[发明专利]固态成像设备和成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于各种图像传感器的固态成像设备，具体地，涉及在启动时和在其它场合下能够保证相对于负载变化的有效操作的固态成像设备和成像装置。

背景技术

在相关技术中，已知MOS型的固态成像设备作为这种类型的固态成像设备。在MOS型的固态成像设备中，已知具有这样一种系统的固态成像设备，在该系统中，在使用转移晶体管将电荷转移到检测区之后，读取像素中所包括的光电二极管(光电转换器)中的信号电荷。

具有这种系统的MOS型的固态成像设备不同于CCD型的固态成像设备，其中，CMOS逻辑电路安装在相同的芯片上，并用一个与逻辑电路相同的低电压电源来操作像素。因此，例如，当转移晶体管是n-沟道MOS晶体管时，像素中的转移晶体管的栅极电压具有0V和电源电压Vdd两个值。在相关技术中，将负电压施加到转移晶体管的栅极上以防止暗电流，从而实现图像质量的改进(例如，参见JP-A-2002-217397(专利文件1))。

图10是示出了相关技术中的MOS-型的固态成像设备的例子的电路图。

MOS-固态成像设备1包括：传感器单元3，在该传感单元3中有按矩阵方式排列的多个像素2；驱动传感器单元3的垂直扫描电路4和水平扫描电路5；以及信号保持电路6，用于接收传感器单元3中一行上的像素2的信号。在图10中，为了方便起见，将像素2画成2×2的像素，然而，实际上排列了许多像素。

每个像素2包括：进行光电转换的光电二极管PD、将光电二极管PD的信号电荷转移到检测区(浮动扩散)FD的转移晶体管QT、将检测区FD中的电位输出到垂直信号线8的放大晶体管QA、选择像素2的行的地址晶体管QD、以及复位检测区FD的电位的复位晶体管QR。

在像素2中，地址晶体管QD的栅极从垂直扫描电路4连接到垂直选择线10。复位晶体管QR的栅极与复位线11连接，转移晶体管QT的栅极与垂直读取线9连接。具有恒定电流源功能的负载晶体管QL与垂直信号线8的一端连接，而信号保持电路6与其另一端连接。信号保持电路6通过垂直信号线8取得每个像素的输出信号，并通过驱动水平扫描电路5经由OR门15将其输出到随后的级(sequential stage)的电路中。

在每个像素行上，垂直扫描电路4都具有三个缓冲电路12、13和14。当从垂直扫描电路4的一侧输入低电平脉冲时，缓冲电路12和13将电源电压Vdd输出到在输出侧的垂直选择线10或复位线11，并且当输入高电平脉冲时，缓冲电路12和13将地电压输出到在输出侧的垂直选择线10或复位线11。

在此例子中，提供了负电压产生电路7(例如，电荷泵电路)，作为在电荷存储期中将负电压施加到转移晶体管QT的栅极的装置。将负电压产生电路7的输出输入到与垂直读取线9相连的缓冲电路14中。

当从垂直扫描电路4的一侧输入低电平脉冲时，缓冲电路14将电源电压Vdd输出到在输出侧的垂直读取线9，并且当输入高电平脉冲时，缓冲电路14将负电压输出到在外侧的垂直读取线9。

接下来，在图11A和图11B中示出了上面的MOS型固态成像设备1中的快门操作。将此操作分为电荷存储期和读取期。按相同的计时处理同一行中的所有像素。有标准的快门模式(图11A)，在此模式中，对于行数用连续的操作逐行进行存储和读取，并输出电荷，还有全局(global)快门模式(图11B)，在此模式中，在对所有像素的电荷进行存储后，在每行进行读取。在图11A和11B中，将复位栅极信号标记为φR，将转移栅极信号标记为φT。

在标准快门模式(图11A)中，首先，复位光电二极管PD和检测区FD，然后，开始电荷存储。在完成电荷存储之后的读取期内，将存储在光电二极管PD中的信号电荷转移到检测区FD，用包括放大晶体管QA和负载晶体管QL的源极跟随器将与FD相应的信号电压发送到信号保持电路6中。在全局快门模式中，通过导通全局快门信号进行复位，并通过断开全局快门信号同时进行所有像素的电荷存储，然后，通过机械快门同时完成所有像素的电荷存储。此后的读取期与一行的标准快门的控制顺序一样，并按行数重复此顺序，以输出所有像素的信号。

接下来，在图12中示出了相关技术中的增压电荷泵电路(例如，参见JP-A-6-351229(专利文件2))。