固态成像设备的驱动方法和固态成像设备的利记博彩app

专利名称：固态成像设备的驱动方法和固态成像设备的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及固态成像设备、成像系统、固态成像设备的驱动方法，它们均用于扫描仪、摄像机、数字静态照相机等。
背景技术：
关于常规成像设备，已经普遍知道了这样的像素，所述像素被配置为使得用于光电转换入射光的光电转换部分也可被用作用于累积电荷的累积部分。
另一方面，日本专利申请特开No.2004-111590 >开了一种用于与光电转换部分分离地设置电荷累积部分的技术。通过日本专利申请特开No.2004-111590中公开的技术，在光电转换部分中的所有像素中累积的电荷被同时从光电转换部分传送至累积部分，以使得能够实现全局快门(global shutter )。
此外，日本专利申请特开No.2006-246450^^开了一种配置，其中与累积部分分离地设置光电转换部分，并且光电转换部分中产生的
大多数电荷不在光电转换部分中累积，而是被传送至电荷累积区域。图9A 9G引用自日本专利申请特开No. 2006-246450的图6。日本专利申请特开No.2006-246450中公开的配置使用了光电转换部分和电荷累积部分之间的传送部分中的埋入沟道结构的金属氧化物半导体(MOS)晶体管。日本专利申请特开No.2006-246450描述了光电转换部分可被限制为光接收所必需的最小尺寸。通过该配置，可实现表面内(in-surface )同步电子快门，通过该快门，使得在表面中的所有像素的累积的开始时间和结束时间统一。
图10A 10C和11A-11C是分别引用自日本专利申请特开No.2004-111590的图2和图5的图。根据日本专利申请特开No.2004-111590中公开的技术，首先将用于使作为光电转换部分的光电二极管中累积的电荷释放至电源VoD的控制开关ABG设定为其关断状态。然后，在图IIA中的时间t2处开始曝光和累积时段，所述时间t2是将光电转换部分中累积的电荷传送至累积部分的操作完成了的定时。此后，在曝光和累积时段开始之后，传送至累积部分的电荷被传送至浮动扩散FD。
然而，这样的操作有时不能准确地定义像素中的累积时段。换句话说，有这样一种情况，其中不可能准确地掌握其中产生了要在像素中累积的电荷的时段。例如，如果考虑如日本专利申请特开No.2006-246450中公开的，将光电转换部分设计为光接收所必需的最小尺寸的情况，则可理解，在图IIA中示出的状态下，光电转换部分中产生的电荷超过光电转换部分中能够累积的电荷量。超过了光电转换部分中能够累积的电荷量的电荷通过由控制开关ABG和FSG形成的势垒(potential barriers)被释放至电源VoD或累积部分。也就是说，导致了如下的问题因为在累积时段开始之后产生的电荷的一部分被释放，不能准确地定义累积时段。因此，在产生的电荷多于光电转换部分可累积的电荷量的使用中，以及在包括被设计为具有光接收所必需的最小尺寸的光电转换部分的成像设备中，日本专利申请特开No.2006-246450中公开的驱动方法不能准确地定义累积时段的开始。
此外，在日本专利申请特开No.2006-246450中公开的配置的操作中(该操作在图9A 9G中被示出)，可认为，在图9G所示的处理中读出像素的信号的操作完成之后，操作返回到图9A的状态，并开始累积操作。然而，当执行表面内同步电子快门的操作时，在像素中累积电荷的时段的开始时间和结束时间在所有行(line)中都成为相同的时间，但从像素中读出信号是逐行执行的。因此，如果重复图9B 9G所示的操作，则从图9G所示的状态到图9B所示的状态的时间段取决于像素的行而改变。如果该时间段改变，则在从图9G所示的状态到图9B所示的状态的时段期间在累积部分中累积的暗电流分量取决于行而改变，从而暗电流的影响取决于行而改变。此外，不仅暗电流，而且在该时段期间进入像素区域的光的影响也取决于行而改变。因此，可认为，作为结果获得的图像的亮度取决于行而改变。由于该原因，可认为产生了取决于物体的亮度的错误信号，并且担忧出现图像质量的劣化。

发明内容
本发明旨在提供这样一种适当的技术，所述技术用于即使产生了超过光电转换部分中能够累积的电荷量的量的电荷，也能够定义累积时段的开始，并且用于减小暗电流和入射光的影响的差异。
本发明的第一方面的固态成像设备的驱动方法是一 种固态成像设备的驱动方法，其中所述固态成像设备包括像素部分，所述像素部
分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像素包括用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积所述电荷的累积部分、将光电转换部分与累积部分相连接的第一传送部分、将累积部分与浮动扩散部分相连接的第二传送部分、将光电转换部分与电源相连接的第三传送部分，其中，至少在像素累积电荷的时段期间，在第一传送部分中形成的相对于累积部分中累积的电荷的势垒的高度不高于在第三传送部分中形成的势垒的高度，并且其中，该驱动方法包括下述步骤在第一传送部分中形成势垒而在第三传送部分中未形成势垒的条件下，从未形成势垒的状态开始在第二传送部分中形成势垒；以及在第三传送部分中形成势垒，以便在像素矩阵中的多行的像素中同时开始累积电荷的操作。
