CN1534791A - 固体摄像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够不失真地拍摄运动的被摄体的对入射光进行光电变换的固体摄像装置，包括：将多个光电变换电路配置成一维或二维形状的感光单元，该光电变换电路具有分别与像素相对应、通过对入射光进行光电变换来积蓄电荷的光电二极管和将上述电荷作为电信号输出的输出电路；同时除去配置在上述感光单元中的预定读出对象区域内的上述光电二极管的积蓄电荷的电荷同时除去单元；在配置在上述读出对象区域中的上述光电二极管的积蓄电荷被除去后的预定时间内使电荷积蓄在配置于上述读出对象区域内的上述光电二极管上的电荷积蓄单元。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体摄像装置，特别涉及一种能够没有失真地拍摄运动的被摄体的固体摄像装置。
背景技术
图1为表示一般的MOS(金属氧化物半导体)型固体摄像装置的硬件结构的图。如图1所示，固体摄像装置110包括像素单元112、行扫描用移位寄存器114、杂波(noise)消除单元116、列扫描用移位寄存器118、输出放大器120和多个定时信号发生电路(图中没有示出)。
在像素单元112中，多个像素(例如像素112a、像素112b)配置成二维形状。各像素进行光电变换，将输入的光变换成电信号。
行扫描用移位寄存器114为由与配置在像素单元112中的像素的行数相同的存储单元数构成的移位寄存器，各存储单元与像素单元112的各行一一对应。如果与各行对应的移位寄存器的比特值为1(电位为高电平)，则选择该列的像素；如果为0(电位为低电平)，则不选择该列的像素。
杂波消除单元116进行通过垂直信号线发送来的一行的像素的电信号的降噪。
列扫描用移位寄存器118一边将通过了杂波消除单元116的1行的电信号向右移位一边逐个地输出像素。
输出放大器120放大列扫描用移位寄存器118输出的电信号并输出。
定时信号发生电路每一行都设置，产生各种信号，提供给各像素。有关定时信号发生电路后面详细叙述。
图2为构成像素单元112的各像素(例如像素112a、像素112b)的电路图。如图2所示，各像素包括光电二极管(以下称为“PD”)122、MOS型读出晶体管124、MOS型复位晶体管126、MOS型信号检测区域128、放大晶体管130、行选择晶体管132和MOS型负载晶体管133。
PD122光电变换输入的光、积蓄电荷。
读出晶体管124响应定时信号发生电路产生的PD读出信号的脉冲，读出积蓄在PD122中的电荷。
信号检测区域128暂时储存读出的电荷。
复位晶体管126响应定时信号发生电路产生的检测区域复位信号的脉冲，将信号检测区域128的电位初始化为漏极电压信号VDD的电位。
放大晶体管130通过读出晶体管124接受与存储在信号检测区域128中的PD122的电荷成比例的电压作为栅电压，让与该栅电压成比例的电流通过。
行选择晶体管132响应定时信号发生电路产生的行选择信号的脉冲，将通过放大晶体管130的电流输出给垂直信号线。
图3为表示定时信号发生电路的一例的电流图。如上所述，定时信号发生电路140在像素单元112的每1行中设置。图3所示的定时信号发生电路140由MOS型晶体管142、144、148和152，自举电路146和150构成。
各晶体管142和144的栅极接收多路转换预充电信号VDRRS，当多路转换预充电信号VDRRS的电位为高电平时，让行扫描用移位寄存器114的输出通过。
各自举电路146和150通过用电线连接NMOS型晶体管的漏极和源极构成，通过向栅极施加电位起到积蓄电荷的电容器的作用。自举电路146的栅极上施加通过了晶体管142的行扫描用移位寄存器114的输出电压。自举电路150的栅极上施加通过了晶体管144的行扫描用移位寄存器114的输出电压。
晶体管148为NMOS型晶体管，栅极与自举电路146的栅极相连，漏极与自举电路146的漏极和源极相连。当为自举电路146上积蓄有电荷的充电状态时，晶体管148的栅极电位升高。因此，当自举电路146为充电状态时，受晶体管148的漏极输入的检测区域复位信号RSCELL的作用，晶体管148的栅极电位进一步上升，检测区域复位信号RSCELL通过源极后电压不下降。通过晶体管148的源极后的检测区域复位信号RSCELL施加到定时信号发生电路140所承担的行的各像素的复位晶体管126的栅极上。
晶体管152为NMOS型晶体管，栅极与自举电路150的栅极相连，漏极与自举电路150的漏极和源极相连。当处于自举电路150上积蓄有电荷的充电状态时，晶体管152的栅极电位升高。因此，当自举电路150处于充电状态时，受晶体管152的漏极输入的PD读出信号TRANS的作用，晶体管152的栅极电压进一步上升，PD读出信号TRANS通过源极后电压不下降。通过了晶体管152的源极后的PD读出信号TRANS施加到定时信号发生电路140所承担的行的各像素的读出晶体管124的栅极上。
图4为图3所示的定时信号发生电路140的时间图。在图4所示的时间图中，表示某行(第n行)及其下一行(第n+1)的信号的时间图。
