CN103813111A - 成像装置、成像设备、半导体装置和读出方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及成像装置、成像设备、半导体装置和读出方法，提供了一种成像装置，包括：读出单元，其读出浮置扩散区中累积的电荷量作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换；读出控制单元，其控制所述读出单元多次执行读出操作以读出所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量；以及计算单元，其由所述读出控制单元控制并获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差。

Description

成像装置、成像设备、半导体装置和读出方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月13日提交的日本在先专利申请第JP2012-249265号的权益，将其全部内容结合于此以供参考。

技术领域

本公开涉及一种成像装置、成像设备、半导体装置和读出方法。具体地，本公开涉及一种能够抑制像素信号的暗电流分量的成像装置、成像设备、半导体装置和读出方法。

背景技术

在现有技术中，在成像装置中，根据累积时间读出累积在光电二极管中的电荷作为像素信号的信号电平，并且对像素信号的信号电平进行模拟-数字转换。在现有技术中已提出了各种各样的方法用于读出像素信号（例如，参见日本待审查专利申请公开号2006-033452）。

例如，在公开号为2006-033452的日本待审查专利申请中教导的方法中，比较第n行读出期间的像素信号和对像素信号进行数字化处理的参考信号，在与比较过程同时执行的向下模式或向上模式中执行计数过程，并且在比较过程完成的时间点保持计数值。接着，使用第n行的计数过程的结果作为初始值，比较第n+1行读取期间的像素信号和对像素信号进行数字化处理的参考信号，在与比较过程同时执行的向下模式或向上模式中执行计数过程，并且在比较过程完成的时间点保持计数值。第n+1行计数处理后的计数值在第n+1行计数处理的模式与第n-1行的计数模式相反时是相减结果，并且在计数模式相同时是相加结果。

通过采用这种像素信号读出方法，可以维持模拟-数字转换器的紧凑电路规模和少量的传输信号线，且也可以有效地执行积和运算。

发明内容

然而，当采用现有技术的方法时，存在对由于金属氧化物半导体（MOS）晶体管的栅极操作将会发生暗电流，将会发生结泄漏等的担忧。

由于这些因素而在浮置扩散区累积的电荷被添加到从光电二极管等（信号电荷）转移的电荷。因此，存在对这种额外的电荷将体现在成像的图像中成为具有高输出电平的点缺陷（即，作为关闭快门的状态中的白点和光入射时的辉点）的担忧。此外，还有一种担忧：这样的点缺陷会降低成像图像的图像质量。

期望抑制像素信号的暗电流分量。

根据本公开的实施方式，提供了一种成像装置，其包括：读出单元，其读出浮置扩散区中累积的电荷量作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换；读出控制单元，其控制所述读出单元多次执行读出操作以读出所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量；以及计算单元，其由所述读出控制单元控制并获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差异。

所述读出控制单元可以使多次所述读出操作在一个水平同步周期内被执行。

所述读出控制单元可以使所述读出操作在所述一个水平同步周期内被执行两次。

所述读出控制单元可以使第一次读出操作被执行，并随后在不初始化所述光接收单元的情况下使第二次读出操作被执行。

所述读出单元可包括：复位晶体管，其控制所述浮置扩散区的初始化，以及读出晶体管，其控制电荷从所述光接收单元到所述浮置扩散区的移动。

在每一次所述读出操作中，所述读出控制单元可导通所述复位晶体管，初始化所述浮置扩散区，使P相电荷量的读出被执行，并随后导通所述读出晶体管，使所述光接收单元的电荷被移动到所述浮置扩散区，以及使D相电荷量的读出被执行。

所述读出控制单元可以使所述读出操作被执行多次，随后导通所述复位晶体管和所述读出晶体管并初始化所述光接收单元和所述浮置扩散区。

所述读出单元还可包括：放大晶体管，其放大在所述浮置扩散区中累积的电荷量并将放大的电荷转换成所述信号电平，以及选择晶体管，其控制所述信号电平向所述计算单元的供给，以及在多次所述读出操作期间，所述读出控制单元可导通所述选择晶体管。

所述读出控制单元可相比所述读出操作被执行一次的情况而降低帧率，并且可以使所述读出操作被执行多次。

所述计算单元，针对使用第一次读出操作获得的信号电平，可使用0作为初始值并对所述信号电平计数；针对使用第二次读出操作获得的信号电平，可使用利用所述第一次读出操作而获得的所述信号电平的计数值作为初始值，并在从之前的读出操作相反的方向上对所述信号电平计数；以及对于使用第三次及以后的读出操作获得的信号电平，可使用直到所述前一次的读出操作为止所获得的所述信号电平的差值作为初始值，并在从所述前一次的读出操作相反的方向上对所述信号电平计数。

所述计算单元，针对使用第一次读出操作获得的信号电平，可使用0作为初始值，并对所述信号电平计数；针对使用第二次读出操作获得的信号电平，可反转使用所述第一次读出操作获得的信号电平的计数值的符号，使用反转的计数值作为初始值，并在与前一次的读出操作相同的方向上对所述信号电平计数；以及针对使用第三次及以后的读出操作获得的信号电平，可反转直到所述前一次的读出操作为止所获得的所述信号电平的差值的符号，使用反转的差值作为初始值，并在与所述前一次的读出操作相同的方向上对所述信号电平计数。

所述计算单元可获得通过读出所述P相而获得的信号电平和通过读出所述D相而获得的信号电平之间的差，作为使用所述读出操作获得的信号电平。

根据本公开的另一实施方式，提供了一种成像设备，其包括：成像装置，包括：读出单元，其读出浮置扩散区中累积的电荷量作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换；读出控制单元，其控制所述读出单元多次执行读出操作以读出所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量；以及计算单元，其由所述读出控制单元控制并获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差异；以及图像处理单元，其对在所述成像装置中光电转换的对象的图像执行图像处理。

根据本公开的又一实施方式，提供了一种半导体装置，其包括：读出控制单元，其控制设置在另一半导体衬底上的读出单元，所述读出单元读出浮置扩散区中累积的电荷量作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换，并使用于读出在所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量的读出操作被执行多次；以及计算单元，其由所述读出控制单元控制并获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差异。

