[发明专利]固态成像元件及其驱动方法以及电子设备

说明书

根据本发明的技术涉及固态图像传感器、其驱动方法以及电子设备，其中可以对高亮度时的信号和低亮度时的信号实现良好的信噪比，并能够适当地消除复位噪声。固态图像传感器配有检测传输电荷的多个检测单元、复位多个检测单元的复位单元、控制多个检测单元的连接或分离的连接/分离控制单元以及输出与检测单元的电位对应的输出信号的输出单元。输出单元在连接/分离控制单元让多个检测单元连接的状态下输出连接状态复位电平信号和连接状态输出信号，而在连接/分离控制单元让多个检测单元分离的状态下，输出分离状态复位电平信号和分离状态输出信号。由连接状态复位电平信号和连接状态输出信号之间的差分生成第一像素信号，由分离状态复位电平信号和分离状态输出信号之间的差分生成第二像素信号。

技术领域

本技术涉及固态成像元件、其驱动方法和配备有该固态成像元件的电子设备。该技术特别涉及在其中关于高亮度模式下的信号和低亮度模式下的信号均能实现令人满意的S/N(信噪比)并能够适当地消除复位噪声的固态成像元件、其驱动方法和配备有该固态成像元件的电子设备。

背景技术

CMOS图像传感器已经被公知为固态成像元件(图像传感器)。CMOS 图像传感器已被用于数码相机、数字摄像机以及各种移动终端设备，诸如带有相机的移动电话。

在现有技术中的图像传感器的大多数情况下，以光电二极管(PD)的电荷被传输到浮置扩散区(FD)然后将FD的电位经历读取(sensing)的方式来提取信号。在这种情况下，在FD的电容较小时，变换为电压的增益增加，因而随后的噪声下降。因此，确保了良好的S/N且有用电荷的量较小。在FD的电容较大时，有用电荷的量较大，而S/N较小。

已经提出了这样的结构：在其中由两个电容器构成FD以解决在电荷的量和S/N之间的平衡，因此在电荷的量较小时，使用由一个电容器读取的信号 (S1)，而在电荷的量较大时，使用由两个电容器读取的信号(S2)(例如，参见专利文献1至3)。

即使在应用这种建议的技术的情况下，通过在FD1或FD2被复位的状态下计算在S1或S2和一个或两个复位电平信号(N)之间的差分来获得实际信号，对提供一个FD的情况类似。

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开号63-67976

专利文献2：日本未审查专利申请公开(PCT申请的翻译文本)号 2009-505498

专利文献3：国际公开号2005-083790

发明内容

技术问题

但是，在现有技术中，留下如下问题中的至少一个。

第一问题是，即使在获得了差分时，S1或S2的至少其中一个也不能消除复位噪声等。

第二问题是，需要执行加法处理以获得在高亮度模式下的信号。换句话说，在低亮度模式下不执行加法处理时，信号的线性在开始加法处理的前后被恶化，而在低亮度模式下执行加法处理时，噪声增加。特别地，在S1的信号超过确保了像素的输出的线性的范围时，该问题变得十分明显。

例如，在专利文献1的情况下，PD也具有作为第一FD的功能，因此S1和 S2被输出，然后类似于所谓的三晶体管型像素，通过复位PD获得复位电平 (N)。因此，即使在获得相对于N的差分时，复位噪声也保留在两个信号中。

此外，在专利文献2的情况下，PD和FD被传输晶体管分离，因而专利文献2的技术应用于所谓的四晶体管型像素。因此，类似于四晶体管型像素，可通过获得S1和N之间的差分来消除复位噪声，而不能消除S2的复位噪声。