CN101729745A - 固态成像装置、成像设备、像素驱动电压调节设备和方法 - Google Patents

Abstract

固态成像装置、成像设备、像素驱动电压调节设备和方法。该固态成像装置包括：像素阵列单元，具有排列的单位像素，每个单位像素具有生成信号电荷的电荷生成器、和具有电荷转移单元并且生成并输出与信号电荷相对应的处理对象信号的信号输出单元；驱动单位像素的驱动控制器，顺序地驱动电荷转移单元；和转移驱动电压设定单元，在基于电荷生成器的饱和电荷量的像素信号和基于在中间转移后在电荷生成器中保持的中间电压保持电荷量的像素信号的基础上，将中间电压的电平设定为使得实际中间电压保持电荷量成为中间电压保持电荷量的期望值，其中，在所述中间转移中以完全转移电平与截止电平之间的电平执行电荷转移。

Description

固态成像装置、成像设备、像素驱动电压调节设备和方法

技术领域

本发明涉及固态成像装置、成像设备、像素驱动电压调节设备以及像素驱动电压调节方法。具体地说，本发明涉及一种在固态成像装置中将转移驱动电压电平设定到合适的值的方案，该固态成像装置按多个不同的转移驱动电压电平来顺序地执行电荷转移。

背景技术

在各种领域中，使用半导体装置(具体地称为固态成像装置)，该半导体装置通过使用对来自外部的电磁波(如光或放射线)敏感的电荷生成器(所谓的传感器单元，如光电二极管等)来检测信号电荷，并基于根据所检测到的信号电荷的量的电信号(像素信号)来获得图像。

例如，在诸如摄像机或数字静态照相机的视频设备的领域中，使用从物理量中检测光(电磁波的一个示例)的CCD(电荷耦合器件)型或MOS(金属氧化物半导体)或CMOS(互补金属氧化物半导体)型固态成像装置。

固态成像装置包括放大型固态成像装置，其中，使用具有放大驱动晶体管的放大型固态成像装置(APS；有源像素传感器，也称为增益单元)的像素来构成像素信号生成器，该像素信号生成器根据由电荷生成器产生的信号电荷来产生像素信号。例如，许多CMOS型固态成像装置是如此构成的。

将该放大型固态成像装置构成为使得为了将像素信号读出到外部，对排列有多个单位像素的像素部分执行地址控制，并选择和读取来自每个单位像素的信号。即，放大型固态成像装置是地址控制型固态成像装置的一个示例。

在各种环境条件下使用固态成像装置，因此输入到电荷生成器的电磁波的输入电平在很宽的范围上变化。例如，在白天进行室外摄影的情况下，在具有极大的入射光量的情况下使用固态成像装置。在此情况下，期望获得没有高亮度侧的被摄体的饱和的令人满意的图像。同时，在夜晚进行室外摄影的情况下，在具有极小的入射光量的情况下使用固态成像装置。在此情况下，期望获得具有令人满意的S/N比的图像，该图像在低亮度侧的被摄体不会被噪声所掩盖。当在背景中存在高亮度被摄体的条件下对相对暗的被摄体进行成像时，例如，当从室内对窗户附近的人进行拍摄时，即，在亮被摄体与暗被摄体混在一起的具有高对比度的摄影场景的情况下，期望获得具有从低亮度侧的人到高亮度侧的窗户的背景颜色的宽动态范围的图像。

为了获得具有宽动态范围的图像，需要针对具有低电磁波输入电平的像素设定长电荷累积时间，从而实现高S/N比，并且需要针对具有高电磁波输入电平的像素避免饱和。作为满足这种需要的方案，例如，存在在JP-A-2001-189893和JP-A-2007-151069中描述的方案。在所有情况下，使用未达到通常的完全转移电平的电压(称为中间电压)作为用于读出电荷生成器的信号电荷的电荷转移单元(转移栅极、转移晶体管以及读出选择晶体管)的控制电压，并且信号电荷的读出被执行多次。

根据这些方案，执行中间转移以利用中间电压对电荷转移单元进行驱动，然后执行完全转移以利用通常的电压对电荷转移单元进行驱动。当电磁波的输入水平低时，由电荷生成器在预定时段内生成的信号电荷不会通过中间转移被丢弃到像素信号生成器，而是会与由电荷生成器在随后的时段中进一步生成的信号电荷一起被完全转移。这样，设定长电荷累积时间，因此实现了高S/N比。当电磁波输入水平高时，通过中间转移将由电荷生成器在预定时段内生成的信号电荷的一部分丢弃到像素信号生成器，以限制电荷生成器的饱和，并完全转移由电荷生成器在随后的时段中生成的信号电荷与未通过中间转移被丢弃的剩余信号电荷的组合分量。

尽管依赖于像素信号生成器的电路结构或驱动定时，但是可以分开地读出中间转移的像素信号和完全转移的像素信号。另选地，当将像素电路构成为在像素信号生成器侧设置电荷累积器时，可以在将中间转移的信号电荷与完全转移的信号电荷相加的状态下读出像素信号。在前一情况下，将通过中间转移获得的像素信号与通过完全转移获得的像素信号相加，从而获得最终像素信号。

发明内容

然而，尽管将结合实施例来描述细节，但是本发明人已经进行了实验并明白了，在JP-A-2001-189893和JP-A-2007-151069中，在中间转移时的中间电压的某些设定值会根据条件而产生显著的噪声。在JP-A-2001-189893和JP-A-2007-151069中并未描述这一点。本发明人对该现象进行了研究并且已经明白，中间电压的不会产生噪声的合适设定条件根据装置(固态成像装置)而不同，并且受环境条件(特别是温度)的影响。

需要一种方案，其可以使用电荷转移单元的多个转移驱动电压电平来读出信号电荷多次，从而获得不会产生饱和的、从小信号到大信号具有良好S/N比的、令人满意的图像，并可靠且合适地设定转移驱动电压电平。

尽管将结合实施例来描述细节，但是根据本发明人的实验和基于实验结果的讨论，已经发现，如果在中间转移之后经过了电荷累积时通过完全转移读取的完全转移电荷量被干扰并且出现信息缺失，那么会产生噪声。因此如果没有信息缺失，中间电压被合适地设定并且不会产生噪声。在使用电荷转移单元的多个转移驱动电压电平来读出信号电荷多次的情况下，通过基于中间转移电荷量的像素信号与基于完全转移电荷量的像素信号的组合来形成图像。当要被组合的中间转移电荷量和完全转移电荷量中的完全转移电荷量中存在信息缺失时，会产生噪声。本发明人已经发现，导致信息缺失的现象取决于在中间转移之后保持在电荷生成器中的中间电压保持电荷量，以及饱和电荷量的水平。

本发明致力于这一点。具体来说，把不会干扰完全转移电荷量的中间电压保持电荷量设定为期望值，规定实际饱和电荷量和实际中间电压保持电荷量，并将中间电压的电平设定为使得实际中间电压保持电荷量成为中间电压保持电荷量的期望值。

因此，根据本发明的方案，首先，从固态成像装置获得基于电荷生成器饱和时的饱和电荷量的像素信号，和基于中间电压保持电荷量的像素信号，其中，所述中间电压保持电荷量是在转移驱动电压电平处于使得能够将电荷生成器的饱和电荷量完全转移到信号输出单元的完全转移电平与截止电荷转移单元的截止电平之间的电平的状态下被保持在电荷生成器中的中间电压保持电荷量。然后，基于各个像素信号来计算用于进行确定的指标值，将该指标值与中间电压保持电荷量的期望值进行比较，并将中间电压的电平设定为使得实际中间电压保持电荷量成为中间电压保持电荷量的期望值。

本发明的一个实施例可以采用如下方案：针对每个装置或使用环境，对转移驱动电压电平内的中间转移的电压电平的设定(中间电压设定)进行调节。对于每个装置，指定饱和电荷量和中间电压保持电荷量，并基于该结果将中间电压设定到合适的电平。因此，中间电压的设定可以在不依赖于装置或使用环境的情况下接近理论值，因此可以确保没有图像质量干扰。

附图说明

图1是作为根据本发明的固态成像装置的一个实施例的CMOS型固态成像装置(CMOS图像传感器)的基本结构图。

图2是示出该实施例的固态成像装置的关注于垂直扫描器和像素阵列单元的接口的图。

图3A是图解说明中间电压的设定值与噪声量之间的关系的图。

图3B是图解说明验证实验的中间转移和完全转移的驱动定时的图。

图3C是图解说明利用中间电压的多个设定值在中间转移和完全转移中获得的信号的组合输出的图。

图3D是图解说明由于中间电压的设定值的差而产生的组合输出的差的图。

图4A是图解说明一个像素的像素结构的示意剖视图，其中通过第一实施例的中间电压设定调节处理对单位像素的一部分进行了处理。

图4B是图解说明整个像素阵列单元的结构的平面图，其中在第一实施例的中间电压设定调节处理中对一些单位像素进行了修改。

图5A是图解说明根据第一实施例的在用于识别通常像素区域和划痕(scratched)像素区域的区域识别信号与像素阵列单元之间的关系的图。

图5B是图解说明根据第一实施例的、当在区域识别信号处于L电平的时段期间读出像素信号时的操作的时序图。

图5C是图解说明根据第一实施例的、当在区域识别信号处于H电平的时段期间读出像素信号时的操作的时序图。

图5D是图解说明根据第一实施例的、划痕像素中的电荷生成器的电荷量按垂直扫描率的转变的图。

图6是示出根据本实施例的、用于调节每个装置的转移脉冲的转移驱动电压电平(特别是中间电压电平)的反馈环的结构示例的图。

图7A是示出具有3-TR结构的、应用了具有调节中间电压的方案的第二实施例(第二示例)的单位像素的图。

图7B是图解说明具有图7A所示的3-TR结构的单位像素的通常驱动定时的时序图。

图7C是图解说明应用于第二实施例(第一示例)的用于识别通常像素区域和保持电荷测量区域的区域识别信号与像素阵列单元之间的关系的图。

图7D是图解说明根据第二实施例(第一示例)的具有图7A所示的3-TR结构的单位像素的驱动定时的时序图。

图8A是示出具有4-TR结构的、应用了第二实施例(第二示例)的单位像素的图。

图8B是示出应用了第二实施例(第二示例)的电源单元的结构示例的图。

图8C是图解说明在应用于第二实施例(第二示例)的用于识别通常像素区域和保持电荷测量区域的区域识别信号、像素阵列单元以及像素电源之间的关系的图。

图8D是图解说明具有图8A所示的4-TR结构的单位像素的通常驱动定时的时序图。

图8E是图解说明第二实施例(第二示例)的针对具有图8A所示的4-TR结构的单位像素的驱动定时的时序图。

图9是示出使用与第一或第二实施例的固态成像装置相同的方案的第三实施例的成像设备的示意结构的图。

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本发明的实施例。在以下实施例中，将各功能要素附加以大写字母A、B、C作为标号，以相互区分开来，但是将略去这些标号，除非要将这些功能要素彼此特别区分开来。对附图也是如此。

