固態(tài)成像設(shè)備、驅(qū)動固態(tài)成像設(shè)備的方法以及成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及固態(tài)成像設(shè)備、驅(qū)動固態(tài)成像設(shè)備的方法以及成像系統(tǒng)。一種固態(tài)成像設(shè)備包括像素，像素包括光電轉(zhuǎn)換元件、浮置擴(kuò)散層、傳送晶體管、重置晶體管和放大器晶體管、以及控制單元，控制單元被配置為：當(dāng)電荷在光電轉(zhuǎn)換元件中累積時向重置晶體管的柵極供應(yīng)第一電壓，第一電壓是介于第二電壓和第三電壓之間的電壓；隨后當(dāng)重置晶體管導(dǎo)通以便重置浮置擴(kuò)散層的電勢時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第二電壓；以及隨后當(dāng)放大器晶體管輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第三電壓。
【專利說明】
固態(tài)成像設(shè)備、驅(qū)動固態(tài)成像設(shè)備的方法以及成像系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及固態(tài)成像設(shè)備、驅(qū)動固態(tài)成像設(shè)備的方法以及成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 已經(jīng)提出了這樣一種固態(tài)成像設(shè)備:該固態(tài)成像設(shè)備被配置為緩和在光電轉(zhuǎn)換單 元中的電荷累積時段中在浮置擴(kuò)散層與傳送晶體管的柵極之間生成的電場，由此維持傳送 晶體管的柵極絕緣膜的可靠性。在日本專利申請公開No.2008-199101中公開了：浮置擴(kuò)散 層在累積時段中的電壓和浮置擴(kuò)散層在讀出時段中的電壓被設(shè)為不同的值，由此縮短向柵 極絕緣膜施加高電場的時段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種固態(tài)成像設(shè)備，該固態(tài)成像設(shè)備包括像素和 控制單元，像素包括光電轉(zhuǎn)換元件、浮置擴(kuò)散層、被配置為將在光電轉(zhuǎn)換元件中生成的電荷 傳送到浮置擴(kuò)散層的傳送晶體管、被配置為重置浮置擴(kuò)散層的電勢的重置晶體管、以及被 配置為輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號的放大器晶體管;控制單元被配置為：當(dāng)電荷在 光電轉(zhuǎn)換元件中累積時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第一電壓，第一電壓是介于第二電壓和 第三電壓之間的電壓；隨后當(dāng)重置晶體管導(dǎo)通以便重置浮置擴(kuò)散層的電勢時，向重置晶體 管的柵極供應(yīng)第二電壓;并且隨后當(dāng)放大器晶體管輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號時， 向重置晶體管的柵極供應(yīng)第三電壓。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種固態(tài)成像設(shè)備，該固態(tài)成像設(shè)備包括像素 和控制單元，像素包括光電轉(zhuǎn)換元件、浮置擴(kuò)散層、被配置為將在光電轉(zhuǎn)換元件中生成的電 荷傳送到浮置擴(kuò)散層的傳送晶體管、被配置為重置浮置擴(kuò)散層的電勢的重置晶體管、以及 被配置為輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號的放大器晶體管;控制單元被配置為：當(dāng)電荷 在光電轉(zhuǎn)換元件中累積時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第一電壓，第一電壓是介于第二電壓 和第三電壓之間的電壓；隨后當(dāng)重置晶體管導(dǎo)通以便重置浮置擴(kuò)散層的電勢時，向重置晶 體管的柵極供應(yīng)第二電壓；以及隨后當(dāng)傳送晶體管正在傳送電荷時，向重置晶體管的柵極 供應(yīng)第三電壓。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種驅(qū)動固態(tài)成像設(shè)備的方法，該固態(tài)成像設(shè) 備包括像素和控制單元，像素包括光電轉(zhuǎn)換元件、浮置擴(kuò)散層、被配置為將在光電轉(zhuǎn)換元件 中生成的電荷傳送到浮置擴(kuò)散層的傳送晶體管、被配置為重置浮置擴(kuò)散層的電勢的重置晶 體管、以及被配置為輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號的放大器晶體管;所述方法包括:當(dāng) 電荷在光電轉(zhuǎn)換元件中累積時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第一電壓，第一電壓是介于第二 電壓和第三電壓之間的電壓；隨后當(dāng)重置晶體管導(dǎo)通以便重置浮置擴(kuò)散層的電勢時，向重 置晶體管的柵極供應(yīng)第二電壓;并且隨后當(dāng)放大器晶體管輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信 號時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第三電壓。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種驅(qū)動固態(tài)成像設(shè)備的方法，該固態(tài)成像設(shè) 備包括像素和控制單元，像素包括光電轉(zhuǎn)換元件、浮置擴(kuò)散層、被配置為將在光電轉(zhuǎn)換元件 中生成的電荷傳送到浮置擴(kuò)散層的傳送晶體管、被配置為重置浮置擴(kuò)散層的電勢的重置晶 體管、以及被配置為輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號的放大器晶體管;所述方法包括:當(dāng) 電荷在光電轉(zhuǎn)換元件中累積時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第一電壓，第一電壓是介于第二 電壓和第三電壓之間的電壓；隨后當(dāng)重置晶體管導(dǎo)通以便重置浮置擴(kuò)散層的電勢時，向重 置晶體管的柵極供應(yīng)第二電壓；以及隨后當(dāng)傳送晶體管正在傳送電荷時，向重置晶體管的 柵極供應(yīng)第三電壓。
[0007] 參照附圖閱讀對示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的更多特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0008] 圖1是用于例示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像設(shè)備的像素單元的配置示例 的圖。
[0009] 圖2是用于例示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像設(shè)備的重置控制電路的示例 的圖。
[0010] 圖3是用于例示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動方法的時序圖。
[0011] 圖4是用于例示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的固態(tài)成像設(shè)備的重置控制電路的示例 的圖。
