專利名稱：固態(tài)成像裝置和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置以及固態(tài)成像裝置的控制方法，其中使用了互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。
背景技術(shù)：
使用主動(dòng)像素傳感器(APS)型CMOS圖像傳感器的固態(tài)成像裝置是公知的(見日本專利申請(qǐng)公開No.2003-169256)。圖1是傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器中的像素以及它們的外圍部分的框圖。多個(gè)像素P11到Pmn被排列成m行n列的矩陣。全部像素P11到Pmn的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是等同的。連接有驅(qū)動(dòng)器D1到D2，每行連接一個(gè)。連接有相關(guān)雙采樣(CDS)電路C1到Cn，每列連接一個(gè)。
圖2是示出了圖1中所示的一行(第j行)的放大視圖的等效電路圖。像素Pj1和Pjn的每個(gè)包括光電二極管1、傳送晶體管2、放大晶體管3、選擇晶體管4和復(fù)位晶體管5。在下面的說明中，假定發(fā)射晶體管2、放大晶體管3和選擇晶體管4和復(fù)位晶體管5是n溝道MOS晶體管。
在屬于單個(gè)行的像素Pj1和Pjn每個(gè)中的發(fā)射晶體管2、選擇晶體管4和復(fù)位晶體管5分別被連接到公共發(fā)射控制信號(hào)線(下文中稱為“TG信號(hào)線”)6、選擇控制信號(hào)線(下文中稱為“SEL信號(hào)線”)7和復(fù)位控制信號(hào)線(下文中稱為“RST信號(hào)線”)8。為第j行提供的驅(qū)動(dòng)器Dj驅(qū)動(dòng)TG信號(hào)線6、SEL信號(hào)線7和RST信號(hào)線8。其他行具有相同的結(jié)構(gòu)。
圖3是一個(gè)時(shí)序圖，示出了在像素信號(hào)讀取期間，圖2所示的電路結(jié)構(gòu)的TG信號(hào)線6、SEL信號(hào)線7和RST信號(hào)線8中的電的變化。SEL信號(hào)線7、RST信號(hào)線8和TG信號(hào)線6的電位在時(shí)刻t1之前是低(Off)。在時(shí)刻t1，只有RST信號(hào)線8的電位變?yōu)楦?On)。在時(shí)刻t2，RST信號(hào)線8的電位變?yōu)榈?Off)，SEL信號(hào)線7的電位變?yōu)楦?On)。接著，在時(shí)刻t3，TG信號(hào)線變?yōu)楦?發(fā)射)。在時(shí)刻t4，TG信號(hào)線6變?yōu)榈?Off)。在時(shí)刻t5，SEL信號(hào)線7變?yōu)榈?Off)，電路返回與時(shí)刻t1之前相同的狀態(tài)。
從t1到t3的持續(xù)時(shí)間是用于噪聲讀取的階段(噪聲讀取階段)。在噪聲讀取階段中，電壓經(jīng)由復(fù)位晶體管5、放大晶體管3和選擇晶體管4被施加在CDS電路C1到Cn上。當(dāng)被施加電壓時(shí)，CDS電路C1到Cn被復(fù)位。從t3到t5的持續(xù)時(shí)間是用于信號(hào)讀取的階段(信號(hào)讀取階段)。在信號(hào)讀取階段中，通過光電二極管1的光電轉(zhuǎn)換而蓄積的電荷通過發(fā)射晶體管2、放大晶體管3和選擇晶體管4被發(fā)射到CDS電路C1到Cn。t5之后的階段是模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的階段(模/數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)階段)。
但是，在傳統(tǒng)的固態(tài)成像裝置中，RST信號(hào)線8、SEL信號(hào)線7和TG信號(hào)線6平行延伸，并互相接近。因而，如圖2所示，由于TG信號(hào)線6與RST信號(hào)線8之間的寄生電容9，TG信號(hào)線6變到與RST信號(hào)線8相電容耦合的狀態(tài)。類似地，由于SEL信號(hào)線7與TG信號(hào)線6之間的寄生電容10，SEL信號(hào)線7也變到與TG信號(hào)線6相電容耦合的狀態(tài)。因而，當(dāng)RST信號(hào)線8和SEL信號(hào)線7中的電位在噪聲讀取階段中從低變到高時(shí)，TG信號(hào)線6的電位有些增加，導(dǎo)致光電二極管1中蓄積的電荷或多或少地泄漏到發(fā)射晶體管2的輸出端。
圖4是由于電容耦合造成的TG信號(hào)線6中的電的變化的示意圖。TG信號(hào)線6的阻抗隨著像素離驅(qū)動(dòng)器Dj的距離而增加。如參考標(biāo)號(hào)11所表示的，TG信號(hào)線6的電位增加，從而增加了電荷泄漏。因而，在通過成像產(chǎn)生的圖像中，與離驅(qū)動(dòng)器Dj較遠(yuǎn)的像素相對(duì)應(yīng)的部分趨向于顯現(xiàn)得比與離驅(qū)動(dòng)器Dj較近的像素相對(duì)應(yīng)的部分更暗。
