專利名稱：固態(tài)成像裝置以及照相機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像裝置以及一種照相機系統(tǒng)，更特別地，本發(fā)明涉及一種諸如MOS類型的固態(tài)成像裝置的X-Y地址類型的固態(tài)成像裝置，以及一種使用其作為成像裝置的照相機系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為一種X-Y地址類型的固態(tài)成像裝置，例如一種MOS類型的固態(tài)成像裝置，眾所周知其是由三個晶體管組成的單元像素并且具有很多以矩陣形式排列的此類單元像素配置的。
在圖1中說明了在這種情況中單元像素的配置。從圖中顯而易見，單元像素100具有光電二極管(PD)101；傳送晶體管102；放大器晶體管103；以及復位晶體管104。
在采用了上述像素配置的MOS類型固態(tài)成像裝置中，在行未被選擇期間，經(jīng)由復位晶體管104來自于漏極線105的浮動節(jié)點N101的電位將被減小到低電平(在下文中描述為“L電平”)。當行被選擇時，將執(zhí)行將浮動節(jié)點N101的電位升高到高電平(在下文中描述為“H電平”)的操作。
在這樣一個MOS類型固態(tài)成像裝置中，作為復位晶體管104，使用凹陷類型晶體管(depression type transistor)。采用這種晶體管是為了當復位晶體管104開啟(ON)時，使作為像素部件的電源供應的漏極電壓與浮動節(jié)點N101的電位沒有變化地相匹配。
因此，當復位晶體管104開啟時浮動節(jié)點電位與漏極線的電位相匹配。特別地，作為漏極線的電位電平，例如在專利文件1中所描述的，H電平是電源電位VDD，以及L電平成為0.4V到0.7V(L電平也可能是0V)。
這里，考慮已選擇的行和未被選擇的行的浮動節(jié)點電位。
首先，考慮已選擇的行的操作。
在將漏極線設(shè)定在H電平后，復位晶體管以及傳送晶體管將順序關(guān)閉(OFF)→開啟(ON)→關(guān)閉并且輸出復位節(jié)拍電位和數(shù)據(jù)節(jié)拍電位。經(jīng)由相關(guān)的二次采樣(CDS)電路作為光信號而輸出這些信號的差值。
在獲取數(shù)據(jù)節(jié)拍電位的時候，當將光電二極管的電荷傳送到浮動節(jié)點時，浮動節(jié)點電位將被降低。
接下來，考慮未被選擇的行。
復位晶體管和傳送晶體管都將維持在原來的關(guān)閉狀態(tài)。漏極線僅重復高電平和低電平的值。
專利文件1日本專利刊物NO.2002-5126
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所解決的問題然而，在過去的MOS類型固態(tài)成像裝置中，由于所述復位晶體管采用了凹陷結(jié)構(gòu)，即使當復位晶體管是在關(guān)閉狀態(tài)(未被選擇的行)時，漏電流也可以造成所述浮動節(jié)點電位的上升(當門限電壓Vth是-1V時，所述浮動節(jié)點電位大約是1V)。
另外一方面，在已選擇的行中，所述數(shù)據(jù)節(jié)拍的浮動節(jié)點電位與所述復位節(jié)拍的浮動節(jié)點電位的電位相比而變低。當光量特別大時，所述電壓劇烈的變化(下降)，以及來自于在未被選擇的行中的電位差變小。
結(jié)果，相對于未被選擇的行，將讀取所述來自于已選擇行的被設(shè)定在高電位的電位信號，但是這個電位差變得不清楚。因此，存在以下問題來自未被選擇行的噪聲變大，并且因此在明亮的場景中出現(xiàn)垂直豎條。
此外，類似地，由于所述復位晶體管采用了凹陷結(jié)構(gòu)，來自于經(jīng)由所述復位晶體管的漏極互連的驅(qū)動電路的所述浮動節(jié)點的電容元件的影響將可見。當將所述漏極互連共同接到所有像素時，不僅所有像素的所述漏極互連的電容必須充電，而且經(jīng)由所述復位晶體管的所述浮動節(jié)點電容也必須充電，因此由所述漏極線的驅(qū)動器尺寸的觀點以及由所述高速特性的觀點會產(chǎn)生問題。
本發(fā)明的目標是提供一種固態(tài)成像裝置和一種使用所述成像裝置的照相機系統(tǒng)。其中所述固態(tài)成像裝置能夠使未被選擇的行的噪聲變??；能夠在明亮的場景中抑制垂直條的出現(xiàn)，而不要求經(jīng)由復位晶體管對包括浮動節(jié)點電容的充電；能夠防止漏極線路的驅(qū)動器尺寸的增加；以及能夠確保高速操作。
