TWI424744B - 固態影像拾取器件及其驅動方法，以及電子裝置 - Google Patents

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Description

固態影像拾取器件及其驅動方法，以及電子裝置
本申請案請求2009年8月10日在日本專利局提出申請之日本優先權專利申請案JP 2009-185534之優先權且含有與其中所揭示之標的物相關之標的物，該申請案之全部內容以引用方式藉此併入本文中。
本發明係關於一種固態影像拾取器件，一種驅動該固態影像拾取器件之方法及一種使用此一固態影像拾取器件之電子裝置。
在一固態影像拾取器件中，相對於光電轉換所累積之電荷量自一單元像素獲得一大致線性輸出信號。該固態影像拾取器件之一動態範圍由一雜訊位準以及可在單元像素中累積之電荷數量(飽和電荷數量)唯一確定。亦即，固體影像拾取器件之輸出位準之下限係由雜訊位準限制且其上限係由飽和位準限制。因此，固態影像拾取器件之動態範圍係由飽和電荷數量及雜訊位準唯一確定。
為擴展該動態範圍，一般已運用以下技術。亦即，已藉由將具有不同敏感度之信號組合在一起(舉例而言，將具有藉由一長時間電荷累積而獲取之一相對清晰之低亮度部分之一影像與具有藉由一短時間電荷累積而獲取之一相對清晰之高亮度部分之一影像組合)而達成固態影像拾取器件之一較寬動態範圍。
作為獲得具有不同敏感度之信號之一技術，將彼此毗鄰之兩個或多個單元像素組合成一組以便對應於一輸出影像中之一個像素同時給該組中之單元像素提供不同敏感度(參見(例如)日本未經審查之專利申請公開案第2005-065082號)。
然而，日本未經審查專利申請公開案第2005-065082號中所揭示之技術，以組合形式之複數個單元像素經設計以對應於一個像素以獲得具有不同敏感度之信號。因此，與其中一成像表面上之單元像素一對一地對應於輸出影像之像素之一者作比較，可發生一輸出影像之解析度之一降低。
另外，存在另一技術，其中可自相同的像素(一個像素)獲得具有不同敏感度之兩個或多個信號同時在列掃描時之不同計時時自兩個或多個列讀取該等信號(參見(例如)日本未經審查之專利申請公開案第2003-198948號)。
然而，在日本未經審查專利申請公開案第2003-198948號中之一第一實例中，自一個像素在一列掃描運動中之不同計時點處輸出具有不同敏感度之複數個信號。因此，期望一訊框記憶體以用於具有不同敏感度之信號之同步化，同時造成該器件之大小及成本上之增加。另外，在以上專利文件中之一第二實例中存在一劣勢，其在於一重置雜訊置於一先前信號上，此乃因在該先前信號自一個像素輸出之後一重置位準輸出。
本文揭示一個或多個發明，該一個或多個發明提供一種固態影像拾取器件，一種驅動此一固態影像拾取器件之方法，及一種使用此一固態影像拾取器件之電子裝置，其中可在不使用任一訊框記憶體且不在一先前輸出信號上重疊一重置信號之情形下自一個影像獲得具有不同敏感度之信號。
根據本發明之一實施例，提供一種用於控制一固態影像拾取器件之方法。該方法包括自一電荷累積區讀取一第一信號。該第一信號對應於信號電荷在一第一週期期間之一累積。該方法進一步包括自該電荷累積區讀取一第二信號。該第二信號對應於信號電荷在一第二週期期間之另一累積。該第一時間週期係自執行一第一快門操作之一時間至執行一第二快門操作之一時間。該第二時間週期係自執行該第二快門操作之時間至在掃描一讀取列之一週期之前或期間發生之一時間。
根據一個實施例，一固態影像拾取器件具有複數個像素及一掃描單元。每一像素包括一光電轉換元件及一電荷累積區。該掃描單元經組態以自該電荷累積區讀取一第一信號。該掃描單元亦經組態以自該電荷累積區讀取一第二信號。該第一信號對應於信號電荷在一第一週期期間之一累積，而該第二信號對應於信號電荷在一第二週期期間之另一累積。該第一時間週期係自執行一第一快門操作之一時間至執行一第二快門操作之一時間。該第二時間週期係自執行該第二快門操作之時間至在掃描一讀取列之一週期之前或期間發生之一時間。
根據一實施例，一電子裝置包括一固態影像拾取器件。該固態影像拾取器件包括複數個像素及一掃描單元。每一像素包括一光電轉換元件及一電荷累積區。該掃描單元經組態以自該電荷累積區讀取一第一信號。該掃描單元亦經組態以自該電荷累積區讀取一第二信號。該第一信號對應於信號電荷在一第一週期期間之一累積。該第二信號對應於信號電荷在一第二週期期間之另一累積。該第一時間週期係自執行一第一快門操作之一時間至執行一第二快門操作之一時間。該第二時間週期係自執行該第二快門操作之時間至在掃描一讀取列之一週期之前或期間發生之一時間。
在使用一機械快門之一靜止影像拾取操作中，光經由該機械快門入射於光電轉換部件上。在該機械快門之一打開狀態中同時重置所有單元像素之光電轉換部件。第一轉移機構將光學轉換部件之電荷同時轉移至所有單元像素中之第一累積部分。在機械快門之一關閉狀態中按順序自每一列選出像素陣列單元中之單元像素。第二轉移機構及讀出機構將該第一信號讀取至信號線，且在掃描時該第一轉移機構、該第二轉移機構及讀取機構將該第二信號讀取至信號線。在此時，該第一信號之曝光週期對應於自同時重置所有像素至同時在所有像素中將電荷轉移至第一累積部分之一週期。另外，該第二信號之曝光週期對應於關閉該機械快門之一後續週期。因此，可自一個單元像素獲得具有不同敏感度及不同曝光週期之第一及第二信號。因此，可確保所有像素之曝光週期之同時性。
根據本發明之實施例，可在不使用任一訊框記憶體且不在一先前輸出信號上重疊一重置信號之情形下自一個影像獲得具有不同敏感度之複數個信號。另外，可在一靜止影像拾取操作中確保所有像素之曝光週期之同時性。
下文將參照隨附圖式闡述用於實施本發明(下文亦稱作「實施例」)之模式。
將以以下順序闡述該等實施例：
1.應用根據本發明之一實施例之固態影像拾取器件(CMOS影像感測器之實例)
1-1.系統組態
1-2.像素組態
2.本發明之實施例之有利特徵
3.實施例之電子裝置(影像拾取器件之實例)
3-1.系統之組態
3-2.視訊模式
3-3.靜止影像模式
3-4.本實施例之操作及效應
<根據本發明之實施例之固態影像拾取器件> [1-1.系統組態]
圖1係示意性地圖解說明作為根據本發明之一實施例之一固態影像拾取器件之一實例之一CMOS影像感測器(其係X-Y位址型固態影像拾取器件中之一者)之系統組態之一圖。此處，本文所使用之術語「CMOS影像感測器」意指藉由應用或部分地應用一CMOS過程而生產之一影像感測器。
