума. PMOS транзистор 304 выступает в качестве разрешающего переключателя, который разрешает схеме первого истокового повторителя быть включенной, когда разрешающий сигнал EN подается на ее затвор, изменяющийся на активный уровень. Схема 310 первого усилителя выводит сигнал, соответствующий потенциалу блока CVC преобразования заряда/напряжения на промежуточный узел n1.

На примере, показанном на Фиг. 3, блок накопления заряда элемента 202 фотоэлектрического преобразования и затвор PMOS транзистора 303 формируют общий узел, который функционирует в качестве блока CVC преобразования заряда/напряжения, который меняет заряд, накопленный в блоке накопления заряда на напряжение. То есть блок CVC преобразования заряда/напряжения имеет напряжение V (=Q/C), определяемое зарядом Q, накопленным в блоке накопления заряда и емкостным значением C блока CVC преобразования заряда/напряжения. Блок CVC преобразования заряда/напряжения соединяется с потенциалом V_res сброса через PMOS транзистор 302, выступающий в качестве переключателя сброса. Когда сигнал PRES сброса изменяется на активный уровень, включается PMOS транзистор 302, и потенциал блока CVC преобразования заряда/напряжения сбрасывается на потенциал V_res сброса.

Схема 320 фиксации использует емкость 321 фиксации для фиксации шума, выведенного на промежуточный узел n1 схемой 310 первого усилителя, в соответствии с потенциалом сброса блока CVC преобразования заряда/напряжения. Другими словами, схема 320 фиксации является схемой для отмены того шума из сигнала, выведенного из схемы первого истокового повторителя на промежуточный узел n1, в соответствии с зарядом, сгенерированным посредством элемента 202 фотоэлектрического преобразования. Шум, выводящийся на промежуточный узел n1, содержит kTC шум, образующийся при сбросе. Фиксация делается посредством изменения сигнала PCL фиксации на активный уровень для включения PMOS транзистора 323, и затем изменения сигнала PCL фиксации на неактивный уровень для выключения PMOS транзистора 323. Терминал вывода емкости 321 фиксации соединяется с затвором PMOS транзистора 322. Исток PMOS транзистора 322 соединяется с текущим истоком 325 через PMOS транзистор 324. Схема второго истокового повторителя формируется, используя PMOS транзистор 322 и текущий исток 325. Упомянутый PMOS транзистор 324 выступает в качестве разрешающего переключателя, который разрешает схеме второго истокового повторителя быть включенной, когда разрешающий сигнал EN0 подается на ее затвор, изменяющийся на активный уровень.

Сигнал, выводящийся из схемы второго истокового повторителя, в соответствии с зарядом, сгенерированным посредством фотоэлектрического преобразования, элементом 202 фотоэлектрического преобразования записывается в емкость 342 в качестве светового сигнала через переключатель 341, когда сигнал TS дискретизации светового сигнала изменяется на активный уровень. Сигнал, выведенный из схемы второго истокового повторителя при включении PMOS транзистора 323 сразу же после сброса потенциала блока CVC преобразования заряда/напряжения, является шумом. Этот шум записывается в емкость 362 через переключатель 361, когда сигнал TN дискретизации шума изменяется на активный уровень. Этот шум содержит компонент смещения схемы второго истокового повторителя.

Когда единичная схема VSR сканирования по вертикали схемы 204 сканирования по вертикали возбуждает сигнал VST выбора строки на активный уровень, сигнал (световой сигнал), сохраненный в емкости 342, выводится на сигнальную линию 208a столбца через NMOS транзистор 343 и переключатель 344 выбора строки в схеме второго усилителя. В то же время сигнал (шум), сохраненный в емкости 362, выводится на сигнальную линию 208b столбца через NMOS транзистор 363 и переключатель 364 выбора строки в схеме второго усилителя. NMOS транзистор 343 в схеме второго усилителя и источнике постоянного тока (не показан) предоставлен на сигнальной линии 208a столбца, формирующей схему истокового повторителя. Аналогичным образом, NMOS транзистор 363 в схеме второго усилителя и источнике постоянного тока (не показан) предоставлен на сигнальной линии 208b столбца, формирующей схему истокового повторителя.