實現(xiàn)目標的手段為了實現(xiàn)以上目標，本發(fā)明的第一個方面是一種具有在成像區(qū)域內(nèi)形成的多個單元像素的固態(tài)成像裝置，其中，每一個單元像素具有光電轉(zhuǎn)換器，用于根據(jù)入射光量而生成電荷；傳送晶體管，用于將所述光電轉(zhuǎn)換器的信號傳送到浮動節(jié)點；放大器晶體管，用于將所述浮動節(jié)點的信號輸出到信號線；以及復位晶體管，用于復位所述浮動節(jié)點，提供到所述復位晶體管的柵極的多個電位中的至少一個為負電位。
本發(fā)明的第二個方面是一種具有在成像區(qū)域內(nèi)形成的多個單元像素的固態(tài)成像裝置，其中，所述單元像素具有光電轉(zhuǎn)換器，用于根據(jù)入射光量而生成電荷；傳送晶體管，用于將所述光電轉(zhuǎn)換器的信號傳送到浮動節(jié)點；放大器晶體管，用于將所述浮動節(jié)點的信號輸出到信號線；復位晶體管，用于復位所述浮動節(jié)點；以及能夠向所述復位晶體管的柵極提供三種或更多的電位類型的部件。
優(yōu)選地，在所述向復位晶體管的柵極提供的至少三種或更多的電位類型中的至少一種電位類型的電壓是負電位。
優(yōu)選地，允許由所述裝置具有在從正的高電平電源電位而通過地電平電源電位后，能夠設(shè)定當所述復位晶體管從開啟狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)時柵極電位為負的電源電位的部件。
此外，優(yōu)選地，在采樣和保持預充電節(jié)拍和數(shù)據(jù)節(jié)拍的時序中，將所述復位晶體管的柵極電位設(shè)定為地電位。
此外，優(yōu)選地，在所述已選擇像素的復位晶體管的柵極電位設(shè)定在地電位期間，所述未選擇像素的復位晶體管的柵極電位是負電位。
優(yōu)選地，允許用于處理經(jīng)由所述信號線輸出的信號的芯片。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面是一種有一個具有單元像素的固態(tài)成像裝置的照相機系統(tǒng)，所述單元像素具有光電轉(zhuǎn)換器，用于根據(jù)入射光量而生成電荷；傳送晶體管，用于將所述光電轉(zhuǎn)換器的信號傳送到浮動節(jié)點；放大器晶體管，用于將所述浮動節(jié)點的信號輸出到信號線；以及復位晶體管，用于復位所述浮動節(jié)點，提供到所述復位晶體管的柵極的多個電位中的至少一個為負電位；光學系統(tǒng)，用于將入射光引導到所述固態(tài)成像裝置的成像部件；以及信號處理電路，用于處理所述固態(tài)成像裝置的輸出信號。
根據(jù)本發(fā)明的第四個方面是一種具有單元像素的固態(tài)成像裝置的照相機系統(tǒng)，具有光電轉(zhuǎn)換器，用于根據(jù)入射光量而生成電荷；傳送晶體管，用于將所述光電轉(zhuǎn)換器的信號傳送到浮動節(jié)點；放大器晶體管，用于將所述浮動節(jié)點的信號輸出到信號線；復位晶體管，用于復位所述浮動節(jié)點；以及能夠向所述復位晶體管的柵極提供三種或更多的電位類型的部件；光學系統(tǒng)，用于將入射光引導到所述固態(tài)成像裝置的成像部件；以及信號處理電路，用于處理所述固態(tài)成像裝置的輸出信號。
根據(jù)本發(fā)明，在未選擇的時候?qū)⒇撾娢皇┘拥剿鰪臀痪w管的柵極。由于這個原因，所述公共漏極的電源供應的增加時間不再受經(jīng)由所述凹陷類型復位晶體管的所述浮動節(jié)點電容的影響。
此外，根據(jù)本發(fā)明，通過電源電位、地電位以及負電源電位的三個值來控制所述復位晶體管的柵極電壓。
例如，當所述復位晶體管開啟→關(guān)閉時，將所述柵極的電壓從所述電源電位保持在所述地電位一次，所述地電位被充電/放電一次，然后將所述電位設(shè)定在所述負電原電位，而不是直接將所述柵極電位由所述電源電位變換為所述負電源電位。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠使未被選擇的行的噪聲變小，以及在明亮場景中抑制垂直條的出現(xiàn)。
