固态成像元件、成像装置和固态成像元件的控制方法与流程

1.本技术涉及一种固态成像元件。更具体地，本技术涉及一种针对每列执行模数(ad)转换的固态成像元件、成像装置和固态成像元件的控制方法。


背景技术：

2.通常，在固态成像元件中，为了使像素小型化，使用列模数转换器(adc)方式，其中在像素阵列单元的外部针对每列配置adc以逐行顺次读出像素信号。在该列adc方式中，当使用其中逐行顺次开始曝光的卷帘快门方式进行曝光时，可能发生卷帘快门失真。因此，为了实现对所有像素同时开始曝光的全局快门方式，已经提出了将电荷保持单元和用于将电荷传输到电荷保持单元的传输晶体管添加到像素内的固态成像元件(例如，参照专利文献1)。
3.引用文献列表
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利申请特开2019-169668号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的技术问题
7.在上述现有技术中，当所有像素的曝光结束时，每个像素在电荷保持单元中保持对应于曝光量的电荷，并且每列的adc顺次读出对应于电荷量的信号，从而尝试实现全局快门方式。然而，在上述固态成像元件中，从光电转换元件泄漏到电荷保持单元的光可能造成不期望的图像伪影。对这种现象的耐性称为pls(寄生光敏感度)耐性。在上述固态成像元件中，采取措施以利用诸如金属配线等遮光层来屏蔽电荷保持单元，但是需要将光电转换元件的电荷经由传输晶体管传输到电荷保持单元。为此，电荷保持单元必须与光电转换元件相邻配置，并且难以防止光从光电转换元件泄漏到电荷保持单元。
8.鉴于这种情况创建了本技术，并且其目的是在所有像素同时曝光的固态成像元件中提高pls耐性。
9.技术问题的解决方案
10.本技术是为了解决上述问题而提出的，其第一方面是一种固态成像元件以及其控制方法，所述固态成像元件包括：光电转换元件；前级电荷保持区域；后级电荷保持区域，其具有与所述前级电荷保持区域不同的容量；前级传输晶体管，其将电荷从所述光电转换元件传输到所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域；后级传输晶体管，其将电荷从所述后级电荷保持区域传输到浮动扩散区域；中间传输晶体管，其将在电荷已经从所述后级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域之后残留在所述前级电荷保持区域中的电荷经由所述前级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域；以及遮光壁，其防止电荷从所述光电转换元件泄漏到所述后级电荷保持区域。这具有在高照度时生成像素信号和在低照度时生成像素信号的效果。
11.此外，在第一方面中，所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域可以是具有相同极性的杂质扩散区域，以及与所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域二者的极性不同的预定的杂质扩散区域可以被配置在所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域之间。
12.此外，在第一方面中，所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域可以形成在同一个杂质扩散区域中。这具有减小杂质扩散区域的效果。
13.此外，在第一方面中，在所述杂质扩散区域之中的所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域之间的区域的杂质浓度与该区域的周围的杂质浓度不同。这具有提高势垒的效果。
14.此外，在第一方面中，还可以设置调整晶体管，其调整所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域之间的势垒的高度。这具有调整势垒的高度的效果。
15.此外，在第一方面中，还可以设置垂直扫描电路，其控制所述前级传输晶体管、所述后级传输晶体管和所述中间传输晶体管中的每一个以导通或断开，所述垂直扫描电路可以在断开所述后级传输晶体管的同时导通所述前级传输晶体管和所述中间传输晶体管以将电荷传输到所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域，可以在断开所述前级传输晶体管和所述中间传输晶体管的同时导通所述后级传输晶体管以将电荷从所述后级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域，并且可以导通所述中间传输晶体管和所述后级传输晶体管以将电荷从所述前级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域。这具有从前级电荷保持区域和光电电荷保持区域中的每一个顺次传输电荷的效果。
16.此外，在第一方面中，还可以设置信号处理电路，在对应于从所述后级电荷保持区域传输的电荷量的第一像素信号以及对应于从所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域传输的电荷量的第二像素信号之中，其将第一像素信号和预定阈值进行比较，并且基于比较结果执行选择第一像素信号和第二像素信号中的一个的处理。这具有降低低照度信号的pls的效果。
17.此外，在第一方面中，所述光电转换元件可以形成在预定的半导体基板的两面之中的带配线的前面上。这具有改善表面照射型固态成像元件中的图像质量的效果。
18.此外，在第一方面中，所述光电转换元件可以形成在预定的半导体基板的两面之中的与带配线的前面相对的背面上。这具有改善背面照射型固态成像元件中的图像质量的效果。
19.此外，在第一方面中，所述光电转换元件可以包括第一光电转换元件和第二光电转换元件，所述前级电荷保持区域可以包括第一前级电荷保持区域和第二前级电荷保持区域，所述后级电荷保持区域可以包括第一后级电荷保持区域和第二后级电荷保持区域，所述前级传输晶体管可以包括第一前级传输晶体管和第二前级传输晶体管，所述中间传输晶体管可以包括第一中间传输晶体管和第二中间传输晶体管，以及所述后级传输晶体管可以包括第一后级传输晶体管和第二后级传输晶体管。这具有改善其中多个像素共享浮动扩散区域的固态成像元件中的图像质量的效果。
20.此外，在第一方面中，还可以设置电荷排出晶体管，其从所述光电转换元件排出电荷；复位晶体管，其初始化所述浮动扩散区域；放大晶体管，其放大对应于传输到所述浮动扩散区域的电荷量的信号；以及选择晶体管，其根据预定的选择信号输出经放大的信号作
为像素信号。这具有逐行读出像素信号的效果。
21.此外，本技术的第二方面是一种成像装置，包括：光电转换元件；前级电荷保持区域；后级电荷保持区域，其具有与所述前级电荷保持区域不同的容量；前级传输晶体管，其将电荷从所述光电转换元件传输到所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域；后级传输晶体管，其将电荷从所述后级电荷保持区域传输到浮动扩散区域；中间传输晶体管，其将在电荷已经从所述后级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域之后残留在所述前级电荷保持区域中的电荷经由所述前级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域；遮光壁，其防止电荷从所述光电转换元件泄漏到所述后级电荷保持区域；以及信号处理电路，其处理对应于传输到所述浮动扩散区域的电荷量的像素信号。这具有处理高照度时的像素信号和低照度时的像素信号的效果。
附图说明
22.图1是示出根据本技术第一实施方案的成像装置的构成例的框图。
23.图2是示出根据本技术第一实施方案的固态成像元件的构成例的框图。
24.图3是示出根据本技术第一实施方案的像素的构成例的电路图。
25.图4是根据本技术第一实施方案的像素的截面图的示例。
26.图5是根据本技术第一实施方案的像素的电位图的示例。
27.图6是示出根据本技术第一实施方案的像素内的元件布局例的平面图。
28.图7是根据本技术第一实施方案沿着线a-b截取的截面图的示例。
29.图8是根据本技术第一实施方案沿着线c-d截取的截面图的示例。
30.图9是根据本技术第一实施方案沿着线e-f截取的截面图的示例。
31.图10是示出根据本技术第一实施方案的负载mos电路块和列信号处理电路的构成例的框图。
32.图11是示出根据本技术第一实施方案的固态成像元件的全局快门操作的示例的时序图。
33.图12是示出根据本技术第一实施方案当照度低时的直到st复位的电位图的示例。
34.图13是示出根据本技术第一实施方案当照度低时的直到电荷保持区域分离的电位图的示例。
35.图14是示出根据本技术第一实施方案当照度高时的直到st复位的电位图的示例。
36.图15是示出根据本技术第一实施方案当照度高时的直到电荷保持区域分离的电位图的示例。
37.图16是示出根据本技术第一实施方案当照度低时的读出一行的操作的示例的时序图。
