CN110050459B - 固态成像元件和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的公开涉及一种使得可以将光电转换的几乎所有电荷用于高电容时的信号的固态成像元件和电子设备。像素设置有在放大晶体管的漏极侧的用于选择读出行的选择晶体管，并且选择晶体管在复位晶体管复位后选择读出行。在低电容时的参考电位读出之前传输晶体管读出高电容时的参考电位。例如，本公开可以应用于层叠型固态成像元件。

Description

固态成像元件和电子设备
技术领域
本公开涉及一种固态成像元件和电子设备，更具体地，涉及一种能够将光电转换的几乎所有电荷用于高电容时的信号的固态成像元件和电子设备。
背景技术
在现有技术中，关于四晶体管型像素电路，已知一种传感器，其中连接晶体管和电容器添加到浮动扩散(FD)，并且通过切换电荷-电压转换增益执行两次读出，从而扩大动态范围(例如，专利文献1)。
在典型的CMOS图像传感器(CIS)中，在光电二极管(PD)中生成的电子在单个FD中经历电荷-电压转换。这时FD的电容与电荷-电压增益(CG)及饱和电荷的数量(Qs)有关，并且这些参数具有折衷关系。例如，在电容设定为小的情况下，每个电子生成的电压增大，因此CG变高。然而，由于在少量电子中生成大电压，因此很可能满足电容，并且Qs减小。在电容设定为大的情况下，相反的情况发生。折衷关系限制了CIS的动态范围。
专利文献1通过以下方法解决了折衷问题：
·使用晶体管开关和增加的电容器切换FD的电容，以及
·通过执行两次读出操作。
通过将FD设定为非常小来将CG设定为高。据此，在FD中Qs减小，但是通过与电容器连接增大电容可以使Qs变大。当在每种状态下执行读出操作时，低电容时的信号用于低照度区域，高电容时的信号用于高照度区域，解决了所述折衷问题，因此可以扩大动态范围。特别地，低照度状态的高灵敏度是有利的。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开第2012-119349号
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1的读出操作中，没有获得充分扩大动态范围的效果。由于在小电容模式下读出的电荷被用作高电容时的参考电位(或者被复位)，所以这对大电容模式下的信号电荷没有贡献(发生信号电荷的丢失)。
鉴于这种情况完成了本公开，并且本公开的目的是将光电转换的几乎所有电荷用于高电容时的信号。
问题的解决方案
根据本技术第一方面的固态成像元件包括像素区域，所述像素区域中布置有多个像素。所述多个像素中的每个像素包括：光电转换单元；传输晶体管；多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷；复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位；分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制；放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号；以及选择晶体管，所述选择晶体管设置在所述放大晶体管的漏极侧并且选择读出行，所述选择晶体管在所述复位晶体管复位后选择读出行，并且所述传输晶体管在低电容时的参考电位读出之前执行高电容时的参考电位读出。
所述复位晶体管的漏极侧的电源可以具有能够执行所述多个浮动扩散单元的电位控制的配置，并且所述复位晶体管可以在读出操作后将所述多个浮动扩散单元复位到低电位。
根据本技术第一方面的电子设备包括固态成像元件，所述固态成像元件包括其中布置有多个像素的像素区域；信号处理电路，所述信号处理电路处理从所述固态成像元件输出的输出信号；以及光学系统，所述光学系统使入射光入射到所述固态成像元件上。所述多个像素中的每个像素包括：光电转换单元；传输晶体管；多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷；复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位；分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制；放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号；以及选择晶体管，所述选择晶体管设置在所述放大晶体管的漏极侧并且选择读出行，所述选择晶体管在所述复位晶体管复位后选择读出行，并且所述传输晶体管在低电容时的参考电位读出之前执行高电容时的参考电位读出。
根据本技术第二方面的固态成像元件包括像素区域，所述像素区域中布置有多个像素。所述多个像素中的每个像素包括：光电转换单元；传输晶体管；多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷；复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位；分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制；以及放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号。所述复位晶体管的漏极侧的电源具有能够执行所述多个浮动扩散单元的电位控制的配置，所述放大晶体管的导通/截止切换通过所述多个浮动扩散单元的电位控制来执行，所述传输晶体管在低电容时的参考电位读出之前执行高电容时的参考电位读出，以及所述复位晶体管在读出操作后将所述多个浮动扩散单元复位到低电位。
根据本技术第二方面的电子设备包括固态成像元件，所述固态成像元件包括其中布置有多个像素的像素区域；信号处理电路，所述信号处理电路处理从所述固态成像元件输出的输出信号；以及光学系统，所述光学系统使入射光入射到所述固态成像元件上。所述多个像素中的每个像素包括：包括光电转换单元；传输晶体管；多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷；复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位；分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制；以及放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，所述复位晶体管的漏极侧的电源具有能够执行所述多个浮动扩散单元的电位控制的配置，所述放大晶体管的导通/截止切换通过所述多个浮动扩散单元的电位控制来执行，所述传输晶体管在低电容时的参考电位读出之前执行高电容时的参考电位读出，并且所述复位晶体管在读出操作后将所述多个浮动扩散单元复位到低电位。
根据本技术第三方面的固态成像元件包括像素区域，所述像素区域中布置有多个像素。所述多个像素中的每个像素包括：光电转换单元；传输晶体管；多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷；复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位；分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制；以及放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号。在低电容时的参考电位读出之前，所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下导通，并且所述传输晶体管执行高电容时的参考电位读出。
在高电容时的参考电位读出后，所述分离晶体管的栅极可以在其中漏极侧处于浮动状态的状态下截止，并且所述传输晶体管可以执行低电容时的参考电位读出。
对所述分离晶体管当截止时的负偏压进行调整。
可以对所述分离晶体管的阈值进行调整。
使用寄生在所述多个浮动扩散单元中的节点，并且可以降低当所述分离晶体管导通时所述多个浮动扩散单元的电位。
所述固态成像元件可以进一步地包括选择晶体管，所述选择晶体管设置在所述放大晶体管的源极侧并且选择读出行。
所述固态成像元件可以进一步地包括选择晶体管，所述选择晶体管设置在所述放大晶体管的漏极侧并且选择读出行。
所述复位晶体管的漏极侧的电源可以具有能够执行所述多个浮动扩散单元的电位控制的配置，并且所述放大晶体管的导通/截止切换可以通过所述多个浮动扩散单元的电位控制来执行。
根据本技术第三方面的电子设备包括固态成像元件，所述固态成像元件包括其中布置有多个像素的像素区域；信号处理电路，所述信号处理电路处理从所述固态成像元件输出的输出信号；以及光学系统，所述光学系统使入射光入射到所述固态成像元件上。所述多个像素中的每个像素包括：光电转换单元；传输晶体管；多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷；复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位；分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制；以及放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，并且在低电容时的参考电位读出之前，所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下导通，并且所述传输晶体管执行高电容时的参考电位读出。