此外，本發(fā)明的優(yōu)點是不再需要經(jīng)由所述復位晶體管也包括所述浮動節(jié)點電容的充電；能防止所述漏極線的驅(qū)動器尺寸的增加；以及確保高速操作。


圖1是說明現(xiàn)有技術(shù)問題的單元像素的配置的視圖。
圖2是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的例如MOS類型固態(tài)成像裝置的配置例子的電路圖。
圖3是說明在由VRST+(正側(cè))的復位晶體管的柵極電壓操作情況下的、在已選擇的行以及未被選擇的行中復位晶體管的柵極電位和傳送晶體管的柵極電位；公共漏極電源電位；以及浮動節(jié)點電位的圖。
圖4是說明在由VRST+(正側(cè))以及VRST-(負側(cè))的兩個值的復位晶體管的柵極電壓操作情況下的、在已選擇的行以及未被選擇的行中復位晶體管的柵極電位和傳送晶體管的柵極電位；公共漏極電源電位；以及浮動節(jié)點電位的圖。
圖5是說明由三個值驅(qū)動復位晶體管的柵極電壓的方法的圖。
圖6是說明由三個值驅(qū)動復位晶體管的柵極電壓的方法以及當利用負電位將預充電節(jié)拍和數(shù)據(jù)節(jié)拍的采樣和保持設(shè)定在地電位的方法的圖。
圖7是說明組合當關(guān)閉復位晶體管時經(jīng)過地電平將復位晶體管的電位設(shè)定在負電位的方法和將采樣和保持的時序設(shè)定在地電平的方法的方法的圖。
圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的照相機系統(tǒng)配置的例子的方框圖。
附圖標記說明10單元像素 11光電二極管 12傳送晶體管13放大器晶體管 14復位晶體管 22垂直信號線23漏極線 24復位線 25V移位寄存器26P類型MOS晶體管 31取樣以及保持/CDS電路32水平信號線 34H移位寄存器具體實施方式
下面將參照附圖詳細地描述本發(fā)明實施例。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的例如MOS類型固態(tài)成像裝置的配置的例子的電路圖。需要指出的是，在MOS類型固態(tài)成像裝置中，以矩陣排列大量單元像素，但是這里為了簡化附圖，畫出了由兩行和兩列構(gòu)成的像素排列。
在圖2中，單元像素10有一個具有三個N類型MOS晶體管的三晶體管的配置，除了例如形成光電轉(zhuǎn)換器的光電二極管11之外，三個晶體管包括傳送晶體管12；放大器晶體管13；以及復位晶體管14。
在這種像素結(jié)構(gòu)中，光電二極管11將入射光轉(zhuǎn)換為具有根據(jù)光量的電荷的信號電荷(例如電子)，并且存儲電荷。
傳送晶體管12將光電二極管11的負極與浮動節(jié)點N11之間進行連接，將它的柵極與垂直選擇線21相連，以及具有通過傳導(ON)將存儲在光電二極管11中的信號電荷傳送到浮動節(jié)點N11的功能。
放大器晶體管13在垂直信號線22和電源供應Vdd之間進行連接，將它的柵極與浮動節(jié)點N11相連，以及具有將浮動節(jié)點N11的電位輸出到垂直信號線22的功能。
復位晶體管14將它的漏極(一個主要電極)連接到漏極線(互聯(lián))23，將它的源極(另一個主要電極)連接到浮動節(jié)點N11，將它的柵極連接到復位線24，以及具有復位浮動節(jié)點N11的電位的功能。
在由以矩陣排列的這些單元像素10構(gòu)成的像素區(qū)域內(nèi)(成像區(qū)域)，包括垂直選擇線21、漏極線23以及復位線24的三個線對于像素陣列的每一行是在水平(H)方向布置(在圖中是左/右方向)，以及垂直信號線22對于每一列是在垂直(V)方向布置(在圖中是上/下方向)。
此外，通過配置垂直驅(qū)動電路(VDRV)的V移位寄存器(VSFR)來驅(qū)動垂直選擇線21、漏極線23以及復位線24。
對于每一行，為了輸出垂直選擇脈沖T和復位脈沖R，將垂直選擇線21和復位線24直接連接到V移位寄存器25的輸出端。對于每一行，通過P類型MOS晶體管26將漏極線23連接到V移位寄存器25的復位電壓輸出端。將P類型MOS晶體管的柵極接地。
在本實施例中，通過經(jīng)由漏極線23的三個值(或者四個值或更多)來驅(qū)動復位晶體管14，V移位寄存器25提供了已選擇的行以及未被選擇的行的浮動節(jié)點ND11的電位之間的電位差，并且澄清了這兩個選擇的行以及未被選擇的行。