38.图17是根据本技术第一实施方案当照度低时的读出时的电位图的示例。
39.图18是示出根据本技术第一实施方案当照度高时的读出一行的操作的示例的时序图。
40.图19是根据本技术第一实施方案当照度高时的读出时的电位图的示例。
41.图20是示出根据本技术第一实施方案的固态成像元件的操作的示例的流程图。
42.图21是根据本技术第一实施方案的第一变形例沿着线a-b截取的截面图的示例。
43.图22是根据本技术第一实施方案的第一变形例沿着线c-d截取的截面图的示例。
44.图23是根据本技术第一实施方案的第一变形例沿着线e-f截取的截面图的示例。
45.图24是示出根据本技术第一实施方案的第二变形例的像素块的构成例的电路图。
46.图25是示出根据本技术第一实施方案的第二变形例的像素块内的元件布局例的平面图。
47.图26是示出根据本技术第二实施方案的像素的构成例的电路图。
48.图27是根据本技术第二实施方案的像素的截面图的示例。
49.图28是根据本技术第二实施方案的像素的电位图的示例。
50.图29是示出根据本技术第三实施方案的像素的构成例的电路图。
51.图30是根据本技术第三实施方案的像素的截面图的示例。
52.图31是根据本技术第三实施方案的像素的电位图的示例。
53.图32是示出根据本技术第三实施方案的固态成像元件的全局快门操作的示例的时序图。
54.图33是示出根据本技术第三实施方案当照度低时的读出一行的操作的示例的时序图。
55.图34是根据本技术第三实施方案当照度低时的读出时的电位图的示例。
56.图35是示出根据本技术第三实施方案当照度高时的读出一行的操作的示例的时序图。
57.图36是根据本技术第三实施方案当照度高时的读出时的电位图的示例。
58.图37是示出车辆控制系统的示意性构成例的框图。
59.图38是示出成像单元的安装位置的示例的说明图。
具体实施方式
60.在下文中，将说明用于实施本技术的方式(下文称为实施方案)。将按以下顺序进行说明。
61.1.第一实施方案(将电荷传输到一对电荷保持区域的示例)
62.2.第二实施方案(共享浮动扩散区域并将电荷传输到一对电荷保持区域的示例)
63.3.第三实施方案(调整势垒高度并将电荷传输到一对电荷保持区域的示例)
64.4.移动体的应用例
65.《1.第一实施方案》
66.[成像装置的构成例]
[0067]
图1是示出根据本技术第一实施方案的成像装置100的构成例的框图。成像装置100是用于捕获图像数据的装置，并包括成像透镜110、固态成像元件200、记录单元120和成像控制单元130。作为成像装置100，例如，假设数码相机或具有成像功能的电子设备(智能手机、个人电脑等)。
[0068]
固态成像元件200在成像控制单元130的控制下捕获图像数据。固态成像元件200经由信号线209将图像数据供给到记录单元120。
[0069]
成像透镜110收集光并将光引导至固态成像元件200。成像控制单元130控制固态成像元件200以捕获图像数据。成像控制单元130经由信号线139将例如包含垂直同步信号
vsync的图像控制信号供给到固态成像元件200。记录单元120记录图像数据。
[0070]
在此，垂直同步信号vsync是表示成像时序的信号，并且垂直同步信号vsync使用具有一定频率(60hz等)的周期信号。
[0071]
此外，尽管成像装置100记录图像数据，但是图像数据可以被传输到成像装置100的外部。在这种情况下，还设置有用于传输图像数据的外部接口。或者，成像装置100可以进一步显示图像数据。在这种情况下，还设置有显示单元。
[0072]
[固态成像元件的构成例]
[0073]
图2是示出根据本技术第一实施方案的固态成像元件200的构成例的框图。固态成像元件200包括垂直扫描电路211、像素阵列单元212、时序控制电路213、数模转换器(dac)214、负载mos电路块250和列信号处理电路260。多个像素220在像素阵列单元212中以二维格子图案配置。
[0074]
以下，将沿着水平方向配置的像素220的集合称为“行”，将沿着垂直于行的方向配置的像素220的集合称为“列”。
[0075]
时序控制电路213与来自成像控制单元130的垂直同步信号vsync同步地控制垂直扫描电路211、dac 214和列信号处理电路260的操作时序。
[0076]
dac 214通过数模(da)转换生成随着时间推移而波动的模拟参考信号。例如，锯齿波形的斜坡信号用作参考信号。dac 214将生成的参考信号供给到列信号处理电路260。
[0077]
垂直扫描电路211顺次选择并驱动各行，并且输出模拟像素信号。像素220对入射光执行光电转换以生成模拟像素信号。像素220经由负载mos电路块250向列信号处理电路260供给像素信号。
[0078]
负载mos电路块250针对每列设置有供给恒定电流的mos晶体管。
[0079]
列信号处理电路260针对每列对于像素信号执行诸如ad转换处理和高动态范围(hdr)合成等信号处理。列信号处理电路260向记录单元120供给包含处理后的信号的图像数据。此外，列信号处理电路260是权利要求中记载的信号处理电路的示例。
[0080]
[像素的构成例]
[0081]
图3是示出根据本技术第一实施方案的像素220的构成例的电路图。像素220包括电荷排出晶体管221、光电转换元件222、传输晶体管223、225和227、电荷保持区域224和226以及浮动扩散区域228。此外，像素220包括复位晶体管231、放大晶体管232和选择晶体管233。
[0082]
电荷保持区域224和226的容量彼此不同。例如，电荷保持区域224的容量大于电荷保持区域226的容量。电荷保持区域224是权利要求中记载的前级电荷保持区域的示例，而电荷保持区域226是权利要求中记载的后级电荷保持区域的示例。
[0083]
传输晶体管223、225和227串联连接在光电转换元件222与浮动扩散区域228之间。此外，电荷保持区域224插入在传输晶体管223和225的连接节点与接地节点之间，并且电荷保持区域226插入在传输晶体管225和227的连接节点与接地节点之间。
[0084]
电荷排出晶体管221根据来自垂直扫描电路211的控制信号ofg从光电转换元件222排出电荷。该操作在下文中称为“光电二极管(pd)复位”。
[0085]
在此，对于所有像素，垂直扫描电路211在曝光开始时将传输晶体管223断开，并在曝光结束时将传输晶体管225和227以及复位晶体管231导通。因此，电荷保持区域224和226
以及浮动扩散区域228被初始化。该操作在下文中称为“存储(st)复位”。刚刚在st复位之后，垂直扫描电路211将传输晶体管227和复位晶体管231断开，并将传输晶体管223和225导通。因此，将电荷从光电转换元件222传输到电荷保持区域224和226。
[0086]
刚刚在电荷从光电转换元件222传输到电荷保持区域224和226之后，垂直扫描电路211将传输晶体管223和225断开。因此，电荷保持区域224和电荷保持区域226彼此分离。在分离之后，垂直扫描电路211将传输晶体管227导通。因此，电荷从电荷保持区域226传输到浮动扩散区域228，并且将与电荷保持区域226的电荷量对应的模拟像素信号进行ad转换。然后，垂直扫描电路211将传输晶体管225和227导通。因此，将与电荷保持区域224和226的电荷量对应的模拟像素信号进行ad转换。
[0087]
光电转换元件222通过对入射光执行光电转换产生电荷(电子等)。
[0088]
传输晶体管223根据来自垂直扫描电路211的传输信号tx1将来自光电转换元件222的电荷传输到电荷保持区域224和226。传输晶体管223是权利要求中记载的前级传输晶体管的示例。
[0089]
传输晶体管225根据来自垂直扫描电路211的传输信号tx2将来自电荷保持区域224的电荷传输到电荷保持区域226。如上所述，在将电荷从电荷保持区域226传输到浮动扩散区域228之后，垂直扫描电路211将传输晶体管225和227导通。为此，经由电荷保持区域226和导通的传输晶体管227，残留在电荷保持区域224中的电荷被传输到浮动扩散区域228。此外，传输晶体管225是权利要求中记载的中间传输晶体管的示例。
[0090]
传输晶体管227根据来自垂直扫描电路211的传输信号tg将电荷从电荷保持区域226传输到浮动扩散区域228。此外，传输晶体管227是权利要求中记载的后级传输晶体管的示例。
[0091]
复位晶体管231根据来自垂直扫描电路211的复位信号rst从浮动扩散区域228提取电荷以将其初始化。垂直扫描电路211在断开传输晶体管225和227的同时将复位晶体管231导通，使得其仅可以初始化浮动扩散区域228。该操作称为“浮动扩散部(fd)复位”。
[0092]
放大晶体管232放大与浮动扩散区域228中的电荷量对应的模拟信号。选择晶体管233根据来自垂直扫描电路211的选择信号sel将放大后的模拟信号输出到垂直信号线239作为像素信号。
[0093]
图4是根据本技术第一实施方案的像素220的截面图的示例。扩散有p型杂质的p型半导体基板320层叠在n型半导体基板310上。在p型半导体基板320的前面上，形成有n

