固态成像器件、成像装置及其驱动方法

专利名称：固态成像器件、成像装置及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及固态成像器件、成像装置及用于该器件的驱动方法，更具 体地讲，涉及用于高速运动图像成像的固态成像器件、成像装置、以及用 于该器件的驱动方法。
背景技术：
近年来，能够在低电压下工作的M0S传感器在便携设备等方面的应用 已经引起了注意。用MOS传感器得到的图像质量比CCD器件得到的图像质 量差的传统问题正在改善。
为了用一个M0S传感器实现高分辨率的静止画面和高速运动画面成 像，已经开发了执行间隔驱动(thinning drive)的固态成像器件，间隔 驱动是间隔地读取M0S传感器中的像素。
在由MOS传感器制成的、只能从被提供了选择脉冲的像素读取信号的 固态成像器件中，通过不向在读取中要跳过的像素提供选择脉冲能够实现 间隔驱动。
然而，对跳过的像素也要进行光电转换。因此，如果通过简单的不选 择像素来实现间隔驱动，从跳过像素的光电转换元件溢出的信号可能流入 相邻像素，很可能产生错误的信号。
为了防止错误信号，提出了一种通过使要跳过像素的复位开关一直设 置在现用状态来把要跳过像素的光电转换元件中的电荷释放到电源端的 方法(例如，参见日本专利公开No. 2000 — 350103 (图l、 7和8))。
通过上述操作，能够防止在间隔驱动期间其读取被跳过的像素的光电 转换元件中积聚的电荷可能饱和，并流入相邻光电转换元件，造成产生错 误信号的情况发生。这样，能够获得几乎不出现拖尾、模糊、颜色混合的 高质量图像。然而，上述常规固态成像器件和用于该器件的驱动方法存在下列问题。通常，固态成像器件在整个成像区上形成的p阱中具有多个n型半导 体层，在整个成像区中，每个PN结构成一个二极管。将p阱接地到地电 位的触点并不放置在成像区内，以使光电二极管的尺寸最大，P阱只在围 绕成像区的区域中通过接点等接地。然而，这种情况下，P阱的电位不足 以固定在成像区的中央。为此，当把选择开关脉冲和复位开关脉冲施加到 信号线时，P阱的电位因信号线和p阱之间的耦合电容而改变，在p阱的 电位稳定之前必须确保固定时间。因此，由于需要时间来执行读取和复位 操作，即使对像素间隔地进行读取，也不能获得较高的帧速率。鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种具有较高帧速率的固态 成像器件，在该固态成像器件中，在间隔驱动期间能够防止P阱电位改变， 从而縮短读取和复位操作。发明内容为了实现上述目的，在本发明的固态成像器件中，在其读取被跳过的 像素的光电转换元素中遗留电荷，以给出不完全放电。本发明的固态成像器件，包括多个第一组像素，在半导体衬底的成像区中排列成矩阵，每个像素包括用于把光信号转换成信号电荷并积聚电 荷的光电转换元件，用于初始化所述光电转换元件中积聚的信号电荷的初 始化部分，用于响应所述光电转换元件中积聚的信号电荷来输出输出信号的输出部分；多个第二组像素，以与所述第一组像素的行具有不同行的方 式在成像区中排列成矩阵，每个像素包括光电转换元件，初始化部分和输 出部分，在间隔驱动期间跳过对所述第二组像素的读取；和扫描部分，用 于使所述第一组像素中的每一个像素执行输出所述输出信号，和将所述光 电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级的读取操作，和使所述 第二组像素中的每一个像素执行将所述光电转换元件中积聚的信号电荷 量初始化到第二等级的放电操作，所述第二等级比所述第一等级高，但比 所述光电转换元件的饱和信号等级低。根据本发明的固态成像器件，不仅能够防止要跳过的第二组像素中的电荷溢出而产生错误信号，而且能够抑制因光电转换元件中遗留的电荷造 成P阱电位的变化。因此，能够縮短读取和复位时间，并且因此能够实现 固态成像器件以高速操作。在本发明的固态成像器件中，优选的是，其中所述第一组像素和所述第二组像素各具有浮动扩散(floating diffusion),所述光电转换元件中积 聚的信号电荷传送到的所述浮动扩散，初始化部分具有电连接在所述光电 转换元件和浮动扩散之间的传送晶体管。另外，初始化部分可以具有连接 在光电转换元件和电源之间的复位晶体管。在本发明的固态成像器件中，优选的是，扫描部分产生用于驱动第一 组像素中的每个像素的初始化部分的第一驱动脉冲，和驱动第二组像素中 的每个像素的初始化部分的第二驱动脉冲，第二驱动脉冲的脉冲宽度小于 第一驱动脉冲的脉冲宽度。利用该安排，能够确保在第二组像素的光电转 换元件中遗留电荷。在本发明的固态成像器件中，优选的是，扫描部分根据参考时钟产生 第一驱动脉冲和第二驱动脉冲，第二驱动脉冲的脉冲宽度是根据参考时钟 能够产生的最小的脉冲宽度。利用该安排，能够确保高速间隔驱动。在本发明的固态成像器件中，优选的是，扫描部分产生用于驱动第一 组像素中的每个像素的初始化部分的第一驱动脉冲，和驱动第二组像素中 的每个像素的初始化部分的第二驱动脉冲，第二驱动脉冲的脉冲高度比第 一驱动脉冲的脉冲高度低。利用该安排，能够确保在第二组像素的光电转 换元件中遗留电荷。在本发明的固态成像器件中，优选的是，初始化部分具有源极与光电 转换元件相连的晶体管，放电操作中施加到所述晶体管的漏极的电压比读 取操作中施加到所述晶体管的漏极的电压低。利用该安排，也能够确保在 第二组像素的光电转换元件中遗留电荷。本发明的固态成像器件优选的是进一步包括保持装置，用于在放电操 作中将驱动信号保持预定时间。利用该安排，能够容易地通过定时脉冲， 这样能够确保从第二组像素的光电转换元件释放电荷。在上述情况中，优选的是，扫描部分产生用于驱动第一组像素中的每 个像素的初始化部分的第一驱动脉冲，和驱动第二组像素中的每个像素的初始化部分的第二驱动脉冲，第二驱动脉冲的脉冲高度比第一驱动脉冲的 脉冲高度低。在本发明的固态成像器件中，优选的是，扫描部分驱动第一组像素执 行电子快门操作，以便限制第一组像素中的每个像素的光电转换元件积聚 信号电荷期间的时间，当所述多个第一组像素中的一个第一组像素执行电 子快门操作时，扫描部分驱动所述多个第二组像素中至少与所述一个第一 组像素相邻的第二组像素执行放电操作。在本发明的固态成像器件中，优选的是，所述扫描部分驱动所述第一 组像素执行电子快门操作，以限制所述第一组像素中的每个像素的所述光 电转换元件积聚信号电荷的时间，当所述多个第一组像素中排成一行的第 一组像素执行电子快门操作时，所述扫描部分驱动所述多个第二组像素中 至少与所述排成一行的第一组像素相邻的、排成一行的第二组像素执行放 电操作。本发明的固态成像装置包括本发明的固态成像器件；使光入射到所 述固态成像器件的光学系统；控制部分，用于输出控制所述固态成像器件的操作的控制信号；和信号处理电路，用于处理来自所述固态成像器件的输出信号，并输出作为图像数据的结果。根据本发明的固态成像装置，能够实现使因错误信号造成的拖尾、模 糊、颜色混合较小、且帧速率高的成像装置。本发明的固态成像装置，优选的是，进一步包括用于阻挡入射到固态 成像器件的光的快门。本发明的固态成像装置，优选的是，进一步包括，用于监视图像数据 的监视屏幕。在本发明的固态成像装置中，优选的是，将所述控制部分和所述信号 处理电路中的至少一个放置在所述固态成像器件的半导体衬底上。