TWI389306B - Solid-state photographic devices, light detectors, and solid-state photographic devices - Google Patents

Solid-state photographic devices, light detectors, and solid-state photographic devices Download PDF

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TWI389306B TW094111483A TW94111483A TWI389306B TW I389306 B TWI389306 B TW I389306B TW 094111483 A TW094111483 A TW 094111483A TW 94111483 A TW94111483 A TW 94111483A TW I389306 B TWI389306 B TW I389306B
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Sugawa Shigetoshi
Adachi Satoru
Yahata Kyoichi
Terada Tatsuya
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Univ Tohoku
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Description

固體攝影裝置、光偵知器、以及固體攝影裝置之作動方法
本發明是關於一種固體攝影裝置、光偵知器以及固體攝影裝置之作動方法，特別是關於一種CMOS型固體攝影裝置、光偵知器以及該固體攝影裝置之作動方法。
CMOS(Complementary Metal－Oxide－Semiconductor)影像偵知器或CCD(Charge Coupled Device)影像偵知器等影像輸入影像偵知器除了特性提升了之外，在數位相機、附有相機功能之行動電話等用途方面的需要也逐漸擴大起來。
上述影像偵知器被期待進一步提升其特性，其中一個被期待的特性為擴大時間設定範圍。
過去所使用之影像偵知器的時間設定範圍為3~4位數(60~80dB)，不到肉眼或銀鹽薄膜的5~6位數(100~120)則是現在的情況。
因此，盼望研發出包括和肉眼或銀鹽薄膜相等之5~6位數(100~120dB)之時間設定的高畫質影像偵知器。包括此種寬時間設定範圍的影像偵知器除了可望應用在數位相機、附有數位相機功能之行動電話等之外，還可應用在PDA(Personal Digital Assistant)專用影像輸入相機、高度交通管理系統專用相機、監視相機、FA(Factory Automation)專用相機或醫療專用相機等用途。
在提升上述影像偵知器之特性的技術方面，在非專利文獻1等文獻中，研發出一種稱為on－chip noise cancel的技術，其為了將增加高感度及高S/N比，分別讀取在各畫素(pixel)的光二極體所產生的雜訊和該在該雜訊中加上光訊號的訊號，藉由取得兩者的差分除去雜訊成分，僅讀取光訊號。
但是，即使使用此方法，時間設定範圍仍在80dB以下，仍希望有比此更大的時間設定範圍。
例如，在專利文獻1中，揭示一種技術，其如第1圖所示，將高感度低照度的小電容C1的漂浮擴散區和低感度高照度的大電容C2的漂浮擴散區連接至光二極體PD上，藉由分別輸出低照度的輸出out1和高照度的輸出out2，將時間設定範圍擴大。
另外，在專利文獻2中，又揭示一種技術，其如第2圖所示，將漂浮擴散區FD的電容CS設定為可變，從低照度涵蓋至高照度來擴大時間設定範圍。
還有一種技術被研發出來，其藉由和短時間曝光的高照度攝影和長時間曝光的低照度攝影不同的曝光時間，攝影兩次。
另外，在專利文獻3及專利文獻2中揭示一種技術，其如第3圖所示，在光二極體PD和電容C之間，設置電晶體開關T，在第一次的曝光期間，將開關T設定為on，在光二極體PD和電容C兩邊儲存光電荷訊號，在第二次的曝光期間，將開關T設定為off，加進前者的儲存電荷，在光二極體PD上儲存光電荷訊號，藉此，擴大時間設定範圍。在此，若有超過飽和的光照射，過剩電荷會透過重設電晶體R被排出。
另外，在專利文獻4中，揭示一種技術，其如第4圖所示，在光二極體PD方面，採用電容C比習知者大的光二極體，藉此來支援高照度攝影。
另外，在非專利文獻3中，揭示一種技術，其如第5圖所示，藉由一種組合來自光二極體PD之訊號和MOS電晶體的對數轉換電路，一邊轉換對數，一邊輸出，藉此來支援高照度攝影。
但是，若使用在上述專利文獻1, 2, 3及非專利文獻2中所記載的方法或在不同曝光時間攝影兩次的方法，必須在低照度攝影和高照度攝影不同的時刻進行，所以，當進行動畫攝影時，在與兩照度之攝影對應的影像上，會產生無法對齊的狀況，最後無法整合兩個影像。
另外，若使用上述專利文獻4及非專利文獻3的方法，當決定與高照度攝影對應時，可達成較大的時間設定範圍，但是，有關於低照度的攝影，會變成低感度、低S/N比，結果無法提升影像的品質。
如上所述，在CMOS影像偵知器等影像偵知器中，難以維持高感度、高S/N比並擴大時間設定範圍。
另外，上述情況不限於影像偵知器，畫素以直線狀排列的直線偵知器、無法包括複數個畫素的光偵知器亦難以維持高感度、高S/N比並擴大時間設定範圍。
[專利文獻l]特開2003－134396號公報[專利文獻2]特開2000－165754號公報[專利文獻3]特開2002－77737號公報[專利文獻4]特開平5－90556號公報[非專利文獻1]S. Inoue et al., IEEE Workshop on CCDs and Advanced Image Sensors 2001, page 16－19[非專利文獻2]Yoshinori Muranatsu et al., IEEE Journal of Solid－state Circuits, Vol. 38, No. 1, January 2003[非專利文獻3]映像情報媒體學會誌，57(2003)
本發明有鑑於上述之狀況，提供一種可維持高感度、高S/N比並擴大時間設定範圍的固體攝影裝置及光偵知器，並提供一種用來維持高感度、高S/N比並擴大時間設定範圍的固體攝影裝置之作動方法。
為達成上述目的，本發明之固體攝影裝置以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，其受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，其傳送上述光電荷；及儲存電容元件，其設置方式至少透過上述傳送電晶體連接至上述光二極體上，在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的儲存電容元件儲存期間，至少透過上述傳送電晶體來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷。
上述本發明之固體攝影裝置以陣列狀集合複數個畫素，該畫素在構造上為，受光而產生並儲存光電荷的光二極體和儲存從光二極體溢出之光電荷的儲存電容元件透過傳送電晶體來連接。在此，儲存電容元件在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的儲存電容元件儲存期間，儲存從上述光二極體所溢出的光電荷。
上述本發明之固體攝影裝置在上述傳送電晶體和上述儲存電容元件之間，進一步包括透過上述傳送電晶體來傳送上述光電荷的漂浮擴散區和結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位的儲存電晶體。
另外，本發明之固體攝影裝置以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，其受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，其傳送上述光電荷；漂浮擴散區，其透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，其為了電位的結合及分割，設置方式為連接至上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述漂浮擴散區來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷；及儲存電晶體，其結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位；其中，上述漂浮擴散區在上述儲存電容元件和電位被分割的狀態下，在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的漂浮擴散區儲存期間儲存從上述光二極體所溢出的光電荷。
上述本發明之固體攝影裝置以陣列狀集合複數個畫素，該畫素在構造上包括受光而產生並儲存光電荷的光二極體、透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷的漂浮擴散區、為了電位的結合及分割而在設置方式上為連接至上述漂浮擴散區並儲存從光二極體所溢出之光電荷的儲存電容元件。在此，漂浮擴散區在上述儲存電容元件和電位被分割的狀態下，在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的漂浮擴散區儲存期間儲存從上述光二極體所溢出的光電荷。
上述本發明之固體攝影裝置的上述儲存電容元件在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的儲存電容元件儲存期間儲存從上述光二極體所溢出的光電荷。
上述本發明之固體攝影裝置進一步包括：重設電晶體，其連接至上述漂浮擴散區而形成並用來排出上述漂浮擴散區內的光電荷；增幅電晶體，其將上述漂浮擴散區內的光電荷增幅轉換成電壓訊號；及選擇電晶體，其連接至上述增幅電晶體而形成並用來選擇上述畫素。
再者，其進一步包括雜訊取消裝置，其可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並且，可取得由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號的差分，另外，進一步包括儲存裝置，其可儲存上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號。
或者，其進一步包括雜訊取消裝置，其可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並且，可取得由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，或者，由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分。
上述本發明之固體攝影裝置進一步包括：重設電晶體，其連接至上述儲存電容元件和上述儲存電晶體的連接部而形成並用來排出上述儲存電容元件及上述漂浮擴散區內的光電荷；增幅電晶體，其將上述漂浮擴散區內的光電荷增幅轉換成電壓訊號；及選擇電晶體，其連接至上述增幅電晶體而形成並用來選擇上述畫素。
再者，其進一步包括雜訊取消裝置，其可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之上述傳送前之水準之電壓訊號的差分。
或者，其進一步包括雜訊取消裝置，其可取得由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號的差分。
另外，其進一步包括儲存裝置，用來儲存上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號。
本發明之固體攝影裝置，其以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，其受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，其傳送上述光電荷；漂浮擴散區，其透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，其為了電位的結合及分割，設置方式為連接至上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述漂浮擴散區來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷；及儲存電晶體，其結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位；此固體攝影裝置進一步包括雜訊取消裝置，其可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並且，可取得由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，或者，由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分。
