固态成像设备以及负载电流源电路的制作方法

专利名称：固态成像设备以及负载电流源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固态成像设备，并且更具体地涉及一种MOS固态成像设备以及负 载电流源电路。
背景技术：
已知MOS(金属氧化物半导体)固态成像设备作为固态成像设备。在MOS固态成 像设备中，通过放大晶体管放大由光电转换元件所产生的电荷导致的电势，此后读出放大 后的信号。例如，已经提出一种MOS固态成像设备，其通过像素电路中的放大晶体管读出被 输出到垂直信号线的参考信号和像素信号的复位电平，并且输出这两个电平之间的差(参 见例如日本专利特许公开No. 2002-217397(图1))。如上所述地读出参考信号和像素信号 被称为相关双采样。这里，下面将参考附图给出可操作用于操纵相关双采样的MOS固态成 像设备的配置示例的简要描述。图8是图示现有技术的固态成像设备的配置示例的电路图。现有技术的固态成像 设备800包括定时控制电路810、行扫描电路820、列扫描电路830、像素阵列部分840和负 载电流源电路860。固态成像设备800还包括信号读出电路880和信号处理部分890。像素阵列部分840包括以二维矩阵(η乘m)布置的多个像素电路850。像素阵列 部分840还包括水平线(HL)组829以及垂直信号线(VSL) 839，在像素电路850的每一行中 布置一个水平线组，在像素电路850的每一列中布置垂直信号线。另一方面，负载电流源电路860包括参考晶体管861和负载电流提供电路870，在 像素电路850的每一列中布置一个负载电流提供电路870。此外，每个负载电流提供电路 870包括负载晶体管874和寄生电容器879。此外，信号读出电路880包括多个⑶S (相关 双采样)电路881和882，在信号电路850的每一列中布置一个⑶S(相关双采样)电路。定时控制电路810控制由行扫描电路820、列扫描电路830、以及像素阵列部分840 执行的图像信号产生的定时。定时控制电路810产生被用来产生图像信号的定时控制信 号。图像信号被产生为在逐行的基础上从像素阵列部分840的像素电路850输出并沿列方 向读出的信号。也就是说，定时控制电路810控制用于使用列并行读出来产生图像信号的 定时。定时控制电路810经由参考信号读出控制线814和像素信号读出控制线815将读 出脉冲提供给信号读出电路880，一个读出脉冲被适配为读出参考信号，而另一个读出脉冲 被适配为读出从像素电路850中的每一个像素电路输出的像素信号。此外，定时控制电路 810经由列扫描控制线817提供被用来控制列扫描电路830的列扫描控制信号。行扫描电路820基于行地址信号和从定时控制电路810提供的定时信号连续地产 生行扫描信号。行扫描信号被适配为使得像素电路850在逐行的基础上输出信号。行扫描 电路820将所产生的行扫描信号提供给水平线(HL)拟9。像素电路850中的每一个通过光电转换将入射光或光学信号转换为电信号。像素 电路850利用具有浮动扩散(floating diffusion, FD)的FD放大器来放大电信号。
另一方面，像素电路850中的每一个包括光电转换元件851、传输晶体管852、复位 晶体管853和放大晶体管854。光电转换元件851产生与光强度相当的电荷。传输晶体管852根据从行扫描电路820提供的传输脉冲，将光电转换元件851所 产生的电子传输到浮动扩散FD。复位晶体管853根据从行扫描电路820提供的复位脉冲， 将浮动扩散FD设置到(充电到)恒定的参考电势。放大晶体管邪4放大在浮动扩散FD中产生的电势，并且将与放大后的电势相当的 信号输出到垂直信号线(VSL)839。放大晶体管邪4连同负载晶体管874—起形成源极跟随 电路。也就是说，放大晶体管邪4根据从负载晶体管874提供的负载电流，放大在浮动扩散 FD中产生的电势。放大晶体管邪4放大在浮动扩散FD中产生的参考电势，并且将放大后的参考电势 输出到垂直信号线(VSL) 839作为参考电势。该参考信号被⑶S电路881或882用来从像 素电路850中移除特定噪声分量。此外，放大晶体管邪4放大在浮动扩散FD中、作为从传输晶体管852传输来的电 子累积的结果而产生的电势，并且将放大后的电势输出到垂直信号线(VSL)839作为像素信号。列扫描电路830基于从定时控制电路810提供的列扫描控制信号产生输出控制信 号。该输出控制信号使得信号读出电路880将每列的像素信号输出到信号处理部分890。 列扫描电路830将所产生的输出控制信号提供到CDS电路881和882。参考电流产生电路862是被适配为将参考电流提供给参考电流线863的恒定电流 电路。参考电流产生电路862经由参考电流线863将所产生的参考电流提供到负载电流源 电路860。负载电流源电路860基于从参考电流产生电路862提供的参考电流，将负载电流 提供到每个垂直信号线(VSL)839。参考晶体管861使得每列中的负载晶体管874产生与 从参考电流产生电路862提供的参考电流(偏置电流)近似相等的负载电流。参考晶体管 861确保从负载晶体管874将恒定的负载电流提供到每列中的垂直信号线。也就是说，参 考晶体管861连同每列中的负载晶体管874 —起形成电流镜电路。每个负载晶体管874将与被提供到参考晶体管861的参考电流相当的负载电流提 供到垂直信号线(VSL) 839。此外，每个负载晶体管874将被用来驱动放大晶体管854的负 载电流提供到垂直信号线(VSL) 839。寄生电容器879包括在负载晶体管874的栅极和漏极之间产生的寄生电容器、以 及在垂直信号线(VSL)839和负载晶体管栅极线872之间形成的布线间电容器(interwire capacitor)。该寄生电容器879在每列中在垂直信号线(VSL) 839和负载晶体管栅极线872 之间产生耦合。也就是说，负载晶体管栅极线872的电势随着垂直信号线(VSL)839的信号 电平中的改变而改变。信号读出电路880使从像素阵列部分840输出的像素信号经过相关双采样，由此 移除固定模式噪声。CDS电路881和882根据经由参考信号读出控制线814和像素信号读 出控制线815提供的读出脉冲，读出从像素电路850中的每一个输出的参考信号和像素信 号。CDS电路881和882取得参考信号和像素信号的电平中的差以便移除固定模式噪声。 ⑶S电路881和882将无噪声的像素信号提供到信号处理部分890。
信号处理部分890将从⑶S电路881和882提供的每个像素信号，即模拟信号，转 换为数字信号。信号处理部分890将数字信号输出到信号输出线891作为图像信号。如上所述，固态成像设备800通过相关双采样移除由像素电路850产生的噪声分量。

发明内容
