专利名称：固态摄像元件、其驱动方法以及摄像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态摄像元件、其驱动方法及控制程序，并且更具体地说，涉及一种CMOS固态摄像元件、其驱动方法及控制程序。
背景技术：
近来，摄像元件的像素越来越多，伴随该发展，读出时间的高速化也成为问题。可以列举多通道化作为用于摄像元件的高速读出的公知技术之一。多通道化是这样的技术即设置多个输出端子，例如使得多组垂直输出线分别地向不同的输出端子并行地输出信号，由此使得能够进行高速读出。然而，在摄像元件的驱动方法中，这种多通道化只是缩短水平传送所需的时间。因此，难以针对需要在水平传送之前执行的、所谓的水平消隐期中的操作而缩短该时间。这种操作例如是这样的将信号电荷从光电转换元件传送到浮动扩散层部，将垂直输出线上出现的信号电位传送到以列为单位布置的用作信号存储单元的电容器等。另一方面，除了多通道化以外，还已知一种用于高速读出的技术，其通过同时地进行要在水平消隐期中进行的操作的一部分和水平传送来实现。根据日本特开专利申请第2010-206653号(专利文献I)的官方公报，公开了一种能够实现这样的技术的摄像元件的构造及驱动方法。即，公开了一种摄像元件，其包括二维地布置的多个像素；在所述多个像素的各列中各隔预定行布置的多个像素分别地连接到的多个垂直输出线；用于积聚通过所述多个垂直输出线从所述像素传送的像素信号的第一信号存储单元；用于积聚从所述第一信号存储单元传送的像素信号的第二信号存储单元；以及用于水平地传送所述第二信号存储单元中所积聚的像素信号的水平传送单元，其中，在所述多个垂直输出线将像素信号从所述像素传送到所述第一信号存储单元的同时，所述水平传送单元将所述第二信号存储单元中已经积聚的像素信号水平地传送。根据以上专利文献，由于将像素信号从像素传送到第一信号存储单元的时间段(即，覆盖水平消隐期的预定部分的时段)，以及水平传送时段可以同时地并行，因此能够进行高速读出。下文中将“覆盖预定部分的时段”称作“第一水平消隐期”。然而，根据以上专利文献，并未公开像素信号从第一信号存储单元到第二信号存储单元的传送，并且该传送不能与水平传送和到第一信号存储单元的传送中的任一个相并行。因此，即使使用以上专利文献的技术，通过从现有技术中的水平消隐期减去第一水平消隐期而获得的时段(下文中将这样的时段称作“第二水平消隐期”，并且其与像素信号从第一信号存储单元到第二信号存储单元的传送时段相一致)仍保持为针对垂直线的数量而简单地相加的读出时间。另一方面，还提出了用于缩短水平消隐期自身的技术。根据日本特开专利申请第2004-134867号(专利文献2)的官方公报，公开了能够实现这种技术的摄像元件的驱动方法。即，公开了一种固态摄像设备，其通过布置分别具有多个光电转换元件和一个放大元件的多个单位单元(cell)来构造，各光电转换元件用于将光信号转换成要积聚的信号电荷，并且放大元件接收所述各光电转换元件的信号电荷并输出与该信号电荷相对应的信号，其中，所述固态摄像设备具有连接到所述放大元件的输出线并通过该输出线输入从所述单位单元输出的信号的读出电路系统，并且所述读出电路系统具有输入第一信号、第二信号以及第三信号并且获得所述三个输入信号中的任意两个的多个组合之间的差分的差分单元，其中，所述第一信号与所述放大元件的输入单元的复位电平相对应，通过将与所述多个光电转换元件中的至少一个光电转换元件中所积聚的信号电荷相对应的信号加到所述第一信号来提供所述第二信号，并且通过将与所述多个光电转换元件中的至少一个光电转换元件中所积聚的信号电荷相对应的信号加到所述第二信号来提供所述第三信号。根据以上专利文献，由于所述放大元件的输入单元由多个光电转换元件共用，因此不需在每次传送与各个元件的信号电荷相对应的信号时都对该放大元件的输入单元进行复位，并且还能够公共地使用与复位电平相对应的信号。因此，获得了这样的优点用于将放大元件的输入单元复位的时间以及用于在复位之后传送与复位电平相对应的信号的时段能够减少与(共用放大元件的输入单元的光电转换元件的数量-1)所得的数量相对应的时间。
然而，根据以上专利文献，关于时间完全地分离了水平消隐期和水平传送时段，而未提供如专利文献I中所公开的能够将它们并行化这样的构造。因此，关于实现高速读出这一点，其效果仅在于缩短水平消隐期的范围内。而且，为了通过将第一水平消隐期和水平传送时段的同时并行化(专利文献I)与水平消隐期的缩短(专利文献2)相结合来实现更高速的读出，存在它们不能被简单地结合的下列问题。即，在将根据专利文献2的摄像元件的驱动方法应用于根据专利文献I的摄像元件的构造及其驱动方法的情况下，从第一信号存储单元到第二信号存储单元的传送、以及相加信号从光电转换元件到第一信号存储单元的传送不能被简单地并行化。这是因为，必须提供相加信号的数量+1的电容器(+1是积聚与复位电平相对应的信号所必需的电容器的数量)作为第一信号存储单元。原因是，在将信号从第一信号存储单元传送到第二信号存储单元时(在第二水平消隐期中)，新的相加信号不能被传送到与紧接传送时段之后执行的水平传送相伴随的差分处理相关的两个第一信号存储单元。如果结合根据专利文献2的摄像元件的驱动方法，则尽管相加信号的数量越大、缩短水平消隐期的效果越好，但是伴随着存储单元的电容器数量的增大。这导致芯片面积的增大。在芯片上的空间与由归因于大量像素的细化所导致的像素列方向上的节距缩小相关联地减小这样的情况下，存储单元的电容器的布局自身出现困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种固态摄像元件，其中，能够在无需如上所述地布置用作第一信号存储单元的大量电容器的情况下将相加信号从光电转换元件到第一信号存储单元的传送与从第一信号存储单元到第二信号存储单元的传送并行化。根据本发明的一方面，一种固态摄像元件包括多个第一信号存储单元，至少第一预定数量的所述多个第一信号存储单元连接到各垂直输出线以存储从选择的单位单元传送到该垂直输出线的信号；以及多个第二信号存储单元，至少第二预定数量的所述多个第二信号存储单元连接到各垂直输出线以存储从所述第一预定数量的第一信号存储单元传送的信号，其中，选择性地驱动所述多个第一信号存储单元以及所述多个第二信号存储单元，以使得在用于选择性地驱动所述第一信号存储单元以存储通过驱动所选择的单位单元的信号读出单元而传送到所述垂直输出线的信号的时间段中，连接到所述垂直输出线的其他的第一信号存储单元以及用于存储从所述其他的第一信号存储单元传送的信号的所述第二信号存储单元被选择性地驱动。通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征和方面将变得清 楚
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图例示了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且与文字说明一起用来解释本发明的原理。图1是例示根据本发明的摄像设备的整体构造的框图。图2是根据本发明第一实施例的固态摄像元件的构造图。图3是例示根据本发明第一实施例的固态摄像元件的单位像素的构造的等效电路图。图4是例示用于描述根据本发明第一实施例的固态摄像元件的驱动方法的时序图的图。图5是例示用于描述根据本发明第一实施例的固态摄像元件的驱动方法的时序图的图。图6是例示用于描述根据本发明第一实施例的固态摄像元件的驱动方法的时序图的图。图7是根据本发明第二实施例的固态摄像元件的构造图。图8是例示用于描述根据本发明第二实施例的固态摄像元件的驱动方法的时序图的图。图9是根据本发明第三实施例的固态摄像元件的构造图。图10是例示用于描述根据本发明第三实施例的固态摄像元件的驱动方法的时序图的图。图11是根据本发明第四实施例的固态摄像元件的构造图。图12是例示用于描述根据本发明第四实施例的固态摄像元件的驱动方法的时序图的图。
具体实施例方式下面将参照附图详细描述本发明的各种示例性实施例、特征和方面。下文中将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。首先，将描述具有根据本发明实施例的固态摄像元件的摄像设备的整体构造。图1是例示根据本发明的摄像设备的整体构造的框图。在图1中，诸如透镜等的摄影光学系统I包括光圈和机械快门。固态摄像元件2对由摄影光学系统I聚焦的被摄体图像进行光电转换并获得电信号。在下文中的实施例中将详细描述作为本发明的特征的固态摄像元件2。
A/D转换单元3将从固态摄像元件2输出的模拟信号转换成数字信号。数字图像信号被存储到图像存储器7中并经受信号处理单元6的诸如白平衡校正、伽马校正等的各种信号处理。记录电路8将经受信号处理的图像信号记录到记录介质9中。记录电路8还是与记录介质9的接口电路。还可以通过显示电路接口 10来将图像信号直接地显示到诸如液晶显示器等的显示设备11。显示设备11还可以进行用于以实时的方式连续地显示从现在起要拍摄的画面的实时取景显示或者已记录的运动图像的再现显示。定时生成单元4生成用于通过驱动单元5来驱动诸如摄影光学系统1、固态摄像元件2等的摄像系统的定时信号。此外，定时生成单元4还生成用于与摄像系统的驱动相同步地驱动并控制A/D转换单元3的定时信号及固态摄像元件2的输出信号。由于本发明的固态摄像元件的驱动方法的特征涉及定时生成单元4的功能，因此下文中将详细描述它们。系统控制单元12通过执行暂时地存储在易失性存储器13中的程序来控制整个摄像设备。在执行程序时，存储器13还用作工作存储器。在执行处理时要传送的程序及各种数据存储在非易失性存储器14中。第一实施例接下来，将详细描述具有用作本实施例的特征的构造的固态摄像元件2的构造。图2是例示根据本实施例的固态摄像元件2的构造的等效电路图。固态摄像元件2具有其中被摄体应当被摄影光学系统I聚焦的像素区20。在像素区20中以规则的间隔垂直地(沿列方向)且水平地(沿行方向)以二维方式布置有多个单位单元，各单位单元包括多个光电转换元件。在图中，各单位单元包括四个光电转换元件，并且单位单元以4行6列的矩阵形式二维地布置。尽管图中单位单元的构造不是很清楚，但图3中详细地放大例示了该构造。图3是用于描述图2中所例示的固态摄像元件2的单位像素的构造的等效电路 图。在下面全部描述中，(n，m)表示像素区20中单位单元布置中第η行第m列的位置。因此，一个单位单元中的所有的组成元件具有相同的位置(n, m)。四个符号LU、RU、LD和RD表示单位单元中按图上左上位置、右上位置、左下位置、及右下位置的顺序存在的光电转换元件。微透镜200(n，m)将一个或多个光电转换元件覆盖在其半径内。在本实施例中，光电转换元件与微透镜之间的对应关系基本上是任意关系，并且被覆盖在半径内的单位单元中的光电转换元件的数量也不受限制。201LU(n，m)、201RU(n，m)、201LD(n，m)和 201RD(n，m)分别地表示单位单元中的光
电转换元件。光电转换元件包括N型半导体区，并且还用作电荷积聚部。分别通过传送晶体管203LU(n，m)、203RU(n，m)、203LD(n，m)和 203RD(n，m)将光电转换元件中所生成的信号电荷传送到电荷-电压转换单元202 (n, m)。与四个传送晶体管相对应的是，存在传送晶体管的四个控制线TxLU (n)、TxRU (η)、TxLD (η)、TxRD (η)。在本发明中，通过各传送晶体管来共用电荷-电压转换单元202的一套光电转换元件及连接到电荷-电压转换单元的放大晶体管(下文中将描述)的组称作“单位单元”。在传送晶体管的控制线处于高状态时，对应的传送晶体管被导通。在控制线处于低状态时，对应的传送晶体管被截止。由于对沿水平方向布置的多个光电转换元件公共地设置控制线，因此按照仅取决于如上所述示出行号的“η”的方式表达参考号。电荷-电压转换单元202还包括N型半导体区，并且还按照与光电转换元件相似的方式用作电荷积聚部。仅在从光电转换元件到电荷-电压转换单元202的信号电荷传送之前和之后选择性地使用作为电荷积聚部的功能。还能够以在下文中将描述的时序图的周期，通过由控制线Rx(n)导通和截止的复位晶体管204 (n,m)(复位单元)来将电荷-电压转换单元202复位成电源电压VDD。通过向控制线Rx(n)提供高信号，复位晶体管被导通并且进行复位。由于在复位完成之后截止复位晶体管，因此电荷-电压转换单元202被设定成电浮动状态。当从光电转换元件传送信号电荷时，电位减小比电源电压VDD多与所传送的信号电荷相对应的量。因此，通过将其读取为信号，模拟电信号被输出。这样的处理是单位单元的功能。与信号电荷相对应的电位是通过将信号电荷量除以电荷-电压转换单元202具有的电容并将所获得的值乘以被构造成连接到垂直输出线Vm(下文中将描述)的源跟随器电路的电压放大因子而提供的电位。
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电荷-电压转换单元202连接到放大晶体管205 (n，m)的栅极，并且在选择晶体管206 (n,m)(传送单元)被控制线Sx (n,m)导通时与连接到垂直输出线Vm的恒定电流源(未示出)一起构成源跟随器电路。因此，与信号电荷相对应的电位被传送到垂直输出线Vm。各垂直输出线Vm公共地连接到沿垂直方向布置的多个单位单元，并且按一一对应的方式与沿水平方向布置的多个电荷-电压转换单元202相对应。因此，按照仅取决于示出列号的“m”的方式来表达参考号。如上所述的用于从信号电荷到电压的转换、信号放大等的构造的各元件是传统上公知的元件。本发明的构造的特征涉及使用单位单元的高速信号读出驱动方法，在所述单位单元中的各个单位单元中，通过传送晶体管来共用电荷-电压转换单元202的光电转换元件的组、及连接到电荷-电压转换单元的放大晶体管如上所述地组合。图2例示了根据本实施例的固态摄像元件2的构造，其中按4行X6列的矩阵形式以规则的间隔垂直地且水平地布置有图3中所例示的单位单元。然而，单位单元在像素区20中的布置数(4行X6列)是为了简化对本实施例的描述而设定的，而实际上，使用约几百至几千个像素的像素布置。在图2中，将关于单位单元的控制线Rx(n)、TxLU(η)、TxRU(n) ,TxLD(n) ,TxRD(η)、及Sx(η)省略以避免复杂。按照与垂直扫描电路对垂直行的指定的互锁关系方式来控制它们，下文中将描述。垂直输出线Vm公共地连接到关于垂直方向的四行。另一方面，关于沿水平方向布置的六个电荷-电压转换单元按一一对应的方式存在总共六个垂直输出线(V0至V5)。六个垂直输出线中的半数的三个垂直输出线(V1、V3、V5)连接到布置在图的上部位置的第一信号存储单元。其余的三个垂直输出线(V0、V2、V4)连接到布置在图中下部位置的第一信号存储单元。如下文中将描述的，第一输出端子存在于图的上部位置，第二输出端子存在于图的下部位置，并且提供了其中它们被分成偶数列和奇数列并且信号被并行地输出的多通道化的构造。第一信号存储单元的电容器Clml、Clm2和Clm3并联地连接到各垂直输出线Vm的非单位单元侧的侧的边缘部分。因此，实现了作为用于将垂直输出线Vm的电位作为信号来积聚和传送的单位单元的一行的存储器的功能。在现有技术中公知的CMOS型固态摄像元件中，存在其中设置有诸如与信号电荷的传送之后的电位相对应的存储器以及与信号电荷的传送之前的电位相对应的存储器的两个存储器的元件。本发明的特征之一在于，针对一个垂直输出线设置三个(第一预定数量)第一信号存储单元以便进行高速信号读出驱动。有效地控制那三个第一信号存储单元的驱动方法也是本发明的特征之一。用于将信号传送到第一信号存储单兀的电容器Clml、Clm2和Clm3的晶体管的控制线分别地由Pl_l、Pl_2和Pl_3示出。在系统控制单元12的控制下，提供给它们的控制信号通过定时生成单元4从驱动单元5发送。可以在第一信号存储单元的前段设置用于放大信号电压的放大电路。尽管放大电路因为其作为用于在以高ISO拍摄时减小暗被摄体的噪声的单元是有用的而被广泛地使用，但是由于其不是本发明必不可少的构造，因此图2中将其省略。用作第二信号存储单元的电容器C2ml、C2m2和C2m3在第一信号存储单元的后段串联地布置。它们实现作为用于进一步积聚第一信号存储单元的电容器Clml、Clm2和Clm3 的电位作为信号的一行的存储器的功能。构成单位单元的各列的第二信号存储单元的电容器的数量(第二预定数量)可以被设定成2而不是3。将在第三实施例中描述使用两个电容器的情况下的具体构造。用于将信号传送到第二信号存储单兀的电容器C2ml、C2m2和C2m3的晶体管的控制线分别地由P2_l、P2_2和P2_3示出。在系统控制单元12的控制下，提供给它们的控制信号也通过定时生成单元4而从驱动单元5提供。这对于将在其他实施例中描述的其他控制线也是适用的。紧接第二信号存储单元之前设置有作为缓冲器的称作电压跟随器电路F_ml、F_m2和F_m3的电路。电压跟随器电路具有将等于第一信号存储单元中所存储的电位的电位传送到第二信号存储单元的功能。垂直扫描电路21根据下文中将描述的时序图来发送用于沿垂直方向顺序地导通前述传送晶体管、复位晶体管及选择晶体管的行指定信号。水平扫描电路22U和22D具有沿水平方向顺序地扫描以使得第二信号存储单元的电容器C2ml、C2m2和C2m3中所积聚的电位分别地被输出到输出端子23U或23D的功能。输出端子23U和23D具有例如用于进行信号电荷的传送之前的电位(例如，复位电位)与信号电荷的传送之后的电位之间的减法并输出减法结果的差分电路的构造。因此，能够获得其中噪声已经被去除的称作S-N信号的信号。如同专利文献2，还能够获得不同的相加信号之间的差分信号，并将其输出作为与单个光电转换元件的信号电荷相对应的信号。除了固有的扫描功能以外，水平扫描电路22U和22D包括用于关于第二信号存储单元的各电容器的水平传送的两个晶体管，以便改变输入到差分电路23U和23D的水平输出线上的电位的符号。通过那两个水平传送晶体管的导电控制，能够自由地获得不同的相加信号之间的差分信号。水平扫描电路22U和22D中的PHI+、PH1-、PH2+、PH2-、PH3+和PH3-分别地表示关于导电控制的水平扫描信号控制线。将参照下文中将描述的时序图来详细描述该操作。连接到用作输出端子的差分电路23U和23D的信号线还称作“水平输出线”。还存在水平扫描和差分信号的输出被共同地称作“水平传送”的情况。在水平传送中，由于从第二信号存储单元到水平输出线的传送电位减小到第二信号存储单元的电容C2与水平输出线的电容CH之间的电容分比C2/(C2+CH)倍的值，因此从输出端子输出减小的电位之间的差分。在水平传送中，由于关于一行的信号沿水平方向顺序地扫描多列中所布置的单位单元，因此沿水平方向所谓破坏性地读出来自第二信号存储单元的降低的电位，而损失其沿水平输出线的信息。另一方面，由于控制线P2_l、P2_2和P2_3在水平传送时段中处于关状态，因此第一信号存储单元的电位沿水平方向未被损坏，而是被保持，只要其不被新的信号传送复位即可。此外，由于紧接第二信号存储单元之前设置有电压跟随器电路F_ml、F_m2和F_m3，因此能够将不取决于电容划分的电位再次传送到第二信号存储单元。图4例示了用于实现根据本发明的固态摄像元件的驱动方法的时序图。图4的时序图是在系统控制单元12的控制下通过定时生成单元4来实现的。下文中将参照时序图具体地描述固态摄像元件2的操作。
图4例示了如由水平sync信号所示出的在垂直扫描电路21选择了第η行的情况下各控制线的状态的时间依赖改变。因此，在完成图4中所例示的操作时，垂直扫描电路21选择第(η+1)行并重复图4中所例示的操作。下文中继续这样的重复，直到不剩余可选择的行为止。在图4中的时间tl时，与水平sync信号的引导一起，所选择的行(第η行)的选择晶体管206(n，m)的控制线Sx(n)上升，并且与所选择的第η行相对应的所有的单位单元连接到垂直输出线Vm(m = O 5)。在时间t2时，第η行的复位晶体管204(n，m)的控制线Rx(η)上升，并且第η行中存在的单位单元的所有的电荷-电压转换单元202 (n，m)被复位成电源电压VDD。以这种方式，电荷-电压转换单元202 (n，m)的电位被设定成将近等于VDD的值。即使在控制线Rx(η)在时间t3时被拖尾并且复位晶体管204(n，m)被截止的时间点，这样的电位状态也几乎不改变。尽管在时间t2之前水平sync信号被拖尾，但是由于仅将高状态维持如同sync信号所具有的信息的足够的时间段是足够的，因此拖尾时间不受限制。由于复位晶体管204 (n，m)在时间t3时被截止，因此电荷-电压转换单元202 (n，m)处于浮动状态。在时间t4时，控制线Pl_l上升以便将处于这样的浮动状态的电荷-电压转换单元202(n，m)的细节电位作为信号传送到由电容器Clml (m = O 5)构造的一行的存储器。在图4中，控制线Pl_l在时间t5时拖尾。接下来，在时间t6时，传送晶体管203LU(n，m)的控制线TxLU(η)上升，并且经光电转换并被积聚在光电转换兀件201LU(n, m)中的所有的信号电荷被传送到电荷-电压转换单元202(n，m)。在等待已经过足以传送信号电荷的时间的时间t7之后，控制线TxLU(η)拖尾。在时间t8时，控制线Pl_2上升以便将通过将与光电转换元件201LU(n，m)的信号电荷相对应的电位加到处于浮动状态的前述电位而提供的电位作为一行的信号传送到第一信号存储单元的电容器Clm2(m = O 5)。控制线Pl_2在时间t9时拖尾。在根据本发明的固态摄像元件2的驱动定时中，上述时间点之前的时段是与现有技术中的第一水平消隐期相对应的时间段。在现有技术以及专利文献I中，由于光电转换信号与复位电位所对应的信号之间的差分被输出，因此第一水平消隐期在该时间点完成。另一方面，在其中通过加上另一光电转换元件的信号电荷而提供的加和信号被读出(这是专利文献2的特征)的固态摄像元件中，由于新信号电荷组成部分的电压被顺序地加到电荷-电压转换单元202的电压，因此第一水平消隐期还继续。另一方面，根据专利文献1，在时间t9时完成的第一水平消隐期之后，必须提供从第一信号存储单元到第二信号存储单元的传送时段作为与水平传送时段无关的第二水平消隐期。传统上，即使在继续加和信号的读出的情况下，也可以考虑仅提供独立的第二水平消隐期，以使得不导致读出时间的减少。而且，用作与相加的信号的数量一样多的数量的第一信号存储单元的电容器必须并联地布置，使得电路空间也大大地徒劳消耗。
根据本发明，专注于电路空间这一点，并且，首先通过使用以下驱动方法将水平消隐期的部分与第二水平消隐期并行化而发展了专利文献I的技术。第二，其中所积聚的电荷由于并行化而变得不必要的第一信号存储单元的电容器被顺序地再使用，以便从电荷-电压转换单元202传送对其新加上光电转换信号电荷的信号。因此，即使加次数的数量增加，也可以仅通过针对一个垂直输出线使用至少三个电容器来获得加和信号的高速读出的优点。接下来，将参照图4来描述与第二水平消隐期相对应的实施例的时段的驱动定时。尽管从图4中的时间tlO开始与第二水平消隐期相对应的时段，但是还同时地开始新的加和信号的传送。如上所述，在该点上存在并行化。首先，将描述第二水平消隐期，紧接其后，还将描述与之同时地进行的新的加和信号的传送。在时间tio时，控制线P2_l和P2_2上升，并且用于从第一信号存储单元的电容器Clml到第二信号存储单元的电容器C2ml的传送的晶体管以及用于从电容器Clm2到电容器C2m2的传送的晶体管被导通。如上所述，与电荷-电压转换单元202(n，m)的浮动扩散层部的复位电位相对应的信号被传送到电容器Clml，并且通过将与光电转换元件20ILU (η, m)的信号电荷相对应的电位加到复位电位而提供的电位作为信号而被传送到电容器Clm2。根据电压跟随器电路F_ml、F_m2和F_m3的功能，将理解，以上两个电位被完全地传送到第二信号存储单元的电容器C2ml和C2m2。在经过足以传送的时间之后，在时间til时，控制线P2_l和P2_2被拖尾，并且操作可以移至在其期间两个信号之间的差分被输出的水平传送时段。与第二水平消隐期相并行地，进行新的加和信号到第一信号存储单元的传送。按照与以上相似的方式，在时间tio时，传送晶体管203RU(n，m)的控制线TxRU(η)上升，并且经光电转换并积聚在光电转换兀件201RU(n, m)中的所有的信号电荷被传送到电荷-电压转换单元202(n，m)。在等待已经过足以传送信号电荷的时间的时间tl2之后，控制线TxRU (η)拖尾。接下来，在时间tl3时，控制线Pl_3上升。因此，加和信号作为信号被完全地传送到由第一信号存储单元的电容器Clm3(m = O 5)构造的一行的存储器。此时的加和信号是通过将与对其加上光电转换元件201LU(n，m)和201RU(n，m)中的各个光电转换元件的信号电荷的信号电荷相对应的电位加到复位电位而提供的电位所对应的信号。在时间tl4时，控制线Pl_3拖尾。为了将加和信号传送到第一信号存储单元，首先，必须将信号电荷传送到电荷-电压转换单元202 (n，m)。然而，为了传送小量的电荷而不将其泄漏，相对长的时间是必需的。具体地说，当以高ISO拍摄等时增益上升时，即使小量的电荷的传送的小泄漏也作为其明显的缺陷而出现在图像上。并且针对在信号电荷的传送完成之后到第一信号存储单元的信号传送，由于依赖于与像素区20的垂直配线相对应的长度而出现传送延迟，因此必需具有余量的相对长的时间作为所谓的建立时间。即，易于成为读出时间的瓶颈的到第一信号存储单元的信号传送可以在无需等待如上所述的第二水平消隐期结束的情况下开始这一点可以成为高速读出的关键点。可以进行如上所述的并行化的原因是针对一个垂直输出线设置用作第一信号存储单元的至少三个电容器。
其中沿水平方向顺序地扫描从第二信号存储单元的电容器C2ml和C2m2传送的一行的信号的第一次的水平传送通过使用从结束第二水平消隐期时的时间til之后的任意时间起的tl5(下文中将描述)的时区来执行。尽管在图4中的时间tl2之前开始水平扫描，但是在本发明中其在时间til之后开始是足够的，并且其不是本发明限定的并行化。然而，为了进行高速读出，期望在时间til之后不久开始第一次的水平传送时段。第一次的水平传送时段的长度由作为针对一个信号的传送时间的倒数的驱动频率以及针对并行输出而准备的ch(通道)的数量来指定。在图4中，在假设第一次的水平传送时段的结束与加和信号从第一信号存储单元到第二信号存储单元的传送开始时间tl5相同的情况下例示了示例。因此，可以无中断地进行沿垂直方向的信号传送和沿水平方向的信号传送。在时间tl5时，控制线P2_2和P2_3上升，并且用于从第一信号存储单元的电容器Clm2到第二信号存储单元的电容器C2m2的传送的晶体管以及用于从Clm3到C2m3的传送的晶体管被导通。如上所述，通过将与光电转换元件201LU(n，m)的信号电荷相对应的电位加到电荷-电压转换单元202的复位电位而提供的电位作为信号而被保持在Clm2中。如上所述，通过将与对其加上光电转换元件201LU(n，m)和201RU(n，m)中的各个光电转换元件的信号电荷的信号电荷相对应的电位加到电荷-电压转换单元的复位电位而提供的电位作为信号而被保持在Clm3中。存在以上两个信号之间传送到Clm2的信号已经被传送到C2m2从时间tlO至til的时间间隔的情况。然而，在从时间til至tl5的时间间隔执行的第一次的水平传送时段，已经沿水平方向破坏性地读出此时各列的信号。因此，不仅对其新加上光电转换信号电荷并被传送到Clm3的信号作为信号而被传送到电容器C2m3而且Clm2中所保持的信号再次被传送到C2m2是必要的。根据电压跟随器电路F_ml、F_m2和F_m3的功能，以上两个电位被保持在第一信号存储单元中而不被破坏。由于它们被完全地传送到第二信号存储单元的电容器C2m2和C2m3，因此前述必要性能够得到满足。其后，与关于对其加上光电转换信号电荷的信号的第二水平消隐期并行地执行对其新加上光电转换信号电荷的信号到第一信号存储单元的传送。按与以上相似的方式，在时间tl5时，传送晶体管203LD(n，m)的控制线TxLD(η)上升，并且经光电转换并积聚在光电转换元件201LD(n, m) (m = O 5)中的所有的信号电荷被传送到电荷-电压转换单元202 (n，m)。在等待已经过足以传送信号电荷的时间的时间tl7之后，控制线TxLD(n)拖尾。接下来，在时间tl8时，控制线Pl_l上升。因此，一行的新的加和信号作为信号被完全地传送到第一信号存储单元的电容器Clml (m = O 5)。此时的新的加和信号是通过将与对其加上光电转换元件201LU(n，m)、201RU(n，m)和201LD(n，m)中的各个光电转换元件的信号电荷的信号电荷相对应的电位加到复位电位而提供的电位所对应的信号。在时间tl9时，控制线Pl_l拖尾。通过使用从时间tl6之后的任意时间起的t20(下文中将描述)的时区来执行其中沿水平方向顺序地扫描被读出到第二信号存储单元的电容器的一行的信号的第二次的水平传送。尽管在图4中的时间tl7之前开始水平扫描，但是在时间tl6之后开始是足够的，其不是本发明限定的并行化。然而，为了进行高速读出，期望在时间tl6之后不久开始第二次的水平传送时段。按照与第一次的水平传送时段相似的方式，第二次的水平传送时段的长度也由作为针对一个信号的传送时间的倒数的驱动频率以及针对并行输出而准备的Ch (通道)的数
量来指定。在第一次的水平传送时段中，将与其中电荷-电压转换单元202的复位噪声被去 除的光电转换兀件201LU (n, m)的信号电荷相对应的信号输出。在第二次的水平传送时段中，将其中电荷-电压转换单元的复位噪声未被去除的光电转换兀件201LU(n,m)的信号电荷与其中复位噪声未被去除的光电转换兀件201LU(n,m)和201RU(n，m)的信号电荷的总和之间的差分信号所对应的信号输出。因此，能够将这样的信号作为与其中电荷-电压转换单元202的复位噪声被去除的光电转换元件201RU(n，m)的信号电荷相对应的信号来处理。如上所述，在第二次的水平传送时段中，保持在第二信号存储单元的电容器C2m2中的一行的存储器信号的符号在其被输入到差分电路23U和23D时必须针对第一水平传送时段而被反相。将参照图5中所例示的时序图来描述作为示例的水平扫描电路22U和22D的驱动方法。如图2中的水平扫描电路22U和22D中所例示的，图5中的水平扫描信号PH1+、PH1-、PH2+、PH2-、PH3+和PH3-分别地是用于水平传送的晶体管的控制线。对于那些晶体管，针对为各列设置的第二信号存储单元的三个电容器C2ml、C2m2和C2m3中的各个电容器设置一套两个晶体管。因此，沿水平方向顺序地选择电容器中所保持的信号，以确定差分电路23U或23D的哪个输入端子选择性地提供信号。控制信号具有脉冲状形式并且该信号的前沿和后沿被设定成一个周期足以选择一个像素的信号。在以下描述中使用的关于时间t的标号与图4中所使用的相同。在图5中，从时间til至tl5的时段成为第一次的水平传送时段。在第一次的水平传送时段中，控制线PH2+和PHl-处于忙状态。因此，在第二信号存储单元中，对其传送电荷-电压转换单元202的复位电位的电容器C2ml中所保持的信号被输入到差分电路23U或23D的负侧输入端子。对其传送通过将复位电位与光电转换元件201LU(n，m)的信号电荷所对应的电位相加而提供的电位的电容器C2m2的信号被输入到差分电路23U或23D的正侧输入端子。另一方面，在其期间针对图5中从时间tl6至t20的时段而执行信号传送的第二次的水平传送时段中，控制线PH2+和PHl-处于忙状态。在这种情况下，第二信号存储单元的电容器C2m2连接到差分电路23U或23D的负侧输入端子。在该实例中，通过将电荷_电压转换单兀202的复位电位与光电转换兀件201LU(n, m)的信号电荷所对应的电位相加而提供的电位被传送到电容器C2m2。对其传送通过将与光电转换元件201LU(n，m)的信号电荷相对应的电位进一步加到上述电位而提供的电位的电容器C2m3连接到差分电路23U或23D的正侧输入端子。图4中已经描述的水平传送与时间t20之前第二次的水平传送时段相对应。尽管图4中尚未描述，但是在本实施例的固态摄像元件中，其后，存在从时间t21至t25的第三次的水平传送时段以及从时间t26至t30的第四次的水平传送时段。由于在考虑与图4的时序图相结合的描述的情况下能够容易地理解第三次和第四次的水平传送时段中的忙控制线，因此省略其描述，并且将描述返回到图4的时序图。图5和以上描述仅涉及本实施例中水平扫描的示例。即使构造和驱动方法不完全地与上述那些相同，也能够获得本发明所独有的优点。返回到图4，将描述从时间t20起的关于新的加和信号(LU+RU+LD)的第二水平消隐期和新的加和信号(LU+RU+LD+RD)的读出。在时间t20时，控制线P2_3和P2_l上升，并且用于从第一信号存储单元的电容器Clm3到第二信号存储单兀的电容器C2m3的传送的晶体管和用于从Clml到C2ml的传送的晶体管被导通。如上所述，通过将与光电转换元件201LU(n，m)和201RU(n，m)中的各个光电转换元件的信号电荷相对应的电位加到电荷-电压转换单元202的复位电位而提供的电位作为信号而被传送到电容器Clm3。通过将与对其加上光电转换元件201LU(n，m)、201RU(n,m)和201LD(n,m)中的各个光电转换兀件的信号电荷的信号电荷相对应的电位加到电荷-电压转换单元202的复位电位而提供的电位作为信号而被传送到电容器Clml。与关于新的加和信号(LU+RU+LD)的第二水平消隐期相并行的是，进行新的加和信号(LU+RU+LD+RD)到第一信号存储单元的传送。按照与上述相似的方式，在时间t20时，传送晶体管203RD(n，m)的控制线TxRD (η)上升，并且经光电转换并积聚在光电转换元件201RD(n, m)中的所有的信号电荷被传送到电荷-电压转换单元202 (n, m)。在等待已经过足以传送信号电荷的时间的时间t22之后，控制线TxRD(η)拖尾。接下来，在时间t23时，控制线Pl_2上升。因此，一行的新的加和信号作为信号而被完全地传送到第一信号存储单元的电容器Clm2。此时的新的加和信号是通过将与对其加上光电转换元件201LU(n，m)、201RU(n，m)、201LD(n，m)和201RD(n, m)中的各个光电转换元件的信号电荷的信号电荷相对应的电位加到复位电位而提供的电位所对应的信号。在时 间t24时，控制线Pl_2拖尾。其中沿水平方向顺序地扫描被读出到第二信号存储单元的电容器的一行的信号的第三次的水平传送通过使用从时间t21之后任意时间起直到t25 (下文中将描述)的时区来执行。尽管图4中在时间t22之前开始水平扫描，但是在时间t21之后开始是足够的，并且不是本发明限定的并行化。然而，为了进行高速读出，期望在时间t21之后不久开始第三次的水平传送时段。在第三次的水平传送时段中输出的信号是其中电荷-电压转换单元202的复位噪声未被去除的信号电荷的以下总和(I)与(2)之间的差分信号所对应的信号即，(I)光电转换元件201LU(n，m)和201RU(n，m)的信号电荷的总和；以及⑵光电转换元件201LU(n，m)、201RU(n，m)和201LD(n，m)的信号电荷的总和。因此，可以将该信号作为其中电荷-电压转换单元的复位噪声被去除的光电转换元件201LD(n，m)的信号电荷所对应的信号来处理。接下来，在时间t25时，控制线P2_l和P2_2上升，并且用于从第一信号存储单元的电容器Clml到第二信号存储单元的电容器C2ml的传送的晶体管和用于从Clm2到C2m2的传送的晶体管被导通。如上所述，通过将与光电转换元件201LU(n，m)、201RU(n，m)和201LD (n,m)中的各个光电转换兀件的信号电荷相对应的电位加到电荷-电压转换单兀202的复位电位而提供的电位作为信号而被传送到电容器Clml。按照与上述相似的方式，通过将下列信号电荷中的各个信号电荷加到电荷-电压转换单元202的复位电位而提供的信号电荷所对应的电位作为信号而被传送到电容器Clm2 :即，光电转换兀件201LU(n, m)、201RU(n，m)、201LD(n，m)和201RD(n，m)中的各个光电转换元件的信号电荷。接下来，其中沿水平方向顺序地扫描被读出到第二信号存储单元的电容器的一行的信号的第四次的水平传送通过时间t26之后任意时间起的t27的时区来执行。在第四次的水平传送时段中，能够获得其中电荷-电压转换单元202的复位噪声被去除的光电转换兀件201RD(n,m)的信号电荷所对应的信号。
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关于时间t25之后的构造，由于不必构造其中单位单元连接到垂直输出线Vm的源跟随器电路，因此在时间t25时，控制线Sx (η)拖尾以便截止选择晶体管206 (n，m)。以上描述了根据图4中所例示的实施例的驱动方法中的时序图。现在将总结本实施例的技术优点。首先，由于针对各列设置三个第一信号存储单元，因此与第二水平消隐期的开始同时地，能够开始易于成为读出时间的瓶颈的新的加和信号的读出。因此，能够进行高速读出。第二，通过将两个或更多个光电转换元件的信号电荷相加而提供的信号电荷所对应的信号被顺序地传送到保持在差分输出之后变得不必要的信号的第一信号存储单元的电容器。因此，第一信号存储单元的电容器的数量可以针对各列而设定成3。对于可以使用通过将更大数量的光电转换元件的信号电荷相加而提供的信号的单位单元构造，第二个技术优点更大。即，假定构成单位单元的光电转换元件的数量等于N，在针对N( ^ 3)或更多个光电转换元件设置一个电荷-电压转换单元这样的构造中，N的值越大，该优点越大。尽管单位单元中所包括的光电转换元件的数量被设定成4以便简化本实施例中的描述，但是在考虑该优点时，本发明可以应用于具有分别具有三个或更多个光电转换元件的单位单元的CMOS固态摄像元件。描述中所使用的图4的时序图至此仅涉及用于具体地描述本发明的优点的示例，并考虑各种变型例。根据上述实施例，在具有分别具有三个或更多个光电转换元件的单位单元的CMOS固态摄像元件中，用于各列的电容器的数量可以被设定成3，并且能够进行使用通过将各元件的信号电荷相加而提供的信号的高速读出。尽管第一实施例是仅关于第η行的水平扫描操作来描述的，但是即使在选择下一行并开始相似的水平扫描操作时，也能够按与第一实施例相似的方式来进行水平消隐期的并行化。将参照图6将这样的构造作为第一实施例的应用示例来描述。在图6中，在时间t25时拖尾的选择晶体管的控制线Sx(n+1)在时间t26时再次上升，并且开始第(η+1)行上存在的单位单元的选择。这是因为在针对从时间t26至t30的时段执行的针对第η行的信号传送的第四次的水平传送时段之后，将第η行的单位单元的信号保持在第一信号存储单元中是不必要的。因此，在水平传送时段中，执行用于复位第(η+1)行的单位单元的电荷-电压转换单元的操作以及复位电位到第一信号存储单元的传送。在时间t27时，复位晶体管的控制线Rx (η+1)上升，并且第(η+1)行的电荷-电压转换单元202被复位成电源电压VDD。在时间t28时，控制线Rx (η+1)拖尾，并且电荷-电压转换单元被设定成浮动状态。为了将处于浮动状态的电位传送到第一信号存储单元，控制线Pl_l在时间t29时上升。在第η行中，针对从时间t25至t29的时段执行的操作与针对从时间tl至t4的时段的操作相似(图4)。S 卩，由于针对图4中从时间tl至t4的时段的操作可以在如图6中的阴影区域中所示的前一行的最后一个水平传送时段中执行，因此能够缩短操作时间，并且有助于更高速读出。第一实施例的该应用示例还可以应用于第二实施例随后的实施例。第二实施例在本实施例中，将描述其中可以针对一个垂直输出线设置第二信号存储单元的两个电容器并且能够获得本发明特有的优点的构造。图7是例示根据本实施例的固态摄像元件2的构造的图。在该图中，与图2中的构造中的部分实质上相同的部分由相同的参考标号来表示，并且除非另外特别必要，否则省略它们的描述。本实施例关于下列四点与第一实施例的描述中所使用的图2的固态摄像元件不同。首先，针对一个垂直输出线设置用作第二信号存储单元的两个电容器C2ml和C2m2。第二，根据第二信号存储单元的两个电容器，在它们之前和之后设置两个电压跟随器电路F_ml和F_m2。第三，根据第二信号存储单元的两个电容器，水平扫描信号的数量减少到4个(PHI+, PH1-、PH2+、PH2-)。第四，用于控制从第一信号存储单元到两个电压跟随器电路的输入的传送晶体管的数量仅针对第一信号存储单元中的电容器Clm2而增加I个，以使得针对各个垂直输出线设置四个传送晶体管。由于在增加一个传送晶体管的同时减少第二信号存储单元的电容器、电压跟随器电路及水平扫描信号的数量，因此信号存储单元附近的电路规模比第一实施例中小。假定针对第一信号存储单元中的电容器Clm2而增加的一个传送晶体管的新控制线由P2_4示出，下文中将描述该实施例中光电转换元件的构造。图8是例示根据图7中所例示的实施例的固态摄像元件2的驱动方法的时序图。其关于下列两点与图4中所例示的时序图不同。首先，从第一信号存储单元的Clm2到第二信号存储单元的C2ml和C2m2的传送晶体管的控制线P2_2的信号改变，并增加了控制线P2_4。另一点在于，由于水平扫描信号的数量减少，因此简化了水平传送。由于除上述那些以外的关于控制线的所有的导引时间和拖尾时间与图2中那些相同，因此省略它们的描述。在以下描述中所使用的关于时间t的标号中，与图4中所例示的标号相同的标号指不相同的时间。图8关于以下一点与图4不同，首先，对于从时间tlO至til的时段，在暂时地传送到第一信号存储单元的Clm2的光电转换元件201LU(n，m)的信号电荷所对应的信号被进一步传送到第二信号存储单元时，其在控制线P2_4的控制下被传送到C2m2。接下来，对于从时间tl5至tl6的时段，在保持在第一信号存储单元的Clm2中的光电转换元件201LU(n，m)的信号电荷所对应的信号被再次传送到第二信号存储单元时，其在控制线P2_2的控制下被传送到C2ml。这是因为必须获得在从时间tlO至tl4的时段中被传送到第一信号存储单元的Clm3并接着被传送到第二信号存储单元的C2m2的加和信号与被传送到电容器C2ml的前述信号之间的差分。被传送到C2m2的加和信号是通过将与对其加上光电转换元件201LU(n，m)和201RU(n,m)中的各个光电转换兀件的信号电荷的信号电荷相对应的电位加到复位电位而提供的电位所对应的信号。针对从时间til至tl5的时段进行第一次的水平传送，并且针对从时间tl6至t20的时段进行第二次的水平传送。如将根据以上描述而理解的，在水平传送时段中的任一个水平传送时段中，分别地，第 二信号存储单元的电容器C2m2中的信号被传送到差分电路23U和23D的正侧输入端子，并且第二信号存储单元的电容器C2ml中的信号被传送到差分电路23U和23D的负侧输入端子。因此，水平扫描信号的控制线PHl-和PH2+处于忙状态。接下来，在针对从时间t20至t26的时段进行的从第一信号存储单元到第二信号存储单元的信号传送中，由于不存在从第一信号存储单元的Clm2的传送，因此进行与图4中的控制相同的控制。从时间t21至t25的第三次的水平传送时段与第一次和第二次的水平传送时段不同。即，分别地，第二信号存储单元的电容器C2ml中的信号被传送到差分电路23U和23D的正侧输入端子，并且第二信号存储单元的电容器C2m2中的信号被传送到差分电路23U和23D的负侧输入端子。因此，水平扫描信号的控制线PHl+和PH2-处于忙状态。来自光电转换元件的最新的加和信号(LU+RU+LD+RD)在从时间t20至t24的时段中被传送到第一信号存储单兀的电容器Clm2。该信号被传送到第二信号存储单元的C2m2，以便获得与Clml中所保持的前一加和信号(LU+RU+LD)的差分。因此，针对从时间t25至t26的时段，传送晶体管的控制线P2_4被设定成高状态。在第四次的水平传送时段中，水平扫描信号的控制线PH2+和PHl-进入忙状态，并且获得关于最新的加和信号的差分输出。在该实施例中，关于第一信号存储单元的所有的Clml、Clm2和Clm3，还可以设置能够将信号传送到第二信号存储单元的两个电容器C2ml和C2m2的6( = 3X2)个传送晶体管。在这种情况下，由于第二信号存储单元的C2m2或C2ml总是能够连接到差分电路23U和23D的正侧输入端子，并且Clm2或C2m2总是能够连接到其负侧输入端子，因此仅PH2+和PHl-的两个控制线作为水平扫描信号的控制线是足够的。加和信号之间的差分不是通过差分电路获得的，而是还可以按这样的方式来构造负侧输入总是被设定成与复位电位相对应的信号，并且顺序地获得单位单元中的光电转换元件的信号电荷的总和。例如，还可以按这样的方式来构造第一信号存储单元中的电容器Clml被固定到与复位电位相对应的信号，其是按照总是传送到第二信号存储单元的Clml的方式来确定的，并且关于第一信号存储单元的Clml的传送晶体管的数量被设定成I。在这种情况下，将第一信号存储单元的Clm2和Clm3用作其中顺序地保持来自光电转换元件的加和信号的电容器是足够的。第三实施例在该实施例中，现在将描述与第二实施例中相比能够进一步简化水平扫描信号的控制线的构造。图9是例示根据本实施例的固态摄像元件的构造的图。在该图中，与图2或图7中的构造中的那些部分实质上相同的部分由相同的参考标号来表示，并且除非另外特别必要，否则省略它们的描述。图9中所例示的构造关于下列点与图7中所例示的第二实施例的构造不同。即，除了作为电压跟随器的功能以外，作为反相放大放大器的功能被添加到布置在连接到一个垂直输出线Vm的第二信号存储单元的C2ml和C2m2的前段的操作放大器F_02和F_02中的各个操作放大器。具体地说，增加了各操作放大器伴随有用于操作控制的两个晶体管和基准电压Vrf (未示出)这样的构造。针对一个操作放大器而设置的两个操作控制晶体管的栅极连接到各个操作放大器的控制线PCl或PC2。在控制线PCl或PC2的信号处于高电平时，操作放大器用作反相放大器。在其处于低电平时，操作放大器用作电压跟随器电路。针对控制线 PCl和PC2中的各个控制线而设置的反相器具有用于将加到控制线的信号的极性反相的功倉泛。假定COml = Cfml且C0m2 = Cf m2,反相放大放大器的放大因子等于1. O。因此，被传送到第一信号存储单元的信号的符号可以仅通过控制线的信号来确定。在反相放大的情况下，其中基准电压Vrf用作基准的反相电位被传送，并且不实际地出现负电位。在电压跟随器与反相放大放大器之间进行切换的目的是简化水平扫描电路22U和22D，以使得能够仅通过控制线PH2+和PHl-的功能来进行水平传送。即，在信号被传送到第二信号存储单元时，通过改变其符号，第二信号存储单元的电容器C2ml总是能够(固定地)连接到差分电路23U或23D的负侧输入端子，并且C2m2总是能够连接到正侧输入端子。图10例示了用于驱动根据图9中所例示的实施例的固态摄像元件的时序图。下文中将参照附图来具体地描述根据本实施例的固态摄像元件的操作。在关于以下描述中所使用的时间t的标号中，与图4中所例不的标号相同的标号指不相同的时间。图10中所例不的时序图关于下列两点与关于图8中所例不的第_■实施例的时序图不同。首先，关于在从时间tlO至til的时段中、从时间tl5至tl6的时段中、从时间t20至t21的时段中、以及从时间t25至t26的时段中执行的信号传送的所谓的第二水平消隐期而不同。即，通过使用控制线PCl或PC2来各个信号地控制从第一信号存储单元传送到第二信号存储单元的信号的符号。第二，与前述第一差异相关联地简化在从时间til至tl5的时段中、从时间tl6至t20的时段中、从时间t21至t25的时段中、以及从时间t26至t27的时段中执行的所谓的水平传送的控制信号。由于其他构造并不与图8中所例示的构造不同，因此将仅描述上述时间时的信号传送结构。首先，在从时间tlO至til的时段执行的信号传送的第二水平消隐期中，控制线PCl和PC2还保持在低状态。即，操作放大器F_ml和F_m2 二者都用作电压跟随器电路，并且未发生第二信号存储单元的信号反相。根据其，即使在用作第一次的水平传送时段的从时间til至tl5的时段中，通过将PH2+和PHl-设定成忙状态，从差分电路23U和23D输出与光电转换兀件201LU (n, m)的信号电荷相对应的信号。
接下来，即使在从时间tl5至tl6的时段中执行的信号传送的第二水平消隐期中，控制线PCl和PC2还保持在低状态。这是因为这里使传送到第二信号存储单元的信号反相也是不必要的。根据其，即使针对用作第二次的水平传送时段的从时间tl6至t20的时段，通过将PH2+和PHl-设定成忙状态，从差分电路23U和23D输出与光电转换元件201RU(n，m)的信号电荷相对应的信号。另一方面，在从时间t20至t21的时段执行的信号传送的第二水平消隐期中，控制线PCl和PC2 二者都被设定成高状态。即，操作放大器F_ml和F_m2 二者都用作反相放大放大器以获得被传送到第二信号存储单元的信号的电位反相。这是因为，由于在第三次的水平传送时段(从时间t21至t25)中安排PH2+和PHl-的忙状态，因此其被设计成使得从差分电路23U和23D输出与光电转换元件201LD(n，m)的信号电荷相对应的信号。
更具体地解释，在通过将光电转换元件201LU(n，m)、201RU(n，m)和201LD(n，m)中的各个光电转换元件的信号电荷加到复位电位而提供的信号电荷所对应的电位信号被传送到第二信号存储单元的电容器C2ml时，其符号被预先地反相。结果，在差分电路23的负侧输入端子处，符号被再次反相。另一方面，在通过将光电转换元件201LU(n，m)和201RU(n, m)中的各个光电转换兀件的信号电荷加到复位电位而提供的信号电荷所对应的信号电位被传送到第二信号存储单元的电容器C2m2时，其符号也被预先地反相。因此，由于信号被输入到差分电路的正侧输入端子，因此与光电转换兀件201LD (n, m)的信号电荷相对应的信号作为两个输入信号的差分信号而被输出。在第η行的最后一个第二水平消隐期(从时间t25至t26)及第四次的水平传送时段(从时间t26至t27)中，由于在信号传送时不需要改变符号，因此控制线PCl和PC2二者保持在低状态。不一定必须在第二信号存储单元的前段执行本实施例特有的符号反相操作。例如，还可以按以下方式来构造对第一信号存储单元的电容器Clml、Clm2和Clm3中的各个电容器的前段添加用于本实施例中的操作控制的晶体管以及伴随有基准电压Vrf (未示出)的操作放大器，由此添加反相放大放大器的功能。根据以上描述将理解，即使通过添加使用操作放大器的符号反相功能，用作从光电转换元件的信号电荷的读出与从第一信号存储单元到第二信号存储单元的信号传送的并行化的本发明的优点也能够通过更简单的构造来实现。第四实施例在第三实施例中，本发明的优点是通过在信号被传送到第二信号存储单元时，其符号可以根据需要而自由地切换这样的构造来实现的。在本实施例中，能够在无需设置如第三实施例中所描述的符号反相功能的情况下以更不受限制的方式来实现符号改变。具体地说，在将信号传送到第一信号存储单元的阶段，针对同一信号而准备正符号和负符号的两个信号。为了该目的，在本实施例中，针对一个垂直输出线Vm而设置第一信号存储单元的四个电容器，并且在所谓的第一水平消隐期中，在加和信号的传送中总是保持正符号和负符号的两个信号。图11例示了根据本实施例的固态摄像元件2的构造。在该图中，与图2、图7和图9中的构造中的那些部分实质上相同的部分由相同的参考标号来指示，并且除非另外特别必要，否则省略其描述。除了针对一个垂直输出线设置第一信号存储单元的四个电容器以外，图11的构造关于下列点与图9中的构造不同。首先，四个电容器中的Clml和Clm2选择性地连接到差分电路23U或23D的负侧输入端子所连接的第二信号存储单元的电容器C2ml。接下来，四个电容器中的Clm4和Clm3选择性地连接到差分电路23U或23D的正侧输入端子所连接的第二信号存储单元的电容器C2m2。此外，用于从垂直输出线Vm到电容器Clml和Clm3的信号传送的晶体管的控制线被公共地设置为Pl_l，并且用于到电容器Clm2和Clm4的信号传送的晶体管的控制线被公共地设置为Pl_2。由于在传送步骤中进行符号改变，因此按照与第三实施例相似的方式仅将水平扫描信号控制线简化成PH2+和PH1-。与不需要在从第一信号存储单元到第二信号存储单元的信号传送时进行符号反相相对应的是，与操作放大器F_ml和F_m2相关联的电容器以及用于操作控制的晶体管被删除。此外，根据它们被组合成如上所述的两套，用于到第一信号 存储单元的信号传送的晶体管的控制线仅是两个控制线Pl_l和Pl_2。图12例示了用于驱动图11的固态摄像元件2的时序图的示例。假定在关于在以下描述中使用的时间t的标号中，与图4中所例示的标号相同的标号指示相同的时间。图12关于以下点与图10的时序图不同用于信号传送的控制线Pl_l和Pl_2随时间的流逝而被交替地设定成高状态。在包括用于将复位电位作为信号而传送到第一信号存储单元的时段的第一水平消隐期中，它们在信号传送时段(从t4至t5、从t8至t9、从tl3至tl4、从tl8至tl9以及从t23至t24)中被设定成高状态。与用于操作放大器的操作控制的晶体管的删除相关联的是，它们的控制线PCl和PC2也被删除。下文中将通过限于括号中所示的时段来描述操作。首先，在从时间t4至t5的时段中，控制线Pl_l被设定高状态，以使得将与复位电位相对应的信号传送到第一信号存储单兀的电容器Clml和Clm3。在从时间t8至t9的时段中，控制线Pl_2被设定成高状态，以使得将通过将与光电转换元件201LU(n，m)的信号电荷相对应的电位加到复位电位而提供的信号传送到第一信号存储单兀的电容器Clm2和Clm4。与同一光电转换兀件的信号电荷相对应的信号被传送到电容器Clm2和Clm4。然而，分别地，在从时间tlO至til的时段中将信号从电容器Clm2传送到第二信号存储单元的电容器C2ml,并且在从时间tl5至tl6的时段中将信号从电容器Clm4传送到第二信号存储单元的电容器C2m2。因此，在各时段中到差分电路23U或23D的输入的正/负符号被反相。根据这样的第二水平消隐期及其随后的第一次和第二次的水平传送时段所需的符号，该信号被传送并保持到第一信号存储单元的两个电容器中。在其中安排这两种符号的信号之间，传送到与正符号相对应的电容器Clm4的信号被传送到第二信号存储单元的电容器Clm2，因为在从时间tlO至til的第一次的第二水平消隐期中控制线P2_4被设定成高状态。此时，控制线P2_l也被设定成高状态，并且传送到电容器Clml的信号被传送到电容器C2ml。另一方面，与另一加和信号相一致地，传送到与负符号相对应的电容器Clm2的信号被传送到第二信号存储单元的电容器C2ml，因为在从时间tl5至tl6的下一个第二水平消隐期中，控制线P2_2被设定成高状态。按照与上述相似的方式，在从时间tl3至tl4的时段中，控制线Pl_l被设定成高状态，以使得将下一个第二水平消隐期的另一加和信号传送到已经对其传送与复位电位相对应的信号的电容器Clm3和Clml。这样的另一加和信号是通过将对其加上光电转换元件201LU(n,m)和201RU(n,m)中的各个光电转换兀件的信号电荷的信号电荷所对应的电位加到复位电位而提供的信号。按照与上述相似的方式，在从时间tl8至tl9的时段中，控制线Pl_2被设定成高状态，以使得将再下一个第二水平消隐期的另一加和信号传送到第一信号存储单元的电容器Clm2和Clm4。这样的另一加和信号是通过将对其加上光电转换元件201LU(n，m)、201RU(n,m)和201LD(n,m)中的各个光电转换兀件的信号电荷的信号电荷所对应的电位加到复位电位而提供的信号。 在从时间t23至t24的时段中被传送到第一信号存储单元的电容器Clml和Clm3的加和信号不被用作负符号的信号。这种情况下的加和信号是通过将对其加上光电转换元件201LU(n，m)、201RU(n，m)、201LD(n，m)和201RD(n, m)中的各个光电转换元件的信号电荷的信号电荷所对应的电位加到复位电位而提供的信号。与复位电荷相对应的信号也不能用作正符号的信号。然而，由于存在其中用于到第一信号存储单元的传送的晶体管的控制线能够被公用而无特别困难的大优点，因此它们不单独地受到控制。根据上述第四实施例的构造，与用以在到信号存储单元的电容器的传送中准备与正/负符号相对应的同一信号的驱动方法相结合，能够获得本发明特有的优点。本发明的各方面还可以通过读出并执行记录在存储装置上的用于进行上述实施例的功能的程序的系统或设备的计算机(或诸如CPU或MPU的装置)来实现，以及通过由系统或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储装置上的用于进行上述实施例的功能的程序来进行各步骤的方法来实现。鉴于此，例如经由网络或者从用作存储装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)向计算机提供程序。虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对下列权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。
权利要求
