相關(guān)申請的交叉引用

包括本說明書、附圖和說明書摘要的于2015年12月28日提交的日本專利申請no.2015-256229的公開內(nèi)容通過引用整體地結(jié)合在本文中。

背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及圖像感測裝置，并且例如，涉及一種在從光電二極管讀出電荷信號(hào)之前重置電荷被保持的浮置擴(kuò)散的圖像感測裝置。

目前成像裝置(諸如相機(jī))使用cmos傳感器作為圖像感測裝置并且輸出由該圖像感測裝置獲取的圖像作為捕獲的數(shù)據(jù)。在日本專利no.4048415中公開了該圖像感測裝置的示例。

日本專利no.4048415中所公開的圖像感測裝置包括產(chǎn)生與接收光的量相對應(yīng)的電荷的光電轉(zhuǎn)換元件、將由該光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散的轉(zhuǎn)移門單元、向輸出信號(hào)線輸出與浮置擴(kuò)散的電壓相對應(yīng)的電信號(hào)的放大器以及重置浮置擴(kuò)散的電壓的重置單元。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

日本專利no.4048415的圖像感測裝置使用源極耦合到浮置擴(kuò)散并且電源電壓被供應(yīng)給漏極的nmos晶體管(在下文中，被稱為重置晶體管)作為重置單元。并且，在日本專利no.4048415的圖像感測裝置中，在浮置擴(kuò)散的電壓被重置之前，浮置擴(kuò)散和光電轉(zhuǎn)換元件被重置的第一重置操作被執(zhí)行。此后，在從光電轉(zhuǎn)換元件讀出電荷之前，浮置擴(kuò)散被再次重置的第二重置操作被執(zhí)行。在那些重置操作被執(zhí)行的情況下，漏電流在第一重置操作與第二重置操作之間的時(shí)段期間從重置晶體管流入浮置擴(kuò)散，從而導(dǎo)致浮置擴(kuò)散的電壓的增加。因此，利用日本專利no.4048415中所描述的技術(shù)，不可能在第二重置操作中將重置晶體管的柵極-源極電壓升高至閾值電壓或更高電壓，使得不能夠?qū)⒏≈脭U(kuò)散重置為預(yù)期的電壓。

其它問題和新穎特征從此說明書和附圖的描述中將是顯而易見的。

根據(jù)實(shí)施例，圖像感測裝置包括在浮置擴(kuò)散被重置時(shí)切換要供應(yīng)給浮置擴(kuò)散的電壓的重置電路。該重置電路在光電轉(zhuǎn)換元件被用光曝光的曝光時(shí)段之前執(zhí)行的第一重置操作中向浮置擴(kuò)散供應(yīng)基于電源電壓而產(chǎn)生的第一重置電壓。在光電轉(zhuǎn)換元件被用光曝光的曝光時(shí)段期間執(zhí)行的第二重置操作中，該重置電路向浮置擴(kuò)散供應(yīng)基于比電源電壓低的重置校正電壓而產(chǎn)生的第二重置電壓，然后供應(yīng)第一重置電壓。

根據(jù)該實(shí)施例，所述圖像感測裝置能夠消除浮置擴(kuò)散的重置電壓的偏移。

附圖說明

圖1是包括根據(jù)第一實(shí)施例的圖像感測裝置的相機(jī)系統(tǒng)的框圖。

圖2示意性地圖示根據(jù)第一實(shí)施例的圖像感測裝置的平面布局。

圖3是根據(jù)第一實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的電路圖。

圖4是圖示根據(jù)第一實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的操作的定時(shí)圖。

圖5是根據(jù)第二實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的電路圖。

圖6是圖示根據(jù)第二實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的操作的定時(shí)圖。

圖7是根據(jù)第三實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的電路圖。

圖8是圖示根據(jù)第三實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的操作的定時(shí)圖。

圖9是根據(jù)第四實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的電路圖。

圖10是圖示根據(jù)第四實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的操作的定時(shí)圖。

圖11是根據(jù)第五實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的電路圖。

圖12是根據(jù)第六實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的電路圖。

圖13是根據(jù)第一實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的修改例的電路圖。

圖14是根據(jù)第三實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的修改例的電路圖。

具體實(shí)施方式

第一實(shí)施例

在以下描述和附圖中，省略和簡化是為了酌情澄清說明而做出的。另外，在附圖中，相同的組件被標(biāo)記有相同的附圖標(biāo)記，并且必要時(shí)省略冗余描述。

<相機(jī)系統(tǒng)的描述>

圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的相機(jī)系統(tǒng)1的框圖。如圖1中所圖示，相機(jī)系統(tǒng)1包括變焦透鏡11、光圈12、固定透鏡13、聚焦透鏡14、圖像感測裝置15、變焦透鏡致動(dòng)器16、聚焦透鏡致動(dòng)器17、信號(hào)處理電路18、系統(tǒng)控制mcu19、監(jiān)視器和存儲(chǔ)裝置。監(jiān)視器和存儲(chǔ)裝置用于確認(rèn)并存儲(chǔ)由相機(jī)系統(tǒng)1捕獲的圖像，并且可以被設(shè)置在與相機(jī)系統(tǒng)1分開的系統(tǒng)上。

