CN107710742A - 固态成像元件、驱动方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能够充分扩展动态范围且能够获得更高质量的图像的固态成像元件、驱动方法和电子设备。单位像素设置有第一光电转换器和第二光电转换器。电荷累积部经由第二传输栅极部连接至第二光电转换器，并且第二光电转换器中通过光电转换获得的电荷经由第二传输栅极部传输至电荷累积部。抗晕栅极部也连接至第二光电转换器，且使得第二光电转换器能够被复位。因此，对于单位像素而言突发式驱动是可能的，在突发式驱动中，在单帧期间内，将第二光电转换器的曝光操作和将第二光电转换器获得的电荷进行传输的传输操作重复两次以上。本发明能够应用于车载相机。

Description

固态成像元件、驱动方法和电子设备

技术领域

本发明涉及固态成像元件、驱动方法和电子设备，特别地涉及能够充分扩展动态范围并能够获得更高质量的图像的固态成像元件、驱动方法和电子设备。

背景技术

过去，在拍摄图像的过程中扩展图像的动态范围的被称为HDR(高动态范围)渲染的技术是已知的。

关于该技术，例如已经提出了这样的技术：设置灵敏度不同的光接收元件，并且通过组合由各个光接收元件拍摄获得的多个图像来扩展动态范围(例如，参照专利文献1和专利文献2)。

此外，也已经提出：通过组合经由长时曝光获得的图像和经由短时曝光获得的图像来扩展动态范围的技术；和通过为光接收元件设置额外的电容以增加能够累积的电荷量来扩展动态范围的技术。

此外，也存在这样的技术：不是仅设置灵敏度不同的光接收元件，而是通过控制光接收元件的曝光时间来补充只凭借光接收元件之间的灵敏度差仍不足的灵敏度比。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利第3071891号

专利文献2：日本专利申请特开第2006-253876A号

发明内容

本发明要解决的技术问题

然而，通过上述技术，难以充分扩展动态范围和获得高质量的图像。

例如，在仅通过使用灵敏度不同的光接收元件来扩展动态范围的情况下，如果光接收元件之间的距离短，那么光接收元件之间的颜色串扰增加，且因此难以在结构上获得光接收元件之间的足够的灵敏度比。在这种情况下，不可能充分扩展动态范围。此外，在仅使用灵敏度不同的光接收元件的情况下和在为光接收元件设置额外电容的情况下，通过像素结构来确定HDR渲染时的组合比，且因此灵活性低。

此外，在使用灵敏度不同的光接收元件的情况下，当曝光时间变长时，在一些情况下，发生运动模糊且移动被摄体的分辨率降低。

此外，在控制曝光时间来扩展动态范围的情况下，例如当诸如发光二极管(LED：Light Emitting Diode)道路标记等脉冲发射光源是被摄体时，发生闪烁现象且不可能获得足够质量的图像。

鉴于上述情况，做出本发明，本发明是这样的技术：能够充分扩展动态范围，并且能够获得更高质量的图像。

技术问题的解决方案

本发明的第一方面的固态成像元件包括其中布置有多个单位像素的像素阵列单元和对单位像素的操作进行控制的驱动单元。单位像素具有多个光电转换器。多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器中的各者连接至传输栅极、电荷累积部和抗晕栅极部，传输栅极传输光电转换器中通过光电转换获得的电荷，电荷累积部累积经由传输栅极从光电转换器传输的电荷，且抗晕栅极部使光电转换器复位。

驱动单元能够实施突发式驱动，其中，对于一个或多个光电转换器，在单帧期间内重复曝光操作和传输操作多次，曝光操作是在光电转换器复位之后实施光电转换器的曝光的操作，且传输操作是将通过曝光获得的电荷传输至电荷累积部的操作。

驱动单元能够在改变曝光操作中的曝光时间的同时，实施突发式驱动。

驱动单元能够以下述方式控制不实施突发式驱动的光电转换器的曝光：突发式驱动进行的多次曝光的形心位置与不实施突发式驱动的光电转换器的曝光的形心位置大体上对应。

驱动单元能够以下述方式控制光电转换器的曝光：光电转换器的曝光与预定脉冲光源的发光同步。

驱动单元能够通过基于预定脉冲光源的发光时序来控制光电转换器的曝光，对通过飞行时间测量方法进行的测距进行控制。

驱动单元能够以下述方式控制光电转换器的曝光：通过较低灵敏度的光电转换器来检测位于较短距离处的目标对象，且通过较高灵敏度的光电转换器来检测位于较远距离处的目标对象。

本发明的第一方面的驱动方法是固态成像元件的驱动方法，固态成像元件包括其中布置有多个单位像素的像素阵列单元和对单位像素的操作进行控制的驱动单元。单位像素具有多个光电转换器。多个光电转换器中的一个或多个光电转换器中的各者连接至传输栅极、电荷累积部和抗晕栅极部，传输栅极传输光电转换器中通过光电转换获得的电荷，电荷累积部累积经由传输栅极从光电转换器传输的电荷，且抗晕栅极部使光电转换器复位。驱动方法包括包括驱动单元实施突发式驱动的步骤，在突发式驱动中，对于一个或多个光电转换器，在单帧期间内重复曝光操作和传输操作多次，曝光操作是在光电转换器复位之后实施光电转换器的曝光的步骤，且传输操作是将通过曝光获得的电荷传输至电荷累积部的步骤。

在本发明的第一方面，固态成像元件设置有其中布置有多个单位像素的像素阵列单元和对单位像素的操作进行控制的驱动单元。单位像素具有多个光电转换器。对于每个光电转换器，传输栅极、电荷累积部和抗晕栅极部连接至多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器，传输栅极传输光电转换器中通过光电转换获得的电荷，电荷累积部累积经由传输栅极从光电转换器传输的电荷，且抗晕栅极部使光电转换器复位。

本发明的第二方面的电子设备能够具有与本发明的第一方面的固态成像元件的构造类似的构造。

本发明的有益效果

根据本发明的第一方面和第二方面，能够充分扩展动态范围且能够获得更高质量的图像。

附图说明

图1示出了固态成像元件的构造例。

图2示出了像素的构造例。

图3用于说明像素的曝光控制。

图4用于说明像素的曝光控制。

图5是用于说明在曝光时的驱动的时序图。

图6是用于说明在读取像素信号时的驱动的时序图。

图7示出了像素的另一构造例。

图8示出了像素的另一构造例。

图9示出了像素的另一构造例。

图10是用于说明像素的驱动的时序图。

图11示出了像素的另一构造例。

图12是用于说明像素的驱动的时序图。

图13示出了成像装置的构造例。

图14示出了其中使用固态成像元件的使用例。

具体实施方式

下面将参照附图说明应用本发明的实施例。

<第一实施例>

<固态成像元件的构造例>

本发明是这样的技术：通过该技术，在通过使用多个光电转换器来实施HDR渲染的情况下，对于一个或多个光电转换器，通过为光电转换器设置电荷累积部(光电转换器与电荷累积部之间具有传输栅极)和为光电转换器设置复位栅极(抗晕栅极)且通过实施突发式驱动(burstdriving)，能够充分扩展动态范围且能够获得更高质量的图像。本发明能够应用于例如车载相机等。

图1示出了应用本发明的固态成像元件的构造例。

图1所示的固态成像元件11由例如互补金属氧化物半导体(CMOS：ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)图像传感器等形成。

固态成像元件11具有这样的构造，该构造具有形成在未被图示性表示的半导体基板(芯片)上的像素阵列单元21和与像素阵列单元21集成在同一半导体基板上的周边电路部。周边电路部例如由垂直驱动单元22、列处理单元23、水平驱动单元24和系统控制单元25组成。

固态成像元件11还包括信号处理单元28和数据存储单元29。信号处理单元28和数据存储单元29可以与固态成像元件11安装在同一基板上，或可以布置在与固态成像元件11不同的基板上。

此外，信号处理单元28和数据存储单元29的各处理可以是由设置在与固态成像元件11所处的基板不同的基板上的外部信号处理单元(例如，数字信号处理器(DSP：DigitalSignal Processor))进行的处理，或可以是软件进行的处理。

像素阵列单元21具有这样的构造：具有光电转换器的单位像素(以下，在一些情况下，简称为像素)在行方向和列方向上(即，以矩阵方式)二维地布置，光电转换器根据接收的光量来产生和累积电荷。

这里，行方向指的是在像素行上的像素布置方向(即，水平方向)，且列方向指的是在像素列上的像素布置方向(即，垂直方向)。即，行方向是图中的横向方向且列方向是图中的纵向方向。

在像素阵列单元21中，对于以矩阵方式的像素布置，针对各像素行沿着行方向布置有像素驱动线26，且针对各像素列沿着列方向布置有一个或多个垂直信号线27。像素驱动线26传输用于当从像素读出信号时实施驱动的驱动信号。应注意，尽管像素驱动线26在图1中被表示为一条互连线，但是它不限于一条互连线。像素驱动线26的一端连接至垂直驱动单元22的与各自的一行对应的输出端子。

垂直驱动单元22由移位寄存器、地址解码器等组成，并且对于所有像素同时地驱动像素阵列单元21的各像素或以行为单位等驱动像素阵列单元21的各像素。即，垂直驱动单元22与控制垂直驱动单元22的系统控制单元25一起形成驱动单元，该控制单元控制像素阵列单元21的各像素的操作。尽管省略了关于垂直驱动单元22的具体构造的图示性表示，但是垂直驱动单元22通常具有这样的构造，该构造具有两个扫描系统：读出扫描系统和扫出扫描系统。

从垂直驱动单元22选择和扫描的像素行的各单位像素输出的信号按照各像素列通过垂直信号线27输入至列处理单元23。列处理单元23针对像素阵列单元21的各像素列，对通过垂直信号线27从被选行的各像素输出的信号执行预定的信号处理，并且临时保存经过信号处理的像素信号。

具体地，列处理单元23执行作为信号处理的去噪处理、采样处理和模拟数字(AD：Analog Digital)转换处理，采样处理诸如是双数据采样(DDS：Double Data Sampling)和相关双采样(CDS：Correlated Double Sampling)等。

水平驱动单元24由移位寄存器、地址解码器等组成，并且顺序地选择与列处理单元23的像素列对应的单元电路。通过水平驱动单元24进行的选择性扫描，经列处理单元23中的信号处理后的像素信号按照各单位电路顺序地输出。

系统控制单元25由产生各种类型的时序信号的时序发生器等组成，并且根据时序发生器产生的各种类型的时序来实施垂直驱动单元22、列处理单元23、水平驱动单元24等的驱动控制。

信号处理单元28至少具有算法处理功能，并且执行各种类型的信号处理，诸如对于从列处理单元23输出的像素信号的算法处理等。在信号处理单元28的信号处理中，数据存储单元29临时存储处理所需的数据。

<像素的构造例>

接着，将说明设置在像素阵列单元21中的单位像素的构造。设置在像素阵列单元21中的单位像素例如被构造为如图2所示。应注意，在图2中，将与图1中的情况对应的部分给定相同符号，且适当地省略相同符号的说明。

