[发明专利]固态成像装置的驱动方法以及相机系统

说明书

技术领域

本公开涉及有效地放电累积在大容量的光电换能器中的信号电荷的固态成像装置的驱动方法以及相机系统。

背景技术

在相关技术中，CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器使用复位晶体管来操作从像素信号中去除噪声的CDS（相关双采样）电路。此外，进行放电累积在光电换能器（例如，光电二极管）中的信号电荷的快门操作，该光电换能器被安排在与读出行（或列，或像素）不同的任意位置上。在如下描述中，将CMOS图像传感器缩写成CIS（CMOS Image Sensor），将光电二极管缩写成PD（Photo Diode）。

并且，在日本专利第4048415号中公开了一般CIS的配置和操作例子。这里，将描述来自相关技术的CIS100的配置和操作例子。

图10是示出来自相关技术的CIS100的配置例子的电路图。

CIS100包括像素部分101和CDS部分102。

像素部分101包括构成PD—光电换能器的4种类型MOS晶体管（转移晶体管Tr1、复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3、和选择晶体管Tr4）、和PD的读出电路。这里，转移晶体管具有的栅极被称为转移栅极，其他晶体管的栅极以相似的方式称呼。并且，像素部分101包括作为浮置扩散区的浮置扩散部分（在下文中，称为FD（Floating Diffusion）部分）。

PD生成与接收光量相对应的信号电荷，转移晶体管Tr1根据转移脉冲将PD的信号电荷转移到FD部分。

复位晶体管Tr2根据接通复位栅极的栅极驱动脉冲，将FD部分的电压定期复位成电源电压Vdd。这个Vdd的电压值是，例如，1.8V或2.7V，当像素尺寸增加时，也可以使用5V。

放大晶体管Tr3输出与连接到这个栅极的FD部分的电压起伏相对应的输出信号。

选择晶体管Tr4根据选择像素行的选择脉冲，将放大晶体管Tr3的输出信号输出到垂直信号线。

垂直信号线被安排在每个像素列中，一端连接到用作成像区域外部的恒流源的负载晶体管Tr5。并且，垂直信号线的另一端连接到安排在成像区域外部的每个像素列中的信号处理电路。这个图像处理电路包括CDS部分102，通过对安排在成像区域的下一级中的像素信号进行各种信号处理输出成像信号。

CDS部分102包括将SHR和SHS用作栅极信号的晶体管Tr6和Tr7，具有Cs和Cr的静电电容的电容器、获取输出信号的电平之间的差值的差分放大器、和安排在差分放大器与水平信号线之间的晶体管Tr8。这个CDS部分102是输出与按时序输入的两个信号之差成正比的信号的电路。

这里，将描述CIS100的操作例子。

首先，CIS100进行从为任意行（快门行、列、或像素）累积信号电荷开始的快门操作。已经变成快门行的像素部分101同时接通复位栅极和转移栅极，将累积在PD中的所有信号电荷放电到电源漏极。信号电荷得到放电，当再次接通转移电极时，已经变空的PD开始累积信号电荷。

之后，当经过了固定时间时，为希望结束信号电荷的累积的任意行进行读取操作。接通选择晶体管的选择栅极，以便选择在进行这种读出操作的行（读出行、列、或像素）上与CDS部分102进行连接的信号线。之后，依次接通复位栅极时输出的信号、和接通转移栅极时输出的信号两者通过接通CDS部分102的SHS栅极和接通CDS部分102的SHR栅极来读出。在这种情况下，当通过在FD部分中累积PD的信号电荷时的定时信号SHS接通晶体管Tr6时，电容器Cs保持输出信号。另一方面，当通过复位FD部分时的定时信号SHR接通晶体管Tr7时，电容器Cr保持像素部分101的输出信号。

之后，CDS部分102将接通复位栅极时输出的信号当作噪声电平来对待，将接通转换栅极时输出的信号当作已经叠加的噪声电平来对待。此外，差分放大器比较保持在两个电容器Cs和Cr中的输出信号的电平，取两者之间的差值，并通过晶体管Tr8将差值输出到水平信号线。在这种情况下，通过排除从接通复位栅极时输出的信号与接通转移栅极时输出的信号之间的差值中获得的噪声电平，无噪声地获得高质量图像。

并且，像显示在JP2001-45383A中那样的结构被认为是与改变信号电荷的累积时段，和读出像素区的任意部分的相关技术的快门操作有关的技术。另外，在JP2006-310932A中公开了来自相关技术的CIS的配置的概况。

发明内容