CN101841664B - 固态图像捕获装置、其驱动方法及电子装置 - Google Patents

固态图像捕获装置、其驱动方法及电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了固态图像捕获装置、其驱动方法及电子装置。一种固态图像捕获装置包括：包括二维排列的像素的像素阵列单元，每个像素包括光电转换单元、传送累积在光电转换单元中的电荷的传送晶体管，以及选择性地排放累积在光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管；以及驱动单元，该驱动单元执行驱动以用于从像素阵列单元的每个像素中读取信号，并且利用用于驱动的信号来驱动电荷排放晶体管。

Description

固态图像捕获装置、其驱动方法及电子装置
技术领域
本发明涉及固态图像捕获装置、其驱动方法以及电子装置。具体地，本发明涉及具有电子快门功能的诸如CMOS图像传感器之类的固态图像捕获装置、其驱动方法，以及具有该固态图像捕获装置的电子装置。
背景技术
作为固态图像捕获装置的诸如X-Y地址类型固态图像捕获装置之类的大多数CMOS图像传感器具有电子快门功能，用于电子地执行对累积在光电转换器(光接收单元)中的信号电荷的重置并重新开始信号电荷的累积的操作。一般地，CMOS图像传感器采用所谓的卷帘式快门(rollingshutter)(亦称为焦平面快门)方案，用于通过顺序扫描来相对于每个像素行执行曝光的开始和结束。
在将卷帘式快门方案用于电子快门的情况中，由于曝光时段对于每个像素行不同步，因此，如果拍摄移动的对象或忽亮忽灭的对象，则图像可能失真或破损。就此而言，全局曝光被实现来在相对于所有像素的同一定时处执行曝光的开始和结束，以使得当拍摄移动的对象或忽亮忽灭的对象时，可以防止失真。
因此，为了利用CMOS图像传感器来实现全局曝光，采用这样的配置，其中，与光电转换单元分开地设置用于保存信号电荷的保存单元(FD或CCD)。此外，对于所有像素，将信号电荷从光电转换单元传送到保存单元，以使得相对于所有像素同时执行曝光的结束并且实现对曝光时段的同步。
然而，在采用添加了信号电荷保存单元的配置的CMOS图像传感器中，在曝光之后读取信号电荷(光电荷)的期间，即，在信号电荷被持续地保存在保存单元中的时段期间，会再次发生电子电荷的累积，这是因为光电转换单元持续接收入射光。因此，当入射光较强时，可能再次使光电转换单元饱和。此外，如果从光电转换单元溢出的信号电荷在保存单元中泄漏，则可能使图像破损。
因此，在相关技术中，在像素内部与传送晶体管分开地设置电荷排放晶体管，该传送晶体管将光电转换单元中的信号电荷传送到FD(浮动扩散)部件中，该电荷排放晶体管将光电转换单元中的信号电荷排放到与FD部件不同的部分(例如参见日本未实审专利申请公报No.2004-140149)。
发明内容
然而，如果采用向像素新增了电荷排放晶体管的配置，则由于用于驱动电荷排放晶体管的信号互连(interconnection)的数目增加，因此，布图效率降低。此外，由于光电转换单元的上层的互连层中的互连数目随着信号互连数目的增加而增加，因此，如果入射到光电转换单元的光被上层互连排斥，则入射到光电转换单元的光量减少，从而使得敏感度降低。
鉴于上面的问题，希望提供即使在采用具有电荷排放晶体管的像素结构的情况中也可以防止布图效率以及敏感度降低的固态图像捕获装置，其驱动方法以及具有该固态图像捕获装置的电子装置。
根据本发明的一个实施例，提供了一种固态图像捕获装置，该固态图像捕获装置包括：像素阵列单元，该像素阵列单元包括二维排列的像素，每个像素包括光电转换单元以及选择性地排放累积在所述光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管，其中，利用用于执行从所述像素阵列单元的每个像素中读取信号的驱动的信号来驱动电荷排放晶体管。
在具有上述配置的固态图像捕获装置中，在执行从每个像素读取信号的驱动时利用驱动信号来驱动电荷排放晶体管的事实是指：用于信号读取的驱动信号被共同用作电荷排放晶体管的驱动信号。因此，即使未设置用于传输电荷排放晶体管的驱动信号的信号线，也可以利用用于传输针对信号读取的驱动信号的信号线来驱动电荷排放晶体管。即，在采用包括了选择性地排放累积在所述光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管的像素结构的情况中，即使未添加专用于驱动电荷排放晶体管的信号线，也可以驱动电荷排放晶体管。
根据本发明，在设置有电荷排放晶体管的像素结构中，可以在不用添加专用信号线的情况下来驱动电荷排放晶体管，以使得电荷排放晶体管的添加不会导致布图效率或敏感度的降低。
附图说明
图1是图示出应用了本发明的CMOS图像传感器的配置概况的系统配置图；
图2是图示出在像素内部没有存储器单元的像素结构的电路示例1的电路配置的电路图；
图3是图示出在像素内部具有存储器单元的像素结构的电路示例2的电路配置的电路图；
图4是图示出根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图；
图5是图示出根据第一实施例的CMOS图像传感器的驱动方法的一个示例的时序图；
图6是图示出根据第一实施例当执行卷帘式快门操作时的驱动示例的时序图；
图7是图示出晶体管和布线(line)的布置的一个示例的像素布图示图；
图8是图示出根据本发明第二实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图；
图9是图示出根据本发明第三实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图；
图10是图示出根据第三实施例的CMOS图像传感器的驱动方法的一个示例的时序图；
图11是图示出根据第三实施例当执行卷帘式快门操作时的驱动示例的时序图；
图12是图示出根据本发明第四实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图；
图13是图示出根据本发明第五实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图；
