CN103444167A - 固体摄像装置的驱动方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
CMOS(Complementary Metal Oxide Secmiconductor：互补金属氧化物半导体)以及MOS(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)、以及电荷耦合元件(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。
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。
为了解决该问题，专利文献1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。
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。
图14是专利文献1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。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本特许第4444371号公报
专利文献2：日本特公昭58－50030号公报
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n行(将n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1至n，将第i行(将i设为1个以上(n－1)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。
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(i－1)行至第(i＋1)行，但是，对本领域的技术人员而言，容易理解若对第1行至第n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(i)扫描期间。
在第(i－1)扫描期间中，首先将sel_(i－1)导通，将第(i－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V1由像素读出晶体管104生成，输出到垂直信号线107(将该电压V1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(i－1)行的复位工作。具体而言，将res_(i－1)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－1)截止来结束第(i－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V1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(i－1)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(n)扫描期间结束，从下一个帧的第(1)扫描期间反复进行同样的驱动。下一个帧的输出电压V1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。
然而，通过本申请发明人们的研究明确了以下的情况，即，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。
图17是示出在垂直扫描方向上相邻的第i行和第(i＋1)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。
根据该寄生电容108，因以下的机制而发生余像。
在图16的第(i)扫描期间中，将第(i)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＋1)的电压设为Vfd1(i＋1)。Vres1(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，Vfd1(i＋1)，依赖于照射到第(i＋1)行的像素的光强度。
然后，在第(i＋1)扫描期间中，在第(i＋1)行的复位工作结束后、即紧接将res_(i＋1)截止之后，积蓄电容103(i＋1)的电压变化为Vres1(i＋1)。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＋1)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1】。
【算式1】
但是，在此，忽视从第(i)行的复位工作结束后到此为止因光照射而积蓄的电荷。并且，α是，依赖于选择晶体管105以及其他的寄生电容的值，而不依赖于光照射量。
然后，直到下一个帧的第(i)扫描期间为止，光照射到第(i)行的像素，积蓄电荷。将该电荷设为Qa。
在下一个帧的第(i)扫描期间中，将选择晶体管105(i)导通时的积蓄电容103(i)的电压，与将所述Qa和Vres2(i)相加的值大致相等，因此，若将该电压值设为Vout(i)，则成为【算式2】。
