CN101278550A - 固态成像器件、成像装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种固态成像器件包括第一组像素41、在间隔驱动期间跳过的第二组像素42、和扫描部分13。扫描部分13驱动第一组像素41中的每个像素执行输出所述输出信号，和将光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级的读取操作，和驱动第二组像素42中的每个像素执行将光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第二等级的放电操作，所述第二等级比所述第一等级高，但比光电转换元件12的饱和信号等级低。

Description

固态成像器件、成像装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及固态成像器件、成像装置及用于该器件的驱动方法，更具体地讲，涉及用于高速运动图像成像的固态成像器件、成像装置、以及用于该器件的驱动方法。

背景技术

近年来，能够在低电压下工作的MOS传感器在便携设备等方面的应用已经引起了注意。用MOS传感器得到的图像质量比CCD器件得到的图像质量差的传统问题正在改善。

为了用一个MOS传感器实现高分辨率的静止画面和高速运动画面成像，已经开发了执行间隔驱动(thinning drive)的固态成像器件，间隔驱动是间隔地读取MOS传感器中的像素。

在由MOS传感器制成的、只能从被提供了选择脉冲的像素读取信号的固态成像器件中，通过不向在读取中要跳过的像素提供选择脉冲能够实现间隔驱动。

然而，对跳过的像素也要进行光电转换。因此，如果通过简单的不选择像素来实现间隔驱动，从跳过像素的光电转换元件溢出的信号可能流入相邻像素，很可能产生错误的信号。

为了防止错误信号，提出了一种通过使要跳过像素的复位开关一直设置在现用状态来把要跳过像素的光电转换元件中的电荷释放到电源端的方法(例如，参见日本专利公开No.2000-350103(图1、7和8))。

通过上述操作，能够防止在间隔驱动期间其读取被跳过的像素的光电转换元件中积聚的电荷可能饱和，并流入相邻光电转换元件，造成产生错误信号的情况发生。这样，能够获得几乎不出现拖尾、模糊、颜色混合的高质量图像。

然而，上述常规固态成像器件和用于该器件的驱动方法存在下列问题。

通常，固态成像器件在整个成像区上形成的p阱中具有多个n型半导体层，在整个成像区中，每个PN结构成一个二极管。将p阱接地到地电位的触点并不放置在成像区内，以使光电二极管的尺寸最大，p阱只在围绕成像区的区域中通过接点等接地。然而，这种情况下，p阱的电位不足以固定在成像区的中央。为此，当把选择开关脉冲和复位开关脉冲施加到信号线时，p阱的电位因信号线和p阱之间的耦合电容而改变，在p阱的电位稳定之前必须确保固定时间。因此，由于需要时间来执行读取和复位操作，即使对像素间隔地进行读取，也不能获得较高的帧速率。

鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种具有较高帧速率的固态成像器件，在该固态成像器件中，在间隔驱动期间能够防止p阱电位改变，从而缩短读取和复位操作。

发明内容

为了实现上述目的，在本发明的固态成像器件中，在其读取被跳过的像素的光电转换元素中遗留电荷，以给出不完全放电。

本发明的固态成像器件，包括：多个第一组像素，在半导体衬底的成像区中排列成矩阵，每个像素包括用于把光信号转换成信号电荷并积聚电荷的光电转换元件，用于初始化所述光电转换元件中积聚的信号电荷的初始化部分，用于响应所述光电转换元件中积聚的信号电荷来输出输出信号的输出部分；多个第二组像素，以与所述第一组像素的行具有不同行的方式在成像区中排列成矩阵，每个像素包括光电转换元件，初始化部分和输出部分，在间隔驱动期间跳过对所述第二组像素的读取；和扫描部分，用于使所述第一组像素中的每一个像素执行输出所述输出信号，和将所述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级的读取操作，和使所述第二组像素中的每一个像素执行将所述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第二等级的放电操作，所述第二等级比所述第一等级高，但比所述光电转换元件的饱和信号等级低。

根据本发明的固态成像器件，不仅能够防止要跳过的第二组像素中的电荷溢出而产生错误信号，而且能够抑制因光电转换元件中遗留的电荷造成p阱电位的变化。因此，能够缩短读取和复位时间，并且因此能够实现固态成像器件以高速操作。

在本发明的固态成像器件中，优选的是，其中所述第一组像素和所述第二组像素各具有浮动扩散(floating diffusion)，所述光电转换元件中积聚的信号电荷传送到的所述浮动扩散，初始化部分具有电连接在所述光电转换元件和浮动扩散之间的传送晶体管。另外，初始化部分可以具有连接在光电转换元件和电源之间的复位晶体管。

在本发明的固态成像器件中，优选的是，扫描部分产生用于驱动第一组像素中的每个像素的初始化部分的第一驱动脉冲，和驱动第二组像素中的每个像素的初始化部分的第二驱动脉冲，第二驱动脉冲的脉冲宽度小于第一驱动脉冲的脉冲宽度。利用该安排，能够确保在第二组像素的光电转换元件中遗留电荷。

在本发明的固态成像器件中，优选的是，扫描部分根据参考时钟产生第一驱动脉冲和第二驱动脉冲，第二驱动脉冲的脉冲宽度是根据参考时钟能够产生的最小的脉冲宽度。利用该安排，能够确保高速间隔驱动。

在本发明的固态成像器件中，优选的是，扫描部分产生用于驱动第一组像素中的每个像素的初始化部分的第一驱动脉冲，和驱动第二组像素中的每个像素的初始化部分的第二驱动脉冲，第二驱动脉冲的脉冲高度比第一驱动脉冲的脉冲高度低。利用该安排，能够确保在第二组像素的光电转换元件中遗留电荷。

在本发明的固态成像器件中，优选的是，初始化部分具有源极与光电转换元件相连的晶体管，放电操作中施加到所述晶体管的漏极的电压比读取操作中施加到所述晶体管的漏极的电压低。利用该安排，也能够确保在第二组像素的光电转换元件中遗留电荷。

本发明的固态成像器件优选的是进一步包括保持装置，用于在放电操作中将驱动信号保持预定时间。利用该安排，能够容易地通过定时脉冲，这样能够确保从第二组像素的光电转换元件释放电荷。

在上述情况中，优选的是，扫描部分产生用于驱动第一组像素中的每个像素的初始化部分的第一驱动脉冲，和驱动第二组像素中的每个像素的初始化部分的第二驱动脉冲，第二驱动脉冲的脉冲高度比第一驱动脉冲的脉冲高度低。

在本发明的固态成像器件中，优选的是，扫描部分驱动第一组像素执行电子快门操作，以便限制第一组像素中的每个像素的光电转换元件积聚信号电荷期间的时间，当所述多个第一组像素中的一个第一组像素执行电子快门操作时，扫描部分驱动所述多个第二组像素中至少与所述一个第一组像素相邻的第二组像素执行放电操作。

在本发明的固态成像器件中，优选的是，所述扫描部分驱动所述第一组像素执行电子快门操作，以限制所述第一组像素中的每个像素的所述光电转换元件积聚信号电荷的时间，当所述多个第一组像素中排成一行的第一组像素执行电子快门操作时，所述扫描部分驱动所述多个第二组像素中至少与所述排成一行的第一组像素相邻的、排成一行的第二组像素执行放电操作。

本发明的固态成像装置包括：本发明的固态成像器件；使光入射到所述固态成像器件的光学系统；控制部分，用于输出控制所述固态成像器件的操作的控制信号；和信号处理电路，用于处理来自所述固态成像器件的输出信号，并输出作为图像数据的结果。

