CN106105180A - 图像传感器、成像方法和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能够进一步提高图像质量的成像元件、成像方法和电子设备。本发明设置有：针对像素的各列的多条信号线，所述信号线读取来自包括光电转换元件的像素的信号；以及用于将所述信号线的电势固定在预定电势的固定单元。在开始从作为所述多条信号线中一者的预定信号线读取信号之前，所述固定单元固定所述多条信号线的电势。在复位操作之前，所述固定单元固定所述信号线的电势。在读取来自像素的信号之前，能够将所述信号线的电势持续地保持在预定电势，并且能够防止因在开始读取时电势的变化而导致的图像质量劣化。本技术能够用于图像传感器。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器、成像方法和电子设备。具体地，本发明涉及有助于提高图像质量的图像传感器、成像方法和电子设备。
背景技术
在近年来成为主流的背面照射型图像传感器中，能够增加每像素列的垂直信号线的数量。随之而来地，从像素单元的高速信号读取和使用垂直信号线的信号加运算等架构也得到了发展。
另一方面，在每像素列包括多个垂直信号线的电路中，因垂直信号线的电压状态之间的差异或垂直信号线的个体差异，图像质量可能会劣化。在专利文献1中，提出了每像素列包括一根垂直信号线的电路，通过将电势固定至中点电势来抑制子摆动噪声(sub-wobble noise)，并由此抑制了图像质量的劣化。
专利文献1:日本专利申请特开第2005-311932号
发明内容
技术问题
在每列包括多个垂直信号线并且在任意时刻都存在不被读取的一些垂直信号线的像素读取电路中，刚在读取复位之前的多个垂直信号线的电势差异可能产生从读取复位信号时的垂直信号线到浮动扩散部的耦合量的差异，或者产生读取信号的稳定时间的差异，因此可能产生待读取的信号量的阶差(pedestal)。
在将如专利文献1中的在每像素列包括一根垂直信号线的电路中将电势固定至中点电势以抑制子摆动噪声的技术应用至各行包括多个垂直信号线的像素读取电路的情况下，由于因多个垂直信号线的不同阻抗产生的垂直信号线的中间电压值的差异，可能无法降低在待读取的信号量中产生阶差的可能性。
鉴于以上情况做出本发明，且本发明不会在待读取的信号量中产生阶差。
技术方案
根据本发明的方面的图像传感器包括：多条信号线，其用于从包括光电转换元件的像素中读取信号，多条信号线中的各者是针对一列所述像素而设置的；以及固定单元，其被构造成将多条信号线的电势固定至预定电势，其中，在开始通过多条信号线中的预定信号线读取信号之前，固定单元固定所述多条信号线的电势。
固定单元可在复位所述像素的操作之前固定所述多条信号线的电势。
固定单元可以包括电势固定元件和开关，其中，所述开关可以是针对多条信号线中的各者而设置的，并且在所述开关有效的情况下，电势固定元件和多条信号线可以彼此连接，由此将所述多条信号线的电势固定至预定电势。
固定单元可以包括电势固定元件和开关，所述开关可以针对所述多条信号线中的各者而设置，并且在第一像素读取结束与第二像素读取开始之间所述开关可以是有效的。
固定单元可以包括电势固定元件，其中，所述电势固定元件可以连接至所述多条信号线中的各者，并且在第一像素读取结束与第二像素读取开始之间所述电势固定元件可以处于导通状态。
根据本发明的方面的成像方法为用于图像传感器的成像方法，该图像传感器包括：多条信号线，其用于从包括光电转换元件的像素中读取信号，所述多条信号线中的各者是针对一列所述像素而设置的；以及固定单元，其被构造成将所述多条信号线的电势固定至预定电势，所述成像方法包括：在开始通过所述多条信号线中的预定信号线读取信号之前，所述固定单元固定所述多条信号线的电势。
根据本发明的方面的电子设备包括：图像传感器，所述图像传感器包括：多条信号线，其用于从包括光电转换元件的像素中读取信号，多条信号线中的各者是针对一列所述像素而设置的；以及固定单元，其被构造成将所述多条信号线的电势固定至预定电势，其中，在开始通过所述多条信号线中的预定信号线读取信号之前，所述固定单元固定所述多条信号线的电势；以及信号处理单元，所述信号处理单元被构造成对从所述图像传感器输出的信号进行信号处理。
在根据本发明的各方面的图像传感器和成像方法中，设置有：多条信号线，其用于从包括光电转换元件的像素中读取信号；以及固定单元，其被构造成将所述多条信号线的电势固定至预定电势，并且所述多条信号线中的各者是针对一列所述像素设置的。在开始通过所述多条信号线中的预定信号线读取信号之前，所述固定单元固定所述多条信号线的电势。