上述本發明之固體攝影裝置包括雜訊取消裝置，藉此，可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並且，可取得由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，或者，由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分。
上述本發明之固體攝影裝置的上述雜訊取消裝置包括交流結合電路，可將由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分、由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分、由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分作為交流成分來輸出。
或者，上述雜訊取消裝置包括兩個電容器方式差動放大器，並且，輸出由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分、由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分、由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分。
另外，本發明之固體攝影裝置，包括：偵知器部，其以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，其受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，其傳送上述光電荷；漂浮擴散區，其透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，其為了電位的結合及分割，設置方式為連接至上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述漂浮擴散區來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷；及儲存電晶體，其結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位；前處理部，其分別算出由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號及由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷而得的電壓訊號和各個重設水準或相當於重設之水準的差分；增益表產生部，其產生可根據上述差分來設定各畫素之增益的增益表；及錄影資料合成部，其根據上述差分及上述增益表的資料來合成錄影資料。
上述本發明之固體攝影裝置包括偵知器部、前處理部、增益表產生部、錄影資料合成部。偵知器部以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，其受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，其傳送上述光電荷；漂浮擴散區，其透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，其為了電位的結合及分割，設置方式為連接至上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述漂浮擴散區來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷；及儲存電晶體，其結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位；前處理部分別算出由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號及由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷而得的電壓訊號和各個重設水準或相當於重設之水準的差分；增益表產生部產生可根據上述差分來設定各畫素之增益的增益表；及錄影資料合成部根據上述差分及上述增益表的資料來合成錄影資料。
上述本發明之固體攝影裝置的述前處理部在上述差分方面，算出第一差分，亦即，由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並算出第二差分，亦即，由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號或上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分。
再者，當上述第一差分的值在既定的範圍內時，在各畫素的增益表方面，算出上述第一差分和上述第二差分的比，產生增益表。
再者，上錄影資料合成部從是先設定的錄影表，根據上述第一差分或上述第二差分和既定的臨限值的和，求出錄影資料並將其輸出。
再者，上述錄影資料合成部輸出上述第一差分或上述第二差分和上述增益表的積。
另外，為達成上述目的，本發明提供一種包括一個本發明之固體攝影裝置之畫素的光偵知器。
另外，為達成上述目的，本發明之固體攝影裝置之作動方法以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，其受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，其傳送上述光電荷；漂浮擴散區，其透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，其在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述儲存電晶體來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷，並且，藉由儲存電晶體來控制和上述漂浮擴散區的電位之結合或分割；該固體攝影裝置之作動方法包括下列步驟：在儲存電荷前，將上述傳送電晶體設定為off，將上述儲存電晶體設定為on，排出上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件內的光電荷；讀取上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號；將上述光二極體中所產生之光電荷中的飽和前電荷儲存至上述光二極體中，在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的儲存電容元件儲存期間，將從上述光二極體溢出的過飽和電荷儲存至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件中；將上述儲存電晶體設為off，分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並排出上述漂浮擴散區內的光電荷；讀取上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號；將上述傳送電晶體設定為on，將上述飽和前電荷傳送至上述漂浮擴散區，並讀取含有上述飽和前電荷的電壓訊號；及將上述儲存電晶體設定為on，結合上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並讀取含有上述飽和前電荷和上述過飽和訊號的電壓訊號。
上述本發明之固體攝影裝置之作動方法為，在儲存電荷前，將上述傳送電晶體設定為off，將上述儲存電晶體設定為on，排出上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件內的光電荷，讀取上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號。
接著，將上述光二極體中所產生之光電荷中的飽和前電荷儲存至上述光二極體中，在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的儲存電容元件儲存期間，將從上述光二極體溢出的過飽和電荷儲存至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件中。
接著，將上述儲存電晶體設為off，分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並排出上述漂浮擴散區內的光電荷，讀取上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號。
接著，將上述傳送電晶體設定為on，將上述飽和前電荷傳送至上述漂浮擴散區，並讀取含有上述飽和前電荷的電壓訊號。
接著，將上述儲存電晶體設定為on，結合上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並讀取含有上述飽和前電荷和上述過飽和訊號的電壓訊號。
另外，為達成上述目的，本發明之固體攝影裝置之作動方法以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，其受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，其傳送上述光電荷；漂浮擴散區，其透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，其在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述儲存電晶體來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷，並且，藉由儲存電晶體來控制和上述漂浮擴散區的電位之結合或分割；該固體攝影裝置之作動方法包括下列步驟：在儲存電荷前，將上述傳送電晶體設定為off，將上述儲存電晶體設定為on，排出上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件內的光電荷；讀取上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號；將上述光二極體中所產生之光電荷中的飽和前電荷儲存至上述光二極體中，將從上述光二極體溢出的過飽和電荷儲存至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件中；將上述儲存電晶體設為off，分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並排出上述漂浮擴散區內的光電荷；讀取上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號；藉由在上述儲存電容元件和電位被分割的狀態下的上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的儲存電容元件儲存期間，儲存從上述光二極體溢出的超過飽和電荷；讀取含有上述超過飽和訊號的電壓訊號；將上述傳送電晶體設定為on，將上述飽和前電荷傳送至上述漂浮擴散區，並讀取含有上述飽和前電荷的電壓訊號；及將上述儲存電晶體設定為on，結合上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並讀取含有上述飽和前電荷和上述過飽和訊號的電壓訊號。
上述本發明之固體攝影之作動方法為，在儲存電荷前，將上述傳送電晶體設定為off，將上述儲存電晶體設定為on，排出上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件內的光電荷，讀取上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號。
接著，將上述光二極體中所產生之光電荷中的飽和前電荷儲存至上述光二極體中，將從上述光二極體溢出的過飽和電荷儲存至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件中。
接著，將上述儲存電晶體設為off，分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並排出上述漂浮擴散區內的光電荷，讀取上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號。
