固态成像设备的驱动方法、固态成像设备和成像系统的制作方法

专利名称：固态成像设备的驱动方法、固态成像设备和成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在电子相机中使用的固态成像设备、成像系统和 固态成像设备的驱动方法。
背景技术：
称为放大型MOS传感器的成像设备用在电子摄像机或电子静态 相机中。最近几年，与这些成像设备的先进功能的实现相关联地，出 现了具有所谓电子变焦功能的成像设备，电子变焦功能通过仅从成像 区中的期望区域输出信号来放大或缩小图像。
作为具有电子变焦功能的成像设备，存在在日本专利申请特开 2007-074032中公开的成像设备。日本专利申请特开2007-074032的目 的是，即使当在拍摄运动图像时电子变焦倍率改变时，即，即使在成 像设备的驱动模式被切换的情况下，也防止累积时间的差异的发生并 且保持输出图像的质量。
对于低成本的成像设备的需求强烈，并且要求成像设备的小型 化。作为实现成像设备的小型化的技术，存在在日本专利申请特开 2003-046864中公开的具有所谓3晶体管构造的放大型MOS传感器， 以通过减小占据每个像素的晶体管的面积来确保光电二极管的面积。
在日本专利申请特开2003-046864中7>开的具有不包括选择 MOS晶体管的3晶体管构造的放大型MOS传感器中，当光电二极管 (PD)中累积的电荷被重置时，与重置的电位对应的电位出现在垂直 输出线中。因此，不能同时执行对重置扫描的选择行(以下，重置行) 中的PD中累积的电荷进行重置的定时和将读出扫描的选择行(以下， 读出行)中的PD中累积的电荷读出到垂直输出线的后级上提供的累 积电容器的定时。在日本专利申请特开2007-074032中公开的成像设备中，由于读 出行的扫描和重置行的扫描不重叠，所以即使在具有3晶体管构造的 放大型MOS传感器中，电子变焦倍率也可改变。
然而，存在这样的情况，即，需要根据对象的拍摄条件(诸如亮 度等)而可变地改变累积时间。例如，当对象的亮度低时，优选延长 累积时间。然而，在日本专利申请特开2007-074032中公开的成像设 备中，由于仅在完成读出扫描之后开始重置行的扫描，所以累积时间 可调整的范围有限。此外，当帧率提高时，在完成读出扫描之后直到 后一帧的读出扫描开始为止所需的时间变短，并且从重置行扫描到读 出扫描的间隔(即，可用作累积时间的时间)变短。因此，存在不能 确保必要的累积时间的那种情形发生的危险。如果对增益进行校正以 补偿由于紧接着驱动模式被切换之后的帧的累积时间的缩短而引起 的光量缺乏，则引起图片质量劣化。

发明内容
考虑到前述问题，在具有3晶体管构造的放大型MOS传感器中， 本发明的目的是，即使驱动模式被切换，也改进累积时间的自由度。
根据本发明的第一方面，提供一种固态成像设备的驱动方法，该 固态成像设备包括像素区，在其中二维布置像素，所述像素包括用 于根据入射光来累积电荷的光电转换元件、用于保持电荷的浮动扩散 区、用于将光电转换元件中累积的电荷传送到浮动扩散区的传送单 元、用于重置浮动扩散区中保持的电荷的重置单元和用于输出根据浮 动扩散区中的电压的像素信号的输出单元；和保持单元，用于保持从 输出部分输出的像素信号，其中，所述方法包括以下步骤在第一帧 中，以第一驱动模式进行读出扫描，以通过电源单元和重置单元控制 浮动扩散区的电位来选择像素并在保持单元中保持像素信号；以及在 第一帧后面的第二帧中，以与第 一驱动模式不同的第二驱动模式开始 读出扫描，以及其中，用于重置光电转换元件中累积的电荷的重置扫 描在第 一 帧中以第二驱动模式开始，以使得光电转换元件中累积的电荷的重置操作不与保持单元中的像素信号的保持操作重叠。
根据本发明的第二方面，提供一种固态成像设备，包括像素区， 在其中二维布置像素，所述像素包括用于根据入射光来累积电荷的光
电转换元件、用于保持电荷的浮动扩散区、用于将光电转换元件中累 积的电荷传送到浮动扩散区的传送单元、用于重置浮动扩散区中保持 的电荷的重置单元和用于输出根据浮动扩散区中的电压的像素信号 的输出单元；保持单元，用于保持从输出部分输出的像素信号；以及 在第一帧中，以第一驱动模式进行读出扫描，以通过电源单元和重置 单元控制浮动扩散区的电位来选择像素并在保持单元中保持像素信 号；以及在第一帧后面的第二帧中，以与第一驱动模式不同的第二驱 动模式开始读出扫描，以及其中，用于重置光电转换元件中累积的电 荷的重置扫描在第一帧中以第二驱动模式开始，以使得光电转换元件 中累积的电荷的重置操作不与保持单元中的像素信号的保持操作重 叠。
根据本发明，在具有3晶体管构造的放大型MOS传感器中，即 使驱动模式被切换，也可改进累积时间的自由度。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征 将变得清楚。


图1是示出根据本发明实施例的固态成像设备的构造示例的框图。
图2是示出根据本发明的第一实施例的像素的构造示例的电路图。
图3是示出根据本发明的第一实施例的像素区和线存储器单元 的构造示例的电路图。
图4是显示根据本发明的第一实施例的像素区和线存储器单元 的驱动定时的时序图。
图5A和图5B是显示根据本发明的第一实施例的固态成像设备的驱动定时的时序图。
图6是示出根据本发明的第二实施例的固态成像设备的像素的 构造示例的电路图。
图7是出根据本发明的第二实施例的像素区和线存储器单元的 构造示例的电路图。
图8是显示根据本发明的第二实施例的像素区和线存储器单元 的驱动定时的时序图。
图9A和图9B是显示根据本发明的第二实施例的固态成像设备 的驱动定时的时序图。
图10是示出根据本发明的第三实施例的固态成像设备的像素的 构造示例的电路图。
图11是出根据本发明的第三实施例的像素区和线存储器单元的 构造示例的电路图。
图12是显示根据本发明的第三实施例的像素区和线存储器单元 的驱动定时的时序图。
图13A和图13B是显示根据本发明的第三实施例的固态成像设 备的驱动定时的时序图。
图14是示出根据本发明的第四实施例的成像系统的构造示例的框图。
具体实施例方式
以下将参照附图对有关本发明的实施例进行描述。 (第一实施例)
