專利名稱：固態(tài)成像設(shè)備、其驅(qū)動(dòng)方法及固態(tài)成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)施方式的一個(gè)公開方面涉及具有有效像素和參考像素的固態(tài)成像設(shè)備、所述固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法及具有所述固態(tài)成像設(shè)備的固態(tài)成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
如下固態(tài)成像設(shè)備是已知的，它被配置成具有輸出基于光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)的有效像素和不進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而輸出參考信號(hào)的參考像素。固態(tài)成像設(shè)備通過獲得由有效像素輸出的信號(hào)和由參考像素輸出的參考信號(hào)之間的差分信號(hào)而減少其輸出信號(hào)中的噪聲。 在固態(tài)成像設(shè)備中，推進(jìn)了像素尺寸的小型化，以便提高分辨率。然而，伴隨像素尺寸小型化的發(fā)展，出現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換單元的面積的減小以及固態(tài)成像設(shè)備的靈敏度的降低。固態(tài)成像設(shè)備需要繼續(xù)像素尺寸的小型化，同時(shí)抑制光電轉(zhuǎn)換単元的面積的減小，由此既滿足分辨率提高又滿足對(duì)靈敏度降低的抑制。日本專利申請(qǐng)公開第2008-271280號(hào)討論了如下一種設(shè)備，該設(shè)備通過采用多個(gè)有效像素并且配置有效像素和參考像素的差分對(duì)來執(zhí)行相關(guān)雙采樣(CDS)，其中的參考像素除了沒有光電轉(zhuǎn)換功能之外與每個(gè)有效像素具有等同的特性。每個(gè)有效像素存儲(chǔ)由光電轉(zhuǎn)換元件輸出的電荷，并且具有連接到放大金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的柵極的浮動(dòng)擴(kuò)散電容器Cfd。類似地，每個(gè)參考像素存儲(chǔ)電荷，并且具有連接到放大MOS晶體管的柵極的浮動(dòng)擴(kuò)散電容器Cfd。此外，每個(gè)有效像素和參考像素都具有電容器Cio。電容器Cio有兩個(gè)端子，其中一個(gè)連接到差分對(duì)的輸出部分，而另一個(gè)連接到放大MOS晶體管的柵極。在日本專利申請(qǐng)公開第2008-271280號(hào)中所討論的設(shè)備中，與浮動(dòng)擴(kuò)散電容器Cfd相比，電容器Cio的電容非常小。在下文中，電容器Cio也稱為微小電容器Cio。日本專利申請(qǐng)公開第2008-271280號(hào)中所討論的固態(tài)成像設(shè)備(其中每個(gè)差分對(duì)都是由有效像素和參考像素配置的)可以抑制在從有效像素和參考像素輸出的每個(gè)信號(hào)中所包括的復(fù)位噪聲和固定模式噪聲兩者。日本專利申請(qǐng)公開第2008-271280號(hào)討論了一種電路配置，其中每個(gè)差分對(duì)都是由有效像素和參考像素配置的，而且其中分別設(shè)置在有效像素和參考像素中的放大MOS晶體管作為差分對(duì)的輸入級(jí)的MOS晶體管工作。相應(yīng)地，有效像素和參考像素中姆ー個(gè)的放大MOS晶體管都具有作為基于由浮動(dòng)擴(kuò)散電容器Cfd所存儲(chǔ)的電荷的量而輸出信號(hào)的放大MOS晶體管的參數(shù)，及作為差分對(duì)的輸入級(jí)的MOS晶體管的另ー個(gè)參數(shù)。因而，需要平衡作為放大MOS晶體管的參數(shù)與作為差分對(duì)的輸入級(jí)的MOS晶體管的參數(shù)。因此，設(shè)計(jì)的靈活性不高是成問題的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實(shí)施方式的一方面，一種固態(tài)成像設(shè)備包括有效像素、參考像素、第一信號(hào)線、第二信號(hào)線和差分信號(hào)輸出單元，其中有效像素包括配置成通過光電轉(zhuǎn)換生成電荷的光電轉(zhuǎn)換単元和配置成輸出基于由所述光電轉(zhuǎn)換單元生成的電荷的信號(hào)的第一放大晶體管，參考像素包括配置成輸出基于施加到其的電壓的信號(hào)的第二放大晶體管，有效像素連接到第一信號(hào)線，所述第一信號(hào)線配置成傳送由第一放大晶體管輸出的信號(hào)，參考像素連接到第二信號(hào)線，所述第二信號(hào)線配置成傳送由第二放大晶體管輸出的信號(hào)，差分信號(hào)輸出單元與第一放大晶體管和第二放大晶體管分開設(shè)置，而且所述差分信號(hào)輸出單元連接到第一信號(hào)線和第二信號(hào)線，并且配置成對(duì)由第一放大晶體管輸出的信號(hào)和由第二放大晶體管輸出的信號(hào)之間的差執(zhí)行差分處理，且配置成輸出代表所述差分處理的結(jié)果的差分信號(hào)。根據(jù)實(shí)施方式的又一方面，提供了一種驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像設(shè)備的方法。所述固態(tài)成像設(shè)備包括有效像素、參考像素、第一信號(hào)線、第二信號(hào)線和差分信號(hào)輸出單元，其中有效像素包括配置成通過光電轉(zhuǎn)換生成電荷的光電轉(zhuǎn)換單元和配置成輸出基于由所述光電轉(zhuǎn)換單元生成的電荷的信號(hào)的第一放大晶體管，參考像素包括配置成輸出基于施加到其的電壓的信號(hào)的第二放大晶體管，第一信號(hào)線配置成傳送由第一放大晶體管輸出的信號(hào)，第二信號(hào)線配置成傳送由第二放大晶體管輸出的信號(hào)，差分信號(hào)輸出單元與第一放大晶體管和第二放大晶體管分開設(shè)置，所述差分信號(hào)輸出單元配置成對(duì)由第一信號(hào)線傳送的信號(hào)和由第二信號(hào)線傳送的信號(hào)之間的差執(zhí)行差分處理，且配置成輸出代表所述差分處理的結(jié)果的差 分信號(hào)。所述方法包括將信號(hào)分別通過第一信號(hào)線和第二信號(hào)線傳送到差分信號(hào)輸出單元，并且經(jīng)所述差分信號(hào)輸出單元對(duì)通過第一信號(hào)線傳送的信號(hào)和通過第二信號(hào)線傳送的信號(hào)執(zhí)行差分處理。根據(jù)以下參照附圖對(duì)示例實(shí)施方式的具體描述，本公開內(nèi)容的更多特征和方面將變得顯見。


結(jié)合到本說明書中并構(gòu)成其一部分的附圖例示了示例實(shí)施方式、實(shí)施方式的特征和方面，并且與描述一起用來解釋本公開內(nèi)容的原理。圖I是例示第一示例實(shí)施方式的框圖。圖2是例示根據(jù)第一示例實(shí)施方式的像素的內(nèi)部的等效電路圖。圖3A和3B是例示根據(jù)第一示例實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)方法的時(shí)序圖。圖4是例示第二示例實(shí)施方式的框圖。圖5是例示根據(jù)第二示例實(shí)施方式的像素的內(nèi)部的等效電路圖。圖6是例示第三示例實(shí)施方式的框圖。圖7是例示第四示例實(shí)施方式的框圖。圖8是例示第五示例實(shí)施方式的框圖。圖9是例示根據(jù)第五示例實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)方法的時(shí)序圖。圖10是例示第六示例實(shí)施方式的框圖。圖11是例示第七示例實(shí)施方式的框圖。圖12是例示根據(jù)第七示例實(shí)施方式的像素的內(nèi)部的等效電路圖。圖13是例示根據(jù)一種示例實(shí)施方式的固態(tài)成像系統(tǒng)的配置的框圖。圖14是例示根據(jù)第一示例實(shí)施方式的另一個(gè)例子的框圖。圖15是例不根據(jù)第三不例實(shí)施方式的另一個(gè)例子的框圖。
具體實(shí)施例方式以下將參考附圖詳細(xì)描述本公開內(nèi)容的各種示例實(shí)施方式、特征與方面。首先，下文描述根據(jù)第一示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備的配置。然后，描述該固態(tài)成像設(shè)備的操作。在接下來的描述中，描述由N溝道晶體管配置每個(gè)像素的例子。如果每個(gè)像素是由P溝道晶體管配置的，那么實(shí)施方式可以通過反轉(zhuǎn)在由N溝道晶體管配置每個(gè)像素的情況中的每個(gè)電壓的極性而應(yīng)用到固 態(tài)成像設(shè)備。圖I是例示根據(jù)第一示例實(shí)施方式的例子的框圖。每個(gè)有效像素100通過光電轉(zhuǎn)換輸出基于入射到其上的光的信號(hào)。每個(gè)參考像素101不執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換而輸出信號(hào)。在成像設(shè)備中設(shè)置有多行和多列有效像素。參考像素101排列在具有有效像素100的姆一列上。像素區(qū)域130是通過排列多行有效像素100和參考像素101及多列有效像素100和參考像素101而形成的。在下文中，其中排列有有效像素100和參考像素101的像素區(qū)域130是與其中只排列有有效像素100的有效像素區(qū)域120相區(qū)分地描述的。參考像素101被設(shè)置得比與該參考像素101屬于同一列的任何有效像素100都更靠近下面要描述的差分放大器112。參考像素101被設(shè)置在像素區(qū)域130的位于差分放大器112側(cè)的端部處。表述“參考像素101被設(shè)置得比……任何有效像素都更靠近差分放大器112”更具體而言是指，與有效像素100的位于差分放大器112側(cè)的端部相比，參考像素101的位于差分放大器112側(cè)的端部要靠近差分放大器112。沿列方向排列的多個(gè)有效像素100電連接到第一垂直信號(hào)線102。每個(gè)參考像素101都電連接到第二垂直信號(hào)線103。在下文中，來自參考像素101的信號(hào)稱為參考信號(hào)，其中這個(gè)信號(hào)由第二垂直信號(hào)線103發(fā)送。負(fù)載MOS晶體管104和105分別具有電連接到第一垂直信號(hào)線102和第二垂直信號(hào)線103的漏扱。負(fù)載MOS晶體管104和105分別用作向第一垂直信號(hào)線102和第二垂直信號(hào)線103提供電流的電流源。負(fù)載MOS晶體管104稱為第一晶體管，而負(fù)載MOS晶體管105稱為第二晶體管。在負(fù)載MOS晶體管104和105每ー個(gè)中，公共柵極線116電連接到其作為控制電極的柵極，而地(GND)線117電連接到其源扱。公共柵極線116是控制信號(hào)線，確定提供給第一垂直信號(hào)線102和第二垂直信號(hào)線103中每ー個(gè)的電流的電流值的控制信號(hào)施加到該控制信號(hào)線上。在設(shè)備中提供電容器COs、COr、Cfs和Cfr及開關(guān)110和111。每個(gè)差分放大器112都是差分信號(hào)輸出單元140的例子。每個(gè)差分放大器112都差分放大通過第一垂直信號(hào)線102從有效像素100發(fā)送的信號(hào)和通過第二垂直信號(hào)線103發(fā)送的參考信號(hào)，并且輸出差分放大后的信號(hào)。分別在多列中設(shè)置的差分放大器112交替排列在像素區(qū)域130的每一列的方向的端部。電容器COs和COr具有相同的電容值是有用的。此外，電容器Cfs和Cfr具有相同的電容值也是有用的。以下描述的第一 CDS是由電容器COs和COr執(zhí)行的。要把從有效像素100輸出的信號(hào)的增益設(shè)置成等于參考信號(hào)的増益。差分放大器112的增益是由電容比COs/Cfs和另ー個(gè)電容比COr/Cfr確定的。電容器Cfs和Cfr中的每ー個(gè)都是由多個(gè)電容器配置的，因此，電容器Cfs和Cfr中每ー個(gè)的電容值是可變的。因而，差分放大器112的增益可以改變。如果電容器Cfs和Cfr中每ー個(gè)的電容值與電容器COs和COr中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)的電容值相比而言較大，那么差分放大器112的增益為低。反之，如果電容器Cfs和Cfr中每一個(gè)的電容值與電容器COs和COr中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)的電容值相比而言較小，那么差分放大器112的增益為高。參考電壓線118用于向差分放大器112提供參考電壓Vref。利用開關(guān)電容器的差分電路是由差分放大器112，電容器COs、COr、Cfs和Cfr及開關(guān)110和111配置的。從有效像素100輸出的信號(hào)輸入到差分放大器112的反相輸入端(_),而參考信號(hào)輸入到非反相輸入端(+ )。信號(hào)處理電路113電連接到差分放大器112。例如有效像素100、參考像素101、第一垂直彳目號(hào)線102、第二垂直彳目號(hào)線103和差分放大器112的每種類型的多個(gè)部件是對(duì)應(yīng)于多列設(shè)置的。水平移位寄存器(下文中標(biāo)示為HSR) 114電連接到多個(gè)信號(hào)處理電路113。HSR 114從多個(gè)信號(hào)處理電路113中選擇一個(gè)信號(hào)處理電路113。信號(hào)從被HSR 114選擇的信號(hào)處理電路113輸出。該輸出的信號(hào)用作由固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)115。
