CN104205810A - 固态成像器件和电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种固态成像器件，提供有：像素单元，具有多个像素，包括光电转换器、电荷电压转换器和将所述光电转换器中累积的电荷传输到所述电荷电压转换器的传输晶体管；以及存储单元，当所述光电转换部分中累积的信号电荷被划分并且由预定次数的中间传输动作和完全传输动作读取时，存储关于在中间传输动作时施加到传输晶体管的栅极的中间电压的最优值的信息。

Description

固态成像器件和电子设备
技术领域
本公开涉及固态成像单元并且涉及包括该固态成像单元的电子设备。
背景技术
作为固态成像单元，经由MOS(金属氧化物半导体)晶体管读取在用作光电转换器件的光电二极管中累积的信号电荷的CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器已经用于各种应用。
在这样的固态成像单元中，当光电二极管的饱和电荷量增加时，饱和电荷量可以比允许在浮动扩散部分中累积的最大电荷量更大，在一些情况下，浮动扩散部分将电荷量转换为电压信号。在该情况下，在光电二极管中累积的全部电荷量不允许在一次读取操作中传输到浮动扩散部分。因而，多次进行读取操作(例如，参见专利文献1和2)。
例如，在专利文献1中，首先，信号电荷被划分以在多次传输操作中由传输晶体管从光电二极管传输到浮动扩散部分。要注意，此时，在中段传输操作期间，中间电压被施加到传输晶体管的栅极(中间传输操作)。此外，在专利文献1中，合成被划分成以多次操作读取的多个信号，并且由此生成与光电二极管中累积的该信号电荷对应的电压信号。
此外，专利文献2公开了由反馈控制来控制在多次操作中划分和读取光电二极管中累积的信号电荷时的中间电压以具有最优值的方法。在专利文献2中所公开的方法中，在像素部分中的部分像素被强制饱和，并且基于强制饱和的像素的饱和电压量和在中间传输操作(中段读取操作)之后光电二极管中剩余的电荷量来控制中间电压以具有最优值。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开第2010-226679号
专利文献2：日本未审查专利申请公开第2010-109677号
发明内容
如上所述，针对固态成像单元，已经提出了在多次操作中划分和读取光电二极管中累积的信号电荷的各种方法。顺便地，在传输光电二极管中累积的信号电荷到浮动扩散部分时使用的传输晶体管通常由MOSFET(MOS场效应晶体管)配置。
MOSFET具有简单的结构，并且因而易于小型化。然而，容易引起其器件特性(电特性)的变动。在制造半导体集成电路的工艺中，在其制造状况中容易引起变动。制造状况中的这样的变动对MOSFET的形状、物理状况等有影响，并且这样的影响引起了MOSFET的电特性的变动。
当引起如上所述的MOSFET的电特性的变动(性能变动)时，在从包括由MOSFET配置的传输晶体管的像素读取像素信号时的性能也在像素之间变动。尤其，在具有光电二极管中累积的信号电荷被划分以在多次操作中读取的配置的固态成像单元中，传输晶体管性能的变动极大地影响了在中间传输操作时的读取性能。
因而，期望在具有光电二极管中累积的信号电荷被划分以在多次操作中读取的配置的固态成像单元和包括该固态成像单元的电子设备中，减少上述传输晶体管性能的变动的影响。
根据本公开实施例的固态成像单元包括像素部分和存储部分。每一个部分的配置如下。像素部分包括多个像素，每一个像素包括光电转换部分、电荷电压转换部分和将光电转换部分中累积的电荷传输到电荷电压转换部分的传输晶体管。此外，当光电转换部分中累积的信号电荷被划分成以预定次数的中间传输操作和完全传输操作读取时，存储部分存储关于要在中间传输操作时施加到传输晶体管的栅极的中间电压的最优值的信息。
根据本公开实施例的电子设备包括本公开的上述固态成像单元以及对来自该固态成像单元的输出信号进行预定处理的信号处理电路。
要注意，在本说明书中，“完全传输操作”指的是在由传输晶体管划分光电转换部分中累积的信号电荷而以多次操作传输(读取)到电荷电压转换部分的系列操作中最后进行的传输操作(读取操作)。此外，在本说明书中，“中间传输操作”指的是在由传输晶体管划分光电转换部分中累积的信号电荷而以多次操作传输(读取)到电荷电压转换部分的系列操作中的完全传输操作之前进行的传输操作。此外，在本说明书中，“中间电压”指的是大于在完全传输操作时施加到传输晶体管的栅极的低电平电压且小于施加到传输晶体管的栅极的高电平电压的电压。
如上所述，根据本公开实施例的固态成像单元包括存储部分，其存储关于要在中间传输操作时施加到传输晶体管的栅极的中间电压的最优值的信息。因而，根据本公开，可以利用在存储部分中存储的中间电压的最优值进行中间传输操作，并且减少传输晶体管性能的变动对上述读取性能的影响。
附图说明
图1A是用于说明传输晶体管性能的变动的影响的示图。
图1B是用于说明传输晶体管性能的变动的影响的示图。
图1C是用于说明传输晶体管性能的变动的影响的示图。
图2是根据本公开实施例的固态成像单元的示意性框图。
图3是与根据本公开实施例的固态成像单元中的每一个像素对应地提供的列处理部分中的每一个像素和单元电路的示意性配置图。
图4是用于说明列处理部分中单元电路的操作的各种信号的时序图。
图5是用于确定固态成像单元的最优中间电压的测量系统的示意性配置图。
图6是示出设置固态成像单元的最优中间电压的操作的过程的流程图。
图7是用于说明设置固态成像单元的最优中间电压的操作的各种信号的时序图。
图8A是图示在设置最优中间电压的操作时传输电荷的操作的状态的示图。
图8B是图示图8A之后的传输电荷的操作的状态的示图。
图8C是图示图8B之后的传输电荷的操作的状态的示图。
图8D是图示图8C之后的传输电荷的操作的状态的示图。
图9是说明确定每一个像素的中间电压的最优值的方法的示图。
图10是图示向其应用本公开的固态成像单元的电子设备的示例的示图。
具体实施方式
根据本公开实施例的固态成像单元和包括固态成像单元的电子设备的示例将参考附图以如下顺序描述。要注意，本公开不限于以下示例。
1.固态成像单元的配置
2.设置中间电压的最优值的方法
3.电子设备(应用示例)的配置
[1.固态成像单元的配置]
在本实施例中，将给出在其中在光电二极管(以下，描述为“PD”)中累积的电荷被划分以由传输晶体管传输而以多次操作传输电荷到浮动扩散部分(以下描述为“FD部分”)的方案的固态成像单元的配置示例。要注意，以下，这样的方案被称为划分读取方案。在该划分读取方案中，例如，被划分以读取的多个像素信号(输出数据)在最后相加以被输出。
[传输晶体管的性能的变化的影响]
首先，在说明根据本实施例的划分读取方案的固态成像单元的具体配置之前，将给出由该方案的固态成像单元中的传输晶体管的性能的变化引起的事件的简要描述。