[0012] 圖5是用于例示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動方法的時序圖。
[0013] 圖6是用于例示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的成像系統(tǒng)的配置示例的框圖。
【具體實施方式】
[0014] 現(xiàn)在將根據(jù)附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，提供了能夠在維持柵極絕緣膜的可靠性的同時抑制因 敷霜(blooming)引起的圖像質(zhì)量下降的固態(tài)成像設(shè)備及其驅(qū)動方法。
[0016] 利用在日本專利申請公開No. 2008-199101中公開的技術(shù)，圖像質(zhì)量可能由于敷霜 而下降。在日本專利申請公開No. 2008-199101中公開的驅(qū)動固態(tài)成像設(shè)備的方法中，如在 其圖3中所示的，在電荷累積時段的早期，用處于大約0.5V的低電平的電壓來對浮置擴(kuò)散層 進(jìn)行重置。之后，重置晶體管在電荷累積時段的大部分時間中保持在截止?fàn)顟B(tài)。因此，浮置 擴(kuò)散層的電勢可能由于來自浮置擴(kuò)散層的泄露電流而降低。然后，浮置擴(kuò)散層作為用于捕 獲從光電轉(zhuǎn)換單元溢出的電荷的溢出漏極(〇verf 1 ow drain)的功能劣化。結(jié)果，溢出的電 荷可能流到相鄰像素的光電轉(zhuǎn)換單元中，從而因敷霜引起的噪聲分量可能疊加在像素信號 上。
[0017] 下面參照附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的固態(tài)成像設(shè)備及其驅(qū)動方法、以及成 像系統(tǒng)。在下面的描述中，例示了使用η溝道M0S晶體管作為像素中所包含的晶體管的情況， 但是本發(fā)明也可適用于像素中的晶體管由Ρ溝道M0S晶體管形成的情況。在這種情況下，向 M0S晶體管的源極、漏極和柵極施加的電壓可以從下面描述的實施例中的電壓適當(dāng)?shù)馗淖儭?br>[0018] [第一實施例]
[0019] 將參照圖1至圖3來描述根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像設(shè)備及其驅(qū)動方法。 圖1是用于例示根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的像素單元的配置示例的圖。圖2是用于例示 根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的重置控制電路的示例的圖。圖3是用于例示根據(jù)本實施例 的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動方法的時序圖。
[0020] 首先，參照圖1和圖2來描述根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
[0021] 如圖1中所示，根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備包括成像區(qū)域100,在成像區(qū)域100 中，多個像素1 〇 1被二維地布置在行方向和列方向上。在圖1中，只例示了形成成像區(qū)域1 〇〇 的多個像素101中位于第m列和第(m+1)列以及第η行和第(n+1)行的四個像素101。在圖1中， 像素 l〇l(m，n)表示屬于第m列第η行的像素101。類似地，像素101(m+l，n)表示屬于第(m+1) 列第η行的像素101。像素101(m，n+l)表示屬于第m列第(n+1)行的像素101。像素101(m+l，n+ 1)表示屬于第(m+1)列第(n+1)行的像素101。
[0022] 每個像素101包括光電轉(zhuǎn)換元件102、傳送晶體管103、重置晶體管105、放大器晶體 管106和選擇晶體管107。充當(dāng)光電二極管的光電轉(zhuǎn)換元件102的陽極連接到接地電壓線，而 光電轉(zhuǎn)換元件102的陰極連接到傳送晶體管103的源極。傳送晶體管103的漏極連接到重置 晶體管105的源極和放大器晶體管106的柵極。傳送晶體管103的漏極、重置晶體管105的源 極和放大器晶體管106的柵極的連接節(jié)點形成浮置擴(kuò)散層104。重置晶體管105和放大器晶 體管106的漏極連接到電源電壓線113。放大器晶體管106的源極連接到選擇晶體管107的漏 極。
[0023] 在布置在成像區(qū)域100中的每行像素101中，形成有在行方向上延伸的傳送柵極控 制線108、重置柵極控制線109和行選擇控制線110。在圖1中，為了方便下面的描述，每個控 制線的附圖標(biāo)記帶有與成像區(qū)域100中的行號（即，（η)或(n+1))對應(yīng)的后綴。傳送柵極控制 線108、重置柵極控制線109和行選擇控制線110中的每個都是用于布置在行方向上的像素 101的公共信號線。傳送柵極控制線108連接到屬于相應(yīng)行的多個像素101的傳送晶體管103 的柵極。傳送柵極控制線108經(jīng)由緩沖器118連接到垂直掃描電路114。重置柵極控制線109 連接到屬于相應(yīng)行的多個像素101的重置晶體管105的柵極。重置柵極控制線109經(jīng)由重置 控制電路115以及多個控制線116和117連接到垂直掃描電路114。行選擇控制線110連接到 屬于相應(yīng)行的多個像素101的選擇晶體管107的柵極。行選擇控制線110經(jīng)由緩沖器119連接 到垂直掃描電路114。
[0024] 在布置在成像區(qū)域100中的每列像素101中，形成在列方向上延伸的垂直輸出線 111。在圖1中，為了方便下面的描述，垂直輸出線111的附圖標(biāo)記帶有與成像區(qū)域100中的列 號（SMm)或(m+1))對應(yīng)的后綴。垂直輸出線111連接到布置在列方向上的像素101的選擇 晶體管107的源極，并且是用于這些像素101的公共信號線。恒定電流源112和列讀出電路 (未示出)連接到垂直輸出線111。
[0025] 光電轉(zhuǎn)換元件102被配置為生成與入射光的量對應(yīng)的信號電荷。傳送晶體管103被 配置為將在光電轉(zhuǎn)換元件102中生成并且累積的電荷傳送到浮置擴(kuò)散層104。浮置擴(kuò)散層 104形成包括與阱之間的p-n結(jié)電容器、與傳送晶體管103等的柵電極之間的絕緣膜電容器 的寄生電容器，并且被配置為將經(jīng)由傳送晶體管103傳送的電荷轉(zhuǎn)換成與所傳送的電荷的 量對應(yīng)的電壓。重置晶體管105是當(dāng)浮置擴(kuò)散層104被設(shè)為預(yù)定電勢時所使用的開關(guān)，該預(yù) 定電勢充當(dāng)用于獲得信號電壓電平的基準(zhǔn)。通常，電源電壓被用作預(yù)定電勢，以加寬浮置擴(kuò) 散層104用于信號輸出的操作電壓范圍，由此確保足夠的動態(tài)范圍。注意，用于對浮置擴(kuò)散 層104進(jìn)行重置的電源電壓在本文有時稱作重置電源電壓。放大器晶體管106被配置為將與 在浮置擴(kuò)散層104中累積的電荷的量對應(yīng)的信號輸出到垂直輸出線111。選擇晶體管107被 配置為選擇要讀出的像素101，即控制放大器晶體管106與垂直輸出線111之間的連接。垂直 掃描電路114是被配置為在從成像區(qū)域100中的每個像素101讀出像素信號時向每個像素 101的傳送晶體管103、重置晶體管105和選擇晶體管107提供操作每行的晶體管所需的期望 控制信號的控制單元。
