專利名稱：固態(tài)圖像捕獲裝置、其驅(qū)動(dòng)方法及電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)圖像捕獲裝置、其驅(qū)動(dòng)方法以及電子裝置。具體地，本發(fā)明涉及具 有電子快門功能的諸如CMOS圖像傳感器之類的固態(tài)圖像捕獲裝置、其驅(qū)動(dòng)方法，以及具有 該固態(tài)圖像捕獲裝置的電子裝置。
背景技術(shù)：
作為固態(tài)圖像捕獲裝置的諸如X-Y地址類型固態(tài)圖像捕獲裝置之類的大多數(shù) CMOS圖像傳感器具有電子快門功能，用于電子地執(zhí)行對累積在光電轉(zhuǎn)換器(光接收單元) 中的信號電荷的重置并重新開始信號電荷的累積的操作。一般地，CMOS圖像傳感器采用所 謂的卷簾式快門(rollingshutter)(亦稱為焦平面快門)方案，用于通過順序掃描來相對 于每個(gè)像素行執(zhí)行曝光的開始和結(jié)束。在將卷簾式快門方案用于電子快門的情況中，由于曝光時(shí)段對于每個(gè)像素行不同 步，因此，如果拍攝移動(dòng)的對象或忽亮忽滅的對象，則圖像可能失真或破損。就此而言，全局 曝光被實(shí)現(xiàn)來在相對于所有像素的同一定時(shí)處執(zhí)行曝光的開始和結(jié)束，以使得當(dāng)拍攝移動(dòng) 的對象或忽亮忽滅的對象時(shí)，可以防止失真。因此，為了利用CMOS圖像傳感器來實(shí)現(xiàn)全局曝光，采用這樣的配置，其中，與光電 轉(zhuǎn)換單元分開地設(shè)置用于保存信號電荷的保存單元(FD或(XD)。此外，對于所有像素，將信 號電荷從光電轉(zhuǎn)換單元傳送到保存單元，以使得相對于所有像素同時(shí)執(zhí)行曝光的結(jié)束并且 實(shí)現(xiàn)對曝光時(shí)段的同步。然而，在采用添加了信號電荷保存單元的配置的CMOS圖像傳感器中，在曝光之后 讀取信號電荷(光電荷)的期間，即，在信號電荷被持續(xù)地保存在保存單元中的時(shí)段期間， 會(huì)再次發(fā)生電子電荷的累積，這是因?yàn)楣怆娹D(zhuǎn)換單元持續(xù)接收入射光。因此，當(dāng)入射光較強(qiáng) 時(shí)，可能再次使光電轉(zhuǎn)換單元飽和。此外，如果從光電轉(zhuǎn)換單元溢出的信號電荷在保存單元 中泄漏，則可能使圖像破損。因此，在相關(guān)技術(shù)中，在像素內(nèi)部與傳送晶體管分開地設(shè)置電荷排放晶體管，該傳 送晶體管將光電轉(zhuǎn)換單元中的信號電荷傳送到FD(浮動(dòng)擴(kuò)散)部件中，該電荷排放晶體管 將光電轉(zhuǎn)換單元中的信號電荷排放到與FD部件不同的部分(例如參見日本未實(shí)審專利申 請公報(bào) No. 2004-140149)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，如果采用向像素新增了電荷排放晶體管的配置，則由于用于驅(qū)動(dòng)電荷排放 晶體管的信號互連(interconnection)的數(shù)目增加，因此，布圖效率降低。此外，由于光電 轉(zhuǎn)換單元的上層的互連層中的互連數(shù)目隨著信號互連數(shù)目的增加而增加，因此，如果入射 到光電轉(zhuǎn)換單元的光被上層互連排斥，則入射到光電轉(zhuǎn)換單元的光量減少，從而使得敏感 度降低。
鑒于上面的問題，希望提供即使在采用具有電荷排放晶體管的像素結(jié)構(gòu)的情況中也可以防止布圖效率以及敏感度降低的固態(tài)圖像捕獲裝置，其驅(qū)動(dòng)方法以及具有該固態(tài)圖 像捕獲裝置的電子裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種固態(tài)圖像捕獲裝置，該固態(tài)圖像捕獲裝置 包括像素陣列單元，該像素陣列單元包括二維排列的像素，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元以 及選擇性地排放累積在所述光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷的電荷排放晶體管，其中，利用用于執(zhí) 行從所述像素陣列單元的每個(gè)像素中讀取信號的驅(qū)動(dòng)的信號來驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管。在具有上述配置的固態(tài)圖像捕獲裝置中，在執(zhí)行從每個(gè)像素讀取信號的驅(qū)動(dòng)時(shí)利 用驅(qū)動(dòng)信號來驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管的事實(shí)是指用于信號讀取的驅(qū)動(dòng)信號被共同用作電荷 排放晶體管的驅(qū)動(dòng)信號。因此，即使未設(shè)置用于傳輸電荷排放晶體管的驅(qū)動(dòng)信號的信號線， 也可以利用用于傳輸針對信號讀取的驅(qū)動(dòng)信號的信號線來驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管。即，在采 用包括了選擇性地排放累積在所述光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷的電荷排放晶體管的像素結(jié)構(gòu) 的情況中，即使未添加專用于驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管的信號線，也可以驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管。根據(jù)本發(fā)明，在設(shè)置有電荷排放晶體管的像素結(jié)構(gòu)中，可以在不用添加專用信號 線的情況下來驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管，以使得電荷排放晶體管的添加不會(huì)導(dǎo)致布圖效率或敏 感度的降低。


圖1是圖示出應(yīng)用了本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的配置概況的系統(tǒng)配置圖；圖2是圖示出在像素內(nèi)部沒有存儲(chǔ)器單元的像素結(jié)構(gòu)的電路示例1的電路配置的 電路圖；圖3是圖示出在像素內(nèi)部具有存儲(chǔ)器單元的像素結(jié)構(gòu)的電路示例2的電路配置的 電路圖；圖4是圖示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要元件的配置的電 路圖；圖5是圖示出根據(jù)第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法的一個(gè)示例的時(shí)序 圖；圖6是圖示出根據(jù)第一實(shí)施例當(dāng)執(zhí)行卷簾式快門操作時(shí)的驅(qū)動(dòng)示例的時(shí)序圖；圖7是圖示出晶體管和布線(line)的布置的一個(gè)示例的像素布圖示圖；圖8是圖示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要元件的配置的電 路圖；圖9是圖示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要元件的配置的電 路圖；圖10是圖示出根據(jù)第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法的一個(gè)示例的時(shí)序 圖；圖11是圖示出根據(jù)第三實(shí)施例當(dāng)執(zhí)行卷簾式快門操作時(shí)的驅(qū)動(dòng)示例的時(shí)序圖；圖12是圖示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要元件的配置的電 路圖；圖13是圖示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要元件的配置的電 路圖14是圖示出當(dāng)需要在光電荷保存在電容Cfd和電容Cm中的狀態(tài)中提取出累積 在光電二極管中的電荷時(shí)的設(shè)計(jì)示例的電位圖；圖15是圖示出電荷被傳送到電容Cfd而不排放累積在光電二極管中的電荷的示 例的電位圖；圖16A和16B是圖示出完成了電荷排放而不會(huì)將過剩電荷添加到電容Cfd中所保 存的保持電荷中的狀態(tài)的示圖；圖17是圖示出當(dāng)本發(fā)明被應(yīng)用于由兩個(gè)水平像素共有的像素結(jié)構(gòu)時(shí)的主要元件 的配置的電路圖；以及圖18是圖示出作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置的一個(gè)示例的圖像捕獲裝置的 配置示例的框圖。
