[发明专利]固态图像传感器、其控制方法以及电子设备

说明书

技术领域

本公开涉及固态图像传感器、其控制方法以及电子设备，且具体地涉及使得可以抑制在具有存储器部分的像素结构中布线的数目的增加的固态图像传感器、其控制方法以及电子设备。

背景技术

作为固态图像传感器，例如，提供了CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器，其通过MOS晶体管读出在作为光电变换器的光电二极管中的PN结电容器中积累的光电荷（电荷）。

CMOS图像传感器执行以逐像素、逐行等方式读出光电二极管中积累的电荷的操作。因此，不可能向全部像素提供期间积累电荷的相同曝光时间段，且因此在当被摄体移动等的定时拍摄的图像中出现失真。

图1图示单元像素之一的配置示例。

如图1所示，每个单元像素20A包括光电二极管（PD）21、传送门（transfer gate）24、浮动扩散25、复位晶体管26、放大晶体管27和选择晶体管28。

在单元像素20A中，光电二极管21是例如通过在N型衬底31上形成的P型井层32的前表面中形成P型层33并通过在P型井层32中埋入N型掩埋层34而形成的掩埋光电二极管。P型井层32形成在传输门24以下。当传送门24处于关闭状态时，位垒（potential barrier）防止电荷移动。另一方面，当传送门24处于打开状态时，传送门24以下的位垒降低，光电二极管21中的PN结中积累的电荷传送到浮动扩散25，且来自其的电压改变通过放大晶体管27输出到信号线17。

（机械快门方法)

使用机械光屏蔽单元的机械快门方法广泛地用作对于包括具有上述配置的单元像素20A的固态图像传感器实现全局曝光的方法之一。在全局曝光中，在所有像素具有相同曝光时间段的情况下捕获图像。以所有像素同时开始曝光且同时终止曝光的方式执行全局曝光。

在机械快门方法中，机械地控制曝光时间，从而向每一个像素提供其中当光进入光电二极管21时产生电荷的相同时间段。然后，关闭机械快门，且状态改变为实质上不积累电荷的状态。在该状态下，顺序地读出信号。但是，提供机械光屏蔽单元的必要性使得尺寸减小很困难，且驱动该机构的速度受限。为此，机械快门方法在并发性方面劣于电气方法。

（现有技术的全局曝光)

这里，参考图2和图3，给出用于通过向所有像素提供相同的曝光时间段而没有失真地在图1中的单元像素20A中实现图像捕获的操作的描述。

图2图示像素阵列部分中第i和第（i+1）行中的每一单元像素20A在一帧时间段内的选择脉冲SEL、传送脉冲TRG和复位脉冲RST的时序图，单元像素20A在像素阵列部分中以矩阵形式二维排列。

图3图示在图2中的时间t1到t6的单元像素20A的电位图。注意，在每个电位图中，在垂直方向上指示电位，且电位在向上方向上变低。在附图中的字符TRG和RST以下显示的方形指示传送脉冲TRG和复位脉冲RST的状态。具体地说，黑色方形指示相应的脉冲ON（导通），且白色方形指示脉冲OFF（断开）。

在图2中，从时间t1到时间t3的时间段是其中在每一个像素中同时积累与入射光的量对应的电荷的累积时间段。

具体地说，在时间t1，在每一个像素中同时导通传送脉冲TRG和复位脉冲RST，且放电光电二极管21和浮动扩散25中的电荷。此后，断开传送脉冲TRG和复位脉冲RST，且在每一个像素中同时开始曝光。与入射光的量对应的电荷在光电二极管21中积累，如在时间t2所示。

在时间t3，在每一个像素中同时导通传送脉冲TRG，光电二极管21中积累的电荷传送到浮动扩散25，然后断开传送脉冲TRG。由此，每一个像素中同一曝光时间段中积累的电荷保持在浮动扩散25中。

此后，在第i和第（i+1）行的读出时间段中，以行单位串行地读取积累的电荷。

具体地说，在时间t4读出像素信号，该像素信号指示基于浮动扩散25中积累的电荷的电压（在下文中，称为信号电平）。在时间t5，复位浮动扩散25。在下文中，将信号电平的读出时间段称为D时段。

在时间t6，读出一信号，该信号指示已经放电电荷的浮动扩散25的电压（在下文中，称为复位电平）。在下文中，将复位电平的读出时间段称为P时段。

如上所述，当读出指示信号复位电平的信号时，通过在后级中的信号处理中使用复位电平去除信号电平的噪声。在信号去除处理中，作为在读出信号电平之后执行的复位操作的结果，读出复位电平。因此，不可以去除复位操作中的kTC噪声（热噪声），因此图像质量恶化。