圖2例示了有效像素100和參考像素101中每一個(gè)的例子。光電二極管201是通過光電轉(zhuǎn)換把入射光轉(zhuǎn)換成電荷的光電轉(zhuǎn)換單元。傳遞MOS晶體管202使得其源極、柵極和漏極分別電連接到光電二極管201、傳輸控制線207和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域(下文中標(biāo)示為FD區(qū)域)。FD區(qū)域203存儲(chǔ)從光電二極管201經(jīng)傳遞MOS晶體管202傳輸?shù)狡涞碾姾?。如果固態(tài)成像設(shè)備在半導(dǎo)體襯底上形成，那么FD區(qū)域是由例如雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域形成的。復(fù)位MOS晶體管204使得其源極、柵極和漏極分別電連接到FD區(qū)域203、復(fù)位控制線208和復(fù)位電源線209。放大MOS晶體管205使得其作為控制電極的柵極、其漏極和源極分別電連接到FD區(qū)域203、電壓源Vdd和垂直信號(hào)線102。放大MOS晶體管205稱為第一放大晶體管。以下描述的參考像素101的放大MOS晶體管215稱為第二放大晶體管。放大MOS晶體管205把基于施加到其作為控制電極的柵極的電壓的信號(hào)輸出到第一垂直信號(hào)線102。因而,放大MOS晶體管205把基于存儲(chǔ)在FD區(qū)域203中的電荷的信號(hào)輸出到第一垂直信號(hào)線102。復(fù)位控制線208、復(fù)位電源線209和傳輸控制線207中的每一個(gè)都電連接到行選擇單元210。參考像素101具有電容器211，而不是光電二極管201。除了其中設(shè)置的是電容器而非光電二極管之外，參考像素101可以配置成具有與有效像素100相同的等效電路。放大MOS晶體管215的源極電連接到第二垂直線103。參考像素101的傳遞MOS晶體管202可以配置成具有與有效像素100的傳遞MOS晶體管202相同的結(jié)構(gòu)。如圖2中所例示的，參考像素101可以配置成使得傳遞MOS晶體管202的源極和漏極彼此短路。如果像素101被帶進(jìn)這種配置，那么就可以使FD區(qū)域213的電勢(shì)電平等于電容器211的電勢(shì)電平。從而，由于傳遞MOS晶體管202的接通狀態(tài)與關(guān)斷狀態(tài)之間的切換而產(chǎn)生的噪聲的影響可以減小。類似地，參考像素101可以配置成沒有傳遞MOS晶體管202，使得FD區(qū)域213和電容器211彼此連接。在下文中，通過假定參考像素101的傳遞MOS晶體管202的源極和漏極彼此短路來描述本示例實(shí)施方式，如圖2中所例示的。有效像素100和參考像素101中每一個(gè)的傳輸控制線207、復(fù)位控制線208和復(fù)位電源線209都電連接到行選擇單元210。圖3A是舉例說明用于圖I和2中所例示的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法的時(shí)序圖。脈沖PRES施加到復(fù)位控制線208。脈沖PSEL施加到傳輸控制線207。脈沖PTN和PTS從例如定時(shí)生成單元(未示出)施加到信號(hào)處理電路113。通過把脈沖PTS和PTN施加到信號(hào)處理電路113，從差分放大器112輸出的信號(hào)要在信號(hào)處理電路113處進(jìn)行下面描述的第二⑶S。圖3A還例示了第一垂直信號(hào)線102的電勢(shì)電平VLinel、第二信號(hào)線103的電勢(shì)電平VLine2、GND線117的電勢(shì)電平GND和來自差分放大器112的輸出信號(hào)的電勢(shì)電平Vout。參考圖3A中所例示的時(shí)序圖，當(dāng)脈沖的電平設(shè)置成高電平(下文中標(biāo)示為H電平)時(shí)，在脈沖所施加到的MOS晶體管的源極和漏極之間產(chǎn)生電連接。反之，當(dāng)脈沖的電平設(shè)置成低電平(下文中標(biāo)示為L電平)時(shí)，在脈沖所施加到的MOS晶體管的源極和漏極之間產(chǎn)生電斷開。如果所使用的MOS晶體管適于使得通過向其柵極施加L電平的脈沖而在其源極和漏極之間產(chǎn)生電連接，那么就可以通過反轉(zhuǎn)圖3A中所例示的H電平與L電平來實(shí)現(xiàn)與本示例實(shí)施方式相似的操作。在下文中，參考圖3A中所例示的時(shí)序圖從時(shí)刻tl開始按時(shí)間順序描述根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法。在時(shí)刻tl，要施加到有效像素100和參考像素101的脈沖PRES的電平設(shè)置在H電平。此外，通過把信號(hào)施加到復(fù)位電源線209，F(xiàn)D區(qū)域203和213每ー個(gè)的電勢(shì)電平都設(shè)置 在復(fù)位電平。當(dāng)脈沖PRES的電平設(shè)置在H電平時(shí)，開關(guān)110和111都接通。在時(shí)刻t2，脈沖PRES的電平變成L電平，取消FD區(qū)域203和213中每ー個(gè)的復(fù)位。由于當(dāng)復(fù)位MOS晶體管204的源極和漏極之間電斷開時(shí)造成的電荷注入，F(xiàn)D區(qū)域203和213中每ー個(gè)的電勢(shì)電平都從復(fù)位電平降低。相應(yīng)地，放大MOS晶體管205和215的信號(hào)輸出的電勢(shì)電平降低。因而，電勢(shì)電平VLinel和VLine2降低。在時(shí)刻t3，開關(guān)110和111關(guān)斷。由放大MOS晶體管205和215輸出的信號(hào)存儲(chǔ)在電容器COs和COr中。代表放大MOS晶體管205和215在時(shí)刻t3的輸出的信號(hào)在下文中稱為“復(fù)位信號(hào)”。差分放大器112的輸出電勢(shì)電平Vout由于關(guān)斷開關(guān)110和111所造成的電荷注入而升高。輸出電勢(shì)電平Vout由以下表達(dá)式給出Vout=Vref+Voff其中，“ Vref”指參考電壓，而“Voff”指差分放大器112的偏移電壓(offset voltage)。代表這種條件下差分放大器112的輸出電壓電平Vout的信號(hào)在下文中稱為“N信號(hào)”。在時(shí)刻t4，脈沖PTN的電平設(shè)置在H電平。因而，由差分放大器112輸出的N信號(hào)讀出到信號(hào)處理電路113。在時(shí)刻t5，脈沖PTN的電平變成L電平。此外，完成N信號(hào)到信號(hào)處理電路113的讀出。在時(shí)刻t6，要施加到有效像素100和參考像素101中每ー個(gè)的脈沖PTX的電平設(shè)置在H電平。從而，由光電ニ極管201產(chǎn)生的電荷傳輸?shù)紽D區(qū)域203。基于存儲(chǔ)在FD區(qū)域203中的電荷、由放大MOS晶體管205輸出的信號(hào)發(fā)送到第一垂直信號(hào)線102。代表這種條件下放大MOS晶體管205的輸出的信號(hào)在下文中稱為“光電轉(zhuǎn)換信號(hào)”。根據(jù)存儲(chǔ)在FD區(qū)域203中的電荷,第一垂直信號(hào)線102的電勢(shì)電平降低。在從上ー個(gè)信號(hào)讀取時(shí)段中的脈沖PTX的電平從H電平變成L電平的時(shí)刻t7開始到當(dāng)前信號(hào)讀取時(shí)段中的時(shí)刻t6的時(shí)間段內(nèi)由光電ニ極管201執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換就夠了。每個(gè)信號(hào)讀取時(shí)段是從時(shí)刻tl到時(shí)刻t9的時(shí)間段。因?yàn)楣怆娹D(zhuǎn)換不是由參考像素101執(zhí)行的，所以，除非從負(fù)載MOS晶體管105提供的電流的電流值改變，否則FD區(qū)域213的電勢(shì)電平不從時(shí)刻t5的電平改變。因而，參考信號(hào)從復(fù)位被執(zhí)行起不再變化。電容器COr和COs通過在時(shí)刻t3關(guān)斷開關(guān)110和111來存儲(chǔ)復(fù)位信號(hào)。相應(yīng)地，如果FD區(qū)域203的電勢(shì)電平在時(shí)刻t6改變,則基于光電轉(zhuǎn)換信號(hào)與復(fù)位信號(hào)之間的差的信號(hào)輸入到差分放大器112的連接到第一垂直信號(hào)線102的端子?；谠跁r(shí)刻t3存儲(chǔ)的復(fù)位信號(hào)與在時(shí)刻t6從放大MOS晶體管215輸出的信號(hào)之間的差的信號(hào)被輸出到差分放大器112的連接到第二垂直信號(hào)線103的端子。如前所述，光電轉(zhuǎn)換不是由參考像素101執(zhí)行的。因而，除非從負(fù)載MOS晶體管105提供的電流的電流值改變，否則第二垂直信號(hào)線103的電勢(shì)電平VLine2不變。因此，如果第二垂直信號(hào)線103的電勢(shì)電平不變，則代表其在時(shí)刻t3的電平的信號(hào)被輸入到差分放大器112的連接到第二垂直信號(hào)線103的端子。第一⑶S是由電容器COs和COr根據(jù)以上操作執(zhí)行的。在時(shí)刻t6差分放大器112的輸出電勢(shì)電平Vout對(duì)應(yīng)于根據(jù)電容比COs/Cfs放大的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)和根據(jù)電容比COr/Cfr放大的參考信號(hào)之間的差。代表對(duì)應(yīng)于該差的輸出電勢(shì)電平的信號(hào)在下文中稱為“S信號(hào)”。分別施加到參考像素101和與該參考像素101屬于同一列的第N (N是等于I或者更大的自然數(shù))行的有效像素100的脈沖PTX的信號(hào)電平同時(shí)設(shè)置成H電平。因而，從參 考像素101輸出的參考信號(hào)和從第N行的有效像素100輸出的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)同時(shí)輸出到信號(hào)處理電路113。更具體而言，當(dāng)讀出基于來自第一行的有效像素100的入射光的信號(hào)時(shí)，要施加到第一行的有效像素100的脈沖PTX的信號(hào)電平和要施加到與該有效像素100屬于同一列的參考像素101的脈沖PTX的信號(hào)電平同時(shí)設(shè)置成H電平。這個(gè)操作是在從每行有效像素100讀出光電轉(zhuǎn)換信號(hào)時(shí)執(zhí)行的。從有效像素100輸出的信號(hào)和參考信號(hào)同時(shí)被讀出。在時(shí)刻t7，脈沖PTX的電平從H電平變成L電平。因而，光電二極管201和FD區(qū)域203彼此電斷開。在時(shí)刻t8，通過把脈沖PTS的電平變成H電平，S信號(hào)讀出到信號(hào)處理電路113。在時(shí)刻t9，通過把脈沖PTS的電平變成L電平，S信號(hào)到信號(hào)處理電路113的讀出完成。信號(hào)處理電路113輸出所讀出的S信號(hào)和所讀出的N信號(hào)之間的差。