圖像拾取裝置及其驅(qū)動方法、成像系統(tǒng)及其驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及用于圖像拾取裝置的驅(qū)動方法和用于成像系統(tǒng)的驅(qū)動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知包括多個像素和從多個像素接收信號的垂直信號線的圖像拾取裝置。
[0003]在根據(jù)日本專利公開N0.2010-259027的圖像拾取裝置中，多個像素中的每一個具有光電轉(zhuǎn)換單元、累積由該光電轉(zhuǎn)換單生成的電載流子(electric carrier)的浮置擴散(以下稱為FD單元)和根據(jù)FD單元中的電壓輸出信號的放大晶體管。多個像素中的每一個還具有在放大晶體管和垂直信號線之間的在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間切換的選擇晶體管。
[0004]在根據(jù)日本專利公開N0.2010-259027的圖像拾取裝置中，電流源與垂直信號線相連，并且在由選擇晶體管導(dǎo)致的導(dǎo)通中，電流被供應(yīng)至像素中的放大晶體管。放大晶體管具有與連接到選擇晶體管的主節(jié)點不同的主節(jié)點并且接收來自電壓源的電壓供應(yīng)。當選擇晶體管導(dǎo)通時，電流源、放大晶體管和電壓源形成源級跟隨器電路。
[0005]跨多行和多列布置多個像素。日本專利公開N0.2010-259027中公開的圖像拾取裝置執(zhí)行第一操作，該第一操作使得多行的像素中的選擇晶體管并行導(dǎo)通并且在垂直信號線中混合由多個像素中的放大晶體管輸出的信號。日本專利公開N0.2010-259027中公開的圖像拾取裝置還執(zhí)行第二操作，該第二操作使得每行的像素中的選擇晶體管依次導(dǎo)通。因此，像素的放大晶體管輸出。
[0006]日本專利公開N0.2013-211832公開了具有針對多列像素中的每一列設(shè)置的列信號處理電路的結(jié)構(gòu)。列信號處理電路向垂直信號線輸出通過根據(jù)放大因子對從對應(yīng)像素輸出的信號進行放大獲得的信號。
[0007]隨著由多個放大晶體管輸出的信號之間的差異變大，作為第一操作的結(jié)果而獲得的信號的精度降低。在某些成像條件下，將被混合的信號之間的差異可能容易變大。日本專利公開N0.2010-259027和日本專利公開N0.2013-211832都沒有考慮在將被混合的信號之間的差異大的情況下的操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于圖像拾取裝置的驅(qū)動方法，該圖像拾取裝置具有多個像素、垂直信號線和信號處理電路，該多個像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光電轉(zhuǎn)換單元和第一放大晶體管，第二像素具有第二光電轉(zhuǎn)換單元和第二放大晶體管，該方法包括:由信號處理電路使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一個，放大輸出到垂直信號線的信號，如果信號處理電路使用第一放大因子放大輸出到垂直信號線的信號，那么執(zhí)行第一操作；以及如果信號處理電路使用第二放大因子放大輸出到垂直信號線的信號，那么在不執(zhí)行第一操作的情況下執(zhí)行第二操作。在這種情況下，第一操作包括如下的操作，在該操作中，通過至少部分重疊第一放大晶體管向垂直信號線輸出基于由第一光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電載流子的第一信號的時間段與第二放大晶體管向垂直信號線輸出基于由第二光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電載流子的第二信號的時間段，在垂直信號線中混合第一信號和第二信號，以及第二操作包括如下的操作，在該操作中，通過將信號的數(shù)量降低至小于所述多個像素的數(shù)量的數(shù)量，圖像拾取裝置輸出基于通過對入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換獲得的電載流子的多個信號。