根据本发明的固态成像装置，能够实现使因错误信号造成的拖尾、模糊、颜色混合较小、且帧速率高的成像装置。

本发明的固态成像装置，优选的是，进一步包括用于阻挡入射到固态成像器件的光的快门。

本发明的固态成像装置，优选的是，进一步包括，用于监视图像数据的监视屏幕。

在本发明的固态成像装置中，优选的是，将所述控制部分和所述信号处理电路中的至少一个放置在所述固态成像器件的半导体衬底上。

本发明的驱动方法是用于固态成像器件的驱动方法，所述固态成像器件包括多个第一组像素和多个第二组像素，在半导体衬底的成像区中排列成矩阵，每个像素包括用于把光信号转换成信号电荷并积聚该电荷的光电转换元件，初始化部分，用于初始化光电转换元件中积聚的信号电荷，输出部分，用于响应光电转换元件中积聚的信号电荷来输出信号。所述驱动方法包括步骤：(a)驱动第一组像素中的每个像素的初始化部分和输出部分，以允许像素输出该输出信号，和将光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级；和(b)驱动第二组像素中的每个像素的初始化部分，以光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第二等级，所述第二等级比所述第一等级高，并比所述光电转换元件的饱和信号等级低。

根据用于驱动本发明的固态成像器件的驱动方法，能够在间隔第二组像素的间隔驱动期间，抑制因来自第二组像素中的每个像素的光电转换元件的电荷溢流而造成的拖尾、模糊、颜色混合的情况出现。

在本发明的驱动方法中，优选的是，所述步骤(a)包括向所述初始化部分提供第一驱动脉冲的步骤，所述步骤(b)包括提供第二驱动脉冲的步骤，所述第二驱动脉冲的脉冲宽度比所述第一驱动脉冲的脉冲宽度小。

在本发明的驱动方法中，优选的是，所述步骤(a)包括向所述初始化部分提供第一驱动脉冲的步骤，和所述步骤(b)包括提供第二驱动脉冲的步骤，所述第二驱动脉冲的脉冲高度比所述第一驱动脉冲的脉冲高度低。

在本发明的驱动方法中，优选的是，所述初始化部分具有用于保持电荷的浮动扩散，和把所述光电转换元件中积聚的电荷传送到所述浮动扩散的传送晶体管，所述步骤(a)包括在将所述浮动扩散的电位设置在第一电位后，驱动所述传送晶体管的步骤，所述第一电位是用于驱动所述第一组像素的电源电位，所述步骤(b)包括在将所述浮动扩散的电位设置在第二电位后，驱动所述传送晶体管的步骤，所述第二电位比地电位高，但比所述第一电位低。

在上述情况下，优选的是，在步骤(a)中，用第一驱动脉冲驱动传送晶体管，在步骤(b)中，用脉冲宽度比第一驱动脉冲大的第二驱动脉冲来驱动传送晶体管。

在本发明的驱动方法中，优选的是，初始化部分具有连接在光电转换元件和电源之间的复位晶体管，步骤(a)包括在将电源电位设置在作为用于驱动第一组像素的高电平电位的第一电位后，驱动复位晶体管的步骤，步骤(b)包括在将电源电位设置在比地电位高，但比第一电位低的第二电位后，驱动复位晶体管的步骤。

在上述情况下，优选的是，在步骤(a)中，用第一驱动脉冲驱动复位晶体管，在步骤(b)中，用脉冲宽度比第一驱动脉冲大的第二驱动脉冲来驱动复位晶体管。

优选的是，本发明的驱动方法进一步包括步骤：(c)在步骤(a)之前，驱动第一行中第一组像素中的每个像素的初始化部分，以将光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级，其中与步骤(a)和(c)同步地执行步骤(b)。

利用该安排，第一组像素执行电子快门操作，以便将在光电转换元件中积聚电荷期间的时间限定为固定时间。另外，对于在间隔驱动期间跳过的第二组像素，使在光电转换元件中积聚电荷期间的时间大致与第一组像素的电子快门操作的时间相同。因此，能够防止来自第二组像素的光电转换元件的电荷溢出。

因此，根据本发明，能够实现具有高帧速率的固态成像器件，并且在高帧速率中能够防止p阱的电位在间隔操作期间改变，并因此缩短读取和复位操作。

附图说明

图1是显示本发明实施例1的固态成像器件的方框图。

图2是显示实施例1的固态成像器件主要部分的电路图。

图3是显示实施例1的固态成像器件基本驱动的时序图。

图4是显示实施例1的固态成像器件的间隔驱动的时序图。

图5是显示实施例1的固态成像器件的像素部分的截面图。

图6A和6B是为比较所示的、不执行信号电荷释放操作的常规固态成像器件(图6A)中，与实施例1的固态成像器件(图6B)中的光电二极管的电位的示意图。

图7A和7B是为比较所示的、执行完全信号电荷释放操作的常规固态成像器件(图7A)中，与实施例1的固态成像器件(图7B)中的光电二极管的电位的示意图。

图8是显示实施例1的固态成像器件的成像区域中产生的电阻和电容的截面图。

图9是显示对本发明实施例1的固态成像器件第一变化的间隔驱动的时序图。

图10是显示对本发明实施例1的固态成像器件第二变化的间隔驱动的时序图。

图11是本发明实施例2的显示固态成像器件主要部分的电路图。

图12是显示实施例2的固态成像器件的间隔驱动的时序图。

图13是本发明实施例1和2的固态成像器件另一个实例的电路图。

图14是本发明实施例3的显示固态成像器件主要部分的电路图。

图15是显示实施例3的固态成像器件基本驱动的时序图。

图16是显示实施例3的固态成像器件的间隔驱动的时序图。

图17是显示对本发明实施例3的固态成像器件第一变化的间隔驱动的时序图。

图18是显示对本发明实施例3的固态成像器件第二变化的间隔驱动的时序图。

图19是本发明实施例4的显示固态成像器件主要部分的电路图。

图20是显示实施例4的固态成像器件的间隔驱动的时序图。

图21是本发明实施例5的显示固态成像器件主要部分的电路图。

图22A至22C是显示实施例5的固态成像器件和用于比较的常规固态成像器件的间隔驱动的示意图，其中图22A显示了实施例5中的间隔驱动和低照明下的常规间隔驱动的情况，图22B显示了高照明下的常规间隔驱动的情况，图22C显示了高照明下实施例5中的间隔驱动的情况。

图23是显示本发明实施例6的成像装置的方框图。

参考数字说明

10：固态成像器件

11：成像区

12：像素

13：行扫描电路

14：列扫描电路

15：信号处理部分

16：负载电路

17：控制部分

18：放大器

22：光电二极管

23：读取晶体管

24：浮动扩散

25：复位晶体管

26：放大晶体管

28：负载晶体管

32：读取选择晶体管

33：下拉晶体管

34：选择晶体管

36：复位选择晶体管

37：电子快门选择晶体管

41：第一组像素

42：第二组像素

43：初始化部分

44：输出部分

109：光学系统

110：机械快门

111：信号处理电路

112：监视屏幕

207：垂直输出信号线

210：复位信号线

211：读取信号线

215：选择信号线

218：信号读取扫描电路

219：电子快门扫描电路

501：p阱

502：n型半导体层

503：传送门

504：浮动扩散

7023：p阱

703：阱接触

794：光电二极管

705：传送门

具体实施方式

(实施例1)

<电路配置>

图1示出了本发明实施例1的固态成像器件的概略图。如图1所示，由10表示的固态成像器件包括由排列成矩阵的多个像素12构成的成像区11。在该实施例中，像素12包括在间隔驱动期间读取的第一组像素41和在间隔驱动期间跳过的第二组像素42。虽然在所示的实例中第一组像素41和第二组像素42被隔行排列，这些像素也可以采用其它排列方式。

