CN102209208B - 固态成像设备、驱动方法及电子装置 - Google Patents

Abstract

这里公开了一种固态成像设备、驱动固态成像设备的驱动方法及电子装置，该固态成像设备采用多个单位像素，所述多个单位像素中的每个具有被配置为将入射光转换为电荷的光电转换部分和被配置为保存表示由所述光电转换部分生成的所述电荷的信号电压的电荷保存部分，所述固态成像设备还包括读取部分和控制部分。

Description

固态成像设备、驱动方法及电子装置

技术领域

本发明涉及一种固态成像设备、驱动方法及电子装置。更具体地说，本发明涉及一种能够减小耦合噪声的固态成像设备、用于驱动该固态成像设备的方法和采用该固态成像设备的电子装置。

背景技术

如通常所知，相关技术中的固态成像设备采用多个单位像素，每个单位像素具有光电二极管、浮置扩散区域(floating diffusion area)和传输门(transfergate)。

在这样的固态成像设备内所采用的每个单位像素中，在拍摄成像对象的图像的操作中，由成像对象产生的光被光电二极管11如图1所示地接收。光电二极管11将光转换为电荷并在内部累积电荷。然后，当转移脉冲(或转移电压)TRG被施加到连接于光电二极管11的传输门晶体管12时，在光电二极管11中累积的电荷通过传输门晶体管12而被转移到浮置扩散区域13。浮置扩散区域13将电荷转换为电压。

然后，当选择脉冲(或选择电压)SEL被施加到连接于垂直信号线14的选择晶体管15时，浮置扩散单元13产生的电压通过放大晶体管16、选择晶体管15和垂直信号线14被输出到外部目的地作为信号电平。

在照原样向选择晶体管15施加选择脉冲SEL的状态中，当稍后复位脉冲(或复位电压)RST被施加到复位晶体管17时，浮置扩散区域13产生的电压被复位为提前确定的电压Vr。随后，浮置扩散区域13所产生的后复位电压通过放大晶体管16、选择晶体管15和垂直信号线14被输出到外部目的地作为复位电平。

外部目的地计算信号与如上所述由单位像素输出的复位电平之间的差值，并将该差值作为单位像素的像素信号。值得注意的是，在本说明书中，技术术语“像素信号”在一些情况下用于暗指信号和/或复位电平本身。将注意的是，如果没有必要在浮置扩散区域13中保存电荷，则可以在读出信号电平之前提前读出复位电平。

通常，在从固态成像设备中的单位像素中读出像素信号的操作中，为了消除诸如放大晶体管16的阈值电压变化之类的噪声，在所谓的CDS(相关双采样)处理中将信号与复位电平之间的差值作为像素信号。

那时，因为通过利用同一复位晶体管17、同一放大晶体管16、同一选择晶体管15和同一垂直信号线14来从单位像素中读出信号电平和复位电平，所以可以消除诸如晶体管的阈值电压变化之类的固定模式噪声。

顺便提及，固态成像设备可以具有被称作全局快门功能或全局曝光功能的功能。对于关于这种固态成像设备的更多信息，建议读者参考诸如日本专利特开第2001-238132号和第2009-268083号的文献。在这样的固态成像设备中，同时对所有单位像素执行全局曝光功能。在全局曝光功能中，对于所有单位像素，同时将电荷从光电二极管转移到浮置扩散区域。利用在浮置扩散区域中保存的电荷，依序从单位像素中读出像素信号。

在从单位像素中读出像素信号之前，浮置扩散区域已在批操作时或在曝光操作开始时被复位过一次，由具有全局快门功能的固态成像设备来执行该批操作以对于所有像素同时将电荷从光电二极管转移到浮置扩散区域。在该情况下，在从单位像素中读出像素信号时电荷将已被累积在浮置扩散区域中。因而，为了消除诸如放大晶体管16的阈值电压变化之类的固定模式噪声，有必要通过在读出信号电平之后通过将浮置扩散区域复位为预定电压来读出复位电平。

例如，如图2所示，假设：从固态成像设备的光接收表面上在第(i-1)像素行上提供的单位像素及在第i像素行上提供的单位像素中依序读出像素信号。

在图2中，水平轴表示时间的流逝。参考符号SEL_i-1表示被施加于在第(i-1)像素行上提供的单位像素中采用的选择晶体管15的栅极电极的选择脉冲SEL的电压。另一方面，参考符号RST_i-1表示被施加于在第(i-1)像素行上提供的单位像素中采用的复位晶体管17的栅极电极的复位脉冲RST的电压。此外，参考符号TRG_i-1表示被施加于在第(i-1)像素行上提供的单位像素中采用的传输门晶体管12的栅极电极的转移脉冲TRG的电压，而参考符号FD_i-1表示在第(i-1)像素行上提供的单位像素中包括的浮置扩散区域处表现的电压。

出于同样原因，参考符号SEL_i表示被施加于在第i像素行上提供的单位像素中采用的选择晶体管15的栅极电极的选择脉冲SEL的电压。另一方面，参考符号RST_i表示被施加于在第i像素行上提供的单位像素中采用的复位晶体管17的栅极电极的复位脉冲RST的电压。此外，参考符号TRG_i表示被施加于在第i像素行上提供的单位像素中采用的传输门晶体管12的栅极电极的转移脉冲TRG的电压，而参考符号FD_i表示在第i像素行上提供的单位像素中包括的浮置扩散区域处表现的电压。

此外，参考符号V_out表示在与在第(i-1)像素行和第i像素行上提供的单位像素连接的垂直信号线14上表现的电压。具体而言，参考符号V_out表示在与在第(i-1)像素行和第i像素行上提供的单位像素中采用的选择晶体管15连接的垂直信号线14上表现的电压。为每个像素列提供垂直信号线14。

首先，在时间段TM11期间，在固态成像设备中执行所有像素同时电子快门操作。同时对所有单位像素开始曝光操作。

在时间段TM11期间，在第(i-1)像素行上，转移脉冲TRG的电压TRG_i-1被升高以从光电二极管向浮置扩散区域转移电荷，而复位脉冲RST的电压RST_i-1被升高以复位在浮置扩散区域中保存的电荷。出于同样原因，在第i像素行上，转移脉冲TRG的电压TRG_i被升高以从光电二极管向浮置扩散区域转移电荷，而复位脉冲RST的电压RST_i被升高以复位在浮置扩散区域中保存的电荷。同时，不从单位像素中读出像素信号。因此，所有单位像素中的选择脉冲SEL的电压SEL_i-1和SEL_i被维持在低电平。

应当注意的是，在下面的描述中，用于将施加于复位晶体管17的栅极电极的复位脉冲RST的电压RST_i-1或RST_i升高到高电平的操作被称为激活复位脉冲RST(或激活复位晶体管17)的操作。出于同样原因，用于将施加于传输门晶体管12的栅极电极的转移脉冲TRG的电压TRG_i-1或TRG_i升高到高电平的操作被称为激活转移脉冲TRG(或激活传输门晶体管12)的操作。

所有像素同时电子快门操作之后是时间段TM12，在时间段TM12期间，对所有单位像素同时执行曝光操作。在自时间段TM12开始起已流逝一提前确定的时间段之后，对于第(i-1)像素行和第i像素行上的单位像素激活复位脉冲RST，以复位浮置扩散区域。然后，稍后，对于所有单位像素激活转移脉冲TRG，以在每个单位像素中从光电二极管向浮置扩散区域转移电荷。

例如，在第(i-1)像素行上提供的单位像素中，激活复位脉冲RST以将在浮置扩散区域处表现的电压FD_i-1复位到VFD1_i-1’。此后，激活转移脉冲TRG以从光电二极管向浮置扩散区域转移电荷，以使得在浮置扩散区域处表现电压VFD1_i-1。

时间段TM12之后是时间段TM13，在时间段TM13期间，从单位像素中依序读出像素信号。也就是说，在时间段TM13期间，从单位像素中读出信号电平和复位电平。

首先，电压被施加到在第(i-1)像素行上提供的单位像素的选择晶体管15。也就是说，电压SEL_i-1被从低电平升高到高电平以读出在第(i-1)像素行上提供的单位像素的浮置扩散区域处表现的电压FD_i-1(＝VFD1_i-1)。因此，在垂直信号线14上表现的电压V_out被设置为电压V_sig_i-1。在时间段RD11中，电压V_sig_i-1被读出作为在第(i-1)像素行上提供的单位像素的信号电平。

此外，在时间段RD11已经结束之后，在第(i-1)像素行上提供的单位像素的复位脉冲RST被激活，以将在第(i-1)像素行上提供的单位像素的浮置扩散区域处表现的电压FD_i-1复位为信号电平VFD2_i-1。因此，垂直信号线14的电压V_out被升高到电压V_rst_i-1。在时间段RD12中，电压V_rst_i-1被读出作为在第(i-1)像素行上提供的单位像素的复位电平。如上所述读出的信号电平和复位电平之间的差值然后被输出作为像素信号。

在从在第(i-1)像素行上提供的单位像素中读出像素信号的操作已经完成之后，施加于选择晶体管15的电压SEL_i-1从高电平改变回低电平。然后，如下地执行从在第i像素行上提供的单位像素中读出像素信号的操作。

电压被施加到在第i像素行上提供的单位像素中采用的选择晶体管15，以读出在第i像素行上提供的单位像素的浮置扩散区域处表现的电压FD_i(＝VFD1_i)。这样，通过向选择晶体管15施加电压，垂直信号线14的电压V_out被设置为电压V_sig_i。在时间段RD13中，电压V_sig_i被读出作为在第i像素行上提供的单位像素的信号电平。

然后，在时间段RD13已经结束之后，在第i像素行上提供的单位像素的复位脉冲RST被激活，以将在第i像素行上提供的单位像素的浮置扩散区域处表现的电压FD_i复位为信号电平VFD2_i。因此，垂直信号线14的电压V_out被升高到电压V_rst_i。在时间段RD14中，电压V_rst_i被读出作为在第i像素行上提供的单位像素的复位电平。

在上述用于获得像素信号的操作中，通过同样的路径来读出信号电平和复位电平，以用于计算信号电平和复位电平之间的差值。因此，可以消除诸如放大晶体管16的阈值电压变化之类的固定模式噪声。

发明内容

一种上述的用于在浮置扩散区域中保存电荷的方法典型地是一种能够在少量元素的小面积中实现所有像素批曝光操作的有效方法。然而，利用采用该用于在浮置扩散区域中保存电荷的方法的固态成像设备，即使不能消除由浮置扩散区域从其它信号线接收的耦合噪声等，也可以消除固定模式噪声。

例如，如图3所示，当在从光电二极管向浮置扩散区域转移电荷之前复位浮置扩散区域时，施加于选择晶体管15的选择脉冲SEL的电压SEL_i被维持在低电平。另一方面，在已读出信号电平之后复位浮置扩散区域以读出复位电平时，施加于选择晶体管15的选择脉冲SEL的电压SEL_i被维持在高电平。

应当注意，图3的水平轴表示时间的流逝。参考符号SEL_i、RST_i、FD_i和V_out分别表示单位像素的选择脉冲SEL的电压、单位像素的复位脉冲RST的电压、在浮置扩散区域处表现的电压和在垂直信号线14上表现的电压。此外，为了使得参考图3的解释易于理解，假设信号电荷是暗时间信号(dark timesignal)，其是在暗时间产生的信号。也就是说，在基本上没有从光电二极管向浮置扩散区域转移电荷时读出信号电荷。

首先，在读出信号电平之前，复位脉冲RST1被施加于复位晶体管17以复位浮置扩散区域。当复位脉冲RST1被施加于复位晶体管17时，在浮置扩散区域处表现的电压FD_i变为Vfd1’。然后，为了读出信号电平，选择脉冲SEL的电压SEL_i从低电平变为高电平。此时，在垂直信号线14上表现的电压V_out试图从0V上升到Vsig0。

浮置扩散区域连接到放大晶体管16的栅极电极，而垂直信号线14连接到放大晶体管16的源极电极。因而，当在垂直信号线14上表现的电压V_out试图从0V上升到电平Vsig0时，由于耦合馈电效应，在浮置扩散区域处表现的电压被调整，从电平Vfd1’变为电平Vfd1。于是，在垂直信号线14上表现的电压V_out最终没有从0V上升到电平Vsig0，而是上升到根据在浮置扩散区域处表现的电压FD_i的电平Vfd1而确定的电平Vsig。因而，在时间段RD21期间，电压V_out(＝Vsig)被读出作为信号电平。

另一方面，在已经读出信号电平之后，为了读出复位电平，复位脉冲RST2被施加到复位晶体管17。当复位脉冲RST2被施加到复位晶体管17时，浮置扩散区域被复位，其电压FD_i从电平Vfd1变为电平Vfd2。结果，在垂直信号线14上表现的电压V_out从电平Vsig变为电平Vrst。然后，在时间段RD22期间，电压V_out(＝Vrst)被读出作为复位电平。应当注意，当复位脉冲RST2被施加到复位晶体管17时，选择脉冲SEL的电压SEL_i照原样被维持在高电平。因而，没有由于在垂直信号线14上表现的电压V_out的耦合效应而导致的电压变化。结果，在浮置扩散区域处表现的电压不被调整偏离电平Vfd2。

如下地将从单位像素中读出的信号电平Vsig与也从单位像素中读出的复位电平Vrst进行比较。如上所述，假设信号电荷是暗时间信号，其是在暗时间产生的信号，在所述暗时间基本上没有从光电二极管向浮置扩散区域转移电荷。因此，通常，信号电平Vsig应当等于复位电平Vrst。

在图3中示出的典型示例中，当施加复位脉冲RST1时，选择脉冲SEL被维持在低电平。然而，在施加复位脉冲RST2之前，选择脉冲SEL从低电平变为高电平。因而，已由复位脉冲RST1复位的浮置扩散区域受到由作为伴随选择脉冲SEL的电平改变的结果的、在垂直信号线14上表现的电压V_out产生的耦合效应的影响。

另一方面，在已经施加了复位脉冲RST2之后，选择脉冲SEL持续照原样被维持在高电平。因而，已由复位脉冲RST2复位的浮置扩散区域不受到由在垂直信号线14上表现的电压V_out产生的耦合效应的影响。

结果，在通常应当彼此相等的信号电平Vsig和复位电平Vrst之间存在不希望的差值ΔVcup。该差值ΔVcup变为噪声。以该方式产生的噪声被具体称为耦合噪声。

不仅在浮置扩散区域与垂直信号线14之间产生耦合噪声，而且在浮置扩散区域与其每个似乎具有寄生电容的所有组件之间产生耦合噪声。似乎具有寄生电容的组件的一个典型示例是稍后将要描述的用于防止浮散(blooming)的溢流门。此外，耦合噪声具有逐复位操作而变化的量。另外，耦合噪声的数量也依据驱动另一元件的驱动信号的状态而变化。

