[发明专利]固态成像装置和相机系统

说明书

相关申请的交叉参考 

本申请要求于2007年9月18日向日本专利局提交的日本专利申请第2007-241318号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。 

技术领域

本发明涉及一种以互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器为代表的固态成像装置和一种相机系统。 

背景技术

近些年来，CMOS图像传感器引起了关注，如固态成像装置(图像传感器)，可替代电荷耦合装置(CCD)。 

这是因为CMOS图像传感器解决了这样的问题：由于制造CCD像素需要专门的过程、操作需要多个电源电压、以及必须结合并操作多个外围IC而造成系统相当地复杂。 

CMOS图像传感器的制造可使用与普通CMOS类型集成电路相同的制造过程。CMOS传感器可以用单电源进行驱动。此外，使用CMOS处理的模拟电路和逻辑电路可以在同一芯片中共存，因而其具有多种显著的优点：可减少外围IC的数量。

CCD的输出电路主要提供使用具有浮置扩散层的FD放大器(FD：浮置扩散)的一个通道(ch)输出。另一方面，CMOS图像传感器包括每个像素的FD放大器，并且输出主要是列平行输出型，其中，像素阵列中的一行被选中，并且其中的像素在列方向上同时被读出。这是因为，设置在像素中配置的FD放大器难以获得充分的驱动能力，因而需要降低数据率(data rate)且认为并行处理具有优势。 

一般而言，在重置CMOS图像传感器中的像素的情况下，经常采用对每行逐一地重置像素的方法(下文中该方法被称作“卷帘快门(rolling shutter)”)。下面将参考具体的电路实例来描述卷帘快门操作。 

图1是示出由四个晶体管构成CMOS图像传感器的像素的说明性实施例的示图。 

像素1包括(例如)由光电二极管构成的光电转换元件11。每一个光电转换元件11均包括四个晶体管作为有源元件，即，转移晶体管12、重置晶体管13、放大晶体管14和选择晶体管15。 

光电转换元件11对应于光量执行将入射光光电转换为电荷(这里为电子)。 

转移晶体管12连接于光电转换元件11和浮置扩散FD之间。通过经转移控制线LTx向栅极(转移栅极)提供驱动信号，由光电转换元件11光电转换产生的电子被转移到浮置扩散FD。 

重置晶体管13连接于电源线LVDD和浮置扩散FD之间。通过经重置控制线LRST向栅极提供重置信号，浮置扩散FD的电位被重置为电源线LVDD的电位。

放大晶体管14的栅极连接到浮置扩散FD。放大晶体管14经由选择晶体管15连接到输出信号线16。放大晶体管14和像素阵列外部的恒流源组成源极跟随器。 

当寻址信号(选择信号)经由选择控制线LSEL被提供到选择晶体管15的栅极以导通选择晶体管15时，放大晶体管14放大浮置扩散FD的电位，并且根据输出信号线16的电位输出电压。经由输出信号线16从每个像素输出的电压被输出到列电路(列处理电路)。 

该像素的重置操作如下：导通转移晶体管12以将积累在光电转换元件11中的电荷转移到浮置扩散FD，以使积累在光电转换元件11中的电荷得以放电。 

这种情况下，浮置扩散FD导通重置晶体管13以预先将电荷释放到电源侧，以使光电转换元件11的电荷可预先被接收。可选地，当导通转移晶体管12时，可同时开启重置晶体管13以直接将电荷释放到电源。 

所述一系列操作可简称为“像素重置(reset，复位)操作”。 

另一方面，在读出操作中，首先导通重置晶体管13以重置浮置扩散FD，并且通过该状态下导通的选择晶体管15将其输出到输出信号线16。这被称作P相位输出。 

其次，导通转移晶体管12以将积累在光电转换元件11中的电荷转移到浮置扩散FD，并且该输出被输出到输出信号线16。这被称作D相位输出。 

D相位输出和P相位输出之间的差分可在像素电路外部获得并且通过消除浮置扩散FD的重置噪声而作为图像信号。 

为了简洁，所述一系列操作可简称为“像素读出操作”。

图2是示出图1的像素以二维阵列形状布置的CMOS图像传感器(固态成像装置)的一般结构的说明性实施例的示图。 

图2的CMOS图像传感器20包括：像素阵列单元21，其中图1所示的像素电路以二维阵列布置；像素驱动电路(垂直驱动电路)22；以及列电路(列处理电路)23。