圖像拾取裝置、圖像拾取系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)圖像拾取裝置的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及圖像拾取裝置、圖像拾取系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)圖像拾取裝置的方法。為了減少差分放大器的共源電壓波動(dòng)并實(shí)現(xiàn)讀取操作的速度提高，提供一種圖像拾取裝置，該圖像拾取裝置包括：包含差分晶體管和電流源的差分放大器，差分晶體管與像素晶體管形成差分對(duì)并且具有斜坡信號(hào)所輸入到的柵極，電流源被配置為供給在差分對(duì)中流動(dòng)的電流；和包含一個(gè)主節(jié)點(diǎn)與像素晶體管的一個(gè)主節(jié)點(diǎn)電連接且另一主節(jié)點(diǎn)與像素晶體管的另一主節(jié)點(diǎn)電連接的偽像素晶體管的偽像素。
【專利說明】
圖像拾取裝置、圖像拾取系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)圖像拾取裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及圖像拾取裝置、圖像拾取系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)圖像拾取裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，在諸如CMOS圖像傳感器的圖像拾取裝置的領(lǐng)域中，對(duì)更高像素計(jì)數(shù)和更高幀率的要求不斷增加。伴隨CMOS工藝小型化技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)了具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的圖像拾取裝置。例如，在日本專利申請(qǐng)公開N0.2005-311487所公開的圖像拾取裝置中，包含于AD轉(zhuǎn)換器中的比較電路具有與單位像素的放大器晶體管一起形成差分對(duì)的差分晶體管。已提出了差分晶體管抵消由基板偏壓效果帶來的閾值電壓波動(dòng)的技術(shù)。
[0003]在日本專利申請(qǐng)公開N0.2005-311487中，由于復(fù)位脈沖或傳輸脈沖的場通噪聲(f ield-through noise)的影響，形成差分對(duì)的晶體管的共源電壓波動(dòng)，由此使圖像質(zhì)量劣化。避免該圖像劣化需要等待共源電壓的可靠地穩(wěn)定化，這妨礙速度的進(jìn)一步提高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種圖像拾取裝置，該圖像拾取裝置包括:分別包含被配置為傳輸通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷的傳輸晶體管、具有所述電荷所輸入到的柵極的像素晶體管和被配置為將像素晶體管的柵極復(fù)位的復(fù)位晶體管的多個(gè)像素;包含差分晶體管和電流源的差分放大器，差分晶體管與像素晶體管形成差分對(duì)并且具有斜坡信號(hào)所輸入到的柵極，電流源與差分對(duì)電連接;和包含偽像素晶體管的偽像素，在偽像素晶體管中，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)與像素晶體管的一個(gè)主節(jié)點(diǎn)電連接且另一主節(jié)點(diǎn)與像素晶體管的另一主節(jié)點(diǎn)電連接。
[0005]從參照附圖對(duì)實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。
【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的圖像拾取裝置的電路框圖。
[0007]圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的一列像素和該列的比較器的電路圖。
[0008]圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作的定時(shí)圖。
[0009]圖4是本發(fā)明的第二實(shí)施例中的一列像素和該列的比較器的電路圖。
[0010]圖5是本發(fā)明的第二實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作的定時(shí)圖。
[0011]圖6是本發(fā)明的第三實(shí)施例中的一列像素和該列的比較器的電路圖。
[0012]圖7是本發(fā)明的第四實(shí)施例中的一列像素和該列的比較器的電路圖。
[0013]圖8是本發(fā)明的第五實(shí)施例中的一列像素和該列的比較器的電路圖。
[0014]圖9是本發(fā)明的第六實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作的定時(shí)圖。
[0015]圖10是本發(fā)明的第七實(shí)施例中的一列像素和該列的比較器的電路圖。
[0016]圖11是本發(fā)明的第七實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作的定時(shí)圖。
[0017]圖12是本發(fā)明的第八實(shí)施例中的一列像素和該列的比較器的電路圖。
[0018]圖13是本發(fā)明的第八實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作的定時(shí)圖。
[0019]圖14是本發(fā)明的第九實(shí)施例中的圖像拾取裝置的電路框圖。
[0020]圖15是本發(fā)明的第十實(shí)施例中的圖像拾取系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。以下描述的本發(fā)明的實(shí)施例中的每一個(gè)可被單獨(dú)地實(shí)現(xiàn)，或者，在必要時(shí)或者在單個(gè)實(shí)施例中組合來自各單個(gè)實(shí)施例的要素或特征有益的情況下，實(shí)現(xiàn)為多個(gè)實(shí)施例或其特征的組合。
[0022](第一實(shí)施例)
[0023]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例中的圖像拾取裝置的電路框圖。本實(shí)施例中的圖像拾取裝置包括像素陣列1、被配置為掃描像素的垂直掃描電路2、被配置為控制圖像拾取裝置的操作的定時(shí)產(chǎn)生器(TG)3、被配置為將像素信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換器4、水平掃描電路5和存儲(chǔ)器6。像素陣列I包含沿行方向和列方向按二維矩陣布置的多個(gè)像素10。為了簡化描述，在圖1中僅示出像素陣列I的有限數(shù)量的像素10，該像素陣列I可包含η行Xm列的像素10。這里的行方向?yàn)閳D中的水平方向，這里的列方向?yàn)閳D中的垂直方向。像素陣列I還可包含被配置為輸出用于焦點(diǎn)檢測的信號(hào)的焦點(diǎn)檢測像素、被配置為輸出用于產(chǎn)生圖像的信號(hào)的圖像拾取像素和被光學(xué)屏蔽的光學(xué)黑色(OB)像素。
[0024]垂直掃描電路2接收來自TG3的控制信號(hào)以掃描和讀取像素陣列I。具體而言，垂直掃描電路2向由水平方向的多個(gè)像素10構(gòu)成的各像素行供給信號(hào)，并且，將像素行的像素信號(hào)讀出到相關(guān)的垂直信號(hào)線VL。讀取的像素信號(hào)在逐列的基礎(chǔ)上通過AD轉(zhuǎn)換器4被從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
