固态成像元件、固态成像元件的驱动方法、以及电子装置制造方法
【专利摘要】一种固态成像元件，包括驱动电路以及具有以矩阵形式排列的像素的像素单元。所述像素包括配置为将入射在其上的光转换为电荷并且累积电荷的光电转换元件、连接到所述光电转换元件的电荷保持单元、以及浮置扩散区域。所述驱动电路将所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分转移到所述电荷保持单元，并且同时将所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分转移到所述浮置扩散区域。通过基本同时转移来自像素的每个的光电转换元件的电荷，实现电子全局快门。
【专利说明】固态成像元件、固态成像元件的驱动方法、以及电子装置
【技术领域】
[0001]本公开涉及固态成像元件、固态成像元件的驱动方法、以及电子装置，并且具体地，涉及能够成像更好的图像的固态成像元件、固态成像元件的驱动方法、以及电子装置。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，在数字静态相机、数字摄像机等中广泛地使用诸如CM0S(金属互补氧化物)图像传感器和CCD (电荷藕合器件)图像传感器的固态成像元件。此外，近年来，从电源电压低并且功耗低的角度来说，CMOS图像传感器通常适于在诸如提供有成像功能的移动电话装置的移动装置中安装的固态成像元件。
[0003]例如，在CMOS图像传感器中，由包括在像素中的ro(光电二极管)光电转换的电荷转移到作为浮置扩散区域的FD(浮置扩散)。此外，通过测量FD的电势，读出对应于由PD生成的电荷的电平的像素信号。
[0004]通常，CMOS图像传感器一次仅可以对于一行像素执行像素信号的读出，因此，不可能提供屏幕的曝光时间的同步性。与此相关，例如，根据已知为“全局快门”的读出像素信号的技术，开发了提供有屏幕的曝光时间的同步性的CMOS图像传感器。在现有技术中，为了实现全局快门，需要在像素中提供屏蔽电荷保持区域，并且在等待像素信号的读出的像素中的电荷保持区域中保持像素信号。作为该电荷保持区域，通常使用像素中提供的FD。
[0005]此外，本 申请人:提出了一种固态成像元件，其通过使用CXD型存储器部分和FD作为电荷保持区域，避免饱和电荷量的减少(例如，参照PTL I)。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008]PTL 1:日本未审专利申请公开N0.2009-268083
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]顺便提及，近年来，尽管固态成像元件的小型化正在进展，但是存在对于灵敏度的进一步改进、饱和电荷量的增加等的需求，并且希望即使在小型固态成像元件中也能够执行更好图像的成像的技术的发展。
[0011]鉴于这样的情况做出本公开，并且使得可能执行更好图像的成像。
[0012]对于问题的解决方案
[0013]根据本公开的示例性实施例的一个方面，可能提供一种固态成像元件，包括:驱动电路；以及像素单元，包括以矩阵形式排列的像素。所述像素的给定一个包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，电荷保持单元，连接到所述光电转换元件，以及浮置扩散区域。此外，所述驱动电路配置为对于所述像素的给定一个执行转移操作，包括使得所述电荷保持单元接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分，并且同时使得所述浮置扩散区域接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分。上述示例性实施例允许小型化电荷保持单元，而不减少可以由像素保持的电荷的量。因为电荷保持单元的小型化，可以减小像素尺寸，并且在相同尺寸的成像元件中可以包括更多像素，或者像素尺寸可以保持相同，并且光电转换元件的区域可以加宽，增加光电转换元件的饱和电荷量。
[0014]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述驱动电路可以配置为在执行所述转移操作之后，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号，并且随后读出对应于所述光电转换兀件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。
[0015]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述驱动电路配置为在读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号之后，并且在读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号之前:复位所述浮置扩散区域；读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号；以及执行次级转移操作，包括使得所述电荷保持单元中保持的所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分转移到所述浮置扩散区域。
[0016]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的给定一个包括:复位晶体管，连接到所述浮置扩散区域和复位电势，并且配置为当对其施加复位信号时导通；以及选择晶体管，配置为当对其施加选择信号时，输出数据信号到所述驱动电路，所述数据信号基于所述浮置扩散区域中保持的电荷的量。此外，所述驱动电路可以配置为:当所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分保持在所述浮置扩散区域中时，通过施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号，通过施加所述复位信号到所述复位晶体管，复位所述浮置扩散区域，通过在复位所述浮置扩散区域之后施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号，并且当所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分保持在所述浮置扩散区域中时，通过施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。
[0017]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的每个可以包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，并且其中所述驱动电路配置执行全局快门操作，包括:通过基本同时复位所述像素的每个的所述光电转换元件，基本同时开始对于所述像素的每个的各个电荷累积时段，并且基本同时结束对于所述像素的每个的各个累积时段。
[0018]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的每个可以包括电荷保持单元，连接到其光电转换元件，以及浮置扩散区域。此外，所述驱动电路可以配置为通过基本同时对于所述像素的每个执行所述转移操作，基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
[0019]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述驱动电路可以配置为执行滚动读出操作，包括从所述像素的每个读出对应于所述像素的所述光电转换元件中累积的各个电荷的各个数据信号。此外，所述驱动电路可以配置为在执行对于第η成像帧的滚动读出操作的同时，开始对于第(η+1)成像帧的全局快门操作。
[0020]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的给定一个可以包括漏极晶体管，连接到所述光电转换元件和漏极电势。所述驱动电路可以配置为通过使得所述漏极晶体管对于脉冲时段处于导通状态，复位所述光电转换元件。此外，当非导通状态时所述漏极晶体管与所述光电转换元件之间的势垒的量可以小于所述电荷保持单元和所述光电转换元件之间势鱼的量。