接著，藉由在上述儲存電容元件和電位被分割的狀態下的上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的儲存電容元件儲存期間，儲存從上述光二極體溢出的超過飽和電荷，讀取含有上述超過飽和訊號的電壓訊號。
接著，將上述傳送電晶體設定為on，將上述飽和前電荷傳送至上述漂浮擴散區，並讀取含有上述飽和前電荷的電壓訊號。
接著，將上述儲存電晶體設定為on，結合上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並讀取含有上述飽和前電荷和上述過飽和訊號的電壓訊號。
根據發明之固體攝影裝置，可在受光而產生並儲存光電荷之光二極體的低照度攝影中維持高感度、高S/N比，再者，藉由儲存電容元件，可儲存從光二極體溢出的光電荷，藉此進行高照度攝影並擴大時間設定範圍。
根據本發明知光偵知器，可維持高感度、高S/N比並擴大時間設定範圍。
根據本發明之固體攝影裝置之作動方法，可維持高感度、高S/N比並擴大時間設定範圍。
下面參照圖面說明本發明之固體攝影裝置的實施型態。
（第1實施型態）
本實施型態之固體攝影裝置為CMOS影像偵知器，第6圖為一個畫素(pixel)的等價電位圖。
各畫素由受光而產生並儲存光電荷之光二極體PD、傳送來自光二極體PD之光電荷的傳送電晶體Tr1、透過傳送電晶體Tr1傳送光電荷的漂浮擴散區FD、在進行儲存動作時儲存從上述漂浮擴散區溢出之光電荷的儲存電容元件CS、結合或分割漂浮擴散區FD和儲存電容元件CS的電位的儲存電晶體Tr2、連接至漂浮擴散區FD而形成且用來排出漂浮擴散區FD內之光電荷的重設電晶體Tr3、將漂浮擴散區FD內之光電荷增幅轉換成電壓訊號的增幅電晶體Tr4及連接至增幅電晶體且用來選擇畫素的選擇電晶體Tr5所構成，即所謂五電晶體型CMOS影像偵知器。例如，上述五個電晶體中任何一個都是由n個通道MOS電晶體組成。在重設電晶體Tr3的汲極上，供應了如電源電壓Vdd的既定電壓。另外，在增幅電晶體Tr4的汲極上，供應了電源電壓Vdd。在儲存電容元件CS的另一邊的端子上，供應了電源電壓Vdd或基準電位Vss。
本實施型態之CMOS影像偵知器以陣列狀集合複數個上述構造的畫素，在各畫素中，於傳送電晶體Tr1、儲存電晶體Tr2、重設電晶體Tr3的閘極電極上，連接了ψT,ψS,ψR各驅動線，另外，在選擇電晶體Tr5的閘極電極上，連接有從行移轉電晶體來驅動的畫素選擇線SL(ψX)，再者，在選擇電晶體Tr5的輸出端源極/汲極上，連接有輸出線out，受到列移轉電晶體的控制並被輸出。
有關選擇電晶體Tr5、驅動線ψX，為了可進行畫素的選擇、不選擇動作，可將漂浮擴散區FD的電壓固定在適當的值，所以那些可以省略。
第7A圖為相當於本發明第1實施型態之CMOS影像偵知器中各畫素之一部分（光二極體PD、傳送電晶體Tr1、漂浮擴散區FD、儲存電晶體Tr2及儲存電容元件CS的模式剖面圖。
例如，在n型矽半導體基板(n－sub)10上形成p型井區(p－well)11，以分離各畫素及儲存電容元件CS區域之LOCOS法等方法形成元件分離絕緣膜(20, 21, 22)，再者，在相當於分離畫素之元件分離絕緣膜20下方的p型井區11中，形成p型分離區域12。
在p型井區11中形成n型半導體區域13，在其表層形成p＋型半導體區域14，藉由此pn接合，構成電荷傳送埋入型光二極體PD。在施加適當偏壓於pn接合面所產生的空乏層中，射入光LT，藉由光電效果產生光電荷。
在n型半導體區域13的先端，包括藉由p＋型半導體區域14露出而形成的區域，從此區域間隔出既定的距離，在p型井區11的表層形成漂浮擴散區FD所組成的n＋型半導體區域15，再者，從此區域間隔出既定的距離，在p型井區11的表層形成n＋型半導體區域16。
在此，在n型半導體區域13和n＋型半導體區域15之區域中，於p型井區11上面，透過氧化矽等所組成的閘極絕緣膜23形成由多晶矽所組成的閘極電極30，將n型半導體區域13和n＋型半導體區域15設定為源極/汲極，構成於p型井區11表層包括通道形成區域的傳送電晶體Tr1。
另外，在n＋型半導體區域15和n＋型半導體區域16之區域中，於p型井區11上面，透過氧化矽等所組成的閘極絕緣膜24形成由多晶矽所組成的閘極電極31，將n＋型半導體區域15和n＋型半導體區域16設定為源極/汲極，構成於p型井區11表層包括通道形成區域的儲存電晶體Tr2。
另外，在藉由元件分離絕緣膜(21, 22)來分離的區域中，於p型井區11的表層形成由下部電極所組成之p＋型半導體區域17，在此上層，透過氧化矽所組成的電容絕緣膜25，形成多晶矽所組成的上部電極32，如此，構成儲存電容元件CS。
包覆傳送電晶體Tr1、儲存電晶體Tr2及儲存電容元件CS，形成氧化矽等所組成的絕緣膜，形成到達n＋型半導體區域15、n＋型半導體區域16及上部電極32的開口部，分別形成連接至n＋型半導體區域15的配線33、連接至n＋型半導體區域16及上部電極32的配線34。
另外，在傳送電晶體Tr1的閘極電極30上，連接設置有驅動線ψT，另外，在儲存電晶體Tr2的閘極電極31上，連接設置有驅動線ψS。
有關作為上述其他要素的重設電晶體Tr3、增幅電晶體Tr4、選擇電晶體Tr5、各驅動線(ψT,ψS,ψR,ψX)及輸出線out，例如，配線33連接至未圖示的增幅電晶體Tr4上，為了變成第6圖之等價電路圖所示的構造，構成於第7圖所示之半導體基板10上之未圖示之區域。
此外，在第7A圖的剖面圖中，將儲存電容元件CS作為平面型MOS電容器，另外也可以作為接合型電容器、堆疊型電容器、槽溝型電容易或這些形狀之複合形狀的各種電容器，再者，在電容絕緣膜方面，可使用氮化矽或Ta2 O5 等所謂High－k材料，製造出包括更大電容的儲存電容元件CS。
第7B圖為相當於上述光二極體PD、傳送電晶體Tr1、漂浮擴散區FD、儲存電晶體Tr2及儲存電容元件CS的模式電位圖。
光二極體PD構成電位相對上較淺的電容CPD，漂浮擴散區FD及儲存電容元件CS構成電位相對上較深的電容(CFD, CS)。
在此，傳送電晶體Tr1及儲存電晶體Tr2根據電晶體的on/off狀態來取得兩個準位。
下面說明在第6圖之等價電路圖、第7A圖之剖面圖及第7B圖的電位圖中所說明之本實施型態的CMOS影像偵知器之驅動方法。
第8圖為時間設定流程圖，顯示施加於驅動線(ψT,ψS,ψR)的電壓，在on/off狀態的兩個準位和ψT方面，顯示進一步加上以(＋α)表示的準位，設定出三個準位。
施加於驅動線ψT的電壓可為on/off狀態的兩個準位，但如本例所示，三個準位時，較能有效率地將從光二極體PD溢出的電荷儲存至漂浮擴散區FD和儲存電容元件CS。
另外，第9A圖至第9D圖及第10A圖至第10D圖相當於時間設定流程圖的各時間設定中的電位圖。
首先，如第9A圖所示，在新範圍開始的時刻T0，於將ψT設定為off且將ψS設定為on的狀態下，將ψR設定為on，完全排出前一範圍中所產生的光電荷，然後重設。
針對CPD的儲存期間（此相當於模糊顯像期間）TPD從將時刻T0不久之前的ψT設定為off的時點(T4’)開始，在CPD開始光電荷的儲存。
此外，基於上述的理由，在時刻T0的不久之後，ψT被設定為(＋α)準位。
接著，在從顯像時間開始經過既定時間的時刻T1，將ψR設定為off。
此時，如第9B圖所示，ψS呈現on狀態，所以，變成了CFD和CS結合的狀態，重設不久之後，伴隨重設動作而來的所謂的kTC雜訊產生於CFD＋CS。在此，將此CFD＋CS之重設水準訊號作為雜訊N2來讀取。
讀取雜訊N2並儲存至後述之訊框記憶體（儲存裝置）中，當影像訊號產生時，使用該雜訊N2的方法為最能產生高S/N比的作動方法，但是，當過飽和時，相較於飽和前電荷（低照度訊號）＋過飽和電荷（高照度訊號），雜訊N2過小，所以，可使用後述之雜訊N1取代雜訊N2。另外，可使用下一訊框之雜訊N2來取代目前訊框之雜訊N2。
在時刻T1，針對CS之儲存電容元件儲存期間TCS開始，開始儲存光二極體PD所溢出之光電荷CS。
此外，如上所述，由於從顯像時間開始經過了既定的時間，所以，在圖面上，顯示某種程度之飽和前電荷QB儲存至CFD。
如此，當光電荷在飽和CPD的量以下時，光電荷僅儲存於CFD，當光電荷在飽和CFD的量以上時，不僅儲存於CPD之外，而是將光電荷儲存於CFD和CS。
第9圖顯示，CPD呈飽和狀態，在CPD中儲存了飽和前電荷QB，在CFD和CS中儲存過飽和電荷QA。
接著，將ψT從(＋α)準位還原至off，在儲存電容元件儲存期間TCS結束時，將ψS設定為off，如第9D圖所示，分割CFD和CS的電位。藉此，完成了對CS的儲存。
接著，將ψR設定為on，如第10A圖所示，排出CPD中的光電荷並重設。
接著，在時刻T2，將ψR設定為off以完成重設之後，馬上如第10B圖所示，在CFD產生新的kTC雜訊。在此，將此CPD的重設水準訊號作為雜訊N1來讀取。
接著，將ψT設定為on，如第10C圖所示，將CPD中的飽和前電荷QB傳送至CFD。在此，CPD的電位比CFD淺，傳送電晶體的準位比CFD深，所以，可實現完全的電荷傳送，將CFD中的飽和前電荷QB全部傳送至CFD。
在此，在時刻T3，將ψT還原成off，從傳送至CFD的飽和前電荷QB讀取飽和前電荷S1。但是，在此有CFD雜訊，所以，實際讀取到的是S1＋N1。第10C圖顯示將ψT還原成off之前的狀態。
接著，將ψS設定為on，然後，將ψT設定為on，藉此，結合CFD和CS的電位，如第10D圖所示，混合CFD中的飽和前電荷QB和CS中的過飽和電荷QA。
在此，在時刻T4，將ψT還原成off，從CFD＋CS的飽和前電荷QB＋過飽和電荷QA讀取飽和前電荷訊號S1和過飽和電荷訊號S2的和的訊號。但是，在此有CFD＋CS雜訊，再者，是從CFD＋CS的電荷來讀取，所以，實際上讀取到的是S1’＋S2’＋N2（S1’和S2’分別為隨著CFD和CS的電容比率縮小調變的S1和S2的值）。第10D圖顯示將ψT還原成off之前的狀態。
接著，如上所述，在將ψT設定為off且將ψS設定為on的狀態下，將ψR設定為on，完全排出在此範圍所產生的光電荷，如第9A圖所示，重設狀態並移至下一個範圍。
接著說明以陣列狀集合上述構造之畫素的CMOS影像偵知器的整體電路構造。
第11圖為等價電路圖，顯示本實施型態之CMOS影像偵知器的整體電路構造。
複數個（在圖面上代表性地顯示4個）畫素(pixel)配置成陣列狀，在各畫素(pixel)上，連接有用來控制驅動線(ψT,ψS,ψR)的S/H用行移轉電晶體SRSH和用來控制驅動線(ψR)的重設用行移轉電晶體SRRST，再者，連接有電源VDD及地面GND等。
從各畫素(pixel)，藉由CDS（相關雙重取樣）電路，以列移轉電晶體SR及驅動線(ψS1＋N1,ψN1,ψS1’＋S2’＋N2,ψN2)來進行控制，如上所述，飽和前電荷訊號(S1)＋CFD雜訊(N1)、CFD雜訊(N1)、調變後之飽和前電荷訊號(S1’)＋調變後之過飽和電荷訊號(S2’)＋CFD＋CS雜訊(N2)及CFD＋CS雜訊(N2)這四種值在透過各種時間設定輸出至各輸出線。
在此，飽和前電荷訊號(S1)＋CFD雜訊(N1)和CFD雜訊(N1)的各輸出端部分Cta如下面所說明，由於取得它們的差分，所以可在CMOS影像偵知器晶片上形成含有差動放大器DA1的電路CTb。
接著，分別在第12A及第12B圖顯示用來實現第8圖所示之驅動的電路，亦即，S/H用行移轉電晶體SRSH和重設用行移轉電晶體SRRST的電路圖。
S/H用行移轉電晶體SRSH在左側的行移轉電晶體SRL上連接有驅動線(ψS,ψR,ψT)，另一方面，重設用行移轉電晶體SRRST在右側的行移轉電晶體SRL上連接有驅動線(ψR)。
在一般的CMOS攝影裝置中，於水平遮蓋期間同時讀取畫素的重設和畫素資料，所以，移轉電晶體的enable訊號在一個訊框中選取一行，每次讀取一行，就單純地移轉一行，S/H用行移轉SRSH相當於此電晶體。但是，藉由此構造，無法實現第8圖所示的驅動。
因此，在本實施型態中，重新設置僅負責重設的重設用行移轉電晶體SRRST，例如，在夾住用來配置畫素的受光部的狀態下，配置S/H用行移轉電晶體SRSH和重設用行移轉電晶體SRRST。藉此，便可在一個訊框中選擇複數行，實現第8圖所示的驅動。
在第8圖中，調整了ψR下降的時間設定，並調整了儲存電容元件儲存期間TCS開始時的時間設定，但是，當使用上述重設用行移轉電晶體SRRST時，在儲存電容元件儲存期間TCS以外，和S/H用行移轉電晶體SRSH的第2次重設脈衝同步，重設用行移轉電晶體SRRST在每一行的週期中傳送重設脈衝。
第13A圖及第13B圖顯示含有第12A圖及第12B圖所示之S/H用行移轉電晶體SRSH（左）和重設用行移轉電晶體SRRST(右)之電路被輸入之ψRin的波形。
另外，第13C圖及第13D圖顯示對S/H用行移轉電晶體SRSH（左）和重設用行移轉電晶體SRRST（右）的起始訊號的輸入。
