固态成像装置、固态成像装置的驱动方法以及电子设备制造方法及图纸

本技术涉及能够在不使图像质量劣化的情况下扩展固态成像装置的动态范围的固态成像装置、固态成像装置的驱动方法以及电子设备。固态成像装置包括：像素阵列部，其中布置有多个单位像素；和驱动部，其被配置成控制单位像素的操作。单位像素包括：第一光电转换部；第二光电转换部，其灵敏度低于第一光电转换部的灵敏度；电荷累积部，其被配置成累积由第二光电转换部产生的电荷，所述电荷累积部的对电极连接到可变电压电源；电荷‑电压转换部；第一传输栅极部，其被配置成将电荷从第一光电转换部传输到电荷‑电压转换部；和第二传输栅极部，其被配置成将电荷‑电压转换部的电位和电荷累积部的电位彼此耦合。在电荷累积部中累积由第二光电转换部产生的电荷的至少一部分时间段内，驱动部使可变电压电源的电压低于当读出基于累积在电荷累积部中的电荷的信号时的电压。本发明专利技术适用于固态成像装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态成像装置、固态成像装置的驱动方法以及电子设备
本技术涉及一种固态成像装置、固态成像装置的驱动方法以及电子设备，更具体地，涉及能够扩展动态范围的固态成像装置、固态成像装置的驱动方法以及电子设备。
技术介绍
迄今为止，已经出现了各种类型的固态成像装置的动态范围扩展技术。例如，已知一种时间分割系统(time-divisionsystem)，其中以不同的灵敏度以时间分割方式进行拍摄并且对以时间分割方式拍摄的多个图像进行合成。此外，例如，已知一种空间分割系统(space-divisionsystem)，其中设置有具有不同灵敏度的光接收元件并且对在具有不同灵敏度的光接收元件中拍摄的多个图像进行合成，从而扩展动态范围(例如，参见专利文献1和2)。此外，例如，已知一种像素内存储器系统(intra-pixelmemorysystem)，其中在每个像素中设置有用于累积从光电二极管溢出的电荷的存储器并且增大了在一个曝光时间段中能够累积的电荷量，从而扩展动态范围(例如，参照专利文献3)。[引用列表][专利文献]专利文献1：日本专利No.3071891专利文献2：JP2006-253876A专利文献3：日本专利No.4317115
技术实现思路
技术问题在时间分割系统或空间分割系统中，增加分割数量，从而使得能够扩展动态范围。然而，另一方面，当分割数量增加时，由于伪影的产生、分辨率的降低等导致图像质量劣化。此外，在像素内存储器系统的情况下，由于存储器的容量有限，所以可以扩展的动态范围存在限制。鉴于上述情况，本技术能够在不使图像质量劣化的情况下，使固态成像装置的动态范围得到扩展。解决问题的技术方案本技术第一方面的固态成像装置包括：像素阵列部，其中布置有多个单位像素；和驱动部，所述驱动部被配置成控制所述单位像素的操作。所述单位像素包括：第一光电转换部；第二光电转换部，所述第二光电转换部的灵敏度低于所述第一光电转换部的灵敏度；电荷累积部，所述电荷累积部被配置成累积由所述第二光电转换部产生的电荷，所述电荷累积部的对电极连接到可变电压电源；电荷-电压转换部；第一传输栅极部，所述第一传输栅极部被配置成将电荷从所述第一光电转换部传输到所述电荷-电压转换部；和第二传输栅极部，所述第二传输栅极部被配置成将所述电荷-电压转换部的电位和所述电荷累积部的电位彼此耦合。在所述电荷累积部中累积由所述第二光电转换部产生的电荷的至少一部分时间段内，所述驱动部使所述可变电压电源的电压低于当读出基于累积在所述电荷累积部中的电荷的信号时的电压。可以在所述可变电压电源中设定第一电压和低于所述第一电压的第二电压，并且可以通过低通滤波器输出所述第一电压。所述低通滤波器可以包括设置有所述固态成像装置的芯片内的电阻器以及安装到所述芯片外部的电容器。可以在所述可变电压电源中设定第一电压和低于所述第一电压的第二电压，并且可以通过采样保持电路输出所述第一电压。所述采样保持电路可以包括设置有所述固态成像装置的芯片内的开关以及安装到所述芯片外部的电容器。所述单位像素可以进一步包括：第三传输栅极部，所述第三传输栅极部被配置成将电荷从所述第二光电转换部传输到所述电荷累积部；和溢出路径，所述溢出路径将从所述第二光电转换部溢出的电荷传输到所述电荷累积部，所述溢出路径形成在所述第三传输栅极部的栅电极的下部。