如果着眼于第n行，当行扫描用移位寄存器114的输出为高电平时，作为多路转换预充电信号VDRRS，一定时长的高电平脉冲施加到晶体管142和144上。这期间，处于自举电路146和150上积蓄有电荷的充电状态。此后，作为检测区域复位信号RSCELL，脉冲通过晶体管148施加到图2所示的各像素的复位晶体管126的栅极上。这样一来，信号检测区域128的电位被初始化为漏极电压信号VDD的电位。然后，作为PD读出信号TRANS，脉冲通过晶体管152施加到各像素的读出晶体管124的栅极上。这样一来，读出积蓄在PD122上的电荷，通过晶体管124存储到信号检测区域128中。
此刻积蓄在PD122中的电荷处于放电状态。因此从PD读出信号TRANS的脉冲下降时开始，开始向PD122中积蓄电荷。
而当行扫描用移位寄存器114的输出为低电平时，作为多路转换预充电信号VDRRS的脉冲施加到晶体管142和144的栅极上。由此，积蓄在自举电路146和150上的电荷放电。
此后，通过将保持在行扫描用移位寄存器114中的值移动1比特，使第(n+1)行的定时信号发生电路140也产生同样的信号，第(n+1)行像素的PD122也同样开始积蓄电荷。
如果再次着眼于第n行，在行扫描用移位寄存器114的输出为高电平的阶段输出与上述同样的信号。当作为PD读出信号TRANS，脉冲通过晶体管152施加到读出晶体管124的栅极上，读出此前积蓄在PD122上的电荷，通过晶体管124存储到信号检测区域128中。通过将信号检测区域128的电位施加到放大晶体管130的栅极上，使与PD122的积蓄电荷成比例的电流通过放大晶体管130。此刻，行选择信号(图3及图4中没有示出)施加到行选择晶体管132上，该电流通过垂直信号线流过负载晶体管133。此时的垂直信号的电压输入到杂波消除单元116中。
即，向PD122积蓄电荷的时间T3为从PD读出信号TRANS的脉冲下降时开始到下一个脉冲上升时的时间。
这样，以往的固体摄像装置通过依次移位保持在行扫描用移位寄存器114中的值，对每一行进行电荷积蓄，进行被摄体的拍摄(参照例如日本专利特开平8-182005号公报)。
但是，以往的固体摄像装置一行一行地往PD积蓄电荷。因此存在着在拍摄运动的被摄体时图像失真的问题。
下面用图说明这样的问题。图5为用来说明各行中电荷积蓄时间的偏差的图。固体摄像装置110利用行扫描用移位寄存器114的输出开始沿垂直扫描方向一行一行地依次积蓄电荷，在经过电荷积蓄时间T3后，一行一行顺次地检测积蓄电荷。这样，开始积蓄电荷的时刻每一行都不一样。因此，在拍摄停止中的汽车这样的静止的被摄体时，能够拍摄如图6A所示那样的没有失真的图像。但是，在拍摄行驶中的汽车这类运动的被摄体时，如图6B所示那样图像失真了。
发明内容
因此，本发明就是为了解决上述问题，目的是提供一种能够没有失真地拍摄运动的被摄体的固体摄像装置。
技术方案
为了达到上述目的，本发明的固体摄像装置是一种对入射光进行光电变换的固体摄像装置，包括：将多个光电变换电路配置成一维或二维形状的感光单元，该光电变换电路具有分别与像素相对应、通过对入射光进行光电变换来积蓄电荷的光电二极管、和将上述电荷作为电信号输出的输出电路；同时除去配置在上述感光单元中的预定读出对象区域内的上述光电二极管的积蓄电荷的电荷同时除去单元；在配置在上述读出对象区域中的上述光电二极管的积蓄电荷被除去后的预定时间内使电荷积蓄在配置于上述读出对象区域内的上述光电二极管上的电荷积蓄单元。
如果采用这种结构，积蓄在配置于感光单元中的预定读出对象区域内的光电二极管中的电荷被同时除去。因此，能够同时开始或同时结束向配置在该读出对象区域内的光电二极管积蓄电荷。因此，即使对运动的被摄体也能不失真地拍摄。
例如，可以使上述电荷积蓄单元产生用来开始向配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管积蓄电荷的电荷积蓄开始信号。
如果采用这种结构，能够根据电信号控制电荷积蓄的开始。
并且，也可以使固体摄像装置还包括控制光线向上述感光单元入射的入射光控制单元；使上述电荷积蓄单元在上述电荷同时除去单元同时除去配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管的积蓄电荷后，用上述入射光控制单元使光线开始向上述感光单元入射。
如果采用这种结构，可以用快门这样的机械方法控制电荷积蓄的开始。
最好是，使固体摄像装置还包括读出配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路输出的上述电信号的电信号读出单元；上述电信号读出单元同时读出配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管中的积蓄电荷。
通过这样，能够提供高速动作的固体摄像装置。
本发明的另一方面的相机为一种拍摄被摄体的相机，包括固体摄像装置和机械式快门。上述固体摄像装置包括：将多个光电变换电路配置成一维或二维形状的感光单元，该光电变换电路具有分别与像素相对应、通过对入射光进行光电变换来积蓄电荷的光电二极管、和将上述电荷作为电信号输出的输出电路；同时除去配置在上述感光单元中的预定读出对象区域内的上述光电二极管的积蓄电荷的电荷同时除去单元；在配置在上述读出对象区域中的上述光电二极管的积蓄电荷被除去后的预定时间内使电荷积蓄在配置于上述读出对象区域内的上述光电二极管上的电荷积蓄单元；控制光线向上述感光单元入射的入射光控制单元。上述机械式快门设置在上述固体摄像装置的感光单元与被摄体之间。上述电荷积蓄单元用上述入射光控制单元遮断光线向上述感光单元入射，由此终止向配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管积蓄电荷；上述入射光控制单元进行上述机械式快门的开闭控制，控制光线向上述感光单元入射。