[0025]AD轉(zhuǎn)換器4包含比較器40、參照信號(hào)產(chǎn)生單元41、計(jì)數(shù)器42和鎖存器43，并且，執(zhí)行像素信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。參照信號(hào)產(chǎn)生單元41包含數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)產(chǎn)生電路，以產(chǎn)生電壓隨時(shí)間改變的參照信號(hào)(斜坡信號(hào))。各比較器40包含被配置為比較像素信號(hào)的電壓與參照信號(hào)的電壓的差分放大器。計(jì)數(shù)器42在所有的列被共享，并且，產(chǎn)生與參照信號(hào)同步的計(jì)數(shù)器值。在一個(gè)比較器40中的比較的結(jié)果逆轉(zhuǎn)時(shí)，相關(guān)的鎖存器43保持計(jì)數(shù)器值。保持于鎖存器43中的計(jì)數(shù)器值作為數(shù)字信號(hào)從AD轉(zhuǎn)換器4被輸出。從AD轉(zhuǎn)換器4輸出的數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)于相關(guān)的存儲(chǔ)器6中，并且，水平掃描電路5依次讀取存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器6中的數(shù)字信號(hào)。
[0026]圖2是用于示出第一實(shí)施例中的一列像素10和用于該列的比較器40的電路圖。各像素1包含光電二極管F1D、浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD、傳輸晶體管Ml、復(fù)位晶體管M2、像素晶體管M3、選擇晶體管Μ4。各像素10可被配置為使得浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD、復(fù)位晶體管M2、像素晶體管M3和選擇晶體管Μ4被多個(gè)光電二極管H)共享。晶體管M2到晶體管Μ4不限于N溝道MOS晶體管，并且，可以是P溝道MOS晶體管。
[0027]光電二極管H)通過光電轉(zhuǎn)換將照射光轉(zhuǎn)換成電子(電荷)。信號(hào)ΦΤΧη(η代表行數(shù))被供給到傳輸晶體管Ml的柵極，并且，當(dāng)信號(hào)Φ TXn迀移到高電平時(shí)，傳輸晶體管Ml將在光電二極管H)中產(chǎn)生的電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)。信號(hào)(i>RSn(n代表行數(shù))被供給到復(fù)位晶體管M2的柵極，并且，當(dāng)信號(hào)Φ RSn迀移到高電平時(shí)，復(fù)位晶體管M2將浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓復(fù)位到復(fù)位電壓VRS。同時(shí)導(dǎo)通傳輸晶體管Ml和復(fù)位晶體管M2復(fù)位光電二極管H)中的電子。像素晶體管M3的柵極與浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD連接。
[0028]作為像素晶體管M3的主節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)的像素晶體管M3的漏極與對(duì)被處于同一列中的像素10共享的各列設(shè)置的垂直信號(hào)線VL2(第二信號(hào)線)電連接。選擇晶體管M4被設(shè)置在像素晶體管M3的源極與電流源401之間的電氣路徑上。換句話說，作為像素晶體管M3的另一主節(jié)點(diǎn)的像素晶體管M3的源極通過選擇晶體管M4與對(duì)被處于同一列中的像素10共享的各列設(shè)置的垂直信號(hào)線VLl(第一信號(hào)線)電連接。也可以說，像素晶體管M3的源極與電流源401電連接。信號(hào)Φ SELn(n代表行數(shù))被施加到選擇晶體管M4的柵極，并且，當(dāng)信號(hào)Φ SELn迀移到高電平時(shí)，像素晶體管M3與垂直信號(hào)線VLl電連接。由此從選擇的像素10讀出像素信號(hào)。
[0029]比較器40包含P溝道MOS晶體管Mll和M12、作為N溝道MOS晶體管的差分晶體管M13、晶體管M14、偽像素110、電流源401和緩沖器402。從參照信號(hào)產(chǎn)生單元41輸出的參照信號(hào)VR(斜坡信號(hào))通過緩沖器402被輸入到差分晶體管M13的柵極。差分晶體管M13的源極通過具有與電源電壓VDD連接的柵極的晶體管M14與垂直信號(hào)線VLl連接。因此，以垂直信號(hào)線VLl為共用源極，差分晶體管M13與選擇的像素10的像素晶體管M3形成差分對(duì)。從電流源410向差分對(duì)的共用源(垂直信號(hào)線VLl)供給電流。
[0030]晶體管MlI的源極和晶體管M12的源極與電源電壓VDD連接。晶體管Ml I的柵極和晶體管M12的柵極相互連接。晶體管Mll的柵極還與晶體管Mll的漏極連接。晶體管Mll和晶體管M12形成具有I的鏡子比的電流鏡對(duì)，并因此可具有彼此相等的電流流動(dòng)。晶體管Mll的柵極和漏極與垂直信號(hào)線VL2連接。因此，來自作為電流鏡對(duì)的一半的晶體管Mll的電流通過選擇的像素1的像素晶體管M3和選擇晶體管M4流入到電流源401中。來自作為電流鏡對(duì)的另一半的晶體管Ml 2的電流通過差分晶體管Ml 3和晶體管Ml 4流入到電流源401中。
[0031]差分放大器以上述的方式被配置，以選擇的像素10的像素晶體管M3的柵極和差分晶體管M13的柵極為輸入端子且以差分晶體管M13的漏極為輸出端子OUT。換句話說，從輸出端子OUT輸出選擇的像素10的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓與參照信號(hào)VR的比較結(jié)果。當(dāng)參照信號(hào)VR比浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro的電壓高時(shí)，從輸出端子OUT輸出低電平信號(hào)。當(dāng)參照信號(hào)VR比浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓低時(shí)，從輸出端子OUT輸出高電平信號(hào)。
[0032]包含偽像素晶體管M23和晶體管M24的偽像素110與上述的差分放大器連接。作為偽像素晶體管M23的主節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)的偽像素晶體管M23的漏極與垂直信號(hào)線VL2連接。也可以說，偽像素晶體管M23的漏極與像素晶體管M3的漏極電連接。晶體管M24被設(shè)置在作為偽像素晶體管M23的另一主節(jié)點(diǎn)的偽像素晶體管M23的源極與電流源401之間的電氣路徑上。換句話說，作為偽像素晶體管M23的另一主節(jié)點(diǎn)的偽像素晶體管M23的源極通過晶體管M24與垂直信號(hào)線VLl連接。也可以說，偽像素晶體管M23的源極與電流源401電連接。偽像素電壓VDM被施加到偽像素晶體管M23的柵極，并且，信號(hào)Φ DMl被施加到晶體管M24的柵極。在信號(hào)Φ DMl處于高電平的替代的電流時(shí)段中，晶體管M24的源極與垂直信號(hào)線VLl電連接。這使得偽像素晶體管M23能夠在差分放大器中引起替代像素晶體管M3的電流的電流流動(dòng)，這減少由信號(hào)Φ RS或信號(hào)Φ TX的場通噪聲導(dǎo)致的共源電壓波動(dòng)。
[0033]希望偽像素晶體管M23和晶體管M24被配置為具有與各像素10的像素晶體管M3和選擇晶體管M4的特性等同的特性。這可使得偽像素110的電流與各像素10的電流匹配，并且，當(dāng)偽像素110在差分放大器中引起替代像素10的電流的電流流動(dòng)時(shí)，進(jìn)一步減少共源電壓波動(dòng)。以下描述的前提是，這些晶體管具有彼此等同的構(gòu)成。
[0034]圖3是本實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作的定時(shí)圖。這里作為例子給出第一行的像素信號(hào)的讀取操作的定時(shí)圖。
[0035]在時(shí)間t0，垂直掃描電路2將信號(hào)(i>RSl設(shè)定為高電平且將信號(hào)ΦΤΧ1設(shè)定為低電平。結(jié)果，在第一行中的各像素10中，復(fù)位晶體管M2被導(dǎo)通，傳輸晶體管Ml被關(guān)斷，并且，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro被復(fù)位。在信號(hào)(J)SELl迀移到高電平的時(shí)間tl，選擇晶體管M4被導(dǎo)通，并且，像素晶體管M3與相關(guān)的比較器40的差分晶體管M13形成差分對(duì)。換句話說，比較器40被置于比較器40可輸出比較像素晶體管M3的柵極(S卩，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD)的電壓與參照信號(hào)VR的結(jié)果的狀態(tài)。
