固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供可实质上实现大动态范围化、高帧率化且可高效地访问存储器的固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法及电子设备。比较器221可进行：将与在积累期间从PD1溢出至FD1的溢流电荷对应的数字化后的第一比较结果信号输出的第一比较处理，将与在传输期间传输至FD1的PD1的积累电荷对应的数字化后的第二比较结果信号输出的第二比较处理，将与在传输期间传输至FD1的PD1的积累电荷及电荷积累部的积累电荷对应的数字化后的第三比较结果信号输出的第三比较处理，且存储器控制部240根据第一及第二比较结果信号的状态，控制是否将与第三比较结果信号对应的数据写入存储器部230。

【技术实现步骤摘要】
固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备
本专利技术涉及一种固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备。
技术介绍
互补金属氧化物半导体(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)图像传感器已作为使用有光电转换元件的固态摄像装置(图像传感器)而被实际运用，该光电转换元件检测光并产生电荷。CMOS图像传感器已广泛用作数码相机、摄像机、监控相机、医疗用内窥镜、个人电脑(PC)、手机等便携终端装置(移动设备)等各种电子设备的一部分。CMOS图像传感器在每个像素中带有包括光电二极管(光电转换元件)及浮动扩散层(FD：FloatingDiffusion，浮置扩散层)的FD放大器，该CMOS图像传感器的主流读取类型为列并联输出类型，即，选择像素阵列中的某一行，同时向列(column)输出方向对这些行进行读取。而且，为了提高特性，已提出了实现具有大动态范围的高画质的CMOS图像传感器的各种方法(例如参照专利文献1)。专利文献1中记载有如下固态摄像装置，其包括光电二极管PD与积累电容Cs，通过在电容密度比光电二极管PD更高的积累电容Cs中保持信号电荷，能够使最大信号增大而扩大动态范围。该固态摄像装置将在高亮度时从光电二极管PD溢出的电荷保持于积累电容Cs。以低转换增益(LCG(FD电容CFd+Cs)读取溢出至积累电容Cs的高亮度信号。利用高转换增益(HCG(FD电容CFd)对低亮度信号进行高增益读取。另外，实际上已提出了列并联输出型CMOS图像传感器的各种像素信号读取(输出)电路。其中，最先进的电路之一是每列(column)包括模拟-数字转换器(ADC(Analogdigitalconverter))，将像素信号作为数字信号取出的电路(例如参照专利文献2、3)。在该搭载有列并联ADC的CMOS图像传感器(列AD方式CMOS图像传感器)中，比较器(comparator)对所谓的RAMP波与像素信号进行比较，并利用后段的计数器进行数字关双采样(CorrelatedDoubleSampling，CDS)，由此，进行AD转换。但是，此种CMOS图像传感器可高速传输信号，但存在无法进行全局快门(globalshutter)读取的缺点。相对于此，已提出了数字像素(pixel)传感器，其在各像素中配置包含比较器的ADC(还配置存储器部)，可实现以同一时序对像素阵列部中的所有像素开始曝光与结束曝光的全局快门(例如参照专利文献4、5)。现有技术文献专利文献[专利文献1]日本专利4317115号公报[专利文献2]日本专利特开2005-278135号公报[专利文献3]日本专利特开2005-295346号公报[专利文献4]US7164114B2FIG，4[专利文献5]US2010/0181464A1
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题但是，专利文献1、2、3所记载的固态摄像装置难以实现全局快门功能，另外，因为未实时地利用例如在积累期间从光电二极管溢出的电荷，所以在大动态范围化、高帧率化方面存在极限。另外，所述现有的包括数字像素传感器的CMOS图像传感器虽可实现全局快门功能，但因为未实时地利用例如在积累期间从光电二极管溢出的电荷，所以在大动态范围化、高帧率化方面存在极限。另外，随机噪声(randomnoise)是CMOS图像传感器的重要的性能指标，已知主要的随机噪声源有像素与AD转换器。一般而言，作为减少随机噪声的方法，已知有如下方法：通过增大晶体管尺寸来减少闪烁噪声(flickernoise)，或者对比较器输出附加电容，通过减小频带来实现对由CDS引起的噪声进行过滤的效果。但是，各个方法存在如下缺点：面积增大，比较器的反转延迟因电容增加而变差，摄像元件的帧率无法提高。另外，存储AD转换处理后的数据的存储器部需要8位(bit)或12位等n位的存储器，但例如在两个阶段等多个阶段中读取像素信号的情况下，总计需要2n位等的电容。另外，在考虑了数字CDS的情况下，需要更大的4n位等的电容。因此，需要高效地访问与AD转换处理对应的存储器。另外，因为在各像素中配置包含比较器的ADC(还配置存储器部)，所以难以最大限度地扩大有效像素区域，从而难以最大限度地提高性价比。本专利技术提供可实质上实现大动态范围化、高帧率化且可高效地访问存储器的固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子设备。另外，本专利技术提供可实质上实现大动态范围化、高帧率化，可高效地访问存储器，而且能够降低噪声，最大限度地扩大有效像素区域，并可最大限度地提高性价比的固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法及电子设备。解决问题的方案本专利技术的第一观点的固态摄像装置包括：像素部，配置有进行光电转换的像素；以及读取部，从所述像素部的所述像素读取像素信号，所述像素包含：光电转换元件，在积累期间，积累通过光电转换产生的电荷；传输元件，可在所述积累期间后的传输期间传输在所述光电转换元件积累的电荷；输出节点，通过所述传输元件传输由所述光电转换元件积累的电荷；输出缓冲部，将所述输出节点的电荷转换为与电荷量对应的电压信号，并输出转换后的电压信号；电荷积累部，可积累至少从所述光电转换元件溢出至所述输出节点的溢流电荷；比较器，进行比较处理，所述比较处理是指将所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较，并输出数字化后的比较结果信号；存储器部，可存储与所述比较器的比较结果信号对应的数据；以及存储器控制部，根据所述比较器的比较结果信号的状态，控制对于所述存储器部的访问，所述比较器在所述读取部的控制下，可进行：第一比较处理，所述第一比较处理将与在所述积累期间从所述光电转换元件溢出至所述输出节点的溢流电荷对应的所述电压信号所相应的数字化后的第一比较结果信号输出，第二比较处理，所述第二比较处理将与在所述积累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积累电荷对应的所述电压信号所相应的数字化后的第二比较结果信号输出，以及第三比较处理，所述第三比较处理将与在所述积累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积累电荷与所述电荷积累部的积累电荷的相加电荷对应的所述电压信号所相应的数字化后的第三比较结果信号输出，且所述存储器控制部根据所述第一比较处理及第二比较处理的所述第一比较结果信号及第二比较结果信号的状态，控制是否将与所述第三比较处理的所述第三比较结果信号对应的数据写入所述存储器部。本专利技术的第二观点是固态摄像装置的驱动方法，所述固态摄像装置包括：像素部，配置有进行光电转换的像素；以及读取部，从所述像素部的所述像素读取像素信号，所述像素包含：光电转换元件，在积累期间，积累通过光电转换产生的电荷；传输元件，可在所述积累期间后的传输期间传输在所述光电转换元件积累的电荷；输出节点，通过所述传输元件传输由所述光电转换元件积累的电荷；输出缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态摄像装置，其特征在于包括：/n像素部，配置有进行光电转换的像素；以及/n读取部，从所述像素部的所述像素读取像素信号，/n所述像素包含：/n光电转换元件，在积累期间，积累通过光电转换产生的电荷；/n传输元件，可在所述积累期间后的传输期间传输在所述光电转换元件积累的电荷；/n输出节点，通过所述传输元件传输由所述光电转换元件积累的电荷；/n输出缓冲部，将所述输出节点的电荷转换为与电荷量对应的电压信号，并输出转换后的电压信号；/n电荷积累部，可积累至少从所述光电转换元件溢出至所述输出节点的溢流电荷；/n比较器，进行比较处理，所述比较处理是指将所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较，并输出数字化后的比较结果信号；/n存储器部，可存储与所述比较器的比较结果信号对应的数据；以及/n存储器控制部，根据所述比较器的比较结果信号的状态，控制对于所述存储器部的访问，/n所述比较器在所述读取部的控制下，可进行：/n第一比较处理，所述第一比较处理将与在所述积累期间从所述光电转换元件溢出至所述输出节点的溢流电荷对应的所述电压信号所相应的数字化后的第一比较结果信号输出，/n第二比较处理，所述第二比较处理将与在所述积累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积累电荷对应的所述电压信号所相应的数字化后的第二比较结果信号输出，以及/n第三比较处理，所述第三比较处理将与在所述积累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积累电荷与所述电荷积累部的积累电荷的相加电荷对应的所述电压信号所相应的数字化后的第三比较结果信号输出，且/n所述存储器控制部根据所述第一比较处理及第二比较处理的所述第一比较结果信号及第二比较结果信号的状态，控制是否将与所述第三比较处理的所述第三比较结果信号对应的数据写入所述存储器部。/n...

