專利名稱：固態(tài)攝像裝置、固態(tài)攝像裝置的驅(qū)動方法以及攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)攝像裝置、固態(tài)攝像裝置的驅(qū)動方法以及攝像裝置，特別是涉及與機械快門組合使用的固態(tài)攝像裝置、該固態(tài)攝像裝置的驅(qū)動方法、以及具有該固態(tài)攝像 裝置的攝像裝置。
背景技術(shù)：
固態(tài)攝像裝置大致分為以 CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor，互 補金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器為代表的X-Y尋址方式的固態(tài)攝像裝置和以CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)圖像傳感器為代表的電荷轉(zhuǎn)移方式的固態(tài)攝像裝置。這 里，CMOS圖像傳感器能夠執(zhí)行像素信號的隨機存取，與CCD圖像傳感器相比具有以下優(yōu)點 像素信號的讀取更加高速，并且靈敏度高、消耗功率低。很多CMOS圖像傳感器具有通過電子方式來執(zhí)行以下動作的電子快門的功能復(fù) 位蓄積在光電轉(zhuǎn)換部中的信號電荷，并重新開始信號電荷的蓄積。CMOS圖像傳感器的電子 快門功能的快門方式是對二維排列的多個像素的每一像素行設(shè)定曝光的開始和結(jié)束的所 謂滾動快門(也稱為簾幕式快門)方式。因此，滾動快門方式的CMOS圖像傳感器與對所有像素以相同的定時進行曝光的 全域快門方式的CCD圖像傳感器不同，其對每一像素行的曝光期間錯開(不同)。如果曝光 期間針對每一像素行錯開，則攝像圖像會產(chǎn)生失真。因此，以往對CMOS圖像傳感器，通過組合使用機械快門來使曝光期間對所有的像 素行一致，所述機械快門選擇性地對入射到該CMOS圖像傳感器的受光面的光進行遮光(例 如參照專利文獻1)。具體地說，通過打開機械快門并同時復(fù)位所有像素行的像素來開始信號電荷的蓄 積。并且，通過關(guān)閉機械快門來結(jié)束曝光。在該曝光結(jié)束后，一行一行地來讀取像素信號。 通過該一系列的動作，所有像素行的曝光期間不錯開而是一致，因此攝像圖像不會產(chǎn)生失
真
ο現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻1 日本專利文獻特開2006-191236號公報。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題但是，上述現(xiàn)有技術(shù)存在以下問題在從關(guān)閉機械快門后到讀取各像素的信號為 止的期間內(nèi)，越是靠后讀取的像素，蓄積在各像素中的電荷量越是會依次減少(后面將詳 細地說明其原因)。因此，本發(fā)明的目的在于提供以下的固態(tài)攝像裝置、固態(tài)攝像裝置的驅(qū)動方法以 及攝像裝置在使用機械快門來執(zhí)行所有像素同時曝光時，能夠抑制越是靠后讀取的像素、 關(guān)閉了機械快門后的像素內(nèi)的電荷越是減少的現(xiàn)像。
為了達到上述目的，本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置包括配置有多個像素的像素陣列部， 所述像素將通過機械快門選擇性地入射的光轉(zhuǎn)換為電荷蓄積在蓄積部中并具有釋放超過 了該蓄積部的飽和電荷量的電荷的溢流路徑，在該固態(tài)攝像裝置中，同時復(fù)位所述像素陣 列部的所有像素并開始曝光，在曝光期間內(nèi)將所述溢流路徑保持為開放的狀態(tài)，之后在從 關(guān)閉所述機械快門而結(jié)束曝光開始到從所述像素讀取信號為止的期間內(nèi)將所述溢流路徑 向封閉的方向驅(qū)動。在上述構(gòu)成方式的固態(tài)攝像裝置中，通過所有像素同時的復(fù)位動作開始曝光期 間，通過機械快門的關(guān)閉動作結(jié)束曝光期間。這樣，通過使用機械快門，所有像素行的各像 素的曝光期間一致，因此能夠使攝像圖像不產(chǎn)生失真。另外，通過在曝光期間內(nèi)將溢流路徑 保持為開放的狀態(tài)，能夠阻止電荷向相鄰像素泄漏，因此能夠抑制溢出。并且，在從曝光結(jié)束后開始到信號讀取為止的期間內(nèi)，將溢流路徑向封閉的方向 驅(qū)動，由此蓄積在像素的蓄積部中的電荷的一部分由于熱激勵而作為亞閾值電流通過溢流 路徑流出的現(xiàn)象得以緩和。由此，能夠抑制越是靠后讀取的像素、像素內(nèi)的電荷越是依次減 少的現(xiàn)象，即能夠抑制飽和電荷量的減少。根據(jù)本發(fā)明，通過在曝光期間內(nèi)使溢流路徑(overflow path)發(fā)揮作用并在機械 快門關(guān)閉后使溢流路徑不發(fā)揮作用，能夠抑制溢出(blooming)，并且能夠抑制會導(dǎo)致機械 快門動作發(fā)生問題的飽和電荷量的減少。


圖1是簡要地表示應(yīng)用本發(fā)明的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)構(gòu)成圖；圖2是表示單位像素的電路結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖；圖3是簡要地表示本發(fā)明的攝像裝置的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)構(gòu)成圖；圖4用于說明作為本發(fā)明的前提的技術(shù)，是示意性地表示單位像素的一部分的截 面和該部分的電勢的圖；圖5是用于說明本發(fā)明的實施例1的驅(qū)動方法的時序圖；圖6是用于說明實施例1的驅(qū)動方法中的各動作(1)、(4)的時序圖；圖7是用于說明實施例1的驅(qū)動方法中的動作(2)的時序圖；圖8是用于說明實施例1的驅(qū)動方法中的動作(3)的時序圖；圖9用于說明實施例1，是示意性地表示單位像素的一部分的截面和該部分的電 勢的圖；圖10是用于說明實施例2的驅(qū)動方法的各動作(1) ⑷的時序圖；圖11是表示采用多個像素共有結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的應(yīng)用示例的像素電路的一個例子 的電路圖；圖12是用于說明本發(fā)明的應(yīng)用示例的像素電路的電路動作的時序圖。
具體實施例方式以下，使用附圖來詳細地說明用于實施發(fā)明的方式(以下稱為“實施方式”)。按 照以下的順序來進行說明。1.應(yīng)用本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置(CMOS圖像傳感器的例子)