在划分读取方案中，期望允许紧接在完全传输操作之前于PD中保留的电荷量等于或小于允许在FD部分中累积的最大电荷量(饱和电荷量Qfd)。具体地，期望要在完全传输操作时读取的电荷量Qc、在每一个中间传输操作中要读取的电荷量Qm、PD的饱和电荷量Qs以及FD部分的饱和电荷量Qfd之间建立以下表达式(1)表示的关系。要注意，以下表达式(1)中的“n”是中间传输操作的次数。
Qs-n×Qm＝Qc≤Qfd…(1)
图1A和图1B均图示当满足上述表达式(1)中的条件时PD的饱和电荷量Qs、在每一个中间传输操作中要读取的电荷量Qm、要在完全传输操作时读取的电荷量Qc之间的关系。要注意，图1A示出了其中满足Qc＝Qfd的情况的示例，而图1B示出了其中满足Qc<Qfd的情况的示例。此外，图1C图示了当未满足上述表达式(1)中的条件时PD的饱和电荷量Qs、在每一个中间传输操作中要读取的电荷量Qm、以及要在完全传输操作时读取的电荷量Qc之间的关系。
如图1A和图1B所示，当要在完全传输操作时读取的电荷量Qc(即，紧接在完全传输操作之前在PD中保留的电荷量)等于或小于FD部分的饱和电荷量Qfd时，电荷在完全传输操作时较少可能从FD部分溢出。因而，在这样的情况下，与在PD中累积的电荷量对应的数据(像素信号)允许被精确地读取。要注意，以下，要在完全传输操作时读取的电荷量Qc(紧接在完全传输操作之前在PD中保留的电荷量)被称为“中间电压保持电荷量Qc”。
另一方面，如图1C所示，在某些情况下，当每一个中间传输操作中的传输电荷量(Qm)相对小时(当中间电压低时)，中间电压保持电荷量Qc可以大于FD部分的饱和电荷量Qfd。在这样的情况下，在中间电压保持电荷量Qc之中，FD部分的饱和电荷量Qfd之上的电荷量从FD部分溢出。因而，在这样的情况下，可能难以精确地读取与PD中累积的电荷量对应的数据(像素信号)。
如上所述，中间电压保持电荷量Qc取决于每一个中间传输操作中的传输电荷量(Qm)而变化，并且每一个中间传输操作中的传输电荷量(Qm)取决于在中间传输操作时施加到传输晶体管的栅极的中间电压而变化。因而，在划分读取方案中，期望设置中间电压以允许在每一个像素中满足上述表达式(1)中的条件，以便于精确地读取与PD中累积的电荷量对应的数据。
然而，当在像素之间的传输晶体管的性能中引起变化时，即使在各个像素中向传输晶体管施加的中间电压相同，PD和FD部分之间的势垒的高度(电势)在像素之间变化。在该情况下，在中间传输操作时传输的电荷量Qm也在像素之间不同，并且最后，中间电压保持电荷量Qc也变得在像素之间不同。换言之，当在像素之间引起传输晶体管性能的变化时，不满足上述表达式(1)中的条件的像素可能出现。在该情况下，可能难以精确地再现图像数据。
要注意，上述传输晶体管性能的变化的影响在上述专利文献1中未考虑。同样，在上述专利文献2中，对于部分像素测量中间电压保持电荷量Qc，并且控制中间电压以具有最优值。然而，实现最优值的该控制未对普通成像操作中使用的像素进行。换言之，可能在上述专利文献2中引起不满足上述表达式(1)中条件的像素。
因此，以下将给出具有在读取信号电荷时的全部像素中都满足上述表达式(1)中的条件的配置的固态成像单元的示例。
[固态成像单元的配置]
图2图示了根据本公开实施例的划分读取方案的固态成像单元的示意性配置。要注意，图2是整个固态成像单元的示意性框图。
固态成像单元1是CMOS图像传感器，并且包括像素部分10、传感器控制电路11、垂直扫描电路12以及列处理部分13。同样，固态成像单元1包括数字处理电路14、基准信号生成电路15(DAC：数模转换器)、存储部分16、中间电压生成电路17以及写入控制部分18。
像素部分10包括以矩阵二维排列的多个单元像素20(以下，每一个均简称为“像素20”)。要注意，像素20的内部配置将在稍后详细描述。此外，像素部分10包括各种像素驱动线(未示出)以及垂直信号线VSL。对于以矩阵二维排列的每一行像素20在行方向上形成各种像素驱动线。对于每一列像素20在列方向上形成垂直信号线VSL。要注意，各种像素驱动线被连接(未示出)到垂直扫描电路12，并且垂直信号线VSL被连接到列处理部分13。
传感器控制电路11可以例如由生成固态成像单元1的各种操作的定时信号的定时发生器等配置。此外，由传感器控制电路11生成的各种定时信号被供应到垂直扫描电路12、列处理部分13等，并且基于这些定时信号控制各个部分的驱动。
垂直扫描电路12可以例如由诸如移位电阻器和地址解码器之类的电路器件配置。垂直扫描电路12输出各种驱动信号到像素部分10中的每一个像素20，驱动每一个像素20，并且从每一个像素20读取信号。
列处理部分13包括多个单元电路30，其对输出到垂直信号线VSL的模拟像素信号进行预定处理。对于每一个垂直信号线VSL提供单元电路30。
每一个单元电路30对于经由对应的垂直信号线VSL获得的像素信号(电压信号)，不仅进行AD(模数)转换处理也在AD转换处理之前和之后进行CDS(相关双采样)处理。换言之，单元电路30对于经由垂直信号线VSL获得的像素信号进行双噪声消除方案的信号处理。要注意，稍后将详细描述单元电路30的内部配置和操作。
数字处理电路14对于从列处理部分13输出的数字像素信号(计数数)进行各种信号处理。例如，数字处理电路14可以将输入的计数数转换为与之对应的输出码。
基准信号生成电路15生成在对像素信号进行AD转换时使用的基准信号(基准电压)，并且供应基准信号到列处理部分13中的稍后描述的AD转换电路34(比较器)。要注意，在本实施例中，基准信号生成电路15还生成基准信号并且不仅在普通操作时还在发货前设置中间电压的最优值的操作时输出生成的基准信号。
存储部分16可以例如由诸如电可编程熔丝(eFuse：电熔丝)之类的存储器器件配置。要注意，在制造固态成像单元1时的便利方面，可以优选的使用具有允许在作为形成配置像素20的MOS晶体管的步骤的相同时间制造的配置的存储器器件作为存储部分16。在该方面，可以优选的配置电可编程熔丝(eFuse)的存储部分16。
例如，存储部分16可以存储在读取中间电压的最优值的像素信号等时必须的各种信息。在本实施例中，存储部分16存储关于中间电压的最优值(上述最优中间电压Vmo)的信息，该中间电压的最优值在像素部分10中的全部像素20的读取操作时满足上述表达式(1)中的条件。此外，存储部分16连接到中间电压生成电路17。在读取像素信号时，在存储部分16中存储的关于中间电压的最优值的信息被输出到中间电压生成电路17。