具體實(shí)施方式
下面，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例(此后稱為實(shí)施例)。此外，將以 下面的順序來進(jìn)行描述。1.應(yīng)用了本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置(CMOS圖像傳感器示例)1-1.系統(tǒng)配置1-2.單位像素的電路配置2.第一實(shí)施例(共用選擇脈沖SEL的示例)3.第二實(shí)施例(共用重置脈沖RST的第一示例)4.第三實(shí)施例(共用重置脈沖RST的第二示例)5.第四實(shí)施例(共用傳輸脈沖TRG的示例)6.第五實(shí)施例(共用傳輸脈沖TRX的示例)7.應(yīng)用(由多個(gè)像素共有的結(jié)構(gòu)示例)8.修改9.電子裝置(圖像捕獲裝置的示例)<1.應(yīng)用了本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置〉[1-1.系統(tǒng)配置]圖1是圖示出CMOS圖像傳感器的配置概況的系統(tǒng)配置圖，該CMOS圖像傳感器是 一種應(yīng)用了本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置，例如X-Y地址類型的固態(tài)圖像捕獲裝置。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用的CMOS圖像傳感器10包括形成在半導(dǎo)體襯底(芯 片)11上的像素陣列單元12，以及與像素陣列單元12集成在同一芯片11上的外圍電路部 分。作為外圍電路，例如設(shè)置了垂直驅(qū)動(dòng)單元13、列處理單元14、水平驅(qū)動(dòng)單元15、輸出電 路單元16以及系統(tǒng)控制單元17。在像素陣列單元12中，單位像素(未示出，在下面的描述中有時(shí)僅寫為“像素”) 被二維地布置在矩陣中，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元(光電轉(zhuǎn)換元件)，用于對入射的可見 光線進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并且累積與其光量相對應(yīng)的電荷量的信號電荷(光電荷)。后面將描述 單位像素的詳細(xì)配置。此外，在像素陣列單元12中，像素驅(qū)動(dòng)線121相對于矩陣類型的像素排列的每一 行，沿著圖1的左右方向(像素行的像素排列方向/水平方向)排列，并且垂直信號線122相對于其每列沿著圖1的上下方向(像素列的像素排列方向/垂直方向)排列。在圖1中， 每個(gè)像素驅(qū)動(dòng)線121被示為一條線，然而，本發(fā)明不限于此。每個(gè)像素驅(qū)動(dòng)線121的一端被 連接到垂直驅(qū)動(dòng)單元13的每行所對應(yīng)的輸出端子。垂直驅(qū)動(dòng)單元13由包括移位寄存器和地址譯碼器的行掃描電路構(gòu)成，并且表示 以行等為單位同時(shí)驅(qū)動(dòng)像素陣列單元12的所有像素的像素驅(qū)動(dòng)單元。未示出垂直驅(qū)動(dòng)單 元13的詳細(xì)配置，然而，一般地，垂直驅(qū)動(dòng)單元13包括兩個(gè)掃描系統(tǒng)，S卩，讀掃描系統(tǒng)和掃 除掃描(swe印scanning)系統(tǒng)。讀掃描系統(tǒng)順序地選擇性掃描像素陣列單元12的單位像素，用于從單位像素讀 出信號。掃除掃描系統(tǒng)在比讀掃描早快門速度時(shí)間的時(shí)候，對由讀掃描系統(tǒng)掃描的讀取行 執(zhí)行掃除掃描。通過掃除掃描系統(tǒng)進(jìn)行的掃除掃描，從讀取行的單位像素的光電轉(zhuǎn)換單元中掃出 (重置)了不需要的電荷。然后，通過由掃除掃描系統(tǒng)掃除(重置)不需要的電荷來執(zhí)行所 謂的電子快門操作。這里，電子快門操作是指掃除光電轉(zhuǎn)換元件的光電荷并且重新開始曝 光(開始對信號電荷的累積)的操作。由讀掃描系統(tǒng)執(zhí)行讀操作所讀取的信號與在該讀操作緊前的讀操作或電子快門 操作之后的入射光量相對應(yīng)。此外，從緊前的讀操作的讀取定時(shí)或電子快門操作的掃除定 時(shí)到此時(shí)的讀操作的讀取定時(shí)的時(shí)段是光電荷在單位像素中的累積時(shí)間(曝 光時(shí)間)。從由垂直驅(qū)動(dòng)單元13選擇性地掃描過的像素行的每個(gè)單位像素輸出的信號通過 各條垂直信號線122被提供給列處理單元14。列處理單元14對由像素陣列單元12的每個(gè) 像素列從所選行的每個(gè)單位像素中通過垂直信號線122輸出的信號執(zhí)行預(yù)定信號處理，并 且臨時(shí)保存信號處理之后的像素信號。具體地，列處理單元14接收每個(gè)單位像素的信號，并且例如對信號執(zhí)行信號處 理，例如通過⑶S (相關(guān)雙重采樣)的噪聲消除、信號放大或AD (模數(shù))。像素特有的固定圖 形噪聲(例如，放大晶體管閾值的重置噪聲或變化)通過噪聲消除處理被消除。這里列舉 的信號處理僅僅是示例，并且不限于此。水平驅(qū)動(dòng)單元15由包括移位寄存器和地址譯碼器的列掃描電路構(gòu)成，并且順序 地選擇與列處理單元14中的像素列相對應(yīng)的單位電路。通過水平驅(qū)動(dòng)單元15進(jìn)行的選擇 性掃描，在列處理單元14中由每個(gè)單位電路處理過的像素信號順序地被輸出到水平總線 18，并且通過水平總線18被發(fā)送到輸出電路單元16。輸出電路單元16處理并輸出通過水平總線18發(fā)送來的信號。作為輸出電路單元 16中的處理，除了僅執(zhí)行緩沖處理的情況以外，還可以引用各種數(shù)字信號處理，例如在緩沖 之前調(diào)節(jié)黑電平或者校正每列的變化。系統(tǒng)控制單元17接收從芯片11外部提供來的時(shí)鐘、指示操作模式的數(shù)據(jù)等，并且 輸出諸如CMOS圖像傳感器10的內(nèi)部信息之類的數(shù)據(jù)。此外，系統(tǒng)控制單元17包括生成各 種定時(shí)信號的定時(shí)生成器，并且基于由定時(shí)生成器生成的定時(shí)信號來控制對諸如垂直驅(qū)動(dòng) 單元13、列處理單元14和水平驅(qū)動(dòng)單元15之類的外圍電路部分的驅(qū)動(dòng)。[1-2.單位像素的電路配置]接下來，將描述單位像素20A、20B的電路配置的詳細(xì)示例。這里，將描述如下兩種 電路配置來作為示例像素內(nèi)部沒有保存電荷的存儲(chǔ)器單元的像素結(jié)構(gòu)的情況，以及具有存儲(chǔ)器單元的像素結(jié)構(gòu)的情況。下面，將沒有存儲(chǔ)器單元的像素結(jié)構(gòu)的電路示例稱為電路示例1，并且將具有存儲(chǔ)器單元的像素結(jié)構(gòu)的電路示例稱為電路示例2。(像素內(nèi)部沒有存儲(chǔ)器單元的像素結(jié)構(gòu)的示例)圖2是圖示出在像素內(nèi)部沒有存儲(chǔ)器單元的像素結(jié)構(gòu)的電路示例1的電路配置的 電路圖。根據(jù)電路示例1的單位像素20A除了包括作為光電轉(zhuǎn)換單元的光電二極管21以 夕卜，例如還包括傳送晶體管22、重置晶體管23、放大晶體管24、選擇晶體管25和電荷排放晶 體管26。光電二極管21具有連接到負(fù)電源(例如，地)的陽極，將接收到的可見光線光電 轉(zhuǎn)換為光電荷(這里為光電子)，并且累積光電荷，光電荷的量與可見光線的光量成比例。 光電二極管21所具有的陰極經(jīng)由傳送晶體管22電連接到放大晶體管24的柵極。下面，將電連接到放大晶體管24的柵極的節(jié)點(diǎn)27稱為FD (浮動(dòng)擴(kuò)散/浮動(dòng)擴(kuò)散 區(qū)域)部件。即，F(xiàn)D部件27是包括用來使與傳送晶體管22的漏極區(qū)域相對應(yīng)的擴(kuò)散層連 接到放大晶體管24的柵極的互連的節(jié)點(diǎn)，并且包括浮動(dòng)電容Cfd。傳送晶體管22連接在光電二極管21的陰極與FD部件27之間。傳送晶體管22 在傳輸脈沖TRG被提供到其柵極時(shí)導(dǎo)通，以使得累積在光電二極管21中的光電荷被傳送到 FD部件27。重置晶體管23包括作為第一主電極的FD部件27以及連接到電源電壓Vdd的電 源線的第二主電極。在示例中，第一主電極為源極，并且第二主電極為漏極。重置晶體管23 在重置脈沖RST被提供到其柵極時(shí)導(dǎo)通，以使得浮動(dòng)電容Cfd的保存電荷被排放到電源電 壓Vdd，由此浮動(dòng)電容Cfd被重置。