包括在S信號(hào)中的差分放大器112的偏移電壓Voff通過這種差分處理被從S信號(hào)中減去了。S卩，第二⑶S是由信號(hào)處理電路113執(zhí)行的。然后，從HSR 114選擇的信號(hào)處理電路113輸出信號(hào)。這個(gè)信號(hào)是由固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)115。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有其中放大MOS晶體管205和215與差分放大器112分開設(shè)置的配置。相應(yīng)地，與具有其中放大MOS晶體管還用作差分放大器的輸入級(jí)的MOS晶體管的配置的固態(tài)成像設(shè)備相比，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有增加設(shè)置用于放大MOS晶體管205和215的參數(shù)的靈活性的優(yōu)點(diǎn)。術(shù)語“參數(shù)”指影響晶體管工作的各種因素，例如，柵極面積、電壓放大比率、電流放大比率、閾值電壓和允許的功率耗散。為了獲得分別由有效像素和參考像素輸出的信號(hào)之間的差并且為了準(zhǔn)確地減少疊加到由有效像素輸出的信號(hào)上的噪聲，日本專利申請(qǐng)公開第2008-271280號(hào)中所討論的固態(tài)成像設(shè)備需要使有效像素和參考像素在微小電容器Cio和浮動(dòng)擴(kuò)散電容器Cfd之間的電容比上彼此相等。為了減小Ι/f噪聲而不抑制每個(gè)有效像素100的光電二極管201的面積，考慮增加參考像素101的放大MOS晶體管215的柵極的面積。如果在日本專利申請(qǐng)公開第2008-271280號(hào)中所討論的配置的電路中增加參考像素的放大MOS晶體管的柵極的面積，那么浮動(dòng)擴(kuò)散電容器Cfd會(huì)隨著寄生電容的増加而增加。因此，需要調(diào)整微小電容器Cio與浮動(dòng)擴(kuò)散電容器Cfd之間的電容比。然而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置，固態(tài)成像設(shè)備可以不通過在每個(gè)有效像素100和參考像素101中都提供微小電容器Cio來配置。相應(yīng)地，可以無需調(diào)整微小電容器Cio與浮動(dòng)擴(kuò)散電容器Cfd而增加放大MOS晶體管215的柵極的面積。因而，1/f噪聲的影響可以減小。參考像素101設(shè)置在有效像素區(qū)域120外面。因此，參考像素101的放大MOS晶體管215的柵極的面積可以増加，而不抑制光電ニ極管201的面積，其中柵極用作放大MOS晶體管215的控制電扱。相應(yīng)地，1/f噪聲的影響可以減小。參考像素101設(shè)置得比有效像素100更靠近差分放大器112。從而，第二垂直信號(hào)線103的布線長度可以縮短。此外，固態(tài)成像設(shè)備可以配置成防止第二垂直信號(hào)線103穿入有效像素區(qū)域120。從而，光電ニ極管201的面積不會(huì)被抑制。
即使在使放大MOS晶體管205和215的柵極面積彼此相等的情況下，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備也有如下優(yōu)點(diǎn)，即差分放大器112可以獨(dú)立于用于放大MOS晶體管205和215的參數(shù)來設(shè)計(jì)。有效像素100和參考像素101中每ー個(gè)的電壓源Vdd都與差分放大器112的電源(未例示)分開設(shè)置。從而，差分放大器112可以工作在與由電壓源Vdd提供給有效像素100和參考像素101的電壓不同的電壓下。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備有如下優(yōu)點(diǎn)，S卩，即使在使放大MOS晶體管215在尺寸上小于放大MOS晶體管205的情況下，差分放大器112也可以獨(dú)立于用于放大MOS晶體管205和215的參數(shù)來設(shè)計(jì)。此外，因?yàn)榉糯驧OS晶體管215的尺寸可以減小，所以有效像素區(qū)域120的面積可以通過放大MOS晶體管215減小的尺寸而增加。相應(yīng)地，可以減小靈敏度的劣化。在日本專利申請(qǐng)公開第2008-271280號(hào)中所討論的固態(tài)成像設(shè)備中，連接到垂直信號(hào)線的電流源從源極電極，經(jīng)柵極電極，和漏極電極向信號(hào)線提供電流。因而，當(dāng)選擇從其讀出信號(hào)的有效像素時(shí)，流經(jīng)垂直信號(hào)線的電流的電流值暫時(shí)性地改變。穩(wěn)定電流值變化所花的時(shí)間受根據(jù)差分放大電路的電流源的電流值的速率控制支配。因此，為了讀出未受信號(hào)線的電流值變化影響的信號(hào)，需要提供從選擇有效像素開始到流經(jīng)垂直信號(hào)線的電流的電流值穩(wěn)定為止的等待時(shí)間。反之，在本示例實(shí)施方式中所描述的固態(tài)成像設(shè)備中，每個(gè)像素的輸出是作為源跟隨器電路的電壓輸出給出的。因而，垂直信號(hào)線的電勢(shì)電平中的變化不受根據(jù)流經(jīng)電流源的電流的電流值的速率控制支配。因此，當(dāng)通過垂直掃描多個(gè)有效像素100而讀出有效像素信號(hào)時(shí)，與日本專利申請(qǐng)公開第2008-271280號(hào)中所討論的固態(tài)成像設(shè)備相比，本示例實(shí)施方式中所描述的固態(tài)成像設(shè)備可以減少從選擇有效像素到流經(jīng)信號(hào)線的電流變化穩(wěn)定為止的等待時(shí)間。此外，在日本專利申請(qǐng)公開第2008-271280號(hào)中所討論的固態(tài)成像設(shè)備中，在每個(gè)有效像素中設(shè)置微小電容器Cio和浮動(dòng)擴(kuò)散電容器Cfd。反之，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備未設(shè)置微小電容器Cio。如果考慮在日本專利申請(qǐng)公開第2008-271280號(hào)中所討論的固態(tài)成像設(shè)備和根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備的每一個(gè)中在相同面積上設(shè)置相同個(gè)數(shù)的有效像素，那么根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以把光電轉(zhuǎn)換單元的面積設(shè)置得比前者固態(tài)成像設(shè)備的光電轉(zhuǎn)換單元的面積大。因此，可以抑制靈敏度的下降。接下來，在描述圖3A中代表電平VLinel、VLine2和GND的每一個(gè)的曲線圖中的虛線時(shí)，在下文中描述在由固態(tài)成像設(shè)備輸出的圖像中成問題的水平拖影(smear)和橫向條紋可以通過根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備被減少。假定強(qiáng)光入射到有效像素區(qū)域120的有效像素100的一部分上。第一垂直信號(hào)線102的電流電勢(shì)電平由于從強(qiáng)光入射到其上的有效像素100輸出的有效像素信號(hào)而被大大降低了。如果入射光非常強(qiáng)，那么負(fù)載MOS晶體管104的源極-漏極電壓接近O伏(V)。如果入射光極強(qiáng)，那么負(fù)載MOS晶體管104可以關(guān)斷。流經(jīng)GND線117的電流根據(jù)被關(guān)斷的負(fù)載MOS晶體管104的個(gè)數(shù)而改變。此外，流經(jīng)負(fù)載MOS晶體管104和105中每一個(gè)的電流由于由GND線117的阻抗和流經(jīng)GND線117的電流造成的電壓降而改變。相應(yīng)地，一行中強(qiáng)光入射到其每一個(gè)上的有效像素100的數(shù)量越大，被關(guān)斷且對(duì)應(yīng)于該行的負(fù)載MOS晶 體管104的數(shù)量也越大。因而，GND線117的電壓降小，而流經(jīng)負(fù)載MOS晶體管104和105中每一個(gè)的電流增加。從而,放大MOS晶體管205和215中每一個(gè)的柵極-源極電勢(shì)差增力口。在其中不設(shè)置參考像素101的配置的情況下，放大MOS晶體管205的柵極-源極電勢(shì)差增加。因而，包含有強(qiáng)光入射到其每一個(gè)上的有效像素100的行在光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的輸出范圍上與不包含這種有效像素的另一行不同。從而，有時(shí)候，在有強(qiáng)點(diǎn)光入射到其上的圖像中，出現(xiàn)水平拖影，其中在一個(gè)點(diǎn)的橫向兩側(cè)都產(chǎn)生發(fā)白的帶。本示例實(shí)施方式被配置成包括參考像素101，而且把第二垂直信號(hào)線103經(jīng)負(fù)載MOS晶體管105電連接到公共柵極線116和GND線117。對(duì)于這種配置，當(dāng)強(qiáng)入射光入射到有效像素100上時(shí)，有效像素100的放大MOS晶體管205的源極-柵極電勢(shì)差增加。類似地，參考像素101的放大MOS晶體管215的源極-柵極電勢(shì)差增加。從差分放大器112輸出的S信號(hào)代表光電轉(zhuǎn)換信號(hào)與參考信號(hào)之間的差。因而，可以減去放大MOS晶體管205和215中每一個(gè)的源極-柵極電勢(shì)差增加的影響。相應(yīng)地，可以抑制水平拖影的出現(xiàn)。此外，在下文中描述了本示例實(shí)施方式可以抑制橫向條紋，類似于水平拖影，橫向條紋也會(huì)造成圖像質(zhì)量劣化。圖3B是例示公共柵極線116的電勢(shì)電平變化的情況的時(shí)序圖。除電勢(shì)電平VLinel和VLine2之外，圖3B與圖3A相同。用虛線指示的公共柵極線116的電勢(shì)電平的變化是由于從向公共柵極線116提供電壓的電源電路產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲和從其它電路產(chǎn)生的回踢噪聲而造成的。如果在成像設(shè)備中未設(shè)置參考像素101，那么流經(jīng)負(fù)載MOS晶體管104的電流因公共柵極線116的電勢(shì)電平的變化而改變。從選擇對(duì)其的讀取操作的整行輸出的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的輸出范圍改變。從而，在利用其輸出范圍因公共柵極線116的電勢(shì)電平的變化而改變的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)表示的圖像中，由于分別從其中使得電勢(shì)電平變化的行和其中沒有使得電勢(shì)電平變化的另一行輸出的信號(hào)的電平的差而產(chǎn)生橫向條紋。對(duì)于本示例實(shí)施方式的配置，當(dāng)公共柵極線116的電勢(shì)電平的變化出現(xiàn)時(shí)，該變化對(duì)負(fù)載MOS晶體管104的影響與該變化對(duì)負(fù)載MOS晶體管105的影響相同。因而，如圖3B中所例示的，由于公共柵極線116的電勢(shì)電平的變化而造成的電勢(shì)電平VLinel和VLine2的變化彼此相同。從差分放大器112輸出的N信號(hào)和S信號(hào)中的每一個(gè)都是從有效像素100輸出的信號(hào)與參考信號(hào)之間的差。因此，公共柵極線116的電勢(shì)電平的變化的影響可以減去。相應(yīng)地，即使在公共柵極線116的電勢(shì)電平的變化出現(xiàn)的情況下，在沒有使得電勢(shì)電平變化的行與使得電勢(shì)電平變化的另一行之間，也存在光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的輸出范圍上的不同。因而，可以抑制在所獲得的圖像上出現(xiàn)橫向條紋。根據(jù)本示例實(shí)施方式，為了減少在由固態(tài)成像設(shè)備輸出的圖像中成問題的水平拖影和橫向條紋，負(fù)載MOS晶體管104和105連接到公共柵極線116和公共GND線117。