如果采用这种结构，积蓄在配置于感光单元中的预定读出对象区域内的光电二极管中的电荷被同时除去。因此，能够同时开始或同时结束向配置在该读出对象区域内的光电二极管积蓄电荷。因此，即使对运动的被摄体也能不失真地拍摄。
本发明的另一方面的图像拍摄方法为一种使用固体摄像装置拍摄被摄体的图像拍摄方法，上述固体摄像装置包括将多个光电变换电路配置成一维或二维形状的感光单元，该光电变换电路具有分别与像素相对应、通过对入射光进行光电变换来积蓄电荷的光电二极管和将上述电荷作为电信号输出的输出电路；包括：同时除去配置在上述感光单元中的预定读出对象区域内的上述光电二极管的积蓄电荷的步骤，在配置在上述读出对象区域中的上述光电二极管的积蓄电荷被除去后的预定时间内使电荷积蓄在配置于上述读出对象区域内的上述光电二极管上的步骤。
如果采用这种方法，积蓄在配置于感光单元中的预定读出对象区域内的光电二极管中的电荷被同时除去。因此，能够同时开始或同时结束向配置在该读出对象区域内的光电二极管积蓄电荷。因此，即使对运动的被摄体也能不失真地拍摄。
附图的简要说明
结合本发明的具体实施例的附图，本发明的这些和其他的优点和特点从下面描述的中将变得明显而容易理解，在这些图中：
图1表示一般的MOS型固体摄像装置的硬件结构的图
图2构成像素单元的各像素的电路图
图3表示定时信号发生电路的一例的电路图
图4图3所示的定时信号发生电路的时间图
图5用来说明各行中电荷积蓄时间的偏差的图
图6A表示拍摄静止的被摄体获得的图像的一例的图
图6B表示拍摄运动的被摄体获得的图像的一例的图
图7表示第1实施形态的定时信号发生电路的一例的电路图
图8图7所示的定时信号发生电路的时间图
图9构成第2实施形态的像素单元的各像素的电路图
图10表示第2实施形态的定时信号发生电路的一例的电路图
图11图10所示的定时信号发生电路的时间图
图12表示图7所示的定时信号发生电路的时间图的另外一例的图
图13用来说明第1和第2实施形态的电荷积蓄的开始和结束的图
图14用来说明电荷积蓄的开始和结束的另外一例的图
图15用来说明电荷积蓄的开始和结束的再另外一例的图
图16用来说明电荷积蓄的开始和结束的更外一例的图
图17(a)表示机械式快门的开闭状态的时间图，(b)表示PD读出信号TRANS的图，(c)～(f)分别为表示检测区域复位信号RSCELL的图
图18A表示前面设置了机械式快门的固体摄像装置的像素单元的图
图18B表示前面设置了液晶快门的固体摄像装置的像素单元的图
图18C表示前面没有设置任何东西的固体摄像装置的像素单元的图
图19与使用了CMOS型晶体管的定时信号发生电路等价的电路图
本发明的最佳实施形态
下面用附图就本发明的实施形态的固体摄像装置进行详细说明。
(第1实施形态)
本发明的第1实施形态的MOS型固体摄像装置的硬件结构与参照图1说明过的以往的固体摄像装置110相同。因此，不再重复其详细的说明。但是，图1中没有表示的多个定时信号发生电路的硬件结构与以往的不同。
另外，本实施形态的固体摄像装置110的像素单元112的前面设置了机械式快门(图中没有示出)和控制机械式快门开闭的机械式快门控制单元(图中没有示出)，通过开闭机械式快门控制光入射到像素单元112中。
构成像素单元112的各像素的硬件结构与参照图2说明过的一样。因此，其详细的说明这里不在赘述。
图7为表示定时信号发生电路的一例的电路图。定时信号发生电路30设置于像素单元112的每1行中。图7所示的定时信号发生电路30由MOS型晶体管32、34、36、40、42和46以及自举电路38和44构成。
各晶体管32和34的栅极接收多路转换预充电信号VDRRS，当多路转换预充电信号VDRRS的电位为高电平时，让行扫描用移位寄存器114的输出通过。
各晶体管36和42的栅极接收所有像素复位开关用信号ALLRSSE，当所有像素复位开关用信号ALLRSSE的电位为高电平时，让所有像素复位用信号ALLRSCLK通过。
各自举电路38和44通过将NMOS型晶体管的漏极和源极线路连接而构成，通过向栅极施加电位起到积蓄电荷的电容器的作用。自举电路38的栅极上施加通过了晶体管32的行扫描用移位寄存器114输出电压或通过了晶体管36的所有像素复位用信号ALLRSCLK。自举电路44的栅极上施加通过了晶体管34的行扫描用移位寄存器114的输出电压或通过了晶体管42的所有像素复位用信号ALLRSCLK。
晶体管40为NMOS型晶体管，栅极与自举电路38的栅极相连，漏极与自举电路38的漏极和源极相连。当成为自举电路38上积蓄有电荷的充电状态时，晶体管40的栅极电位升高。因此，当自举电路38为充电状态时，受从晶体管40的漏极输入的检测区域复位信号RSCELL的作用，晶体管40的栅极电位进一步上升，检测区域复位信号RSCELL电压不下降地通过源极。通过晶体管40的源极后的检测区域复位信号RSCELL施加到定时信号发生电路30所承担的行的各像素的复位晶体管126的栅极上。
