專利名稱：圖像傳感器及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器及其驅(qū)動(dòng)方法，例如涉及CM0S圖像傳感器及其驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
作為替代CCD (電荷耦合器件)的圖像傳感器，開發(fā)了CM0S (互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體) 圖像傳感器。CMOS圖像傳感器能夠與邏輯及模擬電路一起一體形成(系統(tǒng)集成)于同一芯 片，因而能夠?qū)崿F(xiàn)低電壓以及高性能。另一方面，CMOS圖像傳感器也存在以下這樣的問題 由于對每一像素存儲(chǔ)信號(hào)進(jìn)而依次讀出，所以與CCD有所不同無法進(jìn)行全(^ 口 一 a a ) 曝光。
近年來，可通過將縱列并排型A/D變換和數(shù)字CDS (相關(guān)雙重取樣)組合在一起，進(jìn) 行高速攝像和低噪聲讀取。但即便是縱列并排數(shù)字CDS方式的A/D變換，也由于采用微細(xì) 工藝，所以電源電壓降低的話，便無法使A/D變換所用的D/A變換鋸齒形波足夠大。由此 會(huì)造成S/N比變差。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-303648號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開2005-323331號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠抑制電源電壓降低造成的S/N比變差的圖像傳感器。 按照本發(fā)明實(shí)施方式的圖像傳感器，包括包含有在半導(dǎo)體基底上呈行列狀配置的、 檢測入射光的多個(gè)像素的攝像區(qū)域；與在行方向上排列的所述像素連接的多條行選擇線； 以及與在列方向上排列的所述像素連接的多條信號(hào)線，
其中所述像素或包含有多個(gè)所述像素的像素模塊分別包括流過與所述入射光相對應(yīng) 的電流的光電二極管；在第1結(jié)點(diǎn)與所述光電二極管的一端連接，對所述第l結(jié)點(diǎn)施加電 位的電容器；連接于所述第1結(jié)點(diǎn)和第1電源之間，將所述第1結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位為所述第 1電源的電位的復(fù)位晶體管；比較所述第1結(jié)點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電壓，將該比較結(jié)果輸出給所述復(fù)位晶體管的柵極的比較器；與所述比較器的輸出端連接，對所述第l結(jié)點(diǎn)的電位達(dá) 到所述第l電源的電位時(shí)產(chǎn)生的所述比較器的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出與該反 轉(zhuǎn)次數(shù)相對應(yīng)的數(shù)字值的計(jì)數(shù)器；以及連接于所述計(jì)數(shù)器的輸出和所述垂直信號(hào)線之一兩 者間，柵極與所述行選擇線之一連接的選擇晶體管。
按照本發(fā)明實(shí)施方式的圖像傳感器，包括包含有在半導(dǎo)體基底上呈行列狀配置的、 檢測入射光的多個(gè)像素的攝像區(qū)域；與在行方向上排列的所述像素連接的多條行選擇線； 以及與在列方向上排列的所述像素連接的多條信號(hào)線，
其中所述像素或包含有多個(gè)所述像素的像素模塊分別包括流過與所述入射光相對應(yīng) 的電流的光電二極管；在第1結(jié)點(diǎn)與所述光電二極管的一端連接，對所述第l結(jié)點(diǎn)施加電 位的電容器；連接于所述第1結(jié)點(diǎn)和第1電源之間，將所述第1結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位為所述第 1電源的電位的復(fù)位晶體管；比較所述第1結(jié)點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電壓，將該比較結(jié)果輸出給 所述復(fù)位晶體管的柵極的比較器；與所述比較器的輸出端連接，接收振幅定期反復(fù)變化的 時(shí)鐘，對所述第1結(jié)點(diǎn)的電位達(dá)到所述第1電源的電位時(shí)產(chǎn)生的所述比較器的輸出信號(hào)的 反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對所述反轉(zhuǎn)次數(shù)變?yōu)橐?guī)定值前所接收到的時(shí)鐘數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出與 該時(shí)鐘數(shù)相對應(yīng)的數(shù)字值的計(jì)數(shù)器；以及連接于所述計(jì)數(shù)器的輸出和所述垂直信號(hào)線之一 兩者間，柵極與所述行選擇線之一連接的選擇晶體管。
按照本發(fā)明實(shí)施方式的圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法，該圖像傳感器包括包含有在半導(dǎo)體 基底上呈行列狀配置的、檢測入射光的多個(gè)像素的攝像區(qū)域；與在行方向上排列的所述像 素連接的多條行選擇線；以及與在列方向上排列的所述像素連接的多條信號(hào)線，
