[发明专利]固体成像设备、其驱动方法和电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及固体成像设备、其驱动方法和电子装置，并且更具体地涉及具有全域快门(global shutter)功能的X-Y地址型固体成像设备、其驱动方法和包括该固体成像设备的电子装置。

背景技术

固体成像设备大体分类为两种类型，即如由CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器代表的X-Y地址型固体成像设备，和如由CCD(电荷耦合器件)图像传感器代表的电荷转移型固体成像设备。与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器具有这样的优点：它可以随机存取像素信号，以更高速度读出像素信号，并且消耗更少电力。

在许多CMOS图像传感器中，存储在光电转换部件中的电荷被传送到电荷-电压转换器，并且在电荷-电压转换器中得到的电压被输出。电子快门功能通过周期性地对电荷-电压转换器复位来实现。CMOS图像传感器的电子快门功能所采用的快门方案是所谓的滚动快门(rolling shutter)方案(也称作焦平面快门方案)，其中针对布置在二维阵列中的多个像素之中的属于每个像素行的所有像素、逐个像素行地设定曝光的开始和结束。

因此，与采用其中同时对所有像素执行曝光的全域快门方案的CCD图像传感器不同，采用滚动快门方案的CMOS图像传感器中的像素在像素属于不同像素行的情况下具有彼此移位的(不同的)曝光时隙。此外，因为指派给像素行的曝光时隙彼此不同，所以当用CMOS图像传感器捕捉运动对象时，捕捉到的图像失真。

在相关技术中，为了实现全域快门功能，其中将电荷存储电容器与将电荷转换为信号电压的浮动扩散单元并联连接的配置在像素中被采用，以使得电荷存储电容器存储电荷(例如参见日本未审专利申请公开No.11-177076)。

此外，为了实现全域快门功能并且放大像素中的信号电压，采用了这样的配置，其中为每一像素设置两个电荷存储电容器并且这两个电容器的值之间的比值被用于信号放大(例如参见日本未审专利申请公开No.2005-65074)。

发明内容

在日本未审专利申请公开No.11-177076中描述的相关技术示例中，为了增大电荷保持时间并改善抗噪性，将电荷存储电容器的电容值设定为较大是必要的。然而，如果将电荷存储电容器的电容值设定为较大，则浮动扩散部件的电容变大，这导致电荷-电压转换效率降低。换言之，在电荷存储电容器的电荷保持时间和浮动扩散部件的电荷-电压转换效率之间存在折衷的关系。

此外，在上述专利申请公开中描述的电荷存储电容器必须保存从光电转换部件传送的全部电荷量。因此，电荷存储电容器的面积变得几乎与光电转换部件的一样大，结果是在日本未审专利申请公开No.11-177076中公开的相关技术不适合像素的小型化。此外，因为在上述专利申请公开所描述的相关技术中使用的像素配置中采用了对数信号压缩技术和使用电流镜电路的信号放大技术，所以放大晶体管的尺寸必须变大以抑制放大晶体管的阈值电压Vth的变动并增大放大晶体管的增益，结果是此相关技术不适合像素的小型化。此外，在此相关技术中，因为在像素的复位状态中生成的kTC噪声未被消除，所以像素特有的固定图形噪声未得到抑制。

另一方面，在日本未审专利申请公开No.2005-65074中公开的另一相关技术中，因为两个晶体管被用于复位上述的两个电荷存储电容器，因而要集成在像素中的元件数目变大，所以CMOS图像传感器的高密度集成变得困难。此外，因为用于复位像素的复位信号的两个系统是必要的，所以用于驱动像素的外围电路的配置变得复杂。

本发明是在考虑到上述问题的情况下实现的，并且提供了一种以高密度集成而不降低电荷-电压变换效率的固体成像设备、其驱动方法以及包括该固体成像设备的电子装置。

根据本发明一个实施例的固体成像设备包括多个像素，其中，每个像素包括：传送晶体管，将电荷从光电转换部件传送到FD(浮动扩散)部件；复位晶体管，复位浮动扩散部件；放大晶体管，输出基于由浮动扩散部件保存的电荷的信号；选择晶体管，被布置在放大晶体管的输出侧并且选择像素；以及电荷存储电容器，被布置在放大晶体管和选择晶体管之间，并且通过经过电流源的电荷的充放电行为来存储基于由FD部件保存的电荷量的电荷量。