固態(tài)成像元件、固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法、以及電子裝置制造方法
【專利摘要】一種固態(tài)成像元件，包括驅(qū)動電路以及具有以矩陣形式排列的像素的像素單元。所述像素包括配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷并且累積電荷的光電轉(zhuǎn)換元件、連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件的電荷保持單元、以及浮置擴(kuò)散區(qū)域。所述驅(qū)動電路將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分轉(zhuǎn)移到所述電荷保持單元，并且同時將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分轉(zhuǎn)移到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域。通過基本同時轉(zhuǎn)移來自像素的每個的光電轉(zhuǎn)換元件的電荷，實現(xiàn)電子全局快門。
【專利說明】固態(tài)成像元件、固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法、以及電子裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及固態(tài)成像元件、固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法、以及電子裝置，并且具體地，涉及能夠成像更好的圖像的固態(tài)成像元件、固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法、以及電子裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，在數(shù)字靜態(tài)相機、數(shù)字?jǐn)z像機等中廣泛地使用諸如CM0S(金屬互補氧化物)圖像傳感器和CCD (電荷藕合器件)圖像傳感器的固態(tài)成像元件。此外，近年來，從電源電壓低并且功耗低的角度來說，CMOS圖像傳感器通常適于在諸如提供有成像功能的移動電話裝置的移動裝置中安裝的固態(tài)成像元件。
[0003]例如，在CMOS圖像傳感器中，由包括在像素中的ro(光電二極管)光電轉(zhuǎn)換的電荷轉(zhuǎn)移到作為浮置擴(kuò)散區(qū)域的FD(浮置擴(kuò)散)。此外，通過測量FD的電勢，讀出對應(yīng)于由PD生成的電荷的電平的像素信號。
[0004]通常，CMOS圖像傳感器一次僅可以對于一行像素執(zhí)行像素信號的讀出，因此，不可能提供屏幕的曝光時間的同步性。與此相關(guān)，例如，根據(jù)已知為“全局快門”的讀出像素信號的技術(shù)，開發(fā)了提供有屏幕的曝光時間的同步性的CMOS圖像傳感器。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了實現(xiàn)全局快門，需要在像素中提供屏蔽電荷保持區(qū)域，并且在等待像素信號的讀出的像素中的電荷保持區(qū)域中保持像素信號。作為該電荷保持區(qū)域，通常使用像素中提供的FD。
[0005]此外，本 申請人:提出了一種固態(tài)成像元件，其通過使用CXD型存儲器部分和FD作為電荷保持區(qū)域，避免飽和電荷量的減少(例如，參照PTL I)。
[0006]引用列表
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]PTL 1:日本未審專利申請公開N0.2009-268083


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問題
[0010]順便提及，近年來，盡管固態(tài)成像元件的小型化正在進(jìn)展，但是存在對于靈敏度的進(jìn)一步改進(jìn)、飽和電荷量的增加等的需求，并且希望即使在小型固態(tài)成像元件中也能夠執(zhí)行更好圖像的成像的技術(shù)的發(fā)展。
[0011]鑒于這樣的情況做出本公開，并且使得可能執(zhí)行更好圖像的成像。
[0012]對于問題的解決方案
[0013]根據(jù)本公開的示例性實施例的一個方面，可能提供一種固態(tài)成像元件，包括:驅(qū)動電路；以及像素單元，包括以矩陣形式排列的像素。所述像素的給定一個包括光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷，電荷保持單元，連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件，以及浮置擴(kuò)散區(qū)域。此外，所述驅(qū)動電路配置為對于所述像素的給定一個執(zhí)行轉(zhuǎn)移操作，包括使得所述電荷保持單元接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分，并且同時使得所述浮置擴(kuò)散區(qū)域接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分。上述示例性實施例允許小型化電荷保持單元，而不減少可以由像素保持的電荷的量。因為電荷保持單元的小型化，可以減小像素尺寸，并且在相同尺寸的成像元件中可以包括更多像素，或者像素尺寸可以保持相同，并且光電轉(zhuǎn)換元件的區(qū)域可以加寬，增加光電轉(zhuǎn)換元件的飽和電荷量。
[0014]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述驅(qū)動電路可以配置為在執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作之后，讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號，并且隨后讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換兀件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號。
[0015]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述驅(qū)動電路配置為在讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號之后，并且在讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號之前:復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域；讀出對應(yīng)于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的復(fù)位電平的數(shù)據(jù)信號；以及執(zhí)行次級轉(zhuǎn)移操作，包括使得所述電荷保持單元中保持的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分轉(zhuǎn)移到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域。
[0016]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述像素的給定一個包括:復(fù)位晶體管，連接到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域和復(fù)位電勢，并且配置為當(dāng)對其施加復(fù)位信號時導(dǎo)通；以及選擇晶體管，配置為當(dāng)對其施加選擇信號時，輸出數(shù)據(jù)信號到所述驅(qū)動電路，所述數(shù)據(jù)信號基于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域中保持的電荷的量。此外，所述驅(qū)動電路可以配置為:當(dāng)所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分保持在所述浮置擴(kuò)散區(qū)域中時，通過施加所述選擇信號到所述選擇晶體管，讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號，通過施加所述復(fù)位信號到所述復(fù)位晶體管，復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域，通過在復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域之后施加所述選擇信號到所述選擇晶體管，讀出對應(yīng)于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的復(fù)位電平的數(shù)據(jù)信號，并且當(dāng)所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分保持在所述浮置擴(kuò)散區(qū)域中時，通過施加所述選擇信號到所述選擇晶體管，讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號。
[0017]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述像素的每個可以包括光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷，并且其中所述驅(qū)動電路配置執(zhí)行全局快門操作，包括:通過基本同時復(fù)位所述像素的每個的所述光電轉(zhuǎn)換元件，基本同時開始對于所述像素的每個的各個電荷累積時段，并且基本同時結(jié)束對于所述像素的每個的各個累積時段。
[0018]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述像素的每個可以包括電荷保持單元，連接到其光電轉(zhuǎn)換元件，以及浮置擴(kuò)散區(qū)域。此外，所述驅(qū)動電路可以配置為通過基本同時對于所述像素的每個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作，基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
[0019]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述驅(qū)動電路可以配置為執(zhí)行滾動讀出操作，包括從所述像素的每個讀出對應(yīng)于所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的各個電荷的各個數(shù)據(jù)信號。此外，所述驅(qū)動電路可以配置為在執(zhí)行對于第η成像幀的滾動讀出操作的同時，開始對于第(η+1)成像幀的全局快門操作。