變焦透鏡11、光圈12、固定透鏡13和聚焦透鏡14形成相機(jī)系統(tǒng)1的透鏡組。變焦透鏡11的位置能夠由變焦透鏡致動(dòng)器16改變。聚焦透鏡14的位置能夠由聚焦透鏡致動(dòng)器17改變。在相機(jī)系統(tǒng)1中，透鏡分別由所關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器移動(dòng)，以改變變焦放大率和聚焦，并且光圈12被操作以改變?nèi)肷涔獾牧俊?/p>

變焦透鏡致動(dòng)器16基于從系統(tǒng)控制mcu19輸出的變焦控制信號(hào)szc來移動(dòng)變焦透鏡11。聚焦透鏡致動(dòng)器17基于從系統(tǒng)控制mcu19輸出的聚焦控制信號(hào)sfc來移動(dòng)聚焦透鏡14。光圈12通過從系統(tǒng)控制mcu19輸出的光圈控制信號(hào)sdc來調(diào)整孔徑量。

圖像感測裝置15包括光接收元件，諸如光電二極管，并且將從該光接收元件獲取的光接收像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值并輸出圖像數(shù)據(jù)do。并且，圖像感測裝置15分析從圖像感測裝置15輸出的圖像數(shù)據(jù)do以輸出表示圖像數(shù)據(jù)do的特性的圖像字符數(shù)據(jù)dci。這個(gè)圖像字符數(shù)據(jù)dci包含稍后所描述的自動(dòng)聚焦處理中所獲取的兩個(gè)圖像。另外，圖像感測裝置15基于從系統(tǒng)控制mcu19供應(yīng)的傳感器控制信號(hào)ssc來執(zhí)行每個(gè)像素的圖像數(shù)據(jù)do的增益控制、圖像數(shù)據(jù)do的曝光控制以及圖像數(shù)據(jù)do的hdr(高動(dòng)態(tài)范圍)控制。稍后將描述圖像感測裝置15的細(xì)節(jié)。

信號(hào)處理電路18針對從圖像感測裝置15接收到的圖像數(shù)據(jù)do執(zhí)行圖像處理(例如，圖像校正)并且輸出圖像數(shù)據(jù)dimg。信號(hào)處理電路18分析所接收到的圖像數(shù)據(jù)do并且輸出顏色空間數(shù)據(jù)dcd。例如，顏色空間數(shù)據(jù)dcd包含圖像數(shù)據(jù)do的亮度信息和顏色信息。

系統(tǒng)控制mcu19基于從圖像感測裝置15輸出的圖像字符數(shù)據(jù)dci來控制透鏡組的聚焦。更具體地，系統(tǒng)控制mcu19將聚焦控制信號(hào)sfc輸出到聚焦透鏡致動(dòng)器17，從而控制透鏡組的聚焦。系統(tǒng)控制mcu19將光圈控制信號(hào)sdc輸出到光圈12以調(diào)整光圈12的孔徑量。另外，系統(tǒng)控制mcu19依照從外部提供的變焦指令來產(chǎn)生變焦控制信號(hào)szc并且將該變焦控制信號(hào)szc輸出到變焦透鏡致動(dòng)器16，從而控制透鏡組的變焦放大率。

更具體地，當(dāng)變焦透鏡11由變焦透鏡致動(dòng)器16移動(dòng)時(shí)，聚焦被移位。因此，系統(tǒng)控制mcu19基于包含在從圖像感測裝置15獲取的圖像字符數(shù)據(jù)dci中的兩個(gè)圖像來計(jì)算兩個(gè)對象之間的位置相位差，并且基于這個(gè)位置相位差來計(jì)算透鏡組的離焦量。系統(tǒng)控制mcu19依照這個(gè)離焦量自動(dòng)地調(diào)整聚焦。這個(gè)過程被稱為自動(dòng)聚焦控制。

并且，系統(tǒng)控制mcu19基于包含在從信號(hào)處理電路18輸出的顏色空間數(shù)據(jù)dcd中的亮度信息來計(jì)算指令圖像感測裝置15的曝光設(shè)定的曝光控制值，并且控制圖像感測裝置15的曝光設(shè)定和增益設(shè)定以促使包含在從信號(hào)處理電路18輸出的顏色空間數(shù)據(jù)dcd中的亮度信息更接近于曝光控制值。在這個(gè)控制中，系統(tǒng)控制mcu19可以在曝光設(shè)定發(fā)生改變時(shí)計(jì)算光圈12的控制值。

另外，系統(tǒng)控制mcu19輸出基于來自用戶的指令來調(diào)整圖像數(shù)據(jù)dimg的亮度或顏色的顏色空間控制信號(hào)sic。系統(tǒng)控制mcu19基于從信號(hào)處理電路18獲取的顏色空間數(shù)據(jù)dcd與從用戶提供的信息之間的差異來產(chǎn)生顏色空間控制信號(hào)sic。

根據(jù)第一實(shí)施例的相機(jī)系統(tǒng)1具有當(dāng)圖像感測裝置15在自動(dòng)聚焦過程中獲取圖像數(shù)據(jù)do時(shí)控制圖像感測裝置15的方法中的特征中的一個(gè)。因此，在下面更詳細(xì)地描述圖像感測裝置15。

<與圖像感測裝置的操作有關(guān)的描述>

圖2示意性地圖示根據(jù)第一實(shí)施例的圖像感測裝置的平面布局的一部分。圖2僅圖示圖像感測裝置15的平面布局中的像素垂直控制器20、像素陣列21、像素電流源22、放大電路23、ad(模擬至數(shù)字)轉(zhuǎn)換電路24、cds(相關(guān)雙采樣)電路25、水平轉(zhuǎn)移電路26、定時(shí)發(fā)生器27、輸出控制器28以及輸出接口電路29的平面布局。

像素垂直控制器20在逐行基礎(chǔ)上控制按照網(wǎng)格布置在像素陣列21中的像素單元的操作。像素電流源22包括為布置在像素陣列21中的像素單元的每列而提供的電流源。放大電路23執(zhí)行從像素單元讀出的像素信號(hào)的增益調(diào)整。ad轉(zhuǎn)換電路24將經(jīng)歷通過放大電路23的增益調(diào)整的像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。cds電路25將像素信號(hào)的信號(hào)電平減去重置電平以從像素信號(hào)中去除噪聲。水平轉(zhuǎn)移電路26從最接近于輸出控制器28的像素單元的像素信號(hào)起按順序?qū)⒁淹ㄟ^cds電路25去除了噪聲的像素信號(hào)轉(zhuǎn)移到輸出控制器28。定時(shí)發(fā)生器27控制像素垂直控制器20、像素電流源22、放大電路23、ad轉(zhuǎn)換電路24和cds電路25操作的相應(yīng)定時(shí)。輸出控制器28將由水平轉(zhuǎn)移電路26轉(zhuǎn)移的像素信號(hào)輸出到輸出接口電路29。輸出接口電路29是圖像感測裝置15的輸出接口電路。

<像素單元的配置的描述>

根據(jù)第一實(shí)施例的圖像感測裝置具有布置在像素陣列21中的像素單元中的特征中的一個(gè)。因此，在下面更詳細(xì)地描述像素單元。圖3是根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1的電路圖。在圖3中，像素垂直控制器20被圖示以用于說明提供給像素單元1的每個(gè)元件的控制信號(hào)。并且，在圖3中圖示了耦合到像素單元1的輸出線的電流源35。這個(gè)電流源35是包括在圖2中的像素電流源22中的電流源中的一個(gè)。另外，在圖3中，指示以下描述中所使用的電壓的符號(hào)被示出有圓括號(hào)。

如圖3中所圖示，根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1包括光電轉(zhuǎn)換元件(例如，光電二極管31)、轉(zhuǎn)移晶體管32、放大晶體管33、選擇晶體管34和重置電路36。

光電二極管31產(chǎn)生與入射在圖像感測裝置15上的光的量相對應(yīng)的電荷。轉(zhuǎn)移晶體管32從光電二極管31讀出電荷。在轉(zhuǎn)移晶體管32中，光電二極管31耦合到源極，漏極耦合到浮置擴(kuò)散fd，并且讀出控制信號(hào)tx被供應(yīng)給柵極。浮置擴(kuò)散fd使經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管32讀出的電荷保持在其中。放大晶體管33在其柵極處耦合到浮置擴(kuò)散fd，在其漏極處耦合到電源線pwr，并且在其源極處耦合到輸出線。放大晶體管33輸出具有與保持在浮置擴(kuò)散fd中的電荷的量相對應(yīng)的電壓的像素信號(hào)vo。選擇晶體管34被設(shè)置在放大晶體管33的源極與輸出線之間。選擇信號(hào)sel被供應(yīng)給選擇晶體管34的柵極。在像素單元1中，用來傳送像素信號(hào)vo的線是輸出線，并且被共同地設(shè)置到在像素陣列21中的同一行中布置的像素單元1。電流源35被設(shè)置在選擇晶體管34與用來傳送接地電壓的地線之間。