本實施例之CMOS影像感測器10包括形成於一半導體基板11上之一像素陣列單元12及整合於相同的半導體基板11上之一周圍電路區段。該周圍電路區段可包括(例如)一列掃描單元13、一行處理單元14、一行掃描單元15及一系統控制單元16。
像素陣列單元12包括以二維矩陣形式配置之單元像素(其中之每一者在後文中亦將簡單稱作一「像素」)。此處，單元像素包括一光電轉換元件，其對入射可見光實施光電轉換以產生具有對應於所接收之光之強度之一電荷含量之信號電荷(光電荷)，且然後將該等電荷累積於光電轉換元件中。稍後將闡述單元像素之細節。
在像素陣列單元12中，相對於以矩陣形式之像素配置，用於各別像素列之像素驅動線17配置於列方向(沿像素列上之像素配置之方向)上且用於各別像素行之垂直信號線18配置於行方向(沿像素行上之像素配置之方向)上。像素驅動線17傳輸一驅動信號以用於自該像素讀取一信號。在圖1中，每一像素驅動線17表示為一單個線路。另一選擇為，其可係兩個或多個線路之一組合。像素驅動線17之端連接至列掃描單元13之每一列之輸出端子。
列掃描單元13包括一移位暫存器、一位址解碼器及諸如此類且用作同時驅動所有像素之一像素驅動單元，每次每列地驅動像素或以另一方式在像素陣列單元12中驅動像素。一般而言，列掃描單元13可包括兩個掃描系統、一讀取掃描系統及一掃掠式掃描系統，但在以下闡述中將省略其細節。
讀取掃描系統在每一列依次選擇性地掃描像素陣列單元12之單元像素以自各別單元像素讀出信號。自該單元像素讀取之信號係一類比信號。在一掃掠式掃描移動之後，該掃掠式掃描系統對所讀取列執行一讀取掃描移動直至對應於一快門速度的時候。
由掃掠式掃描系統執行之掃掠式掃描運動可掃掠來自該讀取列上之單元像素之光電轉換元件之不期望電荷以重置該光電轉換元件。然後，掃掠式掃描系統對不期望電荷之掃掠(亦即，重置)造成所謂的電子快門操作(electronic shuttering)。此處，本文所使用之術語「電子快門操作」係指光電轉換元件之操作，其中光電荷被丟棄且然後重新執行曝光(光電荷之累積)。
由讀取掃描系統之讀取所讀取之一信號對應於該讀取或剛剛在讀取掃描系統之讀取操作之前所實施之電子快門操作之後的入射光之量。然後，自上個讀取之讀取計時或電子快門操作之掃掠計時至此時的讀取之讀取計時之一週期被定義為光電荷在單元像素中之一累積週期(曝光週期)。
自被列掃描單元13選擇性地掃描之像素列上之單元像素輸出之信號可分別經由垂直信號線18供應至行處理單元14。針對像素陣列單元12之每一像素行，行處理單元14對經由垂直信號線18自該選定列上之每一像素所輸出之信號執行預定信號處理。然後，行處理單元14在該信號處理之後暫時儲存該像素信號。
具體而言，行處理單元14接收該像素信號且然後對此一信號執行信號處理，諸如，藉助相關雙取樣(CDS)之雜訊移除、信號放大及類比-數位(AD)轉換。該雜訊移除處理移除該像素中固有之一固定型樣雜訊，諸如，重置雜訊及放大電晶體之臨限值中之一變化形式。此處，本文所例舉之該信號處理僅係出於圖解說明之目的而提供。因此，該信號處理不限制於此實例。
行掃描單元15包括一移位暫存器、一位址解碼器及諸如此類且相繼選擇對應於行處理單元14之像素列之單元電路。行處理單元14藉以實施信號處理之一像素信號藉由此行掃描單元15之選擇掃描按順序輸出至層級匯流排19，且經由半導體基板11所涉及之層級匯流排19傳輸至該半導體基板之外部。
系統控制單元16自半導體基板11外面接收一時鐘信號，用於命令一操作模式之資料及諸如此類。另外，諸如當前CMOS影像感測器10之內部資訊之資料輸出。此外，系統控制單元16包括產生各種種類之計時信號之一計時產生器。系統控制單元16基於自該計時產生器所產生之各種種類之計時信號控制包括列掃描單元13、行處理單元14、行掃描單元15及諸如此類之周圍電路區段之驅動。
[1-2.像素組態] (電路)
圖2係圖解說明該單元像素之一實例性組態之一電路圖。如在圖2中所顯示，舉例而言，一單元像素20(其係單元像素之一組態實例)包括一電荷累積區22、一轉移電晶體23、一重置電晶體24、一選擇電晶體25及一放大電晶體26以及光電轉換元件(諸如一光電二極體21)。
此處，舉例而言，一N-通道MOS電晶體用作轉移電晶體23、重置電晶體24、選擇電晶體25及放大電晶體26中之每一者。然而，本文所例舉之導電型轉移電晶體23、重置電晶體24、選擇電晶體25及放大電晶體26之一組合僅係出於圖解說明之目的而提供且導電型組合因此不限制於此一組合。
對於單元像素20，四個驅動線路─一讀取線171、一轉移線172、一重置線173及一選擇線174係作為像素驅動線17而提供且共同接線至相同像素行上之每一像素。讀取線171、轉移線172、重置線173及選擇線174連接至對應於行掃描單元15之每一像素行之輸出端子。列掃描單元13將一讀出脈衝ROG、一轉移脈衝TRG、一重置脈衝RST及一選擇脈衝SEL(其均係用於驅動像素20之驅動信號)分別輸出至讀取線171、轉移線172、重置線173及選擇線174。
光電二極體21之陽極連接至一負側電力供應(例如，接地)且將所接收之光以光電方式轉換成光電荷(此處，光電子)，其中電荷數量相依於所接收之光之量，後跟累積該等光電荷。在光電二極體21之陰極側上形成一電荷累積區22。
電荷累積區22包括一讀取閘極部分221及一累積部分222。讀取閘極部分221包括一讀出通道223及安裝於其上之一閘極電極224。處於一高位準(例如，Vdd位準)且變得活動(後文稱作「高活動」)之一讀出脈衝ROG經由讀取線171自列掃描單元13施加至閘極電極224。由於讀出脈衝ROG施加至閘極電極224，因此讀取閘極部分221讀出累積於光電二極體21中之信號電荷。
累積部分222用作一浮動擴散區且然後累積(保持)由讀取閘極部分221自光電二極體21讀取之信號電荷。此處，讀取閘極部分221之閘極電極224不僅形成於讀取通道223上而且延伸於累積部分222之上。換言之，電荷累積區22運用一電荷耦合器件(CCD)之組態。亦即，當一讀出脈衝ROG施加至閘極電極224時，可藉由改變累積部分222之電位及/或藉由改變讀取通道223之電位來轉移電荷。