[0020]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述像素的給定一個可以包括漏極晶體管，連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件和漏極電勢。所述驅(qū)動電路可以配置為通過使得所述漏極晶體管對于脈沖時段處于導(dǎo)通狀態(tài)，復(fù)位所述光電轉(zhuǎn)換元件。此外，當(dāng)非導(dǎo)通狀態(tài)時所述漏極晶體管與所述光電轉(zhuǎn)換元件之間的勢壘的量可以小于所述電荷保持單元和所述光電轉(zhuǎn)換元件之間勢魚的量。
[0021]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述像素的每個可以包括:光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷，電荷保持單元，連接到其光電轉(zhuǎn)換元件，以及浮置擴(kuò)散區(qū)域。此外，所述像素可以以N ^ 2像素的分組排列，并且N是整數(shù)，使得包括在所述分組的相同一個中的那些像素共同分享一個浮置擴(kuò)散區(qū)域，所述一個浮置擴(kuò)散區(qū)域構(gòu)成包括在共同分享所述一個浮置擴(kuò)散區(qū)域的那些像素的每個中的各個浮置擴(kuò)散區(qū)域。
[0022]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述驅(qū)動電路可以配置為通過驅(qū)動機械快門基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
[0023]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面,所述電荷保持單元的電荷保持容量可以小于所述光電轉(zhuǎn)元件的電荷保持容量。
[0024]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述固態(tài)成像元件可以包括在電子成像裝置中。
[0025]根據(jù)本公開的另一示例性實施例的一個方面，可以執(zhí)行一種操作固態(tài)成像元件的方法，所述固態(tài)成像元件可以包括以矩陣形式排列的像素，其中所述像素的給定一個可以包括配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷并且累積電荷的光電轉(zhuǎn)換元件、連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件的電荷保持單元、以及浮置擴(kuò)散區(qū)域。所述方法可以包括:對于所述像素的給定一個執(zhí)行轉(zhuǎn)移操作，使得所述電荷保持單元接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分，并且同時使得所述浮置擴(kuò)散區(qū)域接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分。
[0026]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述方法還包括，在對于所述像素的給定一個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作之后，連續(xù)地:讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號；復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域；讀出對應(yīng)于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的復(fù)位電平的數(shù)據(jù)信號；執(zhí)行次級轉(zhuǎn)移操作，包括使得所述電荷保持單元中保持的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分轉(zhuǎn)移到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域；以及讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號。
[0027]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述像素的每個可以包括光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷，所述方法還可以包括執(zhí)行全局快門操作，包括:通過基本同時復(fù)位所述像素的每個的所述光電轉(zhuǎn)換元件，基本同時開始對于所述像素的每個的各個電荷累積時段，并且基本同時結(jié)束對于所述像素的每個的各個累積時段。
[0028]根據(jù)上述示例性實施例的另一個方面，所述像素的每個可以包括浮置擴(kuò)散區(qū)域以及連接到其光電轉(zhuǎn)換元件的電荷保持單元。此外，所述方法還可以包括:通過基本同時對于所述像素的每個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作，基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
[0029]根據(jù)本公開的示例性實施例的一個方面，所述方法還可以包括:執(zhí)行滾動讀出操作，包括從所述像素的每個讀出對應(yīng)于所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的各個電荷的各個數(shù)據(jù)信號，并且在執(zhí)行對于第η成像幀的滾動讀出操作的同時，開始對于第(η+1)成像幀的全局快門操作。
[0030]發(fā)明的有益效果
[0031]根據(jù)本公開的一個方面，可能執(zhí)行更好圖像的成像。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是示出應(yīng)用本技術(shù)的固態(tài)成像元件的實施例的配置示例的框圖。
[0033]圖2是包括在像素單元中的像素的電路圖。
[0034]圖3是圖示固態(tài)成像元件的驅(qū)動的視圖。
[0035]圖4是示出圖3的時序圖的定時I和t3之間的電勢的視圖。
[0036]圖5是示出圖3的時序圖的定時t4和t6之間的電勢的視圖。
[0037]圖6是示出圖3的時序圖的定時t7和tlO之間的電勢的視圖。
[0038]圖7是示出圖3的時序圖的定時til和tl3之間的電勢的視圖。
[0039]圖8是圖示當(dāng)使用固態(tài)成像元件成像運動圖像時的驅(qū)動的視圖。
[0040]圖9是其中采用像素公共結(jié)構(gòu)的像素的電路圖。
[0041]圖10是具有內(nèi)建的其中采用像素公共結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像元件的成像設(shè)備的框圖。
[0042]圖11是圖示當(dāng)使用成像設(shè)備成像靜態(tài)圖像時的驅(qū)動的視圖。
[0043]圖12是圖示當(dāng)使用成像設(shè)備成像運動圖像時的驅(qū)動的視圖。
[0044]圖13是圖示其中采用像素公共結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像元件中的像素的排列的視圖。
[0045]圖14是圖示其中采用像素公共結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像元件中的像素的排列的視圖。

【具體實施方式】
[0046]下文中，將參照附圖給出用于應(yīng)用本技術(shù)的具體示例性實施例的詳細(xì)描述。
[0047]圖1是示出應(yīng)用本技術(shù)的固態(tài)成像元件的實施例的配置示例的框圖。
[0048]在圖1中，固態(tài)成像元件11配置為包括像素單元12、垂直驅(qū)動電路13、列處理電路14、輸出電路15和控制電路16。
[0049]在像素單元12中，多個像素(圖2的像素21)以矩陣排列，并且各個像素經(jīng)由水平信號線(未示出)連接到用于每行的垂直驅(qū)動電路13，以及經(jīng)由垂直信號線(維持胡)連接到用于每列的列處理電路14。
[0050]垂直驅(qū)動電路13提供驅(qū)動信號(例如，下面描述的復(fù)位信號Rst、轉(zhuǎn)移信號CCD、轉(zhuǎn)移信號Trf、選擇信號Sel和漏極信號Drn)，用于按順序驅(qū)動在像素單元12中排列的多個像素的每行的像素，并且驅(qū)動各個像素。
[0051]列處理電路14對于各個像素的每列從像素單元12中排列的多個像素接收像素的復(fù)位電平的像素信號，以及對應(yīng)于由接收光的像素生成的電荷的電平的像素信號。此外，列處理電路14獲得復(fù)位電平的像素信號以及對應(yīng)于生成的電荷的電平的像素信號之間的差，并且順序輸出示出像素的每列的差值的AD轉(zhuǎn)換像素信號。
[0052]輸出電路15執(zhí)行諸如關(guān)于從列處理電路14順序輸出的圖像信號的增益調(diào)整和缺陷校正的處理，并且將其輸出到外部電路(未示出，例如，圖10的DSP 104)。
[0053]控制電路16提供控制信號到配置固態(tài)成像元件11并且控制固態(tài)成像元件11的操作的每個塊。
[0054]圖2是包括在像素單元12中的像素的電路圖。
[0055]如圖2所示,像素21配置為包括F1D 22、電荷保持單元23、轉(zhuǎn)移晶體管24、FD 25、放大晶體管26、選擇晶體管27、復(fù)位晶體管28和漏極晶體管29。此外，將從像素21輸出的像素信號轉(zhuǎn)移到列處理電路14的垂直信號線30連接到像素21。
[0056]PD 22是使用光電轉(zhuǎn)換將入射光轉(zhuǎn)換為電荷(電子或空穴)并且累積它的光電轉(zhuǎn)換單元。此外，在ro 22中，陽極端子接地，并且陰極端子經(jīng)由電荷保持單元23和轉(zhuǎn)移晶體管24連接到FD 25。
[0057]電荷保持單元23由具有保持電荷的功能的電荷耦合器件(CXD)配置。根據(jù)從垂直驅(qū)動電路13提供的轉(zhuǎn)移信號CCD驅(qū)動電荷保持單元23，并且當(dāng)轉(zhuǎn)移信號CCD處于高電平時，PD 22中累積的電荷轉(zhuǎn)移到電荷保持單元23并且被保持。
[0058]根據(jù)從垂直驅(qū)動電路13提供的轉(zhuǎn)移信號Trf驅(qū)動轉(zhuǎn)移晶體管24，并且當(dāng)轉(zhuǎn)移晶體管24導(dǎo)通時，電荷保持單元23中保持的電荷經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管24轉(zhuǎn)移到FD 25。
