[發(fā)明專利]固態(tài)圖像拍攝裝置、其驅(qū)動(dòng)方法以及電子設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210509491.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN103179356A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 永野川晴久;松本靜德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號(hào): H04N5/374
• 分類號(hào): H04N5/374;H04N5/3745;H04N5/378
• 代理公司: 北京信慧永光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11290
• 代理人: 陳桂香;褚海英

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及固態(tài)圖像拍攝裝置、其驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備。

背景技術(shù)

固態(tài)圖像拍攝裝置被用作數(shù)字靜止相機(jī)和視頻相機(jī)，并且還被用作包括具有圖像拍攝功能的移動(dòng)信息終端（例如移動(dòng)電話）在內(nèi)的電子設(shè)備中的圖像拍攝部（或圖像攝取部）。固態(tài)圖像拍攝裝置可被寬泛分類成以CCD（電荷耦合器件）圖像傳感器為代表的電荷傳送型固態(tài)圖像拍攝裝置，和以CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器為代表的放大型固態(tài)圖像拍攝裝置。

電荷傳送型固態(tài)圖像拍攝裝置基本上具有如下配置：即，由光電轉(zhuǎn)換部執(zhí)行的光電轉(zhuǎn)換得到的電荷以分組中繼方式被直接傳送，并且輸出級(jí)將電荷轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。放大型固態(tài)圖像拍攝裝置基本上具有如下配置：即，由光電轉(zhuǎn)換部執(zhí)行的光電轉(zhuǎn)換得到的電荷作為各個(gè)像素的電信號(hào)被輸出到信號(hào)線。

一些放大型固態(tài)圖像拍攝裝置，例如CMOS圖像傳感器，對(duì)于各個(gè)像素列，即以列并行方式對(duì)模擬信號(hào)執(zhí)行模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換（以下稱為“AD轉(zhuǎn)換”），其中模擬信號(hào)是對(duì)于每個(gè)像素行從各個(gè)像素輸出的（例如參見2005-278135號(hào)日本未實(shí)審專利申請(qǐng)公布）。

發(fā)明內(nèi)容

近年來，伴隨著固態(tài)圖像拍攝裝置的幀速率的增大和像素?cái)?shù)目的增大，對(duì)于從像素中讀取信號(hào)的更高讀出速度和固態(tài)圖像拍攝裝置的更低功率消耗有了高需求。在諸如CMOS圖像傳感器之類的放大型固態(tài)圖像拍攝裝置中，一些方法可用于實(shí)現(xiàn)更高的讀出速度。這種方法的示例包括對(duì)于傾斜型（slope-type）AD轉(zhuǎn)換器，增大傾斜的梯度以增大用于計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器的頻率從而減短轉(zhuǎn)換時(shí)間的方法，以及增大供電路使用的電流量并且減短在傾斜開始之前用于使輸入信號(hào)穩(wěn)定化的穩(wěn)定時(shí)間（settling?time）（瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間）的方法。然而，這些方法引起功率消耗的增大，從而不適于降低功率消耗。

因此，希望提供一種能夠在不增大功率消耗的情況下增大讀出速度的固態(tài)圖像拍攝裝置、用于該固態(tài)圖像拍攝裝置的驅(qū)動(dòng)方法以及以該固態(tài)圖像拍攝裝置作為圖像拍攝部（圖像攝取部）的電子設(shè)備。

根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種固態(tài)圖像拍攝裝置。該固態(tài)圖像拍攝裝置具有：?jiǎn)挝幌袼兀瑔挝幌袼匕▽㈦姾蓚魉偷綌U(kuò)散層的傳送門，這些電荷是由光電轉(zhuǎn)換部執(zhí)行的光電轉(zhuǎn)換獲得的；信號(hào)線，從單位像素輸出的信號(hào)被讀出到信號(hào)線；以及電流源，電流源連接到信號(hào)線。在該固態(tài)圖像拍攝裝置中，在傳送門的傳送時(shí)段中從電氣上切斷單位像素與信號(hào)線之間以及信號(hào)線與電流源之間的連接。

這里公開的固態(tài)圖像拍攝裝置可被用作數(shù)字靜止相機(jī)或視頻相機(jī)或者用作諸如具有圖像拍攝功能的移動(dòng)信息終端（例如移動(dòng)電話）之類的電子設(shè)備中的圖像拍攝部（或圖像攝取部）。

傳送脈沖被施加到傳送門的柵電極以使得操作時(shí)段進(jìn)入傳送時(shí)段，在傳送時(shí)段中由光電轉(zhuǎn)換部獲得的電荷被傳送到擴(kuò)散層。在傳送時(shí)段中，由寄生在柵電極和擴(kuò)散層之間的寄生電容引起的耦合使得擴(kuò)散層的電勢(shì)變動(dòng)。擴(kuò)散層的電勢(shì)的變動(dòng)也引起信號(hào)線的電勢(shì)變動(dòng)。因此，在將信號(hào)從單位像素讀出到信號(hào)線期間直到信號(hào)線的電勢(shì)被穩(wěn)定化為止的穩(wěn)定時(shí)間（瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間）增長(zhǎng)了。

因此，在傳送時(shí)段中，單位像素與信號(hào)線之間的連接和信號(hào)線與電流源之間的連接被從電氣上切斷。利用此布置，信號(hào)線進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。從而，即使當(dāng)在傳送時(shí)段中耦合使得擴(kuò)散層的電勢(shì)變動(dòng)時(shí)，信號(hào)線的電勢(shì)也不會(huì)變動(dòng)。結(jié)果，可以減短在將信號(hào)從單位像素讀出到信號(hào)線期間垂直信號(hào)線的電勢(shì)的穩(wěn)定時(shí)間。另外，由于電流源的電流量不增大，所以功率消耗也不增大。

根據(jù)本公開，由于可以在不增大電流源的電流量的情況下減短信號(hào)線的電勢(shì)的穩(wěn)定時(shí)間，所以可以在功率消耗不增大的情況下提高讀出速度。

附圖說明

圖1是示出應(yīng)用了本技術(shù)的具有列并行AD轉(zhuǎn)換電路的CMOS圖像傳感器的系統(tǒng)配置的一個(gè)示例的框圖；

圖2是示出每個(gè)單位像素的像素電路的示例性配置的電路圖；

圖3是示出具有列并行AD轉(zhuǎn)換電路的CMOS圖像傳感器中的列處理器的基本電路操作的定時(shí)波形圖；

圖4是示出信號(hào)的讀出期間垂直信號(hào)線的電勢(shì)的穩(wěn)定時(shí)間（瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間）的定時(shí)波形圖；

圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中的單位像素和讀出電流源部的配置的電路圖；

圖6是示出第一實(shí)施例中的電路操作的操作圖；

圖7是示出第一實(shí)施例中的電路操作的定時(shí)波形圖；

圖8是示出根據(jù)第二實(shí)施例的CMOS圖像傳感器中的單位像素和讀出電流源部的配置的電路圖；

圖9是示出第二實(shí)施例中的電路操作的操作圖；