图14是图示出当需要在光电荷保存在电容Cfd和电容Cm中的状态中提取出累积在光电二极管中的电荷时的设计示例的电位图；
图15是图示出电荷被传送到电容Cfd而不排放累积在光电二极管中的电荷的示例的电位图；
图16A和16B是图示出完成了电荷排放而不会将过剩电荷添加到电容Cfd中所保存的保持电荷中的状态的示图；
图17是图示出当本发明被应用于由两个水平像素共有的像素结构时的主要元件的配置的电路图；以及
图18是图示出作为根据本发明实施例的电子装置的一个示例的图像捕获装置的配置示例的框图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细描述本发明的优选实施例(此后称为实施例)。此外，将以下面的顺序来进行描述。
1.应用了本发明的固态图像捕获装置(CMOS图像传感器示例)
1-1.系统配置
1-2.单位像素的电路配置
2.第一实施例(共用选择脉冲SEL的示例)
3.第二实施例(共用重置脉冲RST的第一示例)
4.第三实施例(共用重置脉冲RST的第二示例)
5.第四实施例(共用传输脉冲TRG的示例)
6.第五实施例(共用传输脉冲TRX的示例)
7.应用(由多个像素共有的结构示例)
8.修改
9.电子装置(图像捕获装置的示例)
<1.应用了本发明的固态图像捕获装置>
[1-1.系统配置]
图1是图示出CMOS图像传感器的配置概况的系统配置图，该CMOS图像传感器是一种应用了本发明的固态图像捕获装置，例如X-Y地址类型的固态图像捕获装置。
如图1所示，根据本发明的应用的CMOS图像传感器10包括形成在半导体衬底(芯片)11上的像素阵列单元12，以及与像素阵列单元12集成在同一芯片11上的外围电路部分。作为外围电路，例如设置了垂直驱动单元13、列处理单元14、水平驱动单元15、输出电路单元16以及系统控制单元17。
在像素阵列单元12中，单位像素(未示出，在下面的描述中有时仅写为“像素”)被二维地布置在矩阵中，每个像素包括光电转换单元(光电转换元件)，用于对入射的可见光线进行光电转换并且累积与其光量相对应的电荷量的信号电荷(光电荷)。后面将描述单位像素的详细配置。
此外，在像素阵列单元12中，像素驱动线121相对于矩阵类型的像素排列的每一行，沿着图1的左右方向(像素行的像素排列方向/水平方向)排列，并且垂直信号线122相对于其每列沿着图1的上下方向(像素列的像素排列方向/垂直方向)排列。在图1中，每个像素驱动线121被示为一条线，然而，本发明不限于此。每个像素驱动线121的一端被连接到垂直驱动单元13的每行所对应的输出端子。
垂直驱动单元13由包括移位寄存器和地址译码器的行扫描电路构成，并且表示以行等为单位同时驱动像素阵列单元12的所有像素的像素驱动单元。未示出垂直驱动单元13的详细配置，然而，一般地，垂直驱动单元13包括两个扫描系统，即，读扫描系统和扫除扫描(sweepscanning)系统。
读扫描系统顺序地选择性扫描像素阵列单元12的单位像素，用于从单位像素读出信号。扫除扫描系统在比读扫描早快门速度时间的时候，对由读扫描系统扫描的读取行执行扫除扫描。
通过扫除扫描系统进行的扫除扫描，从读取行的单位像素的光电转换单元中扫出(重置)了不需要的电荷。然后，通过由扫除扫描系统扫除(重置)不需要的电荷来执行所谓的电子快门操作。这里，电子快门操作是指扫除光电转换元件的光电荷并且重新开始曝光(开始对信号电荷的累积)的操作。
由读扫描系统执行读操作所读取的信号与在该读操作紧前的读操作或电子快门操作之后的入射光量相对应。此外，从紧前的读操作的读取定时或电子快门操作的扫除定时到此时的读操作的读取定时的时段是光电荷在单位像素中的累积时间(曝光时间)。
从由垂直驱动单元13选择性地扫描过的像素行的每个单位像素输出的信号通过各条垂直信号线122被提供给列处理单元14。列处理单元14对由像素阵列单元12的每个像素列从所选行的每个单位像素中通过垂直信号线122输出的信号执行预定信号处理，并且临时保存信号处理之后的像素信号。
具体地，列处理单元14接收每个单位像素的信号，并且例如对信号执行信号处理，例如通过CDS(相关双重采样)的噪声消除、信号放大或AD(模数)。像素特有的固定图形噪声(例如，放大晶体管阈值的重置噪声或变化)通过噪声消除处理被消除。这里列举的信号处理仅仅是示例，并且不限于此。
水平驱动单元15由包括移位寄存器和地址译码器的列扫描电路构成，并且顺序地选择与列处理单元14中的像素列相对应的单位电路。通过水平驱动单元15进行的选择性扫描，在列处理单元14中由每个单位电路处理过的像素信号顺序地被输出到水平总线18，并且通过水平总线18被发送到输出电路单元16。
输出电路单元16处理并输出通过水平总线18发送来的信号。作为输出电路单元16中的处理，除了仅执行缓冲处理的情况以外，还可以引用各种数字信号处理，例如在缓冲之前调节黑电平或者校正每列的变化。
系统控制单元17接收从芯片11外部提供来的时钟、指示操作模式的数据等，并且输出诸如CMOS图像传感器10的内部信息之类的数据。此外，系统控制单元17包括生成各种定时信号的定时生成器，并且基于由定时生成器生成的定时信号来控制对诸如垂直驱动单元13、列处理单元14和水平驱动单元15之类的外围电路部分的驱动。
[1-2.单位像素的电路配置]
接下来，将描述单位像素20A、20B的电路配置的详细示例。这里，将描述如下两种电路配置来作为示例：像素内部没有保存电荷的存储器单元的像素结构的情况，以及具有存储器单元的像素结构的情况。下面，将没有存储器单元的像素结构的电路示例称为电路示例1，并且将具有存储器单元的像素结构的电路示例称为电路示例2。
(像素内部没有存储器单元的像素结构的示例)
图2是图示出在像素内部没有存储器单元的像素结构的电路示例1的电路配置的电路图。根据电路示例1的单位像素20A除了包括作为光电转换单元的光电二极管21以外，例如还包括传送晶体管22、重置晶体管23、放大晶体管24、选择晶体管25和电荷排放晶体管26。
光电二极管21具有连接到负电源(例如，地)的阳极，将接收到的可见光线光电转换为光电荷(这里为光电子)，并且累积光电荷，光电荷的量与可见光线的光量成比例。光电二极管21所具有的阴极经由传送晶体管22电连接到放大晶体管24的栅极。