轉移電晶體23連接至電荷累積區22及放大電晶體26之閘極電極。另外，轉移電晶體23之閘極電極連接至轉移線172。電連接至電荷累積區22及放大電晶體26之閘極電極兩者之一節點27稱作一浮動擴散(FD)部分。經由轉移線172給轉移電晶體23之閘極電極提供來自列掃描單元13之一高活動轉移脈衝TRG。轉移電晶體23回應於轉移脈衝TRG進入一接通狀態且然後將暫時累積於累積部分222中之信號電荷轉移至FD部分27。
重置電晶體24之閘極電極連接至重置線173，其汲極電極連接至一像素電源Vdd，且其源極電極連接至FD部分27。重置電晶體24之閘極電極自列掃描單元13接收一高活動重置脈衝RST。重置電晶體24回應於該重置脈衝RST進入一接通狀態且將來自FD部分27之電荷移除至像素電源Vdd，從而重置FD部分27。
選擇電晶體25之閘極電極連接至選擇線174且其汲極電極連接至像素電源Vdd。一高活動選擇脈衝SEL經由選擇線174自列掃描單元13施加至選擇電晶體25之閘極電極。選擇電晶體25回應於選擇脈衝SEL進入一接通狀態且然後將來自像素電源Vdd之一電壓施加至放大電晶體26之汲極電極，從而使得放大電晶體26進入一活動狀態(其中正選擇單元像素20之狀態)。
放大電晶體26之閘極電極連接至FD部分27，其汲極電極連接至選擇電晶體25之源極電極。放大電晶體26之源極電極連接至垂直信號線18。
放大電晶體26用作一源極隨耦電路之一輸入區段，及經提供以用於讀取藉由光電二極體21中之光電轉換而獲得之一信號之一讀取電路。換言之，放大電晶體26之源極電極連接至垂直信號線18以形成一源極隨耦電路，其中一電源(未顯示)連接至垂直信號線18之端。
在本實施例之電路實例中，選擇電晶體25經設計以連接於像素電源Vdd與放大電晶體26之汲極電極之間。另一選擇為，選擇電晶體25可經設計以連接於放大電晶體26之源極電極與垂直信號線18之間。
此外，單元像素20之組態不限制於具有四個電晶體：轉移電晶體23、重置電晶體24、選擇電晶體25及放大電晶體26之一組態。另一選擇為，舉例而言，單元像素20可構造為具有除選擇電晶體25之外的三個電晶體，其中可藉由切換像素電源Vdd之電壓來執行像素選擇。像素電路之組態不限制於任一特別構造。
(剖面結構)
圖3係固態影像拾取器件之一部分之一示意性剖視圖，其圖解說明其自光電二極體21至FD部分27之一剖面結構。在圖3中，與圖2中相同的參考符號用以指示類似的或對應的部分。
光電二極體21包括形成於一第二導電型(例如，p-型)井28上之一第一導電型(例如，n-型)區211及形成於n-型區211之頂部上之一反向導電(第二導電)型(例如，p+-型)區212。光電二極體21用作其中儲存光電子之一掩埋式光電二極體。
電荷累積區22包括自光電二極體21近側上之一讀取通道223及自光電二極體21之遠側上之一n-型浮動擴散區。一閘極電極224形成於讀取通道233及累積部分222兩者上。累積部分222累積(保持)讀取閘極部分221自光電二極體21讀取(傳輸)之信號電荷。用作累積部分222之浮動擴散區中之雜質之濃度與光電二極體21之n-型區211相當且足以被完全耗盡。
轉移電晶體23之閘極電極231鄰接電荷累積區22之累積部分(浮動擴散區)222。一轉移脈衝TRG施加至閘極電極231且然後電荷自累積部分222傳輸至FD部分27。FD部分27由一(n+)-區─具有比累積部分222高之一電子密度之一區─形成。除光電二極體21之外的所有區由一遮光膜29(諸如由鎢製成之一遮光膜)遮蔽。
此處，電荷累積區22由一CCD形成且穿過自光電二極體21經由浮動擴散區222至FD部分27之一轉移通路不具有任何接觸部分。因此，由於光電二極體21係一嵌入式光電二極體且電荷累積部分22係由一CCD形成，因此可實現電荷之完全轉移，而該轉移之剩餘部分可幾乎不產生於自光電二極體21經由浮動擴散區222至FD部分27之轉移通路中。
在本像素結構中，閘極電極224亦延伸於電荷累積區22上之浮動擴散區222之上。另一選擇為，如圖4中所顯示，一單元像素20A可經形成以使得一閘極電極224A僅形成於讀取通道221上。以此方式，即使運用具有此一結構之單元像素20A，當一轉移脈衝TRG施加至閘極電極224A時，電荷可藉由讀取通道223之電位中之一增加自光電二極體21轉移至累積部分222。
在如上文所闡述之單元像素20之組態(結構)中，電荷累積區22之累積部分222被定義為一第一累積部分，且FD部分27被定義為一第二累積部分。此外，電荷累積區22包括將來自光電二極體21之電荷轉移至累積部分222(第一累積部分)之一第一轉移機構。
轉移電晶體23包括將來自累積部分222之電荷轉移至FD部分27(第二累積部分)之一第二轉移機構。重置電晶體24包括重置FD部分27之一重置機構。放大電晶體26包括根據FD部分27中之電荷將一信號讀取至垂直信號線18之一讀取機構。
(全局快門)
如上文所闡述，單元像素20包括位於光電二極體21與FD部分27之間用於暫時累積(保持)信號電荷之電荷累積區22。可使用已知技術中之任一者(參見(例如)日本未經審查專利申請公開案第11-177076號)來執行此一電荷累積區22在單元像素20上之形成。
在其中單元像素20包括電荷累積區22之CMOS影像感測器10中，可在不使用任一機械快門之情形下藉由同時讀取所有像素上之經光電轉換之信號電荷且然後將該等電荷累積於電荷累積區22中而實現用於所有單元像素之一電子快門(全局快門)。另外，可藉由列掃描單元13之掃描運動自每一像素列按順序讀取暫時累積於電荷累積區22中之信號電荷。
(具有電荷累積區之單元像素之不令人滿意的事項)
具有電荷累積區22之單元像素20可具有一不令人滿意的事項。亦即，在將來自光電二極體21之該等信號電荷讀取至電荷累積區22之後，來自光電二極體21之電荷填充電荷累積區22且先前保持於電荷累積區22中之電荷之數量可改變。
舉例而言，若光之量幾乎等於在稍微長於1/1000秒之一曝光時間(累積時間)時充滿光電二極體21之一量，則曝光時間可設定至1/1000秒。然後，對於所有像素，已接受光電二極體21中之光電轉換之信號電荷一次性讀取並累積於電荷累積區22中。彼之後，舉例而言，若藉由列掃描相繼讀取電荷累積區22中之信號電荷花費約1/15秒之一更長時間，則來自光電二極體21之電荷可持續溢出至電荷累積區22。
另外，在單元像素20中形成電荷累積區22導致像素大小上增加多達電荷累積區22之大小。若該像素之大小幾乎等於不存在電荷累積區22之一大小，則光電二極體21可在大小上減小多達電荷累積區22之大小。在此情形下，可造成動態範圍中之一降低令人不滿意。