[0059]FD 25是具有連接到放大晶體管26的柵極電極的預(yù)定累積容量的浮置擴(kuò)散區(qū)域，并且累積經(jīng)由電荷保持單元23和轉(zhuǎn)移晶體管24轉(zhuǎn)移的電荷。此外，當(dāng)由H) 22生成的電荷大于電荷保持單元23的容量時,從F1D 22轉(zhuǎn)移到電荷保持單元23的一部分電荷溢出轉(zhuǎn)移晶體管24，并且在FD 25中累積。
[0060]放大晶體管26經(jīng)由選擇晶體管27輸出對應(yīng)于在FD 25中累積的電荷(換句話說，F(xiàn)D 25的電勢)的電平的像素信號到垂直信號線30。換句話說，通過具有FD 25連接到放大晶體管26的柵極電極的配置，F(xiàn)D 25和放大晶體管26將由H) 22生成的電荷轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于電荷的電平的像素信號。
[0061 ] 根據(jù)從垂直驅(qū)動電路13提供的選擇信號Sel驅(qū)動選擇晶體管27，并且當(dāng)選擇晶體管27導(dǎo)通時，從放大晶體管26輸出的像素信號進(jìn)入其可能輸出到垂直信號線30的狀態(tài)。
[0062]根據(jù)從垂直驅(qū)動電路13提供的復(fù)位信號Rst驅(qū)動復(fù)位晶體管28，并且當(dāng)復(fù)位晶體管28導(dǎo)通時，F(xiàn)D 25中累積的電荷泄漏到電源線Vdd，并且FD 25復(fù)位。
[0063]根據(jù)從垂直驅(qū)動電路13提供的漏極信號Drn驅(qū)動漏極晶體管29，并且當(dāng)漏極晶體管29導(dǎo)通時，PD 22中收集的電荷泄漏到電源線Vdd，并且H) 22復(fù)位。
[0064]此外，在本實施例中，配置像素21的轉(zhuǎn)移晶體管24、放大晶體管26、選擇晶體管27、復(fù)位晶體管28和漏極晶體管29是NMOS (負(fù)溝道金屬氧化物半導(dǎo)體)型晶體管。因此，由像素21處理的電荷是電子。此外，電荷保持單元23和FD 25由布線層等屏蔽。
[0065]接下來，將參照圖3描述固態(tài)成像元件11的驅(qū)動。
[0066]在圖3的上側(cè)，示出像素21的每行的驅(qū)動時序，垂直軸顯示像素的行，并且水平軸顯示時間。此外，在圖3的下側(cè)，示出復(fù)位信號Rst、轉(zhuǎn)移信號CCD、轉(zhuǎn)移信號Trf、選擇信號Sel和漏極信號Drn的時序圖。
[0067]首先，在固態(tài)成像元件11中，在像素單元12中包括的像素21的所有行中電子快門同時操作，PD 22中累積的電荷泄漏，并且開始其中在ro 22中累積電荷的累積時段。換句話說，同時在像素單元12中包括的像素21的所有行中，漏極信號Drn接通，并且H) 22中累積的電荷泄漏到電源線Vdd，并且從漏極信號Drn變?yōu)閿嚅_的定時起，電荷開始在H) 22中累積。
[0068]接下來，在固態(tài)成像元件11中，同時在像素單元12中包括的像素21的所有行中，電荷累積時段結(jié)束，并且執(zhí)行全局轉(zhuǎn)移。換句話說，在選擇信號Sel變?yōu)榻油ǖ亩〞r，復(fù)位信號Rst和轉(zhuǎn)移信號Trf在脈沖形狀中變?yōu)榻油ǎ⑶译姾杀３謫卧?3和FD 25復(fù)位。隨后，轉(zhuǎn)移信號CCD和轉(zhuǎn)移信號Trf在脈沖形狀中變?yōu)榻油?，并且在電荷耦合時段期間由H)22生成的電荷轉(zhuǎn)移到電荷保持單元23和FD 25，此后選擇信號Sel變?yōu)閿嚅_。在此，轉(zhuǎn)移到FD25的電荷溢出電荷保持單元23，并且當(dāng)由H) 22生成的電荷大時轉(zhuǎn)移。
[0069]以此方式，在固態(tài)成像元件11中，通過在所有像素21中同時(在相同定時)開始累積時段的事實實現(xiàn)全局快門，并且如所預(yù)期的，在累積時段期間ro 22中累積的電荷同時轉(zhuǎn)移。
[0070]此外，在固態(tài)成像元件11中，對于包括在像素單元12中的像素21的每行順序執(zhí)行復(fù)位電平的像素信號和對應(yīng)于由ro 22生成的電荷的電平的像素信號的讀出(下文中適當(dāng)?shù)胤Q為滾動讀出)。在此，在固態(tài)成像元件11中，作為對應(yīng)于由ro 22生成的電荷的電平的像素信號，對應(yīng)于在全局轉(zhuǎn)移中轉(zhuǎn)移到電荷保持單元23的電荷的電平的像素信號以及對應(yīng)于在全局轉(zhuǎn)移中溢出電荷保持單元23的電荷的電平的像素信號轉(zhuǎn)移到FD 25并且讀出。
[0071]換句話說，選擇信號Sel接通，讀出對應(yīng)于在全局轉(zhuǎn)移中轉(zhuǎn)移到FD 25的電荷的電平的像素信號，并且在復(fù)位信號Rst在脈沖形狀中變?yōu)榻油ú⑶褾D 25復(fù)位之后，讀出復(fù)位電平的像素信號。此外，在轉(zhuǎn)移信號Trf在脈沖形狀中變?yōu)榻油ú⑶译姾杀３謫卧?3中累積的電荷轉(zhuǎn)移到FD 25之后，讀出對應(yīng)于在全局轉(zhuǎn)移中轉(zhuǎn)移到電荷保持單元23的電荷的電平的像素信號。隨后，選擇信號Sel變?yōu)閿嚅_。
[0072]接下來，將參照圖4到圖7中示出的電勢圖描述圖3的時序圖中示出的定時tl和tl3之間的電勢的改變。此外，如上所述，由像素21處理的電荷是電子，因此，在圖4到圖7中，示出電勢使得其中電勢是正的取向是向下。此外，電荷保持單元23具有其中勢魚提供在PD 22側(cè)的結(jié)構(gòu)。
[0073]如圖4所示，在其中驅(qū)動電子快門之前漏極信號Drn接通的之前定時tl，在H) 22和FD 25中收集電荷。PD 22中收集的電荷由之前幀中全局轉(zhuǎn)移之后到像素21的入射光生成，并且在FD 25中收集的電荷通過之前幀中的滾動讀出轉(zhuǎn)移到FD 25。
[0074]此外，在脈沖形狀中漏極信號Drn接通的定時t2，PD 22中收集的電荷經(jīng)由漏極晶體管29泄漏到電源線Vdd。
[0075]隨后，從漏極信號Drn斷開的定時t3起，由被光電轉(zhuǎn)換的到像素21的入射光生成的電荷開始在被復(fù)位并且其中電荷為空的ro 22中累積。
[0076]接下來，如圖5所示，在緊接在累積時段過去之前的定時t4，通過光電轉(zhuǎn)換生成的電荷在ro 22中累積。在此，到像素21的入射光量大，并且當(dāng)ro 22的容量或更多的電荷生成時，漏極晶體管29側(cè)的勢壘設(shè)為低于電荷保持單元23側(cè)的勢壘，使得電荷經(jīng)由漏極晶體管29溢出到電源線Vdd中。因此,避免溢出到電荷保持單元23中的電荷。
[0077]此外，在脈沖形狀中復(fù)位信號Rst和轉(zhuǎn)移信號Trf變?yōu)榻油ǖ亩〞rt5，電荷保持單元23中收集的電荷泄漏到電源線Vdd。在此時間，如圖3所示，為了接近隨后的滾動讀出狀態(tài)，希望選擇晶體管27保持在導(dǎo)通狀態(tài)。
[0078]隨后，在復(fù)位信號Rst和轉(zhuǎn)移信號Trf斷開的定時t6，電荷保持單元23和FD 25進(jìn)入完成狀態(tài)。
[0079]接下來，如圖6所示，在轉(zhuǎn)移信號CCD和轉(zhuǎn)移信號Trf在脈沖形狀中變?yōu)榻油ǖ亩〞rt7，PD 22中累積的電荷轉(zhuǎn)移到電荷保持單元23和FD 25。在此，電荷保持單元23的容量沒有設(shè)為能夠接收ro 22的飽和電荷。因此，用高照度的量照射當(dāng)固態(tài)成像元件11，并且由ro 22生成的電荷大時，從ro 22轉(zhuǎn)移的電荷經(jīng)由轉(zhuǎn)移晶體管24從電荷保持單元23溢出，并且轉(zhuǎn)移到FD 25。
[0080]此外，在轉(zhuǎn)移信號C⑶和轉(zhuǎn)移信號Trf斷開并且全局轉(zhuǎn)移完成的定時t8，由H) 22生成的電荷處于在電荷保持單元23和FD 25中累積的狀態(tài)。隨后，在固態(tài)成像元件11中，執(zhí)行其中對于像素21的每行順序讀出像素信號的滾動讀出，并且直到變?yōu)橄袼匦盘栕x出的目標(biāo)，像素21保持在全局轉(zhuǎn)移完成的定時t8的電勢狀態(tài)。
[0081]在作為對于像素信號讀出的目標(biāo)的像素21中，選擇信號Sel變?yōu)榻油ǎ⑶蚁袼匦盘柕妮敵鲩_始。此外，在像素21保持在其中全局轉(zhuǎn)移完成的電勢狀態(tài)的定時t9，對應(yīng)于FD 25中累積的電荷的電平的像素信號讀出到列處理電路14作為高照度的像素信號。此夕卜，為了簡化描述，已經(jīng)省略在像素21是像素信號讀出的時段中由H) 22生成的電荷的繪圖。
[0082]此外，在復(fù)位信號Rst在脈沖形狀中變?yōu)榻油ǖ亩〞rtlO，在FD 25中累積的電荷泄漏到電源線Vdd。
[0083]接下來，如圖7所示，在復(fù)位信號Rst斷開的定時tll，在FD 25復(fù)位完成的狀態(tài)中，復(fù)位電平的像素信號讀出到列處理電路14。因此，列處理電路14獲得在定時t9讀出的高照度的像素信號以及在定時tll讀出的復(fù)位電平的像素信號之間的差，并且將該差保持為高照度的新像素信號。
[0084]此外，在轉(zhuǎn)移信號Ttf在脈沖形狀中變?yōu)榻油ǖ亩〞rtl2，電荷保持單元23中保持的電荷從電荷保持單元23轉(zhuǎn)移到FD 25。
[0085]隨后，在轉(zhuǎn)移信號Ttf斷開的定時tl3，對應(yīng)于FD 25中累積的電荷的電平的像素信號讀出到列處理電路14作為低照度的像素信號。因此，列處理電路14獲得在定時tll讀出的復(fù)位電平的像素信號以及在定時tl3讀出的低照度的像素信號之間的差，并且將該差保持為低照度的新像素信號。
[0086]以此方式，在固態(tài)成像元件11中，獲取高照度的像素信號和低照度的像素信號，并且列處理電路14提供像素信號到輸出電路15，并且執(zhí)行對于下一列的像素21的操作。輸出電路15從高照度的像素信號和低照度的像素信號重構(gòu)對應(yīng)于H) 22中累積的電荷的像素信號，并且將其輸出到隨后級的電路(未示出)。
[0087]如上所述，在固態(tài)成像元件11中，僅由H) 22執(zhí)行累積時段期間生成的電荷的累積，電荷通過全局轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移到電荷保持單元23和FD 25，并且可以被保持直到執(zhí)行其滾動讀出的工作時間回來。以此方式，可以通過不但在電荷保持單元23中而且在FD 25中累積在H) 22中累積的電荷，使電荷保持單元23小型化。因此，可以加寬H) 22的區(qū)域，可以改進(jìn)H) 22的靈敏度，并且可以增加H) 22的飽和電荷量。
[0088]因此，即使使固態(tài)成像元件11小型化，也可以獲取具有更高靈敏度和寬動態(tài)范圍的更好圖像。
