[发明专利]CMOS固态图像获取设备

说明书

背景技术

本发明涉及放大型CMOS固态图像获取设备，其对通过在多个阵列排布的像素中提供的光电转换元件获得的电荷进行放大，并将放大后的电荷输出为电信号。

近年来，图像获取设备得到广泛应用，例如数码照相机和数码摄像机，其可以通过固态图像传感设备来获取图像，并将获取的图像存储为数字数据。从前，CCD(电荷耦合器件)固态图像获取设备是最常用类型的固态图像获取设备。然而，近年来，由于对增加像素数量的需求越来越大，CMOS(互补金属氧化物半导体)固态图像获取设备引起了大量关注(参见例如日本专利No.3,827,145)。许多CMOS固态图像获取设备具有电子快门功能。与CCD固态图像获取设备的快门功能不同，CMOS固态图像获取设备的电子快门功能通过所谓的“滚动快门”或“焦平面快门”实现，其通过基于逐行顺序地扫描二维阵列排布的像素来输出信号。因此，采用传统已知的CMOS固态图像获取设备，曝光期间(时间)逐行顺序转变(shift)，因此，在摄像移动物体时，移动物体的图像将会出现不合适的扭曲。为了避免这类问题，提出了多种技术，其使得CMOS固态图像获取设备能够具有“全局快门功能”，用于在共有或相同的曝光期间内对所有的像素行曝光。例如，在日本专利申请特开公布No.2006-191236中公开的CMOS固态图像获取设备中，采用光电二极管形式的光电转换元件的曝光在接通状态下始于布置的每个像素提供的转移晶体管和复位晶体管，而在复位状态下则始于布置的每个光电二极管的浮动扩散层的存储的(或累积)的电荷和电位。经过预定的曝光期间后，所公开的CMOS固态图像获取设备关闭机械快门，以中止曝光期间，并基于逐行顺序地从浮动扩散层读出与由光电二极管转移的电荷对应的电压。

然而，如果提供机械快门用作如在NO.2006-191236公布中公开的全局快门功能，则CMOS固态图像获取设备在机械结构方面会变得复杂，因此较为昂贵。

发明内容

考虑到上述问题，本发明的目标在于提供一种改进的CMOS固态图像获取设备，其可以在同样的曝光期间内对所有像素行进行曝光，因此可以以大体与全局快门同样的方式来无扭曲地正确拍摄移动物体，甚至不需要其中提供的特定的全局快门机构。

为了实现上述目标，本发明提供一种改进的CMOS固态图像获取设备，包括：像素矩阵部分，包括多个以行和列阵列布置的像素；像素信号处理部分，处理从像素矩阵部分的每个像素读出的像素信号；和时间控制部分，周期性地重复用于从像素矩阵部分的各个像素读取一屏的像素信号的时间控制，并提供空白期，在该空白期期间，在从一屏的像素信号读出的结束到下一屏的像素信号读出的开始之间不读出像素信号，该时间控制部分输出控制信号以在空白期内的指定部分上照明光源。

利用如此构建的本发明，在同样的光源照明期间内，像素矩阵部分的所有像素被曝光，并因此，甚至可以在设备中不提供特定的全局快门机构的条件下，无扭曲地正确对移动物体摄像。

下文描述本发明的实施例，但需要意识到的是，本发明不局限于所述的实施例，且在不违背基本原理的条件下，本发明的多种变体是可以的。因此，本发明的范围应单独通过所附权利要求来确定。

附图说明

为了更好地理解本发明的目标和其他特征，下面将参考附图更详细说明其优选的实施例，其中：

图1是图示依照本发明实施例的CMOS固态图像获取设备的示例结构的电路图；

图2是图示一个像素和与该像素对应的行选择部分的一部分以及在像素、恒流源、CDS电路和开关之间的连接的电路图；

图3的(a)是示意性示出在半导体基板上制造的像素的多个元件的截面图，而图3的(b)是图示在像素的多个元件处的电位和像素内的电荷转移的图；

图4是说明CMOS固态图像获取设备的实施例在正常模式下的行为的时序图；

图5是说明CMOS固态图像获取设备的实施例在正常模式下读出第iy行中的像素信号期间的行为的时序图；

图6是说明CMOS固态图像获取设备的实施例在第一宽动态范围模式下的行为的时序图；

图7是图示CMOS固态图像获取设备在第一宽动态范围模式下的行为细节的时序图，尤其图示了在LED的照明期间和在第iy行的像素的读出期间的行为；

图8是图示在第一宽动态范围模式下电荷如何产生并在像素中转移的图；

图9是说明CMOS固态图像获取设备的实施例在第二宽动态范围模式下的行为的时序图；