有益效果
根据本发明的方面，能够降低在待读取信号量中产生阶差的可能性。
另外，这里所说明的效果并不一定是限制性的，并且可以包括本说明书中所述的任何效果。
附图说明
图1是示出了成像装置的构造的图。
图2示出了固态图像传感器的构造。
图3是图像传感器的电路图。
图4是用于解释图像传感器的操作的时序图。
图5是图像传感器的另一个电路图。
图6是图像传感器的另一个电路图。
图7是用于解释图像传感器的操作的时序图。
图8示出了内窥镜的应用例。
图9示出了内窥镜的应用例。
图10示出了视觉芯片的应用例。
具体实施方式
在下文中，将对用于执行本发明的实施例(在下文中，称为实施例)进行说明。另外，将按照以下顺序进行说明。
1.关于成像装置的构造
2.关于图像传感器的构造
3.关于包括电势固定元件的图像传感器的构造
4.应用例
成像装置的构造
以下说明的本发明可以应用至使用图像传感器作为摄像单元(光电转换部)的普通电子设备，诸如像数字照相机和摄像机等成像装置、诸如手机等具有成像功能的移动终端设备以及将成像装置用作图像读取单元的复印机等。
图1是示出了根据本发明的电子设备(例如，成像装置)的构造示例的框图。如图1所示，根据本发明的成像装置10包括：包括透镜组21等的光学系统、固态图像传感器(成像装置)22、数字信号处理器(DSP)电路23、帧存储器24、显示单元25、存储单元26、操作单元27和电源单元28等。DSP电路23、帧存储器24、显示单元25、存储单元26、操作单元27和电源单元28经由总线29彼此连接。
透镜组21捕捉来自物体的入射光(图像光)，以在固态图像传感器22的成像表面形成图像。固态图像传感器22以逐个像素为基础将由透镜组21成像于成像表面的入射光的光量转换成电信号，并将该电信号作为像素信号输出。
DSP电路23处理从固态图像传感器22获得的信号。例如，稍后将进行详细说明，固态图像传感器22包括用于检测焦点的像素，DSP电路23处理从这种像素获得的信号，并进行检测焦点的处理。此外，固态图像传感器22包括用于构建物体的图像的像素，DSP电路23处理从这种像素获得的信号，并进行将其扩展至帧存储器24的处理。
显示单元25包括诸如液晶显示装置和有机电致发光(EL)显示装置等的面板型显示装置，并且显示由固态图像传感器22捕捉的动态图像或静态图像。存储单元26将由固态图像传感器22捕捉的动态图像或静态图像存储在诸如录影带和数字通用盘(DVD：DigitalVersatile Disk)等存储媒介中。
操作单元27通过由使用者进行的操作发出关于成像装置的各种功能的指令。电源单元28适当地将作为DSP电路23、帧存储器24、显示单元25、存储单元26和操作单元27的操作电源的各种电源供给至这些供给对象。
具有以上提到的构造的成像装置可以用作诸如摄像机、数码照相机等的成像装置以及用于诸如手机等的移动设备的相机模块。
关于图像传感器的构造
图2示出了固态图像传感器22的构造，并且图2是示意性地示出了作为例如XY地址型成像装置的CMOS图像传感器的构造的系统构造图。另外，CMOS图像传感器是通过应用或部分地使用CMOS处理而制作的图像传感器。
图2示出的CMOS图像传感器100具有如下构造，该构造包括：像素阵列单元111，其形成在半导体基板(未示出)上；以及周边电路，其被集成在与安装有像素阵列单元111的基板相同的半导体基板上。例如，周边电路包括垂直驱动单元112、列处理单元113、水平驱动单元114和系统控制器115。
CMOS图像传感器100进一步包括信号处理单元118和数据存储单元119。信号处理单元118和数据存储单元119可以安装在与安装有CMOS图像传感器100的基板相同的基板上，或者可以布置在与安装有CMOS图像传感器100的基板不同的另一块基板上。此外，由信号处理单元118和数据存储单元119执行的处理可以是由设置在与安装有CMOS图像传感器100的基板不同的另一块基板上的外部信号处理单元(例如，数字信号处理器(DSP)电路或软件)执行的处理。
像素阵列单元111具有如下构造：其中，包括光电转换单元的单位像素(在下文中，在某些情况下简称为“像素”)沿行方向和列方向二维地排列，即排列成矩阵图案，并且光电转换单元基于接收到的光的量生成光电荷并存储所述光电荷。另外，行方向表示像素沿像素行的排列方向(即，水平方向)，列方向表示像素沿像素列的排列方向(即，垂直方向)。
