專利名稱：固態(tài)成像裝置，固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置，固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備，具體地，涉及對(duì)應(yīng)于全域快門(global shutter)的固態(tài)成像，固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)提出，通過對(duì)一個(gè)光電二極管提供兩個(gè)勢(shì)阱(potential well)可擴(kuò)展固態(tài)成像裝置的動(dòng)態(tài)范圍(例如，參照國(guó)際公開第W02007-83704號(hào))。具體地，在光電二極管的兩側(cè)均設(shè)置勢(shì)阱，使得相對(duì)于同樣強(qiáng)度的光在電荷的流入量上存在差異。因此，已經(jīng)提出，將在流入量較大的勢(shì)阱中累積的電荷作為高靈敏度信號(hào)讀出，而將在流入量較小的勢(shì)阱中累積的電荷作為低靈敏度信號(hào)讀出，從而通過利用這兩種信號(hào)來擴(kuò)展固態(tài)成像裝置的動(dòng)態(tài)范圍。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)研發(fā)出用于CMOS高速圖像傳感器的全像素同步電子快 Π (all-pixel simultaneous electronic shutter)。 .^ |、二胃 Jf 女臺(tái)對(duì)成像有效的所有像素的曝光并執(zhí)行同時(shí)結(jié)束曝光的操作，其也被稱為全域快門(全域曝光)。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)提出，通過在像素中設(shè)置兩個(gè)電荷保持單元，則可以使用全域快門對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像成像(例如，參照國(guó)際公開第W02009496574號(hào))。具體地，第一電荷保持單元和第二電荷保持單元兩個(gè)電荷保持單元設(shè)置在光電二極管和浮置擴(kuò)散區(qū)(FD區(qū)) 之間。然后，在先前幀中累積的電荷保持在第二電荷保持單元中，并轉(zhuǎn)移到每一行的FD區(qū)域，基于先前幀的電荷來讀取像素信號(hào)。同時(shí)，光電二極管被復(fù)位以同時(shí)用于所有像素并開始曝光，對(duì)于所有像素，光電二極管中累積的電荷同時(shí)被轉(zhuǎn)移到第一電荷保持單元。據(jù)此， 可以使用全域快門對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像成像。

發(fā)明內(nèi)容
然而，根據(jù)由國(guó)際公開第W02007-83704號(hào)所描述的發(fā)明，對(duì)一個(gè)像素設(shè)置兩個(gè)浮置擴(kuò)散區(qū)。因此，每個(gè)像素的光電二極管區(qū)域變得更小，靈敏度降低。相反，除非使得每個(gè)像素的光電二極管區(qū)域更小，否則每個(gè)像素的區(qū)域變得很大，從而固態(tài)成像裝置的尺寸變得很大。此外，根據(jù)由國(guó)際公開第W02007-83704所描述的發(fā)明，電荷從一個(gè)光電二極管被轉(zhuǎn)移到設(shè)置在不同方向上的兩個(gè)勢(shì)阱。然而，很難在光電二極管中形成雜質(zhì)分布，以使得可以從一個(gè)光電二極管在不同的方向上完全轉(zhuǎn)移電荷。結(jié)果，根據(jù)由國(guó)際公開第 W02007-83704所描述的發(fā)明，存在如下情況，累積在光電二極管中的電荷沒有被完全轉(zhuǎn)移而繼續(xù)保留，或在對(duì)兩個(gè)勢(shì)阱的電荷轉(zhuǎn)移量的特性上像素之間存在變化。結(jié)果，在像素特性上存在噪聲、變化等，從而導(dǎo)致了圖像質(zhì)量的惡化。此外，根據(jù)國(guó)際公開第W02007-83704的發(fā)明，由于執(zhí)行全域快門是不可能，而執(zhí)行了所謂的滾動(dòng)快門(rolling shutter)，所以各行的曝光時(shí)間有差異，特別地，快速移動(dòng)的物體以失真的方式被成像。而且，根據(jù)由國(guó)際公開第W02009-296574號(hào)所描述的發(fā)明，除了電荷保持單元，還設(shè)置了將累積在光電二極管中的多余電荷放掉的電荷釋放單元。然而，如上所述，在技術(shù)上，很難從一個(gè)光電二極管在不同方向上完全將電荷轉(zhuǎn)移。結(jié)果，由于上述原因，在像素特性上存在噪聲、變化等，從而導(dǎo)致了圖像質(zhì)量的劣化。期望能夠提高使用全域快門成像的圖像的圖像質(zhì)量。更具體地，期望擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍而不會(huì)降低使用全域快門成像的圖像的圖像質(zhì)量。更進(jìn)一步，期望能夠提高使用全域快門成像的運(yùn)動(dòng)圖像的圖像質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式中的固態(tài)成像裝置，二維排列多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將電荷作為信號(hào)讀出；其中，在將光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位之后，所有多個(gè)單元像素同時(shí)順序?qū)⒃诰哂胁煌掷m(xù)時(shí)間的多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的多個(gè)信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元，并在不同的各電荷轉(zhuǎn)移累積單元中累積多個(gè)信號(hào)電荷，并且以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位將多個(gè)信號(hào)電荷以轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)移累積單元的順序轉(zhuǎn)移至電荷檢測(cè)單元，并讀出分別對(duì)應(yīng)于多個(gè)信號(hào)電荷的多個(gè)信號(hào)。在多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)，越后的曝光時(shí)間可以具有越短的持續(xù)時(shí)間。在多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間開始之前當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位時(shí)，光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷能夠被釋放到電荷轉(zhuǎn)移累積單元中。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式中的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，在將光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位之后，所有的多個(gè)單元像素同時(shí)執(zhí)行將在均具有不同持續(xù)時(shí)間的多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的多個(gè)電荷順序轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)移累積單元，并在不同的各電荷轉(zhuǎn)移累積單元中累積多個(gè)電荷；以及以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)從而將多個(gè)電荷以轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)移累積單元的順序轉(zhuǎn)移至電荷檢測(cè)單元，并讀出分別對(duì)應(yīng)于多個(gè)信號(hào)電荷的多個(gè)信號(hào)。在多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)，越后的曝光時(shí)間可以具有越短的持續(xù)時(shí)間。在多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間開始之前當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位時(shí)，光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷能夠被釋放到電荷轉(zhuǎn)移累積單元。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的電子設(shè)備，安裝了固態(tài)成像裝置，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，其中，在將光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位之后，所有多個(gè)單元像素同時(shí)順序?qū)⒃诰哂胁煌掷m(xù)時(shí)間的多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的多個(gè)信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元，并在不同的各電荷轉(zhuǎn)移累積單元中累積多個(gè)信號(hào)電荷，并且以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位將多個(gè)信號(hào)電荷以轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)移累積單元的順序轉(zhuǎn)移至電荷檢測(cè)單元，并讀出分別對(duì)應(yīng)于多個(gè)信號(hào)電荷的多個(gè)信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式，在將光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位之后，所有多個(gè)單元像素同時(shí)順序?qū)⒃诰哂胁煌掷m(xù)時(shí)間的多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的多個(gè)信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元，并在不同的各電荷轉(zhuǎn)移累積單元中累積多個(gè)信號(hào)電荷，并且以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位將多個(gè)信號(hào)電荷以轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)移累積單元的順序轉(zhuǎn)移至電荷檢測(cè)單元，并讀出分別對(duì)應(yīng)于多個(gè)信號(hào)電荷的多個(gè)信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置，二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，其中，在將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積開始處理之后，所有的多個(gè)單元像素在多余電荷已經(jīng)轉(zhuǎn)移后，同時(shí)執(zhí)行將在預(yù)定曝光時(shí)間內(nèi)光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積完成處理，以及以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，執(zhí)行將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元并讀出分別對(duì)應(yīng)于信號(hào)電荷的信號(hào)的讀出處理，其中，在讀出處理的執(zhí)行期間，進(jìn)行將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積開始處理。可以將多余電荷轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元，并從電荷檢測(cè)單元釋放多余電荷。在將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元之后，可以立即開始讀出處理。根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，在將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元中的累積開始處理之后，所有的多個(gè)單元像素同時(shí)在多余電荷已經(jīng)轉(zhuǎn)移后，執(zhí)行將在預(yù)定曝光時(shí)間內(nèi)在光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積完成處理，以及以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位來執(zhí)行將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元并讀出分別對(duì)應(yīng)于信號(hào)電荷的信號(hào)的讀出處理，其中，在讀出處理的執(zhí)行期間， 進(jìn)行將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積開始處理?？梢詫⒍嘤嚯姾赊D(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元，并從電荷檢測(cè)單元釋放多余電荷。在將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元之后，可以立即開始讀出處理。根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式中的電子設(shè)備，安裝有固態(tài)成像裝置，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出；其中，在將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積開始處理之后，所有的多個(gè)單元像素在多余電荷已經(jīng)轉(zhuǎn)移后，同時(shí)執(zhí)行將在預(yù)定曝光時(shí)間內(nèi)光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積完成處理，以及以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，執(zhí)行將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元并讀出分別對(duì)應(yīng)于信號(hào)電荷的信號(hào)的讀出處理，其中，在讀出處理的執(zhí)行期間，進(jìn)行將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積開始處理。根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式，在將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積開始處理之后，所有的多個(gè)單元像素在多余電荷已經(jīng)轉(zhuǎn)移后，同時(shí)執(zhí)行將在預(yù)定曝光時(shí)間內(nèi)光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積完成處理，以及以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，執(zhí)行將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元并讀出分別對(duì)應(yīng)于信號(hào)電荷的信號(hào)的讀出處理，其中，在讀出處理的執(zhí)行期間，進(jìn)行將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積開始處理。根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置，二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，其中，所有的多個(gè)單元像素同時(shí)通過將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)移累積單元，開始光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的累積，并以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，將轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元中的多余電荷轉(zhuǎn)移至電荷檢測(cè)單元，并從電荷檢測(cè)單元釋放多余電荷。根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，通過由所有的多個(gè)單元像素同時(shí)執(zhí)行將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)移累積單元，開始累積光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷，以及以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，將轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元中的多余電荷轉(zhuǎn)移至電荷檢測(cè)單元，并從電荷檢測(cè)單元釋放多余電荷。根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的電子設(shè)備，安裝有固態(tài)成像裝置，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，其中，所有的多個(gè)單元像素同時(shí)通過將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)移累積單元，開始光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的累積，并以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，將轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元中的多余電荷轉(zhuǎn)移至電荷檢測(cè)單元，并從電荷檢測(cè)單元釋放多余電荷。根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式，所有的多個(gè)單元像素同時(shí)通過將光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)移累積單元，開始光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的累積，并以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，將轉(zhuǎn)移到電荷轉(zhuǎn)移累積單元中的多余電荷轉(zhuǎn)移至電荷檢測(cè)單元，并從電荷檢測(cè)單元釋放多余電荷。根據(jù)第一至第三實(shí)施方式，提高了利用全域快門成像的圖像的圖像質(zhì)量。特別地，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式，可以擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍而不降低利用全域快門成像的圖像的圖像質(zhì)量。此外，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式，提高了利用全域快門成像的運(yùn)動(dòng)圖像的圖像質(zhì)量。此外，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式，可以可靠地釋放多余電荷，從而提高了利用全域快門成像的圖像的圖像質(zhì)量。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖；圖2是示出單元像素的電路結(jié)構(gòu)實(shí)例的電路圖；圖3是示出單元像素的結(jié)構(gòu)實(shí)例的示圖；圖4是用來描述根據(jù)第一實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)處理的流程圖；圖5是用來描述根據(jù)第一實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)處理的電位圖；圖6是用來描述根據(jù)第一實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)處理的電位圖；圖7是用來描述根據(jù)第一實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)處理的電位圖；圖8是用來描述根據(jù)第二實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)處理的流程圖；圖9是用來描述根據(jù)第二實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)處理的電位圖；圖10是用來描述根據(jù)第二實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)處理的時(shí)序圖；以及圖11是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖。
具體實(shí)施例方式以下，將描述實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式(以下稱作實(shí)施方式)。這里，將按以下順序進(jìn)行描述。1.實(shí)施方式2.變形實(shí)例1.實(shí)施方式首先，將參照?qǐng)D1 圖7描述本發(fā)明的第一實(shí)施方式。固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)例圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖。固態(tài)成像裝置100被構(gòu)造為包括像素部111，垂直驅(qū)動(dòng)電路112，列處理電路113， 輸出電路114以及控制電路115。像素部111，垂直驅(qū)動(dòng)電路112，列處理電路113，輸出電路114以及控制電路115形成在半導(dǎo)體基板(芯片)(未示出)上。在像素部111中，以行和列二維設(shè)置具有光電轉(zhuǎn)換元件的單元像素(圖2和圖3 的單元像素131)，所述光電轉(zhuǎn)換元件能產(chǎn)生和內(nèi)部累積具有對(duì)應(yīng)于入射光量的電荷量的光電荷。這里，以下存在這些情況，具有對(duì)應(yīng)于入射光的光電荷量的光電荷被簡(jiǎn)稱為“電荷”， 而單元像素被簡(jiǎn)稱為“像素”。此外，盡管未示出，在像素部111中，關(guān)于為行和列形式的像素排列，沿著圖的左/右方向(像素行上的像素排列方向)為每一行形成像素驅(qū)動(dòng)線，沿著圖的上/下方向(像素列上的像素排列方向)為每一列形成垂直信號(hào)線。垂直驅(qū)動(dòng)電路112由根據(jù)條件選擇一行或所有行像素行的移位寄存器或地址解碼器、將驅(qū)動(dòng)脈沖傳遞到選擇的像素行的切換電路、緩沖該驅(qū)動(dòng)脈沖并驅(qū)動(dòng)像素驅(qū)動(dòng)線的緩沖電路等構(gòu)成，并且所述垂直驅(qū)動(dòng)電路是以像素為單位、以行為單位或?qū)λ邢袼赝瑫r(shí)地驅(qū)動(dòng)像素部111的每一個(gè)單元像素的像素驅(qū)動(dòng)部。從由垂直驅(qū)動(dòng)電路112選擇和掃描的像素行的每個(gè)單元像素輸出的像素信號(hào)，經(jīng)由垂直信號(hào)線(未示出)被提供到列處理電路113。列處理電路113執(zhí)行關(guān)于像素信號(hào)的預(yù)定的信號(hào)處理，并臨時(shí)保存信號(hào)處理后的像素信號(hào)。具體地，列處理電路113執(zhí)行作為信號(hào)處理的去噪處理(例如⑶S處理 (Correlated Double Sampling，相關(guān)雙采樣))。例如，通過執(zhí)行⑶S處理，可以去除隨機(jī)噪聲(諸如復(fù)位噪聲或放大晶體管的閾值變化等像素固有的隨機(jī)噪聲)和固定圖形噪聲。此外，除了去噪處理之外，列處理電113例如也可以具有AD (模擬-數(shù)字)轉(zhuǎn)換功能并輸出信號(hào)電平作為數(shù)字信號(hào)。另外，列處理電路113設(shè)置有由移位寄存器、地址解碼器等構(gòu)成的水平驅(qū)動(dòng)部，利用水平驅(qū)動(dòng)部的選擇和掃描，將已經(jīng)由列處理電路113信號(hào)處理的像素信號(hào)順序輸出到輸出電路114。輸出電路114對(duì)從列處理電路113輸出的像素信號(hào)執(zhí)行各種形式的信號(hào)處理， 例如增益調(diào)節(jié)(gain adjustment)、損壞校正(damage correction)、力口禾口處理(addition processing)等。輸出電路114將像素信號(hào)(為已經(jīng)執(zhí)行信號(hào)處理后的像素信號(hào))輸出到固態(tài)成像裝置100的外部。此外，輸出電路114可以通過使用設(shè)置在與固態(tài)成像裝置100 不同的基板上的外部信號(hào)處理部(諸如DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)或軟件)執(zhí)行處理來實(shí)現(xiàn)， 并且，輸出電路可以與固態(tài)成像裝置100安裝在同一基板上?？刂齐娐?15由產(chǎn)生各種定時(shí)信號(hào)的定時(shí)發(fā)生器等構(gòu)成，并基于由定時(shí)發(fā)生器產(chǎn)生的各種定時(shí)信號(hào)執(zhí)行垂直驅(qū)動(dòng)部112、列處理電路113、輸出電路114等的驅(qū)動(dòng)控制。單元像素的結(jié)構(gòu)接下來，將參照?qǐng)D2和圖3描述圖1的像素部111中以行和列的形式排列的單元像素131的具體結(jié)構(gòu)。圖2示出了單元像素131的電路結(jié)構(gòu)的實(shí)例。單元像素131被構(gòu)造為包括作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管(PD) 141、第一 CXD 142、第二 (XD143、轉(zhuǎn)移柵極144、浮置擴(kuò)散(FD)區(qū)145、復(fù)位晶體管(Rst) 146、選擇晶體管147、放大晶體管(Amp) 148和電源 149。光電二極管141的陽極接地，而陰極經(jīng)由第一 CXD 142、第二 (XD143和轉(zhuǎn)移柵極 144連接到浮置擴(kuò)散區(qū)145。第一 CXD 142的柵電極171A(圖3)連接至CXDl線152。為每一行設(shè)置CXDl線 152，且同一行的單元像素131的第一 CXD 142的柵電極171A被連接至同樣的CXDl線152。第二 CXD 143的柵電極173A(圖3)連接至(XD2線153。為每一行設(shè)置(XD2線 153，且同一行的單元像素131的第二 CXD 143的柵電極173A連接至同樣的(XD2線153。轉(zhuǎn)移柵極144的柵電極144A(圖3)連接至轉(zhuǎn)移線154。為每一行設(shè)置轉(zhuǎn)移線154， 且同一行的單元像素131的轉(zhuǎn)移柵極144的柵電極144A連接至同樣的轉(zhuǎn)移線154。復(fù)位二極管146例如由N溝道MOS晶體管構(gòu)成。復(fù)位晶體管146的漏電極連接到電源149，復(fù)位晶體管146的柵電極連接到Rst線150，以及復(fù)位晶體管146的源電極連接到浮置擴(kuò)散區(qū)145。為每一行設(shè)置Rst線150，且單元像素131的復(fù)位晶體管146的柵電極連接至相同的Rst線150。此外，將復(fù)位脈沖RST施加至復(fù)位晶體管146的柵電極，并通過導(dǎo)通復(fù)位晶體管146，浮置擴(kuò)散區(qū)145被復(fù)位，從而電荷從浮置擴(kuò)散區(qū)145釋放。選擇晶體管147例如由N溝道MOS晶體管構(gòu)成。選擇晶體管147的漏電極連接到電源149，選擇晶體管147的柵電極連接到SEL線151，以及選擇晶體管147的源電極連接到放大晶體管148的漏電極。為每一行設(shè)置SEL線151，且同一行單元像素131的選擇晶體管147的柵電極連接至相同的SEL線151。此外，將選擇脈沖SEL施加至選擇晶體管147 的柵電極，并通過導(dǎo)通選擇晶體管147，選擇作為讀出像素信號(hào)的目標(biāo)的單元像素131。放大晶體管148例如由N溝道MOS晶體管構(gòu)成。放大晶體管148的柵電極連接到浮置擴(kuò)散區(qū)145，而放大晶體管148的源電極連接到垂直信號(hào)線155。為每一行設(shè)置垂直信號(hào)線155，且同一行單元像素131的放大晶體管148的源電極連接至相同的垂直信號(hào)線155。 當(dāng)選擇晶體管147導(dǎo)通時(shí)，放大晶體管148經(jīng)由垂直信號(hào)線155將表示浮置擴(kuò)散區(qū)145的電壓的信號(hào)提供至列處理電路113。此外，復(fù)位晶體管146、放大晶體管148以及選擇晶體管147的導(dǎo)電類型的組合僅是一個(gè)實(shí)例，且并不限于該組合。另外，根據(jù)像素信號(hào)的讀出方法，可以省略復(fù)位晶體管 146、放大晶體管148以及選擇晶體管147中的一個(gè)或多個(gè)，或者在多個(gè)像素之間共享它們中的一個(gè)或多個(gè)。此外，例如，還可以使選擇晶體管147位于放大晶體管148和垂直信號(hào)線 155之間。圖3示意性地示出了單元像素131的從光電二極管141到浮置擴(kuò)散區(qū)145的截面結(jié)構(gòu)。光電二極管141例如為嵌入式光電二極管，它是通過在基板表面一側(cè)上形成P型層183，并相對(duì)于形成在N型基板181上的P型阱層182嵌入N型嵌入層184而形成的。此外，P型阱層182在N型嵌入層184和N型基板181之間形成得較薄。此外，在光電二極管 141飽和的情況下，從光電二極管141溢出的電流經(jīng)由薄的P型阱層182被釋放到N型基板 181中，而不會(huì)流到第一 CXD 142中。第一 CXD 142是由第一 C⑶柵極171和存儲(chǔ)部172構(gòu)成。當(dāng)轉(zhuǎn)移脈沖TRCl施加至柵電極171A時(shí)，第一 CXD柵極171轉(zhuǎn)移累積在光電二極管141中的電荷。此外，以下，將轉(zhuǎn)移脈沖TRCl施加至柵電極171A的狀態(tài)稱作轉(zhuǎn)移脈沖TRCl導(dǎo)通的狀態(tài)，或稱作第一 CCD 柵極171導(dǎo)通的狀態(tài)。此外，以下，將轉(zhuǎn)移脈沖TRCl未施加至柵電極171A的狀態(tài)稱作轉(zhuǎn)移脈沖TRCl斷開的狀態(tài)或第一 CXD柵極171斷開的狀態(tài)。存儲(chǔ)部172由形成在柵電極171A下具有低密度的N型嵌入溝道185形成，并使用第一 CXD柵極171累積從光電二極管141轉(zhuǎn)移的電荷。另外，通過由N型嵌入溝道185形成存儲(chǔ)部172并且柵電極171A的斷開電壓相對(duì)于P型阱層182被設(shè)定為負(fù)電壓，可以抑制 Si-SiO2邊界處暗電流的產(chǎn)生，從而可以提高圖像質(zhì)量。此外，柵電極171A被設(shè)置在存儲(chǔ)部172的上部，通過將轉(zhuǎn)移脈沖TRCl施加至柵電極171A，可以將調(diào)制施加至存儲(chǔ)部172。即，通過將轉(zhuǎn)移脈沖TRCl施加至柵電極171A，存儲(chǔ)部172的電位被加深。據(jù)此，可以增加存儲(chǔ)部172的飽和電荷的量而比未施加調(diào)制的情況下多。第二 CXD 143由第二 CXD柵極173和存儲(chǔ)部174構(gòu)成。當(dāng)轉(zhuǎn)移脈沖TRC2施加至柵電極173A時(shí)，第二 CCD柵極173轉(zhuǎn)移累積在存儲(chǔ)部172中的電荷。另外，以下，將轉(zhuǎn)移脈沖TRC2施加至柵電極173A的狀態(tài)稱作轉(zhuǎn)移脈沖TRC2導(dǎo)通的狀態(tài)或第二 CXD柵極173導(dǎo)通的狀態(tài)。此外，以下，將轉(zhuǎn)移脈沖TRC2未施加至柵電極173A的狀態(tài)稱作轉(zhuǎn)移脈沖TRC2 斷開的狀態(tài)或第二 CXD柵極173斷開的狀態(tài)。存儲(chǔ)部174由形成在柵電極173A下具有低密度的N型嵌入溝道186形成，并使用第二 CXD柵極173累積從存儲(chǔ)部172轉(zhuǎn)移的電荷。此外，通過由N型嵌入溝道186形成存儲(chǔ)部174并且柵電極173A的斷開電壓相對(duì)于P型阱層182被設(shè)定為負(fù)電壓，可以抑制Si-SW2 邊界處的暗電流的產(chǎn)生，從而可以提高圖像質(zhì)量。此外，柵電極173A設(shè)置在存儲(chǔ)部174的上部，通過將轉(zhuǎn)移脈沖TRC2施加至柵電極 173A，可以將調(diào)制施加至存儲(chǔ)部174。即，通過將轉(zhuǎn)移脈沖TRC2施加至柵電極173A，存儲(chǔ)部 174的電位加深。據(jù)此，可以增加存儲(chǔ)部174的飽和電荷的量而比未施加調(diào)制的情況下多。以這種方式，在單元像素131中，由光電二極管141產(chǎn)生的電荷按順序被轉(zhuǎn)移，并設(shè)置了能夠累積電荷的兩級(jí)CCD。當(dāng)將轉(zhuǎn)移脈沖TRG施加至柵電極144A時(shí)，轉(zhuǎn)移柵極144轉(zhuǎn)移累積在存儲(chǔ)部174中的電荷。此外，以下，將轉(zhuǎn)移脈沖TRG施加至柵電極144A的狀態(tài)稱作轉(zhuǎn)移脈沖TRG導(dǎo)通的狀態(tài)或轉(zhuǎn)移柵極144導(dǎo)通的狀態(tài)。此外，以下，將轉(zhuǎn)移脈沖TRG未施加至柵電極144A的狀態(tài)稱作轉(zhuǎn)移脈沖TRG斷開的狀態(tài)或轉(zhuǎn)移柵極144斷開的狀態(tài)。浮置擴(kuò)散區(qū)145是由N型層形成的電荷電壓轉(zhuǎn)換部，保存通過轉(zhuǎn)移柵極144從存儲(chǔ)部174轉(zhuǎn)移的電荷以作為信號(hào)讀出，并將保存的電荷轉(zhuǎn)換為電壓。此外，存儲(chǔ)部172、存儲(chǔ)部174以及浮置擴(kuò)散區(qū)145的表面都遮光。單元像素131 的驅(qū)動(dòng)方法的第一實(shí)施方式接下來，將參照?qǐng)D4 圖7描述固態(tài)成像裝置100的單元像素131的驅(qū)動(dòng)方法的第一實(shí)施方式。這里，圖4是用來描述單元像素131驅(qū)動(dòng)處理的流程圖。另外，圖5 圖7 是單元像素131每一部分的電位圖。在圖5 圖7的電位圖中，縱軸表示電位，并且向下的方向表示關(guān)于電子的電位變低(或高)。此外，如圖5所示，在圖4中步驟Sl的處理之前的時(shí)間t0，多余電荷NO累積在固態(tài)成像裝置100的各個(gè)單元像素131的光電二極管141中，第一 CXD 142、第二 CXD 143和浮置擴(kuò)散區(qū)145被復(fù)位，并且電荷被釋放。圖4中的步驟Sl 步驟S3的處理是各單元像素131累積對(duì)應(yīng)于入射光的量的電荷的累積期間的處理，并對(duì)所有像素同時(shí)執(zhí)行。在步驟Sl中，釋放光電二極管141中累積的多余電荷，并開始同時(shí)累積所有像素的第一信號(hào)電荷。具體地，在時(shí)間tl，轉(zhuǎn)移脈沖TRCl被施加至柵電極171A，第一 C⑶柵極171導(dǎo)通， 從而光電二極管141中累積的多余電荷NO被轉(zhuǎn)移到第一 CXD 142的存儲(chǔ)部172中。在時(shí)間t2，斷開轉(zhuǎn)移脈沖TRCl且斷開第一 CXD柵極171。從這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，第一信號(hào)電荷(以下稱作信號(hào)電荷Si)開始在光電二極管141中累積。在時(shí)間t3，轉(zhuǎn)移脈沖TRC2被施加至柵電極173A，第二 CXD柵極173導(dǎo)通，從而第一 CXD 142的存儲(chǔ)部172中累積的多余電荷NO被轉(zhuǎn)移到第二 CXD 143的存儲(chǔ)部174中。在時(shí)間t4，斷開轉(zhuǎn)移脈沖TRC2且斷開第二 CXD柵極173。在時(shí)間t5，轉(zhuǎn)移脈沖TRG被施加至柵電極144A，轉(zhuǎn)移柵極144導(dǎo)通，從而第二 CXD 143的存儲(chǔ)部174中累積的多余電荷被轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)145。
在時(shí)間t6，斷開轉(zhuǎn)移脈沖TRG且斷開轉(zhuǎn)移柵極144。另外，復(fù)位晶體管146的柵電極施加有復(fù)位脈沖RST，浮置擴(kuò)散區(qū)145被復(fù)位，從而從浮置擴(kuò)散區(qū)145中釋放多余電荷NO。之后，時(shí)間t6的狀態(tài)繼續(xù)，且信號(hào)電荷Sl在光電二極管141中累積(時(shí)間t7)。在步驟S2中，第一信號(hào)電荷被轉(zhuǎn)移到第二 CXD 143中，并開始同時(shí)累積所有像素的第二信號(hào)電荷。具體地，在自從在時(shí)間t2信號(hào)電荷Sl開始在光電二極管141中累積之后過去預(yù)定曝光時(shí)間Tl的時(shí)間偽，轉(zhuǎn)移脈沖TRCl被施加至柵電極171A，第一 C⑶柵極171導(dǎo)通。據(jù)此，光電二極管141中累積的信號(hào)電荷Sl轉(zhuǎn)移到第一 CXD 142的存儲(chǔ)部172。因此，從時(shí)間 t2到偽是累積信號(hào)電荷Sl的曝光時(shí)間(以下稱作曝光時(shí)間Tl)。在時(shí)間t9，斷開轉(zhuǎn)移脈沖TRCl且斷開第一 CXD柵極171。從這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，第二信號(hào)電荷(以下稱為信號(hào)電荷S2)開始在光電二極管141中累積。即，在曝光時(shí)間Tl完成之后，下一次曝光時(shí)間立即開始。在時(shí)間tlO，轉(zhuǎn)移脈沖TRC2被施加至柵電極173A，第二 CXD柵極173導(dǎo)通，從而第一 CXD 142的存儲(chǔ)部172中累積的信號(hào)電荷Sl轉(zhuǎn)移到第二 CXD 143的存儲(chǔ)部174。在時(shí)間tll，斷開轉(zhuǎn)移脈沖TRC2且斷開第二 CXD柵極173。之后，時(shí)間tll的狀態(tài)繼續(xù)，且信號(hào)電荷S2在光電二極管141中累積(時(shí)間tl2)。在步驟S3中，所有像素的第二信號(hào)電荷同時(shí)轉(zhuǎn)移到第一 CXD 142中。具體地，自從在時(shí)間t9信號(hào)電荷S2開始在光電二極管141中累積之后過去預(yù)定曝光時(shí)間T2的時(shí)間tl3，轉(zhuǎn)移脈沖TRCl被施加至柵電極171A，第一 C⑶柵極171導(dǎo)通。據(jù)此，光電二極管141中累積的信號(hào)電荷S2轉(zhuǎn)移到第一 CXD 142的存儲(chǔ)部172中。因此，從時(shí)間t9到tl3是用來累積信號(hào)電荷S2的曝光時(shí)間(以下稱作曝光時(shí)間T2)。在時(shí)間tl4，斷開轉(zhuǎn)移脈沖TRCl且斷開第一 C⑶柵極171。從這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，多余電荷(下文稱作多余電荷Ni)開始在光電二極管141中累積。這里，即使光電二極管141由于多余電荷附而飽和，從光電二極管141中溢出的多余電荷附經(jīng)由P型阱層182被釋放到N型基板181中，從而不會(huì)影響保存在各CCD的存儲(chǔ)部中的信號(hào)電荷。由于上述步驟Sl 步驟S3的處理，固態(tài)成像裝置100的所有像素的曝光同時(shí)開始，且以連續(xù)的方式執(zhí)行兩次曝光同時(shí)完成的全域曝光。另外，由光電二極管141在多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間Tl和T2內(nèi)產(chǎn)生的信號(hào)電荷Sl和S2累積在各個(gè)不同的CCD的存儲(chǔ)部中。步驟S4 步驟SlO的處理是執(zhí)行讀出累積在各單元像素131中的電荷的讀出期間的處理，并以每個(gè)或多個(gè)像素為像素單位來執(zhí)行這些處理。另外，以下，示出了對(duì)每一行執(zhí)行處理的實(shí)例。即，在該實(shí)例中，對(duì)單元像素131(其為被讀出信號(hào)的目標(biāo))的每一行(以下稱作目標(biāo)行)執(zhí)行步驟S4 步驟SlO的處理。在步驟S4中，單元像素131的目標(biāo)行使浮置擴(kuò)散區(qū)145復(fù)位，并讀出復(fù)位電平 (reset level) 0具體地，將復(fù)位脈沖RST施加至復(fù)位晶體管146的柵電極，使浮置擴(kuò)散區(qū) 145復(fù)位，電荷從浮置擴(kuò)散區(qū)145釋放。然后，選擇脈沖SEL被施加至選擇晶體管147的柵電極。據(jù)此，表示浮置擴(kuò)散區(qū)145(其釋放電荷)的電壓(下文中稱作復(fù)位電平Rl)的像素信號(hào)從放大晶體管148輸出到垂直信號(hào)線155。列處理電路113基于像素信號(hào)讀出復(fù)位電平R1。這里，選擇脈沖SEL施加至選擇晶體管147柵電極的狀態(tài)持續(xù)到步驟S10。
在步驟S5中，單元像素131的目標(biāo)行將第一信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散區(qū)145并將第二信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移至第二 C⑶143。具體地，在時(shí)間tl5，轉(zhuǎn)移脈沖TRG被施加至柵電極144A，轉(zhuǎn)移柵極144導(dǎo)通，從而第二 CXD 143的存儲(chǔ)部174中累積的信號(hào)電荷Sl轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)145。在時(shí)間tl6，斷開轉(zhuǎn)移脈沖TRG并斷開轉(zhuǎn)移柵極144。這里，由于選擇脈沖SEL施加至選擇晶體管147的柵電極，所以，表示累積信號(hào)電荷的浮置擴(kuò)散區(qū)145的電壓(下文稱作信號(hào)電平Si)的像素信號(hào)從放大晶體管148輸出至垂直信號(hào)線155。在時(shí)間tl7，轉(zhuǎn)移脈沖TRC2被施加至柵電極173A，第二 CXD柵極173導(dǎo)通，從而第一 CXD 142的存儲(chǔ)部172中累積的信號(hào)電荷S2轉(zhuǎn)移至第二 CXD 143的存儲(chǔ)部174。在時(shí)間tl8，斷開轉(zhuǎn)移脈沖TRC2并斷開第二 CXD柵極173。在步驟S6中，單元像素131的目標(biāo)行讀出第一信號(hào)電荷。即，列處理電路113基于經(jīng)由垂直信號(hào)線155從放大晶體管148提供的像素信號(hào)讀出信號(hào)電平Si。另外，列處理電路113通過采用信號(hào)電平Sl和復(fù)位電平Rl之差執(zhí)行⑶S處理，并校正信號(hào)電平Si。列處理電路113向輸出電路114提供表示校正后的信號(hào)電平Sl的像素信號(hào)(以下稱作像素信號(hào)Si)。在步驟S7中，單元像素131的目標(biāo)行使浮置擴(kuò)散區(qū)145復(fù)位，釋放第一信號(hào)電荷， 并讀出復(fù)位電平。具體地，在時(shí)間tl9，復(fù)位脈沖RST被施加至復(fù)位晶體管146的柵電極，浮置擴(kuò)散區(qū) 145被復(fù)位，并從浮置擴(kuò)散區(qū)145中釋放信號(hào)電荷Si。這里，由于選擇脈沖SEL被施加至選擇晶體管147的柵電極，表示浮置擴(kuò)散區(qū)145(其釋放信號(hào)電荷Si)的電壓(下文中稱作復(fù)位電平R2)的像素信號(hào)從放大晶體管148輸出至垂直信號(hào)線155。列處理電路113基于像素信號(hào)讀出復(fù)位電平R2。在步驟S8中，單元像素131的目標(biāo)行將第二信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散區(qū)145。具體地，在時(shí)間t20，轉(zhuǎn)移脈沖TRG被施加至柵電極144A，轉(zhuǎn)移柵極144導(dǎo)通，從而第二 CXD 143的存儲(chǔ)部174中累積的信號(hào)電荷S2轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散區(qū)145。在時(shí)間21，斷開轉(zhuǎn)移脈沖TRG并斷開轉(zhuǎn)移柵極144。這里，由于選擇脈沖SEL施加至選擇晶體管147的柵電極，所以，表示浮置擴(kuò)散區(qū)145(其累積信號(hào)電荷S2)的電壓(以下稱作信號(hào)電平S2)的像素信號(hào)從放大晶體管148輸出至垂直信號(hào)線155。在步驟S9中，單元像素131的目標(biāo)行讀出第二信號(hào)電荷。即，列處理電路113基于經(jīng)由垂直信號(hào)線155從放大晶體管148提供的像素信號(hào)讀出信號(hào)電平S2。另外，列處理電路113通過采用信號(hào)電平S2和復(fù)位電平R2之差進(jìn)行⑶S處理，并校正信號(hào)電平S2。列處理電路113向輸出電路114提供表示校正后的信號(hào)電平S2的像素信號(hào)(以下稱作像素信號(hào)S2)。以這種方式，信號(hào)電荷Sl和S2被順序轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散區(qū)145，且基于信號(hào)電荷Sl 和S2的像素信號(hào)Sl和S2被分別讀出。此外，輸出電路114對(duì)像素信號(hào)Sl和像素信號(hào)S2執(zhí)行各種形式的信號(hào)處理，或基于像素信號(hào)Sl和像素信號(hào)S2執(zhí)行產(chǎn)生輸出到外部的像素信號(hào)(以下稱作輸出信號(hào))的處理。例如，輸出電路114將信號(hào)電平Sl和信號(hào)電平S2相加，選擇信號(hào)電平Sl和信號(hào)電平 S2中的一個(gè)，或取信號(hào)電平Sl和信號(hào)電平S2的平均值并設(shè)定輸出信號(hào)的輸出電平。此外，在將信號(hào)電平Sl和信號(hào)電平S2相加的情況下，例如，可以使用下面的等式⑴得到輸出電平。輸出電平=信號(hào)電平Sl+信號(hào)電平S2 X (曝光時(shí)間Tl/曝光時(shí)間T2)…(1)在步驟SlO中，單元像素131的目標(biāo)行使浮置擴(kuò)散區(qū)145復(fù)位，并釋放第二信號(hào)電荷。具體地，在時(shí)間t22，復(fù)位脈沖RST被施加至復(fù)位晶體管146的柵電極，浮置擴(kuò)散區(qū) 145復(fù)位，且從浮置擴(kuò)散區(qū)145釋放信號(hào)電荷S2。另外，停止將選擇脈沖SEL施加至選擇晶體管147的柵電極。在步驟Sll中，控制電路115確定是否已經(jīng)讀出所有像素的信號(hào)電荷。另外，在并未讀出所有像素的信號(hào)電荷的情況下，處理返回至步驟S4。之后，在步驟Sll中，重復(fù)執(zhí)行步驟S4 步驟Sll的處理，直到確定已經(jīng)讀出所有像素的信號(hào)電荷。據(jù)此，按順序一次讀出一行基于各自單元像素131的信號(hào)電荷Sl和S2的像素信號(hào)Sl和S2。另一方面，在步驟Sll中，在確定已經(jīng)讀出所有像素的信號(hào)電荷的情況下，處理前進(jìn)到步驟S12。在步驟S12中，控制電路115確定是否開始下一次曝光。在確定要開始下一次曝光的情況下，處理返回至步驟Si，并從步驟Sl向前執(zhí)行處理。另一方面，在步驟S12中，在確定不開始下一次曝光的情況下，則結(jié)束驅(qū)動(dòng)處理。此外，可以將曝光時(shí)間Tl和曝光時(shí)間T2設(shè)定為任意時(shí)間。例如，通過將曝光時(shí)間 Tl和曝光時(shí)間T2設(shè)定為不同的時(shí)間，可以擴(kuò)展固態(tài)成像裝置100的動(dòng)態(tài)范圍。例如，通過將曝光時(shí)間T2設(shè)定得比曝光時(shí)間Tl短，對(duì)應(yīng)于曝光時(shí)間Tl的像素信號(hào)Sl成為能夠以高靈敏度精細(xì)地再生低亮度對(duì)象的信號(hào)，而對(duì)應(yīng)于曝光時(shí)間T2的像素信號(hào)S2成為能夠以低靈敏度但未飽和地再生高亮度對(duì)象的信號(hào)。即，對(duì)于一個(gè)幀，可以得到高靈敏度的像素信號(hào) Sl和低靈敏度的像素信號(hào)S2。結(jié)果，通過用這兩種信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)，可以產(chǎn)生具有寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像。此外，可以將曝光時(shí)間T2設(shè)定為比曝光時(shí)間Tl長(zhǎng)。然而，將曝光時(shí)間T2設(shè)定為比曝光時(shí)間T1短，可以縮短信號(hào)電荷S1在第二 CCD 143的存儲(chǔ)部174中累積的時(shí)間。結(jié)果，通過由于反射或衍射而導(dǎo)致的光入射在柵電極173A的下部而產(chǎn)生的電荷泄露到存儲(chǔ)部174， 可以減少由于加入到信號(hào)電荷Sl而產(chǎn)生的噪聲的量。此外，由于可以分別獲得像素信號(hào)Sl和像素信號(hào)S2，因此不存在分離所述信號(hào)的不確定性問題，且可以對(duì)移動(dòng)對(duì)象或相機(jī)晃動(dòng)執(zhí)行更合適的處理來擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍。此外，由于累積信號(hào)電荷Sl時(shí)的曝光時(shí)間Tl和累積信號(hào)電荷S2時(shí)的曝光時(shí)間T2 對(duì)所有像素都設(shè)為相同的時(shí)間，所以可以得到關(guān)于移動(dòng)對(duì)象的無失真的圖像。此外，在單元像素131中，光電二極管141中累積的多余電荷經(jīng)由第一 CXD 142和第二 CXD 143轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)145之后被釋放，而不是如在國(guó)際公開第W02009-296574 號(hào)中那樣被轉(zhuǎn)移到電荷釋放部之后才被釋放。因此，關(guān)于將從光電二極管141溢出的電荷釋放到N型基板181的路徑(path)，沒有必要能夠完全轉(zhuǎn)移光電二極管141中累積的電荷。即，沒有必要能夠在多個(gè)方向上從光電二極管141完全轉(zhuǎn)移電荷，如果可以僅在第一 CXD 142的方向上完全轉(zhuǎn)移，那就足夠了。因此，可以容易地形成光電二極管141中的雜質(zhì)分布。而且，為了從光電二極管141中釋放多余的電荷，沒有必要設(shè)置專用的晶體管或執(zhí)行專用脈沖信號(hào)的供給的控制。單元像素131的驅(qū)動(dòng)方法的第二實(shí)施方式其次，將參照?qǐng)D8 圖10描述固態(tài)成像裝置100的單元像素131的驅(qū)動(dòng)方法的第二實(shí)施方式。這里，圖8是用來描述單元像素131的驅(qū)動(dòng)處理的流程圖。另外，圖9是單元像素131各部分的電位圖。在圖9的電位圖中，縱軸表示電位，向下的方向表示關(guān)于電子的電位變得更低(或更高)。而且，圖10是用來描述單元像素131的驅(qū)動(dòng)處理的時(shí)序圖。圖 10的水平方向表示時(shí)間，垂直方向表示掃描方向。此外，在第二實(shí)施方式中，存在兩個(gè)單元像素131 在信號(hào)電荷被讀出之前開始下一次曝光的單元像素131以及在信號(hào)電荷被讀出之后開始下一次曝光的單元像素131。圖 9示出信號(hào)電荷被讀出之前開始下一次曝光的單元像素131的電位圖。然后，在圖9的實(shí)例中，在圖8中步驟S51的處理之前的時(shí)間t0，多余電荷NO累積在單元像素131的光電二極管141中，先前幀的信號(hào)電荷SO累積在第一 CXD 143的存儲(chǔ)部174中，復(fù)位第一 CXD 142和浮置擴(kuò)散區(qū)145，從而釋放電荷。此外，在信號(hào)電荷被讀出之后開始下一次曝光的單元像素 131的情況下，在時(shí)間t0存在先前幀的信號(hào)電荷并沒有累積在第二 CCD 143的存儲(chǔ)部174 中的狀態(tài)。此夕卜，在圖9中，與圖5 圖7不同，圖中省略電荷轉(zhuǎn)移處理，同時(shí)省略了其描述。在步驟S51中，光電二極管141中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到第一 (XD142中，并同時(shí)開始累積所有像素的信號(hào)電荷。具體地，在時(shí)間tl，光電二極管141中累積的多余電荷NO轉(zhuǎn)移到第一 CXD 142的存儲(chǔ)部172中，且所有像素同時(shí)開始在光電二極管141中累積信號(hào)電荷Si。該處理等同于圖10的“復(fù)位所有像素”。步驟S52 步驟S55的處理是用來執(zhí)行先前幀的信號(hào)電荷在所有像素復(fù)位的時(shí)間點(diǎn)還未讀出的單元像素131的信號(hào)電荷的讀出的處理，并以每個(gè)或多個(gè)像素為單位來執(zhí)行這些處理。另外，以下，示出了對(duì)每一行執(zhí)行這些處理的實(shí)例。即，在該實(shí)例中，對(duì)單元像素 131的目標(biāo)行(其為讀出像素信號(hào)的目標(biāo))執(zhí)行步驟S52 步驟S55的處理。在步驟S52中，利用類似于圖4中的步驟S4的處理，單元像素131的目標(biāo)行使浮置擴(kuò)散區(qū)145復(fù)位，并讀出復(fù)位電平(以下稱作復(fù)位電平R0)。這里，此時(shí)，選擇脈沖SEL施加至目標(biāo)行的單元像素131的選擇晶體管147柵電極的狀態(tài)持續(xù)到步驟S55。在步驟S53中，單元像素131的目標(biāo)行將先前幀的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū) 145。具體地，在時(shí)間t3，累積在目標(biāo)行的各單元像素131的第二 CXD 143的存儲(chǔ)部174 中的先前幀的信號(hào)電荷SO被轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)145。這里，由于選擇脈沖SEL被施加至選擇晶體管147的柵電極，所以，表示浮置擴(kuò)散區(qū)145(其累積信號(hào)電荷SO)的電壓(以下稱作信號(hào)電平SO)的像素信號(hào)從放大晶體管148被輸出到垂直信號(hào)線155。在步驟S54中，單元像素131的目標(biāo)行讀出先前幀的信號(hào)電荷。即，列處理電路 113基于經(jīng)由垂直信號(hào)線155從放大晶體管148提供的像素信號(hào)讀出信號(hào)電平SO。另外， 列處理電路113通過采用信號(hào)電平SO和復(fù)位電平RO之差進(jìn)行⑶S處理，并校正信號(hào)電平 S0。列處理電路113向輸出電路114提供表示校正后的信號(hào)電平SO的像素信號(hào)(以下稱為像素信號(hào)S0)。另外，輸出電路114執(zhí)行關(guān)于像素信號(hào)SO的各種信號(hào)處理，或是基于像素信號(hào)SO執(zhí)行產(chǎn)生輸出到外部的輸出信號(hào)的處理。在步驟S55中，單元像素131的目標(biāo)行使浮置擴(kuò)散區(qū)145復(fù)位，并釋放先前幀的信號(hào)電荷。