[发明专利]固体摄像装置及其驱动方法以及摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制在固体摄像装置中由于高亮度光入射而 产生的输出图像发黑(black crushing)的电路及其方法。

背景技术

一般来说，为了消除由于浮置扩散部(FD)的复位电位的偏差及 像素放大晶体管的阈值电压的偏差造成的固定图形噪声，在固体摄 像装置中，具有将已使FD复位时的垂直信号线上的输出电位和读 出信号时的垂直信号线上的输出电位之差作为输出信号的固定图形 噪声消除电路(FPN消除电路)。

图8是表示一般的固定图形噪声消除电路的结构的图。如图8 所示，在一般的固定图形噪声消除电路(FPN消除电路)中，电容值 为C1的钳位电容元件1101和电容值为C2的取样电容1102彼此串 联且连接在垂直信号线1105的一端上。钳位电容元件1101和取样 电容1102之间的节点1103是FPN消除电路的输出节点，并且提供 基准电压Vclamp的基准电源通过由晶体管构成的开关1104连接在 节点1103上。

FPN消除电路具有两个工作阶段。首先，在第一工作阶段，使 开关1104为导通状态，向节点1103施加基准电压Vclamp。此时， 在像素中FD被复位，垂直信号线1105的电位成为将FD的复位电 位放大后所得到的信号即Vrst。因此，保持在钳位电容元件1101 中的电荷Q1成为C1×(Vrst-Vclamp)，保持在取样电容1102中的 电荷Q2成为C2×Vclamp。

然后，在第二工作阶段，使开关1104为断开状态。此时，在 像素中将信号电荷从光电二极管(PD)传送到FD。由此，垂直信号线 1105的电位成为将已接收到PD中所产生的信号电荷的状态时的 FD的电位放大后所得到的信号即Vsig。若设节点1103的电位为 Vsh，则保持在钳位电容元件1101中的电荷Q1’成为C1×(Vsig- Vsh)，保持在取样电容1102中的电荷Q2’成为C2×Vsh。在此，因 为节点1103上的总电荷量得到保存，所以成为Q1+Q2＝Q1’+Q2’。 也就是，节点1103的电压Vsh成为Vclamp-C1(Vrst-Vsig)/(C1+ C2)。

这样一来，从基准电压Vclamp中减去用FD的复位电压Vrst 和信号电压Vsig之差与FPN消除电路的电压增益C1/(C1+C2)相 乘的乘积后所得到的值便成为FPN消除电路的输出电压。尽管Vrst 的值存在偏差，但(Vrst-Vsig)的振幅大小并没有变动，因此当使用 FPN消除电路时，能够消除由于Vrst的偏差而产生的固定图形噪声。

然而，当使用该FPN消除电路时，存在下述问题。该问题是当 太阳光、点射光(spot light)等高亮度光入射到像素中时会出现该像素 的输出发黑的不良现象(高亮度光引起的图像发黑的不良现象： high-brightness black crushing)。

图9(a)是表示现有的固体摄像装置中的像素电路及FPN消除电 路的结构的图，图9(b)是表示现有的固体摄像装置中的各种控制信 号以及FD和Vsh的电位变化的时序图。

下面，根据图9(a)、图9(b)，对该高亮度光入射时所产生的不 良现象进行说明。在高亮度光入射进来的像素中，PD中生成并积 累起来的信号电荷达到饱和，并且由于光进一步入射到PD中而过 多生成的信号电荷从PD溢出到FD中。于是，在所述FPN消除动 作中当像素的FD复位到规定的电位时或者刚复位之后不久，FD的 电位就会降低，并且放大该已降低的FD的电位后所得到的电位即 垂直信号线1105上的电位被置换成FPN消除电路的基准电位 Vclamp。其后，虽然信号电荷被从PD读到FD，但是因为FD的电 位只下降到一定电平，所以(Vrst-Vsig)的振幅就会下降，并且尽管 PD达到饱和，FPN消除电路的输出节点的信号电平却比饱和时的 信号电平低。其结果是产生高亮度光入射部的输出发黑的不良现象 (高亮度光引起的图像发黑)。上面所述的就是高亮度光入射时出现 的不良现象。