晶体管46为NMOS型晶体管，栅极与自举电路44的栅极相连，漏极与自举电路44的漏极和源极相连。当处于自举电路44上积蓄有电荷的充电状态时，晶体管46的栅极电位升高。因此，当自举电路44处于充电状态时，受从晶体管46的漏极输入的PD读出信号TRANS的作用，晶体管46的栅极电压进一步上升，PD读出信号TRANS通过源极后电压不下降。通过了晶体管46的源极后的PD读出信号TRANS施加到定时信号发生电路30所承担的行的各像素的读出晶体管124的栅极上。
图8为定时信号发生电路30的时间图。在图8所示的时间图中，表示某行(第n行)及其下一行(第n+1)的信号的时间图。
如果着眼于第n行，当所有像素复位用信号ALLRSCLK为高电平时，作为所有像素复位开关用信号ALLRSSE，一定期间的高电平脉冲施加到晶体管36和42的栅极上。这期间，处于自举电路38和44上积蓄有电荷的充电状态。
此后，作为PD读出信号TRANS，脉冲通过晶体管46施加到图2所示的各像素的读出晶体管124的栅极上。这样一来，读出积蓄在PD122上的电荷，通过读出晶体管124积蓄在信号检测区域128中。此刻积蓄在PD122中的电荷处于放电状态。
并且，PD读出信号TRANS的脉冲同时，作为检测区域复位信号RSCELL，脉冲通过晶体管40施加到各像素的复位晶体管126的栅极上。这样一来，信号检测区域128的电位初始化2为漏极电压信号VDD的电位。
并且，在PD读出信号TRANS的脉冲下降时，机械式快门处于打开状态(OPEN状态)。因此，从PD读出信号TRANS下降时开始，向PD122积蓄电荷，到机械式快门关闭时结束向PD122积蓄电荷。这段时间为向PD122积蓄电荷的时间T3。
并且，在所有像素复位开关用信号ALLRSSE的脉冲下降后，使所有像素复位用信号ALLRSCLK为低电平。而且，在检测区域复位信号RSCELL和PD读出信号TRANS的脉冲下降后，即所有像素复位用信号ALLRSCLK为低电平的状态下，作为所有像素复位开关用信号ALLRSSE，将脉冲施加到晶体管36和42的栅极上，。因此，积蓄在自举电路38和44上的电荷放电。
另外，在所有行的定时信号发生电路30中，以上说明过的检测区域复位信号RSCELL、PD读出信号TRANS、所有像素复位开关用信号ALLRSSE和所有像素复位用信号ALLRSCLK共同。
因此，在像素单元112的所有像素中，PD122的电荷积蓄时间T3的开始时刻和结束时刻一致。
经过PD122的电荷积蓄时间T3后，通过依次移位行扫描用移位寄存器114的值，逐行地读出积蓄在PD122中的电荷。
当第n行的行扫描用移位寄存器114的输出为高电平时，作为多路转换预充电信号VDRRS，一定时长的高电平脉冲施加到晶体管32和34的栅极上。这期间，处于自举电路38和44上积蓄有电荷的充电状态。此后，作为检测区域复位信号RSCELL，脉冲通过晶体管40施加到图2所示的各像素的复位晶体管126的栅极上。这样一来，信号检测区域128的电位初始化为漏极电压信号VDD的电位。然后，作为PD读出信号TRANS，脉冲通过晶体管46施加到各像素的读出晶体管124的栅极上。这样一来，读出积蓄在PD122上的电荷，通过读出晶体管124积蓄在信号检测区域128中。通过在放大晶体管130的栅极上施加信号检测区域128的电位，使放大晶体管130中流过与PD122中积蓄的电荷成比例的电流。此刻，行选择信号(图7及图8中没有示出)施加到行选择晶体管132上，该电流通过垂直信号线流过负载晶体管133。此时的垂直信号的电压输入到杂波消除单元116中。
输入到杂波消除单元116中的与第n行的PD122成比例的电流在杂波消除单元116中施行降噪后，通过列扫描用移位寄存器118用输出放大器120逐个像素地输出。
当行扫描用移位寄存器114的输出为低电平时，多路转换预充电信号VDRRS的脉冲施加到晶体管32和34上。由此使积蓄在自举电路38和44上的电荷放电。
当第n行的像素读出完成后，对第(n+1)行进行同样的像素读出。这样地，从第1行开始到最后1行为止逐行地进行像素的读出。
如上所述，如果采用第1实施形态，预先使机械式快门处于打开状态，将PD读出信号TRANS的脉冲同时施加到所有像素的读出晶体管124的栅极上。由此，使所有像素积蓄在PD122中的电荷一起放电，从那一刻开始向PD122积蓄电荷。并且，向PD122积蓄电荷的完成使机械式快门处于关闭的状态，由此使所有的像素同时进行。因此，使得对于所有像素，向PD122积蓄电荷的开始时刻和结束时刻一致。所以，即使是运动的被摄体也能够没有失真地拍摄。
(第2实施形态)
下面就本发明的第2实施形态的MOS型固体摄像装置进行说明。本发明的第2实施形态的MOS型固体摄像装置的硬件结构与参照图1说明过的以往的固体摄像装置110相同。因此，不再重复其详细的说明。但是，像素单元112的各像素(例如像素112a、像素112b)的结构不同。并且，图1中没有表示的多个定时信号发生电路的硬件结构与以往的不同。
另外，本实施形态的固体摄像装置110的像素单元112的前面与第1实施形态的固体摄像装置110一样设置了机械式快门(图中没有示出)，通过开闭机械式快门控制光入射到像素单元112中。
图9为构成像素单元112的各像素的电路图。如图9所示，各像素60包括PD64、MOS型复位晶体管62、MOS型放大晶体管66、MOS型行选择晶体管68和MOS型负载晶体管69。
PD64对入射光进行光电变换积蓄电荷。
复位晶体管62响应定时信号发生电路产生的PD复位信号的脉冲，进行积蓄在PD64上的电荷的放电。
