[发明专利]固态成像设备及其驱动方法、信号处理方法和成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像设备、驱动该固态成像设备的方法、用于该固态成像设备的信号处理方法和成像装置。

背景技术

图27示出了固态成像设备的单位像素100的配置的例子。如该例子，在具有用于转移通过光电转换元件101中的光电转换而获得的信号电荷的转移晶体管的单位像素100中，将可以被转移到单位像素的浮动扩散电容器(floating diffusion capacitor；FD)106的累积电荷的最大量Qfd.max做得比作为光接收单元的光电转换元件101中的累积电荷的最大量Qpd.max大得多。结果，通过移除光电转换元件101中的剩余电荷，实现了信号电荷从光电转换元件101到浮动扩散电容器106的完美转移。

以如上所述的方式对通过光电转换元件101中的光电转换而获得的信号电荷实现了完美转移，这使得可以防止拍摄图像阶段中的剩余图像，并且可以实现入射光亮度和传感器输出信号之间的满意的线性。这样，除转移晶体管102以外，此实施例的像素100还包括复位晶体管103、放大晶体管104和像素选择晶体管105。

然而，图27所示的单位像素100存在下列问题。

(1)由于累积电荷的最大量Qfd.max必须比光电转换元件中的累积电荷的最大量Qpd.max大，因此存在为了提高电荷-电压转换效率而降低浮动扩散电容器106的电容的限制。

(2)与以上原因相同，用作浮动扩散电容器106的复位电压的电源电压Vdd的下降导致浮动扩散电容器106中的累积电荷的最大量Qfd.max降低，因此存在对于降低电源电压Vdd的限制。

然后，目前以下列方式解决上述问题(1)和(2)。也就是说，当由于降低浮动扩散电容器106的电容以提高电荷-电压转换效率、从而引起累积电荷的最大量Qfd.max变少时，或者当由于降低了复位电压(电源电压)Vdd而引起累积电荷的最大量Qfd.max变少时，在电荷转移之后，执行信号读取和浮动扩散电容器106的复位，由于多于转移晶体管102能转移的电荷而剩余在光电转换元件101中的电荷可以被再次转移，以读取信号。结果，以多批(batch)读出光电转换元件101中的所有累积电荷。例如在日本专利特开No.2001-177775中描述了这种技术。

发明内容

在上述现有技术中，浮动扩散电容器106中累积的电荷的最大量Qfd.max小于光电转换元件101中累积的电荷的最大量Qpd.max。而且，如图28所示，转移了能够被转移到浮动扩散电容器106的所有电荷。因此，不能以浮动扩散电容器106中累积的电荷的最大量Qfd.max为单位来分割光电转换元件101中累积的电荷的最大量Qpd.max(A)。由于此原因，不能以任意电荷量为单位来多批转移光电转换元件101中累积的电荷的最大量Qpd.max(B)。

另外，如图29所示，在采用在多个像素之间共享浮动扩散电容器FD和读出电路200的配置的固态成像设备中，在某些情况下不能降低浮动扩散电容器FD的电容。在这些情况下，由于不能以多批转移信号电荷，因此不能将用于将以多批转移的信号分别与权重因子相加的处理应用于固态成像设备。结果，不能获得由于例如对应于光量的范围而改变灵敏度的这些处理带来的效果。

根据前述，因此希望提供一种固态成像设备，当转移电荷时，其能够以任意电荷量作为单位来多批转移通过光电转换元件中的光电转换而获得的信号电荷，以及驱动该固态成像设备的方法、其信息处理方法和成像装置。

为了达到上述期望，根据本发明的实施例，提供了一种固态成像设备，包括：

像素阵列单元，通过以矩阵排列单位像素形成，每个所述单位像素包括被配置用于将光信号转换成信号电荷的光电转换单元、被配置用于转移通过所述光电转换单元中的光电转换而获得的所述信号电荷的转移元件、以及被配置用于输出通过所述转移元件所转移的信号电荷的输出部件；

第一驱动部件，被配置用于通过使用第一控制电压来驱动所述转移元件，其中在一个单位的累积时间段内在所述光电转换元件中累积的信号电荷的一部分被保持在所述光电转换元件中，其中所述转移元件根据所述第一控制电压来转移具有超过所保持的信号电荷量的量的累积电荷；

第二驱动部件，被配置用于通过使用第二控制电压来驱动所述转移元件，其中所述转移元件根据所述第二控制电压来转移在所述光电转换元件中所保持的所有信号电荷；以及

第三驱动部件，被配置用于驱动所述输出部分以便读出通过所述第一驱动部件和所述第二驱动部件连续进行驱动而转移的信号电荷。