利用从行扫描部分13提供的读取脉冲和复位脉冲对像素12中的每一个进行读取操作和复位操作。行扫描部分13与控制部分17相连，用于根据从控制部分17提供的各种控制信号来产生诸如传送脉冲和复位脉冲之类的控制脉冲。

利用控制脉冲从每个像素12的光电转换元件读取的信号电荷在信号处理部分15中受到诸如噪声消除和放大之类的处理，然后，利用来自列扫描电路14的信号读到水平信号线，然后发送到放大器18作为像素信号输出。负载电路16与后面要描述的每个像素12的放大晶体管一起构成源输出电路。

图2详细示出了该实施例的固态成像器件的主要部分，其中包括像素12，负载电路16和行扫描部分13。应该指出，为了便于描述，图2中仅示出了第n行和第(n+1)行中的像素。

如图2所示，每个像素12包括作为光电转换元件的光电二极管22，用于传送光电二极管22中积聚的信号电荷的传送晶体管23，用于保持读取的信号电荷的浮动扩散(FD)24，用于将FD24的电位复位到初始状态的复位晶体管25，和响应FD 24的电位改变而放大信号电荷的放大晶体管26。

传送晶体管23作为初始化部分43，在其通过将电荷传送到FD 24时初始化光电二极管22中的电荷量，放大晶体管26作为输出部分44，将光电转换元件中的电荷输出到垂直输出信号线207。放大晶体管26连接到为每列提供的垂直输出信号线207，垂直输出信号线207的一端与负载电路16中提供的负载晶体管28相连。这样，放大晶体管26和负载晶体管28构成源输出电路(source follower circuit)，以便能使来自像素12的信号被输出到垂直输出信号线207。

行扫描部分13以从图1所示的控制部分17提供的开始脉冲ST开始行扫描操作，根据时钟脉冲CLK、复位脉冲RESET、和读取脉冲READ产生要施加到为每行提供的像素复位信号线210的像素复位脉冲RST，和要施加到还是为每行提供的传送信号线211的传送脉冲RD。

应该指出，虽然在所示实例中是从控制部分17提供复位脉冲RESET和读取脉冲READ，也可以根据开始脉冲ST和时钟脉冲CLK在固态成像器件10产生。

<基本读取驱动>

参考图3描述该实施例的固态成像器件的基本操作。图3是在该实施例的固态成像器件执行基本驱动时观察到的时序图。应该指出，图3示出了第n行中像素12的驱动，其中FV_n、RST_n、和RD_n分别表示第n行中像素12的FD 24的电位、提供给第n条线的像素复位信号线210的像素复位脉冲、和提供给第n条线的传送信号线211的传送信号。像素复位脉冲RST_n和传送脉冲RD_n是根据从控制部分17分别提供的复位脉冲RESET和读取脉冲READ，以及行扫描部分13中设置的移位寄存器(未示出)的第n级输出Qn产生的。

如图3所示，用于驱动第n行中像素的像素复位脉冲RST_n升高到高(Hi)电位，使第n行中像素12的复位晶体管25导通，选择第n行中的像素12。因此，在时刻a，使电位FV_n等于用于复位晶体管25和放大晶体管26的电源V_DD的Hi电位，从第n行中像素12的放大晶体管输出响应得到的电位FV_n的电位，使各个垂直输出信号线207的电位升高。

然后，像素复位脉冲RST_n下降到低(Lo)电位，使复位晶体管25截止。此时，电位FV_n保持在Hi电位，如点b所示。

此后，传送脉冲RD_n升高到Hi电位，使第n行中像素12的传送晶体管23导通。这样使得第n行中像素12的光电二极管22中积聚的电荷根据光信息被读取到FD24，使电位FV_n下降。随着该电位的下降，如在点c所示，第n行中像素12的放大晶体管26的电位下降，使得各个垂直输出信号线207的电位下降。

然后，传送脉冲RD_n下降到Lo电位，使第n行中像素12的传送晶体管23截止。这样，如在点d所示，垂直输出信号线207的电位被识别为响应第n行中像素12的光电二极管22中积聚的电荷的电位。信号处理部分15在点b和d检测每个垂直输出信号线207的电位，以确定其间的电位差作为像素信号。

然后，像素复位脉冲RST_n升高到Hi电位，使第n行中像素12的复位晶体管25截止。这样，如点e所示，使电位FVn等于电源V_DD的Lo电位，从而使第n行中像素12的放大晶体管26截止。因此，终止第n行中像素12的像素信号输出操作。换句话说，未选择成像区11中第n行中的像素12，并且在点f，开始第(n+1)行中像素12的读取和选择操作。

<间隔驱动>

参考图4描述该实施例的固态成像器件的间隔驱动。图4是显示在运动画面等中采用间隔驱动的时序图。应该指出，在图4中示出了读取两行像素12和间隔两行像素12的2行间隔驱动，其中在读取第(n+1)行和第(n+2)行中的像素12时，间隔来自第(n-1)行和第n行中像素12的信号，在图4中，Q_n-2至Q_n+2分别代表行扫描电路13中放置的移位寄存器的第(n-2)至第(n+2)级的输出。根据Q_n和脉冲READ产生提供给第n行的传送信号线211的传送脉冲RD_n，根据Q_n和脉冲RESET产生提供给第n行的像素复位信号线210的像素复位脉冲RST_n。在图4中示出了第n行中的像素在Q_n处在Hi状态期间处在选择状态。应该指出，提供给传送信号线211的传送脉冲RD作为用于读取行的读取脉冲和用于间隔行的放电脉冲。

在时间t1，Q_n-1上升到高(Hi)，使第(n-1)行中的像素12作为选择状态中的间隔行。此后，利用传送脉冲RD_n-1使第(n-1)行中的像素12的传送晶体管23导通，使第(n-1)行中的像素12的光电二极管22中积聚的电荷释放到FD24。

Q_n-1下降之后，Q_n在时间t2上升到Hi。然后利用传送脉冲RD_n使第n行中的像素12的传送晶体管23导通，使第n行中像素12的光电二极管22中积聚的电荷被读取。

通过将积聚的电荷释放到第(n-1)至第n行中的FD 24，电位改变经由放大晶体管26发送到垂直输出信号线207。然而，由于不能配置信号处理部分15处理该电位改变来作为像素信号，从间隔行中的像素释放的信号在最终的输出中不出现。更具体地讲，配置信号处理部分15中设置的取样保持电路不在从间隔行中的像素12释放的信号中保持电位改变。

Q_n下降之后，Q_n+1在t3达到Hi。然后，利用传送脉冲RD_n+1使第(n+1)行中像素12的传送晶体管23导通，允许读取第(n+1)行中像素12的光电二极管22中积聚的电荷。

在Q_n+1下降之后，Q_n+2在t4达到Hi电平。然后，利用传送脉冲RD_n+2使第(n+2)行中像素的传送晶体管23导通，允许读取第(n+2)行中像素12的光电二极管22中积聚的电荷。

来自作为读取行的第(n+1)和第(n+2)行中像素12的信号受到取样保持处理等，然后作为最终输出来输出，如图4所示。

在由该实施例的固态成像器件进行的间隔驱动中，施加到作为间隔行的第(n-1)和第n行中像素12的传送脉冲RD_n-1和RD_n的脉冲宽度比施加到作为间隔行的第(n+1)和第(n+2)行中像素12的传送脉冲RD_n+1和RD_n+2的脉冲宽度小。因此，在从读取行中像素12的光电二极管22完全读出积聚电荷时，未从间隔行中像素12的光电二极管22完全释放积聚的电荷。

