CN101378460A - 成像装置和驱动固态成像设备的方法 - Google Patents

成像装置和驱动固态成像设备的方法 Download PDF

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Abstract

成像装置和驱动固态成像设备的方法。一种固态成像设备(5)，包括：光电转换元件(51R，51G，51B)；和光电转换元件(51r，51g，51b)。光电转换元件(51r，51g，51b)的曝光时间被控制为比光电转换元件(51R，51G，51B)的曝光时间短。在光电转换元件(51R，51G，51B)的曝光期间，成像设备驱动部(10)给转移电极(V2，V6)施加读出脉冲，将积聚在光电转换元件(51r，51g，51b)中的电荷读出到垂直电荷转移通路(54)中，并控制光电转换元件(51r，51g，51b)开始曝光。在从光电转换元件(51R，51G，51B)开始曝光到施加读出脉冲的期间，成像设备驱动部(10)给转移电极(V1到V8)施加低电平的转移脉冲。

Description

成像装置和驱动固态成像设备的方法
相关申请的交叉参考
本申请基于并要求2007年8月27日提交的日本专利申请No.2007-219892的优先权，其整个内容在这里结合作为参考。
技术领域
本发明涉及一种固态成像设备和具有驱动该固态成像设备的驱动单元的成像装置。
背景技术
为了通过在单次摄影过程中获得低灵敏度数据和高灵敏度数据并将其合并以扩展动态范围，已经提出了下述一种固态成像设备，其包括具有高灵敏度的光电转换元件和具有低灵敏度的光电转换元件。为了区分光电转换元件间的灵敏度，提出了各种方法。例如JP2001-275044A(对应于U.S.专利No.7,030,923)描述了一种通过区分光电转换元件的曝光时间来区分光电转换元件间的灵敏度的方法。
为了区分光电转换元件间的曝光时间，JP2001-275044A在一部分光电转换元件的曝光期间给除该部分光电转换元件之外的其它光电转换元件施加读出脉冲，从而读出积聚在该光电转换元件中的电荷，由此控制除所述一部分光电转换元件之外的其它光电转换元件的曝光时间。一般地，在硅衬底与硅衬底之上的栅极绝缘膜之间的界面上存在自由键，该自由键用作产生-复合的中心并产生电子。当如此产生的电子进入光电转换元件时，导致白缺陷。为了减小白缺陷的产生，目前光电转换元件的表面通常由高密度的p型杂质层覆盖。对于该构造，在所述界面附近的空穴密度增加，使得在所述界面上产生的电子快速与空穴复合。因此，只要光电转换元件上的高密度p层充分发挥作用，白缺陷的主要产生源就是在(i)位于光电转换元件与垂直电荷转移通路之间的硅衬底的区域与(ii)栅极绝缘膜之间的界面。
在光电转换元件中，曝光时间长的元件的噪声与信号量的比率高，从而白缺陷的影响表现得显著。另一方面，在光电转换元件中，曝光时间短的元件的噪声与信号量的比率低，而且可通过施加读出脉冲来重新设置直到开始曝光才产生的白缺陷。因此，在该情形中，白缺陷的影响不太可能产生问题。如上所述，如果在从曝光时间长的光电转换元件获得的信号的S/N与从曝光时间短的光电转换元件获得的信号的S/N之间具有差别，则由于白缺陷，通过合并由所述两个信号产生的图像数据而获得的宽动态范围图像的质量下降。因此，对抗白缺陷的措施对于通过控制光电转换元件的曝光时间而同时获得两种成像信号的固态成像设备来说非常重要。
发明内容
鉴于上述情况制造了本发明，提供了一种成像装置，该成像装置装配有可通过控制光电转换元件的曝光时间同时获得两种成像信号的固态成像设备，并可减小成像信号中包含的噪声。
依照本发明的一个方面，成像装置包括固态成像设备和构造成驱动所述固态成像设备的驱动单元。所述固态成像设备包括大量光电转换元件、电荷转移通路和转移电极。光电转换元件在半导体衬底上在特定方向和与该特定方向垂直的方向上二维布置。电荷转移通路设置成与光电转换元件列对应，每个光电转换元件列都具有在所述特定方向上布置的多个光电转换元件。每个电荷转移通路都在所述特定方向上转移由相应的光电转换元件列的所述多个光电转换元件产生的电荷。转移电极设置在所述电荷转移通路上并布置在所述特定方向上。所述转移电极包括第一转移电极和第二转移电极。所述第一转移电极设置成分别与每个光电转换元件列的所述多个光电转换元件对应。所述第一转移电极控制(i)将电荷从每个光电转换元件列的各个光电转换元件读出到相应的电荷转移通路，和(ii)在相应的电荷转移通路中转移电荷。所述第二转移电极控制电荷在所述电荷转移通路中的转移。所述大量光电转换元件包括第一光电转换元件和第二光电转换元件。所述第二光电转换元件的曝光时间被控制为比所述第一光电转换元件的曝光时间短。可给所述第一光电转换元件施加下述任意脉冲：(i)用于在所述电荷转移通路中形成积聚电荷的包的第一转移脉冲，(ii)用于在所述电荷转移通路中形成用于所述包的势垒、具有比第一转移脉冲低的电平的第二转移脉冲，和(iii)用于将电荷从光电转换元件读出到所述电荷转移通路、具有比第一转移脉冲高的电平的读出脉冲。可给所述第二转移电极施加所述第一转移脉冲和所述第二转移脉冲中的任意一个。所述驱动单元在所述第一光电转换元件的曝光期间给与所述第二光电转换元件对应的所述第一转移电极施加所述读出脉冲，并当所述读出脉冲停止时，所述驱动单元开始曝光所述第二光电转换元件。在从所述第一光电转换元件曝光开始到施加所述读出脉冲的期间，所述驱动单元给所有的转移电极施加所述第二转移脉冲。
此外，在从施加所述读出脉冲到所述第二光电转换元件的曝光时间结束的期间，所述驱动单元给包括所述第一和第二转移电极的一部分转移电极施加所述第一转移脉冲。
此外，所述一部分转移电极是除与所述第一光电转换元件相邻的转移电极之外的转移电极中的至少一部分，或者是除与所述第一光电转换元件对应的所述第一转移电极之外的转移电极中的至少一部分。在从施加所述读出脉冲到所述第二光电转换元件的曝光时间结束的所述期间，所述驱动单元至少给与所述第一光电转换元件相邻的转移电极或者与所述第一光电转换元件对应的所述第一转移电极施加所述第二转移脉冲。
此外，如果所述第二光电转换元件的设定曝光时间比阈值长，则在施加所述读出脉冲之后，所述驱动单元给所述转移电极施加所述第一和第二转移脉冲，以扫除存在于所述电荷转移通路中的电荷。在完成了扫除之后，所述驱动单元可以给所有的转移电极施加所述第二转移脉冲，一直到所述第二光电转换元件的曝光期间结束为止。