图1示出根据本发明的第一实施例的固态成像设备的构造示例。 固态成像设备l具有像素区12，具有二维布置的多个像素121;和 垂直驱动器14，用于将用于驱动像素区12中的每个像素的控制信号 供应给像素区12。固态成像设备l还具有作为保持单元的线存储器 单元131,其通过垂直输出线122连接至像素121;水平扫描单元132; 放大器133;定时发生器151;和通信单元152。垂直驱动器14包括电子快门扫描单元141和读出行扫描单元142。线存储器单元131保 持从基于从垂直驱动器14供应给像素区12的控制信号而选择的一行 像素中的每个像素输出的信号。线存储器单元131中保持的信号通过 水平扫描单元132依次被放大器133放大，并被输出。定时发生器151 基于同步信号、从通信单元152输入的信号等产生用于驱动垂直驱动 器14、线存储器单元131和水平扫描单元132的脉冲。这里假设定时 发生器151和垂直驱动器14为控制单元。定时发生器151可设在与 像素区12相同的基底上或者不同于像素区12的基底上。
图2是示出像素121的构造示例的电路图。在图2中，光电转换 元件(光电二极管部分，PD部分)1211执行光电转换，并根据入射 光累积电荷。浮动扩散区(FD区)1215保持通过作为传送部分的传 送MOS晶体管1212传送的电荷。重置MOS晶体管(重置部分)1213 将FD区1215的电压重置为预定电压。放大MOS晶体管(输出部分) 1214将根据FD区1215的电位的信号从Vout端子输出到垂直输出线 122。重置MOS晶体管1213的漏极和放大MOS晶体管1214的漏极 分别连接至可改变它以j泳冲形式供应的电压的电源电压Vcc。；改大 MOS晶体管1214的源极与电流源(未显示) 一起形成源极跟随器电 路，以使得放大MOS晶体管1214可根据与栅极端子连接的FD区 1215的电位输出信号。
图3是示出在图2的像素121被应用作为图1的像素121的构造 的情况下像素区12和线存储器单元131的构造示例的电路图。通过 控制CT传送开关MOS晶体管1311-1314的导通状态，可选择性地 将输出到垂直输出线122的像素信号保持在后级上布置的电容器 CTS1、 CTS2、 CTN1和CTN2中。通过公共信号Pvadd控制相加开 关MOS晶体管1315和1316。当通过Pvadd使相加开关MOS晶体 管1315和1316导通时，将电容器CTN1、 CTN2、 CTS1和CTS2中 保持的信号相加(平均)。当通过从水平扫描单元接收信号来使水平 传送开关MOS晶体管1317和1318导通时，使得输出单元133和线 存储器单元131导通，并将信号输入到输出单元133。图4是用于驱动图3中示出的电路构造示例中的像素区12和线 存储器单元131的脉冲的时序图。虽然这里为了简化说明，仅提取2 行x2列的像素，并对这些像素进行举例说明，但是像素数量不限于此。
将使用图4的时序图来描述第一实施例中的像素区12和线存储 器单元131的驱动方法。
首先，将描述两4亍坤目加马区动才莫式(two-row-addition drive mode ) 下的读出扫描和电子快门扫描(即，重置行扫描)，两行相加驱动模 式用于将用第N行和第(N+1)行表示的两个相邻行的像素的信号相 加。在电子快门扫描中，至少在通过读出扫描读出的行的像素中包括 的PD部分被重置。在本发明中，重置PD部分的操作也称为PD重 置。图4中的(a)为两行相加驱动模式下的读出操作的时序图。图4中 的(b)为电子快门操作的时序图。
当水平同步信号HD输入到定时发生器151中时，读出行扫描单 元142开始选择第N行的操作。当重置MOS晶体管1213导通时， 即，当通过在将电源电压Vcc设置为高电平之后将信号线Pres(N)设 置为高电平来使重置MOS晶体管1213导通时，FD区1215的电位被 初始化为根据电源电压Vcc的高电平的电位的电位。因而，获得第N 行的像素的信号出现在垂直输出线122上的选择状态。在此之后，通 过将信号线Pres(N)设置为低电平，重置MOS晶体管1213关断，即， 使得重置MOS晶体管1213不导通。在此之后，通过将信号线Ptnl 设置为脉冲形式的高电平，CT传送开关MOS晶体管1311导通，并 将作为输出到垂直输出线122的像素信号的与噪声分量对应的像素信 号保持在电容器CTN1中。如此，与第N行像素的噪声分量对应的像 素信号的读出操作完成(时间段Tal)。
随后，通过将信号线Ptx(N)设置为高电平来使传送MOS晶体管 1212导通，并将PD部分1211中产生和累积的电荷传送到FD区1215。 在通过将Ptx(N)设置为低电平来使传送MOS晶体管1212关断之后， 将Ptsl设置为脉冲形式的高电平。因此，CT传送开关MOS晶体管 1312导通，并将输出到垂直输出线122的与前述噪声分量叠加(multiplex)的像素信号保持在电容器CTS1中。因此，第N行的像 素信号的读出操作完成(时间段Tbl)。现在假设像素信号表示根据 像素121的FD区中保持的电荷而出现在垂直输出线122上的信号。
通过在将电源电压Vcc设置为低电平的状态下将Pres(N)设置为 高电平，重置MOS晶体管1213导通，并将第N行像素设置为非选 择状态(时间段Tcl)。非选择状态表示根据相关像素的FD区的电 位的信号不出现在垂直输出线122上的状态。电源电压Vcc的低电平 为这样的电平，即，放大MOS晶体管1214不与恒流源(未显示)一 起执行跟随器操作。
在后一时间段中，电子快门扫描单元141执行选择作为任意行的 第M行的操作。在将电源电压Vcc设置为高电平之后，当在将信号 线Pres(M)设置为高电平的状态下将信号线Ptx(M)设置为高电平时， 第M行像素的重置MOS晶体管1213和传送MOS晶体管1212导通。 因而，PD部分1211中的电荷被清除到适于供应电源电压Vcc的端子， 并将PD部分1211设置为初始状态(被重置)。在通过分别将Ptx(M) 和Pres(M)设置为低电平来使第M行的传送MOS晶体管1212和重置 MOS晶体管1213关断之后，在将电源电压Vcc设置为低电平的状态 下将Pres(M)设置为高电平。如此，第M行像素被设置为非选择状态， 并且第M行的PD重置完成(时间段Trl)。由于重置像素的操作基 本上等同于选择像素的操作，所以当像素被重置时，与当PD被重置 时FD的电位对应的电位出现在垂直输出线122上。因此，不能在时 间段Trl执行读出操作。
在时间段Trl中第M行的PD重置之后，读出行扫描单元142 执行用于选择接着第N行被选择的第(N+1)行的操作。在将电源电压 Vcc设置为高电平之后，当将信号线Pres(N+l)设置为高电平并且重 置MOS晶体管1213导通时，FD区1215的电位被初始化为根据高电 平的电源电压Vcc的电位的电位。因此，获得第(N+1)行像素的信号 出现在垂直输出线122上的这种选择状态。在此之后，通过将Pres(N+l) 设置为低电平，重置MOS晶体管1213关断。信号线Ptn2以脉冲形式导通，并将与输出到垂直输出线122的噪声分量对应的像素信号保 持到电容器CTN2中。因此，与第(N+1)行像素的噪声分量对应的像 素信号的读出操作完成(时间段Ta2)。