在此，ψVRST（左）為一個訊框輸入一個脈衝，所以，在一個訊框中僅選擇一行。此是因為無法選取複數行用來進行讀取的行。另一方面，ψVRST（右）在一個訊框中輸入複數個脈衝，例如，在512行CMOS影像偵知器中，若輸入256脈衝，則在忽略水平遮蓋期間的情況下，對漂浮擴散區和儲存電容元件的儲存時間TCS為不調整儲存電容元件儲存期間TCS開始之時間設定的情況（從時刻T0亦即儲存電容元件儲存期間TCS開始時）中的255/512，亦即一半。
第14圖為處理上述已輸出之飽和前電荷訊號(S1)＋CFD雜訊(N1)、CFD雜訊(N1)、調變後之飽和前電荷訊號(S1’)＋調變後之過飽和電荷訊號(S2’)＋CFD＋CS雜訊(N2)及CFD＋CS雜訊(N2)這四種訊號的電路。
從上述的輸出，再將飽和前電荷訊號(S1)＋CFD雜訊(N1)和CFD雜訊(N1)輸入至差動放大器DA1，藉由取得這些差分，消除CFD雜訊(N1)，得到飽和前電荷訊號(S1)。
另一方面，將調變後之飽和前電荷訊號(S1’)＋調變後之過飽和電荷訊號(S2’)＋CFD＋CS雜訊(N2)和CFD＋CS雜訊(N2)輸入至差動放大器DA2，取得這些差分，消除CFD＋CS雜訊(N2)，再者，藉由放大器AP，隨著CFD和CS的電容比率還原，調整至和飽和前電荷訊號(S1)相同的增益，藉此，得到飽和前電荷訊號和過飽和電荷訊號的和(S1＋S2)。
在此，如第8圖所示之時間設定流程圖，CFD＋CS雜訊(N2)相較於其他訊號，相對上較早取得，所以，在取得其他訊號之前，事先儲存於訊框記憶體FM中，在取得其他訊號的時點，從訊框記憶體FM讀取，進行以下的處理。
下面說明上述調變後之飽和前電荷訊號(S1’)＋調變後之過飽和電荷訊號(S2’)的還原。
S1’、S2’、α（從CFD到CFD＋CS的電荷分配比）及β（從CS到CFD＋CS的電荷分配比）以下面的數學式來表示。
S1’＝S1×α (1)S2’＝S2×α×β (2)α＝CPD/(CFD＋CS) (3)β＝CS/(CFD＋CS) (4)於是，藉由式(3)及式(4)從CFD和CS的值求出α及β，將此代入式(1)及式(2)，可還原成S1＋S2，並調整至與另取得之S1相同的增益。
再者，在針對光二極體PD之儲存期間TPD內之以既定期間之比率所設定的儲存電容元件儲存期間TCS，儲存至儲存電容元件CS之光電荷的訊號為S2，所以，對S2乘以比率TPD/TCS，藉此，可還原成在整個顯像期間儲存至儲存電容元件CS之光電荷的訊號。
接著，如第14圖所示，選擇上述所得到之S1和S1＋S2中任何一者，作最後的輸出。
在此，首先，將S1輸入至比較器CP，和事先設定的基準電位V0作比較。另一方面，將S1和S1＋S2輸入至選擇器SE，根據上述比較器CP的輸出，選擇S1和S1＋S2中任何一者來輸出。基準電位V0方面，選擇根據光二極體PD之電容而飽和之前的電位，例如，選擇0.3V。
換言之，若S1減V0為負，亦即，S1比V0小，則判斷光二極體PD未飽和，輸出S1。
相反地，若S1減V0為正，亦即，S1比V0大，則判斷光二極體PD飽和，輸出S1＋S2。
例如，在CMOS影像偵知器晶片CH上形成此輸出，另附加差動放大器DA1及訊框記憶體FM以後的電路來實現。另外，如上所述，有關差動放大器DA1，可在CMOS影像偵知器晶片CH上形成。
另外，有關差動放大器DA1及訊框記憶體FM以後的電路，由於所處理的類比資料變大，所以，在輸入至差動放大器DA1及訊框記憶體FM之前，進行A/D轉換，差動放大器DA1及訊框記憶體FM以後宜作數位處理。但是，在數位化之後，若藉由上述TFD/TCS的比率而進行復原（增幅），將增幅成數位化所導致的不連續性，所以，宜進可能在復原（增幅）之後進行數位化。例如，宜配合所使用之A/D轉換器的人力範圍，事先使用未圖示之放大器增幅。
如上所述，在本實施型態之CMOS影像偵知器中，每一個畫素在每一個訊框中，得到飽和前電荷訊號(S1)和飽和前電荷訊號和過飽和電荷訊號的和(S1＋S2)這兩種訊號，判斷出實際上光二極體PD(CPD)是否為飽和或接近飽和的狀態，然後選擇S1和S1＋S2中任何一者。
在不調整儲存電容元件儲存期間TCS開始時的時間設定的情況（從時刻T0開始亦即儲存電容元件儲存期間TCS開始時）下，針對光二極體PD之儲存期間TPD和儲存電容元件儲存期間TCS幾乎相等，例如，在30fps的情況下，任何一者皆為33msec。在此情況下，超過光二極體PD之飽和量的光電荷完全溢出儲存電容元件CS，但是，在昭照度的情況下，也有滿溢至儲存電容元件CS而未得到高照度資訊的情況。另一方面，在本實施型態中，在針對光二極體PD的儲存期間TPD，存在將ψR設定為on的期間，附加一功能，其可在曝光時間初期，在VDD的電源電壓下選擇性地排出超過ψT而溢出儲存電容元件CS之光電荷。藉由此功能，若在高照度時儲存電容元件CS不會溢出，可將可測定之高照度區域的範圍擴大，擴大時間設定範圍。
第15圖為針對光量（相對值）來繪製上述所得之訊號(S1’＋S2’＋N2)的圖，在重設為on之期間的長度分別顯示在儲存期間TPD之20/50、30/50、40/50、45/50的狀態下。
在此圖中，延遲了ψR下降的時間設定，限制對儲存電容元件CS儲存的儲存期間TCS，藉此，高照度這一方的光量對輸出的斜率變小，若儲存電容元件CS未溢出，可壓縮高照度時的資訊，即使輸入更高照度的資訊，也不容易飽和。
從時刻T0開始亦即儲存電容元件儲存期間TCS開始時，當光量為800時，500mV的輸出可達到飽和，但是，若將儲存電容元件儲存期間TCS設定為針對光二極體PD之儲存期間TFD之5/50（重設為on的期間是45/50），即使光量為3500，輸出也不會達到飽和。即使在此情況下，低照度時的感度也不會下降。
根據本實施型態的驅動方法，可在不使低照度這一方的感度和S/N比劣化的情況下，使僅僅高照度這一方的資訊未達到飽和，擴大時間設定範圍。
相對於針對光二極體PD之儲存期間TFD，限制儲存電容元件儲存期間TCS而產生之時間設定範圍擴大的理論值如下。
根據本實施型態之CMOS影像偵知器的構造和上述作動方法，分別從取消雜訊所得之飽和前電荷訊號(S1)、飽和前電荷訊號和過飽和電荷訊號的和(S1＋S2)這兩種訊號中採用訊號，若光二極體PD(CPD)未飽和，採用飽和前電荷訊號(S1)，若飽和，採用飽和前電荷訊號和過飽和電荷訊號的和(S1＋S2)。
如此，在光二極體PD未飽和的低照度攝影中，可藉由取消雜訊所得之飽和前電荷訊號(S1)，維持高感度、高S/N比，再者，在光二極體PD飽和的高照度攝影中，在光二極體之儲存期間中的以既定比率所設定的儲存電容元件儲存期間，藉由儲存電容元件，以上述既定比率，儲存從光二極體所溢出之光電荷，和上述相同，可藉由取消雜訊所得之訊號（飽和前電荷訊號和過飽和電荷訊號的和(S1＋S2)），維持高S/N，並在高照度這一方實現時間設定範圍的擴大。
本實施型態之CMOS影像偵知器如上所述，可在不降低低照度這一方之感度的情況下，提高高照度的感度並擴大時間設定範圍，此外，由於不會從一般使用電源電壓的範圍上升，所以，可支援將來影像偵知器的輕薄化。
元件的增設降低到極少，不會導致畫素尺寸擴大。
再者，如同習知之實現時間設定範圍擴大之影像偵知器，在高照度這一方和低照度這一方，不分割儲存時間，亦即，可在不跨過訊框的情況下，在同一儲存時間內儲存，所以，亦可支援動畫的攝影。
另外，對於漂浮擴散區FD的漏電流（FD漏電流），也可藉由本實施型態之影像偵知器，使CFD＋CS之最小訊號變成來自過飽和電荷＋光二極體PD的飽和電荷，處理比FD漏電流大的電荷量，所以，包括難以受到FD漏電流之影響的優點。
（第2實施型態）
本實施型態之CMOS影像偵知器和第1實施型態之CMOS影像偵知器相同，但驅動方法不同。
第16圖為時間設定流程圖，顯示施加於驅動線(ψT,ψS,ψR)之電壓和on/off的兩個準位。和第1實施型態相同，有關ψT，可進一步加上以(＋α)表示的準位，設定出三個準位。
首先，在新範圍開始的時刻T0，於將ψT設定為off且將ψS設定為on的狀態下，將ψR設定為on，完全排出前一範圍中所產生的光電荷，然後重設。
針對CPD的儲存期間TPD從將時刻T0不久之前的ψT設定為off的時點(T4’)開始，在CPD開始光電荷的儲存。
接著，在時刻T0時的重設不久之後亦即時刻T1，將ψR設定為off。此時，變成了CFD和 CS結合的狀態，將CFD＋CS之重設水準訊號作為雜訊N2來讀取，儲存至訊框記憶體FM中。當過飽和時，相較於飽和前電荷＋過飽和電荷，雜訊N2過小，所以，可使用後述之雜訊N1取代雜訊N2。另外，可使用下一訊框之雜訊N2來取代目前訊框之雜訊N2。
在時刻T1，針對CS之儲存電容元件儲存期間TCS開始，開始儲存光二極體PD所溢出之光電荷CS。
如此，當光電荷在飽和CPD的量以下時，光電荷僅儲存於CFD，當光電荷在飽和CFD的量以上時，不僅儲存於CPD之外，而是將光電荷儲存於CFD和CS。
接著，在儲存電容元件儲存期間TCS結束時，將ψS設定為Off，分割CFD和CS的電位。藉此，完成了對CS的儲存。
接著，將ψR設定為on，排出CPD中的光電荷並重設，然後馬上在時刻T2，將ψR還原為off，將CPD的重設水準訊號作為雜訊N1來讀取。
在此，時刻T2以後，在為了將CPD中的飽和前電荷傳送至CPD而將ψT設定為on之前的期間變成針對CPD之儲存期間TFD內之以既定期間比率所設定之漂浮擴散區儲存期間TFD，在漂浮擴散區FD和儲存電容元件CS的電位被分割的狀態下，在漂浮擴散區FD儲存從光二極體PD溢出的光電荷。當漂浮擴散區儲存期間TFD結束時，亦即，在將ψT設定為on不久之前的時刻T2A，讀取於漂浮擴散區儲存期間TFD儲存於漂浮擴散區FD之超過飽和電荷訊號（超高照度訊號）S3。但是，在此有CFD雜訊，所以，實際讀取到的是S3＋N1。
在時刻T2，亦即重設之後從時刻T0再次重設之前的期間，一般稱為水平遮蓋期間。在本實施型態中，使用水平遮蓋期間的一部分在漂浮擴散區FD儲存從光二極體PD溢出的光電荷，產生超過飽和電荷訊號。漂浮擴散區儲存期間TFD可調整為一行的單位。
接著，將ψT設定為on，將CPD中的飽和前電荷傳送至CFD。在此，CPD的電位比CFD淺，傳送電晶體的準位比CFD深，所以，可實現完全的電荷傳送，將CFD中的飽和前電荷全部傳送至CFD。
在此，在時刻T3，將ψT還原成off，從傳送至CFD的飽和前電荷讀取含有飽和前電荷訊號S1的訊號。但是，在此事先存在超過飽和電荷訊號S3，再者，有CFD雜訊，所以，實際上讀取到的是S1＋S3＋N1。
接著，將ψS設定為on，然後，將ψT設定為on，藉此，結合CFD和CS的電位，如第10D圖所示，混合CFD中的飽和前電荷＋超過飽和電荷和CS中的過飽和電荷。
在此，在時刻T4，將ψT還原成off，從CFD＋CS的電荷訊號。此時，在CFD＋CS中，存在飽和前電荷＋超過飽和電荷＋過飽和電荷，讀取存在飽和前電荷S1＋超過飽和電荷S2＋過飽和電荷S3的訊號。但是，在此有CFD＋CS雜訊，再者，是從CFD＋CS的電荷來讀取，所以，實際上讀取到的是S1’＋S2’＋S3’＋N2（S1’、S2’及S3’分別為隨著CFD和CS的電容比率縮小調變的S1、S2及S3的值）。
接著，如上所述，在將ψT設定為off且將ψS設定為on的狀態下，將ψR設定為on，完全排出在此範圍所產生的光電荷，移至下一個範圍。
從上述所得之各電荷訊號，以如下的方式產生各訊號。
亦即，首先，取得在時刻T2A得到之S3＋N1和在時刻T2得到之N1的差分，產生取消雜訊後的超過飽和電荷訊號S3。
另外，取得在時刻T3得到之S1＋S3＋N1和在時刻T2A得到之S3＋N1的差分，產生取消雜訊後的飽和前電荷訊號S1。
再者，取得在時刻T4所得之S1’＋S2’＋S3’＋N2和在時刻T1所得之N2的差分，得到取消雜訊後的S1’＋S2’＋S3’，再者，以和第1實施型態相同的步驟，以CFD和CS的電容比率復原此項，設定為S1＋S2＋S3。再者，取得和上述所得之S3的差分，產生飽和前電荷訊號S1＋過飽和電荷訊號S2。但是，在S3相對於S1＋S2過小時，可不取得差分，忽略S3。
上述所得之超過飽和電荷訊號S3在針對光二極體PD之儲存期間TPD內之以既定期間比率所設定之漂浮擴散區儲存期間TFD中，為儲存於漂浮擴散區FD的光電荷訊號，所以，對S3乘以比率γ亦即TPD/TFD，藉此，可還原成在整個顯像期間儲存至漂浮擴散區FD之光電荷的訊號(S×γ)。
例如，在30fps的情況下，顯像期間(TPD)為33msec，漂浮擴散區儲存期間TFD設於水平遮蓋期間，所以，即使很長，也是10μsec。在此情況下，可藉由乘上33msec/10μsec的比率來復原。
關於上述所得的三個訊號(S1, S1＋S2, S3×γ)，和第1實施型態相同，使用比較器及選擇器，選擇要採用的訊號。
第17圖為從上述三種訊號(S1, S1＋S2, S3×γ)中選擇並輸出的電路圖。