2.本發(fā)明的攝像裝置(數(shù)字靜態(tài)照相機的例子)3.作為本發(fā)明的前提的技術(shù)及其缺陷4.本發(fā)明的特征部分4-1.實施例1 (驅(qū)動定時示例1)4-2.實施例2 (驅(qū)動定時示例2)5.變形示例6.應(yīng)用示例(多個像素共有結(jié)構(gòu)的示例)< 1.應(yīng)用本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置>圖1是簡要地表示應(yīng)用本發(fā)明的固態(tài)攝像裝置、例如作為X-Y尋址方式的固態(tài)攝 像裝置的一種的CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。如圖1所示，本應(yīng)用示例的CMOS圖像傳感器10具有形成在半導(dǎo)體基板(芯片)11 上的像素陣列部12和集成在與該像素陣列部12相同的芯片11上的外圍電路部。作為外 圍電路部，例如設(shè)置有垂直驅(qū)動部13、列(column)處理部14、水平驅(qū)動部15、輸出電路部 16、以及系統(tǒng)控制部17。在像素陣列部12中，包括光電轉(zhuǎn)換部(光電轉(zhuǎn)換元件)的未圖示的單位像素(以 下有時簡稱為“像素”)二維排列成矩陣狀，所述光電轉(zhuǎn)換部對入射的可視光進行光電轉(zhuǎn)換 并蓄積電荷量與可視光的光量相對應(yīng)的信號電荷(光電荷)。后面將詳細地說明單位像素 的具體結(jié)構(gòu)。在像素陣列部12中，像素驅(qū)動線121對矩陣狀的像素排列的每行沿圖中的左右方 向(像素行的像素排列方向/水平方向)布線，垂直信號線122對矩陣狀的像素排列的每 列沿圖中的上下方向(像素列的像素排列方向/垂直方向)布線。在圖1中，像素驅(qū)動線 121表示為每行一條，但是不限于一條。像素驅(qū)動線121的一端與對應(yīng)于垂直驅(qū)動部13的 各行的輸出端連接。垂直驅(qū)動部13由移位寄存器或?qū)ぶ方獯a器等構(gòu)成，是針對所有像素同時地或者 以行為單位等來驅(qū)動像素陣列部12的各像素的像素驅(qū)動部。雖然省略了關(guān)于該垂直驅(qū)動 部13的具體結(jié)構(gòu)的圖示，但是該垂直驅(qū)動部13通常具有讀取掃描系統(tǒng)和清除掃描系統(tǒng)這 兩個掃描系統(tǒng)。讀取掃描系統(tǒng)為了從單位像素讀取信號而以行為單位依次選擇并掃描像素陣列 部12的單位像素。清除掃描系統(tǒng)對由讀取掃描系統(tǒng)執(zhí)行讀取掃描的讀取行，比該讀取掃描 提前快門速度的時間量來執(zhí)行清除掃描。通過由該清除掃描系統(tǒng)執(zhí)行的清除掃描，從清除行的單位像素的光電轉(zhuǎn)換部清除(復(fù)位)不需要的電荷。并且，通過由該清除掃描系統(tǒng)執(zhí)行的對不需要的電荷的清除(復(fù) 位)來執(zhí)行所謂的電子快門動作。這里，電子快門動作是指釋放光電轉(zhuǎn)換元件的光電荷并 重新開始曝光(開始信號電荷的蓄積)的動作。通過讀取掃描系統(tǒng)的讀取動作而被讀取的信號與緊接在此前的讀取動作或者在 電子快門動作之后入射的光量相對應(yīng)。并且，從緊接在此前的讀取動作的讀取定時或電子 快門動作的清除定時到此次的讀取動作的讀取定時為止的期間是單位像素的光電荷的蓄 積期間(曝光期間)。從由垂直驅(qū)動部13執(zhí)行了選擇掃描的像素行的各單位像素輸出的信號通過垂直信號線122的每一個被提供給列處理部14。列處理部14針對像素陣列部12的每一像素列， 對從選擇行的各單位像素通過垂直信號線122輸出的信號執(zhí)行預(yù)定的信號處理，并暫時保 存信號處理后的像素信號。具體地說，列處理部14接收各單位像素的信號并對該信號執(zhí)行例如基于 CDS (Correlated Double Sampling，相關(guān)雙采樣)的噪聲除去、信號放大、AD (模擬一數(shù)字) 轉(zhuǎn)換等信號處理。通過噪聲除去處理來除去復(fù)位噪聲、放大晶體管的閾值偏差等像素所特 有的固定模式噪聲。這里所例示的信號處理僅為一個示例，作為信號處理，并不限于此。水平驅(qū)動部15由移位寄存器或?qū)ぶ方獯a器等構(gòu)成，該水平驅(qū)動部15依次選擇與 列處理部14的像素列相對應(yīng)的單位電路。通過由該水平驅(qū)動部15執(zhí)行的選擇掃描，由列 處理部14針對每一單位電路執(zhí)行了信號處理的像素信號被依次輸出給水平總線18，并通 過該水平總線18被傳送給輸出電路部16。輸出電路部16對通過水平總線18傳送的信號進行處理并輸出。作為輸出電路部 16的處理，既有僅執(zhí)行緩沖處理的情況，還可以列舉出在緩沖之前調(diào)整黑電平或修正各列 的偏差等各種數(shù)字信號處理。
系統(tǒng)控制部17接收從芯片11的外部提供的時鐘或指示動作模式的數(shù)據(jù)等，或者 輸出該CMOS圖像傳感器10的內(nèi)部信息等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制部17還包括生成各種定時信號 的定時發(fā)生器，并基于由該定時發(fā)生器生成的各種定時信號來對垂直驅(qū)動部13、列處理部 14、以及水平驅(qū)動部15等外圍電路部進行驅(qū)動控制。在芯片11的周邊部設(shè)置有包括電源端子的輸入輸出端子群19A、19B的各端子。輸 入輸出端子群19A、19B在芯片11的內(nèi)部與外部之間執(zhí)行電源電壓或信號的交換。作為輸入 輸出端子群19A、19B的配置位置，考慮信號的輸入方向、輸出方向等而決定為適合的位置。(單位像素的電路結(jié)構(gòu))圖2是表示單位像素20的電路結(jié)構(gòu)的一個示例的電路圖。如圖2所示，本電路示 例的單位像素20除了光電轉(zhuǎn)換部、例如光電二極管21之外，例如還具有轉(zhuǎn)移晶體管22、復(fù) 位晶體管23、以及放大晶體管24這三個晶體管。這里，作為三個晶體管22 24，例如使用N溝道的MOS晶體管。但是，這里所例示 的轉(zhuǎn)移晶體管22、復(fù)位晶體管23、以及放大晶體管24的導(dǎo)電類型的組合僅為一個示例，不 限于這些組合。對于該單位像素20，作為像素驅(qū)動線121，例如轉(zhuǎn)移布線121-1、復(fù)位布線121_2、 以及選擇布線121-3這三條驅(qū)動布線對同一像素行的各像素共用地設(shè)置。從垂直驅(qū)動部13分別向轉(zhuǎn)移布線121-1和復(fù)位布線121_2提供高有效(高電平 有效)的轉(zhuǎn)移脈沖6TRF和復(fù)位脈沖c^RST。另外，向選擇布線121-3提供選擇性地取電源 Vdd電平和0. 8V左右的低電平(Low電平)這兩種電源電位的選擇電源SELVdd。光電二極管21的正極與負側(cè)電源(例如接地)連接，該光電二極管21將接收的 光光電轉(zhuǎn)換為電荷量與所接收的光的光量相對應(yīng)的光電荷(這里為光電子)。光電二極管 21的負極經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管22與放大晶體管24的柵極電連接。以下，將與放大晶體管24的柵極電連接的節(jié)點25稱為FD(浮動擴散)部。S卩，F(xiàn)D 部25是由相當于轉(zhuǎn)移晶體管22的漏極區(qū)域的擴散層、放大晶體管24的柵極、以及連接它 們的布線構(gòu)成的節(jié)點，該FD部25具有寄生電容。