[0021]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的每个可以包括:光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，电荷保持单元，连接到其光电转换元件，以及浮置扩散区域。此外，所述像素可以以N ^ 2像素的分组排列，并且N是整数，使得包括在所述分组的相同一个中的那些像素共同分享一个浮置扩散区域，所述一个浮置扩散区域构成包括在共同分享所述一个浮置扩散区域的那些像素的每个中的各个浮置扩散区域。
[0022]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述驱动电路可以配置为通过驱动机械快门基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
[0023]根据上述示例性实施例的另一个方面,所述电荷保持单元的电荷保持容量可以小于所述光电转元件的电荷保持容量。
[0024]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述固态成像元件可以包括在电子成像装置中。
[0025]根据本公开的另一示例性实施例的一个方面，可以执行一种操作固态成像元件的方法，所述固态成像元件可以包括以矩阵形式排列的像素，其中所述像素的给定一个可以包括配置为将入射在其上的光转换为电荷并且累积电荷的光电转换元件、连接到所述光电转换元件的电荷保持单元、以及浮置扩散区域。所述方法可以包括:对于所述像素的给定一个执行转移操作，使得所述电荷保持单元接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分，并且同时使得所述浮置扩散区域接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分。
[0026]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述方法还包括，在对于所述像素的给定一个执行所述转移操作之后，连续地:读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号；复位所述浮置扩散区域；读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号；执行次级转移操作，包括使得所述电荷保持单元中保持的所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分转移到所述浮置扩散区域；以及读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。
[0027]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的每个可以包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，所述方法还可以包括执行全局快门操作，包括:通过基本同时复位所述像素的每个的所述光电转换元件，基本同时开始对于所述像素的每个的各个电荷累积时段，并且基本同时结束对于所述像素的每个的各个累积时段。
[0028]根据上述示例性实施例的另一个方面，所述像素的每个可以包括浮置扩散区域以及连接到其光电转换元件的电荷保持单元。此外，所述方法还可以包括:通过基本同时对于所述像素的每个执行所述转移操作，基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
[0029]根据本公开的示例性实施例的一个方面，所述方法还可以包括:执行滚动读出操作，包括从所述像素的每个读出对应于所述像素的所述光电转换元件中累积的各个电荷的各个数据信号，并且在执行对于第η成像帧的滚动读出操作的同时，开始对于第(η+1)成像帧的全局快门操作。
[0030]发明的有益效果
[0031]根据本公开的一个方面，可能执行更好图像的成像。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是示出应用本技术的固态成像元件的实施例的配置示例的框图。
[0033]图2是包括在像素单元中的像素的电路图。
[0034]图3是图示固态成像元件的驱动的视图。
[0035]图4是示出图3的时序图的定时I和t3之间的电势的视图。
[0036]图5是示出图3的时序图的定时t4和t6之间的电势的视图。
[0037]图6是示出图3的时序图的定时t7和tlO之间的电势的视图。
[0038]图7是示出图3的时序图的定时til和tl3之间的电势的视图。
[0039]图8是图示当使用固态成像元件成像运动图像时的驱动的视图。
[0040]图9是其中采用像素公共结构的像素的电路图。
[0041]图10是具有内建的其中采用像素公共结构的固态成像元件的成像设备的框图。
[0042]图11是图示当使用成像设备成像静态图像时的驱动的视图。
[0043]图12是图示当使用成像设备成像运动图像时的驱动的视图。
[0044]图13是图示其中采用像素公共结构的固态成像元件中的像素的排列的视图。
[0045]图14是图示其中采用像素公共结构的固态成像元件中的像素的排列的视图。
【具体实施方式】
[0046]下文中，将参照附图给出用于应用本技术的具体示例性实施例的详细描述。
[0047]图1是示出应用本技术的固态成像元件的实施例的配置示例的框图。
[0048]在图1中，固态成像元件11配置为包括像素单元12、垂直驱动电路13、列处理电路14、输出电路15和控制电路16。
[0049]在像素单元12中，多个像素(图2的像素21)以矩阵排列，并且各个像素经由水平信号线(未示出)连接到用于每行的垂直驱动电路13，以及经由垂直信号线(维持胡)连接到用于每列的列处理电路14。
[0050]垂直驱动电路13提供驱动信号(例如，下面描述的复位信号Rst、转移信号CCD、转移信号Trf、选择信号Sel和漏极信号Drn)，用于按顺序驱动在像素单元12中排列的多个像素的每行的像素，并且驱动各个像素。
[0051]列处理电路14对于各个像素的每列从像素单元12中排列的多个像素接收像素的复位电平的像素信号，以及对应于由接收光的像素生成的电荷的电平的像素信号。此外，列处理电路14获得复位电平的像素信号以及对应于生成的电荷的电平的像素信号之间的差，并且顺序输出示出像素的每列的差值的AD转换像素信号。
[0052]输出电路15执行诸如关于从列处理电路14顺序输出的图像信号的增益调整和缺陷校正的处理，并且将其输出到外部电路(未示出，例如，图10的DSP 104)。
[0053]控制电路16提供控制信号到配置固态成像元件11并且控制固态成像元件11的操作的每个块。
[0054]图2是包括在像素单元12中的像素的电路图。
[0055]如图2所示,像素21配置为包括F1D 22、电荷保持单元23、转移晶体管24、FD 25、放大晶体管26、选择晶体管27、复位晶体管28和漏极晶体管29。此外，将从像素21输出的像素信号转移到列处理电路14的垂直信号线30连接到像素21。
[0056]PD 22是使用光电转换将入射光转换为电荷(电子或空穴)并且累积它的光电转换单元。此外，在ro 22中，阳极端子接地，并且阴极端子经由电荷保持单元23和转移晶体管24连接到FD 25。
[0057]电荷保持单元23由具有保持电荷的功能的电荷耦合器件(CXD)配置。根据从垂直驱动电路13提供的转移信号CCD驱动电荷保持单元23，并且当转移信号CCD处于高电平时，PD 22中累积的电荷转移到电荷保持单元23并且被保持。
[0058]根据从垂直驱动电路13提供的转移信号Trf驱动转移晶体管24，并且当转移晶体管24导通时，电荷保持单元23中保持的电荷经由转移晶体管24转移到FD 25。
[0059]FD 25是具有连接到放大晶体管26的栅极电极的预定累积容量的浮置扩散区域，并且累积经由电荷保持单元23和转移晶体管24转移的电荷。此外，当由H) 22生成的电荷大于电荷保持单元23的容量时,从F1D 22转移到电荷保持单元23的一部分电荷溢出转移晶体管24，并且在FD 25中累积。
[0060]放大晶体管26经由选择晶体管27输出对应于在FD 25中累积的电荷(换句话说，FD 25的电势)的电平的像素信号到垂直信号线30。换句话说，通过具有FD 25连接到放大晶体管26的栅极电极的配置，FD 25和放大晶体管26将由H) 22生成的电荷转换为对应于电荷的电平的像素信号。
[0061 ] 根据从垂直驱动电路13提供的选择信号Sel驱动选择晶体管27，并且当选择晶体管27导通时，从放大晶体管26输出的像素信号进入其可能输出到垂直信号线30的状态。
[0062]根据从垂直驱动电路13提供的复位信号Rst驱动复位晶体管28，并且当复位晶体管28导通时，FD 25中累积的电荷泄漏到电源线Vdd，并且FD 25复位。
[0063]根据从垂直驱动电路13提供的漏极信号Drn驱动漏极晶体管29，并且当漏极晶体管29导通时，PD 22中收集的电荷泄漏到电源线Vdd，并且H) 22复位。
[0064]此外，在本实施例中，配置像素21的转移晶体管24、放大晶体管26、选择晶体管27、复位晶体管28和漏极晶体管29是NMOS (负沟道金属氧化物半导体)型晶体管。因此，由像素21处理的电荷是电子。此外，电荷保持单元23和FD 25由布线层等屏蔽。
[0065]接下来，将参照图3描述固态成像元件11的驱动。
[0066]在图3的上侧，示出像素21的每行的驱动时序，垂直轴显示像素的行，并且水平轴显示时间。此外，在图3的下侧，示出复位信号Rst、转移信号CCD、转移信号Trf、选择信号Sel和漏极信号Drn的时序图。
[0067]首先，在固态成像元件11中，在像素单元12中包括的像素21的所有行中电子快门同时操作，PD 22中累积的电荷泄漏，并且开始其中在ro 22中累积电荷的累积时段。换句话说，同时在像素单元12中包括的像素21的所有行中，漏极信号Drn接通，并且H) 22中累积的电荷泄漏到电源线Vdd，并且从漏极信号Drn变为断开的定时起，电荷开始在H) 22中累积。
[0068]接下来，在固态成像元件11中，同时在像素单元12中包括的像素21的所有行中，电荷累积时段结束，并且执行全局转移。换句话说，在选择信号Sel变为接通的定时，复位信号Rst和转移信号Trf在脉冲形状中变为接通，并且电荷保持单元23和FD 25复位。随后，转移信号CCD和转移信号Trf在脉冲形状中变为接通，并且在电荷耦合时段期间由H)22生成的电荷转移到电荷保持单元23和FD 25，此后选择信号Sel变为断开。在此，转移到FD25的电荷溢出电荷保持单元23，并且当由H) 22生成的电荷大时转移。
[0069]以此方式，在固态成像元件11中，通过在所有像素21中同时(在相同定时)开始累积时段的事实实现全局快门，并且如所预期的，在累积时段期间ro 22中累积的电荷同时转移。
[0070]此外，在固态成像元件11中，对于包括在像素单元12中的像素21的每行顺序执行复位电平的像素信号和对应于由ro 22生成的电荷的电平的像素信号的读出(下文中适当地称为滚动读出)。在此，在固态成像元件11中，作为对应于由ro 22生成的电荷的电平的像素信号，对应于在全局转移中转移到电荷保持单元23的电荷的电平的像素信号以及对应于在全局转移中溢出电荷保持单元23的电荷的电平的像素信号转移到FD 25并且读出。
[0071]换句话说，选择信号Sel接通，读出对应于在全局转移中转移到FD 25的电荷的电平的像素信号，并且在复位信号Rst在脉冲形状中变为接通并且FD 25复位之后，读出复位电平的像素信号。此外，在转移信号Trf在脉冲形状中变为接通并且电荷保持单元23中累积的电荷转移到FD 25之后，读出对应于在全局转移中转移到电荷保持单元23的电荷的电平的像素信号。随后，选择信号Sel变为断开。
[0072]接下来，将参照图4到图7中示出的电势图描述图3的时序图中示出的定时tl和tl3之间的电势的改变。此外，如上所述，由像素21处理的电荷是电子，因此，在图4到图7中，示出电势使得其中电势是正的取向是向下。此外，电荷保持单元23具有其中势鱼提供在PD 22侧的结构。
[0073]如图4所示，在其中驱动电子快门之前漏极信号Drn接通的之前定时tl，在H) 22和FD 25中收集电荷。PD 22中收集的电荷由之前帧中全局转移之后到像素21的入射光生成，并且在FD 25中收集的电荷通过之前帧中的滚动读出转移到FD 25。
[0074]此外，在脉冲形状中漏极信号Drn接通的定时t2，PD 22中收集的电荷经由漏极晶体管29泄漏到电源线Vdd。
[0075]随后，从漏极信号Drn断开的定时t3起，由被光电转换的到像素21的入射光生成的电荷开始在被复位并且其中电荷为空的ro 22中累积。
[0076]接下来，如图5所示，在紧接在累积时段过去之前的定时t4，通过光电转换生成的电荷在ro 22中累积。在此，到像素21的入射光量大，并且当ro 22的容量或更多的电荷生成时，漏极晶体管29侧的势垒设为低于电荷保持单元23侧的势垒，使得电荷经由漏极晶体管29溢出到电源线Vdd中。因此,避免溢出到电荷保持单元23中的电荷。
[0077]此外，在脉冲形状中复位信号Rst和转移信号Trf变为接通的定时t5，电荷保持单元23中收集的电荷泄漏到电源线Vdd。在此时间，如图3所示，为了接近随后的滚动读出状态，希望选择晶体管27保持在导通状态。
[0078]随后，在复位信号Rst和转移信号Trf断开的定时t6，电荷保持单元23和FD 25进入完成状态。
[0079]接下来，如图6所示，在转移信号CCD和转移信号Trf在脉冲形状中变为接通的定时t7，PD 22中累积的电荷转移到电荷保持单元23和FD 25。在此，电荷保持单元23的容量没有设为能够接收ro 22的饱和电荷。因此，用高照度的量照射当固态成像元件11，并且由ro 22生成的电荷大时，从ro 22转移的电荷经由转移晶体管24从电荷保持单元23溢出，并且转移到FD 25。
[0080]此外，在转移信号C⑶和转移信号Trf断开并且全局转移完成的定时t8，由H) 22生成的电荷处于在电荷保持单元23和FD 25中累积的状态。随后，在固态成像元件11中，执行其中对于像素21的每行顺序读出像素信号的滚动读出，并且直到变为像素信号读出的目标，像素21保持在全局转移完成的定时t8的电势状态。
[0081]在作为对于像素信号读出的目标的像素21中，选择信号Sel变为接通，并且像素信号的输出开始。此外，在像素21保持在其中全局转移完成的电势状态的定时t9，对应于FD 25中累积的电荷的电平的像素信号读出到列处理电路14作为高照度的像素信号。此夕卜，为了简化描述，已经省略在像素21是像素信号读出的时段中由H) 22生成的电荷的绘图。
[0082]此外，在复位信号Rst在脉冲形状中变为接通的定时tlO，在FD 25中累积的电荷泄漏到电源线Vdd。
[0083]接下来，如图7所示，在复位信号Rst断开的定时tll，在FD 25复位完成的状态中，复位电平的像素信号读出到列处理电路14。因此，列处理电路14获得在定时t9读出的高照度的像素信号以及在定时tll读出的复位电平的像素信号之间的差，并且将该差保持为高照度的新像素信号。
[0084]此外，在转移信号Ttf在脉冲形状中变为接通的定时tl2，电荷保持单元23中保持的电荷从电荷保持单元23转移到FD 25。
[0085]随后，在转移信号Ttf断开的定时tl3，对应于FD 25中累积的电荷的电平的像素信号读出到列处理电路14作为低照度的像素信号。因此，列处理电路14获得在定时tll读出的复位电平的像素信号以及在定时tl3读出的低照度的像素信号之间的差，并且将该差保持为低照度的新像素信号。
[0086]以此方式，在固态成像元件11中，获取高照度的像素信号和低照度的像素信号，并且列处理电路14提供像素信号到输出电路15，并且执行对于下一列的像素21的操作。输出电路15从高照度的像素信号和低照度的像素信号重构对应于H) 22中累积的电荷的像素信号，并且将其输出到随后级的电路(未示出)。
[0087]如上所述，在固态成像元件11中，仅由H) 22执行累积时段期间生成的电荷的累积，电荷通过全局转移转移到电荷保持单元23和FD 25，并且可以被保持直到执行其滚动读出的工作时间回来。以此方式，可以通过不但在电荷保持单元23中而且在FD 25中累积在H) 22中累积的电荷，使电荷保持单元23小型化。因此，可以加宽H) 22的区域，可以改进H) 22的灵敏度，并且可以增加H) 22的饱和电荷量。
[0088]因此，即使使固态成像元件11小型化，也可以获取具有更高灵敏度和宽动态范围的更好图像。
[0089]在此，例如，在现有技术的全局快门的技术中，当仅仅FD用作电荷保持区域时，存在其中由于由FD生成的噪声大导致噪声在低照度显著的情况。此外，当仅仅CCD型存储器单元用作电荷保持区域时，对应于大CCD型存储器单元变得必须，存在其中H)的灵敏度和饱和电荷量大大减少的情况。此外，在其中CCD型存储器单元和FD两者用作电荷保持区域的配置中(参照上述PTL I)，当成像运动图像时，不但其中不能在各帧之间执行曝光的时间跳跃出现，而且存在其中运动图像的灵敏度减少的情况。与此相比，在固态成像元件11中，实现全局快门，即使在低照度也存在少量噪声，确保灵敏度和饱和电荷量，并且可能抑制运动图像中时间跳跃的出现。
[0090]此外，在上述PTL I中公开的固态成像元件中，通过使用C⑶型存储器单元和FD两者作为电荷保持区域，使得饱和电荷量大，并且因为CCD型存储器单元用作在曝光期间从ro溢出的电荷的容器，所以不能在CCD型存储器保持电荷时执行曝光。与此相比，在固态成像元件11中，因为采用其中电荷在累积时段期间从ro 22经由漏极晶体管29泄漏的配置，所以甚至可能在电荷保持单元23保持电荷期间执行ro 22的曝光。因此，在固态成像元件11中，可能成像其中需要连续曝光的平稳运动图像，并且避免运动图像的灵敏度的减小。
[0091]换句话说，在固态成像元件11中，通过执行仅由ro 22在累积时段期间生成的电荷的累积，可能在与执行之前帧中滚动读出的并发定时执行当前帧的电子快门。
[0092]参照图8，给出关于能够在与执行之前帧中滚动读出的并发定时执行当前帧的电子快门的描述。
[0093]在图8中，全局转移(η-1)和滚动读出(n_l)示出为在第n_l帧中的处理的定时，电子快门(η)、全局快门(η)和滚动读出(η)示出为在第η帧中的处理的定时，并且电子快门(η+1)和全局快门(η+1)示出为在第η+1帧中的处理的定时。
[0094]如图8所示，第η帧的电子快门(η)在其中正执行第η_1帧的滚动读出(n_l)的时段期间执行。类似地，第η+1帧的电子快门(η+1)在其中正执行第η帧的滚动读出(η)的时段期间执行。
[0095]如上所述，累积时段期间电子快门的电荷的泄漏以及电荷的累积影响TO22，并且滚动读出中电荷的转移不影响H) 22。换句话说,从电荷保持单元23向前的元件受滚动读出中电荷的转移影响。因此，在执行前一帧中滚动读出的时段期间，可能执行当前帧中的电子快门和开始累积时段。此外，希望在来自像素21的电荷的读出逐行切换的定时执行电子快门，以便最小化电源波动的影响。
[0096]通过在这样的定时执行处理，在执行前一帧的滚动读出期间开始当前帧的累积时段。结果，在固态成像元件11中，可能获得在各帧之间具有小时间跳跃的平滑运动图像。此夕卜，在固态成像元件11中，由于全局快门可能获得没有畸变的图像，以及通过使电荷保持单元23小型化并且使得ro 22大获得高灵敏度图像。
[0097]此外，可接受的是在其中执行全局转移的时段期间执行电子快门，只要在利用上没有问题。例如，当所有像素21以完全同步驱动时，在作为驱动器的垂直驱动电路13上的负载增加，因此，为了减小负载，例如，可以通过提供像素单元12的上部和下部之间微小时间差来执行电子快门。仍可以以此方式实现全局快门，即使所有像素21没有以完全同步驱动，只要在给定帧时段中第一像素21的快门操作的开始与最后像素21的快门操作的开始之间的时间差足够小。例如，当第一和最后像素21的快门的开始之间的时间差小于一帧中对于所有像素21执行滚动读出操作所花费时间的10%时，快门可以视为全局快门。
[0098]此外，在固态成像元件11中，可以采用像素公共结构，其中配置像素21的晶体管的一部分可以由预定数目的像素21共同使用。
[0099]接下来，将参照图9描述采用像素公共结构的像素21。
[0100]在图9中，示出像素公共结构，其中FD 25、放大晶体管26、选择晶体管27和复位晶体管28由两个像素(像素和像素212)共同使用。此外，在图9中，示出恒流源31，其连接到垂直信号线30以便从像素21读出像素信号。
[0101]像素21i提供有F1D 221、电荷保持单兀231、转移晶体管24i和漏极晶体管2%,并且像素212提供有H) 222、电荷保持单元232、转移晶体管242和漏极晶体管292。此外，FD 25、放大晶体管26、选择晶体管27和复位晶体管28由像素2^和像素212共同使用。
[0102]然而，在其中FD 25由像素和像素212共同使用的结构中，当由H) 22i和H)222生成的电荷全局转移时，溢出PD 221和? 222的电荷在FD 25中混合。
[0103]因此，在具有采用内建的像素公共结构的固态成像元件11的成像设备中，通过使用机械快门实现全局快门，并且其具有避免电荷在公共FD 25中混合的结构。
[0104]在图10中，框图示出具有内建的固态成像元件11的成像设备，在固态成像元件11中采用像素公共结构。
[0105]如图10所示，成像设备101配置为包括光学系统102、机械快门103、固态成像元件11、DSP (数字信号处理器)104、显示单元105、存储器106、电源单元107、操作单元108和CPU (中央处理单元)109。
[0106]光学系统102配置为具有多个透镜，会聚来自被摄体(未示出)的光，并且经由机械快门103在固态成像元件11的光接收表面上形成被摄体的图像。此外，光学系统102根据CPU 109的控制通过驱动透镜调整放大率。
[0107]根据CPU 109的控制驱动机械快门103开和关，在机械快门103开的状态下用光照射固态成像元件11，并且在机械快门103关的状态下使固态成像元件11免受光照射。此夕卜，可以通过其中可以指定累积时段的结束的简单结构配置机械快门103。
[0108]固态成像元件11输出对应于照射到其光接收表面的光的像素信号到DSP 104。
[0109]DSP 104基于从固态成像元件11输出的像素信号构造图像，并且将图像提供到显示单元105以在其上显示，并且将图像提供到存储器106以在其上存储。显示单元105配置为包括液晶面板、有机EL(电致发光)面板等，并且显示由DSP 104构造的图像。存储器106由诸如闪速存储器(例如，EEPROM(电可擦除可编程只读存储器))的非易失性存储器配置，并且存储由DSP 104构造的图像。
[0110]电源单元107根据CPU 109的控制提供驱动配置成像设备101的每个块的所需电力。操作单元108配置为包括按钮、控制杆、触摸板等，并且提供对应于用户的操作的操作信号到CPU 109。
[0111]CPU 109发送控制信号到配置成像设备101的每个块，并且控制各块的操作。例如，在通过与固态成像元件11的垂直驱动电路13同步由垂直驱动电路13驱动的电子快门开始累积时段之后，CPU 109使得机械快门103对应于累积时段结束的定时对于固态成像元件11执行遮挡。
[0112]以此方式配置成像器件101，从而对应于CPU 109的控制驱动机械快门开和关，并且机械快门103在其中在固态成像元件11的ro 22中累积电荷的累积时段结束的定时关闭。以此方式，在成像设备101中，当成像静态图像时，使用机械快门103实现全局快门。此夕卜，还避免FD 25中电荷的混合。
[0113]接下来，将参照图11描述由成像设备101成像静态图像时的驱动。
[0114]在图11中，以与图3中相同的方式示出像素21的每行的驱动定时和每个信号的时序图。
[0115]首先，在机械快门103开的状态下，电子快门在包括在像素单元12中的像素21的所有行中同时操作，PD 221和? 222中累积的电荷泄漏，并且开始其中在H) 221和? 222中累积电荷的累积时段。此时，图11的定时t21和t23之间像素21和像素212的电势与图4中定时tl和t3之间相同。
[0116]接下来，通过在累积时段结束的定时关闭机械快门103，实现其中在所有像素21中统一累积时段的全局快门。
[0117]此外，在包括在像素单元12中的像素21的每行顺序执行电荷的转移，并且执行滚动读出。在此，如图9所示，在由两个像素(像素2L和像素212)提供FD 25的结构中，在像素21:和像素212之前顺序读出像素信号。
[0118]首先，从像素2^读出像素信号。换句话说，在选择信号Sel接通的定时，复位信号Rst和转移信号Trfl在脉冲形状中变为接通(定时t25)，并且电荷保持单元23i和FD 25复位。接下来，转移信号CCDl和转移信号Trfl在脉冲形状中变为接通(定时t27)，并且在电荷耦合时段中，由H) 22i生成的电荷转移到电荷保持单元231和？0 25。
[0119]随后，读出对应于转移到FD 25的电荷的电平的像素信号(定时t28)，并且在复位信号Rst在脉冲形状中变为接通并且FD 25复位之后，读出复位电平的像素信号(定时t30)。此外，在转移信号Trfl在脉冲形状中变为接通并且电荷保持单元23i中累积的电荷转移到FD 25之后，读出对应于电荷保持单元23i中累积的电荷的电平的像素信号(定时t32)。随后，选择信号Sel变为断开。
[0120]接下来，从像素212读出像素信号。换句话说，在选择信号Sel接通的定时，复位信号Rst和转移信号Trf2在脉冲形状中变为接通(定时t34)，并且电荷保持单元232和FD25复位。接下来，转移信号CCD2和转移信号Trf2在脉冲形状中变为接通(定时t36)，并且在电荷耦合时段中，由ro 2?生成的电荷转移到电荷保持单元232和FD 25。
[0121]随后，读出对应于转移到FD 25的电荷的电平的像素信号(定时t37)，并且在复位信号Rst在脉冲形状中变为接通并且FD 25复位之后，读出复位电平的像素信号(定时t39)。此外，在转移信号Trf2在脉冲形状中变为接通并且电荷保持单元232中累积的电荷转移到FD 25之后，读出对应于电荷保持单元232中累积的电荷的电平的像素信号(定时t41)。随后，选择信号Sel变为断开。
[0122]以此方式，在由两个像素(像素和像素212)提供FD 25的结构中，由于对于像素21的每行顺序执行电荷的转移和滚动读出，所以电荷从H) 22的转移在所有像素21中不是相同定时。因此，电荷处于在ro 22中累积的状态直到转移，然而，因为由机械快门103遮挡固态成像元件11，所以避免由于累积时段之后的光电转换的电荷出现。
[0123]此时，图11的定时t24和t27之间以及t33和t36之间像素2^和像素212的电势与图5和图6中定时t4和7之间的相同。此外，图11的定时t28和t32之间以及t37和t41之间像素21:和像素212的电势与图6和图7中定时t9和13之间的相同。
[0124]以此方式，实现全局快门并且可以成像静态图像，即使固态成像元件11中采用像素公共结构。因此，在固态成像元件11中，除了能够由于像素公共结构实现小型化外，可以用全局快门获得具有增加的饱和度的静态图像，并且可以获取更好的图像。
[0125]此外，在采用像素公共结构的固态成像元件11中，当成像静态图像时，因为对于像素21的每行执行转移像素的操作，所以来自像素21的复位电平的像素信号可以在图11的定时t26读出到列处理电路14。因此，对于高照度的像素信号，可以使用在定时t26读出的复位电平的像素信号之间的差，而不是在定时t30读出的复位电平的像素信号之间的差。因此，除了能够减小高照度的像素信号中的复位噪声外，因为获得差的处理的顺序与低照度的像素信号的顺序相同(读出对应于在读出复位电平的像素信号之后生成电荷的电平的像素信号)，可以进一步简化列处理电路14的配置。
[0126]此外，当对于静态图像的像素的项目小是可接受的时，可以采用执行像素相加而不从所有像素21读出像素信号的读出操作。
[0127]顺便提及，当由成像设备101成像运动图像时，不使用机械快门103。目前，在成像设备101中，采用能够成像10兆像素或更多的静态图像的固态成像元件11，然而，与此相比，运动图像的像素的数目为大约2兆像素。因此，在采用像素公共结构的固态成像元件11中，使用像素相加以减少像素的数目，并且可以成像运动图像。
[0128]接下来，将参照图12描述当由成像设备101成像运动图像时的驱动。
[0129]在图12中，以与图11相同的方式示出像素21的每行的驱动定时和每个信号的时序图。
[0130]首先，电子快门在包括在像素单元12中的像素21的所有行中同时操作，PD 22中累积的电荷泄漏，并且开始其中在ro 221和? 2?中累积电荷的累积时段。换句话说，在包括在像素单元12中的像素21的所有行中同时，泄漏信号DrnI和Drn2接通，并且H) 22i和H) 222中累积电荷泄漏到电源线Vdd。此外，从泄漏信号Drnl和Drn2断开的定时起，电荷开始在H) 22!和H) 222中累积。
[0131]接下来，电荷累积时段在包括在像素单元12中的像素21的所有行中同时结束，并且执行全局转移。换句话说，在选择信号Sel接通的定时，复位信号Rst和转移信号Trfl和Trf2在脉冲形状中变为接通，并且电荷保持单元23i和232以及FD 25复位。随后，转移信号CCDl和CCD2以及转移信号Trfl和Trf2在脉冲形状中变为接通，并且在电荷累积时段中，由H) 22!和H) 222生成的电荷转移到各个电荷保持单元23i和232，并且选择信号Sel随后断开。
[0132]以此方式，在固态成像元件11中，通过累积时段在所有像素21中同时(在相同定时)开始，以及在累积时段期间在ro 22jpro 2?中累积的电荷同时转移的事实实现全局快门。
[0133]此外，对于像素21的每行顺序执行复位电平的像素信号以及对应于由ro 22i和PD 222生成的电荷的电平的像素信号的滚动读出。在此，在固态成像元件11中，作为对应于由ro 22jpro 222生成的电荷的电平的像素信号，对应于在全局转移中转移到电荷保持单元23i和232的电荷的电平的像素信号，以及对应于在全局转移中溢出电荷保持单元23i和232的电荷的电平的像素信号转移到FD 25并且读出。
[0134]换句话说，选择信号Sel接通，读出对应于在全局转移中转移到FD 25的电荷的电平的像素信号，并且在复位信号Rst在脉冲形状中变为接通并且FD 25复位之后，读出复位电平的像素信号。此外，在转移信号Trfl和Trf2在脉冲形状中变为接通并且电荷保持单元23i和232中累积的电荷转移到FD25之后，读出对应于在全局转移中转移到电荷保持单元23:和232的电荷的电平的像素信号。换句话说，对应于像素21:和像素212的光接收量的像素信号相加并且读出。随后，选择信号Sel变为断开。
[0135]此时，图12的定时tl和tl3之间像素和像素212的电势与图4到图7中定时tl和tl3之间的相同。
[0136]以此方式，通过执行像素相加，除了能够由于像素公共结构小型化像素21外，可以用全局快门获得具有增加的饱和度的运动图像。此外，如果低灵敏度图像或者具有欠采样噪声的图像是可接受的，可以执行其中仅仅从多个公共像素21的像素21之一读出像素信号的稀释读出，而不用执行像素相加。
[0137]在此，因为由H) 22!和H) 222生成的电荷在FD 25中混合，所以选择公共结构的像素21:和像素212，使得像素21:和像素212接收相同颜色的光。
[0138]在图13中，示出其中采用像素公共结构的固态成像元件11中的颜色排列的示例。在图13中，示出两个像素公共结构中的颜色排列。
[0139]在图13的上侧中示出的颜色排列中，在垂直方向上一次排列两个相同颜色，并且由粗线围绕的两个像素具有像素公共结构。此外，当成像运动图像时，通过在两个公共像素中执行像素相加，如图13的下侧所示，获得倾斜旋转45度的拜耳排列的图像。
[0140]此外，当在静态图像中读出所有像素时，颜色排列是唯一的，然而，通过使一起的两个公共像素的累积时间不同，可能在倾斜45度的拜耳排列中执行扩展动态范围的操作。根据这样的颜色排列，因为是倾斜排列，所以可能容易地使得颜色排列进入信号处理中像素数目的两倍的正方格点。换句话说，可能简单地恢复原始数目的像素。此外，当图13中示出的颜色排列的固态成像元件11配置为倾斜45度旋转实施时，当成像运动图像时，以及当成像具有扩展的动态范围的静态图像时，可能获取拜耳排列的图像。
[0141]在图14中，示出其中采用像素公共结构的固态成像元件11中的颜色排列的示例。在图14中，示出三个像素公共结构中的颜色排列。
[0142]在图14中示出的颜色排列中，通过布线连接的三个像素是公共单元。以此方式，在拜耳排列中，可以垂直公共地交替使用相同颜色的三个像素。此外，通过组合三个公共像素中的像素相加，以及对列处理电路14中列方向上的三列等执行的像素相加，可以重建从固态成像元件11中包括的像素21的像素的数目的1/9形成的拜耳排列的图像。因此，例如，当固态成像元件11的像素的数目是18兆像素或更大，可以成像2兆像素或更大的HD (高清晰度)运动图像。
[0143]此外，在采用像素公共结构的配置中，可以采用其中仅在FD 25中临时保持电荷而不用提供电荷保持单元23的结构。
[0144]此外，可以在以下应用中使用固态成像元件11，其中使用可检测的预定物理量(例如，红外线、X射线、粒子等的入射、压力分布等)成像图像，以及用于使用可见光成像图像。此外，作为固态成像元件11，以及诸如成像设备101(所谓数字静态相机)的终端产品，包括其中固态成像元件11是用于嵌入终端产品的模块的配置。
[0145]此外，本技术还可以采用以下配置。
[0146](I) 一种固态成像元件，包括:
[0147]驱动电路；以及
[0148]像素单元，包括以矩阵形式排列的像素，
[0149]其中像素的给定一个包括
[0150]光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，
[0151]电荷保持单元,连接到所述光电转换元件，以及
[0152]浮置扩散区域，并且
[0153]其中所述驱动电路配置为对于所述像素的给定一个执行转移操作，包括使得所述电荷保持单元接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分，并且同时使得所述浮置扩散区域接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分。
[0154](2)如(I)所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为在执行所述转移操作之后，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号，并且随后读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。
[0155](3)如(2)所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为在读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号之后，并且在读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号之前:
[0156]复位所述浮置扩散区域；
[0157]读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号；以及
[0158]执行次级转移操作,包括使得所述电荷保持单元中保持的所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分转移到所述浮置扩散区域。
[0159](4)如(3)所述的固态成像元件，
[0160]其中所述像素的给定一个包括:
[0161]复位晶体管，连接到所述浮置扩散区域和复位电势，并且配置为当对其施加复位信号时导通；以及
[0162]选择晶体管，配置为当对其施加选择信号时，输出数据信号到所述驱动电路，所述数据信号基于所述浮置扩散区域中保持的电荷的量；
[0163]其中所述驱动电路配置为:
[0164]当所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分保持在所述浮置扩散区域中时，通过施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号，
[0165]通过施加所述复位信号到所述复位晶体管，复位所述浮置扩散区域，
[0166]通过在复位所述浮置扩散区域之后施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号，并且
[0167]当所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分保持在所述浮置扩散区域中时，通过施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。
[0168](5)如(I)所述的固态成像元件，
[0169]其中所述像素的每个包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，并且
[0170]其中所述驱动电路配置执行全局快门操作，包括:
[0171]通过基本同时复位所述像素的每个的所述光电转换元件，基本同时开始对于所述像素的每个的各个电荷累积时段，并且
[0172]基本同时结束对于所述像素的每个的各个累积时段。
[0173](6)如(5)所述的固态成像元件，其中所述像素的每个包括
[0174]电荷保持单元,连接到其光电转换元件，以及
[0175]浮置扩散区域，并且
[0176]其中所述驱动电路配置为通过基本同时对于所述像素的每个执行所述转移操作，基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
[0177](7)如(6)所述的固态成像元件，
[0178]其中所述驱动电路配置为执行滚动读出操作，包括从所述像素的每个读出对应于所述像素的所述光电转换元件中累积的各个电荷的各个数据信号，并且
[0179]其中所述驱动电路配置为在执行对于第η成像帧的滚动读出操作的同时，开始对于第(η+1)成像帧的全局快门操作。
[0180](8)如(I)所述的固态成像元件，
[0181]其中所述像素的给定一个包括漏极晶体管，连接到所述光电转换元件和漏极电势，
[0182]其中所述驱动电路配置为通过使得所述漏极晶体管对于脉冲时段处于导通状态，复位所述光电转换元件，并且
[0183]其中当非导通状态时所述漏极晶体管与所述光电转换元件之间的势垒的量小于所述电荷保持单元和所述光电转换元件之间势鱼的量。
[0184](9)如(I)所述的固态成像元件，其中所述像素的每个包括:
[0185]光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，
[0186]电荷保持单元,连接到其光电转换元件，以及
[0187]浮置扩散区域，并且
[0188]其中所述像素以N彡2像素的分组排列，并且N是整数，并且
[0189]其中包括在所述分组的相同一个中的那些像素共同分享一个浮置扩散区域，所述一个浮置扩散区域构成包括在共同分享所述一个浮置扩散区域的那些像素的每个中的各个浮置扩散区域。
[0190](10)如(9)所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为执行全局快门操作包括:
[0191]通过基本同时复位所述像素的每个的所述光电转换元件，基本同时开始对于所述像素的每个的各个电荷累积时段，以及
[0192]基本同时结束对于所述像素的每个的各个累积时段。
[0193](11)如(10)所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为通过基本同时对于所述像素的每个执行所述转移操作，基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
[0194](12)如(11)所述的固态成像元件，
[0195]其中所述驱动电路配置为执行滚动读出操作，包括从所述像素的每个读出对应于所述像素的所述光电转换元件中累积的各个电荷的各个数据信号，并且
[0196]其中所述驱动电路配置为在执行对于第η成像帧的滚动读出操作的同时，开始对于第(η+1)成像帧的全局快门操作。
[0197](13)如(10)所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为通过驱动机械快门基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
[0198](14)如⑴所述的固态成像元件,其中所述电荷保持单元的电荷保持容量小于所述光电转元件的电荷保持容量。
[0199](15) 一种电子成像装置，包括如⑴所述的固态成像元件。
[0200](16) 一种操作固态成像元件的方法，所述固态成像元件包括以矩阵形式排列的像素，其中所述像素的给定一个包括配置为将入射在其上的光转换为电荷并且累积电荷的光电转换元件、连接到所述光电转换元件的电荷保持单元、以及浮置扩散区域，所述方法包括:
[0201]对于所述像素的给定一个执行转移操作，使得所述电荷保持单元接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分，并且同时使得所述浮置扩散区域接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分。
[0202](17)如(16)所述的操作固态成像元件的方法，所述方法还包括，在对于所述像素的给定一个执行所述转移操作之后，连续地:
[0203]读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号；
[0204]复位所述浮置扩散区域；
[0205]读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号；
[0206]执行次级转移操作,包括使得所述电荷保持单元中保持的所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分转移到所述浮置扩散区域；以及
