固态成像装置、成像系统和固态成像装置的驱动方法

专利名称：固态成像装置、成像系统和固态成像装置的驱动方法
技术领域：
本发明涉及实施跳过(skip)有效像素的一部分以读出该部分的 操作的固态成像装置和包含该固态成像装置的成像系统。
背景技术：
近年来，各安装有在高速读出信号方面优异的互补金属氧化物半
导体(CMOS)传感器的摄像机和静态照相机已在增加。此外，照相 机也已在发展成具有多功能，并且，要求传感器执行多种读出方法。 例如，要求传感器在以下模式之间切换它们的感测模式，并实现电子 变焦屏幕的横向和纵向之间的比为4比3的静态图像模式、屏幕的 横向和纵向之间的比为16比9的高清晰度(HD)运动图像模式、和 屏幕的横向和纵向之间的比为4比3的例如视频图形阵列(VGA)的 运动图像模式。作为用于切换要获得的图像的分辨率即从其读出信号 的像素的数量的手段，存在间引(thin out)操作。在间引操作中，能 通过每隔一条或多条线(行或列)选择从其读出信号的像素来获得分 辨率比成像器件的最大分辨率低的图像。
一般地，在要用于图像形成的有效像素区域周围存在称为光学黑 像素区域(以下称为OB区域)的像素区域。OB区域被用于诸如偏 移消除的信号校正，并且OB区域包含各具有作为光电转换元件并被 遮光的光电二极管的像素。 一般地，实施使用OB区域中的多个像素 的信号校正(以下称为OB箝位(clamping))。以下，OB区域中的 像素将被称为OB像素。在OB箝位中，从OB区域中的多个像素读 出信号并将其平均化。但是，如果在通过上述间引操作从有效像素读
出信号时OB像素也被间引，那么存在噪声不被充分减少的可能性。 针对该问题，在日本专利申请公开No. H09-163236中提出一种技
7术。根据日本专利公开No.H09-163236，即使当在通过间引操作读出 像素的间引读出模式中读出有效像素区域中的光接收像素时，也在像 素不被间引而读出的正常读出模式中读出OB像素。另外，在该公开 物中描述了以不同的频率驱动光接收像素和OB像素。日本专利申请 公开No. H09-163236描述了由此即使在间引读出模式中也能不增加 OB像素的数量而实现高精度的OB箝位操作。 但是，该公开物的方法具有以下问题。
一般地，在用于运动成像的CMOS传感器中，像素的电荷积累时 段由滚动快门操作控制。在滚动快门操作中，要被复位的行和从其读 出信号的行被依次移动(shift)，由此，从复位到读出的时段被设为 积累时段。
图14示出对于成像器件施加滚动快门操作时的定时，该成像器件 包含其上部中的四行上的OB像素、和第五行上及第五行后的有效像 素。图14所示的图的横坐标轴表示时间，其纵坐标轴表示像素行的位 置。图14示出OB像素行读出时段39、有效像素行读出时段40、其 间不读出信号即扫描要被间引的像素的有效像素行跳过时段41、 OB 像素行复位时段42、和有效像素行复位时段43。从时间tl到时间t2 的时段是像素的电荷积累时段，在所述时间tl，从其读出信号的有效 像素行的复位结束，在所述时间t2，开始读出。由于在这里OB区域 和有效像素区域均由相同的驱动脉冲驱动，因此有效像素行读出时段 40中的每一个和有效像素行跳过时段41中的每一个都是相同的长度。 因此，各行上的电荷积累时段不相互移动。
需要缩短读出所有像素的信号所需要的总读出时间，以便增加每 一时间的成4象屏幕的数量。因此，可设想缩短有效像素行跳过时段41， 以便缩短所有像素的总读出时间，但在这种情况下出现另一问题。由 滚动快门操作设定的电荷积累时段在各自行上相互不同。导致该问题 的原因是，用相同的驱动脉沖的图案(pattern)来执行读出信号的控 制和执行复位的控制。由此导致各自行的复位时段相互不同，以使得 电荷积累时段不均一。

发明内容
本发明致力于提供一种固态成像装置，其当在不间引OB像素的 情况下读出所述OB像素以及通过间引有效像素而读出所述有效像素 时，即使缩短所有像素的总读出时间，也能够使得积累时段相等。
本发明的笫一方面是提供一种固态成像装置，其包括包含沿多 个行布置的像素的有效像素区域，各像素包含将入射光转换成电荷并 积累所述电荷的光电转换元件；包含沿多个行布置的像素的光学黑像 素区域，各像素包含被遮光的光电转换元件；复位控制单元，用于通
的光电转换元件中积累的电荷的复位操作；以及读出控制单元，用于 通过使地址前移而逐行控制来自有效像素区域和光学黑像素区域的像 素的信号的读出操作，其中，像素的电荷积累时段是从通过复位控制 单元进行的光电转换元件中积累的电荷的复位操作的结束直到通过读 出控制单元进行的来自像素的信号的读出操作的开始的时段，所述读 出控制单元和所述复位控制单元进行控制，使得在有效像素区域中， 从使地址前移到不读出信号的像素行直到使地址前移到相邻的像素行 的时段的长度短于从使地址前移到从其读出信号的像素行直到使地址 前移到相邻的像素行的时段的长度；以及，所述读出控制单元和所述 复位控制单元进行控制，使得在光学黑像素区域中，从使地址前移到
