專利名稱：固態(tài)成像設備與用于驅動其的方法以及成像裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像設備與用于驅動其的方法，更特別地，本發(fā)明涉及一種用于穩(wěn)定施加到電路上的負載的技術，其中所述電路產(chǎn)生用于傳送或丟棄在固態(tài)成像設備中的光電轉換元件中所存儲的電荷的信號。本發(fā)明還涉及一種使用所述固態(tài)成像設備的成像裝置。
背景技術：
例如，日本專利出版物(A)第2001-511628號公開了一種使用列單元讀取類型的CMOS圖像傳感器的成像裝置，其同時選擇一個讀取列和多個光閥列(shutter column)以及傳送或丟棄在所選擇的列中的光電二極管(光電轉換元件)中存儲的電荷以便實現(xiàn)聚焦平面光閥(focal plane shutter)。
在使用這種類型的CMOS圖像傳感器的成像裝置中，當需要使畫面速率恒定時，其間從實際的有效像素沒有讀取信號的偽周期就變得必要了。為了使有效像素的爆光次數(shù)恒定，在偽周期期間，包括有效像素的列不能被選擇為像素信號讀取列(讀取列)或光閥列。
另外，當同樣存在有多個光閥列時，在其間沒有必要對照相機設備中的光閥進行操作和阻擋光的偽周期中，包括有效像素的列不能被選擇為光閥列。
至今，還沒有為在偽周期期間所選擇的列采取適當?shù)拇胧?。所選擇的列的數(shù)目在操作期間也能變化。如果所選擇的列的數(shù)目變化，則施加到電路上的負載也變化，其中該電路用于產(chǎn)生用來傳送或丟棄在光電二極管中所存儲的電荷的信號。因此，基準電勢電平波動或者電荷傳送效率變化。這成為余像(afterimage)的原因。

發(fā)明內容
因此，期望提供一種固態(tài)成像設備，該固態(tài)成像設備使得施加到像素列的復位信號線和傳送信號線上的負載相對于每一個讀取周期一直恒定以便消除在輸出信號電平的列單元中的變化(不平衡性(unevenness))。
還期望提供一種用于驅動這樣的固態(tài)成像設備的方法。
還期望提供一種使用這樣的固態(tài)成像設備的成像裝置。
本發(fā)明基于如下想法提供在固態(tài)成像設備的有效像素區(qū)域之外的用于所有的像素信號讀取列(讀取列)的不同的偽列以及用于屏蔽光的列(光閥列)以及使得所選擇的列的數(shù)目一直恒定，以便由此獲得恒定的基準電位電平和電荷傳送效率。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種固態(tài)成像設備，該固態(tài)成像設備包括像素部分，具有按列和行限定的二維排列的多個像素以及將光信號轉換到電信號，該多個像素以列的形式被排列在有效像素部分和偽像素部分中；定時產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生用來讀取像素部分的像素的信號的地址信息和用來讀取的定時信號；列解碼器，用于基于從定時產(chǎn)生器輸出的地址信息來輸出用來選擇在一個畫面周期中的像素的特定多個線的線選擇信號；列選擇電路，用于產(chǎn)生用于控制的傳送信號和復位信號以及選擇在像素部分的有效部分和偽部分中的像素的列部分，其中所述控制用來基于定時信號根據(jù)從列解碼器輸出的多個線選擇信號來讀取像素部分的列部分中的像素信號；以及傳送電路，用于基于從所述列選擇電路輸出的傳送信號和復位信號來讀取相應像素的信號，然后經(jīng)由行信號線傳送所讀取的像素信號。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種固態(tài)成像設備，該固態(tài)成像設備具有像素部分，該像素部分具有按列和行限定的二維排列的多個像素以及將光信號轉換到電信號，其中所述多個像素包括有效像素和偽像素，在一個畫面周期中精確地選擇其中以列狀態(tài)排列有效像素和偽像素的特定數(shù)目的像素行，通過添加用于指示像素信號的讀取結束的列和像素信號讀取列來獲得那個數(shù)目，以及從所選擇的列的有效像素的列來傳送像素信號。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于驅動固態(tài)成像設備的方法，其中該固態(tài)成像設備具有像素部分，該像素部分具有按列和行限定的二維排列的多個像素以及將光信號轉換到電信號，該多個像素以列的形式被排列在有效像素部分和偽像素部分中，該方法包括如下步驟產(chǎn)生用來讀取像素部分的像素的信號的地址信息和用來讀取的定時信號；基于所述地址信息來產(chǎn)生用于選擇在一個畫面周期中的像素的特定多個線的線選擇信號；產(chǎn)生用于控制的傳送信號和復位信號以及選擇在像素部分的有效部分和偽部分中的像素的列部分，其中所述控制用來基于定時信號根據(jù)多個線選擇信號來讀取像素部分的列部分中的像素信號；以及基于輸出的所述傳送信號和復位信號來讀取相應像素的信號，然后經(jīng)由行信號線傳送所讀取的像素信號。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種成像裝置，該成像裝置包括固態(tài)成像設備，具有像素部分，該像素部分具有按列和行限定的二維狀態(tài)排列的多個像素以及將光信號轉換到電信號，該多個像素以列的形式被排列在有效像素部分和偽像素部分中；光學系統(tǒng)，用于將入射光引導到所述像素部分；定時產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生用來選擇所述像素部分的像素的地址信息和用來從所選擇的像素中讀取信號的定時信號；列解碼器，用于基于從所述定時產(chǎn)生器輸出的所述地址信息來輸出用于選擇在一個畫面周期中的像素的特定多個線的線選擇信號；列選擇電路，用于產(chǎn)生用于控制的傳送信號和復位信號以及選擇在所述像素部分的有效部分和偽部分中的像素的列部分，其中所述控制用來基于所述定時信號根據(jù)從所述列解碼器輸出的所述多個線選擇信號來讀取所述像素部分的列部分中的像素信號；傳送電路，用于基于從所述列選擇電路輸出的所述傳送信號和復位信號來讀取相應像素的信號，然后經(jīng)由行信號線傳送所讀取的像素信號；以及信號處理電路，用于處理由所述傳送電路所傳送的所述像素信號來作為成像信號。
