专利名称：固态成像设备、驱动固态成像设备的方法和固态成像系统的制作方法
技术领域：
本发明实施例的一个公开方面涉及具有有效像素和基准像素的固态成像设备、用于驱动固态成像设备的方法和具有固态成像设备的固态成像系统。
背景技术：
包括用于输出基于光电转换的信号的有效像素和用于在不执行光电转换的情况下输出基准信号的基准像素的固态成像设备是已知的。这种固态成像设备获得从有效像素输出的信号与从基准像素输出的信号之差，以减少固态成像设备的输出信号中的噪声。虽然固态成像设备中的像素尺寸当前被小型化以提高分辨率，但是像素尺寸小型化减小光电转换单元的面积，从而使固态成像设备的敏感度劣化。因此，在固态成像设备中需要通过在防止光电转换单元的面积减小的同时实现像素尺寸的小型化，同时实现高分辨率和防止敏感度劣化。日本专利申请公开No. 2008-271280讨论了一种固态成像设备，其包括多个有效像素、除了不执行光电转换以外具有与有效像素等价的特性的基准像素和由有效像素和基准像素形成的差分对，并且执行相关二重采样(以下，称为⑶S)。有效像素包含用于存储由光电转换单元输出的电荷的与放大金属氧化物半导体(MOS)晶体管的栅极连接的浮动扩散电容CfcL基准像素也具有与放大MOS晶体管的栅极连接的浮动扩散电容Cfd。有效像素和基准像素中的每一个包含电容Cio。电容Cio的一个端子与差分对的输出部分连接，并且其另一端子与放大MOS晶体管的栅极连接。在日本专利申请公开No. 2008-271280中讨论的配置中，电容Cio的电容值远小于浮动扩散电容Cfd的电容值。以下，电容Cio被称为微电容Cio。在日本专利申请公开No. 2008-271280中讨论的包含由有效像素和基准像素形成的差分对的固态成像设备能够防止包含在从有效像素和基准像素输出的信号中的复位噪声和固定模式噪声。日本专利申请公开No. 2008-271280讨论了其中差分对由有效像素和基准像素形成的电路配置，并且包含于有效像素和基准像素中的放大MOS晶体管作为差分对的输入级的MOS晶体管工作。在常规的配置中，存在有缺陷的基准像素使基准信号的精度劣化从而导致从相关的差分对输出的信号的精度劣化的问题。
发明内容
根据本发明实施例的一个方面，提供一种固态成像设备，包括光电转换信号输出像素，被配置成输出基于通过入射光的光电转换而产生的电荷的光电转换信号；多个基准信号输出像素，被配置成输出不基于入射光的基准信号；差分信号输出单元，被配置成获得所述光电转换信号与所述基准信号之差并输出相关的差分信号；和基准选择单元，被配置成从所述基准信号输出像素中选择至少一个基准信号输出像素以将基准信号输出到所述差分信号输出单元。根据本发明的另一方面，提供一种驱动固态成像设备的方法，所述固态成像设备包含光电转换信号输出像素，被配置成输出基于通过入射光的光电转换而产生的电荷的光电转换信号；多个基准信号输出像素，被配置成输出不基于入射光的基准信号；和差分信号输出单元，被配置成获得所述光电转换信号与所述基准信号之差并输出相关的差分信号，所述方法包括从所述基准信号输出像素中选择至少ー个基准信号输出像素以用来将基准信号输出到所述差分信号输出单元。通过根据实施例的固态成像设备，为用于获得由有效像素输出的信号与由基准像素输出的基准信号之差的每个差分放大器电路提供能够输出基准信号的多个基准像素。这种配置使得能够防止由于有缺陷的基准信号所导致的信号精度的劣化。參照附图阅读示例性实施例的以下详细说明，本发明实施例的其它特征和方面将变得十分明显。
包含于说明书中并构成其一部分的附图示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并与说明一起用于解释本公开的原理。图I是示出根据示例性实施例的固态成像设备的框图。图2是详细示出根据示例性实施例的固态成像设备的像素的等价电路图。图3是详细示出根据示例性实施例的固态成像设备的基准选择单元的等价电路图。图4A和图4B是根据示例性实施例的固态成像设备的时序图。图5是示出根据另ー示例性实施例的固态成像设备的框图。图6是示出根据又ー示例性实施例的固态成像设备的框图。图7是示出根据又ー示例性实施例的固态成像设备的基准选择单元的布置的框图。图8是示出根据又ー示例性实施例的固态成像设备的框图。图9是示出根据又ー示例性实施例的固态成像设备的框图。图10是示出根据又ー示例性实施例的固态成像设备的框图。图11是示出根据又ー示例性实施例的固态成像设备的框图。图12是示出固态成像系统的配置的框图。
具体实施例方式以下參照附图详细描述本公开的各种示例性实施例、特征和方面。以下描述根据示例性实施例的固态成像设备。然后，将在下面描述根据本示例性实施例的固态成像设备的操作。在以下描述中，像素由N沟道晶体管形成。当像素由P沟道晶体管形成时，可通过相对于像素由N沟道晶体管形成的情况反转电压极性来应用实施例。图I是示出根据本示例性实施例的固态成像设备的框图。有效像素100通过执行光电转换输出基于入射光的信号。基准像素101在不执行光电转换的情况下输出信号。
在本示例性实施例中，有效像素100被称为光电转换信号输出像素，而基准像素101被称为基准信号输出像素。以矩阵形式(即，在多个行和多个列中)布置多个有效像素100。在布置有多个有效像素100的每ー像素列中布置了多个基准像素101。像素区域由布置在多个行和多个列中的有效像素100和基准像素101形成。以下，其中布置有有效像素100和基准像素101的区域被称为像素区域，其中仅布置有有效像素100的区域被称为光电转换信号输出像素区域120，并且其中仅布置有基准像素101的区域被称为基准信号输出像素区域150。一列中的基准像素101被布置成比属于同一列的所有有效像素100更接近差分放大器112 (下面描述)。换句话说，基准像素101被布置在差分放大器112侧的像素区域(其中布置有有效像素100和基准像素101)的端部。 这意味着差分放大器112侧的基准像素101的端部比差分放大器112侧的有效像素100的端部更接近差分放大器112。在沿着列的方向上布置的有效像素100与第一垂直信号线102电连接。基准像素101与第二垂直信号线103电连接。以下，通过第二垂直信号线103传送的来自基准像素101的信号被称为基准信号。负载MOS晶体管104和105的漏极分别与第一垂直信号线102和第二垂直信号线103电连接。负载MOS晶体管104和105分别用作为用于向第一垂直信号线102和第二垂直信号线103发送电流的电流源。负载MOS晶体管104是第一晶体管，而负载MOS晶体管105是第二晶体管。通过负载MOS晶体管104和105，共用栅极配线116与栅极(控制电极)电连接，并且，接地(GND)配线117与源极电连接。共用栅极配线116是用于分别向负载MOS晶体管104和105的栅极施加用于确定要向第一垂直信号线102和第二垂直信号线103供给的电流值的控制信号的控制信号线。固态成像设备包含电容C0s、C0r、Cfs和Cfr和开关110和111。差分放大器112作为示例差分信号输出单元140向通过第一垂直信号线102传送的来自有效像素100的信号和通过第二垂直信号线103从基准像素101传送的基准信号施加差分放大。希望电容COs和COr具有相同的电容值以使来自有效像素100的信号的放大因子与来自基准像素101的基准信号的放大因子相等。还希望电容Cfs和Cfr具有相同的电容值。电容COs和COr执行第一⑶S (下面描述)。执行第一⑶S以使来自有效像素100的信号的放大因子与来自基准像素101的基准信号的放大因子相等。差分放大器112的增益由电容比0)8/^デ8和0^/^む确定。虽然没有示出，但是，通过使用每ー个都具有可变电容值的多个电容形成电容Cfs和Cfr中的每ー个使得能够改变差分放大器112的増益。 当电容Cfs和Cfr的电容值分别比电容COs和COr的电容值大时，差分放大器112的增益变低。相反，当电容Cfs和Cfr的电容值分别比电容COs和COr的电容值小时，差分放大器112的增益变高。基准电压线118向差分放大器112供给基准电压Vref。差分放大器112、电容COs、COr、Cfs和Cfr和开关110和111形成基于开关电容的差分电路。