中从使地址前移到从其读出信号的像素行直到使地址前移到相邻的像 素行的时段的长度相同。
本发明的第二方面提供一种固态成像装置的驱动方法，该固态成 像装置包括包含沿多个行布置的像素的有效像素区域，各像素包含 光电转换元件；包含沿多个行布置的像素的光学黑像素区域，各像素 包含被遮光的光电转换元件，其中，像素的电荷积累时段是从光电转 换元件中积累的电荷的复位直到来自像素的信号的读出的开始的时 段，该方法包括以下步骤进行寻址(address)，使得在有效像素区
9域中，从寻址不从其读出信号的像素行直到寻址相邻的像素行的地址 前进的时段的长度短于从寻址从其读出信号的像素行直到寻址相邻的
像素行的地址前进的时段的长度；以及，进行寻址，使得在光学黑像 素区域中，从寻址像素行直到寻址相邻的像素行的地址前进的时段的 长度与有效像素区域中从寻址从其读出信号的像素行直到寻址相邻的 像素行的地址前进的时段的长度相同。
根据本发明，在间引有效像素以读出所述有效像素而不间引OB 像素时，即使缩短所有像素的总读出时间，也能够使得积累时段相等。
由参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进 一 步的特征 将变得明显。


图l是示出根据第一实施例的固态成像装置的示意图。
图2是用于示出根据第一实施例的固态成像装置的驱动的时序图。
图3是用于示出根据第 一实施例的固态成像装置的驱动的比较例 的时序图。
图4是示出根据第一实施例的垂直扫描电路的配置例子的示图。 图5是用于示出根据第二实施例的固态成像装置的驱动的时序图。
图6是示出根据第二实施例的垂直扫描电路的配置例子的示图。
图7是示出根据第三实施例的固态成像装置的示意图。
图8是用于示出第三实施例的固态成像装置的驱动的时序图。
图9是示出根据第四实施例的成像系统的示意图。
图IO是示出像素的配置例子的示图。
图ll是示出图10的像素的驱动的时序图。
图12是示出像素的另一配置例子的示图。
图13是示出图12的像素的驱动的时序图。
图14是OB像素区域和有效像素区域由相同的驱动图案驱动并且图。
具体实施方式
(第一实施例)
将参照图1、图2和图3描述本发明的第一实施例。
图l是示意地示出固态成像装置的配置的一部分的示意图。固态 成像装置100包含像素区域01、水平扫描电路06和垂直扫描电路07。 像素区域Ol包含布置有由半色调点网示出的多行光学黑像素(以下 称为OB像素)的光学黑像素区域(以下称为OB像素区域02);和 布置有由白底示出的多行有效像素的有效像素区域03。 OB像素被遮 光，以便防止光电转换元件将入射光转换成电荷。垂直扫描电路07 包含作为每行扫描OB像素的第一复位控制电路单元和第一读出控 制电路单元的垂直扫描电路1 (04);以及作为每行扫描有效像素的 第二复位控制电路单元和第二读出控制电路单元的垂直扫描电路2 (05)。垂直扫描电路1和2被配置为能够在相互不同的定时使要被 扫描的行的地址前移。
在本实施例中，示出这样的情况使用具有由包含四行OB像素 的OB像素区域02和包含12行有效像素的有效像素区域03组成的像 素区域Ol的固态成像装置100，且OB像素区域02中的所有OB像 素被读出，有效像素区域03中的有效像素每三行被读出。在图1中， 要被读出的像素由o标记，要被跳过的像素即在不执行读出信号的操 作而执行使地址前移到下一行的地址处的像素由x标记。
并且，在图l中，在有效像素区域03的各自行的左侧也存在OB 像素区域02中的OB像素。提供这些OB像素以便校正各自行的变化， 并且，由于按照行来控制像素区域01，因此与有效像素区域03中的 像素类似地驱动这些OB像素。以下，将不考虑提供在有效像素区域 03的各自行的左侧的OB像素，并且，对于OB像素区域02将考虑 只 包含OB像素的行。图2是用于执行图1中所示的读出方法的操作模式的读出方法的 解释性图。其横坐标轴表示时间t，其纵坐标轴表示要被读出的像素 行的位置，所述位置与图1中所示的行的位置对应。在图2中，还示 出要用于垂直扫描电路1 (04)的驱动脉冲的对于OB像素区域02的 驱动脉冲cpl、和要用于垂直扫描电路2 (05)的驱动脉冲的对于有效 像素区域03的驱动脉沖cp2。虽然在图2中仅由线示出驱动脉冲的上 升定时，但在实际的实施中脉沖具有时间宽度。垂直扫描电路1和2 被配置为响应驱动脉冲的上升而发送要被扫描的行，即，使地址前移。 电荷积累时段的控制由电子快门操作执行。图2示出OB像素行读出 时段39、有效像素行读出时段40、有效像素行跳过时段41、 OB像素 行复位时段42和有效像素行复位时段43。图2的操作模式将从开始 读出OB像素区域02的第一行到结束读出有效像素区域03的最后行 (图2中的最后的有效像素行跳过时段41的结束)的时段设为一帧读 出时段，并且，基于对于一帧读出时段而读出的信号形成用于一个屏 幕的图像。
