摄像装置的制作方法

本发明涉及摄像装置。

背景技术：

在利用荧光寿命成像(fluorescence－lifetimeimagingmicroscopy(flim))、飞行时间法(time－of－flightmethod)的距离计测、超高速摄影等中，有能够进行高速动作的摄像元件的需求。例如在荧光寿命成像中，向试料照射光脉冲，以几纳秒左右的极短的时间间隔反复检测从试料发出的荧光。如果能够使测定中的时间分辨率提高，则可期待得到关于观察对象的新认知。

利用摄像元件的测量中的时间分辨率依赖于各像素的动作速度。例如在利用cmos(complementarymetaloxidesemiconductor)型的摄像元件的检测中，反复执行将光电二极管中的电荷的排出(光电二极管的复位)、由曝光带来的电荷的蓄积、以及向浮置扩散部的电荷的传送作为1个循环的动作。即，测量中的时间分辨率依赖于该循环所需要的时间。在上述循环中，特别是，从像素内的电荷的排出及向浮置扩散部的电荷的传送所需要的时间较大地影响到摄像元件的高速动作。

下述的非专利文献1提出了在光电二极管与用于电荷排出的漏极之间设有排出栅极的构造。在非专利文献1中，将具有这样的构造的像素称作dom(draining-onlymodulation)像素。在dom像素中，在排出栅极为开启(open)的状态下光电二极管内的电荷被排出。另一方面，如果使排出栅极为关断(close)的状态，则能够将光电二极管内的电荷向浮置扩散部传送。在dom像素中，通过使复位所需要的时间实质上为0，实现了时间分辨率的提高。

非专利文献1：k.yasutomi，et.al.，“a0.3mm－resolutiontime－of－flightcmosrangeimagerwithcolumn－gatingclock－skewcalibration”，isscc2014，dig.pp.132－133

技术实现要素：

发明要解决的课题

要求时间分辨率的进一步的提高。

用于解决课题的手段

根据本发明的非限定性的某个例示性的实施方式，提供以下技术方案。

一种摄像装置，具备第1像素单元及第2像素单元；第1像素单元包括：第1光电变换部，产生第1电荷；第1电荷传送路径，具有电连接于第1光电变换部的第1端、和第2端，在从第1端朝向第2端的第1方向上传送第1电荷；第2电荷传送路径，从第1电荷传送路径的第1位置分支，传送第1电荷中的至少一部分；第1电荷蓄积部，蓄积经由第2电荷传送路径传送来的电荷；第2像素单元包括：第2光电变换部，产生第2电荷；第3电荷传送路径，具有电连接于第2光电变换部的第3端、和第4端，在从第3端朝向第4端的第2方向上传送第2电荷；第4电荷传送路径，从第3电荷传送路径的第2位置分支，传送第2电荷中的至少一部分；第2电荷蓄积部，蓄积经由第4电荷传送路径传送来的电荷；沿着第1方向的从第1端到第1位置的距离与沿着第2方向的从第3端到第2位置的距离不同。

总括性或具体性的形态可以由元件、器件、系统、集成电路或方法实现。此外，总括性或具体性的形态也可以由元件、器件、系统、集成电路及方法的任意组合来实现。

公开的实施方式的追加性的效果及优点根据说明书及附图会变得清楚。效果及/或优点由说明书及附图中公开的各种各样的实施方式或特征分别提供，不是为了得到它们的1个以上而全部必要。

根据本发明的一技术方案，能够实现更高的时间分辨率。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的摄像装置的例示性电路结构的概略的图。

图2是像素单元10aa的示意性平面图。

图3是图2所示的a－a’线剖视图。

图4是图2所示的b－b’线剖视图。

图5是表示向光电二极管12入射的光的强度i的时间变化的一例的图。

图6是将像素单元10a的平面图、某个时刻的电荷传送路径ch1内的信号电荷的分布的一例、和半导体衬底2内的电位的一例一并表示的图。

图7是将像素单元10aa的平面图和某个时刻的电荷传送路径ch1内的信号电荷的分布的一例一并表示的图。

图8是将像素单元10ab的平面图和某个时刻的电荷传送路径ch1内的信号电荷的分布的一例一并表示的图。

图9是表示像素构造的变形例的平面图。

图10是表示像素构造的其他变形例的平面图。

图11是表示像素构造的再其他变形例的平面图。

图12是表示像素单元的配置的一例的平面图。

图13是从图12所示的像素阵列pa将像素块pbk中的1个取出并表示的平面图。

图14是表示具有按每个像素块pbk配置的微透镜lz的像素阵列pa的例子的平面图。

图15是表示像素单元的配置的另一例的平面图。

图16是表示本发明的第2实施方式的摄像装置的像素阵列pa的概略性平面图。

图17是将图16所示的像素单元20aa放大表示的平面图。

图18是将像素单元20aa的平面图和某个时刻的电荷传送路径ch1内的信号电荷的分布的一例一并表示的图。

图19是示意地表示第2实施方式的摄像装置的第1变形例的平面图。

图20是将图19所示的像素单元20ba放大表示的平面图。

图21是用来说明像素单元20b中的信号检测动作的一例的平面图。

图22是用来说明像素单元20b中的信号检测动作的一例的平面图。

图23是用来说明像素单元20b中的信号检测动作的一例的平面图。

图24是示意地表示第2实施方式的摄像装置的第2变形例的平面图。

图25是示意地表示第2实施方式的摄像装置的第3变形例的平面图。

标号说明

2半导体衬底

10a～10d、20a～20d像素单元

12光电变换部

14、15漏极

23、26、26a～26d、27、41栅极控制线

28、28a～28d、29读出线

36垂直信号线

38地址控制线

42放大晶体管

44寻址晶体管

46复位晶体管

47传送晶体管

48负载晶体管

49电容元件

50垂直扫描电路

52列电路

100、200、200a～200d摄像装置

ch1～ch4电荷传送路径

lz微透镜

p、pa～pc、pp、p1～p4电荷蓄积部

pa像素阵列

pbh、pbk像素块

ra、rb电荷保持部

sc信号检测电路

tc控制电极

tf、tg、tha、thb传送栅极电极

tx、txa～txd传送栅极电极

具体实施方式

在上述的dom像素中，需要每当使排出栅极关断则使由光电二极管生成的电荷移动到浮置扩散部。因此，采用dom像素的摄像元件的时间分辨率依赖于排出栅极的响应速度以及从光电二极管向浮置扩散部的电荷传送速度。从光电二极管向浮置扩散部的电荷传送速度因硅(si)衬底中的迁移率而受到限制。因而，根据每当复位就将电荷向浮置扩散部传送、并将蓄积在浮置扩散部中的电荷读出的以往方式，时间分辨率的进一步的提高是困难的。

本发明的一技术方案的概要是以下这样的。

[项目1]

一种摄像装置，具备第1像素单元及第2像素单元；第1像素单元包括：第1光电变换部，产生第1电荷；第1电荷传送路径，具有电连接于第1光电变换部的第1端、和第2端，在从第1端朝向第2端的第1方向上传送第1电荷；第2电荷传送路径，从第1电荷传送路径的第1位置分支，传送第1电荷中的至少一部分；以及第1电荷蓄积部，蓄积经由第2电荷传送路径传送来的电荷；第2像素单元包括：第2光电变换部，产生第2电荷；第3电荷传送路径，具有电连接于第2光电变换部的第3端、和第4端，在从第3端朝向第4端的第2方向上传送第2电荷；第4电荷传送路径，从第3电荷传送路径的第2位置分支，传送第2电荷中的至少一部分；以及第2电荷蓄积部，蓄积经由第4电荷传送路径传送来的电荷；沿着第1方向的从第1端到第1位置的距离不同于沿着第2方向的从第3端到第2位置的距离。

[项目2]

如项目1所述的摄像装置，第1像素单元包括第1栅极，该第1栅极对第2电荷传送路径中的电荷的传送及截断进行切换；第2像素单元包括第2栅极，该第2栅极对第4电荷传送路径中的电荷的传送及截断进行切换。

[项目3]

如项目2所述的摄像装置，第1栅极从截断向传送切换的定时与第2栅极从截断向传送切换的定时相同。

[项目4]

如项目2所述的摄像装置，第1栅极包括位于第2电荷传送路径上的第1栅极电极；第2栅极包括位于第4电荷传送路径上的第2栅极电极；第1栅极电极与第2栅极电极电连接。

[项目5]

如项目1所述的摄像装置，第1像素单元包括第3栅极，该第3栅极对从第1光电变换部向第1电荷传送路径的电荷的传送及截断进行切换；第2像素单元包括第4栅极，该第4栅极对从第2光电变换部向第3电荷传送路径的电荷的传送及截断进行切换。

[项目6]

如项目1～5中任一项所述的摄像装置，第1像素单元包括第1漏极，该第1漏极电连接于第1电荷传送路径的第2端；第2像素单元包括第2漏极，该第2漏极电连接于第3电荷传送路径的第4端。

[项目7]

如项目1～6中任一项所述的摄像装置，第1像素单元包括：第3漏极，电连接于第1电荷传送路径的第3位置；以及第5栅极，对从第3位置向第3漏极的电荷的传送及截断进行切换；第2像素单元包括：第4漏极，电连接于第2电荷传送路径的第4位置；以及第6栅极，对从第4位置向第4漏极的电荷的传送及截断进行切换；沿着第1方向的从第1端到第3位置的距离与沿着第2方向的从第3端到第4位置的距离相同；沿着第1方向的从第1端到第3位置的距离小于沿着第1方向的从第1端到第1位置的距离；沿着第2方向的从第3端到第4位置的距离小于沿着第2方向的从第3端到第2位置的距离。

[项目8]

如项目1～7中任一项所述的摄像装置，第1像素单元包括第3电荷蓄积部，该第3电荷蓄积部电连接于第1电荷传送路径的第2端并蓄积经由第1电荷传送路径传送来的电荷；第2像素单元包括第4电荷蓄积部，该第4电荷蓄积部电连接于第3电荷传送路径的第4端并蓄积经由第3电荷传送路径传送来的电荷。

[项目9]

如项目1所述的摄像装置，第1像素单元包括：第5电荷传送路径，从第1电荷传送路径的第3位置分支，传送第1电荷中的至少一部分；第3栅极，对第5电荷传送路径中的电荷的传送及截断进行切换；第3电荷蓄积部，蓄积经由第5电荷传送路径传送来的电荷；第6电荷传送路径，从第1电荷传送路径的第4位置分支，传送第1电荷中的至少一部分；第4栅极，对第6电荷传送路径中的电荷的传送及截断进行切换；以及第4电荷蓄积部，蓄积经由第6电荷传送路径传送来的电荷；沿着第1方向的从第1端到第3位置的距离不同于沿着第1方向的从第1端到第4位置的距离。

[项目10]

如项目9所述的摄像装置，在俯视中，第1电荷传送路径位于第3电荷蓄积部及第4电荷蓄积部与第1电荷蓄积部之间。

[项目11]

