CN113906732A - 固体摄像装置及使用该固体摄像装置的摄像装置 - Google Patents
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Abstract
固体摄装置具备：溢出元件群，积蓄在光电二极管(PD)中溢出的信号电荷；以及浮动扩散层(FD)，有选择地保持从光电二极管(PD)传输来的信号电荷及从溢出元件群传输来的信号电荷；溢出元件群以溢出元件(OF1)和积蓄电容元件(C1)为1组，由串联地级联连接的m组(m≥2)构成；溢出元件(OF1～OFm)将在光电二极管(PD)中溢出的信号电荷或前级的积蓄电容元件(C1)的信号电荷向与该溢出元件(OF1～OFm)相同的组内的积蓄电容元件(C1～Cm)传输。
Description
技术领域
本发明涉及固体摄像装置及使用该固体摄像装置的摄像装置。
背景技术
以往，在固体摄像装置中，为了扩大动态范围，提出了例如专利文献1所示的方法。专利文献1的方法中，具备：溢出门，仅具有单一像素，传输从光电二极管溢出的电荷；以及积蓄电容元件，在积蓄动作时积蓄由上述溢出门传输的电荷；通过将低照度信号与高照度信号进行合成，扩大动态范围。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4497366号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，根据该专利文献1的背景技术，有不能兼顾动态范围扩大和闪烁抑制的课题。
这里，首先对闪烁抑制进行说明。近年来，LED光源(发光二极管光源)及LD光源(激光二极管光源)得到普及。这些光源大多进行以人眼无法感知的程度的速度反复点亮和熄灭的动态点亮。换言之，发生人眼无法感知的速度的闪烁。例如，LED光源除了利用于照明器具以外，还利用于信号机、车的车头灯、停车灯等。
在动态点亮中，人眼看起来光源总是点亮，但闪烁对固体摄像装置是有影响的。在固体摄像装置拍摄了这样的光源的情况下，或者在使用这样的光源的照明环境下进行了拍摄的情况下，有得到光源点亮的图像的情况(或得到明亮的图像的情况)和得到光源熄灭的图像的情况(或得到暗的图像的情况)。即，发生在摄像图像本身出现闪烁的现象。在后者即得到光源熄灭的图像的情况下(或得到暗的图像的情况下)，可以说是摄像不良。以下，将抑制这样的由闪烁引起的摄像不良的情况称作闪烁抑制。
根据专利文献1的构成，因为动态范围不充分，所以虽然在低照度时能够使曝光时间长，但在高照度时需要使曝光时间短。
因此，在高照度时曝光时间变短，有不能捕捉到全部的闪烁信号而不能实现闪烁抑制的课题。此外同样，即使是为了尽可能均等地曝光而使曝光时间在1V期间(1个垂直扫描线期间)及1H期间(1个水平扫描线期间)中分散的斩波(chopping)方式，也还是有不能捕捉到全部的闪烁信号而不能实现闪烁抑制的课题。
相反，如果使曝光时间长，则虽然能够抑制闪烁信号，但是由于像素饱和，所以动态范围变窄而画质变差。
所以，本公开提供一种能够兼顾动态范围的扩大和闪烁现象的抑制的固体摄像装置及摄像装置。
解决课题所采用的手段
为了解决上述课题，本发明的固体摄像装置具备：光电二极管，产生与受光量相应的信号电荷；溢出元件群，积蓄在上述光电二极管中溢出的信号电荷；以及浮动扩散层，有选择地保持从上述光电二极管传输的信号电荷及从上述溢出元件群传输的信号电荷；上述溢出元件群通过以溢出元件和积蓄电容元件为1组，将m组串联地级联连接而构成，其中m≥2；上述溢出元件将在上述光电二极管中溢出的信号电荷或前级的积蓄电容元件的信号电荷传输到与该溢出元件相同的组内的积蓄电容元件。
发明效果
根据本公开的固体摄像装置及摄像装置，能够兼顾动态范围的扩大和闪烁现象的抑制。
附图说明
图1是表示有关实施方式1的固体摄像装置的构成例的图。
图2是表示实施方式1的由与RGB对应的像素构成的拜耳排列中的多像素一单元结构的例子的说明图。
图3A是表示图2中的纵向二像素一单元结构的电路构成例的图。
图3B是表示图2中的纵向四像素一单元结构的电路构成例的图。
图4是表示将实施方式1的固体摄像装置构成为层叠背面照射型图像传感器的例子的图。
图5A是表示实施方式1的图4的层叠背面照射型图像传感器的像素截面结构的例子的图。
图5B是表示实施方式2的作为固体摄像装置的层叠背面照射型图像传感器的像素截面结构的例子的图。
图6A是表示与曝光时间相应的积蓄电容元件的电位变化的例子的图。
图6B是表示与曝光时间相应的积蓄电容元件的电位变化的另一例的图。
图7A是表示模拟增益为0dB时的与曝光时间相应的积蓄电容元件的插塞部的电位变化的图。
图7B是表示模拟增益为6dB时的与曝光时间相应的积蓄电容元件的插塞部的电位变化的图。
图7C是表示模拟增益为12dB时的与曝光时间相应的积蓄电容元件的插塞部的电位变化的图。
图8是表示作为实施方式1的基础的伴随于固体摄像装置的n次曝光动作的信号读出动作例的几帧的时间图。
图9是表示作为实施方式1的基础的伴随于固体摄像装置的1次曝光动作的信号读出动作例的1H(1个水平期间)的时间图。
图10是表示实施方式1中的几帧的读出顺序的图。
图11是表示1H期间内的CDS的像素信号的读出顺序的图。
图12是表示有关实施方式1的伴随着增益控制的像素读出的动作例的时间图。
图13是表示有关实施方式1的被摄体照度与增益(SN比)的关系的图。
图14A是表示图12的主要点处的电势的图。
图14B是表示图12的主要点处的电势的图。
图14C是表示图12的主要点处的电势的图。
图15A是表示像素混合的概念的说明图。
图15B是用于说明图15A的各点的图。
图15C是用于说明图15A的各点的图。
图16是图15A的扫描期间的说明图。
图17是表示与光电二极管和积蓄电容元件的电荷的积蓄有关的定时的图。
图18是表示与光电二极管和积蓄电容元件的电荷的积蓄有关的定时的图。
图19A是表示进行使用2帧的WDR合成的信号处理部的构成例的图。
图19B是表示进行使用2帧的WDR合成的信号处理部的构成例的图。
图20是表示和照度与曝光时间的积对应的[1]电荷积蓄等级、[2]FD电位、[3]AD变换后的值、[4]SN的图。
图21是表示伴随于曝光(高照度)的衰减比的SN的劣化的图。
图22是表示用于读出低照度帧的第1次的Read1、用于读出高照度帧的第2次的Read2的信号电荷量和FD电位的图。
图23是表示本实施方式的效果、即积蓄电容元件的小面积化和动态范围的扩大的效果的图。
图24A是表示有关实施方式2的纵向二像素一单元结构的电路构成例的图。
图24B是表示有关实施方式2的纵向四像素一单元结构的电路构成例的图。
图25是表示实施方式2中的几帧的读出顺序的图。
图26是表示1H期间内的CDS的像素信号的读出顺序的图。
图27是表示有关实施方式2的伴随着增益控制的像素读出的动作例的时间图。
图28A是表示图27的主要点处的电势的图。
图28B是表示图27的主要点处的电势的图(续)。
图28C是表示图27的主要点处的电势的图(续)。
图29A是表示像素混合的概念的说明图。
图29B是用于说明图29A的各点的图。
图30是图29A的扫描期间的说明图。
图31是表示与光电二极管和积蓄电容元件的电荷的积蓄有关的定时的图。
图32是表示与光电二极管和积蓄电容元件的电荷的积蓄有关的定时的图。
图33是表示和照度与曝光时间的积对应的[1]电荷积蓄等级、[2]FD电位、[3]AD变换后的值、[4]SN的图。
图34是表示伴随于曝光(高照度)的衰减比的SN的劣化的图。
图35是表示用于读出低照度帧的第1次的Read1、用于读出中照度帧的第2次的Read2、用于读出高照度帧的第3次的Read3的信号电荷量和FD电位的图。
图36是表示有关实施方式2的被摄体照度与增益(SN比)的关系的图。
图37是表示本实施方式的效果、即积蓄电容元件的小面积化和动态范围的扩大的效果的图。
图38A是表示有关实施方式3的纵向二像素一单元结构的电路构成例的图。
图38B是表示有关实施方式3的纵向四像素一单元结构的电路构成例的图。
图39是表示有关实施方式3的1H期间内的CDS的像素信号的读出顺序的图。
图40A是表示有关实施方式3的伴随着增益控制的像素读出的动作例的时间图。
图40B是表示有关实施方式3的伴随着增益控制的像素读出的动作例的时间图(续)。
图41A是表示像素混合的概念的说明图。
图41B是用于说明图41A的各点的图。
图41C是用于说明图41A的各点的图。
图42A是表示图40A及图40B的主要点处的电势的图。
图42B是表示图40A及图40B的主要点处的电势的图(续)。
图42C是表示图40A及图40B的主要点处的电势的图(续)。
图42D是表示图40A及图40B的主要点处的电势的图(续)。
图42E是表示图40A及图40B的主要点处的电势的图(续)。
图43是图41A的扫描期间的说明图。
图44是表示与光电二极管和积蓄电容元件的电荷的积蓄有关的定时的图。
图45是表示与光电二极管和积蓄电容元件的电荷的积蓄有关的定时的图。
图46是表示和照度与曝光时间的积对应的[1]电荷积蓄等级、[2]FD电位、[3]AD变换后的值、[4]SN的图。
图47是表示伴随于曝光(高照度)的衰减比的SN的劣化的图。
图48是表示用于读出低照度帧的第1次的Read1、用于读出高照度帧的第2次的Read2的信号电荷量和FD电位的图。
图49是表示有关实施方式3的被摄体照度与增益(SN比)的关系的图。
图50是表示本实施方式的效果、即积蓄电容元件的小面积化和动态范围的扩大的效果的图。
图51A是表示有关实施方式4的纵向二像素一单元结构的电路构成例的图。
图51B是表示有关实施方式4的纵向四像素一单元结构的电路构成例的图。
图52是表示实施方式4中的几帧的读出顺序的图。
图53是表示1H期间内的CDS的像素信号的读出顺序的图。
图54A是表示有关实施方式4的伴随着增益控制的像素读出的动作例的时间图。
图54B是表示有关实施方式4的伴随着增益控制的像素读出的动作例的时间图(续)。
图55A是表示图54A及图54B的主要点处的电势的图。
图55B是表示图54A及图54B的主要点处的电势的图(续)。
图55C是表示图54A及图54B的主要点处的电势的图(续)。
图55D是表示图54A及图54B的主要点处的电势的图(续)。
图55E是表示图54A及图54B的主要点处的电势的图(续)。
图56A是表示像素混合的概念的说明图。
图56B是用于说明图56A的各点的图。
图56C是用于说明图56A的各点的图。
图57是图56A的扫描期间的说明图。
图58是表示与光电二极管和积蓄电容元件的电荷的积蓄有关的定时的图。
图59是表示与光电二极管和积蓄电容元件的电荷的积蓄有关的定时的图。
图60是表示和照度与曝光时间的积对应的[1]电荷积蓄等级、[2]FD电位、[3]AD变换后的值、[4]SN的图。
图61是表示伴随于曝光(高照度)的衰减比的SN的劣化的图。
图62是表示用于读出低照度帧的第1次的Read1、用于读出中照度帧的第2次的Read2、用于读出高照度帧的第3次的Read3的信号电荷量和FD电位的图。
图63是表示有关实施方式4的被摄体照度与增益(SN比)的关系的图。
图64是表示本实施方式的效果、即积蓄电容元件的小面积化和动态范围的扩大的效果的图。
图65A是表示有关实施方式5的纵向二像素一单元结构的电路构成例的图。
图65B是表示有关实施方式5的纵向四像素一单元结构的电路构成例的图。
图66是表示实施方式5中的几帧的读出顺序的图。
图67是表示1H期间内的CDS的像素信号的读出顺序的图。
图68A是表示有关实施方式5的伴随着增益控制的像素读出的动作例的时间图。
图68B是表示有关实施方式5的伴随着增益控制的像素读出的动作例的时间图(续)。
图69A是表示图68A及图68B的主要点处的电势的图。
图69B是表示图68A及图68B的主要点处的电势的图(续)。
图69C是表示图68A及图68B的主要点处的电势的图(续)。
图70A是表示像素混合的概念的说明图。
图70B是用于说明图70A的各点的图。
图70C是用于说明图70A的各点的图。
图71是图70A的扫描期间的说明图。
图72是表示与光电二极管和积蓄电容元件的电荷的积蓄有关的定时的图。
图73是表示与光电二极管和积蓄电容元件的电荷的积蓄有关的定时的图。
图74是表示和照度与曝光时间的积对应的[1]电荷积蓄等级、[2]FD电位、[3]AD变换后的值、[4]SN的图。
图75是表示伴随于曝光(高照度)的衰减比的SN的劣化的图。
图76是表示用于读出低照度帧的第1次的Read1、用于读出高照度帧的第2次的Read2的信号电荷量和FD电位的图。
图77是表示有关实施方式5的被摄体照度与增益(SN比)的关系的图。
图78是表示有关实施方式6的摄像装置的构成例的图。
图79是表示有关实施方式6的摄像装置的另一构成例的图。
图80是表示有关实施方式6的摄像装置向汽车的搭载例的图。
图81是表示有关实施方式6的图80的搭载例中的摄像范围的一例的图。
图82是LED闪烁的说明图。
具体实施方式
(达成本发明的过程)
首先，使用图82对在背景技术中叙述的课题进行说明。
图82是LED闪烁的说明图。该图82的横轴表示闪烁的频率，即将LED的点亮和熄灭设为1周期的频率。纵轴表示闪烁的占空比，即点亮和熄灭的周期中的点亮的比例。例如，信号机的闪烁频率是90Hz左右，车的车头灯的闪烁频率是1000Hz左右。
此时，第1个课题是LED光(反复点亮和熄灭的发光，脉冲光)的损失(课题1)。原因是，特别在明亮时曝光时间短时，卷帘快门的曝光定时与LED点亮定时不一致(原因1)。
第2个课题是像素饱和(课题2)。原因是，在LED闪烁的占空比(Duty)大的情况或曝光时间长的情况下，像素达到饱和电平，白平衡破坏(原因2)。
针对这些(课题1)和(课题2)的对策是提高像素的饱和电平以使饱和/灵敏度比变高，从而扩大动态范围。
由此，在利用固体摄像装置拍摄运输设备(作为一例是汽车)时，能够独立地设定闪烁抑制和宽动态范围功能(WDR功能)的参数，能够实现兼顾。
首先，将溢出元件(OF1～OF(m))和积蓄电容元件(C1～C(m))作为一组，设置串联地由多级(m≥2)构成的溢出元件群。
在曝光期间中，经由溢出元件由积蓄电容元件接受从光电二极管溢出的电荷。进而，经由溢出元件由积蓄电容元件接受从该积蓄电容元件溢出的电荷。并且，将积蓄在积蓄电容元件中的信号电荷在曝光期间中进行电荷再分配而使其衰减。
根据该实施方式，能够通过在高灵敏度像素下减小积蓄电容元件，换言之不牺牲灵敏度地提高饱和电平来实现。
根据这样的方法，例如在低照度时，也可以通过使用高灵敏度像素，来提高像素内增益，使得与受光量相应的电压(像素信号)相对于在像素放大晶体管或模拟电路中产生的噪声变大。即，对于暗的被摄体，能够输出SN(Signal to Noise ratio：信噪比)高的高画质的图像。