以下，将对使用CMOS固态成像装置(其为X-Y寻址固态成像装置的一个示例)作为装置的示例进行描述。此外，除非特别指出，否则将在如下假设下进行描述：在该CMOS固态成像装置中，所有单位像素都是NMOS(n沟道MOS)型的，并且信号电荷是负电荷(电子)。这仅仅是一个示例，并且目标装置并不限于MOS型固态成像装置。例如，单位像素可以是PMOS(p沟道MOS)型的，并且信号电荷可以是正电荷(空穴)。以下将描述的所有实施例都可以类似地应用于进行物理量分布检测的所有半导体装置，其包括对来自外部的电磁波(如光或放射线)敏感的电荷生成器，和从电荷生成器读出信号电荷的电荷转移单元。

<固态成像装置：基本结构>

图1是作为根据本发明的固态成像装置的实施例的CMOS型固态成像装置(CMOS图像传感器)的基本结构图。

固态成像装置1具有像素阵列单元10，在像素阵列单元10中按二维矩阵排列有多个单位像素3。固态成像装置1使用具有R、G以及B的滤色器的拜尔(Bayer)排列的色分离滤波器，因此可以实现符合彩色成像的像素阵列单元10。

在图1中，为了简化起见，略去了行和列的一部分，但是实际上，在每行或每列中都设置有几十到几千个单位像素3。如下所述，每个单位像素3都具有充当作为检测器的示例的光敏元件(电荷生成器)的光电二极管，和具有3个或4个用于进行电荷转移、复位、放大等的晶体管的像素内放大器。从单位像素3通过各列的垂直信号线19输出像素信号Vx。像素信号Vx包括复位电平Srst(P相分量)和信号电平Ssig(D相分量)。

固态成像装置1还具有列AD转换器26，在该列AD转换器26中，按列平行排列有具有CDS(相关双采样)处理功能或数字转换功能的多个AD转换器250。术语“列平行”是指相对于垂直列的垂直信号线19(列信号线的示例)基本上平行地设置多个CDS处理功能部件或数字转换器(AD转换器)。将这种读出方法称为列读出方法。

固态成像装置1还包括：驱动控制器7；读出电流源单元24，其向单位像素3提供用于像素信号读出的操作电流(读出电流)；参照信号生成器27，其向列AD转换器26提供用于AD转换的参照信号SLP_ADC；以及输出单元28。

驱动控制器7包括水平扫描器12(列扫描电路)、垂直扫描器14(行扫描电路)、以及用于实现控制电路功能以顺序地读出像素阵列单元10的信号的通信/定时控制器20。

水平扫描器12具有水平地址设定单元12a、水平驱动器12b等，其对列地址或列扫描进行控制。垂直扫描器14具有垂直地址设定单元14a、垂直驱动器14b等，其对行地址或行扫描进行控制。水平扫描器12或垂直扫描器14响应于来自通信/定时控制器20的控制信号CN1和CN2，开始对行或列的选择操作(扫描)。

通信/定时控制器20包括充当定时生成器(读出地址控制设备的示例)的功能模块，该功能模块向该装置中的各个单元(扫描器12和14以及列AD转换器26)提供与经由端子5a输入的主时钟CLK0同步的时钟。通信/定时控制器20还包括充当通信接口的功能模块，该功能模块接收经由端子5a从外部主控制器提供的主时钟CLK0，接收经由端子5b从外部主控制器提供的表示操作模式的数据，以及将包括与固态成像装置1有关的信息的数据输出到外部主控制器。

例如，通信/定时控制器20具有：时钟转换器20a，其具有作为时钟转换器生成内部时钟的功能；和系统控制器20b，其具有通信功能或对各个单元进行控制的功能。时钟转换器20a内嵌有乘法电路，该乘法电路生成比经由端子5a输入的主时钟CLK0高的频率的脉冲，并生成内部时钟，如计时时钟CKcnt1和计时时钟CKdac1。

输出单元28具有对水平信号线18上的信号(其为数字数据但是具有小振幅)进行检测的感测放大器28a(S·A)，和具有与固态成像装置1之间的接口功能的接口单元28b(I/F单元)。接口单元28b的输出连接到输出端子5c，并且视频数据被输出到后续级电路。输出单元28可以设置有位于感测放大器28a与接口单元28b之间的数字算术单元29a，以在不使用各种帧存储器的情况下执行数字算术运算。数字算术单元29b可以被设置在固态成像装置1的外部，以使用帧存储器执行数字算术运算。数字算术单元被设置在固态成像装置1的内部还是外部取决于是否存在帧存储器的原因在于要考虑帧存储器的电路规模。如果在固态成像装置1中有空间，那么可以配置数字算术单元29a以使用帧存储器执行数字算术运算。

在本实施例中，类似于在JP-A-2007-151069中描述的方案，使用帧存储器的数字算术单元29(29a或29b)基于通过多次中间转移而获得的像素信号来执行处理以实现高S/N比和宽动态范围。

每个单位像素3都通过用于行选择的行控制线15而连接到垂直扫描器14，并通过垂直信号线19连接到为列AD转换器26的每个垂直列设置的AD转换器250。行控制线15代表从垂直扫描器14到像素的全部配线。

作为AD转换器250中的AD转换系统，针对电路规模、处理速度(高速)或分辨率来考虑各种系统，但是使用被称为参考信号比较型、斜率积分型或斜坡(ramp)信号比较型的AD转换方法作为示例。在参考信号比较型AD转换的情况下，基于从转换开始(比较处理的开始)到转换结束(比较处理的结束)的时间来决定有效计时操作时段，并基于表示该时段的计时使能信号EN将模拟处理目标信号转换成数字数据。

因此，参照信号生成器27具有DA转换器270(DAC；数字模拟转换器)，并与计时时钟CKdac1同步地根据由来自通信/定时控制器20的控制数据CN4表示的初始值来生成具有由控制数据CN4表示的倾度(变化率)的参考信号SLP_ADC。计时时钟CKdac1可以是用于计时器单元254的同一计时时钟CKcnt1。

AD转换器250包括比较器252(COMP)，和可以切换正计时模式和倒计时模式的计时器单元254。在本示例中，在计时器单元254的后面设置有数据存储单元256。比较器252将由参照信号生成器27生成的参照信号SLP_ADC与经由垂直信号线19(H1、H2、...、Hh)来自被选择的行的单位像素3的模拟像素信号Vx进行比较。计时器单元254使用计时时钟CKcnt1对与比较器252的比较输出Co具有预定关系的计时使能信号EN的活动时段进行计时，并保持该计时结果。

从通信/定时控制器20向各AD转换器250的计时器单元254输入控制信号CN5。控制信号CN5指示计时器单元254是按倒计时模式还是正计时模式执行P相/D相计时处理，或者指示其它类型的控制信息，诸如对P相计时处理中的初始值Dini的设定或复位处理。

将由参照信号生成器27生成的参照信号SLP_ADC共同输入到比较器252的一个输入端子(+)和其它比较器252的输入端子(+)。相应的垂直列的垂直信号线19连接到比较器252的另一输入端子(-)，并且将来自像素阵列单元10的像素信号Vx输入到比较器252的该另一输入端子(-)。

将计时时钟CKcnt1从通信/定时控制器20共同输入到计时器单元254的时钟端子和其它计时器单元254的时钟端子。当未配备数据存储单元256时，从水平扫描器12经由控制线12c向计时器单元254输入控制脉冲。计时器单元254具有用以保持计时结果的锁存功能，并一直保持该计时器输出值，直到由经由控制线12c的控制脉冲作出了指示。

在本实施例中，尽管AD转换器250完成CDS处理，但是可以将具有复位电平Srst的P相数据和具有信号电平Ssig的D相数据分别传送到输出单元28，并且位于AD转换器250的后面的数字算术单元可以执行CDS处理。本申请人提出了AD转换器250执行AD转换和CDS处理的各种参考信号比较型AD转换方法，在实施例中可以基本地使用这些方法。

将本实施例的固态成像装置1构造成所谓的单片结构(在同一半导体基板上设置各个元件)，从而使用与半导体集成电路制造技术相同的技术，连同像素阵列单元10一起，在半导体区域(如单晶硅等)中一体地形成驱动控制器7的元件，诸如水平扫描器12、垂直扫描器14等。

可以将固态成像装置1构造为单片结构，使得在半导体区域中一体地形成各个单元，尽管未示出，可以将其构造成具有成像功能的封装模块的形状，使得除了各种信号处理器(如像素阵列单元10、驱动控制器7、列AD转换器26等)以外还设置光学系统(如成像透镜、光学低通滤波器、红外光削减滤波器等)，并且将它们放在一起。

至于各AD转换器250的输出，例如，计时器单元254的输出可以连接到水平信号线18。另选地，如图所示，可以产生如下结构：在计时器单元254的后面设置数据存储单元256，其充当包括锁存器的存储装置，该锁存器用于保持由计时器单元254保持的计时结果。

数据存储单元256保持并存储从计时器单元254传送的计时值。从水平扫描器12经由控制线12c向数据存储单元256输入控制脉冲。数据存储单元256保持从计时器单元254输入的计时值，直到经由控制线12c通过控制脉冲作出了指示。

水平扫描器12具有作为读出扫描器的功能，该读出扫描器在列AD转换器26的各比较器252和各计时器单元254执行相关处理时读出各数据存储单元256中保持的计时值。数据存储单元256的输出端连接到水平信号线18。水平信号线18的信号线的数量与AD转换器250的比特宽度相对应或者(例如，在求补输出的情况下)是AD转换器250的比特宽度的两倍，并且连接到具有与相关输出线相对应的感测放大器28a的输出单元28。将计时器单元254、数据存储单元256以及水平信号线18构造成对应于n比特。

