固态成像元件、成像设备和控制固态成像单元的方法与流程

1.本公开涉及固态成像元件、成像设备和控制固态成像元件的方法。


背景技术：

2.作为固态成像元件，例如，背照式互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器是已知的。在cmos图像传感器当中，还已经开发了具有全局快门功能的电荷保持型cmos图像传感器(电荷保持型全局快门cmos图像传感器)。电荷保持型全局快门cmos图像传感器包括暂时保持由光电二极管(pd)生成的电荷的存储器(mem)(参见例如专利文献1)。
3.在各种cmos图像传感器中，栅极电极可以隔着绝缘膜设置在pd上。此外，在电荷保持型全局快门cmos图像传感器中，栅极电极隔着绝缘膜设置在mem中。这是为了在将pd中累积的电荷转移到mem时通过施加栅极电压暂时增加mem的电位来促进电荷转移。
4.引文列表
5.专利文献
6.专利文献1：jp 2011-199816 a


技术实现要素：

7.技术问题
8.全局快门cmos图像传感器的饱和信号量(饱和电荷量)由pd或mem的较小饱和信号量定义。由于pd和mem被划分并形成在平面像素中，因此与仅包括pd的cmos图像传感器相比，pd的有效面积减小，因此存在饱和信号量较差的缺点，并且动态范围减小。因此，在全局快门cmos图像传感器中，期望扩展动态范围。此外，即使在仅包括pd的cmos图像传感器中，也期望扩展动态范围。
9.因此，本公开提供能够扩展动态范围的固态成像元件、成像设备和控制固态成像元件的方法。
10.问题的解决方案
11.根据本公开的一方面的固态成像元件包括：第一光电转换单元，具有光入射表面，光入射在该光入射表面上；第一栅极电极，隔着绝缘膜设置在第一光电转换单元中；第二光电转换单元，相对于第一光电转换单元设置在光入射表面的一侧；以及电压施加单元，向第一栅极电极施加与第二光电转换单元累积的电荷数对应的电压。
附图说明
12.图1是图示根据本公开的每个实施例的电荷保持型全局快门cmos图像传感器的操作的示例的图。
13.图2是图示根据第一实施例的固体成像元件的示意性构造的示例的图。
14.图3是图示根据第一实施例的像素阵列单元的示意性构造的示例的横截面视图。
15.图4是图示根据第一实施例的第二光电转换单元的示意性构造的示例的图。
16.图5是图示根据第一实施例的像素电路的示意性构造的示例的图。
17.图6是图示根据第一实施例的关于转移和读取的时序图的示例的图。
18.图7是图示根据第二实施例的像素电路的示意性构造的示例的图。
19.图8是图示根据第二实施例的关于转移和读取的时序图的示例的图。
20.图9是图示根据第三实施例的像素电路的示意性构造的示例的图。
21.图10是图示根据第三实施例的关于转移和读取的时序图的示例的图。
22.图11是图示根据第四实施例的像素阵列单元的示意性构造的示例的横截面视图。
23.图12是图示根据第四实施例的像素电路的示意性构造的示例的图。
24.图13是图示根据第四实施例的关于转移和读取的时序图的示例的图。
25.图14是图示成像设备的示意性构造的示例的图。
26.图15是描绘车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。
27.图16是辅助解释车外信息检测部和成像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
28.在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。注意的是，根据本公开的固态成像元件、成像设备和控制固态成像元件的方法不受这些实施例限制。此外，在以下的每个实施例中，基本相同的部分用相同的附图标记表示，并省略冗余的描述。
29.以下描述的一个或多个实施例(包括示例和修改示例)可以各自被独立地实现。另一方面，以下描述的多个实施例中的至少一些可以与其它实施例中的至少一些适当组合来实现。多个实施例可以包括彼此不同的新颖特征。因此，多个实施例可以有助于解决不同的目的或问题，并且可以表现出不同的效果。注意的是，每个实施例中的效果仅仅是示例而不是限制，并且可以提供其它效果。
30.将根据以下所示项目的以下次序来描述本公开。
31.1.电荷保持型全局快门cmos图像传感器的概要
32.2.第一实施例
33.2-1.固态成像元件的示意性构造示例
34.2-2.像素阵列单元的示意性构造示例
35.2-3.第二光电转换单元的示意性构造示例
36.2-4.像素电路的示意性构造示例
37.2-5.像素电路的操作示例
38.2.6.作用和效果
39.3.第二实施例
40.4.第三实施例
41.5.第四实施例
42.6.其它实施例
43.7.应用示例
44.8.应用示例
45.9.补充说明
46.《1.电荷保持型全局快门cmos图像传感器的概要》
47.首先，将参考图1描述根据本公开的每个实施例的电荷保持型全局快门cmos图像传感器的概要。图1是图示根据本公开的每个实施例的电荷保持型全局快门cmos图像传感器的操作的示例的图。
48.通常，在卷帘快门型cmos图像传感器中，由于每一行的曝光时间差，在对动态被摄体进行成像时发生焦平面失真。作为解决这个问题的手段之一，存在电荷保持型全局快门cmos图像传感器。在这种电荷保持型全局快门cmos图像传感器中，经由转移栅极暂时保持电荷的存储器(mem)与光电二极管(pd)相邻形成，并且通过所有像素的同时曝光累积在pd中的电荷被同时转移到mem中并保留一定时间，然后在每一行中依次读出。为此，维持曝光时间的同时性，并且不发生焦平面失真。
49.但是，电荷保持型全局快门cmos图像传感器的饱和信号量(饱和电荷量)由pd或mem的较小饱和信号量定义。由于pd和mem被划分并形成在平面像素中，因此与仅具有pd的图像传感器相比，存在pd的有效面积减小并且饱和信号量较差的缺点。注意的是，pd是光电转换单元的示例，并且存储器是电荷存储单元的示例。
50.在此，如图1中所示，电荷保持型全局快门cmos图像传感器的mem隔着绝缘膜(图1中未示出)设有几个栅极(栅极电极)。这是为了在将pd中累积的电荷转移到mem时通过向每个栅极施加栅极电压(例如，驱动信号ty、tx、tg)暂时增加mem的电位来促进电荷转移。注意的是，当栅极接通时，si的势能变深，并且栅极电容也有助于mem中的电荷累积。在正常操作中，在mem的电荷保持期间栅极处于截止状态，但是如果栅极处于导通状态并且mem保持电荷，那么可以增加mem的饱和信号量。即，由于每单位面积的mem的饱和信号量增加，pd和mem两者的饱和信号量可以根据pd和mem在平面中的面积平衡而扩展。
51.但是，在栅极处于导通状态下继续保持电荷的情况下，与栅极在截止状态下保持电荷的情况相比，暗电流由于在栅极绝缘膜/si界面处生成的电子而增加。由于在高照度下光信号大，因此暗电流不明显，但在低照度下不能忽视这种暗电流增加，并且即使饱和信号的量增加，结果也会损害动态范围。
52.因此，在图像传感器具有根据入射照度改变(例如，调制驱动信号tx)mem保持期间的栅极电压的机制的情况下，有可能增加饱和信号量(信号)同时抑制暗电流(噪声)。因此，可以扩展全局快门的动态范围。
53.例如，如图1中所示，在高照度下，驱动信号tx的栅极导通电压增加，并且饱和信号量增加。此时，虽然暗电流增加，但由于暗电流小于光信号量，因此可以忽略暗电流。另一方面，在低照度下，可以降低驱动信号tx的栅极导通电压以抑制暗电流。这使得有可能在抑制暗电流的生成的同时增加饱和信号量。下面将详细描述实施例。
