CN1668085A - 固态图象传感器和驱动该传感器的方法 - Google Patents

Abstract

一种固态图象传感器，包括单元象素，每个单元象素具有一个光电转换单元，用于把入射光转换成电信号电荷并存储；一个放大单元，用于将信号电荷转换成电信号；和一个选择开关，用于将该象素信号有选择地输出到一个信号线；和在每个单元象素中的复位电路。在每次象素信号输出时光电转换单元复位，使得每一个单元象素发出复位前信号和复位后信号并随后经过共用的路径传输，提取这些信号之差，来不仅抑止每个单元象素中特性偏离引起的固定图案的噪声，而且抑止垂直条纹的垂直相关的固定图案的噪声。

Description

固态图象传感器和驱动该传感器的方法

本申请是申请日为2003年10月15日的中国专利申请200310101070.8的分案申请。

技术领域

本发明涉及固态图象传感器和驱动该传感器的方法，尤其是涉及象具有逐个象素放大功能的MOS图象传感器的放大型固态成象器件，还涉及驱动这种传感器的方法。

背景技术

图14示出一种两维固态图象传感器的传统的示例性的结构，相关技术中称之为放大型的固态成象器件。在图中，一个单元象素105是由一个光电二极管101、放大MOS晶体管102、光电二极管复位MOS晶体管103和垂直选择MOS晶体管104构成。在本结构中，光电二极管复位MOS晶体管103的栅极接到垂直复位线108，垂直选择MOS晶体管104的栅极接到垂直选择线109，且垂直选择MOS晶体管104的源极接到垂直信号线110。

一个水平选择MOS晶体管112接在垂直信号线110的一端和一个水平信号线111之间。通过从一个行选择垂直扫描电路113输出的两种扫描脉冲信号φVSn和φVRn控制每行的每个象素的操作，并且经过由来自列选择水平扫描电路114输出的一个水平扫描脉冲φHm控制的水平选择MOS晶体管112把一个象素信号输出到水平信号线111。此时，通过光电转换存储在光电二极管101中的信号电荷被放大MOS晶体管102转换成一个信号的电流，并且随后作为图象传感器的输出信号提供。

但是，在已知的上述放大型的二维固态图象传感器的结构中，存在有构成每一个象素，主要是在放大MOS晶体管102中的有源元件的特性的离散的问题，并且特别是涉及到该MOS晶体管的门限电压的偏差性的问题。而且这种偏差性直接地包括在图象传感器的输出信号中。由于这种特性的偏差性具有每一个象素的固定的值，所以在显示屏幕上的图象中看起来具有固定的图案噪声(FPN)。为了抑止这种固定图案的噪声，有必要将一个外接的使用帧存储器或行存储器的噪声消除电路接到该装置，以便消除起因于象素中的特性偏差的任何噪声成分。结果是，在采用这种固态图象传感器作为成象装置的摄象机之类的装置中，提出的对应于所外部连接的噪声消除电路的规模就较大。

和上述的情况相对比，图15中示出另一种放大型的固态图象传感器，它能够在内部抑止装置中的这样的固定图案的噪声。这种固态图象传感器装置的差异在于，尽管它的单元象素105在构造上和图14中相同，但是它提供用于抑止起因于在单元象素105中的特性离散的固定图案的噪声的水平输出电路115，并且该水平输出电路115执行提取在单元象素105的信号中的复位前和复位后之间的差的一个处理过程。

在图15中，一个负载MOS晶体管116用作一个放大MOS晶体管102的源极跟随器的负载接在垂直信号线110和地之间。而且，成对的信号开关MOS晶体管117和117′的主电极接到垂直信号线110。并且有一对信号保持电容118和118′分别地接到该成对的信号开关MOS晶体管117和117′的地和主电极之间。

而且，一对水平选择MOS晶体管112和112′分别地接到该成对的信号开关MOS晶体管117和117′另一个主电极和一对水平信号线111和111′之间。并且其差分放大器119的正向输入端(+)和反相输入端(-)被分别地接到一对水平信号线111和111′。

上述结构的放大型的固态图象传感器中，通过成对的信号开关MOS晶体管117和117′将象素的复位前和复位后信号分别地保持在一对信号保持电容118和118′中，并随后经过水平选择MOS晶体管112和112′及水平信号线111和111′送到差分放大器119。随后，在差分放大器119中提取在象素的复位前和复位后信号之间的差，从而消除起因于在每一个单元象素中的特性离散的固定图案的噪声。