本发明的另一方面的固态成像设备的驱动方法是一种固态成像设备的驱动方法，其中所述固态成像设备包括像素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像素包括用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积所述电荷的累积部分、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至累积部分的第一传送晶体管、用于将累积部分中累积的电荷传送至浮动扩散部分的第二传送晶体管、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至电源的第三传送晶体管，其中，第一传送晶体管为埋入沟道型晶体管，并且所述驱动方法包括下
述步骤在将低电平的信号供应给第一传送晶体管的控制电极，而将高电平的信号供应给第三传送晶体管的控制电极的条件下，将供应给第二传送晶体管的控制电极的信号从高电平改变为低电平；以及将供应给第三传送晶体管的控制电极的信号改变为低电平，以便在像素矩
阵中的多行中的像素中同时开始累积电荷的操作。
本发明的另一方面的固态成像设备的驱动方法是一种固态成像设备的驱动方法，其中所述固态成像设备包括像素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像素包括用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积所述电荷的累积部分、将光电转换部分与累积部分相连接的第一传送部分、将累积部分与浮动扩散部分相连接的第二传送部分、以及将光电转换部分与电源相连接的第三传送部分，其中，至少在像素中累积电荷的部分时段期间，在第一传送部分中形成的相对于在累积部分中累积的电荷的势垒的高度不高于在第三传送部分中形成的势垒的高度，并且其中，该驱动方法包括下述步骤在第三传送部分中形成势垒而在第一和第二传送部分中未形成势垒的条件下，从未形成势垒的状态开始在第二传送部分中形成势垒，以便在像素矩阵中的多行中的像素中同时开始累积电荷的操作；以及在第一传送部分中形成势垒。
本发明的另 一 方面的固态成像设备的驱动方法是 一 种固态成像设备的驱动方法，其中所述固态成像设备包括像素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像素包括用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积所述电荷的累积部分、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至累积部分的第一传送晶体管、用于将累积部分中累积的电荷传送至浮动扩散部分的第二传送晶体管、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至电源的第三传送晶体管，其中，第一传送晶体管为埋入沟道型晶体管，并且其中，该驱动方法包括下述步骤在将低电平的信号供应给第三传送晶体管的控制电极，而将高电平的信号供应给第一和第二传送晶体管的控制电极的条件
ii下，将供应给第二传送晶体管的控制电极的信号从高电平改变为低电
平，以便在像素矩阵中的多行中的像素中同时开始累积电荷的操作；以及将供应给第一传送晶体管的控制电极的信号改变为低电平。
本发明的另 一方面的固态成像设备是一种固态成像设备，其包括像素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像素包括用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积所述电荷的累积部分、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至累积部分的第一传送晶体管、用于将累积部分中累积的电荷传送至浮动扩散部分的第二传送晶体管、以及用于将光电转换部分中产生的电荷传送至电源的第三传送晶体管，所述固态成像设备还包括用于向第一、第二和第三传送晶体管的控制电极供应信号的控制部分，其中，第一传送晶体管为埋入沟道型晶体管；并且该控制部分进行控制以便在将低电平的信号供应给第一传送晶体管的控制电极，而将高电平的信号供应给第三传送晶体管的控制电极的条件下，将供应给第二传送晶体管的控制电极的信号从高电平改变为低电平；以及将供应给第三传送晶体管的控制电极的信号改变为低电平，以便在像素矩阵中的多行中的像素中同时开始累积电荷的操作。
本发明的其它方面的固态成像设备是一种固态成像设备，所述固态成像设备包括像素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像素包括用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积电荷的累积部分、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至累积部分的第 一传送晶体管、用于将累积部分中累积的电荷传送至浮动扩散部分的第二传送晶体管、以及用于将光电转换部分中产生的电荷传送至电源的第三传送晶体管，所述固态成像设备还包括用于向第一、第二和第三传送晶体管的控制电极供应信号的控制部分，其中，第 一传送晶体管为埋入沟道型晶体管；以及该控制部分进行控制以便在将低电平的信号供应给第三传送晶体管的控制电极，而将高电平的信号供应给第一和第二传送晶体管的控制电极的条件下，将供应给第二传送晶体管的控制电极的信号从高电平改变为低电平，以便在像素矩阵中的多行的像素中同时开始累积电荷的操作；以及将供应给第一传送晶体管的控制电极的信号改变为低电平。
根据本发明，即使产生了超过光电转换部分中能够累积的电荷量的量的电荷，也可适当地定义累积时段的开始。