通过上述操作，能够防止在间隔驱动期间读取被跳过的像素12的光电二极管22中积聚的电荷达到饱和量，并且溢出到相邻光电二极管22，造成错误信号产生的情况发生。此外，能够防止成像区11中p阱的电位改变，并使其稳定。结果是，不仅能够获得几乎没有拖尾、模糊和颜色混合的高质量图像，而且能够缩短读取和复位操作等所需的时间，以允许高速间隔驱动。

通过控制从控制部分17向图1所示的行扫描部分13提供的脉冲以改变读取脉冲READ的脉冲宽度，能够实现图4中所示的驱动定时。

此后，描述通过从在间隔行中像素的光电二极管不完全释放积聚的电荷获得上述效果的原理。

图5示出了该实施例的固态成像器件的像素部分的截面图。如图5所示，在p阱501上形成多个n型半导体层502。传送栅极503位于每个n型半导体层502与FD 504之间作为n⁺型半导体层。为每个像素提供n型半导体层502，p阱501连续覆盖整个成像区。n型半导体层502和p阱501构成光电二极管，允许通过光的入射产生的信号电荷积聚在n型半导体层502中。通过向传送栅极503施加读取脉冲READ而将积聚的信号电荷读出到FD 504。

图6A和6B示出了图5的截面图中所示的半导体的电位，其中图6A示出了通过仅仅不选择像素而执行间隔驱动的常规固态成像元件的情况，图6B示出了本实施例的固态成像元件的情况。在常规固态成像元件的情况下，如图6A所示，其中在间隔驱动期间不释放电荷，随着光入射量的增加而产生的电荷将超过未被读取的间隔行中像素的光电二极管的饱和信号量，溢出到相邻像素的光电二极管，造成颜色混合等。

在本实施例的固态成像元件间隔驱动的情况下，如图6B所示，即使不读取间隔行中的像素，也从光电二极管向FD读取固定量的积聚电荷。因此，能够防止间隔行中光电二极管的饱和，并且能够获得高质量的图像，很难造成拖尾、模糊、颜色混合等问题。

参考图7A、7B和8描述间隔驱动期间p阱的电位状态。图7A和7B示出了固态成像元件的光电二极管的电位，其中图7A示出了完全释放间隔行中像素中的电荷的常规固态成像元件的情况，图7B示出了执行间隔驱动的本实施例的固态成像元件的情况。

在常规情况下，如图7A所示，不读取已经从间隔行中的光电二极管释放的电荷，以获得复位电平。在本实施例中，如图7B所示，虽然从间隔行中的光电二极管已经释放固定量的电荷以避免电荷溢出到相邻像素，但并没有释放光电二极管中的所有电荷，而是保留了光电二极管中积聚的一些电荷。通过该电位，能够抑制p阱电位的改变。

图8示出了固态成像元件的成像区中产生的电容和电阻的分布。用于将p阱固定到地电位的阱触点703放置在成像区11周围的区域中，以使光电二极管704的面积最大。

如图8所示，在正常操作期间，p阱702处在地电位。然而，在瞬时状态，由于p阱702的电阻为高，固定到地电位的电位在成像区11的中央部分中不足。因此，当读取脉冲被施加到传送栅极705时，p阱702的电位通过传送栅极705和衬底之间产生的耦合电容Cg1而改变。该电位改变具有由p阱702中传送栅极705的位置与阱触点703之间的距离确定的电阻R_well与在传送栅极705处的耦合电容的总和的乘积确定的时间常数。

因此，如果在间隔驱动期间已经完全释放了间隔行中像素的光电二极管704中的电荷，耦合电容的总和相对较小，因此与光电二极管704保持固定电荷量的情况相比，造成电位变化的时间常数较小。因此，p阱702的电位随着读取脉冲的施加，在短时间内上升。

如果间隔行中像素的光电二极管704保持固定的电荷量，耦合电容的总和相对较大，电位随着读取脉冲的升高较慢。据此，与已经完全释放了光电二极管704的电荷的情况相比，在读取操作和复位操作的时间内p阱702的电位改变较小。结果是，能够缩短读取和复位操作所需的时间，以便能够进行高速的间隔驱动。因此，在运动画面成像期间能够保证更高的帧速率。

优选的是，将本实施例间隔行的放电脉冲的宽度设定为能够由参考时钟(CLK)确定的最小宽度。利用该设定，虽然与读取行的时段相比，将用于间隔行的行选择时段设定得较短，利用放电脉冲能够容易地驱动间隔行。

(实施例1的第一变化)

参考图9描述实施例1的第一变化。图9示出了该改变的固态成像器件中间隔驱动中的时序。

如图9所示，该变化的固态成像器件将施加到用于间隔行的传送信号线211的传送脉冲RD_n-1和RD_n的Hi状态中的电压等级(脉冲高度)设定得比施加到用于读取行的传送信号线211的传送脉冲RD_n+1和RD_n+2的脉冲高度小。通过减小传送脉冲RD_n-1和RD_n的脉冲高度，传送晶体管23的驱动电压变为低电平，这降低了从光电二极管22释放的信号电荷量。这样，能够从不进行读取的间隔行不完全释放电荷。

在该改变的固态成像器件中，从控制部分17产生信号的时序可以与常规情况中的相同。为了改变在和来自特定行的脉冲高度，需要提供由单独用于行扫描部分13的每个输出部分的反相电路等的缓存电路，并改变用于缓存电路的电源。作为替换，可以改变从控制部分17提供的读取脉冲READ的脉冲高度，可以针对从光电二极管22读取的信号有选择地提供具有改变的脉冲高度的信号。

(实施例1的第二变化)

参考图10描述实施例1的第二变化。图10示出了该变化的固态成像器件中间隔驱动中的操作时序。

如图10所示，在该变化的固态成像器件中，在间隔驱动中选择间隔行时，不将间隔行中每个像素的FD 24的电位复位到Hi电位，而是一直固定在Lo电位。更具体地讲，当在间隔驱动开始时初始化间隔行中的FD 24时，将电源V_DD设置在Lo电位，而像素复位脉冲RST_n-1和RST_n转向Hi电位。此后，在选择间隔行时，像素复位脉冲RST_n-1和RST_n不升高。这样，使第(n-1)行和第n行中FD 24的电位FV_n-1和FV_n一直固定到Lo电位。

在间隔驱动中，即使信号从间隔行中像素的光电二极管22释放到FD24，由于这是电荷的读取，因此间隔行中FD 24的电位不升高。应该指出，在初始设定中，如果电源V_DD的Lo电位等于地电位，电荷将电源V_DD向光电二极管22反向流动。考虑到这一情况，电源V_DD的Lo电位必须是比地电位高一定程度的电位，以使电荷不反向流到光电二极管22。

当选择作为间隔行的第(n-1)行和第n行，并且接收传送脉冲RD_n-1和RD_n时，释放第(n-1)行和第n行中的光电二极管22中积聚的电荷。然而，由于在每个像素中，FD 24和光电二极管22之间的电位差不大，仅能不完全地释放该电荷。这样，能够获得与实施例1的固态成像器件获得的大致相同的效果。在该变化的固态成像器件中，在作为间隔行的第(n+1)行和第(n+2)行中执行正常的电荷读取。例如，第(n+1)行中FD 24的电位FV_n+1从刚好在复位之后观察的初始状态下降读取电荷(在时间t3a)的信号电荷量，以便最后输出得到的电位与初始状态之间的电位差。

对于高速读取，将用于间隔行的行选择时段设置得尽可能短。因此，可能难以在该时段内将复位脉冲和放电脉冲施加到间隔行。然而，在该变化的固态成像器件及其驱动方法中，不针对间隔行升高复位脉冲，针对间隔行的脉冲提供不太可能造成问题。

(实施例2)