尽管上述结构的放大类型的固态成象传感器中有可能抑止起源于在每一个单元象素中的特性离散的固定图案的噪声，但是这种象素复位前和复位后信号经过分离的路径到达差分放大器119，使得出现在图象上的相对于成对的信号开关MoS晶体管117、117′和成对的水平选择MoS晶体管112、112′的特性的离散性成为具有垂直相关条纹的固定图案的噪声。所以，这种结构也要求用于抑止具有垂直条纹的固定图案噪声的校正电路。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改进的放大类型的固态图象传感器，它能够抑止在装置中的起源于在每一个单元象素中的特性离散的任何固定图案的噪声和其它的垂直条纹的固定图案的噪声。本发明的另一个目的在于提供这样的传感器的驱动的方法。

根据本发明的第一个方面，提供一种包括单元象素的固态图象传感器，每一个单元象素具有一个光电转换单元，用于把入射光转换成电信号电荷并随之把这种光电转换所得到的信号电荷进行存储；一个放大单元，用于将存储在光电转换单元中的信号电荷转换成电信号；和一个选择开关，用于将该象素信号有选择地从该放大单元输出到一个信号线；和一个在单元象素的每一个中的复位电路，用于在象素信号每一次从相关的单元象素输出时复位该光电转换单元。

根据本发明的第二方面，提供一种用于驱动上述结构的固态图象传感器的方法。该方法包括步骤：在每一个象素信号从相关的单元象素输出时复位该光电转换单元；随后传递来自每一个单元象素的复位前信号和复位后信号并提取在复位前信号和复位后信号之间的差。

根据本发明的第三个方面，其中提供一个摄象机包括一个光学系统，用于聚焦来自目标场景的入射光；一个固态图象传感器包括单元象素，每一个单元象素具有一个光电转换单元，用于把由光学系统形成的光学图象转换成电信号的电荷并随后对于通过这种光电转换得到的信号电荷进行存储；用于把存储在光电转换单元中的信号电荷转换成电信号的一个放大单元；和一个选择开关，用于将该象素信号有选择地从该放大单元输出到一个信号线；和一个在单元象素的每一个中的复位电路，用于在象素信号每一次从相关的单元象素输出时复位该光电转换单元；一个能够驱动该固态图象传感器的驱动器；和一个用于处理该固态图象传感器的输出信号的信号处理器。

根据本发明的第四方面，提供一种固态图象传感器，包括：光电转换单元，用于把入射光转换成电信号电荷；放大单元，用于从所述光电转换单元转换出电信号；复位单元，用于复位所述光电转换单元；其中，所述固态图象传感器通过一个共同的信号线输出复位前信号和复位后信号至后续电路。

根据上述固态图象传感器的一个实施例，其中所述后续电路是CDS电路。

根据上述固态图象传感器的一个实施例，其中所述信号线包括垂直信号线。

根据上述固态图象传感器的一个实施例，其中所述信号线包括水平信号线。

根据本发明的第五方面，提供一种固态图象传感器，包括：光电转换单元，用于把入射光转换成电信号电荷；放大单元，用于将来自所述光电转换单元的所述信号电荷转换成电信号；以及复位单元，用于复位所述光电转换单元；其中，所述固态图象传感器通过一个共同的信号线输出复位信号电平和图象信号电平至后续电路，并且，所述复位单元包括一个复位晶体管，该复位晶体管的漏极不依赖于其栅极。

根据本发明的上述固态图象传感器，其中所述后续电路是CDS电路。

根据本发明的上述固态图象传感器，其中所述信号线包括垂直信号线。

根据本发明的上述固态图象传感器，其中所述信号线包括水平信号线。

在构成上述固态图象传感器的单元象素的每一个中，在每次输出象素信号时把光电转换单元复位，以便连续地从单元象素的每一个输出复位前信号和复位后信号。在此情况中，起源于象素中的任何特性的离散的固定图案的噪声被作为来自每一个象素的放大单元的补偿成分的产生。因此，能够通过提取在复位前和复位后信号之间的差来消除噪声成分。而且在二维的固态图象传感器中，前置和复位后信号经过一个共同的信号路径从一个垂直信号线传输到一个水平信号线，以便使得实际上不产生任何垂直相关的条纹噪声成分。