如项目9或10所述的摄像装置，第1像素单元包括：第5栅极，对从第1光电变换部向第1电荷传送路径的第1电荷的传送及截断进行切换；第1漏极，电连接于第1电荷传送路径的第2端；以及第6栅极，位于第1电荷传送路径与第1漏极之间，对从第1电荷传送路径向第1漏极的电荷的传送及截断进行切换。

[项目12]

如项目9～11中任一项所述的摄像装置，第1像素单元包括：第5电荷蓄积部，电连接于第1电荷蓄积部；第7栅极，对蓄积在第1电荷蓄积部中的电荷向第5电荷蓄积部的传送及截断进行切换；以及读出电路，电连接于第5电荷蓄积部。

[项目13]

如项目9～11中任一项所述的摄像装置，第1像素单元包括：电容元件，电连接于第1电荷蓄积部；以及读出电路，电连接于第1电荷蓄积部。

[项目14]

如项目1～13中任一项所述的摄像装置，具备包括第1像素单元的多个第1像素单元和包括第2像素单元的多个第2像素单元；多个第1像素单元及多个第2像素单元在行方向及列方向上二维地配置；多个第1像素单元沿着行方向及列方向中的一个方向配置；多个第2像素单元沿着行方向及列方向中的一个方向配置。

[项目15]

如项目1～14中任一项所述的摄像装置，第1电荷传送路径在第1端及第2端之间不具有栅极；第2电荷传送路径在第3端及第4端之间不具有栅极。

[项目16]

一种摄像装置，具备第1像素单元及第2像素单元；第1像素单元包括：第1光电变换部；第1电荷传送路径，传送由第1光电变换部产生的电荷；第2电荷传送路径，从第1电荷传送路径的中途分支；以及第1电荷蓄积部，蓄积由第1光电变换部产生的电荷中的、经由第2电荷传送路径传送来的电荷；第2像素单元包括：第2光电变换部；第3电荷传送路径，传送由第2光电变换部产生的电荷；第4电荷传送路径，从第3电荷传送路径的中途分支；以及第2电荷蓄积部，蓄积由第2光电变换部产生的电荷中的、经由第4电荷传送路径传送来的电荷；从第1光电变换部到第1电荷传送路径及第2电荷传送路径的分支点的、沿着第1电荷传送路径的距离不同于从第2光电变换部到第3电荷传送路径及第4电荷传送路径的分支点的、沿着第3电荷传送路径的距离。

根据项目16的结构，能够在第1像素单元及第2像素单元之间一并执行以不同的时刻为起点的时间窗下的检测。

[项目17]

如项目16所述的摄像装置，第1像素单元包括第1栅极，该第1栅极对经由第2电荷传送路径的电荷的传送及截断进行切换；第2像素单元包括第2栅极，该第2栅极对经由第4电荷传送路径的电荷的传送及截断进行切换。

根据项目17的结构，能够抽取在第1电荷传送路径中移动中的信号电荷的一部分而向第1电荷蓄积部进行蓄积，并抽取在第3电荷传送路径中移动中的信号电荷的一部分而向第2电荷蓄积部进行蓄积。

[项目18]

如项目16或17所述的摄像装置，经由第2电荷传送路径的向第1电荷蓄积部的电荷的传送的定时与经由第4电荷传送路径的向第2电荷蓄积部的电荷的传送的定时相同。

[项目19]

如项目16～18中任一项所述的摄像装置，第1像素单元包括：多个第3电荷蓄积部，沿着第1电荷传送路径而相对于第1电荷传送路径配置在与第1电荷蓄积部相反的一侧；多个第5电荷传送路径，是从第1电荷传送路径的中途分支的多个第5电荷传送路径，在各自的末端配置有多个第3电荷蓄积部中的1个；以及至少1个第3栅极，对经由多个第5电荷传送路径中的至少1个的电荷的传送及截断进行切换；第2像素单元包括：多个第4电荷蓄积部，沿着第3电荷传送路径而相对于第3电荷传送路径配置在与第2电荷蓄积部相反的一侧；多个第6电荷传送路径，是从第3电荷传送路径的中途分支的多个第6电荷传送路径，在各自的末端配置有多个第4电荷蓄积部中的1个；以及至少1个第4栅极，对经由多个第6转电荷传送路径中的至少1个的电荷的传送及截断进行切换。

根据项目19的结构，能够将以不同的时刻为起点的时间窗下的检测一并执行。

[项目20]

如项目16～19中任一项所述的摄像装置，第1像素单元包括第5栅极，该第5栅极对从第1光电变换部向第1电荷传送路径的电荷的传送及截断进行切换；第2像素单元包括第6栅极，该第6栅极对从第2光电变换部向第3电荷传送路径的电荷的传送及截断进行切换。

根据项目20的结构，能够电气地控制从光电变换部的信号电荷的传送的开始及结束的定时。

[项目21]

如项目16～20中任一项所述的摄像装置，第1像素单元包括位于第1电荷传送路径的末端的第1漏极；第2像素单元包括位于第3电荷传送路径的末端的第2漏极。

根据项目21的结构，能够使由光电变换部生成的信号电荷从光电变换部朝向漏极移动。

[项目22]

如项目16～20中任一项所述的摄像装置，第1像素单元包括位于第1电荷传送路径的末端、蓄积经由第1电荷传送路径传送来的电荷的第3电荷蓄积部；第2像素单元包括位于第3电荷传送路径的末端、蓄积经由第3电荷传送路径传送来的电荷的第4电荷蓄积部。

根据项目22的结构，能够向形成在像素单元内的两个电荷蓄积部以任意的比率分配电荷。

[项目23]

如项目19所述的摄像装置，第1像素单元包括：第5栅极，对从第1光电变换部向第1电荷传送路径的电荷的传送及截断进行切换；第1漏极，位于第1电荷传送路径的末端；以及第6栅极，配置在第1电荷传送路径的末端与第1漏极之间，对从第1电荷传送路径的末端向第1漏极的电荷的传送及截断进行切换；第2像素单元包括：第7栅极，对从第2光电变换部向第3电荷传送路径的电荷的传送及截断进行切换；第2漏极，位于第3电荷传送路径的末端；以及第8栅极，配置在第3电荷传送路径的末端与第2漏极之间，对从第3电荷传送路径的末端向第2漏极的电荷的传送及截断进行切换。

根据项目23的结构，由于在各像素单元中能够通过单一的信号检测电路从多个电荷蓄积部分别读出电荷，所以对于像素单元的微细化是有利的。

[项目24]

如项目23所述的摄像装置，第1像素单元包括：第5电荷蓄积部；第9栅极，对蓄积在第1电荷蓄积部中的电荷向第5电荷蓄积部的传送及截断进行切换；以及第1读出电路，将传送到第5电荷蓄积部的电荷读出；第2像素单元包括：第6电荷蓄积部；第10栅极，对蓄积在第2电荷蓄积部中的电荷向第6电荷蓄积部的传送及截断进行切换；以及第2读出电路，将传送到第6电荷蓄积部的电荷读出。

根据项目24的结构，能够抑制复位噪声等噪声的影响。

[项目25]

一种摄像装置，具有分别包括两个以上的像素单元的多个像素块的排列；各像素块中的两个以上的像素单元分别包括：光电变换部；第1电荷传送路径，传送由光电变换部产生的电荷；第2电荷传送路径，从第1电荷传送路径的中途分支；以及电荷蓄积部，蓄积由光电变换部产生的电荷中的经由第2电荷传送路径传送来的电荷；从光电变换部到第1电荷传送路径及第2电荷传送路径的分支点的、沿着第1电荷传送路径的距离，在两个以上的像素单元之间相互不同。

根据项目25的结构，能够以单一的曝光高速地取得与相互不同的多个时间窗对应的多个图像数据。

[项目26]

如项目25所述的摄像装置，多个像素块沿着第1方向配置；多个像素块分别包括沿着与第1方向不同的第2方向配置的两个以上的像素单元；在沿着第1方向排列的像素单元之间距离是共通的。

根据项目26的结构，能够利用包括多个像素单元的像素阵列的各行作为线传感器。

以下，一边参照附图一边详细说明本发明的实施方式。另外，以下说明的实施方式都表示总括性或具体性的例子。以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，不意欲限定本发明。在本说明书中说明的各种技术方案只要不发生矛盾就能够相互组合。此外，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，设为任意的构成要素进行说明。在以下的说明中，具有实质相同的功能的构成要素有时由共通的标号表示而省略说明。

(第1实施方式)

图1表示本发明的第1实施方式的摄像装置的例示性电路结构的概略。图1所例示的摄像装置100具有作为多个像素单元的排列的像素阵列pa、和包括垂直扫描电路50及列电路52的周边电路。典型的是，像素阵列pa中的多个像素单元10a形成在半导体衬底上。像素单元10a通过一维或二维地排列而形成摄像区域(感光区域)。这里，示出了包括像素单元10aa及10ab的多个像素单元10a二维地排列的例子。在图1所例示的结构中，像素单元10a排列成包括多个行及列的矩阵状。不言而喻，像素阵列pa中的像素单元的数量及配置并不限定于图1所示的例子。例如，如果像素单元10a的排列是一维的，则能够将摄像装置100作为线传感器(linesensor)使用。

各个像素单元10a具有光电变换部12和将光电变换部12中生成的电荷的至少一部分暂时地蓄积的电荷蓄积部p。在图1所例示的结构中，各像素单元10a还具有用来将在光电变换部12中生成的电荷的至少一部分向外部排出的漏极14。另外，图1只不过是用于说明的示意性的图，图中的各部的尺寸并不一定反映现实的尺寸。关于其他图也同样，有图中所示的要素的尺寸与该要素的现实的尺寸不一致的情况。

如后面详细说明那样，各个像素单元10a还具有将在光电变换部12中生成的电荷进行传送的第1电荷传送路径、和从第1电荷传送路径的中途分支的第2电荷传送路径。在该例中，第1电荷传送路径形成为将光电变换部12及漏极14连结的电荷传送路径。即，光电变换部12位于第1电荷传送路径的一端，漏极14位于第1电荷传送路径的另一端。或者，也可以说，光电变换部12连接于第1电荷传送路径的一端，漏极14连接于第1电荷传送路径的另一端。这里，各个像素单元10a具有控制电极tc，控制电极tc配置在第1电荷传送路径上。第2电荷传送路径形成为将第1电荷传送路径与电荷蓄积部p连结的电荷传送路径。换言之，电荷蓄积部p位于第2电荷传送路径的末端。在控制电极tc与电荷蓄积部p之间配置有传送栅极电极tx。