綜述本發(fā)明的效果，在本發(fā)明的固態(tài)成像設備中，能利用穩(wěn)定的基準電壓和電荷傳送效率來執(zhí)行在光電二極管(光電轉換元件)中存儲的電荷的電壓轉換，因此沒有產(chǎn)生在輸出信號電平的列的單元中的變化(非均勻性)和余像。另外，存在有與像素信號讀取(讀取)列和用于屏蔽光入射到像素上的列(例如光閥列)的數(shù)目相同數(shù)目的偽列，因此減少了選擇每一偽列的比率，并且能抑制偽列的像素變壞(pixel deterioration)。本發(fā)明的使用上述固態(tài)成像設備的成像裝置提供高質量的圖像。


從參考附圖給出的優(yōu)選實施例的下列描述中，本發(fā)明的這些和其它目標和特征將變得更加清楚，其中圖1是作為本發(fā)明的成像裝置的一個例子的照相機設備的配置的視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的固態(tài)成像設備的方框圖；圖3是在圖2中顯示的本發(fā)明的實施例的固態(tài)成像設備的像素列選擇電路的電路配置的圖；
圖4A到4F是用于解釋圖3中所顯示的像素選擇電路的操作的時序圖；圖5A到5E是用于解釋另一個固態(tài)成像設備的操作的時序圖；圖6A到6F是用于解釋再一個固態(tài)成像設備的操作的時序圖；圖7A到7F是用于解釋再一個固態(tài)成像設備的操作的時序圖；以及圖8A到8C是用于解釋在圖5A到5E至圖7A到7F中所顯示的再一個固態(tài)成像設備的操作的波形圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖描述優(yōu)選實施例。
圖1是使用根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的固態(tài)成像設備的成像裝置的示意性視圖。成像裝置，例如，照相機設備9，具有光學透鏡系統(tǒng)91、固態(tài)成像設備90、以及圖像處理單元92。透鏡系統(tǒng)91具有例如各種類型的具有縮放功能、孔徑等的透鏡的組合。在圖1中，要拍攝的對象是在透鏡系統(tǒng)91的左前處。該對象的圖像通過透鏡系統(tǒng)91到達(strike)固態(tài)成像設備90。稍后將解釋固態(tài)成像設備90的細節(jié)，但是準備了每一個都包括像素并且按列和行限定的二維狀態(tài)排列的多個光電二極管。每一個光電二極管都根據(jù)穿過透鏡系統(tǒng)91的對象的圖像的光來產(chǎn)生電信號。圖像處理單元92接收根據(jù)在固態(tài)成像設備90的多個像素中的對象的圖像所產(chǎn)生的電信號作為輸入，執(zhí)行預定的信號處理，將該對象的圖像顯示在未示出的顯示單元上，例如，液晶顯示單元上，以及響應于用戶的指令將該對象的圖像存儲在諸如記憶棒(memorystick)的可拆卸存儲裝置中。照相機設備9配有各種類型的操作裝置，例如，光閥(shutter)、縮放按鈕、以及自動聚焦調節(jié)按鈕。圖像處理單元92響應于這些操作來執(zhí)行處理。例如，當通過縮放按鈕來指令縮放時，透鏡系統(tǒng)91對主題進行縮放。例如，當按下光閥時，與固態(tài)成像設備90中所產(chǎn)生并且被顯示在顯示單元上的圖像相同的圖像被存儲在例如可拆卸存儲裝置中。
圖2是如在圖1中的固態(tài)成像設備90所示例出的根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的列相關雙取樣(CDS)類型CMOS圖像傳感器的固態(tài)成像設備10的示意性方框圖。固態(tài)成像設備10由定時產(chǎn)生器11、列解碼器12、偽像素部分14以及有效像素部分15組成，其中有效像素部分15包括像素部分13、列選擇單元16、水平方向傳送部分17以及模擬前端(AFE)電路18。
從固態(tài)成像設備10的外部將垂直同步信號V-SYNC、水平同步信號H-SYNC、傳感器驅動用時鐘CLK-SD、傳感器復位用時鐘RESET、串行通信信號S-COMM等輸入到定時產(chǎn)生器11。定時產(chǎn)生器11根據(jù)這些輸入信號產(chǎn)生用于驅動列解碼器部分12、水平方向傳送部分17、列選擇單元16以及AFE電路18的各種類型的定時信號。列解碼器部分12從定時產(chǎn)生器11接收列信息S11B，以及將用于驅動連接到由所接收的列信息S11B所指定的有效像素部分15的列的像素的像素驅動信號S12A輸出到有效像素部分15。按照如圖3中部分地圖示的列和行所限定的二維來排列有效像素部分15的像素。像素部分13由偽像素部分14和有效像素部分15所組成。包括那些像素的單元元件具有相同的電路配置。但是，沒有必要從偽像素部分14的像素中提取像素信號。這些僅僅用作用于用來選擇像素列的電路(列解碼器)的負載元件或負載電路。因此，它們被配置為利用例如Al(鋁)薄膜的薄金屬膜來屏蔽光(shieldagainst light)，以便使該光將不會到達。