[0036]在時(shí)間t2，信號(hào)(i>RSl向低電平的迀移關(guān)斷復(fù)位晶體管M2，這使得浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)保持復(fù)位電壓VRS。由于信號(hào)Φ RSl的場通噪聲，此時(shí)的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD變?yōu)楸葟?fù)位電壓VRS低的電壓。在時(shí)間t3，參照信號(hào)VR的初始電壓被設(shè)定為比浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD在信號(hào)(i>RSl迀移到低電平之后具有的電壓高。因此，在時(shí)間t3從輸出端子OUT輸出低電平信號(hào)。然后，參照信號(hào)產(chǎn)生單元41隨時(shí)間減小(斜坡向下)參照信號(hào)VR的電壓，并且，在時(shí)間t4，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)與參照信號(hào)VR的比較結(jié)果逆轉(zhuǎn)，由此導(dǎo)致從輸出端子OUT輸出高電平信號(hào)。時(shí)間t4的計(jì)數(shù)器42的計(jì)數(shù)值作為AD轉(zhuǎn)換結(jié)果保持于相關(guān)的鎖存器43中。換句話說，基于復(fù)位像素10時(shí)的電壓的像素信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換被轉(zhuǎn)換。在以下的描述中，基于復(fù)位時(shí)的電壓的像素信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換被稱為N轉(zhuǎn)換。在處于N轉(zhuǎn)換之后的時(shí)間t5，參照信號(hào)產(chǎn)生單元41將參照信號(hào)VR設(shè)定回初始電壓。
[0037]在時(shí)間16，信號(hào)ΦDMI向高電平的迀移導(dǎo)通晶體管M24，由此激活偽像素110。信號(hào)(J)SELl在相同的時(shí)間迀移到低電平，這關(guān)斷像素10的選擇晶體管M4。在從時(shí)間t7到時(shí)間t8的下一時(shí)段中，信號(hào)Φ TXl向高電平的迀移導(dǎo)通傳輸晶體管Ml，并且，蓄積于光電二極管PD中的電荷被傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)。在電荷傳輸之后，信號(hào)(i>SELl向高電平的迀移在時(shí)間t9導(dǎo)通選擇晶體管M4。同時(shí)，信號(hào)Φ?ΜΙ向低電平的迀移關(guān)斷偽像素110的晶體管24。在信號(hào)Φ?ΜΙ處于高電平的替代電流時(shí)段(從時(shí)間t6到時(shí)間t9)，偽像素電壓VDM被設(shè)定為與浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD在像素復(fù)位之后具有的電壓等同的電壓。因此，差分晶體管M13和偽像素晶體管M23在替代電流時(shí)段中形成差分對(duì)。在時(shí)間t6之前在像素晶體管M3中流動(dòng)的電流在替代電流時(shí)段中在偽像素晶體管M23中流動(dòng)。
[0038]在定時(shí)圖中示出當(dāng)拾取黑色被照體的圖像時(shí)浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD在時(shí)間t7以及隨后的時(shí)段中具有的電壓。當(dāng)拍攝黑色被照體時(shí)的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓由于信號(hào)φ TXl的場通噪聲而波動(dòng)時(shí)，相關(guān)的比較器40的共源電壓波動(dòng)被偽像素110減少。當(dāng)拍攝被照體的顏色為黑色時(shí)，與當(dāng)拍攝被照體的顏色為白色時(shí)相比，直到獲得AD轉(zhuǎn)換的明確結(jié)果的時(shí)間的長度更短。因此，共源電壓波動(dòng)在黑色被照體的拍攝中減少，并且，可更早地開始跟隨的AD轉(zhuǎn)換(在時(shí)間tlO)。根據(jù)本實(shí)施例的圖像拾取裝置和驅(qū)動(dòng)方法，使得像素信號(hào)的讀取更迅速。
[0039]在時(shí)間tlO，參照信號(hào)產(chǎn)生單元41隨時(shí)間減小參照信號(hào)VR的電壓。在時(shí)間til，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD與參照信號(hào)VR的比較結(jié)果逆轉(zhuǎn)，由此導(dǎo)致從輸出端子OUT輸出高電平信號(hào)。此時(shí)的計(jì)數(shù)器42的計(jì)數(shù)值作為AD轉(zhuǎn)換結(jié)果保持于相關(guān)的鎖存器43中?；谠诠怆姸O管H)中蓄積的電荷的像素信號(hào)以這種方式通過AD轉(zhuǎn)換被轉(zhuǎn)換。在以下的描述中，基于在光電二極管PD中蓄積的電荷的像素信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換被稱為S轉(zhuǎn)換。然后，參照信號(hào)VR在時(shí)間tl2返回到初始電壓，并且，信號(hào)Φ RSI在時(shí)間113向高電平的迀移將浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD復(fù)位。通過N轉(zhuǎn)換和S轉(zhuǎn)換獲得的兩個(gè)像素信號(hào)然后通過相關(guān)雙重采樣被處理，以獲得作為從中去除了在復(fù)位中產(chǎn)生的噪聲分量的S轉(zhuǎn)換后像素信號(hào)的像素信號(hào)。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，替代像素晶體管M3的偽像素晶體管M23在包含導(dǎo)通傳輸晶體管Ml的時(shí)段的替代電流時(shí)段中與差分晶體管M13形成差分對(duì)。這減少差分放大器的共源電壓波動(dòng)，并且允許在不損害AD轉(zhuǎn)換精度的情況下推早像素信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換的開始時(shí)間。信號(hào)Φ DMl處于高電平的替代電流時(shí)段(從時(shí)間t6到時(shí)間t9)不總是需要與信號(hào)Φ SELl處于低電平的時(shí)段一致。例如，當(dāng)信號(hào)Φ DMl處于高電平的替代電流時(shí)段包含信號(hào)OSELl處于低電平的時(shí)段時(shí)，實(shí)現(xiàn)相同的效果。偽像素晶體管M23和像素晶體管M3不總是需要具有等同的特性，并且，可通過調(diào)整偽像素電壓VDM實(shí)現(xiàn)相同的效果。
[0040]在本實(shí)施例中包含選擇晶體管M4的各像素10可以不具有選擇晶體管M4。通過設(shè)定像素晶體管M3的柵極的電勢，進(jìn)行這種情況下的一個(gè)像素10的選擇。具體而言，將不選擇像素10的復(fù)位電壓VRSl和選擇像素10的復(fù)位電壓VRS2選擇性地供給作為要被供給到復(fù)位晶體管M2的復(fù)位電壓VRS ο復(fù)位電壓VRSI被供給到不被選擇的像素1的復(fù)位晶體管M2，并且，對(duì)未被選擇的像素10，垂直掃描電路2也將信號(hào)(i>RS設(shè)定為高電平。這將像素晶體管M3的柵極電勢設(shè)定為基于復(fù)位電壓VRSl的電勢，并且由此像素10不被選擇。另一方面，為了選擇一個(gè)像素1，復(fù)位電壓VRS2被供給到像素10的復(fù)位晶體管M2，并且，對(duì)像素1，垂直掃描電路2也將信號(hào)ORS設(shè)定為高電平。這將像素晶體管M3的柵極電勢設(shè)定為基于復(fù)位電壓VRS2的電勢，并且由此像素10被選擇。由于這里的各像素10不具有選擇晶體管M4，因此也優(yōu)選從偽像素110省略晶體管M24。這種情況下的偽像素電壓VDM以多個(gè)電壓值為復(fù)位電壓VRSI和復(fù)位電壓VRS2，從而在偽像素晶體管M23的導(dǎo)通與偽像素晶體管M23的關(guān)斷之間進(jìn)行切換。偽像素晶體管M23被設(shè)置在布置像素10的像素陣列I中。這使得更容易匹配偽像素晶體管M23的特性與像素晶體管M3的特性。