重置電路36在浮置擴(kuò)散fd被重置時(shí)切換要供應(yīng)給浮置擴(kuò)散fd的電壓。重置電路36包括重置晶體管41和重置電壓控制電路42。重置晶體管41在其漏極處耦合到電源線r_pwr并且在其源極處耦合到浮置擴(kuò)散fd，并且重置控制信號(hào)rst被供應(yīng)給其柵極。重置晶體管41切換要經(jīng)由重置電源線r_pwr供應(yīng)給重置晶體管41的漏極的電壓。在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，重置電源線r_pwr被與電源線pwr單獨(dú)地提供。因此，在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，與電源電壓vdd不同的電壓在重置浮置擴(kuò)散fd的操作中被供應(yīng)給重置晶體管41的漏極。

在圖3的示例中，像素垂直控制器20輸出讀出控制信號(hào)tx、選擇信號(hào)sel、重置控制信號(hào)rst以及要經(jīng)由重置電源線r_pwr供應(yīng)給重置晶體管41的漏極的電壓。這是因?yàn)檫@些信號(hào)和電壓被共同地供應(yīng)給在像素陣列21中的同一條線中布置的像素單元1。像素垂直控制器20包括輸出重置控制信號(hào)rst的重置控制電路。假定了在圖3的示例中，重置電壓控制電路42被包括在像素垂直控制器20。

重置控制電路將重置控制信號(hào)rst供應(yīng)給重置電路36以使重置電路執(zhí)行以下操作。在用于利用光使光電二極管31曝光的曝光時(shí)段之前重置浮置擴(kuò)散fd和光電轉(zhuǎn)換元件的第一重置操作中，重置電路36基于重置控制信號(hào)rst向浮置擴(kuò)散fd供應(yīng)基于電源電壓vdd而產(chǎn)生的第一重置電壓。在用于利用光使光電二極管31曝光的曝光時(shí)段期間重置浮置擴(kuò)散fd的第二重置操作中，重置電路36向浮置擴(kuò)散fd供應(yīng)基于比電源電壓vdd低的重置校正電壓vrsl而產(chǎn)生的第二重置電壓，然后將第一重置電壓供應(yīng)給浮置擴(kuò)散fd。在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，重置校正電壓vrsl被設(shè)定為比通過將電源電壓vdd減去重置晶體管41的閾值電壓vth而獲得的電壓低。

接下來，描述根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1的操作。圖4是圖示根據(jù)第一實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的操作的定時(shí)圖。注意，圖4的定時(shí)圖僅圖示在圖像感測裝置中從像素單元1讀出像素信號(hào)vo的操作。

如圖4中所圖示，在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，針對光電二極管31的曝光操作在完成第一重置操作(例如，pd重置)時(shí)被執(zhí)行。并且，根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1在曝光時(shí)段期間執(zhí)行第二重置操作(例如，fd重置)。根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1然后在完成fd重置之后執(zhí)行暗電平讀出操作。此后，根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1執(zhí)行讀出像素信號(hào)的操作。在下面詳細(xì)地描述根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1的操作的這個(gè)系列。

首先，在pd重置中，像素垂直控制器20將重置控制信號(hào)rst和讀出控制信號(hào)tx從低電平(例如，接地電壓)切換到高電平(例如，電源電壓vdd)，以使重置晶體管41和轉(zhuǎn)移晶體管32導(dǎo)通。并且，在pd重置中，重置電壓控制電路42經(jīng)由重置電源線r_pwr將電源電壓vdd供應(yīng)給重置晶體管41的漏極。因此，通過將電源電壓vdd減去重置晶體管41的閾值電壓vth而獲得的第一重置電壓(vdd-vth)被供應(yīng)給浮置擴(kuò)散fd和光電二極管31。通過這個(gè)操作，在pd重置中，在先前循環(huán)期間保持在光電二極管31中的電荷被放電，使得光電二極管31被重置。像素垂直控制器20然后將重置控制信號(hào)rst和讀出控制信號(hào)tx從高電平切換到低電平，從而結(jié)束pd重置。利用轉(zhuǎn)移晶體管32的截止，針對光電二極管31的曝光開始。

在fd重置中，首先，像素垂直控制器20中的重置電壓控制電路42將要經(jīng)由重置電源線r_pwr供應(yīng)給重置晶體管41的漏極的電壓設(shè)定為重置校正電壓vrsl。這個(gè)重置校正電壓vrsl比像素垂直控制器20在fd重置時(shí)段期間供應(yīng)給重置晶體管41的重置控制信號(hào)rst的電壓vhrs低了重置晶體管41的閾值電壓vth或更多。也就是說，重置校正電壓vrsl被設(shè)定成滿足vrsl<vhrs-vth。在重置校正電壓vrsl被供應(yīng)給重置晶體管41的漏極的同時(shí)，像素垂直控制器20將重置控制信號(hào)rst從低電平(例如，接地電壓)切換到高電平(例如，電壓vhrs)。例如，這個(gè)電壓vhrs被設(shè)定為與電源電壓vdd相同的電位。由此，從其朝向重置電源線r_pwr(即，從重置晶體管41的源極到漏極)汲取出電荷的浮置擴(kuò)散fd的電壓vfd變成第二重置電壓(例如，重置校正電壓vrsl)。

