光电变换设备和光电变换系统.pdf

公开了光电变换设备和光电变换系统。光电变换设备包括第一单位像素和第二单位像素，第一单位像素包括被配置成将来自光电变换单元的电荷传输到杂质扩散区域的第一传输晶体管，第二单位像素包括被配置成将来自光电变换单元的电荷传输到杂质扩散区域的第二传输晶体管，并且当第一传输晶体管处于导通状态时第一传输晶体管的沟道处的电位高于当第二传输晶体管处于导通状态时第二传输晶体管的沟道处的电位。

权利要求书1.  一种光电变换设备，包括：第一单位像素，和第二单位像素，其中所述第一单位像素包括第一光电变换单元、第一传输晶体管和第一杂质扩散区域，所述第二单位像素包括第二光电变换单元、第二传输晶体管和第二杂质扩散区域，所述第一传输晶体管在所述第一传输晶体管在电荷积累时段期间被导通时将由所述第一光电变换单元生成的电荷传输到所述第一杂质扩散区域，所述第二光电变换单元在所述电荷积累时段期间积累生成的电荷，并且所述第二传输晶体管在所述第二传输晶体管在所述电荷积累时段结束后被导通时将由所述第二光电变换单元生成的电荷传输到所述第二杂质扩散区域，并且当所述第一传输晶体管处于导通状态时所述第一传输晶体管的沟道处的电位高于当所述第二传输晶体管处于导通状态时所述第二传输晶体管的沟道处的电位。2.  根据权利要求1所述的光电变换设备，其中所述第一杂质扩散区域和所述第二杂质扩散区域是相同的杂质扩散区域。3.  根据权利要求2所述的光电变换设备，其中所述第一单位像素和所述第二单位像素被布置在同一条线中。4.  根据权利要求1所述的光电变换设备，其中所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管是p沟道MOS场效 应晶体管，并且用于导通所述第一传输晶体管的栅极的导通状态电压高于用于导通所述第二传输晶体管的栅极的导通状态电压。5.  根据权利要求1所述的光电变换设备，其中所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管是n沟道MOS场效应晶体管，并且用于导通所述第一传输晶体管的栅极的导通状态电压低于用于导通所述第二传输晶体管的栅极的导通状态电压。6.  根据权利要求4所述的光电变换设备，其中所述第二传输晶体管的导通状态电压是由所述第二光电变换单元积累的电荷能够被完全地从所述第二光电变换单元传输到所述第二杂质扩散区域的电压。7.  根据权利要求5所述的光电变换设备，其中所述第二传输晶体管的导通状态电压是由所述第二光电变换单元积累的电荷能够被完全地从所述第二光电变换单元传输到所述第二杂质扩散区域的电压。8.  根据权利要求1所述的光电变换设备，其中所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管是p沟道MOS场效应晶体管，并且所述第一传输晶体管的阈值电压高于所述第二传输晶体管的阈值电压。9.  根据权利要求1所述的光电变换设备，其中所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管是n沟道MOS场效应晶体管，并且所述第一传输晶体管的阈值电压低于所述第二传输晶体管的阈值电压。10.  根据权利要求8所述的光电变换设备，其中用于导通所述第一传输晶体管的栅极的导通状态电压与用于导通所述第二传输晶体管的栅极的导通状态电压相同。11.  根据权利要求9所述的光电变换设备，其中用于导通所述第一传输晶体管的栅极的导通状态电压与用于导通所述第二传输晶体管的栅极的导通状态电压相同。12.  根据权利要求1所述的光电变换设备，其中所述第二光电变换单元在与所述电荷积累时段不同的另一电荷积累时段期间生成电荷，并且当所述第二传输晶体管在所述另一电荷积累时段期间被导通时，由所述第二光电变换单元生成的电荷被传输到所述第二杂质扩散区域，所述第一光电变换单元在所述另一电荷积累时段期间积累生成的电荷，并且当所述第一传输晶体管在所述另一电荷积累时段结束后被导通时，由所述第一光电变换单元生成的电荷被传输到所述第一杂质扩散区域，并且在所述另一电荷积累时段期间，当所述第二传输晶体管被导通时所述第二传输晶体管的沟道处的电位高于当所述第一传输晶体管被导通时所述第一传输晶体管的沟道处的电位。13.  根据权利要求1所述的光电变换设备，还包括：监视单元，被配置成根据基于由所述第一光电变换单元生成的电荷的信号来结束所述电荷积累时段。