放大晶体管66接受与积蓄在PD64中的电荷成比例的电压作为栅极电压，让与该栅极电压成比例的电流通过。
行选择晶体管68响应定时信号发生电路产生的行选择信号的脉冲，将通过放大晶体管66后的电流输出给垂直信号线。
图10为表示定时信号发生电路的一例的电路图。定时信号发生电路30设置于像素单元112的每1行中。图10所示的定时信号发生电路30具有与图7所示的定时信号发生电路30相同的硬件结构。但是，用行选择信号SELECT取代PD读出信号TRANS，用PD复位信号RSCELL2取代检测区域复位信号RSCELL。因此，晶体管40和46输出的信号与第1实施形态的不同。除此以外的结构与图7所示的定时信号发生电路30的相同。因此，其详细说明不再赘述。
晶体管40虽然与图7所示的晶体管40做同样的动作，但通过晶体管40的源极的PD复位信号RSCELL2施加到定时信号发生电路30所承担的行的像素60的复位晶体管62的栅极上。
晶体管46虽然与图7所示的晶体管40做同样的动作，但通过晶体管40的源极的行选择信号SELECT，施加到定时信号发生电路30所承担的行的像素60的行选择晶体管68的栅极上。
图11为定时信号发生电路30的时间图。在图11所示的时间图中，表示某行(第n行)及其下一行(第n+1行)的信号的时间图。
如果着眼于第n行，当所有像素复位用信号ALLRSCLK为高电平时，作为所有像素复位开关用信号ALLRSSE，一定时长的高电平脉冲施加到晶体管36和42的栅极上。这期间，处于自举电路38和44上积蓄有电荷的充电状态。
此后，作为PD复位信号RSCELL2的脉冲通过晶体管40施加到图9所示的各像素60的复位晶体管62的栅极上。这样一来，积蓄在PD64中的电荷放电。
在PD复位信号RSCELL2的脉冲为下降时，机械式快门处于打开状态。因此，从PD复位信号RSCELL2下降时开始，向PD64积蓄电荷，到机械式快门关闭时结束向PD64积蓄电荷。这段时间为向PD64积蓄电荷的时间T3。
并且，在所有像素复位开关用信号ALLRSSE的脉冲下降后，使所有像素复位用信号ALLRSCLK为低电平。而且，在PD复位信号RSCELL2的脉冲下降后，即所有像素复位用信号ALLRSCLK为低电平的状态下，将作为所有像素复位开关用信号ALLRSSE的脉冲施加到晶体管36和42的栅极上。因此，积蓄在自举电路38和44上的电荷放电。
另外，在所有行的定时信号发生电路30中，以上说明过的PD复位信号RSCELL2、所有像素复位开关用信号ALLRSSE和所有像素复位用信号ALLRSCLK共同。
因此，在像素单元112的所有像素60中，PD64的电荷积蓄时间T3的开始时刻和结束时刻一致。
经过PD64的电荷积蓄时间T3后，通过依次移位行扫描用移位寄存器114的值，逐行地读出积蓄在PD64中的电荷。
当第n行的行扫描用移位寄存器114的输出为高电平时，作为多路转换预充电信号VDRRS，一定时长的高电平脉冲施加到晶体管32和34的栅极上。这期间，处于自举电路38和44上积蓄有电荷的充电状态。此后，作为行选择信号SELECT，脉冲通过晶体管46施加到图2所示的各像素60的行选择晶体管68的栅极上。由于放大晶体管66的栅极上施加有与积蓄在PD64上的电荷成比例的电压，因此，与积蓄在PD64上的电荷成比例的电流通过放大晶体管66。因此，通过在行选择晶体管68的栅极上施加行选择信号SELECT，与积蓄在PD64上的电荷成比例的电流通过行选择晶体管68，通过垂直信号线流过负载晶体管69。此时的垂直信号的电压输入到杂波消除单元116中。
输入到杂波消除单元116中的与第n行的PD122成比例的电流在杂波消除单元116中施行降噪后，通过列扫描用移位寄存器118用输出放大器120逐个像素地输出。
当行扫描用移位寄存器114的输出为低电平时，多路转换预充电信号VDRRS的脉冲施加到晶体管32和34上。由此使积蓄在自举电路38和44上的电荷放电。
当第n行的像素读出完成后，对第(n+1)行进行同样的像素读出。这样地，从第1行开始到最后1行为止逐行地进行像素的读出。
如上所述，如果采用第2实施形态，预先使机械式快门处于打开状态，将PD复位信号RSCELL2的脉冲同时施加到所有像素60的复位晶体管62的栅极上。由此，使所有像素积蓄在PD64中的电荷一起放电，从那一刻开始向PD64积蓄电荷。并且，向PD64积蓄电荷的完成使机械式快门处于关闭的状态，由此使所有的像素同时进行。因此，使所有像素向PD64积蓄电荷的开始时刻和结束时刻一致。所以，即使是运动的被摄体也能够没有失真地拍摄。
以上虽然根据实施形态就本发明的固体摄像装置进行了说明，但本发明并不局限于此。
例如，在第1实施形态中，虽然图8所示的定时信号发生电路30的时间图使检测区域复位信号RSCELL的脉冲与PD读出信号TRANS的脉冲一致，但也可以像图12所示那样使检测区域复位信号RSCELL的脉冲宽度比PD读出信号TRANS的脉冲宽度宽，在PD读出信号TRANS之前或者之后，将检测区域复位信号RSCELL的脉冲施加到图2所示的信号检测区域128中。通过这样，可以使积蓄在PD122中的电荷完全放电。
并且，在第1和第2实施形态中，如图13所示那样从PD读出信号TRANS或PD复位信号RSCELL2下降时开始向PD122(64)积蓄电荷，通过使机械式快门处于关闭状态来结束电荷积蓄。但是，并不局限于这种方法。