层331、335和336以及p

层337、338和339。此外，作为n型杂质的扩散区域的n层332、333和334形成在p

层337、338和339的下方。这些p

层337、338和339用作钉扎层，并且用于在硅界面处用空穴填充原子之间的未完全接合，以改善暗电流并固定界面电位。
[0094]
此外，在p型半导体基板320的前面上，栅电极341经由氧化膜设置在跨越n

层331和p

层337的区域中。栅电极342经由氧化膜设置在跨越p

层337和p

层338的区域中。栅电极343经由氧化膜设置在跨越p

层338和p

层339的区域中。栅电极344经由氧化膜设置在跨越p

层339和n

层335的区域中。栅电极345经由氧化膜设置在跨越n

层335和n

层336的区域中。
[0095]
控制信号ofg、传输信号tx1、传输信号tx2、传输信号tg和复位信号rst分别输入到栅电极341、342、343、344和345。此外，n

层331和336连接到电源电压vdd的节点。
[0096]n
层331、p型半导体基板320、p

层337和栅电极341用作电荷排出晶体管221。类似
地，栅电极342、343、344和345连同它们下方的半导体区域一起分别用作传输晶体管223、传输晶体管225、传输晶体管227和复位晶体管231。
[0097]
n层332用作光电转换元件222。n层333和334用作电荷保持区域224和226。如图所示，n层333(电荷保持区域224)和n层334(电荷保持区域226)之间的区域321是具有与其不同极性的p型杂质的扩散区域(换言之，p型半导体基板320)。
[0098]
可以独立地设定施加到电荷排出晶体管221等的各个晶体管的栅极的电压电平及其控制时序。在特定晶体管导通的情况下，垂直扫描电路211向该晶体管的栅极施加正电压以降低栅极下的电位。此外，当晶体管断开时，垂直扫描电路211将接地或负电压施加到该晶体管。在施加到栅极的电压为负的情况下，空穴被栅极下的电场吸引并且聚集在硅界面处，可以获得与上述钉扎层类似的效果。
[0099]
图5是根据本技术第一实施方案的像素220的电位图的示例。图中的实线表示电荷排出晶体管221、传输晶体管223、225和227以及复位晶体管231断开时的电位。此外，细虚线表示电荷排出晶体管221和传输晶体管223中的每个导通时的电位。点划线表示传输晶体管225导通时的电位。粗虚线表示传输晶体管227导通时的电位。此外，图中的附图标记st1表示电荷保持区域224，图中的附图标记st2表示电荷保持区域226。附图标记fd表示浮动扩散区域228。
[0100]
如图所示，当传输晶体管223断开时，在光电转换元件222和电荷保持区域224之间产生势垒。此外，当传输晶体管225断开时，在电荷保持区域224和电荷保持区域226之间产生势垒，并且当传输晶体管227断开时，在电荷保持区域226和浮动扩散区域228之间产生势垒。如图4所示，在n型电荷保持区域224和n型电荷保持区域226之间存在p型区域321，因此，由于这种n-p-n结构，如图5所示，在电荷保持区域224和电荷保持区域226之间形成势垒。
[0101]
此外，电荷保持区域224(st1)和电荷保持区域226(st2)的电位被设计成满足以下两个条件。第一个条件是当将电荷从光电转换元件222传输到st1和st2时的st2的电位低于st1的电位。第二个条件是在电荷从光电转换元件222传输到st1和st2后的电荷保持期间在st1和st2之间存在势垒。这两个条件可以通过在制造时调整形成st1和st2的电位的阱的杂质浓度来满足。或者，这两个条件可以通过调整施加到配置在st1和st2上或周围的晶体管和多晶硅的栅极的电压电平和时序来满足。或者，这些条件可以通过调整杂质浓度以及调整电压电平和时序二者来满足。
[0102]
此外，将可以由st2单独保持的电荷量定义为qh，该qh是与第二个条件下的势垒的高度与st2的容量的乘积成比例的值。
[0103]
在照度低到从光电转换元件222传输到st1和st2的电荷量为qh以下的情况下，由于第一个条件，传输时的所有电荷通过st1并移动到st2。为此，st1变空。然后，由于第二个条件，进入st2的电荷被势垒残留并保持在st2中。此外，即使在电荷保持期间由于在st1中产生的漏光而存在光电转换，st1的电荷也残留在st1中并且由于势垒而不会进入st2。另一方面，在照度高到使从光电转换元件222传输到st1和st2的电荷量变得大于qh的情况下，电荷被分配并保持在st1和st2二者中。
[0104]
图6是示出根据本技术第一实施方案的像素220内的元件布局例的平面图。以下，将光轴定义为z轴，并且将与z轴垂直的预定的轴定义为x轴。将垂直于x轴和z轴二者的轴定义为y轴。该图示出了从光轴(z轴)方向观察的布局。
[0105]
如图所示，在光电转换元件222的周围配置有电荷排出晶体管221、传输晶体管223、225和227以及晶体管配置区域230。复位晶体管231、放大晶体管232和选择晶体管233配置在晶体管配置区域230中。
[0106]
图7是根据本技术第一实施方案沿着图6的线a-b截取的截面图的示例。将p型半导体基板320的两面之中的其上形成有配线层414的一面定义为前面，并且光电转换元件222和电荷保持区域224(st1)形成在前面。以这种方式在前面上形成有光电转换元件222的固态成像元件200通常被称为前面照射型固态成像元件。
[0107]
光电转换元件222的上部开口，并且电荷保持区域224(st1)的上部被配线层414的金属平面遮光。通过深沟槽隔离(dti)在像素220的周围形成遮光壁411和412。此外，由于需要在光电转换元件222和st1之间形成电荷传输通道413，所以不能设置遮光壁，并且诸如入射光415等光线可能泄漏到st1中。这种泄漏的光会导致不期望的图像伪影。对这种现象的耐性称为pls耐性。
[0108]
图8是根据本技术第一实施方案沿着图6的线c-d截取的截面图的示例。电荷保持区域226(st2)的上部也被金属遮光。此外，与电荷保持区域224(st1)不同，在光电转换元件222和st2之间形成有遮光壁416。因此，可以防止电荷从光电转换元件222泄漏到st2，并且可以使st2的pls耐性比st1的强。
[0109]
图9是根据本技术第一实施方案沿着图6的线e-f截取的截面图的示例。在像素220的周围形成遮光壁417，并且电荷保持区域224(st1)和电荷保持区域226(st2)的上部被配线层414的金属遮光。
[0110]
在图7至图9中，为了便于说明，省略了在光电转换元件222的上部的滤色器和片上透镜。
[0111]
[列信号处理电路的构成例]
[0112]
图10是示出根据本技术第一实施方案的负载mos电路块250和列信号处理电路260的构成例的框图。
[0113]
垂直信号线239针对负载mos电路块250中的每列配线。当列数为i(i为整数)时，i条垂直信号线239被配线。此外，供给恒定电流的负载mos晶体管251连接到每个垂直信号线239。
[0114]
多个adc 261和数字信号处理单元262配置在列信号处理电路260中。针对每列配置adc 261。当列数为i时，i个adc 261被配置。
[0115]
adc 261使用来自dac 214的参考信号(斜波信号rmp等)将来自对应列的模拟像素信号转换成数字信号。adc 261将数字信号供给到数字信号处理单元262。
[0116]
数字信号处理单元262针对每列的数字信号中的每个执行诸如相关双采样(cds)处理和hdr合成处理等预定信号处理。数字信号处理单元262将包含处理后的数字信号的图像数据供给到记录单元120。
[0117]
[固态成像元件的操作示例]
[0118]
图11是示出根据本技术第一实施方案的固态成像元件200的全局快门操作的示例的时序图。垂直扫描电路211从在刚刚开始曝光之前的时刻t0到开始曝光的时刻t1向所有像素供给控制信号ofg，导通电荷排出晶体管221并且执行pd复位。以下，将行数设定为n(n为整数)，将对第n(n为1～n的整数)行中的像素的控制信号设定为ofg_[n]。这同样适用于
复位信号rst以及传输信号tx1、tx2和tg。
[0119]