這將被參照一種配置來解釋，在該配置中以圖3中所圖示的像素部分的有效像素部分15的一列和一行來排列像素的單元元件35A。每一個光電二極管PD都將其陽極接地而將其陰極連接到用來配置傳送(TR)門的NMOS晶體管Tr1的源極。NMOS晶體管Tr1的柵極連接到傳送門信號線TR，而漏極連接到浮動傳播區(qū)FD。復位用NMOS晶體管Tr2的源極連接到浮動傳播區(qū)FD，柵極連接到復位信號線RST，以及漏極連接到基準電位VSEL的線上。放大用NMOS晶體管Tr3的柵極連接到浮動傳播區(qū)FD，漏極連接到基準電位VSEL的線上，以及源極連接到垂直(列)信號線上。像素的單元元件操作如下當復位信號RST和傳送門信號TR這兩者都處于“H(高)”電平時，晶體管Tr1、Tr2和Tr3變成ON(接通)狀態(tài)。光電二極管PD被設置在基準電位VSEL，也就是說，像素被復位。然后，復位信號RST和傳送門信號TR變成“L(低)”電平。其后，將復位讀取信號的“H”電平的脈沖(P相位)(下文中，稱為復位信號RST)提供到NMOS晶體管Tr2的柵極，NMOS晶體管Tr2變成ON狀態(tài)，經(jīng)由漏-源極將來自基準電源SEL的電壓施加到浮動傳播區(qū)FD，以及浮動傳播區(qū)FD被復位。將復位電壓提供到放大NMOS晶體管Tr3的柵極，放大NMOS晶體管Tr3作為源極跟隨器電路運行，然后從垂直信號線導出并且放大復位電壓并且將其傳送到列部分16。傳送用NMOS晶體管TR1從這個復位周期到下一讀取周期的開始(D相位)是處于OFF(關斷)狀態(tài)。根據(jù)光量和時間將光電荷存儲在光電二極管PD中。接著，當提供傳送信號TR的“H”電平(像素讀取(D相位))的電壓時，NMOS晶體管Tr1變成ON狀態(tài)并且將在光電二極管PD中存儲的電荷傳送到浮動傳播區(qū)FD。浮動傳播區(qū)FD的電位按電荷量而變化。變化量被提供到放大用NMOS晶體管Tr3的柵極，被放大，然后被輸出到垂直信號或(行)線，以及進一步被傳送到列部分16。然后，如上面所解釋的，同時提供“H”電平的復位信號RST和傳送信號TR的脈沖，NMOS晶體管Tr1、NMOS晶體管Tr2、和NMOS晶體管Tr3變成ON狀態(tài)，以及像素被復位(照相機設備中的電子光閥)。其后，在復位周期和傳送周期之間從垂直信號線輸出的信號差變成圖像輸出信號，并且在后面的諸如AFE 18和圖像信號處理單元92的電路中被處理。
列部分16根據(jù)從定時產(chǎn)生器11輸出的列驅動信號CLM-D來取樣和保持從像素部分的指定列的像素的浮動傳播區(qū)FD輸出的電位電平P-FD。水平方向傳送部分17按照從定時產(chǎn)生器11輸出的水平方向傳送信號H-TR來將在列部分16處所取樣和保持的像素的浮動傳播區(qū)(FD)電位電平(電荷)(G)順序地傳送到AFE電路18。AFE電路18根據(jù)從定時產(chǎn)生器11輸出的AFE驅動信號AFE-D將從水平方向傳送部分17輸出的電荷(H)轉換到在放大電路處的電壓以及將其放大且輸出到固態(tài)成像設備的外部。
圖3顯示了在固態(tài)成像設備10的像素部分電路的外圍上的像素驅動電路30。像素驅動電路30由定時產(chǎn)生器31、列解碼器32、包括像素的偽像素用列選擇電路33-1D到33-mD、以及有效像素用列選擇電路34-1到34-m。定時產(chǎn)生器31產(chǎn)生讀取用列地址信息RC-ADD和光閥用列地址信息SCR-ADD1到SCR-ADDn，并且單獨或同時產(chǎn)生與這些地址信息相對應的偽像素用選擇信號和有效像素列選擇信號。將從定時產(chǎn)生器31輸出的列地址信息C-ADD提供給列解碼器32，并且該列解碼器32解碼該列地址信息C-ADD。作為解碼的結果，相對于每一個像素列來輸出讀取用輸出信號R-OUT、光閥1用輸出信號S-OUT1、光閥2用輸出信號S-OUT2、…、以及光閥n用輸出信號S-OUTn。注意，從列解碼器32所選擇的像素列的數(shù)目在畫面周期中為恒定。偽像素用列選擇電路33-1D到33-mD和有效像素用列選擇電路34-1到34-m具有相同的電路配置，但是如上面所解釋的，偽像素用列選擇電路被配置來以便通過例如金屬薄膜阻擋光，因此黑電平(black level)的信號被檢測。但是，實際上沒有使用這些所檢測的信號，因此沒有必要在后面的諸如AFE 18和圖像信號處理單元92的電路中執(zhí)行信號處理。另外，通過提供與讀取列和光閥列的數(shù)目一樣多或更多的這些偽像素列(mD)的數(shù)目來使所選擇的列的數(shù)目恒定，來使基準電位電平穩(wěn)定，以及電荷傳送效率變成恒定。
首先，將解釋提供到像素的TR(傳送)信號的路徑的配置。偽像素用列選擇電路33-1D到33-mD在讀取用傳送使能(TRE)線中被連接到AND電路51的第一輸入，在讀取用輸出中被連接到其它輸入，以及在輸出中被連接到OR電路55的第一輸入。光閥用第一傳送使能(TRE)線連接到AND電路52的第一輸入，從列解碼器32輸出的光閥1用輸出連接到其它輸入，以及輸出連接到OR電路55的第二輸入。光閥用第二傳送使能(TRE)線連接到AND電路53的第一輸入，從列解碼器32輸出的光閥2用輸出連接到其它輸入，以及輸出連接到OR電路55的第三輸入。下面，以相同的方法，將這個操作重復進行達n次，因此光閥用第n傳送使能(TRE)線連接到AND電路54的第一輸入，從列解碼器32輸出的光閥n用輸出連接到其它輸入，以及輸出連接到OR電路55的第(n+1)輸入。OR電路55的輸出連接到NAND電路71的第一輸入。傳送門使能(TRGE)信號線連接到NAND電路71的其它輸入和NAND電路72的第一輸入，以及NAND電路71的輸出連接到NAND電路72的其它輸入和PMOS晶體管Tr75的柵極。NAND電路72的輸出連接到反相器(INV)73的輸入，以及這些INV 73的輸出連接到NMOS晶體管Tr76的柵極。PMOS晶體管Tr75的源極連接到電源，以及漏極連接到NMOS晶體管Tr76的漏極和NMOS晶體管Tr77的漏極。NMOS晶體管Tr76的源極接地，由此CMOS反相器電路由PMOS晶體管Tr75和NMOS晶體管Tr76組成。傳送門使能(TRGE)線連接到INV 74的輸入，輸出連接到NMOS晶體管Tr77的柵極，以及NMOS晶體管Tr77的源極連接到-1V的電源。PMOS晶體管Tr75和NMOS晶體管Tr76的公共連接的漏極連接到用于驅動偽像素的列的TR信號線。