14.  根据权利要求1所述的光电变换设备，还包括：放大单元，被配置成放大基于由所述第二光电变换单元积累的电荷的信号；以及控制单元，被配置成根据基于由所述第一光电变换单元生成的电荷的信号来控制所述放大单元的放大率。15.  一种光电变换设备，包括：第一单位像素，和第二单位像素，其中所述第一单位像素包括第一光电变换单元、第一传输晶体管和第一杂质扩散区域，所述第二单位像素包括第二光电变换单元、第二传输晶体管和第二杂质扩散区域，所述第一传输晶体管在所述第一传输晶体管在电荷积累时段期间被导通时将由所述第一光电变换单元生成的电荷传输到所述第一杂质扩散区域，所述第二光电变换单元在所述电荷积累时段期间积累生成的电荷，并且所述第二传输晶体管在所述第二传输晶体管在所述电荷积累时段结束后被导通时将由所述第二光电变换单元生成的电荷传输到所述第二杂质扩散区域，并且提供给所述第一传输晶体管的栅极的导通状态电压和关断状态电压之间的电压差小于提供给所述第二传输晶体管的栅极的导通状态电压和关断状态电压之间的电压差。16.  根据权利要求15所述的光电变换设备，其中所述第一杂质扩散区域和所述第二杂质扩散区域是相同的杂质扩散区域。17.  根据权利要求16所述的光电变换设备，其中所述第一单位像素和所述第二单位像素被布置在同一条线中。18.  一种光电变换系统，包括：根据权利要求1至17中任一个所述的光电变换设备；镜头，将对象的光学图像聚焦在所述光电变换设备上；以及计算单元，被配置成基于所述光电变换设备的输出信号来确定聚焦是否被实现，并且当确定聚焦未被实现时驱动所述镜头。19.  根据权利要求18所述的光电变换系统，还包括：摄像设备，被配置成通过摄像操作来生成摄像信号，其中所述镜头将所述对象的光学图像聚焦在所述摄像设备上，并且所述计算单元在确定聚焦被实现时使得所述摄像设备执行所述摄像操作。

说明书光电变换设备和光电变换系统
技术领域
本发明涉及光电变换设备和光电变换系统。
背景技术
用于相位差检测型自动聚焦(AF)的光电变换设备已被提出(例如，参见日本专利特开No.2013-54333。电荷监视像素具有用于将电荷积累时段期间在光电变换元件中生成的电荷传输到存储单元并对存储单元中的电荷进行积分的配置。电荷积累像素对其像素中在电荷积累时段期间在光电变换元件中生成的电荷进行积分而在电荷积累时段结束之前不将该电荷传输到存储单元。然后，当电荷积累时段结束时，电荷积累像素将光电变换元件中生成的电荷传输到存储单元。
发明内容
根据本发明一个方面的光电变换设备包括第一单位像素和第二单位像素，其中第一单位像素包括第一光电变换单元、第一传输晶体管和第一杂质扩散区域，第二单位像素包括第二光电变换单元、第二传输晶体管和第二杂质扩散区域，第一传输晶体管在第一传输晶体管在电荷积累时段期间被导通时将由第一光电变换单元生成的电荷传输到第一杂质扩散区域，第二光电变换单元在所述电荷积累时段期间积累生成的电荷，并且第二传输晶体管在第二传输晶体管在所述电荷积累时段结束后被导通时将由第二光电变换单元生成的电荷传输到第二杂质扩散区域，并且当第一传输晶体管处于导通状态时第一传输晶体管的沟道处的电位高于当第二传输晶体管处于导通状态时第二传输晶体管的沟道处的电位。
本发明的其他特征将通过以下参考附图对示例性实施例的描述而 变得清楚。
附图说明
图1是用于相位差检测型自动聚焦的光电变换设备的线传感器(line sensor)的布局图。
图2例示出根据第一示例性实施例的线传感器的配置。
图3是根据第一示例性实施例的线传感器的等效电路图。
图4例示出根据第一示例性实施例的驱动时序。
图5例示出像素单元处的电位和输出电压之间的关系。
图6例示出根据第一示例性实施例的驱动时序。
图7例示出像素单元处的电位和输出电压之间的关系。
图8是根据第二示例性实施例的像素单元的等效电路图。
图9例示出根据第二示例性实施例的驱动时序。
图10是根据第三示例性实施例的像素单元的等效电路图。
图11例示出根据第四示例性实施例的线传感器的配置。
图12例示出根据第五示例性实施例的线传感器的配置。
图13例示出示例性光电变换系统。
具体实施方式
在适合于一个像素的导通状态电压被设置的情况下，在根据日本专利特开No.2013-54333的配置中存在线性度(linearity)在其他像素中降低的问题。