在本发明的各实施方式中，像素阵列pa包括沿着将光电变换部12及漏极14连结的方向的、从光电变换部12到第1电荷传送路径及第2电荷传送路径的分支点的距离相互不同的两个以上的像素单元。典型地，在这些像素单元之间，沿着将光电变换部12及漏极14连结的方向的、光电变换部12及电荷蓄积部p之间的距离相互不同。例如在图1所示的结构中，沿着将光电变换部12及漏极14连结的方向的、光电变换部12及电荷蓄积部p之间的距离在像素单元10aa及像素单元10ab之间相互不同。因而，在像素单元10aa及像素单元10ab之间，从光电变换部12到电荷蓄积部p的电荷的传送距离相互不同。如后述那样，通过在像素阵列pa中配置从光电变换部12到电荷蓄积部p的电荷的传送距离相互不同的两个以上的像素单元(这里是像素单元10aa及10ab)，能够在这些像素单元之间一并执行以不同的时刻为起点的时间窗下的检测。

像素阵列pa中的各像素单元10a的驱动例如由配置在摄像区域的外侧的列扫描电路或行扫描电路来控制。在图1所例示的结构中，按多个像素单元10a的每行设置的栅极控制线26连接于垂直扫描电路50。各栅极控制线26具有与对应的行的像素单元10a中的传送栅极电极tx之间的连接。因而，垂直扫描电路50通过控制向栅极控制线26施加的电压，能够以行单位来控制像素阵列pa中的像素单元10a的驱动。在这样的结构中，能够将垂直扫描电路50称作行扫描电路。不言而喻，当然也可以代替垂直扫描电路50而沿着像素阵列pa的行方向配置列扫描电路、经由按多个像素单元10a的每列配置的控制线而通过列扫描电路来控制多个像素单元10a的驱动。另外，在本说明书中，行方向是指行延伸的方向，列方向是指列延伸的方向。例如，在图1中，行方向是纸面的左右方向，列方向是纸面的上下方向。

另一方面，列电路52具有与按多个像素单元10a的每列设置的垂直信号线36之间的连接。像素阵列pa中的属于某列的像素单元10a的输出经由多个垂直信号线36中的与该列对应的1个而被读出到列电路52。列电路52可具有列信号处理电路(也称作“行信号蓄积电路”)及负载电路的组。列信号处理电路及负载电路对应于各个垂直信号线36而按每列设置。负载电路形成源极跟随器的一部分，列信号处理电路进行以相关双采样为代表的杂音抑制信号处理以及模拟数字变换(ad变换)等。来自多个列信号处理电路的信号被依次读出到水平共通信号线59。

(像素单元10a的结构的典型例)

图2～图4示意地表示像素单元10a的像素构造的一例。这里，在像素单元10a中，作为代表而表示像素单元10aa的像素构造的一例。图2示意地示出了从摄像面的法线方向观察时的、构成像素单元10aa的各部的配置。图3示意地示出了图2所示的a－a’线截面。图4示意地示出了图2所示的b－b’线截面。在图2～图4中，为了参考，图示了表示相互正交的x方向、y方向及z方向的箭头。这里，z方向与摄像面的法线方向一致。在其他图中，也有对表示x方向、y方向或z方向的箭头进行图示的情况。另外，为了避免图面变得复杂，以下有将栅极控制线26等布线的图示省略的情况。

如图2所示，在该例中，光电变换部12及漏极14沿着x方向隔开间隔配置。光电变换部12包含能够接受入射的光而生成电荷(以下有称作“信号电荷”的情况)的光电变换元件。这里，作为光电变换元件，例示形成于半导体衬底的光电二极管。以下，将光电变换部12方便地称作光电二极管12。光电二极管12、漏极14及上述的电荷蓄积部p可以是形成于半导体衬底的杂质区域(例如扩散区域)。

在该例中，在将光电二极管12与漏极14连结的区域上配置有控制电极tc。如上述那样，第1电荷传送路径形成为将光电变换部12及漏极14连结的电荷传送路径。因而，在图2所例示的结构中，第1电荷传送路径的配置可以说与控制电极tc的配置大致一致。

控制电极tc典型地由通过被掺杂杂质而被赋予了导电性的多晶硅形成。在该例中，在控制电极tc中的光电二极管12侧的端部的附近，连接着具有与未图示的电源之间的连接的电源线21。此外，在控制电极tc中的漏极14侧的端部的附近，连接着具有与未图示的电源之间的连接的电源线22。控制电极tc构成为，在摄像装置100动作时，能够独立地控制两端部的电位。

位于控制电极tc的一个端部附近的漏极14具有与连接于未图示的电源的电源线24之间的连接。在摄像装置100动作时，漏极14通过经由电源线24接受规定的电压vdr的供给而其电位被固定。

电荷蓄积部p(这里是电荷蓄积部pa)从配置有控制电极tc的区域沿着y方向隔开间隔形成。电荷蓄积部pa具有作为将信号电荷暂时蓄积的存储部(storage)的功能。读出线28与电荷蓄积部pa连接。读出线28连接于包含放大晶体管等的未图示的信号检测电路，与蓄积在电荷蓄积部pa中的电荷的量对应的信号经由信号检测电路而被读出到对应的垂直信号线36。虽然省略了图示，但电荷蓄积部pa可具有与用来供给将电荷蓄积部pa的电位复位的复位电压的复位电压线之间的连接。

在配置在控制电极tc与电荷蓄积部pa之间的传送栅极电极tx上，连接与垂直扫描电路50连接的栅极控制线26。传送栅极电极tx的电位被从垂直扫描电路50经由栅极控制线26供给的栅极控制电压vt控制。传送栅极电极tx可由铝、铜等金属、金属氮化物或多晶硅形成。

像素阵列pa中的其他像素单元10a也大致上具有与像素单元10aa同样的结构。但是，像素阵列pa中的至少1个像素单元10a在沿着第1电荷传送路径的方向上的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld与像素单元10aa不同。如在图1中示意地表示那样，这里，上述的像素单元10ab中的距离ld与像素单元10aa中的距离ld不同。在该例中，像素单元10ab中的距离ld大于像素单元10aa中的距离ld。另外，图2中的双箭头lw表示电荷蓄积部p(这里是电荷蓄积部pa)在沿着第1电荷传送路径的方向上的长度(宽度)。

参照图3及图4。在该例中，在硅(si)衬底等半导体衬底2内形成有光电二极管12、漏极14及电荷蓄积部pa。以下，作为半导体衬底2而例示p型硅衬底。这里，通过在p型硅衬底形成n型区域，形成了光电二极管12。此外，这里，使用在p型硅衬底形成的其他n型区域作为漏极14及电荷蓄积部pa。邻接的两个像素单元10a之间被形成在半导体衬底2的元件分离区域(这里是p型区域，未图示)电分离。半导体衬底2并不限定于其整体是半导体层的衬底，也可以是在摄像面侧的表面设有半导体层的绝缘衬底等。

如后面详细说明那样，在摄像装置100动作时，例如漏极14的电位被固定为规定的电位，从而由光电二极管12生成的信号电荷从光电二极管12朝向漏极14在半导体衬底2的内部移动。即，半导体衬底2中的处于光电二极管12与漏极14之间的区域作为将由光电二极管12产生的电荷进行传送的第1电荷传送路径(以下，简称作“电荷传送路径ch1”)发挥功能。

如图3所示，在该例中，在半导体衬底2中的光电二极管12与漏极14之间的区域上配置有控制电极tc。即，在该例中，控制电极tc沿着电荷传送路径ch1延伸。根据控制电极tc沿着x方向以直线状延伸可知(参照图2)，这里，从半导体衬底2的法线方向观察时的电荷传送路径ch1的形状大致上是直线状。但是，电荷传送路径ch1的形状并不限定于该例，例如也可以包括弯曲及/或曲线部分。

在控制电极tc与半导体衬底2之间配置绝缘层16。绝缘层16例如是二氧化硅层。如参照图2说明过的那样，在该例中，在控制电极tc上连接着电源线21及22。电源线21及22分别将第1电压v1及第2电压v2向控制电极tc供给。通过经由电源线21及22对控制电极tc的电位进行控制，能够在光电二极管12与漏极14之间的区域形成反型层。该反型层作为用来将由光电二极管12生成的信号电荷向漏极14传送的沟道发挥功能。即，电荷传送路径ch1可以是形成于半导体衬底2的反型层。第1电压v1及第2电压v2能从垂直扫描电路50(参照图1)供给。即，电源线21及22可以连接于垂直扫描电路50。

通过在控制电极tc的光电二极管12侧的端部附近以及漏极14侧的端部附近分别连接电源线21及22，能够向控制电极tc的光电二极管12侧的端部及漏极14侧的端部供给相互不同的电压。通过对控制电极tc的两端经由电源线21及22独立地施加相互不同的第1电压v1及第2电压v2，能够控制电荷传送路径ch1中的电势的梯度。典型的是，由光电二极管12生成的信号电荷通过电荷传送路径ch1中的电势的梯度的控制而朝向漏极14移动。当然，只要能够使由光电二极管12生成的信号电荷朝向漏极14移动，第1电压v1及第2电压v2也可以是共通的电压。

如图4所示，传送栅极电极tx也与控制电极tc同样，能够配置到形成在半导体衬底2上的绝缘层16上。通过使向传送栅极电极tx供给的栅极控制电压vt为高电平，能够在半导体衬底2中的电荷传送路径ch1与电荷蓄积部pa之间的区域形成反型层。通过在电荷传送路径ch1与电荷蓄积部pa之间的区域形成反型层，能够在电荷传送路径ch1与电荷蓄积部pa之间形成用于电荷移动的沟道。换言之，作为第2电荷传送路径，形成从电荷传送路径ch1分支的电荷传送路径ch2。通过在电荷传送路径ch1与电荷蓄积部pa之间形成沟道，能够将在电荷传送路径ch1中移动的信号电荷的至少一部分朝向电荷蓄积部pa传送。即，电荷传送路径ch2可以说是用来将在电荷传送路径ch1中移动的信号电荷的至少一部分朝向电荷蓄积部pa传送的电荷传送路径。电荷蓄积部pa将从电荷传送路径ch1经由电荷传送路径ch2传送来的信号电荷暂时地蓄积。

如果使向传送栅极电极tx供给的栅极控制电压vt为低电平，则从电荷传送路径ch1向电荷蓄积部pa的电荷传送停止。在该例中，半导体衬底2中的电荷传送路径ch1与电荷蓄积部pa之间的区域、和该区域上的绝缘层16及传送栅极电极tx构成对经由电荷传送路径ch2向电荷蓄积部pa的电荷的传送/非传送进行切换的栅极gt。该栅极gt的开闭用栅极控制电压vt控制。即，在该例中，以电气方式控制经由电荷传送路径ch2的信号电荷的传送。

各像素单元10a可具有将半导体衬底2覆盖的层间绝缘层。在图1～图4中省略了图示，但各像素单元10a中的光电变换部12以外的部分被遮光层覆盖。该遮光层例如可设在配置于半导体衬底2上的层间绝缘层上。遮光层也可以是设在比半导体衬底2靠上层的布线层。例如可以是，控制电极tc及/或传送栅极电极tx构成遮光层的一部分。