[0041](第二實(shí)施例)
[0042]圖4是用于示出本發(fā)明的第二實(shí)施例中的一列像素10和用于該列的比較器40的電路圖。本實(shí)施例在輸入?yún)⒄招盘?hào)VR的部分和偽像素110的配置上與第一實(shí)施例不同。以下主要描述與第一實(shí)施例的不同。
[0043]在比較器40中，電容Cl(第一電容)被插入在差分晶體管M13的柵極與緩沖器402之間。差分晶體管M13的柵極可通過用信號(hào)Φ CRS控制的開關(guān)SWl與輸出端子OUT電連接。當(dāng)信號(hào)Φ CRS迀移到高電平時(shí)，在開關(guān)SWl中建立電連接，并且，差分晶體管M13的漏極和柵極被短路。在偽像素110中，偽像素晶體管M23的柵極與電容C2 (第二電容)的一端連接，并且，電容C2的另一端被接地。偽像素晶體管M23的柵極可通過用信號(hào)Φ?Μ2控制的開關(guān)SW2與輸出端子OUT電連接。當(dāng)信號(hào)Φ DM2迀移到高電平時(shí)，在開關(guān)SW2中建立電連接。該構(gòu)成的其它部分與第一實(shí)施例相同。
[0044]圖5是本實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作的定時(shí)圖。在時(shí)間t0，信號(hào)ΦRSl被設(shè)定為高電平，并且，信號(hào)ΦΤΧ1被設(shè)定為低電平。結(jié)果，在第一行中的各像素10中，復(fù)位晶體管M2被導(dǎo)通，傳輸晶體管Ml被關(guān)斷，并且，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)被復(fù)位。在時(shí)間tl，信號(hào)(J)SELl迀移到高電平，并且，選擇晶體管M4被導(dǎo)通。像素晶體管M3與相關(guān)的比較器40的差分晶體管M13形成差分對(duì)，并且，從輸出端子OUT輸出比較浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓與參照信號(hào)VR的結(jié)果。
[0045]在時(shí)間t2，信號(hào)ΦCRS向高電平的迀移使開關(guān)SWl接通。此時(shí)，差分晶體管Ml3的柵極與輸出端子OUT電連接。換句話說，比較器40用作差分放大器的輸出和逆轉(zhuǎn)輸入被短路的電壓跟隨器。這將與浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro的電壓相同的電壓給予差分晶體管M13的柵極。信號(hào)ΦDM2向高電平的迀移使開關(guān)S2接通，由此向偽像素晶體管M23的柵極和電容C2施加浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓。
[0046]在時(shí)間13，信號(hào)Φ RSI向低電平的迀移導(dǎo)通復(fù)位晶體管M2。由于信號(hào)Φ RSI的場通噪聲，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD保持比復(fù)位電壓VRS低的電壓。在浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓穩(wěn)定之后，信號(hào)Φ?Μ2在時(shí)間t4迀移到低電平。這關(guān)斷開關(guān)SW2并且電容C2保持與浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓相同的電壓。
[0047]在時(shí)間t5，信號(hào)OCRS向低電平的迀移關(guān)斷開關(guān)SW1。這斷開差分晶體管M13的柵極與漏極之間的連接，并且，比較器40作為比較器操作。差分晶體管M13的柵極保持與浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro的電壓相同的電壓。在信號(hào)OCRS迀移到低電平之前，參照信號(hào)產(chǎn)生單元41輸出參照信號(hào)VR，參照信號(hào)VR比電源電壓VDD低恒定的偏移電壓VR0。在該時(shí)段期間，電容Cl蓄積由偏移電壓VRO和差分晶體管M13的柵極電壓確定的量的電荷，并且，在信號(hào)OCRS迀移到低電平之后也保持電荷。差分晶體管M13的柵極保持與浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓相同的電壓，并且，差分晶體管M13的柵極電壓因此關(guān)于浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)電壓以與參照信號(hào)VR的變化量相同的量改變。因此，當(dāng)參照信號(hào)VR在時(shí)間t6以偏移電壓VRO的程度上升而達(dá)到電源電壓VDD時(shí)，差分晶體管M13的柵極電壓關(guān)于浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓以偏移電壓VRO的程度上升。N轉(zhuǎn)換時(shí)段和S轉(zhuǎn)換時(shí)段中的差分晶體管M13的柵極電壓以與參照信號(hào)VR相同的方式改變，并且，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓與參照信號(hào)VR相比較。因此，希望設(shè)定偏移電壓VR0，使得像素信號(hào)在N轉(zhuǎn)換中不超過AD轉(zhuǎn)換的范圍。
[0048]在從時(shí)間t7到時(shí)間t8的時(shí)段中，比較器40比較浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD與參照信號(hào)VR，并且，在比較結(jié)果逆轉(zhuǎn)時(shí)登記的計(jì)數(shù)值作為AD轉(zhuǎn)換結(jié)果保持于相關(guān)的鎖存器43中。由此執(zhí)行基于復(fù)位電壓的像素信號(hào)的N轉(zhuǎn)換。
[0049]在N轉(zhuǎn)換之后，與第一實(shí)施例同樣，執(zhí)行像素傳輸和S轉(zhuǎn)換。在N轉(zhuǎn)換時(shí)段和S轉(zhuǎn)換時(shí)段中，同樣，差分晶體管M13的柵極電壓以與參照信號(hào)VR相同的方式改變，因此，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓以和第一實(shí)施例中相同的方式與參照信號(hào)VR相比較。具體而言，參照信號(hào)產(chǎn)生單元41在時(shí)間t8將參照信號(hào)VR設(shè)定回電源電壓VDD，并且，信號(hào)Φ SELl在時(shí)間t9向低電平的迀移關(guān)斷選擇晶體管M4。同時(shí)，信號(hào)Φ?ΜΙ向高電平的迀移導(dǎo)通晶體管M24，由此激活偽像素110。在從時(shí)間tlO到時(shí)間til的時(shí)段中，信號(hào)Φ TXl向高電平的迀移導(dǎo)通傳輸晶體管Ml，并且，在光電二極管H)中蓄積的電荷被傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。在從時(shí)間t9到時(shí)間tl2的時(shí)段中，差分晶體管M13和偽像素晶體管M23形成差分對(duì)，并且，偽像素晶體管M23在差分放大器中導(dǎo)致替代像素晶體管M3的電流的電流流動(dòng)。雖然浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓由于信號(hào)Φ TXl的場通噪聲在黑色被照體的拍攝中波動(dòng)，但比較器40的共源電壓波動(dòng)被偽像素110減少。由此縮短直到共源電壓穩(wěn)定的時(shí)間的長度，并且，在減小信號(hào)精度下降的同時(shí)實(shí)現(xiàn)速度提高。