根据本公开的又一实施方式，提供了一种读出方法，其读出对应于在浮置扩散区中累积的电荷量的信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对来自成像装置的入射光进行光电转换，所述方法包括：执行多次读出操作，以读出对应于在所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量的所述信号电平，所述浮置扩散区累积从所述光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换；以及获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差异。

根据本公开的一种实施方式或又一实施方式，累积在浮置扩散区中的P相和D相的电荷量被多次读出以作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换，以及获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差异。

根据本公开的另一实施方式，累积在浮置扩散区中的P相和D相的电荷量被多次读出以作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换，以及获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差异，并且作为所述差异而获得的对象的图像经过图像处理。

根据本公开，可以抑制像素信号的暗电流分量。

附图说明

图1是示出CMOS图像传感器的主要配置示例的示意图；

图2是示出单元像素的主要配置示例的示意图；

图3是示出列ADC的主要配置示例的示意图；

图4是示出现有技术中的信号读出状态的示例的示意图；

图5是示出现有技术中的信号读出状态的示例的示意图；

图6是示出像素信号读出过程的流程的示例的流程图；

图7是示出第一像素信号读出过程的流程的示例的流程图；

图8是示出第二像素信号读出过程的流程的示例的流程图；

图9是示出信号读出状态的示例的示意图；

图10是示出信号读出状态的示例的示意图；

图11是示出列ADC的另一配置示例的示意图；

图12是示出信号读出的另一示例的示意图；

图13是示出成像装置的主要配置示例的框图；以及

图14是示出计算机的主要配置示例的框图。

具体实施方式

在下文中，将对用于实现本公开的实施方式（以下为“实施方式”）进行描述。另外，将按照以下顺序进行描述。

1.第一实施方式（成像装置）

2.第二实施方式（成像设备）

3.第三实施方式（计算机）

1.第一实施方式

CMOS图像传感器

图1是一个框图，示出了采用本技术的图像传感器的一部分的配置示例。图1所示的互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器100是成像装置，其对对象成像并获得成像图像的数字数据。

在CMOS图像传感器100中，多个使用彼此不同的灰度级执行模拟-数字转换的模拟-数字转换单元被设置为与一个垂直的信号线有关。因此，在不牺牲帧率的情况下，可以部分实现具有高灰度范围的模拟-数字转换操作。

在下文中，将给出更详细的描述。

如图1所示，CMOS图像传感器100被配置为包括像素阵列单元102，其形成在半导体衬底（下文中，也称为“芯片”）101上；以及外围电路单元，与像素阵列单元102集成在同一芯片101上。在本例中，作为外围电路单元的示例，提供了行扫描单元103、列处理单元104、列扫描单元105和系统控制单元106。

单元像素（下文中，也简称为“像素”）120二维排列在像素阵列单元102上的矩阵图案中。此外，每个单元像素包括光电转换器件，其产生对应于入射光的量的电荷量的光电荷，并在其中累积光电荷。在图1的像素阵列单元102内的方块各自代表一个像素120。此外，在图1中，排列在矩阵图案中的像素120的附图标记仅为右上边缘的像素120提供。然而，在没有特别的需要区分像素的情况下，矩阵图案中排列的任何像素都可以被称为“像素120”。

像素阵列单元102还被设置有用于与排列在矩阵图案中的像素有关的每个像素行的像素驱动线107，以及用于每个像素行的垂直信号线108。此外，像素驱动线107沿水平方向（即，行方向（像素行的像素排列的方向））布线，并且垂直信号线108沿垂直方向（即，列方向（像素列的像素排列的方向））布线。像素驱动线107发送驱动信号以执行用于从像素读出信号的驱动。在图1中，像素驱动线107被示出为单线，然而，该配置不限于此。每个像素驱动线107的一端被连接到对应于行扫描单元103的每一行的输出端。

行扫描单元103是像素驱动单元，其包括移位寄存器、地址解码器等，并且其驱动像素阵列单元102的像素120中的每一个，同时驱动所有像素，以行为单位驱动等。在图中省略了行扫描单元103的具体配置。然而，通常，行扫描单元103被配置为包括两个扫描系统，读出扫描系统和清除扫描系统。

为从单元像素读出信号，读出扫描系统以行为单位执行顺序选择扫描像素阵列单元102的单元像素。从单元像素读出的信号是模拟信号。在快门速度的持续时间内进行读出扫描之前，清除扫描系统执行与读出行有关的清除扫描，该读出行经历由读出扫描系统的读出扫描。

根据由清除扫描系统执行的清除扫描，可使不必要的电荷从读出行的单元像素的光电转换元件中被清除。因此，光电转换元件被复位。另外，所谓的电子快门操作是通过由清除扫描系统的清除（复位）可能不必要的电荷来执行的。这里，术语“电子快门操作”指的是一种操作，其中，光电转换元件的光电荷被释放并开始新的曝光（开始光电荷的积累）。

通过读出扫描系统的读出操作读出的信号对应于从之前的读出操作开始的入射的光量或从之前的电子快门操作开始的入射的光量。此外，从之前读出操作的读出时刻或电子快门操作的清除时刻直到本读出操作的读出时刻为止的时间段是单元像素中光电荷的累积时段（曝光时段）。

从经历由行扫描单元103的选择扫描的像素行的每个像素120输出的信号通过各垂直信号线108被提供给列处理单元104。对于像素阵列单元102的每一个像素列，列处理单元104对从由行扫描单元103通过垂直信号线108选择的行的每个像素120输出的信号执行预定信号处理，并暂时保持信号处理后的像素信号。

具体地，列处理单元104接收单元像素120的信号并执行信号处理，诸如通过相关双采样（CDS）去除噪声，对信号进行信号放大和模拟-数字转换。

例如，通过CDS去除噪声是通过采用复位电平与信号电平之间的差来执行的，该复位电平在单元像素（在实际中为如下所述的浮置扩散区单元）被复位时读出，且该信号电平对应于通过光电转换元件光电转换的信号电荷而被读出。像素固有的固定模式噪声（诸如复位噪声）和放大晶体管的阈值偏差通过噪声去除过程被去除。此外，这里所列举的信号处理仅是一个示例，且信号处理并不限定于此。

如图1所示，列处理单元104包括参考信号生成单元131、比较器132和可逆计数器133。然而，只提供一个参考信号生成单元131，比较器132和可逆计数器133针对像素阵列的每一列而被设置。