根据下面将描述的各示例性实施例，提供了光电变换设备和光电变换系统，其中单位像素的特性中的线性度在光电变换元件的电荷在电荷积累时段期间被传输的像素和光电变换元件的电荷在电荷积累时段结束后被传输的像素二者中都得到满足。
第一示例性实施例
图1例示出用于根据本发明第一示例性实施例的用于相位差检测型自动聚焦的光电变换设备10的线传感器的布置布局。光电变换设 备10包括多个线传感器对11。线传感器对11包括基础单元线传感器12和参考单元线传感器13。基础单元线传感器12和参考单元线传感器13受到对应于位置信息的光的照射。光电变换系统将基础单元线传感器12和参考单元线传感器13的输出信号相互比较以执行相位差检测并获得散焦量。
图2例示出基础单元线传感器12及其外围电路的示例性配置。基础单元线传感器12包括多个单位像素21并且连接到信号保持单元22和监视单元23。单位像素21包括光电变换单元211、传输晶体管212、杂质扩散区域213和信号输出单元214。信号输出单元214例如是缓冲放大器。放大器24是输出缓冲放大器。开关25是被配置成将多个单位像素21中的信号输出单元214的输出信号保持在信号保持单元22中的采样和保持开关。光电变换单元211通过光电变换生成电荷。杂质扩散区域213积累电荷。传输晶体管212将由光电变换单元211生成的电荷传输到杂质扩散区域213。杂质扩散区域213基于传输到杂质扩散区域213的电荷的量Q和杂质扩散区域213的电容C通过以下表达式(1)将电荷变换成电压值V并将电压值V输出到信号输出单元214。
V＝Q/C···(1)
各单位像素21的信号输出单元214放大要输出到信号保持单元22和监视单元23的电压值V。各单位像素21可包括降噪电路以改善相位差检测的精度。信号保持单元22暂时保持多个单位像素21中的信号输出单元214的输出信号，然后将保持的信号输出到放大器24。放大器24放大并输出被输入的信号。放大器24是被配置成放大基于由光电变换单元211生成的电荷的信号的放大单元。
多个单位像素21中的信号输出单元214的输出信号被用于实时检测光电变换单元211的光接收量。监视单元23输出基于多个单位像素21中的信号输出单元214的输出信号之中的最高值和最低值之间的差信号(以下，将被称为P-B信号)的信号。由于参考单元线传感器13与基础单元线传感器12类似，故将省略其描述。
图3是例示出基础单元线传感器12的示例配置的等效电路图。如图2所例示，多个相同的单位像素21被布置在基础单元线传感器12中。这里，单位像素21将被描述。在图3中，与图2中的组成部件相同的组成部件被赋予相同的附图标记。光电变换单元211是光电二极管。传输晶体管212是p沟道场效应晶体管。信号输出单元214是缓冲放大器。电压VRES是用于将光电变换单元211和杂质扩散区域213重置到初始状态的重置电压。晶体管32是被配置成将光电变换单元211和杂质扩散区域213重置到重置电压VRES的重置晶体管。缓冲放大器31是被配置成将控制信号PTX发送到传输晶体管212的栅极的放大器。当缓冲放大器31基于处于低电平的控制信号PTX将低电平电压(导通状态电压)VTXL输出到传输晶体管212的栅极时，传输晶体管212被导通，并且光电变换单元211的电荷被传输到杂质扩散区域213。另一方面，当缓冲放大器31基于处于高电平的控制信号PTX将高电平电压(关断状态电压)VTXH输出到传输晶体管212的栅极时，传输晶体管212被关断。参考单元线传感器13类似于基础单元线传感器12。
单位像素21被划分成电荷监视单位像素(第一单位像素)21和电荷积累单位像素(第二单位像素)21。布置在一个基础单元线传感器12中的多个单位像素21是电荷监视单位像素21，并且布置在另一基础单元线传感器12中的多个单位像素21是电荷积累单位像素21。参考单元线传感器13也与基础单元线传感器12类似。电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21具有相同的配置，驱动方法彼此不同。
电荷监视单位像素21在电荷积累时段期间将由光电变换单元211生成的电荷传输到杂质扩散区域213以监视光电变换单元211的光接收量。电荷积累单位像素21在光电变换单元211中积累由光电变换单元211生成的电荷而不监视光电变换单元211的光接收量，并在电荷积累时段结束后将光电变换单元211的电荷传输到杂质扩散区域213。