轉(zhuǎn)移晶體管22連接在光電二極管21的負極與FD部25之間。轉(zhuǎn)移晶體管22通 過經(jīng)由轉(zhuǎn)移布線121-1向其柵極提供轉(zhuǎn)移脈沖CtTRF而變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，并將由光電二極管 21進行了光電轉(zhuǎn)換的光電荷轉(zhuǎn)移給FD部25。復(fù)位晶體管23將FD部25作為一個主電極，其另一個主電極與選擇布線121_3連 接。在本例的情況下，一個主電極為源極，另一個主電極為漏極。復(fù)位晶體管23通過經(jīng)由 復(fù)位布線121-2向其柵極提供復(fù)位脈沖CtRST而變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，并通過將FD部25的電荷 釋放到選擇布線121-3而復(fù)位該FD部25。該FD部25的復(fù)位即為單位像素20的復(fù)位。放大晶體管24的柵極與FD部25連接，漏極與像素電源Vdd連接，源極與垂直信 號線122連接。并且，放大晶體管24將通過復(fù)位晶體管23復(fù)位后的FD部25的電位作為 復(fù)位信號(復(fù)位電平)輸出給垂直信號線122。放大晶體管24還將通過轉(zhuǎn)移晶體管22轉(zhuǎn) 移了光電荷后的FD部25的電位作為光蓄積信號(信號電平)輸出給垂直信號線122。在上述構(gòu)成方式的像素電路中，多個像素20與垂直信號線122連接，關(guān)于不希望 讀取信號(非選擇)的像素，將FD部25設(shè)定為低電壓。并且，通過僅對于希望讀取信號 (選擇)的像素將FD部25設(shè)定為與非選擇像素相比足夠高的電壓，能夠僅將希望讀取的像 素的信號輸出給垂直信號線122。具體地說，使用選擇電源SELVdd和復(fù)位晶體管23，對于非選擇像素將FD部25設(shè) 定為低電壓(例如0. 8V左右的低電平)，對于選擇像素將FD部25設(shè)定為高電壓(例如Vdd 電平)。由此，能夠以行為單位來選擇像素20。在以上說明的一般的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器10中，作為電子快門而執(zhí)行針 對每一像素行來設(shè)定曝光的開始和結(jié)束的滾動快門(簾幕式快門)。但是，在滾動快門的情 況下，由于每一像素行的曝光期間錯開(不同)，因此攝像圖像會產(chǎn)生失真。與此相對，本發(fā)明的前提是使用以下技術(shù)將上述構(gòu)成方式的CMOS圖像傳感器10 與對入射到其攝像面的光選擇性地進行遮光的機械快門組合使用，使所有像素行的曝光期 間一致，從而使攝像圖像不會產(chǎn)生失真。以上以將與可視光的光量相對應(yīng)的電荷作為物理量來進行檢測的單位像素配置 成矩陣狀的CMOS圖像傳感器為例進行了說明，但是本發(fā)明可以應(yīng)用于所有的X-Y尋址方式 的固態(tài)攝像裝置。固態(tài)攝像裝置既可以是作為單芯片而形成的形式，也可以是攝像部、信號處理部 或光學系統(tǒng)被匯集封裝在一起的具有攝像功能的模塊狀的形式。<2.本發(fā)明的攝像裝置〉以下，說明將CMOS圖像傳感器與機械快門組合使用的本發(fā)明的攝像裝置。圖3是 簡要地表示本發(fā)明的攝像裝置的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。如圖3所示，本發(fā)明的攝像裝置例如是數(shù)字靜態(tài)照相機，除了 CMOS圖像傳感器10 之外，還具有光學塊51、相機信號處理部52、編碼器/解碼器53、控制部54、輸入部55、顯示 部56、以及記錄介質(zhì)57。光學塊51具有用于將來自被攝像體的光匯聚到CMOS圖像傳感器10的透鏡511、 用于調(diào)節(jié)光的量的可變光闌512、以及用于選擇性地獲取光的機械快門513。光學塊51還具有用于使透鏡511移動以進行調(diào)焦或變焦的透鏡驅(qū)動機構(gòu)、用于控制可變光闌12的可變光闌機構(gòu)、以及用于驅(qū)動機械快門513的機械快門機構(gòu)等。這些機構(gòu)部基于來自控制部54的控制信號而被驅(qū)動。CMOS圖像傳感器10是X-Y讀取方式的固態(tài)攝像裝置，根據(jù)來自控制部54的控制 信號來執(zhí)行上述的像素20的曝光、信號讀取、復(fù)位等的定時控制。相機信號處理部52在控制部54的控制下對從CMOS圖像傳感器10輸出的圖像信 號執(zhí)行白平衡調(diào)整處理、顏色修正處理等相機信號處理。編碼器/解碼器53在控制部54的控制下動作，對從相機信號處理部52輸出的圖 像信號，通過JPEG(Joint Photographic Coding ExpertsGroup，聯(lián)合圖像專家組)方式等 預(yù)定的靜止圖像數(shù)據(jù)格式化等來執(zhí)行壓縮編碼處理。另外，編碼器/解碼器53對從控制部54提供的靜止圖像的編碼數(shù)據(jù)執(zhí)行擴展解 碼處理。并且，在編碼器/解碼器53中，能夠通過MPEG (Moving Picture Experts Group, 運動圖像專家組)方式等來執(zhí)行運動圖像的壓縮編碼/擴展解碼處理?？刂撇?4 例如是由 CPU (Central Processing Unit，中央處理器)、ROM (Read Only Memory,只讀存儲器)、RAM (Random AccessMemory,隨機讀取存儲器)等構(gòu)成的微型控制 器。并且，控制部54通過執(zhí)行存儲在ROM等中的程序來綜合地控制本攝像裝置的各個部分。輸入部55例如由快門開關(guān)按鈕等各種操作鍵、桿、刻度盤等構(gòu)成，將與用戶的輸 入動作相對應(yīng)的各種控制信號輸出給控制部54。顯示部56由LCD (Liquid Crystal Display，液晶顯示器)等顯示設(shè)備、針對該液 晶顯示器的接口電路等構(gòu)成，根據(jù)從控制部54提供的圖像信號來生成用于使顯示設(shè)備顯 示的圖像信號。并且，顯示部56通過將生成的圖像信號提供給顯示設(shè)備來使該顯示設(shè)備顯 示圖像。記錄介質(zhì)57例如作為可移動型的半導(dǎo)體存儲器、光盤、HDD(HardDisk Drive，硬盤 驅(qū)動器)、磁盤等而實現(xiàn)，該記錄介質(zhì)57從控制部54接收由編碼器/解碼器53執(zhí)行了編碼 的圖像數(shù)據(jù)文件并存儲。另外，基于來自控制部54的控制信號讀取被指定了的數(shù)據(jù)并輸出 給控制部54。以上作為攝像裝置而以數(shù)字靜態(tài)照相機為例進行了說明，但是不限于數(shù)字靜態(tài)照 相機，也可以應(yīng)用于具有選擇性地獲取來自被攝像體的入射光的機械快門的所有攝像裝 置。另外，有時也將安裝在具有攝像功能的電子設(shè)備上的模塊狀的方式、即相機模塊作為攝
