CN103681716A - 图像拾取装置、图像拾取装置的驱动方法和图像拾取系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像拾取装置、图像拾取装置的驱动方法和图像拾取系统。图像拾取装置包括多个像素。各像素包含光电转换单元、放大晶体管和复位晶体管。各像素根据通过复位晶体管供给到放大晶体管的输入节点的电压被设为选择状态或非选择状态。控制单元通过向复位晶体管的控制节点供给电压将复位晶体管控制为导通或截止。更具体而言，第一电压被供给到选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点以将其控制为处于为截止状态，并且，第二电压被供给到非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点以将其控制为处于截止状态。

Description

图像拾取装置、图像拾取装置的驱动方法和图像拾取系统

技术领域

在这里公开的实施例涉及图像拾取装置、图像拾取装置的驱动方法和图像拾取系统。

背景技术

配置图像拾取装置使得通过控制施加到像素中的放大晶体管的输入节点的电压在选择状态与非选择状态之间切换像素的状态是已知的。

日本专利公开No.2005-005911公开了包括分别包含放大晶体管和复位晶体管的多个像素的图像拾取装置。在各像素中，放大晶体管的栅极（输入节点）与复位晶体管的源极连接，并且，放大晶体管的漏极与复位晶体管的漏极连接。并且，在布置多个像素的各列中，各像素中的复位晶体管的漏极被连接在一起。

日本专利公开No.2005-005911还公开了选择像素的技术。在该技术中，复位晶体管的漏极和放大晶体管的漏极在各像素中被连接在一起，并且，通过控制施加到共连的漏极的电压，选择像素。

发明内容

根据本发明的一个方面的实施例提供一种图像拾取装置。实施例的图像拾取装置包括多个像素。各像素包含光电转换单元、被配置为输出基于在光电转换单元中产生的电荷的信号的放大晶体管、以及N型复位晶体管。各像素被配置为响应通过复位晶体管供给到放大晶体管的输入节点的电压被设为选择状态或非选择状态。实施例的图像拾取装置包括控制单元。控制单元被配置为通过向包含于多个像素的处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第一电压并向包含于多个像素的处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给比第一电压低的第二电压将复位晶体管控制为处于截止状态。

根据本发明的另一方面的实施例提供一种图像拾取装置。图像拾取装置包括多个像素。各像素包含光电转换单元、被配置为输出基于在光电转换单元中产生的电荷的信号的放大晶体管、以及P型复位晶体管。各像素被配置为响应通过复位晶体管供给到放大晶体管的输入节点的电压被设为选择状态或非选择状态。实施例的图像拾取装置包括控制单元。控制单元被配置为通过向包含于多个像素的处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第一电压并向包含于多个像素的处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给比第一电压高的第二电压将复位晶体管控制为处于截止状态。

根据本发明的另一方面的实施例提供一种图像拾取装置的驱动方法。实施例的图像拾取装置包括多个像素。各像素包含光电转换单元、被配置为输出基于在光电转换单元中产生的电荷的信号的放大晶体管、以及N型复位晶体管。实施例的方法包括通过经由复位晶体管向放大晶体管的输入节点供给电压将多个像素的第一部分设为第一选择状态并将多个像素的第二部分设为非选择状态的步骤。实施例的方法包括通过向包含于多个像素的处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第一电压将包含于处于选择状态的像素中的复位晶体管控制为处于截止状态的步骤。实施例的方法包括通过向包含于多个像素的处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给比第一电压低的第二电压将包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管控制为处于截止状态的步骤。

根据本发明的另一方面的实施例提供一种图像拾取装置的驱动方法。实施例的图像拾取装置包括多个像素。各像素包含光电转换单元、被配置为输出基于在光电转换单元中产生的电荷的信号的放大晶体管、以及P型复位晶体管。实施例的方法包括通过经由复位晶体管向放大晶体管的输入节点供给电压将多个像素的第一部分设为选择状态并将多个像素的第二部分设为非选择状态的步骤。实施例的方法包括通过向包含于多个像素的处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第一电压将包含于处于选择状态的像素中的复位晶体管控制为处于截止状态的步骤。实施例的方法包括通过向包含于多个像素的处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给比第一电压高的第二电压将包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管控制为处于截止状态的步骤。

从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1是示出图像拾取装置的配置的示意图。

图2是示出图像拾取装置的等价电路的示图。

图3A和图3B是示出图像拾取装置的等价电路的示图。

图4是示出驱动图像拾取装置的驱动信号的示图。

图5是示出读取帧的操作的示图。

图6是示出图像拾取装置的等价电路的示图。

图7是示出驱动图像拾取装置的驱动信号的示图。

图8是示出根据实施例的图像拾取系统的框图。

具体实施方式

根据实施例，能够抑制动态范围的减小。

在被配置为使得通过控制放大晶体管的输入节点的电压选择像素的图像拾取装置中，存在这样一种可能性，即，当非选择状态的像素的放大晶体管的输入节点的电压出现变化时，该变化会导致动态范围的减小。即使当与输入节点连接的复位晶体管处于截止状态时，也存在输入节点的电压会由于复位晶体管的漏极与源极之间的泄漏电流或亚阈值电流改变的可能性。