现在详细描述本实施例的操作。首先，在时间tO从像素区域Ol 的第一行开始像素的复位操作，然后，响应垂直扫描电路1和2的驱 动脉冲使要被复位的行移动。在图2中，在作为复位扫描的滚动快门 复位使地址从OB像素区域02中的第四行前移到有效像素区域03中 的第一行时的定时，作为读出扫描的像素读出从OB像素区域02中的 第一行开始。已知的是，从各行的像素的复位的结束到像素的读出的 开始的时段即电荷积累时段(积累时段)是恒定的。顺便说一句，在 本实施例中，像素的复位操作被假定为表示光电转换元件中积累的电 荷的复位操作。
作为比较例，图3示出这样的情况下的时序图用相同的驱动脉 冲图案来驱动垂直扫描电路1和垂直扫描电路2，并且，与有效像素 行读出时段40中的每一个相比缩短有效像素行跳过时段41中的每一 个。在图2中，有效像素行跳过时段41中的每一个具有与有效像素行 读出时段40中的每一个相同的长度，但在图3中，垂直扫描电路1和2由相同的驱动脉冲图案驱动，并且有效像素行跳过时段41中的每 一个比有效像素行读出时段40中的每一个短。因此，图3的一帧读出 时段变得比图2的短，并且，例如在运动图像的情况下成像帧速率得 到改善。
但是，由于一般通过将用于多行OB像素的信号平均化而降低噪 声，因此需要读出所有的OB像素而不跳过它们。
检查了用相同的驱动脉冲图案来驱动OB像素区域02和有效像素 区域03的情况。如果假定读出所有的OB像素行而执行驱动，那么， 在与OB像素行读出时段39中的一个相同的定时执行的有效像素行复 位时段43中的一个，与OB像素行读出时段39是相同的长度，而不 管是否从该行读出信号或者是否使地址前移而不读出任何信号。另一 方面，在与有效像素行跳过时段41中的一个相同的定时执行的OB像 素行复位时段42中的一个或有效像素行复位时段43中的一个，根据 有效^f象素行跳过时羊殳41而变得较短。因此，作为由图3中的从时间 tl到时间t2的时段示出的电荷积累时段的积累时段，变得与由从时间 t3到时间t4的时段示出的积累时段不同(在这种情况下，(t2-tl) > (t4-t3))。如果基于从电荷积累时段不同的像素读出的信号而形成 图像，那么例如在屏幕中亮度变得不同，特别是如果电荷积累时段按 照线控制，那么可以设想产生条紋辉度阴影(streaky luminance shading)。
在图4中示出根据本实施例的垂直扫描电路07的配置例子。 垂直扫描电路07的各级由D触发器(flip-flop ) 9至15组成。触 发器9至12各响应作为控制信号的垂直扫描信号1 (16 )的输入而移 动到下一级，并且，触发器13至15各响应作为控制信号的垂直扫描 信号2 (17)的输入而移动到下一级。由于以这种方式配置垂直扫描 电路07，因此与垂直扫描电路1对应的前面的部分中的D触发器9 至12以及与垂直扫描电路2对应的后面的部分中的D触发器13至15 可以以相互不同的驱动图案来扫描像素。图4还示出垂直扫描开始信 号18和垂直选择信号19。垂直扫描电路07的使用使得能够在OB像
13素区域02中和有效像素区域03中之间改变使地址前移的定时，结果， 能够使得各行的积累时段恒定。
虽然这里作为一个例子垂直扫描电路07被示为构成由D触发器9 至15组成的移位寄存器，但是能够通过使用计时的逆变器(clocked inverter)等配置垂直扫描电路07以获得相同的效果。并且，虽然为 了简化图4仅示出用于执行七行的输出的部分，但是实际上存在与像 素区域Ol中的所有行对应的输出。
虽然在本实施例中第 一复位控制电路单元和第 一读出控制电路单 元、以及第二复位控制电路单元和第二读出控制电路单元被相互组合 为一体，但是它们可被配置为相互独立。例如，如果第一复位控制电 路单元和第 一读出控制电路单元被独立配置，那么第 一复位控制电路 单元和第一读出控制电路单元可分别基于复位控制信号和读出控制信 号而产生上述的驱动脉冲。这同样能够适用于第二复位控制电路单元 和第二读出控制电路单元。并且，可以说，这同样适用于后面将描述
