[发明专利]固态成像装置、成像装置和固态成像装置的驱动方法有效
申请号: | 200910142705.6 | 申请日: | 2009-05-31 |
公开(公告)号: | CN101594491A | 公开(公告)日: | 2009-12-02 |
发明(设计)人: | 土屋弘幸 | 申请(专利权)人: | 索尼株式会社 |
主分类号: | H04N5/335 | 分类号: | H04N5/335;H01L27/146 |
代理公司: | 北京市柳沈律师事务所 | 代理人: | 郭定辉 |
地址: | 日本*** | 国省代码: | 日本;JP |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 固态 成像 装置 驱动 方法 | ||
技术领域
本发明涉及固态成像装置、成像装置和固态成像装置的驱动方法。更具体地,本发明涉及适于用于检测物理量分布的半导体装置(如固态成像装置)和包括敏感于外部馈入的电磁波(如光和辐射)的多个单元像素的排列且通过经由地址控制的任意选择可以以电信号的形式从其读出由单元组件转换为电信号的物理量分布的其他电子设备的像素驱动技术。
背景技术
在多个领域中已经发现了用于检测物理量分布的半导体装置的广泛应用。这样的装置具有多个单元组件(如像素),其敏感于外部馈入的电磁波(如光和辐射),并且以线(line)或矩阵形式排列。
在视频设备领域中,例如,使用CCD(电荷耦合器件)或MOS(金属氧化物半导体)和CMOS(互补金属氧化物半导体)固态成像装置。将这些装置设计为在其他物理量之中检测光(电磁波的一种示例)。这样的装置允许以电信号的形式从其中读出由单元组件(固态成像装置中的像素)转换为电信号的物理量分布。
一些固态成像装置是放大装置。这些装置包括在像素信号产生部分中被配置为固态成像元件(APS:有源像素传感器,也称为增益单元)的像素,其每一个均具有放大驱动晶体管。像素信号产生部分产生与由电荷产生部分产生的信号的电荷相称的像素信号。例如,许多CMOS固态成像装置以这样的方式配置。
为了从这样的放大固态成像装置外部地读出像素信号,具有多个单元像素的排列的像素部分被地址控制,以便可以任意选择和读出来自单元像素的信号。也就是说,放大固态成像装置是地址控制的固态成像装置的示例。
在具有以矩阵形式排列的单元像素的X-Y地址固态成像装置中,MOS晶体管用作诸如开关元件之类的有源元件,适于选择像素和读出信号电荷。进一步,将MOS晶体管用在水平和垂直扫描电路中,这提供了如下优点:开关元件和像素部分二者均可以以一系列的步骤制造。
单元像素包括电荷产生部分和信号输出部分。电荷产生部分产生信号电荷。信号输出部分具有适于产生并输出与由电荷产生部分产生的信号电荷相称的目标信号的晶体管。例如,电荷产生部分具有进行光电转换的光电二极管。信号输出部分具有读出选择则晶体管、放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管。读出选择晶体管读出由光电二极管产生的信号电荷。放大晶体管将读取的信号电荷转换为像素信号。复位晶体管复位信号电荷。选择晶体管选择待读出的像素。由信号产生部分的有源元件放大在光电二极管(光电转换元件)中累积的信号电荷(光电子或空穴),并将其作为图像信息读出。
顺便提及,在这种类型的固态成像装置中执行电子曝光时间控制。在成像装置中,像素部分包括以矩阵形式二维排列的多个像素晶体管。在逐像素或逐线(行)的基础上开始与入射光相关的信号电荷的累积。通过地址说明(address specification),在成像部分中从像素顺次读取基于信号电荷的电流或电压信号。广义上,这被称为电子快门(electronic shutter)功能。这里,通过同时存取一行像素,在逐行的基础上从像素部分读出像素信号。在MOS(包括CMOS)固态成像装置中该地址控制(在下文中称为逐行读出或列读出方案)的示例是常见的。
应该注意,在一些X-Y地址固态成像装置中,例如,在不读出信号电荷的水平消隐时间段期间,复位一行像素的不必要的信号电荷(对信号线放电),以便实现狭义上的电子快门功能。该电子快门功能电子地指定不同于正常曝光时间的曝光时间。
在X-Y地址固态成像装置中,由从信号电荷的放电到读出信号电荷的时间段来确定与电子快门速度的曝光时间对应的时间,即像素累积时间。因此,使用累积和顺序读出方案,其在每个像素曝光时间(累积帧时间)读出像素信号。
例如,当使用CMOS固态成像装置时,像素通常根据其操作原理从它输出信号的时刻起再次开始累积通过光电转换获得的信号电荷。因此,累积时间段根据成像表面的扫描定时而偏移。也就是说,累积时间从一条扫描线到另一条累积时间偏移了扫描时间,导致所谓的线曝光。与CCD(电荷耦合器件)固态成像装置不同,不使用全局曝光。通过以信号电荷的形式、在相同的时间段期间累积光电转换元件上的入射光,全局曝光同时将信号电荷从所有像素读出至垂直CCD,由此满足了累积的同时性条件。由于逐行提供驱动脉冲,因此线曝光(也称为卷帘式快门(rolling shutter)或焦平面累积)被用在CMOS固态成像装置中,这是与其基于累积和同时读出方案的CCD对应物(counterpart)(即,全局曝光)相比的显著不同点。
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