【技术特征摘要】
20181225 JP 2018-2407281.一种固态摄像装置，其特征在于包括：
像素部，配置有进行光电转换的像素；以及
读取部，从所述像素部的所述像素读取像素信号，
所述像素包含：
光电转换元件，在积累期间，积累通过光电转换产生的电荷；
传输元件，可在所述积累期间后的传输期间传输在所述光电转换元件积累的电荷；
输出节点，通过所述传输元件传输由所述光电转换元件积累的电荷；
输出缓冲部，将所述输出节点的电荷转换为与电荷量对应的电压信号，并输出转换后的电压信号；
电荷积累部，可积累至少从所述光电转换元件溢出至所述输出节点的溢流电荷；
比较器，进行比较处理，所述比较处理是指将所述输出缓冲部的电压信号与参考电压进行比较，并输出数字化后的比较结果信号；
存储器部，可存储与所述比较器的比较结果信号对应的数据；以及
存储器控制部，根据所述比较器的比较结果信号的状态，控制对于所述存储器部的访问，
所述比较器在所述读取部的控制下，可进行：
第一比较处理，所述第一比较处理将与在所述积累期间从所述光电转换元件溢出至所述输出节点的溢流电荷对应的所述电压信号所相应的数字化后的第一比较结果信号输出，
第二比较处理，所述第二比较处理将与在所述积累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积累电荷对应的所述电压信号所相应的数字化后的第二比较结果信号输出，以及
第三比较处理，所述第三比较处理将与在所述积累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积累电荷与所述电荷积累部的积累电荷的相加电荷对应的所述电压信号所相应的数字化后的第三比较结果信号输出，且
所述存储器控制部根据所述第一比较处理及第二比较处理的所述第一比较结果信号及第二比较结果信号的状态，控制是否将与所述第三比较处理的所述第三比较结果信号对应的数据写入所述存储器部。


