CN103067668A - 图像拍摄单元和图像拍摄显示*** - Google Patents

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Abstract

公开了图像拍摄单元和图像拍摄显示***。一种图像拍摄单元包括：图像拍摄部，该图像拍摄部具有多个像素，每个像素包括光电转换器件和场效应晶体管；以及驱动部，该驱动部利用晶体管对像素中存储的信号电荷执行读取驱动和重置驱动。该驱动部在一个帧期间中间歇地执行重置驱动多次，并且通过在一个帧期间中的至少一个重置期间中或者至少一个重置期间中的部分期间中向晶体管施加比在一个帧期间中的除至少一个重置期间以外的重置期间中施加的第一电压低的第二电压来执行晶体管的接通操作。

Description

图像拍摄单元和图像拍摄显示***
技术领域
本公开涉及包括光电转换器件的图像拍摄单元以及包括该图像拍摄单元的图像拍摄显示***。
背景技术
现今，作为光电转换器件被内置到每个像素(图像拍摄像素)中的类型的图像拍摄单元，已提出了各种类型的图像拍摄单元。作为如上所述的包括光电转换器件的图像拍摄单元的示例，例如，可给出所谓的光学触摸面板、放射线图像拍摄单元等等(参见例如2011-135561号日本未实审专利申请公布)。
虽然，一般地，图像拍摄数据是通过对如上所述的图像拍摄单元中的多个像素执行信号电荷读取驱动和重置驱动来获得的，但其具有这样的问题，即在输出信号中生成由这样执行的重置驱动引起的噪声，从而劣化了拍摄图像的图像质量。
发明内容
希望提供一种能够提高拍摄图像的图像质量的图像拍摄单元和包括该图像拍摄单元的图像拍摄显示***。
根据本公开的一个实施例的一种图像拍摄单元包括：图像拍摄部，该图像拍摄部具有多个像素，每个像素包括光电转换器件和场效应晶体管；以及驱动部，该驱动部利用晶体管对像素中存储的信号电荷执行读取驱动和重置驱动。该驱动部在一个帧期间中间歇地执行重置驱动多次，并且通过在一个帧期间中的至少一个重置期间中或者至少一个重置期间中的部分期间中向晶体管施加比在一个帧期间中的除至少一个重置期间以外的重置期间中施加的第一电压低的第二电压来执行晶体管的接通操作。
根据本公开的一个实施例的一种图像拍摄显示***设有图像拍摄单元和显示器。该显示器显示基于从该图像拍摄单元获得的图像拍摄信号的图像。该图像拍摄单元包括：图像拍摄部，该图像拍摄部具有多个像素，每个像素包括光电转换器件和场效应晶体管；以及驱动部，该驱动部利用晶体管对像素中存储的信号电荷执行读取驱动和重置驱动。该驱动部在一个帧期间中间歇地执行重置驱动多次，并且通过在一个帧期间中的至少一个重置期间中或者至少一个重置期间中的部分期间中向晶体管施加比在一个帧期间中的除至少一个重置期间以外的重置期间中施加的第一电压低的第二电压来执行晶体管的接通操作。
在根据本公开的上述各个实施例的图像拍摄单元和图像拍摄显示***中，在图像拍摄部的每个像素中执行基于入射光的光电转换，并且执行信号电荷的读取驱动和重置驱动，由此获得基于入射光的拍摄图像。驱动部在一个帧期间中间歇地执行重置驱动多次，并且在一个帧期间中的至少一个重置期间中或者至少一个重置期间中的部分期间中向晶体管施加比在一个帧期间中的除至少一个重置期间以外的重置期间中施加的第一电压低的第二电压。从而，可以减少由于在执行重置驱动时从晶体管的接通操作切换到关断操作而将会发生的所谓的电荷注入。
根据本公开的上述各个实施例的图像拍摄单元和图像拍摄显示***，图像拍摄部的每个像素包括光电转换器件，并且驱动部执行来自每个像素的信号电荷的读取驱动和重置驱动，由此可以获得基于入射光的拍摄图像。驱动部执行重置驱动多次，并且在一个帧期间中的至少一个重置期间中或者至少一个重置期间中的部分期间中向晶体管施加比在一个帧期间中的除至少一个重置期间以外的重置期间中施加的第一电压低的第二电压。从而，可以减少与重置操作的执行相关联地将会发生的电荷注入。因此，可以提高拍摄图像的图像质量。
要理解，以上概括描述和以下详细描述都是示例性的，并且旨在提供对要求保护的技术的进一步说明。
附图说明
附图被包括来提供对本公开的进一步理解，并且被并入在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与说明书一起帮助说明本技术的原理。
图1是图示根据本公开的实施例的图像拍摄单元的总体配置示例的框图。
图2是图示图1中所示的图像拍摄部的概略配置示例的示意图。
图3是图示图1中所示的像素等等的详细配置示例的电路图。
图4是图示图1中所示的行扫描部的详细配置示例的框图。
图5A和图5B是图示图4中所示的缓冲器电路的配置示例的截面图。
图6是图示图1中所示的列选择部的详细配置示例的框图。
图7A是图示在曝光期间中的操作状态的一个示例的电路图，并且图7B是图示在读取/第一重置期间中的操作状态的一个示例的电路图。
图8是图示具有横向结构的PIN型光电二极管的示意图，其中(A)图示了其存储状态的示例，并且(B)图示了其消耗状态的示例。
图9是图示具有纵向结构的PIN型光电二极管的一个示例的示意性截面图。
图10是图示信号电荷残余的机制的示例的特性图。
图11A和11B是图示读取/第一重置期间之后逝去的时间与瞬态衰退电流(transient-decay current)之间的关系的示例的特性图。
图12是图示残余电荷量与瞬态衰退电流之间的关系的示例的特性图。
图13是图示根据实施例的线顺次图像拍摄操作的概要的定时图。
图14是图示线顺次图像拍摄操作的细节的定时波形图。
图15是图14中所示的定时波形的部分放大图。
图16是图示根据实施例的线顺次图像拍摄操作的另一操作示例的定时波形图。
图17是图示根据实施例的线顺次图像拍摄操作的另一操作示例的定时波形图。
图18是图示一线图像拍摄操作的示例的定时波形图。
图19A和图19B是图示第二重置期间中的操作状态的示例的电路图。
图20是图示通过执行第二重置操作而减少的残余电荷量的示例的特性图。
图21是图示电荷分布现象(电荷注入)的示例的电路图。
图22是图示根据比较例的图像拍摄操作的示例的定时波形图。
图23是图示电压Von1和Von2的波形图。
图24是图示根据修改例1的图像拍摄操作的示例的定时波形图。
图25是图示根据修改例2的像素等等的配置示例的电路图。
图26是图示根据修改例3的像素等等的配置示例的电路图。
图27是图示根据修改例4的像素等等的配置示例的电路图。
图28是图示根据修改例5的像素等等的配置示例的电路图。
图29是图示有源型像素电路中的线顺次图像拍摄操作的示例的定时图。
图30A是图示根据修改例6的图像拍摄部的概略配置示例的示意图，并且图30B是图示根据修改例7的图像拍摄部的概略配置示例的示意图。
图31是图示根据应用例的图像拍摄显示***的概略配置示例的示意图。
具体实施方式
接下来，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。注意将按以下顺序进行描述。
1.实施例(通过使在执行第二重置驱动时施加的栅极电压比在执行第一重置驱动时施加的低来执行图像拍摄操作的图像拍摄单元的示例)
2.修改例1(在执行第二重置驱动时施加的栅极电压被逐步降低的示例)
3.修改例2(无源型像素电路的一个示例)
4.修改例3(无源型像素电路的另一示例)
5.修改例4和5(有源型像素电路的示例)
6.修改例6和7(基于放射线执行图像拍摄操作的图像拍摄部的示例)
