固体摄像元件的制作方法

专利名称：固体摄像元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固体摄像元件，进一步详细地说，涉及一种适于拍摄破坏、爆炸、 燃烧等高速现象的能够进行高速动作的固体摄像元件。
背景技术：
以往，开发出了一种用于在短时间内连续拍摄例如爆炸、破坏、燃烧、碰撞、放电等 高速现象的高速摄像装置(高速摄像机)(参照非专利文献1等)。在这种高速摄像装置 中，需要以100万帧/秒以上的极高的速度进行拍摄。因此，利用了一种与以往通常用于摄 像机、数字照相机等中的摄像元件不同的、具有特殊构造的能够进行高速动作的固体摄像 元件。作为这种固体摄像元件，以往利用了专利文献1等中所记载的摄像元件。该文献 所记载的固体摄像元件被称为像素周边记录型摄像元件(IS-CCD)。对该摄像元件进行概要 说明。上述像素周边记录型摄像元件对每个作为受光部的光电二极管分别设置蓄积用 CCD，该蓄积用CCD与记录帧数相应，兼用于信号传输，在拍摄过程中，将由光电二极管通过 光电变换而生成的像素信号依次传输到蓄积用CCD。在拍摄结束后，将蓄积用CCD中所存储 的与记录帧数相应的像素信号汇总并顺序读出，在摄像元件的外部再现记录帧数的图像。 在拍摄过程中对于超过记录帧数的像素信号，按照从旧到新的顺序废弃，从而在蓄积用CCD 中始终保持与规定帧数相应的最新的像素信号。因此，如果在拍摄结束时中止对蓄积用CCD 传输像素信号，则可得到从该时刻起在时间上向前追溯与记录帧数相应时间的时刻与该时 刻之间的最新的图像。这样，像素周边记录型摄像元件与每得到一帧图像信号就需要将其取出到外部的 一般的摄像元件不同，具有能够以非常高的速度得到多帧连续图像的特征。然而，在该现有 的像素周边记录型摄像元件中存在以下的问题。(1)在现有的像素周边记录型摄像元件中，在向CCD传输信号电荷时，必须将具有 较大的容性负载的栅电极与信号线一齐进行驱动。另外，栅极驱动信号的电压振幅较大。因 此，结构上来说功耗较大。当为了提高拍摄速度而提高驱动速度时，功耗进一步变大，从而 所产生的热量变大而有可能超过放热极限。另外，由于是较大的容性负载，因此驱动信号的 波形变钝等波形失真变大，从而也存在当想要提高驱动速度时电荷传输本身都无法进行的 情况。(2)在以往的像素周边记录型摄像元件中，在半导体芯片上，将蓄积用CXD配置于 相邻的光电二极管之间，因此当较强的光入射至光电二极管而生成大量的光电荷时，存在 该光电荷流入蓄积用CCD的情况。其结果，有时会发生例如图像的信噪比变差，或者在严重 的情况下会使图像产生重影。(3)在蓄积用CCD中，在为了进行信号读出而待机的期间内也会混入暗电荷所产 生的伪信号，由此有可能使图像的信噪比变差。
另一方面，在CMOS型的摄像元件中，以往已知一种例如专利文献2所记载的摄像 元件。在该摄像元件中，在各像素内设置多个存储用电容器，从而能够将由光电二极管生成 的光电荷按每一帧连续存储到不同的存储用电容器中。然而，在这种结构中，虽然能够应对 数帧程度的连续记录，但是无法进行上述的高速摄像装置所谋求的多帧的连续拍摄。当为 了增加连续拍摄帧数而增加存储用电容器的数量时，从蓄积由光电二极管生成的电荷的检 测节点延伸出的信号线的容性负载增大，从而难以提高速度。另外，不得不缩小一个像素内 的光电二极管的面积，因此开口率(Aperture Ratio)变小，进而无法避免灵敏度降低。专利文献1 日本特开2001-345441号公报专利文献2 日本特表2002-512461号公报非专利文献1 近藤《力> 5名、「高速度匕·尹才力乂，HyperVision. HPV-I們開 発」、島津評論、島津評論編集部、2005年9月30日発行、第62卷、第1 · 2号、p. 79-8
发明内容
发明要解决的问题鉴于上述问题，本申请的申请人已经在国际申请JP2008/002425号中提出了新结 构的CMOS型摄像元件。作为这种摄像元件的结构要素，除了生成与入射光强度相应的电压 信号的光电变换部、保持多帧的电压信号的存储部等基本要素以外，还需要如晶体管那样 的开关元件、用于一齐读出全部像素的总线布线等。然而，另一方面，当总线布线的条数、存 储部的晶体管、电容器等要素的数量变大时，会产生像素部的开口率降低或像素间距增加、 存储部的尺寸增大等问题，从而难以缩小芯片尺寸。例如，为了满足想要以相同的芯片尺寸 来提高分辨率、想要缩小芯片尺寸并提高制造上的成品率(Yield Rate)、或者想要以相同 的芯片尺寸来提高开口率以提高光灵敏度这样的要求，期望缩小铺设于像素部的布线的面 积、或者尽可能地缩小存储部的尺寸。本发明是鉴于上述问题而完成的，其主要目的在于提供一种固体摄像元件，能够 在抑制功耗的同时进行极高速的突发拍摄(burst imaging)(不进行读出的连续拍摄)、而 且能够尽可能地减少基本的元件、布线等来缩小芯片尺寸。用于解决问题的方案为了解决上述问题而完成的本发明所涉及的固体摄像元件的特征在于，具备a) 像素区域，在该像素区域中排列有多个像素，其中，上述像素包括光电变换元件，其接收光 而生成光电荷；传输元件，其将由该光电变换元件生成的光电荷传输至检测节点，该检测节 点将光电荷从电荷信号变换为电压信号；以及缓冲元件，其将输出信号从上述检测节点发 送到像素输出线；以及b)存储区域，该存储区域与上述像素区域相分离，在该存储区域中 布设有对每个像素准备的多个存储部以保持多帧的通过各像素得到的信号，其中，在将上 述各像素和与该像素对应的多个存储部进行连接的像素输出线上，在该像素与多个存储部 之间具有写入侧门极单元，并且在经由了该写入侧门极单元的存储部侧具有读出侧门极单兀。本发明所涉及的固体摄像元件是CMOS构造，上述光电变换元件例如可以为光电 二极管，优选嵌入型光电二极管。检测节点例如可以为被置于浮动状态的扩散层(浮动扩 散部(Floating Diffusion))。传输元件可以为晶体管。缓冲元件可以为由一个以上的晶体管构成的源极跟随放大器。写入侧门极单元和读出侧门极单元也可以分别各是一个晶体管。在本发明所涉及的固体摄像元件中，能够通过写入侧门极单元将各像素的电压信 号按每一帧顺序地保持到多个存储部中，该电压信号与蓄积由光电变换元件获取的光电荷 而得到的电荷相应。由于对每个像素准备了多个存储部，因此能够连续取入与该存储部数 量相应的模拟信号，并在该取入结束之后，通过读出侧门极单元从各存储部中将信号顺序 地读出到外部来进行处理。在本发明所涉及的固体摄像元件中，在该元件内具备与各像素对应的多个存储 部，但是不需要像以往使用蓄积用CCD的像素周边记录型摄像元件那样在保持新的信号电 荷时将全部栅极负载一齐驱动。因此，功耗较少即可，从而在进行高速驱动的情况下也能够 抑制放热。另外，由于像素区域与存储区域是相分离的，因此能够增加与一个像素对应的存 储部的数量而不对像素区域内的像素数、光电变换元件的受光面的面积、像素区域整体的 大小等产生影响，从而能够充分确保高速下能够突发拍摄的帧数。另外，由于像素区域与存储区域是相分离的，因此即使强光入射到光电变换元件 而产生过剩的量的光电荷，也能够防止该过剩的量的光电荷到达存储部。并且，通过在存储 部中构成为利用例如双多晶硅构造、堆栈构造等的电容器来保持信号，在读出信号之前的 待机时间内也不会产生暗电荷。由此，能够提高信号的信噪比，从而能够提高利用所读出的 信号进行再现的图像的质量。在本发明所涉及的固体摄像元件中，上述存储部包括一个电容器和一个开关元 件。在此，开关可以包括一个晶体管。在该结构下，为了存储N帧的像素信号，只要设置N组晶体管与电容器的组并分别 设置一个作为写入侧门极单元的晶体管和一个作为读出侧门极单元的晶体管即可。这样， 对于多个存储部，共用写入侧门极单元和读出侧门极单元，因此减少了布设于存储区域的 元件的数量，从而能够减小确保相同帧数的存储容量所需的存储区域的面积。由此，如果是 相同的芯片面积，则能够扩展像素区域的面积，从而能够例如增大开口率来实现光灵敏度 的提高。作为本发明所涉及的固体摄像元件的一个方式，优选构成为如下的结构连接多 个像素和对应于该多个像素而分别设置的多个存储部的像素输出线是共用的。也可以对每个像素独立地设置像素输出线，但是在这种情况下，从像素区域延伸 到存储区域的像素输出线的条数与像素数相同，当为了提高分辨率而增加像素数时，像素 输出线的条数也随之增加，布线所需的区域变大。与此相对地，如果使多个像素共用像素输 出线，则能够减少布线的数量，从而减少布线所占据的区域的面积。例如，通过使两个像素 共用一条像素输出线，像素输出线的条数变为约1/2。由此实现例如如下效果减小存储区 域中的像素间距而提高分辨率、提高开口率而改善光灵敏度、或者缩小整体的芯片面积而 提高制造上的成品率。当多个像素共用像素输出线时，无法从该多个像素同时输出信号来写入到存储 部。在这种情况下，需要按每个像素错开写入定时地将信号写入存储部，突发拍摄的速率越 高，取样定时的偏差相对越显著。即使在这种情况下，如果使2至4个像素共用一条像素输 出线，则进行上述写入定时错开时实质上不会产生问题。
另外，在本发明所涉及的固体摄像元件中，各像素能够包括使上述光电变换元件 以及上述检测节点复位的复位元件。复位元件可以为一个晶体管。作为通常的驱动模式，每当经由上述缓冲元件输出检测节点所蓄积的电压信号 时，通过上述复位元件使上述光电变换元件以及上述检测节点复位。如上所述那样从各像素得到的信号中包含使光电变换元件和检测节点复位时残 留的噪声成分。因此，为了提高该信号的信噪比，可以构成为以下的结构与一个像素对应 的多个存储部分别具有能够独立保持来自各像素的输出信号的多个电容器，对各像素和存 储部提供控制信号，使得在一次光电荷蓄积动作的周期中，将在各像素内使光电变换元件 以及检测节点复位时所残留的噪声成分和与通过光电荷的蓄积而得到的电荷相应的信号 保持在同一存储部中的不同的电容器内。在该结构下，利用外置或内置于元件的运算单元来进行从信号中减去噪声成分的 运算，由此减轻该噪声的影响，从而能够得到信噪比较高的像素信号。然而，用于存储噪声 成分的电容器需要与用于存储信号的电容器数量相同。因此，为了减少存储噪声成分的电 容器的数量，能够如下那样变更各像素中的信号蓄积的过程。在CMOS中进行非破坏读出，因此即使将信号从检测节点读出，只要不进行复位就 仍原样保存电压信号。因此，利用这一点，作为本发明所涉及的固体摄像元件的一个方式， 可以构成为以下的结构在通过上述缓冲元件输出了上述检测节点中所蓄积的电压信号之 后，不使光电变换元件以及检测节点复位而在检测节点中蓄积由光电变换元件生成的光电 荷变换成的电压信号，在多个连续的曝光周期的期间内每个周期依次输出进行积分得到的 电压信号。在该结构下，在通过复位元件对检测节点进行复位之前，在检测节点对光电荷的 电压信号进行相加蓄积，而经由缓冲元件读出的信号为通过依次相加蓄积而增加的信号。 在信号被读出之后，对同一像素计算连续的曝光周期所对应的信号之差，由此能够求出各 曝光周期中的信号。根据该结构，紧接在将光电变换元件和检测节点复位之后进行噪声成分的取样， 之后在下一次进行复位之前不需要对噪声成分进行取样而只要重复进行仅对信号的取样 即可。因而，能够减少用于存储噪声成分的电容器的数量。由此，在能够突发拍摄的帧数相 同的情况下，能够缩小存储区域的面积，从而能够与之相应地缩小芯片面积、或扩大像素区 域以增加像素数。另外，在不减少存储区域内所布设的电容器的数量的情况下，能够将其利 用于增加能够突发拍摄的帧数上。发明的效果根据本发明所涉及的固体摄像元件，能够在抑制功耗的同时实现高速动作，从而 能够充分确保在例如100万帧/秒以上的高速下的能够连续拍摄的帧数。由此，与利用以 往的固体摄像元件的情况相比，能够实现拍摄的进一步高速化，从而能够得到有益于分析 高速现象的信息。另外，减轻了由于暗电荷、过剩的光电荷的流入等而导致的信号劣化，因 此能够改善信噪比来实现高速拍摄的画质的提高。另外在本发明所涉及的固体摄像元件中，除了进行上述的高速拍摄时最低限需要 的光电变换元件、存储元件等，尽可能地减少了其它的元件、布线等，从而能够缩小整体的 芯片面积、提高开口率、或者通过缩小像素间距来增加像素数。在缩小芯片面积的情况下，能够提高制造上的成品率而降低一个固体摄像元件的成本。另一方面，随着像素间距的缩 小/像素数的增加，能够提高图像的分辨率。另外，如果提高了开口率，则能够提高灵敏度， 从而改善动态范围、信噪比。