在一些图像拾取装置中，由于非选择像素中的放大晶体管的栅极被供给比供给到选择像素中的放大晶体管的栅极的电压低的电压，因此，非选择像素的复位晶体管的源极的电压比选择像素的复位晶体管的源极的电压低。因此，在非选择状态的像素中，当复位晶体管的漏极的电压高时，在复位晶体管的漏极与源极之间施加的电压趋于变大。更具体而言，为了从放大晶体管输出信号，复位晶体管的漏极的电压上升。当复位晶体管的漏极与源极之间的电压大时，即使在复位晶体管处于截止状态中的状态下，该大的电压也会导致漏极与源极之间的泄漏电流或亚阈值电流的增加，因此，放大晶体管的输入节点的电压会出现变化。

即使在复位晶体管的漏极的电压在非选择像素中不高的配置中，复位晶体管的漏极的电压也会例如由于诸如电涌的噪声改变。

鉴于以上情况，实施例提供能够抑制动态范围的减小的图像拾取装置和图像拾取装置的驱动方法。

以下参照附图详细描述本发明的实施例。注意，以下仅作为例子而不是限制描述实施例。在不背离本发明的精神和范围的情况下，可对于实施例提出各种修改。通过组合实施例中的一个的一些部分与另一实施例或者通过用另一实施例的一些部分替代实施例中的一个的一些部分获得的任何实施例也落在本发明的范围内。

第一实施例

以下描述本发明的第一实施例。在本实施例中，向选择像素中的复位晶体管的栅极供给第一电压，以将复位晶体管控制为处于截止状态，并且，向非选择像素中的复位晶体管的栅极供给第二电压，以将复位晶体管控制为处于截止状态，其中，第二电压被设为比第一电压小，使得，与选择像素中的复位晶体管相比，非选择像素中的复位晶体管被更深度地截止。在本实施例的以下的描述中，作为例子假定通过电子提供信号电荷并且包含于各像素中的晶体管是N型MOS晶体管。

图1是示出根据本实施例的图像拾取装置1的框图。可通过使用半导体基板在单个芯片上构建图像拾取装置1。图像拾取装置1包含设置在图像感测区域2中的多个像素。多个像素可被布置以形成像素阵列。

图像拾取装置1还包括垂直扫描单元3、电源电压控制单元4、信号处理单元5、水平扫描单元6和输出单元7。垂直扫描单元3向设置在图像感测区域2中的多个像素供给驱动信号。可将从垂直扫描单元3供给的驱动信号给予像素，使得一个行中的像素或预先确定的数量的行中的像素一次被给予驱动信号。可通过使用偏移寄存器或地址解码器实现垂直扫描单元3。电源电压控制单元4向设置在图像感测区域2中的多个像素供给电源电压。信号处理单元5并行地处理从多个像素接收的信号。信号处理单元5包含信号保持单元、列放大器、噪声减少单元和AD转换器等。水平扫描单元6向输出单元7供给用于输出来自信号处理单元5的信号的驱动信号。可通过使用偏移寄存器或地址解码器实现水平扫描单元6。输出单元7向图像拾取装置1的外面输出从信号处理单元5接收的信号。输出单元7可包含缓冲器或放大器。

图2示出根据本实施例的图像拾取装置的等价电路。虽然在图2中出于简化的原因仅示出两个像素，但是图像拾取装置实际可包含二维布置的更多的像素。在本实施例中，矩阵状布置像素。在图2所示的例子中，示出第n行、第m列的像素以及第（n+1）行、第m列的像素。各行包含可通过垂直扫描单元并行控制的一组像素。各列包含沿与各行延伸的方向不同的方向布置的一组像素。一个列中的各组的像素共享一个或更多个输出线。注意，多个像素的布置不限于矩阵形式，而可在图像感测区域2中一维或二维布置像素。

各像素101包含光电转换单元102、传送晶体管103、浮动扩散（FD）节点104、放大晶体管105和复位晶体管106。

在光电转换单元102中，通过光电转换产生信号电荷。例如，可以使用光电二极管作为光电转换单元102。光电转换单元102可蓄积信号电荷。传送晶体管103将信号电荷从光电转换单元102传送到FD节点104。传送到FD节点104的电荷根据FD节点104的电容被转换成电压。FD节点104与放大晶体管105的栅极电连接。放大晶体管105将基于栅极的电压的信号输出到输出线110。放大晶体管105与电流源111一起形成源跟随器，电流源111与输出线110电连接。FD节点104和放大晶体管105的栅极形成放大晶体管105的输入节点。复位晶体管106将施加到电源线112的电压供给到放大晶体管105的输入节点。即，复位晶体管106将放大晶体管105的输入节点的电压复位。注意，传送晶体管103和复位晶体管106可被并行导通，由此将光电转换单元102的电压复位。