[0026]圖2是用于例示重置控制電路115的示例的電路圖。如圖2中所示，重置控制電路 115包括逆變器12〇4溝道冊5晶體管121、122、123和124、以及11溝道冊5晶體管125和126。口 溝道M0S晶體管123和η溝道M0S晶體管125形成緩沖電路的輸入級的逆變器電路。另外，p溝 道M0S晶體管124和η溝道M0S晶體管126形成緩沖電路的輸出級的逆變器電路。逆變器120與 ρ溝道M0S晶體管121、12 2形成電源切換電路，該電源切換電路被配置為切換要供應(yīng)到緩沖 電路的輸出級的逆變器電路的處于高電平的電壓。另外，重置控制電路115具有兩個輸入端 子116和117、一個輸出端子109以及被輸入電壓VI、V2和V3的電壓供應(yīng)端子VI、V2和V3。注 意，輸入端子116和117是與連接垂直掃描電路114和重置控制電路115的控制線116和117連 接的端子，并且輸入端子在本文由與控制線116和117相同的附圖標(biāo)記表示。類似地，輸出端 子109是連接到重置柵極控制線109的端子，并且在本文由與重置柵極控制線109相同的附 圖標(biāo)記表示。
[0027] 輸入端子116連接到ρ溝道M0S晶體管123的柵極和η溝道M0S晶體管125的柵極。ρ溝 道M0S晶體管123具有連接到電源電壓線VDD的源極和連接到η溝道M0S晶體管125的漏極的 漏極。η溝道M0S晶體管125的源極連接到接地電壓線。由此，ρ溝道M0S晶體管123和η溝道M0S 晶體管125形成緩沖電路的輸入級的逆變器電路。
[0028]輸入級的逆變器電路的輸出端子連接到ρ溝道M0S晶體管124的柵極和η溝道M0S晶 體管126的柵極，ρ溝道M0S晶體管124的柵極和η溝道M0S晶體管126的柵極充當(dāng)緩沖電路的 輸出級的逆變器電路的輸入端子。Ρ溝道M0S晶體管124具有連接到ρ溝道M0S晶體管121和 122的漏極的源極、以及連接到η溝道M0S晶體管126的漏極的漏極。η溝道M0S晶體管126的源 極連接到電壓供應(yīng)端子V3。ρ溝道M0S晶體管124的漏極和η溝道M0S晶體管126的漏極的連接 節(jié)點形成輸出端子109。
[0029] 輸入端子117連接到ρ溝道M0S晶體管122的柵極。另外，輸入端子117經(jīng)由逆變器 120連接到ρ溝道M0S晶體管121的柵極。ρ溝道M0S晶體管121的源極連接到電壓供應(yīng)端子VI。 ρ溝道M0S晶體管122的源極連接到電壓供應(yīng)端子V2。
[0030] 如上所述，重置控制電路115包括緩沖電路和電源切換電路，緩沖電路被配置為將 原始的邏輯值輸入傳送到輸入端子116,電源切換電路被配置為切換要供應(yīng)到緩沖電路的 輸出級的逆變器電路的處于高電平的電壓。重置控制電路115被配置為基于從垂直掃描電 路114到輸入端子116和輸入端子117的兩個輸入，從輸出端子109輸出電壓VI、電壓V2和電 壓V3中的任何一個。
[0031 ]在這種情況下，電壓V2是用于將重置晶體管105設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)的電勢。換言之，電 壓V2是這樣的電勢:利用該電勢，重置晶體管105的導(dǎo)通電阻足夠小，使得在預(yù)定時段中，重 置晶體管105的源極的電勢可以變得與其被供應(yīng)電源電壓的漏極的電勢近似相同。導(dǎo)通電 阻是例如處于導(dǎo)通狀態(tài)的晶體管的源極與漏極之間的電阻。當(dāng)關(guān)于固態(tài)成像設(shè)備的操作進(jìn) 行描述時，電壓V2是當(dāng)重置晶體管105導(dǎo)通以便對浮置擴(kuò)散層104的電勢進(jìn)行重置時被供應(yīng) 到重置晶體管105的柵極的電壓。當(dāng)重置晶體管105是耗盡型MOS晶體管時，即使電壓V2與重 置晶體管105的漏極電壓近似相同，仍可以獲得類似的導(dǎo)通電阻。在關(guān)于電壓V2的前一種情 況和后一種情況這二者中，通過控制處于導(dǎo)通狀態(tài)的重置晶體管105的電阻（或者，重置晶 體管105的導(dǎo)通電阻），在所有像素中浮置擴(kuò)散層104被設(shè)為相同的電源電壓，這意味著共模 抑制比（common-mode rejection ratio)的殘留分量得到抑制。
[0032] 電壓V3是用于使重置晶體管105變成截止?fàn)顟B(tài)的電勢，并且同時被設(shè)為足夠低的 電勢，使得截止?fàn)顟B(tài)在信號輸出期間可以保持在浮置擴(kuò)散層104的操作電壓范圍內(nèi)。當(dāng)關(guān)于 固態(tài)成像設(shè)備的操作進(jìn)行描述時，電壓V3是當(dāng)放大器晶體管106輸出基于浮置擴(kuò)散層104的 電勢的信號時要供應(yīng)到重置晶體管105的柵極的電壓。可替代地，電壓V3是當(dāng)傳送晶體管 103正在傳送電荷時要供應(yīng)到重置晶體管105的柵極的電壓。當(dāng)像素信號被讀出時，如上所 述的電壓V3被供應(yīng)到重置晶體管105的柵極，由此能夠確保足夠的動態(tài)范圍。
[0033] 電壓VI是低于電壓V2的電勢，并且被設(shè)為高導(dǎo)通電阻狀態(tài)，使得重置晶體管105可 以在亞閾值區(qū)（subthreshold region)中操作。也就是說，電壓VI、電壓V2和電壓V3被設(shè)為 滿足V3<V1<V2的關(guān)系。當(dāng)關(guān)于固態(tài)成像設(shè)備的操作進(jìn)行描述時，電壓VI是當(dāng)電荷在光電 轉(zhuǎn)換元件102中累積時（電荷累積時段)要供應(yīng)到重置晶體管105的柵極的電壓。現(xiàn)在，下面 通過對M0S晶體管在亞閾值區(qū)中的特性的描述來描述將電壓VI設(shè)為這種值的原因。
[0034]通常，在亞閾值區(qū)中M0S晶體管的漏極-源極電流Ids與其柵極-源極電壓Vgs成對數(shù) 比例。當(dāng)Ids-Vgs特性被表示為半對數(shù)圖時，亞閾值區(qū)中的直線的斜率被稱作S因子，其有時 被用作表示晶體管的特性的指標(biāo)。S因子通常為大約100[mV/十]([mV/decade])^因子的粗 略值取決于晶體管的結(jié)構(gòu)來確定。另外，在典型的M0S晶體管中，在亞閾值區(qū)中每單位柵極 寬度的漏極-源極電流Ids在閾值電壓附近為大約1 X 10-7[Α/μπι]，并且在閾值電壓或更低的 情況下根據(jù)S因子而減小。
[0035] 現(xiàn)在，作為示例，假設(shè)電壓V2和電源電壓為5[V]并且電壓VI是4[V]的情況?？紤]當(dāng) 向重置晶體管105的柵極施加電壓V2時并且當(dāng)充當(dāng)重置晶體管105的源極的浮置擴(kuò)散層104 的電勢達(dá)到5[V]時，漏極-源極電流Ids是用閾值電壓V th附近的電壓獲得的1Χ10-7[Α]的情 況。簡而言之，假設(shè)在重置晶體管105中，當(dāng)滿足V gs = 0[V] ? Vth時，滿足Ids=l X 10-7[Α]。注 意，在本文省略因基底偏壓效應(yīng)(體效應(yīng)）引起的閾值電壓的變化的影響，以便簡化描述。
[0036] 當(dāng)重置晶體管105的柵極的電勢從與電壓V2對應(yīng)的5[V]轉(zhuǎn)變到與電壓VI對應(yīng)的4 [V]時，柵極-源極電壓Vgs的變化量△V gA-1000[mV]。當(dāng)S因子為100[mV/十]時，在這種狀 態(tài)下重置晶體管105可以獲得的漏極-源極電流Ids如下表示。
[0037]
[0038] 假設(shè)如下情況:在這種狀態(tài)下，從飽和的光電二極管中溢出的柵極泄露電流或敷 霜電流流到浮置擴(kuò)散層104中。當(dāng)這些電流為1 X 10-12[Α]時，1 X 10-12[Α]的電流流過重置晶 體管105,并且滿足下面的表達(dá)示。
[0039]