作为单位像素的像素51包括第一光电转换器61、第一传输栅极部62、FD部63、第二光电转换器64、抗晕栅极部65、第二传输栅极部66、电荷累积部67、第三传输栅极部68、第四传输栅极部69、复位栅极部70、放大晶体管71和选择晶体管72。

此外，对于像素51，例如，多个驱动线被布置为用于各像素行的像素驱动线26。此外，驱动信号TGL、驱动信号ABG、驱动信号TGS、驱动信号FDG、驱动信号FCG、驱动信号RST和驱动信号SEL从垂直驱动单元22通过多个驱动线分别供给至第一传输栅极部62、抗晕栅极部65、第二传输栅极部66、第三传输栅极部68、第四传输栅极部69、复位栅极部70和选择晶体管72。

上述驱动信号是脉冲信号，关于该脉冲信号的高电平(例如，供给电压VDD)的状态是有效状态且低电平(例如，负电势)的状态是无效状态。即，当从驱动信号TGL至驱动信号SEL的各驱动信号设定为高电平时，作为驱动信号的供给目标的晶体管变为导电状态，即导通状态。当各驱动信号设定为低电平时，作为驱动信号的供给目标的晶体管变为非导电状态，即截止状态。

第一光电转换器61由例如具有PN结的光电二极管形成。第一光电转换器61接收入射光，并且实施光电转换以累积因此获得的电荷。

第一传输栅极部62设置在第一光电转换器61和FD部63之间，且驱动信号TGL供给至第一传输栅极部62的栅极电极。如果驱动信号TGL变为高电平，那么第一传输栅极部62导通，且累积在第一光电转换器61中的电荷经由第一传输栅极部62传输至FD部63。

FD部63是被称为浮动扩散的浮动扩散区，并且累积传输的电荷。

类似于第一光电转换器61，第二光电转换器64由例如具有PN结的光电二极管形成，并且接收入射光和实施光电转换以累积因此获得的电荷。

将第一光电转换器61和第二光电转换器64进行比较，在第一光电转换器61中，光接收面的面积大且灵敏度高，且在第二光电转换器64中，光接收面的面积小且灵敏度低。

抗晕栅极部65连接在第二光电转换器64与电源VDD之间。当供给至抗晕栅极部65的栅极电极的驱动信号ABG设定为高电平时，抗晕栅极部65导通，且累积在第二光电转换器64中的电荷经由抗晕栅极部65排出。即，第二光电转换器64的电位被复位至电源电压的电平(以下，也被称为供给电压VDD)。

第二传输栅极部66连接在第二光电转换器64与电荷累积部67之间，且驱动信号TGS供给至第二传输栅极部66的栅极电极。当驱动信号TGS设定为高电平时，第二传输栅极部66导通，且累积在第二光电转换器64中的电荷经由第二传输栅极部66传输至电荷累积部67。

此外，在第二传输栅极部66的栅极电极的下部，电位略深且溢出路径形成，所述溢出路径将超过第二光电转换器64的饱和电荷量且从第二光电转换器64溢流的电荷传输至电荷累积部67。

电荷累积部67由例如电容器形成，并且连接在第四传输栅极部69和第二传输栅极部66之间。此外，电荷累积部67的对向电极连接至提供供给电压VDD的电源VDD。电荷累积部67累积从第二光电转换器64传输来的电荷。

应注意，尽管这里说明了电荷累积部67连接至电源VDD的示例，但是因为是电容器，所以电荷累积部67可以不是连接至电源VDD而是连接至地GND。

第三传输栅极部68连接在第四传输栅极部69、复位栅极部70与FD部63之间，且驱动信号FDG供给至第三传输栅极部68的栅极电极。当驱动信号FDG设定为高电平时，第三传输栅极部68导通，且第四传输栅极部69、复位栅极部70和第三传输栅极部68之间的节点81与FD部63电连接。即，节点81和FD部63的电势结合。

第四传输栅极部69连接在电荷累积部67和节点81之间，且驱动信号FCG供给至第四传输栅极部69的栅极电极。当驱动信号FCG设定为高电平时，第四传输栅极部69导通，且电荷累积部67和节点81电连接。即，电荷累积部67和节点81的电势结合。

复位栅极部70连接在电源VDD和节点81之间，且驱动信号RST供给至复位栅极部70的栅极电极。当驱动信号RST设定为高电平时，复位栅极部70导通，且节点81的电位被复位至供给电压VDD的电平。

在放大晶体管71中，栅极电极连接至FD部63且漏极连接至电源VDD。放大晶体管71用作读出电路(所谓的源级跟随器电路)的输入部，该读出电路读出与FD部63保存的电荷对应的信号。具体地，在放大晶体管71中，源极连接至垂直信号线27，两者之间设置有选择晶体管72。由此，放大晶体管71与恒流源82形成源级跟随器电路，该恒流源82连接至垂直信号线27的一端。

选择晶体管72连接在放大晶体管71的源极和垂直信号线27之间，且驱动信号SEL供给至选择晶体管72的栅极电极。当驱动信号SEL设定为高电平时，选择晶体管72导通，且像素51变为被选状态。由此，从放大晶体管71输出的像素信号经由选择晶体管72而被输出至垂直信号线27。

应注意，以下，各驱动信号变为有效状态(即，高电平)将也被称为各驱动信号导通，且各驱动信号变为无效状态(即，低电平)将也被称为各驱动信号截止。

<关于第二光电转换器的突发式驱动>

顺便提及地，在固态成像元件11中，在第一光电转换器61和第二光电转换器64中实施曝光，且通过各光电转换器的曝光获得的像素信号经过HDR渲染以转变为最终被摄图像的像素的像素信号。

在固态成像元件11中，电荷累积部67连接至设置在像素阵列单元21的各像素51中的第二光电转换器64，电荷累积部67和第二光电转换器64之间具有第二传输栅极部66。此外，抗晕栅极部65连接至第二光电转换器64。

因此，在固态成像元件11中，通过垂直驱动单元22进行的驱动控制能够使第二光电转换器64的突发式驱动成为可能。具体地，在单帧期间内，能够在任意时刻重复实施曝光操作以及随后的传输操作任意次数，该曝光操作在第二光电转换器64复位后实施第二光电转换器64的曝光，该传输操作将通过曝光获得的电荷传输至电荷累积部67且累积电荷。这里，单帧期间是这样的时间段：在该期间内，当固态成像元件11实施被摄图像的拍摄时，获取一帧的被摄图像。

通过这样做，能够任意改变单帧期间内的第二光电转换器64中的曝光的总时间。这能够充分保证第一光电转换器61和第二光电转换器64之间的灵敏度比，且能够充分扩展被摄图像的动态范围。此外，通过这样的突发式驱动，能够任意改变第一光电转换器61和第二光电转换器64之间的灵敏度比(即，像素信号的组合比)，且因此能够提高HDR渲染时的灵活性。

此外，通过任意改变单帧期间内的第二光电转换器64中的曝光的总时间，且通过增加预定时间内的曝光时间与单帧期间内第二光电转换器64中的总曝光时间的比，能够抑制被摄体的模糊。因此，能够抑制运动模糊(motion blur)的发生。

此外，通过使单帧期间内第二光电转换器64中的曝光时序与脉冲光源的发光时序同步，且通过在第二光电转换器64中偏移曝光时序的同时在单帧期间内以切分的方式实施多次曝光，能够拍摄脉冲光源。因此，能够抑制闪烁(flicker)的发生。

通过以上述方式进行的第二光电转换器64的突发式驱动，能够抑制运动模糊和闪烁的发生，且能够获得更高质量的被摄图像。

接着，将更具体地说明第二光电转换器64的突发式驱动。

在下面，作为示例，将关于固态成像元件11安装在车载相机中的情况进行说明，该车载相机例如拍摄车辆的前方且例如从获得的被摄图像中检测白线、道路信号、LED道路标记、对向车辆等。特别地，作为拍摄脉冲光源的示例，将说明采用LED作为光源的道路信号。

近年，采用LED作为光源的道路信号一直增加，且基于商用AC电源的全波整流的脉冲发光通常作为该道路信号的驱动。例如，如图3所示，驱动在日本西部是60*2＝120Hz的交流驱动且在日本东部是50*2＝100Hz的交流驱动。

应注意，在图3中，横坐标轴表示时间。此外，期间T11和期间T12表示固态成像元件11拍摄的被摄图像的单个帧的时间段。在本示例中，被摄图像的帧速率是60Hz，且因此期间T11和期间T12是1/60秒的区间。

此外，在图3中，折线L11和折线L12表示日本东部的道路信号的发光时序和日本西部的道路信号的发光时序。特别地，折线L11和折线L12中的相应一个向上凸起的时段表示道路信号发光的时段。

此外，折线L13和折线L14表示第一光电转换器61的曝光时序和第二光电转换器64的曝光时序。特别地，折线L13和折线L14中的相应一个向上凸起的时段表示曝光期间。

此外，折线L15和折线L16表示驱动信号TGS和驱动信号ABG。这里，驱动信号的相应一个向上凸起的状态表示驱动信号的导通状态，即有效状态。

在图3中，如折线L11和折线L12所示，具有LED光源的道路信号在日本西部经受120Hz的交流驱动且在日本东部经受100Hz的交流驱动。

在这种情况下，在常规60fps相机中，在单帧期间内实施一次高速快门曝光。由于这个原因，当相机的曝光时刻与道路信号的不发光时刻对应时，道路信号的发光(发亮)不会被相机拍摄，即发生这样的状态：道路信号的发光不会出现在被摄图像中。

与之相反地，在固态成像元件11中，通过实施第二光电转换器64的突发式驱动且通过实施具有与被摄图像的帧读取周期不同的频率和相位的光接收(曝光)，能够抑制由于道路信号的LED脉冲发光而造成的闪烁的发生。

应注意，因为作为发光源物体的道路信号具有高亮度，所以仅通过实施仅第二光电转换器64(其灵敏度较低)的突发式驱动，就能够获得必要和充分的效果。

具体地，在图3所示的示例中，在驱动信号ABG从导通状态切换至截止状态且第二光电转换器64的复位解除的这一时刻，开始第二光电转换器64的曝光。然后，在驱动信号TGS导通且由于曝光而累积在第二光电转换器64中的电荷传输至电荷累积部67的这一时刻，曝光期间结束。

例如，在期间T11(其是单个帧的时间段)内，第二光电转换器64的曝光和非曝光交替重复，且单帧期间内的曝光期间的总长度(以下，被称为总曝光时间)和非曝光期间的总长度(以下，被称为总非曝光时间)是相同的长度。在本示例中，通过将单帧期间内的第二光电转换器64的总曝光时间设定为单帧期间的一半，将HDR渲染比(灵敏度比)扩大为2倍。

此外，在本示例中，第二光电转换器64的非曝光期间以及非曝光期间之后的曝光期间的长度相等。此外，第二光电转换器64的各曝光期间的长度是不同的长度。即，垂直驱动单元22在适当地改变第二光电转换器64的曝光时间的同时，通过驱动像素51来实现第二光电转换器64的非线性突发式驱动。