注意，可根据需要设置或者不设置传送晶体管103。在不设置传送晶体管103的情况下，光电转换单元102可直接与FD节点104和放大晶体管105的栅极连接。

复位晶体管106可以是耗尽型的。在这种情况下，不管复位晶体管106的阈值的变化如何，都允许将放大晶体管105的输入节点的电压复位到预先确定的值。

控制线107与传送晶体管103的栅极电连接。传送晶体管103通过经由控制线107供给的驱动信号被控制为导通或截止。控制线108与复位晶体管106的栅极电连接。复位晶体管106通过经由控制线108供给的驱动信号被控制为导通或截止。通过垂直扫描单元3提供经由控制线107和108供给的驱动信号。即，垂直扫描单元3用作通过控制供给到复位晶体管的栅极的电压来控制复位晶体管导通或截止的控制单元。

注意，控制线107（n）也与位于第n行中的其它像素（未示出）的传送晶体管的栅极电连接，并且，控制线108（n）也与位于第n行中的其它像素的复位晶体管的栅极电连接。类似地，控制线107（n+1）和108（n+1）分别与第（n+1）行中的像素（未示出）中的传送晶体管的栅极和复位晶体管的栅极电连接。

在本实施例中，位于一个列中的多个像素共享一个输出线110。即，来自位于一个列中的像素的信号被输出到共用的输出线110。在本实施例中，虽然图2没有示出，但是，图像拾取装置可包含多个输出线，并且，来自位于一个行中的多个像素的信号可被并行输出到多个输出线。

位于一个列中的像素中的放大晶体管105的漏极和复位晶体管106的漏极一起与电源线112电连接，电源线112与电源电压控制单元4电连接。电源电压控制单元4向电源线112提供取多个值的电源电压。如后面将描述的那样，电源电压的多个值包含例如与像素的选择状态对应的电压V3和与像素的非选择状态对应的电压V4。

下面，描述根据本实施例的从多个像素选择像素以从选择的像素输出信号的方法。在本实施例中，从电源电压控制单元4向电源线112供给电压，并且，该电压进一步经由复位晶体管106被供给到放大晶体管105的输入节点。当与选择状态对应的电压V3被供给到电源线112时，如果复位晶体管106被导通，那么包含该复位晶体管106的像素101被设为选择状态。另一方面，当与非选择状态对应的电压V4被供给到电源线112时，如果复位晶体管106被导通，那么包含该复位晶体管106的像素101被设为非选择状态。换句话说，选择状态是当与选择状态对应的电压V3被供给到像素101的放大晶体管105的输入节点时开始并且在与非选择状态对应的电压V4被供给到像素101的放大晶体管105的输入节点之后立即结束的状态。非选择状态是当与非选择状态对应的电压V4被供给到像素101的放大晶体管105的输入节点时开始并且在与选择状态对应的电压V3被供给到像素101的放大晶体管105的输入节点之后立即结束的状态。

在如本实施例这样N型放大晶体管105形成源跟随器的情况下，与选择状态对应的电压V3被设为比与非选择状态对应的电压V4高。并且，当与选择状态对应的电压V3和与非选择状态对应的电压V4被设定为使得电压V3比电压V4高的量大于当从光电转换单元102向FD节点104传送饱和电荷量时在FD节点104处出现的电压的变化时，实现动态范围的改善。例如，与选择状态对应的电压V3和与非选择状态对应的电压V4可被设定，使得电压V3与电压V4之间的差值大于电压（=qN/C），这里，N是光电转换单元102中的饱和电子数量，C是FD节点104的电容，q是元电荷。

在本实施例中，供给到电源线112的电压经由复位晶体管106被施加到放大晶体管105的输入节点。在本实施例中，当复位晶体管106被导通时，放大晶体管105的输入节点的电压可变得等于电源线112的电压。但是，在本实施例中，跨着复位晶体管106的电压降会导致电源线112的电压与放大晶体管105的输入节点的电压之间的差异。

在本实施例中，电源电压控制单元4向电源线112供给分别与选择状态和非选择状态对应的电压V3和V4。即，电源电压控制单元4是将分别与选择状态和非选择状态对应的电压V3和V4供给到复位晶体管的漏极的控制单元的一部分。作为替代方案，可以使用另一机制以向复位晶体管的漏极供给分别与选择状态和非选择状态对应的电压V3和V4。