[0040] 滿足該表達(dá)式的柵極-漏極電壓Vgs的變化量Δ VgsS_500[mV]。也就是說，當(dāng)諸如 柵極泄露電流或敷霜電流之類的電流流到浮置擴(kuò)散層104中時，浮置擴(kuò)散層104的電勢下 降，使得流到浮置擴(kuò)散層104中的電流和重置晶體管105的漏極-源極電流Ids可以平衡，由此 獲得預(yù)定電壓。換而言之，浮置擴(kuò)散層104的電勢由重置晶體管105的柵極修剪，并且浮置擴(kuò) 散層104的電勢不會落在(柵極電壓-閾值電壓Vth)的值以下。在上述示例中，IX 10-12[Α]的 電流流到當(dāng)浮置擴(kuò)散層104的電勢為5[V]時允許IX 10-17[Α]的電流流過的重置晶體管105 中，由此將浮置擴(kuò)散層104的電勢設(shè)置成4.5[V]。
[0041] 如上所述，通過向重置晶體管105的柵極施加上述電壓VI，浮置擴(kuò)散層104的電勢 被設(shè)為與流到浮置擴(kuò)散層104中的電流量對應(yīng)的電勢。另外，由于浮置擴(kuò)散層104的電勢變 得更高，從飽和的光電二極管溢出的敷霜電流流到浮置擴(kuò)散層104中的比率變得更高，因此 優(yōu)選的是:除了具有特別大的電流量的像素101之外，浮置擴(kuò)散層104的電勢保持為高。
[0042] 例如，在電荷在光電轉(zhuǎn)換元件102中累積的時段中，有時建立起在處于截止?fàn)顟B(tài)的 傳送晶體管103與浮置擴(kuò)散層104之間施加強(qiáng)電場的狀態(tài)。在這種情況下，在包含具有因柵 極絕緣膜的制造的變化引起的比較大的柵極泄露電流的傳送晶體管103的像素101中，流到 浮置擴(kuò)散層104中的柵極泄露電流降低浮置擴(kuò)散層104的電勢。結(jié)果，傳送晶體管103的柵極 與浮置擴(kuò)散層104之間的電場得到緩和。也就是說，傳送晶體管103的柵極與浮置擴(kuò)散層104 之間的電場基于柵極泄露電流的量級可以以自調(diào)整的方式來緩和，由此能夠有助于提高柵 極絕緣膜在電場下的耐久可靠性。浮置擴(kuò)散層104具有保持為高的電勢，并且因此起到也針 對敷霜現(xiàn)象的溢出漏極的功能，在所述敷霜現(xiàn)象中，從已經(jīng)達(dá)到飽和電荷量的光電二極管 中溢出的電荷作為錯誤信號被泄露到其他像素101。因此，也可以抑制因敷霜引起的圖像質(zhì) 量劣化。注意，在放大器晶體管106在傳送晶體管103導(dǎo)通的時段中不輸出信號的驅(qū)動方法 的情況下，在傳送晶體管103導(dǎo)通的時段的至少部分中向重置晶體管105的柵極施加上述電 壓V3。在該情況下，在累積時段中向重置晶體管105的柵極施加電壓VI，由此能夠獲得抑制 因敷霜引起的圖像質(zhì)量劣化的效果。
[0043] 注意，當(dāng)向重置晶體管105的柵極施加上述電壓V3時，重置晶體管105變?yōu)橥耆?于截止?fàn)顟B(tài)，因此柵極泄露電流或敷霜電流流到浮置擴(kuò)散層104中，以持續(xù)地降低浮置擴(kuò)散 層104的電勢。另外，當(dāng)向重置晶體管105的柵極施加上述電壓V2時，重置晶體管105變?yōu)橥?全處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此浮置擴(kuò)散層104的電勢不變化。這樣，當(dāng)向重置晶體管105的柵極施加 電壓V2或電壓V3時，不能實現(xiàn)當(dāng)向重置晶體管105的柵極施加電壓VI時獲得的上述效果。
[0044] 接下來，參照圖1至圖3來描述根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動方法。圖3是用 于例示根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的2行中的像素的讀出操作的時序圖。在圖3中，從時 間tl至?xí)r間t6的時段是第η行中的像素的讀出時段，而從時間t6至?xí)r間til的時段是第(n+ 1)行中的像素的讀出時段。注意，從時間t0至?xí)r間tl的時段是第(n-1)行中的像素的讀出時 段的最后部分。另外，在圖3中，信號PSEL(n)表示第η行中的行選擇控制線110(n)的信號電 平，而信號PSEL(n+l)表示第(n+1)行中的行選擇控制線110(n+l)的信號電平。信號PRES(n) 表示第η行中的重置柵極控制線l〇9(n)的信號電平，而信號PRES(n+l)表示第(n+1)行中的 重置柵極控制線l〇9(n+l)的信號電平。信號PTX(n)表示第η行中的傳送柵極控制線108(n) 的信號電平，而信號PTX(n+l)表示第(n+1)行中的傳送柵極控制線108(n+l)的信號電平。 [0045] 在從時間t0至?xí)r間tl的時段中，行選擇控制線110(n)和110(n+l)以及傳送柵極控 制線108(n)和108(n+l)由垂直掃描電路114設(shè)為低電平的電勢。另外，重置柵極控制線109 (η)和109(n+l)由垂直掃描電路114經(jīng)由重置控制電路115設(shè)為電壓VI的電勢。
[0046]接下來，在時間11，垂直掃描電路114將行選擇控制線110 (η)的信號PSEL (η)從低 電平的電勢改變?yōu)楦唠娖降碾妱?，由此使第η行中的像?01的選擇晶體管107變?yōu)閷?dǎo)通狀 態(tài)。由此，第η行中的像素101變?yōu)楸贿x擇的狀態(tài)。
[0047] 同時，在時間11，垂直掃描電路114用重置控制電路115將重置柵極控制線109 (η) 從電壓VI的電勢變成電壓V2的電勢，由此使第η行中的像素101的重置晶體管105變?yōu)閷?dǎo)通 狀態(tài)。由此，正被供應(yīng)到重置晶體管105的漏極的電源電壓(重置電源電壓)被供應(yīng)到浮置擴(kuò) 散層104。
[0048] 接下來，在時間t2,垂直掃描電路114用重置控制電路115將重置柵極控制線109 (η)從電壓V2的電勢改變?yōu)殡妷篤3的電勢，由此使第η行中的像素101的重置晶體管105變成 截止?fàn)顟B(tài)。由此，浮置擴(kuò)散層104與電源分離，并且因此完成浮置擴(kuò)散層104的重置操作。
[0049] 接下來，在從時間t2至?xí)r間t3的時段中，處于與浮置擴(kuò)散層104的重置電勢對應(yīng)的 電平的像素信號(在下文稱作"N信號"）被讀出。在從時間t2至?xí)r間t3的時段中，選擇晶體管 107處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此放大器晶體管106的源極經(jīng)由選擇晶體管107連接到垂直輸出線 111。也就是說，放大器晶體管106具有經(jīng)由垂直輸出線111和選擇晶體管107被供應(yīng)來自恒 定電流源112的偏置電流的源極，并且形成源極跟隨器電路。由此，處于與浮置擴(kuò)散層104的 重置電壓對應(yīng)的電平的信號(N信號）由放大器晶體管106放大，并且經(jīng)放大的信號經(jīng)由選擇 晶體管107輸出到垂直輸出線111。輸出到垂直輸出線111的N信號經(jīng)由連接到垂直輸出線 111的列讀出電路(未示出)被讀出。
[0050] 接下來，在從時間t3至?xí)r間t4的時段中，垂直掃描電路114將傳送柵極控制線108 U)的信號PTX(n)從低電平的電勢變成高電平的電勢，由此使第η行中的像素101的傳送晶 體管103變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。由此，光電轉(zhuǎn)換元件102和浮置擴(kuò)散層104經(jīng)由傳送晶體管103相互 連接，并且在光電轉(zhuǎn)換元件102中累積的信號電荷經(jīng)由傳送晶體管103傳送到浮置擴(kuò)散層 104。當(dāng)傳送柵極控制線108 (η)的信號ΡΤΧ (η)在時間t4被改變?yōu)榈碗娖降碾妱輹r，浮置擴(kuò)散 層104與光電轉(zhuǎn)換元件102分離，并且因此完成將信號電荷傳送到浮置擴(kuò)散層104的操作。通 過將信號電荷傳送到浮置擴(kuò)散層104,在浮置擴(kuò)散層104中電壓取決于浮置擴(kuò)散層104的電 容和被傳送的信號電荷量而改變。注意，在時間t4及之后，在光電轉(zhuǎn)換元件102中開始下一 個幀的信號電荷累積時段。