下面，将电连接到放大晶体管24的栅极的节点27称为FD(浮动扩散/浮动扩散区域)部件。即，FD部件27是包括用来使与传送晶体管22的漏极区域相对应的扩散层连接到放大晶体管24的栅极的互连的节点，并且包括浮动电容Cfd。
传送晶体管22连接在光电二极管21的阴极与FD部件27之间。传送晶体管22在传输脉冲TRG被提供到其栅极时导通，以使得累积在光电二极管21中的光电荷被传送到FD部件27。
重置晶体管23包括作为第一主电极的FD部件27以及连接到电源电压Vdd的电源线的第二主电极。在示例中，第一主电极为源极，并且第二主电极为漏极。重置晶体管23在重置脉冲RST被提供到其栅极时导通，以使得浮动电容Cfd的保存电荷被排放到电源电压Vdd，由此浮动电容Cfd被重置。FD部件27，即，如果浮动电容Cfd被重置，则单位像素20A被重置。
放大晶体管24具有连接到FD部件27的栅极以及连接到电源电压Vdd的电源线的漏极，并且输出具有与FD部件27的电位相对应的电平的信号。选择晶体管25例如具有连接到放大晶体管24的源极的漏极，以及连接到垂直信号线122的源极。
选择晶体管25在选择脉冲SEL被提供到其栅极时导通，以使得单位像素20A进入选择状态，并且从放大晶体管24提供来的信号被输出到垂直信号线122。对于选择晶体管25，还可以采用连接在电源电压Vdd的电源线与放大晶体管24的漏极之间的电路配置。
电荷排放晶体管26连接在光电二极管21与电荷排放节点(例如，电源电压Vdd的电源线)之间。电荷排放晶体管26在电荷排放脉冲OFG被提供到其栅极时导通，以使得光电二极管21中的光电荷被选择性地丢弃到电荷排放节点。
电荷排放晶体管26是为了以下目的而设置的。即，如上所述，由于电荷排放晶体管26在不执行光电荷的累积的时段期间导通，因此，可以防止过量的光入射到光电二极管21中并使光电荷饱和，并且随后，超过饱和电荷量的电荷溢出到FD部件27或其外围。
在根据具有上述配置的电路示例1的单位像素20A中，在传送晶体管22或电荷排放晶体管26导通之后，累积在光电二极管21中的电荷被排放，并且随后传送晶体管22或电荷排放晶体管26截止。以这种方式，开始在光电二极管21中累积光电荷。
当曝光结束时，传送晶体管22导通，以使得累积在光电二极管21中的光电荷被传送到FD部件27的浮动电容Cfd。在光电荷被传送之前，通过导通重置晶体管23来预先重置FD部件27。然后，由放大晶体管24将紧接在重置之后的FD部件27的电压读为重置电平，并且通过选择晶体管25将其输出到垂直信号线122。
当重置电平被读取之后，电荷被传送到FD部件27，此时FD部件27的电压由放大晶体管24读为信号电平，并且通过重置晶体管25被输出到垂直信号线122。由放大晶体管24读取的信号序列不限于重置电平和信号电平序列。即，当光电荷从光电二极管21被传送到FD部件27之后，信号电平可以被读取。此后，FD部件27被重置并且重置电平可以被读取。
以这种方式，从单位像素20A被顺序输出到垂直信号线122的重置电平和信号电平通过垂直信号线122被提供给后面将描述的列处理单元14(参见图1)。然后，在列处理单元14中，CDS处理被执行以获取重置电平与信号电平之差，以使得从其消除了像素特有的固定图形噪声的原始信号(正确信号)被获得。
在根据电路示例1的单位像素20A中，传输脉冲TRG、重置脉冲RST和选择脉冲SEL作为用于执行驱动以从单位像素20A读取信号的驱动信号。
(在像素内部具有存储器单元的像素结构示例)
图3是图示出在像素内部具有存储器单元的像素结构的电路示例2的电路配置的电路图。在图3中，将相同的标号用来表示与图2所示的那些元件相同的元件。
根据电路示例2的单位像素20B除了包括光电二极管21、传送晶体管22、重置晶体管23、放大晶体管24、选择晶体管25和电荷排放晶体管26以外，还包括存储器单元28。存储器单元28被设置在光电二极管21与传送晶体管22之间。
由于光电二极管21、传送晶体管22、重置晶体管23、放大晶体管24、选择晶体管25和电荷排放晶体管26的连接关系和功能基本上与根据电路示例1的单位像素20A的元件的连接关系和功能相同，因此，省略对其的详细描述以避免冗余。存储器单元28包括用于保存光电荷的电容Cm，并且具有响应于传输脉冲TRX将光电荷从光电二极管21传送到电容Cm的传送功能。
作为具有存储器单元28的像素结构，例如可以采用与CCD(电荷耦合器件)的结构类似的嵌入式通道结构(embedded channel structure)。然而，本发明不限于嵌入式通道结构，而是除了嵌入式通道结构之外，还可以采用公知的结构(例如，参见日本未实审专利申请公报No.2006-311515或日本未实审专利申请公报No.2007-503722)。
在像素内部设置存储器单元28的原始目的在于在像素的重置操作中实现包括kTC噪声在内的降噪处理(例如参见日本未实审专利申请公报No.2006-311515或日本未实审专利申请公报No.2007-503722)。此外，如果采用了除设置FD部件27之外还设置像素内部的能够保存电荷的存储器单元28的像素结构，则能够获得如下效果：防止饱和时光电荷溢出。
在根据电路示例2的单位像素20B中，传输脉冲TRG、重置脉冲RST、选择脉冲SEL以及传输脉冲TRX作为用于执行驱动以从单位像素20B读取信号的驱动信号。
如上所述，在CMOS图像传感器10中，当采用将电荷排放晶体管26设置在单位像素20(20A和20B)中的像素结构时，本发明的本质在于防止布图效率或敏感度降低。下面，将描述其详细实施例。
<2.第一实施例>
[系统配置]
图4是图示出根据本发明第一实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图。这里，将描述二维地排列了图2所示的电路示例1的单位像素20A的CMOS图像传感器，来作为示例。此外，为了简化图4，代表性地示出了某个像素列中在垂直方向上彼此相邻的两个单位像素20A-i和20A-i-1。
如图4所示，在单位像素20A-i和20A-i-1中，例如对每一像素行设置了诸如传输线121-1、重置线121-2和选择线121-3之类的三条驱动线，作为像素驱动线121。这些驱动线121-1、121-2和121-3分别连接到与每一像素行的垂直驱动单元13相对应的输出端子。