图1是表示作为本发明的一个实施例的固体摄像元件在半导体芯片上的概要布 局的俯视图。图2是表示在本实施例的固体摄像元件中像素区域内的一个像素的概要布局的 俯视图。图3是本实施例的固体摄像元件中的主要部分的结构框图。图4是图2所示的一个像素以及与该一个像素对应的存储单元的电路结构图。图5是表示图4中的一个存储部的结构的图。图6是本实施例的固体摄像元件中的连续读出模式以及突发读出模式的概要时 间图。图7是本实施例的固体摄像元件在光电荷蓄积时间较短的情况下的动作模式的 时序图。图8是图7的动作中的各像素内的概要位势图。图9是本实施例的固体摄像元件在光电荷蓄积时间相对较长的情况下的动作模 式的时序图。图10是图9的动作中的各像素内的概要位势图。图11是表示在本发明的另外的实施例(第二实施例)的固体摄像元件中连接在 一条像素输出线上的像素的结构的图。图12是第二实施例的固体摄像元件在光电荷蓄积时间较短的情况下的动作模式 的驱动时序图。图13是第二实施例的固体摄像元件在光电荷蓄积时间较长的情况下的动作模式 的驱动时序图。图14是用于说明在本发明的另外的实施例(第三实施例)的固体摄像元件中积 分读出与通常读出之间差异的动作概念图。图15是表示第三实施例的固体摄像元件在进行积分读出时的驱动时序的图。附图标记说明1 半导体衬底；2、2a、2b 像素区域；3a、3b 存储区域；4a、4b 垂直扫描电路区 域；5ajb 水平扫描电路区域；61 电流源区域；10、10a、10b 像素；11 光电变换区域； 12 像素电路区域；13 布线区域；14 像素输出线；15 驱动线；20、20a、20b 存储单元； 21 写入侧晶体管；22 读出侧晶体管；23 信号线；24,24a 存储部；25,25001 25104、 25a、25b、25c、25d 电容器；26,26001 26104、26a、26b、26c、26d 取样晶体管；27 读出缓 冲器；31 光电二极管(PD) ；32 传输晶体管；33 浮动扩散部(FD) ；34 蓄积晶体管；35 复 位晶体管；36 蓄积电容器；37、40 晶体管；38、41 选择晶体管；39 电流源；42 输出线； 43 源极跟随放大器。
具体实施例方式参照附图来说明作为本发明的一个实施例(第一实施例)的固体摄像元件。对本实施例的固体摄像元件的整体结构以及构造进行说明。图1是表示本实施例 的固体摄像元件在半导体芯片上的概要布局的俯视图。图2是表示像素区域2(h、2b)中 的一个像素10的概要布局的俯视图。图3是本实施例的固体摄像元件中的主要部分的结 构框图。图4是图2所示的一个像素10以及与其对应的存储单元20的电路结构图。如图1所示，在该固体摄像元件中，用于接收光来生成每个像素的信号的像素区 域2(h、2b)与用于保持规定帧数的上述信号的存储区域3a、!3b在半导体衬底1上完全分 离而并不混合在一起，分别被设置为成块的区域。在大致呈矩形形状的像素区域2内，N 行、M列的合计NXM个像素10被配置成二维阵列状，该像素区域2被分割为分别配置有 (N/2) XM个像素10的第一像素区域加、第二像素区域2b这两个像素区域。在第一像素区域加的下侧，隔着小面积的第一电流源区域6a配置有第一存储区 域3a，在第二像素区域2b的上侧，隔着同样小面积的第二电流源区域6b配置有第二存储区 域北。对第一以及第二存储区域3a、!3b分别设置有第一以及第二垂直扫描电路区域4a、4b 和第一以及第二水平扫描电路区域fe、5b，第一以及第二垂直扫描电路区域^、4b和第一 以及第二水平扫描电路区域fe、5b内设置有用于对从存储区域3a、!3b读出信号进行控制的 移位寄存器、解码器等电路。即，以将该像素区域2划分上下两部分的水平线为边界，形成 为上下对称的构造。该上下两部分的构造和动作是相同的，因此在下面的说明中，以下方的 第一像素区域加、第一存储区域3a、第一垂直扫描电路区域如、第一水平扫描电路区域fe 的构造和动作为中心来进行叙述。像素数、即上述N、M的值能够各自任意决定，如果增大这些值则图像的分辨率上 升，但是相反地，芯片整体的面积变大，或者每个像素的芯片面积变小。在此，作为以高速拍 摄为目的的固体摄像元件，设为N = 264, M = 320。因而，如图3中所记载的，分别配置于 第一、第二像素区域h、2b的像素数为132X320。如图2所示，一个像素10所占据的区域大致为正方形，其内部大致分为三个区域、 即光电变换区域11、像素电路区域12以及布线区域13。在布线区域13内以沿纵向延伸的 方式布设有(Ν/2) + α条像素输出线14。在此，α也可以为0，在这种情况下，在本例中布 线条数为132条。但是，一般来说，在这样形成很多平行延伸的布线(例如AI等金属布线) 的情况下，两端的布线的宽度、寄生电容容易不同，因此在两端各设置一条虚设布线。在这 种情况下，α = 2，布线总数为134条。如图4所示，各像素10构成为包括光电二极管(相当于本发明中的光电变换元 件)31，其接收光而生成光电荷；传输晶体管(相当于本发明中的传输元件)32，其邻近于光 电二极管31而设置，用于传输光电荷；浮动扩散部(FD floating Diffusion)(相当于本 发明中的检测节点)33，其经由传输晶体管32与光电二极管31连接，暂时蓄积光电荷并且 将光电荷变换为电压信号；蓄积晶体管34和蓄积电容器36，该蓄积晶体管34和蓄积电容 器36用于蓄积在进行光电荷蓄积动作时从光电二极管31经由传输晶体管32溢出的电荷； 复位晶体管(相当于本发明中的复位元件)35，其用于排出浮动扩散部33和蓄积电容器36 所蓄积的电荷；以及源极跟随放大器(相当于本发明中的缓冲元件)43，其为具有进行从属 连接的两个PMOS型晶体管37、38和同样进行从属连接的两个NMOS型晶体管40、41的两级结构，用于将浮动扩散部33所蓄积的电荷或浮动扩散部33与蓄积电容器36这两方所蓄积 的电荷变换为电压信号。