参照附图，本发明的更多特征将从示例性实施例的下述描述中变得清晰。


图1是示出根据本发明的示例性实施例的固态成像设备的示意性配置的视图。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的像素的等效电路图。图3是图2所示的像素的截面图。图4是根据第一实施例的时序图。
图5A、 5B、 5C、 5D、 5E和5F是示出根据第一实施例的像素的电势状态的图。
图6是根据第二实施例的时序图。
图7A、 7B、 7C、 7D、 7E、 7F和7G是示出根据第二实施例的像素的电势状态的图。
图8是示出成像系统的示意性配置的图。
图9A、 9B、 9C、 9D、 9E、 9F和9G是引用自日本专利申请特开No. 2006-246450的图6的图。
图10A、10B和IOC是引用自日本专利申请特开No.2004-111590的图2的图。
图11A、11B和IIC是引用自日本专利申请特开No.2004-111590
的图5的图。
具体实施方式
(第一实施例)
描述可应用本发明的第一实施例。图l是固态成像设备的示意性框图，该框图包括其中布置有多个像素的成像区域101、以及作为控制部分的垂直扫描电路102和水平扫描电路103。此处，假设成像区域101中布置的像素被布置为矩阵。水平扫描电路103顺序地扫描对应于成像区域IOI中的像素的列设置的信号线，以使输出电路104从一行(row)的像素输出信号。
图2是成像区域101中包括的像素的等效电路图。为了简化描述，以由成像区域101中包括的三行乘三列像素的九个像素构成的区域为例，但像素的数量不限于九个。作为光电转换部分的光电二极管(PD)2的阳极被接地到固定电势，光电二极管2的阴极通过作为第一传送部分的第一传送开关8连接至累积部分MEM的一个端子。所述阴极还通过作为第三传送部分的第三传送开关13与电源线相连接，该电源线是用作溢漏(overflow drain,下文中称为OFD)的第二电源。累积部分MEM的另一个端子被接地至固定电势。累积部分MEM的所述一个端子还通过作为第二传送部分的第二传送开关9连接至放大晶体管12的栅极端子。放大晶体管12的栅极端子通过作为复位部分的复位晶体管10连接至像素电源线。此处示出了其中第一至第三传送部分由晶体管构成的例子。尽管在图2中，充当OFD的电源线和像素电源线是分离的，但这些线路可连接至共用的电源，或可以连接至不同的电源。
选择晶体管il的作为一个主电极的漏极端子连接至像素电源线，而选择晶体管11的作为另一个主电极的源极端子连接至放大晶体管12的作为一个主电极的漏极。当激活信号SEL输入至选择晶体管11的控制电极时，选择晶体管11的两个主电极均变为其传导状态。放大晶体管12由此与提供给相应的垂直信号线OUT的恒流源(未示出) 一起形成源极跟随器电路，并且在垂直信号线OUT上出现根据放大晶体管12的作为控制电极的栅极端子的电势的信号。基于垂直信号线OUT上出现的信号，从固态成像设备输出信号，并且通过下述信号处理电路单元将该信号显示为图像。此外，作为浮动扩散部分的节点(下文中称为FD)4具有电容值，并可保持电荷，放大晶体管12的栅极端子、复位晶体管10和第二传送开关9的主电极共同连接
至所述浮动扩散部分。
下面，图3中示出在半导体衬底上形成图2所示的像素的情况的
截面图的例子。在图3中，对应于图2的各个配置部分的配置由与图
2中相同的附图标记表示。此处通过以其中电子被用作信号电荷的情
况为例，描述半导体区域的导电类型。在使用空穴的情况下，可将每一个半导体区域的导电类型设定为相反的导电类型。
像素包括P型半导体区域201。可通过将P型杂质离子注入N型半导体衬底来形成P型半导体区域201，或者可通过使用P型半导体村底来形成P型半导体区域201。
像素包括构成光电转换部分的一部分的N型半导体区域(第一导电类型第一半导体区域)202。 N型半导体区域202具有与作为信号电荷的电子的极性相同的极性。N型半导体区域202与P型半导体区域201 (第二导电类型第二半导体区域)的一部分一起形成PN结。
像素包括在N型半导体区域202的表面上形成的P型半导体区域203。设置P型半导体区域203，以便使光电转换部分成为埋入型光电二极管，并且减少界面状态的影响，以便抑制在光电转换部分的表面上产生的暗电流的生成。光电转换部分被配置为包括至少第一半导体区域202、以及与第一半导体区域202 —起形成PN结的第二半导体区域201。
像素包括构成第二传送开关9的第二传送电极204。可通过供应至第二传送电极204的电压来控制累积部分和电荷电压转换部分(下述的第四半导体区域)之间的电势状态。第二传送电极204被布置在下述的第三半导体区域205和第四半导体区域之间的第二路径上，绝缘膜被放置在第二传送电极204和第二路径之间。
像素包括构成累积部分MEM的一部分的N型半导体区域(第一导电类型第三半导体区域)205。通过设置第三半导体区域205,像素被配置为能够累积从光电转换部分传送的电荷达某个时段。像素包括控制电极206。控制电极206被布置在第三半导体区域205之上，绝缘膜放置在控制电极206和第三半导体区域205之间，以使得能够 控制绝缘膜的界面附近的第三半导体区域205中的电势状态。可通过 在累积部分MEM保持电荷的时段期间向控制电极206供应电压，来 减少在N型半导体区域205的表面氧化物膜的界面附近产生的暗电流 的影响。如下所述，可将此时供应的电压设定为负电压，以便使空穴 集中在第三半导体区域205和绝缘膜之间的界面中，并且例如供应约 -3V的电压。根据第三半导体区域205的杂质密度，适当地改变电压。 累积部分MEM ^皮配置为包括N型半导体区域205和控制电极