然后，将针对第i像素行给出描述。传输线121-1以像素行为单位向传送晶体管22的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的传输脉冲TRGi。重置线121-2以像素行为单位向重置晶体管23的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的重置脉冲RSTi。
选择线121-3以像素行为单位向选择晶体管25的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的选择脉冲SELi，并且以像素行为单位向前一行(即，第(i-1)行)的电荷排放晶体管26的栅极提供第i个选择脉冲SELi。即，将随后对其执行信号读取的单位像素20A-i的选择晶体管25的选择脉冲SELi，共同用作先前在行扫描方向上对其执行了信号读取的单位像素20A-i-1的电荷排放晶体管26的电荷排放脉冲OFGi-1。
[驱动示例]
接下来，将利用图5的时序图描述根据第一实施例的CMOS图像传感器的驱动方法的一个示例。
首先，对于所有像素行，传输脉冲TRGi和重置脉冲RSTi在时刻t11时为活动状态(高电平)，并且累积在光电二极管21中的电荷被排放，以使得全局曝光被启动。对于排放所累积的电荷的操作，由于如上所述尽管电荷排放晶体管26导通也不会出现任何问题，因此，选择脉冲SEL在全局曝光时可以处于活动状态。
在执行全局曝光的时段期间，光电荷累积在光电二极管21中。然后，传输脉冲TRGi在全局曝光结束的时刻t12时处于活动状态，以使得累积在光电二极管21中的电荷被传送到FD部件27的浮动电容Cfd。上面的操作是在执行全局曝光的时段期间执行的。
针对每一像素行来执行从单位像素20A的信号读取。具体地，在时刻t13选择脉冲SELi-1处于活动状态的第(i-1)行的信号读取中，首先，保存在FD部件27的浮动电容Cfd中的光电荷被读为信号电平。把用于读取信号电平的时段称为D时段。
接下来，重置脉冲RSTi在时刻t14时处于活动状态，以使得FD部件27的浮动电容Cfd被重置。然后，将浮动电容Cfd被重置时的FD部件27的电压读为重置电平。把用于读取重置电平的时段称为P时段。
接下来，将描述进入第i行的读操作的原因。在第(i-1)行的读操作与第i行的读操作之间执行操作来防止因光电二极管21饱和引起的光电荷溢出。具体地，在t15和t16之间的时段中，选择脉冲SELi处于活动状态，并且电荷排放晶体管26导通，以使得光电二极管21的光电荷对电源电压Vdd充电。因此，可以防止光电二极管21饱和。
如上所述，在根据第一实施例的CMOS图像传感器中，在执行驱动以用于从单位像素20A-i读取信号时，利用选择脉冲SELi来驱动电荷排放晶体管26。此外，由于选择脉冲SELi被用作电荷排放晶体管26的电荷排放脉冲OFG，因此，即使未设置专用于电荷排放脉冲OFG的信号线，也可将用于选择脉冲SEL的选择线121-3用作该专用信号线，从而使得电荷排放晶体管26可以被驱动。
即，在具有包括电荷排放晶体管26的像素结构的CMOS图像传感器中，即使未添加专门用于驱动电荷排放晶体管26的信号线，也可以驱动电荷排放晶体管26。以这种方式，采用了无需专门用于驱动电荷排放晶体管26的信号线的配置，从而使得电荷排放晶体管26的添加不会导致布图效率或敏感度的降低。
此外，根据本实施例，将在第(i-1)行之后对其执行信号读取的第i行的选择晶体管25的选择脉冲SELi，用作第(i-1)行的电荷排放晶体管26的驱动信号(即，电荷排放脉冲OFG)。然而，本发明不限于此。即，假设仅通过全局曝光操作来将曝光时段与读取时段分离，则即使使用任意像素行的选择脉冲SEL，也不会出现问题。
在共用选择脉冲SEL时，如在图5的驱动示例的情况中那样，作为先前在行扫描方向(读扫描方向)上被读取的像素中的电荷排放晶体管26的电荷排放脉冲OFG，优选地使用随后被读取的像素中的选择脉冲SEL。其原因如下。
作为先前在行扫描方向上被读取的像素中的电荷排放脉冲OFG，优选地使用随后被读取的像素中的选择脉冲SEL，从而使得能够应对一般地驱动CMOS图像传感器的卷帘式快门操作。这里，与全局曝光不同，卷帘式快门操作对应于如下驱动方法：其中，当在行扫描方向上顺序地排放了累积在光电二极管21中的电荷之后，启动曝光，并且顺序地执行曝光的结束以及信号的读取。
图6图示出了卷帘式快门操作情况中的驱动示例。关注第(i-1)行，当在另一行(第(n-1)行)的读取时段期间对光电二极管21中累积的电荷进行了排放之后，启动曝光，并且随后在第(i-1)行的读取时段期间分别读取P时段中的重置信号和D时段中的信号。与此类似，对于接下来的第i行，在另一行(第n行)中启动曝光。
在这种情况中，作为先前被读取的像素中的电荷排放脉冲OFG，使用随后被读取的像素的选择脉冲SEL，以使得能够以如下方式驱动CMOS图像传感器：防止在读取之前所累积的电荷被另一行的选择脉冲SEL从电荷排放晶体管26排放掉。
如上所述，如果电荷排放脉冲OFG先于选择脉冲SEL一行(一个像素)，则满足共有电荷排放脉冲OFG。因此，超前的行数是任意的。另外，当在超前两行(两个像素)或更多行的像素中共有电荷排放脉冲OFG时，可以获得高效的读取序列。
例如，可能出现这样的情况，其中，诸如Bayer排列之类的多种类型的彩色滤光片被堆叠在每个像素中，并且在添加具有相同色彩的像素的操作中，每两行地连续读取具有相同色彩的像素。即，如下这样的操作序列是高效的：其中，第(i+2)行在第i行之后被读取，并且随后第(i+1)行和第(i+3)行被读取。在这种情况中，优选地，将超前两行的像素的选择脉冲SEL用作电荷排放脉冲OFG。
图7是晶体管和布线的排列的一个示例。在此示例中，通过超前两行的第i行的选择脉冲SEL的选择线121-3，第(i-2)行的电荷排放晶体管26的栅极被驱动。在图7中，为了使附图简化，未示出除选择线121-3之外的像素驱动线121，即传输线121-1和重置线121-2。
此外，根据本实施例，描述了单位像素20是图2所示的电路示例1的单位像素20A的情况作为示例。然而，即使单位像素20是图3所示的电路示例2的单位像素20B，即，具有与FD部件27分离的存储器单元28的单位像素20B时，也不会出现问题。
<3.第二实施例>
