[發明專利]固態成像裝置及其驅動方法

有效

• 申請號: 200910007448.5
• 申請日: 2009-02-13
• 公開（公告）號: CN101510945A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 渡邊高典
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: H04N3/15
• 分類號: H04N3/15;H04N5/335
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 楊國權

技術領域

本發明涉及一種固態成像裝置及其驅動方法。

背景技術

近年來，固態成像裝置已經廣泛用于運動圖像、靜止圖像和其它各種成像用途。特別地，在每一像素中包括放大金屬氧化物半導體(MOS)晶體管并且可以將外圍電路安裝在芯片上的互補金屬氧化物半導體(CMOS)傳感器的性能改善是顯著的，并且CMOS傳感器的圖像質量的改善被認為是無止境的。為了進一步改善CMOS傳感器的圖像質量，一個重要的問題在于消減像素中的放大MOS晶體管中出現的隨機噪聲和固定噪聲。

通過相關雙采樣技術消減每一放大MOS晶體管的重置噪聲的技術已經被廣泛使用。以下描述相關雙采樣。該技術獲得每一放大MOS晶體管在其輸入部被重置的狀態下的輸出(下文中稱之為重置輸出)與放大MOS晶體管在光電轉換元件的信號電荷被傳送到放大MOS晶體管的輸入部的狀態下的輸出(下文中稱之為信號輸出)之間的差。這種在低噪聲下讀取光電轉換元件的信號電荷量的技術是相關雙采樣。通過使用這種技術，CMOS傳感器的圖像質量已經顯著改善。

此外，固態成像裝置的技術的進展關注于光學尺寸的小型化以及像素數量的增加，并且像素間距持續減小。因此，即使像素間距減小仍維持光電轉換元件的信號電荷量也是一個重要的目的。

作為實現該目的的措施，已經使用了通過像素共享技術來保證光電轉換元件的面積的技術。像素共享技術是利用多個光電轉換元件來共享像素間電路(例如放大MOS晶體管和重置MOS晶體管)以減少每個光電轉換元件的元件數量的技術。日本專利申請特開第2005-198001號中公開了一種使用像素共享技術的像素電路的配置及其驅動方法。

另一方面，1/f噪聲也已知為是放大MOS晶體管中出現噪聲的一個重要要素。已經關于MOS晶體管的1/f噪聲進行了各種研究，并且日本專利申請特開第2003-032554號尤其針對固態成像裝置中的1/f噪聲的特性進行了描述。

日本專利申請特開第2003-032554號中描述的現象可被如下地考慮。根據本發明的發明人的研究，當在晶體管的偏置中已經出現變化時，偏置的變化在晶體管的輸出中的影響持續相對長的時間，100ms的程度。更進一步地，作為基于這種概念的本發明人的研究結果，發現：在放大MOS晶體管的柵極電位已經極大地變化之后，放大MOS晶體管的輸出值以與所述放大MOS晶體管的等效電路的時間常數相比十分長的時間常數而微小地變化。

如果在放大MOS晶體管的輸出值微小變化的時間段中執行相關雙采樣，則微小變化分量被疊加在正常信號上作為偽信號。如果偽信號的幅度每一像素地進行散布，則散布變為固定模式，并且如果該幅度在成像平面中具有趨勢，則該趨勢變為陰影(shading)。這些變化成為了圖像質量劣化的因素。

發明內容

本發明旨在提供一種抑制源自放大晶體管的偽信號的出現并且具有較少的固定模式噪聲和陰影的固態成像裝置，并且提供一種驅動所述固態成像裝置的方法。

本發明的固態成像裝置包括：成像區域，在該成像區域中，多個像素電路被二維地布置，并且像素電路中的每一個包括每一個用于通過光電轉換生成電荷并且用于累積所述電荷的多個光電轉換元件、用于累積所述電荷的單個浮動擴散部、每一個用于將所述電荷從所述多個光電轉換元件之一傳送到所述單個浮動擴散部的多個傳送開關、以及用于對與所述單個浮動擴散部中累積的電荷對應的電壓進行放大的放大晶體管；垂直掃描電路，用于控制所述傳送開關；水平掃描電路，用于讀出由所述放大晶體管放大的電壓；以及電源電路，用于控制提供給所述放大晶體管的電壓以將放大晶體管設置為激活狀態或非激活狀態，其中，在將放大晶體管維持在激活狀態的同時，所述多個傳送開關將所述電荷從所述多個光電轉換元件順次傳送到所述浮動擴散部，所述水平掃描電路順次讀出與所述多個光電轉換元件的電荷對應的電壓。