在本技术的第一方面，在多个浮动扩散单元被复位晶体管复位后，由设置在放大晶体管的漏极侧的选择晶体管选择读出行，该放大晶体管输出与通过传输晶体管从光电转换单元接收电荷的多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，并且在低电容时的参考电位读出之前由传输晶体管执行高电容时的参考电位读出。
在本技术的第二方面，在复位晶体管复位后，设置在放大晶体管的漏极侧的选择晶体管选择读出行，该放大晶体管输出与通过传输晶体管从光电转换单元接收电荷的多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，并且在低电容时的参考电位读出之前由传输晶体管执行高电容时的参考电位读出。
在本技术的第三方面，在低电容时的参考电位读出之前，对通过传输晶体管从光电转换单元接收电荷的多个浮动扩散单元的连接的进行通/断控制的分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下导通，并且由传输晶体管执行高电容时的参考电位读出。
发明效果
根据本技术，可以将光电转换的几乎所有电荷用于高电容时的信号。
此外，在本说明书中描述的效果仅是说明性的，并且本技术的效果不限于在本说明书中描述的效果，并且可以存在其他效果。
附图说明
图1是示出了应用本技术的固态成像元件的示意性配置示例的框图。
图2是示出了根据第一实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。
图3是示出了在图2中示出的固态成像元件的驱动方法的图。
图4是示出了根据第二实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。
图5是示出了在图4中示出的固态成像元件的驱动方法的图。
图6是示出了根据第三实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。
图7是示出了在图6中示出的固态成像元件的驱动方法的图。
图8是示出了根据第四实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。
图9是示出了在图8中示出的固态成像元件的驱动方法的图。
图10是示出了根据第五实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。
图11是示出了根据第六实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。
图12是示出了应用本技术的固态成像元件的配置示例的示意图。
图13是示出了应用本技术的图像传感器的使用例的图。
图14是示出了应用本技术的电子设备的配置示例的框图。
图15是示出了内窥镜手术系统的示意性配置的示例的图。
图16是示出了摄像机头和CCU的功能配置的示例的框图。
图17是示出了车辆控制系统的示意性配置的示例的框图。
图18是示出了车外信息检测单元和成像单元的安装位置的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将描述实施本公开的方式(在下文中，被称为“实施方案”)。此外，将按照下面的顺序进行说明。
0.固态成像元件的示意性配置示例
1.第一实施方案
2.第二实施方案
3.第三实施方案
4.第四实施方案
5.第五实施方案
6.第六实施方案
7.固态成像元件的布置示例
8.图像传感器的使用例
9.电子设备的示例
10.内窥镜手术系统的应用示例
11.移动体的应用示例
<0.固态成像元件的示意性配置示例>
图1示出了应用本技术的各个实施方案的互补金属氧化物半导体(CMOS)固态成像元件的示例的示意性配置示例。
如在图1中示出的，固态成像元件(元件芯片)1包括像素区域(所谓的成像区域)3和外围电路区域，在该像素区域中包括多个光电转换元件的像素2规则地并且二维地配置在半导体基板11(例如，硅基板)上。
每个像素2包括光电转换元件(例如，光电二极管(PD))和多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)。例如，多个像素晶体管可以由包括传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管的三个晶体管构成，或者可以通过进一步地增加选择晶体管而由四个晶体管构成。
另外，像素2可以设置成像素共享结构。像素共享结构包括多个光电二极管、多个传输晶体管、共享的浮动扩散和共享的另一个像素晶体管。光电二极管是光电转换元件。
外围电路区域包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8。
控制电路8接收输入时钟、给出操作模式等指令的数据，并且输出如固态成像元件1的内部信息等数据。具体地，控制电路8基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟生成作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6的操作的参考的时钟信号或控制信号。另外，控制电路8将信号输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6。
例如，垂直驱动电路4由移位寄存器构成，选择像素驱动配线，将用于驱动像素2的脉冲提供给所选择的像素驱动配线，并且以行为单位驱动像素2。具体地，垂直驱动电路4以行为单位沿垂直方向顺序选择性地扫描像素区域3中的像素2，并且将基于与每个像素2的光电转换元件中的光接收量相对应地生成的信号电荷的像素信号通过垂直信号线(VSL)9提供给列信号处理电路5。
例如，针对像素2的每一列设置列信号处理电路5，并且列信号处理电路5对从与一行相对应的像素2输出的信号进行每一像素列的如噪声去除等信号处理。具体地，列信号处理电路5执行相关双采样(CDS)以去除像素2特有的固定模式噪声，并且执行如信号放大和模拟/数字(A/D)转换等信号处理。水平选择开关(未示出)设置在列信号处理电路5的输出级和连接到输出级的水平信号线10之间。
例如，水平驱动电路6由移位寄存器构成，顺序输出水平扫描脉冲以顺序选择每一个列信号处理电路5，并且将来自每一个列信号处理电路5的像素信号输出到水平信号线10。
输出电路7对从列信号处理电路5通过水平信号线10顺序提供的信号进行信号处理，并且输出处理后的信号。例如，输出电路7可以仅执行缓冲，或者可以执行黑电平调整、列变化校正、各种数字信号处理等。
设置输入/输出端子12来执行与外部的信号交换。
<1.第一实施方案>
[固态成像元件的配置示例]
根据本技术的固态成像元件的实施方案包括其中多个像素配置成二维矩阵形状的像素区域，并且多个像素中的每个像素包括下面的元件。像素包括检测物理量并且累积与物理量相对应的电荷的累积单元，即，作为光电转换单元的光电二极管PD，和传输来自光电二极管PD的电荷的传输晶体管。另外，像素包括通过传输晶体管接收来自光电二极管PD的电荷的多个检测单元，即，多个浮动扩散单元FD，和使浮动扩散单元FD复位的复位晶体管。另外，像素包括对多个浮动扩散单元FD之间的连接进行通/断(ON/OFF)控制的分离晶体管(separation transistor)，和输出与浮动扩散单元FD的电位相对应的信号的放大晶体管。
图2是示出了根据第一实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。在这个实施方案中，等效电路包括两个浮动扩散单元FD1和FD2。像素2包括光电二极管(PD)50、传输晶体管(TRG)51、复位晶体管(RST)52、放大晶体管(AMP)53、选择晶体管(SEL)54、分离晶体管(FDG)55、第一浮动扩散单元(FD1)61和第二浮动扩散单元(FD2)62。在图2中示出的示例中，选择晶体管54设置在放大晶体管53的漏极侧。
光电二极管50通过传输晶体管51连接到第一浮动扩散单元61。第一浮动扩散单元61与放大晶体管53的栅极连接并且通过分离晶体管55与第二浮动扩散单元62连接。第二浮动扩散单元62与复位晶体管52连接，并且与电容元件(C)63连接。电容元件63的另一端接地。在这个示例中，第二浮动扩散单元62不仅接收寄生电容，而且也接收电容元件63的总电容。例如，电容元件63可以由多晶硅等形成，并且在另一个示例中，可以仅使用扩散层的寄生电容，而不提供开路的电容元件63。作为示例，电容元件63可以构成多晶硅膜-栅极氧化物膜-Si基板的结构，或者可以构成第一层多晶硅膜-如SiN等的层间膜-第二层多晶硅膜的结构。放大晶体管53的漏极与选择晶体管54连接，并且其源极与垂直信号线9连接。此外，例如，在图2中，作为FD的寄生节点，示出了漏极和源极之间的FD增强器(FD boost)64，但是在本技术中使用的FD的寄生节点不限于FD增强器64。另外，复位晶体管52和选择晶体管54的漏极与电源VDD连接。
为了使得高电容和低电容的读出更好地执行，优选的是，第二浮动扩散单元62的电容是第一浮动扩散单元61的电容的2倍至20倍。另外，优选的是，第二浮动扩散单元62的电容设定成能够准确接收光电二极管50的饱和电荷的程度。