图8是图示出根据本发明第二实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图。在图8中，将相同标号用来表示与图4所示的元件相同的元件。
根据本实施例的CMOS图像传感器是基于二维地排列了图2所示的电路示例1的单位像素20A的CMOS图像传感器的。此外，为了简化图8，代表性地示出了某个像素列中在垂直方向上彼此相邻的两个单位像素20A-i和20A-i-1。
如图8所示，在单位像素20A-i和20A-i-1中，例如对每个像素行设置了诸如传输线121-1、重置线121-2和选择线121-3之类的三条驱动线，作为像素驱动线121。这些驱动线121-1、121-2和121-3分别连接到与每一像素行的垂直驱动单元13相对应的输出端子。
然后，将针对第i像素行给出描述。传输线121-1以像素行为单位向传送晶体管22的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的传输脉冲TRGi。选择线121-3以像素行为单位向选择晶体管25的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的选择脉冲SELi。
同时，重置线121-2以像素行为单位向重置晶体管23的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的重置脉冲RSTi，并且以像素行为单位向同一像素行的电荷排放晶体管26的栅极提供第i行的重置脉冲RSTi。
如上所述，在根据第二实施例的CMOS图像传感器中，当执行驱动以用于从单位像素20A读取信号时，利用重置脉冲RST来驱动电荷排放晶体管26。此外，由于重置脉冲RST被用作电荷排放晶体管26的电荷排放脉冲OFG，因此，即使未设置专用于电荷排放脉冲OFG的信号线，也可将用于重置脉冲RST的重置线121-2用作该专用信号线，从而可以驱动电荷排放晶体管26。
即，与第一实施例类似，在具有包括电荷排放晶体管26的像素结构的CMOS图像传感器中，即使未添加专门用于驱动电荷排放晶体管26的信号线，也可以驱动电荷排放晶体管26。以这种方式，采用了无需专门用于驱动电荷排放晶体管26的信号线的配置，从而使得电荷排放晶体管26的添加不会导致布图效率或敏感度的降低。
另外，在包括图2所示的电路示例1的单位像素20A的CMOS图像传感器中，当重置脉冲RST和电荷排放脉冲OFG被共有时，电荷排放晶体管26仅操作用于曝光被启动时的电荷排放。这是因为，如果在光电荷保存在浮动电容Cfd中的读取时段期间，电荷排放晶体管26导通并且重置脉冲RST处于活动状态，则重置晶体管23也导通并且因此，可能丢失浮动电容Cfd所累积的电荷。
<4.第三实施例>
[系统配置]
图9是图示出根据本发明第三实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图。在图9中，用相同的标号表示与图4中的元件相同的元件。
根据本实施例的CMOS图像传感器是基于这样的CMOS图像传感器的，其中二维地排列了图3所示的电路示例2的单位像素，即在像素内包括保存电荷的存储器单元28的单位像素20B。此外，为了简化图9，代表性地示出了某个像素列中在垂直方向上彼此相邻的两个单位像素20B-i和20B-i-1。
如图9所示，在单位像素20B-i和20B-i-1中，例如对每一像素行设置了诸如传输线121-1、重置线121-2、选择线121-3以及传输线121-4之类的四条驱动线，作为像素驱动线121。这些驱动线121-1、121-2、121-3和121-4分别连接到与每一像素行的垂直驱动单元13相对应的输出端子。
然后，将针对第i像素行给出描述。传输线121-1以像素行为单位向传送晶体管22的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的传输脉冲TRGi。选择线121-3以像素行为单位向选择晶体管25的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的选择脉冲SELi。传输线121-4以像素行为单位向存储器单元28的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的传输脉冲TRXi。
同时，重置线121-2以像素行为单位向重置晶体管23的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的重置脉冲RSTi，并且以像素行为单位向前一行(即第(i-1)行)的电荷排放晶体管26的栅极提供第i行的重置脉冲RSTi。即，将随后对其执行信号读取的像素20B-i的重置脉冲SELi，共同用作先前在行扫描方向上对其执行了信号读取的像素20B-i-1的电荷排放脉冲OFGi-1。
如果采用包括了根据电路示例2的存储器单元28的像素结构，则能够获得如下效果：防止饱和时电荷溢出。在包括了根据电路示例2的单位像素20B的CMOS图像传感器中，如相关领域中所公知的，对于所有像素，通过全局曝光累积在光电二极管21中的光电荷被同时传送到存储器单元28，并且保存在电容Cm中。然后，在读取时将光电荷从FD部件27传送到存储器单元28。
[驱动示例]
接下来，将利用图10的时序图描述根据第三实施例的CMOS图像传感器的驱动方法的一个示例。
首先，对于所有像素行，重置脉冲RSTi、传输脉冲TRXi和传输脉冲TRGi在时刻t21时为活动状态，并且累积在光电二极管21中的电荷被排放，以使得全局曝光被启动。此时，当累积在光电二极管21中的电荷经由电荷排放晶体管26被全部排放时，可以省略由传输脉冲TRXi对存储器单元28进行的传送驱动。
在执行全局曝光的时段期间，光电荷累积在光电二极管21中。然后，传输脉冲TRXi在全局曝光结束的时刻t22时处于活动状态，以使得累积在光电二极管21中的电荷被传送到存储器单元28中，并且保存在电容Cm中。上面的操作是在执行全局曝光的时段期间执行的。
针对每一像素行来执行从单位像素20B的信号读取。具体地，如果选择脉冲SELi-1在时刻t23时处于活动状态，则到达第(i-1)行的信号读取时段。在第(i-1)行的信号读取时段中，首先，重置脉冲RSTi-1在时刻t24时处于活动状态，从而使得FD部件27的浮动电容Cfd被重置。然后，将此时的FD部件27的电压读为重置电平(P时段)。