【算式2】
也就是说，Vout(i)依赖于Vfd1(i＋1)，它被看成余像。例如，若在上一个帧中照射到第(i＋1)行的光强度大，则依赖于此，Vout(i)的值变小。对于图像，导致上一个帧的图像的黑白反转后的图像重叠于当前帧。而且，β是与α同样的基于寄生成分的值。
发明内容
鉴于所述以往技术的实际情况，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。
为了解决所述以往技术的问题，本发明的实施方案之一涉及的固体摄像装置的驱动方法，其中，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n行的像素(n为2以上的整数，m为自然数)，在所述固体摄像装置的驱动方法中，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。根据这样的驱动方法，在规定的行的复位工作结束后，不会发生因与规定的行相邻的行的复位工作的耦合而引起的输出信号的电位变动。因此，在帧间完全不发生余像。
进而，为了解决所述以往技术的问题，本发明的实施方案之一涉及的固体摄像装置的驱动方法，其中，进行提供j水平扫描期间(j为1以上且(n－1)以下的整数)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＋1)行的所述像素的复位工作。在读出行的复位工作结束后，不会发生因相邻的行的复位工作的耦合而引起的输出信号的电位变动。因此，在帧间不发生余像。
进而，为了解决所述以往技术的问题，本发明的实施方案之一涉及的固体摄像装置的驱动方法，其中，依次进行第(i＋1)行(i为1以上且n－1以下的整数)的像素信号读出工作、第(i＋1)行的复位工作的开始、以及第i行的复位工作的结束。根据这样的驱动方法，因相邻的行的复位工作的耦合而引起的输出信号的电位变动是通过第二次的复位工作能够除去的，因此在帧间不发生余像。
进而，为了解决所述以往技术的问题，本发明的实施方案之一涉及的固体摄像装置的驱动方法，其中，依次进行第(i＋1)行(i为1以上且n－1以下的整数)的像素信号读出工作、第(i＋1)行的复位工作的开始、第(i＋1)行的复位工作的结束、第(i＋1)行的复位信号读出工作、以及第i行的复位工作的结束。根据这样的驱动方法，因相邻的行的复位工作的耦合而引起的输出信号的电位变动是通过第二次的复位工作能够除去的，因此在帧间不发生余像。
进而，为了解决所述以往技术的问题，本发明的实施方案之一涉及的固体摄像装置的驱动方法，其中，依次进行第(i＋1)行(i为1以上且n－1以下的整数)的像素信号读出工作、第(i＋1)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。根据这样的驱动方法，因相邻的行的复位工作的耦合而引起的输出信号的电位变动是通过第二次的复位工作能够除去的，因此在帧间不发生余像。
进而，为了解决所述以往技术的问题，本发明的实施方案之一涉及的固体摄像装置的驱动方法，其中，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＋1)行的像素(2k与n相等，或(2k＋1)与n相等)，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＋1)行(a为0以上且k以下的整数)的像素信号读出工作、第(2a＋1)行的复位工作、第(2a＋1)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＋1)行的复位工作的驱动。根据这样的驱动方法，在读出行的复位工作结束后，不会发生因相邻的行的复位工作的耦合而引起的输出信号的电位变动。因此，在帧间不发生余像。
如上所述，能够提供即使在亮度变化激烈的运动图像摄像时，也能够实现除去因行读出后的相邻行的复位工作的耦合而发生的输出变动，在帧间不发生余像的高画质摄像的固体摄像装置的驱动方法。
附图说明
图1是本发明的实施例1的层叠型固体摄像装置的各个部的说明图。图2是本发明的实施例1的固体摄像装置的截面图。
图3A是本发明的实施例1的固体摄像装置的驱动方法的说明图。
图3B是本发明的实施例1的固体摄像装置的驱动方法的说明图。
图4是本发明的实施例2的固体摄像装置的说明图。
图5是本发明的实施例2的固体摄像装置的驱动方法的说明图。
图6A是本发明的实施例3的固体摄像装置的驱动方法的说明图。
图6B是本发明的实施例3的固体摄像装置的驱动方法的说明图。
图7是本发明的实施例4的固体摄像装置的说明图。
图8是本发明的实施例4的固体摄像装置的驱动方法的说明图。
图9是本发明的实施例5的固体摄像装置的说明图。
图10是本发明的实施例5的固体摄像装置的说明图。
图11是本发明的实施例5的固体摄像装置的驱动方法的说明图。
图12是本发明的实施例6的固体摄像装置的说明图。
图13是本发明的实施例6的固体摄像装置的驱动方法的说明图。
图14是以往的层叠型固体摄像装置的像素的说明图。
图15是固体摄像装置的像素阵列的说明图。
图16是固体摄像装置的驱动方法的说明图。