[0051]接下來，在從時間t4至?xí)r間t5的時段中，處于與信號電荷已傳送到的浮置擴(kuò)散層 104的電勢對應(yīng)的電平的像素信號(在下文稱作"S信號"）被讀出。在從時間t4至?xí)r間t5的時 段中，選擇晶體管107處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此放大器晶體管106的源極經(jīng)由選擇晶體管107連接 到垂直輸出線111。也就是說，放大器晶體管106具有經(jīng)由垂直輸出線111和選擇晶體管107 被供應(yīng)來自恒定電流源112的偏置電流的源極，并且形成源極跟隨器電路。由此，處于與信 號電荷已傳送到的浮置擴(kuò)散層104的電勢對應(yīng)的電平的信號(S信號）由放大器晶體管106放 大，并且經(jīng)放大的信號經(jīng)由選擇晶體管107輸出到垂直輸出線111。輸出到垂直輸出線111的 S信號經(jīng)由連接到垂直輸出線111的列讀出電路(未示出)被讀出。
[0052]接下來，在從時間t5至?xí)r間t6的時段中，垂直掃描電路114用重置控制電路115將 重置柵極控制線l〇9(n)從電壓V3改變?yōu)殡妷篤2,由此使第η行中的像素101的重置晶體管 105變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。由此，正被供應(yīng)到重置晶體管105的漏極的電源電壓被供應(yīng)到浮置擴(kuò)散 層 104。
[0053]接下來，在時間t6,垂直掃描電路114用重置控制電路115將重置柵極控制線109 (η)從電壓V2變?yōu)殡妷篤I。由此，浮置擴(kuò)散層104可以具有保持在與流到其中的電流量對應(yīng) 的值的電勢，因此可以防止因敷霜引起的圖像質(zhì)量劣化。另外，浮置擴(kuò)散層104起作用，使得 傳送晶體管103的柵極與浮置擴(kuò)散層104之間的電場可以被緩和，由此能夠抑制柵極絕緣膜 的劣化。
[0054]另外，同時，在時間t6，垂直掃描電路114將行選擇控制線110 (η)的信號PSEL (η)從 高電平的電勢變?yōu)榈碗娖降碾妱?，由此使第η行中的像?01的選擇晶體管107變?yōu)榻刂範(fàn)?態(tài)。由此，第η行中的像素101變?yōu)槲幢贿x擇的狀態(tài)，并且第η行的讀出操作結(jié)束。
[0055] 另外，同時，在時間t6,垂直掃描電路114將行選擇控制線110(η+1)的信號PSEL(n+ 1)從低電平的電勢變成高電平的電勢，由此使第n+1行中的像素101的選擇晶體管107變?yōu)?導(dǎo)通狀態(tài)。由此，第n+1行中的像素101變?yōu)楸贿x擇的狀態(tài)。
[0056] 此后，在從時間t6至?xí)r間111的時段中，與在從時間11至?xí)r間t6的時段中第η行中 的像素1 〇 1的讀出操作類似地，執(zhí)行第(η+1)行中的像素101的讀出操作。同樣對于第(η+2) 行或之后的行中的像素101，以類似的過程順序地執(zhí)行讀出操作。
[0057] 如上所述，在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動方法中，在除了執(zhí)行讀出操作 的時段之外的信號電荷累積時段中，重置晶體管105的柵極的電勢被設(shè)為電壓VI。例如，在 圖3的第η行的情況下，在信號電荷累積時段中，重置晶體管105的柵極的電勢在時間tl之前 的時段以及從時間t6及之后的時段中被設(shè)為電壓VI。因此，可以縮短在傳送晶體管103的柵 極與浮置擴(kuò)散層104之間施加強(qiáng)電場的時段。
[0058] 注意，當(dāng)在N信號的讀出時段中出現(xiàn)在浮置擴(kuò)散層104中的電壓由Vfdl表示，并且在 S信號的讀出時段中出現(xiàn)在浮置擴(kuò)散層104中的電壓由Vfd2表不時，它們之間的電壓差(Vfdi-Vfd2)可以如下表示。在該情況下，傳送到浮置擴(kuò)散層104的信號電荷量由Q表示，并且浮置擴(kuò) 散層104的電容由Cfd表不。
[0059] Vfdi-Vfd2 = Q/Cfd
[0060] 也就是說，當(dāng)要獲得與浮置擴(kuò)散層104的電勢對應(yīng)的放大器晶體管106的輸出時， 可以通過對具有基于Vfdl的電壓的信號和具有基于V fd2的電壓的信號進(jìn)行采樣并且提取它 們之間的差值，來獲得準(zhǔn)確的信號電荷。特別地，當(dāng)使用能夠?qū)⑺傻乃行盘栯姾啥紓?送到浮置擴(kuò)散層104的光電轉(zhuǎn)換元件102(諸如全耗盡光電二極管)時，在傳送晶體管103的 柵極關(guān)斷時不出現(xiàn)kTC噪聲。因此，可以獲得優(yōu)質(zhì)的信號電荷。
[0061 ]如上所述，根據(jù)本實施例，可以實現(xiàn)能夠在抑制因敷霜引起的圖像質(zhì)量劣化的同 時維持對于柵電極附近的電場的耐久可靠性的固態(tài)成像設(shè)備。
[0062][第二實施例]
[0063] 將參照圖4和圖5來描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的固態(tài)成像設(shè)備及其驅(qū)動方法。 與在圖1至圖3中例示的根據(jù)第一實施例的固態(tài)成像設(shè)備及其驅(qū)動方法中的組件相似的要 素由相同的附圖標(biāo)記表示，并且省略或簡化其描述。
[0064] 圖4是用于例示根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的重置控制電路的示例的圖。圖5是 用于例示根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動方法的時序圖。
[0065] 首先，參照圖4來描述根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
[0066] 除了重置控制電路115具有不同的結(jié)構(gòu)之外，根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備與根 據(jù)第一實施例的固態(tài)成像設(shè)備相似。除了第一實施例的重置控制電路115的部件，本實施例 的重置控制電路115還包括電源切換電路，該電源切換電路被配置為切換要向緩沖電路的 輸出級的逆變器電路供應(yīng)的低電平的電壓。也就是說，如圖4中所示，除了該電源切換電路 連接到η溝道MOS晶體管126的源極而非電壓供應(yīng)端子V3之外，本實施例的重置控制電路115 與第一實施例的重置控制電路115相似。
[0067] 被配置為切換要向緩沖電路的輸出級的逆變器電路供應(yīng)的低電平的電壓的電源 切換電路包括逆變器127、η溝道M0S晶體管128和129、輸入端子130以及電壓供應(yīng)端子V4和 V5。預(yù)定控制信號從垂直掃描電路114輸出到輸入端子130。輸入端子130連接到η溝道M0S晶 體管129的柵極。另外，輸入端子130經(jīng)由逆變器127連接到η溝道M0S晶體管128的柵極。η溝 道M0S晶體管128和129的漏極連接到η溝道M0S晶體管126的源極。η溝道M0S晶體管128的源 極連接到電壓供應(yīng)端子V4。η溝道M0S晶體管129的源極連接到電壓供應(yīng)端子V5。
[0068] 如上所述，本實施例的重置控制電路115還包括電源切換電路，該電源切換電路被 配置為切換要向緩沖電路的輸出級的逆變器電路供應(yīng)的低電平的電壓。由此，重置控制電 路115基于從垂直掃描電路114到輸入端子116、輸入端子117和輸入端子130的三個輸入，從 輸出端子109輸出電壓VI、電壓V2、電壓V4和電壓V5中的任何一個。電壓VI、電壓V2、電壓V4 和電壓V5具有V5<V4<V1<V2的關(guān)系。
[0069] 接下來，參照圖5來描述根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動方法。