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種用于圖像拾取裝置的驅(qū)動方法，該圖像拾取裝置具有多個像素、垂直信號線和信號處理電路，該多個像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光電轉(zhuǎn)換單元、第一電容元件、第一浮置擴散和第一放大晶體管，第二像素具有第二光電轉(zhuǎn)換單元、第二電容元件、第二浮置擴散和第二放大晶體管，該方法包括:由信號處理電路使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子中的一個，放大輸出到垂直信號線的信號；如果信號處理電路使用第一放大因子放大輸出到垂直信號線的信號，那么執(zhí)行第一操作；以及如果信號處理電路使用第二放大因子放大輸出到垂直信號線的信號，那么執(zhí)行第二操作。在這種情況下，第一操作是如下的操作，在該操作中，由第一光電轉(zhuǎn)換單元生成的電載流子在未被保持在第一電容元件中的情況下，被保持在第一浮置擴散中；由第二光電轉(zhuǎn)換單元生成的電載流子在未被保持在第二電容元件中的情況下，被保持在第二浮置擴散中。通過至少部分重疊第一放大晶體管向垂直信號線輸出基于第一浮置擴散的電勢的第一信號的時間段和第二放大晶體管向垂直信號線輸出基于第二浮置擴散的電勢的第二信號的時間段，在垂直信號線中混合第一信號和第二信號。第二操作是如下的操作，在該操作中，由第一光電轉(zhuǎn)換單元生成的電載流子被保持在第一電容元件和第一浮置擴散的第一合成電容中；由第二光電轉(zhuǎn)換單元生成的電載流子被保持在第二電容元件和第二浮置擴散的第二合成電容中。通過至少部分重疊第一放大晶體管向垂直信號線輸出基于第一浮置擴散的電勢的第一信號的時間段和第二放大晶體管向垂直信號線輸出基于第二浮置擴散的電勢的第二信號的時間段，在垂直信號線中混合第一信號和第二信號。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于具有圖像拾取裝置的成像系統(tǒng)的驅(qū)動方法，該圖像拾取裝置具有多個像素和垂直信號線，該多個像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光電轉(zhuǎn)換單元和第一放大晶體管，第二像素具有第二光電轉(zhuǎn)換單元和第二放大晶體管，以及控制圖像拾取裝置的控制單元，如果控制單元設(shè)置第一靈敏度，那么圖像拾取裝置執(zhí)行第一操作，如果控制單元設(shè)置低于所述第一靈敏度的第二靈敏度，那么圖像拾取裝置在不執(zhí)行第一操作的情況下執(zhí)行第二操作。在這種情況下，第一操作是如下的操作，在該操作中，通過至少部分重疊第一放大晶體管向垂直信號線輸出基于由第一光電轉(zhuǎn)換單元生成的電載流子的第一信號的時間段和第二放大晶體管向垂直信號線輸出基于由第二光電轉(zhuǎn)換單元生成的電載流子的第二信號的時間段，在垂直信號線中混合第一信號和第二信號。第二操作是如下的操作，在該操作中，通過應(yīng)用不同于第一操作的方法將信號的數(shù)量降低至小于該多個像素的數(shù)量的數(shù)量，圖像拾取裝置輸出基于通過對入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換獲得的電載流子的信號。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于具有圖像拾取裝置的成像系統(tǒng)的驅(qū)動方法，該圖像拾取裝置具有多個像素和垂直信號線，該多個像素具有第一像素和第二像素，第一像素具有第一光電轉(zhuǎn)換單元和第一放大晶體管，第二像素具有第二光電轉(zhuǎn)換單元和第二放大晶體管，以及被設(shè)置在與圖像拾取裝置的半導(dǎo)體基板不同的半導(dǎo)體基板上的并且放大從圖像拾取裝置輸出的信號的放大單元，該方法包括:由放大單元使用第一放大因子和小于第一放大因子的第二放大因子，放大從圖像拾取裝置輸出的信號；如果該放大單元使用第一放大因子放大從圖像拾取裝置輸出的信號，那么由圖像拾取裝置執(zhí)行第一操作；以及如果該放大單元使用第二放大因子放大從圖像拾取裝置輸出的信號，那么由圖像拾取裝置在不執(zhí)行第一操作的情況下執(zhí)行第二操作。