[0089]在此，例如，在現(xiàn)有技術(shù)的全局快門的技術(shù)中，當(dāng)僅僅FD用作電荷保持區(qū)域時，存在其中由于由FD生成的噪聲大導(dǎo)致噪聲在低照度顯著的情況。此外，當(dāng)僅僅CCD型存儲器單元用作電荷保持區(qū)域時，對應(yīng)于大CCD型存儲器單元變得必須，存在其中H)的靈敏度和飽和電荷量大大減少的情況。此外，在其中CCD型存儲器單元和FD兩者用作電荷保持區(qū)域的配置中(參照上述PTL I)，當(dāng)成像運動圖像時，不但其中不能在各幀之間執(zhí)行曝光的時間跳躍出現(xiàn)，而且存在其中運動圖像的靈敏度減少的情況。與此相比，在固態(tài)成像元件11中，實現(xiàn)全局快門，即使在低照度也存在少量噪聲，確保靈敏度和飽和電荷量，并且可能抑制運動圖像中時間跳躍的出現(xiàn)。
[0090]此外，在上述PTL I中公開的固態(tài)成像元件中，通過使用C⑶型存儲器單元和FD兩者作為電荷保持區(qū)域，使得飽和電荷量大，并且因為CCD型存儲器單元用作在曝光期間從ro溢出的電荷的容器，所以不能在CCD型存儲器保持電荷時執(zhí)行曝光。與此相比，在固態(tài)成像元件11中，因為采用其中電荷在累積時段期間從ro 22經(jīng)由漏極晶體管29泄漏的配置，所以甚至可能在電荷保持單元23保持電荷期間執(zhí)行ro 22的曝光。因此，在固態(tài)成像元件11中，可能成像其中需要連續(xù)曝光的平穩(wěn)運動圖像，并且避免運動圖像的靈敏度的減小。
[0091]換句話說，在固態(tài)成像元件11中，通過執(zhí)行僅由ro 22在累積時段期間生成的電荷的累積，可能在與執(zhí)行之前幀中滾動讀出的并發(fā)定時執(zhí)行當(dāng)前幀的電子快門。
[0092]參照圖8，給出關(guān)于能夠在與執(zhí)行之前幀中滾動讀出的并發(fā)定時執(zhí)行當(dāng)前幀的電子快門的描述。
[0093]在圖8中，全局轉(zhuǎn)移(η-1)和滾動讀出(n_l)示出為在第n_l幀中的處理的定時，電子快門(η)、全局快門(η)和滾動讀出(η)示出為在第η幀中的處理的定時，并且電子快門(η+1)和全局快門(η+1)示出為在第η+1幀中的處理的定時。
[0094]如圖8所示，第η幀的電子快門(η)在其中正執(zhí)行第η_1幀的滾動讀出(n_l)的時段期間執(zhí)行。類似地，第η+1幀的電子快門(η+1)在其中正執(zhí)行第η幀的滾動讀出(η)的時段期間執(zhí)行。
[0095]如上所述，累積時段期間電子快門的電荷的泄漏以及電荷的累積影響TO22，并且滾動讀出中電荷的轉(zhuǎn)移不影響H) 22。換句話說,從電荷保持單元23向前的元件受滾動讀出中電荷的轉(zhuǎn)移影響。因此，在執(zhí)行前一幀中滾動讀出的時段期間，可能執(zhí)行當(dāng)前幀中的電子快門和開始累積時段。此外，希望在來自像素21的電荷的讀出逐行切換的定時執(zhí)行電子快門，以便最小化電源波動的影響。
[0096]通過在這樣的定時執(zhí)行處理，在執(zhí)行前一幀的滾動讀出期間開始當(dāng)前幀的累積時段。結(jié)果，在固態(tài)成像元件11中，可能獲得在各幀之間具有小時間跳躍的平滑運動圖像。此夕卜，在固態(tài)成像元件11中，由于全局快門可能獲得沒有畸變的圖像，以及通過使電荷保持單元23小型化并且使得ro 22大獲得高靈敏度圖像。
[0097]此外，可接受的是在其中執(zhí)行全局轉(zhuǎn)移的時段期間執(zhí)行電子快門，只要在利用上沒有問題。例如，當(dāng)所有像素21以完全同步驅(qū)動時，在作為驅(qū)動器的垂直驅(qū)動電路13上的負(fù)載增加，因此，為了減小負(fù)載，例如，可以通過提供像素單元12的上部和下部之間微小時間差來執(zhí)行電子快門。仍可以以此方式實現(xiàn)全局快門，即使所有像素21沒有以完全同步驅(qū)動，只要在給定幀時段中第一像素21的快門操作的開始與最后像素21的快門操作的開始之間的時間差足夠小。例如，當(dāng)?shù)谝缓妥詈笙袼?1的快門的開始之間的時間差小于一幀中對于所有像素21執(zhí)行滾動讀出操作所花費時間的10%時，快門可以視為全局快門。
[0098]此外，在固態(tài)成像元件11中，可以采用像素公共結(jié)構(gòu)，其中配置像素21的晶體管的一部分可以由預(yù)定數(shù)目的像素21共同使用。
[0099]接下來，將參照圖9描述采用像素公共結(jié)構(gòu)的像素21。
[0100]在圖9中，示出像素公共結(jié)構(gòu)，其中FD 25、放大晶體管26、選擇晶體管27和復(fù)位晶體管28由兩個像素(像素和像素212)共同使用。此外，在圖9中，示出恒流源31，其連接到垂直信號線30以便從像素21讀出像素信號。
[0101]像素21i提供有F1D 221、電荷保持單兀231、轉(zhuǎn)移晶體管24i和漏極晶體管2%,并且像素212提供有H) 222、電荷保持單元232、轉(zhuǎn)移晶體管242和漏極晶體管292。此外，F(xiàn)D 25、放大晶體管26、選擇晶體管27和復(fù)位晶體管28由像素2^和像素212共同使用。
[0102]然而，在其中FD 25由像素和像素212共同使用的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)由H) 22i和H)222生成的電荷全局轉(zhuǎn)移時，溢出PD 221和? 222的電荷在FD 25中混合。
[0103]因此，在具有采用內(nèi)建的像素公共結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像元件11的成像設(shè)備中，通過使用機械快門實現(xiàn)全局快門，并且其具有避免電荷在公共FD 25中混合的結(jié)構(gòu)。
[0104]在圖10中，框圖示出具有內(nèi)建的固態(tài)成像元件11的成像設(shè)備，在固態(tài)成像元件11中采用像素公共結(jié)構(gòu)。
[0105]如圖10所示，成像設(shè)備101配置為包括光學(xué)系統(tǒng)102、機械快門103、固態(tài)成像元件11、DSP (數(shù)字信號處理器)104、顯示單元105、存儲器106、電源單元107、操作單元108和CPU (中央處理單元)109。
[0106]光學(xué)系統(tǒng)102配置為具有多個透鏡，會聚來自被攝體(未示出)的光，并且經(jīng)由機械快門103在固態(tài)成像元件11的光接收表面上形成被攝體的圖像。此外，光學(xué)系統(tǒng)102根據(jù)CPU 109的控制通過驅(qū)動透鏡調(diào)整放大率。
[0107]根據(jù)CPU 109的控制驅(qū)動機械快門103開和關(guān)，在機械快門103開的狀態(tài)下用光照射固態(tài)成像元件11，并且在機械快門103關(guān)的狀態(tài)下使固態(tài)成像元件11免受光照射。此夕卜，可以通過其中可以指定累積時段的結(jié)束的簡單結(jié)構(gòu)配置機械快門103。
[0108]固態(tài)成像元件11輸出對應(yīng)于照射到其光接收表面的光的像素信號到DSP 104。
[0109]DSP 104基于從固態(tài)成像元件11輸出的像素信號構(gòu)造圖像，并且將圖像提供到顯示單元105以在其上顯示，并且將圖像提供到存儲器106以在其上存儲。顯示單元105配置為包括液晶面板、有機EL(電致發(fā)光)面板等，并且顯示由DSP 104構(gòu)造的圖像。存儲器106由諸如閃速存儲器(例如，EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲器))的非易失性存儲器配置，并且存儲由DSP 104構(gòu)造的圖像。
[0110]電源單元107根據(jù)CPU 109的控制提供驅(qū)動配置成像設(shè)備101的每個塊的所需電力。操作單元108配置為包括按鈕、控制桿、觸摸板等，并且提供對應(yīng)于用戶的操作的操作信號到CPU 109。
[0111]CPU 109發(fā)送控制信號到配置成像設(shè)備101的每個塊，并且控制各塊的操作。例如，在通過與固態(tài)成像元件11的垂直驅(qū)動電路13同步由垂直驅(qū)動電路13驅(qū)動的電子快門開始累積時段之后，CPU 109使得機械快門103對應(yīng)于累積時段結(jié)束的定時對于固態(tài)成像元件11執(zhí)行遮擋。
[0112]以此方式配置成像器件101，從而對應(yīng)于CPU 109的控制驅(qū)動機械快門開和關(guān)，并且機械快門103在其中在固態(tài)成像元件11的ro 22中累積電荷的累積時段結(jié)束的定時關(guān)閉。以此方式，在成像設(shè)備101中，當(dāng)成像靜態(tài)圖像時，使用機械快門103實現(xiàn)全局快門。此夕卜，還避免FD 25中電荷的混合。
[0113]接下來，將參照圖11描述由成像設(shè)備101成像靜態(tài)圖像時的驅(qū)動。
[0114]在圖11中，以與圖3中相同的方式示出像素21的每行的驅(qū)動定時和每個信號的時序圖。
[0115]首先，在機械快門103開的狀態(tài)下，電子快門在包括在像素單元12中的像素21的所有行中同時操作，PD 221和? 222中累積的電荷泄漏，并且開始其中在H) 221和? 222中累積電荷的累積時段。此時，圖11的定時t21和t23之間像素21和像素212的電勢與圖4中定時tl和t3之間相同。
[0116]接下來，通過在累積時段結(jié)束的定時關(guān)閉機械快門103，實現(xiàn)其中在所有像素21中統(tǒng)一累積時段的全局快門。
[0117]此外，在包括在像素單元12中的像素21的每行順序執(zhí)行電荷的轉(zhuǎn)移，并且執(zhí)行滾動讀出。在此，如圖9所示，在由兩個像素(像素2L和像素212)提供FD 25的結(jié)構(gòu)中，在像素21:和像素212之前順序讀出像素信號。
[0118]首先，從像素2^讀出像素信號。換句話說，在選擇信號Sel接通的定時，復(fù)位信號Rst和轉(zhuǎn)移信號Trfl在脈沖形狀中變?yōu)榻油?定時t25)，并且電荷保持單元23i和FD 25復(fù)位。接下來，轉(zhuǎn)移信號CCDl和轉(zhuǎn)移信號Trfl在脈沖形狀中變?yōu)榻油?定時t27)，并且在電荷耦合時段中，由H) 22i生成的電荷轉(zhuǎn)移到電荷保持單元231和？0 25。
[0119]隨后，讀出對應(yīng)于轉(zhuǎn)移到FD 25的電荷的電平的像素信號(定時t28)，并且在復(fù)位信號Rst在脈沖形狀中變?yōu)榻油ú⑶褾D 25復(fù)位之后，讀出復(fù)位電平的像素信號(定時t30)。此外，在轉(zhuǎn)移信號Trfl在脈沖形狀中變?yōu)榻油ú⑶译姾杀３謫卧?3i中累積的電荷轉(zhuǎn)移到FD 25之后，讀出對應(yīng)于電荷保持單元23i中累積的電荷的電平的像素信號(定時t32)。隨后，選擇信號Sel變?yōu)閿嚅_。
[0120]接下來，從像素212讀出像素信號。換句話說，在選擇信號Sel接通的定時，復(fù)位信號Rst和轉(zhuǎn)移信號Trf2在脈沖形狀中變?yōu)榻油?定時t34)，并且電荷保持單元232和FD25復(fù)位。接下來，轉(zhuǎn)移信號CCD2和轉(zhuǎn)移信號Trf2在脈沖形狀中變?yōu)榻油?定時t36)，并且在電荷耦合時段中，由ro 2?生成的電荷轉(zhuǎn)移到電荷保持單元232和FD 25。