具體地，在時(shí)間t4，復(fù)位脈沖RST被施加至復(fù)位晶體管146的柵電極，復(fù)位浮置擴(kuò)散區(qū)145，從浮置擴(kuò)散區(qū)145釋放信號(hào)電荷SO。另外，停止將選擇脈沖SEL施加至選擇晶體管147的柵電極。在步驟S56中，控制電路115確定是否已經(jīng)全部讀出先前幀的信號(hào)電荷。在確定還未完全讀出先前幀的信號(hào)電荷的情況下，處理返回至步驟S52。之后，在步驟S56中，重復(fù)執(zhí)行步驟S52 步驟S56的處理，直到確定已經(jīng)全部讀出先前幀的信號(hào)電荷。據(jù)此，對(duì)于先前幀的信號(hào)電荷SO還未被讀出的行，按順序一次讀出一行基于各單元像素131的信號(hào)電荷 SO的像素信號(hào)SO。另一方面，在步驟S56中，在確定先前幀的信號(hào)電荷已經(jīng)全部讀出的情況下，處理前進(jìn)到步驟S57。在步驟S57中，控制電路115確定曝光時(shí)間是否已經(jīng)過去。具體地，例如，以預(yù)定的間隔，控制電路115重復(fù)確定從時(shí)間tl之后是否已經(jīng)過去曝光時(shí)間T的處理，且在確定從時(shí)間tl之后已經(jīng)過去預(yù)定曝光時(shí)間T的情況下，處理前進(jìn)到步驟S58。在步驟S58中，將多余電荷轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)145，且同時(shí)將所有像素的當(dāng)前幀的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移至第二 CXD 143。具體地，在自從時(shí)間tl之后過去預(yù)定曝光時(shí)間T的時(shí)間t5，累積在第一 CXD 142 的存儲(chǔ)部172中的多余電荷NO轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)145。另外，累積在光電二極管141中的當(dāng)前幀的信號(hào)電荷Sl轉(zhuǎn)移至第二 CXD 143的存儲(chǔ)部174。因此，從時(shí)間tl到時(shí)間t5變?yōu)榱擞脕砝鄯e信號(hào)電荷Sl的曝光時(shí)間(以下稱為曝光時(shí)間T)。另外，該處理等同于圖10中的“所有像素同時(shí)將電荷轉(zhuǎn)移至(XD”。步驟S59 步驟S62的處理是執(zhí)行當(dāng)前幀的信號(hào)像素的讀出的處理，并以每個(gè)或多個(gè)像素為單位來執(zhí)行這些處理。另外，以下，示出了對(duì)每一行執(zhí)行這些處理的實(shí)例。艮口， 在該實(shí)例中，對(duì)單元像素131的目標(biāo)行(為讀出像素信號(hào)的目標(biāo))執(zhí)行步驟S59 步驟S62 的處理。在步驟S59中，利用類似于圖4的步驟4的處理，單元像素131的目標(biāo)行使浮置擴(kuò)散區(qū)145復(fù)位，并讀出復(fù)位電平(以下稱作復(fù)位電平Rl)。在此時(shí)，從浮置擴(kuò)散區(qū)145中釋放多余電荷NO。另外，此時(shí)，選擇脈沖SEL施加至目標(biāo)行的單元像素131的選擇晶體管147 的柵電極的狀態(tài)持續(xù)到步驟S62。在步驟S60中，采用類似于步驟S53的處理，單元像素131的目標(biāo)行從第二 CXD 142的存儲(chǔ)部174將當(dāng)前幀的信號(hào)電荷Sl轉(zhuǎn)移至浮置擴(kuò)散區(qū)145。這里，由于選擇脈沖SEL 施加至選擇晶體管147的柵電極，所以，表示浮置擴(kuò)散區(qū)域145(其累積信號(hào)電荷Si)的電壓(以下稱作信號(hào)電平Si)的像素信號(hào)從放電晶體管148被輸出至垂直信號(hào)線155。在步驟S61中，單元像素131的目標(biāo)行讀出當(dāng)前幀的信號(hào)電荷。即，列處理電路113 基于經(jīng)由垂直信號(hào)線155從放大晶體管148提供的像素信號(hào)讀出信號(hào)電平Si。另外，列處理電路113采用信號(hào)電平Sl和復(fù)位電平Rl之差進(jìn)行⑶S處理，并校正信號(hào)電平Si。列處理電路113向輸出電路114提供表示校正后的信號(hào)電平Sl的像素信號(hào)(下文中稱作像素信號(hào)Si)。另外，輸出電路114執(zhí)行關(guān)于像素信號(hào)Sl的各種信號(hào)處理，或是基于像素信號(hào) Sl執(zhí)行產(chǎn)生輸出到外部的輸出信號(hào)的處理。在步驟S62中，采用類似于步驟S55的處理，單元像素131的目標(biāo)行使浮置擴(kuò)散區(qū) 145復(fù)位，釋放當(dāng)前幀的信號(hào)電荷Si，并停止選擇脈沖SEL施加至選擇晶體管147的柵電極。在步驟S63中，控制電路115確定是否為開始下一次曝光時(shí)刻。在確定還不是開始下一次曝光的時(shí)刻的情況下，處理返回至步驟S59。之后，在步驟S63中，重復(fù)執(zhí)行步驟 S59 步驟S63的處理，直到確定是開始下一次曝光的時(shí)刻。據(jù)此，按順序一次讀出一行基于各單元像素131的信號(hào)電荷Sl的像素信號(hào)。另一方面，在步驟S63中，在確定是開始下一個(gè)幀曝光的時(shí)刻的情況下，處理返回至步驟S51，且執(zhí)行從步驟S51向前的處理。即，在執(zhí)行讀出處理期間，開始下一幀的曝光， 并開始下一幀的信號(hào)電荷的累積處理。以這種方式，通過提供兩個(gè)CXD (第一 CXD 142和第二 CXD 143)，如圖10所示，對(duì)所有像素同時(shí)復(fù)位光電二極管141和開始下一幀的曝光可以和一次讀出一行的信號(hào)電荷處理一起進(jìn)行。此外，可以匹配所述像素的曝光時(shí)間。即，在全域快門和一幀的任意曝光時(shí)間是兼容的情況下，運(yùn)動(dòng)圖像成像是可能的。另外，如圖10所示，在光電二極管141中累積的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到第二 CXD 143的存儲(chǔ)部174中之后，立即執(zhí)行信號(hào)電荷的讀出。據(jù)此，可以減少信號(hào)電荷在存儲(chǔ)部174中累積的時(shí)間。因此，通過由于(例如)反射或衍射而入射在柵電極173A的下部上的光產(chǎn)生的電荷泄露到存儲(chǔ)部174中，可以減少由于加入到信號(hào)電荷Sl中而導(dǎo)致的噪聲的量。另一方面，在國(guó)際公開第W02009-296574號(hào)公開的發(fā)明中，在光電二極管中累積的信號(hào)電荷被轉(zhuǎn)移之后，由于多余電荷釋放到電荷釋放部后執(zhí)行信號(hào)電荷的讀出，所以在存儲(chǔ)部中累積信號(hào)電荷的時(shí)間較長(zhǎng)。另外，以與單元像素131的驅(qū)動(dòng)方法的第一實(shí)施方式相同的方式，由于多余電荷在經(jīng)由第一 CXD 142和第二 CXD 143轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散區(qū)145之后被釋放，所以容易在光電二極管141中形成雜質(zhì)分布。此外，為了從光電二極管141中釋放多余電荷，沒有必要提供專用的晶體管，或執(zhí)行專用脈沖信號(hào)的供給的控制。另外，根據(jù)掃描一行(為一個(gè)單位)的時(shí)間，可以將執(zhí)行所有像素的復(fù)位和開始曝光的時(shí)刻調(diào)整到一幀的任意位置，并且例如可以根據(jù)對(duì)象的亮度來調(diào)整曝光時(shí)間。2.變形實(shí)例此外，在上面的描述中，示出了設(shè)置兩級(jí)CCD的實(shí)例，但可設(shè)置三級(jí)或更多級(jí)的 CCD。例如，通過設(shè)置三級(jí)CCD，并在各CCD中累積具有不同的曝光時(shí)間的三種信號(hào)電荷，可以得到具有高靈敏度、中間靈敏度、和低靈敏度的像素信號(hào)，并可以進(jìn)一步擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍。 另外，在這種情況下，在三個(gè)連續(xù)的曝光時(shí)間內(nèi)，期望后面的曝光時(shí)間更短。此外，例如，通過設(shè)置三級(jí)(XD，可以將單元像素131的驅(qū)動(dòng)方法的第一實(shí)施方式和第二實(shí)施方式組合起來。具體地，例如，可以將一個(gè)幀周期劃分成三個(gè)周期，執(zhí)行曝光，并在各CCD中累積多余電荷、具有長(zhǎng)曝光時(shí)間的高靈敏度信號(hào)電荷和具有短曝光時(shí)間的低靈敏度信號(hào)電荷。據(jù)此，在全域快門和一幀的任意曝光時(shí)間兼容的情況下，可以執(zhí)行運(yùn)動(dòng)圖像成像，從而擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍。
此外，在上面的描述中，示出了從光電二極管141中溢出的電荷被釋放到N型基板 181中的實(shí)例。然而，可以在光電二極管141的一側(cè)設(shè)置電荷釋放部，電荷可以釋放到電荷釋放部中，或可以控制放電量。然而，如上所述，沒有必要能夠?qū)⒐怆姸O管141中累積的電荷完全轉(zhuǎn)移到電荷釋放部。另外，在上面的描述中，每個(gè)CCD的柵電極是由一片構(gòu)成，但可被設(shè)置為劃分成用于轉(zhuǎn)移柵極和用于存儲(chǔ)部的兩片。此外，實(shí)施方式中的“所有像素”是指在圖像中出現(xiàn)的部分中的所有像素，但排除虛擬像素等。另外，如果時(shí)間差和圖像失真都足夠小以致都不足以成為間題，則可以包括一次多行(例如，幾十行)的高速掃描，而不是所有像素同時(shí)操作。而且，在實(shí)施方式中，可以對(duì)預(yù)定的多行施加全域快門操作，而不限于出現(xiàn)在圖像中的所有像素。另外，在以上描述中，在圖4的步驟Sl中，示出了光電二極管141中累積的多余電荷NO被轉(zhuǎn)移直到浮置擴(kuò)散區(qū)145并立即釋放的實(shí)例，但是沒有必要立即釋放多余電荷。即， 在不妨礙信號(hào)電荷Sl轉(zhuǎn)移和累積的范圍內(nèi)，在被釋放之前，多余電荷可以在第一 CCD 142 的存儲(chǔ)部172、第二 CXD 143的存儲(chǔ)部173、或浮置擴(kuò)散區(qū)145中累積一段時(shí)間。此外，在以上描述中，在圖8的步驟S59中，示出了當(dāng)讀出復(fù)位電平Rl時(shí)多余電荷 NO從浮置擴(kuò)散區(qū)145中釋放的實(shí)例，但多余電荷NO也可提前被釋放。更具體地，在時(shí)間t4， 可以在從浮置擴(kuò)散區(qū)145釋放信號(hào)電荷SO直到復(fù)位電平Rl被讀出的任意時(shí)刻提前釋放多余電荷NO。另外，上面所示單元像素131的裝置結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電類型僅僅是一個(gè)實(shí)例，所述N型和 P型可以互換。此外，本發(fā)明并不限于被應(yīng)用于固態(tài)成像裝置。即，本發(fā)明還可以應(yīng)用于諸如成像裝置(例如，數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī))的圖像獲取部(image obtaining section)的使用固態(tài)成像裝置的一般電子裝置、具有成像功能的移動(dòng)電話終端裝置以及圖像獲取部的使用固態(tài)成像裝置的復(fù)印裝置。