在此，首先，將S1輸入至比較器CP1，和事先設定的基準電位V0作比較。另一方面，將S1和S1＋S2輸入至選擇器SE1，根據上述比較器CP1的輸出，選擇S1和S1＋S2中任何一者來輸出。基準電位V0方面，選擇根據光二極體PD之電容而飽和之前的電位。
接著，將選擇器SE1的輸出輸入至比較器CP2，和事先設定的基準電位V0’作比較。另一方面，將選擇器SE1的輸出和S3×γ輸入至選擇器SE2，根據上述比較器CP2的輸出，選擇選擇器SE1的輸出和S3×γ中任何一者來輸出。基準電位V0’方面，選擇根據儲存電容元件CS之電容而飽和之前的電位。
藉由上述本實施型態之CMOS影像偵知器之驅動方法，除了低照度和高照度的兩次取樣之外，進一步得到超高照度的資訊，此方法即使在高照度的短曝光時間內也可得到足夠的訊號電荷，並且，由於是以可以除去kTC雜訊為前提，所以，在使用習知之時間設定範圍之CMOS影像偵知器時，無法在切換訊號時放大雜訊來使用，但是，在本實施型態中，藉由增設儲存電容元件CS來擴大時間設定範圍，於是，可減少從高照度訊號切換至超高照度訊號時的S/N比的劣化。
另外，第18圖為在進一步將得到本實施型態之三個訊號(S1, S1＋S2, S3×γ)的驅動方法和第1實施型態所示之驅動方法結合的情況下的驅動線的電壓的時間設定流程圖。藉由TPD對用來得到S2之儲存電容元件儲存期間TCS的既定比率，進一步擴大時間設定範圍，因此，可進一步抑制從高照度訊號切換至超高照度訊號時的S/N比的劣化。
如上所述，TFD為10μsec，當儲存電容元件CS飽和時的1/30秒內的電荷產生數分別為200ke－、400ke－、800ke－、2000ke時最壞情況的S/N比如表2所示。在此，雜訊的成分假定為5e－。
如表2所示，若在1/30秒的曝光時間內處理20萬個電子，S/N比為21.6dB，若藉由加入儲存電容元件CS來處理20萬個電子，再使用第1實施型態的手法來處理200萬個電子，可在切換訊號時確保充分且在40dB以上的S/N。
另一方面，在時間設定範圍的擴大方面，對漂浮擴散區FD的儲存期間TFD(10μsec)和對光二極體的儲存期間TFD(33 msec)的比仍是時間設定範圍的擴大程度，在本實施型態中，時間設定範圍的擴大為＋70dB，藉由增設儲存電容元件CS，可從＋20~40dB進一步擴大到30~50dB高照度這一方，總時間設定範圍變為190dB。
根據本實施型態之CMOS影像偵知器的構造和上述作動方法，分別從取消雜訊所得之飽和前電荷訊號(S1)、飽和前電荷訊號和過飽和電荷訊號的和(S1＋S2)及超過飽和電荷訊號(S3×γ)這三種訊號中採用訊號，根據光二極體PD(CPD)是否飽和和儲存電容元件CS是否飽和，從中採用適合的訊號。
如此，在光二極體PD未飽和的低照度攝影中，可藉由取消雜訊所得之飽和前電荷訊號(S1)，維持高感度、高S/N比，再者，在光二極體PD飽和的高照度攝影中，藉由儲存電容元件，儲存從光二極體所溢出之光電荷，和上述相同，可藉由取消雜訊所得之訊號（飽和前電荷訊號和過飽和電荷訊號的和(S1＋S2)）在高照度這一方實現時間設定範圍的擴大，再者，在儲存電容元件飽和的超高照度攝影中，在光二極體之儲存期間中的以既定比率所設定的漂浮擴散區儲存期間，藉由儲存電容元件，以上述既定比率，儲存從光二極體所溢出之光電荷，和上述相同，可藉由取消雜訊並以既定比率復原之訊號（超過飽和電荷訊號(S3×γ)），維持高S/N，並進一步在高照度這一方實現時間設定範圍的擴大。
和第1實施型態相同，本實施型態之CMOS影像偵知器如上所述，可在不降低低照度這一方之感度的情況下，提高高照度的感度並擴大時間設定範圍，此外，由於不會從一般使用電源電壓的範圍上升，所以，可支援將來影像偵知器的輕薄化。
元件的增設降低到極少，不會導致畫素尺寸擴大。
再者，如同習知之實現時間設定範圍擴大之影像偵知器，在高照度這一方和低照度這一方，不分割儲存時間，亦即，可在不跨過訊框的情況下，在同一儲存時間內儲存，所以，亦可支援動畫的攝影。
另外，對於漂浮擴散區FD的漏電流（FD漏電流），也可藉由本實施型態之影像偵知器，使CFD＋CS之最小訊號變成來自過飽和電荷＋光二極體PD的飽和電荷，處理比FD漏電流大的電荷量，所以，包括難以受到FD漏電流之影響的優點。
（第3實施型態）
在第1及第2實施型態之CMOS影像偵知器中或在第1實施型態從時刻T0開始開始儲存電容元件儲存期間TCS之型態的CMOS影像偵知器中，將CFD＋CS的重設水準訊號作為雜訊N2來讀取，儲存至訊框記憶體FM，藉此，取消取樣飽和前電荷訊號和過飽和電荷訊號(S1＋S2)時的雜訊，但在本實施型態之CMOS影像偵知器中，亦可藉由不使用訊框記憶體來降低晶片成本。
為了使訊框記憶體比CFD＋CS的重設水準訊號(N2)的取樣時間設定調變之後的飽和前電荷訊號及過飽和電荷訊號的和(S1’＋S2’＋N2)的取樣時間設定早一個訊框產生，需要訊框記憶體。
在此，即使將CFD＋CS的重設水準訊號(N2)以CFD的重設水準訊號(N1)或下一訊框的N2（表示為N2”）來取代，可消除畫素內放大器的臨限值的零亂分佈，所以，留下kTC雜訊。
此雜訊為(kTC)1/2的電荷的零亂分佈，所以，儲存電容元件CS的電容越大，混亂度也越大，但是，在高照度這一方，時間設定範圍可擴大到20dB以上，所以，儲存電容元件CS的電容即使設定為40fF，也只有相當於82個電子的雜訊。
另一方面，從低照度切換資料至高照度時的訊號電荷是根據受光部的電容，但是，通常有10000個以上的電子，在此情況下的光短路雜訊為100個電子，取上述82個電子的平方和，得到129個電子。在S/N比方面，40dB劣化成37.0dB。
下面說明將CFD＋CS之重設水準訊號(N2)取代為CFD之重設水準訊號(N1)或下一訊框之N2的電路的具體例。
第19A圖為實現將上述CFD＋CS之重設水準訊號(N2)取代為CFD之重設水準訊號(N1)的CDS電路的電路圖。另外，第19B圖為顯示驅動線之施加電壓及取樣時間設定的時間設定流程圖。
亦即，作為雜訊取消電路，第19A圖的CDS電路包括交流結合電路，當進行N1的取樣時，電晶體SH1及SH2呈on狀態而被輸入，接著，當進行S1＋N1的取樣時，電晶體SH1呈on狀態，將S1＋N1和先前輸入的N1的差分作為交流成分來輸出，輸入至AD轉換器ADC1。接著，當進行S1’＋S2’＋N2的取樣時，電晶體SH2呈on狀態，將S1’＋S2’＋N2和先前輸入的N1的差分作為交流成分來輸出，輸入至AD轉換器ADC2。S1’＋S2’＋N2和先前輸入的N1的差分留下kTC雜訊，在實質上變成S1’＋S2’。
第20A圖為實現將上述CFD＋CS之重設水準訊號(N2)取代為下一訊框之CFD＋CS之重設水準訊號(N2”)的CDS電路的電路圖。另外，第20B圖為顯示驅動線之施加電壓及取樣時間設定的時間設定流程圖。
亦即，作為雜訊取消電路，第20A圖的CDS電路包括交流結合電路，當進行N1的取樣時，電晶體SH1呈on狀態而被輸入，接著，當進行S1＋N1的取樣時，電晶體SH1呈on狀態，將S1＋N1和先前輸入的N1的差分作為交流成分來輸出，輸入至AD轉換器ADC1。
接著，當進行S1’＋S2’＋N2的取樣時，電晶體SH2呈on狀態而被輸入，接著，當進行下一訊框的N2”的取樣時，電晶體SH2呈on狀態，將N2”和先前輸入的S1’＋S2’＋N2的差分作為交流成分來輸出，輸入至AD轉換器ADC2。N2”和先前輸入的S1’＋S2’＋N2的差分留下並倒轉kTC雜訊，但在實質上變成S1’＋S2’。
第21A圖為實現將上述CFD＋CS之重設水準訊號(N2)取代為下一訊框之CFD＋CS之重設水準訊號(N2”)的CDS電路的電路圖。另外，第21B圖為顯示驅動線之施加電壓及取樣時間設定的時間設定流程圖。
亦即，作為雜訊取消電路，第21A圖的CDS電路包括雙電容器方式差動放大器，如第21B圖所示，在S1＋N1, S1’＋S2’＋N2, N2”的各取樣時間設定中，將取樣後的訊號輸入至第21A圖的CDS電路，從差動放大器DA3輸出S1＋N1和N1的差分，另外，從差動放大器DA4輸出S1’＋S2’＋N2和下一訊框之N2”的差分。
在上述中，各時間設定流程圖相當於在第1實施型態中從時刻T0亦即開始儲存電容元件儲存期間TCS之型態，但是，本發明不在此限，可以第1或第2實施型態的方法中應用本實施型態。
根據本實施型態，在各畫素中，透過電晶體連接至光二極體，以此方式設置儲存電容元件CS，以擴大時間設定範圍，並且，可省略僅用來輸出N2的專用緩衝器電路、AD轉換器，另外，也不需要訊框記憶體，可一方面更有效率地除去固定型態之雜訊，一方面藉由電路的單純化來降低晶片成本。
（第4實施型態）
上述各實施型態或在第1實施型態中從時刻T0亦即開始儲存電容元件儲存期間TCS之型態的CMOS影像偵知器中，以在各畫素中透過電晶體連接至光二極體之方式而設置的儲存電容元件CS和漂浮擴散區電容CFD不相關，漂浮擴散區電容CFD單獨進行電壓轉換時和加入儲存電容元件CS一起進行電壓轉換時的增益的零亂分佈傾向不一樣。
於是，藉由在低照度和高照度的訊號的合成電路上裝設用來修正漂浮擴散區電容CFD之增益的處理系統，可抑制固定型態雜訊伴隨切換訊號而發生，進一步改善畫質。
第22圖為本實施型態之CMOS影像偵知器之訊號處理的方塊圖。
來自CMOS影像偵知器部50的偵知器輸出在前處理部60被數位化，再者，在增益表產生部70及錄影資料合成部80進行訊號處理，作為兩個錄影輸出(Video1, Video2)來輸出。
CMOS影像偵知部50包括複數個配置成矩陣形狀的畫素，相當於在將各畫素之輸出作為偵知器輸出來輸出之前的電路。
第23A圖為顯示前處理部60之構造的方塊圖。
在差動放大器61中，取得由傳送至漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號(S1＋N1)和漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號(N1)的第一差分，藉由AD轉換器ADC3數位化，作為低照度訊號資料V1來輸出。增益A1是為適合AD轉換器ADC3之輸入電壓範圍的目的而設置，但亦可包括在差動放大器60中。
另外，由傳送至漂浮擴散區及儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號(S1’＋S2’＋N2)和漂浮擴散區及儲存電容元件之重設水準之電壓訊號(N2)分別藉由增益A2應用於AD轉換器之輸入電壓範圍後，在AD轉換器(ADC4, 5)被數位化。漂浮擴散區及儲存電容元件之重設水準之電壓訊號(N2)比其他訊號多一個訊框先被輸出，所以，儲存於訊框記憶體FM中，在減法區塊62中，取得S1’＋S2’＋N2和N2的第二差分，作為高照度訊號資料V2來輸出。
如第3實施型態所示，CFD＋CS的重設水準訊號(N2)取代為CFD之重設水準訊號(N1)或下一訊框之N2”時，如第23B圖所示，在差動放大器63中，取得由傳送至漂浮擴散區及儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號(S1’＋S2’＋N2)和漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號(N1)或下一訊框之漂浮擴散區及儲存電容元件之重設水準之電壓訊號(N2”)的第二差分，藉由增益A3應用於AD轉換器之輸入電壓範圍後，藉由AD轉換器ADC6數位化，作為高照度訊號資料V2來輸出。
上述所得之V1和V2在同一光量時，會產生CMOS影像偵知器的漂浮擴散區FD的CFD的差。
第24圖為顯示增益表產生部70之構造的方塊圖。
增益表產生部70根據上述所得之差分（V1和V2），產生用來設定每個畫素之增益的增益表，包括下限定部71、上限設定部72、比較器73及除法區塊74，製作出增益表75。
上述低照度訊號資料V1的值和下限設定部71及上限設定部72的值藉由比較器73來比較，當其在下限設定部71及上限設定部72上所設定的既定範圍內時，比較器73對除法區塊74輸出enable訊號Enable。
此時，除法區塊74算出V1/V2的比，製作、更新增益表75。當增益表75一被製作、更新，指示器76便生效，增益表75的值可在應用程式中使用。
藉由增益表產生部70，可抑制漂浮擴散區FD的增益的零亂分佈，並抑制切換V1和V2時的固定型態雜訊的產生。
第25圖為顯示錄影資料合成部80之構造的方塊圖，其輸出兩個系統的錄影輸出(Video1, Video2)。
首先，為了抑制每個畫素的飽和水準的零亂分佈，將低照度訊號資料V1設置於限制器81上。比較器82比較於臨限值(TH Level)設定部83事先設定的臨限值和低照度訊號資料V1，產生對應於選擇器(84, 85)的資料選擇訊號。
選擇器84根據來自比較器82的資料選擇訊號來選擇解析力更強之低照度訊號資料V1和使用加法區塊86加上於臨限值設定部83事先設定之臨限值水準的值並處理更多電荷量資訊之高照度訊號資料V2中任何一者，輸出至錄影表87。
在錄影表87中，儲存有根據應用需要的γ曲線，可在參照之後輸出錄影訊號Video1。