如上所述，在浮置扩散区域中保存电荷的固态成像设备不能从像素信号中消除以下耦合噪声，该耦合噪声是已经由于另一信号线等向浮置扩散区域施加的耦合效应而产生的。

因此，希望本发明减少在像素信号中包括的耦合噪声的数量。

根据本发明的第一实施例的固态成像设备是一种采用多个单位像素的固态成像设备，所述多个单位像素中的每个具有被配置为将入射光转换为电荷的光电转换部分和被配置为保存表示由所述光电转换部分生成的电荷的信号电压的电荷保存部分。所述固态成像设备还包括：

读取部件，用于在信号电平读取时间从所述电荷保存部分中读出表示由所述光电转换部分生成的电荷的信号电压作为信号电平之后，在复位电平读取时间从所述电荷保存部分中读出作为将所述电荷保存部分设置于预定电压的结果而在所述电荷保存部分上表现的复位电压作为复位电平，并且用于计算所述信号电平与所述复位电平之间的差值以产生像素信号；以及

控制部件，用于控制这样的操作，即用来向所述单位像素提供驱动所述单位像素但是影响在所述电荷保存部分中发生的耦合现象的像素驱动信号的操作，以使得：

在紧接在从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷之前复位所述电荷保存部分的第一复位时间处所述像素驱动信号的状态与在紧接在从所述电荷保存部分中读出所述复位电平的操作之前复位所述电荷保存部分的第二复位时间处所述像素驱动信号的状态相同；并且

在信号电平读取时间处所述像素驱动信号的状态与在复位电平读取时间处所述像素驱动信号的状态相同。

可以提供这样一种配置，其中：所述像素驱动信号被用作用于选择从其读出所述像素信号的单位像素的选择脉冲。

也可以提供这样一种配置，其中：所述像素驱动信号被用作用于驱动在所述单位像素中采用的电荷放电部分的控制脉冲，所述电荷放电部分充当用于对在所述光电转换部分中积累的电荷进行放电的部分。

也可以提供这样一种配置，其中：提前确定的电压被施加于连接到所述读取部件的信号线，所述信号线充当用于从所述电荷保存部分中读出信号电平和复位电平的线。

也可以提供这样一种配置，其中：所述控制部件控制组成多个像素行的所述单位像素，所述多个像素行中的每个包括按照提前确定的方向布置的单位像素，以便在第一复位时间同时对各像素行执行复位操作。

也可以提供这样一种配置，其中：所述控制部件控制组成多个像素行的所述单位像素，所述多个像素行中的每个包括按照提前确定的方向布置的单位像素，以便同时对各像素行执行用于从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷的操作。

也可以提供这样一种配置，其中：

所述控制部件采用用于输出所述像素驱动信号的输出部件，该输出部件包括用于接入所述像素驱动信号的第一晶体管和用于断开所述像素驱动信号的第二晶体管；以及

所述控制部件控制所述输出部件，以便从所述第二晶体管的驱动定时错开所述第一晶体管的驱动定时。

也可以提供这样一种配置，其中：所述输出部件还具有限流器，用于抑制由连接到所述第一晶体管的电源产生的输出波动和由连接到所述第二晶体管的电源产生的输出波动。

也可以提供这样一种配置，其中：

在所述限流器中采用的第三晶体管的栅极电极通过开关或电阻器连接到被设置于提前确定的电压的偏置线；

在所述栅极电极和所述第一或第二晶体管的源极电极之间提供电容器，以使得流过所述第三晶体管的电流的幅度恒定。

也可以提供这样一种配置，其中：所述控制部件控制所述限流器，使得在同时驱动多个前述像素行的操作期间将所述限流器置于工作状态，并且在仅驱动前述像素行之一的操作期间将所述限流器置于非工作状态。

也可以提供这样一种配置，其中：所述像素驱动信号包括选择脉冲和控制脉冲，所述选择脉冲用于选择从其读出所述像素信号的单位像素，并且所述控制脉冲用于驱动在所述单位像素中采用的电荷放电部分，所述电荷放电部分充当用于对在所述光电转换部分中积累的电荷进行放电的部分；并且在所述第一复位时间和第二复位时间二者处，将用于驱动电荷放电部分的所述控制脉冲设置在激活状态中处于高电平，而将所述选择脉冲设置在禁止状态中处于低电平。

根据本发明的第一实施例的驱动方法是一种用于驱动采用多个单位像素的固态成像设备的方法，所述多个单位像素中的每个具有被配置为将入射光转换为电荷的光电转换部分和被配置为保存表示由所述光电转换部分生成的电荷的信号电压的电荷保存部分。所述驱动方法包括以下步骤：

在信号电平读取时间从所述电荷保存部分中读出表示由所述光电转换部分生成的电荷的信号电压作为信号电平之后，在复位电平读取时间从所述电荷保存部分中读出作为将所述电荷保存部分设置于预定电压的结果而在所述电荷保存部分上表现的复位电压作为复位电平，并且计算所述信号电平与所述复位电平之间的差值以产生像素信号；以及

控制这样的操作，即用来向所述单位像素提供驱动所述单位像素但是影响在所述电荷保存部分中发生的耦合现象的像素驱动信号的操作，以使得：

在紧接在从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷之前复位所述电荷保存部分的第一复位时间处所述像素驱动信号的状态与在紧接在从所述电荷保存部分中读出所述复位电平的操作之前复位所述电荷保存部分的第二复位时间处所述像素驱动信号的状态相同；并且

在信号电平读取时间处所述像素驱动信号的状态与在复位电平读取时间处所述像素驱动信号的状态相同。

可以实现以下驱动方法，通过该驱动方法，所述像素驱动信号被用作用于选择从其读出所述像素信号的单位像素的选择脉冲。

也可以实现以下驱动方法，通过该驱动方法，所述像素驱动信号被用作用于驱动在所述单位像素中采用的电荷放电部分的控制脉冲，所述电荷放电部分充当用于对在所述光电转换部分中积累的电荷进行放电的部分。

也可以实现以下驱动方法，通过该驱动方法，提前确定的电压被施加于与所述固态成像设备的读取部件连接的信号线，所述信号线充当用于从所述电荷保存部分中读出信号电平和复位电平的线。

也可以实现以下驱动方法，通过该驱动方法，控制组成多个像素行的所述单位像素，所述多个像素行中的每个包括按照提前确定的方向布置的单位像素，以便在第一复位时间同时对各像素行执行复位操作。

也可以实现以下驱动方法，通过该驱动方法，控制组成多个像素行的所述单位像素，所述多个像素行中的每个包括按照提前确定的方向布置的单位像素，以便同时对各像素行执行从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷的操作。

依据本发明的第一实施例，在采用多个单位像素的固态成像设备中，所述多个单位像素中的每个具有被配置为将入射光转换为电荷的光电转换部分和被配置为保存表示由所述光电转换部分生成的电荷的信号电压的电荷保存部分：

在信号电平读取时间已经从所述电荷保存部分中读出表示由所述光电转换部分生成的电荷的信号电压作为信号电平之后，在复位电平读取时间从所述电荷保存部分中读出作为将所述电荷保存部分设置于预定电压的结果而在所述电荷保存部分上表现的复位电压作为复位电平，并且然后计算所述信号电平与所述复位电平之间的差值以产生像素信号；以及

控制这样的操作，即用来向所述单位像素提供驱动所述单位像素但是影响在所述电荷保存部分中发生的耦合现象的像素驱动信号的操作，以使得：

在紧接在从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷之前复位所述电荷保存部分的第一复位时间处所述像素驱动信号的状态与在紧接在从所述电荷保存部分中读出所述复位电平的操作之前复位所述电荷保存部分的第二复位时间处所述像素驱动信号的状态相同；并且

在信号电平读取时间处所述像素驱动信号的状态与在复位电平读取时间处所述像素驱动信号的状态相同。

根据本发明的第二实施例的电子装置是一种包括多个单位像素的装置，所述多个单位像素中的每个具有被配置为将入射光转换为电荷的光电转换部分和被配置为保存表示由所述光电转换部分生成的电荷的信号电压的电荷保存部分。所述电子装置还具有：

读取部件，用于在信号电平读取时间从所述电荷保存部分中读出表示由所述光电转换部分生成的电荷的信号电压作为信号电平之后，在复位电平读取时间从所述电荷保存部分中读出作为将所述电荷保存部分设置于预定电压的结果而在所述电荷保存部分上表现的复位电压作为复位电平，并且计算所述信号电平与所述复位电平之间的差值以产生像素信号；以及

控制部件，用于控制这样的操作，即用来向所述单位像素提供驱动所述单位像素但是影响在所述电荷保存部分中发生的耦合现象的像素驱动信号的操作，以使得：

在紧接在从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷之前复位所述电荷保存部分的第一复位时间处所述像素驱动信号的状态与在紧接在从所述电荷保存部分中读出所述复位电平的操作之前复位所述电荷保存部分的第二复位时间处所述像素驱动信号的状态相同；并且

在信号电平读取时间处所述像素驱动信号的状态与在复位电平读取时间处所述像素驱动信号的状态相同。

依据本发明的第二实施例，在包括多个单位像素的电子装置中，所述多个单位像素中的每个具有被配置为将入射光转换为电荷的光电转换部分和被配置为保存表示由所述光电转换部分生成的电荷的信号电压的电荷保存部分：

在信号电平读取时间已经从所述电荷保存部分中读出表示由所述光电转换部分生成的电荷的信号电压作为信号电平之后，在复位电平读取时间从所述电荷保存部分中读出作为将所述电荷保存部分设置于预定电压的结果而在所述电荷保存部分上表现的复位电压作为复位电平，并且然后计算所述信号电平与所述复位电平之间的差值以产生像素信号；以及

控制这样的操作，即用来向所述单位像素提供驱动所述单位像素但是影响在所述电荷保存部分中发生的耦合现象的像素驱动信号的操作，以使得：

在紧接在从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷之前复位所述电荷保存部分的第一复位时间处所述像素驱动信号的状态与在紧接在从所述电荷保存部分中读出所述复位电平的操作之前复位所述电荷保存部分的第二复位时间处所述像素驱动信号的状态相同；并且

在信号电平读取时间处所述像素驱动信号的状态与在复位电平读取时间处所述像素驱动信号的状态相同。

在下面的描述中，光电转换部分也被称为光电转换元件。

依据本发明的第一实施例，可以减少在固态成像设备中读出的像素信号中包括的耦合噪声。此外，依据本发明的第二实施例，也可以减少在电子装置中读出的像素信号中包括的耦合噪声。

附图说明

图1是示出相关技术中的单位像素的配置的电路图；

图2是在描述由相关技术中的固态成像设备执行的操作时参考的解释性时序图；

图3是在描述在相关技术中的固态成像设备中产生的耦合噪声时参考的解释性时序图；

图4是在描述本发明的实施例的概况时参考的解释性时序图；

图5是示出实现应用本发明的实施例的固态成像设备的实施例的典型配置的框图；

图6是示出根据本发明的第一实施例的单位像素的典型配置的图；

图7是在描述由根据本发明的第一实施例的固态成像设备执行的操作时参考的解释性时序图；

图8示出在描述成像处理时参考的解释性流程图；

图9是在描述由应用本发明的实施例的固态成像设备执行的操作时参考的解释性时序图；

图10是示出根据本发明的第二实施例的单位像素的典型配置的图；

图11是在描述由根据本发明的第二实施例的固态成像设备执行的操作时参考的解释性时序图；

图12是在描述由根据本发明的第三实施例的固态成像设备执行的操作时参考的解释性时序图；

图13是示出垂直驱动部分的典型配置的电路图；

图14是示出驱动器的典型配置的电路图；

图15是在描述由图14中示出的驱动器执行的操作时参考的解释性时序图；

图16是示出驱动器的另一典型配置的电路图；

图17是在描述由图16中示出的驱动器执行的操作时参考的解释性时序图；

图18是示出驱动器的再一典型配置的电路图；

图19是在描述由图18中示出的驱动器执行的操作时参考的解释性时序图；

图20是示出具有第一其它典型结构的单位像素的配置的图；

图21是示出具有第二其它典型结构的单位像素的配置的图；

图22是示出具有第三其它典型结构的单位像素的配置的图；

图23是示出具有第四其它典型结构的单位像素的配置的图；

图24是示出具有第五其它典型结构的单位像素的配置的图；以及

图25是示出实现被用作应用了本发明的电子装置的成像装置的实施例的典型配置的框图。

具体实施方式

下面将通过参照附图来解释本发明的实施例。

本发明的概述

应用本发明的固态成像设备采用多个单位像素，所述多个单位像素中的每个具有至少光电二极管、传输门、复位晶体管和充当电荷保存部分的浮置扩散区域。在固态成像设备中采用的每个单位像素内，光电二极管执行将入射到该光电二极管的光转换为电荷的光电转换处理，所述电荷然后通过传输门从光电二极管被转移到浮置扩散区域。在浮置扩散区域中，电荷表现为在浮置扩散区域观测到的电压。然后，在所谓的CDS(相关双采样)处理中读出在浮置扩散区域处表现的电压。

在固态成像设备中所采用的单位像素内，如图4所示，用于驱动在单位像素中包括的预定像素元件的像素驱动信号被提供给像素元件。同时，如在同一图中所示，用于驱动复位晶体管以复位浮置扩散区域的复位脉冲信号RST被提供给复位晶体管。应当注意，图中的水平轴表示时间的流逝。在图中，参考符号C11和C12分别表示像素驱动信号和复位脉冲信号RST的波形。

更具体地，在固态成像设备所采用的单位像素的曝光时间段中，复位脉冲RST11被施加于复位晶体管一次，以复位浮置扩散区域。然后，电荷从光电二极管被转移到浮置扩散区域，在该浮置扩散区域电荷表现为电压。随后，在时间段RD31期间，在浮置扩散区域处表现的电压被读出作为信号电平。稍后，复位脉冲RST12被施加于复位晶体管以再次复位浮置扩散区域。然后，在时间段RD32期间，读出在已经被复位的浮置扩散区域处表现的后复位电压作为复位电平。

在正执行上述操作时，固态成像设备控制对浮置扩散区域与诸如在单位像素中采用的另一信号线或另一元件之类的另一组件之间的耦合有影响的像素驱动信号的状态。通过控制像素驱动信号的状态，可以减少由浮置扩散区域与其它组件之间的耦合而产生的耦合噪声。像素驱动信号的典型示例是施加于在单位像素中采用的选择晶体管的选择脉冲信号SEL和提供给传输门的传输脉冲信号TRG。

更具体地，固态成像设备执行控制，以使得在如图4所示的像素驱动信号的波形C11中包括的部分R1中的像素驱动信号的状态与在像素驱动信号的波形C11中包括的部分R2中的像素驱动信号的状态相同。应当注意，如在同一图中所示，部分R1的时间与复位脉冲RST11被施加于复位晶体管的施加时间一致，而部分R2的时间与复位脉冲RST12被施加于复位晶体管的施加时间一致。

更具体地，通过将脉冲从低电平升高到高电平而激活复位脉冲RST，然后通过将脉冲从高电平降低到低电平来去激活该复位脉冲RST。复位脉冲RST从低电平到高电平的过渡被称作脉冲的上升沿，而复位脉冲RST从高电平到低电平的过渡被称作脉冲的下降沿。换句话说，复位脉冲RST是脉冲的上升沿和下降沿之间的脉冲。

固态成像设备执行控制以使得时刻t1处像素驱动信号的状态与时刻t2处像素驱动信号的状态相同。时刻t1是施加于复位晶体管的复位脉冲RST11的下降沿的时刻，而时刻t2是施加于复位晶体管的复位脉冲RST12的下降沿的时刻。

应当注意，像素驱动信号的状态通常暗示了该信号的电平(或电压)。因而，在该情况下，固态成像设备执行控制以使得在时刻t1处像素驱动信号的电压等于在时刻t2处像素驱动信号的电压。

此外，除了使得时刻t1处像素驱动信号的状态与时刻t2处像素驱动信号的状态相同的控制之外，固态成像设备也执行控制以使得波形C11的部分B1处像素驱动信号的状态与波形C11的部分B2处像素驱动信号的状态相同。部分B1是在用于从单位像素中读出信号电平的操作的时间段RD31期间出现的部分。另一方面，部分B2是在用于从单位像素中读出复位电平的操作的时间段RD32期间出现的部分。

如上所述，固态成像设备执行控制以使得在紧接在读出信号电平的操作之前复位浮置扩散区域的时刻处像素驱动信号的状态与在紧接在读出复位电平之前复位浮置扩散区域的时刻处像素驱动信号的状态相同。紧接在读出信号电平的操作之前复位浮置扩散区域的时刻可以被说成是紧接在将电荷从光电二极管转移到浮置扩散区域的操作之前复位浮置扩散区域的时刻。此外，固态成像设备也执行控制以使得在读出信号电平的操作期间像素驱动信号的状态与在读出复位电平的操作期间像素驱动信号的状态相同。通过执行这样的控制操作，可以使得在读出信号电平的操作期间产生的耦合噪声的数量大约等于在读出复位电平的操作期间产生的耦合噪声的数量。因而，可以减少耦合噪声对像素信号的影响。结果，可以获得具有精确值的像素信号。

第一实施例

固态成像设备的配置

接下来，解释本发明的具体实施例。

图5是示出实现被用作应用了本发明的固态成像设备的CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器50的实施例的典型配置的框图。

CMOS图像传感器50被配置为包括像素阵列部分61、垂直驱动部分62、列处理部分63、水平驱动部分64和系统控制部分65。在图中未示出的半导体基底(或芯片)上创建像素阵列部分61、垂直驱动部分62、列处理部分63、水平驱动部分64和系统控制部分65。

像素阵列部分61具有二维布置以形成矩阵的单位像素90。如图6所示，每个单位像素90采用光电转换元件，其用于将入射到该光电转换元件的光转换为具有根据光量的量的光电荷并用于在其中积累光电荷。应当注意，在下面的描述中，具有根据入射光量的量的光电荷也被简称为电荷，而单位像素也被简称为像素。

此外，像素阵列部分61还包括为像素阵列部分61的矩阵的每个像素行提供的像素驱动线66。像素驱动线66沿着像素行方向定向，其在图中是水平方向。像素阵列部分61还包括为像素阵列部分61的矩阵的每个像素列提供的垂直信号线67。垂直信号线67沿着列方向定向，其在图中是垂直方向。图5示出每个像素行一条像素驱动线66。然而，实际中，为每个像素行提供的像素驱动线66的数量决不限于1。像素驱动线66的一端连接到在垂直驱动部分62中采用的输出端子之一。该输出端子与为其提供连接到该输出端子的像素驱动线66的像素行相关联。

CMOS图像传感器50还采用信号处理部分68和数据存储部分69。信号处理部分68和数据存储部分69可以是在除了用于CMOS图像传感器50的半导体基底之外的基底上提供的外部信号处理装置、或者是在与CMOS图像传感器50相同的半导体基底上提供的内部信号处理装置。信号处理装置的典型示例是DSP(数字信号处理器)或用于通过运行软件来执行处理的信号处理装置。

垂直驱动部分62被配置为包括诸如移位寄存器或地址译码器之类的组件。垂直驱动部分62是用于典型地同时或以逐行为基础地依序驱动像素阵列部分61中的所有单位像素的像素驱动部分。在图中未示出垂直驱动部分62的具体配置。然而，通常，垂直驱动部分62被配置为包括读取扫描系统和清除(sweep)扫描系统，或者包括具有批清除功能和批转移功能的配置。

为了从单位像素中读出信号，读取扫描系统依序扫描并以逐行为基础依序选择像素阵列部分61中的单位像素。在像素行驱动操作的情况下，清除扫描系统对要经历由读取扫描系统执行的读取扫描操作的像素行执行清除扫描操作。清除扫描操作在读取扫描操作之前一时间段，该时间段的长度由快门的速度确定。另一方面，在全局曝光操作的情况下，在执行批转移功能的时刻之前一时间段的时刻执行批清除功能，该时间段的长度由快门的速度确定。

由清除扫描系统或通过运行批清除功能而执行的清除扫描操作从在正经历清除扫描操作的单位像素中采用的光电转换元件中清除不必要的电荷，复位该光电转换元件。清除扫描系统或批清除功能清除(或复位)不必要的电荷，以执行所谓的电子快门操作。电子快门操作是用于对光电转换元件的光电荷进行放电并重新开始曝光(即重新开始积累光电荷)的操作。

在由读取扫描系统或通过运行批转移功能而执行的读取操作中，从在单位像素中采用的光电转换元件中读出的信号具有由紧接在读取操作之前入射到光电转换元件、或者因为电子快门操作而入射到该光电转换元件的光量而确定的幅度。在通过使用读取扫描系统执行的像素行驱动操作的情况下，紧接在读取操作之前的读取定时或电子快门操作的清除定时与当前读取操作的读取定时之间的时间段被称作在单位像素中积累光电荷的时间段。另一方面，在通过执行批转移功能而执行的全局曝光操作的情况下，批清除时间与批转移时间之间的时间段被称为在单位像素中积累光电荷的时间段。在下面的描述中，积累光电荷的时间段被称为曝光时间段。

从在由垂直驱动部分62选择并扫描的像素行上的单位像素中读出的像素信号被通过垂直信号线67提供给用于每个像素列的列处理部分63。对于每个像素行，列处理部分63对通过垂直信号线67由像素阵列部分61的所选择的像素行上的单位像素输出的像素信号执行提前确定的信号处理。列处理部分63也在内部存储体中暂时存储完成提前确定的信号处理的像素信号。

更具体地，由列处理部分63执行的预定信号处理至少包括诸如CDS(相关双采样)处理的噪声消除处理。列处理部分63执行CDS处理以消除复位噪声和由(除其它以外)放大晶体管阈值电压的变化导致的固定模式噪声(充当单位像素中的固有噪声)。除了用于消除噪声的功能之外，列处理部分63也典型地具有AD(模数)转换功能，用于将模拟信号电平转换为数字信号。

水平驱动部分64还被配置为包括诸如移位寄存器和地址译码器之类的组件。水平驱动部分64依序选择各单位电路，所述单位电路中的每一个在列处理部分63中被采用来作为与一像素列对应的电路。水平驱动部分64选择并扫描各单位电路，以向信号处理部分68依序提供完成由列处理部分63对于每个单位电路执行的信号处理的信号。

系统控制部分65包括用于产生各种定时信号的定时产生器。基于由定时产生器产生的定时信号，系统控制部分65控制用来驱动诸如垂直驱动部分62、列处理部分63和水平驱动部分64之类的部分的操作。

信号处理部分68至少具有添加(addition)处理功能，运行该功能以实施包括对列处理部分63所输出的像素信号执行的添加处理的各类处理。数据存储部分69用于在处理期间暂时存储在信号处理部分68所实施的信号处理中需要的数据。

单位像素的配置

接下来，下面的描述解释在图5中示出的CMOS图像传感器50中采用的像素阵列部分61中被布置来形成矩阵的单位像素90每一个的具体结构。在单位像素90中，浮置扩散区域(充当浮置扩散电容器)是用于保存(或积累)从光电转换元件转移的光电荷的部分。

图6是示出单位像素90的典型配置的图。

单位像素90具有充当光电转换元件的PD(光电二极管)121。在图中也由参考符号PD表示的光电二极管121典型地是嵌入型光电二极管，其由N型嵌入层134和在N型嵌入层134上创建的P型层133构成。N型嵌入层134是嵌入在形成于N型衬底131上的P型势阱层132中的层。P型层133是在暴露于P型势阱层132的表面的N型嵌入层134上创建的层。

除了光电二极管121之外，单位像素90还采用传输门122和在图中也由参考符号FD(浮置扩散)表示的FD区域123。应当注意，浮置扩散区域123被遮盖以防入射光。

当转移脉冲TRG被施加到传输门122的栅极电极122A时，传输门122将电荷从光电二极管121转移到浮置扩散区域123。作为由光电二极管121执行以将入射到光电二极管121的光转换为电荷的光电转换处理的结果，已在光电二极管121中积累了电荷。浮置扩散区域123是充当用于将通过传输门122从光电二极管121转移的电荷转换为电压的部分的N型层。

此外，单位像素90还具有复位晶体管124、放大晶体管125和选择晶体管126。在图6中示出的典型结构中，复位晶体管124、放大晶体管125和选择晶体管126中的每个都是N沟道MOS晶体管。然而，复位晶体管124、放大晶体管125和选择晶体管126中的每个的N沟道导电类型仅仅是典型的导电类型，而复位晶体管124、放大晶体管125和选择晶体管126的导电类型的组合仅仅是典型的组合。也就是说，复位晶体管124、放大晶体管125和选择晶体管126的导电类型决不限于N沟道导电类型。

在电源VDB与浮置扩散区域123之间提供复位晶体管124。复位脉冲RST被施加到复位晶体管124的栅极电极以复位浮置扩散区域123。放大晶体管125的漏极电极连接到电源VDO，而放大晶体管125的栅极电极连接到浮置扩散区域123。因而，放大晶体管125读出在浮置扩散区域123处表现的电压。

典型地，选择晶体管126的漏极电极连接到放大晶体管125的源极电极，而选择晶体管126的源极电极连接到垂直信号线67。选择脉冲SEL被施加到选择晶体管126的栅极电极以选择该单位像素90，将从该单位像素90读出像素信号。建议读者留意的是，也可以采用在电源VDO与放大晶体管125的漏极电极之间提供选择晶体管126的配置。

还应当注意的是，取决于用于读出像素信号的方法，可以省略复位晶体管124、放大晶体管125和选择晶体管126中的一个或多个，或者可以由多个单位像素90来共享复位晶体管124、放大晶体管125和选择晶体管126。

具有上述配置的CMOS图像传感器50同时对于所有单位像素90开始曝光时间段，并且也同时对于所有单位像素92结束曝光时间段。在曝光时间段中，在光电二极管121中积累的电荷被转移到浮置扩散区域123，以实现所谓的全局曝光操作。通过在对于所有单位像素90统一的曝光时间段中执行全局曝光操作，可以实现不产生失真的成像操作。

应当注意，在实施例的描述中使用的技术术语“所有单位像素90”暗示在其上创建图像的像素阵列部分61中的所有单位像素90。因而，技术术语“所有单位像素90”不意图包括哑像素等。此外，如果时间差和/或图像失真足够小而不产生问题，则代替对于所有单位像素90同时执行操作，也可以高速地对每多个像素行执行诸如扫描操作之类的操作。例如，也可以对每几十个像素行执行扫描操作。

接下来，下面的描述解释对单位像素90执行的全局曝光操作。

首先，在已执行了电荷放电操作以对在光电二极管121中积累的电荷进行放电从而使得对于所有单位像素90光电二极管121同时为空之后，开始曝光操作。也就是说，在曝光操作开始时，转移脉冲TRG被施加到传输门122的栅极电极122A，并且复位脉冲RST被施加到复位晶体管124的栅极电极以复位光电二极管121和浮置扩散区域123。

在曝光操作中，在光电二极管121的PN结电容器中积累光电荷。在曝光操作结束时，同时对于所有单位像素90导通传输门122，以将在光电二极管121中积累的所有光电荷转移到浮置扩散区域123。然后，当同时对于所有单位像素90截止传输门122时，已在浮置扩散区域123中保存了在曝光操作期间在光电二极管121中积累的所有光电荷。

之后，通过向选择晶体管126的栅极电极施加选择脉冲SEL，用于表示在浮置扩散区域123中保存的光电荷的、在浮置扩散区域123处表现的电压通过垂直信号线67被传递到列处理部分63，作为信号电平。然后，浮置扩散区域123被复位。在浮置扩散区域123已被复位之后，通过向选择晶体管126的栅极电极施加选择脉冲SEL，用于表示在浮置扩散区域123中剩余的光电荷的、在浮置扩散区域123处表现的电压通过垂直信号线67被传递到列处理部分63，作为复位电平。以逐行为基础依序执行用于传递信号电平和复位电平的操作。

应当注意，在下面的描述中，用于向栅极电极122A施加转移脉冲TRG以导通传输门122、向复位晶体管124的栅极电极施加复位脉冲RST以导通复位晶体管124、或向选择晶体管126的栅极电极施加选择脉冲SEL以导通选择晶体管126的操作分别被简称为接入或激活转移脉冲TRG、复位脉冲RST或选择脉冲SEL的操作。另一方面，用于从栅极电极122A去除转移脉冲TRG以截止传输门122、从复位晶体管124的栅极电极去除复位脉冲RST以截止复位晶体管124、或从选择晶体管126的栅极电极去除选择脉冲SEL以截止选择晶体管126的操作分别被简称为断开或去激活转移脉冲TRG、复位脉冲RST或选择脉冲SEL的操作。

耦合噪声的减少

顺便提及，如前面参照图4所解释的，在CMOS图像传感器50中，垂直驱动部分62适当地控制用于驱动单位像素90的像素驱动信号，以减少在从单位像素90中读出的每个像素信号中包括的耦合噪声量。

在下面的描述中，假设像素驱动信号是通过像素驱动线66被施加到选择晶体管126的栅极电极的选择脉冲SEL。

在选择脉冲SEL充当像素驱动信号的情况下，垂直驱动部分62执行控制以使得时刻t2处选择脉冲SEL的状态与时刻t1处选择脉冲SEL的状态相同，并使得时间段RD32中选择脉冲SEL的状态与时间段RD31中选择脉冲SEL的状态相同。如图7所示，时刻t1是在时间段RD31之前去激活复位脉冲RST的时刻，而时刻t2是在时间段RD32之前去激活复位脉冲RST的时刻。另一方面，时间段RD31是在其期间读出信号电平的时间段，而时间段RD32是在其期间读出复位电平的时间段。它们各自对应方