固態(tài)成像裝置可以是形成為一個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)，或具有成像功能模塊的結(jié)構(gòu)，其中成像部和信號(hào)處理部或光學(xué)系統(tǒng)組合并封裝在一起。實(shí)施方式的電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)實(shí)例圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式作為電子設(shè)備的成像裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)例。圖11的成像裝置300設(shè)置有由一組透鏡等形成的光學(xué)部301，采用上述單元像素 131每一個(gè)結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像元件(成像裝置)302，以及為相機(jī)信號(hào)處理電路的DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)電路303。另外，所述成像裝置300還設(shè)置有幀存儲(chǔ)器304、顯示部305、記錄部 306、操作部307、電源部308以及CPU 309。DSP電路303、幀存儲(chǔ)器304、顯示部305、記錄部306、操作部307、電源部308以及CPU 309通過總線線路310彼此連接。光學(xué)部301從對(duì)象獲得入射光(圖像光)，并在固態(tài)成像元件302的成像表面上成像。固態(tài)成像元件302將通過光學(xué)部301在成像表面上成像的入射光的量轉(zhuǎn)換成單元像素的電信號(hào)，并將電信號(hào)作為像素信號(hào)輸出。作為固態(tài)成像元件302，可以使用諸如根據(jù)上述實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置100的固態(tài)成像元件，其為能夠使用全域曝光實(shí)現(xiàn)不失真圖像的固態(tài)成像元件。顯示部305是由面板型顯示裝置(例如液晶面板或EL(電致發(fā)光)面板)形成， 并顯示通過固態(tài)成像元件302成像的運(yùn)動(dòng)圖像或靜止圖像。記錄部306將由固態(tài)成像元件302成像的運(yùn)動(dòng)圖像或靜止圖像記錄在記錄介質(zhì)(例如錄像帶或DVD(數(shù)字通用光盤))中。在用戶對(duì)成像裝置300具有的各種功能進(jìn)行操作的情況下，操作部307發(fā)出操作命令。電源部308對(duì)DSP電路303、幀存儲(chǔ)器304、顯示部305、記錄部306、和操作部307的操作電源適當(dāng)?shù)靥峁└鞣N電源。CPU 309控制整個(gè)成像裝置300的操作。如上所述，通過使用根據(jù)上述實(shí)施方式的固態(tài)成像裝置100作為固態(tài)成像元件 302，可以保證高的S/N并擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍，而同時(shí)確保在曝光時(shí)間平面中的同步，以及可以保證高的S/N并得到平面中的同步和一幀的任意曝光時(shí)間兼容的運(yùn)動(dòng)圖像。因此，即使在成像裝置300(例如攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、以及用于諸如移動(dòng)電話終端裝置的移動(dòng)裝置的相機(jī)模塊)中，也可以獲得更高的用于圖像成像的圖像質(zhì)量。另外，在上述實(shí)施方式中，使用和描述了 CMOS圖像傳感器應(yīng)用于以行和列的形式排列的單元像素的實(shí)例，其中，單元像素檢測(cè)對(duì)應(yīng)于可見光的量作為物理量。但是，本發(fā)明并不限于應(yīng)用于CMOS圖像傳感器，本發(fā)明應(yīng)用于使用列方式的一般固態(tài)成像裝置，其中， 在列方式中，為像素陣列部的每個(gè)像素列設(shè)置列處理部。此外，本發(fā)明并不限于應(yīng)用于入射的可見光量的分布被檢測(cè)并作為圖像被成像的固態(tài)成像裝置，而是可以應(yīng)用于一般的固態(tài)成像元件(物理量分布檢測(cè)設(shè)備)，諸如紅外、 X光、粒子等的入射光量的分布作為圖像被成像的固態(tài)成像裝置，諸如壓力或電容的其他物理量的寬范圍的分布被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)、經(jīng)過時(shí)間積分并作為圖像被成像的指紋檢測(cè)傳感
ο這里，在說明書中，流程圖中描述的步驟當(dāng)然可以按照描述以時(shí)間順序執(zhí)行，并且即使沒必要以時(shí)間順序執(zhí)行，也可以在必要的時(shí)刻執(zhí)行，諸如并行執(zhí)行或喚起時(shí)執(zhí)行。本申請(qǐng)包含與2010年4月2日在日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng) JP2010-085981中公開的主題相關(guān)的主題，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要在權(quán)利要求及其等同替換的范疇內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以進(jìn)行各種修改、組合、子組合和變形。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，包括二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從所述光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，其中，在將所述光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位之后，所有的所述多個(gè)單元像素同時(shí)將在均具有不同持續(xù)時(shí)間的多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的多個(gè)信號(hào)電荷順序轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元，并在不同的各電荷轉(zhuǎn)移累積單元中累積所述多個(gè)信號(hào)電荷，并且以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位將所述多個(gè)信號(hào)電荷以被轉(zhuǎn)移至所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的順序轉(zhuǎn)移至所述電荷檢測(cè)單元，并讀出分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)信號(hào)電荷的多個(gè)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)，越后的曝光時(shí)間具有越短的持續(xù)時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中，當(dāng)在所述多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間開始之前所述光電轉(zhuǎn)換元件被復(fù)位時(shí)，在光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷被釋放到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元。
4.一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素， 所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從所述光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，所述驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟在將所述光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位之后，由所有的多個(gè)單元像素同時(shí)執(zhí)行將在均具有不同持續(xù)時(shí)間的多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的多個(gè)信號(hào)電荷順序轉(zhuǎn)移至所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元，并在不同的各電荷轉(zhuǎn)移累積單元中累積多個(gè)信號(hào)電荷；以及進(jìn)行驅(qū)動(dòng)從而以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位將所述多個(gè)信號(hào)電荷以被轉(zhuǎn)移至所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的順序轉(zhuǎn)移至所述電荷檢測(cè)單元，并讀出分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)信號(hào)電荷的多個(gè)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其中，在所述多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)，越后的曝光時(shí)間具有越短的持續(xù)時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其中，當(dāng)所述多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間開始之前所述光電轉(zhuǎn)換元件被復(fù)位時(shí)，所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷被釋放到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元。
7.一種安裝有固態(tài)成像裝置的電子設(shè)備，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從所述光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，其中，在將所述光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位之后，所有多個(gè)單元像素同時(shí)將在均具有不同持續(xù)時(shí)間的多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的多個(gè)信號(hào)電荷順序轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元，并在不同的各電荷轉(zhuǎn)移累積單元中累積所述多個(gè)信號(hào)電荷，并且以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位將所述多個(gè)信號(hào)電荷以被轉(zhuǎn)移至所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的順序轉(zhuǎn)移至所述電荷檢測(cè)單元，并讀出分別對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)信號(hào)電荷的多個(gè)信號(hào)。