要注意，在本实施例中，作为在读取操作时必须的各种信息，各个像素20的中间电压的全部最优值(稍后描述的最优值Vmd)可以存储在存储部分16中。同样，中间传输操作次数(上述表达式(1)中的“n”)可以和中间电压的最优值一起存储在存储部分16中。例如，与中间传输操作的各种次数的每一个对应的中间电压的最优值可以存储在存储部分16中。通过存储这样的信息在存储部分16中，允许依据中间传输操作的次数而适当地选择中间电压的最优值。然而，当中间传输操作的次数预先在固态成像单元1中确定时，中间传输操作的次数的信息可以不存储在存储部分16中。要注意，考虑PD 21的饱和电荷量Qs(参见稍后描述的图3)以及FD部分的饱和电荷量Qfd的设计值和固态成像单元1的帧速率规定等例如可以设置中间传输操作的次数n。
基于从存储部分16输入的关于中间电压的最优值的信息，中间电压生成电路17生成与该信息对应的中间电压并且在中间传输操作时供应生成的中间电压到稍后描述的传输晶体管22的栅极。此外，在固态成像单元1发货前进行的设置中间电压的最优值的操作时，中间电压生成电路17生成要在这样的操作中使用的各种值的中间电压。
写入控制部分18连接到存储部分16。写入控制部分18在存储部分16中写入在发货前确定的关于中间电压的最优值的信息。此外，写入控制部分18电可连接到稍后描述的外部测试设备50(参见稍后描述的图5)，并且允许获取由外部测试设备50测量的中间电压的最优值。要注意，在本实施例中，将给出包括写入控制部分18的固态成像单元1的配置示例。然而，本公开不限于此。可以采用其中由稍后描述的外部测试设备50在存储部分16中直接写入中间电压的最优值的配置。在该情况下可以不提供写入控制部分18。
此外，尽管在图2中未图示，但是固态成像单元1还包括水平扫描电路，其顺序地并且选择性地扫描对于垂直处理部分13中的各垂直信号线VSL提供的单元电路30。通过由水平扫描电路进行的该选择性扫描，已经经历了列处理部分13中的各个单元电路30中的信号处理的像素信号顺序地输出到数字处理电路14。
[像素的配置]
接着，参考图3，将简要描述每一个像素20的配置。要注意，图3是像素20和与之连接的单元电路30的示意性配置图。此外，图3图示了在中间传输操作的次数是1的情况下单元电路30的配置。
像素20包括一个PD 21(光电转换部分)和对于PD 21提供的由MOS晶体管配置的各种有源器件以及FD部分26(电荷电压转换部分)。在图3所示的示例中，像素20包括传输晶体管22、放大器晶体管23、重置晶体管24和选择晶体管25作为所述各种有源器件。
换言之，这里，将给出像素20是四晶体管型的像素的示例的描述。要注意，本公开不限于此，并且像素20可以是不包括选择晶体管25的三晶体管型像素。此外，这里，示出由具有N型载流子极性的MOS晶体管配置各种晶体管的示例。此外，在该示例中，对于一个像素20，在行方向上提供作为传输线、重置线和选择线(未示出)的三个信号线，并且在列方向上提供垂直信号线VSL。
PD 21将入射光转换为与入射光量对应的量的电荷(这里，电子)(进行光电转换)。此外，PD 21的阳极接地。要注意，在本实施例中，说明其中光电二极管用作光电转换器件的示例。然而，本公开不限于此，并且例如光栅(photogate)可以用作光电转换器件。
传输晶体管22提供在PD 21和FD部分26的阴极之间。当高电平信号从垂直扫描电路12经由传输线输入到传输晶体管22的栅极时，传输晶体管22导通，并传输PD 21中已经经历光电转换的电荷(电子)到FD部分26。要注意，传输到FD部分26的电荷被转换为FD部分26中的电压(电势)。
放大器晶体管23的栅极连接到FD部分26。此外，放大器晶体管23的漏极连接到电源电压VDD的供应端子。放大器晶体管23的源极经由选择晶体管25连接到垂直信号线VSL。放大器晶体管23放大FD部分26的电势(电压信号)，并且输出放大的信号到选择晶体管25作为光累积信号(像素信号)。
重置晶体管24提供在电源电压VDD的供应端子和FD部分26之间。当高电平信号从垂直扫描电路12经由重置线输入到重置晶体管24的栅极时，重置晶体管24导通，并且重置FD部分26的电势为电源电压VDD。
在放大器晶体管23和垂直信号线VSL之间提供选择晶体管25。当高电平信号从垂直扫描电路12经由选择线输入到选择晶体管25的栅极时，选择晶体管25导通，并且将在放大器晶体管23中已经放大的电压信号输出到垂直信号线VSL。换言之，在四晶体管型的固态成像单元1中，利用选择晶体管25控制在像素20的选择和不选择之间的切换。要注意，输出到垂直信号线VSL的每一个像素20的电压信号传输到了稍后描述的对应的模拟CDS电路31。
[单元电路的配置]
接着，参考图3和图4，将给出对于每一个垂直信号线VSL提供的列处理部分13中的单元电路30的内部配置和操作的描述。
要注意，图4是用于说明单元电路30中各个部分的操作的各种信号的时序图。具体地，图4示出了供应到每一个像素20的传输信号(TRG)、输出到垂直信号线VSL的像素信号(SVSL)、比较器的输出信号(SCOM)、基准信号(RAMP)以及在模拟CDS处理之后的信号(ΔV)的时序图。为了说明方便，基准信号(RAMP)以及在模拟CDS处理之后的信号(ΔV)在图4中图示为彼此重叠。
如图3所示，单元电路30包括模拟CDS电路31、模拟存储器32、模拟加法/非加法电路33、AD转换电路34、数字CDS电路35、数字存储器36以及数字加法/非加法电路37。模拟CDS电路31、模拟存储器32、模拟加法/非加法电路33、AD转换电路34、数字CDS电路35、数字存储器36以及数字加法/非加法电路37从像素部分10侧起串行连接。
模拟CDS电路31对经由对应的垂直信号线VSL获得的像素信号SVSL(电压信号)进行相关双采样处理(模拟CDS处理)。具体地，模拟CDS电路31首先对于输出到垂直信号线VSL的像素信号SVSL检测在P相时段(重置时段)中的预定定时T1处的P相的电压电平(参见图4)。随后，模拟CDS电路31将在定时T1处检测到的电压电平作为基准(例如，0)存储在由电容等配置的存储器中。随后，模拟CDS电路31在D相时段(信号传输时段)中在预定定时T5检测D相的电压电平(参见图4)，并且检测该电压电平和P相的电压电平(基准电平)之间的电势差。此外，模拟CDS电路31向模拟存储器32输出基于作为如图4所示的基准电平的P相的电压电平的电压差信号ΔV。
通过进行上述模拟CDS处理，例如可以移除从放大器晶体管的阈值变化等产生的对于像素唯一的重置噪声和固定模式噪声。要注意，在本实施例中，上述模拟CDS处理对于中间传输操作和完全传输操作的每一个进行，并且由各个传输操作获得的电势差信号ΔV(输出数据：图3所示的数据A0和数据B0)分离地传输到模拟存储器32。
模拟存储器32临时存储从模拟CDS电路31输出的模拟输出数据(电势差信号ΔV)。要注意，在本实施例中，由划分读取方案读取像素信号。因而，模拟存储器32在每次进行中间传输操作和完全传输操作时临时存储从模拟CDS电路31输出的输出数据(数据A0和数据B0)。