依照本发明的另一个方面，固态成像设备包括大量光电转换元件、电荷转移通路和转移电极。所述光电转换元件在半导体衬底上在特定方向和与该特定方向垂直的方向上二维布置。所述电荷转移通路设置成与光电转换元件列对应，每个光电转换元件列都具有在所述特定方向上布置的多个光电转换元件。每个电荷转移通路都在所述特定方向上转移由相应的光电转换元件列的所述多个光电转换元件产生的电荷。所述转移电极设置在所述电荷转移通路上并布置在所述特定方向上。所述转移电极包括第一转移电极和第二转移电极。所述第一转移电极设置成分别与每个光电转换元件列的所述多个光电转换元件对应。所述第一转移电极控制(i)将电荷从每个光电转换元件列的各个光电转换元件读出到相应的电荷转移通路，和(ii)在相应的电荷转移通路中转移电荷。第二转移电极控制电荷在所述电荷转移通路中的转移。所述大量光电转换元件包括第一光电转换元件和第二光电转换元件。所述第二光电转换元件的曝光时间被控制为比所述第一光电转换元件的曝光时间短。可给第一光电转换元件施加下述任意脉冲：(i)用于在所述电荷转移通路中形成积聚电荷的包的第一转移脉冲，(ii)用于在所述电荷转移通路中形成用于所述包的势垒、具有比第一转移脉冲低的电平的第二转移脉冲，和(iii)用于将电荷从光电转换元件读出到所述电荷转移通路、具有比第一转移脉冲高的电平的读出脉冲。可给所述第二转移电极施加所述第一转移脉冲和所述第二转移脉冲中的任意一个。用于驱动固态成像设备的方法包括：在所述第一光电转换元件的曝光期间给与所述第二光电转换元件对应的所述第一转移电极施加所述读出脉冲；当所述读出脉冲停止时，开始曝光所述第二光电转换元件；且在从所述第一光电转换元件曝光开始到施加所述读出脉冲的期间，给所有的转移电极施加所述第二转移脉冲。
此外，该方法进一步包括在从施加所述读出脉冲到所述第二光电转换元件的曝光时间结束的期间，给包括所述第一和第二转移电极的一部分转移电极施加所述第一转移脉冲。
此外，所述一部分转移电极是除与所述第一光电转换元件相邻的转移电极之外的转移电极中的至少一部分，或者是除与所述第一光电转换元件对应的所述第一转移电极之外的转移电极中的至少一部分。所述方法进一步包括：在从施加所述读出脉冲到所述第二光电转换元件的曝光时间结束的所述期间，至少给与所述第一光电转换元件相邻的转移电极或者与所述第一光电转换元件对应的所述第一转移电极施加所述第二转移脉冲。
此外，该方法进一步包括：如果所述第二光电转换元件的设定曝光时间比阈值长，则在施加所述读出脉冲之后，给转移电极施加所述第一和第二转移脉冲，以扫除存在于所述电荷转移通路中的电荷；并且在完成了扫除之后，给所有的转移电极施加所述第二转移脉冲，一直到所述第二光电转换元件的曝光期间结束为止。
通过上述构造，可提供一种成像装置，该成像装置装配有可通过控制光电转换元件的曝光时间同时获得两种成像信号的固态成像设备，并可减小成像信号中包含的噪声。
附图说明
图1是显示为成像装置的一个例子的数码相机的概要的视图，本发明的第一实施方式参照其被描述；
图2是显示装配在本发明第一实施方式的数码相机上的固态成像设备的构造的一个例子的示意性平面图；
图3是利用本发明第一实施方式的数码相机摄影时的转移脉冲的时序图；
图4是显示利用本发明第二实施方式的数码相机摄影时的操作流程的流程图；
图5是显示由本发明第二实施方式的数码相机执行的用于***电荷扫除的驱动操作的时间图；
图6是显示装配在本发明第三实施方式的数码相机上的固态成像设备的构造的一个例子的示意性平面图；
图7是显示装配在本发明第四实施方式的数码相机上的固态成像设备的构造的一个例子的示意性平面图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是显示为成像装置的一个例子的数码相机的概要的视图，本发明的第一实施方式参照其被描述。
图中所示的数码相机的摄像***包括拍摄镜头1、固态成像设备5、设置在拍摄镜头1与固态成像设备5之间的孔径光阑2、红外截止滤波器3、和光学低通滤波器4。
用于控制数码相机的整体电气控制***的***控制部11控制闪光发射部12和光接收部13。***控制部11还控制镜头驱动部8，从而将拍摄镜头1的位置调整为对焦位置并调整变焦。此外，***控制部11通过光阑驱动部9控制孔径光阑2，从而调整曝光量。
***控制部11通过成像设备驱动部10驱动固态成像设备5并使固态成像设备5输出作为彩色信号的已经通过拍摄镜头1摄取的摄影的被摄体的图像。来自用户的命令信号通过操作部14输入到***控制部11中。
数码相机的电气控制***还包括：与固态成像设备5的输出端连接的模拟信号处理部6，模拟信号处理部6用于执行模拟信号处理，例如相关双重采样处理；和用于将从模拟信号处理部6输出的RGB的彩色信号转换为数字信号的A/D转换电路7。通过***控制部11控制这些组件。
数码相机的电气控制***还包括：主存储器16；与主存储器16连接的存储器控制部15；用于通过执行插补计算、伽马校正计算、RGB/YC转换处理和图像合成处理而产生图像数据的数字信号处理部17；用于将由数字信号处理部17产生的图像数据压缩为JPEG格式并用于扩展所述压缩的图像数据的压缩/扩展处理部18；积分部19，其用于将测光数据进行积分，从而获得用于由数字信号处理部17执行的白平衡校正的增益；与可拆卸的记录介质21连接的外部存储器控制部20；以及与装配在照相机后表面上的液晶显示部23连接的显示控制部22。这些组件通过控制总线24和数据总线25彼此连接并由***控制部11给出的命令控制。
图2是显示图1中所示的固态成像设备5的构造的一个例子的示意性平面图。
固态成像设备5包括RGB组的光电转换元件和rgb组的光电转换元件。RGB组包括用于探测红色(R)波长区域中的光(R光)的光电转换元件51R(在图中附加字母“R”)、用于探测绿色(G)波长区域中的光(G光)的光电转换元件51G(在图中附加字母“G”)、和用于探测蓝色(B)波长区域中的光(B光)的光电转换元件51B(在图中附加字母“B”)。光电转换元件51R，51G和51B在半导体衬底50上布置在由行方向X和与行方向X垂直的方向Y形成的方形网格上。此外，rgb组包括用于探测光(R光)的光电转换元件51r(在图中附加字母“r”)、用于探测光(G光)的光电转换元件51g(在图中附加字母“g”)、和用于探测光(B光)的光电转换元件51b(在图中附加字母“b”)。光电转换元件51r，51g和51b在半导体衬底50上布置在由行方向X和与行方向X垂直的方向Y形成的方格网上。这些组分别布置于在行方向X和列方向Y上移动了大约1/2光电转换元件排列间距的位置中。
在RGB组的光电转换元件上设置有滤色器。这些滤色器根据Bayer排列进行布置。同样，在rgb组的光电转换元件上也设置有滤色器。这些滤色器也根据Bayer排列进行布置。
RGB组的光电转换元件和rgb组的光电转换元件具有相同的结构。然而，成像设备驱动部10控制各个组的曝光时间彼此不同。在该实施方式中，成像设备驱动部10控制rgb组的光电转换元件的曝光时间比RGB组的光电转换元件的曝光时间短。
