УСТРОЙСТВО СЪЕМКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ И СИСТЕМА СЪЕМКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2017 года по МПК H04N5/235 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее раскрытие относится к устройству съемки изображений и к системе съемки изображений.

Описание предшествующего уровня техники

[0002] Недавно предложено использование кадрового электронного затвора (global electronic shutter) в КМОП-датчиках изображений. Устройства съемки изображений, раскрытые в выложенном патенте Японии № 2004-111590 и 2006-246450, имеют преимущество в том, что даже когда захватывается изображение быстро движущегося объекта, изображение объекта не искажается.

Сущность изобретения

[0003] Согласно аспекту настоящего раскрытия устройство съемки изображений включает в себя множество пикселов. Каждый пиксел включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью формировать заряд в ответ на падающий свет и накапливать заряд, элемент удерживания, выполненный с возможностью удерживать заряд, элемент усиления, выполненный с возможностью выводить сигнал на основе заряда, первый переключатель переноса, выполненный с возможностью переносить заряд из элемента фотоэлектрического преобразования в элемент удерживания, и второй переключатель переноса, выполненный с возможностью переносить заряд из элемента удерживания в элемент усиления. Устройство съемки изображений включает в себя выходную линию, в которую выводятся сигналы из множества пикселов. В первый момент времени элементы фотоэлектрического преобразования множества пикселов начинают накопление заряда. Первый переключатель переноса, по меньшей мере, одного из множества пикселов поддерживается выключенным от первого момента времени до второго момента времени, и элемент фотоэлектрического преобразования, по меньшей мере, одного из множества пикселов накапливает заряд, сформированный в первый период от первого момента времени до второго момента времени. В первый период включаются вторые переключатели переноса множества пикселов, и элементы усиления множества пикселов выводят сигналы в выходную линию. Во второй период от второго момента до третьего момента элементы удерживания множества пикселов удерживают заряд, сформированный посредством элементов фотоэлектрического преобразования в первый период, и заряд, сформированный посредством элементов фотоэлектрического преобразования во второй период. В третий момент времени первыми переключателями переноса множества пикселов управляют с переключением из включенного в выключенное состояние.

[0004] Согласно аспекту настоящего раскрытия устройство съемки изображений включает в себя множество пикселов. Каждый пиксел включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью формировать заряд в ответ на падающий свет и накапливать заряд, элемент удерживания, выполненный с возможностью удерживать заряд в части, отличающейся от элемента фотоэлектрического преобразования, и элемент усиления, выполненный с возможностью выводить сигнал на основе заряда. Устройство съемки изображений включает в себя выходную линию, в которую выводятся сигналы из множества пикселов. Заряд, сформированный в первый период, накапливается в элементах фотоэлектрического преобразования множества пикселов. В течение второго периода после первого периода элементы удерживания множества пикселов удерживают заряд, сформированный посредством элементов фотоэлектрического преобразования в первый период, и заряд, сформированный посредством элементов фотоэлектрического преобразования во второй период. В каждом из множества пикселов заряд, удерживаемый посредством элементов удерживания, считывается в элементы усиления в первый период.

[0005] Дополнительные признаки настоящего раскрытия должны становиться очевидными из последующего описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

[0006] Фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей эквивалентную схему устройства съемки изображений.

[0007] Фиг. 2 является схемой, принципиально иллюстрирующей структуру в разрезе устройства съемки изображений.

[0008] Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей возбуждающие импульсы устройства съемки изображений.

[0009] Фиг. 4 является схемой, иллюстрирующей возбуждающие импульсы устройства съемки изображений.

[0010] Фиг. 5 является схемой, принципиально иллюстрирующей работу устройства съемки изображений.

[0011] Фиг. 6 является схемой, принципиально иллюстрирующей структуру в разрезе устройства съемки изображений.

[0012] Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей эквивалентную схему устройства съемки изображений.

[0013] Фиг. 8 является схемой, принципиально иллюстрирующей структуру в разрезе устройства съемки изображений.

[0014] Фиг. 9A и 9B являются схемами, иллюстрирующими возбуждающие импульсы устройства съемки изображений.

[0015] Фиг. 10 является схемой, принципиально иллюстрирующей структуру в разрезе устройства съемки изображений.

[0016] Фиг. 11 является схемой, принципиально иллюстрирующей структуру в разрезе устройства съемки изображений.

[0017] Фиг. 12 является схемой, иллюстрирующей возбуждающие импульсы устройства съемки изображений.

[0018] Фиг. 13 является блок-схемой, иллюстрирующей конфигурацию системы съемки изображений.

Подробное описание вариантов осуществления

[0019] Согласно нижеприведенным вариантам осуществления кадровый электронный затвор может управляться в то время, когда может повышаться количество заряда при насыщении или величина заряда при насыщении.

[0020] В устройстве съемки изображений, раскрытом в выложенном патенте Японии номер 2004-111590, все заряды, сформированные посредством фотоэлектрического преобразования для получения одного изображения или одного кадра, накапливаются в элементах фотоэлектрического преобразования. После этого заряды во всех пикселах одновременно переносятся из элементов фотоэлектрического преобразования в элементы удерживания, и начинается фотоэлектрическое преобразование для того, чтобы получать следующее изображение или следующий кадр. Следовательно, для того чтобы увеличивать количество заряда при насыщении пиксела, количество заряда при насыщении элемента фотоэлектрического преобразования и количество заряда при насыщении элемента удерживания являются практически идентичными. Когда увеличивается количество заряда при насыщении элемента фотоэлектрического преобразования, увеличивается площадь элемента фотоэлектрического преобразования. Следовательно, может увеличиваться размер пиксела.

[0021] В устройстве съемки изображений, раскрытом в выложенном патенте Японии номер 2006-246450, элемент фотоэлектрического преобразования не накапливает заряды, но элемент удерживания сохраняет почти все заряды. Следовательно, количество заряда при насыщении пиксела может увеличиваться без увеличения количества заряда при насыщении элемента фотоэлектрического преобразования. Тем не менее, период, в который сформированные заряды не могут сохраняться, существует в этом способе, и, следовательно, может ухудшаться качество изображений.

[0022] Изобретатели выявили, что в некоторых устройствах съемки изображений затруднительно увеличивать количество заряда при насыщении пикселов. Согласно некоторым вариантам осуществления, описанным в данном документе, в устройстве съемки изображений, которое использует кадровый электронный затвор, может увеличиваться количество заряда при насыщении пикселов.

[0023] Вариант осуществления предоставляет устройство съемки изображений, включающее в себя множество пикселов и выходные линии, в которые подаются сигналы из множества пикселов. Каждый из пикселов включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, элемент удерживания, который удерживает заряд, и элемент усиления, который выводит сигнал на основе заряда. Каждый из пикселов дополнительно включает в себя первый переключатель переноса, который переносит заряд из элемента фотоэлектрического преобразования в элемент удерживания, и второй переключатель переноса, который переносит заряд из элемента удерживания в элемент усиления. При этой конфигурации может управляться операция съемки изображений, в которой периоды фотоэлектрического преобразования совпадают, т.е. так называемый "кадровый электронный затвор". Электронный затвор, например, задается с возможностью электрически управлять накоплением зарядов, которые сформированы в ответ на падающий свет. Переключатель переноса (или транзистор) и/или разрядный переключатель (или транзистор) могут использоваться для того, чтобы задавать период накопления.

[0024] В вариантах осуществления настоящего раскрытия элементы фотоэлектрического преобразования пикселов одновременно начинают накопление или сохранение заряда в первый момент времени. Первый переключатель переноса, по меньшей мере, одного из пикселов поддерживается выключенным от первого момента времени до или до второго момента времени. По меньшей мере, в одном из пикселов заряд, сформированный в этот период времени, накапливается или сохраняется в элементе фотоэлектрического преобразования. Период от первого момента времени до второго момента времени соответствует первому периоду. Другими словами, первый период может задаваться как начинающийся в первое время и заканчивающийся во второе время.