本发明的驱动方法是用于固态成像器件的驱动方法，所述固态成像器 件包括多个第一组像素和多个第二组像素，在半导体衬底的成像区中排列 成矩阵，每个像素包括用于把光信号转换成信号电荷并积聚该电荷的光电 转换元件，初始化部分，用于初始化光电转换元件中积聚的信号电荷，输 出部分，用于响应光电转换元件中积聚的信号电荷来输出信号。所述驱动方法包括步骤(a)驱动第一组像素中的每个像素的初始化部分和输出部 分，以允许像素输出该输出信号，和将光电转换元件中积聚的信号电荷量 初始化到第一等级；和(b)驱动第二组像素中的每个像素的初始化部分， 以光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第二等级，所述第二等级比 所述第一等级高，并比所述光电转换元件的饱和信号等级低。根据用于驱动本发明的固态成像器件的驱动方法，能够在间隔第二组 像素的间隔驱动期间，抑制因来自第二组像素中的每个像素的光电转换元 件的电荷溢流而造成的拖尾、模糊、颜色混合的情况出现。在本发明的驱动方法中，优选的是，所述步骤(a)包括向所述初始 化部分提供第一驱动脉冲的步骤，所述步骤(b)包括提供第二驱动脉冲的步骤，所述第二驱动脉冲的脉冲宽度比所述第一驱动脉冲的脉冲宽度小。在本发明的驱动方法中，优选的是，所述步骤(a)包括向所述初始 化部分提供第一驱动脉冲的步骤，和所述步骤(b)包括提供第二驱动脉 冲的步骤，所述第二驱动脉冲的脉冲高度比所述第一驱动脉冲的脉冲高度 低。在本发明的驱动方法中，优选的是，所述初始化部分具有用于保持电 荷的浮动扩散，和把所述光电转换元件中积聚的电荷传送到所述浮动扩散 的传送晶体管，所述步骤(a)包括在将所述浮动扩散的电位设置在第一 电位后，驱动所述传送晶体管的步骤，所述第一电位是用于驱动所述第一 组像素的电源电位，所述步骤(b)包括在将所述浮动扩散的电位设置在第二 电位后，驱动所述传送晶体管的步骤，所述第二电位比地电位高，但比所 述第一电位低。在上述情况下，优选的是，在步骤(a)中，用第一驱动脉冲驱动传 送晶体管，在步骤(b)中，用脉冲宽度比第一驱动脉冲大的第二驱动脉 冲来驱动传送晶体管。在本发明的驱动方法中，优选的是，初始化部分具有连接在光电转换 元件和电源之间的复位晶体管，步骤(a)包括在将电源电位设置在作为 用于驱动第一组像素的高电平电位的第一电位后，驱动复位晶体管的步 骤，步骤(b)包括在将电源电位设置在比地电位高，但比第一电位低的第二电位后，驱动复位晶体管的步骤。在上述情况下，优选的是，在步骤(a)中，用第一驱动脉冲驱动复 位晶体管，在步骤(b)中，用脉冲宽度比第一驱动脉冲大的第二驱动脉 冲来驱动复位晶体管。优选的是，本发明的驱动方法进一步包括步骤(c)在步骤(a)之前，驱动第一行中第一组像素中的每个像素的初始化部分，以将光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级，其中与步骤(a)和(c)同 步地执行步骤(b)。利用该安排，第一组像素执行电子快门操作，以便将在光电转换元件 中积聚电荷期间的时间限定为固定时间。另外，对于在间隔驱动期间跳过 的第二组像素，使在光电转换元件中积聚电荷期间的时间大致与第一组像 素的电子快门操作的时间相同。因此，能够防止来自第二组像素的光电转 换元件的电荷溢出。因此，根据本发明，能够实现具有高帧速率的固态成像器件，并且在 高帧速率中能够防止P阱的电位在间隔操作期间改变，并因此縮短读取和 复位操作。


图1是显示本发明实施例1的固态成像器件的方框图。图2是显示实施例1的固态成像器件主要部分的电路图。图3是显示实施例1的固态成像器件基本驱动的时序图。图4是显示实施例1的固态成像器件的间隔驱动的时序图。图5是显示实施例1的固态成像器件的像素部分的截面图。图6A和6B是为比较所示的、不执行信号电荷释放操作的常规固态成像器件(图6A)中，与实施例1的固态成像器件(图6B)中的光电二极管的电位的示意图。图7A和7B是为比较所示的、执行完全信号电荷释放操作的常规固态成像器件(图7A)中，与实施例1的固态成像器件(图7B)中的光电二极管的电位的示意图。图8是显示实施例1的固态成像器件的成像区域中产生的电阻和电容的截面图。图9是显示对本发明实施例1的固态成像器件第一变化的间隔驱动的 时序图。图10是显示对本发明实施例1的固态成像器件第二变化的间隔驱动 的时序图。图11是本发明实施例2的显示固态成像器件主要部分的电路图。 图12是显示实施例2的固态成像器件的间隔驱动的时序图。 图13是本发明实施例1和2的固态成像器件另一个实例的电路图。 图14是本发明实施例3的显示固态成像器件主要部分的电路图。 图15是显示实施例3的固态成像器件基本驱动的时序图。 图16是显示实施例3的固态成像器件的间隔驱动的时序图。 图17是显示对本发明实施例3的固态成像器件第一变化的间隔驱动 的时序图。图18是显示对本发明实施例3的固态成像器件第二变化的间隔驱动 的时序图。图19是本发明实施例4的显示固态成像器件主要部分的电路图。 图20是显示实施例4的固态成像器件的间隔驱动的时序图。 图21是本发明实施例5的显示固态成像器件主要部分的电路图。 图22A至22C是显示实施例5的固态成像器件和用于比较的常规固态 成像器件的间隔驱动的示意图，其中图22A显示了实施例5中的间隔驱动 和低照明下的常规间隔驱动的情况，图22B显示了高照明下的常规间隔驱 动的情况，图22C显示了高照明下实施例5中的间隔驱动的情况。 图23是显示本发明实施例6的成像装置的方框图。参考数字说明 10:固态成像器件 11:成像区12:像素13:行扫描电路14:列扫描电路15:信号处理部分16:负载电路17:控制部分18:放大器22:光电二极管23:读取晶体管24:浮动扩散25:复位晶体管26:放大晶体管28:负载晶体管32:读取选择晶体管33:下拉晶体管34:选择晶体管36:复位选择晶体管37:电子快门选择晶体管41:第一组像素42:第二组像素43:初始化部分44:输出部分109:光学系统110:机械快门111:信号处理电路112:监视屏幕207:垂直输出信号线210:复位信号线211:读取信号线215:选择信号线218:信号读取扫描电路219:电子快门扫描电路501: p阱502: n型半导体层 503:传送门 504:浮动扩散 7023: p阱 703:阱接触 794:光电二极管 705:传送门具体实施方式