参考信号生成单元131生成与像素信号比较时被使用的斜坡波形的参考信号并供应该斜坡波形到各比较器132。

比较器132比较由参考信号生成单元131生成的参考信号和从由比较器132所对应的像素列的行扫描单元103选择的像素读出的像素信号。然后，作为比较结果，比较器132将指示哪个信号更大的二进制信号提供至对应于与比较器132本身相同的像素列的可逆计数器133。

当比较器132开始比较时（换言之，从该比较结果输出时开始），可逆计数器133计数时段，直到比较结果的值发生变化。由于参考信号是灯的波形，所以比较器132输出表示像素信号大于参考信号的信号值，直到信号电平达到像素信号的信号电平。此外，当参考信号的信号电平达到像素信号的信号电平时，比较器132反转从其输出的信号值。

换言之，从比较器132开始输出信号直到输出信号的信号电平被反转的时间表示像素信号的信号电平。因此，在这段时间内，可逆计数器133通过对单位时间计数来以预定的速度测量时间长度。换言之，计数值表示时间长度，也就是像素信号的信号电平。

可逆计数器133可向上计数以增加计数值，且也可向下计数以减小计数值。例如，可逆计数器133可通过在交替相反的方向上连续执行计数而获得计数值之间的差值。例如，在向上计数后，采用通过向上计数而获得的计数值作为初始值，通过向下计数而获得的计数值是通过向上计数而获得的计数值与通过向下计数而获得的计数值之间的差值。

此外，例如，可逆计数器133也可通过反转向上计数后的计数值的符号（正到负，或反之亦然）来获得两个计数值之间的差值，然后使用反转后的值作为初始值再次向上计数。当然，也可以以同样的方式获得向下计数时的差值。

列处理单元104的操作由列扫描单元105或系统控制单元106控制。

列扫描单元105被配置为包括移位寄存器、地址解码器等，并依次选择对应于像素列的列处理单元104的单元电路。根据由列扫描单元105执行的选择扫描，经历由列处理单元104进行的信号处理的像素信号被依次输出到水平总线109，经由水平总线109供给到输出端（Vout）110，并从输出端110发送到半导体衬底101（CMOS图像传感器100）的外部。

系统控制单元106接收从半导体衬底101外部提供的时钟信号、指示操作模式的数据等。此外，系统控制单元106输出诸如CMOS图像传感器100的内部信息的数据。系统控制单元106还包括时序生成器，其产生各种类型的时序信号，并基于由时序生成器产生的各种类型的时序信号直接或间接地执行外围电路单元（诸如行扫描单元103、列处理单元104和列扫描单元105）的驱动控制。

此外，在图1中，所有示出的上述配置被形成在一个半导体衬底101上。然而，该配置也可被形成在多个半导体衬底上。例如，也可采用如下配置：其中，像素阵列单元102、行扫描单元103、列处理单元104、列扫描单元105和系统控制单元106交替被形成在不同衬底上并且CMOS图像传感器100被形成为层叠的成像装置，其中，两个衬底被层压在一起。

像素配置

图2是示出像素120的电路结构的示例的电路图。如图2所示，除了例如作为光电转换单元（光接收单元）的光电二极管121之外，像素120例如还包括读出晶体管122、复位晶体管123、放大晶体管124和选择晶体管125这四个晶体管。

这里，N沟道金属氧化物半导体（MOS）晶体管例如被用作这四个晶体管（读出晶体管122至选择晶体管125）。然而，这里例举的读出晶体管122、复位晶体管123、放大晶体管124和选择晶体管125的导电类型的组合仅是示例配置，并且该配置不限制于该组合。

对于像素120，作为像素驱动线107，例如传输线107-1、复位线107-2和选择线107-3的三行驱动布线共同针对相同像素行中的每个像素而被设置。传输线107-1、复位线107-2和选择线107-3中的每一条的一端连接到输出端，该输出端以像素行为单位对应于行扫描单元103的每个像素行。此外，传输线107-1、复位线107-2和选择线107-3分别发送传输脉冲复位脉冲

和选择脉冲

它们是用于驱动像素120的驱动信号。

在光电二极管121中，阳极电极连接到负极侧电源（例如，接地）。此外，光电二极管121将所接收的光光电转换成对应于光量的电荷量的光电荷（这里是光电子）并累积该光电荷。经由读出晶体管122将光电二极管121的阴极电极电连接到放大晶体管124的栅电极。电连接到放大晶体管124的栅电极的节点126被称为FD（浮置扩散区）单元。

读出晶体管122在光电二极管121的阴极电极和FD单元126之间被连接。高电平（例如，Vdd电平）处于活动状态（以下称为“高激活”）的传输脉冲

经由传输线107-1被提供给读出晶体管122的栅电极。因此，读出晶体管122进入导通状态并传输由光电二极管121光电转换的光电荷至FD单元126。

复位晶体管123的漏电极和源电极分别连接到像素电源Vdd和FD单元126。高激活的复位脉冲经由复位线107-2提供给复位晶体管123的栅电极。因此，复位晶体管123进入导通状态，并且FD单元126通过释放FD单元126的电荷到像素电源Vdd中而被复位。

放大晶体管124的栅电极和漏电极被分别连接到FD单元126和像素电源Vdd。此外，在FD单元126通过复位晶体管123被复位之后，放大晶体管124输出FD单元126的电位作为复位信号（复位电平）。在通过读出晶体管122传输信号电荷之后，放大晶体管124还输出FD单元126的电位作为光累积信号（信号电平）。

例如，选择晶体管125的漏电极和源电极分别连接到放大晶体管124的源极和垂直信号线108。高激活的选择脉冲

经由选择线107-3被提供给选择晶体管125的栅电极。因此，选择晶体管125进入导通状态，并且当像素120处于选择状态时，将从放大晶体管124输出的信号中继到垂直信号线108。

此外，也可采用以下电路结构：其中，选择晶体管125在像素电源Vdd和放大晶体管124的漏极之间被连接。

此外，像素120并不限于由上述结构中描述的四个晶体管形成的像素配置。例如，像素120也可以是由三个晶体管形成的像素配置，其中，一个晶体管被用于放大晶体管124和选择晶体管125两者，并且像素电路的配置没有问题。

列ADC

图1的列处理单元104接收经由垂直信号线108传输的像素信号（模拟信号）并输出像素信号（数字信号）。换言之，列处理单元104对从每个像素列中发送的像素信号执行模拟-数字转换。即，列处理单元104包括用于每个像素列的模拟-数字转换器。模拟-数字转换器被称为列ADC（模拟数字转换器）。

换言之，如图3所示，对应于特定像素列的列ADC130包括对于所有像素列共有的参考信号生成单元131，以及对应于像素列的比较器132和可逆计数器133。

现有技术的像素信号读出的状态

在现有技术的像素信号读出方法中，首先，复位浮置扩散区中的电荷，从而将浮置扩散区设置为用作基础的电位状态。使用源极跟随器电路对电位进行电压转换，该源极跟随器电路由放大晶体管和负载型金属氧化物半导体（MOS）来配置。该电压状态被称为P相。

接着，使用列ADC130提取P相的数字值。此时，计数方法为向下递减计数，并被保持在计数器中。接着，开启读取门（readout gate，读取栅极）以传输累积在光电二极管中的信号电荷到浮置扩散区。从光电二极管将电荷转移到的浮置扩散区的电荷，使用与P相的情况相同的方式的源极跟随器电路进行电压转换。这一电压状态被称为D相。

该D相也由列ADC130转换为数字值。可以通过从P相已被向下计数并存储的状态起对D相值向上计数来提取P相和D相之间的电压差作为数字值。该数字值是在光电二极管中累积的电荷量。

根据该读出操作，浮置扩散区复位时产生的复位噪声采用相关双采样（CDS）来除去。

然而，即使浮置扩散区的电荷被复位，例如，在浮置扩散区和周围的P型扩散层之间也会产生急剧的电场，该浮置扩散区是N型扩散层。因此，存在一种情况，其中，这由于浮置扩散区的电位结构而导致发生结泄露。存在一种情况，其中，该泄漏继续提供电荷至浮置扩散区，从而将电荷（发生的暗电流）添加到信号电荷中。存在对这种添加的电荷会在成像图像中被呈现为具有高输出电平的点缺陷（即，作为关闭快门状态中的白点和光入射时的辉点）的担忧。

图4中示出了当像素为暗（当像素的信号电平为0）时读出的像素信号的示例。如图4所示，由于在一个水平同步周期（1H）内进行对P相和D相的读取，所以参考信号的波形采用曲线151（DAC）的形式。

相反，由于该像素为暗，所以从垂直信号线108读出的像素信号（VSL）通常保持固定值（信号电平为0），如虚线152。然而，实际上，通过产生结泄露，电荷被持续提供到浮置扩散区。因此，存在对像素信号（VSL）的波形将如曲线153一样改变的担忧。

此外，当将光电二极管中累积的电荷传送到浮置扩散区时，读出晶体管（读取门）导通。因此，例如电场在栅极下的电位结构处变得剧烈，且由于电荷加速，所以产生与Si原子和电子-空穴对的电荷碰撞。存在对所产生的电荷将被注入到浮置扩散区的担忧。

存在对该注入的电荷由于被添加到信号电荷中而将在成像图像中被呈现为具有高输出电平的点缺陷（即，作为关闭快门状态中的白点和光入射时的辉点）的担忧。

图5中示出了当像素为暗时（当像素的信号电平为0时）的像素信号读出的实例。如图5所示，由于P相和D相的读出在一个水平同步周期（1H）内被执行，所以参考信号的波形采用曲线151（DAC）的形式（同图4）。

相反，由于该像素为暗，所以从垂直信号线108读出的像素信号（VSL）通常保持为固定值（信号电平为0），如虚线152（同图4）。然而，实际上，如上所述，电荷通过读出操作被注入到浮置扩散区。因此，存在对像素信号的波形（VSL）将如曲线154一样改变的担忧。

如上所述，当像素信号（VSL）的信号电平在P相和D相的读出过程中不同时，即使当该像素为暗时，两个像素信号之间的差也不为0。差值被包含在像素信号中作为暗电流分量。

因此，存在对该暗电流将在成像图像中被呈现为具有高输出电平的点缺陷（即，作为关闭快门状态中的白点和光入射时的辉点）的担忧。也就是说，存在对成像图像的图像质量将会退化的担忧。

具体地，当该像素为暗时，由于信号电荷较低，所以暗电流的相对比例增加。此外，当该像素为暗时，周围的像素的像素值也经常较小。因此，图像质量的退化可能会变得明显，诸如为白点缺陷的形式。

由于MOS晶体管的栅极操作和结泄漏的产生而导致的暗电流的发生是一种物理现象，它在半导体中难以避免。因此，使用一系列的读出操作来检测由读取操作导致的电荷和由结泄露导致的注入到浮置扩散区的过剩电荷，从成像图像中减去并抑制这些电荷，而不是抑制这种暗电流的发生。

换言之，控制读出累积在浮置扩散区中的电荷值作为信号电平的读出单元来多次执行读出操作以读出在浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量，该浮置扩散区累积从光接收单元传输的电荷，该光接收单元对入射光进行光电转换。然后，获得使用多次执行的读出操作而获得的信号电平之间的差。

例如，光电二极管的读出和模拟-数字转换被持续执行的操作被添加到现有技术中信号电荷被读出、被模拟-数字转换并被维持为数字值的状态。在这种情况下，在添加的读出操作的模拟-数字转换期间的计数器的操作对P相向上计数，且对D相向下计数。

存在噪声分量，诸如由读取门导致的注入到浮置扩散区的电荷和由于复位后浮置扩散区的电位结构而导致的注入的电荷。这种噪声分量由于添加的读出操作而被提取为负数字值。

此外，这里，通过在与光电二极管的信号电荷读出相同的1H周期内执行附加驱动，可以抑制光电二极管的光电转换并抑制电荷的累积时间为一分钟。因此，可以只提取由读出操作引起的暗电流分量，而该读出操作不会受到暗电流分量和光电二极管的光电转换分量的影响。