可以说，通过在行方向X上交替排列由布置在列方向Y上的光电转换元件51G和光电转换元件51R形成的GR光电转换元件列以及由布置在列方向Y上的光电转换元件51B和光电转换元件51G形成的BG光电转换元件列，获得RGB组的光电转换元件的排列。替代地，可以说，通过在列方向Y上交替排列由布置在行方向X上的光电转换元件51G和光电转换元件51B形成的GB光电转换元件行以及由布置在行方向X上的光电转换元件51R和光电转换元件51G形成的RG光电转换元件行，获得RGB组的光电转换元件的排列。
可以说，通过在行方向X上交替排列由布置在列方向Y上的光电转换元件51g和光电转换元件51r形成的gr光电转换元件列以及由布置在列方向Y上的光电转换元件51b和光电转换元件51g形成的bg光电转换元件列，获得rgb组的光电转换元件的排列。替代地，可以说，通过在列方向Y上交替排列由布置在行方向X上的光电转换元件51g和光电转换元件51b形成的gb光电转换元件行以及由布置在行方向X上的光电转换元件51r和光电转换元件51g形成的rg光电转换元件行，获得rgb组的光电转换元件的排列。
在每个光电转换元件列的右侧，都形成与每个光电转换元件列对应的并沿列方向Y转移积聚在每个光电转换元件列的光电转换元件中的电荷的垂直电荷转移通路54(图2仅显示了一部分垂直电荷转移通路54)。垂直电荷转移通路54例如由植入到形成于n型硅衬底上的p阱层中的n型杂质形成。
在垂直电荷转移通路54上形成有转移电极V1到V8，成像设备驱动部10给转移电极V1到V8施加8相转移脉冲，用于控制被读出进入垂直电荷转移通路54中的电荷的转移。给转移电极V1施加转移脉冲φV1，给转移电极V2施加转移脉冲φV2，给转移电极V3施加转移脉冲φV3，给转移电极V4施加转移脉冲φV4，给转移电极V5施加转移脉冲φV5，给转移电极V6施加转移脉冲φV6，给转移电极V7施加转移脉冲φV7，给转移电极V8施加转移脉冲φV8。
转移电极V1到V8分别布置在光电转换元件线之间，在行方向X上迂回前进，从而转移电极V1到V8避开形成光电转换元件列的光电转换元件。在每个gb光电转换元件行的上侧部分中，转移电极V8和转移电极V1从相邻的光电转换元件行开始按顺序布置在该gb光电转换元件行与该相邻的光电转换元件行之间。在每个gb光电转换元件行的下侧部分中，转移电极V2和转移电极V3从gb光电转换元件行开始按顺序布置在该gb光电转换元件行与相邻的光电转换元件行之间。在每个rg光电转换元件行的上侧部分中，转移电极V4和转移电极V5从相邻的光电转换元件行开始按顺序布置在该rg光电转换元件行与该相邻的光电转换元件行之间。在每个rg光电转换元件行的下侧部分中，转移电极V6和转移电极V7从rg光电转换元件行开始按顺序布置在该rg光电转换元件行与相邻的光电转换元件行之间。
在每个光电转换元件与相应的垂直电荷转移通路54之间，设置有电荷读出部分55。每个电荷读出部分55都用于将在相应光电转换元件中产生的电荷读出到垂直电荷转移通路54中。电荷读出部分55例如由在形成于n型硅衬底上的p阱层中的p型杂质层形成。电荷读出部分55相对于相应的光电转换元件在相同的方向上(图中为在右倾斜方向上)排列。
转移电极V2形成在与gb光电转换元件行的每个光电转换元件对应的电荷读出部分55上。当给转移电极V2施加读出脉冲时，积聚在gb光电转换元件行的每个光电转换元件中的电荷被读出到位于每个光电转换元件右侧上的垂直电荷转移通路54中。
转移电极V4形成在与GB光电转换元件行的每个光电转换元件对应的电荷读出部分55上。当给转移电极V4施加读出脉冲时，积聚在GB光电转换元件行的每个光电转换元件中的电荷被读出到位于每个光电转换元件右侧上的垂直电荷转移通路54中。
转移电极V6形成在与rg光电转换元件行的每个光电转换元件对应的电荷读出部分55上。当给转移电极V6施加读出脉冲时，积聚在rg光电转换元件行的每个光电转换元件中的电荷被读出到位于每个光电转换元件右侧上的垂直电荷转移通路54中。
转移电极V8形成在与RG光电转换元件行的每个光电转换元件对应的电荷读出部分55上。当给转移电极V8施加读出脉冲时，积聚在RG光电转换元件行的每个光电转换元件中的电荷被读出到位于每个光电转换元件右侧上的垂直电荷转移通路54中。
垂直电荷转移通路54与用于在行方向X上转移已经在垂直电荷转移通路54中转移过的电荷的水平电荷转移通路57连接。水平电荷转移通路57与用于将已经在水平电荷转移通路57中转移过的电荷转换为电压信号并输出该电压信号的输出放大器58连接。
可给位于电荷读出部分55上的每个转移电极(V2，V4，V6，V8)施加下述任意脉冲，即用于在垂直电荷转移通路54中形成用于积聚电荷的包(packet)的中间电平的转移脉冲VM(VM例如为0V)、用于在垂直电荷转移通路54中形成用于所述包的势垒(barrier)的低于VM的低电平的转移脉冲VL(VL例如为-8V)、和用于将电荷从光电转换元件读出到垂直电荷转移通路54中的读出脉冲，该读出脉冲的电平(VH例如为15V)高于VM。此外，除位于电荷读出部分55上的转移电极(V2，V4，V6，V8)之外，还可给每个转移电极(V1，V3，V5，V7)施加转移脉冲VL或转移脉冲VM。
接下来，将描述如上述所构造的数码相机的摄影操作。图3是利用第一实施方式的数码相机摄影时的转移脉冲的时序图。
当半按设置在操作部14中的快门按钮时，通过***控制部11执行自动曝光处理(AE)和自动调焦处理(AF)，从而测量获取摄影的被摄体所需的动态范围。***控制部11根据测量的动态范围确定光电转换元件51R，51G，51B的曝光时间和光电转换元件51r，51g，51b的曝光时间，并控制成像设备驱动部10，从而在确定的曝光时间中获取图像。
如图3中所示，在装配于数码相机上的机械快门(没有示出)打开的期间，当成像设备驱动部10停止供给电子快门脉冲(SUB脉冲)以致电子快门打开时，光电转换元件51R，51G，51B的曝光期间开始。在该曝光期间开始的时间点处，VL的转移脉冲从成像设备驱动部10供给到转移电极V1到V8。
在紧靠光电转换元件51r，51g，51b开始曝光的时刻之前，成像设备驱动部10将施加给转移电极V1，V2，V5，V6的转移脉冲控制为VM。在光电转换元件51r，51g，51b开始曝光的时刻处，成像设备驱动部10给转移电极V2，V6施加VH的读出脉冲，从而通过电荷读出部分55将积聚在光电转换元件51r，51g，51b中的电荷读出到垂直电荷转移通路54中。然后，成像设备驱动部10执行用于开始光电转换元件51r，51g，51b的曝光期间的驱动操作。