例如，在本實施例中，提供到復位晶體管14的柵極的電位之一至少是負電位。
此外，例如，V移位寄存器25提供在向復位晶體管14的柵極提供至少三種電位類型中的至少一種電位類型的電壓作為負電位。
此外，V移位寄存器25能夠設(shè)定在從正的高電平電源電位而流過地電平電源電位后，當復位晶體管14從開啟狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)時柵極電位在負的電源電位。
此外，在本發(fā)明的實施例中，在預充電節(jié)拍和數(shù)據(jù)節(jié)拍的采樣和保持時序中，復位晶體管14的柵極電位將被設(shè)定為地電位。
此外，在將已選擇的像素中的復位晶體管14的柵極電位設(shè)定為地電位期間，V移位寄存器25在未被選擇的行中將使復位晶體管14的柵極電位在負電位。
這個復位晶體管14的驅(qū)動操作將在以后作進一步詳細的說明。
對于每一列，在像素區(qū)域的垂直方向(在圖中是上/下方向)的一側(cè)，由N類型MOS晶體管配置的負載晶體管27在垂直信號線22的一端和地之間進行連接。這個負載晶體管27的功能是當將它的柵極與負載線28相連時作為恒流源。
在像素區(qū)域的垂直方向的另外一側(cè)，將由N類型MOS晶體管配置的采樣和保持(SH)開關(guān)29的一端(一個主要電極)與垂直信號線22的另外一端相連。這個采樣和保持開關(guān)29的控制端(柵極)將與SH線30相連。
采樣和保持開關(guān)29的另外一端(另一個主要電極)有采樣和保持(SH)/CDS(相關(guān)二次采樣)電路31的輸入端與它相連。
采樣和保持/CDS電路31是用于采樣和保持垂直信號線22的電位Vsig并且執(zhí)行相關(guān)二次采樣(CDS)的電路。
這里，“相關(guān)二次采樣”意味著用于采樣兩個按時間序列輸入的電壓信號，并且輸出其差值的過程。
由N類型MOS晶體管配置的水平選擇開關(guān)33將在采樣和保持/CDS電路31的輸出端和水平信號線32之間進行連接。
這個水平選擇開關(guān)33的控制端(柵極)從配置水平驅(qū)動電路(HDRV)的H移位寄存器(HSFR)接收在水平掃描時順序輸出的水平掃描脈沖H(H1，H2，...)。
通過所給的水平掃描脈沖H以及水平選擇開關(guān)33的開啟，將在采樣和保持/CDS電路31中相關(guān)二次采樣后的(CDS)信號經(jīng)由水平選擇開關(guān)33而讀出到水平信號線32。
這個讀取信號Hsig經(jīng)由與水平信號線35相連的輸出放大器35作為輸出信號Vout從輸出端36導出。
以下，在解釋幾個設(shè)定本發(fā)明實施例中復位晶體管14的驅(qū)動電位(柵極電位)的方法，并且解釋包括與傳統(tǒng)電路對比的它們的效果。
(設(shè)定方法1)在這個方法中，通過使之可以在非選擇的時候?qū)⒇撾娢皇┘拥綇臀痪w管14的柵極，而解決了傳統(tǒng)的問題。
圖3(A)到3(G)和圖4(A)到4(G)是指示在由VRST+(正側(cè))和VRST-(負側(cè))的復位晶體管的柵極電壓的兩個值來操作的情況下的、在已選擇的行和未被選擇的行中復位晶體管的柵極電位(RST線)V24以及傳送晶體管12的柵極電位(TR線)；公共漏極電源電位V23；以及浮動節(jié)點電位N11的圖。
圖3(A)到3(G)說明了由VRST+(正側(cè))的復位晶體管的柵極電壓操作的情況，而圖4(A)到4(G)說明了根據(jù)本實施例的、由VRST-(負側(cè))的復位晶體管的柵極電壓操作的情況。
此外，在圖中為了對比，一起顯示了過去在二值操作中浮動節(jié)點電位(VRST+(正側(cè))和VRST0(零電位)的復位晶體管的柵極電壓)。
正如圖3(A)到3(G)所說明的，在過去的電路中，公共漏極電源供應的上升時間t1受經(jīng)由凹陷類型復位晶體管14的浮動節(jié)點電容的影響并且時間變長。
然而，根據(jù)本實施例的方法，正如圖4(A)到4(G)所說明的，即使在使用凹陷類型復位晶體管14的情況下，也會將經(jīng)由復位晶體管14的電氣連接保持很小。
由于這個原因，公共漏極電源供應的上升時間t1變短?？商鎿Q的是，漏極電源供應的驅(qū)動的尺寸減小。由于這個原因，能夠?qū)崿F(xiàn)高速操作和芯片尺寸的減小。