使用作为电源系统的两个电源系统(数字电源和模拟电源)来驱动本实施例的固态成像装置1。在形成有固态成像装置1的半导体芯片上，设置有数字正电压DVDD、数字接地电压DVSS、模拟正电压AVDD、模拟接地电压AVSS的电源端子(未示出)。特别地，类似于JP-A-2001-189893和JP-A-2007-151069，将本实施例构造成对应于对信号电荷进行转移的电荷转移单元的驱动脉冲的多个控制电压电平。

固态成像装置1包括电源单元300，该电源单元300基于来自通信/定时控制器20的与电压设定TS相关的指示，生成被提供给各单元的电源电压。电源单元300具有正电源302，正电源302对数字正电压DVDD或模拟正电压AVDD进行升压以生成数字正电压DVDDw或模拟正电压AVDDw。将固态成像装置1构造在单片结构中，从而通过使用与半导体集成电路制造技术相同的技术，除了诸如驱动控制器7、输出单元28等的元件以外，还在半导体区域(如单晶硅等)中与像素阵列单元10一体地形成电源单元300。

在本实施例中，正电源302对数字正电压DVDD或模拟正电压AVDD进行升压以在固态成像装置1(半导体芯片)内部生成不同的电源电压值。根据这种方案，即使只存在一个从半导体芯片的外部提供的电源电压值，也可以在芯片内部生成多个电源电压。

尽管作为示例将正电源302内嵌在固态成像装置1中，但是可以与其中形成有像素阵列单元10、驱动控制器7等的半导体区域分开地设置正电源302(见下述成像设备8)。

<像素阵列单元与垂直扫描器的接口>

图2是示出本实施例的固态成像装置1的关注于垂直扫描器14和像素阵列单元10的接口的图。

单位像素3例如包括电荷生成器32和4个具有不同功能的晶体管(读出选择晶体管34、复位晶体管36、垂直选择晶体管40以及放大晶体管42)作为基本元件。读出选择晶体管34是构成转移单元的开关晶体管，复位晶体管36是构成复位单元的开关晶体管。读出选择晶体管34、复位晶体管36以及放大晶体管42与浮动扩散区38一起构成像素信号生成器5(信号输出单元)。像素信号生成器5和垂直选择晶体管40构成信号输出单元6，信号输出单元6生成并输出与由电荷生成器32生成的信号电荷相对应的像素信号Vx。将晶体管34、36、40以及42统称为像素晶体管。

构成转移单元的读出选择晶体管34(转移晶体管/读出晶体管)的栅极连同同一行的相关栅极一起连接到转移配线54，并使用转移信号TRG来驱动。构成初始化单元的复位晶体管36的栅极连同同一行的相关栅极一起连接到复位配线56，并使用复位信号RST来驱动。垂直选择晶体管40(选择晶体管)的栅极连同同一行的相关栅极一起连接到垂直选择线58，并使用垂直选择信号VSEL来驱动。转移配线54、复位配线56以及垂直选择线58是图1的行控制线15。

对于转移信号TRG、复位信号RST以及垂直选择信号VSEL，通常使用具有活动H电平(高电平；电源电压电平)和不活动L电平(低电平；基准电平)的二值脉冲。假设电源电压电平例如为约3V。基准电平例如为0.4到0.7V或0V的接地电平，并且根据需要，假设一部分脉冲或者所有脉冲具有约-1V的负电势。

将电荷生成器32(其为检测器的一个示例，并且包括光敏元件DET，如光电二极管PD等)构造成：使光敏元件DET的一端(阳极侧)连接到低电势侧基准电势Vss(负电势：例如，约-1V)，并且使光敏元件DET的另一端(阴极侧)连接到读出选择晶体管34的输入端子(通常是源极)。注意，基准电势Vss可以是接地电势GND。读出选择晶体管34的输出端子(通常是漏极)连接到一节点，在该节点处，复位晶体管36、浮动扩散区38以及放大晶体管42相互连接。复位晶体管36的源极连接到浮动扩散区38，并且复位晶体管36的漏极连接到复位电源Vrd(通常与模拟像素电源Vdd相同)。

垂直选择晶体管40的漏极连接到放大晶体管42的源极，垂直选择晶体管40的源极连接到像素线51，垂直选择晶体管40的栅极(特别地，称为垂直选择栅极SELV)连接到垂直选择线58。像素线51连同同一列的相关像素线51一起连接到垂直信号线19。放大晶体管42的栅极连接到浮动扩散区38，放大晶体管42的漏极连接到像素电源Vdd，放大晶体管42的源极经由垂直选择晶体管40连接到像素线51并且连接到垂直信号线19。本发明并不限于这种连接结构。例如，可以相反地布置垂直选择晶体管40和放大晶体管42。在此情况下，垂直选择晶体管40的漏极连接到像素电源Vdd，并且垂直选择晶体管40的源极连接到放大晶体管42的漏极。放大晶体管42的源极连接到像素线51。

垂直信号线19的一端朝着列AD转换器26延伸，并且读出电流源单元24连接到垂直信号线19的延伸路径。尽管略去了细节，但是读出电流控制器24对于每个垂直列都具有负载MOS晶体管，该负载MOS晶体管的栅极连接到基准电流源单元的晶体管的栅极以形成电流镜单元，并充当垂直信号线19的电流源。然后，在负载MOS晶体管与放大晶体管42之间形成源随器，向该源随器提供基本上恒定的操作电流(读出电流)。

从正电源302向垂直扫描器14的正电源端子提供数字正电压DVDDw或模拟正电压AVDDw作为电源电压。垂直扫描器14的基准端子连接到基准电势(接地)。例如，垂直地址设定单元14a由解码器形成。从正电源302向垂直地址设定单元14a的正电源端子提供数字正电压DVDD1或模拟正电压AVDD1，垂直地址设定单元14a的基准端子连接到基准电势(接地：GND)。

对于每个行的每个行控制线15(转移配线54、复位配线56以及垂直选择线58)，垂直驱动器14b具有电平转换器146(L/S)和驱动器148。电平转换器146和驱动器148的电源端子连接到正电源302(未示出)。

电平转换器146被供以输入脉冲(转移脉冲TRG、复位脉冲RST或垂直选择脉冲VSEL)，该输入脉冲的高电平是数字正电压DVDD1(或模拟正电压AVDD1)，其低电平是来自垂直地址设定单元14a的GND。电平转换器146将输入脉冲转换成高电平是模拟正电压AVDDw并且低电平是模拟负电压AVSS(可以是接地电压)的脉冲，并输出模拟负电压AVSS。通过驱动器148将其电压电平经过了电平转换器146的转换的各脉冲提供到单位像素3的晶体管34、36以及42中的相应晶体管的栅极，并对晶体管34、36以及42中的各晶体管进行驱动。

在本实施例的固态成像装置1中，垂直驱动器14b如下地向电平转换器146和驱动器148中的每一个的电源端子提供电压。首先，从正电源302向用于复位脉冲RST的电平转换器146_1的正电源端子提供模拟正电压AVDD2_1。从正电源302向用于转移脉冲TRG的电平转换器146_2的正电源端子提供模拟正电压AVDD2_2。从正电源302向用于垂直选择脉冲VSEL的电平转换器146_3的正电源端子提供模拟正电压AVDD2_3。

从正电源302向用于复位脉冲RST的驱动器148_1的正电源端子提供模拟正电压AVDD3_1。从正电源302向用于转移脉冲TRG的驱动器148_2的正电源端子提供模拟正电压AVDD3_2。从正电源302向用于垂直选择脉冲VSEL的驱动器148_3的正电源端子提供模拟正电压AVDD3_3。无论是复位脉冲RST、转移脉冲TRG还是垂直选择脉冲VSEL，都向电平转换器146和驱动器148的负电源端子提供模拟负电压AVSS2(可以是接地电压)。

例如，如下处理垂直地址设定单元14a的数字正电压DVDD1(或模拟正电压AVDD1)、电平转换器146的模拟正电压AVDD2_1、AVDD2_2以及AVDD2_3、以及驱动器148的模拟正电压AVDD3_1、AVDD3_2以及AVDD3_3。首先，垂直地址设定单元14a的正电源可以是数字的或模拟的。在垂直驱动器14b中，至少将用于转移脉冲TRG的电平转换器146_2的模拟正电压AVDD2_2和驱动器148_2的模拟正电压AVDD3_2设定为与其它驱动脉冲相独立，使得转移脉冲TRG的驱动脉冲电平可以具有多个值。例如，将AVDD2_1、AVDD2_3、AVDD3_1以及AVDD3_3设定为相同，将AVDD2_2和AVDD3_2设定为相同。当然，这仅仅是一个示例，这些电压可以在满足上述条件的范围内适当变化。对于AVDD2_1、AVDD2_3、AVDD3_1和AVDD3_3、以及AVDD2_2和AVDD3_2的电压电平，将至少H电平设定为与像素电源Vdd(＝Vrd)的H电平相同。

“转移脉冲TRG的驱动脉冲电平具有多个值”的事实是指：除了用于通常的完全转移(其中可以将电荷生成器32的饱和电荷量完全转移到像素信号生成器5(浮动扩散区38))的电压电平(完全转移电平)以外，还包括至少一个介于使充当电荷转移单元的读出选择晶体管34截止的电压(在本示例中为L电平)与完全转移电平之间的电压(在本示例中是比完全转移电平低的电平的电压：中间电压)。根据驱动定时来决定要使用的电平，但是在执行了使用中间电压的中间转移之后至少执行完全转移。

正电源302具有中间电压生成器312。尽管未示出，但是正电源302还具有生成与单位像素3中的像素电源Vdd的H电平相同的电压电平的正电压(通常电压)的功能部件。当使用转移信号TRG来驱动读出选择晶体管34时，中间电压生成器312生成比通常的转移驱动电压电平(AVDD2_2、AVDD3_2＝Vdd的H电平)低的电压(中间电压)。中间电压生成器312接收来自系统控制器20b的电压设定TS，并将中间电压调节到根据该电压设定TS的电压电平。正电源302选择由中间电压生成器312基于电压设定TS生成的中间电压，或选择通常电压，并将所选择的电压提供给垂直驱动器14b的电平转换器146_2和驱动器148_2。