像裝置。<3.關(guān)于作為本發(fā)明的前提的技術(shù)及其缺陷〉在上述構(gòu)成方式的攝像裝置中，首先說明作為本發(fā)明的前提的技術(shù)，即通過將 COMS圖像傳感器10與機械快門513組合使用，使所有像素行的曝光期間一致，從而使攝像 圖像不會產(chǎn)生失真。圖4示意性地表示了單位像素20的一部分的截面和該部分的電勢。首先，在機械快門513打開的狀態(tài)下同時復(fù)位所有像素行的像素，由此開始光電 子(信號電荷)的蓄積。在曝光期間內(nèi)，在光量足夠的情況下，光電子在光電二極管21中 蓄積并直至溢出。溢出的部位是光電二極管21的周圍的電位最高(電勢也最高)的部位。這里，如果從光電二極管21向相鄰像素的光電二極管21溢出電子，則成為被稱作溢出的假信號。因此，有意地使用于釋放因超過預(yù)先確定的飽和電荷量而從光電二極管21 溢出的光電子的路徑(以下稱為“溢流路徑”)成為相鄰像素的光電二極管21以外的方向。該溢流路徑由FET (Field Effect Transistor,場效應(yīng)管)構(gòu)成，該FET將作為路徑的入口側(cè)的光電二極管21的光電子蓄積部作為源極區(qū)域，并將作為路徑的出口側(cè)的FD 部25的擴散層作為漏極區(qū)域。并且，在本例的情況下，形成該溢流路徑的FET是將蓄積在 光電二極管21中的光電子轉(zhuǎn)移到FD部25的轉(zhuǎn)移晶體管22。在本例中，從轉(zhuǎn)移晶體管22的柵極下到FD部25形成溢流路徑，使光電子通過該 溢流路徑溢出到FD部25。并且，當關(guān)閉機械快門513而結(jié)束了曝光時，光電子向光電二極 管21的流入停止。剛剛關(guān)閉了機械快門513后的電勢如圖4的(a)所示。S卩，在剛剛關(guān)閉了機械快門513后的飽和的狀態(tài)下，在光電二極管21中光電子蓄積到轉(zhuǎn)移晶體管22的柵極下的勢
壘的高度位置。在曝光結(jié)束后，一行一行地讀取像素信號。此時，如前所述，在從關(guān)閉了機械快門 513后到讀取各像素的信號為止的期間內(nèi)，越是靠后讀取的像素，蓄積在各像素中的電荷量 越是依次減少，即飽和電荷量減少。其原因如下。在直到讀取各像素的信號為止的期間內(nèi)，蓄積在光電二極管21中的光電子的一 部分由于熱激勵而作為亞閾值電流通過溢流路徑流出，光電二極管21內(nèi)的電子數(shù)減少。在 關(guān)閉了機械快門513后，信號讀取前的飽和狀態(tài)下的電勢如圖4的(b)所示。從機械快門513關(guān)閉后到讀取各像素的信號為止的期間在讀取的起始行處短， 隨著接近最終行而變長，因此在最終行附近光電子的消失變大，導(dǎo)致縮小了動態(tài)范圍。有 時30% 50%的光電子會消失，即作為信號而至多僅能利用光電二極管21的飽和電子的 50% 70%。<4.本發(fā)明的特征部分>因此，本發(fā)明的特征是用于當使用機械快門513來執(zhí)行所有像素同時曝光時抑制 越是靠后讀取的像素、關(guān)閉了機械快門513后的像素內(nèi)的電荷越是依次減少的現(xiàn)象的驅(qū)動 方法。以下，說明用于抑制關(guān)閉了機械快門513后的像素內(nèi)的電荷減少的現(xiàn)象、即飽和電荷 量的減少的驅(qū)動方法的具體的實施例。[4-1.實施例 1]圖5是用于說明本發(fā)明的實施例1的驅(qū)動方法的時序圖。在圖5中，橫軸表示時 間。通常，攝像裝置的機械快門513打開。另一方面，CMOS圖像傳感器10通過一行一 行地掃描電子快門動作和讀取動作的監(jiān)控模式來動作。在該動作中，每一行的曝光期間錯 開，適合運動圖像攝像。將該監(jiān)控模式下的各行的動作作為動作(1)。當機械快門513的開關(guān)按鈕被按下了時(定時Tl)，CM0S圖像傳感器10從監(jiān)控模 式轉(zhuǎn)變到靜止圖像攝像模式。當轉(zhuǎn)變成了靜止圖像攝像模式時，在以接下來的垂直(V)同 步信號的定時一行一行地依次讀取了像素信號之后，不執(zhí)行電子快門掃描而等待接下來的 垂直同步信號的定時。并且，在接下來的垂直同步信號的定時到來后，在與曝光時間相對應(yīng)的預(yù)定的定 時對所有像素行同時執(zhí)行復(fù)位動作(定時T2)。通過該復(fù)位動作，開始了曝光期間。將此時 的動作作為動作(2)。通過對于所有的像素行，使復(fù)位脈沖ΦΙ Τ有效(高)、使選擇電源 SELVdd為高的Vdd電平、并使轉(zhuǎn)移脈沖Φ TRF有效(高)，能夠復(fù)位光電二極管21和FD部 25。
然后，在曝光期間的結(jié)束定時，由于機械快門513的關(guān)閉(CLOSE)信號變?yōu)橛行?(高)，機械快門513被關(guān)閉(定時T3)。由此，向CMOS圖像傳感器10的入射光被完全遮 擋。將此時的動作作為動作(3)。另一方面，在CMOS圖像傳感器10中，與機械快門513的關(guān)閉動作同步地使所有像 素行的復(fù)位脈沖ΦRST無效(低)，并使選擇電源SELVdd為低電平。在之后的垂直同步信號的定時，針對每一行依次執(zhí)行來自像素20的信號的讀取 動作(定時Τ4 Τ5)。將此時的各行的動作作為動作(4)。并且，當所有像素行的信號的 讀取結(jié)束了、機械快門513的關(guān)閉信號變?yōu)榱藷o效(低) 時，機械快門513被打開，CMOS圖 像傳感器10恢復(fù)為監(jiān)控模式。這里，具體地說明CMOS圖像傳感器10的各動作⑴ ⑷。這些動作在圖1所示 的系統(tǒng)控制部17的控制下通過垂直驅(qū)動部13的驅(qū)動而被執(zhí)行。動作(1)和動作(4)是基 本相同的動作。 動作(1)、(4)首先，使用圖6的時序圖來說明各動作(1) (4)。在圖6的時序圖中，(a)表示 讀取行，(b)表示非讀取行。當在使選擇電源SELVdd為高電平(Vdd電平)的狀態(tài)下使復(fù)位脈沖Φ RST有效并 使復(fù)位晶體管23成為了導(dǎo)通狀態(tài)時，F(xiàn)D部25經(jīng)由該復(fù)位晶體管23被復(fù)位為高電平。并 且，與該像素的FD部25的電位相對應(yīng)的信號作為復(fù)位電平經(jīng)由放大晶體管24被輸出給垂 直信號線122。