特别地，这里，第二光电转换器64的突发式驱动与日本东部的道路信号(即，100Hz的脉冲发射光源)的脉冲发射时序同步，且第二光电转换器64的曝光与日本东部的道路信号的发光时序匹配地实施。

因此，在日本东部的道路信号的各发光时刻，道路信号的发光时间的约一半的时间与第二光电转换器64的曝光期间重叠，且充分保证道路信号的各发光时刻的曝光时间。类似地，在日本西部的道路信号的各发光时序，道路信号的发光时间的约一半的时间也与第二光电转换器64的曝光期间重叠。

应注意，在折线L11和折线L12中，阴影部表示不是第二光电转换器64曝光期间的期间，且非阴影部表示与第二光电转换器64的曝光期间重叠的期间。

根据折线L11和折线L12，可以理解，由于第二光电转换器64的非线性突发式驱动，第二光电转换器64能够接收在道路信号的各发光时段内由道路信号发射的足量的光。由此，能够更确定地拍摄来自诸如道路信号等脉冲发射光源的光，且能够抑制闪烁的发生。

此外，通过第二光电转换器64的非线性突发式驱动进行的各曝光期间的长度和相位(时钟时间)的控制，能够将单帧期间内的第二光电转换器64的曝光的形心位置调整至任意相位(时钟时间)。在本示例中，结果表明，例如在期间T11内，与折线L14一起绘制的正弦波的峰值部位于第二光电转换器64的曝光的形心位置，且第二光电转换器64的曝光的形心位置是日本东部的道路信号的发光时段内的位置。

由于这个原因，第二光电转换器64的曝光是与日本东部的道路信号的发光时序同步的高速快门曝光。此外，单帧期间内的第二光电转换器64的曝光时间是单帧期间的一半。

因此，即使作为被摄体的道路信号从固态成像元件11的视角来看是移动的(即，即使道路信号变为移动被摄体)，在由通过第二光电转换器64的曝光获得的像素信号组成的被摄图像中，道路信号也不模糊。通过第二光电转换器64的突发式驱动，能够抑制运动模糊和闪烁的发生。

应注意，如果第二光电转换器64经过非线性地突发式驱动，那么由非曝光期间以及该非曝光期间之后的曝光期间组成的时段的长度可以设定为随机改变或可以根据期望的脉冲发射光源的发光时序来改变。特别地，如果第二光电转换器64中的曝光被控制为与脉冲发射光源的发光时序同步，那么能够更有效地实施曝光。

此外，能够针对各帧来设定第二光电转换器64的总曝光时间和单帧期间内实施各曝光的时刻。

此外，如果通过第二光电转换器64的突发式驱动将单帧期间内的第二光电转换器64的总曝光时间设定为期望的长度，那么能够任意设定第一光电转换器61和第二光电转换器64之间的灵敏度比。这不仅允许充分扩展被摄图像的动态范围，而且允许自由设定HDR渲染比。

此外，在与第二光电转换器64的曝光同时地也在第一光电转换器61中实施曝光的情况下，如果单帧期间内的第二光电转换器64的曝光期间的形心位置和第一光电转换器61的曝光期间的形心位置之间的偏差大，那么渲染伪像(rendering artifact)发生。

因此，垂直驱动单元22使第一光电转换器61的曝光期间移动至例如箭头A11所示的任意相位，以使第一光电转换器61的曝光期间的形心位置与第二光电转换器64的曝光期间的形心位置对应。这能够抑制渲染伪像的发生，且可以获得更高质量的被摄图像。

此外，在本示例中，第一光电转换器61的曝光期间也是短于单帧期间的时段，且能够抑制运动模糊的发生。应注意，关于第一光电转换器61，可以将单帧期间的整个时段设定为曝光期间，特别是如果能够充分保证移动被摄体的分辨率(即，运动模糊充分小)。

在固态成像元件11中，例如关于第二光电转换器64，在所有像素中同时实施曝光。关于第一光电转换器61，将列方向上并排的各像素行依次实施曝光。

例如，当实施第一光电转换器61的快门控制时，在1/60秒的像素信号读取周期前立即接收光的系统中，不可能使第一光电转换器61的曝光时刻与第二光电转换器64的曝光时刻和脉冲发射光源的发光时序同步。

因此，有效的是，能够使像素信号的读取相位在被摄图像的奇数帧和偶数帧之间改变。

将考虑这样的情况：如例如图4所示，第一光电转换器61的曝光期间因相位偏移而在时间方向上偏移，并且进行被摄图像的各帧的曝光和像素信号的读取。应注意，在图4中，将与图3中的情况对应的部分给定相同符号，且适当地省略相同符号的说明。

在图4中，折线L21表示预定奇数帧中的曝光(即，电荷累积)和像素信号的读取的状态。应注意，折线L21在图中向下的方向上倾斜的部分表示从中读出像素信号的像素行在列方向上偏移的状态。

类似地，折线L22表示在继折线L21所示的奇数帧后的偶数帧中的曝光和像素信号的读取的状态。应注意，折线L22在图中向下的方向上倾斜的部分表示从中读出像素信号的像素行在列方向上偏移的状态。

在本示例中，折线L21所示的奇数帧中的像素信号读取开始于时钟时间t11，以便在列方向上依次选择像素阵列单元21的像素行且从形成这些被选像素行的像素中读出像素信号。然后，从奇数帧的所有像素中读取像素信号完成于时钟时间t13，该时钟时间t13是单帧期间结束的时钟时间。

与之相对地，在折线L22所示的偶数帧中，从时钟时间t11至时钟时间t12的时段是实施曝光的时段。在该时段内，在预定的时钟时间实施第一光电转换器61和第二光电转换器64的曝光。

此外，当偶数帧的曝光结束于时钟时间t12时，随后，开始折线L22所示的偶数帧中的像素信号读取，以便在列方向上依次选择像素阵列单元21的像素行且从形成这些被选像素行的像素中读出像素信号。

然而，在实施上述驱动的情况下，在从时钟时间t12至时钟时间t13的期间T21中，不仅实施折线L21所示的奇数帧的像素信号读取，而且实施折线L22所示的偶数帧的像素信号读取。即，读出像素信号的信号输出期间在时间方向上连续的奇数帧和偶数帧之间重叠。

由于这个原因，例如，如果设置在像素阵列单元21中且在列方向上并排的像素连接至同一垂直信号线27，那么在完成奇数帧中的从像素读取像素信号前，开始偶数帧中的从像素读取像素信号。因此，需要某种类型的构思，以使得即使当在时间上连续的帧的信号输出期间重叠时，也能够正确地读出像素信号。

因此，例如，如果针对从像素51的放大晶体管71和选择晶体管72后面的位置至列处理单元23的AD转换器这段路径采用双输出线(DOL：Double Output Line)结构，那么即使当信号输出期间重叠，也可以从各像素中读出像素信号。

具体地，对于在列方向上布置在像素阵列单元21中的像素列，设置有两条垂直信号线27，且形成该像素列的各像素51连接至两条垂直信号线27中的任一垂直信号线27。此外，在列处理单元23中，对于两条垂直信号线27中的每一条均设置有执行AD转换处理的AD转换器。

由此，例如，如果通过使用对于奇数帧的一条垂直信号线27从像素51中读出像素信号且通过使用对于偶数帧的另一条垂直信号线27从像素51中读出像素信号，那么能够实施参照图3所述的驱动。

如上所述，对于第一光电转换器61(不连接抗晕栅极部)，能够通过设置DOL输出电路来以各帧为单位偏移(移动)第一光电转换器61的曝光期间的相位。因此，被实施突发式驱动的第二光电转换器64的曝光期间的在时间方向上的形心位置能够与第一光电转换器61的曝光期间的在时间方向上的形心位置大体上对应。

此外，可以设置有用于延迟的外部存储装置，以便即使当信号输出期间重叠时，也能够执行第一光电转换器61和第二光电转换器64的同步信号处理，且可以将像素信号临时保存在外部存储装置中。

此外，能够以常规速度两倍操作的构造可以用作读出像素信号的构造。具体地，如果双倍速度的AD转换器设置在列处理单元23中且第一光电转换器61的曝光期间的相位能够偏移多达单帧期间的一半，那么像素信号能够在不发生奇数帧和偶数帧的信号输出期间重叠的情况下读出。

此外，如果无法将DOL结构用于像素信号的读取路径部，那么可以使用帧顺序系统。

具体地，例如，在被摄图像的第一帧中，对于第一光电转换器61实施一个帧的全期间曝光，且对于第二光电转换器64实施上述的非线性突发式驱动。这能够抑制发生第一帧的被摄图像中的闪烁。

与之相对地，在第二帧中，对于第一光电转换器61，在单帧期间的后一半中(即，在紧接着读取像素信号之前)，实施高速快门曝光。对于第二光电转换器64，根据第一光电转换器61中的曝光期间来实施曝光。第二光电转换器64的曝光可以是突发式驱动或可以不是突发式驱动。这能够抑制在第二帧中发生渲染伪像和发生运动模糊。

如果交替实施上述驱动，那么能够获得抑制闪烁发生的被摄图像以及抑制渲染伪像和运动模糊发生的被摄图像。

<关于固态成像元件的操作>

接着，将说明固态成像元件11的操作。

首先，参照图5的时序图，将说明像素51的曝光操作。应注意，在图5中，折线L31至折线L37表示驱动信号SEL、驱动信号FDG、驱动信号RST、驱动信号TGS、驱动信号ABG、驱动信号FCG和驱动信号TGL。此外，对于各驱动信号，图中向上凸起的状态表示驱动信号导通的状态。

在时钟时间t21时，垂直驱动单元22导通驱动信号FDG，以导通第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电连接。然后，在时钟时间t22时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST，以导通复位栅极部70。因此，FD部63和节点81复位。

在时钟时间t23时，垂直驱动单元22导通驱动信号FCG和驱动信号ABG。因此，导通第四传输栅极部69，且获得电荷累积部67、节点81和FD部63电连接的状态，使得这些区域复位。此外，抗晕栅极部65导通，且第二光电转换器64复位。

在时钟时间t24时，垂直驱动单元22截止驱动信号FCG，以截止第四传输栅极部69。因此，获得电荷累积部67和节点81电隔离的状态，且解除电荷累积部67的复位。

随后，在时钟时间t25时，垂直驱动单元22截止驱动信号ABG，以截止抗晕栅极部65并解除第二光电转换器64的复位。因此，开始第二光电转换器64中的曝光。其后，垂直驱动单元22实施第二光电转换器64的非线性突发式驱动。

具体地，在时钟时间t26时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGS，以导通第二传输栅极部66。因此，第二光电转换器64中通过光电转换获得的电荷经由第二传输栅极部66从第二光电转换器64传输至电荷累积部67，并被累积。此外，在时钟时间t27时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGS且因此截止第二传输栅极部66，以结束电荷的传输且结束第二光电转换器64中的曝光。

在时钟时间t28时，垂直驱动单元22导通驱动信号ABG，以导通抗晕栅极部65且复位第二光电转换器64。在时钟时间t29时，垂直驱动单元22截止驱动信号ABG，以截止抗晕栅极部65且解除第二光电转换器64的复位。因此，再次开始第二光电转换器64中的曝光。