接著，將解釋提供到像素部分的RST(復位)信號的路徑的電路配置。讀取用復位使能(RSTE)線連接到AND電路61的第一輸入，從列解碼器32輸出的讀取用輸出連接到其它輸入，以及輸出連接到OR電路65的第一輸入。光閥1用復位使能(RSTE)線連接到AND電路62的第一輸入，從列解碼器32輸出的光閥1用輸出連接到其它輸入，以及輸出連接到OR電路65的第二輸入。光閥2用復位使能(RSTE)線連接到AND電路63的第一輸入，從列解碼器32輸出的光閥2用輸出連接到其它輸入，以及輸出連接到OR電路65的第三輸入。下面，以相同的方法，將這個操作重復進行達n次，由此光閥n用復位使能(RSTE)線連接到AND電路64的第一輸入，從列解碼器32輸出的光閥n用輸出連接到其它輸入，以及輸出連接到OR電路65的第(n+1)輸入。OR電路65的輸出連接到像素部分的偽像素部分的復位(RST)線以便提供復位信號RST。
這個偽像素用選擇電路被配置來為mD個列重復進行這個操作。將“A”增加到在其注釋(notation)之后的第mD列的偽像素列驅動電路的每一個電路元件上。如圖3中所說明的，像素部分13包括除了偽像素部分14之外的有效像素部分15。有效像素用列選擇電路34-1到34-n被形成在那里。當提取圖像信號時，驅動這個有效像素部分15。同樣，有效像素用列選擇電路34-1到34-n具有與上面解釋的偽像素用列選擇電路33-1D到33-mD的配置相同的配置，因此對于有效像素的列驅動電路的元件來說，在元件的注釋之后具有添加到第一行的注釋“B”和添加到第mD列的注釋“C”。另外，該特定電路配置是相同的，因此，將省略對其的描述。
圖3的像素驅動電路30的偽像素用列選擇電路被配置來選擇第1D列到第mD列的偽像素，以及讀取用傳送使能(TRE)信號線連接到平行的AND 51、…、51A的mD個AND電路的第一輸入。由于這個原因，在這個配置中并聯(lián)連接了AND電路51、…、51A的輸入的mD個阻抗。結果是，例如，將輸入信號的讀取用輸出信號的“H”電平提供到AND電路51和僅僅另兩列。使其它列成為“L”電平。與此同時，當從定時產(chǎn)生器11將讀取用傳送使能(TRE)信號提供到所有AND電路(51A、…、51B、…、51C)的其它輸入時，通過三個ON運行AND電路和剩余的OFF運行AND電路的輸入阻抗以及它們的互連電容來確定整個阻抗，以及確定與此相對應的時間常數(shù)。另外，輸入負載阻抗根據(jù)ON運行AND電路的數(shù)目而變化。時間常數(shù)與此一起變化。在一些情況中，輸入信號的上升時間變長，以及輸入的上升波形和輸出的下降波形與此一起變壞。以與AND電路51、…、和51A相同的方式，對應于AND電路52、…、52A、…、以及AND電路54、…、54A，從定時產(chǎn)生器11順序并行連接光閥1用傳送使能(TRE)信號線、光閥2用傳送使能(TRE)信號線、…、以及光閥n用傳送使能(TRE)信號線。其波形響應也是相同的。另外，像素驅動電路30的有效像素用列選擇電路被配置來以便選擇第一列到第m列的有效像素。這個有效像素用列選擇電路的電路配置是與偽像素用列選擇電路的電路配置相同。AND電路51B、…、51C、AND電路52B、…、52C、…、以及AND電路54B、…、54C具有并行順序連接到它們的讀取用傳送使能(TRE)信號線、光閥1用傳送使能(TRE)信號線、光閥2用傳送使能(TRE)信號線、…、以及光閥n用傳送使能(TRE)信號線。結果是，以與上面所解釋的偽像素用列選擇電路相同的方法，將來自定時產(chǎn)生器11的信號線并行連接到AND電路的輸入，輸入負載根據(jù)輸入到AND電路的讀取用輸出信號、光閥1用輸出信號、…、以及光閥n用輸出信號的“H”電平的數(shù)目而變化，以及上升時間和下降時間變化。另外，在一些情況中，上升時間和下降時間變長，或者傳送信號TR和復位信號RST的“H”電平的周期變短。這對像素驅動施加了影響。
以這種方式，在偽像素用列選擇電路和有效像素用列選擇電路中，當運行AND電路的數(shù)目在例如一個畫面周期中波動時，輸入(負載的)阻抗與此一起波動，以及AND電路的上升時間和下降時間變得不同。因此，通過在例如一個畫面周期期間使列選擇線的數(shù)目恒定，就能消除波形響應的變化。
將參照圖4解釋圖3中示出的像素驅動電路30的操作。首先，將解釋像素驅動電路30的整個操作，在那之后然后將解釋特定示例。在圖3中所示出的像素驅動電路30中，從定時產(chǎn)生器11輸出例如10位的讀取用列地址信息和光閥用地址信息1、2、…、n并將其輸入到列解碼器32。在列解碼器32處在每一個畫面周期中為每一條水平線輸出讀取用輸出信號、光閥1用輸出、光閥2用輸出、…、以及光閥n用輸出信號。然后，每一個水平周期列解碼器32輸出讀取用輸出、光閥1用輸出、光閥2、…、光閥n輸出的列選擇信號。以這種方式，使得從列解碼器32輸出的這些信號不僅能夠選擇有效像素列，而且能夠在一個畫面周期中自由地選擇讀取用偽列、光閥1用偽列、光閥2用偽列、…、以及光閥n用偽列。通過在該畫面周期中將定時產(chǎn)生器31的地址信息輸出到列解碼器32，來在列解碼器32處執(zhí)行解碼，且結果是，同時選擇多個列，例如相對于讀取列來選擇畫面讀取線或讀取用偽線，相對于光閥1列來選擇畫面光閥列(線)或光閥1用偽線，以及相對于光閥2列來選擇畫面光閥線或光閥2用偽線。以這種方式，當選擇偽列時，利用此來同時選擇有效像素的像素列，以及同時執(zhí)行畫面讀出操作、光閥(1、2、…、n)用偽列的光閥操作、以及其它畫面的光閥操作。即，例如，從列解碼器32在某一水平周期中如上面所解釋的來同時選擇三條像素(列)線(參見圖4)。因此，例如，提供到列選擇電路的AND電路51、51A、51B、以及51C的輸入的信號的數(shù)量總是恒定，通過相加電路的輸入阻抗所獲得的值，特別輸入的電容和浮動電容，變成相同，以及施加到電路的輸入阻抗變成恒定。結果是，即使當從列解碼器32輸出的操作信號被輸出到的列線的位置是不相同的時，它們的操作線的數(shù)目也是恒定的，因此輸入電路的整個阻抗沒有變化。因此，即使當線被切換時，列選擇電路的上升和下降波形也沒有改變。