此外，正如圖3(A)到3(G)所說明的，在過去的電路中由于經(jīng)由凹陷類型復位晶體管的泄漏的影響，由于漏極電源供電的影響在數(shù)據(jù)節(jié)拍的采樣的時候在未被選擇的行中浮動節(jié)點電位上升，并且朝著使已選擇的行與未被選擇的行之間電位差減小的方向作用。
然而，根據(jù)本實施例的方法，正如圖4(A)到4(G)所說明的，將抑制經(jīng)由凹陷類型復位晶體管的電耦合，因此在未被選擇的行中的浮動節(jié)點電位不會隨著公共漏極線的電位而波動(上升)。
因此，在數(shù)據(jù)節(jié)拍的采樣的時候，能夠澄清已選擇行的和未被選擇的行的浮動節(jié)點電位的差值。
作為這個的結(jié)果，即使當光量很大時也能夠抑制已飽和垂直條的出現(xiàn)。
(設(shè)定方法2)在這個方法中，通過安裝由電源電位(例如3伏)、地電位(0V)以及負電源電位(例如-1V)的三個值來控制復位晶體管14的柵極電壓的功能，也能解決傳統(tǒng)的問題。
正如以前已說明的，在MOS類型固態(tài)成像裝置中使用凹陷類型晶體管作為復位晶體管。由于這個原因，存在當復位晶體管開啟時能夠減少復位變化量的優(yōu)點。
另外一個方面，第一，在未被選擇的行中和已選擇的行中的浮動節(jié)點的電位差不再變得明確；第二，存在以下問題，從公共漏極電源供應的位置，速度增加且芯片尺寸增大。
因此，在本實施例中，將在未被選擇的行中的復位晶體管的L電平電位設(shè)定為負電位。
為了將負電位供應到MOS類型固態(tài)成像裝置，可以考慮兩種方法類型一種從外部電源供應負電位的方法和一種在內(nèi)部電路中生成負電位的方法。
與傳統(tǒng)復位晶體管的柵極的幅度相比(電源電位幅度和地電位)，當使用根據(jù)以上方法的負電位時，其幅度變大，因此電路的充電量和放電量加大，因此會擔心將負載施加到每一個電位生成電路(或電源)。
此外，由于這個原因，在由電路內(nèi)部生成負電位的情況，它必須使電荷供應能力加大一準確的幅度量。由于這個原因而增大了芯片的尺寸。
特別地，在由內(nèi)部電路生成負電源供應的情況，電路噪聲將疊加到已生成的電位上。負電源電位的目的地，即復位晶體管14的柵極，與浮動節(jié)點N11電容耦合。因此，負電源電位的波動原樣表現(xiàn)為與傳感器噪聲。
在本實施例中，為了解決以上問題，安裝了由包括電源電位(例如3V)，地電位(0V)，以及負電源電位(例如-1V)的三個值來控制復位晶體管14的柵極電壓的功能。
例如，正如圖5(A)到5(G)所說明的，對于電荷供應能力的問題，可以通過三個值來驅(qū)動復位晶體管14的柵極電位，從而減少了負電源供應生成電路的負載。
至今為止，當復位晶體管由開啟→關(guān)閉時，柵極電壓總是直接將柵極電位由電源電位變換到負電源電位。
根據(jù)本實施例，通過利用三值驅(qū)動功能，可能安裝從電源電位將電壓保持在地電位、對地電位充電和放電以及然后將電位設(shè)定在負電源電位從而解決以前問題的功能。
簡單的說，當電源供應電壓為3V，地電位為0V，以及負電源電位為-1V時，將能獲得以下的效果。
正如過去的情況，當電壓直接由電源電位變化到負電源電位時，如果使電路電容為C[F]，充電/放電量成為Q＝C(V1-V2)＝4C，以及在負電源供應生成電路中產(chǎn)生了一個4C的負載。
另外一方面，當一旦通過地電位時，用于泄放負電源供應生成電路所要求的電位差是1V，因此充電/放電量成為1C，以及將負載減小到過去方法中負載的1/4。
此外，在通過內(nèi)部電路生成負電供應的情況，電路噪聲將被疊加到已生成的電位上。負電源電位的目的地，即復位晶體管14的柵極，與浮動節(jié)點N11電容耦合，因此負電源電位的波動原樣表現(xiàn)為與傳感器噪聲。
相對于在內(nèi)部電路中生成的負電源電位的波動，地電位的電位波動很小。
例如通過利用這個，正如在圖6(A)到6(G)中所說明的，在已選擇的行中，在已選擇的行中在預充電節(jié)拍和數(shù)據(jù)節(jié)拍的采樣和保持的時序期間，將復位晶體管的柵極電位固定到地電位(在未被選擇的行中復位晶體管的柵極電位將一般被固定到負電位)。
由于這個原因，變化到負電位的次數(shù)變小，因此，不僅是減少了負電荷供應的負載，而且將抑制由于負電源供應生成電路的電位的波動的浮動節(jié)點電位的電容耦合特性的波動的噪聲效應。