图17是固体摄像装置的像素部的说明图。
具体实施方式
以下，对于本发明涉及的固体摄像装置的驱动方法的实施例，参照附图进行说明。而且，对于本发明，虽然利用以下的实施例以及附图进行说明，但是，其目的为举例示出，而不意图本发明由此限定。以下的实施例所示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形态、步骤、步骤的顺序等，是一个例子，而不是限定本发明的宗旨。并且，对于以下的实施例的构成要素中的、示出本发明的最上位概念的独立请求项中没有记载的构成要素，作为构成实施例的任意的构成要素进行说明。
(实施例1)
对于本发明的实施例1涉及的固体摄像装置的驱动方法，利用图1至图3B进行说明。
首先，说明本发明的实施例1涉及的固体摄像装置的整体结构。图1是示出本发明的实施例1涉及的固体摄像装置501的结构的方框图。
该固体摄像装置501具备，像素阵列502、行信号驱动电路503a和503b、按每个列配置的列放大器电路504、在各个列配置的噪声消除电路505、水平驱动电路506、以及输出级放大器507。
图2是固体摄像装置501的3像素的区域的截面图。而且，对于实际的像素，例如，在像素阵列502，排列1000万像素。各个像素的电路图与图15同样。
如图2示出，固体摄像装置501具备，微透镜601、红色滤色器602、绿色滤色器603、蓝色滤色器604、保护膜605、平坦化膜606、上部电极607(第二电极)、光电转换膜608、电子阻挡层609、电极间绝缘膜610、下部电极611(第一电极)、布线间绝缘膜612、供电层613、布线层614、基板618、阱619、STI区域(浅槽隔离区域)620、以及层间绝缘层621。
基板618是，半导体基板，例如是硅基板。在基板618内，形成有用于将通过光电转换膜608的光电转换而生成的信号电荷作为信号电压(读出信号)来读出到像素外部的信号读出电路、即多个晶体管(放大晶体管616，选择晶体管以及复位晶体管617)。
对于微透镜601，为了对入射光高效率地进行聚光，在固体摄像装置501的最表面，按每个像素510而被形成。
红色滤色器602、绿色滤色器603以及蓝色滤色器604，为了拍摄彩色图像而被形成。并且，红色滤色器602、绿色滤色器603以及蓝色滤色器604，被形成在各个微透镜601的正下面、并且在保护膜605内。为了形成涉及到1000万像素而没有聚光不均匀以及颜色不均匀的微透镜601以及滤色器组，这样的光学元件被形成在平坦化膜606上。平坦化膜606，例如，由SiN构成。
上部电极607，被形成在平坦化膜606下的像素阵列502的全面中。该上部电极607，使可见光透过。例如，上部电极607由ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)构成。
光电转换膜608，将光转换为信号电荷。具体而言，光电转换膜608，被形成在上部电极607下，由具有高光吸收率的有机分子构成。并且，光电转换膜608的厚度为，例如500nm。并且，光电转换膜608，利用真空蒸镀法而被形成。所述有机分子，在波长400nm至700nm的可见光全域内，具有高光吸收率。
电子阻挡层609，被形成在光电转换膜608下，传导因入射光的光电转换而发生的空穴，并且，阻止来自下部电极611的电子注入。该电子阻挡层609，被形成在具有高平坦度的电极间绝缘膜610和下部电极611上。
多个下部电极611，呈矩阵状被配置在基板618的上方。并且，多个下部电极611，分别电分离。具体而言，下部电极611，被形成在电极间绝缘膜610间，收集光电转换膜608中发生的空穴。该下部电极611，例如由TiN构成。并且，下部电极611，被形成在平坦化后的厚度100nm的布线间绝缘膜612上。
并且，各个下部电极611，以0.2μm的间隔而被分离。而且，电极间绝缘膜610也被埋入在该分离区域。
进而，在该分离区域的下方、并且在绝缘膜612下，配置供电层613。该供电层613，例如由Cu构成。具体而言，供电层613，被形成在相邻的下部电极611之间的区域、并且在下部电极611与基板618之间。并且，向供电层613，能够提供独立于下部电极611的电位。具体而言，在光电转换膜608进行光电转换的曝光工作时，以及，在信号读出电路生成读出信号的读出工作时，向供电层613，提供用于排斥信号电荷的电位。例如，在信号电荷为空穴的情况下，施加正电压。据此，能够防止空穴从相邻像素混入到各个像素。而且，这样的电压施加的控制，例如，由固体摄像装置501具备的控制部(不图示)进行。
供电层613与布线层614连接。并且，布线层614，与信号读出电路的FD部(电荷积蓄部)615以及放大晶体管616的栅极端子连接。进而，FD部615，与复位晶体管617的源极端子电连接。并且，复位晶体管617的源极端子和FD部615，共享扩散区域。这样的晶体管、没有图示却被形成在同一像素内的选择晶体管、以及FD部615，都被形成在同一P型的阱619内。并且，该阱619，被形成在基板618。也就是说，信号读出电路，被形成在基板618上，通过检测多个下部电极611各自发生的电流或电压的变化，从而生成与信号电荷对应的读出信号。并且，放大晶体管616，通过放大在下部电极611发生的电流或电压的变化，从而生成读出信号。
