[发明专利]摄像设备和图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种摄像设备和图像传感器。本发明尤其涉及一种在拍摄运动图像时提供没有失真等的图像质量劣化的运动图像的摄像设备和该摄像设备所适用的图像传感器。

背景技术

近年来，诸如数字单镜头反光照相机等的许多摄像设备采用使用CMOS(互补金属氧化物半导体)的图像传感器(以下称为CMOS传感器)。

CMOS传感器具有二维排列的多个像素。在使用这类CMOS传感器的摄像光学系统中，例如，可以使用机械快门作为机械遮光构件来控制曝光时间。

在拍摄静止图像时，机械快门对像素遮光，并且在遮光条件下复位所有像素。然后，机械快门开放以曝光CMOS传感器，从而取得适当曝光。在经过预定时间之后，机械快门闭合，然后，读取信号以获得静止图像。

然而，机械快门的驱动速度(即快门速度)受限。因此，为了提高快门速度，通常代替机械快门而使用电子快门。

现说明电子快门的操作的例子。应该注意，在使用电子快门时，开放机械快门以使得始终曝光CMOS传感器。

首先，对于各像素或者每一行的像素，执行用于清除各像素中所储存的不必要的电荷的扫描，即复位扫描。然后，对于各像素或者每一行的像素，当经过预定时间时，执行用于读取所储存的电荷的扫描。这样实现电子快门的功能。以下将这类电子快门称为“卷帘电子快门”。

图11是示意性示出使用传统CMOS传感器的摄像单元的结构的例子的图。通过X-Y地址扫描方法扫描所关心的CMOS传感器。摄像设备具有该图所示的摄像单元。图12是示出图11所示CMOS传感器的各像素的电路结构的例子的图。图12示出图11所示像素中的一个像素。

应该注意，为了简化说明，图11示出具有三行×三列(3×3矩阵)排列的9个像素1104a的CMOS传感器。然而，实际的CMOS传感器具有二维排列的数量极大的像素(例如，数百万个像素)。

在图11中，使用该图所示的CMOS传感器的摄像单元设置有垂直移位寄存器(垂直扫描电路)1101、读出电路1102和1110、水平移位寄存器(水平扫描电路)1106和1109、输出放大器1105和1111、像素单元1104、恒流源1107a～1107c、以及选择开关1103a～1103c。而且，像素单元1104设置有3行×3列的像素1104a。

如图11所示，在像素单元1104中，将信号输出线1108a连接至第一列上的三个像素1104a，并且将信号输出线1108b连接至第二列上的三个像素1104a。类似地，将信号输出线1108c连接至第三列上的三个像素1104a。

恒流源1107a～1107c分别与这些信号输出线1108a～1108c连接。信号输出线1108a和1108c与读出电路1102连接。信号输出线1108b与读出电路1110连接。

如图11所示，读出电路1102经由选择开关1103a和1103c连接至输出放大器1105，并且读出电路1110经由选择开关1103b连接至输出放大器1111。而且，通过水平移位寄存器1106控制选择开关1103a和1103c，并且通过水平移位寄存器1109控制选择开关1103b。

上述垂直移位寄存器1101向像素单元1104给出传送脉冲信号PTX、复位脉冲信号PRES和选择脉冲信号PSEL。因此，像素单元1104将电荷作为电压输出，如后面所述。

应该注意，这里将通过第一行的像素1104a所定义的扫描线称为第一扫描线。也就是说，将通过第n行(n是等于或大于1的整数，在所示例子中，n＝1、2或3)的像素1104a所定义的扫描线称为第n扫描线。

将垂直移位寄存器1101施加给第n扫描线的传送脉冲信号、复位脉冲信号和选择脉冲信号分别表示为PTX(n)、PRES(n)和PSEL(n)。

在图12中，像素1104a具有光电二极管(PD)1201、传送开关1202、复位开关1203、存储区域(浮动扩散：FD)1204、MOS放大器1205和选择开关1206。

通过PD 1201将入射至像素1104a的入射光转换成电荷。而且，传送脉冲信号PTX接通传送开关1202，并且将通过PD 1201转换的电荷传送给FD 1204。另一方面，复位脉冲信号PRES接通复位开关1203，并且清除FD 1204中储存的电荷。MOS放大器1205是发挥源极跟随器功能的放大器。通过选择脉冲信号PSEL来接通选择开关1206，并且选择开关1206选择从中读取所储存的电荷的像素。