Пиксель 201 может включать в себя добавляющий переключатель 346, который добавляет световые сигналы от множества смежных пикселей 201. В режиме добавления сигнал ADD режима добавления изменяется на активный уровень, поэтому включается переключатель 346 добавления. Таким образом, переключатель 346 добавления соединяет емкости 342 смежных пикселей 201 друг с другом, тем самым усредняя световые сигналы. Аналогичным образом, пиксель 201 может включать в себя переключатель 366 добавления, который добавляет шумовые сигналы от множества смежных пикселей 201. При включенном переключателе 366 добавления переключатель 366 добавления соединяет емкости 362 смежных пикселей 201 друг с другом, тем самым усредняя шумовые сигналы.

Пиксель 201 может иметь функцию для изменения чувствительности. Пиксель 201 может включать в себя, например, первый переключатель 380 изменения чувствительности, второй переключатель 382 изменения чувствительности и схемный элемент, ассоциированный с ними. Когда первый сигнал WIDE1 изменения изменяется на активный уровень, включается первый переключатель 380 изменения чувствительности, поэтому емкостное значение первой дополнительной емкости 381 добавляется к этому блоку CVC преобразования заряда/напряжения. Это снижает чувствительность пикселя 201. Когда второй сигнал WIDE2 изменения изменяется на активный уровень, включается второй переключатель 382 изменения чувствительности, поэтому емкостное значение второй дополнительной емкости 383 добавляется к тому блоку CVC преобразования заряда/напряжения. Это дополнительно снижает чувствительность пикселя 201.

Таким образом, добавление функции снижения чувствительности пикселя 201 делает возможным прием большего количества света, соответственно расширяя динамический диапазон. Когда первый сигнал WIDE1 изменения изменяется на активный уровень, сигнал EN_w разрешения может быть изменен на активный уровень для разрешения PMOS транзистору 385 выполнить операцию истокового повторителя, в дополнение к разрешению для PMOS транзистора 303 выполнить операцию истокового повторителя.

Несмотря на то, что схема 204 сканирования по вертикали может иметь различные размещения, она может иметь размещение, показанное, например, на Фиг. 4A. В схеме 204 сканирования по вертикали, показанной на Фиг. 4A, каждая единичная схема VSR сканирования по вертикали включает в себя один D-триггер 401, и первый тактирующий сигнал CLK1 подается на тактовый вход D-триггера 401. Первый импульсный сигнал PULSE1 подается на D вход D-триггера 401 единичной схемы VSR сканирования по вертикали на первом этапе, и принимается в ответ на первый тактирующий сигнал CLK1. D-триггер 401 на первом этапе выводит импульсный сигнал, имеющий длительность, соответствующую одному циклу первого тактирующего сигнала CLK1 c его Q выхода. Q выход D-триггера 401 каждой единичной схемы VSR сканирования по вертикали используется для выбора строки, к которой принадлежит единичная схема VSR сканирования по вертикали, и выводит в качестве сигнала VST выбора строки через, например, буфер 402. Q выход D-триггера 401 каждой единичной схемы VSR сканирования по вертикали соединяется с D входом D-триггера 401 единичной схемы VSR сканирования по вертикали на следующем этапе.