来自有效像素100的信号被输入到差分放大器112的反相输入端子(_)，并且基准信号被输入到其非反相输入端子(+ )。信号处理电路113与差分放大器112电连接。固态成像设备包含布置在各列中的多个有效像素100、基准像素101、第一垂直信号线102、第二垂直信号线103和差分放大器112。水平移位寄存器(以下，称为HSR) 114与布置在各列中的多个信号处理电路113电连接。HSR 114从布置在各列中的信号处理电路113中选择用于输出信号的一个信号处理电路113。当HSR 114选择的信号处理电路113输出信号时,信号用作由固态成像设备输出的信号115。基准信号选择开关901 904建立基准像素101到第二垂直信号线103的电连接和基准像素101从第二垂直信号线103的断开连接。基准信号选择开关901 904的栅极分别通过基准选择线908A 908D与基准选择单元905电连接。 基准选择单元905控制基准信号选择开关901、902、903和904。基准像素选择信息通过控制线906从存储电路909被传送到基准选择单元905。基于基准像素选择信息，基准选择单元905从布置在包含有效像素100的每ー像素列中的四个基准像素IOlA IOlD中选择要与第二垂直信号线103电连接的至少ー个基准像素101。图2示出示例有效像素100和示例基准像素101。光电ニ极管201是通过光电转换将入射光转换成电荷的光电转换单元。通过传送MOS晶体管202，源极与光电ニ极管201电连接，栅极与传送控制线207电连接，并且漏极与浮动扩散区域(以下，称为FD区域)203电连接。FD区域203存储通过传送MOS晶体管202从光电ニ极管201传送的电荷。当在半导体基板上形成固态成像设备时，例如，形成FD区域作为杂质扩散区域。通过复位MOS晶体管204，源极与FD区域203电连接，栅极与复位控制线208电连接，并且漏极与复位供给线209电连接。通过放大MOS晶体管205，栅极(控制电极)与FD区域203电连接，漏极与电压源Vdd电连接，并且漏极与第一垂直信号线102电连接。放大MOS晶体管205被称为第一放大晶体管。包含于基准像素101中的放大MOS晶体管215 (下面描述)被称为第二放大晶体管。放大MOS晶体管205向第一垂直信号线102输出基于向栅极(控制电极)施加的电压的信号，即基于存储于FD区域203中的电荷的信号。复位控制线208、复位供给线209和传送控制线207与垂直扫描电路210电连接。基准像素101包含电容211来替代光电ニ极管201。除了设置电容211来替代光电ニ极管201以外，可以通过与有效像素100相同的等价电路来配置基准像素101。基准像素101的放大MOS晶体管215的源极与第二垂直信号线103电连接。基准像素101的传送MOS晶体管202可具有与有效像素100的传送MOS晶体管202相同的配置。如图2所示，基准像素101的传送MOS晶体管202的源极和漏极可被短路。这种配置使得即使在无需通过实现传送MOS晶体管202的源极和漏极之间的电气导通来接通传送MOS晶体管202的情况下，也能够将FD区域213和电容211设为相同的电势。因此，可以减少由传送MOS晶体管202的0N/0FF切换所导致的噪声的效果。
类似地，通过基准像素101，FD区域213可在不设置传送MOS晶体管202的情况下与电容211连接。在假定如图2所示的那样将基准像素101的传送MOS晶体管202的源极和漏极短路的前提下给出以下描述。有效像素100和基准像素101的传送控制线207、复位控制线208和复位供给线209与垂直扫描电路210电连接。下面描述基准选择单元905。图3示出基准选择单元905的示例配置。基准选择单元905包含AND电路912 915和用于形成2位去多路复用器的逆变器911-1和911-2。基准选择单元905还包含用于传送2位选择信号的两个控制线906 (906-1和906-2)。存储电路909存储基准像素选择信息。从存储电路909输出的2位选择信号通过控制线906-1和906-2被输入至Ij AND电路912 915。在控制线906-1上，逆变器911-1被设置在存储电路909与AND电路914之间。因此，例如，当存储电路909向控制线906-1输出H电平信号时，向AND电路912和913施加 H电平信号，并且向AND电路914和915施加L电平信号。类似地，例如，当存储电路909向控制线906-2输出H电平信号时，向AND电路912和914施加H电平信号，并且向AND电路913和915施加L电平信号。因此，当存储电路909向控制线906-1和906_2输出H电平信号时，仅向AND电路912的所有输入线施加H电平信号。因此，AND电路912通过基准选择线903A向基准信号选择开关901输出H电平信号。因此，基准像素101与第二垂直信号线103电连接。为了使其它基准像素IOlB IOlD与第二垂直信号线103电连接，可以控制从存储电路909输出到控制线906-1和906-2的2位选择信号。特别地，为了选择基准像素101B，必须将控制线906-1设为H电平并将控制线906-2设为L电平。类似地，为了选择基准像素101C，必须将控制线906-1设为L电平并将控制线906-2设为H电平。并且为了选择基准像素101D，必须将控制线906-1和906-2均设为L电平。因此，在基准选择单元905中，基准信号选择开关901、902、903和904中的任ー个分别通过基准选择线908A、908B、908C和908D与第二垂直信号线103电连接。因此，即使基准像素IOlA IOlD中的任ー个有缺陷，选择正常基准像素101中的任一个也使得能够获取正常的基准信号。以下描述用于获取基准像素选择信息，然后选择基准像素101的方法。首先，在方法中，固态成像设备的所有的基准像素IOlA IOlD被检查以检测有缺陷的基准像素IOlA IOlD的地址。然后，基于缺陷程度，基准像素IOlA IOlD被分为不同的等级以产生基准像素缺陷图。基于所产生的基准像素缺陷图，从四个基准像素行中确定最佳的基准像素行(具有最少数量的缺陷像素的基准像素行)，然后设定用于选择至少ー个基准像素101的基准像素选择信息。基准像素选择信息被设定于固态成像设备中的存储电路909。基于设定的基准像素选择信息，存储电路909选择基准像素行。可事先获取并且在外部存储设备中存储或者当接通电源时产生基准像素缺陷图。