[0121]隨后，讀出對應(yīng)于轉(zhuǎn)移到FD 25的電荷的電平的像素信號(定時t37)，并且在復(fù)位信號Rst在脈沖形狀中變?yōu)榻油ú⑶褾D 25復(fù)位之后，讀出復(fù)位電平的像素信號(定時t39)。此外，在轉(zhuǎn)移信號Trf2在脈沖形狀中變?yōu)榻油ú⑶译姾杀３謫卧?32中累積的電荷轉(zhuǎn)移到FD 25之后，讀出對應(yīng)于電荷保持單元232中累積的電荷的電平的像素信號(定時t41)。隨后，選擇信號Sel變?yōu)閿嚅_。
[0122]以此方式，在由兩個像素(像素和像素212)提供FD 25的結(jié)構(gòu)中，由于對于像素21的每行順序執(zhí)行電荷的轉(zhuǎn)移和滾動讀出，所以電荷從H) 22的轉(zhuǎn)移在所有像素21中不是相同定時。因此，電荷處于在ro 22中累積的狀態(tài)直到轉(zhuǎn)移，然而，因為由機械快門103遮擋固態(tài)成像元件11，所以避免由于累積時段之后的光電轉(zhuǎn)換的電荷出現(xiàn)。
[0123]此時，圖11的定時t24和t27之間以及t33和t36之間像素2^和像素212的電勢與圖5和圖6中定時t4和7之間的相同。此外，圖11的定時t28和t32之間以及t37和t41之間像素21:和像素212的電勢與圖6和圖7中定時t9和13之間的相同。
[0124]以此方式，實現(xiàn)全局快門并且可以成像靜態(tài)圖像，即使固態(tài)成像元件11中采用像素公共結(jié)構(gòu)。因此，在固態(tài)成像元件11中，除了能夠由于像素公共結(jié)構(gòu)實現(xiàn)小型化外，可以用全局快門獲得具有增加的飽和度的靜態(tài)圖像，并且可以獲取更好的圖像。
[0125]此外，在采用像素公共結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像元件11中，當(dāng)成像靜態(tài)圖像時，因為對于像素21的每行執(zhí)行轉(zhuǎn)移像素的操作，所以來自像素21的復(fù)位電平的像素信號可以在圖11的定時t26讀出到列處理電路14。因此，對于高照度的像素信號，可以使用在定時t26讀出的復(fù)位電平的像素信號之間的差，而不是在定時t30讀出的復(fù)位電平的像素信號之間的差。因此，除了能夠減小高照度的像素信號中的復(fù)位噪聲外，因為獲得差的處理的順序與低照度的像素信號的順序相同(讀出對應(yīng)于在讀出復(fù)位電平的像素信號之后生成電荷的電平的像素信號)，可以進(jìn)一步簡化列處理電路14的配置。
[0126]此外，當(dāng)對于靜態(tài)圖像的像素的項目小是可接受的時，可以采用執(zhí)行像素相加而不從所有像素21讀出像素信號的讀出操作。
[0127]順便提及，當(dāng)由成像設(shè)備101成像運動圖像時，不使用機械快門103。目前，在成像設(shè)備101中，采用能夠成像10兆像素或更多的靜態(tài)圖像的固態(tài)成像元件11，然而，與此相比，運動圖像的像素的數(shù)目為大約2兆像素。因此，在采用像素公共結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像元件11中，使用像素相加以減少像素的數(shù)目，并且可以成像運動圖像。
[0128]接下來，將參照圖12描述當(dāng)由成像設(shè)備101成像運動圖像時的驅(qū)動。
[0129]在圖12中，以與圖11相同的方式示出像素21的每行的驅(qū)動定時和每個信號的時序圖。
[0130]首先，電子快門在包括在像素單元12中的像素21的所有行中同時操作，PD 22中累積的電荷泄漏，并且開始其中在ro 221和? 2?中累積電荷的累積時段。換句話說，在包括在像素單元12中的像素21的所有行中同時，泄漏信號DrnI和Drn2接通，并且H) 22i和H) 222中累積電荷泄漏到電源線Vdd。此外，從泄漏信號Drnl和Drn2斷開的定時起，電荷開始在H) 22!和H) 222中累積。
[0131]接下來，電荷累積時段在包括在像素單元12中的像素21的所有行中同時結(jié)束，并且執(zhí)行全局轉(zhuǎn)移。換句話說，在選擇信號Sel接通的定時，復(fù)位信號Rst和轉(zhuǎn)移信號Trfl和Trf2在脈沖形狀中變?yōu)榻油?，并且電荷保持單?3i和232以及FD 25復(fù)位。隨后，轉(zhuǎn)移信號CCDl和CCD2以及轉(zhuǎn)移信號Trfl和Trf2在脈沖形狀中變?yōu)榻油?，并且在電荷累積時段中，由H) 22!和H) 222生成的電荷轉(zhuǎn)移到各個電荷保持單元23i和232，并且選擇信號Sel隨后斷開。
[0132]以此方式，在固態(tài)成像元件11中，通過累積時段在所有像素21中同時(在相同定時)開始，以及在累積時段期間在ro 22jpro 2?中累積的電荷同時轉(zhuǎn)移的事實實現(xiàn)全局快門。
[0133]此外，對于像素21的每行順序執(zhí)行復(fù)位電平的像素信號以及對應(yīng)于由ro 22i和PD 222生成的電荷的電平的像素信號的滾動讀出。在此，在固態(tài)成像元件11中，作為對應(yīng)于由ro 22jpro 222生成的電荷的電平的像素信號，對應(yīng)于在全局轉(zhuǎn)移中轉(zhuǎn)移到電荷保持單元23i和232的電荷的電平的像素信號，以及對應(yīng)于在全局轉(zhuǎn)移中溢出電荷保持單元23i和232的電荷的電平的像素信號轉(zhuǎn)移到FD 25并且讀出。
[0134]換句話說，選擇信號Sel接通，讀出對應(yīng)于在全局轉(zhuǎn)移中轉(zhuǎn)移到FD 25的電荷的電平的像素信號，并且在復(fù)位信號Rst在脈沖形狀中變?yōu)榻油ú⑶褾D 25復(fù)位之后，讀出復(fù)位電平的像素信號。此外，在轉(zhuǎn)移信號Trfl和Trf2在脈沖形狀中變?yōu)榻油ú⑶译姾杀３謫卧?3i和232中累積的電荷轉(zhuǎn)移到FD25之后，讀出對應(yīng)于在全局轉(zhuǎn)移中轉(zhuǎn)移到電荷保持單元23:和232的電荷的電平的像素信號。換句話說，對應(yīng)于像素21:和像素212的光接收量的像素信號相加并且讀出。隨后，選擇信號Sel變?yōu)閿嚅_。
[0135]此時，圖12的定時tl和tl3之間像素和像素212的電勢與圖4到圖7中定時tl和tl3之間的相同。
[0136]以此方式，通過執(zhí)行像素相加，除了能夠由于像素公共結(jié)構(gòu)小型化像素21外，可以用全局快門獲得具有增加的飽和度的運動圖像。此外，如果低靈敏度圖像或者具有欠采樣噪聲的圖像是可接受的，可以執(zhí)行其中僅僅從多個公共像素21的像素21之一讀出像素信號的稀釋讀出，而不用執(zhí)行像素相加。
[0137]在此，因為由H) 22!和H) 222生成的電荷在FD 25中混合，所以選擇公共結(jié)構(gòu)的像素21:和像素212，使得像素21:和像素212接收相同顏色的光。
[0138]在圖13中，示出其中采用像素公共結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像元件11中的顏色排列的示例。在圖13中，示出兩個像素公共結(jié)構(gòu)中的顏色排列。
[0139]在圖13的上側(cè)中示出的顏色排列中，在垂直方向上一次排列兩個相同顏色，并且由粗線圍繞的兩個像素具有像素公共結(jié)構(gòu)。此外，當(dāng)成像運動圖像時，通過在兩個公共像素中執(zhí)行像素相加，如圖13的下側(cè)所示，獲得傾斜旋轉(zhuǎn)45度的拜耳排列的圖像。
[0140]此外，當(dāng)在靜態(tài)圖像中讀出所有像素時，顏色排列是唯一的，然而，通過使一起的兩個公共像素的累積時間不同，可能在傾斜45度的拜耳排列中執(zhí)行擴(kuò)展動態(tài)范圍的操作。根據(jù)這樣的顏色排列，因為是傾斜排列，所以可能容易地使得顏色排列進(jìn)入信號處理中像素數(shù)目的兩倍的正方格點。換句話說，可能簡單地恢復(fù)原始數(shù)目的像素。此外，當(dāng)圖13中示出的顏色排列的固態(tài)成像元件11配置為傾斜45度旋轉(zhuǎn)實施時，當(dāng)成像運動圖像時，以及當(dāng)成像具有擴(kuò)展的動態(tài)范圍的靜態(tài)圖像時，可能獲取拜耳排列的圖像。
[0141]在圖14中，示出其中采用像素公共結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像元件11中的顏色排列的示例。在圖14中，示出三個像素公共結(jié)構(gòu)中的顏色排列。
[0142]在圖14中示出的顏色排列中，通過布線連接的三個像素是公共單元。以此方式，在拜耳排列中，可以垂直公共地交替使用相同顏色的三個像素。此外，通過組合三個公共像素中的像素相加，以及對列處理電路14中列方向上的三列等執(zhí)行的像素相加，可以重建從固態(tài)成像元件11中包括的像素21的像素的數(shù)目的1/9形成的拜耳排列的圖像。因此，例如，當(dāng)固態(tài)成像元件11的像素的數(shù)目是18兆像素或更大，可以成像2兆像素或更大的HD (高清晰度)運動圖像。
[0143]此外，在采用像素公共結(jié)構(gòu)的配置中，可以采用其中僅在FD 25中臨時保持電荷而不用提供電荷保持單元23的結(jié)構(gòu)。
[0144]此外，可以在以下應(yīng)用中使用固態(tài)成像元件11，其中使用可檢測的預(yù)定物理量(例如，紅外線、X射線、粒子等的入射、壓力分布等)成像圖像，以及用于使用可見光成像圖像。此外，作為固態(tài)成像元件11，以及諸如成像設(shè)備101(所謂數(shù)字靜態(tài)相機)的終端產(chǎn)品，包括其中固態(tài)成像元件11是用于嵌入終端產(chǎn)品的模塊的配置。
[0145]此外，本技術(shù)還可以采用以下配置。
[0146](I) 一種固態(tài)成像元件，包括:
[0147]驅(qū)動電路；以及
[0148]像素單元，包括以矩陣形式排列的像素，
[0149]其中像素的給定一個包括
[0150]光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷，
[0151]電荷保持單元,連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件，以及
[0152]浮置擴(kuò)散區(qū)域，并且
[0153]其中所述驅(qū)動電路配置為對于所述像素的給定一個執(zhí)行轉(zhuǎn)移操作，包括使得所述電荷保持單元接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分，并且同時使得所述浮置擴(kuò)散區(qū)域接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分。