然而，很顯然，考慮到實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于用于放大晶體管的參數(shù)可以獨(dú)立于差分放大單元來設(shè)置，則固態(tài)成像設(shè)備可以配置成使得負(fù)載MOS晶體管104和105既不連接到公共柵極線116也不連接到公共GND線117，而且負(fù)載MOS晶體管104和105分別連接到不同的柵極線和不同的GND線。因而，差分放大器112及放大MOS晶體管205和215彼此分開地設(shè)置就夠了。要在時(shí)刻tl和時(shí)刻t2之間執(zhí)行的復(fù)位操作是要復(fù)位FD區(qū)域203和213的電勢(shì)電平。然而，該復(fù)位操作也可以適用于把脈沖PTX的電平設(shè)置在H電平，并且復(fù)位光電ニ極管201和電容器211的電勢(shì)電平。在這種情況下，在時(shí)刻t2和時(shí)刻t6之間在光電ニ極管201執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換是有用的，其中在時(shí)刻t2脈沖PRES和PTX的電平設(shè)置成L電平，而在時(shí) 刻t6脈沖PTX的電平設(shè)置成H電平。在時(shí)刻t2，參考像素101的FD區(qū)域213的復(fù)位與有效像素100的FD區(qū)域203的復(fù)位同時(shí)完成。然而，因?yàn)閰⒖枷袼?01不執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，所以固態(tài)成像設(shè)備可以繼續(xù)給FD區(qū)域213處于復(fù)位電平的電勢(shì)，而不結(jié)束FD區(qū)域213的復(fù)位。對(duì)于開關(guān)110和111，在時(shí)刻t2和時(shí)刻t4之間的時(shí)間段內(nèi)開關(guān)110和111中的每一個(gè)的狀態(tài)都從接通狀態(tài)變成關(guān)斷狀態(tài)就夠了。即，接通開關(guān)110和111的定時(shí)不一定與時(shí)刻tl對(duì)準(zhǔn)，其中在時(shí)刻tl脈沖PRES的電平變成H電平。接通開關(guān)110和111的定時(shí)在時(shí)刻tl和時(shí)刻t4之間的時(shí)間段內(nèi)就夠了。光電轉(zhuǎn)換信號(hào)到差分放大器112的傳輸和參考信號(hào)到差分放大器112的傳輸同時(shí)完成是有用的。有時(shí)候，分別由負(fù)載MOS晶體管104和105提供的電流的電流值可以改變。電流值變化的量可以依賴于時(shí)間。在這種情況下，如果使完成讀取光電轉(zhuǎn)換信號(hào)的定時(shí)和完成讀取參考信號(hào)的定時(shí)彼此不同，那么包含在信號(hào)處理電路113中所存儲(chǔ)的信號(hào)中的負(fù)載MOS晶體管104和105的電流值的變化量可能彼此不同。因而，即使信號(hào)處理電路113獲得了信號(hào)之間的差，有時(shí)候，由負(fù)載MOS晶體管104和105提供的電流的電流值變化的影響也可能不能完全減去。在本示例實(shí)施方式中，到目前為止已經(jīng)描述了參考像素101配置成包括電容器21UFD區(qū)域213、復(fù)位MOS晶體管204。然而，參考像素101包括至少適于輸出基于施加到其柵極的電壓的信號(hào)的放大MOS晶體管215就夠了。更具體而言，參考像素101可以配置成使得不在其中設(shè)置復(fù)位MOS晶體管204，使得電壓電源線連接到放大MOS晶體管215的柵極，并使得放大MOS晶體管215輸出基于從電壓電源線提供的電壓的信號(hào)。因而，參考像素101可以設(shè)計(jì)成使得通過省略用作電荷存儲(chǔ)單元的FD區(qū)域213、電容器211、傳遞MOS晶體管202等來増加放大MOS晶體管215的柵極面積。還描述了參考像素101配置成使得電容器211存儲(chǔ)電荷。參考像素101可以具有另ー種配置，即，例如，F(xiàn)D區(qū)域213而不是圖2中所例示的電容器211存儲(chǔ)電荷。作為替代，參考像素101可以配置成包括與FD區(qū)域213分開設(shè)置的電容器211。作為替代，參考像素101可以配置成包括光電二極管201,類似于有效像素100。如果在參考像素101中設(shè)置光電二極管，那么參考像素101就可以配置成光學(xué)黑色像素，其中光電二極管被屏蔽不受光照。因而，可以從參考像素101獲得參考輸出。本示例實(shí)施方式不限于其中每個(gè)有效像素100的放大MOS晶體管205都電連接到第一垂直信號(hào)線102的配置。本示例實(shí)施方式可以配置成使得復(fù)位MOS晶體管204和FD區(qū)域203被多個(gè)有效像素100共享。因而，本示例實(shí)施方式可以配置成使得多個(gè)光電二極管201和FD區(qū)域203連接到單個(gè)放大MOS晶體管205。差分放大器112配置成交替地排列在像素區(qū)域130的每列的方向的端部。然而，差分放大器112可以配置成不是以一列而是以多列為單位交替地排列。作為替代，差分放大器112可以配置成不交替排列，而是只排列在像素區(qū)域130的一側(cè)。如果從信號(hào)處理電路113輸出的信號(hào)是模擬信號(hào)，那么提供用于把信號(hào)處理電路113輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器是有用的。A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)應(yīng)于模 數(shù)轉(zhuǎn)換單元。本示例實(shí)施方式是基于其中每個(gè)像素都包括三個(gè)MOS晶體管(即，傳遞MOS晶體管、放大MOS晶體管和復(fù)位MOS晶體管)的配置來描述的。本示例實(shí)施方式可以配置成使得每個(gè)像素還包括選擇MOS晶體管。選擇MOS晶體管在其柵極處電連接到行選擇單元210。此外，選擇MOS晶體管的漏極和源極中的一個(gè)電連接到第一垂直信號(hào)線102或者第二垂直信號(hào)線103。該選擇MOS晶體管的漏極和源極中的另一個(gè)電連接到晶體管205或者放大MOS晶體管215。行選擇單元210對(duì)向第一垂直信號(hào)線102或者第二垂直信號(hào)線103輸出信號(hào)的一個(gè)像素的選擇MOS晶體管的柵極施加脈沖。相應(yīng)地，從被選像素輸出的信號(hào)提供給第一垂直信號(hào)線102或者第二垂直信號(hào)線103。作為例子,本示例實(shí)施方式描述為具有其中每個(gè)像素中的晶體管都是MOS晶體管的配置。然而，本示例實(shí)施方式不限于此。在每個(gè)像素中設(shè)置的復(fù)位晶體管和傳遞晶體管可以是雙極晶體管。此外，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)可以用作放大晶體管。在圖I中所例示的固態(tài)成像設(shè)備中，每個(gè)參考像素101都只排列在像素區(qū)域130的差分放大器112—側(cè)的端部。然而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置不限于此。此外，每個(gè)參考像素101都可以跨有效像素區(qū)域120設(shè)置在像素區(qū)域130的與差分放大器112側(cè)相對(duì)的一側(cè)的端部。本示例實(shí)施方式是基于其中排列了多行和多列有效像素100且排列了多行參考像素101的配置描述的。排列一行或多行和一列或多列有效像素就夠了。此外，排列一行或多行和一列或多列參考像素就夠了。因而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以配置成使得提供單個(gè)有效像素100和單個(gè)參考像素。在這種情況下，提供單個(gè)差分放大器112、單條第一垂直信號(hào)線102和單條第二垂直信號(hào)線103就夠了。根據(jù)這種配置，每個(gè)參考像素101的放大MOS晶體管215中用作控制電極的柵極的面積可以增加，而不抑制每個(gè)有效像素100的光電轉(zhuǎn)換單元的面積。相應(yīng)地，可以獲得具有低Ι/f噪聲的光電轉(zhuǎn)換信號(hào)。在本示例實(shí)施方式中，描述了其中每列的信號(hào)處理電路113對(duì)從其關(guān)聯(lián)的差分放大器112輸出的信號(hào)執(zhí)行第二⑶S的配置。圖14中所例示的固態(tài)成像設(shè)備具有另一種配置。圖14中所例示的固態(tài)成像設(shè)備配置成使得響應(yīng)于脈沖PTS和PTN而讀出的信號(hào)輸出到放大器119,而且放大器119輸出代表分別存儲(chǔ)在電容器123和124中的信號(hào)之間的差的差分信號(hào)。即，這種配置使得放大器119執(zhí)行第二⑶S。本示例實(shí)施方式描述為具有ー種示例配置，其基于執(zhí)行第一⑶S和第二⑶S的配置。然而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以配置成不執(zhí)行第一 CDS和第二 CDS。即，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有其中差分放大器112輸出光電轉(zhuǎn)換信號(hào)與參考信號(hào)之間的差的配置就夠了。即，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以配置成既不執(zhí)行第一 CDS也不執(zhí)行第二 CDS，或者只執(zhí)行第一⑶S和第二⑶S中的一個(gè)就夠了。只執(zhí)行第一⑶S的配置可以使得信號(hào)處理電路113只存儲(chǔ)由差分放大器112輸出的S信號(hào)而不存儲(chǔ)由差分放大器112輸出的N信號(hào)。只執(zhí)行第二⑶S的配置可以看作是例如如下配置，其中沒有設(shè)置電容器COr和COs，而且其中放大MOS晶體管205和215電連接到差分放大器112，且信號(hào)處理電路113對(duì)由差分放大器112輸出的N信號(hào)和S信號(hào)執(zhí)行第二⑶S。在圖14中所例示的固態(tài)成像設(shè)備中，具有與圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件相同功能的每個(gè)部件都用與標(biāo)示圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件的相同標(biāo)號(hào)來標(biāo)示。因而，省略對(duì)這種部件的描述。傳輸線121用于傳輸脈沖PTS。傳輸線122用于傳輸脈沖PTN。傳輸線121和122分別電連接到金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET)127和128的柵極。MOSFET 127和 128電連接到差分放大器112，并且響應(yīng)于脈沖PTS和PTN的施加而分別把信號(hào)傳輸?shù)诫娙萜?23和124。M0SFET125和126的柵極電連接到HSR 114。當(dāng)脈沖從HSR 114施加時(shí)，存儲(chǔ)在電容器123和124中的信號(hào)輸出到放大器119。放大器119輸出代表分別從電容器123和124輸出的信號(hào)之間的差的差分信號(hào)。這種差分信號(hào)是由固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)。圖14中所例示的固態(tài)成像設(shè)備可以工作在圖3A中所例示的驅(qū)動(dòng)定時(shí)下。分別在圖I和14中所例示的固態(tài)成像設(shè)備可以配置成使得，就象在以下參考圖4所述的第二示例實(shí)施方式中所示例的那樣，多個(gè)參考像素101設(shè)置在像素區(qū)域130的差分放大器112 —側(cè)的端部，而且多個(gè)參考像素101彼此并聯(lián)連接。類似于圖I中所例示的固態(tài)成像設(shè)備，與配置成使得放大MOS晶體管用作差分對(duì)的輸入級(jí)的固態(tài)成像設(shè)備相比，圖14中所例示的固態(tài)成像設(shè)備具有增加設(shè)置用于放大MOS晶體管205和215的參數(shù)的靈活性的優(yōu)點(diǎn)。此外，圖14中所例示的固態(tài)成像設(shè)備可以抑制所獲得圖像中水平拖影和橫向條紋的出現(xiàn)。圖14中所例示的固態(tài)成像設(shè)備配置成使得參考像素101設(shè)置在有效像素區(qū)域120外面。相應(yīng)地,姆個(gè)參考像素101的放大MOS晶體管215的柵極的面積可以在不抑制光電ニ極管201的面積的情況下增加。因而，1/f噪聲的影響可以減小，同時(shí)抑制了靈敏度的下降。圖4是例示第二示例實(shí)施方式的框圖。在圖4中所例示的固態(tài)成像設(shè)備中，具有與圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件相同功能的每個(gè)部件都利用標(biāo)示圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件的相同標(biāo)號(hào)來標(biāo)示。本示例實(shí)施方式具有其中多個(gè)參考像素101-1和101-2彼此并聯(lián)電連接的配置。在下文中，當(dāng)多個(gè)參考像素被単獨(dú)地標(biāo)示時(shí)，參考像素101-1稱為第一參考像素，而參考像素101-2稱為第二參考像素。參考像素101-1和101-2并聯(lián)地連接到第二垂直信號(hào)線 103。圖5例示了包括有效像素100、多個(gè)參考像素101-1和101-2、第一垂直信號(hào)線102及第ニ垂直信號(hào)線103的電路配置的一部分的等效電路圖的例子。在圖5中，具有與圖2中所例示的對(duì)應(yīng)部件相同功能的姆個(gè)部件都利用標(biāo)示圖2中所例示的對(duì)應(yīng)部件的相同標(biāo)號(hào)來標(biāo)示。為了方便描述，在具有與圖2中所例示的對(duì)應(yīng)部件相同功能的部件當(dāng)中，第一參考像素101-1和第二參考像素101-2中每一個(gè)的電容器211、傳遞MOS晶體管202、復(fù)位MOS晶體管204、放大MOS晶體管215和FD區(qū)域213都通過向圖I中所使用的標(biāo)號(hào)添加后綴來標(biāo)示和區(qū)別指代。更具體而言，第一參考像素101-1的放大MOS晶體管215用標(biāo)號(hào)215-1來標(biāo)示。第二參考像素101-2的放大MOS晶體管215用標(biāo)號(hào)215-2來標(biāo)示。在下文中，多個(gè)參考像素101-1和101-2的電容器211、傳遞MOS晶體管202、復(fù)位MOS晶體管204和FD區(qū)域213都類似地標(biāo)示。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有其中放大MOS晶體管205和215與差分放大器112分開設(shè)置的配置。相應(yīng)地，與配置成使得放大MOS晶體管用作差分對(duì)的輸入級(jí)的固態(tài)成像設(shè)備相比，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有增加設(shè)置用于放大MOS晶體管205和215的參數(shù)的靈活性的優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備還具有其中多個(gè)參考像素101-1和101-2的放大MOS晶體管215-1和215-2的柵極經(jīng)FD區(qū)域213-1和213-2彼此電連接的配置。從而，參考像素101的放大MOS晶體管215的柵極的面積可以以偽(pseudo)方式增加。因而，在參考像素的放大MOS晶體管中產(chǎn)生的Ι/f噪聲可以通過以偽方式增加其柵極面積來減小。電連接參考像素101-1和101-2的每條線都不包括在其中排列有有效像素100的區(qū)域中而是存在于其中排列有多個(gè)參考像素101-1和101-2的參考像素區(qū)域中是有用的。利用這種配置，參考像素101不抑制每個(gè)有效像素100的光電二極管201的面積。本示例實(shí)施方式具有其中設(shè)置兩個(gè)參考像素而且兩個(gè)放大MOS晶體管的柵極彼此電連接的配置。然而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置不限于此。本示例實(shí)施方式可以具有其中排列有三個(gè)或者更多個(gè)參考像素而且參考像素的放大MOS晶體管215的柵極彼此電連接的另一種配置。與其中兩個(gè)放大MOS晶體管彼此電連接的配置相比，在這種情況下，參考像素101的放大MOS晶體管215的柵極面積可以以偽方式增加。從而，Ι/f噪聲可以減小更多。根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置不限于其中每個(gè)有效像素100的放大MOS晶體管205電連接到第一垂直信號(hào)線102的配置。本示例實(shí)施方式可以具有其中復(fù)位MOS晶體管204和FD區(qū)域203被多個(gè)有效像素100共享的配置，即，其中多個(gè)光電二極管201和FD區(qū)域203連接到單個(gè)放大MOS晶體管205的配置。圖6是例示第三示例實(shí)施方式的框圖。在圖6所例示的固態(tài)成像設(shè)備中，具有與圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件相同功能的每個(gè)部件都利用標(biāo)示圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件的相同標(biāo)號(hào)來標(biāo)示。因而，省略對(duì)這些部件的描述。如圖6中所例示的，差分放大器601的輸入端和輸出端之間導(dǎo)通與非導(dǎo)通的狀態(tài)是利用開關(guān)602和603切換的。當(dāng)開關(guān)602和603被帶入導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電容器Cfr和Cfs復(fù)位。在每個(gè)信號(hào)處理電路113中與差分放大器601分開設(shè)置一個(gè)差分放大器。來自差分放大器601的每個(gè)輸出都連接到信號(hào)處理電路113的差分放大器?；谟刹罘址糯笃?01輸出的參考信號(hào)和從每個(gè)有效像素100輸出的信號(hào)的信號(hào)差分處理可以由在信號(hào)處理電路113中設(shè)置的差分放大器實(shí)現(xiàn)。信號(hào)處理電路113可以既執(zhí)行差分處理又執(zhí)行例如校正的其它類型的處理。因而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的差分信號(hào)輸出單元140配置成包括差分放大器601和信號(hào)處理電路113。根據(jù)本示例實(shí)施方式在圖6中例示的固態(tài)成像設(shè)備的操作可以類似于圖3A和3B中所例示的操作來實(shí)現(xiàn)。開關(guān)602和603的操作可以類似于圖3A和3B中所例示的開關(guān)110和111的操作來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以配置成不具備在圖I中例示的差分放大器112的參考電壓線118。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有其中放大MOS晶體管205和215與差分放大器601分開設(shè)置的配置。相應(yīng)地，與具有其中放大MOS晶體管也用作差分對(duì)的輸入級(jí)的MOS晶體管的配置的固態(tài)成像設(shè)備相比，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有増加設(shè)置用于放大MOS晶體管205和215的參數(shù)的靈活性的優(yōu)點(diǎn)。圖6中例示的固態(tài)成像設(shè)備配置成使得差分放大器601差分地放大有效像素100和參考像素101的輸出，并輸出差分放大后的輸出。因而，對(duì)應(yīng)于信號(hào)處理電路113姆一列的輸入用作差動(dòng)放大輸入。在差分放大器601處或者在比差分放大器601更靠近信號(hào)處理 電路113的一部分處產(chǎn)生的噪聲疊加到有效像素100和參考像素101中每ー個(gè)的輸出上。因而，有效像素100和參考像素101的輸出之間的差被信號(hào)處理電路113獲得。從而，在差分放大器601處和在比差分放大器601更靠近信號(hào)處理電路113的一部分處產(chǎn)生的噪聲可以從輸出減去。因而，本示例實(shí)施方式具有減小從固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)115中所包含的噪聲的優(yōu)點(diǎn)。信號(hào)處理電路113可以對(duì)參考信號(hào)和從有效像素100輸出的信號(hào)執(zhí)行第二⑶S。當(dāng)從負(fù)載MOS晶體管104和105提供的電流的電流值變化時(shí)，參考信號(hào)隨該電流值的變化而變化。由于由負(fù)載MOS晶體管104和105提供的電流的電流值變化而造成的參考信號(hào)的變化量可以通過使信號(hào)處理電路113對(duì)參考信號(hào)執(zhí)行第二 CDS來獲得。此外，通過從光電轉(zhuǎn)換信號(hào)減去在有效像素100產(chǎn)生的噪聲而獲得的信號(hào)可以通過使信號(hào)處理電路113對(duì)從有效像素100輸出的信號(hào)也執(zhí)行第二 CDS來獲得。然后，從通過對(duì)從有效像素100輸出的信號(hào)執(zhí)行第二 CDS獲得的信號(hào)減去通過執(zhí)行第二 CDS獲得的參考信號(hào)的變化量。從而，負(fù)載MOS晶體管104和105的變化的影響可以從光電轉(zhuǎn)換信號(hào)減去。根據(jù)本不例實(shí)施方式的差分信號(hào)輸出單兀140包括差分放大器601和信號(hào)處理電路113。本示例實(shí)施方式可以具有其中電連接到信號(hào)處理電路113的差分放大器129設(shè)置在差分信號(hào)輸出單元140中的另ー種配置。在這種情況下，基于來自反相放大器701 (見圖15)的輸出的信號(hào)和基于另ー個(gè)反相放大器702 (見圖15)的輸出的另一信號(hào)分別由信號(hào)處理電路113輸出到差分放大器129。然后，代表由信號(hào)處理電路113輸出的信號(hào)之間的差的信號(hào)被差分放大器129獲得。在這種配置的情況下，來自差分放大器129的輸出信號(hào)是由固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)115。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以減小在差分放大器601處和在比差分放大器601更靠近信號(hào)處理電路113的一部分處產(chǎn)生的噪聲。因此，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以獲得低噪聲的良好圖像。如在參考圖4的第二示例實(shí)施方式中所描述的，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以具有其中多個(gè)參考像素101設(shè)置在像素區(qū)域130的差分放大器601側(cè)的端部并且彼此并聯(lián)連接的配置。根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置不限于其中每個(gè)有效像素100的放大MOS晶體管205電連接到第一垂直信號(hào)線102的配置。本示例實(shí)施方式可以配置成使得復(fù)位MOS晶體管205和FD區(qū)域203被多個(gè)有效像素100共享。因而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置可以使得多個(gè)光電ニ極管201和FD區(qū)域203連接到單個(gè)放大MOS晶體管205。作為替代，本示例實(shí)施方式可以配置成不在信號(hào)處理電路113的內(nèi)部設(shè)置差分放大器，使得，如圖15中所例示的，來自反相放大器701和702的信號(hào)獨(dú)立地進(jìn)行信號(hào)處理而且結(jié)果產(chǎn)生的信號(hào)輸出到對(duì)多列公共地設(shè)置的差分放大器129。根據(jù)這種配置，差分信號(hào)輸出単元140配置成包括反相放大器701和702、信號(hào)處理電路113及差分放大器129。圖7是例示第四示例實(shí)施方式的框圖。在圖7所例示的固態(tài)成像設(shè)備中，具有與圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件相同功能的每個(gè)部件都利用標(biāo)示圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件的相同標(biāo)號(hào)來標(biāo)示。