FD部件27，即，如果浮動(dòng)電容Cfd被重置，則單位像素 20A被重置。放大晶體管24具有連接到FD部件27的柵極以及連接到電源電壓Vdd的電源線 的漏極，并且輸出具有與FD部件27的電位相對應(yīng)的電平的信號。選擇晶體管25例如具有 連接到放大晶體管24的源極的漏極，以及連接到垂直信號線122的源極。選擇晶體管25在選擇脈沖SEL被提供到其柵極時(shí)導(dǎo)通，以使得單位像素20A進(jìn)入 選擇狀態(tài)，并且從放大晶體管24提供來的信號被輸出到垂直信號線122。對于選擇晶體管 25，還可以采用連接在電源電壓Vdd的電源線與放大晶體管24的漏極之間的電路配置。電荷排放晶體管26連接在光電二極管21與電荷排放節(jié)點(diǎn)(例如，電源電壓Vdd 的電源線)之間。電荷排放晶體管26在電荷排放脈沖CFG被提供到其柵極時(shí)導(dǎo)通，以使得 光電二極管21中的光電荷被選擇性地丟棄到電荷排放節(jié)點(diǎn)。電荷排放晶體管26是為了以下目的而設(shè)置的。即，如上所述，由于電荷排放晶體 管26在不執(zhí)行光電荷的累積的時(shí)段期間導(dǎo)通，因此，可以防止過量的光入射到光電二極管 21中并使光電荷飽和，并且隨后，超過飽和電荷量的電荷溢出到FD部件27或其外圍。在根據(jù)具有上述配置的電路示例1的單位像素20A中，在傳送晶體管22或電荷排 放晶體管26導(dǎo)通之后，累積在光電二極管21中的電荷被排放，并且隨后傳送晶體管22或 電荷排放晶體管26截止。以這種方式，開始在光電二極管21中累積光電荷。當(dāng)曝光結(jié)束時(shí)，傳送晶體管22導(dǎo)通，以使得累積在光電二極管21中的光電荷被傳 送到FD部件27的浮動(dòng)電容Cfd。在光電荷被傳送之前，通過導(dǎo)通重置晶體管23來預(yù)先重 置FD部件27。然后，由放大晶體管24將緊接在重置之后的FD部件27的電壓讀為重置電平，并且通過選擇晶體管25將其輸出到垂直信號線122。當(dāng)重置電平被讀取之后，電荷被傳送到FD部件27，此時(shí)FD部件27的電壓由放大 晶體管24讀為信號電平，并且通過重置晶體管25被輸出到垂直信號線122。由放大晶體 管24讀取的信號序列不限于重置電平和信號電平序列。即，當(dāng)光電荷從光電二極管21被 傳送到FD部件27之后，信號電平可以被讀取。此后，F(xiàn)D部件27被重置并且重置電平可以 被讀取。以這種方式，從單位像素20A被順序輸出到垂直信號線122的重置電平和信號電 平通過垂直信號線122被提供給后面將描述的列處理單元14(參見圖1)。然后，在列處理 單元14中，⑶S處理被執(zhí)行以獲取重置電平與信號電平之差，以使得從其消除了像素特有 的固定圖形噪聲的原始信號(正確信號)被獲得。在根據(jù)電路示例1的單位像素20A中，傳輸脈沖TRG、重置脈沖RST和選擇脈沖SEL 作為用于執(zhí)行驅(qū)動(dòng)以從單位像素20A讀取信號的驅(qū)動(dòng)信號。(在像素內(nèi)部具有存儲(chǔ)器單元的像素結(jié)構(gòu)示例) 圖3是圖示出在像素內(nèi)部具有存儲(chǔ)器單元的像素結(jié)構(gòu)的電路示例2的電路配置的 電路圖。在圖3中，將相同的標(biāo)號用來表示與圖2所示的那些元件相同的元件。根據(jù)電路示例2的單位像素20B除了包括光電二極管21、傳送晶體管22、重置晶 體管23、放大晶體管24、選擇晶體管25和電荷排放晶體管26以外，還包括存儲(chǔ)器單元28。 存儲(chǔ)器單元28被設(shè)置在光電二極管21與傳送晶體管22之間。由于光電二極管21、傳送晶體管22、重置晶體管23、放大晶體管24、選擇晶體管25 和電荷排放晶體管26的連接關(guān)系和功能基本上與根據(jù)電路示例1的單位像素20A的元件 的連接關(guān)系和功能相同，因此，省略對其的詳細(xì)描述以避免冗余。存儲(chǔ)器單元28包括用于 保存光電荷的電容Cm，并且具有響應(yīng)于傳輸脈沖TRX將光電荷從光電二極管21傳送到電容 Cm的傳送功能。作為具有存儲(chǔ)器單元28的像素結(jié)構(gòu)，例如可以采用與CCD(電荷耦合器件)的結(jié) 構(gòu)類似的嵌入式通道結(jié)構(gòu)(embedded channel structure)。然而，本發(fā)明不限于嵌入式通 道結(jié)構(gòu)，而是除了嵌入式通道結(jié)構(gòu)之外，還可以采用公知的結(jié)構(gòu)(例如，參見日本未實(shí)審專 利申請公報(bào)No. 2006-311515或日本未實(shí)審專利申請公報(bào)No. 2007-503722)。在像素內(nèi)部設(shè)置存儲(chǔ)器單元28的原始目的在于在像素的重置操作中實(shí)現(xiàn)包括 kTC噪聲在內(nèi)的降噪處理(例如參見日本未實(shí)審專利申請公報(bào)No. 2006-311515或日本未實(shí) 審專利申請公報(bào)No. 2007-503722)。此外，如果采用了除設(shè)置FD部件27之外還設(shè)置像素內(nèi) 部的能夠保存電荷的存儲(chǔ)器單元28的像素結(jié)構(gòu)，則能夠獲得如下效果防止飽和時(shí)光電荷 溢出。在根據(jù)電路示例2的單位像素20B中，傳輸脈沖TRG、重置脈沖RST、選擇脈沖SEL 以及傳輸脈沖TRX作為用于執(zhí)行驅(qū)動(dòng)以從單位像素20B讀取信號的驅(qū)動(dòng)信號。如上所述，在CMOS圖像傳感器10中，當(dāng)采用將電荷排放晶體管26設(shè)置在單位像 素20(20A和20B)中的像素結(jié)構(gòu)時(shí)，本發(fā)明的本質(zhì)在于防止布圖效率或敏感度降低。下面， 將描述其詳細(xì)實(shí)施例。<2.第一實(shí)施例>[系統(tǒng)配置]
圖4是圖示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要元件的配置的電 路圖。這里，將描述二維地排列了圖2所示的電路示例1的單位像素20A的CMOS圖像傳感 器，來作為示例。此外，為了簡化圖4，代表性地示出了某個(gè)像素列中在垂直方向上彼此相鄰 的兩個(gè)單位像素20A-i和20A-i-l。如圖4所示，在單位像素20A_i和20A-i_l中，例如對每一像素行設(shè)置了諸如傳輸 線121-1、重置線121-2和選擇線121-3之類的三條驅(qū)動(dòng)線，作為像素驅(qū)動(dòng)線121。這些驅(qū) 動(dòng)線121-1、121-2和121-3分別連接到與每一像素行的垂直驅(qū)動(dòng)單元13相對應(yīng)的輸出端子。然后，將針對第i像素行給出描述。傳輸線121-1以像素行為單位向傳送晶體管 22的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的傳輸脈沖TRGi。重置線121-2以像素行 為單位向重置晶體管23的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的重置脈沖RSTi。選擇線121-3以像素行為單位向選擇晶體管25的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸 出的第i行的選擇脈沖SELi，并且以像素行為單位向前一行(即，第(i-Ι)行)的電荷排 放晶體管26的柵極提供第i個(gè)選擇脈沖SELi。即，將隨后對其執(zhí)行信號讀取的單位像素 20Α- 的選擇晶體管25的選擇脈沖SELi，共同用作先前在行掃描方向上對其執(zhí)行了信號讀 取的單位像素20A-i-l的電荷排放晶體管26的電荷排放脈沖OFGi-I。[驅(qū)動(dòng)示例]接下來，將利用圖5的時(shí)序圖描述根據(jù)第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法 的一個(gè)示例。首先，對于所有像素行，傳輸脈沖TRGi和重置脈沖RSTi在時(shí)刻til時(shí)為活動(dòng)狀態(tài) (高電平)，并且累積在光電二極管21中的電荷被排放，以使得全局曝光被啟動(dòng)。對于排放 所累積的電荷的操作，由于如上所述盡管電荷排放晶體管26導(dǎo)通也不會(huì)出現(xiàn)任何問題，因 此，選擇脈沖SEL在全局曝光時(shí)可以處于活動(dòng)狀態(tài)。在執(zhí)行全局曝光的時(shí)段期間，光電荷累積在光電二極管21中。然后，傳輸脈沖 TRGi在全局曝光結(jié)束的時(shí)刻tl2時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)，以使得累積在光電二極管21中的電荷被 傳送到FD部件27的浮動(dòng)電容Cfd。上面的操作是在執(zhí)行全局曝光的時(shí)段期間執(zhí)行的。