传输晶体管51栅极与传输线71连接。分离晶体管55的栅极与分离线72连接。选择晶体管54的栅极与选择线73连接。复位晶体管52的栅极与复位线74连接。
在像素2中，当选择晶体管54处在导通状态时，放大晶体管53向垂直信号线(VSL)9输出与第一浮动扩散单元61的电位相对应的信号。另外，在其中分离晶体管55导通的状态下，放大晶体管53向垂直信号线(VSL)9输出与相互连接的第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62的电位相对应的信号。垂直信号线(VSL)9与如上所述的作为后级电路的列处理电路连接，并且输出到垂直信号线9的信号被引入列处理电路。复位晶体管52将第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62的电荷释放到电源VDD，即，电源配线，以使第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62复位。
[驱动方法]
第一实施方案的固态成像元件配置为由图3中示出的驱动方法驱动。在图3中示出的示例中，SEL表示选择晶体管54的驱动时序，RST表示复位晶体管52的驱动时序，FDG表示分离晶体管55的驱动时序，以及TRG表示传输晶体管51的驱动时序。FD表示第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62的电位波动，VSL表示垂直信号线9的电位波动。
首先，当开始读出操作时，复位晶体管52和分离晶体管55进入导通状态，从而执行FD(在下文中，第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62统称为"FD")的复位。在复位晶体管52进入截止状态后，在其中分离晶体管55按原样处于导通状态的状态下，执行选择晶体管54的行选择操作，从而向FD传输垂直信号线(VSL)9的电位波动，因此可以使FD的电位变为高电位。
然后，执行高电容时的参考电位读出(低P相)，然后分离晶体管55进入截止状态，从而执行低电容时的参考电位读出(高P相)。
当传输晶体管51进入导通状态时，将光电二极管50的电荷传输到第一浮动扩散单元61，并且当传输晶体管51进入截止状态时，执行低电容时的数据读出(高D相)。然后，在其中分离晶体管55处于导通状态的状态下传输晶体管51进入导通状态，并且当传输晶体管51进入截止状态时，执行高电容时的数据读出(低D相)。在数据读出后，选择晶体管54和分离晶体管55截止。
这里，例如，在其中低电容时读出的电荷被用作高电容时的参考电位(或被复位)的驱动方法中，发生信号电荷的丢失，因此丢失的信号电荷对大电容时的信号电荷没有贡献。相反，在图3示出的驱动方法中，设置成在低电容时的参考电位读出(高P相)之前执行高电容时的参考电位读出(低P相)。
通过这种布置，累积在光电二极管50中的所有电荷都会对信号电荷产生贡献，因此可以利用动态范围扩大到最大限度的优势。
另外，例如，在其中同时执行选择晶体管54的行选择操作和FD的复位操作的驱动方法中，在行选择时发生的垂直信号线(VSL)9的电位波动不太可能传输到FD(即，FD固定为复位电压)。
相反，在图3示出的驱动方法中，在复位晶体管52的复位操作之后，执行选择晶体管54的行选择操作。因此，垂直信号线(VSL)9的电位波动被传输到FD(第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62)，并且可以使浮动扩散的电位变为高电位。
通过这种布置，可以消除其中第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62由于电荷注入而变为低电位的影响，并且可以避免传输的中断。
然而，在图3中示出的驱动方法中，放大晶体管53的栅极电容按原样增加到垂直信号线(VSL)9上，因此很难防止垂直信号线(VSL)9的负载增大。
<2.第二实施方案>
[固态成像元件的配置示例]
图4是示出了根据第二实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。
图4中像素2的电路配置与图2示出的像素2的电路配置基本相同。即，图4中的像素2包括光电二极管(PD)50、传输晶体管(TRG)51、复位晶体管(RST)52、放大晶体管(AMP)53、选择晶体管(SEL)54、分离晶体管(FDG)55、第一浮动扩散单元(FD1)61和第二浮动扩散单元(FD2)62，并且这种配置与图2中的像素是共同的。然而，图4中像素2的电路配置与图2中像素2的电路配置的不同之处在于用独立的VDR代替在复位晶体管52的漏极侧的公共电源VDD。另外，用于复位的独立电源VDR可以取包括高电位和低电位的两个值。即，用于复位的独立电源VDR配置成实现FD的电位控制。
[驱动方法]
第二实施方案的固态成像元件配置成由图5中示出的驱动方法驱动。在图5示出的示例中，VDR表示用于复位的独立电源VDR的驱动时序。SEL表示选择晶体管54的驱动时序，RST表示复位晶体管52的驱动时序，FDG表示分离晶体管55的驱动时序，以及TRG表示传输晶体管51的驱动时序。FD表示第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62的电位波动，VSL表示垂直信号线9的电位波动。
在图5示出的驱动方法中，增加了VDR的驱动和读出后FD(第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62)的复位。
具体地，首先，当开始读出操作时，执行FD的复位。这时，VDR处于高电位状态，并且将FD复位到高电位。如后所述，在前一帧的读出操作的最后阶段，通过VDR的低电位将FD复位到低电位，并且放大晶体管53处于截止状态。据此，高电位时的复位操作除了执行FD的复位之外，也具有将放大晶体管53设定为导通状态的效果。
然后，以与图3中的驱动方法类似的方式，顺序执行读出操作。在选择晶体管54的读出终止之后，VDR被设定为低电位状态，并且执行FD的复位。放大晶体管53进入截止状态，因此防止放大晶体管53的栅极的电容在另一行的读出时段期间叠加到垂直信号线(VSL)9上，并且可以减少垂直信号线(VSL)9的负载。
这里，在图2和图4的电路配置的情况下，选择晶体管54与放大晶体管53的漏极侧连接。因此，在图3示出的驱动方法中，放大晶体管53的栅极电容叠加到垂直信号线(VSL)9的负载上，因此垂直信号线(VSL)9需要花费时间来稳定(电位保持)。结果，限制了帧速率。
相反，当使用图5示出的驱动方法时，可以切换放大晶体管53的导通/截止，减少了垂直信号线(VSL)9的负载，并且可以消除帧速率的限制。
<3.第三实施方案>
[固态成像元件的配置示例]
图6是示出了根据第三实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。
图6中示出的像素2的电路配置与图4中的电路配置的不同之处在于去除了选择晶体管54。图6中的像素2包括光电二极管(PD)50、传输晶体管(TRG)51、复位晶体管(RST)52、放大晶体管(AMP)53、分离晶体管(FDG)55、第一浮动扩散单元(FD1)61和第二浮动扩散单元(FD2)62，并且这种配置与图4中的电路配置是共同的。
[驱动方法]
第三实施方案的固态成像元件配置成由图7示出的驱动方法驱动。在图7示出的示例中，VDR表示用于复位的独立电源VDR的驱动时序。RST表示复位晶体管52的驱动时序，FDG表示分离晶体管55的驱动时序，以及TRG表示传输晶体管51的驱动时序。FD表示第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62的电位波动，以及VSL表示垂直信号线9的电位波动。
除了选择晶体管54的驱动以外，图7示出的驱动方法与图5示出的驱动方法相同。即，当开始读出操作时，执行FD的复位。这时，VDR处于高电位状态，并且FD被复位到高电位。如后所述，在前一帧的读出操作的最后阶段，通过VDR的低电位将FD复位到低电位，并且放大晶体管53处于截止状态。据此，高电位时的复位操作除了执行FD的复位之外还具有将放大晶体管53设定为导通状态的效果。
然后，以与图3的驱动方法类似的方式，顺序执行读出操作。在读出终止之后，VDR设定为低电位状态，并且执行FD的复位。放大晶体管53进入截止状态，因此防止放大晶体管53的栅极电容在另一行的读出时段期间叠加到垂直信号线(VSL)9上，并且可以减少垂直信号线(VSL)9的负载。
如上所述，在第三实施方案中，可以通过控制FD电位切换放大晶体管53的导通和截止来进行行选择，结果，可以去除选择晶体管54。
另一方面，在第三实施方案中，必须注意通过利用作为在第一和第二实施方案中的效果的垂直信号线(VSL)9的电位波动获得的FD电位的高电位。即，在读出操作的初始阶段将FD复位到高电位的时刻，行选择也开始，因此垂直信号线(VSL)9的电位波动也开始。必要的是，FD复位在电位波动的校正之前终止，并且将垂直信号线(VSL)9的电位波动传输到FD。因此，关于复位晶体管52的导通时段，必须确保用于复位操作的充分时段，并且必须尽可能地缩短导通时段。