附图说明

通过下面的结合附图的说明，本发明的上述的和其它的特征将会变得显见。

图1是表示本发明的第一个实施例的结构的框图；

图2是说明第一实施例的操作的信号的定时图；

图3是表示一个CDS电路的示范性配置的电路示意图；

图4A和4B曲线分别示出一个增强型MOS晶体管和一个耗尽型MOS晶体管的Id-Vd；

图5是说明在第一实施例中的复位电路的操作的电位图；

图6是表示一个单元象素的另一个结构的示意图；

图7是表示一个单元象素的结构的电路示意图；

图8是对应于图5的结构的电位示意图；

图9是对应于图6的结构的电位示意图；

图10是表示本发明的第二实施例的结构的框图；

图11是用于说明第二实施例的操作的信号的定时图；

图12是说明在第二实施例中的复位电路的操作的电位图；

图13是表示采用了上述结构的一个固态图象传感器的本发明的一个摄象机的示范性结构的框图；

图14是表示相关技术中的已知结构的框图；

图15表示说明相关技术中的问题的框图。

具体实施方式

随后将参考附图描述本发明的最佳的实施例。图1是描述本发明的第一实施例的结构的框图。

在图1中虚线包括的区域是表示一个单元象素11。该单元象素11包括作为光电转换单元的一个光电二极管(PD)12、作为放大单元的放大MOS晶体管13、作为选择开关的选择MOS晶体管14、作为复位开关的复位MOS晶体管15和复位选择MOS晶体管16。整个单元象素二维地排列形成一个行与列的矩阵。为了使得附图简化，这里仅示出一个单元象素11(第m列，第n行)。

在单元象素11中，光电二极管12具有执行入射光的光电转换的功能并存储由这种转换产生的信号的电荷。放大MOS晶体管13的栅极接到光电二极管12的阴极，同时放大MOS晶体管13的漏极接到电源(VDD)17。并且该选择MOS晶体管14接在放大MOS晶体管13的源极和垂直信号线18之间。

复位MOS晶体管15接在光电二极管12的阴极和供电源17之间，而复位选择MOS晶体管16接在复位MOS晶体管15的栅极和水平复位线19之间。复位MOS晶体管15和复位选择MOS晶体管16都是由耗尽型晶体管构成的。复位选择MOS晶体管16的栅极连同选择MOS晶体管14的栅极一起接到垂直选择线20。而且水平选择MOS晶体管22接在垂直信号线18和水平信号线21之间。

而且，提供了行选择垂直扫描电路23和列选择水平扫描电路24。从行选择垂直扫描电路23输出的垂直扫描脉冲φVn送到垂直选择线20，从列选择水平扫描电路24输出的水平复位脉冲φHRm送到水平复位线19，并且一个水平扫描脉冲φHSm送到水平选择MOS晶体管22的栅极。所以，电路的构成被简化，因为该列选择水平扫描电路24也被用作产生水平复位脉冲φHRm的复位电路。

在水平信号线21的输出端提供一个简单配置的相关双重取样电路(下称CDS电路)25，用于提取在象素复位前和复位后信号之间差的差分电路。一个CDS电路25的实际配置和其操作将在下面详述。CDS电路25的输出端被连接到该图象传感器的输出端26。

现在结合附图2的定时图描述上述结构的放大型固态图象传感器的第一实施例的操作。

首先，放大MOS晶体管13通过光电转换把存储在光电二极管12中的信号电荷(电子)转换成电信号。在随后的水平视频信号的周期中，垂直扫描脉冲φVn从行选择垂直扫描电路23输出，并随即通过垂直选择线20分别送到选择MOS晶体管14和复位选择MOS晶体管16的栅极。随后该选择MOS晶体管14和复位选择MOS晶体管16被导通，以便通过选择MOS晶体管14使得信号电流出现在垂直信号线18上。

在水平视频信号周期中，水平扫描脉冲φHSm从水平扫描电路24输出，并随后送到水平选择MOS晶体管22的栅极。结果是该水平选择MOS晶体管22导通，从而使得出现在垂直选择线20上的信号电流通过水平选择MOS晶体管22在水平信号线21中流动，因此该信号电流经过水平信号线21而被提供给CDS电路25。

