固态摄像器件及其驱动方法和电子设备技术

固态摄像器件设置有像素阵列单元，像素阵列单元包括：多个单位像素的布置，单位像素包括多个光电转换部；以及驱动单元，驱动单元通过对光电转换部中的信号电荷的蓄积执行间歇驱动来改变光电转换部的灵敏度比率。换言之，通过对光电转换部中的信号电荷的蓄积执行间歇驱动，固态摄像器件可改变光电转换部的灵敏度比率。

Solid-state camera devices and their driving methods and electronic devices

A solid-state imaging device is provided with a pixel array unit, a pixel array unit includes a plurality of unit pixels arranged, the unit pixel includes a plurality of photoelectric conversion portion; and a driving unit, driving unit by intermittent driving to change the sensitivity ratio of the photoelectric conversion portion of the signal charge accumulation in the photoelectric conversion portion performs. In other words, by performing an intermittent drive on the accumulation of signal charges in the photoelectric conversion unit, the solid-state camera device can change the sensitivity ratio of the photoelectric conversion unit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态摄像器件及其驱动方法和电子设备
本专利技术涉及固态摄像器件、用于驱动固态摄像器件的方法以及电子设备。
技术介绍
在固态摄像器件中，从包括光电转换部的单位像素中获得输出信号，该输出信号相对于通过光电转换而蓄积在光电转换部中的电荷量基本上是线性的。于是，固态摄像器件的动态范围由单位像素在光电转换部中能够蓄积的电荷量(饱和电荷量)和噪声电平唯一地确定。也就是说，固态摄像器件的输出电平的下限受噪声电平的限制，且输出电平的上限受光电转换部的饱和水平的限制。结果，固态摄像器件的动态范围由光电转换部的饱和电荷量和噪声电平量唯一地确定。过去，作为用于扩展固态摄像器件的动态范围的技术，以下三种方法是已知的。(1)时间分割法：通过以时间分割方式拍摄因蓄积时间差异而具有不同灵敏度的多个图像并合成以时间分割方式拍摄的多个图像来扩展动态范围(参见例如专利文献1)(2)空间分割法：通过提供具有不同灵敏度的多个像素并合成由具有不同灵敏度的多个像素拍摄的多个图像来扩展动态范围(参见例如专利文献2)(3)像素内存储器叠加法：通过在每个像素中提供存储器来扩展动态范围，该存储器蓄积从光电转换部溢出的电荷，以增加在曝光时间段内能够蓄积的电荷量(参见例如专利文献3)引用列表专利文献专利文献1：日本专利申请特开号2001-346096专利文献2：日本专利申请特开号1993-64083专利文献3：日本专利申请特开号2005-328493
技术实现思路
技术问题上述专利文献1至专利文献3中记载的现有技术具有以下问题。(1)专利文献1记载的时间分割法：虽然可以通过增加时间分割的分割数来扩展动态范围，但是当增加分割数时，发生伪像。(2)专利文献2记载的空间分割法：虽然可以通过增加空间分割的分割数来扩展动态范围，但是当分割数增加时，由于分辨率等的降低而导致图像质量劣化。(3)专利文献3记载的像素内存储器叠加法：由于存储器容量受限，因此可被扩展的动态范围也受限。本专利技术的目的在于提供能够通过拍摄具有可被不同于时间分割法、空间分割法以及像素内存储器叠加法的方法任意地控制的灵敏度比率的多个图像来扩展动态范围的固态摄像器件、用于该驱动固态摄像器件的方法和包括该固态摄像器件的电子设备。技术方案为了实现以上目的，根据本专利技术的固态摄像器件包括：像素阵列单元，在所述像素阵列单元中布置有多个单位像素，所述单位像素均包括多个光电转换部；以及驱动单元，所述驱动单元通过针对所述多个光电转换部的信号电荷的蓄积执行间歇驱动来改变所述多个光电转换部的灵敏度比率。