54.《2.第一实施例》
55.《2-1.固态成像元件的示意性构造示例》
56.将参考图2描述根据第一实施例的固态成像元件10的示意性构造示例。图2是图示根据第一实施例的固态成像元件10的示意性构造的示例的框图。
57.如图2中所示，固态成像元件10包括像素阵列单元11、垂直驱动单元12、列处理单元13、水平驱动单元14和系统控制单元15。像素阵列单元11、垂直驱动单元12、列处理单元13、水平驱动单元14和系统控制单元15形成在图1中未示出的半导体基板(芯片)上。固态成像元件10例如是cmos图像传感器。
58.像素阵列单元11包括多个像素(单位像素)20。像素20中的每一个生成与入射光的量对应的电荷量的光电荷(电荷)并且在内部累积光电荷，并且以矩阵阵列的形式二维布置。这些像素20例如具有背照式像素结构。
59.此外，像素阵列单元11包括像素驱动线16(161至16m)和垂直信号线17(171至17n)。像素驱动线16(161至16m)针对m行
×
n列(m和n均为1或更大的整数)的像素阵列的每一行沿着图1中的左-右方向形成。垂直信号线17(171至17n)针对m行
×
n列的像素阵列的每一列沿着图1中的垂直方向形成。注意的是，垂直信号线17也称为vsl。每条像素驱动线16的一端连接到与垂直驱动单元12的每一行对应的输出端子。
60.垂直驱动单元12包括例如移位寄存器、地址解码器等。垂直驱动单元12是针对所有像素或以行为单位同时驱动像素阵列单元11的每个像素20的像素驱动单元。从由垂直驱动单元12选择性地扫描的每个像素20输出的像素信号通过每条垂直信号线17供应给列处理单元13。垂直驱动单元12包括读取扫描系统和扫掠扫描系统，并可以在这些扫描系统的驱动下执行批量扫掠和批量转移。
61.例如，读取扫描系统逐行顺序地选择和扫描像素阵列单元11的像素20，以便从像素20读取信号。在行驱动(卷帘快门操作)的情况下，扫掠扫描系统在读取扫描之前对由读取扫描系统对其执行读取扫描的读取行执行扫掠扫描，直到与快门速度对应的时间。此外，在全局曝光(全局快门操作)的情况下，扫掠扫描系统执行比集中转移更早的集中扫掠，直到与快门速度对应的时间。注意的是，在第一至第三实施例中，使用全局快门操作，而在第四实施例中，使用卷帘快门操作。
62.通过这种扫掠，不必要的电荷从读取行的像素20扫掠(重置)。然后，通过扫掠(重置)不必要的电荷来执行所谓的电子快门操作。在此，电子快门操作是指丢弃像素20的光电荷并重新开始曝光(开始光电荷的累积)的操作。此外，通过读取扫描系统的读取操作读取的信号与紧接在前的读取操作或电子快门操作之后入射的光量对应。在卷帘快门操作的情况下，从紧接在前的读取操作的读取定时或电子快门操作的扫掠定时到当前读取操作的读取定时的时段是单位像素中的光电荷累积时段(曝光时段)。在全局快门操作的情况下，从批量扫掠到批量转移的时段是累积时段(曝光时段)。
63.列处理单元13针对像素阵列单元11的每个像素列对通过垂直信号线17从所选择的行的每个像素20输出的像素信号执行预定信号处理，并且在信号处理之后暂时保持像素信号。具体而言，列处理单元13至少执行噪声移除处理，例如，作为信号处理的相关双采样(cds)处理。通过列处理单元13的相关双采样，诸如重置噪声和放大晶体管的阈值变化之类的像素特有的固定模式噪声被移除。注意的是，除了噪声移除处理之外，列处理单元13还可以设有例如模数(ad)转换功能，并且可以将信号电平作为数字信号输出。
64.水平驱动单元14包括例如移位寄存器、地址解码器等。水平驱动单元14顺序地选择与列处理单元13的像素列对应的单元电路。通过水平驱动单元14的选择性扫描，经过列处理单元13的信号处理的像素信号被顺序地输出到信号处理单元18。
65.系统控制单元15包括例如生成各种定时信号的定时发生器。系统控制单元15基于由定时发生器生成的各种定时信号执行垂直驱动单元12、列处理单元13、水平驱动单元14等的驱动控制。
66.注意的是，固态成像元件10包括信号处理单元18和数据存储单元19。信号处理单
元18至少具有加法处理功能，并且对从列处理单元13输出的像素信号执行诸如加法处理之类的各种信号处理。数据存储单元19暂时存储信号处理单元18中的信号处理所需的数据。信号处理单元18和数据存储单元19可以通过在与固态成像元件10不同的基板上提供的外部信号处理单元(例如数字信号处理器(dsp))或通过软件处理来实现，或者可以安装在与固态成像元件10相同的基板上。
67.《2-2.像素阵列单元的示意性构造示例》
68.将参考图3描述根据第一实施例的像素阵列单元11的示意性构造示例。图3是图示根据第一实施例的像素阵列单元11的示意性构造的示例的横截面视图。
69.如图3中所示，像素阵列单元11包括半导体层30、布线层40和光学层50。光学层50、半导体层30和布线层40从来自外部的光进入像素阵列单元11的光入射表面的一侧起按这个次序层压。
70.半导体层30包括用于每个像素20的第一光电转换单元31、每个像素20共用的第二光电转换单元32、对每个第一光电转换单元31分区的元件隔离部分33、每个像素20共用的上部绝缘膜34，以及每个像素20共用的下部绝缘膜35。半导体层30与半导体基板对应。
71.第一光电转换单元31中的每一个执行光电转换以生成与接收到的光的量对应的电荷。作为第一光电转换单元31，例如，使用具有pn结的光电二极管。半导体层30具有第一导电类型(例如，p型)的半导体区域和第二导电类型(例如，n型)的半导体区域。通过针对每个像素在第一导电类型的半导体区域中形成第二导电类型的半导体区域，针对每个像素20形成第一光电转换单元31。
72.每个这样的第一光电转换单元31被夹在上部绝缘膜34和下部绝缘膜35之间。每个第一光电转换单元31包括电荷存储单元(电荷保持单元)31a和浮动扩散(浮动扩散层)fd2。电荷存储单元31a与存储器(mem)对应。电荷存储单元31a暂时保持由第一光电转换单元31生成的电荷。栅极电极36隔着下部绝缘膜35设置在面对第一光电转换单元31的电荷存储单元31a的位置处。浮动扩散fd2将电荷转换成电压。浮动扩散fd2隔着元件分离单元33设置在与面对电荷存储单元31a的位置处(即，在相邻的第一光电转换单元31处)。
73.第二光电转换单元32执行光电转换以生成与接收到的光的量对应的电荷。第二光电转换单元32在半导体层30的光入射表面侧(图3中的上侧)形成。第二光电转换单元32包括例如光电转换膜32a、上部电极32b和下部电极32c。光电转换膜32a夹在上部电极32b和下部电极32c之间。下部电极32c例如通过为每个像素20提供电极而构成。
74.元件隔离部分33隔离彼此相邻的像素20的各个第一光电转换单元31。例如，元件隔离部分33被形成为使得从光入射表面观察的形状为格子形状。元件隔离部分33包括绝缘膜33a和布线33b。绝缘膜33a覆盖通过挖掘半导体层30而提供的沟槽的内周表面。布线33b是填充被绝缘膜33a覆盖的沟槽内部的金属层。布线33b将第二光电转换单元32的下部电极32c电连接到栅极电极36和浮动扩散fd2。
75.布线层40设置在半导体层30的与光入射表面侧相对的表面(图3中的下表面)上。布线层40包括绝缘层41和多条布线42。例如，每条布线42在绝缘层41中形成为层状。注意的是，晶体管、读取电路(均未在图3中示出)等也在布线层40中形成。
76.光学层50设置在半导体层30的光入射表面(图3中的上表面)上。光学层50包括滤色器51和片上透镜52。注意的是，光学层50可以具有另一层，诸如平坦化膜。