Несмотря на то, что схема 205 сканирования по горизонтали может иметь различные размещения, она может иметь размещение, показанное, например, на Фиг. 4B. В схеме 205 сканирования по горизонтали, показанной на Фиг. 4B, каждая единичная схема HSR сканирования по горизонтали включает в себя один D-триггер 411, и второй тактирующий сигнал CLK2 подается на тактовый вход D-триггера 411. Второй импульсный сигнал PULSE2 подается на D вход D-триггера 411 единичной схемы HSR сканирования по горизонтали на первом этапе, и принимается в ответ на второй тактирующий сигнал CLK2. Единичная схема HSR сканирования по горизонтали на первом этапе выводит импульсный сигнал, имеющий длительность, соответствующую одному циклу второго тактирующего сигнала CLK2 c его Q выхода. Q выход каждой единичной схемы HSR сканирования по горизонтали используется для выбора столбца, к которому принадлежит единичная схема HSR сканирования по горизонтали, и выводится в качестве сигнала HST выбора столбца через, например, буфер 412. Q выход каждой единичной схемы HSR сканирования по горизонтали соединяется с D входом D-триггера 411 единичной схемы HSR сканирования по горизонтали на следующем этапе. Заметим, что период сканирования по вертикали, который является периодом сканирования схемы 204 сканирования по вертикали, приобретается посредством умножения периода сканирования по горизонтали схемы 205 сканирования по горизонтали, на количество строк в пиксельном массиве GA. Период сканирования по горизонтали является периодом времени, требующимся для сканирования всех столбцов в пиксельном массиве GA. Поэтому частота второго тактирующего сигнала CLK2 подается на схему 205 сканирования по горизонтали, которая генерирует сигнал HST выбора столбца, использующийся для выбора столбца значительно большего, чем тот, что у первого тактирующего сигнала CLK1, подающегося на схему 204 сканирования по вертикали, которая генерирует сигнал VST выбора строки, использующийся для выбора строки.

Основные сигналы, подающиеся на каждый пиксель 201, будут описаны со ссылкой на Фиг. 5. Сигнал PRES сброса, разрешающий сигнал EN, сигнала PCL фиксации, сигнал TS дискретизации светового сигнала, сигнал TN дискретизации шума, являются сигналами с активным низким уровнем. Несмотря на то, что показано на Фиг. 5, разрешающий сигнал EN0 может быть сигналом, схожим с разрешающим сигналом EN. Также, несмотря на то, что не показано на Фиг. 5, разрешающий сигнал EN_w может сделать переход таким же образом, как в разрешающем сигнале EN, когда первый сигнал WIDE1 изменения становится активным.

Сначала разрешающий сигнал EN становится активным на всех строках в пиксельном массиве GA, и сигнал TS дискретизации светового сигнала изменяется на активный уровень в импульсной последовательности, затем световой сигнал записывается в емкость 342. Далее, сигнал PRES сброса изменяется на активный уровень в импульсной последовательности, затем сбрасывается потенциал блока CVC преобразования заряда/напряжения. Сигнал PCL фиксации изменяется на активный уровень в импульсной последовательности. Когда сигнал PCL фиксации находится на активном уровне, сигнал TN дискретизации шума изменяется на активный уровень в импульсной последовательности, затем шум записывается в емкость 362.

Единичная схема VSR сканирования по вертикали, соответствующая первой строке схемы 204 сканирования по вертикали, изменяет ее сигнал VST (VST0) выбора строки на активный уровень. Это означает, что схема 204 сканирования по вертикали выбирает первую строку пиксельного массива GA. В этом состоянии единичные схемы HSR сканирования по горизонтали, соответствующие с первого до последнего столбцам схемы 205 сканирования по горизонтали, изменяют их сигналы HST (HST0 - HSTn) выбора столбца на активный уровень. Это означает, что схема 205 сканирования по горизонтали последовательно выбирает с первого до последнего столбцы пиксельного массива GA. Таким образом, световые сигналы и шумовые сигналы пикселей от первого до последнего столбца на первой строке пиксельного массива GA выводятся с выходных усилителей 210a и 210b соответственно. После этого единичная схема VSR сканирования по вертикали, соответствующая второй строке схемы 204 сканирования по вертикали, изменяет ее сигнал VST (VST1) выбора строки на активный уровень. Единичные схемы HSR сканирования по горизонтали, соответствующие с первого до последнего столбцам схемы 205 сканирования по горизонтали, изменяют их сигналы HST (HST0-HSTn) выбора столбца на активный уровень. Посредством выполнения такой операции с первой до последней строк одно изображение выводится на пиксельный массив GA.

