本技術(shù)涉及固態(tài)成像裝置、驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備，特別地涉及一種能夠更容易地獲得高質(zhì)量圖像的固態(tài)成像裝置、驅(qū)動(dòng)方法和電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

太陽能電池模式(solarcellmode)的對(duì)數(shù)傳感器(logarithmicsensor)是歷來就已知的，其以與太陽能電池相同的方式操作開路中的光電二極管以測(cè)量輸出電壓(例如，參見非專利文獻(xiàn)1)。

在太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器中，利用當(dāng)電流在光電二極管的pn結(jié)的正向上流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電位差(即，電壓)與電流的對(duì)數(shù)成比例的關(guān)系。也就是說，通過用pn結(jié)中由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的光電流來代替shockley方程中的pn結(jié)的正向電流，并監(jiān)視沿pn結(jié)的正向電壓，監(jiān)測(cè)結(jié)果為通過光電流的對(duì)數(shù)壓縮而獲得的信號(hào)。

另外，提出了如下固態(tài)成像裝置，其中，將這種太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器與一般的累積型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)圖像傳感器的組合用作用于拍攝圖像的傳感器(例如，參見專利文獻(xiàn)1和2)。

在該技術(shù)中，太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器和累積型cmos圖像傳感器被排列成在空間上分隔開。當(dāng)拍攝圖像時(shí)，從其中混合有形成太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的像素和形成累積型cmos圖像傳感器的像素的像素行和僅由形成累積型cmos圖像傳感器的像素形成的像素行順序地讀出每個(gè)像素的像素信號(hào)。

另外，還提出了通過使用形成太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的像素和形成累積型cmos圖像傳感器的像素來以時(shí)分方式獲得圖像的固態(tài)成像裝置(例如，參見專利文獻(xiàn)3和4)。

根據(jù)通過組合太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器和累積型cmos圖像傳感器而獲得的這種固態(tài)成像裝置，可以獲得具有較寬動(dòng)態(tài)范圍的圖像。

同時(shí)，雖然因太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器具有高照度特性而在固態(tài)成像裝置中組合太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器和累積型cmos圖像傳感器，但是不能認(rèn)為太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的低照度特性優(yōu)異。在黑暗中該特性不佳。

當(dāng)使太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于一般的累積型cmos圖像傳感器的結(jié)構(gòu)時(shí)，其對(duì)應(yīng)于通過直接向調(diào)制晶體管提供觸點(diǎn)而獲得的結(jié)構(gòu)，該調(diào)制晶體管用于調(diào)制通過在光電二極管上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而獲得的信號(hào)。

因此，在太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器中，由于光電二極管不能被完全耗盡，所以不能去除ktc噪聲，且圖像中會(huì)出現(xiàn)殘像，并且由于不能執(zhí)行光電二極管表面的釘扎(pinning)，白點(diǎn)和暗電流會(huì)因界面狀態(tài)而增加。由此，太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器不能獲得足夠的低照度特性。

另一方面，設(shè)置有傳輸晶體管的一般的累積型cmos圖像傳感器被構(gòu)造成通過傳輸晶體管將由光電二極管獲得的電荷傳送到作為調(diào)制區(qū)域的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域。然后，在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域中設(shè)置觸點(diǎn)，并且通過與觸點(diǎn)連接的調(diào)制晶體管來讀出與傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電荷相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。

在一般的累積型cmos圖像傳感器中，通過將光電二極管與調(diào)制區(qū)域分離開來抑制諸如太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器中發(fā)生的低照度特性的劣化。

因此，如上所述，在使用太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的固態(tài)成像裝置中，提出通過將其與累積型cmos圖像傳感器組合來補(bǔ)償太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器在黑暗中不良的特性。

引用列表

非專利文獻(xiàn)

非專利文獻(xiàn)1：yangni,yimingzhu,bogdanarion"a768x576logarithmicimagesensorwithphotodiodeinsolarcellmode"2011年internationalimagesensorworkshop(iisw),2011/6/9,presentationr35

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2013-187727號(hào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2013-187728號(hào)

專利文獻(xiàn)3：日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2013-58960號(hào)

專利文獻(xiàn)4：日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2013-118595號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

然而，在上述技術(shù)中，在通過組合太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器和累積型cmos圖像傳感器而獲得的固態(tài)成像裝置中，不能容易地獲得高質(zhì)量圖像。

例如，當(dāng)僅如專利文獻(xiàn)1所披露般地簡(jiǎn)單地排列形成太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的像素和形成累積型cmos圖像傳感器的像素時(shí)，對(duì)于傳感器而言，空間上的采樣周期在垂直方向和水平方向上會(huì)增大，并且圖像的分辨率會(huì)劣化。另外，在這種情況下，傳感器的采樣周期在水平方向上和垂直方向上不均一。

另外，在形成太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的像素與形成累積型cmos圖像傳感器的像素之間，不僅讀出信號(hào)電平和復(fù)位電平的順序不同，而且信號(hào)電平和復(fù)位電平的電平也不相同。另外，根據(jù)像素構(gòu)造，信號(hào)電平變化的方向也可能不同。

因此，如果使用相同的垂直信號(hào)線從形成太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的像素和形成累積型cmos圖像傳感器的像素讀出信號(hào)，那么不僅讀出電路變得復(fù)雜，并且讀出速度也受到限制

鑒于上述情況來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，并且其目的在于更容易地獲得高質(zhì)量圖像。

技術(shù)方案

根據(jù)本技術(shù)的第一方面的固態(tài)成像裝置設(shè)置有：第一像素組，其由以矩陣形式排列的多個(gè)第一像素形成；以及第二像素組，其由具有與所述第一像素的特性不同的特性的多個(gè)第二像素形成，并且所述多個(gè)第二像素以矩陣形式排列，使得各所述第二像素相對(duì)于形成所述第一像素組的各所述第一像素在行方向和列方向上偏移了半個(gè)像素。

所述第一像素和所述第二像素可以具有不同的相對(duì)于入射光量的輸出的特性。

所述第一像素可以是具有線性特性作為所述特性的像素。

所述第二像素可以是具有對(duì)數(shù)特性作為所述特性的像素。

所述第一像素可以是形成累積型cmos圖像傳感器的像素，并且所述第二像素可以是形成太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的像素。

可以同時(shí)地選擇并驅(qū)動(dòng)由沿所述行方向排列的所述第一像素形成的像素行和在所述列方向上與所述像素行相鄰的由沿所述行方向排列的所述第二像素形成的像素行。

所述固態(tài)成像裝置可以進(jìn)一步設(shè)置有：第一垂直信號(hào)線，其用于從所述第一像素讀出信號(hào)，并且僅與在所述列方向上排列的所述第一像素連接；以及第二垂直信號(hào)線，其用于從所述第二像素讀出信號(hào)，并且僅與在所述列方向上排列的所述第二像素連接。

所述固態(tài)成像裝置可以是拍攝彩色圖像的固態(tài)成像裝置。

根據(jù)本技術(shù)的第一方面的驅(qū)動(dòng)方法是如下所述的固態(tài)成像裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)成像裝置設(shè)置有：第一像素組，其由以矩陣形式排列的多個(gè)第一像素形成；以及第二像素組，其由具有與所述第一像素的特性不同的特性的多個(gè)第二像素形成，并且所述多個(gè)第二像素以矩陣形式排列，使得各所述第二像素相對(duì)于形成所述第一像素組的各所述第一像素在行方向和列方向上偏移了半個(gè)像素，所述驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟：從所述第一像素讀出信號(hào)；并且從所述第二像素讀出信號(hào)。