7.应用例(应用到图像拍摄显示***的示例)
<实施例>
[图像拍摄装置1的总体配置]
图1图示了根据本公开的实施例的图像拍摄单元(图像拍摄单元1)的总体方框配置的示例。图像拍摄单元1基于入射光(图像拍摄光)读取对象的信息(拍摄对象的图像)。图像拍摄单元1包括图像拍摄部11、行扫描部13、A/D转换部14、列扫描部15以及***控制部16。上述部件中的行扫描部13、A/D转换部14、列扫描部15和***控制部16对应于本公开的一个实施例中的“驱动部”的具体但非限制性示例。
(图像拍摄部11)
图像拍摄部11根据入射光(图像拍摄光)生成电信号。在图像拍摄部11中，按行和列(矩阵)二维布置像素20(图像拍摄像素20)。每个像素20包括光电转换器件(后文将描述的光电转换器件21)，该光电转换器件生成具有与图像拍摄光的光量相对应的电荷量的光电荷，并且将其存储在其中。注意，在下文中，将在把图像拍摄部11内的水平方向(行方向)称为“H”方向并且把垂直方向(列方向)称为“V”方向的同时进行描述，如图1中所示。
图2图示了图像拍摄部11的概略配置示例。图像拍摄部11包括光电转换层111，在该光电转换层111上对各个像素20布置了光电转换器件21。光电转换层111被配置成执行基于入射图像拍摄光Lin的光电转换(从图像拍摄光Lin到信号电荷的转换)，如图2中所示。
图3图示了像素20的电路配置(所谓的无源型电路配置)的示例以及A/D转换部14中的后文所述的列选择部17的电路配置的示例。无源型像素20包括一个光电转换器件21和一个晶体管22。此外，在H方向上延伸的读取控制线Lread和在V方向上延伸的信号线Lsig连接到像素20。
光电转换器件21例如是PIN(正-本征-负)型光电二极管或MIS(金属-绝缘体-半导体)型传感器，并且生成电荷量与入射光(图像拍摄光Lin)的光量相对应的信号电荷。注意，光电转换器件21的阴极在此示例中连接到存储节点N。
晶体管22是根据从读取控制线Lread提供来的行扫描信号进入接通状态以将从光电转换器件21获得的信号电荷(输入电压Vin)输出到信号线Lsig的晶体管(用于读取的晶体管)。这里，晶体管22是N沟道型(N型)场效应晶体管(FET)。或者，晶体管22可以是P沟道型(P型)FET等等。此外，晶体管22由诸如非晶体硅(非晶硅)、微晶硅、多晶体硅(多晶硅)之类的硅系半导体构成。或者，其可由诸如铟镓锌氧化物(InGaZnO)和氧化锌(ZnO)之类的氧化物半导体构成。在像素20的电路配置中，晶体管22的栅极连接到读取控制线Lread，其源极连接到例如信号线Lsig，并且其漏极例如经由存储节点N连接到光电转换器件21的阴极。这里，光电转换器件21的阳极连接到地(接地)。本实施例被配置为以栅极脉冲的形式向晶体管22的栅极切换性地施加二值(即后述的接通状态电势Von1和Von2)接通状态电势和关断状态电压(关断状态电压Voff)。如上所述的电压切换操作例如是由后文将描述的缓冲器电路135A和135B实现的。
(行扫描部13)
行扫描部13是包括后文将描述的移位寄存器电路、预定的逻辑电路等等以对图像拍摄部11中的多个像素20执行逐行(以水平线为单位)驱动(线顺次扫描)的像素驱动部(行扫描电路)。具体而言，其例如通过线顺次扫描执行后文所述的诸如读取操作、重置操作等等之类的图像拍摄操作。注意，线顺次扫描是通过经由读取控制线Lread向每个像素20提供上述的行扫描信号来执行的。
图4图示了行扫描部13的方框配置示例。行扫描部13包括在V方向上排列的多个单位电路130。注意，图4中所示的连接到四个单位电路130的八条读取控制线Lread在这里按下降顺序由Lread(1)至Lread(8)标示。
每个单位电路130包括多列(在此示例中是两列)移位寄存器电路131和132(在方框中为了方便起见由“S/R”指示，下同)、四个AND电路(逻辑积电路)133A至133D、两个OR电路(逻辑和电路)134A和134B以及两个缓冲器电路135A和135B。
移位寄存器电路131是基于从***控制部16提供来的启动脉冲VST1和时钟信号CLK1生成用于在V方向上顺次移位作为整体的多个单位电路130的脉冲信号的电路。类似地，移位寄存器电路132是基于从***控制部16提供来的启动脉冲VST2和时钟信号CLK2生成用于在V方向上顺次移位作为整体的多个单位电路130的脉冲信号的电路。这些移位寄存器电路131和132是对应于执行后文所述的重置驱动的次数(例如两次)部署的(对应于执行的次数，这些电路被部署了两列)。也就是说，例如，移位寄存器电路131负责生成用于第一重置驱动的脉冲信号，而移位寄存器电路132负责生成用于第二重置驱动的脉冲信号。
用于控制(规定)从移位寄存器电路131和132输出的各个脉冲信号(各个输出信号)的有效期间的四种使能信号EN1至EN4被输入到相应的AND电路133A至133D中。具体而言，脉冲信号被从移位寄存器电路132输入到AND电路133A的一个输入端子中，并且使能信号EN1被输入到其另一输入端子中。脉冲信号被从移位寄存器131输入到AND电路133B的一个输入端子中，并且使能信号EN2被输入到其另一输入端子中。脉冲信号被从移位寄存器132输入到AND电路133C的一个输入端子中，并且使能信号EN3被输入到其另一输入端子中。脉冲信号被从移位寄存器131输入到AND电路133D的一个输入端子中，并且使能信号EN4被输入到其另一输入端子中。
OR电路134A是生成来自AND电路133A的输出信号和来自AND电路133B的输出信号的逻辑和信号(OR信号)的电路。类似地，OR电路134B是生成来自AND电路133C的输出信号和来自AND电路133D的输出信号的逻辑和信号的电路。上述的AND电路133A至133D和OR电路134A和134B在控制从移位寄存器电路131和132输出的输出信号(脉冲信号)的有效期间的同时生成这些输出信号的逻辑和信号。从而，规定了执行多次后文所述的重置驱动的驱动定时等等。
缓冲器电路135A是对来自OR电路134A的输出信号(脉冲信号)具有作为缓冲器的功能的电路，并且缓冲器电路135B是对来自OR电路134B的输出信号具有作为缓冲器的功能的电路。被缓冲器电路135A和135B这样缓冲的脉冲信号(行扫描信号)经由读取控制线Lread被输出到图像拍摄部11中的每个像素20。
图5A和图5B是图示出缓冲器电路135A(135B)的示例的电路图。虽然二值接通状态电势的接通状态电势Von1和Von2如上所述被可切换地施加到读取控制线Lread，但如上所述的电压切换操作可由例如图5A中所示的使用开关(开关SW31和SW32)的配置实现。具体而言，开关SW32和SW32被部署在缓冲器电路135A(135B)的高侧，开关SW31被保持在接通状态中，并且开关SW32被保持在关断状态中，由此高侧被切换到接通状态电势Von1。另一方面，通过将开关SW31保持在关断状态中并且将开关SW32保持在接通状态中，高侧被切换到接通状态电势Von2。或者，可在图像拍摄单元1的外部形成二值(Von1和Von2)电压脉冲以用作高侧电压。
(A/D转换部14)
A/D转换部14包括多个列选择部17，这些列选择部17是对每多条(在此示例中是四条)信号线Lsig逐一准备的，并且基于经由信号线Lsig输入的信号电压(信号电荷)执行A/D转换(模拟/数字转换)。从而，数字信号形式的输出数据Dout(图像拍摄信号)被生成并输出到外部。