电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21的电荷积累时段开始后，监视单元23计算多个电荷监视单位像素21的输出值(光接收量)之中的最高值和最低值之间的差信号(P-B信号)并将P-B信号与阈值相比较。在P-B信号超过阈值的情况下，电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21的电荷积累时段结束。如上所述，在传输晶体管212在电荷积累时段期间被导通的状态中，电荷监视单位像素21的光接收量被监视，并且恰当的电荷积累时段可被确定。
由于电荷积累单位像素21在电荷积累时段期间在光电变换单元211中积累电荷，并且电荷积累时段期间杂质扩散区域213中生成的噪声不影响在光电变换单元211中积累的电荷，因此能够生成高S/N信号。另外，由于电荷积累单位像素21在电荷积累时段期间重置杂质扩散区域213并在电荷积累时段结束后将光电变换单元211的电荷传输到杂质扩散区域213，因此能够去除杂质扩散区域213中生成的噪声。相应地，电荷积累单位像素21可以输出高图像质量的像素信号。
图4是例示出电荷监视单位像素21的驱动方法的时序图。由于电荷监视单位像素21监视光电变换单元211的光接收量，由光电变换单元211生成的电荷在电荷积累时段期间被传输到杂质扩散区域213。信号PRS是用于控制图3中的晶体管32的栅极的信号。信号PTX是用于控制传输晶体管212的栅极的信号。监视时段是图2中的监视单元23用来监视信号输出单元214的输出信号的时段。信号PCH是用于控制图2中的开关25的信号。当信号PCH处于高电平时，开关25被置于导通状态，并且当信号PCH处于低电平时，开关25被置于关断状态。这里，图3中的传输晶体管212和晶体管32是p沟道MOS场效应晶体管。鉴于此，当信号PTX和PRS处于高电平时，传输晶体管212和晶体管32分别被置于关断状态，并且当信号PTX和PRS处于低电平时，传输晶体管212和晶体管32分别被置于导通状态。
从时刻t0到时刻t1的时段是初始重置时段。由于信号PRS和 PTX处于低电平，进而晶体管32和传输晶体管212处于导通状态，故光电变换单元211和杂质扩散区域213处的电位被重置为电压VRES。从时刻t1到时刻t2的时段是电荷积累时段。在电荷积累时段期间，信号PTX变为低电平。于是，传输晶体管212被导通以将由光电变换单元211生成的电荷传输到杂质扩散区域213。在该电荷积累时段期间，即使信号PTX定期处于低电平或以重复方式执行改变到低电平和高电平的间歇操作，原理上也没有问题发生。在电荷积累时段期间，信号PCH处于高电平，进而开关25被导通，从而信号输出单元214的输出信号被输出到信号保持单元22。该电荷积累时段也是其间监视单元23监视信号输出单元214的输出信号的监视时段。在时刻t2之后，信号PCH变为低电平，进而开关25被关断，从而信号保持单元22保持时刻t2处信号输出单元214的输出信号。在时刻t2之后，该时段是信号读取时段。
图5是用于描述电荷监视单位像素21的电荷传输及其特性的说明图。在图5中，上图用于描述线性度降低的问题，下图用于描述针对该问题的对策。左图是时刻t2处光电变换单元211处的电位5211、传输晶体管212的沟道处的电位5212、杂质扩散区域213的电位5213以及由光电变换单元211生成的电荷51的示意图。右图例示出当电荷积累时段改变时信号保持单元22处保持的电压和电荷积累时段之间的关系。
在上图中，线性度在时刻T之后降低。这是因为电荷51因传输晶体管212的沟道处的电位5212低而在传输晶体管212的栅极下潜入并且表观电容C增大。如从上述表达式(1)也能理解的，当电容C增大时，要输出的电压V减小。另一方面，在下图中，由于传输晶体管212的沟道处的电位5212高，故电荷51不在传输晶体管212的栅极下潜入。鉴于此，线性度不降低。
如上所述，在进行将由光电变换单元211生成的电荷51在电荷积累时段期间传输到杂质扩散区域213的操作时，当传输晶体管212的沟道处的电位5212低时，线性度从时刻T起降低。为了解决此问 题，传输晶体管212的沟道处的电位5212要增大。