参考相关附图描述本发明的实施例2。图11示出了实施例2的固态成像器件主要部分的电路配置。在图11中，与图2中相同的部件由相同的参考数字表示，并在此省略对其的描述。固态成像器件的整个模块配置与实施例1中的相同。

如图11所示，该实施例的固态成像器件包括用于每行的读取选择晶体管32和下拉晶体管(pull-down)33。第n行的读取选择晶体管32在其栅极接收来自行扫描部分13中设置的移位寄存器的输出信号Q_n，在其漏极接收从控制部分17提供的读取脉冲READ，从而把第n行的传送脉冲RD_n提供给第n行的传送信号线211。第n行的下拉晶体管33利用输入到其栅极的脉冲PULLDOWN将第n行的传送信号线211接地，以给出地电位。

图12示出了该实施例的固态成像器件中的间隔驱动的时序。如图12所示，在时间t0，Q_n-2处在选择第(n+2)行的Hi电平状态，将脉冲PULLDOWN施加到下拉晶体管33，将所有行的传送信号线211转向地电位，以使所有行进入非选择状态。

在读取脉冲READ在时间t1转向Hi电平状态之后，Q_n-2在时间t2达到Hi电平。这使第(n-1)行的读取选择晶体管32导通，允许将第(n-1)行的传送脉冲RD_n-1提供给第(n-1)行的传送信号线211，以使作为间隔行的第(n-1)行进入选择状态。此时，虽然图12中未示出，像素复位脉冲RST_n-1被设置在Lo电位，从而将第(n-1)行中FD 24的电位FV_n-1固定在Lo电位。该操作与实施例1的第二变化中的固态成像器件的操作大致相同。

利用传送脉冲RD_n-1使第(n-1)行中传送晶体管23导通，允许第(n-1)行中光电二极管22中积聚的电荷被释放到第(n-1)行中的FD 24。如同实施例1第二变化的固态成像器件的情况，未完全释放积聚的电荷。

Q_n-1下降后，Q_n在时间t3达到Hi电平。此时，由于脉冲READ持续为Hi电平，输出第n行的传送脉冲RD_n，以使作为间隔行的第n行进入选择状态。由于第n行中FD 24的电位FV_n为Lo电平，未完全释放积聚的电荷。另外，即使Q_n-1下降使第(n-1)行中读取选择晶体管32截止，由于下拉晶体管33处在截止状态，第(n-1)行的传送信号线211保持在Hi电位。也就是说，在第n行中光电二极管22中的电荷未被完全释放到第n行中的FD 24时期间，第n-1行中光电二极管22中的电荷持续释放到第n-1行中的FD 24。

在Q_n下降后，脉冲READ在时间t4达到Hi电平。通过该定时，即使在READ达到Lo电平，第(n-1)行和第n行的两个传送信号线211都能够保持Hi电位。

Q_n+1在时间t5达到Hi电平之后，脉冲READ上升到Hi电位，允许将传送脉冲RD_n+1提供给作为读取行的第(n+1)行，从而允许第(n+1)行中光电二极管22中积聚的电荷被读取到第(n+1)行中的FD 24。此时，虽然图12中未示出，在传送脉冲RD_n+1的输出之前，像素复位脉冲RST_n+1已经被输出到第(n+1)行中的复位晶体管25，将第(n+1)行中的FD 24复位到初始状态。因此，完全读取了积聚的电荷。然后，脉冲READ下降，使第(n+1)行的传送信号线211转向Lo电位，由此完成读取操作。

在时间t6，施加脉冲PULLDOWN。在该脉冲下降之后，Q_n+1下降，以使第(n+1)行进入非选择状态。利用脉冲PULLDOWN，在时间t6将所有行的传送信号线211复位到地电位，由此，终止针对第(n+1)行和第n行的信号读取操作。

在图12中，只示出了第n行的传送脉冲RD_n。虽然未示出，从时间t2起直到时间t6，第(n-1)行中的传送脉冲RD_n-1处在Hi电位。

如图12所示，为了实现高速读取，将用于间隔行的行选择时段设置得尽可能低。因此，在某些情况下，难以将在该时段内将复位脉冲和放电脉冲施加到间隔行。为此，可能需要对进行电路改变等，以缩短提供给间隔行的脉冲。然而，利用该实施例所述的器件配置和操作时序，不再需要用于缩短放电脉冲的电路改变等。另外，在FD 24处在Lo电位时释放积聚的电荷的情况下，如果脉冲宽度极小，则难以读取所需要的电荷量。通过把间隔行的放电脉冲的下降延迟一个水平时段能够解决该问题，从而如在该实施例中所描述的，能够针对间隔行确保长信号释放操作时间。

在实施例1和2中，可以如图13所示提供选择晶体管34。这种情况下，可以固定电源V_DD，而不被脉冲驱动，现在可以利用选择晶体管34的ON/OFF来进行选择。

(实施例3)

参考相关附图描述本发明的实施例3。图14示出了实施例3的固态成像器件主要部分的电路配置。在图14中，与图2中相同的部件用相同的参考数字表示，并且在此省略对其的描述。固态成像器件的整体模块配置与实施例1中的相同。

如图14所示，该实施例的固态成像器件不包括传送晶体管23和传送信号线211，而是包括选择晶体管34和选择信号线215。

每个像素中的光电二极管22连接到复位晶体管25的源极和放大晶体管26的栅极，通过导通/截止选择晶体管34而将从放大晶体管26输出的信号读取到垂直输出信号线207。因此，复位晶体管25起到由于初始化光电二极管22的电位的初始部分43的作用，放大晶体管26和选择晶体管34起到输出部分44的作用。

<基本驱动>

参考图15描述该实施例的固态成像器件的基本操作。图15是驱动该实施例的固态成像器件时观察到的时序图。应该指出，图15示出了在第n行中驱动像素的情况。

首先，脉冲LOADCELL上升到Hi电平，使负载晶体管28导通，并且第n行的选择信号SEL_n也上升到Hi电平，使选择晶体管34导通，从而选择第n行(点a)中的像素。通过该选择，将响应放大晶体管26的栅极电位(V_DD-V_sig)的信号读取到对应的输出信号线207，在从在前像素复位脉冲RST_n下降起直到此时，放大晶体管26的栅极电位(V_DD-V_sig)已经通过第n行中每个像素的光电二极管22中积聚的电荷而改变。

然后，提供给第n行的像素复位信号线210的像素复位脉冲RST_n上升到Hi电位，使复位晶体管25导通。这使得电荷被从第n行中的光电二极管22强制释放，在垂直输出信号线207上出现复位电位(点b)。

信号处理部分15通过箝位电路等在两个信号电位之间执行减法运算，并输出得到的差值作为信号电压。此后，脉冲LOADCELL下降到Lo电位，使负载晶体管28截止，第n行的选择信号SEL_n下降到Lo电位，使选择晶体管34截止。这样，终止针对第n行的选择操作(点c)。

<间隔驱动>

下面参考图16描述该实施例的固态成像器件的间隔驱动。图16示出了运动画面成像等中采用的2行间隔驱动的时序，其中读取两行，然后间隔两行。

在图16中，Q_n-2至Q_n+2表示来自行扫描电路13中放置的移位寄存器的输出。根据Q_n和从控制部分接收的复位脉冲RESET来产生要施加到第n的像素复位信号线210的像素复位脉冲RST_n。在图16中示出，在Q_n处在Hi电平状态期间，第n行中的像素12处在被选择的状态。