[0050]在從時(shí)間tl3到時(shí)間tl4的時(shí)段中，比較器40比較浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓與差分晶體管M13的柵極電壓，以執(zhí)行基于在光電二極管PD中蓄積的電荷的像素信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換(S轉(zhuǎn)換)。然后，信號(hào)Φ RSl在時(shí)間115向高電平的迀移將浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD復(fù)位。
[0051]在本實(shí)施例中，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓通過電壓跟隨器被施加到偽像素晶體管M23的柵極。偽像素晶體管M23的柵極電壓可因此以適合于從一個(gè)像素到另一個(gè)像素的波動(dòng)的方式被控制。這更多地減少共源電壓波動(dòng)，并且實(shí)現(xiàn)速度提高。當(dāng)比較器40的輸入偏移大大波動(dòng)時(shí)，這在第一實(shí)施例中必需設(shè)定比輸入范圍寬的AD轉(zhuǎn)換范圍以容納大大波動(dòng)的輸入偏移，本實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)被體現(xiàn)。另一方面，在本實(shí)施例中，使用負(fù)反饋的電壓跟隨器對(duì)各像素將差分晶體管M13的柵極電壓的初始值設(shè)定為浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓。這使得比較器40能夠比較浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓與參照信號(hào)VR，同時(shí)抵消輸入偏移。因此，不需要設(shè)定考慮輸入偏移的波動(dòng)的AD轉(zhuǎn)換范圍。
[0052](第三實(shí)施例)
[0053]圖6是用于示出本發(fā)明的第三實(shí)施例的一列像素10和用于該列的比較器40的電路圖。本實(shí)施例與第二實(shí)施例的不同在于差分對(duì)的負(fù)載的配置。以下主要描述與第二實(shí)施例的不同。
[0054]比較器40還包括作為P溝道MOS晶體管的晶體管M15和M16。偏壓電壓VBl被施加到晶體管M15的柵極和晶體管M16的柵極。晶體管M12的漏極通過晶體管M16與差分晶體管M13的漏極電連接。晶體管Mll的漏極通過晶體管M15與垂直信號(hào)線VL2電連接。晶體管Mll的柵極和晶體管[2的柵極與垂直信號(hào)線￥1^電連接。因此，晶體管肌1、112、115和[6形成級(jí)聯(lián)電流鏡組，并且用作差分對(duì)的負(fù)載。在本實(shí)施例中，同樣，配置以選擇的像素10的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD為非逆轉(zhuǎn)輸入端子且以差分晶體管M13的柵極為逆轉(zhuǎn)輸入端子的差分放大器。通過開關(guān)SWl的切換，差分放大器可選擇性地作為電壓跟隨器或比較器操作。本實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作如圖5所示。因此，可在本實(shí)施例中獲得與第二實(shí)施例的效果相同的效果。
[0055](第四實(shí)施例)
[0056]圖7是用于示出本發(fā)明的第四實(shí)施例的像素陣列I的一個(gè)列和用于該列的比較器40的電路圖。本實(shí)施例與第二實(shí)施例的不同在于差分對(duì)的負(fù)載的配置。以下主要描述與第二實(shí)施例的不同。
[0057]在本實(shí)施例中，晶體管M12被設(shè)置在差分對(duì)的一半中。偏壓電壓VB2被施加到晶體管M12的柵極，并且，晶體管M12作為電流源操作。在差分對(duì)的另一半中，垂直信號(hào)線VL2與電源電壓VDD電連接。在本實(shí)施例中，同樣，配置以輸出端子OUT為輸出、以選擇的像素10的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)為非逆轉(zhuǎn)輸入且以差分晶體管M13的柵極為逆轉(zhuǎn)輸入端子的差分放大器。因此，可在本實(shí)施例中獲得與第二實(shí)施例的效果相同的效果。
[0058](第五實(shí)施例)
[0059]圖8是用于示出本發(fā)明的第五實(shí)施例的像素陣列I的一個(gè)列和用于該列的比較器40的電路圖。本實(shí)施例與第二實(shí)施例的不同在于差分對(duì)的負(fù)載的配置。以下主要描述與第二實(shí)施例的不同。
[0060]比較器40還包括作為P溝道MOS晶體管的晶體管M15和M16和作為N溝道MOS晶體管的晶體管Ml 7和Ml 8 ο晶體管Ml 5與晶體管Ml I形成電流鏡對(duì)，并且，晶體管Ml 6與晶體管Ml 2形成電流鏡對(duì)。晶體管Ml7和Ml8形成另一電流鏡對(duì)。在由晶體管Ml2和M16構(gòu)成的電流鏡對(duì)中，晶體管M16輸出與差分晶體管M13的漏極電流相同的電流。在形成電流鏡對(duì)的晶體管M17和Ml8中流動(dòng)的電流相同。在形成電流鏡對(duì)的晶體管Ml I和Ml 5中流動(dòng)的電流也相同。與差分晶體管M13的漏極電流相同的電流在晶體管M15中流動(dòng)。晶體管M15的漏極和晶體管M18的漏極相互連接以用作輸出端子OUT。輸出端子OUT分別通過開關(guān)SWl和SW2與差分放大器的兩個(gè)輸入端子連接。
[0061]在本實(shí)施例中，同樣，配置以輸出端子OUT為輸出、以選擇的像素10的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD為非逆轉(zhuǎn)輸入且以差分晶體管M13的柵極為逆轉(zhuǎn)輸入端子的差分放大器。因此，可獲得與第二實(shí)施例的效果相同的效果。
[0062](第六實(shí)施例)
[0063]以下描述本發(fā)明的第六實(shí)施例中的圖像拾取裝置。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于操作定時(shí)。以下主要描述與第一實(shí)施例的不同。
[0064]圖9是本實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作的定時(shí)圖。在時(shí)間t0，垂直掃描電路2將信號(hào)ΦΙ^Ι設(shè)定為高電平且將信號(hào)ΦΧ1設(shè)定為低電平。這將浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)復(fù)位。在時(shí)間tl，由于信號(hào)ORSl的場通噪聲，信號(hào)(J)RSl向低電平的迀移將浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro的電壓變?yōu)楸葟?fù)位電壓VRS低的電壓。在從初始狀態(tài)(時(shí)間to)到浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro的電壓穩(wěn)定(時(shí)間t2)為止的時(shí)段中，垂直掃描電路2將信號(hào)Φ SELl保持為低電平且將信號(hào)Φ DMl保持為高電平。因此，偽像素110的晶體管M24被導(dǎo)通，并且，配置輸入偽像素電壓VDM和參照信號(hào)VR的差分放大器。
[0065]在時(shí)間t2，垂直掃描電路2將信號(hào)Φ SELl設(shè)定為高電平且將信號(hào)Φ DMl設(shè)定為低電平。作為結(jié)果配置輸入選擇的像素10的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓和參照信號(hào)VR的差分放大器。在時(shí)間t3，參照信號(hào)產(chǎn)生單元41隨時(shí)間減小參照信號(hào)VR的電壓，以執(zhí)行N轉(zhuǎn)換。此時(shí)的偽像素電壓VDM被設(shè)定為浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD在復(fù)位之后具有的電壓，并且，差分放大器的共源電壓因此不在從初始狀態(tài)到N轉(zhuǎn)換的時(shí)段中波動(dòng)。因此，直到從像素復(fù)位的N轉(zhuǎn)換的時(shí)間的長度縮短。