另一邊的錄影輸出Video2從低照度到高照度來處理線性資料。
從增益表產生部70所製作的增益表75讀取增益資料，在乘法區塊88中，乘上高照度訊號資料V2。此顯示，高照度訊號資料V2包括和低照度訊號資料V1相同的傾向，在CMOS影像偵知器所能處理的全光量範圍中，將線性數值作為Video2的輸出來給予。若攝影對象為低照度，選擇器85選擇解析力強的低照度訊號資料V1。訊號選擇的動作和Video1相同。
Video2系統的輸出藉由各畫素之增益的零亂分佈和Video1相同，輸出用來修正由低照度訊號切換至高照度訊號所產生之不連續增益的型態，可除去在兩種資訊之間切換時所看到的固定型態雜訊。
根據上述本實施型態之CMOS影像偵知器，在各畫素中，透過電晶體連接至光二極體，以此方式設置儲存電容元件CS，以擴大時間設定範圍，並且，可一方面取消漂浮擴散區之增益的零亂分佈，一方面合成低照度資訊和高照度資訊，藉此，可除去在兩種資訊之間切換時所看到的固定型態雜訊。
除了以上所述，在除法區塊74及乘法區塊88上，可分別含有OB水準修正。
（第5實施型態）
本實施型態之固體攝影裝置為和第1實施型態相同之CMOS影像偵知器，第26圖為一個畫素(pixel)的等價電路圖。
各畫素由受光而產生並儲存光電荷的光二極體PD、傳送來自光二極體PD之光電荷的傳送電晶體Tr1、透過傳送電晶體Tr1傳送光電荷的漂浮擴散區FD、進行儲存動作時儲存從光二極體所溢出之光電荷的儲存電容元件CS、結合或分割漂浮擴散區FD和儲存電容元件CS之電位的儲存電晶體Tr2、直接連接至儲存電容元件CS並透過儲存電晶體Tr連接至漂浮擴散區FD而形成並用來排出儲存電容元件CS及漂浮擴散區FD內之光電荷的重設電晶體Tr3、將漂浮擴散區FD內的光電荷增幅轉換成電壓訊號的增幅電晶體Tr4及連接至增幅電晶體而形成並用來選擇畫素的選擇電晶體Tr5構成，即所謂五電晶體型CMOS影像偵知器。例如，上述五個電晶體中任何一個都是由n個通道MOS電晶體組成。
本實施型態之CMOS影像偵知器以陣列狀集合複數個上述構造的畫素，在各畫素中，於傳送電晶體Tr1、儲存電晶體Tr2、重設電晶體Tr3的閘極電極上，連接了ψT,ψS,ψR各驅動線，另外，在選擇電晶體Tr5的閘極電極上，連接有從行移轉電晶體來驅動的畫素選擇線SL(ψX)，再者，在選擇電晶體Tr5的輸出端源極/汲極上，連接有輸出線out，受到列移轉電晶體的控制並被輸出。
有關選擇電晶體Tr5、驅動線ψX，為了可進行畫素的選擇、不選擇動作，可將漂浮擴散區FD的電壓固定在適當的值，所以那些可以省略。
第27圖為相當於上述光二極體PD、傳送電晶體Tr1、漂浮擴散區FD、儲存電晶體Tr2及儲存電容元件CS的模式電位圖。
光二極體PD構成電位相對上較淺的電容CPD，漂浮擴散區FD及儲存電容元件CS構成電位相對上較深的電容(CFD, CS)。
在此，傳送電晶體Tr1及儲存電晶體Tr2根據電晶體的on/off狀態來取得兩個準位。
下面說明在第26圖之等價電路圖和第27圖的電位圖中所說明之本實施型態的CMOS影像偵知器之驅動方法。
第28圖為時間設定流程圖，顯示施加於驅動線(ψT,ψS,ψR)的電壓，在on/off狀態的兩個準位和ψT方面，顯示進一步加上以(＋α)表示的準位，設定出三個準位。
施加於驅動線ψT的電壓可為on/off狀態的兩個準位，但如本例所示，三個準位時，較能有效率地將從光二極體PD溢出的電荷儲存至漂浮擴散區FD和儲存電容元件CS。
另外，第29A圖至第29D圖及第30A圖至第30C圖相當於時間設定流程圖的各時間設定中的電位圖。
首先，如第29A圖所示，在新範圍開始的時刻T0，於將ψT設定為off且將ψS設定為on的狀態下，將ψR設定為on，完全排出前一範圍中所產生的光電荷，然後重設。
針對CPD的儲存期間（此相當於模糊顯像期間）TPD從將時刻T0不久之前的ψT設定為off的時點(T4’)開始，在CPD開始光電荷的儲存。
此外，基於上述的理由，在時刻T0的不久之後，ψT被設定為(＋α)準位。
接著，在從顯像時間開始經過既定時間的時刻T1，將ψR設定為off。
此時，如第29B圖所示，ψS呈現on狀態，所以，變成了CFD和CS結合的狀態，重設不久之後，伴隨重設動作而來的所謂的kTC雜訊產生於CFD＋CS。在此，將此CFD＋CS之重設水準訊號作為雜訊N2來讀取。
在時刻T1，針對CS之儲存電容元件儲存期間TCS開始，開始儲存光二極體PD所溢出之光電荷CS。
此外，如上所述，由於從顯像時間開始經過了既定的時間，所以，在圖面上，顯示某種程度之飽和前電荷QB儲存至CFD。
如此，當光電荷在飽和CPD的量以下時，光電荷僅儲存於CFD，當光電荷在飽和CFD的量以上時，不僅儲存於CPD之外，而是將光電荷儲存於CFD和CS。
第29C圖顯示，CPD呈飽和狀態，在CPD中儲存了飽和前電荷QB，在CFD和CS中儲存過飽和電荷QA。
接著，在儲存電容元件儲存期間TCS結束時，將ψT從(＋α)準位還原至off，在時刻T2，將ψS設定為off，如第29D圖所示，分割CFD和CS的電位。此時，過飽和電荷QA根據CFD和CS的電容比，分割成QA1和QA2。在此，將儲存過飽和電荷之一部分QA1的CFD的水準訊號作為雜訊N1來讀取。
接著，將ψT設定為on，如第30A圖所示，將CPD中的飽和前電荷QB傳送至CFD，和從一開始儲存於CFD之過飽和電荷的一部分QA1混合。
在此，CPD的電位比CFD淺，傳送電晶體的準位比CFD深，所以，可實現完全的電荷傳送，將CFD中的飽和前電荷QB全部傳送至CFD。
接著，在時刻T3，將ψT還原成off，從傳送至CFD的飽和前電荷QB讀取飽和前電荷S1。但是，在CFD中存在飽和前電荷QB和過飽和電荷的一部分QA1的和的電荷，實際讀取到的是S1＋N1。第30A圖顯示將ψT還原成off之前的狀態。
接著，將ψS設定為on，然後，將ψT設定為on，藉此，結合CFD和CS的電位，如第30B圖所示，混合CFD中的飽和前電荷QB和過飽和電荷的一部分QA1的和的電荷和CS中的過飽和電荷的一部分QA2。過飽和電荷的一部分QA1和過飽和電荷的一部分QA2的和相當於分割前的過飽和電荷QA，所以，在結合CFD和CS的電位中，為飽和前電荷QB和過飽和電荷QA的和的訊號被儲存的狀態。
在此，在時刻T4，將ψT還原成off，從CFD＋CS的飽和前電荷QB＋過飽和電荷QA讀取飽和前電荷訊號S1和過飽和電荷訊號S2的和的訊號。但是，在此有CFD＋CS雜訊，再者，是從CFD＋CS的電荷來讀取，所以，實際上讀取到的是S1’＋S2’＋N2（S1’和S2’分別為隨著CFD和CS的電容比率縮小調變的S1和S2的值）。第30B圖顯示將ψT還原成off之前的狀態。
如上所述，一個範圍結束，移至下一個訊框，在將ψT設定為off且將ψS設定為on的狀態下，將ψR設定為on，如第30C圖所示，完全排出在前一個範圍所產生的光電荷並重設。
藉由和第1實施型態相同的步驟，從上述所得之四個訊號N2, N1, S1＋N1, S1’＋S2’＋N2，得到飽和前電荷訊號(S1)和飽和前電荷訊號和過飽和電荷訊號的和(S1＋S2)。根據飽和前或者飽和後來選擇訊號。
在上述之說明中，讀取雜訊N2並將其儲存至訊框記憶體，在產生影像訊號時，利用該雜訊N2，但是，當過飽和時，相較於飽和前電荷＋過飽和電荷，雜訊N2過小，所以，可使用下一訊框之雜訊N2來取代目前訊框之雜訊N2。
第31圖並列顯示，在本實施型態之CMOS影像偵知器中，如上所述，使用電容CFD時的漂浮擴散區的電壓相對於相對光量的低照度訊號的圖表（以CFD表示）和使用電容CFD＋CS時的漂浮擴散區的電壓相對於相對光量的高照度訊號的圖表（以CFD＋CS表示）。
但是，當使用電容CFD＋CS時，即使照射相同光量而得到相同電荷數，CS的分電容值也會變大，所以，轉換的電壓會變得稍低。
例如，將既定的臨限值設定為設定電壓，在使用CFD時之電壓超過臨限值之前的低照度中，使用以CFD表示的圖表的低照度訊號S1，在超過臨限值電壓的高照度中，切換至以CFD＋CS表示的圖表的高照度訊號S1＋S2。
但是，如本實施型態所示，在擴大時間設定範圍之CMOS影像偵知器中，於以CFD表示的圖表中，電壓隨著相對光量的增加而升高，即將飽和時，電壓則不上升，之後亦有相對光量增加但電壓反而下降的現象。
這是因為，如第29D圖及第30A圖所示，飽和前電荷的測定一方面將過飽和電荷的一部分作為雜訊來處理，一方面進行測量，所以，隨著相對光量的增加，雜訊水準也跟著增加，可測定飽和前電荷的範圍則變小。
當上述現象產生時，即使設定用來在低照度訊號和高照度訊號之間切換的臨限值，在超過電壓峰值然後下降的區域中，存在上述臨限值的光量，僅判斷使用CFD時的電壓是否超過臨限值，無法作為正確的臨限值判斷。
因此，當上述現象發生時，分別設定低照度（使用CFD時）訊號的臨限值THL和高照度（使用CFD＋CS時）訊號的臨限值THH，當兩訊號皆低於各自的臨限值時，使用以CFD表示的圖表的低照度訊號S1，當兩訊號中任何一者超過臨限值電壓時，使用以CFD＋CS表示的圖表的高照度訊號S1＋S2。
根據本實施型態之CMOS影像偵知器，和第1實施型態相同，可維持高S/N比，在高照度那一方實現時間設定範圍的擴大。
（第6實施型態）
本實施型態之CMOS影像偵知器為在上述第1至第5實施型態之CMOS影像偵知器中藉由低照度訊號和高照度訊號多工輸出來自各畫素pixel之輸出的CMOS影像偵知器。
第32圖等價電位圖，顯示本實施型態之CMOS影像偵知器之整體電路構造。實質上，為和第1實施型態之第11圖所示之等價電路圖相同的構造，但從各畫素(pixel)藉由驅動線(ψS1＋N1,ψN1,ψS1’＋S2’＋N2,ψN2)來控制，從一邊的輸出線，根據由時基控制的時間設定，分別輸出飽和前電荷訊號(S1)＋CFD雜訊(N1)及調變後之飽和前電荷訊號(S1’)＋調變後之過飽和電荷訊號(S2’)＋CFD＋CS雜訊(N2)，從另一邊的輸出線，分別輸出CFD雜訊(N1)及CFD＋CS雜訊(N2)。
在本實施型態之構造的CMOS影像偵知器中，藉由減少輸出線，可簡化輸出系統的電路，並且，可在接收此輸出時減少外部晶片的端子數，例如，當每片外部晶片包括兩個人力端子時，可將外部晶片從兩片減為一片。
（第7實施型態）
本實施型態之CMOS影像偵知器為在上述第1至第6實施型態之CMOS影像偵知器中以下述的方式進行對高照度訊號之控制的CMOS影像偵知器。
第33圖並列顯示，在本實施型態之CMOS影像偵知器中，如上所述，使用電容CFD時的漂浮擴散區的電壓相對於相對光量的低照度訊號的圖表（以CFD表示）和使用電容CFD＋CS時的漂浮擴散區的電壓相對於相對光量的高照度訊號的圖表（以CFD＋CS表示）。
但是，當使用電容CFD＋CS時，即使照射相同光量而得到相同電荷數，CS的分電容值也會變大，所以，轉換的電壓會變得稍低。因此，當使用高照度訊號時，以CFD和CS的電容比率復原並調整至和低照度訊號亦即飽和前電荷訊號(S1)相同的增益，藉此，得到高照度訊號亦即飽和前電荷訊號和過飽和電荷訊號的和(S1＋S2)。
在此，有關用來復原上述高照度訊號之增益的值，如第33圖所示，當高照度訊號在特定輸出區間RG時，算出此區間中的高照度訊號和低照度訊號的輸出比。
例如，從第33圖中之上述輸出區間RG內的光量中的低照度訊號的電壓A1和高照度訊號A2的值，算出比率A1/A2。
將得到之比率作為增益來回饋，進行高照度訊號的增益控制。
在本實施型態之構造的CMOS影像偵知器中，可在每一次攝影中重新算出增益，所以，可經常得到正確的增益以進行高照度訊號的增益控制。
（第8實施型態）
本實施型態之CMOS影像偵知器為在上述第1至第7實施型態之CMOS影像偵知器中以下述的方式提高在低照度訊號和高照度訊號之間切換時之連續性的CMOS影像偵知器。
第34A圖並列顯示，在本實施型態之CMOS影像偵知器中，如上所述，使用電容CFD時的漂浮擴散區的電壓相對於相對光量的低照度訊號的圖表（以CFD表示）、使用電容CFD＋CS時的漂浮擴散區的電壓相對於相對光量的高照度訊號的圖表（以CFD＋CS表示）和以既定之增益復原高照度訊號之圖表的圖表（以(CFD＋CS)’表示）。
即使未調整增益，在低照度訊號的圖表和高照度訊號的圖表之間有差別的情況下，若將某電位設定為臨限值且從低照度訊號切換至高照度訊號，會在此切換的時間點產生段差，變得不連續。
在本實施型態中，如第34B圖之相對於相對光量之比率的圖表所示，在輸出電壓A，100%使用低照度訊號(CFD)，在輸出電壓B，100%使用高照度訊號(CFD＋CS)，在其間的區域中，根據輸出，以既定比率混合使用低照度訊號(CFD)和高照度訊號(CFD＋CS)。
藉此，可順利地從低照度訊號切換至高照度訊號，提高連續性。
本發明不限定於上述的說明。
例如，在實施型態中，雖然說明了固體攝影裝置，但實際應用不在此限，在各固體攝影裝置之畫素以直線狀配置的直線偵知器、由各固體攝影裝置之畫素單獨構成之光偵知器，亦可達成過去無法達成之時間設定範圍的擴大和高感度、高S/N比。