模拟加法/非加法电路33获取存储在模拟存储器32中的、在中间传输操作时的模拟输出数据(数据A0)和在完全传输操作时的模拟输出数据(数据B0)。随后，模拟加法/非加法电路33依据在每一个传输操作时输出数据的电平，对在中间传输操作时的模拟输出数据(数据A0)和在完全传输操作时的模拟输出数据(数据B0)进行加法处理或非加法处理。此外，模拟加法/非加法电路33向AD转换电路34输出对其进行了加法处理或非加法处理的数据(数据C0)。要注意，允许模拟加法/非加法电路33对输出数据进行的加法和非加法处理以与在数字加法/非加法电路37中进行的稍后描述的处理类似的方式进行。然而，在本实施例中，模拟加法/非加法电路33仅进行加法处理。
AD转换电路34包括未图示的比较器。AD转换电路34利用比较器将从对应模拟加法/非加法电路33输出的信号的电压电平与从基准信号生成电路15输入的基准信号(RAMP)的电压电平进行比较。此外，当两个信号的输出电平如图4所示变得相同时，AD转换电路34生成具有在时间T2和T6反相的信号电平的信号(比较结果：SCOM)。
要注意，在本实施例中，在进行AD转换处理之前的阶段进行模拟CDS处理。因而，AD转换电路34对于已经经历了模拟CDS处理并且已经从模拟加法/非加法电路33输出的、P相和D相信号的每一个信号(电势差信号ΔV)进行上述比较处理。此外，AD转换电路34在中间传输操作和完全传输操作的每一个中，向数字CDS电路35输出在比较器中获得的P相和D相的比较结果(SCOM)。
数字CDS电路35包括未图示的计数部分。计数部分测量(计数)时间段(比较时段)，直到来自模拟加法/非加法电路33的输出信号的电压电平(电势差信号ΔV)变为与从基准信号生成电路15输出的基准信号(RAMP)的电压电平相同的电平为止。此时，计数部分基于由AD转换电路34中的比较器获得的比较结果(SCOM)，切换其计数操作为向上计数操作和向下计数操作之一。
具体地，计数部分在作为P相比较时段(图4所示的从时间T0到时间T2的时段)并且其中比较器的输出信号SCOM处于高电平的时段中进行向下计数操作。此外，计数部分在作为D相比较时段(图4所示的从时间T4到时间T6的时段)并且其中比较器的输出信号SCOM处于低电平的时段中进行向上计数操作。因此，在完成向上计数操作之后获得的计数数是通过从D相比较时段的计数数的绝对值中减去P相比较时段的计数数的绝对值而获得的值。换言之，由D相计数操作最终获得的计数数是对其进行了数字CDS处理的输出数据。通过该数字CDS处理，可以消除模拟CDS电路31、AD转换电路34等的特性的变化的影响。
此外，数字CDS电路35向数字存储器36输出已经最终获得的D相的计数(数字CDS处理之后的输出数据)。要注意，在本实施例中，由划分读取方案读取像素信号。因而，数字CDS电路35向数字存储器36输出在每次进行中间传输操作和完全传输操作时获得的D相的计数数(图3所示的数据A和数据B)。
数字存储器36临时存储从数字CDS电路35输出的计数值(数字输出数据)。要注意，此时，模拟存储器32临时存储在每次进行中间传输操作和完全传输操作时从数字CDS电路35输出的计数数(数据A和数据B)。
数字加法/非加法电路37获取在数字存储器36中存储并已经在每次进行中间传输操作和完全传输操作时获得的计数数(数据A和数据B)。此外，数字加法/非加法电路37依据在每一个传输操作时输出数据的电平，对在中间传输操作时的数字输出数据(数据A)和在完全传输操作时的数字输出数据(数据B)进行加法处理或非加法处理。此外，数字加法/非加法电路37向数字处理电路14输出对其进行了加法处理或非加法处理的输出数据(数据C)。
这里，将给出由数字加法/非加法电路37进行的加法处理和非加法处理的内容的具体描述。数字加法/非加法电路37在以下情形A和B的情况下进行加法处理。要注意，这里，将提供中间传输操作的次数是1的情况的描述。
[情形A]
当在中间传输操作时输出数据(数据A)的电平和在完全传输操作时输出数据(数据B)的电平均取预定上限阈值ThH和下限阈值ThL之间的值时，数字加法/非加法电路37将两个输出数据相加。此外，数字加法/非加法电路37输出所相加的数据(数据C＝数据A+数据B)到数字处理电路14。
要注意，输出数据的上限阈值ThH和下限阈值ThL可以例如基于假定的噪声量、中间电压Vm的值等而任意地设置。输出数据的上限阈值ThH可以例如设置为与是FD部分26的饱和电荷量Qfd的3/4的电荷量(3Qfd/4)对应的输出数据。同样，下限阈值ThL可以例如设置为与是FD部分26的饱和电荷量Qfd的1/4的电荷量(Qfd/4)对应的输出数据。
[情形B]
在PD 21中累积的电荷被划分为以两次传输操作传输到FD部分26的情况下，设置中间电压Vm以使得大约PD 21的饱和电荷量Qs的一半的电荷在PD 21饱和的状态下在中间传输操作中被传输到FD部分26。因而，例如，当在中间传输操作时传输的电荷量接近大约PD 21的饱和电荷量Qs的一半时(当数据A的电平大到某种程度时)，紧接在完全传输操作之前在PD21中保留的电荷量也是大约PD 21的饱和电荷量Qs的一半。换言之，当在中间传输操作时的输出数据(数据A)的电平大于上限阈值ThH时，在完全传输操作时传输到FD部分26的电荷量变为大约PD 21的饱和电荷量Qs的一半，这是极其大的。在该情况下，在完全传输操作时的计数数是完全计数值。因而，在该情况下，数字加法/非加法电路37向数字处理电路14输出通过将完全计数值加到中间传输操作时的输出数据(数据A)而获得的数据(数据C＝数据A+完全计数值)。此外，在该情况下，可以不读取在完全传输操作时的输出数据(数据B)。
另一方面，在以下情形C和D的情况下，数字加法/非加法电路37进行非加法处理。
[情形C]
当在中间传输操作时的输出数据(数据A)的电平小于上限阈值ThH时，在中间传输操作时的输出数据(数据A)可以认为是噪声。因而，在该情况下，不使用在中间传输操作时的输出数据(数据A)。具体地，在该情况下，数字加法/非加法电路37不将中间传输操作时的输出数据(数据A)和完全传输操作时的输出数据(数据B)相加，并且仅输出完全传输操作时的输出数据(数据B)作为输出数据(数据C)。
[情形D]
当在完全传输操作时的输出数据(数据B)的电平小于下限阈值ThL时，在中间传输操作时的输出数据(数据A)可以认为是假数据。因而，在该情况下，不使用在中间传输操作时的输出数据(数据A)。具体地，在该情况下，数字加法/非加法电路37不将中间传输操作时的输出数据(数据A)和完全传输操作时的输出数据(数据B)相加，并且仅输出完全传输操作时的输出数据(数据B)作为输出数据(数据C)。
[2.设置中间电压的最优值的方法]
接着，将给出在本实施例中设置中间电压的最优值(以下，称为“最优中间电压Vmo”)的方法的描述。要注意，在本实施例中，最优中间电压Vmo的测量和设置在固态成像单元1的发货之前进行。
[中间电压设置系统的配置]