在這種情況下，第一操作是如下的操作，在該操作中，通過至少部分重疊第一放大晶體管向垂直信號線輸出基于由第一光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電載流子的第一信號的時間段與第二放大晶體管向垂直信號線輸出基于由第二光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電載流子的第二信號的時間段，在垂直信號線中混合第一信號和第二信號。第二操作是如下的操作，在該操作中，通過按照與第一操作不同的方法將信號的數(shù)量降低至小于所述多個像素的數(shù)量的數(shù)量，圖像拾取裝置輸出基于通過對入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換獲得的電載流子的信號。
[0012]根據(jù)以下參考附圖對示例實施例的描述，本發(fā)明的進一步特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0013]圖1圖示了圖像拾取裝置的結(jié)構(gòu)的示例。
[0014]圖2圖示了圖像拾取裝置的結(jié)構(gòu)的示例。
[0015]圖3圖示了圖像拾取裝置的操作的示例。
[0016]圖4圖示了圖像拾取裝置的操作的示例。
[0017]圖5圖示了圖像拾取裝置的結(jié)構(gòu)的示例。
[0018]圖6圖示了圖像拾取裝置的結(jié)構(gòu)的示例。
[0019]圖7圖示了圖像拾取裝置的操作的示例。
[0020]圖8圖示了圖像拾取裝置的結(jié)構(gòu)的示例。
[0021]圖9圖示了圖像拾取裝置的結(jié)構(gòu)的示例。
[0022]圖10圖示了圖像拾取裝置的操作的示例。
[0023]圖11圖示了圖像拾取裝置的結(jié)構(gòu)的示例。
[0024]圖12A和12B圖示了圖像拾取裝置的操作的示例。
[0025]圖13圖示了成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的示例。
【具體實施方式】
[0026]以下將參考附圖描述根據(jù)示例實施例的圖像拾取裝置。
[0027]第一示例實施例
[0028]圖1圖示了根據(jù)第一示例實施例的圖像拾取裝置的結(jié)構(gòu)。
[0029]該圖像拾取裝置包括具有被布置為多行和多列的多個像素10的像素陣列I。該圖像拾取裝置還包括被配置為逐行地垂直掃描像素10的垂直掃描電路20。該圖像拾取裝置還包括各自針對像素10的列設(shè)置的多條垂直信號線25。該圖像拾取裝置還具有多個信號處理電路30。雖然多個信號處理電路30中的每一個相應(yīng)地針對每列的垂直信號線25被設(shè)置，但是圖1將多列的信號處理電路30圖示為一個信號處理電路30塊。該圖像拾取裝置還包括水平掃描電路40。水平掃描電路40水平地掃描每列的信號處理電路30。該圖像拾取裝置還具有被配置為控制垂直掃描電路20、信號處理電路30和水平掃描電路40的操作的定時生成器50。該圖像拾取裝置還具有放大器SAMP。該放大器SAMP放大從每一列的信號處理電路30輸出的信號，并向圖像拾取裝置的外部輸出放大的信號作為輸出信號。
[0030]圖2圖示了與圖1中的圖像拾取裝置的兩行和一列的像素10相關(guān)聯(lián)的電路。
[0031]每個像素10具有光電轉(zhuǎn)換單元H)、晶體管Ta、晶體管Tb、晶體管Tc、晶體管SF和浮置擴散FD。該光電轉(zhuǎn)換單元H)基于入射光生成電載流子。圖1中圖示的像素陣列I具有在不同行的像素10的浮置擴散FD之間電氣連接的晶體管Td。源級跟隨器電路包括晶體管SF、向垂直信號線供應(yīng)電流的電流源(未示出)和將被饋至晶體管SF的一個主節(jié)點的電源電壓VDD。像素10中的每一個中設(shè)置的晶體管SF是輸出基于光電轉(zhuǎn)換單元H)中的電載流子的信號的放大晶體管。
[0032]垂直掃描電路20分別向第一行的像素10中的每一個的晶體管Ta、晶體管Tb和晶體管Tc輸出信號RESa、信號Txa和信號SELa。垂直掃描電路20還分別向第二行的像素10中的每一個的晶體管Ta、晶體管Tb和晶體管Tc輸出信號RESb、信號Txb和信號SELb。
[0033]信號處理電路30具有晶體管Tr 100、晶體管Tr 104、晶體管Trl05、晶體管Tr106、晶體管Tr 107、電容元件C103、電容元件C104和差分放大器電路300。該差分放大器電路300具有電容元件C100、放大器AMP、晶體