[发明专利]固态成像设备、其信号处理方法和成像装置

说明书

技术领域

本申请涉及固态成像设备、其信号处理方法和成像装置。

背景技术

图36示出了固态成像设备100的单位像素100的配置例子。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，使得可以被转移到单位像素的浮动扩散电容器(floating diffusion capacitor；FD)的累积电荷的最大量Qfd.max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，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。在这样的背景下，除转移晶体管102以外，此实施例的单位像素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36所示的单位像素100包含下列问题。

(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晶体管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的降低，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

然而，在上述现有技术的情况下，以多批转移电荷，并且由此以多批转移的信号电荷被输出以无条件地彼此相加，尤其是当入射光的亮度低时，尽管信号电平低，但是与信号电平高的情况类似，随机噪声和固定模式噪声不可避免地分别相加。结果，与不分成多批读出信号电荷的情况相比，随机噪声和固定模式噪声进一步增加，因此图像质量恶化。

例如，当通过一批读出信号电荷中的随机噪声是N_RN并且通过一批读出信号电荷中的固定模式噪声是N_FPN时，通过以n批分别读出随机噪声和固定模式噪声并将其彼此相加而得到的噪声由固定模式噪声N_FPN的n倍和随机噪声N_RN的倍的均方(mean square)来表示。

根据前述，因此希望提供一种固态成像设备，尤其在具有低入射光亮度的区域(低亮度区域)中，能够实现高S/N比，具有用于当不能通过一次读出操作而输出所有的累积电荷时以多批转移所有累积电荷的配置，以及用于其的信号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而形成，每个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光电转换单元中的光电转换而获得的信号电荷的转移元件、以及被配置用于输出通过转移元件所转移的信号电荷的输出部件；驱动部件，被配置用于通过输出部件读出在一个单位的累积时间段内在光电转换单元中累积的并由转移元件以至少两批转移的信号电荷；信号处理部件，被配置用于对基于分割(partition)而从单位像素读出的多个输出信号执行相加处理；电平确定部件，被配置用于比较多个输出信号的信号电平的每一个与参考电平；以及控制部件，被配置用于命令信号处理部件根据从电平确定部件获得的确定结果对多个输出信号中具有每个等于或高于参考电平的信号电平的输出信号执行相加处理。