<2.本發明之實施例之有利特徵>
在根據本發明之實施例之固態影像拾取器件(諸如一CMOS影像感測器)中，單元像素20包括一電荷累積區22且經設計以允許該CMOS影像感測器之影像拾取表面經由機械快門接收入射光。然後，藉由該機械快門實現全局快門，同時可使用電荷累積區22來增加一動態範圍。
亦即，本發明克服一遮光問題，其中當不運用該機械快門時應將單元像素20中除光電二極體21之外的所有區完全遮光，且本發明達成動態範圍中之一增加同時實現一全局快門。
此處，已將其中單元像素以二維方式配置成矩陣以回應於可見光之量將電荷偵測為一物理數量之CMOS影像感測器闡述為本實施例之一實例。然而，本實施例不限制於此一CMOS影像感測器。另一選擇為，本實施例可應用至其中單元像素20包括電荷累積區22之所有X-Y位址型固態影像拾取器件中之任一者。此外，固態影像拾取器件可以一晶片上結構而形成或可以具有一影像拾取功能之一模組結構而形成，其中一影像拾取單元與一信號處理單元或一光學系統組合於一封裝中。此外，本發明之固態影像拾取器件可用作一數位照相機、一攝像機或諸如此類中之一影像拾取器件或諸如具有一影像拾取功能之一行動終端器件(諸如一蜂巢式電話)之一電子裝置中之一影像捕捉單元(光電轉換單元)。
<3.根據本發明之一實施例之電子裝置> [3-1.系統組態]
其次，將闡述根據本發明之一實施例之一電子裝置，其中以上實施例之固體影像拾取器件用於與一機械快門之組合中。此處，諸如一數位照相機之一影像拾取器件將闡述為電子裝置之一實例。
圖5係圖解說明根據本發明之實施例之影像拾取器件之一實例性組態之一方塊圖。如圖5中所顯示，除前文所提及之CMOS影像感測器10之外本實施例之影像拾取器件還包括一光學區塊51、一相機信號處理單元52、一編碼器/解碼器53、一控制單元54、一輸入單元55、一顯示器單元56及一記錄媒體57。
光學區塊51包括用於將來自一物件之光集中至CMOS影像感測器10之一透鏡511、用於調整光之量之一光圈512、用於選擇性地併入光之一機械快門513。此外，藉助機械快門513之快門操作可在一靜止圖片成像模式的時候實現一全局快門。
此外，光學區塊51擁有用於使一透鏡511移動以實施聚焦及變焦之一透鏡驅動機構、用於控制一光圈12之一虹彩機構、用於驅動一機械快門513之一機械快門機構等等。回應於來自控制單元54之控制信號來驅動此等機構部分。
CMOS影像感測器10係一X-Y位址型固態影像拾取器件且回應於來自控制單元54之控制信號執行對前文所提及之單元像素20之曝光、信號讀取、重置及諸如此類之計時控制。
相機信號處理單元52在控制單元54之控制下對自CMOS影像感測器10輸出之影像信號實施相機信號處理，諸如白平衡調整及色彩校正。
編碼器/解碼器53在控制單元54之控制下運作且藉助一預定靜止影像資料格式(諸如JPEG(聯合圖像寫碼專家組)格式)執行壓縮-寫碼處理。
另外，編碼器/解碼器53對自控制單元54供應之一靜止影像之寫碼資料執行擴展-解碼處理。在編碼器/解碼器53中，允許藉助MPEG(動畫專家組)格式或諸如此類來執行壓縮編碼/擴展-解碼處理。
控制單元54可係(例如)具有一中心處理單元(CPU)、一唯讀記憶體(ROM)、一隨機存取記憶體(RAM)或諸如此類之一微控制器。此外，控制單元54藉由實施儲存於ROM或諸如此類中之一程式而對影像拾取器件之每一部分執行總控制。
輸入單元55可包括各種種類之操作鍵、桿及刻度盤(諸如一快門釋放按鈕)，且回應於(諸如)與一使用者之操作有關聯而接收之輸入而將各種種類之控制信號輸出至控制單元54。
顯示器單元56可包括一顯示器器件(諸如一液晶顯示器(LCD))及用於該LCD之一介面電路。在自控制單元54供應之影像信號中，顯示器單元56產生欲顯示於該顯示器器件上之影像信號。後續，顯示器單元56將所產生之影像信號供應至該顯示器器件且允許該顯示器器件顯示一影像。記錄媒體57可係一可攜式半導體記憶體、一光盤、一硬式磁碟驅動器(HDD)、一磁帶或諸如此類。記錄媒體57自控制單元54接收由編碼器/解碼器53編碼之一影像資料檔案且然後儲存該影像資料檔案。另外，記錄媒體57讀取基於來自控制單元54之一控制信號而指定之資料且然後將該資料輸出至控制單元54。
在以上闡述中，影像拾取器件已由數位照相機例舉，但其不限制於數位照相機。另一選擇為，本實施例可適用於各自具有用於選擇性地併入來自一照片標的之入射光之一機械快門之所有影像器件。此外，該影像拾取器件可係以欲安裝於具有一影像拾取功能之一電子裝置上之一模組(亦即，一相機模組)之形式的一影像拾取器件。
[3-2.視訊模式]
將參照圖2中所顯示之其一像素電路闡述具有以一視訊模式(諸如一監測模式)之以上組態之作為一影像拾取器件之一數位照相機之操作。
在一視訊模式(諸如一監測模式)中，藉由以每一像素列之累積時間存在一偏差之列之間的一非同步關係而進行之快門操作，或確定每一像素列之曝光之開始及結束之滾動快門操作而自光電二極體21讀取信號電荷。圖6係圖解說明此時之列掃描之一示意圖。列掃描單元13執行一列掃描運動以使得可以圖6中所顯示之關係之此順序相繼掃描一第一快門列、一第二快門列及一讀取列。此處，該第一快門列與該第二快門列之間的一間隔(掃描之計時點之間的間隔)長，而該第二快門列與該讀取列之間的一間隔短。
圖7係圖解說明在1H週期(其中一掃描運動依然存在於一個列中之週期)期間之驅動器計時之一圖。該第一快門列使一讀取脈衝ROG、一轉移脈衝TRG及一重置脈衝RST進入一活動狀態(高位準)且然後使此等脈衝ROG、TRG及RST以此順序進入一非活動狀態(低位準)。因此，重置該第一快門列上之每一像素之光電二極體21及電荷累積區22。在該重置操作之後，光電子重新開始在光電二極體21中累積。
首先，該第二快門列使一轉移脈衝TRG及一重置脈衝RST進入活動狀態(高位準)且然後使此等脈衝TRG及RST以此順序進入一非活動狀態(低位準)以重置電荷累積區22之累積部分222。其次，使讀取脈衝ROG進入一活動狀態以將來自光電二極體21之電荷轉移至電荷累積區22之累積部分222。此時欲轉移之電荷係在自掃描該第一快門列之計時至掃描該第二快門列之計時之週期期間接受光電轉換之彼等電荷。
在該讀取列上，使一選擇脈衝SEL進入一活動狀態以選擇一像素。在使該選擇脈衝SEL保持在一活動狀態之週期期間，首先藉由使一重置脈衝RST進入一活動狀態來重置FD部分27。使對應於重置的時候FD部分27之電壓之一信號進入一第一重置位準(下文中稱作一「Rst1位準」，然後將該信號經由垂直信號線18自放大電晶體26供應至行處理單元14。
其次，使轉移脈衝TGR進入一活動狀態以將來自電荷累積區22之累積部分222之光電子轉移至FD部分27。此時之光電子係在自掃描該第一快門列之計時至掃描該第二快門列之計時之週期期間之信號。將對應於轉移光電子的時候FD部分27之電壓之一信號定義為處於一第一信號位準(下文中亦稱作一「FD位準」)之一信號，且然後將該信號經由垂直信號線18自放大電晶體26供應至行處理單元14。
後續，使重置脈衝RST再一次進入一活動狀態以再一次重置FD部分27。將對應於第二重置的時候FD部分27之電壓之一信號定義為處於一第二重置位準(下文中亦稱作一「Rst2位準」)之一信號，且然後將該信號經由垂直信號線18自放大電晶體26供應至行處理單元14。後續，使一讀取脈衝ROG及一轉移脈衝TRG兩者進入一活動狀態且然後使讀取脈衝ROG進入一非活動狀態以將來自光電二極體21之光電子經由電荷累積區22轉移至FD部分27。此時欲轉移之光電子可係在自掃描該第二快門列之計時至掃描該讀取列之計時之週期期間之信號。舉例而言，該等信號可在執行一第二快門操作之一時間至在掃描一讀取列之一週期之前或期間發生之一時間期間累計。後續，將對應於此時FD部分27之電壓之一信號定義為處於一第二信號位準(下文中亦稱作一「PD位準」)之一信號，且然後將該信號經由垂直信號線18自放大電晶體26供應至行處理單元14。
行處理單元14實施計算FD位準與Rst1位準之間的一差及PD位準與Rst2位準之間的一差之算術處理，該等位準係經由垂直信號線18而供應。由前一算術處理獲得之信號界定為一FD信號，且由後者獲得之一信號界定為一PD信號。在此情形下，FD信號對自對該第一快門列掃描之計時至對該第二快門列掃描之計時之一長累計時間負責。因此，此FD信號係具有高敏感度之一信號。另一方面，一PD信號對一短累計時間(諸如自掃描該第二快門列之一計時至掃描該讀取列之一計時)負責。該短累計時間可係自執行一第二快門操作之一時間至在掃描一讀取列之一週期之前或期間發生之一時間。因此，此PD信號係具有低敏感度之一信號。
後續，該高敏感度信號及該低敏感度信號兩者均接受合成處理以獲得具有一寬動態範圍之一信號。可在行處理單元14中實施此合成處理。另一選擇為，可在形成於晶片(圖1之半導體基板11)之輸出階段中之一輸出電路部分中或在該晶片之外面上之信號處理單元(圖5之相機信號處理單元52)中實施該合成處理。
(用於寬動態範圍之合成處理)
此處，用於寬動態範圍之合成處理之一實例。圖8係圖解說明用於獲得一寬動態範圍之一合成處理區段60之組態之一圖。
合成處理區段60包括一位準確定單元61、一乘法器單元62及一信號選擇單元63。位準確定單元61對位準確定負責以在一FD信號(第一信號)與一參考位準之間做出一比較以確定該FD信號是處於一飽和位準還是處於觀察到該信號之不良線性度之接近該飽和位準之一位準。乘法器單元62使一PD信號(第二信號)乘以該PD信號與該FD信號之間的敏感度比α。
可自確定PD信號之一曝光週期之第二快門列與確定FD信號之一曝光週期之第一快門列之間的間隔之間的一比來獲得敏感度比α。
信號選擇單元63運用兩個輸入，FD信號及來自乘法器單元62之輸出信號。信號選擇單元63基於位準確定單元61之確定結果選擇此等兩個輸入中之一者且然後產生具有寬動態範圍之一信號。具體而言，信號選擇單元63在FD信號處於一飽和位準或處於觀察到該信號之不良線性度之接近該飽和位準之一位準之情形下選擇來自乘法器單元62之輸出信號(亦即，PD信號×敏感度比α)或針對其他情形選擇FD信號。
因此，當FD信號處於一飽和位準或處於觀察到該信號之不良線性度之接近該飽和位準之一位準時選擇「PD信號×敏感度比α」。若該FD信號小於該參考位準，則FD信號在未經修改之情形下用以實施合成處理以用於獲得具有寬動態範圍之一信號。合成處理區段60可藉由如上文所闡述之簡單信號處理來實現合成處理。因此，可最小化電路結構。因此，在一有限空間之情形下合成處理區段60可輕易安裝於行處理單元14上。
此處，若信號選擇單元63簡單選擇「PD信號×敏感度比α」與FD信號中之一者，則信號中之一不期望位準差(所謂的負感作用)可發生於「PD信號×敏感度比α」與FD信號之間的邊界附近。為防止該等信號之間的此一位準差，執行用於加權求平均之過程以使得可在該邊界附近之較小信號之側上加權FD信號且可在該邊界附近之較大信號之側上加權「PD信號×敏感度比α」。
舉例而言，若敏感度比α等於四(α=4)，則PD信號之位準可放大四倍，此乃因PD信號之位準係FD信號之位準之四分之一。藉由經加權求平均之過程獲得之一合成信號可由以下方程式表示。
合成信號=FD信號×β+PD信號×α(1-β)，其中β係一係數。
圖9係相對於FD信號及PD信號中之每一者圖解說明光強度與信號位準之間的關係之一圖示。在圖9中，位準「a」係用於確定FD信號是否小之一參考位準(第二參考位準)且設定至(例如)飽和位準之幾乎一半。另外，位準「b」係用於確定FD信號是處於一飽和位準還是處於觀察到該信號之不良線性度之接近該飽和位準之一位準之一參考位準(第一參考位準)。
如圖10中所顯示，如上文所闡述之經加權平均處理可藉由在信號選擇單元63之後一部分中形成一經加權平均部分64來實現。具體而言，舉例而言，此一經加權平均部分64包括於一合成處理區段60A中且基於FD信號之位準來確定係數β之一值以實施以上算術處理。
圖11係以圖表方式圖解說明FD信號與係數β之值之間的關係之一實例之一圖。若FD信號不高於參考位準「a」，則係數β之值設定至1(一)。若FD信號不小於參考位準「b」，或其處於一飽和位準或處於觀察到該信號之不良線性度之接近該飽和位準之一位準，則係數β之值設定至0(零)。若FD信號之位準可由a<FD信號<b表示，則係數β之值基於FD信號之位準而自1至0線性改變。
端視如上文所闡述之係數β之設定值，可如下表示經加權平均處理：
(1)若FD信號a，則合成信號=FD信號；
(2)若bFD信號，則合成信號=PD信號×敏感度比α；且
(3)若a<FD信號<b，則合成信號=FD信號×β+PD信號×α×(1-β)。
藉由如上文所闡述執行經加權平均處理，可將「PD信號×敏感度比α」與FD信號平滑地連接。因此，可大致避免「PD信號×敏感度比α」與FD信號之間的邊界處之信號之間的任一位準差。藉助合成處理區段60或60A之合成處理不僅適用於一視訊而且適用於如稍後所闡述之一靜止影像。
對其實施以上操作之像素列係由列掃描單元13相繼選擇且然後執行一滾動快門操作。因此，可在不使用任一訊框記憶體且不在一先前輸出信號上重疊一重置信號之情形下自一個影像獲得具有不同敏感度之信號。另外，可實施具有不同敏感度之信號(或高敏感度信號及低敏感度信號)之合成處理以擴展CMOS影像感測器10之動態範圍。
特定而言，藉由自一個像素獲得具有不同敏感度之信號，可防止一輸出影像之解析度中之一降低。換言之，影像拾取表面上之每一單元像素與輸出影像之每一像素具有一一對一關係。使彼此毗鄰之兩個或多個單元像素之一組合對應於該輸出影像之一個像素。因此，與其中自兩個或多個單元像素之組合獲得具有不同敏感度之信號之任一技術對比，不存在一輸出影像之解析度中之任何降低。
此處，首先讀取之一FD信號與在該FD信號之後讀取之一PD信號之曝光作比較可具有一長曝光係更佳。此乃因若在FD信號之後讀取之PD信號具有一長曝光，則當在該長曝光週期內一大量光引入至光電二極體21中時，累積部分222中之電荷含量由於來自光電二極體21之電荷溢出至電荷累積區22而發生一改變。
因此，第一快門列與第二快門列之間的間隔延長，而該第二快門列與所讀取列之間的間隔縮短。因此，在其中電荷保留於累積部分222中之該後者間隔期間防止來自光電二極體21之電荷溢出至累積部分222成為可能。此外，若在FD信號之後讀取之PD信號具有一短曝光，則由於欲轉移之一電荷量較小而可輕易執行來自光電二極體21之電荷經由電荷累積區22至FD部分27的轉移。
在掃描該第二快門之計時與掃描該讀取列之計時之間的一短間隔內足以造成溢出光電二極體21之強光亦可滿意，此乃因即使PD信號也可被偵測為飽滿。因此，曝光之較長及較短週期以彼順序設定。亦即，由於在PD信號之前欲讀取之FD信號設定至具有比在FD信號之後欲讀取之PD信號長之曝光之一信號，因此通常不期望提供具有一額外匯流排之一像素以用於允許自光電二極體溢出之電荷移動至另一地方。
此外，在電荷累積區22中，欲施加至閘極電極224之讀取脈衝ROG可在其低側上具有-1 V之一負電壓或諸如此類係較佳。藉由將讀取脈衝ROG之低側設定至一負電壓，可在該介面上產生電子孔且因此可防止來自該介面之暗電流之產生。
[3-3.靜止影像模式]
其次，將參照圖2中所顯示之像素電路闡述在一靜止影像模式的時候根據本實施例之影像拾取器件之操作。存在其中一移動物件可在一靜止影像中不情願地扭曲之一情形。因此，需要確保各別像素之同時曝光。在此實施例中，使用藉助一機械快門之一快門操作來確保該同時曝光。另外注意，電荷累積區22經提供並非用於實現一全局快門操作而是用於擴展一動態範圍。
圖12係圖解說明以靜止影像模式之操作之一具體實例之一操作圖。首先，在其中配置於至CMOS影像感測器10的一入射光路徑中之一機械快門513(參見圖5)正開啟(「打開」)之一曝光週期中實施第一經組合之快門操作。在此第一經組合之快門操作中，針對所有像素列，使一讀取脈衝ROG、一轉移脈衝TRG及一重置脈衝RST進入一活動狀態。然後，同時針對所有像素，使此等脈衝ROG、TRG及RST以此順序進入一非活動狀態以重置電荷累積區22之累積部分222。此處，以一完全同時方式驅動所有像素可造成電力供應中之一下降或諸如此類。因此，舉例而言，可在一短時間內對複數個像素列(例如，每十列)執行此一操作來以一大致同時方式對各別像素執行該操作。在下文中，「所有像素同時」亦意指此一情形。
其次，執行一第二快門操作。在此第二經組合之快門操作中，使一轉移脈衝TRG及一重置脈衝RST進入一活動狀態且然後使此等脈衝TRG及RST以此順序進入一非活動狀態以同時重置所有像素之FD部分27。然後，在使重置脈衝RST進入一不活動狀態之後，就使讀取脈衝ROG進入一活動狀態以將來自所有像素之光電二極體21之電荷同時轉移至電荷累積區22之累積部分222。此處，該等電荷係在一預定週期(圖12中「I」)內累積於光電二極體21中之彼等電荷。
其次，使機械快門513進入一關閉狀態(「關閉」)以終止曝光週期。在此時，光電子在一預定週期(圖12中「II」)累積於光電二極體21中。此處，週期「II」比週期「I」短。然後，列掃描單元13對像素陣列單元之讀取列執行一掃描運動。
對該讀取列實施與視訊模式之彼操作相同的操作。具體而言，在其中選擇脈衝SEL處於一活動狀態之週期期間，使重置脈衝RST進入一活動狀態以重置FD部分27且然後讀取一Rst1位準。其次，使轉移脈衝TGR進入一活動狀態。然後轉移電晶體23將來自電荷累積區22之累積部分222之光電子轉移至FD部分27以讀取一FD位準。
其次，使重置RST進入一活動狀態以再一次重置FD部分27，然後讀取一Rst2位準。後續，使讀取脈衝ROG及轉移脈衝TRG兩者進入一活動狀態且然後使讀取脈衝ROG及轉移脈衝TRG進入一非活動狀態以將來自光電二極體21之光電子轉移至FD部分27以讀取一PD位準。因此，一組FD位準與Rst1位準及一組PD位準與Rst2位準可分別供應至行處理單元14。
以類似於視訊模式之一方式，在行處理單元14中實施信號處理以確定FD位準與Rst1位準之間的一差及PD位準與Rst2位準之間的一差。若前者定義為一FD信號且後者定義為一PD信號，則FD信號係具有自第一經組合之快門操作之計時至第二經組合之快門操作之計時之一長週期(I)之一高敏感信號。另一方面，PD信號係具有一短週期(II)(諸如自掃描該第二快門列之計時至掃描該讀取列之計時)之一低敏感信號。該短週期可係自執行一第二快門操作之一時間至在掃描一讀取列之一週期之前或期間發生之一時間。然後，執行合成處理以組合該高敏感FD信號與該低敏感PD信號以獲得具有一寬動態範圍之一信號。
此處，首先讀取之一FD信號與在該FD信號之後讀取之一PD信號之曝光作比較可具有一長曝光係更佳。此乃因若在FD信號之後讀取之PD信號具有一長曝光，則當在該長曝光週期內一大量光引入至光電二極體21中時，累積部分222中之電荷含量由於來自光電二極體21之電荷溢出至電荷累積區22而發生一改變。然後，自第一經組合之快門操作之計時至第二經組合之快門操作之計時之週期(I)可延長，而自第二經組合之快門操作之計時至機械快門513之「關閉」之週期(II)可縮短。
因此，可在電荷保留於電荷累積區22之累積部分222中之週期(II)期間防止電荷溢出光電二極體21至電荷累積區22之累積部分222。另外，若在FD信號之後讀取之PD信號係具有一較短曝光週期之一信號，則一較小量之電荷可自光電二極體21經由電荷累積區22轉移至FD部分27。因此，該等電荷可自光電二極體21更輕易地轉移。
雖然電荷在自第二經組合之快門操作之計時至機械快門513之「關閉」之週期(II)期間可自光電二極體21溢出，但沒必要考量此一情形，此乃因可偵測光強度以使其不小於飽和位準。因此，由於該較長及較短曝光週期以此順序配置，或欲在PD信號之前讀取之FD信號設計為具有比欲在FD信號之後讀取之PD信號之曝光週期長之一曝光週期之一信號，因此一額外匯流排沒必要包括於一像素中以使自光電二極體21溢出之電荷逃逸至另一地方。
根據本實施例，當機械快門513關閉時可掃描讀取行。因此，可克服在其中使用此一電荷累積區22實現具有一電荷累積區22及一全局快門之單元像素20之技術(諸如在日本未經審查專利申請公開案第11-177076號中所揭示之一技術)中發現之任一劣勢。換言之，可能避免電荷累積區22之累積部分222中之電荷量由於讀取掃描所期望之一長週期之光引入而引起之電荷自光電二極體21溢出而發生一改變。
[3-4.本實施例之操作及效應]
如上文所闡述，在其中單元像素20包括光電二極體21與FD部分27之間的電荷累積區22之CMOS影像感測器10中，使用電荷累積區22可擴展一動態範圍。具體而言，使用電荷累積區22獲得具有不同敏感度之複數個信號且然後該複數個信號接受合成處理以獲得一寬動態範圍。在拍攝一靜止影像的時候一螢幕中曝光時間之同時性可由藉助機械快門513之一快門操作確保。
此外，在本實施例中，可自一個單元像素20獲得具有不同敏感度之兩個或多個信號，從而避免解析度中之一降低，可在使用兩個或多個像素來獲得具有不同敏感度之信號之情形中發現解析度中之一降低。在不同的列掃描計時時自一個像素輸出具有不同敏感度之兩個或多個信號之此一情形中，一訊框記憶體對於同時產生具有不同敏感度之兩個或多個信號係不必要。
此外，由於具有不同敏感度之該等信號係自相同像素產生，因此該等信號可接受合成處理以用於在沒有由於一空間位移引起之偽色彩之一影響或當使用來自不同像素之信號時像素之間的特性變化之一影響之情形下達成一寬動態範圍。
另外，由於用於暫時累積電荷之電荷累積區22置於光電二極體21與FD部分27之間，因此可獲得以下有利效應。亦即，欲施加至電荷累積區22之閘極電極224之讀取脈衝ROD之低側設定至一負電壓。因此，電子孔可產生於電荷累積區22之表面上以降低來自介面之暗電流之產生。
此外，在重置FD部分27之後執行電荷轉移。因此，相對於高敏感信號及低敏感信號中之每一者，實施讀取處理以使得可在輸出FD及PD位準之前輸出重置位準Rst1及Rst2。因此，與其中稍後輸出一重置位準之現存技術中之任一者對比，任一重置雜訊不置於自一個像素提前輸出之一信號上。
雖然上文已闡述，但電荷累積區22不限於其中閘極電極224亦置於浮動擴散區222上之CCD結構。另一選擇為，其可具有可暫時儲存自光電二極體21讀出之電荷且然後稍後轉移該等電荷之任一組態(機制)。另一選擇為，此外，可形成一額外轉移閘極單元及一額外電荷累積區。在電荷累積區22中，累積於累積部分222中之電荷之飽和量可比光電二極體21稍大以接收來自光電二極體21之電荷。即使以此方式設定至累積於累積部分222中之電荷之飽和量，當累積時間比增加到「n」倍時亦可擴展動態範圍。舉例而言，當累積時間之比係八倍時，動態範圍可擴展到八倍。換言之，沒必要給累積部分222提供一八倍容量以使動態範圍擴展到八倍。
雖然使用其中自一個單元像素20獲得具有不同敏感度之兩個信號(一高敏感度信號及一低敏感度信號)之實例已闡述了以上實施例。另一選擇為，本實施例亦適用於其中可形成複數個電荷累積區22以自一個單元像素20獲得三個或更多個不同信號之另一實例。
熟習此項技術者應理解，可端視設計需求及其他因素而作出各種修改、組合、子組合及變更，只要其在隨附申請專利範圍及其等效範圍之範疇內。
10．．．CMOS影像感測器
11．．．半導體基板
12．．．像素陣列單元
13．．．列掃描單元
14．．．行處理單元
15．．．行掃描單元
16．．．系統控制單元
17．．．像素驅動線
18．．．垂直信號線
19．．．層級匯流排
20．．．單元像素
20A．．．單元像素
21．．．光電二極體
22．．．電荷累積區
23．．．轉移電晶體
24．．．重置電晶體
25．．．選擇電晶體
26．．．放大電晶體
27．．．節點
28．．．第二導電型井
29．．．遮光膜
51．．．光學區塊
52．．．相機信號處理單元
53．．．編碼器/解碼器
54．．．控制單元
55．．．輸入單元
56．．．顯示器單元
57．．．記錄媒體
60．．．合成處理區段
60A．．．合成處理區段
61．．．位準確定單元
62．．．乘法器單元
63．．．信號選擇單元
64．．．經加權平均部分
171．．．讀取線
172．．．轉移線
173．．．重置線
174．．．選擇線
211．．．第一導電型區
212．．．反向導電(第二導電)型區
221．．．讀取閘極部分
222．．．累積部分
223．．．讀取通道
224．．．閘極電極
224A．．．閘極電極
231．．．閘極電極
511．．．透鏡
512．．．光圈
513．．．機械快門
圖1係圖解說明根據本發明之一實施例之一CMOS影像感測器之系統組態之一示意圖；
圖2係圖解說明一單元像素之一實例性組態之一電路圖；
圖3係示意性地圖解說明具有一電荷累積區之單元像素之組態之一剖面圖；
圖4係示意性地圖解說明作為該實施例之一經修改實例之單元像素之組態之一剖面圖；
圖5係圖解說明根據本發明之實施例之影像拾取器件之一實例性組態之一方塊圖；
圖6係圖解說明藉助一滾動快門之一列掃描之一示意圖；
圖7係表示以視訊模式之一1H週期期間之驅動計時之一計時圖表；
圖8係圖解說明執行合成處理以用於獲得一寬動態範圍之一信號處理單元之一所例舉組態之一方塊圖；
圖9係相對於FD及PD信號中之每一者圖解說明光強度之信號位準之間的關係之一圖；
圖10係圖解說明執行合成處理以用於獲得一寬動態範圍之信號處理單元之組態之另一實例之一方塊圖；
圖11係圖解說明FD信號與經加權平均之係數β之間的一所例舉關係之一圖；及
圖12係圖解說明以一靜止影像模式之操作之一圖。
17．．．像素驅動線
18．．．垂直信號線
20．．．單元像素
21．．．光電二極體
22．．．電荷累積區
23．．．轉移電晶體
24．．．重置電晶體
25．．．選擇電晶體
26．．．放大電晶體
27．．．節點
171．．．讀取線
172．．．轉移線
173．．．重置線
174．．．選擇線
221．．．讀取閘極部分
222．．．累積部分
223．．．讀取通道
224．．．閘極電極

Claims (10)

  1. 一種固態影像拾取器件，其包含：一像素陣列單元，其中單元像素以二維方式配置成矩陣，每一單元像素包括(a)一光電轉換部件，其累積藉由電轉換而產生之一電荷；(b)一第一轉移結構，其將來自該光電轉換部件之該電荷轉移至一第一電荷累積部分；(c)一第二轉移結構，其將來自該第一電荷累積部分之該電荷轉移至一第二電荷累積部分；(d)一讀出結構，其回應於該電荷而讀出一信號至一信號線；及(e)一重置結構，其重置該第二電荷累積部分；及一列驅動單元，其驅動該單元像素，其中，(1)該列驅動單元經組態以使(a)該第一轉移結構在一第一累積週期期間將儲存於該光電轉換部件中之該電荷轉移至該第一電荷累積部分，(b)該第二轉移結構及該讀出結構回應於該第一電荷累積部分之該電荷而讀出一第一信號至該信號線，且然後(c)該第一轉移結構、該第二轉移結構及該讀出結構回應於該光電轉換部件之該電荷而在一第二累積週期 期間讀出一第二信號至該信號線；(2)光經由一機械快門入射於該光電轉換部件上；(2)該列驅動單元在該機械快門之一打開狀態中同時重置所有該等單元像素之該等光電轉換部件；(4)該第一轉移結構將該等光電轉換部件之該等電荷同時轉移至所有該等單元像素中之該等第一電荷累積部分；(5)該像素陣列單元中之該等單元像素係在該機械快門之一關閉狀態中按順序自每一列選出；(6)該第一信號係藉由該第二轉移結構及該讀出結構讀取至該信號線；且(7)該第二信號係在掃描時藉由該第一轉移結構、該第二轉移結構及該讀出結構讀取至該信號線。
  2. 如請求項1之固態影像拾取器件，其中自同時重置所有該等像素至在所有該等像素中同時轉移至該等第一電荷累積部分之一週期比關閉該機械快門之一後續週期長。
  3. 如請求項1之固態影像拾取器件，其中一合成處理區段，其執行經由該信號線輸出之該第一信號與該第二信號之合成處理。
  4. 如請求項3之固態影像拾取器件，其中：該合成處理區段在該第一信號處於一飽和位準或不小於接近該飽和位準之一參考位準時運用該第二信號×α，且在該第一信號不大於該參考位準時運用該第一信 號；及該α係該第一信號與該第二信號之間的一敏感度比。
  5. 如請求項3之固態影像拾取器件，其中該合成處理部件在該第一信號不大於一飽和位準或接近該飽和位準之一第一參考位準或不小於比該第一參考位準小之一第二參考位準時對該第一信號及藉由該第二信號×α獲得之一信號執行經加權平均處理。
  6. 如請求項5之固態影像拾取器件，其中該合成處理區段藉由該第一信號×β+該第二信號×α×(1-β)之算術計算來執行經加權平均處理，其中β係一係數。
  7. 一種包含一固態影像器件之電子裝置，該固態影像器件包括：一像素陣列單元，其中單元像素以二維方式配置成矩陣，每一單元像素包括(a)一光電轉換部件，其累積藉由電轉換而產生之一電荷；(b)一第一轉移結構，其將來自該光電轉換部件之該電荷轉移至一第一電荷累積部分；(c)一第二轉移結構，其將來自該第一電荷累積部分之該電荷轉移至一第二電荷累積部分；(d)一讀出結構，其回應於該電荷而讀出一信號至一信號線；及 (e)一重置結構，其重置該第二電荷累積部分；及一列驅動單元，其驅動該單元像素，其中該列驅動單元經組態以使(a)該第一轉移結構在一第一累積週期期間將儲存於該光電轉換部件中之該電荷轉移至該第一電荷累積部分，(b)該第二轉移結構及該讀出結構回應於該第一電荷累積部分之該電荷而讀出一第一信號至該信號線，且然後(c)該第一轉移結構、該第二轉移結構及該讀出結構回應於該光電轉換部件之該電荷而在一第二累積週期期間讀出一第二信號至該信號線。
  8. 一種固態影像拾取器件，其包含：一像素陣列單元，其中單元像素以二維方式配置成矩陣，每一單元像素包括(a)一光電轉換部件，其累積藉由電轉換而產生之一電荷；(b)一第一轉移結構，其將來自該光電轉換部件之該電荷轉移至一第一電荷累積部分；(c)一第二轉移結構，其將來自該第一電荷累積部分之該電荷轉移至一第二電荷累積部分；(d)一讀出結構，其回應於該電荷而讀出一信號至一信號線；及(e)一重置結構，其重置該第二電荷累積部分；及 一列驅動單元，其驅動該單元像素，其中，(1)該列驅動單元經組態以使(a)該第一轉移結構在一第一累積週期期間將儲存於該光電轉換部件中之該電荷轉移至該第一電荷累積部分，(b)該第二轉移結構及該讀出結構回應於該第一電荷累積部分之該電荷而讀出一第一信號至該信號線，且然後(c)該第一轉移結構、該第二轉移結構及該讀出結構回應於該光電轉換部件之該電荷而在一第二累積週期期間讀出一第二信號至該信號線；(2)該列驅動單元掃描(a)一第一快門列，其重置該光電轉換部件；(b)一第二快門列，其藉由該第一轉移結構將該光電轉換部件之該電荷傳輸至該第一電荷累積部分；及(c)一讀出列，其藉由該第二轉移結構及該讀出結構將該第一信號讀取至該信號線且藉由該第一轉移結構、該第二轉移結構及該讀出結構將一第二信號讀取至該信號線；(3)當自掃描該第一快門列之計時至掃描該第二快門列之計時之一週期不同於自掃描該第二快門列之計時至掃描該讀出列之計時之一週期時，按順序掃描該第一快門列、該第二快門列及該讀出列； (4)一合成處理區段在該第一信號處於一飽和位準或不小於接近該飽和位準之一參考位準時運用該第二信號×α，且在該第一信號不大於該參考位準時運用該第一信號；且(5)該α係該第一信號與該第二信號之間的一敏感度比。
  9. 如請求項8之固態影像拾取器件，其中該合成處理部件在該第一信號不大於一飽和位準或接近該飽和位準之一第一參考位準時或者不小於比該第一參考位準小之一第二參考位準時對該第一信號及藉由該第二信號×α獲得之一信號執行經加權平均處理。
  10. 如請求項9之固態影像拾取器件，其中該合成處理區段藉由該第一信號×β+該第二信號×α×(1-β)之算術計算來執行經加權平均處理，其中β係一係數。
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