77.滤色器51是使由片上透镜52会聚的光当中预定波长的光透过的滤光器。滤色器51层压在半导体层30的光入射表面上。例如，滤色器51包括使红色光透过的滤色器、使绿色光透过的滤色器和使蓝色光透过的滤色器。
78.片上透镜52是将入射光会聚在每个像素20的第一光电转换单元31上的透镜。片上透镜52层压在滤色器51的光入射表面上。例如，片上透镜52通过为每个像素20提供透镜而构成。作为片上透镜52的材料，例如使用诸如丙烯酸之类的树脂。
79.《2-3.第二光电转换单元的示意性构造示例》
80.将参考图4描述根据第一实施例的第二光电转换单元32的示意性构造示例。图4是图示根据第一实施例的第二光电转换单元32的示意性构造的示例的示图。
81.如图4中所示，第二光电转换单元32具有这样的结构，其中光电转换膜32a被层压以夹在作为面对彼此的一对透明电极的上部电极32b和下部电极32c之间。下部电极32c通过布线33b电连接到浮动扩散fd2和电荷存储单元31a的栅极电极36。
82.在第二光电转换单元32中，在光照射时，在光电转换膜32a中生成的电荷对中到达下部电极32c的空穴升高浮动扩散fd2的电位。由于浮动扩散fd2电连接到栅极电极36，因此施加到栅极电极36的电压根据生成的空穴的数量来确定。即，由于在低照度下生成的空穴的数量少并且栅极电压保持在低水平，因此暗电流的生成小。另一方面，由于在高照度下生成的空穴的数量大且栅极电压高，因此饱和信号量增加。
83.在此，为了获得施加到栅极电极36的电压的足够振幅，有必要减小浮动扩散fd2的电容并增加累积电荷(在这种情况下为空穴)的数量。但是，关于前者，由于在连接到浮动扩散fd2的第二光电转换单元32与布线之间产生寄生电容，因此不能预期极低的电容。因此，如上所述，设计第二光电转换单元32的构造和连接是有效的。
84.注意的是，作为光电转换膜32a所要求的特性，在膜中具有陷阱能级的材料代替si单晶是合适的，并且诸如非晶或多晶之类的材料类型无关紧要。材料的示例包括低分子/聚合物有机薄膜和钙钛矿薄膜。在将膜中具有陷阱能级的材料用作光电转换膜32a的情况下，当对上部电极32b施加正偏压时，与照度对应的电子在光照射时被第二光电转换单元32的陷阱能级捕获，并且促进了从上部电极32b的空穴注入，使得到达下部电极32c的空穴数量加倍(称为光倍增)。注意的是，由于大部分入射光需要到达第一光电转换单元31，因此期望通过膜厚度调整等将光电转换膜32a的光吸收率保持低。
85.《2-5.像素电路的示意性构造示例》
86.将参考图5描述根据第一实施例的像素电路的示意性构造示例。图5是图示根据第一实施例的像素电路的示意性构造的示例的图。
87.如图5中所示，每个像素20包括第一光电转换单元31、溢出晶体管21、多个转移晶体管22和23、存储器晶体管24、浮动扩散fd1、读出电路60和电压施加单元70。晶体管21至24中的每一个是例如互补金属氧化物半导体(cmos)晶体管。
88.如上所述，第一光电转换单元31执行光电转换以生成与接收到的光的量对应的电荷。作为第一光电转换单元31，例如，使用pn结光电二极管。在第一光电转换单元31中，阴极电连接到转移晶体管22，而阳极电连接到参考电位线(例如，地)。
89.溢出晶体管21是用于防止溢流的晶体管。溢出晶体管21电连接在第一光电转换单元31的阴极与溢出层ofd之间。溢出晶体管21通过在曝光开始时向栅极施加驱动信号ofg来
释放第一光电转换单元31的电荷。
90.转移晶体管22电连接到第一光电转换单元31。转移晶体管22通过向栅极施加驱动信号ty来将第一光电转换单元31中累积的电荷转移到电荷存储单元31a。注意的是，转移晶体管22还用作防止电荷从电荷存储单元31a回流到第一光电转换单元31的栅极。
91.存储器晶体管24电连接到转移晶体管22。存储器晶体管24的栅极(即，栅极电极36)电连接到电压施加单元70的输出端。存储器晶体管24通过向栅极电极36施加驱动信号tx来改变电荷存储单元31a的电位。具体而言，当驱动信号tx被施加到栅极电极36时，电荷存储单元31a被调制。即，通过向栅极电极36施加驱动信号tx来加深电荷存储单元31a的电位。因此，与调制不应用于电荷存储单元31a的情况相比，可以增加电荷存储单元31a的饱和信号量。
92.转移晶体管23电连接在存储晶体管24与浮动扩散fd1之间。转移晶体管23通过向栅极施加驱动信号tg来将电荷从电荷存储单元31a转移到浮动扩散fd1。注意的是，转移晶体管23还用作防止电荷从浮动扩散fd1回流到电荷存储单元31a的栅极。
93.浮动扩散fd1电连接到读出电路60的输入端。浮动扩散fd1暂时保持从电荷存储单元31a输出并由转移晶体管23转移的电荷。浮动扩散fd1是浮动扩散层(浮动扩散区域)的示例。
94.读出电路60包括例如重置晶体管61、放大晶体管62和选择晶体管63。重置晶体管61、放大晶体管62和选择晶体管63是例如cmos晶体管。
95.重置晶体管61电连接在电源线vdd与浮动扩散fd1之间。在重置晶体管61中，例如，漏极电连接到电源线vdd，并且源极电连接到浮动扩散fd1。重置晶体管61通过向栅极施加驱动信号rst将浮动扩散fd1的电位重置为电源线vdd的电位。
96.放大晶体管62是用于电压放大的晶体管。在放大晶体管62中，例如，漏极电连接到电源线vdd，并且栅极电连接到浮动扩散fd1。放大晶体管62放大浮动扩散fd1的电位并且生成与放大电位对应的电压作为像素信号。
97.选择晶体管63是用于像素选择的晶体管。在选择晶体管63中，例如，漏极电连接到放大晶体管62的源极，并且源极电连接到垂直信号线17(vsl)。选择晶体管63通过向栅极施加驱动信号sel来选择要从中读取像素信号的像素20。即，选择晶体管63控制来自读出电路60的像素信号的输出定时。
98.注意的是，选择晶体管63可以连接在电源线vdd与放大晶体管62的漏极之间。此外，重置晶体管61、放大晶体管62和选择晶体管63中的一个或多个可以根据读取像素信号的方法而被省略，或者可以添加另一个晶体管。
99.电压施加单元70包括例如第二光电转换单元32、多个重置晶体管71和72、多个转移晶体管73和74以及开关晶体管75。注意的是，一个或多个电压施加单元70可以根据像素信号读取方法或电压控制方法而被省略，或者可以添加另一个晶体管或元件。
100.如上所述，第二光电转换单元32执行光电转换以生成与接收到的光的量对应的电荷。第二光电转换单元32电连接到浮动扩散fd2。浮动扩散fd2暂时保持从第二光电转换单元32输出的电荷。浮动扩散fd2是浮动扩散层(浮动扩散区域)的示例，并且例如用作电压施加单元70的一部分。
101.重置晶体管71电连接在参考电位线(例如，地)与浮动扩散fd2之间。重置晶体管71
通过向栅极施加驱动信号fr2来将浮动扩散fd2的电位重置到参考电位。
102.转移晶体管73电连接在浮动扩散fd2与浮动扩散fd3之间。转移晶体管73通过向栅极施加驱动信号fg2来将浮动扩散fd2的电荷转移到浮动扩散fd3。浮动扩散fd3暂时保持从浮动扩散fd2输出的电荷。浮动扩散fd3是浮动扩散层(浮动扩散区域)的示例，并且例如用作电压施加单元70的一部分。
103.重置晶体管72电连接在参考电位线(例如，地)与浮动扩散fd3之间。重置晶体管72通过向栅极施加驱动信号fr3来将浮动扩散fd3的电位重置到参考电位。
104.转移晶体管74电连接在浮动扩散fd3与存储器晶体管24的栅极电极36之间。当驱动信号fg3被施加到转移晶体管74的栅极时，浮动扩散fd3的电荷被转移到存储器晶体管24的栅极电极36。