应当注意，在图7中，水平轴表示时间的流逝。在图7中，对于与图4中所示的部分相同的所述部分各自的对应部分，利用与所述部分相同的参考符号来进行表示。此外，图7中示出的的参考符号SEL、RST、FD和V_out分别表示选择脉冲SEL的电压、复位脉冲RST的电压、在浮置扩散区域123处表现的电压和在垂直信号线67上表现的电压。首先，为了使参照图7的解释易于理解，假设信号电荷是暗时间信号，该暗时间信号是在暗时间产生的信号。暗时间是在其期间基本上没有从光电二极管121向浮置扩散区域123转移电荷的时间段。

在图7中，当选择脉冲SEL被维持在去激活状态时，也就是说，当选择脉冲SEL的波形被下拉到低电平时，不读出表示在浮置扩散区域123中保存的电荷的、在浮置扩散区域123处表现的电压。当不读出浮置扩散区域123的电压时，电压V_out被设置为0V。

在选择脉冲SEL被维持在去激活状态的情况下，当复位脉冲RST11被提供给复位晶体管124的栅极电极作为在单位像素90上执行的同时曝光操作中的复位脉冲RST时，浮置扩散区域123被复位并且在浮置扩散区域123处表现的电压FD升高到如下所述的电平。在复位脉冲RST11的下降沿的时刻t1，选择脉冲SEL被置于断开状态或低电平。

然后，在单位像素90上执行的同时曝光操作的结束处，选择脉冲SEL被接入。当接入选择脉冲SEL时，选择脉冲SEL的波形升高到高电平以导通选择晶体管126，而在垂直信号线67上表现的电压V_out试图从0V上升为电平Vsig0。

如上所述，浮置扩散区域123连接到放大晶体管125的栅极电极，而垂直信号线67通过选择晶体管126连接到放大晶体管125的源极电极。因而，当电压V_out试图从0V上升到电平Vsig0时，由于耦合馈电效应，在浮置扩散区域123处表现的电压FD被调整，上升到电平Vfd1。当在浮置扩散区域123处表现的电压FD上升到电平Vfd1时，在垂直信号线67上表现的电压V_out实际上进一步从电平Vsig0上升到由电压FD的电平Vfd1所确定的电平Vsig。这样，在时间段RD31期间，电压V_out的电平Vsig被传递到列处理部分63作为信号电平。

另一方面，在已经读出了信号电平之后，垂直驱动部分62暂时断开(或去激活)选择脉冲SEL。当垂直驱动部分62断开选择脉冲SEL时，在垂直信号线67上表现的电压V_out从电平Vsig下降到0V，而在浮置扩散区域123处表现的电压FD也从电平Vfd1下降到0V。

之后，当将选择脉冲SEL照原样维持在断开状态时，垂直驱动部分62向复位晶体管124的栅极电极提供复位脉冲RST12，作为复位脉冲RST。也就是说，复位脉冲RST被接入或激活。因此，浮置扩散区域123被复位并且在浮置扩散区域123处表现的电压FD上升到将在下面描述的电平。

应当注意的是，此时，因为垂直驱动部分62将选择脉冲SEL照原样维持在断开状态，所以在垂直信号线67上表现的电压V_out也照原样被维持在0V。此外，在复位脉冲RST12的下降沿上的时刻t2，选择脉冲SEL也照原样被维持在表示断开状态的0V。

然后，垂直驱动部分62再次接入选择脉冲SEL，以读出复位电平。当选择脉冲SEL被接入时，选择脉冲SEL的波形上升到高电平以导通选择晶体管126，而在垂直信号线67上表现的电压V_out试图从0V上升到电平Vrst0。

同样在该情况下，以与读出信号电平的操作相同的方式，当电压V_out试图从0V上升到电平Vrst0时，由于耦合馈电效应，在浮置扩散区域123处表现的电压FD被调整，上升到电平Vfd2。当在浮置扩散区域123处表现的电压FD上升到电平Vfd2时，在垂直信号线67上表现的电压V_out实际上进一步从电平Vrst0上升到由电压FD的电平Vfd2所确定的电平Vrst。因而，在时间段RD32期间，电压V_out的电平Vrst被传递到列处理部分63作为复位电平。

如上所述，在CMOS图像传感器50中，分别在时间段RD31和RD32期间从单位像素90中读出信号电平和复位电平。紧接在用于读出信号电平的时间段RD31之前，在CMOS图像传感器50中，选择脉冲SEL被适当地控制以从在时刻t1最普遍的0V变为激活的高电平状态，该激活的高电平状态在时间段RD31期间也被维持。处于同样原因，紧接在用于读出复位电平的时间段RD32之前，在CMOS图像传感器50中，选择脉冲SEL被适当地控制以从在时刻t2最普遍的0V变为激活的高电平状态，该激活的高电平状态在时间段RD32期间也被维持。因此，在垂直信号线67上表现的电压V_out在与该电压V_out从0V到电压Vrst的过渡近似相同的条件下做出从0V到Vsig的过渡。

在图7示出的典型示例中，当紧接在用于读出信号电平的操作之前激活选择脉冲SEL时，在垂直信号线67上表现的电压V_out做出从0V到电压Vsig0的过渡。另一方面，当紧接在用于读出复位电平的操作之前激活选择脉冲SEL时，在垂直信号线67上表现的电压V_out做出从0V到电压Vrst0的过渡。

在该情况下，因为电压Vsig0具有与电压Vrst0相同的电平，所以在用于读出信号电平的操作中浮置扩散区域123所经历的耦合效应的幅度等于在用于读出复位电平的操作中浮置扩散区域123所经历的耦合效应的幅度。因此，在信号电平中包括的耦合噪声的数量等于在复位电平中包括的耦合噪声的数量。结果，在暗时间信号的情况下，被读出作为信号电平的电压V_out(＝Vsig)等于被读出作为复位电平的电压V_out(＝Vrst)，并且信号电平与复位电平之间的差值ΔVcup为0V。该差值ΔVcup是在像素信号中包括的耦合噪声的数量。也就是说，如果找出信号电平与复位电平之间的差值以获得像素信号，则在复位电平中包括的耦合噪声与在信号电平中包括的耦合噪声相抵消。因此，可以找出像素信号的更精确的值。

如上所述，在CMOS图像传感器50中，使得在复位脉冲RST12被激活的情况下所设置的选择脉冲SEL的状态被与在复位脉冲RST11被激活的情况下所设置的选择脉冲SEL的状态相同。此外，在用于从浮置扩散区域123中读出复位电平的时间段RD32期间所设置的选择脉冲SEL的状态与在用于从浮置扩散区域123中读出信号电平的时间段RD31期间所设置的选择脉冲SEL的状态相同。因此，可以进一步减少耦合噪声的影响。

成像处理的解释

接下来，通过参照在图8中示出的流程图，下面的描述解释由CMOS图像传感器50依据典型地由用户实施的操作来拍摄图像所实施的成像处理。

该流程图开始于步骤S11，在此，垂直驱动部分62通过同时对所有单位像素90开始曝光操作来执行电子快门操作。也就是说，垂直驱动部分62同时对于所有单位像素90，向复位晶体管124的栅极电极施加复位脉冲RST并向传输门122的栅极电极122A施加转移脉冲TRG。

因而，到目前为止在光电二极管121中积累的电荷被放电，并且光电二极管121将在已执行电子快门操作之后从成像对象接收的光转换为电荷并将电荷存储到光电二极管121的PN结电容器中。

此外，此时，垂直驱动部分62断开被施加于在单位像素90中采用的选择晶体管126的栅极电极的选择脉冲SEL。

然后，在下一步骤S12，垂直驱动部分62复位在单位像素90中采用的浮置扩散区域123，以同时对于所有单位像素90对在浮置扩散区域123中积累的电荷进行放电。垂直驱动部分62通过接入被施加于在单位像素90中采用的复位晶体管124的栅极电极的复位脉冲RST来复位浮置扩散区域123。

随后，在下一步骤S13，垂直驱动部分62接入被提供给传输门122的栅极电极122A的转移脉冲TRG，以同时对于所有单位像素90通过传输门122将在光电二极管121中积累的电荷转移到浮置扩散区域123。浮置扩散区域123将从光电二极管121转移的电荷变换为电压并保存该电压。

然后，在下一步骤S14，对于所有像素行中被选择作为要被处理的行的像素行上的多个单位像素90，垂直驱动部分62接入被提供给选择晶体管126的栅极电极的选择脉冲SEL。通过接入选择脉冲SEL，可以读出在浮置扩散区域123处表现的电压。

随后，在下一步骤S15，对于正被处理的像素行上的单位像素90，列处理部分63通过垂直信号线67、选择晶体管126和放大晶体管125读出在浮置扩散区域123处表现的电压，作为信号电平。

然后，在下一步骤S16，对于正被处理的像素行上的单位像素90，垂直驱动部分62断开被提供给选择晶体管126的栅极电极的选择脉冲SEL。

随后，在下一步骤S17，对于正被处理的像素行上的单位像素90，垂直驱动部分62接入被提供给复位晶体管124的栅极电极的复位脉冲RST，以将浮置扩散区域123复位为提前确定的电压。

然后，在下一步骤S18，对于正被处理的像素行上的单位像素90，垂直驱动部分62接入被提供给选择晶体管126的栅极电极的选择脉冲SEL。

随后，在下一步骤S19，对于正被处理的像素行上的单位像素90，列处理部分63通过垂直信号线67、选择晶体管126和放大晶体管125读出在浮置扩散区域123处表现的电压，作为复位电平。

然后，在下一步骤S20，对于正被处理的像素行上的单位像素90，垂直驱动部分62断开被提供给选择晶体管126的栅极电极的选择脉冲SEL。

然后，在下一步骤S21，对于正被处理的像素行上的单位像素90，列处理部分63找出信号电平和复位电平之间的差值，向信号处理部分68输出该差值作为像素信号。以该方式输出的像素信号被处理为组成成像对象的图像的像素行的单位像素90的数据。

然后，在下一步骤S22，CMOS图像传感器50确定是否已经处理了组成像素阵列部分61的所有像素行。如果在步骤S22处CMOS图像传感器50确定还没有处理完组成像素阵列部分61的所有像素行，则成像处理的流程返回到步骤S14以重复执行在上述步骤中的处理。也就是说，对新选择的像素行再次执行上述处理，以输出用于新选择的像素行上的单位像素90的像素信号。

另一方面，如果在步骤S22处CMOS图像传感器50确定已处理了组成像素阵列部分61的所有像素行，则成像处理的执行结束。

如上所述，CMOS图像传感器50同时对于所有单位像素90执行电子快门操作，以拍摄成像对象的图像。此外，在用于读出图像的像素信号的操作中，CMOS图像传感器50适当地控制被用作像素驱动信号的选择脉冲SEL，以减少在像素信号中包括的耦合噪声。

如上所述，以逐行为基础对于每个像素行执行用于读出像素信号的操作。然而，应当注意，可以对于每个单位像素90或对于每多个单位像素90来执行该用于读出像素信号的操作。

第一修改版本

耦合噪声的减少

如上所述，当选择脉冲SEL被断开时在垂直信号线67上表现的电压的电平被假设为是0V。然而，在选择脉冲SEL被断开的情况下在垂直信号线67上表现的电压的电平也可以被假设为更接近于浮置扩散区域123的复位电平的Vini。

通过在选择脉冲SEL被断开的情况下将垂直信号线67设置为电压Vini，当选择脉冲SEL被接入时，在垂直信号线67上表现的电压V_out从电压Vini上升到高电平。因为电压Vini更接近于浮置扩散区域123的复位电平，所以在垂直信号线67上表现的电压V_out到高电平的增加较小。因此，同样也可以使得耦合电压更小。也就是说，可以减少耦合噪声数量本身。应当注意，可以由内部或外部电压产生器将在垂直信号线67上维持的电压Vini设置为合适的电平。

图9是示出其中如上所述在选择脉冲SEL被断开的情况下在垂直信号线67上表现的电压V_out被设置为电压Vini(也即，V_out＝Vini)的典型控制的解释性时序图。同样在该典型控制中，垂直驱动部分62以与在图7中示出典型控制相同的方式来改变选择脉冲SEL和复位脉冲RST的状态。

应当注意的是，在图9中，水平轴表示时间的流逝。在图9中，对于与图7中所示的部分相同的所述部分各自的对应部分，利用与所述部分相同的参考符号来进行表示。此外，图9中示出的的参考符号SEL、RST、FD和V_out分别表示选择脉冲SEL的电压、复位脉冲RST的电压、在浮置扩散区域123处表现的电压和在垂直信号线67上表现的电压。首先，为了使参照图9的解释易于理解，假设信号电荷是暗时间信号。

在图9中示出的选择脉冲SEL和复位脉冲RST的波形分别与在图7中示出的选择脉冲SEL和复位脉冲RST的波形相同。也就是说，垂直驱动部分62以与早先通过参照图7所解释的典型配置完全相同的方式来控制选择晶体管126和复位晶体管124。

然而，在图9中示出的典型配置的情况下，在选择脉冲SEL被断开的情况下在垂直信号线67上表现的电压的电平被设置为高于0V的Vini。通过在选择脉冲SEL被断开的情况下将垂直信号线67设置为电压Vini，当选择脉冲SEL被接入时，在垂直信号线67上表现的电压V_out从电压Vini上升到高电平Vsig或Vrst。因为电压Vini高于0V，所以在垂直信号线67上表现的电压V_out到高电平的增加较小。因而，可以将耦合噪声的数量减少与V_out增加的减少对应的差值。结果，可以进一步降低在像素信号中包括的耦合噪声的影响。应当注意，在图9示出的典型配置的情况下，假设电压V_out从电压Vini到高电平Vsig的增加等于电压V_out从电压Vini到高电平Vrst的增加。

第二实施例

单位像素的配置

应当注意，每个单位像素90还可以具有溢流门，用于防止将在后面描述的浮散现象。在该情况下，单位像素90典型地具有在图10中示出的配置。应当注意的是，在图10示出的配置中，对于与图6中所示的配置中采用的组件相同的所述组件各自的对应部分，利用与所述组件相同的参考标号和参考符号来进行表示，并且如果不需要对相同组件的解释，则将省略这样的解释。

除了在图6示出的单位像素90中采用的组件之外，图10示出的单位像素90还具有典型地为晶体管的溢流门161。在图10示出的单位像素90中，在电源VDA和光电二极管121之间提供溢流门161。当垂直驱动部分62通过像素驱动线66向溢流门161提供控制脉冲ABG时，溢流门161复位光电二极管121。溢流门161通过将在光电二极管121中积累的电荷放电来复位光电二极管121。

溢流门的操作

顺便提及，提供溢流门161以防止在光电二极管121中积累的电荷泄漏到浮置扩散区域123。因而，溢流门161自电荷从光电二极管121到浮置扩散区域123的转移开始直到用于读出像素信号的操作完成为止持续进行正常操作。