因而，省略對(duì)這種部件的描述。圖7中所例示的反相放大器701和702分別對(duì)應(yīng)于第一放大單元和第二放大單 元。反相放大器701和702構(gòu)成利用公共電壓源和電流源的放大電路703。反相放大器701和702彼此相鄰地排列使得分別由反相放大器701和702輸出的信號(hào)的信號(hào)電平的范圍盡可能相同是有用的。例如，可以考慮源極接地電路的配置作為反相放大器701和702中每ー個(gè)的配置。開關(guān)704和705中的每ー個(gè)都配置成切換反相放大器701和702中關(guān)聯(lián)的ー個(gè)的輸入端和輸出端是否短路。當(dāng)開關(guān)704和705被帶入導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，存儲(chǔ)在電容器Cfr和Cfs中的電荷被放電并復(fù)位。圖7中所例示的固態(tài)成像設(shè)備使得反相放大器701反相放大從參考像素101輸出的參考信號(hào)，而且隨后反相放大器701把反相放大后的信號(hào)輸出到信號(hào)處理電路113。另ー方面，反相放大器702反相放大從有效像素100輸出的參考信號(hào),而且隨后反相放大器702把反相放大后的信號(hào)輸出到信號(hào)處理電路113。反相放大器701和702反相放大分別從有效像素100和參考像素101輸出的信號(hào)。然后，反相放大器701和702把反相放大后的信號(hào)輸出到信號(hào)處理電路113。在信號(hào)處理電路113中設(shè)置差分放大器。反相放大器701和702的輸出連接到信號(hào)處理電路113的差分放大器。分別由反相放大器701和702輸出的信號(hào)的差分處理是由設(shè)置在信號(hào)處理電路113中的差分放大器實(shí)現(xiàn)的。信號(hào)處理電路113可以實(shí)現(xiàn)分別由反相放大器701和702輸出的信號(hào)之間的差并且執(zhí)行例如校正的其它類型的處理。根據(jù)本示例實(shí)施方式的差分信號(hào)輸出單元140配置成包括反相放大器701和702及信號(hào)處理電路113。根據(jù)本示例實(shí)施方式在圖7中例示的固態(tài)成像設(shè)備的操作可以類似于圖3A和3B中所例示的操作來實(shí)現(xiàn)。開關(guān)704和705的操作可以類似于圖3A和3B中所例示的開關(guān)110和111的操作來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本不例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有其中放大MOS晶體管205和215與反相放大器701和702分開設(shè)置的配置。相應(yīng)地，與具有其中放大MOS晶體管還用作差分對(duì)的輸入級(jí)的MOS晶體管的配置的固態(tài)成像設(shè)備相比，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有增加設(shè)置用于放大MOS晶體管205和215的參數(shù)的靈活性的優(yōu)點(diǎn)。圖7中所例示的固態(tài)成像設(shè)備配置成使得有效像素100和參考像素101的輸出分別被反相放大器701和702反相放大。因而，到對(duì)應(yīng)于姆一列的信號(hào)處理電路113的輸入是差分放大輸入。在反相放大器701和702處或者在比反相放大器701和702更靠近信號(hào)處理電路113的一部分處產(chǎn)生的噪聲疊加到有效像素100和參考像素101的輸出上。因而，分別由反相放大器701和702輸出的信號(hào)之間的差被信號(hào)處理電路113獲得。從而,在反相放大器701和702處或者在比反相放大器701和702更靠近信號(hào)處理電路113的部分處產(chǎn)生的噪聲可以被減去。相應(yīng)地，圖7中所例示的固態(tài)成像設(shè)備具有減小由固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)115中所包含的噪聲的優(yōu)點(diǎn)。本示例實(shí)施方式可以配置成不具有在圖I中所例示的差分放大器112的參考電壓線 118。信號(hào)處理電路113可以對(duì)參考信號(hào)和從有效像素輸出的信號(hào)執(zhí)行第二⑶S。當(dāng)從負(fù)載MOS晶體管104和105提供的電流的電流值變化吋，參考信號(hào)隨該電流值的變化而變化。由于從負(fù)載MOS晶體管104和105提供的電流的電流值的變化而造成的參考信號(hào)的變化量可以通過使信號(hào)處理電路113執(zhí)行第二 CDS來獲得。代表從光電轉(zhuǎn)換信號(hào)減去在有效像素100產(chǎn)生的噪聲的結(jié)果的信號(hào)可以通過也對(duì)從有效像素100輸出的信號(hào)執(zhí)行第二⑶S 來獲得。此外，通過執(zhí)行第二 CDS獲得的參考信號(hào)的變化量被從通過對(duì)從有效像素100輸出的信號(hào)執(zhí)行第二 CDS獲得的信號(hào)減去。從而，可以從光電轉(zhuǎn)換信號(hào)減去負(fù)載MOS晶體管104和105的變化的影響。根據(jù)本不例實(shí)施方式的差分信號(hào)輸出單兀140包括反相放大器701和702及信號(hào)處理電路113。本示例實(shí)施方式可以具有其中電連接到信號(hào)處理電路113的差分放大器設(shè)置在差分信號(hào)輸出單元140中的另ー種配置。在這種情況下，信號(hào)處理電路113把基于反相放大器701的輸出的信號(hào)和基于反相放大器702的輸出的信號(hào)單獨(dú)地輸出到差分放大器。作為替代，本示例實(shí)施方式可以配置成使得由信號(hào)處理電路113輸出的兩個(gè)信號(hào)之間的差被差分放大器獲得。在這種配置的情況下，來自差分放大器的輸出信號(hào)是由固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)115。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以減小在反相放大器701和702處或者在比反相放大器701和702更靠近信號(hào)處理電路113的一部分處產(chǎn)生的噪聲。從而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以獲得低噪聲的良好圖像。如在參考圖4的第二實(shí)施方式中所描述的，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以具有其中多個(gè)參考像素101設(shè)置在像素區(qū)域130的反相放大器701和702側(cè)的端部并且彼此并聯(lián)電連接的配置。根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置不限于其中每個(gè)有效像素100的放大MOS晶體管205都電連接到第一垂直信號(hào)線102的配置。本示例實(shí)施方式可以配置成使得復(fù)位MOS晶體管205和FD區(qū)域203被多個(gè)有效像素100共享。因而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置可以使得多個(gè)光電ニ極管201和FD區(qū)域203連接到單個(gè)放大MOS晶體管205。作為替代，本示例實(shí)施方式可以配置成不在信號(hào)處理電路113的內(nèi)部設(shè)置差分放大器，使得，如在以上參考圖15的第三示例實(shí)施方式中所例示的，差分放大器沒有設(shè)置在信號(hào)處理電路113中。來自反相放大器701和702的信號(hào)単獨(dú)地進(jìn)行信號(hào)處理，而且結(jié)果產(chǎn)生的信號(hào)輸出到對(duì)多列公共地設(shè)置的差分放大器129。根據(jù)這種配置，差分信號(hào)輸出單元140配置成包括反相放大器701和702、信號(hào)處理電路113及差分放大器129。圖8是例示第五示例實(shí)施方式的框圖。圖9是例示這第五示例實(shí)施方式的操作的例子的時(shí)序圖。
在圖8所例示的固態(tài)成像設(shè)備中，具有與圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件相同功能的姆個(gè)部件都利用標(biāo)示圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件的相同標(biāo)號(hào)來標(biāo)示。因而，省略對(duì)這種部件的描述。圖8中所例示的固態(tài)成像設(shè)備包括電容器801和802、比較器803、斜坡線(rampline) 804和805及開關(guān)806和807。比較電路808中電容器的復(fù)位是通過使開關(guān)806和807中的每ー個(gè)導(dǎo)通而執(zhí)行的。在下文中，參考圖9中所例示的時(shí)序圖來描述用于根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方法。圖9中所描述的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)于分配給圖8中所例示的固態(tài)成像設(shè)備中的部件的那些標(biāo)號(hào)。除斜坡線804和805之外，圖9中所例示的時(shí)序圖類似于圖3中所例示的時(shí)序圖。在下文中，參考圖9中所例示的時(shí)序圖來描述圖8中所例示的固態(tài)成像設(shè)備的操作。在脈沖PRES的電平在時(shí)刻t2變成L電平之后，開關(guān)110和111關(guān)斷。在那個(gè)時(shí) 亥1J，代表比較器803的偏移電壓和第一垂直信號(hào)線102的電勢(shì)電平之間的差的信號(hào)存儲(chǔ)在電容器COs和802中，而代表比較器803的偏移電壓和第二垂直信號(hào)線103的電勢(shì)電平之間的差的信號(hào)存儲(chǔ)在電容器COr和801中。在時(shí)刻t3_2，斜坡線804和805中每ー個(gè)的電勢(shì)電平都從令比較電路808復(fù)位的復(fù)位電勢(shì)電平變成電平Vref。然后，在時(shí)刻t4，脈沖PTN的電平變成H電平。與此同時(shí)，按時(shí)間順序改變斜坡線804和805中姆ー個(gè)的電勢(shì)電平的斜坡操作(ramp operation)開始。N轉(zhuǎn)換信號(hào)是代表基于時(shí)刻t4和時(shí)刻t4-2之間的持續(xù)時(shí)間獲得的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的信號(hào)，其中，在時(shí)刻t4開始斜坡操作，在時(shí)刻t4-2斜坡線804和805中每ー個(gè)的電勢(shì)電平由于斜坡操作而到達(dá)復(fù)位電勢(shì)電平。在時(shí)刻t5，斜坡線804和805中每ー個(gè)的電勢(shì)電平的變化停止。因而，N轉(zhuǎn)換時(shí)段中的操作結(jié)束。接下來，在時(shí)刻t6，斜坡線804和805中每ー個(gè)的電勢(shì)電平變成時(shí)刻t3_2和時(shí)刻t4之間的時(shí)間段內(nèi)的電勢(shì)電平。此外，在時(shí)刻t6，脈沖PTX的電平變成H電平。然后，在時(shí)刻t7，脈沖PTX的電平變成L電平。因而，光電轉(zhuǎn)換信號(hào)經(jīng)電容器COs提供給比較器803的輸入端。接下來，在時(shí)刻t8，開始S轉(zhuǎn)換時(shí)段內(nèi)的操作。從時(shí)刻t8起，類似于以上復(fù)位時(shí)的A/D轉(zhuǎn)換，執(zhí)行改變斜坡線804和805中每ー個(gè)的電勢(shì)電平的斜坡操作。然后，在時(shí)刻t8_2，比較器803的輸出改變。S轉(zhuǎn)換信號(hào)是代表基于時(shí)刻t8和時(shí)刻t8-2之間的持續(xù)時(shí)間獲得的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的信號(hào)，其中，在時(shí)刻t8斜坡操作開始，在時(shí)刻t8-2比較器803的輸出的電平改變。信號(hào)處理電路113輸出S轉(zhuǎn)換信號(hào)和N轉(zhuǎn)換信號(hào)之間的差。信號(hào)處理電路113的輸出是由固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)115。