图4A是示出用于驱动图I和图2所示的固态成像设备的方法的时序图。PRES表示向复位控制线208施加的脉冲，并且PSEL表示向传送控制线207施加的脉冲。PTN和PTS表示通过定时产生单元(未示出)向信号处理电路113施加的脉冲。当定时产生单元向信号处理电路113施加PTS和PTN时，信号处理电路113向从差分放大器112输出的信号施加第二⑶S (下面描述)。VLinel表不第一垂直信号线102的电势，VLine2表不第二垂直信号线103的电势，GND表示GND配线117的电势，并且，Vout表示差分放大器112的输出电势。參照图4A所示的时序图，当向MOS晶体管的栅极施加高电平(H电平)脉冲时，在其源极和漏极之间建立电气导通。另ー方面，当向MOS晶体管的栅极施加低电平(L电平)脉冲时，在其源极和漏极之间建立电气连接断开。当使用在向其栅极施加L电平脉冲时在其源极和漏极之间建立电气导通的MOS晶体管时，可通过反转图4A和图4B所示的脉冲的H电平和L电平来实现与本示例性实施例 类似的操作。以下參照图4A所示的时序图描述根据本示例性实施例的用于驱动固态成像设备的方法。在时间tl上，垂直扫描电路210将向有效像素100和基准像素101施加的PRES设为H电平，并且向复位供给线209施加信号以将FD区域203和213的电势设为复位电平。在时间t2上，垂直扫描电路210将PRES设为L电平，以消除FD区域203和213的复位状态。当在复位MOS晶体管204的源极和漏极之间建立电气连接断开时产生电荷注入，使得FD区域203和213的电势低于复位电平。因此，由于放大MOS晶体管205和215输出的信号的电势下降，因此，电势VLinel和Vline2也下降。在时间t3上，开关110和111被关断，并且放大MOS晶体管215和205输出的信号(以下，称为复位信号)分别被存储于电容COr和COs中。当开关110和111被关断时，产生电荷注入，并且差分放大器112的输出电势Vout增加。这种情况下的输出电势Vout由式Vout=Vref+Voff表达,其中Vref表示基准电压，Voff表不差分放大器112的偏移电压。以下，这种状态下的差分放大器112的输出电势Vout被称为N /[目号。在时间t4上，定时产生单元将PTN设为H电平，并且，信号处理电路113读取由差分放大器112输出的N信号。在时间t5上，定时产生单元将PTN设为L电平以结束读出到信号处理电路113的N信号。在时间t6上，定时产生单元将PTX (向有效像素100和基准像素101施加)设为H电平。因此，在光电ニ极管201中产生的电荷被传送到FD区域203。由放大MOS晶体管205基于存储于FD区域203中的电荷而输出的信号(以下,称为光电转换信号)被传送到第一垂直信号线102。第一垂直信号线102的电势根据存储于FD区域203中的电荷下降。可在先前信号读出周期中的将PTX从H电平设为L电平的时间t7与当前信号读出周期中的时间t6之间执行光电ニ极管201的光电转换。信号读出周期表示时间tl与时间t9之间的周期。由于基准像素101不执行光电转换，因此只要从负载MOS晶体管105供给的电流值保持恒定，FD区域213的电势就自时间t5起保持不变。因此，基准信号自复位操作起就保持不变。
当开关110和111在时间t3上被关断时，电容COr和COs存储复位信号。因此，当FD区域203的电势在时间t6上改变时，基于光电转换信号与复位信号之差的信号被输入到差分放大器112的与第一垂直信号线102连接的端子。基于在时间t3上存储的复位信号与在时间t6上从放大MOS晶体管215输出的信号之差的信号被输出到差分放大器112的与第二垂直信号线103连接的端子。如上所述，由于基准像素101不执行光电转换，因此，只要从负载MOS晶体管105供给的电流值保持不变，第二垂直信号线103的电势Vline2就保持不变。因此，当第二垂直信号线103的电势Vline2保持不变时，时间t3上的电平作为信号被输入到差分放大器112的与第二垂直信号线103连接的端子。通过上述操作由电容COs和COr执行第一⑶S。时间t6上的差分放大器112的输出电势Vout是通过基于电容比COs/Cfs放大光电转换信号而输出的信号与通过基于电容比COr/Cfr放大基准信号而输出的信号之差。以下，该电势差输出被称为S信号。定时产生单元同时将向基准像素101施加的PTX和向属于与基准像素101相同的列的第N行中的有效像素100施加的PTX设为H电平，其中N是大于等于I的自然数。因此，从基准像素101输出的基准信号和从第N行中的有效像素100输出的光电转换信号被同时输入到信号处理电路113。换句话说，当读取基于来自第一行中的有效像素100的入射光的信号时，定时产生单元同时将向第一行中的有效像素100施加的PTX和向属于与有效像素100相同的列的基准像素101施加的PTX设为H电平。定时产生单元在读取来自每ー像素行中的有效像素100的光电转换信号以同时读取来自有效像素100的信号和基准信号时执行该操作。
在时间t7上，定时产生单元将PTX从H电平设为L电平以在光电ニ极管201与FD区域203之间建立电气连接断开。在时间t8上，定时产生单元将PTS设为H电平，并且S信号被读取到信号处理电路113。在时间t9上，定时产生单元将PTS设为L电平，以结束由信号处理电路113读出的S信号。信号处理电路113输出读取的S信号与N信号之差。通过该差分处理，消除包含于S信号中的差分放大器112的偏移电压Voff。换句话说，通过信号处理电路113执行第ニ⑶S。然后，由HSR 114选择的信号处理电路113输出用作由固态成像设备输出的信号115的信号。根据本示例性实施例的固态成像设备以行为基础来选择基准像素101。与以像素为基础来选择基准像素101的配置相比，上述的配置使得能够减少基准选择单元905的布置面积，并且还能够提高在固态成像设备内定位基准选择单元905的自由度。此外，作为用于选择四个行中的一行的基准像素选择信息，2位信息就足够了。当如在日本专利申请公开No. 2008-271280中讨论的配置那样使用一个基准像素101以获取与由有效像素100输出的信号的差时，如果ー个基准像素101是有缺陷的，那么获取正常基准信号变得困难。因此，可能不可能正确地获得由有效像素100输出的信号与基准信号之差的信号。在这种情况下，会在捕获的图像中出现线性条带图案。