上面的现有技术输出从像素电路输出的复位电平和信号电平之间的差，以便从信 号电平中移除噪声分量。然而，在该情况下，从连同与放大晶体管一起形成源极跟随电路的 负载晶体管提供的负载电流由于例如连同每列中的负载晶体管一起形成电流镜电流的参 考晶体管的热噪声而改变。这改变了放大晶体管的放大增益。结果，负载电流中的改变导 致的噪声分量叠加在复位电平和信号电平上，很可能使得不可能获得精确的信号电平。此外，如果垂直信号线(VSL)839在信号电平上发生改变，则由于负载晶体管栅极 线872经由寄生电容器879的耦合，而在负载晶体管栅极线872中可能产生水平带噪声 (horizontal band noise)。下面将参考附图描述其中作为垂直信号线(VSL)839的信号电 平中的改变的结果而产生水平带噪声的示例。图9A和图9B是图示现有技术的固态成像设备800中通过作为垂直信号线的信 号电平中的改变的结果而发生的、经由寄生电容器879的耦合所影响的捕获图像的概念性 图。图9A是图示现有技术的固态成像设备800的捕获目标的概念性图。在目标中示 出了黑区831和833以及白区832。黑区831和833为相同颜色。图9B是图示在利用现有技术的固态成像设备800对图9A中示出的目标进行成像 时的捕获图像的概念性图。捕获图像示出了黑区841、白区842和深黑区843。此外，这里 为了便利用虚线示出了垂直线‘a，844和另一垂直线‘b，845。如上所述，作为与白区832相关联的垂直信号线839的信号电平中的改变的结果， 在由现有技术的固态成像设备800捕获的图像中黑区833表现为深黑区843。也就是说，在 捕获图像中产生水平带噪声。这里将参考附图描述为什么黑区833表现为深黑区843的原 因。图10是图示为什么现有技术的固态成像设备800产生图9B中所示的捕获图像的 原因的图。这里，图10示出了在水平轴表示时间轴的情况下与垂直线‘a’和‘b’相关联的 垂直信号线839和负载晶体管栅极线872的电势中的改变。另一方面，参考信号读出时段 和像素信号读出时段分别是在其中信号读出电路880读出参考信号和像素信号的时段。与垂直线‘a’相关联的垂直信号线839示出与图9B中示出的垂直线‘a’ 844相关 联的垂直信号线839中的电势改变。在与垂直线‘a’相关联的垂直信号线839中示出了两 个特性，即由实线指示的白区特性801和由虚线指示的黑区特性802。白区特性801表示从现有技术的固态成像设备800的与白区832相关联的所有像 素电路850中的连接到与垂直线‘a’相关联的垂直信号线839的像素电路850输出的信号 电平的特性。在该白区特性801中，在像素信号读出时段期间，像素信号电平降至与屏幕上 的白色电平对应的白色电势(VW)。也就是说，从像素电路850提供到与垂直线‘a’相关联 的垂直信号线839的信号电平显著改变。
因为由于白区832的高光学强度由光电转换元件851产生的许多电子被传输到浮 动扩散FD，因此像素信号电平如上所述地降低。这导致放大晶体管邪4的较低的栅极电势， 显著地降低了在像素信号读出时段期间的像素信号电平。黑区特性802表示从与黑区831相关联的所有像素电路850中的连接到与垂直线 ‘a’相关联的垂直信号线839的像素电路850输出的信号电平的特性。在该黑区特性802 中，在像素信号读出时段期间，像素信号电平保持不变处于参考信号电平。因为由于黑区831的低光学强度由光电转换元件851产生很少的电子，因此像素 信号电平如上所述地保持不变，并且因此放大晶体管854的栅极电势仅改变可忽略的很小 程度。结果，从放大晶体管邪4输出的像素信号电平维持于黑色电势(VB)，其在电平上等于 与屏幕上的黑色电平对应的参考信号电平。负载晶体管栅极线872示出了负载晶体管874的栅极端子的电势中的改变。通过 作为与垂直线‘a’相关联的垂直信号线839的信号电平中的改变的结果、经由寄生电容器 879的耦合，影响该负载晶体管栅极线872。因此，作为由与垂直线‘a’相关联的垂直信号 线839的白区特性801引起的信号电平的骤降的结果，负载晶体管栅极线872的电势降低 耦合改变(AV)0作为在负载晶体管栅极线872中产生的耦合改变(AV)的结果，负载晶体管874 的栅极电压降低，由此在像素信号读出时段期间降低负载电流。与垂直线‘b，相关联的垂直信号线839示出与图9B中图示出的垂直线‘b，845相 关联的垂直信号线839的电势改变。与垂直线‘b’相关联的垂直信号线839示出了两个特 性，即由实线指示的深黑区特性803和由虚线指示的黑区特性804。这里，黑区特性804等 同于与垂直线‘a’相关联的垂直信号线839的黑区特性802。因此，省略对其的描述。深黑区特性803表示从与黑区833相关联的所有像素电路850中的连接到与垂直 线‘b’相关联的垂直信号线839的像素电路850输出的信号电平的特性。在该深黑区特性 803中，在像素信号读出时段期间，像素信号电平升至高于黑色电势的电平(VB’)。像素信号电平的该升高是由在负载晶体管栅极线872中产生的耦合改变(AV)引 起的。也就是说，作为负载晶体管874的栅极电压降低的结果，被提供到像素电路850的负 载电流减少。这增加了像素电路850中放大晶体管854的放大增益，由此将像素信号电平 升高至高于黑色电势(VB)。如上所述，经由垂直信号线839从与白区832相关联的像素电路850输出的信号 电平显著改变。因此，负载晶体管栅极线872的电势经由寄生电容器879降低耦合改变 (Δ V)。结果，由负载晶体管874提供到放大晶体管邪4的负载电流减少，升高了与黑区833 相关联的垂直信号线839中的像素信号电平。这使得图9Α中所示的目标的黑区833被显 示为图9Β中所示的捕获图像的深黑区843。根据上述内容，本发明的目的是维持被提供到像素电路的放大晶体管的负载电流 恒定。已经做出本发明以便解决以上问题。本发明的第一实施例是固态成像设备，其包 括多个像素电路、负载电流源电路、信号读出电路和控制信号产生电路。多个像素电路中的 每一个将光学信号转换为像素信号。负载电流源电路将被用来从多个像素电路读出像素信 号的负载电流在逐列的基础上提供到像素电路。信号读出电路在逐行的基础上从像素电路读出参考信号和像素信号，并且输出已经读出的参考信号和像素信号之间的差。控制信号 产生电路产生被用来在读出时段期间维持负载电流恒定的维持控制信号，该读出时段从信 号读出电路读出参考信号时起持续到信号读出电路读出像素信号时。负载电流源电路包括 多个负载晶体管、电压保持电路和电压设置电路。多个负载晶体管在逐行的基础上将负载 电流提供到像素电路。电压保持电路稳定负载晶体管的栅极电压，以便维持负载电流恒定。 电压设置电路基于维持控制信号将电压保持电路设置到恒定的保持电压。结果，电压设置 电路在读出时段期间基于由控制信号产生电路产生的维持控制信号将电压保持电路设置 到恒定的保持电压，该读出时段从信号读出电路读出参考信号时起持续到信号读出电路读 出像素信号时。这稳定了负载晶体管的栅极电压。可替代地，在本发明的第一实施例中，控制信号产生电路可以产生被用来在读出 时段期间维持负载电流恒定的维持控制信号，该读出时间从信号读出电路在逐行的基础上 读出参考信号时起持续到该信号读出电路在逐行的基础上读出像素信号时。这针对每一行 在读出时段期间稳定了负载晶体管的栅极电压。在第一实施例中仍可替代地，电压保持电路可以包括多个保持电容器(多个像素 电路的每一列一个保持电容器)以便稳定负载晶体管的栅极电压，并且电压设置电路可以 基于维持控制信号将多个保持电容器中的每一个设置到保持电压。这对于每一列中的负载 晶体管提供了保持电容器，由此稳定了负载晶体管的栅极电压。在此情况下，负载电流源电 路还可以包括多个第二负载晶体管、第二电压保持电路和第二电压设置电路。多个第二负 载晶体管在逐列的基础上将负载电流提供到像素电路。第二电压保持电路稳定第二负载晶 体管的栅极电压。第二电压设置电路将第二电压保持电路设置到保持电压。