[发明专利]固态图像拾取装置和照相机系统

说明书

相关申请的交叉参考

本发明要求于2007年8月13日向日本专利局提交的日本专利申请第2007-210868号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种以CMOS图像传感器为代表的固态图像拾取装置、以及照相机系统。

背景技术

近来，作为替代CCD的固态图像拾取装置(图像传感器)，CMOS图像传感器已引起关注。

关于这一点的原因在于，CMOS图像传感器解决了CCD所固有的问题，该固有的问题是CCD像素的制造需要专门的处理、对于多个电源电压的操作，并且该操作需要结合多个外围IC，从而使系统变得非常复杂。

CMOS图像传感器的多个显著优点在于：对于制造，可以使用与普通CMOS集成电路的制造工艺类似的制造工艺；可以通过单个电源来驱动CMOS图像传感器；以及使用CMOS工艺的模拟电路和逻辑电路可以共存于同一个芯片内，从而减少了外围IC的数量。

对于CCD的输出电路，主要使用采用了具有浮动扩散区(FD)层的FD放大器的1通道(ch)输出。

另一方面，CMOS图像传感器具有用于每个像素的FD放大器。对于其输出，主要使用了列并行输出方案，其中，选择在像素阵列中的一行，并在列方向上同时读出该行中的像素。

关于此的原因在于，难以向置于像素中的FD放大器提供足够的驱动能力，因此，必须降低数据率，并且并行处理是有利的。

以下将给出普通CMOS图像传感器的描述。

图1是示出了包括四个晶体管的CMOS图像传感器的像素的一个实例的示图。

例如，像素10包括作为光电转换元件的光电二极管11。对于这一个光电二极管11，像素10包括作为有源器件的四个晶体管，它们是转移晶体管12、放大晶体管13、选择晶体管14和复位晶体管15。

光电二极管11将入射光光电地转换为具有与入射光的量对应的量的电荷(在这种情况下为电子)。

转移晶体管12连接在光电二极管11和浮动扩散区(floatingdiffusion)FD之间。通过转移控制线LTx向转移晶体管12的栅极(转移栅极)施加驱动信号，从而转移晶体管12将在光电二极管11处光电地转换后的电子转移至浮动扩散区FD。

放大晶体管13的栅极连接至浮动扩散区FD。放大晶体管13经由选择晶体管14连接至信号线LSGN。源极跟随器由放大晶体管13和在像素阵列外的恒流源16构成。

通过选择控制线LSEL将地址信号施加至选择晶体管14的栅极。当选择晶体管14导通时，放大晶体管13放大浮动扩散区FD的电位并将对应于该电位的电压输出至输出(垂直)信号线LSGN。通过信号线LSGN从每个像素输出的信号电压被输出至像素信号读出电路。

复位晶体管15连接在电源线LVDD和浮动扩散区FD之间。当通过复位控制线LRST将复位信号施加至复位晶体管的栅极时，复位晶体管15将浮动扩散区FD的电位复位为电源线LVDD的电位。

更具体地，当对像素进行复位时，转移晶体管12导通以电清除在光电二极管11中累积的电荷。随后，转移晶体管12截止，光电二极管11将光信号转换为电荷并累积电荷。

当进行读出时，复位晶体管15导通以使浮动扩散区FD复位，复位晶体管15截止，以及通过放大晶体管13和选择晶体管14输出浮动扩散区FD在此时的电压。此时的输出是P-相位输出。

随后，转移晶体管12导通以将在光电二极管11中累积的电荷转移至浮动扩散区FD，并且通过放大晶体管13输出浮动扩散区FD在此时的电压。此时的输出是D-相位输出。

当将D-相位输出和P-相位输出之间的差用作图像信号时，不仅可以从图像信号中去除每个像素的输出的DC分量的偏差，而且还可以从图像信号中去除浮动扩散区的FD复位噪声。

例如，因为转移晶体管12、选择晶体管14、复位晶体管15的各个栅极以行为单位连接，所以对一行中的每个像素同时执行这些操作。

已对列并行输出型的CMOS图像传感器的像素信号读出(输出)电路作出了多种提议。其中最先进的一种模式是向每一列设置模-数转换器(下文中，简称为ADC(模数转换器))并提取像素信号作为数字信号的类型。

例如，在W.Yang等人的“An Integrated800×600CMOS ImageSystem”，ISSCC Digest of Technical Papers，pp.304至305，Feb.，1999中或者在日本未审查专利申请公开第2005-278135号中，披露了包括安装于其上的列并行ADC的CMOS图像传感器。