所述驱动部可以包括：信号产生部，所述信号产生部被配置成产生所述第一传输栅极部的栅极信号和所述第三传输栅极部的栅极信号，并将这些栅极信号中的任一者输出到共用的第一信号线；和切换部，所述切换部被配置成将通过所述第一信号线输入的所述第一传输栅极部的栅极信号输出到第二信号线，并将通过所述第一信号线输入的所述第三传输栅极部的栅极信号输出到第三信号线。所述第二光电转换部和所述电荷累积部可以在未通过传输栅极部的情况下彼此连接。所述单位像素可以进一步包括连接在所述第二传输栅极部与所述电荷-电压转换部之间的第四传输栅极部。所述驱动部可以包括：信号产生部，所述信号产生部被配置成产生所述第二传输栅极部的栅极信号和所述第四传输栅极部的栅极信号，并将这些栅极信号中的任一者输出到共用的第四信号线；和切换部，所述切换部被配置成将通过所述第四信号线输入的所述第二传输栅极部的栅极信号输出到第五信号线，并将通过所述第四信号线输入的所述第四传输栅极部的栅极信号输出到第六信号线。利用所述驱动部，在读出基于由所述第一光电转换部产生的电荷的第一数据信号的情况下，可以使所述第二传输栅极部处于非导通状态。在读出基于由所述第二光电转换部产生的电荷的第二数据信号的情况下，可以使所述第二传输栅极部处于导通状态。所述驱动部可以进行控制，使得在读出所述第一数据信号的情况下，在所述电荷-电压转换部被复位的状态下读出第一复位信号之后，读出所述第一数据信号，并且在读出所述第二数据信号的情况下，在读出所述第二数据信号之后，在所述电荷-电压转换部的电位和所述电荷累积部的电位彼此耦合的区域被复位的状态下读出第二复位信号。可以进一步设置有信号处理部，所述信号处理部用于产生作为所述第一数据信号与所述第一复位信号之间的差的第一差信号以及作为所述第二数据信号与所述第二复位信号之间的差的第二差信号，在所述第一差信号的值等于或小于预定阈值的情况下，使用所述第一差信号作为所述单位像素的像素信号，且在所述第一差信号的值超过所述阈值的情况下，使用所述第二差信号作为所述单位像素的像素信号。可以进一步设置有信号处理部，所述信号处理部用于产生作为所述第一数据信号与所述第一复位信号之间的差的第一差信号以及作为所述第二数据信号与所述第二复位信号之间的差的第二差信号，并以基于所述第一差信号的值设定的合成比率来合成所述第一差信号和所述第二差信号，从而产生所述单位像素的像素信号。电荷累积部的对电极连接到可变电压电源。在这种情况下，驱动部可以在电荷累积在电荷累积部中的时段间内，比读出基于累积在电荷累积部中的电荷的信号的时间段内，更多地降低施加在电荷累积部的对电极上的电压。在本技术第二方面的固态成像装置的驱动方法中，所述固态成像装置包括布置有多个单位像素的像素阵列部。所述单位像素包括：第一光电转换部；第二光电转换部，所述第二光电转换部的灵敏度低于所述第一光电转换部的灵敏度；电荷累积部，所述电荷累积部被配置成累积由所述第二光电转换部产生的电荷，所述电荷累积部的对电极连接到可变电压电源；电荷-电压转换部；第一传输栅极部，所述第一传输栅极部被配置成将电荷从所述第一光电转换部传输到所述电荷-电压转换部；和第二传输栅极部，所述第二传输栅极部被配置成将所述电荷-电压转换部的电位和所述电荷累积部的电位彼此耦合。所述方法包括：在所述电荷累积部中累积由所述第二光电转换部产生的电荷的至少一部分时间段内，通过所述固态成像装置，使所述可变电压电源的电压低于当读出基于累积在所述电荷累积部中的电荷的信号时的电压。本技术第三方面的电子设备包括固态成像装置，所述固态成像装置包括：像素阵列部，其中布置有多个单位像素；和驱动部，所述驱动部被配置成控制所述单位像素的操作。所述单位像素包括：第一光电转换部；第二光电转换部，所述第二光电转换部的灵敏度低于所述第一光电转换部的灵敏度；电荷累积部，所述电荷累积部被配置成累积由所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态成像装置，其包括：像素阵列部，其中布置有多个单位像素；和驱动部，所述驱动部被配置成控制所述单位像素的操作；所述单位像素包括：第一光电转换部，第二光电转换部，所述第二光电转换部的灵敏度低于所述第一光电转换部的灵敏度，电荷累积部，所述电荷累积部被配置成累积由所述第二光电转换部产生的电荷，所述电荷累积部的对电极连接到可变电压电源。