在施加了读出脉冲之后，成像设备驱动部10将转移脉冲φV2，φV6返回到VM。当机械快门关闭且光电转换元件的曝光期间结束时，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以高速扫除存在于垂直电荷转移通路54中的不必要的电荷。在完成扫除不必要的电荷之后，成像设备驱动部10给转移电极V4，V8施加读出脉冲，从而将积聚在光电转换元件51R，51G，51B中的电荷读出到垂直电荷转移通路54中。然后，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以将读出的电荷转移到水平电荷转移通路57中，并进一步通过水平电荷转移通路57将电荷转移到输出放大器58。由此，从固态成像设备5输出与积聚在光电转换元件51R，51G，51B中的电荷对应的信号。
接下来，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以高速扫除存在于垂直电荷转移通路54中的不必要的电荷。在完成了扫除不必要的电荷之后，成像设备驱动部10给转移电极V2，V6施加读出脉冲，从而将积聚在光电转换元件51r，51g，51b中的电荷读出到垂直电荷转移通路54中。然后，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以将读出的电荷转移到水平电荷转移通路57中，并进一步通过水平电荷转移通路57将电荷转移到输出放大器58。由此，从固态成像设备5输出与积聚在光电转换元件51r，51g，51b中的电荷对应的信号。
数字信号处理部17根据从光电转换元件51R，51G，51B获得的信号产生图像数据，并还根据从光电转换元件51r，51g，51b获得的信号产生图像数据。将这两个图像数据合并，从而产生具有扩展的动态范围的合并图像数据，并且该合并图像数据被输出到压缩/扩展处理部18。压缩/扩展处理部18对所述合并图像数据进行压缩处理。然后，压缩后的合并图像数据记录在记录介质21中，完成了摄影操作。
依照上述的驱动操作，在从光电转换元件51R，51G，51B开始曝光到光电转换元件51r，51g，51b开始曝光的期间中，给各个转移电极V1到V8供给VL的转移脉冲。因此，在(i)位于每个光电转换元件与垂直电荷转移通路54之间的硅基板50的区域与(ii)所述区域上的栅极绝缘膜之间的界面上产生的电子能够积聚在所述区域中，而没有移动到每个光电转换元件51R，51G，51B。这是因为，当给所述区域上的转移电极施加极性为负的转移脉冲时，在所述区域中积聚空穴，并且这些空穴和在上述界面上产生的电子彼此复合。由此，可在该区域中积聚电子。结果，可减小光电转换元件51R，51G，51B中白缺陷的产生。
依照上述的驱动操作，在施加了读出脉冲之后，在转移电极V1，V2，V5，V6下面的垂直电荷转移通路54中形成包。因此，在从光电转换元件51R，51G，51B开始曝光到施加读出脉冲的期间在垂直电荷转移通路54中产生的污点电荷，和在从施加读出脉冲到光电转换元件51R，51G，51B曝光期间结束的期间在垂直电荷转移通路54中产生的污点电荷保持在这些包中，而没有移动到光电转换元件。因此，这些包抑制了由于产生大量污点电荷而导致的帚化(brooming)的产生。因为污点电荷的量与曝光时间成比例增加，所以如果曝光时间较长的光电转换元件存在于该实施方式的固态成像设备中，则该现象尤其会导致问题。因此，在完成施加读出脉冲之后在垂直电荷转移通路54中形成包是对抗由污点电荷导致的帚化的有效措施。此外，当执行上述的驱动操作时，在施加读出脉冲之前积聚在光电转换元件51r，51g，51b中的不必要的电荷与上述污点电荷一起也保持在上述包中。
在该实施方式中，在从光电转换元件51R，51G，51B开始曝光到光电转换元件51r，51g，51b开始曝光的期间，给转移电极V1到V8施加VL的转移脉冲。因此，在该期间产生的污点电荷可能导致帚化。然而，如果光电转换元件51r，51g，51b的曝光时间不极大地缩短，则仅仅在光电转换元件51r，51g，51b开始曝光之后，污点电荷的量就增加到导致帚化的程度。因此，在光电转换元件51r，51g，51b开始曝光之前不可能导致帚化。因此，为了防止白缺陷，在光电转换元件51r，51g，51b开始曝光之前给转移电极V1到V8施加VL的转移脉冲是有效的。
当具有普通结构的固态成像设备的光电转换元件长时间地曝光时，现有技术采取在该长时间的曝光过程中给垂直电荷转移通路上的所有电极施加VL的转移脉冲的方法。在该方法中，关心的是在该曝光期间产生的污点电荷导致了帚化。在该实施方式的数码相机中，即使光电转换元件51R，51G，51B的曝光期间设为与在现有技术的固态成像设备的长时间曝光中使用的曝光时间相同，在完成了施加读出脉冲之后，到目前产生的污点电荷和从现在开始产生的污点电荷保持在垂直电荷转移通路54的包中。因此，与现有技术相比可大大减小产生帚化的可能性。
在该实施方式中，为了防止在光电转换元件51R，51G，51B中产生白缺陷，在施加了读出脉冲之后，成像设备驱动部10给与光电转换元件51R，51G，51B相邻的转移电极施加VL的转移脉冲，还给其它转移电极施加VM的转移脉冲。即使仅给位于与光电转换元件51R，51G，51B对应的电荷读出部分55上的转移电极V4，V8施加VL的转移脉冲，也可获得防止产生白缺陷的优点。
在光电转换元件与垂直电荷转移通路54之间的区域包括两部分。就是说，一个是存在电荷读出部分55的部分，另一个是不存在电荷读出部分55的部分。当给它们施加VM的转移脉冲时，在不存在电荷读出部分55的部分中的电位比存在电荷读出部分55的部分中的电位低。不存在电荷读出部分55的部分处于一些空穴积聚在那里的状态。就是说，不存在电荷读出部分55的部分具有防止白缺陷的优点。因此，即使仅给转移电极V4，V8施加VL的转移脉冲，也可提供充分高的防止产生白缺陷的效果。
在该实施方式中，在完成了施加读出脉冲之后，在转移电极V1，V2，V5，V6下面的垂直电荷转移通路54中形成包。在除施加有VL的转移脉冲的转移电极V3，V4，V7，V8之外的转移电极下面的垂直电荷转移通路54中形成至少一个包。形成包的位置没有特别限制。就是说，在完成了施加读出脉冲之后，给V1，V2，V5，V6的一部分施加VM的转移脉冲，给其它电极施加VL的转移脉冲。替代地，在完成了施加读出脉冲之后，成像设备驱动部10给转移电极V4，V8施加VL的转移脉冲，给除转移电极V4，V8之外的一部分转移电极施加VM的转移脉冲，以及给其余转移电极施加VL的转移脉冲。进一步作为替换，在完成了施加读出脉冲之后，成像设备驱动部10仅给转移电极V4，V8施加VL的转移脉冲，并还给除转移电极V4，V8之外的所有转移电极施加VM的转移脉冲。
在该实施方式中，在完成了施加读出脉冲之后，为了防止白缺陷，给转移电极V3，V4，V7，V8或转移电极V4，V8施加VL的转移脉冲。然而，在忽略防止产生白缺陷的效果的情形中，施加VL的转移脉冲的转移电极没有限制。在完成了施加读出脉冲之后，为了防止帚化，必要的是，通过给一部分转移电极V1到V8施加VM的转移脉冲形成包。因此，可给除施加有用于形成包的转移脉冲的转移电极之外的转移电极施加VL的转移脉冲。
(第二实施方式)
依照第二实施方式所述的数码相机的构造与图1中所示的相同，因此将参照图1和2进行描述。
下面将描述该实施方式的数码相机的摄影操作。图4是显示在利用第二实施方式的数码相机摄影时执行的操作的流程图。
当半按设置在操作部14中的快门按钮时(步骤S1)，***控制部11执行自动曝光处理(AE)(步骤S2)和自动调焦处理(AF)(步骤S3)，并还测量用于拍摄摄影的被摄体所必需的动态范围(步骤S4)。***控制部11根据测量的动态范围确定光电转换元件51R，51G，51B的曝光时间和光电转换元件51r，51g，51b的曝光时间，并控制成像设备驱动部10，从而在确定的曝光时间中获取图像。
接下来，***控制部11判断光电转换元件51r，51g，51b的曝光时间是否比阈值长(步骤S5)。如果光电转换元件51r，51g，51b的曝光时间比阈值长(步骤S5：是)，则在第一实施方式中所述的驱动操作中，在施加了读出脉冲之后，***控制部11给转移电极V1到V8施加VL的转移脉冲和VM的转移脉冲，从而扫除存在于垂直电荷转移通路54中的电荷。然后，从完成了电荷扫除一直到光电转换元件51r，51g，51b的曝光期间结束为止，***控制部11执行用于***电荷的扫除的驱动操作，从而给所有转移电极V1到V8施加VL的转移脉冲(步骤S6)。
下面将详细描述用于***电荷的扫除的驱动操作。
如图5中所示，在装配于数码相机上的机械快门(没有示出)打开的期间，当成像设备驱动部10停止供给电子快门脉冲(SUB脉冲)从而电子快门打开时，光电转换元件51R，51G，51B的曝光期间开始。在该曝光期间开始的时间点处，VL的转移脉冲分别从成像设备驱动部10供给到转移电极V1到V8。
在紧靠光电转换元件51r，51g，51b开始曝光的时刻之前，通过成像设备驱动部10将施加给转移电极V1，V2，V5，V6的转移脉冲控制为VM。然后，在光电转换元件51r，51g，51b开始曝光的时刻处，成像设备驱动部10给转移电极V2，V6施加VH的读出脉冲，从而通过电荷读出部分55将积聚在光电转换元件51r，51g，51b中的电荷读出到垂直电荷转移通路54中，并执行用于开始光电转换元件51r，51g，51b的曝光期间的驱动操作。
在施加了读出脉冲之后，成像设备驱动部10将转移脉冲φV2，φV6返回到VM。然后，成像设备驱动部10以预定图案给转移电极V1到V8施加VL和VM的转移脉冲，从而存在于垂直电荷转移通路54中的电荷被转移到水平电荷转移通路57并被扫除。在扫除了电荷之后，成像设备驱动部10给转移电极V1到V8施加VL的转移脉冲。上面描述了用于***电荷的扫除的驱动操作。
返回参照图4的描述，如果光电转换元件51r，51g，51b的曝光时间等于或小于阈值(步骤S5：否)，则***控制部11执行第一实施方式的图3中所示的没有***电荷的扫除的驱动操作(步骤S7)(即下述驱动操作，其中从施加读出脉冲一直到机械快门关闭为止，φV1，φV2，φV5和φV6设为VM，φV3，φV4，φV7和φV8设为VL)。
当完成了步骤S6和S7时，当机械快门关闭且光电转换元件的曝光期间结束时，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以高速扫除存在于垂直电荷转移通路54中的不必要的电荷。在完成电荷的扫除之后，成像设备驱动部10给转移电极V4，V8施加读出脉冲，从而将积聚在光电转换元件51R，51G，51B中的电荷读出到垂直电荷转移通路54中。然后，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以将读出的电荷转移到水平电荷转移通路57中，并进一步通过水平电荷转移通路57将电荷转移到输出放大器58(步骤S8)。由此，从固态成像设备5输出与积聚在光电转换元件51R，51G，51B中的电荷对应的信号。
接下来，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以高速扫除存在于垂直电荷转移通路54中的不必要的电荷。在完成了电荷的扫除之后，成像设备驱动部10给转移电极V2，V6施加读出脉冲，从而将积聚在光电转换元件51r，51g，51b中的电荷读出到垂直电荷转移通路54中。然后，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以将读出的电荷转移到水平电荷转移通路57中，并进一步通过水平电荷转移通路57将电荷转移到输出放大器58(步骤S8)。由此，从固态成像设备5输出与积聚在光电转换元件51r，51g，51b中的电荷对应的信号。
数字信号处理部17根据从光电转换元件51R，51G，51B获得的信号产生图像数据，并还根据从光电转换元件51r，51g，51b获得的信号产生图像数据。然后，数字信号处理部17将这两个图像数据合并，从而产生动态范围扩展的合并图像数据(步骤S9)。该合并图像数据输出到压缩/扩展处理部18。压缩/扩展处理部18将所述合并图像数据进行压缩。然后，压缩后的合并图像数据记录在记录介质21中(步骤S10)。这样，完成了摄影操作。
如上所述，在该实施方式的数码相机中，如果光电转换元件51r，51g，51b的曝光时间比阈值长，则在施加了用于开始光电转换元件51r，51g，51b的曝光的读出脉冲之后，执行驱动操作，从而通过读出脉冲读出到垂直电荷转移通路54中的电荷、和在施加读出脉冲之前在垂直电荷转移通路54中产生的污点电荷被高速扫除。因为***了用于电荷扫除的驱动操作，所以在电荷扫除之后不必在垂直电荷转移通路54中形成用于防止产生帚化的包。因此，在扫除电荷之后的其余曝光期间，可给各个转移电极V1到V8施加VL的转移脉冲。因此，可防止在该曝光期间产生白缺陷。
在该实施方式的数码相机中，如果光电转换元件51r，51g，51b的曝光时间等于或小于阈值，则执行第一实施方式中所述的驱动操作。除非光电转换元件51r，51g，51b的曝光时间比扫除电荷所必需的时间长，否则不能执行用于扫除电荷的驱动操作的***。因此，阈值设定为扫除电荷所必需的时间，如果光电转换元件51r，51g，51b的曝光时间等于或小于该阈值，则执行第一实施方式中所述的驱动操作，不执行扫除电荷的驱动操作。由此，可执行与摄影条件对应的最适宜的驱动操作。
(第三实施方式)
在第一和第二实施方式中，固态成像设备5的光电转换元件以所谓的蜂窝排列进行布置，其中RGB组的光电转换元件和rgb组的光电转换元件在行方向X和列方向Y上移动大约1/2的排列间距。然而，光电转换元件的排列并不限于该特定的例子。例如，光电转换元件可以以方形网格布置。在该实施方式中，将描述固态成像设备的另一个构造例子。
图6是显示装配在图1中所示的数码相机上的固态成像设备的构造的另外一个例子的示意性平面图。
图6中所示的固态成像设备5’包括RGB组的光电转换元件和rgb组的光电转换元件。RGB组包括用于探测R光的光电转换元件61R(在图中附加字母“R”)、用于探测G光的光电转换元件61G(在图中附加字母“G”)、和用于探测B光的光电转换元件61B(在图中附加字母“B”)。光电转换元件61R，61G和61B在半导体衬底上以由行方向X和与所述行方向X垂直的方向Y形成的网格形状被布置。rgb组包括用于探测R光的光电转换元件61r(在图中附加字母“r”)、用于探测G光的光电转换元件61g(在图中附加字母“g”)、和用于探测B光的光电转换元件61b(在图中附加字母“b”)。光电转换元件61r，61g和61b在半导体衬底上以由行方向X和与行方向X垂直的方向Y形成的网格形状被布置。所述RGB组和rgb组布置在列方向Y上移动了大约1/2的光电转换元件的列方向排列间距的位置中。
RGB组的光电转换元件和rgb组的光电转换元件具有相同的结构。然而，成像设备驱动部10控制各个组的曝光时间彼此不同。在该实施方式中，成像设备驱动部10控制rgb组的光电转换元件的曝光时间比RGB组的光电转换元件的曝光时间短。
通过在列方向Y上按下述顺序重复地布置下述光电转换元件行来获得固态成像设备5’的光电转换元件的排列：(i)bgrg光电转换元件行，其由光电转换元件61b、光电转换元件61g、和光电转换元件61r形成，且其中在行方向X上重复地布置在行方向X上按该顺序布置的光电转换元件61b、光电转换元件61g、光电转换元件61r、和光电转换元件61g的组合；(ii)BGRG光电转换元件行，其由光电转换元件61B、光电转换元件61G、和光电转换元件61R形成，且其中在行方向X上重复地布置在行方向X上按该顺序布置的光电转换元件61B、光电转换元件61G、光电转换元件61R、和光电转换元件61G的组合；(iii)rgbg光电转换元件行，其由光电转换元件61b、光电转换元件61g、和光电转换元件61r形成，且其中在行方向X上重复地布置在行方向X上按该顺序布置的光电转换元件61r、光电转换元件61g、光电转换元件61b、和光电转换元件61g的组合；以及(iv)RGBG光电转换元件行，其由光电转换元件61B、光电转换元件61G、和光电转换元件61R形成，且其中在行方向X上重复地布置在行方向X上按该顺序布置的光电转换元件61R、光电转换元件61G、光电转换元件61B、和光电转换元件61G的组合。
在由布置在列方向Y上的光电转换元件形成的每个光电转换元件列的右侧，都形成与每个光电转换元件列对应的并沿列方向Y转移积聚在每个光电转换元件列的光电转换元件中的电荷的垂直电荷转移通路64(图4仅显示了垂直电荷转移通路64的一部分)。所述垂直电荷转移通路64例如由植入到形成于n型硅衬底上的p阱层中的n型杂质形成。
在每个光电转换元件与相应的垂直电荷转移通路64之间，设置有电荷读出部分65。每个电荷读出部分65都用于将在相应光电转换元件中产生的电荷读出到垂直电荷转移通路64中。电荷读出部分65例如由形成于n型硅衬底上的一部分p阱层形成。电荷读出部分65相对于每个光电转换元件在相同的位置被布置。
在垂直电荷转移通路64上形成有转移电极V1到V8，成像设备驱动部10给转移电极V1到V8施加8相转移脉冲，用于控制被读出到垂直电荷转移通路64中的电荷的转移。给转移电极V1施加转移脉冲φV1，给转移电极V2施加转移脉冲φV2，给转移电极V3施加转移脉冲φV3，给转移电极V4施加转移脉冲φV4，给转移电极V5施加转移脉冲φV5，给转移电极V6施加转移脉冲φV6，给转移电极V7施加转移脉冲φV7，给转移电极V8施加转移脉冲φV8。
转移电极V1，V2对应于形成bgrg光电转换元件行的光电转换元件设置。转移电极V2如此形成，即它们覆盖与形成bgrg光电转换元件行的光电转换元件对应的电荷读出部分65。当施加读出脉冲时，积聚在bgrg光电转换元件行的光电转换元件中的电荷被读出到布置在其右侧上的垂直电荷转移通路64中。
转移电极V3，V4对应于形成BGRG光电转换元件行的光电转换元件设置。转移电极V4如此形成，即它们覆盖与形成BGRG光电转换元件行的光电转换元件对应的电荷读出部分65。当施加读出脉冲时，积聚在BGRG光电转换元件行的光电转换元件中的电荷被读出到布置在其右侧上的垂直电荷转移通路64中。
转移电极V5，V6对应于形成rgbg光电转换元件行的光电转换元件设置。转移电极V6如此形成，即它们覆盖与形成rgbg光电转换元件行的光电转换元件对应的电荷读出部分65。当施加读出脉冲时，积聚在rgbg光电转换元件行的光电转换元件中的电荷被读出到布置在其右侧上的垂直电荷转移通路64中。
转移电极V7，V8对应于形成RGBG光电转换元件行的光电转换元件设置。转移电极V8如此形成，即它们覆盖与形成RGBG光电转换元件行的光电转换元件对应的电荷读出部分65。当施加读出脉冲时，积聚在RGBG光电转换元件行的光电转换元件中的电荷被读出到布置在其右侧上的垂直电荷转移通路64中。
垂直电荷转移通路64与用于在行方向X上转移已经在垂直电荷转移通路64中转移过的电荷的水平电荷转移通路67连接。水平电荷转移通路67与用于将已经在水平电荷转移通路67中转移过的电荷转换为电压信号并输出该电压信号的输出放大器68连接。
下面将描述上述构造的数码相机的摄影操作。
在装配于数码相机上的机械快门(没有示出)打开的期间，当成像设备驱动部10停止供给电子快门脉冲(SUB脉冲)从而电子快门打开时，光电转换元件61R，61G，61B的曝光期间开始。在该曝光期间开始的时间点处，VL的转移脉冲从成像设备驱动部10供给到各个转移电极V1到V8。
在紧靠光电转换元件61r，61g，61b开始曝光的时刻之前，成像设备驱动部将施加给转移电极V1，V2，V5，V6的转移脉冲设定为VM。在光电转换元件61r，61g，61b开始曝光的时刻处，成像设备驱动部10给转移电极V2，V6施加VH的读出脉冲，从而通过电荷读出部分65将积聚在光电转换元件61r，61g，61b中的电荷读出到垂直电荷转移通路64中。然后，成像设备驱动部10执行用于开始光电转换元件61r，61g，61b的曝光期间的驱动操作。
在完成了施加读出脉冲之后，成像设备驱动部10将转移脉冲φV2，φV6返回到VM。当机械快门关闭且当光电转换元件的曝光期间结束时，成像设备驱动部10控制转移脉冲以高速扫除存在于垂直电荷转移通路64中的不必要的电荷。在完成电荷的扫除之后，成像设备驱动部10给转移电极V4，V8施加读出脉冲，从而将积聚在光电转换元件61R，61G，61B中的电荷读出到垂直电荷转移通路64中。然后，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以将读出的电荷转移到水平电荷转移通路67中，并进一步通过水平电荷转移通路67将电荷转移到输出放大器68。由此，从固态成像设备5’输出与积聚在光电转换元件61R，61G，61B中的电荷对应的信号。
接下来，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以高速扫除存在于垂直电荷转移通路64中的不必要的电荷。在完成了电荷的扫除之后，成像设备驱动部10给转移电极V2，V6施加读出脉冲，从而将积聚在光电转换元件61r，61g，61b中的电荷读出到垂直电荷转移通路64中。然后，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以将读出的电荷转移到水平电荷转移通路67中，并进一步通过水平电荷转移通路67将电荷转移到输出放大器68。由此，从固态成像设备5’输出与积聚在光电转换元件61r，61g，61b中的电荷对应的信号。
数字信号处理部17根据从光电转换元件61R，61G，61B获得的信号产生图像数据，并还根据从光电转换元件61r，61g，61b获得的信号产生图像数据。数字信号处理部17将这两个图像数据合并，从而产生动态范围扩展的合并图像数据。然后，数字信号处理部17将该合并图像数据输出到压缩/扩展处理部18。压缩/扩展处理部18对所述合并图像数据执行压缩处理。然后，压缩后的合并图像数据记录在记录介质21中，完成了摄影操作。
如上所述，即使如图6中所示来构造固态成像设备，也可以以与第一实施方式相同的方式执行驱动操作，并获得相同的效果。关于这一点，甚至在该实施方式中，如第二实施方式中所述，如果光电转换元件61r，61g，61b的曝光时间比阈值长，则可在完成了施加读出脉冲之后扫除电荷，然后给各个转移电极V1到V8施加VL的转移脉冲，一直到机械快门关闭。
(第四实施方式)
图7是显示装配在图1中所示的数码相机上的固态成像设备的构造的另一个例子的示意性平面图。
图7中所示的固态成像设备5’以下述方式构造，即在图6中所示的固态成像器件中彼此交换光电转换元件61G的位置和在与水平电荷转移通路67相对的一侧与光电转换元件61G相邻的光电转换元件61g的位置。图7中所示的固态成像设备5’还以下述方式构造，即与图6中所示的光电转换元件61G对应设置并设置在转移电极V4下面的电荷读出部分65的位置变为与转移电极V4相邻的转移电极V3下面的位置，且与图6中所示的光电转换元件61G对应设置并设置在转移电极V8下面的电荷读出部分65的位置变为与转移电极V8相邻的转移电极V7下面的位置。此外，与图6中所示的光电转换元件61r，61b对应设置并设置在转移电极V2下面的电荷读出部分65的位置变为与转移电极V2相邻的转移电极V1下面的位置，且与图6中所示的光电转换元件61r，61b对应设置并设置在转移电极V6下面的电荷读出部分65的位置变为与转移电极V6相邻的转移电极V5下面的位置。
转移电极V1和转移电极V5覆盖与光电转换元件61r，61b对应的电荷读出部分65。因此，当给转移电极V1和转移电极V5施加读出脉冲时，积聚在光电转换元件61r，61b中的电荷被读出到位于其右侧上的垂直电荷转移通路64中。
转移电极V3和转移电极V7覆盖与光电转换元件61g对应的电荷读出部分65。因此，当给转移电极V3和转移电极V7施加读出脉冲时，积聚在光电转换元件61g中的电荷被读出到位于其右侧上的垂直电荷转移通路64中。
转移电极V2和转移电极V6覆盖与光电转换元件61G对应的电荷读出部分65。因此，当给转移电极V2和转移电极V6施加读出脉冲时，积聚在光电转换元件61G中的电荷被读出到位于其右侧上的垂直电荷转移通路64中。
转移电极V4和转移电极V8覆盖与光电转换元件61R，61B对应的电荷读出部分65。因此，当给转移电极V4和转移电极V8施加读出脉冲时，积聚在光电转换元件61R，61B中的电荷被读出到位于其右侧上的垂直电荷转移通路64中。
接下来，将描述如图1中所示构造的并安装有固态成像设备5”的数码相机的摄影操作。
在装配于数码相机上的机械快门(没有示出)打开的期间，当成像设备驱动部10停止供给电子快门脉冲(SUB脉冲)，从而电子快门打开时，光电转换元件61R，61G，61B的曝光期间开始。在该曝光期间开始的时间点处，VL的转移脉冲从成像设备驱动部10供给到各个转移电极V1到V8。
在紧靠光电转换元件61r，61g，61b开始曝光的时刻之前，成像设备驱动部10将施加给转移电极V1，V3，V5，V7的转移脉冲设定为VM。在光电转换元件61r，61g，61b开始曝光的时刻处，成像设备驱动部10给转移电极V1，V3，V5，V7施加VH的读出脉冲，从而通过电荷读出部分65将积聚在光电转换元件61r，61g，61b中的电荷读出到垂直电荷转移通路64中。然后，成像设备驱动部10执行用于开始光电转换元件61r，61g，61b的曝光期间的驱动操作。
在完成了施加读出脉冲之后，成像设备驱动部10将转移脉冲φV1，φV3，φV5，φV7返回到VM。当机械快门关闭且当光电转换元件的曝光期间结束时，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以高速扫除存在于垂直电荷转移通路64中的不必要的电荷。在完成电荷的扫除之后，成像设备驱动部10给转移电极V2，V4，V6，V8施加读出脉冲，从而将积聚在光电转换元件61R，61G，61B中的电荷读出到垂直电荷转移通路64中。然后，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以将读出的电荷转移到水平电荷转移通路67中，并进一步通过水平电荷转移通路67将电荷转移到输出放大器68。由此，从固态成像设备5”输出与积聚在光电转换元件61R，61G，61B中的电荷对应的信号。
接下来，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以高速扫除存在于垂直电荷转移通路64中的不必要的电荷。在完成了电荷的扫除之后，成像设备驱动部10给转移电极V1，V3，V5，V7施加读出脉冲，从而将积聚在光电转换元件61r，61g，61b中的电荷读出到垂直电荷转移通路64中。然后，成像设备驱动部10控制转移脉冲，以将读出的电荷转移到水平电荷转移通路67中，并进一步通过水平电荷转移通路67将电荷转移到输出放大器68。由此，从固态成像设备5”输出与积聚在光电转换元件61r，61g，61b中的电荷对应的信号。
数字信号处理部17根据从光电转换元件61R，61G，61B获得的信号产生图像数据，并还根据从光电转换元件61r，61g，61b获得的信号产生图像数据。数字信号处理部17将这两个图像数据合并，从而产生动态范围扩展的合并图像数据，并将该合并图像数据输出到压缩/扩展处理部18。压缩/扩展处理部18对所述合并图像数据执行压缩处理。压缩后的合并图像数据记录在记录介质21中，并且完成了摄影操作。
如上所述，即使如图7中所示来构造固态成像设备，也可以以与第一实施方式相同的方式执行驱动操作，并获得相同的效果。关于这一点，甚至在该实施方式中，如第二实施方式中所述，如果光电转换元件61r，61g，61b的曝光时间比阈值长，则可在完成了施加读出脉冲之后扫除电荷，然后给各个转移电极V1到V8施加VL的转移脉冲，一直到机械快门关闭。

Claims (8)

1.一种成像装置，包括：
固态成像设备；以及
驱动单元，其构造成驱动所述固态成像设备；其中
所述固态成像设备包括：
大量光电转换元件，其在半导体衬底上在特定方向和与所述特定方向垂直的方向上二维布置；
电荷转移通路，其设置成与光电转换元件列对应，所述光电转换元件列每个都具有在所述特定方向上布置的多个光电转换元件，每个电荷转移通路都在所述特定方向上转移由相应的光电转换元件列的所述多个光电转换元件产生的电荷；以及
转移电极，其设置在所述电荷转移通路上并在所述特定方向上布置；
所述转移电极包括：
第一转移电极，其设置成分别与每个光电转换元件列的所述多个光电转换元件对应，并控制(i)将所述电荷从每个光电转换元件列的各个光电转换元件读出到相应的电荷转移通路，和(ii)在相应的电荷转移通路中转移所述电荷；以及
第二转移电极，其控制所述电荷在所述电荷转移通路中的转移；
所述大量光电转换元件包括第一光电转换元件和第二光电转换元件，
所述第二光电转换元件的曝光时间被控制为比所述第一光电转换元件的曝光时间短，
所述第一光电转换元件能够被施加下述任意脉冲：(i)用于在所述电荷转移通路中形成积聚电荷的包的第一转移脉冲，(ii)用于在所述电荷转移通路中形成用于所述包的势垒、具有比所述第一转移脉冲低的电平的第二转移脉冲，和(iii)用于将所述电荷从所述光电转换元件读出到所述电荷转移通路、具有比所述第一转移脉冲高的电平的读出脉冲，
所述第二转移电极能够被施加所述第一转移脉冲和所述第二转移脉冲中的任意一个，
所述驱动单元在所述第一光电转换元件的曝光期间给与所述第二光电转换元件对应的所述第一转移电极施加所述读出脉冲，并当所述读出脉冲停止时，所述驱动单元开始曝光所述第二光电转换元件，以及
在从所述第一光电转换元件曝光开始到施加所述读出脉冲的期间，所述驱动单元给所有的转移电极施加所述第二转移脉冲。
2.根据权利要求1所述的成像装置，其中在从施加所述读出脉冲到所述第二光电转换元件的曝光时间结束的期间，所述驱动单元给包括所述第一和第二转移电极的一部分转移电极施加所述第一转移脉冲。
3.根据权利要求2所述的成像装置，其中
所述一部分转移电极是除与所述第一光电转换元件相邻的转移电极之外的转移电极中的至少一部分，或者是除与所述第一光电转换元件对应的所述第一转移电极之外的转移电极中的至少一部分，以及
在从施加所述读出脉冲到所述第二光电转换元件的曝光时间结束的所述期间，所述驱动单元至少给与所述第一光电转换元件相邻的所述转移电极或者与所述第一光电转换元件对应的所述第一转移电极施加所述第二转移脉冲。
4.根据权利要求1到3任意一个所述的成像装置，其中
如果所述第二光电转换元件的设定曝光时间比阈值长，则在施加所述读出脉冲之后，所述驱动单元给所述转移电极施加所述第一和第二转移脉冲，以扫除存在于所述电荷转移通路中的电荷，以及
在完成了扫除之后，所述驱动单元给所有的转移电极施加所述第二转移脉冲，一直到所述第二光电转换元件的曝光期间结束为止。
5.一种用于驱动固态成像设备的方法，其中
所述固态成像设备包括：
大量光电转换元件，其在半导体衬底上在特定方向和与所述特定方向垂直的方向上二维布置；
电荷转移通路，其设置成与光电转换元件列对应，所述光电转换元件列每个都具有在所述特定方向上布置的多个光电转换元件，每个电荷转移通路都在所述特定方向上转移由相应的光电转换元件列的所述多个光电转换元件产生的电荷；以及
转移电极，其设置在所述电荷转移通路上并在所述特定方向上布置；
所述转移电极包括：
第一转移电极，其设置成分别与每个光电转换元件列的所述多个光电转换元件对应，并控制(i)将所述电荷从每个光电转换元件列的各个光电转换元件读出到相应的电荷转移通路，和(ii)在相应的电荷转移通路中转移所述电荷；以及
第二转移电极，其控制所述电荷在所述电荷转移通路中的转移；
所述大量光电转换元件包括第一光电转换元件和第二光电转换元件，
所述第二光电转换元件的曝光时间被控制为比所述第一光电转换元件的曝光时间短，
所述第一光电转换元件能够被施加下述任意脉冲：(i)用于在所述电荷转移通路中形成积聚电荷的包的第一转移脉冲，(ii)用于在所述电荷转移通路中形成用于所述包的势垒、具有比所述第一转移脉冲低的电平的第二转移脉冲，和(iii)用于将所述电荷从所述光电转换元件读出到所述电荷转移通路、具有比所述第一转移脉冲高的电平的读出脉冲，
所述第二转移电极能够被施加所述第一转移脉冲和所述第二转移脉冲中的任意一个，
所述方法包括：
在所述第一光电转换元件的曝光期间给与所述第二光电转换元件对应的所述第一转移电极施加所述读出脉冲；
当所述读出脉冲停止时，开始曝光所述第二光电转换元件；以及
在从所述第一光电转换元件曝光开始到施加所述读出脉冲的期间，给所有的转移电极施加所述第二转移脉冲。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
在从施加所述读出脉冲到所述第二光电转换元件的曝光时间结束的期间，给包括所述第一和第二转移电极的一部分转移电极施加所述第一转移脉冲。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述一部分转移电极是除与所述第一光电转换元件相邻的转移电极之外的转移电极中的至少一部分，或者是除与所述第一光电转换元件对应的所述第一转移电极之外的转移电极中的至少一部分，
所述方法进一步包括：
在从施加所述读出脉冲到所述第二光电转换元件的曝光时间结束的所述期间，至少给与所述第一光电转换元件相邻的转移电极或者与所述第一光电转换元件对应的所述第一转移电极施加所述第二转移脉冲。
8.根据权利要求5到7任意一个所述的方法，进一步包括：
如果所述第二光电转换元件的设定曝光时间比阈值长，则在施加所述读出脉冲之后，给所述转移电极施加所述第一和第二转移脉冲，以扫除存在于所述电荷转移通路中的电荷；以及
在完成了扫除之后，给所有的转移电极施加所述第二转移脉冲，一直到所述第二光电转换元件的曝光期间结束为止。
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