首先，在时间t1，Q_n-1上升到Hi电平，使作为间隔行的第(n-1)行中的像素处在被选择状态。通过该选择，开始释放第(n-1)行中的光电二极管22中积聚的电荷。更具体地讲，利用像素复位脉冲RST_n-1使第(n-1)行中的复位晶体管25导通，允许将光电二极管22复位到电源V_DD的电位。Q_n-1下降后，Q_n在时间t2上升到Hi电平，以允许从第n行中的光电二极管22释放积聚的电荷。通过针对第(n-1)行和第n行的行选择操作，来自光电二极管22的信号经由各个放大晶体管26被作为信号传送到垂直输出信号线207。然而，由于信号处理部分15被配置成不能处理作为像素信号的该信号，最终不输出来自间隔行的信号。更具体地讲，信号处理部分15中设置的取样保持电路被配置成不保持上述电位改变，从而防止该信号的输出。

Q_n下降后，Q_n+1在时间t3上升到Hi电平，允许从第(n+1)行中的光电二极管22读取信号。接下来，利用像素复位脉冲RST_n+1使第(n+1)行中的复位晶体管25导通，以允许复位第(n+1)行中的光电二极管22。

Q_n+1下降后，Q_n+2在时间t4上升到Hi电平，允许从第(n+2)行中的光电二极管22读取信号。取样保持来自作为读取行的第(n+1)和(n+2)行中像素12的信号，然后用列扫描电路选择每列，并作为最终输出来输出。本实施例的固态成像器件的驱动特征在于，使施加到间隔行的像素复位脉冲RST_n-1和RST_n的脉冲宽度比施加到读取行的像素复位脉冲RST_n+1和RST_n+2的脉冲宽度小。

在该实施例中，通过针对间隔行设置较小脉冲宽度的像素复位脉冲，能够确保不从间隔行中的光电二极管22充分释放电荷。结果是，如同在实施例1固态成像器件中，能够获得复位后在间隔行中的光电二极管22中保留部分电荷的状态。因此，能够防止在间隔驱动期间未被读取的像素12的光电二极管22中积聚的电荷达到饱和电荷量，并溢出到相邻光电二极管22，造成产生错误信号的情况发生。结果是，不仅能够获得几乎没有拖尾、模糊和颜色混合等的高质量图像，而且能够缩短执行读取和复位操作所需的时间，以允许高速间隔驱动。通过例如控制从控制部分17提供给行扫描部分13的脉冲CLK等来改变脉冲RESET的脉冲宽度，能够实现图16所示的驱动时序。

(实施例3的第一变化)

参考图17描述实施例3的第一变化。图17示出了该变化的固态成像器件中的操作时序。

如图17所示，该变化的固态成像器件将施加到间隔行的像素复位脉冲RST_n-1和RST_n的脉冲高度设定得比施加到读取行的像素复位脉冲RST_n+1和RST_n+2的脉冲高度小。通过减小脉冲高度，复位晶体管25的驱动电压变低。这样，能够减少从光电二极管22释放的电荷量。

在该变化的固态成像器件中，来自控制部分17的信号产生时序可以与常规情况中的相同。因此不需要电路改变。然而，为了改变在以及来自特定行的脉冲高度，需要提供由单独用于行扫描部分13的每个输出部分的反相电路等构成的缓存电路，并改变用于缓存电路的电源。作为替换，可以改变从控制部分17提供的脉冲RESET的脉冲高度，可以有选择地提供具有改变的脉冲高度的信号。

(实施例3的第二变化)

参考图18描述实施例3的第二变化。图18示出了该变化的固态成像器件中的操作时序。

如图18所示，在该变化的固态成像器件中，在间隔驱动中选择间隔行时，不将间隔行中光电二极管的电位复位到Hi电位，而是固定在Lo电位。虽然在实施例3和实施例3的第一变化的固态成像器件中，将电源V_DD的电位设置在固定电位，而在该变化中脉冲驱动电源V_DD。更具体地讲，在选择间隔行时，将电源V_DD设置到Lo电位。通过以这种方式进行设置，不将光电二极管22的电位完全复位到初始状态，并因此不将光电二极管22中积聚的电荷完全释放。

在该变换中，如果电源V_DD的Lo电位等于地电位，电荷将从电源V_DD向每行中的光电二极管22反向流动。考虑到这一情况，电源V_DD的Lo电位必须是比地电位高一定程度的电位，以使电荷不反向流到光电二极管22。

另外，根据该变化，不需要特定的电路改变等来改变脉冲宽度和脉冲高度，并因此能够实现电路简化。

(实施例4)

参考相关附图描述本发明的实施例4。图19示出了实施例4的固态成像器件主要部分的电路配置。在图19中，与图14中相同的部件由相同的参考数字表示，并在此省略对其的描述。固态成像器件的整个模块配置与实施例1中的相同。

如图19所示，在该实施例的固态成像器件中，在读取行中的像素12连接到电源V_DD2时，间隔行中的像素12与电源V_DD1相连。为每行设置复位选择晶体管36和下拉晶体管33。第n行的复位选择晶体管36在其栅极接收来自行扫描部分13中设置的移位寄存器的输出信号Q_n，在其漏极接收从控制部分17提供的读取复位脉冲RESET，从而将第n行的像素复位脉冲RST_n提供到第n行的像素复位信号线210。将第n行的下拉晶体管33接地，通过第n行的像素复位信号线210将脉冲PULLDOWN输入到晶体管33的栅极，以给出地电位。

图20示出了该实施例的固态成像器件中的操作时序。如图20所示，在时间t0，Q_n-2处在选择第(n-2)行的Hi电平状态，将脉冲PULLDOWN施加到下拉晶体管33，将所有行的像素复位信号线210转向地电位。

在复位脉冲RESET在时间t1上升到Hi电位之后，Q_n-1在时间t2达到Hi电平。使作为间隔行的第(n-1)行处在读取状态。第(n-1)行的复位选择晶体管36导通，使第(n-1)行的像素复位脉冲RST_n-1被提供给第(n-1)行的像素复位信号线211，以使第(n-1)行中的复位晶体管25导通。

Q_n-1下降后，Q_n在时间t3达到Hi电平，使作为间隔行的第n行处在选择状态。此时，由于复位脉冲RESET仍然处在Hi电位，第n行的像素复位脉冲RST_n输出到第n行的像素复位信号线210。

即使Q_n-1下降，由于第(n-1)行的下拉晶体管33仍处在截止状态，使第(n-1)行的复位选择晶体管36保持在Hi电位。也就是说，在从第n行中的光电二极管22释放电荷期间，从第(n-1)行中的光电二极管22连续释放电荷。

Q_n下降后，复位脉冲RESET在时间t4下降到Lo电位。通过具有该定时，即使在脉冲RESET下降到Lo电位之后，第(n-1)行和第n行的像素复位信号线210都保持Hi电位状态。

在时间t5，Q_n+1达到Hi电平，允许读取第(n+1)行中的信号。然后，复位脉冲RESET上升到Hi电位，以允许将像素复位脉冲RST_n+1输出到第(n+1)行的像素复位信号线210，从而将第(n+1)行中的光电二极管22中复位到初始状态。利用复位脉冲RESET的后续下降，从第(n+1)行中像素12读取复位后的信号。

此后，在时间t6施加脉冲PULLDOWN，并且Q_n+1下降，以使第(n+1)行进入非选择状态。利用脉冲PULLDOWN，将所有行的像素复位信号线210复位到地电位，并终止针对第(n-1)行和第n行的信号释放操作。在图20中，只示出了第n行的像素复位脉冲RST_n-1。虽然未示出，从时间t2起直到时间t6，像素复位脉冲RST_n-1处在Hi电位。

如图20所示，为了实现高速读取，将用于间隔行的行选择时段设置得尽可能短。因此，在某些情况下，难以在该时段内将复位脉冲施加到间隔行。为此，可能需要对电路进行改变，以缩短提供给间隔行的脉冲。然而，利用该实施例所示的器件配置和操作时序，不再需要用于缩短复位脉冲的电路改变等。

在本实施例中，如果用于间隔行的电源V_DD保持在Hi电位，有可能从间隔行中的光电二极管22完全释放电荷。为了避免发生这种情况，优选的是，将电源V_DD设置在Lo电位，以控制信号释放量。在上述实施例3的第二变化中，通过设置在Lo电位的电源V_DD释放积聚的电荷，某些情况下，如果复位脉冲的脉冲宽度极小，难以释放所希望的电荷量。通过把间隔行的复位脉冲的下降延迟一个水平周期，从而确保间隔行的长电荷释放时间，能够解决该问题，如该实施例中所示。

(实施例5)

参考相关附图描述本发明的实施例5。图21示出了实施例5的固态成像器件主要部分的电路配置。在图21中，与图2中相同的部件由相同的参考数字表示，并在此省略对其的描述。固态成像器件的整个模块配置与实施例1中的相同。

如图21所示，在该实施例的固态成像器件中，行扫描部分13包括信号读取扫描电路218和电子快门扫描电路219。信号读取扫描电路218响应起动脉冲ST和时钟脉冲CLK来产生信号读取信号Q_n，并输出信号Q_n。电子快门扫描电路219响应电子快门起动脉冲EST和电子快门时钟脉冲ECLK来产生电子快门驱动信号R_n，并输出信号R_n。从控制部分17提供脉冲ST、CLK、EST、和、ECLK。

第n行的读取选择晶体管32在其栅极接收信号Q_n，在其漏极接收读取脉冲READ，从而向传送信号线211输出脉冲RS_n，作为第n行的读取信号或电荷释放信号。第n行的电子快门选择晶体管37在其栅极接收信号R_n，在其漏极接收读取脉冲READ，从而向传送信号线211输出脉冲RS_n，作为第n行的电子快门信号。

图22A至22C示出了该实施例的固态成像器件的操作时序，以及光电二极管中积聚的电荷，其中图22A示出了在低照明情况下操作的情况，图22B示出了在高照明下常规间隔驱动的情况，图22C示出了高照明下本实施例中间隔驱动的情况。在下面的描述中，假设第n行是间隔行，第(n+1)行是读取行。

首先，如图22A所示，在低照明下不执行电子快门操作。将作为电荷释放信号的脉冲RS_n施加到与信号Q_n同步作为间隔行的第n行的传送信号线211，以允许释放光电二极管22中积聚的一部分电荷。由于低照明，第n行中光电二极管22中的电荷在电荷积聚时间内未达到饱和量，因此，没有电荷泄露到作为相邻读取行的第(n+1)行中的光电二极管22。

在高照明下，在常规电子快门操作的情况下，如图22B所示，作为电子快门信号的脉冲RS_n+1被施加到与电子快门驱动信号R_n+1同步作为读取行的第(n+1)行的传送信号线211，以使第(n+1)行中的光电二极管22复位。复位之后，在第(n+1)行中的光电二极管22中积聚电荷，直到与信号读取信号Q_n+1同步地再次施加作为读取信号的脉冲RS_n+1。这样，能够将在每个像素中的光电二极管22中积聚电荷的时段限定到固定时间。在该定时输入电子快门信号，以防止光电二极管22中积聚的电荷饱和。

然而，按常规，由于不执行信号读取且行选择时间较短，不将电子快门信号提供给作为间隔行的第n行中的光电二极管22。因此，如果在图20B所示的定时输入脉冲RS_n，作为针对第n行中光电二极管22的电荷释放信号，与执行电子快门操作的第(n+1)行中的光电二极管22相比，第n行中光电二极管22中的电荷积聚时间长。因此，在施加脉冲RS_n，作为针对第n行的电荷释放信号之前，第n行中的光电二极管22可能达到饱和电荷量。结果是，信号可能泄露到作为读取行的第(n+1)行中的光电二极管22中。

在图22C所示实施例的固态成像器件的情况下，与电子快门驱动信号R_n同步地输出脉冲RS_n，作为针对要间隔的第n行的电荷释放信号。因此，第n行中光电二极管22的电荷积聚量大致等于第(n+1)行中光电二极管22的电荷积聚量。由于以不允许光电二极管22出现电荷量饱和的方式设置读取行中的电荷积聚时间，第n行中的光电二极管22也不会达到饱和电荷量。结果是，如图22C所示，不产生信号溢出，并且获得几乎不造成拖尾、模糊、颜色混合的高质量图像。

(实施例6)

参考图23描述本发明的实施例6。图23示出了实施例6的成像装置的电路配置。在图23中，与图1中相同的部件用相同的参考数字表示，并且在此省略对其的描述。

如图23所示，该实施例的成像装置包括：实施例1的固态成像器件10；诸如透镜之类使光入射到成像区的光学系统109，和阻挡光等的机械快门110；以及控制部分17和处理来自放大器18的像素信号的信号处理电路111。

来自信号处理电路111的输出信号被输出到监视屏幕112，或作为图像数据输出。控制部分17和信号处理电路111可以集成在一起。控制电路不仅输出用于控制行扫描部分13的信号，而且输出用于控制列扫描电路14的信号。

本实施例的固态成像器件10可以是如实施例1至5描述的任何固态成像器件，以及这些实施例的变化。

下面描述本实施例的成像装置的操作。配置该成像装置以允许其在全像素读取(静止画面成像驱动)和间隔驱动(监视驱动)之间切换。成像装置检验间隔驱动(监视驱动)中的像素信号输出，并确定诸如用于获得优化曝光时间的电子快门速度和白平衡之类的成像条件，以针对所有读取的像素采用确定的条件。

在静止画面成像期间，根据在针对静止画面成像获取监视图像的间隔驱动期间确定的成像图像，确定针对所有像素驱动的成像条件，通过图像捕获在所有像素驱动中拍摄静止画面。

在正常使用中，在间隔(监视)驱动中在液晶屏幕等上显示成像状态，按动相机的快门按钮，接受在监视驱动中确定的对象和成像条件，从而拍摄全像素静止画面。因此，如果在间隔驱动期间信号溢出到读取行中的像素，只在间隔驱动期间，该输出明显最高，因此在下一个全像素驱动期间静止画面的成像状态不同于没有信号溢出时获得的状态。如果在彩色固态成像器件的情况下，不同颜色的像素间的溢出量不同，将造成捕获的静止图像变暗以及偏色问题的出现。然而，在该实施例的成像装置中，在间隔驱动期间，没有信号从间隔行溢出到相邻的读取行。因此，即使在重复地执行用于监视的静止画面成像和运动画面成像时，也能使静止画面的质量稳定在高等级。另外，由于在间隔驱动中能够确保高帧速率，能够缩短监视成像时间。此外，能够广泛地改善运动画面的质量。

虽然实施例1至6没有详细地描述静止画面成像的操作，可以针对静止画面成像采用常规的隔行扫描和逐行扫描。虽然在实施例1至5为了简化起见描述了2行间隔(读取2行，然后间隔2行)，像素间隔方法不限于上述实施例。然而，在具有Bayer型滤色镜的固态成像器件中，采用该方法能够同时确保彩色再现性和高速读取。

在实施例1至6中，控制部分(电路)17和信号处理电路11放置在固态成像器件10的外部。作为替换，它们中的一个或二者都可以放置在固态成像器件10的内部。这样，能够使整体配置较小。

实施例5中描述的用于间隔行的信号释放脉冲与用于读取行的电子快门脉冲之间的时序关系可以应用于实施例3的配置。这种情况下，代替信号释放脉冲，可以调节复位脉冲和电子快门脉冲之间的时序。

工业实用性

根据本发明，能够实现具有高帧速率的固态成像器件，能够防止p阱电位在间隔驱动期间变化，并因此缩短读取和复位操作，该器件用于高速运动画面成像的固态成像器件。

Claims (23)