根据本示例性实施例的固态成像设备能够从基准像素101选择至少ー个基准信号输出像素。通过这种配置，即使用于获取与由有效像素100输出的信号的差的基准像素IOlA IOlD中的任ー个是缺陷的，也可通过选择任ー个正常的基准像素101的输出来防止线性条带图案。根据本示例性实施例的固态成像设备与差分放大器112分开地包括放大MOS晶体管205和215。因此，与放大MOS晶体管还用作差分对的输入级的配置相比，根据本示例性实施例的固态成像设备提高放大MOS晶体管205和215的參数的设定自由度。这里的參数指的是诸如栅极面积、电压放大因子、电流放大因子、阈值电压、容许损失之类的影响晶体管操作的各种要素。在日本专利申请公开No. 2008-271280中讨论的固态成像设备中，为了获得有效像素和基准像素输出的信号之差并以足够的精度減少重叠于有效像素输出的信号上的噪 声，必须对于有效像素和基准像素提供相同的微电容Cio与浮动扩散电容Cfd的电容比。为了在不减小有效像素100的光电ニ极管201的面积的情况下減少1/f噪声，可能増加基准像素101的放大MOS晶体管215的栅极面积。在日本专利申请公开No. 2008-271280中讨论的电路配置中，由于在增加寄生电容的情况下增加基准像素的放大MOS晶体管的栅极面积会增加浮动扩散电容Cfd，因此，必须调整微电容Cio与浮动扩散电容Cfd的电容比。另ー方面，通过根据本示例性实施例的配置，有效像素100和基准像素101均不包含微电容Cio。因此，本示例性实施例可在不调整微电容Cio与浮动扩散电容Cfd的电容比的情况下增加放大MOS晶体管215的栅极面积，由此减少1/n噪声的影响。基准像素101被布置在光电转换信号输出像素区域120的外面。因此，有可能在不减小光电ニ极管201的面积的情况下增加基准像素101中的放大MOS晶体管215的栅极(控制电极)面积，由此减少1/n噪声的影响。此外，基准像素101被布置成比有效像素100更接近差分放大器112。这使得能够缩短第二垂直信号线103的布线长度并且还防止第二垂直信号线103进入光电转换信号输出像素区域120。因此，不会減少光电ニ极管201的面积。即使在使放大MOS晶体管205的栅极面积等于放大MOS晶体管215的栅极面积时，根据本示例性实施例的固态成像设备也使得能够与放大MOS晶体管205和215的參数无关地设计差分放大器112。此外，与差分放大器112的电源(未示出)分开地设置有效像素100和基准像素101的电压源Vdd。这使得差分放大器112能够以与用于向有效像素100和基准像素101供给电压的电压源Vdd不同的电压工作。此外，当使得放大MOS晶体管215比放大MOS晶体管205小时，根据本示例性实施例的固态成像设备使得能够与放大MOS晶体管205和215的參数无关地设计差分放大器112。此外，由于可使得放大MOS晶体管215更小并因此可增加光电转换信号输出像素区域120的面积，因此可以増加有效像素100的光电ニ极管201的面积。因此，可以减少敏感度劣化。在日本专利申请公开No. 2008-271280中讨论的固态成像设备中，与垂直信号线连接的电流源通过栅极电极和漏极电极向信号线供给来自源极电极的电流。因此，当选择用于信号读出的有效像素时，流过垂直信号线的电流的电流值暂时改变。通过差分放大器电路的电流源的电流值控制直到电流值变得稳定为止的时间。因此，为了在不受信号线的电流值的变化的影响的情况下读取信号，必须提供从选择有效像素到流过垂直信号线的电流的电流值变得稳定为止的等待时间。另ー方面，通过本示例性实施例中描述的固态成像设备，由于给出每个像素的输出作为来自源跟随器电路的输出电压，因此，垂直信号线的电势变化不受流过电流源的电流值控制。因此，当垂直扫描有效像素100以读取光电转换信号时，根据本示例性实施例的固态成像设备提供比在日本专利申请公开No. 2008-271280中讨论的固态成像设备短的从选择有效像素到流过信号线的电流变得稳定为止的等待时间。在日本专利申请公开No. 2008-271280中讨论的固态成像设备中，有效像素包含微电容Cio和浮动扩散电容Cfd。另ー方面，在根据本示例性实施例的固态成像设备中，有效像素100不包含微电 容Cio。假定在相同的面积中设置相同数量的有效像素的情况，根据本示例性实施例的固态成像设备提供比在日本专利申请公开No. 2008-271280中讨论的固态成像设备大的光电转换单元的面积。因此，可以减少敏感度劣化。以下描述针对图4A中的VLinel、VLine2和GND示出的虚线。根据本示例性实施例的固态成像设备可減少通过固态成像设备输出的图像中的可能是问题的水平污斑图案和水平条带图案。以下描述减少水平污斑图案和水平条带图案的过程。假定在光电转换信号输出像素区域120中的有效像素100中的ー些上入射强的入射光的情況。第一垂直信号线102的电势被来自其上入射强的入射光的有效像素100的光电转换信号大大降低。如果入射光非常强，那么负载MOS晶体管104的源极和漏极之间的电压变得接近OV0如果入射光特别强，那么负载MOS晶体管104将关断。流过GND配线117的电流的量依赖于为OFF的负载MOS晶体管104的数量。GND配线117的阻抗和流过GND配线117的电流在GND配线117中产生电压降，这改变流过负载MOS晶体管104和105的电流。其上入射强光的有效像素100的数量越多，则为OFF的负载MOS晶体管104的数量越多，GND配线117中的电压降越小，并且流过负载MOS晶体管104和105的电流越多。这增加放大MOS晶体管205和215中的每ー个的栅极与源极之间的电势差。由于放大MOS晶体管205的栅极与源极之间的电势差増加，因此，在包含其上入射强光的有效像素100的行和不包含它的行之间，光电转换信号的输出范围不同。作为結果，当不设置基准像素101时，会出现水平污斑，即，在经受强入射斑点光的图像中的斑点的两侧出现发白的条带状图案。根据本示例性实施例的固态成像设备包括基准像素101。第二垂直信号线103通过负载MOS晶体管105与共用栅极配线116和共用GND配线117电连接。通过这种配置，当强的入射光入射到有效像素100上时，有效像素100的放大MOS晶体管205的源极和栅极之间的电势差増加。类似地，基准像素101的放大MOS晶体管215的源极与栅极之间的电势差增加。由于来自差分放大器112的S信号是光电转换信号与基准信号之差，因此可以消除放大MOS晶体管205和215的源极和栅极之间的电势差増加的影响。因此，可以减少水平污斑的出现。与水平污斑类似，根据本示例性实施例的固态成像设备还可减少导致图像质量劣化的水平条带图案。以下描述减少水平条带图案的过程。图4B是示出共用栅极配线116的电势改变的情况的时序图。除了电势Vlinel和Vline2以外，图4B中的时序图与图4A中的时序图类似。參照图4B，由从用于向共用栅极配线116供给电压的电源电路产生的随机噪声和从其它的电路产生的回扫噪声(kickbacknoise)导致共用栅极配线116中的电势变化(由虚线表示)。共用栅极配线116中的电势变化改变流过负载MOS晶体管104的电流，并因此改变当前针对信号读出而选择的整个行的光电转换信号的输出范围。因此，当不设置基准像素101时，在包含共用栅极配线116中的电势变化的图像中，由不包含电势变化的行输出的信号与包含电势变化的行输出的信号之差导致水平条带图案。