2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述存储器控制部根据所述第一比较处理的所述第一比较结果信号的状态，控制是否将与所述第二比较处理的所述第二比较结果信号对应的数据写入所述存储器部。


3.根据权利要求2所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述存储器控制部在所述第一比较处理期间，所述第一比较处理的所述第一比较结果信号的电平已从第一电平变化为第二电平的情况下，禁止将与所述第二比较处理的所述第二比较结果信号对应的数据写入所述存储器部。


4.根据权利要求2或3所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述存储器控制部在所述第一比较处理期间，所述第一比较处理的所述第一比较结果信号的电平仍为第一电平而未变化的情况下，允许将与所述第二比较处理的所述第二比较结果信号对应的数据写入所述存储器部。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述存储器控制部在所述第二比较处理期间，所述第二比较处理的所述第二比较结果信号的电平仍为第二电平而未变化的情况下，允许将与所述第三比较处理的所述第三比较结果信号对应的数据写入所述存储器部。


6.根据权利要求2至5中任一项所述的固态摄像装置，其特征在于：
存储器部在与所述第一比较处理的所述第一比较结果信号对应的信号被以第一电平供应时，写入被禁止，在被以第二电平供应时，写入被允许，
所述存储器控制部在所述第一比较处理期间结束后，被供应了采样信号时，若所述第一比较处理的所述第一比较结果信号的电平从第一电平变化为第二电平，则将与所述第一比较结果信号对应的信号以第一电平供应至所述存储器部，
在所述第一比较处理期间的结束后，被供应了采样信号时，若所述第一比较处理的所述第一比较结果信号的电平仍为第一电平而未变化，则将与所述第一比较结果信号对应的信号以第二电平供应至所述存储器部。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述电荷积累部包含：
积累晶体管，连接于所述输出节点；以及
积累电容元件，经由所述积累晶体管而积累所述输出节点的电荷，
所述输出节点输出：
在所述积累期间后的所述传输期间输出至所述输出节点的所述光电转换元件的积累电荷所对应的所述电压信号、以及
在任意期间，所述光电转换元件及所述积累电容元件的电荷中的至少从所述光电转换元件溢出至所述输出节点的溢流电荷所对应的所述电压信号。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述输出节点可与所述电荷积累部所积累的电荷相加地保持在所述积累期间后的所述传输期间由所述传输元件传输的所述光电转换元件的积累电荷。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述比较器在所述第一比较处理中，
输出与所述溢流电荷的量对应的时间所相应的所述第一比较结果信号。


10.根据权利要求9所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述比较器在所述第一比较处理中，
可对应于从所述溢流电荷开始从所述光电转换元件溢出至所述输出节点的最大采样时间中的所述光电转换元件的信号电平到在最小采样时间内获得的信号电平为止的光级。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述积累期间是所述光电转换元件及所述输出节点被复位为复位电平后，直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所述光电转换元件及所述输出节点被复位为复位电平后，直到所述传输期间开始前，第一比较处理结束为止的期间，
所述第二比较处理及所述第三比较处理中的至少第二比较处理的期间是所述第一比较处理结束后的期间，且包含所述传输期间后的期间的期间。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述电荷积累部包含：
积累晶体管，连接于所述输出节点；以及
积累电容元件，经由所述积累晶体管而积累所述输出节点的电荷，
所述读取部以将所述输出节点、与经由所述积累晶体管而积累所述输出节点的电荷的所述积累电容元件的接合，根据信号照度而选择性地进行的方式来控制。


13.根据权利要求1至12中任一项所述的固态摄像装置，其特征在于：
所述读取部，以将所述第一比较处理与所述第二比较处理，根据照度而选择性地进行的方式来控制。


14.根据权利要求13所述的固态摄像装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛一也，大高俊德，高柳功，
申请(专利权)人：奕景科技香港有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71