的其它实施例。
通过如上所述用相互不同的驱动脉冲图案来扫描OB像素区域02 和有效像素区域03，能够获得以下优点。即，当垂直扫描电路l在不
区域03以读出所述区域03中的像素时，即使垂直扫描电路2缩短用 于对不从其读出信号的像素行寻址的时段，也变得能在缩短一帧的同 时使得电荷积累时段在要被读出的各行中均一 。 (第二实施例)
将参照图l和图5描述根据本发明的第二实施例。 图5是示出根据本发明的本实施例的驱动定时的时序图，并且， 与图2中共同的项目由与图2中相同的附图标记表示。本实施例使用 OB像素区域02的驱动脉冲cp3即垂直扫描电路1的驱动脉沖cp3、和 有效^f象素区域03的驱动脉冲cp4即垂直扫描电路2的驱动脉冲cp4。
本实施例对于OB像素区域02中的复位和读出时段中的每一个提 供积累调整时段22。这能够使得通过垂直扫描电路1使OB像素区域域03中的扫描行的地址前移的定时一致。
在图5中，积累调整时段22的长度被设为与有效像素行跳过时段 41的两行一致。即，积累调整时段22与OB像素行读出时段39中的 每一个的和、或者积累调整时段22与OB像素行复位时段42中的每 一个的和对应于有效像素行读出时段40中的每一个与有效像素行跳 过时段41的两行的时段的和。换句话说，要求积累调整时段22的长 度与使地址由从其读出信号的像素行前移到从其读出信号的下一像素 行的时段相同，而从其不读出信号的像素行被放在从其读出信号的两 个像素行之间。但是，实际上存在难以使得两个时段完全相同的情况， 于是，如果在两个时段之间的差异不能够在由读出信号形成的图像中 被识别的范围内两个时段基本上相同，那么不会出现问题。
通过垂直扫描电路1以这种方式提供积累调整时段22使得OB像 素区域02中的扫描行的地址前移，能够使得各行的电荷积累时段均 一。因此，第二实施例使得即使缩短用于使跳过行复位的时段，也能 够进行缩短读出 一帧的时段的驱动，而不相互区分各行上的电荷积累 时段。
在图6中示出根据本实施例的垂直扫描电路07的配置例子。 垂直扫描电路07的各级由D触发器23至29中的每一个组成。 触发器23至26各响应从垂直扫描信号30和掩蔽信号(mask signal) 31产生的OB像素区域02的驱动脉冲的输入而移动到下一级，并且， 触发器27至29各响应作为控制信号的垂直扫描信号30的输入而移动 到下一级。由于以这种方式配置垂直扫描电路07，因此掩蔽信号31 如图6中所示的那样在提供积累调整时段22的时段中取其高电平，因 此，D触发器23至26不输出OB^4:区域02的任何驱动脉冲。由于 以这种方式配置垂直扫描电路07,因此与垂直扫描电路1对应的前部 分中的D触发器23至26以及与垂直扫描电路2对应的后部分中的D 触发器27至29能够以相互不同的驱动图案扫描像素。垂直扫描电路 07的使用使得能够在OB像素区域02中的扫描行中和有效像素区域03中的扫描行中之间区分使地址前移的定时，结果，能够使得各行的 电荷积累时段恒定。并且，可以获知，基于来自图6的一个控制信号 而产生要供给到像素的驱动脉沖。
虽然作为一个例子垂直扫描电路07被示为由D触发器23至29 组成的移位寄存器，但是，能够通过使用计时的逆变器等配置垂直扫 描电路07以荻得相同的效果。并且，虽然为了简化图6仅示出用于执 行七行的输出的部分，但在实际的实施中存在与像素区域Ol中的所有 行对应的输出。
如上所述，积累调整时段22的提供使得能够通过在OB像素区域 02中和在有效像素区域03中相互不同的驱动脉冲图案使要被扫描的 行的地址前移。由此，当垂直扫描电路1在不间引像素的情况下读出 OB像素区域02并且垂直扫描电路2间引有效像素区域03以读出区 域03中的像素时，即使垂直扫描电路2缩短用于对不从其读出信号的 像素行寻址的时段，也允许电荷积累时段在各行中均一。 (第三实施例)
将参照图7和图8描述本发明的第三实施例。
图7是示意性地示出本实施例的固态成像装置的配置的一部分的 示意图。与图l相同的组件由与图l相同的附图标记表示。在本实施 例中，将描述以下情况在OB像素区域02中沿垂直方向彼此相邻的 两行即每两个像素,皮读出以被彼此相加；在有效像素区域03中沿垂直 方向彼此相邻的两行即每两个像素被读出以4皮彼此相加；并且，有效 像素区域03中的两組的两个读出像素行之间的四行被跳过。在图7 中，要被读出的像素由o标记，处于不执行读出信号的操作且仅执行 使地址前移到下一行的地址处的像素由x标记。