下面，描述从像素输出的信号的限幅（clipping）。能够通过选择状态的像素的复位晶体管106的栅极的电压对从像素输出的信号进行限幅。复位晶体管106的栅极的电压可被设为当从光电转换单元102传送特定的电荷量时导致复位晶体管106导通的值。更具体而言，当复位晶体管106的栅极与FD节点104之间的电压变得等于或低于复位晶体管106的阈值电压时，复位晶体管106导通。

替代性方法是通过非选择状态的像素的放大晶体管105的输入节点的电压对从像素输出的信号进行限幅。又一方法是在输出线110上设置限幅电路。可通过使用上述方法中的一种来对从像素输出的信号进行限幅。

下面描述垂直扫描单元3和电源电压控制单元4的配置。图3A示出垂直扫描单元3的一部分的等价电路。在图3A所示的电路中，在节点114与控制线108之间的电气路径中设置2段互补金属氧化半导体（CMOS）逆变器电路。每一段CMOS逆变器包含第一导电类型晶体管和第二导电类型晶体管。在本实施例中，第一导电类型是P型，第二导电类型是N型。漏极与控制线108电连接的CMOS逆变器的N型MOS晶体管的源极选择性地与供给第一电压V1的节点或供给第二电压V2的节点电连接。根据供给到节点115的信号选择节点中的任一个。P型MOS晶体管的漏极和N型MOS晶体管的漏极相互电连接并进一步与控制线108电连接。在CMOS逆变器中，漏极与控制线108电连接的P型MOS晶体管的源极与供给电源电压VDD的节点电连接。

如图3A所示的那样配置的垂直扫描单元3能够向复位晶体管106的栅极供给取至少3个值的驱动信号。注意，电源电压VDD对应于用于将复位晶体管106导通的值。第一电压V1和第二电压V2对应于用于将复位晶体管106截止的值。电压V2比第一电压V1低。

图3A所示的电路被周期性地设置，使得对于各行或者对每特定数量的行设置一个电路，由此允许垂直扫描单元3向选择状态的像素的复位晶体管106供给第一电压V1，并向非选择状态的像素的复位晶体管106供给第二电压V1。

第一电压V1是用于截止选择状态的像素的复位晶体管106的电压。在选择状态中的各像素中，为了输出基于在光电转换单元102中产生的电荷的信号，电荷从光电转换单元102被传送到FD节点104。在通过电子提供电荷的情况下，电荷的传送导致FD节点104的电压的降低。为了处理这种情况，第一电压V1可被设为即使在饱和量的电荷被传送到FD节点104的状态中也将复位晶体管106控制为保持在截止状态的值。这里，饱和量指的是光电转换单元102能够蓄积的电荷的最大量。在如上面描述的那样在选择状态的像素中对信号进行限幅的情况下，第一电压V1可被设为当从光电转换单元102传送特定量的电荷时将复位晶体管106控制为导通的值。作为替代方案，为了对信号进行限幅，可选择性地向复位晶体管106的栅极供给比第一电压V1高的电压。

图3B示出电源电压控制单元4的一部分的等价电路。在图3B所示的电路中，P型MOS晶体管被设置在电源线112与提供与选择状态对应的电压V3的节点之间的电气路径中，并且，N型MOS晶体管被设置在电源线112与提供与非选择状态对应的电压V4的节点之间的电气路径中。分别通过供给到节点120和节点121的信号控制P型MOS晶体管和N型MOS晶体管。与选择状态对应的电压V3被给予例如电源电压。与非选择状态对应的电压V4被给予例如接地电压。

图3B所示的电路被配置，使得可独立地控制P型MOS晶体管和N型MOS晶体管。这使得能够控制这两个MOS晶体管，使得在MOS晶体管中的一个处于导通状态的时段与另一个处于导通状态中的时段之间、以及在各MOS晶体管中的一个中出现导通状态和截止状态之间的过渡的过渡时段与在另一个出现过渡的过渡时段之间不出现重叠。因此，与CMOS逆变器相比，能够减少由贯通电流导致的电力消耗。

在本实施例中，图3B所示的电路被设置为被所有的像素共用。作为替代方案，图3B所示的电路可被周期性地设置，使得一个电路被设置为用于每列或者每特定数量的列。

下面，参照图4所示的定时图描述根据本实施例的图像拾取装置的驱动方法。图4示出由电源电压控制单元4向电源线112供给的电压，并且，还示出由垂直扫描单元3供给到控制线107和控制线108的驱动信号。响应图4所示的驱动信号，第n行中的像素101首先进入选择状态，并且输出信号。然后，第（n+1）行中的像素101进入选择状态，并且输出信号。

首先，在时间T1处，由电源电压控制单元4供给到电源线112的电压从与选择状态对应的电压V3变为与非选择状态对应的电压V4。然后，在时间T2处，供给到控制线108的驱动信号对于所有的行变为电源电压VDD。作为响应，所有行的复位晶体管106导通。在这种情况下，电源线112处于与非选择状态对应的电压V4，因此，所有的像素进入非选择状态。