本实施例采用如下方案：使用具有不同转移驱动电压电平的多个转移脉冲TRG来顺序地驱动读出选择晶体管34的栅极电极，并读出基于顺序地转移的信号电荷的像素信号。例如，在数字算术单元29中将所读取的基于信号电荷的像素信号削波成规定的饱和水平并相加，因此可以在不缩窄通常的饱和水平的情况下以低亮度获得具有高S/N比的线性信号，并且对于具有通常的饱和水平或更高水平的入射光，可以在线性区中实现令人满意的S/N比的同时扩展动态范围。无论在各种环境下外部光如何变化，都可以在低亮度场景中获得具有高S/N比的高质量，并且可以在高亮度场景中以高质量获得具有低饱和程度的图像。此外，在低亮度与高亮度混合在一起的具有高对比度的场景的情况下，在可以在低亮度部分中保持高S/N比的同时，可以避免高亮度部分的饱和。

本实施例采用如下方案：将“中间电压”设定为针对每个装置或使用环境进行调节。即，当信号电荷的转移电压可以被任意改变时，产生了使得装置本身可以调节中间电压的结构。如下所述，这是因为在进行中间转移时的中间电压的某个设定值可能会产生显著的噪声，并且中间电压的合适的设定条件取决于装置(固态成像装置)而不同，并且受环境条件(特别是温度)的影响。

作为用于调节中间电压的方案，采用一种反馈环结构，其中基于电荷生成器32的输出值来改变电压值。电荷生成器32的输出值包括基于电荷生成器32饱和时的电荷量(饱和电荷量)的像素信号，和基于在转移信号TRG的转移驱动电压电平处于中间电压的状态下在电荷生成器32中保持的电荷量(即，在中间转移之后保持在电荷生成器32中的电荷量(中间电压保持电荷量))的像素信号。为了可靠地获得基于中间电压保持电荷量的像素信号，本实施例采用了如下方案：在电荷生成器32饱和之后，执行中间转移，然后执行完全转移以获得与中间电压保持电荷量相对应的像素信号。通过对每个装置采用指定饱和电荷量和中间电压保持电荷量并且基于该结果将中间电压设定到合适的电平的方案，可以在不依赖于装置或使用环境的情况下将中间电压设定成接近理论值，并确保不存在图像质量干扰。

为了使电荷生成器32饱和，除了实际输入具有高亮度的光并使用由电荷生成器32进行的光电转换的基本方案以外，例如，可以采用在像素阵列单元10的一部分中设置具有不同饱和电荷量的电荷生成器32的第一方案，或将驱动定时设计成对电荷生成器32的电荷量进行任意控制的第二方案。第一方案是通过在像素阵列单元10的一部分中准备与通常像素(电荷生成器32)不同的像素(电荷生成器32)来实现的。在第二方案中，术语“任意控制”是指使用开关单元按预定定时向电荷生成器32提供可以使电荷生成器32饱和的电压。以下，将从如何设计本实施例的方案开始顺序地描述本实施例的方案。

<验证实验>

图3A到3D是图解说明在执行中间转移的方案中检查了中间电压的设定条件与噪声之间的关系的验证实验的图。图3A是图解说明中间电压的设定值与噪声量之间的关系的图。图3B是图解说明验证实验中的中间转移和完全转移的驱动定时的图。图3C是图解说明在基于中间电压的多个设定值的中间转移和完全转移中获得的信号的组合输出的图。图3D是图解说明由于中间电压的设定值的差而产生的组合输出的差的图。

[问题的发现]

在执行中间转移的方案中，向读出选择晶体管34的栅极电极顺序地提供具有多个转移驱动电压电平(电压电平VDD2_2、AVDD3_2)的转移脉冲TRG，从而顺序地执行中间转移和完全转移。该技术如下地设定转移脉冲TRG的转移驱动电压电平(控制电压)。

1)针对作为基准的曝光时间，假定达到饱和电子数Qs的入射光的强度。

2)按提供转移脉冲TRG的定时来估计累积电子数Ne。

3)设定转移脉冲TRG以保持累积电子数Ne。

4)实际上，期望施加数百mV的低电压。

利用该技术，对转移脉冲TRG的控制电压电平的变化进行了实验。将在基于控制电压的中间转移和完全转移中获得的输出进行相加，并测量噪声。作为该实验的一个示例，图3A示出了从不同控制电压值的两个模式获得的结果。在图3A中，横轴表示来自单位像素3的像素信号电压(输出电压(a.u.))，纵轴表示噪声量(a.u.)。如图3A所示，在设定电压A的情况下，随着输出电压增大，噪声量趋于逐渐增大，但是在设定电压B的情况下，噪声量在特定输出电压范围内特异性地显著增大。与利用设定电压B执行中间转移时一样，可以看到，当设定特定控制电压值时，会产生显著的噪声。噪声根据设定电压而不同的事实并不能从JP-A-2001-189893和JP-A-2007-151069的描述中获知。

[验证实验的说明]

图3B示出了在验证实验中的中间转移和完全转移的驱动定时。横轴表示时间。完全转移的快门时间(shutter time)(电荷累积时间)是Tlsh，完全转移的读出时间是Tl，中间转移的快门时间(电荷累积时间)是Tssh，中间转移的读出时间是Ts。纵轴表示输出电子的数量(电荷量)。饱和电子的数量(饱和电荷量)是Qs，经过中间转移后的保持电子的数量(中间保持电荷量)是Qm，要通过中间转移读取的电子数(中间转移电荷量)是Qn，要通过完全转移读取的电子数(完全转移电荷量)是Ql。

中间转移电荷量Qn与完全转移电荷量Ql的累积时间比Tratio是″Tratio＝(Tl-Tlsh)/(Ts-Tssh)″，因此完全转移电荷量Ql和中间转移电荷量Qn具有关系″Ql＝Tratio×Qn″。

[组合的说明]

在时刻Tl，输出电子数是完全转移电荷量Ql，并且不可能获得超过饱和电荷量Qs的值。与此相对照的是，如果将完全转移电荷量Ql与中间转移电荷量Qn相互组合，则会获得等于或大于饱和电荷量Qs的输出值。这是一种利用中间转移来进行动态范围扩展的基本方法。

假设使用完全转移电荷量Ql的数据和使用中间转移电荷量Qn的数据分别是Dm(＝Ql+Qn)和Dl(＝Qn×Tratio)，并且组合输出D根据条件是如下的。

D(Dm≥Dl)＝Dm

D(Dl＞Dm)＝Dl

对于组合输出D，在图3C中的(1)中示出了当使用设定电压A时的组合输出D A，在图3C中的(2)中示出了当使用设定电压B时的组合输出D B。在该图中，横轴表示亮度(a.u.)。

[实验结果]

在图3D中一起示出了在验证实验中根据不同控制电压(设定电压A和B)的组合输出D_A和D_B。如将从图3D理解的，在设定电压A的情况下，组合输出D_A随亮度水平而线性变化，但是在设定电压B的情况下，存在组合输出D_B随亮度水平非线性变化的区域。当在要组合的中间转移电荷量Qn和完全转移电荷量Ql中的完全转移电荷量Ql中出现了信息缺失时产生非线性区域，并且产生非线性区域的点与在上述实验中的噪声增大区域相同。

[信息缺失的条件]

接下来，说明在图3D所示的实验结果中完全转移电荷量Ql的信息缺失的条件。在图3B到3D所示的实验中，存在如下情况：在时刻Tssh，达到中间保持电荷量Qm，在时刻Tl，完全转移电荷量Ql达到饱和电荷量Qs。在此情况下，完全转移电荷量Ql和中间保持电荷量Qm具有关系″Ql＝(Tl-Ts)/(Tssh-Tlsh)×Qm+Qm″。如果在完全转移电荷量Ql未达到饱和电荷量Qs的区域中保持该关系，那么可以防止完全转移电荷量Ql的信息缺失。因此，需要将中间保持电荷量Qm设定成满足不存在信息缺失的条件。该条件是″Qm≥(Tssh-Tlsh)/(Tl-Ts+Tssh-Tlsh)×Qs″。

[结论]

尽管考虑了上述结果，但是为每个装置设定控制电压值以针对许多装置满足所述条件是不切实际的，因此考虑在控制电压的设定中留有容限，从而针对所有装置满足所述设定条件。然而，在设定中存在容限的事实意味着不是对每个装置都确保调节。此外，尽管在特定条件下设定使用环境温度或装置的操作电压，但是装置的使用环境会变化。在这种情况下，应当确保最优设定值。

从以上描述可知，期望在每个装置中提供一种机制来调节转移脉冲TRG的转移驱动电压电平(特别是中间电压电平)。接下来，将描述这种方案(中间电压设定调节处理)的具体结构示例。如上所述，作为主结构，采用如下方案：在读出时，根据装置或使用环境来改变控制电压值，并执行中间转移。为了实现该方案，系统控制器20b确定电荷生成器32的输出数据是否正确，并基于该确定结果对充当电压提供电路的电源单元300进行控制，以利用转移脉冲TRG的转移驱动电压电平(控制电压)将中间电压的设定值设定在合适的范围内。作为一个整体，形成了反馈环。

<第一实施例>

第一实施例采用在像素阵列单元10的一部分中设置具有与通常像素的电荷生成器32不同的饱和电荷量的电荷生成器32的方案。

图4A和4B是图解说明第一实施例的对单位像素3的一部分进行修改以进行中间电压设定调节处理的方案的图。图4A是图解说明一个像素的像素结构的示意剖视图。图4B是图解说明整个像素阵列单元10的结构的平面图。

在像素阵列单元10的一部分中设置以短曝光时间生成饱和电荷量Qs的电荷生成器32。采用如下方案：借助于除光电转换以外的手段，来任意控制电荷生成器32的累积电荷量。例如，可以通过如下物理手段来容易地实现该方案：如图4A所示，在生成单位像素3的形状时，在通常的像素结构(图4中的(1))中在电荷生成器32(光电二极管PD)上形成执行电荷注入以使得电荷生成器32饱和的构件(称为电荷注入层432)(图4A中的(2))。将在电荷生成器32上未形成电荷注入层432的单位像素3称为通常像素3a，将在电荷生成器32形成有电荷注入层432的单位像素3称为划痕像素3b。