接著，采用偽像素的第1D列作為例子，將專門解釋電路的操作。其它的有效像素用列選擇電路和偽像素用列選擇電路具有相同的電路配置，因此將省略它們操作的詳細解釋。首先，將解釋用來輸出傳送信號TR的偽像素用列選擇電路的操作。從列解碼器32輸出讀取用輸出信號、光閥1用輸出信號、光閥2用輸出信號、…、以及光閥n用輸出信號。將這些輸出信號提供到AND電路51、52、…、以及54的第一輸入。另外，將讀取用傳送使能(TRE)信號輸入到AND電路51的其它輸入，以及將光閥1用傳送使能(TRE)信號、…、以及光閥n用傳送使能(TRE)信號輸入到AND電路52的其它輸入。結果是，當在每一個AND電路中即使存在輸入信號的一個“H”電平時，在下一級中的OR電路55的輸出也會變成“H”電平。另外，當從列解碼器32輸出的所有輸入都處于“L”電平時，OR電路55的輸出變成“L”電平。當OR電路55的輸出是處于“H”電平時，在傳送門使能(TRGE)信號的“H”電平周期中，PMOS晶體管Tr75變成ON操作狀態(tài)，而NMOS晶體管Tr76變成OFF操作狀態(tài)。另外，這個NMOS晶體管Tr77在這個周期中處于OFF操作狀態(tài)。在這個周期期間，“H”電平的信號被輸出到傳送(TR)線。當傳送門使能(TRGE)信號變成“L”電平時，PMOS晶體管Tr75和NMOS晶體管Tr76變成OFF操作狀態(tài)。在這個周期期間，NMOS晶體管Tr77變成ON操作狀態(tài)并且將-1V提供到傳送(TR)線。當OR電路55的輸出是處于“L”電平時，在TRGE信號的“H”電平周期期間，PMOS晶體管Tr75變成OFF操作狀態(tài)，而NMOS晶體管Tr76變成ON操作狀態(tài)。另外，NMOS晶體管Tr77在這個周期期間是處于OFF操作狀態(tài)。在這個周期期間，“L”電平的信號被輸出到傳送(TR)線。當TRGE信號變成“L”電平時，PMOS晶體管Tr75和NMOS晶體管Tr76變成OFF操作狀態(tài)。在這個周期期間，NMOS晶體管Tr77變成ON操作狀態(tài)并且將-1V輸出到傳送(TR)線。
接著，將解釋用來輸出復位信號RST的偽像素用列選擇電路。從列解碼器32輸出讀取用輸出信號、光閥1用輸出信號、光閥2用輸出信號、…、以及光閥n用輸出信號。將這些輸出信號提供到AND電路61、62、…、以及64的第一輸入。另外，將讀取用復位使能(RSTE)信號輸出到AND電路61的另一輸入，將光閥1用復位使能(RSTE)信號輸入到AND電路62的其它輸入，…，以及將光閥n用復位使能(RSTE)信號輸入到AND電路64的其它輸入。結果是，響應于來自定時產(chǎn)生器11的定時信號，當在每一個AND電路中存在即使一個輸入信號的“H”電平時，在下一級中的OR電路65的輸出也會變成“H”電平，以及將該“H”電平信號輸出到復位(RST)線。另外，當從列解碼器32輸出的所有輸入都處于“L”電平時，OR電路65的輸出變成“L”電平，以及將該“L”電平信號輸出到復位(RST)線。
接著，將參考圖4A到4F來解釋具體的例子。圖4A顯示了垂直同步信號，而圖4B顯示了水平同步信號。使用作為標準的垂直同步信號來顯示畫面1、畫面2、畫面3、畫面4、…。在每一個畫面中與垂直同步信號相同步地來顯示水平同步信號。在畫面周期期間，列解碼器輸出用于選擇像素部分的偽像素列和有效像素列的傳送信號TR和復位信號線RST。
定時產(chǎn)生器31與畫面周期中的水平同步信號相同步地輸出例如10位的讀取用列地址信息和光閥用列地址信息1、2(…，n)并且將它們輸入到列解碼器32。然后，與水平同步信號相同步地，列解碼器32輸出從讀取用輸出、光閥1用輸出、以及光閥2(…，n)用輸出的列選擇信號之中所選擇的信號。結果是，在水平同步h0到h1的周期中，讀取用輸出、光閥1用輸出、以及光閥2用輸出是處于“L”電平，因此，即使當從定時產(chǎn)生器11輸出的讀取用傳送使能(TRE)的信號被輸入到AND電路51(51A，51B，51C)、52(52A，52B，52C)、…、以及54(54A，54B，54C)，輸出變成“L”電平。結果是，OR電路55的輸出變成“L”電平。當OR電路55的輸出是處于“L”電平時，如果輸入“H”電平的傳送使能(TRGE)信號，則PMOS晶體管Tr75變成OFF操作狀態(tài)，而NMOS晶體管Tr76變成ON操作狀態(tài)。然后，NMOS晶體管Tr76的漏極變成“L”電平，以及傳送信號TR被設置在“L”電平。此時，反相器74的輸出變成“L”電平，以及NMOS晶體管Tr77已經(jīng)變成OFF狀態(tài)。當傳送門使能(TRGE)信號變成“L”電平時，NMOS晶體管Tr76處于OFF狀態(tài)中，用于配置CMOS的PMOS晶體管Tr75和NMOS晶體管Tr76這兩者都處于OFF狀態(tài)中，以及它們的輸出變成浮動狀態(tài)(floating state)。另外，NMOS晶體管Tr77變成ON狀態(tài)并且變成導通，因此傳送(TR)信號線被設置在-1V。結果是，用來配置像素單元的晶體管Tr1變成OFF狀態(tài)。
