本公開涉及攝像裝置。

背景技術(shù)：

以往已知有利用了光電變換的圖像傳感器。例如，具有光電二極管的cmos(complementarymetaloxidesemiconductor：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)型圖像傳感器廣為采用。cmos型圖像傳感器具有低功耗、能夠進(jìn)行每個(gè)像素的存取的特長。cmos型圖像傳感器通常采用所謂卷簾快門作為信號(hào)的讀出方式，按照像素陣列的每行順序進(jìn)行曝光及信號(hào)電荷的讀出。

在卷簾快門動(dòng)作中，曝光的開始及結(jié)束因像素陣列的每行而不同。因此，在拍攝高速移動(dòng)的物體時(shí)，作為物體的像有時(shí)得到變形的像，在使用了閃光燈時(shí)，在圖像內(nèi)有時(shí)產(chǎn)生明亮度的差異。鑒于這種情況，具有對(duì)像素陣列中的所有像素使曝光的開始及結(jié)束相同的所謂全局快門功能的需求。

例如，下述的專利文獻(xiàn)1公開了能夠進(jìn)行全局快門動(dòng)作的cmos型圖像傳感器。在專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)中，對(duì)多個(gè)像素分別設(shè)置傳輸晶體管和電荷蓄積單元(電容器或者二極管)。在各個(gè)像素內(nèi)，電荷蓄積單元通過傳輸晶體管與光電二極管連接。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：美國專利申請(qǐng)公開第2007/0013798號(hào)說明書

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

本公開提供抑制像素內(nèi)的電路的復(fù)雜化、并且能夠?qū)崿F(xiàn)全局快門功能的攝像裝置。

用于解決問題的手段

根據(jù)本公開的非限定性的某個(gè)示例性的實(shí)施方式，提供以下技術(shù)。

一種攝像裝置，具有：多個(gè)單位像素單元，各個(gè)單位像素單元包括第1電極、與所述第1電極對(duì)置的第2電極、所述第1電極和所述第2電極之間的光電變換層、與所述第1電極電連接的電荷蓄積區(qū)域、以及與所述電荷蓄積區(qū)域電連接的信號(hào)檢測(cè)電路；以及電壓供給電路，與所述第2電極電連接，并且在用于將通過光電變換而生成的電荷蓄積于所述電荷蓄積區(qū)域中的期間即曝光期間中向所述第2電極提供第1電壓，在非曝光期間中向所述第2電極提供與所述第1電壓不同的第2電壓，所述曝光期間的開始及結(jié)束在所述多個(gè)單位像素單元之間是相同的。

概括性的或具體的方式也可由元件、器件、裝置、系統(tǒng)、集成電路、方法或者計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)。并且，概括性的或具體的方式也可通過元件、器件、裝置、系統(tǒng)、集成電路、方法及計(jì)算機(jī)程序的任意組合來實(shí)現(xiàn)。

所公開的實(shí)施方式的追加性效果及優(yōu)點(diǎn)根據(jù)說明書及附圖得到明確。效果及/或優(yōu)點(diǎn)由在說明書及附圖中公開的各個(gè)實(shí)施方式或者特征單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，為了得到這些效果及/或優(yōu)點(diǎn)中一個(gè)以上的效果及/或優(yōu)點(diǎn)，不一定需要上述全部要素。

發(fā)明效果

根據(jù)本公開的實(shí)施方式，能夠抑制像素內(nèi)的電路的復(fù)雜化，實(shí)現(xiàn)全局快門功能。

附圖說明

圖1是表示本公開的實(shí)施方式的攝像裝置的示例性的電路結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2是表示單位像素單元10的示例性的器件構(gòu)造的剖面示意圖。

圖3是表示含有萘酞菁錫的光電變換層的吸收波譜的一例的圖。

圖4是表示光電變換層15的結(jié)構(gòu)的一例的剖面示意圖。

圖5是表示光電變換層15具有的典型性的光電流特性的曲線圖。

圖6是說明本公開的實(shí)施方式的攝像裝置的動(dòng)作的一例的圖。

圖7是表示能夠形成多重曝光圖像而構(gòu)成的攝像系統(tǒng)的一例的框圖。

圖8是說明多重曝光圖像的形成的一例的圖。

圖9是將通過圖7所示的攝像系統(tǒng)100s取得的示例性的多重曝光圖像、和從多重曝光圖像中按照時(shí)間序列取出的分別包括一個(gè)移動(dòng)物體的像的多個(gè)圖像一并示出的圖。

圖10是表示將示出移動(dòng)物體的位置的時(shí)間性變化的識(shí)別符的圖像疊加而得的多重曝光圖像的一例的圖。

圖11是表示將示出移動(dòng)物體的位置的時(shí)間性變化的識(shí)別符的圖像疊加而得的多重曝光圖像的另一例的圖。

圖12是說明多重曝光圖像的形成的另一例的圖。

圖13是說明復(fù)位期間中的復(fù)位電壓源34的示例性的動(dòng)作的時(shí)序圖。

圖14是說明復(fù)位期間中的復(fù)位電壓源34的示例性的動(dòng)作的時(shí)序圖。

圖15是表示攝像裝置100的變形例的示意圖。

具體實(shí)施方式

本公開的一個(gè)方式的概要如下所述。

[項(xiàng)目1]

一種攝像裝置，具有：多個(gè)單位像素單元，各個(gè)單位像素單元包括第1電極、與第1電極對(duì)置的第2電極、第1電極和第2電極之間的光電變換層、與第1電極電連接的電荷蓄積區(qū)域、以及與電荷蓄積區(qū)域電連接的信號(hào)檢測(cè)電路；以及電壓供給電路，與第2電極電連接，并且在用于將通過光電變換而生成的電荷蓄積于電荷蓄積區(qū)域中的期間即曝光期間中向第2電極提供第1電壓，在非曝光期間中向第2電極提供與第1電壓不同的第2電壓，曝光期間的開始及結(jié)束在多個(gè)單位像素單元之間是相同的。

[項(xiàng)目2]

根據(jù)項(xiàng)目1所述的攝像裝置，多個(gè)單位像素單元中的各個(gè)單位像素單元包括與電荷蓄積區(qū)域電連接的復(fù)位晶體管，該復(fù)位晶體管對(duì)用于將電荷蓄積區(qū)域初始化的復(fù)位電壓的供給及切斷進(jìn)行切換，被供給復(fù)位電壓時(shí)的第1電極和第2電極之間的電位差，大于復(fù)位電壓被切斷后的第1電極和第2電極之間的電位差。

[項(xiàng)目3]

根據(jù)項(xiàng)目2所述的攝像裝置，復(fù)位晶體管是n溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，復(fù)位電壓大于第2電壓。

[項(xiàng)目4]

根據(jù)項(xiàng)目2所述的攝像裝置，復(fù)位晶體管是p溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，復(fù)位電壓小于第2電壓。

[項(xiàng)目5]

根據(jù)項(xiàng)目1～4中任意一個(gè)項(xiàng)目所述的攝像裝置，多個(gè)單位像素單元沿著行和列呈二維狀配置，由多個(gè)單位像素單元的信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)出的信號(hào)在按照每個(gè)行而不同的定時(shí)被讀出。

[項(xiàng)目6]

根據(jù)項(xiàng)目1～5中任意一個(gè)項(xiàng)目所述的攝像裝置，在1幀期間包括多次曝光期間。

[項(xiàng)目7]

根據(jù)項(xiàng)目6所述的攝像裝置，電壓供給電路在多次曝光期間的各曝光期間之間，向第2電極提供大小彼此不同的第1電壓。

[項(xiàng)目8]

根據(jù)項(xiàng)目6或7所述的攝像裝置，攝像裝置還具有：圖像形成電路，取得基于來自信號(hào)檢測(cè)電路的多次曝光期間中的各曝光期間的輸出的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)，將多個(gè)圖像數(shù)據(jù)重疊來形成多重曝光圖像。

[項(xiàng)目9]

根據(jù)項(xiàng)目6或7所述的攝像裝置，攝像裝置還具有：圖像形成電路，從信號(hào)檢測(cè)電路取得與在1幀期間中蓄積于電荷蓄積區(qū)域的信號(hào)電荷對(duì)應(yīng)的信號(hào)，根據(jù)信號(hào)形成多重曝光圖像。

[項(xiàng)目10]

根據(jù)項(xiàng)目1～9中任意一個(gè)項(xiàng)目所述的攝像裝置，光電變換層具有包括第1電壓范圍、第2電壓范圍和第3電壓范圍的光電流特性，在第1電壓中，隨著逆向的偏置電壓的增大，輸出電流密度的絕對(duì)值增大；在第2電壓范圍中，隨著順向的偏置電壓的增大，輸出電流密度增大；第3電壓范圍在第1電壓范圍和第2電壓范圍之間，并且第3電壓范圍中相對(duì)于偏置電壓的輸出電流密度的變化率的絕對(duì)值小于第1電壓范圍和第2電壓范圍，電壓供給電路在非曝光期間向第2電極提供第2電壓，使得施加給光電變換層的偏置電壓處于第3電壓范圍內(nèi)。

[項(xiàng)目11]

一種攝像裝置，具有：

多個(gè)單位像素單元，各個(gè)單位像素單元包括第1電極、與第1電極電連接的電荷蓄積區(qū)域、以及與電荷蓄積區(qū)域電連接的信號(hào)檢測(cè)電路；

第2電極，與第1電極對(duì)置；

光電變換層，配置在第1電極和第2電極之間；以及

電壓供給電路，具有與第2電極的連接，在曝光期間和非曝光期間之間向第2電極提供彼此不同的電壓，

光電變換層具有輸出電流密度相對(duì)于偏置電壓的變化率在第1電壓范圍、第2電壓范圍及第3電壓范圍中彼此不同的光電流特性，在第1電壓范圍中，隨著逆向的偏置電壓的增大，輸出電流密度的絕對(duì)值增大，在第2電壓范圍中，隨著順向的偏置電壓的增大，輸出電流密度增大，第3電壓范圍在第1電壓范圍和第2電壓范圍之間，

在第3電壓范圍中的變化率小于在第1電壓范圍中的變化率及在第2電壓范圍中的變化率，

曝光期間的開始及結(jié)束在多個(gè)單位像素單元之間是相同的，

電壓供給電路在非曝光期間，向第2電極提供使在第2電極和信號(hào)檢測(cè)電路之間形成第3電壓范圍的電位差的電壓。

根據(jù)項(xiàng)目11所述的結(jié)構(gòu)，不需在單位像素單元內(nèi)另外設(shè)置傳輸晶體管等，即可實(shí)現(xiàn)全局快門。

[項(xiàng)目12]

根據(jù)項(xiàng)目11所述的攝像裝置，在1幀期間包括多次曝光期間。

[項(xiàng)目13]

根據(jù)項(xiàng)目12所述的攝像裝置，電壓供給電路在多次曝光期間的各曝光期間之間，向第2電極提供大小彼此不同的第1電壓。

根據(jù)項(xiàng)目13所述的結(jié)構(gòu)，能夠按照多次曝光期間進(jìn)行改變了感光度的攝像。

[項(xiàng)目14]

根據(jù)項(xiàng)目12或13所述的攝像裝置，還具有：圖像形成電路，取得基于來自信號(hào)檢測(cè)電路的多次曝光期間中的各曝光期間的輸出的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)，將多個(gè)圖像數(shù)據(jù)重疊來形成多重曝光圖像。

根據(jù)項(xiàng)目14所述的結(jié)構(gòu)，能夠從多重曝光圖像知道在1幀期間中移動(dòng)的物體的像的軌跡。

[項(xiàng)目15]

根據(jù)項(xiàng)目12或13所述的攝像裝置，還具有：圖像形成電路，從信號(hào)檢測(cè)電路取得與在1幀期間中蓄積于電荷蓄積區(qū)域的信號(hào)電荷對(duì)應(yīng)的信號(hào)，根據(jù)信號(hào)形成多重曝光圖像。

根據(jù)項(xiàng)目15所述的結(jié)構(gòu)，能夠從多重曝光圖像知道在1幀期間中移動(dòng)的物體的像的軌跡。

[項(xiàng)目16]

根據(jù)項(xiàng)目11～15中任意一個(gè)項(xiàng)目所述的攝像裝置，多個(gè)單位像素單元中的各個(gè)單位像素單元包括與電荷蓄積區(qū)域電連接的復(fù)位晶體管，該復(fù)位晶體管切換對(duì)電荷蓄積區(qū)域的復(fù)位電壓的供給及切斷，

復(fù)位晶體管是n溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，

復(fù)位電壓大于在非曝光期間中電壓供給電路施加給第2電極的電壓。

根據(jù)項(xiàng)目16所述的結(jié)構(gòu)，能夠更有效地抑制寄生感光度。

[項(xiàng)目17]

根據(jù)項(xiàng)目11～15中任意一個(gè)項(xiàng)目所述的攝像裝置，多個(gè)單位像素單元中的各個(gè)單位像素單元包括與電荷蓄積區(qū)域電連接的復(fù)位晶體管，該復(fù)位晶體管切換對(duì)電荷蓄積區(qū)域的復(fù)位電壓的供給及切斷，

復(fù)位晶體管是p溝道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，

復(fù)位電壓小于在第2期間中電壓供給電路施加給第2電極的電壓。

根據(jù)項(xiàng)目17所述的結(jié)構(gòu)，能夠更有效地抑制寄生感光度。

[項(xiàng)目18]

根據(jù)項(xiàng)目16或17所述的攝像裝置，復(fù)位電壓與在非曝光期間中電壓供給電路施加給第2電極的電壓之差的絕對(duì)值，小于光電變換層的擊穿電壓。

根據(jù)項(xiàng)目18所述的結(jié)構(gòu)，能夠避免因過剩的電壓的施加而引起的光電變換層的損傷。

[項(xiàng)目19]

根據(jù)項(xiàng)目16或17所述的攝像裝置，復(fù)位電壓與在非曝光期間中電壓供給電路施加給第2電極的電壓之差的絕對(duì)值，小于對(duì)信號(hào)檢測(cè)電路的輸入電壓。

根據(jù)項(xiàng)目19所述的結(jié)構(gòu)，能夠避免因過剩的電壓的施加而引起的光電變換層的損傷。

下面，參照附圖詳細(xì)說明本公開的實(shí)施方式。另外，下面說明的實(shí)施方式均用于示出概況性或者具體的示例。在下面的實(shí)施方式中示出的數(shù)值、形狀、材料、構(gòu)成要素、構(gòu)成要素的配置位置及連接方式、步驟、步驟的順序等僅是一例，其主旨不是限定本公開。在本說明書中說明的各種方式只要不產(chǎn)生矛盾就可以相互組合。并且，關(guān)于下面的實(shí)施方式的構(gòu)成要素中、沒有在表示最上位概念的獨(dú)立權(quán)利要求中記載的構(gòu)成要素，作為任意的構(gòu)成要素進(jìn)行說明。在下面的說明中，具有實(shí)質(zhì)上相同的功能的構(gòu)成要素用相同的參照標(biāo)號(hào)表示，有時(shí)省略說明。

(攝像裝置的實(shí)施方式)

圖1表示本公開的實(shí)施方式的攝像裝置的示例性的電路結(jié)構(gòu)。圖1所示的攝像裝置100具有像素陣列pa，像素陣列pa包括呈二維狀排列的多個(gè)單位像素單元10。圖1示意地示出了將單位像素單元10配置成2行2列的矩陣狀的例子。當(dāng)然，攝像裝置100中的單位像素單元10的數(shù)量及配置不限于圖1所示的例子。

各個(gè)單位像素單元10具有光電變換部13和信號(hào)檢測(cè)電路14。如后面參照附圖說明的那樣，光電變換部13具有被夾在相互對(duì)置的兩個(gè)電極之間的光電變換層，接受所入射的光并生成信號(hào)。光電變換部13不需要是整體相對(duì)于每個(gè)單位像素單元10而獨(dú)立的元件，也可以是光電變換部13的例如一部分跨越多個(gè)單位像素單元10。信號(hào)檢測(cè)電路14是檢測(cè)由光電變換部13生成的信號(hào)的電路。在該例中，信號(hào)檢測(cè)電路14包括信號(hào)檢測(cè)晶體管24和地址晶體管26。信號(hào)檢測(cè)晶體管24和地址晶體管26典型地講是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)，在此作為信號(hào)檢測(cè)晶體管24和地址晶體管26是示例了n溝道m(xù)os。

如在圖1中示意的那樣，信號(hào)檢測(cè)晶體管24的控制端子(此處指柵極)具有與光電變換部13的電連接。由光電變換部13生成的信號(hào)電荷(空穴或者電子)被蓄積于信號(hào)檢測(cè)晶體管24的柵極和光電變換部13之間的電荷蓄積節(jié)點(diǎn)(也稱為“浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)”)41。關(guān)于光電變換部13的構(gòu)造的詳細(xì)情況在后面進(jìn)行說明。

各個(gè)單位像素單元10的光電變換部13還具有與感光度控制線42的連接。在圖1示例的結(jié)構(gòu)中，感光度控制線42與感光度控制電壓供給電路32(下面，簡(jiǎn)稱為“電壓供給電路32”)連接。該電壓供給電路32是至少能夠提供兩種電壓而構(gòu)成的電路。在攝像裝置100進(jìn)行動(dòng)作時(shí)，電壓供給電路32通過感光度控制線42向光電變換部13提供規(guī)定的電壓。電壓供給電路32不限于特定的電源電路，可以是生成規(guī)定的電壓的電路，也可以是將從其它電源提供的電壓變換為規(guī)定的電壓的電路。如在后面詳細(xì)說明的那樣，在彼此不同的多個(gè)電壓之間切換從電壓供給電路32提供給光電變換部13的電壓，由此控制從光電變換部13向電荷蓄積節(jié)點(diǎn)41的信號(hào)電荷的蓄積的開始及結(jié)束。換言之，在本公開的實(shí)施方式中，通過切換從電壓供給電路32提供給光電變換部13的電壓來執(zhí)行電子快門動(dòng)作。關(guān)于攝像裝置100的動(dòng)作的例子在后面進(jìn)行說明。

各個(gè)單位像素單元10具有與供給電源電壓vdd的電源線40的連接。如圖所示，電源線40與信號(hào)檢測(cè)晶體管24的輸入端子(典型地講是漏極)連接。電源線40作為源級(jí)跟隨電源發(fā)揮作用，由此信號(hào)檢測(cè)晶體管24將通過光電變換部13生成的信號(hào)放大并輸出。

信號(hào)檢測(cè)晶體管24的輸出端子(此處指源級(jí))與地址晶體管26的輸入端子(此處指漏極)連接。地址晶體管26的輸出端子(此處指源級(jí))與在像素陣列pa的每列配置的多條垂直信號(hào)線47中的一條垂直信號(hào)線連接。地址晶體管26的控制端子(此處指柵極)與地址控制線46連接，通過控制地址控制線46的電位，能夠?qū)⑿盘?hào)檢測(cè)晶體管24的輸出選擇性地讀出到對(duì)應(yīng)的垂直信號(hào)線47中。

在圖示的例子中，地址控制線46與垂直掃描電路(也稱為“行掃描電路”)36連接。垂直掃描電路36通過對(duì)地址控制線46施加規(guī)定的電壓，按照行單位選擇在各行配置的多個(gè)單位像素單元10。由此，執(zhí)行所選擇的單位像素單元10的信號(hào)的讀出和后述的像素電極的復(fù)位。

垂直信號(hào)線47是將來自像素陣列pa的像素信號(hào)傳遞給周邊電路的主信號(hào)線。垂直信號(hào)線47與列信號(hào)處理電路(也稱為“行信號(hào)蓄積電路”)37連接。列信號(hào)處理電路37進(jìn)行以相關(guān)雙重采樣為代表的噪音抑制信號(hào)處理及模擬-數(shù)字變換(ad變換)等。如圖所示，列信號(hào)處理電路37對(duì)應(yīng)像素陣列pa中的單位像素單元10的各列而設(shè)置。這些列信號(hào)處理電路37與水平信號(hào)讀出電路(也稱為“列掃描電路”)38連接。水平信號(hào)讀出電路38從多個(gè)列信號(hào)處理電路37依次將信號(hào)讀出到水平共用信號(hào)線49中。

在圖1示例的結(jié)構(gòu)中，單位像素單元10具有復(fù)位晶體管28。復(fù)位晶體管28例如可以是與信號(hào)檢測(cè)晶體管24及地址晶體管26一樣的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。下面，只要沒有特別說明，就說明復(fù)位晶體管28使用n溝道m(xù)os的例子。如圖所示，該復(fù)位晶體管28連接于供給復(fù)位電壓vr的復(fù)位電壓線44和電荷蓄積節(jié)點(diǎn)41之間。復(fù)位晶體管28的控制端子(此處指柵極)與復(fù)位控制線48連接，通過控制復(fù)位控制線48的電位，能夠?qū)㈦姾尚罘e節(jié)點(diǎn)41的電位復(fù)位成復(fù)位電壓vr。在該例中，復(fù)位控制線48與垂直掃描電路36連接。因此，通過由垂直掃描電路36對(duì)復(fù)位控制線48施加規(guī)定的電壓，能夠?qū)⒃诟餍信渲玫亩鄠€(gè)單位像素單元10按照行單位進(jìn)行復(fù)位。

在該例中，對(duì)復(fù)位晶體管28供給復(fù)位電壓vr的復(fù)位電壓線44與復(fù)位電壓供給電路34(下面，簡(jiǎn)稱為“復(fù)位電壓源34”)連接。復(fù)位電壓源34只要具有在攝像裝置100動(dòng)作時(shí)能夠?qū)?fù)位電壓線44供給規(guī)定的復(fù)位電壓vr的結(jié)構(gòu)即可，與上述的電壓供給電路32一樣不限于特定的電源電路。電壓供給電路32及復(fù)位電壓源34分別可以是一個(gè)電壓供給電路的一部分，也可以是獨(dú)立的單獨(dú)的電壓供給電路。另外，也可以是電壓供給電路32及復(fù)位電壓源34中一方或者雙方是垂直掃描電路36的一部分?；蛘撸部梢詫碜噪妷汗┙o電路32的感光度控制電壓及/或來自復(fù)位電壓源34的復(fù)位電壓vr通過垂直掃描電路36供給各個(gè)單位像素單元10。

作為復(fù)位電壓vr，也能夠使用信號(hào)檢測(cè)電路14的電源電壓vdd。在這種情況下，能夠使對(duì)各個(gè)單位像素單元10供給電源電壓的電壓供給電路(在圖1中未圖示)和復(fù)位電壓源34相同。并且，由于能夠使電源線40和復(fù)位電壓線44相同，因而能夠簡(jiǎn)化像素陣列pa中的配線。另外，通過對(duì)復(fù)位電壓vr和信號(hào)檢測(cè)電路14的電源電壓vdd使用彼此不同的電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)攝像裝置100的更加靈活的控制。

(單位像素單元的器件構(gòu)造)

圖2示意地表示單位像素單元10的示例性的器件構(gòu)造。在圖2示例的結(jié)構(gòu)中，上述的信號(hào)檢測(cè)晶體管24、地址晶體管26及復(fù)位晶體管28形成于半導(dǎo)體基板20。半導(dǎo)體基板20不限于其整體是半導(dǎo)體的基板。半導(dǎo)體基板20也可以是在形成有感光區(qū)域的一側(cè)的表面設(shè)有半導(dǎo)體層的絕緣性基板等。在此，說明半導(dǎo)體基板20使用p型硅(si)基板的例子。

半導(dǎo)體基板20具有雜質(zhì)區(qū)域(此處指n型區(qū)域)26s、24s、24d、28d及28s、和單位像素單元10之間的電分離用的元件分離區(qū)域20t。在此，元件分離區(qū)域20t也設(shè)于雜質(zhì)區(qū)域24d和雜質(zhì)區(qū)域28d之間。元件分離區(qū)域20t例如通過在規(guī)定的注入條件下進(jìn)行接受體的離子注入而形成。

雜質(zhì)區(qū)域26s、24s、24d、28d及28s典型地講是形成于半導(dǎo)體基板20內(nèi)的擴(kuò)散層。如圖2示意地示出的那樣，信號(hào)檢測(cè)晶體管24包括雜質(zhì)區(qū)域24s及24d、和柵極電極24g(典型地講是多晶硅電極)。雜質(zhì)區(qū)域24s作為信號(hào)檢測(cè)晶體管24的例如源級(jí)區(qū)域發(fā)揮作用。雜質(zhì)區(qū)域24d作為信號(hào)檢測(cè)晶體管24的例如漏極區(qū)域發(fā)揮作用。在雜質(zhì)區(qū)域24s和24d之間形成有信號(hào)檢測(cè)晶體管24的溝道區(qū)域。

同樣，地址晶體管26包括雜質(zhì)區(qū)域26s及24s、和與地址控制線46(參照?qǐng)D1)連接的柵極電極26g(典型地講是多晶硅電極)。在該例中，信號(hào)檢測(cè)晶體管24及地址晶體管26通過共用雜質(zhì)區(qū)域24s而相互電連接。雜質(zhì)區(qū)域26s作為地址晶體管26的例如源級(jí)區(qū)域發(fā)揮作用。雜質(zhì)區(qū)域26s具有與圖2中未圖示的垂直信號(hào)線47(參照?qǐng)D1)的連接。

復(fù)位晶體管28包括雜質(zhì)區(qū)域28d及28s、和與復(fù)位控制線48(參照?qǐng)D1)連接的柵極電極28g(典型地講是多晶硅電極)。雜質(zhì)區(qū)域28s作為復(fù)位晶體管28的例如源級(jí)區(qū)域發(fā)揮作用。雜質(zhì)區(qū)域28s具有與圖2中未圖示的復(fù)位電壓線44(參照?qǐng)D1)的連接。

在半導(dǎo)體基板20上配置有覆蓋信號(hào)檢測(cè)晶體管24、地址晶體管26及復(fù)位晶體管28的層間絕緣層50(典型地講是二氧化硅層)。如圖所示，在層間絕緣層50中能夠配置配線層56。配線層56典型地講由銅等金屬形成，例如其中一部分能夠包含上述的垂直信號(hào)線47等配線。層間絕緣層50中的絕緣層的層數(shù)及在層間絕緣層50中配置的配線層56所包含的層數(shù)能夠任意設(shè)定，不限于圖2示出的例子。

在層間絕緣層50上配置有上述的光電變換部13。換言之，在本公開的實(shí)施方式中，構(gòu)成像素陣列pa(參照?qǐng)D1)的多個(gè)單位像素單元10形成于半導(dǎo)體基板20上。由在半導(dǎo)體基板20上呈二維狀排列的多個(gè)單位像素單元10形成感光區(qū)域(像素區(qū)域)。相鄰的兩個(gè)單位像素單元10間的距離(像素間距)可以為例如2μm左右。

光電變換部13包括像素電極11、對(duì)置電極12、和配置在它們之間的光電變換層15。在該例中，對(duì)置電極12和光電變換層15跨越多個(gè)單位像素單元10而形成。另一方面，像素電極11設(shè)于每個(gè)單位像素單元10，并在空間上與相鄰的另一個(gè)單位像素單元10的像素電極11分離，由此與另一個(gè)單位像素單元10的像素電極11電分離。

對(duì)置電極12典型地講是由透明的導(dǎo)電性材料形成的透明電極。對(duì)置電極12配置在光電變換層15中光入射的一側(cè)。因此，透射對(duì)置電極12的光入射到光電變換層15。另外，由攝像裝置100檢測(cè)的光不限于可見光的波長范圍(例如380nm以上780nm以下)內(nèi)的光。本說明書中的“透明”是指需要檢測(cè)的波長范圍的光的至少一部分透射，并非必須跨越可見光的波長范圍整體透射光。在本說明書中，為了方便起見將包括紅外線及紫外線的電磁波統(tǒng)一表述為“光”。對(duì)置電極12能夠使用例如ito、izo、azo、fto、sno2、tio2、zno2等透明導(dǎo)電性氧化物(transparentconductingoxide(tco))。

光電變換層15接受入射的光，使產(chǎn)生空穴-電子對(duì)。光電變換層15典型地講由有機(jī)材料形成。關(guān)于構(gòu)成光電變換層15的材料的具體例子在后面進(jìn)行說明。

如參照?qǐng)D1說明的那樣，對(duì)置電極12具有與連接電壓供給電路32的感光度控制線42的連接。并且，在此對(duì)置電極12跨越多個(gè)單位像素單元10而形成。因此，能夠從電壓供給電路32通過感光度控制線42在多個(gè)單位像素單元10之間統(tǒng)一施加期望大小的感光度控制電壓。另外，如果能夠從電壓供給電路32施加期望大小的感光度控制電壓，則對(duì)置電極12也可以按照每個(gè)單位像素單元10而分開設(shè)置。同樣，光電變換層15也可以按照每個(gè)單位像素單元10而分開設(shè)置。

如后面詳細(xì)說明的那樣，電壓供給電路32在曝光期間和非曝光期間之間向?qū)χ秒姌O12提供彼此不同的電壓。在本說明書中，“曝光期間”是指用于將通過光電變換而生成的正及負(fù)的電荷中一方(信號(hào)電荷)蓄積于電荷蓄積區(qū)域的期間，也可以稱為“電荷蓄積期間”。并且，在本說明書中，將在攝像裝置的動(dòng)作中曝光期間以外的期間稱為“非曝光期間”。另外，“非曝光期間”不限于向光電變換部13的光的入射被切斷的期間，也可以包含向光電變換部13照射光的期間。并且，“非曝光期間”包括由于寄生感光度的產(chǎn)生而意外地在電荷蓄積區(qū)域中蓄積信號(hào)電荷的期間。

通過控制相對(duì)于像素電極11的電位的對(duì)置電極12的電位，能夠通過像素電極11收集通過光電變換在光電變換層15內(nèi)產(chǎn)生的空穴-電子對(duì)中的空穴及電子任意一方。例如，在使用空穴作為信號(hào)電荷的情況下，通過使對(duì)置電極12的電位高于像素電極11，能夠通過像素電極11選擇性地收集空穴。下面，示例使用空穴作為信號(hào)電荷的情況。當(dāng)然，也能夠使用電子作為信號(hào)電荷。

與對(duì)置電極12對(duì)置的像素電極11通過向?qū)χ秒姌O12和像素電極11之間提供適當(dāng)?shù)钠秒妷?，收集在光電變換層15中通過光電變換而產(chǎn)生的正及負(fù)的電荷中一方。像素電極11由鋁、銅等金屬、金屬氮化物、或者通過摻雜雜質(zhì)而被賦予了導(dǎo)電性的多晶硅等形成。

也可以將像素電極11設(shè)為遮光性的電極。例如，通過形成厚度100nm的tan電極作為像素電極11，能夠?qū)崿F(xiàn)充分的遮光性。通過將像素電極11設(shè)為遮光性的電極，能夠抑制在光電變換層15通過的光向形成于半導(dǎo)體基板20的晶體管(在該例中是指信號(hào)檢測(cè)晶體管24、地址晶體管26及復(fù)位晶體管28至少任意一方)的溝道區(qū)域或者雜質(zhì)區(qū)域入射。也可以利用上述的配線層56在層間絕緣層50內(nèi)形成遮光膜。通過抑制光向形成于半導(dǎo)體基板20的晶體管的溝道區(qū)域入射，能夠抑制晶體管的特性的偏移(例如閾值電壓的變動(dòng))等。并且，通過抑制光向形成于半導(dǎo)體基板20的雜質(zhì)區(qū)域入射，能夠抑制因雜質(zhì)區(qū)域中的意外的光電變換而導(dǎo)致的噪聲的混入。這樣，抑制光向半導(dǎo)體基板20入射，將有助于攝像裝置100的可靠性的提高。

如圖2示意地示出的那樣，像素電極11通過柱塞52、配線53及接觸柱塞54與信號(hào)檢測(cè)晶體管24的柵極電極24g連接。換言之，信號(hào)檢測(cè)晶體管24的柵極具有與像素電極11的電連接。柱塞52、配線53例如能夠由銅等金屬形成。由柱塞52、配線53及接觸柱塞54構(gòu)成信號(hào)檢測(cè)晶體管24和光電變換部13之間的電荷蓄積節(jié)點(diǎn)41(參照?qǐng)D1)的至少一部分。配線53可以是配線層56的一部分。并且，像素電極11也通過柱塞52、配線53及接觸柱塞55與雜質(zhì)區(qū)域28d連接。在圖2示例的結(jié)構(gòu)中，信號(hào)檢測(cè)晶體管24的柵極電極24g、柱塞52、配線53、接觸柱塞54及55、以及作為復(fù)位晶體管28的源級(jí)區(qū)域及漏極區(qū)域中一方的雜質(zhì)區(qū)域28d，作為蓄積通過像素電極11收集的信號(hào)電荷的電荷蓄積區(qū)域發(fā)揮作用。

通過像素電極11收集信號(hào)電荷，由此對(duì)信號(hào)檢測(cè)晶體管24的柵極施加與在電荷蓄積區(qū)域中蓄積的信號(hào)電荷的量對(duì)應(yīng)的電壓。信號(hào)檢測(cè)晶體管24將該電壓放大。通過地址晶體管26選擇性地讀出由信號(hào)檢測(cè)晶體管24放大后的電壓作為信號(hào)電壓。

(發(fā)明者們的認(rèn)識(shí)及光電變換層的結(jié)構(gòu)的典型例)

如上所述，通過向光電變換層15照射光、并向像素電極11和對(duì)置電極12之間施加偏置電壓，能夠通過像素電極11收集通過光電變換而產(chǎn)生的正及負(fù)的電荷中一方，將所收集的電荷蓄積在電荷蓄積區(qū)域中。發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)，通過將表示以下說明的光電流特性的光電變換層15適用于光電變換部13，而且將像素電極11和對(duì)置電極12之間的電位差減小至某種程度，能夠抑制已經(jīng)蓄積在電荷蓄積區(qū)域中的信號(hào)電荷通過光電變換層15向?qū)χ秒姌O12移動(dòng)。另外，發(fā)明者們也發(fā)現(xiàn)，能夠抑制在減小電位差后的信號(hào)電荷向電荷蓄積區(qū)域的進(jìn)一步蓄積。即，發(fā)現(xiàn)通過控制施加給光電變換層15的偏置電壓的大小，不需如專利文獻(xiàn)1所記載的技術(shù)那樣在多個(gè)像素分別另外設(shè)置傳輸晶體管等元件，即可實(shí)現(xiàn)全局快門功能。關(guān)于攝像裝置100的動(dòng)作的典型例在后面進(jìn)行說明。

下面，說明光電變換層15的結(jié)構(gòu)的例子以及光電變換層15的光電流特性。

光電變換層15典型地講含有半導(dǎo)體材料。在此，半導(dǎo)體材料使用有機(jī)半導(dǎo)體材料。

光電變換層15例如含有用下面的通式(1)表示的萘酞菁錫(下面，有時(shí)簡(jiǎn)稱為“萘酞菁錫”)。

【化學(xué)式1】

在通式(1)中，r¹～r²⁴獨(dú)立地表示氫原子或者取代基。取代基不限于特定的取代基。取代基可以是氘原子、鹵素原子、烷基(包括環(huán)烷基、二環(huán)烷基、三環(huán)烷基)、烯基(包括環(huán)烯基、二環(huán)烯基)、炔基、芳基、雜環(huán)基(也可以稱為雜環(huán)基)、氰基、羥基、硝基、羧基、烷氧基、芳氧基、甲硅烷氧基、雜環(huán)氧基、酰氧基、氨基甲酰氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、氨基(包括苯胺基)、氨溶基(ammonio)、酰氨基、氨羰氨基、烷氧基羰氨基、芳氧基羰氨基、氨磺酰氨基、烷基磺酰氨基、芳基磺酰氨基、巰基、烷硫基、芳硫基、雜環(huán)硫基、氨磺?；⒒腔?、烷基亞磺酰基、芳基亞磺酰基、烷基磺?；?、芳基磺?；?、?；?、芳氧基羰基、烷氧基羰基、氨基甲酰基、芳基偶氮基、雜環(huán)偶氮基、亞氨基、膦基、氧膦基、氧膦基氧基、氧膦基氨基、膦?；?、甲硅烷基、肼基、脲基、硼酸基(-b(oh)2)、磷酸基(-opo(oh)2)、硫酸基(-oso3h)、或者其它公知的取代基。

用上述的通式(1)表示的萘酞菁錫能夠使用市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品?；蛘撸绨凑杖毡咎亻_2010-232410號(hào)公報(bào)公開的那樣，能夠?qū)⒂孟率龅耐ㄊ?2)表示的萘衍生物作為初始原料合成得到用上述的通式(1)表示的萘酞菁錫。通式(2)中的r²⁵～r³⁰可以是與通式(1)中的r¹～r²⁴相同的取代基。

【化學(xué)式2】

在用上述的通式(1)表示的萘酞菁錫中，從容易控制分子的凝聚狀態(tài)的角度考慮，r¹～r²⁴中8個(gè)以上是氫原子或者氘原子比較有利，r¹～r²⁴中16個(gè)以上是氫原子或者氘原子更有利，全部是氫原子或者氘原子最有利。另外，從容易合成的角度考慮，用下式(3)表示的萘酞菁錫比較有利。

【化學(xué)式3】

用上述的通式(1)表示的萘酞菁錫在大致200nm以上1100nm以下的波長頻帶具有吸收性。例如，用上式(3)表示的萘酞菁錫如圖3所示在波長大致870nm的位置具有吸收峰值。圖3是含有用上式(3)表示的萘酞菁錫的光電變換層的吸收波譜的一例。另外，在測(cè)定吸收波譜時(shí)使用在石英基板上層疊了光電變換層(厚度：30nm)的試樣。

根據(jù)圖3可知，由含有萘酞菁錫的材料形成的光電變換層在近紅外區(qū)域具有吸收性。即，通過選擇含有萘酞菁錫的材料作為構(gòu)成光電變換層15的材料，能夠?qū)崿F(xiàn)例如能夠檢測(cè)近紅外線的光傳感器。

圖4示意地表示光電變換層15的結(jié)構(gòu)的一例。在圖4示例的結(jié)構(gòu)中，光電變換層15具有空穴阻擋層15h、使用含有用上述的通式(1)表示的萘酞菁錫的有機(jī)半導(dǎo)體材料形成的光電變換構(gòu)造15a、和電子阻擋層15e。空穴阻擋層15h配置在光電變換構(gòu)造15a和對(duì)置電極12之間，電子阻擋層15e配置在光電變換構(gòu)造15a和像素電極11之間。

圖4所示的光電變換構(gòu)造15a包括p型半導(dǎo)體及n型半導(dǎo)體至少一方。在圖4示例的結(jié)構(gòu)中，光電變換構(gòu)造15a具有p型半導(dǎo)體層150p、n型半導(dǎo)體層150n、被夾在p型半導(dǎo)體層150p和n型半導(dǎo)體層150n之間的混合層150m。p型半導(dǎo)體層150p配置在電子阻擋層15e和混合層150m之間，具有光電變換及/或空穴輸送的功能。n型半導(dǎo)體層150n配置在空穴阻擋層15h和混合層150m之間，具有光電變換及/或電子輸送的功能。如后面所述，也可以是混合層150m包括p型半導(dǎo)體及n型半導(dǎo)體至少一方。

p型半導(dǎo)體層150p和n型半導(dǎo)體層150n分別包括有機(jī)p型半導(dǎo)體及有機(jī)n型半導(dǎo)體。即，光電變換構(gòu)造15a包括含有用上述的通式(1)表示的萘酞菁錫的有機(jī)光電變換材料、和有機(jī)p型半導(dǎo)體及有機(jī)n型半導(dǎo)體至少一方。

有機(jī)p型半導(dǎo)體(化合物)是施主性有機(jī)半導(dǎo)體(化合物)，主要指以空穴輸送性有機(jī)化合物為代表的、具有容易供給電子的性質(zhì)的有機(jī)化合物。更具體地講，有機(jī)p型半導(dǎo)體(化合物)是指在使兩種有機(jī)材料接觸使用時(shí)離子勢(shì)較小者的有機(jī)化合物。因此，作為施主性有機(jī)化合物，只要是具有電子供給性的有機(jī)化合物，則能夠使用任何的有機(jī)化合物。例如，能夠使用具有以下的化合物作為配位體的金屬絡(luò)合物等：三芳基胺化合物、聯(lián)苯胺化合物、吡唑啉化合物、苯乙烯胺化合物、腙化合物、三苯甲烷化合物、咔唑化合物、聚硅烷化合物、噻吩化合物、酞菁化合物、花青類化合物、部花青類化合物、氧雜菁化合物、多胺化合物、吲哚化合物、吡咯化合物、吡唑化合物、聚亞芳基化合物、縮合芳香族碳環(huán)化合物(萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、并四苯衍生物、芘衍生物、苝衍生物、熒蒽衍生物)、含氮雜環(huán)化合物。另外，施主性有機(jī)半導(dǎo)體不限于這些，如上所述只要是離子化電位比作為n型(受主性)化合物使用的有機(jī)化合物小的有機(jī)化合物，就能夠用作施主性有機(jī)半導(dǎo)體。上述的萘酞菁錫是有機(jī)p型半導(dǎo)體材料的一種。

有機(jī)n型半導(dǎo)體(化合物)是受主性有機(jī)半導(dǎo)體(化合物)，主要指以電子輸送性有機(jī)化合物為代表的、具有容易接受電子的性質(zhì)的有機(jī)化合物。更具體地講，有機(jī)n型半導(dǎo)體(化合物)是指在使兩種有機(jī)材料接觸使用時(shí)電子親和力較大者的有機(jī)化合物。因此，作為受主性有機(jī)化合物，只要是具有電子受主性的有機(jī)化合物，則能夠使用任何的有機(jī)化合物。例如，能夠使用具有以下物質(zhì)作為配位體的金屬絡(luò)合物等：富勒烯、富勒烯衍生物、縮合芳香族碳環(huán)化合物(萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、并四苯衍生物、芘衍生物、苝衍生物、熒蒽衍生物)、含有氮原子、氧原子、硫原子的5～7元雜環(huán)化合物(例如吡啶、吡嗪、嘧啶、噠嗪、三嗪、喹啉、喹喔啉、喹唑啉、酞嗪、噌啉、異喹啉、蝶啶、吖啶、吩嗪、菲繞啉、四唑、吡唑、咪唑、噻唑、噁唑、吲唑、苯并咪唑、苯并三唑、苯并噁唑、苯并噻唑、咔唑、嘌呤、三唑噠嗪、三唑嘧啶、四氮茚、氧雜二唑、咪唑并吡啶、吡咯烷、吡咯并吡啶、噻二唑并吡啶、二苯并氮雜卓、三苯并氮雜卓等)、聚亞芳基化合物、芴化合物、環(huán)戊二烯化合物、甲硅烷基化合物、含氮雜環(huán)化合物。另外，不限于這些，如上所述只要是電子親和力比作為p型(施主性)有機(jī)化合物使用的有機(jī)化合物大的有機(jī)化合物，就能夠用作受主性有機(jī)半導(dǎo)體。

混合層150例如可以是包括p型半導(dǎo)體及n型半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)構(gòu)造層。在形成混合層150m作為具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的層的情況下，能夠使用用上述的通式(1)表示的萘酞菁錫作為p型半導(dǎo)體材料。作為n型半導(dǎo)體材料，例如能夠使用富勒烯及/或富勒烯衍生物。構(gòu)成p型半導(dǎo)體層150p的材料與混合層150m中包含的p型半導(dǎo)體材料相同比較有利。同樣，構(gòu)成n型半導(dǎo)體層150n的材料與混合層150m中包含的m型半導(dǎo)體材料相同比較有利。關(guān)于異質(zhì)結(jié)構(gòu)造在日本專利第5553727號(hào)公報(bào)中已經(jīng)詳細(xì)說明。作為參考，在本說明書中引用了日本專利第5553727號(hào)公報(bào)的全部公開內(nèi)容。

通過按照要進(jìn)行檢測(cè)的波長區(qū)域使用合適的材料，能夠?qū)崿F(xiàn)在期望的波長區(qū)域具有感光度的攝像裝置。光電變換層15也可以含有非晶硅等無機(jī)半導(dǎo)體材料。光電變換層15也可以含有由有機(jī)材料構(gòu)成的層和由無機(jī)材料構(gòu)成的層。下面，說明將通過對(duì)萘酞菁錫和c60進(jìn)行一起蒸鍍而得到的異質(zhì)結(jié)構(gòu)造適用于光電變換層15的例子。

(光電變換層的光電流特性)

圖5表示光電變換層15具有的典型的光電流特性。在圖5中，粗實(shí)線的曲線表示被光照射的狀態(tài)下的光電變換層15的示例性的電流-電壓特性(i-v特性)。另外，在圖5中也用粗虛線一并示出了未被光照射的狀態(tài)下的i-v特性的一例。

圖5表示在一定的照度下使施加在光電變換層15的兩個(gè)主面之間的偏置電壓變化時(shí)的主面之間的電流密度的變化。在本說明書中，將偏置電壓的順向和逆向定義如下。在光電變換層15具有層狀的p型半導(dǎo)體和層狀的n型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)造的情況下，將p型半導(dǎo)體的層的電位比n型半導(dǎo)體的層高的偏置電壓定義為順向的偏置電壓。另一方面，將p型半導(dǎo)體的層的電位比n型半導(dǎo)體的層低的偏置電壓定義為逆向的偏置電壓。在使用有機(jī)半導(dǎo)體材料的情況下，也能夠與使用無機(jī)半導(dǎo)體材料時(shí)一樣地定義順向和逆向。在光電變換層15具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的情況下，如上述的日本專利第5553727號(hào)公報(bào)的圖1示意地示出的那樣，在與電極對(duì)置的異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的兩個(gè)主面中的一個(gè)表面出現(xiàn)的p型半導(dǎo)體多于n型半導(dǎo)體，在另一個(gè)表面出現(xiàn)的n型半導(dǎo)體多于p型半導(dǎo)體。因此，將所出現(xiàn)的p型半導(dǎo)體多于n型半導(dǎo)體的主面?zhèn)鹊碾娢弧⒈人霈F(xiàn)的n型半導(dǎo)體多于p型半導(dǎo)體的主面?zhèn)鹊碾娢桓叩钠秒妷憾x為順向的偏置電壓。

如圖5所示，光電變換層15的光電流特性概略地講利用第1～第3電壓范圍這3個(gè)電壓范圍來賦予特征。第1電壓范圍是逆偏置的電壓范圍，是輸出電流密度的絕對(duì)值隨著逆向偏置電壓的增大而增大的電壓范圍。第1電壓范圍也可以說是光電流隨著施加在光電變換層15的主面之間的偏置電壓的增大而增大的電壓范圍。第2電壓范圍是順偏置的電壓范圍，是輸出電流密度隨著順向偏置電壓的增大而增大的電壓范圍。即，第2電壓范圍是順向電流隨著施加在光電變換層15的主面之間的偏置電壓的增大而增大的電壓范圍。第3電壓范圍是第1電壓范圍和第2電壓范圍之間的電壓范圍。

第1～第3電壓范圍能夠根據(jù)使用線性的縱軸及橫軸時(shí)的光電流特性的曲線的斜率進(jìn)行區(qū)分。作為參考，在圖5中，分別用虛線l1及虛線l2表示第1電壓范圍及第2電壓范圍各自的曲線的平均斜率。如圖5所示例的那樣，第1電壓范圍、第2電壓范圍及第3電壓范圍中的輸出電流密度相對(duì)于偏置電壓的增加的變化率彼此不同。將第3電壓范圍定義為輸出電流密度相對(duì)于偏置電壓的變化率比第1電壓范圍的變化率及第2電壓范圍的變化率小的電壓范圍?；蛘?，也可以根據(jù)表示i-v特性的曲線中的上升沿(下降沿)的位置決定第3電壓范圍。第3電壓范圍典型地講大于-1v且小于+1v。在第3電壓范圍中，即使使偏置電壓變化時(shí)，光電變換層15的主面之間的電流密度也幾乎不變。如圖5所示例的那樣，在第3電壓范圍中，電流密度的絕對(duì)值典型地講在100μa/cm²以下。

(攝像裝置100的動(dòng)作的例子)

圖6是說明本公開的實(shí)施方式的攝像裝置的動(dòng)作的一例的圖。在圖6中一并示出了同步信號(hào)的下降沿(或者上升沿)的定時(shí)、施加給光電變換層15的偏置電壓的大小的時(shí)間性變化、和像素陣列pa(參照?qǐng)D1)的各行中的復(fù)位及曝光的定時(shí)。更具體地講，圖6中最上側(cè)的曲線表示垂直同步信號(hào)vss的下降沿(或者上升沿)的定時(shí)。從上側(cè)起第2條曲線表示水平同步信號(hào)hss的下降沿(或者上升沿)的定時(shí)。在這些曲線的下側(cè)，示出了通過感光度控制線42從電壓供給電路32施加給對(duì)置電極12的電壓vb的時(shí)間性變化的一例。在電壓vb的時(shí)間性變化的曲線的下側(cè)，示出了以像素電極11的電位為基準(zhǔn)時(shí)的對(duì)置電極12的電位φ的時(shí)間性變化。電位φ的曲線中的雙箭頭g3表示上述的第3電壓范圍。其下側(cè)的時(shí)序圖示意地示出了像素陣列pa的各行中的復(fù)位及曝光的定時(shí)。

下面，參照?qǐng)D1、圖2及圖6說明攝像裝置100的動(dòng)作的一例。為了簡(jiǎn)單起見，在此說明像素陣列pa中包含的像素的行數(shù)是第r0行～第r7行合計(jì)8行時(shí)的動(dòng)作的例子。

在取得圖像時(shí)，首先執(zhí)行像素陣列pa中的各個(gè)單位像素單元10的電荷蓄積區(qū)域的復(fù)位和復(fù)位后的像素信號(hào)的讀出。例如，按照?qǐng)D6所示，根據(jù)垂直同步信號(hào)vss，開始屬于第r0行的多個(gè)像素的復(fù)位(時(shí)刻t0)。圖6中的點(diǎn)狀矩形示意地表示信號(hào)的讀出期間。可以在該讀出期間的一部分中包含用于將單位像素單元10的電荷蓄積區(qū)域的電位復(fù)位的復(fù)位期間。

在屬于第r0行的像素的復(fù)位中，通過對(duì)第r0行的地址控制線46的電位的控制，使柵極與該地址控制線46連接的地址晶體管26接通(on)，另外通過對(duì)第r0行的復(fù)位控制線48的電位的控制，使柵極與該復(fù)位控制線48連接的復(fù)位晶體管28接通。由此，電荷蓄積節(jié)點(diǎn)41和復(fù)位電壓線44相連接，向電荷蓄積區(qū)域供給復(fù)位電壓vr。即，信號(hào)檢測(cè)晶體管24的柵極電極24g及光電變換部13的像素電極11的電位被復(fù)位成復(fù)位電壓vr。然后，通過垂直信號(hào)線47從第r0行的單位像素單元10讀出復(fù)位后的像素信號(hào)。此時(shí)得到的像素信號(hào)是與復(fù)位電壓vr的大小對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)。在讀出像素信號(hào)后，使復(fù)位晶體管28及地址晶體管26關(guān)斷(off)。

在該例中，如圖6示意地示出的那樣，根據(jù)水平同步信號(hào)hss，按照行單位依次執(zhí)行屬于第r0行～第r7行的各行的像素的復(fù)位。下面，有時(shí)將水平同步信號(hào)hss的脈沖的間隔稱為“1h期間”，換言之，將從選擇某行起到選擇下一行的期間稱為“1h期間”。在該例中，從時(shí)刻t0到時(shí)刻t1的期間相當(dāng)于1h期間。

如圖6所示，在從圖像取得的開始、到像素陣列pa的所有行的復(fù)位及像素信號(hào)的讀出結(jié)束的期間(時(shí)刻t0～t9)，從電壓供給電路32向?qū)χ秒姌O12施加諸如使像素電極11和對(duì)置電極12之間的電位差處于上述的第3電壓范圍內(nèi)的電壓v3。即，在從圖像取得的開始到曝光期間的開始(時(shí)刻t9)的期間，光電變換部13的光電變換層15處于被施加了第3電壓范圍的偏置電壓的狀態(tài)。

在對(duì)光電變換層15施加了第3電壓范圍的偏置電壓的狀態(tài)下，幾乎不產(chǎn)生信號(hào)電荷從光電變換層15向電荷蓄積區(qū)域的移動(dòng)。這可以推測(cè)為在對(duì)光電變換層15施加了第3電壓范圍的偏置電壓的狀態(tài)下，通過光的照射而產(chǎn)生的正及負(fù)的電荷幾乎都迅速地再耦合，在通過像素電極11被收集之前而消失。因此，在對(duì)光電變換層15施加了第3電壓范圍的偏置電壓的狀態(tài)下，即使光入射到光電變換層15，也幾乎不產(chǎn)生信號(hào)電荷向電荷蓄積區(qū)域的蓄積。因此，抑制除曝光期間以外的期間中的意外的感光度(在本說明書中有時(shí)稱為“寄生感光度”)的發(fā)生。這樣，通過將對(duì)光電變換層15的偏置電壓設(shè)為第3電壓范圍使感光度迅速降低為0，是由發(fā)明者們最先得出的認(rèn)識(shí)。

在圖6中，在關(guān)注于某行(例如第r0行)時(shí)，點(diǎn)狀矩形及帶斜線的矩形所示出的期間表示非曝光期間。另外，用于對(duì)光電變換層15施加第3電壓范圍的偏置電壓的電壓v3不限于0v。

在像素陣列pa的所有行的復(fù)位及像素信號(hào)的讀出結(jié)束后，根據(jù)水平同步信號(hào)hss開始曝光期間(時(shí)刻t9)。在圖6中，空白的矩形示意地表示各行的曝光期間。通過將電壓供給電路32施加給對(duì)置電極12的電壓切換為與電壓v3不同的電壓ve，曝光期間開始。電壓ve典型地講是使像素電極11和對(duì)置電極12之間的電位差處于上述的第1電壓范圍內(nèi)的電壓(例如約10v)。通過向?qū)χ秒姌O12施加電壓ve，光電變換層15中的信號(hào)電荷(在該例中是空穴)通過像素電極11被收集，并蓄積在電荷蓄積區(qū)域(也可以稱為電荷蓄積節(jié)點(diǎn)41)中。

通過將電壓供給電路32施加給對(duì)置電極12的電壓再次切換為電壓v3，曝光期間結(jié)束(時(shí)刻t13)。這樣，在本公開的實(shí)施方式中，通過在電壓v3和電壓ve之間切換施加給對(duì)置電極12的電壓，切換曝光期間和非曝光期間。根據(jù)圖6所示可知，該例中的曝光期間的開始(時(shí)刻t9)及結(jié)束(時(shí)刻t13)對(duì)于像素陣列pa中包含的所有像素是相同的。即，此處說明的動(dòng)作是對(duì)攝像裝置100適用全局快門的例子。

然后，根據(jù)水平同步信號(hào)hss，從屬于像素陣列pa的各行的像素進(jìn)行信號(hào)電荷的讀出。在該例中，從時(shí)刻t15開始，按照行單位依次從屬于第r0行～第r7行的各行的像素進(jìn)行信號(hào)電荷的讀出。下面，有時(shí)將從選擇屬于某行的像素到再次選擇屬于該行的像素的期間稱為“1v期間”。在該例中，從時(shí)刻t0到時(shí)刻t15的期間相當(dāng)于1v期間。

在曝光期間結(jié)束后從屬于第r0行的像素讀出信號(hào)電荷的過程中，使第r0行的地址晶體管26接通。由此，將與在曝光期間中被蓄積于電荷蓄積區(qū)域的電荷量對(duì)應(yīng)的像素信號(hào)輸出給垂直信號(hào)線47。也可以在像素信號(hào)的讀出之后，使復(fù)位晶體管28接通來進(jìn)行像素的復(fù)位。在像素信號(hào)的讀出后，使地址晶體管26(及復(fù)位晶體管28)關(guān)斷。在從屬于像素陣列pa的各行的像素讀出信號(hào)電荷后，獲取與在時(shí)刻t0和時(shí)刻t9之間讀出的信號(hào)的差分，由此得到去除了固定噪聲的信號(hào)。

在非曝光期間中向?qū)χ秒姌O12施加電壓v3，因而光電變換部13的光電變換層15處于被施加了第3電壓范圍的偏置電壓的狀態(tài)。因此，即使是光入射到光電變換層15的狀態(tài)下，也幾乎不產(chǎn)生信號(hào)電荷向電荷蓄積區(qū)域的進(jìn)一步蓄積。因此，抑制因意外的電荷的混入而引起的噪聲的發(fā)生。

另外，根據(jù)抑制信號(hào)電荷向電荷蓄積區(qū)域的進(jìn)一步蓄積的觀點(diǎn)，也可以考慮向?qū)χ秒姌O12施加使上述的電壓ve的極性反轉(zhuǎn)后的電壓來結(jié)束曝光期間。但是，如果單純地使施加給對(duì)置電極12的電壓的極性反轉(zhuǎn)，有可能產(chǎn)生已經(jīng)蓄積的信號(hào)電荷通過光電變換層15向?qū)χ秒姌O12移動(dòng)。信號(hào)電荷從電荷蓄積區(qū)域通過光電變換層15向?qū)χ秒姌O12的移動(dòng)，例如在所取得的圖像中作為黑點(diǎn)被觀察到。即，信號(hào)電荷從電荷蓄積區(qū)域通過光電變換層15向?qū)χ秒姌O12的移動(dòng)，可能成為負(fù)的寄生感光度的主要原因。

在該例中，在曝光期間結(jié)束后，將施加給對(duì)置電極12的電壓再次變更為電壓v3，因而信號(hào)電荷向電荷蓄積區(qū)域的蓄積結(jié)束后的光電變換層15，處于被施加了第3電壓范圍的偏置電壓的狀態(tài)。在被施加了第3電壓范圍的偏置電壓的狀態(tài)下，能夠抑制已經(jīng)蓄積于電荷蓄積區(qū)域的信號(hào)電荷通過光電變換層15向?qū)χ秒姌O12移動(dòng)。換言之，通過對(duì)光電變換層15施加第3電壓范圍的偏置電壓，能夠?qū)⒃谄毓馄陂g中蓄積的信號(hào)電荷保存在電荷蓄積區(qū)域中。即，能夠抑制因信號(hào)電荷從電荷蓄積區(qū)域流失而引起的負(fù)的寄生感光度的發(fā)生。

這樣，在本公開的實(shí)施方式中，曝光期間的開始及結(jié)束是根據(jù)施加給對(duì)置電極12的電壓vb進(jìn)行控制的。即，根據(jù)本公開的實(shí)施方式，不需在各個(gè)單位像素單元10內(nèi)設(shè)置傳輸晶體管等，即可實(shí)現(xiàn)全局快門的功能。在本公開的實(shí)施方式中，不需通過傳輸晶體管進(jìn)行信號(hào)電荷的傳送，而是通過電壓vb的控制來執(zhí)行電子快門，因而能夠?qū)崿F(xiàn)更高速的動(dòng)作。并且，由于不需要在各個(gè)單位像素單元10內(nèi)另外設(shè)置傳輸晶體管等，因而也有利于像素的微細(xì)化。

(應(yīng)用例)

在參照?qǐng)D6說明的動(dòng)作例中，在1v期間中，對(duì)所有像素設(shè)置共同的1次曝光期間，根據(jù)在該曝光期間中蓄積的信號(hào)電荷取得一個(gè)圖像。在這種動(dòng)作中，形成最終的圖像即1幀量的圖像所需要的像素信號(hào)的取得所花費(fèi)的總體時(shí)間，可以說與(1v期間)+(像素陣列pa中的行數(shù))×(信號(hào)的讀出期間)大致相等(“×”表示相乘)。在本說明書中，將形成最終的圖像所需要的像素信號(hào)的取得所花費(fèi)的總體時(shí)間稱為“1幀期間”。在圖6所示的例子中，將像素陣列pa中的各行的信號(hào)的讀出期間設(shè)定為等于1h期間，因而可以說1幀期間是(1v+8×1h)。

在圖6所示的例子中，在1幀期間中，對(duì)所有像素設(shè)置共同的1次曝光期間。但是，在1幀期間中，也可以對(duì)所有像素設(shè)置共同的多次曝光期間。換言之，也可以進(jìn)行所謂多重曝光，最終形成1幀的圖像。通過多重曝光，能夠?qū)⒃?幀期間內(nèi)移動(dòng)的物體(下面，有時(shí)稱為“移動(dòng)物體”)的軌跡記錄在1幀的圖像中。多重曝光對(duì)于移動(dòng)物體分析及高速現(xiàn)象的分析是有用的。下面，將根據(jù)執(zhí)行多重曝光得到的像素信號(hào)形成的圖像稱為“多重曝光圖像”。

圖7示意地示出能夠形成多重曝光圖像而構(gòu)成的攝像系統(tǒng)的一例。圖7示例的攝像系統(tǒng)100s概略地講具有攝像機(jī)部80和顯示部90。攝像機(jī)部80和顯示部90可以是一個(gè)裝置的兩個(gè)部分，也可以是彼此獨(dú)立的單獨(dú)的裝置。在圖7示例的結(jié)構(gòu)中，攝像機(jī)部80具有光學(xué)系統(tǒng)110、攝像裝置100、系統(tǒng)控制器120及圖像形成電路130，顯示部90具有信號(hào)處理電路150及顯示裝置160。

攝像機(jī)部80的光學(xué)系統(tǒng)110包括光圈、手抖校正透鏡、變焦透鏡及聚焦透鏡等。光學(xué)系統(tǒng)110具有的透鏡的數(shù)量根據(jù)所要求的功能適當(dāng)決定。系統(tǒng)控制器120控制攝像機(jī)部80的各部分。系統(tǒng)控制器120典型地講是cpu等的半導(dǎo)體集成電路，例如向光學(xué)系統(tǒng)110的透鏡的驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送控制信號(hào)。在該例中，系統(tǒng)控制器120也進(jìn)行攝像裝置100的動(dòng)作的控制。例如，系統(tǒng)控制器120控制垂直掃描電路36的驅(qū)動(dòng)。也可以根據(jù)系統(tǒng)控制器120的控制，執(zhí)行從電壓供給電路32施加給感光度控制線42的電壓的切換。系統(tǒng)控制器120可以包括一個(gè)以上的存儲(chǔ)器。圖像形成電路130構(gòu)成為根據(jù)攝像裝置100的輸出形成多重曝光圖像。圖像形成電路130可以是例如dsp(digitalsignalprocessor：數(shù)字信號(hào)處理器)、fpga(field-programmablegatearray：現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)等。圖像形成電路130也可以包括存儲(chǔ)器。圖像形成電路130的動(dòng)作由系統(tǒng)控制器120進(jìn)行控制。關(guān)于多重曝光圖像的形成的例子在后面進(jìn)行說明。

在圖7示例的結(jié)構(gòu)中，圖像形成電路130具有輸出緩沖器140。圖像形成電路130通過輸出緩沖器140向顯示部90輸出多重曝光圖像的數(shù)據(jù)。從圖像形成電路130輸出的數(shù)據(jù)典型地講是raw數(shù)據(jù)，例如是12比特寬的信號(hào)。從圖像形成電路130輸出的數(shù)據(jù)例如可以是按照h.264標(biāo)準(zhǔn)被壓縮的數(shù)據(jù)。

顯示部90的信號(hào)處理電路150接收來自圖像形成電路130的輸出。來自圖像形成電路130的輸出可以暫且保存在可自如地進(jìn)行與攝像機(jī)部80的連接及拆卸的外部記錄介質(zhì)(例如閃存存儲(chǔ)器)中。即，來自圖像形成電路130的輸出可以通過外部記錄介質(zhì)發(fā)送給顯示部90。

信號(hào)處理電路150執(zhí)行例如伽瑪校正、顏色插補(bǔ)、空間插補(bǔ)及自動(dòng)白平衡等處理。信號(hào)處理部150典型地講是dsp、isp(imagesignalprocessor：圖像信號(hào)處理器)等。顯示部90的顯示裝置160是液晶顯示器、有機(jī)el(electroluminescence：電致)顯示器等。顯示裝置160根據(jù)來自信號(hào)處理電路150的輸出顯示圖像。顯示部90可以是個(gè)人電腦、智能電話等。

下面，參照?qǐng)D8～圖12說明多重曝光圖像的形成的例子。

圖8是用于說明多重曝光圖像的形成的例子的圖。在此，在形成1幀量的多重曝光圖像時(shí)執(zhí)行多次曝光。如圖8所示，首先根據(jù)垂直同步信號(hào)vss，按照行單位依次執(zhí)行屬于第r0行～第r7行的各行的像素的復(fù)位及像素信號(hào)的讀出(時(shí)刻t00)。此時(shí)，電壓供給電路32(參照?qǐng)D1)向?qū)χ秒姌O12施加諸如使像素電極11和對(duì)置電極12之間的電位差處于上述的第3電壓范圍內(nèi)的電壓v3。

然后，通過將施加給對(duì)置電極12的電壓切換為電壓ve1，使像素陣列pa中的所有像素共同開始曝光期間。電壓ve1是使像素電極11和對(duì)置電極12之間的電位差處于例如上述的第1電壓范圍內(nèi)的電壓。通過向?qū)χ秒姌O12施加電壓ve1，將通過光電變換而生成的正及負(fù)的電荷中一方(信號(hào)電荷)蓄積在電荷蓄積區(qū)域中。通過將電壓供給電路32施加給對(duì)置電極12的電壓再次切換為電壓v3，曝光期間結(jié)束。

然后，根據(jù)垂直同步信號(hào)vss，按照行單位依次執(zhí)行屬于第r0行～第r7行的各行的像素的像素信號(hào)的讀出(時(shí)刻t01)。由此，得到與時(shí)刻t00和時(shí)刻t01之間的曝光期間對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。將此時(shí)得到的圖像數(shù)據(jù)暫時(shí)保存在例如圖像形成電路130(參照?qǐng)D7)的存儲(chǔ)器中。在該例中，在讀出像素信號(hào)后，再次執(zhí)行屬于第r0行～第r7行的各行的像素的復(fù)位。

在執(zhí)行第2次復(fù)位后，將施加給對(duì)置電極12的電壓切換為電壓ve2，由此使像素陣列pa中的所有像素共同開始第2次的曝光期間。通過將電壓供給電路32施加給對(duì)置電極12的電壓再次切換為電壓v3，第2次的曝光期間結(jié)束。在第2次的曝光期間結(jié)束后，按照行單位依次執(zhí)行屬于第r0行～第r7行的各行的像素的像素信號(hào)的讀出(時(shí)刻t02)，由此得到與第2次的曝光期間對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。將此時(shí)得到的圖像數(shù)據(jù)暫時(shí)保存在例如圖像形成電路130的存儲(chǔ)器中、以及在讀出像素信號(hào)后再次執(zhí)行屬于第r0行～第r7行的各行的像素的復(fù)位，這些處理和取得與第1次的曝光期間對(duì)應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)的處理相同。

然后，反復(fù)期望的次數(shù)執(zhí)行同樣的動(dòng)作。由此，得到與各曝光期間對(duì)應(yīng)的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)。圖像形成電路130例如將這些多個(gè)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，由此形成多重曝光圖像。

如圖8所示，在取得用于形成多重曝光圖像的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)時(shí)，也可以在各曝光期間從電壓供給電路32向?qū)χ秒姌O12提供大小彼此不同的電壓。在圖8所示的例子中，電壓供給電路32在多次的曝光期間之間向?qū)χ秒姌O12施加大小彼此不同的電壓ve1、ve2及ve3。其中，ve1<ve2<ve3。在多重曝光圖像中，在1幀期間中伴隨有移動(dòng)的被攝體的像出現(xiàn)在圖像中的不同位置。如在此處說明的例子所示，通過按照每曝光期間變更施加給光電變換層15的偏置電壓，能夠?qū)Τ霈F(xiàn)在多重曝光圖像中的移動(dòng)物體的各個(gè)像賦予顯示屬性的變化。例如，能夠在出現(xiàn)在多重曝光圖像中的移動(dòng)物體的各個(gè)像之間使明亮度變化。在移動(dòng)物體的像中，根據(jù)每曝光期間的偏置電壓的變化而接受變化的顯示屬性，典型地講是指明亮度及顏色(色相或者彩度)至少一方。

圖9是將通過攝像系統(tǒng)100s取得的示例性的多重曝光圖像、和從多重曝光圖像中按照時(shí)間序列取出的分別包括一個(gè)移動(dòng)物體的像的多個(gè)圖像一并示出的圖。圖9是在1幀期間包含5次曝光期間的例子。

如圖9的左側(cè)所示，在按照每曝光期間使施加給光電變換層15的偏置電壓變化而得到的多重曝光圖像中，移動(dòng)物體的各個(gè)像的顯示屬性彼此不同。因此，如圖9的右側(cè)所示，能夠由多重曝光圖像構(gòu)成表示移動(dòng)物體的移動(dòng)狀態(tài)的多個(gè)圖像的序列。這樣，通過將改變曝光期間中的偏置電壓得到的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)疊加來形成多重曝光圖像，能夠使多重曝光圖像中包含表示在1幀期間中移動(dòng)的物體的移動(dòng)狀態(tài)(路徑、速度的變化等)的信息。根據(jù)這樣的攝影方法，與發(fā)送對(duì)應(yīng)各曝光期間的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)的情況相比，能夠抑制數(shù)據(jù)量的增加。另外，各曝光期間之間的電壓供給電路32供給的電壓的變化，可以如圖8所示的那樣單調(diào)遞增，也可以單調(diào)遞減或者是隨機(jī)的。

如圖10及圖11示例的那樣，也可以將表示移動(dòng)物體的位置的時(shí)間性變化的識(shí)別符的圖像疊加在多重曝光圖像中。在圖10所示的例子中，疊加了連接多個(gè)移動(dòng)物體的像的中心的箭頭作為表示移動(dòng)物體的位置的時(shí)間性變化的識(shí)別符。在圖11所示的例子中，疊加了表示移動(dòng)物體的位置的時(shí)間性變化的數(shù)字作為識(shí)別符。多重曝光圖像中包含的移動(dòng)物體的像表示對(duì)應(yīng)各曝光期間的顯示屬性。因此，通過分析多重曝光圖像中包含的移動(dòng)物體的像的顯示屬性，在形成多重曝光圖像后也能夠賦予識(shí)別符。作為識(shí)別符，也可以使用文字、記號(hào)等代替數(shù)字。識(shí)別符的圖像的疊加可以通過圖像形成電路130來執(zhí)行。

在參照?qǐng)D8說明的例子中，對(duì)應(yīng)各曝光期間進(jìn)行在電荷蓄積區(qū)域中蓄積的信號(hào)電荷的讀出。但是，也可以進(jìn)行多次曝光，讀出在1幀期間中整體蓄積于電荷蓄積區(qū)域的信號(hào)電荷，由此形成多重曝光圖像。

圖12是說明多重曝光圖像的形成的另一例的圖。在圖12所示的例子中，首先根據(jù)垂直同步信號(hào)vss，按照行單位依次執(zhí)行屬于第r0行～第r7行的各行的像素的復(fù)位及像素信號(hào)的讀出(時(shí)刻t00)。然后，通過向?qū)χ秒姌O12施加電壓ve1執(zhí)行第1次的曝光。在第1次的曝光結(jié)束后，不需執(zhí)行像素的像素信號(hào)的讀出，而通過向?qū)χ秒姌O12施加電壓ve2(其中，ve2>ve1)執(zhí)行第2次的曝光。因此，在電荷蓄積區(qū)域中，除了已經(jīng)蓄積的信號(hào)電荷以外，還蓄積與第2次的曝光期間對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷。改變?cè)谄毓馄陂g中輸入對(duì)置電極12的施加電壓的大小，執(zhí)行期望次數(shù)的這樣的信號(hào)電荷的蓄積。在該例中，曝光的次數(shù)是5次，在第5次的曝光期間中，向?qū)χ秒姌O12施加與電壓ve1和ve2都不相同的電壓ve5(ve1<ve2<…<ve5)。

在第5次的曝光期間結(jié)束后，根據(jù)垂直同步信號(hào)vss執(zhí)行像素信號(hào)的讀出(時(shí)刻t04)。即，在該例中，在1幀期間中進(jìn)行1次從信號(hào)檢測(cè)電路讀出在多次的曝光期間所蓄積的總體的信號(hào)電荷。這樣，圖像形成電路130可以根據(jù)最終得到的像素信號(hào)形成多重曝光圖像，代替將與各曝光期間對(duì)應(yīng)的多個(gè)圖像數(shù)據(jù)合成。

圖像形成電路130不限于專用于多重曝光圖像的形成的處理電路。多重曝光圖像的形成也可以通過通用的處理電路、和記述了多重曝光圖像的形成用的處理的程序的組合來實(shí)現(xiàn)。該程序能夠存儲(chǔ)在信號(hào)處理電路130中的存儲(chǔ)器、系統(tǒng)控制器120中的存儲(chǔ)器等中。

(攝像裝置的其它變形例)

再次參照?qǐng)D2。如已經(jīng)說明的那樣，在本公開的實(shí)施方式中，在曝光期間和非曝光期間之間向?qū)χ秒姌O12施加不同的電壓，由此實(shí)現(xiàn)全局快門。在非曝光期間，電壓供給電路32(參照?qǐng)D1)通過感光度控制線42向?qū)χ秒姌O12提供使施加給光電變換層15的偏置電壓處于上述的第3電壓范圍內(nèi)的電壓。另一方面，非曝光期間的像素電極11的電位是根據(jù)供給電荷蓄積區(qū)域的復(fù)位電壓vr決定的，在該電荷蓄積區(qū)域的一部分中包含像素電極11及雜質(zhì)區(qū)域28d。如已經(jīng)說明的那樣，復(fù)位電壓vr是通過復(fù)位晶體管28提供給電荷蓄積區(qū)域的，復(fù)位晶體管28具有雜質(zhì)區(qū)域28d作為漏極區(qū)域(或者源極區(qū)域)。復(fù)位晶體管28具有切換對(duì)電荷蓄積區(qū)域的復(fù)位電壓vr的供給及切斷的功能。

在圖2示例的結(jié)構(gòu)中，從復(fù)位電壓源34(參照?qǐng)D1)向復(fù)位晶體管28的源級(jí)區(qū)域(或者漏極區(qū)域)即雜質(zhì)區(qū)域28s提供復(fù)位電壓vr。復(fù)位電壓源34和電壓供給電路32可以相同。但是，如下面說明的那樣，電壓供給電路32和復(fù)位電壓源34單獨(dú)提供大小不同的電壓比較有利。