上述的像素单元10a能够使用公知的半导体工艺制造。另外，若半导体衬底2的表面中的形成绝缘层16的一侧的表面没有被硅化物化则是有益的。特别是，半导体衬底2中与电荷传送路径ch1对应的区域及与电荷传送路径ch2对应的区域(典型的是扩散层)没有被硅化物化是有益的。通过在半导体衬底2中不使与电荷传送路径ch1对应的区域及与电荷传送路径ch2对应的区域硅化物化，能够抑制起因于金属的存在的噪声混入。此外，能够抑制因信号电荷优先在硅化物中移动而带来的迁移率的偏差，使沟道中的电阻均匀化。

(像素单元10a中的信号检测动作)

接着，参照图5及图6说明像素单元10a中的信号检测动作的一例。图5表示向光电二极管12入射的光的强度i的时间变化的一例。在图5中，横轴表示时间t，双箭头ex示意地表示对光电二极管12的曝光期间。图6将像素单元10a的平面图、某个时刻的电荷传送路径ch1内的信号电荷的分布的一例、和半导体衬底2内的电位的一例一并表示。图6中的上侧所示的曲线图的纵轴表示电荷量c。

在图6中，将光电二极管12与漏极14连结的电荷传送路径ch1由较粗的虚线箭头图示。此外，在图6中，电荷传送路径ch2由沿着y方向延伸的较粗的虚线箭头图示。在其他图中，也有用较粗的虚线箭头图示电荷传送路径的情况。以下，说明作为信号电荷而利用电子的例子。作为信号电荷当然也可以利用空穴。

在光的检测之前，例如通过经由复位晶体管向电荷蓄积部p供给规定的复位电压，将电荷蓄积部p复位。此外，对漏极14经由电源线24施加比较高的电压vdr。进而，经由电源线21及22，向控制电极tc的端部中的与光电二极管12接近的一侧施加第1电压v1，向控制电极tc的端部中的与漏极14接近的一侧施加第2电压v2。这里，向控制电极tc施加满足vdr>v2>v1的关系那样的第1电压v1及第2电压v2。

在图6中的下侧，表示施加了电压vdr、第1电压v1及第2电压v2的状态下的、半导体衬底2内的沿着x方向的电位的变化的一例。此外，在图6中的右侧，表示半导体衬底2内的沿着y方向的电位的变化的一例。这些曲线图中的白圈sc示意地表示信号电荷。在图6中的右侧的曲线图中，通过实线图示出施加了电压vdr、第1电压v1及第2电压v2的状态下的半导体衬底2内的沿着y方向的电位的变化。

若着眼于沿着x方向的信号电荷(这里是电子)的能量的变化，则在该例中，信号电荷(这里是电子)的能量在光电二极管12附近最高，随着向漏极14接近而下降。因此，在施加了电压vdr、第1电压v1及第2电压v2的状态下，在光电二极管12中生成的信号电荷(这里是电子)在电荷传送路径ch1中朝向漏极14移动。到达了漏极14的信号电荷经由电源线24被向像素单元10a的外部排出。施加了电压vdr、第1电压v1及第2电压v2的状态可以说是将光电二极管12复位的状态。

这里，假设表现出图5所示那样的时间变化的光入射到光电二极管12中。如上述那样，在施加了电压vdr、第1电压v1及第2电压v2的状态下，在电荷传送路径ch1中发生电位梯度。因而，在光电二极管12中生成信号电荷的情况下，生成的信号电荷朝向漏极14移动。

这里，由于向光电二极管12入射的光的强度i时间性地变化，所以在光电二极管12中生成的信号电荷的量也对应于入射光的强度i的时间变化而时间性地变化。因此，向电荷传送路径ch1流入的信号电荷的量也表示与入射光的强度i的时间变化对应的变化。即，在电荷传送路径ch1的某个地点通过的信号电荷的量对应于入射光的强度i的时间变化而时间性地变化。换言之，从对光电二极管12开始光入射起经过了某个时间时的电荷传送路径ch1中的信号电荷的量，如图6中在上侧示意地表示那样，表现出与入射光的强度i的时间变化对应的分布。这是因为，从全局来看时，在某个时刻流入到电荷传送路径ch1中的信号电荷在电荷传送路径ch1中的移动距离大于在该时刻之后的时刻流入到电荷传送路径ch1中的信号电荷的移动距离。

假设在曝光开始后的某个时刻、电荷传送路径ch1中的信号电荷的量表现出图6中在上侧示意地表示的曲线图那样的分布。这里，假设在时刻td、使向传送栅极电极tx施加的栅极控制电压vt为高电平。通过使栅极控制电压vt为高电平，如图6的右侧的曲线图中虚线所示那样，电荷传送路径ch1与电荷蓄积部p之间的势垒下降，电荷传送路径ch1与电荷蓄积部p之间的栅极gt(参照图4)成为开启的状态。

通过将栅极gt开启，在电荷传送路径ch1中行进的信号电荷中的、在与传送栅极电极tx在y方向上重叠的区域rg附近行进的信号电荷，经由电荷传送路径ch2被有选择地向电荷蓄积部p传送。然后，在从时刻td起经过了时间ts(参照图5)后，使栅极控制电压vt成为低电平，使栅极gt关断。通过使栅极gt关断，向电荷蓄积部p的信号电荷的传送结束。

这样，在电荷传送路径ch1的中途配置电荷蓄积部p，对电荷传送路径ch1与电荷蓄积部p之间的栅极gt的开启及关断进行控制，从而能够将在电荷传送路径ch1中移动的信号电荷的一部分有选择地向电荷蓄积部p抽取。如在图6中示意地表示那样，电荷传送路径ch1中的信号电荷中的向电荷蓄积部p传送的电荷量依赖于从光电二极管12的端部到电荷蓄积部p的距离ld以及电荷蓄积部p的宽度lw。传送及蓄积到电荷蓄积部p的电荷量相当于在从时刻td到时刻(td+ts)之间在光电二极管12中产生的电荷量。即，传送及蓄积到电荷蓄积部p的电荷量具有与对光电二极管12的曝光期间(图5中用箭头ex表示的期间)整体之中、在上述时间ts中入射到光电二极管12中的光的量相对应的信息。因而，若进行蓄积在电荷蓄积部p中的电荷的读出，则实现以时刻td为起点的、相当于时间ts的时间窗tw(参照图5)下的检测。

接着，参照图7及图8，说明在像素阵列pa中混合存在有沿着电荷传送路径ch1的方向上的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld相互不同的两个以上的像素单元的结构下的信号检测。根据这样的结构，能够进行相互不同的时间窗下的信号检测。

图7将像素单元10aa的平面图和某个时刻的电荷传送路径ch1内的信号电荷的分布的一例一并表示。图8将像素单元10ab的平面图和某个时刻下的电荷传送路径ch1内的信号电荷的分布的一例一并表示。在图7及图8所例示的结构中，像素单元10aa中的电荷蓄积部pa的宽度及像素单元10ab中的电荷蓄积部pb的宽度都是lw而共通。这里，像素单元10ab在沿着电荷传送路径ch1的方向上的从光电二极管12到电荷蓄积部pb的距离ldb大约等于对像素单元10aa在沿着电荷传送路径ch1的方向上的从光电二极管12到电荷蓄积部pa的距离lda加上lw后的长度。

例如，假设像素单元10aa及10ab是在像素阵列pa中相互邻接配置的两个像素单元。像素阵列pa中包含的像素单元10a之间的曝光期间基本上是共通的。因而，向像素单元10aa及像素单元10ab的入射光的强度及其时间变化可以说是相同的。在图7中上侧表示的曲线图示出了呈现图5所示那样的时间性变化的光入射到像素单元10aa的光电二极管12时的、电荷传送路径ch1中的信号电荷在某个时刻的分布。图8中上侧表示的曲线图示出了呈现图5所示那样的时间性变化的光入射到像素单元10ab的光电二极管12时的、电荷传送路径ch1中的信号电荷在某个时刻的分布。

如上述那样，在光的检测之前，首先，执行电荷蓄积部pa及pb的复位。然后，开始对于像素单元10aa的光电二极管12及像素单元10ab的光电二极管12的曝光。图7及图8的各自的上侧的曲线图示意地表示从曝光的开始起经过了某个时间时的电荷传送路径ch1中的信号电荷的分布。这里，在从曝光的开始起经过某个时间时，通过栅极控制线26的电位的控制，使像素单元10aa中的栅极gt及像素单元10ab中的栅极gt开启。进而，在经过规定的时间(典型的是几十皮秒左右)后，使这些栅极gt关断。通过这样的控制，在像素单元10aa中，电荷传送路径ch1中的、位于在y方向上与电荷蓄积部pa重叠的区域rga附近的信号电荷经由电荷传送路径ch2被向电荷蓄积部pa传送。另一方面，在像素单元10ab中，电荷传送路径ch1中的、位于在y方向上与电荷蓄积部pb重叠的区域rgb附近的信号电荷经由电荷传送路径ch2被向电荷蓄积部pb传送。

这里，lda<ldb，在像素单元10aa的光电二极管12中生成并被向电荷蓄积部pa传送的电荷在电荷传送路径ch1中的移动距离小于在像素单元10ab的光电二极管12中生成并被向电荷蓄积部pb传送的电荷在电荷传送路径ch1中的移动距离。换言之，在从曝光的开始起经过某个时间后，像素单元10aa的电荷传送路径ch1的位于区域rga附近的信号电荷是与像素单元10ab的电荷传送路径ch1的位于区域rgb附近的信号电荷相比在靠后的时刻生成的电荷。即，向像素单元10ab的电荷蓄积部pb的信号电荷的传送相当于以某个时刻为起点的时间窗下的检测，向像素单元10aa的电荷蓄积部pa的信号电荷的传送对应于以比该时刻靠后的某个时刻为起点的时间窗下的检测。

这样，通过将电荷的传送距离相互不同的像素单元配置在像素阵列pa中，在这些像素单元之间，能够实现与电荷蓄积部p的配置对应的不同的时间窗下的检测。根据上述原理可知，根据本发明的实施方式，使电荷蓄积部p的配置、即沿着电荷传送路径ch1的方向上的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld在多个像素单元之间不同。由此，能够容易地变更检测中的时间窗的起点。此外，例如通过电荷蓄积部p的宽度lw，能够调整时间窗的宽度。

也可以是，不仅在像素阵列pa中的任意部位的两个像素单元之间使电荷的传送距离不同，而且在沿着行方向或列方向排列的一连串的多个像素单元之间使电荷的传送距离单调增加或单调减少。通过不使相互邻接的像素单元间的电荷的传送距离的差极端地变大，能够减小起因于信号延迟等的误差的影响。

沿着电荷传送路径ch1的方向上的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld例如能够定义为：从半导体衬底2的法线方向观察时的、沿着将光电二极管12的中心与漏极14的中心连结的方向(这里是x方向)的、从光电二极管12的电荷蓄积部p侧的端部到电荷蓄积部p的光电二极管12侧的端部的距离。在电荷传送路径ch1是曲线状的情况下，例如可以定义为：与将控制电极tc的一端和另一端连结的方向垂直的方向上的、沿着控制电极tc的中央的、从光电二极管12的电荷蓄积部p侧的端部到电荷蓄积部p的光电二极管12侧的端部的距离。即，可以定义为：沿着控制电极tc的中心线的、从光电二极管12的电荷蓄积部p侧的端部到电荷蓄积部p的光电二极管12侧的端部的距离。或者，也可以将距离ld定义为：当从半导体衬底2的法线方向观察时沿着在控制电极tc的外形中与电荷蓄积部p接近的一侧的边的、从光电二极管12的电荷蓄积部p侧的端部到电荷蓄积部p的光电二极管12侧的端部的距离。

相对于将由光电二极管生成的信号电荷全部向浮置扩散部传送、并将传送来的信号电荷读出的以往的方式，在上述例示性的动作中，将在电荷传送路径ch1内朝向漏极14移动中的信号电荷的一部分抽取而蓄积在电荷蓄积部p中。因此，与将由光电二极管生成的信号电荷全部向浮置扩散部传送的以往方式相比，能够实现更高速的检测。在本发明的实施方式中，用于光电二极管12的复位的期间实质上是0，此外用于信号电荷的蓄积的期间不是曝光期间整体而是其一部分，所以能实现更高速的动作。

进而，在本发明的实施方式中，例如能够使用栅极控制电压vt电气地控制栅极gt的开启及关断。通过控制栅极gt的开启及关断的定时，能够将在电荷传送路径ch1内朝向漏极14移动的信号电荷的一部分在任意的开始时刻及期间中抽取而向电荷蓄积部p蓄积。即，容易将信号电荷的一部分以希望的时间窗采样。通过使栅极gt开启的时间的调整，能够调整时间窗的宽度。另外，在上述例子中，使经由电荷传送路径ch2的从电荷传送路径ch1向电荷蓄积部p的信号电荷的传送定时在多个像素单元10a之间共通。这样，根据本发明的实施方式，能够不需要复杂的控制并且一并执行不同的时间窗下的检测。

在上述动作例中，在控制电极tc的两端施加了相互不同的电压。但是，在利用电子作为信号电荷的情况下，如果漏极14的电位比光电二极管12的电位高则信号电荷能够从光电二极管12朝向漏极14移动，所以也可以对控制电极tc的两端施加共通的电压。但是，通过对控制电极tc的两端独立地施加相互不同的电压，能够隔着控制电极tc下的绝缘层16来控制电荷传送路径ch1中的光电二极管12－漏极14间的电位梯度的大小。因而，能够电气地控制从光电二极管12向漏极14的信号电荷的传送速度。例如，通过调整光电二极管12与漏极14之间的电位梯度，还能够事后调整时间窗的起点。此外，例如，在反复执行上述检测动作的情况下，也可以每当光电二极管12复位时变更电荷传送路径ch1中的电位梯度，将不同的传送速度下的信号电荷向电荷蓄积部p抽取。作为向控制电极tc施加的第1电压v1及第2电压v2，既可以使用高电平及低电平那样的数字信号，也可以使用任意大小的模拟电压。

(像素构造的变形例)

图9表示像素构造的变形例。在图9所例示的结构中，像素阵列pa包括从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld相互不同的两个以上的像素单元10b。这里，示出了像素单元10b中的像素单元10bi，j、10b(i+1)，j、10b(i+2)，j及10bi，(j+1)。这里，i及j是0以上的整数，下带的尾标表示像素阵列pa中的配置(也可以说是像素阵列pa中的坐标)。

在该例中，第i行第j列的像素单元10bi，j中的电荷蓄积部pi，j的配置、第(i+1)行第j列的像素单元10b(i+1)，j中的电荷蓄积部p(i+1)，j的配置以及第(i+2)行第j列的像素单元10b(i+2)，j中的电荷蓄积部p(i+2)，j的配置相互不同。在图9所例示的结构中，在像素单元10bi，j中的距离ldi，j、像素单元10b(i+1)，j中的距离ld(i+1)，j以及像素单元10b(i+2)，j中的距离ld(i+2)，j之间，ldi，j<ld(i+1)，j<ld(i+2)，j的关系成立。例如，ld(i+1)，j＝ldi，j+lw，ld(i+2)，j＝ldi，j+2lw。

像素单元10bi，j、10b(i+1)，j、10b(i+2)，j具有配置在光电二极管12与控制电极tc的一端之间的传送栅极电极tf。如图示那样，x方向上的从传送栅极电极tf的控制电极tc侧的端部到电荷蓄积部p的传送栅极电极tf侧的端部的距离在像素单元10bi，j、10b(i+1)，j及10b(i+2)，j之间相互不同。

在各传送栅极电极tf上，连接着对栅极控制电压vf进行供给的栅极控制线23。栅极控制线23例如连接到垂直扫描电路50(参照图1)，在摄像装置100动作时，由垂直扫描电路50控制栅极控制线23的电位。典型的是，传送栅极电极tf被配置在半导体衬底2上的绝缘层16(参照图3及图4)上。

传送栅极电极tf构成对从光电二极管12向电荷传送路径ch1的信号电荷的传送/非传送进行切换的栅极的一部分。如果使向传送栅极电极tf施加的栅极控制电压vf为高电平，则光电二极管12与电荷传送路径ch1之间的栅极成为开启的状态，信号电荷从光电二极管12朝向电荷传送路径ch1移动。如果将栅极控制电压vf切换为低电平，则光电二极管12与电荷传送路径ch1之间的栅极成为关断的状态，从光电二极管12朝向电荷传送路径ch1的信号电荷的移动停止。即，能够根据栅极控制电压vf的电压电平来调整向电荷传送路径ch1流动的电荷量。

这样，通过在光电二极管12与控制电极tc的一端之间配置传送栅极电极tf，能够电气地控制从光电二极管12向电荷传送路径ch1的信号电荷的传送的开始及结束的定时。传送栅极电极tf由于与传送栅极电极tx相比是小型的，所以与通过传送栅极电极tx的电位调整向电荷蓄积部p传送的电荷量的控制相比，能够减轻电路中的负载。通过负载的减轻，能得到动作的高速化的效果，所以能够使时间分辨率提高。

图10表示像素构造的其他变形例。在图10所例示的结构中，像素阵列pa包括从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld相互不同的两个以上的像素单元10c。在图10所例示的结构中，像素单元10ci，j、10c(i+1)，j及10c(i+2)，j具有第2漏极15。漏极15可具有与位于电荷传送路径ch1的末端的漏极14同样的结构。漏极15可以是形成于半导体衬底2的杂质区域。各像素单元10c的漏极15连接于与未图示的电源连接的电源线25，在摄像装置100动作时，经由电源线25向漏极15施加规定的电压。

在各像素单元10c内，漏极15沿着电荷传送路径ch1而与电荷蓄积部p并列地配置。在使向传送栅极电极tx施加的栅极控制电压vt为高电平的情况下，电荷传送路径ch1与电荷蓄积部p之间的栅极成为开启的状态，在电荷传送路径ch1中行进的信号电荷中的、在与电荷蓄积部p在y方向上重叠的区域附近行进的信号电荷经由电荷传送路径ch2被向电荷蓄积部p传送。此时，电荷传送路径ch1与漏极15之间的栅极也成为开启的状态，在电荷传送路径ch1中行进的信号电荷中的、在与漏极15在y方向上重叠的区域附近行进的信号电荷经由从电荷传送路径ch1分支的电荷传送路径ch3被向漏极传送。在各像素单元10c中，沿着电荷传送路径ch1的方向上的、电荷蓄积部p的宽度与漏极15的宽度之间的比率能够任意地设定。

如在图10中示意地表示那样，与电荷蓄积部p相比，漏极15配置得更接近光电二极管12。因而，从光电二极管12朝向漏极14移动的电荷的向漏极15的传送，意味着将在某个时刻以后生成的信号电荷用漏极15回收。即，通过将第2漏极15设在像素单元10c内，能够抑制在某个时刻以后生成的信号电荷向电荷蓄积部p的混入。根据这样的结构，由于不需要在使栅极控制电压vt为高电平后立即切换为低电平，所以能够降低耗电。也可以不使栅极控制电压vt为低电平而维持为高电平。另外，漏极15还可以作为电荷蓄积部来利用。

图11表示像素构造的再其他变形例。如图11所示的像素单元10d那样，可以代替漏极14而将第2电荷蓄积部pp配置在电荷传送路径ch1的末端。

第2电荷蓄积部pp将经由电荷传送路径ch1传送的电荷的至少一部分蓄积。在信号电荷向电荷蓄积部pp蓄积时，电荷蓄积部pp的电位被固定为一定。在图11所例示的结构中，在电荷蓄积部pp连接着读出线29。该读出线29能够连接到与经由读出线28连接于电荷蓄积部p的信号检测电路独立的信号检测电路。

根据图11所示那样的、在电荷传送路径ch1的末端和末端以外的部分配置有电荷蓄积部的结构，通过控制设在电荷蓄积部p与电荷传送路径ch1之间的栅极的开启的期间，能够向两个电荷蓄积部(电荷蓄积部p及pp)以任意的比率分配电荷。

(像素单元的配置的例子)

以下，参照图12～图15说明像素单元的配置的例子。

图12表示像素单元10a的配置的一例。在图12所例示的结构中，像素阵列pa具有包括多个像素单元10a的像素块pbk的排列。在该例中，通过将多个像素块pbk排列为多个行及列，形成摄像区域。如在图12中示意地表示那样，这里，各像素块pbk包括配置为3行3列的矩阵状的9个像素单元10a。

图13中，从图12所示的像素阵列pa将像素块pbk中的1个取出来表示。在该例中，像素块pbk中包含的9个像素单元10a中的、沿着电荷传送路径ch1的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离相互不同。在该例中，像素块pbk包括像素单元10ai，j、10ai，(j+1)、10ai，(j+2)、10a(i+1)，j、10a(i+1)，(j+1)、10a(i+1)，(j+2)、10a(i+2)，j、10a(i+2)，(j+1)及10a(i+2)，(j+2)。如在图13中示意地表示那样，这里，像素单元10ai，j中的、从光电变换部12到漏极14的距离ldi，j大致是0，在像素块pbk中包含的9个像素单元10a之间，从光电变换部12到漏极14的距离以上述顺序每次增加电荷蓄积部p的宽度lw。例如，像素单元10a(i+2)，(j+2)中的从光电变换部12到漏极14的距离ld(i+2)，(j+2)满足ld(i+2)，(j+2)＝ldi，j+8lw的关系。在该例中，在9个像素单元10a之间曝光期间共通的情况下，由像素单元10a(i+2)，(j+2)取得的信号对应于在曝光期间中的初期生成的信号电荷的量，另一方面，由像素单元10ai，j取得的信号对应于在曝光期间中的最后期间生成的信号电荷的量。换言之，像素块pbk中的各像素单元10a的时间窗相互不同。

在图12所示的例子中，其他的像素块pbk也具有与图13所示的像素块pbk同样的结构。即，如果设m及n为0以上的整数，则例如像素单元10a(i+2)，(j+2)中的检测的时间窗、与在像素阵列pa中位于从该像素单元10a(i+2)，(j+2)沿行方向变动了3m且沿列方向变动3n了的位置上的像素单元10a(i+2+3n)，(j+2+3m)中的检测的时间窗是共通的。通过有选择地取得来自时间窗共通的像素单元10a的信号，能得到用来构建与某个时间窗对应的图像的图像信号。例如，如果将位于坐标(i+2+3n，j+2+3m)的位置的像素单元10a的输出集中，则能够构建与曝光期间中的初期的时间窗对应的图像。同样，如果有选择地取得位于坐标(i+2+3n，j+1+3m)的位置的像素单元10a的输出，则能够构建与1个之后的时间窗对应的图像。

因而，根据这样的像素单元10a的配置，能够以单一的曝光一并执行相互不同的9个时间窗下的检测。即，能够高速地取得与9个相互不同的时间窗对应的9张图像数据。如在图14中例示那样，可以按每个像素块pbk配置与像素块pbk中的多个像素单元10a对置的微透镜lz。通过按每个像素块pbk配置微透镜lz，能够实现与复眼相机同样的应用。

图15表示像素单元的配置的另一例。在图15所例示的结构中，沿着电荷传送路径ch1的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离在属于同一列的像素单元10a之间相互不同。例如，这里，ldi，j<ld(i+1)，j<ld(i+2)，j的关系成立。另一方面，沿着电荷传送路径ch1的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离在属于同一行的像素单元10a之间共通。即，这里，ldi，j＝ldi，(j+1)＝ldi，(j+2)的关系成立。在图15所示的例子中，可以说，像素阵列pa包括在列方向上配置有沿着电荷传送路径ch1的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld相互不同的多个像素单元10a的像素块pbh的排列。像素块pbh沿着像素阵列pa中的行方向配置。

例如着眼于第j列，则ldi，j<ld(i+1)，j<ld(i+2)，j的关系成立，所以从像素单元10a(i+2)，j能得到与在某个时刻生成的信号电荷对应的信号，从像素单元10a(i+1)，j能得到与在某个时刻之后的时刻生成的信号电荷对应的信号。从像素单元10ai，j能得到与在更后的时刻生成的信号电荷对应的信号。这样，也可以按多个像素单元10a的每行使电荷的传送距离(从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离)相互不同。在该例中，沿着电荷传送路径ch1的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld以行为单位而不同。即，沿行方向配置有时间窗共通的像素单元10a。通过与通常的数码相机中的卷帘式快门(rollingshutter)同样地、有选择地取得来自同一行的像素单元10a的输出，能够利用像素阵列pa中的各行作为线传感器。根据这样的结构，能够不使传感器自身沿列方向移动地将多行的数据通过1次的曝光一并取得。从其他角度来看，能够以单一的曝光得到与以高速执行了所谓的卷帘式快门时同样的效果。

(第2实施方式)

图16表示本发明的第2实施方式的摄像装置中的像素阵列pa。图16所示的摄像装置200a中的像素阵列pa包括多个像素单元20a的排列。在图16中，代表性地示出了多个像素单元20a中的像素单元20aa、像素单元20ab及像素单元20ac这3个。与第1实施方式的摄像装置100同样地，摄像装置200a的像素阵列pa中具有从光电变换部12到电荷蓄积部p的电荷的传送距离相互不同的两个以上的像素单元。在图16所例示的结构中，从光电二极管12到电荷蓄积部p的沿着电荷传送路径ch1的方向测量时的距离ld在像素单元20aa、像素单元20ab及像素单元20ac之间相互不同。这里，像素单元20ab中的从光电二极管12到电荷蓄积部pb的距离ldb是像素单元20aa中的从光电二极管12到电荷蓄积部pa的距离lda的大约2倍。像素单元20ac中的从光电二极管12到电荷蓄积部pc的距离ldc是像素单元20aa中的从光电二极管12到电荷蓄积部pa的距离lda的大约3倍。

像素单元20aa、像素单元20ab及像素单元20ac分别还具有沿着电荷传送路径ch1而相对于电荷传送路径ch1配置在电荷蓄积部p的相反侧的4个电荷蓄积部p1～p4。在电荷传送路径ch1及电荷蓄积部p1之间配置传送栅极电极txa。同样，在电荷传送路径ch1及电荷蓄积部p2之间、电荷传送路径ch1及电荷蓄积部p3之间、以及电荷传送路径ch1及电荷蓄积部p4之间，分别配置传送栅极电极txb、txc及txd。典型的是，传送栅极电极txa～txd与传送栅极电极tx同样地，配置在半导体衬底2上的绝缘层16(参照图3及图4)上。

如在图16中示意地表示那样，像素单元20aa、像素单元20ab及像素单元20ac分别包括从电荷传送路径ch1的中途分支的多个电荷传送路径ch4。电荷蓄积部p1～p4位于各电荷传送路径ch4的末端。上述的传送栅极电极txa～txd分别构成对经由对应的电荷传送路径ch4向电荷蓄积部p1～p4的电荷的传送/非传送进行切换的栅极的一部分。

图17将图16所示的像素单元20aa放大表示。在图17所例示的结构中，电荷蓄积部p1～p4分别具有共通的宽度lw，电荷蓄积部p1～p4隔开间隔g相互分离而配置。这里，4个电荷蓄积部p1～p4相对于电荷传送路径ch1配置在与电荷蓄积部pa相反的一侧。但是，相对于电荷传送路径ch1配置在与电荷蓄积部p相反的一侧的电荷蓄积部的数量以及它们的宽度及间隔并不限定于该例，可以任意地设定。例如，各像素单元20a具有的电荷蓄积部的数量并不限定于5个，在多个电荷蓄积部之间宽度或间隔也可以不同。例如，也可以将电荷蓄积部p1～p4之间的沿着电荷传送路径ch1的方向上的长度(宽度)的比率设为与想要时间分解的比率对应的比率。

传送栅极电极txa～txd分别连接栅极控制线26a～26d。栅极控制线26a～26d分别供给栅极控制电压vta～vtd。栅极控制线26a～26d例如具有与垂直扫描电路50(参照图1)之间的连接。例如，电荷传送路径ch1与电荷蓄积部p1之间的栅极的开启及关断通过栅极控制线26a的电位来控制。通过使栅极控制电压vta为高电平，能够将在电荷传送路径ch1中移动的信号电荷的一部分有选择地向电荷蓄积部p1抽取。在该例中，像素单元20aa具有4个电荷蓄积部p1～p4，与之对应地，具有从电荷传送路径ch1朝向电荷蓄积部p1～p4传送电荷的4个电荷传送路径ch4。

典型的是，电荷蓄积部p1～p4具有与电荷蓄积部pa大致同样的结构，作为将信号电荷暂时蓄积的存储部发挥功能。在该例中，分别连接有包含放大晶体管等未图示的信号检测电路的读出线28a～28d分别与电荷蓄积部p1～p4连接。因而，经由读出线28a～28d，能够单独地读出与蓄积在电荷蓄积部p1～p4中的电荷的量对应的信号。另外，电荷蓄积部p1～p4能具有与供给复位电压的复位电压线之间的连接。

(像素单元20a中的信号检测动作)

接着，参照图18说明像素单元20a中的信号检测动作的一例。图18将像素单元20aa的平面图和某个时刻的电荷传送路径ch1内的信号电荷的分布的一例一并表示。通过沿着电荷传送路径ch1配置4个电荷蓄积部p1～p4，如以下说明的那样，能够进行连续的4个时间窗(4相位)下的检测。

在光的检测之前，将电荷蓄积部p1～p4的各自的电荷复位。典型的是，还执行电荷蓄积部pa的电荷的复位。在该时间点，向控制电极tc施加的第1电压v1及第2电压v2、栅极控制电压vt、vta～vtd都是低电平。接着，将满足vdr>v2>v1的关系的电压vdr、和第1电压v1及第2电压v2分别向漏极14及控制电极tc施加，在电荷传送路径ch1中形成电位梯度。在该状态下，开始向光电二极管12的光入射。在光电二极管12中生成的信号电荷在电荷传送路径ch1中朝向漏极14移动。

从对光电二极管12的光入射开始起经过某个时间时的电荷传送路径ch1中的信号电荷的量如图18中上侧所示那样表现出某种分布。这里，使向传送栅极电极txa～txd施加的栅极控制电压vta～vtd一齐为高电平的情况下，电荷传送路径ch1与各个电荷蓄积部p1～p4之间的势垒降低，电荷传送路径ch1与各个电荷蓄积部p1～p4之间的栅极成为开启的状态。

通过栅极的开启，在电荷传送路径ch1中移动的信号电荷经由电荷传送路径ch4被向电荷蓄积部p1～p4传送。此时，在电荷传送路径ch1中移动的信号电荷被向电荷蓄积部p1～p4的某个传送。在电荷传送路径ch1中移动的信号电荷被向电荷蓄积部p1～p4的哪个传送，根据着眼的信号电荷在栅极开启时的行进距离而不同。例如，在y方向上位于与电荷蓄积部p1重叠的区域rga附近的信号电荷被向电荷蓄积部p1传送。在y方向上位于与电荷蓄积部p2重叠的区域rgb附近的信号电荷被向电荷蓄积部p2传送。在y方向上位于与电荷蓄积部p3重叠的区域rgc附近的信号电荷被向电荷蓄积部p3传送。在y方向上位于与电荷蓄积部p4重叠的区域rgd附近的信号电荷被向电荷蓄积部p4传送。

这样，通过沿着电荷传送路径ch1配置多个电荷蓄积部p1～p4，能够将在电荷传送路径ch1中移动的信号电荷对应于将栅极开启了的时间点的移动距离而向电荷蓄积部p1～p4分配。即，能够以与电荷蓄积部p1～p4的配置及它们各自的宽度对应的时间窗、将通过光入射而生成的信号电荷进行时间分解而检测。这样，通过沿着电荷传送路径ch1配置多个电荷蓄积部p1～p4，能够一并执行以不同的时刻为起点的时间窗下的检测。另外，也可以使传送栅极电极txa～txd为单一的电极。

例如，信号电荷(例如电子)在被施加了饱和速度为0.04μm/ps那样的强度的电场的长度4μm的电荷传送路径中移动需要100ps。因而，在经由长度4μm的电荷传送路径将信号电荷向电荷蓄积部直接传送那样的结构中，仅信号电荷的传送也需要100ps。相对于此，根据如图16～图18所示那样沿着在末端配置有漏极14的电荷传送路径ch1配置多个电荷蓄积部p1～p4、将在电荷传送路径ch1中移动的电子向多个电荷蓄积部p1～p4分配那样的结构，能够提高时间分辨率。例如，如果沿着4μm的电荷传送路径配置4个电荷蓄积部，则即使在相同的电场强度下也能实现大约25ps的时间分辨率。