如果在电荷生成器32的表面上形成电荷注入层432，那么该单位像素成为划痕像素，并且电荷被从电荷注入层432注入，无论是否曝光。因此，即使曝光时间短，也容易达到饱和电荷量Qs。

作为电荷注入层432，例如，根据JP-A-2008-016723的第9段的描述，″金属硅化物层产生晶体缺陷，并且由于该晶体缺陷引起的耦合泄漏电流，噪声会叠加在像素信号上″，可以积极地利用该金属硅化物层。即，在电荷生成器32上布置作为电荷注入层432的一个示例的金属硅化物层，从而实现与曝光无关的电荷注入。

参见JP-A-2008-016723，与本实施例的电荷生成器32相对应的光电二极管110从基板表面起依次包括P型杂质区115和N型杂质区114。如果在N型杂质区114上形成与本实施例的电荷注入层432相对应的金属硅化物层124，那么会在光电二极管110上形成其中耦合泄漏电流由于晶体缺陷而增大的结构。注意，在N型杂质区114上布置P型杂质区115是为了抑制由于界面缺陷而导致的白划痕，因此可以不设置P型杂质区115。

将图4中的(2)所示的划痕像素3b替换通常像素3a的一部分，并设置在像素阵列单元10中。如图4B中的(2)所示，在像素阵列单元10中，除了设置有没有电荷注入层432的通常像素3a的通常区域(通常像素区域10a)以外，还设置有这样的区域(划痕像素区域10b)，在该区域中布置有在电荷生成器32的表面上具有电荷注入层432的划痕像素3b。划痕像素3b充当保持电荷测量像素，并且划痕像素区域10b充当保持电荷测量区域。

将划痕像素区域10b例如设置在像素阵列单元10的上部或下部的一行或几行中，使得不会对正常的成像产生不利影响。像素阵列单元10的中央侧的通常像素区域10a被特别称为有效成像区域。在图4B中的(2)中，还在划痕像素区域10b的上方设置通常像素区域10a，但是可以不设置该部分。

图5A到5C是图解说明第一实施例中的像素驱动定时的图。图5A是图解说明用于识别通常像素区域10a和划痕像素区域10b的区域识别信号Tx与像素阵列单元10之间的关系的图。图5B是图解说明在区域识别信号Tx处于L电平的时段期间读出像素信号时的操作的时序图。图5C是图解说明在区域识别信号Tx处于H电平的时段期间读出像素信号时的操作的时序图。

如图5A中的(1)所示，当第一实施例不适用时，采用与垂直同步信号XVS同步的像素读出信号Tpr，并且像素读出信号Tpr处于H电平的时段成为读出像素信号的时段。如图5A中的(2)所示，在第一实施例中，使用用于识别图4B所示的通常像素区域10a和划痕像素区域10b的区域识别信号Tx，当像素读出信号Tpr处于H电平时，区域识别信号Tx处于H电平的时段是划痕像素区域10b的读出时段，而区域识别信号Tx处于L电平的时段是通常像素区域10a的读出时段。

如图5B所示，在从由于强光量的照射而饱和的通常像素3a进行通常读出操作的情况下，将读出行的垂直选择信号VSEL设定为活动H电平，并将复位信号RST设定为活动H电平以导通复位晶体管36，从而将浮动扩散区38复位到电源电势AVDD2_2(＝AVDD3_2)。然后，将转移信号TRG设定为活动H电平以导通读出选择晶体管34，从而将电荷生成器32的信号电荷转移到浮动扩散区38。因此，浮动扩散区38的电压根据信号电荷量而降低，并将与信号电荷量相对应的电压作为像素信号从像素信号生成器5经由垂直信号线19传送到AD转换器250。该示例示出了在照射强光量时在读出时饱和的通常像素3a的电荷。所读出的电子量成为饱和电荷量Qs。

接下来，将垂直选择信号VSEL设定为不活动L电平，并将复位信号RST和转移信号TRG设定为活动H电平，从而将电荷生成器32或浮动扩散区38复位。然后，根据光量而在电荷生成器32中累积信号电荷。

如图5C所示，在区域识别信号Tx处于H电平的时段期间，执行以下驱动操作以调节转移脉冲TRG的中间电压电平。在区域识别信号Tx处于H电平的时段期间，从划痕像素区域10b的划痕像素3b读出像素信号，并且在短累积时间内达到饱和。因此，在读出时，电荷生成器32常达到饱和电荷量Qs。

基本上，按与区域识别信号Tx处于L电平的时段期间相同的方式进行驱动，但是区别在于，在将复位信号RST设定为活动H电平之前的中间转移时段Tm期间，一旦处于垂直选择信号VSEL被设定为不活动L电平的状态下，就将转移脉冲TRG的转移驱动电压电平设定为中间电压，从而执行从电荷生成器32向浮动扩散区38的电荷转移。通过该中间转移，从电荷生成器32向浮动扩散区38转移超过对应于中间电压的划痕像素3b的中间保持电荷量的过剩电荷。因此，浮动扩散区38的电势降低。

在中间转移之后，将垂直选择信号VSEL设定为活动H电平，从而将与超过中间保持电荷量的过剩电荷相对应的电压作为像素信号从像素信号生成器5经由垂直信号线19传送到AD转换器250。该信号电平并不被实际使用。

接着，将复位信号RST设定为活动H电平，以导通复位晶体管36，从而将浮动扩散区38复位到电源电势AVDD2_2(＝AVDD3_2)。然后，将转移信号TRG设定为活动H电平(通常电压)，以导通读出选择晶体管34，从而将电荷生成器32的信号电荷转移到浮动扩散区38。即，通过完全转移来读出保留在电荷生成器32中的电子。因此，浮动扩散区38的电压根据与所设定的中间电压相对应的中间保持电荷量而降低，并将对应于中间保持电荷量的电压作为像素信号从像素信号生成器5经由垂直信号线19传送到AD转换器250。

图5D是图解说明根据第一实施例的、划痕像素3b中的电荷生成器32的电荷量按垂直扫描率的转变的图。如图5D所示，令来自同一划痕像素3b的像素信号的读出周期为1V(1垂直扫描时段)，那么，在1V之后，电荷生成器32的累积电荷量再次变成饱和水平(饱和电荷量Qs)。

图6是示出本实施例(不限于第一实施例)中的用于调节每个装置的转移脉冲TRG的转移驱动电压电平(特别是中间电压电平)的反馈环的结构示例的图。在第一实施例的固态成像装置1中，正电源302具有中间电压生成器312，中间电压生成器312生成与用于进行完全转移的通常电压电平不同的、用于进行中间转移的中间电压，作为转移信号TRG的转移驱动电压电平.

当关注于整个正电源302上的转移信号TRG的转移驱动电压电平时，除了使读出选择晶体管34截止的低电平(接地电平：L电平)以外，还生成用于进行完全转移的、作为充当像素电源的电压电平Vdd并被用于进行通常转移的高电平(H电平)，和介于L电平与H电平之间的中间电压。然后，在系统控制器20b的控制下，根据驱动定时，选择AVDD2_2＝AVDD3_2的电压电平并提供给垂直驱动器14b的用于转移脉冲TRG的电平转换器146_2和驱动器148_2的正电源端子。

由中间电压生成器312生成的中间电压是用于保持在电荷生成器32中累积的电荷的一部分并将剩余累积电荷部分地转移到浮动扩散区38的电压。特别地，本实施例具有针对每个装置对中间电压的电平进行调节的方案。系统控制器20b和数字算术单元29a形成执行中间电压设定调节处理(像素驱动电压调节处理)的像素驱动电压调节设备9。

数字算术单元29a通过划痕像素区域10b中的划痕像素3b的数量{x，y}来获取所保持电荷量d{x，y}的数据D{x，y}。然后，基于数据D{x，y}来计算平均值Dave、最大值Dmax、最小值Dmin等(或其中的至少一个)。数字算术单元29a将计算出的信息通知给系统控制器20b。

系统控制器20b具有确定从各划痕像素3b获得的数据D{x，y}是否正确的确定单元320。确定单元320确定计算出的数据D(如由数字算术单元29a计算出的平均值Dave、最大值Dmax、最小值Dmin等)是否满足中间保持电荷量Qm的上述理论式。

″Qm≥(Tssh-Tlsh)/(Tl-Ts+Tssh-Tlsh)×Qs″

系统控制器20b基于确定单元320的确定结果对中间电压生成器312执行反馈控制，使得中间电压变成中间保持电荷量Qm的期望值。例如，当使用平均值Dave作为比较对象时，在″Dave＞Qm″的情况下，系统控制器20b对中间电压生成器312进行控制以降低中间电压。否则，系统控制器20b对中间电压生成器312进行控制以升高中间电压。注意，可以通过具有中间保持电荷量Qm的预定宽度的值来进行该确定，或者可以使用最大值Dmax或最小值Dmin作为比较对象。通过重复这种操作，可以设定变成中间保持电荷量Qm的期望值的中间电压。

上述第一实施例的方案可以类似地应用于其它像素电路结构，如具有下述3-TR结构等的单位像素3。

<第二实施例>

第二实施例的中间电压设定调节处理采用将驱动定时设计成对电荷生成器32的电荷量进行任意控制的方案。驱动定时还取决于单位像素3的电路结构，但是基本上它是通过使用开关单元按预定定时向电荷生成器32提供可以使电荷生成器32饱和的电压来实现的。按预定定时导通开关晶体管(半导体装置)，从而执行电荷注入，使得电荷生成器32饱和。

例如，浮动扩散区38的电势发生变化，并将该电势通知给电荷生成器32，从而调节电荷生成器32的电荷量(具体来说，强制性地使其饱和)。因此，在将像素电源Vdd设定为L电平的状态下，将读出选择晶体管34和复位晶体管36的驱动信号设定为活动电平。将像素电源Vdd的L电平经由复位晶体管36和读出选择晶体管34通知给电荷生成器32，从而将电荷生成器32充满电子并使其饱和。然后，按与第一实施例相同的方式执行数据处理或确定处理，从而设定成为中间保持电荷量Qm的期望值的中间电压。

<第一示例>

图7A到7D是图解说明用于调节中间电压的方案的第二实施例(第二示例)的图。图7A是示出具有3-TR结构的应用了第二实施例(第二示例)的单位像素3的图。图7B是图解说明具有图7A所示的3-TR结构的单位像素3的通常驱动定时的时序图。图7C是图解说明应用于第二实施例(第一示例)的用于识别通常像素区域和保持电荷测量区域的区域识别信号与像素阵列单元之间的关系的图。图7D是图解说明根据第二实施例(第一示例)的具有图7A所示的3-TR结构的单位像素3的驱动定时的时序图。

在3-TR结构中，4-TR结构中的垂直选择晶体管40被去除。与4-TR结构相比，3-TR结构被认为具有如下特征：单位像素3中的晶体管的占据面积减小，从而减小了像素尺寸。在图7A的(1)和(2)中，电荷生成器32(光电转换元件)和3个晶体管形成单位像素3。

在图7A的(1)和(2)中，放大晶体管42的栅极和复位晶体管36的源极经由读出选择晶体管34连接到电荷生成器32。放大晶体管42的源极连接到垂直信号线19。通过转移配线54使用转移信号TRG对读出选择晶体管34进行驱动。通过复位配线56使用复位信号RST对复位晶体管36进行驱动。

在图7中的(1)的结构示例中，复位晶体管36的漏极和放大晶体管42的漏极连接到独立的配线，因此复位晶体管36的漏极连接到漏极线57，并且放大晶体管42的漏极被供以像素电源Vdd。在此情况下，仅复位晶体管36的漏极通过漏极线57在复位电源Vrd(通常它可以与像素电源Vdd相同)的高电平电压与低电平电压之间被驱动。

同时，在图7A中的(2)的结构示例中，将复位晶体管36的漏极和放大晶体管42的漏极共同连接到漏极线57。在此情况下，每个漏极都通过漏极线57在像素电源Vdd的高电平电压与低电平电压之间被驱动。

在具有3-TR结构的单位像素3中，类似于4-TR结构，将浮动扩散区38连接到放大晶体管42的栅极，因此放大晶体管42向垂直信号线19输出与浮动扩散区38的电势相对应的信号。转移配线54或复位配线56在行方向上延伸。同时，可以将漏极线57形成为对于每个行都有区别，但是在许多情况下，将漏极线57实际上形成为对于所有行是共用的。在本实施例的驱动操作的情况下，基本上，可以将漏极线57形成为对于所有行是共用的。

在3-TR结构的单位像素3中，与4-TR结构一样，将多个像素连接到垂直信号线19，但是在FD电势的控制下执行像素选择，而不是由垂直选择晶体管40来执行。通常，将FD电势设定为低电平。当像素被选择时，将所选择的像素的FD电势设定为高电平，并将所选择的像素的信号输出到垂直信号线19。然后，所选择的像素的FD电势回到低电平。同时对一行的像素执行该操作。即，可以考虑，以将放大晶体管42的栅极电平设定为低电平的结构来替代垂直选择晶体管40。

如上所述，为了控制FD电势，执行如下操作：1)当所选择的行的FD电势被设定为高电平时，将漏极线57设定为高电平以通过所选择的行的复位晶体管36将FD电势设定为高电平；和2)当所选择的行的FD电势回到低电平时，将漏极线57设定为低电平以通过所选择的行的复位晶体管36将FD电势设定为低电平。

即，如图7B所示，在时刻T0，漏极线57的像素电源Vdd从L电平改变到H电平。在时刻T1，复位信号RST变成活动H电平，并且复位晶体管36被导通，因此FD电势被复位到H电平。将FD电势复位到H电平，从而选择一个像素，而不选择其它像素。因此，在没有垂直选择晶体管40的3-TR结构中，可以进行像素选择。

接下来，在时刻T2，如果转移信号TRG变成活动H电平，那么在电荷生成器32中累积的信号电荷被转移到浮动扩散区38。在时刻T3，将复位信号RST和转移信号TRG都设定为活动H电平，从而将电荷生成器32和浮动扩散区38复位到高电平。在时刻T4，将转移信号TRG设定为不活动电平，因此像素电源Vdd从H电平改变成L电平。电荷生成器32开始累积与光相对应的电荷。在时刻T5，将复位信号RST设定为不活动L电平。在从T4到T5的时段期间，执行从选择到不选择的切换。直到复位信号RST被设定为不活动L电平的时刻T5，像素电源Vdd处于L电平并且复位信号RST处于活动H电平，因此FD电势变成L电平。

根据第二实施例(第一示例)的驱动定时，作为使电荷生成器32饱和的方案，使用读出选择晶体管34和复位晶体管36作为开关单元，并按预定定时向电荷生成器32提供可以使电荷生成器32饱和的电压。

如图7C所示，与第一实施例的划痕像素3b一样，假设目标单位像素3(特别地，称为保持电荷测量像素3c)是位于像素阵列单元10的上部或下部的一行或几行中的像素。将像素阵列单元10中的设置有保持电荷测量像素3c的区域称为保持电荷测量区域10c。在第二实施例(第一示例)中，使用用于识别通常像素区域10a和保持电荷测量区域10c的区域识别信号Ty，并且当像素读出信号Tpr处于H电平时，区域识别信号Ty处于H电平的时段是保持电荷测量区域10c的读出时段，区域识别信号Ty处于L电平的时段是通常像素区域10a的读出时段。

如图7D所示，从T0′到T3′的时段与图7B所示的从T0到T3的时段相同。区别在于：在时刻T3′，当复位信号RST和转移信号TRG都被设定为活动H电平时，像素电压从H电平改变到L电平。直至复位信号RST被设定为不活动L电平的时刻T5′之前的时刻T4′，转移信号TRG被设定为活动H电平，从而将电荷生成器32预设为L电平并被充满电子(饱和状态)。这被称为信号电荷生成器32的回充处理(PD回充)。

接着，将转移信号TRG设定为不活动L电平，直至时刻T5′，浮动扩散区38处于低电平。这被称为浮动扩散区38的回充处理(FD回充)。在这种处理之后的时刻T6′，像素电压从L电平改变成H电平。

然后，在执行了这种使电荷生成器32饱和的处理之后在下一垂直扫描时段期间执行中间转移。在此情况下，首先，在从T7′到T8′的时段期间，将复位信号RST设定为活动H电平，以将浮动扩散区38复位到高电平(FD复位)。然后，在中间转移时段Tm期间，将转移脉冲TRG的转移驱动电压电平设定到中间电压一次，从而执行从电荷生成器32到浮动扩散区38的电荷转移。通过中间转移，从电荷生成器32向浮动扩散区38转移超过对应于中间电压的中间保持电荷量的过剩电荷。

在中间转移之后，将复位信号RST设定为活动H电平(T1′)。然后，将转移信号TRG设定为活动H电平，以导通读出选择晶体管34，从而将电荷生成器32的信号电荷转移到浮动扩散区38(T2′)。即，通过完全转移读出留在电荷生成器32中的电子。因此，浮动扩散区38的电压根据与所设定的中间电压相对应的中间保持电荷量而降低，并将对应于中间保持电荷量的电压作为像素信号从像素信号生成器5经由垂直信号线19传送到AD转换器250。

类似于从划痕像素区域10b(划痕像素3b)获取关于与中间保持电荷量相对应的电压的信息的第一实施例，对多个像素(多个行)执行这种操作，获取多个像素中的每一个的保留电荷量d{x，y}的数据D{x，y}。然后，类似于第一实施例，执行对计算出的数据D的计算，和基于中间保持电荷量Qm的理论式的确定处理，从而设定成为中间保持电荷量Qm的期望值的中间电压。

<第二示例>

图8A到8E是图解说明用于调节中间电压的方案的第二实施例(第二示例)的图。图8A是示出具有4-TR结构的、应用了第二实施例(第二示例)的单位像素3的图。图8A所示的单位像素3的结构与图2所示的单位像素3的结构相同。图8B是示出应用了第二实施例(第二示例)的电源单元300的结构示例的图。图8C是图解说明在应用于第二实施例(第二示例)的用于识别通常像素区域10a和保持电荷测量区域10c的区域识别信号Ty、像素阵列单元10以及像素电源Vdd和SELVDD之间的关系的图。图8D是图解说明具有图8A所示的4-TR结构的单位像素3的通常驱动定时的时序图。图8E是图解说明根据第二实施例(第二示例)的具有图8A所示的4-TR结构的单位像素3的驱动定时的时序图。

如将从图2或第一实施例的描述所理解的那样，在4-TR结构的情况下，像素电源Vdd恒定为H电平，并且由垂直选择信号VSEL来控制对读出行的选择。如图8D所示，垂直选择信号VSEL可以在时刻T0之前上升，并且可以在转移信号TRG被设定为活动H电平并且执行了电荷转移之后下降。在图8D中，Tsel时段处于H电平。从时刻T1到时刻T5的时段与3-TR结构中的驱动相同。

根据第二实施例(第二示例)的驱动定时，作为使电荷生成器32饱和的方案，类似于第二实施例(第一示例)，使用读出选择晶体管34和复位晶体管36作为开关单元，并按预定定时向电荷生成器32提供可以使电荷生成器32饱和的电压。在该方法中，类似于第二实施例(第一示例)，使用读出选择晶体管34和复位晶体管36作为开关单元，并按预定定时向电荷生成器32提供可以使电荷生成器32饱和的电压。向电荷生成器32强制提供像素电源Vdd的L电平，从而将电荷生成器32预设到L电平并使其处于饱和状态。

在4-TR结构的情况下，与3-TR结构不同，在通常驱动定时将像素电源Vdd恒定地设定为H电平，而不将像素电源Vdd设定为L电平。在第二实施例(第二示例)中，因此，如图8B中的(1)所示，首先，将电源单元300构造成在H电平与L电平之间改变像素电源Vdd。例如，设置由PMOS 332与NMOS 334的级联电路形成的反相器型电源缓冲器330。将PMOS 332设置在像素电源Vdd侧，将NMOS 334设置在接地(GND)侧。PMOS 332和NMOS 334的栅极被连接在一起并被提供以来自系统控制器20b的电源控制信号PSELVDD。如果假设PMOS 332和NMOS 334中的每一个的导通电阻都是零，那么如图8B中的(2)所示，电源缓冲器330在电源控制信号PSELVDD处于H电平时将像素电源SELVDD设定为L电平(＝接地电势)，而在电源控制信号PSELVDD处于L电平时将像素电源SELVDD设定为H电平(＝像素电源Vdd)。如图8C所示，将像素电源SELVDD提供给保持电荷测量区域10c的保持电荷测量像素3c，并将L/H不变的通常像素电源Vdd提供给通常像素区域10a的通常像素3a。