另外，在fd重置中，在浮置擴(kuò)散fd的電壓vfd被設(shè)定為重置校正電壓vrsl之后，在像素垂直控制器20使重置晶體管41保持在導(dǎo)通狀態(tài)下的同時(shí)，重置電壓控制電路42將要供應(yīng)給重置晶體管41的漏極的電壓切換到電源電壓vdd。因此，浮置擴(kuò)散fd的電壓vfd變成通過將電源電壓vdd減去重置晶體管41的閾值電壓vth而獲得的第一重置電壓(vdd-vth)。通過由像素垂直控制器20將重置控制信號(hào)rst從高電平切換到低電平，重置浮置擴(kuò)散fd的fd重置完成。

在暗電平讀出操作中，經(jīng)重置的浮置擴(kuò)散fd的電壓電平作為暗電平的值被讀出。具體地，在暗電平讀出操作中，選擇信號(hào)sel被從低電平切換到高電平，并且與處于重置狀態(tài)的浮置擴(kuò)散fd的電壓電平相對應(yīng)的暗電平電壓vdark作為像素信號(hào)vo被讀出。

在像素信號(hào)讀出操作中，首先，讀出控制信號(hào)tx被從低電平切換到高電平，使得保持在光電二極管31中的電荷被讀出到浮置擴(kuò)散fd。這降低浮置擴(kuò)散fd的電位。此后，讀出控制信號(hào)tx被從高電平切換到低電平，并且選擇信號(hào)sel然后被從低電平切換到高電平。因此，基于讀出到浮置擴(kuò)散fd的電荷而產(chǎn)生的像素信號(hào)vo被輸出到輸出線。

如上所述，在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，重置控制信號(hào)rst、讀出控制信號(hào)tx、選擇信號(hào)sel以及經(jīng)由重置電源線r_pwr供應(yīng)給重置晶體管41的漏極的電壓中的全部是電源電壓vdd或更低。

根據(jù)以上描述，在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，在fd重置中，浮置擴(kuò)散fd的電壓被一次設(shè)定為比通過將電源電壓vdd減去重置晶體管41的閾值電壓vth而獲得的電壓(vdd-vth)低的重置校正電壓vrsl。并且，在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，在被用重置電壓vrsl重置之后，浮置擴(kuò)散fd被用通過將電源電壓vdd減去閾值電壓vth而獲得的第一重置電壓重置。因此，根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1能夠在不受在fd重置中流向浮置擴(kuò)散fd的重置晶體管41的漏電流影響的情況下減小重置電平的變形。

這里，具體地描述浮置擴(kuò)散fd的重置電平的變形。如圖4中所圖示，從pd重置的完成到fd重置的開始花費(fèi)預(yù)定時(shí)間。因此，即使能夠在pd重置中將浮置擴(kuò)散fd的電壓電平設(shè)定為重置電平，當(dāng)漏電流在pd重置的完成與fd重置的開始之間經(jīng)由重置晶體管41流入浮置擴(kuò)散fd時(shí)，浮置擴(kuò)散fd的電壓vfd也可能變得比通過將電源電壓vdd減去重置晶體管41的閾值電壓vth而獲得的電壓高。在具有與電源電壓vdd相同的電位的重置控制信號(hào)rst被供應(yīng)給其中電源電壓vdd被供應(yīng)給漏極的重置晶體管41的柵極的情況下，在發(fā)生電壓vfd的以上增加的同時(shí)，跨越重置晶體管41的柵極和源極的電壓變成閾值電壓vth或更低，使得重置晶體管41未被導(dǎo)通。因此，當(dāng)因?yàn)槁╇娏饕呀?jīng)發(fā)生電壓vfd的增加時(shí)，不能夠在fd重置中將浮置擴(kuò)散fd的電壓vfd重置為預(yù)期的重置電平。另外，重置晶體管41的漏電流具有由于溫度的變形、由于工藝的變形以及由于電源電壓的變形，并且因此浮置擴(kuò)散fd的重置電平的變形是取決于導(dǎo)致變形的這些因素而導(dǎo)致的。

然而，在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，在fd重置中，浮置擴(kuò)散fd的電壓vfd被一次降低至比重置電平低的第二重置電壓(例如，重置校正電壓vrsl)，并且此后將被原先執(zhí)行的針對浮置擴(kuò)散fd的重置操作被執(zhí)行。由此，根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1能夠減小通過重置晶體管41的漏電流所導(dǎo)致的浮置擴(kuò)散fd的重置電平的變化。