另外，以相同的方法，將“L”電平的信號輸入到AND電路61(61A，61B，61C)、62(62A，62B，62C)、…、以及64(64A，64B，64C)的第一輸入，以及將用于讀取用復位使能(RSTE)信號、光閥1用復位使能(RSTE)信號、光閥2用復位使能(RSTE)信號、…、以及光閥n用復位使能(RSTE)信號的定時脈沖輸入到它們的其它輸入。結果是，OR電路55的輸出變成“L”電平，偽像素的第1D列到第2D列(，…，第mD列)和有效像素的第一列到第二列(，…，第m列)的復位信號RST變成“L”電平。結果是，用來配置像素單元的晶體管Tr2變成OFF狀態(tài)。
接著，以與上面所解釋的操作相同的方式，在水平同步h1到h2周期中，將定時產(chǎn)生器31的讀取用列地址信息和光閥用列地址信息1和2提供到列解碼器32。作為解碼的結果，讀取列沒有被選擇。在光閥1列中，選擇有效像素用列選擇電路34-1到34-n以及執(zhí)行畫面1的光閥操作，而在光閥2列中，選擇光閥2用偽列，例如偽像素用列選擇電路33-2D以及執(zhí)行光閥操作。在水平同步h2到h3周期期間，讀取列沒有被選擇，以及光閥2列連續(xù)地選擇光閥2用偽列。但是，在光閥1列中中斷畫面1的有效像素列的光閥操作，選擇用于光閥1的偽列，以及開始光閥操作。即，在列解碼器32處解碼從定時產(chǎn)生器31提供的讀取用列地址信息、光閥用列地址信息1、以及光閥用列地址信息2。當水平同步的h2的時間來到時，輸出用于選擇配有用來輸出線選擇信號的偽像素的偽像素列的線的信號。
在用于第二畫面的起始的水平同步周期h3到h4期間，在讀取列中執(zhí)行畫面讀取操作。在這種情況中，如上面所解釋的，將“H”電平的信號提供到傳送(TR)線，NMOS晶體管Tr1通過此變成ON操作狀態(tài)，在光電二極管PD中存儲的電荷被傳送到浮動傳播區(qū)FD，以及進一步經(jīng)由NMOS晶體管Tr3從列信號線中讀出圖像信號。在水平同步周期h3到h4中重復進行這樣的操作，因此所選擇的列的數(shù)目總是恒定。結果是，通過將列選擇電路的AND電路(51，51A，51B，51C)、AND電路(52，52A，52B，52C)、…、和AND電路(54，54A，54B，54C)、以及AND電路(61，61A，61B，61C)、AND電路(62，62A，62B，62C)、…、和AND電路(64，64A，64B，64C)的阻抗相加所獲得的輸入阻抗是恒定的，這些AND電路的上升和下降的時間常數(shù)沒有變化，以及其輸入/輸出波形為恒定。
另外，在畫面2的水平同步周期h4到h5期間，在讀取列中中斷畫面1的讀取，以及選擇讀取用偽列。此時，在光閥1列中連續(xù)選擇光閥1用偽列。另一方面，在光閥2列中選擇畫面2的有效像素的列以及在每一個水平周期中執(zhí)行光閥操作。此時，將“H”電平的信號同時提供到傳送(TR)信號線和復位(RST)信號線，用來配置有效像素的像素單元的NMOS晶體管Tr1和NMOS晶體管Tr2這兩者都執(zhí)行ON操作，以及像素被復位。在這個水平同步周期h4到h5期間，所選擇列的數(shù)目是3。
在畫面3的水平同步周期h5到h6期間，讀取列執(zhí)行畫面2的讀取操作，光閥1列選擇光閥1用偽列并且執(zhí)行有效像素的光閥操作，以及光閥2列選擇畫面2的有效像素的像素列并且繼續(xù)光閥操作。同樣在水平同步周期h5到h6期間，為了讀取畫面2而選擇有效像素的像素列，在光閥1列中選擇光閥1用偽列，以及另外在光閥2列中也選擇畫面2的有效像素的像素列并且執(zhí)行光閥操作。從這起，甚至在水平同步周期h5到h6期間，所選擇列的數(shù)目也是3，在每一個畫面周期中的列選擇數(shù)目為恒定，像素驅動電路的列選擇部分(電路)的AND電路的輸入阻抗為恒定，以及輸入和輸出波形與此一起為恒定。
下面，以相同的方式，在畫面3、…、畫面4、…的水平同步周期h6到h7中重復進行該操作。在圖4中，在畫面2、畫面3、畫面4、…的畫面周期中，所選擇列的數(shù)目是3并且即使當畫面變化時也總是恒定(圖4(F))。結果是，作為像素的復位(RST)開關運行的晶體管Tr2和作為傳送(TR)開關運行的晶體管Tr1的ON周期變成恒定?？梢酝ㄟ^升高上面解釋的AND電路的驅動能力來首先設置ON周期以便滿足電路特性。因此，通過在所有的讀取列和光閥列中提供單獨的偽列，可以使在畫面周期中所選擇的列的數(shù)目總是恒定?？梢蕴峁┊敼忾y列的數(shù)目為2時總共由光閥的兩個偽列和當讀取列的數(shù)目為1時的一個讀取偽列組成的三個偽列(mD＝3)。這些偽列的地址被通過定時產(chǎn)生器31的地址信息來指定并且在列解碼器32處被解碼，從而水平同步和輸出偽列。結果是，可能穩(wěn)定基準電位電平以及使電荷傳送效率恒定，因此輸出信號電平的列單元中的非均勻性和余像沒有被產(chǎn)生。另外，通過相對于每一個讀取周期使施加到列的復位(RST)信號線和傳送(TR)信號線上的負載總是為恒定，就能消除輸出信號電平的列單元中的非均勻性。另外，由于存在有與讀取列和光閥列的數(shù)目相同或更多的偽列的數(shù)目，所以選擇每一個偽列的比率被減少，以及偽列的像素變壞被抑制。