在像素阵列单元111中，相对于以矩阵图案排列的像素，针对各像素行沿行方向排列有像素驱动线116，并针对各像素列沿列方向排列有垂直信号线117。当从像素读取信号时，像素驱动线116传输用于驱动的驱动信号。在图1中，像素驱动线116包括一条线，但是并不局限于此，像素驱动线116的一端连接至垂直驱动单元112的对应于各行的输出端。
垂直驱动单元112包括移位寄存器和地址解码器等，并且例如同时地驱动像素阵列单元111的所有像素，或者逐行地驱动像素。具体地，垂直驱动单元112和用于控制垂直驱动单元112的系统控制器115构成用于驱动像素阵列单元111的像素的驱动单元。虽然省略了垂直驱动单元112的具体构造的说明，但是垂直驱动单元112通常具有包括读扫描系统和扫出扫描系统这两种扫描系统的构造。
读扫描系统逐行地顺序并有选择地扫描像素阵列单元111的单位像素，以从单位像素中读取信号。从单位像素读取的信号为模拟信号。在比读取扫描提前了快门速度的时间量处，扫出扫描系统对在通过读扫描系统执行读取扫描的读取行进行扫出扫描。
通过由扫出扫描系统进行的扫出扫描，将无用电荷从读取行的单位像素的光电转换单元中扫出，由此复位光电转换单元。由于通过该扫出扫描系统扫出(复位)了无用电荷，所以进行了所谓的电子快门操作。另外，电子快门操作表示舍弃光电转换单元的光电荷并重新开始曝光(开始存储光电荷)的操作。
通过读扫描系统执行的读取操作所读取的信号对应于在上一个读取操作或电子快门操作之后所接收的光量。从上一个读取操作的读取时刻或电子快门操作的扫出时刻到当前读取操作的读取时刻的周期为单位像素中光电荷的曝光周期。
从由垂直驱动单元112选择性地扫描的像素行中的单位像素输出的信号经由像素列中的各垂直信号线117被输入至列处理单元13。列处理单元113对从经由像素阵列单元111的各像素列的垂直信号线117从选定行的像素中输出的信号进行预定信号处理，并暂时存储被处理的像素信号。
具体地，列处理单元113进行至少去噪处理(例如，相关双采样(CDS)处理)作为信号处理。由列处理单元113执行的CDS处理会消除诸如复位噪声等像素特有的固定模式噪声并消除像素中的放大晶体管的阈值差异。例如，通过使列处理单元113具有除去噪处理之外的AD(模拟-数字)转换功能，能够将模拟像素信号转换成数字信号以输出转换的信号。
水平驱动单元114包括移位寄存器和地址解码器等，并顺序地选择对应于列处理单元113的像素列的单元电路。通过由水平驱动单元114进行的选择性扫描，顺序地输出由列处理单元113针对各单元电路处理的像素信号。
例如，系统控制器115包括用于生成各种时序信号的时序发生器，并基于由时序发生器生成各种时序信号对垂直驱动单元112、列处理单元113和水平驱动单元114等进行驱动控制。
信号处理单元118具有至少运算处理功能，并对从列处理单元113输出的像素信号进行诸如运算处理等的各种信号处理。数据存储单元119暂时存储由信号处理单元118进行的信号处理所必需的数据。
像素电路的构造示例
图3是示出了包括在图像传感器中的像素电路的构造示例的图。在图3中，将对其中2像素连接至一根垂直信号线(即，两像素共用)的四个像素的示例进行说明。
在图3中，例如，除了光电转换元件(例如，光电二极管(PD)201-1)之外，一个像素具有包括传输晶体管202-1、复位晶体管203-1、放大晶体管204-1和选择晶体管205-1这四个晶体管的构造。
这里对将NchMOS晶体管用作传输晶体管202-1、复位晶体管203-1、放大晶体管204-1和选择晶体管205-1的示例进行了说明。然而，也可以使用PchMOS晶体管。
光电二极管201-1具有连接至第一电源电势(例如，地面)的阳极，并将入射光光电转换成具有取决于光量的电荷量的信号电荷(光电子)，并存储信号电荷。
传输晶体管202-1的漏极、源极和栅极分别耦接至浮动扩散FD、光电二极管201-1的阴极和传输配线212-1。当通过传输配线212-1从垂直驱动单元112向栅极供给传输脉冲TRF时，传输晶体管202-1导通(处于导电模式)，并将存储在光电二极管201-1中的信号电荷传输至浮动扩散FD。
复位晶体管203-1的漏极、源极和栅极分别连接至第二电源电势(例如，电源电势VDD的电源配线(未示出))、浮动扩散FD和复位配线211-1。当通过复位配线211-1从垂直驱动单元112向栅极供给复位脉冲RST时，复位晶体管203-1被导通，并且通过将浮动扩散FD的信号电荷舍弃在电源配线中来复位浮动扩散FD。
放大晶体管204-1的漏极和栅极分别连接至电源配线和浮动扩散FD。放大晶体管204-1输出对应于浮动扩散FD的电势的信号。