并且，在图7中，在有效像素区域03的各自行的左侧也存在OB 像素区域02中的OB像素。提供这些OB像素，以便校正各自行的变 化，并且，由于像素区域01按照行来控制，因此与有效像素区域03 中的像素类似地驱动这些OB像素。以下，将不考虑提供在有效像素 区域03的各自行的左侧的OB像素，并且，对于OB像素区域02将考虑只包含OB像素的行。
图8是用于执行图7中所示的读出方法的操作模式的读出方法的 解释性图。其横坐标轴表示时间t,其纵坐标轴表示要被读出的像素 行的位置，所述位置与图7中所示的行的位置对应。在图8中，还示 出要用于垂直扫描电路1的驱动脉沖的对于OB像素区域02的驱动脉 冲cp5、和要用于垂直扫描电路2的驱动脉冲的对于有效像素区域03 的驱动脉冲cp6。虽然在图8中仅由线示出驱动脉冲的上升定时，但在 实际的实施中脉冲具有时间宽度。垂直扫描电路l和2被配置为响应 驱动脉冲的上升而使要被扫描的行移动。
在本实施例中，首先，在时间t0从像素区域01的第一行开始像 素的复位操作，然后，响应垂直扫描电路1和2的驱动脉沖使要被复 位的行的地址前移。在图8中，在作为复位扫描的滚动快门复位使地 址从OB像素区域02中的第二行前移到OB像素区域02中的第三行 时的定时，作为读出扫描的像素读出从OB像素区域02中的第一行开 始。已知的是，从各行的像素的复位的结束到像素的读出的开始的时 段即电荷积累时段是恒定的。
在读出扫描中，用于两行的信号净皮依次输出并在固态成像装置中 的任何部分中被彼此相加。例如，可以设想提供至少两行的保持从各 行中的像素读出的信号的线存储器，并且，保持在线存储器中的信号 被彼此相加以被输出到固态成像装置的外面。
在本实施例中，用于连续两行的信号被依次读出以在固态成像装 置中的任何部分中被彼此相加，并且，用于随后四行的信号不被读出 且地址被前移。此时，与复位扫描类似地提供积累调整时段22，以使 得使光学黑像素行中的扫描行移动的定时与使从其读出信号的有效像 素行中的扫描行移动的定时一致。可以获知，如图8中的积累时段所 示的那样，使得作为各行中从复位到读出的时段的信号积累时段均一。
如上所述，根据本实施例，即使执行诸如OB像素区域02中的两 个像素相加以及有效像素区域03中的两行相加和四行跳过的复杂操 作，也能够使得各行中的信号积累时段均一。
17顺便说一句，对于垂直扫描电路07的配置的类型，如在第一实施 例中描述的将不同的驱动脉冲输入到固态成像装置中的类型以及如在 第二实施例中描述的从掩蔽信号产生驱动脉冲的类型中的任一个都能 够获得本实施例的前述优点。
如上所述，通过提供积累调整时段22，能够通过由OB像素区域 02中和有效像素区域03中相互不同的驱动脉冲图案使要被扫描的行 的地址前移，而获得以下优点。即，当垂直扫描电路1在不间引区域 02中的行的情况下读出OB像素区域02并且垂直扫描电路2通过间 引区域03中的行读出有效像素区域03中的像素时，即使垂直扫描电 路2缩短读出跳过行的时间，也变得能使信号积累时段在各行中均一， 且缩短一帧的读出时间。 (第四实施例)
下面，将参照图9描述根据本实施例的成像系统的概况。
成像系统200包含例如光学单元110、固态成像装置120、信号处 理电路130、记录和通信单元140、定时控制电路单元150、系统控制 电路单元160、以及再现和显示单元170。
作为诸如镜头的光学系统的光学单元110通过在固态成像装置 120的其中二维布置多个像素的像素单元上执行来自对象的光的图像 形成，而形成所述对象的图像。像素单元包含上述的有效像素区域03。 固态成像装置120在基于来自定时控制电路单元150的信号的定时， 输出根据形成为像素单元上的图像的光的信号。
从固态成像装置120输出的信号被输入到作为信号处理单元的信 号处理电路130中，并且，信号处理电路130根据由程序等限定的方 法对于输入的电信号执行诸如AD转换的处理。通过信号处理电路130 的处理获得的信号作为图像数据被传送到记录和通信单元140。记录 和通信单元140将用于形成图像的信号传送到再现和显示单元170， 并使再现和显示单元170再现和显示运动图像或静态图像。记录和通 信单元140还从信号处理电路130接收信号，以执行与系统控制电路 单元160的通信，以及执行在未示出的记录介质上记录用于形成图像的信号的操作。
系统控制电路单元160集体控制成像系统的操作，并控制光学单 元110、定时控制电路单元150、记录和通信单元140、以及再现和显 示单元170的驱动。并且，系统控制电路单元160配备有例如未示出 的作为记录介质的记录器件，并记录用于控制成像系统的操作所必需 的程序。
定时控制电路单元150基于作为控制单元的系统控制电路单元 160的控制，控制固态成像装置120和信号处理电路130的驱动定时。 (其它)