此后，传输脉冲TRGi-1在时刻t25时处于活动状态，从而使得光电荷从存储器单元28的电容Cm被传送到FD部件27的浮动电容Cfd中。随后，保存在浮动电容Cfd中的光电荷被读为信号电平(D时段)。
接下来，将描述进入第i行的读操作的原因。在第(i-1)行的读操作与第i行的读操作之间执行操作来防止因光电二极管21饱和引起的光电荷溢出。具体地，在t26和t27之间的时段中，通过所需频率使重置脉冲RSTi处于活动状态并且使电荷排放晶体管26导通，以使得光电二极管21的光电荷对电源电压Vdd的电平充电。因此，可以防止光电二极管21饱和。
如上所述，与第二实施例类似，根据第三实施例的CMOS图像传感器采用了无需专用于驱动电荷排放晶体管26的信号线的配置。因此，与第一和第二实施例类似，添加电荷排放晶体管26不会导致布图效率或敏感度降低。
图11图示出了卷帘式快门操作情况中的驱动示例。在读取时段中在FD部件27的浮动电容Cfd被重置之前，传输脉冲TRXi-1处于活动状态并且累积在光电二极管21中的电荷被传送到存储器单元28，从而使得曝光时段结束。然后，在重置脉冲RSTi-1处于活动状态并且在FD部件27的浮动电容Cfd被重置之后，重置电平被读取(P时段)。接下来，在传输脉冲TRGi-1处于活动状态并且光电荷从存储器单元28被传送到FD部件27之后，信号电平被读取(D时段)。
在信号读取时段中，在浮动电容Cfd被重置晶体管23重置之前，累积在光电二极管21中的电荷被传送到存储器单元28的电容Cm。即，传输脉冲TRX先于重置脉冲RST处于活动状态。以这种方式，累积在光电二极管21中的电荷可以被疏散到存储器单元28中，以使得能够实现如下驱动方法：通过由下一重置脉冲RST进行驱动，防止累积的电荷从光电二极管21丢失。
在应用驱动示例时，同一像素的重置脉冲RST和电荷排放脉冲OFG可以被共有。除此之外，如在实施例中所描述的，对于行扫描方向，可以共有随后被读取的像素的重置脉冲RST的重置线121-2，来作为先前被读取的像素的电荷排放脉冲OFG的线。
<5.第四实施例>
图12是图示出根据本发明第四实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图。在图12中，用相同的标号表示与图8所示的元件相同的元件。
与第二实施例类似，根据本实施例的CMOS图像传感器是基于二维地排列了图2所示的电路示例1的单位像素20A的CMOS图像传感器的。此外，为了简化图12，代表性地示出了某个像素列中在垂直方向上彼此相邻的两个单位像素20A-i和20A-i-1。
如图12所示，在单位像素20A-i和20A-i-1中，例如对每个像素行设置了诸如传输线121-1、重置线121-2和选择线121-3之类的三条驱动线，作为像素驱动线121。这些驱动线121-1、121-2和121-3分别连接到与每一像素行的垂直驱动单元13相对应的输出端子。
然后，将针对第i像素行给出描述。传输线121-1以像素行为单位向传送晶体管22的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的传输脉冲TRGi，并且以像素行为单位向前一行(第(i-1)行)的电荷排放晶体管26的栅极提供第i行的传输脉冲TRGi。即，将随后对其执行信号读取的像素20A-i的传输脉冲TRGi，共同用作先前在行扫描方向上对其执行了信号读取的像素20A-i-1的电荷排放晶体管26的电荷排放脉冲OFGi-1。
重置线121-2以像素行为单位向重置晶体管23的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的重置脉冲RSTi。选择线121-3以像素行为单位向选择晶体管25的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的选择脉冲SELi。
如上所述，在根据第四实施例的CMOS图像传感器中，当执行驱动以用于从单位像素20A读取信号时，利用传输脉冲TRGi来驱动电荷排放晶体管26。此外，由于传输脉冲TRGi被用作电荷排放晶体管26的电荷排放脉冲OFG，因此，即使未设置专用于电荷排放脉冲OFG的信号线，也可将用于传输脉冲TRGi的传输线121-1用作该专用信号线，从而可以驱动电荷排放晶体管26。
即，与第一至第三实施例类似，即使未添加专用于驱动电荷排放晶体管26的信号线，也可以驱动电荷排放晶体管26。以这种方式，采用了无需专用于驱动电荷排放晶体管26的信号线的配置，从而使得电荷排放晶体管26的添加不会导致布图效率或敏感度的降低。
具体地，将随后对其执行信号读取的单位像素20A-i的传输脉冲TRGi，共同用作先前在行扫描方向上对其执行了信号读取的单位像素20A-i-1的电荷排放晶体管26的电荷排放脉冲OFGi-1，从而可以获得下面的效果。即，在光电二极管21中所累积的电荷被传送到FD部件27中之前，电荷排放晶体管26被驱动，以使得能够防止可能使光电二极管21中所累积的电荷丢失的驱动。
<6.第五实施例>
图13是图示出根据本发明第五实施例的CMOS图像传感器的主要元件的配置的电路图。在图13中，用相同的标号表示与图9中的元件相同的元件。
根据本实施例的CMOS图像传感器是基于这样的CMOS图像传感器的，其中二维地排列了图3所示的电路示例2的单位像素，即在像素内包括保存电荷的存储器单元28的单位像素20B。此外，为了简化图13，代表性地示出了某个像素列中在垂直方向上彼此相邻的两个单位像素20B-i和20B-i-1。
如图13所示，在单位像素20B-i和20B-i-1中，例如对每一像素行设置了诸如传输线121-1、重置线121-2、选择线121-3以及传输线121-4之类的四条驱动线，作为像素驱动线121。这些驱动线121-1、121-2、121-3和121-4分别连接到与每一像素行的垂直驱动单元13相对应的输出端子。
然后，将针对第i像素行给出描述。传输线121-1以像素行为单位向传送晶体管22的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的传输脉冲TRGi。重置线121-2以像素行为单位向重置晶体管23的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的重置脉冲RSTi。选择线121-3以像素行为单位向选择晶体管25的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的选择脉冲SELi。