此外，通過在已選擇的行中將復位柵極設(shè)定在0V以及在未被選擇的行中將復位柵極設(shè)定在負電位，將在已選擇的行以及未被選擇的行中可靠增加一個顯著的電位差到浮動節(jié)點電位，因此即使在明亮場景中也能防止垂直豎條。
進一步，例如正如在圖7(A)到7(G)中所說明的，根據(jù)合并了與圖5(A)到5(G)中相關(guān)的方法以及與圖6(A)到6(G)中相關(guān)的方法的驅(qū)動操作，即，當關(guān)閉復位晶體管14時，通過地電平(0)將電壓減小到負電位的方法以及將采樣和保持時序設(shè)定到地電平的方法，將同時獲得兩個進一步的效果。
接下來，將說明根據(jù)本實施例的、具有上述配置的MOS類型固態(tài)成像裝置的操作的例子。這里，將專注于在圖2中的左下像素而給出說明。將以采用由電源電位(例如3V)、地電位(0V)以及負電源電位(例如-1V)的三個值來控制復位晶體管14的柵極電壓的方法的情況作為例子來說明。
第一，在非選擇的時間，浮動節(jié)點N1的電位成為0.5V。在這個時候，電源供應電壓dd，例如3.0V，將作為復位電壓B1而從V移位寄存器25輸出。漏極線23的電位也將成為電源供應電壓Vdd。
將給到負載線28的負載信號設(shè)定在例如1.0V，然后將從V移位寄存器25輸出H電平的復位信號R1。然后，復位晶體管14變?yōu)閷?，因此浮動?jié)點N11將通過復位晶體管14而與漏極線23相連，以及將其電位設(shè)定到由復位晶體管14的通道電壓所決定的H電平，例如2.5V。由于這個原因，放大器晶體管13的柵極電位成為2.5V。
將由與垂直信號線22相連接的多個像素的放大器晶體管柵極電壓之中的最高柵極電壓來決定垂直信號線22的電位Vsig1。作為結(jié)果，將根據(jù)浮動節(jié)點N11的電位來決定垂直信號線22的電位Vsig1。特別地，放大器晶體管13將與負載晶體管27一起形成源跟隨器，以及其輸出電壓作為像素電位Vsig1出現(xiàn)在垂直信號線22上。在這時，電位Vsig1成為復位電平的電壓。這個復位電平的電壓經(jīng)由采樣和保持開關(guān)29而輸入到采樣和保持/CDS電路31。
接下來，將從V移位寄存器25輸出的垂直選擇脈沖T1升高到H電平。然后，傳送晶體管12變?yōu)閷?，以及將已轉(zhuǎn)換和存儲在光電二極管11中的信號電荷(在本例子中是電子)傳送(讀出)到浮動節(jié)點N11。由于這個原因，根據(jù)從光電二極管11讀出到浮動節(jié)點N11的信號電荷的量，將放大器晶體管13的柵極電位變換到負的方向。將根據(jù)上述而變化垂直信號線22的電位Vsig1。
在這個時候，電位Vsig1成為最初信號電平的電壓。這個信號電平的電壓經(jīng)由采樣和保持開關(guān)29而輸入到采樣和保持/CDS電路31。然后，采樣和保持/CDS電路31執(zhí)行處理，以獲得先前復位電平的電壓和這個時間信號電平的電壓之間的差值，并且保持這個差值電壓。
接下來，將從V移位寄存器25輸出的復位電壓B1設(shè)定為0V。在這個時候，經(jīng)由漏極線23而給到像素10的復位電壓B1’不是0V，而是由P類型MOS晶體管的通道電壓來決定并且，變?yōu)槔?.5V。
在該狀態(tài)下，當從V移位寄存器25輸出H電平的復位信號R1時，復位晶體管14變?yōu)閷?，因此浮動?jié)點N11經(jīng)由復位晶體管14而與漏極線23相連接，以及其電位成為漏極線23的電位，即0.5V，以及像素10返回到未被選擇的狀態(tài)。
在這個時候，對于復位晶體管14的柵極，當復位晶體管14經(jīng)由復位線24而由開啟→關(guān)閉時，柵極電位不是直接從電源電位3V變化到負電源電位，而是從電源電位而保持在地電位0V一次，將對地電位充電/放電，然后設(shè)定在負電源電位，即電位-1V。由于這個原因，用于泄放負電源生成電路所要求的電位差成為1V，充電和放電量變小，以及減少了電路的負載。
在這個未被選擇的狀態(tài)下，浮動節(jié)點N11的電位不是0V，而是0.5V，因此防止了經(jīng)由傳送晶體管12的電子泄漏到光電二極管11。這里，由于連接到V移位寄存器25的復位電壓輸出端和漏極線23之間的P類型MOS晶體管26的動作，而使浮動節(jié)點N1的電位成為0.5V。
在第一行中的所有像素將通過上述操作序列同時驅(qū)動，并且一行的信號值將在采樣和保持/CDS電路31中同時保持(存儲)。此后，進入在光電二極管11上的光電轉(zhuǎn)換操作(曝光)和光子存儲的期間。
