[发明专利]图像传感器和电子信息设备

说明书

该非临时申请要求专利申请No.2007-131071在35U.S.C§119(a)下的优先权，专利申请No.2007-131071于2007年5月16日在日本提交，此处引用其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及一种图像传感器和一种电子信息设备，尤其涉及诸如日光等这样的局部明亮图像的质量的改善。本发明可应用于在诸如摄影机、数码相机等的电子图像采集设备中使用的CMOS图像传感器的像素读取电路。

背景技术

图8是描述常规图像传感器的示图。该示图示出了图像传感器中的一个像素和保持从像素读取的信号值的电路。图9是描述常规图像传感器的操作的时序图。

如图8所示，例如，组成常规图像传感器20的像素200包括：光电二极管PD，它是用于将光转换成电子的光电转换元件；复位晶体管M1，用于将其阴极电势复位到复位电压；读取晶体管M2，用于放大并读取在光电二极管PD产生的光电转换信号，并且将其作为像素电压读取；以及选择晶体管M3，用于选择像素。

在该图像传感器中，多个这种像素200以矩阵布置，并且为每一个像素列设置读取线202。一个像素列的所有像素与读取线202相连，且每个读取线202与一个恒流源203相连。

此外，取样和保持电路210被连接到每个读取线202，且该取样和保持电路210保持被读取到读取线202的像素电压，该像素电压对应于光电二极管的阴极电势。

复位时，复位噪声被叠加在该阴极电势上。这种复位噪声对于每一个像素而言是不同的，这是因为它依赖于晶体管特性的离差和像素中的寄生电容的离差。在此，为了去除该复位噪声，相关双取样电路被用于取样和保持电路210。该相关双取样电路分别保持作为每个像素的参考电压的复位电压和在每个像素中通过光电转换产生的像素电压，并基于这些电压的电压差检测每个像素的像素信号。

接下来，描述其操作。

首先，当像素选择信号(SEL)处于H电平时，选择晶体管M3导通且预定的像素200被选择。

然后，在复位时间周期T1中实现第一复位操作。即，通过处于H电平的复位(RST)信号和导通的复位晶体管M1，读取晶体管M2的栅极通过复位电压充电，读取晶体管M2导通，且读取线202变成复位电势。确切地说，尽管复位电势(即，当复位晶体管导通时读取晶体管的栅极电势)处于比复位晶体管M1的阈值电压低一个量的电势，但在像素的操作描述中，在不需要将两者具体区分的部分中仍将所述复位电势称为是VD电压。

在此后的积分时间周期T2中，RST信号处于L电平，且复位晶体管截止。因而，由于光电二极管PD产生的电荷，读取晶体管M2的栅极201的电势逐渐减小，且被读取到读取线202的像素电压也逐渐减小。

相关双取样电路210取样和保持被读取到读取线202的像素电压Vs作为积分时间周期T2结束之前的信号电压。

在时间周期T3中实现第二复位操作之后，在比积分时间周期T2短的复位电平读取时间周期T4内，相关双取样电路210取样和保持被读取到读取线202的像素电压VD’作为复位电压。

取样和保持电路输出在第一复位操作之后的积分时间周期T2取样和保持的信号电压Vs和在第二复位操作之后在短时间周期T4内取样和保持的复位电压VD’之间的电压差作为像素信号，该像素信号是在该像素检测的光检测信号。

以这种方式，通过输出两个取样和保持电压之间的差，从自像素读取的像素信号中去除复位噪声。

然而，当在采集的图像中局部存在具有诸如日光等之类的亮度(和周围图像相比具有极高的亮度)的区域等，使用与之对应的像素，光电二极管产生的光电转换电流变得极大。因此如图9(b)所示，在第二复位操作之后的复位噪声读取时间周期T4中，其阴极电势急剧减小。

因此，这两个取样和保持电压之间的电压差变得很小。即，最初，在具有诸如日光等之类的高亮度的区域，期望待检测的像素信号电平处于最大值。然而，因为复位噪声读取时间周期中读取的复位噪声变得太大，像素信号电平不能如期获得。因而，获得的输出图像是具有极低日光亮度的图像。在极端情况，如图12(a)所示，太阳变成黑色图像Im1。

在该常规图像传感器中，研究了一种用于改善具有局部高亮度的图像的质量的方法。例如，参考文献1公开了一个示例。

图10是描述该参考文献中公开的一种图像传感器的示图。在图10中，相同的参考数字表示图8中的相同的部件。