8.一種固態(tài)成像裝置，包括二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從所述光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，其中，在將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積開始處理之后，所有的所述多個(gè)單元像素在多余電荷已被轉(zhuǎn)移后，同時(shí)執(zhí)行將在預(yù)定曝光時(shí)間內(nèi)光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積完成處理，并以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，執(zhí)行將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷檢測(cè)單元并讀出分別對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)電荷的信號(hào)的讀出處理，并在所述讀出處理的執(zhí)行期間進(jìn)行將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的所述累積開始處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置，其中，所述多余電荷被轉(zhuǎn)移到所述電荷檢測(cè)單元，并從所述電荷檢測(cè)單元被釋放。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固態(tài)成像裝置，其中，在所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元之后，所述讀出處理立即開始。
11.一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素， 所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從所述光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，所述驅(qū)動(dòng)方法包括步驟在將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元中的累積開始處理之后，由所有的所述多個(gè)單元像素在所述多余電荷已被轉(zhuǎn)移后，同時(shí)執(zhí)行將在預(yù)定曝光時(shí)間內(nèi)在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積完成處理；以及進(jìn)行驅(qū)動(dòng)從而以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位來執(zhí)行將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷檢測(cè)單元并讀出分別對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)電荷的信號(hào)的讀出處理，其中，在所述讀出處理的執(zhí)行期間，進(jìn)行將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的所述累積開始處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其中，所述多余電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷檢測(cè)單元，并從所述電荷檢測(cè)單元被釋放。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其中，在所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元之后，所述讀出處理立即開始。
14.一種安裝有固態(tài)成像裝置的電子設(shè)備，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從所述光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，其中，在將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積開始處理之后，所有的所述多個(gè)單元像素在多余電荷已被轉(zhuǎn)移后，同時(shí)執(zhí)行將在預(yù)定曝光時(shí)間內(nèi)光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的累積完成處理，以及以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，執(zhí)行將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷檢測(cè)單元并讀出分別對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)電荷的信號(hào)的讀出處理，其中，在所述讀出處理的執(zhí)行期間，進(jìn)行將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元的所述累積開始處理。
15.一種固態(tài)成像裝置，包括二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從所述光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，其中，所有的所述多個(gè)單元像素同時(shí)通過將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移至所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元，同時(shí)開始所述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的累積，并以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，將轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元中的多余電荷轉(zhuǎn)移至所述電荷檢測(cè)單元，并從所述電荷檢測(cè)單元釋放所述多余電荷。
16.一種固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素， 所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移在所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積所述電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從所述光電轉(zhuǎn)換元件經(jīng)由所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元轉(zhuǎn)移的電荷以將所述電荷作為信號(hào)讀出，所述驅(qū)動(dòng)方法包括步驟通過由所有的所述多個(gè)單元像素同時(shí)執(zhí)行將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移至所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元，開始累積所述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷；以及以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，將轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元中的多余電荷轉(zhuǎn)移至所述電荷檢測(cè)單元，并從所述電荷檢測(cè)單元釋放所述多余電荷。
17.一種安裝有固態(tài)成像裝置的電子設(shè)備，所述固態(tài)成像裝置具有二維排列的多個(gè)單元像素，所述單元像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元能夠順序轉(zhuǎn)移所述光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存經(jīng)由所述具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移累積單元從所述光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)移的電荷，其中，所有的所述多個(gè)單元像素通過將所述光電轉(zhuǎn)換元件中累積的多余電荷轉(zhuǎn)移至所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元，同時(shí)開始所述光電轉(zhuǎn)換元件的信號(hào)電荷的累積，并以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位，將轉(zhuǎn)移到所述電荷轉(zhuǎn)移累積單元中的多余電荷轉(zhuǎn)移至所述電荷檢測(cè)單元， 并從所述電荷檢測(cè)單元釋放所述多余電荷。
全文摘要
本發(fā)明公開了固態(tài)成像裝置，固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備。一種具有單元像素的固態(tài)成像裝置，所述單元像素具有光電轉(zhuǎn)換元件、具有多級(jí)的電荷轉(zhuǎn)移/累積單元以及電荷檢測(cè)單元，所述電荷轉(zhuǎn)移/累積單元能夠轉(zhuǎn)移光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的電荷并累積電荷，所述電荷檢測(cè)單元保存從光電轉(zhuǎn)換元件中轉(zhuǎn)移的電荷，其中，在將光電轉(zhuǎn)換元件復(fù)位之后，所有單元像素同時(shí)將在均具有不同持續(xù)時(shí)間的多個(gè)連續(xù)曝光時(shí)間內(nèi)光電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移至電荷轉(zhuǎn)移/累積單元，并在不同的各電荷轉(zhuǎn)移/累積單元中累積信號(hào)電荷，并且以一個(gè)或多個(gè)像素為像素單位將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移至電荷檢測(cè)單元，讀出分別對(duì)應(yīng)于多個(gè)信號(hào)電荷的多個(gè)信號(hào)。
文檔編號(hào)H04N5/359GK102215351SQ20111007444
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者馬渕圭司 申請(qǐng)人:索尼公司