图6是例示出电荷积累单位像素21的驱动方法的时序图。电荷积累单位像素21是光电变换单元211的光接收量未被监视的单位像素。在电荷积累时段期间，电荷积累单位像素21在光电变换单元211中积累由光电变换单元211生成的电荷而不传输该电荷，并且在光电积累时段结束后将由光电变换单元211生成的电荷传输到杂质扩散区域213。由于各个信号的符号以及各个信号和电路操作之间的对应与图4中那些相同，将省略其描述。
从时刻t0到时刻t1的时段是初始重置时段。由于信号PRS和PTX处于低电平，进而晶体管32和传输晶体管212处于导通状态，因此光电变换单元211和杂质扩散区域213处的电位被重置为电压VRES。从时刻t1到时刻t2的时段是电荷积累时段。在电荷积累时段期间，信号PTX变为高电平，进而传输晶体管212被置于关断状态，从而光电变换单元211积累生成的电荷。从时刻t2到时刻t3的时段是电荷传输前重置时段。信号PRS变为低电平，并且信号PTX保持为高电平。于是，晶体管32被导通，并且杂质扩散区域213处的电位被再次重置为电压VRES。通过该操作，能够去除电荷积累时段期间在杂质扩散区域213中积累的噪声，并且可以获得高S/N信号。从时刻t3到时刻t4的时段是空白时段，在该时段期间，信号PRS变为高电平，进而晶体管32被关断，从而传输晶体管212的导通状态不被建立。在时刻T4，信号PCH变为高电平，并且开关25被导通。于是，对于信号输出单元214的输出信号的信号保持单元22的采样被启动。从时刻t4到时刻t5的时段是电荷传输时段。在该时段期间，信号PTX变为低电平，进而传输晶体管212将电荷从光电变换单元211传输到杂质扩散区域213。在时刻t6，信号PCH变为低电平，并且信号保持单元22保持时刻t6处的信号输出单元214的输出信号。在时刻t6之后，该时段是信号读取时段。
图7是用于描述电荷积累单位像素21的电荷传输及信号特性的说明图。在图7中，上图用于描述低亮度处的线性度降低的问题，下 图用于描述针对该问题的对策。由于图7中的附图标记等与图5中的那些相同，将省略其描述。左图是用于描述电荷积累和电荷传输的说明图。V1表示电荷积累时段期间的电位。V2表示电荷传输时段期间的电位。V3表示电荷传输时段之后的电位。
在上图中，短电荷积累时段期间输出信号的线性度降低。这是由于传输效率因沟道阻抗高而降低。如从表示问题的左图中可见，电荷传输时段期间传输晶体管212的沟道处的电位5212高，并且可以理解，与传输晶体管212的栅极有关的导通状态电压不够。另一方面，在表示解决方案的下图中，由于传输晶体管212的沟道处的电位5212低并且导通状态电压被充分施加，因此传输缺陷几乎不发生。结果，在表示解决方案的右下部示意图中，线性度降低几乎不发生。
与图4的时序中的问题相对应的电荷在传输晶体管212的栅极下潜入的现象在图6的时序中不成为问题。这是因为：由于在用于采样和保持的时刻t6，信号PTX变为高电平，进而传输晶体管212被导通，因此传输晶体管212的栅极下的电荷被移动到杂质扩散区域213。
如上所述，光电变换单元211的光接收量在图6和图7的电荷积累单位像素21中不被监视，并且由光电变换单元211生成的电荷在光电变换单元211中被积累。于是，光电变换单元211的电荷在电荷积累时段结束后被传输到杂质扩散区域213。在此操作时，如果传输晶体管212的沟道处的电位5212高，则线性度在短电荷积累时段期间降低。为了解决该问题，传输晶体管212的沟道处的电位5212要降低。
根据本示例性实施例，图4和图5中电荷监视单位像素21中的传输晶体管212的导通状态电压被设置成高于图6和图7中电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的导通状态电压。相应地，在图4和图5中的电荷监视单位像素21中的传输晶体管212的栅极下，电荷不潜入，并且图6和图7的电荷积累单位像素21中的传输效率增大。结果，能够改善电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21二者的线性度。
根据本示例性实施例，已在传输晶体管212和晶体管32由p沟道MOS场效应晶体管构成时进行了描述，但是通过在n沟道MOS场效应晶体管情况下反转电压关系，可以获得与上述益处相同的益处。