針對每一像素行來執(zhí)行從單位像素20A的信號讀取。具體地，在時(shí)刻tl3選擇脈 沖SELi-I處于活動(dòng)狀態(tài)的第(i_l)行的信號讀取中，首先，保存在FD部件27的浮動(dòng)電容 Cfd中的光電荷被讀為信號電平。把用于讀取信號電平的時(shí)段稱為D時(shí)段。接下來，重置脈沖RSTi在時(shí)刻tl4時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)，以使得FD部件27的浮動(dòng)電 容Cfd被重置。然后，將浮動(dòng)電容Cfd被重置時(shí)的FD部件27的電壓讀為重置電平。把用 于讀取重置電平的時(shí)段稱為P時(shí)段。接下來，將描述進(jìn)入第i行的讀操作的原因。在第(i_l)行的讀操作與第i行的讀 操作之間執(zhí)行操作來防止因光電二極管21飽和引起的光電荷溢出。具體地，在tl5和tl6 之間的時(shí)段中，選擇脈沖SELi處于活動(dòng)狀態(tài)，并且電荷排放晶體管26導(dǎo)通，以使得光電二 極管21的光電荷對電源電壓Vdd充電。因此，可以防止光電二極管21飽和。如上所述，在根據(jù)第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中，在執(zhí)行驅(qū)動(dòng)以用于從單位像 素20A-i讀取信號時(shí)，利用選擇脈沖SELi來驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26。此外，由于選擇脈沖 SELi被用作電荷排放晶體管26的電荷排放脈沖0FG，因此，即使未設(shè)置專用于電荷排放脈沖OFG的信號線，也可將用于選擇脈沖SEL的選擇線121-3用作該專用信號線，從而使得電 荷排放晶體管26可以被驅(qū)動(dòng)。S卩，在具有包括電荷排放晶體管26的像素結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器中，即使未添加 專門用于驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26的信號線，也可以驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26。以這種方式， 采用了無需專門用于驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26的信號線的配置，從而使得電荷排放晶體管 26的添加不會(huì)導(dǎo)致布圖效率或敏感度的降低。此外，根據(jù)本實(shí)施例，將在第(i_l)行之后對其執(zhí)行信號讀取的第i行的選擇晶體 管25的選擇脈沖SELi，用作第(i-Ι)行的電荷排放晶體管26的驅(qū)動(dòng)信號(S卩，電荷排放脈 沖0FG)。然而，本發(fā)明不限于此。即，假設(shè)僅通過全局曝光操作來將曝光時(shí)段與讀取時(shí)段分 離，則即使使用任意像素行的選擇脈沖SEL，也不會(huì)出現(xiàn)問題。在共用選擇脈沖SEL時(shí)，如在圖5的驅(qū)動(dòng)示例的情況中那樣，作為先前在行掃描方 向(讀掃描方向)上被讀取的像素中的電荷排放晶體管26的電荷排放脈沖0FG，優(yōu)選地使 用隨后被讀取的像素中的選擇脈沖SEL。其原因如下。作為先前在行掃描方向上被讀取的像素中的電荷排放脈沖0FG，優(yōu)選地使用隨后 被讀取的像素中的選擇脈沖SEL，從而使得能夠應(yīng)對一般地驅(qū)動(dòng)CMOS圖像傳感器的卷簾式 快門操作。這里，與全局曝光不同，卷簾式快門操作對應(yīng)于如下驅(qū)動(dòng)方法其中 ，當(dāng)在行掃描 方向上順序地排放了累積在光電二極管21中的電荷之后，啟動(dòng)曝光，并且順序地執(zhí)行曝光 的結(jié)束以及信號的讀取。圖6圖示出了卷簾式快門操作情況中的驅(qū)動(dòng)示例。關(guān)注第(i-Ι)行，當(dāng)在另一行 (第(n-1)行)的讀取時(shí)段期間對光電二極管21中累積的電荷進(jìn)行了排放之后，啟動(dòng)曝光， 并且隨后在第(i_l)行的讀取時(shí)段期間分別讀取P時(shí)段中的重置信號和D時(shí)段中的信號。 與此類似，對于接下來的第i行，在另一行(第η行)中啟動(dòng)曝光。 在這種情況中，作為先前被讀取的像素中的電荷排放脈沖0FG，使用隨后被讀取的 像素的選擇脈沖SEL，以使得能夠以如下方式驅(qū)動(dòng)CMOS圖像傳感器防止在讀取之前所累 積的電荷被另一行的選擇脈沖SEL從電荷排放晶體管26排放掉。如上所述，如果電荷排放脈沖OFG先于選擇脈沖SEL —行(一個(gè)像素)，則滿足共 有電荷排放脈沖CFG。因此，超前的行數(shù)是任意的。另外，當(dāng)在超前兩行(兩個(gè)像素)或更 多行的像素中共有電荷排放脈沖OFG時(shí)，可以獲得高效的讀取序列。例如，可能出現(xiàn)這樣的情況，其中，諸如Bayer排列之類的多種類型的彩色濾光片 被堆疊在每個(gè)像素中，并且在添加具有相同色彩的像素的操作中，每兩行地連續(xù)讀取具有 相同色彩的像素。即，如下這樣的操作序列是高效的其中，第(i+2)行在第i行之后被讀 取，并且隨后第(i+Ι)行和第(i+3)行被讀取。在這種情況中，優(yōu)選地，將超前兩行的像素 的選擇脈沖SEL用作電荷排放脈沖ore。圖7是晶體管和布線的排列的一個(gè)示例。在此示例中，通過超前兩行的第i行的 選擇脈沖SEL的選擇線121-3，第(i-2)行的電荷排放晶體管26的柵極被驅(qū)動(dòng)。在圖7中， 為了使附圖簡化，未示出除選擇線121-3之外的像素驅(qū)動(dòng)線121，即傳輸線121-1和重置線 121-2。此外，根據(jù)本實(shí)施例，描述了單位像素20是圖2所示的電路示例1的單位像素20A 的情況作為示例。然而，即使單位像素20是圖3所示的電路示例2的單位像素20B，即，具有與FD部件27分離的存儲(chǔ)器單元28的單位像素20B時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)問題。<3.第二實(shí)施例>圖8是圖示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要元件的配置的電 路圖。在圖8中，將相同標(biāo)號用來表示與圖4所示的元件相同的元件。根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器是基于二維地排列了圖2所示的電路示例1的 單位像素20A的CMOS圖像傳感器的。此外，為了簡化圖8，代表性地示出了某個(gè)像素列中在 垂直方向上彼此相鄰的兩個(gè)單位像素20A-i和20A-i-l。如圖8所示，在單位像素20A_i和20A-i_l中，例如對每個(gè)像素行設(shè)置了諸如傳輸 線121-1、重置線121-2和選擇線121-3之類的三條驅(qū)動(dòng)線，作為像素驅(qū)動(dòng)線121。這些驅(qū) 動(dòng)線121-1、121-2和121-3分別連接到與每一像素行的垂直驅(qū)動(dòng)單元13相對應(yīng)的輸出端子。
然后，將針對第i像素行給出描述。傳輸線121-1以像素行為單位向傳送晶體管 22的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的傳輸脈沖TRGi。選擇線121-3以像素行 為單位向選擇晶體管25的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的選擇脈沖SELi。同時(shí)，重置線121-2以像素行為單位向重置晶體管23的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元 13輸出的第i行的重置脈沖RSTi，并且以像素行為單位向同一像素行的電荷排放晶體管26 的柵極提供第i行的重置脈沖RSTi。如上所述，在根據(jù)第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中，當(dāng)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)以用于從單位像 素20A讀取信號時(shí)，利用重置脈沖RST來驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26。此外，由于重置脈沖RST 被用作電荷排放晶體管26的電荷排放脈沖(FG，因此，即使未設(shè)置專用于電荷排放脈沖OFG 的信號線，也可將用于重置脈沖RST的重置線121-2用作該專用信號線，從而可以驅(qū)動(dòng)電荷 排放晶體管26。