[0070] 在根據(jù)本實施例的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動方法中，在與第η行中的像素101的Ν信號 的讀出時段對應(yīng)的從時間t2至?xí)r間t3的時段中，垂直掃描電路114用重置控制電路115將重 置柵極控制線l〇9(n)設(shè)為電壓V4。另外，在包括S信號的讀出時段的從時間t3至?xí)r間t5的時 段中，垂直掃描電路114用重置控制電路115將重置柵極控制線109(n)設(shè)為電壓V5。對于其 他行中的像素同樣成立。例如，在與第(n+1)行中的像素101的讀出時段對應(yīng)的從時間t7至 時間tlO的時段中，執(zhí)行相同的控制。在其他時段中執(zhí)行的控制與在根據(jù)第一實施例的固態(tài) 成像設(shè)備的驅(qū)動方法中的相同。
[0071] 電壓V4等于或者低于在電荷累積時段中所施加的電壓VI，并且被設(shè)為在N信號的 讀出時段中向重置晶體管105的柵極施加的電壓。由此，當(dāng)諸如日光之類的強(qiáng)光進(jìn)入浮置擴(kuò) 散層104時，因在形成浮置擴(kuò)散層104的p-n結(jié)處產(chǎn)生通過光電轉(zhuǎn)換的光電流而引起的電勢 下降可以得到抑制。這具有抑制諸如由于以具有大強(qiáng)度的光生成的光電流而引起的在圖像 上的太陽中心出現(xiàn)黑點之類的圖像質(zhì)量劣化的效果。
[0072]電壓V5具有低于電壓V4的電勢，并且被設(shè)為在S信號的讀出時段中向重置晶體管 105的柵極施加的電壓。電壓V5被設(shè)為不影響在浮置擴(kuò)散層104中從信號電荷轉(zhuǎn)換的信號電 壓的最小必要值。這具有抑制在以下時候造成的在橫向上的漏光現(xiàn)象(smear phenomenon) 的效果：由于強(qiáng)光而出現(xiàn)等于或大于圖像信號的飽和電平的電壓幅度，并且電源電勢和接 地電勢偏離，其結(jié)果是錯誤信號疊加在立刻讀出的行上。
[0073]如上所述，根據(jù)本實施例，可以提供能夠在抑制因敷霜引起的圖像質(zhì)量劣化的同 時維持對于柵電極附近的電場的耐久可靠性的固態(tài)成像設(shè)備。另外，可以抑制因諸如日光 之類的具有大強(qiáng)度的光的入射而引起的圖像質(zhì)量劣化。
[0074][第三實施例]
[0075]將參照圖6來描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的成像系統(tǒng)。圖6是用于例示根據(jù)本實 施例的成像系統(tǒng)的配置示例的框圖。
[0076]根據(jù)本實施例的成像系統(tǒng)500可適用于例如數(shù)字靜物相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、相機(jī)機(jī) 頭、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、蜂窩電話、車載相機(jī)、觀測衛(wèi)星等，但是不限于這些。
[0077]如圖6中所示，成像系統(tǒng)500包括透鏡單元501、透鏡驅(qū)動設(shè)備502、快門503、快門驅(qū) 動設(shè)備504、固態(tài)成像設(shè)備505、成像信號處理電路506和定時生成單元507。另外，成像系統(tǒng) 500包括存儲器單元508、總體控制/運(yùn)算單元509、存儲介質(zhì)控制I/F單元510和外部I/F單元 512〇
[0078]固態(tài)成像設(shè)備505是根據(jù)上面描述的第一或第二實施例的固態(tài)成像設(shè)備。透鏡單 元501是被配置為在固態(tài)成像設(shè)備505上形成被攝體的光學(xué)圖像的光學(xué)系統(tǒng)。透鏡驅(qū)動設(shè)備 502被配置為執(zhí)行透鏡單元501的變焦控制、聚焦控制和光闌控制?？扉T503是機(jī)械快門并且 由快門驅(qū)動設(shè)備504控制。由透鏡單元501形成的被攝體圖像由固態(tài)成像設(shè)備505獲得作為 圖像信號。成像信號處理單元506被配置為對從固態(tài)成像設(shè)備505輸出的圖像信號執(zhí)行各種 校正，并且對圖像信號的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。定時生成單元507被配置為向固態(tài)成像設(shè)備505和 成像信號處理單元506輸出各種定時信號?？傮w控制/操作單元509是被配置為執(zhí)行各種運(yùn) 算并且控制整個成像系統(tǒng)505的控制電路。存儲器單元508被配置為臨時存儲從成像信號處 理電路506輸出的圖像數(shù)據(jù)。存儲介質(zhì)控制I/F單元510是被配置為將圖像數(shù)據(jù)存儲在存儲 介質(zhì)511中或者從存儲介質(zhì)511讀出圖像數(shù)據(jù)的接口。存儲介質(zhì)511被配置為存儲或者讀出 圖像數(shù)據(jù)，并且是例如可移除的半導(dǎo)體存儲器。外部I/F單元512是被配置為與外部計算機(jī) 等通信的接口單元。
[0079] 接下來，描述根據(jù)本實施例的成像系統(tǒng)的操作。
[0080] 當(dāng)接通成像系統(tǒng)的主電源時，控制系統(tǒng)通電，并且諸如成像信號處理電路506之類 的成像系統(tǒng)電路也通電。
[0081] 接下來，當(dāng)按壓釋放按鈕(未示出）時，基于從固態(tài)成像設(shè)備505輸出的數(shù)據(jù)來執(zhí)行 距離測量計算，并且由總體控制/運(yùn)算單元509基于距離測量的結(jié)果來計算到被攝體的距 離。之后，透鏡單元501由透鏡驅(qū)動設(shè)備502驅(qū)動并且確定透鏡單元501是否焦點對準(zhǔn)。當(dāng)確 定透鏡單元501焦點未對準(zhǔn)時，再次驅(qū)動透鏡單元501并且執(zhí)行距離測量?？梢允褂脧膶Ｓ?于距離測量的設(shè)備(未示出）輸出的數(shù)據(jù)而非從固態(tài)成像設(shè)備505輸出的數(shù)據(jù)來執(zhí)行距離測 量計算。
[0082] 然后，在確認(rèn)透鏡單元501焦點對準(zhǔn)之后，開始拍攝操作。當(dāng)拍攝操作結(jié)束時，從固 態(tài)成像設(shè)備505輸出的圖像信號經(jīng)歷由成像信號處理電路506進(jìn)行的圖像處理，并且由總體 控制/運(yùn)算單元509寫入存儲器單元508中。在成像信號處理電路506中，執(zhí)行用于其的排序 處理和加法處理、以及選擇處理。在存儲器單元508中累積的數(shù)據(jù)通過總體控制/運(yùn)算單元 509的控制經(jīng)由存儲介質(zhì)控制I/F單元510記錄在存儲介質(zhì)511中。已經(jīng)歷由成像信號處理電 路506進(jìn)行的圖像處理的圖像信號可以直接經(jīng)由外部I/F單元512輸入到計算機(jī)等中，以經(jīng) 歷圖像編輯。
[0083] 應(yīng)用了根據(jù)第一或第二實施例的固態(tài)成像設(shè)備的成像系統(tǒng)以此方式形成，由此能 夠?qū)崿F(xiàn)能獲得高質(zhì)量圖像的高度可靠的成像系統(tǒng)，其中因敷霜等引起的圖像質(zhì)量劣化得到 抑制。
[0084][修改實施例]
[0085]本發(fā)明不限于上述實施例并且可以對其進(jìn)行各種修改。
[0086]例如，在上面描述的第一實施例中，電壓VI、電壓V2和電壓V3之間的量值關(guān)系是V3 <V1<V2。然而，當(dāng)重置晶體管105由η溝道M0S晶體管形成時，滿足該量值關(guān)系。當(dāng)重置晶體 管105由ρ溝道M0S晶體管形成時，那些電壓的量值關(guān)系是V3>V1>V2。上面的描述可以概括 如下：電壓VI是介于電壓V2和電壓V3之間的電壓。