其中所述像素或包含有多個(gè)所述像素的像素模塊分別包括光電二極管；在第1結(jié)點(diǎn) 與所述光電二極管的一端連接的電容器；連接于所述第1結(jié)點(diǎn)和第1電源之間的復(fù)位晶體 管；輸入所述第l結(jié)點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電壓，輸出與所述復(fù)位晶體管的柵極連接的比較器； 與所述比較器的輸出端連接的計(jì)數(shù)器；以及連接于所述計(jì)數(shù)器的輸出和所述垂直信號(hào)線之 一兩者間，柵極與所述行選擇線之一連接的選擇晶體管，
該圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法包括
與所述入射光相對應(yīng)的電荷流過所述光電二極管，
所述第1結(jié)點(diǎn)的電位達(dá)到所述第1電源的電位時(shí)，使所述比較器的輸出信號(hào)反轉(zhuǎn)， 所述計(jì)數(shù)器對所述比較器的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出與該反轉(zhuǎn)次數(shù)相對應(yīng)
的數(shù)字值，與此同時(shí)所述復(fù)位晶體管變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，將所述第l結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位為所述第
l電源的電位，由此使所述比較器的輸出信號(hào)復(fù)原，當(dāng)所述比較器的輸出信號(hào)復(fù)原時(shí)，所述計(jì)數(shù)器不讓所述數(shù)字值增加，所述復(fù)位晶體管 變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)，
輸出所述數(shù)字值。
按照本發(fā)明實(shí)施方式的圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法，該圖像傳感器包括包含有在半導(dǎo)體 基底上呈行列狀配置的、檢測入射光的多個(gè)像素的攝像區(qū)域；與在行方向上排列的所述像 素連接的多條行選擇線；以及與在列方向上排列的所述像素連接的多條信號(hào)線，
其中所述像素或包含多個(gè)所述像素的像素模塊分別包括光電二極管；在第1結(jié)點(diǎn)與 所述光電二極管的一端連接的電容器;連接于所述第1結(jié)點(diǎn)和第1電源之間的復(fù)位晶體管； 輸入所述第l結(jié)點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電壓，輸出與所述復(fù)位晶體管的柵極連接的比較器；與所 述比較器的輸出端連接，接收振幅定期反復(fù)變化的時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器；以及連接于所述計(jì)數(shù)器 的輸出和所述垂直信號(hào)線之一兩者間，柵極與所述行選擇線之一連接的選擇晶體管，
該圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法包括
與所述入射光相對應(yīng)的電荷流過所述光電二極管，
所述第1結(jié)點(diǎn)的電位達(dá)到所述第1電源的電位時(shí)，使所述比較器的輸出信號(hào)反轉(zhuǎn)， 所述計(jì)數(shù)器對所述比較器的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對該反轉(zhuǎn)次數(shù)變?yōu)橐?guī)定
值前的所述時(shí)鐘數(shù)進(jìn)行測定，與所述比較器的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)同時(shí)所述復(fù)位晶體管變?yōu)閷?dǎo)
通狀態(tài)，
隨著將所述第1結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位為所述第1電源的電位，將所述比較器的輸出信號(hào)復(fù)
原，
當(dāng)所述比較器的輸出信號(hào)復(fù)原時(shí)，所述計(jì)數(shù)器不讓所述數(shù)字值增加，所述復(fù)位晶體管 變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)，
所述計(jì)數(shù)器輸出與所述反轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)到規(guī)定值之前期間所接收到的時(shí)鐘數(shù)相對應(yīng)的數(shù)字值。
本發(fā)明的圖像傳感器能夠抑制電源電壓降低造成的S/N比變差。


