[發明專利]固態成像設備和圖像捕獲裝置

有效

• 申請號: 200810005909.0
• 申請日: 2008-02-13
• 公開（公告）號: CN101242477A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 阿比留隆浩;鈴木亮司;牧野榮治;臼井隆幸
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H04N3/15
• 分類號: H04N3/15;H04N5/217
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 董方源

技術領域

本發明涉及固態成像設備和圖像捕獲裝置。更具體地說，本發明涉及通過將預定數量(兩個或更多)的行或預定數量(兩個或更多)的列設定成一個組，順次讀取每個組的信號電荷的固態成像設備和圖像捕獲裝置。

背景技術

在通常以CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器為代表的X-Y可尋址型固態成像設備中，可以以行、列或像素為單位從像素陣列部中選擇像素，從而通過指定像素陣列部中的任意區域來部分地切出(cut?out)并讀取該任意區域中的像素信息，其中，在像素陣列部中，包括光電轉換元件的像素以矩陣形式二維配置。例如，參見日本專利申請公開No.JP2001-45383(專利文獻1)。

圖5是用于說明現有技術CMOS圖像傳感器的示意圖，并且圖6是用于說明所述CMOS圖像傳感器的某個像素的像素電路配置的示例的示意圖。這里所示的CMOS圖像傳感器包括像素陣列部102、垂直掃描電路103、列電路(信號處理電路)104、水平掃描電路105、水平信號線106、輸出電路107、定時生成器(TG)108等，其中，像素陣列部102具有包括以矩陣形式二維配置的光電轉換元件的像素101。像素陣列部102還具有垂直信號線109，針對每個垂直像素列提供一條垂直信號線。

每個像素101形成一個像素電路，該像素電路除了光電轉換元件之外，還具有例如一個光電二極管110、四個晶體管(例如，一個轉移晶體管111、一個復位晶體管112、一個放大晶體管113以及一個選擇晶體管114)。例如，使用n通道MOS晶體管作為這些晶體管。

當柵極轉移脈沖TRG施加到轉移晶體管111上時，該晶體管將經過光電二極管110光電轉換并且存儲在轉移晶體管111中的信號電荷(這里為電子)轉移到浮動擴散(FD)部115。當復位脈沖RST在信號電荷從光電二極管110轉移之前施加到復位晶體管112(其連接在FD部115和用于提供電源電壓VDD的電源線之間)的柵極上時，該晶體管復位FD部115的電勢。

在復位晶體管112作出復位之后，放大晶體管113將FD部115的電勢輸出作為復位電平，并且還在轉移晶體管111作出轉移之后將FD部115的電勢輸出作為信號電平。當選擇脈沖SEL施加到選擇晶體管114的柵極上時，該晶體管選擇像素101，并且將從放大晶體管113順序提供的復位電平和信號電平輸出到對應的垂直信號線109。

這里，在開始存儲信號電荷之前，通過將轉移脈沖TRG施加到轉移晶體管111的柵極并且同時將復位脈沖RST施加到復位晶體管112的柵極上來執行快門(shutter)操作，以去除存儲在像素的光電二極管中的不必要的電荷。

圖像傳感器的電子快門系統主要包括全局快門系統和滾動快門系統。全局快門系統同時對所有像素執行快門操作，然而，如圖7A和圖7B所示，滾動快門系統按時間變換區域，以便逐個對區域執行快門操作。應當注意，圖7B示出快門操作定時，其中，橫軸表示時間[H](1H：一個水平轉移周期)，縱軸表示行地址，并且圖7A表示時刻n[H]處的狀態的物理圖像。另外，CMOS型圖像傳感器主要采用了滾動快門系統。

上述專利文獻1的圖11示出能夠部分切出并讀取像素陣列部的任意區域中的像素信息的現有技術CMOS圖像傳感器。

發明內容

順便提及，公知的是，當入射到圖像傳感器上的光非常強時，由于過量產生的信號電荷從像素溢出并泄漏到相鄰像素，因此出現稱為溢出(blooming)的現象。在同時讀取預定數量(兩個或更多)行或列的圖像傳感器中，當采用上述滾動快門系統時，會出現因溢出導致的偏置差。應當注意，這里的術語“同時”并不意味著嚴格字面意義上的時間同時性，而是意味著就在同一水平轉移周期內讀取行或列而言的同時。

下面將描述由溢出導致偏置差出現的機制。這里給出了示例，情形(A)在被設定成一個水平轉移周期的一個信號電荷存儲周期內同時讀取兩行，以及情形(B)在被設定成兩個水平轉移周期的一個信號電荷存儲周期內同時讀取兩行。

A：在被設定成一個水平轉移周期的一個信號電荷存儲周期內同時讀取兩行的情形