这抑制了由被 适配为将负载电流提供到像素电路的垂直信号线的电势改变引起的负载晶体管的栅极电 压的改变。在第一实施例中仍可替代地，控制信号产生电路可以产生被用来在读出时段开始 之前的准备时段期间对电压保持电路的电容进行充电的充电控制信号，并且电压设置电路 可以基于充电控制信号将与负载晶体管相关联的参考晶体管的栅极端子连接到电压保持 电路的一端。这基于由控制信号产生电路产生的充电控制信号在准备时段期间对电压保持 电路的电容进行充电。本发明的第二实施例是负载电流源电路，其包括负载晶体管、电压保持电路和电 压设置电路。每个负载晶体管使其漏极端子连接到被适配为将负载电流提供到像素电路的 垂直信号线。电压保持电路使其一端连接到负载晶体管的源极端子。电压设置电路使其栅 极端子连接到被适配为提供维持控制信号以便稳定负载电流的维持控制信号线。电压设置 电路使其源极端子连接到负载晶体管的栅极端子和电压保持电路的另一端。这允许电压设 置电路将电压保持电路设置到恒定的保持电压，由此稳定负载晶体管的栅极电压。本发明提供了极佳的有利效果在于可以维持被提供到像素电路的放大晶体管的 负载电流恒定。


图1是图示根据本发明的第一实施例的固态成像设备的配置示例的电路图；图2是图示根据本发明的第一实施例的固态成像设备的操作示例的时序7
图3是图示根据本发明的第一实施例的固态成像设备的修改示例的时序图；图4是图示根据本发明的第二实施例的固态成像设备的配置示例的电路图；图5是图示根据本发明的第二实施例的负载晶体管栅极线上的耦合影响的示例 的概念性图；图6是图示根据本发明的第三实施例的固态成像设备的配置示例的电路图；图7是图示根据本发明的第三实施例的固态成像设备的操作示例的时序图；图8是图示现有技术的固态成像设备的配置示例的电路图；图9A和图9B是图示现有技术的固态成像设备中通过作为垂直信号线的信号电平 中的改变的结果而发生的、经由寄生电容器的耦合所影响的捕获图像的概念性图；以及图10是图示为什么现有技术的固态成像设备产生图9B中所示的捕获图像的原因 的图。
具体实施例方式下面将给出用于实施本发明的优选实施例(下文中称为实施例)的描述。应注意， 将按照以下顺序给出描述1.第一实施例(负载电流稳定控制其中为每一列提供设置晶体管和保持电容器 的负载电流提供电路的示例)2.第二实施例(负载电流稳定控制其中负载电流源电路包括级联在一起的多个 负载电流提供电路的示例)3.第三实施例(负载电流稳定控制其中仅提供一个设置晶体管和一个保持电容 器的示例)<1.第一实施例>[固态成像设备的配置示例]图1是图示根据本发明的第一实施例的固态成像设备的配置示例的电路图。固态成像设备100包括定时控制电路200、行扫描电路300、像素阵列部分400、列 扫描电路500和负载电流源电路600。固态成像设备100还包括信号读出电路710和信号 处理部分720。像素阵列部分400包括以二维矩阵(η乘m)布置的多个像素电路410。这里，为了 便利的原因，示出在二乘二矩阵中布置的四个像素电路(1，1)、(1，2)“2，1)、和(2，2)410。 此外，布置了水平线(HL)组，在像素电路410的每一行中布置一个水平线组，并且布置了 垂直信号线VSL，在像素电路410的每一列中布置一个垂直信号线。这里，示出了第一和第 二行中的两个水平线组(HLl和HL2)301和302、以及第一和第二列中的两个垂直信号线 (VSL1 和 VSL2)501 和 502。另一方面，负载电流源电路600包括多个负载电流提供电路610和参考晶体管 690。在像素电路410的每一列中提供多个负载电流提供电路610中的一个负载电流提供 电路610。每个负载电流提供电路610包括设置晶体管611、保持电容器613、负载晶体管 614和寄生电容器619。此外，信号读出电路710包括多个⑶S (相关双采样)电路711和 712，在像素电路410的每一列中布置一个⑶S(相关双采样)电路。水平线(HLl和HL2)组301和302连接到行扫描电路300。另一方面，垂直信号线(VSL1和VSL2)501和502连接到相应列中的CDS电路711和712以及负载电流提供电 路 610。定时控制电路200控制用于由行扫描电路300、列扫描电路500、负载电流源电路 600以及信号读出电路710执行的图像信号产生的定时。定时控制电路200产生被用来产 生图像信号的定时控制信号。图像信号被产生为在逐行的基础上从像素阵列部分400的像 素电路410输出并沿列方向读出的信号。也就是说，定时控制电路200控制用于使用列并 行读出产生图像信号的定时。定时控制电路200基于从时钟端子103提供的时钟信号以及水平同步端子102提 供的水平同步信号产生定时控制信号。此外，定时控制电路200经由地址线201提供行地 址信号，并且经由定时线202提供定时信号。行地址信号在逐行的基础上连续地指定像素 电路410。定时信号用作被提供到所指定的像素电路410的脉冲的参考。此外，定时控制电路200产生被用来维持负载电流恒定的维持控制信号。使用负 载电流从每个像素电路410中读出像素信号。定时控制电路200经由维持控制信号线203 将所产生的维持控制信号提供到负载电流源电路600。此外，定时控制电路200产生被用来 在通电或待机复位之后立即对保持电容器613进行充电的充电控制信号。应注意，定时控 制电路200是在权利要求中描述的控制信号产生电路的示例。此外，定时控制电路200经由参考信号读出控制线204和像素信号读出控制线205 将读出脉冲提供给信号读出电路710，一个读出脉冲被用来读出参考信号，而另一个读出脉 冲被用来读出从每个像素电路410输出的像素信号。此外，定时控制电路200经由列扫描 控制线207提供被用来控制列扫描电路500的列扫描控制信号。此外，定时控制电路200 基于从待机端子101提供的待机信号将固态成像设备100带入待机状态。行扫描电路300基于行地址信号和从定时控制电路200提供的定时信号连续地产 生行扫描信号。行扫描信号被适配为使得像素电路410在逐行的基础上输出信号。行扫描 电路300将所产生的行扫描信号提供给水平线(HL)组。例如，行扫描电路300首先将行扫描信号提供到水平线(HLl)组301，然后将另一 行扫描信号提供到水平线(HL2)组302。水平线(HLl和HL2)组301和302分别包括复位 电势线311和312、像素复位线321和322、以及电荷传输线331和332。每个像素电路410通过光电转换将入射光或光学信号转换为电信号。像素电路 410放大该电信号并且输出放大后的信号作为像素信号。像素电路410例如利用具有浮动 扩散(FD)的FD放大器来放大电信号。每个像素电路410包括光电转换元件411、传输晶体管412、复位晶体管413和放 大晶体管414。应注意，像素电路410是权利要求中描述的像素电路的示例。在像素电路410中，光电转换元件411使其阳极端子接地，并且使其阴极端子连接 到传输晶体管412的源极端子。此外，传输晶体管412使其栅极端子连接到电荷传输线331 和332，并且经由浮动扩散FD使其漏极端子连接到复位晶体管413的源极端子和放大晶体 管414的栅极端子。此外，复位晶体管413使其栅极端子连接到像素复位线321和322，并且使其漏极 端子连接到复位电势线311和312。此外，放大晶体管414使其漏极端子连接到电源电势 线415，并且使其源极端子连接到垂直信号线(VSL1和VSL2)501和502。