1.一种固态摄像元件，其包括像素区，在所述像素区中按行和列二维地布置有多个单位单元，各单位单元具有多个光电转换元件、以及针对所述光电转换元件公共设置的信号电荷的信号读出单元；多个垂直输出线，其公共连接到所述二维布置的各列的单位单元，并以列为单位来传送由所述信号读出单元读出的单位单元的信号；选择单元，被构造成以所述二维布置的行为单位来选择所述多个单位单元；多个第一信号存储单元，至少第一预定数量的所述多个第一信号存储单元连接到各垂直输出线以存储从由所述选择单元选择的单位单元传送到各垂直输出线的信号；多个第二信号存储单元，至少第二预定数量的所述多个第二信号存储单元连接到各垂直输出线以存储从所述第一预定数量的第一信号存储单元传送的信号；水平传送单元，被构造成以列为单位沿行方向来传送从所述多个第二信号存储单元传送的信号；以及多个控制线单元，被构造成控制各单位单元的所述信号读出单元、所述多个第一信号存储单元以及所述多个第二信号存储单元的驱动，其中，所述多个控制线单元选择性地驱动所述多个第一信号存储单元以及所述多个第二信号存储单元，以使得在用于选择性地驱动所述第一信号存储单元以存储通过所选择的单位单元的所述信号读出单元而从所述单位单元传送到所述垂直输出线的信号的时间段中，连接到所述垂直输出线的其他的第一信号存储单元以及用于存储从所述其他的第一信号存储单元传送的信号的所述第二信号存储单元被选择性地驱动。
2.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述第一预定数量及所述第二预定数量中的各个等于3，并且所述单位单元中所包括的多个光电转换元件的数量等于至少3，所述信号读出单元具有将其中将来自所述多个光电转换元件中的至少两个光电转换元件的信号相加的相加信号读出到所述垂直输出线的功能，所述控制线单元选择性地驱动连接到所述垂直输出线的所述第一预定数量的第一信号存储单元中的一个第一信号存储单元以存储所述相加信号，并且在此时，选择性地驱动与其他的第一信号存储单元相对应的第二信号存储单元以存储所述其他的第一信号存储单元中存储的信号，并且所述水平传送单元根据所述其他的第一信号存储单元中存储的信号来选择性地将所对应的第二信号存储单元连接到不同的水平输出线。
3.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述第一预定数量和所述第二预定数量分别等于3和2，并且所述单位单元中所包括的多个光电转换元件的数量等于至少3，所述信号读出单元具有用于将其中将来自所述多个光电转换元件中的至少两个光电转换元件的信号相加的相加信号读出到所述垂直输出线的功能，所述控制线单元选择性地驱动连接到所述垂直输出线的所述三个第一信号存储单元中的一个第一信号存储单元以存储所述相加信号，并且在此时，选择性地驱动所述两个第二信号存储单元以存储其他的第一信号存储单元中存储的信号，并且所述水平传送单元根据所述其他的第一信号存储单元中所存储的信号来将所述两个第二信号存储单元选择性地连接到不同的水平输出线。
4.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述第一预定数量和所述第二预定数量分别等于3和2，并且所述单位单元中所包括的多个光电转换元件的数量等于至少3，所述信号读出单元具有用于将其中将来自所述多个光电转换元件中的至少两个光电转换元件的信号相加的相加信号读出到所述垂直输出线的功能，所述控制线单元选择性地驱动连接到所述垂直输出线的所述三个第一信号存储单元中的一个第一信号存储单元以存储所述相加信号，并且在此时，选择性地驱动所述两个第二信号存储单元以存储其他的第一信号存储单元中存储的信号，所述固态摄像元件还包括多个电位反相单元，被构造成根据所述其他的第一信号存储单元中所存储的信号，来将从所述其他的第一信号存储单元传送到所述两个第二信号存储单元的各信号的电位反相，并且所述水平传送单元将所述两个第二信号存储单元固定地连接到不同的水平输出线。
5.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述第一预定数量和所述第二预定数量分别等于4和2，并且所述单位单元中所包括的多个光电转换元件的数量等于至少3，所述信号读出单元具有用于将其中将来自所述多个光电转换元件中的至少两个光电转换元件的信号相加的相加信号读出到所述垂直输出线的功能，所述控制线单元选择性地驱动连接到所述垂直输出线的所述四个第一信号存储单元中的两个第一信号存储单元以存储所述相加信号，并且在此时，选择性地驱动所述两个第二信号存储单元以存储其他的第一信号存储单元中存储的信号，并且所述水平传送单元将所述两个第二信号存储单元固定地连接到不同的水平输出线。
6.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，不同的水平输出线分别连接到操作放大器的不同的输入端子。
7.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，所述单位单元包括复位单元，被构造成将所述信号读出单元复位；电荷读出单元，被构造成从所述单位单元中所包括的各光电转换元件读出电荷；以及传送单元，被构造成将所述信号读出单元的复位电位或者与由所述电荷读出单元读出的电荷相对应的电位作为信号而传送到所述垂直输出线，并且所述信号读出单元通过所述传送单元将通过将与从各光电转换元件读出的电荷相对应的电位依次加到所述复位电位而提供的电位作为相加信号读出到所述垂直输出线。
8.一种固态摄像元件的控制方法，所述固态摄像元件具有像素区，在所述像素区中按行和列二维地布置有多个单位单元，各单位单元具有多个光电转换元件、以及针对所述光电转换元件公共设置的信号电荷的信号读出单元；多个垂直输出线，其公共连接到所述二维布置的各列的单位单元，并以列为单位来传送由所述信号读出单元读出的单位单元的信号；以及选择单元，被构造成以所述二维布置的行为单位来选择所述多个单位单元，所述控制方法包括将从由所述选择单元选择的单位单元传送到各垂直输出线的信号存储到多个第一信号存储单元中，至少第一预定数量的所述多个第一信号存储单元连接到各垂直输出线；将从所述第一预定数量的第一信号存储单元传送的信号存储到多个第二信号存储单元中，至少第二预定数量的所述多个第二信号存储单元连接到各垂直输出线；以及以列为单位沿行方向来将从所述多个第二信号存储单元传送的信号传送到水平传送单元，其中，通过被构造成驱动各单位单元的所述信号读出单元、所述多个第一信号存储单元以及所述多个第二信号存储单元的多个控制线单元来选择性地驱动所述多个第一信号存储单元以及所述多个第二信号存储单元，以使得在用于选择性地驱动所述第一信号存储单元以存储通过驱动所选择的单位单元的所述信号读出单元而从所述单位单元传送到所述垂直输出线的信号的时间段中，连接到所述垂直输出线的其他的第一信号存储单元以及用于存储从所述其他的第一信号存储单元传送的信号的所述第二信号存储单元被选择性地驱动。
9.一种摄像设备，其包括根据权利要求1至7中的任一项所述的固态摄像元件；信号处理单元，被构造成对从所述固态摄像元件输出的图像信号执行信号处理；以及控制单元，被构造成向所述固态摄像元件的所述控制线单元提供控制信号。
全文摘要
本发明提供一种固态摄像元件、其驱动方法以及摄像设备。所述固态摄像元件包括多个第一信号存储单元，连接到各垂直输出线以存储从选择的单位单元传送到各垂直输出线的信号；以及多个第二信号存储单元，连接到各垂直输出线以存储从第一数量的第一信号存储单元传送的信号，其中，所述多个第一信号存储单元以及所述多个第二信号存储单元被选择性地驱动，以使得在用于选择性地驱动所述第一信号存储单元以存储通过驱动所选择的单位单元的信号读出单元而传送到所述垂直输出线的信号的时间段中，连接到所述垂直输出线的其他的第一信号存储单元以及用于存储从所述其他的第一信号存储单元传送的信号的所述第二信号存储单元被选择性地驱动。
文档编号H04N5/378GK103002227SQ20121033723
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月12日 优先权日2011年9月13日
发明者小林宽和 申请人:佳能株式会社