1.一种固态成像器件，包括：

多个第一组像素，在半导体衬底的成像区中排列成矩阵，每个第一组像素包括用于把光信号转换成信号电荷并积聚该电荷的光电转换元件，用于初始化所述光电转换元件中积聚的信号电荷的初始化部分，和用于响应所述光电转换元件中积聚的信号电荷来输出输出信号的输出部分；

多个第二组像素，以具有与所述第一组像素的行不同行的方式在成像区中排列成矩阵，每个第二组像素包括光电转换元件，初始化部分和输出部分，在间隔驱动期间跳过对所述第二组像素的读取；和

扫描部分，用于使所述第一组像素中的每一个像素执行输出所述输出信号，并将所述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级的读取操作，和使所述第二组像素中的每一个像素执行将所述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第二等级的放电操作，所述第二等级比所述第一等级高，但比所述光电转换元件的饱和信号等级低。

2.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述第一组像素和所述第二组像素各具有浮动扩散，所述光电转换元件中积聚的信号电荷传送到的所述浮动扩散，和

所述初始化部分具有电连接在所述光电转换元件和所述浮动扩散之间的传送晶体管。

3.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述初始化部分具有连接在所述光电转换元件和电源之间的复位晶体管。

4.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述扫描部分产生用于驱动所述第一组像素中的每个像素的所述初始化部分的第一驱动脉冲，和驱动所述第二组像素中的每个像素的所述初始化部分的第二驱动脉冲，所述第二驱动脉冲的脉冲宽度小于所述第一驱动脉冲的脉冲宽度。

5.根据权利要求4所述的固态成像器件，其中所述扫描部分根据参考时钟产生所述第一驱动脉冲和所述第二驱动脉冲，和

所述第二驱动脉冲的脉冲宽度是根据参考时钟能够产生的最小脉冲宽度。

6.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述扫描部分产生用于驱动所述第一组像素中的每个像素的所述初始化部分的第一驱动脉冲，和驱动所述第二组像素中的每个像素的所述初始化部分的第二驱动脉冲，所述第二驱动脉冲的脉冲高度比所述第一驱动脉冲的脉冲高度低。

7.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述初始化部分具有源极与所述光电转换元件相连的晶体管，

在放电操作中施加到所述晶体管的漏极的电压比在读取操作中施加到所述晶体管的漏极的电压低。

8.根据权利要求1所述的固态成像器件，进一步包括保持装置，用于在放电操作中将驱动信号保持预定时间。

9.根据权利要求8所述的固态成像器件，其中所述扫描部分产生用于驱动所述第一组像素中的每个像素的所述初始化部分的第一驱动脉冲，和驱动所述第二组像素中的每个像素的所述初始化部分的第二驱动脉冲，所述第二驱动脉冲的脉冲高度比所述第一驱动脉冲的脉冲高度低。

10.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述扫描部分驱动所述第一组像素执行电子快门操作，以限制所述第一组像素中的每个像素的所述光电转换元件积聚信号电荷的时间，当所述多个第一组像素间的一个第一组像素执行电子快门操作时，所述扫描部分驱动所述多个第二组像素中至少与所述一个第一组像素相邻的第二组像素执行放电操作。

11.根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述扫描部分驱动所述第一组像素执行电子快门操作，以限制所述第一组像素中的每个像素的所述光电转换元件积聚信号电荷的时间，当所述多个第一组像素中排成一行的第一组像素执行电子快门操作时，所述扫描部分驱动所述多个第二组像素中至少与所述排成一行的第一组像素相邻的、排成一行的第二组像素执行放电操作。

12.一种成像装置，包括：

根据权利要求1至10中的任何一项所述的固态成像器件；

光学系统，使光入射到所述固态成像器件；

控制部分，用于输出控制所述固态成像器件的操作的控制信号；和

信号处理电路，用于处理来自所述固态成像器件的输出信号，并输出作为图像数据的结果。

13.根据权利要求12所述的成像装置，进一步包括用于阻挡入射到所述固态成像器件的光的快门。

14.根据权利要求12所述的成像装置，进一步包括用于监视图像数据的监视屏幕。

15.根据权利要求12所述的成像装置，其中所述控制部分和所述信号处理电路中的至少一个放置在所述固态成像器件的半导体衬底上。

16.一种用于固态成像器件的驱动方法，所述固态成像器件包括多个第一组像素和多个第二组像素，在半导体衬底的成像区中排列成矩阵，每个像素包括用于把光信号转换成信号电荷并积聚所述电荷的光电转换元件，用于初始化所述光电转换元件中积聚的信号电荷的初始化部分，和用于响应所述光电转换元件中积聚的信号电荷来输出输出信号的输出部分，所述方法包括步骤：

(a)驱动所述第一组像素中的每个像素的所述输出部分和所述初始化部分，以允许像素输出所述输出信号，将所述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级；和

(b)驱动所述第二组像素中的每个像素的所述初始化部分，以将所述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第二等级，所述第二等级比所述第一等级高，并且比所述光电转换元件的饱和信号等级低。

17.根据权利要求16所述的驱动方法，其中所述步骤(a)包括向所述初始化部分提供第一驱动脉冲的步骤，

所述步骤(b)包括提供第二驱动脉冲的步骤，所述第二驱动脉冲的脉冲宽度比所述第一驱动脉冲的脉冲宽度小。

18.根据权利要求16所述的驱动方法，其中所述步骤(a)包括向所述初始化部分提供第一驱动脉冲的步骤，和

所述步骤(b)包括提供第二驱动脉冲的步骤，所述第二驱动脉冲的脉冲高度比所述第一驱动脉冲的脉冲高度低。

19.根据权利要求16所述的驱动方法，其中所述初始化部分具有用于保持电荷的浮动扩散，和把所述光电转换元件中积聚的电荷传送到所述浮动扩散的传送晶体管，

所述步骤(a)包括在将所述浮动扩散的电位设置在第一电位后，驱动所述传送晶体管的步骤，所述第一电位是用于驱动所述第一组像素的电源电位，

所述步骤(b)包括在将所述浮动扩散的电位设置在第二电位后，驱动所述传送晶体管的步骤，所述第二电位比地电位高，但比所述第一电位低。

20.根据权利要求19所述的驱动方法，其中在所述步骤(a)中，用第一驱动脉冲驱动所述传送晶体管，

在所述步骤(b)中，用第二驱动脉冲驱动所述传送晶体管，所述第二驱动脉冲的脉冲宽度比所述第一驱动脉冲的脉冲宽度大。

21.根据权利要求16所述的驱动方法，其中所述初始化部分具有连接在所述光电转换元件和电源之间的复位晶体管，

所述步骤(a)包括在将电源电位设置在第一电位后，驱动所述复位晶体管的步骤，所述第一电位是用于驱动所述第一组像素的高电平电位，

所述步骤(b)包括在将所述电源电位设置在第二电位后，驱动所述复位晶体管的步骤，所述第二电位比地电位高，但比所述第一电位低。

22.根据权利要求21所述的驱动方法，其中在所述步骤(a)中，用第一驱动脉冲驱动所述复位晶体管，

在所述步骤(b)中，用第二驱动脉冲驱动所述复位晶体管，所述第二驱动脉冲的脉冲宽度比所述第一驱动脉冲的脉冲宽度大。

23.根据权利要求16所述的驱动方法，进一步包括步骤：

(c)在所述步骤(a)之前，驱动第一行中所述第一组像素中的每个像素的所述初始化部分，以将所述光电转换元件中积聚的信号电荷量初始化到第一等级，

其中与所述步骤(a)和(c)同步地执行所述步骤(b)。

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