[0154](2)如(I)所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動電路配置為在執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作之后，讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號，并且隨后讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號。
[0155](3)如(2)所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動電路配置為在讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號之后，并且在讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號之前:
[0156]復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域；
[0157]讀出對應(yīng)于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的復(fù)位電平的數(shù)據(jù)信號；以及
[0158]執(zhí)行次級轉(zhuǎn)移操作,包括使得所述電荷保持單元中保持的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分轉(zhuǎn)移到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域。
[0159](4)如(3)所述的固態(tài)成像元件，
[0160]其中所述像素的給定一個包括:
[0161]復(fù)位晶體管，連接到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域和復(fù)位電勢，并且配置為當(dāng)對其施加復(fù)位信號時導(dǎo)通；以及
[0162]選擇晶體管，配置為當(dāng)對其施加選擇信號時，輸出數(shù)據(jù)信號到所述驅(qū)動電路，所述數(shù)據(jù)信號基于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域中保持的電荷的量；
[0163]其中所述驅(qū)動電路配置為:
[0164]當(dāng)所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分保持在所述浮置擴(kuò)散區(qū)域中時，通過施加所述選擇信號到所述選擇晶體管，讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號，
[0165]通過施加所述復(fù)位信號到所述復(fù)位晶體管，復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域，
[0166]通過在復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域之后施加所述選擇信號到所述選擇晶體管，讀出對應(yīng)于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的復(fù)位電平的數(shù)據(jù)信號，并且
[0167]當(dāng)所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分保持在所述浮置擴(kuò)散區(qū)域中時，通過施加所述選擇信號到所述選擇晶體管，讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號。
[0168](5)如(I)所述的固態(tài)成像元件，
[0169]其中所述像素的每個包括光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷，并且
[0170]其中所述驅(qū)動電路配置執(zhí)行全局快門操作，包括:
[0171]通過基本同時復(fù)位所述像素的每個的所述光電轉(zhuǎn)換元件，基本同時開始對于所述像素的每個的各個電荷累積時段，并且
[0172]基本同時結(jié)束對于所述像素的每個的各個累積時段。
[0173](6)如(5)所述的固態(tài)成像元件，其中所述像素的每個包括
[0174]電荷保持單元,連接到其光電轉(zhuǎn)換元件，以及
[0175]浮置擴(kuò)散區(qū)域，并且
[0176]其中所述驅(qū)動電路配置為通過基本同時對于所述像素的每個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作，基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
[0177](7)如(6)所述的固態(tài)成像元件，
[0178]其中所述驅(qū)動電路配置為執(zhí)行滾動讀出操作，包括從所述像素的每個讀出對應(yīng)于所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的各個電荷的各個數(shù)據(jù)信號，并且
[0179]其中所述驅(qū)動電路配置為在執(zhí)行對于第η成像幀的滾動讀出操作的同時，開始對于第(η+1)成像幀的全局快門操作。
[0180](8)如(I)所述的固態(tài)成像元件，
[0181]其中所述像素的給定一個包括漏極晶體管，連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件和漏極電勢，
[0182]其中所述驅(qū)動電路配置為通過使得所述漏極晶體管對于脈沖時段處于導(dǎo)通狀態(tài)，復(fù)位所述光電轉(zhuǎn)換元件，并且
[0183]其中當(dāng)非導(dǎo)通狀態(tài)時所述漏極晶體管與所述光電轉(zhuǎn)換元件之間的勢壘的量小于所述電荷保持單元和所述光電轉(zhuǎn)換元件之間勢魚的量。
[0184](9)如(I)所述的固態(tài)成像元件，其中所述像素的每個包括:
[0185]光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷，
[0186]電荷保持單元,連接到其光電轉(zhuǎn)換元件，以及
[0187]浮置擴(kuò)散區(qū)域，并且
[0188]其中所述像素以N彡2像素的分組排列，并且N是整數(shù)，并且
[0189]其中包括在所述分組的相同一個中的那些像素共同分享一個浮置擴(kuò)散區(qū)域，所述一個浮置擴(kuò)散區(qū)域構(gòu)成包括在共同分享所述一個浮置擴(kuò)散區(qū)域的那些像素的每個中的各個浮置擴(kuò)散區(qū)域。
[0190](10)如(9)所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動電路配置為執(zhí)行全局快門操作包括:
[0191]通過基本同時復(fù)位所述像素的每個的所述光電轉(zhuǎn)換元件，基本同時開始對于所述像素的每個的各個電荷累積時段，以及
[0192]基本同時結(jié)束對于所述像素的每個的各個累積時段。
[0193](11)如(10)所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動電路配置為通過基本同時對于所述像素的每個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作，基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
[0194](12)如(11)所述的固態(tài)成像元件，
[0195]其中所述驅(qū)動電路配置為執(zhí)行滾動讀出操作，包括從所述像素的每個讀出對應(yīng)于所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的各個電荷的各個數(shù)據(jù)信號，并且
[0196]其中所述驅(qū)動電路配置為在執(zhí)行對于第η成像幀的滾動讀出操作的同時，開始對于第(η+1)成像幀的全局快門操作。
[0197](13)如(10)所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動電路配置為通過驅(qū)動機械快門基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
[0198](14)如⑴所述的固態(tài)成像元件,其中所述電荷保持單元的電荷保持容量小于所述光電轉(zhuǎn)元件的電荷保持容量。
[0199](15) 一種電子成像裝置，包括如⑴所述的固態(tài)成像元件。
[0200](16) 一種操作固態(tài)成像元件的方法，所述固態(tài)成像元件包括以矩陣形式排列的像素，其中所述像素的給定一個包括配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷并且累積電荷的光電轉(zhuǎn)換元件、連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件的電荷保持單元、以及浮置擴(kuò)散區(qū)域，所述方法包括:
[0201]對于所述像素的給定一個執(zhí)行轉(zhuǎn)移操作，使得所述電荷保持單元接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分，并且同時使得所述浮置擴(kuò)散區(qū)域接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分。
[0202](17)如(16)所述的操作固態(tài)成像元件的方法，所述方法還包括，在對于所述像素的給定一個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作之后，連續(xù)地:
[0203]讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號；
[0204]復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域；
[0205]讀出對應(yīng)于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的復(fù)位電平的數(shù)據(jù)信號；
[0206]執(zhí)行次級轉(zhuǎn)移操作,包括使得所述電荷保持單元中保持的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分轉(zhuǎn)移到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域；以及
[0207]讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換兀件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號。