傳統(tǒng)上，當(dāng)像素?cái)?shù)量在300,000附近時(shí)，在離驅(qū)動(dòng)器Dj較遠(yuǎn)的像素中，TG信號(hào)線6中的阻抗并不相當(dāng)可觀地增加。因而，TG信號(hào)線6中的電荷變化量也很小，因此，沒有造成問題。但是，近年來(lái)，像素?cái)?shù)量已經(jīng)超過1,000,000，所以需要長(zhǎng)的TG信號(hào)線6。因而，在離驅(qū)動(dòng)器Dj較遠(yuǎn)的像素中，TG信號(hào)線6的阻抗相當(dāng)可觀地增加，從而增大了TG信號(hào)線6中的電位。所以，在離驅(qū)動(dòng)器Dj較遠(yuǎn)的像素中，從光電二極管1的電荷泄漏相當(dāng)可觀地增加。于是，在離驅(qū)動(dòng)器Dj較近的像素中和離驅(qū)動(dòng)器Dj較遠(yuǎn)的像素中的電荷泄漏量存在大的差異，導(dǎo)致得到的圖像的顯著的差異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是至少解決傳統(tǒng)技術(shù)中的上述問題。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的固態(tài)成像裝置包括多個(gè)像素，每個(gè)像素包含光電轉(zhuǎn)換元件、被連接到公共發(fā)射控制信號(hào)線上的發(fā)射元件、被連接到公共選擇控制信號(hào)線上的選擇元件和被連接到公共復(fù)位控制信號(hào)線上的復(fù)位元件。在由所述選擇元件選擇的像素的復(fù)位元件復(fù)位被連接到所述像素上的檢測(cè)單元之后，所述像素的所述發(fā)射元件向所述檢測(cè)單元發(fā)射在由所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換之后所蓄積的電荷。所述發(fā)射控制信號(hào)線的第一端被連接到驅(qū)動(dòng)單元，第二端被連接到保持電路，其中，在下述時(shí)刻的至少一個(gè)之中的時(shí)刻所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端被設(shè)置為地電位和負(fù)電位中的任何一個(gè)當(dāng)所述選擇控制信號(hào)線的電位從所述像素沒有被選擇時(shí)的電位改變到所述像素被選擇時(shí)的電位的時(shí)刻，以及當(dāng)所述復(fù)位控制信號(hào)線的電位從所述檢測(cè)單元沒有被復(fù)位時(shí)的電位改變到所述檢測(cè)單元被復(fù)位時(shí)的電位的時(shí)刻。在所述驅(qū)動(dòng)單元將所述發(fā)射控制信號(hào)線的電位設(shè)置為電荷發(fā)射電位時(shí)的時(shí)刻，所述保持電路提供控制以將所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端設(shè)置為打開狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的固態(tài)成像裝置包括多個(gè)像素，每個(gè)像素包含光電轉(zhuǎn)換元件、被連接到公共發(fā)射控制信號(hào)線上的發(fā)射元件、被連接到公共選擇控制信號(hào)線上的選擇元件和被連接到公共復(fù)位控制信號(hào)線上的復(fù)位元件。在由所述選擇元件選擇的所述像素的所述復(fù)位元件復(fù)位被連接到所述像素上的檢測(cè)單元之后，所述像素的所述發(fā)射元件向所述檢測(cè)單元發(fā)射在由所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換之后所蓄積的電荷。所述發(fā)射控制信號(hào)線的第一端被連接到驅(qū)動(dòng)單元，第二端被連接到保持電路，其中，在下述時(shí)刻的至少一個(gè)之中的時(shí)刻所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端被設(shè)置為電源電位當(dāng)所述選擇控制信號(hào)線的電位從所述像素沒有被選擇時(shí)的電位改變到所述像素被選擇時(shí)的電位的時(shí)刻，以及當(dāng)所述復(fù)位控制信號(hào)線的電位從所述檢測(cè)單元沒有被復(fù)位時(shí)的電位改變到所述檢測(cè)單元被復(fù)位時(shí)的電位的時(shí)刻。在所述驅(qū)動(dòng)單元將所述發(fā)射控制信號(hào)線的電位設(shè)置為電荷發(fā)射電位時(shí)的時(shí)刻，所述保持電路提供控制以將所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端設(shè)置為打開狀態(tài)。
一種用于控制固態(tài)成像裝置的方法，所述固態(tài)成像裝置包含多個(gè)像素，每個(gè)像素包含光電轉(zhuǎn)換元件、被連接到公共發(fā)射控制信號(hào)線上的發(fā)射元件、被連接到公共選擇控制信號(hào)線上的選擇元件和被連接到公共復(fù)位控制信號(hào)線上的復(fù)位元件，根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，包括選擇像素的復(fù)位元件；復(fù)位被連接到所述像素上的檢測(cè)單元，該步驟由被選擇的所述復(fù)位元件進(jìn)行；向所述檢測(cè)單元發(fā)射在由所述像素的光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換之后所蓄積的電荷；在下述時(shí)刻的至少一個(gè)之中的時(shí)刻將所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端設(shè)置為地電位和負(fù)電位中的任何一個(gè)當(dāng)所述選擇控制信號(hào)線的電位從所述像素沒有被選擇時(shí)的電位改變到所述像素被選擇時(shí)的電位的時(shí)刻，以及當(dāng)所述復(fù)位控制信號(hào)線的電位從所述檢測(cè)單元沒有被復(fù)位時(shí)的電位改變到所述檢測(cè)單元被復(fù)位時(shí)的電位的時(shí)刻。在所述驅(qū)動(dòng)單元將所述發(fā)射控制信號(hào)線的電位設(shè)置為電荷發(fā)射電位時(shí)的時(shí)刻，所述保持電路提供控制以將所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端設(shè)置為打開狀態(tài)。