Когда единичная ячейка 200, на которую подается питание через линию источника питания и линию земли, включает в себя схему, отличную от пикселя 201, причем операция схемы может вызвать изменения в потенциале источника питания и потенциале земли. Затем шум может быть сгенерирован в сигналах, выводящихся с единичной ячейки 200, на которую подается питание через линию источника питания и линию земли, и других единичных ячеек 200 (особенно соседствующих единичных ячеек 200), которые совместно используют линию источника питания и линию земли с единичной ячейкой 200, представляющей интерес. В дополнение, внутрипиксельная схема 203 считывания, которая включена в пиксель 201 с большим количеством падающего света, может значительно изменять потенциал сигнальной линии 208 столбца, или потенциалы сигнальных линий во внутрипиксельной схеме 203 считывания. Это может вызывать изменения в потенциале источника питания и потенциале земли. В этом случае также шум может быть сгенерирован в сигналах, выводящихся с пикселя 201, который вызывает изменения в потенциале источника питания и потенциале земли и других пикселях 201 (особенно соседствующих пикселях 201), которые совместно используют линию источника питания и линию земли с пикселем 201, представляющим интерес. В этом варианте осуществления пиксельный массив GA и, в частности, все или некоторые из множества единичные ячейки 200, включенные в пиксельный массив GA, включают в себя, по меньшей мере, часть емкостного элемента между линией VDD источника питания и линией GND земли. Единичная ячейка 200 может включать в себя емкостной элемент полностью или частично. В последнем случае набор из множества единичных ячеек 200 может, как правило, включать в себя один емкостной элемент. Емкостной элемент имеет первый электрод и второй электрод. Первый электрод соединяется с линией VDD источника питания, и второй электрод соединяется с линией GND земли. Это позволяет подавлять ухудшение в качестве изображения, вызванное изменениями в потенциале источника питания и потенциале земли.

Как описано выше, множество единичных ячеек 200, включенных в пиксельный массив GA, могут включать в себя несколько типов с пикселями 201 в различных структурах. Как проиллюстрировано на Фиг. 6, множество из единичных ячеек 200, включенных в пиксельный массив GA, может включать в себя единичную ячейку 200a первого типа, единичную ячейку 200b второго типа, единичную ячейку 200c третьего типа, единичную ячейку 200d четвертого типа и единичную ячейку 200e пятого типа.

В примере, показанном на Фиг. 6, единичная ячейка 200a первого типа не включает в себя схемный элемент, отличный от пикселя 201, и, в частности, ни активный элемент, такой как MOS транзистор, ни емкостной элемент CAP. Единичная ячейка 200b второго типа включает в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы VSR сканирования по вертикали и, по меньшей мере, часть емкостного элемента CAP в дополнение к пикселю 201. Единичная ячейка 200с третьего типа включает в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы HSR сканирования по горизонтали и, по меньшей мере, часть емкостного элемента CAP в дополнение к пикселю 201. Единичная ячейка 200d четвертого типа включает в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы VSR сканирования по вертикали, по меньшей мере, часть единичной схемы HSR сканирования по горизонтали и, по меньшей мере, часть емкостного элемента CAP в дополнение к пикселю 201. Единичная ячейка 200e пятого типа включает в себя, по меньшей мере, часть выходного усилителя 210 и, по меньшей мере, часть емкостного элемента CAP в дополнение к пикселю 201. В примере, показанном на Фиг. 3, схема 205 сканирования по горизонтали сканирует множество сигнальных линий столбца (пару сигнальных линий столбца) 208a и 208b, так чтобы последовательно соединить их c горизонтальными сигнальными линиями 209a и 209b.

На примере, показанном на Фиг. 6, емкостный элемент CAP размещается в каждой из единичных ячеек с 200b до 200e, включающих в себя активные элементы, которые легко вызывают изменения в потенциалах линии VDD источника питания и линии GND земли. В примере, показанном на Фиг. 6, емкостный элемент CAP не размещается в единичной ячейке 200a, не имеющей активный элемент, такой как MOS транзистор. Однако емкостной элемент CAP также может быть размещен в единичной ячейке 200a.