并且，各个晶体管，通过由SiO2构成的STI区域620而电分离。
并且，复位晶体管617的栅极端子与复位控制线连接，按照复位控制线的电位，复位晶体管617的导通和截止被控制。例如，在复位控制线的电位成为高电平、复位控制线导通的情况下，复位晶体管617导通，在复位控制线的电位成为低电平、复位控制线截止的情况下，复位晶体管617截止。
并且，选择晶体管的栅极端子与选择控制线连接，按照选择控制线的电位，选择晶体管的导通和截止被控制。例如，在选择控制线的电位成为高电平、选择控制线导通的情况下，选择晶体管导通，在选择控制线的电位成为低电平、选择控制线截止的情况下，选择晶体管截止。本实施例的像素阵列502的结构与图16同样，在垂直扫描方向上排列n行(将n设为2以上的整数)的像素，在水平方向上排列m行(将m设为自然数)的像素。
图3A以及图3B是示出本实施例的固体摄像装置的驱动方法的图。该图以时间序列示出向各个控制线提供的信号。并且，仅示出第i行和第(i＋1)行，但是，对本领域的技术人员而言，容易将它适用于通常的垂直扫描工作。并且，将第i行的复位控制线记载为res_(i)，将选择控制线记载为sel_(i)。首先，说明图3A。
在时刻a，将res_(i＋1)导通，从而开始第(i＋1)行的像素的复位工作。
在时刻a和时刻b之间，将res_(i)导通，开始第i行的复位工作。
然后，在时刻b，将res_(i)截止，从而结束第i行的复位工作。此时，使res_(i＋1)依然导通。
然后，在时刻c，将res_(i＋1)截止，结束第(i＋1)行的复位工作。此时，第(i)行的FD部615(积蓄电容103(i))的电压对应于(式1)。也就是说，根据第(i＋1)行的FD部615(积蓄电容103(i＋1))的变动，第(i)行的FD部615(积蓄电容103(i))受到影响。但是，根据以上说明的驱动方法，在将时刻b的第(i＋1)行的FD部615(积蓄电容103(i＋1))的电压设为Vfd2(i＋1)、将时刻c的第(i＋1)行的FD部615(积蓄电容103(i＋1))的电压设为Vfd3(i＋1)的情况下，如下式示出第(i)行的FD部615(积蓄电容103(i))的电压。
【算式3】
在时刻d，将sel_(i)导通，向垂直信号线输出第(i)行的FD部输出615(积蓄电容103(i))的电压。此时向垂直信号线的输出电压值，对应于(式2)，成为【算式4】。
【算式4】
Vfd2(i＋1)为第(i＋1)行的复位工作中的值，Vfd3(i＋1)为紧接复位之后的值，不依赖于光照射量。若图3A的时刻b为，作为读出时的时刻d的上一个帧，则即使在上一个帧处于任何光照射状态，在时刻d也得到不依赖于它的输出，从而能够实现作为本发明的问题的余像的除去。实际上，若以满足以上说明的图3A示出的驱动方法的方式来驱动固体摄像装置(以下的实施例中示出其例子)，则能够除去余像。
图3B是另一个驱动方法。
首先，在时刻a，将res_(i＋1)导通，开始第(i＋1)行的复位。
然后，在时刻a'，将res_(i＋1)截止，结束第(i＋1)行的复位。
然后，在时刻b，将res_(i)截止，结束第(i)行的复位(在时刻b之前预先将res_(i)导通)。
然后，在时刻c，将res_(i＋1)截止，结束第(i＋1)行的复位(在时刻c之前预先将res_(i＋1)导通)。
时刻d的工作与图3A的驱动方法同样。在将时刻b的第(i)行的FD部615(积蓄电容103(i＋1))的电压设为Vfd2(i＋1)'、将时刻c的第(i＋1)行的FD部615(积蓄电容103(i＋1))的电压设为Vfd3(i＋1)'的情况下，与图3A同样考虑，将时刻d的输出电压表示为【算式5】。
【算式5】
对于Vfd2(i＋1)'，严格而言，依赖于光照射量，但是，若将时刻a'相对于时刻b的时间差变短，则能够成为几乎不依赖。时间差越短越好，例如为1扫描期间。需要至少设为未满1帧积蓄时间(1帧积蓄时间是与通常的驱动方法相同的)。Vfd3(i＋1)'是紧接复位之后，不依赖于光照射量，因此，根据该方法也同样，能够除去余像。
在图3A以及图3B中，对于所述的部分以外，也可以考虑其他的驱动方法。例如，仅在时刻d，一定需要将sel_(i)导通，在时刻b可以是导通也可以是截止。实质上，在第(i)行的复位结束时，将第(i＋1)行的FD部615(积蓄电容103_(i＋1))的电压设为不依赖于光照射量的值。
(实施例2)
利用图4和图5说明本发明的实施例2。固体摄像装置整体的结构与实施例1同样。
图4是示出本实施例的像素阵列502的模式图，在垂直扫描方向上排列n行(将n设为2以上的整数)的像素，在水平方向上排列m行(将m设为自然数)的像素。各个像素的电路图与图14同样，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。与图16同样，在垂直扫描方向上对各行进行编号1至n，将第i行(将i设为1个以上(n－1)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)。在本实施例的驱动方法中，进行所谓电子快门工作，即，在图示的方向(从下向上)上，按每一行读出信号，但是，对于各个行的全像素的复位工作，按照j行的读出期间，先于读出工作来进行。据此，能够向像素提供j行的积蓄时间。并且，以下将进行电子快门工作的行记载为(i＋j)等，但是，在该值超过n的情况下，意味着“折回”来减去n的值(例如在(i＋j)超过n的情况下视为(i＋j－n)行)。