根據(jù)本技術(shù)的第一方面，固態(tài)成像裝置設(shè)置有：第一像素組，其由以矩陣形式排列的多個(gè)第一像素形成；以及第二像素組，其由具有與所述第一像素的特性不同的特性的多個(gè)第二像素形成，并且所述多個(gè)第二像素以矩陣形式排列，使得各所述第二像素相對(duì)于形成所述第一像素組的各所述第一像素在行方向和列方向上偏移了半個(gè)像素。

根據(jù)本技術(shù)的第二方面的電子設(shè)備設(shè)置有固態(tài)成像裝置，所述固態(tài)成像裝置設(shè)置有：第一像素組，其由以矩陣形式排列的多個(gè)第一像素形成；以及第二像素組，其由具有與所述第一像素的特性不同的特性的多個(gè)第二像素形成，并且所述多個(gè)第二像素以矩陣形式排列，使得各所述第二像素相對(duì)于形成所述第一像素組的各所述第一像素在行方向和列方向上偏移了半個(gè)像素。

根據(jù)本技術(shù)的第二方面，固態(tài)成像裝置設(shè)置有：第一像素組，其由以矩陣形式排列的多個(gè)第一像素形成；以及第二像素組，其由具有與所述第一像素的特性不同的特性的多個(gè)第二像素形成，并且所述多個(gè)第二像素以矩陣形式排列，使得各所述第二像素相對(duì)于形成所述第一像素組的各所述第一像素在行方向和列方向上偏移了半個(gè)像素。。

有益效果

根據(jù)本技術(shù)的第一方面和第二方面，可以更容易地獲得高質(zhì)量圖像。

附圖說明

圖1是示出了像素陣列的圖。

圖2是示出了信號(hào)電平和復(fù)位電平的讀出的圖。

圖3是示出了應(yīng)用有本技術(shù)的像素陣列的圖。

圖4是示出了像素配線的圖。

圖5是示出了固態(tài)成像裝置的構(gòu)造示例的圖。

圖6是示出了線性像素(linearpixel)的構(gòu)造示例的圖。

圖7是示出了對(duì)數(shù)像素(logpixel)的構(gòu)造示例的圖。

圖8是示出了線性像素的驅(qū)動(dòng)的圖。

圖9是示出了對(duì)數(shù)像素的驅(qū)動(dòng)的圖。

圖10是示出了成像裝置的構(gòu)造示例的圖。

圖11是示出了使用固態(tài)成像裝置的使用例的圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來對(duì)應(yīng)用有本技術(shù)的實(shí)施例進(jìn)行說明。

第一實(shí)施例

關(guān)于固態(tài)成像裝置的像素陣列

根據(jù)本技術(shù)，在具有不同特性的像素在空間中排列的情況下，特性不同的像素以二維的形式排列在矩陣中，使得在行方向(水平方向)和列方向(垂直方向)上偏移半個(gè)像素，從而可以更容易地獲得高質(zhì)量圖像。

這里，盡管沒有對(duì)特性不同的像素進(jìn)行限制，但在以下說明中，假設(shè)這樣的像素是相對(duì)于入射光的受光量的輸出的特性(輸出特性)為線性特性和log特性(對(duì)數(shù)特性)的像素。

具體地，具有作為輸出特性的線性特征的像素是由形成例如累積型cmos圖像傳感器的嵌入式光電二極管形成的像素(以下也稱為線性像素)。線性像素輸出與入射光的受光量成比例的電壓信號(hào)。

另外，具有作為輸出特性的對(duì)數(shù)特性的像素是由例如形成太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的表面型光電二極管形成的像素(以下也稱為對(duì)數(shù)像素)。對(duì)數(shù)像素輸出與入射光的受光量的對(duì)數(shù)值成比例的電壓信號(hào)。

在下文中，作為具體實(shí)施例，對(duì)包含有下述像素陣列區(qū)域的固態(tài)成像裝置進(jìn)行說明：在像素陣列區(qū)域中，由線性像素形成的累積型cmos圖像傳感器和由對(duì)數(shù)像素形成的太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器以在空間上分隔開的方式排列。

同時(shí)，固態(tài)成像裝置的像素陣列區(qū)域中的像素陣列可以為用于拍攝彩色圖像的彩色陣列或用于拍攝單色圖像的單色陣列。在下文中，像素陣列區(qū)域的像素陣列為彩色陣列。

在這種情況下，例如，在像素陣列區(qū)域中，排布有包括r(紅色)、g(綠色)和b(藍(lán)色)相應(yīng)顏色的濾色片的像素作為線性像素。

在下文中，用于輸出r分量信號(hào)的含有r濾色片的線性像素也被稱為rlnr像素，并且用于輸出g分量信號(hào)的含有g(shù)濾色片的線性像素也被稱為glnr像素。另外，輸出b分量信號(hào)的含有b濾色片的線性像素也被稱為blnr像素。

同樣地，在像素陣列區(qū)域中，排布有包括r、g和b對(duì)應(yīng)的顏色的濾色片的像素作為對(duì)數(shù)像素。

在下文中，用于輸出r分量信號(hào)的含有r濾色片的對(duì)數(shù)像素也被稱為rlog像素，并且用于輸出g分量信號(hào)的含有g(shù)濾色片的對(duì)數(shù)像素也被稱為glog像素。另外，用于輸出b分量信號(hào)的含有b濾色片的對(duì)數(shù)像素也被稱為blog像素。

在應(yīng)用有本技術(shù)的固態(tài)成像裝置的像素陣列區(qū)域中，各顏色的線性像素以拜耳陣列排列，并且各顏色的對(duì)數(shù)像素也以拜耳陣列排列。

固態(tài)成像裝置基于通過用線性像素(也就是說，累積型cmos圖像傳感器)拍攝被攝體獲得的圖像(在下文中，也被稱為線性圖像)和通過用對(duì)數(shù)像素(也就是說，太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器)拍攝被攝體獲得的圖像(在下文中，也被稱為對(duì)數(shù)圖像)來獲得一幅圖像。以這種方式，通過將具有優(yōu)異低亮度特性的線性像素和具有優(yōu)異高亮度特性的對(duì)數(shù)像素組合來獲得一幅最終圖像，能夠獲得具有寬動(dòng)態(tài)范圍的高質(zhì)量圖像。

這里，在線性像素和對(duì)數(shù)像素以拜耳陣列排列在像素陣列區(qū)域中的情況下，例如，可能存在線性像素和對(duì)數(shù)像素在縱向方向或橫向方向上簡(jiǎn)單地交替排列的情況，如圖1所示。同時(shí)，在圖1中，假設(shè)圖中的橫向方向?yàn)橄袼仃嚵袇^(qū)域中的水平方向，即行方向，并且圖中的縱向方向?yàn)橄袼仃嚵袇^(qū)域中的垂直方向，即列方向。

另外，在圖1中，每個(gè)正方形表示一個(gè)像素，像素中的字符"rlnr"、"glnr"、"blnr"、"rlog"、"glog"和"blog"分別表示像素為rlnr像素、glnr像素、blnr像素、rlog像素、glog像素和blog像素。

在圖1中，在由箭頭q11指示的示例中，在列方向上排列有線性像素的線性像素列和在列方向排列有對(duì)數(shù)像素的對(duì)數(shù)像素列在行方向上交替排列。另外，僅關(guān)注線性像素的話，各顏色的線性像素以拜耳陣列排列；同樣地，僅關(guān)注對(duì)數(shù)像素的話，各顏色的對(duì)數(shù)像素以拜耳陣列排列。

另一方面，在由箭頭q12指示的示例中，在行方向上排列有線性像素的線性像素行和在行方向排列有對(duì)數(shù)像素的對(duì)數(shù)像素行在列方向上交替排列。另外，僅關(guān)注線性像素的話，各顏色的線性像素以拜耳陣列排列，同樣地，僅關(guān)注對(duì)數(shù)像素的話，各顏色的對(duì)數(shù)像素以拜耳陣列排列。

在線性像素和對(duì)數(shù)像素以由箭頭q11和q12所示的像素陣列排列的情況下，與僅排列有線性像素或?qū)?shù)像素的情況相比，在行方向(水平方向)和列方向(垂直方向)中的任一方向上，在線性圖像和對(duì)數(shù)圖像的空間中的采樣周期加倍。

例如，在像素陣列區(qū)域中僅排列有線性像素的情況下獲得的線性圖像(以下也被稱為參考線性圖像)的在空間上的采樣周期(即相鄰線性像素的中心之間的距離)對(duì)應(yīng)于在水平方向和垂直方向上的一個(gè)像素間距(一個(gè)像素的寬度)。

另一方面，在由箭頭q11指示的像素陣列中，雖然在線性圖像的垂直方向上的采樣周期為一個(gè)像素間距，但是在水平方向上的線性像素之間排列有對(duì)數(shù)像素，從而使線性圖像在水平方向上的采樣周期對(duì)應(yīng)于兩個(gè)像素間距。

因此，在由箭頭q11指示的像素陣列中，線性圖像在水平方向上的采樣周期為參考線性圖像的采樣周期的兩倍。換言之，線性圖像在水平方向上的采樣頻率劣化了一半。

那么，通過拍攝而獲得的線性圖像在水平方向上的分辨率與參考線性圖像的分辨率相比劣化了一半。這種分辨率的劣化可能導(dǎo)致假色(falsecolor)等。

另外，在這種情況下，線性圖像在水平方向和垂直方向上的采樣周期不同。也就是說，線性圖像在水平方向和垂直方向上的分辨率不均一。

這種分辨率劣化和在各方向上不均一的分辨率不僅發(fā)生在線性圖像中，而且也發(fā)生在對(duì)數(shù)圖像中。

同樣地，在由箭頭q12指示的像素陣列中，線性圖像和對(duì)數(shù)圖像在垂直方向上的分辨率降低了一半，并且在水平方向和垂直方向上的分辨率不均一。

另外，在如箭頭q11和q12所示地線性像素和對(duì)數(shù)像素以混合方式排列在像素陣列區(qū)域中的情況下，對(duì)于像素配線和信號(hào)讀出也會(huì)造成不便。

例如，在由箭頭q11指示的像素陣列中，需要以一個(gè)像素間距在圖中沿縱向方向排列線性像素和對(duì)數(shù)像素的水平信號(hào)線，因而，在固態(tài)成像裝置為表面照射型圖像傳感器的情況下，像素的開口率會(huì)劣化。

另外，由于在線性像素與對(duì)數(shù)像素之間，信號(hào)讀出的順序和信號(hào)本身的電平是不同的，因此如果通過與由箭頭q12所示的像素陣列中的線性像素和對(duì)數(shù)像素相同的垂直信號(hào)線來讀出信號(hào)，則讀出電路變得復(fù)雜。另外，也會(huì)限制來自像素的信號(hào)的讀出速度。

例如，當(dāng)從線性像素讀出信號(hào)時(shí)的輸出信號(hào)波形和當(dāng)從對(duì)數(shù)像素讀出信號(hào)時(shí)的輸出信號(hào)波形如圖2所示。同時(shí)，在圖2中，沿著縱坐標(biāo)軸繪制從像素輸出的電壓(即信號(hào)的電平)，并且沿著圖中的橫坐標(biāo)軸繪制時(shí)間。

在圖2中，曲線c11表示當(dāng)從線性像素讀出信號(hào)時(shí)的輸出信號(hào)波形，曲線c12表示從對(duì)數(shù)像素讀出信號(hào)時(shí)的輸出信號(hào)波形。

在從線性像素讀出信號(hào)的情況下，首先復(fù)位像素，然后讀出復(fù)位電平，并且在信號(hào)被傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散區(qū)域之后再讀出信號(hào)電平。

在該示例中，由箭頭q21表示的部分表示線性像素的復(fù)位電平，由箭頭q22表示的部分表示信號(hào)電平。

另一方面，在從對(duì)數(shù)像素讀出信號(hào)的情況下，首先讀出信號(hào)電平，然后讀出復(fù)位電平。在該示例中，由箭頭q23表示的部分表示對(duì)數(shù)像素的信號(hào)電平，由箭頭q24表示的部分表示復(fù)位電平。

以這種方式，信號(hào)電平和復(fù)位電平以及這些信號(hào)的電平的讀出順序在線性像素和對(duì)數(shù)像素之間是不同的。另外，取決于像素構(gòu)造，形成像素的光電轉(zhuǎn)換元件的載流子在線性像素和對(duì)數(shù)像素之間可能不同，并且在這種情況下，信號(hào)電平變化的方向也不同。在該示例中，在由箭頭q22所示的部分和由箭頭q23所示的部分之間，信號(hào)電平變化的方向不同，如虛線所示。

因此，在線性像素和對(duì)數(shù)像素連接到同一垂直信號(hào)線的情況下，如果使用垂直信號(hào)線來從線性像素和對(duì)數(shù)像素讀出信號(hào)，則不僅讀出電路的構(gòu)造會(huì)變得復(fù)雜，而且讀出速度也受到限制。

因此，在應(yīng)用有本技術(shù)的固態(tài)成像裝置中，例如，如圖3所示，在像素陣列區(qū)域中，對(duì)數(shù)像素組被排布在與線性像素組在行方向和列方向上偏移半像素間距(半像素寬度)的位置處。

同時(shí)，在圖3中，圖中的橫向方向表示像素陣列區(qū)域中的水平方向(行方向)，圖中的縱向方向表示像素陣列區(qū)域中的垂直方向(列方向)。另外，在圖3中，每個(gè)正方形表示一個(gè)像素，像素中的字符"rlnr"、"glnr"、"blnr"、"rlog"、"glog"和"blog"分別表示像素為rlnr像素、glnr像素、blnr像素、rlog像素、glog像素和blog像素。

在圖3中，僅關(guān)注線性像素的話，各顏色的線性像素在行方向和列方向上以二維方式排列，也就是說，以拜耳陣列排列成矩陣。同樣地，僅關(guān)注對(duì)數(shù)像素的話，各顏色的對(duì)數(shù)像素以拜耳陣列排列成二維形式的矩陣。

在該示例中，對(duì)數(shù)像素組在相對(duì)于以矩陣形式排布的線性像素組在行方向和列方向上偏移了半像素間距的位置處以矩陣形式排布。

換言之，其它線性像素相鄰地排列在每個(gè)線性像素的上、下、右和左側(cè)，并且對(duì)數(shù)像素以45度的角度(即，斜對(duì)地右上、斜對(duì)地右下、斜對(duì)地左上和斜對(duì)地左下)在每個(gè)線性像素的傾斜方向排列。這里，45度角的傾斜方向是相對(duì)于水平方向(行方向)或垂直方向(列方向)成45度角的方向。

另外，從每個(gè)線性像素的角度看，僅線性像素相對(duì)于線性像素在行方向和列方向上排列。同樣地，從每個(gè)對(duì)數(shù)像素的角度看，僅對(duì)數(shù)像素相對(duì)于對(duì)數(shù)像素在行方向和列方向上排列。

通過制造這種像素陣列，在應(yīng)用有本技術(shù)的固態(tài)成像裝置中，可以最小化線性圖像和對(duì)數(shù)圖像的分辨率劣化，并獲得在水平方向和垂直方向上分辨率均一的圖像。

也就是說，在該示例中，像素在相對(duì)于圖1所示的示例將每個(gè)像素旋轉(zhuǎn)45度的狀態(tài)下(即，在表示像素的正方形的各邊相對(duì)于水平方向形成45度角的狀態(tài)下)以二維方式排列，

因此，線性圖像在行方向和列方向上的采樣周期對(duì)應(yīng)于2^1/2像素間距。換言之，線性圖像的采樣頻率是參考線性圖像的采樣頻率的1/(2^1/2)倍。另外，在行方向和列方向上線性圖像的采樣周期相同。

因此，線性圖像的分辨率劣化小于圖1所示的像素陣列的情況，此外，線性圖像的分辨率在水平方向和垂直方向上均一。另外，不僅在線性圖像中，而且可以在對(duì)數(shù)圖像中使分辨率的劣化最小化，并且可以使水平方向和垂直方向上的分辨率均一。

此外，在圖3所示的像素陣列中，相同顏色的線性像素和對(duì)數(shù)像素排列于在水平方向和垂直方向上偏移了半像素間距的位置處，并且線性像素和對(duì)數(shù)像素之間的采樣位置的空間偏移也被最小化。

如上所述，通過將像素陣列區(qū)域中的像素陣列制造成如圖3所示的陣列，能夠更容易地獲得高質(zhì)量圖像。也就是說，能夠更容易地實(shí)現(xiàn)由固態(tài)成像裝置獲得的高質(zhì)量彩色圖像。

另外，通過將像素陣列制造成如圖3所示的像素陣列，可以如圖4所示進(jìn)行配線。同時(shí)，通過在圖3的像素陣列中繪制配線而獲得圖4，并且在圖4中省略對(duì)應(yīng)于圖3中的部分的說明。另外，在圖4中，縱向方向和橫向方向表示像素陣列區(qū)域中的垂直方向(列方向)和水平方向(行方向)。

在圖4中，在連接像素的水平方向上延伸的折線表示用于驅(qū)動(dòng)像素的信號(hào)線(水平信號(hào)線)，連接在垂直方向排列的像素的垂直直線表示用于讀出來自像素的信號(hào)的垂直信號(hào)線。

通過將像素陣列制造成參照?qǐng)D3說明的像素陣列，如圖4所示，僅需要以2^1/2像素間距設(shè)置線性像素和對(duì)數(shù)像素的水平信號(hào)線，從而能夠抑制像素的開口率劣化。

另外，在參照?qǐng)D3說明的像素陣列，在垂直方向上僅排列線性像素或?qū)?shù)像素。因此，如圖4所示，連接至一條垂直信號(hào)線的像素一定僅為線性像素，或僅為對(duì)數(shù)像素。

那么，在從像素讀出信號(hào)時(shí)，能夠?qū)木€性像素進(jìn)行的信號(hào)讀出與從對(duì)數(shù)像素進(jìn)行信號(hào)讀出分離開。

因此，例如，用于線性像素的讀出電路連接到與線性像素連接的垂直信號(hào)線，并且用于對(duì)數(shù)像素的讀出電路連接到與對(duì)數(shù)像素連接的垂直信號(hào)線，并且可以防止讀出電路變得復(fù)雜。也就是說，可以使用更簡(jiǎn)單的電路構(gòu)造從像素中讀出信號(hào)。

此外，通過獨(dú)立地操作用于線性像素的讀出電路和用于對(duì)數(shù)像素的讀出電路，能夠避免兩個(gè)電路的電路操作干擾，并能夠以更高的速度操作讀出電路。因而，能夠更簡(jiǎn)單且更快地獲得更高質(zhì)量的圖像。

同時(shí)，從線性像素讀出信號(hào)的時(shí)序和從對(duì)數(shù)像素讀出信號(hào)的時(shí)序可以為相同時(shí)序或不同時(shí)序，只要讀出時(shí)序在待攝取的一幀圖像的周期內(nèi)即可。另外，線性像素和對(duì)數(shù)像素的曝光時(shí)間和曝光時(shí)序也可以相同或不同。

固態(tài)成像裝置的構(gòu)造示例

下面，將對(duì)上述固態(tài)成像裝置的更具體實(shí)施例進(jìn)行說明。圖5是示出了應(yīng)用有本技術(shù)的固態(tài)成像裝置的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)造示例的圖。

同時(shí)，在圖5中，每個(gè)正方形表示一個(gè)像素，像素中的字符"rlnr"、"glnr"、"blnr"、"rlog"、"glog"和"blog"分別表示像素為rlnr像素、glnr像素、blnr像素、rlog像素、glog像素和blog像素。另外，在圖中，橫向方向表示像素陣列區(qū)域21中的水平方向(行方向)，并且圖中的縱向方向表示像素陣列區(qū)域21中的垂直方向(列方向)。

圖5示出的固態(tài)成像裝置11為拍攝彩色圖像的固態(tài)成像裝置，并且固態(tài)成像裝置11包括像素陣列區(qū)域21、像素驅(qū)動(dòng)電路22、對(duì)數(shù)像素讀出電路23和線性像素讀出電路24。

在像素陣列區(qū)域21中，線性像素和對(duì)數(shù)像素以圖3所示的像素陣列在矩陣中以二維形式排布，并且每個(gè)像素對(duì)從被攝體入射的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并輸出與結(jié)果對(duì)應(yīng)的信號(hào)。

另外，像素陣列區(qū)域21中的每個(gè)像素通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25-1至25-6中的任意一者連接到像素驅(qū)動(dòng)電路22。同時(shí)，在下文中，在不需要將驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25-1至25-6互相區(qū)分的情況下，也將其簡(jiǎn)稱為驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25。

如參照?qǐng)D4所述，像素陣列區(qū)域21中的像素連接到驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25。也就是說，在像素陣列區(qū)域21中，由在行方向(水平方向)上排列的線狀像素構(gòu)成的像素行和由以在圖中位于上述像素行下方并與上述像素行相鄰的方式在行方向上排列的對(duì)數(shù)像素構(gòu)成的像素行連接至一(相同)驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25。在該示例中，各驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25以鋸齒形的方式布線，以便交替地連接到線性像素和對(duì)數(shù)像素。

另外，由在像素陣列區(qū)域21中沿著垂直方向排列的對(duì)數(shù)像素形成的每個(gè)像素列通過在垂直方向上延伸的垂直信號(hào)線26-1至26-6中的任意一者連接至對(duì)數(shù)像素讀出電路23。同時(shí)，在下文中，在不需要進(jìn)行互相區(qū)分的情況下，垂直信號(hào)線26-1至26-6也被簡(jiǎn)稱為垂直信號(hào)線26。

在該示例中，形成像素列的沿垂直方向排列的各個(gè)對(duì)數(shù)像素連接到一條垂直信號(hào)線26。換言之，僅對(duì)數(shù)像素連接到垂直信號(hào)線26。

同樣地，在像素陣列區(qū)域21中由沿著垂直方向排列的線性像素形成的像素列的各者通過在垂直方向上延伸的垂直信號(hào)線27-1至27-6中的任意一者連接到線性像素讀出電路24。同時(shí)，在下文中，在不需要進(jìn)行互相區(qū)分的情況下，垂直信號(hào)線27-1至27-6也被簡(jiǎn)稱為垂直信號(hào)線27。

在該示例中，形成像素列的沿垂直方向排列的各個(gè)線性像素連接到一條垂直信號(hào)線27。換言之，僅線性像素連接到垂直信號(hào)線27。

像素驅(qū)動(dòng)電路22通過經(jīng)由驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25向每個(gè)像素提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)每個(gè)像素。

例如，像素驅(qū)動(dòng)電路22選擇在垂直方向上連續(xù)排列的幾個(gè)像素行作為快門線，這些快門線是執(zhí)行快門(即開始曝光)操作的像素行。然后，像素驅(qū)動(dòng)電路22通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25向形成快門線的每個(gè)像素提供各種驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以進(jìn)行快門操作。

另外，像素驅(qū)動(dòng)電路22選擇位于與快門線分離開預(yù)定行數(shù)的位置處的沿垂直方向連續(xù)排列的幾個(gè)像素行作為從像素讀出信號(hào)的讀取線。然后，像素驅(qū)動(dòng)電路22通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25向形成讀取線的每個(gè)像素提供各種驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以輸出信號(hào)。

像素驅(qū)動(dòng)電路22在垂直方向上掃描快門線和讀取線，以使它們隨著時(shí)間沿垂直方向移動(dòng)。此時(shí)，例如，像素驅(qū)動(dòng)電路22同時(shí)選擇或同時(shí)驅(qū)動(dòng)由線性像素形成的像素行的每個(gè)線性像素和與上述像素行相鄰的由對(duì)數(shù)像素形成的像素行的每個(gè)對(duì)數(shù)像素。

同時(shí)，盡管像素驅(qū)動(dòng)電路22在這里通過一條驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25連接到每個(gè)像素，但是更具體地，像素驅(qū)動(dòng)電路22通過多條驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25連接到每個(gè)像素。例如，針對(duì)待提供給像素的每種類型驅(qū)動(dòng)信號(hào)來設(shè)置驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25。

對(duì)數(shù)像素讀出電路23通過垂直信號(hào)線26從對(duì)數(shù)像素中讀出信號(hào)電平和復(fù)位電平，并根據(jù)信號(hào)電平和復(fù)位電平來計(jì)算表示對(duì)應(yīng)于對(duì)數(shù)圖像上的對(duì)數(shù)像素的像素值的像素信號(hào)，以輸出至后續(xù)階段的區(qū)塊。

線性像素讀出電路24通過垂直信號(hào)線27從線性像素中讀出信號(hào)電平和復(fù)位電平，并根據(jù)信號(hào)電平和復(fù)位電平來計(jì)算表示對(duì)應(yīng)于線性圖像上的線性像素的像素值的像素信號(hào)，以輸出至后續(xù)階段的區(qū)塊。

基于以這種方式獲得的由對(duì)數(shù)像素的像素信號(hào)形成的彩色對(duì)數(shù)圖像和由線性像素的像素信號(hào)形成的彩色線性圖像，通過信號(hào)處理會(huì)產(chǎn)生作為由固態(tài)成像裝置11拍攝的最終圖像的一彩色圖像。同時(shí)，生成最終圖像的處理由對(duì)數(shù)像素讀出電路23和線性像素讀出電路24的后續(xù)階段的區(qū)塊執(zhí)行。該區(qū)塊可以設(shè)置在固態(tài)成像裝置11中，或者可以設(shè)置在固態(tài)成像裝置11外部。

在固態(tài)成像裝置11中，如圖5所示，諸如對(duì)數(shù)像素讀出電路23和線性像素讀出電路24等的外圍電路圍繞像素陣列區(qū)域21排布，從而能夠利用參照?qǐng)D3所說明的像素陣列的特性。

關(guān)于線性像素的構(gòu)造

下面，將說明在對(duì)像素陣列區(qū)域21中設(shè)置的線性像素和對(duì)數(shù)像素的具體構(gòu)造示例。

例如，如圖6所示般構(gòu)造設(shè)置在像素陣列區(qū)域21中的線性像素。同時(shí)，在圖6中，相同附圖標(biāo)記表示與圖5相對(duì)應(yīng)的部分，且適當(dāng)?shù)厥÷云湔f明。

在圖6所示的線性像素51中，作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管62、傳輸晶體管63、電荷電壓轉(zhuǎn)換器64、晶體管65、電容66和復(fù)位晶體管67設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的p型阱61中

作為設(shè)置在p型阱61中的由p+型半導(dǎo)體區(qū)域71和n-型半導(dǎo)體區(qū)域72形成的嵌入式光電二極管的光電二極管62對(duì)入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并累積由此獲得的電荷。另外，當(dāng)提供給傳輸晶體管63的柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg達(dá)到高電平時(shí)，設(shè)置在光電二極管62與電荷電壓轉(zhuǎn)換器64之間的傳輸晶體管63被置于導(dǎo)通狀態(tài)(on狀態(tài))，并且向電荷電壓轉(zhuǎn)換器64傳輸累積在光電二極管62中的電荷。

作為由設(shè)置在p型阱61中的n+型半導(dǎo)體區(qū)域形成的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)域的電荷電壓轉(zhuǎn)換器64累積通過傳輸晶體管63從光電二極管62提供的電荷，并將累積的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。另外，放大晶體管73的柵電極連接到電荷電壓轉(zhuǎn)換器64。

其漏極連接到預(yù)定電壓vdd的電源的放大晶體管73用作讀取在電荷電壓轉(zhuǎn)換器64中累積的電荷(電壓信號(hào))的源極跟隨器電路的輸入單元。也就是說，其源極通過選擇晶體管74連接到垂直信號(hào)線27的放大晶體管73與連接到垂直信號(hào)線27的一端的恒流源一起形成源極跟隨器電路。

選擇晶體管74連接在放大晶體管73的源極與垂直信號(hào)線27之間。當(dāng)提供給其柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel達(dá)到高電平時(shí)，選擇晶體管74導(dǎo)通，即進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并將從放大晶體管73輸出的電壓信號(hào)通過垂直信號(hào)線27提供給線性像素讀出電路24。

晶體管65由p-型半導(dǎo)體區(qū)域或n-型半導(dǎo)體區(qū)域和設(shè)置在p型阱61中的電荷電壓轉(zhuǎn)換器64和電容66之間的柵電極形成。當(dāng)提供給柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)fdg達(dá)到高電平時(shí)，晶體管65進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)(on狀態(tài))，并將電荷電壓轉(zhuǎn)換器64電氣連接到電容66。

在與電荷電壓轉(zhuǎn)換器64電氣連接時(shí)，由n+型半導(dǎo)體區(qū)域形成的電容66會(huì)累積傳送至電荷電壓轉(zhuǎn)換器64的電荷的一部分。另外，當(dāng)提供給復(fù)位晶體管67的柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst達(dá)到高電平并且復(fù)位晶體管67導(dǎo)通時(shí)，電容66被初始化(復(fù)位)。

關(guān)于對(duì)數(shù)像素的構(gòu)造

另外，例如，如圖7所示般構(gòu)造設(shè)置在像素陣列區(qū)域21中的對(duì)數(shù)像素。同時(shí)，在圖7中，相同附圖標(biāo)記表示與圖5或圖6相對(duì)應(yīng)的部分，且適當(dāng)?shù)厥÷云湔f明。

在圖7所示的對(duì)數(shù)像素101中，作為光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管111、調(diào)制晶體管112和用于恒定電流的晶體管113設(shè)置在半導(dǎo)體基板上的p型阱61中。

光電二極管111是由設(shè)置在p型阱61中的p+型半導(dǎo)體區(qū)域121和n-型半導(dǎo)體區(qū)域122形成的表面型光電二極管。

另外，在n-型半導(dǎo)體區(qū)域122中形成n+型半導(dǎo)體區(qū)域123，在n+型半導(dǎo)體區(qū)域123與p+型半導(dǎo)體區(qū)域121之間設(shè)置有復(fù)位晶體管124。當(dāng)提供給復(fù)位晶體管124的柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst’達(dá)到高電平并且復(fù)位晶體管124導(dǎo)通時(shí)，p+型半導(dǎo)體區(qū)域121的電位等于n-型半導(dǎo)體區(qū)域122的電位，并且光電二極管111被初始化(復(fù)位)。

調(diào)制晶體管112由設(shè)置在p型阱61中的n+型半導(dǎo)體區(qū)域125和n+型半導(dǎo)體區(qū)域126以及柵電極形成，并且調(diào)制晶體管112的柵電極連接到形成光電二極管111的p+半導(dǎo)體區(qū)域121。

另外，在對(duì)數(shù)像素101中，設(shè)置有與圖6所示的形成線性像素51的放大晶體管73和選擇晶體管74相對(duì)應(yīng)的放大晶體管127和選擇晶體管128。

其漏極連接到預(yù)定電壓vdd的電源的放大晶體管127用作源極跟隨器電路的輸入單元，源極跟隨器電路讀出通過由光電二極管111接收入射光而獲得并進(jìn)一步通過調(diào)制晶體管112被調(diào)制(放大)的電壓信號(hào)。也就是說，其源極通過選擇晶體管128連接到垂直信號(hào)線26的放大晶體管127與連接到垂直信號(hào)線26的一端的恒流源一起形成源極跟隨器電路。另外，放大晶體管127的柵電極連接到形成調(diào)制晶體管112的n+型半導(dǎo)體區(qū)域126。

選擇晶體管128連接在放大晶體管127的源極與垂直信號(hào)線26之間。當(dāng)提供給柵電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel’達(dá)到高電平時(shí)，選擇晶體管128導(dǎo)通，即進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，并將從放大晶體管127輸出的電壓信號(hào)通過垂直信號(hào)線26提供給對(duì)數(shù)像素讀出電路23。

用于恒定電流的晶體管113由設(shè)置在p型阱61中的n+型半導(dǎo)體區(qū)域126和n+型半導(dǎo)體區(qū)域129以及柵電極形成，并且偏置電壓vbs被施加到晶體管113的柵電極。

當(dāng)光從外部入射到光電二極管111上時(shí)，根據(jù)入射光量(受光量)，空穴從p+型半導(dǎo)體區(qū)域121移動(dòng)至n-型半導(dǎo)體區(qū)域122，并且將被施加至調(diào)制晶體管112的柵電極的電壓相應(yīng)地改變。

施加到調(diào)制晶體管112的柵電極的電壓，即由光電二極管111獲得的電壓信號(hào)被調(diào)制晶體管112和晶體管113放大，并通過放大晶體管127和選擇晶體管128進(jìn)一步輸出至垂直信號(hào)線26。

例如，在像素陣列區(qū)域21中設(shè)置有上述線性像素51和對(duì)數(shù)像素101的情況下，用于提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel和驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel’的驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25可以為同一驅(qū)動(dòng)信號(hào)線。

關(guān)于固態(tài)成像裝置的操作

下面，將對(duì)固態(tài)成像裝置11的操作進(jìn)行說明。

固態(tài)成像裝置11在被指示拍攝被攝體時(shí)開始拍攝處理，并輸出線性圖像和對(duì)數(shù)圖像。

也就是說，像素驅(qū)動(dòng)電路22選擇快門線和讀取線，并且根據(jù)選擇結(jié)果通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25向像素陣列區(qū)域21中的每個(gè)像素提供各種驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此時(shí)，像素驅(qū)動(dòng)電路22在隨著時(shí)間沿垂直方向掃描快門線和讀取線的同時(shí)驅(qū)動(dòng)每個(gè)像素。

具體地，如圖8所示，設(shè)置在像素陣列區(qū)域21中的線性像素51被驅(qū)動(dòng)。

同時(shí)，在圖8中，折線c21至c24分別表示上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel、驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst、驅(qū)動(dòng)信號(hào)fdg和驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg的驅(qū)動(dòng)波形。另外，在圖8中，沿橫向方向繪制時(shí)間，并且沿縱向方向繪制每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電平。也就是說，驅(qū)動(dòng)信號(hào)向上突出的狀態(tài)表示高電平狀態(tài)，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)向下突出的狀態(tài)表示低電平狀態(tài)。

在該示例中，在包括線性像素51的像素行未被選擇為快門線或讀取線的情況下，驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel、驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst、驅(qū)動(dòng)信號(hào)fdg和驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg被設(shè)定為低電平。

也就是說，選擇晶體管74、復(fù)位晶體管67、晶體管65和傳輸晶體管63截止。

在這種狀態(tài)下，當(dāng)選擇包括線性像素51的像素行作為快門線時(shí)，像素驅(qū)動(dòng)電路22在時(shí)刻t11處將通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25提供給線性像素51的驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst、驅(qū)動(dòng)信號(hào)fdg和驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg置于高電平。

因此，傳輸晶體管63和晶體管65導(dǎo)通，并且光電二極管62、電荷電壓轉(zhuǎn)換器64和電容66互相連接。在這種狀態(tài)下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst使復(fù)位晶體管67導(dǎo)通時(shí)，光電二極管62、電荷電壓轉(zhuǎn)換器64和電容66被初始化。

然后，在此后驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst、驅(qū)動(dòng)信號(hào)fdg和驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg被像素驅(qū)動(dòng)電路22設(shè)定為低電平時(shí)，復(fù)位晶體管67、晶體管65和傳輸晶體管63會(huì)被截止并且初始化被取消。當(dāng)初始化以這種方式被取消時(shí)，則開始線性像素51(即，光電二極管62)的曝光周期。

當(dāng)光電二極管62開始曝光時(shí)，光電二極管62對(duì)來自被攝體的入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并累積由此獲得的電荷。

當(dāng)光電二極管62的曝光持續(xù)并且包含線性像素51的像素行被選擇為讀取行時(shí)，像素驅(qū)動(dòng)電路22在時(shí)刻t12處將通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25提供給線性像素51的驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel、驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst和驅(qū)動(dòng)信號(hào)fdg置于高電平。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel達(dá)到高電平時(shí)，選擇晶體管74導(dǎo)通，并且選定線性像素51。也就是說，信號(hào)通過垂直信號(hào)線27從線性像素51輸出到線性像素讀出電路24。

另外，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)fdg和驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst達(dá)到高電平時(shí)，晶體管65和復(fù)位晶體管67導(dǎo)通，并且在電荷電壓轉(zhuǎn)換器64和電容66連接的狀態(tài)下初始化電荷電壓轉(zhuǎn)換器64和電容66。此時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg保持在低電平，所以光電二極管62保持與電荷電壓轉(zhuǎn)換器64斷開，并繼續(xù)光電二極管62的曝光。

然后，在時(shí)刻t13處，像素驅(qū)動(dòng)電路22將通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25提供給線性像素51的驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst置于低電平，并且結(jié)束電荷電壓轉(zhuǎn)換器64和電容66的初始化。

這里，可以通過適當(dāng)選擇是將驅(qū)動(dòng)信號(hào)fdg置于高電平還是置于低電平來將晶體管65切換為導(dǎo)通或截止。

此時(shí)，線性像素讀出電路24通過放大晶體管73、選擇晶體管74和垂直信號(hào)線27讀出根據(jù)電荷電壓轉(zhuǎn)換器64的累積電荷或根據(jù)在電荷電壓轉(zhuǎn)換器64連接到電容66的狀態(tài)下的累積電荷的電壓信號(hào)，并將其作為線性像素51的復(fù)位電平。也就是說，線性像素讀出電路24從線性像素51讀出復(fù)位電平。

此后，像素驅(qū)動(dòng)電路22在時(shí)刻t14處將通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25提供給線性像素51的驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg設(shè)定為高電平。由此，傳輸晶體管63導(dǎo)通，光電二極管62連接到電荷電壓轉(zhuǎn)換器64，并且通過曝光而累積在光電二極管62中的電荷被傳送到電荷電壓轉(zhuǎn)換器64。

此時(shí)，當(dāng)晶體管65導(dǎo)通時(shí)，可以在電荷電壓轉(zhuǎn)換器64連接到電容66的狀態(tài)下擴(kuò)大信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。另外，當(dāng)晶體管65截止時(shí)，電荷電壓轉(zhuǎn)換器64與電容66斷開，并且可以提高電荷至電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換效率。

當(dāng)以這種方式開始從光電二極管62到電荷電壓轉(zhuǎn)換器64的電荷傳送時(shí)，光電二極管62的曝光周期結(jié)束。

另外，在時(shí)刻t15處，像素驅(qū)動(dòng)電路22將通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25提供給線性像素51的驅(qū)動(dòng)信號(hào)trg設(shè)定為低電平，并將光電二極管62和電荷電壓轉(zhuǎn)換器64置于分離開的狀態(tài)。

此時(shí)，線性像素讀出電路24通過放大晶體管73、選擇晶體管74和垂直信號(hào)線27讀出與電荷電壓轉(zhuǎn)換器64中的累積電荷相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，并將其作為線性像素51的信號(hào)電平。也就是說，由線性像素讀出電路24從線性像素51讀出信號(hào)電平。

當(dāng)以這種方式讀出復(fù)位電平和信號(hào)電平時(shí)，由基于復(fù)位電平和信號(hào)電平的計(jì)算，線性像素讀出電路24生成線性像素51的像素信號(hào)，并將像素信號(hào)輸出到后續(xù)階段的區(qū)塊。

另一方面，通過像素驅(qū)動(dòng)電路22的驅(qū)動(dòng)控制，例如，如圖9所示般驅(qū)動(dòng)設(shè)置在像素陣列區(qū)域21中的對(duì)數(shù)像素101。

同時(shí)，在圖9中，折線c31和c32分別表示上述驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel’和rst’的驅(qū)動(dòng)波形。另外，在圖9中，沿橫向方向繪制時(shí)間，并且沿縱向方向繪制每個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電平。也就是說，驅(qū)動(dòng)信號(hào)向上突出的狀態(tài)表示高電平狀態(tài)，并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)向下突出的狀態(tài)表示低電平狀態(tài)。

在該示例中，在包含對(duì)數(shù)像素101的像素行未被選擇為快門線或讀取線的情況下，驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel’和rst’被設(shè)定為低電平。也就是說，選擇晶體管128和復(fù)位晶體管124截止。

在這種狀態(tài)下，當(dāng)選擇包含對(duì)數(shù)像素101的像素行作為快門線時(shí)，在時(shí)刻t21處，像素驅(qū)動(dòng)電路22將通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25提供給對(duì)數(shù)像素101的驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst’設(shè)定為高電平。

因此，復(fù)位晶體管124導(dǎo)通，并光電二極管111被初始化。此后，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst’被設(shè)定為低電平并且光電二極管111的初始化被取消時(shí)，開始曝光光電二極管111。也就是說，當(dāng)取消光電二極管111的初始化時(shí)，開始曝光周期。

在光電二極管111曝光時(shí)，光電二極管111對(duì)入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并由此將與入射光的受光量對(duì)應(yīng)的電壓施加到調(diào)制晶體管112的柵電極。

當(dāng)繼續(xù)光電二極管111的曝光并且選定包含對(duì)數(shù)像素101的像素行作為讀取線時(shí)，在時(shí)刻t22處，像素驅(qū)動(dòng)電路22將通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25提供給對(duì)數(shù)像素101的驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel’設(shè)定為高電平。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)sel’被設(shè)定為高電平時(shí)，選擇晶體管128導(dǎo)通，并選擇對(duì)數(shù)像素101。也就是說，信號(hào)通過垂直信號(hào)線26從對(duì)數(shù)像素101輸出到對(duì)數(shù)像素讀出電路23。

在這種情況下，對(duì)數(shù)像素讀出電路23通過調(diào)制晶體管112、放大晶體管127、選擇晶體管128和垂直信號(hào)線26讀出由光電二極管111的光電轉(zhuǎn)換獲得的電壓(電壓信號(hào))，并將其作為對(duì)數(shù)像素101的信號(hào)電平。也就是說，由對(duì)數(shù)像素讀出電路23從對(duì)數(shù)像素101讀出信號(hào)電平。

與讀出信號(hào)電平的同時(shí)，在時(shí)刻t23處，像素驅(qū)動(dòng)電路22將通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)線25提供給對(duì)數(shù)像素101的驅(qū)動(dòng)信號(hào)rst’設(shè)定為高電平。

因此，復(fù)位晶體管124導(dǎo)通，并且光電二極管111被初始化。當(dāng)光電二極管111由此被初始化時(shí)，光電二極管111的曝光周期結(jié)束。

另外，當(dāng)光電二極管111被初始化時(shí)，對(duì)數(shù)像素讀出電路23通過調(diào)制晶體管112、放大晶體管127、選擇晶體管128和垂直信號(hào)線26讀出在該狀態(tài)下的光電二極管111的輸出電壓(即施加到調(diào)制晶體管112的柵電極的電壓，并將其作為對(duì)數(shù)像素101的復(fù)位電平。也就是說，對(duì)數(shù)像素讀出電路23從對(duì)數(shù)像素101讀出復(fù)位電平。

當(dāng)以這種方式讀出復(fù)位電平和信號(hào)電平時(shí)，通過基于復(fù)位電平和信號(hào)電平的計(jì)算，對(duì)數(shù)像素讀出電路23生成對(duì)數(shù)像素101的像素信號(hào)，并將像素信號(hào)輸出到后續(xù)階段的區(qū)塊。

當(dāng)通過上述驅(qū)動(dòng)獲得像素陣列區(qū)域21中所有線性像素51的像素信號(hào)和所有對(duì)數(shù)像素101的像素信號(hào)時(shí)，就獲得了線性圖像和對(duì)數(shù)圖像。

基于如此獲得的線性圖像和對(duì)數(shù)圖像，由固態(tài)成像裝置11的未示出的信號(hào)處理區(qū)塊或固態(tài)成像裝置11外部的信號(hào)處理區(qū)塊產(chǎn)生一幅最終圖像，并將其作為靜止圖像或運(yùn)動(dòng)圖像的一幀圖像。

固態(tài)成像裝置11重復(fù)執(zhí)行上述驅(qū)動(dòng)，直到通過用戶等的操作指示停止拍攝處理。然后，當(dāng)指示固態(tài)成像裝置11停止拍攝處理時(shí)，這會(huì)停止每個(gè)部分的操作并完成拍攝過程。

在固態(tài)成像裝置11中，通過如上所述地拍攝線性圖像和對(duì)數(shù)圖像，可以更容易地獲得高質(zhì)量圖像。

成像裝置的構(gòu)造示例

另外，本技術(shù)可應(yīng)用于在光電轉(zhuǎn)換單元中使用固態(tài)成像裝置的一般的電子設(shè)備，例如，諸如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)和攝像機(jī)等的成像裝置、具有成像功能的移動(dòng)終端裝置以在圖像讀取單元中使用固態(tài)成像裝置的復(fù)印機(jī)。

圖10是示出了作為應(yīng)用有本技術(shù)的電子設(shè)備的成像裝置的構(gòu)造示例的圖。

圖10中的成像裝置901設(shè)置有：由透鏡組等形成的光學(xué)單元911、固態(tài)成像裝置(成像裝置)912以及作為照相機(jī)信號(hào)處理電路的數(shù)字信號(hào)處理器(dsp)電路913。另外，成像裝置901還設(shè)置有幀存儲(chǔ)器914、顯示單元915、記錄單元916、操作單元917和電源單元918。dsp電路913、幀存儲(chǔ)器914、顯示單元915、記錄單元916、操作單元917和電源單元918通過總線919互相連接。

光學(xué)單元911捕獲來自被攝體的入射光(圖像光)，以在固態(tài)成像裝置912的成像表面上形成圖像。固態(tài)成像裝置912將入射光(入射光的圖像通過光學(xué)單元911而形成在固態(tài)成像裝置的成像表面上)的光量以像素為單位轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將電信號(hào)作為像素信號(hào)輸出。固態(tài)成像裝置912對(duì)應(yīng)于圖5所示的固態(tài)成像裝置11。

例如，由諸如液晶面板和有機(jī)電致發(fā)光(el)面板的面板顯示裝置形成的顯示單元915會(huì)顯示由固態(tài)成像裝置912拍攝的運(yùn)動(dòng)圖像或靜止圖像。記錄單元916將由固態(tài)成像裝置912拍攝的運(yùn)動(dòng)圖像或靜止圖像記錄在諸如錄像帶和數(shù)字通用盤(dvd)等的記錄介質(zhì)中。

操作單元917在用戶的操作下發(fā)出關(guān)于成像裝置901的各種功能的操作命令。電源單元918將作為dsp電路913、幀存儲(chǔ)器914、顯示單元915、記錄單元916和操作單元917的操作電源的各種電源適當(dāng)?shù)靥峁┑竭@些供應(yīng)目標(biāo)。

同時(shí)，在上述實(shí)施例中，以本技術(shù)被應(yīng)用于如下固態(tài)成像裝置作為示例，該固態(tài)成像裝置由累積型cmos圖像傳感器和太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器形成，并且在累積型cmos圖像傳感器中，檢測(cè)對(duì)應(yīng)于可見光的光量的信號(hào)的像素被排列成矩陣。然而，本技術(shù)不僅適用于這種固態(tài)成像裝置，而且也適用于所有固態(tài)成像裝置。

固態(tài)成像裝置的使用例

圖11是示出了使用上述固態(tài)成像裝置(圖像傳感器)的使用例的圖。

例如，如下文所述，上述圖像傳感器可以用于感測(cè)諸如可見光、紅外光、紫外光、x射線之類的光的各種情況下。

拍攝鑒賞用圖片的裝置，諸如數(shù)字照相機(jī)和具有照相機(jī)功能的移動(dòng)裝置等。

交通運(yùn)輸用裝置，諸如用于拍攝車輛的前、后、周圍和內(nèi)部的圖像的車載傳感器、用于監(jiān)控行進(jìn)車輛和道路的監(jiān)控?cái)z像機(jī)以及用于針對(duì)諸如自動(dòng)停車和識(shí)別駕駛員狀況等的為了安全駕駛而測(cè)量車輛之間距離的測(cè)距傳感器。

用于諸如電視機(jī)、電冰箱和空調(diào)之類的家用電器的裝置，該裝置獲取用戶手勢(shì)圖像并根據(jù)該手勢(shì)進(jìn)行裝置操作。

醫(yī)療和保健用裝置，諸如內(nèi)窺鏡和通過接收紅外光來進(jìn)行血管造影的裝置等。

安保用裝置，諸如安全監(jiān)控?cái)z像機(jī)和人物認(rèn)證攝像機(jī)等。

美容護(hù)理用裝置，諸如拍攝皮膚圖像的皮膚狀況測(cè)量裝置和拍攝頭皮圖像的顯微鏡。

體育用途裝置，諸如體育用途的動(dòng)作照相機(jī)和可穿戴照相機(jī)等。

農(nóng)業(yè)用途裝置，諸如用于監(jiān)測(cè)土地和作物狀態(tài)的照相機(jī)。

另外，本技術(shù)的實(shí)施例不限于上述實(shí)施例，并且在不背離本技術(shù)的范圍的情況下可以進(jìn)行各種修改。

另外，本技術(shù)可具有如下構(gòu)造。

[1]

一種固態(tài)成像裝置，其包括：

第一像素組，其由以矩陣形式排列的多個(gè)第一像素形成；以及

第二像素組，其由具有與所述第一像素的特性不同的特性的多個(gè)第二像素形成，并且所述多個(gè)第二像素以矩陣形式排列，使得各所述第二像素相對(duì)于形成所述第一像素組的各所述第一像素在行方向和列方向上偏移了半個(gè)像素。

[2]

根據(jù)[1]所述的固態(tài)成像裝置，

其中，所述第一像素和所述第二像素具有不同的相對(duì)于入射光量的輸出的特性。

[3]

根據(jù)[2]所述的固態(tài)成像裝置，

其中，所述第一像素是具有線性特性作為所述特性的像素。

[4]

根據(jù)[2]或[3]所述的固態(tài)成像裝置，

其中，所述第二像素是具有對(duì)數(shù)特性作為所述特性的像素。

[5]

根據(jù)[1]至[4]中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，

其中，所述第一像素為形成累積型cmos圖像傳感器的像素，并且所述第二像素為形成太陽能電池模式下的對(duì)數(shù)傳感器的像素。

[6]

根據(jù)[1]至[5]中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，

其中，同時(shí)選擇并驅(qū)動(dòng)由沿所述行方向排列的所述第一像素形成的像素行和在所述列方向上與所述像素行相鄰的由沿所述行方向排列的所述第二像素形成的像素行。

[7]

根據(jù)[1]至[6]中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，進(jìn)一步包括：

第一垂直信號(hào)線，其用于從所述第一像素讀出信號(hào)，并且僅與在所述列方向上排列的所述第一像素連接；以及

第二垂直信號(hào)線，其用于從所述第二像素讀出信號(hào)，并且僅與在所述列方向上排列的所述第二像素連接。

[8]

根據(jù)[1]至[7]中任一項(xiàng)所述的固態(tài)成像裝置，

其中，所述固態(tài)成像裝置為拍攝彩色圖像的固態(tài)成像裝置。

[9]

一種固態(tài)成像裝置驅(qū)動(dòng)方法，所述固態(tài)成像裝置設(shè)置有：

第一像素組，其由以矩陣形式排列的多個(gè)第一像素形成；以及

第二像素組，其由具有與所述第一像素的特性不同的特性的多個(gè)第二像素形成，并且所述多個(gè)第二像素以矩陣形式排列，使得各所述第二像素相對(duì)于形成所述第一像素組的各所述第一像素在行方向和列方向上偏移了半個(gè)像素，

所述驅(qū)動(dòng)方法包括以下步驟：

從所述第一像素讀出信號(hào)；并且

從所述第二像素讀出信號(hào)。

[10]

一種電子設(shè)備，其包括：

固態(tài)成像裝置，所述固態(tài)成像裝置設(shè)置有：

第一像素組，其由以矩陣形式排列的多個(gè)第一像素形成；以及

第二像素組，其由具有與所述第一像素的特性不同的特性的多個(gè)第二像素形成，并且所述多個(gè)第二像素以矩陣形式排列，使得各所述第二像素相對(duì)于形成所述第一像素組的各所述第一像素在行方向和列方向上偏移了半個(gè)像素。

附圖標(biāo)記列表

11固態(tài)成像裝置

21像素陣列區(qū)域

22像素驅(qū)動(dòng)電路

23對(duì)數(shù)像素讀出電路

24線性像素讀出電路

25-1至25-6、25驅(qū)動(dòng)信號(hào)線

26-1至26-6、26垂直信號(hào)線

27-1至27-6、27垂直信號(hào)線

51線性像素

101對(duì)數(shù)像素