在时钟时间t30时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGS，以导通第二传输栅极部66且将第二光电转换器64的电荷传输至电荷累积部67。在时钟时间t31时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGS，以截止第二传输栅极部66且结束电荷的传输。

在时钟时间t32时，垂直驱动单元22导通驱动信号ABG，以导通抗晕栅极部65且复位第二光电转换器64。在时钟时间t33时，垂直驱动单元22截止驱动信号ABG，以截止抗晕栅极部65且解除第二光电转换器64的复位。

在时钟时间t34时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGL且导通第一传输栅极部62，以复位第一光电转换器61。在时钟时间t35时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL且截止第一传输栅极部62，以解除第一光电转换器61的复位。因此，开始第一光电转换器61中的曝光。

在时钟时间t36时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除FD部63和节点81的复位。然后，在时钟时间t37时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电隔离。

在时钟时间t38时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGS，以导通第二传输栅极部66且将第二光电转换器64的电荷传输至电荷累积部67。在时钟时间t39时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGS，以截止第二传输栅极部66且结束电荷的传输。

在时钟时间t40时，垂直驱动单元22导通驱动信号ABG，以导通抗晕栅极部65且复位第二光电转换器64。在时钟时间t41时，垂直驱动单元22截止驱动信号ABG，以截止抗晕栅极部65且解除第二光电转换器64的复位。

在时钟时间t42时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGL且导通第一传输栅极部62。因此，第一光电转换器61中通过光电转换获得的电荷经由第一传输栅极部62从第一光电转换器61传输至FD部63，并被累积。此外，在时钟时间t43时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL且截止第一传输栅极部62，以结束从第一光电转换器61的电荷传输。因此，结束第一光电转换器61中的曝光。

通过使第一光电转换器61的曝光期间的时间形心位置与第二光电转换器64的曝光期间的时间形心位置大体上对应，垂直驱动单元22能够抑制渲染伪像和运动模糊的发生。

此外，在时钟时间t44时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGS，以导通第二传输栅极部66且将第二光电转换器64的电荷传输至电荷累积部67。在时钟时间t45时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGS，以截止第二传输栅极部66且结束电荷的传输。从此时起，适当地实施第二光电转换器64的非线性突发式驱动直至开始读取像素信号。

以上述的方式，固态成像元件11在实施第二光电转换器64的非线性突发式驱动以实施第二光电转换器64中的曝光的同时，在任意相位实施第一光电转换器61的曝光。由此，能够充分扩展被摄图像的动态范围。此外，能够抑制闪烁、运动模糊和渲染伪像的发生，且能够获得更高质量的被摄图像。

随后，参照图6的时序图，将说明在读取像素51的像素信号时的操作。例如，在执行图5的处理后，对于像素阵列单元21的各像素行，以预定的扫描顺序执行该操作的处理。

应注意，在图6中，折线L41至折线L47表示驱动信号RST、驱动信号TGL、驱动信号TGS、驱动信号FDG、驱动信号FCG、驱动信号ABG和驱动信号SEL。此外，对于各驱动信号，图中向上凸起的状态表示驱动信号导通的状态。

当实施像素信号的读取操作时，像素51处于驱动信号ABG已经导通且抗晕栅极部65已经导通的状态，即第二光电转换器64已经复位的状态。

在时钟时间t51时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST，以导通复位栅极部70。此外，在时钟时间t51时，垂直驱动单元22导通驱动信号SEL，以导通选择晶体管72且将像素51设定为被选状态。

此时，像素51处于这样的状态：曝光操作时从第一光电转换器61传输的电荷累积在FD部63中。因此，以累积在FD部63中的电荷量(即，通过第一光电转换器61中的曝光而获得的电荷量)为依据的信号，经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。列处理单元23将以上述方式从放大晶体管71输出的信号读取为通过第一光电转换器61中的曝光而获得的像素信号的信号电平。

在时钟时间t52时，垂直驱动单元22导通驱动信号FDG，以导通第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电连接。因此，FD部63和节点81复位。

在时钟时间t53时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电隔离。

在这种情况下，在FD部63已经复位的状态下，以累积在FD部63中的电荷量为依据的信号经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。列处理单元23将以上述方式从放大晶体管71输出的信号读取为第一光电转换器61中获得的像素信号的复位电平。在列处理单元23中，通过第一光电转换器61中的曝光而获得的像素信号是基于上面获得的关于第一光电转换器61的复位电平和信号电平而产生的。

应注意，在读取第一光电转换器61中获得的像素信号时，可以在第三传输栅极部68导通的状态下(即，在FD部63和节点81连接的状态下)，读出像素信号。在这种情况下，能够调整电荷转换至电信号的转换效率，即第一光电转换器61的灵敏度。然而，在这种情况下，复位栅极部70需要在信号电平读取时已经截止。

在时钟时间t54时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除节点81的复位。

在时钟时间t55时，垂直驱动单元22导通驱动信号FDG和驱动信号FCG，以导通第三传输栅极部68和第四传输栅极部69。这导致这样的状态：电荷累积部67、节点81和FD部63电连接。

在电荷累积部67中，累积有曝光操作时从第二光电转换器64传输的电荷。因此，当电荷累积部67、节点81和FD部63电连接时，获得这样的状态：通过第二光电转换器64中的曝光而获得的电荷累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中。

与此一起，以累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中的电荷量为依据的信号经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。列处理单元23将以上述方式从放大晶体管71输出的信号读取为通过第二光电转换器64中的曝光而获得的像素信号的信号电平。

在时钟时间t56时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST，以导通复位栅极部70。因此，电荷累积部67、节点81和FD部63复位。然后，在时钟时间t57时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除电荷累积部67、节点81和FD部63的复位。

在这种情况下，在电荷累积部67、节点81和FD部63已经复位的状态下，以累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中的电荷量为依据的信号经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。列处理单元23将以上述方式从放大晶体管71输出的信号读取为第二光电转换器64中获得的像素信号的复位电平。

在列处理单元23中，通过第二光电转换器64中的曝光而获得的像素信号是基于上面获得的关于第二光电转换器64的复位电平和信号电平而产生的。

然后，以上述方式获得的关于第一光电转换器61的像素信号和关于第二光电转换器64的像素信号，在后续阶段的信号处理单元28等中经过HDR渲染，从而转变为扩展了动态范围的一个帧的被摄图像的像素的像素信号。

在时钟时间t58时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST，以导通复位栅极部70。此外，垂直驱动单元22导通驱动信号TGL和驱动信号TGS，以导通第一传输栅极部62和第二传输栅极部66。因此，第一光电转换器61、第二光电转换器64、电荷累积部67、节点81和FD部63复位。

其后，在时钟时间t59时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL和驱动信号TGS，以截止第一传输栅极部62和第二传输栅极部66。此外，在时钟时间t60时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70。因此，解除像素51的各部件的复位。

然后，在时钟时间t61时，垂直驱动单元22截止驱动信号FCG，以截止第四传输栅极部69。在时钟时间t62时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68。这导致这样的状态：电荷累积部67、节点81和FD部63电隔离。

此外，在时钟时间t62时，垂直驱动单元22截止驱动信号SEL，以截止选择晶体管72且取消像素51的被选状态。

以上述的方式，固态成像元件11依次读出通过第一光电转换器61和第二光电转换器64各自的曝光而获得的像素信号。由此，能够充分扩展被摄图像的动态范围。此外，能够抑制闪烁、运动模糊和渲染伪像的发生，且能够获得更高质量的被摄图像。

<第一实施例的变型例1>

<像素的构造例>

应注意，在上文中，说明了设置在像素阵列单元21中的单位像素具有图2所示的构造的情况。然而，单位像素的构造不限于图2所示的示例。例如，可以允许三个或以上光电转换器设置在作为单位像素的像素51中，且可以允许对于光电转换器中的部分或全部实施上述的非线性突发式驱动。为了实施非线性突发式驱动，满足下述条件就足够了：抗晕栅极部连接至光电转换器，且电荷累积部连接至光电转换器，电荷累积部和光电转换器之间具有传输栅极部。

此外，例如，也可以使用图7所示的构造作为像素51的构造。应注意，在图7中，将与图2中的情况对应的部分给定相同符号，且适当地省略相同符号的说明。

图7所示的像素51的构造与图2所示的像素51的构造的不同之处在于不设置有第三传输栅极部68，并且在其它要点方面，与图2所示的像素51的构造相同

因此，在图7所示的像素51中，复位栅极部70和第四传输栅极部69连接至FD部63。因此，例如，当复位栅极部70导通时，FD部63复位，且当第四传输栅极部69导通时，累积在电荷累积部67中的电荷传输至FD部63。

<第一实施例的变型例2>

<像素的构造例>

此外，例如，也可以使用图8所示的构造作为像素51的构造。应注意，在图8中，将与图7中的情况对应的部分给定相同符号，且适当地省略相同符号的说明。

图8所示的像素51的构造与图7所示的像素51的构造的不同之处在于电荷累积部67的对向电极的连接对象是地，并且在其它要点方面，与图7所示的像素51的构造相同。

<第一实施例的变型例3>

<像素的构造例>

此外，例如，也可以使用图9所示的构造作为像素51的构造。应注意，在图9中，将与图7中的情况对应的部分给定相同符号，且适当地省略相同符号的说明。

图9所示的像素51的构造与图7所示的像素51的构造的不同之处在于电荷累积部67的对向电极和复位栅极部70连接至可变电源VCB来替代电源VDD，并且在其它要点方面，与图7所示的像素51的构造相同。

例如，将可变电源VCB的供给电压VCB设定为高电平电压VH或低电平电压VL。例如，将电压VH设定为与供给电压VDD的电平类似的电平且将电压VL设定为地电平。

<第二实施例>

<像素的构造例>

顺便提及地，车辆设置有用于在夜晚识别前方的前灯。前灯照亮车辆前方存在的对象，从而可以识别该对象。然而，用于识别车辆前方远距离处存在的对象的远光会使迎面驾驶汽车的人和前方存在的其他人的目眩。因此，不期望长时间点亮远光。因此，作为防止前灯的远光炫目的方法，可想到闪烁控制，以使远光仅瞬时地发射。

一般而言，当在车辆上通过车载相机实施前方的识别时，天黑时具有高灵敏度的光电转换器进行光接收是有效的。然而，在实施闪烁控制以使远光瞬时发射(点亮)的情况下，当瞬时发光由常规的1/60累积相机(即，一个帧的曝光时间是1/60秒的相机)拍摄时，远光被埋没在环境光中且变得不可见，因为曝光时间相对于远光的发射时间太长。即，借助于通过拍摄获得的被摄图像，难以识别被远光照亮且位于远距离处的对象。

如上所述，难以实现既防止车辆前方的人感到远光炫目，又确保识别被远光照亮且位于远距离处的对象。

因此，在本发明中，在图1所示的固态成像元件11中，与通过闪烁控制而瞬时发射的远光(以下，也被称为闪烁远光)同步地实施曝光，且由此而获得的信号经过最大限度的增幅处理，以使得能够在被摄图像中识别出远处的对象。