另外，为了实现上述目的，根据本专利技术的电子设备包括作为成像单元的具有上述构造的固态摄像器件。为了实现上述目的，根据本专利技术的固态摄像器件的驱动方法包括：驱动所述固态摄像器件，所述固态摄像器件包括像素阵列单元，在所述像素阵列单元中布置有多个单位像素，所述单位像素均包括多个光电转换部，并且通过针对所述多个光电转换部的信号电荷的蓄积执行间歇驱动来改变所述多个光电转换部的灵敏度比率。在具有上述构造的固态摄像器件、其驱动方法或电子设备中，可以通过被不同于时间分割法、空间分割法以及像素内存储器叠加法的用于针对多个光电转换部的信号电荷的蓄积执行间歇驱动(intermittentdriving)的方法来任意地控制多个光电转换部的灵敏度比率。然后，通过拍摄具有可被任意地控制的灵敏度比率的多个图像，可以扩展动态范围。专利技术的有益效果根据本专利技术，由于通过针对多个光电转换部的信号电荷的蓄积执行间歇驱动可以任意地控制多个光电转换部的灵敏度比率，因此与物理地提供灵敏度差的情况相比，可以自由地改变动态范围。应当注意，这里所说明的效果并非限制性的，并且可以为本专利技术记载的任何效果。另外，本文所说明的效果仅为示例，而并非限制性的，并且可以提供其他效果。附图说明图1是示意地示出本专利技术的CMOS图像传感器的系统构造的系统构造图。图2是示意地示出本专利技术的CMOS图像传感器的另一系统构造的系统构造图(部分1)。图3是示意地示出本专利技术的CMOS图像传感器的另一系统构造的系统构造图(部分2)。图4是示出本专利技术的CMOS图像传感器的使用示例的示图。图5是示出根据第一实施例的单位像素的电路构造的电路图。图6是根据第一实施例的单位像素的平面布局的布局图。图7是说明根据第一实施例的单位像素的电路操作的时序波形图。图8A是更具体地说明在基于快门信号和传输信号的脉冲信号针对信号电荷的蓄积执行间歇驱动时的电路操作的时序波形图，且图8B是作为图8A所示的间歇驱动的变形例的时序波形图。图9是根据第一实施例的单位像素的动态范围的扩展的说明图。图10A是在第一光电二极管和第二光电二极管的尺寸相同的情况下的布局图，且图10B是在第二光电二极管大于第一光电二极管的情况下的布局图。图11是示出根据第二实施例的单位像素的电路构造的电路图。图12是根据第二实施例的单位像素的动态范围的扩展的说明图。图13是说明根据第二实施例的单位像素的电路操作的电位图。图14是说明根据第二实施例的变形例1的单位像素的电路操作的电位图。图15是说明根据第二实施例的变形例2的单位像素的电路构造的电位图。图16是说明根据第二实施例的变形例2的单位像素的电路操作的电位图。图17是示出根据第三实施例的单位像素的电路构造的电路图。图18是示出根据第三实施例的单位像素的另一电路构造的电路图。图19是说明根据第三实施例的单位像素在高转换效率模式下的电路操作的时序波形图。图20是说明根据第三实施例的单位像素在低转换效率模式下的电路操作的时序波形图。图21是示出根据第四实施例的单位像素的电路构造的电路图。图22是示出根据第四实施例的单位像素的另一电路构造的电路图。图23是说明根据第四实施例的单位像素的电路操作的时序波形图。图24是示出根据第五实施例的单位像素的电路构造的电路图。图25是根据第五实施例的单位像素的平面布局的布局图。图26是说明根据第五实施例的单位像素的电路操作的时序波形图。图27是示出相对应入射光量的低灵敏度差分信号SNL、高灵敏度差分信号SNH和校正低灵敏度差分信号SNL'之间的关系的示图。图28A是像素信号的运算处理的处理示例1的说明图，且图28B是像素信号的运算处理的处理示例2的说明图。图29是示出根据第六实施例的单位像素以及单位像素的控制系统的示例的构造图。图30是示出根据第六实施例的单位像素的控制系统的处理流程的流程图。图31是根据第六实施例的单位像素的控制系统的处理的说明图。图32是示出根据第六实施例的单位像素以及单位像素的控制系统的构造的另一示例的构造图。图33是示出作为根据本专利技术的电子设备的示例的成像设备的构造的框图。图34是示意地示出根据第七实施例的CMOS图像传感器的系统构造的系统构造图。图35是根据第七实施例的CMOS图像传感器的单位像素的内部构造图。图36A是示出使用4个参考电压电平的被摄体亮度评估单元的构造示例的示图，且图36B是示出使用两个参考电压电平的被摄体亮度评估单元的构造示例的示图。图37是示出根据第七实施例的CMOS图像传感器的系统的三维构造的示意立体图。