在本示例性实施例中，共用栅极配线116中的电势变化均等地影响负载MOS晶体管104和105。因此，如图4B所示，共用栅极配线116中的电势变化导致电势VLinel和VLine2中的同等变化。由于来自差分放大器112的N信号和S信号是来自有效像素100的信号与基准信号之差，因此，可以消除共用栅极配线116中的电势变化的影响。因此，即使出现共用栅极配线116中的电势变化，在不包含电势变化的行与包含电势变化的行之间的光电转换信号的输出范围的差别也保持不变。因此，可减少获取的图像中的水平条带图案。在本示例性实施例中，为了减少固态成像设备输出的图像中的可能是问题的水平污斑图案和水平条带图案。负载MOS晶体管104和105与共用栅极配线116和共用GND配线117连接。但是，负载MOS晶体管104和105可以不与共用栅极配线116和共用GND配线117连接，而是与不同的栅极和GND配线连接。特别地，可从基准像素101选择用于输出基准信号的至少ー个基准像素101。虽然在时间tl和t2之间执行的复位操作中FD区域203和213的电势被复位，但是，PTX可被设为H电平以将光电ニ极管201和电容211的电势复位。在这种情况下，可在将PRES和PTX被设为L电平的时间t2和下一次将PTX设为H电平的时间t6之间执行光电ニ极管201的光电转换。在本示例性实施例中，与有效像素100的FD区域203的复位操作同时，基准像素101的FD区域213的复位操作在时间t2上结束。但是，由于基准像素101不执行光电转换，因此，复位电平的电势可在不结束复位操作的情况下保持被施加到FD区域213上。开关110和111可在时间t2和t4之间从接通被关断。S卩，接通开关110和111的定时未必需要与将PRES设为H电平的时间tl 一致。允许在时间tl和时间t4之间接通它们。优选的是同时结束光电转换信号和基准信号到差分放大器112的传送。由负载MOS晶体管104和105供给的电流值可改变，并且电流值的变化量可随时间变化。在这种情况下，如果结束光电转换信号的读出的定时被设为与结束基准信号的读出的定时不同，那么包含于存储在信号处理电路113中的相应信号中的电流值的变化量可在负载MOS晶体管104和105之间不同。因此，即使信号处理电路113获得每个信号的差，也不能消除由负载MOS晶体管104和105供给的电流值的变化的影响。在本示例性实施例中，在假定基准像素101包含电容211、FD区域213和复位MOS晶体管204的情况下进行了描述。但是，基准像素101可至少包含用于输出基于向其栅极施加的电压的信号的放大MOS晶体管215。 具体而言，替代设置复位MOS晶体管204，还可能电压供给线与放大MOS晶体管215的栅极连接，并且放大MOS晶体管215输出基于从电压供给线供给的电压的信号。以这种方式省略FD区域213 (电荷蓄积部分)、电容211、传送MOS晶体管202等使得能够设计放大MOS晶体管215的更大的栅极面积。在本示例性实施例中，基准像素101包含用于蓄积电荷的电容211。作为另ー配置，例如，替代图2所示的电容211，FD区域213可蓄积电荷。此外，如图2所示，可与FD区域213分开地设置电容211，并且与有效像素100类似，可以设置光电ニ极管201。当设置光电ニ极管201时，使用基准像素101作为阻挡到光电ニ极管201的光的光学黒色像素使得能够从基准像素101获得基准信号。虽然在本示例性实施例中，每个有效像素100的放大MOS晶体管205与第一垂直信号线102电连接，但是该配置不限于此。例如，复位MOS晶体管204和FD区域203可被多个有效像素100共享。换句话说，多个光电ニ极管201和FD区域203可与一个放大MOS晶体管205连接。在本示例性实施例中，在每个像素列中，在光电转换信号输出像素区域120的一侧的端部设置基准像素101。作为另ー配置，基准像素101可被布置成夹着光电转换信号输出像素区域120。此夕卜，交替地每隔一列，基准像素101可被布置成夹着光电转换信号输出像素区域120。该交替的布置可以以多个列为单位。类似地，交替地每隔一列，差分放大器112可被布置成夹着光电转换信号输出像素区域120。可以不是每隔一列地而是以多个列为单位地进行这种交替布置。当信号处理电路113输出模拟信号时，优选的是设置用于将由信号处理电路113输出的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器。A/D转换器被称为模拟数字转换单元。根据本示例性实施例的差分信号输出单元140是差分放大器112。作为另ー配置，如图5所示，差分信号输出单元140可包含与信号处理电路113电连接的差分放大器129。在图5所示的固态成像设备中，具有与图I所示的元件的功能相同的功能的元件由相同的附图标记表示，并且省略对其的重复描述。反相放大器701和702分别是第一和第ニ放大单元。通过使用共用电压源和电流源，反相放大器701和702形成放大器电路703。希望相邻地布置反相放大器701和702以使得它们输出具有尽可能相等的范围的信号电平。反相放大器701和702可能由源极共用电路形成。开关704和705被用于选择反相放大器701和702的输入和输出端子是否分别被短路。当开关704和705被接通(导通状态)时，电容Cfr和Cfs中的电荷分别被放电和复位。在这种情况下，信号处理电路113単独地将两个不同的信号(S卩，基于来自反相放大器701的输出的信号和基于来自反相放大器702的输出的信号)输出到差分放大器129。然后，差分放大器129输出由信号处理电路113输出的两个信号之差。在这种配置中，从差分放大器129输出的信号是由固态成像设备输出的信号115。在有效像素100和基准像素101的输出上重叠在放大器电路703中或在其信号处理电路113侧产生的噪声。 因此，由信号处理电路113获得有效像素100和基准像素101的输出之差使得能够消除在放大器电路703中或在其信号处理电路113侧产生的噪声。因此，可减少包含于由成像设备输出的信号115中的噪声。因此，可减少在放大器电路703中或在其信号处理电路113侧产生的包含于信号115中的噪声。因此，可获得具有很少噪声的有利图像。作为另ー配置，每个信号处理电路113可包含差分放大器129。这种配置还使得能够获得具有更少的在放大器电路703中产生的噪声的信号115。在本示例性实施例中，像素由诸如传送MOS晶体管、放大MOS晶体管和复位MOS晶体管之类的三个不同的MOS晶体管形成。像素还可包含选择MOS晶体管。选择MOS晶体管的栅极与垂直扫描电路210电连接。并且，漏极和源极中的ー个与第一垂直信号线102或第二垂直信号线103电连接，并且另ー个与放大MOS晶体管205或放大MOS晶体管215电连接。垂直扫描电路210向用于向第一垂直信号线102或第二垂直信号线103输出信号的像素的选择MOS晶体管的栅极施加脉冲。然后，所选择的像素向第一垂直信号线102或第二垂直信号线103输出信号。虽然在本示例性实施例中像素由MOS晶体管形成，但是，该配置不限于此。例如，像素中的复位晶体管和传送晶体管可以是双极晶体管。并且，放大晶体管可以是结场效应晶体管(JFET)。通过图I所示的固态成像设备，仅在差分放大器112侧的像素区域(其中布置有有效像素100和基准像素101)的端部布置基准像素101。但是，本示例性实施例不限于这种配置。例如，基准像素101可被布置在差分放大器112的相对ー侧的像素区域的端部上以夹着光电转换信号输出像素区域120。在本示例性实施例中，在多个行和多个列中布置有效像素100，并且在多个列中布置基准像素101。可以在ー个或多个行和一个或多个列中布置有效像素100。在这种情况下，可在每ー个像素列中布置差分放大器112、第一垂直信号线102和第二垂直信号线103。这种配置也使得能够在不减小有效像素100的光电转换単元的面积的情况下增加基准像素101的放大MOS晶体管215的栅极(控制电极)面积。因此，可以获得具有很少的1/f 噪声的光电转换信号。虽然在本示例性实施例中存储电路909存储基准像素选择信息，但是，本实施例不限于这种配置。例如，固态成像系统包括固态成像设备、用于处理通过固态成像设备输出的信号的输出信号处理单元、用于向固态成像设备供给驱动定时信号的定时产生単元和用于控制定时产生単元的总体控制和计算单元。在固态成像系统的这种配置中，例如，总体控制和计算单元可存储基准像素选择信息。