随后，通过将信号线Ptx(N+l)设置为高电平来使传送MOS晶体 管1212导通，并将PD部分1211中产生和累积的电荷传送到FD区 1215。在通过将信号线Ptx(N+l)设置为低电平来使传送MOS晶体管 1212关断之后，将Pts2设置为脉冲形式的高电平，以使得CT传送 开关MOS晶体管1312导通。如此，与前述噪声分量叠加的像素信号 从垂直输出线122被保持在电容器CTS2中，第(N+1)行的像素信号的 读出操作完成(时间段Tb2)。
当通过在将Vcc设置为低电平的状态下将Pres(N+l)设置为高电 平来使重置MOS晶体管1213导通时，第(N+1)行被设置为非选择状 态(时间段Tc2)。
随后，在时间段Tr2中，电子快门扫描单元141执行选择第(M+1) 行的操作。在将电源电压Vcc设置为高电平之后，当在将信号线 Pres(M+l)设置为高电平的状态下进一步将信号线Ptx(M+l)设置为高 电平时，第(M+l)行的重置MOS晶体管1213和传送MOS晶体管1212 导通。因而，PD部分1211中的电荷4皮清除到适于供应电源电压Vcc 的端子，并将PD部分1211设置为初始状态(被重置)。通过分别将 Ptx(M+l)和Pres(M+l)设置为低电平，第(M+1)行的传送MOS晶体管 1212和重置MOS晶体管1213关断。在此之后，当通过在将电源电 压Vcc设置为低电平的状态下将Pres(M+l)设置为高电平来使重置 MOS晶体管1213导通时，第(M+1)行被设置为非选择状态，并且第 (M+l)行的PD重置完成(时间段Tr2 )。
在时间段Tc2中，通过将信号Pvadd设置为高电平，相加开关 MOS晶体管1315和1316导通。因而，保持在电容器CTN1中的并 与第N行的噪声分量对应的像素信号和保持在电容器CTN2中的并与 第(N+1)行的噪声分量对应的像素信号分别被相加。类似地，保持在 电容器CTS1中的并与第N行的噪声分量叠加的像素信号和保持在电容器CTS2中的并与第(N+1)行的噪声分量叠加的像素信号被相加。以 这种方式，水平消隐时段中的操作完成。
在水平消隐时段之后的水平传送时段中，水平扫描单元132顺序 地使水平传送开关MOS晶体管1317和1318导通。因而，保持在CTN1 和CTN2中的信号和保持在CTS1和CTS2中的信号输入到差分放大 器133。在差分放大器133中，通过从与噪声分量叠加的像素信号减 去噪声分量，输出其中噪声分量减小的信号。
以这种方式，第N行和第(N+1)行的像素相加信号的读出操作以 及第M行和第(M+1)行的PD重置(即，电子快门操作)完成。
随后，将描述非相加驱动模式下的读出操作和电子快门操作。图 4中的(c)为非相加驱动模式下的读出操作的时序图。图4中的(d)为电 子快门操作的时序图。在非相加驱动模式下，在水平同步信号HD输 入到定时发生器151之后，在与两行相加驱动模式下的时间段Tal、 Tbl和Tcl对应的时间段Td内不执行读出操作。类似地，在与两行 相加驱动模式下的时间段Trl对应的时间段Te内不执行读出操作。 在时间段Td和Te过去之后，开始读出操作。
首先，读出行扫描单元142执行选择第N行的操作。当通过在 将电源电压Vcc设置为高电平之后将Pres(N)设置为高电平来使重置 MOS晶体管1213导通时，FD区1215的电位净皮初始化为电源电压 Vcc的高电平的电位。在此之后，通过将Pres(N)设置为低电平，重置 MOS晶体管1213关断。通过将Ptnl设置为脉冲形式的高电平，CT 传送开关MOS晶体管1311导通，并将作为输出到垂直输出线122的 像素信号的与噪声分量对应的像素信号保持在电容器CTN1中。如此， 与第N行的像素的噪声分量对应的像素信号的读出操作完成(时间段 Ta)。
随后，通过将Ptx(N)设置为高电平来使传送MOS晶体管1212 导通，并将在PD部分1211中形成和累积的电荷传送到FD区1215。 在通过将Ptx(N)设置为低电平来使传送MOS晶体管1212关断之后， 将Ptsl设置为脉冲形式的高电平，以使得CT传送开关MOS晶体管1312导通。如此，将输出到垂直输出线122的并与噪声分量叠加的像 素信号保持在电容器CTS1中，并且第N行的像素信号的读出操作完 成(时间段Tb)。通过在将电源电压Vcc设置为低电平的状态下将 Pres(N)设置为高电平，重置MOS晶体管1213导通，并将第N行的 像素设置为非选择状态(时间段Tc)。
在与两行相加驱动模式下的时间段Tr2对应的时间段内执行电 子快门操作。首先，电子快门扫描单元141选择第M行。当在将电 源电压Vcc设置为高电平之后将Pres(M)设置为高电平的状态下进一 步将Ptx(M)设置为高电平时，第M行的重置MOS晶体管1213和传 送MOS晶体管1212被^殳置为导通状态。如此，PD部分1211中的电 荷被清除到适于供应电源电压Vcc的端子，并将PD部分1211重置。 通过分别将Ptx(M)和Pres(M)设置为低电平，第M行的传送MOS晶 体管1212和重置MOS晶体管1213关断。其后，通过在将电源电压 Vcc设置为低电平的状态下将Pres(M)设置为高电平，第M行的像素 被设置为非选择状态，并且第M行的PD重置完成(时间段Tr)。
在水平消隐时段之后的水平传送时段中，水平扫描单元132顺序 地使水平传送开关MOS晶体管1317和1318导通，以使得将CTN1 和CTS1中的信号输入到差分放大器133。在差分放大器133中，通 过从与噪声分量叠加的像素信号减去噪声分量，输出其中噪声分量减 小的信号。
以这种方式，第N行的像素信号的读出操作和第M行的PD重 置(即，电子快门操作)完成。非相加驱动模式下的水平消隐时段的 长度与上述两行相加驱动模式下的水平消隐时段相同。
图5A和图5B是显示这个实施例中的固态成像设备的驱动方法 的时序图。
首先，将参照图5A描述从两行相加驱动模式切换到非相加驱动 模式的情况下的驱动方法。在以下描述中，"帧"表示这样的时间段， 即，当垂直同步信号VD输入到定时发生器151时的定时之后直到下 一垂直同步信号VD输入到定时发生器151为止的时间段。在一帧中，形成一个图像平面的图像所需的信号从固态成像设备1输出。
在图5A中，当水平同步信号HD输入到定时发生器151时，控 制读出行扫描和电子快门扫描，并且在夹在连续水平同步信号HD之 间的1HD时间段(水平同步时段)内读出与图像的一行对应的图像 信号。在两行相加驱动模式下，关于读出行扫描，由于在1HD时间 段内扫描两行像素，所以在线存储器单元131中将来自两行像素的信 号相加，并且读出一行的图像信号。此外，关于在读出扫描之前执行 的电子快门扫描，在1HD时间段内扫描两行像素。在每行的PD重置 之后直到PD部分中累积的电荷被传送到FD区为止的时间长度，即， 累积时间在 一 帧期间恒定。
在非相加驱动模式的情况下，由于在读出行扫描和在读出扫描之 前执行的电子快门扫描中的每个中的1HD时间段内扫描一行像素， 所以每行的累积时间在 一 帧期间恒定。
现在假设在帧F-2的时间段内产生对非相加驱动模式的切换请 求，在帧F-2中，在作为第一驱动模式的两行相加驱动模式下正执行 读出操作。例如，通过操作以下将描述的切换单元来产生驱动模式的 切换请求，并且响应于这样的请求，定时发生器151供应用于驱动固 态成像设备的脉冲。当产生驱动模式的切换请求时，在作为第一帧的 帧F-l中，随后在两行相加驱动模式下执行读出行扫描。
从作为第二帧的帧F之前的帧F-1开始在作为第二驱动模式的非 相加驱动模式下操作电子快门扫描。从帧F开始，也在非相加驱动模 式下操作读出行扫描。通过使驱动模式的切换之前和之后的1HD时
间段相等，即使在紧接着驱动模式切换之后的帧中，驱动模式的切换 之前和之后的每行的累积时间也相等。
在帧F-l中开始的电子快门扫描中，作为PD部分重置定时的 T r时间段必与作为两行相加驱动模式下的读出行扫描中的水平消隐 时段的Tr2时间段重叠。因此，即使并行地执行两行相加驱动才莫式下 的读出行扫描和非相加驱动模式下的电子快门扫描，帧F-l的图像信 号也不会变得无效，只要电子快门扫描不在读出行扫描之前即可。消除了帧F的累积时间变得不恒定的这种情形。
现在将更详细地描述图像信号如何变得无效。电子快门扫描在读 出行扫描之前的状态表示，在图5A中，显示电子快门扫描的直线与 读出行扫描交叉。也就是说，如果电子快门扫描在读出行扫描之前， 则在帧的读出扫描的一部分中，在将像素信号保持在线存储器单元中 之前执行PD重置。因此，在一帧中引起累积时间的定时和长度不同 的部分，这样的现象称为"图像信号变得无效"。为了避免图像信号变 得无效，以电子快门扫描和读出行扫描不交叉的这种方式构造它。
根据第一实施例，由于在帧F-l中可同时执行不同驱动模式的读 出行扫描和电子快门扫描，所以可延长紧接着驱动模式切换之后的帧 F的累积时间。虽然在图5A中驱动模式切换之前和之后的1VD时间 段恒定，但是1VD时间段可能不同，即，读出行的数量可根据驱动 模式而改变。
随后，将参照图5B描述在从非相加驱动模式切换到两行相加驱 动模式的情况下的驱动方法。
首先，现在假设在帧F-2的时间段内产生对两行相加驱动模式的 切换请求，在帧F-2中，在作为第一驱动模式的非相加驱动模式下正 执行读出操作。因而，在作为第一帧的帧F-l中，随后在非相加驱动 模式下执行读出行扫描。在帧F之前从帧F-l开始在作为第二驱动模 式的两行相加驱动模式下操作电子快门扫描。从作为第二帧的帧F开 始，也在两行相加驱动模式下操作读出行扫描。通过使驱动模式切换 之前和之后的1HD时间段相等，即使在紧接着切换到两行相加驱动 模式之后的帧中，每行的累积时间也相等。
在帧F-1中开始的电子快门扫描中，作为重置PD部分的定时的 Trl时间段必与作为非相加驱动模式下的读出行扫描中的水平消隐时 段的Te时间段重叠，Tr2时间段必与Tr时间段重叠。因此，即使并 行地执行非相加驱动模式下的读出行扫描和两行相加驱动模式下的 电子快门扫描，帧F-l的图像信号也不会变得无效，只要在帧F-1中 电子快门扫描不在读出行扫描之前即可。消除了帧F的累积时间变得不恒定的这种情形。由于可并行地执行不同驱动模式下的读出行扫描
和电子快门扫描，所以可延长紧接着驱动模式切换之后的帧F-l的累 积时间。
根据第 一实施例，即使在紧接着驱动模式的切换之前的帧中执行 不同驱动模式下的读出行扫描和电子快门扫描，电子快门扫描中的 PD重置时间段也不与读出行扫描中的来自垂直输出线的信号读出时 间段重叠。因此，甚至在具有3晶体管构造的放大型MOS传感器中， 在紧接着驱动模式切换之前的帧中，也可在读出行扫描期间开始后一 帧的重置行扫描。也就是说，即使当帧率提高时，也可延长紧接着驱 动模式切换之后的帧的累积时间，并可防止电子变焦中的图像劣化。
虽然关于将两行相加驱动模式和非相加驱动模式用作驱动模式 的示例描述了第 一实施例，但是将在一个水平消隐时段内相加的行数 不受限制。虽然以上显示了通过使用线存储器的电容器将像素信号相 加的示例，但是它不限制本发明的第一实施例。例如，来自垂直输出 线的输出可通过噪声消除电路连接至线存储器，并可在噪声消除电路 中执行相加。此外，本发明还可应用于在一个水平消隐时段内跳过行 的这种扫描，即，还可应用于使像素稀疏化并且从像素区中的部分区 域中读出信号的情况。也就是说，通过使不同驱动模式下的水平消隐
执行PD重置，'可获、得与第一实施例类似^的效l。在包括用于校正处 理的遮光像素并且不具有光电转换元件的像素与和图像创建相关的 有效像素一起被保持在像素区中的固态成像设备中，像素区中的部分 区域也可表示所有有效像素。
在图4中，虽然在非相加驱动模式下的时间段Td和Te中不执 行驱动像素的操作，但是时间段Ta至Tr和与时间段Td和Te对应 的时间段可交换。在这样的情况下，非相加驱动模式下的时间段Tr 与两行相加驱动模式下的时间段Trl重叠。因此，甚至在具有3晶体 管构造的放大型MOS传感器中，在紧接着驱动模式切换之前的帧中， 也可在读出行扫描期间开始后一帧的重置行扫描。然而，如果时间段Ta至Tr和与时间段Td和Te对应的时间段交换，则像素信号被保持 在线存储器单元中之后直到水平传送时段为止的时间间隔变长。在这 样的情况下，由于保持在电容器中的电荷泄漏或者它受干扰噪声的影 响的可能性提高，所以认为所获得的图像的质量劣化。因此，期望如 图4所示的驱动，其中，像素信号被保持在线存储器单元之后直到水 平传送时段为止的时间间隔较短。
在第 一实施例中，使驱动模式切换之前和之后的一个水平消隐时 段的长度相等。水平同步信号HD输入到定时发生器151之后直到执 行重置扫描为止的时间和水平同步信号HD输入到定时发生器151之 后直到像素信号被保持在线存储器单元131中的电容器中为止的时间 不同。因此，在帧F-1中，可与读出扫描并行地执行重置扫描。 (第二实施例)
随后，将主要就与第 一实施例不同的点来描述可应用本发明的第 二实施例。
图6中示出根据第二实施例的固态成像设备1的像素的构造示 例。图7中示出像素区12和线存储器单元131的构造示例。它与图3 的不同之处在于存在Vres(N)线。图8中示出用于驱动图7中示出的 像素区12和线存储器单元131的脉沖的时序图。与第一实施例中共 同的构造用相同的标号表示。虽然这里为了简化说明仅提取两行x两 列的像素并对这些像素进行举例说明，但是像素数量不限于此。
在图6中，重置MOS晶体管1213的漏极连接至能够每行独立 地-皮脉冲驱动的电源电压Vres。在图7中，Vres(N)驱动第N行上布 置的所有像素121的电源电压Vres。在第二实施例中的固态成像设备 的构造示例中，可并行地执行读出扫描中的选择操作和非选择操作以 及电子快门行的PD重置。
随后，将参照图8的时序图描述第二实施例中的像素区12和线 存储器单元131的驱动方法。
首先，将描述第N行和第(N+1)行的两行相加驱动模式下的读出 扫描和电子快门扫描。图8中的(a)为像素相加驱动模式下的读出操作的时序图，图8中的(b)为电子快门操作的时序图。
当水平同步信号HD输入到定时发生器151时，读出行扫描单元 142执行选择第N行的操作。当通过在将电源电压Vres(N)设置为高 电平之后将Pres(N)设置为高电平来使重置MOS晶体管1213导通时， FD区1215的电位被初始化为根据Vres(N)的电位的电位，并获得第 N行被选择的状态。作为对像素区12中的所有像素121共用的电源 的Vcc可以总是保持高电平。在相同的时间段中，通过在电子快门扫 描单元141将作为任意行的第M行的Vres(M)和Pres(M)设置为高电 平的状态下将Ptx(M)设置为高电平来执行PD重置。通过在将Vres(M) 设置为低电平之后再次将Pres(M)设置为高电平来使仅第M行被设置 为非选择状态。第N行的行选择操作和第M行的PD重置完成(时 间段Trsl)。
随后，在时间段Txl中，将与第N行的像素的噪声分量对应的 像素信号读出到电容器CTN1。在时间段Tyl中，将与噪声分量叠加 的像素信号读出到电容器CTS1。第N行的像素信号的读出操作完成。
随后，通过在将Vres(N)设置为低电平之后再次将Pres(N)设置 为高电平来将第N行设置为非选择状态。在这个时间段中，通过在将 Vres(N+l)设置为高电平之后将Pres(N+l)设置为高电平来选择第 (N+l)行。此外，通过在将第(M+1)行的Vres(M+l)和Pres(M+l)设置 为高电平的状态下将Ptx(M+l)设置为高电平来执行PD重置。在此之 后，Vres(M+l)返回到低电平，并再次将Pres(M+l)设置为高电平。 因而，第(M+1)行被设置为非选择状态，第(M+1)行的PD重置、第N 行的非选择操作和第(N+1)行的选择操作完成(时间段Trs2)。
随后，在时间段Tx2中，将与第(N+1)行的像素的噪声分量对应 的信号读出到电容器CTN2。在时间段Ty2中，将与噪声分量叠加的 像素信号读出到电容器CTS2。
在此之后，在时间段Tz2中，通过在将Vres(N+l)设置为低电平 的状态下再次将Pres(N+l)设置为高电平来将第(N+l)行设置为非选 择状态。同时，将Pvadd设置为高电平，并分别将电容器CTN1和CTN2中保持的噪声分量与电容器CTS1和CTS2中的像素信号相加。 以这种方式，第N行和第(N+1)行的相加读出以及第M行和第(M+1) 行的电子快门操作中的水平消隐时段完成。
接着，将描述非相加驱动模式下的读出操作和电子快门操作(即， 光电二极管重置操作)。图8中的(c)为非相加驱动模式下的读出操作 的时序图，图8中的(d)为电子快门操作的时序图。
在水平同步信号HD输入到定时发生器151之后，在与两行相加 驱动模式下的时间段Trsl对应的时间段Tp内不执行读出操作。类似 地，在与时间段Txl和Tyl对应的时间段Tq内不执行读出操作。在 时间段Tp和Tq过去之后，执行读出操作。
首先，读出行扫描单元142执行第N行的选择操作。当通过在 将Vres(N)设置为高电平之后将Pres(N)设置为高电平来使重置MOS 晶体管1213导通时，FD区1215的电位被初始化为根据电源电压 Vres(N)的电位的电位，并且第N行被选择。同时，通过在电子快门 扫描单元141将第M行的Vres(M)和Pres(M)设置为高电平的状态下 将Ptx(M)设置为高电平来执行PD重置。通过在将Vres(M)设置为低 电平之后再次将Pres(M)设置为高电平来使仅M行被设置为非选择状 态。第N行的行选择操作和第M行的PD重置完成(时间段Trs)。
随后，在时间段Tx中，将与第N行的像素的噪声分量对应的像 素信号读出到电容器CTN1。在时间段Ty中，将与噪声分量叠加的 像素信号读出到电容器CTS1。第N行的像素信号的读出操作完成。
随后，在时间段Tz中，通过在将Vres(N)设置为低电平之后再 次将Pres(N)设置为高电平来将第N行设置为非选择状态。以这种方 式，非相加驱动模式下的第N行的读出操作和第M行的电子快门操 作的水平消隐时段完成。非相加驱动模式下的水平消隐时段的长度与 上述两行相加驱动模式下的水平消隐时段相同。
图9A和图9B是示出第二实施例中的固态成像设备的驱动方法 的时序图。图9A示出从两行相加驱动模式切换到非相加驱动模式的 情况下的驱动方法。图9B示出从非相加驱动模式切换到两行相加驱动模式的情况下的驱动方法。
在图9A中，在作为第一帧的帧F-1中，执行作为第一驱动模式 的两行相加驱动模式下的读出行扫描，所述帧F-l为紧接着驱动模式 被切换之前的帧。此外，在帧F-1中，并行地执行作为第二驱动模式 的非相加驱动模式下的电子快门操作。此时，非相加驱动模式下的PD 重置时间段Trs与两行相加驱动模式下的时间段Trs2重叠。
在图9B中，在用作紧接着驱动模式切换之前的帧的帧F-l中， 并行地执行作为第 一驱动模式的非相加驱动模式下的读出行扫描和 作为第二驱动模式的两行相加驱动模式下的电子快门操作。此时，两 ^f亍相加驱动才莫式下的PD重置时间段Trsl和Trs2分别与非相加驱动 才莫式下的时间段Tp和Trs重叠。
根据第二实施例，即使在紧接着驱动模式切换之前的帧中执行不
同驱动模式下的读出行扫描和电子快门扫描，电子快门扫描中的PD 重置时间段也不与读出行扫描中的来自垂直输出线的信号读出时间 段重叠。因此，即使在具有重置MOS晶体管的漏极可以每行独立地 被脉冲驱动的这种构造的固态成像设备中，在紧接着驱动模式切换之 前的帧中，也可在读出行扫描期间开始后一帧的重置行扫描。也就是 说，即使当帧率提高时，也可改进当紧接着驱动模式切换之后的帧的 累积时间可被设置时的定时的自由度。电子变焦模式下的图片质量可 得到改进。此外，在第二实施例中，由于在相同的时间段中执行选择 操作和PD重置，因此不必提供仅用于PD重置的时间段，诸如第一 实施例中的时间段Trl和Tr2。因而，水平消隐时段可缩短。
虽然以与本发明的第一实施例的描述类似的方式描述了将两行
相加驱动模式和非相加驱动模式用作驱动模式的示例，但是将在一个 水平消隐时段内相加的行数不受限制。虽然以上显示了通过使用线存 储器的电容器将像素信号相加的示例，但是它不限制本发明的实施 例。例如，来自垂直输出线的输出可通过噪声消除电路连接至线存储 器，并且可在噪声消除电路中执行相加。此外，本发明还可应用于在 一个水平消隐时段内跳过行的这种扫描，即，还可应用于使像素稀疏化并且从像素区中的部分区域中读出信号的情况。也就是说，通过使 不同的驱动模式下的水平消隐时段恒定并且还在不执行来自垂直输
出线的信号的读出的时间段内执行PD重置，可获得与第二实施例类 似的效果。在包括用于校正处理的遮光像素并且不具有光电转换元件 的像素与和图像创建相关的有效像素一起被保持在像素区中的固态
成像设备中，像素区中的部分区域也可表示所有有效像素。
在图8中，虽然在非相加驱动模式下的时间段Tp和Tq中不执 行驱动像素的操作，但是时间段Trs至Tz和与时间段Tp和Tq对应 的时间段可交换。在这样的情况下，非相加驱动模式下的时间段Trs 与两行相加驱动才莫式下的时间段Trsl重叠。因此，即使在具有3晶 体管构造的放大型MOS传感器中，在紧接着驱动模式切换之前的帧 中，也可在读出行扫描期间开始后一帧的重置行扫描。然而，如果时 间段Trs至Tz和与时间段Tp和Tq对应的时间段交换，则像素信号 被保持在线存储器单元中之后直到水平传送时段为止的时间间隔变 长。在这样的情况下，由于保持在电容器中的电荷泄漏或者它受干扰 噪声的影响的可能性提高，所以认为所获得的图像的质量劣化。因此， 期望如图8所示的驱动，其中，像素信号被保持在线存储器单元之后 直到水平传送时段为止的时间间隔较短。
在第二实施例中，使驱动模式切换之前和之后的一个水平同步时 段的长度相等。水平同步信号HD输入到定时发生器151之后直到执 行重置扫描为止的时间和水平同步信号HD输入到定时发生器151之 后直到像素信号被保持在线存储器单元131中的电容器中为止的时间 不同。因此，在帧F-1中，可与读出扫描并行地执行重置扫描。 (第三实施例)
随后，将主要就与第二实施例不同的点描述可应用本发明的第三 实施例。
图10中示出根据第三实施例的固态成像设备l的像素的构造示 例。图11中示出使用图10中示出的像素的像素区12和线存储器单 元131的构造示例。图13A和图13B中示出用于驱动图11中示出的像素区12和线存储器单元131的脉冲的时序图。与第一和第二实施
例中共同的构造用相同的标号表示。虽然这里为了简化说明仅提取四 行x两列的像素并对这些像素进行举例说明，但是像素数量不限于此。
在图10中，像素121A和121B共享放大MOS晶体管1214、重 置MOS晶体管1213和FD区1215。 FD区1215通过传送MOS晶体 管1212A连接至PD部分1211A，并通过传送MOS晶体管1212B连 接至PD部分1211B。虽然图10中示出两个像素共享放大MOS晶体 管、重置MOS晶体管和FD区的示例，但是共享它们的像素数量不 受限制，可使用三个或更多个像素共享它们的构造。虽然重置MOS 晶体管1213的漏极连接至能够每行独立地被脉冲驱动的电源电压 Vres， ^f旦是它还可以以这样的方式构造，即，以与第一实施例类似的 方式，它连接至所有像素共享的电源电压Vcc。
在图11中，像素构造如图10所示，即，像素121A和121B设 置到一个单元中，并且多个单元二维布置在像素区12中。第N行的 电源线Vres(N)连接至像素121A的Vres端子，信号线Pres(N)连接至 Pres端子，信号线Ptx(N)连接至Ptx(A)端子。第(N+1)行的信号线 Ptx(N+l)连接至像素121B的Ptx(B)端子。除了用于存储读出到每条 垂直输出线122的信号的电容器CTN1和CTS1之外，线存储器单元 131还具有用于连接电容器CTN1和CTS1与垂直输出线122的CT 传送开关MOS晶体管1311和1312。线存储器单元131还包括用于 将电容器CTN1和CTS1中存储的信号读出到差分放大器133的水平 传送开关MOS晶体管1317和1318。虽然图11中示出不执行线存储 器131中的相加的构造示例，但是可使用这样的构造，即，以与第一 和第二实施例类似的方式在线存储器131中执行相加。
在图10中示出的构造示例中，在列方向上的像素相加中，可在 FD区中执行共享FD区的像素的相加。
接着，将参照图12的时序图描述第三实施例中的驱动方法。
首先，将描述第N行和第(N+l)行以及第(N+2)行和第(N+3)行的 两行相加驱动模式下的读出扫描和电子快门扫描。图12中的(a)为像素相加驱动模式下的读出操作的时序图，图12中的(b)为电子快门操 作的时序图。当水平同步信号HD输入时，读出行扫描单元142执行 第N行和第(N+1)行的选择操作。
当通过在将Vres(N)设置为高电平之后将Pres(N)设置为高电平 来使重置MOS晶体管1213导通时，FD区1215的电位被初始化为根 据电源电压Vres的电位的电位，并且获得第N行和第(N+1)行被选择 的状态。作为对像素区12的所有像素121共用的电源的Vcc可总是 保持高电平。同时，通过在电子快门扫描单元141将任意第M行和 第(M+1)行的Vres(M)和Pres(M)设置为高电平的状态下将Ptx(M)和 Ptx(M+l)设置为高电平来执行PD重置。通过在将Vres(M)设置为低 电平之后再次将Pres(M)设置为高电平来将第M行和第(M+1)行设置 为非选择状态。第N行和第(N+1)行的行选择操作以及第M行和第 (M+l)行的PD重置完成(时间段Trsl)。
随后，在时间段Txl中，将与第N行和第(N+1)行的噪声分量对 应的像素信号读出到电容器CTN1。
在时间段Tyl中，通过同时将Ptx(N)和Ptx(N+l)设置为脉冲形 式的高电平，将第N行的像素中累积的电荷和第(N+1)行的像素中累 积的电荷传送到FD区，并进行相加。与通过将由噪声分量引起的电 荷与第N行和第(N+1)行的PD部分中累积的电荷叠加而获得的电荷 量对应的像素信号被保持在电容器CTS1中，第N行和第(N+1)行的 相加和像素信号的读出完成。
随后，通过在将Vres(N)设置为低电平的状态下再次将Pres(N) 设置为高电平来使第N行和第(N+1)行设置为非选择状态(时间段 Tzl)。
以这种方式完成水平消隐时段，在水平消隐时段期间，执行第N 行和第(N+l)行的相加读出以及第M行和第(M+l)行的电子快门操作。 类似地，在水平传送时段过去之后的后一水平消隐时段中，执行第 (N+^行和第(N+:3)行的相加读出以及第(M+"行和第(M+a行的电子 快门操作。随后，将描述非相加驱动模式下的读出操作和电子快门(PD重 置)操作。图12中的(c)为非相加驱动模式下的读出操作的时序图， 图12中的(d)为电子快门操作的时序图。
首先，读出行扫描单元142执行行选择操作。由于第N行的像 素121A和第(N+1)行的像素121B共享FD区，所以第N行和第(N+1) 行被同时选择。当通过在将Vres(N)设置为高电平之后将Pres(N)设置 为高电平来使重置MOS晶体管1213导通时，FD区1215的电位被初 始化为根据电源电压Vres的电位的电位，并获得第N行和第(N+1) 行被选择的状态。同时，电子快门扫描单元141依次将第M行的 Vres(M)、 Pres(M)和Ptx(M)设置为高电平，并执行第M行的PD重 置。以这种方式，第N行和第(N+1)行的行选择操作以及第M行的 PD重置完成(时间段Trs)。
随后，在时间段Tx中，将与第N行的像素的噪声分量对应的像 素信号读出到电容器CTN1。
在时间段Ty中，将与噪声分量叠加的第N行的像素信号读出到 电容器CTS1，第N行的像素信号的读出完成。随后，在时间段Tz 中，通过在将Vres(N)设置为低电平的状态下再次将Pres(N)设置为高 电平来将第N行和第(N+1)行设置为非选择状态。以这种方式，水平 消隐时段完成，在水平消隐时段期间，执行非相加驱动模式下的第N 行的像素信号的读出和第M行的电子快门操作。
类似地，在水平传送时段过去之后的后一水平消隐时段中，笫N 行和第(N+1)行4皮选择。同时，执行第(M+1)行的PD重置。通过在读 出噪声信号之后将Ptx(N+l)设置为高电平，读出第(N+1)行的像素信 号。在此之后，执行第N行和第(N+1)行的非选择操作，并且水平消 隐时段完成，在水平消隐时段期间，执行第(N+1)行的读出和第(M+1) 行的电子快门操作。非相加驱动模式下的水平消隐时段的长度与上述 两行相加驱动模式下的水平消隐时段相同。
图13A和图13B是示出第三实施例中的固态成像设备的驱动方 法的时序图。图13A示出从两^f亍相加驱动模式切:换到非相加驱动才莫式的情况下的驱动方法。图13B示出从作为第一驱动模式的非相加驱动 模式切换到作为第二驱动模式的两行相加驱动模式的情况下的驱动。 在图13A中，在作为紧接着驱动模式切换之前的帧的帧F-l中，并行 地执行两行相加驱动模式下的读出行扫描和非相加驱动模式下的电 子快门操作。此时，非相加驱动模式下的PD重置时间段Trs与两行 相加驱动模式下的时间段Trsl重叠。
在图13B中，在作为第一帧的帧F-l中，执行作为第一驱动模 式的非相加驱动模式下的读出行扫描，其中，帧F-1为紧接着驱动模 式切换之前的帧。此外，在帧F-1中，并行地执行作为第二驱动模式 的两行相加驱动模式下的电子快门操作。此时，两行相加驱动模式下 的PD重置时间段Trsl分别与非相加驱动模式下的时间段Trs重叠。
根据第三实施例，即使在紧接着驱动模式切换之前的帧中执行不 同驱动模式下的读出扫描和电子快门扫描，电子快门扫描中的PD重 置时间段也不与读出行扫描中的来自垂直输出线的信号读出时间段 重叠。因此，即使在具有可在FD区中执行像素相加这样的构造的固 态成像设备中，在紧接着驱动模式切换之前的帧中，也可在读出行扫 描期间开始后一帧的重置行扫描。也就是说，即使当帧率提高时，也 可延长紧接着驱动模式切换之后的帧的累积时间，并可防止电子变焦 模式下的图片质量劣化。此外，在第三实施例中，由于在相同的时间 段中执行选择操作和PD重置，因此，不必提供仅用于PD重置的时 间段，诸如第一实施例中的时间段Trl和Tr2。因此，可缩短水平消 隐时段。
虽然以与本发明的第一和第二实施例的描述相似的方式关于将 两行相加驱动模式和非相加驱动模式用作驱动模式的示例描述了第 三实施例，但是将在一个水平消隐时段内相加的行数不受限制。虽然 以上显示了通过使用线存储器的电容器来将像素信号相加的示例，但 是它不限制本发明的实施例。例如，来自垂直输出线的输出可通过噪 声消除电路连接至线存储器，并可在噪声消除电路中执行相加。此外， 本发明还可应用于在一个水平消隐时段内跳过行的这种扫描，即，还可应用于使像素稀疏化并且从像素区中的部分区域中读出信号的情 况。也就是说，通过使不同驱动模式下的水平消隐时段恒定并且还在
不执行来自垂直输出线的信号的读出的时间段内执行PD重置，可获 得与第三实施例中的效果类似的效果。在包括用于校正处理的遮光像 素并且不具有光电转换元件的像素与和图像创建相关的有效像素一 起被保持在像素区中的固态成像设备中，像素区中的部分区域也可表 示所有有效像素。
在第三实施例中，使驱动模式切换之前和之后的一个水平同步时 段的长度相等。水平同步信号HD输入到定时发生器151之后直到执 行重置扫描为止的时间和水平同步信号HD输入到定时发生器151之 后直到像素信号被保持在线存储器单元131中的电容器中为止的时间 不同。因此，在帧F-1中，可与读出扫描并行地执行重置扫描。 (第四实施例)
随后，现在将描述可应用本发明的第四实施例。图14示出根据 第四实施例的固态成像设备的构造示例。在图14中，提供图1中 示出的固态成像设备l; A/D转换器(ADC)2;信号处理单元3; CPU 4;切换单元5;作为在像素区12中形成图像的光学系统的透镜单元 6;图像显示器7;和图像记录器8。固态成像设备1为如第一至第三 实施例中所描述的设备。
固态成像设备1根据进入透镜单元6的光束执行光电转换，并输 出图像信号。在ADC2中，作为从固态成像设备l输出的模拟信号的 图像信号被转换为数字信号，并作为图像数据输出。在信号处理单元 3中，对图像数据执行诸如图像校正等的信号处理。在信号处理单元 3中处理的图像数据由图像显示器7显示，或者由图像记录器8记录。 当通过切换单元5的操作将用于模式改变、电子变焦等的控制信号输 入到CPU4时，CPU4改变透镜单元6、固态成像设备l、 ADC2、 信号处理单元3、图像显示器7和图像记录器8的控制。
根据本发明的第四实施例，当在高帧率的运动图像拍摄模式下切 换电子变焦时，可防止紧接着变焦倍率切换之后的图像的劣化。此外，在固态成像设备l的驱动方法中，由于无论电子变焦倍率 (即，驱动模式)如何，水平消隐时段恒定，所以水平同步信号输入 之后直到开始图像信号输出为止的时间变为恒定。因而，可获得这样