图38是示出根据第七实施例的CMOS图像传感器的第一半导体器件层中的光电转换部和像素晶体管的平面布局的布局图。图39A和图39B均是示出被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态摄像器件，其包括：像素阵列单元，在所述像素阵列单元中布置有多个单位像素，所述单位像素均包括多个光电转换部；以及驱动单元，所述驱动单元通过针对所述多个光电转换部的信号电荷的蓄积执行间歇驱动来改变所述多个光电转换部的灵敏度比率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.31 JP 2016-0699811.一种固态摄像器件，其包括：像素阵列单元，在所述像素阵列单元中布置有多个单位像素，所述单位像素均包括多个光电转换部；以及驱动单元，所述驱动单元通过针对所述多个光电转换部的信号电荷的蓄积执行间歇驱动来改变所述多个光电转换部的灵敏度比率。2.根据权利要求1所述的固态摄像器件，其中，所述多个光电转换部均包括第一光电转换部和第二光电转换部，且所述单位像素均包括电荷-电压转换部、第一传输栅单元、第二传输栅单元和排出栅单元，所述第一传输栅单元将被所述第一光电转换部光电转换的电荷传输到所述电荷-电压转换部，所述第二传输栅单元将被所述第二光电转换部光电转换的电荷传输到所述电荷-电压转换部，所述排出栅单元将被所述第二光电转换部光电转换的电荷排出。3.根据权利要求2所述的固态摄像器件，其中，所述排出栅单元将被所述第二光电转换部光电转换的电荷排出到所述第一光电转换部。4.根据权利要求2所述的固态摄像器件，其中，所述间歇驱动是由用于驱动所述排出栅单元和所述第二传输栅单元的脉冲信号实现的间歇驱动。5.根据权利要求2所述的固态摄像器件，其中，所述驱动单元使所述第二传输栅单元和所述排出栅单元在曝光时段中以相同的频率交替地操作，使得所述第二传输栅单元和所述排出栅单元的导通时段不重叠。6.根据权利要求3所述的固态摄像器件，其中，用于形成所述排出栅单元的栅极电极设置成与所述第一光电转换部的一部分重叠。7.根据权利要求3所述的固态摄像器件，其中，所述排出栅单元包括串联地布置在所述第二光电转换部和所述第一光电转换部之间的两个栅单元，且在所述两个栅单元之中，位于所述第一光电转换部这一侧处的所述栅单元的栅极电极设置成与所述第一光电转换部的一部分重叠。8.根据权利要求2所述的固态摄像器件，其中，所述单位像素均包括放大晶体管、复位晶体管和第一切换栅单元，所述放大晶体管输出被所述电荷-电压转换部转换的电压，所述复位晶体管复位所述电荷-电压转换部，所述第一切换栅单元设置在所述第一传输栅单元和所述复位晶体管之间，且所述电荷-电压转换部具有第一区域和第二区域，所述第一区域被所述第一传输栅单元、所述放大晶体管和所述第一切换栅单元包围，所述第二区域被所述第一切换栅单元、所述复位晶体管和所述第二传输栅单元包围。9.根据权利要求8所述的固态摄像器件，其中，在读取所述第一光电转换部的信号电荷时，所述第一切换栅单元能够针对所述电荷-电压转换部切换高转换效率模式和低转换效率模式。10.根据权利要求8所述的固态摄像器件，其中，所述单位像素均包括连接到所述第二区域的电容性元件。11.根据权利要求2所述的固态摄像器件，其中，所述单位像素均包括放大晶体管、复位晶体管和第二切换栅单元，所述放大晶体管输出被所述电荷-电压转换部转换的电压，所述复位晶体管复位所述电荷-电压转换部，所述第二切换栅单元设置在所述第二传输栅单元和所述复位晶体管之间，且所述电荷-电压转换部具有第一区域和第二区域，所述第一区域被所述第一传输栅单元、所述放大晶体管和所述第二切换栅单元包围，所述第二区域位于所述第二传输栅单元和所述第二切换栅单元之间。12.根据权利要求11所述的固态摄像器件，其中，所述单位像素均包括连接到所述第二区域的电容性元件。13.根据权利要求2所述的固态摄像器件，其中，所述单位像素均包括放大晶体管、复位晶体管、第一切换栅单元和第二切换栅单元，所述放大晶体管输出被所述电荷-电压转换部转换的电压，所述复位晶体管复位所述电荷-电压转换部，所述第一切换栅单元设置在所述第一传输栅单元和所述复位晶体管之间，所述第二切换栅单元设置在所述第二传输栅单元和所述复位晶体管之间，且所述电荷-电压转换部具有第一区域、第二区域和第三区域，...

【专利技术属性】
技术研发人员：町田贵志，石田実，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP