TWI539814B - 電子設備及其驅動方法 - Google Patents

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Description

電子設備及其驅動方法
本發明係關於具有固態影像擷取裝置之電子設備。特定而言，本發明係關於一種具有帶有一全域快門功能之一固態影像擷取裝置之電子設備。另外，本發明係關於一種用於電子設備之驅動方法。
通常，CMOS(互補金屬氧化物半導體)固態影像擷取裝置採用一種用於逐列順序地讀出由配置成一個二維矩陣之像素之光接收區段產生且累積之信號電荷之系統。在此情形下，藉由讀出信號電荷之開始及結束來判定像素之光接收區段處之曝光之計時。因此，像素處之曝光之計時彼此不同。藉此，當使用此一CMOS固態影像擷取裝置來擷取一快速移動被攝體之一影像時，存在一問題，此乃因被攝體之一經擷取影像係失真的。
為克服此一問題，近年來已提出實現同時累積信號電荷之一同時影像擷取功能(一全域快門功能)，且具有全域快門功能之CMOS固態影像擷取裝置之應用數目亦正在日益增加。
為確保儲存由光接收區段產生之信號電荷直至讀出該等信號電荷，具有全域快門功能之CMOS固態影像擷取裝置通常具有光阻擋電荷累積區段。在典型CMOS固態影像擷取裝置中，經常使用最初包含於像素中之浮動擴散區段來組態電荷累積區段。日本未經審查之專利申請公開案第 2009-268083號揭示一種使用兩個元件(亦即，一CCD(電荷耦合裝置)型電荷保持電容器區段及一浮動擴散區段)作為用以增加飽和電子之數目之一電荷累積區段之組態。
在典型CMOS固態影像擷取裝置中，可利用其中多個像素共用一像素電路之一像素共用系統以達成該等像素之較高密度。在具有全域快門功能之固態影像擷取裝置中，當將像素共用系統用於其中將浮動擴散區段用作電荷保持電容器區段之一組態時，在浮動擴散區段中混合像素之信號。因此，難以採用像素共用系統且因此存在減少像素之大小之一問題。
在日本未經審查之專利申請公開案第2009-268083中所揭示之固態影像擷取裝置中，由於信號電荷亦累積於CCD型電荷保持電容器區段及浮動擴散區段中，因此難以採用像素共用系統。
鑒於上述內容，期望提供一種電子設備，其具有帶有一全域快門功能之一固態影像擷取裝置且具有其中多個像素共用像素電路以藉此減少該等像素之大小之一組態。
根據本發明之一實施例，提供一種電子設備。該電子設備包含：一像素陣列區段，其中像素以二維方式配置成一矩陣；一固態影像擷取裝置，其具有一掃描器；及一機械快門。該等像素包含產生對應於光之量之信號電荷之光電轉換區段以及由該等對應光電轉換區段共用之像素電晶體及電荷累積區段。該等像素電晶體係用於轉移且讀出由該 等光電轉換區段累積之該等信號電荷之電晶體。在該等信號電荷之曝光週期中，該掃描器可驅動該等像素以使得同時開始所有該等像素之曝光週期、可驅動該等像素以使得同時結束所有該等像素之曝光週期且在讀出週期中順序地選擇及掃描該等像素。對於靜止影像拍攝，該機械快門判定該等曝光週期之一結束。
在所揭示之電子設備中，實現用於具有一全域快門功能之一固態影像擷取裝置之一像素共用系統。另外，由於機械快門於採用像素共用系統之固態影像擷取裝置組合在一起，因此可在實現由於像素共用所致之小型化之同時達成用於靜止影像拍攝之一全域快門功能。
根據本發明之一實施例，提供一種用於一電子設備之驅動方法。在具有上文所闡述之組態之電子設備中，對於移動影像拍攝，藉由將由光電轉換區段累積之信號電荷放電來同時開始所有像素之曝光週期。然而，藉由將在曝光週期中由光電轉換區段產生且累積之信號電荷轉移至對應電荷累積區段來同時結束所有像素之曝光週期。對於靜止影像拍攝，藉由將由光電轉換區段累積之信號電荷放電來同時開始所有像素之曝光週期，且藉由關閉機械快門來結束所有像素之曝光週期。
根據用於電子設備之所揭示驅動方法，由於將機械快門用於具有像素共用系統及機械快門功能之固態影像擷取裝置，因此實際上可藉助一全域快門執行移動影像拍攝及靜止影像拍攝。
根據本發明，在具有全域快門功能之固態影像擷取裝置中，由於多個像素共用像素電路，因此減少像素之大小以藉此達成電子設備之小型化。
下文將參考圖1至圖13以舉例方式闡述根據本發明之一實施例之一電子設備及用於該電子設備之一固態影像擷取裝置。以下文所列舉之次序闡述本發明之實施例。本發明不限於下文所闡述之實例。
1.第一實施例：電子設備及固態影像擷取裝置
1-1.電子設備之組態
1-2.固態影像擷取裝置之總體組態
1-3.固態影像擷取裝置之主要部分之組態
1-4.用於電子設備之驅動方法：移動影像
1-5.用於電子設備之驅動方法：靜止影像
1-6.像素之佈局
2.第二實施例：電子設備及固態影像擷取裝置 <1.第一實施例：電子設備及固態影像擷取裝置> [1-1.電子設備之組態]
首先將闡述根據本發明之一第一實施例之一電子設備。
圖1係圖解說明根據本發明之一第一實施例之一電子設備之一示意性方塊圖。在本實施例中，一攝影機實施為該電子設備之一項實例。根據本發明之一電子設備50包含一光學透鏡群組(一光學系統)51、一機械快門61、一固態影像擷取裝置1、一DSP(數位信號處理器)53、一圖框記憶 體57及一CPU(中央處理單元)54。電子設備50進一步包含一顯示裝置55、一記錄裝置58、一作業系統56、一電力供應系統59等等。機械快門61、DSP 53、圖框記憶體57、CPU 54、顯示裝置55、記錄裝置58、作業系統56及電力供應系統59連接至一共同匯流排線60。
光學透鏡群組51將影像光(入射光)自一被攝體導引至固態影像擷取裝置1之一影像擷取平面(一像素陣列區段或一像素區段)。機械快門61控制其中將光發射至固態影像擷取裝置1之一週期及其中切斷光之一週期。固態影像擷取裝置1將藉由光學透鏡群組51形成於影像擷取平面處之影像光轉換成各別像素之電信號。DSP 53控制固態影像擷取裝置1、自其接收信號且產生影像信號。圖框記憶體57係用於暫時儲存由DSP 53處理之影像信號之一記憶體。
顯示裝置55顯示作為DSP 53之處理之一結果而輸出之影像信號。舉例而言，記錄裝置58將影像信號記錄至一磁帶、一磁碟、一光碟或一記憶體卡。作業系統56用以操作攝影機。電力供應系統59用以供應電力以用於驅動固態影像擷取裝置1及機械快門61。CPU 54控制電子設備50之上文所闡述元件之操作。
[1-2.固態影像擷取裝置之總體組態]
接下來，將給出併入至根據本實施例之電子設備50中之固態影像擷取裝置1之一說明。
圖2係圖解說明根據本發明之實施例之一總體CMOS固態影像擷取裝置1之一示意性方塊圖。
根據本發明之固態影像擷取裝置1具有一像素陣列區段2及若干周邊電路區段。像素陣列區段2形成於一矽基板9上且周邊電路區段整合於像素陣列區段2形成於其上之同一基板9上。舉例而言，周邊電路區段係由一列掃描器3、一恆定電流源4、一行信號處理器5、一行掃描器6、一輸出處理器7、一控制器8等等構成。
像素陣列區段2具有其中沿列方向及行方向以二維方式配置具有光電轉換元件之單元像素(其可在下文中簡稱為「像素」)(亦即，配置成一矩陣)之一結構。每一光電轉換元件產生具有對應於入射光之量的電荷之一量之光電荷(一光信號)且在其中累積所產生之光電荷。如本文中所使用之「列方向」係指其中配置像素列中之像素(亦即，沿一水平方向)之一方向且如本文中所使用之「行方向」係指配置像素行中之像素(亦即，沿一垂直方向)之一方向。下文闡述像素之特定電路組態之細節。
在像素陣列區段2中，關於矩陣中之像素陣列，像素驅動線12係沿列方向用導線連接成對應像素列且垂直信號線17係沿行方向用導線連接成對應像素行。像素驅動線12傳輸驅動信號以用於在自像素讀出信號時執行驅動。儘管圖2中將像素驅動線12中之每一者圖解說明為一個線，但其可由多個線構成。像素驅動線12中之每一者之一個端連接至列掃描器3中之對應列中之一輸出端子。
列掃描器3包含一移位暫存器、一位址解碼器等等。列掃描器3可同時驅動像素陣列區段2中之所有像素或可逐列 驅動像素。亦即，列掃描器3及控制列掃描器3之控制器8構成用於驅動像素陣列區段2中之像素之一驅動區段。儘管未圖解說明列掃描器3之一特定組態，但其通常具有兩個掃描系統，亦即，一讀出掃描系統及一掃除掃描系統。
該讀出掃描系統逐列順序地選擇及掃描像素陣列區段2中之單元像素以自單元像素讀出信號。自單元像素讀取之信號係類比信號。關於欲經受由讀出掃描系統執行之讀出掃描之所讀出列，該掃除掃描系統比讀出掃描提早對應於快門速度之時間之一量執行掃描。
作為由掃除掃描系統執行之掃除掃描之一結果，自對應列中之單元像素中之光電轉換元件掃除不需要之電荷，以使得重設光電轉換元件。透過由掃除掃描系統執行之不需要電荷掃除(重設)，執行所謂的「電子快門操作」。如本文中所使用之「電子快門操作」係指用於轉儲光電轉換元件之光電荷且重新開始曝光(亦即，重新開始光電荷之累積)之一操作。
下文闡述由讀出掃描系統及掃除掃描系統執行之像素掃描。
透過各別像素行中之垂直信號線17將自藉由列掃描器3選擇及掃描之像素列中之單元像素輸出之信號輸入至恆定電流源4及行信號處理器5。恆定電流源4具有其中針對個別像素行配置恆定電流源35(參見圖3)之一結構。恆定電流源35透過各別垂直信號線17將偏壓電流供應至單元像素。
對於像素陣列區段2中之每一像素行，行信號處理器5透過對應垂直信號線17對自選定列中之像素輸出之信號執行預定信號處理。由行信號處理器5執行之信號處理之實例包含涉及CDS(相關雙重取樣)之雜訊消除處理、信號放大處理及AD(類比轉數位)轉換處理。
彼等類型之信號處理僅係例示性的且由行信號處理器5執行之信號處理不限於此。行信號處理器5執行該等類型之信號處理中之一或多者。由行信號處理器5執行之信號處理係本實施例中之一項特徵且在下文詳細闡述。
行掃描器6包含一移位暫存器、一位址解碼器等等且在行信號處理器5中順序地選擇用於行列之單元電路。作為由行掃描器6執行之選擇及掃描之一結果，透過水平信號線10將經受由行信號處理器5關於各別單元電路執行之信號處理之信號順序地供應至輸出處理器7。
輸出處理器7對由行掃描器6選擇且透過水平信號線10輸入之信號執行預定處理且將所得信號輸出至基板9外部。由輸出處理器7執行之預定處理之實例包含僅用於緩衝之處理、用於在緩衝之前調整一黑色位準之信號處理及用於校正像素行之間的變化之信號處理。
控制器8接收自基板9外部供應之一時脈信號、用於規定一操作模式之一資料信號等等。控制器8亦具有一計時產生區段以用於基於彼等信號產生各種計時信號。將由控制器8產生之各種計時信號供應至諸如列掃描器3、行信號處理器5、行掃描器6等周邊電路區段以便執行周邊電路區段 之驅動控制。
[1-3.固態影像擷取裝置之主要部分之組態]
圖3係圖解說明根據本實施例之固態影像擷取裝置1中之像素之電路組態之一圖式且圖4係圖解說明根據本實施例之固態影像擷取裝置1中之像素中之一者之一剖面圖(及一部分電路圖)。圖3圖解說明沿行方向彼此毗鄰之兩個像素(下文中稱為「第一像素40a」及一「第二像素40b」)。由於第一像素40a及第二像素40b具有相同剖面結構，因此圖4僅圖解說明第一像素40a之剖面結構。
如圖3及圖4中所圖解說明，根據本發明之固態影像擷取裝置1包含形成於一基板20處之光電轉換區段(下文中，光電二極體PD1及PD2)、第一電荷累積區段24及一第二電荷累積區段25。固態影像擷取裝置1進一步包含：轉移電晶體13，其用於轉移且讀出電荷；第一重設電晶體11；一第二重設電晶體14；一放大電晶體15；及一選擇電晶體16。固態影像擷取裝置1採用一像素共用系統，其中彼此毗鄰之第一像素40a及第二像素40b共用第二電荷累積區段25、第二重設電晶體14、放大電晶體15及選擇電晶體16。
如圖3及圖4中所圖解說明，基板20係一第一導電類型半導體基板，舉例而言，一n型半導體基板。基板20在其表面側(其處形成像素)處具有一井區21，井區21含有一第二導電類型雜質區，舉例而言，一p型雜質區。包含於像素中之光電二極體PD1(PD2)、第一電荷累積區段24、第二電荷累積區段25以及包含於像素電晶體中之源極區及汲極 區形成於p型井區21中。
光電二極體PD1(PD2)包含於對應光電轉換元件中且由以下各項構成：一p型半導體區22，其形成於基板20之表面處；及一n型半導體區23，其形成於p型半導體區22下方之一層中。在本實施例中，p型半導體區22與n型半導體區23之間的一pn接面提供一主光電二極體。
在光電二極體PD1(PD2)中，對應於入射光之量之一信號電荷產生且累積於n型半導體區23中。在本實施例中，充當一電洞累積層之p型半導體區22形成於光電二極體PD1(PD2)之表面側處。因此，由於用於累積信號電荷之n型半導體區23不接觸其中可發生大量故障之一介面，因此減少暗電流之量。
第一電荷累積區段24形成於毗鄰於光電二極體PD1(PD2)之一區中，其中一轉移閘極部分24a(包含於井區21中)插入於第一電荷累積區段24與光電二極體PD1(PD2)之間。由沿深度方向自基板20之表面形成之一n型半導體區實施第一電荷累積區段24。緊接其中形成第一電荷累積區段24及轉移閘極部分24a之基板20上方形成一電位變化電極26，其中一絕緣膜31插入於電位變化電極26與基板20之間。
在第一像素40a中，在將一所要電位變化脈衝CCD1供應至電位變化電極26時，轉移閘極部分24a及第一電荷累積區段24之電位變化，以使得將累積於光電二極體PD1中之信號電荷轉移至第一電荷累積區段24。類似地，在第二像 素40b中，在將一所要電位變化脈衝CCD2供應至電位變化電極26時轉移閘極部分24a及第一電荷累積區段24之電位變化，以使得將累積於光電二極體PD2中之信號電荷轉移至第一電荷累積區段24。
如上文所闡述，第一電荷累積區段24具有其中其電位係藉由電位變化電極26而變化且充當用於暫時保持一信號電荷之一電容器區段(MEM)之一CCD(電荷耦合裝置)結構。一電位障壁(對應於轉移閘極部分24a)提供於光電二極體PD1(PD2)與第一電荷累積區段24之間。
第二電荷累積區段25形成於毗鄰於第一電荷累積區段24之一區中，其中轉移電晶體13之一轉移閘極電晶體28插入於此兩者之間。由形成於基板20之表面側處之一n型半導體區實施第二電荷累積區段25。舉例而言，第二電荷累積區段25具有高於包含於光電二極體PD1(PD2)中之n型半導體區23之雜質含量之一雜質含量且提供所謂的「浮動擴散部(FD)區段」。
轉移電晶體13由以下各項構成：一源極，其由第一電荷累積區段24提供；一汲極，其由第二電荷累積區段25提供；及轉移閘極電晶體28，其形成於基板20上方該源極與該汲極之間，其中絕緣膜31插入於轉移閘極電晶體28與基板20之間。
在第一像素40a中，在將一轉移脈衝Trf1供應至轉移電晶體13時，將累積於第一像素40a中之第一電荷累積區段24中之信號電荷轉移至第二電荷累積區段25。在第二像素 40b中，在將一轉移脈衝Trf2供應至轉移電晶體13時，將累積於第二像素40b中之第一電荷累積區段24中之信號電荷轉移至第二電荷累積區段25。
第一重設電晶體11由以下各項構成：一源極，其由光電二極體PD1(PD2)提供；一汲極(圖4中指示為一放電部分30)，其連接至一電源電壓Vdd；及一第一重設閘極電極29，其形成於該源極與該汲極之間。
在第一像素40a中，在將一第一重設脈衝Drn1供應至第一重設電晶體11之第一重設閘極電極29時，將累積於光電二極體PD1中之電荷放電且重設該電荷。
在第二像素40b中，在將一第一重設脈衝Drn2供應至第一重設電晶體11之第一重設閘極電極29時，將累積於光電二極體PD2中之電荷放電且重設該電荷。
第二重設電晶體14由以下各項構成：一源極，其由第二電荷累積區段25提供；一汲極，其連接至一電源電壓Vdd；及一第二重設閘極電極32，其形成於該源極與該汲極之間。在第二重設電晶體14中，在將一第二重設脈衝Rst供應至第二重設閘極電極32時，將第二電荷累積區段25之電位重設至電源電壓Vdd。
放大電晶體15由以下各項構成：一汲極，將電源電壓Vdd供應至其；一源極，其亦充當選擇電晶體16之一汲極；及一放大閘極電極33，其形成於該源極與該汲極之間。將第二電荷累積區段25之電位供應至放大電晶體15之放大閘極電極33。因此，將對應於所供應電位之一像素信 號輸出至汲極。
選擇電晶體16由以下各項構成：一汲極，其亦充當放大電晶體15之源極；一源極，其連接至對應垂直信號線17；及一選擇閘極電極34，其形成於該源極與該汲極之間。在將一選擇脈衝Sel供應至選擇電晶體16之選擇閘極電極34時，將一像素信號輸出至垂直信號線17。將放大電晶體15連接至垂直信號線17以藉此結合連接至垂直信號線17之一個端之恆定電流源35形成一源極隨耦器電路。
儘管在圖3及圖4中之電路圖中圖解說明第二重設電晶體14、放大電晶體15及選擇電晶體16而未圖解說明其剖面結構，但彼等電晶體由如其他像素電晶體中之n通道MOS電晶體構成。亦即，包含於第二重設電晶體14、放大電晶體15及選擇電晶體16中之源極及汲極由形成於基板20之表面處之n型半導體區提供，且閘極電極形成於基板20之表面側處，其中一絕緣膜插入於此兩者之間。
[1-4.用於電子設備之驅動方法：移動影像]
圖5係當根據本發明之電子設備50拍攝一移動影像時之一時序圖。圖6及圖7係對應於該時序圖且圖解說明自單元像素之曝光至其讀出之電子移動及電位之轉變之剖面電位圖。圖5中之操作(1)至(12)對應於圖6及圖7中之操作(1)至(12)。雖然圖6及圖7僅圖解說明第一像素40a之剖面電位圖而未圖解說明第二像素40b之剖面電位圖，但當掃描第二像素40b中之像素電晶體時第二像素40b之剖面電位圖亦類似於圖6及圖7中之彼等剖面電位圖。下文所闡述之移動影 像拍攝可採用或可不採用包含於電子設備50中之一機械快門61。
在曝光開始之前的一待用狀態中，不供應第一重設脈衝Drn1及Drn2、電位變化脈衝CCD1及CCD2、轉移脈衝Trf1及Trf2、選擇脈衝Sel以及第二重設脈衝Rst(圖5中之操作(1))。如圖6中之操作(1)中所圖解說明，待用狀態係其中在光電二極體PD1及PD2以及第二電荷累積區段25中累積信號電荷之一狀態。此時累積於光電二極體PD1及PD2中之信號電荷係由於已在針對一先前圖框讀出之後進入之入射光而產生。累積於第二電荷累積區段25中之信號電荷係該先前圖框之一其餘部分。
接下來，為開始曝光，供應第一重設脈衝Drn1及Drn2以接通第一重設電晶體11(圖5中之操作(2))。當接通第一重設電晶體11時，如圖6中之操作(2)中所圖解說明，朝向放電部分30(連接至電源電壓Vdd)放電累積於光電二極體PD1及PD2中之信號電荷，以使得重設光電二極體PD1及PD2。
其後，停止供應第一重設脈衝Drn1及Drn2，以使得關斷第一重設電晶體11(圖5中之操作(3))。用於重設累積於光電二極體PD1及PD2中之信號電荷之操作對應於電子快門操作。在關斷第一重設電晶體11之後，開始光電二極體PD1及PD2處之曝光。
在曝光開始之後，在其中經過一所要曝光週期之一狀態(圖5中之操作(4))中，在該曝光週期期間以光電方式轉換 之信號電荷累積於光電二極體PD1及PD2中，如圖6中之操作(4)中所圖解說明。一重設閘極部分提供於每一第一重設閘極電極29下方且經調適以提供一電位障壁，該電位障壁低於提供於電位變化電極26下方之轉移閘極部分24a之一電位障壁。因此，當信號電荷經產生以超過光電二極體PD1(PD2)之飽和電荷之量時，朝向放電部分30不朝向第一電荷累積區段24放電自光電二極體PD1(PD2)溢流之信號電荷。
在圖5中之操作(4)之後，供應第二重設脈衝Rst以及轉移脈衝Trf1及Trf2，以使得接通第二重設電晶體14及轉移電晶體13(圖5之操作(5))。因此，經由第二重設電晶體14朝向電源電壓Vdd放電累積於第二電荷累積區段25中之信號電荷，如圖6中之操作(5)中所圖解說明。此時，當亦已在第一電荷累積區段24中累積信號電荷時，類似地經由第二重設電晶體14朝向電源電壓Vdd放電第一電荷累積區段24中之信號電荷。為使此操作接近於後續輪流讀出之狀態，較佳係同時供應選擇脈衝Sel以使得接通選擇電晶體16。
在圖5中之操作(5)之後，停止供應第二重設脈衝Rst以及轉移脈衝Trf1及Trf2，以使得關斷第二重設電晶體14及轉移電晶體13(圖5中之操作(6))。在此情形下，第一電荷累積區段24及第二電荷累積區段25中之信號電荷處於重設狀態中，如圖6中之操作(6)中所圖解說明。
接下來，供應電位變化脈衝CCD1及CCD2以及轉移脈衝Trf1及Trf2，以使得增加轉移閘極部分24a及第一電荷累積 區段24之電位且亦接通轉移電晶體13(圖5之操作(7))。因此，在曝光週期期間，將累積於光電二極體PD1及PD2中之信號電荷轉移至第一電荷累積區段24及第二電荷累積區段25，如圖7中之操作(7)中所圖解說。第一電荷累積區段24經形成以便接收累積於對應光電二極體PD1及PD2中之並非所有信號電荷。因此，首先將光電二極體PD1及PD2中之信號電荷轉移至第一電荷累積區段24且自第一電荷累積區段24溢流之信號電荷轉移至第二電荷累積區段25且藉此由其保持。
在信號電荷之轉移之後，停止供應電位變化脈衝CCD1及CCD2以及轉移脈衝Trf1及Trf2，將電位變化電極26下方之部分之電位返回至其原始電位且關斷轉移電晶體13(圖5中之操作(8))。此時，當已供應選擇脈衝Sel時，同時停止供應。因此，完成信號電荷至第一電荷累積區段24及第二電荷累積區段25之轉移，如圖7中之操作(8)中所圖解說明。
在包含第一像素40a及第二像素40b之所有像素處同時執行上文所闡述之一系列操作。亦即，在圖5中之操作(2)及(3)中，開始全域曝光，且在圖5中之操作(4)至(8)中，執行全域轉移，且然後同時結束所有像素之曝光週期。
接下來，執行輪流讀出。在輪流讀出中，逐列順序地執行操作。然而，由於固態影像擷取裝置經組態以使得第一像素40a及第二像素40b共用多個像素電晶體，因此在此情形下同時讀出第一像素40a及第二像素40b中之信號電荷。 亦即，在移動影像拍攝期間，掃描其中形成第一像素40a及第二像素40b之第n列。該等像素處於圖7中之操作(8)中所圖解說明之狀態中，直至第n列之操作下一次發生。
當輪到第n列時，首先供應選擇脈衝Sel。因此，使選擇電晶體16處於一接通(ON)狀態中(圖5中之操作(8'))。此時轉移電晶體13之電位與圖7中之操作(8)中之電位相同。當接通選擇脈衝Sel時，在圖7中之狀態(8)中放大電晶體15放大對應於由於累積於第二電荷累積區段25中之信號電荷所致之電位之一輸出作為一高照度信號且經由選擇電晶體16將該高照度信號輸出至對應垂直信號線17。由一行電路(未圖解說明)接收自垂直信號線17輸出之高照度信號。
接下來，在其中繼續供應選擇脈衝Sel之一狀態中，供應第二重設脈衝Rst(圖5中之操作(9))。因此，使第二重設電晶體14處於接通狀態中，且朝向電源電壓Vdd放電累積於第二電荷累積區段25中之信號電荷且重設該信號電荷，如圖7中之操作(9)中所圖解說明。其後，停止供應第二重設脈衝Rst，以使得關斷第二重設電晶體14，如圖5中之(10)及圖7中之(10)中所圖解說明。
雖然第二重設電晶體14處於關斷(OFF)狀態中，但由行電路接收對應於第二電荷累積區段25之電位之一輸出作為一重設信號。該行電路判定先前獲得之高照度信號與重設信號之間的一差。因此，該行電路保持自其移除固定型樣雜訊之一新高照度信號。
接下來，在其中連續供應選擇脈衝Sel之狀態中，供應 轉移脈衝Trf1及Trf2(圖5中之操作(11))。因此，使轉移電晶體13處於接通狀態中，以使得將累積於第一電荷累積區段24中之信號電荷轉移至第二電荷累積區段25，如圖7中之操作(11)中所圖解說明。在完成該轉移之後，如圖5中之(12)及圖7中之(12)中所圖解說明，停止供應轉移脈衝Trf1及Trf2，以使得關斷轉移電晶體13。
在此狀態中，放大電晶體15放大對應於由於累積於第二電荷累積區段25中之信號電荷所致之電位之一像素輸出作為一低照度信號且經由選擇電晶體16將該低照度信號輸出至對應垂直信號線17。由行電路接收自垂直信號線17輸出之低照度信號。該行電路判定在圖7中之狀態(10)中獲得之重設信號與該低照度信號之間的一差以執行相關雙重取樣。因此，該行電路保持自其移除固定型樣雜訊之一新低照度信號。
經由水平信號線10將自其移除固定型樣雜訊且保持於行電路中之高照度信號及低照度信號輸出至輸出處理器7。基於高照度信號及低照度信號，輸出處理器7重新組態對應於在曝光週期期間由光電二極體PD1及PD2產生且累積之信號電荷之一信號且輸出該經重新組態之信號。因此，完成第n列中之像素之讀出。
在完成第n列中之像素之讀出之後，執行第(n+1)列中之像素之讀出。對於第(n+1)列中之像素之讀出，藉助類似於圖5中之操作(8)至(12)中之彼等操作之操作驅動像素電晶體，以藉此使得可提供一低照度信號及一高照度信號。
在本實施例中，同時驅動共用多個像素電晶體之第一像素40a及第二像素40b，以使得將累積於兩個像素中之信號電荷相加且讀出所得信號電荷作為用於一實質上單個像素之一像素信號。對於當今之數位靜物攝影機，一靜止影像通常具有10百萬像素，而甚至用於HDTV(高清晰度電視)之一移動影像亦僅具有2百萬像素。因此，由於存在其中可透過像素相加減少像素之數目之諸多移動影像應用，因此可將像素共用組態用於具有一全域快門功能之一固態影像擷取裝置。儘管已給出本實施例，亦即，其中在移動影像拍攝期間執行共用像素之間的像素相加之一實例，但亦可在准許降低敏感度或增加返回雜訊之情形下採用除像素相加技術以外之其中僅讀出共用像素中之一者中之信號電荷之一稀疏(thin-out)讀出技術。
在根據本實施例之固態影像擷取裝置1中，在曝光週期期間，僅將以光電方式轉換之信號電荷累積於光電二極體PD1及PD2中，且在結束曝光週期之後，將該等信號電荷轉移至第一電荷累積區段24及第二電荷累積區段25。因此，與在曝光週期期間將信號電荷累積於光電二極體PD1及PD2以及第一電荷累積區段24中之一典型固態影像擷取裝置相比，可減少第一電荷累積區段24之面積。因此，當假定單元像素之面積相同時，可增加由光電二極體PD1及PD2佔用之面積且可增加敏感度及飽和電荷之量。
另外，在本實施例之固態影像擷取裝置中，由於可讀出低照度信號及高照度信號，因此可增加動態範圍。
在根據本實施例之固態影像擷取裝置1中，當在曝光週期期間由光電二極體PD1及PD2產生之信號電荷超過光電二極體PD1及PD2之飽和電荷之量時，信號電荷朝向對應第一重設電晶體11之汲極溢流。因此，不存在超過光電二極體PD1及PD2之飽和電荷之量之信號電荷朝向第一電荷累積區段24及/或第二電荷累積區段25溢流之可能性。因此可在結束輪流讀出之前開始曝光。
因此，當在結束輪流讀出之前開始曝光且在結束輪流讀出之後執行全域轉移時，先前之信號電荷與接下來之信號電荷不在第一電荷累積區段24及第二電荷累積區段25中混合。
根據本實施例，由於在結束輪流讀出之前開始曝光，因此可獲得一時間跳躍且改良敏感度。由於以上文所闡述之方式僅將所產生之信號電荷累積於光電二極體PD1及PD2中，因此根據本發明之固態影像擷取裝置1經組態以使得光電二極體PD1及PD2具有經增加之面積且第一電荷累積區段24具有經減少之面積。此組態對於用於在輪流讀出期間開始曝光週期之一驅動方法而言係有效的。
在本實施例中，可在不存在實務問題之程度上同時執行電子快門操作及全域轉移。當同時完全地驅動所有像素時，將大量負載施加至一驅動器。因此，為減少負載之量，可在像素陣列區段2之一上部部分與一下部部分之間提供一小時間差。
[1-5.用於電子設備之驅動方法：靜止影像]
接下來，將給出當根據本發明之電子設備50拍攝一靜止影像時之一驅動方法之一說明。圖8係當根據本發明之固態影像擷取裝置1拍攝一靜止影像時之一時序圖。圖8中之操作(1)至(12)對應於圖6及圖7中之操作(1)至(12)。在本實施例中，對於靜止影像拍攝，使用包含於電子設備50中之機械快門61。
接下來，在其中敞開機械快門61之一狀態中，在所有像素中同時供應第一重設脈衝Drn1及Drn2(圖8中之操作(2))，以使得僅接通第一重設電晶體11。其後，在所有像素中同時停止供應第一重設脈衝Drn1及Drn2(圖8中之操作(3))，以使得關斷第一重設電晶體11。因此，在所有像素中同時執行電子快門操作，以使得開始一曝光週期。在開始曝光週期時，在光電二極體PD1及PD2中產生且累積信號電荷，如圖6中之操作(4)中所圖解說明。
接下來，關閉機械快門61以同時結束所有像素之曝光週期。亦即，儘管移動影像拍攝採用其中執行全域轉移以同時結束所有像素中之曝光週期之組態，但靜止影像拍攝採用其中關閉機械快門61以結束曝光週期之組態。
在關閉機械快門61之後，開始輪流讀出。在輪流讀出中，逐列順序地執行讀出操作。在一讀出列之一操作中，首先讀出第一像素40a之信號。對於第一像素40a之讀出，讀出累積於光電二極體PD1中之信號電荷作為一高照度信號及一低照度信號，如在用於移動影像驅動方法之圖6中之操作(5)至圖7中之操作(12)中。
雖然讀出第一像素40a中之信號電荷，但由第二像素40b中之光電二極體PD2產生且累積之信號電荷保持累積於光電二極體PD2中。
當完成第一像素40a之讀出時，執行第二像素40b之讀出。執行第二像素40b之讀出，如在用於移動影像拍攝之圖6中之操作(5)至圖7之操作(12)中。對於靜止影像拍攝，在共用多個像素電晶體之像素中順序地執行至第一電荷累積區段24及第二電荷累積區段25之信號電荷轉移以及自第一電荷累積區段24及第二電荷累積區段25之信號電荷讀出。
對於靜止影像拍攝，由於亦將圖6中之操作(4)至圖7中之操作(8)併入至用於每一列之讀出操作中，因此亦可由行電路接收每一讀出像素中之重設信號。因此，亦可判定高照度信號與在圖8中之操作(6)中獲得之重設信號而非在圖8中之操作(10)中獲得之重設信號之間的一差。
在本實施例中，在共用多個像素電晶體之第一像素40a及第二像素40b中順序地執行至第一電荷累積區段24及第二電荷累積區段25之信號電荷轉移以及自第一電荷累積區段24及第二電荷累積區段25之信號電荷讀出，以使得該等像素中之信號電荷不在第二電荷累積區段25中混合。此外，在本實施例中，由於使用機械快門61以機械地結束曝光週期，因此在關閉機械快門61之後機械地切斷入射光。因此，在一個像素之輪流讀出期間，可在光電二極體PD1及PD2中累積信號電荷直至自像素讀出該等信號電荷。在 本實施例中，機械快門61僅用於判定結束曝光週期之計時。因此，與用於判定曝光週期之開始及結束之一高精確度機械快門相比，本實施例中所使用之機械快門61可係一簡單機械快門。
[1-6.像素之佈局]
在本實施例中，在移動影像拍攝期間，以一混合方式輸出共用第二電荷累積區段25之像素之信號。因此，共用第二電荷累積區段25之像素係用於相同色彩之光之像素。
圖9A圖解說明適用於本實施例之一實際像素陣列之一項實例且圖9B圖解說明當將圖9A中之實際像素陣列中之共用像素中之信號電荷相加時之一有效像素陣列。圖9A圖解說明其中配置紅色像素(R)、藍色像素(B)及綠色像素(G)之一實例。如圖9A中所圖解說明，奇數行中之像素由綠色像素構成且偶數行中之像素由每隔一列交替地配置之紅色像素及藍色像素構成。每一行中之像素中之兩個毗鄰相同色彩像素共用對應第二電荷累積區段(亦即，圖4中之第二電荷累積區段25)。
關於此配置，當執行用於移動影像拍攝之像素相加時，一次讀出兩個毗鄰相同色彩像素中之信號電荷。在此情形下，由於共用像素具有相同色彩，因此不發生色彩混合。由於相同色彩像素共用包含第二電荷累積區段25之多個像素電晶體，因此像素之數目減少但仍足以進行移動影像拍攝。另外，由於可針對每一像素設定移動影像拍攝期間的曝光週期，因此可藉由使兩個共用像素之信號電荷之曝光 時間彼此不同來增加45度下之一對角線拜耳配置中之動態範圍。
儘管圖9A圖解說明其中用於移動影像拍攝之像素陣列具有一對角線拜耳配置之一情形，但可將圖9A中所圖解說明之陣列旋轉45度以使得圖9B中所圖解說明之陣列具有一拜耳配置。
儘管本實施例中已闡述其中兩個像素共用第二電荷累積區段25及多個像素電晶體之一實例，但三個或三個以上像素可共用第二電荷累積區段25及多個像素電晶體。圖10圖解說明適用於其中三個像素共用第二電荷累積區段25及多個像素電晶體之一情形之一像素陣列之一實例。
如圖10中所圖解說明，假定像素陣列係一典型拜耳配置且沿垂直方向(亦即，沿行方向)毗鄰之三個相同色彩像素構成一共用單元。亦即，藉由圖10中之線耦合之像素表示共用像素。
在本實施例中，由於共用像素由相同色彩像素構成，因此在移動影像拍攝期間不將不同色彩像素之信號相加。在圖10中所圖解說明配置中，當結合沿垂直方向之三個像素之相加使用一行電路或諸如此類來執行沿水平方向(亦即，列方向)之三個行中之像素之相加時，可重新組態具有像素之數目之九分之一的一拜耳配置。在此情形下，當假定像素之數目係約18百萬像素時，可拍攝具有2百萬像素(仍足以進行移動影像拍攝)之一移動影像。
如上文所闡述，在本實施例中，機械快門61之使用允許 具有其中多個像素共用多個像素電晶體之一像素共用結構之固態影像擷取裝置藉由使用一全域快門來拍攝一移動影像及一靜止影像。在本實施例中，由於不使用一高精確度高成本機械快門，因此可降低成本。
儘管已結合其中使用具有帶有CCD結構之第一電荷累積區段24及第二電荷累積區段25之固態影像擷取裝置1以獲得一高照度信號及一低照度信號之一組態闡述本實施例，但本發明不限於此。舉例而言，一類似驅動方法亦可適用於具有以下之一組態之一固態影像擷取裝置：不具有帶有CCD結構之第一電荷累積區段24且藉由僅使用第二電荷累積區段25暫時儲存用於全域快門之一信號電荷。下文將給出其中不具有帶有一CCD結構之電荷累積區段之此一固態影像擷取裝置適用於根據本發明之一實施例之一電子設備之一情形之一說明。
<2.第二實施例：電子設備及固態影像擷取裝置>
圖11圖解說明適用於根據一第二實施例之一電子設備之一固態影像擷取裝置之一電路組態。根據第二實施例之固態影像擷取裝置係其中未在根據第一實施例之固態影像擷取裝置中形成具有一CCD結構之電荷累積區段之一實例。在圖11中，對應於圖3中之彼等區段之區段由相同參考編號指示且下文中未給出冗餘說明。由於根據第二實施例之電子設備與圖1中所圖解說明之組態實質上相同且固態影像擷取裝置之總體組態與圖2中之組態實質上相同，因此，下文中未圖解說明彼等組態且未給出冗餘說明。亦 即，根據本發明之固態影像擷取裝置亦適用於圖1中所圖解說明之電子設備。
根據本發明之固態影像擷取裝置係其中未在根據第一實施例之固態影像擷取裝置中形成具有一CCD結構之電荷累積區段之一項實例，且將光電二極體PD1及PD2連接至轉移電晶體13之源極。
圖12係當根據本發明之電子設備拍攝一移動影像時之一時序圖。
對於移動影像拍攝，首先同時供應第一重設脈衝Drn1及Drn2(圖12中之(a))，以使得接通第一重設電晶體11。因此，將累積於光電二極體PD1及PD2中之信號電荷放電且重設該等信號電荷。其後，停止供應第一重設脈衝Drn1及Drn2，以使得開始光電二極體PD1及PD2處之曝光。
接下來，供應第二重設脈衝Rst及選擇脈衝Sel(圖12中之(b))，以使得接通第二重設電晶體14及選擇電晶體16以藉此重設浮動擴散部FD。其後，停止供應第二重設脈衝Rst且供應轉移脈衝Tr1及Tr2(圖12中之(c))。因此，將累積於光電二極體PD1及PD2中之信號電荷轉移至浮動擴散部FD。
在包含一第一像素70a及一第二像素70b之所有像素處同時執行上文所闡述之一系列操作。接下來，執行輪流讀出。
當輪到對應列時，首先供應選擇脈衝Sel(圖12中之(d))以接通選擇電晶體16。因此，放大電晶體15放大對應於累 積於浮動擴散部FD中之信號電荷之電位之一輸出且經放大之輸出經由選擇電晶體16輸出至對應垂直信號線17。
接下來，供應第二重設脈衝Rst以接通第二重設電晶體14(圖12中之(e))。因此，將累積於浮動擴散部FD中之信號電荷放電且重設該信號電荷。接下來，在其中停止供應第二重設脈衝Rst(圖13中之(f))之一狀態中，由行電路接收對應於浮動擴散部FD之電位之輸出作為一重設信號。該行電路判定先前接收之像素信號與重設信號之間的一差。因此，該行電路保持自其移除固定型樣雜訊之一新像素信號。
對於本實施例中之移動影像拍攝，同時驅動第一像素70a及第二像素70b，以使得將儲存於兩個像素中之信號電荷相加且讀出所得信號電荷作為用於一實質上單個像素之一像素信號。
圖13係當根據本發明之電子設備拍攝一靜止影像時之一時序圖。在本實施例中，對於拍攝一靜止影像，亦使用圖1中所圖解說明之機械快門61。
在其中敞開機械快門61之一狀態中，同時供應第一重設脈衝Drn1及Drn2以藉此接通第一重設電晶體11(圖13中之(a))。因此，將累積於光電二極體PD1及PD2中之信號電荷放電且重設該等信號電荷。其後，停止供應第一重設脈衝Drn1及Drn2，以使得開始光電二極體PD1及PD2處之曝光。
接下來，關閉機械快門61以同時結束所有像素之曝光週 期。接下來，執行輪流讀出。在根據本實施例之固態影像擷取裝置中，在輪流讀出中，信號電荷保持累積於光電二極體PD1及PD2中直至輪到對應列。
當輪到對應列時，首先供應第二重設脈衝Rst及選擇脈衝Sel(圖13中之(g))以接通第二重設電晶體14及選擇電晶體16。因此，重設浮動擴散部FD之電位。
接下來，在其中停止供應第二重設脈衝Rst(圖13中之(h))之狀態中，由行電路接收對應於浮動擴散部FD之電位之一輸出作為一重設信號。
接下來，供應轉移脈衝Trf1(圖13中之(i))，以使得接通第一像素70a中之轉移電晶體13。因此，將累積於光電二極體PD1中之信號電荷轉移至浮動擴散部FD。
接下來，在其中停止供應轉移脈衝Trf1(圖13中之(j))之狀態中，放大電晶體15放大對應於累積於浮動擴散部FD中之信號電荷之電位之一輸出且經放大之輸出經由選擇電晶體16輸出至垂直信號線17。因此，由行電路接收由第一像素70a產生且累積之信號電荷作為一像素信號。然後，該行電路判定該像素信號與在圖13中之狀態(h)中接收之重設信號之間的一差。因此，該行電路保持自其移除固定型樣雜訊及重設雜訊之一新像素信號。
在結束第一像素70a中之信號電荷之讀出之後，讀出第二像素70b中之信號電荷。以與第一像素70a相同之方式執行第二像素70b中之信號電荷之讀出，以使得可獲得一像素信號。
在本實施例中，當以上文所闡述之方式將一機械快門用於具有一像素共用系統之一固態影像擷取裝置時，可實際上藉助一全域快門執行移動影像拍攝及靜止影像拍攝。
亦可提供類似於第一實施例之彼等優點之優點。
本發明之應用不僅限於藉由偵測入射可見光之分佈來擷取影像之固態影像擷取裝置而且限於擷取紅外光、X射線、顆粒或諸如此類之量之分佈作為影像之固態影像擷取裝置。在一廣泛意義上，本發明適用於固態影像擷取裝置(物理量分佈偵測裝置)，諸如藉由將諸如一壓力及一靜電電容等其他物理量之分佈轉換成電荷來擷取影像之一指紋偵測感測器。
另外，本發明不限於逐列順序地掃描像素區中之單元像素以自單元像素讀出像素信號之固態影像擷取裝置。本發明亦適用於逐個像素選擇任意像素且逐個像素自選定像素讀出信號之一X-Y位址固態影像擷取裝置。
該固態影像擷取裝置可採取一個晶片之一形式或可採取其中封裝一像素區及一信號處理區段或一光學系統之一配備影像擷取功能之模組形式。
儘管上文已結合一攝影機之一實例闡述根據本發明之實施例之電子設備，但該電子設備可係任何配備影像擷取功能之電子設備(諸如，一行動電話)以及攝影機系統(諸如，一數位靜物攝影機及一視訊攝影機)。該電子設備亦可具有上文所闡述之模組形式，亦即，一攝影機模組。
儘管已在上述實例中主要闡述包含n通道MOS電晶體之 一組態，但亦可使用包含p通道MOS電晶體之一組態。對於包含p通道MOS電晶體之一組態，導電類型與圖中所圖解說明之彼等導電類型相反。
本發明可具有如下文所闡述之一組態。
(1)一種電子設備，其包含：一像素陣列區段，其中像素以二維方式配置成一矩陣，該等像素包含產生對應於光之量之信號電荷之光電轉換區段、自該等對應光電轉換區段接收該等信號電荷且由該等對應光電轉換區段共用之電荷累積區段及讀出由該等對應光電轉換區段產生之該等信號電荷且由該等對應光電轉換區段共用之像素電晶體；一固態影像擷取裝置，其包含一掃描器，該掃描器可驅動該等像素以使得同時開始所有該等像素之曝光週期、可驅動該等像素以使得同時結束所有該等像素之該等曝光週期且在讀出週期中順序地選擇及掃描該等像素；及一機械快門，其判定用於靜止影像拍攝之該等曝光週期之一結束。
(2)如(1)之電子設備，其中共用該等對應像素電晶體之該等光電轉換區段以光電方式轉換對應相同色彩之光。
(3)如(2)之電子設備，其中在該像素陣列區段中，交替地配置其中配置以光電方式轉換綠色光之該等像素之一行以及其中沿一行方向交替地配置以光電方式轉換紅色光之兩個像素及以光電方式轉換藍色光之兩個像素之一行，且
沿該行方向彼此毗鄰之兩個相同色彩像素共用該對應電 荷累積區段。
(4)如(1)之電子設備，其中每一像素具有一暫時電荷保持區段，其提供於該光電轉換區段與該電荷累積區段之間用於該對應光電轉換區段，且當該曝光週期結束時，由該光電轉換區段產生之該信號電荷轉移至該暫時電荷保持區段且超過該暫時電荷保持區段之飽和電荷之一量之信號電荷轉移至該電荷累積區段。
(5)如(2)之電子設備，其中該等像素具有一拜耳配置，且沿該行方向毗鄰之該等相同色彩像素共用該對應電荷累積區段。
(6)一種用於一電子設備之驅動方法，該電子設備包含一像素陣列區段，其中像素以二維方式配置成一矩陣，該等像素包含產生且累積對應於光之量之信號電荷之光電轉換區段、轉移且讀出由該等對應光電轉換區段累積之該等信號電荷之像素電晶體及由該等對應光電轉換區段共用之電荷累積區段，一固態影像擷取裝置，其包含一掃描器，該掃描器可驅動該等像素以使得同時開始所有該等像素之曝光週期、可驅動該等像素以使得同時結束所有該等像素之該等曝光週期且在讀出週期中順序地選擇及掃描該等像素，及一機械快門，其判定用於靜止影像拍攝之該等曝光週期之一結束，該驅動方法包含：藉由將由該等光電轉換區段累積之該等信號電荷放電來同時開始所有該等像素之該等曝光週期且藉由將在該等曝 光週期中由該等光電轉換區段產生且累積之該等信號電荷轉移至該等對應電荷累積區段來同時結束所有該等像素之該等曝光週期，從而執行移動影像拍攝；及藉由將由該等光電轉換區段累積之該等信號電荷放電來同時開始所有該等像素之該等曝光週期且藉由關閉該機械快門來結束所有該等像素之該等曝光週期，從而執行靜止影像拍攝。
(7)如(6)之驅動方法，其中共用該對應電荷累積區段之該等光電轉換區段以光電方式轉換對應相同色彩之光，且對於該移動影像拍攝，同時讀出共用該對應電荷累積區段之該等相同色彩像素中之該等信號電荷。
(8)如(7)之驅動方法，其中在該像素陣列區段中，交替地配置其中配置以光電方式轉換綠色光之該等像素之一行以及其中沿一行方向交替地配置以光電方式轉換紅色光之兩個像素及以光電方式轉換藍色光之兩個像素之一行；沿該行方向彼此毗鄰之兩個相同色彩像素共用該對應電荷累積區段；且對於該移動影像拍攝，同時讀出共用該對應電荷累積區段之該等相同色彩像素中之該等信號電荷。
(9)如(7)之驅動方法，其中每一像素具有介於該光電轉換區段與該電荷累積區段之間的一暫時電荷保持區段；在該曝光週期結束之後，將由該光電轉換區段產生之該信號電荷轉移至該對應暫時電荷保持區段且將超過該暫時電荷保持區段之飽和電荷之一量之信號電荷轉移至該電荷 累積區段；且在每一像素中之該信號電荷之該讀出期間，讀出由該電荷累積區段累積之該信號電荷作為一高照度信號且讀出累積於該暫時電荷保持區段中之該信號電荷作為一低照度信號。
(10)如(7)之驅動方法，其中該等像素具有一拜耳配置；沿該行方向毗鄰之該等相同色彩像素共用該對應電荷累積區段；且對於該移動影像拍攝，同時讀出共用該對應電荷累積區段之該等相同色彩像素中之該等信號電荷。
本發明含有與2011年6月21日在日本專利局提出申請之日本優先權專利申請案JP 2011-137653中所揭示之標的物相關之標的物，該申請案之全部內容藉此皆以引用方式併入本文中。
熟習此項技術者應理解，可視設計要求及其他因素而做出各種修改、組合、子組合及變更，只要其在隨附申請專利範圍及其等效形式之範疇內即可。
1‧‧‧固態影像擷取裝置
2‧‧‧像素陣列區段
3‧‧‧列掃描器
4‧‧‧恆定電流源
5‧‧‧行信號處理器
6‧‧‧行掃描器
7‧‧‧輸出處理器
8‧‧‧控制器
9‧‧‧矽基板/基板
10‧‧‧水平信號線
11‧‧‧第一重設電晶體
12‧‧‧像素驅動線
13‧‧‧轉移電晶體
14‧‧‧第二重設電晶體
15‧‧‧放大電晶體
16‧‧‧選擇電晶體
17‧‧‧垂直信號線
20‧‧‧基板
21‧‧‧井區/p型井區
22‧‧‧p型半導體區
23‧‧‧n型半導體區
24‧‧‧第一電荷累積區段
24a‧‧‧轉移閘極部分
25‧‧‧第二電荷累積區段
26‧‧‧電位變化電極
28‧‧‧轉移閘極電晶體
29‧‧‧第一重設閘極電極
30‧‧‧放電部分
31‧‧‧絕緣膜
32‧‧‧第二重設閘極電極
33‧‧‧放大閘極電極
34‧‧‧選擇閘極電極
35‧‧‧恆定電流源
40a‧‧‧第一像素
40b‧‧‧第二像素
50‧‧‧電子設備
51‧‧‧光學透鏡群組/光學系統
53‧‧‧數位信號處理器
54‧‧‧中央處理單元
55‧‧‧顯示裝置
56‧‧‧作業系統
57‧‧‧圖框記憶體
58‧‧‧記錄裝置
59‧‧‧電力供應系統
60‧‧‧共同匯流排線
61‧‧‧機械快門
70a‧‧‧第一像素
70b‧‧‧第二像素
B‧‧‧藍色像素
CCD1‧‧‧電位變化脈衝
CCD2‧‧‧電位變化脈衝
Drn1‧‧‧第一重設脈衝
Drn2‧‧‧第一重設脈衝
FD‧‧‧浮動擴散部
G‧‧‧綠色像素
MEM‧‧‧電容器區段
PD1‧‧‧光電二極體
PD2‧‧‧光電二極體
R‧‧‧紅色像素
Rst‧‧‧第二重設脈衝
Sel‧‧‧選擇脈衝
Trf1‧‧‧轉移脈衝
Trf2‧‧‧轉移脈衝
Vdd‧‧‧電源電壓
圖1係圖解說明根據本發明之一第一實施例之一電子設備之一示意性方塊圖；圖2係圖解說明根據本發明之第一實施例之一總體CMOS固態影像擷取裝置之一示意性方塊圖；圖3圖解說明根據本發明之第一實施例之固態影像擷取 裝置中之像素之一電路組態；圖4係圖解說明根據本發明之第一實施例之固態影像擷取裝置中之像素中之一者之一剖面圖(及一部分電路圖)；圖5係其中根據本發明之第一實施例之電子設備拍攝一移動影像之一情形之一時序圖；圖6係對應於圖5中所圖解說明之時序圖且圖解說明自單元像素之曝光至其讀出之電子移動及電位之轉變之一剖面電位圖(第1部分)；圖7係對應於圖5中所圖解說明之時序圖且圖解說明自單元像素之曝光至其讀出之電子移動及電位之轉變之一剖面電位圖(第2部分)；圖8係其中根據本發明之實施例之電子設備拍攝一靜止影像之一情形之一時序圖；圖9A圖解說明可適用於根據本發明之實施例之固態影像擷取裝置之一實際像素陣列之一項實例且圖9B圖解說明當將圖9A中之實際像素陣列中之共用像素中之信號電荷相加時之一有效像素陣列；圖10圖解說明可適用於其中三個像素共用一第二電荷累積區段及多個像素電晶體之一情形之一像素陣列之一實例；圖11圖解說明包含於根據本發明之一第二實施例之一電子設備中之一固態影像擷取裝置之一電路組態；圖12係其中根據本發明之第二實施例之電子設備拍攝一移動影像之一情形之一時序圖；且 圖13係其中根據本發明之第二實施例之電子設備拍攝一靜止影像之一情形之一時序圖。
1‧‧‧固態影像擷取裝置
50‧‧‧電子設備
51‧‧‧光學透鏡群組/光學系統
53‧‧‧數位信號處理器
54‧‧‧中央處理單元
55‧‧‧顯示裝置
56‧‧‧作業系統
57‧‧‧圖框記憶體
58‧‧‧記錄裝置
59‧‧‧電力供應系統
60‧‧‧共同匯流排線
61‧‧‧機械快門

Claims (10)

  1. 一種電子設備，其包括：一固態影像裝置，其包含一像素陣列單元，該像素陣列單元包含複數個像素，該複數個像素之每一者包含一光電轉換區段、一第一電荷記憶區段、與另一像素之該光電轉換區段共用之一第二電荷記憶區段、及至少一像素電晶體區段；一驅動單元，其設定所有該複數個像素之曝光週期以使得同時開始及結束該等曝光週期且在讀出週期中自該等像素讀出該等電荷；及一機械快門，其中該驅動單元藉由利用下列之一者而同時結束所有該等像素之該等曝光週期：一電子快門操作，其包括將電荷從該複數個像素之每一者之該光電轉換區段同時轉移至其之該第一電荷記憶區段；及一機械快門操作，其包括關閉該機械快門，且其中該驅動單元在一靜止影像拍攝模式中藉由該電子快門操作設定該等曝光週期之開始且藉由該機械操作設定該等曝光週期之結束。
  2. 如請求項1之電子設備，其中共用該第二電荷記憶區段之該等光電轉換區段以光電方式轉換具有一相同色彩之光。
  3. 如請求項2之電子設備，其中一第一行包含轉換綠色光 之像素且一第二行包含轉換紅色光之像素及轉換藍色光之像素，且沿該行方向彼此毗鄰之兩個相同色彩像素共用該該第二電荷記憶區段之一實體。
  4. 如請求項1之電子設備，其中該第一電荷記憶區段包括一暫時電荷保持區段且該第二電荷記憶區段包括一電荷累積區段，且當該曝光週期結束時，由該光電轉換區段產生之該電荷係轉移至該暫時電荷保持區段且超過該暫時電荷保持區段之飽和電荷之一量之信號電荷係轉移至該電荷累積區段。
  5. 如請求項2之電子設備，其中該等像素具有一拜耳配置，且具有相同色彩且沿該行方向毗鄰之該等像素共用該第二電荷記憶區段之一實體。
  6. 一種用於一電子設備之驅動方法，該電子設備包含一固態成像裝置，該固態成像裝置包含一像素陣列單元，該像素陣列單元包含複數個像素，該複數個像素之每一者包含一光電轉換區段、一第一電荷記憶區段、一第二電荷記憶區段、及至少一像素電晶體區段，該固態影像擷取裝置進一步包含用於驅動該等像素之一掃描器以及一機械快門，該驅動方法包括：藉由將由該等光電轉換區段累積之該等信號電荷放電來同時開始所有該複數個像素之曝光週期且藉由利用下列之一者來同時結束所有該複數個像素之該等曝光週期：一電子快門操作，其包括將電荷從該複數個像素 之每一者之該光電轉換區段同時轉移至其之該第一電荷記憶區段；及一機械快門操作，其包括關閉該機械快門，及在一靜止拍攝影像模式中藉由該電子快門操作設定該等曝光週期之開始且藉由該機械操作設定該等曝光週期之結束，其中，對於該等像素之至少一者，其之該第二電荷記憶區段係與該等像素之另一者共用。
  7. 如請求項6之驅動方法，其中彼此以光電方式共用該第二電荷記憶區段之一實體之該等光電轉換區段以光電方式將具有一相同色彩之光轉換為另一色彩，且該方法進一步包括：基於該固態影像裝置係操作於一視訊影像拍攝模式中或操作於一靜止影像操作模式中而選擇性地在一同時讀出操作及一順序讀出操作之間切換，其中該同時操作包括同時讀出共用該第二電荷記憶區段之該等相同色彩像素中之該等信號電荷，且該順序讀出操作包括順序地讀出共用該第二電荷記憶區段之該等相同色彩像素中之該等信號電荷。
  8. 如請求項7之驅動方法，其中該像素陣列區段包含僅包含轉換綠色光之像素的一第一行及僅包含轉換紅色光之像素及轉換藍色光之像素的一第二行；沿該行方向彼此毗鄰之兩個相同色彩像素共用該第二電荷記憶區段之一實體；且 對於該移動影像拍攝，同時讀出共用該對應電荷累積區段之該等相同色彩像素中之該等信號電荷。
  9. 如請求項7之驅動方法，其中該第一電荷記憶區段包括一暫時電荷保持區段且該第二電荷記憶區段包括一電荷累積區段，其中該暫時電荷保持區段介於該光電轉換區段與該電荷累積區段之間；在該曝光週期結束之後，將由該光電轉換區段產生之該信號電荷轉移至該對應暫時電荷保持區段且將超過該暫時電荷保持區段之飽和電荷之一量之信號電荷轉移至該電荷累積區段；且在每一像素中之該信號電荷之該讀出期間，讀出由該電荷累積區段累積之該信號電荷作為一高照度信號且讀出累積於該暫時電荷保持區段中之該信號電荷作為一低照度信號。
  10. 如請求項7之驅動方法，其中該等像素具有一拜耳配置，且具有相同色彩且沿該行方向毗鄰之像素共用該第二電荷記憶區段之一實體；且對於該移動影像拍攝，同時讀出共用該對應電荷累積區段之該等相同色彩像素中之該等信號電荷。
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