Другой пример правила размещения емкостного элемента будет описан со ссылкой на Фиг. 7. В примере, показанном на Фиг. 7, единичная ячейка 200a первого типа не включает в себя схемный элемент, отличный от пикселя 201 и, в частности, никакой активный элемент, такой как MOS транзистор, но включает в себя, по меньшей мере, часть емкостного элемента CAP. Единичная ячейка 200b второго типа включает в себя, по меньшей мере, часть схемы VSR сканирования по вертикали в дополнение к пикселю 201, но никакого емкостного элемента CAP. Единичная ячейка 200c третьего типа включает в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы HSR сканирования по горизонтали в дополнение к пикселю 201, но никакого емкостного элемента CAP. Единичная ячейка 200d четвертого типа включает в себя, по меньшей мере, часть единичной схемы VSR сканирования по вертикали и, по меньшей мере, часть единичной схемы HSR сканирования по горизонтали в дополнение к пикселю 201, но никакого емкостного элемента CAP. Единичная ячейка 200e пятого типа, включает в себя, по меньшей мере, часть выходного усилителя 210 в дополнение к пикселю 201, но никакого емкостного элемента CAP. В примере, показанном на Фиг. 7, емкостной элемент CAP не размещается в каждой из ячеек с 200b до 200e, каждая включает в себя, по меньшей мере, одну единичную схему VSR сканирования по вертикали, единичную схему HSR сканирования по горизонтали и выходной усилитель 210. По меньшей мере, часть емкостного элемента CAP размещается в единичной ячейке 200a, не имеющей единичной схемы VSR сканирования по вертикали, единичной схемы HSR сканирования по горизонтали и выходного усилителя 210. Это правило размещения емкостного элемента является эффективным, когда нет достаточного пространства для размещения емкостного элемента. Заметим, что Фиг. 7 не иллюстрирует единичную ячейку, включающую в себя, по меньшей мере, часть, по меньшей мере, одной из единичной схемы VSR сканирования по вертикали и единичной схемы HSR сканирования по горизонтали в дополнение к выходному усилителю 210. Однако предоставление таких единичных ячеек также возможно. В соответствии с примером, показанным на Фиг. 7, емкостной элемент CAP не размещается в такой единичной ячейке.

Примеры размещений элемента 202 фотоэлектрического преобразования и емкостного элемента CAP будут описаны со ссылкой на Фиг. 8. Сначала будет описан пример размещения элемента 202 фотоэлектрического преобразования. Блок 101 формирования изображений может быть сформирован на подложке, выполненной, например, посредством эпитаксиально наращенного полупроводникового слоя 820 первого типа проводимости (например, типа n) на полупроводниковом элементе (не показан) первого типа проводимости. Элементы изолируются друг от друга посредством части 830 изоляции элемента. Элемент 202 фотоэлектрического преобразования каждого пикселя 201 включает в себя примесную область (карман) 801 второго типа проводимости (например, типа p), сформированную в полупроводниковом слое 820, и примесные области 802 и 816 первого типа проводимости, размещенные в примесной области 801. Концентрация примесей для формирования первого типа удельной электропроводности выше в примесной области 802, чем в примесной области 816. Примесная область 802 окружается примесной областью 816. Примесная область 803 первого типа проводимости размещается в примесной области 802. Концентрация примесей для формирования первого типа удельной проводимости выше в примесной области 803, чем в примесной области 802. Примесная область 804 второго типа проводимости размещается в примесных областях 802 и 816. Примесные области 802, 816 и 803 первого типа проводимости и примесные области 801 и 804 второго типа проводимости формируют утопленный фотодиод. Верхняя периферийная часть примесной области 801 второго типа проводимости окружается примесной областью 806 второго типа проводимости. Примесная область 806 включает в себя область 809 контакта второго типа проводимости. Примесная область (карман) 811 первого типа удельной проводимости размещается вокруг примесной области 806. Предопределенный потенциал применяется к примесной области 801, выполненной в качестве одного электрода элемента 202 фотоэлектрического преобразования через примесную область 806. Заряды, сгенерированные посредством фотоэлектрического преобразования света, падающего на элемент 202 фотоэлектрического преобразования, собираются примесной областью 802 и дополнительно собираются примесной областью 803. Примесная область 803, выполненная в качестве другого электрода элемента 202 фотоэлектрического преобразования, соединяется с внутрипиксельной схемой 203 считывания.