[0208](18)如(16)所述的操作固態(tài)成像元件的方法，其中所述像素的每個包括光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷，所述方法還包括執(zhí)行全局快門操作，包括:
[0209]通過基本同時復(fù)位所述像素的每個的所述光電轉(zhuǎn)換元件，基本同時開始對于所述像素的每個的各個電荷累積時段，并且
[0210]基本同時結(jié)束對于所述像素的每個的各個累積時段。
[0211](19)如(18)所述的操作固態(tài)成像元件的方法，其中所述像素的每個包括浮置擴(kuò)散區(qū)域以及連接到其光電轉(zhuǎn)換元件的電荷保持單元，所述方法還包括:
[0212]通過基本同時對于所述像素的每個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作，基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
[0213](20)如(19)所述的操作固態(tài)成像元件的方法，所述方法還包括:
[0214]執(zhí)行滾動讀出操作，包括從所述像素的每個讀出對應(yīng)于所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的各個電荷的各個數(shù)據(jù)信號，并且
[0215]在執(zhí)行對于第η成像幀的滾動讀出操作的同時，開始對于第(η+1)成像幀的全局快門操作。
[0216](21) 一種包括像素單元的固態(tài)成像元件，其中以矩陣形式二維地排列的像素，所述像素的每個具有生成和累積對應(yīng)于預(yù)定物理量的電荷的電荷生成單元、泄漏所述電荷生成單元中累積的電荷的泄漏單元、保持從所述電荷生成單元轉(zhuǎn)移的電荷的保持單元、以及將所述電荷生成單元中生成的電荷轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所述電荷的電平的像素信號的轉(zhuǎn)換單元;
[0217]驅(qū)動單元，其中對于所述像素單元中排列的所有像素在近似相同定時開始累積時段，其中所述電荷生成單元中累積的電荷輸出為像素信號并且泄漏到所述泄漏單元，對于所述像素單元中排列的所有像素在近似相同定時結(jié)束累積時段，并且驅(qū)動以輸出對于所述像素單元中排列的像素的每行的像素信號；
[0218]其中，當(dāng)所述電荷生成單元中生成的電荷轉(zhuǎn)移到所述保持單元時,超過所述保持單元的容量的電荷的一部分轉(zhuǎn)移到所述轉(zhuǎn)換單元，并且所述電荷生成單元中生成的電荷由所述保持單元和所述轉(zhuǎn)換單元保持。
[0219](22)如(21)所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動單元通過對于所述像素單元中排列的所有像素在近似相同定時執(zhí)行從所述電荷生成單元到所述保持單元的電荷轉(zhuǎn)移，結(jié)束所述累積時段。
[0220](23)如(21)或(22)所述的固態(tài)成像元件，
[0221]其中所述驅(qū)動單元驅(qū)動以輸出對應(yīng)于超過所述保持單元的容量、轉(zhuǎn)移到所述轉(zhuǎn)換單元并且在所述轉(zhuǎn)換單元中累積的電荷的電平的像素信號，
[0222]在所述轉(zhuǎn)換單元中累積的電荷泄漏并且所述轉(zhuǎn)換單元復(fù)位的狀態(tài)下，輸出復(fù)位電平的像素?目號，并且
[0223]將所述保持單元中保持的電荷轉(zhuǎn)移到所述轉(zhuǎn)移單元，并且輸出對應(yīng)于所述轉(zhuǎn)移單元中累積的電荷的電平的像素信號。
[0224](24)如(21)到(23)的任一所述的固態(tài)成像元件，
[0225]其中所述電荷生成單元的泄漏單元側(cè)的勢魚設(shè)為低于所述電荷生成單元的保持單元側(cè)的勢壘，使得當(dāng)在累積時段期間生成超過所述電荷生成單元的累積容量的電荷時，電荷從所述電荷生成單元泄漏到所述泄漏單元。
[0226](25)如(21)到(24)的任一所述的固態(tài)成像元件，
[0227]其中，在所述驅(qū)動單元中，當(dāng)連續(xù)獲取從所述像素信號構(gòu)造的圖像時，在其中對于當(dāng)前幀之前幀中的像素的每行執(zhí)行輸出像素信號的驅(qū)動的時段期間，執(zhí)行開始當(dāng)前幀中的累積時段的驅(qū)動。
[0228](26)如(21)到(25)的任一所述的固態(tài)成像元件，
[0229]其中采用像素公共結(jié)構(gòu)，其中由預(yù)定數(shù)目的像素共同使用所述轉(zhuǎn)換單元。
[0230](27) 一種包括像素單元的固態(tài)成像元件的驅(qū)動方法，其中以矩陣形式二維地排列的像素，所述像素的每個具有生成和累積對應(yīng)于預(yù)定物理量的電荷的電荷生成單元、泄漏所述電荷生成單元中累積的電荷的泄漏單元、保持從所述電荷生成單元轉(zhuǎn)移的電荷的保持單元、以及將所述電荷生成單元中生成的電荷轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所述電荷的電平的像素信號的轉(zhuǎn)換單元，所述驅(qū)動方法包括以下步驟:
[0231]對于所述像素單元中排列的所有像素在近似相同定時開始累積時段，其中所述電荷生成單元中累積的電荷輸出為像素信號并且泄漏到所述泄漏單元；
[0232]對于所述像素單元中排列的所有像素在近似相同定時結(jié)束累積時段；并且
[0233]輸出對于所述像素單元中排列的像素的每行的像素信號；
[0234]其中，當(dāng)所述電荷生成單元中生成的電荷轉(zhuǎn)移到所述保持單元時,超過所述保持單元的容量的電荷的一部分轉(zhuǎn)移到所述轉(zhuǎn)換單元，并且所述電荷生成單元中生成的電荷由所述保持單元和所述轉(zhuǎn)換單元保持。
[0235](28) 一種電子裝置，包括:
[0236]包括像素單元的固態(tài)成像元件，其中以矩陣形式二維地排列的像素，所述像素的每個具有生成和累積對應(yīng)于預(yù)定物理量的電荷的電荷生成單元、泄漏所述電荷生成單元中累積的電荷的泄漏單元、保持從所述電荷生成單元轉(zhuǎn)移的電荷的保持單元、以及將所述電荷生成單元中生成的電荷轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所述電荷的電平的像素信號的轉(zhuǎn)換單元；以及
[0237]驅(qū)動單元，其中對于所述像素單元中排列的所有像素在近似相同定時開始累積時段，其中所述電荷生成單元中累積的電荷輸出為像素信號并且泄漏到所述泄漏單元，對于所述像素單元中排列的所有像素在近似相同定時開始累積時段，對于所述像素單元中排列的所有像素在近似相同定時結(jié)束累積時段，并且驅(qū)動以輸出對于所述像素單元中排列的像素的每行的像素信號；
[0238]其中，當(dāng)所述電荷生成單元中生成的電荷轉(zhuǎn)移到所述保持單元時,超過所述保持單元的容量的電荷的一部分轉(zhuǎn)移到所述轉(zhuǎn)換單元，并且所述電荷生成單元中生成的電荷由所述保持單元和所述轉(zhuǎn)換單元保持。
[0239](29)如(28)所述的電子裝置，
[0240]其中采用像素公共結(jié)構(gòu)，其中由預(yù)定數(shù)目的像素共同使用所述轉(zhuǎn)換單元；
[0241]進(jìn)一步提供屏蔽機制，其對于所述像素單元切換光的照射和屏蔽；以及
[0242]當(dāng)根據(jù)從所述像素信號構(gòu)造的圖像獲取靜態(tài)圖像時，通過使用所述屏蔽機制對于所述像素單元執(zhí)行屏蔽，結(jié)束所述累積時段。
[0243](30)如(28)所述的電子裝置，
[0244]其中采用像素公共結(jié)構(gòu)，其中由預(yù)定數(shù)目的像素共同使用所述轉(zhuǎn)換單元；并且
[0245]當(dāng)連續(xù)獲取從所述像素信號構(gòu)造的圖像并且成像運動圖像時，通過對于所述像素單元中排列的所有像素在近似相同定時執(zhí)行從所述電荷生成單元到所述保持單元的電荷的轉(zhuǎn)移，結(jié)束所述累積時段。
[0246]此外，本實施例不限于上述實施例，并且在不背離本公開的精神范圍中執(zhí)行的各種類型的修改是可能的。
[0247]參考標(biāo)號列表
[0248]11 固態(tài)成像元件
[0249]12 像素單元
[0250]13 垂直驅(qū)動電路
[0251]14 列處理電路
[0252]15 輸出電路
[0253]16 控制電路
[0254]21 像素
[0255]22 PD
[0256]23 電荷保持單元
[0257]24 轉(zhuǎn)移晶體管
[0258]25 FD
[0259]26 放大晶體管
[0260]27選擇晶體管
[0261]28復(fù)位晶體管
[0262]29漏極晶體管
[0263]30垂直信號線
[0264]31恒流源
[0265]101成像設(shè)備
[0266]102光學(xué)系統(tǒng)
[0267]103機械快門
[0268]104DSP
[0269]105顯示單元
[0270]106存儲器
[0271]107電源單元
[0272]108操作單元
[0273]109CPU
【權(quán)利要求】
1.一種固態(tài)成像元件，包括: 驅(qū)動電路；以及 像素單元，包括以矩陣形式排列的像素， 其中所述像素的給定一個包括 光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷， 電荷保持單元，連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件，以及 浮置擴(kuò)散區(qū)域，并且 其中所述驅(qū)動電路配置為對于所述像素的給定一個執(zhí)行轉(zhuǎn)移操作，包括使得所述電荷保持單元接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分，并且同時使得所述浮置擴(kuò)散區(qū)域接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動電路配置為在執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作之后，讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號，并且隨后讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號。
3.如權(quán)利要求2所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動電路配置為在讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號之后，并且在讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號之前: 復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域； 讀出對應(yīng)于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的復(fù)位電平的數(shù)據(jù)信號；以及 執(zhí)行次級轉(zhuǎn)移操作，包括使得所述電荷保持單元中保持的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分轉(zhuǎn)移到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域。