另外，在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，分別供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管32、放大晶體管33、選擇晶體管34和重置晶體管41的柵極的電壓的最大值變成電源電壓vdd。也就是說，根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1能夠在用于在不對晶體管施加過電壓的情況下補(bǔ)償擊穿電壓的電壓范圍內(nèi)使用形成像素單元1的晶體管。這能夠在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1方面改進(jìn)圖像感測裝置15的可靠性。此外，根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1能夠在不使用能夠經(jīng)受比電源電壓vdd高的電壓的施加的擊穿電壓元件的情況下使用具有與電源電壓vdd相對應(yīng)的擊穿電壓的通常的元件。因此，能夠減小電路規(guī)模。

與這個(gè)過電壓有關(guān)的問題被具體地描述。作為用于基于重置晶體管41的漏電流在不受浮置擴(kuò)散fd的電壓vfd的前述增加影響的情況下減小浮置擴(kuò)散fd的重置電平的變形的一個(gè)方法，能夠考慮要在fd重置中供應(yīng)給重置晶體管41的柵極的重置控制信號(hào)rst的電壓被設(shè)定為比電源電壓vdd高的方法。然而，在重置控制信號(hào)rst的電壓被設(shè)定為比電源電壓vdd高的情況下，重置晶體管41中的跨越柵極和源極施加的電壓、跨越柵極和背柵極的電壓等可以超過為重置晶體管41而確定的擊穿電壓以導(dǎo)致重置晶體管41的擊穿。為了防止重置晶體管41的這個(gè)擊穿，有必要將具有高擊穿電壓的晶體管用作重置晶體管41。

然而，在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，即使每個(gè)控制信號(hào)的最大電壓被設(shè)定為電源電壓vdd也能夠減小浮置擴(kuò)散fd的重置電平的變形。因此，根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1能夠僅由具有和電源電壓vdd匹配的擊穿電壓的晶體管形成。另外，通過避免過電流的施加，根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1能夠具有改進(jìn)的可靠性。

此外，圖13是作為根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1的修改的像素單元1a的電路圖。圖13中所圖示的像素單元1a被配置為使得選擇晶體管耦合在電源線pwr與放大晶體管33的漏極之間。并且在這個(gè)像素單元1a中，通過將重置校正電壓vrsl供應(yīng)給重置晶體管41的源極，能夠像在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中一樣減小重置晶體管41的漏電流的效果，從而減小重置電平的變形。另外，同樣在稍后所描述的實(shí)施例中，能夠切換放大晶體管和選擇晶體管。

第二實(shí)施例

在第二實(shí)施例中，描述了作為與根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1不同的實(shí)施例的像素單元2。圖5是根據(jù)第二實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元2的電路圖。

如圖5中所圖示，根據(jù)第二實(shí)施例的像素單元2是通過將另一對光電二極管31和轉(zhuǎn)移晶體管32添加到根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1而獲得的。在圖5中，第一實(shí)施例中所描述的光電二極管31和轉(zhuǎn)移晶體管32分別用311和321標(biāo)記。并且，在圖5中，第二實(shí)施例中添加的光電二極管31和轉(zhuǎn)移晶體管32分別用312和322標(biāo)記。另外，要供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管321的讀出控制信號(hào)用tx1標(biāo)記，并且要供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管322的讀出控制信號(hào)用tx2標(biāo)記。

接下來，描述根據(jù)第二實(shí)施例的像素單元2的操作。圖6是說明根據(jù)第二實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的操作的定時(shí)圖。

如圖6中所圖示，在根據(jù)第二實(shí)施例的像素單元2中，pd1重置和pd2重置被按順序執(zhí)行，使得光電二極管311和312被按順序重置。這些pd1重置和pd2重置是與參考圖4所描述的pd重置相同的操作。

在第二實(shí)施例中，在完成兩個(gè)光電二極管的重置之后，fd重置、暗電平讀出操作以及像素信號(hào)讀出操作被按照該順序執(zhí)行以便從已被首先重置的光電二極管311讀出像素信號(hào)。在完成從光電二極管311讀出像素信號(hào)之后，fd重置、暗電平讀出操作以及像素信號(hào)讀出操作被按照該順序執(zhí)行以便從光電二極管312讀出像素信號(hào)。并且在第二實(shí)施例中，fd重置、暗電平讀出操作以及像素信號(hào)讀出操作與參考圖4所描述的第一實(shí)施例中的fd重置、暗電平讀出操作以及像素信號(hào)讀出操作基本上相同。

根據(jù)以上描述，在第二實(shí)施例中，為兩個(gè)光電二極管提供一組放大晶體管33、選擇晶體管34和重置電路36就足夠了。因此，能夠減小一個(gè)光電二極管所需要的晶體管的數(shù)目，使得能夠減小電路規(guī)模。

第三實(shí)施例

在第三實(shí)施例中，描述了作為與根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1不同的實(shí)施例的像素單元3。圖7是根據(jù)第三實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的電路圖。

如圖7中所圖示，根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3是通過用重置電路37替換根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中的重置電路36而獲得的。重置電路37包括第一重置晶體管51和第二重置晶體管52。另外，包括重置控制電路的像素垂直控制器20b輸出讀出控制信號(hào)tx、選擇信號(hào)sel、第一重置控制信號(hào)rsth以及第二重置控制信號(hào)rstl。也就是說，在第三實(shí)施例中，重置控制信號(hào)包括第一重置控制信號(hào)rsth和第二重置控制信號(hào)rstl。

