CN103248834A - 固态成像设备、驱动方法及电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种固态图像拾取设备，其包括其中排列多个像素的像素区。所述像素包括：累积部分，用于累积通过光电转换获取的电荷；多个检测部分，用于检测所述累积部分中累积的电荷；连接分离控制部分，用于控制所述多个检测部分的连接或分离；输出部分，用于输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于在所述连接分离控制部分分离所述多个检测部分的分离状态中的每个检测部分的电位，所述第二信号对应于在所述连接分离控制部分连接所述多个检测部分的连接状态中的每个检测部分的电位；和输出选择部分，用于基于所述第一信号的值选择是从所述输出部分输出所述第一信号还是从所述输出部分输出所述第二信号。

Description

固态成像设备、驱动方法及电子设备
技术领域
本公开涉及固态成像设备、驱动方法及电子设备。具体地，本公开涉及能够不降低图像质量地抑制诸如图像传感器之类的设备中的功耗的固态成像设备、驱动方法及电子设备。
背景技术
近年来，以读取速度的高速性能为理由，已经进步到利用CMOS图像传感器代替CCD。然而，在CMOS图像传感器中，通常整齐地每像素进行读取，因此在整个图像中无法实现同步。
也就是，CMOS图像传感器执行每像素或每行依次扫描和读取光电转换部件中生成并累积的光电荷的操作。在这种依次扫描的情况下，即，在采用卷帘快门作为电子快门的情况下，在全部像素中，无法共享曝光起始时间和曝光结束时间以便累积光电荷。因此，在依次扫描的情况下，会存在以下问题，即，在拍摄运动物体的图像的时刻会造成失真。
在拍摄高速运动的物体（其中不允许那种图像失真）的图像的情况下，或者在请求拍摄图像中的同步的感测使用的情况下，将针对像素阵列部分中的全部像素在相同定时执行曝光起始和曝光结束的全局快门采用为电子快门。
全局快门器件是一种采用全局快门作为电子快门的器件，例如包括在像素中通过半导体存储器的电荷累积部分。在全局快门器件中，将电荷从光电二极管同时传送到半导体存储器，累积并依次读取电荷，从而维持整个图像中的同步。
而且，除了累积电荷以便扩展图像传感器的动态范围的半导体存储器以外，建议一种安装电容器的设备。在这样的设备中，由于能够通过在电容器中累积电荷而累积大量电荷，因此能够提高动态范围并且同时实现图像同步和动态范围改进（例如，参见日本专利特开No.2011-199816）。
例如，在日本专利特开No.2011-199816的情况下，提供了两个累积部分。一个累积部分由Si衬底中的嵌装沟道组成，另一个累积部分由电容器组成。
该嵌装沟道在SG部件下形成并且具有如下特征，即，由于可能的累积容量小且该累积是在Si中进行的，因此它不太受接口状态影响并且暗电流较小。同时，与该嵌装沟道相比，电容器可以累积大量电荷。
发明内容
然而，尽管电容器能够累积大量电荷，但是由于它们在从光电二极管转移到累积部分时要通过接触或痕迹联合部分，因此通过接口的连接状态会激励电子，并且很可能造成暗电流。
为了避免于此，例如，日本专利特开No.2011-199816的技术建议，在低亮度，电荷仅仅在嵌装沟道中累积，并在在高亮度，从嵌装沟道溢出的电荷被累积在电容器中且在嵌装沟道和电容器两者中累积的电荷在读取时输出。
然而，如此做，要求仅读取嵌装沟道中的电荷并且读取嵌装沟道和电容器中累积的电荷。也就是，由于从一个像素两次读取累积的电荷并且输出信号，因此列处理部分的功耗、尤其是负荷MOS晶体管的功耗增加。
鉴于上述状态公开了本公开，能够不降低图像质量地抑制在诸如图像传感器之类的设备中的功耗。
根据本技术的第一实施例，提供了一种固态图像拾取设备，其包括其中排列多个像素的像素区。所述多个像素包括：累积部分，用于累积通过光电转换获取的电荷；多个检测部分，用于检测所述累积部分中累积的电荷；连接分离控制部分，用于控制所述多个检测部分的连接或分离；输出部分，用于输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于在所述连接分离控制部分分离所述多个检测部分的分离状态中的每个检测部分的电位，所述第二信号对应于在所述连接分离控制部分连接所述多个检测部分的连接状态中的每个检测部分的电位；和输出选择部分，用于基于所述第一信号的值选择是从所述输出部分输出所述第一信号还是从所述输出部分输出所述第二信号。
所述第一信号可以以低亮度输出，而所述第二信号可以以高亮度输出。
当所述第一信号的值等于或大于预先设定的阈值时，所述输出选择部分选择输出来自所述输出部分的第二信号。
所述输出选择部分通过控制每个像素的负荷MOS晶体管的开/关来选择是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
所述输出选择部分通过控制每个像素的选择晶体管的开/关来选择是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
对于在所述像素区中以二维矩阵方式排列的多个像素中的每一个，是输出所述第一信号还是输出所述第二信号是基于每行选择的。
所述固态图像拾取设备还包括存储器，用于存储从在所述像素区中排列的多个像素中的每一个获取的第一信号值。所述选择部分基于所述存储器中存储的每个像素的第一信号值选择从每个像素的输出部分是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
所述固态图像拾取设备还包括存储器，用于存储从在所述像素区中排列的多个像素中作为白像素排列的像素获取的第一信号值。所述选择部分基于所述存储器中存储的每个像素的第一信号值选择从包括所述白像素的预定区域中的每个像素的输出部分是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
根据本技术的第一实施例，提供一种用于驱动固态图像拾取设备的方法，所述固态图像拾取设备包括其中排列多个像素的像素区。所述多个像素包括：累积部分，用于累积通过光电转换获取的电荷；多个检测部分，用于检测所述累积部分中累积的电荷；连接分离控制部分，用于控制所述多个检测部分的连接或分离；输出部分，用于输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于在所述连接分离控制部分分离所述多个检测部分的分离状态中的每个检测部分的电位，所述第二信号对应于在所述连接分离控制部分连接所述多个检测部分的连接状态中的每个检测部分的电位；和输出选择部分，用于基于所述第一信号的值选择是从所述输出部分输出所述第一信号还是从所述输出部分输出所述第二信号。所述方法包括：比较所述第一信号的值与预先设置的阈值；和当所述第一信号的值等于或大于预先设置的阈值时，从所述输出部分输出所述第二信号。
根据本技术的第二实施例，提供一种包括固态图像拾取设备的电子设备，该固态图像拾取设备包括其中排列多个像素的像素区。所述多个像素包括：累积部分，用于累积通过光电转换获取的电荷；多个检测部分，用于检测所述累积部分中累积的电荷；连接分离控制部分，用于控制所述多个检测部分的连接或分离；输出部分，用于输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于在所述连接分离控制部分分离所述多个检测部分的分离状态中的每个检测部分的电位，所述第二信号对应于在所述连接分离控制部分连接所述多个检测部分的连接状态中的每个检测部分的电位；和输出选择部分，用于基于所述第一信号的值选择是从所述输出部分输出所述第一信号还是从所述输出部分输出所述第二信号。
在本公开的实施例中，在像素区的像素中排列多个像素；累积通过光电转换获取的电荷；检测所累积的电荷；控制多个连接部分的连接或分离；输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于所述多个检测部分分离的分离状态中的检测部分的电位，所述第二信号对应于所述多个检测部分连接的连接状态中的检测部分的电位；和基于所述第一信号的值选择是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
根据本公开的实施例，能够不降低图像质量地抑制在诸如图像传感器之类的设备中的功耗。
附图说明
图1是图示根据应用本公开的CMOS图像传感器的实施例的配置示例的方框图；
图2是图示在图1的像素阵列中排列的单位像素的电路配置的电路图；