选择晶体管205-1的漏极、源极和栅极分别连接至放大晶体管204-1的源极、垂直信号线117-1和选择配线213-1。当通过选择配线213-1从垂直驱动单元112向栅极供给选择脉冲SEL时，对像素进行选择，并将从放大晶体管204输出的像素的信号加载至垂直信号线117-1中。
包括光电二极管201-2的像素也连接至垂直信号线117-1。另外，将包括光电二极管201-1的像素、包括光电二极管201-2的像素、包括光电二极管201-3的像素和包括光电二极管201-4的像素分别适当地称为像素A、像素B、像素C和像素D。
像素A和像素B连接至垂直信号线117-1。像素A和像素B基本具有相同构造。像素B具有包括光电二极管201-2和传输晶体管202-1的构造。此外，像素A和像素B被构造成彼此共用复位晶体管203-1、放大晶体管204-1和选择晶体管205-1。
像素C和像素D连接垂直信号线117。同样，像素C和像素D基本具有与像素A相同的构造。像素C具有包括光电二极管201-3和传输晶体管202-3的构造。像素D具有光电二极管201-4和传输晶体管202-4的构造
此外，像素C和像素D被构造成彼此共用复位晶体管203-2、放大晶体管204-2和选择晶体管205-2。选择晶体管205-2连接至垂直信号线117-2。
恒流源223连接至垂直信号线117-1和垂直信号线117-2。恒流源223是用于通过垂直信号线117-1和垂直信号线117-2持续地传送恒定电流I的电路。
晶体管221-1和晶体管222-1连接至垂直信号线117-1。在从垂直信号线117-1读取像素信号的情况下，通过选择配线224-1将选择脉冲LSEL1供给至这些晶体管。
类似地，晶体管221-2和晶体管222-2连接至垂直信号线117-2。在从垂直信号线117-2读取像素信号的情况下，通过选择配线224-2将选择脉冲LSEL2供给至这些晶体管。
通过ADC225将来自选定垂直信号线117-1或垂直信号线117-2的像素信号从模拟信号转换成数字信号。
图4是示出了图3所示的CMOS图像传感器的驱动时序的时序图。从图4的上侧依序，复位脉冲RST1代表复位配线211-1中的信号，传输脉冲TRG10代表传输配线212-1中的信号，传输脉冲TRG11代表传输配线212-2中的信号，并且选择脉冲SEL1代表选择配线213-1中的信号。
此外，复位脉冲RST2代表复位配线211-2中的信号，传输脉冲TRG22代表传输配线212-3中的信号，传输脉冲TRG23代表传输配线212-4中的信号，并且选择脉冲SEL2代表选择配线213-2中的信号。
此外，选择脉冲LSEL1代表选择配线224-1中的信号，选择脉冲LSEL2代表选择配线224-2中的信号。此外，垂直信号线1代表示出垂直信号线117-1的电势的信号，并且垂直信号线2代表示出垂直信号线117-2的电势的信号。
在图4中，出于说明性目的，垂直轴比例彼此不同。选择脉冲SEL、复位脉冲RST、传输脉冲TRG和选择脉冲LSEL的有效模式为处于"H"电平的模式。
在时间段Ta中，进行来自像素A的读取。除了选择脉冲LSEL1和选择脉冲SEL1之外，复位脉冲RST1也是有效的，从而通过复位晶体管203-1来复位像素A的浮动扩散FD。在通过选择晶体管205-1将放大的电势输出至垂直信号线117-1之前，放大晶体管204-1将复位的浮动扩散FD的电势放大作为复位电平。
在输出复位电平之后，传输脉冲TRF10为有效。因此，光电二极管201-1的信号电荷(光电子)通过传输晶体管202-1传输至浮动扩散FD，并且放大晶体管204-1将上述传输后的浮动扩散FD的电势放大作为信号电平，然后通过选择晶体管205-1将放大的电势输出至垂直信号线117-1。复位电平和信号电平通过垂直信号线117-1顺序地传输至列处理单元113(图2)。
在结束来自像素A的读取的情况下，在作为下一个时间段的时间段Tb中，进行来自像素B的读取。选择垂直信号线117-1的选择脉冲LSEL1的状态从像素A的读取时间开始就是有效的。
当选择脉冲LSEL1的状态是有效的，选择脉冲SEL1再次有效，并且复位脉冲RST1与其同时变得有效。因此，通过复位晶体管203-1将像素B的浮动扩散FD复位，并且放大晶体管204-1将复位的浮动扩散FD的电势放大作为复位电平，然后通过选择晶体管205-1将放大的电势输出至垂直信号线117-1。