紧随其后，水平复位脉冲φHRm从列水平扫描电路24送到水平复位线19，该脉冲涉及到已经输出信号电流的相关象素。由于复位选择MOS晶体管16在此时的导通状态，所以该水平复位脉冲φHRm经过复位选择MOS晶体管16被送到复位MOS晶体管15的栅极。结果是该复位MOS晶体管15被导通，从而将光电二极管12复位到VDD电平。

从图2中的定时图中可以看到，该水平复位脉冲φHRm实际上是在水平扫描脉冲φHSm的中点产生的。所以，在水平复位脉冲φHRm消失之后的光电二极管12的电荷(噪声成分)，即复位后信号的电荷，由放大MOS晶体管13转换成一个电流，并且该复位电流通过导通状态的选择MOS晶体管14、垂直信号线18和导通状态的水平选择MOS晶体管22流经水平信号线21，并且随后将该复位电流经过水平信号线21送到CDS电路25。

由于上述的一系列操作，对于一个单元象素11的信号输出和复位输出是按照下列的形式实现：信号输出→PD复位→噪声输出。这样的操作是相对于由垂直扫描电路23选择的象素行按照象素的顺序选择由水平扫描电路24所执行的，以便这个输出被送到水平信号线21，其顺序是m列，n行(信号输出→PD复位→噪声输出)、(m+1)列，n行(信号输出→PD复位→噪声输出)……等等，并被送到CDS电路25。随后，根据复位前和复位后噪声输出在CDS电路25中执行相关的双倍取样，并因此在原则上消除在放大MOS晶体管13中出现的特性离散。

图3中示出了CDS电路25的实际构成。CDS电路25包括其输入端连接到输入终端31的电流-电压转换器32、一端接到电流-电压转换器32的输出端的箝位电容33、一个主电极接到箝位电容33的另一端的箝位MOS晶体管34、一个主电极接到箝位电容33的另一端的取样保持MOS晶体管35、接在取样保持MOS晶体管35的另一个主电极和地之间的取样保持电容36和接在取样保持MOS晶体管35的另一个主电极和输出端38之间的缓存放大器37。

在CDS电路25中，电流-电压转换器32包括一个差分放大器39，在其反相输入端(-)接收经由输入终端31提供的信号电流，并且还在其同相输入端(+)接收预定的偏置电压V_b；反馈电阻40接在差分放大器39的反相输入端和输出端之间。该电流-电压转换器32用于将信号电流转换成一个信号电压。一个箝位电压Vc1加到箝位MOS晶体管34的另一个主电极，而一个箝位脉冲φCL加到它的栅极。取样保持脉冲φSH加到取样保持MOS晶体管35的栅极。

因此，由于上述配置的差分电路根据复位前信号和复位后信号由CDS电路25执行的相关的双重的取样，使之有可能逐个象素地消除放大MOS晶体管13的特性的离散性，特别是消除MOS晶体管的门限电压(Vth)的离散性。

如上所述，每一个单元象素11的光电二极管12在象素信号的每一次输出时都被复位，并且根据复位前信号的输出和后置噪声的输出执行相关的双重取样，因此抑止起源于在象素中的特性离散造成固定的图案噪声，以及起源于在与垂直信号线18相连接的开关元件(水平选择MOS晶体管22)中而特性离散的垂直条纹的固定的图案噪声。

起源于在象素中的特性离散的固定的图案噪声是作为单元象素11的放大MOS晶体管13的补偿成分而被产生的，并且基本上这种噪声能够通过执行象素的复位前和复位后信号的双重取样而被消除。至于起源于在与垂直信号线18相连接的开关部件中的特性离散的垂直条纹的其它固定的图案噪声，该电路结构在设计上是使得其经过同一条信号的路径提供复位前和复位后的信号，而不是经过分隔的开关部元(例如水平选择MOS晶体管)，从而在原理上防止了这种噪声的产生。

现在进一步详细地描述复位这个光电二极管12的操作。由图1中看出，复位MOS晶体管15和复位选择MOS晶体管16的每一个由耗尽型晶体管构成。

在采用增强型晶体管作为复位选择MOS晶体管16的情况下出现的问题在于，当光电二极管12复位到VDD的电平时，如果水平复位脉冲φHRm在由垂直扫描脉冲φVn选择的该状态中加到漏极的话，该复位选择MOS晶体管16就在其图4A示出的饱和区中起作用，以便使得其源极的电位降低到低于漏极电位。