一種用于控制固態(tài)成像裝置的方法，所述固態(tài)成像裝置包含多個(gè)像素，每個(gè)像素包含光電轉(zhuǎn)換元件、被連接到公共發(fā)射控制信號(hào)線上的發(fā)射元件、被連接到公共選擇控制信號(hào)線上的選擇元件和被連接到公共復(fù)位控制信號(hào)線上的復(fù)位元件，根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，包括選擇像素的復(fù)位元件；復(fù)位被連接到所述像素上的檢測(cè)單元，該步驟由被選擇的所述復(fù)位元件進(jìn)行；向所述檢測(cè)單元發(fā)射在由所述像素的光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換之后所蓄積的電荷；在下述時(shí)刻的至少一個(gè)之中的時(shí)刻所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端被設(shè)置為電源電位當(dāng)所述選擇控制信號(hào)線的電位從所述像素沒有被選擇時(shí)的電位改變到所述像素被選擇時(shí)的電位的時(shí)刻，以及當(dāng)所述復(fù)位控制信號(hào)線的電位從所述檢測(cè)單元沒有被復(fù)位時(shí)的電位改變到所述檢測(cè)單元被復(fù)位時(shí)的電位的時(shí)刻。在所述驅(qū)動(dòng)單元將所述發(fā)射控制信號(hào)線的電位設(shè)置為電荷發(fā)射電位時(shí)的時(shí)刻，所述保持電路提供控制以將所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端設(shè)置為打開狀態(tài)。
從下面的本發(fā)明的詳細(xì)說明，當(dāng)接合附圖閱讀時(shí)，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)被具體地提出，或者將變得清楚。


圖1是傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器中的像素以及它們的外圍部分的框圖；圖2是具有相關(guān)部分的放大視圖的等效電路圖；圖3是示出了在圖2所示的電路中，像素信號(hào)讀取期間的工作時(shí)序的時(shí)序圖；圖4是在圖2所示的電路中，由電容耦合所引起的TG信號(hào)線中的電的變化的示意圖；圖5是根據(jù)第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中的像素以及它們的外圍部分的框圖；圖6是具有相關(guān)部分的放大視圖的等效電路圖；圖7是示出了在圖6所示的電路中，像素信號(hào)讀取期間的工作時(shí)序的時(shí)序圖；圖8是在圖6所示的電路中，由電容耦合所引起的TG信號(hào)線中的電的變化的示意圖；圖9是示出了圖7中所示的工作時(shí)序的變化形式的時(shí)序圖；圖10是根據(jù)第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的像素以及它們的外圍部分的框圖；圖11是根據(jù)第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的像素以及它們的外圍部分的框圖；圖12是示出了根據(jù)第四實(shí)施例的工作時(shí)序的時(shí)序圖；圖13是示出了根據(jù)第五實(shí)施例的工作時(shí)序的時(shí)序圖；以及圖14是示出了根據(jù)第六實(shí)施例的工作時(shí)序的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考

根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置以及固態(tài)成像裝置的控制方法的示例性實(shí)施例。在下面的說明中，m是不小于1的整數(shù)，n是不小于2的整數(shù)，j是1或者不大于m的整數(shù)。
圖5是根據(jù)第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中的像素以及它們的外圍部分的框圖。CMOS圖像傳感器包括排列成m行和n列矩陣的多個(gè)像素P11到Pmn以及外圍電路。外圍電路包括數(shù)量為m的驅(qū)動(dòng)器D1到Dm、數(shù)量同樣為m的保持電路H1到Hm、驅(qū)動(dòng)保持電路H1到Hm的驅(qū)動(dòng)器21和22(下文中稱為“初級(jí)驅(qū)動(dòng)器”)、驅(qū)動(dòng)初級(jí)驅(qū)動(dòng)器21和22的驅(qū)動(dòng)器23(下文中稱為“次級(jí)驅(qū)動(dòng)器”)以及數(shù)量為n的CDS電路C1到Cn。驅(qū)動(dòng)器D1到Dm驅(qū)動(dòng)各個(gè)像素P11到Pmn。保持電路H1到Hm控制每行的TG信號(hào)線狀態(tài)?？刂铺幚碓诤竺嬖敿?xì)描述。CDS電路C1到Cn基于從像素P11到Pmn發(fā)射的電荷檢測(cè)希望的信號(hào)。