在输出复位电平之后，传输脉冲TRF11为有效。因此，光电二极管201-2的信号电荷(光电子)通过传输晶体管202-2传输至浮动扩散FD，并且放大晶体管204-1将上述传输之后的浮动扩散FD的电势放大作为信号电平，然后通过选择晶体管205-1将放大的电势输出至垂直信号线117-1。复位电平和信号电平通过垂直信号线117-1顺序地传输至列处理单元113(图2)。
如上所述，在连接至相同垂直信号线117-1的像素A和像素B中，以错开的时序执行读取。
此后，进行连接至垂直信号线117-2的像素C和像素D的读取。在时间段Tc中进行来自像素C的读取，并且在时间段Td中进行来自像素D的读取。由于以与从像素A和像素B的读取基本相同的方式进行从像素C和像素D的读取，因此将省略详细说明。
例如，通过在复位电平和信号电平之间生成阶差，列处理单元113执行诸如除去像素特有的固定模式噪声的CDS处理、CDS处理之后信号的保持或放大等各种类型处理。
下面，再次参照图3和图4。如图3所示，在每列包括多个垂直信号线并且在任意时刻都存在不被读取的一些垂直信号线的像素读取电路中，恰好在读取复位之前的多个垂直信号线之间的电势差异可以产生从读取复位信号时的垂直信号线到浮动扩散部的耦合量的差异，或者产生读取信号的稳定时间的差异，因此可以在待读取的信号量中产生阶差。
假如，图4示出的时序图例如是通过在相同黑电平下拍摄图像而获得的图表。以上提到的生成机制可能在通过读取像素A至像素D并进行AD转换所获得的结果中产生差异。在正常情况下，由于在相同黑电平下拍摄图像，因此从像素A至像素D读取的信号电平相同。
参照图4，在从像素A的读取开始时垂直信号线117-1的电势为电势Va，并且在从像素B的读取开始时垂直信号线117-1的电势为电势Vb。类似地，在从像素C的读取开始时垂直信号线117-2的电势为电势Vc，在从像素D的读取开始时垂直信号线117-2的电势为电势Vd。
由于上述原因，电势Va、电势Vb、电势Vc和电势Vd各者可能具有不同的值。如上所述，在读取开始时的电势差异可以最终产生经过AD-转换所获得的值的差异。因此，如上所述，即使在相同黑电平下拍摄图像，在从像素读取的信号电平中从也会产生差异，这导致图像不均匀。
例如，通过保证足以使多个垂直信号线的电势差异收敛的充足稳定时间，可以进行改善。然而，随着稳定时间的增加，进行读取的时间也相应地增加，因此，难以进行高速读取操作。
关于包括电势固定元件的图像传感器的构造
鉴于上述原因，将对在实现高速读取操作的同时不会产生像素信号的差异的图像传感器进行说明。
图5示出了应用有本发明的图像传感器的实施例的构造。在图5示出的图像传感器的构造中，将使用相同的附图标记表示与图3示出的图像传感器相同的构造，并且将省略其详细说明。
类似于图3示出的图像传感器，图5示出的图像传感器具有针对排列成一列的像素(即，在这种情况下为像素A至像素D)包括多个垂直信号线(即，在这种情况下为垂直信号线117-1和垂直信号线117-2)的构造。
将图5示出的图像传感器与图3示出的图像传感器进行比较。图5示出的图像传感器具有通过将电势固定元件301和连接开关302添加至图3示出的图像传感器而获得的构造，并且图5示出的图像传感器的其他构造可以与图1示出的图像传感器的构造相同。
电势固定元件301是施加用于将垂直信号线117-1和垂直信号线117-2的电势固定至预定值的电压的元件。在开关302和开关303闭合的情况下，电势固定元件301的电压被施加至垂直信号线117-1和垂直信号线117-2。
虽然图5示出的开关302和开关303为NMOS开关，但是也可以为CMOS开关。
由于对针对排成一列的像素A至像素D设置垂直信号线117-1和垂直信号线117-2这两根垂直信号线的示例情况进行了说明，因此本文中将对设置有开关302和开关303这两个开关的示例情况进行说明。然而，在设置有N根垂直信号线的情况下，根据垂直信号线而设置N个开关。
响应于通过开关配线304供给的开关脉冲SHORT断开或闭合开关302和开关303。开关302连接至垂直信号线117-1，并且开关303连接至垂直信号线117-2。
因此，在开关302闭合的情况下，来自电势固定元件301的电压施加至垂直信号线117-1。类似地，在开关303闭合的情况下，来自电势固定元件301的电压施加至垂直信号线117-2。如以下将进行说明，开关302和开关303在相同的时刻闭合，并在相同的时刻断开。
通过开关配线304供给的开关脉冲SHORT是用于驱动开关302和开关303的脉冲，并且其状态是在各行的读取复位开始之前的预定时间段内为有效。
上述开关的状态为有效的时间段可以是直至上述黑电平阶差可忽略不计所必须的垂直信号线的稳定时间周期。此外，开关脉冲SHORT变成非有效的时刻可以扩展至不会影响读取复位的稳定的范围。