此外，在维持从信号电荷读出的现有技术的数字值的状态下（其中，由驱动导致的信号电荷和暗电流分量被混合在一起），执行添加的读出驱动。因此，由驱动导致的暗电流分量被提取为负的数字值，并且在同一时间，“由驱动导致的信号电荷和暗电流分量”和“由驱动导致的暗电流分量”的数字值被相加在一起。作为结果，暗电流成分被除去并且可以只输出对应于累积时间的信号分量作为数字值。

如上所述，由读取门的操作引起的暗信号和由浮置扩散引起的暗信号都被去除。因此，可以降低由于当照度低时由驱动引起的暗信号产生的白点缺陷并且可以改善图像质量。另外，当浮置扩散区被多个像素共享时，可以降低共享配置文件中发生的连续的点缺陷的产生，并且更容易改善图像质量且校正后期阶段的点缺陷。此外，在共享像素的黑色和白色的产品中，使用相邻像素进行点缺陷校正。因此，单一的点缺陷的发生可能被判断为不可恢复，然而，通过使用本公开所采用的点缺陷校正，可以对这种缺陷进行恢复。此外，由于点缺陷的选择标准放宽，能够提高制造生产率。

像素信号读出过程的流程

接下来，将描述给定的具体例的处理流程。首先，参照图6的流程图描述像素信号读出过程的流程的示例。此外，像素信号读出过程是与一个像素有关的过程。然而，实际上，针对像素阵列单元102的所有像素以预定的顺序进行相同的处理。

当像素信号读出过程开始时，在步骤S101中，CMOS图像传感器100执行第一像素信号读出。该像素信号读出是在浮置扩散区中累积的电荷被读出为电压（信号电平）并经过模拟-数字转换的过程。此外，像素信号读出过程包含P相读出和D相读出两者。该过程将在下面详细描述。

在步骤S102中，CMOS图像传感器100反转与步骤S101的过程有关的可逆计数器133的计数方向，并执行第二像素信号读出。第二像素信号读出过程基本上是与步骤S101的第一像素信号读出过程相同的过程。然而，计数的方向相对于彼此被反转。换言之，在P相读出和在D相读出期间的计数方向分别与步骤S101的过程中的方向相反。此外，该过程是在步骤S101的过程之后开始的，且光电二极管121未被复位。

如上所述，执行读出两次后，在步骤S103中，系统控制单元106控制行扫描单元103导通当前像素（其作为处理对象）的复位晶体管123和读出晶体管122两者，从而初始化光电二极管121和浮置扩散区（FD单元）126。

当步骤S103的过程完成时，像素信号读出过程完成。

第一像素信号读出过程的流程

接着，参照图7的流程图，将描述在图6的步骤S101中执行的第一像素信号读出过程的流程示例。

当第一像素信号读出过程开始时，在步骤S121中，行扫描单元103导通复位晶体管123并初始化浮置扩散区126。

在步骤S122中，在信号电荷从光电二极管121被转移之前的状态下，行扫描单元103读出累积在浮置扩散区126中的电荷作为电压（像素信号的信号电平）。

在步骤S123中，可逆计数器133对在步骤S122中从复位状态（以0为初始值）读出的像素信号的信号电平向下计数。在步骤S124中，可逆计数器133保持计数值。

上述步骤S121至步骤S124中的每个过程都是与P相有关的过程。

在步骤S125中，行扫描单元103导通读出晶体管122并转移（开启读取门）累积在光电二极管121中的电荷到浮置扩散区126。

在步骤S126中，在信号电荷从光电二极管121被传输的状态下，行扫描单元103读出积累在浮置扩散区126中的电荷作为电压（像素信号的信号电平）。

在步骤S127中，采用在步骤S124中维持的值（P相计数值）作为初始值，可逆计数器133对在步骤S126中读出的像素信号的信号电平向上计数。因此，获得P相和D相的计数值之间的差作为计数值。

在步骤S128中，可逆计数器133保持计数值（第一差值）。

上述步骤S125至S128中的每个过程都是D相有关的过程。

当步骤S128中的过程完成时，所述第一像素信号读出过程完成，且过程返回图6。

第二像素信号读出过程的流程

接着，参照图8的流程图，将描述在图6的步骤S102中执行的第二像素信号读出过程的流程示例。

当所述第二像素信号读出过程开始时，在步骤S141中，行扫描单元103导通复位晶体管123并初始化浮置扩散区126。

在步骤S142中，在信号电荷从光电二极管121被转移之前的状态下，行扫描单元103读出累积在浮置扩散区126中的电荷作为电压（像素信号的信号电平）。

在步骤S143中，可逆计数器133对在步骤S122中读出的像素信号的信号电平向上计数。此外，当这个过程开始时，可逆计数器133还未被初始化，并且计数值仍然是第一差值（图7的步骤S128）。换言之，可逆计数器133采用第一差值作为初始值向上计数。此外，尽管可逆计数器133在第一像素信号读出过程（图7的步骤S123）中向下计数，但在这里，可逆计数器133向上计数。换言之，可逆计数器133以与所述第一像素信号读出过程的情况相反的方向计数。

在步骤S144中，可逆计数器133保持计数值（第二差值）。上述步骤S141至步骤S144中的每个过程都是与P相有关的过程。

在步骤S145中，行扫描单元103导通读出晶体管122并发送（开启读取门）累积在光电二极管121中的电荷至浮置扩散区126。

此外，在第一像素信号读出过程被执行之后，光电二极管121未被初始化。换言之，根据这个过程，在图7的步骤S125中的过程之后，累积在光电二极管121中的信号电荷被传送到浮置扩散区。然而，在图7的步骤S125中的过程被执行之后，步骤S145的过程在一个水平同步周期（1H）内被执行。因此，在光电二极管121中累积的电荷量非常小，且尤其是当该像素为暗时，电荷量是可忽略不计的程度。

在步骤S146中，在信号电荷从光电二极管121被传输的状态下，行扫描单元103读出积累在浮置扩散区126中的电荷作为电压（像素信号的信号电平）。

在步骤S147中，采用在步骤S144中维持的值（第二差值）作为初始值，可逆计数器133对在步骤S146中读出的像素信号的信号电平向下计数。因此，获得P相和D相的计数值之间的差作为计数值。换言之，在这里也是如此，可逆计数器133以与第一像素信号读出过程（图7的步骤S127）的情况相反的方向计数。