驅(qū)動(dòng)器D1、D2、Dm-1和Dm分別被提供給行(圖5中的水平方向)P11到P1n、P21到P2n、P(m-1)1到P(m-1)n和Pm1到Pmn，其中每行由n個(gè)像素形成，并且驅(qū)動(dòng)器D1、D2、Dm-1和Dm分別被連接到每行的第一個(gè)像素P11、P21、P(m-1)1和Pm1上，這些像素構(gòu)成第一列。保持電路H1、H2、Hm-1和Hm分別被提供給各行，并分別被連接到每行的第n個(gè)像素P1n、P2n、P(m-1)n和Pmn上，這些像素構(gòu)成第n列。CDS電路C1、C2、Cn-1和Cn分別被提供給列(圖5中的垂直方向)P11到Pm1、P12到Pm2、P1(n-1)到Pm(n-1)和P1n到Pmn，其中每列由m個(gè)像素形成。
m個(gè)保持電路H1到Hm中的若干個(gè)被初級(jí)驅(qū)動(dòng)器21驅(qū)動(dòng)，其他的被初級(jí)驅(qū)動(dòng)器22驅(qū)動(dòng)。在圖5中，初級(jí)驅(qū)動(dòng)器21驅(qū)動(dòng)保持電路H1和H2，初級(jí)驅(qū)動(dòng)器22驅(qū)動(dòng)保持電路Hm-1和Hm。被每個(gè)初級(jí)驅(qū)動(dòng)器21和22驅(qū)動(dòng)的保持電路的數(shù)量也可以是一個(gè)，或者大于兩個(gè)?；蛘?，可以提供適當(dāng)數(shù)量的初級(jí)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)所有保持電路H1到Hm。
控制每個(gè)保持電路H1到Hm的信號(hào)(下文中稱為“HOLD信號(hào)”)被輸入到次級(jí)驅(qū)動(dòng)器23中。利用次級(jí)驅(qū)動(dòng)器23控制初級(jí)驅(qū)動(dòng)器21和22的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以容易地獲得HOLD信號(hào)的時(shí)序。也可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)結(jié)構(gòu)，其中，多個(gè)初級(jí)驅(qū)動(dòng)器被劃分為組，每組初級(jí)驅(qū)動(dòng)器被一個(gè)次級(jí)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，所有次級(jí)驅(qū)動(dòng)器被第三級(jí)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
圖6是示出了圖5中所示的一個(gè)行(第j行)的放大視圖的等效電路圖。像素Pj1和Pjn的每個(gè)包括光電二極管1。光電二極管1的正極連接到地，光電二極管1的負(fù)極連接到發(fā)射晶體管2的源極。發(fā)射晶體管2是發(fā)射元件，例如n溝道MOS晶體管。
發(fā)射晶體管2的柵極連接到TG信號(hào)線6，發(fā)射晶體管2的漏極連接到復(fù)位晶體管5的源極，并連接到放大晶體管3的柵極。復(fù)位晶體管5是復(fù)位元件，例如n溝道MOS晶體管，放大晶體管3也可以是n溝道MOS晶體管。
復(fù)位晶體管5的柵極連接到RST信號(hào)線8，復(fù)位晶體管5的漏極連接到電源線(VR線)12。放大晶體管3的漏極連接到電源線12，放大晶體管3的源極連接到選擇晶體管4的漏極。選擇晶體管4是選擇元件，可以是n溝道MOS晶體管。選擇晶體管4的柵極連接到SEL信號(hào)線7，選擇晶體管4的源極連接到CDS電路C1到Cn的與像素所屬的列相對(duì)應(yīng)的一個(gè)上。所有像素P11到Pmn具有相同的結(jié)構(gòu)。
為各行提供TG信號(hào)線6、SEL信號(hào)線7和RST信號(hào)線8每個(gè)一條，它們?cè)谛械姆较蛏?圖6的水平方向)互相平行地延伸。屬于同一行的像素Pi1和Pjn都被連接到相同的TG信號(hào)線6、SEL信號(hào)線7和RST信號(hào)線8上。TG信號(hào)線6、SEL信號(hào)線7和RST信號(hào)線8被連接到驅(qū)動(dòng)器Dj。TG信號(hào)線6在與驅(qū)動(dòng)器Dj相對(duì)的一端被連接到保持電路Hj。
保持電路Hj由n溝道MOS晶體管(下文中稱為“保持晶體管”)31組成。保持晶體管31的源極連接到TG信號(hào)線6，保持晶體管31的漏極連接到地。保持晶體管31的柵極連接到HOLD信號(hào)線13。HOLD信號(hào)從初級(jí)驅(qū)動(dòng)器21和22(見圖5)經(jīng)由HOLD信號(hào)線13被提供給保持電路Hj。
圖7是示出了在像素信號(hào)讀取期間，圖6中所示的電路的TG信號(hào)線6、SEL信號(hào)線7、RST信號(hào)線8和HOLD信號(hào)線13中的電的變換的時(shí)序圖。SEL信號(hào)線7、RST信號(hào)線8和TG信號(hào)線6的電位在時(shí)刻T1之前是低(Off)，HOLD信號(hào)線13的電位是高(On)。在時(shí)刻T1，只有RST信號(hào)線8的電位變?yōu)楦?On)。
在時(shí)刻T2，RST信號(hào)線8的電位變?yōu)榈?Off)，SEL信號(hào)線7的電位變?yōu)楦?On)。在時(shí)刻T3，HOLD信號(hào)線13變?yōu)榈?Off)。在時(shí)刻T4，TG信號(hào)線6變?yōu)楦?發(fā)射)。在時(shí)刻T5，TG信號(hào)線6變?yōu)榈?Off)。在時(shí)刻T6，HOLD信號(hào)線13變?yōu)楦?On)。在時(shí)刻T7，SEL信號(hào)線7變?yōu)榈?Off)，電路返回與時(shí)刻T1之前相同的狀態(tài)。
