[發(fā)明專利]信號(hào)處理裝置、固體成像裝置和像素信號(hào)生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910164455.6
• 申請(qǐng)日: 2009-08-05
• 公開（公告）號(hào): CN101662572A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 松浦知宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社東芝
• 主分類號(hào): H04N3/15
• 分類號(hào): H04N3/15;H04N5/335;H01L27/146
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 王永剛

(相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用)

本申請(qǐng)要求2008年8月28日提交的日本專利申請(qǐng)2008-220504 的優(yōu)先權(quán)，該日本專利申請(qǐng)的全部內(nèi)容通過參考在本申請(qǐng)中引入。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)把與光電二極管中存儲(chǔ)的電荷對(duì) 應(yīng)的電壓信號(hào)輸出的信號(hào)處理裝置、固體成像裝置和像素信號(hào)生成方 法。

背景技術(shù)

在作為固體成像裝置的一例的CMOS圖像傳感器中，在讀出像 素信號(hào)時(shí)，把浮置擴(kuò)散(FD：floating?diffusion)的電壓重置成像素 電源的電壓。即，由于對(duì)電源電壓有依賴性，所以如果像素電源的電 壓降低則FD的電壓也降低。另外，由于向垂直信號(hào)線輸出的信號(hào)是 用放大晶體管檢測FD的電壓得到的信號(hào)，所以如果FD的電壓降低， 則與之相伴隨，向垂直信號(hào)線輸出信號(hào)的電壓也降低。因此，在具有 CMOS圖像傳感器的機(jī)器中，實(shí)現(xiàn)低耗電時(shí)，產(chǎn)生不能充分地輸出像 素的飽和信號(hào)量等的問題。

另一方面，在日本特開2005-86595號(hào)公報(bào)中記載了解決上述問 題，實(shí)現(xiàn)耗電減少、動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大的半導(dǎo)體裝置(CMOS傳感器)。 在該公報(bào)記載的裝置中，通過使重置FD時(shí)的重置脈沖為ON的期間 比以往更短(相對(duì)于垂直信號(hào)線的追隨時(shí)間足夠短)，提高對(duì)FD的 設(shè)定電壓，實(shí)現(xiàn)耗電減少、動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大。

但是，上述公報(bào)記載的半導(dǎo)體裝置中，由于設(shè)定電壓的上升幅度 取決于控制定時(shí)，所以存在難以在能得到充分效果的最佳定時(shí)控制的 問題。另外，像素?cái)?shù)大的CMOS傳感器的情況下，由于重置脈沖的波 形因RC時(shí)間常數(shù)而變鈍，所以為了重置FD必須增大脈沖寬度，如 果脈沖寬度增大則升壓效果下降。因此，對(duì)于像素?cái)?shù)大的CMOS傳感 器難于適用上述公報(bào)記載的技術(shù)。而且，由于升壓效果與垂直信號(hào)線 的負(fù)載電容對(duì)應(yīng)地變化，所以，在垂直信號(hào)線的負(fù)載電容小時(shí)，垂直 信號(hào)線的追隨時(shí)間也小，得不到充分的升壓效果。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，提供一種信號(hào)處理裝置，用雙重相關(guān)取 樣處理生成與像素單元內(nèi)的光電二極管中存儲(chǔ)的電荷對(duì)應(yīng)的電壓信 號(hào)，包括：用來把上述存儲(chǔ)的電荷變換成電壓信號(hào)的浮置擴(kuò)散即FD； 以及柵端子與上述FD連接且源端子與輸出信號(hào)線連接的放大晶體管， 在雙重相關(guān)取樣處理中，在重置上述FD時(shí)，通過在預(yù)定期間向上述 FD施加電源電壓，把上述輸出信號(hào)線的電壓設(shè)定成第一電壓，然后把 上述輸出信號(hào)線的設(shè)定電壓設(shè)定成比上述第一電壓高的第二電壓。

另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，提供一種固體成像裝置，包括如 上所述的信號(hào)處理裝置，還包括：像素區(qū)和行選擇電路，上述像素區(qū) 具有陣列狀地配置的多個(gè)上述像素單元，上述各像素單元除了上述光 電二極管、上述FD和上述放大晶體管之外還包括：把上述光電二極 管中存儲(chǔ)的電荷讀出到上述FD的讀出晶體管、以及用來重置上述FD 的電壓的重置晶體管，上述行選擇電路控制多個(gè)上述像素單元的上述 讀出晶體管和上述重置晶體管。

另外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，提供一種像素信號(hào)生成方法，是 生成與像素單元內(nèi)的光電二極管中存儲(chǔ)的電荷對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)時(shí)的像 素信號(hào)生成方法，包括：第一電壓設(shè)定步驟，通過在預(yù)定期間向用來 把上述存儲(chǔ)的電荷變換成電壓信號(hào)的浮置擴(kuò)散即FD施加電源電壓， 把柵端子與該FD連接的晶體管的源端子的電壓設(shè)定成第一電壓；第 二電壓設(shè)定步驟，對(duì)上述晶體管的源端子施加比上述第一電壓高的第 二電壓；信號(hào)電荷傳送步驟，把上述光電二極管中存儲(chǔ)的信號(hào)電荷傳 送到上述FD；以及信號(hào)生成步驟，生成表示上述第二電壓與執(zhí)行上述 信號(hào)電荷傳送步驟后的上述晶體管的源端子的電壓的差量的像素信 號(hào)。

附圖說明

圖1是示出作為根據(jù)本發(fā)明的固體成像裝置的前提的固體成像裝 置的構(gòu)成例的圖。

圖2是示出用來從像素單元讀出像素信號(hào)的電路(像素信號(hào)讀出 電路)的構(gòu)成的圖。

圖3是利用圖2所示的像素信號(hào)讀出電路讀出像素信號(hào)時(shí)的時(shí)序 圖的一例的圖。

圖4是示出FD的重置電壓和垂直信號(hào)線的重置電壓的關(guān)系的圖。

圖5是示出實(shí)施方式1的固體成像裝置具有的像素信號(hào)讀出電路 的構(gòu)成例的圖。

圖6是利用圖5所示的像素信號(hào)讀出電路讀出像素信號(hào)時(shí)的時(shí)序 圖的一例的圖。

圖7是示出FD與對(duì)垂直信號(hào)線的輸出的關(guān)系的圖。