注意，可以不对所有的像素导通复位晶体管。例如，对于下一个变为选择状态的像素（在图4所示的例子中，为第n行中的像素），复位晶体管可以不变为非选择状态。并且，对于已处于非选择状态的像素，不必将这些像素再次变为非选择状态。

当自时间T2起经过预先确定的时间时，第二电压V2被供给到非选择状态的像素（在图4所示的例子中，为第（n+1）行的像素）的控制线108。作为响应，非选择状态的像素的复位晶体管106截止。注意，此时，下一个变为选择状态的像素的复位晶体管也可被截止或者可保持在导通状态。

在时间T3处，由电源电压控制单元4供给到电源线112的电压从与非选择状态对应的电压V4变为与选择状态对应的电压V3。然后，在时间T4处，供给到第n行中的像素的控制线108的驱动信号变为电源电压VDD。作为响应，第n行中的像素的复位晶体管106导通。在这种情况下，电源线112处于与选择状态对应的电压V3，因此，第n行中的像素进入选择状态。

在时间T3的状态中，非选择状态的像素的复位晶体管106的栅极处于第二电压V2。并且，在本实施例中，如图2所示，位于各列中的像素的复位晶体管的漏极相互电连接。即，在第二电压V2被供给到非选择状态的像素中的复位晶体管106的栅极的时段中，该复位晶体管106的漏极的电压从与非选择状态对应的电压V4变为与选择状态对应的电压V3。并且，在第二电压V2被供给到非选择状态的像素中的复位晶体管106的栅极的时段的至少一部分中，更特别地，在该时段中的时间T3之后，与选择状态对应的电压V3被供给到非选择状态的像素中的复位晶体管106的漏极。在本实施例中，在时间T3处，非选择状态的像素的复位晶体管106的漏极的电压增加，并且，这会导致泄漏电流或亚阈值电流的增加。因此，通过深度地截止非选择状态的像素的复位晶体管106，更明显地实现抑制动态范围的减小的有利效果。

注意，在非选择状态的像素中的复位晶体管106处于截止状态的时段中，当该复位晶体管106的漏极的电压变为与选择状态对应的电压V3以外的电压时，泄漏电流或亚阈值电流也会增加。即，在这种情况下，通过深度地截止非选择状态的像素的复位晶体管106，也实现抑制动态范围的减小的明显的有利效果。

当自时间T4经过预先确定的时间时，第一电压V1被供给到选择状态的像素（更具体而言，在图4所示的例子中，为第n行中的像素）的控制线108。作为响应，选择状态的像素的复位晶体管106截止。

在这种情况下，第二电压V2比第一电压V1低，这里，第一电压V2是供给到选择状态的（第n行中的）像素中的复位晶体管106的栅极以将该复位晶体管106控制为处于截止状态的电压，并且，第二电压V2是供给到非选择状态的（第（n+1）行中的）像素中的复位晶体管106的栅极以将该复位晶体管106控制为处于截止状态的电压。因此，与选择状态的像素的复位晶体管106被截止相比，非选择状态的像素的复位晶体管106被更深度地截止。注意，在选择状态的像素中，放大晶体管的输入节点的电压相对地高，因此，即使当第一电压V1高时也能够将复位晶体管106控制为处于截止状态。

为了将复位晶体管106控制为导通，等同地向两个状态即选择状态和非选择状态的像素中的复位晶体管106的栅极供给电压，更具体而言，供给电源电压VDD。因此，供给到选择状态的像素中的复位晶体管106的栅极以将该复位晶体管106控制为处于导通状态的第三电压（电源电压VDD）与第一电压V1的相差量小于被供给到非选择状态的像素中的复位晶体管106的栅极以将该复位晶体管106控制为处于导通状态的第四电压（电源电压VDD）与第二电压V2的相差量。这使得能够减小选择状态的像素中的复位晶体管106的栅极的电压的变化。因此，能够减小可能由于FD节点104与复位晶体管106的栅极之间的电容耦合出现的FD节点104的电压的变化。这允许进一步增加动态范围。

注意，供给到复位晶体管106的栅极以将其导通的电压可在选择状态的像素与非选择状态的像素之间不同。但是，如果对于选择状态和非选择状态使用相同的电压，那么允许简化电源电压控制单元4，并因此能够减小图像拾取装置的尺寸。

在选择状态的（第n行中）的像素中的复位晶体管106截止之后，输出复位时间的信号，并且，传送在光电转换单元102中蓄积的电荷，然后，输出基于通过光电转换产生的电荷的信号。注意，可通过使用已知的技术执行这些操作。

在完成信号的输出之后，所有像素再次进入非选择状态，然后，第（n+1）行中的像素进入选择状态。根据在从时间T5起的时段中提供的驱动信号执行这些操作。从时间T5到时间T8的操作与从时间T1到时间T4的操作类似，并因此省略其进一步的描述。