時(shí)刻T1到T4是用于噪聲讀取的階段(噪聲讀取階段)。在噪聲讀取階段中，電壓經(jīng)由復(fù)位晶體管5、放大晶體管3和選擇晶體管4被施加在CDS電路C1到Cn上。當(dāng)被施加電壓時(shí)，CDS電路C1到Cn被復(fù)位。RST信號(hào)線8的電位在從T1到T2的持續(xù)時(shí)間中是高(On)，SEL信號(hào)線7的電位在從T2到T7的持續(xù)時(shí)間中是高(On)。
因而，在從T1到T4的持續(xù)時(shí)間中，驅(qū)動(dòng)器Dj將TG信號(hào)線的電位改變?yōu)榈?Off)。但是，由于在TG信號(hào)線6和RST信號(hào)線8(見圖6)之間的寄生電容9以及在SEL信號(hào)線7和TG信號(hào)線6(見圖6)之間的寄生電容10所引起的電容耦合，TG信號(hào)線6的電位隨著離驅(qū)動(dòng)器Dj的距離而逐漸增加。
同時(shí)，由于在從T1到T3的持續(xù)時(shí)間中HOLD信號(hào)線13的電位是高(On)，所以保持晶體管31處于導(dǎo)通狀態(tài)，TG信號(hào)線6與保持晶體管31之間的地節(jié)點(diǎn)的電位是地電位。換句話說，如圖8(TG信號(hào)線6中的電的變化的示意圖)所示，TG信號(hào)線6的電位14在驅(qū)動(dòng)器端以及保持端是地電位，在中間或多或少的變高。
因而，在噪聲讀取階段出現(xiàn)的從光電二極管1泄漏的電荷量相比于傳統(tǒng)技術(shù)被降低了。此外，可以在屬于一個(gè)行的像素Pj1到Pjn中，降低在噪聲讀取階段出現(xiàn)的從光電二極管1泄漏的電荷的差異。
從T4到T7的持續(xù)時(shí)間是用于信號(hào)讀取的階段(信號(hào)讀取階段)。在信號(hào)讀取階段中，通過晶體管的光電轉(zhuǎn)換而蓄積的電荷通過發(fā)射晶體管2、放大晶體管3和選擇晶體管4被發(fā)射到CDS電路C1到Cn。在從T4到T5的持續(xù)時(shí)間中，TG信號(hào)線6的電位變?yōu)楦?On)，發(fā)射晶體管2被導(dǎo)通。因而，至少在從T4到T5的這個(gè)階段中，HOLD信號(hào)線13的電位被維持在低(Off)，并且保持晶體管31處于關(guān)斷狀態(tài)。在圖7所示的示例中，保持晶體管31不僅在電荷發(fā)射階段(即，從T4到T5的持續(xù)時(shí)間)期間，而且在電荷發(fā)射階段之前(即，從T3到T4的持續(xù)時(shí)間)以及之后(即，從T5到T6的持續(xù)時(shí)間)，都處于關(guān)斷狀態(tài)，從而提供了充足的余量。
如圖9所示，在時(shí)刻T4，TG信號(hào)線6的電位可以被變?yōu)楦?發(fā)射)，而HOLD信號(hào)線13的電位被變?yōu)榈?Off)，并且在時(shí)刻T5，TG信號(hào)線6的電位可以被變?yōu)榈?Off)，而HOLD信號(hào)線13的電位被變?yōu)楦?On)。在兩者中的任一情況中，時(shí)刻T7后的階段是ADC階段，其中模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
圖10是根據(jù)第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的像素以及它們的外圍部分的框圖。第二實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于在第二實(shí)施例中，信號(hào)驅(qū)動(dòng)器(驅(qū)動(dòng)單元)24驅(qū)動(dòng)全部保持電路H1到Hm。
其余的結(jié)構(gòu)和工作時(shí)序與第一實(shí)施例相同，因此，這里不再描述。根據(jù)第二實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)保持電路H1到Hm的驅(qū)動(dòng)器所占用的面積較小，使得CMOS圖像傳感器的總體表面積減小。
圖11是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的像素以及它們的外圍部分的框圖。第三實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于控制電路25向移位寄存器S1到Sm順序地提供HOLD信號(hào)，移位寄存器S1到Sm的每個(gè)接著向各自的保持電路H1到Hm提供HOLD信號(hào)。
其余的結(jié)構(gòu)和工作時(shí)序與第一實(shí)施例相同，因此，這里不再描述。根據(jù)第三實(shí)施例，可以獲得低的電消耗。
圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的工作時(shí)序的時(shí)序圖。第四實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于在時(shí)刻T1與T2之間引入了時(shí)刻T11，并且HOLD信號(hào)線13的電位只在從T11到T3的持續(xù)時(shí)間中被設(shè)置為高(On)，而在其他時(shí)間中被設(shè)置為低(Off)。