206。
像素包括构成第一传送开关8的第一传送电极207。通过设置第 一传送电极207,像素可控制光电转换部分和累积部分MEM之间的 第一路径的电势状态。像素包括半导体区域213，所述半导体区域213 在第一半导体区域202和第三半导体区域205之间在第一传送电极 207下方，密度低于第一半导体区域202的密度。通过包括这样的埋 入沟道的配置，可实现如图5所示的电势关系。
像素包括浮动扩散区域(FD区域)208。 FD区域208充当电荷 电压转换部分。FD区域208通过插头209等电连接至放大MOS晶体 管12的栅极。
像素包括光阻挡膜210。光阻挡膜210被布置为以免入射光侵入 电荷累积部分MEM。要求光阻挡膜210覆盖至少累积部分MEM， 并且光阻挡膜210可被布置为在整个第一传送电极207以及第二传送 电极204的一部分上延伸，以使得能够提高其光阻挡功能。
像素包括构成第三传送开关13的电荷释放控制电极211。该电 荷释放控制电极211使得能够控制光电转换部分和OFD区域之间的 第三路径的电势状态。电荷释放控制电极211被布置在第三路径之上， 并且绝缘膜放置在电荷释放控制电极211和第三路径之间。第三路径 的电势状态被控制为使得由入射光在光电转换部分中产生的电荷可 被释放至OFD区域。可由供应至电荷释放控制电极211的电压来控 制光电转换部分中的累积时段(曝光时段)的长度。像素包括构成OFD的部分(第五半导体区域)212、和用于将电 源电压提供至所述部分212的插头215，该插头215连接至电源(未 示出)。也就是说，所述部分212和插头215包括在第二电源中。
第一传送开关8与光电转换部分和累积部分MEM —起构成第一 传送晶体管。此外，第二传送开关9与累积部分MEM和浮动扩散部 4一起构成第二传送晶体管。然后，第三传送开关13与光电转换部分 和第二电源一起构成第三传送晶体管。
参照图2和3描述的多个单位像素优选地被二维布置，以便构成 固态成像设备的成像区域101。在这些像素中，可由多个光电转换部 分共享复位部分、放大部分、选择部分等。
下面，描述本实施例的操作。图4是用于描述本实施例的操作的 时序图，图5A 5F是示出了在图4所示的定时中，从刚好在时间t0 之前的时间到累积时段的结束的每一个定时的像素的电势状态的图。 在此处要描述其中例示了由光电二极管2 、信号TX1和累积部分MEM 构成的晶体管是埋入沟道型晶体管的例子。
图4示出了信号TX1至TX3和信号RES的转变，所述信号TX1 至TX3被分别提供给第一至第三传送部分的控制电极，所述信号RES 被提供给复位部分的控制电极。下标n、 n+l和n+2指示成像区域101 中的行数，例如，TXl(n)指示要提供给第n行中的像素中的第一传送 部分的信号。也就是说，当信号TXl(n)变为高电平时，该行(排，line) 中包括的像素中的第一传送部分被一次全部激活。
首先，在时间t0之前的初始状态中，信号TXl(n) TXl(n+2)、 信号TX2(n) TX2(n+2)处于低电平，而信号TX3(n) TX3(n+2)和信号 RES(n) RES(n+2)处于高电平。图5A中示出了此时的像素的电势状 态。在该时段中，对于累积部分MEM中要累积的电荷，存在对应于 第一传送部分的信号TX1中形成的势垒。另一方面，因为在对应于第 三传送部分的信号TX3中不存在势垒，光电二极管(PD) 2中产生 的电荷(图5A中的黑点)不移动到累积部分MEM，并且通过第三 传送部分被释放至OFD。因此，像素处于不累积任何电荷的状态。从
17图5A可明显看出，电荷不取决于信号TX2中的电势状态。在信号 TX1中形成的势垒低于信号TX2中形成的势垒的原因是，此处考虑 其中由光电二极管2、信号TX1和累积部分MEM构成的晶体管是埋 入沟道型晶体管的例子。
在从时间t0到时间tl的时段中，信号TX2(n) TX2(n+2)变为高 电平。因此，与累积部分MEM和FD区域(FD)之间的第二传送部 分对应的信号TX2中形成的势垒消失。由此，在时间tO之前在累积 部分MEM中保持的电荷被传送至FD区域。图5B中示出了该时段 中的像素的电势状态。因为在此时段中信号TXl(n) TXl(n+2)处于低 电平，而信号TX3(n) TX3(n+2)处于高电平，所以光电二极管2中产 生的电荷通过第三传送部分被释放至OFD。因此，在此时间点，光电 二极管2中产生的电荷不能理想地存在于累积部分MEM中。
当信号TXl(n) TXl(n+2)在时间tl处变为低电平时，像素的电 势状态变成如图5C所示。电势状态与图5A中示出的相同。并且在 此时段中，存在对应于第一传送部分的信号TX1中形成的势垒，而另 一方面，对应于第三传送部分的信号TX3中不存在势垒。因此，光电 二极管2中产生的电荷不移动到累积部分MEM，而是通过第三传送 部分3皮释放至OFD。
下面，当信号TX3(n) TX3(n+2)在时间t2变为低电平时，像素 的电势状态变成图5D中所示的电势状态。在此时段中，对于累积部 分MEM中累积的电荷的势垒在对应于第三传送部分的信号TX3中比 在对应于第一传送部分的信号TX1中更高。于是，因为信号 TX2(n) TX2(n+2)处于低电平，在该时段中在光电二极管2中产生的 电荷当中的、超过信号TX1中的势垒的电荷停留在光电二极管2或累 积部分MEM中。因此，每 一 个像素的累积时段从信号 TX3(n) TX3(n+2)在时间t2变为低电平时的定时开始。也就是说，在 本实施例中，状态从其中在时间t0信号TX1处于低电平而信号TX3 处于高电平的状态，改变为信号TX2在时间tl从高电平改变为低电 平、进而信号TX3在时间t2改变为低电平的状态。由此定义了在像素中累积电荷的操作的开始。通过这样的驱动方法，即使在光电二极