另外，儲存電容元件的形狀並無特殊限定，為了在DRAM的記憶體電容器等裝置中提高電容，可採用目前已研發出的各種方法。
固體攝影裝置在構造上，可透過傳送電晶體來連接光二極體和用來儲存從光二極體溢出之光電荷的儲存電容元件，除了CMOS影像偵知器以外，還可應用在CCD上。
另外，在不脫離本發明之要旨的範圍內，還可作種種的變更。
【產業上可利性】
本發明之固體攝影裝置可應用於安裝於數位相機、附加數位相機功能之行動電話等之CMOS影像偵知器、CCD影像偵知器等可以擴大時間設定範圍的影像偵知器。
本發明之光偵知器可應用於可以擴大時間設定範圍的光偵知器上。
本發明之固體攝影裝置之作動方法可應用於可以擴大時間設定範圍的影像偵知器之作動方法。
10．．．n型半導體基板
11．．．p型井區
12,14,17．．．p＋型分離區域
13．．．n型半導體區域
5,16．．．n＋型分離區域
20,21,22．．．元件分離絕緣膜
23,24．．．閘極絕緣膜
25．．．電容絕緣膜
30,31．．．閘極電極
32．．．上部電極
33,34．．．配線
50．．．CMOS影像偵知器部
60．．．前處理部
61,63．．．差動放大器
62．．．減法區塊
70．．．增益表產生部
71．．．上限設定部
72．．．下限設定部
73．．．比較器
74．．．除法區塊
75．．．增益表
76．．．指示器
80．．．錄影資料合成部
81．．．限制器
82．．．比較器
83．．．臨限值設定部
84,85．．．選擇器
86．．．加法區塊
87．．．錄影表
88．．．乘法區塊
ADC1~6．．．AD轉換器
AP．．．放大器
C1．．．小電容
C2．．．大電容
CFD,CPD．．．電容
CS．．．儲存電容元件
CDS．．．CDS電路
CH．．．晶片
CP,CP1,CP2．．．比較器
CTa,CTb．．．電路
DA1~4．．．差動放大器
FD．．．漂浮擴散區
FM．．．訊框記憶體
GND．．．地面
LT．．．光
N1．．．CFD之重設水準訊號（雜訊）
N2．．．CFD＋Cs之重設水準訊號（雜訊）
out．．．輸出（線）
out1,out2．．．輸出
PD．．．光二極體
Pixel．．．畫素
QA．．．過飽和電荷
QB．．．飽和前電荷
R．．．重設電晶體
S1．．．飽和前電荷訊號
S1’．．．調變後之飽和前電荷訊號
S2．．．過飽和電荷訊號
S2’．．．調變後之過飽和電荷訊號
S3．．．超過飽和電荷訊號
SE,SE1,SE2．．．選擇器
SL．．．選擇線
SR．．．行移轉電晶體
SRSH．．．S/H用行移轉電晶體
SRRST．．．重設用行移轉電晶體
T．．．電晶體開關
T0~T4．．．時間
TPD．．．光二極體的儲存期間
TCS．．．儲存電容元件儲存期間
TFD．．．漂浮擴散區儲存期間
Tr1．．．傳送電晶體
Tr2．．．儲存電晶體
Tr3．．．重設電晶體
Tr4．．．增幅電晶體
Tr5．．．選擇電晶體
VDD．．．電源電壓
ψT,ψS,ψR,ψX,ψS1＋N1,ψN1,ψS1’＋S2’＋N2,ψN2,ψV1,ψV2．．．驅動線
第1圖為第1習知例之CMOS影像偵知器中一個畫素的等價電路圖。
第2圖為第2習知例之CMOS影像偵知器中一個畫素的等價電路圖。
第3圖為第3習知例之CMOS影像偵知器中一個畫素的等價電路圖。
第4圖為第4習知例之CMOS影像偵知器中一個畫素的等價電路圖。
第5圖為第5習知例之CMOS影像偵知器中一個畫素的等價電路圖。
第6圖為本發明第1實施型態之CMOS影像偵知器中一個畫素的等價電路圖。
第7A圖為相當於本發明第1實施型態之CMOS影像偵知器中各畫素之一部分的模式剖面圖，第7B圖為相當於第7A圖之區域的模式電位圖。
第8圖為施加於本發明第1實施型態之CMOS影像偵知器之驅動線(ψT,ψS,ψR)之電壓的時間設定流程圖。
第9A圖至第9D圖相當於第8圖之時間設定流程圖各時間設定中的電位圖。
第10A圖至第10D圖相當於第8圖之時間設定流程圖各時間設定中的電位圖。
第11圖為等價電路圖，顯示本發明第1實施型態之CMOS影像偵知器的整體電路構造。
第12A圖及第12B圖為電路圖，顯示本發明第1實施型態之CMOS影像偵知器之行移轉電晶體的構造。
第13A圖及第13B圖顯示輸入至含有第12A圖及第12B圖所示之S/H用行移轉電晶體SRSH（左）和重設用行移轉電晶體SRRST（右）之電路的ψRin的波形，第13C圖及第13D圖顯示對S/H用行移轉電晶體SRSH（左）和重設用行移轉電晶體SRRST（右）的起始訊號的輸入。
第14圖為處理飽和前電荷訊號＋CPD雜訊、CPD雜訊、調變後之過飽和電荷訊號＋CFD＋CS雜訊及CFD＋CS雜訊這四種訊號的電路。
第15圖為在本發明第1實施型態中針對光量（相對值）繪製的訊號(S1’＋S2’＋N2)。
第16圖為施加於本發明第2實施型態之CMOS影像偵知器之驅動線(ψT,ψS,ψR)之電壓的時間設定流程圖。
第17圖為處理飽和前訊號、飽和前電荷訊號＋過飽和電荷訊號、還原後之超過飽和電荷訊號這三種訊號的電路。
第18圖為施加於本發明第2實施型態之CMOS影像偵知器之驅動線(ψT,ψS,ψR)之電壓的時間設定流程圖。
第19A圖為本發明第3實施型態之CMOS影像偵知器之CDS電路的電路圖，第19B圖為顯示驅動線的施加電壓及取樣時間設定的時間設定流程圖。
第20A圖為本發明第3實施型態之CMOS影像偵知器之CDS電路的電路圖，第20B圖為顯示驅動線的施加電壓及取樣時間設定的時間設定流程圖。
第21A圖為本發明第3實施型態之CMOS影像偵知器之CDS電路的電路圖，第21B圖為顯示驅動線的施加電壓及取樣時間設定的時間設定流程圖。
第22圖為本發明第4實施型態之CMOS影像偵知器之訊號處理的方塊圖。
第23A圖及第23B圖為方塊圖，顯示本發明第4實施型態之CMOS影像偵知器之前處理部的構造。
第24圖為方塊圖，顯示本發明第4實施型態之CMOS影像偵知器之增益表產生部的構造。
第25圖為方塊圖，顯示本發明第4實施型態之CMOS影像偵知器之錄影資料合成部的構造。
第26圖為本發明第5實施型態之CMOS影像偵知器中一個畫素的等價電路圖。
第27圖為本發明第5實施型態之CMOS影像偵知器中重要部位的模式電位圖。
第28圖為施加於本發明第5實施型態之CMOS影像偵知器之驅動線(ψT，ψS，ψR)之電壓的時間設定流程圖。
第29A圖至第29D圖相當於本發明第5實施型態之CMOS影像偵知器之第28圖之時間設定流程圖之各時間設定中的電位圖。
第30A圖至第30C圖相當於本發明第5實施型態之CMOS影像偵知器之第28圖之時間設定流程圖之各時間設定中的電位圖。
第31圖並列顯示本發明第5實施型態之CMOS影像偵知器之低照度訊號的圖表和高照度訊號的圖表。
第32圖為等價電位圖，顯示本發明第6實施型態之CMOS影像偵知器之整體電路構造。
第33圖並列顯示本發明第7實施型態之CMOS影像偵知器之低照度訊號的圖表和高照度訊號的圖表。
第34A圖並列顯示本發明第8實施型態之CMOS影像偵知器之低照度訊號的圖表、高照度訊號的圖表、藉由既定增益還原高照度訊號的圖表，第34B圖為顯示針對相對光量混合低照度訊號和高照度訊號之比率的圖表。
Tr3．．．重設電晶體
FD．．．漂浮擴散區
out．．．輸出
ψR．．．驅動線
ψT．．．驅動線
Tr1．．．傳送電晶體
Tr4．．．增幅電晶體
Tr5．．．選擇電晶體
PD．．．光二極體
CS．．．儲存電容元件
ψS．．．驅動線
ψX．．．驅動線

Claims (28)

  1. 一種固體攝影裝置，以陣列狀集合複數個畫素，每一該等畫素包括：光二極體，受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，傳送上述光電荷；漂浮擴散區，透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，為了電位的結合及分割，設置方式為連接至上述漂浮擴散區；以及儲存電晶體，結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位；其中在上述光二極體的儲存期間，該儲存電容元件透過上述傳送電晶體及上述漂浮擴散區來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷；其中於電位被分割至上述漂浮擴散區以及上述儲存電容元件的狀態下，上述光二極體所儲存的光電荷被傳送至上述漂浮擴散區，且於電位被結合至上述漂浮擴散區以及上述儲存電容元件的狀態下，被傳送至上述漂浮擴散區的光電荷以及自上述光二極體溢出並儲存於該儲存電容元件彼此混合；以及其中於電位被分割至上述漂浮擴散區以及上述儲存電容元件的狀態下，在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的漂浮擴散區儲存期間儲存從上述光二極體所溢出的光電荷。
  2. 如申請專利範圍第1項之固體攝影裝置，其中每一該 等畫素更包括一增幅電晶體，於電位被分割至上述漂浮擴散區以及上述儲存電容元件的狀態下，將上述漂浮擴散區內的光電荷增幅轉換成一電壓訊號；以及於電位被結合至上述漂浮擴散區以及上述儲存電容元件的狀態下，接著增幅被傳送至上述漂浮擴散區的光電荷以及自上述光二極體溢出並儲存於該儲存電容元件彼此混合後的光電荷。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之固體攝影裝置，其中每一該等畫素進一步包括：重設電晶體，連接至上述漂浮擴散區與上述儲存電容元件之間的一節點，以用來排出上述漂浮擴散區與上述儲存電容元件內的光電荷。
  4. 如申請專利範圍第1項之固體攝影裝置，其中，上述儲存電容元件在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的儲存電容元件儲存期間儲存從上述光二極體所溢出的光電荷。
  5. 如申請專利範圍第1或2項中任一項之固體攝影裝置，其中，進一步包括：重設電晶體，連接至上述漂浮擴散區而形成並用來排出上述漂浮擴散區內的光電荷。
  6. 如申請專利範圍第3項之固體攝影裝置，其中，進一步包括雜訊取消裝置，可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並且，可取得由傳送至上述漂浮擴散區及 上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號的差分。
  7. 如申請專利範圍第6項之固體攝影裝置，其中，進一步包括儲存裝置，可儲存上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號。
  8. 如申請專利範圍第3項之固體攝影裝置，其中，進一步包括雜訊取消裝置，可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並且，可取得由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，或者，由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分。
  9. 如申請專利範圍第2項之固體攝影裝置，其中，進一步包括：選擇電晶體，連接至上述增幅電晶體而形成並用來選擇上述畫素。
  10. 如申請專利範圍第9項之固體攝影裝置，其中，進一步包括雜訊取消裝置，可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之上述傳送前之水準之電壓訊號的差分。
  11. 如申請專利範圍第9項之固體攝影裝置，其中，進一步包括雜訊取消裝置，可取得由傳送至上述漂浮擴散區 及上述儲存電容元件之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號的差分。
  12. 如申請專利範圍第11項之固體攝影裝置，其中，進一步包括儲存裝置，用來儲存上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號。
  13. 一種固體攝影裝置，以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，傳送上述光電荷；漂浮擴散區，透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，為了電位的結合及分割，設置方式為連接至上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述漂浮擴散區來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷；及儲存電晶體，結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位；此固體攝影裝置進一步包括雜訊取消裝置，可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並且，可取得由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，或者，由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及 上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分。