在这种情况下，例如，在图2所示的像素51中，连接至第一光电转换器61的FD部63(第一光电转换器61与FD部63之间具有第一传输栅极部62)能够用作累积通过曝光获得的电荷的信号累积部。此外，如果FD部63的电容设定为低的且FD部63中的电荷转换至电信号的转换效率设定为高的，那么即便车辆前方远距离处的对象也能够被充分识别(检测)。

<关于固态成像元件的操作>

接着，参照图10的时序图，将说明在与远光的发射同步地实施曝光的情况下，固态成像元件11的操作。

应注意，在图10中，折线L51表示闪烁远光的发射时序，且向上凸起的状态表示发射闪烁远光的状态。此外，折线L52和折线L53表示第一光电转换器61的曝光时刻和第二光电转换器64的曝光时刻。特别地，折线L52和折线L53中各自一者向上凸起的时段表示曝光期间。此外，折线L52在图中向上方向上逐渐上升的部分表示电荷逐渐累积在第一光电转换器61中这一状态。

折线L54至折线L60表示驱动信号RST、驱动信号TGL、驱动信号TGS、驱动信号FDG、驱动信号FCG、驱动信号ABG和驱动信号SEL。此外，对于各驱动信号，图中向上凸起的状态表示驱动信号导通的状态。此外，曲线L61和曲线L62表示像素信号读取时垂直信号线27的电位。

在图10中，1/60秒的期间(其是常规被摄图像的一个帧的期间)被分成期间T31和期间T32，期间T31和期间T32是1/120秒的区间。具体地，这里，被摄图像的帧速率设定为常规帧速率的两倍，且图10的示例是这样的示例：在期间T31内，实施与闪烁远光同步的曝光，且在期间T32内，实施常规被摄图像的拍摄。

本示例是这样的示例：在适当时刻依次发射近光和分叉远光(该分叉远光通过远光仅照亮部分区域)的状态下，在由期间T31和期间T32组成的常规一个帧的期间内，仅发射闪烁远光一次。

首先，在时钟时间t81(其是紧挨着闪烁远光发射之前的时刻)时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST、驱动信号TGL和驱动信号FDG，以导通复位栅极部70、第一传输栅极部62和第三传输栅极部68。因此，第一光电转换器61、FD部63和节点81电连接，且第一光电转换器61、FD部63和节点81复位。

其后，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL，以解除第一光电转换器61的复位且开始第一光电转换器61中的曝光。

然后，在时钟时间t82(其是闪烁远光的发射时刻)时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电隔离。

此外，在时钟时间t83(其是闪烁远光的发射结束的时刻)时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGL，以导通第一传输栅极部62且将通过第一光电转换器61中的光电转换获得的电荷传输至FD部63并累积电荷。

其后，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL，以截止第一传输栅极部62并且结束通过第一光电转换器61中的光电转换获得的电荷至FD部63的传输。由此，第一光电转换器61中的曝光结束。应注意，这里，在所有像素51中同时实施第一光电转换器61的曝光。

如上所述，在与闪烁远光(其是脉冲发射光源)的发射期间同步的曝光时间和时刻的情况下，实施更高灵敏度的第一光电转换器61中的曝光。这使得能够更确定地识别车辆前方远距离处的对象。

在时钟时间t84时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除节点81的复位。

当通过第一光电转换器61中的曝光获得的电荷以上述方式传输至FD部63且被累积时，垂直驱动单元22依次选择各像素行且从所有像素51中读出像素信号。

具体地，在时钟时间t85时，垂直驱动单元22导通供给至被选像素行的驱动信号SEL，以导通选择晶体管72且将该像素行上的像素51设定为被选状态。此外，垂直驱动单元22导通驱动信号RST，以导通复位栅极部70且将节点81设定为复位状态。

当像素51以上述方式被设定为被选状态时，如曲线L61所示，垂直信号线27的电位根据累积在FD部63中的电荷量而变化。

具体地，以通过第一光电转换器61中的曝光而获得的电荷量为依据的信号，经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。列处理单元23将以上述方式从放大晶体管71输出的信号读取为通过第一光电转换器61中的曝光而获得的像素信号的信号电平。

在时钟时间t86时，垂直驱动单元22导通驱动信号FDG，以导通第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电连接。因此，FD部63和节点81复位。

在时钟时间t87时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电隔离。因此，解除FD部63的复位。由此，如曲线L61所示，垂直信号线27的电位根据累积在FD部63中的电荷量来变化。

在这种情况下，在FD部63已经复位的状态下，以累积在FD部63中的电荷量为依据的信号，经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。列处理单元23将以上述方式从放大晶体管71输出的信号读取为第一光电转换器61中获得的像素信号的复位电平。

然后，在列处理单元23中，通过第一光电转换器61中的曝光而获得的像素信号是基于上面获得的关于第一光电转换器61的复位电平和信号电平而产生的。由此，获得通过使用作为照明光源的闪烁远光拍摄的被摄图像，该被摄图像用于识别车辆前方远距离处的对象。

当读出像素信号时，在时钟时间t88时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除节点81的复位。此外，垂直驱动单元22根据需要截止驱动信号SEL以截止选择晶体管72，并且解除像素51的被选状态

此外，在时钟时间t89时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST、驱动信号TGL、驱动信号TGS、驱动信号FDG和驱动信号FCG。因此，复位栅极部70、第一传输栅极部62、第二传输栅极部66、第三传输栅极部68和第四传输栅极部69导通，且第一光电转换器61、FD部63、节点81、电荷累积部67和第二光电转换器64电连接。此外，第一光电转换器61、FD部63、节点81、电荷累积部67和第二光电转换器64复位。

在时钟时间t90时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL和驱动信号TGS，以截止第一传输栅极部62和第二传输栅极部66且开始第一光电转换器61和第二光电转换器64中的曝光直至下一帧。这里开始的曝光是用于拍摄常规被摄图像的曝光。

应注意，对于第一光电转换器61的曝光，可以实施上述的相位偏移控制(即，任意时刻第一光电转换器61的复位操作)，以便可以在期望的时刻开始曝光。

在时钟时间t91时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除FD部63、节点81和电荷累积部67的复位。然后，在时钟时间t92时，垂直驱动单元22截止驱动信号FCG，以截止第四传输栅极部69且将节点81和电荷累积部67电隔离。

此外，在时钟时间t93时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68且将节点81和FD部63电隔离。

对于被设定为被选状态的各像素行，依次实施上面的从时钟时间t85至时钟时间t93的操作。

其后，垂直驱动单元22在适当地导通和截止驱动信号TGS和驱动信号ABG的同时，实施上述的第二光电转换器64的非线性突发式驱动。

例如，在时钟时间t94时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST和驱动信号FDG，以导通复位栅极部70和第三传输栅极部68。此外，垂直驱动单元22导通驱动信号TGS，以导通第二传输栅极部66。

因此，节点81和FD部63电连接，且节点81和FD部63复位。此外，通过第二光电转换器64中的光电转换而获得的电荷经由第二传输栅极部66从第二光电转换器64传输至电荷累积部67，并被累积。

在时钟时间t95时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGS，以截止第二传输栅极部66且结束来自第二光电转换器64的电荷传输。即，曝光结束。此外，在时钟时间t94和时钟时间t95时，第一光电转换器61可以如驱动信号TGL的虚线部分所示地被适当地复位，且因此，第一光电转换器61中的曝光的开始时钟时间可以调整至任意时钟时间。

在时钟时间t96时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除节点81和FD部63的复位。此外，垂直驱动单元22导通驱动信号ABG，以导通抗晕栅极部65且复位第二光电转换器64。

在时钟时间t97时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68且将节点81和FD部63电隔离。其后，垂直驱动单元22在合适的时刻截止驱动信号ABG，以截止抗晕栅极部65且开始第二光电转换器64中的曝光。

垂直驱动单元22通过非线性地重复实施从时钟时间t94至时钟时间t97的驱动来实施第二光电转换器64的非线性突发式驱动。在图10中，示出了这样的示例：第二光电转换器64的总曝光时间和总非曝光时间具有相同的长度。

此外，当从含有像素51的像素行中进行像素信号读取的时刻到达时，在时钟时间t98时，垂直驱动单元22导通驱动信号SEL，以导通选择晶体管72且将像素51设定为被选状态。

在时钟时间t99时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGS，以导通第二传输栅极部66。此外，垂直驱动单元22导通驱动信号FDG和驱动信号FCG，以导通第三传输栅极部68和第四传输栅极部69。

这导致这样的状态：电荷累积部67、节点81和FD部63电连接。此外，通过第二光电转换器64中的光电转换而获得的电荷经由第二传输栅极部66传输至电荷累积部67、节点81和FD部63，并被累积。

此外，在时钟时间t100时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGS，以截止第二传输栅极部66且结束来自第二光电转换器64的电荷传输。由此，第二光电转换器64中的曝光结束。

当实施上述操作时，获得通过第二光电转换器64中的曝光而获得的电荷累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中这一状态，且如曲线L62所示，垂直信号线27的电位根据累积的电荷量来变化。

与此一起，以累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中的电荷量为依据的信号，经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。列处理单元23将以上述方式从放大晶体管71输出的信号读取为通过第二光电转换器64中的曝光而获得的像素信号的信号电平。

在时钟时间t101时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST，以导通复位栅极部70且复位电荷累积部67、节点81和FD部63。由此，如曲线L62所示，垂直信号线27的电位根据复位时累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中的电荷量来变化。

在时钟时间t102时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除电荷累积部67、节点81和FD部63的复位。

在这种情况下，在电荷累积部67、节点81和FD部63已经复位的状态下，以累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中的电荷量为依据的信号，经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。

列处理单元23读取以上述方式从放大晶体管71输出的信号作为第二光电转换器64中获得的像素信号的复位电平。在列处理单元23中，通过第二光电转换器64中的曝光而获得的像素信号是基于上面获得的关于第二光电转换器64的复位电平和信号电平而产生的。

在时钟时间t103时，垂直驱动单元22截止驱动信号FCG，以截止第四传输栅极部69。在时钟时间t104时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68。这导致电荷累积部67、节点81和FD部63电隔离的状态，且如曲线L62所示，垂直信号线27的电位根据复位状态下累积在FD部63中的电荷量来变化。

在这种情况下，在FD部63已经复位的状态下，以累积在FD部63中的电荷量为依据的信号，经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。列处理单元23读取以上述方式从放大晶体管71输出的信号作为第一光电转换器61中获得的像素信号的复位电平。

在时钟时间t105时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGL，以导通第一传输栅极部62。因此，通过第一光电转换器61中的光电转换而获得的电荷经由第一传输栅极部62从第一光电转换器61传输至FD部63，并被累积。此外，在时钟时间t106时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL且截止第一传输栅极部62，以结束来自第一光电转换器61的电荷传输。由此，第一光电转换器61中的曝光结束。

应注意，这里，说明了这样的示例：实施第一光电转换器61的曝光，直至紧邻在读取第一光电转换器61中获得的像素信号之前。然而，在开始读取像素信号之前结束第一光电转换器61的曝光的情况下，实施参照上述图6所述的驱动。

一旦第一光电转换器61中的曝光结束，就获得从第一光电转换器61传输的电荷累积在FD部63中这一状态，且如曲线L62所示，垂直信号线27的电位根据累积在FD部63中的电荷量而变化。