在与具有这种构造的图像图像传感器相关的电路中，在开关脉冲SHORT有效的期间，开关302和开关303闭合，从而垂直信号线117-1和垂直信号线117-2短路，并且具有相同电势。
借助位于开关302和开关303之前的电势固定元件301，也可以确定有效模式期间的绝对电压值。电势固定元件301可以包括任意电压生成源电路。
可替代地，例如，在垂直信号线117-1和117-2包括具有与包括电势固定元件301和开关302、303的电路具有相同效果的电路(例如，将垂直信号线钳位的电路)的情况下，可以去除电势固定元件301。
图6示出了图像传感器的另一个电路构造。如图6所示，可以不设置开关。通过将开关302和开关303从图5示出的图像传感器的电路构造中移除而获得图6示出的图像传感器的电路构造，其中，电势固定元件301直接连接至垂直信号线117-1和垂直信号线117-2。
在电势固定元件301是能够供给具有急剧上升的电压的元件，换言之，是能够在预定时间内将多个垂直信号线的电势改变至预定电势的元件的情况下，通过控制电势固定元件301的接通和断开，具有能够获得与设置有开关的情况相同的效果的电路构造。
下面，将对图5示出的其中设置有开关的示例进一步进行说明。
图7是示出了图6示出的CMOS图像传感器的驱动时序的时序图。在图7示出的时序图中，复位脉冲RST1、传输脉冲TRG10、传输脉冲TRG11、选择脉冲SEL1、复位脉冲RST2、传输脉冲TRG22、传输脉冲TRG23、选择脉冲SEL2、选择脉冲LSEL1和选择脉冲LSEL2与图4示出的时序图中的那些相同。
具体地，在图5示出的图像传感器中，依然以与图3示出的图像传感器相同的方法进行从像素A至像素D的读取操作。然而，图5示出的图像传感器与图3示出的图像传感器的不同之处在于：在开始读取操作之前(在读取复位开始之前)，使所有垂直信号线具有相同的电势。下面将对此进行说明。
在时间段Ta中，进行从像素A(光电二极管201-1)的读取。然而，在进行读取之前的时间段Ta”中，在将开关脉冲SHORT通过开关配线304施加至开关302和开关303的情况下，将垂直信号线117-1和垂直信号线117-2的电势设定成由电势固定元件301规定的电势。
在图7示出的示例中，垂直信号线117-1的电势为电势Va'。此外，垂直信号线117-2的电势也为Va'。如上所述，在从像素A的读取开始时，垂直信号线117-1的电势为电势Va'。电势Va'与电势固定元件301的电势相同。
在结束从像素A的读取时，开始从像素B的读取。然而，在开始从像素B的读取之前的时间段Tb"中，通过进行与时间段Ta"所进行的处理类似的处理，对垂直信号线117-1的电势进行设定。
在进行从像素A的读取的时间段Ta与进行从像素B的读取的时间段Tb之间的时间段Tb"中，通过开关配线304将开关脉冲SHORT施加至开关302和开关303，并且该脉冲成为有效的。因此，将垂直信号线117-1和垂直信号线117-2的电势设定成由电势固定元件301规定的电势。
在图7示出的示例中，垂直信号线117-1的电势为电势Vb'，并且垂直信号线117-2的电势也为电势Vb'。如上所述，在从像素B的读取开始时，垂直信号线117-1的电势为电势Vb'。电势Vb'与电势固定元件301的电势相同。因此，电势Va'和电势Vb'是相等的电势。
类似地，执行来自像素C和像素D的读取。在开始从像素C的读取之前的时间段Tc"中，类似于时间段Ta"或时间段Tb"的情况，将垂直信号线117-1和垂直信号线117-2的电势设定成电势Vc'。类似地，在时间段Td"中，将垂直信号线117-1和垂直信号线117-2的电势设定成电势Vd'。
电势Vc'和电势Vd'为与势固定元件301的电势相同的电势。因此，电势Vc'和电势Vd'为相同的电势。
在这种情况下，在开始从像素A的读取时的垂直信号线117-1的电势Va'、在开始从像素B的读取时的垂直信号线117-1的电势Vb'、在开始从像素C的读取时的垂直信号线117-2的电势Vc'以及在开始从像素D的读取时的垂直信号线117-2的电势Vd'为相同的电势。
如上所述，在图5示出的图像传感器的电路中，在开始从预定像素的读取之前进行使垂直信号线的电势具有预定值的初始化处理。因此，在开始从预定像素的读取之前，垂直信号线的电势具有预定值。
因此，能够在开始读取时(读取复位开始时)垂直信号线的电势是相同的电势的状态下开始从所有像素的读取。具体地，能够防止在开始读取时像素出现开始读取时的电势不同的情况。