105.开关晶体管75电连接在用于输入驱动信号tx的信号线(像素驱动线16)与存储器晶体管24的栅极电极36之间。例如，开关晶体管75的一端(源极或漏极)电连接到存储器晶体管24的栅极电极36和转移晶体管74的一端(源极或漏极)。当驱动信号txg被施加到开关晶体管75的栅极时，驱动信号tx被输入到存储器晶体管24的栅极电极36。驱动信号tx的电压(tx电压)由电压施加单元70调整。
106.注意的是，在上述各种晶体管中，驱动信号被施加到栅极(栅极电极)，并且各种晶体管的每个栅极电连接到构成像素驱动线16的每条信号线(参见图2)。因此，驱动信号经由信号线输入到每个晶体管。
107.《2-4.像素电路的操作示例》
108.将参考图6描述根据第一实施例的像素电路的操作示例。图6是图示根据第一实施例的关于转移和读取的时序图的示例的图。
109.如图6中所示，驱动信号ty被导通，并且第一光电转换单元31和第二光电转换单元32的曝光在电荷从第一光电转换单元31转移到电荷存储单元31a(pd
→
mem)的定时上结束。然后，当驱动信号fg2被导通时，浮动扩散fd2的电位波动被传播并保持在预先重置为gnd电平的浮动扩散fd3中。此时，浮动扩散fd3的电容优选地小于浮动扩散fd2的电容。
110.当驱动信号tx被截止时，在电荷存储单元31a(mem)开始保持电荷的同时驱动信号fg3被导通，并且驱动信号txg被截止，外部电压(驱动信号tx)被切断，并且浮动扩散fd3的电位被施加到电荷存储单元31a(mem)的栅极电极36。因此，mem保持时段中的栅极电压根据同一帧中累积的电荷量进行调整。在保留一定时间之后，在卷帘操作中完成每一行的信号读取。注意的是，在读取定时，驱动信号txg被导通，驱动信号fg3被截止，并且驱动信号tx和tg被导通。
111.通过使用上述电压施加单元70，可以根据第二光电转换单元的累积电荷量(累积电荷数)来调整施加到电荷存储单元31a的栅极电极36的电压32。因此，如图6中所示，可以改变电荷保持(mem电荷保持)时段期间电荷存储单元31a的栅极电压(tx电压)。即，通过根据入射光的照度改变电荷存储单元31a的栅极电压，有可能增加电荷存储单元31a的饱和信号量，同时抑制暗电流的生成。即，可以通过在高照度下扩展饱和信号量同时在低照度下抑制暗电流的生成来扩展动态范围。
112.《2-6.作用和效果》
113.如上所述，根据第一实施例，通过根据入射在第一光电转换单元31上的光的照度
改变施加到电荷存储单元31a的栅极电极36的电压，有可能增加饱和信号量，同时抑制暗电流的生成，因此有可能扩展动态范围。例如，可以通过在高照度下扩展饱和信号量同时在低照度下抑制暗电流的生成来扩展动态范围。
114.《3.第二实施例》
115.将参考图7和8描述根据第二实施例的电压施加单元70a的示意性构造示例和操作示例。图7是图示根据第二实施例的电压施加单元70a的示意性构造示例的图。图8是图示根据第二实施例的关于转移和读取的时序图的示例的图。在下文中，主要描述与第一实施例的不同点，并且将省略其它描述。
116.如图7中所示，根据第二实施例的电压施加单元70a具有与根据第一实施例的电压施加单元70基本相同的构造，并且是根据第二光电转换单元32的累积电荷量调整要施加到预定栅极的电压的机制。这种机制不仅在电荷存储单元31a中有效，而且在其中部署栅极电极37的第一光电转换单元31中也有效。栅极电极37避开栅极电极36而隔着下部绝缘膜35(参见图3)相对于第一光电转换单元31来设置。即，第二实施例与第一实施例之间的差异在于：如图7中所示，浮动扩散fd2电连接到第一光电转换单元31的栅极电极37。具体而言，转移晶体管25电设置在第一光电转换单元31与转移晶体管22之间，并且转移晶体管25的栅极用作栅极电极37。
117.在第二实施例和第一实施例中，像素电路的驱动方法是相同的，但是通过使用上述电压施加单元70a，如图8中所示，不仅在电荷保持(mem电荷保持)时段期间电荷存储单元31a的栅极电压(tx电压)而且栅极电压(px电压)也可以根据第二光电转换单元32中的电荷累积期间累积的电荷量(电荷数)而改变。栅极电压随着累积电荷量的增加而增加，并随着累积电荷量的减少而降低。因此，有可能增加第一光电转换单元31和电荷存储单元31a两者的饱和信号量，同时抑制暗电流的生成。
118.如上所述，根据第二实施例，可以获得与第一实施例相同的效果。即，有可能在抑制暗电流的生成的同时扩展第一光电转换单元31和电荷存储单元31a两者的饱和信号量，并且有可能扩展动态范围。
119.《4.第三实施例》
120.将参考图9和10描述根据第三实施例的电压施加单元70b的示意性构造示例和操作示例。图9是图示根据第三实施例的电压施加单元70b的示意性构造示例的图。图10是图示根据第三实施例的关于转移和读取的时序图的示例的图。在下文中，将主要描述与第二实施例的不同点，并将省略其它描述。
121.如图9中所示，根据第三实施例的电压施加单元70b通过将用于根据第二光电转换单元32的累积电荷量调整要施加到预定栅极的电压的机制应用于仅其中部署有栅极电极37的第一光电转换单元31来获得。通过使用电压施加单元70b，如图10中所示，栅极电压(px电压)可以根据第二光电转换单元32中的电荷累积期间的累积电荷量而改变。栅极电压随着累积电荷量增加而增加，并且随着累计电荷量减少而降低。因此，有可能在抑制暗电流的生成的同时增加第一光电转换单元31的饱和信号量。
122.如上所述，根据第三实施例，可以获得与第二实施例相同的效果。即，有可能在抑制暗电流的生成的同时扩展第一光电转换单元31的饱和信号量，并且有可能扩展动态范围。
123.《5.第四实施例》
124.将参考图11至13描述根据第四实施例的像素阵列单元11和电压施加单元70b的示意性构造示例和操作示例。图11是图示根据第四实施例的像素阵列单元11的示意性构造的示例的图。图12是图示根据第四实施例的电压施加单元70b的示意性构造的示例的图。图13是图示根据第四实施例的关于转移和读取的时序图的示例的图。在下文中，将主要描述与第三实施例的不同点，并且将省略其它描述。
125.如图11中所示，根据第四实施例的像素阵列单元11不包括电荷存储单元31a。即，第四实施例与第三实施例的不同点在于有无电荷存储单元31a。如图12中所示，在第四实施例中，与第三实施例类似地存在电压施加单元70b，但是不存在根据第三实施例的转移晶体管22和存储晶体管24(参见图11)。
126.如图13中所示，作为卷帘操作时的示例，在选择的行中，当驱动信号tg被截止时同时开始下一帧的曝光，而且在第二光电转换单元32中，浮动扩散fd2中的电荷累积通过在相同定时截止驱动信号fr2而开始。通过根据电荷累积量升高浮动扩散fd2的电位，第一光电转换单元31的栅极电压(px电压)也升高。
127.如上所述，通过使用电压施加单元70b，如图13中所示，可以根据第二光电转换单元32中的电荷累积期间的累积电荷量来改变栅极电压(px电压)。栅极电压随着累积电荷量的增加而增加，并且随着累积电荷量的减少而降低。因此，可以增加第一光电转换单元31的饱和信号量。
128.如上所述，根据第四实施例，可以获得与第三实施例相同的效果。即，可以扩展第一光电转换单元31的饱和信号量，并且可以扩展动态范围。
129.《6.其它实施例》
130.可以以不同于上述实施例的各种不同形式(修改)执行根据上述实施例的处理。例如，配置不限于上述示例，并且可以是各种模式。此外，例如，文档或附图中所示的配置、处理过程、具体名称以及包括各种数据和参数的信息可以任意改变，除非另有说明。
131.此外，附图中所示的每个设备的每个组件是功能概念上的，并且不一定物理地被配置为附图中所示。即，每个设备的具体分布和集成形式不限于图示的形式，并且可以根据各种负载、使用条件等将其全部或部分功能性或物理地分布和集成在任意单元中。
132.在上述实施例和修改中，诸如p型和n型之类的导电类型可以颠倒。甚至在这种情况下，也可以获得与每个实施例和每个修改例相同的效果。
133.此外，在上述实施例和修改的每一个中，栅极电极36和栅极电极37两者或其中之一可以在平面中被划分。即，多个栅极电极36可以隔着下部绝缘膜35相对于电荷存储单元31a部署，并且多个栅极电极37可以隔着下部绝缘膜35相对于第一光电转换单元31部署。通过增加栅极电极的数量，有可能抑制未转移的电荷。栅极电极36的划分数与栅极电极37的划分数可以相同或者不同。注意的是，施加到栅极电极36和栅极电极37两者或其中之一的电压根据第二光电转换单元32的累积电荷量来调整。栅极电极36或栅极电极37是第一栅极电极或第二栅极电极的示例。
134.此外，根据上述各实施例和修改的固态成像元件10不仅可以用作可见光接收元件，而且可以应用于能够检测各种类型的辐射(诸如红外线、紫外线、x射线和电磁波)的元件。除了图像输出之外，本发明还可以应用于诸如距离测量、光量改变和物理特性的检测之
类的各种应用。
135.《7.应用示例》
136.将根据上述实施例和修改中的每一个的固态成像元件10应用于成像设备。成像设备是例如诸如数码相机、摄像机、智能电话、平板终端、移动电话、个人数字助理(pda)、笔记本个人计算机(pc)或台式pc之类的电子设备。
137.将参考图14描述成像设备300的示例。图14是图示作为对其应用本技术的电子设备的成像设备300的示意性构造的示例的框图。
138.如图14中所示，成像设备300包括光学系统301、快门设备302、成像元件303、控制电路(驱动电路)304、信号处理电路305、监视器306和存储器307。成像设备300可以捕获静止图像和移动图像。成像元件303是根据上述实施例和修改的任何固态成像元件10。
139.光学系统301包括一个或多个透镜。光学系统301将来自被摄体的光(入射光)引导至成像元件303并且在成像元件303的光接收表面上形成图像。
140.快门设备302部署在光学系统301和成像元件303之间。快门设备302根据控制电路304的控制来控制相对于成像元件303的光照射时段和光屏蔽时段。
141.成像元件303根据经由光学系统301和快门设备302形成在光接收表面上的光在一定时段内累积信号电荷。累积在成像元件303中的信号电荷根据从控制电路304供应的驱动信号(定时信号)被转移。
142.控制电路304输出用于控制成像元件303的转移操作和快门设备302的快门操作的驱动信号以驱动成像元件303和快门设备302。
143.信号处理电路305对从成像元件303输出的信号电荷执行各种类型的信号处理。通过信号处理电路305执行的信号处理获得的图像(图像数据)被供应给监视器306并且也供应给存储器307。
144.监视器306基于从信号处理电路305供应的图像数据显示由成像元件303捕获的移动图像或静止图像。作为监视器306，例如，使用面板型显示设备，诸如液晶面板或有机电致发光(el)面板。
145.存储器307存储从信号处理电路305供应的图像数据，即，由成像元件303捕获的移动图像或静止图像的图像数据。作为存储器307，例如，使用诸如半导体存储器或硬盘之类的记录介质。
146.而且在如上所述配置的成像设备300中，可以通过使用根据上述实施例和修改的固态成像元件10中的任何一个作为成像元件303来扩展动态范围。
147.《8.应用示例》
148.根据本公开的技术还可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以被实现为安装在诸如汽车、电动车辆、混合动力电动车辆、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、轮船、机器人、建筑机械或农业机械(拖拉机)之类的任何类型移动体上的设备。此外，例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜外科手术系统、显微外科手术系统等。
149.图15是描绘作为可以对其应用根据本公开的实施例的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统7000的示意性构造的示例的框图。车辆控制系统7000包括经由通信网络7010彼此连接的多个电子控制单元。在图15中所示的示例中，车辆控制系统7000包括驱动系统控制单元7100、车身系统控制单元7200、电池控制单元7300、车外信息检测单元
7400、车内信息检测单元7500和集成控制单元7600。将多个控制单元彼此连接的通信网络7010例如可以是符合诸如控制器局域网(can)、局域网(lin)、局域网(lan)、flexray(注册商标)等任意标准的车载通信网络。
150.每个控制单元包括：微型计算机，其根据各种程序执行算术处理；存储部，其存储由微型计算机执行的程序、用于各种操作的参数等；以及驱动电路，其驱动各种控制目标设备。每个控制单元还包括：网络接口(i/f)，用于经由通信网络7010与其它控制单元执行通信；以及通信i/f，用于通过有线通信或无线电通信与车辆内外的设备、传感器等执行通信。图15中所示的集成控制单元7600的功能配置包括微型计算机7610、通用通信i/f 7620、专用通信i/f 7630、定位部7640、信标接收部7650、车内设备i/f 7660、声音/图像输出部7670、车载网络i/f 7680和存储部7690。其它控制单元类似地包括微型计算机、通信i/f、存储部等。
151.驱动系统控制单元7100根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元7100用作用于生成车辆的驱动力的驱动力生成设备(诸如内燃机、驱动马达等)的控制设备，用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构、用于调整车辆转向角的转向机构、用于生成车辆的制动力的制动设备等。驱动系统控制单元7100可以具有作为防抱死制动系统(abs)、电子稳定控制(esc)等的控制设备的功能。
152.驱动系统控制单元7100与车辆状态检测部7110连接。车辆状态检测部7110例如包括检测车身的轴向旋转移动的角速度的陀螺仪传感器、检测车辆的加速度的加速度传感器以及用于检测加速踏板的操作量、制动踏板的操作量、方向盘的转向角、发动机转速或转速的传感器中的至少一种。驱动系统控制单元7100使用从车辆状态检测部7110输入的信号执行算术处理，控制内燃机、驱动马达、电动助力转向设备、制动设备等。
153.车身系统控制单元7200根据各种程序控制提供给车身的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元7200用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗设备或诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯、雾灯等等各种灯的控制设备。在这种情况下，从作为键或各种开关的信号的替代的移动设备发送的无线电波可以输入到车身系统控制单元7200。车身系统控制单元7200接收这些输入的无线电波或信号，并控制车辆的门锁设备、电动车窗设备、灯等。
154.电池控制单元7300根据各种程序控制作为用于驱动马达的电源的二次电池7310。例如，从包括二次电池7310的电池设备向电池控制单元7300供给关于电池温度、电池输出电压、电池中剩余的电荷量等的信息。电池控制单元7300使用这些信号执行算术处理，并执行用于调节二次电池7310的温度的控制或控制提供给电池设备的冷却设备等。
155.车外信息检测单元7400检测关于包括车辆控制系统7000的车辆外部的信息。例如，车外信息检测单元7400与成像部7410和车外信息检测部7420中的至少一个连接。成像部7410包括飞行时间(tof)相机、立体相机、单目相机、红外相机和其它相机中的至少一种。车外信息检测部7420例如包括用于检测当前的大气状况或天气状况的环境传感器和用于检测包括车辆控制系统7000的车辆周边的另一个车辆、障碍物、行人等的周边信息检测传感器中的至少一个。
156.例如，环境传感器可以是检测雨水的雨滴传感器、检测雾的雾传感器、检测日照程度的阳光传感器和检测降雪的雪传感器中的至少一种。所述周边信息检测传感器可以是超
声波传感器、雷达设备、lidar设备(光检测和测距设备，或激光成像检测和测距设备)中的至少一种。成像部7410和车外信息检测部7420中的每一个可以作为独立的传感器或设备提供，或者可以作为其中集成了多个传感器或设备的设备提供。
157.图16描绘了成像部7410和车外信息检测部7420的安装位置的示例。成像部7910、7912、7914、7916和7918例如部署在车辆7900的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上以及在车辆内部的挡风玻璃上部的至少一个位置。提供给前鼻部的成像部7910和提供给车辆内部的挡风玻璃上部的成像部7918主要获得车辆7900的前部的图像。提供给侧视镜的成像部7912和7914主要获得车辆7900的侧面的图像。提供给后保险杠或后门的成像部7916主要获得车辆7900的后部的图像。提供给车辆内部的挡风玻璃上部的成像部7918主要用于检测前车、行人、障碍物、信号、交通标志、车道等。
158.顺便提及，图16描绘了相应成像部7910、7912、7914和7916的拍摄范围的示例。成像范围a表示提供给前鼻的成像部7910的成像范围。成像范围b和c分别表示提供给侧视镜的成像部7912和7914的成像范围。成像范围d表示提供给后保险杠或后门的成像部7916的成像范围。例如，可以通过叠加由成像部7910、7912、7914和7916成像的图像数据来获得从上方观看的车辆7900的鸟瞰图像。
159.提供给车辆7900的前部、后部、侧部和拐角处以及车辆内部的挡风玻璃的上部的车外信息检测部7920、7922、7924、7926、7928和7930可以例如是超声传感器或雷达设备。提供给车辆7900的前鼻、后保险杠、车辆7900的后门以及车辆内部的挡风玻璃上部的车外信息检测部7920、7926和7930可以是例如lidar设备。这些车外信息检测部7920至7930主要用于检测前车、行人、障碍物等。
160.返回到图15，将继续描述。车外信息检测单元7400使成像部7410对车外的图像成像，并接收成像的图像数据。此外，车外信息检测单元7400从连接到车外信息检测单元7400的车外信息检测部7420接收检测信息。在车外信息检测部7420是超声传感器、雷达设备或lidar设备的情况下，车外信息检测单元7400发送超声波、电磁波等，并接收所接收到的反射波的信息。基于接收到的信息，车外信息检测单元7400可以执行检测诸如人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等对象的处理，或检测到它的距离的处理。车外信息检测单元7400可以基于接收到的信息执行识别降雨、雾、路面状况等的环境识别处理。车外信息检测单元7400可以基于接收到的信息计算到车外对象的距离。
161.此外，基于接收到的图像数据，车外信息检测单元7400可以执行识别人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等的图像识别处理，或检测到它的距离的处理。车外信息检测单元7400也可以对接收到的图像数据进行诸如失真校正、对准等处理，并将由多个不同的成像部7410成像的图像数据组合为鸟瞰图或全景图像。车外信息检测单元7400可以使用由包括不同成像零件的成像部7410成像的图像数据来执行视点转换处理。
162.车内信息检测单元7500检测关于车辆内部的信息。车内信息检测单元7500例如与检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部7510连接。驾驶员状态检测部7510可以包括对驾驶员进行成像的相机、检测驾驶员的生物信息的生物传感器、收集车辆内部的声音的麦克风等。生物传感器例如部署在座椅表面、方向盘等中，并检测坐在座椅上的乘员或握着方向盘的驾驶员的生物信息。基于从驾驶员状态检测部7510输入的检测信息，车内信息检测单元7500可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的注意力，或者可以确定驾驶员是否在打瞌睡。
车内信息检测单元7500可以对通过收集声音获得的音频信号进行处理，诸如噪声消除处理等。
163.集成控制单元7600根据各种程序控制车辆控制系统7000内的一般操作。集成控制单元7600与输入部7800连接。输入部7800由能够由乘员输入操作的设备实现，诸如例如触摸面板、按钮、麦克风、开关、操纵杆等。可以向集成控制单元7600供给通过对通过麦克风输入的语音进行语音识别而获得的数据。输入部7800例如可以是使用红外线或其它无线电波的遥控设备，或者是支持车辆控制系统7000的操作的外部连接设备，诸如移动电话、个人数字助理(pda)等。输入部7800可以是例如相机。在那种情况下，乘员可以通过手势输入信息。可替代地，可以输入通过检测乘员穿戴的可穿戴设备的移动而获得的数据。另外，输入部7800例如可以包括输入控制电路等，基于由乘员等使用上述输入部7800输入的信息生成输入信号，并且向集成控制单元7600输出所生成的输入信号。乘员等通过操作输入部7800向车辆控制系统7000输入各种数据或给出用于处理操作的指令。
164.存储部7690可以包括存储由微型计算机执行的各种程序的只读存储器(rom)以及存储各种参数、操作结果、传感器值等的随机存取存储器(ram)。此外，存储部7690可以由诸如硬盘驱动器(hdd)等磁存储设备、半导体存储设备、光学存储设备、磁-光存储设备等来实现。
165.通用通信i/f 7620是广泛使用的通信i/f，其通信i/f调解与存在于外部环境7750中的各种装置的通信。通用通信i/f 7620可以实现蜂窝通信协议，诸如全球移动通信系统(gsm(注册商标))、全球微波接入互操作性(wimax(注册商标))、长期演进(lte(注册商标))、高级lte(lte-a)等，或另一种无线通信协议(诸如无线lan(也称为无线保真(wi-fi(注册商标))、蓝牙(注册商标)等)。通用通信i/f 7620可以例如经由基站或接入点连接到存在于外部网络(例如，互联网、云网络或公司专用网络)上的装置(例如，应用服务器或控制服务器)。此外，通用通信i/f 7620可以使用例如对等(p2p)技术连接到存在于车辆附近的终端(该终端例如是驾驶员、行人或商店的终端，或者机器类型通信(mtc)终端)。
166.专用通信i/f 7630是支持为在车辆中使用而开发的通信协议的通信i/f。专用通信i/f 7630可以实现标准协议，诸如例如车辆环境中的无线接入(wave)，其是作为下层的电气和电子工程师协会(ieee)802.11p和作为高层的ieee 1609的组合、专用短程通信(dsrc)或蜂窝通信协议。专用通信i/f 7630通常执行v2x通信作为包括车辆与车辆之间的通信(车辆到车辆)、道路与车辆之间的通信(车辆到基础设施)、车辆与家之间的通信(车辆到家)以及行人和车辆之间的通信(车辆到行人)中的一种或多种的概念。
167.定位部7640例如通过接收来自gnss卫星的全球导航卫星系统(gnss)信号(例如，来自全球定位系统(gps)卫星的gps信号)来执行定位，并生成包括车辆的纬度、经度和高度的位置信息。顺便提及，定位部7640可以通过与无线接入点交换信号来识别当前位置，或者可以从诸如移动电话、个人手持电话系统(phs)或具有定位功能的智能电话之类的终端获得位置信息。
168.信标接收部7650例如接收从安装在道路等上的无线电台发送的无线电波或电磁波，从而获得关于当前位置、拥堵、封闭道路、必要时间等的信息。顺便提及，信标接收部7650的功能可以包括在上述专用通信i/f 7630中。
169.车内设备i/f 7660是调解微型计算机7610与存在于车辆内的各种车内设备7760
之间的连接的通信接口。车内设备i/f 7660可以使用诸如无线lan、蓝牙(注册商标)、近场通信(nfc)或无线通用串行总线(wusb)之类的无线通信协议来建立无线连接。此外，车内设备i/f 7660可以通过通用串行总线(usb)、高清多媒体接口(hdmi(注册商标))、移动高清链路(mhl)等经由图中未描绘的连接端子(和必要时的电缆)建立有线连接。车内设备7760可以例如包括乘员拥有的移动设备和可穿戴设备以及携带到车辆中或附接到车辆的信息设备中的至少一个。车内设备7760还可以包括搜索到任意目的地的路径的导航设备。车内设备i/f 7660与这些车内设备7760交换控制信号或数据信号。
170.车载网络i/f 7680是调解微型计算机7610和通信网络7010之间的通信的接口。车载网络i/f 7680根据通信网络7010支持的预定协议发送和接收信号等。
171.基于经由通用通信i/f 7620、专用通信i/f 7630、定位部7640、信标接收部7650、车内设备i/f 7660和车载网络i/f 7680中的至少一个获得的信息，集成控制单元7600的微型计算机7610根据各种程序控制车辆控制系统7000。例如，微型计算机7610可以基于获得的关于车辆内部和外部的信息计算用于驱动力生成设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并将控制命令输出到驱动系统控制单元7100。例如，微型计算机7610可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(adas)的功能的协作控制，其功能包括车辆的防撞或减震，基于跟随距离的跟车驾驶、维持驾驶的车速、车辆碰撞的警告、车辆偏离车道的警告等。此外，通过基于获得的关于车辆周围的信息控制驱动力生成设备、转向机构、制动设备等，微型计算机7610可以执行旨在自动驾驶的协同控制，这使得车辆自动行驶而不依赖于驾驶员的操作等。
172.微型计算机7610可以基于经由通用通信i/f 7620、专用通信i/f7630、定位部7640、信标接收部7650、车内设备i/f 7660和车载网络i/f 7680中的至少一个获得的信息生成车辆与诸如周围结构、人等对象之间的三维距离信息，并生成包括关于车辆当前位置的周围的信息的本地地图信息。此外，微型计算机7610可以基于获得的信息预测诸如车辆碰撞、行人接近等、进入封闭道路等的危险，并生成警告信号。例如，警告信号可以是用于产生警告声音或点亮警告灯的信号。
173.声音/图像输出部7670将声音和图像中的至少一个的输出信号发送到能够视觉或听觉地向车辆乘员或车辆外部通知信息的输出设备。在图15的示例中，音频扬声器7710、显示部7720和仪表板7730被示为输出设备。例如，显示部7720可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一种。显示部7720可以具有增强现实(ar)显示功能。输出设备可以是这些设备以外的设备，并且可以是诸如耳机之类的另一种设备、诸如乘员穿戴的眼镜式显示器等可穿戴设备、投影仪、灯等。在设备是显示设备的情况下，显示设备以诸如文本、图像、表格、图形等各种形式直观地显示由微型计算机7610执行的各种处理获得的结果或从另一个控制单元接收到的信息。此外，在输出设备是音频输出设备的情况下，音频输出设备将由再现的音频数据或声音数据等构成的音频信号转换成模拟信号，并以听觉方式输出模拟信号。
174.顺便提及，在图15中所示的示例中，经由通信网络7010彼此连接的至少两个控制单元可以集成到一个控制单元中。可替代地，每个个体控制单元可以包括多个控制单元。另外，车辆控制系统7000可以包括图中未描绘的另一个控制单元。此外，由上述描述中的控制单元之一执行的功能的部分或全部可以指派给另一个控制单元。即，任何控制单元都可以执行预定的算术处理，只要经由通信网络7010发送和接收信息即可。类似地，连接到控制单
元之一的传感器或设备可以连接到另一个控制单元，并且多个控制单元可以经由通信网络7010彼此发送和接收检测信息。
175.注意的是，用于实现根据参考图14描述的应用示例的成像设备300的每个功能的计算机程序可以安装在任何控制单元等上。此外，还有可能提供存储这种计算机程序的计算机可读记录介质。记录介质是例如磁盘、光盘、磁光盘、闪存等。此外，上述计算机程序可以不使用记录介质而经由例如网络分发。
176.在上述车辆控制系统7000中，根据参考图14描述的应用示例的成像设备300可以应用于图15中所示的应用示例的集成控制单元7600。例如，控制成像设备300的电路304、信号处理电路305和存储器307可以由微型计算机7610或集成控制单元7600的存储部7690实现。此外，根据每个上述实施例和修改的固态成像元件10可以应用于图15中所示的应用示例的成像部7410和车外信息检测部7420，例如，图16中所示的应用示例的成像部7910、7912、7914、7916和7918、车外信息检测部7920至7930等。动态范围也可以通过使用根据上述实施例和修改的固态成像元件10中的任何一个在车辆控制系统7000中扩展。
177.此外，根据参考图14描述的应用示例的成像设备300的至少一些组件可以在用于图15中所示的应用示例的集成控制单元7600的模块(例如，包括一个管芯的集成电路模块)中实现。可替代地，根据参考图14描述的应用示例的成像设备300的一部分可以由图15中所示的车辆控制系统7000的多个控制单元来实现。
178.《9.补充说明》
179.注意的是，本技术还可以具有以下配置。
180.(1)
181.一种固态成像元件，包括：
182.第一光电转换单元，具有光入射表面，光入射在该光入射表面上；
183.第一栅极电极，隔着绝缘膜设置在第一光电转换单元中；
184.第二光电转换单元，相对于第一光电转换单元设置在光入射表面的一侧；以及
185.电压施加单元，向第一栅极电极施加与第二光电转换单元累积的电荷数对应的电压。
186.(2)
187.根据(1)的固态成像元件，其中
188.第一光电转换单元包括电荷存储单元，设置在面对第一栅极电极的位置处。
189.(3)
190.根据(1)的固态成像元件，还包括
191.第二栅极电极，隔着绝缘膜设置在第一光电转换单元中，其中第一光电转换单元包括电荷存储单元，设置在面对第二栅极电极的位置处。
192.(4)
193.根据(3)的固态成像元件，其中电压施加单元向第一栅极电极和第二栅极电极施加电压。
194.(5)
195.根据(1)的固态成像元件，其中
196.第一栅极电极在平面中被划分。
197.(6)
198.根据(2)的固态成像元件，其中
199.第一栅极电极在平面中被划分。
200.(7)
201.根据(3)的固态成像元件，其中
202.第一栅极电极在平面中被划分。
203.(8)
204.根据(3)的固态成像元件，其中
205.第二栅极电极在平面中被划分。
206.(9)
207.根据(4)的固态成像元件，其中
208.第一栅极电极在平面中被划分。
209.(10)
210.根据(4)的固态成像元件，其中
211.第二栅极电极在平面中被划分。
212.(11)
213.根据(1)至(10)中的任一项的固态成像元件，其中
214.电压施加单元包括浮动扩散层。
215.(12)
216.一种成像设备，包括
217.固态成像元件，其中
218.固态成像元件包括：
219.第一光电转换单元，具有光入射表面，光入射在该光入射表面上；
220.第一栅极电极，隔着绝缘膜设置在第一光电转换单元中；
221.第二光电转换单元，相对于第一光电转换单元设置在光入射表面的一侧；以及
222.电压施加单元，向第一栅极电极施加与第二光电转换单元累积的电荷数对应的电压。
223.(13)
224.一种固态成像元件，包括：
225.光电转换单元；
226.栅极电极，隔着绝缘膜设置在光电转换单元中；以及
227.电压施加单元，根据入射在光电转换单元上的光的照度改变要施加到栅极电极的电压。
228.(14)
229.一种控制固态成像元件的方法，该固态成像元件包括光电转换单元和隔着绝缘膜设置在光电转换单元中的栅极电极，该方法包括
230.根据入射在固态成像元件上的光的照度改变要施加到栅极电极的电压。
231.(15)
232.一种成像设备，包括根据(1)至(11)中的任一项的固态成像元件。
233.(16)
234.一种控制固态成像元件的方法，该方法包括控制根据(1)至(11)中的任一项的固态成像元件。
235.附图标记列表
236.10 固态成像元件
237.11 像素阵列单元
238.12 垂直驱动单元
239.13 列处理单元
240.14 水平驱动单元
241.15 系统控制单元
242.16 像素驱动线
243.17 垂直信号线
244.18 信号处理单元
245.19 数据存储单元
246.20 像素
247.21 溢出晶体管
248.22 转移晶体管
249.23 转移晶体管
250.24 存储器晶体管
251.25 转移晶体管
252.30 半导体层
253.31 第一光电转换单元
254.31a 电荷存储单元
255.32 第二光电转换单元
256.32a 光电转换膜
257.32b 上部电极
258.32c 下部电极
259.33 元件隔离部分
260.33a 绝缘膜
261.33b 布线
262.34 上部绝缘膜
263.35 下部绝缘膜
264.36 栅极电极
265.37 栅极电极
266.40 布线层
267.41 绝缘层
268.42 布线
269.50 光学层
270.51 滤色器
271.52 片上透镜
272.60 读取电路
273.61 重置晶体管
274.62 放大晶体管
275.63 选择晶体管
276.70 电压施加单元
277.70a 电压施加单元
278.70b 电压施加单元
279.71 重置晶体管
280.72 重置晶体管
281.73 转移晶体管
282.74 转移晶体管
283.75 开关晶体管
284.300 成像设备
285.301 光学系统
286.302 快门设备
287.303 成像元件
288.304 控制电路
289.305 信号处理单元
290.306 监视器
291.307 存储器
292.fd1 浮动扩散
293.fd2 浮动扩散
294.fd3 浮动扩散

技术特征：
1.一种固态成像元件，包括：第一光电转换单元，具有光入射表面，光入射在该光入射表面上；第一栅极电极，隔着绝缘膜设置在所述第一光电转换单元中；第二光电转换单元，相对于所述第一光电转换单元设置在所述光入射表面的一侧；以及电压施加单元，向所述第一栅极电极施加与所述第二光电转换单元累积的电荷数对应的电压。2.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述第一光电转换单元包括电荷存储单元，设置在面对所述第一栅极电极的位置处。3.根据权利要求1所述的固态成像元件，还包括第二栅极电极，隔着所述绝缘膜设置在所述第一光电转换单元中，其中所述第一光电转换单元包括电荷存储单元，设置在面对所述第二栅极电极的位置处。4.根据权利要求3所述的固态成像元件，其中所述电压施加单元向所述第一栅极电极和所述第二栅极电极施加所述电压。5.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述第一栅极电极在平面中被划分。6.根据权利要求2所述的固态成像元件，其中所述第一栅极电极在平面中被划分。7.根据权利要求3所述的固态成像元件，其中所述第一栅极电极在平面中被划分。8.根据权利要求3所述的固态成像元件，其中所述第二栅极电极在平面中被划分。9.根据权利要求4所述的固态成像元件，其中所述第一栅极电极在平面中被划分。10.根据权利要求4所述的固态成像元件，其中所述第二栅极电极在平面中被划分。11.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述电压施加单元包括浮动扩散层。12.一种成像设备，包括固态成像元件，其中所述固态成像元件包括：第一光电转换单元，具有光入射表面，光入射在该光入射表面上；第一栅极电极，隔着绝缘膜设置在所述第一光电转换单元中；第二光电转换单元，相对于所述第一光电转换单元设置在所述光入射表面的一侧；以及电压施加单元，向所述第一栅极电极施加与所述第二光电转换单元累积的电荷数对应的电压。
13.一种固态成像元件，包括：光电转换单元；栅极电极，隔着绝缘膜设置在所述光电转换单元中；以及电压施加单元，根据入射在所述光电转换单元上的光的照度改变要施加到所述栅极电极的电压。14.一种控制固态成像元件的方法，该固态成像元件包括光电转换单元和隔着绝缘膜设置在所述光电转换单元中的栅极电极，该方法包括根据入射在所述固态成像元件上的光的照度改变要施加到所述栅极电极的电压。

技术总结
根据本公开的一方面的固态成像元件包括：第一光电转换单元(31)，具有光入射表面，光入射在该光入射表面上；第一栅极电极(36)，隔着绝缘膜(35)设置在第一光电转换单元(31)上；第二光电转换单元(32)，相对于第一光电转换单元(31)设置在光入射表面的一侧；以及电压施加单元，向第一栅极电极(36)施加与第二光电转换单元(32)累积的电荷数对应的电压。元(32)累积的电荷数对应的电压。元(32)累积的电荷数对应的电压。


技术研发人员：坂东雅史
受保护的技术使用者：索尼半导体解决方案公司
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2023/8/5