Устройство съемки изображений и система съемки изображений

Устройство съемки изображений и система съемки изображений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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