S卩，與第一實(shí)施例類似，在具有包括電荷排放晶體管26的像素結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳 感器中，即使未添加專門用于驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26的信號線，也可以驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體 管26。以這種方式，采用了無需專門用于驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26的信號線的配置，從而使 得電荷排放晶體管26的添加不會(huì)導(dǎo)致布圖效率或敏感度的降低。另外，在包括圖2所示的電路示例1的單位像素20A的CMOS圖像傳感器中，當(dāng)重 置脈沖RST和電荷排放脈沖OFG被共有時(shí)，電荷排放晶體管26僅操作用于曝光被啟動(dòng)時(shí)的 電荷排放。這是因?yàn)?，如果在光電荷保存在浮?dòng)電容Cfd中的讀取時(shí)段期間，電荷排放晶體 管26導(dǎo)通并且重置脈沖RST處于活動(dòng)狀態(tài)，則重置晶體管23也導(dǎo)通并且因此，可能丟失浮 動(dòng)電容Cfd所累積的電荷。<4.第三實(shí)施例〉[系統(tǒng)配置]圖9是圖示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要元件的配置的電 路圖。在圖9中，用相同的標(biāo)號表示與圖4中的元件相同的元件。根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器是基于這樣的CMOS圖像傳感器的，其中二維地 排列了圖3所示的電路示例2的單位像素，即在像素內(nèi)包括保存電荷的存儲(chǔ)器單元28的單 位像素20B。此外，為了簡化圖9，代表性地示出了某個(gè)像素列中在垂直方向上彼此相鄰的 兩個(gè)單位像素20B-i和20B-i-l。
如圖9所示，在單位像素20B_i和20B-i_l中，例如對每一像素行設(shè)置了諸如傳輸 線121-1、重置線121-2、選擇線121-3以及傳輸線121-4之類的四條驅(qū)動(dòng)線，作為像素驅(qū)動(dòng) 線121。這些驅(qū)動(dòng)線121-1、121-2、121-3和121-4分別連接到與每一像素行的垂直驅(qū)動(dòng)單 元13相對應(yīng)的輸出端子。然后，將針對第i像素行給出描述。傳輸線121-1以像素行為單位向傳送晶體管 22的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的傳輸脈沖TRGi。選擇線121-3以像素行 為單位向選擇晶體管25的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的選擇脈沖SELi。傳 輸線121-4以像素行為單位向存儲(chǔ)器單元28的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行 的傳輸脈沖TRXi。同時(shí)，重置線121-2以像素行為單位向重置晶體管23的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單 元13輸出的第i行的重置脈沖RSTi，并且以像素行為單位向前一行(即第(i-Ι)行)的 電荷排放晶體管26的柵極提供第i行的重置脈沖RSTi。即，將隨后對其執(zhí)行信號讀取的 像素20B-i的重置脈沖SELi，共同用作先前在行掃描方向上對其執(zhí)行了信號讀取的像素 20Β- -1的電荷排放脈沖OFGi-I。如果采用包括了根據(jù)電路示例2的存儲(chǔ)器單元28的像素結(jié)構(gòu)，則能夠獲得如下效 果防止飽和時(shí)電荷溢出。在包括了根據(jù)電路示例2的單位像素20B的CMOS圖像傳感器中， 如相關(guān)領(lǐng)域中所公知的，對于所有像素，通過全局曝光累積在光電二極管21中 的光電荷被 同時(shí)傳送到存儲(chǔ)器單元28，并且保存在電容Cm中。然后，在讀取時(shí)將光電荷從FD部件27 傳送到存儲(chǔ)器單元28。[驅(qū)動(dòng)示例]接下來，將利用圖10的時(shí)序圖描述根據(jù)第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方 法的一個(gè)示例。首先，對于所有像素行，重置脈沖RSTi、傳輸脈沖TRXi和傳輸脈沖TRGi在時(shí)刻 t21時(shí)為活動(dòng)狀態(tài)，并且累積在光電二極管21中的電荷被排放，以使得全局曝光被啟動(dòng)。此 時(shí)，當(dāng)累積在光電二極管21中的電荷經(jīng)由電荷排放晶體管26被全部排放時(shí)，可以省略由傳 輸脈沖TRXi對存儲(chǔ)器單元28進(jìn)行的傳送驅(qū)動(dòng)。在執(zhí)行全局曝光的時(shí)段期間，光電荷累積在光電二極管21中。然后，傳輸脈沖 TRXi在全局曝光結(jié)束的時(shí)刻t22時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)，以使得累積在光電二極管21中的電荷被 傳送到存儲(chǔ)器單元28中，并且保存在電容Cm中。上面的操作是在執(zhí)行全局曝光的時(shí)段期 間執(zhí)行的。針對每一像素行來執(zhí)行從單位像素20B的信號讀取。具體地，如果選擇脈沖 SELi-I在時(shí)刻t23時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)，則到達(dá)第(i-Ι)行的信號讀取時(shí)段。在第(i_l)行的 信號讀取時(shí)段中，首先，重置脈沖RSTi-I在時(shí)刻t24時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)，從而使得FD部件27 的浮動(dòng)電容Cfd被重置。然后，將此時(shí)的FD部件27的電壓讀為重置電平(P時(shí)段)。此后，傳輸脈沖TRGi-I在時(shí)刻t25時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)，從而使得光電荷從存儲(chǔ)器單 元28的電容Cm被傳送到FD部件27的浮動(dòng)電容Cfd中。隨后，保存在浮動(dòng)電容Cfd中的 光電荷被讀為信號電平(D時(shí)段)。接下來，將描述進(jìn)入第i行的讀操作的原因。在第(i_l)行的讀操作與第i行的讀 操作之間執(zhí)行操作來防止因光電二極管21飽和引起的光電荷溢出。具體地，在t26和t27之間的時(shí)段中，通過所需頻率使重置脈沖RSTi處于活動(dòng)狀態(tài)并且使電荷排放晶體管26導(dǎo) 通，以使得光電二極管21的光電荷對電源電壓Vdd的電平充電。因此，可以防止光電二極 管21飽和。如上所述，與第二實(shí)施例類似，根據(jù)第三實(shí)施例的CMOS圖像傳感器采用了無需專 用于驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26的信號線的配置。因此，與第一和第二實(shí)施例類似，添加電荷 排放晶體管26不會(huì)導(dǎo)致布圖效率或敏感度降低。圖11圖示出了卷簾式快門操作情況中的驅(qū)動(dòng)示例。在讀取時(shí)段中在FD部件27 的浮動(dòng)電容Cfd被重置之前，傳輸脈沖TRXi-I處于活動(dòng)狀態(tài)并且累積在光電二極管21中 的電荷被傳送到存儲(chǔ)器單元28，從而使得曝光時(shí)段結(jié)束。然后，在重置脈沖RSTi-I處于活 動(dòng)狀態(tài)并且在FD部件27的浮動(dòng)電容Cfd被重置之后，重置電平被讀取(P時(shí)段)。接下來， 在傳輸脈沖TRGi-I處于活動(dòng)狀態(tài)并且光電荷從存儲(chǔ)器單元28被傳送到FD部件27之后， 信號電平被讀取(D時(shí)段)。在信號讀取時(shí)段中，在浮動(dòng)電容Cfd被重置晶體管23重置之前，累積在光電二極 管21中的電荷被傳送到存儲(chǔ)器單元28的電容Cm。即，傳輸脈沖TRX先于重置脈沖RST處 于活動(dòng)狀態(tài)。以這種方式，累積在光電二極管21中的電荷可以被疏散到存儲(chǔ)器單元28中， 以使得能夠?qū)崿F(xiàn)如下驅(qū)動(dòng)方法通過由下一重置脈沖RST進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，防止累積的電荷從光 電二極管21丟失。在應(yīng)用驅(qū)動(dòng)示例時(shí)，同一像素的重置脈沖RST和電荷排放脈沖CFG可以被共有。