传输线121-4以像素行为单位向存储器单元28的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的传输脉冲TRXi，并且以像素行为单位向前一行(即第(i-1)行)的电荷排放晶体管26的栅极提供第i行的传输脉冲TRXi。即，将随后对其执行信号读取的像素20B-i的传输脉冲TRXi，共同用作先前在行扫描方向上对其执行了信号读取的像素20B-i-1的电荷排放脉冲OFGi-1。
如上所述，在根据第五实施例的CMOS图像传感器中，当执行驱动以用于从单位像素20B读取信号时，利用传输脉冲TRXi来驱动电荷排放晶体管26。此外，由于将传输脉冲TRXi用作电荷排放脉冲OFG，因此，即使未设置专用于电荷排放脉冲OFG的信号线，也可将用于传输脉冲TRXi的传输线121-4用作该专用信号线，从而使得可以驱动电荷排放晶体管26。
即，与第一至第四实施例类似，即使未添加专用于驱动电荷排放晶体管26的信号线，也可以驱动电荷排放晶体管26。以这种方式，采用了无需专用于驱动电荷排放晶体管26的信号线的配置，从而使得电荷排放晶体管26的添加不会导致布图效率或敏感度的降低。
此外，将随后对其执行信号读取的单位像素20B-i的传输脉冲TRXi，共同用作先前在行扫描方向上对其执行了信号读取的单位像素20B-i-1的电荷排放晶体管26的电荷排放脉冲OFGi-1，从而可以获得与在第四实施例中获得效果相同的效果。即，在光电二极管21中所累积的电荷被传送到FD部件27中之前，电荷排放晶体管26被驱动，以使得能够防止可能使光电二极管21中所累积的电荷丢失的驱动。
在第四和第五实施例中，在电荷被保存在FD部件27的浮动电容Cfd或者存储器单元28的电容Cm中的状态中，当需要提取出光电二极管21中所累积的电荷时，则如下这样来设计CMOS图像传感器。即，如图14所示，需要设计CMOS图像传感器以使得电荷排放晶体管26的势垒(potential barrier)低于传送晶体管22的势垒。
当如上所述那样来设计元件的电位时，由于电荷可能不会同时被传送到所有像素，因此，这样的卷帘式快门操作被执行：其中，曝光时段沿着行扫描方向顺序地结束。然而，由于不限于典型卷帘式快门操作中的信号读取，因此，能够获得具有高同步性、低失真的高质量图像。电荷传送在行扫描方向执行，以使得电荷可以被传送到FD部件27的浮动电容Cfd中，而不用排放光电二极管21中所累积的电荷，如图15所示。
此外，当保持电荷(retention charge)存在于FD部件27的浮动电容Cfd中时，如果通过传输脉冲TRG对所有像素同时执行驱动，则由于如图16A所示，过剩电荷从电荷排放晶体管26的具有较低势垒的一侧被排放，因此，过剩电荷不会被添加到保持电荷中，并且如图16B那样完成了过剩电荷的排放。
<7.应用>
在上面的实施例中，描述了二维地排列了单位像素20的CMOS图像处理器，作为示例。然而，本发明不限于此。具体地，在如图3所示的电路示例2，即在像素内部包括存储器单元28的单位像素20B的情况中，本发明还可以应用于具有由多个像素共有的结构的CMOS图像传感器，其中，原本被提供给各个像素的元件的一部分在多个像素间共有。
[由两个水平像素共有的像素结构]
图17是图示出当本发明应用于如下像素结构时的主要元件的配置的电路图：其中，一部分元件在水平方向(横向)上彼此相邻的两个像素之间共有。在图17中，用相同的标号表示与图9所示的那些元件相同的元件。
如图17所示，在根据本应用的像素共有结构(pixel holdingstructure)中，重置晶体管23、放大晶体管24、选择晶体管25和FD部件27在水平方向上彼此相邻的两个像素之间共有。对于由两个水平像素共有的像素结构，根据本应用，在执行驱动以用于从单位像素20B读取信号时的选择脉冲SELi被用作电荷排放脉冲OFG。
具体地，参考图17，例如设置了诸如传输线121-1、重置线121-2、选择线121-3以及传输线121-4之类的四条驱动线，作为像素驱动线121。然后，将针对第i像素行来给出描述。传输线121-1以像素行为单位向传送晶体管22的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的传输脉冲TRGi。重置线121-2以像素行为单位向重置晶体管23的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的重置脉冲RSTi。
选择线121-3以像素行为单位向选择晶体管25的栅极提供从垂直驱动单元13输出的第i行的选择脉冲SELi，并且以像素行为单位向前一行(即第(i-1)行)的电荷排放晶体管26的栅极提供第i行的选择脉冲SELi。以这种方式，将随后对其执行信号读取的像素20B-i的选择晶体管25的选择脉冲SELi，共同用作先前在行扫描方向上对其执行了信号读取的像素20B-i-1的电荷排放脉冲OFGi-1。
如上所述，本发明还可以应用于由两个水平像素共有的像素结构。这里，选择脉冲SELi被用作电荷排放脉冲OFG，然而，本发明不限于此。即，与第三实施例类似，重置脉冲RST可被用作电荷排放脉冲OFG，与第四实施例类似，传输脉冲TRG可被用作电荷排放脉冲OFG，或者与第五实施例类似，传输脉冲TRX可被用作电荷排放脉冲OFG。
在应用了本发明的像素共有结构中，共有的元件不限于位于FD部件27之后的所有元件。此外，像素共有结构不限于由排列在水平方向上的像素共有。即，像素共有结构可以包括：在垂直方向(纵向)上彼此相邻的两个像素之间共有元件的共有结构、在水平和垂直方向上彼此相邻的四个像素共有元件的共有结构，等等。简言之，如果可以实现根据前述实施例的驱动方法，则可以采用各种配置。
<8.修改>
根据前面的实施例，描述了如下情况来作为示例：其中，单位像素20(20A和20B)具有除了包括电荷排放晶体管26之外还包括四个晶体管的像素配置。然而，单位像素20A和20B不限于包括四个晶体管的像素配置。具体地，与将选择脉冲SEL用作电荷排放脉冲OFG的实施例不同，例如，可以采用这样的像素配置，其包括除选择晶体管25以外的三个晶体管，并且替代地，放大晶体管25具有选择晶体管25的像素选择功能。