此外，放大晶体管414连同负载晶体管614 —起形成源极跟随电路。光电转换元件411根据光强度产生电荷。例如通过光电二极管来实现光电转换元 件411，并且光电转换元件411根据光强度产生电子。传输晶体管412根据从行扫描电路300提供的传输脉冲，将光电转换元件411所 产生的电子传输到浮动扩散FD。传输晶体管412例如根据经由电荷传输线331被提供到传 输晶体管412的栅极端子的传输脉冲来进行传输。复位晶体管413根据从行扫描电路300提供的复位脉冲，将浮动扩散FD设置到 (充电到)恒定的电势，以便复位浮动扩散FD的电势。复位晶体管413例如根据从像素复 位线321提供的复位脉冲、通过将经由复位电势线311提供的复位电势提供到放大晶体管 414的栅极端子而这样做。放大晶体管414放大在浮动扩散FD中产生的电势，并且将与放大后的电势相当的 信号输出到垂直信号线(VSL) 501或502。放大晶体管414连同负载晶体管614—起形成源 极跟随电路。也就是说，放大晶体管414根据从负载晶体管614提供的负载电流，放大在浮 动扩散FD中产生的电势。例如，放大晶体管414放大通过使用复位电势在浮动扩散FD中产生的电势，并且 将放大后的参考电势输出到垂直信号线(VSL) 501作为参考信号。该参考信号被CDS电路 711或712用来从像素电路410中移除特定噪声分量，诸如复位晶体管413的复位噪声以及 放大晶体管414的阈电压改变。此外，放大晶体管414例如放大在浮动扩散FD中、作为从传输晶体管412传输来 的电子累积的结果而产生的电势，并且将放大后的电势输出到垂直信号线(VSL)501作为
像素信号。列扫描电路500基于从定时控制电路200提供的列扫描控制信号产生输出控制信 号。该输出控制信号使得信号读出电路710将每列的像素信号输出到信号处理部分720。 列扫描电路500将所产生的输出控制信号提供到CDS电路711和712。参考电流产生电路680是被适配为使用经由电源线670提供的电源电势产生恒定 的参考电流的恒定电流电路。参考电流产生电路680经由参考电流线601将所产生的参考 电流提供到负载电流源电路600。负载电流源电路600基于从参考电流产生电路680提供的参考电流，将负载电流 提供到垂直信号线(VSL1和VSL2)501和502。负载电流源电路600的每个负载电流提供电 路610将恒定的负载电流提供到垂直信号线(VSL1或VSL2)501或502。在负载电流提供电路610中，设置晶体管611使其栅极端子连接到维持控制信号 线203，并且使其漏极端子连接到参考电流线601。此外，保持电容器613使其电极之一经 由负载晶体管栅极线612连接到设置晶体管611的源极端子以及负载晶体管614的栅极端 子，并且使其另一电极接地。此外，负载晶体管614使其漏极端子连接到垂直信号线(VSL1 或VSU) 501或502，并且使其源极端子接地。应注意，设置晶体管611和保持电容器613形 成所谓的采样/保持电路。设置晶体管611是被适配为基于从定时控制电路200提供的维持控制信号、在连 接到负载晶体管614的栅极端子的负载晶体管栅极线612和参考电流线601之间出现接触 和不出现接触间进行切换的开关。设置晶体管611稳定负载晶体管614的栅极电压。
例如当从定时控制电路200提供连接脉冲时，设置晶体管611导通(开启)，使参 考电流线601和负载晶体管栅极线的电势相等。另一方面，例如当维持控制信号被提供到设置晶体管611的栅极端子时，设置晶 体管611不导通(截止)，使参考电流线601与负载晶体管栅极线612隔离。这允许设置晶 体管611基于从定时控制电路200提供的维持控制信号来稳定负载晶体管栅极线612的电 势。也就是说，设置晶体管611基于维持控制信号将保持电容器613设置到恒定的保持电 压。此外，例如当设置晶体管611在紧接在通电或待机复位之后从定时控制电路200 接收到被用来对保持电容器613进行充电的充电控制信号时，设置晶体管611将参考电流 线601和保持电容器613的一端连接。应注意，设置晶体管611是权利要求中描述的电压 设置电路和设置晶体管的示例。保持电容器613维持负载晶体管614的栅极电压恒定，以便维持负载电流恒定。保 持电容器613保持设置晶体管611设置的保持电压。应注意，保持电容器613是权利要求 中描述的电压保持电路和保持电容器的示例。负载晶体管614连同参考晶体管690 —起形成电流镜电路。负载晶体管614将与 被提供到参考晶体管690的参考电流相当的负载电流提供到垂直信号线(VSL1或VSL2)501 或502。这允许将参考信号和像素信号的电平从像素电路410的放大晶体管414输出到垂 直信号线(VSL1和VSL2)501和502。此外，负载晶体管614连同放大晶体管414 一起形成源极跟随电路，负载晶体管 614经由垂直信号线(VSL1或VSL2)501或502连接到放大晶体管414。负载晶体管614将 负载电流提供到垂直信号线(VSL1或VSL2)501或502。负载电流被适配为驱动放大晶体管 414。也就是说，负载晶体管614将与保持电容器613所保持的电压相当的负载电流提供到 放大晶体管414。应注意，负载晶体管614是权利要求中描述的负载晶体管的示例。寄生电容器619包括在负载晶体管614的栅极和漏极之间产生的寄生电容器、以 及在垂直信号线(VSL1或VSL2)501或502和参考电流线601之间形成的布线间电容器。该 寄生电容器619在每列中在垂直信号线(VSL1或VSL2) 501或502和负载晶体管栅极线612 之间产生耦合。也就是说，负载晶体管栅极线612的电势随着垂直信号线(VSL1或VSL2) 501 或502的信号电平中的改变而改变。参考晶体管690使得每列中的负载晶体管614产生与从参考电流产生电路680提 供的参考电流(偏置电流)近似相等的负载电流。参考晶体管690确保从负载晶体管614 将恒定的负载电流提供到每列中的垂直信号线。也就是说，参考晶体管690连同每列中的 负载晶体管614 —起形成电流镜电路。此外，参考晶体管690使其源极端子接地，并且使其栅极端子和漏极端子连接到 参考电流线610。也就是说，参考晶体管690通过二极管连接设置参考电流。应注意，参考 晶体管690是权利要求中描述的参考晶体管的示例。信号读出电路710使从像素阵列部分400输出的像素信号经过相关双采样，由此 移除由每个像素电路410的特定噪声引起的固定模式噪声。信号读出电路710在逐行的基 础上从多个像素电路410读出参考信号和像素信号，并且输出已经读出的参考信号和像素 电路之间的差。
