图像拾取装置及其驱动方法、成像系统及其驱动方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于图像拾取装置的驱动方法和用于成像系统的驱动方法。
【背景技术】
[0002]已知包括多个像素和从多个像素接收信号的垂直信号线的图像拾取装置。
[0003]在根据日本专利公开N0.2010-259027的图像拾取装置中，多个像素中的每一个具有光电转换单元、累积由该光电转换单生成的电载流子(electric carrier)的浮置扩散(以下称为FD单元)和根据FD单元中的电压输出信号的放大晶体管。多个像素中的每一个还具有在放大晶体管和垂直信号线之间的在导通状态和非导通状态之间切换的选择晶体管。
[0004]在根据日本专利公开N0.2010-259027的图像拾取装置中，电流源与垂直信号线相连，并且在由选择晶体管导致的导通中，电流被供应至像素中的放大晶体管。放大晶体管具有与连接到选择晶体管的主节点不同的主节点并且接收来自电压源的电压供应。当选择晶体管导通时，电流源、放大晶体管和电压源形成源级跟随器电路。
[0005]跨多行和多列布置多个像素。日本专利公开N0.2010-259027中公开的图像拾取装置执行第一操作，该第一操作使得多行的像素中的选择晶体管并行导通并且在垂直信号线中混合由多个像素中的放大晶体管输出的信号。日本专利公开N0.2010-259027中公开的图像拾取装置还执行第二操作，该第二操作使得每行的像素中的选择晶体管依次导通。因此，像素的放大晶体管输出。
[0006]日本专利公开N0.2013-211832公开了具有针对多列像素中的每一列设置的列信号处理电路的结构。列信号处理电路向垂直信号线输出通过根据放大因子对从对应像素输出的信号进行放大获得的信号。
[0007]随着由多个放大晶体管输出的信号之间的差异变大，作为第一操作的结果而获得的信号的精度降低。在某些成像条件下，将被混合的信号之间的差异可能容易变大。日本专利公开N0.2010-259027和日本专利公开N0.2013-211832都没有考虑在将被混合的信号之间的差异大的情况下的操作。
【发明内容】
[0008]根据本发明的一个方面，一种用于图像拾取装置的驱动方法，该图像拾取装置具有多个像素、垂直信号线和信号处理电路，该多个像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，该方法包括:由信号处理电路使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一个，放大输出到垂直信号线的信号，如果信号处理电路使用第一放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么执行第一操作；以及如果信号处理电路使用第二放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么在不执行第一操作的情况下执行第二操作。在这种情况下，第一操作包括如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元产生的电载流子的第一信号的时间段与第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元产生的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号，以及第二操作包括如下的操作，在该操作中，通过将信号的数量降低至小于所述多个像素的数量的数量，图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的多个信号。
[0009]根据本发明的另一方面，一种用于图像拾取装置的驱动方法，该图像拾取装置具有多个像素、垂直信号线和信号处理电路，该多个像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光电转换单元、第一电容元件、第一浮置扩散和第一放大晶体管，第二像素具有第二光电转换单元、第二电容元件、第二浮置扩散和第二放大晶体管，该方法包括:由信号处理电路使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一个，放大输出到垂直信号线的信号；如果信号处理电路使用第一放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么执行第一操作；以及如果信号处理电路使用第二放大因子放大输出到垂直信号线的信号，那么执行第二操作。在这种情况下，第一操作是如下的操作，在该操作中，由第一光电转换单元生成的电载流子在未被保持在第一电容元件中的情况下，被保持在第一浮置扩散中；由第二光电转换单元生成的电载流子在未被保持在第二电容元件中的情况下，被保持在第二浮置扩散中。通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于第一浮置扩散的电势的第一信号的时间段和第二放大晶体管向垂直信号线输出基于第二浮置扩散的电势的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号。第二操作是如下的操作，在该操作中，由第一光电转换单元生成的电载流子被保持在第一电容元件和第一浮置扩散的第一合成电容中；由第二光电转换单元生成的电载流子被保持在第二电容元件和第二浮置扩散的第二合成电容中。通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于第一浮置扩散的电势的第一信号的时间段和第二放大晶体管向垂直信号线输出基于第二浮置扩散的电势的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号。