虽然在本示例性实施例中布置四个基准像素IOlA IOlD作为基准像素101，但是，如果布置两个或更多个基准像素101，那么可适当地获得本示例性实施例的效果。虽然在本示例性实施例中选择用于输出基准信号的一个基准像素101，但是，可出于此目的选择多个基准像素101。具体而言，可基于缺陷水平从基准像素IOlA IOlD同时选择一到四个基准像素，并且一到四个基准信号可被输出到差分放大器112。以下，以与第一示例性实施例的不同为中心，參照附图描述第二示例性实施例。根据本示例性实施例的固态成像设备包括每ー个都包含布置在多个列中的基准像素101的多个块。图6是示出根据本示例性实施例的固态成像设备的框图。在图6所示的固态成像 设备中，具有与图I所示的元件的功能相同的功能的元件由相同的附图标记表示，并且省略对其的重复描述。有效像素100和基准像素101的等价电路与根据第一示例性实施例的相应等价电路(參见图2)类似。图6所示的固态成像设备包含每ー个都包含四列基准像素101的多个块 1010。參见图6，包含于ー个块1010中的四列基准像素101被示为基准像素101A1 101A4、101B1 101B4、101C1 101C4和101D1 101D4。包含四列基准像素101的每ー块1010包含基准选择单元905。在块1010-1中，基准信号选择开关901 904中的每ー个与基准选择单元905(BLOCKl)电连接。类似地，在块1010-2中，基准信号选择开关901 904中的每ー个与基准选择单元905 (BL0CK2)电连接。在ー个块中，基准选择单元905以行为基础来选择要与第二垂直信号线103电连接的基准像素101。因此,为了选择第一行中的基准像素101A1 101A4，例如，基准选择单元905将基准选择线908A的电势设为H电平。类似地，为了选择第二行中的基准像素101B1 101B4、第三行中的基准像素101C1 101C4和第四行中的基准像素101D1 101D4，基准选择单元905分别将基准选择线908B、908C和908D的电势设为H电平。參照图7，控制线906将基准像素选择信息从存储电路909传送到基准选择单元905。基准选择单元905可以为例如去多路复用器。基于接收到的基准像素选择信息，基准选择单元905选择用于向第二垂直信号线103输出基准信号的至少ー个基准像素101。在本示例性实施例中，在每ー块中，基准选择単元905选择基准像素101的四个行中的一行。图7示出由I层布线形成控制线906时的总体像素布置。这种情况需要大的布置面积并因此需要大的芯片尺寸。2位控制线906配有2层布线，其中一个位线被布置在第一布线层ALl (未示出)中，并且另一位线被布置在第二布线层AL2 (未示出)中。该布线方法使得能够将配线布置面积减小到控制线906配有I层布线的情况下的配线布置面积的约一半。多层布线的使用使得能够进ー步减小配线布置面积。图6和图7所示的根据本示例性实施例的固态成像设备的操作可与图4A和图4B所示的操作类似。
本示例性实施例的特征在于可以块为基础来选择基准像素行。因此，与第一示例性实施例相比，本示例性实施例使得能够针对每ー块以不同的方式选择基准像素行，由此提高选择基准像素行的组合的自由度。因此，在选择固态成像设备中的基准像素时，本示例性实施例使得能够选择包含更少数量的有缺陷基准像素的基准像素行的组合。在本示例性实施例中，沿水平扫描方向布置多个基准选择单元905。作为另ー配置，可在包含像素的列之间布置基准选择单元905。另外，本示例性实施例不限制基准选择单元905的布置位置，并且只要可以块为基础来选择基准像素行，就可适当地体现本示例性实施例。还在本示例性实施例中，从基准像素IOlA IOlD选择用于输出基准信号的至少一个基准像素101。因此，根据本示例性实施例的固态成像设备也实现与由根据第一示例性实施例的固态成像设备实现的效果相同的效果。 以下，以与第一示例性实施例的不同为中心，參照附图描述第三示例性实施例。本示例性实施例的特征在于，包含布置在一列中的基准像素IOlA IOlD的一个基准像素组与多个差分放大器112共同电连接。图8是示出根据本示例性实施例的固态成像设备的框图。在图8所示的固态成像设备中，具有与图I所示的元件的功能相同的功能的元件由相同的附图标记表示，并且省略对其的重复描述。有效像素100和基准像素101的等价电路与根据第一示例性实施例的相应等价电路(參见图2)类似。本示例性实施例的特征在干，四列有效像素100共享四个基准像素101。在本示例性实施例中，ー个第二垂直信号线103与四列差分放大器112电连接。因此，向四列中的差分放大器112施加共用基准信号。通过根据第一示例性实施例的固态成像设备，以列为基础从不同的基准像素101向差分放大器112施加基准信号。在这种配置中，与相应差分放大器112电连接的第二垂直信号线103相互独立地被驱动。另ー方面，在根据本示例性实施例的固态成像设备中，第二垂直信号线103与四个差分放大器112共同电连接，从而提供比根据第一示例性实施例的固态成像设备少的电流消耗。与根据第一示例性实施例的固态成像设备相比，根据本示例性实施例的固态成像设备还通过使用更少数量的包含于四列有效像素100中的基准像素101来减少电流消耗。此外，在本示例性实施例中，从基准像素IOlA IOlD中选择用于输出基准信号的至少ー个基准像素101。因此，根据本示例性实施例的固态成像设备也实现与由根据第一示例性实施例的固态成像设备实现的效果相同的效果。在本示例性实施例中，在一列中布置四个基准像素IOlA 101D。作为另ー配置，如图9所示，可在一行中布置基准像素IOlA 101D，并且ー个基准像素组可与四个差分放大器112共同电连接。通过这种配置，与在一列中布置基准像素IOlA IOlD的配置相比，可减少基准信号输出像素区域150的面积。作为结果，可减小固态成像设备的芯片尺寸。在本示例性实施例中，一个基准像素组与四个差分放大器112共同电连接。此外，与根据第一示例性实施例的固态成像设备相比，増加与一个基准像素组共同电连接的差分放大器112的数量使得能够进一歩减少电流消耗。此外，组合第二示例性实施例与本示例性实施例使得能够共享在第二示例性实施例中描述的块中使用的基准像素101。例如，由多个列共享四个基准像素101使得能够减少电流消耗。由于可在由上述的基准像素101的共享而使得变得不必要的基准像素101的区域中布置基准选择单元905，因此，可以减少固态成像设备的芯片面积的增加。以与第一示例性实施例的不同为中心，參照附图描述第四示例性实施例。图10是示出根据本示例性实施例的固态成像设备的框图。通过图10所示的固态成像设备，具有与图I所示的元件的功能相同的功能的元件由相同的附图标记表示，并且省略对其的重复描述。有效像素100和基准像素101的等价 电路与根据第一示例性实施例的相应等价电路(參见图2)类似。通过图10所示的固态成像设备，在包含有效像素100的每ー像素列中布置四个基准像素IOlA IOlD和三个光学黑色像素801E 801G。