接著，將參照圖5A到5E至圖8A到8C來解釋在圖2至圖4A到4F中示出的固態(tài)成像設備以及其它固態(tài)成像設備的像素驅動電路30的比較結果。存在有其它的固態(tài)成像設備，其為圖3和圖4A到4F中所說明的像素驅動電路30從定時產(chǎn)生器31產(chǎn)生讀取用列地址信息、光閥用列地址信息1以及光閥用列地址信息2，但是其不能夠通過列解碼器32自由設置選擇線。在具有圖5A到5E中所示出的兩個或更多光閥列的固態(tài)成像設備的系統(tǒng)中，有時要使用的光閥列隨每一個畫面而變化。在圖5A到5E中，在畫面1的周期期間，在讀取列中還沒有選擇像素列，在光閥1列中將畫面1的光閥操作執(zhí)行達水平同步周期h1到h2，以及光閥2列還沒有被運作且列還沒有被選擇。在畫面2的周期期間，讀取列在水平同步周期h2到h4中執(zhí)行畫面1的讀取操作，但是光閥1列中斷畫面1的光閥操作(遮蔽操作(blocking operation))。另一方面，光閥2列除了畫面2的起始和結束的幾個水平同步周期(h2到h3，h5到h6)之外執(zhí)行畫面2的光閥操作。下面，執(zhí)行相同的操作。同樣也在這樣的情況中，存在一個不需要應用光閥的周期。當在這個周期期間將光閥應用到有效像素列上時，在同一畫面中存在有產(chǎn)生像素中的爆光時間的差異的可能性。
另外，作為用于處理不能選擇有效像素的情況的裝置，圖6A到6F中顯示了另一個沒有選擇任何列的固態(tài)成像設備的例子。例如，在圖6A到6F的畫面2中，在水平同步周期h3到h4期間，讀取列執(zhí)行畫面1的讀取操作，光閥1列執(zhí)行無選擇操作，以及光閥2列執(zhí)行無選擇操作。在水平同步周期h4到h5期間，讀取列執(zhí)行列無選擇操作，光閥1列執(zhí)行無選擇操作，以及光閥2列執(zhí)行畫面2的光閥操作。在畫面2的周期中所選列的數(shù)目總是為1。所選列的數(shù)目為1，像素列選擇電路的AND電路的所選列的數(shù)目為1，以及在OFF狀態(tài)中的其它AND電路的輸入阻抗和互連電容被添加到其輸入上。在OFF操作期間的AND電路的輸入阻抗是大的，而這個的輸入電容是小的。另外，即使當互連電容被添加到這個上時，它也比普通選擇的列的數(shù)目小，因此上升時間和下降時間變短。在圖8A中顯示了這個波形圖。接著，在畫面3的水平同步周期h5到h6期間，所選列的數(shù)目為2，以及選擇了像素用列選擇電路的AND的兩個列?！癏”電平的信號被輸出到這兩個列，因此僅僅兩個AND電路變成操作狀態(tài)，而除了它們之外的AND電路變成OFF狀態(tài)。因此，進一步將互連電容添加到除了它們之外兩個所選列的AND電路的輸入阻抗和在OFF狀態(tài)中的AND電路的輸入阻抗上，上升時間和下降時間與圖8A相比變大，以及圖8B中顯示了其結果。接著，在畫面2的水平同步h6到h 7周期中，所選擇的列的數(shù)目變成3，以及選擇3個像素列。該3個AND電路的輸入阻抗、除了它們之外的OFF狀態(tài)中的AND電路的輸入阻抗、以及另外的互連電容被添加，從而確定整個輸入阻抗。結果是，上升時間和下降時間與圖8B相比進一步變大，以及像素的復位(RST)開關和傳送(TR)開關的ON周期變短(圖9C)。下面，以相同的方法重復進行這個操作。
以這種方式，當所選列的數(shù)目變化時，用于選擇復位(RST)線(信號線)和傳送(TR)線的電路(偽像素用列選擇電路、有效像素用列選擇電路)的負載變化，并且上升時間和下降時間也隨其一起變化。同樣在這種情況中，上升時間和下降時間的變化以與圖4A到4F相同的方法變成像素的復位(RST)開關和傳送(TR)開關的ON周期的變化。
另外，同樣在圖7A到7F的其它固態(tài)成像設備的每一個畫面中，所選列的數(shù)目在畫面2中變成2，所選列的數(shù)目在畫面3的水平同步周期h5到h8中變成2，所選列的數(shù)目在水平同步周期h8到h9中變成2，所選列的數(shù)目在水平同步周期h9到h10中變成1，…，因此所選列的數(shù)目在畫面之間以及也在畫面中變化。其特征是與圖6A到6F的那些相同，負載根據(jù)所選列的數(shù)目而變化，且如圖8A、8B、和8C中所示，以及上升時間和下降時間變化。
關于上面所解釋的圖5A到5E至圖7A到7F，在像素驅動電路30的操作中，如圖4A到4F中所顯示的，所選列的數(shù)目在畫面例如畫面2、畫面3、…中總是為2并且恒定，以及偽或有效像素用列選擇電路的上升時間和下降時間沒有變化。另外，至今為止顯示了使用CMOS圖像傳感器的固態(tài)成像設備的例子，但是除了這以外也可以使用等效的圖像傳感器。本發(fā)明也能被應用到例如門限電壓調制圖像傳感器(VMIS)上。結果是，使得復位(RST)開關(例如MOS晶體管)和傳送(TR)開關(MOR晶體管)的ON周期恒定，以及能消除根據(jù)復位(RST)開關的ON周期的浮動傳播區(qū)FD的基準電位電平(由VSEL所提供)的變化。消除了傳送(TR)開關的ON周期的變化，以及作為此的結果，能消除當將存儲在光電二極管PD中的電荷傳送到浮動傳播區(qū)FD時的電荷傳送效率的變化，以及能消除余像和在輸出信號電平的列單元中的非均勻性的產(chǎn)生。另外，由于存在有與讀取列和光閥列的數(shù)目相同或更多的偽列的數(shù)目，所以減少了選擇每一個偽列的比率，以及能抑制偽列的像素變壞。
本領域技術人員應該理解，在此范圍內可以依靠設計需要和其它因素而產(chǎn)生各種變化、組合、子組合以及變更，而這些變化、組合、子組合以及變更是在所附權利要求或其等價物的范圍之內。
本發(fā)明包含與在日本專利局提交的日本專利申請第2005-065605號、申請日為2005年03月09日相關的主題，這里引用其整個公開內容作為參考。
權利要求