另外，根据本示例性实施例，提供给电荷监视单位像素21的导通状态电压被设置成与提供给电荷积累单位像素21的导通状态电压不同，但配置不限于此。电荷监视单位像素21中的传输晶体管212的阈值电压可被设置成高于电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的阈值电压。这种情况中，电荷监视单位像素21中的传输晶体管212和电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的栅极被提供相同的导通状态电压。同样在此情况中，可以取得与上述益处相同的益处。
如上所述，当图5的下图中的电荷监视单位像素21中的传输晶体管212被导通时沟道处的电位5212高于当图7的下图中的电荷积累单位像素21中的传输晶体管212被导通时沟道处的电位5212。具体地，以下情况(1)至(4)是可以想到的。
(1)电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21中的传输晶体管212是p沟道MOS场效应晶体管。这种情况下，用于导通电荷监视单位像素21中的传输晶体管212的栅极的导通状态电压VTXL高于用于导通电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的栅极的导通状态电压VTXL。
(2)电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21中的传输晶体管212是n沟道MOS场效应晶体管。这种情况下，用于导通电荷监视单位像素21中的传输晶体管212的栅极的导通状态电压VTXH低于用于导通电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的栅极的导通状态电压VTXH。
(3)电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21中的传输晶体管212是p沟道MOS场效应晶体管。这种情况下，电荷监视单位像素21中的传输晶体管212的阈值电压高于电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的阈值电压。用于导通电荷监视单位像素21中的 传输晶体管212的栅极的导通状态电压VTXL与用于导通电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的栅极的导通状态电压VTXL相同。
(4)电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21中的传输晶体管212是n沟道MOS场效应晶体管。这种情况下，电荷监视单位像素21中的传输晶体管212的阈值电压低于电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的阈值电压。用于导通电荷监视单位像素21中的传输晶体管212的栅极的导通状态电压VTXH与用于导通电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的栅极的导通状态电压VTXH相同。
另外，在上述情况(1)和(2)中，提供给电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的栅极的导通状态电压可被设置成能够执行完全传输的电压。相应地，电荷积累单位像素21的电荷可以被完全传输，并且可以获得满意的线性度特性。另外，在上述情况(1)和(2)中，提供给电荷监视单位像素21中的传输晶体管212的栅极的导通状态电压和关断状态电压之间的电压差小于提供给电荷积累单位像素21中的传输晶体管212的栅极的导通状态电压和关断状态电压之间的电压差。
注意，根据本示例性实施例，其中每个单位像素21包括光电变换单元211、传输晶体管212、杂质扩散区域213和信号输出单元214的情况已被描述，但是其他配置也可被采用。以下，将描述单位像素21的另一示例。一个单位像素21包括多个光电变换单元211。该一个单位像素21还包括杂质扩散区域213。该一个单位像素21还包括作为被配置成将由多个光电变换单元211中的一部分光电变换单元211积累的电荷传输到杂质扩散区域213的传输晶体管212的第一传输晶体管。另外，该一个单位像素21还包括作为被配置成将由多个光电变换单元211中的另一部分光电变换单元211积累的电荷传输到杂质扩散区域213的传输晶体管212的第二传输晶体管。同样在该示例的单位像素21中，第一传输晶体管的沟道处的电位被设置成高于第二传输晶体管的沟道处的电位，从而可以取得根据本示例性实施例的光电变换设备的上述益处。