在以上参照图4给出的描述中，假定从第n行中的像素和第（n+1）行中的像素读出信号。但是，实际上，从设置在图像感测区域2中的所有像素依次读出信号。图5示意性地示出对于两个帧读出信号的方式。首先，在时间Ta处，第一行中的像素的光电转换单元102被复位。在该时间点处，启动第一行中的像素中的电荷的蓄积。然后，在时间Tb处，执行从第一行中的像素读出信号的操作。

在时间T1处，开始读出第n行中的像素的操作。在该时间点处，可并行执行将第k行中的像素的光电转换单元102复位的操作。在这种情况下，在图4中的时间T1之前，传送晶体管103和复位晶体管106被导通以将光电转换单元102复位。注意，在将与选择状态对应的电压V3供给到电源线112的状态中执行光电转换单元102的复位。

在本实施例中，如上所述，第二电压比第一电压低，这里，第一电压是供给到选择状态的像素中的复位晶体管的栅极以将该复位晶体管控制为处于截止状态的电压，而第二电压是供给到非选择状态的像素中的复位晶体管的栅极以将该复位晶体管控制为处于截止状态的电压。通过以这种方式设定第一电压和第二电压，能够更深度地截止非选择状态的像素中的复位晶体管，并因此变得能够减小非选择状态的像素的放大晶体管的输入节点的电压的变化。因此，能够抑制动态范围的减小。

在上述的实施例中，作为例子假定晶体管是MOS晶体管。各MOS晶体管包含作为控制节点的栅极和作为两个主节点的漏极和源极。作为替代方案，可以使用其它类型的晶体管。例如，可以使用双极晶体管。在这种情况下，各MOS晶体管的栅极、漏极和源极可作为基极、发射极和集电极。

第二实施例

以下描述第二实施例。第二实施例与第一实施例的不同在于，当从像素输出信号时，放大晶体管的漏极的电压升高。因此，在非选择状态中的像素中，复位晶体管的漏极与源极之间的电压趋于增加。在这种情况下，通过深度截止复位晶体管实现的有利效果更显著。以下的描述将关注与第一实施例的不同，并且省略类似的要素的描述。

根据本实施例的图像拾取装置的总体配置与根据第一实施例的图像拾取装置的总体配置类似，因此，图1的框图也示出本实施例的图像拾取装置的总体配置。并且，根据本实施例的图像拾取装置的像素具有与第一实施例类似的等价电路，因此，图2也示出根据本实施例的图像拾取装置的像素的等价电路。根据本实施例的垂直扫描单元3与第一实施例的类似，因此，图3A示出垂直扫描单元3的一部分的等价电路。省略这些类似的配置的进一步的描述。

以下描述根据本实施例的电源电压控制单元4的配置。图6示出电源电压控制单元4的一部分的等价电路。在图6中，功能与图3B的类似的部分由类似的附图标记表示，并且，省略它们的进一步的描述。

在图6所示的电路中，P型MOS晶体管的源极选择性地连接到供给与选择状态对应的电压V3的节点或当输出信号时供给电源电压V5的节点。供给到节点122的信号控制选择哪个节点。电源电压V5比与选择状态对应的电压V3高。

当在电源电压V5被供给到电源线112的状态中导通复位晶体管106时，包含该复位晶体管106的像素被设定于选择状态。即，电源电压V5可以是与选择状态对应的电压中的一个。

如图6所示的那样配置的电源电压控制单元4能够供给取至少3个值的电源电压。在本实施例中，图6所示的电路被设置为被所有的像素共用。作为替代方案，图6所示的电路可被周期性地设置，使得一个电路被设置为用于每个列或每特定数量的列。

下面，参照图7所示的定时图，描述根据本实施例的图像拾取装置的驱动方法。在图7中，与图4所示的第一实施例类似的部分由类似的附图标记表示，并且，省略它们的进一步的描述。

在本实施例中，当复位时的信号被输出时，向电源线112供给电源电压V5，并且，在光电转换单元102中蓄积的电荷被传送，然后，输出基于通过光电转换产生的电荷的信号。这导致放大晶体管的漏极的电压的增加，因此动态范围扩展。

在本实施例中，如上所述，当从像素输出信号时，该像素中的放大晶体管的漏极的电压升高。结果，在非选择状态的像素中，复位晶体管的漏极与源极之间的电压出现增大。在这种情况下，通过深度截止复位晶体管实现的有利效果更显著。

第三实施例

以下描述第三实施例。在上述的第一实施例和第二实施例中，假定通过电子提供信号电荷，并且，各像素中的晶体管是N型MOS晶体管。替代地，在本实施例中，通过空穴提供信号电荷，并且，使用P型MOS晶体管作为各像素中的晶体管。