除 此之外，如在實(shí)施例中所描述的，對于行掃描方向，可以共有隨后被讀取的像素的重置脈沖 RST的重置線121-2，來作為先前被讀取的像素的電荷排放脈沖OFG的線。<5.第四實(shí)施例〉圖12是圖示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要元件的配置的電 路圖。在圖12中，用相同的標(biāo)號表示與圖8所示的元件相同的元件。與第二實(shí)施例類似，根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器是基于二維地排列了圖2所 示的電路示例1的單位像素20A的CMOS圖像傳感器的。此外，為了簡化圖12，代表性地示 出了某個(gè)像素列中在垂直方向上彼此相鄰的兩個(gè)單位像素20A-i和20A-i-l。如圖12所示，在單位像素20A_i和20A_i_l中，例如對每個(gè)像素行設(shè)置了諸如傳 輸線121-1、重置線121-2和選擇線121-3之類的三條驅(qū)動(dòng)線，作為像素驅(qū)動(dòng)線121。這些 驅(qū)動(dòng)線121-1、121-2和121-3分別連接到與每一像素行的垂直驅(qū)動(dòng)單元13相對應(yīng)的輸出 端子。然后，將針對第i像素行給出描述。傳輸線121-1以像素行為單位向傳送晶體管 22的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的傳輸脈沖TRGi，并且以像素行為單位向 前一行(第(i_l)行)的電荷排放晶體管26的柵極提供第i行的傳輸脈沖TRGi。S卩，將隨 后對其執(zhí)行信號讀取的像素20A-i的傳輸脈沖TRGi，共同用作先前在行掃描方向上對其執(zhí) 行了信號讀取的像素20A-i-l的電荷排放晶體管26的電荷排放脈沖OFGi-1。重置線121-2以像素行為單位向重置晶體管23的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的重置脈沖RSTi。選擇線121-3以像素行為單位向選擇晶體管25的柵極提供 從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的選擇脈沖SELi。如上所述，在根據(jù)第四實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中，當(dāng)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)以用于從單位像素20A讀取信號時(shí)，利用傳輸脈沖TRGi來驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26。此外，由于傳輸脈沖 TRGi被用作電荷排放晶體管26的電荷排放脈沖(FG，因此，即使未設(shè)置專用于電荷排放脈 沖OFG的信號線，也可將用于傳輸脈沖TRGi的傳輸線121-1用作該專用信號線，從而可以 驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26。即，與第一至第三實(shí)施例類似，即使未添加專用于驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26的信號 線，也可以驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26。以這種方式，采用了無需專用于驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管 26的信號線的配置，從而使得電荷排放晶體管26的添加不會(huì)導(dǎo)致布圖效率或敏感度的降低。具體地，將隨后對其執(zhí)行信號讀取的單位像素20A_i的傳輸脈沖TRGi，共同用作先前在行掃描方向上對其執(zhí)行了信號讀取的單位像素20A-i-l的電荷排放晶體管26的電 荷排放脈沖OFGi-Ι，從而可以獲得下面的效果。即，在光電二極管21中所累積的電荷被傳 送到FD部件27中之前，電荷排放晶體管26被驅(qū)動(dòng)，以使得能夠防止可能使光電二極管21 中所累積的電荷丟失的驅(qū)動(dòng)。<6.第五實(shí)施例>圖13是圖示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的主要元件的配置的電 路圖。在圖13中，用相同的標(biāo)號表示與圖9中的元件相同的元件。根據(jù)本實(shí)施例的CMOS圖像傳感器是基于這樣的CMOS圖像傳感器的，其中二維地 排列了圖3所示的電路示例2的單位像素，即在像素內(nèi)包括保存電荷的存儲(chǔ)器單元28的單 位像素20B。此外，為了簡化圖13，代表性地示出了某個(gè)像素列中在垂直方向上彼此相鄰的 兩個(gè)單位像素20B-i和20B-i-l。如圖13所示，在單位像素20B_i和20B_i_l中，例如對每一像素行設(shè)置了諸如傳 輸線121-1、重置線121-2、選擇線121-3以及傳輸線121-4之類的四條驅(qū)動(dòng)線，作為像素驅(qū) 動(dòng)線121。這些驅(qū)動(dòng)線121-1、121-2、121-3和121-4分別連接到與每一像素行的垂直驅(qū)動(dòng) 單元13相對應(yīng)的輸出端子。然后，將針對第i像素行給出描述。傳輸線121-1以像素行為單位向傳送晶體管 22的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的傳輸脈沖TRGi。重置線121-2以像素行 為單位向重置晶體管23的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的重置脈沖RSTi。選 擇線121-3以像素行為單位向選擇晶體管25的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行 的選擇脈沖SELi。傳輸線121-4以像素行為單位向存儲(chǔ)器單元28的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸 出的第i行的傳輸脈沖TRXi，并且以像素行為單位向前一行(即第(i-Ι)行)的電荷排放 晶體管26的柵極提供第i行的傳輸脈沖TRXi。即，將隨后對其執(zhí)行信號讀取的像素20B-i 的傳輸脈沖TRXi，共同用作先前在行掃描方向上對其執(zhí)行了信號讀取的像素20B-i-l的電 荷排放脈沖OFGi-I。如上所述，在根據(jù)第五實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中，當(dāng)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)以用于從單位像 素20B讀取信號時(shí)，利用傳輸脈沖TRXi來驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26。此外，由于將傳輸脈沖 TRXi用作電荷排放脈沖0FG，因此，即使未設(shè)置專用于電荷排放脈沖OFG的信號線，也可將 用于傳輸脈沖TRXi的傳輸線121-4用作該專用信號線，從而使得可以驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管 26。
S卩，與第一至第四實(shí)施例類似，即使未添加專用于驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26的信號 線，也可以驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管26。以這種方式，采用了無需專用于驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管 26的信號線的配置，從而使得電荷排放晶體管26的添加不會(huì)導(dǎo)致布圖效率或敏感度的降 低。此外，將隨后對其執(zhí)行信號讀取的單位像素20B_i的傳輸脈沖TRXi，共同用作先 前在行掃描方向上對其執(zhí)行了信號讀取的單位像素20B-i-l的電荷排放晶體管26的電荷 排放脈沖OFGi-I，從而可以獲得與在第四實(shí)施例中獲得效果相同的效果。即，在光電二極管 21中所累積的電荷被傳送到FD部件27中之前，電荷排放晶體管26被驅(qū)動(dòng)，以使得能夠防 止可能使光電二極管21中所累積的電荷丟失的驅(qū)動(dòng)。在第四和第五實(shí)施例中，在電荷被保存在FD部件27的浮動(dòng)電容Cfd或者存儲(chǔ)器 單元28的電容Cm中的狀態(tài)中，當(dāng)需要提取出光電二極管21中所累積的電荷時(shí)，則如下這 樣來設(shè)計(jì)CMOS圖像傳感器。S卩，如圖14所示，需要設(shè)計(jì)CMOS圖像傳感器以使得電荷排放 晶體管26的勢壘(potential barrier)低于傳送晶體管22的勢壘。