图5图示了用于进行固态成像单元1的最优中间电压Vmo的测量和设置的中间电压设置系统的示意框配置。如图5所示，中间电压设置系统由待测试的固态成像单元1和在固态成像单元1之外提供的测试设备50配置。
测试设备50包括中间电压设置部分51。要注意，尽管在图5中未图示，但是测试设备50包括用于控制设置最优中间电压Vmo的操作的控制部分。此外，在本实施例中，测试设备50可以包括用于在最优中间电压Vmo的设置操作时辐射光到像素部分10中的光接收部分的用于测试的一致光源。可替代地，用于测试的光源可以与测试设备50分离地提供。
中间电压设置部分51连接到固态成像单元1中的数字处理电路14。中间电压设置部分51设置在稍后将描述的最优中间电压Vmo的操作时获取当各种中间电压Vm被施加到各个像素20时获得的输出数据。此外，中间电压设置部分51基于各种所获取的输出数据来确定每一个像素20的中间电压Vm的最优值Vmd。要注意，如上所述，在各个像素20中的传输晶体管之间引起性能变化。因而，还在各个像素20的中间电压Vm的最优值Vmd之间引起变化。
此外，中间电压设置部分51从对于各个像素20确定的中间电压Vm的最优值Vmd中，确定在全部像素20中在读取操作时满足上述表达式(1)的最优中间电压Vmo。在本实施例中，对于各个像素20确定的最优中间电压Vmd中，选择其最大值，并且所选择的最大值设置为最优中间电压Vmo。
此外，中间电压设置部分51连接到固态成像单元1中的写入控制部分18。中间电压设置部分51输出所确定的最优中间电压Vmo到写入控制部分18。要注意，写入控制部分18在存储部分16中写入从中间电压设置部分51输入的最优中间电压Vmo。
[设置最优中间电压的操作]
接着，参考图6、图7和图8A到图8D，将给出设置本实施例中固态成像单元1的最优中间电压Vmo的操作的更具体描述。要注意，图6是图示设置本实施例中最优中间电压Vmo的操作的过程的流程图。图7是在设置最优中间电压Vmo时重置信号(RST)、传输信号(TRG)、要输出到垂直信号线VSL的像素信号(SVSL)、基准信号(RAMP)和模拟CDS处理之后的信号(ΔV)的时序图。要注意，在图7中，基准信号(RAMP)以及在模拟CDS处理之后的信号(ΔV)图示为彼此重叠，以便于使得AD转换电路34中的比较处理的状态清晰。此外，图8A到图8D每一个均是图示在设置最优中间电压Vmo的操作时从PD 21向FD部分26传输电荷的状态的示图。
要注意，以下描述的设置最优中间电压Vmo的操作受控于测试设备50中的未图示的控制部分。
首先，操作员等将待测试的固态成像单元1连接到测试设备50。具体地，操作员等将测试设备50中的中间电压设置部分51的输入端子连接到固态成像单元1中的数字处理电路14，并且将中间电压设置部分51的输出端子连接到固态成像单元1中的写入控制部分18(参见图5)。
随后，测试设备50将待施加到像素部分10中的每一个像素20的中间电压Vm设置为预定初始值Vm_0(步骤S1)。要注意，在本实施例中，将中间电压Vm的初始值Vm_0设置为中间电压Vm的可变范围(Vm_0到Vm_max)中的最小值。
随后，测试设备50辐射一致光到像素部分10的光接收部分，并且使得每一个像素20强制饱和(步骤S2)。通过步骤S2，PD 21变为处于其中将其饱和电荷量Qs的电荷累积的状态。
随后，测试设备50控制固态成像单元1，并且对预定像素20如下进行后续中间传输操作n次(步骤S3)。要注意，如对于以上的单元电路30的操作所描述的那样，在每一次中间传输操作中，进行模拟CDS处理、AD转换处理(比较处理)和数字CDS处理。同样，这里，将为了描述简洁而给出其中进行一次中间传输操作(n＝1)的示例的描述。
具体地，首先，测试设备50控制固态成像单元1的传感器控制电路11和垂直扫描电路12，并且在预定时间t0供应高电平重置信号到待测量像素20中的重置晶体管24的栅极(参见图7)。图8A图示紧接在该重置操作之后PD 21区域、传输晶体管22的栅极区域和FD部分26的区域的电势(电势)之间的关系。通过该重置操作，FD部分26的电势重置到电源电压VDD，并且在FD部分26中存储的电荷被释放。
随后，直到基准信号RAMP的电压电平和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)的电压电平变得相同为止，固态成像单元1中的列处理部分13在基准信号RAMP和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)之间进行比较处理。在图7所示的示例中，基准信号RAMP的电压电平和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)的电压电平在时间t1变为相同电平。在该定时，获得与图8A所示的状态对应的P相(重置状态)的输出数据。然而，在设置最优中间值Vmo的操作中，未读取在中间传输操作时P相的输出数据。
随后，在时间t2，测试设备50控制固态成像单元1中的传感器控制电路11、垂直扫描电路12以及中间电压生成电路17，并且向待测量的像素20施加中间电压Vm的初始值Vm_0或在稍后描述的步骤S9中更新的中间电压Vm。图8B图示施加紧接在施加中间电压Vm的操作之后，PD 21区域、传输晶体管22的栅极区域和FD部分26的区域的电势(电势)之间的关系。通过施加中间电压Vm的操作，传输晶体管22的栅极区域的势垒降低。因此，如图8B所示，在PD 21中累积的电荷量(饱和电荷量Qs)中与电势垒的降低对应的量的电荷(电荷量Qm)被传输到FD部分26。
随后，直到基准信号RAMP的电压电平和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)的电压电平变得相同为止，固态成像单元1中的列处理部分13在基准信号RAMP和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)之间进行比较处理。在图7所示的示例中，基准信号RAMP的电压电平和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)的电压电平在时间t3变为相同电平。在该定时，获得与图8B所示的状态对应的D相(信号传输状态)的输出数据。然而，在设置最优中间值Vmo的操作中，未读取在中间传输操作时D相的输出数据。
在本实施例中，以这样的方式进行步骤S3中的中间传输操作。要注意，当进行两次或多次中间传输操作时，上述中间传输操作重复地进行2次或多次。
随后，测试设备50控制固态成像单元1，并且对预定像素20进行如下的完全传输操作(步骤S4)。要注意，在完全传输操作中，以和发货之后的普通操作时类似的方式进行模拟CDS处理、AD转换处理(比较处理)和数字CDS处理，并且获取输出数据。