第一重置晶體管51在其漏極處耦合到用來傳送電源電壓vdd的電源線pwr，并且在其源極處耦合到浮置擴(kuò)散fd。第一重置控制信號(hào)rsth被供應(yīng)給第一重置晶體管51的柵極。第二重置晶體管52在其漏極處耦合到浮置擴(kuò)散fd，并且在其源極處耦合到用來傳送重置校正電壓vrsl的重置電源線r_pwr。第二重置控制信號(hào)rstl被供應(yīng)給第二重置晶體管52的柵極。并且在第三實(shí)施例中，重置校正電壓vrsl是比通過將電源電壓vdd減去第一重置晶體管51的閾值電壓vth而獲得的電壓(vdd-vth)低的電壓。

接下來，描述根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3的操作。圖8是說明根據(jù)第三實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元的操作的定時(shí)圖。如圖8中所圖示，同樣在第三實(shí)施例中，pd重置、fd重置、暗電平讀出操作以及像素信號(hào)讀出操作像在第一實(shí)施例中一樣被執(zhí)行。根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3中的fd重置與根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中的fd重置不同，并且因此在下面被描述。

在根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3中的fd重置中，在第一重置控制信號(hào)rsth被置于低電平使得第一重置晶體管51被置于截止?fàn)顟B(tài)的同時(shí)，第二重置控制信號(hào)rstl被從低電平切換到高電平(例如，電壓vhrs)。因此，在根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3中，經(jīng)由重置電源線r_pwr供應(yīng)給第二重置晶體管52的源極的重置校正電壓vrsl被供應(yīng)給浮置擴(kuò)散fd。注意，電壓vhrs具有與電源電壓vdd相同的電位。另外，在根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3中，第二重置晶體管52由nmos晶體管形成，并且重置電源線r_pwr耦合到第二重置晶體管52的源極。因此，通過將具有與電源電壓vdd相同的電位的第二重置控制信號(hào)rstl供應(yīng)給第二重置晶體管52的柵極，能夠?qū)⒅刂眯Ｕ妷簐rsl供應(yīng)給浮置擴(kuò)散fd。

此后，根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3將第二重置控制信號(hào)rstl從高電平切換到低電平并且將第一重置控制信號(hào)rsth從低電平切換到高電平。因此，在根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3中，通過將電源電壓vdd減去第一重置晶體管51的閾值電壓vth而獲得的電壓(vdd-vth)經(jīng)由第一重置晶體管51被供應(yīng)給浮置擴(kuò)散fd，使得浮置擴(kuò)散fd被重置。

根據(jù)以上描述，同樣在根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3中，在經(jīng)由第一重置晶體管51將基于電源電壓vdd的重置電平供應(yīng)給浮置擴(kuò)散fd之前，浮置擴(kuò)散fd的電壓vfd被設(shè)定為重置校正電壓vrsl。因此，同樣在根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3中，能夠像在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中一樣減小浮置擴(kuò)散fd的重置電平的變形。

另外，同樣在根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3中，能夠在每個(gè)控制信號(hào)的最大電壓被設(shè)定為電源電壓vdd或更低的同時(shí)控制晶體管。因此，能夠通過具有和電源電壓vdd匹配的擊穿電壓的晶體管來配置電路，從而減小電路規(guī)模。

此外，在根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1中，重置校正電壓vrsl通過切換要供應(yīng)給重置晶體管41的漏極的電壓而被供應(yīng)給重置晶體管41的漏極。此外，在根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3中，重置校正電壓vrsl被固定地供應(yīng)給第二重置晶體管52的源極。因此，根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3能夠減小電路規(guī)模，因?yàn)橛糜诟淖兪垢≈脭U(kuò)散fd重置的電壓的操作被消除。此外，因?yàn)楦淖兪垢≈脭U(kuò)散fd重置的電壓的操作被消除，所以如與根據(jù)第一實(shí)施例的像素單元1相比，根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3能夠減小功耗。

此外，圖14是作為根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3的修改的像素單元的電路圖。圖14中所圖示的像素單元被配置為使得選擇晶體管34耦合在電源線pwr與放大晶體管33的漏極之間。

第四實(shí)施例

在第四實(shí)施例中，描述了作為與根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3不同的實(shí)施例的像素單元4。圖9是根據(jù)第四實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元4的電路圖。