[0207]读出对应于所述光电转换兀件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。
[0208](18)如(16)所述的操作固态成像元件的方法，其中所述像素的每个包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，所述方法还包括执行全局快门操作，包括:
[0209]通过基本同时复位所述像素的每个的所述光电转换元件，基本同时开始对于所述像素的每个的各个电荷累积时段，并且
[0210]基本同时结束对于所述像素的每个的各个累积时段。
[0211](19)如(18)所述的操作固态成像元件的方法，其中所述像素的每个包括浮置扩散区域以及连接到其光电转换元件的电荷保持单元，所述方法还包括:
[0212]通过基本同时对于所述像素的每个执行所述转移操作，基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
[0213](20)如(19)所述的操作固态成像元件的方法，所述方法还包括:
[0214]执行滚动读出操作，包括从所述像素的每个读出对应于所述像素的所述光电转换元件中累积的各个电荷的各个数据信号，并且
[0215]在执行对于第η成像帧的滚动读出操作的同时，开始对于第(η+1)成像帧的全局快门操作。
[0216](21) 一种包括像素单元的固态成像元件，其中以矩阵形式二维地排列的像素，所述像素的每个具有生成和累积对应于预定物理量的电荷的电荷生成单元、泄漏所述电荷生成单元中累积的电荷的泄漏单元、保持从所述电荷生成单元转移的电荷的保持单元、以及将所述电荷生成单元中生成的电荷转换为对应于所述电荷的电平的像素信号的转换单元;
[0217]驱动单元，其中对于所述像素单元中排列的所有像素在近似相同定时开始累积时段，其中所述电荷生成单元中累积的电荷输出为像素信号并且泄漏到所述泄漏单元，对于所述像素单元中排列的所有像素在近似相同定时结束累积时段，并且驱动以输出对于所述像素单元中排列的像素的每行的像素信号；
[0218]其中，当所述电荷生成单元中生成的电荷转移到所述保持单元时,超过所述保持单元的容量的电荷的一部分转移到所述转换单元，并且所述电荷生成单元中生成的电荷由所述保持单元和所述转换单元保持。
[0219](22)如(21)所述的固态成像元件，其中所述驱动单元通过对于所述像素单元中排列的所有像素在近似相同定时执行从所述电荷生成单元到所述保持单元的电荷转移，结束所述累积时段。
[0220](23)如(21)或(22)所述的固态成像元件，
[0221]其中所述驱动单元驱动以输出对应于超过所述保持单元的容量、转移到所述转换单元并且在所述转换单元中累积的电荷的电平的像素信号，
[0222]在所述转换单元中累积的电荷泄漏并且所述转换单元复位的状态下，输出复位电平的像素?目号，并且
[0223]将所述保持单元中保持的电荷转移到所述转移单元，并且输出对应于所述转移单元中累积的电荷的电平的像素信号。
[0224](24)如(21)到(23)的任一所述的固态成像元件，
[0225]其中所述电荷生成单元的泄漏单元侧的势鱼设为低于所述电荷生成单元的保持单元侧的势垒，使得当在累积时段期间生成超过所述电荷生成单元的累积容量的电荷时，电荷从所述电荷生成单元泄漏到所述泄漏单元。
[0226](25)如(21)到(24)的任一所述的固态成像元件，
[0227]其中，在所述驱动单元中，当连续获取从所述像素信号构造的图像时，在其中对于当前帧之前帧中的像素的每行执行输出像素信号的驱动的时段期间，执行开始当前帧中的累积时段的驱动。
[0228](26)如(21)到(25)的任一所述的固态成像元件，
[0229]其中采用像素公共结构，其中由预定数目的像素共同使用所述转换单元。
[0230](27) 一种包括像素单元的固态成像元件的驱动方法，其中以矩阵形式二维地排列的像素，所述像素的每个具有生成和累积对应于预定物理量的电荷的电荷生成单元、泄漏所述电荷生成单元中累积的电荷的泄漏单元、保持从所述电荷生成单元转移的电荷的保持单元、以及将所述电荷生成单元中生成的电荷转换为对应于所述电荷的电平的像素信号的转换单元，所述驱动方法包括以下步骤:
[0231]对于所述像素单元中排列的所有像素在近似相同定时开始累积时段，其中所述电荷生成单元中累积的电荷输出为像素信号并且泄漏到所述泄漏单元；
[0232]对于所述像素单元中排列的所有像素在近似相同定时结束累积时段；并且
[0233]输出对于所述像素单元中排列的像素的每行的像素信号；
[0234]其中，当所述电荷生成单元中生成的电荷转移到所述保持单元时,超过所述保持单元的容量的电荷的一部分转移到所述转换单元，并且所述电荷生成单元中生成的电荷由所述保持单元和所述转换单元保持。
[0235](28) 一种电子装置，包括:
[0236]包括像素单元的固态成像元件，其中以矩阵形式二维地排列的像素，所述像素的每个具有生成和累积对应于预定物理量的电荷的电荷生成单元、泄漏所述电荷生成单元中累积的电荷的泄漏单元、保持从所述电荷生成单元转移的电荷的保持单元、以及将所述电荷生成单元中生成的电荷转换为对应于所述电荷的电平的像素信号的转换单元；以及
[0237]驱动单元，其中对于所述像素单元中排列的所有像素在近似相同定时开始累积时段，其中所述电荷生成单元中累积的电荷输出为像素信号并且泄漏到所述泄漏单元，对于所述像素单元中排列的所有像素在近似相同定时开始累积时段，对于所述像素单元中排列的所有像素在近似相同定时结束累积时段，并且驱动以输出对于所述像素单元中排列的像素的每行的像素信号；
[0238]其中，当所述电荷生成单元中生成的电荷转移到所述保持单元时,超过所述保持单元的容量的电荷的一部分转移到所述转换单元，并且所述电荷生成单元中生成的电荷由所述保持单元和所述转换单元保持。
[0239](29)如(28)所述的电子装置，
[0240]其中采用像素公共结构，其中由预定数目的像素共同使用所述转换单元；
[0241]进一步提供屏蔽机制，其对于所述像素单元切换光的照射和屏蔽；以及
[0242]当根据从所述像素信号构造的图像获取静态图像时，通过使用所述屏蔽机制对于所述像素单元执行屏蔽，结束所述累积时段。
[0243](30)如(28)所述的电子装置，
[0244]其中采用像素公共结构，其中由预定数目的像素共同使用所述转换单元；并且
[0245]当连续获取从所述像素信号构造的图像并且成像运动图像时，通过对于所述像素单元中排列的所有像素在近似相同定时执行从所述电荷生成单元到所述保持单元的电荷的转移，结束所述累积时段。
[0246]此外，本实施例不限于上述实施例，并且在不背离本公开的精神范围中执行的各种类型的修改是可能的。
[0247]参考标号列表
[0248]11 固态成像元件
[0249]12 像素单元
[0250]13 垂直驱动电路
[0251]14 列处理电路
[0252]15 输出电路
[0253]16 控制电路
[0254]21 像素
[0255]22 PD
[0256]23 电荷保持单元
[0257]24 转移晶体管
[0258]25 FD
[0259]26 放大晶体管
[0260]27选择晶体管
[0261]28复位晶体管
[0262]29漏极晶体管
[0263]30垂直信号线
[0264]31恒流源
[0265]101成像设备
[0266]102光学系统
[0267]103机械快门
[0268]104DSP
[0269]105显示单元
[0270]106存储器
[0271]107电源单元
[0272]108操作单元
[0273]109CPU
【权利要求】
1.一种固态成像元件，包括: 驱动电路；以及 像素单元，包括以矩阵形式排列的像素， 其中所述像素的给定一个包括 光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷， 电荷保持单元，连接到所述光电转换元件，以及 浮置扩散区域，并且 其中所述驱动电路配置为对于所述像素的给定一个执行转移操作，包括使得所述电荷保持单元接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分，并且同时使得所述浮置扩散区域接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分。
2.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为在执行所述转移操作之后，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号，并且随后读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。
3.如权利要求2所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为在读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号之后，并且在读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号之前: 复位所述浮置扩散区域； 读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号；以及 执行次级转移操作，包括使得所述电荷保持单元中保持的所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分转移到所述浮置扩散区域。
4.如权利要求3所述的固态成像元件， 其中所述像素的给定一个包括: 复位晶体管，连接到所述浮置扩散区域和复位电势，并且配置为当对其施加复位信号时导通；以及 选择晶体管，配置为当对其施加选择信号时，输出数据信号到所述驱动电路，所述数据信号基于所述浮置扩散区域中保持的电荷的量； 其中所述驱动电路配置为: 当所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分保持在所述浮置扩散区域中时，通过施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号， 通过施加所述复位信号到所述复位晶体管，复位所述浮置扩散区域， 通过在复位所述浮置扩散区域之后施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号，并且 当所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分保持在所述浮置扩散区域中时，通过施加所述选择信号到所述选择晶体管，读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。
5.如权利要求1所述的固态成像元件， 其中所述像素的每个包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，并且 其中所述驱动电路配置执行全局快门操作，包括: 通过基本同时复位所述像素的每个的所述光电转换元件，基本同时开始对于所述像素的每个的各个电荷累积时段，并且 基本同时结束对于所述像素的每个的各个累积时段。
6.如权利要求5所述的固态成像元件， 其中所述像素的每个包括 电荷保持单元，连接到其光电转换元件，以及 浮置扩散区域，并且 其中所述驱动电路配置为通过基本同时对于所述像素的每个执行所述转移操作，基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
7.如权利要求6所述的固态成像元件， 其中所述驱动电路配置为执行滚动读出操作，包括从所述像素的每个读出对应于所述像素的所述光电转换元件中累积的各个电荷的各个数据信号，并且 其中所述驱动电路配置为在执行对于第η成像帧的滚动读出操作的同时，开始对于第(η+1)成像帧的全局快门操作。
8.如权利要求1所述的固态成像元件， 其中所述像素的给定一个包括漏极晶体管，连接到所述光电转换元件和漏极电势， 其中所述驱动电路配置为通过使得所述漏极晶体管对于脉冲时段处于导通状态，复位所述光电转换元件，并且 其中当非导通状态时所述漏极晶体管与所述光电转换元件之间的势垒的量小于所述电荷保持单元和所述光电转换元件之间势垒的量。
9.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述像素的每个包括: 光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷， 电荷保持单元，连接到其光电转换元件，以及 浮置扩散区域，并且 其中所述像素以N ^ 2像素的分组排列，并且N是整数，并且其中包括在所述分组的相同一个中的那些像素共同分享一个浮置扩散区域，所述一个浮置扩散区域构成包括在共同分享所述一个浮置扩散区域的那些像素的每个中的各个浮置扩散区域。
10.如权利要求9所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为执行全局快门操作包括: 通过基本同时复位所述像素的每个的所述光电转换元件，基本同时开始对于所述像素的每个的各个电荷累积时段，以及 基本同时结束对于所述像素的每个的各个累积时段。
11.如权利要求10所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为通过基本同时对于所述像素的每个执行所述转移操作，基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
12.如权利要求11所述的固态成像元件， 其中所述驱动电路配置为执行滚动读出操作，包括从所述像素的每个读出对应于所述像素的所述光电转换元件中累积的各个电荷的各个数据信号，并且 其中所述驱动电路配置为在执行对于第η成像帧的滚动读出操作的同时，开始对于第(η+1)成像帧的全局快门操作。
13.如权利要求10所述的固态成像元件，其中所述驱动电路配置为通过驱动机械快门基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
14.如权利要求1所述的固态成像元件，其中所述电荷保持单元的电荷保持容量小于所述光电转元件的电荷保持容量。
15.一种电子成像装置，包括权利要求1所述的固态成像元件。
16.一种操作固态成像元件的方法，所述固态成像元件包括以矩阵形式排列的像素，其中所述像素的给定一个包括配置为将入射在其上的光转换为电荷并且累积电荷的光电转换元件、连接到所述光电转换元件的电荷保持单元、以及浮置扩散区域，所述方法包括: 对于所述像素的给定一个执行转移操作，使得所述电荷保持单元接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分，并且同时使得所述浮置扩散区域接收并且保持在所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分。
17.如权利要求16所述的操作固态成像元件的方法，所述方法还包括，在对于所述像素的给定一个执行所述转移操作之后，连续地: 读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第二部分的量的数据信号； 复位所述浮置扩散区域； 读出对应于所述浮置扩散区域的复位电平的数据信号； 执行次级转移操作，包括使得所述电荷保持单元中保持的所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分转移到所述浮置扩散区域；以及 读出对应于所述光电转换元件中累积的电荷的第一部分的量的数据信号。
18.如权利要求16所述的操作固态成像元件的方法，其中所述像素的每个包括光电转换元件，配置为将入射在其上的光转换为电荷，并且累积电荷，所述方法还包括执行全局快门操作，包括: 通过基本同时复位所述像素的每个的所述光电转换元件，基本同时开始对于所述像素的每个的各个电荷累积时段，并且 基本同时结束对于所述像素的每个的各个累积时段。
19.如权利要求18所述的操作固态成像元件的方法，其中所述像素的每个包括浮置扩散区域以及连接到其光电转换元件的电荷保持单元，所述方法还包括: 通过基本同时对于所述像素的每个执行所述转移操作，基本同时结束对于所述像素的各个累积时段。
20.如权利要求19所述的操作固态成像元件的方法，所述方法还包括: 执行滚动读出操作，包括从所述像素的每个读出对应于所述像素的所述光电转换元件中累积的各个电荷的各个数据信号，并且 在执行对于第η成像帧的滚动读出操作的同时，开始对于第(η+1)成像帧的全局快门操作。
【文档编号】H04N5/347GK104272722SQ201380023726
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年3月21日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】马渕圭司 申请人:索尼公司