因此，以累积在FD部63中的电荷量(即，通过第一光电转换器61中的曝光而获得的电荷量)为依据的信号，经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。列处理单元23读取以上述方式从放大晶体管71输出的信号作为通过第一光电转换器61中的曝光而获得的像素信号的信号电平。

在列处理单元23中，通过第一光电转换器61中的曝光而获得的像素信号是基于上面获得的关于第一光电转换器61的复位电平和信号电平而产生的。然后，以上述方式获得的关于第一光电转换器61的像素信号和关于第二光电转换器64的像素信号经过HDR渲染，以转变为动态范围被扩展的被摄图像的像素的像素信号。

在时钟时间t107时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST、驱动信号TGL、驱动信号TGS、驱动信号FCG和驱动信号FDG，以导通复位栅极部70、第一传输栅极部62、第二传输栅极部66、第四传输栅极部69和第三传输栅极部68。

因此，第一光电转换器61、FD部63、节点81、电荷累积部67和第二光电转换器64电连接，且第一光电转换器61、FD部63、节点81、电荷累积部67和第二光电转换器64复位。

在时钟时间t108时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL和驱动信号TGS，以截止第一传输栅极部62和第二传输栅极部66。此外，在时钟时间t109时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除FD部63、节点81和电荷累积部67的复位。

在时钟时间t110时，垂直驱动单元22截止驱动信号FCG，以截止第四传输栅极部69且将电荷累积部67和节点81电隔离。此外，在时钟时间t111时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电隔离。此外，垂直驱动单元22截止驱动信号SEL，以截止选择晶体管72且取消像素51的被选状态。

通过实施上述的快门驱动，在作为常规一个帧的期间的1/60秒内，能够同时取得常规被摄图像和通过使用闪烁远光作为照明光源拍摄的用于识别车辆前方远距离处的对象的被摄图像。

<第三实施例>

<像素的构造例>

顺便提及地，在图2所示的像素51的构造中，抗晕栅极部65连接至设置在像素51中的两个光电转换器之中的第二光电转换器64，且非线性突发式驱动是可能的。与之相对地，抗晕栅极部不连接至第一光电转换器61，且形成无法进行突发式驱动的构造。

然而，如果采用抗晕栅极部也连接至第一光电转换器61的构造，那么能够提供更高附加值的固态成像元件11，即更高附加值的车载相机。

在这种情况下，例如，设置在像素阵列单元21中的各单位像素被构造为如图11中所示。应注意，在图11中，将与图2中的情况对应的部分给定相同符号，且适当地省略相同符号的说明。

作为图11所示的单位像素的像素111包括第一光电转换器61、第一传输栅极部62、FD部63、第二光电转换器64、抗晕栅极部65、第二传输栅极部66、电荷累积部67、第三传输栅极部68、第四传输栅极部69、复位栅极部70、放大晶体管71、选择晶体管72和抗晕栅极部121。

像素111的构造与图2的像素51的构造的不同之处在于抗晕栅极部121连接至第一光电转换器61，并且在其它方面与像素51的构造相同。

具体地，在像素111中，累积电荷的区域连接至像素111的各光电转换器，累积电荷的区域和各光电转换器之间具有传输栅极部，且抗晕栅极部也连接至各光电转换器，这提供了使这些光电转换器的非线性突发式驱动成为可能的构造。

抗晕栅极部121连接在第一光电转换器61和电源VDD之间，且驱动信号AGL从垂直驱动单元22供给至抗晕栅极部121的栅极电极。当驱动信号AGL导通时，抗晕栅极部121导通，且累积在第一光电转换器61中的电荷经由抗晕栅极部121排出。即，第一光电转换器61的电位复位至供给电压VDD的电平。

如上所述的电荷累积区域连接至光电转换器(其间具有传输栅极部)且连接有抗晕栅极部的构造是能够实现飞行时间(ToF：Time of Flight)测距传感器的功能的构造，该传感器通过飞行时间测量法测量与目标对象的距离。因此，可以使设置有上述像素111的固态成像元件11也起到ToF测距传感器的作用。

特别地，因为像素111设置有灵敏度不同的光电转换器(较高灵敏度的第一光电转换器61和较低灵敏度的第二光电转换器64)，所以能够有效地检测具有高亮度且位于近距离处的目标对象和具有低亮度且位于远距离处的目标对象。

这里，将说明ToF测距传感器。

近年来，用于个人计算机和游戏等的ToF测距传感器已经变为可普遍商用。在这些ToF测距传感器中，根据被称为连续波系统的系统来实施测距。

在连续波系统中，例如，在作为单帧期间的1/60秒中，以跨越目标距离的飞行时间为依据的频率来重复实施光电转换器的复位以及从光电转换器至电荷累积部的电荷传输。然后，实施从与单帧期间内渐增地累积的电荷对应的信号中获得至目标对象的距离这一测距操作。

然而，在连续波系统中，外部的光和噪声在单帧期间内也被累积。因此，白天或阳光下户外空间的环境光噪声的影响是大的，且在一些情况下，不可能确定地测量与目标对象的距离。

近年来，作为车载用的ToF测距传感器而言，在短到无法接受阳光的时间内实施从发光到接收光的操作的单脉冲式系统的传感器已经成为主流。

例如，作为用于二维化的方法，存在使用一个点光源和一个传感器来实施2D扫描的方法、使用一个线光源和一个线传感器来实施1D扫描的方法和使用2D闪烁光源和2D传感器的非扫描方法。并且，通过这些方法实施测距的传感器已经商业化。

<关于固态成像元件的操作>

另一方面，也已经实现采用激光器作为车载前灯。因此，如果固态成像元件11的光接收时刻与作为车载前灯的2D激光器的闪烁脉冲驱动同步，借助于固态成像元件11进行测距也变得可能。

如果如上所述使固态成像元件11也起到ToF测距传感器的作用，那么例如，如图12所示地驱动固态成像元件11。这里，假设：车辆的前灯(即，闪烁远光)用作ToF测距时的光源(脉冲发射光源)，所述车辆配备了安装有固态成像元件11的车载传感器。

应注意，在图12中，折线L71表示闪烁远光的发射时序，且向上凸起的状态表示闪烁远发光的状态。

此外，折线L72至折线L79表示驱动信号RST、驱动信号TGL、驱动信号TGS、驱动信号FDG、驱动信号FCG、驱动信号AGL、驱动信号ABG和驱动信号SEL。此外，对于各驱动信号，图中向上凸起的状态表示驱动信号导通的状态。此外，曲线L80至曲线L83表示读取像素信号时的垂直信号线27的电位。此外，图12中通过以放大的方式显示由箭头Q11标出的部分而获得的是由箭头Q12标出的部分。

在固态成像元件11中，在执行ToF测距的同时也获取常规被摄图像的情况下，不可能使用像在单脉冲系统中使用的用于直接读取时间的时间-数字转换器。

因此，在固态成像元件11中，与连续波系统中相同地，根据使用脉冲相位调制(PPM：Pulse Phase Modulation)系统的组合系统来实施测距，在PPM系统中将相位变化替代为信号电平变化。

在PPM系统中，需要在相位偏移至少180度情况下进行驱动检测。然而，通过利用在近距离的提前相位的情况下反射光也大且在远距离的延迟相位的情况下反射光小这样的事实，采用这样的驱动控制：通过第二光电转换器64接收近距离相位且通过第一光电转换器61接收远距离相位。

应注意，能够校正第一光电转换器61和第二光电转换器64之间的灵敏度差，这是因为HDR渲染是预先已知的。此外，帧顺序系统用于去除背景光和噪声，以允许获得信号帧和背景噪声帧之间的差。此外，如果也添加用来根据帧顺序系统获取常规被摄图像的帧，那么当采用相对于常规帧速率的三倍至四倍速度时，可以实现常规被摄图像的获取和ToF测距。

如果由于帧顺序系统而造成的帧速率降低成为问题或如果在移动被摄体中信号帧和背景噪声帧之间的差的时间差变成问题，那么可以采用两重(2-tap)结构，其中，为第一光电转换器61和第二光电转换器64的各者添加另外一组电荷累积部(该电荷累积部和光电转换器之间具有传输栅极部)。这能够抑制帧速率降低且能够减小移动被摄体时的差分误差。该2-tap结构是ToF测距传感器的通常结构。

随后，将说明固态成像元件11的更具体的驱动。

在本示例中，作为常规一个帧时段的1/60秒被分成三个或四个帧，且实施ToF测距和常规被摄图像的获取。以下，也将通过划分常规一帧期间(其是1/60秒)而获得的各帧称为分帧。

在图12中，期间T41和期间T42均表示分帧的期间，且这些分帧的期间例如设定为1/180秒或1/240秒等。

首先，在作为第一分帧的期间T41中，垂直驱动单元22通过根据作为脉冲发射光源的闪烁远光的发射时刻来控制第一光电转换器61和第二光电转换器64中的曝光，以控制通过飞行时间测量方法进行的测距。

具体地，在时钟时间t141(其是闪烁远发光前，紧邻的时刻)时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST、驱动信号TGL、驱动信号TGS、驱动信号FDG、驱动信号FCG、驱动信号AGL和驱动信号ABG。因此，复位栅极部70、第一传输栅极部62、第二传输栅极部66、第三传输栅极部68、第四传输栅极部69、抗晕栅极部121和抗晕栅极部65导通。

因此，第一光电转换器61、FD部63、节点81、电荷累积部67和第二光电转换器64电连接，且第一光电转换器61、FD部63、节点81、电荷累积部67和第二光电转换器64复位。

在时钟时间t142时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL和驱动信号TGS，以截止第一传输栅极部62和第二传输栅极部66。因此，第一光电转换器61和FD部63电隔离，且第二光电转换器64和电荷累积部67电隔离。

在时钟时间t143时，垂直驱动单元22截止驱动信号FCG，以截止第四传输栅极部69且将电荷累积部67和节点81电隔离。

然后，在时钟时间t144(其是闪烁远光的发射时刻)时，垂直驱动单元22截止驱动信号ABG，以截止抗晕栅极部65且解除第二光电转换器64的复位。因此，开始第二光电转换器64中的曝光。

此外，在时钟时间t144时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电隔离。

在时钟时间t145时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGS，以导通第二传输栅极部66。因此，第二光电转换器64和电荷累积部67电连接，且通过第二光电转换器64中的光电转换而获得的电荷经由第二传输栅极部66从第二光电转换器64传输至电荷累积部67，并被累积。

此外，在时钟时间t146(其是闪烁远光的发射的结束时刻)时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGS，以截止第二传输栅极部66且结束来自第二光电转换器64的电荷传输。即，结束第二光电转换器64中的曝光。

同时，在时钟时间t146时，垂直驱动单元22截止驱动信号AGL，以截止抗晕栅极部121且解除第一光电转换器61的复位。因此，开始第一光电转换器61中的曝光。

第一光电转换器61中曝光开始的时钟时间相对于第二光电转换器64中曝光开始较晚的原因是因为设想通过第二光电转换器64测量到近距离处的目标对象的距离，而通过第一光电转换器61测量到远距离处的目标对象的距离。

在时钟时间t147时，垂直驱动单元22导通驱动信号TGL，以导通第一传输栅极部62。因此，第一光电转换器61和FD部63电连接，且通过第一光电转换器61中的光电转换而获得的电荷经由第一传输栅极部62从第一光电转换器61传输至FD部63，并被累积。

在时钟时间t148时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL，以截止第一传输栅极部62且结束来自第一光电转换器61的电荷传输。即，结束第一光电转换器61中的曝光。

同时，在时钟时间t148时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除节点81的复位。此外，垂直驱动单元22导通驱动信号ABG，以导通抗晕栅极部65且复位第二光电转换器64。

此外，在时钟时间t149时，垂直驱动单元22导通驱动信号AGL，以导通抗晕栅极部121且复位第一光电转换器61。通过上述操作，实施用于ToF测距的闪烁远光的发射和被目标对象反射的闪烁远光的反射光的接收。在所有像素111中同时实施上述操作。

这里，在时钟时间t148和时钟时间t149时将第二光电转换器64和第一光电转换器61设定为复位状态的目的是防止在曝光结束后，通过第二光电转换器64和第一光电转换器61中的光电转换而获得电荷溢出至电荷累积部67和FD部63。

此外，第二光电转换器64的曝光期间是如上所述的从时钟时间t144至时钟时间t146的期间T51。与之相比，第一光电转换器61的曝光期间是从时钟时间t146至时钟时间t148的期间T52。

这里，假设：从时钟时间t144至时钟时间146的期间(其是闪烁远光的发射时段)的长度(即，闪烁远光的发射时间)例如是167纳秒。在这种情况下，假设光速c＝299792458米/秒，那么闪烁远光在167纳秒内行进了约50m。此外，假设期间T51和期间T52的长度都是167纳米。

在这种情况下，在第二光电转换器64(其具有作为曝光期间的期间T51)中，能够接收在被距离固态成像元件11(即，配备了具有固态成像元件11的车载传感器的车辆)0至25m处的目标对象反射之后返回的闪烁远光的光。

与之相比，在第一光电转换器61(其具有作为曝光期间的期间T52)中，能够接收在被与固态成像元件11相距25至50m处的目标对象反射之后返回的闪烁远光的光。

因此，例如，在校正信号处理单元28等的灵敏度比后，通过比较由第一光电转换器61中的曝光而获得的像素信号(以下，也被称为大信号)和由第二光电转换器64中的曝光而获得的像素信号(以下，也被称为小信号)，能够计算出从固态成像元件11至目标对象的距离。

具体地，例如，当在折线L71中的由箭头W11标出的时刻以脉冲方式发射的闪烁远光经过与固态成像元件11相距0m处的目标对象反射后返回时，在由箭头W12标出的时刻接收反射光。在这种情况下，当发射的闪烁远光的光量被定义为1时，含在小信号和大信号中的闪烁远光成分的量(即，闪烁远光成分在小信号和大信号的信号值中的配比)是小信号：大信号＝1：0。

此外，当闪烁远光经过与固态成像元件11相距12.5m位置处的目标对象反射后返回时，在箭头W13标出的时刻接收反射光，且此时的闪烁远光的配比是小信号：大信号＝0.5：0.5。

此外，当闪烁远光经过与固态成像元件11相距25m位置处的目标对象反射后返回时，在箭头W14标出的时刻接收反射光，且此时的闪烁远光的配比是小信号：大信号＝0：1。

类似地，当闪烁远光经过与固态成像元件11相距37.5m位置处的目标对象反射后返回时，在箭头W15标出的时刻接收反射光，且此时的闪烁远光的配比是小信号：大信号＝0：0.5。

此外，当闪烁远光经过与固态成像元件11相距50m位置处的目标对象反射后返回时，在箭头W16标出的时刻接收反射光，且此时的闪烁远光的配比是小信号：大信号＝0：0。

如上所述，在与目标对象的距离从0至50m的过程中，闪烁远光的小信号和大信号的信号值的配比(以模拟的方式)线性地变化。因此，通过比较小信号和大信号，能够计算出与目标对象的距离。

在对于闪烁远光的在第一光电转换器61和第二光电转换器64中的曝光以上述的方式结束后，垂直驱动单元22将各像素行依次选择为从中读出像素信号的像素行，并且从各像素111中读出像素信号。

具体地，在时钟时间t150时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST，以导通复位栅极部70。此外，在时钟时间t150时，垂直驱动单元22导通驱动信号SEL，以导通选择晶体管72且将像素111设定为被选状态。

此时，像素111处于这样的状态：曝光操作时从第一光电转换器61传输的电荷累积在FD部63中。因此，根据累积在FD部63中的电荷量(即，通过第一光电转换器61中的曝光而获得的电荷量)的信号经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。由此，如曲线L80所示，垂直信号线27的电位根据累积在FD部63中的电荷量来变化。

列处理单元23读取以上述方式从放大晶体管71输出的信号作为通过第一光电转换器61中的曝光而获得的像素信号的信号电平。

在时钟时间t151时，垂直驱动单元22导通驱动信号FDG，以导通第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电连接。因此，FD部63和节点81复位。

在时钟时间t152时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68且将FD部63和节点81电隔离。

在这种情况下，在FD部63已经复位的状态下，以累积在FD部63中的电荷量为依据的信号经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。由此，如曲线L80所示，垂直信号线27的电位根据累积在复位的FD部63中的电荷量来变化。

列处理单元23读取以上述方式从放大晶体管71输出的信号作为第一光电转换器61中获得的像素信号的复位电平。

在列处理单元23中，通过第一光电转换器61中的曝光而获得的像素信号是根据上面获得的关于第一光电转换器61的复位电平和信号电平而产生的。

在时钟时间t153时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除节点81的复位。此外，在时钟时间t153时，垂直驱动单元22截止驱动信号AGL，以截止抗晕栅极部121且解除第一光电转换器61的复位。

在时钟时间t154时，垂直驱动单元22导通驱动信号FDG和驱动信号FCG，以导通第三传输栅极部68和第四传输栅极部69。这导致这样的状态：电荷累积部67、节点81和FD部63电连接。

在电荷累积部67中，累积曝光操作时从第二光电转换器64传输的电荷。因此，当电荷累积部67、节点81和FD部63电连接时，获得这样的状态：通过第二光电转换器64中的曝光而获得的电荷累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中。

与此一起，根据累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中的电荷量的信号经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。由此，如曲线L81所示，垂直信号线27的电位根据累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中的电荷量而变化。

列处理单元23读取以上述方式从放大晶体管71输出的信号作为通过第二光电转换器64中的曝光而获得的像素信号的信号电平。

在时钟时间t155时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST，以导通复位栅极部70。因此，电荷累积部67、节点81和FD部63复位。然后，在时钟时间t156时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70且解除电荷累积部67、节点81和FD部63的复位。

在这种情况下，在电荷累积部67、节点81和FD部63已经复位的状态下，根据累积在电荷累积部67、节点81和FD部63中的电荷量的信号经由选择晶体管72和垂直信号线27从放大晶体管71输出至列处理单元23。由此，如曲线L81所示，垂直信号线27的电势根据累积在复位的电荷累积部67、节点81和FD部63中的电荷量来变化。

列处理单元23读取以上述方式从放大晶体管71输出的信号作为第二光电转换器64中获得的像素信号的复位电平。

在列处理单元23中，通过第二光电转换器64中的曝光而获得的像素信号是基于关于第二光电转换器64的复位电平和信号电平而产生的。

然后，基于第一光电转换器61和第二光电转换器64之间的灵敏度比，校正以上述方式获得的关于第一光电转换器61的像素信号(大信号)和关于第二光电转换器64的像素信号(小信号)。

在时钟时间t157时，垂直驱动单元22导通驱动信号RST，以导通复位栅极部70。此外，垂直驱动单元22导通驱动信号TGL和驱动信号TGS，以导通第一传输栅极部62和第二传输栅极部66。因此，第一光电转换器61、第二光电转换器64、电荷累积部67、节点81和FD部63复位。

其后，在时钟时间t158时，垂直驱动单元22截止驱动信号TGL和驱动信号TGS，以截止第一传输栅极部62和第二传输栅极部66。此外，在时钟时间t159时，垂直驱动单元22截止驱动信号RST，以截止复位栅极部70。因此，解除像素111的各部件的复位。

然后，在时钟时间t160时，垂直驱动单元22截止驱动信号FCG，以截止第四传输栅极部69。在时钟时间t161时，垂直驱动单元22截止驱动信号FDG，以截止第三传输栅极部68。这导致这样的状态：电荷累积部67、节点81和FD部63电隔离。

此外，在时钟时间t161时，垂直驱动单元22截止驱动信号SEL，以截止选择晶体管72且取消像素111的被选状态。

当以上述的方式在期间T41中获得闪烁远光发射时的大信号和小信号时，固态成像元件11在随后的期间T42中实施与期间T41相同的操作，以获得大信号和小信号。

然而，在期间T42中不发射闪烁远光(非发光)。因此，期间T42中获得的大信号和小信号仅含有闪烁远光以外的背景光的成分以及噪声成分的信号。

因此，通过将期间T41中获得的大信号减去期间T42中获得的大信号，信号处理单元28计算出仅含有闪烁远光成分的大信号。类似地，通过将期间T41中获得的小信号减去期间T42中获得的小信号，信号处理单元28计算出仅含有闪烁远光成分的小信号。

如果比较以上述方式获得的仅含有闪烁远光成分的大信号和小信号，能够更高精度和更确定地计算出与目标对象的距离。

此外，在固态成像元件11中，通过使用较高灵敏度的第一光电转换器61来检测远距离处的目标对象且通过使用较低灵敏度的第二光电转换器64来检测近距离处的目标对象，能够使测距范围更宽。此外，通过使用较高灵敏度的第一光电转换器61来检测远距离处的目标对象，能够提高对于远距离处的目标对象进行的测距的性能。

此外，在固态成像元件11中，能够根据当获得常规被摄图像时两个光电转换器之间的灵敏度差和这些光电转换器中的曝光时间的控制来避免极高地设定快门速度，且能够表现出移动被摄体的平滑度。

应注意，这里说明了这样的示例：通过同时实施第一光电转换器61和第二光电转换器64中的曝光来实施测距。然而，通过使用一个光电转换器和连接至该光电转换器并累积电荷的区域以帧顺序的方式执行处理，也能够实现上述ToF测距。因此，通过仅使用任一个光电转换器，可以实施测距。

例如，在以帧顺序的方式实施ToF测距的情况下，通过使用第一光电转换器61来实施用于检测0至25米距离处的目标对象的发光和曝光，且随后，通过使用第一光电转换器61来实施用于检测25至50米距离处的目标对象的发光和曝光。应注意，在这种情况下，根据周围环境等(即，环境光等)来选择是使用较高灵敏度的第一光电转换器61还是使用较宽动态范围的第二光电转换器64。