在本发明中，像素的配置不是特别要紧。在图IO中示出配置的例 子。该配置包含光电二极管32，其作为光电转换元件；放大晶体管 35，通过作为其主电极的放大晶体管35的源极向垂直输出线36输出 根据作为其控制电极的其栅极处的电势的信号；传送晶体管33，用于 向放大晶体管35的栅极传送在光电二极管32中产生的电荷；复位晶 体管34，用于将放大晶体管35的栅极和光电二极管32复位；以及选 择晶体管38，用于选择行。能够用选择晶体管38将所选择的行的信 号从图10中所示的像素取出到垂直输出线36。
在图11中示出读出像素中的具体操作定时。选择信号PSEL被供 给到选择晶体管38，并且，在选择信号PSEL处于其高电平时的时段 期间，放大晶体管3 5和对于垂直输出线3 6提供的未示出的恒流源构 成源跟随器电路。复位信号PRES被供给到复位晶体管34。作为其栅 极的放大晶体管35的浮动扩散(FD)部分在选择信号PSEL和复位 信号PRES均是它们的高电平时的时段期间被复位，并且，在垂直输 出线36上出现根据此时的放大晶体管35的栅极电势的电势。在复位 信号PRES变为其低电平之后，被供给到传送晶体管33的传送信号 PTX变为其高电平，并且，传送晶体管33从其非导电状态切换到其 导电状态。在光电二极管32中积累的电荷由此被传送到FD部分，并 且，在垂直输出线36上出现根据FD部分的电势的电势。此后，传送 信号PTX变为其低电平，随后选择信号PSEL转变到其低电平。由此，
19完成读出操作。顺便说一句，虽然这里已描述了读出信号的操作，但
是，如果执行复位扫描，那么复位信号PRES和传送信号PTX同时变 为它们的高电平，由此允许将光电二极管32中积累的电荷复位。
下面，在图12中示出用于在两个光电二极管之间共享FD部分的 所谓二像素共享的配置例子。与图IO相同的组件由与图IO相同的附 图标记表示，并且将省略对它们的描述。顺便说一句，如图10中那样， 对于垂直输出线36提供与放大晶体管35 —起构成源跟随器的未示出 的恒流源。为了在图12的像素中选择从其读出信号的行，所选择的行 的FD部分被设为高电势，未选择的行的其它FD部分被设为低电势。 由此允许所选择的行上的放大晶体管35被导通，并且未选择的行上的 放大晶体管35被断开。所选择的行的信号能够由此被取出到垂直输出 线36。由于存在两个光电二极管，因此该配置可被视为两个像素。由 于放大晶体管35和复位晶体管34被共享，因此每个像素的晶体管的 数量减少，因此该配置具有改善像素的开口率的优点。顺便说一句， 虽然这里已示出了用于在两个光电二极管之间共享FD部分的所谓二 像素共享类型电路，但是，可以使用用于在四个光电二极管之间共享
FD部分的四像素共享类型电路和用于在其它数量的光电二极管之间 共享FD部分的其它共享类型配置。
在图13中示出执行读出扫描时的具体定时。图13的上部表示从 其读出信号的选择像素的操作，图13的下部表示不从其读出信号的未 选择像素的操作。在图13中，电压VRES被供给到图12中的电路的 端子VRES。信号PRES一sel被供给到所选择的行上的像素中的复位晶 体管34，并且，信号PRES—notsel被供给到未选择的行上的像素中的 复位晶体管34。并且，传送信号PTX1和PTX2分别被供给到传送晶 体管33-1和33-2。
首先，信号PRES—sel和PRES_notsel在时间tl处分别对于所选 择的行和未选择的行变为它们的高电平，并且，从端子VRES供给的 电压^f皮切换为低电平(以下称为电平VRES_L)。由此，所选择的行 和未选择的行的FD部分均变为电平VRES_L，并且，放大晶体管35被断开。
在时间t2处，信号PRES—notsel变为低电平，并且，FD部分与 电源端子VRES分开。同时，从端子VRES供给的信号被切换为高电 平(以下称为电平VRES—H)。此时，由于信号PRES—sel为高电平， 因此所选择的行上的放大晶体管35被导通。因此，所选择的行上的像 素变为能够读出在像素中带电的信号的状态。
在时间t3处，传送信号PTX1变为高电平，然后，在光电二极管 32-1中积累的电荷被传送到FD部分，并且，在垂直输出线36上出现
根据电荷量的电势。
在从时间t4到时间t6的时段中，重复与从时间tl到时间t3的时 段中的操作类似的操作，但是，从时间t4到时间t6的时段中的操作 与从时间tl到时间t3的时段中的操作的不同之处在于，传送信号 PTX2在时间t6处变为高电平。
顺便说一句，在未选择的行上，传送信号PTX1和PTX2保持为 低电平。
并且，如果光电二极管32-1和32-2被复位，那么执行同时将要 供给到复位晶体管34以及传送晶体管33-1和33-2的信号变为高电平 的操作。