然后，當使轉(zhuǎn)移脈沖CtTRF有效并使轉(zhuǎn)移晶體管22成為了導(dǎo)通狀態(tài)時，光電子經(jīng) 由該轉(zhuǎn)移晶體管22從光電二極管21向FD部25轉(zhuǎn)移。并且，與此時的FD部25的電位相 對應(yīng)的信號作為信號電平經(jīng)由放大晶體管24被輸出給垂直信號線122。在與垂直信號線122的末端連接的列處理部14中，通過獲取經(jīng)由垂直信號線122 從像素20依次輸出的復(fù)位電平與信號電平的差來獲得正確的信號。這里，正確的信號是除 去了復(fù)位噪聲、放大晶體管24的閾值偏差等像素所特有的固定模式噪聲后的本來的信號。在讀取了復(fù)位電平和信號電平后，使選擇電源SELVdd為低電平(例如0. 8V)。并 且，通過使復(fù)位脈沖Φ RST有效并使復(fù)位晶體管23成為導(dǎo)通狀態(tài)，使FD部25的電位恢復(fù) 為低電平，使像素成為非選擇狀態(tài)。關(guān)于非讀取行，在該動作(1)和(4)的期間內(nèi)，由于復(fù)位脈沖CtRST和轉(zhuǎn)移脈沖 CtTRF同時處于無效狀態(tài)，因此不動作。通過一行一行地掃描讀取行，在動作(1)中輸出運 動圖像，在動作(4)中輸出靜止圖像。 動作(2)接下來，使用圖7的時序圖來說明動作(2)的動作。在圖7的時序圖中，(a)表示 本實施例，(b)表示以往的例子。如圖7的(a)所示，在定時T2對于所有的像素行，使選擇電源SELVdd為高電平并 同時使復(fù)位脈沖Φ RST和轉(zhuǎn)移脈沖Φ TRF有效。由此，關(guān)于所有像素行的各像素，F(xiàn)D部25 經(jīng)由復(fù)位晶體管23被復(fù)位為高電平，并且光電二極管21經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管22被復(fù)位為高電 平。在本實施例的情況下，在該所有像素行同時復(fù)位后，維持選擇電源SELVdd的高電平狀態(tài)和復(fù)位脈沖Φ1 τ的有效狀態(tài)。順便提及的是，在以往的例子的情況下，如圖7的 (b)所示，使復(fù)位脈沖ΦΙ Τ與轉(zhuǎn)移脈沖CtTRF同時無效，然后恢復(fù)為選擇電源SELVdd的低 電平。 動作(3)最后，使用圖8的時序圖來說明動作(3)的動作。在圖8的時序圖中，(a)表示本 實施例，(b)表示以往的例子。如圖8的(a)所示，與機械快門513的關(guān)閉的定時T3同時或者在其前后、優(yōu)選的是 在定時T3之后恢復(fù)為選擇電源SELVdd的低電平，然后使復(fù)位脈沖(tRST無效。通過在定 時T3之后執(zhí)行該動作，在曝光期間內(nèi)能夠可靠地形成上述溢流路徑，因此能夠抑制溢出。在現(xiàn)有的例子中，選擇電源SELVdd和復(fù)位脈沖(tRST在動作⑵的所有像素同時 復(fù)位后已恢復(fù)為低電平，因此如圖8的(b)所示保持為低電平。順便提及的是，關(guān)于選擇電 源SELVdd的低電平，無論是在本實施例中還是在以往的例子中都被設(shè)定為0. 8V等電子不 會向光電二極管21倒流的電壓值。
根據(jù)以上對動作的說明可知，在CMOS圖像傳感器10中，在靜止圖像攝像模式的動 作中，通過所有像素行同時的復(fù)位動作而開始曝光期間，通過機械快門513的關(guān)閉動作而 結(jié)束曝光期間。這樣，通過將CMOS圖像傳感器10與機械快門513組合使用，所有像素行的 各像素的曝光期間一致，因此能夠使攝像圖像不產(chǎn)生失真。關(guān)于這一點，與以往的例子相 同。另一方面，在以下的動作方面與以往的例子不同。即，在曝光期間內(nèi)，使選擇電源 SELVdd和復(fù)位脈沖Φ RST為高電平，將溢流路徑的出口側(cè)、即FD部25的電勢保持為高的狀 態(tài)。另外，在從曝光結(jié)束后到信號讀取為止的期間內(nèi)，使選擇電源SELVdd和復(fù)位脈沖(tRST 恢復(fù)為Low電平，將溢流路徑的出口側(cè)(FD部25)的電勢保持為低的狀態(tài)。使用圖9來說 明這些動作的意義。在靜止圖像攝像模式下，在曝光期間內(nèi)選擇電源SELVdd和復(fù)位脈沖Φ RST為高電 平，因此FD部25也為比較高的電位。在入射光量多、光電二極管21充滿了光電子的像素 中，充滿量以上的光電子從光電二極管21通過上述溢流路徑向FD部25溢出。然后，當機械快門513變?yōu)榱岁P(guān)閉狀態(tài)、選擇電源SELVdd變?yōu)榱说碗娖綍r，F(xiàn)D部 25的電位變?yōu)榈碗娖健＜?，F(xiàn)D部25的電勢變低。并且，由于FD部25的電勢發(fā)生變化，轉(zhuǎn) 移晶體管22的柵極下的溢流路徑的電位接受調(diào)制。具體地說，通過由于寄生電容C產(chǎn)生的電容耦合來接受調(diào)制，所述寄生電容C介于 轉(zhuǎn)移晶體管22的柵極下的溝道與FD部25的擴散層(相當于轉(zhuǎn)移晶體管22的漏極區(qū)域的 擴散層)之間。即，通過由于寄生電容C產(chǎn)生的電容耦合，溢流路徑的電位變?yōu)楸绕毓馄陂g 低的電位(柵極下的溝道的電勢變低)，由此溢流路徑向封閉的方向變動。由此，蓄積在光電二極管21中的光電子的一部分由于熱激勵而作為亞閾值電流 通過溢流路徑流出的現(xiàn)象被緩和。因此，能夠抑制在現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)生的、越是靠后讀取的像 素飽和電子數(shù)越是依次減少的現(xiàn)象。另一方面，在曝光期間內(nèi)使溢流路徑有效，由此能夠抑制溢出。如果機械快門513 關(guān)閉了，則之后光不會進入，因此不需要溢流路徑。因此，通過在封閉溢流路徑的方向上控 制該溢流路徑的電位，能夠抑制飽和電子數(shù)的減少。
本發(fā)明的特征是在對該溢流路徑的電位的控制中使用FD部25的電壓這一點。即， 在曝光期間內(nèi)使FD部25為高電平并使轉(zhuǎn)移晶體管22的柵極下的溢流路徑發(fā)揮作用來抑 制溢出。并且，在從關(guān)閉了機械快門513之后到讀取信號為止的期間內(nèi)，使FD部25為低電 平，在封閉溢流路徑的方向上驅(qū)動溢流路徑，使該溢流路徑難以發(fā)揮作用，從而抑制了飽和 電子數(shù)(飽和電荷量)的減少。根據(jù)仿真，在目前本申請的發(fā)明者等正在開發(fā)的像素中，當FD部25的電壓為高電 平時和為低電平時，溢流路徑的電位大約改變300mV。另一方面，在以往的例子的驅(qū)動方法 中，飽和電子數(shù)的減少相當于PD電位的300mV的量。進而，通過采用本發(fā)明的驅(qū)動方法，能 夠使該減少量大致為0。順便提及的是，關(guān)于溢流路徑的電位(電勢)，也可以考慮根據(jù)施加給轉(zhuǎn)移晶體管 22的柵極的電壓值來進行控制的方法。但是，關(guān)于轉(zhuǎn)移晶體管22，通常將施加給其柵極的 轉(zhuǎn)移脈沖ΦTRF的低電平設(shè)定為負電壓并在柵極下的襯底表層部形成空穴并形成為鎖定 (pinning)的狀態(tài)。