[0087] 另外，在上面描述的第二實施例中，當(dāng)電壓V3包括電壓V4和電壓V5時，電壓V4與電 壓V5之間的量值關(guān)系是V5<V4。然而，當(dāng)重置晶體管105由η溝道M0S晶體管形成時，滿足該 量值關(guān)系。當(dāng)重置晶體管105由ρ溝道M0S晶體管形成時，那些電壓的量值關(guān)系是V5>V4。上 面的描述可以概括如下：電壓V4是介于電壓VI和電壓V5之間的電壓。
[0088] 另外，在上述實施例中，向傳送晶體管103的柵極施加的電壓的電平包括低電平和 高電平，但是低電平的電勢可以被設(shè)為低于接地電勢，以減少在電荷累積時段中流到光電 轉(zhuǎn)換元件102中的暗電流。當(dāng)在該情況下向傳送晶體管103的柵極施加的電壓是電壓V6時， 電壓V6與其他電壓之間的量值關(guān)系是V6<V3<V1。當(dāng)傳送晶體管103由P溝道M0S晶體管形 成時，那些電壓的量值關(guān)系是V6>V3>V1。上面的描述可以概括如下：電壓V3是介于電壓V6 和電壓VI之間的電壓。
[0089] 另外，圖1中所示的像素101的電路配置是示例，并且可適用于本發(fā)明的固態(tài)成像 設(shè)備的像素電路不限于此。另外，重置控制電路115的電路配置不限于圖2和圖4中所示的電 路配置，只要可以實現(xiàn)期望的電壓切換功能即可。
[0090] 另外，根據(jù)第三實施例的成像系統(tǒng)是可應(yīng)用本發(fā)明的固態(tài)成像設(shè)備的成像系統(tǒng)的 示例，并且可應(yīng)用本發(fā)明的固態(tài)成像設(shè)備的成像系統(tǒng)不限于圖6中所示的配置。
[0091] 另外，為了描述的方便，例示了在上述實施例中描述的電壓和電流的具體示例。電 壓和電流的值不限于具體的示例，并且應(yīng)當(dāng)取決于晶體管的特性等來適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。
[0092] 本發(fā)明的實施例也可以由讀出并且執(zhí)行記錄在存儲介質(zhì)（也可以更完整地稱作 "非臨時性計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)"）上的計算機(jī)可執(zhí)行指令(例如，一個或多個程序）以執(zhí)行 上述實施例中的一個或多個實施例的功能和/或包括用于執(zhí)行上述實施例中的一個或多個 實施例的功能的一個或多個電路(例如，專用集成電路(ASIC))的系統(tǒng)或裝置的計算機(jī)來實 現(xiàn)，以及由系統(tǒng)或裝置的計算機(jī)通過例如從存儲介質(zhì)中讀出并且執(zhí)行計算機(jī)可讀指令以執(zhí) 行上述實施例中的一個或多個實施例的功能和/或控制一個或多個電路以執(zhí)行上述實施例 的一個或多個實施例的功能而執(zhí)行的方法來實現(xiàn)。計算機(jī)可以包括一個或多個處理器(例 如，中央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU))并且可以包括用于讀出并執(zhí)行計算機(jī)可讀指令 的單獨計算機(jī)或單獨處理器的網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)可讀指令可以例如從網(wǎng)絡(luò)或者存儲介質(zhì)提供給 計算機(jī)。存儲介質(zhì)可以包括例如硬盤、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(R0M)、分布式計 算系統(tǒng)的存儲器、光學(xué)盤(諸如光盤(CD)、數(shù)字多功能光盤(DVD)、或藍(lán)光盤(BD)?)、閃存設(shè) 備、存儲卡等。
[0093]其他實施例
[0094]本發(fā)明的實施例還可以通過如下的方法來實現(xiàn)，即，通過網(wǎng)絡(luò)或者各種存儲介質(zhì) 將執(zhí)行上述實施例的功能的軟件(程序)提供給系統(tǒng)或裝置，該系統(tǒng)或裝置的計算機(jī)或是中 央處理單元(CPU)、微處理單元(MPU)讀出并執(zhí)行程序的方法。
[0095] 雖然已經(jīng)參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不局限于所公 開的示例性實施例。所附權(quán)利要求書的范圍應(yīng)被賦予最寬泛的解釋，以便涵蓋所有這種修 改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
【主權(quán)項】
1. 一種固態(tài)成像設(shè)備，其特征在于，包括： 像素，包括： 光電轉(zhuǎn)換元件； 浮置擴(kuò)散層； 傳送晶體管，被配置為將在光電轉(zhuǎn)換元件中生成的電荷傳送到浮置擴(kuò)散層； 重置晶體管，被配置為重置浮置擴(kuò)散層的電勢；以及 放大器晶體管，被配置為輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號；以及 控制單元，被配置為： 當(dāng)電荷在光電轉(zhuǎn)換元件中累積時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第一電壓，第一電壓是介 于第二電壓和第三電壓之間的電壓； 隨后當(dāng)重置晶體管導(dǎo)通以便重置浮置擴(kuò)散層的電勢時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第二 電壓;并且 隨后當(dāng)放大器晶體管輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號時，向重置晶體管的柵極供應(yīng) 第三電壓。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 第二電壓是用于控制重置晶體管使得重置晶體管具有第一導(dǎo)通電阻的電壓，并且 第一電壓是用于控制重置晶體管使得重置晶體管具有高于第一導(dǎo)通電阻的第二導(dǎo)通 電阻的電壓。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 重置晶體管被控制為具有第一導(dǎo)通電阻，使得浮置擴(kuò)散層被重置以具有與連接到重置 晶體管的漏極的電源的電壓相同的電勢。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 重置晶體管是耗盡型晶體管，并且 第二電壓是與用于重置浮置擴(kuò)散層的重置電源電壓相同的電壓。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 第三電壓包括第五電壓和第四電壓，第四電壓介于第一電壓和第五電壓之間，并且 控制單元進(jìn)一步被配置為： 當(dāng)放大器晶體管輸出N信號時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第四電壓；以及 當(dāng)放大器晶體管輸出S信號時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第五電壓。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 重置晶體管被配置為當(dāng)?shù)谌妷罕还?yīng)到所述柵極時變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 控制單元進(jìn)一步被配置為當(dāng)傳送晶體管被設(shè)為截止?fàn)顟B(tài)時，向傳送晶體管的柵極供應(yīng) 第六電壓，并且 第三電壓是介于第一電壓和第六電壓之間的電壓。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 像素還包括被配置為選擇像素的選擇晶體管。