在步骤S148中，可逆计数器133保持计数值（第三差值）。

上述步骤S145至S148中的每个过程都是与D相有关的过程。

当步骤S148的过程完成时，第二像素信号读出过程完成，并且该过程返回图6。

像素信号读出的状态

如上所述，通过两次读出像素信号，如图9所示，参考信号重复相同的波形，如曲线161。然而，由于结泄漏而导致的将电荷注入到浮置扩散区以相同的方式重复。因此，像素信号（VSL）的波形重复相同的波形，如曲线162。

换言之，通过相对于彼此反转像素信号的第一和第二计数，可以抵消由结泄露造成的电荷注入到浮置扩散区。实际上，与暗电流分量一样，累积在光电二极管121中的信号电荷分量也会被检测到。然而，如上所述，在第一读出之后，第二读出的执行并未初始化光电二极管121。因此，信号电荷分量不会被抵消。换言之，暗电流分量减少，且主要提取信号电荷分量。

这同样适用于由读出操作造成的电荷注入到浮置扩散区。如图10所示，通过重复将由读出操作造成的电荷注入到浮置扩散区，像素信号（VSL）的波形重复相同的波形，如曲线163。

换言之，通过相对于彼此反转像素信号的第一和第二计数，可以抵消由读出操作造成的电荷注入到浮置扩散区。实际上，与暗电流分量一样，累积在光电二极管121中的信号电荷分量也会被检测到。然而，如上所述，在第一读出之后，第二读出的执行并未初始化光电二极管121。因此，信号电荷分量不会被抵消。换言之，暗电流分量减少，且主要提取信号电荷分量。

通过执行上述每个处理，CMOS图像传感器100可抑制像素信号的暗电流分量。

上面给出了对如何通过反转计数方向来获得像素信号之间的差的描述。然而，该获得像素信号之间的差的方法是任意的，且不限于此。例如，可以采用计数方向是一个预定方向且在前面的读出中得到的计数值（或差值）的符号被反转的配置。此外，可采用以下配置：其中，每次获得计数值，并随后通过减去彼此的计数值获得差。

此外，上述的计数方向（向上或向下）是一个配置的示例，并且可以向上计数或向下计数，只要整体配置与此符合即可。

此外，上述配置中的P相和D相的读出过程重复两次。然而，重复该过程的次数是任意的，并且该过程可重复三次或更多次。即使在这种情况下，计数方向也可相对于之前的时间是逆方向。通过重复读出过程更多次数，可以抑制每次可能发生在读出过程中的不期望误差的影响。因此，可以更稳定的方式实现抑制像素信号的暗电流分量。

此外，可以不需要执行多个读出过程来获得上述一个水平同步周期内的信号电平之间的差。此外，可以采用如下配置：其中，累积在光电二极管中的信号电荷的读出在第n次读出中被执行。

此外，如上所述，当采用本公开所应用的信号读出时，可能有必要执行多次读出并且过程数超过现有技术的过程数。因此，为完成一个水平同步周期内的所有读出过程，可以采用以下配置：其中，当执行本公开所应用的信号读出时增加操作时钟的速度（频率增加）。此外，例如，在当像素为暗时的成像模式中，有一种情况，其中，帧率降低以延长曝光时间。可以采用以下配置：其中，可以只在这种模式下执行本公开所应用的信号读出。换言之，当执行本公开所应用的信号读出时，帧率可能会降低。

并行读出

此外，如图11所示，可采用以下配置：其中，设置多个列ADC与一个像素列有关。在图11所示的例子中，设置4个列ADC（列ADC130-1到列ADC130-4）与一个像素列（像素120-1到像素120-12）有关。通过采用这种配置，如图12所示，由于4H之后使用相同的垂直信号线路径和计数器，4H的时间值可被用于读出。因此，可以在不降低帧率的情况下，抑制像素信号的暗电流分量。

2.第二实施方式

成像设备

图13是示出本技术所应用的成像设备的主要配置示例的示意图。如图13所示的成像设备500是一种成像对象并输出对象的图像作为电信号的设备。如图13所示，成像设备500包括含有透镜组501等的光学系统、成像设备502、用作相机信号处理单元的数字信号处理器（DSP）503、帧存储器504、显示设备505、记录设备506、操作系统507、电源系统508等。此外，DSP503、帧存储器504、显示设备505、记录设备506、操作系统507和电源系统508经由总线509互连。

透镜组501从对象接收入射光（图像光）并且在成像装置502的成像表面上形成图像。成像装置502将使用透镜组501通过像素单元在成像表面上形成图像的入射光量转换为电信号，并输出该电信号作为像素信号。可以使用固态成像设备（诸如根据上述实施方式的CMOS图像传感器100），作为成像装置502。该DSP503执行现有技术的相机信号处理。

显示设备505由液晶显示设备或有机电致发光（EL）显示设备构成，并显示通过成像装置502成像的动态图像或静态图像。记录设备506将由成像装置502成像的动态图像或静态图像记录到记录介质上，诸如视频磁带或DVD（数字多功能光盘）。

操作系统507基于用户操作给出与由本成像设备实施的各种功能有关的操作指令。电源系统508将用作DSP503、帧存储器504、显示设备505、记录设备506和操作系统507的操作电源的各种类型的电源提供给这些供电目标（如适用）。

成像设备500被应用于视频摄像机、数码相机，并进一步地被应用于移动装置（诸如移动电话）用的相机模块。通过使用上述CMOS图像传感器100作为成像装置502，成像设备500可以抑制像素信号的暗电流分量，并能获得更高图像质量的成像图像。

此外，本公开所应用的成像设备并不局限于上述配置，且可以是另一种配置。例如，成像设备并不限于数码相机、视频摄像机等，且也可以是一种包括成像功能的信息处理设备，诸如移动电话、智能电话、平板电脑装置或个人计算机。此外，成像设备也可以是被用于安装到另一信息处理设备（或者被安装为嵌入式装置）的相机模块。

3.第三实施方式

计算机

上述一系列的处理可使用硬件执行，且也可使用软件来执行。在使用软件执行一系列处理的情况下，配置软件的程序被安装在计算机上。在这里，“计算机”的定义中还包括嵌入在专用硬件中的计算机以及普通的个人电脑等，它们能够由于安装其上的各种程序而执行各种功能。