[0066]當(dāng)在時(shí)間t4完成N轉(zhuǎn)換之后，在從時(shí)間t5到時(shí)間t6的時(shí)段中，垂直掃描電路2將信號(hào)ΦΤΧ1設(shè)定為高電平，并且，電荷從光電二極管ro被傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)。在時(shí)間t7，參照信號(hào)產(chǎn)生單元41隨時(shí)間改變參照信號(hào)VR的電壓以執(zhí)行S轉(zhuǎn)換。當(dāng)在時(shí)間t8完成S轉(zhuǎn)換之后，在時(shí)間t9，垂直掃描電路2將信號(hào)Φ SELl設(shè)定為低電平且將信號(hào)Φ?ΜΙ設(shè)定為高電平。在時(shí)間tlO，垂直掃描電路2將信號(hào)(i>RSl設(shè)定為高電平，由此將下一行的像素10置于用于讀取的初始狀態(tài)。
[0067]根據(jù)本實(shí)施例，復(fù)位中的共源電壓波動(dòng)減少，因此使得像素信號(hào)的讀取更迅速。
[0068](第七實(shí)施例)
[0069]圖10是用于示出第七實(shí)施例中的像素陣列I的一個(gè)列和用于該列的比較器40的電路圖。本實(shí)施例與第二實(shí)施例的不同在于偽像素110的配置，并且，提供消除在高亮度時(shí)出現(xiàn)的稱為暗化的現(xiàn)象的附加效果。暗化是高亮度光的入射導(dǎo)致灰度級(jí)下降并且使圖像暗化的現(xiàn)象。當(dāng)入射光具有高的亮度時(shí)，電荷從光電二極管ro溢出到浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD，由此降低浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro在復(fù)位中具有的電壓。如果光電二極管ro的電荷隨后被傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD，那么已經(jīng)低的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓飽和且?guī)缀醪辉俑淖儭＿@使得復(fù)位時(shí)的像素信號(hào)與傳輸電荷之后的像素信號(hào)之間的差值小，這導(dǎo)致通過相關(guān)雙重采樣獲得的圖像的灰度級(jí)下降和暗化。根據(jù)本實(shí)施例，可以消除暗化現(xiàn)象。以下主要描述與第二實(shí)施例的不同。
[0070]除了第二實(shí)施例中的偽像素110的部件以外，本實(shí)施例中的偽像素110還具有用信號(hào)Φ?Μ3控制的多路復(fù)用器SW3。當(dāng)信號(hào)Φ?Μ3處于低電平時(shí)，偽像素晶體管M23的柵極與電容C2的端子中的一個(gè)電連接。當(dāng)信號(hào)Φ?Μ3處于高電平時(shí)，偽像素晶體管Μ23的柵極與電源電壓(參照電壓)VN電連接。
[0071]圖11是本實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作的定時(shí)圖。在時(shí)間t0，信號(hào)(i>RSl處于高電平。在時(shí)間tl，信號(hào)(J)SELl迀移到高電平，并且，輸出浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD在復(fù)位時(shí)具有的電壓。在時(shí)間t2，信號(hào)OCRS達(dá)到高電平并且差分放大器作為電壓跟隨器操作。通過處于高電平的信號(hào)Φ?Μ2和處于低電平的信號(hào)Φ?Μ3，來自輸出端子OUT的電壓被施加到偽像素晶體管M23的柵極。換句話說，偽像素晶體管Μ23的柵極被賦予與浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓相同的電壓。
[0072]在時(shí)間t3，信號(hào)(i>RSl迀移到低電平，并且，由于場通噪聲，浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)具有比復(fù)位電壓VRS低的電壓。在時(shí)間t4，信號(hào)Φ?Μ2迀移到低電平且電容C2保持與浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓相同的電壓。在時(shí)間t5，信號(hào)OCRS迀移到低電平且差分放大器用作比較器。在時(shí)間16，參照信號(hào)產(chǎn)生單元41輸出具有電源電壓VD D的參照信號(hào)VR。
[0073]在時(shí)間t7，信號(hào)ΦDM3迀移到高電平，并且，電源電壓VN被施加到偽像素晶體管M23的柵極。信號(hào)Φ DMl同時(shí)迀移到高電平，由此導(dǎo)通偽像素110的晶體管M24。換句話說，像素1和偽像素110與垂直信號(hào)線VLl和VL2電連接。在從時(shí)間t8到時(shí)間t9的時(shí)段中，選擇的像素10的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro的電壓和電源電壓VN中的較高的一個(gè)與參照信號(hào)VR相比較，以執(zhí)行N轉(zhuǎn)換。在時(shí)間110，信號(hào)Φ DM3迀移到低電平，并且，向偽像素晶體管M23的基極施加電容C2的電壓(浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓)。
[0074]在信號(hào)φ SELl在時(shí)間til迀移到低電平之后，信號(hào)Φ TXl在時(shí)間tl2向高電平的迀移導(dǎo)致光電二極管ro的電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。信號(hào)Φ TXl在時(shí)間113迀移到低電平且信號(hào)(J)SELl在時(shí)間tl4迀移到高電平。信號(hào)Φ DMl在同一時(shí)間向低電平的迀移關(guān)斷偽像素110的晶體管M24。在隨后的從時(shí)間115到時(shí)間116的時(shí)段中，選擇的像素1中的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓與參照信號(hào)VR相比較以完成S轉(zhuǎn)換。
[0075]在本實(shí)施例中，信號(hào)ΦDM3在包含N轉(zhuǎn)換的時(shí)段(從時(shí)間t7到時(shí)間110的時(shí)段)期間處于高電平。信號(hào)Φ?ΜΙ在與信號(hào)Φ?Μ3向高電平的迀移相同的時(shí)間迀移到高電平，并且保持高電平直到經(jīng)過光電二極管PD中的電荷的傳輸?shù)臅r(shí)間114。這使得選擇的像素1和偽像素偽像素110均在N轉(zhuǎn)換時(shí)段中有效。在這種情況下，選擇的像素10的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro的電壓和電源電壓VN中的更高的一個(gè)與參照信號(hào)VR相比較。當(dāng)浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro的電壓下降以低于電源電壓VN時(shí)，像素晶體管M3被關(guān)斷。因此，通過將電源電壓VN設(shè)定為適當(dāng)?shù)碾娖剑M管浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro電壓下降，也在重置浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)ro之后實(shí)現(xiàn)信號(hào)電壓向電源電壓VN的偽降低。換句話說，當(dāng)照射具有高亮度的光且復(fù)位時(shí)的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓比電源電壓VN低時(shí)，通過比較電源電壓VN與參照信號(hào)VR執(zhí)行N轉(zhuǎn)換。因此，在通過相關(guān)雙重采樣獲得的圖像中消除暗化現(xiàn)象。另外，在N轉(zhuǎn)換時(shí)段中連接電源電壓VN與偽像素晶體管M23的柵極不妨礙減少像素傳輸中的共源電壓波動(dòng)的效果。因此，除了第二實(shí)施例的效果以外，本實(shí)施例還提供消除高亮度時(shí)的暗化現(xiàn)象的效果。