图3是图示在图1的像素阵列中排列的单位像素的另一电路配置的电路图；
图4是用于解释图3中的单位像素的电路操作的时序图；
图5(a)-5(d)是图示从本公开中的单位像素读取电荷的处理的视图；
图6是用于解释支持图5的电荷读取处理的示例的流程图；
图7(a)-7(d)是用于解释从本公开中的单位像素读取电荷的另一处理示例的视图；
图8是用于解释支持图7的电荷读取处理的示例的流程图；
图9是用于解释图3中的单位像素的电路操作的另一时序图；
图10是用于解释图3中的单位像素的电路操作的另一时序图；
图11是图示根据应用本公开的CMOS图像传感器的另一实施例的配置示例的方框图；
图12(a)-12(b)是用于解释从本公开中的单位像素读取电荷的另一处理示例的视图；
图13是用于解释支持图12的电荷读取处理的示例的流程图；
图14(a)-14(d)是用于解释从本公开中的单位像素读取电荷的另一处理示例的视图；
图15(a)-15(d)是用于解释从本公开中的单位像素读取电荷的另一处理示例的视图；
图16是用于解释支持图15的电荷读取处理的示例的流程图；和
图17是图示根据应用本公开的电子设备的实施例的配置示例的视图。
附图标记说明
61光电二极管
62第一传输门部分
63第二传输门部分
64第三传输门部分
65复位门部分
66第一电荷累积部分
67第二电荷累积部分
68放大晶体管
69选择晶体管
70电荷排出门部分
71FD部分
73第五传输门部分
具体实施方式
下文中，将参考附图来描述本公开的优选实施例。注意，在本说明书及附图中，用相同附图标记指代具有基本相同功能和结构的结构性元件，且省略这些结构性元件的重复说明。
图1是图示根据应用本公开的固态成像设备的实施例的配置示例的方框图，所述固态成像设备例如CMOS图像传感器，其是一种X-Y寻址方案的固态成像设备。此处，CMOS图像传感器是通过应用CMOS处理或者使用其部分而形成的图像传感器。
该示例中的CMOS图像传感器10具有包括形成在半导体基板（即芯片）（未图示）上的像素阵列部分11和聚集在与像素阵列部分11相同的半导体基板上的***电路部分的配置。***电路部分例如包括垂直驱动部分12、列处理部分13、水平驱动部分14和***控制部分15。
CMOS图像传感器10进一步包括信号处理部分18和数据存储部分19。信号处理部分18和数据存储部分19可安装在与CMOS图像传感器10相同的基板上或者可排列在与CMOS图像传感器10不同的基板上。同样，信号处理部分18和数据存储部分19中的每个处理可以通过软件或者设置在与CMOS图像传感器10不同的基板上的外部信号处理部分（例如DSP（数字信号处理器）电路）来控制。
像素阵列部分11具有以下配置：其中，单位像素（下面也可简称为“像素”）在行和列方向上以二维方式（即以矩阵方式）排列，该单位像素具有基于接收到的光量而生成并累积光电荷的光电转换部分。此处，行方向表示像素行的像素排列方向（即水平方向），且列方向表示像素列的像素排列方向（即垂直方向）。后面将详细描述单位像素配置。
在像素阵列部分11中，以矩阵像素排列，像素驱动线16每像素行沿着行方向布线，垂直信号线17每像素列沿着列方向布线。像素驱动线16发送在从像素读取信号的时候进行驱动的驱动信号。尽管图1图示了像素驱动线16为一条布线，但是它不限于一条布线。像素驱动线16的一端连接到对应于垂直驱动部分12的每一行的输出端。
垂直驱动部分12配置有移位寄存器、地址解码器等，并且同时驱动像素阵列部分11的所有像素或者以行为单位驱动像素阵列部分11的像素。也就是，垂直驱动部分12和控制垂直驱动部分12的***控制部分15形成驱动像素阵列部分11的每个像素的驱动部分。尽管省略了该垂直驱动部分12的特定配置的图示，但是该垂直驱动部分12通常具有包括读取扫描***和略扫扫描（sweeping scanning）***的两个扫描***的配置。
读取扫描***选择性地且依次扫描像素阵列部分11的行单元中的单位像素，以便从单位像素读取信号。从单位像素读取的信号是模拟信号。比读取扫描早快门速度的时间，略扫扫描***针对在读取扫描***中经受读取扫描的读取行进行略扫扫描。
通过在该略扫扫描***中的略扫扫描，从读取行的单位像素的光电转换部分扫除了不必要的电荷，因此复位光电转换部分。随后，通过该略扫扫描***中的不必要电荷的扫除（复位），进行所谓的电子快门操作。此处，电子快门操作是指丢弃光电转换部分的光电荷并且重新启动曝光（即，启动光电荷的累积）的操作。
在读取扫描***中通过读取操作读取的信号对应于在先前读取操作或者电子快门操作之后接收的光量。随后，先前读取操作的读取定时或者电子快门操作的略扫定时与当前读取操作的读取定时之间的周期是单位像素中的光电荷的曝光周期。
每像素列经由每条垂直信号线17在列处理部分13中输入从由垂直驱动部分12选择性地扫描的像素行的每个单位像素输出的信号。像素阵列部分11的每像素列，列处理部分13对经由垂直信号线17从被选行的每个像素输出的信号进行预定的信号处理，并且在信号处理之后暂时保留像素信号。
更具体地，作为信号处理，列处理部分13至少进行诸如CDS（相关双取样）处理的噪声移除处理。通过该列处理部分13的CDS处理移除对像素唯一的复位噪声或固定模式噪声（例如像素中的放大晶体管的阈值变化）。除了噪声移除处理以外，例如，列处理部分13可以具有AD（模数）转换功能以便将模拟像素信号转换为数字信号并且将其输出。
同样，在列处理部分13中，如后所述，设置阈值比较电路。
水平驱动部分14包括移位寄存器、地址解码器等等，并且依次选择与列处理部分13的像素列对应的单元电路。通过该水平驱动部分14中的选择性扫描，依次输出经受列处理部分13中的每单元电路的信号处理的像素信号。
***控制部分15包括生成各种定时信号的定时生成器，并且基于定时生成器中生成的各种定时执行垂直驱动部分12、列处理部分13和水平驱动部分14的驱动控制。
信号处理部分18至少具有计算处理功能，并且对从列处理部分13输出的像素信号执行各种信号处理，例如计算处理。在信号处理部分18中准备信号处理时，数据存储部分19临时存储该处理中所请求的数据。
针对像素阵列部分11中的全部像素，具有上面配置的CMOS图像传感器10采用全局曝光以便在相同定时进行曝光启动和曝光结束。该全局曝光是在由垂直驱动部分12和***控制部分15组成的驱动部分的驱动下进行的。实现全局曝光的全局快门功能是适用于以下情况的快门操作：拍摄高速运动的物体的图像或者在所摄图像中请求同步的感测使用。
为了实现全局曝光，与实现全局曝光的现有技术相比，CMOS图像传感器10在单位像素中具有两个电荷累积部分，以便维持更大的饱和电荷量，而不降低暗情形或低亮度的所摄图像的图像质量。随后，在两个电荷累积部分中，例如，嵌装（flush-mounted）MOS电容器被用作第一电荷累积部分，并且每单位面积比第一电荷累积部分（例如平面型MOS电容器）具有更大容量值的电容器被用作第二电荷累积部分。
优选地，关于第一电荷累积部分和第二电荷累积部分，饱和电荷量的数量关系设置如下。也就是，关于第一电荷累积部分，优选地是，饱和电荷量少于光电转换部分的饱和电荷量。
当第一电荷累积部分的饱和电荷量被制成少于光电转换部分的饱和电荷量时，在第二电荷累积部分中补偿减少的量。因此，第二电荷累积部分的饱和电荷量与第一电荷累积部分的饱和电荷量之和被要求等于或大于光电转换部分的饱和电荷量。
用这种方式，能够获取以下操作效果。
即，对比将平齐安装的MOS电容器形成在与组合第一电荷累积部分和第二电荷累积部分的区域相同的区域上的情况，可能极大地增加其中能够累积光电荷的容量的值，也就是，可能维持更大的饱和电荷量。而且，通过使用嵌装MOS电容器，低亮度的信号更少受到界面状态和界面失真的影响，并且与实现全局曝光的现有技术相比，由于暗情形特征未下降，因此低亮度的所摄图像的图像质量未降低。
其结果是，例如，能够实现具有全局快门功能的CMOS图像传感器，其达到等效于没有相等单位像素尺寸的全局快门功能的CMOS图像传感器的性能。而且，例如，对比现有技术中具有相等单位像素尺寸的全局快门功能的CMOS图像传感器，能够大大地扩展动态范围。
因此，通过使用嵌装MOS电容器作为第一电荷累积部分并且使用每单位面积比第一电荷累积部分的容量值更大的电容器作为第二电荷累积部分，能够增加电荷累积部分的总容量值。然而，由于每单位面积更大容量值的电容器总体上具有大漏电流，因此通过第二电荷累积单元，诸如暗电流和白斑点之类的暗情形特性的下降可能变得明显。
因此，当对于全部像素同时从光电转换部分转移光电荷时，在第一电荷累积部分中累积低亮度的光电荷。此处，“低亮度的光电荷”是指等于或小于第一电荷累积部分的饱和电荷量的光电荷。如上所述，由于第一电荷累积部分由嵌装电容器组成，它较少地受界面状态和界面失真影响，因此比第二电荷累积部分具有更好的暗（或低亮度）特性。
而且，高亮度的光电荷被累积在第一电荷累积部分和第二电荷累积部分两者中。此处，“高亮度的光电荷”是指第一电荷累积部分的饱和电荷量以上的光电荷。在处理过的电荷量是大的高亮度，由于维持高S/N，因此诸如暗电流和白斑点之类的暗情形特性影响较少。因此，即使高亮度的光电荷被累积在其中存在大漏电流的第二电荷累积部分中时，对图像质量存在极少的影响。
从上面解释清楚的是，通过使用嵌装MOS电容器作为第一电荷累积部分并且使用每单位面积比第一电荷累积部分的容量值更大的容量值的电容器作为第二电荷累积部分，能够维持更大的饱和电荷量并且通过节省的空间来减小单位像素尺寸。
而且，在同时读取全部像素时，低亮度的光电荷被累积在诸如暗电流和白斑点之类的良好暗情形特性的第一电荷累积部分中，而高亮度的光电荷被累积在较差暗情形特性的第二电荷累积部分中。因此，低亮度的所摄图像的图像质量没有下降。
图2是图示在图1的像素阵列部分11中排列的单位像素60的电路配置的电路图。如图2中所示，单位像素60例如具有作为光电转换部分的、用于接收光并生成和累积光电荷的p-n结光电二极管61。光电二极管61基于接收光量而生成并累积光电荷。
而且，例如，单位像素60包括第一传输门部分62、第二传输门部分63、第三传输门部分64、复位门部分65、第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67。而且，单位像素60包括放大晶体管68、选择晶体管69和电荷排出门部分70。
在具有上面配置的单位像素60中，第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67对应于上述的第一电荷累积部分和第二电荷累积部分。即，第一电荷累积部分66由嵌装MOS电容器组成。第二电荷累积部分67由每单位面积比第一电荷累积部分66的容量值更大的容量值的电容器组成。
在单位像素60中，例如如图1中的像素驱动线16一样，每像素行布线多条驱动线。而且，通过来自图1中的垂直驱动部分12的像素驱动线16的多条驱动线，提供各种驱动信号TG、FG、AG、RST、SEL和PG。这些驱动信号TG、FG、AG、RST、SEL和PG是其中高电平（例如源电压VDD）状态是激活状态且低电平状态（例如负电位）是非激活状态的脉冲信号。而且，假设驱动信号TG可以以高电平电位、低电平电位和其间的中间电平电位的三个值适当地驱动。下面，中间电平电位称作中间电位VM。
驱动信号TG被施加到第一传输门部分62的栅电极作为转移信号。下面，驱动信号TG可被适当地称作转移信号TG。在第一传输门部分62中，一个源极/漏极区连接到光电二极管61。当驱动信号TG进入激活状态时，响应于此，第一传输门部分62进入导电状态。通过这种方式，累积在光电二极管61中的光电荷被转移到第一电荷累积部分66。被第一传输门部分62转移的光电荷被临时累积在第一电荷累积部分66。
驱动信号FG被施加到第二传输门部分63的栅电极作为转移信号。下面，驱动信号FG可被适当地称作转移信号FG。在第二传输门部分63中，一个源极/漏极区连接到浮动扩散部分（下文中称作“FD部分”）71，该浮动扩散部分71连接到放大晶体管68的栅电极。FD部分71将光电荷转换为诸如电压信号的电信号并且输出这些信号。当驱动信号FG进入激活状态时，响应于此，第二传输门部分63进入导电状态。通过这种方式，累积在第一电荷累积部分66中的光电荷被转移到FD部分71。
驱动信号AG被施加到第三传输门部分64的栅电极作为转移信号。下面，驱动信号AG可被适当地称作转移信号AG。在第三传输门部分64中，一个源极/漏极区连接到FD部分71。当驱动信号AG进入激活状态时，响应于此，第三传输门部分64进入导电状态。通过这种方式，FD部分71和第二电荷累积部分67的电位被组合。而且，当驱动信号AG进入非激活状态时，响应于此，第三传输门部分64进入非导电状态，因此FD部分71和第二电荷累积部分67的电位被分割。
驱动信号RST被施加到复位门部分65的栅电极作为复位信号。下面，复位信号TG可被适当地称作复位信号RST。在复位门部分65中，一个源极/漏极区连接到复位电压VDR，另一个源极/漏极区连接到FD部分71。当驱动信号RST进入激活状态时，响应于此，复位门部分65进入导电状态。通过这种方式，FD部分71的电位被复位到电压VDR的电平。
在放大晶体管68中，栅电极连接到FD部分71且漏电极连接到源电压VDD，从而作为读取电路的输入部分，其读取通过光电二极管61中的光电转换获取的光电荷，其是所谓的源极跟随器电路。也就是，在放大晶体管68中，源电极经由选择晶体管69连接到垂直信号线17，从而放大晶体管68和与垂直信号线17的一端连接的恒流源80形成源极跟随器电路。
驱动信号SEL被施加到选择晶体管69的栅电极作为选择信号。下面，驱动信号SEL可被适当地称作选择信号SEL。选择晶体管69连接在放大晶体管68的源电极与垂直信号线17之间。而且，当驱动信号SEL进入激活状态时，响应于此，选择晶体管69进入导电状态。通过这种方式，利用处于选择状态的单位像素60，从放大晶体管68输出的像素信号被输出到垂直信号线17。
驱动信号PG被施加到电荷排出门部分70的栅电极作为电荷排出控制信号。下面，驱动信号PG可被适当地称作电荷排出控制信号PG。电荷排出门部分70连接在光电二极管61与电荷排出部分（例如源电压VDD）之间。当驱动信号PG进入激活状态时，响应于此，电荷排出门部分70进入导电状态。通过这种方式，从光电二极管61预先定义的预定量的光电荷或者光电二极管61中累积的全部光电荷被选择性地排出到电荷排出部分。
通过在未累积光电荷的时间段中使得电荷排出门部分70进入导电状态，能够防止超过光电二极管61的饱和电荷量的电荷溢出到第一电荷累积部分66、第二电荷累积部分67和***像素。
而且，在图1的像素阵列部分11中排列的单位像素可被配置为如图3中所示。图3是图示在图1的像素阵列部分11中排列的单位像素60的另一电路配置的电路图，而且，在图3中，相同的附图标记指代如图2中相同的部分。
如图3中所示，在该示例中，除了光电二极管61以外，还提供下列组件。即，图3中的单位像素60包括第一传输门部分62、第二传输门部分63、复位门部分65、第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67。而且，图3中的单位像素60包括放大晶体管68、选择晶体管69、电荷排出门部分70和第五传输门部分73。
在图3中的单位像素60中，第一电荷累积部分66被设置为在电路中的第一传输门部分62与第二传输门部分63之间的嵌装MOS电容器。在电荷累积部分66的栅电极中，驱动信号SG被施加为转移信号。下面，驱动信号SG可被适当地称作转移信号SG。类似于图2的情况，第二电荷累积部分67由每单位面积比电荷累积部分66更大的容量值的电容器组成。
第一传输门部分62连接在电路中的光电二极管61与第一电荷累积部分66之间。第二传输门部分63连接在电路中的电荷累积部分66与FD部分71之间。第五传输门部分73连接在电路中的电荷累积部分66与第二电荷累积部分67之间。在第五传输门部分73的栅电极中，驱动信号CG被施加为转移信号。下面，驱动信号CG可被适当地称作转移信号CG。
第一传输门部分62、第二传输门部分63、第五传输门部分73、第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67以外的组件的电路连接关系与图2的情况中的相同。
图4是用于解释图3中的单位像素60的电路操作的时序图。图4图示了选择信号SEL、复位信号RST、转移信号TG、电荷排出控制信号PG、转移信号CG、转移信号SG和转移信号FG的时序关系。而且，除了这些信号以外，它还图示了稍后将描述的负荷MOS晶体管驱动信号的时序关系。
首先，在时刻t41，电荷排出控制信号PG在全部像素中同时进入非激活状态且电荷排出门部分70进入非导电状态，从而设置全部像素中公共的曝光时间段。在时刻t41，转移信号CG同时进入激活状态，因此第五传输门部分73进入导电状态。
在曝光时间段，在高亮度的情况下，除了光电二极管61以外，经由第一传输门部分62的溢出路径将从光电二极管61溢出的光电荷累积在第一电荷累积部分66中。而且，由于第五传输门部分73处于导电状态，因此经由第五传输门部分73也将从电荷累积部分66溢出的光电荷累积在第二电荷累积部分67中。在低亮度的情况下，光电荷仅被累积在光电二极管61中。
接着，在时刻t42，通过以中间电位VM驱动转移信号TG，经由第一传输门部分62在第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67中累积来自光电二极管62的超过由中间电位VM确定的预定电荷量的光电荷。该预定电荷量此处表示第一电荷累积部分66的饱和电荷量。通过这种方式，在下一操作中，即，当第二传输门部分63变为非导电状态且光电二极管61中累积的光电荷被转移到电荷累积部分66时，阻止了光电荷从第一电荷累积部分66溢出。
接着，在时刻t43，当转移信号CG进入非激活状态时，第五传输门部分73进入非导电状态。
后来，在时刻t44，当转移信号TG和转移信号SG在全部像素中同时进入激活状态时，第一传输门部分62和第一电荷累积部分66的栅电极进入导电状态。通过这种方式，光电二极管61中累积的光电荷被转移到电荷累积部分66并且被累积在电荷累积部分66中。
接着，在时刻t45，转移信号TG在全部像素中同时进入非激活状态，同时电荷排出控制信号PG进入激活状态，并且第一传输门部分62进入非导电状态。而且，同时，电荷排出门部分70进入导电状态。通过这种方式，全部像素中公共的曝光时间段完成，并且转移信号SG进入非激活状态。
这时，高亮度的光电荷被累积在第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67中。低亮度的光电荷仅被累积在第一电荷累积部分66中。
接着，第N行的选择信号SEL在时刻t46进入激活状态，且第N行的选择晶体管69进入导电状态，从而第N行的单位像素60进入选择状态。同时，复位信号RST进入激活状态，复位门部分65进入导电状态，从而FD部分71复位。随后，在复位信号RST进入非激活状态的时刻t47，通过放大晶体管68和选择晶体管69将FD部分71的电位作为复位电平N1输出到到垂直信号线17。
接着，当转移信号FG在时刻t48进入激活状态时，第二传输门部分63进入导通状态且第一电荷累积部分中累积的光电荷被转移到FD部分71。执行该光电荷转移，直到转移信号FG进入非激活状态的时刻t49为止。
随后，通过放大晶体管68和选择晶体管69将在完成光电荷转移的时刻t49的FD部分71的电位作为基于第一电荷累积部分66的累积电荷量的第一信号电平S1输出到垂直信号线17。
接着，当转移信号CG、转移信号SG和转移信号FG在时刻t50同时进入激活状态时，第五传输门部分73、第一电荷累积部分66和第二传输门部分63的栅电极一起进入导电状态。通过这种方式，FD部分71、第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67组合，因此光电荷被累积在整个组合的区域中。而且，通过放大晶体管68和选择晶体管69将这些光电荷作为第二信号电平S2输出到垂直信号线17。
接着，复位信号RST在时刻t51进入激活状态，并且组合第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67的区域被复位。随后，在复位信号RST进入非激活状态的时刻t52，通过放大晶体管68和选择晶体管69将组合区域的电位作为第二复位电平N2输出到垂直信号线17。
之后，在时刻t53，转移信号FG、转移信号SG和转移信号CG被促使以这种顺序进入非激活状态，并且第二传输门部分63、第一电荷累积部分66的栅电极661以及第五传输门部分73被促使进入非导电状态。通过这种方式，状态返回到时刻t41的初始状态。转移信号FG、转移信号SG和转移信号CG被促使以这种顺序进入非激活状态，如此，当第一电荷累积部分66的栅电极662处于导电状态时，累积在基底表面中的沟道电荷被累积在第二电荷累积部分67中。不同于FD部分71，仅通过第二电荷累积部分67不执行复位，因此不存在通过沟道电荷的复位在像素信号中造成偏置的顾虑。
而且，负荷MOS晶体管驱动信号在时刻t46打开和在时刻t53关闭。负荷MOS晶体管表示控制单位像素60中排列的放大晶体管68（即放大器）的开/关并且通过驱动（即导通）负荷MOS晶体管将像素中累积的电荷转换为电压并且将其输出到列处理部分13作为信号的晶体管。
通过以上系列的电路操作，首先将第一复位电平N1从单位像素60输出到垂直信号线17，其次将第一信号电平S1从单位像素60输出到垂直信号线17，第三，将第二信号电平S2从单位像素60输出到垂直信号线17，最后将第二复位电平N2从单位像素60输出到垂直信号线17。
而且，在图1中的CMOS图像传感器10中，复位电平噪声在列处理部分13中被移除。
例如，通过计算单位像素的信号电平（即第一信号电平）S1与在单位像素的第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67分离的状态中获得的复位电平N1之间的差，能够获取从中移除复位电平噪声的像素信号SN1。而且，通过计算单位像素的信号电平（即第二信号电平）S2与在单位像素的第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67组合（或连接）的状态中获得的复位电平N2之间的差，能够获取从中移除复位电平噪声的像素信号SN2。
随后，例如，在图1中的信号处理部分18中，SN1和SN2之一被选择为单位像素的像素信号，经受增益校正且被输出。
例如，在信号处理部分18的内部，选择并输出像素信号SN1和像素信号SN2之一。例如，在像素信号SN1的值小于预先设置的阈值的情况下，选择并输出像素信号SN1，相反，选择并输出像素信号SN2。
然而，如上所述，请求读取在第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67分离的状态下的电荷，并且读取在第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67组合（或连接）的状态下的电荷。也就是，因为从一个单位像素两次读取累积的电荷并且输出一个信号，因此列处理部分中的功耗、尤其是负荷MOS晶体管中的功耗增加。因此，在相关技术中，存在的问题是由于从一个单位像素执行两次读取而功耗增加。
因此，在本公开中，基于作为读取在第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67分离的状态下的电荷（即第一次读取）的结果而获得的信号值，确定是否读取在第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67组合（或连接）的状态下的电荷（即第二次读取）。如上所述，即使未在全部单位像素中执行第二次读取，也能够获取充分的像素信号，结果，抑制了功耗。
更具体地，例如，在作为第一次读取的结果获取的信号值（例如第一信号电平S1）等于或大于预先设置的预定阈值的情况下，执行第二次读取。如上所述，在单位像素60中，低亮度的光电荷被累积在第一电荷累积部分66中，且高亮度的光电荷被累积在第二电荷累积部分67中。因此，例如，在第一信号电平S1小于预先设置的预定阈值的情况下，假设在单位像素60中接收的光是低亮度且在第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67组合的情况下未请求读取电荷。
而且，通过列处理部分13内设置的阈值比较电路进行针对作为第一次读取的结果而获取的信号值是否等于或大于预先设置的预定阈值的判定。随后，***控制部分15基于从阈值比较电路提供的判定结果生成与每个单位像素60对应的定时信号。如上所述，例如，关于其中通过第一次读取获取小于阈值的信号值的单位像素60，跳过第二次读取。
例如，如图5中所示，读取每个单位像素的光电荷。图5是用于解释从本公开中的单位像素读取电荷的处理的视图。同样，假设图5（a）到图5（d）中图示的每个矩形帧表示一个单位像素，并且帧中图示的数值表示作为第一次读取的结果而获取的信号值或者作为第二次读取的结果而获取的信号值。而且，在该示例中，假设以行为基础（例如，附图中水平方向上的四个单位像素）读取在像素阵列部分11中在行方向和列方向上排列的单位像素60的电荷。
此处，为了易于说明，尽管在像素阵列部分11中在行方向上排列四个单位像素60，但是实际上排列更多像素。
首先，通过第一次读取来读取第一行中的每个单位像素60的电荷。这时读取的电荷对应于第一电荷累积部分66中累积的电荷。图5（a）表示这时读取的信号值（例如第一信号电平S1）。在相同附图的示例中，从第一行中四个单位像素读取的第一信号电平S1的值是“5”、“3”、“4”和“6”。
例如，当以上阈值被设置为“7”时，由此得出结论，作为从第一行中单位像素60第一次读取的结果而获取的全部信号值小于阈值。因此，如图5（b）中所示，关于第一行中的单位像素60，跳过了第二次读取。而且，在图5（b）中，通过省略第一行的帧中的数值，这表达了第二次读取被跳过。
接着，通过第一次读取来读取第二行中的每个单位像素60的电荷。图5（c）图示了这时读取的信号值（例如第一信号电平S1）。在相同附图的示例中，从第二行中四个单位像素读取的第一信号电平S1的值是“7”、“7”、“9”和“3”。
在当前情况下，作为从第二行的单位像素60的第一次读取的结果而获取的部分信号值等于或大于阈值。也就是，自第二行左边开始从第一、第二和第三单位像素60读取的第一信号电平S1的值等于或大于阈值。因此，如图5（d）中图示，关于第二行的单位像素60，执行第二次读取。这时读取的电荷对应于累积在组合第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67的容量中的电荷。在附图的示例中，从第二行的四个单位像素读取的第二信号电平S2的值是“3”、“3”、“5”和“1”。
而且，在该示例中，尽管自第二行左边开始从第四单位像素60读取的第一信号电平S1的值小于阈值，但是对第四单位像素60也执行第二次读取。
接着，参考图6中的流程图，将解释支持图5的电荷读取处理示例。
在步骤S21中，复位每个单位像素。
在步骤S22中，累积电荷。这时，启动曝光并且将电荷累积在光电二极管61中。
在步骤S23中，初始化用于指定像素阵列部分11中的行的变数N。
在步骤S24中，对像素阵列部分11中的第N行的一行单位像素执行第一次读取。这时，例如，如上参考图5（a）所述，通过第一次读取来读取第一行的单位像素60的电荷。
在步骤S25中，与步骤S24中的处理中读取的电荷对应的信号经受A/D转换并且被输出。这时，例如，从一行单位像素60中的每个像素输出的信号通过每条垂直信号线17提供给列处理部分13并且经受A/D转换。
在步骤S26中，判定在步骤S25中的处理中经受A/D转换的信号是否存在等于或大于阈值的至少一个值。
在步骤S26中，当判定在步骤S25中的处理中经受A/D转换的信号没有等于或大于阈值的值时，处理继续到步骤S29。如上所述，例如，如上参考图5（b）所述，对于第N行的一行单位像素跳过第二次读取。
此处，在第二信号电平S2和复位电平N2的读取期间的时候，关于一行的单位像素，通过关闭选择信号SEL来实现第二次读取跳过。可替换地，例如，在第二信号电平S2和复位电平N2的读取期间的时候，关于一行的单位像素，它可以通过关闭负荷MOS晶体管来实现。
在步骤S29中，变数N的值递增一，且处理返回到步骤S24。接着，在步骤S24，对于像素阵列部分11的第（N+1）行的一行单位像素执行第一次读取。这时，例如，如上参考图5（c）所述，通过第一次读取来读取第二行的单位像素60的电荷。
此后，通过步骤S25中的处理来执行步骤S26中的处理。在当前情况下，判定在步骤S25中处理中经受A/D转换的信号中是否存在等于或大于阈值的至少一个值，并且处理继续到步骤S27。
在步骤S27中，对像素阵列部分11中的第（N+1）行的一行单位像素执行第二次读取。这时，例如，如上参考图5（d）所述，通过第二次读取来读取第二行的单位像素60的电荷。
在步骤S28中，与步骤S27中的处理中读取的电荷对应的信号经受A/D转换并且被输出。
因此，执行了支持图5的电荷读取处理。如上所述，例如，对于图5中第一行的每个单位像素60，能够不执行第二次读取，因此能够抑制功耗。
同时，在参考图5上述的示例中，已经解释了如下情形，即，当对于一行单位像素执行第二次读取时，对于其中通过第一次读取获取的信号具有小于阈值的值的单位像素进行第二次读取。例如，在图5（c）和图5（d）中，尽管自第二行左边开始从第四单位像素60读取的第一信号电平S1的值小于阈值，甚至对第四单位像素60执行第二次读取。
然而，自第二行左边开始从第四单位像素60读取的第二信号电平S2可以不表示高精度的信号，因此作为这种单位像素60的第二次读取的结果而获取的信号可以不被输出到列处理部分13。
例如，单位像素的电荷可以如图7中图示读取。图7是用于解释从本公开中的单位像素读取电荷的另一处理示例的视图。同样，类似于图5的情形，假设图7（a）到图7（d）中图示的每个矩形帧表示单位像素，且帧中图示的数值表示作为第一次读取的结果而获取的信号值或者作为第二次读取的结果而获取的信号值。而且，在该示例中，假设在像素阵列部分11中在行方向和列方向上排列的单位像素60的电荷是基于行（即，在附图中在水平方向上四个单位像素）读取的。而且，类似于图5的情形，假设阈值设为7来给出解释。
图7（a）到图7（b）类似于图5（a）和图5（b）的情形，因此将省略它们的具体解释。
在以如图7（b）中相同的方式跳过第二次读取之后，通过第一次读取来读取第二行的单位像素60的电荷。图7（c）表示在这时读取的信号值（例如第一信号电平S1）。在相同附图的示例中，从第二行中的四个单位像素读取的第一信号电平S1的值是“7”、“7”、“9”和“3”。
在上面情形中，作为从第二行的单位像素60第一次读取的结果而获取的信号值的一部分等于或大于阈值。也就是，自第二行左边开始从第一、第二和第三单位像素60读取的第一信号电平S1的值等于或大于阈值。因此，如图7（d）中所示，关于第二行的单位像素60，执行第二次读取。这时读取的电荷对应于累积在组合第一电荷累积部分66和第二电荷累积部分67的容量中的电荷。
然而，在图7（d）的情形中，不同于图5（d），未描述自第二行左边开始从第四单位像素60读取的第二信号电平S2的值，这表示第二信号电平S2不是从该单位像素输出的。这是因为，在图7（c）中，自第二行左边开始从第四单位像素60读取的第一信号电平S1的值小于阈值。
即，在图7（d）的示例中，从第二行的单位像素读取的第二信号电平S2的值是“3”、“3”和“5”。
在图7的示例中，例如，当对于第二行的单位像素60执行第二次读取时，从左边开始的第四单位像素60的负荷MOS晶体管截止。如上所述，作为自左边开始第四单位像素60的第二次读取的结果而获取的信号未被输出到列处理部分13。
接着，参考图8中的流程图，将解释支持图7的电荷读取处理示例。
图8中的步骤S41到S46的处理类似于图6中的步骤S21到S26的处理，因此将省略具体解释。而且，图8中的步骤S49和S50的处理类似于图6中的步骤S28和S29的处理，因此将省略具体解释。
在步骤S46中，当判定在步骤S45的处理中经受A/D转换的信号中存在等于或大于阈值的至少一个值时，处理继续到步骤S47。
在步骤S47中，单位像素的负荷MOS晶体管导通，该负荷MOS晶体管输出在步骤S46的处理中被判定为具有等于或大于阈值的值的信号。而且，其他单位像素的负荷MOS晶体管截止。
也就是，例如，在图7（c）中从第二行左边开始除了第四单位像素60以外的单位像素的负荷MOS晶体管导通，且从左边开始第四单位像素60的负荷MOS晶体管截止。
在步骤S48中，对于像素阵列部分11的一行单位像素执行第二次读取。这时，例如，如上参考图7（d）所述，通过第二次读取来读取第二行的单位像素60的电荷。
因此，执行支持图7的电荷读取处理。
而且，在参考图7和图8上述的示例中，例如，在步骤S47的处理中，可以判定每个单位像素是否具有等于或大于阈值的值，并且可以控制使得负荷MOS晶体管导通/关闭。
图9和图10图示了用于解释图3中的单位像素60的电路操作的另一时序图。图4中图示的时序图解释了对于单位像素执行第一次读取和第二次读取的情形。与此对比，图9和图10中图示的时序图解释了对于单位像素执行第一次读取但是对于单位像素跳过第二次读取的情形。
类似于图4的情形，图9和图10图示了选择信号SEL、复位信号RST、转移信号TG、电荷排出控制信号PG、转移信号CG、转移信号SG和转移信号FG的时序关系。同样，除了这些信号以外，它们图示了稍后描述的负荷MOS晶体管驱动信号的时序关系。
在图9和图10中，复位信号RST、转移信号TG、电荷排出控制信号PG、转移信号CG、转移信号SG和转移信号FG的时序关系类似于图4的情形中的那些信号的时序关系，因此将省略它们的具体解释。
图9是通过负荷MOS晶体管驱动信号跳过第二次读取的情形的时序图。如图中所示，在时刻t46打开的负荷MOS晶体管驱动信号在时刻t50关闭。如上所述，尽管对于单位像素执行了第一次读取，但是能够跳过第二次读取。
图10图示了在跳过第二次读取的情形中的时序图。如图中所示，在时刻t46打开的选择信号SEL在时刻t50关闭。如上所述，尽管对于单位像素执行了第一次读取，但是能够跳过第二次读取。
例如，当关于对于每个单位像素是否跳过第二次读取进行控制时，优选地如图9中所示通过负荷MOS晶体管驱动信号来跳过第二次读取。
同时，例如，当关于对于像素阵列部分11中排列的一行单位像素是否跳过第二次读取进行控制时，优选地如图10中所示通过选择信号SEL来跳过第二次读取。
同时，已经在图5到图8中解释了其中每行检查是否对于每个单位像素跳过第二次读取的示例。然而，例如，能够检查对于一帧单位像素中的每个像素是否跳过第二次读取。
在这种情况下，例如，CMOS图像传感器10可以如图11中所示配置。图11是图示根据本公开的实施例的CMOS图像传感器10的另一配置示例的视图。图11是支持图1的视图，且在图11中，相同的附图标记被分配给如图1中相同的功能块。
在图11中的配置的情况下，不同于图1的情况，帧存储器20和阈值比较电路21被设置在列处理部分13与水平驱动部分14之间。
帧存储器20被配置成存储作为从一帧单位像素60中的每一个第一次读取的结果而获取的信号值。同样，一帧单位像素60通常表示在像素阵列部分11中排列的全部单位像素60。帧存储器20包括以像素阵列部分11中的每个单位像素60的行方向和列方向指定排列位置的地址。同样，与对应于单位像素60的排列位置对应的地址相关联地存储从每个单位像素60获取的信号值。
阈值比较电路21将帧存储器20中存储的每个信号值与预先设置的阈值相比较。随后，阈值比较电路21判定每个信号值是否等于或大于阈值，并且将判定结果提供给***控制部分15。这时，例如，与存储信号值的帧存储器的地址相关联地将判定结果提供给***控制部分15。
***控制部分15基于从阈值比较电路21提供的判定结果生成对应于每个单位像素60的定时信号。如上所述，例如，关于通过第一次读取获取的信号值小于阈值的单位像素60，跳过第二次读取。
图11中的其他配置类似于图1的情形，因此将省略它们的具体解释。
图12是用于解释从本公开中的单位像素读取电荷的另一处理示例的视图。例如，图12解释了在CMOS图像传感器10如图11中所示配置的情况下当检查针对一帧单位像素中的每个是否跳过第二次读取时从单位像素读取电荷的处理。
同样，假设图12（a）到图12（d）中图示的每个矩形帧表示单位像素，帧中图示的数值表示作为第一次读取的结果获取的信号值或作为第二次读取的结果获取的信号值。此处，为了便于解释，假设一帧由16（=4×4）个单位像素形成。而且，类似于图5的情况，将假设阈值设为7来给出解释。
在图12中的示例的情况下，通过第一次读取，从形成一帧的16个单位像素中读取电荷。这时读取的电荷对应于在第一电荷累积部分66中累积的电荷。图12（a）表示这时读取的信号值（例如第一信号电平S1）。
在当前情况，从第二行的左边和第三行的第二行开始的从第一到第三列中的单位像素读取的第一信号电平S1的值等于或大于阈值。
如上所述，如图12（b）中图示，对于第二行的第一到第三列以及第三行的第二列中的单位像素进行第二次读取，并且对于其他单位像素跳过第二次读取。而且，例如通过负荷MOS晶体管驱动信号控制是否跳过对每个单位像素的第二次读取。例如，从中输出被判定为等于或大于阈值的信号的单位像素的负荷MOS晶体管导通，而且其他单位像素的负荷MOS晶体管截止。
在图12（b）中，作为第二次读取的结果而获取的信号值（例如，第二信号电平S2的值）被描述为仅在与十六帧当中第二行的第一到第三列以及第三行的第二列中的单位像素对应的帧中。在该图的示例中，从这些单位像素读取的第二信号电平S2的值是“3”、“3”、“5”和“4”。
接着，参考图13中的流程图，将解释支持图12的电荷读取处理示例。
在步骤S61中，复位每个单位像素。
在步骤S62中，累积电荷。这时，开始曝光，并且将电荷累积在光电二极管61。
在步骤S63中，对于一帧单位像素进行第一次读取。这时，例如，如参考图12（a）上面所述，通过第一次读取来读取一帧单位像素60的电荷。
在步骤S64中，与步骤S63中的处理读取的电荷对应的信号经受列处理部分13中的A/D转换并且被存储在帧存储器20的各自地址中。
在步骤S65中，在通过步骤S64中的处理存储在帧存储器20中的信号值当中，指定等于或大于阈值的信号值的地址。
这时，通过阈值比较电路21，将帧存储器20中存储的信号值与预先设置的阈值相比较。随后，阈值比较电路21判定每个信号值是否等于或大于阈值，并且将判定结果提供给***控制部分15。这时，例如，与存储信号值的帧存储器的地址相关联地将判定结果提供给***控制部分15.。
在步骤S66中，对于一帧单位像素当中的预定单位像素执行第二次读取。
这时，例如，如图12（b）中所示，对于第二行的第一到第三列以及第三行的第二列中的单位像素执行第二次读取，并且对于其他单位像素跳过第二次读取。
在步骤S67中，在步骤S66的处理中读取的信号经受A/D转换并且被输出。而且，这时，例如，关于第二行的第一到第三列以及第三行的第二列中的单位像素，通过第二次读取获取的信号值经受A/D转换并且被输出，并且关于其他单位像素，输出帧存储器20中存储的信号值。
如上所述，执行支持图12的电荷读取处理。如上所述，例如，对于图12中的一帧的十六个单位像素当中的十二个单位像素能够阻止执行第二次读取，并且能够抑制功耗。
图14是用于解释从本公开中的单位像素读取电荷的另一处理示例的视图。不同于图12的情形，图14的示例解释了当检查是否对于一块单位像素中的每个跳过第二次读取时从单位像素读取电荷的处理。此处，该块由形成一帧的单位像素当中的预定比率的单位像素组成。在该示例中，一个块由4（=2×2）个单位像素组成。
同样，类似于图12的情形，假设图14（a）到图14（d）中图示的每个矩形帧表示单位像素，帧中图示的数值表示作为第一次读取的结果获取的信号值或作为第二次读取的结果获取的信号值。此处，为了便于解释，假设一个帧由16（=4×4）个单位像素形成。而且，类似于图5的情况，将假设阈值设为7来给出解释。
首先，通过第一次读取来读取形成一帧的16个单位像素的电荷。这时读取的电荷对应于在第一电荷累积部分66中累积的电荷，并且对应于这些电荷的信号经受A/D转换并且被存储在帧存储器20的各自地址中。
随后，将帧存储器20中存储的信号值（例如第一信号值S1）与预先设置的预定阈值相比较。此处，这时，基于块执行阈值判定。
例如，如图14（a）所示，左上块的四个单位像素的信号值经受阈值判定。在当前情形，左上块的四个单位像素的全部信号值小于阈值。
如上所述，如图14（b）所示，对于左上块的四个单位像素跳过第二次读取。在图14（b）中，在左上块的四个帧中不描述数值。而且，例如通过负荷MOS晶体管驱动信号来控制是否对于每个单位像素跳过第二次读取。
而且，在左上块的四个单位像素的信号值经受阈值判定之后，如图14（c）中所示，左下块的四个单位像素的信号值经受阈值判定。在当前情形，左下块的四个单位像素的信号值当中的两个单位像素的信号值（在该示例中，为“7”和“8”）等于或大于阈值。
如上所述，如图14（d）所示，对于左下块的四个单位像素执行第二次读取。在图14（d）中，作为第二次读取的结果获取的信号值（例如第二信号电平S2的值）被描述在左下块的四个帧中。
同样，在该示例的情形，在该块的单位像素中，当存在由第一次读取获取的且等于或大于阈值的至少一个信号值时，对于该块中的单位像素执行第二次读取。可替换地，例如，在该块中的单位像素的信号值的平均值等于或大于阈值的情况下，可以对该块中的单位像素执行第二次读取。
而且，除了帧存储器20，可以设置用于存储作为在形成块的四个单位像素中第一次读取的结果而获取的信号值的块存储器。在这种情况下，在块存储器中，判定是否存在等于或大于阈值的至少一个信号值或者是否该块中的单位像素的信号值的平均值等于或大于阈值。
因此，每一块可以检查是否跳过第二次读取。
而且，该块可以是例如关于白像素的块。例如，在用作相机图像拾取设备的CMOS图像传感器中，白像素很可能布置在像素的部分中以便增加灵敏度。白像素表示穿透整个可见波长波段的像素。在许多情况下，白像素通常与R、G和B像素联合地布置。
例如，基于通过白像素的第一次读取的读取结果，可以判定是否执行对周边像素的第二次读取。由于每个单位像素通常接收R、G或B的颜色分量的光并且累积电荷，因此可以例如通过相同亮度或颜色来改变信号值。与此相比较，由于白像素包括所谓的全色分量，通过判定是否针对白像素执行第二次读取，能够消除由于颜色引起的影响并且判定是否执行第二次读取。
图15是用于解释从本公开中的单位像素读取电荷的另一处理示例的视图。类似于图14，图15解释了当检查是否对于一块单位像素中的每个跳过第二次读取时从单位像素读取电荷的处理。然而，在当前情形中，假设该块由参考在形成一帧的单位像素当中被排列为白像素的单位像素而定义的预定数量的单位像素形成。在该示例中，假设一个块由4（=2×2）个单位像素形成，并且该块的四个单位像素当中的右上单位像素是白像素。
首先，通过第一次读取来读取形成一帧的十六个单位像素的电荷。这时读取的电荷对应于第一电荷累积部分66中累积的电荷，并且对应于这些电荷的信号经受A/D转换并且被存储在块存储器的各自地址中。
随后，将存储在块存储器中的信号值（例如第一信号电平S1）当中的白像素的每个信号值与预先设定的预定阈值相比较。
例如，如图15（a）中图示，左上块的四个单位像素的信号值当中的白像素的信号值经受阈值判定。在当前情况下，左上块的白像素（在右上帧中）的信号值（“3”）小于阈值。
如上所述，如图15（b）所示，对于左上块的四个单位像素跳过第二次读取。在图15（b）中，在左上块的四个帧中没有描述数字。而且，例如通过负荷MOS晶体管驱动信号来控制是否跳过针对每个单位像素的第二次读取。
在当前情形下，在左上块的四个单位像素的信号值当中，尽管右下信号值（“7”）不小于阈值，但是由于该块中的白像素的信号值小于阈值，因此跳过第二次读取。
而且，在左上块的白像素的信号值经受阈值判定之后，如图15（c）中图示，左下块的四个单位像素的信号值当中的白像素的信号值经受阈值判定。在当前情况下，左下块的白像素（在右上帧）的信号值（“8”）不小于阈值。
如上所述，如图15（d）中所示，对于左下块的四个单位像素执行第二次读取。在图15（d）中，在左下块的四个帧中描述作为第二次读取的结果而获取的信号值（例如第二信号电平S2的值）。而且，在该示例的情况下，在作为该块中的白像素的第一次读取的结果而获取的信号值等于或大于阈值的情况下，对于该块中的全部单位像素执行第二次读取。
如上所述，例如，能够防止对于图15中的左上块中的单位像素60执行第二次读取，并且能够抑制功耗。同样，参考白像素形成该块，从而基于该块中具有最高灵敏度的白像素的信号值来控制第二次读取，因此能够更精确地控制第二次读取。
接着，参考图13中的流程图，将解释支持图15的电荷读取处理示例。
在步骤S81，复位每个单位像素。
在步骤S82，累积电荷。这时，开始曝光并且在光电二极管61中累积电荷。
在步骤S83，对于一块单位像素执行第一次读取。这时，例如，如上参考图15（a）或图15（c）所述，通过第一次读取来读取一块单位像素60的电荷。
在步骤S84，与步骤S83的处理中读取的电荷对应的信号经受列处理部分13中的A/D转换并且被存储在块存储器的各自地址中。
在步骤S85，在通过步骤S84中的处理存储在块存储器中的信号值当中，将白像素的信号值与阈值相比较。
在步骤S86中，作为步骤S85中的比较的结果，判定白像素的信号值是否等于或大于阈值。在步骤S86中，当判定白像素的信号值等于或大于阈值时，处理继续到步骤S87。
在步骤S87中，对于块的单位像素执行第二次读取。
这时，例如，如图15（d）中所示，对于块的单位像素执行第二次读取。
随后，在步骤S88中，在步骤S87的处理中读取的信号经受A/D转换并且被输出。
同时，作为步骤S85中的比较的结果，当在步骤S86中判定白像素的信号值不等于或大于阈值时，跳过步骤S87中的处理。这时，例如，如图15（b）中所示，对于块的单位像素跳过第二次读取。
在这种情况下，在步骤S88中，输出通过步骤S84中的处理存储在块存储器中的信号值。
因此，执行支持图15的电荷读取处理。如上所述，例如，对于图15中的左上块的单位像素能够阻止执行第二次读取，并且能够抑制功耗。
此处，尽管图15解释了参考白像素针对由四个单位像素形成的每个块执行第一次读取的示例，但是可以首先针对一帧白像素执行第一次读取。随后，作为白像素的第一次读取的结果而获取的信号值可被存储在存储器中并且经受阈值判定，以便基于判定结果指定跳过第二次读取的块。
也就是，在仅针对一帧白像素执行第一次读取之后，对于所有一帧单位像素执行第一次读取和第二次读取。这时，在存储于存储器中的白像素的信号值当中，对于由与被判定为小于阈值的信号值对应的白像素的周边单位像素形成的块跳过第二次读取，并且对于其他单位像素执行第二次读取。
如上所述，对于预定块的单位像素能够阻止执行第二次读取，并且能够抑制功耗。
而且，本公开不限于应用于诸如CMOS图像传感器的固态图像拾取设备。也就是，本公开可应用于使用固态图像拾取设备作为图像输入部分（即光电转换部分）的整体电子设备，诸如包括数码相机和摄像机的成像设备、具有成像功能的便携式终端设备和使用固态图像拾取设备作为图像读取部分的复印机。固态图像拾取设备可被形成为一个芯片或者以模块方式形成为包括集合地包装成像部分和信号处理部分或光学***的成像功能。
图17是图示作为应用本公开的电子设备的成像设备的配置示例的方框图。
图17中的成像设备600包括由透镜组形成的光学部分601、采用上面像素2的每个配置的固态图像拾取设备（即成像设备）602以及作为相机信号处理电路的DSP电路603。再者，成像设备600包括帧存储器604、显示部分605、记录部分606、操作部分607和电源部分608。DSP电路603、帧存储器604、显示部分605、记录部分606、操作部分607和电源部分608经由总线609相互连接。
光学部分601接收来自物体的入射光（或图像光）并且在固态图像拾取设备602的成像表面上形成图像。固态图像拾取设备602以像素单位将由光学部分601在成像表面上形成的入射光的光量转换为电信号并且输出作为像素信号。作为该固态图像拾取设备602，能够使用根据以上实施例的诸如CMOS图像传感器10的固态图像拾取设备，即，能够没有全局曝光的失真而实现成像的固态图像拾取设备。
显示部分605例如包括诸如液晶板和有机EL（电致发光）板之类的面板型显示设备，并且显示固态图像拾取设备602中拍摄的运动图片或静止图片。记录部分606将固态图像拾取设备602拍摄的运动图片或静止图片记录在诸如录像带和DVD（数字多用途盘）之类的存储介质中。
操作部分607在用户的操作下针对成像设备600中拥有的各种功能发出操作指令。电源部分608将对应于DSP电路603、帧存储器604、显示部分605、记录部分606和操作部分607的各种功率充分地提供给这些供应目标。
如上所述，通过使用根据上面实施例的CMOS图像传感器10作为固态图像拾取设备602，因为甚至当提取第一像素信号和提取第二像素信号时也能够精确地去除复位噪声而不增加信号，因此能够在诸如摄像机、数码相机和包括移动电话的移动设备的相机模块之类的成像设备600中实现拍摄图像的高图像质量。
而且，举例说明，上面实施例已经描述了以下情况：本公开应用于其中以矩阵方式排列用于基于可见光量作为物理量来检测信号电荷的单位像素的CMOS图像传感器。然而，本公开不限于应用于CMOS图像传感器，并且可应用于其中列处理部分按像素阵列部分的每像素列排列的列方案的全部固态图像拾取设备。
而且，本公开不限于应用于检测可见光入射量的分布并且将其拍摄为图像的固态图像拾取设备，并且通常可应用于拍摄红外线、X射线或颗粒的入射量的分布作为图像的固态图像拾取设备、或者诸如指纹检测传感器之类的固态图像拾取设备（例如物理量分布检测设备），所述指纹检测传感器在诸如压力和电容之类的板感测中检测诸如压力和电容的其他物理量的分布并且将其拍摄为图像。
而且，在本说明书中描述的上述处理系列可以沿用上述顺序以时间系列方式执行，或者相反不以时间系列方式执行，以并行或单独方式进行。
而且，本公开的实施例不限于上面实施例，并且在不背离本公开的主旨的情况下可以进行各种变化。
另外，本技术也可被如下配置。
（1）一种固态图像拾取设备，包括：
像素区，其中排列多个像素，
其中所述多个像素包括
累积部分，用于累积通过光电转换获取的电荷，
多个检测部分，用于检测所述累积部分中累积的电荷，
连接分离控制部分，用于控制所述多个检测部分的连接或分离，
输出部分，用于输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于在所述连接分离控制部分分离所述多个检测部分的分离状态中的每个检测部分的电位，所述第二信号对应于在所述连接分离控制部分连接所述多个检测部分的连接状态中的每个检测部分的电位，和
输出选择部分，用于基于所述第一信号的值选择是从所述输出部分输出所述第一信号还是从所述输出部分输出所述第二信号。
（2）如（1）所述的固态图像拾取设备，其中所述第一信号以低亮度输出，而所述第二信号以高亮度输出。
（3）如（1）或（2）所述的固态图像拾取设备，其中，当所述第一信号的值等于或大于预先设定的阈值时，所述输出选择部分选择输出来自所述输出部分的第二信号。
（4）如（1）到（3）中任一个所述的固态图像拾取设备，其中所述输出选择部分通过控制每个像素的负荷MOS晶体管的开/关来选择是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
（5）如（1）到（3）中任一个所述的固态图像拾取设备，其中所述输出选择部分通过控制每个像素的选择晶体管的开/关来选择是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
（6）如（1）到（5）中任一个所述的固态图像拾取设备，其中，对于在所述像素区中以二维矩阵方式排列的多个像素中的每一个，是输出所述第一信号还是输出所述第二信号是基于每行选择的。
（7）如（1）到（6）中任一个所述的固态图像拾取设备，还包括：
存储器，用于存储从在所述像素区中排列的多个像素中的每一个获取的第一信号值，
其中所述选择部分基于所述存储器中存储的每个像素的第一信号值选择从每个像素的输出部分是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
（8）如（1）到（6）中任一个所述的固态图像拾取设备，还包括：
存储器，用于存储从在所述像素区中排列的多个像素中作为白像素排列的像素获取的第一信号值，
其中所述选择部分基于所述存储器中存储的每个像素的第一信号值选择从包括所述白像素的预定区域中的每个像素的输出部分是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
（9）一种用于驱动固态图像拾取设备的方法，所述固态图像拾取设备包括
像素区，其中排列多个像素，其中
所述多个像素包括
累积部分，用于累积通过光电转换获取的电荷，
多个检测部分，用于检测所述累积部分中累积的电荷，
连接分离控制部分，用于控制所述多个检测部分的连接或分离，
输出部分，用于输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于在所述连接分离控制部分分离所述多个检测部分的分离状态中的每个检测部分的电位，所述第二信号对应于在所述连接分离控制部分连接所述多个检测部分的连接状态中的每个检测部分的电位，和
输出选择部分，用于基于所述第一信号的值选择是从所述输出部分输出所述第一信号还是从所述输出部分输出所述第二信号，所述方法包括：
比较所述第一信号的值与预先设置的阈值；和
当所述第一信号的值等于或大于预先设置的阈值时，从所述输出部分输出所述第二信号。
（10）一种电子设备，包括：
固态图像拾取设备，包括其中排列多个像素的像素区，其中
所述多个像素包括
累积部分，用于累积通过光电转换获取的电荷，
多个检测部分，用于检测所述累积部分中累积的电荷，
连接分离控制部分，用于控制所述多个检测部分的连接或分离，
输出部分，用于输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于在所述连接分离控制部分分离所述多个检测部分的分离状态中的每个检测部分的电位，所述第二信号对应于在所述连接分离控制部分连接所述多个检测部分的连接状态中的每个检测部分的电位，和
输出选择部分，用于基于所述第一信号的值选择是从所述输出部分输出所述第一信号还是从所述输出部分输出所述第二信号。
本领域的普通技术人员将会理解，根据迄今为止的设计要求及其它因素，可以发生在所附权利要求书或其等价物的范围之内的各种修改、组合、子组合及变更。
本公开包含与在2012年2月1日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2012-019826中公开的主题相关的主题，其整体内容通过引用并入于此。

Claims (10)

1.一种固态图像拾取设备，包括：
像素区，其中排列多个像素，
其中所述多个像素包括
累积部分，用于累积通过光电转换获取的电荷，
多个检测部分，用于检测所述累积部分中累积的电荷，
连接分离控制部分，用于控制所述多个检测部分的连接或分离，
输出部分，用于输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于在所述连接分离控制部分分离所述多个检测部分的分离状态中的每个检测部分的电位，所述第二信号对应于在所述连接分离控制部分连接所述多个检测部分的连接状态中的每个检测部分的电位，和
输出选择部分，用于基于所述第一信号的值选择是从所述输出部分输出所述第一信号还是从所述输出部分输出所述第二信号。
2.如权利要求1所述的固态图像拾取设备，其中所述第一信号以低亮度输出，而所述第二信号以高亮度输出。
3.如权利要求1所述的固态图像拾取设备，其中，当所述第一信号的值等于或大于预先设定的阈值时，所述输出选择部分选择输出来自所述输出部分的第二信号。
4.如权利要求1所述的固态图像拾取设备，其中所述输出选择部分通过控制每个像素的负荷MOS晶体管的开/关来选择是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
5.如权利要求1所述的固态图像拾取设备，其中所述输出选择部分通过控制每个像素的选择晶体管的开/关来选择是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
6.如权利要求1所述的固态图像拾取设备，其中，对于在所述像素区中以二维矩阵方式排列的多个像素中的每一个，是输出所述第一信号还是输出所述第二信号是基于每行选择的。
7.如权利要求1所述的固态图像拾取设备，还包括：
存储器，用于存储从在所述像素区中排列的多个像素中的每一个获取的第一信号值，
其中所述选择部分基于所述存储器中存储的每个像素的第一信号值选择从每个像素的输出部分是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
8.如权利要求1所述的固态图像拾取设备，还包括：
存储器，用于存储从在所述像素区中排列的多个像素中作为白像素排列的像素获取的第一信号值，
其中所述选择部分基于所述存储器中存储的每个像素的第一信号值选择从包括所述白像素的预定区域中的每个像素的输出部分是输出所述第一信号还是输出所述第二信号。
9.一种用于驱动固态图像拾取设备的方法，所述固态图像拾取设备包括
像素区，其中排列多个像素，其中
所述多个像素包括
累积部分，用于累积通过光电转换获取的电荷，
多个检测部分，用于检测所述累积部分中累积的电荷，
连接分离控制部分，用于控制所述多个检测部分的连接或分离，
输出部分，用于输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于在所述连接分离控制部分分离所述多个检测部分的分离状态中的每个检测部分的电位，所述第二信号对应于在所述连接分离控制部分连接所述多个检测部分的连接状态中的每个检测部分的电位，和
输出选择部分，用于基于所述第一信号的值选择是从所述输出部分输出所述第一信号还是从所述输出部分输出所述第二信号，所述方法包括：
比较所述第一信号的值与预先设置的阈值；和
当所述第一信号的值等于或大于预先设置的阈值时，从所述输出部分输出所述第二信号。
10.一种电子设备，包括：
固态图像拾取设备，包括其中排列多个像素的像素区，其中
所述多个像素包括
累积部分，用于累积通过光电转换获取的电荷，
多个检测部分，用于检测所述累积部分中累积的电荷，
连接分离控制部分，用于控制所述多个检测部分的连接或分离，
输出部分，用于输出第一信号或输出第二信号，所述第一信号对应于在所述连接分离控制部分分离所述多个检测部分的分离状态中的每个检测部分的电位，所述第二信号对应于在所述连接分离控制部分连接所述多个检测部分的连接状态中的每个检测部分的电位，和
输出选择部分，用于基于所述第一信号的值选择是从所述输出部分输出所述第一信号还是从所述输出部分输出所述第二信号。
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