传输晶体管32、蓄积晶体管34、复位晶体管35以及源极跟随放大器43的选择晶 体管38、41的栅极端子上连接有用于分别提供ΦΤ、Φ(λΦΚ、ΦΧ的控制信号的驱动线15。 如图3所示，所有像素(也包括第二像素区域2b内的像素)共用这些驱动线。源极跟随放大器43的第二级的晶体管41的输出线42与上述布设在布线区域13 中的132条像素输出线14中的一条像素输出线相连接。对每个像素10各设置一条该像素 输出线14，因此一条像素输出线14上仅连接一个像素10 (即源极跟随放大器43)。源极跟随放大器43具有用于高速驱动像素输出线14的电流缓冲器的功能。如图 3所示，各像素输出线14从像素区域加延伸到存储区域3a，因此成为某种程度的较大的容 性负载，为了对其进行高速驱动需要能够流通大电流的大尺寸晶体管。然而，为了提高光电 变换增益以提高检测灵敏度，用于将光电荷变换为电压的浮动扩散部33的电容最好尽可 能小。与浮动扩散部33相连接的晶体管的栅极端子的寄生电容会有效增加浮动扩散部33 的电容，因此由于上述理由，期望该晶体管是栅极输入电容较小的小型晶体管。因此，为了 满足在输出侧提供大电流而在输入侧为低电容，将源极跟随放大器43设为两级结构，通过 将初级的晶体管37设为小型的晶体管来抑制输入栅极电容，通过使用大晶体管作为后级 的晶体管40、41来确保大输出电流。另外，在源极跟随放大器43中，也可以不具有初级的选择晶体管38，但是通过在 后级的选择晶体管41处于截止状态时同时使选择晶体管38也截止，能够避免电流从电流 源39流向晶体管37而抑制相应的电流消耗。在通过传输晶体管32将光电荷蓄积到浮动扩散部33时，在视为没有溢出的电荷 或不考虑溢出的电荷的情况下，不需要蓄积晶体管36以及蓄积电容器34，只要将浮动扩散 部33与复位晶体管35直接连接即可。对一个像素10设置的一个存储单元20包括写入侧晶体管(相当于本发明中的 写入侧门极单元)21，其连接在像素输出线14上；读出侧晶体管(相当于本发明中的读出 侧门极单元)22;与蓄积帧数L(在本例中L= 104)相应的取样晶体管沈001 沈104和 电容器25001 25104，它们连接在两个晶体管21、22之间的信号线(也能够视作像素输出 线14的一部分)23上；以及读出缓冲器27，其隔着读出侧晶体管22而设置于信号线23的 外侧。在处于从像素10向像素输出线14输出信号的状态时，当将读出侧晶体管22设为截 止状态、使写入侧晶体管21导通并且选择性地使取样晶体管沈001 沈104中的任意一个 晶体管导通时，能够将从像素输出线14发送到信号线23的信号写入(保持)到与导通的 一个取样晶体管相连接的一个电容器中。在进行该写入动作时，通过按像素10的曝光周期 顺次扫描要导通的取样晶体管26001 沈104，能够将与最大104帧的突发图像对应的信号 分别保持到各电容器25001 25104中。另一方面，与此相反地，当保持写入侧晶体管21截止状态而使读出侧晶体管22导 通并且选择性地使取样晶体管26001 沈104中的任意一个晶体管导通时，能够将与该一 个取样晶体管相连接的电容器所保持的信号读出到信号线23，通过读出缓冲器27输出到 外部。在进行该读出动作时，通过顺次扫描要导通的取样晶体管沈001 沈104，能够顺序 地、即连续地读出分别保持于各电容器25001 25104中的与最大104帧的突发图像对应9的信号。由内置于垂直扫描电路区域^、4b的垂直移位寄存器以及内置于水平扫描电路 区域5ajb的水平移位寄存器对从各像素10所对应的存储单元20读出信号的顺序进行控 制。如图3所示，在第一存储区域3a中，对应于每个像素10各设置有一个上述的存储 单元20。即，对在垂直方向上排列的132个像素10设置有132个存储单元20。该与132个 像素相应的存储单元20在水平方向上排列10个而得到的总数1320个像素的存储单元20 的输出信号线汇总为一条。因而，源自第一存储区域3a的输出信号线的数量为32条。在 图3中，将该输出信号线表示为SBOl SB32。在图4中，为了简化说明，以一个取样晶体管和一个电容器来表示一个存储部24， 但是实际上，如图5所示，一个存储部M包括以一个取样晶体管和一个电容器为一组的四 组存储部2 24d。因而，在一个存储部M中，能够分别保持在一次曝光周期期间内从同 一像素10发送的四个不同的模拟电压信号。这是为了分开地保持与溢出之前的电荷相应 的信号、与溢出之后的电荷相应的信号、与溢出之前的电荷相应的信号所包含的噪声信号、 与溢出之后的电荷相应的信号所包含的噪声信号这四个模拟电压信号，以进行后述的动态 范围放大处理。但是，未必仅是这种目的，也能够在其它动作方式下利用四个电容器25a 25d。 例如，如果不利用各像素10的蓄积电容器36 (或在结构上省略蓄积电容器36)，则不需要考 虑溢出之后的信号和溢出之后的信号所包含的噪声信号。因此，能够将电容器2 25d 利用于增加相应数量的突发拍摄的帧数。由此，能够进行两倍的208帧的突发拍摄。另外， 如果也不进行噪声去除，则能够将所有的电容器2 25d都用于信号的保持，从而能够进 行再两倍的416帧的突发拍摄。电容器2 25d能够与各像素10内的蓄积电容器36同样地为例如为双多晶硅 栅极构造、堆栈构造。在利用CCD构造保持电荷的情况下，存在由热激励等引起的暗电荷所 产生的伪信号被加到光信号中的问题，但是在双多晶硅栅极构造、堆栈构造的电容器中不 产生这种暗电荷，因此不会加入伪信号，从而能够提高被读出到外部的信号的信噪比。对本实施例的固体摄像元件的驱动方法和动作进行说明。本实施例的固体摄像元 件大致具有连续读出和突发读出这两种驱动模式。根据图6来说明这两种驱动模式的概要 动作。图6是连续读出模式以及突发读出模式的概要时间图。[A]连续读出模式如图6的(a)所示，连续读出模式基本为以下的动作在像素区域2(h、2b)的各 像素10中执行了一帧的光电荷蓄积之后，所有像素一齐向各自的像素输出线14输出信号， 并使信号保持到各存储单元20的特定的一个电容器中。由此，在存储单元20中的一个电 容器、例如图4中位于最上面的电容器25001中具备一帧的像素信号，因此，通过接着对水 平移位寄存器和垂直移位寄存器进行驱动，能够按规定的顺序将一帧的像素信号依次读出 并输出到外部。图6的(a)所示的时序是一帧的例。在除了通过像素输出线14发送接收信号以 外的期间内，像素区域加、213和存储区域3a、!3b能够独立地进行动作。因而，在从存储区域 3a,3b依次读出信号时，在像素区域h、2b中能够进行光电荷的蓄积。由此，能够如图6的(b)所示的时序那样使光电荷蓄积期间与依次读出期间重叠，从而大致连续地重复进行拍 摄。在进行非高速拍摄的通常拍摄时，能够以该图6的(b)所示的时序来长时间地进行低 帧频的连续拍摄。此时的最大帧频由依次读出全部像素信号所需的时间来决定。即，帧频 的上限由读出放大器的时钟频率的上限来决定。[B]突发读出模式如图6的(C)所示，在突发读出模式中，重复以下的动作不进行像素信号的依次 读出，而是在各像素中执行了一帧的光电荷蓄积之后，所有像素一齐通过各自的像素输出 线14输出信号并使各自的信号分别保持到各自的存储单元20的电容器25001 25104 中的一个电容器中。此时，使信号一帧一帧地顺序保持到与104帧相应地准备的电容器 25001 25104中。这样，在将例如与104帧(也能够为104帧以下)相应的像素信号保持 到电容器25001 25104中之后，将与该104帧相应的像素信号依次读出并输出到外部。在该突发读出模式下，在拍摄过程中不进行向外部的信号读出，因此与上述连续 读出模式不同，不受由读出放大器的时钟频率的上限所决定的帧频的限制。能够实施的最 大帧频主要受限于从聚集光电二极管31内产生的光电荷到将其传输到浮动扩散部33为止 的时间，而该时间非常短。因此，能够以例如100万帧/秒以上的非常高的帧频进行连续拍 摄。接着，利用图7至图10来更详细地叙述进行上述的高速突发拍摄时的各像素10 中的光电变换动作以及将由此生成的信号保存到存储部M的动作。在本实施例的固体摄像元件中，在光电荷蓄积时间较短的情况下和光电荷蓄积时 间相对较长的情况下能够选择不同的两种动作模式。作为标准，前者是光电荷蓄积时间为 10 μ sec以下、认为能够忽视在浮动扩散部中产生的暗电荷量的情况，在进行100万帧/秒 以上的高速拍摄的情况下优选采用该动作模式。[A]光电荷蓄积时间较短的情况下的动作模式图7是光电荷蓄积时间较短的情况下的动作模式的驱动时序图，图8是该动作中 的各像素10内的概要位势图。此外，在图8(后述的图10也同样)中，CPD、CFD、Ccs分别表 示光电二极管31、浮动扩散部33、蓄积电容器36的电容，CFD+Ccs表示浮动扩散部33与蓄积 电容器36的合成电容。在进行光电荷蓄积之前，将作为共用控制信号的ΦΤ、ΦΙ 设为高电平，来使 传输晶体管32、蓄积晶体管34以及复位晶体管35都导通(时刻t0)。由此，浮动扩散部33 和蓄积电容器36被复位(初始化)。另外，光电二极管31处于全耗尽的状态。此时的电势 的状态为图8的(a)。接着，当将ΦΙ 设为低电平而使复位晶体管35截止时，在浮动扩散部33中产生噪 声信号N2，该噪声信号N2等效于包含有在该浮动扩散部33和蓄积电容器36中产生的随机 噪声以及由源级跟随放大器43的晶体管37的阈值电压偏差所引起的固定图案噪声的噪声 (参照图8的(b))。此时，通过将ΦΧ设为高电平来使晶体管38、41导通，与噪声信号N2 对应的输出电流流向像素输出线14。然后，在该定时(时刻tl)，对一个存储部M提供取 样脉冲ΦΝ2来使取样晶体管26d导通，由此将通过像素输出线14输出的噪声信号N2写入 电容器25d。接着，当将Φ(设为低电平来使蓄积晶体管34截止时，在该时刻根据浮动扩散部33和蓄积电容器36的各自的电容CFD、Ccs之比来分配蓄积于浮动扩散部33和蓄积电容器 36中的信号电荷(参照图8的(c))。此时，在浮动扩散部33中产生噪声信号Ni，该噪声 信号W等效于包含有使Φ(截止时所产生的随机噪声和由源极跟随放大器43的晶体管 37的阈值电压偏差所引起的固定图案噪声的噪声。此时，通过将ΦΧ设为高电平来使晶体 管38、41导通，与噪声信号m对应的输出电流流向像素输出线14。然后，在该定时(时刻 t2)，对一个存储部M提供取样脉冲来使取样晶体管26c导通，由此将通过像素输出 线14输出的噪声信号m写入电容器25c。由于传输晶体管32维持导通状态，因此由入射到光电二极管31的光产生的光电 荷通过传输晶体管32流入浮动扩散部33，叠加到之前的噪声信号m上而蓄积到浮动扩散 部33中(时刻。在强光入射而在光电二极管31中产生大量的光电荷使浮动扩散部33 饱和的情况下，溢出的电荷经由蓄积晶体管34蓄积到蓄积电容器36中(参照图8的(d))。 通过事先将蓄积晶体管34的阈值电压适当地设定为较低，能够高效率地从浮动扩散部33 向蓄积电容器36传输电荷。由此，即使浮动扩散部33的电容Cfd较小而所能够蓄积的最大 饱和电荷量较少，也能够有效利用饱和后的电荷而不将其废弃。这样，浮动扩散部33中的 电荷饱和(溢出)之前以及电荷饱和(溢出)之后所产生的电荷都能够作为输出信号进行 利用。如果经过了规定的光电荷蓄积时间，则在使蓄积晶体管34截止的状态下将ΦΧ设 为高电平来使晶体管38、41导通。然后，通过对存储部M提供取样脉冲OSl来使取样晶 体管26a导通，由此在该时刻(时刻t4)通过像素输出线14输出与蓄积于浮动扩散部33 中的电荷相应的信号并写入电容器25a(参照图8的(e))。此时浮动扩散部33中所蓄积的 信号是与溢出之前的电荷相应的信号Sl和噪声信号m进行叠加而得到的信号，因此保持 在电容器25a中的是不反映蓄积电容器36所蓄积的电荷的量的S1+N1。紧接着，当将CDC设为高电平来使蓄积晶体管34导通时，在该时刻保持于浮动扩 散部33中的电荷与保持于蓄积电容器36中的电荷相混合(参照图8的(f))。在该状态下 将ΦΧ设为高电平来使晶体管38、41导通，并通过对存储部M提供取样脉冲OS2来使取 样晶体管26b导通(时刻伪)，由此通过像素输出线14输出与浮动扩散部33和蓄积电容器 36中所蓄积的电荷相应的信号、即溢出之后的信号S2与噪声信号N2进行叠加而得到的信 号并写入电容器25b。因而，保持在电容器25b中的是反映了蓄积电容器36所蓄积的电荷 的量的S2+N2。以上，在一个存储部M所包含的四个电容器25a、25b、25c、25d中分别保持信号 Sl+Nl、S2+N2、m、N2，这样结束一周期的图像信号的取入。如上所述那样，分别求出包含随 机噪声、固定图案噪声的噪声信号N1、N2与包含这些噪声信号的信号。因而，通过在从电容 器25a、25b、25c、25d中读出各个信号之后进行减法处理，能够得到去除了噪声信号Ni、N2 的影响的高信噪比的图像信号。另外，从浮动扩散部33溢出的电荷也能够利用而不废弃， 因此即使在入射强光时也不容易饱和，从而能够得到反映了该光的信号，能够确保较大的 动态范围。上述减法处理可以在该固体摄像元件的内部进行，也可以在元件外部所准备的 运算部中进行。此外，有关能够放大动态范围的详细说明例如记载于日本特开2006-245522 号公报等文献中，因此在此省略详细的说明。[B]光电荷蓄积时间相对较长的情况下的动作模式
接着，对光电荷蓄积时间相对较长的情况下的动作进行说明。图9是光电荷蓄积 时间相对较长的情况下的驱动时序图，图10是该动作下的各像素10内的概要位势图。与光电荷蓄积时间较短的情况最大的不同在于，在光电荷蓄积期间内使传输晶体 管32截止，通过在光电荷蓄积期间的最后进行噪声信号m的取样来使在浮动扩散部33中 产生的暗电荷(以及光电荷)不包含于Sl信号中等。使传输晶体管32截止是为了将其栅 极下方的硅绝缘膜界面设为积累(Accumulation)状态、在硅表面布满孔以防止来自硅绝 缘层界面的暗电荷的进入。在进行光电荷蓄积之前，将ΦΤ、ΦΙ 设为高电平来使传输晶体管32、蓄积晶 体管34以及复位晶体管35都导通(时刻tlO)。由此，浮动扩散33部和蓄积电容器36被 复位(初始化)。光电二极管31处于全耗尽的状态。此时的电势的状态为图10的(a)。当将ΦΙ 设为低电平而使复位晶体管35截止时，在浮动扩散部33中产生噪声信 号N2，该噪声信号N2等效于包含有在该浮动扩散部33和蓄积电容器36中产生的随机噪声 以及由源级跟随放大器43的晶体管37的阈值电压偏差所引起的固定图案噪声的噪声(参 照图10的(b))。当在该状态下将ΦΧ设为高电平来使晶体管38、41导通时，与噪声信号 N2对应的输出电流流向像素输出线14。然后，在该定时(时刻tll)，对存储部对提供取样 脉冲ΦΝ2来使取样晶体管26d导通，由此将通过像素输出线14输出的噪声信号N2写入电 容器25d。到此为止的动作与光电荷蓄积时间较短的情况下的动作模式是相同的。接着，当将Φ(设为低电平来使蓄积晶体管34截止时，在该时刻根据浮动扩散部 33和蓄积电容器36的各自的电容CFD、Ccs之比来分配蓄积于浮动扩散部33和蓄积电容器 36中的信号电荷。并且，将ΦΤ设为低电平来使传输晶体管32截止，将ΦΧ也设为低电平 来使晶体管38、41也截止(时刻tU)。由此，在光电二极管31与浮动扩散部33之间形成 电势势垒，从而成为能够在光电二极管31中蓄积光电荷的状态(参照图10的(C))。由入射到光电二极管31中的光产生的光电荷被蓄积为光电二极管31的电容CPD， 而当在光电二极管31中产生饱和时，超过该电容的过剩电荷经由传输晶体管32叠加到如 上所述那样按电容比进行分配的噪声信号上而蓄积到浮动扩散部33中。当更强的光入射 而浮动扩散部33饱和时，电荷经由蓄积晶体管34而蓄积到蓄积电容器36中(参照图10 的⑷)。通过事先将蓄积晶体管34的阈值电压设定为适当低于传输晶体管32的阈值电 压，在浮动扩散部33中饱和后得到的电荷能够高效率地传输到蓄积电容器36中而不返回 光电二极管31侧。由此，即使浮动扩散部33的电容Cfd较小而所能够蓄积的电荷量较少， 也能够有效利用溢出的电荷而不将其废弃。这样，浮动扩散部33中的溢出之前以及溢出之 后所产生的电荷都能够作为输出信号进行利用。如果经过了规定的光电荷蓄积时间，则将ΦΧ设为高电平来使晶体管38、41导通， 通过对存储部M提供取样脉冲Φ^来使取样晶体管26c导通，由此在该时刻(时刻tl3) 通过像素输出线14将与蓄积于浮动扩散部33中的信号电荷相对应的噪声信号m输出并 写入电容器25c。此时的噪声信号m中包含由源极跟随放大器43的晶体管37的阈值电压 偏差所引起的固定图案噪声。接着，将ΦΤ设为高电平来使传输晶体管32导通，从而将光电二极管31中所蓄积 的光电荷全部传输到浮动扩散部33(参照图10的(e))。紧接着(时刻tl4)，在使晶体管1338,41导通的状态下，通过对存储部M提供取样脉冲OSl来使取样晶体管26a导通，由此 通过像素输出线14将与浮动扩散部33中所蓄积的电荷相应的信号输出并写入电容器25a。 此时的信号是光电二极管31中所蓄积的电荷、即溢出之前的信号Sl与之前的噪声信号m 进行叠加而得到的信号，因此为S1+N1。接着，当将φ(设为高电平来使蓄积电容器34导通时，在该时刻保持于浮动扩散 部33中的电荷与保持于蓄积电容器36中的电荷相混合(参照图10的(f))。在该状态(时 刻tM)使晶体管38、41导通，对存储部M提供取样脉冲OS2来使取样晶体管^b导通， 由此通过像素输出线14将与浮动扩散部33和蓄积电容器36中所蓄积的电荷相应的信号 输出并保持于电容器25b。此时的信号为S2+N2。以上，在一个存储部M所包含的四个电容器25a、25b、25c、25d中分别保持信号 Sl+Nl、S2+N2、Ni、N2，这样结束一周期的图像信号的取入。与光电荷蓄积时间较短的情况 下的动作模式同样地，分别求出包含随机噪声、固定图案噪声的噪声信号Ni、N2与包含这 些噪声信号的信号，因此通过在从电容器25a、25b、25c、25d中读出各个信号之后进行减法 处理，能够得到去除了噪声信号N1、N2的影响的高信噪比的图像信号。另外，从浮动扩散部 33溢出的电荷也能够利用而不废弃，因此即使在入射强光时也不容易饱和，从而能够得到 反映了该光的信号，能够确保较大的动态范围。如上所述的提供给各像素10的控制信号ΦΧ、ΦΤ、ΦΙ 、Φ(是共用的，因此所有像 素10同时进行上述的光电荷蓄积动作以及从各像素10向存储部对传输信号的传输动作。 即，在上述一个曝光周期中，一帧的图像信号被保持于图3中的存储区域3a的在水平方向 上排列的320个存储单元20内的存储部M中。通过将该动作重复104次，在所有存储单 元20内的存储部24中保持像素信号。在第105次以后再次将像素信号写入最上面的存储 部M，这样循环执行保持动作。重复这种动作直到从外部提供了拍摄停止指示信号。当提 供了拍摄停止指示信号而中止了拍摄时，该时刻最新的104帧的像素信号被保持到了存储 区域3a、3b中。此外，在各存储部M中，在如上所述要在已经保持了某些信号的电容器2 25d 中保持新的信号时，需要执行用于废弃之前的信号的复位。因此，虽然未进行图示，但是信 号线23上分别连接有复位用的晶体管，在要将某个存储部M的电容器25复位时，使该存 储部M的取样晶体管26a ^d导通并且使与信号线23相连接的复位用晶体管导通，电 容器2 25d中所蓄积的信号通过取样晶体管26a 26d而被复位。在执行了这种复位 之后，将新的信号保持到电容器25a 25d。通过使读出侧晶体管22导通并且顺序地使取样晶体管^a ^d导通来读出各 存储部M的电容器2 25d所保持的信号。顺序地读出分别保持于同一存储部M内的 四个电容器25a 25d中的信号，在未图示的减法电路中进行(S1+N1)-N1、(S2+N2)_N2的 减法处理，由此能够分别取出去除了随机噪声、固定图案噪声的Sl信号、S2信号。此外，关 于采用S1、S2中的哪一个作为像素信号，以小于等于Sl的饱和信号量的适当的信号电平为 基准(阈值)，根据是大于等于该基准还是小于该基准来选择各S1、S2。通过以小于等于饱 和信号量来实施这种切换，能够避免信号Sl的饱和偏差的影响。如上，在本实施例的固体摄像元件中，能够进行高速的突发拍摄，并且能够改善由 此得到的信号的信噪比、动态范围。
接着，利用图11至图13说明本发明的其它实施例(第二实施例)的固体摄像元 件的结构和动作。在上述第一实施例的固体摄像元件中，由于对每个像素10设置了不同的 像素输出线14，因此能够在完全相同的定时从各像素10向各存储单元20内的电容器写入 信号、噪声。相反地，由于布设与像素数相同数量的像素输出线14来连接像素区域加、2匕 与存储区域3a、!3b之间，因此在像素区域加、213中布线所占据的区域的面积较大。其结果， 存在像素间距变大、开口率变小、或者像素区域2a、2b整体的面积变大这样的缺点。第二实施例的固体摄像元件意图通 过减少像素输出线14的条数来解决上述问 题。图11是表示在第二实施例的固体摄像元件中连接在一条像素输出线14上的像素的结 构的图。图12是第二实施例的固体摄像元件在光电荷蓄积时间较短的情况下的动作模式 的驱动时序图。图13是第二实施例的固体摄像元件在光电荷蓄积时间较长的情况下的动 作模式的驱动时序图。如图11所示，在该固体摄像元件中，一条像素输出线14上连接有两个像素10a、 IOb以及各两个的存储单元20a、20b。即，在图4所示的第一实施例的结构中连接各像素10 与存储单元20的像素输出线14在该第二实施例中被两个像素以及存储单元共用。因而， 像素输出线14的条数为全部像素数的1/2，像素输出线14所占有的面积与第一实施例相比 大幅减少。由此，能够实现更小的像素间距，例如，在使像素区域的面积相同的情况下，能够 增加像素数来提高分辨率。另外，也能够提高开口率来实现光灵敏度的提高。但是，由于一条像素输出线14由两个像素10a、10b共用，因而无法在完全相同的 定时进行从该像素10a、10b向存储单元20a、20b的信号传输，需要在时间上错开。因此，第 一实施例中的图7所示的驱动时序变更为图12所示的时序，而第一实施例中的图9所示的 驱动时序变更为图13所示的时序。与在各像素10a、10b内完成的动作相关联的信号ΦΙ 、ΦΤ是两个像素10a、 IOb共用的，只有用于将各像素IOaUOb的信号Sl-a、Sl_b、S2_a、S2_b和噪声信号Nl_a、 Nl-b, N2-a、N2-b输出到像素输出线14上的信号Φ^ι、ΦXb以及用于将这些信号写入存 储单元20a、20b内的电容器中的信号是根据各像素1(^、1013、各存储单元2(^、2(^而不同。 除了将从各像素10a、10b向各存储单元20a、20b内的电容器写入信号的定时错开，各像素 IOaUOb中的光电变换蓄积动作、向各存储单元20a、20b内的电容器写入信号的写入动作 等与第一实施例中说明的过程相比基本没有变化。因而，省略动作的详细说明。作为一例，在图13中，在将从ΦΤ下降的时刻起到Φ(下降为止的时间设定为 40nSec、将从Φ)(ει的m-a脉冲上升的时刻起到ΦΤ下降为止的时间设定为lOOnsec的情 况下，像素IOa的信号与像素IOb的信号的写入定时错开15nSec。在帧频为IOMHz (曝光周 期为lOOnsec)的情况下该错开时间为15%，有时因为图像的种类不同而产生影响。在帧频 为IMHz (曝光周期为lysec)的情况下错开时间不过为1.5%，几乎没有影响。根据图14和图15来说明本发明的另外的实施例(第三实施例)的固体摄像元件 的动作。在第一实施例的固体摄像元件中，按每个曝光周期使复位晶体管35导通来使光电 二极管31、浮动扩散部33复位，但是在本第三实施例的固体摄像元件中，变更驱动时序使 得在多个曝光周期的期间内不将光电二极管31、浮动扩散部33复位，而将通过光电变换生 成的光电荷的电压信号相加蓄积到浮动扩散部33中。在此为了方便，将该读出方法称为积 分读出。通过进行非破坏读出能够进行该积分读出，该非破坏读出是如下读出即使在各像素10中通过源极跟随放大器43读出浮动扩散部33中所蓄积的信号，浮动扩散部33的信 号也不变化。图14是用于说明积分读出与第一实施例中说明的通常读出之间的不同的动作概 念图。在此，如图14的(a)所示，随着时间经过，不同数量的光子入射到该固体摄像元件的 检测面。tl、t2、t3、…分别表示一个曝光周期。在通常读出中，如图14的(b)所示，得到 与一个曝光周期的期间内入射的光子数相应的像素输出电压。每个曝光周期中得到的像素 输出电压如上所述那样包含基于光电荷的信号Sl和噪声信号Nl (此外，在此不考虑电荷的 溢出，因此不存在S2、N2)。信号Sl的电平在每个曝光周期中不同，噪声信号m的电平也 一样在每个曝光周期中不同。因而，在通常读出中，按每个曝光周期将信号Si+m和噪声信 号m写入到存储单元20内的电容器中，之后进行减法处理来求出信号Si。与此相对地，在积分读出中，对与多个(在图14中为“6”)曝光周期内入射的光子 数相应的电压输出依次进行相加蓄积，该相加蓄积的过程中的电压为像素输出电压，其中， 该多个曝光周期是从某个时刻浮动扩散部33被复位起到下一次浮动扩散部33被复位为止 的期间内的多个曝光周期。例如，在复位后的首个曝光周期写入到电容器的像素输出电压 为S1(1)+N1，在下一个曝光周期写入到电容器的像素输出电压为S1(2)+S1(1)+N1，在再下 一个曝光周期写入到电容器的像素输出电压为Sl (3) +Sl (2) +Sl(I) +Nl。即，能够根据像素 输出电压Sl (n) +Sl (n-1) +-+Sl (1) +Nl与像素输出电压Sl (n_l) +-+Sl (1) +Nl的差得到复 位后的第η个(在该情况下η = 1 6的整数)曝光周期的信号Sl (η)。图15是表示该积分读出时的驱动时序的图。其中，在该例中，将对电压信号进行 相加蓄积的曝光周期设为“3”。关于噪声信号Ni，浮动扩散部33复位时的噪声占支配性地 位。因而，在复位晶体管35从导通变为截止状态后立即将噪声信号m写入到存储单元20 的电容器中，之后，在复位晶体管35下一次变为导通之前仅将信号Sl写入到存储单元20 的电容器中即可。即，不需要按每个曝光周期准备写入噪声信号的电容器，因此与通常读出 相比，能够大幅减少相同帧数的突发拍摄所需的取样晶体管以及电容器的数量。该削减量 随着电压信号被相加蓄积的曝光周期数增加而变大。但是，当相加蓄积到浮动扩散部33的电压信号溢出时，无法得到适当的图像。基 于这一点，在入射的光子比较少(光强度较弱)的情况下具有利用价值。或者，也可以在电 路上监视像素输出电压，进行定时控制来在浮动扩散部33溢出之前进行复位。此外，为了得到与每个曝光周期的光子数相应的信号，只要如上所述那样进行像 素输出电压的减法处理即可，但是未必要进行减法处理，也能够利用相加蓄积后的信号来 再现图像。例如在连续地高速拍摄高速移动的目标物体的情况下，相加蓄积得到的信号为 反映了目标物体的某个期间的移动轨迹的信号。这种图像例如能够利用于目标物体的移动 速度的计算等。此外，上述实施例都是本发明所涉及的固体摄像元件的一例，在本发明的要旨的 范围内进行适当变形或修正、追加也包含于本申请权利要求范围内这一点是显而易见的。
权利要求
1.一种固体摄像元件，其特征在于，具备a)像素区域，在该像素区域中排列有多个像素，其中，上述像素包括光电变换元件， 其接收光而生成光电荷；传输元件，其将由该光电变换元件生成的光电荷传输至检测节点， 该检测节点将光电荷从电荷信号变换为电压信号；以及缓冲元件，其将输出信号从上述检 测节点发送到像素输出线；以及b)存储区域，该存储区域与上述像素区域相分离，在该存储区域中布设有对每个像素 准备的多个存储部以保持多帧的通过各像素得到的信号，其中，在将上述各像素和与该像素对应的多个存储部进行连接的像素输出线上，在该 像素与多个存储部之间具有写入侧门极单元，并且在经由了该写入侧门极单元的存储部侧 具有读出侧门极单元。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，各上述存储部包括一个电容器和一个开关元件。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其特征在于，连接多个像素和对应于该多个像素而分别设置的多个存储部的像素输出线是共用的。
4.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于，各像素包括使上述光电变换元件以及上述检测节点复位的复位元件。
5.根据权利要求4所述的固体摄像元件，其特征在于，每当经由上述缓冲元件输出上述检测节点中所蓄积的电压信号时，通过上述复位元件 使上述光电变换元件以及上述检测节点复位。
6.根据权利要求4所述的固体摄像元件，其特征在于，在通过上述缓冲元件输出了上述检测节点中所蓄积的电压信号之后，不使上述光电变 换元件以及上述检测节点复位而在上述检测节点中蓄积由上述光电变换元件生成的光电 荷变换成的电压信号，在多个连续的曝光周期的期间内按每个周期依次输出进行积分得到 的电压信号。
7.根据权利要求5或6所述的固体摄像元件，其特征在于，对各存储部的写入动作进行控制，使得将各像素的按每个曝光周期输出的信号顺序地 保持到上述多个存储部中。
8.根据权利要求7所述的固体摄像元件，其特征在于，在将与多个曝光周期对应的信号保存到多个存储部之后，控制各存储部的读出动作， 使得通过上述读出侧门极单元将存储部所保存的多帧的信号顺序地读出到存储部外。
全文摘要
对在像素区域(2a、2b)中呈二维状进行排列的每个像素(10)设置像素输出线(14)，在延伸至存储区域(3a、3b)的像素输出线(14)上连接存储单元(20)。存储单元(20)具备写入侧晶体管(21)、读出侧晶体管(22)、以及保持104帧信号的存储部(24)。所有像素同时执行光电荷蓄积，将通过光电荷的蓄积而生成的信号输出到像素输出线(14)。在存储单元(20)中，通过接通写入侧晶体管(21)并在每次曝光中使不同的存储部(24)的取样晶体管顺次导通来将信号顺序地保持到各电容器中，在突发拍摄结束之后将所有像素信号依次读出。由于不像CCD那样对所有栅极负载一齐进行驱动，因此抑制了功耗并能够进行高速驱动，从而较于以往能够进行高速的突发拍摄。
文档编号H04N5/355GK102057666SQ20098012196
公开日2011年5月11日 申请日期2009年6月10日 优先权日2008年6月10日
发明者富永秀树, 近藤泰志, 须川成利 申请人:国立大学法人东北大学, 株式会社岛津制作所