固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备制造方法及图纸

提供一种固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。AD转换部的比较器在读出部的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，在该第一比较处理中，输出针对与在蓄积期间从PD1溢出到FD1的溢出电荷相应的电压信号的数字化后的第一比较结果信号，在该第二比较处理中，输出针对与在蓄积期间后的传输期间传输至FD1的PD1的蓄积电荷相应的电压信号的数字化后的第二比较结果信号，在第一比较处理中，第一比较处理的期间被分割为多个子期间，在各子期间的每一个中，进行将输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较并且输出数字化后的比较结果信号的AD转换处理。由此，能够抑制FD的暗电流的影响，能够抑制图像劣化并实质上实现宽动态范围化、高帧频化。

Driving method of solid-state camera, solid-state camera and electronic equipment

The invention provides a solid-state camera device, a driving method of the solid-state camera device and an electronic device. The comparator of the AD conversion unit performs the first comparison processing and the second comparison processing under the control of the readout unit, in which the first comparison processing outputs the first comparison result signal digitized for the voltage signal corresponding to the overflow charge from PD1 to FD1 during the storage period, and in the second comparison processing outputs the PD for the transmission period to FD1 after the storage period. In the first comparative processing, the period of the first comparative processing is divided into several sub-periods. In each sub-period, the AD conversion process is carried out to compare the voltage signal of the output buffer with the reference voltage and output the digitized comparative result signal. As a result, it can restrain the influence of dark current of FD, restrain image degradation and realize wide dynamic range and high frame frequency substantially.