具体地，全局曝光操作是为了同时对于所有单位像素90将电荷从光电二极管121转移到浮置扩散区域123而执行的曝光操作。在浮置扩散区域123中积累的电荷在其中被保存直到执行用于读出信号电平的操作。在全局曝光操作中，以逐行为基础依序从各单位像素90中读出像素信号。因此，在较晚时间从其读出像素信号的像素行上，与在较早时间从其读出像素信号的像素行相比，电荷在浮置扩散区域123中被保存更长的时间段。例如，在最后从其读出像素信号的像素行上，电荷在浮置扩散区域123中被保存比对于最先从其读出像素信号的像素行的保存时间段长与大约一帧对应的差值的时间段。

作为应对浮置扩散区域123的较长保存时间段的对策，控制脉冲ABG自电荷从光电二极管121到浮置扩散区域123的转移开始直到用于读出信号电平和复位电平的操作完成为止持续被提供给溢流门161。以此方式，可以防止在所谓的浮散现象中在光电二极管121中积累的电荷泄漏到浮置扩散区域123。

应当注意的是，在下面的描述中，用于向溢流门161提供控制脉冲ABG的操作被称为用于激活或接入控制脉冲ABG的操作、或者用于将控制脉冲ABG设置为高电平的操作。另一方面，用于从溢流门161去除被用作控制脉冲ABG的控制脉冲ABG的操作被称为用于去激活或断开控制脉冲ABG的操作、或者用于将控制脉冲ABG设置为低电平的操作。

如上所述，通过利用溢流门161，可以避免浮散现象。然而，如果在浮置扩散区域123与溢流门161之间存在寄生电容器，则当控制脉冲ABG持续被维持在高电平时仅信号电平包含耦合噪声。

也就是说，出于与选择脉冲SEL的耦合噪声相同的原因，在读出信号电平的操作中，当控制脉冲ABG从断开(去激活)状态变为接入(激活)状态时，浮置扩散区域123受到耦合效应的影响。另一方面，在用于读出复位电平的操作中，因为控制脉冲ABG照原样被维持在接入状态，所以浮置扩散区域123不受到耦合效应的影响。因而，仅信号电平包含耦合噪声。

通过在浮置扩散区域123和溢流门161之间提供遮光线(light shieldingwire)，可以减少由在浮置扩散区域123与溢流门161之间存在的寄生电容器所产生的耦合噪声的数量。然而，如果在浮置扩散区域123与溢流门161之间提供遮光线，则由每个单位像素90占据的区域的尺寸增加。在每个单位像素90占据更大区域的情况下，必然无法实现小尺寸的固态成像设备，尽管小尺寸通常应当是采用在浮置扩散区域123中保存电荷的方法的固态成像设备所提供的优点。此外，随着在小型化和像素尺寸缩小领域取得进展，所以线之间的距离变短，以致由于信号线之间或组件之间存在的寄生电容器而导致的耦合现象的影响增加。

此外，因为耦合噪声取决于电源波动和单位像素的布局，所以在图像上耦合噪声看上去像是模式噪声。此外，因为耦合噪声也是在暗时间产生的噪声，所以耦合噪声引发了暗时间补偿(dark time shading)方面中的问题。首先，因为耦合噪声受到电源波动的效应的影响，所以在许多情况下需要两个方面的补偿。在这样的情况中，通过采用所谓的OPB(光学黑体)技术难以消除耦合噪声。

为了解决上述问题，CMOS图像传感器50控制被施加到溢流门161的控制脉冲ABG的状态，该控制脉冲ABG作为之前通过参照图4而解释的像素驱动信号。通过控制该控制脉冲ABG的状态，可以减少在像素信号中包括的耦合噪声的数量。

更具体地，例如，垂直驱动部分62如图11所示地控制每个单位像素90的溢流门161的操作。

应当注意，在图11中，水平轴表示时间的流逝。参考符号ABG(i-1)、RST(i-1)和FD(i-1)分别表示施加于在像素阵列部分61的第(i-1)像素行上提供的单位像素90中的溢流门161的控制脉冲ABG的电压、提供给复位晶体管124的复位脉冲RST的电压和在浮置扩散区域123处表现的电压FD。出于同样理由，参考符号ABG(i)、RST(i)和FD(i)分别表示施加于在像素阵列部分61的第i像素行上提供的单位像素90中的溢流门161的控制脉冲ABG的电压、提供给复位晶体管124的复位脉冲RST的电压和在浮置扩散区域123处表现的电压FD。此外，为了使得参照图11的解释易于理解，假设信号电荷为暗时间信号。

在CMOS图像传感器50中，在已经同时对所有单位像素90执行了电子快门操作之后，同时对于所有单位像素90复位浮置扩散区域123。也就是说，复位脉冲RST21复位在第(i-1)像素行上提供的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123，而复位脉冲RST22复位在第i像素行上提供的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123。

这时，被提供给在每个单位像素90中采用的溢流门161的控制脉冲ABG被维持在断开状态。例如，在与复位脉冲RST21和RST22的下降沿一致的时刻t21，控制脉冲ABG已经被置于断开状态。

此后，在曝光时间段结束时，同时对于所有单位像素90将电荷从光电二极管121转移到浮置扩散区域123。然后，在与电荷从光电二极管121转移到浮置扩散区域123的结束一致的时刻t22，同时对于所有单位像素90接入或激活控制脉冲ABG，以防止电荷从光电二极管121泄漏到浮置扩散区域123。这样，在第(i-1)像素行和第i像素行上提供的每个单位像素90中，在溢流门161与浮置扩散区域123之间发生耦合现象，以致在第(i-1)像素行上提供的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123的电压FD(i-1)以及在第i像素行上提供的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123的电压FD(i)上升到电平Vfd1。

之后，以逐行为基础依序开始用于读出作为信号电平和复位电平的像素信号的操作。当对于一像素行开始读取操作时，该像素行的控制脉冲ABG照原样被维持在接入(激活)状态。在图11中示出的典型示例中，首先，从在第(i-1)像素行上提供的单位像素90中读出像素信号。然后，从在第i像素行上提供的单位像素90中读出像素信号。

也就是说，在时间段RD51中，列处理部分63对于在第(i-1)像素行上提供的单位像素90从浮置扩散区域123中读出像素信号。然后，在时刻t23，对于在第(i-1)像素行上提供的单位像素90断开控制脉冲ABG。因而，浮置扩散区域123的电压FD(i-1)下降。

之后，对于在第(i-1)像素行上提供的单位像素90，接入复位脉冲RST以复位浮置扩散区域123。也就是说，对于在第(i-1)像素行上提供的单位像素90，向复位晶体管124提供复位脉冲RST23以复位浮置扩散区域123。因而，浮置扩散区域123的电压FD(i-1)上升。在与复位脉冲RST23的下降沿一致的时刻t24，用于第(i-1)像素行的控制脉冲ABG照原样被维持在断开状态。在时刻t24，浮置扩散区域123的电压FD(i-1)下降。

之后，接入或激活用于第(i-1)像素行的控制脉冲ABG。因而，在第(i-1)像素行上提供的每个单位像素90中，在溢流门161与浮置扩散区域123之间出现耦合现象，以致在第(i-1)像素行上提供的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123的电压FD(i-1)上升到电平Vfd2。然后，在时间段RD52中，列处理部分63对于在第(i-1)像素行上提供的单位像素90从浮置扩散区域123中读出复位电平。在时间段RD52中，用于第(i-1)像素行的控制脉冲ABG照原样被维持接入状态。在时间段RD52之后，用于第(i-1)像素行的控制脉冲ABG仍持续被维持在接入状态。

以此方式，在时刻t21和t24，在第(i-1)像素行上提供的每个单位像素90中，控制脉冲ABG被维持在断开状态。然后，在时刻t21之后在读出信号电平的时间段RD51之前、以及在时刻t24之后在读出复位电平的时间段RD52之前接入控制脉冲ABG。因此，由于在用于读出信号电平的操作之前发生的耦合现象而导致的电压FD(i-1)增加的电压差等于由于在用于读出复位电平的操作之前发生的耦合现象而导致的电压FD(i-1)增加的电压差。结果，由于在用于读出信号电平的操作之前发生的耦合现象而导致的电压FD(i-1)所增加到的电压Vfd1等于由于在用于读出复位电平的操作之前发生的耦合现象而导致的电压FD(i-1)所增加到的电压Vfd2，即Vfd1＝Vfd2。因此，在信号电平中包括的耦合噪声的数量等于在复位电平中包括的耦合噪声的数量。结果，在复位电平中包括的耦合噪声与在信号电平中包括的耦合噪声相抵消。

紧接在已经从在第(i-1)像素行上提供的单位像素90中读出了像素信号之后，从在第i像素行上提供的单位像素90中读出像素信号。在第i像素行上提供的每个单位像素90中，在已经在时刻t22接入了控制脉冲ABG之后，控制脉冲ABG照原样持续被维持在接入状态，直到开始用于读出像素信号的操作为止。

首先，在时间段RD53中，在用于第i像素行的控制脉冲ABG照原样被维持在接入状态的情况下，列处理部分63对于在第i像素行上提供的单位像素90从浮置扩散区域123中读出信号电平。然后，在时刻t25，对于在第i像素行上提供的单位像素90断开控制脉冲ABG。因而，浮置扩散区域123的电压FD(i)下降。

此后，接入复位脉冲RST以对于在第i像素行上提供的单位像素90复位浮置扩散区域123。也就是说，对于在第i像素行上提供的单位像素90，向复位晶体管124提供复位脉冲RST24以复位浮置扩散区域123。因而，浮置扩散区域123的电压FD(i)上升。在与复位脉冲RST24的下降沿一致的时刻t26，用于第i像素行的控制脉冲ABG照原样被维持在断开状态。在时刻t26，浮置扩散区域123的电压FD(i)下降。

此后，接入或激活用于第i像素行的控制脉冲ABG。因而，在第i像素行上提供的每个单位像素90中，在溢流门161与浮置扩散区域123之间出现耦合现象，以致在第i像素行上提供的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123的电压FD(i)上升到电平Vfd2。然后，在时间段RD54中，列处理部分63对于在第i像素行上提供的单位像素90从浮置扩散区域123中读出复位电平。在时间段RD54中，用于第i像素行的控制脉冲ABG照原样被维持在接入状态。在时间段RD54之后，用于第i像素行的控制脉冲ABG也持续被维持在接入状态。

如上所述，在CMOS图像传感器50中，紧接在用于读出复位电平的操作之前复位浮置扩散区域123时的控制脉冲ABG的状态，被控制为是与紧接在用于读出信号电平的操作之前复位浮置扩散区域123时的控制脉冲ABG的状态相同的状态。此外，在分配给用于读出复位电平的操作的时间段中控制脉冲ABG的状态，被控制为是与在分配给用于读出信号电平的操作的时间段中控制脉冲ABG的状态相同的状态。

因此，可以使得在信号电平中包括的耦合噪声的数量近似等于在复位电平中包括的耦合噪声的数量。结果，可以减少耦合噪声对像素信号的影响。

第三实施例

溢流门的操作

应当注意，在图11中示出的典型示例中，在用于读出信号电平和复位电平的操作之前，控制脉冲ABG被维持在接入状态。然而，在用于读出信号电平和复位电平的操作之前，控制脉冲ABG也可以被维持在断开状态。

在这样的情况中，垂直驱动部分62如图12所示地控制每个像素行上的单位像素90的操作定时。

应当注意，在图12中，水平轴表示时间的流逝。在图12中，对于与图11中所示的部分相同的所述部分各自的对应部分，利用与所述部分相同的参考符号来进行表示，并且如果不需要对相同部分的解释，则将省略这样的解释。此外，为了使得参照图12的解释易于理解，假设信号电荷是暗时间信号。

在图12示出的典型示例中，在已经同时对所有单位像素90执行了电子快门操作之后，也通过激活复位脉冲RST来同时对所有单位像素90复位在单位像素90中采用的浮置扩散区域123。在激活复位脉冲RST之后、或具体而言在与复位脉冲RST的下降沿一致的时刻t21，被提供给溢流门161的控制脉冲ABG对于所有像素行被维持在断开状态。

然后，在电荷已经被转移到浮置扩散区域123之后的时刻t22，对于所有像素行接入被提供给溢流门161的控制脉冲ABG。当接入被提供给溢流门161的控制脉冲ABG时，对于每个像素行，浮置扩散区域123受到与溢流门161的耦合的影响。因而，在第(i-1)像素行上的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123处表现的电压FD(i-1)和在第i像素行上的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123处表现的电压FD(i)上升。

然后，当开始用于以逐行为基础来读出像素信号的操作时，同时对于所有像素行断开被施加于溢流门161的控制脉冲ABG。因而，在第(i-1)像素行上的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123处表现的电压FD(i-1)和在第i像素行上的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123处表现的电压FD(i)下降到电平Vfd1。

之后，在时间段RD51中，列处理部分63对于在第(i-1)像素行上提供的单位像素90从浮置扩散区域123中读出信号电平。然后，复位脉冲RST23被提供给复位晶体管124，以对于在第(i-1)像素行上提供的单位像素90复位浮置扩散区域123。当复位脉冲RST23被提供给复位晶体管124时，在第(i-1)像素行上的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123处表现的电压FD(i-1)上升一次。然而，在与复位脉冲RST23的下降沿一致的时刻t24，在第(i-1)像素行上的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123处表现的电压FD(i-1)下降到电平Vfd2。

随后，在时间段RD52中，列处理部分63对于在第(i-1)像素行上提供的单位像素90从浮置扩散区域123中读出复位电平。应当注意，用于第(i-1)像素行的控制脉冲ABG自紧接在用于读出信号电平的操作之前的时刻直到在用于读出复位电平的操作结束之后的时刻照原样持续被维持在断开状态。

从上述描述中显而易见，在第(i-1)像素行上提供的每个单位像素90中，在时刻t21和t24，控制脉冲ABG已被置于断开状态。此外，在被分配给用于读出信号电平的时间段RD51和被分配给用于读出复位电平的时间段RD52中，控制脉冲ABG也被维持在断开状态。因而，可以减少溢流门161对浮置扩散区域123的耦合效应的幅度。结果，可以降低在像素信号中包括的耦合噪声的数量。

在已经完成了用于从在第(i-1)像素行上提供的单位像素90中读出像素信号的操作之后，如下地执行用于从在第i像素行上提供的单位像素90中读出像素信号的操作。

同时对于所有像素行接入控制脉冲ABG，并且在已经接入控制脉冲ABG之后，也同时对于所有像素行断开控制脉冲ABG。当接入控制脉冲ABG时，在第(i-1)像素行上的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123处表现的电压FD(i-1)和在第i像素行上的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123处表现的电压FD(i)上升一次。另一方面，当断开控制脉冲ABG时，在第(i-1)像素行上的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123处表现的电压FD(i-1)下降。具体而言，在第i像素行上的每个单位像素90中采用的浮置扩散区域123处表现的电压FD(i)下降到电平Vfd1。