在时刻t1和t2的曝光期间中，所有像素的光电转换元件222执行光电转换。这种同时曝光所有像素的控制称为全局快门方式。产生的电荷量随着入射光的照度而变化。在曝光结束的时刻t2，垂直扫描电路211根据复位信号rst、传输信号tx2和tg信号导通所有像素的复位晶体管231以及传输晶体管225和227。因此，所有像素的电荷保持区域224和226以及浮动扩散区域228被复位(st复位)。
[0120]
然后，在时刻t3，垂直扫描电路211根据传输信号tx2断开所有像素的传输晶体管225，并且在刚刚t3之后的时刻t4根据传输信号tg断开所有像素的传输晶体管227。在刚刚时刻t4之后的时刻t5，垂直扫描电路211根据复位信号rst断开所有像素的复位晶体管231。这样，垂直扫描电路211顺次断开传输晶体管225、传输晶体管227和复位晶体管231。这种控制可以维持电位从电荷保持区域224(st1)朝向浮动扩散区域228降低的状态，并且可以使所有像素的st1和st2完全复位。
[0121]
在刚刚st复位之后的时刻t6，垂直扫描电路211根据传输信号tx1和tx2导通所有像素的传输晶体管223和225，以将光电转换元件222的电荷传输到电荷保持区域224和226。此时，光电转换元件222的电位高于电荷保持区域224(st1)的电位并且st1的电位高于电荷保持区域226(st2)的电位。通过调整制造时的注入浓度并调整施加到传输晶体管223和225的栅极的导通电压电平来实现这种电位的大小关系。
[0122]
然后，在时刻t7，垂直扫描电路211根据传输信号tx1断开所有像素的传输晶体管223，并且在刚刚t7之后的时刻t8，根据传输信号tx2断开所有像素的传输晶体管225。这样，通过顺次断开传输晶体管223和传输晶体管225，st2中的低照度的电荷不会流回到st1。在低照度的情况下，电荷仅保持在st2中。另一方面，在高照度的情况下，电荷保持在st1和st2二者中。
[0123]
图12是示出根据本技术第一实施方案当照度低时的直到st复位的电位图的示例。图中的a是pd复位时的电位图的示例，并且图中的b是曝光累积中的电位图的示例。图中的c是st复位时的电位图的示例。
[0124]
如图中的a所示，垂直扫描电路211在仅导通电荷排出晶体管221的同时断开传输晶体管223、225和227以及复位晶体管231，从而执行pd复位。然后，如图中的b所示，垂直扫描电路211断开电荷排出晶体221，从而执行曝光累积。随后，如图中的c所示，垂直扫描电路211导通传输晶体管225和227以及复位晶体管231以执行st复位。
[0125]
图13是示出根据本技术第一实施方案当照度低时的直到电荷保持区域分离的电位图的示例。图中的a是电荷传输到电荷保持区域224和226时的电位图的示例。图中的b是电荷保持区域224与电荷保持区域226分离时的电位图的示例。
[0126]
如图中的a所示，垂直扫描电路211在断开传输晶体管227和复位晶体管231的同时导通传输晶体管223和225。因此，电荷从光电转换元件222传输到电荷保持区域224和226。在低照度的情况下，电荷仅保持在st2中。
[0127]
然后，如图中的b所示，垂直扫描电路211断开传输晶体管223和225，从而使电荷保持区域224与电荷保持区域226分离。
[0128]
图14是示出根据本技术第一实施方案当照度高时的直到st复位的电位图的示例。图中的a是pd复位时的电位图的示例，并且图中的b是曝光累积中的电位图的示例。图中的c
是st复位时的电位图的示例。除了电荷量不同以外，这些电位图与图12所示的电位图类似。
[0129]
图15是示出根据本技术第一实施方案当照度高时的直到电荷保持区域分离的电位图的示例。图中的a是电荷传输到电荷保持区域224和226时的电位图的示例。图中的b是电荷保持区域224与电荷保持区域226分离时的电位图的示例。除了电荷量不同以外，这些电位图与图13所示的电位图类似。如图15所示，在高照度的情况下，电荷保持在st1和st2二者中。
[0130]
图16是示出根据本技术第一实施方案当照度低时的读出一行的操作的示例的时序图。图中的读出操作在图11所示的全局快门之后逐行顺次执行。
[0131]
例如，在时刻t11和t16，水平同步信号xhs由时序控制电路213供给到列信号处理电路260。垂直扫描电路211与水平同步信号xhs同步地供给选择信号sel。例如，当在从时刻t11到t16的期间内选择第一行时，供给选择信号sel_[1]。
[0132]
在时刻t11，垂直扫描电路211在脉冲期间内供给复位信号rst以导通复位晶体管231，从而执行fd复位。在直到时刻t12的期间中，fd复位时的复位电平经由放大晶体管232和选择晶体管233输出到垂直信号线239，并由列信号处理电路260进行ad转换。该复位电平也被称为p相电平。ad转换后的p相电平被定义为vp。
[0133]
然后，在时刻t12，垂直扫描电路211在脉冲期间内供给传输信号tg以导通传输晶体管227，并将电荷保持区域226(st2)中的电荷传输到浮动扩散区域228。电荷保持区域224(st1)和电荷保持区域226(st2)中的电荷是通过光电转换产生的信号电荷，并且对应于信号的电荷量的信号电平被称为d相电平。在直到时刻t13的期间中，d相电平由列信号处理电路260进行ad转换。第一次ad转换后的d相电平被定义为vd1。
[0134]
随后，在时刻t13，垂直扫描电路211供给传输信号tg和tx2以导通传输晶体管225和227，并将电荷保持区域224(st1)中的电荷传输到浮动扩散区域228。此外，在时刻t14，垂直扫描电路211断开传输晶体管225，并在刚刚t14之后的时刻t15断开传输晶体管227。通过顺次断开传输晶体管225和227，st2的电位可以保持高于浮动扩散区域228的电位，使得st1的信号电荷可以完全传输到浮动扩散区域228。
[0135]
在直到时刻t13的期间中，d相电平由列信号处理电路260进行ad转换。第二次ad转换后的d相电平被定义为vd2。在第二次中，从电荷保持区域224传输到浮动扩散区域228的电荷被添加到第一次从电荷保持区域226传输的电荷中。因此，第二次d相电平变为对应于通过将保持在电荷保持区域224和226的每一个中的电荷量相加而获得的值的电平。
[0136]
列信号处理电路260在cds处理中执行以下计算。通过cds处理，可以消除浮动扩散区域228的复位噪声和电路的噪声偏移。
[0137]
δ1＝vd1-vp
[0138]
δ2＝vd2-vp
[0139]
列信号处理电路260将差值δ1与预定阈值δth进行比较，并确定差值δ1是否等于或小于阈值δth。这里，阈值δth是st2可以单独安全地保持的电荷量，并且与st2的容量、st1和st2之间的势垒以及浮动扩散区域228的电荷-电压转换效率的乘积成比例。
[0140]
如图所示，在差值δ1等于或小于阈值δth的情况下，列信号处理电路260确定照度相对较低，并且输出差值δ1作为最终的像素信号。另一方面，在差值δ1大于阈值δth的情况下，列信号处理电路260确定照度相对较高，并且输出差值δ2作为最终的像素信号。
[0141]
这样，低照度的像素输出差值δ1并且高照度的像素输出差值δ2，从而可以降低低照度信号的pls。
[0142]
此外，由于st2可以确保比st1更宽的距开口的光电转换元件222的距离，因此漏光难以到达。此外，由于st2仅需接收全范围内的信号电荷的一部分，因此st2的容量可以保持很小。通过这两种效果，可以有效地抑制st2中发生的漏光。
[0143]
这里，在图像数据中，一般在低照度信号中发生的伪影特别明显。其原因可能是，伴随着高照度信号，大量的光学散粒噪声被包含，并且即使存在伪影，其也被埋在光学散粒噪声中，而不明显。在固态成像元件200中，如上所述，其中伪影明显的低照度的电荷信号被保持在不易受漏光影响的st2中，因此减轻了漏光的影响。
[0144]
图17是根据本技术第一实施方案当照度低时的读出时的电位图的示例。在照度低的情况下，如图所示，当读出第一次d相电平时，st1中没有信号电荷残留。读出第二次d相电平时的电位图与第一次d相电平的电位图类似。
[0145]
图18是示出根据本技术第一实施方案当照度高时的读出一行的操作的示例的时序图。图中的读出控制与图16所示的控制类似。如图所示，在照度高的情况下，差值δ1变得大于阈值δth。在这种情况下，列信号处理电路260输出差值δ2作为最终的像素信号。
[0146]
图19是根据本技术第一实施方案当照度高时的读出时的电位图的示例。图中的a是读出第一次d相电平时的电位图的示例，并且图中的b是读出第二次d相电平时的电位图的示例。