的效果，即，可^f吏当电子变焦倍率改变时ADC 2和信号处理单元3 的控制简化。 (其它)
在前述实施例中的每个中，图l等中示出了这样的构造，即，输 出到垂直输出线122的像素信号直接输入到作为保持单元的线存储器 单元131。然而，保持单元的构造不限于作为示例而示出的构造，例 如，可使用对于每条垂直输出线122串联插在像素区12和放大器133 之间的路径上的箝位电容器。此外，可在每个箝位电容器和放大器133 之间提供其它放大器。
在前述实施例中的每个中，提及了跳过行的扫描(即，使像素稀 疏化并且从像素区中的部分区域中读出像素信号的驱动模式)、从像 素区中的部分区域中的所有像素中读出像素信号的驱动模式和将像 素信号相加的驱动模式。
在前述实施例的每个中，在作为第一帧的帧F-l中开始的电子快 门扫描中，对在作为第二帧的帧F中对其执行读出扫描的像素执行 PD重置。关于在帧F中对其不执行读出扫描的像素，不必执行PD 重置。
尽管已参照示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明 不限于所公开的示例性实施例。将给予权利要求的范围以最广泛的解 释，以包括所有这样的修改以及等同的结构和功能。
本申请要求于2008年2月6日提交的日本专利申请 No.2008-026541的权益，在此引入其全部内容作为参考。
权利要求
1、一种固态成像设备的驱动方法，所述固态成像设备包括像素区，在其中二维布置像素，所述像素包括用于根据入射光来累积电荷的光电转换元件、用于保持电荷的浮动扩散区、用于将光电转换元件中累积的电荷传送到浮动扩散区的传送单元、用于重置浮动扩散区中保持的电荷的重置单元和用于输出根据浮动扩散区中的电压的像素信号的输出单元；和保持单元，用于保持从输出部分输出的像素信号，其中，所述方法包括以下步骤在第一帧中，以第一驱动模式进行读出扫描，以通过电源单元和重置单元控制浮动扩散区的电位来选择像素并在保持单元中保持像素信号；以及在第一帧后面的第二帧中，以与第一驱动模式不同的第二驱动模式开始读出扫描，以及其中，用于重置光电转换元件中累积的电荷的重置扫描在第一帧中以第二驱动模式开始，以使得光电转换元件中累积的电荷的重置操作不与保持单元中的像素信号的保持操作重叠。
2、 根据权利要求l所述的固态成像设备的驱动方法，其中，第一驱动模式下的一个水平同步时段的长度和第二驱动模式下 的一个水平同步时段的长度相同，以及从水平同步时段的开始到保持 操作的时段长度与从水平同步时段的开始到重置操作的时段长度不 同。
3、 根据权利要求1或2所迷的固态成像设备的驱动方法，其中， 第一驱动模式下的一个水平消隐时段的长度和第二驱动模式下的 一 个水平消隐时段的长度相同。
4、 根据权利要求1至3中的任何一个所述的固态成像设备的驱 动方法，其中，通过在第 一帧中以第二驱动模式开始的重置扫描，对输出像素信号的像素的光电转换元件中所累积的、并且通过在第二帧中以第二驱 动模式进行的读出扫描而在保持单元中所保持的电荷进行重置。
5、 根据权利要求1至4中的任何一个所述的固态成像设备的驱 动方法，其中，在与用于选择经受以第一驱动模式进行的读出扫描的像素的选 择操作相同的时间段中，进行用于在以第二驱动模式进行的重置扫描 中对光电转换元件中累积的电荷进行重置的重置操作。
6、 一种固态成像设备，包括 像素区，在其中二维布置像素，所述像素包括用于根据入射光来累积电荷的光电转换元件、用于 保持电荷的浮动扩散区、用于将光电转换元件中累积的电荷传送到浮 动扩散区的传送单元、用于重置浮动扩散区中保持的电荷的重置单元和用于输出根据浮动扩散区中的电压的像素信号的输出单元； 保持单元，用于保持从输出部分输出的像素信号；以及 在第一帧中，以第一驱动模式进行读出扫描，以通过电源单元和重置单元控制浮动扩散区的电位来选择像素并在保持单元中保持像素信号；以及在第一帧后面的第二帧中，以与第一驱动模式不同的第二驱动模 式开始读出扫描，以及其中，用于重置光电转换元件中累积的电荷的重置扫描在第一帧中以 第二驱动模式开始，以使得光电转换元件中累积的电荷的重置操作不与保持单元中的像素信号的保持操作重叠。
7、 根据权利要求6所述的固态成像设备，其中， 控制单元进行控制，以使得第一驱动模式下的一个水平同步时段的长度和第二驱动模式下 的一个水平同步时段的长度相同，并且，从水平同步时段的开始到保持操作的时段长度与从水平同步时段的开始到重置操作的时段长度 不同。
8、 根据权利要求6或7所迷的固态成像设备，其中，第一驱动模式下的一个水平消隐时段的长度和第二驱动模式下 的 一个水平消隐时段的长度相同。
9、 根据权利要求6至8中的任何一个所述的固态成像设备，其中，通过在第一帧中以第二驱动模式开始的重置扫描，对输出^f象素信 号的像素的光电转换元件中所累积的、并且通过在第二帧中以第二驱 动模式进行的读出扫描而在保持单元中所保持的电荷进行重置。
10、 根据权利要求6至9中的任何一个所述的固态成像设备，其中，控制单元进行控制，以使得在与用于选择经受以第一驱动模式进行的读出扫描的像素的选 择操作相同的时间段中，进行用于在以第二驱动模式进行的重置扫描 中对在光电转换元件中累积的电荷进行重置的重置操作。
11、 根据权利要求6至10中的任何一个所述的固态成像设备，其中，多个所述光电转换元件中的每个经由相应的一个传送单元被连 接到相应的浮动扩散区。
12、 根据权利要求6至11中的任何一个所述的固态成像设备，其中，所述光电转换元件是光电二极管，所述传送单元、所述重置单元和所述输出单元中的每个是MOS 晶体管，以及所述浮动扩散区被连接到作为所述输出部分的MOS晶体管的栅极。
13、 一种成像系统，包括根据权利要求6至12中的任何一个所述的固态成像设备； 光学系统，用于在像素区上形成图像；以及 信号处理单元，用于处理从固态成像设备输出的信号。
全文摘要
在具有3晶体管构造的放大型MOS传感器中，当帧率提高时，紧接着驱动模式切换之后的帧的累积时间变短。当使增益校正补偿累积时间缺乏时，引起图片质量劣化。在驱动模式切换之前的帧中并行地执行读出扫描和重置扫描，从而防止用于重置像素的时间段与将像素信号保持到保持单元中的时间段重叠。
文档编号H04N5/335GK101690158SQ200980000529
公开日2010年3月31日 申请日期2009年1月29日 优先权日2008年2月6日
发明者园田一博, 竹中真太郎, 藤村大, 野田智之 申请人:佳能株式会社