另一方面，在高照度时，使用饱和/灵敏度比高的高饱和像素来降低像素内增益，从而能够扩大动态范围，实现长期间的曝光时间。即，对于明亮的被摄体，能够正确地再现与被摄体相应的灰阶而输出没有发白的图像，进而能够抑制闪烁。
所以，作为扩大动态范围和抑制闪烁的技术，本发明者们想到了通过使用饱和/灵敏度比高的高饱和像素，从而兼顾低照度时的高画质化、高照度时的动态范围扩大和闪烁抑制的固体摄像装置等。
由此，轻微的闪烁信号也不会损失而能够“完全”地捕捉到全部的闪烁信号。
进而，由于合成WDR的Long(长)曝光、Middle(中)曝光、Short(短)曝光的3帧在完全相同的定时为完全相同的像素，所以不会发生伪色、着色及模糊。
这里，以往以来，Long曝光是使曝光时间长的低照度用，Middle曝光是使曝光时间为中等程度的中照度用，Short曝光是使曝光时间短的高照度用，但在本实施方式中，在全部的帧中基本上为相同的曝光时间。即，Long、Middle、Short的用语在本说明书中不意味着曝光时间的长度的差异。因此，在本书中定义为，Long曝光是低照度用的曝光，Middle曝光是中照度用的曝光，Short曝光是高照度用的曝光。
以下，参照附图对有关用于实施本公开的形态的固体摄像装置进行说明。
通常，使用高饱和像素是非常困难的，但通过本实施方式，能够以少的积蓄电容元件实现饱和电平的扩大。积蓄电荷由Q＝CV＝(εd/S)×(d/s)表示，积蓄电荷的扩大中，为了扩大电容端子间的电压振幅、并且为了在有限的像素单元内扩大电容面积，需要三维化或多层化。
此外，由于用于将布线与硅基板连接的接触件或插塞部成为暗时特性(暗电流、噪声、固定粗糙)的发生源，所以需要对于特性的对策和可靠性的对策。
(实施方式1)
首先，对有关本实施方式的固体摄像装置的构成例进行说明。
[1.1固体摄像装置100的构成例]
图1是表示有关实施方式1的固体摄像装置100的构成例的框图。
图1所示的固体摄像装置100具备像素阵列部10、水平扫描电路12、垂直扫描电路14、多个垂直信号线19、定时控制部20、列处理部26、参照信号生成部27、输出电路28及信号处理部70。此外，固体摄像装置100具备从外部接受主时钟信号的输入的MCLK端子、用于在与外部之间收发命令或数据的DATA端子、用于向外部发送影像数据的D1端子等，除此以外还具备被供给电源电压、接地电压的端子类。
像素阵列部10具有以矩阵状配置的多个像素电路3。多个像素电路3在图1中被配置为n行m列。各像素电路3包括高灵敏度像素、积蓄电容元件和溢出元件。另外，溢出元件也称作溢出门。
水平扫描电路12依次扫描多个列AD电路25内的存储器256，由此将AD变换后的像素信号输出至水平信号线18。该扫描可以与列AD电路25的排列顺序相同。
垂直扫描电路14以行单位来扫描按像素阵列部10内的像素电路3的每一行设置的水平扫描线群(也称作行控制线群)15。由此，垂直扫描电路14以行单位来选择像素电路3，从属于所选择的行的像素电路3向m条垂直信号线19同时输出像素信号。水平扫描线群15被设置为与像素电路3的行相同数量。在图1中，设有n个水平扫描线群15(在图1中为V1、V2、…、Vn)。水平扫描线群15分别包括复位控制线
积蓄电荷用传输控制线
增益控制线
选择控制线
溢出控制线
垂直信号线19按像素阵列部10内的像素电路3的每一列设置，将来自属于所选择的行的像素电路3的像素信号向列AD电路25传播。多个垂直信号线19在图1中由m条垂直信号线H1～Hm构成。多个ADC输入线在图1中由m条ADC输入线ADIN1～ADINm构成。
定时控制部20通过生成各种控制信号群，对固体摄像装置100的整体进行控制。在各种控制信号群中，包括控制信号群CN1、CN2、CN4、CN5、CN8、计数器时钟信号CK0。例如，定时控制部20经由端子接受主时钟MCLK，生成各种内部时钟并对水平扫描电路12、垂直扫描电路14等进行控制。
列处理部26具备按每一列设置的列AD电路25。各列AD电路25对来自垂直信号线19的像素信号进行AD变换。
列AD电路25分别具备电压比较器252、计数器部254及存储器256。
电压比较器252将来自垂直信号线19的模拟的像素信号与由参照信号生成部27生成的包含斜坡波形(即三角波)的参照信号RAMP进行比较，例如在前者比后者大时将表示比较结果的输出信号反转。
计数器部254将从参照信号RAMP中的三角波的变化开始到电压比较器252的输出信号反转为止的时间进行计数。由于到反转为止的时间根据模拟像素信号的值决定，所以计数值成为被数字化的像素信号的值。
存储器256保持计数器部254的计数值即数字的像素信号。
参照信号生成部27生成包含三角波的参照信号RAMP，并向各列AD电路25内的电压比较器252的正输入端子输出参照信号RAMP。
输出电路28将数字的像素信号输出至影像数据端子D1。
信号处理部70具有WDR合成电路76，将低照度信号、中照度信号、高照度信号进行合成。由此，信号处理部70实现动态范围的扩大和闪烁抑制的兼顾。
[1.2像素电路的构成例]
接着，对像素电路3的构成例进行说明。
图2是表示实施方式1的由与RGB对应的像素构成的拜耳排列中的多像素一单元结构的例子的说明图。图3A是表示图2中的纵向二像素一单元结构的电路构成例的图。图3B是表示图2中的纵向四像素一单元结构的电路构成例的图。
图3A、图3B是表示有关实施方式1的像素电路3的电路例的图。图3A、图3B的像素电路3具备光电二极管PD、传输晶体管TG、溢出门OF1、积蓄电容元件C1、积蓄用传输晶体管TGC1、溢出门OF2、积蓄电容元件C2、积蓄用传输晶体管TGC2、浮动扩散层FD1、寄生电容C0、浮动扩散层FD2、复位晶体管RS、增益控制晶体管GC1、增益控制晶体管GC2、放大晶体管SF和选择晶体管SEL。
此外，水平扫描线群15包括复位控制线
读出控制线
增益控制线
选择控制线
溢出控制线
溢出控制线
光电二极管PD是光电二极管等的光电变换元件，以规定的灵敏度进行光电变换，即产生与受光量相应的电荷。
在像素单元的微细化进展时、或动态范围的扩大时，可以通过在与光电二极管PD的受光侧相反侧的布线层设置MIM电容或MOS电容而增大光电二极管PD的开口面积来实现。也可以在单元内设置沟槽电容。
此外，固体摄像装置100也能够构成为层叠背面照射型图像传感器。
图4是表示将实施方式1的固体摄像装置构成为层叠背面照射型图像传感器的例子的图。如图4所示，设为层叠BSI(Back Side Illumination：背面照射)型CIS，在像素芯片(顶部芯片)的布线层侧搭载积蓄电容元件，在逻辑芯片(底部芯片)的布线层侧的最上层搭载积蓄电容元件，在以该状态贴合的情况下，成为Pixcel－to－Pixcel(像素到像素)的接合，不需要扩大像素区，能够抑制芯片面积的增加。
此外，与浮动扩散层FD连接的电容C0保持从光电二极管PD传输的信号电荷(例如电子)，将保持的信号电荷变换为电压，将变换后的电压供给至放大晶体管SF的栅极。浮动扩散层FD的实质上的电容，不仅包括浮动扩散层FD本身的电容，还包括放大晶体管SF的栅极电容、放大晶体管SF的栅极－漏极间电容、以及增益控制晶体管GC1导通时的增益控制晶体管GC1的漏极布线的浮动电容。
传输晶体管TG是根据读出控制信号
而导通及截止的开关晶体管。传输晶体管TG在读出控制信号
为高电平时，将光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷传输至浮动扩散层FD。
溢出门OF1是根据读出控制信号
而导通及截止的溢出门兼开关晶体管。溢出门OF1在读出控制信号
为高电平时，将光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷经由溢出门OF1传输至积蓄电容元件C1。
在光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷溢出的情况下，通过调整溢出门OF1的控制电压而传输至积蓄电容元件C1。或者，在超过了预先设定的电位时传输。
溢出门OF2也可以设计为通过将读出控制信号
设为开启/关闭而能够进行电荷再分配的溢出门兼开关晶体管。溢出门OF2在读出控制信号
为高电平时，将光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷经由溢出门OF2传输至积蓄电容元件C2。
在积蓄电容元件C1进行光电变换后的信号电荷溢出的情况下，通过调整溢出门OF2的控制电压而传输至积蓄电容元件C2。或者，在超过了预先设定的电位时传输。
另外，通过将读出控制信号
设为开启/关闭而进行了电荷再分配时的C2的电荷衰减到1/M倍。衰减比M由(C1+C2)/C2决定。
复位晶体管RS是根据复位控制信号
而导通及截止的开关晶体管。复位晶体管RS在复位控制信号
为高电平时，将施加在漏极上的电源电压设为复位电平，经由增益控制晶体管GC1对浮动扩散层FD设定。即，复位晶体管RS在复位控制信号
为高电平时，将浮动扩散层FD复位为复位电平。
增益控制晶体管GC1根据增益控制信号
将浮动扩散层FD1和浮动扩散层FD2电切断或电连接。由此，变更为将浮动扩散层FD1中的信号电荷变换为电压的变换增益。即，在从光电二极管PD向浮动扩散层FD1的信号电荷的传输中，如果将增益控制晶体管GC1截止，则能够进一步提高浮动扩散层FD的变换增益。
增益控制晶体管GC2根据增益控制信号
将该纵向二像素一单元结构的浮动扩散层FD2电切断或电连接。由此，变更为将浮动扩散层FD2中的信号电荷变换为电压的变换增益。即，在从光电二极管PD向浮动扩散层FD2的信号电荷的传输中，如果将增益控制晶体管GC1导通，则能够进一步降低浮动扩散层FD的变换增益。
并且，由此能够将相邻行的电荷、即经由积蓄用传输晶体管TGC1和积蓄用传输晶体管TGC2的电荷的传输开启/关闭，能够进行电荷再分配。
放大晶体管SF与连接于垂直信号线19的负载电源源30成对而构成源极跟随器，将栅极的电压即浮动扩散层FD的电压作为模拟像素信号输出至垂直信号线19。
选择晶体管SEL是根据选择控制信号
而导通及截止的开关晶体管。选择晶体管SEL在选择控制信号
为高电平时，将放大晶体管SF的源极与垂直信号线19电连接。
[1.3由聚合插塞(Poly Plug)带来的特性改善]
接着，对将固体摄像装置100构成为如图4所示的层叠背面照射型图像传感器的情况下的像素的截面构成例进行说明。
图5A是表示实施方式1的图4的层叠背面照射型图像传感器的像素截面结构的例子的图。此外，图5B是表示作为后述的实施方式2的固体摄像装置的层叠背面照射型图像传感器的像素截面结构的例子的图。
通常，如果使MIM(Metal Insulator Metal：金属绝缘金属)电容、MOS(MetalOxide Semiconductor：金属氧化半导体)电容的一端的布线与基板之间的接触件为通常的接触件，则在形成接触部时受到损伤，暗时特性(暗电流、噪声、固定粗糙)成为课题。
另一方面，如图5A、图5B所示，如果使MIM电容、MOS电容的一端的与基板相连的布线为使用多晶硅布线的聚合插塞，而不是金属布线，则连接部的损伤减小，能够抑制暗时特性(暗电流、噪声、固定粗糙)。
进而，如果使放大晶体管SF的栅极布线的一端的与基板相连的布线为使用多晶硅布线的聚合插塞(多晶硅接触件(n))，而不是金属布线，则连接部的损伤减小，能够抑制暗时特性(暗电流、噪声、固定粗糙)。
此外，如果构成电容元件的对信号电荷(负电荷)进行积蓄的插塞部的电位(A、B、C)相对于GND的电位高，则暗时特性(暗电流、噪声、固定粗糙点)增加。因此，通过将积蓄电容元件的相反侧的电位(VC1、VC2、VC3)在曝光中设定为GND与像素电位的中间电位，能够改善暗时特性。
此外，此时由于电容元件的正侧、负侧的特性不同，所以需要充分地注意对可靠性(TDDB：Time Dependent Dielectric Breakdown：时间相关介质击穿)的影响。
图6A是表示与曝光时间相应的积蓄电容元件的电位变化的例子的图。此外，图6B是表示与曝光时间相应的积蓄电容元件的电位变化的另一例的图。横轴表示曝光时间。纵轴表示电位。
图6B是仅使用积蓄电容元件的负侧的情况。积蓄电容元件的一方的VC1、VC2、VC3的电位是快门时的像素电位，积蓄电容元件的A、B、C电位也在快门时是像素电位，随着积蓄时间，端子间的电位差(A－VC1、B－VC2、C－VC3)成为负值并扩大。
在此情况下，由于积蓄电容元件的电位差仅能够使用单侧的电位差，所以振幅小，动态范围窄。此外，由于A、B、C电位高，所以暗电流呈现变差的趋向。
图6A是使用积蓄电容元件的正侧和负侧的情况。积蓄电容元件的一方的VC1、VC2、VC3的电位在快门时为中间电位，积蓄电容元件的A、B、C的电位在快门时是像素电位，随着积蓄时间，端子间的电位差(A－VC1、B－VC2、C－VC3)最初为正电位，逐渐成为负电位并变大。
在此情况下，由于积蓄电容元件的电位差能够使用正侧和负侧的两电位差，所以振幅和动态范围能够扩大为图6B的情况下的2倍。此外，由于A、B、C电位低，所以暗电流变好。
在图6B的方法中，随着模拟增益的增加，能够进一步降低积蓄电容元件的一方的VC1、VC2、VC3的电位，所以能够抑制插塞部的电位(A、B、C)的暗时特性变差。
图7A、图7B、图7C分别是表示模拟增益为0dB、6dB、12dB时的与曝光时间相应的积蓄电容元件的插塞部的电位变化的图。
例如，在将模拟增益(用RAMP信号振幅值表示A、B、C的电位差)在图7A：图7B：图7C中分别设为0dB：+6dB：+12dB的情况下，积蓄电容元件的插塞部的电位(VC1、VC2、VC3)也与增益连动而如图那样设为1/2V：1/4V：1/8V即可。
在图7A中，快门时的VC1、VC2、VC3的电位是1/2V，通过将A、B、C电位设为0dB(相对于基准)，A、B、C电位降低，所以暗电流变好(相对于图7B)。
在图7B中，快门时的VC1、VC2、VC3的电位是1/4V，通过将A、B、C电位设为－6dB(相对于基准)，A、B、C电位降低，所以暗电流变好。
在图7C中，快门时的VC1、VC2、VC3的电位是1/8V，通过将A、B、C电位设为－12dB(相对于基准)，A、B、C电位降低，所以暗电流变好。
[1.4作为实施方式的基础的基于相关双检测的读出动作例]
接着，对读出模拟像素信号的复位电平和信号电平并进行相关双检测的动作进行说明。
图8是表示作为实施方式1的基础的伴随于固体摄像装置100的n次曝光动作的信号读出动作例的几帧的时间图。
图9是表示作为实施方式1的基础的伴随于固体摄像装置100的n次曝光动作的信号读出动作例的1H(1水平期间)的时间图。
