[发明专利]光电转换装置和成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换装置和成像系统。

背景技术

近年来，具有放大功能的光电转换装置、特别是CMOS光电转换装置已引起关注。当诸如太阳光的非常强的光(亮光)进入CMOS光电转换装置时，用强光照射的像素的输出电压的灰度级(gray level)突然下降，并且，像素的灰度级可降低到黑电平(black level)。这种现象将被称为高亮度暗化(high-brightness darkening)现象。

当执行相关双采样(CDS)处理时，出现高亮度暗化现象。这种现象起因于在输出噪声电平信号的期间中在用强光照射时电荷(信号电荷)从光电转换单元溢出。例如，更具体而言，当从像素的检测节点(浮置扩散)读出噪声电平信号时，在光电转换单元(光电二极管)中产生的许多电荷中的一些泄漏到像素的检测节点。如果许多电荷进入检测节点，那么噪声电平电压变得低于(理想)复位电平电压并接近光学信号电平电压。在这种情况下，如果通过计算噪声电平电压和光学信号电平电压之间的差的CDS处理来获得图像信号，那么图像信号的发光度(luminance)分量被计算为小于原始发光度分量。这是高亮度暗化现象的机制。上述的电压关系假定电子被用作信号电荷并且NMOS晶体管被用作用于将信号读出到信号线的放大MOS晶体管。当空穴被用作信号电荷或者PMOS晶体管被用作放大MOS晶体管时，电压变化方向相反。高亮度暗化现象产生噪声电平电压。

作为考虑高亮度暗化现象的常规光电转换装置，在日本专利公开No.2005-57612中公开的光电转换装置是已知的。如图6所示，在日本专利公开No.2005-57612中公开的光电转换装置包含像素4、检测单元2和第二保持部件(means)3。

检测单元2包含检测部件、第一保持部件、反馈部件和用于根据反馈电压来削减(clipping)信号线SIG的电位的削减部件。检测部件检测信号线SIG的电位。第一保持部件保持基于检测部件所检测的电位的电压。反馈部件将第一保持部件所保持的电压反馈到削减部件。削减部件根据反馈部件的反馈电压削减信号线SIG的电位。

在日本专利公开No.2005-57612中公开的光电转换装置中，被检测部件检测的信号线SIG的电位由第一保持部件保持，并然后被反馈部件反馈到削减部件。出于这个原因，不能任意地设定信号线SIG的电位和削减部件的输入电位之间的差。更具体而言，削减部件由NMOS晶体管形成。被NMOS晶体管削减的电位(削减电位)受到如下限制：削减电位必须比信号线SIG的电位低NMOS晶体管的阈值电压的量。

为了有效抑制高亮度暗化现象的产生，削减电位优选尽可能地接近应在像素的检测节点被复位时经由信号线SIG被传送的复位电平。但是，在日本专利公开No.2005-57612中公开的光电转换装置中，削减电位受到如下限制：削减电位必须比复位电平低NMOS晶体管的阈值电压的量。结果，变得难以有效抑制高亮度暗化现象的产生。

发明内容

本发明的目的是，通过将复位电平和削减电位之间的差设为比削减单元中的电压降的量小，从而有效抑制高亮度暗化现象的产生。

根据本发明的第一方面，提供一种光电转换装置，在该光电转换装置中，二维地排列光电转换单元、电荷电压转换器、传送单元和输出单元，电荷电压转换器中的每一个将电荷转换成电压，传送单元中的每一个将光电转换单元中产生的电荷传送到电荷电压转换器，输出单元中的每一个向信号线输出与电荷电压转换器所转换的电压对应的信号，并且，在该装置中，为了CDS处理，在电荷电压转换器已被复位时第一信号被输出到信号线，并且在传送单元已将光电转换单元中的电荷传送到电荷电压转换器时第二信号被输出到信号线，该装置包含：包含具有源极和漏极的MOS晶体管的削减单元，源极和漏极中的一个与信号线连接，且源极和漏极中的另一个与电源连接，并且，削减单元将信号线的电位削减到与所述一个的电位对应的电位；具有第一电极和第二电极的保持电容，第一电极与MOS晶体管的栅极连接，且保持电容至少保持在电荷电压转换器已被复位时被传送到信号线的电压；以及偏移(shift)单元，该偏移单元沿着使得第二电极的电位接近当电荷电压转换器已被复位时要被传送到信号线的电平的方向，使第二电极的电位偏移。

根据本发明的第二方面，提供一种成像系统，该成像系统包括：根据本发明的第一方面的光电转换装置；在光电转换装置的图像感测面上形成图像的光学系统；以及处理从光电转换装置输出的信号以产生图像数据的信号处理单元。

通过将复位电平和削减电位之间的差设为比削减单元中的电压降的量小，本发明能有效抑制高亮度暗化现象的产生。