然后，在這個光子存儲期間H移位寄存器34開始水平掃描操作，以及順序輸出水平掃描脈沖H1，H2，...。由于這個原因，水平選擇開關(guān)33開始順序?qū)ú⑶覍⒃诓蓸雍捅３?CDS電路31中保持的信號順序引導到水平信號線32。
當在接下來的第二行中對像素執(zhí)行同樣的操作時，將在第二行中讀取像素的像素信號。通過V移位寄存器25順序垂直的掃描接下來的像素，將讀取所有行的像素信號。對于每一行，通過H移位寄存器34的順序水平掃描它們，將讀出所有像素的信號。
正如以上所說明的，在具有三晶體管的配置的MOS類型固態(tài)成像裝置中，通過電源電位(例如3伏)、地電位(0V)以及負電源電位(例如-1V)的三個值來控制復位晶體管14的柵極電壓，在三晶體管配置中，每一個單元像素10具有傳送晶體管12；放大器晶體管13；以及復位晶體管14。因此，能夠減小來自于未被選擇行的噪聲，以及在明亮的場景中抑制垂直豎條的出現(xiàn)。
此外，還有以下優(yōu)點不再有經(jīng)由復位晶體管包括浮動節(jié)點電容充電的需要；防止了漏極線的驅(qū)動器尺寸的增加；以及確保高速操作。
圖8是說明了根據(jù)本發(fā)明的一種照相機系統(tǒng)的原理配置的方框圖。
照相機系統(tǒng)40具有成像裝置41；光學系統(tǒng)，用于將入射光引導到這個成像裝置41的像素區(qū)域，例如透鏡42，用于將入射光(成像光)聚焦到成像表面；驅(qū)動電路43，用于驅(qū)動成像裝置41；信號處理電路44，用于處理成像裝置41的輸出信號；等等。
在這個照相機系統(tǒng)中，作為成像裝置41，使用根據(jù)上述實施例的固態(tài)成像裝置，即具有三晶體管配置的單元像素10的MOS類型固態(tài)成像裝置，三晶體管配置包括傳送晶體管12；放大器晶體管13；以及除了光電二極管11的復位晶體管14；其中至少一個提供到復位晶體管的柵極的電位至少是負電位，或者三個或更多的電位類型將被提供到復位晶體管的柵極。
驅(qū)動電路43具有用于生成包括用于驅(qū)動圖2中V移位寄存器25和H移位寄存器34的開始脈沖以及時鐘脈沖的各種類型的時序信號的時序生成器(未顯示)，并且為了實現(xiàn)在以前所說明的操作例中所說明的驅(qū)動操作而驅(qū)動成像裝置(MOS類型固態(tài)成像裝置)41。信號處理電路44對MOS類型固態(tài)成像裝置41的輸出信號Vout進行各種信號處理，并且輸出結(jié)果作為視頻信號。
通過這種方式，根據(jù)本照相機系統(tǒng)，通過使用根據(jù)以前所說明的實施例的MOS類型固態(tài)成像裝置作為成像裝置41，MOS類型固態(tài)成像裝置能夠使未被選擇的行的噪聲減?。荒軌蛟诿髁恋膱鼍爸幸种拼怪睏l的出現(xiàn)；不會執(zhí)行經(jīng)由復位晶體管包括浮動節(jié)點電容的充電；能夠防止漏極線的驅(qū)動器尺寸的增加；因此能夠以小電路尺寸以及低功率消耗獲得具有低噪聲的高質(zhì)量成像圖像。
需要指出的是，本發(fā)明的固態(tài)成像裝置可以是作為一個芯片而形成的固態(tài)成像裝置，或者也可以是作為一套多個芯片而形成的模塊類型的固態(tài)成像裝置。在作為一套多個芯片形成的固態(tài)成像裝置的情況下，其由用于成像的傳感器芯片、用于數(shù)字信號處理的信號處理芯片、以及其它芯片構(gòu)成，有時還包括光學系統(tǒng)。
工業(yè)實用性本發(fā)明能夠減小未被選擇的行的噪聲；能夠在明亮的場景中抑制垂直條的出現(xiàn)；不必執(zhí)行經(jīng)由復位晶體管包括浮動節(jié)點電容的充電；能夠防止漏極線的驅(qū)動器尺寸的增加；以及能夠確保高速操作；因此本發(fā)明能夠應用到諸如數(shù)字照相機和攝像機的電子裝置上。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，具有在成像區(qū)域內(nèi)形成的多個單元像素，其中，每一個單元像素具有光電轉(zhuǎn)換器，用于根據(jù)入射光量而生成電荷；傳送晶體管，用于將所述光電轉(zhuǎn)換器的信號傳送到浮動節(jié)點；放大器晶體管，用于將所述浮動節(jié)點的信號輸出到信號線；以及復位晶體管，用于復位所述浮動節(jié)點，提供到所述復位晶體管的柵極的多個電位中的至少一個為負電位。
