CN102469274B - 固态图像拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供固态图像拾取装置。一种固态图像拾取装置包括：包含将光转换成电信号的光电转换元件的像素、通过使用基于可变反馈电容器的放大因子来放大像素的信号的反馈放大电路、通过第一开关与放大电路的输出节点连接的存储电容器、和通过第二开关与放大电路的输出节点连接的负载元件。第二开关在复位反馈电容器的时间段和第一开关处于接通状态的时间段中的任一个或两个期间处于接通状态。

Description

固态图像拾取装置

技术领域

本发明涉及用于数字静态照相机或数字摄像机等的固态图像拾取装置。

背景技术

在典型的固态图像拾取装置中，通过在以二维矩阵的方式布置的多个像素中执行的光电转换产生的电信号通过设置在各列中的放大器被传送到后段中的信号处理电路。近年来，要求固态图像拾取装置具有更多的像素并在更高的速度下操作，使得在各放大器中设定的带宽趋于宽。这种信号带宽的增加导致与放大器的信号带宽成比例的随机噪声的积分值的增加。日本专利公开No.2008-78894描述了当箝位放大器的基准电势时电容器与放大器连接的配置。作为通过连接电容器与放大器的输出端来箝位放大器的基准电势的结果，放大器的带宽受到限制。因此，从放大器产生的随机噪声减少。

在具有例如设置在各单个列中的放大器的多个放大器的固态图像拾取装置中，放大器的放大因子会根据意图的应用以各种方式改变。例如，可以执行用于捕获存在暗的被照体和亮的被照体的具有宽的动态范围的图像的驱动。并且，可以执行用于确保加法模式和非加法模式中的每一个中的动态范围的驱动和用于改变各单个颜色的各单个像素中的信号的放大因子的驱动。在这种驱动操作中，放大器的放大因子的范围为从负几dB到几十dB。但是，在根据图像捕获条件改变放大器的放大因子的情况下，根据日本专利公开No.2008-78894的驱动方法并不总是充分地减少从放大器产生的随机噪声。这是由于，在日本专利公开No.2008-78894中描述的方法中，频带受确定放大器的放大因子的反馈电容器和与放大器的输出端连接的信号存储电容器限制。出于这种原因，随着放大因子随小的反馈电容而减小，放大器的频带变得更宽，并且，随机噪声与频率带宽成比例地增加。换句话说，从放大器产生的随机噪声并不总是根据设定的放大因子充分地减少。

发明内容

本发明提供能够减少从放大电路产生的随机噪声并且提高信号噪声(S／N)比的固态图像拾取装置。

根据本发明的一个方面的固态图像拾取装置包括：包含将光转换成电信号的光电转换元件的像素、通过使用基于可变反馈电容器的放大因子来放大像素的信号的反馈放大电路、通过第一开关与放大电路的输出节点连接的存储电容器、和通过第二开关与放大电路的输出节点连接的负载元件。第二开关在复位反馈电容器的时间段和第一开关处于接通状态的时间段中的任一个或两个期间处于接通状态。

参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是根据本发明的第一到第三实施例的固态图像拾取装置的等效电路图。