圖1為表示第1實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器中某一像素及其周邊部分的電路圖。 圖2為表示第1實(shí)施方式的圖像傳感器其動(dòng)作的時(shí)序圖。 圖3為表示第1實(shí)施方式的圖像傳感器其動(dòng)作的時(shí)序圖。 圖4為表示第1實(shí)施方式的圖像傳感器其動(dòng)作的時(shí)序圖。圖5為表示第2實(shí)施方式的圖像傳感器其動(dòng)作的時(shí)序圖。 圖6為表示第2實(shí)施方式的圖像傳感器其動(dòng)作的時(shí)序圖。 圖7為表示第2實(shí)施方式的圖像傳感器其動(dòng)作的時(shí)序圖。
(標(biāo)號(hào)說明)
PD…光電二極管、FD…電容器、Trst…復(fù)位晶體管、CMP…比較器、CNT…計(jì)數(shù)器、Tsel… 選擇晶體管、Lad…地址線、Lcl…垂直信號(hào)線、10…垂直寄存器、20…水平讀取電路。
具體實(shí)施例方式
下面參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明不限于下面所述的實(shí)施方式。 (第l實(shí)施方式)
圖1示出的圖像傳感器為CMOS圖像傳感器。圖1中只示出1個(gè)像素PIX，但實(shí)際上多 個(gè)像素PIX在半導(dǎo)體基底(未圖示)上呈矩陣狀二維配置。該矩陣狀排列的多個(gè)像素形成 攝像區(qū)域。
作為行選擇線的地址線Lad與在行方向上排列的多個(gè)像素連接。多條地址線Lad與垂 直寄存器10連接。垂直寄存器10構(gòu)成為按照行地址依次選擇某行的地址線Lad，對與該 地址線Lad連接的多個(gè)像素施加電壓。
垂直信號(hào)線Lcl與在列方向上排列的多個(gè)像素連接。多條垂直信號(hào)線Lcl分別通過開 關(guān)SW與輸出端子OUT連接。各開關(guān)SW與水平讀取電路20連接，按照垂直信號(hào)線Lcl的 列地址依次開關(guān)。
這樣，地址線Lad所選定行排列的多個(gè)像素的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)便可由水平讀取電路20依次從 輸出端子OUT輸出。垂直寄存器10按照地址線Lad的地址依次選擇地址線Lad。由此圖像 區(qū)域內(nèi)的全部像素PIX可依次從輸出端子OUT輸出。
垂直寄存器10和水平讀取電路20也可以與像素區(qū)域一起形成于同一半導(dǎo)體基底上。
像素PIX分別包括光電二極管PD、電容器FD、復(fù)位晶體管Trst、比較器CMP、計(jì)數(shù)器 CNT、以及選擇晶體管Tsel。
光電二極管PD的正極與例如作為第2電源的地端連接，其負(fù)極與電容器FD的一端連 接。光電二極管PD接受入射光，流過與該入射光相應(yīng)的電流。舉例來說，光電二極管PD 使與入射光的光量(照度、亮度)成正比量的電子從正極流至負(fù)極，或者使與它們成正比 量的電流從負(fù)極流至正極。也就是說，入射光的光量、強(qiáng)度、亮度、灰度等越大， 一定時(shí)間內(nèi)光電二極管PD流過的電流量也越大。
電容器FD連接于光電二極管PD的負(fù)極和地端之間。電容器FD可以是一種對PN結(jié)二 極管加上反向偏置得到的耗盡層所形成的浮動(dòng)擴(kuò)散型電容。電容器FD能夠在無入射光的 狀態(tài)下保持第1結(jié)點(diǎn)Nl的電位。另外，在不需要保持結(jié)點(diǎn)Nl電位的情況下，該FD可省 略。另外，也可以通過在PD和FD之間設(shè)置讀取柵極來使復(fù)位信號(hào)噪聲降低。
光電二極管的負(fù)極和電容器FD之間為第1結(jié)點(diǎn)Nl的話，光電二極管PD和電容器FD 并聯(lián)連接于第1結(jié)點(diǎn)Nl和地端兩者間，構(gòu)成檢測入射光的檢測部DET。
復(fù)位晶體管Trst連接于第1結(jié)點(diǎn)Nl和第1電源兩者間，起到將第1結(jié)點(diǎn)Nl復(fù)位(充 電)為第1電源電位Vdd的作用。
比較器CMP包括與第1結(jié)點(diǎn)Nl連接的第1輸入部；與基準(zhǔn)電壓線Lref連接的第2 輸入部；以及輸出第l結(jié)點(diǎn)Nl和基準(zhǔn)電壓線Lref兩者比較結(jié)果的輸出部。比較器CMP的 輸出部與計(jì)數(shù)器CNT和復(fù)位晶體管Trst的柵極共同連接。比較器CMP比較第1結(jié)點(diǎn)Nl的 電位和基準(zhǔn)電壓Vref，輸出該比較結(jié)果。
計(jì)數(shù)器CNT舉例來說每當(dāng)比較器CMP的輸出信號(hào)從高電平電位降至低電平電位對反轉(zhuǎn) 次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。這種情況下，計(jì)數(shù)器CNT在比較器CMP的輸出信號(hào)從低電平電位升至高電 平電位時(shí)不對反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。相反，計(jì)數(shù)器CNT也可以每當(dāng)比較器CMP的輸出信號(hào)從 低電平電位升至高電平電位對反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。這種情況下，計(jì)數(shù)器CNT在比較器CMP 的輸出信號(hào)從高電平電位降至低電平電位時(shí)不對反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。這是因?yàn)?，這樣構(gòu)成 計(jì)數(shù)器CNT同樣可輸出相同的數(shù)字信號(hào)。