每个列选择部17例如包括电荷放大器172、电容性元件(例如电容器、反馈电容性元件等等)C1、开关SW1、采样和保持(S/H)电路173、包括四个开关SW2的复用器电路(选择电路)174以及A/D转换器175，如图3和图6中所示，其中，电荷放大器172、电容性元件C1、开关SW1、S/H电路173和开关SW2是对每条信号线Lsig准备的，并且复用器电路174和A/D转换器175是对每个列选择部17准备的。
电荷放大器172是适于把从信号线Lsig读出的信号电荷转换成电压(Q-V转换)的放大器。在电荷放大器172中，信号线Lsig的第一端连接到负侧(-侧)输入端子，并且预定的重置电压Vrst被输入到正侧(+侧)输入端子中。电荷放大器172的输出端子和负侧输入端子经由包括电容性元件C1和开关SW1的并联连接电路反馈连接。也就是说，电容性元件C1的一个端子连接到电荷放大器172的负侧输入端子，并且其另一端子连接到电荷放大器172的输出端子。类似地，开关SW1的一个端子连接到电荷放大器172的负侧输入端子，并且其输出端子连接到电荷放大器172的输出端子。注意，开关SW1的接通/关断状态是利用从***控制部16经由放大器重置控制线Lcarst提供来的控制信号(放大器重置控制信号)来控制的。
S/H电路173是被部署在电荷放大器172和复用器电路174(开关SW2)之间以临时保持来自电荷放大器172的输出电压Vca的电路。
复用器电路174是其中四个开关SW2根据列扫描部15的扫描驱动相继进入接通状态以选择性将每个S/H电路173与A/D转换器175连接或断开连接的电路。
A/D转换器175是通过对从每个S/H电路173经由每个开关SW2输入的输出电压执行A/D转换来生成和输出上述输出数据Dout的电路。
(列扫描部15)
列扫描部15例如包括图中未示出的移位寄存器、地址译码器等等，并且在扫描上述列选择部17中的开关SW2的同时依次驱动这各个开关SW2。通过这样配置的列扫描部15执行的选择性扫描，经由各条信号线Lsig读出的各个像素20的信号(上述的输出数据Dout)被依次输出到外部。
(***控制部16)
***控制部16控制行扫描部13、A/D转换部14和列扫描部15的操作。具体而言，***控制部16包括生成上述各种定时信号(控制信号)的定时生成器，并且基于由定时生成器这样生成的各种定时信号控制驱动行扫描部13、A/D转换部14和列扫描部15。行扫描部13、A/D转换部14和列扫描部15在***控制部16的控制下分别对图像拍摄部11中的多个像素20执行图像拍摄驱动(线顺次图像拍摄驱动)以从图像拍摄部11获取输出数据Dout。
[图像拍摄单元1的操作和效果]
在根据本实施例的图像拍摄单元1中，当图像拍摄光Lin入射在图像拍摄部11上时，每个像素20中的光电转换器件21将图像拍摄光Lin转换(光电转换)成信号电荷。在上述场合中，由于通过光电转换生成的信号电荷的存储，在存储节点N处发生与节点电容量相对应的电压变化。具体而言，假定Cs是存储节点电容量并且q是所生成的信号电荷，则在存储节点N处电压按q/Cs的量变化(在这里是下降)。根据如上所述的电压变化，(与信号电荷相对应的)输入电压Vin被施加到晶体管22的漏极。当输入电压Vin被提供到晶体管22并且晶体管22根据从读取控制线Lread提供来的行扫描信号而进入接通状态时，在存储节点N中存储的信号电荷被从每个像素20读出到信号线Lsig。
这样读取的信号电荷以多列(在这里是四列)像素为单位经由信号线Lsig被输入到A/D转换部14中的列选择部17。在列选择部17中，首先，包括电荷放大器172等等的电荷放大器电路对经由每条信号线Lsig输入的每个信号电荷执行Q-V转换(从信号电荷到信号电压的转换)。然后，A/D转换器175经由S/H电路173和复用器电路174对这样转换的每个信号电压(来自电荷放大器172的输出电压Vca)执行A/D转换，以生成数字信号形式的输出数据Dout(图像拍摄信号)。各个输出数据Dout以上述方式被从各个列选择部17按顺序输出并被传送到外部(或者被输入到未示出的内部存储器中)。在下文中，将详细描述如上所述的图像拍摄驱动操作。
(曝光期间和读取期间中的操作)
图7A和7B图示了在曝光期间和读取期间中像素20和列选择部17中的电荷放大器电路的操作示例。注意，在下文中，为了便于说明，晶体管22的接通/关断状态将用开关来图示。
首先，晶体管22在曝光期间Tex中处于关断状态，如图7A中所示。在此状态中，基于入射在像素20中的光电转换器件21上的图像拍摄光Lin的信号电荷被存储在存储节点N中，并且不被向信号线Lsig输出(不被读出)。另一方面，由于电荷放大器电路处于已经执行了后文描述的放大器重置操作(电荷放大器电路的重置操作)的状态中，所以开关SW1处于接通状态中，并且电压跟随器电路因此形成。
然后，在曝光期间Tex期满之后，执行从像素20中读出信号电荷的操作(读取操作)和重置(排出)像素20中存储的信号电荷的操作(重置操作、像素重置操作等等)。在本实施例中，由于像素20包括无源型像素电路，所以重置操作是伴随着上述读取操作的执行一起执行的。注意，此重置操作对应于后文将描述的多次重置操作中的第一个执行的重置操作(第一重置操作)。因此，在下文中，将通过把此读取期间称为“读取/第一重置期间Tr1”或简称为“期间Tr1”来进行描述。
具体而言，在读取/第一重置期间Tr1中，晶体管22进入接通状态，由此信号电荷被从像素20中的存储节点N向信号线Lsig读出(参见图中的箭头P11)，如图7B中所示。这样读取的信号电荷被输入到电荷放大器电路中。另一方面，在电荷放大器电路中，开关SW1处于关断状态中(电荷放大器电路处于读取操作状态中)。因此，输入到电荷放大器电路中的信号电荷被存储在电容性元件C1中，并且与存储的电荷相对应的信号电压(输出电压Vca)被从电荷放大器172输出。注意，当执行后文描述的放大器重置操作时，通过使开关SW1进入接通状态，存储在电容性元件C1中的电荷被重置(放大器重置操作被执行)。
在读取/第一重置期间Tr1中，伴随着如上所述读取操作的执行，执行如下所述的重置操作(第一重置操作)。也就是说，通过利用电荷放大器电路(电荷放大器172)中的虚拟短路(虚短路)现象执行第一重置操作，如图中的箭头P12所标示。详细地说，由于在虚拟短路现象的影响下，电荷放大器172的负输入端子侧(信号线Lsig侧)的电压变得几乎等于施加到其正输入端子的重置电压Vrst，所以存储节点N也被重置到重置电压Vrst。在使用无源型像素电路的本实施例中，如上所述，在读取/第一重置期间Tr1中，伴随着上述的读取操作的执行，存储节点N被重置到预定的重置电压Vrst。
(读取/第一重置期间后信号电荷的残余)
虽然如上所述在读取/第一重置期间Tr1中伴随着读取操作的执行而执行了重置操作，但有时可发生即使在期间Tr1之后曾经存储的信号电荷中的一些仍残留(留下)在像素20中。当信号电荷中的一些残留在像素20中时，在下次读取操作中(当在下一帧期间中拍摄图像时)在残余电荷的影响下可生成残像，并且拍摄图像的质量可能劣化。在下文中，将参考图8至图12详细描述如上所述的信号电荷的残余。
这里，当光电转换器件21是PIN型光电二极管(薄膜光电二极管)时，其被大致分成具体具有以下两种结构的。也就是说，其被分成如图8的(A)和(B)中所示的具有所谓的横向(水平)结构的，和如图9中所示的具有所谓的纵向(竖向)结构的。