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 控制單元包括： 緩沖電路；以及 切換電路，被配置為選擇性地向緩沖電路供應(yīng)第一電壓和第二電壓。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 緩沖電路包括逆變器電路，逆變器電路包括η溝道晶體管和p溝道晶體管， 切換電路包括被配置為互斥地操作的兩個開關(guān)，并且 緩沖電路經(jīng)由所述兩個開關(guān)中的一個開關(guān)連接到被配置為供應(yīng)第一電壓的第一電壓 供應(yīng)端子，并且經(jīng)由所述兩個開關(guān)中的另一個開關(guān)連接到被配置為供應(yīng)第二電壓的第二電 壓供應(yīng)端子。11. 一種固態(tài)成像設(shè)備，其特征在于，包括： 像素，包括： 光電轉(zhuǎn)換元件； 浮置擴(kuò)散層； 傳送晶體管，被配置為將在光電轉(zhuǎn)換元件中生成的電荷傳送到浮置擴(kuò)散層； 重置晶體管，被配置為重置浮置擴(kuò)散層的電勢；以及 放大器晶體管，被配置為輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號；以及 控制單元，被配置為： 當(dāng)電荷在光電轉(zhuǎn)換元件中累積時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第一電壓，第一電壓是介 于第二電壓和第三電壓之間的電壓； 隨后當(dāng)重置晶體管導(dǎo)通以便重置浮置擴(kuò)散層的電勢時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第二 電壓；以及 隨后當(dāng)傳送晶體管正在傳送電荷時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第三電壓。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 第二電壓是用于控制重置晶體管使得重置晶體管具有第一導(dǎo)通電阻的電壓，并且 第一電壓是用于控制重置晶體管使得重置晶體管具有高于第一導(dǎo)通電阻的第二導(dǎo)通 電阻的電壓。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 重置晶體管被控制為具有第一導(dǎo)通電阻，使得浮置擴(kuò)散層被重置以具有與連接到重置 晶體管的漏極的電源的電壓相同的電勢。14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 重置晶體管是耗盡型晶體管，并且 第二電壓是與用于重置浮置擴(kuò)散層的重置電源電壓相同的電壓。15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 第三電壓包括第五電壓和第四電壓，第四電壓介于第一電壓和第五電壓之間，并且 控制單元進(jìn)一步被配置為： 當(dāng)放大器晶體管輸出Ν信號時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第四電壓；以及 當(dāng)放大器晶體管輸出S信號時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第五電壓。16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 重置晶體管被配置為當(dāng)?shù)谌妷罕还?yīng)到所述柵極時變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)。17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 控制單元進(jìn)一步被配置為當(dāng)傳送晶體管被設(shè)為截止?fàn)顟B(tài)時，向傳送晶體管的柵極供應(yīng) 第六電壓，并且 第三電壓是介于第一電壓和第六電壓之間的電壓。18. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 像素還包括被配置為選擇像素的選擇晶體管。19. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 控制單元包括： 緩沖電路；以及 切換電路，被配置為選擇性地向緩沖電路供應(yīng)第一電壓和第二電壓。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中， 緩沖電路包括逆變器電路，逆變器電路包括η溝道晶體管和p溝道晶體管， 切換電路包括被配置為互斥地操作的兩個開關(guān)，并且 緩沖電路經(jīng)由所述兩個開關(guān)中的一個開關(guān)連接到被配置為供應(yīng)第一電壓的第一電壓 供應(yīng)端子，并且經(jīng)由所述兩個開關(guān)中的另一個開關(guān)連接到被配置為供應(yīng)第二電壓的第二電 壓供應(yīng)端子。21. -種驅(qū)動固態(tài)成像設(shè)備的方法，其特征在于，固態(tài)成像設(shè)備包括： 像素，包括： 光電轉(zhuǎn)換元件； 浮置擴(kuò)散層； 傳送晶體管，被配置為將在光電轉(zhuǎn)換元件中生成的電荷傳送到浮置擴(kuò)散層； 重置晶體管，被配置為重置浮置擴(kuò)散層的電勢；以及 放大器晶體管，被配置為輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號，所述方法包括： 當(dāng)電荷在光電轉(zhuǎn)換元件中累積時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第一電壓，第一電壓是介 于第二電壓和第三電壓之間的電壓； 隨后當(dāng)重置晶體管導(dǎo)通以便重置浮置擴(kuò)散層的電勢時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第二 電壓；以及 隨后當(dāng)放大器晶體管輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號時，向重置晶體管的柵極供應(yīng) 第三電壓。22. -種驅(qū)動固態(tài)成像設(shè)備的方法，其特征在于，固態(tài)成像設(shè)備包括： 像素，包括： 光電轉(zhuǎn)換元件； 浮置擴(kuò)散層； 傳送晶體管，被配置為將在光電轉(zhuǎn)換元件中生成的電荷傳送到浮置擴(kuò)散層； 重置晶體管，被配置為重置浮置擴(kuò)散層的電勢；以及 放大器晶體管，被配置為輸出基于浮置擴(kuò)散層的電勢的信號，所述方法包括： 當(dāng)電荷在光電轉(zhuǎn)換元件中累積時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第一電壓，第一電壓是介 于第二電壓和第三電壓之間的電壓； 隨后當(dāng)重置晶體管導(dǎo)通以便重置浮置擴(kuò)散層的電勢時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第二 電壓；以及 隨后當(dāng)傳送晶體管正在傳送電荷時，向重置晶體管的柵極供應(yīng)第三電壓。23. -種成像系統(tǒng)，其特征在于，包括： 根據(jù)權(quán)利要求1至20中的任何一項所述的固態(tài)成像設(shè)備；以及 光學(xué)系統(tǒng)，被配置為在固態(tài)成像設(shè)備上形成被攝體的光學(xué)圖像。
【文檔編號】H04N5/335GK105991943SQ201610146455
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】乾文洋
【申請人】佳能株式會社