此外，根据前面的实施例，本发明被应用于包括单位像素的CMOS图像传感器，该单位像素被二维地排列以将与可见光线量相对应的信号电荷检测作为物理量。然而，本发明的应用不限于CMOS图像传感器。即，本发明还可应用于具有电子快门功能的全部X-Y地址类型的固态图像捕获装置。
此外，本发明的应用不限于通过检测入射的可见光线量的分布来捕获图像的固态图像捕获装置。即，本发明还可应用于将入射的红外线或X射线的量或者粒子等的入射量的分布捕获作为图像的固态图像捕获装置。另外，广义上，可将通过检测其它物理量的分布来捕获图像的诸如压力或静电电容之类的物理量分布检测装置(例如，指纹检测传感器等)用作固态图像捕获装置。
此外，可以以具有图像捕获功能的一个芯片或模块的形式来制备固态图像捕获装置，该芯片或模块是通过封装图像捕获单元、信号处理单元和光学系统而形成的。
<9.电子装置>
本发明的应用不限于固态图像捕获装置。即，本发明还可应用于在图像捕获单元(光电转换单元)中使用固态图像捕获装置的电子装置，例如，图像捕获装置(例如，数字相机、摄像机等)、具有图像捕获功能的便携式终端(例如，便携式电话等)，或者在图像读取单元中使用固态图像捕获装置的复印机。此外，安装在电子装置上的模块化类型，即，相机模块可以用作图像捕获装置。
[图像捕获装置]
图18是图示出作为根据本发明的电子装置的一个示例的图像捕获这种的配置示例的框图。如图18所示，根据本发明的图像捕获装置100包括：包括透镜组101的光学系统、图像捕获元件102、用作相机信号处理单元的DSP电路103、帧存储器104、显示设备105、记录设备106、操作系统107、电源系统108等。DSP电路103、帧存储器104、显示设备105、记录设备106、操作系统107、电源系统108通过总线109彼此相连。
透镜组101捕获来自对象的入射光(图像光)，并且使得图像形成在图像捕获元件102的图像捕获表面上。图像捕获元件102将由透镜组101形成在图像捕获表面上作为图像的入射光的量，转换为以像素为单位的电子信号，并且输出像素信号。将根据第一至第五实施例或应用的CMOS图像传感器用作图像捕获元件102。
显示设备105包括面板型显示设备，例如液晶显示设备或有机EL(电致发光)显示设备，并且显示由图像捕获元件102捕获的动态图像或静止图像。记录设备106将由图像捕获元件102捕获的动态图像或静止图像记录在诸如录像带或DVD(数字通用盘)之类的记录介质上。
操作系统107在用户的操作下，发出针对图像捕获装置的各种功能的操作命令。电源系统108将各种类型的电源提供给DSP电路103、帧存储器104、显示设备105、记录设备106和操作系统107作为操作电源。
图像捕获装置100被应用于摄像机或数码相机，并且还被应用于供诸如便携式电话之类的移动装备使用的相机模块。在图像捕获装置100中，可以将根据第一至第五实施例或应用的CMOS图像传感器用作图像捕获元件102。
本申请包含与2009年1月28日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2009-016266中公开的主题有关的主题，该申请的全部内容通过引用结合于此。
本领域的技术人员应当明白，可以根据设计要求和其它因素进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (6)

1.一种固态图像捕获装置，包括： 
像素阵列单元，该像素阵列单元包括二维排列的像素，每个像素包括光电转换单元、传送累积在所述光电转换单元中的电荷的传送晶体管，以及选择性地排放累积在所述光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管；以及 
驱动单元，该驱动单元执行驱动以用于从所述像素阵列单元的每个像素中读取信号，并且利用用于驱动所述读取的信号来驱动所述电荷排放晶体管， 
其中，所述像素包括用于重置所述像素的重置晶体管，并且所述驱动单元通过利用用于驱动所述重置晶体管的信号来驱动所述电荷排放晶体管。 
2.根据权利要求1所述的固态图像捕获装置，其中，所述像素包括： 
浮动电容，该浮动电容保存由所述传送晶体管从所述光电转换单元传送来的电荷；以及 
存储器单元，该存储器单元与所述浮动电容分开地保存所累积的电荷， 
其中，所述重置晶体管通过重置所述浮动电容来重置所述像素。 
3.根据权利要求2所述的固态图像捕获装置，其中，在从所述像素读取信号的时段中，所述驱动单元在所述浮动电容被所述重置晶体管重置之前，将累积在所述光电转换单元中的电荷传送到所述存储器单元中。 
4.根据权利要求1所述的固态图像捕获装置，其中，所述驱动单元具有：在行扫描方向上先被执行信号读取的像素的电荷排放晶体管的驱动信号，以及此后被执行信号读取的像素的重置晶体管的驱动信号。 
5.一种固态图像捕获装置的驱动方法，所述固态图像捕获装置设有包括二维排列的像素的像素阵列单元，每个像素包括光电转换单元以及选择性地排放累积在所述光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管，所述驱动方法包括如下步骤：通过利用用于驱动所述像素阵列单元的每个像素中的信号的读取的信号，来驱动所述电荷排放晶体管，所述电荷排放晶体管由用于驱动对所述像素进行重置的重置晶体管的信号进行驱动。 
6.一种包括固态图像捕获装置的电子装置， 
其中，所述固态图像捕获装置包括： 
像素阵列单元，该像素阵列单元包括二维排列的像素，每个像素包括光电转换单元、传送累积在所述光电转换单元中的电荷的传送晶体管，以及选择性地排放累积在所述光电转换单元中的电荷的电荷排放晶体管；以及 
驱动单元，该驱动单元执行驱动以用于从所述像素阵列单元的每个像素中读取信号，并且利用用于驱动所述读取的信号来驱动所述电荷排放晶体管， 
其中，所述像素包括用于重置所述像素的重置晶体管，并且所述驱动单元通过利用用于驱动所述重置晶体管的信号来驱动所述电荷排放晶体管。 
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