2.一種具有單元像素的固態(tài)成像裝置，具有光電轉(zhuǎn)換器，用于根據(jù)入射光量而生成電荷；傳送晶體管，用于將所述光電轉(zhuǎn)換器的信號傳送到浮動節(jié)點；放大器晶體管，用于將所述浮動節(jié)點的信號輸出到信號線；復位晶體管，用于復位所述浮動節(jié)點；以及能夠向所述復位晶體管的柵極提供三種或更多的電位類型的部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述向復位晶體管的柵極提供的至少三種或更多的電位類型中的至少一種電位類型的電壓是負電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述裝置具有在從正的高電平電源電位而通過地電平電源電位后，能夠設(shè)定當所述復位晶體管從開啟狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)時柵極電位在負的電源電位的區(qū)段。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像裝置，其中，在采樣和保持預充電節(jié)拍以及數(shù)據(jù)節(jié)拍的時序，將所述復位晶體管的柵極電位設(shè)定在地電位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述已選擇的像素的復位晶體管的柵極電位設(shè)定在地電位期間，所述未被選擇的像素的復位晶體管的柵極電位是負電位。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述裝置具有用于處理經(jīng)過信號線輸出的信號的芯片。
8.一種照相機系統(tǒng)，具有具有單元像素的固態(tài)成像裝置，具有光電轉(zhuǎn)換器，用于根據(jù)入射光量而生成電荷；傳送晶體管，用于將所述光電轉(zhuǎn)換器的信號傳送到浮動節(jié)點；放大器晶體管，用于將所述浮動節(jié)點的信號輸出到信號線；以及復位晶體管，用于復位所述浮動節(jié)點，提供到所述復位晶體管的柵極的多個電位中的至少一個為負電位；光學系統(tǒng)，用于將入射光引導到所述固態(tài)成像裝置的成像部件；以及信號處理電路，用于處理所述固態(tài)成像裝置的輸出信號。
9.一種照相機系統(tǒng)具有具有單元像素的固態(tài)成像裝置，具有光電轉(zhuǎn)換器，用于根據(jù)入射光量而生成電荷；傳送晶體管，用于將所述光電轉(zhuǎn)換器的信號傳送到浮動節(jié)點；放大器晶體管，用于將所述浮動節(jié)點的信號輸出到信號線；復位晶體管，用于復位所述浮動節(jié)點；以及能夠向所述復位晶體管的柵極提供三種或更多的電位類型的部件；光學系統(tǒng)，用于將入射光引導到所述固態(tài)成像裝置的成像部件；以及信號處理電路，用于處理所述固態(tài)成像裝置的輸出信號。
全文摘要
提供了一種固態(tài)成像裝置，所述固態(tài)成像裝置在不要求經(jīng)由復位晶體管對浮動節(jié)點電容充電的情況下，能夠使未被選擇的行的噪聲變小；能夠在明亮的場景中抑制垂直條的出現(xiàn)，能夠防止漏極線路的驅(qū)動器尺寸的增加；以及能夠確保高速操作。還提供了和一種使用所述固態(tài)成像裝置作為成像裝置的照相機系統(tǒng)。MOS類型固態(tài)成像裝置包括以矩陣排列的單元像素(10)，并且每個單元像素具有光電二極管(11)；傳送晶體管(12)，用于將所述光電二極管(11)的信號傳送到浮動節(jié)點(N11)；放大器晶體管(13)，用于將所述浮動節(jié)點(N11)的信號輸出到垂直信號線(22)；以及復位晶體管(14)，用于復位所述浮動節(jié)點(N11)。所述復位晶體管(14)具有由以下三個值控制的柵極電壓電源電位(例如3伏)、地電位(0V)、以及負電源電位(例如－1V)的三個值來控制所述復位晶體管14的柵極電壓。
文檔編號H04N5/374GK1879402SQ20048003327
公開日2006年12月13日 申請日期2004年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月16日
發(fā)明者野本哲夫, 牧野榮治, 馬渕圭司, 春田勉, 龜田慎二郎 申請人:索尼株式會社