光学黒色像素801具有与阻挡到光电ニ极管201的光的有效像素100类似的结构。光学黒色像素801的信号输出操作与有效像素100 (參见图2)的操作类似。其中布置有光学黒色像素801E 81G的区域是光学黒色像素区域800。本示例性实施例的特征在于，在光学黒色像素801和有效像素100之间布置基准像素101。换句话说，在光电转换信号输出像素区域120与光学黒色像素区域800之间布置基准信号输出像素区域150。因此，光学黒色像素801被布置得比属于同一列的所有基准像素101都接近差分放大器112。另外，光学黒色像素801被布置在差分放大器112侧的像素区域(其中布置有有效像素100、基准像素101和光学黑色像素801)的端部。这意味着差分放大器112侧的光学黒色像素801的端部比差分放大器112侧的基准像素101的端部更接近差分放大器112。如果光学黒色像素801被布置成邻近有效像素100，那么高強度入射光可导致某一特定现象。特别地，在这种情况下，有效像素100的光电转换信号会影响由接近有效像素100的光学黒色像素801输出的信号(这种现象被称为晕染(blooming))。因此，由光学黑色像素801输出的信号的精度劣化。如本示例性实施例那样在光学黑色像素801与有效像素100之间布置基准像素101使得能够减少有效像素100对于光学黒色像素801的晕染影响。虽然在本示例性实施例中在包含有效像素100的每ー像素列中布置三个光学黑色像素801，但是该配置不限于此。具体而言，允许在包含有效像素100的每ー像素列中布置ー个或多个光学黑色像素801。此外，光学黑色像素801可被多个列共享。还在本示例性实施例中，从基准像素IOlA IOlD中选择用于输出基准信号的至少ー个基准像素101。因此，根据本示例性实施例的固态成像设备也实现与由根据第一示例性实施例的固态成像设备实现的效果相同的效果。以下，以与第一示例性实施例的不同为中心，參照附图描述第五示例性实施例。图11是示出根据本示例性实施例的固态成像设备的框图。有效像素100的等价电路与根据第一示例性实施例的等价电路(參见图2)类似。通过图11所示的固态成像设备，具有与图I所示的元件的功能相同的功能的元件由相同的附图标记表示，并且省略对其的重复描述。通过图11所示的固态成像设备，在包含有效像素100的每ー像素列中布置八个光学黑色像素801A 801H。光学黑色像素801具有与阻挡到光电ニ极管201的光的有效像素100类似的等价电路。在本示例性实施例中，基准信号输出像素是光学黒色像素801A 801D。·在本示例性实施例中，光学黑色像素801中的ー些(光学黑色像素80IA 80ID )与第一垂直信号线102和第二垂直信号线103电连接。光学黒色像素801A 801D分别通过光学块(OB)信号选择开关910与第一垂直信号线102电连接。光学黑色像素801A 801D还分别通过基准信号选择开关901 904与第二垂直信号线103电连接。基准信号选择开关901 904分别通过基准选择线908A-1、908B-1、908C-1和908D-1与基准选择单元905电连接。OB信号选择开关910分别通过基准选择线908A-2、908B-2、908C-2和908D-2与
基准选择单元905电连接。因此，在根据本示例性实施例的固态成像设备中，光学黒色像素801中的ー些(光学黒色像素801A 801D)可通过第一垂直信号线102和第二垂直信号线103向差分放大器112输出信号。通过第一垂直信号线102从光学黒色像素801输出到差分放大器112的信号被称为OB信号。通过第二垂直信号线103从光学黒色像素801输出到差分放大器112的信号被称为基准信号。根据本示例性实施例的固态成像设备选择用于从与第二垂直信号线103电连接的光学黒色像素801A 801D输出基准信号的ー个光学黒色像素801。光学黒色像素801E 801H (除用于输出基准信号的光学黒色像素以外的光学黒色像素801)每ー个都向差分放大器112输出OB信号。可防止具有有缺陷的光学黒色像素801的像素行被用作光学黒色像素或基准信号输出像素。在本示例性实施例中，由于光学黒色像素801A 801D也可用作基准信号输出像素，因此可节省用于基准像素的区域。当布置了大量的基准像素吋，这个效果是特别明显的。图11所示的八个光学黒色像素801中的四个光学黒色像素每ー个都可被用作基准信号输出像素。这四个光学黒色像素801A 801D分别具有基准信号选择开关901、902、903和904,和用于选择用于输出OB信号的像素的方式(在本不例性实施例中，为OB信号选择开关910)。第一垂直信号线102电连接沿像素列方向布置的有效像素100与光学黒色像素801。第二垂直信号线103电连接作为基准信号输出像素操作的光学黒色像素80IA 801D。控制基准信号选择开关901、902、903和904以及OB信号选择开关910建立与第一垂直信号线102的连接(当从光学黒色像素801输出OB信号吋)或与第二垂直信号线103的连接(当从中输出基准信号吋)。本不例性实施例的特征在于具有用于选择第一垂直信号线102和第二垂直信号线103中的哪ー个要与光学黒色像素801 (作为基准信号输出像素操作)的哪些输出连接的方式。由垂直扫描电路210将选择为基准信号输出像素的光学黑色像素801与扫描分离。在这种情况下，垂直扫描电路210取消对用于输出基准信号的该光学黒色像素801的选定，并且选择随后的光学黒色像素801。另ー方面，基准选择单兀905基于来自垂直扫描电路210的信号选择用于输出OB信号的光学黒色像素801。參照图11，例如，当选择第一行中的光学黒色像素801A作为基准信号输出像素时，基准选择单元905建立基准信号选择开关901的电气导通。然后，基于来自垂直扫描电路210的脉冲PSELn-I、PSELn+l、PSELn+2和PSELn+3，基准选择单元905依次建立与光学黑色像素801B、801C和801D电连接的OB信号选择开关910的电气导通。 随后，垂直扫描电路210依次扫描PSELn+4 PSELn+7。选择为基准信号输出像素的第一行中的光学黑色像素801A的操作可与第一示例性实施例中的基准像素101的操作类似。还在本示例性实施例中，从作为基准信号输出像素的光学黒色像素801A 801D中选择至少ー个基准信号输出像素。因此，根据本示例性实施例的固态成像设备也实现与由根据第一示例性实施例的固态成像设备实现的效果相同的效果。虽然在本示例性实施例中光学黑色像素801每ー个都包含光学ニ极管201，但是可以使用在第一示例性实施例中描述的基准像素101。本示例性实施例包含不输出基准信号而输出OB信号的光学黒色像素801E SOlH0本示例性实施例不限于这种配置，并且可包含能够向差分放大器112输出基准和OB信号的光学黒色像素801。例如，本示例性实施例可以不包含光学黒色像素801E 801H。即使通过这种配置，也可通过设置用于输出基准信号的光学黒色像素801和用于输出OB信号的光学黒色像素801，适当地获得基准和OB信号。此外，由于不需要设置用于输出OB信号的光学黒色像素801，因此可以減少固态成像设备的芯片面积。以下描述向固态成像系统应用上述的固态成像设备的第六示例性实施例。固态成像系统可以为例如数字静物照相机、数字摄录机、监视照相机等。图12是示出示例的固态成像系统(即，应用了固态成像设备的数字静止照相机)的框图。參照图12，数字静物照相机包含用于镜头保护的挡板I、用于将被照体的光学图像形成于固态成像设备4上的镜头2和用于改变穿过镜头2的光的量的光圈3。数字静物照相机还包含用于处理从固态成像设备4输出的信号的输出信号处理单元5。当固态成像设备4输出模拟信号吋，输出信号处理单元5包含模拟信号处理单元、A/D转换器和数字信号处理单元。模拟信号处理单元向来自固态成像设备4的模拟信号施加各种校正处理，然后将得到的信号输出到A/D转换器。A/D转换器将来自模拟信号处理单元的信号转换成数字形式，然后将得到的数字信号输出到数字信号处理单元。数字信号处理单元向数字信号施加所需的各种校正处理和压缩处理，然后输出得到的信号。