例如，也可以像图14所示那样从机械式快门打开的状态开始向PD122(64)积蓄电荷，由PD读出信号TRANS或者行选择信号SELECT的脉冲来结束电荷积蓄。
具体地，在机械式快门关闭的状态下，读出PD读出信号TRANS的脉冲施加到读出晶体管124的栅极上，使PD122的积蓄电荷放电。然后，使机械式快门处于打开状态，开始向PD122积蓄电荷，读出PD读出信号TRANS的脉冲施加到读出晶体管124的栅极上，结束积蓄在PD122上的电荷的积蓄。然后，关闭机械式快门。
或者，在机械式快门关闭的状态下，将PD复位信号RSCELL2的脉冲施加到复位晶体管62的栅极上，使PD64的积蓄电荷放电。然后，使机械式快门处于打开状态，开始向PD64积蓄电荷。然后，将行选择信号SELECT的脉冲施加到行选择晶体管68的栅极上，结束积蓄在PD64上的电荷的积蓄。然后关闭机械式快门。
这样由脉冲来结束向PD122(64)积蓄电荷的方法在不能瞬间关闭机械式快门的情况下是有效的。
或者，也可以如图15所示那样不使用机械式快门，只用脉冲来控制向PD122(64)积蓄电荷的时间。如果采用这种方法，在不能瞬间地开闭机械式快门的情况下是有效的。
而且，也可以像图16所示那样不使用脉冲，而只用机械式快门的开闭来控制向PD122(64)积蓄电荷的时间。这样的方法在能够瞬间地进行机械式快门的开闭的情况下是有效的。
并且，第1实施形态为了初始化积蓄在信号检测区域128中的电荷而使施加在复位晶体管126的栅极上的检测区域复位信号RSCELL的脉冲的时间图与PD读出信号TRANS的脉冲的一致。但是，施加检测区域复位信号RSCELL的脉冲的时间长不需持续这么长，只要在读出积蓄在PD122上的电荷之前就可以。
图17为表示了用机械式快门控制电荷积蓄时间的固体摄像装置中的检测区域复位信号RSCELL的脉冲时间图的图。图17(a)表示机械式快门的开闭状态的时间图，机械式快门打开期间为向PD122积蓄电荷的时间。如图17(b)所示，通过在开始向PD122积蓄电荷之前将PD读出信号TRANS的脉冲施加到读出晶体管124的栅极上进行PD122的复位。
如图17(c)所示那样，检测区域复位信号RSCELL的脉冲也可以在经过电荷积蓄时间后施加到复位晶体管126的栅极上。由此，可以在通过PD读出信号TRANS的脉冲来复位PD122的电荷积蓄后，立即开始电荷积蓄。
或者，也可以如图17(d)所示，在检测区域复位信号RSCELL的脉冲宽度比PD读出信号TRANS的脉冲宽度宽、并且PD读出信号TRANS为高电平期间，使检测区域复位信号RSCELL也为高电平。通过采用这样的结构，能够使积蓄在PD122上的电荷完全放电。
而且，也可以像图17(e)所示那样，在电荷积蓄时间结束前将检测区域复位信号RSCELL的脉冲施加到复位晶体管126的栅极上。由此可以用PD122复位信号检测区域128漏出的电荷。
甚至，也可以如图17(f)所示那样，在电荷积蓄时间结束前到电荷积蓄时间结束后的时间内使检测区域复位信号RSCELL为高电平，施加在复位晶体管126的栅极上。由此，可以在读出积蓄在PD122上的电荷之前复位积蓄在信号检测区域128中的电荷。因此，能够准确地检测出积蓄在PD122上的电荷。
如图18A所示，在以上说明过的固体摄像装置的像素单元112的前面设置由机械式快门84，但并不局限于此。例如，也可以如图18B所示那样采用在像素单元112的前面设置液晶快门82的结构。将通过在液晶快门上施加预定的电压而进行光的透过控制的液晶快门控制单元(图中没有示出)，设置在固体摄像装置110中。或者，也可以如图18C所示那样，采用在像素单元112的前面什么也不设置的结构。
而且，上述实施形态用NMOS型晶体管做晶体管，但也可以用CMOS型晶体管取代NMOS型晶体管。通过使用CMOS型晶体管，图7所示的定时信号发生电路30等效为例如图19所示的电路。
图19所示的定时信号发生电路包括响应行扫描用移位寄存器114的输出的激活、让检测区域复位信号RSCELL通过的由CMOS型晶体管构成的第1开关92、和响应行扫描用移位寄存器114的输出的激活、让PD读出信号TRANS通过的由CMOS型晶体管构成的第2开关94。
而且，在第1及第2实施形态中，在对所有像素同时进行向PD122(64)积蓄电荷后，再进行逐行地对列扫描用移位寄存器118的读出。但是，也可以预先准备好能够存储像素单元112的一幅画面的像素信号的帧存储器，同时传送像素信号。
并且，即使在不能将像素信号同时传送到帧存储器中的情况下，也可以以跟电荷积蓄时间或电视画面的一行扫描时间相比可以忽略不记的非常短的时间，逐行地将像素信号传送到帧存储器中。
而且，在像图2所示像素那样在像素内具有存储器(信号检测区域128)的情况下，也可以对于所有的像素，暂时地将积蓄在PD122中的电荷读入存储器中。
并且，虽然第1及第2实施形态同时复位所有像素的积蓄在PD122(64)中的电荷，但也可以同时复位预定读出对象区域内的像素的积蓄在PD122(64)中的电荷。
如上所述，如果采用本发明，能够提供可以不失真地拍摄运动的被摄体的固体摄像装置。
近年来，带照相摄影功能的移动电话机迅速普及。并且，利用车载摄像机、监视用摄像机等固体摄像装置的领域正在扩展。因此，本发明的固体摄像装置的使用价值极高。
Claims (23)