电荷‑电压转换部，第一传输栅极部，所述第一传输栅极部被配置成将电荷从所述第一光电转换部传输到所述电荷‑电压转换部，和第二传输栅极部，所述第二传输栅极部被配置成将所述电荷‑电压转换部的电位和所述电荷累积部的电位彼此耦合；在所述电荷累积部中累积由所述第二光电转换部产生的电荷的至少一部分时间段内，所述驱动部使所述可变电压电源的电压低于当读出基于累积在所述电荷累积部中的电荷的信号时的电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.18 JP 2016-0288281.一种固态成像装置，其包括：像素阵列部，其中布置有多个单位像素；和驱动部，所述驱动部被配置成控制所述单位像素的操作；所述单位像素包括：第一光电转换部，第二光电转换部，所述第二光电转换部的灵敏度低于所述第一光电转换部的灵敏度，电荷累积部，所述电荷累积部被配置成累积由所述第二光电转换部产生的电荷，所述电荷累积部的对电极连接到可变电压电源。电荷-电压转换部，第一传输栅极部，所述第一传输栅极部被配置成将电荷从所述第一光电转换部传输到所述电荷-电压转换部，和第二传输栅极部，所述第二传输栅极部被配置成将所述电荷-电压转换部的电位和所述电荷累积部的电位彼此耦合；在所述电荷累积部中累积由所述第二光电转换部产生的电荷的至少一部分时间段内，所述驱动部使所述可变电压电源的电压低于当读出基于累积在所述电荷累积部中的电荷的信号时的电压。2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述可变电压电源能够被设定为第一电压和低于所述第一电压的第二电压，并且通过低通滤波器输出所述第一电压。3.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中所述低通滤波器包括设置有所述固态成像装置的芯片内的电阻器以及安装到所述芯片外部的电容器。4.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述可变电压电源能够被设定为第一电压和低于所述第一电压的第二电压，并且通过采样保持电路输出所述第一电压。5.根据权利要求4所述的固态成像装置，其中所述采样保持电路包括设置有所述固态成像装置的芯片内的开关以及安装到所述芯片外部的电容器。6.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述单位像素进一步包括：第三传输栅极部，所述第三传输栅极部被配置成将电荷从所述第二光电转换部传输到所述电荷累积部；和溢出路径，所述溢出路径将从所述第二光电转换部溢出的电荷传输到所述电荷累积部，所述溢出路径形成在所述第三传输栅极部的栅电极的下部。7.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中所述驱动部包括：信号产生部，所述信号产生部被配置成产生所述第一传输栅极部的栅极信号和所述第三传输栅极部的栅极信号，并将这些栅极信号中的任一者输出到共用的第一信号线；和切换部，所述切换部被配置成将通过所述第一信号线输入的所述第一传输栅极部的栅极信号输出到第二信号线，并将通过所述第一信号线输入的所述第三传输栅极部的栅极信号输出到第三信号线。8.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述第二光电转换部和所述电荷累积部在未通过传输栅极部的情况下彼此连接。9.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中所述单位像素进一步包括连接在所述第二传输栅极部与所述电荷-电压转换部之间的第四传输栅极部。10.根据权利要求9所述的固态成像装置，其中所述驱动部包括：信号产生部，所述信号产生部被配置成产生所述第二传输栅极部的栅极信号和所述第四传输栅极部的栅极信号，并将这些栅极信号中的任一者输出到共用的第四信号线；和切换部，所述切换部被配置成将通过所述第四信号线输入的所述第二传输栅极部的栅极信号输出到第五信号线，并将通过所述第四信号线输入的所述第四传输栅极部的栅极信号输出到第六信号线。11.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中在读出基于由所述第一光电转换部产生的电荷的第一数据信号的情况...

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