图2是根据第一实施例的固态图像拾取装置的驱动定时图。

图3是根据第一实施例的固态图像拾取装置的另一驱动定时图。

图4是示出根据第一实施例的固态图像拾取装置的增益与频率特性的示图。

图5是根据第二实施例的固态图像拾取装置的驱动定时图。

图6是示出根据第二实施例的固态图像拾取装置的增益与频率特性的示图。

图7是根据第三实施例的固态图像拾取装置的驱动定时图。

图8是根据本发明的第四到第七实施例的固态图像拾取装置的等效电路图。

图9是根据第四实施例的固态图像拾取装置的驱动定时图。

图10是根据第五实施例的固态图像拾取装置的驱动定时图。

图11是根据第六实施例的固态图像拾取装置的驱动定时图。

图12是根据第七实施例的固态图像拾取装置的驱动定时图。

具体实施方式

第一实施例

图1是根据本发明的第一实施例的固态图像拾取装置的像素部分和一个列的读出电路的等效电路图。关于像素部分，示出二维布置的多个像素之中的两个行和一个列中的像素。像素部分1包含光电转换元件2a和2b、传送晶体管3a和3b、源极跟随器晶体管4、复位晶体管5和行选择晶体管6。可以使用金属氧化物半导体(MOS)晶体管作为这些晶体管。以下，传送晶体管3a和3b被称为传送MOS3a和3b，源极跟随器晶体管4被称为SFMOS4，复位晶体管5被称为复位MOS5，并且，行选择晶体管6被称为行选择MOS6。光电转换元件2a和2b是例如设置在像素部分1中并且通过光电转换将光转换成电信号的光电二极管。传送MOS3a和3b将由光电转换元件2a和2b产生的信号传送到SFMOS4的输入节点。SFMOS4放大由传送MOS3a和3b传送的信号。复位MOS5将SFMOS4的栅极电压复位到一定的电势。行选择MOS6控制SFMOS4的源极和垂直输出线7之间的电连接。在本实施例中，SFMOS4、复位MOS5和行选择MOS6被两个光电转换元件2a和2b共享。作为替代方案，某晶体管可被更多的光电转换元件共享。并且，行选择MOS6可被设置在VDD和SFMOS4的漏极之间。作为设置行选择MOS6的替代，例如，SFMOS4的栅极电势可被复位MOS5控制以选择行。另外，SFMOS4的栅极可与浮动扩散区域电连接。

垂直输出线7与放大电路单元8电连接。放大电路单元8包含反馈放大电路，并且，以依赖于反馈电容器Cf1和Cf2的可变电容值的放大因子放大从像素部分1输出到垂直输出线7的信号。放大电路单元8包含箝位电容器C0、反相放大器10、反馈电容器Cf1和Cf2、放大因子选择开关21和22和箝位开关24。例如，可以使用MOS晶体管作为放大因子选择开关21和22。放大电路单元8能够通过切换放大因子选择开关21或22来选择反馈电容器Cf1或Cf2，以改变放大因子。基准电势VC0R被施加到反相放大器10的非反相输入节点。当被输入到箝位开关24的栅极的箝位脉冲PC0R的电平变高时，反馈电容器Cf1或Cf2的两端被短路。因此，基准电势VC0R和垂直输出线7之间的电势差被存储于箝位电容器C0中。

放大电路单元8的输出节点通过控制开关(第一开关)12与存储电容器Ctn连接。并且，放大电路单元8的输出节点通过控制开关(第一开关)13与存储电容器Cts连接。存储电容器Ctn存储暗时信号(几乎等于VC0R)，该暗时信号是复位MOS5执行复位时的关于基准电势VC0R的垂直输出线7的电势。这里，暗时信号是像素的所谓的噪声信号。存储电容器Cts存储通过在由光电转换元件2a或2b产生的光电转换信号上叠加暗时信号获得的信号。并且，放大电路单元8的输出节点通过控制开关(第二开关)16与负载电容器Cl1连接。并且，放大电路单元8的输出节点通过控制开关(第二开关)17与负载电容器Cl2连接。结合放大电路单元8的放大因子控制控制开关16和17一定时间段。即，连接的负载电容器的电容值根据放大因子改变。并且，存储于存储电容器Ctn和Cts中的信号被水平扫描电路依次读出。更具体而言，设置在存储电容器Ctn和Cts的后段中的开关(未示出)被水平扫描电路依次扫描，使得信号被读出到水平输出线。根据需要沿水平输出线设置的输出放大器20计算存储电容器Cts的信号和存储电容器Ctn的信号之间的差值，并且，将通过消除暗时信号获得的像素信号输出到外面。

图2是示出图1所示的固态图像拾取装置的示例性操作的定时图。在时间t0，箝位脉冲PC0R的电平变为高，使得箝位开关24被接通。因此，放大电路单元8进入电压跟随状态，并且，箝位电容器C0的反相放大器10侧的节点处的电压变得几乎等于VC0R。此时，信号PTN和PTS的电平从低变为高。因此，控制开关12和13被同时接通，并且，几乎等于VC0R的电势被写入到存储电容器Ctn和Cts中。

在时间t1，信号PRES的电平从高变为低。因此，复位MOS5被断开，并且，SFMOS4的栅极的复位被解除。此时，SFMOS4的栅极处的电势是浮动的。

在时间t2，箝位脉冲PC0R的电平从高变为低，使得箝位开关24被断开。然后，信号PTN和PTS的电平变为低，使得控制开关12和13被断开。然后，存储电容器Ctn和Cts存储信号。