第二示例性实施例
图8是例示出根据本发明第二示例性实施例的基础单元线传感器12的示例配置的等效电路图。多个两种类型的单位像素21被布置在基础单元线传感器12中。这里，将描述两种类型的单位像素21。在图8中，与图3中的组成部件相同的组成部件被赋予相同的附图标记。本示例性实施例与第一示例性实施例的区别仅在于，根据第一示例性实施例(图3)，配置由一种类型的单位像素21构成，而根据第二示例性实施例(图8)，提供了与两种类型的单位像素21相对应两种类型的缓冲放大器81和82。代替图3的缓冲放大器31而提供图8的缓冲放大器81和82。缓冲放大器81具有输入电压PTX1、处于高电平的输出电压VTXH以及处于低电平的输出电压VTXL1。缓冲放大器82具有输入电压PTX2、处于高电平的输出电压VTXH以及处于低电平的输出电压VTXL2。缓冲放大器81的低电平电压VTXL1与缓冲放大器82的低电平电压VTXL2不同。具有缓冲放大器82的单位像素21是电荷积累单位像素并使用低电平电压VTXL2。具有缓冲放大器81的单位像素21是电荷监视单位像素并使用低电平电压VTXL1。参考单元线传感器13与基础单元线传感器12类似。缓冲放大器81的低电平电压VTXL1和缓冲放大器82的低电平电压VTXL2具有VTXL1>VTXL2的关系。
图9是例示出根据本示例性实施例的光电变换设备10的驱动方法的时序图。图9的左图是电荷监视单位像素21的时序图并且与图4的时序图类似。图9的右图是电荷积累单位像素21的时序图并且与图6的时序图类似。根据本示例性实施例，电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21被布置在同一条线中(in the same line)，其中特性中的线性度在电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21二者中都得到满足。根据本示例性实施例，能够在同一条线中满足用于监视从电荷监视单位像素21获得的光接收量的信号和从电荷积累单位像素21获得的具有微少噪声的高S/N信号二者的线性度。
第三示例性实施例
图10是根据本发明第三示例性实施例的基础单元线传感器12的示例配置的等效电路图。多个相同的单位像素21被布置在基础单元线传感器12中。这里，将描述单位像素21。在图10中，与图3中的组成部件相同的组成部件被赋予相同的附图标记。本示例性实施例与第一示例性实施例的区别在于开关91被提供。开关91可以将用于将控制信号发送到传输晶体管212的栅极的缓冲放大器31的低电平电压切换为VTXL1或VTXL2。也就是说，电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21中的每一个包括能够切换提供给传输晶体管212的栅极的导通状态电压VTXL1或VTXL2的开关91。这里，关系VTXL1>VTXL2被建立。
根据本示例性实施例，在单位像素被用作电荷监视单位像素21的情况中，低电平电压VTXL1被开关91提供给缓冲放大器31，并且驱动时序被设置成与图4相同。在单位像素被用作电荷积累单位像素21的情况中，低电平电压VTXL2被开关91提供给缓冲放大器31，并且驱动时序被设置成与图6相同。
根据本示例性实施例，图10中的单位像素21可依据使用目的被用作电荷监视单位像素21或电荷积累单位像素21。例如，在明亮环境下监视光接收量的同时执行聚焦的情况中，单位像素被用作电荷监视单位像素21，并且在昏暗环境下要使用高S/N的情况中，单位像素被用作电荷积累单位像素21。参考单元线传感器13也与基础单元线传感器12类似。
在某个电荷积累时段期间，单位像素21的一个第一单位像素21作为电荷监视单位像素21被操作，另一个单位像素21的第二单位像素21作为电荷积累单位像素21被操作。在另一个电荷积累时段期间，该第一单位像素21可作为电荷积累单位像素21被操作，该第二单位像素21可作为电荷监视单位像素21被操作。
第四示例性实施例