4.如權(quán)利要求3所述的固態(tài)成像元件， 其中所述像素的給定一個包括: 復(fù)位晶體管，連接到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域和復(fù)位電勢，并且配置為當(dāng)對其施加復(fù)位信號時導(dǎo)通；以及 選擇晶體管，配置為當(dāng)對其施加選擇信號時，輸出數(shù)據(jù)信號到所述驅(qū)動電路，所述數(shù)據(jù)信號基于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域中保持的電荷的量； 其中所述驅(qū)動電路配置為: 當(dāng)所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分保持在所述浮置擴(kuò)散區(qū)域中時，通過施加所述選擇信號到所述選擇晶體管，讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號， 通過施加所述復(fù)位信號到所述復(fù)位晶體管，復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域， 通過在復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域之后施加所述選擇信號到所述選擇晶體管，讀出對應(yīng)于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的復(fù)位電平的數(shù)據(jù)信號，并且 當(dāng)所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分保持在所述浮置擴(kuò)散區(qū)域中時，通過施加所述選擇信號到所述選擇晶體管，讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號。
5.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件， 其中所述像素的每個包括光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷，并且 其中所述驅(qū)動電路配置執(zhí)行全局快門操作，包括: 通過基本同時復(fù)位所述像素的每個的所述光電轉(zhuǎn)換元件，基本同時開始對于所述像素的每個的各個電荷累積時段，并且 基本同時結(jié)束對于所述像素的每個的各個累積時段。
6.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)成像元件， 其中所述像素的每個包括 電荷保持單元，連接到其光電轉(zhuǎn)換元件，以及 浮置擴(kuò)散區(qū)域，并且 其中所述驅(qū)動電路配置為通過基本同時對于所述像素的每個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作，基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
7.如權(quán)利要求6所述的固態(tài)成像元件， 其中所述驅(qū)動電路配置為執(zhí)行滾動讀出操作，包括從所述像素的每個讀出對應(yīng)于所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的各個電荷的各個數(shù)據(jù)信號，并且 其中所述驅(qū)動電路配置為在執(zhí)行對于第η成像幀的滾動讀出操作的同時，開始對于第(η+1)成像幀的全局快門操作。
8.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件， 其中所述像素的給定一個包括漏極晶體管，連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件和漏極電勢， 其中所述驅(qū)動電路配置為通過使得所述漏極晶體管對于脈沖時段處于導(dǎo)通狀態(tài)，復(fù)位所述光電轉(zhuǎn)換元件，并且 其中當(dāng)非導(dǎo)通狀態(tài)時所述漏極晶體管與所述光電轉(zhuǎn)換元件之間的勢壘的量小于所述電荷保持單元和所述光電轉(zhuǎn)換元件之間勢壘的量。
9.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件，其中所述像素的每個包括: 光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷， 電荷保持單元，連接到其光電轉(zhuǎn)換元件，以及 浮置擴(kuò)散區(qū)域，并且 其中所述像素以N ^ 2像素的分組排列，并且N是整數(shù)，并且其中包括在所述分組的相同一個中的那些像素共同分享一個浮置擴(kuò)散區(qū)域，所述一個浮置擴(kuò)散區(qū)域構(gòu)成包括在共同分享所述一個浮置擴(kuò)散區(qū)域的那些像素的每個中的各個浮置擴(kuò)散區(qū)域。
10.如權(quán)利要求9所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動電路配置為執(zhí)行全局快門操作包括: 通過基本同時復(fù)位所述像素的每個的所述光電轉(zhuǎn)換元件，基本同時開始對于所述像素的每個的各個電荷累積時段，以及 基本同時結(jié)束對于所述像素的每個的各個累積時段。
11.如權(quán)利要求10所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動電路配置為通過基本同時對于所述像素的每個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作，基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
12.如權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像元件， 其中所述驅(qū)動電路配置為執(zhí)行滾動讀出操作，包括從所述像素的每個讀出對應(yīng)于所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的各個電荷的各個數(shù)據(jù)信號，并且 其中所述驅(qū)動電路配置為在執(zhí)行對于第η成像幀的滾動讀出操作的同時，開始對于第(η+1)成像幀的全局快門操作。
13.如權(quán)利要求10所述的固態(tài)成像元件，其中所述驅(qū)動電路配置為通過驅(qū)動機械快門基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
14.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件，其中所述電荷保持單元的電荷保持容量小于所述光電轉(zhuǎn)元件的電荷保持容量。
15.一種電子成像裝置，包括權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像元件。
16.一種操作固態(tài)成像元件的方法，所述固態(tài)成像元件包括以矩陣形式排列的像素，其中所述像素的給定一個包括配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷并且累積電荷的光電轉(zhuǎn)換元件、連接到所述光電轉(zhuǎn)換元件的電荷保持單元、以及浮置擴(kuò)散區(qū)域，所述方法包括: 對于所述像素的給定一個執(zhí)行轉(zhuǎn)移操作，使得所述電荷保持單元接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分，并且同時使得所述浮置擴(kuò)散區(qū)域接收并且保持在所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分。
17.如權(quán)利要求16所述的操作固態(tài)成像元件的方法，所述方法還包括，在對于所述像素的給定一個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作之后，連續(xù)地: 讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第二部分的量的數(shù)據(jù)信號； 復(fù)位所述浮置擴(kuò)散區(qū)域； 讀出對應(yīng)于所述浮置擴(kuò)散區(qū)域的復(fù)位電平的數(shù)據(jù)信號； 執(zhí)行次級轉(zhuǎn)移操作，包括使得所述電荷保持單元中保持的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分轉(zhuǎn)移到所述浮置擴(kuò)散區(qū)域；以及 讀出對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的電荷的第一部分的量的數(shù)據(jù)信號。
18.如權(quán)利要求16所述的操作固態(tài)成像元件的方法，其中所述像素的每個包括光電轉(zhuǎn)換元件，配置為將入射在其上的光轉(zhuǎn)換為電荷，并且累積電荷，所述方法還包括執(zhí)行全局快門操作，包括: 通過基本同時復(fù)位所述像素的每個的所述光電轉(zhuǎn)換元件，基本同時開始對于所述像素的每個的各個電荷累積時段，并且 基本同時結(jié)束對于所述像素的每個的各個累積時段。
19.如權(quán)利要求18所述的操作固態(tài)成像元件的方法，其中所述像素的每個包括浮置擴(kuò)散區(qū)域以及連接到其光電轉(zhuǎn)換元件的電荷保持單元，所述方法還包括: 通過基本同時對于所述像素的每個執(zhí)行所述轉(zhuǎn)移操作，基本同時結(jié)束對于所述像素的各個累積時段。
20.如權(quán)利要求19所述的操作固態(tài)成像元件的方法，所述方法還包括: 執(zhí)行滾動讀出操作，包括從所述像素的每個讀出對應(yīng)于所述像素的所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的各個電荷的各個數(shù)據(jù)信號，并且 在執(zhí)行對于第η成像幀的滾動讀出操作的同時，開始對于第(η+1)成像幀的全局快門操作。
【文檔編號】H04N5/347GK104272722SQ201380023726
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】馬渕圭司 申請人:索尼公司