之后，在时间段RD53中，列处理部分63对于在第i像素行上提供的单位像素90从浮置扩散区域123中读出信号电平。然后，对于在第i像素行上提供的单位像素90，向复位晶体管124提供复位脉冲RST24以复位浮置扩散区域123。随后，在时间段RD54中，列处理部分63对于在第i像素行上提供的单位像素90从浮置扩散区域123中读出复位电平。

如上所述，在CMOS图像传感器50中，紧接在用于读出复位电平的操作之前复位浮置扩散区域123时的控制脉冲ABG的状态，被控制为是与紧接在用于读出信号电平的操作之前复位浮置扩散区域123时的控制脉冲ABG的状态相同的断开状态。此外，在分配给用于读出复位电平的操作的时间段中的控制脉冲ABG的状态，被控制为是与在分配给用于读出信号电平的操作的时间段中的控制脉冲ABG的状态相同的断开状态。

因此，可以使得在信号电平中包括的耦合噪声的数量近似等于在复位电平中包括的耦合噪声的数量。结果，可以减少耦合噪声对像素信号的影响。

在图12中示出的第三实施例的情况下，可以使得在浮置扩散区域123处表现的电压的电平比在图11中示出的第二实施例低。因而，第三实施例提供了可以减小暗时间电流的幅度的优点。然而，在图12中示出的第三实施例的情况下，为控制脉冲ABG设置的作为用于从光电二极管121放电电荷的时间段的接入时间段比在图11中示出的第二实施例短。因而，如图11所示地执行其控制的第二实施例对浮散现象具有更好的抵抗力。

第四实施例

垂直驱动部分的配置

顺便提及，在由具有全局曝光功能的固态成像设备利用浮置扩散区域执行的信号预读取CDS(相关双采样)处理中，在读出复位电平之前首先读出信号电平。也就是说，在信号预读取CDS处理中，预读取信号电平。

在这样的固态成像设备中，同时对于所有像素行执行用于在曝光时间段中复位浮置扩散区域的操作，而以逐行为基础来执行用于在读出复位电平之前复位浮置扩散区域的操作。在下面的描述中，用于在曝光时间段中复位浮置扩散区域的操作被称为曝光复位操作，而用于在读出复位电平之前复位浮置扩散区域的操作被称为读取复位操作。

因为同时对于所有像素行执行曝光复位操作，因此在曝光复位操作中产生的电源波动较大，而在读取复位操作中产生的电源波动较小。因此，如果考虑电源波动的影响，则在曝光复位操作期间浮置扩散区域所经历的耦合效应与在读取复位操作期间浮置扩散区域所经历的耦合效应不同。

因此，为了解决上述问题，除了有必要控制像素驱动信号以便减少在像素信号中包括的耦合噪声的数量之外，还需要在设计垂直驱动部分62以降低电源波动方面做出努力。通过减少耦合噪声的数量并降低电源波动，可以进一步使得耦合噪声对像素信号的影响更小。

作为能够降低电源波动的垂直驱动部分62的典型配置，可考虑图13中示出的配置。也就是说，图13是示出这样的垂直驱动部分62的典型配置的电路图。

图13中示出的垂直驱动部分62被配置为包括彼此连接以形成并联电路的驱动器191-1至191-N。应当注意，在下面的描述中，如果没有必要单独来彼此区分驱动器191-1至191-N，则将驱动器191-1至191-N中的每个简称为驱动器191。

驱动器191连接到电源VDD和VSS。驱动器191向在与该驱动器191相关联的像素行上提供的单位像素90提供像素驱动信号SIGn，其中下标n是满足关系式0≤n≤(N-1)的整数。电源VDD产生的电压的电平被用作像素驱动信号SIGn的高电平，而电源VSS所产生的电压的电平被用作像素驱动信号SIGn的低电平。像素驱动信号SIGn的低电平低于像素驱动信号SIGn的高电平。像素驱动信号SIGn可以是选择信号SEL、复位信号RST、或控制信号ABG等。也就是说，实际中，将图13中示出的在垂直驱动部分62中采用的每个驱动器191提供用于为与该驱动器191相关联的像素行产生诸如选择信号SEL、复位信号RST、或控制信号ABG等的每个像素驱动信号。

驱动器的配置

这样的驱动器191被配置为典型地包括P型晶体管221和N型晶体管222，如图14所示。

P型晶体管221和N型晶体管222的源极电极分别连接到电源VDD和VSS。P型晶体管221和N型晶体管222的漏极电极彼此连接。在漏极电极处表现的电压被提供给单位像素90作为像素驱动信号SIGn。如果像素驱动信号SIGn例如是选择脉冲SEL，则驱动器191向在单位像素90中采用的选择晶体管126的栅极电极提供像素驱动信号SIGn。

更具体地，当激活被提供给P型晶体管221的栅极电极的驱动信号XDRP时，即当驱动信号XDRP被设置为低电平时，像素驱动信号SIGn被升高到作为由电源VDD产生的电压的电平的高电平。另一方面，当激活被提供给N型晶体管222的栅极电极的驱动信号DRN时，即当驱动信号DRN被设置为高电平时，像素驱动信号SIGn被设置为作为由电源VSS产生的电压的电平的低电平。

驱动器的操作

在具有这样配置的驱动器191中，驱动信号XDRP是用于将像素驱动信号SIGn置于接入或高电平状态的信号，而驱动信号DRN是用于将像素驱动信号SIGn置于断开或低电平状态的信号。然而，如果同时激活驱动信号XDRP和驱动信号DRN，则由从电源VDD流到电源BSS的渗透(penetration)电流而导致的电源波动的幅度增大。

为了解决上述问题，垂直驱动部分62通过如图15所示地改变驱动信号XDRP和DRN来驱动驱动器191，以便防止渗透电流流动。应当注意，在图15中，水平轴表示时间的流逝。参考符号DRN、XDRP、VDD和VSS分别表示驱动信号DRN的电压、驱动信号XDRP的电压、电源VDD产生的电压和电源VSS产生的电压。

在图15中，驱动信号DRN的波形的高电平段表示驱动信号DRN的激活状态。在驱动信号DRN的激活状态中，像素驱动信号SIGn被设置为作为由电源VSS产生的电压的电平的低电平。另一方面，驱动信号DRN的波形的低电平段表示驱动信号DRN的去激活状态。

驱动信号XDRP的波形的低电平段表示驱动信号XDRP的激活状态。在驱动信号XDRP的激活状态中，像素驱动信号SIGn被设置为作为由电源VDD产生的电压的电平的高电平。另一方面，驱动信号XDRP的波形的高电平段表示驱动信号XDRP的去激活状态。

在像素驱动信号SIGn的断开状态中，像素驱动信号SIGn被设置为由电源VSS产生的电压的电平。另一方面，在像素驱动信号SIGn的接入状态中，像素驱动信号SIGn被设置为由电源VDD产生的电压的电平。垂直驱动部分62如下地将像素驱动信号SIGn从断开状态变为接入状态，并且相反地将像素驱动信号SIGn从接入状态变回断开状态。

当驱动信号DRN和XDRP二者都被维持在高电平时，像素驱动信号SIGn被维持在断开状态。为了将像素驱动信号SIGn从断开状态变为接入状态，垂直驱动部分62首先将驱动信号DRN从高电平变为低电平，并且然后将驱动信号XDRP从高电平变为低电平。当垂直驱动部分62将驱动信号XDRP从高电平变为低电平时，电源VDD产生的电压瞬间降低到低电平。

当驱动信号DRN和XDRP二者都被维持在低电平时，像素驱动信号SIGn被维持在接入状态。为了将像素驱动信号SIGn从接入状态变回断开状态，垂直驱动部分62首先将驱动信号XDRP从低电平变回为高电平，并且然后将驱动信号DRN从低电平变回为高电平。当垂直驱动部分62将驱动信号DRN从低电平变回为高电平时，电源VSS产生的电压瞬间上升到高电平。

如上所述，垂直驱动部分62将驱动信号DRN和驱动信号XDRP的下降定时彼此错开(shift)，并且将驱动信号DRN和驱动信号XDRP的上升定时彼此错开，以防止电流同时流入P型晶体管221和N型晶体管222二者。以此方式，可以避免渗透电流。因而，可以抑制当在同时对于所有像素行激活或去激活提供给单位像素90的像素驱动信号时产生的电源波动。

第五实施例

驱动器的配置

应当注意，图14中所示的驱动器191可以具有限流器以进一步抑制电源波动。被配置为包括限流器251的驱动器191如图16中所示。除了在图14中示出的驱动器191中采用的组件之外，图16中示出的驱动器191还包括在P型晶体管221和N型晶体管222之间提供的限流器251。

限流器251被配置为包括P型晶体管261和N型晶体管262。P型晶体管261和N型晶体管262的漏极电极彼此连接。在漏极电极处表现的电压被提供给单位像素90作为像素驱动信号SIGn。

此外，P型晶体管261的源极电极连接到P型晶体管221的漏极电极，而N型晶体管262的源极电极连接到N型晶体管222的漏极电极。施加到P型晶体管261的栅极电极的驱动信号biasp是用于将流过P型晶体管261的电流限制为恒定幅度的偏置。出于同样理由，施加到N型晶体管262的栅极电极的驱动信号biasn是用于将流过N型晶体管262的电流限制为恒定幅度的偏置。

驱动器的操作

垂直驱动部分62如图17所示地驱动具有如图16所示的配置的驱动器191。应当注意，在图17中，水平轴表示时间的流逝。参考符号DRN、XDRP、VDD和VSS分别表示驱动信号DRN的电压、驱动信号XDRP的电压、电源VDD产生的电压和电源VSS产生的电压。此外，参考符号Biasp、Biasn和SIG分别表示驱动信号biasp、驱动信号biasn和像素驱动信号SIGn的电压。

在用于第五实施例的如图17所示的典型示例中，垂直驱动部分62利用与用于第四实施例的在图15中示出的典型示例相同的时序来驱动P型晶体管221和N型晶体管222。因而，由参考符号SIG表示的像素驱动信号SIGn从由低电平表示的断开状态变为由高电平表示的接入状态，并再次从接入状态变回断开状态。

曲线C31是由在图13中示出的垂直驱动部分62的中心附近提供的驱动器191输出的像素驱动信号SIGn的波形。另一方面，曲线C32是由在图13中示出的垂直驱动部分62的边缘附近提供的驱动器191输出的像素驱动信号SIGn的波形。

更具体地，例如，曲线C31是由驱动器191-4输出的像素驱动信号SIGn的波形，而曲线C32是由驱动器191-1输出的像素驱动信号SIGn的波形。由在电源VDD和VSS的附近提供的驱动器191输出的像素驱动信号SIGn的波形C32的上升沿和下降沿比较陡峭，而由在垂直驱动部分62的中心附近提供的驱动器191输出的像素驱动信号SIGn的波形C31的上升沿和下降沿较波形C32而言比较平缓。这是因为，如稍后将描述的，驱动器191的位置越接近垂直驱动部分62的中心，则电流必须克服以流过在驱动器191中采用的P型晶体管261和N型晶体管262的障碍越大。

在限流器251中，具有恒定电压的驱动信号biasp被持续提供到P型晶体管261的栅极电极，而具有恒定电源的驱动信号biasn被持续提供到N型晶体管262的栅极电极。因而，抑制了在用于驱动驱动器191的操作期间流动的渗透电流的幅度。结果，在用于第五实施例的在图17所示的典型示例中，由电源VDD和VSS产生的电压的波动比用于在第四实施例的情况下在图15中示出的典型示例的波动小。

第六实施例

驱动器的配置

顺便提及，在根据图16所示的第五实施例的驱动器191中，提供限流器251以减少电源波动。然而，因为驱动信号biasp和驱动信号biasn中的每个具有恒定电压，所以限流器251的配置并非是能够应对电源VDD和VSS的AC(交流)波动的配置。

也就是说，在远离电源VDD和VSS的位置处提供驱动器191的情况下，在驱动器191中产生的电源波动是突出的。例如，在图13中示出的垂直驱动部分62的中心附近提供的驱动器191产生显著的电源波动。然而，因为驱动信号biasp和驱动信号biasn中的每个具有恒定电压，而不管由于电源VDD和VSS的波动而在垂直驱动部分62的中心附近提供的驱动器191中产生较大的电源波动，所以P型晶体管261和N型晶体管262的每个中的栅极电极与源极电极之间的电压Vgs降低。结果，驱动器191的位置越接近垂直驱动部分62的中心，则电流必须克服以流过在驱动器191中采用的P型晶体管261和N型晶体管262的障碍越大。

因而，如图17所示，表示由在接近电源VDD和VSS的位置处提供的驱动器191输出的像素驱动信号SIGn的曲线C32的上升沿和下降沿的电平过渡时间，与表示由在远离电源VDD和VSS的位置处提供的驱动器191输出的像素驱动信号SIGn的曲线C31的上升沿和下降沿的电平过渡时间不同。上升沿和下降沿电平过渡时间的这些差异表现为在单位像素90中产生的偶合效应的不均匀性。因此，希望使得电平过渡时间统一。

出于上述原因，驱动器191被设计为图18中所示的配置。利用该配置，可以使得由驱动器191产生的像素驱动信号SIGn的上升沿和下降沿的电平过渡时间对于所有驱动器191都是统一的。应当注意，在图18中，对于与在第五实施例的情况下在图16中示出的部分相同的所述部分各自的对应部分，利用与所述部分相同的参考符号来进行表示，并且如果不需要对相同部分的解释，则将省略这样的解释。

除了在图16中示出的驱动器191中包括的组件之外，图18中示出的驱动器191还采用电容器291和293以及开关292和294。

如图18所示，电源Biasp通过开关292和用作偏置线的信号线295连接到P型晶体管261的栅极电极。电源Biasp向P型晶体管261的栅极电极提供具有使得恒定电流流过P型晶体管261的幅度的驱动信号Biaspi。此外，P型晶体管261的栅极电极通过电容器291连接到电源VDD。

出于同样原因，电源Biasn通过开关294和用作偏置线的信号线296连接到N型晶体管262的栅极电极。电源Biasn向N型晶体管262的栅极电极提供具有使得恒定电流流过N型晶体管262的幅度的驱动信号Biasni。此外，N型晶体管262的栅极电极通过电容器293连接到电源VSS。

应当注意，并非为了稳定电源VDD而提供电容器291。相反，向电源VDD插入电容器291是为了使得驱动信号Biaspi跟随由电源VDD产生的电压的波动。出于同样原因，并非为了稳定电源VSS而提供电容器293。相反，向电源VSS插入电容器293是为了使得驱动信号Biasni跟随由电源VSS产生的电压的波动。

此外，代替开关292，可以在P型晶体管261和信号线295之间提供具有高电阻值的电阻器。出于同样原因，代替开关294，可以在N型晶体管262和信号线296之间提供具有高电阻值的电阻器。