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有其中放大MOS晶體管205和215與比較器803分開設(shè)置的配置。相應(yīng)地，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以獨(dú)立于用于比較器803的參數(shù)來設(shè)置用于放大MOS晶體管205和215的參數(shù)。根據(jù)本不例實(shí)施方式，斜坡線804和805之間及第一垂直信號(hào)線102和第二垂直信號(hào)線103之間存在差分關(guān)系。相應(yīng)地，即使當(dāng)由時(shí)刻t4-2附近所示的虛線所指示的噪聲混合到由固態(tài)成像設(shè)備輸出的信號(hào)115中時(shí)，該噪聲對(duì)信號(hào)115的影響也可以減小。根據(jù)本示例實(shí)施方式，信號(hào)處理電路113可以由數(shù)字信號(hào)處理電路來配置。因而，與由模擬信號(hào)處理電路配置信號(hào)處理電路113的情況相比，固態(tài)成像設(shè)備幾乎不受噪聲影響。相應(yīng)地，固態(tài)成像設(shè)備具有橫向條紋難以在輸出圖像中出現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。如在參考圖4的第二實(shí)施方式中所描述的，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以具有其中多個(gè)參考像素101設(shè)置在像素區(qū)域130的比較器803側(cè)的端部并且彼此并聯(lián)電連接的配置。根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置不限于其中每個(gè)有效像素100的放大MOS晶體管205都電連接到第一垂直信號(hào)線102的配置。本示例實(shí)施方式可以配置成使得復(fù)位MOS晶體管205和FD區(qū)域203被多個(gè)有效像素100共享。因而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置可以使多個(gè)光電ニ極管201和FD區(qū)域203連接到單個(gè)放大MOS晶體管205。
圖10是例示第六示例實(shí)施方式的框圖。在圖10所例示的固態(tài)成像設(shè)備中，具有與圖7中所例示的對(duì)應(yīng)部件相同功能的每個(gè)部件都利用標(biāo)示圖7中所例示的對(duì)應(yīng)部件的相同標(biāo)號(hào)來標(biāo)示。因而，省略對(duì)這種部件的描述。在下文中，描述根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備與圖7中所例示的固態(tài)成像設(shè)備的區(qū)別。類似于圖7中所例示的固態(tài)成像設(shè)備，圖10中所例示的固態(tài)成像設(shè)備使用反相放大器701和702，其中公共電壓源和電流源電連接到反相放大器701和702。此外，兩列像素共同使用第二垂直信號(hào)線103。由反相放大器701基于參考信號(hào)輸出的信號(hào)被輸出到兩個(gè)信號(hào)處理電路113。術(shù)語“兩個(gè)信號(hào)處理電路113”標(biāo)示從共同使用第二垂直信號(hào)線103的像素列的有效像素100輸出的信號(hào)輸入到的那些113。類似于第四示例實(shí)施方式，第六示例實(shí)施方式配置成使得差分放大器設(shè)置在每個(gè)信號(hào)處理電路113中，而且來自反相放大器701和702的輸出連接到每個(gè)信號(hào)處理電路113的差分放大器。因而，差分信號(hào)輸出單元140配置成包括反相放大器701和702及信號(hào)處理電路113。共同使用第二垂直信號(hào)線103的像素列可以是相鄰的像素列或者是配置成中間夾著電連接到另一條第二垂直信號(hào)線103的像素列的像素列。根據(jù)第六示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以配置成使得其像素列的一部分電連接到多列共用的第二垂直信號(hào)線103，如圖10中所例示的。作為替代，根據(jù)第六示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以配置成使得第ニ垂直信號(hào)線103對(duì)所有像素列公共地設(shè)置。在圖10所例示的固態(tài)成像設(shè)備中，每組兩個(gè)像素列電連接到公共的第二垂直信號(hào)線103。然而，三個(gè)或者更多個(gè)像素列可以電連接到公共的第二垂直信號(hào)線103。因?yàn)樨?fù)載MOS晶體管104的源極-漏極電壓差根據(jù)入射光強(qiáng)度的變化而改變，所以參考信號(hào)可以隨像素列而改變。因而，共同使用第二垂直信號(hào)線103的像素列是彼此相鄰的像素列是有用的。通過描述利用反相放大器701和702的配置描述了本示例實(shí)施方式。根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置不限于利用反相放大器的配置。差分放大器可以代替反相放大器使用。作為替代，本示例實(shí)施方式可以配置成使用比較電路808，如在第五示例實(shí)施方式中所描述的。根據(jù)本不例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有其中放大MOS晶體管205和215與反相放大器701和702分開設(shè)置的配置。相應(yīng)地，與具有其中放大MOS晶體管還用作差分對(duì)的輸入級(jí)的MOS晶體管的配置的固態(tài)成像設(shè)備相比，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有增加設(shè)置用于放大MOS晶體管205和215的參數(shù)的靈活性的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有對(duì)兩列公共的第二垂直信號(hào)線103。因而，例如反相放大器701、電容器COr和Cfs、開關(guān)110及負(fù)載MOS晶體管105的部件的個(gè)數(shù)可以減少。此外，不必在每一列上在第二垂直信號(hào)線103上排列負(fù)載MOS晶體管105。從而，電流的消耗可以減少。如在參考圖4的第二實(shí)施方式中所描述的，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備可以具有其中多個(gè)參考像素101設(shè)置在像素區(qū)域130的在反相放大器701和702中每ー個(gè)的一側(cè)的端部并且彼此并聯(lián)電連接的配置。根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置不限于其中每個(gè)有效像素100的放大MOS晶體管205都電連接到第一垂直信號(hào)線102的配置。本示例實(shí)施方式可以配置成使得復(fù)位MOS晶體管204和FD區(qū)域203被多個(gè)有效像素100共享。因而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置可以使得多個(gè)光電ニ極管201和FD區(qū)域203連接到單個(gè)放大MOS晶體管205。 如在以上參考圖15的第三示例實(shí)施方式中所描述的，差分放大器可以不設(shè)置在信號(hào)處理電路113中。來自反相放大器701和702的信號(hào)可以單獨(dú)地進(jìn)行信號(hào)處理，而且結(jié)果產(chǎn)生的信號(hào)可以輸出到對(duì)多列公共地設(shè)置的差分放大器129。根據(jù)這種配置，差分信號(hào)輸出單元140配置成包括反相放大器701和702、信號(hào)處理電路113及差分放大器129。圖11是例示第七示例實(shí)施方式的框圖。在圖11所例示的固態(tài)成像設(shè)備中，具有與圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件相同功能的每個(gè)部件都利用標(biāo)示圖I中所例示的對(duì)應(yīng)部件的相同標(biāo)號(hào)來標(biāo)示。因而，省略對(duì)這種部件的描述。在下文中，描述該固態(tài)成像設(shè)備與圖I中所例示的固態(tài)成像設(shè)備的區(qū)別。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備使得多個(gè)參考像素101與每個(gè)像素列的端部相鄰地排列。由開關(guān)901和902選擇多個(gè)參考像素101當(dāng)中的要電連接到第二垂直信號(hào)線103和負(fù)載MOS晶體管105的參考像素。圖12是例示在圖11中所例示的一個(gè)有效像素100和多個(gè)參考像素101的例子的等效電路圖。在圖12中，具有與圖2和11中所例示的對(duì)應(yīng)部件相同功能的每個(gè)部件都利用標(biāo)示圖2和11中所例示的對(duì)應(yīng)部件的相同標(biāo)號(hào)來標(biāo)示。因而，省略對(duì)這種部件的描述。固態(tài)成像設(shè)備可以配置成使得圖12中所例示的每個(gè)參考像素的放大MOS晶體管215的源極電連接到開關(guān)901或902。開關(guān)901和902電連接到控制電路(未示出)，并且選擇向第二垂直信號(hào)線103輸出參考輸出的參考像素(未不出)。用于控制開關(guān)901和902的操作的控制信號(hào)是從行選擇單元210提供的。在其中參考像素101的個(gè)數(shù)為一的配置的情況下，當(dāng)某個(gè)參考像素101的輸出與另一列的另ー個(gè)參考像素101的輸出不同時(shí)，在所捕捉到的圖像上出現(xiàn)線狀條紋。本示例實(shí)施方式具有其中用于輸出參考信號(hào)的像素選自多個(gè)參考像素101的配置。利用這種配置，如果在ー個(gè)參考像素101的輸出中出現(xiàn)缺陷，則這個(gè)參考像素的輸出變到另ー個(gè)參考像素的輸出。從而，在所捕捉到的圖像中出現(xiàn)的線狀條紋可以減少。根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有其中放大MOS晶體管205和215與差分放大器112分開設(shè)置的配置。相應(yīng)地，與具有其中放大MOS晶體管還用作差分對(duì)的輸入級(jí)的MOS晶體管的配置的固態(tài)成像設(shè)備相比，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像設(shè)備具有増加設(shè)置用于放大MOS晶體管205和215的參數(shù)的靈活性的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置不限于其中每個(gè)有效像素100的放大MOS晶體管205都電連接到第一垂直信號(hào)線102的配置。本示例實(shí)施方式可以配置成使得復(fù)位MOS晶體管204和FD區(qū)域203被多個(gè)有效像素100共享。因而，根據(jù)本示例實(shí)施方式的配置可以設(shè)置成使得多個(gè)光電ニ極管201和FD區(qū)域203連接到單個(gè)放大MOS晶體管205。在下文中描述在把上述固態(tài)成像設(shè)備應(yīng)用到固態(tài)成像系統(tǒng)的情況下的示例實(shí)施方式。數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、監(jiān)控?cái)z像機(jī)等都可以引作固態(tài)成像系統(tǒng)的例子。圖13是例示在固態(tài)成像設(shè)備應(yīng)用到作為固態(tài)成像系統(tǒng)的例子的數(shù)碼照相機(jī)的情況下的固態(tài)成像系統(tǒng)的配置的框圖。圖13中所例示的固態(tài)成像系統(tǒng)包括保護(hù)在固態(tài)成像設(shè)備4上形成被攝體的光學(xué)圖像的透鏡2的鏡筒I、改變通過透鏡2的光量的光闌3及對(duì)從固態(tài)成像設(shè)備4輸出的信號(hào)執(zhí)行處理的輸出信號(hào)處理單元5。