(实施例1) 〈电路配置〉图1示出了本发明实施例1的固态成像器件的概略图。如图1所示，由IO表示的固态成像器件包括由排列成矩阵的多个像素12构成的成像区 11。在该实施例中，像素12包括在间隔驱动期间读取的第一组像素41和 在间隔驱动期间跳过的第二组像素42。虽然在所示的实例中第一组像素 41和第二组像素42被隔行排列，这些像素也可以采用其它排列方式。利用从行扫描部分13提供的读取脉冲和复位脉冲对像素12中的每一 个进行读取操作和复位操作。行扫描部分13与控制部分17相连，用于根 据从控制部分17提供的各种控制信号来产生诸如传送脉冲和复位脉冲之 类的控制脉冲。利用控制脉冲从每个像素12的光电转换元件读取的信号电荷在信号 处理部分15中受到诸如噪声消除和放大之类的处理，然后，利用来自列 扫描电路14的信号读到水平信号线，然后发送到放大器18作为像素信号 输出。负载电路16与后面要描述的每个像素12的放大晶体管一起构成源 输出电路。图2详细示出了该实施例的固态成像器件的主要部分，其中包括像素 12，负载电路16和行扫描部分13。应该指出，为了便于描述，图2中仅 示出了第n行和第(n + l)行中的像素。如图2所示，每个像素12包括作为光电转换元件的光电二极管22， 用于传送光电二极管22中积聚的信号电荷的传送晶体管23，用于保持读取的信号电荷的浮动扩散(FD) 24，用于将FD24的电位复位到初始状态 的复位晶体管25，和响应FD 24的电位改变而放大信号电荷的放大晶体管 26。传送晶体管23作为初始化部分43，在其通过将电荷传送到FD 24时 初始化光电二极管22中的电荷量，放大晶体管26作为输出部分44，将光 电转换元件中的电荷输出到垂直输出信号线207。放大晶体管26连接到为 每列提供的垂直输出信号线207，垂直输出信号线207的一端与负载电路 16中提供的负载晶体管28相连。这样，放大晶体管26和负载晶体管28 构成源输出电路(source follower circuit),以便能使来自像素12的 信号被输出到垂直输出信号线207。行扫描部分13以从图1所示的控制部分17提供的开始脉冲ST开始 行扫描操作，根据时钟脉冲CLK、复位脉冲RESET、和读取脉冲READ产生 要施加到为每行提供的像素复位信号线210的像素复位脉冲RST，和要施 加到还是为每行提供的传送信号线211的传送脉冲RD。应该指出，虽然在所示实例中是从控制部分17提供复位脉冲RESET 和读取脉冲READ,也可以根据开始脉冲ST和时钟脉冲CLK在固态成像器 件10产生。<基本读取驱动>参考图3描述该实施例的固态成像器件的基本操作。图3是在该实施 例的固态成像器件执行基本驱动时观察到的时序图。应该指出，图3示出 了第n行中像素12的驱动，其中FVn、 RST 、和RD。分别表示第n行中像 素12的FD 24的电位、提供给第n条线的像素复位信号线210的像素复 位脉冲、和提供给第n条线的传送信号线211的传送信号。像素复位脉冲 RSL和传送脉冲RDn是根据从控制部分17分别提供的复位脉冲RESET和读 取脉冲READ，以及行扫描部分13中设置的移位寄存器(未示出)的第n 级输出Qn产生的。如图3所示，用于驱动第n行中像素的像素复位脉冲RSL升高到高 (Hi)电位，使第n行中像素12的复位晶体管25导通，选择第n行中的 像素12。因此，在时刻a，使电位FVn等于用于复位晶体管25和放大晶体 管26的电源V。。的Hi电位，从第n行中像素12的放大晶体管输出响应得到的电位FVn的电位，使各个垂直输出信号线207的电位升高。然后，像素复位脉冲RSL下降到低(Lo)电位，使复位晶体管25截 止。此时，电位FV。保持在Hi电位，如点b所示。此后，传送脉冲RD。升高到Hi电位，使第n行中像素12的传送晶体 管23导通。这样使得第n行中像素12的光电二极管22中积聚的电荷根 据光信息被读取到FD24，使电位FVn下降。随着该电位的下降，如在点c 所示，第n行中像素12的放大晶体管26的电位下降，使得各个垂直输出 信号线207的电位下降。然后，传送脉冲RDn下降到Lo电位，使第n行中像素12的传送晶体 管23截止。这样，如在点d所示，垂直输出信号线207的电位被识别为 响应第n行中像素12的光电二极管22中积聚的电荷的电位。信号处理部 分15在点b和d检测每个垂直输出信号线207的电位，以确定其间的电 位差作为像素信号。然后，像素复位脉冲RSL升高到Hi电位，使第n行中像素12的复位 晶体管25截止。这样，如点e所示，使电位FVn等于电源V。D的Lo电位， 从而使第n行中像素12的放大晶体管26截止。因此，终止第n行中像素 12的像素信号输出操作。换句话说，未选择成像区11中第n行中的像素 12，并且在点f，开始第(n+l)行中像素12的读取和选择操作。〈间隔驱动>参考图4描述该实施例的固态成像器件的间隔驱动。图4是显示在运 动画面等中采用间隔驱动的时序图。应该指出，在图4中示出了读取两行 像素12和间隔两行像素12的2行间隔驱动，其中在读取第(n+l)行和 第(n+2)行中的像素12时，间隔来自第(n-1)行和第n行中像素12的信号，在图4中，Qn-2至Qn+2分别代表行扫描电路13中放置的移位寄存器的第(n-2)至第(n + 2)级的输出。根据Q。和脉冲READ产生提供给第n 行的传送信号线211的传送脉冲RD ，根据Qj卩脉冲RESET产生提供给第 n行的像素复位信号线210的像素复位脉冲RST 。在图4中示出了第n行 中的像素在Qn处在Hi状态期间处在选择状态。应该指出，提供给传送信 号线211的传送脉冲RD作为用于读取行的读取脉冲和用于间隔行的放电 脉冲。在时间tl， Q —,上升到高(Hi)，使第(n —1)行中的像素12作为选 择状态中的间隔行。此后，利用传送脉冲RDh使第(n — l)行中的像素 12的传送晶体管23导通，使第(n — l)行中的像素12的光电二极管22中积聚的电荷释放到ra24。Qn-,下降之后，Qn在时间t2上升到Hi。然后利用传送脉冲R"使第II行中的像素12的传送晶体管23导通，使第n行中像素12的光电二极管 22中积聚的电荷被读取。通过将积聚的电荷释放到第(n—l)至第n行中的FD 24，电位改变 经由放大晶体管26发送到垂直输出信号线207。然而，由于不能配置信号 处理部分15处理该电位改变来作为像素信号，从间隔行中的像素释放的 信号在最终的输出中不出现。更具体地讲，配置信号处理部分15中设置 的取样保持电路不在从间隔行中的像素12释放的信号中保持电位改变。Qn下降之后，Qw在t3达到Hi。然后，利用传送脉冲RDw使第(n + 1)行中像素12的传送晶体管23导通，允许读取第(n+l)行中像素 12的光电二极管22中积聚的电荷。在Q出下降之后，Qn+2在t4达到Hi电平。然后，利用传送脉冲RD。+2 使第(n + 2)行中像素的传送晶体管23导通，允许读取第(n+2)行中 像素12的光电二极管22中积聚的电荷。来自作为读取行的第(n+l)和第(n + 2)行中像素12的信号受到 取样保持处理等，然后作为最终输出来输出，如图4所示。在由该实施例的固态成像器件进行的间隔驱动中，施加到作为间隔行 的第(n-l)和第n行中像素12的传送脉冲RDn—,和RD。的脉冲宽度比施加 到作为间隔行的第(n+l)和第(n+2)行中像素12的传送脉冲RDn+,和RDw 的脉冲宽度小。因此，在从读取行中像素12的光电二极管22完全读出积 聚电荷时，未从间隔行中像素12的光电二极管22完全释放积聚的电荷。通过上述操作，能够防止在间隔驱动期间读取被跳过的像素12的光 电二极管22中积聚的电荷达到饱和量，并且溢出到相邻光电二极管22, 造成错误信号产生的情况发生。此外，能够防止成像区11中p阱的电位 改变，并使其稳定。结果是，不仅能够获得几乎没有拖尾、模糊和颜色混 合的高质量图像，而且能够縮短读取和复位操作等所需的时间，以允许高速间隔驱动。通过控制从控制部分17向图l所示的行扫描部分13提供的脉冲以改 变读取脉冲READ的脉冲宽度，能够实现图4中所示的驱动定时。此后，描述通过从在间隔行中像素的光电二极管不完全释放积聚的电 荷获得上述效果的原理。图5示出了该实施例的固态成像器件的像素部分的截面图。如图5所 示，在P阱501上形成多个n型半导体层502。传送栅极503位于每个n 型半导体层502与FD 504之间作为n+型半导体层。为每个像素提供n型 半导体层502， p阱501连续覆盖整个成像区。n型半导体层502和p阱 501构成光电二极管，允许通过光的入射产生的信号电荷积聚在n型半导 体层502中。通过向传送栅极503施加读取脉冲READ而将积聚的信号电 荷读出到FD 504。图6A和6B示出了图5的截面图中所示的半导体的电位，其中图6A 示出了通过仅仅不选择像素而执行间隔驱动的常规固态成像元件的情况， 图6B示出了本实施例的固态成像元件的情况。在常规固态成像元件的情 况下，如图6A所示，其中在间隔驱动期间不释放电荷，随着光入射量的 增加而产生的电荷将超过未被读取的间隔行中像素的光电二极管的饱和 信号量，溢出到相邻像素的光电二极管，造成颜色混合等。在本实施例的固态成像元件间隔驱动的情况下，如图6B所示，即使 不读取间隔行中的像素，也从光电二极管向FD读取固定量的积聚电荷。 因此，能够防止间隔行中光电二极管的饱和，并且能够获得高质量的图像， 很难造成拖尾、模糊、颜色混合等问题。参考图7A、 7B和8描述间隔驱动期间p阱的电位状态。图7A和7B 示出了固态成像元件的光电二极管的电位，其中图7A示出了完全释放间 隔行中像素中的电荷的常规固态成像元件的情况，图7B示出了执行间隔 驱动的本实施例的固态成像元件的情况。在常规情况下，如图7A所示，不读取已经从间隔行中的光电二极管 释放的电荷，以获得复位电平。在本实施例中，如图7B所示，虽然从间 隔行中的光电二极管已经释放固定量的电荷以避免电荷溢出到相邻像素， 但并没有释放光电二极管中的所有电荷，而是保留了光电二极管中积聚的一些电荷。通过该电位，能够抑制P阱电位的改变。图8示出了固态成像元件的成像区中产生的电容和电阻的分布。用于将P阱固定到地电位的阱触点703放置在成像区11周围的区域中，以使 光电二极管704的面积最大。如图8所示，在正常操作期间，p阱702处在地电位。然而，在瞬时 状态，由于p阱702的电阻为高，固定到地电位的电位在成像区11的中 央部分中不足。因此，当读取脉冲被施加到传送栅极705时，p阱702的 电位通过传送栅极705和衬底之间产生的耦合电容Cgl而改变。该电位改 变具有由P阱702中传送栅极705的位置与阱触点703之间的距离确定的 电阻ICu与在传送栅极705处的耦合电容的总和的乘积确定的时间常数。因此，如果在间隔驱动期间已经完全释放了间隔行中像素的光电二极 管704中的电荷，耦合电容的总和相对较小，因此与光电二极管704保持 固定电荷量的情况相比，造成电位变化的时间常数较小。因此，P阱702 的电位随着读取脉冲的施加，在短时间内上升。如果间隔行中像素的光电二极管704保持固定的电荷量，耦合电容的总和相对较大，电位随着读取脉冲的升高较慢。据此，与已经完全释放了 光电二极管704的电荷的情况相比，在读取操作和复位操作的时间内P阱 702的电位改变较小。结果是，能够缩短读取和复位操作所需的时间，以 便能够进行高速的间隔驱动。因此，在运动画面成像期间能够保证更高的 帧速率。优选的是，将本实施例间隔行的放电脉冲的宽度设定为能够由参考时 钟(CLK)确定的最小宽度。利用该设定，虽然与读取行的时段相比，将 用于间隔行的行选择时段设定得较短，利用放电脉冲能够容易地驱动间隔 行。(卖施例1的第一变化) 参考图9描述实施例1的第一变化。图9示出了该改变的固态成像器件中间隔驱动中的时序。如图9所示，该变化的固态成像器件将施加到用于间隔行的传送信号 线211的传送脉冲RDh和R"的Hi状态中的电压等级(脉冲高度)设定得 比施加到用于读取行的传送信号线211的传送脉冲RD。+,和RDw的脉冲高度小。通过减小传送脉冲RDw和RDn的脉冲高度，传送晶体管23的驱动电压 变为低电平，这降低了从光电二极管22释放的信号电荷量。这样，能够 从不进行读取的间隔行不完全释放电荷。在该改变的固态成像器件中，从控制部分17产生信号的时序可以与 常规情况中的相同。为了改变在和来自特定行的脉冲高度，需要提供由单 独用于行扫描部分13的每个输出部分的反相电路等的缓存电路，并改变 用于缓存电路的电源。作为替换，可以改变从控制部分17提供的读取脉 冲READ的脉冲高度，可以针对从光电二极管22读取的信号有选择地提供 具有改变的脉冲高度的信号。 (实施例1的第二变化)参考图IO描述实施例1的第二变化。图IO示出了该变化的固态成像 器件中间隔驱动中的操作时序。如图10所示，在该变化的固态成像器件中，在间隔驱动中选择间隔 行时，不将间隔行中每个像素的FD 24的电位复位到Hi电位，而是一直 固定在Lo电位。更具体地讲，当在间隔驱动开始时初始化间隔行中的FD 24 时，将电源V。。设置在Lo电位，而像素复位脉冲RST^和RSL转向Hi电位。 此后，在选择间隔行时，像素复位脉冲RSL—,和RST。不升高。这样，使第 (n-l)行和第n行中FD 24的电位FV —,和FV。一直固定到Lo电位。在间隔驱动中，即使信号从间隔行中像素的光电二极管22释放到FD 24，由于这是电荷的读取，因此间隔行中FD24的电位不升高。应该指出， 在初始设定中，如果电源V。。的Lo电位等于地电位，电荷将电源V。。向光电 二极管22反向流动。考虑到这一情况，电源Vd。的Lo电位必须是比地电 位高一定程度的电位，以使电荷不反向流到光电二极管22。当选择作为间隔行的第(n-1)行和第n行，并且接收传送脉冲RDn_, 和RD。时，释放第(n-l)行和第n行中的光电二极管22中积聚的电荷。 然而，由于在每个像素中，FD24和光电二极管22之间的电位差不大，仅 能不完全地释放该电荷。这样，能够获得与实施例1的固态成像器件获得 的大致相同的效果。在该变化的固态成像器件中，在作为间隔行的第(n+l) 行和第(n+2)行中执行正常的电荷读取。例如，第(n+l)行中FD24的 电位FVw从刚好在复位之后观察的初始状态下降读取电荷(在时间t3a)的信号电荷量，以便最后输出得到的电位与初始状态之间的电位差。对于高速读取，将用于间隔行的行选择时段设置得尽可能短。因此， 可能难以在该时段内将复位脉冲和放电脉冲施加到间隔行。然而，在该变 化的固态成像器件及其驱动方法中，不针对间隔行升高复位脉冲，针对间 隔行的脉冲提供不太可能造成问题。 (实施例2)参考相关附图描述本发明的实施例2。图11示出了实施例2的固态成 像器件主要部分的电路配置。在图11中，与图2中相同的部件由相同的 参考数字表示，并在此省略对其的描述。固态成像器件的整个模块配置与 实施例1中的相同。如图11所示，该实施例的固态成像器件包括用于每行的读取选择晶体管32和下拉晶体管(pull-down) 33。第n行的读取选择晶体管32在 其栅极接收来自行扫描部分13中设置的移位寄存器的输出信号Qn，在其 漏极接收从控制部分17提供的读取脉冲READ，从而把第n行的传送脉冲 R仏提供给第n行的传送信号线211。第n行的下拉晶体管33利用输入到 其栅极的脉冲PULLD0丽将第n行的传送信号线211接地，以给出地电位。 图12示出了该实施例的固态成像器件中的间隔驱动的时序。如图12 所示，在时间t0， Q。—2处在选择第(n+2)行的Hi电平状态，将脉冲PULLDOWN 施加到下拉晶体管33，将所有行的传送信号线211转向地电位，以使所有行进入非选择状态。在读取脉冲READ在时间tl转向Hi电平状态之后，Q^在时间t2达 到Hi电平。这使第(n-1)行的读取选择晶体管32导通，允许将第(n-l) 行的传送脉冲RD^提供给第(n-1)行的传送信号线211，以使作为间隔 行的第(n-1)行进入选择状态。此时，虽然图12中未示出，像素复位脉 冲RST^被设置在Lo电位，从而将第(n-1)行中FD 24的电位FV n-，固定 在Lo电位。该操作与实施例1的第二变化中的固态成像器件的操作大致 相同。利用传送脉冲RD^使第(n-l)行中传送晶体管23导通，允许第(n-l) 行中光电二极管22中积聚的电荷被释放到第(n-1)行中的FD 24。如同 实施例l第二变化的固态成像器件的情况，未完全释放积聚的电荷。Qn-,下降后，Qn在时间t3达到Hi电平。此时，由于脉冲READ持续为 Hi电平，输出第n行的传送脉冲RD ，以使作为间隔行的第n行进入选择状 态。由于第n行中FD 24的电位FVn为Lo电平，未完全释放积聚的电荷。 另外，即使Qw下降使第(n-1)行中读取选择晶体管32截止，由于下拉 晶体管33处在截止状态，第(n-l)行的传送信号线211保持在Hi电位。 也就是说，在第n行中光电二极管22中的电荷未被完全释放到第n行中 的FD 24时期间，第n-1行中光电二极管22中的电荷持续释放到第n-l 行中的FD 24。在Q。下降后，脉冲READ在时间t4达到Hi电平。通过该定时，即使 在READ达到Lo电平，第(n-l)行和第n行的两个传送信号线211都能 够保持Hi电位。<3 +1在时间t5达到Hi电平之后，脉冲READ上升到Hi电位，允许将 传送脉沖RD。+,提供给作为读取行的第(n+l)行，从而允许第(n+l)行 中光电二极管22中积聚的电荷被读取到第(n+l)行中的FD 24。此时， 虽然图12中未示出，在传送脉冲RDw的输出之前，像素复位脉冲RSTn+, 已经被输出到第(n+l)行中的复位晶体管25，将第(n+l)行中的FD24 复位到初始状态。因此，完全读取了积聚的电荷。然后，脉冲READ下降， 使第(n+l)行的传送信号线211转向Lo电位，由此完成读取操作。在时间t6，施加脉冲PULLD0WN。在该脉冲下降之后，Qw下降，以使 第(n+l)行进入非选择状态。利用脉冲PULLDOWN,在时间t6将所有行的 传送信号线211复位到地电位，由此，终止针对第(n+l)行和第n行的 信号读取操作。在图12中，只示出了第n行的传送脉冲RDn。虽然未示出，从时间 t2起直到时间t6，第(n-1)行中的传送脉冲RD『,处在Hi电位。如图12所示，为了实现高速读取，将用于间隔行的行选择时段设置 得尽可能低。因此，在某些情况下，难以将在该时段内将复位脉冲和放电 脉冲施加到间隔行。为此，可能需要对进行电路改变等，以縮短提供给间 隔行的脉冲。然而，利用该实施例所述的器件配置和操作时序，不再需要 用于缩短放电脉沖的电路改变等。另外，在FD 24处在Lo电位时释放积 聚的电荷的情况下，如果脉冲宽度极小，则难以读取所需要的电荷量。通过把间隔行的放电脉冲的下降延迟一个水平时段能够解决该问题，从而如 在该实施例中所描述的，能够针对间隔行确保长信号释放操作时间。在实施例1和2中，可以如图13所示提供选择晶体管34。这种情况下，可以固定电源V。D，而不被脉冲驱动，现在可以利用选择晶体管34的 0N/0FF来进行选择。 (实施例3)参考相关附图描述本发明的实施例3。图14示出了实施例3的固态成 像器件主要部分的电路配置。在图14中，与图2中相同的部件用相同的 参考数字表示，并且在此省略对其的描述。固态成像器件的整体模块配置 与实施例l中的相同。如图14所示，该实施例的固态成像器件不包括传送晶体管23和传送 信号线211，而是包括选择晶体管34和选择信号线215。每个像素中的光电二极管22连接到复位晶体管25的源极和放大晶体 管26的栅极，通过导通/截止选择晶体管34而将从放大晶体管26输出的 信号读取到垂直输出信号线207。因此，复位晶体管25起到由于初始化光 电二极管22的电位的初始部分43的作用，放大晶体管26和选择晶体管 34起到输出部分44的作用。〈基本驱动〉参考图15描述该实施例的固态成像器件的基本操作。图15是驱动该 实施例的固态成像器件时观察到的时序图。应该指出，图15示出了在第n 行中驱动像素的情况。首先，脉冲L0ADCELL上升到Hi电平，使负载晶体管28导通，并且 第n行的选择信号SEL也上升到Hi电平，使选择晶体管34导通，从而选 择第n行(点a)中的像素。通过该选择，将响应放大晶体管26的栅极电 位(VDD-Vsis)的信号读取到对应的输出信号线207，在从在前像素复位脉 冲RST。下降起直到此时，放大晶体管26的栅极电位(VDD-VS1S)己经通过 第n行中每个像素的光电二极管22中积聚的电荷而改变。然后，提供给第n行的像素复位信号线210的像素复位脉冲RSL上升 到Hi电位，使复位晶体管25导通。这使得电荷被从第n行中的光电二极 管22强制释放，在垂直输出信号线207上出现复位电位(点b)。信号处理部分15通过箝位电路等在两个信号电位之间执行减法运算，并输出得到的差值作为信号电压。此后，脉冲LOADCELL下降到Lo电位， 使负载晶体管28截止，第n行的选择信号SEL下降到Lo电位，使选择晶 体管34截止。这样，终止针对第n行的选择操作(点c)。 〈间隔驱动〉下面参考图16描述该实施例的固态成像器件的间隔驱动。图16示出 了运动画面成像等中采用的2行间隔驱动的时序，其中读取两行，然后间 隔两行。在图16中，Qn-2至Qn+2表示来自行扫描电路13中放置的移位寄存器的输出。根据Qn和从控制部分接收的复位脉冲RESET来产生要施加到第n的 像素复位信号线210的像素复位脉冲RSTn。在图16中示出，在Qn处在Hi 电平状态期间，第n行中的像素12处在被选择的状态。首先，在时间tl， Qn—,上升到Hi电平，使作为间隔行的第(n-l)行 中的像素处在被选择状态。通过该选择，开始释放第(n-1)行中的光电 二极管22中积聚的电荷。更具体地讲，利用像素复位脉冲RSTV,使第(n-l) 行中的复位晶体管25导通，允许将光电二极管22复位到电源VD。的电位。Q『,下降后，Qn在时间t2上升到Hi电平，以允许从第n行中的光电二 极管22释放积聚的电荷。通过针对第(n-l)行和第n行的行选择操作， 来自光电二极管22的信号经由各个放大晶体管26被作为信号传送到垂直 输出信号线207。然而，由于信号处理部分15被配置成不能处理作为像素 信号的该信号，最终不输出来自间隔行的信号。更具体地讲，信号处理部 分15中设置的取样保持电路被配置成不保持上述电位改变，从而防止该 信号的输出。Qn下降后，Q^在时间t3上升到Hi电平，允许从第(n+l)行中的光 电二极管22读取信号。接下来，利用像素复位脉冲RSTn+,使第(n+l)行 中的复位晶体管25导通，以允许复位第(n+l)行中的光电二极管22。Qw下降后，Q^在时间t4上升到Hi电平，允许从第(n+2)行中的光 电二极管22读取信号。取样保持来自作为读取行的第(n+l)和(n+2) 行中像素12的信号，然后用列扫描电路选择每列，并作为最终输出来输 出。本实施例的固态成像器件的驱动特征在于，使施加到间隔行的像素复位脉冲RSTV,和RSTn的脉冲宽度比施加到读取行的像素复位脉冲RST^和 RST。+2的脉冲宽度小。在该实施例中，通过针对间隔行设置较小脉冲宽度的像素复位脉冲， 能够确保不从间隔行中的光电二极管22充分释放电荷。结果是，如同在 实施例1固态成像器件中，能够获得复位后在间隔行中的光电二极管22 中保留部分电荷的状态。因此，能够防止在间隔驱动期间未被读取的像素 12的光电二极管22中积聚的电荷达到饱和电荷量，并溢出到相邻光电二 极管22，造成产生错误信号的情况发生。结果是，不仅能够获得几乎没有 拖尾、模糊和颜色混合等的高质量图像，而且能够縮短执行读取和复位操 作所需的时间，以允许高速间隔驱动。通过例如控制从控制部分17提供 给行扫描部分13的脉冲CLK等来改变脉冲RESET的脉冲宽度，能够实现 图16所示的驱动时序。(实施例3的第一变化)参考图17描述实施例3的第一变化。图17示出了该变化的固态成像器件中的操作时序。如图17所示，该变化的固态成像器件将施加到间隔行的像素复位脉 冲RSTV,和RSL的脉冲高度设定得比施加到读取行的像素复位脉冲RSTn+1 和RST。+2的脉冲高度小。通过减小脉冲高度，复位晶体管25的驱动电压变 低。这样，能够减少从光电二极管22释放的电荷量。在该变化的固态成像器件中，来自控制部分17的信号产生时序可以 与常规情况中的相同。因此不需要电路改变。然而，为了改变在以及来自 特定行的脉冲高度，需要提供由单独用于行扫描部分13的每个输出部分 的反相电路等构成的缓存电路，并改变用于缓存电路的电源。作为替换， 可以改变从控制部分17提供的脉冲RESET的脉冲高度，可以有选择地提 供具有改变的脉冲高度的信号。 (实施例3的第二变化)参考图18描述实施例3的第二变化。图18示出了该变化的固态成像 器件中的操作时序。如图18所示，在该变化的固态成像器件中，在间隔驱动中选择间隔 行时，不将间隔行中光电二极管的电位复位到Hi电位，而是固定在Lo电位。虽然在实施例3和实施例3的第一变化的固态成像器件中，将电源VDD 的电位设置在固定电位，而在该变化中脉冲驱动电源VDD。更具体地讲，在选择间隔行时，将电源V。d设置到Lo电位。通过以这种方式进行设置，不 将光电二极管22的电位完全复位到初始状态，并因此不将光电二极管22 中积聚的电荷完全释放。在该变换中，如果电源V。d的Lo电位等于地电位，电荷将从电源VDD 向每行中的光电二极管22反向流动。考虑到这一情况，电源Vd。的Lo电 位必须是比地电位高一定程度的电位，以使电荷不反向流到光电二极管 22。另外，根据该变化，不需要特定的电路改变等来改变脉冲宽度和脉冲 高度，并因此能够实现电路简化。 (实施例4)参考相关附图描述本发明的实施例4。图19示出了实施例4的固态成 像器件主要部分的电路配置。在图19中，与图14中相同的部件由相同的 参考数字表示，并在此省略对其的描述。固态成像器件的整个模块配置与 实施例1中的相同。如图19所示，在该实施例的固态成像器件中，在读取行中的像素12 连接到电源V。d2时，间隔行中的像素12与电源V^相连。为每行设置复位 选择晶体管36和下拉晶体管33。第n行的复位选择晶体管36在其栅极接 收来自行扫描部分13中设置的移位寄存器的输出信号Qn，在其漏极接收 从控制部分17提供的读取复位脉冲RESET,从而将第n行的像素复位脉冲 RSL提供到第n行的像素复位信号线210。将第n行的下拉晶体管33接地， 通过第n行的像素复位信号线210将脉冲PULLDOWN输入到晶体管33的栅 极，以给出地电位。图20示出了该实施例的固态成像器件中的操作时序。如图20所示， 在时间t0， Q。-2处在选择第(n-2)行的Hi电平状态，将脉冲PULLDOWN施加 到下拉晶体管33，将所有行的像素复位信号线210转向地电位。在复位脉冲RESET在时间tl上升到Hi电位之后，Q。h在时间t2达到 Hi电平。使作为间隔行的第(n-l)行处在读取状态。第(n-l)行的复位 选择晶体管36导通，使第(n-l)行的像素复位脉冲RST。h被提供给第(n-l)行的像素复位信号线211，以使第(n-1)行中的复位晶体管25导通。 Qw下降后，Q。在时间t3达到Hi电平，使作为间隔行的第n行处在选择状态。此时，由于复位脉冲RESET仍然处在Hi电位，第n行的像素复位脉冲RST。输出到第n行的像素复位信号线210。即使Qn-,下降，由于第(n-1)行的下拉晶体管33仍处在截止状态，使第(n-l)行的复位选择晶体管36保持在Hi电位。也就是说，在从第n行中的光电二极管22释放电荷期间，从第(n-l)行中的光电二极管22连续释放电荷。Qn下降后，复位脉冲RESET在时间t4下降到Lo电位。通过具有该定 时，即使在脉冲RESET下降到Lo电位之后，第(n-l)行和第n行的像素 复位信号线210都保持Hi电位状态。在时间t5， Qw达到Hi电平，允许读取第(n+l)行中的信号。然后， 复位脉冲RESET上升到Hi电位，以允许将像素复位脉冲RST^输出到第 (n+l)行的像素复位信号线210，从而将第(n+l)行中的光电二极管22 中复位到初始状态。利用复位脉冲RESET的后续下降，从第(n+l)行中 像素12读取复位后的信号。此后，在时间t6施加脉冲PULLDOWN,并且Q^下降，以使第(n+l) 行进入非选择状态。利用脉冲PULLDOWN,将所有行的像素复位信号线210 复位到地电位，并终止针对第(n-l)行和第n行的信号释放操作。在图 20中，只示出了第n行的像素复位脉冲RSTV,。虽然未示出，从时间t2 起直到时间t6，像素复位脉冲RST^处在Hi电位。如图20所示，为了实现高速读取，将用于间隔行的行选择时段设置 得尽可能短。因此，在某些情况下，难以在该时段内将复位脉冲施加到间 隔行。为此，可能需要对电路进行改变，以縮短提供给间隔行的脉冲。然 而，利用该实施例所示的器件配置和操作时序，不再需要用于缩短复位脉 冲的电路改变等。在本实施例中，如果用于间隔行的电源V。D保持在Hi电位，有可能从 间隔行中的光电二极管22完全释放电荷。为了避免发生这种情况，优选 的是，将电源V。D设置在Lo电位，以控制信号释放量。在上述实施例3的 第二变化中，通过设置在Lo电位的电源V。D释放积聚的电荷，某些情况下，如果复位脉冲的脉冲宽度极小，难以释放所希望的电荷量。通过把间隔行 的复位脉冲的下降延迟一个水平周期，从而确保间隔行的长电荷释放时 间，能够解决该问题，如该实施例中所示。 (实施例5)参考相关附图描述本发明的实施例5。图21示出了实施例5的固态成像器件主要部分的电路配置。在图21中，与图2中相同的部件由相同的参考数字表示，并在此省略对其的描述。固态成像器件的整个模块配置与 实施例1中的相同。如图21所示，在该实施例的固态成像器件中，行扫描部分13包括信 号读取扫描电路218和电子快门扫描电路219。信号读取扫描电路218响 应起动脉冲ST和时钟脉冲CLK来产生信号读取信号Qn，并输出信号Qn。 电子快门扫描电路219响应电子快门起动脉冲EST和电子快门时钟脉冲 ECLK来产生电子快门驱动信号R。，并输出信号IC从控制部分17提供脉 冲ST、 CLK、 EST、和、ECLK。第n行的读取选择晶体管32在其栅极接收信号Qn，在其漏极接收读 取脉冲READ，从而向传送信号线211输出脉冲RSn，作为第n行的读取信 号或电荷释放信号。第n行的电子快门选择晶体管37在其栅极接收信号 R ，在其漏极接收读取脉冲READ,从而向传送信号线211输出脉冲RSn， 作为第n行的电子快门信号。图22A至22C示出了该实施例的固态成像器件的操作时序，以及光电 二极管中积聚的电荷，其中图22A示出了在低照明情况下操作的情况，图 22B示出了在高照明下常规间隔驱动的情况，图22C示出了高照明下本实 施例中间隔驱动的情况。在下面的描述中，假设第n行是间隔行，第(n+l) 行是读取行。首先，如图22A所示，在低照明下不执行电子快门操作。将作为电荷 释放信号的脉冲RSn施加到与信号Qn同步作为间隔行的第n行的传送信号 线211，以允许释放光电二极管22中积聚的一部分电荷。由于低照明，第 n行中光电二极管22中的电荷在电荷积聚时间内未达到饱和量，因此，没 有电荷泄露到作为相邻读取行的第(n+l)行中的光电二极管22。在高照明下，在常规电子快门操作的情况下，如图22B所示，作为电子快门信号的脉冲RSn+,被施加到与电子快门驱动信号Rw同步作为读取行的第(n+l)行的传送信号线211,以使第(n+l)行中的光电二极管22 复位。复位之后，在第(n+l)行中的光电二极管22中积聚电荷，直到与 信号读取信号Qw同步地再次施加作为读取信号的脉冲RSn+1。这样，能够 将在每个像素中的光电二极管22中积聚电荷的时段限定到固定时间。在 该定时输入电子快门信号，以防止光电二极管22中积聚的电荷饱和。然而，按常规，由于不执行信号读取且行选择时间较短，不将电子快 门信号提供给作为间隔行的第n行中的光电二极管22。因此，如果在图 20B所示的定时输入脉冲RSn，作为针对第n行中光电二极管22的电荷释 放信号，与执行电子快门操作的第(n+l)行中的光电二极管22相比，第 n行中光电二极管22中的电荷积聚时间长。因此，在施加脉冲RS。，作为 针对第n行的电荷释放信号之前，第n行中的光电二极管22可能达到饱 和电荷量。结果是，信号可能泄露到作为读取行的第(n+l)行中的光电 二极管22中。在图22C所示实施例的固态成像器件的情况下，与电子快门驱动信号 Rn同步地输出脉冲RSn，作为针对要间隔的第n行的电荷释放信号。因此， 第n行中光电二极管22的电荷积聚量大致等于第(n+l)行中光电二极管 22的电荷积聚量。由于以不允许光电二极管22出现电荷量饱和的方式设 置读取行中的电荷积聚时间，第n行中的光电二极管22也不会达到饱和 电荷量。结果是，如图22C所示，不产生信号溢出，并且获得几乎不造成 拖尾、模糊、颜色混合的高质量图像。 (实施例6)参考图23描述本发明的实施例6。图23示出了实施例6的成像装置 的电路配置。在图23中，与图1中相同的部件用相同的参考数字表示， 并且在此省略对其的描述。如图23所示，该实施例的成像装置包括实施例1的固态成像器件 10;诸如透镜之类使光入射到成像区的光学系统109，和阻挡光等的机械 快门110;以及控制部分17和处理来自放大器18的像素信号的信号处理 电路lll。来自信号处理电路111的输出信号被输出到监视屏幕112，或作为图像数据输出。控制部分17和信号处理电路111可以集成在一起。控制电 路不仅输出用于控制行扫描部分13的信号，而且输出用于控制列扫描电 路14的信号。本实施例的固态成像器件10可以是如实施例1至5描述的任何固态成像器件，以及这些实施例的变化。下面描述本实施例的成像装置的操作。配置该成像装置以允许其在全 像素读取(静止画面成像驱动)和间隔驱动(监视驱动)之间切换。成像 装置检验间隔驱动(监视驱动)中的像素信号输出，并确定诸如用于获得 优化曝光时间的电子快门速度和白平衡之类的成像条件，以针对所有读取 的像素采用确定的条件。在静止画面成像期间，根据在针对静止画面成像获取监视图像的间隔 驱动期间确定的成像图像，确定针对所有像素驱动的成像条件，通过图像 捕获在所有像素驱动中拍摄静止画面。在正常使用中，在间隔(监视)驱动中在液晶屏幕等上显示成像状态， 按动相机的快门按钮，接受在监视驱动中确定的对象和成像条件，从而拍 摄全像素静止画面。因此，如果在间隔驱动期间信号溢出到读取行中的像 素，只在间隔驱动期间，该输出明显最高，因此在下一个全像素驱动期间 静止画面的成像状态不同于没有信号溢出时获得的状态。如果在彩色固态 成像器件的情况下，不同颜色的像素间的溢出量不同，将造成捕获的静止 图像变暗以及偏色问题的出现。然而，在该实施例的成像装置中，在间隔 驱动期间，没有信号从间隔行溢出到相邻的读取行。因此，即使在重复地 执行用于监视的静止画面成像和运动画面成像时，也能使静止画面的质量 稳定在高等级。另外，由于在间隔驱动中能够确保高帧速率，能够縮短监 视成像时间。此外，能够广泛地改善运动画面的质量。虽然实施例1至6没有详细地描述静止画面成像的操作，可以针对静 止画面成像采用常规的隔行扫描和逐行扫描。虽然在实施例1至5为了简 化起见描述了 2行间隔(读取2行，然后间隔2行)，像素间隔方法不限 于上述实施例。然而，在具有Bayer型滤色镜的固态成像器件中，采用该 方法能够同时确保彩色再现性和高速读取。在实施例1至6中，控制部分(电路)17和信号处理电路11放置在固态成像器件10的外部。作为替换，它们中的一个或二者都可以放置在 固态成像器件10的内部。这样，能够使整体配置较小。实施例5中描述的用于间隔行的信号释放脉冲与用于读取行的电子快 门脉冲之间的时序关系可以应用于实施例3的配置。这种情况下，代替信 号释放脉冲，可以调节复位脉冲和电子快门脉冲之间的时序。工业实用性根据本发明，能够实现具有高帧速率的固态成像器件，能够防止P阱 电位在间隔驱动期间变化，并因此缩短读取和复位操作，该器件用于高速 运动画面成像的固态成像器件。
权利要求
1.一种固态成像器件，包括多个第一组像素，在半导体衬底的成像区中排列成矩阵，每个第一组像素包括用于把光信号转换成信号电荷并积聚该电荷的光电转换元件，用于初始化所述光电转换元件中积聚的信号电荷的初始化部分，和用于响应所述光电转换元件中积聚的信号电荷来输出输出信号的输出部分；多个第二组像素，以具有与所述第一组像素的行不同行的方式在成像区中排列成矩阵，每个第二组像素包括光电转换元件，初始化部分和输出部分，在间隔驱动期间跳过对所述第二组像素的读取；和扫描部分，用于使所述第一组像素中的每一个像素执行输出所述输出信号，并将所述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级的读取操作，和使所述第二组像素中的每一个像素执行将所述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第二等级的放电操作，所述第二等级比所述第一等级高，但比所述光电转换元件的饱和信号等级低。
2. 根据权利要求l所述的固态成像器件，其中所述第一组像素和所述 第二组像素各具有浮动扩散，所述光电转换元件中积聚的信号电荷传送到 的所述浮动扩散，和所述初始化部分具有电连接在所述光电转换元件和所述浮动扩散之 间的传送晶体管。
3. 根据权利要求l所述的固态成像器件，其中所述初始化部分具有连 接在所述光电转换元件和电源之间的复位晶体管。
4. 根据权利要求l所述的固态成像器件，其中所述扫描部分产生用于 驱动所述第一组像素中的每个像素的所述初始化部分的第一驱动脉冲，和 驱动所述第二组像素中的每个像素的所述初始化部分的第二驱动脉冲，所 述第二驱动脉冲的脉冲宽度小于所述第一驱动脉冲的脉冲宽度。
5. 根据权利要求4所述的固态成像器件，其中所述扫描部分根据参考 时钟产生所述第一驱动脉冲和所述第二驱动脉冲，和所述第二驱动脉冲的脉冲宽度是根据参考时钟能够产生的最小脉冲宽度。
6. 根据权利要求l所述的固态成像器件，其中所述扫描部分产生用于 驱动所述第一组像素中的每个像素的所述初始化部分的第一驱动脉冲，和 驱动所述第二组像素中的每个像素的所述初始化部分的第二驱动脉冲，所 述第二驱动脉冲的脉冲高度比所述第一驱动脉冲的脉冲高度低。
7. 根据权利要求l所述的固态成像器件，其中所述初始化部分具有源 极与所述光电转换元件相连的晶体管，在放电操作中施加到所述晶体管的漏极的电压比在读取操作中施加 到所述晶体管的漏极的电压低。
8. 根据权利要求1所述的固态成像器件，进一步包括保持装置，用于 在放电操作中将驱动信号保持预定时间。
9. 根据权利要求8所述的固态成像器件，其中所述扫描部分产生用于驱动所述第一组像素中的每个像素的所述初始化部分的第一驱动脉冲，和 驱动所述第二组像素中的每个像素的所述初始化部分的第二驱动脉冲，所 述第二驱动脉冲的脉冲高度比所述第一驱动脉冲的脉冲高度低。
10. 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述扫描部分驱动所述第一组像素执行电子快门操作，以限制所述第一组像素中的每个像素的 所述光电转换元件积聚信号电荷的时间，当所述多个第一组像素间的一个 第一组像素执行电子快门操作时，所述扫描部分驱动所述多个第二组像素 中至少与所述一个第一组像素相邻的第二组像素执行放电操作。
11. 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述扫描部分驱动所 述第一组像素执行电子快门操作，以限制所述第一组像素中的每个像素的 所述光电转换元件积聚信号电荷的时间，当所述多个第一组像素中排成一 行的第一组像素执行电子快门操作时，所述扫描部分驱动所述多个第二组 像素中至少与所述排成一行的第一组像素相邻的、排成一行的第二组像素 执行放电操作。
12. —种成像装置，包括根据权利要求1至10中的任何一项所述的固态成像器件； 光学系统，使光入射到所述固态成像器件；控制部分，用于输出控制所述固态成像器件的操作的控制信号；和信号处理电路，用于处理来自所述固态成像器件的输出信号，并输出 作为图像数据的结果。
13. 根据权利要求12所述的成像装置，进一步包括用于阻挡入射到所述固态成像器件的光的快门。
14. 根据权利要求12所述的成像装置，进一步包括用于监视图像数据 的监视屏幕。
15. 根据权利要求12所述的成像装置，其中所述控制部分和所述信号 处理电路中的至少一个放置在所述固态成像器件的半导体衬底上。
16. —种用于固态成像器件的驱动方法，所述固态成像器件包括多个 第一组像素和多个第二组像素，在半导体衬底的成像区中排列成矩阵，每 个像素包括用于把光信号转换成信号电荷并积聚所述电荷的光电转换元 件，用于初始化所述光电转换元件中积聚的信号电荷的初始化部分，和用 于响应所述光电转换元件中积聚的信号电荷来输出输出信号的输出部分， 所述方法包括步骤(a) 驱动所述第一组像素中的每个像素的所述输出部分和所述初始 化部分，以允许像素输出所述输出信号，将所述光电转换元件中积聚的信 号电荷量初始化到第一等级；和(b) 驱动所述第二组像素中的每个像素的所述初始化部分，以将所 述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第二等级，所述第二等级比 所述第一等级高，并且比所述光电转换元件的饱和信号等级低。
17. 根据权利要求16所述的驱动方法，其中所述步骤(a)包括向所述 初始化部分提供第一驱动脉冲的步骤，所述步骤(b)包括提供第二驱动脉冲的步骤，所述第二驱动脉冲的 脉冲宽度比所述第一驱动脉冲的脉冲宽度小。
18. 根据权利要求16所述的驱动方法，其中所述步骤(a)包括向所述初始化部分提供第一驱动脉冲的步骤，和所述步骤(b)包括提供第二驱动脉冲的步骤，所述第二驱动脉冲的 脉冲高度比所述第一驱动脉冲的脉冲高度低。
19. 根据权利要求16所述的驱动方法，其中所述初始化部分具有用于 保持电荷的浮动扩散，和把所述光电转换元件中积聚的电荷传送到所述浮动扩散的传送晶体管，所述步骤(a)包括在将所述浮动扩散的电位设置在第一电位后，驱动所述传送晶体管的步骤，所述第一电位是用于驱动所述第一组像素的电 源电位，所述步骤(b)包括在将所述浮动扩散的电位设置在第二电位后，驱动 所述传送晶体管的步骤，所述第二电位比地电位高，但比所述第一电位低。
20. 根据权利要求19所述的驱动方法，其中在所述步骤(a)中，用第 一驱动脉冲驱动所述传送晶体管，在所述步骤(b)中，用第二驱动脉冲驱动所述传送晶体管，所述第 二驱动脉冲的脉冲宽度比所述第一驱动脉冲的脉冲宽度大。
21. 根据权利要求16所述的驱动方法，其中所述初始化部分具有连接 在所述光电转换元件和电源之间的复位晶体管，所述步骤(a)包括在将电源电位设置在第一电位后，驱动所述复位 晶体管的步骤，所述第一电位是用于驱动所述第一组像素的高电平电位，所述步骤(b)包括在将所述电源电位设置在第二电位后，驱动所述复 位晶体管的步骤，所述第二电位比地电位高，但比所述第一电位低。
22. 根据权利要求21所述的驱动方法，其中在所述步骤(a)中，用第 一驱动脉冲驱动所述复位晶体管，在所述步骤(b)中，用第二驱动脉冲驱动所述复位晶体管，所述第 二驱动脉冲的脉冲宽度比所述第一驱动脉冲的脉冲宽度大。
23. 根据权利要求16所述的驱动方法，进一步包括步骤(c)在所述步骤(a)之前，驱动第一行中所述第一组像素中的每个 像素的所述初始化部分，以将所述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始 化到第一等级，其中与所述步骤(a)和(c)同步地执行所述步骤(b)。
全文摘要
一种固态成像器件包括第一组像素41、在间隔驱动期间跳过的第二组像素42、和扫描部分13。扫描部分13驱动第一组像素41中的每个像素执行输出所述输出信号，和将光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级的读取操作，和驱动第二组像素42中的每个像素执行将光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第二等级的放电操作，所述第二等级比所述第一等级高，但比光电转换元件12的饱和信号等级低。
文档编号H04N5/361GK101278550SQ200680036939
公开日2008年10月1日 申请日期2006年8月28日 优先权日2005年10月5日
发明者原邦彦, 村上雅史, 根崎慎介, 桝山雅之 申请人:松下电器产业株式会社