1.一种对入射光进行光电变换的固体摄像装置，其特征在于，包括：将多个光电变换电路配置成一维或二维形状的感光单元，该光电变换电路具有分别与像素相对应、通过对入射光进行光电变换来积蓄电荷的光电二极管、和将上述电荷作为电信号输出的输出电路；
同时除去配置在上述感光单元中的预定读出对象区域内的上述光电二极管的积蓄电荷的电荷同时除去单元；
在配置在上述读出对象区域中的上述光电二极管的积蓄电荷被除去后的预定时间内，使电荷积蓄在配置于上述读出对象区域内的上述光电二极管的电荷积蓄单元。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电荷积蓄单元产生用来开始向配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管积蓄电荷的电荷积蓄开始信号。
3.如权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电荷积蓄单元产生电荷积蓄结束信号，响应上述电荷积蓄结束信号的激活、终止向配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管积蓄电荷。
4.如权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于，还包括控制光线向上述感光单元入射的入射光控制单元；
上述电荷积蓄单元用上述入射光控制单元遮断光线向上述感光单元入射，由此终止向配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管积蓄电荷。
5.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，还包括控制光线向上述感光单元入射的入射光控制单元；
上述电荷积蓄单元在上述电荷同时除去单元同时除去配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管的积蓄电荷后，用上述入射光控制单元使光线开始向上述感光单元入射。
6.如权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电荷积蓄单元产生电荷积蓄结束信号，响应上述电荷积蓄结束信号的激活，终止向配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管积蓄电荷。
7.如权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电荷积蓄单元用上述入射光控制单元遮断光线向上述感光单元入射，由此终止向配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管积蓄电荷。
8.如权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于，上述入射光控制单元包括在上述感光单元与被摄体之间设置的液晶快门、和将预定的电压施加在上述液晶快门上进行光的透过控制的液晶快门控制单元。
9.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电荷同时除去单元同时向配置在上述读出对象区域内的所有上述光电变换电路输出复位信号；
上述光电变换电路的上述输出电路包括：用上述电荷同时除去单元接受上述复位信号，响应上述复位信号的激活，将积蓄在上述光电二极管中的电荷复位的第1晶体管；让与由上述光电二极管输出的电荷确定的电压的大小相对应的上述电信号通过的第2晶体管。
10.如权利要求9所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电荷同时除去单元包括产生栅极信号、响应上述栅极信号的激活，同时向所有的上述光电变换电路输出上述复位信号的复位信号通过开关。
11.如权利要求9所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电荷同时除去单元包括起开关作用的开关晶体管、和在上述开关晶体管的栅极与源极或者漏极之间设置的电容；
在上述电容为充电状态的情况下，上述复位信号从上述开关晶体管的漏极输入，从源极同时输出给所有的上述光电变换电路。
12.如权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电荷同时除去单元同时向配置在上述读出对象区域内的所有上述光电变换电路输出读出信号，并且输出复位信号；
上述光电变换电路的上述输出电路包括：通过上述电荷同时除去单元接受上述读出信号，响应上述读出信号的激活，让积蓄在上述光电二极管中的电荷通过的第1晶体管；接受通过上述第1晶体管后的上述电荷、将该电荷保持的电荷保持单元；让与由保持在上述电荷保持单元中的电荷所确定的电压的大小相对应的上述电信号通过的第2晶体管；用上述电荷同时除去单元接受上述复位信号，响应上述复位信号的激活，将积蓄在上述电荷保持单元中的电荷量复位的复位电路。
13.如权利要求12所述的固体摄像装置，其特征在于，还包括读出配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路输出的上述电信号的电信号读出单元；