在横向结构的那种中，光电转换器件21在横方向(积层面内方向)上按顺序包括p型半导体层21P、本征半导体(i层)21I和n型半导体层21N。其还包括在本征半导体层21I的附近经由栅极绝缘薄膜(未示出)对向部署的栅电极21G。另一方面，在纵向结构的那种中，光电转换器件21在纵方向(积层方向)上按顺序包括例如下部电极211a、p型半导体层21P、本征半导体层21I、n型半导体层21N和上部电极211b。注意，在下文中，将在假定光电转换器件21是具有上述两种结构中的横向结构的PIN型光电二极管的情况下进行描述。
(信号电荷残余的机制)
作为如上所述的信号电荷残余发生的原因之一，认为像素20中的电荷在自然光(特别是强自然光的影响下)饱和。在光电转换器件21中，本征半导体层211随着施加到栅电极21G的栅极电压而进入存储状态(饱和状态)、消耗状态和反转状态之一中。然而，在薄膜光电二极管中，当其处于存储状态或反转状态中时从在栅电极21G侧的界面处诱发电荷的状态(图8的(A))转变到消耗状态(图8的(B))，可能需要大约数百μs的时间。一般地，由于PIN型光电二极管的光敏性在消耗状态中最大化，所以其被在消耗状态中使用。然而，例如，当其被强自然光照射并且进入Vnp＜0V的状态时，其经历到存储状态的转变。注意，Vnp当从p型半导体层21P侧来看时n型半导体层21N的电势。
因此，例如，即使当在被强自然光照射之后环境立即变到暗状态并且重置操作(第一重置操作)被执行以使其返回到Vnp＞0V的状态时，从存储状态到消耗状态的转变在数百μs期间也可能不会发生。这里，已知在上述栅电极21G侧的界面处诱发的电荷的影响下，PIN型光电二极管的电容特性依据其是处于消耗状态还是处于存储或反转状态中而不同。具体而言，在栅电极21G与p型半导体层21P之间形成的寄生电容Cgp在存储状态中增大，而在消耗状态中减小，如图8的(A)和(B)中所示。
这里，在连接到存储节点N的PIN型光电二极管(光电转换器件21)中，当寄生电容Cgp依据其是处于消耗状态还是处于存储或反转状态中而变化时，像素20中的总耦合量(寄生电容的大小)随着如上所述的状态转变而变化。因此，就在期间Tr1之前入射的光的信息(电荷)即使在读取/第一重置期间Tr1之后也可残留在存储节点N中。当像素20中的电荷根据如上所述的机制由于被强自然光照射而饱和时，就在涉及重置操作的读取/第一重置期间Tr1之前曾经存储的信号电荷中的一些即使在期间Tr1之后仍残留在像素20中。
另一方面，在一些情况下，信号电荷可由于如下所述的原因而残留，不限于上述情况(即，电荷在强自然光的影响下饱和)。也就是说，残余电荷也可与来自光电转换器件21(PIN型光电二极管)的瞬态衰退电流的生成相关联地生成。
图10的(A)和(B)图示了上述PIN型光电二极管的能带结构(每层的位置与能级之间的关系)。从这些图可以看出，在本征半导体层21I上存在许多缺陷级Ed。就在读取/第一重置期间Tr1之后，观察到在这些缺陷级Ed中的每一个中捕捉(俘获)电荷“e”的状态，如图10的(A)中所示。然而，当从读取/第一重置期间Tr1起经过了一定时间时，例如，如图10的(B)中所示，在缺陷级Ed中俘获的电荷“e”被从本征半导体层21I排出到光电二极管(光电转换器件21)的外部(参见带箭头的虚线)。从而，从光电转换器件21生成上述的瞬态衰退电流(电流Idecay)。
这里，在图11A和图11B中图示了在读取/第一重置期间Tr1之后逝去的时间“t”与电流Idecay之间的关系的示例。在图11A中垂直轴和水平轴都是按对数(log)标度绘制的，而在图11B中，垂直轴是按对数标度绘制的，水平轴是按线性标度绘制的。虚线所围绕的部分(G1)是图中相互对应的区域。从这些图可以看出，在读取/第一重置期间Tr1结束(t＝0)时，电流Idecay具有随着时间而协同地减小的倾向(Idecay＝(Io/t)，Io：常数值)。此外，例如，如图12中所示，可以看出此时生成的残余电荷(由q1标示)是通过将电流Idecay(＝Io/t)对逝去时间“t”积分来获得的。随着上述从光电转换器件21生成的瞬态衰退电流，在像素20中也生成残余电荷。
由于如上所述的原因(强自然光的照射引起的电荷饱和和瞬态衰退电流的生成)，即使在涉及重置操作的读取/第一重置期间Tr1之后，在像素20中也生成残余电荷q1。
(多次重置操作)
在此实施例中，执行多次重置操作(这里总共两次，也就是说包括在读取/第一重置期间Tr1中执行的重置操作)。此外，读取驱动和重置驱动如后文所述是以线顺次方式执行的。详细地说，读取驱动和多次重置驱动是通过单次线顺次驱动执行的，以便减少残余电荷并且抑制由于残余电荷而将生成的残像。具体而言，如图13中所示，在一个垂直期间(一个帧期间)ΔTv中，在经过了曝光期间Tex并且随后在期间Tr1中执行了读取操作和第一重置操作之后，在经过预定的时间间隔后，在第二重置期间Tr2中执行第二次重置操作(第二重置操作)。在上述操作中，期间Tr1和Tr2中的读取操作和重置操作是以线顺次方式执行的(在***控制部16的控制下在每个像素20中执行线顺次读取驱动和线顺次重置驱动)。
(线顺次驱动的示例)
线顺次图像拍摄驱动(线顺次读取驱动和线顺次重置驱动)中的操作的定时的示例在图14至图17中图示。图14以定时波形图的形式图示了根据本实施例的线顺次图像拍摄驱动的示例。这里，图14的(A)至(F)图示了读取控制线Lread(1)至Lread(3)和Lread(n-2)至Lread(n)的电势Vread(1)至Vread(3)和Vread(n-2)至Vread(n)的定时波形的示例。此外，图中的ΔTh表示一个水平期间(一个水平扫描期间)。在图15至图17中，针对上述第一操作示例(每幅图中的(D))和第二操作示例(每幅图中的(E))图示了上述放大器重置控制线Lcarst的电势Vcarst的示例。
例如，如图14的(A)至(F)中所示，在执行对所有线的第一重置操作等等(在读取/第一重置期间Tr1中执行的操作)的期间(线顺次驱动期间ΔTr1)和执行对所有线的第二重置操作的期间(线顺次驱动期间ΔTr2)中存在部分重叠期间(驱动交迭期间ΔTol1)。
在驱动交迭期间ΔTol1中，各个重置操作的期间(期间Tr1和Tr2)是如下设定的。具体而言，第一线顺次重置驱动的每个重置期间(线顺次驱动期间ΔTr1中的每个期间Tr1)和第二线顺次重置驱动的每个重置期间(线顺次驱动期间ΔTr2中的每个期间Tr2)是如下设定的。也就是说，在驱动交迭期间ΔTol1中，期间被设定成使得在驱动交迭期间ΔTol1中至少部分存在每个读取/第一重置期间Tr1和每个重置期间Tr2不与彼此交迭的非重叠期间(非交迭期间)(参见例如图14中的P5所标示的期间)。图15的(A)至(E)图示了P5标示的期间附近的放大波形的示例。
如图15的(A)至(E)中所示，在驱动交迭期间ΔTol1中读取/第一重置期间Tr1和第二重置期间Tr2不与彼此交迭的情况下执行每个重置驱动。在此示例中，与行扫描信号相对应的电势Vread(接通状态电势Von1或接通状态电势Von2)在由P5标示的期间中按Vread(2)(第二重置期间Tr2)、Vread(n-2)(读取/第一重置期间Tr1)和Vread(3)(第二重置期间Tr2)的顺序被施加。另一方面，在例如图16的(A)至(E)中所示的P5a标示的另一期间中，电势Vread被按Vread(n-2)(读取/第一重置期间Tr1)、Vread(2)(第二重置期间Tr2)和Vread(3)(第二重置期间Tr2)的顺序施加。此外，在例如图17的(A)至(E)中所示的P5b标示的另一期间中，仅在驱动交迭期间ΔTol1中的每个读取/第一重置期间Tr1和每个第二重置期间Tr2中的部分期间中设定上述的非交迭期间。换言之，重叠期间(操作交迭期间ΔTol2)仅部分存在于读取/第一重置期间Tr1和第二重置期间Tr2中。在两个示例中，都至少部分地在交迭期间ΔTol1中设定非交迭期间。
如上所述的线顺次图像拍摄驱动中的各个操作的定时等等可由例如图4中所示的包括单位电路130的行扫描部13实现。具体而言，它们是由与执行线顺次重置驱动的次数相对应地部署的多列移位寄存器电路131和132和在控制每个输出信号的有效期间的同时生成从每列移位寄存器电路131和132输出的信号的逻辑和信号的逻辑电路(AND电路133A至133D和OR电路134A和134B)实现的。
上述非交迭期间被设定为至少部分存在于如上所述的线顺次驱动期间ΔTr1与线顺次驱动期间ΔTr2之间的驱动交迭期间ΔTol1中的重置期间(读取/第一重置期间Tr1和第二重置期间Tr2)中。从而，可以任意地设定在多次执行线顺次重置驱动时每个重置操作的期间、定时等等。特别地，当如图17中所示仅部分设定驱动交迭期间ΔTol1中的读取/第一重置期间Tr1与第二重置期间Tr2之间的非交迭期间时，与其他示例(图15和图16)相比可以实现线顺次图像拍摄驱动的加速(帧速率的增大)。
注意，与实现如上所述的操作定时等等的根据本实施例的行扫描部13相比，现有的标准型行扫描电路(栅极驱动器电路)难以在至少部分不与彼此交迭的定时等等执行连接到不同扫描线的像素的操作。
在下文中，将详细描述在如上所述的线顺次图像拍摄驱动中执行的对于一条线的图像拍摄驱动操作。
图18的(A)图示了读取控制线Lread的电势Vread的定时波形的示例，图18的(B)图示了来自电荷放大器172的输出电压Vca的定时波形的示例，图18的(C)图示了信号线Lsig的电势Vsig的定时波形的示例，并且图18的(D)图示了存储节点N的电势Vn的定时波形的示例。注意，各个定时波形是在一个帧期间ΔTv及其前后的期间中观察到的波形。
在一个帧期间ΔTv中，首先在曝光期间Tex中(定时t11和t12之间)如上所述(图7A)执行曝光操作，并且每个像素20中的光电转换器件21将入射的图像拍摄光Lin转换(光电转换)成信号电荷。然后，随着信号电荷被存储在每个像素20中的存储节点N中，存储节点N的电势Vn逐渐变化(图18的(D)中的P31)。这里，由于光电转换器件21的阴极侧连接到存储节点N，所以电势Vn在曝光期间Tex中从重置电压Vrst侧向0V逐渐下降。
接下来，在读取/第一重置期间Tr1中(定时t13和t14之间)，如上所述连同读取操作一起执行第一重置操作。在上述情况下，在本实施例中接通状态电势Von1被施加到读取控制线Lread。具体而言，电势Vread在定时t13被从关断状态电势Voff切换到接通状态电势Von1，并且在定时t14被从接通状态电势Von1切换到关断状态电势Voff。注意，接通状态电势Von1是如下的电势(电压脉冲中的高侧电势(例如正电势))：在该电势处，晶体管22可被从关断状态切换到接通状态。关断状态电势Voff是如下的电势(电压脉冲中的低侧电势(例如负电势))：在该电势处，晶体管22可被从接通状态切换到关断状态。此外，在下一定时t15，电荷放大器电路的开关SW1进入接通状态，由此在电荷放大器电路中的电容性元件C1中存储的电荷被重置(放大器重置操作被执行)。
由于如上所述的原因在读取/第一重置期间Tr1之后残余电荷q1生成，并且存储节点N的电势Vn逐渐下降(图18的(D)中的P32)。因此，下面将要描述的第二重置操作是在读取/第一重置期间Tr1之后的第二重置期间Tr2中(定时t16和t17之间)执行的，其中在读取/第一重置期间Tr1和第二重置期间Tr2之间留有预定的时间间隔。
(第二重置操作)
具体而言，在第二重置期间Tr2中可按例如图19A中所示的第一操作示例所例示的方式执行第二重置操作。也就是说，像素20中的晶体管22进入接通状态，并且电荷放大器电路的开关SW1也进入接通状态。从而，形成使用电荷放大器172的电压跟随器电路。因此，(信号线Lsig侧的)负输入端子侧的电压在其反馈特性的帮助下变得几乎等于施加到电荷放大器172的正输入端子的重置电压Vrst。在第一操作示例中，通过如上所述利用电荷放大器172的反馈特性，像素20中的存储节点N的电势Vn被移动到重置电压Vrst(第二重置操作被执行)。
或者，可按图19B中所示的第二操作示例所例示的方式执行第二重置操作。也就是说，与上述第一重置操作的情况中一样可通过利用电荷放大器电路的虚拟短路现象来执行第二重置操作(图19B中的P42)。像素20中的存储节点N的电势Vn也在虚拟短路现象的帮助下被移动到重置电压Vrst。然而，在该示例中，由于与读取/第一重置期间Tr1中的状态类似，像素20中的晶体管22处于接通状态并且电荷放大器电路的开关SW1处于关断状态，所以电荷放大器电路处于读取操作状态中。也就是说，在第二操作示例中也可以由电荷放大器电路读取存储节点N中残留的电荷，如图19B中的箭头P41所指示。
在本实施例中以上述方式在一个帧期间中间歇且重复地执行重置像素20中存储的电荷的操作(多次执行重置操作)。具体而言，这里，(读取/第一重置期间Tr1中的)中的第一重置操作和(第二重置期间Tr2中的)第二重置操作是在它们之间留有预定时间间隔的情况下执行的。从而，在执行第一重置操作之后像素20中的残余电荷q1(信号电荷的残余)的量减少了。
具体而言，假定从第一重置操作结束(期间Tr1结束)算到第二重置操作结束(期间Tr2结束)的时间是Δt12，则残余电荷q1中的电荷减少量将如例如图20中所示。也就是说，在例如图12中描述的残余电荷q1中，通过执行第二重置操作排出(减少)与从时间Δt12的开始t1(＝0)到结束t2的时间积分值相对应的量的电荷q12。注意，由于按式子(q1-q12)＝q23计算出的电荷q23的量对应于在执行第二重置操作之后残留的电荷的量，所以希望Δt12被设定得尽可能得长。
由于在执行第一重置操作之后残余电荷q1的量通过以上述方式执行多次重置操作而减少，所以可以抑制在执行下次读取操作时(当在下一帧期间中拍摄图像时)由残余电荷诱发的残像的生成。
(电荷注入的减少)
虽然通过如上所述执行多次重置操作可以减少残余电荷的量以抑制残像的生成，但与为了排出残余电荷而执行的重置驱动相关联，发生一个新现象，即所谓的电荷注入。也就是说，虽然像素20中的存储节点N如上所述在读取/第一重置期间Tr1之后被重置到预定的重置电压Vrst，但晶体管22在此之后从接通状态转移到关断状态。在上述情况下，例如，如图21中所示，由于寄生电容(在晶体管22的栅极和沟道之间形成的栅极电容Cgc(未示出)和在其栅极和漏极之间形成的寄生电容Cgd)中存储的电荷，存储节点N的电势从重置电压Vrst(见图21中的P2)略有变化。这里，由于存储节点N连接到光电转换器件21的阴极侧，所以电势Vn从重置电势Vrst下降与预定电势相对应的量(图18的(D)中的箭头X1)。由于如上所述的电荷注入的发生可引起图像拍摄数据Dout中的噪声以诱发图像质量的劣化，所以希望尽可能地减少它。
(比较例)
图22的(A)至(D)图示了根据本实施例的比较例的图像拍摄驱动操作的定时波形的示例。在比较例中，图像拍摄驱动操作是利用与本实施例中使用的电路配置类似的电路配置来执行的。此外，其被配置为向读取控制线Lread施加二值(接通状态电势Von1和关断状态电势Voff)电压脉冲。在比较例中，接通状态电势Von1在第一和第二重置操作中都被作为电势Vread施加。具体而言，在定时t13与t14之间和定时t16与t17之间的各个期间中都施加相同的接通状态电势Von1。
在比较例中，伴随着重置操作的执行，也发生如上所述的电荷注入。然而，当在执行第二重置操作时施加与第一重置操作相同的接通状态电势Von1时，电荷注入更有可能发生。从而，从重置电势Vrst的电势下降(图22的(D)中的箭头X0)增大。此外，电势下降缩窄了每个像素中的电荷存储的动态范围DR0。
另一方面，在本实施例中，晶体管22在第一和第二操作示例中在执行第二重置操作时都进入接通状态中。在上述情况下，执行如下的驱动。也就是说，被设定得低于接通状态电势Von1的接通状态电势Von2被施加到读取控制线Lread，如图18的(A)中所示。换言之，驱动是在执行第二重置操作时电势Vread的幅度被减小的状态中执行的。具体而言，电势Vread在定时16被从关断状态电势Voff切换到接通状态电势Von2，并且在定时t17被从接通状态电势Von2切换到关断状态电势Voff。接通状态电势Von2是第二重置期间Tr2中的电压脉冲的高侧的电势。虽然接通状态电势Von2如图23中所示低于接通状态电势Von1，但其被设定为向栅极施加大于晶体管22的阈值电压Vth的电压。更详细地说，通过施加接通状态电势Von2，大于通过将阈值电压Vth和重置电压Vrst加在一起而获得的电压(Vst+Vth)的电压被施加到晶体管22的栅极。注意，在图23中，虚线指示与执行第一重置操作时的电压波形相对应的部分，并且实线指示与执行第二重置操作时的电压波形相对应的部分。
注意，接通状态电势(接通状态电压)Von1对应于本公开的一个实施例中的“第一电压”的具体但非限制性示例，并且接通状态电势(接通状态电压)Von2对应于本公开的一个实施例中的“第二电压”的具体但非限制性示例。
通过如上所述在执行第二重置操作时向读取控制线Lread施加比接通状态电压Von1低的接通状态电势Von2，可以抑制随着重置操作的执行将会发生的电荷注入。其一个原因在于，由栅极电容Cgc、寄生电容Cgd(参见图21)等等引起的存储电荷的生成因此变得困难。从而，电荷注入的发生减少了并且由电荷注入引起的重置电势Vrst的波动(图18的(D)中所示的示例中的箭头X1指示的电势下降)减小了。也就是说，偏移电压减小了。
另外，由于如下的原因，电荷注入发生的情形对于多个像素20被布置成阵列的图像拍摄部11中的不同面内区域而不同。也就是说，当电势Vread被从接通状态电势切换到关断状态电势时，到晶体管22实际上充分地从接通状态转移到关断状态为止要花一定的时间。在上述情况下，由于晶体管22在直到其从接通状态充分转移到关断状态为止的期间中基本上被保持在“接通状态”中，所以光电转换器件21处于可充电状态中。因此，电荷在此期间中不流到寄生电容Cgd等等，而是向光电转换器件21流动。
因此，在晶体管22中从接通状态到关断状态的转变越迟滞，电荷就越容易被充到光电转换器件21中，由此由栅极电容Cgc、寄生电容Cgd等等引起的电荷注入减少。由于晶体管22的状态转变具有从图像拍摄部11的面内端部朝着中央逐渐减速的趋势，所以电荷注入发生的情形对于不同的面内区域是不同的。由于在此实施例中如上所述可以减小偏移成分，所以偏移成分的面内变化也相应地减小了。
由于如上所述偏移成分减小并且偏移成分的面内变化也减小，所以可以缩窄(最小化)用于每个像素20中的信号存储的动态范围DR。也就是说，可以减小迄今为止考虑到偏移成分和面内变化而确保的原本不合需要的区域的面积。
在本实施例中，在图像拍摄部11的每个像素20中执行基于入射光(图像拍摄光Lin)的光电转换以执行信号电荷的读取驱动和重置驱动，由此如上所述获得基于入射光的拍摄图像。在一个帧期间中，重置驱动被间歇地执行多次以在执行第一重置驱动时向晶体管22的栅极施加接通状态电势Von1，然后在执行第二重置驱动时向栅极施加低于接通状态电势Von1的接通状态电势Von2。因此，可以抑制由于在执行重置驱动时从晶体管的接通操作到关断操作的切换而将会发生的所谓电荷注入。从而，可以降低噪声以提高拍摄图像的图像质量。
注意，虽然在本实施例中通过给出在一个帧期间中执行重置驱动两次的情况作为示例进行了描述，但本实施例不限于此。或者，可被配置为在一个帧期间中执行重置驱动三次或更多次。在后一种情况下，比例如第一次施加的接通状态电势Von1低的接通状态电势Von2与上述情况中一样也可在执行第二及随后的重置操作的任何一个时被施加。注意，优选其在执行一个帧期间中的最终重置操作时被施加。
接下来，将描述本实施例的修改例(修改例1至7)。注意，向与本实施例中相同的构成要素赋予相同的标号，并且适当地省略对其的描述。
<修改例1>
图24是图示出修改例1的图像拍摄操作的示例的定时波形图。如图24中所示，可以设定成例如在执行第二重置驱动时电压被逐步切换(电压被逐步减小)。换言之，在第二重置期间Tr2中的部分期间中施加比接通状态电势Von1低的接通状态电势Von2。具体而言，在第二重置期间Tr2中，电势Vread在定时t16被从关断状态电势Voff切换到接通状态电势Von1，其在随后的定时16a被从接通状态电势Von1切换到比这低的接通状态电势Von2，并且其在再后来的定时16b(图中未示出)被从接通状态电势Von2切换到关断状态电势Voff。注意，在图24中，虚线指示与在执行第一重置操作时的电压波形相对应的部分，并且实线指示与在执行第二重置操作时的电压波形相对应的部分。
电势Vread的接通状态电势如上所述在执行第二重置操作时可被逐步减小，并且与本实施例中的情况中一样通过以上述方式进行驱动也可以抑制涉及重置操作的电荷注入的发生。从而，在修改例1中也获得了与本实施例中相同的效果。
此外，通过像修改例1中那样执行接通状态电势之间的逐步切换可以缩短重置期间(这里是第二重置期间Tr2)。也就是说，即使当使得定时t16与t16b之间的期间短于本实施例中的定时t16与t17之间的期间时，也获得几乎相同的效果，其原因如下。也就是说，基本上通过重置期间中的放电来执行排出(重置)电荷的操作，此外通过施加更高的可能电压来有效地获得放电效果。另一方面，由于如上所述在将晶体管22从接通操作切换到关断操作时发生电荷注入，所以优选切换前的接通状态电势较低以便减少电荷注入。从而，通过在重置期间的前半期间(对电荷注入的发生几乎没什么贡献的期间)中将其设定到相对较高的电压并且在重置期间的后半期间(容易对电荷注入的发生作出贡献的期间)中将其设定到相对较低的电压，可以在抑制噪声生成的同时在更短的时间中执行重置操作。
注意，虽然修改例1被配置为在执行第二重置操作时通过使用二值(电势Von1和Von2)来逐步减小接通状态电压，但其不限于此。或者，可通过在三值接通状态电压的三个或更多个电压之间执行逐步切换来执行驱动。
<修改例2>
图25图示出根据修改例2的像素(像素20A)的电路配置的示例，以及上述实施例中描述的列选择部17的电路配置示例。根据修改例2的像素20A具有与根据本实施例的像素20相同的所谓无源型电路配置，并且包括一个光电转换器件21和一个晶体管22。在H方向上延伸的读取控制线Lread和在V方向上延伸的信号线Lsig连接到像素20A。
然而，在根据修改例2的像素20A中，与根据本实施例的像素20不同，光电转换器件21的阳极连接到存储节点N，并且其阴极连接到电源。如上所述，存储节点N可连接到像素20A中的光电转换器件21的阳极，并且即使当如上所述配置时也获得与根据本实施例的图像拍摄单元1相同的效果。
<修改例3>
图26图示出根据修改例3的像素(像素20D)的电路配置的示例，以及上述实施例中描述的列选择部17的电路配置示例。根据修改例3的像素20D具有与根据本实施例的像素20相同的所谓无源型电路配置，包括一个光电转换器件21，并且在H方向上延伸的读取控制线Lread和在V方向上延伸的信号线Lsig。
然而，根据修改例3的像素20D包括两个晶体管(晶体管22A和22B)。晶体管22A和22B彼此串联连接(一个晶体管的源极或漏极电连接到另一晶体管的源极或漏极)。此外，晶体管22A和22B中的每一个的每个栅极连接到读取控制线Lread。
如上所述，在像素20D中可部署彼此串联连接的晶体管22A和22B。在上述情况下，也可以通过执行如上述实施例中所述的这种读取驱动和重置驱动来抑制由电荷注入诱发的电势Vn的波动。
<修改例4和5>
图27图示出根据修改例4的像素(像素20B)的电路配置的示例，以及以下将描述的列选择部17B的电路配置示例。图28图示出根据修改例5的像素(像素20C)的电路配置的示例，以及列选择部17B的电路配置示例。根据修改例4和5的像素20B和20C中的每一个包括所谓的有源型像素电路，这与迄今为止描述的像素20和20A不同。
有源型像素20B和20C中的每一个包括一个光电转换器件21和三个晶体管22、23和24。在H方向上延伸的读取控制线Lread(即，图中未示出的读取控制线Lread1和Lread2)和重置控制线Lrst以及在V方向上延伸的信号线Lsig连接到像素20B和20C中的每一个。
在像素20B和20C的每一个中，晶体管22的一个栅极连接到读取控制线Lread1，其另一栅极连接到读取控制线Lread2，其源极连接到信号线Lsig，并且其漏极连接到构成源极跟随器电路的晶体管23的源极。晶体管23的源极连接到电源VDD，并且其栅极经由存储节点N连接到光电转换器件21的阴极(图27中的示例)或阳极(图28中的示例)并且连接到具有作为重置晶体管的功能的晶体管24的漏极。晶体管24的栅极连接到重置控制线Lrst，以向其源极施加重置电压Vrst。在图27中的修改例4中，光电转换器件21的阳极连接到地(接地)，而在图28中的修改例5中，光电转换器件21的阴极连接到电源。
此外，在修改例4和5中，取代上述列选择部17中包括的电荷放大器172、电容性元件C1和开关SW1，列选择部17B包括恒定电流源171和放大器176。在放大器176中，信号线Lsig连接到正输入端子，并且负输入端子和输出端子相互连接以形成电压跟随器电路。注意，恒定电流源171的一个端子连接到信号线Lsig的第一端侧，并且电源VSS连接到恒定电流源171的另一端子。
即使在如上所述的包括具有有源电路配置的像素20B或20C的图像拍摄单元中，存储节点N的电势Vn也会由于随着重置操作的执行将会发生的电荷注入而波动(例如下降)。从而，在修改例4和5中，通过像上述实施例中的情况中那样利用预定的接通状态电压执行重置驱动也可以减少电荷注入，从而提高拍摄图像的图像质量。然而，图像拍摄操作(线顺次图像拍摄驱动)在各自具有有源型电路配置的像素20B和20C中是如下执行的。
也就是说，例如，如图29中所示，线顺次读取驱动和多次(这里是两次)线顺次重置驱动被彼此独立地(间歇地)执行。具体而言，用于在读取期间Tr1a中执行线顺次操作的线顺次读取驱动、用于在第一次重置期间(第一重置期间Tr1b)中执行线顺次操作的第一线顺次重置驱动和用于在第二次重置期间(第二重置期间Tr2)中执行线顺次操作的第二线顺次重置驱动被彼此独立地执行。注意，在有源型电路配置的情况下，每个重置操作是通过使作为重置晶体管的晶体管24进入接通状态来执行的。
<修改例6和7>
图30A和30B示意性图示了根据修改例6和7的图像拍摄部(图像拍摄部11A和11B)的概略配置示例。
根据图30A中所示的修改例6的图像拍摄部11A还包括部署在本实施例中描述的光电转换层111(光接收面侧)上的波长转换层112。波长转换层112将放射线Rrad(α射线、β射线、γ射线、X射线等等)的波长转换成在光电转换层111的灵敏范围内，由此光电转换层111可以读取基于放射线Rrad的信息。波长转换层112包括将诸如X射线之类的放射线转换成可见光的荧光体(例如闪烁体)。波长转换层112例如是通过在光电转换层111的上部形成诸如由例如旋涂式玻璃材料等等构成的平坦化膜之类的有机平坦化膜并在其上利用CsI、NaI、CaF2等等形成荧光体膜来获得的。图像拍摄部11A被应用到例如所谓的间接放射线图像拍摄单元。
与根据实施例的图像拍摄部不同，根据图30B中所示的修改例7的图像拍摄部11B包括将入射的放射线Rrad转换成电信号的光电转换层111B。光电转换层111B例如是由非晶硒(a-Se)半导体、碲化镉(CdTe)半导体等等构成的。图像拍摄部11B被应用到例如所谓的直接放射线图像拍摄单元。
分别包括根据修改例6和7的图像拍摄部11A和11B的图像拍摄单元被利用来作为各自被配置为基于入射的放射线Rrad获得电信号的各种放射线图像拍摄单元。当被利用来作为放射线图像拍摄单元时，其适用于例如(但不限于)医疗X射线图像拍摄单元(比如数字射线照相等等)、在机场等等中用于手提行李搜查的X射线设备、工业X射线图像拍摄单元(例如，用于检查容器中的危险物的单元和用于检查包中的内容的单元)。
<应用例>
然后，根据实施例和各个修改例(修改例1至7)的图像拍摄单元中的每一个适用于如下所述的这种图像拍摄显示***。
图31是图示根据应用例的图像拍摄显示***(图像拍摄显示***5)的示意性配置示例的示意图。图像拍摄显示***5包括根据实施例等等的包括图像拍摄部11(或者11A或11B)等等的图像拍摄单元1、图像处理部52以及显示器4，并且在此示例中被配置为使用放射线的图像拍摄显示***(放射线图像拍摄显示***)。
图像处理部52通过对从图像拍摄单元1输出的图像数据Dout(图像拍摄信号)执行预定的图像处理来生成图像数据D1。显示器4在预定的监视屏幕40上显示基于在图像处理部52中这样生成的图像数据D1的图像。
在图像拍摄显示***5中，图像拍摄单元1(这里是放射线图像拍摄单元)基于从光源(这里是诸如X射线源之类的放射线源)照射对象50的照射光(这里是放射线)获取对象50的图像数据Dout，并且将其输出到图像处理部52。图像处理部52对输入的图像数据Dout执行上述的预定图像处理，并且将经图像处理的图像数据(显示数据)D1输出到显示器4。显示器4基于输入的图像数据D1在监视屏幕40上显示图像信息(拍摄图像)。
由于在根据应用例的图像拍摄显示***中，如上所述在图像拍摄单元1中以电信号的形式获取对象50的图像，所以通过将所获取的电信号传送到显示器4可以进行图像显示。也就是说，无需使用曾经使用的射线照相膜，就可以观察对象50的图像，并且还可以应对运动图像捕捉和运动图像显示。
注意，虽然在此应用例中通过给出图像拍摄单元1被配置为放射线图像拍摄单元以适用于使用放射线的图像拍摄显示***的情况作为示例来进行了描述，但根据本公开的应用例的图像拍摄显示***也适用于使用除上述以外的类型的图像拍摄单元的***。
虽然如上所述已给出了本公开的实施例、修改例和应用例，但本公开的内容不限于上述实施例和示例，而是可按多种方式来修改。例如，图像拍摄部中的像素的电路配置不限于在上述实施例和示例中描述的那些(像素20和20A至20D的电路配置)，而是像素可具有其他电路配置。此外，行扫描部、列选择部等等的电路配置不限于在上述实施例和示例中描述的那些，而是这些部件类似地可具有其他电路配置。
此外，在上述实施例和示例中，无源型和有源型被示为像素的电路配置的示例。当使用有源型的那种时，读取操作和重置操作如上所述被彼此独立地执行。因此，即使在刚执行了读取操作之后就执行的重置操作(第一重置操作)中，接通状态电压也可被设定到更低的电势或者可被逐步改变。
另外，在实施例和示例中描述的图像拍摄部、行扫描部、A/D转换部(列选择部)、列扫描部等等可被形成在例如同一基板上。具体而言，通过使用例如由低温多晶硅等等构成的多晶半导体，可以将上述部件的电路部分中的开关等等形成在同一基板上。从而，可以基于来自例如外部安装的***控制部的控制信号在同一基板上执行驱动操作，因此可以改善边框窄化(具有三个自由边的边框结构)和配线连接的可靠性。
从而，从本公开的上述示例性实施例和修改可以实现至少以下配置。
(1)一种图像拍摄单元，包括：
图像拍摄部，该图像拍摄部具有多个像素，每个像素包括光电转换器件和场效应晶体管；以及
驱动部，该驱动部利用所述晶体管对所述像素中存储的信号电荷执行读取驱动和重置驱动，该驱动部在一个帧期间中间歇地执行所述重置驱动多次，并且通过在所述一个帧期间中的至少一个重置期间中或者所述至少一个重置期间中的部分期间中向所述晶体管施加比在所述一个帧期间中的除所述至少一个重置期间以外的重置期间中施加的第一电压低的第二电压来执行所述晶体管的接通操作。
(2)根据(1)所述的图像拍摄单元，其中，所述驱动部至少在执行最终重置驱动时向所述晶体管施加所述第二电压。
(3)根据(1)或(2)所述的图像拍摄单元，其中，所述驱动部将所述第二电压设定为按时序逐步减小。
(4)根据(3)所述的图像拍摄单元，其中，施加所述第二电压的期间短于施加所述第一电压的期间。
(5)根据(1)至(4)的任何一项所述的图像拍摄单元，其中，所述第二电压大于所述晶体管的阈值电压。
(6)根据(1)至(5)的任何一项所述的图像拍摄单元，其中，所述驱动部
伴随着所述读取驱动的执行利用所述第一电压执行所述一个帧期间中的第一次重置驱动，并且
在执行最终重置驱动时使用所述第二电压。
(7)根据(1)至(6)的任何一项所述的图像拍摄单元，其中，所述光电转换器件包括正-本征-负(PIN)型光电二极管和金属-绝缘体-半导体(MIS)型传感器之一。
(8)根据(1)至(7)的任何一项所述的图像拍摄单元，其中，所述图像拍摄部生成基于入射的放射线的电信号。
(9)根据(8)所述的图像拍摄单元，其中，所述图像拍摄部在所述光电转换器件上包括波长转换层，该波长转换层转换所述放射线的波长以使得该波长能够在所述光电转换器件的灵敏范围内。
(10)根据(9)所述的图像拍摄单元，其中，所述放射线是X射线。
(11)根据(1)至(10)的任何一项所述的图像拍摄单元，其中，所述晶体管的半导体层由非晶硅、多晶硅、微晶硅和氧化物半导体之一构成。
(12)一种图像拍摄显示***，具有图像拍摄单元和显示基于从该图像拍摄单元获得的图像拍摄信号的图像的显示器，该图像拍摄单元包括：
图像拍摄部，该图像拍摄部具有多个像素，每个像素包括光电转换器件和场效应晶体管；以及
驱动部，该驱动部利用所述晶体管对所述像素中存储的信号电荷执行读取驱动和重置驱动，该驱动部在一个帧期间中间歇地执行所述重置驱动多次，并且通过在所述一个帧期间中的至少一个重置期间中或者所述至少一个重置期间中的部分期间中向所述晶体管施加比在所述一个帧期间中的除所述至少一个重置期间以外的重置期间中施加的第一电压低的第二电压来执行所述晶体管的接通操作。
注意，除非发生任何矛盾，否则涉及图像拍摄单元的(2)至(11)的任何组合适用于涉及图像拍摄显示***的(12)。这种组合也被认为是根据本技术的实施例的优选组合。
本公开包含与2011年10月19日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-229996中公开的主题相关的主题，特此通过引用将该申请的全部内容并入。
本领域的技术人员应当理解，取决于设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们处于所附权利要求或其等同物的范围之内即可。

Claims (12)

1.一种图像拍摄单元，包括：
图像拍摄部，该图像拍摄部具有多个像素，每个像素包括光电转换器件和场效应晶体管；以及
驱动部，该驱动部利用所述晶体管对所述像素中存储的信号电荷执行读取驱动和重置驱动，该驱动部在一个帧期间中间歇地执行所述重置驱动多次，并且通过在所述一个帧期间中的至少一个重置期间中或者所述至少一个重置期间中的部分期间中向所述晶体管施加比在所述一个帧期间中的除所述至少一个重置期间以外的重置期间中施加的第一电压低的第二电压来执行所述晶体管的接通操作。
2.根据权利要求1所述的图像拍摄单元，其中，所述驱动部至少在执行最终重置驱动时向所述晶体管施加所述第二电压。
3.根据权利要求1所述的图像拍摄单元，其中，所述驱动部将所述第二电压设定为按时序逐步减小。
4.根据权利要求3所述的图像拍摄单元，其中，施加所述第二电压的期间短于施加所述第一电压的期间。
5.根据权利要求1所述的图像拍摄单元，其中，所述第二电压大于所述晶体管的阈值电压。
6.根据权利要求1所述的图像拍摄单元，其中，所述驱动部
伴随着所述读取驱动的执行利用所述第一电压执行所述一个帧期间中的第一次重置驱动，并且
在执行最终重置驱动时使用所述第二电压。
7.根据权利要求1所述的图像拍摄单元，其中，所述光电转换器件包括正-本征-负(PIN)型光电二极管和金属-绝缘体-半导体(MIS)型传感器之一。
8.根据权利要求1所述的图像拍摄单元，其中，所述图像拍摄部生成基于入射的放射线的电信号。
9.根据权利要求8所述的图像拍摄单元，其中，所述图像拍摄部在所述光电转换器件上包括波长转换层，该波长转换层转换所述放射线的波长以使得该波长能够在所述光电转换器件的灵敏范围内。
10.根据权利要求9所述的图像拍摄单元，其中，所述放射线是X射线。
11.根据权利要求1所述的图像拍摄单元，其中，所述晶体管的半导体层由非晶硅、多晶硅、微晶硅和氧化物半导体之一构成。
12.一种图像拍摄显示***，具有图像拍摄单元和显示基于从该图像拍摄单元获得的图像拍摄信号的图像的显示器，该图像拍摄单元包括：
图像拍摄部，该图像拍摄部具有多个像素，每个像素包括光电转换器件和场效应晶体管；以及
驱动部，该驱动部利用所述晶体管对所述像素中存储的信号电荷执行读取驱动和重置驱动，该驱动部在一个帧期间中间歇地执行所述重置驱动多次，并且通过在所述一个帧期间中的至少一个重置期间中或者所述至少一个重置期间中的部分期间中向所述晶体管施加比在所述一个帧期间中的除所述至少一个重置期间以外的重置期间中施加的第一电压低的第二电压来执行所述晶体管的接通操作。
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