如上所述，根据本发明，能够在短时间段内将多个垂直信号线的在开始读取时的初始电压值固定至恒定值，并且降低在读取时在任意垂直信号线中产生的对于浮动扩散FD的耦合量和读取所需的稳定时间的差异。
因此，能够消除由于读取操作之前的垂直信号线的电势的状态而导致的图像质量劣化。
此外，根据本发明，能够以高精度(不超过10mV)降低在读取复位之前多个垂直信号线的电压之间的差异。
另外，在以上提到的实施例中，对针对垂直信号线117设置开关302等的示例进行了说明。然而，本发明也可以应用至除垂直信号线之外的其它线路。例如，本发明可以应用至期望读取某些类型信号的信号线的电势在开始读取时为恒定的相同电势的情况。
应用例
在下文中，将对上面提到的包括相位差检测像素的焦点检测装置的应用例进行说明。除图1示出的成像装置(照相机)之外，上面提到的实施例中的固态图像传感器22可以应用至各种领域的电子设备。下面，将对作为电子设备示例的内窥镜照相机和视觉芯片(人工视网膜)进行说明。
图8是示出了根据应用例的内窥镜照相机(胶囊型内窥镜照相机400A)的整体构造的功能框图。胶囊型内窥镜照相机400A包括光学系统410、快门装置420、固态图像传感器22、驱动电路440、信号处理电路430、数据传输单元450、驱动电池460和用于感测位置(方向、角度)的陀螺仪电路470。
光学系统410包括将来自物体的图像光(入射光)在固态图像传感器22的成像表面上形成图像的至少一个成像透镜。快门装置420控制其中将光施加至固态图像传感器22的时间段(曝光时间段)和遮光时间段。驱动电路440进行打开和闭合驱动，并且驱动固态图像传感器22中的曝光操作和信号读取操作。
信号处理电路430对从固态图像传感器22输出的信号进行预定信号处理，例如，诸如去马赛克处理和白平衡调整处理等各种类型的校正处理。
期望光学系统410被构造成能够在4维空间中沿多个方向(例如，所有方向)拍摄图像，并且包括至少一个透镜。然而，在本示例中，由数据传输单元450通过无线通信将经过信号处理电路430中的信号处理之后的视频信号D1和从陀螺仪电路470输出的位置感测信号D2传输至外部设备。
另外，可以应用根据上文提到的实施例的图像传感器的内窥镜照相机并不局限于上述胶囊型照相机，并且例如可以为图9示出的插入型内窥镜照相机(插入型内窥镜照相机400B)。
与上述胶囊型内窥镜照相机400A的一部分构造类似，插入型内窥镜照相机400B包括光学系统410、快门装置420、固态图像传感器22、驱动电路440、信号处理电路430和数据传输单元450。另外，可以容纳于设备中的臂480a和用于驱动臂480a的驱动单元480还被附设至该插入型内窥镜照相机400B。这种插入型内窥镜照相机400B连接至包括用于传输臂控制信号CTL的配线490A和用于传输基于图像的视频信号Dout的配线490B的电缆490。
图10是示出了根据另一个应用例的视觉芯片(视觉芯片500)的一般构造的功能框图。视觉芯片500为嵌入至眼睛的眼球E1的背面壁的一部分(具有视觉神经的视网膜E2)处的人工视网膜。该视觉芯片500嵌入至视网膜E2中的神经节细胞C1、电平细胞C2和视觉细胞C3中任一者的一部分中，并且该视觉芯片例如包括固态图像传感器22、信号处理电路510以及刺激电极单元520。
因此，在固态图像传感器22中获得基于入射在眼睛的入射光的电信号，通过信号处理电路510对电信号进行处理，因此，将预定控制信号施加至刺激电极单元520。刺激电极单元520具有响应于输入的控制信号对视觉神经进行刺激(向视觉神经提供电信号)的功能。
本发明可以应用至这样的设备。
在本说明书中，系统代表包括多个装置的整个设备。
另外，本说明书中所述的效果是仅出于说明性目的而给出的，并且这些效果并非是限制性的，并且可以是任意其它的效果。
另外，本发明并不局限于以上提到的实施例，并且在不背离本发明主旨的情况下可以做出各种变形。
另外，本发明可以采取以下构造。
(1)一种图像传感器，所述图像传感器包括：
多条信号线，所述多条信号线用于从包括光电转换元件的各像素中读取信号，所述多条信号线中的各者是针对一列像素而设置的；以及
固定单元，所述固定单元被构造成将所述多条信号线的电势固定至预定电势，
其中，在开始通过所述多条信号线中的预定信号线读取信号之前，所述固定单元固定所述多条信号线的电势。
(2)
根据上面(1)所述的图像传感器，其中，
所述固定单元在复位所述像素的操作之前固定所述多条信号线的电势。
(3)
根据上面(1)或(2)所述的图像传感器，其中，
所述固定单元包括电势固定元件和开关，其中，
所述开关是针对所述多条信号线中的各者而设置的，并且