上述电信号读出单元包括：输出被配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路的上述复位电路激活的上述复位信号的第1单元；在该复位信号输出后，输出被该复位电路激活的上述读出信号的第2单元；
上述第1单元输出上述电荷积蓄单元中在经过上述预定的时间后被激活的上述复位信号。
14.如权利要求13所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电信号读出单元同时读出配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管的积蓄电荷。
15.如权利要求13所述的固体摄像装置，其特征在于，还包括能够同时存储所有配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路输出的上述电信号的帧存储器，
上述电信号读出单元将配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路输出的上述电信号同时传送给上述帧存储器。
16.如权利要求13所述的固体摄像装置，其特征在于，还包括能够同时存储所有配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路输出的上述电信号的帧存储器，
上述电信号读出单元以与上述电荷积蓄单元中的上述预定时间相比短到可以忽略不记程度的时间，依次将配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路输出的上述电信号写入上述帧存储器中。
17.如权利要求12所述的固体摄像装置，其特征在于，还包括读出配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路输出的上述电信号的电信号读出单元；
上述电信号读出单元包括：输出被配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路的上述复位电路激活的上述复位信号的第1单元；在该复位信号输出后，输出被该复位电路激活的上述读出信号的第2单元；
上述第1单元输出上述电荷积蓄单元中在经过上述预定的时间后被激活的上述复位信号。
18.如权利要求17所述的固体摄像装置，其特征在于，上述第1单元输出在上述电荷积蓄单元中经过上述预定时间以前、并且包括输出上述电荷同时除去单元激活了的上述复位信号的时间这一期间被激活的上述复位信号。
19.如权利要求12所述的固体摄像装置，其特征在于，还包括读出配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路输出的上述电信号的电信号读出单元；
上述电信号读出单元包括：输出配置在上述读出对象区域内的上述光电变换电路的上述复位电路中被激活的上述复位信号的第1单元；在该复位信号输出后，输出被该复位电路激活的上述读出信号的第2单元；
上述第1单元输出上述电荷积蓄单元中从上述预定时间中到该预定时间结束后期间被激活了的上述复位信号。
20.如权利要求12所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电荷同时除去单元包括产生栅极信号、响应上述栅极信号的激活，同时向所有的上述光电变换电路输出上述读出信号的读出信号通过开关。
21.如权利要求12所述的固体摄像装置，其特征在于，上述电荷同时除去单元包括起开关作用的开关晶体管、和在上述开关晶体管的栅极与源极或者漏极之间设置的电容，
在上述电容为充电状态的情况下，上述复位信号从上述开关晶体管的漏极输入，从源极同时输出给所有的上述光电变换电路。
22.一种拍摄被摄体的相机，其特征在于，包括固体摄像装置和机械式快门；
上述固体摄像装置包括：将多个光电变换电路配置成一维或二维形状的感光单元，该光电变换电路具有分别与像素相对应、通过对入射光进行光电变换来积蓄电荷的光电二极管、和将上述电荷作为电信号输出的输出电路；同时除去配置在上述感光单元中的预定读出对象区域内的上述光电二极管的积蓄电荷的电荷同时除去单元；在配置在上述读出对象区域中的上述光电二极管的积蓄电荷除去后的预定时间内，使电荷积蓄在配置于上述读出对象区域内的上述光电二极管上的电荷积蓄单元；控制光线向上述感光单元入射的入射光控制单元；
上述机械式快门设置在上述固体摄像装置的感光单元与被摄体之间；
上述电荷积蓄单元用上述入射光控制单元遮断光线向上述感光单元入射，由此终止向配置在上述读出对象区域内的上述光电二极管积蓄电荷；
上述入射光控制单元进行上述机械式快门的开闭控制，控制光线向上述感光单元入射。
23.一种使用固体摄像装置拍摄被摄体的图像拍摄方法，其特征在于，上述固体摄像装置包括将多个光电变换电路配置成一维或二维形状的感光单元，该光电变换电路具有分别与像素相对应、通过对入射光进行光电变换来积蓄电荷的光电二极管、和将上述电荷作为电信号输出的输出电路；
包括：同时除去配置在上述感光单元中的预定读出对象区域内的上述光电二极管的积蓄电荷的步骤；在配置在上述读出对象区域中的上述光电二极管的积蓄电荷被除去后的预定时间内，使电荷积蓄在配置于上述读出对象区域内的上述光电二极管上的步骤。
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