图14是一个框图，示出了使用程序执行上述一系列过程的计算机的硬件的配置实例。

在图14所示的计算机600中，中央处理单元（CPU）601、只读存储器（ROM）602和随机存取存储器（RAM）603经由总线604相互连接。

输入-输出接口610也连接到总线604。输入-输出接口610连接到输入单元611、输出单元612、存储单元613、通信单元614和驱动器615。

输入单元611由键盘、鼠标、麦克风、触摸板、输入端等构成。输出单元612由显示器、扬声器、输出端等构成。存储单元613由硬盘、随机存取存储磁盘、非易失性存储器等构成。例如，通信单元614由网络接口构成。驱动器615驱动可移动介质621（诸如磁盘、光盘、磁光盘或半导体存储器）。

在上述配置的计算机600中，由CPU601执行一系列上述过程，例如，经由输入-输出接口610和总线604加载存储在存储单元613中的程序到RAM603中，并执行所加载的程序。在随机存取存储器603中，CPU601存储可能用于执行各种处理所必需的数据等。

例如，由计算机（CPU601）执行的程序可通过记录该程序到作为封装介质等的可移动介质621上而被应用。此外，可以经由有线或无线传输介质（诸如局域网、因特网或数字卫星广播）提供该程序。

在计算机中，可以通过安装可移动介质621到驱动器615中经由输入-输出接口610将程序安装到存储单元613中。此外，可以通过使用通信单元614经由有线或无线传输介质接收程序，将该程序安装到存储单元613中。此外，可以预先安装该程序到ROM602或存储单元613中。

此外，计算机执行的程序的过程可以本说明书中描述的时间序列顺序来执行，且也可并行执行，或者在必要时刻（诸如当执行调用时）被执行。

此外，在本说明书中，定义记录在记录介质上的程序的步骤自然包括以所描述的时间序列顺序执行的处理。然而，步骤中的过程不一定按照时间序列的顺序执行，也可并行或单独执行。

此外，在本说明书中，术语“系统”是指多个元件（设备，模块（部件）等）的一个组件，并且是否所有的组件都包含在同一外壳内不是问题。因此，存储在单独的外壳中并通过网络连接的多个设备和单一的设备（其中，多个模块存储在单独的壳体中）都是系统。

此外，上述作为一个设备（或处理单元）的结构可被划分以便被配置为多个设备（或处理单元）。相反，作为多个设备（或处理单元）的上述结构可被组合以便被配置成一个设备（或处理单元）。此外，当然，除上述以外的结构也可被添加到每个设备（或处理单元）的配置。此外，任何作为一个整体的系统的配置和操作基本上是相同的，特定设备（或处理单元）的部分配置可被包括在另一设备的配置（或者其他处理单元）中。

参照附图给出了上述本公开的有利实施方式的详细说明。然而，本公开的技术范围并不限于其中的例子。显然，对于本领域技术人员，本公开在权利要求所公开的技术范围内可以进行各种修改和更正。当然，这样的修改和更正被理解为属于本公开的技术范围内。

例如，本技术也可采用云计算的配置，其中，由多个设备经由网络共享和由多个设备的协作来处理单一的功能。

此外，在上述流程图中的每一个所描述的步骤可以由一个单一的设备来执行，且还可以由多个设备共享和执行。

此外，在多个处理被包含在一个步骤中的情况下，所述多个包含在这一步骤中的处理可以被一个单一的设备执行，且还可由多个设备共享和执行。

此外，本技术可以采用以下的配置。

（1）一种成像装置，包括：读出单元，其读出浮置扩散区中累积的电荷量作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换；读出控制单元，其控制所述读出单元多次执行读出操作以读出所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量；以及计算单元，其由所述读出控制单元控制并获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差异。

（2）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，所述读出控制单元使多次所述读出操作在一个水平同步周期内被执行。

（3）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，所述读出控制单元使所述读出操作在所述一个水平同步周期内被执行两次。

（4）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，所述读出控制单元使第一次读出操作被执行，并随后在不初始化所述光接收单元的情况下使第二次读出操作被执行。

（5）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，所述读出单元包括：复位晶体管，其控制所述浮置扩散区的初始化，以及读出晶体管，其控制电荷从所述光接收单元到所述浮置扩散区的移动。

（6）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，在每一次所述读出操作中，所述读出控制单元导通所述复位晶体管，初始化所述浮置扩散区，使P相电荷量的读出被执行，并随后导通所述读出晶体管，使所述光接收单元的电荷被移动到所述浮置扩散区，以及使D相电荷量的读出被执行。

（7）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，所述读出控制单元使所述读出操作被执行多次，随后导通所述复位晶体管和所述读出晶体管并初始化所述光接收单元和所述浮置扩散区。

（8）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，所述读出单元还包括：放大晶体管，其放大在所述浮置扩散区中累积的电荷量并将放大的电荷转换成所述信号电平，以及选择晶体管，其控制所述信号电平向所述计算单元的供给，以及其中，在多次所述读出操作期间，所述读出控制单元导通所述选择晶体管。

（9）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，所述读出控制单元相比所述读出操作被执行一次的情况而降低帧率，并且使所述读出操作被执行多次。

（10）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，所述计算单元，针对使用第一次读出操作获得的信号电平，使用0作为初始值并对所述信号电平计数；针对使用第二次读出操作获得的信号电平，使用利用所述第一次读出操作而获得的所述信号电平的计数值作为初始值，并在从之前的读出操作相反的方向上对所述信号电平计数；以及对于使用第三次及以后的读出操作获得的信号电平，使用直到所述前一次的读出操作为止所获得的所述信号电平的差值作为初始值，并在从所述前一次的读出操作相反的方向上对所述信号电平计数。

（11）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，所述计算单元，针对使用第一次读出操作获得的信号电平，使用0作为初始值，并对所述信号电平计数；针对使用第二次读出操作获得的信号电平，反转使用所述第一次读出操作获得的信号电平的计数值的符号，使用反转的计数值作为初始值，并在与前一次的读出操作相同的方向上对所述信号电平计数；以及针对使用第三次及以后的读出操作获得的信号电平，反转直到所述前一次的读出操作为止所获得的所述信号电平的差值的符号，使用反转的差值作为初始值，并在与所述前一次的读出操作相同的方向上对所述信号电平计数。