  14. 如申請專利範圍第13項之固體攝影裝置，其中，上述雜訊取消裝置包括交流結合電路，可將由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分、由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分、由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分作為交流成分來輸出。
  15. 如申請專利範圍第13項之固體攝影裝置，其中，上述雜訊取消裝置包括兩個電容器方式差動放大器，並且，輸出由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分、由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分、由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分。
  16. 一種固體攝影裝置，包括：偵知器部，以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，傳送上述光電荷；漂浮擴散區，透過上述傳送電晶體傳送上述 光電荷；儲存電容元件，為了電位的結合及分割，設置方式為連接至上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述漂浮擴散區來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷；及儲存電晶體，結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位；前處理部，分別算出由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號及由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷而得的電壓訊號和各個重設水準或相當於重設之水準的差分；增益表產生部，產生可根據上述差分來設定各畫素之增益的增益表；及錄影資料合成部，根據上述差分及上述增益表的資料來合成錄影資料。
  17. 如申請專利範圍第16項之固體攝影裝置，其中，上述前處理部在上述差分方面，算出第一差分，亦即，由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並算出第二差分，亦即，由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號或上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分。
  18. 如申請專利範圍第17項之固體攝影裝置，其中，當上述第一差分的值在既定的範圍內時，在各畫素的增益表方面，算出上述第一差分和上述第二差分的比，產生增益 表。
  19. 如申請專利範圍第17項之固體攝影裝置，其中，上述錄影資料合成部從是先設定的錄影表，根據上述第一差分或上述第二差分和既定的臨限值的和，求出錄影資料並將其輸出。
  20. 如申請專利範圍第18項之固體攝影裝置，其中，上述錄影資料合成部輸出上述第一差分或上述第二差分和上述增益表的積。
  21. 一種光偵知器，包括：光二極體，受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，傳送上述光電荷；漂浮擴散區，透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，為了電位的結合及分割，設置方式為連接至上述漂浮擴散區；以及儲存電晶體，結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位；其中，在上述光二極體的儲存期間，該儲存電容元件透過上述傳送電晶體及上述漂浮擴散區來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷；其中於電位被分割至上述漂浮擴散區以及上述儲存電容元件的狀態下，上述光二極體所儲存的光電荷被傳送至上述漂浮擴散區，且於電位被結合至上述漂浮擴散區以及上述儲存電容元件的狀態下，被傳送至上述漂浮擴散區的光電荷以及自上述光二極體溢出並儲存於該儲存電容元件 彼此混合；以及
  22. 如申請專利範圍第21項之光偵知器，其中每一該等畫素進一步包括：重設電晶體，連接至上述漂浮擴散區與上述儲存電容元件之間的一節點，以用來排出上述漂浮擴散區與上述儲存電容元件內的光電荷。
  23. 一種光偵知器，包括：光二極體，受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，傳送上述光電荷；漂浮擴散區，透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，為了電位的結合及分割，設置方式為連接至上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述漂浮擴散區來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷；及儲存電晶體，結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位；此光偵知器進一步包括雜訊取消裝置，可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並且，可取得由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，或者，由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分。
  24. 一種光偵知器，包括：偵知器部，以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，傳送上述光電荷；漂浮擴散區，透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，為了電位的結合及分割，設置方式為連接至上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述漂浮擴散區來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷；及儲存電晶體，結合或分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位；前處理部，分別算出由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號及由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷而得的電壓訊號和各個重設水準或相當於重設之水準的差分；增益表產生部，產生可根據上述差分來設定各畫素之增益的增益表；及錄影資料合成部，根據上述差分及上述增益表的資料來合成錄影資料。
  25. 一種固體攝影裝置之作動方法，該固體攝影裝置以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，受光而產生並儲存光電荷；傳送電晶體，其傳送上述光電荷；漂浮擴散區，透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述儲存電晶體來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷，並且，藉由儲存電晶體來控制和上述漂浮擴散區的電 位之結合或分割；該固體攝影裝置之作動方法包括下列步驟：在儲存電荷前，將上述傳送電晶體設定為off，將上述儲存電晶體設定為on，排出上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件內的光電荷；讀取上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號；將上述光二極體中所產生之光電荷中的飽和前電荷儲存至上述光二極體中，在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的儲存電容元件儲存期間，將從上述光二極體溢出的過飽和電荷儲存至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件中；將上述儲存電晶體設為off，分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並排出上述漂浮擴散區內的光電荷；讀取上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號；將上述傳送電晶體設定為on，將上述飽和前電荷傳送至上述漂浮擴散區，並讀取含有上述飽和前電荷的電壓訊號；及將上述儲存電晶體設定為on，結合上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並讀取含有上述飽和前電荷和上述過飽和訊號的電壓訊號。
  26. 一種固體攝影裝置之作動方法，該固體攝影裝置以陣列狀集合複數個畫素，該畫素包括：光二極體，受光而 產生並儲存光電荷；傳送電晶體，其傳送上述光電荷；漂浮擴散區，透過上述傳送電晶體傳送上述光電荷；儲存電容元件，在上述光二極體的儲存期間透過上述傳送電晶體及上述儲存電晶體來儲存從上述光二極體所溢出的光電荷，並且，藉由儲存電晶體來控制和上述漂浮擴散區的電位之結合或分割；該固體攝影裝置之作動方法包括下列步驟：在儲存電荷前，將上述傳送電晶體設定為off，將上述儲存電晶體設定為on，排出上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件內的光電荷；讀取上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號；將上述光二極體中所產生之光電荷中的飽和前電荷儲存至上述光二極體中，將從上述光二極體溢出的過飽和電荷儲存至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件中；將上述儲存電晶體設為off，分割上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並排出上述漂浮擴散區內的光電荷；讀取上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號；藉由在上述儲存電容元件和電位被分割的狀態下的上述漂浮擴散區，在上述光二極體的儲存期間中的以既定期間比率所設定的儲存電容元件儲存期間，儲存從上述光二極體溢出的超過飽和電荷；讀取含有上述超過飽和訊號的電壓訊號； 將上述傳送電晶體設定為on，將上述飽和前電荷傳送至上述漂浮擴散區，並讀取含有上述飽和前電荷的電壓訊號；及將上述儲存電晶體設定為on，結合上述漂浮擴散區和上述儲存電容元件的電位，並讀取含有上述飽和前電荷和上述過飽和訊號的電壓訊號。
  27. 如申請專利範圍第5項之固體攝影裝置，其中，進一步包括雜訊取消裝置，可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並且，可取得由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之重設水準之電壓訊號的差分。
  28. 如申請專利範圍第5項之固體攝影裝置，其中，進一步包括雜訊取消裝置，可取得由傳送至上述漂浮擴散區之光電荷而得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，並且，可取得由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的電壓訊號和上述漂浮擴散區之重設水準之電壓訊號的差分，或者，由傳送至上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之光電荷所得的目前訊框的電壓訊號和上述漂浮擴散區及上述儲存電容元件之下一訊框之重設水準之電壓訊號的差分。
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