[发明专利]固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备

说明书

本发明提供一种以高增益读出低亮度信号，高亮度信号以抑制饱和的低增益读出，而且能够通过两次读出得到高增益和低增益的信号，此外能够使最低被摄体照度的性能提高的固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。固体摄像装置(10)在来自光电二极管(PD11)的电荷少的情况下，通过由包括配置在读出电路(40)的放大器和反馈电容器的CTIA电路产生的密勒效应，将电荷全部转送到反馈电容器而得到以高增益放大的输出电压，当CTIA电路饱和时，密勒效应自动减少，从而使剩余的超过电荷移动到电容更大的浮置扩散区(FD11)而得到以低增益放大的输出电压，将得到的电压同时从像素输出并导入到列采样电路。

本发明包括2016年8月17日申请的日本特愿2016-160003的申请，并将其全部内容引用与此。

技术领域

本发明涉及固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。

背景技术

作为使用了对光进行检测并产生电荷的光电变换元件的固体摄像装置(图像传感器)，CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器供实际使用。

CMOS图像传感器作为数字摄像机、摄影机、监视摄像机、医瘵用内窥镜、个人计算机(PC)、便携式电话等便携式终端装置(移动设备)等各种电子设备的一部分而广泛应用。

CMOS图像传感器按每个像素具有光电二极管(光电变换元件)以及具有浮置扩散层(FD：Floating Diffusion，浮置扩散区)的FD放大器，关于其读出，选择像素阵列中的某一行，并将它们同时向列(column)输出方向读出这样的列并行输出型为主流。

可是，作为像素的结构，作为代表性的结构，能够例示图1所示的第一像素结构、图2所示的第二像素结构、以及图3所示的第三像素结构。

图1是示出CMOS图像传感器的第一像素构成例的图。

在图1示出了4晶体管(4Tr)APS像素的一个例子(例如，参照专利文献1)。

在该4TRAPS像素1中，对于一个光电二极管(光电变换元件)PD1，分别具有作为转送元件的转送晶体管Tr1、作为重置元件的重置晶体管Tr2、作为源极跟随器元件的源极跟随器晶体管Tr3、以及作为选择元件的选择晶体管Tr4各一个。

转送晶体管Tr1在给定的转送期间被选择而成为导通状态，将在光电二极管PD1中进行光电变换而蓄积的电荷(电子)转送到浮置扩散区FD。

重置晶体管Tr2在给定的重置期间被选择而成为导通状态，将浮置扩散区FD重置为电源线的电位。

选择晶体管Tr4在读出扫描时被选择而成为导通状态。由此，源极跟随器晶体管Tr3对垂直信号线LSGN1输出将浮置扩散区FD的电荷变换为与电荷量(电位)相应的电压信号的列输出的读出信号。

例如，在读出扫描期间，在重置期间将浮置扩散区FD重置为电源线的电位，然后，通过源极跟随器晶体管Tr3将浮置扩散区FD的电荷变换为与电荷量(电位)相应的电压信号，并作为读出重置电压Vrst输出到垂直信号线LSGN1。

接下来，在给定的转送期间，在光电二极管PD1中进行光电变换而蓄积的电荷(电子)转送到浮置扩散区FD。然后，通过寄生在源极跟随器晶体管Tr3和浮置扩散区FD的电容Cfd1，浮置扩散区FD的电荷变换为与电荷量(电位)相应的电压信号，作为读出信号电压Vsig输出到垂直信号线LSGN1。

像素的输出信号作为差分信号(Vrst-Vsig)进行处理。

一般来说，图1的像素1的高灵敏度化能够通过提高变换增益(Conversion Gain)来实现。在图1的像素1中，通过降低浮置扩散区FD的电容Cfd1，从而能够进行某种程度的高灵敏度化。