【技术实现步骤摘要】
固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备关联申请的引用本专利技术包含与2017年10月26日向日本专利局递交的日本专利申请JP2017-207029相关的主题，在此引用其完整内容作为参考。
本专利技术涉及固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备。
技术介绍
作为使用了对光进行检测而产生电荷的光电转换元件的固体摄像装置(图像传感器)，在实际中使用了CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器。CMOS图像传感器广泛应用为数码相机、摄影机、监视摄像头、医疗用内窥镜、个人计算机(PC)、便携电话等便携终端装置(移动设备)等各种电子设备的一部分。CMOS图像传感器按每个像素具有FD放大器，该FD放大器具有光电二极管(光电转换元件)以及浮置扩散层(FD：FloatingDiffusion)，对于其读出而言，以选择像素阵列中的某一行并同时将它们向列(column)输出方向读出这样的列并行输出型为主流。另外，关于列并行输出型CMOS图像传感器的像素信号读出(输出)电路，已提出了各种电路。其中，最先进的电路之一是按照各列(column)而具备模拟-数字转换器(ADC(Analogdigitalconverter))、并将像素信号作为数字信号取出的电路(例如参考专利文献1、2)。在该列并行ADC搭载CMOS图像传感器(列AD方式CMOS图像传感器)中，比较器(comparator)进行所谓的RAMP波与像素信号的比较，利用后级的计数器进行数字CDS，由此进行AD转换。然而，这种CMOS图像传感器虽然能够进行信号的高速传输，但存在无法实现全局快门读出这样的缺点。与此相对，提出了还能够实现全局快门的数字像素(pixel)传感器，按照各像素来配置包含比较器的ADC(进而存储器部)，针对像素阵列部中的全部像素在相同的定时执行曝光开始和曝光结束(例如参考专利文献3、4)。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2005-278135号公报专利文献2：日本特开2005-295346号公报专利文献3：US7164114B2FIG.4专利文献4：US2010/0181464A1
技术实现思路
专利技术要解决的课题然而，在上述现有的具备数字像素传感器的CMOS图像传感器中，虽然能够实现全局快门功能，但未实时地利用例如在蓄积期间从光电二极管溢出的电荷，因此，在宽动态范围化、高帧频化方面具有局限性。另外，在CMOS图像传感器的重要的性能指标中具有随机噪声，作为主要的随机噪声源，已知有像素和AD转换器。通常，作为随机噪声降低方法，已知有通过增大晶体管尺寸来降低闪烁噪声(flickernoise)、或者在比较器输出中附加电容并降低频带来实现基于CDS的噪声的过滤效果的方法。但是，在各种方法中存在如下缺点：面积增大；因电容增加而比较器的反转延迟劣化，摄像元件的帧频未提高。另外，由于按照各像素来配置包含比较器的ADC(进而存储器部)，因此难以最大限度地扩大有效像素区域，难以最大限度地提高单位成本的价值。另外，作为扩大动态范围的方法，例如已知有从图像传感器的同一像素读出蓄积时间不同的2种信号，将该2种信号组合来扩大动态范围的方法；将高灵敏度的像素且动态范围小的信号与低灵敏度且扩大了动态范围的信号组合来扩大动态范围的方法等。在任意一种方法中，要组合(要合成)的多个信号都需要在进行组合(信号的切换)的信号值的附近保持输出电压相对于各个入射光量(照度)的直线性大致相同。为了扩大动态范围(D范围)而将各个信号设计为相对于光量(照度)的增益不同，因此主要利用以模拟数字转换器(ADC)数字转换后的数字信号处理电路对增益进行校正，使直线性(或斜率)保持为相同。然而，在具有数字像素传感器的CMOS图像传感器中，当例如要实时利用在蓄积期间(曝光期间)中从光电二极管溢出的溢出电荷时，在该蓄积期间中也受到作为输出节点的浮置扩散层FD的暗电流及其散粒噪声(shotnoise)的影响，比较器的反转定时变动。因此，存在产生比较器的误判定或非敏感性输入范围、作为列整体的图像的偏移的固定模式噪声(FPN)、AC转换传递曲线产生非线性的缺点。由于难以将浮置扩散层FD的暗电流的电荷从实际的溢出电荷分离，因此有时在接合的高亮度侧AC转换传递曲线与低亮度侧AD转换传递曲线的接合点(AD转换码边界)产生接合间隙(AD转换码间隙)，未必能够保证该切换区域中的直线性(线性度)。在这样的情况下，存在如下缺点：不能进行平滑的切换，该不连续点成为噪声，成为所谓的色调跳跃等图像劣化的主要原因。本专利技术的目的在于提供一种固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备，能够抑制作为输出节点的浮置扩散层的暗电流的影响，能够在抑制图像劣化的同时实质上实现宽动态范围化、高帧频化。另外，本专利技术的目的在于提供一种固体摄像装置、固体摄像装置的驱动方法以及电子设备，能够抑制作为输出节点的浮置扩散层的暗电流的影响，能够抑制图像劣化并且实质上实现宽动态范围化、高帧频化，并且能够实现低噪声化，能够最大限度地扩大有效像素区域，能够最大限度地提高单位成本的价值。用于解决课题的手段本专利技术的第一观点的固体摄像装置具有：像素部，配置有进行光电转换的像素；以及读出部，从所述像素部的所述像素读出像素信号，所述像素包含：光电转换元件，在蓄积期间蓄积通过光电转换而生成的电荷；传输元件，能够在所述蓄积期间后的传输期间对蓄积于所述光电转换元件的电荷进行传输；由浮置扩散层形成的输出节点，通过所述传输元件来传输由所述光电转换元件蓄积的电荷；输出缓冲部，将所述输出节点的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的电压信号；以及比较器，进行比较处理，在该比较处理中，对所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，所述比较器在所述读出部的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号，在所述第一比较处理中，所述第一比较处理的期间被分割为多个子期间，在各所述子期间的每一个中，进行将所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较并且输出数字化后的比较结果信号的模拟数字(AD)转换处理。本专利技术的第二观点是固体摄像装置的驱动方法，所述固体摄像装置具有：像素部，配置有进行光电转换的像素；读出部，从所述像素部的所述像素读出像素信号，所述像素包含：光电转换元件，在蓄积期间蓄积通过光电转换而生成的电荷；传输元件，能够在所述蓄积期间后的传输期间对蓄积于所述光电转换元件的电荷进行传输；由浮置扩散层形成的输出节点，通过所述传输元件来传输由所述光电转换元件蓄积的电荷；输出缓冲部，将所述输出节点的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的电压信号；以及比较器，进行比较处理，在该比较处理中，对所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，在所述固体摄像装置的驱动方法中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体摄像装置，具有：像素部，配置有进行光电转换的像素；以及读出部，从所述像素部的所述像素读出像素信号，所述像素包含：光电转换元件，在蓄积期间蓄积通过光电转换而生成的电荷；传输元件，能够在所述蓄积期间后的传输期间对蓄积于所述光电转换元件的电荷进行传输；由浮置扩散层形成的输出节点，通过所述传输元件来传输由所述光电转换元件蓄积的电荷；输出缓冲部，将所述输出节点的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的电压信号；以及比较器，进行比较处理，在该比较处理中，对所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，所述比较器在所述读出部的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号，在所述第一比较处理中，所述第一比较处理的期间被分割为多个子期间，在各所述子期间的每一个中，进行将所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较并且输出数字化后的比较结果信号的AD转换处理，其中AD表示模拟数字。...