在时间t3，栅极信号PSEL的电平变为高，使得行选择MOS6被接通。因此，暗时输出在垂直输出线7中出现并且通过箝位电容器C0被箝位。

在时间t3′，信号PCL1的电平从低变为高。因此，控制开关16被接通，并且，放大电路单元8的输出节点与负载电容器Cl1连接。

在时间t4，信号PTN的电平变为高。因此，控制开关12被接通，并且，存储电容器Ctn存储暗时信号。

从时间t5起，信号PTX1对于一定的时间段保持在高电平。因此，传送MOS3a对于该一定的时间段处于接通状态，并且，存储于光电转换元件2a中的电荷被传送到SFMOS4的输入节点。

在时间t6，信号PTS的电平变为高。因此，控制开关13被接通，并且，存储电容器Cts存储通过在暗时信号上叠加光电转换信号获得的信号。此时，根据箝位电容器C0与反馈电容器Cf1或Cf2的电压分割比确定放大电路单元8的输出节点处的电势。在本实施例中，信号PGA1和PGA2的电平为高，因此，放大因子选择开关21和22处于接通状态，并且，放大电路单元8的放大因子为C0／(Cf1+Cf2)。在时间t3′以及之后，信号PCL1导致控制开关16在控制开关12由于信号PTN处于接通状态的时间段和控制开关13由于信号PTS处于接通状态的时间段期间处于接通状态。

图3是示出图1所示的固态图像拾取装置的另一示例性操作的定时图。当在另一模式中改变和使用放大电路单元8的放大因子的情况下，与放大电路单元8的输出节点连接的负载电容器的电容值改变。以下，将参照图3描述与图2中的定时图的不同点。当信号PGA1的电平变为高时，放大因子选择开关21被接通。当信号PGA2的电平变为低时，放大因子选择开关22被断开。因此，放大电路单元8的放大因子为C0／(Cf1)。在时间t3′，信号PCL2的电平变为高，使得控制开关17被接通并且放大电路单元8的输出节点与负载电容器Cl2连接。在上述的点以外，图3中的定时图与图2中的定时图相同。即，负载电容器Cl1和Cl2操作以使读出时间段期间的反相放大器10的增益频带变窄。

参照图4，将描述限制反相放大器10的增益频带的方式。正常使用中的驱动频率由f表示，反相放大器10的传送电导由gm表示，并且，负载电容器Cl1和Cl2之间的关系由Cl1>Cl2表示。当根据图2中的定时图的放大电路单元8的放大因子为C0／(Cf1+Cf2)时并且当不连接负载电容器Cl1时，用于将信号读出到存储电容器Ctn的读出时间段期间的放大电路单元8的频带由在虚线上具有黑色圆的fa表示，并且由下式表达。

fa=gm／(2∏×C0／(Cf1+Cf2)×Ctn)

类似地，用于将信号读出到存储电容器Cts的读出时间段期间的放大电路单元8的频带由在虚线上具有黑色圆的fa表示，并且，由下式表达。

fa=gm／(2∏×C0／(Cf1+Cf2)×Cts)

当信号PCL1的电平变为高时，控制开关16被接通，并且，放大电路单元8的输出节点与负载电容器Cl1连接。在这种情况下，在用于将信号读出到存储电容器Ctn的读出时间段期间的放大电路单元8的频带由在虚线上具有白色圆的fb表示，并且，由下式表达。

fb=gm／(2∏×C0／(Cf1+Cf2)×(Ctn+Cl1))

类似地，在用于将信号读出到存储电容器Cts的读出时间段期间的放大电路单元8的频带由在虚线上具有白色圆的fb表示，并且，由下式表达。

fb=gm／(2N×C0／(Cf1+Cf2)×(Cts+Cl1))

由于fb<fa，因此，放大电路单元8的频带被负载电容器Cl1限制。

另一方面，当根据图3的放大电路单元8的放大因子为C0／(Cf1)时并且当不连接负载电容器Cl1时，在用于将信号读出到存储电容器Ctn的读出时间段期间的放大电路单元8的频带由在实线上具有黑色圆的fc表示，并且，由下式表达。

fc=gm／(2∏×C0／(Cf1)×Ctn)

类似地，在用于将信号读出到存储电容器Cts的读出时间段期间的放大电路单元8的频带由在实线上具有黑色圆的fc表示，并且，由下式表达。

fc=gm／(2∏×C0／(Cf1)×Cts)

当信号PCL2的电平变为高时，控制开关17被接通，并且，放大电路单元8的输出节点与负载电容器Cl2连接。在这种情况下，在用于将信号读出到存储电容器Ctn的读出时间段期间的放大电路单元8的频带由在实线上具有白色圆的fd表示，并且，由下式表达。

fd=gm／(2∏×C0／(Cf1)×(Ctn+Cl2))

类似地，在用于将信号读出到存储电容器Cts的读出时间段期间的放大电路单元8的频带由在实线上具有白色圆的fd表示，并且，由下式表达。

fd=gm／(2∏×C0／(Cf1)×(Cts+Cl2))

由于fd<fc，因此，放大电路单元8的频带被负载电容器Cl2限制。此时，为了减少放大电路单元8中的随机噪声，执行设定使得满足f=fb=fd是最合适的。即，当假定驱动所需要的频率为f时，为了使噪声最少化，执行设计使得满足f=fb=fd是最合适的。

根据以上给出的描述，作为用于放大电路单元8的频带限制单元连接负载电容器Cl2和Cl2，但是，本发明的实施例不限于此。例如，可以使用具有电阻器元件和控制电极的晶体管的接通电阻。考虑布局面积等，希望适当地应用频带限制单元。并且，希望适当地设定频带限制单元的元件数量。

根据第一实施例，当放大电路单元8以第一增益操作时，具有第一电容值的负载电容器与放大电路单元8的输出节点连接。当放大电路单元8以比第一增益高的第二增益操作时，具有比第一电容值小的电容值的负载电容器与放大电路单元8的输出节点连接。这也可被应用于其它的实施例。

第二实施例

以下，将描述根据本发明的第二实施例的固态图像拾取装置和用于驱动固态图像拾取装置的方法。根据第二实施例的固态图像拾取装置的电路图与根据第一实施例的图1所示的电路图相同。图5是根据第二实施例的固态图像拾取装置(图1)的示例性操作的定时图。关于信号PCL1和PCL2，图5中的定时图与图2中的定时图不同。以下，将参照图5描述与图2中的定时图不同的点。放大电路单元8的放大因子与图2相同，即，C0(Cf1+Cf2)。在时间t0，信号PCL1和PCL2的电平变为高。因此，控制开关16和17被接通，并且，放大电路单元8的输出节点与负载电容器Cl1和Cl2连接。如图2那样同时(在时间t0)，箝位脉冲PC0R的电平变为高，使得箝位开关24被接通。因此，反馈电容器Cf1和Cf2被复位，放大电路单元8进入电压跟随状态，并且，箝位电容器C0的反相放大器10侧的节点处的电压变得几乎等于VC0R。此时，信号PTN和PTS的电平从低变为高，使得控制开关12和13被同时接通并且几乎等于VC0R的电势被写入存储电容器Ctn和Cts中。然后，在时间t2之后，信号PCL1和PCL2的电平变为低。因此，控制开关16和17被断开，并且负载电容器Cl1和Cl2与放大电路单元8的输出节点断开。在信号PC0R导致反馈电容器Cf1和Cf2被复位的时间段期间，控制开关16和17由于信号PCL1和PCL2处于接通状态中。

并且，在通过在另一模式中使用信号PGA1和PGA2来改变放大电路单元8的放大因子的情况下，与写入基准电势的时间t0处的放大电路单元8的放大因子无关，通过使用信号PCL1和PCL2接通控制开关16和17两者。因此，放大电路单元8的输出节点与负载电容器Cl1和Cl2连接。

在写入基准电势的时间t0处产生的随机噪声成分中的大部分通过作为输出放大器20的差分运算的相关双采样(CDS)被擦除。但是，随机噪声成分没有被完全擦除。因此，通过写入基准电势的时间t0处的频带限制，减少随机噪声成分，由此可以减少CDS之后的残留噪声。

图6示出放大因子(增益)与频率特性。放大电路单元8的放大因子在写入基准电势的时间t0处为1。因此，放大电路单元8的频带由具有黑色圆的fe表示，并且由下式表达。

fe=gm／(2∏×Cts)

当信号PCL1和PCL2的电平变为高时，控制开关16和17被接通，并且，放大电路单元8的输出节点与负载电容器Cl1和Cl2连接。在这种情况下，频带由具有白色圆的ff表示，并且由下式表达。

ff=gm／(2∏×(Cl1+Cl2+Cts))

通过确定负载电容器Cl1和Cl2使得满足f=ff，可以在保持必要的频带的情况下使噪声成分最小化。在以上给出的描述中，作为放大电路单元8的频带限制单元，连接负载电容器Cl1和Cl2，但是，本发明的实施例不限于此。例如，可以使用具有电阻器元件和控制电极的晶体管的接通电阻。考虑布局面积等，希望适当地应用频带限制单元。并且，希望适当地设定频带限制单元的元件数量。

第三实施例

通过组合第一和第二实施例实现根据本发明的第三实施例的固态图像拾取装置。根据第三实施例的固态图像拾取装置的电路图与图1所示的电路图相同。图7是示出根据第三实施例的固态图像拾取装置的示例性操作的定时图。关于信号PCL1，图7中的定时图与图5中的定时图不同。以下，将参照图7描述与图5中的定时图不同的点。如图2那样，在时间t3之后的时间t3′，信号PCL1的电平重新变为高。因此，控制开关16被接通，并且，放大电路单元8的输出节点与负载电容器Cl1连接。然后，在时间t6之后，信号PCL1的电平变为低。因此，控制开关16被断开，并且，负载电容器Cl1与放大电路单元8的输出节点断开。在从时间t0到时间t2的时间段期间，当反馈电容器Cf1和Cf2被复位时，控制开关16和17由于信号PCL1和PCL2处于接通状态。并且，在时间t3′以及之后，控制开关16在控制开关12由于信号PTN处于接通状态的时间段和控制开关13由于信号PTS处于接通状态的时间段期间由于信号PCL1处于接通状态。

在以上给出的描述中，作为放大电路单元8的频带限制单元，连接负载电容器Cl1和Cl2。但是，本发明的实施例不限于此。例如，可以使用具有电阻器元件和控制电极的晶体管的接通电阻。考虑布局面积等，希望适当地应用频带限制单元。并且，希望适当地设定频带限制单元的元件数量。

根据本实施例，可以减少在放大电路单元8的复位操作时产生的随机噪声，并且，还可减少当放大因子高时产生的随机噪声。在第一到第三实施例中，控制开关16和17分别在反馈电容器Cf1和Cf2被复位的时间段和控制开关12和13处于接通状态的时间段中的任一个或两个期间处于接通状态。

第四实施例

以下，将描述根据本发明的第四实施例的固态图像拾取装置和用于驱动固态图像拾取装置的方法。在本实施例中，将描述在相加两个像素的信号的情况下的示例性操作。图8是根据第四实施例的固态图像拾取装置的电路图。图8中所示的固态图像拾取装置与图1所示的固态图像拾取装置的不同在于，设置加法控制开关23。在放大电路单元8中，可通过其中漏极与反相放大器10的输出节点连接、栅极与信号PC0E的节点连接并且源极与开关12、13、16、17、21和22的连接点连接的MOS晶体管，实现加法控制开关23。

图9是示出图8所示的固态图像拾取装置的示例性操作的定时图。在时间t0，箝位脉冲PC0R的电平变为高。因此，箝位开关24被接通，放大电路单元8进入电压跟随状态，并且，箝位电容器C0的反相放大器10侧的节点处的电压变得几乎等于VC0R。此时，信号PTN和PTS的电平变为高，使得控制开关12和13被同时接通。因此，几乎等于VC0R的电压被写入到存储电容器Ctn和Cts中。

在时间t1，信号PRES的电平从高变为低。因此，复位MOS5被断开，并且，SFMOS4的栅极的复位被解除。SFMOS4的栅极电势变得浮动。

在时间t2，箝位脉冲PC0R的电平从高变为低，使得箝位开关24被断开。然后，信号PTN和PTS的电平变为低，并且，控制开关12和13被断开。

在时间t3，信号PSEL的电平变为高。因此，行选择MOS6被接通，并且，暗时输出在垂直输出线7中出现并且被箝位电容器C0箝位。

在时间t3′，信号PCL1和PC0E的电平变为高。作为信号PCL1的电平变为高的结果，控制开关16被接通，并且，负载电容器Cl1与放大电路单元8的输出节点连接。并且，作为信号PC0E的电平变为高的结果，加法控制开关23被接通，并且，反相放大器10的输出节点与开关12、13、16、17、21和22的连接点连接。

在时间t4，信号PTN的电平变为高。因此，控制开关12被接通，并且，存储电容器Ctn存储作为SFMOS4和反相放大器10的复位信号的暗时信号。

从时间t5起，第一行中的传送信号PTX1对于一定的时间段保持为高电平。因此，第一行中的传送MOS3a对于该一定的时间段处于接通状态，并且，存储于光电转换元件2a中的电荷被传送到SFMOS4的输入节点。该操作导致从光电转换元件2a传送的信号被存储于反馈电容器Cf1和Cf2中。

在时间t6，信号PC0E的电平变为低。因此，加法控制开关23被断开，并且，反相放大器10的输出节点与反馈电容器Cf1和Cf2断开。

在时间t7，箝位脉冲PC0R的电平变为高，使得箝位开关24被接通。因此，放大电路单元8进入电压跟随状态，箝位电容器C0和反馈电容器Cf1和Cf2的反相放大器10侧的节点处的电压变得几乎等于VC0R，并且，箝位电容器(输入电容器)C0被复位。然后，信号PRES对于一定的时间段保持为高电平，复位MOS5对于一定的时间段处于接通状态，并且，SFMOS4的栅极被复位。然后，箝位脉冲PC0R的电平变为低，使得箝位开关24被断开。

在时间t8，信号PC0E的电平重新变为高，使得加法控制开关23被接通。

从时间t9起，第二行中的传送信号PTX2对于一定的时间段保持为高电平。因此，第二行中的传送MOS3b对于该一定的时间段处于接通状态，并且，存储于光电转换元件2b中的电荷被传送到SFMOS4的输入节点。由于该操作，两个像素的信号在反馈电容器Cf1和Cf2中被加到从光电转换元件2b传送的信号。然后，信号PCL1的电平变为高，使得控制开关16被接通，并且，负载电容器Cl1与放大电路单元8的输出节点连接。

在时间t10，信号PTS的电平变为高。因此，控制开关13被接通，并且，存储电容器Cts存储通过在暗时信号上叠加两个像素的光电转换信号而获得的信号。

信号PGA1和PGA2处于高电平，因此，放大电路单元8的放大因子为C0／(Cf1+Cf2)。通过与使用信号PTN将信号写入存储电容器Ctn中的定时和使用信号PTS将信号写入存储电容器Cts中的定时同步地，使用信号PCL1接通控制开关16，使得放大电路单元8的输出节点与负载电容器Cl1连接。放大电路单元8从时间t5和时间t9起依次接收、增加和放大光电转换元件2a和2b的信号，并且在从接收光电转换元件2a和2b的信号的时间之间的时间t7起的时间段期间将箝位电容器(输入电容器)C0复位。控制开关16在控制开关12由于信号PTN处于接通状态的时间段和控制开关13由于信号PTS处于接通状态的时间段期间由于信号PCL1处于接通状态。

在改变放大电路单元8的放大因子并且仅使用反馈电容器Cf1的情况下，放大因子为C0／(Cf1)。此时，如图3那样，信号PCL2导致控制开关17被接通，并且，放大电路单元8的输出节点与负载电容器Cl2连接。

上述的操作中的放大电路单元8的频带限制与图4相同。

第五实施例

以下将描述根据本发明的第五实施例的固态图像拾取装置和用于驱动固态图像拾取装置的方法。本实施例的特征在于，在相加两个像素的信号的情况下在第一像素的读出和第二像素的读取之间执行的放大电路单元8的复位操作时，执行连接用于限制频带的电容器的操作。根据本实施例的固态图像拾取装置的电路图与图8所示的电路图相同。

图10是示出根据本实施例的固态图像拾取装置的示例性操作的定时图。从时间t0到时间t3执行的操作与第四实施例中的那些操作相同。在时间t3之后的时间t3′，信号PC0E的电平变为高，使得加法控制开关23被接通。但是，控制开关16和17保持断开状态。

在时间t4，信号PTN的电平变为高，使得控制开关12被接通并且暗时信号被传送到存储电容器Ctn。

从时间t5起，信号PTX1对于一定时间段保持在高电平。因此，第一像素的传送MOS3a处于接通状态，使得第一像素的信号被读出。然后，信号PCL1和PCL2的电平变为高。因此，控制开关16和17被接通，并且，负载电容器Cl1和Cl2与放大电路单元8的输出节点连接。

在时间t6，信号PC0E的电平变为低，使得加法控制开关23被断开。

在时间t7，信号PC0R的电平变为高，使得箝位开关24被接通。因此，反相放大器10的反馈环路被短路，并且，反相放大器10和箝位电容器(输入电容器)C0被复位。在这种状态下，反相放大器10的输出节点与负载电容器Cl1和Cl2连接，因此，反相放大器10的频带变窄，并且，噪声减少。然后，信号PRES对于一定的时间段保持在高电平，复位MOS5对于该一定时间段处于接通状态，并且，SFMOS4的栅极被复位。然后，箝位脉冲PC0R的电平变为低，使得箝位开关24被断开。

在时间t8，信号PC0E的电平变为高，使得加法控制开关23被接通。

从时间t9起，第二行中的传送信号PTX2对于一定的时间段保持在高电平。因此，传送MOS3b对于该一定的时间段处于接通状态，并且，存储于光电转换元件2b中的电荷被传送到SFMOS4的输入节点。因此，两个像素的信号在反馈电容器Cf1和Cf2中被加到从光电转换元件2b传送的信号上。

从时间t10起，信号PTS对于一定的时间段保持在高电平，使得控制开关13对于该一定的时间段处于接通状态。因此，存储电容器Cts存储通过在暗时信号上叠加两个像素的光电转换信号而获得的信号。

由于信号PGA1和PGA2处于高电平，因此，放大电路单元8的放大因子为C0／(Cf1+Cf2)。将描述当在第一行的读出和第二行的读出之间执行复位时没有负载电容器与反相放大器10的输出节点连接的情况下的噪声产生情况。在第一行的信号被读出之后，加法控制开关23的电平变为低。在反相放大器10的输出节点与反馈电容器Cf1和Cf2断开时，噪声根据反相放大器10的频带被固定到反馈电容器Cf1和Cf2。然后，在箝位脉冲PC0R的电平在箝位开关24中变为低时，噪声根据频带被固定到箝位电容器C0和反馈电容器Cf1和Cf2。

通过连接负载电容器Cl1和Cl2与反相放大器10的输出节点，反相放大器10的频带变窄，使得噪声有效减少。限制反相放大器10的频带的方式与图6所示的方式相同，并因此省略其描述。放大电路单元8从时间t5和时间t9起依次接收、相加和放大光电转换元件2a和2b的信号，并且在从输入光电转换元件2a和2b的信号的时间之间的时间t7起的时间段期间将箝位电容器(输入电容器)C0复位。控制开关16和17在放大电路单元8将箝位电容器(输入电容器)C0复位的时间段期间由于信号PCL1和PCL2处于接通状态。

作为负载电容器Cl1和Cl2的替代，可以使用具有电阻器元件和控制电极的晶体管的接通电阻。考虑布局面积等，希望适当地应用频带限制单元。并且，希望适当地设定频带限制单元的元件数量。

第六实施例

图11是根据本发明的第六实施例的固态图像拾取装置的驱动定时图。更具体而言，图11示出通过使用存储电容器Ctn和Cts以替代负载电容器Cl1和Cl2来获得类似的噪声减少效果的驱动定时。在本实施例中，存储电容器Ctn和Cts和负载电容器Cl1和Cl2是共用的电容器。关于信号PTS，图11中的定时图与图10中的定时图不同。信号PTS在从时间t6之前到时间t9的时间段期间处于高电平。在此以外，图11与图10相同，并因此省略其描述。在本实施例中，如其它的实施例那样，可以使用电容器元件以外的元件作为频带限制单元。

第七实施例

通过组合第四到第六实施例实现本发明的第七实施例。根据本实施例的固态图像拾取装置的电路图与图8所示的电路图相同。图12是根据第七实施例的驱动定时图。在图12中，与图10的不同在于，信号PCL1在从时间t3′到时间t10之后的时间段期间处于高电平并且信号PTS在从时间t6之前到时间t9的时间段期间处于高电平。通过这种驱动，负载电容器Cl1和Cl2和存储电容器Cts可当在第一像素的读出时间段和第二像素的读出时间段之间执行放大电路单元8的复位操作时与放大电路单元8的输出节点连接。因此，可有效地抑制在放大电路单元8中产生的随机噪声。