⑶S电路711和712获得连续地从像素电路410提供的参考信号和像素信号之 间的电平上的差，移除固定模式噪声，诸如复位噪声以及放大晶体管414的阈值电压改变。 CDS电路711和712根据经由参考信号读出控制线204提供的读出脉冲，分别从与CDS电 路711和712连接的垂直信号线(VSL1和VSL2)501和502读出参考信号。此外，CDS电路 711和712根据经由像素信号读出控制线205提供的读出脉冲，分别从与⑶S电路711和 712连接的垂直信号线(VSL1和VSL2)501和502读出像素信号。⑶S电路711和712将无噪声的像素信号提供到信号处理部分720。应注意，经由 参考信号读出控制线204和像素信号读出控制线205提供的读出脉冲经由CDS电路711和 712被提供到所有的⑶S电路。信号处理部分720将从⑶S电路711和712提供的每个像素信号，即模拟信号，转 换为数字信号。信号处理部分720将数字信号输出到信号输出线721作为图像信号。在每个负载电流提供电路610中提供的设置晶体管611和保持电容器613抑制负 载晶体管栅极线612的电平中的改变。也就是说，固态成像设备100可以抑制由垂直信号 线(VSL1和VSL2)的信号电平中的改变导致的、由寄生电容器619引起的对负载晶体管栅 极线612的耦合影响。此外，固态成像设备100可以移除例如由参考晶体管690的热噪声引起的参考电 流中的改变导致的负载晶体管栅极线612的电势中的改变，所述参考晶体管690连同负载 晶体管614 —起形成电流镜电路。下面将参考时序图给出其中移除例如由参考晶体管690 的热噪声引起的参考电流中的改变导致的负载晶体管栅极线612的电势中的改变的示例 的详细描述。[固态成像设备100的操作示例]图2是图示根据本发明的第一实施例的固态成像设备100的操作示例的时序图。 该时序图示出了在针对第一行的读出时段期间固态成像设备100的操作。这里假设每列中 垂直信号线(VSL)在信号电平方面仅改变很小程度，并且由寄生电容器619引起的对负载 晶体管栅极线612的耦合影响轻微。这里，在水平轴表示时间轴的情况下，通过实线示出时钟端子103、水平同步端子 102、地址线201、像素复位线321和电荷传输线331的电势中的改变。除此之外，还通过实 线示出了参考信号读出控制线204、像素信号读出控制线205和维持控制信号线203的电势 中的改变。此外，现有技术的负载晶体管栅极线872通过虚线示出连接到缺少设置晶体管 611和保持电容器613的、现有技术的负载电流源电路中负载晶体管的栅极端子的信号线 的电势中的改变。另一方面，假设在该图中时间从左到右地流逝。首先在时刻t0，水平同步信号在水平同步端子102处从高电平改变为低电平，将 水平同步脉冲112提供到定时控制电路200。此外，经由地址线201将行地址从定时控制电 路200提供到行扫描电路300，以便指定像素电路410。同时，将复位脉冲320从行扫描电路300提供到像素复位线321。这将复位晶体管 413带入导通(开启)，由于从复位电势线311提供的复位电势而将参考电势施加到浮动扩 散FD。此外，在时刻to，将连接脉冲213从定时控制电路200提供到维持控制信号线203。这开启设置晶体管611，连接参考电流线601和负载晶体管栅极线612。结果，负载晶 体管栅极线612的电势等于由于例如参考晶体管690的热噪声而变化的参考电流线601的 电势。也就是说，在连接时段期间，负载晶体管栅极线612示出与现有技术的负载晶体管栅 极线872的波形相似的波形。然后，在时刻tl，在维持控制信号线203中连接脉冲的连接时段结束，将像素复位 线321从高电平改变为低电平。也就是说，将维持控制信号从定时控制电路200提供到维 持控制信号线203。这将设置晶体管611带出导通(截止)，稳定了保持电容器613所保持的电压并 且由此维持负载晶体管栅极线612的电势恒定。也就是说，基于维持控制信号，保持电容器 613被设置到恒定的保持电压。如上所述，稳定了负载晶体管的栅极电压，维持从负载晶体 管614提供到像素电路410的负载电流恒定。此后对从行扫描电路300提供的复位脉冲 320进行复位。接下来，在时刻t2，经由参考信号读出控制线204将读出脉冲214从定时控制电路 200提供到信号读出电路710，启动参考信号读出时段。这允许信号读出电路710读出从像 素电路410的放大晶体管414输出的参考信号。此时，负载晶体管栅极线612的电势恒定。结果，维持被提供到放大晶体管414的 负载电流恒定。这允许信号读出电路710读出以恒定的放大增益从放大晶体管414输出的 参考信号。相反，现有技术的负载晶体管栅极线872的电势改变。结果，放大晶体管414的 放大增益改变。在接在参考信号读出时段的结束之后的时刻t3，经由电荷传输线331将传输脉冲 330从行扫描电路300提供到传输晶体管412。这开启传输晶体管412，将光电转换元件411 产生的电子传输到浮动扩散FD。此后在时刻t4，经由像素信号读出控制线205将读出脉冲215从定时控制电路 200提供到信号读出电路710。这允许信号读出电路710基于来自放大晶体管414的、由 传输到浮动扩散FD的电子产生的电势，而读出从放大晶体管414输出到垂直信号线的像素 信号。然后，信号读出电路710通过相关双采样计算经由垂直信号线读出的参考信号和像 素信号之间的差，将无噪声的像素信号提供到信号处理部分720。此时，负载晶体管栅极线612的电势等于参考信号读出时段期间负载晶体管栅极 线612的电势，维持了被提供到放大晶体管414的负载电流恒定。因此，在保持时段中，由 信号读出电路710读出以恒定的放大增益从放大晶体管414输出的参考信号和像素信号。相反，现有技术的负载晶体管栅极线872的电势改变，改变了放大晶体管414的放 大增益。应注意，这里将从时刻tl到时刻t5的时段示为保持时段。然而，仅需要在从参考 信号读出时段到像素信号读出时段的读出时段期间维持负载电流恒定。因此，可以将从时 刻t2到时刻5的时段考虑为保持时段。然后，在时刻t5，将水平同步脉冲112提供到水平同步端子102，终止了针对第一 行的一行读出时段并且启动针对第二行的一行读出时段。如上所述，固态成像设备100在由信号读出电路710执行的相关双采样的一行读 出时段期间读出从像素电路410输出的参考信号和像素信号。在此情况下，现有技术的负 载晶体管栅极线872的电势由于例如参考晶体管690的热噪声而改变。这改变了放大晶体管414的放大增益，使得热噪声和其他因素的影响叠加在像素信号上作为噪声分量。相反，固态成像设备100基于从维持控制信号线203提供的维持控制信号，在一行 读出时段的保持时段期间使设置晶体管611截止。也就是说，定时控制电路200产生维持 控制信号。维持控制信号被适配为在从由信号读出电路710在逐行的基础上读出参考信号 时起持续到由信号读出电路710在逐行的基础上读出像素信号时的读出时段期间维持负 载电流恒定。这允许保持电容器613在保持时段期间保持恒定的保持电压，稳定了负载晶体管 栅极线612的电势并且消除了参考晶体管690的热噪声和其它因素的影响。如上所述，在本发明的第一实施例中设置晶体管611将保持电容器613设置到保 持电压，稳定了负载晶体管栅极线612的电势。这在参考信号和像素信号读出时段期间维 持从负载晶体管614提供的负载电流的幅度恒定。结果，可以抑制由寄生电容器619引起 的垂直信号线501和502的耦合影响，并且消除参考晶体管690的热噪声和其它因素的影 响。应注意，已经给出了其中在一行读出时段期间提供连接时段的示例的描述。然而， 在该情况下，保持电容器613可能在只是紧接在固态成像设备100的通电或从待机状态恢 复之后的连接时段期间不能被充分充电。因此，下面将参考附图给出其中提供充电时段以 便紧接在通电或从待机状态恢复之后对保持电容器613进行充电的示例的描述。[固态成像设备100的操作的修改示例]图3是图示根据本发明的第一实施例的固态成像设备100的操作的修改示例的时 序图。在该示例中，假设固态成像设备100从待机状态恢复。