固体摄像装置的驱动方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供，能够实现即使在亮度变化激烈的运动图像摄像时，也余像现象不会发生的高画质摄像的固体摄像装置的驱动方法，包含以呈二维状的方式在水平扫描方向上排列成m列、在垂直扫描方向上排列成n行的像素的固体摄像装置(n为2以上的整数，m为自然数)，在结束第i行(i为1以上且n－1以下的整数)的所述像素的复位工作时，第(i＋1)行的所述像素处于复位工作，或者，第(i＋1)行的所述像素的复位工作结束后经过的时间为未满1帧摄像时间。
【专利说明】固体摄像装置的驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及，将图像作为电信号来输出的固体摄像装置的驱动方法。
【背景技术】
[0002]CMOS (Complementary Metal Oxide Secmiconductor:互补金属氧化物半导体)以及M0S(Metal Oxide Secmiconductor:金属氧化物半导体)面型图像传感器(以下，将两者一起称为CMOS固体摄像装置)、以及电荷稱合元件(Charge Coupled Devices)面型图像传感器(以下，称为CCD固体摄像装置)，对输入光信息进行光电转换，从生成图像信号。这样的固体摄像装置，作为功能元件，利用于数字静止照相机、数字视频照相机、网络照相机、以及移动电话用相机等的多方面的摄像设备。
[0003]以往的固体摄像装置具有的结构为，在半导体基板的最表面上，将具有光电转换部(光电二极管)和读出电路部的像素配置为二维的阵列状。因此，光电转换部的面积，在光入射面，按照读出电路部的面积而被削减。据此，以往的固体摄像装置的问题是，开口率降低。
[0004]为了解决该问题，专利文献I以及专利文献2中报告了，包括具有光吸收率的材料被层叠在基板上的结构的光电转换部、和被形成在基板上的读出电路的层叠型固体摄像装置。
[0005]对于该文献所记载的层叠型固体摄像装置，各个像素的光电转换部包括，像素电极、具有被层叠在其上方(光入射侧)的光电转换膜、以及被形成在其上面的对电极。进而，该层叠型固体摄像装置，将因入射光而发生的电荷群作为电流信号经由像素电极提取到光电转换部外。该层叠型固体摄像装置，通常，具备为了选择信号电荷的符号而传导信号电荷、阻挡其相反符号的电荷的电荷阻挡层。该电荷阻挡层，与像素电极相对，或者，直接与像素电极接触。
[0006]图14是专利文献I所记载的将有机膜作为光电转换膜的以往的层叠型图像传感器的像素部(像素)的电路的模式图。从光电转换部101通过像素电极102输出的信号电荷，被积蓄在被形成在基板上的由耗尽层电容构成的电荷积蓄部103。该电荷积蓄部103经由布线与像素读出晶体管(放大晶体管)104的输入栅极连接，检测附随于积蓄电荷量的变动的电压变化，经由选择该像素的读出定时的选择晶体管105，输出到垂直信号线107，以作为读出信号。进而，为了在读出信号电荷后，对该电荷积蓄部103的电荷进行复位，复位晶体管106的漏极部连接于电荷积蓄部103，在复位时，电荷积蓄部电压被设定为初始状态电压。
[0007](现有技术文献)
[0008](专利文献)
[0009]专利文献1:日本特许第4444371号公报
[0010]专利文献2:日本特公昭58 - 50030号公报
[0011]图15是将图14的像素排列成二维状的层叠型固体摄像装置的模式图，在垂直扫描方向上排列η行(将η设为2以上的整数)的像素。各行的复位晶体管106的栅极由各行分别一条的复位控制线控制。同样，选择晶体管105的栅极由选择控制线控制。在垂直扫描方向上对各行进行编号I至η，将第i行(将i设为I个以上(η — I)以下的整数)的复位控制线记载为res_(i)，将选择控制线记载为sel_(i)，利用图16说明层叠型固体摄像装置的典型的运动图像摄像时的驱动方法。
[0012]图16是示出向各控制线提供的电压以及在某列的垂直信号线107出现的输出电压，来说明典型的驱动方法的图。在图16中，仅记载第α - D行至第α + D行，但是，对本领域的技术人员而言，容易理解若对第I行至第η行依次进行同样的驱动，则得到一画面的图像信号，因此省略。并且，将第i行的驱动期间(水平扫描期间)记载为第α)扫描期间。
[0013]在第(1-1)扫描期间中，首先将sel_(1-1)导通，将第(1-1)行的像素内的选择晶体管105导通。于是，与积蓄在电荷积蓄部103的电荷对应的电压Vl由像素读出晶体管104生成，输出到垂直信号线107 (将该电压Vl记载为像素信号)。它由后级的相关双采样(CDS)电路等采样。(以下，将该工作称为“像素信号的读出”)。接着，开始第(1-1)行的复位工作。具体而言，将res_(i — I)导通，由复位晶体管106对电荷积蓄部103进行复位(预先由电压源等将复位电压提供给复位晶体管106)。然后，将res_(i — I)截止来结束第(1-1)行的复位工作，通过CDS电路等对输出到垂直信号线107的电压V2(将它记载为复位信号)进行采样(以下，将该工作称为“复位信号的读出”)。据此，得到所述的采样电压Vl与该电压V2的差，以作为CDS电路的输出电压。然后，将在各列得到的CDS电路的输出电压，通过水平传输电路依次输出到固体摄像装置外，结束第α - D扫描期间的驱动。在下一个第(i)扫描期间以下也进行同样的驱动。若第(η)扫描期间结束，从下一个帧的第(I)扫描期间反复进行同样的驱动。下一个帧的输出电压Vl是，上一个帧的输出电压V2、与对应于照射到各像素的光强度的电压相加的，因此，由CDS电路得到的电压(V1-V2)成为，仅依赖于光强度的真正的图像信号。