同时，在采用耗尽型晶体管作为复位选择MOS晶体管16的情况中，该晶体管工作在图4B示出的放大区中，从而使得该源极电位实际上到达漏极的电位。相似地，在将一个增强型晶体管用作复位MOS晶体管15的情况中，是在其饱和区执行其复位，使得如果复位的时间很短的话，可将某些电荷剩下而不被去除，因此引发残余图象。但是，在采用耗尽型晶体管的情况中，复位是在其线性区域中执行的，从而实现完全的复位而没有任何的未被去除的电荷。

随后，根据图2的定时图并参考图5的电位图描述上述结构的实施例中的放大型固态图象传感器的操作。

在一个选择象素信号读出模式中(图2的定时a)，通过一个垂直扫描脉冲φVn导通复位选择MOS晶体管16，以便使得对应于源极电位的一个水平复位脉冲φHRm的低电位被加到复位MOS晶体管15的栅极。由于此时的复位MOS晶体管15没有导通，所以存储在光电二极管12中的信号电荷由放大MOS晶体管13转换成一个信号电流。

在选择象素复位模式中(图2中的定时b)，高电平的水平复位脉冲φHRm经过处于导通状态的复位选择MOS晶体管16加到复位MOS晶体管15的栅极，以便使得该复位MOS晶体管15被导通，从而将光电二极管12完全复位到在线性区域中的VDD电平。

在选择象素噪声电平读出模式中(图2中的定时c)，水平复位脉冲φHRm处在其低电平，并且因此通过处在导通状态的复位选择MOS晶体管16将低电平电位加到复位MOS晶体管15的栅极，从而使得该复位MOS晶体管15截止。结果是该复位电平由放大MOS晶体管13转换成噪声电流。同时，在该时间点开始下一帧的存储。

在信号电荷的存储模式中(图2中的定时d)，在读出另一行和另一列的同时，垂直扫描脉冲φVn被变成一个低电平。但是，由于该复位选择MOS晶体管16是一个耗尽型的晶体管，所以该复位MOS晶体管15的栅极被保持在其低电平而不被置于浮动状态。

在一个非选择的象素复位模式中(图2中的定时e)，通过一个高电平的水平复位脉冲φHRm将复位选择MOS晶体管16的漏极复位到VDD电平，随后，对应于复位选择MOS晶体管16的栅极的低电平的电位被加到复位MOS晶体管15的栅极。在光电二极管12中，这个耗尽型的复位栅极被直接地用作横向溢出势垒，超出该电平的任何过剩的电荷都被吸收到电源。并且在此时溢出势垒被降低，从而确定哪里的溢出电平。

涉及到每一个单元象素的结构，通常是被考虑为在图6或图7中的一个实例，复位MOS晶体管15和复位选择MOS晶体管16被串接在光电二极管12的阴极和电源17之间，并且水平复位脉冲φHRm和垂直扫描脉冲φVn加到复位MOS晶体管15的栅极，而同时将垂直扫描脉冲φVn或水平复位脉冲φHRm加到复位选择MOS晶体管16的栅极。

但是，在这样的一个示范性的结构中存在一个缺点，使得在读出噪声的时候由复位MOS晶体管15和复位选择MOS晶体管16得到的耦合变得不同于在读出信号电平时的耦合，因此使得出现随之每个象素而生的离散性。下面结合对应于图6的结构的图8的电位示意图来描述其原因。

假设状态1表示一个条件，其中的象素是由一个垂直扫描脉冲φVn的产生而被选择，并且复位是由于一个水平复位脉冲φHRm的产生而被执行。在状态1中，该光电二极管12被复位到VDD电平。随后在状态2中，水平复位脉冲φHRm消失，并且当复位MOS晶体管15被截止时，因为耦合作用，使得光电二板管12的电位稍低于VDD电平。在此状态中，假设是一个噪音电平读出模式。

在状态3中，在垂直扫描脉冲φVn消失时，被假设是一个非选择模式。当复位选择MOS晶体管16被截止时，由于这个馈通，在复位MOS晶体管15和复位选择MOS晶体管16之间的扩散区域的电位被置为稍低于VDD电平。