图5是示出在本实施例的驱动方法中，向各个控制线提供的电压、以及在某列的垂直信号线出现的输出电压，来说明典型的驱动方法的图。在图5中，对于进行读出工作的行，仅记载第(i－1)行和第(i)行，并且，对于进行电子快门工作的行，仅记载第(i＋j－1)行至第(i＋j＋1)行，但是，对本领域的技术人员而言，容易理解若对第1行至第n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行的驱动期间记载为第(i)扫描期间(第(i)H)，将第(i－1)行的驱动期间记载为第(i－1)扫描期间(第(i－1)H)。
在第(i－1)扫描期间，为了开始第(i＋j)行的像素的复位工作，将res_(i＋j)导通，保持该状态直到第(i)扫描期间的第(i＋j＋1)行的像素的复位工作开始后为止。然后，将sel_(i＋j)导通后，将res_(i＋j)截止，还将sel_(i＋j)截止。如此驱动，第(i＋j)行的电荷积蓄部，在复位工作结束后，直到读出开始为止，不受到因伴随于第(i＋j＋1)行的复位工作开始的寄生电容而引起的电位变动，即不发生余像。
而且，在第(i－1)扫描期间中，将第(i＋j－1)行的像素的复位从导通切换为截止。并且，在图5中，通过与图16同样的方法，在第(i－1)扫描期间读出第(i－1)行，在第(i)扫描期间读出第(i)行。
如此，根据本实施例，能够实现在电子快门工作时完全没有余像的非常高画质的摄像。而且，在图5的说明中，快门期间为j行，但是，在此，原理上明确的是，即使超过1帧的期间也发挥功能。
而且，对于像素信号读出、复位信号读出的工作，由于与图16同样，因此省略说明。
(实施例3)
对于本发明的实施例3涉及的固体摄像装置，利用图6A以及图6B进行说明。本实施例的固体摄像装置的结构与图1同等，像素部的断面构造与图2同等。
在本实施例中，是不利用电子快门而拍摄运动图像的驱动、即卷帘(rolling)复位工作的情况。在此情况下，在各个扫描期间中适用实施例1的图3A以及图3B的驱动方法，追加采样复位信号的工作即可。如下说明其内容。
在图6A中，在第(i－1)扫描期间，首先，将sel_(i)导通，读出第(i)行的像素信号。然后，将res_(i)导通，开始第(i)行的复位工作。
在第(i)扫描期间，首先，将sel_(i＋1)导通，读出第(i＋1)行的像素信号。然后，将res_(i＋1)导通，开始复位工作。然后，将res_(i)截止(在之前的某个时刻，预先将res_(i)导通)，结束第(i)行的复位工作。此时，第(i＋1)行的电荷积蓄部的电荷量不依赖于光照射量，因此，根据实施例1所述的原理，通过该驱动方法能够防止余像。
在此，在第(i)扫描期间的res_(i＋1)的导通后，到res_(i)的截止为止的时间，res_(i＋1)的导通、截止工作是任意的。但是，在紧接将res_(i)截止之前(准确而言，需要积蓄电容的反应时间的富余)应该为导通。并且，预先将res_(i)导通的时刻是任意的(但是，需要考虑电荷积蓄部等的反应时间)。
在图6B中，在第(i－1)扫描期间，首先，将sel_(i)导通，读出第(i)行的像素信号。然后，将res_(i)导通，开始第(i)行的复位工作。在能够复位像素的时间内保持该状态之后，将res_(i)截止。
在第(i)扫描期间，首先，将sel_(i＋1)导通，读出第(i＋1)行的像素信号。然后，将res_(i＋1)导通，开始复位工作。在能够复位像素的时间内保持该状态之后，将res_(i＋1)截止。然后，将sel_(i)以及res_(i)导通，开始第(i)行的复位(在此，并不需要sel_(i)的导通。但是，为了抑制向选择用晶体管栅极控制线和电荷积蓄部的寄生成分的输出信号的影响，优选为导通)。然后，将res_(i)截止，结束复位工作。此时，第(i＋1)行的电荷积蓄部的电荷量几乎不依赖于光照射量，因此，根据实施例1所述的原理，通过该驱动方法能够防止余像。
在本实施例所述的驱动方法中，不包含复位信号的读出。按照在哪个时刻读出复位信号，大致存在两个任意性。也就是说，将第(i)行的复位信号的读出在第(i－1)扫描期间进行、还是在第(i)扫描期间进行这两种。对于他们的具体例，在实施例4以及实施例5中进行说明。
(实施例4)
对于本发明的实施例4涉及的固体摄像装置，利用图7以及图8进行说明。本实施例的固体摄像装置的结构与图1同等，进一步，像素部的断面构造与图2同等。
图7是本实施例的像素阵列502的模式图，与图15同等。在垂直扫描方向上排列n行(将n设为2以上的整数)的像素。各个像素的电路图与图14同样，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。与图16同样，在垂直扫描方向上对各行进行编号1至n，将第i行(将i设为1个以上(n－1)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)。在本实施例的驱动方法中，在图示的方向(从下向上)上，按每一行读出信号。并且，在像素阵列502下段。示出属于列放大器电路504的列放大器904和属于噪声消除电路905的1列的噪声消除电路905。噪声消除电路905的结构为，由开关906、电容907、开关908、电容909以及开关910构成的第一相关双采样电路(第一CDS电路)、和由开关911、电容912、开关913、电容914以及开关915构成的第二相关双采样电路(第二CDS电路)并联连接。