另外，本實(shí)施方式中，其前提為基準(zhǔn)電壓Vref對全部單元給定一固定值。但由于給定 的是例如隨入射光量而有所不同的Vref，從而可使動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展。而且，也可以提供隨時(shí) 間變化的值。
比較器CMP和計(jì)數(shù)器CNT構(gòu)成A/D變換器。
復(fù)位晶體管Trst舉例來說每當(dāng)比較器CMP的輸出信號(hào)從高電平電位降至低電平電位便 變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，由此將第1結(jié)點(diǎn)N1電位復(fù)位為第1電源電位Vdd。這種情況下，復(fù)位晶體 管Trst在比較器CMP的輸出信號(hào)從低電平電位升至高電平電位時(shí)維持非導(dǎo)通狀態(tài)，第1 結(jié)點(diǎn)N1的電位不復(fù)位。
選擇晶體管Tsel連接于計(jì)數(shù)器CNT的輸出部和1條垂直信號(hào)線Lcl兩者間。選擇晶體 管Tsel的柵極與1條地址線Lad連接。垂直寄存器10 —旦選擇驅(qū)動(dòng)地址線Lad，選擇晶 體管Tsel便變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，計(jì)數(shù)器CNT的輸出數(shù)字信號(hào)傳送給垂直信號(hào)線Lcl。水平讀取電路20在開關(guān)SW導(dǎo)通時(shí)，該數(shù)字信號(hào)便通過開關(guān)SW從輸出端子OUT輸出。
圖2的(A)至圖2的(C)示出入射光光量較多情形的時(shí)序圖，圖3的(A)至圖3 的(C)則示出入射光光量較少情形的時(shí)序圖。本實(shí)施方式中，計(jì)數(shù)器CNT在規(guī)定時(shí)間Ts 期間對比較器CMP輸出的反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出與該反轉(zhuǎn)次數(shù)成正比的數(shù)字值。
第l結(jié)點(diǎn)Nl的電位低于基準(zhǔn)電壓Vref的情況下，比較器CMP輸出低電平電位。由此 復(fù)位晶體管Trst呈導(dǎo)通狀態(tài)，所以第1結(jié)點(diǎn)Nl的電位復(fù)位為Vdd。 Vdd為高于Vref的電 位，所以比較器CMP輸出高電平電位。由此復(fù)位晶體管變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)。即如圖2的(A) 所示，第l結(jié)點(diǎn)Nl的電位達(dá)到基準(zhǔn)電位Vref，有可能低于基準(zhǔn)電位Vref的話，便回到第 1電源電位Vdd (復(fù)位)。
光電二極管PD因入射光而有電子從正極流至負(fù)極。因而，入射光入射光電二極管PD 的情況下，電容器FD所保持的電荷通過光電二極管PD釋放，所以第1結(jié)點(diǎn)Nl的電位降 低。入射光的光量越大，第1結(jié)點(diǎn)N1的電位越是在短時(shí)間內(nèi)降低。
第1結(jié)點(diǎn)Nl的電位一旦達(dá)到基準(zhǔn)電位Vref ，便如圖2的(B)所示，比較器CMP的輸 出從高電平降至低電平。也就是說，比較器CMP的輸出信號(hào)反轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，復(fù)位晶體管 Trst呈導(dǎo)通狀態(tài)，將第1結(jié)點(diǎn)Nl充電至第1電源電位Vdd。這時(shí)所充的電荷存于電容器 FD。第1結(jié)點(diǎn)N1的電位升高的結(jié)果如圖2的(B)所示，比較器CMP的輸出信號(hào)從高電平 反轉(zhuǎn)至低電平之后緊接著回到原來的高電平(復(fù)位)。
令第1結(jié)點(diǎn)Nl的電位達(dá)到基準(zhǔn)電壓Vref的時(shí)刻至此后第1結(jié)點(diǎn)Nl的電位再次達(dá)到基 準(zhǔn)電壓Vref的時(shí)刻這一期間(比較器CMP輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)至此后的反轉(zhuǎn)這一期間)為階 段(7亍7 7°)期間Tstl或Tst2。
如圖2的(C)和圖3的(C)所示，計(jì)數(shù)器CNT在比較器CMP的輸出信號(hào)反轉(zhuǎn)時(shí)使其 反轉(zhuǎn)次數(shù)增加。即計(jì)數(shù)器CNT每隔階段期間Tstl使數(shù)字值增加規(guī)定的步長值Dst。舉例來 說，將步數(shù)設(shè)定為8個(gè)等級的情況下，步長值Dst為最大輸出電壓Vmax的8分之一。
計(jì)數(shù)器CNT計(jì)數(shù)的反轉(zhuǎn)次數(shù)和數(shù)字值每當(dāng)圖4所示的計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)激活便復(fù)位。計(jì) 數(shù)器復(fù)位信號(hào)每隔規(guī)定的期間Ts (Ts>Tstl、 Ts>Tst2)激活。在期間Ts的期間中，計(jì) 數(shù)器CNT累計(jì)反轉(zhuǎn)次數(shù)和數(shù)字值。