状态4表示一种电荷存储条件，其中光电二极管12的电位由于存储的电荷的存在而变浅薄。状态5表示一个非选择的复位条件，其中把在其它行上的相同的列复位。在此状态中，通过水平复位脉冲φHRm的产生而使得复位MOS晶体管15导通，以便调整信号电荷、复位栅极馈通和复位选择栅极馈通。

在状态6中，在水平复位脉冲φHRm消失之时将复位栅极馈通到光电二极管12。状态5和状态6在读出其它的行期间被重复。在状态7中，通过垂直扫描脉冲φVn的产生而导通复位选择MOS晶体管16，并且在此状态中读出信号的电平。随后操作返回到状态1。

从图8中的电位图对于状态2和状态7的比较可见，在状态2中的噪声电平读出时由于馈通的存在使得存储在光电二极管12中的电荷量不同于在状态7中信号电平读出时的存储的的电荷量。和门限电压的离散性相似，由于馈通量随着不同的晶体管而异，所以在用于抑止相似离散性的CDS电路25中不能够消除在信号电平读出模式和在噪声电平读出模式之间的馈通差异，从而使得这种馈通的差异被作为象素的离散性遗留。

而且在图7的结构中的复位MOS晶体管15和复位选择MOS晶体管16是以反相的关系而相互连接的，在图6中相同的不足仍然存在，如在图9中的电位图所见。

与之相对照，本实施例的设计是使得复位选择MOS晶体管16的源极接到复位MOS晶体管15的栅极，并且经过复位选择MOS晶体管16的漏极和源极将水平复位脉冲φHRm加到复位MOS晶体管15的栅极。因此不论是在噪声读出模式还是信号读出模式中，由于在后级中的CDS电路25被启动来抑止起因于每个象素复位栅极的离散性，所以操作不会受到相对于复位选择栅极的馈通的有害影响。

图10是表示应用于一维固态图象传感器的本发明的第二个实施例的结构框图。

在图10中，虚线包括的区域是表示一个单元象素51。该单元象素51包括作为光电转换单元的一个光电二极管52、作为放大单元的放大MOS晶体管53、作为选择开关的选择MOS晶体管54、作为复位开关的复位MOS晶体管55。整个单元象素线性地排列成一维阵列。

在单元象素51中，光电二极管52具有的功能是执行入射光的光电转换并存储由这种转换产生的信号的电荷。放大MOS晶体管53的栅极接到光电二极管52的阴极，同时放大MOS晶体管53的漏极接到电源(VDD)56。

选择MOS晶体管54接在放大MOS晶体管53的源板和信号线信号线57之间，而复位MOS晶体管55接在光电二极管52的阴极和供电线路56之间。复位MOS晶体管55是由耗尽型晶体管构成的。

而且提供扫描电路58用于顺序地选择一维排列的单元象素51。并且从扫描电路58输出的扫描脉冲φHSm加到选择MOS晶体管54的栅极，并且复位脉冲φHRm加到复位MOS晶体管55的栅极。所以，由于扫描电路58也用作产生复位脉冲φHRm的复位电路，所以电路的构成被简化。

在信号线57的输出端提供简单配置的CDS电路59，用作提取在复位前和复位后之间差的差分电路。和第一实施例中的电路相类似，CDS电路59的构成如图3所示。

现在结合附图11的定时图描述上述结构的放大型固态图象传感器的第二实施例的操作。

首先，放大MOS晶体管53通过光电转换把存储在光电二极管52中的信号电荷(电子)转换成电荷信号。随后扫描脉冲φHSm从扫描电路58输出，选择MOS晶体管54导通，以便通过信号线57使得信号电流经过选择MOS晶体管54提供到CDS电路59。

紧随其后，复位脉冲φHRm从扫描电路58输出，该脉冲涉及到已经输出信号电流的相关象素，并随后加到复位MOS晶体管55的栅极。由于复位MOS晶体管55在此时处于导通状态，所以将光电二极管52复位到VDD电平。

从图11中的定时图中可以看到，复位脉冲φHRm是在扫描脉冲φHSm期间(高电平)产生的。所以，在复位脉冲φHRm消失之后的光电二极管52的电荷(噪声成分)，即复位后信号的电荷，由放大MOS晶体管53转换成一个电流，并且该复位电流通过导通状态的选择MOS晶体管54在信号线57上流通，并在其后将这一复位电流经过信号线57送到CDS电路59。