图8是示出在本实施例的驱动方法中，向各个控制线提供的电压、以及在某列的垂直信号线出现的输出电压，来说明典型的驱动方法的图。在图8中，对于进行读出工作的行，仅记载第(i－1)行至第(i＋1)行，但是，对本领域的技术人员而言，容易理解若对第1行至第n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行的驱动期间记载为第(i)扫描期间(第(i)H)，将第(i＋1)行的驱动期间记载为第(i＋1)扫描期间(第(i＋1)H)。
在第(i)扫描期间，首先，将sel_(i)导通，将第(i)行的像素内的选择晶体管105导通。于是，与电荷积蓄部103所积蓄的电荷对应的电压V1由像素读出晶体管104生成，输出到垂直信号线107。在开关906导通的状态下进行该工作，由第一CDS电路进行采样。接着，开始第(i)行的复位工作。具体而言，将开关906截止，将res_(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)截止，从而结束第(i)行的第1次的复位工作。在此时刻，在第(i)行的复位后的输出不会由第二CDS电路采样。
接着，在第(i＋1)扫描期间，同样，也将sel_(i＋1)导通，将第(i＋1)行的像素内的选择晶体管105导通。于是，与电荷积蓄部103所积蓄的电荷对应的电压V1由像素读出晶体管104生成，输出到垂直信号线107。在开关911导通的状态下进行该工作，由第二CDS电路进行采样。接着，开始第(i)行的复位工作。具体而言，将开关906截止，将res_(i＋1)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＋1)截止，从而结束第(i＋1)行的第1次的复位工作。在此时刻，在第(i＋1)行的复位后的输出不会由第二CDS电路采样。
接着，进行第(i)行的第2次的复位工作。具体而言，再次将开关906导通，将sel_(i)、res_(i)导通，然后，依次将res_(i)、sel_(i)截止。对此时的垂直输出信号V2，由第一CDS电路进行采样。据此，得到所述的采样电压V1和该电压V2的差，以作为第一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，由水平驱动电路依次输出到固体摄像装置外，结束第(i)扫描期间的驱动。下一个第(i＋1)扫描期间后也同样。若第(n)扫描期间结束，从下一个帧的第(1)扫描期间反复进行。下一个帧的输出电压V1是，对上一个帧的输出电压V2，仅将对应于照射到完全没有复位工作的耦合的影响的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。因此，在本实施例中，也能够进行完全不发生余像的高质量的图像的摄像。
(实施例5)
图9是示出本发明的实施例5涉及的固体摄像装置1101的结构的方框图。该固体摄像装置1101具备：像素阵列1102；行信号驱动电路1103a和1103b；列反馈电路1104，按每个列配置具有放大和反馈功能的电路；噪声消除电路1105，包含被配置在各个列的列放大器和噪声消除器；水平驱动电路1106；以及输出级放大器1107。在此，列反馈电路1104，接受来自像素阵列1102的输出信号，且进行反馈。因此，信号的流程方向成为，如图9示出，相对于像素阵列1102而双方向。
图10是示出固体摄像装置1101中包含的某1个像素1110的信号读出电路和其周边电路的电路图。
并且，像素阵列1102包括，呈矩阵状配置的多个像素1110、按每个列设置的多个列信号线1204(垂直信号线)、以及按每个行设置的多个行选择线。多个列信号线1204的每一个，与被配置在对应的列的多个像素1110连接。多个行选择线的每一个，与被配置在对应的行的多个像素1110连接。
如图10示出，像素1110具备，光电转换部1201、以及信号读出电路。并且，固体摄像装置1101具备：列信号线1204；反馈放大器1205；控制电路1207，按照来自反馈放大器1205的输出，控制向复位晶体管1206的输入电平；放大晶体管1202；选择晶体管1203；列放大电路1212；晶体管1210；以及电容1213和1214。在此，列信号线1204、反馈放大器1205、控制电路1207、选择晶体管1203、列放大电路1212、晶体管1210和1215以及电容1213和1214，按每个列被设置，被包含在图9示出的列反馈电路1104以及噪声消除电路1105等中。
光电转换部1201，对入射光进行光电转换，从而生成与入射光量对应的信号电荷。
信号读出电路，生成与光电转换部1201所生成的信号电荷对应的读出信号。该信号读出电路包括，放大晶体管1202、选择晶体管1203、复位晶体管1206、以及FD部(浮动扩散部)(不图示。将节点电压记载为VFD。)。