[0147]
如图中的a所示，在照度高的情况下，当读出第一次d相电平时，信号电平残留在st1中。如图中的b所示，残留在st1中的信号电荷被传输到浮动扩散区域228，被加到第一次的电荷量上，并且作为第二次d相电平被读出。
[0148]
图20是示出根据本技术第一实施方案的固态成像元件200的操作的示例的流程图。例如，当执行用于产生hdr图像的预定应用时开始该操作。
[0149]
固态成像元件200内的垂直扫描电路211针对所有像素执行pd复位(步骤s901)并进行曝光累积(步骤s902)。在曝光结束后，垂直扫描电路211针对所有像素执行st复位(步骤s903)并将电荷传输到电荷保持区域224和226(步骤s904)。垂直扫描电路211使电荷保持区域224和226分离(步骤s905)。
[0150]
垂直扫描电路211选择行，并且列信号处理电路260通过cds处理针对每列计算差值δ1和δ2(步骤s906)。列信号处理电路260针对每列确定差值δ1是否等于或小于阈值(步骤s907)。当差值δ1等于或小于阈值时(步骤s907：是)，列信号处理电路260选择差值δ1并将其输出作为像素信号(步骤s908)。另一方面，当差值δ1大于阈值时(步骤s907：否)，列信号处理电路260选择差值δ2并将其输出作为像素信号(步骤s909)。步骤s906至s909的处理针对所选行中的每列执行，但是在图中，为了说明方便，省略了除了一列以外的处理。
[0151]
在步骤s908或s909后，固态成像元件200确定是否完成了所有行的读出(步骤s910)。当所有行的读出未完成时(步骤s910：否)，固态成像元件200重复执行步骤s906和后续步骤。当所有行的读出完成时(步骤s910：是)，固态成像元件200结束用于产生hdr图像的操作。
[0152]
此外，在连续产生多个hdr图像的情况下，与垂直同步信号同步地重复执行步骤s901至s910的处理。
[0153]
如上所述，在本技术的第一实施方案中，通过遮光壁防止电荷从光电转换元件222泄漏到后级电荷保持区域226，并且因此提高了pls耐性。此外，传输晶体管223将电荷传输到电荷保持区域224和226，并且传输晶体管225和227将各自保持的电荷顺次传输到浮动扩散区域228。因此，列信号处理电路260可以针对每个像素输出低照度信号或高照度信号，降低低照度信号的pls，并提高图像质量。
[0154]
[第一变形例]
[0155]
在上述第一实施方案中，已经使用了前面照射型固态成像元件200，但是在前面照射型中，需要在避开配线层414的同时将入射光引导到光电转换元件222，这可能导致敏感度不足。第一实施方案的第一变形例的固态成像元件200与第一实施方案的不同之处在于其是背面照射型的。
[0156]
第一实施方案的第一变形例的固态成像元件200从z轴方向观察的布局与图6所示的第一实施方案的布局类似。
[0157]
图21是根据本技术第一实施方案的第一变形例沿着线a-b截取的截面图的示例。如图所示，p型半导体基板320的两面之中的其上形成有配线层414的面用作前面，并且光电转换元件222形成在前面的背面。在背面上，电荷保持区域224(st1)的上部被金属421遮光。此外，通过dti在像素220的周围形成遮光壁411和412。如图所示，将在背面形成有光电转换元件222的固态成像元件200称为背面照射型固态成像元件。
[0158]
图22是根据本技术第一实施方案的第一变形例沿着线c-d截取的截面图的示例。在背面上，电荷保持区域226(st2)的上部被金属421遮光。此外，在光电转换元件222和st2之间形成有遮光壁416。st2的周围的遮光壁416和412从配线层414沿着z轴方向延伸，贯通p型半导体基板320，并连接到金属421。这可以增加st2的遮光耐性。
[0159]
图23是根据本技术第一实施方案的第一变形例沿着线e-f截取的截面图的示例。在像素220的周围形成有遮光壁417，并且在背面上，电荷保持区域224(st1)和电荷保持区域226(st2)的上部被金属421遮光。
[0160]
如上所述，在本技术第一实施方案的变形例中，由于光电转换元件222形成在与其上形成有基板上的配线层414的前面相对的背面上，因此不需要引导入射光以避开配线层414，从而与前面照射型相比可以提高敏感度。
[0161]
[第二变形例]
[0162]
在上述第一实施方案中，针对每个像素设置浮动扩散区域228，但是在这种构成中，难以减小像素阵列单元212的电路规模。第一实施方案的第二变形例的固态成像元件200与第一实施方案的不同之处在于多个像素共享浮动扩散区域228。
[0163]
图24是示出根据本技术第一实施方案的第二变形例的像素块240的构成例的电路图。在第一实施方案的第二变形例中，多个像素块240配置在像素阵列单元212中。每个像素块240均包括电荷排出晶体管221和241、光电转换元件222和242以及传输晶体管223、225、227、243、245和247。此外，像素块240包括电荷保持区域224、226、244和246、浮动扩散区域228、复位晶体管231、放大晶体管232以及选择晶体管233。
[0164]
在第二实施方案中，用于连接电荷排出晶体管221、光电转换元件222、传输晶体管223、225和227、电荷保持区域224和226以及浮动扩散区域228的构成与第一实施方案的类似。用于连接电荷排出晶体管241、光电转换元件242、传输晶体管243、245和247以及电荷保
持区域244和246的构成与第一实施方案的对应元件类似。用于连接复位晶体管231、放大晶体管232以及选择晶体管233的构成与第一实施方案的类似。
[0165]
此外，第二实施方案的传输晶体管243、245和247串联连接在电荷排出晶体管241和光电转换元件242的连接节点与浮动扩散区域228之间。根据图中例示的构成，像素块240用作两个像素，并且这些像素共享一个浮动扩散区域228。由于多个像素以这种方式共享一个浮动扩散区域228，因此，与不共享一个浮动扩散区域的第一实施方案相比，每个像素的元件数量减少，从而可以减小像素阵列单元212的电路规模。
[0166]
另外，光电转换元件221和241是权利要求中记载的第一和第二光电转换元件的示例。传输晶体管223和243是权利要求中记载的第一和第二前级传输晶体管的示例。传输晶体管225和245是权利要求中记载的第一和第二中间传输晶体管的示例。传输晶体管227和247是权利要求中记载的第一和第二后级传输晶体管的示例。电荷保持区域224和244是权利要求中记载的第一和第二前级电荷保持区域的示例。电荷保持区域226和246是权利要求中记载的第一和第二后级电荷保持区域的示例。
[0167]
图25是示出根据本技术第一实施方案的第二变形例的像素块240的元件布局例的平面图。如图所示，电荷排出晶体管221、光电转换元件222和传输晶体管223、225和227以与第一实施方案类似的布局配置在左侧。电荷排出晶体管241、光电转换元件242和传输晶体管243、245和247以与左侧对称的布局配置在右侧。浮动扩散区域228配置在传输晶体管227和247之间，并且晶体管配置区域230配置在光电转换元件222和242之间。
[0168]
在图24和图25中，共享浮动扩散区域228的像素的数量被设定为2，但是具有3个以上像素的多个像素可以共享浮动扩散区域228。此外，第一实施方案的第一变形例可以适用于第一实施方案的第二变形例。
[0169]
如上所述，在本技术的第一实施方案的第二变形例中，由于多个像素共享一个浮动扩散区域228，与不共享的情况相比，每个像素的元件数量可以减少。
[0170]
《2.第二实施方案》
[0171]
在上述第一实施方案中，设置两个独立的n层作为电荷保持区域224和226，但是由于每个像素需要两个n层，所以像素220的面积增加，这使得难于获得更微细的像素。第二实施方案的固态成像元件200与第一实施方案的不同之处在于电荷保持区域224和226形成在一个n层内。
[0172]
图26是示出根据本技术第二实施方案的像素220的构成例的电路图。第二实施方案的像素220与第一实施方案的不同之处在于传输晶体管223和225共享同一个n层。电荷保持区域224和226形成在该n层中。
[0173]
图27是根据本技术第二实施方案的像素220的截面图的示例。在第二实施方案的像素220中，没有形成n层334和p

层339，并且栅电极342和343形成在n层333和p

层338上。在n层333中，栅电极342和343之间的间隙的下方的区域321的左侧用作电荷保持区域224(st1)，并且其右侧用作电荷保持区域226(st2)。这样，st1和st2形成在同一个n层333内。因此，与为了st1和st2设置两个独立的n层的情况相比，有一个n层不需要，所以可以减小像素220的面积。
[0174]
与栅电极342和343中的每一个的正下方的区域相比，区域321具有来自栅电极的较弱的电解。为此，当传输晶体管223和225断开时，区域321的电位变得高于栅电极正下方
的区域的电位，并且在st1和st2之间的区域321中产生势垒。
[0175]
此外，还可以通过在制造时调整区域321中的杂质的注入浓度来调整势垒。在这种情况下，例如，将区域321中的杂质浓度调整为比其周围的浓度更低。
[0176]
图28是根据本技术第二实施方案的像素220的电位图的示例。该图示出了在电荷排出晶体管221、传输晶体管223、225和227以及复位晶体管231断开时的电位。如图所示，由于st1和st2形成在同一个n层333内，所以在断开时它们之间的势垒低于第一实施方案中的势垒。
[0177]
注意，第一实施方案的第一变形例和第二变形例可以适用于第二实施方案。
[0178]
如上所述，在本技术的第二实施方案中，由于电荷保持区域224和电荷保持区域226形成在同一个n层333内，与设置两个独立的n层的情况相比，可以减少n层。
[0179]
《3.第三实施方案》
[0180]
在上述第二实施方案中，电荷保持区域224和电荷保持区域226形成在同一个n层333内，但是在这种构成中，它们之间的势垒的高度可能不足。第三实施方案的固态成像元件200与第二实施方案的不同之处在于设置有用于调整势垒高度的晶体管。
[0181]
图29是示出根据本技术第三实施方案的像素220的构成例的电路图。第三实施方案的像素220与第二实施方案的不同之处在于其还包括调整晶体管229。
[0182]
调整晶体管229根据来自垂直扫描电路211的控制信号txc调整电荷保持区域224和电荷保持区域226之间的势垒。
[0183]
图30是根据本技术第三实施方案的像素220的截面图的示例。第三实施方案的像素220与第二实施方案的不同之处在于还设置有栅电极346。
[0184]
此外，如同第二实施方案中那样，n层333的栅电极342正下方的区域用于电荷保持区域224(st1)，并且栅电极343正下方的区域用于电荷保持区域226(st2)。
[0185]
栅电极346配置在栅电极342和栅电极343之间(即，势垒的正上方)，并且向其输入控制信号txc。栅电极346和其下方的半导体区域用作调整晶体管229。
[0186]
垂直扫描电路211向调整晶体管229的栅极施加正电压，并降低栅极下的电位。此外，当断开时，垂直扫描电路211将接地或负电压施加到调整晶体管229。垂直扫描电路211可以通过调整施加到调整晶体管229的栅极的电压来调整势垒。在当断开时(当电荷保持在st1等中时)施加到调整晶体管229的栅极的电压被设定为低于其两侧的传输晶体管223和225的电压的情况下，其正下方的势垒变得高于其周围的势垒。
[0187]
图31是根据本技术第二实施方案的像素220的电位图的示例。该图示出了在电荷排出晶体管221、传输晶体管223、225和227、调整晶体管229以及复位晶体管231断开时的电位。如图所示，与第二实施方案相比，通过增加调整晶体管229可以提高势垒。
[0188]
图32是示出根据本技术第三实施方案的固态成像元件的全局快门操作的示例的时序图。在第三实施方案中，pd复位和曝光累积的控制与第一和第二实施方案中的类似。在时刻t2，垂直扫描电路211根据复位信号rst、传输信号tx2、tg信号和控制信号txc导通所有像素的复位晶体管231、传输晶体管225和227以及调整晶体管229。因此，执行st复位。
[0189]
此外，在时刻t3，垂直扫描电路211根据控制信号txc断开调整晶体管229，并且在时刻t4根据传输信号tx2断开传输晶体管225。
[0190]
然后，在时刻t5，垂直扫描电路211根据传输信号tg断开传输晶体管227，并且在时
刻t6根据复位信号rst断开复位晶体管231。
[0191]
随后，在刚刚st复位之后的时刻t7，垂直扫描电路211根据传输信号tx1和tx2以及控制信号txc导通所有像素的传输晶体管223和227以及调整晶体管229以传输电荷。
[0192]
然后，在时刻t8，垂直扫描电路211根据传输信号tx1断开传输晶体管223，并在刚刚t8之后的时刻t9，根据控制信号txc断开调整晶体管229。在刚刚t9之后的时刻t10，垂直扫描电路211根据传输信号tx2断开传输晶体管225。
[0193]
图33是示出根据本技术第三实施方案当照度低时的读出一行的操作的示例的时序图。直到刚刚时刻t23之前的控制与第一和第二实施方案中的类似。
[0194]
在时刻t23，垂直扫描电路211供给传输信号tg和tx2以及控制信号txc以导通传输晶体管225和227以及调整晶体管229，并将电荷传输到浮动扩散区域228。此外，在时刻t24，垂直扫描电路211根据控制信号txc断开调整晶体管229，并且在刚刚t24之后的时刻t25根据传输信号tx2断开传输晶体管225。在刚刚t25之后的时刻t26，垂直扫描电路211根据传输信号tg断开传输晶体管227。
[0195]
图34是根据本技术第三实施方案当照度低时的读出时的电位图的示例。在照度低的情况下，当读出第一次d相电平时，如图所示，st1中没有信号电荷残留。在读出第二次d相电平时的电位图与第一次d相电平的类似。
[0196]
图35是示出根据本技术第三实施方案当照度高时的读出一行的操作的示例的时序图。图中的读出控制与图33所示的控制类似。
[0197]
图36是根据本技术第三实施方案当照度高时的读出时的电位图的示例。图中的a是读出第一次d相电平时的电位图的示例，并且图中的b是读出第二次d相电平时的电位图的示例。
[0198]
另外，第一实施方案的第一变形例和第二变形例可以适用于第三实施方案。
[0199]
如上所述，根据本技术的第三实施方案，由于设置有用于调整势垒的高度的晶体管，因此可以解决势垒的高度的不足。
[0200]
《4.移动体的应用例》
[0201]
根据本公开的技术(本技术)可以适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人飞行器、船舶、机器人等任何类型的移动体上的装置。
[0202]
图37是作为根据本公开的技术可以适用的车辆控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构成例的框图。
[0203]
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图37所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、主体系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能构成，示出了微型计算机12051、音频图像输出单元12052和车载网络接口(i/f)12053。
[0204]
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作诸如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置、用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构、用于调整车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置的控制装置。
[0205]
主体系统控制单元12020根据各种程序来控制安装到车体的各种装置的操作。例如，主体系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如头灯、尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，用于代替按键的从便携式装置传递的无线电波或各种开关的信号可以输入到主体系统控制单元12020。主体系统控制单元12020接收无线电波或信号的输入并控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。
[0206]
车外信息检测单元12030检测安装车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，成像单元12031连接到车外信息检测单元12030。车外信息检测单元12030使成像单元12031捕获车辆外部的图像并接收所捕获的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像进行诸如人、汽车、障碍物、标志、道路上的文字等物体检测处理或距离检测处理。
[0207]
成像单元12031是接收光并输出对应于受光量的电气信号的光学传感器。成像单元12031可以输出电气信号作为图像，或者可以输出电气信号作为测距信息。此外，由成像单元12031接收的光可以是可见光或诸如红外线等不可见光。
[0208]
车内信息检测单元12040检测车内的信息。例如，检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车内信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测单元12041包括对驾驶员成像的相机，并且基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或集中度，或者可以判断驾驶员是否瞌睡。
[0209]
微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部和外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且可以向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以进行协调控制，以实现包括车辆的碰撞避免或碰撞缓和、基于车辆之间的距离的追踪行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告和车辆的车道偏离警告等的高级驾驶员辅助系统(adas)的功能。
[0210]
此外，微型计算机12051可以通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆周围的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等来进行协调控制，以实现其中车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等。
[0211]
此外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息将控制指令输出到主体系统控制单元12020。例如，微型计算机12051可以通过根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置控制头灯来进行协调控制，以实现诸如将远光灯切换为近光灯等防止眩光。
[0212]
音频图像输出单元12052将音频和图像至少一者的输出信号传递到能够在视觉上或听觉上通知车辆乘员或车辆外部的信息的输出装置。在图37的示例中，作为输出装置，音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063被示出。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一种。
[0213]
图38是示出成像单元12031的安装位置的示例的图。
[0214]
在图38中，作为成像单元12031，设置有成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
[0215]
成像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在例如车辆12100的车头、侧视镜、后保险杠、后门和车内的挡风玻璃的上部等位置。设置在车头的成像单元12101和设置
在车内的挡风玻璃上部的成像单元12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜的成像单元12102和12103主要获得车辆12100的侧方的图像。设置在后保险杠或后门的成像单元12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置在车内的挡风玻璃上部的成像单元12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
[0216]
此外，图38示出了成像单元12101～12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在车头的成像单元12101的成像范围，成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜的成像单元12102和12103的成像范围，并且成像范围12114表示设置在后保险杠或后门的成像单元12104的成像范围。例如，通过叠加由成像单元12101～12104捕获的图像数据，获得车辆12100的从上方看到的鸟瞰图像。
[0217]
成像单元12101～12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，成像单元12101～12104中的至少一个可以是包括多个成像元件的立体相机，或者可以是具有相位差检测用的像素的成像元件。
[0218]
例如，基于从成像单元12101～12104获得的距离信息，通过获得距成像范围12111～12114内的各立体物的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，微型计算机12051提取在车辆12100的行驶路线上的特别是最靠近的立体物且在与车辆12100的大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的立体物作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以设定针对前方车辆的预先确保的车辆间的距离，并且可以进行自动制动控制(包括追踪行驶停止控制)、自动加速控制(包括追踪行驶开始控制)等。这样，可以进行其中车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的用于自动驾驶等的协调控制。
[0219]
例如，基于从成像单元12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051可以将关于立体物的立体物数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人和诸如电线杆等其他立体物，提取立体物数据，并且使用立体物数据自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为可以由车辆12100的驾驶员视觉识别的障碍物和难以视觉识别的障碍物。此外，微型计算机12051判断指示与每个障碍物碰撞的危险度的碰撞风险，并且当碰撞风险等于或高于设定值并且存在碰撞的可能性时，可以通过经由音频扬声器12061和显示单元12062向驾驶者输出警告或者经由驱动系统控制单元12010进行强制减速或回避转向，从而进行用于碰撞避免的驾驶辅助。
[0220]
成像单元12101～12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判断行人是否存在于由成像单元12101～12104捕获的图像中来识别行人。例如，通过提取由作为红外相机的成像单元12101～12104捕获的图像中的特征点的步骤以及对指示物体的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理以判断该物体是否为行人的步骤来进行行人的识别。当微型计算机12051判断行人存在于由成像单元12101～12104捕获的图像中并且识别出行人时，音频图像输出单元12052使显示单元12062在所识别的行人上叠加并显示用于强调的四边形轮廓线。此外，音频图像输出单元12052可以使显示单元12062在期望的位置显示指示行人的图标等。
[0221]
上面已经说明了根据本公开的技术可以适用的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可以适用于上述构成中的成像单元12031。具体地，图1的成像装置100可以应用于成像单元12031。通过将根据本公开的技术应用于成像单元12031，可以提高pls耐性，获得更清晰的拍摄图像，从而可以减轻驾驶员的疲劳。
[0222]
此外，上述实施方案示出了用于实施本技术的示例，并且实施方案中的事项和权利要求中的发明特定事项彼此具有对应关系。类似地，权利要求中的发明特定事项和具有相同名称的本技术实施方案中的事项彼此具有对应关系。然而，本技术不限于实施方案并且可以通过在不背离其主旨的情况下对实施方案进行各种变形来实施。
[0223]
此外，在本说明书中记载的效果仅仅是示例并且不受限制。此外，还可以存在其他效果。
[0224]
本技术可以具有以下构成。
[0225]
(1)一种固态成像元件，包括：
[0226]
光电转换元件；
[0227]
前级电荷保持区域；
[0228]
后级电荷保持区域，其具有与所述前级电荷保持区域不同的容量；
[0229]
前级传输晶体管，其将电荷从所述光电转换元件传输到所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域；
[0230]
后级传输晶体管，其将电荷从所述后级电荷保持区域传输到浮动扩散区域；
[0231]
中间传输晶体管，其将在电荷已经从所述后级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域之后残留在所述前级电荷保持区域中的电荷经由所述前级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域；以及
[0232]
遮光壁，其防止电荷从所述光电转换元件泄漏到所述后级电荷保持区域。
[0233]
(2)根据上述(1)所述的固态成像元件，其中，
[0234]
所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域是具有相同极性的杂质扩散区域，以及
[0235]
与所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域二者的极性不同的预定的杂质扩散区域被配置在所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域之间。
[0236]
(3)根据上述(1)所述的固态成像元件，其中，
[0237]
所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域形成在同一个杂质扩散区域中。
[0238]
(4)根据上述(3)所述的固态成像元件，其中，
[0239]
在所述杂质扩散区域之中的所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域之间的区域的杂质浓度与该区域的周围的杂质浓度不同。
[0240]
(5)根据上述(3)所述的固态成像元件，还包括：
[0241]
调整晶体管，其调整所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域之间的势垒的高度。
[0242]
(6)根据上述(1)～(5)中任一项所述的固态成像元件，还包括：
[0243]
垂直扫描电路，其控制所述前级传输晶体管、所述后级传输晶体管和所述中间传输晶体管中的每一个以导通或断开，
[0244]
其中，所述垂直扫描电路在断开所述后级传输晶体管的同时导通所述前级传输晶体管和所述中间传输晶体管以将电荷传输到所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域，在断开所述前级传输晶体管和所述中间传输晶体管的同时导通所述后级传输晶体管以将电荷从所述后级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域，并且导通所述中间传输晶体管和所述后级传输晶体管以将电荷从所述前级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域。
[0245]
(7)根据上述(1)～(6)中任一项所述的固态成像元件，还包括：
[0246]
信号处理电路，在对应于从所述后级电荷保持区域传输的电荷量的第一像素信号以及对应于从所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域传输的电荷量的第二像素信号之中，其将第一像素信号和预定阈值进行比较，并且基于比较结果执行选择第一像素信号和第二像素信号中的一个的处理。
[0247]
(8)根据上述(1)～(7)中任一项所述的固态成像元件，其中，
[0248]
所述光电转换元件形成在预定的半导体基板的两面之中的带配线的前面上。
[0249]
(9)根据上述(1)～(7)中任一项所述的固态成像元件，其中，
[0250]
所述光电转换元件形成在预定的半导体基板的两面之中的与带配线的前面相对的背面上。
[0251]
(10)根据上述(1)～(7)中任一项所述的固态成像元件，其中，
[0252]
所述光电转换元件包括第一光电转换元件和第二光电转换元件，
[0253]
所述前级电荷保持区域包括第一前级电荷保持区域和第二前级电荷保持区域，
[0254]
所述后级电荷保持区域包括第一后级电荷保持区域和第二后级电荷保持区域，
[0255]
所述前级传输晶体管包括第一前级传输晶体管和第二前级传输晶体管，
[0256]
所述中间传输晶体管包括第一中间传输晶体管和第二中间传输晶体管，以及
[0257]
所述后级传输晶体管包括第一后级传输晶体管和第二后级传输晶体管。
[0258]
(11)根据上述(1)～(10)中任一项所述的固态成像元件，还包括：
[0259]
电荷排出晶体管，其从所述光电转换元件排出电荷，
[0260]
复位晶体管，其初始化所述浮动扩散区域，
[0261]
放大晶体管，其放大对应于传输到所述浮动扩散区域的电荷量的信号，以及
[0262]
选择晶体管，其根据预定的选择信号输出经放大的信号作为像素信号。
[0263]
(12)一种成像装置，包括：
[0264]
光电转换元件；
[0265]
前级电荷保持区域；
[0266]
后级电荷保持区域，其具有与所述前级电荷保持区域不同的容量；
[0267]
前级传输晶体管，其将电荷从所述光电转换元件传输到所述前级电荷保持区域和所述后级电荷保持区域；
[0268]
后级传输晶体管，其将电荷从所述后级电荷保持区域传输到浮动扩散区域；
[0269]
中间传输晶体管，其将在电荷已经从所述后级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域之后残留在所述前级电荷保持区域中的电荷经由所述前级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域；
[0270]
遮光壁，其防止电荷从所述光电转换元件泄漏到所述后级电荷保持区域；以及
[0271]
信号处理电路，其处理对应于传输到所述浮动扩散区域的电荷量的像素信号。
[0272]
(13)一种固态成像元件的控制方法，包括：
[0273]
将电荷从光电转换元件传输到具有不同容量的前级电荷保持区域和后级电荷保持区域的前级传输过程；
[0274]
将电荷从所述后级电荷保持区域传输到浮动扩散区域的后级传输过程，其中通过遮光壁防止电荷泄漏到所述光电转换元件；以及
[0275]
将在电荷已经从所述后级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域之后残留在所述前级电荷保持区域中的电荷经由所述前级电荷保持区域传输到所述浮动扩散区域的中间传输过程。
[0276]
附图标记列表
[0277]
100 成像装置
[0278]
110 成像透镜
[0279]
120 记录单元
[0280]
130 成像控制单元
[0281]
200 固态成像元件
[0282]
211 垂直扫描电路
[0283]
212 像素阵列单元
[0284]
213 时序控制电路
[0285]
214 dac
[0286]
220 像素
[0287]
221,241 电荷排出晶体管
[0288]
222,242 光电转换元件
[0289]
223,225,227,243,245,247 传输晶体管
[0290]
224,226,244,246 电荷保持区域
[0291]
228 浮动扩散区域
[0292]
229 调整晶体管
[0293]
230 晶体管配置区域
[0294]
231 复位晶体管
[0295]
232 放大晶体管
[0296]
233 选择晶体管
[0297]
240 像素块
[0298]
250 负载mos电路块
[0299]
251 负载mos晶体管
[0300]
260 列信号处理电路
[0301]
261 adc
[0302]
262 数字信号处理单元
[0303]
310 n型半导体基板
[0304]
320 p型半导体基板
[0305]
331,335,336 n

层
[0306]
332,333,334 n层
[0307]
337～339 p

层
[0308]
341～346 栅电极
[0309]
411,412,416,417 遮光壁
[0310]
413 电荷传输通道
[0311]
414 配线层
[0312]
421 金属
[0313]
12031 成像单元。