固态图像捕获装置、其驱动方法及电子装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了固态图像捕获装置、其驱动方法及电子装置。一种固态图像捕获装置包括：包括二维排列的像素的像素阵列单元，每个像素包括光电转换单元、传送累积在光电转换单元中的电荷的传送晶体管，以及选择性地排放累积在光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管；以及驱动单元，该驱动单元执行驱动以用于从像素阵列单元的每个像素中读取信号，并且利用用于驱动的信号来驱动电荷排放晶体管。

【技术实现步骤摘要】
固态图像捕获装置、其驱动方法及电子装置本申请是申请号为201010105794.X、申请日为2010年1月28日、题为“固态图像捕获装置、其驱动方法及电子装置”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及固态图像捕获装置、其驱动方法以及电子装置。具体地，本专利技术涉及具有电子快门功能的诸如CMOS图像传感器之类的固态图像捕获装置、其驱动方法，以及具有该固态图像捕获装置的电子装置。
技术介绍
作为固态图像捕获装置的诸如X-Y地址类型固态图像捕获装置之类的大多数CMOS图像传感器具有电子快门功能，用于电子地执行对累积在光电转换器(光接收单元)中的信号电荷的重置并重新开始信号电荷的累积的操作。一般地，CMOS图像传感器采用所谓的卷帘式快门(rollingshutter)(亦称为焦平面快门)方案，用于通过顺序扫描来相对于每个像素行执行曝光的开始和结束。在将卷帘式快门方案用于电子快门的情况中，由于曝光时段对于每个像素行不同步，因此，如果拍摄移动的对象或忽亮忽灭的对象，则图像可能失真或破损。就此而言，全局曝光被实现来在相对于所有像素的同一定时处执行曝光的开始和结束，以使得当拍摄移动的对象或忽亮忽灭的对象时，可以防止失真。因此，为了利用CMOS图像传感器来实现全局曝光，采用这样的配置，其中，与光电转换单元分开地设置用于保存信号电荷的保存单元(FD或CCD)。此外，对于所有像素，将信号电荷从光电转换单元传送到保存单元，以使得相对于所有像素同时执行曝光的结束并且实现对曝光时段的同步。然而，在采用添加了信号电荷保存单元的配置的CMOS图像传感器中，在曝光之后读取信号电荷(光电荷)的期间，即，在信号电荷被持续地保存在保存单元中的时段期间，会再次发生电子电荷的累积，这是因为光电转换单元持续接收入射光。因此，当入射光较强时，可能再次使光电转换单元饱和。此外，如果从光电转换单元溢出的信号电荷在保存单元中泄漏，则可能使图像破损。因此，在相关技术中，在像素内部与传送晶体管分开地设置电荷排放晶体管，该传送晶体管将光电转换单元中的信号电荷传送到FD(浮动扩散)部件中，该电荷排放晶体管将光电转换单元中的信号电荷排放到与FD部件不同的部分(例如参见日本未实审专利申请公报No.2004-140149)。
技术实现思路
然而，如果采用向像素新增了电荷排放晶体管的配置，则由于用于驱动电荷排放晶体管的信号互连(interconnection)的数目增加，因此，布图效率降低。此外，由于光电转换单元的上层的互连层中的互连数目随着信号互连数目的增加而增加，因此，如果入射到光电转换单元的光被上层互连排斥，则入射到光电转换单元的光量减少，从而使得敏感度降低。鉴于上面的问题，希望提供即使在采用具有电荷排放晶体管的像素结构的情况中也可以防止布图效率以及敏感度降低的固态图像捕获装置，其驱动方法以及具有该固态图像捕获装置的电子装置。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种固态图像捕获装置，该固态图像捕获装置包括：像素阵列单元，该像素阵列单元包括二维排列的像素，每个像素包括光电转换单元以及选择性地排放累积在所述光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管，其中，利用用于执行从所述像素阵列单元的每个像素中读取信号的驱动的信号来驱动电荷排放晶体管。在具有上述配置的固态图像捕获装置中，在执行从每个像素读取信号的驱动时利用驱动信号来驱动电荷排放晶体管的事实是指：用于信号读取的驱动信号被共同用作电荷排放晶体管的驱动信号。因此，即使未设置用于传输电荷排放晶体管的驱动信号的信号线，也可以利用用于传输针对信号读取的驱动信号的信号线来驱动电荷排放晶体管。即，在采用包括了选择性地排放累积在所述光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管的像素结构的情况中，即使未添加专用于驱动电荷排放晶体管的信号线，也可以驱动电荷排放晶体管。根据本专利技术，在设置有电荷排放晶体管的像素结构中，可以在不用添加专用信号线的情况下来驱动电荷排放晶体管，以使得电荷排放晶体管的添加不会导致布图效率或敏感度的降低。