注意，在本实施例中，所有晶体管的导电类型与第一实施例和第二实施例的相反，因此，电压的相对值也相反。更具体而言，通过P型MOS晶体管实现复位晶体管106。关于将选择状态的各像素中的复位晶体管106控制为截止的第一电压V1和将非选择状态的各像素中的复位晶体管106控制为截止的第二电压V2，第二电压V2被设为比第一电压V1高。本实施例中的其它要素与第一实施例和第二实施例的类似，因此省略它们的进一步的描述。

本实施例提供与通过第一实施例或第二实施例提供的效果类似的有利效果。

第四实施例

描述根据实施例的图像拾取系统。图像拾取系统可以是数字静态照相机、数字摄像机、复印机、传真机、便携式电话、车内照相机或观察卫星等。图8是示出作为根据本实施例的图像拾取系统的例子的数字静态照相机的框图。

在图8中，附图标记1001表示用于保护镜头的挡板，附图标记1002表示被配置为在图像拾取装置1004上形成被照体的光学图像的镜头，附图标记1003表示被配置为改变通过镜头1002的光量的孔径。图像拾取装置1004可以是根据上述的实施例中的一个的图像拾取装置。图像拾取装置1004将通过镜头1002形成的光学图像转换成图像数据。图像拾取装置1004包含在图像拾取装置1004的半导体基板上形成的AD转换器。附图标记1007表示被配置为在从图像拾取装置1004输出的图像数据执行包含各种校正处理和数据压缩处理等的信号处理。并且，在图8中，附图标记1008表示被配置为向图像拾取装置1004和信号处理单元1007输出各种定时信号的定时产生器。附图标记1009表示被配置为控制整个数字静态照相机的总体控制/操作单元。附图标记1010表示被配置为暂时存储图像数据的存储器单元（帧存储器）。附图标记1011表示接口单元（存储介质控制I/F单元），经由所述接口单元（存储介质控制I/F单元）将数据存储到存储介质中或者从存储介质读取数据。附图标记1012表示用于存储或读取图像数据的诸如半导体存储器等的可去除存储介质。附图标记1013表示与外部计算机等通信的接口单元（外部设备I/F单元）。可从图像拾取系统的外面输入定时信号等，因此，图像拾取系统可至少包含图像拾取装置1004和处理从图像拾取装置1004输出的图像信号的信号处理单元1007。

在上述的例子中，在相同的半导体基板上形成图像拾取装置1004和AD转换器。作为替代方案，可以在不同的半导体基板上形成图像拾取装置1004和AD转换器。在替代性例子中，可在相同的基板上形成图像拾取装置1004和信号处理单元1007。

在本实施例中，使用根据第一到第三实施例中的一个的图像拾取装置作为图像拾取装置1004，因此实现能够抑制动态范围的减小的图像拾取系统。

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。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (20)

1.一种图像拾取装置，包括：

分别包含光电转换单元、被配置为输出基于在光电转换单元中产生的电荷的信号的放大晶体管、以及N型复位晶体管的多个像素，所述多个像素中的每一个被配置为响应于经由复位晶体管供给到放大晶体管的输入节点的电压被设为选择状态或非选择状态；和

控制单元，所述控制单元被配置为：通过向包含于所述多个像素的处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第一电压、并向包含于所述多个像素的处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给比第一电压低的第二电压，将复位晶体管控制为处于截止状态。

2.一种图像拾取装置，包括：

分别包含光电转换单元、被配置为输出基于在光电转换单元中产生的电荷的信号的放大晶体管、以及P型复位晶体管的多个像素，所述多个像素中的每一个被配置为响应于经由复位晶体管供给到所述放大晶体管的输入节点的电压被设为选择状态或非选择状态；和

控制单元，所述控制单元被配置为：通过向包含于所述多个像素的处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第一电压、并向包含于所述多个像素的处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给比第一电压高的第二电压，将复位晶体管控制为处于截止状态。

3.根据权利要求1或2的图像拾取装置，其中，

复位晶体管的第一主节点与控制单元电连接，

复位晶体管的第二主节点与放大晶体管的输入节点电连接，并且，

控制单元被配置为在向包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第二电压时向包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的第一主节点供给与选择状态对应的电压。

4.根据权利要求3的图像拾取装置，其中，控制单元被配置为在向包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第二电压时将供给到包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的第一主节点的电压从与非选择状态对应的电压变为与选择状态对应的电压。

5.根据权利要求3的图像拾取装置，其中，控制单元被配置为：在分别向包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点和第一主节点供给第二电压和与选择状态对应的电压时，将包含于所述多个像素中的不同像素中的复位晶体管控制为处于导通状态，由此将所述不同像素设为选择状态。

6.根据权利要求3的图像拾取装置，其中，

所述多个像素包含第一组像素和第二组像素，第一组像素被配置为使得第一组像素的各像素中的复位晶体管的控制节点与第一共用线电连接，第二组像素被配置为使得第二组像素的各像素中的复位晶体管的第一主节点与第二共用线电连接，并且，