通过上述的操作，能够执行从二像素共享类型像素读取信号的操 作。这里示出的定时是示例性定时，并且，本发明的定时不限于该定 时。
虽然在上述的实施例中不从其读出信号的像素行上的光电转换元 件也被复位，但是，可以不对这些像素行执行复位操作，并且，可仅 对这些行执行使地址前移，以实现进一步的加速。但是，在这种情况 下，不执行复位和读出，因此，存在光电转换元件中积累的电荷溢出 以泄露到周围的像素中的可能性。因此，从图像质量的观点看，优选 还将不从其读出信号的像素复位。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限 于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释， 以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。
权利要求
1. 一种固态成像装置，包括包含沿多个行布置的像素的有效像素区域，各像素包含将入射光转换成电荷并积累电荷的光电转换元件；包含沿多个行布置的像素的光学黑像素区域，各像素包含被遮光的光电转换元件；复位控制单元，用于通过使地址前移而逐行控制在所述有效像素区域和所述光学黑像素区域的像素中的光电转换元件中积累的电荷的复位操作；以及读出控制单元，用于通过使地址前移而逐行控制来自所述有效像素区域和所述光学黑像素区域的像素的信号的读出操作，其中，像素的电荷积累时段是从通过所述复位控制单元进行的光电转换元件中积累的电荷的复位操作的结束直到通过所述读出控制单元进行的来自像素的信号的读出操作的开始的时段，所述读出控制单元和所述复位控制单元进行控制，使得在所述有效像素区域中，从使地址前移到不读出信号的像素行直到使地址前移到相邻的像素行的时段的长度短于从使地址前移到从其读出信号的像素行直到使地址前移到相邻的像素行的时段的长度；以及所述读出控制单元和所述复位控制单元进行控制，使得在所述光学黑像素区域中，从使地址前移到像素行直到使地址前移到相邻的像素行的时段的长度与所述有效像素区域中从使地址前移到从其读出信号的像素行直到使地址前移到相邻的像素行的时段的长度相同。
2. 根据权利要求l的固态成像装置，其中， 所述复位控制单元具有第一复位控制单元，用于供给用于控制所述光学黑像素区域中的像素的光电转换元件的复位的驱动脉冲；以 及第二复位控制单元，用于供给用于控制所述有效像素区域中的像素 的光电转换元件的复位的驱动脉冲，由所述第 一 复位控制单元供给到所述光学黑像素区域中的像素的驱动脉冲和由所述第二复位控制单元供给到所述有效像素区域中的像 素的驱动脉冲分别基于相互不同的复位控制信号而产生，所述读出控制单元具有第一读出控制单元，用于供给用于控制 来自所述光学黑像素区域中的像素的信号的读出的驱动脉冲；以及第 二读出控制单元，用于供给用于控制来自所述有效像素区域中的像素 的信号的读出的驱动脉冲，并且，由所述第 一读出控制单元供给到所述光学黑像素区域中的像素的 驱动脉沖和由所述第二读出控制单元供给到所述有效像素区域中的像 素的驱动脉冲分别基于相互不同的读出控制信号而产生。
3. 根据权利要求1的固态成像装置，其中， 所述复位控制单元具有第一复位控制单元，用于供给用于控制所述光学黑像素区域中的像素的光电转换元件的复位的驱动脉冲；以 及第二复位控制单元，用于供给用于控制所述有效像素区域中的像素 的光电转换元件的复位的驱动脉冲，由所述第 一 复位控制单元供给到所述光学黑像素区域中的像素的 驱动脉冲和由所述第二复位控制单元供给到所述有效像素区域中的像 素的驱动脉冲基于共用复位控制信号而产生，所述读出控制单元具有第一读出控制单元，用于供给用于控制 从所述光学黑像素区域中的像素读出信号的驱动脉冲；以及第二读出 控制单元，用于供给用于控制从所述有效像素区域中的像素读出信号 的驱动脉冲，并且由所述第 一读出控制单元供给到所述光学黑像素区域中的像素的 驱动脉冲和由所述第二读出控制单元供给到所述有效像素区域中的像 素的驱动脉沖基于共用的读出控制信号而产生。
4. 根据权利要求l的固态成像装置，其中，像素还包含放大晶体管，其具有接收在光电转换元件中积累的 电荷的控制电极和从其读取信号的主电极；以及传送晶体管，其在光 电转换元件和所述放大晶体管的控制电极之间的电路径的连续性和不 连续性之间切换，并且，所述放大晶体管是对于多个像素共同提供的。
5.根据权利要求1至4中任一项的固态成像装置，其中，区域中的像素行直到寻址相邻的像素行的地址前进的时段内具有积累 调整时段。