这里，示出了待机端子101、水平同步端子102、像素复位线321、电荷传输线331、 参考信号读出控制线204、像素信号读出控制线205、维持控制信号线203、以及负载晶体管 栅极线612的电势中的改变。另一方面，假设在水平轴表示公共的时间轴的情况下，在该图 中时间从左向右流逝。首先，在时刻t0之前，将待机信号从待机端子101提供到定时控制电路200。结 果，固态成像设备100处于待机状态。在时刻to，来自待机端子101的信号从高电平改变为 低电平，复位了待机时段。然后在时刻tl，将水平同步脉冲112提供到水平同步端子102，启动准备时段。同 时，经由维持控制信号线203从定时控制电路200提供的信号从低电平改变为高电平，启动 了保持电容器613的充电时段。这经由维持控制信号线203将充电控制信号提供到设置晶体管611的栅极端子， 开启设置晶体管611并且开始对保持电容器613进行充电。也就是说，保持电容器613开 始被充电。接下来，在时刻t2，将水平同步脉冲112提供到水平同步端子102，终止准备时段 并启动一行读出时段。此时，经由维持控制信号线203从定时控制电路200提供的信号从 高电平改变为低电平，终止充电时段。结果，经由维持控制信号线203将维持控制信号提供 到设置晶体管611，使设置晶体管611截止并且稳定了负载晶体管栅极线612的电势。从时刻t2向前，不再通过图2所示的连接脉冲将保持晶体管613设置到保持电 压，维持了负载晶体管栅极线612的电势恒定。此外，维持控制信号线203和负载晶体管栅
14极线612以与用于图2所示的固态成像设备100的操作的方式相同的方式在电势上发生改 变。因此，省略对其的描述。如上所述，定时控制电路200在一行读出时段的开始之前的准备时段期间产生充 电控制信号。这允许将与负载晶体管614相关联的参考晶体管690的栅极端子连接到保持 电容器613的一端。也就是说，如果提供在长度上等于两个一行读出时段的准备时段，则保 持电容器613在充电时段期间可以被充分充电。这消除了保持电容器613在紧接在激活固 态成像设备100之后未被充分充电的可能性。结果，可以防止从像素电路410输出到垂直 信号线的信号的响应特性的变差。该变差是由从对保持电容器613进行不充分充电产生的 负载电流下降而引起的。应注意，在该情况下，不再将保持电容器613设置到保持电压。因此，很可能由于 负载晶体管614的栅极漏电流和保持电容器613的漏电流，负载晶体管栅极线612可能在 延长时段上电势下降。然而，这样的长期下降有可能被从设置晶体管611到负载晶体管栅 极线612的沟道漏电流抑制。应注意，由寄生电容器619引起的电势改变不持续长时间，这是因为在每个一行 读出时段将恒定的参考信号从像素电路410输出到每个垂直信号线(VSL1和VSL2)501和 502。另一方面，尽管这里已经描述了其中将充电时段的长度设置为两个一行读出时段的示 例，但是根据保持电容器613的电容量可以将其长度设置为一个一行读出时段、三个一行 读出时段或更长。另一方面，尽管能够抑制由其它列中垂直信号线的电势的改变引起的耦合影响， 但是本发明的第一实施例可能不能抑制由与负载晶体管614连接的垂直信号线的电势的 改变引起的耦合影响。例如，可以不能充分地抑制从垂直信号线(VSLl) 501的信号电平的 改变导致的、对与该垂直信号线(VSLl) 501相关联的负载晶体管栅极线612的耦合影响。第 二实施例是第一实施例的改进版本，用于减轻从垂直信号线的电平的改变导致的、对与该 垂直信号线相关联的负载晶体管栅极线612的耦合影响。<2.第二实施例〉[固态成像设备的配置示例]图4是图示根据本发明的第二实施例的固态成像设备的配置示例的电路图。除了 图1所示的固态成像设备100的组件之外，固态成像设备110包括第二负载电流提供电路 620、参考电流产生电路681、和参考晶体管691和692。也就是说，固态成像设备110在负 载电流源电路600中包括两极负载电流提供电路，S卩，共发共基(cascode)级联在一起的负 载电流提供电路610和620。在该示例中，除了第二负载电流提供电路620、参考电流产生电路681和参考晶体 管691和692之外的组件与图1所示的固态成像设备100的组件相同。因此，通过相同的 参考标号表示这些组件，并且省略对其的描述。另一方面，参考电流产生电路681、和参考晶 体管691和692连同第二负载电流提供电路620 —起形成电流镜电路。此外，参考电流产 生电路681与参考电流产生电路680相同，参考晶体管691和692中的每一个与参考晶体 管690相同。因此，省略对其的描述。在每个第二负载电流提供电路620中示出了第二设置晶体管621、第二保持电容 器623、第二负载晶体管6M和寄生电容器629。以与负载电流提供电路610相同的方式配置第二负载电流提供电路620。因此，省略对其的详细描述。在第二负载电流提供电路620中，第二设置晶体管621使其栅极端子连接到维持 控制信号线203，并且使其漏极端子连接到第二参考电流线602。另一方面，第二负载晶体 管6M使其漏极端子连接到垂直信号线(VSL1或VSL2) 501或502，并且使其源极端子连接 到负载晶体管614的漏极端子。此外，第二保持电容器623使其电极之一经由第二负载晶体管栅极线622连接到 第二设置晶体管621的源极端子以及第二负载晶体管624的栅极端子，并且使其另一电极 接地。应注意，寄生电容器6 形成在第二负载晶体管栅极线622与第二负载晶体管6M 的漏极端子之间。第二负载晶体管6M连同参考晶体管691 —起形成电流镜电路。第二负载晶体 管拟4将与流过参考晶体管691的参考电流相当的负载电流提供到垂垂直信号线(VSL1或 VSL2)501或502。这允许将参考信号和像素信号的电平从像素电路410的放大晶体管414 输出到垂直信号线(VSL1和VSL2)501和502。此外，第二负载晶体管6M连同放大晶体管414和负载晶体管614 —起形成源极 跟随电路，其经由垂直信号线(VSL1或VSL2)501或502连接。这允许第二负载晶体管624 将与第二保持电容器623所保持的电压相当的负载电流提供到放大晶体管414。应注意，第 二负载晶体管6M是权利要求中描述的第二负载晶体管的示例。第二设置晶体管621是被适配为基于从定时控制电路200提供的维持控制信号、 在连接到第二负载晶体管624的栅极端子的第二负载晶体管栅极线622和参考电流线601 之间出现接触和不出现接触间进行切换的开关。第二设置晶体管621与第二负载晶体管 6M相关联。第二设置晶体管621将第二保持电容器623设置为恒定的保持电压。应注意， 第二设置晶体管621是权利要求中描述的第二电压设置电路的示例。第二保持电容器623维持第二负载晶体管624的栅极电压恒定。第二保持电容器 623与第二负载晶体管6M相关联。第二保持电容器623维持第二负载晶体管624的栅极 电压恒定。应注意，第二保持电容器623是权利要求中描述的第二电压保持电路的示例。寄生电容器6 包括在第二负载晶体管624的栅极和漏极之间产生的寄生电容 器、以及在垂直信号线(VSL1或VSL2) 501或502和第二参考电流线602之间形成的布线 间电容器。该寄生电容器6 在垂直信号线(VSL1或VSL2)501或502和负载晶体管栅极 线622之间产生耦合。也就是说，负载晶体管栅极线612的电势随着垂直信号线(VSL1或 VSL2)501或502的信号电平中的改变而改变。如上所述，在第二实施例中提供第二负载电流提供电路620，减轻了由垂直信号线 的电平的改变导致的、对与该垂直信号线相关联的负载晶体管栅极线612的耦合影响。此外，第二设置晶体管621和第二保持电容器623可以减轻由其它垂直信号线的 电平的改变导致的、对负载晶体管栅极线612的耦合影响。例如，与垂直信号线(VSL1)501 相关联的第二设置晶体管621和第二保持电容器623减轻了由除了垂直信号线(VSLl) 501 之外的垂直信号线的信号电平的改变导致的耦合影响。这里将参考附图给出其中作为提供 第二负载电流提供电路620的结果的负载晶体管栅极线612在电势上发生改变的示例的描 述。[负载晶体管栅极线612的电势改变的示例]