此外，在期间T42后续的分帧中，能够通过参照图5和图6说明的驱动来实施常规被摄图像的拍摄，且能够通过参照图10说明的驱动来实施与闪烁远光同步的被摄图像的拍摄。

例如，在期间T41和期间T42(它们是当常规单帧期间被划分时的第一和第二分帧)后拍摄常规被摄图像的情况下，优选采用四帧顺序操作，其中，从第三分帧至第四分帧的时段内拍摄常规被摄图像，以避免对测距的影响。

然而，通过从第二分帧的各像素行读取像素信号结束起开始累积电荷(即，曝光)，也可以将操作缩短至三帧顺序操作。即，能够通过第三分帧来获得被摄图像。

在这种情况下，作为被摄图像的拍摄控制，在第二分帧中的像素信号读取之后，实施图10所示的期间T31中的开始第二光电转换器64的非线性突发式驱动的操作以及随后的操作(即，从时钟时间t94至时钟时间t111的操作)。

通过上述的驱动，能够由一个固态成像元件11实现：常规被摄图像的获取；通过使用闪烁远光作为照明光源拍摄的且用于识别车辆前方远距离处的被摄体的被摄图像的获取；以及ToF测距。这能够实现更低成本和更高功能的车载传感器。

<成像装置的构造例>

此外，本发明能够适用于将固态成像元件用于光电转换器的全部电子设备，例如，诸如车载传感器、监视相机、数字照相机和摄影机等成像装置和具有成像功能的便携式终端装置等。

图13示出了作为应用本发明的电子设备的成像装置的构造例。

图13的成像装置901包括光学单元911(由透镜组等组成)、固态成像元件(成像器件)912和DSP电路913(其是相机信号处理电路)。此外，成像装置901还包括帧存储器914、记录单元915、操作单元916和电源单元917。DSP电路913、帧存储器914、记录单元915、操作单元916和电源单元917通过总线918互相连接。

光学单元911摄取来自被摄体的入射光(图像光)并且将图像形成在固态成像元件912的成像面上。固态成像元件912以像素为单位将经过光学单元911在成像面上形成图像的入射光量转换成电信号，并且将电信号输出为像素信号。固态成像元件912对应于图1所述的固态成像元件11。

记录单元915将固态成像元件912拍摄的动态图像或静态图像记录在诸如录像带或数字通用盘(DVD：Digital Versatile Disk)等记录介质上。

操作单元916在用户的操作下发出关于由成像装置901处理的各种功能的操作指令。电源单元917将用作DSP电路913、帧存储器914、记录单元915和输出单元916的工作电源的各种类型电源适当地提供给这些提供目标。

应注意，在上述的实施例中，通过将下述情况作为示例进行了说明：本发明应用于通过以矩阵方式布置根据可见光的光量来检测信号的像素而形成的固态成像元件。然而，本发明不限于应用于这样的固态成像元件，而是能够应用于全部固态成像元件。

<固态成像元件的使用例>

图14示出了使用上述固态成像元件(图像传感器)的使用例。

上述的固态成像元件能够用于感测光的各种情况，该光例如是如下面所述的可见光、红外光、紫外光和X射线等。

·对被提供用于观看的图像进行拍摄的这一装置的零件，诸如数码相机和具有相机功能的便携式设备等。

·被提供用于交通的这一装置的零件，诸如车载传感器(其拍摄汽车前方和后方、周围、汽车内部等以用于诸如自动停止、驾驶员状态识别等安全驾驶)、监视相机(其监视行进车辆和道路)和测距传感器(其实施车辆等之间的测距)等。

·被提供用于诸如电视机(TV)、冰箱和空调等家用设备的这一装置的零件，以便拍摄用户的手势且按照该手势实施设备操作。

·被提供用于医疗和健康护理的这一装置(诸如内窥镜等)的和通过接收红外光来实施血管造影的这一装置的零件。

·被提供用于安全的这一装置的零件，诸如用于预防犯罪目的的监视相机和用于个人认证目的的相机等。

·被提供用于美容护理的这一装置的零件，诸如拍摄皮肤的皮肤测量仪和拍摄头皮的显微镜等。

·被提供用于运动的这一装置的零件，诸如动作相机和用于运动目的可穿戴相机等。

·被提供用于农业的这一装置的零件，诸如用于监视农田和农作物状态的相机等。

此外，本发明的实施例不限于上述的实施例，且在不偏离本发明的实质的范围内，各种改变是可以的。

此外，本发明也可以采用下面的构造。

(1)一种固态成像元件，其包括：

像素阵列单元，所述像素阵列单元中布置有多个单位像素；和

驱动单元，所述驱动单元控制所述单位像素的操作，其中，

所述单位像素具有多个光电转换器，且

所述多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器中的各者连接至

传输栅极，所述传输栅极传输所述光电转换器中的通过光电转换获得的电荷，

电荷累积部，所述电荷累积部累积经由所述传输栅极从所述光电转换器传输的电荷，和

抗晕栅极部，所述抗晕栅极部使所述光电转换器复位。

(2)根据(1)所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元实施突发式驱动，在所述突发式驱动中，对于所述一个或多个光电转换器，在单帧期间内重复曝光操作和传输操作多次，所述曝光操作是在所述光电转换器复位后实施所述光电转换器的曝光的操作，且所述传输操作是将通过所述曝光获得的电荷传输至所述电荷累积部的操作。

(3)根据(2)所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元在改变所述曝光操作中的曝光时间的同时，实施所述突发式驱动。

(4)根据(2)或(3)所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元以下述方式控制不实施所述突发式驱动的光电转换器的曝光：所述突发式驱动进行的多次曝光的形心位置与不实施所述突发式驱动的光电转换器的曝光的形心位置大体上对应。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元以下述方式控制所述光电转换器的曝光：所述光电转换器的曝光与预定脉冲光源的发光同步。

(6)根据(1)所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元通过基于预定脉冲光源的发光时序来控制所述光电转换器的曝光，对通过飞行时间测量方法进行的测距进行控制。

(7)根据(6)所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元以下述方式控制所述光电转换器的曝光：通过较低灵敏度的所述光电转换器来检测位于较短距离处的目标对象，且通过较高灵敏度的所述光电转换器来检测位于较远距离处的目标对象。

(8)一种固态成像元件的驱动方法，所述固态成像元件包括：像素阵列单元，所述像素阵列单元中布置有多个单位像素；和驱动单元，所述驱动单元控制所述单位像素的操作，所述单位像素具有多个光电转换器，所述多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器中的各者连接至传输栅极、电荷累积部和抗晕栅极部，所述传输栅极传输所述光电转换器中的通过光电转换获得的电荷，所述电荷累积部累积经由所述传输栅极从所述光电转换器传输的电荷，且所述抗晕栅极部使所述光电转换器复位，

所述驱动方法包括：

所述驱动单元实施突发式驱动的步骤，在所述突发式驱动中，对于所述一个或多个光电转换器，在单帧期间内重复曝光操作和传输操作多次，所述曝光操作是在所述光电转换器复位后实施所述光电转换器的曝光的操作，且所述传输操作是将通过所述曝光获得的电荷传输至所述电荷累积部的操作。

(9)一种电子设备，其包括：

固态成像元件，所述固态成像元件包括：

像素阵列单元，所述像素阵列单元中布置有多个单位像素；和驱动单元，所述驱动单元控制所述单位像素的操作，其中，

所述单位像素具有多个光电转换器，且

所述多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器中的各者连接至

传输栅极，所述传输栅极传输所述光电转换器中的通过光电转换获得的电荷，

电荷累积部，所述电荷累积部累积经由所述传输栅极从所述光电转换器传输的电荷，和

抗晕栅极部，所述抗晕栅极部使所述光电转换器复位。

附图标记的列表

11固态成像元件，21像素阵列单元，22垂直驱动单元，23列处理单元，51像素，61第一光电转换器，62第一传输栅极部，63FD部，64第二光电转换器，65抗晕栅极部，66第二传输栅极部，67电荷累积部，68第三传输栅极部，111像素，121抗晕栅极部。

Claims (9)

1.一种固态成像元件，其包括：

像素阵列单元，所述像素阵列单元中布置有多个单位像素；和

驱动单元，所述驱动单元控制所述单位像素的操作，其中，

所述单位像素具有多个光电转换器，且

所述多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器中的各者连接至传输栅极，所述传输栅极传输所述光电转换器中的通过光电转换获得的电荷，

电荷累积部，所述电荷累积部累积经由所述传输栅极从所述光电转换器传输的电荷，和

抗晕栅极部，所述抗晕栅极部使所述光电转换器复位。

2.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元实施突发式驱动，在所述突发式驱动中，对于所述一个或多个光电转换器，在单帧期间内重复曝光操作和传输操作多次，所述曝光操作是在所述光电转换器复位后实施所述光电转换器的曝光的操作，且所述传输操作是将通过所述曝光获得的电荷传输至所述电荷累积部的操作。

3.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元在改变所述曝光操作中的曝光时间的同时，实施所述突发式驱动。

4.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元以下述方式控制不实施所述突发式驱动的所述光电转换器的曝光：所述突发式驱动进行的多次曝光的形心位置与不实施所述突发式驱动的所述光电转换器的曝光的形心位置大体上对应。

5.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元以下述方式控制所述光电转换器的曝光：所述光电转换器的曝光与预定脉冲光源的发光同步。

6.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元通过基于预定脉冲光源的发光时序来控制所述光电转换器的曝光，对飞行时间测量方法进行的测距进行控制。

7.根据权利要求6所述的固态成像元件，其中，

所述驱动单元以下述方式控制所述光电转换器的曝光：通过较低灵敏度的所述光电转换器来检测位于较短距离处的目标对象，且通过较高灵敏度的所述光电转换器来检测位于较远距离处的目标对象。

8.一种固态成像元件的驱动方法，所述固态成像元件包括：像素阵列单元，所述像素阵列单元中布置有多个单位像素；和驱动单元，所述驱动单元控制所述单位像素的操作，所述单位像素具有多个光电转换器，所述多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器中的各者连接至传输栅极、电荷累积部和抗晕栅极部，所述传输栅极传输所述光电转换器中的通过光电转换获得的电荷，所述电荷累积部累积经由所述传输栅极从所述光电转换器传输的电荷，且所述抗晕栅极部使所述光电转换器复位，

所述驱动方法包括：

所述驱动单元实施突发式驱动的步骤，在所述突发式驱动中，对于所述一个或多个光电转换器，在单帧期间内重复曝光操作和传输操作多次，所述曝光操作是在所述光电转换器复位后实施所述光电转换器的曝光的操作，且所述传输操作是将通过所述曝光获得的电荷传输至所述电荷累积部的操作。

9.一种电子设备，其包括：

固态成像元件，所述固态成像元件包括：

像素阵列单元，所述像素阵列单元中布置有多个单位像素；和驱动单元，所述驱动单元控制所述单位像素的操作，其中，所述单位像素具有多个光电转换器，且

所述多个光电转换器之中的一个或多个光电转换器中的各者连接至

传输栅极，所述传输栅极传输所述光电转换器中的通过光电转换获得的电荷，

电荷累积部，所述电荷累积部累积经由所述传输栅极从所述光电转换器传输的电荷，和

抗晕栅极部，所述抗晕栅极部使所述光电转换器复位。