放大晶体管1202，检测在光电转换部1201发生的信号电荷量。
选择晶体管1203，对是否将放大晶体管1202检测出的信号传递给列信号线1204进行控制。
复位晶体管1206，将用于对光电转换部1201以及FD部进行复位的复位信号提供给FD部。
控制电路1207，按照来自反馈放大器1205的输出，经由信号线对复位晶体管1206的ON／OFF状态进行控制，并且，将向复位晶体管1206的输入电平，经由信号线施加到光电转换部1201，以作为接地电位(以下，GND)或高电平电位(以下VHIGH)。
选择晶体管1203，对是否将像素输出信号VPIXO传递给列放大电路1212的输入端子进行控制。
晶体管1215、电容1213以及1214串联连接。晶体管1215，对是否向电容1213施加偏置电压VNCB进行控制。
列放大电路1212所放大的信号，输入到由晶体管1215、电容1213以及1214构成的差分电路。而且，该差分电路，通过差分工作来检测相当于信号的电压。
而且，在本实施例中，像素阵列1102的结构与实施例2(图4)同样。
图11是示出在本实施例的驱动方法中，向各个控制线提供的电压、以及在某列的垂直信号线出现的输出电压，来说明典型的驱动方法的图。在图11中，对于进行读出工作的行，仅记载第(i－1)行至第(i＋1)行，但是，对本领域的技术人员而言，容易理解若对第1行至第n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行的驱动期间记载为第(i)扫描期间(第(i)H)，将第(i－1)行的驱动期间记载为第(i－1)扫描期间(第(i－1)H)。并且，假设噪声消除电路1105具有与噪声消除电路905同样的结构，来进行说明。
在第(i)扫描期间，首先，将sel_(i)导通，将第(i)行的像素内的选择晶体管1203导通。于是，与FD部所积蓄的电荷对应的电压V1由放大晶体管1202生成，输出到列信号线1204。在开关906导通的状态下进行该工作，由第一CDS电路进行采样。接着，开始第(i)行的复位工作。具体而言，将开关906截止，将res_(i)导通，由复位晶体管1206对FD部进行复位(预先由电压源等将复位电压提供给复位晶体管1206)。然后，将res_(i)截止，从而结束第(i)行的第1次的复位工作。在此时刻，在第(i)行的复位后的输出不会由第二CDS电路采样。
接着，在第(i＋1)扫描期间，同样，也将sel_(i＋1)导通，将第(i＋1)行的像素内的选择晶体管1203导通。于是，与FD部所积蓄的电荷对应的电压V1由放大晶体管1202生成，输出到列信号线1204。在开关911导通的状态下进行该工作，由第二CDS电路进行采样。接着，开始第(i)行的复位工作。具体而言，将开关906截止，将res_(i＋1)导通，由复位晶体管1206对FD部进行复位(预先由电压源等将复位电压提供给复位晶体管1206)。然后，将res_(i＋1)截止，从而结束第(i＋1)行的第1次的复位工作。在此时刻，在第(i＋1)行的复位后的输出不会由第二CDS电路采样。
接着，进行第(i)行的第2次的复位工作。具体而言，再次将开关906导通，将sel_(i)、res_(i)导通，然后，依次将res_(i)、sel_(i)截止。对此时的垂直输出信号V2，由第一CDS电路进行采样。据此，得到所述的采样电压V1和该电压V2的差，以作为第一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，由水平驱动电路依次输出到固体摄像装置外，结束第(i)扫描期间的驱动。下一个第(i＋1)扫描期间后也同样。若第(n)扫描期间结束，从下一个帧的第(1)扫描期间反复进行。下一个帧的输出电压V1是，对上一个帧的输出电压V2，仅将对应于照射到完全没有复位工作的耦合的影响的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。因此，在本实施例中，也能够进行完全不发生余像的高质量的图像的拍摄。在此，在经由反馈放大器1205，反馈输出的状态下进行复位工作。根据这样的结构，对于输出中出现的噪声，其反转反馈到输入，与正符号成分相加，被消除。进而，在该第(i)行的第2次的复位结束时，对复位信号施行锤形，设定为不进行急剧的复位工作。根据这样的复位工作，反馈回路的频带被限制，得到更高的噪声减少效果。而且，对于该锥形复位工作，在第1次的复位时本实施例中并不需要，但是，将紧接第1次的复位结束之后的信号采样，并作为零电平来参照的情况下，若进行锥形复位工作，则能够得到更高的噪声减少效果。
(实施例6)
对于本发明的实施例5涉及的固体摄像装置的驱动方法，利用图12以及图13进行说明。本实施例的固体摄像装置的结构与图1同等，进一步，像素部的断面构造与图2同等。
图12是本实施例的像素阵列502的模式图，与图15同等。在垂直扫描方向上排列(2k)行(2k和n相等)的像素。或者，在行数为奇数的情况下，能够表示为(2k＋1)行。对于奇数的情况，由于说明繁杂，因此省略，但是，当然能够同样考虑。a为0以上k以下的整数。