如上所述，根据本技术，可以将通过光电二极管光电转换的几乎所有电荷用于高电容时的信号，并且最大限度获得由于FD的低电容引起的高灵敏度和由于连接电容器引起的Qs增大的效果，并且这可以有助于动态范围的扩大。
另外，根据本技术，由于通过利用垂直信号线的电位波动将FD电位设定为高电位，从而抑制FD在复位后立即变为低电位，并且可以确保低照度区域的线性。
另外，根据本技术，通过FD的低电位复位防止每一行放大晶体管的栅极电容叠加到垂直信号线上，并且减少了垂直信号线的负载，这有助于帧速率的提高。
<4.第四实施方案>
[固态成像元件的配置示例]
图8是示出了根据第四实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。
图8中的像素2的电路配置与图2中的像素2的电路配置的不同之处在于选择晶体管54和放大晶体管53设置在相反的位置。图8中的像素2包括光电二极管50、传输晶体管51、复位晶体管52、放大晶体管53、选择晶体管54、分离晶体管55、第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62，并且这种配置与图2中的像素2是共同的。另外，以与图2的电路配置类似的方式，传输晶体管51的栅极与传输线(TRX)71连接。分离晶体管55的栅极与分离线(FDG)72连接。选择晶体管54的栅极与选择线(SEL)73连接。复位晶体管52的栅极与复位线(RES)74连接。
[驱动方法]
第四实施方案的固态成像元件配置成由图9中示出的驱动方法驱动。在图9中示出的示例中，SEL表示选择晶体管54的驱动时序，RST表示复位晶体管52的驱动时序，FDG表示分离晶体管55的驱动时序，以及TGL(TRX)表示传输晶体管51的驱动时序。另外，VSL表示垂直信号线9的电位波动。此外，例如，VSL中的虚线表示用来与本技术的驱动方法的情况下的VSL(实线)比较的在专利文献1中描述的驱动方法的情况下的VSL。
首先，当开始读出操作时，通过选择线73使选择晶体管54导通，并且通过分离线72和复位线74使分离晶体管55和复位晶体管52同时导通。据此，使FD(第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62)的电位复位。然后，在分离晶体管55截止之后，当复位晶体管52截止时，这种状态设定为比较器的参考电位，并且进行自动归零(高电容和低电容时的AZ)。
在其中复位晶体管52处于截止状态的状态下，当分离晶体管55导通时，分离晶体管55和FD之间的寄生电容以及FD的电荷被诱导到分离晶体管55的沟道上，因此FD电位上升。在这种状态下，执行高电容时(低P相)的参考电位读出，并且分离晶体管55进入截止状态。
据此，将分离晶体管55和FD之间的寄生电容以及FD的电荷注入到FD(电荷注入)，因此FD电位下降。在这种状态下，执行低电容时(高P相)的参考电位读出。
这时，FD电位在低P相时上升，并且在高P相时呈现出与低P相时类似的下降，因此FD电位的增大或减小近似为0，并且避免了FD电位的下降。
接着，传输晶体管51的栅极进入导通状态，因此读出光电二极管50的电荷，并且执行低电容时(高D相)的信号电位读出。另外，分离晶体管55进入导通状态，因此传输晶体管51的栅极再次导通。因此，可以读出所有的PD电荷，并且这引起高电容时(低D相)的信号电位读出。
然而，在其中复位晶体管52处于截止状态的状态下，很难通过分离晶体管55的导通/截止来控制电荷注入量，并且也很难组合控制FD电位的上升和下降。
这里，当执行第四实施方案中的驱动时，分离晶体管55的导通/截止前后的电位波动为0，并且不会发生FD电位下降。然而，在由于分离晶体管55的导通状态而导致FD电位的上升过大的情况下，可能发生FD电位下降。其原因是因为很难检测到与比较器的D范围分离的原始的低P相电位，或者即使在电压上升至像素电源电压或更大的情况下，也很难检测到原始的低P相电位。
[变形例]
此外，虽然第四实施方案的电路配置或驱动没有改变，但是作为第一变形例，可以调整分离晶体管55当截止时的负偏压来控制电荷注入量。
另外，虽然第四实施方案的电路配置或驱动没有改变，但是作为第二变形例，可以调整分离晶体管55的阈值Vth来控制荷注入量。
另外，在第四实施方案的电路配置中，当分离晶体管55导通时的FD电位通过使用FD中的寄生节点(例如，图2中的FD增强器64)来降低。
<5.第五实施方案>
[固态成像元件的配置示例]
图10是示出了根据第五实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。
图10中的像素2的电路配置与图8中的像素2的电路配置的不同之处仅在于设置在放大晶体管53的源极侧的选择晶体管54设置在放大晶体管的漏极侧。图10中的像素2包括光电二极管50、传输晶体管51、复位晶体管52、放大晶体管53、选择晶体管54、分离晶体管55、第一浮动扩散单元(FD)61和第二浮动扩散单元62，并且这种配置与图8中的电路配置是共同的。
即使在其中选择晶体管54设置在放大晶体管53的漏极侧的电路配置中，驱动方法也执行与参照图9描述的第四实施方案中的驱动方法基本相同的操作，并且具有相同的效果。因此，将省略其重复的描述。
<6.第六实施方案>
[固态成像元件的配置示例]
图11是示出了根据第六实施方案的固态成像元件的像素的等效电路的图。在图11的等效电路中，示出了在去除了选择晶体管并且在复位电位时执行行选择的情况下的示例。
图11中的像素2的电路配置与图8中的像素2的电路配置的不同之处仅在于去除了选择晶体管54，并且当VDDH或VDDL施加到电路81时，确定通过选择线73从电路81输入的复位晶体管52的电源的选择或不选择。例如，VDDH/VDDL大约是3.3V/1.2V。图11中的像素2包括光电二极管(PD)50、传输晶体管51、复位晶体管52、放大晶体管53、分离晶体管55、第一浮动扩散单元61和第二浮动扩散单元62，并且这种配置与图8的电路配置是共同的。
如图11示出的，即使在其中去除了选择晶体管54的电路配置中，驱动方法也执行与参照图9描述的第四实施方案中的驱动方法基本相同的操作，并且具有相同的效果。因此，将省略重复的描述。即，即使在选择晶体管不存在并且通过复位电位执行行选择的情况下，在选择的行中，驱动时序与图9中的SEL的驱动时序相同。
如上所述，根据第四到第六实施方案中描述的技术，可以将通过光电二极管光电转换的几乎所有电荷用于高电容时的信号，并且最大限度获得由于FD的低电容引起的高灵敏度和由于连接电容器引起的Qs增大的效果，并且这可以有助于动态范围的扩大。
另外，当改变分离晶体管的导通和截止的顺序并且执行将FD电位设定为高电位时，容易抑制FD在复位后立即变为低电位，并且可以确保低照度区域的线性。
此外，本技术不仅适用于上述的固态成像元件而且适用于大小像素、像素共享和层叠型CIS的固态成像元件。如图12示出的，在层叠型CIS的固态成像元件的情况下的电路配置可以任意地设置在上芯片和下芯片中。
<7.固态成像元件的布置示例>
图12是示出了图1示出的固态成像元件1的布置示例的图。
例如，固态成像元件1的像素区域11、控制电路102和包括信号处理电路的逻辑电路103的布置，可以被设定为如图12的A到图12的C示出的第一布置到第三布置中的任何一种。
具体地，如图12的A示出的，固态成像元件1的像素区域11、控制电路102、逻辑电路103的布置可以被设定为其中所有的部件都布置在一个半导体基板111中的第一布置。
另外，如图12的B示出的，固态成像元件1的像素区域11、控制电路102和逻辑电路103的布置可以被设定为其中像素区域11和控制电路102布置在两个半导体基板112和113中的一个上，并且逻辑电路103布置在另一个上的第二布置。在图12的B的示例中，像素区域11和控制电路102布置在半导体基板112中以及逻辑电路103布置在半导体基板113中。
另外，如图12的C示出的，固态成像元件1的像素区域11、控制电路102和逻辑电路103的布置可以被设定为其中像素区域11布置在层叠的两个半导体基板114和115中的一个上，以及控制电路102和逻辑电路103布置在另一个上的第三布置。在图12的C的示例中，像素区域11布置在半导体基板114中，以及控制电路102和逻辑电路103布置在半导体基板115中。
<8.图像传感器的使用例>
图13是示出了使用上述的固态成像元件的使用例的图。
例如，上述的固态成像元件(图像传感器)可以用于如下所述的感测诸如可见光、红外光、紫外光和X射线等光的各种情况。
·拍摄供观赏用的图像的装置，如数码相机和具有相机功能的便携式设备等
·用于交通的装置，如为了如自动停车等安全行驶、识别驾驶员状态等而拍摄车辆的前、后、周围、车辆内部等的图像的车载传感器，监视行驶车辆或道路的监视相机，以及测量车辆之间的距离的距离测量传感器等
·用于如电视机、冰箱和空调等家用电器以对使用者的手势进行拍摄并且根据该手势进行装置操作的装置等
·用于医疗保健的装置，如内窥镜和通过接收红外光进行血管造影的装置等
·用于安保的装置，如安全监控相机和个人身份认证相机等
·用于美容的装置，如用于拍摄皮肤的皮肤测量仪器和用于拍摄头皮的显微镜等
·用于运动的装置，如用于运动的运动相机和可穿戴相机等
·用于农业的装置，如用于监测田地和农作物的状态的相机等
<9.电子设备的示例>
<电子设备的配置示例>
另外，本技术不限于适用于固态成像元件并且适用于成像装置。这里，成像装置表示如数码相机和数码摄像机等相机系统，或如具有成像功能的便携式电话等电子设备。此外，安装在电子设备上的模块化形式，即，相机模块可以被设定为成像装置。
这里，将参照图14对根据本技术的电子设备的配置示例进行描述。
图14中示出的电子设备300包括固态成像元件(元件芯片)301、光学透镜302、快门装置303、驱动电路304和信号处理电路305。作为固态成像元件301，提供了如上所述的本技术的固态成像元件1。
光学透镜302在固态成像元件301的成像面上形成来自被摄体的图像光(入射光)的图像。通过这种布置，在固态成像元件301中累积一恒定时段的信号电荷。快门装置303控制相对于固态成像元件301的光照射时段和遮光时段。
驱动电路304提供用来控制固态成像元件301的信号传输操作、快门装置303的快门操作和光发射单元(未示出)的光发射操作的驱动信号。驱动电路304通过使用由CPU(未示出)设定的参数来控制各自的操作。固态成像元件301通过从驱动电路304供应的驱动信号(时序信号)执行信号传输。信号处理电路305对从固态成像元件301输出的信号执行各种类型的信号处理。将经过信号处理的视频信号存储在如存储器等存储介质中，并且输出到显示器。
<10.内窥镜手术系统的应用示例>
与本公开相关的技术(本技术)可以适用于各种产品。例如，与本公开相关的技术可以适用于内窥镜手术系统。
图15是示出了与本公开相关的技术(本技术)可适用的内窥镜手术系统的示意性配置的示例的图。
图15示出了其中手术者(医生)11131通过使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图中示出的，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量处理器械11112等手术器械11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120以及其上安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括透镜镜筒11101和摄像机头11102，该透镜镜筒的从尖端起的预定长度的区域插入患者11132的体腔内，该摄像机头与透镜镜筒11101的基部端连接。在图中示出的示例中，图中示出了配置为包括硬性透镜镜筒11101的所谓的硬性镜的内窥镜11100，但是内窥镜11100可以配置为包括软性透镜镜筒的所谓的软镜。
在透镜镜筒11101的尖端设置有物镜装配在其中的开口部。光源装置11203与内窥镜11100连接，并且由光源装置11203产生的光通过设置成延伸到透镜镜筒11101内部的光导引导到透镜镜筒的尖端，并且通过物镜将光发射到患者11132的体腔内的观察对象上。此外，内窥镜11100可以是直视镜、透视镜或侧视镜。
将光学系统和成像元件设置在摄像机头11102内，并且通过光学系统将来自观察对象的反射光(观察光)会聚在成像元件上。当通过成像元件将观察光光电转换时，生成与观察光相对应的电信号，即，与观察图像相对应的图像信号。将图像信号作为RAW数据传送到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201由中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)等构成，并且综合控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。另外，CCU 11201从摄像机头11102接收图像信号，并且对该图像信号进行诸如显影处理(去马赛克处理)等各种类型的图像处理以显示基于该图像信号的图像。
根据来自CCU 11201的控制，显示装置11202显示基于经过CCU 11201的图像处理的图像信号的图像。
例如，光源装置11203包括如发光二极管(LED)等光源，并且将在拍摄手术部位等时的照射光提供给内窥镜11100。
输入装置11204是相对于内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以通过输入装置11204相对于内窥镜手术系统11000进行各种信息的输入或指令输入。例如，使用者输入指示改变内窥镜11100的图像拍摄条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。
处理器械控制装置11205控制配置成执行组织的烧灼、切开、血管的封闭等的能量处理器械11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111向体腔提供气体使患者11132的体腔膨胀以便确保内窥镜11100的视野和医生的工作空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像和图形等各种类型打印与手术有关的各种信息的装置。
此外，例如，当拍摄手术部位时向内窥镜11100提供照射光的光源装置11203可以由LED、激光光源以及由LED和激光光源组合构成的白色光源构成。在由RGB激光光源的组合构成白光源的情况下，可以高精确度地控制每种颜色(每种波长)的输出强度和输出时序，因此可以在光源装置11203中进行拍摄的图像的白光平衡的调整。另外，在这种情况下，当以时分的方式将来自各个RGB激光光源的激光发射到观察对象上，并且与发射时序同步地控制摄像机头11102的成像元件的驱动时，也可以以时分的方式拍摄与RGB对应的图像。根据这种方法，即使成像元件中没有设置滤色器，也可以获得彩色图像。
另外，可以控制光源装置11203的驱动以便每隔预定的时间改变发射的光的强度。当与光强度改变时序同步地控制摄像机头11102的成像元件的驱动来以时分的方式获取图像并且将图像组合起来时，可以生成没有黑色缺陷(black defect)和光晕(halation)的高动态范围图像。
另外，光源装置11203可以配置成提供与特殊的光观察相对应的预定的波带的光。例如，在特殊的光观察中，通过利用身体组织中的光吸收的波长依赖性来发射比普通的观察中的照射光(即，白光)的波带更窄的波带的光，以便执行以高对比度拍摄黏膜表面层中的血管等预定的组织的所谓的窄带光观察(窄带成像)。另外，在特殊的光观察中，可以执行荧光观察以通过由于激发光的照射而产生的荧光来获得图像。例如，在荧光观察中，可以用激发光照射身体组织来观察来自身体组织的荧光(自荧光观察)，可以将如吲哚菁绿(indocyanine green:ICG)等试剂局部注射到身体组织中并且可以用与试剂的荧光波长相对应的激发光照射身体组织以获得荧光图像。光源装置11203可以配置成提供与特殊的光观察相对应的窄带光和/或激发光。
图16是示出了图15中示出的摄像机头11102和CCU 11201的功能配置的示例的框图。
摄像机头11102包括透镜单元11401、成像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像机头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像机头11102和CCU 11201通过传输电缆11400以可通信的方式相互连接。
透镜单元11401是设置在与透镜镜筒11101的连接部分中的光学系统。从透镜镜筒11101的尖端接收到的观察光被引导到摄像机头11102，并且入射到透镜单元11401。透镜单元11401由包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合构成。
成像单元11402包括成像元件。构成成像单元11402的成像元件的数量可以是一个(所谓的单板型(single plate type))或多个(所谓的多板型(multi-plate type))。例如，在成像单元11402配置成多板型的情况下，可以通过各个成像元件生成与RGB相对应的图像信号，并且这些图像信号可以相互组合以获得彩色图像。另外，成像单元11402可以包括一对成像元件，用于获取与3维(3D)显示相对应的用于右眼的图像信号和用于左眼的图像信号。当实现3D显示时，手术者11131能够更精确地把握手术部位的生物组织的深度。此外，在成像单元11402配置为多板型的情况下，多个透镜单元11401可以设置成与各个成像元件相对应。
另外，成像单元11402不必设置在摄像机头11102中。例如，成像单元11402可以设置在透镜镜筒11101内部的物镜的正后方。
驱动单元11403包括致动器并且通过来自摄像机头控制单元11405的控制将透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿光轴移动预定的长度。通过这种配置，可以适当地调整成像单元11402所拍摄的图像的放大率和焦点。
通信单元11404由用于向CCU 11201发送和从CCU 11201接收各种信息的通信装置构成。通信单元11404将从成像单元11402获得的图像信号作为RAW数据通过传输电缆11400发送到CCU 11201。
另外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号，并且向摄像机头控制单元11405提供控制信号。例如，控制信号包括与图像拍摄条件相关的信息，例如指示所拍摄的图像的帧速率的指定的信息、指示图像拍摄时的曝光值的指定的信息和/或关于所拍摄的图像的放大率和焦点的指定的信息等。
