[发明专利]摄像装置和固态图像传感器的驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于驱动CMOS固态图像传感器的技术。

背景技术

传统上，在CMOS固态图像传感器中进行电子快门操作时，由于卷帘式扫描导致发生被摄体失真等。在每个画面的扫描时间(例如，在扫描速率为10帧/秒时为1/10秒)与用于捕获被摄体的移动速度的快门速度(例如，1/60秒)之间的关系如下时，可能会显著地发生这种被摄体失真。

快门速度<每个画面的扫描时间

由于该原因，已开发出用于减小每个画面的扫描时间的技术，也就是说，提高扫描速率，从而即使以较高的快门速度也能防止被摄体失真的发生。此外，在允许提高成本的产品中，采用了机械快门与CMOS固态图像传感器一起使用的技术，通过在进行卷帘式扫描之前机械地遮断光而与每个画面的扫描时间无关地减少被摄体失真。

另外，近年来随着固态图像传感器在数字照相机、数字摄像机等中的使用，尺寸的减小和像素数的增加以及ISO感光度的提高已得到发展，因此可以说，正在使用来自图像传感器的已放大的小信号。由于在放大小信号时会发生噪声，因此，关键是在提高固态图像传感器的感光度的同时减少噪声的发生。

例如，日本特开2006-246450公开了一种如下的固态摄像装置及其驱动方法：通过分离光电二极管单元和保持单元并使保持单元在表面积方面具有余量，使得能够在维持饱和电荷量时附加全画面同步保持和动态范围的增大的功能。如图5所示，光电二极管PD经由第一传输门TX1连接至保持单元Mem，并且从曝光期开始，将由光电二极管PD生成的信号电荷传送至保持单元Mem。在曝光结束之后所进行的信号读出中，将信号从保持单元Mem经由第二传输门TX2传送至浮动扩散单元FD，之后进行卷帘式扫描，这是CMOS固态摄像装置所特有的。另一方面，尽管光电二极管PD在卷帘式扫描期间也会曝光，但是第一传输门TX1已被关闭。此外，所生成的电荷不断地被输出至溢出漏极OFD，因此，不会影响在保持单元Mem中的原始信号电荷。也就是说，尽管信号读出扫描是卷帘式扫描，但是画面上的所有像素从信号电荷实际保持的开始到结束都由第一传输门TX1同时控制的，因而在原理上能进行全画面同步保持。

利用上述结构，即使光电二极管PD的表面积相对小，如果光会聚在光电二极管上的效率提高，则对光电转换特性也不存在特别的影响。可替代地，可以增大保持单元Mem的表面积，并且在从曝光期开始起传送信号电荷时维持饱和电荷量。

另外，已知的固态图像传感器的配置为，通过控制传送MOS晶体管的栅极下的电位来减少暗电流成分，从而达成空穴存储状态(例如，参见日本特开2002-247456)。

然而，利用上述日本特开2006-246450中公开的技术，将光电二极管PD与保持单元Mem之间的传送MOS晶体管的埋沟用作针对由于曝光期传送MOS晶体管的沟道电位的持续上升而发生的暗电流增大的对策。因此，这需要先进的制造技术。

发明内容

鉴于上述问题而作出了本发明，并且根据本发明，在能够例如在维持饱和电荷量时附加全画面同步保持和动态范围的增大的功能的固态图像传感器中，在无需先进的制造技术的情况下减少曝光期的暗电流增加。

根据本发明第一方面的一种摄像装置，包括：固态图像传感器，包括多个单位像素；以及驱动单元，用于驱动所述固态图像传感器以将三个以上的互不相同的电位提供至第一传输门，其中，每个单位像素包括：光电转换器，用于将入射光转换成信号电荷；保持单元，用于暂时保持所述光电转换器所获得的信号电荷；所述第一传输门，其配置在所述光电转换器与所述保持单元之间，并且用于将所述信号电荷传送至所述保持单元；电荷电压转换器，用于将所述信号电荷转换成电压信号；以及第二传输门，其配置在所述保持单元与所述电荷电压转换器之间，并且用于将所述信号电荷传送至所述电荷电压转换器，并且在所述光电转换器中进行摄像操作的情况下处于非导通状态。