具体地，如图7所示，首先，测试设备50控制固态成像单元1中的传感器控制电路11和垂直扫描电路12，并且在时间t4(>t3)供应高电平重置信号到待测量的像素20中的重置晶体管24的栅极。图8C图示紧接在该重置操作之后，PD 21区域、传输晶体管22的栅极区域和FD部分26的区域的电势(电势)之间的关系。通过该重置操作，FD部分26的电势重置到电源电压VDD，并且释放FD部分26中聚集的电荷。
随后，直到基准信号RAMP的电压电平和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)的电压电平变得相同为止，固态成像单元1中的列处理部分13在基准信号RAMP和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)之间进行比较处理。在图7所示的示例中，基准信号RAMP的电压电平和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)的电压电平在时间t5变为相同电平。在该定时，获得与图8C所示的状态对应的P相(重置状态)的输出数据。
随后，如图7所示，在时间t6，测试设备50控制固态成像单元1中的传感器控制电路11和垂直扫描电路12，并且供应在完全传输时的电压(完全传输电压Vc>Vm)到待测量的像素20。图8D图示紧接在施加完全传输电压值Vc的操作之后，PD 21区域、传输晶体管22的栅极区域和FD部分26的区域的电势(电势)之间的关系。要注意，完全传输电压Vc设置为当完全传输电压Vc施加到传输晶体管22的栅极时使得栅极区域的电势垒的高度位置处于PD 21的电势的底部位置或更低的值。例如，完全传输电压Vc可以设置为固态成像单元1的电源电压VDD等。
通过施加上述完全传输电压Vc，在图8D中所示的示例中，传输晶体管22的栅极区域的电势垒比中间传输操作时的电势垒(图8B)更降低，并且栅极区域的电势垒的高度位置降低到PD 21的底部位置。因此，如图8D所示，紧接在完全传输操作之前(在最后一次中间传输操作之后)PD 21中累积的全部电荷(中间电压保持电荷量Qc＝Qs-n×Qm)被传输到FD部分26。
随后，直到基准信号RAMP的电压电平和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)的电压电平变为相同电平为止，固态成像单元1中的列处理部分13在基准信号RAMP和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)之间进行比较处理。在图7所示的示例中，基准信号RAMP的电压电平和模拟CDS处理之后的信号(电势差信号ΔV)的电压电平在时间t7变为相同电平。在该定时，获得与图8D所示的状态对应的D相(信号传输状态)的输出数据。换言之，在时间t7，获得与紧接在完全传输操作之前(在最后一次中间传输操作之后)PD 21中累积的电荷量(中间电压保持电荷量Qc＝Qs-n×Qm)对应的输出数据WDMOF。
在本实施例中，步骤S3和S4中的传输操作如上所述地进行，并且获得与PD 21的中间电压保持电荷量Qc对应的输出数据WDMOF。
此外，固态成像单元1经由数字处理电路14将步骤S4中获得的与中间电压保持电荷量Qc对应的输出数据输出到测试设备50中的中间电压设置部分51(步骤S5)。之后，如图7所示，在时间t8和时间t9之间，测试设备50控制固态成像单元1的传感器控制电路11和垂直扫描电路12，并且向待测量的像素20中的传输晶体管22和重置晶体管24的每一个栅极供应高电平信号。因此，PD 21和FD部分26两者均重置(其电荷量变为0)，并且对于预定像素20(列)的上述中间传输和完全传输的操作完成。
随后，测试设备50确定上述测量是否对于全部像素20进行(步骤S6)。
在步骤S6中，当上述步骤S3到S5中的处理未对全部像素20完成时，在步骤S6中确定为“否”。在该情况下，测试设备50改变待测量的像素20(步骤S7)。随后，回到步骤S3中的处理，并且之后，重复上述步骤S3到S7中的处理直到完成全部像素20的测量为止。
换而言之，在步骤S6，当上述步骤S3到S5中的处理对于全部像素20完成时，在步骤S6中确定为“是”。在该情况下，测试设备50确定当前中间电压Vm是否具有已经预先设置的中间电压Vm的最大值Vm_max(步骤S8)。
在步骤S8中，当当前中间电压Vm不具有其最大值Vm_max时，在步骤S8中确定为“否”。在该情况下，测试设备50控制固态成像单元1中的传感器控制电路11、垂直扫描电路12以及中间电压生成电路17，以更新中间电压Vm(步骤S9)。例如，以预定量ΔVm增加中间电压Vm(设置为Vm＝Vm+ΔVm)。要注意，中间电压Vm的增量ΔVm在中间电压Vm的全部可变范围(从Vm_0到Vm_max)上可以是恒定的。可替代地，对于中间电压Vm的最优值Vmd附近的范围的增量(ΔVm)可以比其他范围的增量小。
在步骤S9中更新中间电压Vm之后，回到步骤S2的处理。之后，重复上述步骤S2到S9中的处理直到中间电压Vm取其最大值Vm_max为止。
另一方面，在步骤S8中，当当前中间电压vm具有其最大值Vm_max时，在步骤S8中确定为“是”。在该情况下，中间电压设置部分51基于与每一个像素20中通过上述各种处理获得的各种中间电压Vm(从Vm_0到Vm_max)对应的各种输出数据WDMOF计算每一个像素20的中间电压Vm的最优值Vmd(步骤S10)。具体地，可以如下确定每一个像素20的中间电压Vm的最优值Vmd。
图9图示各种中间电压Vm(从Vm_0到Vm_max)和与各个中间电压Vm对应的输出数据WDMOF(与中间电压保持电荷量Qc对应的输出数据)之间的关系，在每一个像素20中该关系在步骤S1到S9的上述处理中获得。要注意，在图9所示的特性中，横向轴代表中间电压Vm而垂直轴代表输出数据WDMOF。
如图9中所示，当中间电压Vm具有最大值Vm_max时，则输出数据WDMOF取最小值WDMOF_0。这是因为，当中间电压Vm处于最大时，在中间传输操作中从PD 21传输到FD部分26的电荷量Qm变为最大，并且因而，紧接在完全传输操作之前的PD 21的中间电压保持电荷量Qc变为最小。
此外，当中间电压Vm变得比最大值Vm_max小时，输出数据WDMOF线性增加。在该变化范围中，依据中间电压Vm中的下降，在中间传输操作中从PD 21传输到FD部分26的电荷量Qm减少，且紧接在完全传输操作之前PD 21的中间电压保持电荷量Qc增加。
此外，输出数据WDMOF的值在不大于中间电压(Vm_s)附近的中间电压Vm的范围中是恒定的(最大值WDMOF_max)，在该中间电压(Vm_s)处，在完全传输操作时传输的电荷量等于FD部分26的饱和电荷量Qfd。在该输出恒定范围中，在完全传输操作时，待传输到FD部分26的电荷量(Qc)变为等于或大于其饱和电荷量Qfd。因而，输出数据WDMOF饱和，并且变为以最大值WDMOF_max恒定。