如果從固態(tài)成像設(shè)備4輸出的信號(hào)是模擬信號(hào)，那么輸出信號(hào)處理單元5就配置成包括模擬信號(hào)處理單元、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理單元。模擬信號(hào)處理單元對(duì)從固態(tài)成像設(shè)備4輸出的信號(hào)執(zhí)行各種類型的校正處理，并且把結(jié)果產(chǎn)生的信號(hào)輸出到A/ D轉(zhuǎn)換器。然后，A/D轉(zhuǎn)換器把從模擬信號(hào)處理單元輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并且把該數(shù)字信號(hào)輸出到數(shù)字信號(hào)處理單元。如果必要，數(shù)字信號(hào)處理單元執(zhí)行各種類型的校正和壓縮處理，并輸出處理后的信號(hào)。另ー方面，如果固態(tài)成像設(shè)備輸出數(shù)字信號(hào)，類似于第五示例實(shí)施方式的情況，那么輸出信號(hào)處理單元5配置成包括數(shù)字信號(hào)處理單元，該數(shù)字信號(hào)處理單元在必要的時(shí)候?qū)墓虘B(tài)成像設(shè)備4輸出的數(shù)字信號(hào)執(zhí)行各種類型的校正和壓縮處理，并且輸出處理后的信號(hào)。參考圖13，存儲(chǔ)器單元6臨時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)。接ロ單元8用于在例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的可拆卸記錄介質(zhì)9上記錄圖像數(shù)據(jù)以及從其讀取圖像數(shù)據(jù)。外部接ロ単元7用干與外部計(jì)算機(jī)等通信。整體控制/計(jì)算單元10執(zhí)行各種類型的計(jì)算，并控制整個(gè)數(shù)碼照相機(jī)。定時(shí)發(fā)生器11生成各種定時(shí)信號(hào)，并把所生成的定時(shí)信號(hào)輸出到固態(tài)成像設(shè)備4和輸出信號(hào)處理單元5。然而，定時(shí)信號(hào)也可以從外部設(shè)備輸入。固態(tài)成像系統(tǒng)至少包括固態(tài)成像設(shè)備4和輸出信號(hào)處理單元5就夠了，其中輸出信號(hào)處理單元5對(duì)從固態(tài)成像設(shè)備4輸出的輸出信號(hào)執(zhí)行處理。如上所述，根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像系統(tǒng)可以利用固態(tài)成像設(shè)備4執(zhí)行成像操作。低噪聲圖像捕捉可以通過把根據(jù)第一至第七實(shí)施方式中的一種的固態(tài)成像設(shè)備應(yīng)用到根據(jù)本示例實(shí)施方式的固態(tài)成像系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。盡管已經(jīng)參考示例實(shí)施方式對(duì)本公開內(nèi)容進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本公開內(nèi)容不限于所公開的示例實(shí)施方式。以下權(quán)利要求的范圍是要符合最廣泛的解釋，從而涵蓋所有的修改、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像設(shè)備，包括 有效像素，所述有效像素包括被配置成通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電荷的光電轉(zhuǎn)換單元和被配置成輸出基于由所述光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷的信號(hào)的第一放大晶體管； 參考像素，所述參考像素包括第二放大晶體管，該第二放大晶體管被配置成輸出基于施加到該第二放大晶體管的電壓的信號(hào)； 第一信號(hào)線，所述有效像素連接到所述第一信號(hào)線，所述第一信號(hào)線被配置成傳送由所述第一放大晶體管輸出的信號(hào)； 第二信號(hào)線，所述參考像素連接到所述第二信號(hào)線，所述第二信號(hào)線被配置成傳送由所述第二放大晶體管輸出的信號(hào)；以及 差分信號(hào)輸出單元，所述差分信號(hào)輸出單元與所述第一放大晶體管和第二放大晶體管分開設(shè)置，所述差分信號(hào)輸出單元連接到所述第一信號(hào)線和第二信號(hào)線，并且被配置成對(duì)由所述第一放大晶體管輸出的信號(hào)與由所述第二放大晶體管輸出的信號(hào)之間的差執(zhí)行差分處理，且配置成輸出代表所述差分處理的結(jié)果的差分信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，連接到所述差分信號(hào)輸出單元的電源是與連接到所述第一放大晶體管和第二放大晶體管的電源分開設(shè)置的。
3.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，所述差分信號(hào)輸出單元包括差分放大器。
4.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，所述差分信號(hào)輸出單元還包括第一放大單元和第二放大單元， 其中所述第一信號(hào)線經(jīng)所述第一放大單元連接到所述差分放大器，并且 其中所述第二信號(hào)線經(jīng)所述第二放大單元連接到所述差分放大器。
5.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，所述參考像素被設(shè)置得比連接到所述第一信號(hào)線的所有所述有效像素都更靠近所述差分信號(hào)輸出單元。
6.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，所述第二放大晶體管的控制電極的面積大于所述第一放大晶體管的控制電極的面積。
7.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，所述第二放大晶體管的控制電極的面積大于所述第一放大晶體管的控制電極的面積。
8.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備，還包括 第一晶體管，所述第一晶體管連接到所述第一信號(hào)線并且被配置成提供電流；以及 第二晶體管，所述第二晶體管連接到所述第二信號(hào)線并且被配置成提供電流， 其中，被配置成向所述第一晶體管和第二晶體管的控制電極中的每一個(gè)施加控制信號(hào)的控制信號(hào)線公共地連接到所述第一晶體管和第二晶體管。
9.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備，還包括 第一晶體管，所述第一晶體管包括連接到所述第一信號(hào)線的第一主電極、連接到電源線的第二主電極，和第一控制電極；以及 第二晶體管，所述第二晶體管包括連接到所述第二信號(hào)線的第三主電極、連接到所述電源線的第四主電極，和第二控制電極。
10.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，多個(gè)所述參考像素并聯(lián)連接到所述第二信號(hào)線。
11.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，多個(gè)所述參考像素中的每一個(gè)都包括電荷存儲(chǔ)單元，而且 其中多個(gè)所述電荷存儲(chǔ)單元公共地連接到所述第二放大晶體管。
12.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，所述固態(tài)成像設(shè)備包括多個(gè)所述差分信號(hào)輸出單元和多個(gè)列，其中每一列都包括所述有效像素和所述參考像素，而且多個(gè)列包括的參考像素并聯(lián)連接到多個(gè)所述差分信號(hào)輸出單元中的ー個(gè)。
13.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，所述差分信號(hào)是模擬信號(hào)，而且 其中所述固態(tài)成像設(shè)備還包括被配置成將所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。
14.一種固態(tài)成像系統(tǒng),包括 如權(quán)利要求I所述的固態(tài)成像設(shè)備；以及 輸出信號(hào)處理單元，所述輸出信號(hào)處理單元被配置成處理來自所述固態(tài)成像設(shè)備的輸出信號(hào)。
15.一種用于驅(qū)動(dòng)固態(tài)成像設(shè)備的方法， 該固態(tài)成像設(shè)備包括 有效像素，所述有效像素包括被配置成通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電荷的光電轉(zhuǎn)換単元和被配置成輸出基于由所述光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的電荷的信號(hào)的第一放大晶體管； 參考像素，所述參考像素包括第二放大晶體管，該第二放大晶體管被配置成輸出基于施加到該第二放大晶體管的電壓的信號(hào)； 第一信號(hào)線，所述第一信號(hào)線被配置成傳送由所述第一放大晶體管輸出的信號(hào)；第二信號(hào)線，所述第二信號(hào)線被配置成傳送由所述第二放大晶體管輸出的信號(hào)；以及差分信號(hào)輸出單元，所述差分信號(hào)輸出單元與所述第一放大晶體管和第二放大晶體管分開設(shè)置，所述差分信號(hào)輸出單元被配置成對(duì)由所述第一信號(hào)線傳送的信號(hào)與由所述第二信號(hào)線傳送的信號(hào)之間的差執(zhí)行差分處理，且配置成輸出代表所述差分處理的結(jié)果的差分信號(hào)， 所述方法包括 分別通過所述第一信號(hào)線和第二信號(hào)線傳送信號(hào)到所述差分信號(hào)輸出單元；以及經(jīng)所述差分信號(hào)輸出單元對(duì)通過所述第一信號(hào)線傳送的信號(hào)和通過所述第二信號(hào)線傳送的信號(hào)執(zhí)行差分處理。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，傳送信號(hào)包括同時(shí)完成將通過所述第一信號(hào)線傳送的信號(hào)傳送到所述差分信號(hào)輸出單元和將通過所述第二信號(hào)線傳送的信號(hào)傳送到所述差分信號(hào)輸出單元的操作。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述固態(tài)成像設(shè)備包括多個(gè)列，其中每一列都包括所述有效像素和所述參考像素，而且 其中所述多個(gè)列同時(shí)執(zhí)行傳送信號(hào)到所述差分信號(hào)輸出單元。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，在所述第一信號(hào)線和第二信號(hào)線上分別設(shè)置電容器，而且 其中所述電容器對(duì)分別由所述第一放大晶體管和第二放大晶體管輸出的信號(hào)執(zhí)行相關(guān)雙采樣。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述差分信號(hào)輸出單元連接到信號(hào)處理單元，而且其中所述信號(hào)處理單 元對(duì)由所述差分信號(hào)輸出單元輸出的差分信號(hào)執(zhí)行相關(guān)雙采樣。
全文摘要
公開了固態(tài)成像設(shè)備、其驅(qū)動(dòng)方法及固態(tài)成像系統(tǒng)。一種固態(tài)成像設(shè)備配置成使得有效像素和參考像素分別連接到第一和第二信號(hào)線。所述固態(tài)成像設(shè)備包括配置成對(duì)從有效像素中所包括的第一放大晶體管輸出的信號(hào)和從參考像素中所包括的第二放大晶體管輸出的信號(hào)執(zhí)行差分處理的差分信號(hào)輸出單元。所述差分信號(hào)輸出單元是與所述第一和第二放大晶體管分開設(shè)置的。
文檔編號(hào)H04N5/378GK102780858SQ20121013953
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者山崎和男 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社