圖13是說明復(fù)位期間中的復(fù)位電壓源34的示例性的動(dòng)作的時(shí)序圖。在圖13中，最上側(cè)的曲線表示從電壓供給電路32施加給對(duì)置電極12的電壓vb的時(shí)間性變化的一例，第2條曲線表示與復(fù)位晶體管28的柵極連接的復(fù)位控制線48的電壓電平vrst的變化。從上側(cè)起第3條曲線表示電荷蓄積區(qū)域的電位φfd的時(shí)間性變化。可以說電位φfd的時(shí)間性變化表示像素電極11的電位的時(shí)間性變化。在電位φfd的時(shí)間性變化的曲線的下側(cè)，示出了以像素電極11的電位為基準(zhǔn)時(shí)的對(duì)置電極12的電位φ的時(shí)間性變化。

如圖13中的電壓vb的曲線所示，在一部分包含復(fù)位期間的信號(hào)的讀出期間中施加給對(duì)置電極12的電壓vc典型地講是一定的。在該狀態(tài)下，在復(fù)位控制線48的電壓成為高電平時(shí)，通過復(fù)位晶體管28被施加復(fù)位電壓vr，由此將電荷蓄積區(qū)域的電位φfd復(fù)位成vr。因此，乍一看，如果vc＝vr，即如果復(fù)位電壓vr采用與施加給對(duì)置電極12的電壓vc相同的電壓，則預(yù)計(jì)能夠?qū)?fù)位后的像素電極11和對(duì)置電極12之間的電位差設(shè)為0。

但是，實(shí)際上在將復(fù)位控制線48的電壓設(shè)為低電平、并使復(fù)位晶體管28關(guān)斷時(shí)，電荷蓄積區(qū)域的電位φfd根據(jù)電荷蓄積區(qū)域和復(fù)位晶體管28之間的耦合而變動(dòng)。在該例中，電荷蓄積區(qū)域的電位φfd通過復(fù)位晶體管28的關(guān)斷而降低δv(δv>0)。因此，如果僅僅在信號(hào)的讀出期間將施加給對(duì)置電極12的電壓vc和復(fù)位電壓vr設(shè)定為相同，在極端的情況下，復(fù)位后的像素電極11和對(duì)置電極12之間的電位差有可能處于第3電壓范圍外。在復(fù)位后的像素電極11和對(duì)置電極12之間的電位差處于第3電壓范圍外時(shí)，將導(dǎo)致產(chǎn)生寄生感光度。

因此，也可以采用比在信號(hào)的讀出期間中施加給對(duì)置電極12的電壓vc大的電壓作為復(fù)位電壓vr。例如，考慮到基于耦合的電荷蓄積區(qū)域的壓降，如果采用例如將施加給對(duì)置電極12的電壓vc與δv相加而得的電壓作為復(fù)位電壓vr，則能夠使復(fù)位后的像素電極11和對(duì)置電極12之間的電位差接近0，消除起因于電耦合的感光度。

δv的具體值主要依賴于復(fù)位晶體管28的特性(典型地講是指源級(jí)-柵極間的寄生電容)，能夠預(yù)先得知其值。例如，可以在產(chǎn)品出廠前測(cè)定δv，將所得到的δv寫入例如與系統(tǒng)控制器120(參照?qǐng)D7)連接的存儲(chǔ)器(例如rom)等中。系統(tǒng)控制器120通過參照被保存在存儲(chǔ)器中的δv，能夠根據(jù)δv的值校正由復(fù)位電壓源34提供的復(fù)位電壓vr的大小?；蛘?，也可以按照δv的值調(diào)整復(fù)位電壓源34的電路結(jié)構(gòu)，使得所輸出的電壓成為期望的電壓。也可以是，校正由電壓供給電路32提供給對(duì)置電極12的電壓，以替代校正由復(fù)位電壓源34提供的復(fù)位電壓vr，或者在校正復(fù)位電壓vr的同時(shí)也校正由電壓供給電路32提供給對(duì)置電極12的電壓。然而，復(fù)位電壓vr的校正能夠?qū)γ總€(gè)像素進(jìn)行，這一點(diǎn)比校正由電壓供給電路32提供給對(duì)置電極12的電壓有利。這樣的復(fù)位電壓vr(及/或供給對(duì)置電極12的電壓)的校準(zhǔn)，既可以在攝像裝置100的出廠前執(zhí)行，也可以由攝像裝置100的用戶執(zhí)行。

另外，在復(fù)位晶體管28是p溝道的晶體管的情況下，如圖14所示，通過復(fù)位晶體管28的關(guān)斷，電荷蓄積區(qū)域的電位φfd上升δv。因此，在復(fù)位晶體管28采用p溝道的晶體管的情況下，復(fù)位電壓vr可以采用比在信號(hào)的讀出期間中施加給對(duì)置電極12的電壓vc小的電壓。

在圖13及圖14所示的例子中，在比復(fù)位期間靠前的期間中，以像素電極11的電位為基準(zhǔn)時(shí)的對(duì)置電極12的電位φ處于第3電壓范圍外。如這些例子所示，由電壓供給電路32提供給對(duì)置電極12的電壓vb不需要在整個(gè)非曝光期間中都是使像素電極11和對(duì)置電極12之間的電位差處于第3電壓范圍內(nèi)的電壓。在像素的復(fù)位之前，以像素電極11的電位為基準(zhǔn)時(shí)的對(duì)置電極12的電位φ也可以在第3電壓范圍外。

這樣，通過將被校正后的電壓用作復(fù)位電壓vr，能夠抑制起因于電耦合的寄生感光度的發(fā)生。此時(shí)，在校正值采用過大的值時(shí)，在復(fù)位時(shí)在像素電極11和對(duì)置電極12之間產(chǎn)生較大的電位差，電荷蓄積區(qū)域中的電荷有可能通過光電變換層15流入對(duì)置電極12。換言之，有可能電荷通過光電變換層15而逆流。鑒于此，復(fù)位電壓vr、與電壓供給電路32提供給對(duì)置電極12的電壓vc之差的絕對(duì)值小于光電變換層15的擊穿電壓比較有利。例如，在復(fù)位晶體管28是n溝道的晶體管的情況下，復(fù)位電壓vr不超過電壓vc比較有利。例如，將光電變換層15的擊穿電壓定義為如下大小的電壓，使得電荷蓄積區(qū)域中的電荷通過光電變換層15從像素電極11流入對(duì)置電極12從而導(dǎo)致光電變換層15喪失其功能的電壓?；蛘?，復(fù)位電壓vr、與電壓供給電路32提供給對(duì)置電極12的電壓vc之差的絕對(duì)值小于向信號(hào)檢測(cè)電路14的輸入電壓(典型地講是vdd)比較有利。

圖15表示攝像裝置100的變形例。在圖15示例的結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體基板20具有與供給規(guī)定的基板電壓vs的基板電壓供給電路35的連接。由基板電壓供給電路35施加的基板電壓vs是不同于0v的電壓。

如果將復(fù)位電壓vr設(shè)為接近0v的電壓，則能夠?qū)⒂呻妷汗┙o電路32施加給對(duì)置電極12的電壓vc設(shè)為0v，即能夠?qū)?duì)置電極12接地，因而能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化攝像裝置100的電路結(jié)構(gòu)。但是，在復(fù)位電壓vr是例如0v時(shí)，信號(hào)檢測(cè)晶體管24不能作為源級(jí)追隨器發(fā)揮作用，因而不能進(jìn)行信號(hào)電壓的讀出。

在圖15示例的結(jié)構(gòu)中，將不同于0v的基板電壓vs施加給半導(dǎo)體基板20。例如，通過將負(fù)電壓作為基板電壓vs施加給半導(dǎo)體基板20，使基板電位移動(dòng)。通過使基板電位偏移，在將復(fù)位電壓vr和由電壓供給電路32施加給對(duì)置電極12的電壓vc設(shè)為0v的情況下，也能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)暗電流的抑制和信號(hào)檢測(cè)電路14的線性。也可以使基板電壓供給電路35與上述的電壓供給電路32及/或復(fù)位電壓源34共用。另外，如果將由電壓供給電路32施加給對(duì)置電極12的電壓vc設(shè)為正的電壓，則能夠避免向半導(dǎo)體基板20施加負(fù)電壓，能夠得到與將復(fù)位電壓vr及電壓vc設(shè)為0v相同的效果。

如以上說明的那樣，根據(jù)本公開的實(shí)施方式，通過對(duì)施加給對(duì)置電極12的電壓的控制，能夠控制電荷向電荷蓄積區(qū)域的蓄積及保存。因此，能夠利用更簡(jiǎn)單的器件構(gòu)造實(shí)現(xiàn)全局快門功能。

本公開的實(shí)施方式的攝像裝置能夠?qū)崿F(xiàn)上述示例的方式以外的各種變形。例如，也可以根據(jù)被攝體進(jìn)行全局快門驅(qū)動(dòng)和卷簾快門驅(qū)動(dòng)的切換。在卷簾快門驅(qū)動(dòng)中，能夠?qū)㈦妷汗┙o電路32施加給對(duì)置電極12的電壓在曝光期間、非曝光期間都固定為電壓ve。此時(shí)，能夠根據(jù)從電荷蓄積節(jié)點(diǎn)41的復(fù)位的定時(shí)到信號(hào)讀出的時(shí)間規(guī)定曝光期間。

上述的各個(gè)信號(hào)檢測(cè)晶體管24、地址晶體管26及復(fù)位晶體管28既可以是n溝道m(xù)os，也可以是p溝道m(xù)os。不需要將這些晶體管全部統(tǒng)一為n溝道m(xù)os或者p溝道m(xù)os任意一方。信號(hào)檢測(cè)晶體管24及/或地址晶體管26除場(chǎng)效應(yīng)晶體管以外，也可以使用雙極晶體管。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本公開的攝像裝置能夠應(yīng)用于例如圖像傳感器等。本公開的攝像裝置能夠用于醫(yī)療用攝像機(jī)、機(jī)器人用攝像機(jī)、安保攝像機(jī)、搭載于車輛使用的攝像機(jī)等。作為車載用攝像機(jī)，例如能夠用作針對(duì)用于使車輛安全行駛的控制裝置的輸入。或者，能夠用于對(duì)駕駛員使車輛安全行駛用的支持。

標(biāo)號(hào)說明

10單位像素單元；11像素電極；12對(duì)置電極；13光電變換部；14信號(hào)檢測(cè)電路；15光電變換層；15a光電變換構(gòu)造；15e電子阻擋層；15h空穴阻擋層；20半導(dǎo)體基板；20t元件分離區(qū)域；24s、24d、26s、28d、28s雜質(zhì)區(qū)域；24信號(hào)檢測(cè)晶體管；26地址晶體管；28復(fù)位晶體管；24g、26g、28g柵極電極；32電壓供給電路(感光度控制電壓供給電路)；34復(fù)位電壓源(復(fù)位電壓供給電路)；35基板電壓供給電路；36垂直掃描電路；40電源線；41電荷蓄積節(jié)點(diǎn)；42感光度控制線；50層間絕緣層；44復(fù)位電壓線；46地址控制線；47垂直信號(hào)線；48復(fù)位控制線；80攝像機(jī)部；90顯示部；100攝像裝置；100s攝像系統(tǒng)；130圖像形成電路；pa像素陣列。