1.一種固態(tài)成像設備，包括像素部分，具有按列和行限定的二維排列的多個像素以及將光信號轉換到電信號，該多個像素以列的形式被排列在有效像素部分和偽像素部分中；定時產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生用來讀取所述像素部分的像素的信號的地址信息和用來讀取的定時信號；列解碼器，用于基于從所述定時產(chǎn)生器輸出的所述地址信息來輸出用來選擇在一個畫面周期中的像素的特定多個線的線選擇信號；列選擇電路，用于產(chǎn)生用于控制的傳送信號和復位信號以及選擇在所述像素部分的有效部分和偽部分中的像素的列部分，其中所述控制用來基于所述定時信號根據(jù)從所述列解碼器輸出的所述多個線選擇信號來讀取所述像素部分的列部分中的像素信號；以及傳送電路，用于基于從所述列選擇電路輸出的所述傳送信號和復位信號來讀取相應像素的信號，然后經(jīng)由行信號線傳送所讀取的像素信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)成像設備，其中，從所述列解碼器輸出的所述多個線選擇信號包括像素信號讀取輸出信號和多個用來指示像素信號的讀取結束的信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)成像設備，其中，在所述列選擇電路中，從所述列解碼器提供的所述多個線選擇信號的數(shù)目為恒定，以及輸入阻抗在至少該畫面周期中大體上為恒定。
4.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)成像設備，其中，所述像素部分的所述偽像素部分的像素被配置為與所述有效部分的像素相同并且被光學屏蔽。
5.一種固態(tài)成像設備，具有像素部分，該像素部分具有按列和行限定的二維排列的多個像素以及將光信號轉換到電信號，其中所述多個像素包括有效像素和偽像素，在一個畫面周期中精確地選擇其中以列狀態(tài)排列所述有效像素和所述偽像素的特定數(shù)目的像素行，通過添加用于指示像素信號的讀取結束的列和像素信號讀取列來獲得那個數(shù)目，以及從所選擇的列的有效像素的列中來傳送像素信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的固態(tài)成像設備，還具有列解碼器，用于輸出用來指示所述像素信號的讀取結束的多個列。
7.根據(jù)權利要求6所述的固態(tài)成像設備，還具有列選擇電路，從所述列選擇電路提供的線選擇信號的數(shù)目為恒定，以及輸入阻抗在至少該畫面周期中大體上為恒定。
8.根據(jù)權利要求5所述的固態(tài)成像設備，其中，所述像素部分的偽像素部分的像素被配置為與有效部分的像素相同并且被光學屏蔽。
9.一種用于驅動固態(tài)成像設備的方法，其中所述固態(tài)成像設備具有像素部分，該像素部分具有按列和行限定的二維排列的多個像素以及將光信號轉換到電信號，該多個像素以列的形式被排列在有效像素部分和偽像素部分中，該方法包括如下步驟產(chǎn)生用來讀取所述像素部分的像素的信號的地址信息和用來讀取的定時信號；基于所述地址信息來產(chǎn)生用來選擇在一個畫面周期中的像素的特定多個線的線選擇信號；產(chǎn)生用于控制的傳送信號和復位信號以及選擇在所述像素部分的有效部分和偽部分中的像素的列部分，其中所述控制用來基于所述定時信號根據(jù)所述多個線選擇信號來讀取所述像素部分的列部分中的像素信號；以及基于輸出的所述傳送信號和復位信號來讀取相應像素的信號，然后經(jīng)由行信號線傳送所讀取的像素信號。
10.根據(jù)權利要求9所述的用于驅動固態(tài)成像設備的方法，其中，所述線選擇信號包含像素信號讀取信號和用來指示多個像素信號的讀取終止的輸出信號。
11.根據(jù)權利要求9所述的用于驅動固態(tài)成像設備的方法，其中，從所述列解碼器提供的線選擇信號的數(shù)目為恒定，以及輸入阻抗在至少該畫面周期中大體上為恒定。
12.一種成像裝置，包括固態(tài)成像設備，具有像素部分，該像素部分具有按列和行限定的二維狀態(tài)排列的多個像素以及將光信號轉換到電信號，該多個像素以列的形式被排列在有效像素部分和偽像素部分中；光學系統(tǒng)，用于將入射光引導到所述像素部分；定時產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生用來選擇所述像素部分的像素的地址信息和用來從所選擇的像素中讀取信號的定時信號；列解碼器，用于基于從所述定時產(chǎn)生器輸出的所述地址信息來輸出用于選擇在一個畫面周期中的像素的特定多個線的線選擇信號；列選擇電路，用于產(chǎn)生用于控制的傳送信號和復位信號以及選擇在所述像素部分的有效部分和偽部分中的像素的列部分，其中所述控制用來基于所述定時信號根據(jù)從所述列解碼器輸出的所述多個線選擇信號來讀取所述像素部分的列部分中的像素信號；傳送電路，用于基于從所述列選擇電路輸出的所述傳送信號和復位信號來讀取相應像素的信號，然后經(jīng)由行信號線傳送所讀取的像素信號；以及信號處理電路，用于處理由所述傳送電路所傳送的所述像素信號來作為成像信號。
全文摘要
一種固態(tài)成像設備包括像素部分，具有二維排列的多個像素以及包括有效像素部分和偽像素部分；定時產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生用來讀取像素部分的像素的信號的地址信息和用來讀取的定時信號；列解碼器；列選擇電路，用于產(chǎn)生用于控制的傳送信號和復位信號以及選擇在像素部分的有效部分和偽部分中的像素的列部分，其中所述控制用來基于定時信號根據(jù)從列解碼器輸出的多個線選擇信號來讀取在像素部分的列部分中的像素信號；以及傳送電路，用于基于從所述列選擇電路輸出的傳送信號和復位信號來讀取相應像素的信號，然后經(jīng)由行信號線傳送所讀取的像素信號。
文檔編號H04N5/3745GK1832543SQ200610058989
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月9日 優(yōu)先權日2005年3月9日
發(fā)明者青木啟吾 申請人:索尼株式會社