因此，即使進一步使轉(zhuǎn)移脈沖Φ TRF的低電平為負電壓，也僅是增加空 穴，溢流路徑的電勢不改變。因此，無法根據(jù)施加給轉(zhuǎn)移晶體管22的柵極的電壓值來控制 溢流路徑的電勢。[4-2.實施例 2]本實施例2的驅(qū)動方法的動作的流程基本上與實施例1的驅(qū)動方法的動作的流程 相同，因此表示動作的流程的時序圖也與圖5所示的實施例1相同。并且，在圖5的動作 (1) (4)的細微的定時關(guān)系這一點上與實施例1不同。以下，使用圖10的時序圖來說明 該區(qū)別。在圖10的時序圖中，(a)表示動作(1)、(4)的情況，(b)表示動作(2)的情況，(c) 表示動作(3)的情況。 動作(1)、(4)當在使選擇電源SELVdd為高電平(Vdd電平)的狀態(tài)下使復(fù)位脈沖Φ RST有效并 使復(fù)位晶體管23成為了導(dǎo)通狀態(tài)時，F(xiàn)D部25經(jīng)由該復(fù)位晶體管23被復(fù)位為高電平。并 且，與該像素的FD部25的電位相對應(yīng)的信號作為復(fù)位電平經(jīng)由放大晶體管24被輸出給垂 直信號線122。然后，當使轉(zhuǎn)移脈沖CtTRF有效并使轉(zhuǎn)移晶體管22成為了導(dǎo)通狀態(tài)時，光電子經(jīng) 由該轉(zhuǎn)移晶體管22從光電二極管21向FD部25轉(zhuǎn)移。并且，與此時的FD部25的電位相 對應(yīng)的信號作為信號電平經(jīng)由放大晶體管24被輸出給垂直信號線122。在與垂直信號線122的末端連接的列處理部14中，通過獲取經(jīng)由垂直信號線122 從像素20依次輸出的復(fù)位電平與信號電平的差來獲得正確的信號。這里，正確的信號是除 去了復(fù)位噪聲、放大晶體管24的閾值偏差等像素所特有的固定模式噪聲后的本來的信號。在讀取了復(fù)位電平和信號電平后，使選擇電源SELVdd為低電平。并且，通過使復(fù) 位脈沖Φ RST有效并使復(fù)位晶體管23成為導(dǎo)通狀態(tài)，使FD部25的電位恢復(fù)為低電平，使 像素成為非選擇狀態(tài)。然后，使復(fù)位脈沖ΦΙ Τ無效，然后使選擇電源SELVdd恢復(fù)為高電平。這樣，在 使復(fù)位脈沖Φ1 τ無效后使選擇電源SELVdd恢復(fù)為高電平這一點與實施例1不同。當在 選擇電源SELVdd為低電平的狀態(tài)下使復(fù)位晶體管23成為了截止狀態(tài)時，即使使選擇電源SELVdd恢復(fù)為高電平，F(xiàn)D部25也維持為低電平。關(guān)于非讀取行，在該動作(1)和(4)的期間內(nèi)，由于復(fù)位脈沖CtRST和轉(zhuǎn)移脈沖 CtTRF同時處于無效狀態(tài)，因此不動作。通過一行一行地掃描讀取行，在動作(1)中輸出運 動圖像，在動作(4)中輸出靜止圖像。 動作(2)選擇電源SELVdd從動作⑴開始持續(xù)保持為高電平。并且，如圖10的(b)所示， 在定時T2對于所有的像素行，使復(fù)位脈沖CtRST和轉(zhuǎn)移脈沖CtTRF同時有效。由此，關(guān)于 所有像素行的各像素，F(xiàn)D部25經(jīng)由復(fù)位晶體管23被復(fù)位為高電平，并且光電二極管21經(jīng) 由轉(zhuǎn)移晶體管22被復(fù)位為高電平。在該所有像素行同時復(fù)位后，也維持選擇電源SELVdd 的高電平狀態(tài)和復(fù)位脈沖ΦRST的有效狀態(tài)。·動作(3)
如圖10的(c)所示，與機械快門513的關(guān)閉的定時Τ3同時或者在其前后、優(yōu)選的 是在定時Τ3之后恢復(fù)為選擇電源SELVdd的低電平，然后使復(fù)位脈沖(tRST無效。然后，使 選擇電源SELVdd恢復(fù)為高電平。這樣，在使復(fù)位脈沖Φ RST無效后使選擇電源SELVdd恢復(fù)為高電平這一點與實施 例1不同。當在選擇電源SELVdd為低電平的狀態(tài)下使復(fù)位晶體管23成為了截止狀態(tài)時， 即使使選擇電源SELVdd恢復(fù)為高電平，F(xiàn)D部25也被維持為低電平。在本實施例2的驅(qū)動方法的情況下，由于基本的動作流程與實施例1相同，因此能 夠取得與實施例1相同的作用效果，即能夠抑制溢出并能夠減少會導(dǎo)致機械快門動作發(fā)生 問題的飽和電荷量的減少。<5.變形示例>在上述實施方式中，作為單位像素20而使用了由三個晶體管22 24構(gòu)成的電路 結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明不限于由三個晶體管構(gòu)成的像素結(jié)構(gòu)。作為一個示例，也可以是將執(zhí)行像 素選擇的選擇晶體管配置在放大晶體管24與像素電源Vdd之間或者配置在放大晶體管24 與垂直信號線122之間的由四個晶體管構(gòu)成的像素結(jié)構(gòu)。但是，在由四個晶體管構(gòu)成的公知的像素結(jié)構(gòu)的情況下，復(fù)位晶體管的漏極與固 定電源連接，在該公知的像素結(jié)構(gòu)下無法應(yīng)用本發(fā)明。通過將復(fù)位晶體管的漏極與選擇電 源SELVdd連接，能夠控制FD部25的電位，因此能夠應(yīng)用本發(fā)明。<6.應(yīng)用示例>以上說明的實施例1、2的驅(qū)動方法作為一個例子還可以應(yīng)用于采用以下的多個 像素共有結(jié)構(gòu)的像素電路在多個像素之間共有本來針對每一像素而設(shè)置的構(gòu)成要素的一 部分。[多個像素共有結(jié)構(gòu)]圖11是表示采用多個像素共有結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的應(yīng)用示例的像素電路的一個例子 的電路圖，在該圖中對與圖2相等同的部分標注相同的標號。在本應(yīng)用示例的像素電路中，以相鄰的多個像素、例如屬于同一像素列并相鄰的 縱向四個像素20-1、20-2、20-3、20-4為單位，在這四個像素之間共用(共有)一個FD部 25。在相鄰的多個像素之間的共用中，在同一像素列中實行共用化的方法容易執(zhí)行來自各 像素的信號讀取的定時控制。