如圖2的(A)至圖2的(C)所示入射光的光量等相對較大的情況下，光電二極管PD 流過相對較大的電流，所以第1結(jié)點(diǎn)N1的電位其降低速度較快。因而，階段期間Tstl與 階段期間Tst2相比時(shí)間較短，規(guī)定期間Ts內(nèi)含有的階段期間Tstl和反轉(zhuǎn)次數(shù)相對較多。 舉例來說，期間Ts內(nèi)含有的階段期間Tstl其數(shù)目為m的情況下，計(jì)數(shù)器CNT的數(shù)字值為mXDst。另外，m為整數(shù)。
與此相反，如圖3的(A)至圖3的(C)所示入射光的光量等相對較小的情況下，光 電二極管PD流過相對較小的電流，所以第1結(jié)點(diǎn)N1的電位其降低速度較慢。因而，階段 期間Tst2與階段期間Tstl相比時(shí)間較長，規(guī)定期間Ts內(nèi)含有的階段期間Tst2和反轉(zhuǎn)次 數(shù)相對較少。舉例來說，期間Ts內(nèi)含有的階段期間Tst2其數(shù)目為n的情況下，計(jì)數(shù)器CNT 的數(shù)字值為nXDst (nXDst<mXDst)。另外，n為小于m的整數(shù)。
這樣計(jì)數(shù)器CNT便可以隨入射光的光量輸出相應(yīng)的數(shù)字值。
按照本實(shí)施方式，由比較器CMP和計(jì)數(shù)器CNT所組成的A/D變換器可裝入到像素PIX 內(nèi)。由此，可以在像素PIX內(nèi)將像素PIX的模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)。在像素PIX內(nèi)執(zhí)行 A/D變換，所以不需要放大模擬信號(hào)用的放大器。因此可以提高S/N比(信號(hào)噪聲比)。此 外，計(jì)數(shù)器CNT內(nèi)也可以加裝SRM1或DRAM、閃存等存儲(chǔ)器。這種情況下，能夠以像素為 單位將數(shù)據(jù)保存于存儲(chǔ)器，而且能夠以實(shí)時(shí)方式實(shí)現(xiàn)深度的數(shù)字信號(hào)處理。
本實(shí)施方式中，由比較器CMP和計(jì)數(shù)器CNT所組成的A/D變換器可裝入到像素PIX內(nèi)。 但也可以將圖像區(qū)域劃分為含有多個(gè)像素PIX的多個(gè)像素模塊，A/D變換器按每一像素模 塊設(shè)置。這種情況下，最好還是在圖像區(qū)域內(nèi)設(shè)置A/D變換器。由此，不需要放大器，可 以使S/N比提高。這進(jìn)一步關(guān)系到圖像信號(hào)處理速度的提高。
按照本實(shí)施方式，可按每一像素進(jìn)行A/D變換，所以可進(jìn)行縱列A/D變換方式難以實(shí) 現(xiàn)的全曝光讀取。
(第2實(shí)施方式)
第1實(shí)施方式中，計(jì)數(shù)器CNT將規(guī)定期間Ts內(nèi)的計(jì)數(shù)器輸出作為數(shù)字值輸出。與此有 所不同，第2實(shí)施方式中，計(jì)數(shù)器CNT接收振幅定期反復(fù)變化的時(shí)鐘，對反轉(zhuǎn)次數(shù)變?yōu)橐?guī) 定值以前的時(shí)間進(jìn)行測定。即，計(jì)數(shù)器CNT對反轉(zhuǎn)次數(shù)變?yōu)橐?guī)定值之前的時(shí)鐘數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)， 輸出與該時(shí)鐘數(shù)相對應(yīng)的數(shù)字值。
圖5的(A)和圖5的(B)分別與圖2的(A)和圖2的(B)相同。圖6的(A)和圖 6的(B)分別與圖3的(A)和圖3的(B)相同。即，第2實(shí)施方式的比較器CMP、復(fù)位 晶體管Trst、以及檢測部DET的動(dòng)作與第1實(shí)施方式中上述部分的動(dòng)作相同。因而，第2 實(shí)施方式中上述部分的動(dòng)作說明從略。
計(jì)數(shù)器CNT如圖5的(C)和圖6的(C)所示，對比較器CMP的輸出信號(hào)從高電平反 轉(zhuǎn)至低電平的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。另外，計(jì)數(shù)器CNT接收如圖7所示振幅定期反復(fù)變化的時(shí)鐘， 對該時(shí)鐘的振幅數(shù)(下面稱為時(shí)鐘數(shù))進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器CNT輸出與反轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)到規(guī)定次數(shù)Nrev時(shí)的時(shí)鐘數(shù)相對應(yīng)的數(shù)字值。
如圖5的(A)至圖5的(C)所示，入射光的光量較大的情況下，上述反轉(zhuǎn)次數(shù)在相 對較短的時(shí)間Tsl內(nèi)達(dá)到規(guī)定次數(shù)Nrev。因此，在時(shí)間Tsl期間內(nèi)計(jì)數(shù)器CNT所接收的時(shí) 鐘數(shù)較少。計(jì)數(shù)器CNT可以輸出與該時(shí)鐘數(shù)成正比的數(shù)字值。