驱动器的操作

接下来，如下地解释图18中示出的驱动器191的操作。

在驱动器191中，提前导通开关292以向P型晶体管261的栅极电极提供由电源Biasp产生的电压，作为驱动信号Biaspi。出于同样原因，提前导通开关294以向N型晶体管262的栅极电极提供由电源Biasn产生的电压，作为驱动信号Biasni。

然后，紧接在由像素驱动信号触发的全局驱动操作之前，垂直驱动部分62同时对于所有单位像素90截止开关292和294，以将驱动信号Biaspi和Biasni中的每个置于保持状态。

之后，当开始全局驱动操作时，电源VDD和VSS产生电压波动，其使得驱动信号Biaspi和Biasni变化根据该波动而定的幅度。因此，在P型晶体管261的栅极电极和源极电极之间表现的电压以及在N型晶体管262的栅极电极和源极电极之间表现的电压每个可以分别被保持在恒定幅度，而不管驱动器191与电源VDD之间的距离以及驱动器191与电源VSS之间的距离如何。结果，可以使得由驱动器191产生的像素驱动信号SIGn的上升沿上的电平过渡时间和像素驱动信号SIGn的下降沿上的电平过渡时间对于所有驱动器191都统一。因此，可以使得由于像素驱动信号SIGn的变化而导致的在每个单位像素90中产生的耦合效应对于所有像素行都统一。

应当注意，垂直驱动部分62如图19所示地驱动具有在图18中示出的配置的驱动器191。也值得注意的是，在图19中，水平轴表示时间的流逝。参考符号DRN、XDRP、VDD和VSS分别表示驱动信号DRN的电压、驱动信号XDRP的电压、电源VDD产生的电压和电源VSS产生的电压。此外，参考符号Biaspi、Biasni和SIG分别表示驱动信号Biaspi的电压、驱动信号Biasni的电压和像素驱动信号SIGn的电压。

在用于第六实施例的在图19中示出的典型示例中，垂直驱动部分62利用与在第五实施例的情况下在图17中示出的典型示例相同的定时来驱动P型晶体管221和N型晶体管222。因而，由参考符号SIG表示的像素驱动信号SIGn从由低电平表示的断开状态变为由高电平表示的接入状态，并再次从接入状态变回断开状态。

当像素驱动信号SIGn从断开状态变为接入状态时，电源VDD产生的电压以与在图17中示出的波形VDD相同的方式波动，如图19的波形VDD所示。然而，在图18中所示的驱动器191的情况下，提供电容器291以使得驱动信号Biaspi通过跟随电源VDD的电压的波动而改变，如图19的波形Biaspi所示。结果，具有几乎恒定幅度的电流流过P型晶体管261，以使得由图19中的波形SIG表示的像素驱动信号SIGn陡峭地而不是平缓地从低电平变为高电平。

出于同样原因，当像素驱动信号SIGn从接入状态变回为断开状态时，电源VSS以与在图17中所示的波形VSS相同的方式波动，如图19的波形VSS所示。然而，在图18所示的驱动器191的情况下，提供电容器293以使得驱动信号Biasni通过跟随电源VSS的电压的波动而改变，如图19的波形Biasni所示。结果，具有几乎恒定幅度的电流流过N型晶体管262，以使得由图19中的波形SIG表示的像素驱动信号SIGn陡峭地而不是平缓地从高电平变为低电平。

如上所述，通过在第四实施例的情况下如图14所示地配置驱动器191、在第五实施例的情况下如图16所示地配置驱动器191、或者在第六实施例的情况下如图18所示地配置驱动器191，可以减少在全局驱动操作中产生的电源波动的影响。因而，可以减少由于在全局驱动操作中产生的耦合噪声的不均匀性而在各像素行中观察到的不均匀性。

如上所述，在图16和图18中示出的每个驱动器191具有限流器251。然而，也可以将驱动器191配置为使得限流器251仅在具有较大电源波动的全局驱动操作中工作。利用这样配置的驱动器191，限流器251不在用于以逐行为基础从单位像素90中读出像素信号的操作中工作，在以逐行为基础从单位像素90中读出像素信号的操作中电源波动较小。例如，在该配置中，在全局驱动操作中，提前确定的电压被分别提供给P型晶体管261和N型晶体管262的栅极电极。另一方面，在被执行来以逐行为基础从单位像素90中读出像素信号的操作中，将接近于由电源VDD产生的电压的电平的电压提供给P型晶体管261的栅极电极，而将接近于由电源VSS产生的电压的电平的电压提供给N型晶体管262的栅极电极，以使得限流器251不工作。

此外，在第六实施例的情况下，在P型晶体管261的栅极电极与连接到P型晶体管221的源极电极的电源VDD之间提供电容器291。然而，代替电容器291，可以使用任何组件，只要该组件具有电容或耦合电容即可。

出于同样原因，在N型晶体管262的栅极电极与连接到N型晶体管222的源极电极的电源VSS之间提供电容器293。然而，代替电容器293，可以使用任何组件，只要该组件具有电容或耦合电容即可。

如上所述，依据CMOS图像传感器50，适当地控制用于通过使用像素驱动信号来驱动单位像素90的操作，以减少另一信号线的电平改变对浮置扩散区域123的耦合效应，从而获得具有更少耦合噪声的图像。此外，也可以减少暗时间补偿。

首先，通过适当地控制像素驱动信号，可以减少在另一信号线与浮置扩散区域123之间存在的寄生电容器的耦合效应。因而，没有必要在该另一信号线与浮置扩散区域123之间提供遮光线。结果，可以减小单位像素90的尺寸并提高在具有给定尺寸的区域中提供的开口的效率。此外，可以提高设计在单位像素90中采用的组件的布局的自由度。

单位像素的其它典型配置

单位像素的第一其它典型配置

应当注意，本发明也可以应用于除了根据目前所描述的实施例的单位像素90之外的单位像素结构。下面的描述解释可以应用本发明的其它单位像素的结构。此外，在下面所描述的图中，对于与图6或10中所示的部分相同的所述部分各自的对应部分，利用与所述部分相同的参考符号来进行表示，并且如果不需要对相同组件的解释，则将省略这样的解释。

图20是示出具有除单位像素90的结构之外的第一典型结构的单位像素90B的配置的图。

除了在图6中示出的单位像素90中采用的组件之外，图20中所示的单位像素90B还采用在光电二极管121和传输门122之间提供的第二传输门321和存储体部分322。首先，在图20中的光电二极管121的左手侧，单位像素90B还具有在图10中所示的单位像素90中采用的溢流门161。

当转移脉冲TRX被提供给第二传输门321的栅极电极321A时，第二传输门321将电荷从光电二极管121转移到存储体部分322。已作为由光电二极管121执行的光电转换处理的结果而产生了电荷，并且电荷已积累在图中也由参考符号PD所表示的光电二极管121中。存储体部分322在栅极电极321A之下被创建为N型嵌入式沟道331，从而被遮挡以避光。通过创建N型嵌入式沟道331来充当存储体部分322，可以改进能够防止在Si-SiO₂边界上产生暗时间电流的特性。

从上面的描述中显而易见，在存储体部分322之上提供栅极电极321A。通过向栅极电极321A施加转移脉冲TRX，可以对存储体部分322施加调整。也就是说，通过向栅极电极321A施加转移脉冲TRX，在存储体部分322处表现的电势变得更深。因而，存储在存储体部分322中的饱和电荷的量可以增加到比用于没有对存储体部分322施加调整的配置的饱和电荷的量更大的值。

此外，在图20所示的单位像素90B中，当转移脉冲TRG被提供给传输门122的栅极电极122A时，传输门122将在存储体部分322中积累的电荷转移到图中也由参考符号FD表示的浮置扩散区域123。

单位像素90B也采用溢流门161来充当电荷放电部分，用于对在光电二极管121中积累的电荷进行放电。当在曝光操作开始时控制脉冲ABG被提供给溢流门161的栅极电极161A时，溢流门161将在光电二极管121中积累的电荷放电到N型层漏极部分332。溢流门161也防止在曝光操作结束之后执行的读取操作的过程中电荷在光电二极管121中达到饱和并防止其泄漏到存储体部分322。提前确定的电压VDA被持续提供给N型层漏极部分332。

存储体部分和栅极电极电势

下面的描述解释充当电荷保存区域的存储体部分322以及在第二传输门321的栅极电极321A上表现的电势。因为在存储体部分322之上提供栅极电极321A，所以栅极电极321A也充当存储体部分322的栅极电极。

在实现图20所示的像素结构的本实施例中，在至少第二传输门321或传输门122的不导通时间段期间，在充当电荷保存区域的存储体部分322的栅极电极或栅极电极122A处表现的电势需要被维持在导致锁定pinning)状态的电平。第二传输门321或传输门122的不导通时间段是在其期间第二传输门321或传输门122分别被维持在不导通状态的时间段。例如，在第二传输门321的不导通时间段期间，在存储体部分322的栅极电极上表现的电势需要被维持在导致锁定状态的电平。更具体地，为了将第二传输门321、传输门122或这二者置于不导通状态，施加到栅极电极321A或栅极电极122A的电压或者施加到栅极电极321A和栅极电极122A二者的电压需要被设置在导致锁定状态的电平，以允许在栅极之下的Si表面上积累载流子。

如果如本实施例的情况一样，充当传输门的每个晶体管是N型晶体管，则为了将第二传输门321置于不导通状态，利用P型势阱层132作为基准，有必要将施加于栅极电极321A的电压设置为提供比地GND的电势更负的电势的电平。

建议读者留心的是，也可以提供其中充当传输门的每个晶体管是P型晶体管的配置。在图中未示出的这样的配置中，用N型势阱层来代替P型势阱层132，并且为了将第二传输门321置于不导通状态，利用N型势阱层作为基准，有必要将施加于栅极电极321A的电压设置为提供比电源VDD的电势更高的电势的电平。

如上所述，为了将第二传输门321置于不导通状态，因为下述原因，施加于栅极电极321A的电压需要被设置在导致锁定状态的电平，以允许在栅极电极321A之下的Si表面上积累载流子。

利用P型势阱层132作为基准，使在第二传输门321的栅极电极321A处表现的电势被设置为例如0V。也就是说，使在第二传输门321的栅极电极321A处表现的电势被设置为与P型势阱层132相同的电平。在该情况下，由晶体缺陷(crystal defect)而在Si表面上产生的载流子在存储体部分322中积累并变为暗时间电流。因而，担心图像的质量恶化。因此，在该实施例中，在存储体部分322上创建的栅极电极321A的截止电势被设置为相对于P型势阱层132处于负电势，诸如-2.0V。因此，在该实施例中，在电荷保存时间段期间，可以在存储体部分322的Si表面上产生空穴，并且空穴与在Si表面上产生的电子重组。结果，可以降低暗时间电流的幅度。

应当注意的是，由于如下事实，即在图20中示出的配置中在存储体部分322的边缘上存在传输门122的栅极电极122A，因此在栅极电极122A处表现的电势也变为负。因而，可以以相同方式降低在存储体部分322的边缘上产生的暗时间电流的幅度。

单位像素的第二其它典型配置

图21是示出具有除单位像素90的结构之外的第二典型结构的单位像素90C的配置的图。

单位像素90C与图20中示出的单位像素90B的区别之处在于，单位像素90C具有溢流路径362，在光电二极管121与存储体部分322之间的边界处在栅极电极321A之下创建通过P杂质扩散区域361实现该溢流路径362。

为了创建溢流路径362，有必要降低在P杂质扩散区域361处表现的电势。可以通过用N杂质稍微对P杂质扩散区域361进行掺杂来降低P杂质的浓度，从而创建P杂质扩散区域361。作为替换，也可以通过当在形成电势势垒(barrier)的过程中用P杂质对P杂质扩散区域361进行掺杂时降低P杂质的浓度，来创建P杂质扩散区域361。

作为用于优选地在光电二极管121中积累从具有较小照射量的光产生的电荷，单位像素90C利用在光电二极管121和存储体部分322之间的边界上创建的溢流路径362。

利用在光电二极管121和存储体部分322之间的边界上提供的P杂质扩散区域361，在边界上表现的电势下降。具有降低的电势的部分变为溢流路径362。源自光电二极管121并具有比在溢流路径362上表现的电势高的电势的电荷自动泄漏到存储体部分322，以被存储在存储体部分322中。换句话说，在光电二极管121中积累源自光电二极管121并具有比在溢流路径362上表现的电势高的电势的电荷。

溢流路径362具有中间电荷转移部分的功能。也就是说，充当中间电荷转移部分的溢流路径362将电荷从光电二极管121转移到存储体部分322作为信号电荷。所转移的电荷是作为在曝光时间段中由光电二极管121执行的光电转换处理的结果而产生的电荷，在所述曝光时间段期间，同时对多个单位像素90C执行成像操作。如果所产生的电荷的量相对于在溢流门362上表现的电势超出提前确定的量，则溢流路径362将所产生的电荷从光电二极管121转移到存储体部分322。当所产生的电荷的量不再超出该预定量时，溢流路径362终止电荷转移。

在图21示出的典型结构中，通过提供P杂质扩散区域361来创建溢流路径362。然而，建议读者留心的是，取代提供P杂质扩散区域361，也可以提供其中提供N杂质扩散区域361以创建溢流路径362的结构。

单位像素的第三其它典型配置

图22是示出具有除单位像素90的结构之外的第三典型结构的单位像素90D的配置的图。

除了在图6所示的单位像素90中采用的组件之外，单位像素90D被配置为还包括与浮置扩散区域123相同的存储体部分322。也就是说，在单位像素90D中，第二传输门321的栅极电极321A被提供在光电二极管121与存储体部分322之间的边界处的P型势阱层132之上。由与浮置扩散区域123的N型层相同的N型层391来实现存储体部分322。

依据下面解释的例程来典型地对单位像素90D执行全局曝光操作。首先，在同时对于所有单位像素90D开始同时曝光操作之前，执行电荷放电操作。因此，在光电二极管121中积累所产生的光电荷。在同时曝光操作结束时，同时对于所有单位像素90D导通第二传输门321，以将在光电二极管121中积累的光电荷转移到存储体部分322，并将光电荷保存在存储体部分322中。在同时曝光操作结束之后，以逐行为基础依序读出复位电平和信号电平。更具体地，浮置扩散区域123被复位，并且然后从浮置扩散区域123中读出复位电平。此后，在存储体部分322中保存的光电荷被转移到浮置扩散区域123，并且然后从浮置扩散区域123中读出信号电平。

单位像素的第四其它典型配置

图23是示出具有除单位像素90的结构之外的第四典型结构的单位像素90E的配置的图。

在图20示出的单位像素90B中，存储体部分322被创建为N型嵌入式沟道331。另一方面，在图23示出的单位像素90E中，存储体部分322被创建为嵌入式N型扩散区域421。