如上所述，在图9中的输出数据WDMOF饱和的中间电压Vm_s附近，紧接在完全传输操作之前的PD 21的中间电压保持电荷量Qc变为与FD部分26的饱和电荷量Qfd基本相同。换言之，中间电压Vm_s附近的状态是与上述表达式(1)中下限(Qc＝Qm)对应的状态，并且图9示出的特性的从Vm_s到Vm_max的中间电压的范围是满足上述表达式(1)中条件的中间电压V的优选范围。
因而，在步骤S10，中间电压设置部分51基于图9中所示的中间电压Vm和输出数据WDMOF之间的关系，在从Vm_s到Vm_max的中间电压的范围中设置预定中间电压Vm，作为像素20的中间电压Vm的最优值Vmd。在本实施例中，PD 21的中间电压保持电荷量Qc变为与FD部分26的饱和电荷量Qfd基本相同的中间电压Vm_s设置为像素20的中间电压Vm的最优值Vmd。
这里，再次参考图6，将给出步骤S10之后的处理的描述。在步骤S10之后，中间电压设置部分51基于在步骤S10获得的每一个像素20的中间电压Vm的最优值Vmd，确定全部像素20中满足上述表达式(1)中条件的最优中间电压Vmo(步骤S11)。
在本实施例中，在对于各个像素20获得的中间电压Vm的最优值Vmd中选择其最大值，并且所选择的最大值设置为中间电压设置值Vmo。以这种方式选择的中间电压设置值Vmo是在全部像素20中在图9中所示的特性中从Vm_s到Vm_max的中间电压的范围中的值，并且因而，满足上述表达式(1)中的条件。在该情况下，在普通读取操作时的完全传输操作中，电荷不从FD部分26溢出。因而，可以精确地读取与PD 21中累积的电荷量对应的数据(像素信号)。
随后，中间电压设置部分51控制写入控制部分19，并且记录所确定的最优中间电压Vmo的信息在固态成像单元1中的存储部分16中(步骤S12)。在本实施例中，在发货前以这样的方式将在读取时的最优中间电压Vmo写入到固态成像单元1的存储部分16中。
如上所述，在本实施例的固态成像单元1中，在其存储部分16中存储的最优中间电压Vmo的值是在全部像素20中满足上述表达式(1)的条件的值。因而，在本实施例中，在划分读取方案的固态成像单元1中，可以减少上述传输晶体管22的性能变化的影响，并且精确地再现图像数据。
此外，本实施例的固态成像单元1的读取方案是划分读取方案，并且是能够扩大动态范围(从低照度到高照度的范围)的读取方案。因而，在本实施例中，可以精确地读取与更宽范围中的电荷量对应的数据(像素信号)。
此外，本实施例的固态成像单元1与例如专利文献2相比具有以下优势。在专利文献2中，利用专用于控制中间电压的像素通过反馈控制来控制中间电压以具有最优值。然而，在该方法中，当专用像素在普通读取像素之前损坏时，不允许中间电压被控制以具有最优值直到产品的寿命结束为止。另一方面，在本实施例中，使用预先在存储部分16中存储的最优中间电压Vmo。因而，可以控制中间电压Vm以具有最优值直到普通读取像素损坏为止，换言之，直到产品的寿命结束为止。
要注意，根据本公开的设置最优中间电压Vmo的方法不限于上述方法。任何方法可以使用，只要方法是确定中间电压Vm和与紧接在完全传输操作之前的PD 21的中间电压保持电荷量Qc之间关系并且基于该关系确定最优中间电压Vmo的方法。
例如，在上述实施例中设置最优中间电压Vmo的方法中，已经给出了模拟CDS处理、AD转换处理(比较处理)以及数字CDS处理在中间传输操作中进行的示例的描述(步骤S3)。然而，本公开不限于此。如上所述，在上述实施例中的设置最优中间电压Vmo的方法中，输出数据未在中间传输操作中读取。因而，在步骤S3中的中间传输操作中，可以在传输部分PD21电荷到FD部分26而不进行模式CDS处理、AD转换处理(比较处理)和数字CDS处理之后移动到完全传输操作(步骤S4)。
此外，在上述实施例中的设置最优中间电压Vmo的方法中，已经给出了中间电压Vm的初始值被设置为其可变范围的最小值(Vm_0)(步骤S1)并且当中间电压Vm更新时增加中间电压Vm(步骤S9)的示例的描述。然而，本公开不限于此。中间电压Vm的初始值可以设置为其可变范围的最大值(Vm_max)，并且当中间电压Vm更新时中间电压Vm可以降低。
此外，在上述实施例中，已经给出了与上述表达式(1)中下限(Qc＝Qm)对应的中间电压Vm_s设置为每一个像素20的中间电压Vm的最优值Vmd的示例的描述。然而，本公开不限于此。例如，考虑由于使用固态成像单元1的环境中的改变等而产生传输晶体管22的性能变化，每一个像素20中的中间电压Vm的最优电压Vmd可以预先设置为具有余量。例如，每一个像素20中的中间电压Vm的最优值Vmd可以设置为比Vm_s高了与基于环境改变等的、可信的传输晶体管22的性能变化对应的量的值。此外，考虑由于使用固态成像单元1的环境中的改变等而6产生传输晶体管22的性能变化，待最终确定的固态成像单元1的最优中间电压Vmo可以预先设置为具有余量。
此外，在上述实施例中，已经给出了在完全传输操作时获得的输出数据WDMOF用作与PD 21的中间电压保持电荷量Qc有关的信息的示例的描述。然而，本公开不限于此。例如，PD 21的中间电压保持电荷量Qc可以从在完全传输操作时获得的输出数据WDMOF计算，并且最优中间电压Vmo可以基于中间电压保持电荷量Qc确定。
此外，在上述实施例的固态成像单元1中，已经给出了双噪声消除方案被用作信号处理方案的示例的描述。然而，本公开不限于此。本公开的上述技术可以应用到实施模拟CDS处理和数字CDS处理之一的信号处理方案的固态成像单元。此外，本公开可以具有其中AD转换电路34计算噪声信号和像素信号之间的差以进行噪声移除处理而不在列处理部分13中包括模拟CDS电路31和数字CDS电路35的配置。此外，在上述实施例中，已经给出了数字加法/非加法电路37对在中间传输操作时的数字输出数据(数据A)和在完全传输操作时的数字输出数据(数据B)进行加法/非加法处理的示例的描述。然而，本公开不限于此。例如，可以采用其中在AD转换电路34中进行对输出数据的加法/非加法处理的配置。可替代地，例如，可以采用在包括在列处理部分13的后级提供的DSP(数字信号处理器)的信号处理电路(未示出)中进行对输出数据的加法/非加法处理的配置。
此外，本公开的上述技术可应用于前照式的固态成像单元和背照式的固态成像单元两者，在前照式的固态成像单元中，光从基底的接线层侧上的前表面辐射，而在背照式的固态成像单元中，光从基底的接线层侧的相对侧上的表面(后表面)辐射。
此外，本公开的上述技术不仅可应用于入射光是可见光的固态成像单元还可以应用于入射光是红外线、X射线等的入射光的固态成像单元。此外，本公开的上述技术还可应用于输出入射粒子等的量的分布作为图像的固态成像单元。