[0076](第八實(shí)施例)
[0077]圖12是用于示出本發(fā)明的第八實(shí)施例中的像素陣列I的一個(gè)列和用于該列的比較器40的電路圖。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于偽像素110的配置。以下主要描述與第一實(shí)施例的不同。
[0078]本實(shí)施例中的偽像素110以與像素10相同的方式被配置，并且，除了偽像素晶體管M23以外，包括光電二極管H)、偽像素傳輸晶體管M21、偽像素復(fù)位晶體管M22和偽像素選擇晶體管M24。信號(hào)Φ TXDM被供給到偽像素傳輸晶體管M21的柵極，并且，信號(hào)Φ TXDM向高電平的迀移導(dǎo)通偽像素傳輸晶體管M21。信號(hào)Φ RSDM被供給到偽像素復(fù)位晶體管M22的柵極。信號(hào)(J)RSDM向高電平的迀移導(dǎo)通偽像素復(fù)位晶體管Μ22，并且，偽像素晶體管Μ23的柵極電壓被復(fù)位到復(fù)位電壓VRS。
[0079]圖13是本實(shí)施例中的像素信號(hào)讀取操作的定時(shí)圖。在時(shí)間t0，信號(hào)(i>RSDM和信號(hào)Φ TXDM處于高電平，并且，偽像素110的光電二極管PD和偽像素晶體管M23的柵極電壓被復(fù)位。在時(shí)間t2，信號(hào)Φ TXDM向低電平的迀移關(guān)斷偽像素傳輸晶體管M21。在時(shí)間t3，信號(hào)ΦRSl迀移到低電平且信號(hào)(J)RSDM也迀移到低電平。此時(shí)，偽像素晶體管M23的柵極電壓以與選擇的像素10的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓波動(dòng)相同的方式波動(dòng)。簡言之，由于信號(hào)(i>RSl的場通噪聲，偽像素晶體管M23的柵極電壓下降到低于復(fù)位電壓VRS。在從時(shí)間t4到時(shí)間t5的時(shí)段中，選擇的像素10的浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)的電壓與參照信號(hào)VR相比較，以執(zhí)行N轉(zhuǎn)換。在從時(shí)間t6到時(shí)間t9的時(shí)段中，信號(hào)Φ SELl迀移到低電平，信號(hào)Φ?ΜΙ迀移到高電平，并且，由差分晶體管Μ13和偽像素晶體管Μ23形成差分對(duì)。在從時(shí)間t7到時(shí)間t8的時(shí)段中，信號(hào)Φ TXl迀移到高電平，并且，雖然浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD的電壓波動(dòng)，但比較器40的共源電壓波動(dòng)被偽像素110減少。在從時(shí)間110到時(shí)間111的時(shí)段中，執(zhí)行S轉(zhuǎn)換，并且，信號(hào)Φ RSDM和信號(hào)Φ TXDM保持于低電平。信號(hào)ΦΙ^Ι在時(shí)間tl2迀移到高電平。然后，為了讀取下一行，信號(hào)(J)RSDM和信號(hào)Φ TXDM被設(shè)定于高電平。
[0080]在本實(shí)施例中，偽像素晶體管M23的柵極電壓也與浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)H)在像素復(fù)位之后具有的電壓等同，直到完成包含電荷傳輸時(shí)段(從時(shí)間t6到時(shí)間t9的時(shí)段)的替代電流時(shí)段。這意味著，本實(shí)施例中的偽像素110也能夠減少比較器40的共源電壓波動(dòng)并且獲得與第二實(shí)施例的效果相同的效果。雖然本實(shí)施例中的偽像素I ?ο包含光電二極管ro，但通過不包含光電二極管的空像素(null pixel)也獲得相同的效果。
[0081](第九實(shí)施例)
[0082]圖14是本發(fā)明的第九實(shí)施例中的圖像拾取裝置的電路框圖。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于計(jì)數(shù)器42的配置。具體而言，在本實(shí)施例中，對(duì)各列設(shè)置第一實(shí)施例中的在所有列之中被共享以執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換的計(jì)數(shù)器42。各計(jì)數(shù)器42在N轉(zhuǎn)換中向下計(jì)數(shù)并且在S轉(zhuǎn)換中向上計(jì)數(shù)。因此，S轉(zhuǎn)換之后的計(jì)數(shù)器42的計(jì)數(shù)值指示通過S轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的像素信號(hào)與通過N轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的像素信號(hào)之間的差值。本實(shí)施例也可提供與第一實(shí)施例相同的效果。
[0083](第十實(shí)施例)
[0084]上述的實(shí)施例的圖像拾取裝置適用于各種圖像拾取系統(tǒng)。圖像拾取系統(tǒng)的例子包括數(shù)字靜物照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像錄像機(jī)和監(jiān)視照相機(jī)。圖15是數(shù)字靜物照相機(jī)的示圖，該數(shù)字靜物照相機(jī)是應(yīng)用實(shí)施例中的一個(gè)的圖像拾取裝置的圖像拾取系統(tǒng)的例子。
[0085]在圖15中作為例子示出的圖像拾取系統(tǒng)包括圖像拾取裝置154、被配置為保護(hù)鏡頭152的鏡筒151、被配置為在圖像拾取裝置154中形成被照體的光學(xué)圖像的鏡頭152和被配置為改變透過鏡頭152的光的量的光闌153。鏡頭152和光闌153形成被配置為收集圖像拾取裝置154中的光的光學(xué)系統(tǒng)。圖像拾取裝置154是上述的實(shí)施例中的任一個(gè)的圖像拾取裝置中的一個(gè)。圖15的圖像拾取系統(tǒng)還包括被配置為處理從圖像拾取裝置154輸出的輸出信號(hào)的輸出信號(hào)處理單元155。輸出信號(hào)處理單元155基于從圖像拾取裝置154輸出的信號(hào)產(chǎn)生圖像。具體而言，輸出信號(hào)處理單元155在必要時(shí)執(zhí)行包括各種校正和壓縮的附加的處理，并然后輸出圖像數(shù)據(jù)。輸出信號(hào)處理單元155還通過使用從圖像拾取裝置154輸出的信號(hào)執(zhí)行焦點(diǎn)檢測。
[0086]圖15的圖像拾取系統(tǒng)還包括暫時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的緩存存儲(chǔ)器單元156和被配置為保持與外部計(jì)算機(jī)等的通信的外部接口單元(外部I/F單元)157。圖像拾取系統(tǒng)還包括讀取和記錄拾取的圖像數(shù)據(jù)的諸如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的記錄介質(zhì)159和被配置為在記錄介質(zhì)159中記錄和讀取數(shù)據(jù)的記錄介質(zhì)控制接口單元(記錄介質(zhì)控制I/F單元)158。記錄介質(zhì)159可內(nèi)置于圖像拾取系統(tǒng)中或者可以是可去除的介質(zhì)。
[0087]圖像拾取系統(tǒng)還包括被配置為執(zhí)行各種類型的計(jì)算和數(shù)字靜物照相機(jī)的總體控制的通用控制/運(yùn)算單元1510和被配置為向圖像拾取裝置154和輸出信號(hào)處理單元155輸出各種定時(shí)信號(hào)的定時(shí)產(chǎn)生單元1511?？蓮耐饷孑斎攵〞r(shí)信號(hào)和其它信號(hào)，并且，圖像拾取系統(tǒng)只需要至少包括圖像拾取裝置154和被配置為處理從圖像拾取裝置154輸出的輸出信號(hào)的輸出信號(hào)處理單元155。
[0088]如上所述，本實(shí)施例的圖像拾取系統(tǒng)能夠通過使用圖像拾取裝置154進(jìn)行圖像拾取操作。