即使存储体部分322被创建为嵌入式N型扩散区域421，也可以与其中将存储体部分322创建为N型嵌入式沟道331的结构获得相同的效果。更具体地，在P型势阱层132之内，创建嵌入式N型扩散区域421。在衬底表面侧，创建P型层422。以此方式，可以避免在Si-SiO₂边界表面上产生的暗时间电流积累在存储体部分322的嵌入式N型扩散区域421中，并且避免这样的积累有助于改进图像质量。

在该情况下，希望将嵌入式N型扩散区域421中的杂质的浓度设置为比在浮置扩散区域123中的杂质的浓度小的值。通过将嵌入式N型扩散区域421中的杂质的浓度设置为比在浮置扩散区域123中的杂质的浓度小的值，可以改进由传输门122执行的用于将电荷从存储体部分322转移到浮置扩散区域123的操作的效率。在单位像素90E中执行的全局曝光操作与在图20所示的单位像素90B中执行的全局曝光操作相同。

如上所述，在图23所示的单位像素90E的配置中，存储体部分322被创建为嵌入式N型扩散区域421。然而，应当注意，尽管也可以将单位像素配置为非嵌入式结构，但利用这样的结构在一些情况下可能会增加在存储体部分322中产生的暗时间电流的幅度。

此外，在单位像素90E的配置中，可以去除溢流门161，而将转移脉冲TRX、转移脉冲TRG和复位脉冲RST中的每个置于激活状态。通过采用这样的配置，可以获得与溢流门161所给出的效果相同的效果。也就是说，可以将电荷从光电二极管121中放电，并且丢掉在读取时间段中从光电二极管121泄漏到N型衬底131的电荷。

单位像素的第五其它典型配置

图24是示出具有除单位像素90的结构之外的第五典型结构的单位像素90F的配置的图。

在图20中示出的单位像素90B中，在光电二极管121与浮置扩散区域123之间提供由参考符号MEM表示的一个存储体部分322。另一方面，在图24中示出的单位像素90F的情况下，添加了由参考符号MEM2表示的另一个存储体部分451。也就是说，单位像素90F被配置为具有两个存储体部分。

此外，在存储体部分322与存储体部分451之间新提供了第三传输门452。当转移脉冲TRX2被提供给第三传输门452的栅极电极452A时，第三传输门452将在存储体部分322中积累的电荷转移到存储部分451。存储体部分451被创建为栅极电极452A之下的N型嵌入式沟道453。存储体部分451用于存储由第三传输门452从存储体部分322转移的电荷。通过将存储体部分451创建为N型嵌入式沟道453，可以防止在Si-SiO₂边界表面上产生暗时间电流，并且防止暗时间电流的这种产生有助于改进图像质量。

因为存储体部分451具有与存储体部分322相同的配置，所以当对存储体部分451施加调整时，以与存储体部分322相同的方式，在存储体部分451中积累的饱和电荷的量可以增加到比不对存储体部分451施加调整的情况下的饱和电荷的量大的值。

在全局曝光操作期间，在光电二极管121或存储体部分322中保存在同时对所有单位像素90F执行全局曝光操作中积累的光电荷。存储体部分451用于在读出像素信号时结束的时间段期间保存光电荷。

应当注意，在上述单位像素90中采用的设备组件的导电类型仅仅是典型导电类型。也就是说，可以用P型设备组件来替换N型设备组件，并且反过来，可以用N型设备组件来替换P型设备组件。此外，N型衬底131的导电类型可以是N型或P型。

根据本发明的电子装置的典型配置

应当注意，本发明的范围决不限于将本发明应用于固态成像设备。也就是说，也可以将本发明应用于在其成像部分(也即，光电转换单元)中采用固态成像设备的一般电子装置。所述电子装置的典型示例是成像装置、具有成像功能的终端以及在其图像读取部分中采用固态成像设备的复印机。所述成像装置的典型示例是数字照相机和摄像机。应当注意，可以通过将成像部分和信号处理部分或光学系统集成到具有成像功能的封装中，而将固态成像设备创建为一个芯片或模块。

图25是示出用作应用本发明的电子装置的成像装置600的典型配置的框图。

图25中示出的成像装置600采用包括透镜组的光学部分601、固态成像设备602以及充当照相机信号处理电路的DSP(数字信号处理器)电路603。固态成像设备602也被简称为成像设备，其采用到目前为止所描述的单位像素90至90F中的任何一种配置。此外，成像装置600还具有帧存储器604、显示单元605、记录单元606、操作单元607和电源单元608。DSP电路603、帧存储器604、显示单元605、记录单元606、操作单元607和电源单元608通过总线609彼此连接。

光学部分601接收来自成像对象的入射光(也被称为图像光)，并基于该光在固态成像设备602的成像表面上创建图像。固态成像设备602将入射光的数量转换为用于每个单位像素的电信号，并将该电信号输出到DSP电路603作为像素信号，所述入射光的数量充当用于在固态成像设备602的成像表面上创建图像的基础。固态成像设备602典型地是根据前述任一个实施例的CMOS图像传感器50。也就是说，固态成像设备602能够执行包括用于消除失真的全局曝光操作的成像操作。

显示单元605是诸如液晶显示装置或有机EL(电致发光)显示装置之类的面板型显示装置。显示单元605显示在固态成像设备602的成像表面上创建的运动或静止图像。记录单元606在诸如录像带或DVD(数字多功能盘)之类的记录介质上记录在固态成像设备602的成像表面上创建的运动或静止图像。

依据由用户在操作单元607上执行的操作，操作单元607发出用于执行向成像装置600提供的各种功能之一的操作指令。电源单元608产生各种电平的操作电力，并以适合于DSP电路603、帧存储器604、显示单元605、记录单元606和操作单元607的电平将电力提供给这些电力接收方。

如上所述，成像装置600采用根据前面解释的任一个实施例的CMOS图像传感器50来作为固态成像设备602。因为CMOS图像传感器50能够减少由晶体管阈值电压的变化而导致的噪声并由此确保了高的S/N比，因此可以提高所拍摄的图像的质量。能够产生具有高质量的图像的成像装置600可以被用作数字照相机、摄像机或在诸如手持电话之类的移动装备中使用的照相机模块。

上述每个实施例都是实现包括像素阵列的CMOS图像传感器的典型实施方式，其中通过将单位像素二维布局而将像素阵列创建为矩阵，并且每个单位像素被用于将具有由可见光的数量而确定的量的信号电荷检测作为物理量。

然而，本发明的范围决不限于将本发明应用于CMOS图像传感器。也就是说，本发明也可以被应用于如下的一般固态成像设备，所述一般固态成像设备中的每个使用被提供用于像素阵列的每个像素列的列处理单元而采用列方法。

此外，本发明的范围决不限于将本发明应用于用于检测入射可见光的数量的分布并拍摄表示该分布的图像的固态成像设备。也就是说，本发明也可以被应用于用于检测诸如入射红外线或X线的数量之类的另一数量的分布或粒子数目的分布、并拍摄表示该分布的图像的固态成像设备。从广义上讲，本发明也可以被应用于如下的一般固态成像设备，所述一般固态成像设备中的每个用于检测诸如压力或静电电容之类的另一物理量的分布并拍摄表示该分布的图像。也被称为物理量分布检测装置的所述一般固态成像设备包括指纹检测传感器。

应当注意，本发明的实现决不限于上述实施例。也就是说，可以在不背离本发明的本质的范围内将每个实施例进一步改变为各种修改版本。

本发明包括涉及在2010年3月31日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-080524中公开的主题，其全部内容通过引用而被合并于此。

Claims (18)

1.一种采用多个单位像素的固态成像设备，所述多个单位像素中的每个具有被配置为将入射光转换为电荷的光电转换部分和被配置为保存表示由所述光电转换部分生成的所述电荷的信号电压的电荷保存部分，所述固态成像设备还包括：

读取部件，用于在信号电平读取时间从所述电荷保存部分中读出表示由所述光电转换部分生成的所述电荷的所述信号电压作为信号电平之后，在复位电平读取时间从所述电荷保存部分中读出复位电压作为复位电平，并且用于计算所述信号电平与所述复位电平之间的差值以产生像素信号，所述复位电压是作为将所述电荷保存部分设置于预定电压的结果而在所述电荷保存部分上出现的；以及

控制部件，用于控制向所述单位像素提供驱动所述单位像素并且影响在所述电荷保存部分中发生的耦合现象的像素驱动信号的操作，以使得：

在紧接在从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷之前复位所述电荷保存部分的第一复位时间处所述像素驱动信号的状态与在紧接在从所述电荷保存部分中读出所述复位电平的操作之前复位所述电荷保存部分的第二复位时间处所述像素驱动信号的状态相同；并且

在所述信号电平读取时间处所述像素驱动信号的状态与在所述复位电平读取时间处所述像素驱动信号的状态相同。

2.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中：所述像素驱动信号是用于选择从其读出所述像素信号的所述单位像素的选择脉冲。

3.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中：所述像素驱动信号是用于驱动在所述单位像素中采用的电荷放电部分的控制脉冲，所述电荷放电部分充当用于对在所述光电转换部分中积累的电荷进行放电的部分。

4.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中：将提前确定的电压施加于连接到所述读取部件的信号线，所述信号线充当从所述电荷保存部分中读出所述信号电平和所述复位电平的线。

5.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，所述控制部件控制组成多个像素行的所述单位像素，所述多个像素行中的每个包括按照提前确定的方向布置的所述单位像素，以便在所述第一复位时间同时对所述像素行执行复位操作。

6.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中，所述控制部件控制组成多个像素行的所述单位像素，所述多个像素行中的每个包括按照提前确定的方向布置的所述单位像素，以同时对所述像素行执行从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷的操作。

7.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中：

所述控制部件采用用于输出所述像素驱动信号的输出部件，该输出部件包括用于接入所述像素驱动信号的第一晶体管和用于断开所述像素驱动信号的第二晶体管；以及

所述控制部件控制所述输出部件，以便从所述第二晶体管的驱动定时错开所述第一晶体管的驱动定时。

8.根据权利要求7所述的固态成像设备，其中，所述输出部件还包括限流器，用于抑制由连接到所述第一晶体管的电源产生的输出波动和由连接到所述第二晶体管的电源产生的输出波动。

9.根据权利要求8所述的固态成像设备，其中：

在所述限流器中采用的第三晶体管的栅极电极通过开关或电阻器连接到被设置于提前确定的电压的用作偏置线的信号线；

在所述栅极电极和所述第一或第二晶体管的源极电极之间提供电容，以使得流过所述第三晶体管的电流的幅度恒定。

10.根据权利要求9所述的固态成像设备，其中，所述控制部件控制所述限流器，使得在同时驱动多个像素行的操作期间将所述限流器置于工作状态，并且在仅驱动所述像素行之一的操作期间将所述限流器置于非工作状态。

11.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中：

所述像素驱动信号包括选择脉冲和控制脉冲，所述选择脉冲用于选择从其读出所述像素信号的所述单位像素，并且所述控制脉冲用于驱动在所述单位像素中采用的电荷放电部分，所述电荷放电部分充当用于对在所述光电转换部分中积累的电荷进行放电的部分；并且

在所述第一复位时间和所述第二复位时间二者处，将用于驱动电荷放电部分的所述控制脉冲设置在激活状态中处于高电平，而将所述选择脉冲设置在禁止状态中处于低电平。

12.一种用于驱动采用多个单位像素的固态成像设备的驱动方法，所述多个单位像素中的每个具有被配置为将入射光转换为电荷的光电转换部分和被配置为保存表示由所述光电转换部分生成的所述电荷的信号电压的电荷保存部分，所述驱动方法包括以下步骤：

在信号电平读取时间从所述电荷保存部分中读出表示由所述光电转换部分生成的所述电荷的所述信号电压作为信号电平之后，在复位电平读取时间从所述电荷保存部分中读出复位电压作为复位电平，并且计算所述信号电平与所述复位电平之间的差值以产生像素信号，所述复位电压是作为将所述电荷保存部分设置于预定电压的结果而在所述电荷保存部分上出现的；以及

控制向所述单位像素提供驱动所述单位像素并且影响在所述电荷保存部分中发生的耦合现象的像素驱动信号的操作，以使得：

在紧接在从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷之前复位所述电荷保存部分的第一复位时间处所述像素驱动信号的状态与在紧接在从所述电荷保存部分中读出所述复位电平的操作之前复位所述电荷保存部分的第二复位时间处所述像素驱动信号的状态相同；并且

在所述信号电平读取时间处所述像素驱动信号的状态与在所述复位电平读取时间处所述像素驱动信号的状态相同。

13.根据权利要求12所述的驱动方法，其中，所述像素驱动信号是用于选择从其读出所述像素信号的所述单位像素的选择脉冲。

14.根据权利要求12所述的驱动方法，其中，所述像素驱动信号是用于驱动在所述单位像素中采用的电荷放电部分的控制脉冲，所述电荷放电部分充当用于对在所述光电转换部分中积累的电荷进行放电的部分。

15.根据权利要求12所述的驱动方法，通过该驱动方法，将提前确定的电压施加于连接到所述固态成像设备的读取部件的信号线，所述信号线充当用于从所述电荷保存部分中读出所述信号电平和复位电平的线。

16.根据权利要求12所述的驱动方法，通过该驱动方法，控制组成多个像素行的所述单位像素，所述多个像素行中的每个包括按照提前确定的方向布置的所述单位像素，以便在所述第一复位时间同时对所述像素行执行复位操作。

17.根据权利要求12所述的驱动方法，通过该驱动方法，控制组成多个像素行的所述单位像素，所述多个像素行中的每个包括按照提前确定的方向布置的所述单位像素，以同时对所述像素行执行从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷的操作。

18.一种包括多个单位像素的电子装置，所述多个单位像素中的每个具有被配置为将入射光转换为电荷的光电转换部分和被配置为保存表示由所述光电转换部分生成的所述电荷的信号电压的电荷保存部分，其中所述电子装置还包括：

读取部件，用于在信号电平读取时间从所述电荷保存部分中读出表示由所述光电转换部分生成的所述电荷的所述信号电压作为信号电平之后，在复位电平读取时间从所述电荷保存部分中读出复位电压作为复位电平，并且用于计算所述信号电平与所述复位电平之间的差值以产生像素信号，所述复位电压是作为将所述电荷保存部分设置于预定电压的结果而在所述电荷保存部分上出现的；以及

控制部件，用于控制向所述单位像素提供驱动所述单位像素并且影响在所述电荷保存部分中发生的耦合现象的像素驱动信号的操作，以使得：

在紧接在从所述光电转换部分向所述电荷保存部分转移电荷之前复位所述电荷保存部分的第一复位时间处所述像素驱动信号的状态与在紧接在从所述电荷保存部分中读出所述复位电平的操作之前复位所述电荷保存部分的第二复位时间处所述像素驱动信号的状态相同；并且

在所述信号电平读取时间处所述像素驱动信号的状态与在所述复位电平读取时间处所述像素驱动信号的状态相同。