[0025] В первый период элементы вывода пикселов выводят сигналы на основе зарядов, удерживаемых в элементах удерживания пикселов, в выходную линию по очереди или последовательно. Другими словами, каждый из пикселов выводит, по меньшей мере, один сигнал в первый период. В частности, первые переключатели переноса пикселов включаются в первый период по очереди. Поскольку заряды, сформированные в первый период, накапливаются в элементах фотоэлектрического преобразования, элементы удерживания могут удерживать, в первый период, заряды, сформированные до первого момента времени.

[0026] Число сигналов, выводимых в первый период, может изменяться в зависимости от формата изображения, которое должно выводиться. В случае съемки движущихся изображений, например, достаточно того, что выводится число сигналов, соответствующее числу горизонтальных линий, используемых для одного кадра. В таком варианте осуществления не обязательно имеет место то, что все пикселы, включенные в устройство съемки изображений, выводят сигналы.

[0027] После того, как сигналы выводятся из пикселов, элементы удерживания пикселов удерживают или сохраняют заряды, по меньшей мере, во второй период от второго момента времени до третьего момента времени. Второй период может задаваться как начинающийся во второе время и заканчивающийся в третье время. В течение второго периода элементы удерживания удерживают заряды, сформированные в первый период, и заряды, сформированные во второй период. В третий момент времени, первыми переключателями переноса пикселов одновременно управляют с переключением из включенного состояния в выключенное состояние. Другими словами, в третий момент времени, первыми переключателями переноса пикселов одновременно управляют с переключением из включенного в выключенное состояние.

[0028] Поскольку элементы фотоэлектрического преобразования, по меньшей мере, сохраняют заряды, сформированные в первый период, даже если количество заряда при насыщении элементов фотоэлектрического преобразования является небольшим, может поддерживаться или даже увеличиваться количество заряда при насыщении пикселов. Соответственно, при этой конфигурации кадровый электронный затвор может управляться в то время, когда может поддерживаться количество заряда при насыщении. Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления второй период, в который элементы удерживания пикселов удерживают заряды, превышает первый период. Это обусловлено тем, что в случае, если второй период превышает первый период, может уменьшаться количество заряда при насыщении элементов фотоэлектрического преобразования.

[0029] Далее описываются варианты осуществления настоящего раскрытия со ссылкой на прилагаемые чертежи. Варианты осуществления настоящего раскрытия не ограничены вариантами осуществления, описанными ниже. Например, вариант осуществления, в котором конфигурация части одного из нижеприведенных вариантов осуществления добавляется в один из других вариантов осуществления, и вариант осуществления, в котором конфигурация части одного из нижеприведенных вариантов осуществления заменена посредством конфигурации части одного из других вариантов осуществления, также включаются в варианты осуществления настоящего раскрытия. Кроме того, в нижеприведенных вариантах осуществления первый тип удельной электропроводности представляет собой n-тип, а второй тип удельной электропроводности представляет собой p-тип. Тем не менее, первый тип удельной электропроводности может представлять собой p-тип, а второй тип удельной электропроводности может представлять собой n-тип.

Первый вариант осуществления

[0030] Ниже описывается первый вариант осуществления. Фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей эквивалентные схемы пикселов устройства съемки изображений. Хотя четыре пиксела 20 проиллюстрированы на фиг. 1, устройство съемки изображений включает в себя большее число пикселов.

[0031] Каждый из пикселов 20 включает в себя элемент 1 фотоэлектрического преобразования, элемент 2 удерживания, элемент 10 усиления, первый переключатель 4 переноса и второй переключатель 5 переноса. Каждый из пикселов 20 дополнительно включает в себя транзистор 9 сброса и транзистор 7 выбора.

[0032] Элемент 1 фотоэлектрического преобразования формирует заряд в ответ на падающий свет. Элемент 1 фотоэлектрического преобразования накапливает или сохраняет заряд, сформированный в ответ на падающий свет. Первый переключатель 4 переноса переносит заряд элемента 1 фотоэлектрического преобразования в элемент 2 удерживания. Элемент 2 удерживания удерживает заряд, сформированный посредством падающего света, в части, отличной от элемента 1 фотоэлектрического преобразования. Второй переключатель 5 переноса переносит заряд элемента 2 удерживания во входной узел 3 элемента 10 усиления. Транзистор 9 сброса сбрасывает напряжение входного узла 3 элемента 10 усиления. Транзистор 7 выбора выбирает соответствующий один из пикселов 20, которые выводят сигнал в выходную линию 8. Элемент 10 усиления выводит сигнал на основе заряда, сформированного посредством падающего света, в выходную линию 8. Элемент 10 усиления представляет собой, например, истоковый повторитель. Кроме того, первый переключатель 4 переноса и второй переключатель 5 переноса представляют собой MOS-транзисторы.

[0033] Линия Tx1 управления соединена с первым переключателем 4 переноса. Линия Tx2 управления соединена со вторым переключателем 5 переноса. В этом варианте осуществления множество пикселов размещено в матрице. Общая линия управления соединена с пикселами в идентичной строке. Следовательно, линия Tx1(n) управления соединена с пикселами в n-й строке.

[0034] При этой конфигурации заряды, сформированные в то время, когда элементы 2 удерживания удерживают заряды, могут сохраняться в элементах 1 фотоэлектрического преобразования. Соответственно, может управляться операция съемки изображений, при которой периоды времени, в которых фотоэлектрическое преобразование выполняется в пикселах, совпадают друг с другом, т.е. так называемый "кадровый электронный затвор".

[0035] Фиг. 2 является схемой, принципиально иллюстрирующей структуру в разрезе устройства съемки изображений. На фиг. 2, проиллюстрирован разрез одного из пикселов 20. Части, имеющие функции, идентичные функциям частей на фиг. 1, обозначаются посредством ссылочных позиций, идентичных ссылочным позициям по фиг. 1. Хотя на фиг. 2 проиллюстрировано устройство съемки изображений на основе облучения поверхности, может использоваться устройство съемки изображений на основе облучения задней поверхности.

[0036] Элемент 1 фотоэлектрического преобразования имеет структуру встроенного фотодиода. Элемент 1 фотоэлектрического преобразования включает в себя полупроводниковую область 11 n-типа и полупроводниковую область 12 p-типа. Полупроводниковая область 11 n-типа и полупроводниковая область 12 p-типа формируют PN-переход. Полупроводниковая область 12 p-типа обеспечивает подавление шума поверхности раздела.

[0037] Полупроводниковая область 14 p-типа представляет собой углубление. Полупроводниковая область 13 n-типа располагается ниже полупроводниковой области 11 n-типа. Концентрация примеси полупроводниковой области 13 n-типа ниже концентрации примеси полупроводниковой области 11 n-типа. Соответственно, заряд, сформированный в глубокой позиции, собран в полупроводниковой области 11 n-типа. Здесь полупроводниковая область 13 n-типа может представлять собой полупроводниковую область 13 p-типа. Полупроводниковая область 17 p-типа, служащая в качестве потенциального барьера относительно заряда, располагается ниже полупроводниковой области 13 n-типа.

[0038] Элемент 2 удерживания включает в себя полупроводниковую область 201 n-типа. Полупроводниковая область 201 n-типа удерживает заряд, соответствующий сигналу. Концентрация примеси полупроводниковой области 201 n-типа выше концентрации примеси полупроводниковой области 11 n-типа.

[0039] Электрод 40 затвора составляет затвор первого переключателя 4 переноса. Кроме того, электрод 50 затвора составляет затвор второго переключателя 5 переноса. Часть электрода 40 затвора перекрывается с полупроводниковой областью 201 n-типа через изоляционную пленку затвора. Дырка может образовываться на поверхности полупроводниковой области 201 n-типа посредством приложения отрицательного напряжения к электроду 40 затвора. Посредством этого может подавляться шум, сформированный на поверхности раздела.

[0040] Свет в элемент 2 удерживания блокируется посредством светоэкранирующего элемента 203. Светоэкранирующий элемент 203 формируется посредством металла, такого как вольфрам или алюминий, через который трудно проходить видимому свету. Цветной светофильтр 100 и микролинза 101 располагаются в отверстии светоэкранирующего элемента 203.

[0041] Элемент 1 фотоэлектрического преобразования и элемент 2 удерживания располагаются на полупроводниковой подложке. В этом варианте осуществления площадь ортогональной проекции элемента 1 фотоэлектрического преобразования на поверхность, которая является параллельной поверхности полупроводниковой подложки, меньше площади ортогональной проекции элемента 2 удерживания на идентичную поверхность. При этой конфигурации, может эффективно увеличиваться количество заряда при насыщении пикселов в то время, когда реализуется уменьшение шума.

[0042] Чтобы увеличивать количество заряда при насыщении пикселов, элементы 2 удерживания предпочтительно имеют большое количество заряда при насыщении. Когда концентрация примеси полупроводниковой области 201 n-типа в элементе 2 удерживания увеличивается или площадь полупроводниковой области 201 n-типа увеличивается при виде сверху, может увеличиваться величина заряда при насыщении элемента 2 удерживания. Тем не менее, когда концентрация примеси полупроводниковой области 201 n-типа является высокой, ток утечки и т.п. с большой вероятностью является большим, и, следовательно, может увеличиваться шум. Следовательно, величина заряда при насыщении может увеличиваться посредством увеличения площади полупроводниковой области 201 n-типа при виде сверху в то время, когда подавляется концентрация примеси полупроводниковой области 201 n-типа.

[0043] Как описано выше, когда увеличиваются площади элементов 2 удерживания при виде сверху, т.е. площади ортогональной проекции элементов 2 удерживания, может увеличиваться количество заряда при насыщении пикселов в то время, когда уменьшается шум. В этом случае площади элементов 1 фотоэлектрического преобразования с относительно большой вероятностью являются небольшими при виде сверху, и затруднительно увеличивать количество заряда при насыщении элементов 1 фотоэлектрического преобразования. Соответственно, даже если количество заряда при насыщении элементов 1 фотоэлектрического преобразования является небольшим, эффективнее поддерживается количество заряда при насыщении пикселов.

[0044] Ниже описывается способ для возбуждения устройства съемки изображений по этому варианту осуществления. Фиг. 3 является схемой, принципиально иллюстрирующей возбуждающие импульсы согласно этому варианту осуществления. На фиг. 3 проиллюстрированы возбуждающие импульсы, поданные в линии Tx1 управления первых переключателей 4 переноса и линии Tx2 управления вторых переключателей 5 переноса пикселов в строках от n-й строки до (n+2)-й строки. Когда возбуждающий импульс имеет высокий уровень, включается соответствующий транзистор или соответствующий переключатель. Когда возбуждающий импульс имеет низкий уровень, выключается соответствующий транзистор или соответствующий переключатель. Эти возбуждающие импульсы подаются посредством элемента управления, включенного в устройство съемки изображений. Логическая схема, такая как сдвиговый регистр или декодер адресов, используется в качестве элемента управления.

[0045] Во-первых, предыдущий кадр экспонируется до момента T1 времени. Термин "экспонирование" означает то, что заряд, сформированный посредством фотоэлектрического преобразования, сохраняется или удерживается в качестве сигнала. Заряды, сформированные до момента T1 времени, удерживаются посредством элементов 2 удерживания. Когда первые переключатели 4 переноса для зарядов, поданных из элементов 1 фотоэлектрического преобразования в элементы 2 удерживания всех пикселов, одновременно выключены, экспонирование предыдущего кадра завершается (в момент T1 времени по фиг. 1).

[0046] Кроме того, в момент T1 времени все заряды элементов 1 фотоэлектрического преобразования переносятся в элементы 2 удерживания. Иными словами, элементы 1 фотоэлектрического преобразования переходят в начальное состояние. Следовательно, в момент T1 времени элементы 1 фотоэлектрического преобразования пикселов в трех строках одновременно начинают сохранение зарядов. Таким образом, сохранение зарядов посредством элементов 1 фотоэлектрического преобразования начинается, когда первые переключатели 4 переноса выключаются в этом варианте осуществления.

[0047] В первый период от момента T1 времени до момента T2 времени поддерживаются отключенные состояния первых переключателей 4 переноса. В этом варианте осуществления поддерживаются отключенные состояния первых переключателей 4 переноса всех пикселов. Тем не менее, достаточно того, что отключенное состояние первого переключателя 4 переноса, по меньшей мере, одного из пикселов поддерживается в период от момента T1 времени до момента T2 времени.

[0048] Момент T2 времени достигается, когда первый период истекает после момента T1 времени. В частности, первый период соответствует периоду от момента T1 времени до момента T2 времени. В первый период заряды, сформированные в первый период, сохраняются в элементах 1 фотоэлектрического преобразования. Между тем, элементы 2 удерживания удерживают заряды, сформированные в предыдущем кадре в первый период.

[0049] В первый период заряды в элементах 2 удерживания последовательно считываются во входные узлы 3 элементов 10 усиления. В частности, когда включаются вторые переключатели 5 переноса в n-й строке, заряды элементов 2 удерживания пикселов в n-й строке переносятся во входные узлы 3. Напряжения входных узлов 3 изменяются в соответствии с емкостями входных узлов 3 и величинами переносимых зарядов. Элементы 10 усиления выводят сигналы на основе напряжений входных узлов 3 в выходные линии 8. Затем идентичная операция выполняется для пикселов в (n+1)-й строке. Эта операция выполняется для пикселов от первой строки до пикселов в последней строке. После того как считывание выполняется для последнего пиксела, первые переключатели 4 переноса и вторые переключатели 5 переноса всех пикселов находятся в отключенном состоянии.

[0050] В момент T2 времени включаются первые переключатели 4 переноса. Посредством этого заряды элементов 1 фотоэлектрического преобразования переносятся в элементы 2 удерживания. В частности, заряды, сформированные в первый период, удерживаются посредством элемента 2 удерживания после момента T2 времени. В этом варианте осуществления отключенные состояния первых переключателей 4 переноса всех пикселов одновременно изменены на включенные состояния. Тем не менее, достаточно того, что первые переключатели 4 переноса пикселов находятся во включенных состояниях к моменту T2 времени, и времена изменения могут сдвигаться относительно друг друга. Например, могут последовательно включаться первые переключатели 4 переноса пикселов, которые подвергнуты операции считывания, описанной выше.

[0051] После этого во второй период от момента T2 времени до момента T3 времени элементы 2 удерживания удерживают заряды, сформированные в первый период, и заряды, сформированные во второй период. В этом варианте осуществления включенные состояния первых переключателей 4 переноса поддерживаются во второй период. Следовательно, заряды, сформированные во второй период, сразу переносятся в элементы 2 удерживания. Следует отметить, что может произвольно задаваться период времени, в котором заряды переносятся из элементов 1 фотоэлектрического преобразования в элементы 2 удерживания. В части второго периода первые переключатели 4 переноса могут находиться в отключенном состоянии.

[0052] В момент T3 времени включенные состояния первых переключателей 4 переноса пикселов во всех строках одновременно изменены на отключенные состояния. Посредством этого завершается период экспонирования для одного кадра. Как описано выше, периоды экспонирования всех пикселов совпадают друг с другом. В частности, во всех пикселах, экспонирование начинается в момент T1 времени и завершается в момент T3 времени. Кроме того, экспонирование следующего кадра начинается в момент T3 времени, и после этого многократно выполняется операция от момента T1 времени до момента T3 времени.

[0053] Далее кратко описывается операция считывания сигнала из одного пиксела. Фиг. 4 является схемой, принципиально иллюстрирующей возбуждающие импульсы, используемые в устройстве съемки изображений. На фиг. 4, проиллюстрированы возбуждающий импульс SEL, который должен подаваться в транзистор 7 выбора, возбуждающий импульс RES, который должен подаваться в транзистор 9 сброса, и возбуждающий импульс TX2, который должен подаваться во второй переключатель 5 переноса. Когда возбуждающий импульс имеет высокий уровень, включается соответствующий транзистор или соответствующий переключатель. Когда возбуждающий импульс имеет низкий уровень, выключается соответствующий транзистор или соответствующий переключатель.

[0054] В соответствии с возбуждающими импульсами, проиллюстрированными на фиг. 4, выполняются выбор пикселов, сброс, считывание шумового сигнала (N-считывание), перенос зарядов и считывание оптического сигнала (S-считывание). Выходной сигнал может подвергаться аналого-цифровому преобразованию за пределами устройства съемки изображений. Аналого-цифровое преобразование может выполняться внутри устройства съемки изображений.

[0055] Далее описывается преимущество этого варианта осуществления. Фиг. 5 является схемой, принципиально иллюстрирующей работу устройства съемки изображений. На фиг. 5 проиллюстрирована операция съемки изображений, выполняемая в кадрах от n-го кадра до (n+1)-го кадра. Операция, выполняемая в n-м кадре, обозначается посредством сплошной линии, а операция, выполняемая в (n+1)-м кадре, обозначается посредством пунктирной линии.

[0056] На фиг. 5, проиллюстрированы периоды экспонирования кадров, периоды времени, в которых элементы 1 фотоэлектрического преобразования сохраняют заряды, и периоды времени, в которых элементы 2 удерживания удерживают заряды. Согласно фиг. 5 операция считывания выполняется для множества пикселов в первый период. Операция считывания на фиг. 5 включает в себя перенос зарядов с использованием вторых переключателей 5 переноса и вывод сигналов, выполняемый посредством элементов 10 усиления, описанных со ссылкой на фиг. 3 и 4.

[0057] Как проиллюстрировано на фиг. 5, сразу после того как завершается экспонирование одного кадра, может начинаться следующее экспонирование. Посредством этого практически исключается период времени, в котором отсутствует информация, и, соответственно, может повышаться качество изображений.

[0058] Кроме того, как проиллюстрировано на фиг. 5, операция считывания по отдельности выполняется для пикселов в течение первого периода, в котором сохраняют заряды элементы 1 фотоэлектрического преобразования. Соответственно, даже когда количество заряда при насыщении элементов 1 фотоэлектрического преобразования является небольшим, может увеличиваться количество заряда при насыщении пикселов. Количество заряда при насыщении пиксела соответствует максимальному значению величин заряда, которое используется в качестве сигнала в зарядах, сформированных в одном экспонировании или в одном кадре. Количество заряда при насыщении элементов 1 фотоэлектрического преобразования соответствует максимальному значению величин зарядов, которые могут сохраняться в элементах 1 фотоэлектрического преобразования. Количество заряда при насыщении элементов 2 удерживания соответствует максимальному значению величин зарядов, которые могут сохраняться в элементах 2 удерживания.

[0059] Один период экспонирования получается в качестве суммы первого периода и второго периода. Здесь заряды предыдущего кадра, удерживаемые в элементах 2 удерживания, считываются в первый период. Следовательно, после первого периода элементы 2 удерживания могут удерживать заряды. Соответственно, достаточно того, что элементы 1 фотоэлектрического преобразования, по меньшей мере, сохраняют заряды, сформированные в первый период. Обычно величины зарядов, сформированных в первый период, меньше величин зарядов, сформированных в один период экспонирования, и, соответственно, может уменьшаться количество заряда при насыщении элементов 1 фотоэлектрического преобразования.

[0060] Как проиллюстрировано на фиг. 5, в этом варианте осуществления второй период, в который элементы 2 удерживания удерживают заряды, превышает первый период. Следовательно, может дополнительно уменьшаться количество заряда при насыщении элементов 1 фотоэлектрического преобразования. Тем не менее, первый период может быть равен второму периоду, или первый период может превышать второй период.

[0061] На фиг. 5 в качестве примера проиллюстрирован случай, в котором операция считывания последовательно выполняется от первой строки. Тем не менее, порядок операции считывания не ограничен этим примером. Операция считывания выполняется, по меньшей мере, один раз для каждого из пикселов, включенных в один кадр, в первый период. Кроме того, по меньшей мере, в некоторых пикселах период времени от момента, когда элементы 2 удерживания начинают удерживание зарядов в определенном кадре, до момента, когда элементы 2 удерживания начинают удерживание зарядов в следующем кадре, равен времени экспонирования.

[0062] Предпочтительно, чтобы отношение суммы первого периода и второго периода в первый период было практически идентичным отношению количества заряда при насыщении элемента 2 удерживания к величине заряда при насыщении элемента 1 фотоэлектрического преобразования. Здесь сумма первого периода и второго периода соответствует одному периоду экспонирования.

[0063] В этом варианте осуществления отношение одного периода экспонирования к первому периоду составляет 4:1. Иными словами, первый период соответствует четверти одного периода экспонирования. В случае, если должно быть захвачено движущееся изображение при 60 кадров в секунду, например, первый период соответствует 1/240 секундам.

[0064] Следовательно, предпочтительно, чтобы отношение количества заряда при насыщении элемента 2 удерживания к количеству заряда при насыщении элемента 1 фотоэлектрического преобразования составляло близко к 4:1. Это обусловлено тем, что хотя элемент 2 удерживания удерживает весь заряд, сформированный в один период экспонирования, элемент 1 фотоэлектрического преобразования удерживает, по меньшей мере, четверть заряда. Это отношение количества заряда при насыщении обеспечивает оптимизацию размеров элемента 1 фотоэлектрического преобразования и элемента 2 удерживания.

[0065] Следует отметить, что устройство съемки изображений по этому варианту осуществления может иметь рабочий режим для выполнения сдвигаемого затвора. В рабочем режиме для сдвигаемого затвора элементы 1 фотоэлектрического преобразования пикселов последовательно начинают сохранение зарядов. После этого последовательно включаются первые переключатели 4 переноса пикселов. Устройство съемки изображений по этому варианту осуществления дополнительно может иметь рабочий режим для кадрового электронного затвора, использующего другой способ. Примеры кадрового электронного затвора, использующего другой способ, включают в себя операцию, в которой период времени, в который сохраняют заряды элементы 1 фотоэлектрического преобразования, становится равным периоду экспонирования.

[0066] Как описано выше, согласно устройству съемки изображений по этому варианту осуществления кадровый электронный затвор может управляться в то время, когда увеличивается количество заряда при насыщении.

Второй вариант осуществления

[0067] Ниже описывается второй вариант осуществления. В этом варианте осуществления конфигурация элементов удерживания отличается от конфигурации первого варианта осуществления. Следовательно, описываются только части, отличающиеся от частей первого варианта осуществления, и опускаются описания частей, идентичных частям первого варианта осуществления.

[0068] Эквивалентная схема этого варианта осуществления является идентичной эквивалентной схеме первого варианта осуществления.

В частности, фиг. 1 является схемой, иллюстрирующей эквивалентные схемы пикселов устройства съемки изображений по этому варианту осуществления. Поскольку описание фиг. 1 является идентичным описанию первого варианта осуществления, описание опускается здесь.

[0069] Способ возбуждения этого варианта осуществления является идентичным способу возбуждения первого варианта осуществления. В частности, фиг. 3 и 4 являются схемами, принципиально иллюстрирующими возбуждающие импульсы согласно этому варианту осуществления. Кроме того, фиг. 5 является схемой, принципиально иллюстрирующей работу устройства съемки изображений по этому варианту осуществления. Поскольку описания фиг. 3-5 являются идентичными описаниям первого варианта осуществления, описания опускаются здесь.

[0070] Фиг. 6 является схемой, принципиально иллюстрирующей структуру в разрезе устройства съемки изображений. На фиг. 6 проиллюстрирован разрез пиксела. Части, имеющие функции, идентичные функциям по фиг. 1-5, обозначаются посредством ссылочных позиций, идентичных ссылочным позициям на фиг. 1-5.

[0071] Элемент 2 удерживания включает в себя полупроводниковую область 201 n-типа и полупроводниковую область 202 p-типа. Полупроводниковая область 202 p-типа располагается на полупроводниковой области 201 n-типа. Полупроводниковая область 202 p-типа обеспечивает подавление шума поверхности раздела.

[0072] Кроме того, электрод 40 затвора первого переключателя 4 переноса не идет по полупроводниковой области 201 n-типа. Следовательно, упрощается ограничение касательно схемы размещения, и может повышаться степень свободы проектирования.

[0073] Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, в дополнение к преимуществу первого варианта осуществления, может уменьшаться шум.

Третий вариант осуществления

[0074] Далее описывается третий вариант осуществления. Этот вариант осуществления отличается от первого и второго вариантов осуществления тем, что пикселы имеют разрядные переключатели. Следовательно, описываются только части, отличающиеся от частей первого и второго вариантов осуществления, и опускаются описания частей, идентичных частям первого и второго вариантов осуществления.

[0075] Фиг. 7 является схемой, иллюстрирующей эквивалентные схемы пикселов устройства съемки изображений. Части, идентичные частям по фиг. 1, обозначаются посредством ссылочных позиций, идентичных ссылочным позициям по фиг. 1. Следует отметить, что для простоты чертежей опускаются ссылочные позиции линий Tx1 и Tx2 управления. Линии Tx1 и Tx2 управления имеют конфигурации, идентичные конфигурациям первого варианта осуществления.

[0076] Каждый из пикселов имеет разрядный переключатель 18. Разрядный переключатель 18 разряжает заряд элемента 1 фотоэлектрического преобразования в узел источника питания, к примеру, в сток защиты от переполнения. Линия OFG управления соединена с разрядным переключателем 18. Разрядный переключатель 18 представляет собой, например, MOS-транзистор.

[0077] В первом варианте осуществления сохранение заряда в элементе 1 фотоэлектрического преобразования начинается посредством изменения состояния второго переключателя 5 переноса из включенного состояния на выключенное состояние. В этом варианте осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 9A и 9B, начало экспонирования может управляться посредством управления разрядным переключателем 18. В частности, сохранение заряда в элементе 1 фотоэлектрического преобразования начинается посредством изменения состояния разрядного переключателя 18 из включенного состояния на выключенное состояние. Посредством этого может произвольно задаваться период экспонирования.

[0078] Фиг. 8 является схемой, принципиально иллюстрирующей структуру в разрезе устройства съемки изображений. Части, имеющие функции, идентичные функциям по фиг. 1 и 2, обозначаются посредством ссылочных позиций, идентичных ссылочным позициям на фиг. 1 и 2. Фиг. 8 является схемой, иллюстрирующей случай, в котором аналогично второму варианту осуществления элемент 2 удерживания включает в себя полупроводниковую область 202 p-типа в качестве примера. Элемент 2 удерживания может не включать в себя полупроводниковую область 202 p-типа, как проиллюстрировано на фиг. 1.

[0079] Разрядный переключатель 18 включает в себя управляющий электрод 16 для защиты от переполнения и сток 15 защиты от переполнения. Заряд элемента 1 фотоэлектрического преобразования разряжается в сток 15 защиты от переполнения в соответствии с напряжением, поданным в управляющий электрод 16 для защиты от переполнения. Предварительно определенное напряжение подается в сток 15 защиты от переполнения. Свет в управляющий электрод 16 для защиты от переполнения и сток 15 защиты от переполнения блокируются посредством светоэкранирующего элемента 203.

[0080] Ниже описывается способ для возбуждения устройства съемки изображений по этому варианту осуществления. Фиг. 9A и 9B являются схемами, принципиально иллюстрирующими возбуждающие импульсы согласно этому варианту осуществления. На фиг. 9A и 9B проиллюстрированы возбуждающие импульсы, поданные в линии Tx1 и Tx2 управления и линию OFG управления в строках от n-й строки до (n+2)-й строки. Возбуждающие импульсы, поданные в линии Tx1 и Tx2 управления, являются идентичными возбуждающим импульсам первого варианта осуществления.

[0081] Когда возбуждающий импульс имеет высокий уровень, включается соответствующий транзистор или соответствующий переключатель. Когда возбуждающий импульс имеет низкий уровень, выключается соответствующий транзистор или соответствующий переключатель. Эти возбуждающие импульсы подаются посредством элемента управления, включенного в устройство съемки изображений. Логическая схема, такая как сдвиговый регистр или декодер адресов, используется в качестве элемента управления.

[0082] Времена, когда разрядным переключателем 18 управляют на фиг. 9A и 9B, отличаются друг от друга. На фиг. 9A состояние разрядного переключателя 18 изменяется из включенного состояния на выключенное состояние в момент T4 времени. В то время, когда разрядный переключатель 18 находится во включенном состоянии, разряжается сформированный заряд. Следовательно, согласно возбуждению, проиллюстрированному на фиг. 9A период экспонирования соответствует периоду от момента T4 времени до момента T3 времени. На фиг. 9B, состояние разрядного переключателя 18 изменяется из включенного состояния на выключенное состояние в момент T5 времени. Следовательно, согласно возбуждению, проиллюстрированному на фиг. 9B, период экспонирования соответствует периоду от момента T5 времени до момента T3 времени.

[0083] Согласно этому варианту осуществления способ возбуждения может изменяться в соответствии с яркостью объекта. Например, возбуждающие импульсы, проиллюстрированные на фиг. 3, используются в нормальном состоянии, возбуждающие импульсы, проиллюстрированные на фиг. 9A, используются в случае высокой яркости, и возбуждающие импульсы, проиллюстрированные на фиг. 9B, используются в случае более высокой яркости.

[0084] Следует отметить, что на фиг. 9A сохранение заряда в элементе 1 фотоэлектрического преобразования начинается в момент T4 времени. После этого в период от момента T4 времени до момента T3 времени поддерживается отключенное состояние разрядного переключателя 18. Операция считывания выполняется в соответствии с возбуждающими импульсами, проиллюстрированными на фиг. 4.

[0085] Согласно этому варианту осуществления, в дополнение к преимуществу первого варианта осуществления, может быть произвольно задан период экспонирования.

Четвертый вариант осуществления

[0086] Ниже описывается четвертый вариант осуществления. Этот вариант осуществления отличается от первого-третьего вариантов осуществления тем, что предоставляется волновод, который направляет свет в элемент фотоэлектрического преобразования. Следовательно, описываются только части, отличающиеся от частей первого-третьего вариантов осуществления, и опускаются описания частей, идентичных частям одного из первого-третьего вариантов осуществления.

[0087] Эквивалентная схема этого варианта осуществления является идентичной эквивалентной схеме первого варианта осуществления или третьего варианта осуществления. В частности, фиг. 1 и 7 являются схемами, иллюстрирующими эквивалентные схемы пикселов устройства съемки изображений по этому варианту осуществления. Поскольку описания фиг. 1 и 7 являются идентичными описаниям первого и третьего вариантов осуществления, описания опускаются здесь.

[0088] Способ возбуждения этого варианта осуществления является идентичным способу возбуждения первого варианта осуществления или третьего варианта осуществления. В частности, когда не предоставляется разрядный переключатель, используются возбуждающие импульсы, проиллюстрированные на фиг. 3 и 4. Когда каждый из пикселов имеет разрядный переключатель, используются возбуждающие импульсы, проиллюстрированные на фиг. 9A, 9B и 4. Кроме того, фиг. 5 является схемой, принципиально иллюстрирующей работу устройства съемки изображений по этому варианту осуществления. Поскольку описания фиг. 3-5 и фиг. 9A и 9B являются идентичными описаниям первого и третьего вариантов осуществления, описания опускаются здесь.

[0089] Фиг. 10 является схемой, принципиально иллюстрирующей структуру в разрезе устройства съемки изображений. Части, идентичные частям по фиг. 1, 2, 6, 7 и 8, обозначаются посредством ссылочных позиций, идентичных ссылочным позициям по фиг. 1, 2, 6, 7 и 8. На фиг. 10 в качестве примера проиллюстрирован случай, в котором элемент 2 удерживания включает в себя полупроводниковую область 202 p-типа аналогично второму варианту осуществления, и пиксел включает в себя разрядный переключатель 18 аналогично третьему варианту осуществления. Тем не менее, могут опускаться полупроводниковая область 202 p-типа и разрядный переключатель 18.

[0090] В этом варианте осуществления, волновод 301 предоставляется таким образом, что он соответствует элементу 1 фотоэлектрического преобразования. Волновод 301 направляет падающий свет в элемент 1 фотоэлектрического преобразования. Посредством этого может повышаться чувствительность. В частности, может уменьшаться ухудшение чувствительности света, который падает под углом.

[0091] Волновод 301 имеет общую структуру. В этом варианте осуществления волновод 301 формируется посредством материала, имеющего показатель преломления выше показателя преломления окружающей изоляционной пленки. Например, межслойная изоляционная пленка, сформированная посредством пленки на основе оксида кремния, используется в качестве окружающей изоляционной пленки, и пленка на основе нитрида кремния используется в качестве волновода 301. Альтернативно отражающий слой предоставляется таким образом, что он окружает волновод 301. Волноводы 301 могут располагаться для отдельных элементов 1 фотоэлектрического преобразования всех пикселов или только для элементов 1 фотоэлектрического преобразования некоторых пикселов.

[0092] Межслойная линза 302 может располагаться между цветным светофильтром 100 и волноводом 301. Межслойная линза 302 собирает свет, который проходит через цветной светофильтр 100, в волноводе 301. Использование межслойной линзы 302 позволяет повышать чувствительность. В частности, может уменьшаться ухудшение чувствительности света, который падает под углом.

[0093] Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, в дополнение к преимуществу первого варианта осуществления, может повышаться чувствительность. В частности, преимущество повышения чувствительности является значительным, когда площадь элемента 1 фотоэлектрического преобразования уменьшается при виде сверху таким образом, что увеличивается площадь элемента 2 удерживания при виде сверху.

Пятый вариант осуществления

[0094] Ниже описывается пятый вариант осуществления. В этом варианте осуществления конфигурация элемента удерживания отличается от конфигураций первого-четвертого вариантов осуществления. Следовательно, описываются только части, отличающиеся от частей первого-четвертого вариантов осуществления, и опускаются описания частей, идентичных частям одного из первого-четвертого вариантов осуществления.

[0095] Эквивалентная схема этого варианта осуществления является идентичной эквивалентной схеме первого варианта осуществления или третьего варианта осуществления. В частности, фиг. 1 и 7 являются схемами, иллюстрирующими эквивалентные схемы пикселов устройства съемки изображений по этому варианту осуществления. Поскольку описания фиг. 1 и 7 являются идентичными описаниям первого и третьего вариантов осуществления, описания опускаются здесь.

[0096] Способ возбуждения этого варианта осуществления является идентичным способам возбуждения первого варианта осуществления или третьего варианта осуществления. В частности, когда не предоставляется разрядный переключатель, используются возбуждающие импульсы, проиллюстрированные на фиг. 3 и 4. С другой стороны, когда предоставляется разрядный переключатель, используются возбуждающие импульсы, проиллюстрированные на фиг. 9A, 9B и 4. Кроме того, фиг. 5 является схемой, принципиально иллюстрирующей работу устройства съемки изображений по этому варианту осуществления. Поскольку описания фиг. 3-5 и фиг. 9A и 9B являются идентичными описаниям первого и третьего вариантов осуществления, описания опускаются здесь.

[0097] Фиг. 11 является схемой, принципиально иллюстрирующей структуру в разрезе устройства съемки изображений. Части, идентичные частям по фиг. 1, 2, 6, 7, 8 и 10, обозначаются посредством ссылочных позиций, идентичных ссылочным позициям по фиг. 1, 2, 6, 7, 8 и 10. На фиг. 11 в качестве примера проиллюстрирован случай, в котором элемент 2 удерживания включает в себя полупроводниковую область 202 p-типа аналогично второму варианту осуществления, и пиксел включает в себя разрядный переключатель 18 аналогично третьему варианту осуществления. Тем не менее, могут опускаться полупроводниковая область 202 p-типа и разрядный переключатель 18. Кроме того, на фиг. 11 в качестве примера проиллюстрирован случай, в котором располагаются волновод 301 и межслойная линза 302. Тем не менее, могут опускаться волновод 301 и межслойная линза 302.

[0098] В этом варианте осуществления полупроводниковая область 303 p-типа и полупроводниковая область 304 p-типа располагаются ниже полупроводниковой области 201 n-типа, которая включена в элемент 2 удерживания и которая удерживает заряд. Полупроводниковая область 304 p-типа располагается ниже полупроводниковой области 303 p-типа. Концентрация примеси полупроводниковой области 303 p-типа выше концентрации примеси полупроводниковой области 304 p-типа. При этой конфигурации не допускается проникновение заряда глубокой части подложки в полупроводниковую область 201 n-типа. Как результат может уменьшаться шум.

[0099] Кроме того, в этом варианте осуществления, полупроводниковая область 304 p-типа идет в полупроводниковую область 17 p-типа. При этой конфигурации, может уменьшаться смесь цветов зарядов пикселов.

[00100] Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, в дополнение к преимуществу первого варианта осуществления, может уменьшаться шум.

Шестой вариант осуществления

[00101] Ниже описывается шестой вариант осуществления. Способ возбуждения этого варианта осуществления отличается от способов возбуждения первого-пятого вариантов осуществления. Следовательно, описываются только части, отличающиеся от частей первого-пятого вариантов осуществления, и опускаются описания частей, идентичных частям одного из первого-пятого вариантов осуществления.

[00102] Эквивалентная схема этого варианта осуществления является идентичной эквивалентной схеме первого варианта осуществления или третьего варианта осуществления. В частности, фиг. 1 и 7 являются схемами, иллюстрирующими эквивалентные схемы пикселов устройства съемки изображений по этому варианту осуществления. Поскольку описания фиг. 1 и 7 являются идентичными описаниям первого и третьего вариантов осуществления, описания опускаются здесь.

[00103] Структура в разрезе пиксела этого варианта осуществления является идентичной структурам в разрезе первого-пятого вариантов осуществления. В частности, фиг. 2, 6, 8, 10 и 11 являются схемами, принципиально иллюстрирующими структуру в разрезе пиксела этого варианта осуществления.

[00104] Ниже описывается способ для возбуждения устройства съемки изображений по этому варианту осуществления. Фиг. 12 является схемой, принципиально иллюстрирующей возбуждающие импульсы согласно этому варианту осуществления. На фиг. 12, проиллюстрированы возбуждающие импульсы, поданные в линии Tx1 и Tx2 управления и линию OFG управления в строках от n-й строки до (n+2)-й строки. Возбуждающие импульсы, поданные в линии Tx1 и Tx2 управления и линию OFG управления, являются идентичными возбуждающим импульсам первого варианта осуществления или третьего варианта осуществления. Следует отметить, что когда пиксел не включает в себя разрядный переключатель 18, возбуждающий импульс не подается в линию OFG управления.

[00105] Когда возбуждающий импульс имеет высокий уровень, включается соответствующий транзистор или соответствующий переключатель. Когда возбуждающий импульс имеет низкий уровень, выключается соответствующий транзистор или соответствующий переключатель. Эти возбуждающие импульсы подаются посредством элемента управления, включенного в устройство съемки изображений. Логическая схема, такая как сдвиговый регистр или декодер адресов, используется в качестве элемента управления.

[00106] В этом варианте осуществления первый переключатель 4 переноса выключается в части второго периода. В частности, в момент T6 времени включенное состояние первого переключателя 4 переноса изменяется на отключенное состояние. После этого в момент T7 времени отключенное состояние первого переключателя 4 переноса изменяется на включенное состояние. При этой конфигурации может уменьшаться период времени, в котором находится во включенном состоянии первый переключатель 4 переноса. Следовательно, может уменьшаться шум, сформированный посредством первого переключателя 4 переноса.

[00107] В этом варианте осуществления отключенное состояние первого переключателя 4 переноса снова изменяется на включенное состояние в момент T8 времени. Таким образом, управление включением/выключением первого переключателя 4 переноса выполняется множество раз во второй период. При этой конфигурации дополнительно может уменьшаться шум.

[00108] Кроме того, число раз, когда отключенное состояние изменяется на включенное состояние, предпочтительно равно или превышает отношение величины заряда при насыщении элемента 2 удерживания к величине заряда при насыщении элемента 1 фотоэлектрического преобразования. В этом варианте осуществления, отношение величины заряда при насыщении элемента 2 удерживания к величине заряда при насыщении элемента 1 фотоэлектрического преобразования составляет 4:1. Следовательно, управление включением/выключением первого переключателя 4 переноса выполняется четыре раза во второй период.

[00109] Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, в дополнение к преимуществу первого варианта осуществления, может уменьшаться шум.

Седьмой вариант осуществления

[00110] Ниже описывается вариант осуществления системы съемки изображений согласно настоящему изобретению. Примеры системы съемки изображений включают в себя цифровую фотокамеру, цифровую записывающую видеокамеру, копир, факс, сотовый телефон, бортовую камеру и обсерваторию. Кроме того, модуль камеры, включающий в себя оптическую систему, такую как линза и устройство съемки изображений, также включается в систему съемки изображений. Фиг. 13 является блок-схемой, иллюстрирующей цифровую фотокамеру, служащую в качестве примера системы съемки изображений.

[00111] На фиг. 13 перегородка 1001 защищает линзу 1002, линза 1002 формирует оптическое изображение объекта на устройстве 1004 съемки изображений, и апертура 1003 изменяет количество света, который проходит через линзу 1002. Устройство съемки изображений, описанное в вышеприведенных вариантах осуществления, обозначается посредством ссылочной позиции 1004, и устройство 1004 съемки изображений преобразует оптическое изображение, сформированное посредством линзы 1002, в данные изображения. Здесь предполагается, что блок аналого-цифрового преобразования формируется на полупроводниковой подложке устройства 1004 съемки изображений. Процессор 1007 сигналов выполняет различные типы коррекции для данных съемки изображений, выводимых из устройства 1004 съемки изображений, и сжимает данные съемки изображений. На фиг. 13 блок 1008 формирования тактовых импульсов выводит различные синхронизирующие сигналы в устройство 1004 съемки изображений и процессор 1007 изображений, и блок 1009 централизованного управления/вычислений полностью управляет цифровой фотокамерой. Запоминающее устройство 1010 кадров временно сохраняет данные изображений, интерфейсный блок 1011 выполняет запись или считывание на носителе записи, и съемный носитель 1012 записи представляет собой полупроводниковое запоминающее устройство и т.п. для записи или считывания данных съемки изображений. Интерфейсный блок 1013 используется для того, чтобы обмениваться данными с внешним компьютером и т.п. Здесь синхронизирующий сигнал и т.п. может вводиться из-за пределов системы съемки изображений, которая включает в себя, по меньшей мере, устройство 1004 съемки изображений и процессор 1007 сигналов, который обрабатывает сигнал съемки изображений, выводимый из устройства 1004 съемки изображений.

[00112] В этом варианте осуществления описывается структура, в которой устройство 1004 съемки изображений и блок аналого-цифрового преобразования располагаются на идентичной полупроводниковой подложке. Тем не менее, устройство 1004 съемки изображений и блок аналого-цифрового преобразования могут располагаться на различных полупроводниковых подложках. Кроме того, устройство 1004 съемки изображений и процессор 1007 сигналов могут формироваться на идентичной полупроводниковой подложке.

[00113] Хотя настоящее раскрытие описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем прилагаемой формулы изобретения должен соответствовать самой широкой интерпретации, так что он заключает в себе все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.

Устройство съемки изображений выполняет операцию кадрового электронного затвора, в которой периоды экспонирования множества пикселов совпадают друг с другом. В первый период, в который элемент фотоэлектрического преобразования сохраняет заряд, по меньшей мере, одного из пикселов, сигналы на основе зарядов, сохраненных в элементах удерживания пикселов, последовательно выводятся в выходные линии. Во второй период после того, как завершается вывод сигналов из пикселов, элементы удерживания пикселов удерживают заряд. Технический результат – устранение искажений изображения. 6 н. и 24 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство съемки изображений, содержащее:

множество пикселов, причем каждый пиксел включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью формировать заряд в ответ на падающий свет и накапливать заряд, элемент удерживания, выполненный с возможностью удерживать заряд, элемент усиления, выполненный с возможностью выводить сигнал на основе заряда, первый переключатель переноса, выполненный с возможностью переносить заряд из элемента фотоэлектрического преобразования в элемент удерживания, и второй переключатель переноса, выполненный с возможностью переносить заряд из элемента удерживания в элемент усиления;

выходную линию, в которую выводятся сигналы из множества пикселов,

при этом:

в первый момент времени элементы фотоэлектрического преобразования множества пикселов начинают накопление заряда,

первый переключатель переноса, по меньшей мере, одного из множества пикселов поддерживается выключенным от первого момента времени до второго момента времени, и элемент фотоэлектрического преобразования, по меньшей мере, одного из множества пикселов накапливает заряд, сформированный в первый период от первого момента времени до второго момента времени,

в первый период включаются вторые переключатели переноса множества пикселов и элементы усиления множества пикселов выводят сигналы в выходную линию по очереди,

во второй период от второго момента времени до третьего момента времени элементы удерживания множества пикселов удерживают заряд, сформированный посредством элементов фотоэлектрического преобразования в первый период, и заряд, сформированный посредством элементов фотоэлектрического преобразования во второй период, и

в третий момент времени первыми переключателями переноса множества пикселов управляют с переключением из включенного в выключенное состояние.

2. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором:

каждый из множества пикселов включает в себя разрядный переключатель, выполненный с возможностью разряжать заряд элемента фотоэлектрического преобразования, и

разрядный переключатель, по меньшей мере, одного из множества пикселов поддерживается выключенным от первого момента времени до второго момента времени.

3. Устройство съемки изображений по п. 2, в котором:

накопление заряда начинается посредством управления разрядным переключателем с переключением из включенного в выключенное состояние.

4. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором:

накопление заряда начинается посредством управления первым переключателем переноса с переключением из включенного в выключенное состояние.

5. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором:

первые переключатели переноса множества пикселов включаются не позже чем во второй момент времени, и

первые переключатели переноса выключаются в части второго периода.

6. Устройство съемки изображений по п. 5, в котором:

во второй период первыми переключателями переноса множество раз управляют с переключением из выключенного во включенное состояние.

7. Устройство съемки изображений по п. 6, в котором:

множество раз превышает отношение количества заряда при насыщении элемента удерживания к количеству заряда при насыщении элемента фотоэлектрического преобразования.

8. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором:

от второго момента времени до третьего момента времени первые переключатели переноса множества пикселов поддерживаются включенными.

9. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором:

элемент удерживания включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, которая удерживает заряд, и вторую полупроводниковую область второго типа проводимости, расположенную на первой полупроводниковой области.

10. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором:

элемент удерживания включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, которая удерживает заряд,

третья полупроводниковая область второго типа проводимости расположена ниже первой полупроводниковой области,

четвертая полупроводниковая область второго типа проводимости расположена ниже третьей полупроводниковой области, и

концентрация примеси третьей полупроводниковой области выше концентрации примеси четвертой полупроводниковой области.

11. Устройство съемки изображений по п. 1, дополнительно содержащее:

волноводы, расположенные таким образом, что они соответствуют элементам фотоэлектрического преобразования множества пикселов.

12. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором:

первые переключатели переноса множества пикселов поддерживаются выключенными от первого момента времени до второго момента времени, и элементы фотоэлектрического преобразования множества пикселов накапливают заряд, сформированный в первый период, и

первыми переключателями переноса множества пикселов управляют с переключением из выключенного во включенное состояние во второй момент времени.

13. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором:

первыми переключателями переноса управляют с переключением из выключенного во включенное состояние по очереди в порядке множества пикселов, в которых завершается вывод сигналов посредством элементов усиления.

14. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором:

элементы фотоэлектрического преобразования множества пикселов одновременно начинают накопление заряда в третий момент времени, и после этого повторяется операция, выполняемая в период от первого момента времени до третьего момента времени.

15. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором:

второй период превышает первый период.

16. Устройство съемки изображений по п. 1, дополнительно содержащее:

полупроводниковую подложку, включающую в себя элементы фотоэлектрического преобразования и элементы удерживания, расположенные в ней,

при этом:

площадь ортогональной проекции элемента фотоэлектрического преобразования на плоскость, параллельную поверхности полупроводниковой подложки, меньше площади ортогональной проекции элемента удерживания на плоскость.

17. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором количество заряда при насыщении элемента удерживания больше, чем количество заряда при насыщении элемента фотоэлектрического преобразования.

18. Устройство съемки изображений по п. 1, в котором вторые переключатели переноса множества пикселов поддерживаются выключенными от второго момента времени до третьего момента времени.

19. Устройство съемки изображений, содержащее:

множество пикселов, причем каждый пиксел включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью формировать заряд в ответ на падающий свет и накапливать заряд, элемент удерживания, выполненный с возможностью удерживать заряд, элемент усиления, выполненный с возможностью выводить сигнал на основе заряда, первый переключатель переноса, выполненный с возможностью переносить заряд из элемента фотоэлектрического преобразования в элемент удерживания, и второй переключатель переноса, выполненный с возможностью переносить заряд из элемента удерживания в элемент усиления;

выходную линию, в которую выводятся сигналы из множества пикселов;

первый рабочий режим; и

второй рабочий режим,

при этом в первом рабочем режиме:

в первый момент времени элементы фотоэлектрического преобразования множества пикселов начинают накопление заряда,

первый переключатель переноса, по меньшей мере, одного из множества пикселов поддерживается выключенным от первого момента времени до второго момента времени, и элемент фотоэлектрического преобразования, по меньшей мере, одного из множества пикселов накапливает заряд, сформированный в первый период от первого момента времени до второго момента времени,

в первый период включаются вторые переключатели переноса множества пикселов и элементы усиления множества пикселов выводят сигналы в выходную линию по очереди,

во второй период от второго момента времени до третьего момента времени элементы удерживания множества пикселов удерживают заряд, сформированный посредством элементов фотоэлектрического преобразования в первый период, и заряд, сформированный посредством элементов фотоэлектрического преобразования во второй период, и

в третий момент времени первыми переключателями переноса множества пикселов управляют с переключением из включенного в выключенное состояние, и

во втором рабочем режиме:

накопление заряда, выполняемое посредством элементов фотоэлектрического преобразования множества пикселов, начинается по очереди, и после этого первые переключатели переноса множества пикселов включаются по очереди.

20. Устройство съемки изображений, содержащее:

множество пикселов, причем каждый пиксел включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью формировать заряд в ответ на падающий свет и накапливать заряд, элемент удерживания, выполненный с возможностью удерживать заряд в части, отличающейся от элемента фотоэлектрического преобразования, и элемент усиления, выполненный с возможностью выводить сигнал на основе заряда; и выходную линию, в которую выводятся сигналы из множества пикселов,

при этом:

заряд, сформированный в первый период, накапливается в элементах фотоэлектрического преобразования множества пикселов в течение первого периода,

в течение второго периода после первого периода элементы удерживания множества пикселов удерживают заряд, сформированный посредством элементов фотоэлектрического преобразования в первый период, и заряд, сформированный посредством элементов фотоэлектрического преобразования во второй период, и

в каждом из множества пикселов заряд, удерживаемый посредством элемента удерживания, считывается в элемент усиления в первый период по очереди.

21. Устройство съемки изображений по п. 20, в котором количество заряда при насыщении элемента удерживания больше, чем количество заряда при насыщении элемента фотоэлектрического преобразования.

22. Устройство съемки изображений по п. 20, в котором вторые переключатели переноса множества пикселов поддерживаются выключенными в течение второго периода.

23. Устройство съемки изображений по п. 20, в котором первые переключатели переноса множества пикселов включаются не позже чем в начале второго периода, и

первые переключатели переноса выключаются в, по меньшей мере, части второго периода.

24. Устройство съемки изображений, содержащее:

множество пикселов, причем каждый пиксел включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью формировать заряд в ответ на падающий свет и накапливать заряд, элемент удерживания, выполненный с возможностью удерживать заряд, элемент усиления, выполненный с возможностью выводить сигнал на основе заряда, первый переключатель переноса, выполненный с возможностью переносить заряд из элемента фотоэлектрического преобразования в элемент удерживания, и второй переключатель переноса, выполненный с возможностью переносить заряд из элемента удерживания в элемент усиления; и

выходную линию, в которую выводятся сигналы из множества пикселов,

при этом:

в первый момент времени первыми переключателями переноса множества пикселов управляют с переключением из включенного в выключенное состояние,

от первого момента времени до второго момента времени первый переключатель переноса, по меньшей мере, одного из множества пикселов поддерживается выключенным,

в первый период от первого момента времени до второго момента времени вторые переключатели переноса множества пикселов включаются по очереди,

от второго момента времени до третьего момента времени вторые переключатели переноса множества пикселов поддерживаются выключенными,

в, по меньшей мере, части второго периода от второго момента времени до третьего момента времени первые переключатели переноса множества пикселов включаются, и

в третий момент времени первыми переключателями переноса множества пикселов управляют с переключением из включенного в выключенное состояние.

25. Устройство съемки изображений по п. 24, в котором количество заряда при насыщении элемента удерживания больше, чем количество заряда при насыщении элемента фотоэлектрического преобразования.

26. Устройство съемки изображений по п. 24, в котором:

первые переключатели переноса множества пикселов включаются не позже чем во второй момент времени, и

первые переключатели переноса выключаются в другой части второго периода.

27. Устройство съемки изображений, содержащее:

множество пикселов, причем каждый пиксел включает в себя элемент фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью формировать заряд в ответ на падающий свет и накапливать заряд, элемент удерживания, выполненный с возможностью удерживать заряд, элемент усиления, выполненный с возможностью выводить сигнал на основе заряда, первый переключатель переноса, выполненный с возможностью переносить заряд из элемента фотоэлектрического преобразования в элемент удерживания, второй переключатель переноса, выполненный с возможностью переносить заряд из элемента удерживания в элемент усиления, и разрядный переключатель, выполненный с возможностью разряжать заряд элемента фотоэлектрического преобразования; и

выходную линию, в которую выводятся сигналы из множества пикселов,

при этом:

в первый момент времени разрядными переключателями множества пикселов управляют с переключением из включенного в выключенное состояние,

от первого момента времени до второго момента времени первый переключатель переноса, по меньшей мере, одного из множества пикселов поддерживается выключенным,

в первый период от первого момента времени до второго момента времени вторые переключатели переноса множества пикселов включаются по очереди,

от второго момента времени до третьего момента времени вторые переключатели переноса множества пикселов поддерживаются выключенными,

в, по меньшей мере, части второго периода от второго момента времени до третьего момента времени первые переключатели переноса множества пикселов включаются,

в третий момент времени первыми переключателями переноса множества пикселов управляют с переключением из включенного в выключенное состояние, и

разрядные переключатели множества пикселов поддерживаются выключенными от первого момента времени до третьего момента времени.

28. Устройство съемки изображений по п. 27, в котором количество заряда при насыщении элемента удерживания больше, чем количество заряда при насыщении элемента фотоэлектрического преобразования.

29. Устройство съемки изображений по п. 27, в котором:

первые переключатели переноса множества пикселов включаются не позже чем во второй момент времени, и

первые переключатели переноса выключаются в другой части второго периода.

30. Система съемки изображений, содержащая:

устройство съемки изображений по п. 1; и

устройство обработки сигналов, которое обрабатывает сигнал, поданный из устройства съемки изображений.