图11例示出根据本发明第四示例性实施例的基础单元线传感器12及其外围电路的示例配置。在图11中，与图2中的组成部件相同 的组成部件被赋予相同的附图标记。本示例性实施例(图11)与第一示例性实施例(图2)的区别在于在监视单元23中提供放大器控制单元101。在监视单元23确定P-B信号的幅值小的情况下，放大器控制单元101获得用于将幅值设置为足够大的放大率(amplification factor)。图中未例示的放大器以上述放大率放大信号，并且信号从放大器24输出。也就是说，放大器控制单元101基于电荷监视单位像素21的输出信号来控制电荷积累单位像素21(和电荷监视单位像素21)的放大率。放大器控制单元101是被配置成根据基于由光电变换单元生成的电荷的信号的信号电平来控制与放大单元相对应的放大器24的放大率的控制单元。根据本示例性实施例，即使在P-B信号的幅值小的情况下，信号也以适当的放大率被放大并输出，从而可以获得足够大的信号幅值。参考单元线传感器13也与基础单元线传感器12类似。
第五示例性实施例
图12例示出根据本发明第五示例性实施例的基础单元线传感器12及其外围电路的示例配置。在图12中，与图2中的组成部件相同的组成部件被赋予相同的附图标记。本示例性实施例(图12)与第一示例性实施例(图2)的区别在于在监视单元23和基础单元线传感器12之间提供电荷积累时段控制单元111。当监视单元23确定P-B信号的幅值超过先前设置的阈值时，用于指示电荷积累时段的结束的信号被输出到电荷积累时段控制单元111。接收到该信号的电荷积累时段控制单元111控制各个电荷积累单位像素21中包含的传输晶体管212并将光电变换单元211中积累的电荷传输到杂质扩散区域213。相应地，电荷积累时段结束。也就是说，监视单元23基于电荷监视单位像素21的输出信号来结束电荷监视单位像素21和电荷积累单位像素21的电荷积累时段。根据本示例性实施例，当电荷积累时段由电荷积累时段控制单元111控制时，能够获得具有期望大小的信号幅值。参考单元线传感器13也与基础单元线传感器12类似。
第六示例性实施例
图13例示出根据本发明第六示例性实施例的光电变换系统的示例配置。在光电变换系统中，根据第一到第五示例性实施例的光电变换设备10被用作聚焦设备1511。光电变换系统包括用于保护镜头152的挡板151，用于将对象的光学图像聚焦在聚焦设备1511和摄像设备154上的镜头152，以及用于将透过镜头152的光量设置为可变的光圈153。光电变换系统还包括对从摄像设备154输出的信号进行处理的输出信号处理单元155。摄像设备154通过摄像操作生成摄像信号以通过拍摄对象来生成图像。输出信号处理单元155对从摄像设备154输出的摄像信号适当地进行各种校正和压缩以生成图像。镜头152和光圈153构成用于将光聚焦在摄像设备154上的光学系统。由光学系统聚焦的光也被提供到聚焦设备1511。
光电变换系统还包括被配置成暂时存储图像数据的缓冲存储单元156和被配置成与外部计算机等通信的外部接口单元157。光电变换系统还包括用于记录或读取摄像数据的诸如半导体存储器之类的可拆卸地附接的记录介质159，被配置成执行记录介质159的记录和读取的记录介质控制接口单元158。另外，光电变换系统包括被配置成控制各种计算和整个静态照相机的总体控制/计算单元1510。
光电变换系统还包括聚焦设备1511。聚焦设备1511基于从总体控制/计算单元1510输出的信号来操作。聚焦数据从聚焦设备1511输出到总体控制/计算单元1510。总体控制/计算单元1510基于从聚焦设备1511输出的聚焦数据来确定聚焦是否被实现，并且当确定聚焦未被实现时，总体控制/计算单元1510驱动镜头152。当基于再次从聚焦设备1511输出的聚焦数据确定聚焦被实现时，总体控制/计算单元1510令摄像设备154执行摄像操作。
光电变换系统中提供的聚焦设备1511可以采用第一到第五示例性实施例中描述的光电变换设备10的模式。相应地，还能够利用光电变换系统中的聚焦设备1511取得第一到第五示例性实施例中描述的益处。
注意，上述示例性实施例中的任一个仅是实现本发明的实施例的 示例，并且示例性实施例不应被解释为限制本发明的技术范围。也就是说，本发明可以在不脱离技术思想或其主要特性的情况下以各种形式来实现。
第一单位像素和第二单位像素二者中的特性中的线性度可以通过改变当第一传输晶体管和第二传输晶体管被导通时沟道处的电位而得到改善。
虽然已参考示例性实施例描述了本发明，但是将理解，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，以便涵盖所有这类修改以及等同结构和功能。