如圖6的(A)至圖6的(C)所示，入射光的光量較小的情況下，上述反轉(zhuǎn)次數(shù)在比 Tsl長的時(shí)間Ts2內(nèi)達(dá)到規(guī)定次數(shù)Nrev。因此，時(shí)間Ts2期間內(nèi)計(jì)數(shù)器CNT所接收的時(shí)鐘 數(shù)相對較多。計(jì)數(shù)器CNT輸出與該時(shí)鐘數(shù)成正比的數(shù)字值。由此，計(jì)數(shù)器CNT可以輸出與 入射光的光量相對應(yīng)的數(shù)字值。
第2實(shí)施方式的構(gòu)成可以與第1實(shí)施方式的構(gòu)成相同。但可以通過將規(guī)定次數(shù)Nrev 設(shè)定為k位(k為整數(shù))的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一圈的值，來省去計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)。這種情況下， 上述反轉(zhuǎn)次數(shù)變?yōu)橐?guī)定次數(shù)Nrev (Nrev= "111…1" (k個(gè)位全為l))后，計(jì)數(shù)器的反轉(zhuǎn) 次數(shù)自動(dòng)復(fù)位為"000…0"。
第2實(shí)施方式可以獲得與第1實(shí)施方式同樣的效果。
另外，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式本身，實(shí)施階段可以在不背離其實(shí)質(zhì)的范圍內(nèi)對 組成部分進(jìn)行變形來實(shí)施。而且，可通過上述實(shí)施方式所披露的多個(gè)組成部分的適當(dāng)組合， 來形成種種發(fā)明。舉例來說，也可以從本實(shí)施方式所示的全部組成部分當(dāng)中去除某幾個(gè)組 成部分。此外，也可以適當(dāng)組合不同實(shí)施方式中涉及的組成部分。
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器，包括包含有在半導(dǎo)體基底上呈行列狀配置的、檢測入射光的多個(gè)像素的攝像區(qū)域；與在行方向上排列的所述像素連接的多條行選擇線；以及與在列方向上排列的所述像素連接的多條信號(hào)線，所述像素或包含有多個(gè)所述像素的像素模塊分別包括流過與所述入射光相對應(yīng)的電流的光電二極管；在第1結(jié)點(diǎn)與所述光電二極管的一端連接，對所述第1結(jié)點(diǎn)施加電位的電容器；連接于所述第1結(jié)點(diǎn)和第1電源之間，將所述第1結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位為所述第1電源的電位的復(fù)位晶體管；比較所述第1結(jié)點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電壓，將其比較結(jié)果輸出給所述復(fù)位晶體管的柵極的比較器；與所述比較器的輸出端連接，對所述第1結(jié)點(diǎn)的電位達(dá)到所述第1電源的電位時(shí)產(chǎn)生的所述比較器的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出與該反轉(zhuǎn)次數(shù)相對應(yīng)的數(shù)字值的計(jì)數(shù)器；以及連接于所述計(jì)數(shù)器的輸出和所述垂直信號(hào)線之一兩者間，柵極與所述行選擇線之一連接的選擇晶體管。
2. 如權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，其特征在于，所述比較器的輸出信號(hào)因所述入射光入射至所述光電二極管而反轉(zhuǎn)時(shí)，在所述計(jì)數(shù)器 使所述反轉(zhuǎn)次數(shù)增加的同時(shí)，所述復(fù)位晶體管變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，將所述第l結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位 為所述第l電源的電位，所述比較器的輸出信號(hào)電平通過將所述第1結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位為所述第1電源的電位而 復(fù)原時(shí)，所述復(fù)位晶體管變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，其特征在于，在所述入射光的光量多、所述光電二極管流過的電荷量多的情況下，所述計(jì)數(shù)器在一 定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的所述反轉(zhuǎn)次數(shù)增多，在所述入射光的光量少、所述光電二極管流過的電荷量少的情況下，所述計(jì)數(shù)器在一 定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的所述反轉(zhuǎn)次數(shù)減少。
