[发明专利]固态图像传感器及成像系统

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及固态图像传感器和包括它的成像系统。

背景技术

[0002]固态图像传感器，诸如CMOS图像传感器，已被研究以减少形成像素的元件(比如，MOS晶体管)的数目，以减小像素的尺寸。作为一种方法，日本专利申请公开第2004-343529号提出了一种结构，其中省略了用于选择像素的选择晶体管。在该结构中，通过控制被耦合到放大器MOS晶体管的栅极的浮动扩散区(floatingdiffusion，下文中称为FD)的电压来选择像素。在日本专利申请公开第2004-343529号所述的结构中，FD电压在读出期间被复位，在该读出期间，信号被从每个像素读出到排列在每列上的列电路。该读出期间为水平消隐期间(horizontal blanking period)。

[0003]在固态图像传感器中，在读出期间(水平消隐期间)变得更长时，帧率降低。根据该像素选择方法，在选中的行上像素的FD电压需要被设定得高，而在未选中的行上的像素的FD电压需要被设定得低。在属于选中行的像素读出信号之前，低电压(选择失效电压，selection disable voltage)需要被施加到所有像素的FD上。然后，高电压(选择使能电压，selection enable voltage)需要被施加到选中行上的像素的FD上。

[0004]用较长的时间以将整个供电线路(voltage supplying line)的电压设定为选择失效电压电平。如果该时间很长，这就意味着像素选择失效期间占据了从所有像素中读出信号所用时间的更大部分。这个问题在要求高帧率的应用中，或者在成像平面变大而增加了供电线路的电阻或寄生电容的情况中，更为严重。特别是，HD(高清晰度)标准要求每秒输出60帧，并且对于解决该问题提出了强烈要求。

发明内容

[0005]本发明用于克服传统方法的缺点，其目的是提供有利于信号的高速读出的固态图像传感器。

[0006]本发明的第一方面提供一种固态图像传感器，包括：二维地排列着多个像素的像素阵列；选择像素阵列的行的垂直扫描电路；以及选择像素阵列的列的水平扫描电路。每个像素包括：光电转换器、传输开关、电荷-电压变换节点(charge-voltage conversion node)、放大器、以及控制开关。传输开关将电荷从光电转换器传输到电荷-电压变换节点。放大器将与被传输到电荷-电压变换节点的电荷所对应的信号输出到像素所属列的垂直信号线。控制开关控制电荷-电压变换节点的电压。固态图像传感器包括通过像素的控制开关控制每个像素的电荷-电压变换节点的电压的电压控制器。由电压控制器通过控制开关在电荷-电压变换节点处所设的电压包括用于将像素设定为选中状态的第一电压、以及用于将像素设定为非选中状态的第二电压。电压控制器和每个像素的控制开关，通过使用水平扫描期间的至少一部分，来将每个像素的电荷-电压变换节点电压设定为第二电压。

[0007]本发明的第二方面提供一种成像系统，该系统包括：如上所述的固态图像传感器；以及处理由固态图像传感器输出的信号的信号处理电路。

[0008]本发明另外的特点将通过参考附图对下列实施方案进行的说明而变得更加明显。

附图说明

[0009]图1为电路图，其示意性地显示了根据本发明优选实施方案所述的固态图像传感器的结构；

[0010]图2为时序图，其显示了对比操作示例；

[0011]图3为时序图，其显示了根据本发明优选实施方案所述的操作示例；

[0012]图4为电路图，其显示了根据修改方案所述的像素结构；

[0013]图5为电路图，其显示了根据另一修改方案所述的像素结构；

[0014]图6为电路图，其显示了根据又一修改方案所述的像素结构；

[0015]图7为框图，其显示了用于在固态图像传感器中产生控制信号PVD的控制信号产生电路的结构；

[0016]图8为时序图，其显示了图7中的控制信号产生电路中信号的改变；以及

[0017]图9为框图，其显示了成像系统的构造。

具体实施方式

[0018]下面将参考附图对本发明的优选实施方案进行描述。