附图说明图1是图示出应用了本专利技术的CMOS图像传感器的配置概况的系统配置图；图2是图示出在像素内部没有存储器单元的像素结构的电路示例1的电路配置的电路图；图3是图示出在像素内部具有存储器单元的像素结构的电路示例2的电路配置的电路图；图4是图示出根据本专利技术第一实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图；图5是图示出根据第一实施例的CMOS图像传感器的驱动方法的一个示例的时序图；图6是图示出根据第一实施例当执行卷帘式快门操作时的驱动示例的时序图；图7是图示出晶体管和布线(line)的布置的一个示例的像素布图示图；图8是图示出根据本专利技术第二实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图；图9是图示出根据本专利技术第三实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图；图10是图示出根据第三实施例的CMOS图像传感器的驱动方法的一个示例的时序图；图11是图示出根据第三实施例当执行卷帘式快门操作时的驱动示例的时序图；图12是图示出根据本专利技术第四实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图；图13是图示出根据本专利技术第五实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图；图14是图示出当需要在光电荷保存在电容Cfd和电容Cm中的状态中提取出累积在光电二极管中的电荷时的设计示例的电位图；图15是图示出电荷被传送到电容Cfd而不排放累积在光电二极管中的电荷的示例的电位图；图16A和16B是图示出完成了电荷排放而不会将过剩电荷添加到电容Cfd中所保存的保持电荷中的状态的示图；图17是图示出当本专利技术被应用于由两个水平像素共有的像素结构时的主要元件的配置的电路图；以及图18是图示出作为根据本专利技术实施例的电子装置的一个示例的图像捕获装置的配置示例的框图。具体实施方式下面，将参考附图详细描述本专利技术的优选实施例(此后称为实施例)。此外，将以下面的顺序来进行描述。1.应用了本专利技术的固态图像捕获装置(CMOS图像传感器示例)1-1.系统配置1-2.单位像素的电路配置2.第一实施例(共用选择脉冲SEL的示例)3.第二实施例(共用重置脉冲RST的第一示例)4.第三实施例(共用重置脉冲RST的第二示例)5.第四实施例(共用传输脉冲TRG的示例)6.第五实施例(共用传输脉冲TRX的示例)7.应用(由多个像素共有的结构示例)8.修改9.电子装置(图像捕获装置的示例)<1.应用了本专利技术的固态图像捕获装置>[1-1.系统配置]图1是图示出CMOS图像传感器的配置概况的系统配置图，该CMOS图像传感器是一种应用了本专利技术的固态图像捕获装置，例如X-Y地址类型的固态图像捕获装置。如图1所示，根据本专利技术的应用的CMOS图像传感器10包括形成在半导体衬底(芯片)11上的像素阵列单元12，以及与像素阵列单元12集成在同一芯片11上的外围电路部分。作为外围电路，例如设置了垂直驱动单元13、列处理单元14、水平驱动单元15、输出电路单元16以及系统控制单元17。在像素阵列单元12中，单位像素(未示出，在下面的描述中有时仅写为“像素”)被二维地布置在矩阵中，每个像素包括光电转换单元(光电转换元件)，用于对入射的可见光线进行光电转换并且累积与其光量相对应的电荷量的信号电荷(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相机系统，包括：光学系统，该光学系统具有用于捕获来自对象的入射光的透镜组；DSP电路，该DSP电路用作相机信号处理单元；显示设备，该显示设备显示动态图像或静止图像；操作系统，该操作系统在用户的操作下发出操作命令；以及固态图像捕获装置，该固态图像捕获装置输出像素信号并且包括：像素阵列单元，该像素阵列单元包括二维排列的像素，每个像素包括光电转换单元、传送累积在所述光电转换单元中的电荷的传送晶体管，以及选择性地排放累积在所述光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管；以及驱动单元，该驱动单元执行驱动以用于从所述像素阵列单元的每个像素中读取信号，并且利用用于所述驱动的信号来驱动所述电荷排放晶体管。

【技术特征摘要】
2009.01.28 JP 2009-0162661.一种相机系统，包括：光学系统，该光学系统具有用于捕获来自对象的入射光的透镜组；DSP电路，该DSP电路用作相机信号处理单元；显示设备，该显示设备显示动态图像或静止图像；操作系统，该操作系统在用户的操作下发出操作命令；以及固态图像捕获装置，该固态图像捕获装置输出像素信号并且包括：像素阵列单元，该像素阵列单元包括二维排列的像素，每个像素包括光电转换单元、传送累积在所述光电转换单元中的电荷的传送晶体管，以及选择性地排放累积在所述光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管；以及驱动单元，该驱动单元执行驱动以用于从所述像素阵列单元的每个像素中读取信号，并且利用被用于将累积在所述光电转换单元中的电荷传送到所述像素中的电荷存储器单元的信号，来驱动所述电荷排放晶体管。2.根据权利要求1所述的相机系统，其中，所述像素包括执行像素选择的选择晶体管。3.根据权利要求2所述的相机系统，其中，所述像素包括：浮动电容，该浮动电容保存由所述传送晶体管从所述光电转换单元传送来的电荷；以及电荷存储器单元，该存储器单元与所述浮动电容分开地保存所累积的电荷。4.根据权利要求2所述的相机系统，其中，所述驱动单元具有：在行扫描方向上先被执行信号读取的像素的电荷排放晶体管的驱动信号，以及此后被执行信号读取的像素的选择晶体管的驱动信号。5.根据权利要求1所述的相机系统，其中，所述像素包括用于重置所述像素的重置晶体管。6.根据权利要求5所述的相机系统，其中，所述像素包括：浮动电容，该浮动电容保存由所述传送晶体管从所述光电转换单元传送来的电荷；以及电荷存储器单元，该存储器单元与所述浮动电容分开地保存所累积的电荷，其中，所述重置晶体管通过重置所述浮动电容来重置所述像素。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：大池祐辅，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：