通过在将由光电变换部生成的信号电荷向漏极传送的中途、对应于信号电荷的移动距离将信号电荷向多个电荷蓄积部分配，能够不受信号电荷(例如电子)的饱和速度的限制而使检测的时间分辨率提高。如果将对应于电荷传送路径ch1中的移动距离将信号电荷向多个电荷蓄积部p1～p4分配的上述例子那样的结构应用于例如利用近红外光的成像中，则能够得到测量对象的深度方向的信息。此时，通过重复光脉冲的入射和参照图18说明的信号电荷的传送及蓄积的循环、将各电荷蓄积部p1～p4中的电荷量累计，能够提高sn比。设置在用来向电荷蓄积部p1～p4传送电荷的电荷传送路径ch4中的栅极的开启只要每当光脉冲的照射时以规定的定时执行就可以。

另外，如果代替使向传送栅极电极txa～txd施加的栅极控制电压vta～vtd一齐成为高电平而使向传送栅极电极tx施加的栅极控制电压vt成为高电平，则当然也能够进行与第1实施方式同样的动作。根据如图17所例示那样相对于电荷传送路径ch1在与电荷蓄积部p相反的一侧还配置有电荷蓄积部p1～p4的结构，通过对栅极控制电压vt及栅极控制电压vta～vtd进行控制，能够在电荷蓄积部p及电荷蓄积部p1～p4之间选择在电荷传送路径ch1中移动的信号电荷的传送目的地。

根据向电荷蓄积部p1～p4的信号电荷的传送，能够按每个像素单元20a一并执行多个时间窗下的检测。但是，有可能发生电荷蓄积部p1～p4中的相互邻接的两个之间的漏电(leak)。另一方面，根据向电荷蓄积部p的信号电荷的传送，由于每个像素单元20a的在检测中使用的电荷蓄积部p的数量是1个，所以能够在与其他像素单元20a之间良好地将信号电荷分离。

根据第2实施方式，由于能够容易地切换使用的电荷蓄积部，所以能够根据使多个时间窗下的一并检测及像素单元20a间的信号电荷的分离的哪个优先来灵活地切换信号电荷的传送目的地。另外，作为信号电荷，也可以代替电子而利用空穴。通过利用迁移率相对较低的空穴，例如在向电荷蓄积部p1～p4传送信号电荷的情况下，在邻接的电荷蓄积部p1～p4间能够良好地将信号电荷分离。即，能够抑制信号电荷向与本来应传送的电荷蓄积部邻接的其他电荷蓄积部的混入。

在如图16所示那样与多个电荷蓄积部(这里是电荷蓄积部p1～p4)对应地将多个传送栅极电极(这里是传送栅极电极txa～txd)配置在像素单元内的结构中，还能利用距光电二极管12最近的电荷蓄积部(这里是电荷蓄积部p1)作为漏极。例如，如果在某个时刻以后使栅极控制电压vta成为高电平、使电荷传送路径ch1与电荷蓄积部p1之间的栅极开启，则在该时刻以后流入到电荷传送路径ch1中的信号电荷被优先地向电荷蓄积部p1传送。因此，如果使栅极控制电压vtb～vtd成为高电平、使电荷传送路径ch1与电荷蓄积部p2～p4之间的栅极开启的时刻以后也使栅极控制电压vta成为高电平，则能够抑制多余的电荷向电荷蓄积部p2～p4的混入。在利用电荷蓄积部p1作为漏极的情况下，不需要电荷蓄积部p1的、光的检测前的复位。

另外，在图16所例示的结构中，例如，电荷蓄积部p2及电荷蓄积部pa沿着y方向排列。但是，夹着电荷传送路径ch1对置的两个电荷蓄积部的配置不需要在它们之间一致。

(第2实施方式的变形例)

图19示意地表示第2实施方式的摄像装置的第1变形例。图19所示的摄像装置200b具有包括从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld相互不同的两个以上的像素单元20b的像素阵列pa。这里，表示了多个像素单元20b中的属于同一行的3个像素单元20ba、20bb及20bc。例如，像素单元20bb中的从光电二极管12到电荷蓄积部pb的距离ldb是像素单元20ba中的从光电二极管12到电荷蓄积部pa的距离lda的大约2倍。此外，像素单元20bc中的从光电二极管12到电荷蓄积部pc的距离ldc是像素单元20ba中的从光电二极管12到电荷蓄积部pa的距离lda的大约3倍。

图20将图19所示的像素单元20ba放大表示。图20所示的像素单元20ba与参照图17说明的像素单元20aa之间的主要不同点是，像素单元20ba具有配置在光电二极管12与控制电极tc之间的传送栅极电极tf、以及配置在控制电极tc与漏极14之间的传送栅极电极tg。另外，各个像素单元20b中的电荷蓄积部p1～p4能够具有与供给复位电压的复位电压线之间的连接，但不具有与用来将蓄积的信号电荷读出的读出线28a～28d之间的连接。

如上述那样，在传送栅极电极tf上连接着栅极控制线23。传送栅极电极tf基于向栅极控制线23施加的栅极控制电压vf，切换从光电二极管12向电荷传送路径ch1的信号电荷的传送/非传送。另一方面，在传送栅极电极tg上连接着栅极控制线27。栅极控制线27例如与栅极控制线23同样地连接于垂直扫描电路50(参照图1)，摄像装置100动作时的栅极控制线27的电位通过垂直扫描电路50来控制。典型的是，传送栅极电极tg配置在半导体衬底2上的绝缘层16(参照图3及图4)上。传送栅极电极tg构成对从电荷传送路径ch1的末端向漏极14的信号电荷的传送/非传送进行切换的栅极的一部分。例如通过使经由栅极控制线27向传送栅极电极tg施加的栅极控制电压vg为低电平，从电荷传送路径ch1向漏极14的信号电荷的传送停止。

再次参照图19。在该例中，读出线28与各像素单元10b的电荷蓄积部p连接。此外，各像素单元10b具有与读出线28连接的信号检测电路sc。在该例中，信号检测电路sc包含放大晶体管42及寻址晶体管44。放大晶体管42及寻址晶体管44典型的是场效应晶体管(fet)。以下，只要没有特别声明，就例示n沟道mos作为晶体管。

在放大晶体管42的栅极，连接读出线28。在摄像装置200b动作时，典型的是，向放大晶体管42的漏极供给电源电压vdd。放大晶体管42输出与存储在电荷蓄积部p中的信号电荷的量对应的信号。即，信号检测电路sc将传送给电荷蓄积部p的电荷读出。

在放大晶体管42的源极与垂直信号线36之间，连接寻址晶体管44。垂直信号线36按多个像素单元20b的每列设置。在寻址晶体管44的栅极，连接地址控制线38。典型的是，地址控制线38按多个像素单元20b的每行设置，连接于垂直扫描电路50。通过由垂直扫描电路50控制向地址控制线38施加的电压vs(也可以称作行选择信号)，读出对象的行被扫描及选择。信号电压被从选择出的行的像素单元20b向垂直信号线36读出。

在各垂直信号线36，连接构成电流源的负载晶体管48。负载晶体管48的栅极连接于在摄像装置200动作时被施加规定的偏置电压vb的电压线40。负载晶体管48可以是列电路52(参照图1)的一部分。负载晶体管48及放大晶体管42构成源极跟随器电路。

像素单元20b分别还连接于对电荷蓄积部p的复位的基准电压vrs进行供给的复位电压线34。在各像素单元20b的电荷蓄积部p与复位电压线34之间连接复位晶体管46。在复位晶体管46的栅极连接复位信号线39。典型的是，复位信号线39连接于垂直扫描电路50。通过由垂直扫描电路50控制向复位信号线39施加的电压vr(可以称作复位信号)，例如将像素单元20b的电荷蓄积部p的电位以行为单位复位。另外，虽然为了避免图面变复杂而省略了图示，但复位晶体管46还连接于电荷蓄积部p1～p4。即，在电荷蓄积部p的复位中，经由复位晶体管46，还向电荷蓄积部p1～p4供给基准电压vrs。

(像素单元20b中的信号检测动作)

接着，参照图21～图23说明像素单元20ba中的信号检测动作的一例。概略地讲，在将电荷传送路径ch1中的信号电荷传送给电荷蓄积部p1～p4后，将蓄积在各电荷蓄积部p1～p4中的信号电荷向电荷蓄积部pa依次传送，执行被传送给电荷蓄积部pa的电荷的读出。

在检测之前，首先，将各电荷蓄积部pa及p1～p4的电荷复位。然后，开始对光电二极管12的曝光，在所希望的定时，使向传送栅极电极tf施加的栅极控制电压vf及向传送栅极电极tg施加的栅极控制电压vg为高电平。由此，在所希望的定时开始从光电二极管12向漏极14的经由电荷传送路径ch1的信号电荷的传送。

在从光电二极管12向漏极14的信号电荷的传送开始后，与参照图18说明的检测动作同样地，进行从电荷传送路径ch1向电荷蓄积部p1～p4的经由电荷传送路径ch4的信号电荷的传送(图21)。通过经由电荷传送路径ch4的信号电荷的传送，在电荷传送路径ch1中移动的信号电荷对应于将电荷传送路径ch1与各个电荷蓄积部p1～p4之间的栅极开启了的时间点的移动距离而被分配给电荷蓄积部p1～p4。然后，使向传送栅极电极txa～txd施加的栅极控制电压vta～vtd为低电平，结束向电荷蓄积部p1～p4的信号电荷的传送。

在向电荷蓄积部p1～p4的信号电荷的传送时，向传送栅极电极tf施加的栅极控制电压vf及向传送栅极电极tg施加的栅极控制电压vg是低电平。通过使栅极控制电压vf及栅极控制电压vg为低电平，光电二极管12与电荷传送路径ch1之间、以及电荷传送路径ch1与漏极14之间的栅极关断，向电荷传送路径ch1的信号电荷的进一步的流入以及从电荷传送路径ch1的信号电荷的排出停止。

然后，使向传送栅极电极txa施加的栅极控制电压vta及向传送栅极电极tx施加的栅极控制电压vt为高电平。通过将栅极控制电压vta及栅极控制电压vt切换为高电平，使电荷蓄积部p1与电荷传送路径ch1之间的栅极、以及电荷传送路径ch1与电荷蓄积部pa之间的栅极开启。通过使这些栅极开启，如图22中用较粗的实线箭头示意地表示的那样，蓄积在电荷蓄积部p1中的信号电荷经由将电荷蓄积部p1与电荷传送路径ch1连结的电荷传送路径ch4以及将电荷传送路径ch1与电荷蓄积部pa连结的电荷传送路径ch2，被向电荷蓄积部pa传送。在向电荷蓄积部pa传送了信号电荷后，使电荷蓄积部p1与电荷传送路径ch1之间的栅极以及电荷传送路径ch1与电荷蓄积部pa之间的栅极关断。然后，将与传送给电荷蓄积部pa的信号电荷量对应的信号通过上述的信号检测电路sc读出。