4. 如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，在所述入射光的光量多、所述光電二極管流過的電荷量多的情況下，所述計(jì)數(shù)器在一 定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的所述反轉(zhuǎn)次數(shù)增多，在所述入射光的光量少、所述光電二極管流過的電荷量少的情況下，所述計(jì)數(shù)器在一 定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的所述反轉(zhuǎn)次數(shù)減少。
5. 如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器每隔所述一定時(shí)間對所述反轉(zhuǎn)次數(shù)計(jì)數(shù)，該一定時(shí)間后將所述反轉(zhuǎn)次數(shù)和 所述數(shù)字值復(fù)位。
6. —種圖像傳感器，包括包含有在半導(dǎo)體基底上呈行列狀配置的、檢測入射光的多 個(gè)像素的攝像區(qū)域；與在行方向上排列的所述像素連接的多條行選擇線；以及與在列方向 上排列的所述像素連接的多條信號(hào)線，所述像素或包含有多個(gè)所述像素的像素模塊分別包括-流過與所述入射光相對應(yīng)的電流的光電二極管；在第1結(jié)點(diǎn)與所述光電二極管的一端連接，對所述第1結(jié)點(diǎn)施加電位的電容器； 連接于所述第1結(jié)點(diǎn)和第1電源之間，將所述第1結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位為所述第1電源的 電位的復(fù)位晶體管；比較所述第1結(jié)點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電壓，將其比較結(jié)果輸出給所述復(fù)位晶體管的柵極的 比較器；與所述比較器的輸出端連接，接收振幅定期反復(fù)變化的時(shí)鐘，對所述第l結(jié)點(diǎn)的電位 達(dá)到所述第l電源的電位時(shí)產(chǎn)生的所述比較器的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對所述 反轉(zhuǎn)次數(shù)變?yōu)橐?guī)定值前所接收到的時(shí)鐘數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出與該時(shí)鐘數(shù)相對應(yīng)的數(shù)字值的計(jì) 數(shù)器；以及連接于所述計(jì)數(shù)器的輸出和所述垂直信號(hào)線之一兩者間，柵極與所述行選擇線之一連 接的選擇晶體管。
7. 如權(quán)利要求l所述的圖像傳感器，其特征在于，在所述入射光的光量多、所述光電二極管流過的電荷量多的情況下，所述反轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)到規(guī)定值前的所述時(shí)鐘數(shù)少，在所述入射光的光量少、所述光電二極管流過的電荷量少的情況下，所述反轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá) 到規(guī)定值前的所述時(shí)鐘數(shù)多。
8. —種圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法，該圖像傳感器包括包含有在半導(dǎo)體基底上呈行列狀 配置的、檢測入射光的多個(gè)像素的攝像區(qū)域；與在行方向上排列的所述像素連接的多條行 選擇線；以及與在列方向上排列的所述像素連接的多條信號(hào)線，所述像素或包含多個(gè)所述像素的像素模塊分別包括光電二極管；在第1結(jié)點(diǎn)與所述 光電二極管的一端連接的電容器；連接于所述第l結(jié)點(diǎn)和第l電源之間的復(fù)位晶體管；輸 入所述第l結(jié)點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電壓，輸出與所述復(fù)位晶體管的柵極連接的比較器；與所述 比較器的輸出端連接的計(jì)數(shù)器；以及連接于所述計(jì)數(shù)器的輸出和所述垂直信號(hào)線之一兩者 間，柵極與所述行選擇線之一連接的選擇晶體管，該圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法包括與所述入射光相對應(yīng)的電荷流過所述光電二極管，所述第1結(jié)點(diǎn)的電位達(dá)到所述第1電源的電位時(shí)，使所述比較器的輸出信號(hào)反轉(zhuǎn)，所述計(jì)數(shù)器對所述比較器的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出與該反轉(zhuǎn)次數(shù)相對應(yīng) 的數(shù)字值，與此同時(shí)所述復(fù)位晶體管變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，將所述第l結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位為所述第 1電源的電位，由此使所述比較器的輸出信號(hào)復(fù)原，當(dāng)所述比較器的輸出信號(hào)復(fù)原時(shí)，所述計(jì)數(shù)器不讓所述數(shù)字值增加，所述復(fù)位晶體管 變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)，輸出所述數(shù)字值。