作為單位的四個像素20-1、20-2、20-3、20_4中的每一個具有作為光電轉(zhuǎn)換部的 光電二極管21-1、21-2、21-3、21-4。四個像素20-1、20-2、20-3、20_4中的每兩個形成為一 組(一對)。并且，在其中的一組的兩個像素20-1、20-2的像素區(qū)域設(shè)置有放大晶體管24， 在另一組的兩個像素20-3、20-4的像素區(qū)域設(shè)置有復(fù)位晶體管23。在不采用圖2所示的多個像素共有結(jié)構(gòu)的像素電路中，復(fù)位晶體管23和放大晶體 管24的各自的漏極均與選擇電源SELVdd連接。即，作為復(fù)位晶體管23和放大晶體管24的 各自的漏極電源，準備了共用的選擇電源SEL Vdd。與此相對，在本應(yīng)用示例的像素電路中， 作為復(fù)位晶體管23和放大晶體管24的各自的漏極電源，準備了不同的電源。作為不同的電源，準備了電源電壓(電壓電平)固定的固定電源Vdd和電源電壓 可變的選擇電源SELVdd。選擇電源SELVdd選擇性地取0. 8V左右的第一電壓電平和與固定 電源Vdd的電壓電平Vdd相同程度的第二電壓電平Vdd，并通過從第一電壓電平切換為第二 電壓電平來執(zhí)行像素選擇。并且，復(fù)位晶體管23的漏極與選擇電源SELVdd連接，放大晶體管24的漏極與固 定電源Vdd連接。復(fù)位晶體管23的源極與在縱向四個像素20-1、20-2、20-3、20-4之間共 有的FD部25連接。向復(fù)位晶體管23的柵極選擇性地施加復(fù)位脈沖ΦRST。放大晶體管 24的柵極與FD部25連接，源極與垂直信號線122連接。[本應(yīng)用示例的像素電路的電路動作]接下來，使用圖12的時序圖來說明上述構(gòu)成方式的本應(yīng)用示例的像素電路的電 路動作。通過在時刻til選擇電源SELVdd從第一電壓電平(例如0. 8V)切換為第二電壓 電平Vdd，第一行 第四行的各像素變?yōu)檫x擇狀態(tài)。與此同時，復(fù)位脈沖CtRST變?yōu)橛行?態(tài)(在本例中為“H”電平)，由此四個像素共用(第一行 第四行)的復(fù)位晶體管23變?yōu)?導(dǎo)通狀態(tài)。由此，四個像素共用的FD部25的電荷通過復(fù)位晶體管23被釋放到選擇電源 SELVdd。結(jié)果，F(xiàn)D部25的電位被復(fù)位為選擇電源SELVdd的第二電壓電平Vdd。并且，此時 的FD部25的電位作為第一行的像素20-1的復(fù)位電平通過放大晶體管24被輸出給垂直信 號線122。然后，在復(fù)位脈沖ΦΙ Τ轉(zhuǎn)變?yōu)闊o效狀態(tài)(在本例中為“L”電平)后，在時刻tl2 第一行的轉(zhuǎn)移脈沖ΦΤΙ^Ι變?yōu)橛行顟B(tài)(在本例中為“H”電平)，由此像素20-1的轉(zhuǎn)移 晶體管22-1變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。由此，由光電二極管21-1進行了光電轉(zhuǎn)換的信號電荷(光電 子)通過轉(zhuǎn)移晶體管22-1被轉(zhuǎn)移到FD部25。此時，F(xiàn)D部25的電位變?yōu)榕c從光電二極管 21-1轉(zhuǎn)移了的信號電荷的電荷量相對應(yīng)的電位。并且，該FD部25的電位作為第一行的像 素20-1的信號電平通過放大晶體管24被輸出給垂直信號線122。然后，在時刻tl3復(fù)位脈沖Φ RST變?yōu)橛行顟B(tài)，然后在時刻tl4選擇電源SELVdd 從第二電壓電平Vdd切換為第一電壓電平0. 8V,由此第一行 第四行的各像素變?yōu)榉沁x擇 狀態(tài)。然后，在時刻t21選擇電源SELVdd從第一電壓電平0.8V切換為第二電壓電平 Vdd，由此第一行 第四行的各像素再次變?yōu)檫x擇狀態(tài)。與此同時，復(fù)位脈沖ΦΙ Τ變?yōu)橛?效狀態(tài)，四個像素共用的復(fù)位晶體管23變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，由此四個像素共用的FD部25的電 位被復(fù)位為選擇電源SELVdd的第二電壓電平Vdd。并且，此時的FD部25的電位作為第二行的像素20-2的復(fù)位電平通過放大晶體管24被輸出給垂直信號線122。然后，在復(fù)位脈沖ΦΙ Τ轉(zhuǎn)變?yōu)闊o效狀態(tài)后，在時刻t22第二行的轉(zhuǎn)移脈沖c^TRF2 變?yōu)橛行顟B(tài)，由此像素20-2的轉(zhuǎn)移晶體管22-2變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。由此，由光電二極管21-2 進行了光電轉(zhuǎn)換的信號電荷通過轉(zhuǎn)移晶體管22-2被轉(zhuǎn)移到FD部25。并且，此時的FD部25 的電位作為第二行的像素20-2的信號電平通過放大晶體管24被輸出給垂直信號線122。然后，在時刻t23復(fù)位脈沖Φ RST變?yōu)橛行顟B(tài)，然后在時刻t24選擇電 源SELVdd 從第二電壓電平Vdd切換為第一電壓電平0. 8V,由此第一行 第四行的各像素變?yōu)榉沁x擇 狀態(tài)。然后，在時刻131選擇電源SELVdd從第一電壓電平0.8V切換為第二電壓電平 Vdd，由此第一行 第四行的各像素再次變?yōu)檫x擇狀態(tài)。與此同時，復(fù)位脈沖ΦΙ Τ變?yōu)橛?效狀態(tài)，四個像素共用的復(fù)位晶體管23變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，由此四個像素共用的FD部25的電 位被復(fù)位為選擇電源SELVdd的第二電壓電平Vdd。并且，此時的FD部25的電位作為第三 行的像素20-3的復(fù)位電平通過放大晶體管24被輸出給垂直信號線122。然后，在復(fù)位脈沖ΦΙ Τ轉(zhuǎn)變?yōu)闊o效狀態(tài)后，在時刻t32第三行的轉(zhuǎn)移脈沖c^TRF3 變?yōu)橛行顟B(tài)，由此像素20-3的轉(zhuǎn)移晶體管22-3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。由此，由光電二極管21-3 進行了光電轉(zhuǎn)換的信號電荷通過轉(zhuǎn)移晶體管22-3被轉(zhuǎn)移到FD部25。并且，此時的FD部25 的電位作為第三行的像素20-3的信號電平通過放大晶體管24被輸出給垂直信號線122。然后，在時刻t33復(fù)位脈沖Φ RST變?yōu)橛行顟B(tài)，然后在時刻t34選擇電源SELVdd 從第二電壓電平Vdd切換為第一電壓電平0. 8V,由此第一行 第四行的各像素變?yōu)榉沁x擇 狀態(tài)。然后，在時刻t41選擇電源SELVdd從第一電壓電平0.8V切換為第二電壓電平 Vdd，由此第一行 第四行的各像素再次變?yōu)檫x擇狀態(tài)。與此同時，復(fù)位脈沖ΦΙ Τ變?yōu)橛?效狀態(tài)，四個像素共用的復(fù)位晶體管23變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，由此四個像素共用的FD部25的電 位被復(fù)位為選擇電源SELVdd的第二電壓電平Vdd。并且，此時的FD部25的電位作為第四 行的像素20-4的復(fù)位電平通過放大晶體管24被輸出給垂直信號線122。