此外，诸如帧速率、曝光值、放大率和焦点等图像拍摄条件可以由使用者适当地指定，或者可以由CCU 11201的控制单元11413基于获取的图像信号自动设定。在后一种情况下，内窥镜11100中设置了所谓的自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。
摄像机头控制单元11405基于通过通信单元11404接收的来自CCU 11201的控制信号控制摄像机头11102的驱动。
通信单元11411由向摄像机头11102发送和从摄像机头11102接收各种信息的通信装置构成。通信单元11411通过传输电缆11400接收从摄像机头11102发送的图像信号。
另外，通信单元11411向摄像机头11102发送用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号。可以通过电通信、光通信等发送图像信号和控制信号。
图像处理单元11412对从摄像机头11102发送的作为RAW数据的图像信号执行各种类型的图像处理。
控制单元11413执行与通过内窥镜11100拍摄手术部位等的图像以及通过拍摄手术部位等的图像获得的所拍摄的图像的显示有关的各种控制。例如，控制单元11413生成用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号。
另外，控制单元11413基于经过由图像处理单元11412进行的图像处理的图像信号在显示装置11202上显示手术部位等反射在其上的所拍摄的图像。这时，控制单元11413通过使用各种图像识别技术可以识别出在所拍摄的图像中的各种物体。例如，控制单元11413可以通过检测包含在所拍摄的图像中的物体的边缘形状、颜色等来识别出诸如钳子等手术器械、特定的活体部位、出血、使用能量处理器械11112时的雾等。当允许显示装置11202显示所拍摄的图像时，控制单元11413通过使用识别结果可以在手术部位的图像上重叠各种手术辅助信息。手术辅助信息以重叠方式显示并且提供给手术者11131，可以减少手术者11131的负担，或手术者11131能够可靠地进行手术。
连接摄像机头11102和CCU 11201的传输电缆11400是对应于电信号通信的电信号电缆、对应于光通信的光纤或它们的复合电缆。
这里，在图中示出的示例中，通过使用传输电缆11400以有线的方式执行通信，但是可以以无线方式执行摄像机头11102和CCU 11201之间的通信。
在上文中，已经描述了与本公开相关的技术可以适用的内窥镜手术系统的示例。例如，与本公开相关的技术可以适用于上述的配置中的内窥镜11100、摄像机头11102(其成像单元11402)、CCU 11201的图像处理单元11412、光源装置11203等。具体地，例如，图1、图2、图4、图6和图8到图10中的固态成像元件1可以适用于成像单元11402。当将与本公开相关的技术应用于成像单元11402和图像处理单元11412时，在光电二极管中光电转换的几乎所有电荷都能够被用于高电容时的信号，因此手术者能够可靠地确认手术部位。
此外，这里，已经对作为示例的内窥镜手术系统进行了描述，但是与本公开相关的技术可以应用于例如显微手术系统等。
<11.移动体的应用示例>
与本公开相关的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，与本公开相关的技术可以实现为安装在汽车、电动车辆、混合动力车辆、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船、机器人等中的任一种移动体上的装置。
图17是示出了作为与本公开相关的技术可以适用的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性配置示例的框图。
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001相互连接的多个电子控制单元。在图17示出的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能配置，图中示出了微型计算机12051、声音和图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010充当以下装置的控制装置：诸如内燃机和驱动马达等产生车辆的驱动力的驱动力产生装置、将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、调整车辆的转向角的转向机构、产生车辆的制动力的制动装置等。
车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020充当无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置、诸如前灯、尾灯、刹车灯、转向灯和雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，能够将从代替钥匙的便携式设备发送的电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置和灯等。
车外信息检测单元12030检测安装有车辆控制系统12000的车辆的外部信息。例如，成像单元12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030允许成像单元12031拍摄车辆外部的图像并接收所拍摄的图像。车外信息检测单元12030可以基于所接收的图像对人、车辆、障碍物、标记、路面上的字符等进行物体检测处理，或进行距离检测处理。
成像单元12031是接收光并输出与光的光接收量相对应的电信号的光学传感器。成像单元12031能够输出电信号作为图像，或作为距离测量信息。另外，通过成像单元12031所接收的光可以是可见光，或如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部信息。例如，检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041与车内信息检测单元12040连接。例如，驾驶员状态检测单元12041包括拍摄驾驶员的图像的相机，车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息计算驾驶员的疲劳度或集中度或可以判定驾驶员是否在打瞌睡。
微型计算机12051能够基于通过车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆外部信息或车辆内部信息计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且能够向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051能够执行协同控制以实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能，该功能包括车辆的防撞或减震、基于车辆之间的距离的跟车行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告、车道偏离警告等。
另外，微型计算机12051能够基于通过车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆周围的信息通过控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等执行协同控制，用于实现其中车辆不依赖于驾驶员的操作的自动行驶等的自动驾驶。
另外，微型计算机12051基于通过车外信息检测单元12030获取的车辆外部信息能够向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051能够通过与由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置相对应地控制前灯(例如，将远光灯切换为近光灯)来执行用于实现防眩光的协同控制。
声音和图像输出单元12052将声音或图像中的至少一种的输出信号传递到能够在视觉上或听觉上向车辆乘员或车辆外部通知信息的输出装置。在图17的示例中，作为输出装置，列出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表面板12063的例子。例如，显示单元12062可以包括车载显示器或平视显示器中的至少一种。
图18是示出了成像单元12031的安装位置的示例的图。
在图18中，作为成像单元12031，设置了成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
例如，在车辆12100中，将成像单元12101、12102、12103、12104和12105安装在诸如车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠、后门和车厢挡风玻璃的上部等位置。设置在前鼻的成像单元12101和设置在车厢挡风玻璃的上部的成像单元12105主要获取车辆12100前方的图像。设置在侧视镜上的成像单元12102和12103主要获取车辆12100侧方的图像。设置在后保险杠或后门上的成像单元12104主要获取车辆12100后方的图像。设置在车厢挡风玻璃的上部的成像单元12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