[0010]根据本发明的另一方面，提供了一种用于具有图像拾取装置的成像系统的驱动方法，该图像拾取装置具有多个像素和垂直信号线，该多个像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，以及控制图像拾取装置的控制单元，如果控制单元设置第一灵敏度，那么图像拾取装置执行第一操作，如果控制单元设置低于所述第一灵敏度的第二灵敏度，那么图像拾取装置在不执行第一操作的情况下执行第二操作。在这种情况下，第一操作是如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元生成的电载流子的第一信号的时间段和第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元生成的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号。第二操作是如下的操作，在该操作中，通过应用不同于第一操作的方法将信号的数量降低至小于该多个像素的数量的数量，图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的信号。
[0011]根据本发明的另一方面，用于具有图像拾取装置的成像系统的驱动方法，该图像拾取装置具有多个像素和垂直信号线，该多个像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光电转换单元和第一放大晶体管，第二像素具有第二光电转换单元和第二放大晶体管，以及被设置在与图像拾取装置的半导体基板不同的半导体基板上的并且放大从图像拾取装置输出的信号的放大单元，该方法包括:由放大单元使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子，放大从图像拾取装置输出的信号；如果该放大单元使用第一放大因子放大从图像拾取装置输出的信号，那么由图像拾取装置执行第一操作；以及如果该放大单元使用第二放大因子放大从图像拾取装置输出的信号，那么由图像拾取装置在不执行第一操作的情况下执行第二操作。在这种情况下，第一操作是如下的操作，在该操作中，通过至少部分重叠第一放大晶体管向垂直信号线输出基于由第一光电转换单元产生的电载流子的第一信号的时间段与第二放大晶体管向垂直信号线输出基于由第二光电转换单元产生的电载流子的第二信号的时间段，在垂直信号线中混合第一信号和第二信号。第二操作是如下的操作，在该操作中，通过按照与第一操作不同的方法将信号的数量降低至小于所述多个像素的数量的数量，图像拾取装置输出基于通过对入射光执行光电转换获得的电载流子的信号。
[0012]根据以下参考附图对示例实施例的描述，本发明的进一步特征将变得清楚。
【附图说明】
[0013]图1图示了图像拾取装置的结构的示例。
[0014]图2图示了图像拾取装置的结构的示例。
[0015]图3图示了图像拾取装置的操作的示例。
[0016]图4图示了图像拾取装置的操作的示例。
[0017]图5图示了图像拾取装置的结构的示例。
[0018]图6图示了图像拾取装置的结构的示例。
[0019]图7图示了图像拾取装置的操作的示例。
[0020]图8图示了图像拾取装置的结构的示例。
[0021]图9图示了图像拾取装置的结构的示例。
[0022]图10图示了图像拾取装置的操作的示例。
[0023]图11图示了图像拾取装置的结构的示例。
[0024]图12A和12B图示了图像拾取装置的操作的示例。
[0025]图13图示了成像系统的结构的示例。
【具体实施方式】
[0026]以下将参考附图描述根据示例实施例的图像拾取装置。
[0027]第一示例实施例
[0028]图1图示了根据第一示例实施例的图像拾取装置的结构。
[0029]该图像拾取装置包括具有被布置为多行和多列的多个像素10的像素阵列I。该图像拾取装置还包括被配置为逐行地垂直扫描像素10的垂直扫描电路20。该图像拾取装置还包括各自针对像素10的列设置的多条垂直信号线25。该图像拾取装置还具有多个信号处理电路30。虽然多个信号处理电路30中的每一个相应地针对每列的垂直信号线25被设置，但是图1将多列的信号处理电路30图示为一个信号处理电路30块。该图像拾取装置还包括水平扫描电路40。水平扫描电路40水平地扫描每列的信号处理电路30。该图像拾取装置还具有被配置为控制垂直扫描电路20、信号处理电路30和水平扫描电路40的操作的定时生成器50。该图像拾取装置还具有放大器SAMP。该放大器SAMP放大从每一列的信号处理电路30输出的信号，并向图像拾取装置的外部输出放大的信号作为输出信号。
[0030]图2图示了与图1中的图像拾取装置的两行和一列的像素10相关联的电路。
[0031]每个像素10具有光电转换单元H)、晶体管Ta、晶体管Tb、晶体管Tc、晶体管SF和浮置扩散FD。该光电转换单元H)基于入射光生成电载流子。图1中图示的像素阵列I具有在不同行的像素10的浮置扩散FD之间电气连接的晶体管Td。源级跟随器电路包括晶体管SF、向垂直信号线供应电流的电流源(未示出)和将被馈至晶体管SF的一个主节点的电源电压VDD。像素10中的每一个中设置的晶体管SF是输出基于光电转换单元H)中的电载流子的信号的放大晶体管。
[0032]垂直扫描电路20分别向第一行的像素10中的每一个的晶体管Ta、晶体管Tb和晶体管Tc输出信号RESa、信号Txa和信号SELa。垂直扫描电路20还分别向第二行的像素10中的每一个的晶体管Ta、晶体管Tb和晶体管Tc输出信号RESb、信号Txb和信号SELb。
[0033]信号处理电路30具有晶体管Tr 100、晶体管Tr 104、晶体管Trl05、晶体管Tr106、晶体管Tr 107、电容元件C103、电容元件C104和差分放大器电路300。该差分放大器电路300具有电容元件C100、放大器AMP、晶体