9. 如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，在所述入射光的光量多、所述光電二極管流過的電荷量多的情況下，所述計(jì)數(shù)器在一 定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的所述反轉(zhuǎn)次數(shù)增多，在所述入射光的光量少、所述光電二極管流過的電荷量少的情況下，所述計(jì)數(shù)器在一 定時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的所述反轉(zhuǎn)次數(shù)減少。
10. 如權(quán)利要求9所述的圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器每隔所述一定時(shí)間對所述反轉(zhuǎn)次數(shù)計(jì)數(shù)，該一定時(shí)間后將所述反轉(zhuǎn)次數(shù)和所述數(shù)字值復(fù)位。
11. 一種圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法，該圖像傳感器包括包含有在半導(dǎo)體基底上呈行列 狀配置的、檢測入射光的多個(gè)像素的攝像區(qū)域；與在行方向上排列的所述像素連接的多條 行選擇線；以及與在列方向上排列的所述像素連接的多條信號(hào)線，所述像素或包含有多個(gè)所述像素的像素模塊分別包括光電二極管；在第1結(jié)點(diǎn)與所 述光電二極管的一端連接的電容器；連接于所述第1結(jié)點(diǎn)和第1電源之間的復(fù)位晶體管； 輸入所述第l結(jié)點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電壓，輸出與所述復(fù)位晶體管的柵極連接的比較器；與所 述比較器的輸出端連接，接收振幅定期反復(fù)變化的時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器；以及連接于所述計(jì)數(shù)器 的輸出和所述垂直信號(hào)線之一兩者間，柵極與所述行選擇線之一連接的選擇晶體管，該圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法包括與所述入射光相對應(yīng)的電荷流過所述光電二極管，所述第1結(jié)點(diǎn)的電位達(dá)到所述第1電源的電位時(shí)，使所述比較器的輸出信號(hào)反轉(zhuǎn)， 所述計(jì)數(shù)器對所述比較器的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并對該反轉(zhuǎn)次數(shù)變?yōu)橐?guī)定值前的所述時(shí)鐘數(shù)進(jìn)行測定，與所述比較器的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)同時(shí)所述復(fù)位晶體管變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，通過將所述第1結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位為所述第1電源的電位，將所述比較器的輸出信號(hào)復(fù)原，當(dāng)所述比較器的輸出信號(hào)復(fù)原時(shí)，所述計(jì)數(shù)器不讓所述數(shù)字值增加，所述復(fù)位晶體管 變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)，所述計(jì)數(shù)器輸出與所述反轉(zhuǎn)次數(shù)達(dá)到規(guī)定值之前期間所接收到的時(shí)鐘數(shù)相對應(yīng)的數(shù)字值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠抑制電源電壓降低造成的S/N比變差的圖像傳感器。圖像傳感器的像素區(qū)域包括光電二極管；在第1結(jié)點(diǎn)與光電二極管的一端連接，對第1結(jié)點(diǎn)施加電位的電容器；連接于第1結(jié)點(diǎn)和第1電源之間，將第1結(jié)點(diǎn)的電位復(fù)位為第1電源的電位的復(fù)位晶體管；比較第1結(jié)點(diǎn)的電位和基準(zhǔn)電壓，將該比較結(jié)果輸出給復(fù)位晶體管的柵極的比較器；與比較器的輸出端連接，對第1結(jié)點(diǎn)的電位達(dá)到第1電源的電位時(shí)產(chǎn)生的比較器的輸出信號(hào)的反轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出與該反轉(zhuǎn)次數(shù)相對應(yīng)的數(shù)字值的計(jì)數(shù)器；以及連接于計(jì)數(shù)器的輸出和垂直信號(hào)線其中之一兩者間，柵極與行選擇線其中之一連接的選擇晶體管。
文檔編號(hào)H04N5/357GK101547318SQ200910129769
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
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