[0089](其它實(shí)施例)
[0090]雖然描述了本發(fā)明中的圖像拾取裝置，但本發(fā)明不限于以上給出的實(shí)施例，并且，實(shí)施例不是要禁止適合本發(fā)明的精神的適當(dāng)?shù)男薷暮妥兏?。例如，第一?shí)施例到第十實(shí)施例的配置中的一些可被組合。實(shí)施例中的N溝道MOS晶體管和P溝道MOS晶體管的極性可被置換，使得作為實(shí)施例中的N溝道MOS晶體管的晶體管為P溝道MOS晶體管。如在第一實(shí)施例中描述的那樣，各像素10不限于四晶體管配置，并且，可以是不包含選擇晶體管的三晶體管構(gòu)成。
[0091]雖然已參照示例性實(shí)施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋以包含所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種圖像拾取裝置，其特征在于包括: 多個(gè)像素，分別包含:被配置為傳輸通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷的傳輸晶體管、具有所述電荷所輸入到的柵極的像素晶體管和被配置為將像素晶體管的柵極復(fù)位的復(fù)位晶體管；包含差分晶體管和電流源的差分放大器，差分晶體管與像素晶體管形成差分對(duì)并且具有斜坡信號(hào)所輸入到的柵極，電流源與差分對(duì)電連接;和 包含偽像素晶體管的偽像素，在偽像素晶體管中，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)與像素晶體管的一個(gè)主節(jié)點(diǎn)電連接且另一主節(jié)點(diǎn)與像素晶體管的另一主節(jié)點(diǎn)電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像拾取裝置， 其中，所述多個(gè)像素中的每一個(gè)還包含像素晶體管的所述另一主節(jié)點(diǎn)與電流源之間的電氣路徑上的選擇晶體管，并且 其中，偽像素選擇晶體管被設(shè)置在偽像素晶體管的所述另一主節(jié)點(diǎn)與電流源之間的電氣路徑上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像拾取裝置， 其中，像素晶體管的所述另一主節(jié)點(diǎn)通過選擇晶體管與第一信號(hào)線連接，像素晶體管的所述一個(gè)主節(jié)點(diǎn)與第二信號(hào)線連接，差分晶體管和像素晶體管以第一信號(hào)線為共用源而形成差分對(duì)，并且，電流源與第一信號(hào)線連接，并且 其中，在復(fù)位晶體管和選擇晶體管中的一個(gè)被導(dǎo)通的時(shí)段中，偽像素晶體管與差分晶體管而不是像素晶體管形成差分對(duì)，使得偽像素晶體管在差分放大器中導(dǎo)致替代像素晶體管的電流的電流流動(dòng)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像拾取裝置，其中，在所述時(shí)段中，與像素晶體管的柵極復(fù)位時(shí)的電壓相等的電壓被施加到偽像素晶體管的柵極。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像拾取裝置， 其中，斜坡信號(hào)通過第一電容被輸入到差分晶體管的柵極，并且其中，當(dāng)像素晶體管的柵極被復(fù)位時(shí)，差分晶體管的柵極與差分晶體管的一個(gè)主節(jié)點(diǎn)被短路，使得差分放大器作為電壓跟隨器操作，以在與偽像素晶體管的柵極連接的第二電容中保持與像素晶體管的柵極復(fù)位時(shí)的電壓相等的電壓。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像拾取裝置， 其中，在所述時(shí)段中，選擇晶體管被導(dǎo)通，并且，像素晶體管的柵極復(fù)位時(shí)的電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換被同時(shí)轉(zhuǎn)換，以及 其中，在所述時(shí)段中，參照電壓被施加到偽像素晶體管的柵極，并且，當(dāng)像素晶體管的柵極的電壓比參照電壓低時(shí)，像素晶體管被關(guān)斷。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像拾取裝置， 其中，偽像素還包含偽像素傳輸晶體管、偽像素復(fù)位晶體管和偽像素選擇晶體管，并且其中，直到導(dǎo)通傳輸晶體管的時(shí)段結(jié)束，在偽像素復(fù)位晶體管被導(dǎo)通以將偽像素晶體管的柵極的電壓復(fù)位之后，偽像素傳輸晶體管處于關(guān)斷狀態(tài)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像拾取裝置，其中，對(duì)像素的各列設(shè)置具有與斜坡信號(hào)同步的計(jì)數(shù)值的計(jì)數(shù)器。9.根據(jù)權(quán)利要求1?8中的任一項(xiàng)所述的圖像拾取裝置，還包括與差分晶體管的一個(gè)主節(jié)點(diǎn)連接的第一晶體管。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圖像拾取裝置，還包括與偽像素晶體管的所述一個(gè)主節(jié)點(diǎn)連接的第二晶體管， 其中，第一晶體管和第二晶體管形成電流鏡對(duì)。11.一種圖像拾取系統(tǒng)，其特征在于包括: 圖像拾取裝置;和 被配置為通過使用從圖像拾取裝置輸出的信號(hào)產(chǎn)生圖像的信號(hào)處理單元， 圖像拾取裝置包含: 多個(gè)像素，分別包含:被配置為傳輸通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷的傳輸晶體管、具有所述電荷所輸入到的柵極的像素晶體管和被配置為將像素晶體管的柵極復(fù)位的復(fù)位晶體管； 包含差分晶體管和電流源的差分放大器，差分晶體管與像素晶體管形成差分對(duì)并且具有斜坡信號(hào)所輸入到的柵極，電流源與差分對(duì)電連接;和 包含偽像素晶體管的偽像素，在偽像素晶體管中，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)與像素晶體管的一個(gè)主節(jié)點(diǎn)電連接且另一主節(jié)點(diǎn)與像素晶體管的另一主節(jié)點(diǎn)電連接。12.—種用于驅(qū)動(dòng)圖像拾取裝置的方法，其特征在于該圖像拾取裝置包含: 多個(gè)像素，分別包含:被配置為傳輸通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷的傳輸晶體管、具有所述電荷所輸入到的柵極的像素晶體管和被配置為將像素晶體管的柵極復(fù)位的復(fù)位晶體管； 包含差分晶體管和電流源的差分放大器，差分晶體管與像素晶體管形成差分對(duì)并且具有斜坡信號(hào)所輸入到的柵極，電流源被配置為供給在差分對(duì)中流動(dòng)的電流， 所述方法包括: 在導(dǎo)通復(fù)位晶體管和傳輸晶體管中的一個(gè)的時(shí)段中，允許偽像素晶體管與差分晶體管而不是像素晶體管形成差分對(duì)，使得偽像素晶體管在差分放大器中導(dǎo)致替代像素晶體管的電流的電流流動(dòng);和 基于差分放大器對(duì)像素晶體管的柵極的電壓與斜坡信號(hào)執(zhí)行的比較的結(jié)果執(zhí)行像素晶體管的柵極的電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
【文檔編號(hào)】H04N5/3745GK106060430SQ201610214683
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日 公開號(hào)201610214683.X, CN 106060430 A, CN 106060430A, CN 201610214683, CN-A-106060430, CN106060430 A, CN106060430A, CN201610214683, CN201610214683.X
【發(fā)明人】武藤隆, 吉田大介
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