放大电路单元8从时间t5和时间t9起依次接收、相加和放大光电转换元件2a和2b的信号，并且在从输入光电转换元件2a和2b的信号的时间之间的时间t7起的某时间段期间将箝位电容器(输入电容器)C0复位。控制开关16在从放大电路单元8将箝位电容器(输入电容器)C0复位的时间t7起的时间段和从控制开关12和13分别处于接通状态的时间t4和时间t10起的时间段期间均由于信号PCL1处于接通状态。在第四到第六实施例中，控制开关16和17在放大电路单元8将箝位电容器(输入电容器)C0复位的时间段和控制开关12和13分别处于接通状态的时间段中的任一个或两个期间处于接通状态。

在第一到第六实施例中，控制开关16和17在控制开关12和13分别处于接通状态的时间段期间根据放大电路单元8的放大因子在接通和断开之间切换。特别地，放大电路单元8的输出节点通过控制开关16和17与负载电容器Cl1和Cl2连接。控制开关16和17在控制开关12和13分别处于接通状态的时间段期间根据放大电路单元8的放大因子在接通和断开之间切换。可通过根据放大电路单元8的放大因子改变与放大电路单元8的输出节点连接的负载电容器Cl1和Cl2，控制放大电路单元8的带宽。因此，可以减少从放大电路单元8产生的随机噪声并且可以提高S／N比。

上述的实施例只是用于实施本发明的特定例子，并且，不应基于这些例子以限制的方式解释本发明的技术范围。在不背离本发明的技术精神或其主要特征的情况下，可以以各种形式实施本发明。

例如，本发明的实施例可被应用于在各列中设置AD转换器的配置。在这种情况下，可以设置AD转换器，使得AD转换器的输入节点可与放大电路单元8的输出节点电连接。并且，可通过开关在存储电容器Ctn和Cts的后段中设置第二存储电容器。在这种情况下，可以在某些行(n个行)的信号被存储于第二存储电容器的状态下在水平扫描电路执行依次的扫描的时间段期间，在存储电容器Ctn和Cts中存储n+1个行的像素信号。因此，可以增加信号读出速度。

虽然已参照示例性实施例说明了本发明，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的变更方式以及等同的结构和功能。并且，本发明被描述为以连接电容与放大电路的输出节点的构成为负载，但是甚至可替代电阻。换句话说，负载元件可概括本发明的负载电容。

Claims (7)

1.一种固态图像拾取装置，包括：

像素，所述像素包含光电转换元件；

放大电路，所述放大电路被配置为放大像素的信号并且具有可变放大因子；

存储电容器，所述存储电容器通过第一开关与放大电路的输出节点连接；和

负载元件，所述负载元件通过第二开关与放大电路的输出节点连接，

其中，第二开关在复位放大电路的时间段和第一开关处于接通状态的时间段中的任一个或两个期间处于接通状态以使得放大电路的频带被负载元件限制。

2.根据权利要求1的固态图像拾取装置，包括多个像素，

其中，放大电路包含输入电容器，

其中，放大电路相加从所述多个像素供给的信号并且在接收从所述多个像素供给的信号的时间段期间复位输入电容器，并且，

其中，第二开关在放大电路复位输入电容器的时间段和第一开关处于接通状态的时间段中的任一个或两个期间处于接通状态。

3.根据权利要求1的固态图像拾取装置，

其中，在第一开关处于接通状态的时间段期间，第二开关根据放大电路的放大因子在接通和断开之间切换。

4.根据权利要求1的固态图像拾取装置，

其中，第二开关包含多个第二开关，并且，负载元件包含多个负载电容器，

其中，放大电路的输出节点通过所述多个第二开关与所述多个负载电容器连接，以及

其中，在第一开关处于接通状态的时间段期间，所述多个第二开关根据放大电路的放大因子在接通和断开之间切换。

5.根据权利要求1的固态图像拾取装置，

其中，负载元件和存储电容器是共用电容器。

6.根据权利要求1的固态图像拾取装置，

其中，多个像素以矩阵的方式被布置，并且，放大电路被设置在每一个像素列中。

7.根据权利要求1的固态图像拾取装置，

其中，负载元件是具有第一电容值的负载电容器和具有比第一电容值小的电容值的负载电容器中的任一个，并且，

其中，当放大电路以第一增益操作时，具有第一电容值的负载电容器与放大电路的输出节点连接，并且，当放大电路以比第一增益高的第二增益操作时，具有比第一电容值小的电容值的负载电容器与放大电路的输出节点连接。