另ー方面，当固态成像设备4如在上述的第五示例性实施例中那样输出数字信号吋，输出信号处理单元5包含数字信号处理单元，该数字信号处理单元向来自固态成像设备4的数字信号施加所需的各种校正处理和压缩处理，然后输出得到的信号。參照图12，数字静物照相机还包含用于暂时存储图像数据的存储单元6、用于对于记录介质记录和读取数据的记录介质控制接ロ単元8和用于记录和读取捕获的数据的诸如半导体存储器之类的可拆卸记录介质9。数字静物照相机还包含用干与外部计算机通信的外部接ロ单元7。数字静物照相机还包含用于执行各种计算并控制整个数字静物照相机的总体控制和计算单元10，和用于向固态成像设备4和输出信号处理单元5输出各种定时信号的定时产生単元11。定时信号可从外部设备输入。固态成像系统可至少包含固态成像设备4和用于处理从固态成像设备4输出的信号的输出信号处理单元5。如上所述，根据本示例性实施例的固态成像系统能够通过使用固态成像设备4执 行成像操作。向固态成像系统应用根据上述的第一到第五示例性实施例的固态成像设备使得能够以很少的噪声成像。虽然已參照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式、等同的结构和功能。
权利要求
1.一种固态成像设备，包括 光电转换信号输出像素，被配置成输出基于通过入射光的光电转换而产生的电荷的光电转换信号； 多个基准信号输出像素，被配置成输出不基于入射光的基准信号； 差分信号输出单元，被配置成执行所述光电转换信号与所述基准信号之间的差处理，并输出差分信号；和 基准选择单元，被配置成从所述基准信号输出像素中选择至少一个基准信号输出像素以将基准信号输出到所述差分信号输出单元。
2.根据权利要求I所述的固态成像设备，其中所述多个光电转换信号输出像素被布置 成矩阵形式，并且， 其中设置有多个像素列，每一个像素列都包含布置在一列中的所述基准信号输出像素和所述光电转换信号输出像素。
3.根据权利要求2所述的固态成像设备，其中设置有与所述像素列对应的多个基准选择单元。
4.根据权利要求3所述的固态成像设备，其中设置有每一个都包含所述像素列的多个块，并且， 其中所述基准选择单元被设置在每一个块中。
5.根据权利要求4所述的固态成像设备，其中设置有多个块，每一个块都包含所述像素的列和具有所述光电转换信号输出像素而不具有所述基准信号输出像素的列。
6.根据权利要求2所述的固态成像设备，其中设置有与包含所述光电转换信号输出像 素的列对应的多个差分信号输出单元，并且， 其中由所述基准选择单元选择的所述基准信号输出像素与所述差分信号输出单元电连接。
7.根据权利要求I所述的固态成像设备，其中所述差分信号输出单元包含第一端子和A-Ap ~·丄山—7*弟一觸子， 其中所述光电转换信号输出像素与所述差分信号输出单元的所述第一端子电连接， 其中所述基准信号输出像素与所述差分信号输出单元的所述第二端子电连接， 其中所述固态成像设备包含光学黑色像素， 其中所述光学黑色像素与所述第一端子电连接，并且， 其中所述基准信号输出像素被布置在所述光学黑色像素与所述光电转换信号输出像素之间。
8.根据权利要求I所述的固态成像设备，其中所述基准信号输出像素是用于输出基于施加的电压的基准信号的基准像素。
9.根据权利要求I所述的固态成像设备，其中所述基准信号输出像素是光学黑色像素。
10.根据权利要求9所述的固态成像设备，其中所述差分信号输出单元包含第一端子和第二端子， 其中所述光电转换信号输出像素与所述差分信号输出单元的所述第一端子电连接，并且，其中所述基准选择单元将所述光学黑色像素中的任一个电连接到所述差分信号输出单元的所述第一端子，并且将其它光学黑色像素电连接到所述差分信号输出单元的所述第二端子。
11.一种固态成像系统，包括 根据权利要求I所述的固态成像设备；和 被配置成处理从所述固态成像设备输出的信号的输出信号处理单元。
12.—种驱动固态成像设备的方法，所述固态成像设备包含光电转换信号输出像素，被配置成输出基于通过入射光的光电转换而产生的电荷的光电转换信号；多个基准信号输出像素，被配置成输出不基于入射光的基准信号；和差分信号输出单元，被配置成获得所述光电转换信号与所述基准信号之差并输出相关的差分信号，所述方法包括 从所述基准信号输出像素中选择至少一个基准信号输出像素以将基准信号输出到所述差分信号输出单元。
13.根据权利要求12所述的驱动固态成像设备的方法，其中所述多个光电转换信号输出像素被布置成矩阵形式，并且， 其中设置有多个像素列，每一个像素列都包含布置在一列中的所述基准信号输出像素和所述光电转换信号输出像素。
14.根据权利要求13所述的驱动固态成像设备的方法，其中，所述固态成像设备还包括基准选择单元，所述基准选择单元被配置成从所述基准信号输出像素中选择至少一个基准信号输出像素以将基准信号输出到所述差分信号输出单元，并且， 其中所述基准选择单元选择与所述像素列对应的基准信号输出像素。
15.根据权利要求14所述的驱动固态成像设备的方法，其中所述固态成像设备还包括每一个都包含所述像素列的多个块，并且， 其中所述基准选择单元以块为基础从所述基准信号输出像素中选择至少一个基准信号输出像素以用来将基准信号输出到所述差分信号输出单元。
16.根据权利要求13所述的驱动固态成像设备的方法，其中所述固态成像设备包括多个差分信号输出单元，并且， 其中所述基准信号输出像素向所述差分信号输出单元输出共用基准信号。
17.根据权利要求13所述的驱动固态成像设备的方法，其中所述基准信号输出像素是光学黑色像素， 其中所述差分信号输出单元包含第一端子和第二端子， 其中所述光电转换信号输出像素与所述差分信号输出单元的所述第一端子电连接， 其中从所述光学黑色像素中选择用于向所述差分信号输出单元的所述第一端子输出基准信号的至少一个光学黑色像素和用于向所述差分信号输出单元的所述第二端子输出基准信号的至少一个光学黑色像素。
全文摘要
本公开涉及固态成像设备、驱动固态成像设备的方法和固态成像系统。固态成像设备具有用于从多个基准像素中选择用于输出基准信号的至少一个基准像素的配置。
文档编号H04N5/335GK102780859SQ20121014560
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月11日 优先权日2011年5月12日
发明者山崎和男, 田代和昭 申请人:佳能株式会社