[发明专利]固态图像捕捉设备和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态图像捕捉设备。具体来说，本发明涉及能够避免下述现象的固态图像捕捉设备：在强光入射于像素上时本应提供白色信号的像素被确定为呈现黑色信号(这种现象被称作“黑色太阳(black sun)效应”)。

背景技术

在CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器中，出现“黑色太阳效应”(这种效应在日本未审查专利申请公报No.2007-195033中被称为“黑沉(black sinking)效应”，并且在日本未审查专利申请公报No.2008-67344中被称为“变黑(blackening)效应”)。术语“黑色太阳效应”指下述现象：当非常强的光(诸如太阳光)入射于像素上时，输出信号突然消失，本应提供白色信号的部分被记录为黑色信号。日本未审查专利申请公报No.2007-195033和No.2008-67344公开了用于解决这种现象的技术。

在日本未审查专利申请公报No.2007-195033中，钳位(clamp)电源通过钳位晶体管连接到所谓的“相关双采样电路”，所述相关双采样电路具有钳位电容，用于对通过垂直信号线由像素输出的电压进行钳位。在像素被重置之后，钳位晶体管立即被接通，从而参照钳位电压对垂直信号线到钳位电容的输出电压进行钳位；在其它时间段，钳位电容被断开，从而切断钳位晶体管和钳位电容的连接节点。

在日本未审查专利申请公报No.2008-67344中，限幅电路(clip circuit)连接到垂直信号线。当垂直信号线的电压高于预定电压(VCLIP1)时，此限幅电路不改变垂直信号线的电压，并且当垂直信号线的电压低于预定电压(VCLIP1)时，执行调整使得该垂直信号线的电压变 成等于该预定电压(VCLIP1)。

发明内容

在上述这些技术中，使用与每个像素无关的电源电压来钳位垂直信号线的电压，并且认为此钳位电压具有恒定值。然而，对于使用浮动扩散(floating diffusion)的像素来说，由于浮动扩散的水平受晶体管参数(浮动扩散的电容、负载MOS和放大晶体管的栅极的阈值电压、以及漏极-源极电流)影响，所以该电平值是变化的。

因此，在浮动扩散被重置时的垂直信号线的电位(FD重置电平)与钳位电路对垂直信号线的电位进行钳位时的电位(钳位电平)之间可能造成失配。因此，当使用日本未审查专利申请公报Nos.2007-195033和2008-67344的技术时，即使对于同一产品来说，对于一个批次(或芯片)与另一批次，适当的钳位电平也不同，因此不能设定相同的钳位电压。

现在，讨论由于失配导致钳位电平与FD重置电平相比而言太高的情况。存在这样的情况：在即将执行相关双采样之前，垂直信号线的电压变得相对于原始电平来说太高。在这些情况下，在相关双采样的第一阶段期间垂直信号的电位下降刚开始时，即使实际像素信号呈现出黑色电平时，取决于晶体管参数的变化，也存在计数值超出计数范围的可能性。

相反，现在讨论由于上述失配导致钳位电平与FD重置电平相比而言太低的情况。在即将执行相关双采样之前，垂直信号线的电压变得相对于原始电平来说太低时，在入射于对应像素上的光具有介于日斑(sunspot)的强度与正常状态下的强度之间的中间强度时可能会出现问题。也就是说，当在相关双采样的第一阶段中计数值在计数范围内时，未获得高达可以由垂直信号线呈现的电压下限值的界限，并且存在本应呈现白色的信号值呈现出灰色的可能性。

当使用通过钳位垂直信号的电压来处理日斑的任一种上述技术时，作为处理异常而筛选掉一些芯片，这些芯片的设定值(用于设定垂直信号线的电压的钳位电压)不符合适当范围。这种处理导致成品率恶化。当不使用任一种技术时，随后的逻辑电路对每个帧执行信号处理，以补偿日斑。 因此电路规模增大。

本申请是在以上问题的背景下说明的，期望提供能够更适当地补偿日斑的固态图像捕捉设备和用于所述固态图像捕捉设备的控制方法和控制程序。