然后，在復(fù)位脈沖ΦΙ Τ轉(zhuǎn)變?yōu)闊o效狀態(tài)后，在時刻t42第四行的轉(zhuǎn)移脈沖c^TRF4 變?yōu)橛行顟B(tài)，由此像素20-4的轉(zhuǎn)移晶體管22-4變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。由此，由光電二極管21-4 進行了光電轉(zhuǎn)換的信號電荷通過轉(zhuǎn)移晶體管22-4被轉(zhuǎn)移到FD部25。并且，此時的FD部25 的電位作為第四行的像素20-4的信號電平通過放大晶體管24被輸出給垂直信號線122。然后，在時刻t43復(fù)位脈沖Φ RST變?yōu)橛行顟B(tài)，然后在時刻t44選擇電源SELVdd 從第二電壓電平Vdd切換為第一電壓電平0. 8V,由此第一行 第四行的各像素變?yōu)榉沁x擇 狀態(tài)。此后，以四行為單位，將上述一系列的電路動作對于所有的像素行重復(fù)執(zhí)行。在采用上述多個像素共有結(jié)構(gòu)的像素電路中，復(fù)位晶體管23的漏極也與選擇電 源SELVdd連接，并且也能夠通過切換選擇電源SELVdd的電源電位來控制FD部25的電位。 因此，通過將上述實施例1、2的驅(qū)動方法應(yīng)用于采用該多個像素共有結(jié)構(gòu)的像素電路，能 夠抑制溢出并能夠抑制會導(dǎo)致機械快門動作發(fā)生問題的飽和電荷量的減少。
權(quán)利要求
一種固態(tài)攝像裝置，包括像素陣列部，配置有多個像素，所述像素將通過機械快門選擇性地入射的光轉(zhuǎn)換為電荷蓄積在蓄積部中并具有釋放超過了該蓄積部的飽和電荷量的電荷的溢流路徑；以及驅(qū)動部，同時復(fù)位所述像素陣列部的所有像素并開始曝光，在曝光期間內(nèi)將所述溢流路徑保持為開放的狀態(tài)，之后在從關(guān)閉所述機械快門而結(jié)束曝光開始到從所述像素讀取信號為止的期間內(nèi)將所述溢流路徑向封閉的方向驅(qū)動。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述驅(qū)動部在所述曝光期間內(nèi)將所述溢流路徑的出口側(cè)的電勢保持為高的狀態(tài)，在從 關(guān)閉所述機械快門而結(jié)束曝光開始到從所述像素讀取信號為止的期間內(nèi)將所述溢流路徑 的出口側(cè)的電勢保持為低的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述溢流路徑由將作為路徑入口的所述蓄積部作為源極區(qū)域并將作為路徑出口的擴 散層作為漏極區(qū)域的場效應(yīng)晶體管形成。
4.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述場效應(yīng)晶體管是將蓄積在所述蓄積部中的電荷轉(zhuǎn)移到所述擴散層的轉(zhuǎn)移晶體管。
5.如權(quán)利要求4所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述像素具有復(fù)位晶體管，所述復(fù)位晶體管將所述擴散層作為一個主電極，其另一個 主電極與電源電位可變的電源布線連接，所述驅(qū)動部通過切換經(jīng)由所述復(fù)位晶體管從所述電源布線提供給所述擴散層的電源 電位，將所述溢流路徑向封閉的方向驅(qū)動。
6.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)攝像裝置，其中，所述驅(qū)動部在關(guān)閉了所述機械快門后切換所述電源電位。
7.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)攝像裝置，其中，在提供給所述擴散層的電源電位切換了時，所述轉(zhuǎn)移晶體管的柵極下的溝道的電勢由 于電容耦合而變低，由此所述溢流路徑向封閉的方向變動，所述電容耦合是由于介于所述 擴散層與所述溝道之間的寄生電容而產(chǎn)生的。
8.一種固態(tài)攝像裝置的驅(qū)動方法，其中，所述固態(tài)攝像裝置包括配置有多個像素的像素陣列部，所述像素將通過機械快門選擇 性地入射的光轉(zhuǎn)換為電荷蓄積在蓄積部中并具有釋放超過了該蓄積部的飽和電荷量的電 荷的溢流路徑，在所述驅(qū)動方法中，同時復(fù)位所述像素陣列部的所有像素并開始曝光，在曝光期間內(nèi) 將所述溢流路徑保持為開放的狀態(tài)，之后在從關(guān)閉所述機械快門而結(jié)束曝光開始到從所述 像素讀取信號為止的期間內(nèi)將所述溢流路徑向封閉的方向驅(qū)動。
9.一種攝像裝置，包括機械快門，選擇性地獲取入射光；以及固態(tài)攝像裝置，包括配置有多個像素的像素陣列部，所述像素將通過所述機械快門選 擇性地入射的光轉(zhuǎn)換為電荷蓄積在蓄積部中并具有釋放超過了該蓄積部的飽和電荷量的 電荷的溢流路徑，所述固態(tài)攝像裝置同時復(fù)位所述像素陣列部的所有像素并開始曝光，在 曝光期間內(nèi)將所述溢流路徑保持為開放的狀態(tài)，之后在從關(guān)閉所述機械快門而結(jié)束曝光開始到從所述像素讀取信號為止的期間內(nèi)將所述溢流路徑向封閉的方向驅(qū)動。
10. 一種攝像裝置的驅(qū)動方法，所述攝像裝置包括 機械快門，選擇性地獲取入射光；以及固態(tài)攝像裝置，包括配置有多個像素的像素陣列部，所述像素將通過所述機械快門選 擇性地入射的光轉(zhuǎn)換為電荷蓄積在蓄積部中并具有釋放超過了該蓄積部的飽和電荷量的 電荷的溢流路徑；在所述驅(qū)動方法中，同時復(fù)位所述像素陣列部的所有像素并開始曝光，在曝光期間內(nèi) 將所述溢流路徑保持為開放的狀態(tài)，之后在從關(guān)閉所述機械快門而結(jié)束曝光開始到從所述 像素讀取信號為止的期間內(nèi)將所述溢流路徑向封閉的方向驅(qū)動。
全文摘要
本發(fā)明提供一種固態(tài)攝像裝置、固態(tài)攝像裝置的驅(qū)動方法以及攝像裝置。同時復(fù)位像素陣列部的所有像素并開始曝光，在曝光期間內(nèi)將溢流路徑保持為開放的狀態(tài)。之后，在從關(guān)閉機械快門而結(jié)束曝光開始到從像素讀取信號為止的期間內(nèi)，降低FD部的電位，轉(zhuǎn)移晶體管(22)的柵極下的溝道的電勢由于此時因寄生電容(C)產(chǎn)生的電容耦合而變低。即，通過降低FD部的電位時的電容耦合，將溢流路徑向封閉的方向驅(qū)動。由此，在使用機械快門來執(zhí)行所有像素同時曝光時，抑制了越是靠后讀取的像素、關(guān)閉了機械快門后的像素內(nèi)的電荷越是減少的現(xiàn)象。
文檔編號H04N5/376GK101835001SQ20101010582
公開日2010年9月15日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月28日
發(fā)明者坂野賴人, 柳田剛志, 馬淵圭司 申請人:索尼公司