[发明专利]信号处理装置、固体成像装置和像素信号生成方法

说明书

(相关申请的交叉引用)

本申请要求2008年8月28日提交的日本专利申请2008-220504 的优先权，该日本专利申请的全部内容通过参考在本申请中引入。

技术领域

本发明涉及在宽的动态范围内把与光电二极管中存储的电荷对 应的电压信号输出的信号处理装置、固体成像装置和像素信号生成方 法。

背景技术

在作为固体成像装置的一例的CMOS图像传感器中，在读出像 素信号时，把浮置扩散(FD：floating diffusion)的电压重置成像素 电源的电压。即，由于对电源电压有依赖性，所以如果像素电源的电 压降低则FD的电压也降低。另外，由于向垂直信号线输出的信号是 用放大晶体管检测FD的电压得到的信号，所以如果FD的电压降低， 则与之相伴随，向垂直信号线输出信号的电压也降低。因此，在具有 CMOS图像传感器的机器中，实现低耗电时，产生不能充分地输出像 素的饱和信号量等的问题。

另一方面，在日本特开2005-86595号公报中记载了解决上述问 题，实现耗电减少、动态范围扩大的半导体装置(CMOS传感器)。 在该公报记载的装置中，通过使重置FD时的重置脉冲为ON的期间 比以往更短(相对于垂直信号线的追随时间足够短)，提高对FD的 设定电压，实现耗电减少、动态范围扩大。

但是，上述公报记载的半导体装置中，由于设定电压的上升幅度 取决于控制定时，所以存在难以在能得到充分效果的最佳定时控制的 问题。另外，像素数大的CMOS传感器的情况下，由于重置脉冲的波 形因RC时间常数而变钝，所以为了重置FD必须增大脉冲宽度，如 果脉冲宽度增大则升压效果下降。因此，对于像素数大的CMOS传感 器难于适用上述公报记载的技术。而且，由于升压效果与垂直信号线 的负载电容对应地变化，所以，在垂直信号线的负载电容小时，垂直 信号线的追随时间也小，得不到充分的升压效果。

发明内容

根据本发明的一个方式，提供一种信号处理装置，用双重相关取 样处理生成与像素单元内的光电二极管中存储的电荷对应的电压信 号，包括：用来把上述存储的电荷变换成电压信号的浮置扩散即FD； 以及栅端子与上述FD连接且源端子与输出信号线连接的放大晶体管， 在双重相关取样处理中，在重置上述FD时，通过在预定期间向上述 FD施加电源电压，把上述输出信号线的电压设定成第一电压，然后把 上述输出信号线的设定电压设定成比上述第一电压高的第二电压。

另外，根据本发明的一个方式，提供一种固体成像装置，包括如 上所述的信号处理装置，还包括：像素区和行选择电路，上述像素区 具有阵列状地配置的多个上述像素单元，上述各像素单元除了上述光 电二极管、上述FD和上述放大晶体管之外还包括：把上述光电二极 管中存储的电荷读出到上述FD的读出晶体管、以及用来重置上述FD 的电压的重置晶体管，上述行选择电路控制多个上述像素单元的上述 读出晶体管和上述重置晶体管。

另外，根据本发明的一个方式，提供一种像素信号生成方法，是 生成与像素单元内的光电二极管中存储的电荷对应的电压信号时的像 素信号生成方法，包括：第一电压设定步骤，通过在预定期间向用来 把上述存储的电荷变换成电压信号的浮置扩散即FD施加电源电压， 把栅端子与该FD连接的晶体管的源端子的电压设定成第一电压；第 二电压设定步骤，对上述晶体管的源端子施加比上述第一电压高的第 二电压；信号电荷传送步骤，把上述光电二极管中存储的信号电荷传 送到上述FD；以及信号生成步骤，生成表示上述第二电压与执行上述 信号电荷传送步骤后的上述晶体管的源端子的电压的差量的像素信 号。

附图说明

图1是示出作为根据本发明的固体成像装置的前提的固体成像装 置的构成例的图。

图2是示出用来从像素单元读出像素信号的电路(像素信号读出 电路)的构成的图。

图3是利用图2所示的像素信号读出电路读出像素信号时的时序 图的一例的图。

图4是示出FD的重置电压和垂直信号线的重置电压的关系的图。

图5是示出实施方式1的固体成像装置具有的像素信号读出电路 的构成例的图。

图6是利用图5所示的像素信号读出电路读出像素信号时的时序 图的一例的图。

图7是示出FD与对垂直信号线的输出的关系的图。