[发明专利]固体摄像器件、其驱动方法和包括该器件的电子系统

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2009年6月5日向日本专利局提交的日本在先专利申请2009-135666的公开内容相关的主题，在此将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及固体摄像器件、该固体摄像器件的驱动方法和电子系统。

背景技术

在普通固体摄像器件中，当读取通过光电转换产生的电荷时，电荷累积在被称为浮动扩散区的杂质扩散区中，或者电荷从光接收部传输到杂质扩散区，从而在杂质扩散区中电荷转变为电压。此类固体摄像器件的像素通常包括使浮动扩散区(下文中称为“FD部”)复位到预定电位的复位晶体管。

在具有复位晶体管的像素中，复位晶体管设为导通状态，FD部被初始化为具有固定电压Vdd。此后，复位晶体管变为截止状态，使得FD部变为浮空状态。电荷存储或传输到经初始化的FD部，在FD部中通过电荷/电压转换产生输出电压。在此复位操作中，应注意的是，当在浮空状态下对电压Vdd的初始化电压进行取样时，主要会产生两种噪声。

此两种噪声之一为热噪声(kTC噪声)，其取决于FD部的电容，在每次复位操作时随机产生。另一种噪声是电压Vdd由布线的阻抗分量在产生热噪声以及电流消耗时所导致的电压波动而产生的噪声，取决于复位操作的时序，会取样出不同的电压值。对于上述两种噪声，应注意的是，在普通CMOS图像传感器操作中，可采用被称为相关双采样法的噪声去除方法基本完全地去除噪声。

在该相关双采样处理中，读取通过复位操作所采样的FD部的电压Vo_rst，紧随其后，所存储的电荷从光接收部传输到FD部，作为信号电压Vo_sig被读出。在此，复位操作产生的噪声保留在FD部中，于是Vo_rst和Vo_sig叠加有相同的噪声。由此，通过计算Vo_sig-Vo_rst，能够从所存储电荷的输出中去除复位操作导致的噪声。

图28是通过相关双采样法去除噪声的驱动示例情况下的时序波形图。图28显示了用来选择像素的选择脉冲SEL、用来复位FD部的复位脉冲RST、将信号电荷从光接收部读出到FD部的传输脉冲TRG和FD部的电压(下文中有时简称为“FD电压”)。

在该驱动示例的情况下，由光接收部保持信号电荷。在进行读出操作时，首先复位脉冲RST激活，使FD部的电压设置为复位电压Vdd。当复位脉冲RST活动时，FD部的电压随着电压Vdd的波动和热噪声而随机波动，复位脉冲RST不活动时的瞬间电压值为FD部的电压。

此时，假设固定噪声为ΔVn，FD部的电压为Vdd+ΔVn。电压Vdd+ΔVn作为复位电平Vo_rst读出，接着传输脉冲TRG激活，使光接收部的信号电荷传输到FD部。FD部是浮空的，因此信号电荷的电压Vsig加到上述复位电平Vdd+ΔVn上，得到电压Vdd+ΔVn+Vsig。

此时FD部的电压Vdd+ΔVn+Vsig作为信号电平Vo_sig被读出，由此得到与上述复位电平Vo_rst(＝Vdd+ΔVn)的差值，最终输出Vout如下所示，从而消除了复位噪声ΔVn：

Vout＝(Vdd+ΔVn+Vsig)-(Vdd+ΔVn)

    ＝Vsig

但是，在低频带中，复位噪声之外的读出噪声也值得注意，例如输出电路(源极跟随电路的放大晶体管等)中产生的1/f噪声。因此，如果不是稍前于读出信号电平Vo_sig而读出复位电平Vo_rst，则低频带噪声将叠加在输出上，于是很难获得相关双采样的优点，图像质量就不好。

为此，在先技术的固体摄像器件执行整体曝光操作(批量曝光)，即在同一曝光时间内对所有像素进行光电转换，其中的驱动方法为，在读出信号电平之后再次执行复位操作以读出复位电平(例如参考未经审查的日本专利申请公开文本2007-074435)。通过整体曝光，在同一曝光时间内对所有像素进行光电转换，可获得动态物体的不失真的图像。

该驱动方法除了应用于执行整体曝光操作的固体摄像器件之外，还可以应用于直接在FD部中累积经光电转换的电荷的图像传感器，例如，使用有机光电转换层作为光接收部的固体摄像器件。

具体地，在信号电荷保持在FD部或信号电荷存储在FD部的情况下读出电平时，驱动次序如图29所示。也就是说，在读出信号电平之后，执行复位操作以获得复位电平。

更详细地，首先，在信号电荷传输到FD部之前或在信号电荷存储在FD部之前复位FD部。此时，噪声ΔVn′叠加在复位电压Vdd上。

所有像素的电荷同时传输或在曝光时间内直接存储到FD部中，信号电荷Vsig叠加到FD部的电压上。因此，在读出操作的时间点，信号电平已经变成Vdd+ΔVn′+Vsig。