如圖9中所圖示，根據(jù)第四實(shí)施例的像素單元4是通過將另一對光電二極管31和轉(zhuǎn)移晶體管32添加到根據(jù)第三實(shí)施例的像素單元3而獲得的。在圖9中，第三實(shí)施例中所描述的光電二極管31和轉(zhuǎn)移晶體管32分別用311和321標(biāo)記。并且，在圖9中，第四實(shí)施例中添加的光電二極管31和轉(zhuǎn)移晶體管32分別用312和322標(biāo)記。另外，要供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管321的讀出控制信號(hào)用tx1標(biāo)記，并且要供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管322的讀出控制信號(hào)用tx2標(biāo)記。

接下來，描述根據(jù)第四實(shí)施例的像素單元4的操作。圖10是說明根據(jù)第四實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元4的操作的定時(shí)圖。

如圖10中所圖示，在根據(jù)第四實(shí)施例的像素單元4中，pd1重置和pd2重置被按順序執(zhí)行，使得光電二極管311和312被按順序重置。這些pd1重置和pd2重置是與參考圖4所描述的pd重置相同的操作。

在第四實(shí)施例中，在完成兩個(gè)光電二極管的重置之后，fd重置、暗電平讀出操作以及像素信號(hào)讀出操作被按照該順序執(zhí)行以便從已被首先重置的光電二極管311讀出像素信號(hào)。在完成從光電二極管311讀出像素信號(hào)之后，fd重置、暗電平讀出操作以及像素信號(hào)讀出操作被按照該順序執(zhí)行以便從光電二極管312讀出像素信號(hào)。并且在第四實(shí)施例中，fd重置、暗電平讀出操作以及像素信號(hào)讀出操作與參考圖8所描述的第三實(shí)施例中的fd重置以及參考圖4所描述的第一實(shí)施例中的暗電平讀出操作和像素信號(hào)讀出操作基本上相同。

根據(jù)以上描述，在第四實(shí)施例中，為兩個(gè)光電二極管提供一組放大晶體管33、選擇晶體管34和重置電路37就足夠了。因此，能夠減小一個(gè)光電二極管所需要的晶體管的數(shù)目，使得能夠減小電路規(guī)模。

第五實(shí)施例

在第五實(shí)施例中，描述了作為與根據(jù)第二實(shí)施例的像素單元2不同的實(shí)施例的像素單元5。圖11是根據(jù)第五實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元5的電路圖。

如圖11中所圖示，根據(jù)第五實(shí)施例的像素單元5是通過將兩對光電二極管31和轉(zhuǎn)移晶體管32添加到根據(jù)第二實(shí)施例的像素單元2而獲得的。在圖11中，第五實(shí)施例中添加的光電二極管31用313和314標(biāo)記，并且第五實(shí)施例中添加的轉(zhuǎn)移晶體管32用323和324標(biāo)記。并且，要供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管323的讀出控制信號(hào)用tx3標(biāo)記，以及要供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管324的讀出控制信號(hào)用tx4標(biāo)記。能夠通過將根據(jù)第二實(shí)施例的像素單元2的操作擴(kuò)大到四個(gè)光電二極管容易地理解根據(jù)第五實(shí)施例的像素單元5的操作，并且因此在這里省略其描述。

在根據(jù)第五實(shí)施例的像素單元5中，四個(gè)光電二極管耦合到一組放大晶體管33、選擇晶體管34和重置電路36。因此，如與第一實(shí)施例和第二實(shí)施例相比，能夠減小電路規(guī)模。

第六實(shí)施例

在第六實(shí)施例中，描述了作為與根據(jù)第四實(shí)施例的像素單元4不同的實(shí)施例的像素單元6。圖12是根據(jù)第六實(shí)施例的圖像感測裝置的像素單元6的電路圖。

如圖12中所圖示，根據(jù)第六實(shí)施例的像素單元6是通過將兩對光電二極管31和轉(zhuǎn)移晶體管32添加到根據(jù)第四實(shí)施例的像素單元4而獲得的。在圖12中，第六實(shí)施例中添加的光電二極管31用313和314標(biāo)記，并且第六實(shí)施例中添加的轉(zhuǎn)移晶體管32用323和324標(biāo)記。并且，要供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管323的讀出控制信號(hào)用tx3標(biāo)記，以及要供應(yīng)給轉(zhuǎn)移晶體管324的讀出控制信號(hào)用tx4標(biāo)記。能夠通過將根據(jù)第四實(shí)施例的像素單元4的操作擴(kuò)大到四個(gè)光電二極管容易地理解根據(jù)第六實(shí)施例的像素單元6的操作，并且因此在這里省略其描述。

在根據(jù)第六實(shí)施例的像素單元6中，四個(gè)光電二極管耦合到一組放大晶體管33、選擇晶體管34和重置電路37。因此，如與第三實(shí)施例和第四實(shí)施例相比，能夠減小電路規(guī)模。

在上文，已經(jīng)以實(shí)施例的方式具體地描述了由本申請的發(fā)明人所做出的本發(fā)明。然而，自然地理解本發(fā)明不限于前述實(shí)施例，并且能夠在不脫離其要點(diǎn)的范圍內(nèi)被以各種方式加以改變。