接着，使复位晶体管46导通而将传送给电荷蓄积部pa的电荷复位，使复位晶体管46截止。然后，使向传送栅极电极txb施加的栅极控制电压vtb及向传送栅极电极tx施加的栅极控制电压vt为高电平，将蓄积在电荷蓄积部p2中的信号电荷向电荷蓄积部pa传送(图23)。在使电荷蓄积部p2与电荷传送路径ch1之间的栅极以及电荷传送路径ch1与电荷蓄积部pa之间的栅极关断后，经由信号检测电路sc，将传送给电荷蓄积部pa的信号电荷读出。

通过将上述的读出动作对于电荷蓄积部p3及电荷蓄积部p4也反复进行，能够将蓄积在电荷蓄积部p3中的信号电荷及蓄积在电荷蓄积部p4中的信号电荷通过信号检测电路sc依次读出。这样，在该例中，将在电荷传送路径ch1中朝向漏极14移动的信号电荷对应于电荷蓄积部p1～p4的配置暂时向电荷蓄积部p1～p4分配，然后，将蓄积在电荷蓄积部p1～p4中的信号电荷向电荷蓄积部pa依次传送，依次进行所传送的信号电荷的读出。被分配给电荷蓄积部p1～p4的信号电荷的量与相互不同的4个时间窗对应。因而，根据这样的控制，能够一边高速地进行相互不同的4个时间窗下的检测，一边将信号的读出在时间上分离而执行。

此外，根据将分配给电荷蓄积部p1～p4的信号电荷向电荷蓄积部pa传送而读出的结构，不需要按每个电荷蓄积部p1～p4设置信号检测电路，能够将对每个像素单元应设置的信号检测电路sc的数量削减为1个。因而，将分配给电荷蓄积部p1～p4的信号电荷向电荷蓄积部pa传送而读出的结构对于像素单元的微细化是有利的。

另外，在第1变形例中，也可以不必须包含沿着电荷传送路径ch1的方向上的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld相互不同的两个以上的像素单元。即，像素阵列pa例如也可以仅具有与图19所示的像素单元20ba相同结构的像素单元。

图24示意地表示第2实施方式的摄像装置的第2变形例。图24所示的摄像装置200c中的像素阵列pa包括从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld相互不同的两个以上的像素单元20c。这里，示出了多个像素单元20c中的属于同一行的3个像素单元20ca、20cb及20cc。

在图24中着眼于最左侧的像素单元20ca。图19所示的像素单元20ba与图24所示的像素单元20ca之间的主要不同点是，像素单元20ca具备具有与读出线28之间的电连接的电荷保持部ra、和配置在电荷保持部ra及电荷蓄积部pa之间的传送栅极电极tha。另外，像素单元20cb、像素单元20cc也除了从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离不同这一点以外，具有与像素单元20ca同样的结构。例如像素单元20cb具有电荷保持部rb及传送栅极电极thb。

如图24所示，传送栅极电极tha具有与栅极控制线41之间的连接。栅极控制线41例如连接于垂直扫描电路50(参照图1)，传送栅极电极tha的电位通过经由栅极控制线41从垂直扫描电路50供给的电压vh来控制。典型的是，传送栅极电极tha配置在半导体衬底2上的绝缘层16(参照图3及图4)上。

电荷保持部ra典型的是形成于半导体衬底2的杂质区域(这里是n型区域)。通过在电荷蓄积部pa与电荷保持部ra之间设置传送栅极电极tha，能够形成对从电荷蓄积部pa向电荷保持部ra的信号电荷的传送/非传送进行切换的栅极。即，在该例中，传送栅极电极tha构成对从电荷蓄积部pa向电荷保持部ra的信号电荷的传送/非传送进行切换的栅极的一部分。

已知伴随着晶体管的导通及截止动作会发生热噪声。例如，如果伴随着复位晶体管46的截止的热噪声较大，则有可能因热噪声的混入而读出的信号劣化。此外，如果电荷蓄积部pa中的信号电荷的保持期间较长，则起因于暗电流的噪声有可能混入。如以下说明的那样，通过在像素单元20ca内设置电荷保持部ra，能够抑制伴随着复位晶体管46的截止的热噪声等噪声的影响。

在通过复位晶体管46的导通及截止而进行电荷蓄积部pa的复位后，使向传送栅极电极tha施加的电压vh为高电平，使电荷蓄积部pa与电荷保持部ra之间的栅极开启。在将向传送栅极电极tha施加的电压vh切换为低电平后，通过信号检测电路sc，将电荷保持部ra中的电荷读出。此时得到的信号的电平是包含与复位晶体管46的截止相伴随的热噪声的信息的复位电平。

然后，与上述的信号电荷的读出动作同样地，执行向电荷蓄积部pa的信号电荷的传送。例如，将蓄积在电荷蓄积部p1中的信号电荷首先向电荷蓄积部pa传送。如果在向电荷蓄积部pa传送信号电荷后使电荷蓄积部pa与电荷保持部ra之间的栅极开启，则被传送到电荷蓄积部pa中的信号电荷被向电荷保持部ra传送。在使电荷蓄积部pa与电荷保持部ra之间的栅极关断后，通过信号检测电路sc，进行传送给电荷保持部ra的信号电荷的读出。

此时得到的信号具有对复位电平追加了与信号电荷量对应的电压电平而得到的电平。因而，通过取该信号电平与复位电平之间的差分，能得到将伴随着复位的热噪声等噪声的影响消除后的、与信号电荷量对应的本来的电压电平。

另外，也可以在将蓄积在电荷蓄积部p1中的信号电荷传送给电荷蓄积部pa后、例如将蓄积在电荷蓄积部p2中的信号电荷进一步向电荷蓄积部pa传送。在将蓄积在电荷蓄积部p1中的信号电荷及蓄积在电荷蓄积部p2中的信号电荷传送给电荷蓄积部pa后，通过执行向电荷保持部ra的传送，能得到与这些信号电荷之和对应的信号电平。即，能够将检测中的时间窗的宽度事后扩大。

或者，在不使用电荷蓄积部p1～p4而将在电荷传送路径ch1中行进的电荷经由电荷传送路径ch2向电荷蓄积部pa传送的情况下，也可以将包括从电荷传送路径ch1向电荷蓄积部pa的信号电荷的传送和从电荷蓄积部pa向电荷保持部ra的信号电荷的传送的循环执行多次。通过在执行多次传送后最终读出蓄积在电荷保持部ra中的电荷量，能得到累计的信号电平。因而，即使在各循环中经由电荷传送路径ch2传送的信号电荷量是微小量，也能够得到足够的大小的信号电平。

另外，在第2变形例中，也可以并不一定包含沿着电荷传送路径ch1的方向上的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld相互不同的两个以上的像素单元。即，像素阵列pa例如也可以仅具有与图24所示的像素单元20ca相同结构的像素单元。

图25示意地表示第2实施方式的摄像装置的第3变形例。图25所示的摄像装置200d中的像素阵列pa包括从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld相互不同的两个以上的像素单元20d。这里，示出了多个像素单元20d中的属于同一行的3个像素单元20da、20db及20dc。

在图25中关注最左侧的像素单元20da。图24所示的像素单元20ca与图25所示的像素单元20da之间的主要不同点是，在像素单元20da中，读出线28连接于电荷蓄积部pa，在读出线28与放大晶体管42的栅极之间连接着传送晶体管47。此外，在放大晶体管42的栅极与传送晶体管47之间的节点上，连接着一端接地的电容元件49。如图示那样，传送晶体管47的栅极连接于栅极控制线41，通过向栅极控制线41施加的电压vh，控制传送晶体管47的导通及截止。

如图25所示，也可以代替传送栅极电极tha及电荷保持部ra的组而使用传送晶体管47及电容元件49的组。通过这样的结构，也能够进行与第2变形例同样的检测动作。传送晶体管47具有作为对从电荷蓄积部pa向电容元件49的信号电荷的传送/非传送进行切换的栅极的功能，电容元件49具有将从电荷蓄积部pa传送来的信号电荷暂时蓄积的功能。

这样，将从电荷蓄积部pa传送来的信号电荷暂时蓄积的要素并不限定于由pn结形成的结电容。作为电容元件49的构造，能够应用mim(metal－insulator－metal)构造、mom(metal－oxide－metal)构造、dmos(depletiontypemos)等。另外，在半导体衬底2(参照图1)中，光电二极管12的受光区域侧的主面与形成控制电极tc等电极、布线等的主面也可以不同。在采用这样的所谓的背面照射型的构造的情况下，通过采用mim构造及mom构造，能够有效地利用在像素单元中形成电极、布线等的区域。另外，在使用有机光电变换膜作为光电变换部12的情况下，能够采用与在将半导体衬底覆盖的层间绝缘层上配置光电变换部的所谓层叠型的摄像装置同样的结构。在这样的结构中，通过应用dmos构造作为电容元件49的构造，能够有效地利用半导体衬底2上的区域和包括布线层的层间绝缘层中的区域。

另外，在第3变形例中，也可以并不一定包含沿着电荷传送路径ch1的方向上的从光电二极管12到电荷蓄积部p的距离ld相互不同的两个以上的像素单元。即，像素阵列pa例如也可以仅具有与图25所示的像素单元20da相同结构的像素单元。

如以上说明的那样，在本发明的实施方式中，不是从光电变换部向电荷蓄积部直接传送信号电荷、并读出所传送的电荷，而是将从光电变换部朝向漏极移动的信号电荷从其移动路径朝向电荷蓄积部传送。因而，能够进行与信号电荷距光电变换部的移动距离对应的时间分解，能够使检测中的时间分辨率提高。

进而，在上述各实施方式中，像素阵列pa包含沿着将光电变换部12及漏极14连结的方向上的、光电变换部12及电荷蓄积部p之间的距离相互不同的像素单元。因而，能够以单一的曝光一并执行以不同的时刻为起点的时间窗下的检测。例如，能够通过1次的摄像取得与不同的时刻对应的多个图像数据。

本发明的技术并不限定于上述实施方式，能够进行各种改变。例如，作为光电二极管12，也可以使用将具有灵敏度的波段不同的多个传感器在衬底的厚度方向上层叠的构造的二极管(例如foveon(フォベオン)公司提供的foveonx3(注册商标)等)。上述的放大晶体管42、寻址晶体管44、复位晶体管46、传送晶体管47及负载晶体管分别既可以是n沟道mos，也可以是p沟道mos。也不需要它们全部统一为n沟道mos或p沟道mos中的某种。

本发明的光电变换部并不限定于光电二极管。也可以代替光电二极管12而使用层叠于半导体衬底的光电变换膜。光电变换膜能够由有机材料或非晶硅等无机材料形成。

本发明的摄像元件能够利用于数字静态相机、医疗用相机、监视用相机、车载用相机、数字单反相机、数字无反相机等各种各样的相机系统及传感器系统。