Далее, будет описан емкостной элемент CAP. Это описание будет сделано, предполагая, что первый тип проводимости это тип n, и второй тип проводимости это тип p. Однако первый тип проводимости может быть типа p, и второй тип проводимости может быть типа n. Емкостной элемент CAP может быть сформирован, используя в качестве диэлектрика оксидную пленку, сформированную в процессе формирования оксидной пленки затвора. Более конкретно, емкостной элемент CAP может быть сформирован посредством, например, примесной области 816, выполненной в качестве первого электрода, соединенного с линией VDD источника питания, поликремниевого электрода 815, выполненного в качестве второго электрода, соединенного с линией GND земли, и оксидной пленки 814, размещенной между ними. Оксидная пленка 814 может быть сформирована в, например, процессе формирования оксидной пленки затвора. Поликремниевый электрод 815 может быть сформирован в, например, процессе формирования электродного затвора. Примесная область 816 первого типа проводимости может быть сформирована в примесной области (кармане) 812 второго типа проводимости, сформированной на полупроводниковом слое 820 первого типа проводимости. Линия GND земли может быть соединена с примесной областью 812 через область 813 контакта.

Другой пример размещения емкостного элемента CAP будет описан далее со ссылкой на Фиг. 9. Это описание будет сделано, предполагая, что первый тип проводимости это тип n, и второй тип проводимости это тип p. Однако первый тип удельной проводимости может быть типа p, и второй тип проводимости может быть типа n. Емкостной элемент CAP может быть сформирован посредством p-n перехода полупроводникового слоя (кармана) 820 первого типа проводимости и примесной области 850 второго типа проводимости. Полупроводниковый слой (карман) 820 первого типа проводимости соединяется с линией VDD источника питания через область 852 контакта первого типа проводимости. Примесная область 850 второго типа проводимости соединяется с линией GND земли через область 851 контакта второго типа проводимости. Обратное смещение применяется к p-n переходу так, что он функционирует в качестве емкостного элемента CAP.

Фиг. 10 иллюстрирует пример, в котором твердотельное устройство формирования изображений в соответствии с настоящим изобретением применяется к системе рентгеновской диагностики (системе формирования изображений с помощью излучения). Система формирования изображений с помощью излучения включает в себя устройство 6040 формирования изображений с помощью излучения и процессор 6070 обработки изображений, который обрабатывает сигнал, выводящийся с устройства 6040 формирования изображений с помощью излучения. Устройство 6040 формирования изображений с помощью излучения выполнено в качестве устройства, к которому твердотельное устройство 100 формирования изображений, упомянутое выше, применяется таким образом, чтобы захватить излучение, как проиллюстрировано на Фиг. 1B. Рентгеновские лучи 6060, излученные посредством рентгеновской трубки (источника излучения) 6050, передаются через грудную клетку 6062 пациента или субъекта 6061, и входят в устройство 6040 формирования изображений с помощью излучения. Падающие рентгеновские лучи переносят информацию о внутренней части тела субъекта 6061. Процессор (процессор) формирования изображений 6070 обрабатывает сигнал (изображение), выводящийся с устройства 6040 формирования изображений с помощью излучения, и может показывать изображение на, например, дисплее 6080 в комнате управления, на основе сигнала, полученного посредством обработки.

Также процессор 6070 формирования изображений может переносить сигнал, полученный посредством обработки на удаленный сайт, через канал 6090 передачи. Это позволяет показывать изображение на дисплее 6081, расположенном в, например, кабинете доктора на другом сайте, или записывать изображение на носитель информации, такой как оптический диск. Носитель информации может быть пленкой 6110, и в этом случае процессор 6100 формирования пленки записывает изображение на пленку 6110.

Твердотельное устройство формирования изображений в соответствии с настоящим изобретением также применимо к системе формирования изображений, которая захватывает изображение видимого света. Такая система формирования изображений может включать в себя, например, твердотельное устройство 100 и процессор, который обрабатывает сигнал, выводящийся с твердотельного устройства 100 формирования изображений. Обработка процессором может включать в себя, по меньшей мере, одно из, например, обработку для преобразования формата изображения, обработку для сжатия изображения, обработку для изменения размера изображения и обработку для изменения контраста изображения.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается этими раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем следующих пунктов формулы изобретения должен предоставлять самую широкую интерпретацию, для того чтобы охватить все возможные модификации и эквивалентные структуры и функции.