6. 根据权利要求5的固态成像装置，其中，所述积累调整时段的长度等于从在寻址从其读出信号的像素行之 后寻址相邻的像素行直到寻址从其读出信号的下一像素行的时段的长度。
7. 根据权利要求1至4中任一项的固态成像装置，其中， 所述积累调整时段由电子快门控制。
8. 根据权利要求1至4中任一项的固态成像装置，其中， 所述有效像素区域还在各行包含被遮光的光电转换元件，并且， 所述复位控制单元和所述读出控制单元中的每一个在与所述有效像素区域中的其它像素的定时相同的定时，控制包含所述被遮光的光 电转换元件的像素。
9. 根据权利要求5的固态成像装置，其中， 所述积累调整时段由电子快门控制。
10. 根据权利要求6的固态成像装置，其中， 所述积累调整时段由电子快门控制。
11. 根据权利要求5的固态成像装置，其中， 所述有效像素区域还在各行包含被遮光的光电转换元件，并且， 所述复位控制单元和所述读出控制单元中的每一个在与所述有效像素区域中的其它像素的定时相同的定时，控制包含所述被遮光的光 电转换元件的像素。
12. 根据权利要求6的固态成像装置，其中， 所述有效像素区域还在各行包含被遮光的光电转换元件，并且， 所述复位控制单元和所述读出控制单元中的每一个在与所述有效像素区域中的其它像素的定时相同的定时，控制包含所述被遮光的光电转换元件的像素。
13. 根据权利要求7的固态成像装置，其中， 所述有效像素区域还在各行包含被遮光的光电转换元件，并且， 所述复位控制单元和所述读出控制单元中的每一个在与所述有效像素区域中的其它像素的定时相同的定时，控制包含所述被遮光的光 电转换元件的像素。
14. 一种成^^系统，包括根据权利要求1至4中任一项的固态成像装置； 用于在所述固态成像装置的像素区域上形成图像的光学系统；和 用于通过处理从所述固态成像装置输出的信号而产生图像数据的 信号处理单元。
15. —种成像系统，包括 根据权利要求5的固态成像装置；用于在所述固态成像装置的像素区域上形成图像的光学系统；和 用于通过处理从所述固态成像装置输出的信号而产生图像数据的 信号处理单元。
16. —种成像系统，包括 根据权利要求6的固态成像装置；用于在所述固态成像装置的像素区域上形成图像的光学系统；和 用于通过处理从所述固态成像装置输出的信号而产生图像数据的 信号处理单元。
17. —种成像系统，包括 根据权利要7的固态成像装置；用于在所述固态成像装置的像素区域上形成图像的光学系统；和 用于通过处理从所述固态成像装置输出的信号而产生图像数据的 信号处理单元。
18. —种成像系统，包括 根据权利要求8的固态成像装置；用于在所述固态成像装置的像素区域上形成图像的光学系统；和用于通过处理从所述固态成像装置输出的信号而产生图像数据的 信号处理单元。
19. 一种固态成像装置的驱动方法，所述固态成像装置包括 包含沿多个行布置的像素的有效像素区域，各像素包含光电转换元件；包含沿多个行布置的像素的光学黑像素区域，各像素包含被遮光 的光电转换元件，其中，像素的电荷积累时段是从光电转换元件中积 累的电荷的复位的结束直到来自像素的信号的读出的开始的时段，所述方法包括以下步骤进行寻址，使得在所述有效像素区域中，从寻址不从其读出信号从其读出信号的像素行直到寻址相邻的像素行的地址前进的时段的长 度；以及进行寻址，使得在所述光学黑像素区域中，从寻址像素行直到寻 址相邻的像素行的地址前进的时段的长度与所述有效像素区域中从寻 址从其读出信号的像素行直到寻址相邻的像素行的地址前进的时段的 长度相同。
20. 根据权利要求19的固态成像装置的驱动方法，其中， 在从寻址所述光学黑像素区域中的像素行直到寻址相邻的像素行的地址前进的时段内，提供积累调整时段。
21. 根据权利要求20的固态成像装置的驱动方法，其中，所述积累调整时段等于从在寻址从其读出信号的像素行之后寻址 相邻的像素行直到寻址从其读出信号的下一像素行的时段。
全文摘要
本发明致力于提供固态成像装置、固态成像装置的驱动方法和成像系统。如果当有效像素被间引以被读出而不间引OB像素时缩短所有像素的总读出时间，那么各行的复位时段相互不同，并且，导致不均一的电荷积累时段的问题。本发明的改进在于，如果不从有效像素区域中的像素行的一部分读出信号以跳过所述行，那么使得其中选择要被跳过的行的时段比其中选择从其读出信号的行的时段短，并且，光学黑像素区域中的像素和有效像素区域中的像素由相互不同的图案的驱动脉冲驱动。
文档编号H04N5/335GK101483712SQ20091000162
公开日2009年7月15日 申请日期2009年1月9日 优先权日2008年1月10日
发明者园田一博, 竹中真太郎, 藤村大, 野田智之 申请人:佳能株式会社