此外，图18示出了成像单元12101到12104的拍摄范围的示例。图像拍摄范围12111表示设置在前鼻的成像单元12101的图像拍摄范围，图像拍摄范围12112和12113分别表示设置在侧视镜的成像单元12102和12103的图像拍摄范围，图像拍摄范围12114表示设置在后保险杠或后门的成像单元12104的图像拍摄范围。例如，成像单元12101到12104能够将通过成像单元12101到12104拍摄的多个图像数据相互叠加，从而获得当从上面观看车辆12100时的俯视图像。
成像单元12101到12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，成像单元12101到12104中的至少一个可以是包括多个成像元件的立体相机，或可以是包括用于相位差检测的像素的成像元件。
例如，微型计算机12051能够通过基于从成像单元12101到12104获得的距离信息获得到图像拍摄范围12111到12114内的各个三维物体的距离以及随着时间的推移距离的变化(相对于车辆12100的相对速度)将特别是在车辆12100的行驶路径上并且在与车辆12100的行驶方向大致相同的方向上行驶的作为最近的三维物体的三维物体提取作为前方车辆。另外，微型计算机12051可以设定在前方车辆的前面预先确保的车辆之间的距离来执行自动制动控制(也包括跟车停止控制)、自动加速控制(也包括跟车加速控制)等。如上所述，可以执行用于其中车辆不依赖驾驶员的操作而自动行驶的自动驾驶等的协同控制。
例如，基于从成像单元12101到12104获得的距离信息，微型计算机12051能够通过将与三维物体相关的多个三维物体数据分类为两轮车辆的数据、普通车辆的数据、大型车辆的数据、行人的数据和如电线杆等其他三维物体的数据来提取三维物体数据，并且能够将三维物体数据用于自动避障。例如，微型计算机12051将在车辆12100周围的障碍物区分为由车辆12100的驾驶员视觉上识别的障碍物和驾驶员视觉上很难识别的障碍物。另外，微型计算机12051确定指示与每个障碍物的碰撞的危险程度的碰撞风险。在其中碰撞风险等于或大于设定值，并且碰撞可能发生的情况下，微型计算机12051通过由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，或通过由驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向可以辅助驾驶以避免碰撞。
成像单元12101到12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051能够通过确定在由成像单元12101到12104拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过以下过程来进行行人的识别：提取由作为红外相机的成像单元12101到12104所拍摄的图像中的特定点的过程，和对表示物体的轮廓线的一系列特定点进行图案匹配处理以确定该物体是否是行人的过程。微型计算机12051确定在由成像单元12101到12104所拍摄的图像中存在行人，并且识别出行人，声音和图像输出单元12052使显示单元12062在识别出的行人上重叠并显示用于强调的矩形轮廓线。另外，声音和图像输出单元12052可以使显示单元12062在期望的位置显示表示行人的图标等。
在上文中，已经描述了与本公开相关的技术可以适用的车辆控制系统的示例。与本公开相关的技术可以适用于上述的配置中的成像单元12031(包括成像单元12101到12104)。具体地，例如，在图1、图2、图4、图6和图8到图10中示出的固态成像元件1可以适用于成像单元12031。当将与本公开相关的技术应用于成像单元12031时，在光电二极管中光电转换的几乎所有电荷都能够用于高电容时的信号。因此，例如，在车载装置中，可以达到能够获得更清晰的图像的独特的效果。
此外，在本说明书中，描述上述一系列处理的步骤包括根据描述的过程按时间序列进行的处理，和即使没有按时间序列处理也是并行或单独进行的处理。
另外，本公开中的实施方案不限于上述的实施方案，并且可以在不偏离本公开的主旨的范围内进行各种变形。
另外，在上述配置中，描述为一个装置(或处理单元)的配置可以被分为多个部分，并且可以由多个装置(或处理单元)构成。相反，描述为多个装置(或处理单元)的配置可以共同构成一个装置(或处理单元)。另外，可以将上述配置以外的配置添加到各个装置(或各个处理单元)的配置中。另外，在每种情况下，整个系统的配置或操作基本上是相同的，任意装置(或者处理单元)的部分配置可以包含在另一个装置(或者另一个处理单元)的配置中。即，本技术不限于上述的实施方案，并且在不偏离本技术的主旨的范围内可以进行各种变形。
在上文中，已经参照附图详细地描述了本公开的优选实施方案，但是公开不限于所述示例。显然，本公开领域的技术人员可以在所附权利要求书中描述的技术精神的范围内构思各种变形例或更改例，因此应该理解的是，变形例和更改例也属于本公开的技术范围。
此外，本技术也可以采用下面的配置。
(1)一种固态成像元件，包括：
像素区域，所述像素区域中布置有多个像素，
其中所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换单元，
传输晶体管，
多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷，
复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位，
分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制，
放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，以及
选择晶体管，所述选择晶体管设置在所述放大晶体管的漏极侧并且选择读出行，
所述选择晶体管在所述复位晶体管复位后选择读出行，并且
所述传输晶体管在低电容时的参考电位读出之前执行高电容时的参考电位读出。
(2)根据(1)所述的固态成像元件，
其中所述复位晶体管的漏极侧的电源具有能够执行所述多个浮动扩散单元的电位控制的配置，并且
所述复位晶体管在读出操作后将所述多个浮动扩散单元复位到低电位。
(3)一种电子设备，包括：
固态成像元件，所述固态成像元件包括其中布置有多个像素的像素区域，
所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换单元，
传输晶体管，
多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷，
复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位，
分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制，
放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，以及
选择晶体管，所述选择晶体管设置在所述放大晶体管的漏极侧并且选择读出行，
所述选择晶体管在所述复位晶体管复位后选择读出行，并且
所述传输晶体管在低电容时的参考电位读出之前执行高电容时的参考电位读出；
信号处理电路，所述信号处理电路处理从所述固态成像元件输出的输出信号；以及
光学系统，所述光学系统使入射光入射到所述固态成像元件上。
(4)一种固态成像元件，包括：
像素区域，所述像素区域中布置有多个像素，
其中所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换单元，
传输晶体管，
多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷，
复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位，
分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制，以及
放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，
所述复位晶体管的漏极侧的电源具有能够执行所述多个浮动扩散单元的电位控制的配置，
所述放大晶体管的导通/截止切换通过所述多个浮动扩散单元的电位控制来执行，
所述传输晶体管在低电容时的参考电位读出之前执行高电容时的参考电位读出，并且
所述复位晶体管在读出操作后将所述多个浮动扩散单元复位到低电位。
(5)一种电子设备，包括：
固态成像元件，所述固态成像元件包括其中布置有多个像素的像素区域，
所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换单元，
传输晶体管，
多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷，
复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位，
分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制，以及