[0014]然而，通过本申请发明人们的研究明确了以下的情况，S卩，根据这样的驱动方法，特别是，在亮度变化大的运动图像摄像时，产生上一个帧的图像出现在下一个帧中的、所谓余像的问题。以下进行其详细说明。
[0015]图17是示出在垂直扫描方向上相邻的第i行和第(i + I)行的两个像素的图，各像素的结构与图14同样。但是，在图17中，追加这样的像素间的寄生电容108。寄生电容108是在像素电极102间、像素读出晶体管104的栅极布线间等产生的。将电荷积蓄部(积蓄电容)103的值设为Ca (这是通常全像素相同的值)，将寄生电容108的值设为Cp。
[0016]根据该寄生电容108，因以下的机制而发生余像。
[0017]在图16的第⑴扫描期间中，将第⑴行的复位工作结束后、即紧接将res_(i)截止之后的积蓄电容103 (i)的电压设为VreS(i)。并且，将此时的积蓄电容103(i + l)的电压设为VfdUi + I)。Vresl (i)，取决于提供到复位晶体管106 (i)的复位电压、复位晶体管106(i)的阈值、以及(若积蓄电容103侧为漏极)栅极和漏极间电容，不依赖于照射到像素的光强度。对此，Vfdl (i + I)，依赖于照射到第(i + I)行的像素的光强度。
tools] 然后，在第a +1)扫描期间中，在第a + D行的复位工作结束后、即紧接将res_(i + I)截止之后，积蓄电容103 (i + I)的电压变化为Vresl (i + I)。此时，积蓄电容103 (i)，不与任何电压源连接，而是所谓浮动，因此，积蓄电容103 (i + I)的电压变化，给积蓄电容103(i)的电压带来影响。也就是说，若将积蓄电容103 (i)的此瞬间的电压设为VreS2(i)，则表现为【算式I】。
[0019]【算式I】
[0020]
【权利要求】
1.一种固体摄像装置的驱动方法，所述固体摄像装置包含，以呈二维状的方式在水平扫描方向上排列成m列、在垂直扫描方向上排列成η行的像素，在所述固体摄像装置的驱动方法中， 在结束第i行的所述像素的复位工作时，第(i + I)行的所述像素处于复位工作，或者，第(i + D行的所述像素的复位工作结束后经过的时间为未满I帧摄像时间，其中，η为2以上的整数，m为自然数，i为I以上且η -1以下的整数。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法， 进行提供j水平扫描期间的积蓄时间的电子快门的驱动， 在从第i行的所述像素读出像素信号的扫描期间中，在结束第(i + j)行的所述像素的复位工作之前，开始第(i + j + D行的所述像素的复位工作，其中，j为I以上且(η -1)以下的整数。
3.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法， 依次进行第a + D行的像素信号读出工作、第a + D行的复位工作的开始、以及第i行的复位工作的结束，其中，i为I以上且η — I以下的整数。
4.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法， 依次进行第α +1)行的像素信号读出工作、第a + D行的复位工作的开始、第α +D行的复位工作的结束、第α + D行的复位信号读出工作、以及第i行的复位工作的结束，其中，i为I以上且η — I以下的整数。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法， 依次进行第α + D行的像素信号读出工作、第α + D行的复位工作的开始、第i行的复位工作的结束、以及第i行的复位信号读出工作，其中，i为I以上且η — I以下的整数。
6.如权利要求1所述的固体摄像装置的驱动方法，所述固体摄像装置包含，以呈二维状的方式在水平扫描方向上排列成m列、在垂直扫描方向上排列成2k或(2k+ I)行的像素，在所述固体摄像装置的驱动方法中包含以下奇数帧的驱动和偶数帧的驱动: 所述奇数帧的驱动是指，依次进行第(2a + I)行的像素信号读出工作、第(2a + I)行的复位工作、第(2a + I)行的复位信号读出工作、以及第2a行的复位工作的驱动；以及 所述偶数帧的驱动是指，依次进行第(2a + 2)行的像素信号读出工作、第(2a + 2)行的复位工作、第(2a + 2)行的复位信号读出工作、以及第(2a + I)行的复位工作的驱动，其中，2k与η相等，或(2k+ I)与η相等，a为O以上且k以下的整数。
【文档编号】H04N5/353GK103444167SQ201280015410
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年3月28日 优先权日:2011年4月8日
【发明者】石井基范, 加藤刚久 申请人:松下电器产业株式会社