例如，如图8E所示，与示出3-TR结构的驱动定时的图7D一样，在强制地使电荷生成器32饱和之后，在中间转移时段Tm期间，使用中间电压执行从电荷生成器32到浮动扩散区38的电荷转移。在复位信号RST被设定为活动H电平的时段(T3′到T5′)期间，漏极线57的像素电源Vdd下降到L电平。

在图8E中，在转移信号TRG被设定为不活动L电平的时刻T6′与复位信号RST被设定为不活动L电平的时刻T5′之间，像素电源Vdd返回到H电平(令像素电源Vdd处于L电平的时段为Tlow)。当像素电源Vdd处于L电平时，在从T4′到T6′的时段期间，转移信号TRG被设定为活动H电平，从而将电荷生成器32预设到L电平并使之充满电子(饱和状态)。类似于第一示例，这被称为信号电荷生成器32的回充处理(PD回充)。在将像素电源Vdd设定为H电平之后，复位信号RST被设定为不活动L电平，从而可以将浮动扩散区38预设到高电平。

然后，在执行了这种使电荷生成器32饱和的处理之后在下一垂直扫描时段期间执行中间转移。在此情况下，类似于第一实施例，在复位信号RST变成活动H电平之前，在中间转移时段Tm期间，在垂直选择信号VSEL被设定为不活动L电平的状态下将转移脉冲TRG的转移驱动电压电平设定到中间电压，从而执行从电荷生成器32到浮动扩散区38的电荷转移。然后，将垂直选择信号VSEL设定为活动H电平，并将复位信号RST设定为活动H电平以使浮动扩散区38复位(T1′)。接着，将转移信号TRG设定为活动H电平以导通读出选择晶体管34，从而将电荷生成器32的信号电荷转移到浮动扩散区38(T2′)。因此，浮动扩散区38的电压根据与所设定的中间电压相对应的中间保持电荷量而降低，并将对应于中间保持电荷量的电压作为像素信号从像素信号生成器5经由垂直信号线19传送到AD转换器250。以下，同样适用于第二实施例(第一示例)。

对于一般的3-TR结构的第一示例和一般的4-TR结构的第二示例，已经对使用读出选择晶体管34和复位晶体管36作为开关单元并且按预定定时向电荷生成器32提供可以使电荷生成器32饱和的电压的方案进行了描述，但是可以考虑单位像素3的各种电路结构。这些结构也可以采用如下方案：根据该电路结构，使用一些晶体管作为开关单元的开关晶体管，或者添加充当开关单元的开关晶体管，并按预定定时导通开关晶体管以向电荷生成器32提供可以使电荷生成器32饱和的电压。

例如，尽管未示出，可以考虑如下结构：在电荷生成器32的阴极(读出选择晶体管34侧)与复位晶体管36的漏极侧的电源线(通常，它可以与像素电源Vdd共用)之间设置用于对电荷生成器32中累积的电荷进行直接放电的放电晶体管。这种单位像素3可以采用如下方案：使用放电晶体管作为本实施例的开关单元，并按预定定时经由放电晶体管向电荷生成器32提供可以使电荷生成器32饱和的电压。当然，第二实施例的操作原理并不是要否定与放电晶体管分开地设置开关晶体管。

如上所述，根据本实施例的方案，可以合适地设定成为中间保持电荷量Qm的期望值的中间电压。如将从以上描述明白的，将执行第一或第二实施例的中间电压设定调节处理的固态成像装置1构造成在其中设置有执行中间电压设定调节处理(像素驱动电压调节处理)的像素驱动电压调节设备9，并且可以将中间电压自调节到合适的电平。数字算术单元29a具有作为计算用于进行确定的指标值并通知计算出的指标值的信号处理器的功能，该确定被用来在基于饱和电荷量的像素信号和基于中间电压保持电荷量的像素信号的基础上将中间电压的电平设定到合适的值。系统控制器20b具有作为转移驱动电压设定单元的功能，它将从数字算术单元29a(信号处理器)通知的指标值与中间电压保持电荷量的期望值进行比较，并基于相关比较结果来设定中间电压的电平。

在以上描述中，计算出的数据D(如平均值Dave、最大值Dmax、最小值Dmin等)是由数字算术单元29a来计算的，但是该计算可以由固态成像装置1外部的数字算术单元29b来执行。数字算术单元29b具有作为计算用于进行确定的指标值的信号处理器的功能，该确定被用来在基于饱和电荷量的像素信号和基于中间电压保持电荷量的像素信号的基础上，将中间电压的电平设定到合适的值。数字算术单元29b将所获得的计算出的数据D通知给系统控制器20b。

在使用中间电压执行像素读出操作的固态成像装置1的情况下，理论上存在一种中间电压的设定，该设定会导致图像质量干扰，因此令理论值与要使用的电压之差为电压容限，该电压容限针对每个样本而不同并且受环境条件的影响。

与此相对照的是，如果采用本实施例的方案，对于每个装置，中间电压的设定值都可以接近理论值，因此可以确保在任何装置或任何使用环境中都不存在图像质量干扰。

此外，可以改善当不应用本实施例时会产生的以下问题。

1)当不针对每个装置改变电压设定时，需要对电压容限的变化进行管理，并且当特性变化由于生产条件的变化而改变时，合格率会劣化。在本示例中，不会出现合格率劣化，并且可以相应地降低成本。

2)当针对每个装置改变电压设定时，需要为每个装置测量中间电压与保持量之间的关系，并且需要一种反映每个装置中的测量结果的系统。在本示例中，装置本身具有设定合适的中间电压的反馈环结构，并且可从成本中减少所述系统的成本。

在比较第一实施例和第二实施例时，考虑以下相对优点。

1)在第一实施例中，不必添加外部电源控制装置的电路，但是其缺点在于不能在任意定时对信号电荷生成器32的电荷量(浮动扩散区38的电势)进行设定(到任意电平)。

2)在第二实施例中，可以在任意定时对信号电荷生成器32的电荷量(浮动扩散区38的电势)进行设定(到任意电平)，但是其缺点在于需要将电源电压Vdd控制在低电平以将信号电荷生成器32充以电子的电路。

以下将详细描述该差别。根据本实施例的方案，与现有技术的固态成像装置相比，添加驱动以使用信号电荷生成器32的电荷量作为中间电压保持电荷量，但是在结构上的改变被最小化。这涉及第一实施例。然而，通过从电荷注入层432产生电荷来实现饱和，因此需要一个读出操作与下一读出操作之间的累积时间，并且电荷的生成情况依赖于电荷注入层432的形成情况。因此，控制较为困难。同时，在第二实施例中，可以在任意定时(在电源电压Vdd被设定为低电平以导通复位晶体管36和读出选择晶体管34的时刻)实现饱和，因此实现了极好的可控性。此外，在3-TR型的情况下，提供了将电源电压Vdd设定为低电平的方案。因此，如果可以使用该方案，那么未添加附加电路，并且不需要划痕像素。

<成像设备：第三实施例>

图9是示出使用与第一或第二实施例的固态成像装置相同的方案的第三实施例的成像设备的示意结构的图。在第三实施例中，将在上述固态成像装置1的每个实施例中使用的中间电压设定调节处理的方案应用于作为物理信息获取设备的示例的成像设备。图9是成像设备8的示意结构图。以下将描述主要组件(将略去对除主要组件以外的部分的描述)。

成像设备8包括成像透镜802、光学低通滤波器804、滤色器组812、像素阵列单元10、驱动控制器7、列AD转换器26、参照信号生成器27以及照相机信号处理器810。如由图中的虚线所示，可以与光学低通滤波器804一起设置用于减少红外光分量的红外光削减滤波器805。被设置在列AD转换器26的后面的照相机信号处理器810具有成像信号处理器820，和充当用于对整个成像设备8进行控制的主控制器的照相机控制器900。成像信号处理器820具有信号分离器822、彩色信号处理器830、亮度信号处理器840以及编码器组860。

本实施例的照相机控制器900具有微处理器902、作为只读存储单元的ROM(只读存储器)904、RAM 906(随机存取存储器)以及其它外围构件(未示出)。微处理器902与电子计算机的核心部分相同，其一个代表性示例是CPU(中央处理单元)，其中将由计算机执行的运算和控制功能集成在微集成电路中。RAM 906是在需要时可以进行写和读的易失性存储单元的示例。也将微处理器902、ROM 904以及RAM 906一起称为微型计算机。

照相机控制器900对整个系统进行控制，并且对于本实施例的中间电压设定调节处理，具有执行与中间保持电荷量Qm相关的数据处理或确定处理以及对电源单元300进行控制的功能。将与中间电压设定调节处理相关的一部分或全部处理从驱动控制器7的系统控制器20b(未示出)移除并植入照相机控制器900中。将数字算术单元29a或29b中的与中间保持电荷量Qm相关的数据处理的功能部件中的一部分或全部也植入照相机控制器900中。在将功能部件全部植入照相机控制器900中的结构中，照相机控制器900充当像素驱动电压调节设备的示例，其对转移信号TRG执行中间电压设定调节处理(像素驱动电压调节处理)。在将功能部件全部植入照相机控制器900中的结构中，固态成像装置1中的系统控制器20b、数字算术单元29a等(它们具有未被移植的功能部件)和照相机控制器900形成执行中间电压设定调节处理(像素驱动电压调节处理)的像素驱动电压调节设备。

ROM 904存储照相机控制器900的控制程序等。特别地，在本示例中，ROM 904存储使得照相机控制器900能够对中间电压设定调节处理进行控制的程序。RAM 906存储用于照相机控制器900进行的各种处理的数据等。

将照相机控制器900构造成可以在其上可卸除地安装诸如存储卡等的记录介质924，或者可以连接到诸如因特网等的通信网络。例如，除了微处理器902、ROM 904以及RAM 906，照相机控制器900还包括存储器读出单元907和通信I/F(接口)908。

记录介质924用于注册使得微处理器902执行软件处理的程序数据，和各种类型的数据等，诸如基于来自亮度信号处理器840的亮度系统信号的光测量数据DL的收敛范围或曝光控制处理(包括电子快门控制)的各种控制信息的设定值。存储器读出单元907将从记录介质924读取的数据存储(安装)在RAM 906上。通信I/F 908对与通信网络(如因特网等)之间的通信数据的交换进行中继。