因?yàn)楫?dāng)RST信號(hào)線8的電位變?yōu)楦?On)時(shí)，保持晶體管31處于關(guān)斷狀態(tài)，所以TG信號(hào)線6受到由TG信號(hào)線6與RST信號(hào)線8之間的寄生電容9所引起的電容耦合的影響。因而，該工作時(shí)序適合于當(dāng)TG信號(hào)線6與RST信號(hào)線8之間的寄生電容9較小，并且由該寄生電容9所引起的電容耦合的影響可以忽略的時(shí)候。
圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的工作時(shí)序的時(shí)序圖。第五實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于在時(shí)刻T1之前引入了時(shí)刻T0，在時(shí)刻T1與T2之間引入了時(shí)刻T11，并且HOLD信號(hào)線13的電位只在從T0到T11的持續(xù)時(shí)間中被設(shè)置為高(On)，而在其他時(shí)間中被設(shè)置為低(Off)。
因?yàn)楫?dāng)SEL信號(hào)線7的電位變?yōu)楦?On)時(shí)，保持晶體管31處于關(guān)斷狀態(tài)，所以TG信號(hào)線6受到由TG信號(hào)線6與SEL信號(hào)線7之間的寄生電容10所引起的電容耦合的影響。因而，該工作時(shí)序適合于當(dāng)TG信號(hào)線6與SEL信號(hào)線7之間的寄生電容10較小，并且由該寄生電容10所引起的電容耦合的影響可以忽略的時(shí)候。
圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的工作時(shí)序的時(shí)序圖。第六實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于在時(shí)刻T1之前引入了時(shí)刻T0，并且HOLD信號(hào)線13的電位只在從T0到T3的持續(xù)時(shí)間中被設(shè)置為高(On)，而在其他時(shí)間中被設(shè)置為低(Off)。
通過這樣做，當(dāng)RST信號(hào)線8的電位變?yōu)楦?On)時(shí)和當(dāng)SEL信號(hào)線7的電位變?yōu)楦?On)時(shí)，保持晶體管31都可以被保持在導(dǎo)通狀態(tài)。
本發(fā)明并不限于這里所描述的實(shí)施例，而是可以有多種變化。例如，在這里所示的實(shí)施例中，表示出了四行四列的像素。m和n可以是任何整數(shù)。m甚至可以是1，如在直線傳感器的情況中。
此外，保持晶體管31的漏極電位可以是負(fù)電位，而不是地電位。隨著晶體管變得更小，電流泄漏變得更大。將TG信號(hào)線6的電位設(shè)置為地電位不能與設(shè)置為負(fù)電位同樣有效地抑制電流泄漏。發(fā)射晶體管2、放大晶體管3、選擇晶體管4、復(fù)位晶體管5和保持晶體管31可以全部是p溝道MOS晶體管。
根據(jù)本發(fā)明，從光電轉(zhuǎn)換元件的每個(gè)像素泄漏的電荷量被降低了。此外，在光電轉(zhuǎn)換元件的像素之間的電荷泄漏量的差異減小了。
雖然為了完整和清楚的公開，已經(jīng)相對(duì)于具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是所附權(quán)利要求并非被如此限制，而是應(yīng)被認(rèn)為體現(xiàn)了本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的合理地落入這里所提出的基本教導(dǎo)內(nèi)的所有修改和替代。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括多個(gè)像素，每個(gè)像素包含光電轉(zhuǎn)換元件、被連接到公共發(fā)射控制信號(hào)線上的發(fā)射元件、被連接到公共選擇控制信號(hào)線上的選擇元件和被連接到公共復(fù)位控制信號(hào)線上的復(fù)位元件，其中在由所述選擇元件選擇的像素的復(fù)位元件復(fù)位被連接到所述像素上的檢測(cè)單元之后，所述像素的所述發(fā)射元件向所述檢測(cè)單元發(fā)射在由所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換之后所蓄積的電荷，所述發(fā)射控制信號(hào)線的第一端被連接到驅(qū)動(dòng)單元，第二端被連接到保持電路，其中，在下述時(shí)刻的至少一個(gè)之中的時(shí)刻所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端被設(shè)置為地電位和負(fù)電位中的任何一個(gè)當(dāng)所述選擇控制信號(hào)線的電位從所述像素沒有被選擇時(shí)的電位改變到所述像素被選擇時(shí)的電位的時(shí)刻，以及當(dāng)所述復(fù)位控制信號(hào)線的電位從所述檢測(cè)單元沒有被復(fù)位時(shí)的電位改變到所述檢測(cè)單元被復(fù)位時(shí)的電位的時(shí)刻，以及在所述驅(qū)動(dòng)單元將所述發(fā)射控制信號(hào)線的電位設(shè)置為電荷發(fā)射電位時(shí)的時(shí)刻，所述保持電路提供控制以將所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端設(shè)置為打開狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，還包括多個(gè)所述發(fā)射控制信號(hào)線，和對(duì)每個(gè)所述發(fā)射控制信號(hào)線有一個(gè)保持電路，其中，由單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元提供的控制信號(hào)控制所有所述保持電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，還包括多個(gè)所述發(fā)射控制信號(hào)線，和對(duì)每個(gè)所述發(fā)射控制信號(hào)線有一個(gè)保持電路，所述保持電路被劃分為多個(gè)組，其中，初級(jí)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)一個(gè)所述組，并且由次級(jí)驅(qū)動(dòng)單元提供的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)驅(qū)動(dòng)單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，還包括多個(gè)發(fā)射控制信號(hào)線，和對(duì)每個(gè)所述發(fā)射控制信號(hào)線有一個(gè)保持電路，其中，每個(gè)所述保持電路被連接到移位寄存器，并且由所述移位寄存器順序提供的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所有所述保持電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中所述保持電路包括MOS晶體管，以及所述MOS晶體管的柵極接線端接收所述控制信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中所述保持電路包括MOS晶體管，以及所述MOS晶體管的柵極接線端接收所述控制信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置，其中所述保持電路包括MOS晶體管，以及所述MOS晶體管的柵極接線端接收所述控制信號(hào)。
8.一種固態(tài)成像裝置，包括多個(gè)像素，每個(gè)像素包含光電轉(zhuǎn)換元件、被連接到公共發(fā)射控制信號(hào)線上的發(fā)射元件、被連接到公共選擇控制信號(hào)線上的選擇元件和被連接到公共復(fù)位控制信號(hào)線上的復(fù)位元件，其中在由所述選擇元件選擇的所述像素的所述復(fù)位元件復(fù)位被連接到所述像素上的檢測(cè)單元之后，所述像素的所述發(fā)射元件向所述檢測(cè)單元發(fā)射在由所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換之后所蓄積的電荷，所述發(fā)射控制信號(hào)線的第一端被連接到驅(qū)動(dòng)單元，第二端被連接到保持電路，其中，在下述時(shí)刻的至少一個(gè)之中的時(shí)刻所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端被設(shè)置為電源電位當(dāng)所述選擇控制信號(hào)線的電位從所述像素沒有被選擇時(shí)的電位改變到所述像素被選擇時(shí)的電位的時(shí)刻，以及當(dāng)所述復(fù)位控制信號(hào)線的電位從所述檢測(cè)單元沒有被復(fù)位時(shí)的電位改變到所述檢測(cè)單元被復(fù)位時(shí)的電位的時(shí)刻，以及在所述驅(qū)動(dòng)單元將所述發(fā)射控制信號(hào)線的電位設(shè)置為電荷發(fā)射電位時(shí)的時(shí)刻，所述保持電路提供控制以將所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端設(shè)置為打開狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置，還包括多個(gè)所述發(fā)射控制信號(hào)線，和對(duì)每個(gè)所述發(fā)射控制信號(hào)線有一個(gè)保持電路，其中，由單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元提供的控制信號(hào)控制所有所述保持電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置，還包括多個(gè)所述發(fā)射控制信號(hào)線，和對(duì)每個(gè)所述發(fā)射控制信號(hào)線有一個(gè)保持電路，所述保持電路被劃分為多個(gè)組，其中，初級(jí)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)一個(gè)所述組，并且由次級(jí)驅(qū)動(dòng)單元提供的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述初級(jí)驅(qū)動(dòng)單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置，還包括多個(gè)發(fā)射控制信號(hào)線，和對(duì)每個(gè)所述發(fā)射控制信號(hào)線有一個(gè)保持電路，其中，每個(gè)所述保持電路被連接到移位寄存器，并且由所述移位寄存器順序提供的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所有所述保持電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像裝置，其中所述保持電路包括MOS晶體管，以及所述MOS晶體管的柵極接線端接收所述控制信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的固態(tài)成像裝置，其中所述保持電路包括MOS晶體管，以及所述MOS晶體管的柵極接線端接收所述控制信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置，其中所述保持電路包括MOS晶體管，以及所述MOS晶體管的柵極接線端接收所述控制信號(hào)。