此外，本公开的上述技术不仅可应用于以行为单元在像素部分中顺序扫描像素并且从各个像素读取像素信号的方案的固态成像单元，也可应用于选择像素部分中的任意像素并从所选择的像素读取像素信号的X-Y地址方案。此外，在以上实施例本身中描述的固态成像单元可以由一个芯片配置。可替代地，在以上实施例中描述的固态成像单元可以与信号处理电路、光学系统等整体地封装，以配置成像模块。
[3.电子设备的配置(应用示例)]
根据本公开的固态成像单元可应用于各种电子设备。例如，在以上实施例中描述的固态成像单元可应用电子设备，例如，诸如数字静态相机和数字录像机之类的相机系统、具有成像功能的移动电话、具有成像功能的其他设备等。这里，将参考数字录像机作为电子设备的配置示例的一个例子而给出描述。
图10图示了向其应用在以上实施例中描述的固态成像单元的数字录像机(以下，简单地称为“相机”)的示意性配置。
相机100包括固态成像单元101、光学系统102、快门单元103和驱动电路104。光学系统102将入射光引入固态成像单元101中的光接收部分(未图示)。在固态成像单元101和光学系统102之间提供快门单元103。驱动电路104驱动固态成像单元101。此外，相机100包括处理来自固态成像单元101的输出信号的信号处理电路105。
固态成像单元101是划分读取方案的固态成像单元，并且可以例如由在以上实施例中描述的固态成像单元1配置。其他部分的配置和功能如下。
光学系统(光学透镜)102在固态成像单元101的成像面(未图示)上形成来自被摄体的图像光(入射光)的图像。因此，在固态成像单元101中累积信号电荷一个特定时段。要注意，光学系统102可以由包括多个光学透镜的光学透镜组配置。此外，快门单元103控制光入射在固态成像单元101上的时段(光辐射时段)，以及阻挡光入射在固态成像单元101上的时段(光阻挡时段)。
驱动电路104供应驱动信号到固态成像单元101和快门单元103。此外，驱动电路104利用所供应的驱动信号控制固态成像单元101的操作以传输信号到信号处理电路105，并且控制快门单元103的快门操作。具体地，在该示例中，从固态成像单元101传输信号到信号处理电路105的操作基于从驱动电路104供应的驱动信号(定时信号)而进行。
信号处理电路105对于从固态成像单元101传输的信号进行各种信号处理。此外，经历各种信号处理的信号(图像信号)可以存储在诸如存储器之类的存储介质(未图示)，或可以输出到监视器(未图示)。
在本实施例中的相机100中，根据本公开的划分读取方案的固态成像单元用作固态成像单元101。因而，可以减少上述传输晶体管22的性能变化对读取性能的影响，并且因而可以实现具有高图像质量的成像。
要注意，还可以根据本公开实现如下配置。
(1)一种固态成像单元包括：
像素部分，包括多个像素，每一个均包括光电转换部分、电荷电压转换部分和将所述光电转换部分中累积的电荷传输到所述电荷电压转换部分的传输晶体管；以及
存储部分，当所述光电转换部分中累积的信号电荷被划分成以预定次数的中间传输操作和完全传输操作读取时，其存储关于要在中间传输操作时施加到传输晶体管的栅极的中间电压的最优值的信息。
(2)根据(1)所述的固态成像单元，其中所述中间电压的最优值是各个像素中所述中间电压的最优值中的最大值。
(3)根据(1)或(2)所述的固态成像单元，其中关于每一个所述像素的中间值的最优值的信息存储在所述存储部分中。
(4)根据(1)到(3)的任一个所述的固态成像单元，其中所述存储部分包括电可编程熔丝。
(5)根据(1)到(4)的任一个所述的固态成像单元，其中全部像素的中间值的最优值设置为满足以下关系表达式的值，
Qs-n×Qm＝Qc≤Qfd，
其中Qc是在完全传输操作时从所述光电转换部分传输到所述电荷电压转换部分的电荷量，Qm是在每一个中间传输操作中从所述光电转换部分传输到所述电荷电压转换部分的电荷量，Qs是所述光电转换部分的饱和电荷量，以及Qfd是允许在所述电荷电压转换部分中累积的最大电荷量，而n是中间传输操作的次数。
(6)根据(1)到(5)的任一个所述的固态成像单元，其中在读取所述信号电荷时进行的信号处理的方案是双噪声消除方案。
(7)一种电子设备包括：
固态成像单元，包括
像素部分，包括多个像素，每一个均包括光电转换部分、电荷电压转换部分和将所述光电转换部分中累积的电荷传输到所述电荷电压转换部分的传输晶体管，以及
存储部分，当所述光电转换部分中累积的信号电荷被划分成以预定次数的中间传输操作和完全传输操作读取时，其存储关于要在中间传输操作时施加到传输晶体管的栅极的中间电压的最优值的信息；以及
信号处理电路，对来自所述固态成像单元的输出信号进行预定处理。
本申请要求于2012年3月19日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2012-061703的优先权，其整体内容通过引用并入于此。
本领域的技术人员应当理解，只要在所附权利要求或其等同的范围之内，取决于设计要求和其他因素可以发生各种变型、组合、部分组合和变更。

Claims (7)

1.一种固态成像单元包括：
像素部分，包括多个像素，每一个均包括光电转换部分、电荷电压转换部分和将所述光电转换部分中累积的电荷传输到所述电荷电压转换部分的传输晶体管；以及
存储部分，当所述光电转换部分中累积的信号电荷被划分成以预定次数的中间传输操作和完全传输操作读取时，其存储关于要在中间传输操作时施加到传输晶体管的栅极的中间电压的最优值的信息。
2.根据权利要求1所述的固态成像单元，其中所述中间电压的最优值是各个像素中所述中间电压的最优值中的最大值。
3.根据权利要求1所述的固态成像单元，其中关于每一个所述像素的中间值的最优值的信息存储在所述存储部分中。
4.根据权利要求1所述的固态成像单元，其中所述存储部分包括电可编程熔丝。
5.根据权利要求1所述的固态成像单元，其中全部像素的中间值的最优值设置为满足以下关系表达式的值，
Qs-n×Qm＝Qc≤Qfd，
其中Qc是在完全传输操作时从所述光电转换部分传输到所述电荷电压转换部分的电荷量，Qm是在每一个中间传输操作中从所述光电转换部分传输到所述电荷电压转换部分的电荷量，Qs是所述光电转换部分的饱和电荷量，以及Qfd是允许在所述电荷电压转换部分中累积的最大电荷量，而n是中间传输操作的次数。
6.根据权利要求1所述的固态成像单元，其中在读取所述信号电荷时进行的信号处理的方案是双噪声消除方案。
7.一种电子设备包括：
固态成像单元，包括
像素部分，包括多个像素，每一个均包括光电转换部分、电荷电压转换部分和将所述光电转换部分中累积的电荷传输到所述电荷电压转换部分的传输晶体管，以及
存储部分，当所述光电转换部分中累积的信号电荷被划分成以预定次数的中间传输操作和完全传输操作读取时，其存储关于要在中间传输操作时施加到传输晶体管的栅极的中间电压的最优值的信息；以及
信号处理电路，对来自所述固态成像单元的输出信号进行预定处理。
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