（12）根据（1）至（15）中任一项所述的成像装置，其中，所述计算单元获得通过读出所述P相而获得的信号电平和通过读出所述D相而获得的信号电平之间的差，作为使用所述读出操作获得的信号电平。

（13）一种成像设备，包括：成像装置，其包括：读出单元，其读出浮置扩散区中累积的电荷量作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换；读出控制单元，其控制所述读出单元多次执行读出操作以读出所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量；以及计算单元，其由所述读出控制单元控制并获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差异；以及图像处理单元，其对在所述成像装置中光电转换的对象的图像执行图像处理。

（14）一种半导体装置，包括：读出控制单元，其控制设置在另一半导体衬底上的读出单元，所述读出单元读出浮置扩散区中累积的电荷量作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换，并使用于读出在所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量的读出操作被执行多次；以及计算单元，其由所述读出控制单元控制并获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差异。

（15）一种读出方法，其读出对应于在浮置扩散区中累积的电荷量的信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对来自成像装置的入射光进行光电转换，所述方法包括：执行多次读出操作，以读出对应于在所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量的所述信号电平，所述浮置扩散区累积从所述光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换；以及获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差异。

本领域技术人员应当理解，在本领域中，可以出现根据设计要求和其它因素的各种修改、组合、子组合和变更，只要在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (16)

1.一种成像装置，包括：

读出单元，读出浮置扩散区中累积的电荷量作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元传输的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换；

读出控制单元，控制所述读出单元多次执行读出操作以读出所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量；以及

计算单元，由所述读出控制单元控制并获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差。

2.根据权利要求1所述的成像装置，

其中，所述读出控制单元使多次所述读出操作在一个水平同步周期内被执行。

3.根据权利要求2所述的成像装置，

其中，所述读出控制单元使所述读出操作在所述一个水平同步周期内被执行两次。

4.根据权利要求3所述的成像装置，

其中，所述读出控制单元使第一次读出操作被执行，并随后在不初始化所述光接收单元的情况下使第二次读出操作被执行。

5.根据权利要求1所述的成像装置，

其中，所述读出单元包括：

复位晶体管，控制所述浮置扩散区的初始化，以及

读出晶体管，控制电荷从所述光接收单元到所述浮置扩散区的移动。

6.根据权利要求5所述的成像装置，

其中，在每一次所述读出操作中，所述读出控制单元导通所述复位晶体管，初始化所述浮置扩散区，使P相电荷量的读出被执行，并随后导通所述读出晶体管，使所述光接收单元的电荷被移动到所述浮置扩散区，以及使D相电荷量的读出被执行。

7.根据权利要求5所述的成像装置，

其中，所述读出控制单元使所述读出操作被执行多次，随后导通所述复位晶体管和所述读出晶体管并初始化所述光接收单元和所述浮置扩散区。

8.根据权利要求5所述的成像装置，

其中，所述读出单元还包括：

放大晶体管，放大在所述浮置扩散区中累积的电荷量并将放大的电荷转换成所述信号电平，以及

选择晶体管，控制所述信号电平向所述计算单元的供给，以及

其中，在多次所述读出操作期间，所述读出控制单元导通所述选择晶体管。

9.根据权利要求1所述的成像装置，

其中，所述读出控制单元相比所述读出操作被执行一次的情况而降低帧率，并且使所述读出操作被执行多次。

10.根据权利要求1所述的成像装置，

其中，所述计算单元，

针对使用第一次读出操作获得的信号电平，使用0作为初始值并对所述信号电平计数；

针对使用第二次读出操作获得的信号电平，使用利用所述第一次读出操作而获得的所述信号电平的计数值作为初始值，并从之前的读出操作以相反的方向对所述信号电平计数；以及

对于使用第三次及以后的读出操作获得的信号电平，使用直到所述前一次的读出操作为止所获得的所述信号电平的差值作为初始值，并从所述前一次的读出操作以相反的方向对所述信号电平计数。

11.根据权利要求1所述的成像装置，

其中，所述计算单元，

针对使用第一次读出操作获得的信号电平，使用0作为初始值，并对所述信号电平计数；

针对使用第二次读出操作获得的信号电平，反转使用所述第一次读出操作获得的信号电平的计数值的符号，使用反转的计数值作为初始值，并以与前一次的读出操作相同的方向对所述信号电平计数；以及

针对使用第三次及以后的读出操作获得的信号电平，反转直到所述前一次的读出操作为止所获得的所述信号电平的差值的符号，使用反转的差值作为初始值，并以与所述前一次的读出操作相同的方向对所述信号电平计数。

12.根据权利要求1所述的成像装置，

其中，所述计算单元获得通过读出所述P相而获得的信号电平和通过读出所述D相而获得的信号电平之间的差，作为使用所述读出操作获得的信号电平。

13.一种成像设备，包括：

成像装置，包括：

读出单元，读出浮置扩散区中累积的电荷量作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换；

读出控制单元，控制所述读出单元多次执行读出操作以读出所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量；以及

计算单元，由所述读出控制单元控制并获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差；以及

图像处理单元，对在所述成像装置中光电转换的对象的图像执行图像处理。

14.一种半导体装置，包括：

读出控制单元，控制设置在另一半导体衬底上的读出单元，所述读出单元读出浮置扩散区中累积的电荷量作为信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换，且所述读出控制单元使用于读出在所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量的读出操作被执行多次；以及

计算单元，由所述读出控制单元控制并获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差。

15.一种读出方法，所述方法读出对应于在浮置扩散区中累积的电荷量的信号电平，所述浮置扩散区累积从光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对来自成像装置的入射光进行光电转换，所述方法包括：

执行多次读出操作，以读出对应于在所述浮置扩散区中累积的P相和D相的电荷量的所述信号电平，所述浮置扩散区累积从所述光接收单元发送的电荷，所述光接收单元对入射光进行光电转换；以及

获得使用多次执行的所述读出操作而获得的所述信号电平之间的差。

16.根据权利要求15所述的读出方法，

其中，获得通过读出所述P相而获得的信号电平和通过读出所述D相而获得的信号电平之间的差，作为使用所述读出操作获得的信号电平。

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