图13是示出本实施例的驱动方法的图。图13示出所谓隔行驱动。在奇数帧读出奇数行的信号，在偶数帧读出偶数行的信号(当然也可以是与此相反的组合)。在各个帧读出k行的信号。
在奇数帧中，第(a)扫描期间，读出第(2a＋1)行的像素信号。对于具体的工作，首先，将sel_(2a＋1)导通，向垂直信号线读出与积蓄电荷量对应的电压，由CDS电路等进行采样。接着，将res_(2a＋1)导通，开始复位工作。接着，将res_(2a＋1)截止，结束复位工作后，从垂直信号线读出复位信号，由CDS电路等进行采样。然后，将res_(2a)导通，开始(2a)行的复位工作。然后，将res_(2a)截止，结束复位工作。在此时刻，结束第(2a＋1)行的复位工作后仅经过未满1扫描期间，因此，在第(2a)行的该复位工作中几乎不会受到第(2a＋1)行的光照射量的影响，能够防止余像。在该第(2a)行的复位工作中，sel_(2a)可以导通也可以截止(在图13中设为导通)，但是，为了抑制向选择用晶体管栅极控制线与积蓄电容的寄生成分的输出信号的影响，优选为导通。
在偶数帧的第(a)扫描期间，在所述的奇数帧的第(a)扫描期间的第(2a＋1)行置换为第(2a)行，第(2a)行置换为第(2a－1)行。根据该工作，能够确保1帧的积蓄时间，且能够防止余像。
以上，根据实施例说明了本发明的固体摄像装置的驱动方法，但是，本发明不仅限于这些实施例。只要不脱离本发明的宗旨，对本实施例施行本领域的技术人员想到的各种变形的形态、或组合不同的实施例中的构成要素而构成的形态，也包含在本发明的范围内。
本发明，有效于数字静止照相机、数字视频照相机等。
符号说明
101、1201光电转换部
102像素电极
103电荷积蓄部
104像素读出晶体管(放大晶体管)
105、1203选择晶体管
106、617、1206复位晶体管
107垂直信号线
501、1101固体摄像装置
502、1102像素阵列
503a、503b、1103a、1103b行信号驱动电路
504列放大器电路
505、905、1105噪声消除电路
506、1106水平驱动电路
507、1107输出级放大器
510、1110像素
601微透镜
602红色滤色器
603绿色滤色器
604蓝色滤色器
605保护膜
606平坦化膜
607上部电极(第二电极)
608光电转换膜
609电子阻挡层
610电极间绝缘膜
611下部电极(第一电极)
612布线间绝缘膜
613供电层
614布线层
615FD部
616放大晶体管
618基板
619阱
620STI区域(浅槽隔离区域)
621层间绝缘层
904列放大器
906、908、910、911、913、915开关
907、909、912、914、1213、1214电容1104列反馈电路
1202放大晶体管
1204列信号线
1205反馈放大器
1207控制电路
1210、1215晶体管
1212列放大电路
Claims (6)
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n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＋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，其中，n为2以上的整数，m为自然数，i为1以上且n－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＋1)行的所述像素的复位工作，其中，j为1以上且(n－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(i＋1)行的像素信号读出工作、第(i＋1)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1以上且n－1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(i＋1)行的像素信号读出工作、第(i＋1)行的复位工作的开始、第(i＋1)行的复位工作的结束、第(i＋1)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1以上且n－1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(i＋1)行的像素信号读出工作、第(i＋1)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1以上且n－1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＋1)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＋1)行的像素信号读出工作、第(2a＋1)行的复位工作、第(2a＋1)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＋1)行的复位工作的驱动，其中，2k与n相等，或(2k＋1)与n相等，a为0以上且k以下的整数。
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