图5是图示根据本发明的第二实施例的负载晶体管栅极线612上的耦合影响的示 例的概念性图。假设连接到垂直信号线(VSL1)501的像素电路410接收到白光。在该示例中，示出了在一行读出时段期间垂直信号线(VSLl) 501、第二负载晶体管 栅极线622、第二负载晶体管拟4的源极端子、以及负载晶体管栅极线612的电势中的改变。 另一方面，如同图4 一样，参考信号读出时段和像素信号读出时段分别是其中通过信号读 出电路710读出参考信号和像素信号的时段。垂直信号线(VSLl) 501示出作为像素电路410接收白光的结果而从像素电路410 输出的信号电平。垂直信号线(VSL1)501的电势从参考信号读出时段期间的黑色电势(VB) 降低到像素信号读出时段期间的白色电势(VW)。也就是说，垂直信号线(VSL1)501的信号 电平显著改变。第二负载晶体管栅极线622示出第二负载晶体管624的栅极端子的电势改变。作 为垂直信号线(VSLl) 501的电平下降的结果，第二负载晶体管栅极线622的电势从参考信 号读出时段期间的电势降低第二耦合改变(△%)，该第二耦合改变(AV2)基于第二保持电 容器623和寄生电容器6 之间的分压比。也就是说，基于垂直信号线(VSL1)501的电平 下降(VB-VW)、以及第二保持电容器623相对于第二保持电容器623和寄生电容器6 的组 合电容的比率，来产生第二耦合改变(Δν2)。应注意，在第一实施例中，在像素信号读出时段期间，由于第二耦合改变(AV2), 连接到垂直信号线(VSLl) 501的放大晶体管414的放大增益升高。第二负载晶体管624的源极端子示出第二负载晶体管624的源极端子的电势改 变。第二耦合改变(Δν2)从第二负载晶体管栅极线622传播到第二负载晶体管624的源 极端子，导致了近似等于第二耦合改变(AV2)的电势降(Δν2’)。负载晶体管栅极线612示出了负载晶体管614的栅极端子的电势改变。作为第二 负载晶体管624的源极端子的电势降(Δν2’)的结果，负载晶体管栅极线612的电势从参 考信号读出时段期间的电势降低第一耦合改变(AV1),该第一耦合改变(AV1)基于第一保 持电容器613和寄生电容器619之间的分压比。如上所述，如果提供第二负载电流提供电路620，则可以将垂直信号线(VSLl) 501 的信号电平中的改变抑制到基于第二保持电容器623和寄生电容器6 之间的分压比的程 度。这将负载晶体管614的栅极端子的改变抑制到基于保持电容器631和寄生电容器619 之间的分压比的程度，使得耦合影响可忽略地很小。例如，如果对于负载电流提供电路610 和第二负载电流提供电路620两者分压比都被设置为1/10，则可以将负载晶体管栅极线 612的耦合改变抑制到图1所示的固态成像设备100的耦合改变的1/10。如上所述，在第二实施例中提供第二负载电流提供电路620，比第一实施例中更多 地抑制了由自身的垂直信号线的信号电平中的改变导致的耦合影响。也就是说，第二实施 例可以抑制由垂直信号线的信号电平中的改变导致的、与该垂直信号线相关联的负载晶体 管栅极线612的电势中的改变。应注意，在第一和第二实施例中已经描述了其中对于像素电路410的每一列提供 设置晶体管611和保持电容器613各一个的示例。然而，可以减少设置晶体管611和保持 电容器613的数目。这里将参考附图给出包括单个设置晶体管611和单个保持电容器613 的固态成像设备120的示例的描述。
3.第三实施例[固态成像设备的配置示例]图6是图示根据本发明的第三实施例的固态成像设备120的配置示例的电路图。 固态成像设备120包括负载电流提供电路630、电压设置电路631和电压保持电路633，而 非图1所示的负载电流源电流600的负载电流提供电路610。应注意，为了便利的原因，这 里省略图1所示的定时控制电路200、列扫描电路500和信号处理部分720。在每个负载电流提供电路630中示出了负载晶体管634和寄生电容器639。负载 晶体管634和寄生电容器639分别与图1所示的负载晶体管614和寄生电容器619相同。 因此，省略其描述。应注意，以与现有技术的固态成像设备的负载电流提供电路相同的方式 配置负载电流提供电路630。电压设置电路631是被适配为基于经由维持控制信号线203从定时控制电路200 提供的维持控制信号来稳定与负载晶体管634的栅极端子连接的负载晶体管栅极线632的 电势的开关。电压设置电路631基于从定时控制电路200提供的维持控制信号，将在其漏 极侧的参考电流线601和其源极侧的负载晶体管栅极线632连接到一起。另一方面，电压 设置电路631与图1所示的设置晶体管611相关联。例如，通过场效应晶体管来实现电压设置电路631。此外，当将维持控制信号提供 到电压设置电路631的栅极端子时，电压设置电路631截止，将参考电流线601与负载晶体 管栅极线632隔离。这允许电压设置电路631基于从定时控制电路200提供的维持控制信 号来稳定负载晶体管栅极线632的电势。也就是说，电压设置电路631基于维持控制信号 将电压保持电路633设置到恒定的保持电压。此外，例如当电压设置电路631在紧接在通电或待机复位之后从定时控制电路 200接收到被用来对电压保持电路633进行充电的充电控制信号时，电压设置电路631将参 考电流线601和电压保持电路633的一端连接。应注意，电压设置电路631是权利要求中 描述的电压设置电路的示例。电压保持电路633是被适配为维持负载晶体管634的栅极电压恒定的电容器。电 压保持电路633具有大得足以抑制在逐列的基础上发生的、由寄生电容器639导致的垂直 信号线(VSL1和VSL2)501和502的耦合影响的电容值。如上所述，如果电压保持电路633具有大得足以抑制由寄生电容器639导致的耦 合影响的电容值，则可以利用单个电压设置电路631和单个电压保持电路633来实现负载 电流源电流600。接下来将参考附图给出固态成像设备120的操作示例的描述。[固态成像设备120的操作示例]图7是图示根据本发明的第三实施例的固态成像设备120的操作示例的时序图。 这里，示出了待机端子101、水平同步端子102、像素复位线321、电荷传输线331、参考信号 读出控制线204、像素信号读出控制线205、维持控制信号线203、以及负载晶体管栅极线 612的电势中的改变。在该示例中，另一方面，假设固态成像设备120从待机状态恢复。这 里假设在在水平轴表示公共的时间轴的情况下，在该图中时间从左向右流逝。首先，在时刻t0之前，将待机信号从待机端子101提供到定时控制电路200。结 果，固态成像设备120处于待机状态。在时刻t0，来自待机端子101的信号从高电平改变为 低电平，复位了待机时段。