在所述开关有效的情况下，所述电势固定元件和所述多条信号线彼此连接，由此将所述多条信号线的所述电势固定至预定电势。
(4)
根据上面(1)或(2)所述的图像传感器，其中，
所述固定单元包括电势固定元件和开关，
所述开关是针对所述多条信号线中的各者而设置的，并且
在第一像素读取结束与第二像素读取开始之间，所述开关是有效的。
(5)
根据上面(1)或(2)所述的图像传感器，其中，
所述固定单元包括电势固定元件，其中，
所述电势固定元件连接至所述多条信号线中的各者，并且
在第一像素读取结束与第二像素读取开始之间，所述电势固定元件处于导通状态。
(6)
一种用于图像传感器的成像方法，所述图像传感器包括：多条信号线，所述多条信号线用于从包括光电转换元件的各像素中读取信号，所述多条信号线中的各者是针对一列所述像素而设置的；以及固定单元，所述固定单元被构造成将所述多条信号线的电势固定至预定电势，所述成像方法包括：
在开始通过所述多条信号线中的预定信号线读取信号之前，所述固定单元固定所述多条信号线的电势。
(7)
一种电子设备，所述电子设备包括图像传感器和信号处理单元，
所述图像传感器包括：
多条信号线，所述多条信号线用于从包括光电转换元件的各像素中读取信号，所述多条信号线中的各者是针对一列所述像素而设置的；以及
固定单元，所述固定单元被构造成将所述多条信号线的电势固定至预定电势，其中，在开始通过所述多条信号线中的预定信号线读取信号之前，所述固定单元固定所述多条信号线的电势，以及
所述信号处理单元被构造成对从所述图像传感器输出的信号进行信号处理。
附图标记说明
117 垂直信号线
201 光电二极管
202 传输晶体管
203 复位晶体管
204 放大晶体管
205 选择晶体管
301 电势固定元件
302、303 开关
Claims (7)
1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
多条信号线，所述多条信号线用于从包括光电转换元件的各像素中读取信号，所述多条信号线中的各者是针对一列所述像素而设置的；以及
固定单元，所述固定单元被构造成将所述多条信号线的电势固定至预定电势，
其中，在开始通过所述多条信号线中的预定信号线读取信号之前，所述固定单元固定所述多条信号线的电势。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述固定单元在复位所述像素的操作之前固定所述多条信号线的电势。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述固定单元包括电势固定元件和开关，其中，
所述开关是针对所述多条信号线中的各者而设置的，并且
在所述开关有效的情况下，所述电势固定元件和所述多条信号线彼此连接，由此将所述多条信号线的所述电势固定至预定电势。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述固定单元包括电势固定元件和开关，
所述开关是针对所述多条信号线中的各者而设置的，并且
在第一像素读取结束与第二像素读取开始之间，所述开关是有效的。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述固定单元包括电势固定元件，其中，
所述电势固定元件连接至所述多条信号线中的各者，并且
在第一像素读取结束与第二像素读取开始之间，所述电势固定元件处于导通状态。
6.一种用于图像传感器的成像方法，所述图像传感器包括：多条信号线，所述多条信号线用于从包括光电转换元件的各像素中读取信号，所述多条信号线中的各者是针对一列所述像素而设置的；以及固定单元，所述固定单元被构造成将所述多条信号线的电势固定至预定电势，所述成像方法包括：
在开始通过所述多条信号线中的预定信号线读取信号之前，所述固定单元固定所述多条信号线的电势。
7.一种电子设备，所述电子设备包括图像传感器和信号处理单元，
所述图像传感器包括：
多条信号线，所述多条信号线用于从包括光电转换元件的各像素中读取信号，所述多条信号线中的各者是针对一列所述像素而设置的；以及
固定单元，所述固定单元被构造成将所述多条信号线的电势固定至预定电势，其中，在开始通过所述多条信号线中的预定信号线读取信号之前，所述固定单元固定所述多条信号线的电势，以及
所述信号处理单元被构造成对从所述图像传感器输出的信号进行信号处理。
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