参照信号RAMP在减计数期间(t10至t14)及增计数期间(t20至t24)分别为三角波。
减计数期间是用于对从放大晶体管SF输出的模拟像素信号中的复位成分Vrst的电平进行AD变换的期间。计数器部254对从减计数期间开始(三角波的变化开始)起到电压比较器252的输出反转为止的时间进行减计数。该计数值是模拟像素信号的复位成分Vrst的AD变换结果本身。
增计数期间是用于对从放大晶体管SF输出的模拟像素信号中的数据成分(信号成分Vsig+复位成分Vrst)的电平进行AD变换的期间。计数器部对从增计数期间开始(三角波的变化开始)起到电压比较器252的输出反转为止的时间进行增计数。该增计数将模拟像素信号中的数据成分(Vsig+Vrst)变换为数字值。
该增计数以表示复位成分Vrst的减计数值为初始值，所以增计数期间结束时的计数值表示从数据成分减去复位成分的CDS(Correlated Double Sampling：相关双检测)的结果。即，增计数期间结束时的计数值是表示信号成分Vsig的数字值本身。像这样，列AD电路25将作为误差的各列的时钟偏斜或计数器延迟等的偏差排除，仅取出真的信号成分Vsig，即进行数字CDS。
[1.5基于相关双检测的读出动作例]
图10是表示实施方式1中的几帧的读出顺序的图。图11是1H的CDS顺序，为HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)→LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)。图12是将基本的图9变更为该CDS顺序的图。在HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)的转移中，像素复位噪声被消除。另一方面，在LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)的转移中，虽然能够去除DC性的偏移(复位耦合)，但像素复位噪声不能被消除，而作为kTC噪声残留。
该Short曝光(高照度)下的kTC噪声在低信号侧显现。例如表示在图13中。这里，kTC噪声可由电荷量以√(kTC)表示。该噪声必须被设定为比信号电平充分小。像这样，在Short曝光(高照度)与Long曝光(低照度)的边界，需要使后者的SN比前者的SN充分好。
[1.6伴随着增益控制的读出动作]
图12是表示有关实施方式1的伴随着增益控制的像素读出的动作例的时间图。图12中的t*(*是数字)表示图9的事件编号。E*表示图14A、图14B、图14C的事件编号。
另外，只要是能得到与本实施方式同样的效果的定时，并不限制于图12。
将浮动扩散层FD1中的信号电荷变换为电压的增益能够根据增益控制晶体管GC1的导通及截止而在高增益和低增益间切换。HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)的期间表示浮动扩散层FD1的变换增益高的状态下的从光电二极管PD向浮动扩散层FD1的信号电荷的读出动作。LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)表示浮动扩散层FD2的变换增益低的状态下的从积蓄电容元件C1和积蓄电容元件C2向浮动扩散层FD2的信号电荷的读出动作。
增益控制晶体管GC2为了将<N>行的像素信号和<N－1>行的像素信号进行电荷再分配而进行混合/分离(详细的电势图的说明在以下说明)。
[1.7像素混合的概念]
图15A、图15B、图15C、图16表示像素混合的概念。图15A是表示像素混合的概念的说明图。图15B是用于说明图15A的各点的图。图15C是用于说明图15A的各点的图。图16是图15A的扫描期间的说明图。另外，详细的电势图的说明在以下说明。
首先，将从光电二极管PD溢出的电荷仅积蓄在积蓄电容元件C1<N>中(图15A～图15C中(1))，随着曝光时间的增加，积蓄电荷增加。如果积蓄电荷的电容元件不充分，则无法接受100klux，动态范围变得不充分。
另一方面，在本实施方式中，在相当于1V期间(1个垂直同步期间)的一半的1/2V期间(1/2个垂直同步期间)，C1<N>的电荷量成为Q1，与C2<N>进行电荷再分配后的电荷为Q1/M(图中(2))，并保持到1V期间的结束期间。然后，将不再需要的C1<N>的电荷排出。衰减比M由电容比(C1+C2)/C2决定。
此外，从1/2V(1/2个垂直同步期间)时起，再次将从光电二极管PD溢出的电荷在C1<N>中积蓄(图中(3))，随着曝光时间的增加，积蓄电荷增加。并且，在1V(1个垂直同步期间)期间中，C1<N>的电荷量成为Q2(图中(6))。这里，将预先读出到FD2部中的光电二极管PD的电荷量Q0和C1<N>的电荷量Q2在C1<N>和C2<N－1>中进行电荷再分配(图中(7))，保持C2<N－1>的电荷(Q0+Q2)/M(图中(4))。
并且，最终读出C2<N>的电荷Q1/M和C2<N－1>的电荷(Q0+Q2)/M并进行FD混合，从而能够得到(Q0+Q1+Q2)/M的信号电荷(图中(5))。
本实施方式的特征在于，将积蓄电容元件使用已经排出电荷的相邻行的电容来驱动，从而缩小电容面积。
此外，作为其他的曝光方式，在1V的曝光期间中，如果是斩波器等的间歇曝光，则发生LED光的损失，而本实施方式的曝光方式的特征在于，由于是连续曝光(PD和积蓄电容元件)，所以能够可靠地捕捉LED光。
图17和图18是表示与光电二极管PD和积蓄电容元件C1的电荷的积蓄有关的定时的图。光电二极管PD在1V期间(1个垂直同步期间)中持续曝光，电荷量为Q0。接受从该光电二极管PD溢出的电荷的积蓄电容元件C1<N>在0～1/2V期间为Q1信号，在1/2～1V期间为Q2信号。此外，由于在1V期间中完全曝光，所以能够捕捉LED光。这里，对于从0～1/2V到1/2～1V的转移，出现几个H电平下的非曝光期间的可能性是不影响LED光的画质的程度。
[1.8WDR的合成]
此外，本实施方式的特征在于，合成WDR的Long、Short这2帧在完全相同的定时被曝光，使用完全相同的像素，所以不再发生伪色、着色及模糊。
图19A和图20表示WDR的合成方法的概要。图19A的信号处理部70具备低照度信号生成电路71、高照度信号生成电路73和WDR合成电路76。图19A是表示进行使用两帧的WDR合成的信号处理部的构成例的图。对WDR而言，设Long曝光(低照度)为Q0的信号电荷，Short曝光(高照度)为(Q0+Q1+Q2)/M的信号电荷，来进行WDR合成。
图20的[1][2][3][4]的横轴表示照度与曝光时间的积、一定时间的照度或一定照度下的曝光时间。关于纵轴，[1]中表示电荷积蓄等级，[2]中表示FD电位，[3]中表示AD变换后的值，[4]中表示SN。
图21表示伴随于Short曝光(高照度)的衰减比M的SN的劣化。由于SN由散粒噪声(shot noise)决定，所以例如如果衰减比M为2倍，则边界处的SN降低3dB。积蓄电容元件(C1)与积蓄电容元件(C2)的电容比可以用任意的衰减比M来设定，但WDR后的合成时的边界处的SN的劣化成为指标。
图22是表示用于读出低照度帧的第1次的Read1、用于读出高照度帧的第2次的Read2的信号电荷量和FD电位的图。
图13是表示有关实施方式1的被摄体照度与增益(SN比)的关系的图。图13是实际将第1次的Read1作为WDR的Long帧(低照度帧)、将第2次的Read2作为WDR的Short帧(高照度帧)进行合成而得到的。帧的相连部的SN是26dB以上，动态范围是120dB以上。动态范围从非常暗的照度(0.1Lux)扩大到非常明亮的照度(10万Lux：相当于太阳光)。
构成信号处理部70的WDR合成电路76的详细情况是图19A。
将第1低照度帧的像素信号(Long曝光)与第2高照度帧的像素信号(Short曝光)进行合成。通过该合成，实现宽动态范围功能(WDR功能)，即动态范围被扩大。
第1低照度帧的像素信号(Long曝光)的像素内增益被设定得高，第2高照度帧的像素信号(Short曝光)的像素内增益被设定得低，从而还能够实现低照度下的噪声改善和高照度下的动态范围扩大。
图23表示本实施方式的效果，即积蓄电容元件的小面积化和动态范围的扩大的效果。这样，通过本实施方式，能够在减小了积蓄电容元件的状态下扩大动态范围，对于高亮度的LED光，所接受的信号也完全不会损失。另外，实施方式1基于情形No.1。另外，图中的“同等”的表述意味着(*1)的情形编号彼此间、(*2)的情形编号彼此间同等。
[1.9像素的电势结构]
图14A～图14C是表示图12的主要点处的电势的图。
将事件用E1～E18表示，依次进行说明。
E1是FD1的复位，通过使复位晶体管RS<N>、传输晶体管TG<N>、增益控制晶体管GC1<N>导通，排出PD部的电荷。
E2是期间A中的曝光开始，使复位晶体管RS<N>、传输晶体管TG<N>、增益控制晶体管GC1<N>截止。
E3是期间A中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄信号电荷Q0，溢出的电荷经由溢出门OF1<N>作为Q1被积蓄在积蓄电容元件C1<N>中。
在E4，通过使溢出门OF2<N>接通，将C1<N>中积蓄的电荷为了与C2<N>电荷再分配而首先平均化。
在E5，通过使溢出门OF2<N>断开，衰减比成为M＝(C1<N>+C2<N>)/C2<N>，所以C2<N>的电荷量成为Q1/M。
在E6，通过使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS<N>导通，排出C1<N>的不再需要的电荷。
E7是期间B中的曝光开始，使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS<N>截止。
E8是期间B中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄信号电荷Q0，溢出的电荷经由溢出门OF1<N>被积蓄在积蓄电容元件C1<N>中。
E9是FD1<N>的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC1<N>导通，排出FD1部的电荷。
E10是HCG的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC1<N>截止，成为HCG状态。
E11通过使传输晶体管TG<N>导通，将光电二极管PD的电荷Q0传输到FD1部。
E12通过使传输晶体管TG<N>截止，读出被积蓄在FD1部中的光电二极管PD的电荷Q0(HCG信号)。
将积蓄用传输晶体管TGC1<N>的电荷Q2与FD1部的Q0平均化而进行电荷再分配。因此，使增益控制晶体管GC2<N>、积蓄用传输晶体管TGC1<N>和积蓄用传输晶体管TGC2<N－1>导通，来将上述Q0和Q2的电荷平均化。
E14使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和积蓄用传输晶体管TGC2<N－1>截止，来将上述Q0和Q2的电荷进行电荷再分配。
通过进行电荷再分配，衰减比M为(C1<N>+C2<N－1>)/C2<N－1>，所以C2<N－1>的电荷量成为(Q0+Q2)/M。
在E15，通过使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS<N>导通，排出C1<N>的不再需要的电荷。虽然即使没有E15也成立，但为了提高反向CDS
的精度，优选的是实施E15。
在E16，通过使积蓄用传输晶体管TGC2<N>和TGC2<N－1>导通，将C2<N>的电荷量Q1/M与C2<N－1>的电荷量(Q0+Q2)/M混合，总电荷成为(Q0+Q1+Q2)/M(LCG信号)。
在E17，读出FD2的信号。
在E18，将FD1和FD2复位，完成读出动作。
此外，从光电二极管PD溢出的电荷的溢出下的课题，是伴随于向其他元件的泄漏的混色及线性偏差。因此，关于各溢出下的势垒的高度，需要以下的条件。即，从光电二极管PD溢出的电荷按溢出门OF1、OF2<传输晶体管TG、积蓄用传输晶体管TGC1、TGC2<分离层的顺序流动。
另外，特别是关于溢出门的电压，发生制造偏差，饱和电平有发生偏差的趋向。因此，特别优选的是将溢出门OF1和溢出门OF2的电压在出厂前通过修整等进行控制来抑制饱和偏差。
(实施方式2)
对于实施方式2的固体摄像装置100，以与实施方式1不同的观点进行说明。关于固体摄像装置100的构成例，在水平扫描线群15的控制数上有差异，但其以外是相同的构成。
[2.1像素电路的构成例]
对像素电路3的构成例进行说明。
图2表示由RGB构成的拜耳构成，图24A是该纵向二像素一单元的电路构成，图24B是该纵向四像素一单元的电路构成。控制线都相同。
图24A、图24B是表示有关实施方式2的像素电路3的电路例的图。在实施方式1的基础上，还具备溢出门OF2、积蓄电容元件C2、积蓄用传输晶体管TGC3和积蓄电容元件C3的电荷。
此外，水平扫描线群15包括读出控制线
溢出控制线
溢出门OF1是根据读出控制信号
而导通及截止的溢出门兼开关晶体管。对溢出门OF1而言，在读出控制信号
为高电平时，由光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷经由溢出门OF1传输到积蓄电容元件C1。
积蓄电容元件C1在由光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷溢出的情况下，通过调整溢出门OF1的控制电压而能够流入信号电荷。或者，在超过了预先设定的电位时传输。
溢出门OF2是根据读出控制信号
而导通及截止的溢出门兼开关晶体管。对溢出门OF2而言，在读出控制信号
为高电平时，由光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷经由溢出门OF2传输到积蓄电容元件C2。
积蓄电容元件C2在由积蓄电容元件C1进行光电变换后的信号电荷溢出的情况下，通过调整溢出门OF2的控制电压而能够流入信号电荷。或者，在超过了预先设定的电位时传输。
溢出门OF2也可以设计为通过将读出控制信号
开启/关闭而能够进行电荷再分配的溢出门兼开关晶体管。对溢出门OF2而言，在读出控制信号
为高电平时，由光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷经由溢出门OF2传输到积蓄电容元件C2。
积蓄电容元件C3在由积蓄电容元件C2进行光电变换后的信号电荷溢出的情况下，通过调整溢出门OF2的控制电压而传输信号电荷。或者，在超过了预先设定的电位时传输。
溢出门OF3是根据读出控制信号
而导通及截止的溢出门兼开关晶体管。对溢出门OF3而言，在读出控制信号
为高电平时，由光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷经由溢出门OF3传输到积蓄电容元件C3。
另外，通过将读出控制信号
开启/关闭，电荷再分配时的衰减比M由(C1+C2)/C2决定。
增益控制晶体管GC2根据增益控制信号
将该纵向二像素一单元结构的浮动扩散层FD2电切断或连接。由此，变更为将浮动扩散层FD2中的信号电荷变换为电压的变换增益。即，在从光电二极管PD向浮动扩散层FD2的信号电荷的传输中，如果将增益控制晶体管GC2导通，则能够进一步降低浮动扩散层FD的变换增益。
并且，由此能够将相邻行的电荷、即经由积蓄用传输晶体管TGC1和积蓄用传输晶体管TGC3进行的电荷的传输开启/关闭，能够进行电荷再分配。
[2.2基于相关双检测的读出动作例]
图25是表示实施方式2的几帧的读出顺序的图。图26是1H的CDS顺序，为HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)→MCG(S：信号成分)→LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)→MCG(R：复位成分)。图27是将基本的图9变更为该CDS顺序而得到的。在HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)的转移中，像素复位噪声被消除。另一方面，在MCG(S：信号成分)→LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)→MCG(R：复位成分)的转移中，虽然能够除去DC性的偏移(复位耦合)，但像素复位噪声不能消除而作为kTC噪声残留。
该Short曝光(高照度)下的kTC噪声在低信号侧显现。例如在图36中表示。这里，kTC噪声可用电荷量由√(kTC)表示。该噪声必须被设定为比信号电平充分小。这样，在Short曝光(高照度)与Long曝光(低照度)的边界处，需要使后者的SN比前者的SN充分好。
[2.3伴随着增益控制的读出动作]
图27是表示有关实施方式2的伴随着增益控制的像素读出的动作例的在1V(1个垂直同步期间)中将主要部分放大的时间图。图27中的t*表示图9的事件编号。E*表示图28A、图28B、图28C的事件编号。
另外，只要是能得到与本实施方式同样的效果的定时，并不限制于图27。
将浮动扩散层FD1中的信号电荷变换为电压的增益GC1能够对应于增益控制晶体管GC1的导通及截止而在高增益和低增益间进行切换。HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)的期间表示浮动扩散层FD1的变换增益高的状态下的从光电二极管PD向浮动扩散层FD1的信号电荷的读出动作。MCG(S：信号成分)→LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)→MCG(R：复位成分)表示浮动扩散层FD2的变换增益低的状态下的从积蓄电容元件C1和积蓄电容元件C2向浮动扩散层FD2的信号电荷的读出动作。
增益控制晶体管GC2为了将<N>行的像素信号和<N－1>行的像素信号进行电荷再分配而进行混合/分离(详细的电势图的说明在以下说明)。
[2.4像素混合的概念]
图29A、图29B、图30表示像素混合的概念。图29A是表示像素混合的概念的说明图。图29B是用于说明图29A的各点的图。图30是图29A的扫描期间的说明图。另外，详细的电势图的说明在以下说明。
首先，将从光电二极管PD溢出的电荷积蓄在C2<N>中，随着曝光时间的增加，积蓄电容元件C2的电荷增加(图29A中(1))。如果积蓄电荷的电容元件不充分，则无法接受100klux，动态范围变得不充分。
另一方面，在本实施方式中，在相当于1V(1个垂直同步期间)期间的一半的1/2V期间，C1<N>的电荷量成为Q1。并且，将C2<N>的电荷量Q2与C3<N>进行电荷再分配，C3<N>的电荷量成为Q2/M(图中(2))，保持到1V的结束期间。然后，将不再需要的C2<N>的电荷排出。
此外，从1/2V时起再次开始积蓄(图中(3))。并且，在1V期间(1个垂直同步期间)，C2<N>的电荷量成为Q3(图中(6))。这里，将预先读出到FD2部中的光电二极管PD的电荷量Q0、C1<N>的电荷量Q1和C2<N>的电荷量Q3(图中(7))在C2<N>和C3<N－1>进行电荷再分配而使其衰减，保持C3<N－1>的电荷(Q0+Q1+Q3)/M(图中(4))。
并且，最终通过将C3<N>的电荷Q2/M和C3<N－1>的电荷(Q0+Q1+Q3)/M读出并进行FD混合，能够得到(Q0+Q1+Q2+Q3)/M的信号电荷(图中(5))。
本实施方式的特征是，将积蓄电容元件使用已经排出电荷的相邻行的电容来驱动，从而缩小电容面积。
此外，本实施方式的曝光方式的特征在于，在1V期间(1个垂直同步期间)的曝光期间中，如果是斩波器等的间歇曝光，则发生LED光的损失，但由于是连续曝光(PD和积蓄电容元件)，所以能够可靠地捕捉LED光。
图31和图32是表示与光电二极管PD、积蓄电容元件C1和积蓄电容元件C2的电荷的积蓄有关的定时的图。光电二极管PD在1V期间(1个垂直同步期间)中持续曝光，电荷量为Q0。接受该从光电二极管PD溢出的电荷的积蓄电容元件C1<N>在1V期间(1个垂直同步期间)中持续曝光，电荷量为Q1。接受从该积蓄电容元件C1<N>溢出的电荷的积蓄电容元件C2<N>在0～1/2V期间中为Q2信号，在1/2～1V期间中为Q3信号。此外，由于在1V的期间中完全曝光，所以能够捕捉LED光。这里，由于是从0～1/2V到1/2～1V的转移，所以有可能发生几个H电平下的非曝光期间，但为不影响LED光的画质的程度。
[2.5WDR的合成]
此外，本实施方式的特征在于，合成WDR的Long、Middle、Short这3帧在完全相同的定时被曝光，使用完全相同的像素，所以不再发生伪色、着色及模糊。
图19B和图33表示WDR的合成方法的概要。图19B的信号处理部70具备低照度信号生成电路71、中照度信号生成电路72、高照度信号生成电路73和WDR合成电路76。作为WDR，设Long曝光(低照度)为Q0的信号电荷，Middle曝光(中照度)为Q0+Q1的信号电荷，Short曝光(高照度)为(Q0+Q1+Q2+Q3)/M的信号电荷，来合成WDR。
图33[1][2][3][4]的横轴表示照度与曝光时间的积、一定时间的照度、或一定照度下的曝光时间。关于纵轴，[1]中表示电荷积蓄等级，[2]中表示FD电位，[3]中表示AD变换后的值，[4]中表示SN。
图34表示伴随于Short曝光(高照度)的衰减比M的SN的劣化。由于SN由散粒噪声决定，所以例如如果衰减比M是2倍，则边界处的SN降低3dB。积蓄电容元件(C1)和积蓄电容元件(C2)的电容比可以以任意的衰减比M设定，但WDR后的合成时的边界处的SN的劣化成为指标。
在本实施方式2中，根据3帧来合成WDR，所以与实施方式1相比，相连部的SN得到改善。
图35是表示用于读出低照度帧的第1次的Read1、用于读出中照度帧的第2次的Read2、用于读出高照度帧的第3次的Read3的信号电荷量和FD电位的图。
图36是表示有关实施方式2的被摄体照度与增益(SN比)的关系的图。图36是实际将第1次的Read1作为WDR的Long帧(低照度帧)、将第2次的Read2作为WDR的Middle帧(中照度帧)、将第3次的Read3作为WDR的Short帧(高照度帧)进行合成而得到的。帧的相连部的SN为26dB以上，动态范围为120dB以上。
构成信号处理部70的WDR合成电路76的详细情况是图19B。
将第1低照度帧的像素信号(Long)、第2中照度帧的像素信号(Middle)和第3高照度帧的像素信号(Short)进行合成。通过该合成，实现宽动态范围功能(WDR功能)，即动态范围扩大。
此外，第1低照度帧的像素信号(Long)的像素内增益被设定得高，第2中照度帧的像素信号(Middle)和第3高照度帧的像素信号(Short)的像素内增益被设定得低，从而进行低照度下的噪声改善和高照度下的动态范围扩大。
图37表示本实施方式的效果，即积蓄电容元件的小面积化和动态范围的扩大的效果。像这样，通过本实施方式，能够在减小了积蓄电容元件的状态下扩大动态范围，对于高亮度的LED光，所接受的信号也完全不会损失。另外，实施方式2基于情形No.1。
[2.6像素的电势结构]
图28A～图28C表示图27的主要点处的电势图。
将事件用E1～E20表示，依次进行说明。
E1是FD1的复位，通过使复位晶体管RS<N>、传输晶体管TG<N>、增益控制晶体管GC1<N>导通，排出PD部的电荷。
E2是期间A中的曝光开始，使复位晶体管RS<N>、传输晶体管TG<N>、增益控制晶体管GC1<N>截止。
E3是期间A中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄信号电荷Q0，进而在积蓄电容元件C1<N>中积蓄Q1，溢出的电荷经由溢出门OF2被积蓄在积蓄电容元件C2<N>中。
在E4，将在C2<N>中积蓄的电荷Q2为了与C3<N>电荷再分配而首先平均化。使溢出门OF3<N>导通。
在E5，通过使溢出门OF3截止，衰减比M成为(C2<N>+C3<N>)/C3<N>。即，C3<N>的电荷成为Q2/M。
在E6，通过使积蓄用传输晶体管TGC2<N>和复位晶体管RS<N>导通，排出C2<N>的不再需要的电荷。
E7是期间B中的曝光开始，使积蓄用传输晶体管TGC2<N>和复位晶体管RS截止。
E8是期间B中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄信号电荷Q0，在积蓄电容元件C1<N>中积蓄Q1，溢出的电荷经由溢出门OF2在积蓄电容元件C2<N>中积蓄Q3。
E9是FD1的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC1<N>导通，排出FD1部的电荷。
E10是HCG的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC1<N>截止，成为HCG状态。
E11通过使传输晶体管TG<N>导通，将光电二极管PD的电荷向FD1部传输。
E12通过使传输晶体管TG<N>截止，读出被积蓄在FD1部中的光电二极管PD的电荷Q0(HCG信号)。
E13将积蓄电容元件C1<N>的电荷Q1读出，并与FD1部的Q0平均化而进行电荷再分配。
在E14，MCG用的信号作为Q0+Q1被读出(MCG信号)。
E15使积蓄用传输晶体管TGC2<N>和TGC3<N－1>导通，将上述Q0+Q1、C2<N>的电荷Q3以及C3<N－1>的电荷零平均化。
在E16，使积蓄用传输晶体管TGC2<N>和TGC3<N－1>截止，进行电荷再分配。C3<N－1>的电荷成为(Q3+Q0+Q1)/M。
在E17～E18，将积蓄电容元件C3<N>的电荷量Q2/M与C3<N－1>的的电荷量(Q0+Q1+Q3)/M进行混合，总电荷成为(Q0+Q1+Q2+Q3)/M(LCG信号)。这里，衰减比是M＝(C2<N>+C3<N－1>)/C3<N－1>。
在E19，读出FD1的信号。
在E20，将FD1和FD2复位，完成读出动作。
此外，从光电二极管PD溢出的电荷的溢出下的课题，是伴随于向其他元件的泄漏的混色及线性偏差。因此，各溢出下的势垒的高度需要为以下这样。即，从光电二极管PD溢出的电荷按溢出门OF1、2<传输晶体管TG、积蓄用传输晶体管TGC1、2<分离层的顺序流动。
另外，特别是关于溢出门的电压，发生制造偏差，饱和电平有发生偏差的趋向。因此，特别优选的是将溢出门OF1和溢出门OF2的电压在出厂前进行修整来抑制饱和偏差。
(实施方式3)
对于实施方式3的固体摄像装置100，以与实施方式1不同的观点进行说明。关于固体摄像装置100的构成例，在水平扫描线群15的控制数上有差异，但其以外是相同的构成。
[3.1像素电路的构成例]
对像素电路3的构成例进行说明。
图2表示由RGB构成的拜耳构成，图38A是该纵向二像素一单元的电路构成，图38B是该纵向四像素一单元的电路构成。控制线都相同。
图38A、图38B相对于实施方式3，构成为有积蓄电容元件C2但没有积蓄用传输晶体管TGC2的结构。
作为没有积蓄用传输晶体管TGC2的代替手段，将溢出门OF2做成如电荷双向流动的设备结构，积蓄电容元件C2的电荷通过将溢出门OF2和积蓄用传输晶体管TGC1导通而能够得到同等的效果。
此外，水平扫描线群15被省去了读出控制线
溢出门OF1是根据读出控制信号
而导通及截止的溢出门兼开关晶体管。对溢出门OF1而言，在读出控制信号
为高电平时，由光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷经由溢出门OF1传输到积蓄电容元件C1。
积蓄电容元件C1在由光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷溢出的情况下，通过调整溢出门OF1的控制电压而传输信号电荷。或者，在超过了预先设定的电位时传输。
溢出门OF2是根据读出控制信号
而导通及截止的溢出门兼开关晶体管。对溢出门OF2而言，在读出控制信号
为高电平时，由光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷经由溢出门OF2传输到积蓄电容元件C2。
积蓄电容元件C2在由积蓄电容元件C1进行光电变换后的信号电荷溢出的情况下，通过调整溢出门OF2的预先设定的控制电压而传输信号电荷。或者，通过将溢出门OF2的控制电压开启/关闭，能够进行电荷再分配。另外，此时的衰减比为M＝(C1+C2)/C2。
进而，通过将增益控制晶体管GC2的控制电压开启/关闭，已经排出电荷的积蓄电容元件C1<N－1>能够将由积蓄电容元件C1<N>进行光电变换后的信号电荷进行电荷再分配。另外，此时的衰减比M为(C1<N>+C1<N－1>)/C1<N>。
[3.2基于相关双检测的读出动作例]
图39是表示有关实施方式3的1H期间内的CDS的像素信号的读出顺序的图。图39是1H的CDS顺序，为HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)→LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)。图40A及图40B是将基本的图9变更为该CDS顺序而得到的。在HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)的转移中，像素复位噪声被消除。另一方面，在LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)的转移中，虽然能够去除DC性的偏移(复位耦合)，但像素复位噪声不能消除，而作为kTC噪声残留。
该Short曝光(高照度)下的kTC噪声在低信号侧显现。例如在图49中表示。这里，kTC噪声可用电荷量由√(kTC)表示。该噪声必须被设定为比信号电平充分小。像这样，在Short曝光(高照度)与Long曝光(低照度)的边界处，需要使后者的SN比前者的SN充分好。
[3.3伴随着增益控制的读出动作]
图40A及图40B是表示有关实施方式3的伴随着增益控制的像素读出的动作例的在1V期间(1个垂直同步期间)中将主要部分放大的时间图。图40A及图40B中的t*表示图9的事件编号。E*表示图42A、图42B、图42C的事件编号。
另外，只要是能得到与本实施方式同样的效果的定时，并不限制于图40A及图40B。
将浮动扩散层FD1的信号电荷变换为电压的增益GC1能够对应于增益控制晶体管GC1的导通及截止而在高增益和低增益间进行切换。HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)的期间表示浮动扩散层FD1的变换增益高的状态下的从光电二极管PD向浮动扩散层FD1的信号电荷的读出动作。LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)表示浮动扩散层FD2的变换增益低的状态下的从积蓄电容元件C1和积蓄电容元件C2向浮动扩散层FD2的信号电荷的读出动作。
增益控制晶体管GC2为了将<N>行的像素信号和<N－1>行的像素信号进行电荷再分配而进行混合/分离(详细的电势图的说明在以下说明)。
[3.4像素混合的概念]
图41A、图41B、图41C、图43表示像素混合的概念。图41A是表示像素混合的概念的说明图。图41B是用于说明图41A的各点的图。图41C是用于说明图41A的各点的图。另外，详细的电势图的说明在以下说明。
首先，将从光电二极管PD溢出的电荷同时向C1<N>和C2<N>积蓄(图中(1))，随着曝光时间的增加，积蓄电荷增加。如果积蓄电荷的电容元件不充分，则无法接受100klux，动态范围变得不充分。
另一方面，在本实施方式中，在相当于1V期间(1个垂直同步期间)的一半的1/2V期间(1/2垂直同步期间)，C1<N>的电荷量Q1与C2<N>进行电荷再分配，C2<N>的电荷量成为Q1/2(图中(2))，继续保持。然后，将不再需要的C1<N>的电荷排出。
接着，在C1<N>中，从1/2V期间(1/2个垂直同步期间)起再次开始积蓄(图中(3))。并且，在3/4V期间(3/4个垂直同步期间)，C1<N>的电荷量成为Q2，与C1<N－1>进行电荷再分配，C1<N>的电荷量成为Q2/2(图中(4))。然后，将不再需要的C1<N－1>的电荷排出。
接着，关于C2<N>的电荷量，通过将C2<N>的电荷量的Q1/2与C1<N>的电荷量Q2/2进行合成，总电荷成为(Q1+Q2)/2(图中(5))。
并且，通过使溢出门OF2截止，在C2<N>和C1<N>中进行电荷再分配，C2<N>的电荷量成为(Q1+Q2)/4(图中(9))，继续保持。
进而，在C1<N>中，从3/4V(3/4个垂直同步期间)起再次开始积蓄(图中(6))。
另一方面，预先读出到FD2部中的光电二极管PD的电荷量Q0和C1<N>的电荷量Q3在C1<N>和C1<N－1>中进行电荷再分配，C1<N>的电荷量成为(Q0+Q3)/2。进而，通过将增益控制晶体管GC2截止，在C1<N>和C1<N－1>中进行电荷再分配，C1<N>的电荷量成为(Q0+Q3)/4(图中(7))并保持。
并且，最终通过将C2<N>的电荷(Q1+Q2)/4和C1<N>的电荷(Q0+Q3)/4读出并进行FD混合，能够得到(Q0+Q1+Q2+Q3)/4的信号电荷(图中(8))。
本实施方式的特征是，将积蓄电容元件使用已经排出电荷的相邻行的电容来驱动，从而缩小电容面积。
此外，本实施方式的曝光方式的特征在于，在1V的曝光期间中，如果是斩波器等的间歇曝光，则发生LED光的损失，但由于是连续曝光(PD和积蓄电容元件)，所以能够可靠地捕捉LED光。
图44和图45是表示与光电二极管PD和积蓄电容元件C1的电荷的积蓄有关的定时的图。光电二极管PD在1V期间中(1个垂直同步期间)持续曝光，电荷量是Q0。接受从该光电二极管PD溢出的电荷的积蓄电容元件C1<N>在0～1/2V成为Q1信号，在1/2～3/4V成为Q2信号，在3/4～4/4V成为Q3信号。此外，由于在1V的期间中完全曝光，所以能够捕捉LED光。但是，根据情况，对于从0～1/2V到1/2～3/4V、再到3/4～4/4V的转移，有可能发生几个H电平下的非曝光期间，但为不影响LED光的画质的程度。
[3.5WDR的合成]
此外，本实施方式的特征在于，合成WDR的Long帧(低照度帧)、Short帧(高照度帧)这2帧在完全相同的定时被曝光，使用完全相同的像素，所以不再发生伪色、着色及模糊。
图19A和图46表示WDR的合成方法的概要。作为WDR，设Long曝光(低照度)为Q0的信号电荷、Short曝光(高照度)为(Q0+Q1+Q2+Q3)/M的信号电荷，来合成WDR。
图46[1][2][3][4]的横轴表示照度与曝光时间的积、一定时间的照度、或一定照度下的曝光时间。关于纵轴，[1]中表示电荷积蓄等级，[2]中表示FD电位，[3]中表示AD变换后的值，[4]中表示SN。
图47表示伴随于Short曝光(高照度)的衰减比M的SN的劣化。由于SN由散粒噪声决定，所以例如如果衰减比M为2倍，则边界处的SN降低3dB。积蓄电容元件(C1)和积蓄电容元件(C2)的电容比可以以任意的衰减比M设定，但WDR后的合成时的边界处的SN的劣化成为指标。
图48是表示第1次的Read1、第2次的Read2的信号电荷量和FD电位的图。
图49是实际将第1次的Read1作为WDR的Long帧(低照度帧)、将第2次的Read2作为WDR的Short帧(高照度帧)进行合成而得到的。帧的相连部的SN为26dB以上，动态范围为120dB以上。
构成信号处理部70的WDR合成电路76的详细情况是图19A。
将第1低照度帧的像素信号(Long)与第2高照度帧的像素信号(Short)进行合成。通过该合成，实现宽动态范围功能(WDR功能)，即动态范围被扩大。
此外，第1低照度帧的像素信号(Long帧)的像素内增益被设定得高，第2高照度帧的像素信号(Short帧)的像素内增益被设定得低，从而实现低照度下的噪声改善和高照度下的动态范围扩大。
图50表示本实施方式的效果，即积蓄电容元件的小面积化和动态范围的扩大的效果。像这样，通过本实施方式，能够在减小积蓄电容元件的状态下扩大动态范围，对于高亮度的LED光，所接受的信号也完全不会损失。另外，实施方式3基于情形No.1。
此外，情形No.0由于与情形No.1相比在面积上较差，所以省略。
[3.6像素的电势结构]
图42A～图42E表示图40A及图40B的主要点处的电势图。
将事件用E1～E30表示，依次进行说明。此外，这里为了简单化，假设衰减比M＝2。
E1是FD1的复位，通过使复位晶体管RS<N>、传输晶体管TG<N>、增益控制晶体管GC1<N>导通，排出PD部的电荷。
E2是期间A中的曝光开始，使复位晶体管RS<N>、传输晶体管TG<N>、增益控制晶体管GC1<N>截止。
E3是期间A中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄信号电荷Q0，溢出的电荷经由溢出门OF1<N>被积蓄在积蓄电容元件C1<N>中。
E4将积蓄在C1<N>中的电荷与C2<N>平均化。
在E5，通过使溢出门OF2<N>截止，通过电荷再分配，衰减比成为M＝(C1<N>+C2<N>)/C2<N>。即，如果C1<N>与C2<N>相等，则C2<N>的电荷量为Q1/2。
在E6，通过使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS<N>导通，将C1<N>的不再需要的电荷排出。
E7是期间B中的曝光开始，使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS<N>截止。
E8是期间B中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄信号电荷Q0，溢出的电荷经由溢出门OF1<N>被积蓄在积蓄电容元件C1<N>中。
E9通过使增益控制晶体管GC2<N>导通，进行C1<N>和C1<N－1>的平均化。
E10通过使增益控制晶体管GC2<N>截止，进行C1<N>和C1<N－1>的电荷再分配。C1<N>的积蓄电荷成为Q2/2。
E11是FD2的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC2<N>导通，排出C1<N－1>的电荷。
E12使溢出门OF2<N>导通，进行C1<N>的Q2/2和C2<N>的Q1/2的平均化。即，进行平均化，成为C1<N>+C2<N>＝(Q1+Q2)/2。
E13使溢出门OF2<N>截止，进行C1<N>和C2<N>的电荷再分配，C2<N>成为(Q1+Q2)/4。
E14是C1<N>的电荷排出，使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS<N>导通。
E15是期间C中的曝光开始，使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS<N>截止。
E16是期间C中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄信号电荷Q0，溢出的电荷经由溢出门OF1被积蓄在积蓄电容元件C1<N>中。
E17是FD1的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC1<N>导通，排出FD1部的电荷。
E18是HCG的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC1<N>截止，成为HCG状态。
E19通过使传输晶体管TG<N>导通，将光电二极管PD的电荷向FD1部传输。
E20通过使传输晶体管TG<N>截止，读出被积蓄在FD1部中的光电二极管PD的电荷(HCG信号)。
E22通过使增益控制晶体管GC2、积蓄用传输晶体管TGC1<N>和积蓄用传输晶体管TGC1<N－1>导通而进行平均化，成为C1<N>+C1<N－1>＝Q0+Q3。
E23通过使增益控制晶体管GC2截止，进行电荷再分配，衰减比M成为(C1<N>+C2<N>)/C2<N>，所以成为C1<N>＝(Q0+Q3)/2。
在E24，通过使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS导通，将C1<N>的不再需要的电荷排出。
E25通过使增益控制晶体管GC2、积蓄用传输晶体管TGC1<N>和积蓄用传输晶体管TGC1<N－1>导通，再次进行平均化。
E26通过使增益控制晶体管GC2、积蓄用传输晶体管TGC1<N>和积蓄用传输晶体管TGC1<N－1>截止，C1<N>和C1<N－1>被进行电荷再分配，衰减比M成为(C1<N>+C1<N－1>)/C1<N>，所以成为C1<N>＝(Q0+Q3)/4。
在E27，通过使积蓄用传输晶体管TGC1<N－1>和复位晶体管RS<N－1>导通，将C1<N－1>的不再需要的电荷排出。
在E28，通过使将溢出门OF2<N>、积蓄用传输晶体管TGC1<N>导通，将C2<N>＝(Q1+Q2)/4与C1<N>＝(Q0+Q3)/4混合，结果，成为C1<N>+C2<N>＝(Q0+Q1+Q2+Q3)/4(LCG用)。
在E29，将FD1和FD2复位，完成读出动作。
此外，从光电二极管PD溢出的电荷的溢出下的课题是伴随于向其他元件的泄漏的混色及线性偏差。因此，各溢出下的势垒的高度需要为以下这样。即，从光电二极管PD溢出的电荷按溢出门OF1、2<传输晶体管TG、积蓄用传输晶体管TGC1、2<分离层的顺序流动。
另外，特别是关于溢出门的电压，发生制造偏差，饱和电平有发生偏差的趋向。因此，特别优选的是将溢出门OF1和溢出门OF2的电压在出厂前进行修整来抑制饱和偏差。
(实施方式4)
对于实施方式4的固体摄像装置100，以与实施方式2不同的观点进行说明。关于固体摄像装置100的构成例，在水平扫描线群15的控制数上有差异，但其以外是相同的构成。
[4.1像素电路的构成例]
对像素电路3的构成例进行说明。
图2表示由RGB构成的拜耳构成，图51A是该纵向二像素一单元的电路构成，图51B是该纵向四像素一单元的电路构成。控制线都相同。
对于实施方式4，图51A、图51B中不具有经由积蓄用传输晶体管(TGC3)将积蓄电容元件(C3)的电荷向浮动区域(FD2)传输的元件及路径(有C3)。
作为没有积蓄用传输晶体管TGC3的代替手段，将溢出门OF3做成如电荷双向流动的设备结构，积蓄电容元件C3的电荷通过使溢出门OF3和积蓄用传输晶体管TGC2导通而能够得到同等的效果。
此外，水平扫描线群15被省去了读出控制线
[4.2基于相关双检测的读出动作例]
图52表示实施方式4中的几帧的读出顺序。图53是1H的CDS顺序，为HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)→MCG(S：信号成分)→LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)→MCG(R：复位成分)。图54A及图54B是将基本的图9变更为该CDS顺序而得到的。在HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)的转移中，像素复位噪声被消除。另一方面，在MCG(S：信号成分)→LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)→MCG(R：复位成分)的转移中，虽然能够去除DC性的偏移(复位耦合)，但像素复位噪声不能消除，而作为kTC噪声残留。
该Short曝光(高照度)下的kTC噪声在低信号侧显现。例如在图63中表示。这里，kTC噪声可用电荷量由√(kTC)表示。该噪声必须被设定为比信号电平充分小。这样，在Short帧(高照度帧)与Long帧(低照度帧)的边界处，需要使后者的SN比前者的SN充分好。
[4.3伴随着增益控制的读出动作]
图54A及图54B是表示有关实施方式4的伴随着增益控制的像素读出的动作例的在1V(1个垂直同步期间)中将主要部分放大的时间图。图54A及图54B中的t*表示图9的事件编号。E*表示图55A、图55B、图55C的事件编号。
另外，只要是能得到与本实施方式同样的效果的定时，并不限制于图54A及图54B。
将浮动扩散层FD1中的信号电荷变换为电压的增益GC1能够对应于增益控制晶体管GC1的导通及截止而在高增益和低增益间进行切换。HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)的期间表示浮动扩散层FD1的变换增益高的状态下的从光电二极管PD向浮动扩散层FD1的信号电荷的读出动作。MCG(S：信号成分)→LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)→MCG(R：复位成分)表示浮动扩散层FD2的变换增益低的状态下的从积蓄电容元件C1和积蓄电容元件C2向浮动扩散层FD2的信号电荷的读出动作。
GC2为了将<N>行的像素信号和<N－1>行的像素信号进行电荷再分配而进行混合/分离(详细的电势图的说明在以下说明)。
[4.4像素混合的概念]
图56A、图56B、图56C、图57表示像素混合的概念。图56A是表示像素混合的概念的说明图。图56B及图56C是用于说明图56A的各点的图。另外，详细的电势图的说明在以下说明。
首先，将从光电二极管PD溢出的电荷在C1<N>中积蓄，随着曝光时间的增加，积蓄电荷增加。如果积蓄电荷的电容元件不充分，则无法接受100klux，动态范围变得不充分。
另一方面，在本实施方式中，在相当于1V(1个垂直同步期间)期间的一半的1/2V(1/2个垂直同步期间)期间，C1<N>的电荷量成为Q1，进而，由于溢出门OF3为导通的状态，所以溢出的电荷被积蓄到C2<N>和C3<N>中，电荷量成为Q2(图中(1))。
接着，通过使溢出门OF3截止，将C2<N>和C3<N>进行电荷再分配，C3<N>的电荷量成为Q2/2(图中(2))，继续保持。然后，将不再需要的C2<N>的电荷排出。
接着，从1/2V(1/2个垂直同步期间)起，C2<N>中再次开始积蓄(图中(3))。并且，在3/4V(3/4垂直同步期间)中，C2<N>的电荷量成为Q3，与C2<N－1>进行电荷再分配，C2<N>的电荷量成为Q3/2(图中(4))。然后，将不再需要的C2<N－1>的电荷排出。
接着，使溢出门OF3导通，通过将C2<N>的电荷量Q3/2与C3<N>的电荷量Q2/2进行合成，总电荷成为(Q2+Q3)/2(图中(5))。
并且，通过使溢出门OF3截止，在C3<N>和C2<N>中进行电荷再分配，C3<N>的电荷量成为(Q2+Q3)/4(图中(9))，继续保持。
进而，在C2<N>中，从3/4V(3/4垂直同步期间)起再次开始积蓄(图中(6))。
另一方面，预先读出到FD2部中的光电二极管PD的电荷量Q0、C1<N>的电荷量Q1、C2<N>的电荷量Q4在C2<N>和C2<N－1>中进行电荷再分配，C2<N>的电荷量成为(Q0+Q1+Q4)/2。接着，通过使增益控制晶体管GC2截止，在C2<N>和C2<N－1>中进行电荷再分配，C2<N>的电荷量成为(Q0+Q1+Q4)/4(图中(7))并保持。
并且，最终通过将C2<N>的电荷(Q0+Q1+Q4)/4和C3<N>的电荷(Q2+Q3)/4读出并进行FD混合，能够得到(Q0+Q1+Q2+Q3)/4的信号电荷。
本实施方式的特征是，将积蓄电容元件使用已经排出电荷的相邻行的电容进行驱动，从而缩小电容面积。
此外，本实施方式的曝光方式的特征在于，在1V的曝光期间中，如果是斩波器等的间歇曝光，则发生LED光的损失，但由于是连续曝光(PD和积蓄电容元件)，所以能够可靠地捕捉LED光。
图58和图59是表示与光电二极管PD和积蓄电容元件C1的电荷的积蓄有关的定时的图。光电二极管PD在1V期间中持续曝光，电荷量是Q0。此外，接受从光电二极管PD溢出的电荷的积蓄电容元件C1<N>在0～1V中为Q1信号。接受从该C1<N>溢出的电荷的积蓄电容元件C2<N>在0～1/2V中为Q2信号，在1/2～3/4V中为Q3信号，在3/4～4/4V中为Q4信号。此外，由于在1V的期间中完全曝光，所以能够捕捉LED光。但是，根据情况，对于从0～1/2V到1/2～3/4V、再到3/4～4/4V的转移，有可能发生几个H电平下的非曝光期间，但为不影响LED光的画质的程度。
[4.5WDR的合成]
此外，本实施方式的特征在于，WDR合成的Long帧(低照度帧)、Middle帧(中照度帧)、Short帧(高照度帧)这3帧在完全相同的定时被曝光，使用完全相同的像素，所以不再发生伪色、着色及模糊。
图19B和图60表示WDR的合成方法的概要。作为WDR，设Long帧(低照度帧)为Q0的信号电荷，Middle帧(中照度帧)为Q0+Q1的信号电荷，Short帧(高照度帧)为(Q0+Q1+Q2+Q3+Q4)/M的信号电荷，来合成WDR。
图60中[1][2][3][4]的横轴表示照度与曝光时间的积、一定时间的照度或一定照度下的曝光时间。关于纵轴，[1]中表示电荷积蓄等级，[2]中表示FD电位，[3]中表示AD变换后的值，[4]中表示SN。
图61表示伴随于Short曝光(高照度)的衰减比M的SN的劣化。由于SN由散粒噪声决定，所以例如如果衰减比M为2倍，则边界处的SN降低3dB。积蓄电容元件(C1)与积蓄电容元件(C2)的电容比可以用任意的衰减比M来设定，但WDR后的合成时的边界处的SN的劣化成为指标。
图62表示第1次的Read1、第2次的Read2、第3次的Read3的信号电荷量和FD电位。
图63是实际将第1次的Read1作为WDR的Long帧(低照度帧)、将第2次的Read2作为WDR的Middle帧(中照度帧)、将第3次的Read3作为WDR的Short帧(高照度帧)进行合成而得到的。帧的相连部的SN为26dB以上，动态范围为120dB以上。
构成信号处理部70的WDR合成电路76的详细情况是图19B。
将第1低照度帧的像素信号(Long)、第2中照度帧的像素信号(Middle)和第3高照度帧的像素信号(Short)进行合成。通过该合成，实现宽动态范围功能(WDR功能)，即动态范围被扩大。
此外，第1低照度帧的像素信号(Long)的像素内增益被设定得高，第2中照度帧的像素信号(Middle)和第3高照度帧的像素信号(Short)的像素内增益被设定得低，从而实现低照度下的噪声改善和高照度下的动态范围扩大。
图64表示本实施方式的效果，即积蓄电容元件的小面积化和动态范围的扩大的效果。像这样，通过本实施方式，能够在减小积蓄电容元件的状态下扩大动态范围，对于高亮度的LED光，所接受的信号也完全不会损失。另外，实施方式4基于情形No.1。
此外，情形No.0与情形No.1相比在面积上较差，所以省略。
[4.6像素的电势结构]
图55A～图55E是表示图54A及图54B的主要点处的电势图。此外，这里，为了简单化而设为衰减比M＝2。
将事件用E1～E30表示，依次进行说明。
E1是FD1的复位，通过使复位晶体管RS<N>、传输晶体管TG<N>、增益控制晶体管GC1<N>导通，排出PD部的电荷。
E2是期间A中的曝光开始，使复位晶体管RS<N>、传输晶体管TG<N>、增益控制晶体管GC1<N>截止。
E3是期间A中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄有信号电荷Q0，溢出的电荷经由溢出门OF1<N>被持续积蓄到积蓄电容元件C1<N>中，进而溢出的电荷经由溢出门OF2<N>被积蓄到C2<N>中。
E4通过使溢出门OF3<N>导通，将C2<N>中积蓄的电荷与C3<N>平均化。
在E5，通过使溢出门OF2<N>截止，通过电荷再分配，衰减比成为M＝(C2<N>+C3<N>)/C3<N>。即，C3<N>的电荷量成为Q2/2。
在E6，通过使积蓄用传输晶体管TGC2<N>和复位晶体管RS<N>导通，将C2<N>的不再需要的电荷排出。
E7是期间B中的曝光开始，使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS<N>截止。
E8是期间B中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄有信号电荷Q0，在积蓄电荷C1中积蓄Q1，溢出的电荷经由溢出门OF2<N>作为Q3被积蓄到积蓄电容元件C2<N>中。
E9通过使增益控制晶体管GC2<N>、积蓄用传输晶体管TGC2<N>和积蓄用传输晶体管TGC2<N－1>导通，进行C2<N>和C2<N－1>的平均化。
E10通过使增益控制晶体管GC2<N>、积蓄用传输晶体管TGC2<N>和积蓄用传输晶体管TGC2<N－1>截止，进行C3<N>和C3<N－1>的电荷再分配。C3<N>的积蓄电荷成为Q3/2。
E11是FD2的复位，通过使复位晶体管RS、增益控制晶体管GC2导通，排出FD2部的电荷。
E12使溢出门OF3<N>导通，进行C3<N>的电荷量Q2/2和C3<N>的积蓄电荷Q3/2的平均化。即，进行平均化，成为C3<N>+C2<N>＝(Q2+Q3)/2。
E13使溢出门OF3截止，进行C3<N>和C2<N>的电荷再分配，C3<N>成为(Q2+Q3)/4。
E14是C2<N>的电荷排出，使积蓄用传输晶体管TGC2<N>和复位晶体管RS<N>导通而进行。
E15是期间C中的曝光开始，使积蓄用传输晶体管TGC2<N>和复位晶体管RS<N>截止。
E16是期间C中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄信号电荷Q0，溢出的电荷经由溢出门OF1<N>被积蓄到积蓄电容元件C1<N>中，进而溢出的电荷从溢出门OF2<N>积蓄到C2<N>中。
E17是FD1的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC1<N>导通，排出FD1部的电荷。
E18是HCG的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC1<N>截止，成为HCG状态。
E19通过使传输晶体管TG<N>导通，将光电二极管PD的电荷向FD1部传输。
在E20，使传输晶体管TG截止，读出被积蓄在FD1部中的光电二极管PD的电荷Q0(HCG信号)。
E21使积蓄用传输晶体管TGC1<N>导通，将信号读出到FD1中，读出光电二极管PD的电荷Q0和C1<N>的电荷Q1的合计值Q0+Q1(MCG信号)。
E22通过使增益控制晶体管GC2<N>、积蓄用传输晶体管TGC2<N>和积蓄用传输晶体管TGC2<N－1>导通，读出C2<N>的Q4。将已经被读出的光电二极管PD的电荷Q0、C1<N>的电荷Q1混合，合计成为Q0+Q1+Q4。
E23通过使增益控制晶体管GC2截止，进行电荷再分配，衰减比M成为(C2<N>+C2<N－1>)/C2<N>，所以成为C2<N>＝(Q0+Q1+Q4)/2。
在E24，通过使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS<N>导通，将C1<N>的不再需要的电荷排出。
E25通过使增益控制晶体管GC2、积蓄用传输晶体管TGC2<N>和积蓄用传输晶体管TGC2<N－1>导通，实施C2<N>和C2<N－1>的平均化。
E26通过使增益控制晶体管GC2、积蓄用传输晶体管TGC2<N>和积蓄用传输晶体管TGC2<N－1>截止，将C3<N>和C2<N－1>进行电荷再分配，衰减比M成为(C2<N>+C2<N－1>)/C2<N>，成为C2<N>＝(Q0+Q1+Q4)/4。
在E27，通过使积蓄用传输晶体管TGC1<N>和复位晶体管RS<N>导通，将C1<N>的不再需要的电荷排出。
在E28，通过使溢出门OF2<N>、积蓄用传输晶体管TGC1<N>导通，将C2<N>＝(Q0+Q1+Q4)/4和C3<N>＝(Q2+Q3)/4混合，结果成为C2<N>+C3<N>＝(Q0+Q1+Q2+Q3+Q4)/4(LCG信号)。
在E29，将FD1和FD2复位，完成读出动作。
(实施方式5)
对于实施方式5的固体摄像装置100，以与实施方式1不同的观点进行说明。关于固体摄像装置100的构成例，在水平扫描线群15的控制数上有差异，但其以外是相同的构成。
本实施方式在当像素电容的振幅(动态范围)充分大而超过列AD电路的输入动态范围时，使前者的像素动态范围衰减而使其匹配于后者的电路动态范围的情况下是有效的。
[5.1像素电路的构成例]
对像素电路3的构成例进行说明。
图2表示由RGB构成的拜耳构成，图65A是该纵向二像素一单元的电路构成，图65B是该纵向四像素一单元的电路构成。控制线都相同。
图65A、图65B是表示有关实施方式5的像素电路3的电路例的图。从实施方式1去除溢出门OF2、积蓄电容元件C2和积蓄用传输晶体管TGC2。
此外，水平扫描线群15包括读出控制线
溢出控制线
溢出门OF1是根据读出控制信号
而导通及截止的溢出门兼开关晶体管。对溢出门OF1而言，在读出控制信号
为高电平时，由光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷经由溢出门OF1传输到积蓄电容元件C1。
积蓄电容元件C1在由光电二极管PD进行光电变换后的信号电荷溢出的情况下，通过调整溢出门OF1的控制电压而能够流入信号电荷。或者，在超过了预先设定的电位时传输。
增益控制晶体管GC2根据增益控制信号
将该纵向二像素一单元结构的浮动扩散层FD2电切断或连接。由此，变更为将浮动扩散层FD2中的将信号电荷变换为电压的变换增益。即，在从光电二极管PD向浮动扩散层FD2的信号电荷的传输中，如果将增益控制晶体管GC2导通，则能够进一步降低浮动扩散层FD的变换增益。
并且，由此能够将相邻行的电荷、即经由积蓄用传输晶体管TGC1和积蓄用传输晶体管TGC3进行的电荷的传输开启/关闭，能够进行电荷再分配。
[5.2基于相关双检测的读出动作例]
图66是表示实施方式5中的几帧的读出顺序的图。图67是1H的CDS顺序，为HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)→LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)。图68A及图68B将基本的图9变更为该CDS顺序而得到的。在HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)的转移中，像素复位噪声被消除。另一方面，在LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)的转移中，虽然能够去除DC性的偏移量(复位耦合)，但像素复位噪声不能消除，而作为kTC噪声残留。
该Short曝光(高照度)下的kTC噪声在低信号侧显现。例如在图49中表示。这里，kTC噪声可用电荷量由√(kTC)表示。该噪声必须被设定为比信号电平充分小。这样，在Short曝光(高照度)与Long曝光(低照度)的边界处，需要使后者的SN比前者的SN充分好。
[5.3伴随着增益控制的读出动作]
图68A及图68B是表示有关实施方式5的伴随着增益控制的像素读出的动作例的在1V期间(1个垂直同步期间)中将主要部分放大的时间图。图68A及图68B中的t*表示图9的事件编号。E*表示图69A、图69B、图69C的事件编号。
另外，只要是能得到与本实施方式同样的效果的定时，并不限制于图68A及图68B。
例如，在信号读出时，也可以如实施方式1及实施方式2那样，将在FD1、FD2中混合的电荷不在GC2<N>中分离，而使GC2<N>与GC1<N>同样导通。
将浮动扩散层FD1中的信号电荷变换为电压的增益GC1能够对应于增益控制晶体管GC1的导通及截止而在高增益与低增益间进行切换。HCG(R：复位成分)→HCG(S：信号成分)的期间表示浮动扩散层FD1的变换增益高的状态下的从光电二极管PD向浮动扩散层FD1的信号电荷的读出动作。LCG(S：信号成分)→LCG(R：复位成分)表示浮动扩散层FD2的变换增益低的状态下的从积蓄电容元件C1和积蓄电容元件C2向浮动扩散层FD2的信号电荷的读出动作。
增益控制晶体管GC2为了将<N>行的像素信号和<N－1>行的像素信号进行电荷再分配而进行混合/分离(详细的电势图的说明在以下说明)。
[5.4像素混合的概念]
图70A、图70B、图70C表示像素混合的概念。图70A是表示像素混合的概念的说明图。图70B及图70C是用于说明图70A的各点的图。图71是图70A的扫描期间的说明图。另外，详细的电势图的说明在以下说明。
首先，将从光电二极管PD溢出的电荷在C1<N>中积蓄，随着曝光时间的增加，积蓄电荷C1增加(图中(1))。如果有充分的积蓄电荷的电容元件，则能够接受100kLux，能够满足动态范围。
并且，最终将PD及C1<N>的电荷(Q0+Q1)/M和没有电荷的C1<N－1>读出并进行FD混合，进行电荷分配而使其衰减，能够得到(Q0+Q1)/M的信号电荷(图中(5))。
本实施方式的特征是，将积蓄电容元件使用已经排出电荷的相邻行的电容进行驱动，从而缩小电容面积。
此外，在1V期间中(1个垂直同步期间)的曝光期间中，如果是斩波器等的间歇曝光，则发生LED光的损失，而本实施方式的曝光方式的特征在于，由于是连续曝光(PD和积蓄电容元件)，所以能够可靠地捕捉LED光。
图72和图73是表示关于光电二极管PD和积蓄电容元件C1的电荷的积蓄的定时的图。光电二极管PD在1V期间中(1个垂直同步期间)持续曝光，电荷量是Q0。接受从该光电二极管PD溢出的电荷的积蓄电容元件C1<N>在1V期间中(1个垂直同步期间)持续曝光，电荷量是Q1。此外，由于完全在1V的期间中曝光，所以能够将LED光捕捉。
[5.5WDR的合成]
此外，本实施方式的特征在于，合成WDR的Long帧(低照度帧)、Short帧(高照度帧)这2帧在完全相同的定时被曝光，使用完全相同的像素，所以不再发生伪色、着色及模糊。
图19A和图74表示WDR的合成方法的概要。作为WDR，设Long曝光(低照度)为Q0的信号电荷，Short曝光(高照度)为(Q0+Q1)/M的信号电荷，来合成WDR。
图74中[1][2][3][4]的横轴表示照度与曝光时间的积、一定时间的照度或一定照度下的曝光时间。关于纵轴，[1]中表示电荷积蓄等级，[2]中表示FD电位，[3]中表示AD变换后的值，[4]中表示SN。
图75表示伴随于Short曝光(高照度)的衰减比M的SN的劣化。由于SN由散粒噪声决定，所以例如如果衰减比M为2倍，则边界处的SN降低3dB。积蓄电容元件(C1)与积蓄电容元件(C2)的电容比可以以任意的衰减比M设定，但WDR后的合成时的边界处的SN的劣化为指标。
图76表示了第1次的Read1、第2次的Read2的信号电荷量和FD电位。
图77是实际将第1次的Read1作为WDR的Long帧(低照度帧)、将第2次的Read2作为WDR的Short帧(高照度帧)进行合成而得到的。帧的相连部的SN为26dB以上，动态范围为120dB以上。
构成信号处理部70的WDR合成电路76的详细情况是图19A及图19B。
将第1低照度帧的像素信号(Long)与第2高照度帧的像素信号(Short)进行合成。通过该合成，实现宽动态范围功能(WDR功能)，即动态范围被扩大。
此外，第1低照度帧的像素信号(Long帧)的像素内增益被设定得高，第2高照度帧的像素信号(Short帧)的像素内增益被设定得低，从而实现低照度下的噪声改善和高照度下的动态范围扩大。
[5.6像素的电势结构]
图69A～图69C表示图68A及图68B的主要点处的电势图。
将事件用E1～E18表示，依次进行说明。
E1是FD1的复位，通过使复位晶体管RS<N>、传输晶体管TG<N>、增益控制晶体管GC1<N>导通，排出PD部的电荷。
E2是期间A中的曝光开始，使复位晶体管RS<N>、传输晶体管TG<N>、增益控制晶体管GC1<N>截止。
E3是期间A中的电荷积蓄，在光电二极管PD中积蓄信号电荷Q0，进而在积蓄电容元件C1<N>中积蓄Q1。
E9是FD1的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC1<N>导通，排出FD1部的电荷。
E10是HCG的复位，通过使复位晶体管RS<N>、增益控制晶体管GC1<N>截止，成为HCG状态。
E11通过使传输晶体管TG<N>导通，将光电二极管PD的电荷向FD1部传输。
E12通过使传输晶体管TG<N>截止，读出被积蓄在FD1部中的光电二极管PD的电荷Q0(HCG信号)。
E13将积蓄用传输晶体管C1<N>的电荷Q1读出到FD1部的Q0中，使GC2<N>导通，与C1<N－1>平均化，进行电荷再分配。
在E14，使LCG用的信号衰减为(Q0+Q1)/M。
在E17，读出积蓄用传输晶体管C1<N>的电荷量(Q0+Q1)/M(LCG信号)。这里，衰减比M＝(C1<N>+C1<N－1)/C1<N>。
在E18，将FD1和FD2的信号复位，完成读出动作。
此外，从光电二极管PD溢出的电荷的溢出下的课题是伴随于向其他元件的泄漏的混色及线性偏差。因此，各溢出下的势垒的高度需要为以下这样。即，从光电二极管PD溢出的电荷按溢出门OF1、2<传输晶体管TG，积蓄用传输晶体管TGC1、2<分离层的顺序流动。
另外，特别是关于溢出门的电压，发生制造偏差，饱和电平有发生偏差的趋向。因此，特别优选的是将溢出门OF1和溢出门OF2的电压在出厂前进行修整来抑制饱和偏差。
(实施方式6)
以下，参照附图对有关实施方式6的摄像装置进行说明。另外，本实施方式中的摄像装置具备1个以上的有关上述实施方式1～5的固体摄像装置100。以下，对详细情况进行说明。
图78的视图***是表示有关实施方式6的摄像装置的构成例的框图。该图的摄像装置具备CIS(CMOS Image Sensor：CMOS图像传感器)91、ISP(Image Signal Processor：图像信号处理器)92及监视器9，例如是数字相机或智能电话的相机。CIS91是在各实施方式中表示的固体摄像装置100。ISP92接受来自CIS91的图像信号，进行图像的放大、缩小、压缩编码、解码等的图像处理。监视器93是拍摄时的用户确认用的监视器。
另外，CIS91和ISP92既可以是1个芯片的SoC(System on Chip：片上***)90，也可以是不同芯片。在CIS91和ISP92是不同芯片的情况下，信号处理部70既可以装备于CIS91，也可以装备于CIS92。此外，信号处理部70的一部分也可以不是由电路实现，而是由软件实现。
此外，图79的ADAS(先进驾驶辅助***)或自动驾驶中的感测***是表示有关实施方式6的摄像装置的其他构成例的框图。该图79的摄像装置具备CIS(CMOS Image Sensor)91、ISP(Image Signal Processor)92、传感器94、传感器ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)95、警告部96及控制部97，例如是搭载于汽车的相机***。CIS91和ISP92与信号处理部70是同样的。传感器94例如是测距用的雷达(radar)传感器、测距用的激光雷达(Lodar：Light Detection and Ranging)传感器。
传感器ECU95对ISP92、接受到来自传感器94的信号的警告部96及控制部97进行控制。警告部96例如是汽车的仪表板内的各种状态显示灯、警告灯等。控制部97例如对使汽车的转向及制动等工作的致动器等进行控制。
另外，图1的摄像装置也可以在视图***中与监视器连接，对应于ADAS(AdvancedDriver Assistance System：先进驾驶辅助***)或自动驾驶等的感测***，在上述感测***中经由传感器ECU实施警告或控制(转向、制动等)。
图80是表示有关实施方式6的摄像装置向汽车M1的搭载例的图。图81是表示有关实施方式6的图80的搭载例的摄像范围的一例的图。
在图80中，例如图1的摄像装置安装于多个安装部位D1～D9的各个安装部位。安装部位D1是汽车M1的前方部分。安装部位D2是汽车M1的车体左侧部分。安装部位D3是汽车M1的车体右侧部分。安装部位D4是左侧门上后视镜。安装部位D5是右侧门上后视镜。安装部位D6是车内后视镜。安装部位D7是汽车M1的后方中央部分。安装部位D8是汽车M1的后方左侧部分。安装部位D9是汽车M1的后方右侧部分。
此外，图81所示的摄像范围S1～S9与安装部位D1～D9的摄像相机对应。
如图80、图81所示，作为视图用相机或感测用相机的摄像装置根据摄像的对象范围，可以定位为运输设备(车辆、汽车)的前视、环视、侧视、后视、智能后视。
如以上这样，实施方式6的摄像装置具备上述的图1的摄像装置，构成视图***、ADAS(先进驾驶辅助***)的感测***及自动驾驶的感测***中的任意一个***。
这里，上述摄像装置也可以搭载于上述运输设备的前视镜、左视镜、右视镜、室内镜中的一个以上。
如以上说明，实施方式1～6的距离测量装置具备：光电二极管PD，产生与受光量相应的信号电荷；溢出元件群，积蓄在光电二极管PD中溢出的信号电荷；以及浮动扩散层FD，有选择地保持从光电二极管PD传输的信号电荷及从溢出元件群传输的信号电荷；溢出元件群由串联地级联连接的m组(m≥2)构成，每一组由溢出元件OF1～OFm和积蓄电容元件C1～Cm构成；溢出元件OF1～OFm将在光电二极管PD中溢出的信号电荷或前级的积蓄电容元件C1～C(m－1)的信号电荷传输到与该溢出元件相同的组内的积蓄电容元件C1～Cm。
这里，也可以是，积蓄在积蓄电容元件C1～Cm中的信号电荷在曝光时间的期间和曝光时间结束后、或者在曝光时间结束后，通过使用积蓄电容元件C1～Cm的电荷再分配而被衰减。
这里，也可以是，上述信号电荷用于生成宽动态范围功能(WDR功能)用的曝光明暗差不同的低照度帧及高照度帧，对于低照度帧，使用光电二极管PD的信号电荷，对于高照度帧，使用通过上述电荷再分配而被衰减的信号电荷，低照度的帧及高照度的帧的相同坐标的像素信号是来自相同像素的各信号电荷，曝光时间相同。
这里，也可以是，将1V(1个垂直扫描期间)划分为第1曝光期间A和第2曝光期间B；在第1曝光期间A中，将从光电二极管PD溢出的信号电荷积蓄到第11积蓄电容元件C(m－1)中；在第1曝光期间A后，第12积蓄电容元件Cm的信号电荷被保持为与第11积蓄电容元件C(m－1)进行信号电荷再分配后的信号电荷，第11积蓄电容元件C(m－1)的信号电荷被排出；在第2曝光期间B中，从光电二极管PD溢出的信号电荷积蓄到第11积蓄电容元件C(m－1)中；在第2曝光期间B后，保持将光电二极管PD信号和积蓄在第11积蓄电容元件C(m－1)中的信号电荷，与相邻行的第13积蓄电容元件Cm进行信号电荷再分配而衰减后的信号电荷，接着，将第12积蓄电容元件Cm的信号电荷和相邻行的第13积蓄电容元件Cm的信号电荷在浮动扩散层中混合并读出。另外，也可以是，第11积蓄电容元件C(m－1)是最末级的前1个积蓄电容元件C(m－1)，第12积蓄电容元件Cm是最末级的积蓄电容元件Cm，第13积蓄电容元件Cm是相邻行的相邻的像素内的最末级的积蓄电容元件Cm。
这里，也可以是，将1个垂直扫描期间划分为第1曝光期间A、第2曝光期间B和第3曝光期间C；在第1曝光期间A中，在第21积蓄电容元件Cm－1和第22积蓄电容元件Cm中，将从光电二极管PD溢出的信号电荷进行电荷再分配而使其衰减，来保持信号电荷；在第1曝光期间A后，第21积蓄电容元件Cm－1的信号电荷被排出；在第2曝光期间B中，将从光电二极管PD溢出的信号电荷积蓄到第21积蓄电容元件Cm－1中；在第2曝光期间B后，第22积蓄电容元件Cm保持与第21积蓄电容元件Cm－1进行电荷再分配而衰减后的信号电荷，第21积蓄电容元件Cm－1的信号电荷被排出；在第3曝光期间C中，将进一步从光电二极管PD溢出的信号电荷积蓄到第21积蓄电容元件Cm－1中；在第3曝光期间C后，保持将第21积蓄电容元件Cm－1的信号电荷和光电二极管PD信号，与相邻行的第23积蓄电容元件Cm－1进行电荷再分配而衰减后的信号电荷，接着，将第21积蓄电容元件Cm－1的信号电荷和第22积蓄电容元件Cm的信号电荷在浮动扩散层中混合并读出。另外，也可以是，第21积蓄电容元件C(m－1)是比最末级前1级的积蓄电容元件C(m－1)，第22积蓄电容元件Cm是最末级的积蓄电容元件Cm，第23积蓄电容元件Cm是相邻行的相邻的像素内的最末级的前1级的积蓄电容元件C(m－1)。
这里，也可以是，设定与1个垂直扫描期间相同长度的曝光期间A；在曝光期间A中，将从光电二极管PD溢出的信号电荷积蓄到第31积蓄电容元件Cm中；在曝光期间A后，保持将光电二极管PD信号和积蓄在第31积蓄电容元件Cm中的信号电荷，与第32相邻行的积蓄电容元件Cm进行电荷再分配而衰减后的信号电荷，在浮动扩散层中混合并读出。另外，也可以是，上述第31积蓄电容元件Cm是最末级的积蓄电容元件Cm，上述第32积蓄电容元件Cm是相邻行的相邻的像素内的最末级的积蓄电容元件Cm。
这里，也可以是，固体摄像装置100具有包括多个单位像素的像素单元排列而成的像素阵列；单位像素具有光电二极管PD、溢出元件群、第1传输晶体管TG、电容元件C0、第1积蓄用传输晶体管TGC1、第2积蓄用传输晶体管TGC2和浮动扩散层FD；浮动扩散层包括第1浮动区域FD1和第2浮动区域FD2；经由第1传输晶体管TG，将光电二极管PD的信号电荷传输到具有电容元件C0的第1浮动区域FD1；经由初级的溢出元件OF1，将光电二极管PD的信号电荷传输到初级的积蓄电容元件C1；经由第1积蓄用传输晶体管TGC1，将初级的积蓄电容元件C1的信号电荷传输到第2浮动区域FD2；经由第2级的溢出元件OF2，将初级的积蓄电容元件C1的信号电荷传输到第2级的积蓄电容元件C2；经由第2积蓄用传输晶体管TGC2，将第2级的积蓄电容元件C2的信号电荷传输到第2浮动区域FD2；上述像素单元具有控制是否将第1浮动区域FD1与第2浮动区域FD2连接的增益控制晶体管GC1。
这里，也可以是，单位像素还具备第3积蓄用传输晶体管TGC3；经由第2级的溢出元件OF2，将第2级的积蓄电容元件C2的信号电荷传输到第3级的积蓄电容元件C3；经由第3积蓄用传输晶体管TGC3，将第3级的积蓄电容元件C3的信号电荷传输到第2浮动区域FD2。
这里，也可以是，像素单元不具有第2积蓄用传输晶体管TGC2；第2级的溢出元件OF2具有双向开关的特性。
这里，也可以是，像素单元不具有第3积蓄用传输晶体管TGC3；第3级的溢出元件OF3具有双向开关的特性。
这里，也可以是将第2级的积蓄电容元件C2、第2积蓄用传输晶体管TGC2和第2级的溢出元件OF2去除的构成。
这里，也可以是，像素单元具有复位晶体管RS、放大晶体管SF和选择晶体管SEL；像素单元中包含的多个单位像素共用复位晶体管RS、放大晶体管SF和选择晶体管SEL；多个单位像素的浮动扩散层通过增益控制晶体管GC2被连接。
这里，也可以构成为，积蓄电容元件的一端(电压施加侧)被设定为像素电源与GND间的中间电位；在快门时与像素电源连接而被施加最大的正电压差；在曝光中，积蓄电容元件的另一端(信号电荷积蓄侧)的电压能够随着曝光时间而从像素电压降低到最大的负电压差。
由此，提高信号的动态范围，并且积蓄电容元件的另一端(信号电荷积蓄侧)的电压降低，所以能够改善像素的暗电流特性。
这里，也可以是，积蓄电容元件的一端由多晶硅构成。
这里，也可以是，在上述像素单元为纵向二像素一单元结构的情况下，每2行具有上述增益控制元件(GC2)；在纵向四像素一单元结构的情况下，每4行具有上述增益控制御元件(GC2)。
这里，也可以是，来自单位像素的信号电荷用于生成宽动态范围功能(WDR功能)用的低照度帧、高照度帧这2帧；高照度帧基于通过电荷再分配而衰减后的信号电荷，来自低照度帧及高照度帧的像素信号的曝光时间相同。
这里，也可以是，来自单位像素的信号电荷用于生成宽动态范围功能(WDR功能)用的低照度帧、中照度帧及高照度帧这3帧；高照度帧基于通过电荷再分配而衰减后的信号电荷，来自低照度帧、中照度帧及高照度帧的像素信号的曝光时间相同。
这里，也可以是，CDS(相关双采样)用的像素信号的读出顺序为，最先是高照度帧用的复位成分(HGC－R)、接着是高照度帧用的信号成分(HGC－S)、接着是低照度帧用的信号成分(LGC－S)、接着是低照度帧用的复位成分(LGC－R)的顺序。
这里，也可以是，CDS(相关双采样)用的像素信号的读出顺序为，高照度帧用的复位成分(HGC－R)、高照度帧用的信号成分(HGC－S)、中照度帧用的信号成分(MGC－S)、低照度帧用的信号成分(LGC－S)、低照度帧用的复位成分(LGC－R)、中照度帧用的复位成分(MGC－R)的顺序。
这里，也可以是，上述固体摄像装置具有顶部芯片和底部芯片；上述顶部芯片是背面照射型图像传感器；上述底部芯片搭载有电路元件，在布线侧的最上层配置有电容元件；上述顶部芯片和上述底部芯片在布线侧被贴合，使用上述底部芯片的电容元件作为上述顶部芯片的上述单位像素的积蓄电容元件。
这里，也可以是，固体摄像装置100具备：光电二极管PD，产生与受光量相应的信号电荷；积蓄电容元件C1，积蓄在光电二极管PD中溢出的信号电荷；溢出元件OF1，将在光电二极管PD中溢出的信号电荷向积蓄电容元件C1传输；以及浮动扩散层，有选择地保持从光电二极管PD传输的信号电荷及从积蓄电容元件C1传输的信号电荷。
此外，摄像装置是具备上述固体摄像装置100的摄像装置，对应于运输设备用途的视图***、ADAS(先进驾驶辅助***)的感测***、自动驾驶的感测***的至少1个；上述摄像装置搭载于上述运输设备的前视镜、环视镜、侧视镜、后视镜、室内镜的至少一方。
(其他实施方式)
以上，基于上述实施方式对本发明的固体摄像装置及使用它的摄像装置进行了说明，但本发明的固体摄像装置及使用它的摄像装置并不限定于上述实施方式。将上述实施方式的任意的构成要素组合而实现的其他的实施方式、对上述实施方式在不脱离本发明的主旨的范围中施以本领域技术人员想到的各种变形而得到的变形例、内置有本发明的固体摄像装置及使用它的摄像装置的各种设备也包含在本发明中。
产业上的可利用性
本发明能够用于固体摄像装置及摄像装置。
标号说明
3 像素电路
10 像素阵列部
12 水平扫描电路
14 垂直扫描电路
15 水平扫描线群
18 水平信号线
19 垂直信号线
20 定时控制部
25 列AD电路
26 列处理部
27 参照信号生成部
70 信号处理部
76 WDR合成电路
100 固体摄像装置。
Claims (23)
1.一种固体摄像装置，其中，具备：
光电二极管，产生与受光量相应的信号电荷；
溢出元件群，积蓄在上述光电二极管中溢出的信号电荷；以及
浮动扩散层，有选择地保持从上述光电二极管传输的信号电荷及从上述溢出元件群传输的信号电荷；
上述溢出元件群以溢出元件和积蓄电容元件为1组，由以串联方式级联连接的m组构成，其中，m≥2；
上述溢出元件将在上述光电二极管中溢出的信号电荷或前级的积蓄电容元件的信号电荷传输到与该溢出元件相同的组内的积蓄电容元件。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置，其中，
积蓄在上述积蓄电容元件中的信号电荷在上述曝光时间的期间和上述曝光时间结束后，或者在上述曝光时间结束后，通过使用上述积蓄电容元件的电荷再分配而衰减。
3.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，
上述信号电荷用于生成宽动态范围功能用的曝光明暗差不同的低照度帧及高照度帧；
对于上述低照度帧，使用上述光电二极管的信号电荷；
对于上述高照度帧，使用通过上述电荷再分配而衰减后的信号电荷；
上述低照度帧及上述高照度帧的相同坐标的像素信号是来自相同像素的各信号电荷，曝光时间相同。
4.如权利要求1～3中任一项所述的固体摄像装置，其中，
将1个垂直扫描期间划分为第1曝光期间和第2曝光期间；
在上述第1曝光期间中，从光电二极管溢出的电荷被积蓄在第11积蓄电容元件中；
在上述第1曝光期间后，第12积蓄电容元件的信号电荷被保持为与上述第11积蓄电容元件进行电荷再分配后的信号电荷，上述第11积蓄电容元件的信号电荷被排出；
在上述第2曝光期间中，从上述光电二极管溢出的信号电荷被积蓄在上述第11积蓄电容元件中；
在上述第2曝光期间后，被保持为将上述光电二极管信号和积蓄在上述第11积蓄电容元件中的信号电荷，与相邻行的第13积蓄电容元件进行电荷再分配而衰减后的信号电荷；
接着，将上述第12上述积蓄电容元件的信号电荷和相邻行的上述第13积蓄电容元件的信号电荷在浮动扩散层中混合并读出；
上述第11积蓄电容元件是最末级的前1级的积蓄电容元件，上述第12积蓄电容元件是最末级的积蓄电容元件，上述第13积蓄电容元件是相邻行的相邻的像素内的最末级的积蓄电容元件。
5.如权利要求1～3中任一项所述的固体摄像装置，其中，
将1个垂直扫描期间划分为第1曝光期间、第2曝光期间和第3曝光期间；
在上述第1曝光期间中，在第21积蓄电容元件和第22积蓄电容元件中，将从光电二极管溢出的信号电荷进行电荷再分配而使其衰减，来保持信号电荷；
在上述第1曝光期间后，排出上述第21积蓄电容元件的信号电荷；
在上述第2曝光期间中，将从上述光电二极管溢出的信号电荷积蓄在上述第21积蓄电容元件中；
在上述第2曝光期间后，上述第22积蓄电容元件保持与上述第21积蓄电容元件进行电荷再分配而衰减后的信号电荷，排出上述第21积蓄电容元件的信号电荷；
在上述第3曝光期间中，将进一步从上述光电二极管溢出的信号电荷积蓄在上述第21积蓄电容元件中；
在上述第3曝光期间后，保持将上述第21积蓄电容元件的信号电荷和上述光电二极管信号，与相邻行的第23积蓄电容元件进行电荷再分配而衰减后的信号电荷；
接着，将上述第21上述积蓄电容元件的信号电荷和上述第22积蓄电容元件的信号电荷在上述浮动扩散层中混合并读出；
上述第21积蓄电容元件是最末级的前1级的积蓄电容元件，上述第22积蓄电容元件是最末级的积蓄电容元件，上述第23积蓄电容元件是相邻行的相邻的像素内的最末级的前1级的积蓄电容元件。
6.如权利要求1～3中任一项所述的固体摄像装置，其中，
设定与1个垂直扫描期间相同长度的曝光期间；
在上述曝光期间中，将从上述光电二极管溢出的信号电荷积蓄在第31积蓄电容元件中；
在上述曝光期间后，保持将上述光电二极管信号和积蓄在上述第31积蓄电容元件中的信号电荷，与相邻行的第32积蓄电容元件进行电荷再分配而衰减后的电荷，在浮动扩散层中混合并读出；
上述第31积蓄电容元件是最末级的积蓄电容元件，上述第32积蓄电容元件是相邻行的相邻的像素内的最末级的积蓄电容元件。
7.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其中，
具有包括多个单位像素的像素单元排列而成的像素阵列；
上述单位像素具有上述光电二极管、上述溢出元件群、第1传输晶体管、电容元件、第1积蓄用传输晶体管、第2积蓄用传输晶体管和上述浮动扩散层；
上述浮动扩散层包括第1浮动区域和第2浮动区域；
经由上述第1传输晶体管，上述光电二极管的信号电荷被传输至具有上述电容元件的第1浮动区域；
经由初级的溢出元件，上述光电二极管的信号电荷被传输至初级的积蓄电容元件；
经由第1积蓄信号电荷用传输晶体管，初级的积蓄电容元件的信号电荷被传输至第2浮动区域；
经由第2级的溢出元件，初级的积蓄电容元件的信号电荷被传输至第2级的积蓄电容元件；
经由上述第2积蓄用传输晶体管，第2级的积蓄电容元件的信号电荷被传输至第2浮动区域；
上述像素单元具有增益控制元件，该增益控制元件控制是否连接上述第1浮动区域与上述第2浮动区域。
8.如权利要求7所述的固体摄像装置，其中，
上述单位像素还具备第3积蓄用传输晶体管；
经由第2级的溢出元件，第2级的积蓄电容元件的信号电荷被传输至第3级的积蓄电容元件；
经由上述第3积蓄用传输晶体管，第3级的积蓄电容元件的信号电荷被传输至上述第2浮动区域。
9.如权利要求7所述的固体摄像装置，其中，
上述像素单元不具有上述第2积蓄用传输晶体管；
上述第2级的溢出元件具有双向开关的特性。
10.如权利要求8所述的固体摄像装置，其中，
上述像素单元不具有上述第3积蓄用传输晶体管；
上述第3级的溢出元件具有双向开关的特性。
11.如权利要求7所述的固体摄像装置，其中，
上述固体摄像装置是将上述第2级的积蓄电容元件、上述第2积蓄用传输晶体管和上述第2级的溢出元件删除后的结构。
12.如权利要求7所述的固体摄像装置，其中，
上述像素单元具有复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管；
上述像素单元中包含的上述多个上述单位像素共用复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管；
上述多个单位像素的上述浮动扩散层通过增益控制元件而被连接。
13.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其中，
上述积蓄电容元件的一端被设定为像素电源与GND间的中间电位，在快门时，连接于像素电源而被施加最大的正电压差；
在曝光中，上述积蓄电容元件的另一端的电压随着曝光时间能够从上述像素电源降低至最大的负电压差。
14.如权利要求1或2所述的固体摄像装置，其中，
上述积蓄电容元件的一端由多晶硅构成。
15.如权利要求12所述的固体摄像装置，其中，
在上述像素单元为纵向二像素一单元结构的情况下，每2行具有上述增益控制元件，在上述像素单元为纵向四像素一单元结构的情况下，每4行具有上述增益控制御元件。
16.如权利要求2或3所述的固体摄像装置，其中，
来自上述单位像素的信号电荷用于生成宽动态范围功能用的低照度帧、高照度帧这2帧；
上述高照度帧基于通过上述电荷再分配而衰减后的信号电荷；
来自低照度帧及高照度帧的像素信号的曝光时间相同。
17.如权利要求2所述的固体摄像装置，其中，
来自上述单位像素的信号电荷用于生成宽动态范围功能用的低照度帧、中照度帧及高照度帧这3帧；
上述高照度帧基于通过上述电荷再分配而衰减后的信号电荷；
来自低照度帧、中照度帧及高照度帧的像素信号的曝光时间相同。
18.如权利要求16所述的固体摄像装置，其中，
相关双采样即CDS用的像素信号的读出顺序为，最先是高照度帧用的复位成分、接着是高照度帧用的信号成分、接着是低照度帧用的信号成分、接着是低照度帧用的复位成分的顺序。
19.如权利要求17所述的固体摄像装置，其中，
相关双采样即CDS用的像素信号的读出顺序为，高照度帧用的复位成分、高照度帧用的信号成分、中照度帧用的信号成分、低照度帧用的信号成分、低照度帧用的复位成分、中照度帧用的复位成分的顺序。
20.如权利要求1～19中任一项所述的固体摄像装置，其中，
上述固体摄像装置具有顶部芯片和底部芯片；
上述顶部芯片是背面照射型图像传感器；
上述底部芯片搭载有电路元件，在布线侧的最上层配置电容元件；
上述顶部芯片和上述底部芯片在布线侧贴合；
使用上述底部芯片的电容元件作为上述顶部芯片的上述单位像素的积蓄电容元件。
21.如权利要求1～20中任一项所述的固体摄像装置，其中，
上述溢出元件群是横向溢出或纵向溢出结构。
22.一种固体摄像装置，其中，具备：
光电二极管，积蓄与受光量相应的信号电荷；
积蓄电容元件，积蓄在上述光电二极管中溢出的信号电荷；
溢出元件，将在上述光电二极管中溢出的信号电荷传输到上述积蓄电容元件；以及
浮动扩散层，有选择地保持从上述光电二极管传输的信号电荷及从上述积蓄电容元件传输的信号电荷。
23.一种摄像装置，具备权利要求1～22中任一项所述的固体摄像装置，其中，
上述摄像装置对应于运输设备用途的视图***、先进驾驶辅助***即ADAS的感测***、自动驾驶的感测***中的至少1个；
上述摄像装置搭载于上述运输设备的前视镜、环视镜、侧视镜、后视镜、室内镜中的至少1个。
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