尽管在这种成像设备8中，以与像素阵列单元10分开的模块的形状示出驱动控制器7和列AD转换器26，但是，如对固态成像装置1所描述的那样，可以使用具有单片结构的固态成像装置1，其中在同一半导体基板上与像素阵列单元10一起一体地形成驱动控制器7和列AD转换器26。参照附图，除了像素阵列单元10、驱动控制器7、列AD转换器26、参照信号生成器27以及照相机信号处理器810以外，成像设备8还包括光学系统，如成像透镜802、光学低通滤波器804、红外光削减滤波器805等。该结构适合于这些单元被一起放在具有成像功能的封装模块的形状中的情况。将这种成像设备8提供为照相机或具有用于“成像”的成像功能的便携式设备。术语“成像”包括在通常的照相机拍摄时捕获图像，并且在宽泛的意义上，包括指纹检测等。

对于如上构造的成像设备8，照相机控制器900向电源单元300提供电压设定TS，并执行上述实施例的中间电压设定调节处理，以特别地设定转移信号TRG的转移驱动电压电平的中间电压电平。因此，可以在不依赖于装置或使用环境的情况下，合适地设定成为中间保持电荷量Qm的期望值的中间电压。

尽管结合实施例描述了本发明，但是这些实施例并不是要限制本发明的技术范围。可以在不脱离本发明的要旨的范围内作出各种变化或改进，并且这些变化或改进也落入本发明的技术范围内。

以上实施例并不是要限制所附权利要求中描述的发明。在这些实施例中描述的特征的所有组合对于本发明的解决手段来说并不总是不可缺少的。在这些实施例中包括各种阶段的发明。可以通过对多个公开的要素进行合适的组合来提取各种发明。即使从这些实施例中描述的所有要素中删除几个要素，也可以提取这些被删除了这几个要素后的要素作为发明，只要获得了效果即可。

例如，本实施例的中间电压设定调节处理涉及从电荷生成器32读出信号电荷的读出部件，并且被应用于使用中间电压来执行读出操作的方案。可以将本发明应用于任何装置，只要它包括电荷生成器和电荷转移单元。本发明也可以应用于电荷转移型固态成像装置，其一个代表性示例是CCD图像传感器。

本申请包含与在2008年10月30日在日本专利局提交的日本在先专利申请JP2008-279472中公开的主题相关的主题，通过引用将其全部内容并入于此。

本领域的技术人员应明白，根据设计要求和其它因素，可以作出各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内即可。

Claims (9)

1.一种固态成像装置，包括：

像素阵列单元，具有排列的单位像素，每个单位像素具有生成信号电荷的电荷生成器、和具有对由所述电荷生成器生成的信号电荷进行转移的电荷转移单元并且生成并输出与由所述电荷生成器生成的信号电荷相对应的处理对象信号的信号输出单元；

驱动控制器，用于驱动所述单位像素，该驱动控制器按多个不同的转移驱动电压电平顺序地驱动所述电荷转移单元；以及

转移驱动电压设定单元，在基于所述电荷生成器饱和时的饱和电荷量的像素信号和基于在中间转移之后在所述电荷生成器中保持的中间电压保持电荷量的像素信号的基础上，将中间电压的电平设定为使得实际中间电压保持电荷量成为所述中间电压保持电荷量的期望值，其中，所述中间转移是在所述转移驱动电压电平处于使得能够将所述电荷生成器的饱和电荷量完全转移到所述信号输出单元的完全转移电平与使所述电荷转移单元截止的截止电平之间的电平的状态下执行的电荷转移。

2.根据权利要求1所述的固态成像装置，还包括：

信号处理器，在基于所述电荷生成器饱和时的饱和电荷量的像素信号和基于中间电压保持电荷量的像素信号的基础上，计算用于进行使得所述转移驱动电压设定单元将所述中间电压的电平设定到合适的值的确定的指标值，并将计算出的指标值通知给所述转移驱动电压设定单元，其中，所述中间电压保持电荷量是在所述转移驱动电压电平处于使得能够将所述电荷生成器的饱和电荷量完全转移到所述信号输出单元的完全转移电平与使所述电荷转移单元截止的截止电平之间的电平的状态下被保持在所述电荷生成器中的电荷量，

其中，所述转移驱动电压设定单元将从所述信号处理器通知的指标值与所述中间电压保持电荷量的期望值进行比较，并基于比较结果来设定所述中间电压的电平。

3.根据权利要求1所述的固态成像装置，

其中所述转移驱动电压设定单元被构造成

从被设置在外部的信号处理器获得用于进行确定的指标值，并在基于所述电荷生成器饱和时的饱和电荷量的像素信号和基于中间电压保持电荷量的像素信号的基础上，计算用于进行确定的指标值，其中，所述中间电压保持电荷量是在所述转移驱动电压电平处于使得能够将所述电荷生成器的饱和电荷量完全转移到所述信号输出单元的完全转移电平与使所述电荷转移单元截止的截止电平之间的电平的状态下被保持在所述电荷生成器中的电荷量；以及

将所获得的指标值与所述中间电压保持电荷量的期望值进行比较，并基于比较结果来设定所述中间电压的电平。

4.根据权利要求1到3中的任一项所述的固态成像装置，

其中，令完全转移的电荷累积时间为Tlsh，完全转移的读出时间为Tl，中间转移的电荷累积时间为Tssh，中间转移的读出时间为Ts，饱和电荷量为Qs，经过中间转移后的中间电压保持电荷量为Qm，通过中间转移读出的中间转移电荷量为Qn，通过完全转移读出的完全转移电荷量为Ql，那么，关系″Ql＝(Tl-Tlsh)/(Ts-Tssh)×Qn″和″Ql＝(Tl-Ts)/(Tssh-Tlsh)×Qm+Qm″成立，并且，

满足″Qm≥(Tssh-Tlsh)/(Tl-Ts+Tssh-Tlsh)×Qs″的中间电压保持电荷量Qm是所述中间电压保持电荷量的期望值。

5.根据权利要求1到4中的任一项所述的固态成像装置，

其中，在所述像素阵列单元的部分区域的单位像素中形成有执行电荷注入使得所述电荷生成器饱和的构件，并且

所述中间电压保持电荷量是当已经对经受了所述电荷注入的单位像素执行了中间转移时的电荷量。

6.根据权利要求1到4中的任一项所述的固态成像装置，

其中，每个单位像素是由半导体装置形成的开关单元，

所述驱动控制器按预定定时导通所述半导体装置以执行使得所述电荷生成器饱和的所述电荷注入，以及

所述中间电压保持电荷量是当已经对经受了所述电荷注入的单位像素执行了中间转移时的电荷量。

7.一种成像设备，包括：

像素阵列单元，具有排列的单位像素，每个单位像素具有生成信号电荷的电荷生成器、和具有对由所述电荷生成器生成的信号电荷进行转移的电荷转移单元并且生成并输出与由所述电荷生成器生成的信号电荷相对应的处理对象信号的信号输出单元；

驱动控制器，用于驱动所述单位像素，该驱动控制器按多个不同的转移驱动电压电平顺序地驱动所述电荷转移单元；

信号处理器，在基于所述电荷生成器饱和时的饱和电荷量的像素信号和基于中间电压保持电荷量的像素信号的基础上，计算用于进行使得转移驱动电压设定单元将中间电压的电平设定到合适的值的确定的指标值，其中，所述中间电压保持电荷量是在所述转移驱动电压电平处于使得能够将所述电荷生成器的饱和电荷量完全转移到所述信号输出单元的完全转移电平与使所述电荷转移单元截止的截止电平之间的电平的状态下被保持在所述电荷生成器中的电荷量；以及

转移驱动电压设定单元，将由所述信号处理器计算出的用于进行确定的指标值与所述中间电压保持电荷量的期望值进行比较，并将所述中间电压的电平设定为使得实际中间电压保持电荷量成为所述中间电压保持电荷量的期望值。

8.一种像素驱动电压调节设备，包括：

信号处理器，从固态成像装置获得基于电荷生成器饱和时的饱和电荷量的像素信号和基于中间电压保持电荷量的像素信号，所述固态成像装置具有排列的单位像素，每个单位像素具有生成信号电荷的电荷生成器、和具有对由所述电荷生成器生成的信号电荷进行转移的电荷转移单元并且生成并输出与由所述电荷生成器生成的信号电荷相对应的处理对象信号的信号输出单元，其中，所述中间电压保持电荷量是在所述转移驱动电压电平处于使得能够将所述电荷生成器的饱和电荷量完全转移到所述信号输出单元的完全转移电平与使所述电荷转移单元截止的截止电平之间的电平的状态下被保持在所述电荷生成器中的电荷量，并且所述信号处理器基于各个像素信号来计算用于进行使得所述转移驱动电压设定单元将所述中间电压的电平设定到合适的值的确定的指标值；以及

转移驱动电压设定单元，将由所述信号处理器计算出的用于进行确定的指标值与所述中间电压保持电荷量的期望值进行比较，并将所述中间电压的电平设定为使得实际中间电压保持电荷量成为所述中间电压保持电荷量的期望值。

9.一种像素驱动电压调节方法，包括以下步骤：

从固态成像装置获得基于电荷生成器饱和时的饱和电荷量的像素信号和基于中间电压保持电荷量的像素信号，所述固态成像装置具有排列的单位像素，每个单位像素具有生成信号电荷的电荷生成器、和具有对由所述电荷生成器生成的信号电荷进行转移的电荷转移单元并且生成并输出与由所述电荷生成器生成的信号电荷相对应的处理对象信号的信号输出单元，其中，所述中间电压保持电荷量是在所述转移驱动电压电平处于使得能够将所述电荷生成器的饱和电荷量完全转移到所述信号输出单元的完全转移电平与使所述电荷转移单元截止的截止电平之间的电平的状态下被保持在所述电荷生成器中的电荷量；

基于各个像素信号来计算用于进行确定的指标值；以及

将所述指标值与所述中间电压保持电荷量的期望值进行比较，并将所述中间电压的电平设定为使得实际中间电压保持电荷量成为所述中间电压保持电荷量的期望值。

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