管2中产生了多于光电二极管2可累积的量的电荷，不像日本专利申 请特开No,2004-111590中公开的操作那样执行与不必要的电荷一起 释放累积电荷的操作，因此可适当地定义累积时段的开始。
下面，当信号TXl(n) TXl(n+2)在从时间t3到时间t4的时段期 间改变为高电平时，第一传送部分中形成的势垒消失，并且光电二极 管2中产生的电荷被传送至累积部分MEM (见图5E)。
当代替信号TXl(n)~TXl(n+2)改变为低电平，而是信号 TX3(n) TX3(n+2)在时间t4改变为高电平时，像素的电势状态变为图 5F中所示的电势状态。因为在时间t4和在时间t4之后在光电二才及管 2中产生的电荷通过第三传送部分被释放至OFD,所有像素的累积时 段在时间t4结束。
通过以这样的方式在所有像素中共同地将电荷从光电二极管2 传送至累积部分MEM,可使得所有像素的累积的开始时间和结束时 间统一，并且可实现表面内同步的电子快门操作。
下面，当信号TX2(n)在从时间t5到时间t7的时段期间(在该时 段期间，信号RESl(n)处于低电平)在时间t6改变为高电平时，于是 第n行的每一个像素的累积部分MEM中保持的电荷通过第二传送部 分TX2被传送至像素的FD区域。像素的选择部分至少在该定时处于 其接通状态，并且通过由放大晶体管12和恒流源构成的源极跟随器 电路，根据被传送至FD区域的电荷量的电压电平出现在相应的垂直 信号线上。从输出电路104输出根据在垂直信号线上出现的该电压电 平的信号。
对第(n + l)行像素和第(n + 2)行像素也执行相似的操作， 从输出电路104输出与各行中的像素对应的信号。通过上述操作，完 成一个帧的操作。
尽管在图4所示的操作中，除了从每一行中的像素读出信号的时 段以外，信号RES保持高电势，但是信号RES可在信号TX2改变为 高电平之前以脉冲改变为高电平。日本专利申请特开No. 2004-111590中公开的操作具有不可能适 当地定义像素的累积时段的开始的问题，这是因为，当在光电二极管 中产生了多于光电二极管中能够累积的量的电荷时，产生的电荷作为 不必要的电荷被释放。也就是说，通过该操作，不能准确地掌握在哪 个时段中产生了像素中累积的电荷。另一方面，通过执行前述的操作， 即使在光电二极管中产生的电荷多于光电二极管中能够累积的量，也 可适当地定义电荷的累积时段的开始。
此外，才艮据日本专利申请特开No.2006-246450，可认为在布置成 矩阵的多行像素中同时执行从图9G到图9B所示的操作。在该情况 下，尽管可定义累积时间的开始，但应理解，因为从图10G到图10A 的时段彼此不同，所以暗电流和入射光的影响的差异导致产生条紋噪 声(streaky noises)。另一方面，根据本实施例，可减小暗电流和入 射光的影响的差异。
(第二实施例)
描述本发明的第二实施例的操作。图6是用于描述本实施例的操 作的时序图，并且图7A 7G是示意性地示出在图6所示的定时当中， 从刚好在时间t0之前的时间到累积时段的结束的每一个定时的像素 的电势状态的图。在本实施例中还要例示描述其中由光电二极管2、 信号TX1和累积部分MEM构成的晶体管是埋入沟道型晶体管的情 况。
图6示出信号TX1至TX3和信号RES的转变，所述信号TX1 至TX3被分别提供给第一至第三传送部分，信号RES被提供给复位 部分。与图4相似，下标n、 n+l和n+2指示成像区域101中的行数， 例如，TXl(n)指示要提供给第 一行中的像素中的第 一传送部分的信 号。
首先，在时间t0之前，假设要供应给第一传送部分TX1的信号 TXl(n)~TXl(n+2)和要供应给第二传送部分TX2的信号 TX2(n) TX2(n+2)处于低电平。此夕卜，假设要供应给第三传送部分TX3 的信号TX3(n) TX3(n+2)和要供应给复位部分RES的信号RES(n) RES(n+2)为高电平。图7A中示出了此时的像素的电势状态。 因为在光电二极管(PD) 2和累积部分MEM之间存在势垒，所以光 电二极管2中产生的电荷(由黑点表示)被释放至OFD。此外，尽管 图7A中未示出，因为信号RES处于高电平，所以电荷不停留在FD 区域(FD)中，并且电荷被释放至相应的像素电源线。在信号TX1 中形成的势垒低于在信号TX2中形成的势垒的原因是，如上所述，此 处考虑了其中由光电二极管2、信号TX1和累积部分MEM构成的晶 体管是埋入沟道型晶体管的例子。
当信号TXl(n) TXl(n+2)在时间t0处改变为高电平时，像素的 电势状态变为图7B所示的电势状态。在该时段中，因为在与光电二 极管2和累积部分MEM之间的第 一传送部分对应的信号TX1中不形 成势垒，所以光电二极管2中产生的电荷移动到OFD或累积部分 MEM。尽管图7B中未示出，因为信号RES处于高电平，所以移动 至FD的电荷被释放至相应的像素电源线。
在随后的时间tl，信号TX2(n) TX2(n+2)改变为高电平，信号 TX3(n) TX3(n+2)改变为低电平。随后，像素的电势状态变为图7C 所示的电势状态。在对应于第三传送部分的信号TX3中形成势垒，并 且在对应于第二传送部分的信号TX2中形成的势垒在此处消失。随 后，光电二极管2中产生的电荷通过第一传送部分、累积部分MEM 和第二传送部分移动到FD部分。
当信号TX2(n) TX2(n+2)在时间t2处改变为低电平时，在对应 于第二传送部分的信号TX2中形成势垒。此时的像素的电势状态为图 7D中示出的电势状态。从图7D可明显看出，因为在该状态下，光电 二极管2中产生的电荷停留在从光电二极管2到累积部分MEM的区 域中，所以可通过时间t2定义像素的累积时段的开始，即在像素中累 积电荷的操作的开始。
当信号TXl(n) TXl(n+2)在累积时段开始之后的时间t3处改变 为低电平时，在对应于第一传送部分的信号TX1中形成势垒。然而， 如图7E所示，因为信号TX1中形成的势垒低于信号TX3中形成的势
21垒，所以在光电二极管2中产生的电荷当中的、超过信号TX1中形成 的势垒的电荷移动到累积部分MEM。
然后，当信号TXl(n) TXl(n+2)在时间t4处再次改变为高电平 时，像素的电势状态变为图7F所示的电势状态，并且没有超过在从 时间t3到时间t4的时间段中在信号TXl中形成的势垒的电荷移动到 累积部分MEM。
然后，信号TXl(n) TXl(n+2)在时间t5处改变为低电平，代替 信号TXl(n) TXl(n+2)的变化，信号TX3(n) TX3(n+2)改变为高电平。 此时的像素的电势状态为图7G中示出的电势状态。在对应于第一传 送部分的信号TX1中形成势垒，并且在对应于第三传送部分的信号 TX3中形成的势垒消失。因此，光电二极管2中产生的电荷不移动到 累积部分MEM，而是被释放至OFD。因此，可通过该定时定义像素 的累积时间的结束。
之后，当信号TX2(n)在从时间t6到时间t8的时段期间(在该时 段期间，信号RES(n)处于低电平)的时间t7处改变为高电平之后， 第n行中的每一个像素的累积部分MEM中保持的电荷通过第二传送 部分TX2传送至像素的FD区域。因为像素的选择部分至少在此定时 处于其接通状态，所以通过由放大晶体管12和恒流源构成的源极跟 随器电路，根据被传送至FD区域的电荷量的电压电平出现在相应的 垂直信号线上。从输出电路104输出根据出现在垂直信号线上的所述 电压电平的信号。
对第(n+l)行像素和第(n + 2)行中的像素也执行相似的操 作，从输出电路104输出与各行中的像素对应的信号。通过上述操作， 完成实现表面内同步的电子快门的一个帧的操作。
尽管在图4所示的操作中，除了从每一行中的像素读出信号的时 段以外，信号RES保持高电平，但是信号RES可在信号TX2改变为 高电平之前以脉冲改变为高电平。
通过在信号TX3处于低电平、信号TX1和TX2处于高电平的 条件下将信号TX2改变为低电平，根据本实施例的驱动方法使得累积电荷的操作在布置为矩阵的多行像素中同时开始。进一步地，使信号
TX1处于低电平。根据本实施例的驱动方法，即使在光电二极管中产 生的电荷多于能够在光电二极管中累积的量，可适当地定义电荷的累 积时段的开始。此外，根据本实施例，可减小暗电流和入射光的影响 的差异。
(其它)
图8是示出了成像系统的示意性配置的图，该成像系统例如包括 光学单元711、固态成像设备700、信号处理电路单元708、记录和通 信单元709、定时发生器706、中央处理单元(CPU) 707、再现和显 示单元710以及操作单元712。
作为诸如透镜之类的光学系统的光学单元711将物体的光聚焦 在固态成像设备700的像素部分701上，以在其上形成物体的图像， 在所述像素部分701上二维地布置有多个像素。像素部分701包括前 述的成像区域101。固态成像设备700在基于从定时发生器706输入 的信号的定时，输出根据像素部分701中形成的图像的光的信号。
固态成像设备700包括对应于图1的成像区域101的像素部分 701、以及配备有保持部分的水平读出电路705，所述保持部分暂时地 保持从像素部分701中的每一个像素输出至垂直信号线的信号。水平 读出电路705可包括对应于图1所示的输出电路104的输出部分。固 态成像设备700还包括用于选择像素部分701中的一行像素的垂直扫 描电路702、以及用于控制水平读出电路705以将信号作为传感器信 号输出来输出的水平扫描电路703。
从固态成像设备700输出的信号被输入到作为信号处理部分的 信号处理电路单元708，信号处理电路单元708根据由程序等管理的 方法对输入电信号执行诸如AD转换之类的处理。通过信号处理电路 单元708中的处理而获得的信号作为图像数据被传送至记录和通信单 元709。记录和通信单元709将用于形成图像的信号传送至再现和显 示单元710,以使得再现和显示单元710再现和显示运动图像或静态 图像。记录和通信单元709从信号处理电路单元708接收信号，以便除了与CPU 707通信外，还执行将用于形成图像的信号记录在记录介 质(未示出)上的操作。
CPU 707集中地控制成像系统的操作，并输出用于控制光学单元 711、定时发生器706、记录和通信单元709以及再现和显示单元710 的驱动的控制信号。此外，CPU 707配备有存储设备(未示出)，诸 如记录介质，其中记录有用于控制成像系统的操作所必需的程序。 CPU 707将驱动模式指令信号和拍摄指令信号输出至定时发生器 706。顺便提及，驱动模式指令信号和拍摄指令信号可以不是彼此不 同的信号，而可以是单个信号。
当定时发生器706从CPU 707接收到驱动模式指令信号和拍摄 指令信号时，定时发生器706将信号供应至垂直扫描电路702和水平 扫描电路703，以便以根据该信号的驱动模式操作固态成像设备700。
例如，CPU 707将驱动模式指令信号和拍摄指令信号供应至定时 发生器706，从而以根据表面内同步电子快门的驱动模式执行拍摄。 定时发生器706由此向固态成像设备700供应用于执行表面内同步电 子快门的操作的信号。例如当固态成像设备700接收到该信号时，以 图4所示的定时驱动固态成像设备700，以便将信号输出至处理电路 单元708，所述信号的累积时间在成像表面中是相同的。
此外，例如，CPU 707将驱动模式指令信号和拍摄指令信号供应 至定时发生器706，从而以巻帘式电子快门(rolling electronic shutter) 的驱动模式执行拍摄。由此，定时发生器706向固态成像设备700供 应用于执行巻帘式电子快门的操作的信号。例如当固态成像设备700 接收该信号时，以图8所示的定时驱动固态成像设备700，并且固态 成像设备700将信号输出至信号处理电路单元708,所述信号的累积 时段在成像表面中在每一行像素处是不同的。
操作单元712是用户操作的界面，并将根据用户的操作的操作信 号输出至CPU 707。更具体地说，操作单元712使得能够切换拍摄运 动图像的模式和拍摄静态图像的模式，并确定快门的定时。
再现和显示单元710是用于将输入图像数据显示为图像的单元，并且例如，再现和显示单元710可通过记录和通信单元708将记录介 质(未示出)中保持的图像数据显示为图像。此外，如果成像系统被 用作电子取景器(EVF)，则成像系统可将从信号处理电路单元708 供应的图像数据显示为图像，而不使用记录和通信单元709。
尽管已参照示例性实施例描述了本发明，应理解，本发明不限于 公开的示例性实施例。下述权利要求的范围应被给予最宽的解释，以 便包含所有这样的修改以及等同结构和功能。
权利要求
1.一种固态成像设备的驱动方法，其中所述固态成像设备包括像素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像素包括用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积所述电荷的累积部分、将光电转换部分与累积部分相连接的第一传送部分、将累积部分与浮动扩散部分相连接的第二传送部分、以及将光电转换部分与电源相连接的第三传送部分，其中，至少在像素累积电荷的时段期间，在第一传送部分中形成的相对于累积部分中累积的电荷的势垒的高度不高于在第三传送部分中形成的势垒的高度，并且其中该驱动方法包括下述步骤在第一传送部分中形成势垒而在第三传送部分中未形成势垒的条件下，从未形成势垒的状态开始在第二传送部分中形成势垒；以及在第三传送部分中形成势垒，以便在像素矩阵中的多行的像素中同时开始累积电荷的操作。
2. —种固态成像设备的驱动方法，其中所述固态成像设备包括像 素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像素包括 用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积所述电荷的 累积部分、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至累积部分的第一 传送晶体管、用于将累积部分中累积的电荷传送至浮动扩散部分的第 二传送晶体管、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至电源的第三 传送晶体管，其中，第一传送晶体管为埋入沟道型晶体管，并且 所述驱动方法包括下述步骤在将低电平的信号供应给第一传送晶体管的控制电极，而将高电 平的信号供应给第三传送晶体管的控制电极的条件下，将供应给第二 传送晶体管的控制电极的信号从高电平改变为低电平；以及将供应给第三传送晶体管的控制电极的信号改变为低电平，以便在像素矩阵中的多行中的像素中同时开始累积电荷的操作。
3. —种固态成像设备的驱动方法，其中所述固态成像设备包括像 素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像素包括 用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积所述电荷的 累积部分、将光电转换部分与累积部分相连接的第一传送部分、将累 积部分与浮动扩散部分相连接的第二传送部分、以及将光电转换部分 与电源相连接的第三传送部分，其中，至少在像素中累积电荷的部分 时段期间，在第一传送部分中形成的相对于在累积部分中累积的电荷的势垒的高度不高于在第三传送部分中形成的势垒的高度，并且其中 该驱动方法包括下述步骤在第三传送部分中形成势垒而在第一和第二传送部分中未形成 势垒的条件下，从未形成势垒的状态开始在第二传送部分中形成势 垒，以便在像素矩阵中的多行中的像素中同时开始累积电荷的操作； 以及在第一传送部分中形成势垒。
4. 一种固态成像设备的驱动方法，其中所述固态成像设备包括像 素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像素包括: 用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积所述电荷的 累积部分、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至累积部分的第一 传送晶体管、用于将累积部分中累积的电荷传送至浮动扩散部分的第 二传送晶体管、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至电源的第三 传送晶体管，其中，第一传送晶体管为埋入沟道型晶体管，并且 该驱动方法包括下述步骤在将低电平的信号供应给第三传送晶体管的控制电极，而将高电 平的信号供应给第一和第二传送晶体管的控制电极的条件下，将供应 给第二传送晶体管的控制电极的信号从高电平改变为低电平，以便在像素矩阵中的多行中的像素中同时开始累积电荷的操作；以及 将供应给第一传送晶体管的控制电极的信号改变为低电平。
5. 根据权利要求l所述的驱动方法，其中 在像素中累积电荷的操作在像素部分中的所有像素中同时开始。
6. 根据权利要求1所述的驱动方法，其中所述固态成像设备还包括将浮动扩散部分与电源相连接的复位 部分，从而在没有在第二传送部分中形成势垒的条件下不在复位部分 中形成势垒。
7. 根据权利要求2所述的驱动方法，其中所述固态成像设备还包括用于将浮动扩散部分连接至电源的复 位晶体管，以及当供应至第二传送晶体管的控制电极的信号处于高电平时，将高 电平的信号供应给复位晶体管的控制电极。
8. —种固态成像设备，包括像素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像 素包括用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积所 述电荷的累积部分、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至累积部 分的第一传送晶体管、用于将累积部分中累积的电荷传送至浮动扩散 部分的第二传送晶体管、以及用于将光电转换部分中产生的电荷传送 至电源的第三传送晶体管，所述固态成像设备还包括用于向笫一、第 二和第三传送晶体管的控制电极供应信号的控制部分，其中，第一传送晶体管为埋入沟道型晶体管；并且该控制部分进行控制以便在将低电平的信号供应给第一传送晶体管的控制电极，而将高电 平的信号供应给第三传送晶体管的控制电极的条件下，将供应给第二传送晶体管的控制电极的信号从高电平改变为低电平；以及将供应给第三传送晶体管的控制电极的信号改变为低电平，以便 在像素矩阵中的多行中的像素中同时开始累积电荷的操作。
9. 一种固态成像设备，包括像素部分，所述像素部分包括布置成矩阵的多个像素，每一个像 素包括用于将入射光光电转换为电荷的光电转换部分、用于累积电 荷的累积部分、用于将光电转换部分中产生的电荷传送至累积部分的 第 一传送晶体管、用于将累积部分中累积的电荷传送至浮动扩散部分 的第二传送晶体管、以及用于将光电转换部分中产生的电荷传送至电 源的第三传送晶体管，所述固态成像设备还包括用于向第一、第二和 第三传送晶体管的控制电极供应信号的控制部分，其中，第一传送晶体管为埋入沟道型晶体管；以及该控制部分进行控制以便在将低电平的信号供应给第三传送晶体管的控制电极，而将高电 平的信号供应给第一和第二传送晶体管的控制电极的条件下，将供应 给第二传送晶体管的控制电极的信号从高电平改变为低电平，以便在 像素矩阵中的多行中的像素中同时开始累积电荷的操作；以及将供应给第一传送晶体管的控制电极的信号改变为低电平。
10. 根据权利要求8所述的固态成像设备，其中 所述控制部分控制在像素中累积电荷的操作，使得该操作在像素部分中的所有像素中同时开始。
11. 根据权利要求8所述的固态成像设备，其中所述固态成像设备还包括将浮动扩散部分与电源相连接的复位 部分，并且所述控制部分进行控制，使得在没有在第二传送部分中形 成势垒的条件下不在复位部分中形成势垒。
12. 根据权利要求9所述的固态成像设备，其中所述固态成像设备还包括将浮动扩散部分与电源相连接的复位 晶体管，并且控制部分控制在将高电平的信号供应给第二传送部分的 控制电极的条件下，将高电平的信号供应给复位晶体管的控制电极。
13. 根据权利要求9所述的固态成像设备，其中控制部分控制在像素中累积电荷的操作，使得该操作在像素部分 中的所有像素中同时开始。
14. 根据权利要求9所述的固态成像设备，其中所述固态成像设备还包括将浮动扩散部分与电源相连接的复位 部分，并且控制部分进行控制，使得在没有在第二传送晶体管中形成 势垒的条件下不在复位部分中形成势垒。
15. 根据权利要求2所述的驱动方法，其中在像素中累积电荷的操作在像素部分中的所有像素中同时开始。
16. 根据权利要求2所述的驱动方法，其中所述固态成像设备还包括将浮动扩散部分与电源相连接的复位 部，从而在没有在第二传送晶体管中形成势垒的条件下不在复位部分 中形成势垒。
17. 根据权利要求4所述的驱动方法，其中所述固态成像设备还包括用于将浮动扩散部分与电源相连接的 复位晶体管，以及当供应至第二传送晶体管的控制电极的信号处于高电平时，将高 电平的信号供应给复位晶体管的控制电极。
18. 根据权利要求3所述的驱动方法，其中在像素中累积电荷的操作在像素部分中的所有像素中同时开始。
19.根据权利要求3所述的驱动方法，其中所述固态成像设备还包括将浮动扩散部分与电源相连接的复位 部分，从而在没有在第二传送部分中形成势垒的条件下不在复位部分 中形成势垒。
20.根据权利要求4所述的驱动方法，其中 在像素中累积电荷的操作在像素部分中的所有像素中同时开始。
全文摘要
提供固态成像设备及其驱动方法。固态成像设备包括像素部分，该像素部分包括多个像素，其中每一个像素包括光电转换部分、用于累积电荷的累积部分、将光电转换部分与累积部分相连接的第一传送部分、将累积部分与浮动扩散部分相连接的第二传送部分、和将光电转换部分与电源相连接的第三传送部分，其中，在第一传送部分中形成势垒而在第三传送部分中未形成势垒的条件下，从未在第二传送部分中形成势垒的状态开始在第二传送部分中形成势垒；以及在第三传送部分中形成势垒；从而开始在像素中累积电荷的操作。
文档编号H04N5/335GK101582979SQ20091014093
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月13日 优先权日2008年5月13日
发明者大贯裕介, 山下雄一郎 申请人:佳能株式会社