由于上述的一系列操作，一个信号输出和复位输出是按照下列的形式实现：信号输出→PD复位→相对于一个单元象素51的噪声输出并随后送到CDS电路59。随后，根据这样的复位前和复位后噪声输出在CDS电路59中被执行相关的双重取样，并因此在原则上消除在放大MOS晶体管53中出现的特性离散。

现在进一步描述光电二极管52的操作。如在图10中所见，复位MoS晶体管55是由一个耗尽型晶体管构成。

在采用增强型晶体管作为复位MOS晶体管55的情况中出现的问题在于，当光电二极管52复位到VDD的电平时，如果复位脉冲φHRm在由扫描脉冲φHSm选择的该状态中加到漏极的话，该复位MOS晶体管55就在其图4A示出的饱和区中起作用，以便使得其源极的电位降低到低于漏极电位，并且如果复位的时间是很短的话，某些电荷将会被剩余而未被去除，因此引起残余的图象。

同时，在采用耗尽型晶体管作为复位MOS晶体管55的情况中，该晶体管工作在图4B示出的线性区中，从而使得该源极电位实际上到达漏极的电位，从而实现完全的复位而没有任何的未被去除的电荷。

然后，根据图11的定时图并参考图12的电位图描述上述结构的第二实施例中的放大型固态图象传感器的操作。

在信号的读出模式中(图11的定时a)，复位MOS晶体管55没有导通，以便使得存储在光电二极管52中的信号电荷由放大MOS晶体管53转换成一个信号电流。

在复位模式中(图11中的定时b)，高电平的复位脉冲φHRm加到复位MOS晶体管55的栅极，以便使得该复位MOS晶体管55被导通，将光电二极管52完全复位到在线性区域中的VDD电平。

在噪声电平读出的模式中(图11中的定时c)，复位脉冲φHRm处在其低电平，并且因此使得该复位MOS晶体管55截止。结果是该复位电平由放大MOS晶体管53转换成噪声电流。同时，在该时间点(图11中的定时d)开始下一帧的存储。

在光电二极管52中，耗尽复位栅极直接地用作横向溢出势垒，任何超过该电平的充电电荷都被电源所吸收。该溢出电平对应于该复位MOS晶体管55的栅极电位的低电平。

图13是表示采用前述的固态图象传感器和驱动方法的本发明的一个摄象机的示范性结构的示意图。

在图13中，通过包括有一组透镜210的光学系统把来自目标场景的入射光聚焦在该固态图象传感器220的平面上。固态图象传感器220具有上述的结构。该图象传感器是以前述的方法由驱动器230所驱动，该驱动器包括一个没有示出的定时产生器。

经过各个处理阶段，固态图象传感器220的输出信号在信号处理器240中变成视频信号。

如上所述，根据本发明的其中每一个单元象素都具有放大功能的固态图象传感器，在从每一个单元象素输出一个象素信号时，该相关的光电转换单元都被完全地复位，从而信号成分和噪声成分能够被连续地从这些象素输出，以便使得通过提取在复位前和复位后信号之间的差来抑止固定图案的噪声。而且，由于每一个象素的完全的复位，所以不产生残留的图象，并且由于信号重复和噪声成分是经过从垂直信号线到水平信号线的相同的路径输出，所以能够抑止具有垂直条纹的固定图案的产生。

尽管本发明是参考一些最佳的实施例进行描述的，但是应该懂得，本发明并不局限于这些实施例的本身，本专业的技术人员显然能够在不背离本发明的精神条件下作出各种修改。

因此，本发明的范围仅由所附的权利要求来确定。

Claims (2)

1.一种固态图象传感器，包括：

各个单位象素，每一个单位象素具有：光电转换单元，用于把入射光转换成电信号电荷；放大单元，用于放大来自所述光电转换单元的所述电信号电荷；以及复位单元，它包括耗尽型晶体管，用于复位所述电信号电荷；以及

其中，每一个所述单位象素输出以所述耗尽型晶体管获得的复位信号电平和经由共同提供给其中一些所述单位象素的信号线输出图象信号电平。

2.根据权利要求1的固态图象传感器，其中所述信号线连接于一减法电路，该减法电路用于产生所述复位信号电平和所述图象信号电平之间的信号减法。

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