當(dāng)如上所述那樣來設(shè)計(jì)元件的電位時(shí)，由于電荷可能不會(huì)同時(shí)被傳送到所有像 素，因此，這樣的卷簾式快門操作被執(zhí)行其中，曝光時(shí)段沿著行掃描方向順序地結(jié)束。然 而，由于不限于典型卷簾式快門操作中的信號讀取，因此，能夠獲得具有高同步性、低失真 的高質(zhì)量圖像。電荷傳送在行掃描方向執(zhí)行，以使得電荷可以被傳送到FD部件27的浮動(dòng) 電容Cfd中，而不用排放光電二極管21中所累積的電荷，如圖15所示。此外，當(dāng)保持電荷(retention charge)存在于FD部件27的浮動(dòng)電容Cfd中時(shí)， 如果通過傳輸脈沖TRG對所有像素同時(shí)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)，則由于如圖16A所示，過剩電荷從電荷排 放晶體管26的具有較低勢壘的一側(cè)被排放，因此，過剩電荷不會(huì)被添加到保持電荷中，并 且如圖16B那樣完成了過剩電荷的排放。<7.應(yīng)用 >在上面的實(shí)施例中，描述了二維地排列了單位像素20的CMOS圖像處理器，作為示 例。然而，本發(fā)明不限于此。具體地，在如圖3所示的電路示例2，即在像素內(nèi)部包括存儲(chǔ)器 單元28的單位像素20B的情況中，本發(fā)明還可以應(yīng)用于具有由多個(gè)像素共有的結(jié)構(gòu)的CMOS 圖像傳感器，其中，原本被提供給各個(gè)像素的元件的一部分在多個(gè)像素間共有。[由兩個(gè)水平像素共有的像素結(jié)構(gòu)]圖17是圖示出當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于如下像素結(jié)構(gòu)時(shí)的主要元件的配置的電路圖其 中，一部分元件在水平方向(橫向)上彼此相鄰的兩個(gè)像素之間共有。在圖17中，用相同 的標(biāo)號表示與圖9所示的那些元件相同的元件。如圖17所示，在根據(jù)本應(yīng)用的像素共有結(jié)構(gòu)(pixel holdingstructure)中，重置 晶體管23、放大晶體管24、選擇晶體管25和FD部件27在水平方向上彼此相鄰的兩個(gè)像素 之間共有。對于由兩個(gè)水平像素共有的像素結(jié)構(gòu)，根據(jù)本應(yīng)用，在執(zhí)行驅(qū)動(dòng)以用于從單位像 素20B讀取信號時(shí)的選擇脈沖SELi被用作電荷排放脈沖(FG。具體地，參考圖17，例如設(shè)置了諸如傳輸線121-1、重置線121-2、選擇線121_3以 及傳輸線121-4之類的四條驅(qū)動(dòng)線，作為像素驅(qū)動(dòng)線121。然后，將針對第i像素行來給出 描述。傳輸線121-1以像素行為單位向傳送晶體管22的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出 的第i行的傳輸脈沖TRGi。重置線121-2以像素行為單位向重置晶體管23的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸出的第i行的重置脈沖RSTi。選擇線121-3以像素行為單位向選擇晶體管25的柵極提供從垂直驅(qū)動(dòng)單元13輸 出的第i行的選擇脈沖SELi，并且以像素行為單位向前一行(即第(i-Ι)行)的電荷排放 晶體管26的柵極提供第i行的選擇脈沖SELi。以這種方式，將隨后對其執(zhí)行信號讀取的像 素20B-i的選擇晶體管25的選擇脈沖SELi，共同用作先前在行掃描方向上對其執(zhí)行了信號 讀取的像素20B-i-l的電荷排放脈沖OFGi-I。如上所述，本發(fā)明還可以應(yīng)用于由兩個(gè)水平像素共有的像素結(jié)構(gòu)。這里，選擇脈沖 SELi被用作電荷排放脈沖0FG，然而，本發(fā)明不限于此。即，與第三實(shí)施例類似，重置脈沖 RST可被用作電荷排放脈沖0FG，與第四實(shí)施例類似，傳輸脈沖TRG可被用作電荷排放脈沖 0FG,或者與第五實(shí)施例類似，傳輸脈沖TRX可被用作電荷排放脈沖ore。在應(yīng)用了本發(fā)明的像素共有結(jié)構(gòu)中，共有的元件不限于位于FD部件27之后的所 有元件。此外，像素共有結(jié)構(gòu)不限于由排列在水平方向上的像素共有。即，像素共有結(jié)構(gòu)可 以包括在垂直方向(縱向)上彼此相鄰的兩個(gè)像素之間共有元件的共有結(jié)構(gòu)、在水平和垂 直方向上彼此相鄰的四個(gè)像素共有元件的共有結(jié)構(gòu)，等等。簡言之，如果可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)前述 實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)方法，則可以采用各種配置。
<8.修改〉根據(jù)前面的實(shí)施例，描述了如下情況來作為示例其中，單位像素20(20A和20B) 具有除了包括電荷排放晶體管26之外還包括四個(gè)晶體管的像素配置。然而，單位像素20A 和20B不限于包括四個(gè)晶體管的像素配置。具體地，與將選擇脈沖SEL用作電荷排放脈沖 OFG的實(shí)施例不同，例如，可以采用這樣的像素配置，其包括除選擇晶體管25以外的三個(gè)晶 體管，并且替代地，放大晶體管25具有選擇晶體管25的像素選擇功能。此外，根據(jù)前面的實(shí)施例，本發(fā)明被應(yīng)用于包括單位像素的CMOS圖像傳感器，該 單位像素被二維地排列以將與可見光線量相對應(yīng)的信號電荷檢測作為物理量。然而，本發(fā) 明的應(yīng)用不限于CMOS圖像傳感器。即，本發(fā)明還可應(yīng)用于具有電子快門功能的全部X-Y地 址類型的固態(tài)圖像捕獲裝置。此外，本發(fā)明的應(yīng)用不限于通過檢測入射的可見光線量的分布來捕獲圖像的固態(tài) 圖像捕獲裝置。即，本發(fā)明還可應(yīng)用于將入射的紅外線或X射線的量或者粒子等的入射量 的分布捕獲作為圖像的固態(tài)圖像捕獲裝置。另外，廣義上，可將通過檢測其它物理量的分 布來捕獲圖像的諸如壓力或靜電電容之類的物理量分布檢測裝置(例如，指紋檢測傳感器 等)用作固態(tài)圖像捕獲裝置。此外，可以以具有圖像捕獲功能的一個(gè)芯片或模塊的形式來制備固態(tài)圖像捕獲裝 置，該芯片或模塊是通過封裝圖像捕獲單元、信號處理單元和光學(xué)系統(tǒng)而形成的。<9.電子裝置〉本發(fā)明的應(yīng)用不限于固態(tài)圖像捕獲裝置。即，本發(fā)明還可應(yīng)用于在圖像捕獲單元 (光電轉(zhuǎn)換單元)中使用固態(tài)圖像捕獲裝置的電子裝置，例如，圖像捕獲裝置(例如，數(shù)字相 機(jī)、攝像機(jī)等)、具有圖像捕獲功能的便攜式終端(例如，便攜式電話等)，或者在圖像讀取 單元中使用固態(tài)圖像捕獲裝置的復(fù)印機(jī)。此外，安裝在電子裝置上的模塊化類型，即，相機(jī) 模塊可以用作圖像捕獲裝置。[圖像捕獲裝置]
圖18是圖示出作為根據(jù)本發(fā)明的電子裝置的一個(gè)示例的圖像捕獲這種的配置示 例的框圖。如圖18所示，根據(jù)本發(fā)明的圖像捕獲裝置100包括包括透鏡組101的光學(xué) 系統(tǒng)、圖像捕獲元件102、用作相機(jī)信號處理單元的DSP電路103、幀存儲(chǔ)器104、顯示設(shè)備 105、記錄設(shè)備106、操作系統(tǒng)107、電源系統(tǒng)108等。DSP電路103、幀存儲(chǔ)器104、顯示設(shè)備 105、記錄設(shè)備106、操作系統(tǒng)107、電源系統(tǒng)108通過總線109彼此相連。透鏡組101捕獲來自對象的入射光(圖像光)，并且使得圖像形成在圖像捕獲元件 102的圖像捕獲表面上。圖像捕獲元件102將由透鏡組101形成在圖像捕獲表面上作為圖 像的入射光的量，轉(zhuǎn)換為以像素為單位的電子信號，并且輸出像素信號。將根據(jù)第一至第五 實(shí)施例或應(yīng)用的CMOS圖像傳感器用作圖像捕獲元件102。顯示設(shè)備105包括面板型顯示設(shè)備，例如液晶顯示設(shè)備或有機(jī)EL (電致發(fā)光)顯 示設(shè)備，并且顯示由圖像捕獲元件102捕獲的動(dòng)態(tài)圖像或靜止圖像。記錄設(shè)備106將由圖 像捕獲元件102捕獲的動(dòng)態(tài)圖像或靜止圖像記錄在諸如錄像帶或DVD (數(shù)字通用盤)之類 的記錄介質(zhì)上。操作系統(tǒng)107在用戶的操作下，發(fā)出針對圖像捕獲裝置的各種功能的操作命令。 電源系統(tǒng)108將各種類型的電源提供給DSP電路103、幀存儲(chǔ)器104、顯示設(shè)備105、記錄設(shè) 備106和操作系統(tǒng)107作為操作電源。 