接下来，在时刻tl，将水平同步脉冲112提供到水平同步端子102，启动准备时段， 即用于从待机状态恢复的时段。此时，经由维持控制信号线203从定时控制电路200提供 的信号从低电平改变为高电平，启动了电压保持电路633的充电时段。也就是说，电压设置电路631基于经由维持控制信号线203提供的充电控制信号 而开启，在电压保持电路633中累积电荷并且由此启动对电压保持电路633的充电。由于 电压保持电路633的电容大于在每列中提供的保持电容器613的电容，因此负载晶体管栅 极线612的电势逐渐升高。此后，在时刻t2，经由维持控制信号线203从定时控制电路200提供的信号从高电 平改变为低电平，终止充电时段。也就是说，当经由维持控制信号线203将维持控制信号提 供到电压设置电路631时，电压设置电路631截止，稳定了负载晶体管栅极线612的电势。接下来，在时刻t3，将水平同步脉冲112提供到水平同步端子102，终止准备时段 并启动一行读出时段。同时，经由维持控制信号线203提供连接脉冲213，启动连接时段。 应注意，从时刻t3向前的操作与图2所示的固态成像设备100的操作相同。因此，省略其 描述。如上所述，如果提供在长度上等于两个一行读出时段的准备时段，则可以消除具 有相对大电容的电压保持电路633被不充分充电的可能性。这使得信号读出电路710能够 在待机复位时段的第一个一行读出时段期间从像素电路410读取被放大到适当电平的信号。如上所述，与本发明的第一或第二实施例不同，在第三实施例中提供单个电压设 置电路631和单个电压保持电路633，提供了负载电流源电流600的降低数目的组件。如上所述，本发明的优选实施例可以抑制可归结于由参考晶体管690和寄生电容 器619的热噪声导致的耦合影响的、负载晶体管614的栅极电压的改变。也就是说，在从参 考信号读出时段到起持续到像素信号读出时段的读出时段期间，负载电流源电流600可以 稳定被提供到与像素电路410的每一列连接的垂直信号线的负载电流。应注意，可以在固态成像设备的外部提供电容器来稳定负载电流。然而，在此情况 下，需要外部连接端子，由此要求用于此目的的空间，这可能在空间节省方面存在问题。然 而，本发明的优选实施例不需要用于连接外部电容器的外部连接端子，由此有助于节省空 间。此外，可以防止从外部电容器产生的噪声的不利影响。应注意，已经关于本发明的优选实施例描述了其中信号处理部分720操纵模数 (A/D)转换的示例。然而，本发明还可以应用于列并行A/D转换CMOS传感器，其中A/D转换 在逐列的基础上由信号读出电路710操纵。也就是说，本发明的优选实施例还可以应用于 被适配为在信号读出电路710中在逐列的基础上操纵A/D转换的列并行A/D转换CMOS传 感器。也就是说，只要使用操纵相关双采样的列并行读出MOS固态成像设备，本发明的优选 实施例就是可应用的。应注意，本发明的优选实施例仅仅是实施方式的可能示例。如在优选实施例中清 楚指出的，在本发明的优选实施例的组件和在权利要求中提出的发明的具体实质之间存在 对应关系。类似地，在在权利要求中提出的发明的具体实质和本发明的优选实施例的相同 命名组件之间存在对应关系。然而，应注意，本发明不限于优选实施例，而是可以通过在不 偏离本发明范围的情况下以各种方式修改优选实施例而实现。
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此外，不仅可以将与优选实施例相关地描述的处理步骤考虑为具有一系列步骤的 方法，而且还可以将其考虑为被适配为允许计算机执行该系列步骤的程序、以及被适配为 存储该程序的记录介质。可以将CD (密致盘)、MD (迷你盘)、DVD (数字多功能盘)、存储卡、 蓝光盘(注册商标)或其它介质用作该记录介质。本申请包含与在2009年11月19日向日本专利局提交的日本优先权专利申请 JP2009-263455中公开的内容相关的主题，通过引用将其全部内容并入于此。
权利要求
1.一种固态成像设备，包括多个像素电路，该多个像素电路中的每一个将光学信号转换为像素信号； 负载电流源电路，被适配为在逐列的基础上将被用来从所述多个像素电路中读出像素 信号的负载电流提供到像素电路；信号读出电路，被适配为在逐行的基础上从像素电路读出参考信号和像素信号，并且 输出已经读出的参考信号和像素信号之间的差；以及控制信号产生电路，被适配为产生被用来在从信号读出电路读出参考信号时起持续到 信号读出电路读出像素信号时的读出时段期间维持负载电流恒定的维持控制信号，其中 负载电流源电路包括多个负载晶体管，被适配为在逐行的基础上将负载电流提供到像素电路， 电压保持电路，被适配为稳定负载晶体管的栅极电压，从而维持负载电流恒定，以及 电压设置电路，被适配为基于维持控制信号将电压保持电路设置到恒定的保持电压。
2.如权利要求1所述的固态成像设备，其中，控制信号产生电路产生被用来在从在逐 行的基础上读出参考信号时起持续到在逐行的基础上读出像素信号时的读出时段期间维 持负载电流恒定的维持控制信号。
3.如权利要求1所述的固态成像设备，其中，电压保持电路包括多个保持电容器，该多个保持电容器被适配为在多个像素电路的逐 列的基础上稳定负载晶体管的栅极电压，以及电压设置电路包括多个设置晶体管，每个设置晶体管被适配为基于维持控制信号将所 述多个保持电容器之一设置到保持电压。
4.如权利要求3所述的固态成像设备，其中，负载电流源电路还包括多个第二负载晶体管，被适配为在逐列的基础上将负载电流提供到像素电路； 第二电压保持电路，被适配为稳定第二负载晶体管的栅极电压；以及 第二电压设置电路，被适配为将第二电压保持电路设置到保持电压。
5.如权利要求1所述的固态成像设备，其中，控制信号产生电路产生被用来在读出时段开始之前的准备时段期间对电压保持电路 进行充电的充电控制信号，并且电压设置电路基于充电控制信号将与负载晶体管相关联的参考晶体管的栅极端子与 电压保持电路的一端连接。
6.一种负载电流源电路，包括多个负载晶体管，每个负载晶体管使其漏极端子连接到被适配为将负载电流提供到像 素电路的垂直信号线；电压保持电路，使其一端连接到负载晶体管的源极端子；以及 电压设置电路，使其栅极端子连接到被适配为提供维持控制信号以便稳定负载电流的 维持控制信号线，并且使其源极端子连接到负载晶体管的栅极端子和电压保持电路的另一 端。
全文摘要
公开了一种固态成像设备和负载电流源电路。所述固态成像设备包括多个像素电路，该多个像素电路中的每一个将光学信号转换为像素信号；负载电流源电路，被适配为在逐列的基础上将被用来从所述多个像素电路中读出像素信号的负载电流提供到像素电路；信号读出电路，被适配为在逐行的基础上从像素电路读出参考信号和像素信号，并且输出已经读出的参考信号和像素信号之间的差；以及控制信号产生电路，被适配为产生被用来在从信号读出电路读出参考信号时起持续到信号读出电路读出像素信号时的读出时段期间维持负载电流恒定的维持控制信号。
文档编号H04N5/374GK102075703SQ20101054865
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年11月19日
发明者小关贤, 片冈邦晶 申请人:索尼公司