放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，
所述复位晶体管的漏极侧的电源具有能够执行所述多个浮动扩散单元的电位控制的配置，
所述放大晶体管的导通/截止切换通过所述多个浮动扩散单元的电位控制来执行，
所述传输晶体管在低电容时的参考电位读出之前执行高电容时的参考电位读出，并且
所述复位晶体管在读出操作后将所述多个浮动扩散单元复位到低电位；
信号处理电路，所述信号处理电路处理从所述固态成像元件输出的输出信号；以及
光学系统，所述光学系统使入射光入射到所述固态成像元件上。
(6)一种固态成像元件，包括：
像素区域，所述像素区域中布置有多个像素，
其中所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换单元，
传输晶体管，
多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷，
复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位，
分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制，以及
放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，并且
在低电容时的参考电位读出之前，
所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下导通，并且
所述传输晶体管执行高电容时的参考电位读出。
(7)根据(6)所述的固态成像元件，
其中在高电容时的参考电位读出后，
所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下截止，并且
所述传输晶体管执行低电容时的参考电位读出。
(8)根据(7)所述的固态成像元件，
其中对所述分离晶体管当截止时的负偏压进行调整。
(9)根据(7)所述的固态成像元件，
其中对所述分离晶体管的阈值进行调整。
(10)根据(7)所述的固态成像元件，
其中使用寄生在所述多个浮动扩散单元中的节点，并且降低当所述分离晶体管导通时所述多个浮动扩散单元的电位。
(11)根据(6)到(10)中任一项所述的固态成像元件，进一步地包括：
选择晶体管，所述选择晶体管设置在所述放大晶体管的源极侧并且选择读出行。
(12)根据(6)到(10)中任一项所述的固态成像元件，进一步地包括：
选择晶体管，所述选择晶体管设置在所述放大晶体管的漏极侧并且选择读出行。
(13)根据(6)到(10)中任一项所述的固态成像元件，
其中所述复位晶体管的漏极侧的电源具有能够执行所述多个浮动扩散单元的电位控制的配置，并且
所述放大晶体管的导通/截止切换通过所述多个浮动扩散单元的电位控制来执行。
(14)一种电子设备，包括：
固态成像元件，所述固态成像元件包括其中布置有多个像素的像素区域，
所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换单元，
传输晶体管，
多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷，
复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位，
分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制，以及
放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，并且
在低电容时的参考电位读出之前，
所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下导通，并且
所述传输晶体管执行高电容时的参考电位读出；
信号处理电路，所述信号处理电路处理从所述固态成像元件输出的输出信号；以及
光学系统，所述光学系统使入射光入射到所述固态成像元件上。
附图标记列表
1 固态成像元件
2 像素
3 像素区域
9 垂直信号线
50 光电二极管
51 传输晶体管
52 复位晶体管
53 放大晶体管
54 选择晶体管
55 分离晶体管
61 第一浮动扩散单元
62 第二浮动扩散单元
63 电容元件
64 FD增强器
71 传输线
72 分离线
73 选择线
74 复位线
300 电子设备
301 固态成像元件
302 光学透镜
303 快门装置
304 驱动电路
305 信号处理电路

Claims (7)

1.一种固态成像元件，包括：
像素区域，所述像素区域中布置有多个像素，
其中所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换单元，
传输晶体管，
多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷，
复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位，
分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制，以及
放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，并且
在低电容时的参考电位读出之前，
所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下导通，并且
所述传输晶体管执行高电容时的参考电位读出，
其中在高电容时的参考电位读出后，
所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下截止，
所述传输晶体管执行低电容时的参考电位读出，并且
其中对所述分离晶体管当截止时的负偏压进行调整。
2.一种固态成像元件，包括：
像素区域，所述像素区域中布置有多个像素，
其中所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换单元，
传输晶体管，
多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷，
复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位，
分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制，以及
放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，并且
在低电容时的参考电位读出之前，
所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下导通，并且
所述传输晶体管执行高电容时的参考电位读出，
其中在高电容时的参考电位读出后，
所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下截止，所述传输晶体管执行低电容时的参考电位读出，并且
其中对所述分离晶体管的阈值进行调整。
3.一种固态成像元件，包括：
像素区域，所述像素区域中布置有多个像素，
其中所述多个像素中的每个像素包括：
光电转换单元，
传输晶体管，
多个浮动扩散单元，所述多个浮动扩散单元通过所述传输晶体管接收来自所述光电转换单元的电荷，
复位晶体管，所述复位晶体管将所述多个浮动扩散单元复位，
分离晶体管，所述分离晶体管对所述多个浮动扩散单元的连接进行通/断控制，以及
放大晶体管，所述放大晶体管输出与所述多个浮动扩散单元的电位相对应的信号，并且
在低电容时的参考电位读出之前，
所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下导通，并且
所述传输晶体管执行高电容时的参考电位读出，
其中在高电容时的参考电位读出后，
所述分离晶体管的栅极在其中漏极侧处于浮动状态的状态下截止，所述传输晶体管执行低电容时的参考电位读出，并且其中使用寄生在所述多个浮动扩散单元中的节点，并且降低当所述分离晶体管导通时所述多个浮动扩散单元的电位。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的固态成像元件，进一步地包括：
选择晶体管，所述选择晶体管设置在所述放大晶体管的源极侧并且选择读出行。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的固态成像元件，进一步地包括：
选择晶体管，所述选择晶体管设置在所述放大晶体管的漏极侧并且选择读出行。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的固态成像元件，
其中所述复位晶体管的漏极侧的电源具有能够执行所述多个浮动扩散单元的电位控制的配置，并且
所述放大晶体管的导通/截止切换通过所述多个浮动扩散单元的电位控制来执行。
7.一种电子设备，包括：
根据权利要求1-6中任一项所述的固态成像元件；
信号处理电路，所述信号处理电路处理从所述固态成像元件输出的输出信号；以及
光学系统，所述光学系统使入射光入射到所述固态成像元件上。
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