15.一種用于控制包含多個(gè)像素的固態(tài)成像裝置的方法，每個(gè)像素包含光電轉(zhuǎn)換元件、被連接到公共發(fā)射控制信號(hào)線上的發(fā)射元件、被連接到公共選擇控制信號(hào)線上的選擇元件和被連接到公共復(fù)位控制信號(hào)線上的復(fù)位元件，所述方法包括選擇像素的復(fù)位元件；復(fù)位被連接到所述像素上的檢測(cè)單元，該步驟由被選擇的所述復(fù)位元件進(jìn)行；向所述檢測(cè)單元發(fā)射在由所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換之后所蓄積的電荷；在下述時(shí)刻的至少一個(gè)之中的時(shí)刻將所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端設(shè)置為地電位和負(fù)電位中的任何一個(gè)當(dāng)所述選擇控制信號(hào)線的電位從所述像素沒有被選擇時(shí)的電位改變到所述像素被選擇時(shí)的電位的時(shí)刻，以及當(dāng)所述復(fù)位控制信號(hào)線的電位從所述檢測(cè)單元沒有被復(fù)位時(shí)的電位改變到所述檢測(cè)單元被復(fù)位時(shí)的電位的時(shí)刻，以及在所述驅(qū)動(dòng)單元將所述發(fā)射控制信號(hào)線的電位設(shè)置為電荷發(fā)射電位時(shí)的時(shí)刻，提供控制以將所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端設(shè)置為打開狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述提供步驟，在將所述發(fā)射控制信號(hào)線的電位從沒有發(fā)生發(fā)射時(shí)的電位改變到電荷發(fā)射電位之前，所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二接線端的電位從地電位和負(fù)電位中的任何一個(gè)被改變到打開狀態(tài)。
17.一種用于控制包含多個(gè)像素的固態(tài)成像裝置的方法，每個(gè)像素包含光電轉(zhuǎn)換元件、被連接到公共發(fā)射控制信號(hào)線上的發(fā)射元件、被連接到公共選擇控制信號(hào)線上的選擇元件和被連接到公共復(fù)位控制信號(hào)線上的復(fù)位元件，所述方法包括選擇像素的復(fù)位元件；復(fù)位被連接到所述像素上的檢測(cè)單元，該步驟由被選擇的所述復(fù)位元件進(jìn)行；向所述檢測(cè)單元發(fā)射在由所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行的光電轉(zhuǎn)換之后所蓄積的電荷；在下述時(shí)刻的至少一個(gè)之中的時(shí)刻所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端被設(shè)置為電源電位當(dāng)所述選擇控制信號(hào)線的電位從所述像素沒有被選擇時(shí)的電位改變到所述像素被選擇時(shí)的電位的時(shí)刻，以及當(dāng)所述復(fù)位控制信號(hào)線的電位從所述檢測(cè)單元沒有被復(fù)位時(shí)的電位改變到所述檢測(cè)單元被復(fù)位時(shí)的電位的時(shí)刻，以及在所述驅(qū)動(dòng)單元將所述發(fā)射控制信號(hào)線的電位設(shè)置為電荷發(fā)射電位時(shí)的時(shí)刻，所述保持電路提供控制以將所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二端設(shè)置為打開狀態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在所述提供步驟，在將所述發(fā)射控制信號(hào)線的電位從沒有發(fā)生發(fā)射時(shí)的電位改變到電荷發(fā)射電位之前，所述發(fā)射控制信號(hào)線的所述第二接線端的電位從電源電位被改變到打開狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固態(tài)成像裝置和控制方法。用于控制含有多個(gè)像素的固態(tài)成像裝置的方法包括選擇多個(gè)像素中的一個(gè)的復(fù)位元件，復(fù)位連接到像素上的檢測(cè)單元，向檢測(cè)單元發(fā)射在由像素的光電轉(zhuǎn)換元件執(zhí)行的光電轉(zhuǎn)換之后所蓄積的電荷，并提供控制以將發(fā)射控制信號(hào)線的第二端設(shè)置為打開狀態(tài)。
文檔編號(hào)H04N5/369GK1717015SQ20041009168
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2004年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者樋口剛, 船越純, 山縣誠(chéng)司, 水口壽孝, 山本克義 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社