第一组像素中的像素的至少一部分不包含于第二组像素中。

7.根据权利要求6的图像拾取装置，还包括多个输出线，其中，

来自第一组像素的信号被并行输出到所述多个输出线，并且，

来自第二组像素的信号被串行输出到所述多个输出线中的一个。

8.根据权利要求3的图像拾取装置，其中，复位晶体管的第一主节点和放大晶体管的主节点相互连接。

9.根据权利要求1或2的图像拾取装置，其中，

放大晶体管的导电类型与复位晶体管的导电类型相同，

控制单元被配置为：通过向包含于处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给与第一电压相差第一量的第三电压，将包含于处于选择状态的像素中的复位晶体管控制为处于导通状态，

控制单元被配置为：通过向包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给与第二电压相差第二量的第四电压，将包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管控制为处于导通状态，并且，

第一量比第二量小。

10.根据权利要求1或2的图像拾取装置，其中，通过控制单元供给到包含于处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点以将复位晶体管控制为处于导通状态的电压等于通过控制单元供给到包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点以将复位晶体管控制为处于导通状态的电压。

11.根据权利要求1或2的图像拾取装置，其中，

控制单元包含第一导电类型MOS晶体管和第二导电类型MOS晶体管，

第一导电类型MOS晶体管的源极与被供给电压以将复位晶体管控制为处于导通状态的节点电连接，

第一导电类型MOS晶体管的漏极和第二导电类型MOS晶体管的漏极与复位晶体管的控制节点电连接，并且，

第二导电类型MOS晶体管的源极选择性地与被供给第一电压的节点或被供给第二电压的节点连接。

12.一种图像拾取系统，包括：

根据权利要求1或2的图像拾取装置；和

信号处理装置，所述信号处理装置被配置为处理从所述图像拾取装置输出的信号。

13.一种图像拾取装置的驱动方法，该图像拾取装置包括分别包含光电转换单元、被配置为输出基于在光电转换单元中产生的电荷的信号的放大晶体管、以及N型复位晶体管的多个像素，该方法包括：

通过经由复位晶体管向放大晶体管的输入节点供给电压，将所述多个像素的第一部分设为选择状态并将所述多个像素的第二部分设为非选择状态；

通过向包含于所述多个像素的处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第一电压，将包含于处于选择状态的像素中的复位晶体管控制为处于截止状态；和

通过向包含于所述多个像素的处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给比第一电压低的第二电压，将包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管控制为处于截止状态。

14.一种图像拾取装置的驱动方法，该图像拾取装置包括分别包含光电转换单元、被配置为输出基于在光电转换单元中产生的电荷的信号的放大晶体管、以及P型复位晶体管的多个像素，该方法包括：

通过经由复位晶体管向放大晶体管的输入节点供给电压，将所述多个像素的第一部分设为选择状态并将所述多个像素的第二部分设为非选择状态；

通过向包含于所述多个像素的处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第一电压，将包含于处于选择状态的像素中的复位晶体管控制为处于截止状态；和

通过向包含于所述多个像素的处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给比第一电压高的第二电压，将包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管控制为处于截止状态。

15.根据权利要求13或14的图像拾取装置的驱动方法，还包括在向包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第二电压时向包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的主节点供给与选择状态对应的电压。

16.根据权利要求15的图像拾取装置的驱动方法，还包括在向包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点供给第二电压时将供给到包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的主节点的电压从与非选择状态对应的电压变为与选择状态对应的电压。

17.根据权利要求15的图像拾取装置的驱动方法，还包括：在分别向包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点和主节点供给第二电压和与选择状态对应的电压时，将包含于所述多个像素中的不同像素中的复位晶体管控制为处于导通状态，由此将所述不同像素设为选择状态。

18.根据权利要求15的图像拾取装置的驱动方法，其中，

所述图像拾取装置还包括多个输出线，并且，

所述多个像素包含第一组像素和第二组像素，第一组像素被配置为使得第一组像素的各像素中的复位晶体管的控制节点与第一共用线电连接，第二组像素被配置为使得第二组像素的各像素中的复位晶体管的主节点与第二共用线电连接，

所述方法还包括：

将来自第一组像素的信号并行地输出到所述多个输出线；和

将来自第二组像素的信号串行地输出到所述多个输出线中的一个。

19.根据权利要求13或14的图像拾取装置的驱动方法，还包括：

通过向复位晶体管的控制节点供给第三电压，导通复位晶体管，其中，

第三电压与第一电压之间的差值小于第三电压与第二电压之间的差值。

20.根据权利要求13或14的图像拾取装置的驱动方法，其中，供给到包含于处于选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点以将复位晶体管控制为处于导通状态的电压等于供给到包含于处于非选择状态的像素中的复位晶体管的控制节点以将复位晶体管控制为处于导通状态的电压。

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