圖像捕獲裝置100被應(yīng)用于攝像機(jī)或數(shù)碼相機(jī)，并且還被應(yīng)用于供諸如便攜式電 話之類的移動(dòng)裝備使用的相機(jī)模塊。在圖像捕獲裝置100中，可以將根據(jù)第一至第五實(shí)施 例或應(yīng)用的CMOS圖像傳感器用作圖像捕獲元件102。本申請包含與2009年1月28日向日本專利局提交的日本優(yōu)先專利申請JP 2009-016266中公開的主題有關(guān)的主題，該申請的全部內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其它因素進(jìn)行各種修改、組合、 子組合和變更，只要它們在所附權(quán)利要求或其等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種固態(tài)圖像捕獲裝置，包括像素陣列單元，該像素陣列單元包括二維排列的像素，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、傳送累積在所述光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷的傳送晶體管，以及選擇性地排放累積在所述光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷的電荷排放晶體管；以及驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元執(zhí)行驅(qū)動(dòng)以用于從所述像素陣列單元的每個(gè)像素中讀取信號，并且利用用于所述驅(qū)動(dòng)的信號來驅(qū)動(dòng)所述電荷排放晶體管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述像素包括執(zhí)行像素選擇的選 擇晶體管，并且所述驅(qū)動(dòng)單元通過利用用于驅(qū)動(dòng)所述選擇晶體管的信號來驅(qū)動(dòng)所述電荷排 放晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述像素包括浮動(dòng)電容，該浮動(dòng)電容保存由所述傳送晶體管從所述光電轉(zhuǎn)換單元傳送來的電荷；以及存儲(chǔ)器單元，該存儲(chǔ)器單元與所述浮動(dòng)電容分開地保存所累積的電荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元具有在行掃描方向 上先被執(zhí)行信號讀取的像素的電荷排放晶體管的驅(qū)動(dòng)信號，以及此后被執(zhí)行信號讀取的像 素的選擇晶體管的驅(qū)動(dòng)信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述像素包括用于重置所述像素 的重置晶體管，并且所述驅(qū)動(dòng)單元通過利用用于驅(qū)動(dòng)所述重置晶體管的信號來驅(qū)動(dòng)所述電 荷排放晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述像素包括浮動(dòng)電容，該浮動(dòng)電容保存由所述傳送晶體管從所述光電轉(zhuǎn)換單元傳送來的電荷；以及存儲(chǔ)器單元，該存儲(chǔ)器單元與所述浮動(dòng)電容分開地保存所累積的電荷， 其中，所述重置晶體管通過重置所述浮動(dòng)電容來重置所述像素。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，在從所述像素讀取信號的時(shí)段中， 所述驅(qū)動(dòng)單元在所述浮動(dòng)電容被所述重置晶體管重置之前，將累積在所述光電轉(zhuǎn)換單元中 的電荷傳送到所述存儲(chǔ)器單元中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元具有在行掃描方向 上先被執(zhí)行信號讀取的像素的電荷排放晶體管的驅(qū)動(dòng)信號，以及此后被執(zhí)行信號讀取的像 素的重置晶體管的驅(qū)動(dòng)信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元通過利用用于驅(qū)動(dòng) 所述傳送晶體管的信號來驅(qū)動(dòng)所述電荷排放晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元具有在行掃描方 向上先被執(zhí)行信號讀取的像素的電荷排放晶體管的驅(qū)動(dòng)信號，以及此后被執(zhí)行信號讀取的 像素的傳送晶體管的驅(qū)動(dòng)信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述像素包括浮動(dòng)電容，該浮動(dòng)電容保存由所述傳送晶體管從所述光電轉(zhuǎn)換單元傳送來的電荷；以及存儲(chǔ)器單元，該存儲(chǔ)器單元與所述浮動(dòng)電容分開地保存所累積的電荷。其中，所述驅(qū)動(dòng)單元通過利用用于將累積在所述光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷傳送到存儲(chǔ)器 單元的信號，來驅(qū)動(dòng)所述電荷排放晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述驅(qū)動(dòng)單元具有在行掃描方 向上先被執(zhí)行信號讀取的像素的電荷排放晶體管的驅(qū)動(dòng)信號，以及被傳送到此后被執(zhí)行信 號讀取的像素的存儲(chǔ)器單元的信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求9或11所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，相對于累積在所述光電轉(zhuǎn)換 單元中的電荷，所述電荷排放晶體管的勢壘低于所述傳送晶體管的勢壘。
14.一種固態(tài)圖像捕獲裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)圖像捕獲裝置設(shè)有包括二維排列的 像素的像素陣列單元，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元以及選擇性地排放累積在所述光電轉(zhuǎn)換 單元中的電荷的電荷排放晶體管，所述驅(qū)動(dòng)方法包括如下步驟通過利用用于進(jìn)行驅(qū)動(dòng)以 從所述像素陣列單元的每個(gè)像素中讀取信號的信號，來驅(qū)動(dòng)所述電荷排放晶體管。
15.一種包括固態(tài)圖像捕獲裝置的電子裝置，其中，所述固態(tài)圖像捕獲裝置包括像素陣列單元，該像素陣列單元包括二維排列的像素，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、傳 送累積在所述光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷的傳送晶體管，以及選擇性地排放累積在所述光電轉(zhuǎn) 換單元中的電荷的電荷排放晶體管；以及驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元執(zhí)行驅(qū)動(dòng)以用于從所述像素陣列單元的每個(gè)像素中讀取信號， 并且利用用于所述驅(qū)動(dòng)的信號來驅(qū)動(dòng)所述電荷排放晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開了固態(tài)圖像捕獲裝置、其驅(qū)動(dòng)方法及電子裝置。一種固態(tài)圖像捕獲裝置包括二維排列的像素的像素陣列單元，每個(gè)像素包括光電轉(zhuǎn)換單元、傳送累積在光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷的傳送晶體管，以及選擇性地排放累積在光電轉(zhuǎn)換單元中的電荷的電荷排放晶體管；以及驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元執(zhí)行驅(qū)動(dòng)以用于從像素陣列單元的每個(gè)像素中讀取信號，并且利用用于驅(qū)動(dòng)的信號來驅(qū)動(dòng)電荷排放晶體管。
文檔編號H04N5/3745GK101841664SQ20101010579
公開日2010年9月22日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月28日
發(fā)明者大池祐輔 申請人:索尼公司