【技术特征摘要】
2017.10.26 JP 2017-2070291.一种固体摄像装置，具有：像素部，配置有进行光电转换的像素；以及读出部，从所述像素部的所述像素读出像素信号，所述像素包含：光电转换元件，在蓄积期间蓄积通过光电转换而生成的电荷；传输元件，能够在所述蓄积期间后的传输期间对蓄积于所述光电转换元件的电荷进行传输；由浮置扩散层形成的输出节点，通过所述传输元件来传输由所述光电转换元件蓄积的电荷；输出缓冲部，将所述输出节点的电荷转换成与电荷量相应的电压信号，并输出转换后的电压信号；以及比较器，进行比较处理，在该比较处理中，对所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较，输出数字化后的比较结果信号，所述比较器在所述读出部的控制下进行第一比较处理和第二比较处理，在该第一比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间从所述光电转换元件溢出到所述输出节点的溢出电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号，在该第二比较处理中，输出针对与在所述蓄积期间后的所述传输期间传输至所述输出节点的所述光电转换元件的蓄积电荷相应的所述电压信号的数字化后的第二比较结果信号，在所述第一比较处理中，所述第一比较处理的期间被分割为多个子期间，在各所述子期间的每一个中，进行将所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较并且输出数字化后的比较结果信号的AD转换处理，其中AD表示模拟数字。2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述读出部在多个所述子期间的每一个中，至少将所述输出节点复位为复位电平之后，进行对所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较的AD转换处理。3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述读出部在多个所述子期间的每一个中，至少从将所述输出节点复位为复位电平起到各子期间的结束为止，反复执行对所述输出缓冲部的电压信号和斜坡状的子参考电压进行比较的AD转换处理。4.根据权利要求3所述的固体摄像装置，其中，所述子参考电压的最终值被设定为至少在最终的子期间中即使所述输出缓冲部的输出电压信号由于所述输出节点的暗电流而变化也能够避免所述比较器中的误判定的电平。5.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，在多个所述子期间得到的AC转换传递曲线至少在2个子期间包含重叠的区域。6.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，各所述子期间中的AD转换传递函数应用逆传递函数而线性化。7.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，AD转换码被分段化为MSB比特和LSB比特，MSB比特表示比较器的输出反转时的AD转换周期数，LSB比特表示各AD转换周期内的码步。8.根据权利要求7所述的固体摄像装置，其中，MSB码在下一个子期间的AD转换处理开始时增减，LSB码在各子期间的AD转换处理时增减，在子期间的AD转换开始时被复位为初始值。9.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述比较器在所述第一比较处理中输出与对应于所述溢出电荷的量的时间对应的所述第一比较结果信号，并且能够对应于从所述溢出电荷开始从所述光电转换元件向所述输出节点溢出的最大采样时间内的所述光电转换元件的信号电平到在最小采样时间得到的信号电平为止的光电平。10.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述蓄积期间是从将所述光电转换元件以及所述输出节点复位为复位电平起到所述传输元件切换为导通状态而开始所述传输期间为止的期间，所述第一比较处理的期间，是从所述光电转换元件和所述输出节点被复位为复位电平起，在所述传输期间开始之前，所述输出节点被复位为复位电平为止的期间，所述第二比较处理的期间，是所述输出节点被复位为复位电平之后的期间，包含所述传输期间后的期间。11.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述读出部进行控制，使得根据照度来选择性地进行所述第一比较处理和所述第二比较处理。12.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其中，所述读出部，在通常的照度的情况下，控制为进行所述第一比较处理和所述第二比较处理，在相较于通常的照度为高照度的情况下，控制为进行所述第一比较处理，在相较于通常的照度为低照度的情况下，控制为进行所述第二比较处理。13.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述读出部对所述比较器进行控制，使得即使在所述蓄积期间没有从所述光电转换元件向所述输出节点溢出的情况下，也通过所述第一比较处理，输出针对与电荷相应的所述电压信号的数字化后的第一比较结果信号。14.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其中，所述像素包含：浮置扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：大高俊德，盛一也，
申请(专利权)人：普里露尼库斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY