專(zhuān)利名稱(chēng)：固態(tài)成像裝置、用于固態(tài)成像裝置的方法、成像方法和成像器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)圖像傳感器、固態(tài)圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法、圖像拾取方法和圖像拾取器件。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，CCD(電荷耦合器件)廣泛地被用作圖像拾取器件的電荷轉(zhuǎn)移單元。當(dāng)CCD用于圖像拾取器件時(shí)，布置了與水平像素的數(shù)量大致相同數(shù)量的垂直CCD和一個(gè)水平CCD，并且從在每個(gè)像素中布置的光電轉(zhuǎn)換器向所述垂直CCD、水平CCD和輸出單元轉(zhuǎn)移電荷。
后來(lái)，由于對(duì)于在攝像機(jī)和其他器件中的圖像的小型化和高分辨率的要求，試圖增加在相同的光學(xué)尺寸中的像素的數(shù)量，以便改善圖像拾取器件的畫(huà)面分辨率。但是，當(dāng)增加像素?cái)?shù)量時(shí)，讀出時(shí)間不可避免地提高。相反，當(dāng)在相同的時(shí)段期間讀出所有的像素時(shí)，用于讀出的時(shí)鐘頻率必然提高，因?yàn)楸仨氃谒鱿嗤瑫r(shí)段中讀出的信號(hào)數(shù)量增加。
圖17示出了傳統(tǒng)的CCD固態(tài)圖像傳感器。圖17所示的CCD固態(tài)圖像傳感器1是線間方法，多個(gè)光電二極管(光電導(dǎo)單元)——每個(gè)對(duì)應(yīng)于像素3——在垂直(列)方向和水平(行)方向上以二維矩陣形狀被布置在圖像拾取區(qū)域2中。而且，在圖像拾取區(qū)域2中，對(duì)于光電二極管4的各個(gè)列提供了多個(gè)垂直CCD，它們通過(guò)讀出柵8垂直地轉(zhuǎn)移從每個(gè)光電二極管4讀出的信號(hào)電荷e。
而且，在附圖的左右方向上延伸的水平CCD 6提供作為靠近在垂直CCD5的多個(gè)列的轉(zhuǎn)移方向上每個(gè)端部即靠近其最后一行的一條線。在水平CCD 6的轉(zhuǎn)移方向上的端部分(在附圖的左側(cè))中提供由例如一個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散放大器FDA組成的電荷檢測(cè)單元7。電荷檢測(cè)單元7將從水平CCD 6依次輸入的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)電壓以輸出。通過(guò)以時(shí)間序列來(lái)輸出像素信號(hào)來(lái)獲得圖像信號(hào)S。
圖18是用于驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的固態(tài)圖像傳感器1的轉(zhuǎn)移脈沖的時(shí)序圖的示意圖。通過(guò)讀出柵8向垂直CCD 5讀出通過(guò)與在圖像拾取區(qū)域2中的像素3對(duì)應(yīng)的光電二極管4中的光電轉(zhuǎn)換獲得的信號(hào)電荷。被例如用于四相位驅(qū)動(dòng)器的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV4驅(qū)動(dòng)的垂直CCD 5使用多個(gè)行并列地向水平CCD 6轉(zhuǎn)移向垂直CCD 5讀出的信號(hào)電荷e。水平CCD 6由用于兩相驅(qū)動(dòng)器的水平轉(zhuǎn)移脈沖φH1和φH2驅(qū)動(dòng)，并且還向電荷檢測(cè)單元7轉(zhuǎn)移從垂直CCD5轉(zhuǎn)移來(lái)的信號(hào)電荷e。因此，信號(hào)電荷e以時(shí)間序列轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)S，并且從電荷檢測(cè)單元7輸出。
此時(shí)，如圖18所示，當(dāng)比較在光電二極管4中獲得的信號(hào)電荷e通過(guò)垂直CCD轉(zhuǎn)移到水平CCD 6的時(shí)段和轉(zhuǎn)移到水平CCD 6的信號(hào)電荷e通過(guò)水平CCD 6轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元7的時(shí)段時(shí)，后者非常長(zhǎng)。具體地說(shuō)，通過(guò)水平CCD 6的轉(zhuǎn)移速度來(lái)限制讀出所有像素3的信號(hào)電荷e所需要的時(shí)間。即，水平CCD 6的時(shí)鐘頻率是在固態(tài)成像器件中最高的，并且其限制變?yōu)橛糜讷@得高密度像素的關(guān)鍵點(diǎn)之一。
而且，在相同的光學(xué)尺寸中的像素的數(shù)量的提高引起問(wèn)題每個(gè)像素的傳感器部分的面積降低，因此引起靈敏度下降的問(wèn)題。
時(shí)鐘頻率上的限制和每個(gè)像素的靈敏度的降低是在CCD固態(tài)圖像傳感器中的像素?cái)?shù)量的提高的限制因素，CCD固態(tài)圖像傳感器是最近的固態(tài)圖像傳感器的主流。下面具體地說(shuō)明這個(gè)事實(shí)。
作為其中降低水平CCD的時(shí)鐘頻率的讀出方法，已經(jīng)設(shè)計(jì)了主要兩種方法。第一種方法是在例如日本專(zhuān)利第2785782號(hào)中和日本公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)2001-119010中提出的方法，其中固態(tài)圖像傳感器的傳感器部分被劃分為多個(gè)塊，并且通過(guò)每個(gè)塊的水平CCD來(lái)轉(zhuǎn)移電荷。以下，第一種方法被稱(chēng)為“多個(gè)水平CCD讀出方法”。
第二種方法是在例如日本公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)H6-97414和日本專(zhuān)利第3057898號(hào)中提出的方法，其中對(duì)于每個(gè)垂直CCD提供諸如浮動(dòng)擴(kuò)散放大器FDA等的電荷檢測(cè)單元，信號(hào)電荷在這個(gè)電荷檢測(cè)單元中被轉(zhuǎn)換為單元信號(hào)，并且每個(gè)垂直CCD的電壓信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換選擇被依次輸出到輸出單元。以下，第二種方法被稱(chēng)為“掃描讀出方法”。
在此，進(jìn)一步建立上述的兩種讀出方法。首先建立所述“多個(gè)水平CCD讀出方法”，水平CCD被劃分為多個(gè)塊，并且通過(guò)并行輸出多個(gè)輸出而明顯改善數(shù)據(jù)率。因此，可以降低水平CCD的時(shí)鐘頻率。
但是，因?yàn)槠渲行盘?hào)電荷被轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)的電荷檢測(cè)單元被劃分為多個(gè)部分，因此在由每個(gè)塊輸出的信號(hào)電平中出現(xiàn)密度不均勻，并且在塊之間的接縫部分由于在被劃分的電荷檢測(cè)單元中的轉(zhuǎn)換增益的差而變得不連續(xù)。因?yàn)檎麄€(gè)圖像被劃分為多個(gè)塊，因此，這種密度不均勻以粗條紋模式出現(xiàn)在圖像上，并且所述條紋模式(密度不均勻)由于較低的頻率而可見(jiàn)。
而且，所述讀出方法基本上與傳統(tǒng)的CCD類(lèi)型的圖像傳感器保持不變，并且對(duì)于一個(gè)塊執(zhí)行串行輸出。未來(lái)，為了補(bǔ)償由高密度像素引起的靈敏度上的降低，使用其中彼此混合在同一線(行)中的相同顏色的信號(hào)的增加方法的信號(hào)補(bǔ)償被認(rèn)為是重要的，但是，所述“多個(gè)水平CCD讀出方法”的圖像信號(hào)的選擇性極小，因?yàn)橐话闼龇椒ㄊ谴休敵龅?。因此，不可以信?hào)校正來(lái)補(bǔ)償由高密度像素引起的靈敏度的降低。
接著，當(dāng)考慮所述“掃描讀出方法”時(shí)，如在日本公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)H6-97414中所示，對(duì)應(yīng)于每列CCD或?qū)?yīng)于多列CCD而提供諸如浮動(dòng)擴(kuò)散放大器FDA的電荷緩沖單元。在這種情況下，由在轉(zhuǎn)換增益中的差引起的電荷檢測(cè)單元中的密度不均勻由于較高的頻率而變得在畫(huà)面上不可見(jiàn)，它不是問(wèn)題了，但是，在電荷檢測(cè)單元之間的復(fù)位漂移(reset dispersion)卻成了問(wèn)題。為了消除復(fù)位散布，期望在例如電荷檢測(cè)單元后提供CDS(相關(guān)雙采樣)電路?？紤]CDS電路的大小(CDS電路的大部分是幾個(gè)pF的電容量)，期望具有其中可以降低CDS電路的數(shù)量的方法。
在這種情況下，考慮這樣兩種方法。在第一種方法中，來(lái)自在每列CCD中提供的電檢測(cè)單元的輸出信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換選擇被輸入到一個(gè)CDS電路；在第二種方法中，對(duì)應(yīng)于多個(gè)列CCD而提供一個(gè)電荷檢測(cè)單元，并且對(duì)于每個(gè)電荷檢測(cè)單元提供一個(gè)CDS電路。
但是，雖然在第一種方法種CDS電路的數(shù)量降低，但是在CDS電路部分中的處理頻率等于水平CCD的時(shí)鐘頻率，這變?yōu)閷?duì)于高密度像素的一個(gè)問(wèn)題。換句話(huà)說(shuō)，高時(shí)鐘頻率的問(wèn)題僅僅從水平CCD被轉(zhuǎn)移到CDS電路?？紤]到上述情況，更期望所述第二種方法，其中對(duì)應(yīng)于多個(gè)列CCD而提供一個(gè)電荷檢測(cè)單元。
但是，在所述第二種方法中，必須在垂直CCD和電荷檢測(cè)單元之間提供選通柵VOG(讀出柵)，它選擇用于讀出信號(hào)電荷的多個(gè)列CCD。當(dāng)建立關(guān)于圖19A所示的等同電路的“掃描讀出方法”時(shí)，在垂直CCD和電荷檢測(cè)單元之間提供選通柵是可能的，但是，當(dāng)考慮實(shí)際模式時(shí)，到所述讀出柵的選擇導(dǎo)線的布線變?yōu)閱?wèn)題。
具體地說(shuō)，如圖19B所示，當(dāng)四列CCD 11被分配到一個(gè)電荷檢測(cè)單元12時(shí)，可以以引導(dǎo)到選通柵13A和13D的選擇導(dǎo)線來(lái)形成外部列A和D的模式，但是，沒(méi)有用于存在于中心的內(nèi)部列B和C的空間，并且難于將通向以斜線示出的選通柵13B和13C的選擇導(dǎo)線形成為實(shí)際模式(pattern)?？梢钥紤]對(duì)于浮動(dòng)擴(kuò)散FD執(zhí)行模式形成(patterning)，但是，在一次引起噪聲發(fā)生的問(wèn)題。
如上所述，通過(guò)提高像素密度而引起的靈敏度降低和水平CCD的時(shí)鐘頻率的降低的問(wèn)題在傳統(tǒng)的CCD固態(tài)圖像傳感器中仍然未解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種其中可以改善時(shí)鐘頻率和靈敏度的CCD固態(tài)圖像傳感器，一種用于驅(qū)動(dòng)CCD固態(tài)圖像傳感器的方法和使用CCD固態(tài)圖像傳感器的圖像拾取方法和圖像拾取器件。
按照本發(fā)明的第一種固態(tài)圖像傳感器包括多個(gè)光電導(dǎo)單元，它們被布置在二維形狀的行和列的每個(gè)方向上，并且它們通過(guò)接收光來(lái)獲得信號(hào)電荷；列電荷轉(zhuǎn)移單元，它在列方向上轉(zhuǎn)移由光電導(dǎo)單元獲得的信號(hào)電荷；電荷檢測(cè)單元，它對(duì)于每多個(gè)相鄰的列提供，并且將從列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)；偽電荷轉(zhuǎn)移單元，它被布置在列電荷轉(zhuǎn)移單元和電荷檢測(cè)單元之間，其中對(duì)于多列的每個(gè)使得電荷轉(zhuǎn)移的級(jí)的數(shù)量不同。
在上述的第一固態(tài)圖像傳感器中，期望與多個(gè)相鄰列電荷轉(zhuǎn)移單元共享用于垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)器的電極。
而且，可以為每?jī)蓚€(gè)相鄰的列提供電荷檢測(cè)單元。在這種情況下，偽電荷轉(zhuǎn)移單元使得當(dāng)在相同行方向上的光電導(dǎo)單元的信號(hào)電荷到達(dá)電荷檢測(cè)單元時(shí)、電荷轉(zhuǎn)移的相位不同在電荷轉(zhuǎn)移的所述多個(gè)級(jí)中反轉(zhuǎn)的180度。
按照本發(fā)明的第二固態(tài)圖像傳感器包括多個(gè)光電導(dǎo)單元，它們被布置在二維形狀的行和列的每個(gè)方向上，并且它們通過(guò)接收光來(lái)獲得信號(hào)電荷；列電荷轉(zhuǎn)移單元，它在列方向上轉(zhuǎn)移由光電導(dǎo)單元獲得的信號(hào)電荷；在每多個(gè)相鄰的列提供的電荷檢測(cè)單元，它將從列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)。而且，形成用于垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)器的電極，以便在公共的垂直轉(zhuǎn)移控制信號(hào)被施加到多個(gè)相鄰的列的情況下，使得當(dāng)在光電導(dǎo)單元中獲得的在行方向上的相同位置的信號(hào)電荷達(dá)到電荷檢測(cè)單元時(shí)的電荷轉(zhuǎn)移的相位不同。
在按照本發(fā)明的第一或第二固態(tài)圖像傳感器中，電荷檢測(cè)單元最好提供在信號(hào)電荷的輸入側(cè)上的浮動(dòng)擴(kuò)散(浮動(dòng)擴(kuò)散層)。而且在這種情況下，期望在輸入側(cè)上具有讀出柵，它被多個(gè)相鄰列共享以讀出信號(hào)電荷。而且，可以與到用于其他相鄰電荷檢測(cè)單元的讀出柵的布線共享到所述讀出柵的布線。
因此，可以要求上述的第一和第二固態(tài)圖像傳感器被形成包括多個(gè)光電導(dǎo)單元、用于在列方向上轉(zhuǎn)移由光電導(dǎo)單元獲得的信號(hào)電荷的列電荷轉(zhuǎn)移單元、對(duì)于每列提供的并且用于將由列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)的電荷檢測(cè)單元；其中，當(dāng)所述公共垂直轉(zhuǎn)移控制信號(hào)被施加到多個(gè)相鄰列時(shí)，電荷轉(zhuǎn)移的相位當(dāng)在由光電導(dǎo)單元獲得的在行方向上相同位置的信號(hào)電荷達(dá)到電荷檢測(cè)單元時(shí)不同。
然后，作為用于實(shí)現(xiàn)上述的具體裝置，第一固態(tài)圖像傳感器使用偽電荷轉(zhuǎn)移單元，其中電荷轉(zhuǎn)移的級(jí)的數(shù)量不同，第二固態(tài)圖像傳感器使用這樣的配置，其中對(duì)應(yīng)地進(jìn)行被施加了垂直轉(zhuǎn)移控制信號(hào)(轉(zhuǎn)移脈沖)的垂直轉(zhuǎn)移電極的形成。
以與上述的第一和第二固態(tài)圖像傳感器不同的角度獲得的、按照本發(fā)明的第三固態(tài)圖像傳感器包括多個(gè)光電導(dǎo)單元，它們被布置在二維形狀的行和列的每個(gè)方向上，并且它們通過(guò)接收光來(lái)獲得信號(hào)電荷；列電荷轉(zhuǎn)移單元，它在列方向上轉(zhuǎn)移由光電導(dǎo)單元獲得的信號(hào)電荷；在每?jī)蓚€(gè)相鄰的列提供的電荷檢測(cè)單元，它將從列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)。而且，對(duì)于所述兩個(gè)相鄰列的每個(gè)，在電荷檢測(cè)單元的電荷的輸入端上獨(dú)立地提供選通柵，以讀出信號(hào)電荷。
在按照本發(fā)明的第一、第二和第三固態(tài)圖像傳感器中，每個(gè)電荷檢測(cè)單元可以包括復(fù)位柵，它在將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)后被初始化。
或者，期望在電荷檢測(cè)單元后提供差分檢測(cè)單元，用于檢測(cè)在像素信號(hào)中的沒(méi)有信號(hào)電荷的輸出和具有信號(hào)電荷的信號(hào)電平之間的差。
而且，期望提供用于在列方向上的多個(gè)相鄰列的多個(gè)電荷檢測(cè)單元，以多個(gè)相鄰列作為一組，并且在所述多個(gè)電荷檢測(cè)單元后提供水平掃描單元，用于選擇和輸出在行方向上以時(shí)間序列依次從所述多個(gè)電荷檢測(cè)單元的每個(gè)輸出的像素信號(hào)。
按照本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法是驅(qū)動(dòng)按照本發(fā)明的第一、第二或第三固態(tài)圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法，其中相對(duì)于多個(gè)相鄰列的像素信號(hào)每個(gè)被驅(qū)動(dòng)來(lái)在列方向上的信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移中以不同的相位輸出。
而且，例如，在電荷檢測(cè)單元包括用于讀出信號(hào)電荷的選通柵和在將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)后要被初始化的復(fù)位柵的情況下，當(dāng)選通柵關(guān)閉時(shí)，復(fù)位柵接通，以便可以依次讀出多個(gè)相鄰列。
按照本發(fā)明的圖像拾取方法是這樣的圖像拾取方法，其中使用第一、第二或第三固態(tài)圖像傳感器來(lái)獲得圖像信號(hào)，并且首先，使用在列方向上的信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移中的不同相位來(lái)獲得相對(duì)于多個(gè)相鄰列的像素信號(hào)。接著，通過(guò)在行方向上以時(shí)間序列依次選擇所獲得的像素信號(hào)來(lái)獲得相對(duì)于每個(gè)不同相位的圖像信號(hào)。最后，通過(guò)按照所述多個(gè)列的順序來(lái)在行方向上重新布置圖像信號(hào)的像素信號(hào)來(lái)獲得在行方向上依次排列的圖像信號(hào)。
按照本發(fā)明的圖像拾取器件是用于使用第一、第二或第三固態(tài)圖像傳感器來(lái)獲得圖像信號(hào)的圖像拾取器件，并且包括水平掃描單元，用于通過(guò)在行方向上以時(shí)間序列依次選擇在列方向上的信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移中以不同相位從固態(tài)圖像傳感器輸出的像素信號(hào)而獲得相對(duì)于每個(gè)不同相位的圖像信號(hào)；行調(diào)整單元，用于通過(guò)按照所述多個(gè)列的順序來(lái)在行方向上重新布置從水平掃描單元輸出的圖像信號(hào)的像素信號(hào)來(lái)獲得在行方向上依次排列的圖像信號(hào)。
對(duì)于第一固態(tài)圖像傳感器，向多個(gè)列分配一個(gè)電荷檢測(cè)單元，并且在列電荷轉(zhuǎn)移單元和電荷檢測(cè)單元之間提供偽電荷轉(zhuǎn)移單元。因此，可以與所述多個(gè)列共享各種電極和柵，諸如垂直轉(zhuǎn)移電極和用于選通柵的電極。
對(duì)于第二固態(tài)圖像傳感器，向多個(gè)列分配一個(gè)電荷檢測(cè)單元，并且形成用于垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)器的電極，以便當(dāng)在同一行中的光電導(dǎo)單元的信號(hào)電荷達(dá)到電荷檢測(cè)單元時(shí)，電荷轉(zhuǎn)移的相位相對(duì)于所述多個(gè)相鄰列電荷轉(zhuǎn)移單元不同。因此，可以相對(duì)于所述多個(gè)列來(lái)共享各種電極和柵，諸如垂直轉(zhuǎn)移電極和用于選通柵的電極。
對(duì)于第三固態(tài)圖像傳感器，向每?jī)蓚€(gè)列分配一個(gè)電荷檢測(cè)單元，并且對(duì)于所述兩個(gè)列的每個(gè)，在電荷檢測(cè)單元的信號(hào)電荷的輸入端上獨(dú)立地提供用于讀出信號(hào)電荷的選通柵。因此，解決了向選通柵布線選擇導(dǎo)線的問(wèn)題。
在按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法中，相對(duì)于多個(gè)相鄰列的像素信號(hào)被驅(qū)動(dòng)以便以在垂直轉(zhuǎn)移中以不同的相位輸出。而且，按照本發(fā)明的圖像拾取方法和圖像拾取器件，通過(guò)以時(shí)間序列在行方向上依次選擇在垂直轉(zhuǎn)移中以不同相位獲得的像素信號(hào)來(lái)相對(duì)于每個(gè)相位獲得圖像信號(hào)。然后，通過(guò)按照垂直列的排列順序在行方向上重新布置像素信號(hào)，關(guān)于圖像拾取區(qū)域的圖像畫(huà)面信息和圖像信號(hào)被使得具有相同的布置。
如上所述，按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的固態(tài)圖像傳感器(例如第一和第二固態(tài)圖像傳感器)被形成，以便在向一個(gè)電荷檢測(cè)單元分配所述多個(gè)相鄰列、使得向電荷檢測(cè)單元的垂直轉(zhuǎn)移的級(jí)的數(shù)量變得不同、設(shè)計(jì)電極的布置、調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖定時(shí)或執(zhí)行其他操作后，使得當(dāng)通過(guò)光電導(dǎo)單元獲得的在行方向上的相位位置的信號(hào)電荷達(dá)到電荷檢測(cè)單元時(shí)的電荷轉(zhuǎn)移的相位不同。因此，不要求相對(duì)于多個(gè)列獨(dú)立的提供選通柵VOG，并且在布線上的限制大大降低，可以保證用于諸如隨后級(jí)的CDS電路的空間。
而且，在按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的固態(tài)圖像傳感器(例如，第三固態(tài)圖像傳感器)中，即在其中所述兩個(gè)列被分配到一個(gè)電荷檢測(cè)單元并且獨(dú)立地提供用于控制來(lái)自列的電荷轉(zhuǎn)移的選擇機(jī)構(gòu)(選通柵)的配置中，雖然對(duì)于選通柵的布線的數(shù)量大于第一實(shí)施例，但是在中心部分中的用于選擇木訥的布線空間不成為問(wèn)題。
如上所述，在本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器中，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用用于各個(gè)列的公共垂直轉(zhuǎn)移電極和通過(guò)使用用于所述多個(gè)列的公共選通柵來(lái)獲得在水平方向上的信號(hào)以降低在布線上的限制和依次選擇和在水平方向上重新布置在電荷檢測(cè)單元中被轉(zhuǎn)換的每列的像素信號(hào)，可以不使用在水平方向上的電荷轉(zhuǎn)移單元(諸如水平CCD)而獲得對(duì)應(yīng)于信號(hào)電荷的圖像信號(hào)。
因?yàn)槲词褂迷谒椒较蛏鲜褂玫碾姾赊D(zhuǎn)移單元，因此可以解決當(dāng)固態(tài)圖像傳感器的數(shù)量增加時(shí)水平時(shí)鐘頻率變?yōu)橄拗频膯?wèn)題。
因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)每列來(lái)讀出信號(hào)，因此可以使用相鄰像素(或者相隔兩個(gè)像素而定位的相同彩色像素)的信號(hào)來(lái)補(bǔ)償由高密度像素引起的每個(gè)像素的靈敏度下降。


圖1是示出使用按照本發(fā)明的CCD固態(tài)圖像傳感器的圖像拾取器件的第一實(shí)施例的示意構(gòu)成圖；圖2是示出按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器的、在垂直CCD和讀出處理單元之間的邊界部分的附近的示意平面圖；圖3是示意地示出按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器的、在垂直CCD和讀出處理單元之間的邊界部分的附近的剖視圖；圖4是按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器的、用于驅(qū)動(dòng)垂直CCD和偽垂直CCD的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6的時(shí)序圖的示意圖；圖5是說(shuō)明按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器的、在由垂直CCD和偽垂直CCD構(gòu)成的垂直轉(zhuǎn)移電極和被施加到那里的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6之間的關(guān)系的圖；圖6是說(shuō)明按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器的、在用于驅(qū)動(dòng)垂直CCD和偽垂直CCD的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6和電荷轉(zhuǎn)移之間的關(guān)系的圖；圖7是垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6的時(shí)序圖的示意圖，它說(shuō)明通過(guò)改變垂直轉(zhuǎn)移電極的布置而使得電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)入相反相位的示例；圖8A是示出在垂直轉(zhuǎn)移電極和被施加到那里的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6之間的關(guān)系的圖，用于說(shuō)明通過(guò)改變垂直轉(zhuǎn)移電極的捕獲之來(lái)使得電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)入相反相位的示例；圖8B是在垂直轉(zhuǎn)移電極上的模式形成的示意圖；圖9是說(shuō)明在垂直轉(zhuǎn)移脈沖和電荷轉(zhuǎn)移之間的關(guān)系的圖；圖10A是示出在讀出處理單元中用于一個(gè)單元的結(jié)構(gòu)的第一示例的電路圖；圖10B是示出每個(gè)信號(hào)波形的圖；圖11是示出在讀出處理單元中用于一個(gè)單元的結(jié)構(gòu)的第二示例的電路圖；圖12A是示出包括與讀出處理單元的后面的級(jí)連接的信號(hào)處理電路的圖像拾取器件的整體配置的示例的方框圖；圖12B是示出其相關(guān)部分的方框圖；圖13是說(shuō)明按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器的第一修改示例的圖；圖14是說(shuō)明按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器的第二修改示例的圖；圖15是說(shuō)明當(dāng)通過(guò)四相驅(qū)動(dòng)器來(lái)確定CCD固態(tài)圖像傳感器的第一實(shí)施例時(shí)的修改示例的圖；圖16A是說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器的相關(guān)部分的電路圖；圖16B是其示意平面圖；圖17是示出傳統(tǒng)的CCD固態(tài)圖像傳感器的構(gòu)成圖；圖18是用于驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的CCD固態(tài)圖像傳感器的轉(zhuǎn)移脈沖的時(shí)序圖的示意圖；以及圖19A是說(shuō)明傳統(tǒng)類(lèi)型的“掃描讀出方法”的問(wèn)題的相關(guān)部分的電路圖；圖19B是其示意平面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是示出使用按照本發(fā)明的CCD固態(tài)圖像傳感器的圖像拾取器件的第一實(shí)施例、并且示出其中本發(fā)明被應(yīng)用到線間轉(zhuǎn)移方法的CCD區(qū)域傳感器的情況的示意構(gòu)成圖。
如圖1所示，圖像拾取器件20包括CCD固態(tài)圖像傳感器40，它具有圖像拾取區(qū)域100和讀出處理單元200，讀出處理單元200相對(duì)于圖像拾取區(qū)域100被布置在附圖中的下側(cè)；以及外部電路30，用于驅(qū)動(dòng)CCD固態(tài)圖像傳感器10。
所述外部電路30包括驅(qū)動(dòng)電源70，用于向CCD固態(tài)圖像傳感器40提供期望的驅(qū)動(dòng)電壓，諸如漏極電壓VDD、柵電壓VGG或復(fù)位漏極電壓VRD；定時(shí)產(chǎn)生器80(TG)，它產(chǎn)生各種脈沖信號(hào)，諸如垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6、讀出脈沖XSG、選通柵電壓(固定電壓)VOG、復(fù)位柵(reset gate)脈沖φRG、鉗位脈沖CLP、用于驅(qū)動(dòng)CCD固態(tài)圖像傳感器40的保持脈沖HP和其他脈沖、或相對(duì)于列選擇脈沖產(chǎn)生器280的控制信號(hào)CNT等。
構(gòu)成圖像拾取器件20的CCD固態(tài)圖像傳感器40被形成使得由多個(gè)作為對(duì)應(yīng)于像素(單元(unit cell))的傳感器的一個(gè)示例的PN結(jié)光電二極管組成的光電導(dǎo)單元(傳感器單元光電單元)被布置在二維矩陣形狀中的垂直(列)方向和水平(行)方向上的半導(dǎo)體基底上。那些光電導(dǎo)單元120將從光接收表面進(jìn)入的入射光轉(zhuǎn)換為按照要存儲(chǔ)的光量的信號(hào)電荷。
而且，在CCD固態(tài)圖像傳感器40中，提供了垂直CCD 140，它是列電荷轉(zhuǎn)移單元的一個(gè)示例，具有與在光電導(dǎo)單元120的每列中的六相驅(qū)動(dòng)器對(duì)應(yīng)的多個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6(在這個(gè)實(shí)施例中為每單元6個(gè))。所述垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6相對(duì)于在圖像拾取區(qū)域100中的相鄰垂直CCD 130在附圖中的行方向上幾乎直線延伸，以便在同一行中的光電導(dǎo)單元120的信號(hào)電荷以相同的相位被轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元210。
圖像拾取區(qū)域100包括多個(gè)光電導(dǎo)單元120，它們以二維矩陣形狀排列；多個(gè)垂直CCD 130，它們對(duì)于那些光電導(dǎo)單元120的每列提供，并且它們通過(guò)讀出柵(在附圖中未示出)垂直地轉(zhuǎn)移從每個(gè)光電導(dǎo)單元120讀出的信號(hào)電荷。
垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6的每個(gè)在光電導(dǎo)單元120的每一個(gè)像素(換句話(huà)說(shuō)，單元(unit cell))中在轉(zhuǎn)移方向上設(shè)置一個(gè)重復(fù)單元。所述轉(zhuǎn)移方向是在附圖中的垂直方向，并且在這個(gè)方向上提供垂直CCD 130。而且，在那些垂直CCD 130和相應(yīng)的光電導(dǎo)單元120之間存在讀出柵部分(轉(zhuǎn)移柵)ROG。而且，在每個(gè)單元的邊界部分中提供溝道阻擋器(channel stop)(元件隔離層)CS。而且，讀出處理單元200提供在接近多個(gè)列的垂直CCD 130的轉(zhuǎn)移方向上的每個(gè)端部分、即接近垂直CCD 130的最后行。
從構(gòu)成外部電路30的定時(shí)產(chǎn)生器80發(fā)送的讀出脈沖XSG被施加到讀出柵單元ROG的柵端子電極，以便在那個(gè)柵端子電極下的電勢(shì)(potential)變得深，并且在每個(gè)光電導(dǎo)單元120中存儲(chǔ)的信號(hào)電荷通過(guò)相關(guān)的讀出柵單元ROG被讀出到垂直CCD 130。被讀出到垂直CCD 130的信號(hào)電荷沿著列被依次轉(zhuǎn)移到讀出處理單元200，并且固定定時(shí)的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6被施加到垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6(稱(chēng)為六電極/六相驅(qū)動(dòng)器)。
讀出處理單元200包括電荷檢測(cè)單元210，用于接收從垂直CCD 130依次輸入的信號(hào)電荷，并且將其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；頻帶限制單元230，它用于限制由電荷檢測(cè)單元210轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)的頻率帶寬；CDS處理單元250，它抑制在電荷檢測(cè)單元210出現(xiàn)的復(fù)位噪聲；列選擇單元270，用于選擇從CDS處理單元250輸出的電壓信號(hào)的列以輸出。而且，讀出處理單元200包括列選擇脈沖產(chǎn)生器280，用于產(chǎn)生列選擇脈沖(水平掃描脈沖)SP(n)，它限定在水平方向上的掃描，并且向列選擇單元270提供結(jié)果。
在此，這個(gè)第一實(shí)施例其特征在于對(duì)于每?jī)蓚€(gè)相鄰列提供電荷檢測(cè)單元210、頻帶限制單元230、CDS處理單元250和列選擇單元270。換句話(huà)說(shuō)，對(duì)于在水平方向上的一組兩個(gè)相鄰列，電荷檢測(cè)單元210和其他被分別對(duì)應(yīng)地提供在圖像拾取區(qū)域100中，其中并列地布置了多個(gè)像素線，包括由多個(gè)光電二極管組成的一個(gè)光電導(dǎo)單元120列和通過(guò)每個(gè)讀出柵單元ROG連接到每個(gè)光電導(dǎo)單元120的一個(gè)垂直CCD 130。雖然在此使用其中兩列被置于一組的示例，但是不特別限制到這個(gè)值，如在后面的其他實(shí)施例中所述。
在讀出處理單元200中，電荷檢測(cè)單元210在未示出的浮動(dòng)擴(kuò)散中存儲(chǔ)從在圖像拾取區(qū)域100中的垂直CCD 130依次輸入的信號(hào)電荷，通過(guò)諸如未示出的源極跟隨器類(lèi)型的輸出電路來(lái)將在選通柵電壓VOG的控制下和從定時(shí)產(chǎn)生器80提供的復(fù)位柵脈沖φRG的控制下被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的信號(hào)電荷輸出作為像素信號(hào)(CCD輸出信號(hào))。
在通過(guò)電荷檢測(cè)單元210被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后，像素信號(hào)的頻率帶寬被頻帶限制單元230限制，然后，在電荷檢測(cè)單元210中出現(xiàn)的復(fù)位噪聲被CDS處理單元250抑制。當(dāng)從列選擇脈沖產(chǎn)生器280提供的列選擇脈沖SP(n)有效時(shí)，列選擇單元270向輸出信號(hào)導(dǎo)線290輸出來(lái)自CDS處理單元250的電壓信號(hào)。
換句話(huà)說(shuō)，在垂直方向上的奇數(shù)列和偶數(shù)列的每個(gè)的電壓信號(hào)被列選擇單元270在水平方向上依次選擇，并且相對(duì)于所述奇數(shù)列和偶數(shù)列的每個(gè)被分別讀出(通過(guò)時(shí)間共享)，以便獲得相對(duì)于具有不同相位的所述奇數(shù)列和偶數(shù)列的每個(gè)的圖像信號(hào)。即，按照本發(fā)明的水平掃描單元由畫(huà)面再現(xiàn)裝置270和列選擇脈沖產(chǎn)生器280組成。
圖2和3是示出在第一實(shí)施例中的CCD固態(tài)圖像傳感器40中的垂直CCD 130和讀出處理單元200之間的邊界部分附近的圖。圖2是示意平面圖，圖3是在列方向上的示意垂直剖面圖。
如圖所示，在垂直CCD 130的一側(cè)上提供浮動(dòng)擴(kuò)散類(lèi)型的放大器FDA，它是在電荷檢測(cè)單元210之前的級(jí)。換句話(huà)說(shuō)，放大器FDA包括選通柵VOG、作為N+區(qū)域的浮動(dòng)擴(kuò)散FD、復(fù)位柵導(dǎo)線RG、作為N+區(qū)域的復(fù)位漏極RD等。對(duì)應(yīng)于垂直CCD 130的奇數(shù)列A、C、E、...和偶數(shù)列B、D、F、...的兩個(gè)相鄰列而分別提供一個(gè)電荷檢測(cè)單元210。
在垂直CCD 130上形成多個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極(在這個(gè)實(shí)施例中每一個(gè)像素6個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6)，并且在相應(yīng)列之間形成溝道阻擋器CS，在這些列中提供未示出的光電導(dǎo)單元120和讀出柵單元ROG。
在電荷檢測(cè)單元210的選通柵VOG側(cè)和在圖像拾取區(qū)域100中的垂直CCD 130之間提供作為偽電荷轉(zhuǎn)移單元的一個(gè)示例的偽垂直CCD 132。偽垂直CCD 132被覆蓋遮光的涂層。對(duì)于偽垂直CCD 132的長(zhǎng)度，即對(duì)于偽垂直轉(zhuǎn)移電極的級(jí)的數(shù)量，奇數(shù)列具有對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)移電極V1-V3的3個(gè)級(jí)，偶數(shù)列具有6個(gè)級(jí)V1-V6。換句話(huà)說(shuō)，包括全部垂直CCD 130和偽垂直CCD 132的垂直CCD的長(zhǎng)度(對(duì)應(yīng)于電極的寄存器的級(jí)的數(shù)量)僅僅相差寄存器的3個(gè)級(jí)。
其中每個(gè)具有如下所述的定時(shí)的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6被公共地依次施加到垂直CCD 130的轉(zhuǎn)移電極V1到V6和偽垂直CCD 132的轉(zhuǎn)移電極V1到V6。
對(duì)于偽垂直CCD 132的長(zhǎng)度，即對(duì)于偽垂直轉(zhuǎn)移電極的級(jí)的數(shù)量，對(duì)于奇數(shù)列提供三個(gè)級(jí)V1-V3，對(duì)于偶數(shù)列提供六個(gè)級(jí)V1-V6。因此，即使相同的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6被施加到奇數(shù)列和偶數(shù)列，從垂直CCD 130到電荷檢測(cè)單元210的信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移相位(讀出相位)被移相180度，并且電荷在不同的定時(shí)到達(dá)電荷檢測(cè)單元210(在這個(gè)實(shí)施例中是浮動(dòng)擴(kuò)散FD)。
換句話(huà)說(shuō)，改變連接到浮動(dòng)擴(kuò)散FD的偽垂直CCD 132的長(zhǎng)度(電荷阱的級(jí)的數(shù)量)，并且通過(guò)當(dāng)達(dá)到浮動(dòng)擴(kuò)散FD時(shí)在兩列的垂直CCD 130之間將電荷轉(zhuǎn)移相位移相180度，可以取代使用用于選擇垂直CCD 130的每個(gè)垂直CCD的兩個(gè)選通柵VOG而使用到浮動(dòng)擴(kuò)散FD的單個(gè)選通柵VOG來(lái)向一個(gè)浮動(dòng)擴(kuò)散FD轉(zhuǎn)移兩列的垂直CCD 130的信號(hào)電荷。結(jié)果，與傳統(tǒng)類(lèi)型的“掃描讀出方法”相比較，可以降低連接到柵的布線的數(shù)量，并且可以有效地使用傳感器區(qū)域。
注意，偽垂直CCD 132的級(jí)的數(shù)量不限于在附圖中所示的示例，可以適當(dāng)?shù)乇桓淖?，以便在按照下列的轉(zhuǎn)移的一個(gè)周期中使得每列的信號(hào)電荷以不同的相位(定時(shí))達(dá)到電荷檢測(cè)單元210相位的數(shù)量、轉(zhuǎn)移電極的數(shù)量、一個(gè)電荷檢測(cè)單元210的列的數(shù)量等。而且，在圖中所示的示例中，僅僅在奇數(shù)列的級(jí)Da的數(shù)量和偶數(shù)列的級(jí)Db的數(shù)量——諸如奇數(shù)列的0級(jí)和偶數(shù)列的三級(jí)——之間需要關(guān)系“Db＝Da+3”，去除相對(duì)于奇數(shù)列和偶數(shù)列的公共部分例如V1-V3。而且，在奇數(shù)列和偶數(shù)列之間的關(guān)系可以反轉(zhuǎn)，諸如“Da＝Db+3”。
圖4-6是說(shuō)明在用于驅(qū)動(dòng)垂直CCD 130和偽垂直CCD 132的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6和在第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器40中的電荷轉(zhuǎn)移之間的關(guān)系的圖。在此，圖4是六相驅(qū)動(dòng)器的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6的基本類(lèi)型的時(shí)序圖。圖5是示出在垂直CCD 130和偽垂直CCD 132中奇數(shù)列和偶數(shù)列的轉(zhuǎn)移電極V1到V6和被施加到那里的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6之間的關(guān)系的示意圖。而且，圖6是示出在圖5所示的垂直CCD 130中和偽垂直CCD 132中的電壓電勢(shì)和電荷轉(zhuǎn)移之間的關(guān)系的示意圖。
如上所述，對(duì)應(yīng)于垂直CCD 130和偽垂直CCD 132的各個(gè)轉(zhuǎn)移電極V1到V6的寄存器(電荷阱；電荷分組)公共地被圖4所示的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6驅(qū)動(dòng)。
如圖5所示，在其中6個(gè)轉(zhuǎn)移電極V1、V2、V3、V4、V5和V6從圖上的左側(cè)依次重復(fù)排列的電極結(jié)構(gòu)中，分別施加到轉(zhuǎn)移電極V1的第一相位垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1、到轉(zhuǎn)移電極V2的第二相位垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV2、到轉(zhuǎn)移電極V3的第三相位垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV3、到轉(zhuǎn)移電極V4的第四相位垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV4、到轉(zhuǎn)移電極V5的第五相位垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV5、到轉(zhuǎn)移電極V6的第六相位垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV6。然后，如圖6所示，當(dāng)接通垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6并且向轉(zhuǎn)移電極V1到V6的每個(gè)施加高壓的時(shí)候，在對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移電極下的電勢(shì)變深以形成電荷分組。而且，當(dāng)關(guān)斷垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6并且向轉(zhuǎn)移電極V1到V6的每個(gè)施加低壓的時(shí)候，在對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移電極下的電勢(shì)變淺以形成勢(shì)壘(potential barrier)。
在時(shí)間T0，通過(guò)向轉(zhuǎn)移電極V1施加高壓和通過(guò)向轉(zhuǎn)移電極V2、V3、V4、V5和V6施加低壓，在轉(zhuǎn)移電極V1下的電勢(shì)深，并且在轉(zhuǎn)移電極V2-V6下的電勢(shì)變淺；并且在轉(zhuǎn)移電極V1下形成電荷分組以存儲(chǔ)信號(hào)電荷，并且在轉(zhuǎn)移電極V2-V6下建立勢(shì)壘以防止混合信號(hào)。用于存儲(chǔ)電荷的分組大小由兩個(gè)電極組成。
接著，在時(shí)間T1，轉(zhuǎn)移電極V2變?yōu)楦唠妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V1保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V3-V6保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV2下的電勢(shì)變深，因此以?xún)蓚€(gè)電極V1和V2來(lái)形成電荷分組，并且在轉(zhuǎn)移電極V1下事先存儲(chǔ)(在時(shí)間T0)的信號(hào)電荷也移動(dòng)到轉(zhuǎn)移電極V2側(cè)。
在時(shí)間T2，轉(zhuǎn)移電極V1變?yōu)榈碗妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V2保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V3-V6保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV1下的電勢(shì)變淺，因此，在轉(zhuǎn)移電極V1下所有信號(hào)電荷移動(dòng)到在轉(zhuǎn)移電極V2下的位置，其中存儲(chǔ)了信號(hào)電荷。
在時(shí)間T3，轉(zhuǎn)移電極V3變?yōu)楦唠妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V2保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V4-V6保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV3下的電勢(shì)變深，因此以?xún)蓚€(gè)電極V2和V3來(lái)形成電荷分組，并且在轉(zhuǎn)移電極V2下的信號(hào)電荷也移動(dòng)到轉(zhuǎn)移電極V3側(cè)。
在時(shí)間T4，轉(zhuǎn)移電極V2變?yōu)榈碗妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V3保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V4-V6保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV2下的電勢(shì)變淺，因此，在轉(zhuǎn)移電極V2下所有信號(hào)電荷移動(dòng)到在轉(zhuǎn)移電極V3下的位置，其中存儲(chǔ)了信號(hào)電荷。
在時(shí)間T5，轉(zhuǎn)移電極V4變?yōu)楦唠妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V3保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V1、V2、V5和V6保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV4下的電勢(shì)變深，因此以?xún)蓚€(gè)電極V3和V4來(lái)形成電荷分組，并且在轉(zhuǎn)移電極V3下存儲(chǔ)的信號(hào)電荷也移動(dòng)到轉(zhuǎn)移電極V4側(cè)。
在時(shí)間T6，轉(zhuǎn)移電極V3變?yōu)榈碗妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V4保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V1、V2、V5和V6保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV3下的電勢(shì)變淺，因此，在轉(zhuǎn)移電極V3下所有信號(hào)電荷移動(dòng)到在轉(zhuǎn)移電極V4下的位置，其中存儲(chǔ)了信號(hào)電荷。
在轉(zhuǎn)移電極V1下的信號(hào)電荷通過(guò)從時(shí)間T1向時(shí)間T6的驅(qū)動(dòng)系列被轉(zhuǎn)移到在轉(zhuǎn)移電極V4下的位置。時(shí)間T1到時(shí)間T6的時(shí)段大致為垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6的周期的一半。
隨后，在時(shí)間T7，轉(zhuǎn)移電極V5變?yōu)楦唠妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V4保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V1、V2、V3和V6保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV5下的電勢(shì)變深，因此，以?xún)蓚€(gè)電極V4和V5形成電荷分組，在轉(zhuǎn)移電極V4下的信號(hào)電荷也移動(dòng)到轉(zhuǎn)移電極V5側(cè)。
在時(shí)間T8，轉(zhuǎn)移電極V4變?yōu)榈碗妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V5保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V1、V2、V3和V6保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV4下的電勢(shì)變淺，因此，在轉(zhuǎn)移電極V4下所有信號(hào)電荷移動(dòng)到在轉(zhuǎn)移電極V5下的位置，其中存儲(chǔ)了信號(hào)電荷。
在時(shí)間T9，轉(zhuǎn)移電極V6變?yōu)楦唠妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V5保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V1-V4保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV6下的電勢(shì)變深，因此，以?xún)蓚€(gè)電極V5和V6形成電荷分組，在轉(zhuǎn)移電極V5下的信號(hào)電荷也移動(dòng)到轉(zhuǎn)移電極V6側(cè)。
在時(shí)間T10，轉(zhuǎn)移電極V5變?yōu)榈碗妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V6保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V1-V4保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV5下的電勢(shì)變淺，因此，在轉(zhuǎn)移電極V5下所有信號(hào)電荷移動(dòng)到在轉(zhuǎn)移電極V6下的位置，其中存儲(chǔ)了信號(hào)電荷。
在時(shí)間T11，轉(zhuǎn)移電極V1變?yōu)楦唠妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V6保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V2-V5保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV1下的電勢(shì)變深，因此，以?xún)蓚€(gè)電極V6和V1形成電荷分組，在轉(zhuǎn)移電極V6下的信號(hào)電荷也移動(dòng)到轉(zhuǎn)移電極V1側(cè)。
在時(shí)間T12，轉(zhuǎn)移電極V6變?yōu)榈碗妱?shì)，并且將轉(zhuǎn)移電極V1保持在具有在電極下形成的電荷分組的高壓，并且將轉(zhuǎn)移電極V2-V5保持在形成勢(shì)壘的低電勢(shì)中。相應(yīng)地，因?yàn)樵陔姌OV6下的電勢(shì)變淺，因此，在轉(zhuǎn)移電極V6下所有信號(hào)電荷移動(dòng)到在轉(zhuǎn)移電極V1下的位置，其中存儲(chǔ)了信號(hào)電荷。
在轉(zhuǎn)移電極V4下的信號(hào)電荷通過(guò)從時(shí)間T7向時(shí)間T12的驅(qū)動(dòng)系列被轉(zhuǎn)移到在轉(zhuǎn)移電極V1下的位置。從時(shí)間T7到時(shí)間T12的時(shí)段大致為垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6的周期的一半。
因此，從上面可以明白，在時(shí)間T0在轉(zhuǎn)移電極V1下存儲(chǔ)的信號(hào)電荷通過(guò)從時(shí)間T0到時(shí)間T12的驅(qū)動(dòng)系列轉(zhuǎn)移到僅僅距離一個(gè)像素的在轉(zhuǎn)移電極V1下的位置。然后，在時(shí)間T6的電荷轉(zhuǎn)移與在時(shí)間T12(等同于T0)的相比較處于移相180度的狀態(tài)(反相)。另外，在時(shí)間T2和時(shí)間T6之間或在時(shí)間T4和T8之間，電荷轉(zhuǎn)移處在彼此相移180度的狀態(tài)。
因此，按照上述描述，可以通過(guò)所述六相驅(qū)動(dòng)的1/6周期(60度相差)來(lái)執(zhí)行一個(gè)電極的電荷轉(zhuǎn)移，并且可以通過(guò)1/3周期(120的相差)來(lái)執(zhí)行兩個(gè)電極的電荷轉(zhuǎn)移，并且可以通過(guò)1/2周期(180度相差)來(lái)執(zhí)行三個(gè)電極的電荷轉(zhuǎn)移，通過(guò)一個(gè)周期執(zhí)行6個(gè)電極的電荷轉(zhuǎn)移。
換句話(huà)說(shuō)，在這種驅(qū)動(dòng)方法中，對(duì)于奇數(shù)列和偶數(shù)列的每個(gè)偽垂直CCD132，提供了三個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極(三個(gè)寄存器)的差，以便即使對(duì)于奇數(shù)列和偶數(shù)列使用垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6，也可以獲得到達(dá)電荷檢測(cè)單元210的、具有180度差的相位的信號(hào)電荷的狀態(tài)。
而且，當(dāng)奇數(shù)列的信號(hào)電荷通過(guò)垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6的一個(gè)周期(圖6所示的T1到T12)而到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散FD的時(shí)候，偶數(shù)列的信號(hào)電荷還沒(méi)有到達(dá)。相反，當(dāng)偶數(shù)列的信號(hào)電荷到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散FD時(shí)，奇數(shù)列的信號(hào)電荷還沒(méi)有到達(dá)。
因此，在選通柵電壓VOG固定的狀態(tài)下，通過(guò)從時(shí)間T1到T6垂直地轉(zhuǎn)移信號(hào)電荷和通過(guò)水平地掃描來(lái)完成奇數(shù)列的讀出。接著，在接通復(fù)位柵脈沖φRG和清除浮動(dòng)擴(kuò)散FD后，通過(guò)在從T7到T12的剩余時(shí)間垂直地轉(zhuǎn)移信號(hào)電荷和通過(guò)水平地掃描來(lái)完成偶數(shù)列的讀出。通過(guò)重復(fù)這樣的處理，可以從輸出信號(hào)導(dǎo)線290輸出對(duì)應(yīng)于一個(gè)屏幕(整個(gè)圖像拾取區(qū)域100)的信號(hào)電荷的時(shí)間序列的像素信號(hào)。
而且，如上假定，為了獲得電荷轉(zhuǎn)移具有180度差(反相)的狀態(tài)，可以不共享垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6，但是可以使用對(duì)于奇數(shù)列和偶數(shù)列的每個(gè)獨(dú)立可以驅(qū)動(dòng)的垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6。在這種情況下，偽垂直CCD 132變得不必要，垂直CCD可以具有相同的長(zhǎng)度。但是，必須獨(dú)立地建立用于奇數(shù)列和偶數(shù)列的垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6的布局(構(gòu)成)。因此，在垂直轉(zhuǎn)移電極側(cè)上的模式形成(patterning)變得困難。
圖7和8是說(shuō)明其中改變垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6的布置以解決上述問(wèn)題和使得電荷轉(zhuǎn)移具有反相的示例的圖。在這個(gè)示例中，共享垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6，并且不提供偽垂直CCD 132，并且當(dāng)在同一行中的光電導(dǎo)單元120的信號(hào)電荷到達(dá)電荷檢測(cè)單元210時(shí)使得電荷轉(zhuǎn)移的相位變?yōu)榉聪?。如圖8A所示，對(duì)于奇數(shù)列和偶數(shù)列，使得在同一行中的垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6的布置具有反相。為了獲得這樣的模式，可以執(zhí)行示意的Z字形的、如圖8B所示的模式。
使用上述的配置，可以反相向浮動(dòng)擴(kuò)散FD側(cè)轉(zhuǎn)移信號(hào)電荷，并且使用用于奇數(shù)列和用于偶數(shù)列的公共垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6來(lái)共享各種電極，諸如垂直轉(zhuǎn)移電極V1到V6、用于選通柵VOG的電極等，并且不用提供偽垂直CCD 132。即，當(dāng)奇數(shù)列的信號(hào)電荷到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散FD時(shí)，偶數(shù)列的信號(hào)電荷還沒(méi)有到達(dá)。相反，當(dāng)偶數(shù)列的信號(hào)電荷到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散FD時(shí)，奇數(shù)列的信號(hào)電荷還沒(méi)有到達(dá)。
圖9是時(shí)序圖，它說(shuō)明在使用第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器的情況下在水平方向上的垂直轉(zhuǎn)移和讀出，并且示出了從在垂直方向上的電荷轉(zhuǎn)移直到在一個(gè)水平掃描周期中從輸出信號(hào)導(dǎo)線290獲得時(shí)間序列的像素信號(hào)的整體操作。
如上所述，與垂直CCD和偽垂直CCD 132的每個(gè)轉(zhuǎn)移電極V1到V6對(duì)應(yīng)的寄存器(電荷分組)被完全相同的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6驅(qū)動(dòng)。而且，相應(yīng)地對(duì)于奇數(shù)列和偶數(shù)列公共使用復(fù)位柵脈沖φRG，因?yàn)閷?duì)應(yīng)的電極被公共地形成。
在圖9所示的一個(gè)水平周期中的奇數(shù)列或偶數(shù)列的每個(gè)讀出周期的時(shí)段中，通過(guò)以附圖所示的定時(shí)來(lái)驅(qū)動(dòng)垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6，在垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6下的寄存器中存儲(chǔ)的奇數(shù)列和偶數(shù)列的每個(gè)信號(hào)電荷依次被并行(同時(shí))轉(zhuǎn)移到偽垂直CCD 132側(cè)。已經(jīng)被轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)于垂直CCD的最后階段的像素的寄存器的每列的電荷通過(guò)偽垂直CCD 132被轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元210的浮動(dòng)擴(kuò)散FD。
因此，浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電勢(shì)改變，并且通過(guò)在圖中未示出的源極跟隨器型的放大器來(lái)檢測(cè)所述電勢(shì)。在檢測(cè)到信號(hào)電荷后，通過(guò)復(fù)位柵脈沖來(lái)接通復(fù)位柵導(dǎo)線(電極)RG，并且浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電勢(shì)被復(fù)位到作為N+區(qū)域的復(fù)位漏極的電壓VRD。
在此，奇數(shù)列的寄存器(電荷分組)與在偽垂直CCD 132中的偶數(shù)列具有三級(jí)差，并且使得信號(hào)電荷在垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6的一個(gè)周期(圖中所示的T1-T12)中達(dá)到具有180度差(反相)的浮動(dòng)擴(kuò)散FD。因此，當(dāng)奇數(shù)列的信號(hào)電荷達(dá)到浮動(dòng)擴(kuò)散FD時(shí)，偶數(shù)列的信號(hào)電荷還沒(méi)有到達(dá)。相反，當(dāng)偶數(shù)列的信號(hào)電荷到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散FD時(shí)，奇數(shù)列的信號(hào)電荷還沒(méi)有到達(dá)。
因此，當(dāng)通過(guò)在定時(shí)T1-T12的圖解的定時(shí)驅(qū)動(dòng)垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6時(shí)，在第一半的奇數(shù)列讀出周期(T1-T7)中的時(shí)間T6，奇數(shù)列A、C、E、...的信號(hào)電荷被轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散FD；在電荷檢測(cè)單元210中被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)(讀出電荷)；通過(guò)頻帶限制單元230和CDS處理單元250被輸入到列選擇單元270。在時(shí)間T6-T7之間，對(duì)應(yīng)于在一行中的諸如列A、C、E、...之類(lèi)的奇數(shù)列的信號(hào)電荷的時(shí)間序列的圖像信號(hào)通過(guò)在列選擇單元270上的列選擇脈沖SP(n)的控制、即通過(guò)列選擇脈沖產(chǎn)生器280的水平掃描輸出到輸出信號(hào)導(dǎo)線290。
在此，因?yàn)槠鏀?shù)列A、C、D、...的長(zhǎng)度與偶數(shù)列B、D、F、...的偽垂直CCD 132的不同，以至于電荷轉(zhuǎn)移的相位旋轉(zhuǎn)180度，因此在當(dāng)奇數(shù)列A、C、E、...的電荷在T1-T7的奇數(shù)列讀出周期中到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散FD的時(shí)候的時(shí)間T6，偶數(shù)列B、D、F的信號(hào)電荷還沒(méi)有到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散FD。
在通過(guò)列選擇脈沖產(chǎn)生器180的水平掃描后直到時(shí)間T7，通過(guò)復(fù)位柵脈沖φRG來(lái)接通復(fù)位柵RG的開(kāi)關(guān)，并且在浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電勢(shì)被返回到復(fù)位電平并且清除浮動(dòng)擴(kuò)散FD后，關(guān)斷復(fù)位柵的開(kāi)關(guān)。
然后，當(dāng)通過(guò)在第二半的偶數(shù)列讀出周期的定時(shí)T7-T1中的每個(gè)的說(shuō)明性定時(shí)驅(qū)動(dòng)垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV6時(shí)，與列A、C、E、...的上述的操作類(lèi)似地，偶數(shù)列B、D、F的信號(hào)電荷開(kāi)始被轉(zhuǎn)移，并且在時(shí)間T12到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散FD。此時(shí)，奇數(shù)列的信號(hào)電荷還沒(méi)有到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散FD，因?yàn)槠潆姾赊D(zhuǎn)移的相位具有180度的差。
在被轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散FD后，偶數(shù)列的信號(hào)電荷在電荷檢測(cè)單元210中被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)(讀出信號(hào)電荷)，然后通過(guò)頻帶限制單元230和CDS處理單元250被輸入到列選擇單元270。在下一個(gè)水平掃描周期的T12和T1之間的時(shí)間期間，對(duì)應(yīng)于在一行中的諸如A、C、E、...之類(lèi)的奇數(shù)列的信號(hào)電荷的時(shí)間序列的圖像信號(hào)通過(guò)在列選擇單元270上的列選擇脈沖SP(n)的控制、即通過(guò)列選擇脈沖產(chǎn)生器280的水平掃描輸出到輸出信號(hào)導(dǎo)線290。
因此，如圖所示，重復(fù)執(zhí)行完成向輸出信號(hào)導(dǎo)線290的奇數(shù)列圖像信號(hào)的輸出和完成向輸出信號(hào)導(dǎo)線190的偶數(shù)列圖像信號(hào)的輸出的處理，以便可以從輸出信號(hào)導(dǎo)線290輸出對(duì)應(yīng)于一個(gè)水平掃描周期的信號(hào)電荷的時(shí)間系列的像素信號(hào)。然后，通過(guò)依次重復(fù)相對(duì)于一個(gè)水平掃描周期的處理，對(duì)應(yīng)于一個(gè)屏幕的信號(hào)電荷的圖像信號(hào)可以從輸出信號(hào)導(dǎo)線290輸出。
如上所述，因?yàn)榇怪盋CD的多個(gè)相鄰列(在上述實(shí)施例中的奇數(shù)列和偶數(shù)列)作為一組被分配到其中在每列中包括的級(jí)數(shù)被改變的一個(gè)電荷檢測(cè)單元，因此奇數(shù)列和偶數(shù)列的每個(gè)信號(hào)電荷可以依次以時(shí)間序列被讀出到電荷檢測(cè)單元側(cè)。然后，當(dāng)浮動(dòng)擴(kuò)散FD例如被用作電荷檢測(cè)單元210時(shí)，可以通過(guò)提供共同地用于多個(gè)列(在上述實(shí)施例中的奇數(shù)列和偶數(shù)列)的選通柵VOG來(lái)減少連接到選通柵VOG的導(dǎo)線的數(shù)量，并且可以有效地使用所述區(qū)域，例如，考慮合并CDS處理單元250等。而且，在電荷檢測(cè)單元210后現(xiàn)有的電路的數(shù)量需要是與電荷檢測(cè)單元210相同的數(shù)量，并且所述數(shù)量可以減少，因?yàn)槎鄠€(gè)列(在上述實(shí)施例中的奇數(shù)列和偶數(shù)列)被編入一個(gè)組，以便可以降低電功耗。
圖10A和10B是示出相對(duì)于在讀出處理單元200中的電荷檢測(cè)單元210、頻帶限制單元230、CDS處理單元250和列選擇單元270的操作的一個(gè)單元的配置的第一示例。圖10A是電路圖，圖10B是說(shuō)明其操作的時(shí)序圖。
在這個(gè)讀出處理單元200中，電荷檢測(cè)單元210構(gòu)成被并入到CCD固態(tài)圖像傳感器10內(nèi)的在先級(jí)輸出單元(預(yù)置放大器)；具有源極跟隨器(電流放大電路)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)具有驅(qū)動(dòng)MOS晶體管(DM驅(qū)動(dòng)MOS)DM和安裝MOS晶體管(LM安裝MOS)LM；并且包括MOS晶體管，它具有基于復(fù)位柵脈沖φRG控制的復(fù)位柵端子和功能將來(lái)自垂直CCD 130的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。注意，雖然在圖中使用一個(gè)級(jí)源極跟隨器，但是可以使用多級(jí)源極跟隨器。
驅(qū)動(dòng)MOS晶體管DM的柵極連接到浮動(dòng)擴(kuò)散FD，其中通過(guò)選通柵VOG從垂直CCD 130提供的信號(hào)電荷被累積，并且用于復(fù)位柵RG的MOS晶體管RGTr的源極連接到復(fù)位漏極電源VRD以釋放信號(hào)電荷。浮動(dòng)擴(kuò)散FD連接到兩列——一個(gè)奇數(shù)列和一個(gè)偶數(shù)列——的垂直CCD 130，以構(gòu)成浮動(dòng)擴(kuò)散放大器FDA?？梢耘c電源VDD共享復(fù)位漏極電源VRD。
在電荷檢測(cè)單元210中，預(yù)定的選通柵電壓VOG被施加到選通柵VOG，并且復(fù)位柵脈沖φRG在信號(hào)電荷檢測(cè)周期中被施加到復(fù)位柵導(dǎo)線RG。然后，在浮動(dòng)擴(kuò)散FD中累積的信號(hào)電荷被轉(zhuǎn)換為信號(hào)電壓，并且作為像素信號(hào)通過(guò)源極跟隨器結(jié)構(gòu)的輸出電路輸出，所述源極跟隨器結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)MOS晶體管DM和負(fù)載MOS晶體管LM。
然后，當(dāng)一個(gè)脈沖被施加到復(fù)位柵導(dǎo)線RG時(shí)，復(fù)位在第一級(jí)源極跟隨器的柵(gate)容量中在特定時(shí)間之前存儲(chǔ)的信號(hào)電荷。此時(shí)，端子A變?yōu)閺?fù)位電勢(shì)。對(duì)于點(diǎn)B，在通過(guò)一個(gè)時(shí)間常數(shù)延遲后固定復(fù)位電勢(shì)，所述時(shí)間常數(shù)由第一級(jí)源極跟隨器的輸出阻抗和頻道限制電容Cout確定。當(dāng)在點(diǎn)B固定復(fù)位電勢(shì)時(shí)，一個(gè)脈沖輸出到鉗位脈沖CLP，并且鉗位所述復(fù)位電勢(shì)。
接著，通過(guò)所述輸入脈沖向端子A輸入信號(hào)電荷。然后，所述電勢(shì)下降到在端子A的信號(hào)電荷的程度。而且，在點(diǎn)B，與當(dāng)復(fù)位時(shí)的時(shí)間類(lèi)似，在通過(guò)所述時(shí)間常數(shù)的延遲后固定所述信號(hào)電勢(shì)。此時(shí)，一個(gè)脈沖被施加到保持脈沖HP，并且在點(diǎn)C存儲(chǔ)此時(shí)的電勢(shì)。在點(diǎn)C存儲(chǔ)在信號(hào)電勢(shì)和復(fù)位電勢(shì)之間的差的電勢(shì)。
隨后，通過(guò)經(jīng)由列選擇脈沖產(chǎn)生器280向列選擇單元270輸出列選擇脈沖SP(n)來(lái)向輸出信號(hào)導(dǎo)線290輸出圖像信號(hào)。在這種操作中，使得當(dāng)檢測(cè)信號(hào)電勢(shì)時(shí)的時(shí)段和當(dāng)檢測(cè)復(fù)位電勢(shì)時(shí)的時(shí)段相等。這是因?yàn)楫?dāng)在隨后的級(jí)在CDS處理單元250中獲得在信號(hào)電勢(shì)和復(fù)位電勢(shì)之間的差時(shí)，需要通過(guò)同一帶寬來(lái)限制兩個(gè)電勢(shì)以具有相同電平的噪聲分量。換句話(huà)說(shuō)，這是因?yàn)樵谄渲蝎@得所述差的信號(hào)中噪聲分量變大，即使兩個(gè)信號(hào)之一具有低噪聲分量。
使用上述配置，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)由第一級(jí)源極跟隨器的輸出阻抗和頻帶限制電容Cout組成的低通濾波器來(lái)限制帶寬，因此可以使得在輸出信號(hào)中包括的噪聲分量小。而且，讀出處理單元200并入CDS處理單元250，它檢測(cè)在實(shí)際上沒(méi)有信號(hào)電荷的時(shí)段的復(fù)位電勢(shì)和實(shí)際上具有信號(hào)電荷的時(shí)段的信號(hào)電勢(shì)之間的差(在輸出中的差)，以便同時(shí)也可以使用CDS(相關(guān)性雙采樣)功能來(lái)抑制當(dāng)復(fù)位在所述事件之前的電荷時(shí)的電勢(shì)的擴(kuò)散中發(fā)生的復(fù)位噪聲和固定模式噪聲(FPN)；并且可以獲得具有良好的S/N的信號(hào)。注意，由于在電荷檢測(cè)單元210中的轉(zhuǎn)換增益的差引起的密度不均勻變?yōu)檩^高頻率，以便在屏幕上的密度不均勻可以無(wú)形以不引起問(wèn)題。
而且，與電荷檢測(cè)單元210類(lèi)似地，僅僅需要對(duì)于垂直CCD 130的多個(gè)列(在這個(gè)實(shí)施例中是兩列)提供一個(gè)頻帶限制單元230和一個(gè)CDS處理單元250，這有助于降低傳感器面積和電功耗。另外，因?yàn)镃DS電路不必具有附加到外部的結(jié)構(gòu)，因此也可以減少外圍電路。
雖然在上述配置中對(duì)于每?jī)蓚€(gè)垂直CCD 130提供電荷檢測(cè)單元210等，但毋庸置疑，也可以對(duì)于每三個(gè)或更多的垂直CCD 130提供一個(gè)電荷檢測(cè)單元210、一個(gè)CDS處理單元250等，并且可以通過(guò)進(jìn)一步的時(shí)間共享來(lái)使用一個(gè)電荷檢測(cè)單元210、一個(gè)CDS處理單元250等。使用這種配置，因?yàn)榭梢赃M(jìn)一步降低電荷檢測(cè)單元210、CDS處理單元250和其他單元的總數(shù)量，因此可以更加縮小傳感器面積和電功耗。
而且，可以在圖2的配置中省略選通柵VOG。
使用浮動(dòng)擴(kuò)散來(lái)構(gòu)造圖10A所示的電荷檢測(cè)單元210，但是，所述配置不限于此，例如可以使用浮動(dòng)?xùn)?參照ISSCC(國(guó)際固體電路會(huì)議)技術(shù)論文文摘，197391，第154-155頁(yè))。當(dāng)使用浮動(dòng)擴(kuò)散時(shí)，可以獲得沒(méi)有直流的信號(hào)，以便可以容易地在下一級(jí)放大器中在電源電壓的大約一半附近設(shè)置工作點(diǎn)。
圖11是示出對(duì)于在讀出處理單元200中的電荷檢測(cè)單元210、頻帶限制單元230、CDS處理單元250和列選擇單元270的操作的一個(gè)單元的配置的第二示例的電路圖。在所述配置的第二實(shí)施例中，在電荷檢測(cè)單元210后的電路被劃分為諸如信號(hào)分量檢測(cè)系統(tǒng)和復(fù)位噪聲分量檢測(cè)系統(tǒng)之類(lèi)的兩個(gè)系統(tǒng)以執(zhí)行處理。換句話(huà)說(shuō)，這種配置其特征在于使用具有頻帶限制容量Ca的第一頻帶限制單元230a和具有頻帶限制容量Cb的第二頻帶限制單元230b來(lái)分別限制信號(hào)分量和復(fù)位噪聲分量。
信號(hào)分量選擇MOS晶體管220a被布置在電荷檢測(cè)單元210和信號(hào)分量檢測(cè)系統(tǒng)的頻帶限制單元230a之間，并且頻帶限制單元230a具有用于信號(hào)分量的頻帶限制容量Ca。用于信號(hào)分量的列選擇MOS晶體管222a被布置在頻帶限制單元230a和輸出信號(hào)導(dǎo)線290之間。而且，復(fù)位噪聲分量選擇MOS晶體管220b被布置在電荷檢測(cè)單元210和復(fù)位噪聲分量檢測(cè)系統(tǒng)的頻帶限制單元230b之間，并且頻帶限制單元230b具有用于復(fù)位噪聲分量的頻帶限制容量。用于復(fù)位噪聲分量的列選擇MOS晶體管222b被布置在頻帶限制單元230b和輸出信號(hào)導(dǎo)線290之間。電荷檢測(cè)單元210及其附近類(lèi)似于所述配置的第一示例。
在第二配置的操作中，當(dāng)信號(hào)分量被輸入到端子A時(shí)，信號(hào)分量選擇MOS晶體管220a被接通；并且當(dāng)復(fù)位噪聲分量被輸入到端子A時(shí)，復(fù)位噪聲分量選擇MOS晶體管220b被接通。然后，信號(hào)分量在用于信號(hào)分量的頻帶限制電容Ca中累積，并且復(fù)位噪聲分量在用于復(fù)位噪聲分量的頻帶限制電容Cb中累積。而且，當(dāng)選擇一個(gè)列時(shí)，用于復(fù)位噪聲分量的列選擇MOS晶體管222b和用于信號(hào)分量的列選擇MOS晶體管222a被依次接通。結(jié)果，復(fù)位噪聲分量和信號(hào)分量被依次輸出到輸出信號(hào)導(dǎo)線290，并且輸出到被附加在外部的CDS電路。
在CDS電路中發(fā)生的噪聲依賴(lài)于圖10所示的鉗位電容CL和保持電容Ch。如果盡可能地放大每個(gè)電容，則出現(xiàn)的噪聲變小。在所述配置的第二示例中，依次輸出復(fù)位噪聲分量和信號(hào)分量，以便可以對(duì)外部執(zhí)行CDS處理。因?yàn)閷?duì)外部執(zhí)行CDS處理，因此可以放大鉗位電容CL和保持電容Ch的每個(gè)值以使得在CDS電路中出現(xiàn)的噪聲小。
圖12A和12B是示出包括在讀出處理單元200后連接的信號(hào)處理電路的圖像拾取器件20的整個(gè)配置的示例的方框圖。在此，示出了系統(tǒng)方框圖，用于使用第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器40從圖像拾取器件20再現(xiàn)畫(huà)面。
信號(hào)處理單元300連接到輸出信號(hào)導(dǎo)線290，并且包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器310，用于將模擬的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；畫(huà)面存儲(chǔ)單元(場(chǎng)存儲(chǔ)器)320，用于以一個(gè)屏幕的單位存儲(chǔ)數(shù)字圖像數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)器控制單元330，用于控制畫(huà)面存儲(chǔ)單元320的數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和讀出。按照本發(fā)明的行調(diào)整單元由畫(huà)面存儲(chǔ)單元320和存儲(chǔ)器控制單元330組成。具體地說(shuō)，通過(guò)在對(duì)應(yīng)于行和列的布置的行的方向上重新布置從讀出處理單元200輸出的奇數(shù)列和偶數(shù)列的每個(gè)圖像信號(hào)的每個(gè)像素信號(hào)來(lái)獲得用于獲得在水平方向上依次對(duì)齊的圖像信號(hào)的作為行調(diào)整單元的功能。
信號(hào)處理單元300還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器340，它將從畫(huà)面存儲(chǔ)單元320讀出的水平數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；NTSC轉(zhuǎn)換器350，它根據(jù)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器340轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的水平信號(hào)來(lái)產(chǎn)生作為廣播格式的一個(gè)示例的NTSC信號(hào)；顯示器360，用于根據(jù)從NTSC轉(zhuǎn)換器350輸出的NTSC信號(hào)來(lái)顯示可見(jiàn)的畫(huà)面。
在這種配置中，通過(guò)在光電導(dǎo)單元120中的光電轉(zhuǎn)換而轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷被分別讀出到對(duì)應(yīng)的垂直CCD 130。被讀出到垂直CCD 130的信號(hào)電荷在與作為一組的多個(gè)相鄰行共享的時(shí)間中通過(guò)浮動(dòng)擴(kuò)散被依次并行轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元210。
被轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元210的每列的信號(hào)電荷在電荷檢測(cè)單元210中被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；偏移噪聲和固定模式噪聲被CDS處理單元250控制；并且通過(guò)列選擇脈沖產(chǎn)生器280相對(duì)于列選擇單元270的水平掃描功能來(lái)從輸出信號(hào)導(dǎo)線290以時(shí)間序列輸出對(duì)應(yīng)于在圖像拾取區(qū)域100中的每個(gè)光電導(dǎo)單元120的圖像信號(hào)。
從輸出信號(hào)導(dǎo)線290以時(shí)間序列輸出的、對(duì)應(yīng)于每個(gè)光電導(dǎo)單元120的圖像信號(hào)被輸入到信號(hào)處理單元300，并且通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器310執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)換信號(hào)，并且將信號(hào)存儲(chǔ)在畫(huà)面存儲(chǔ)單元320中。存儲(chǔ)器控制單元330連接到畫(huà)面存儲(chǔ)單元320，并且執(zhí)行存儲(chǔ)器區(qū)域的地址設(shè)置和讀出順序的控制等。
在第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器40的情況下，垂直CCD 130的奇數(shù)列和偶數(shù)列的每個(gè)信號(hào)電荷在共享的時(shí)間中被轉(zhuǎn)移到讀出處理單元200，并且在被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后，通過(guò)列選擇脈沖產(chǎn)生器280相對(duì)于列選擇單元270的水平掃描功能來(lái)使得對(duì)應(yīng)于在圖像拾取區(qū)域100中的每個(gè)光電導(dǎo)單元120的圖像信號(hào)以時(shí)間序列。因此，在每個(gè)水平掃描周期中，在第一半的水平掃描周期中，僅僅首先輸出用于奇數(shù)列的時(shí)間序列的圖像信號(hào)，隨后，在后一半的水平掃描周期中，僅僅輸出用于偶數(shù)列的時(shí)間序列的圖像信號(hào)。
其中在共享的時(shí)間中輸出奇數(shù)列和偶數(shù)列的圖像信號(hào)被數(shù)字化和被發(fā)送到畫(huà)面存儲(chǔ)單元320側(cè)，并且存儲(chǔ)器控制單元330在讀入事件設(shè)置畫(huà)面存儲(chǔ)單元320的地址以對(duì)應(yīng)于圖像拾取區(qū)域100的像素位置，以便使得在圖像拾取區(qū)域100中的被拾取畫(huà)面信息具有與在畫(huà)面存儲(chǔ)單元320中的畫(huà)面信息具有相同的布置。
因此，對(duì)應(yīng)于在垂直CCD 130中的奇數(shù)列中的信號(hào)電荷的畫(huà)面數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在例如存儲(chǔ)區(qū)域320-1到320-(2n-1)中，并且對(duì)應(yīng)于在垂直CCD 130的偶數(shù)列中信號(hào)電荷的畫(huà)面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)區(qū)域320-2到320-(2n)中。
當(dāng)再現(xiàn)畫(huà)面時(shí)，從在畫(huà)面存儲(chǔ)單元320內(nèi)的存儲(chǔ)區(qū)域320-1到320-2n依次讀出畫(huà)面數(shù)據(jù)來(lái)作為串行數(shù)據(jù)，并且通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器340和NTSC轉(zhuǎn)換器350被顯示在顯示器360中。
應(yīng)當(dāng)注意，在上述的示例中，在畫(huà)面存儲(chǔ)單元320中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)的寫(xiě)入位置被存儲(chǔ)器控制單元330控制，以便在圖像拾取區(qū)域100中的圖像畫(huà)面信息和畫(huà)面存儲(chǔ)單元320的畫(huà)面信息具有相同的布置，但是，可以在讀出時(shí)間而不是寫(xiě)入時(shí)間執(zhí)行控制。具體地說(shuō)，如圖12B中首先、在畫(huà)面存儲(chǔ)單元320的存儲(chǔ)區(qū)域的示意圖中所示，畫(huà)面存儲(chǔ)單元320的存儲(chǔ)區(qū)域被劃分為奇數(shù)列區(qū)域和偶數(shù)列區(qū)域，并且相對(duì)于奇數(shù)列和偶數(shù)列的、來(lái)自模數(shù)轉(zhuǎn)換器310的輸入數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)輸入的順序在寫(xiě)入時(shí)間被依次存儲(chǔ)在每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域中。然后，在讀出時(shí)間，奇數(shù)列和偶數(shù)列A、B、C、D的數(shù)據(jù)在每個(gè)水平掃描周期中被從被劃分的奇數(shù)列區(qū)域和偶數(shù)列區(qū)域交替讀出，并且提供到數(shù)模轉(zhuǎn)換器340。因此，可以使得在圖像拾取區(qū)域100中的圖像畫(huà)面信息和在顯示器360上的畫(huà)面具有相同的布置。
而且，雖然在附圖中未示出，但是取代使用場(chǎng)存儲(chǔ)器來(lái)作為畫(huà)面存儲(chǔ)單元320，當(dāng)對(duì)于奇數(shù)列和偶數(shù)列的每個(gè)使用具有對(duì)應(yīng)于一行的一半的像素?cái)?shù)量的級(jí)的移位寄存器(先入先出存儲(chǔ)器)和用于轉(zhuǎn)換所述移位寄存器的選擇電路時(shí)，數(shù)據(jù)可以被轉(zhuǎn)換為以圖像畫(huà)面信息的順序在圖像拾取區(qū)域100內(nèi)布置的一個(gè)水平行的時(shí)間序列的信號(hào)(數(shù)據(jù)可以被重新布置以在水平方向上依次對(duì)齊)。
如上所述，按照第一實(shí)施例的圖像拾取器件20，可以不使用水平CCD來(lái)解決其中當(dāng)CCD固態(tài)圖像傳感器的像素?cái)?shù)量提高時(shí)水平CCD的時(shí)鐘頻率達(dá)到極限的問(wèn)題，以便信號(hào)電荷在與作為一組的多個(gè)垂直CCD共享的時(shí)間中被轉(zhuǎn)移到電荷檢測(cè)單元(在上述實(shí)施例中到使用浮動(dòng)擴(kuò)散的放大器FDA)，并且在電荷檢測(cè)單元中被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，其后，在垂直線中的電壓信號(hào)在水平方向上被依次選擇并且被讀出?？梢允褂幂^簡(jiǎn)單的電路來(lái)執(zhí)行通過(guò)在共享的時(shí)間中讀出垂直線的數(shù)據(jù)系列的重新布置，這可以避免一個(gè)問(wèn)題。
另外，雖然使用了時(shí)間共享，但是可以使用相鄰像素(或相距兩個(gè)像素定位的相同顏色像素)的信號(hào)來(lái)補(bǔ)充由高密度像素引起的每個(gè)像素的靈敏度下降，因?yàn)槊總€(gè)垂直CCD可以讀出信號(hào)電荷。
而且，當(dāng)多列垂直CCD連接到電荷檢測(cè)單元(在上述實(shí)施例中是浮動(dòng)擴(kuò)散放大器FDA)來(lái)作為一組時(shí)，垂直CCD的長(zhǎng)度、即由垂直轉(zhuǎn)移電極限制的寄存器(分組)的級(jí)的數(shù)量相對(duì)于列而改變，并且使得當(dāng)?shù)竭_(dá)電荷檢測(cè)單元時(shí)的電荷轉(zhuǎn)移的相位為反相，以便即使共享一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極，也可以使用用于選擇列CCD的一個(gè)選通柵而不是使用其多個(gè)來(lái)向電荷檢測(cè)單元讀出信號(hào)電荷。結(jié)果，可以減少在電荷檢測(cè)單元附近的導(dǎo)線的數(shù)量，并且可以考慮到相對(duì)于固態(tài)圖像傳感器的小型化來(lái)并入CDS電路和其他電路而有效地使用區(qū)域。
而且，雖然使用時(shí)間共享，但是因?yàn)閷?shí)際上對(duì)于每個(gè)垂直CCD提供了電荷檢測(cè)單元，因此僅僅幾個(gè)(與一個(gè)電荷檢測(cè)單元負(fù)責(zé)的列的相同數(shù)量)時(shí)間的信號(hào)在一個(gè)水平掃描周期中被輸入到電荷檢測(cè)單元，并且信號(hào)的頻率帶寬變得相當(dāng)小。因此，可以使用低通濾波器來(lái)限制構(gòu)成電荷檢測(cè)單元的放大器的頻率帶寬。結(jié)果，可以限制同時(shí)在晶體管中發(fā)生的熱噪聲的頻帶，并且可以使得噪聲分量小。而且，因?yàn)榭梢越档托盘?hào)帶寬，因此可以通過(guò)頻帶限制單元使得噪聲帶寬變窄，并且可以獲得具有良好的信噪比的畫(huà)面。
圖13和14是說(shuō)明第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器40的修改的示例的附圖，并且是示出垂直CCD 130和讀出處理單元200的邊界部分的附近的示意平面圖。在此，在圖13所示的第一修改示例中，兩組相鄰列還變?yōu)橐粋€(gè)組，其中使得偽垂直CCD 132的級(jí)的數(shù)量的布置相對(duì)于所述兩組交替，相鄰選通柵VOG的電極被連接，并且共享輸出導(dǎo)線。
即，以?xún)山M的中心線被執(zhí)行作為邊界，使得偽垂直CCD 132的級(jí)的數(shù)量對(duì)應(yīng)于與所述中心線的距離而依次改變。而且，在圖13所示的第一修改示例中，鄰近的復(fù)位柵導(dǎo)線連接到與上述兩組的中心線不同位置的中心線，并且可以共享輸出導(dǎo)線。按照第一修改示例，用于選通柵VOG和復(fù)位柵的電極連接在相鄰組之間，以便可以進(jìn)一步降低輸出導(dǎo)線的數(shù)量。
而且，在圖13中，例如，使得兩組相鄰列A和B和相鄰列C和D成為一組，而使得兩組相鄰列C和D和相鄰列E和F成為一組；并且在列B和C之間連接用于選通柵VOG的電極，在列D和E之間連接復(fù)位柵導(dǎo)線。但是，可以使用除了上述的其他分組方式。
例如，使得兩組列C和D和列E和F分別成為一組，并且可以以相同的方式在列D、E之間連接用于選通柵VOG的電極。圖14所示的第二修改示例是從上述示例進(jìn)一步發(fā)展的示例，其中用于選通柵VOG的所有電極被連接，并且可以進(jìn)一步減少選通柵的輸出導(dǎo)線。在這種情況下，基本上，輸出導(dǎo)線的數(shù)量是一，但是，出現(xiàn)導(dǎo)線阻抗的問(wèn)題。因此，優(yōu)選的是，根據(jù)在導(dǎo)線阻抗和布線的困難之間的平衡來(lái)實(shí)際地確定選通柵VOG的電極和輸出導(dǎo)線被安裝的位置。
圖15是說(shuō)明當(dāng)使用四相驅(qū)動(dòng)的垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV4時(shí)的時(shí)序圖的修改示例的圖，并且說(shuō)明在第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器中的電極和信號(hào)電荷之間的位置關(guān)系。這個(gè)修改的示例其特征在于以移相的90度來(lái)驅(qū)動(dòng)垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV4的每個(gè)。垂直轉(zhuǎn)移脈沖φV1到φV4被應(yīng)用到的、除了轉(zhuǎn)移電極V1到V4之外的其他配置與圖1相同。
從圖15明白，可以在這個(gè)修改示例中獲得相對(duì)于在電極和信號(hào)電荷之間的位置關(guān)系的下列優(yōu)點(diǎn)。具體地說(shuō)，對(duì)于奇數(shù)列，當(dāng)向浮動(dòng)擴(kuò)散FD轉(zhuǎn)移分組V4的信號(hào)電荷時(shí)，相關(guān)的偶數(shù)列的分組V2在時(shí)間t1期間作為勢(shì)壘。而且，對(duì)于偶數(shù)列，當(dāng)分組V2的信號(hào)電荷被轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散FD時(shí)，相關(guān)奇數(shù)列的分組V4在時(shí)間t2期間作為勢(shì)壘(barier)。
另外，在這個(gè)修改的示例中，當(dāng)累加分組太小時(shí)，提高電源電壓VDD以獲得電壓電勢(shì)的深度，并且可以解決問(wèn)題。
圖16A和16B是說(shuō)明第三實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器40的圖。在這個(gè)第三實(shí)施例中，作為一組的兩個(gè)相鄰的垂直CCD被分配到一個(gè)電荷檢測(cè)單元，它對(duì)于第一實(shí)施例的CCD固態(tài)圖像傳感器40是相同的，但是，在這個(gè)實(shí)施例中，不提供偽垂直CCD 132，并且垂直CCD的級(jí)的數(shù)量保持相同。即，向具有浮動(dòng)擴(kuò)散FD的配置的電荷檢測(cè)單元210讀出兩列垂直CCD 130。
如圖16A所示，因?yàn)榭梢詮南鄬?duì)側(cè)向其間具有浮動(dòng)擴(kuò)散的每個(gè)垂直CCD130連接選通柵VOG的布線，因此與其中三個(gè)或更多的作為一組被分配到一個(gè)電荷檢測(cè)單元210并且出現(xiàn)針對(duì)向中心部分的選通柵VOG的布線空間的問(wèn)題的配置相比較，在布線中的限制降低，并且即使在實(shí)際模式下也比較避免問(wèn)題。
但是，如圖16B所示，因?yàn)樾枰c垂直CCD 130相同數(shù)量的用于垂直CCD 130的選通柵的布線的事實(shí)保持不變，因此占用布線與面積的比率變得大于第一或第二實(shí)施例。
以上使用實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是，本發(fā)明的范圍不限于上述實(shí)施例?？梢栽诓幻撾x本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)向上述實(shí)施例增加各種改變或改進(jìn)，并且這樣的改變或改進(jìn)被應(yīng)用到的實(shí)施例也被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
而且，在所附的權(quán)利要求中所述的本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，在實(shí)施例中所述的特征的所有組合對(duì)于本發(fā)明的解決方案不是必不可缺少的。在上述的實(shí)施例中，包括各個(gè)階段的發(fā)明，并且可以通過(guò)適當(dāng)?shù)亟M合多個(gè)所公開(kāi)的組成部分而提取各種發(fā)明。即使從在實(shí)施例中所示的所有組成部分中刪除一些組成部分，只要可以獲得其有效性，也可以提取從其刪除那些組成部分的配置來(lái)作為一個(gè)發(fā)明。
例如，雖然在上述實(shí)施例中說(shuō)明了適合于六電極/六相驅(qū)動(dòng)和四電極/四相驅(qū)動(dòng)的示例，但是垂直轉(zhuǎn)移電極的數(shù)量和與轉(zhuǎn)移脈沖的相位的關(guān)系不限于具有上述定時(shí)的那些。而且，不限于兩列或三列，可以針對(duì)與轉(zhuǎn)移脈沖的關(guān)系向一個(gè)電荷檢測(cè)部分分配多列。
換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)向一個(gè)電荷檢測(cè)單元分配多個(gè)相鄰列時(shí)，在偽垂直轉(zhuǎn)移單元(實(shí)際上與垂直CCD相同)中的級(jí)的數(shù)量、垂直轉(zhuǎn)移電極的布置和垂直轉(zhuǎn)移脈沖的定時(shí)被改變，以便在同一行中的每個(gè)信號(hào)電荷以彼此不同的相位到達(dá)電荷檢測(cè)單元。在偽垂直轉(zhuǎn)移部分中的級(jí)的數(shù)量和垂直轉(zhuǎn)移電極的布置是相同的，僅僅驅(qū)動(dòng)方法可能不同，換句話(huà)說(shuō)，僅僅轉(zhuǎn)移脈沖的定時(shí)會(huì)不同，這也是可以接受的。
而且，雖然在上述實(shí)施例中使用線間轉(zhuǎn)移型CCD固態(tài)圖像傳感器進(jìn)行說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于此，可以應(yīng)用到其他轉(zhuǎn)移方法的CCD固態(tài)圖像傳感器，所述其他轉(zhuǎn)移方法諸如幀線間轉(zhuǎn)移型、全幀轉(zhuǎn)移型和幀轉(zhuǎn)移型。
而且，除了上述之外的其他電荷轉(zhuǎn)移單元也可以被使用，以便對(duì)于垂直轉(zhuǎn)移部分，以例如CSD(電荷掃描器件)來(lái)替代CCD。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)圖像傳感器，包括多個(gè)光電導(dǎo)單元，它們被布置在二維形狀的行和列的每個(gè)方向上，并且它們通過(guò)接收光來(lái)獲得信號(hào)電荷；以及列電荷轉(zhuǎn)移單元，它在所述列方向上轉(zhuǎn)移由光電導(dǎo)單元獲得的信號(hào)電荷；電荷檢測(cè)單元，它對(duì)于每多個(gè)所述相鄰的列提供，并且將由所述列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)，其中對(duì)于所述多個(gè)相鄰列，當(dāng)在所述行方向上在相同位置由所述光電導(dǎo)單元獲得的所述信號(hào)電荷達(dá)到所述電荷檢測(cè)單元時(shí)，使得電荷轉(zhuǎn)移的相位不同。
2.一種固態(tài)圖像傳感器，包括多個(gè)光電導(dǎo)單元，它們被布置在二維形狀的行和列的每個(gè)方向上，并且它們通過(guò)接收光來(lái)獲得信號(hào)電荷；列電荷轉(zhuǎn)移單元，它在所述列方向上轉(zhuǎn)移由光電導(dǎo)單元獲得的信號(hào)電荷；電荷檢測(cè)單元，它對(duì)于每多個(gè)所述相鄰的列提供，并且將由所述列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)；偽電荷轉(zhuǎn)移單元，它被布置在所述列電荷轉(zhuǎn)移單元和所述電荷檢測(cè)單元之間，其中對(duì)于所述多列的每個(gè)，電荷轉(zhuǎn)移的級(jí)的數(shù)量不同。
3.按照權(quán)利要求2的固態(tài)圖像傳感器，其中在所述多個(gè)相鄰列的電荷轉(zhuǎn)移單元中，公共地使用用于垂直轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)的電極。
4.按照權(quán)利要求2的固態(tài)圖像傳感器，其中對(duì)于每?jī)蓚€(gè)所述相鄰的列提供所述電荷檢測(cè)單元。
5.按照權(quán)利要求4的固態(tài)圖像傳感器，其中在所述偽電荷轉(zhuǎn)移單元中，當(dāng)使得在所述行方向上相同位置的所述信號(hào)電荷到達(dá)所述電荷檢測(cè)單元時(shí)，所述電荷轉(zhuǎn)移的級(jí)數(shù)不同于下述范圍電荷轉(zhuǎn)移的相位變?yōu)樵谒鰞蓚€(gè)相鄰列之間反轉(zhuǎn)的180度。
6.一種固態(tài)圖像傳感器，包括多個(gè)光電導(dǎo)單元，它們被布置在二維形狀的行和列的每個(gè)方向上，并且它們通過(guò)接收光來(lái)獲得信號(hào)電荷；列電荷轉(zhuǎn)移單元，它在所述列方向上轉(zhuǎn)移由光電導(dǎo)單元獲得的信號(hào)電荷；電荷檢測(cè)單元，對(duì)于每多個(gè)所述相鄰的列提供，它將由所述列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)，其中形成用于驅(qū)動(dòng)垂直轉(zhuǎn)移的電極，以使得在公共的垂直轉(zhuǎn)移控制信號(hào)施加到所述多個(gè)相鄰的列的情況下，當(dāng)在所述行方向上的相同位置的由光電導(dǎo)單元中獲得的所述信號(hào)電荷達(dá)到所述電荷檢測(cè)單元時(shí)電荷轉(zhuǎn)移的相位不同。
7.按照權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，其中所述電荷檢測(cè)單元包括與所述多個(gè)相鄰列共享的一個(gè)選通柵，用于讀出在所述信號(hào)電荷的輸入端上的所述信號(hào)電荷。
8.按照權(quán)利要求2的固態(tài)圖像傳感器，其中所述電荷檢測(cè)單元包括與所述多個(gè)相鄰列共享的一個(gè)選通柵，用于讀出在所述信號(hào)電荷的輸入端上的所述信號(hào)電荷。
9.按照權(quán)利要求6的固態(tài)圖像傳感器，其中所述電荷檢測(cè)單元包括與所述多個(gè)相鄰列共享的一個(gè)選通柵，用于讀出在所述信號(hào)電荷的輸入端上的所述信號(hào)電荷。
10.按照權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，其中與相對(duì)于相鄰的其他列的所述電荷檢測(cè)單元的所述選通柵的布線共享所述選通柵的布線。
11.按照權(quán)利要求2的固態(tài)圖像傳感器，其中與相對(duì)于相鄰的其他列的所述電荷檢測(cè)單元的所述選通柵的布線共享所述選通柵的布線。
12.按照權(quán)利要求6的固態(tài)圖像傳感器，其中與相對(duì)于相鄰的其他列的所述電荷檢測(cè)單元的所述選通柵的布線共享所述選通柵的布線。
13.一種固態(tài)圖像傳感器，包括多個(gè)光電導(dǎo)單元，它們被布置在二維形狀的行和列的每個(gè)方向上，并且它們通過(guò)接收光來(lái)獲得信號(hào)電荷；列電荷轉(zhuǎn)移單元，它在所述列方向上轉(zhuǎn)移由所述光電導(dǎo)單元獲得的所述信號(hào)電荷；電荷檢測(cè)單元，對(duì)于每?jī)蓚€(gè)所述列提供，它將由所述列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)，其中，所述電荷檢測(cè)單元包括選通柵，它對(duì)于所述兩個(gè)相鄰列的每個(gè)獨(dú)立地提供，用于讀出在所述信號(hào)電荷的輸入端上的所述信號(hào)電荷。
14.按照權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，其中所述電荷檢測(cè)單元的每個(gè)包括在所述電荷檢測(cè)單元中的復(fù)位柵，它在將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為所述像素信號(hào)后被初始化。
15.按照權(quán)利要求2的固態(tài)圖像傳感器，其中所述電荷檢測(cè)單元的每個(gè)包括在所述電荷檢測(cè)單元中的復(fù)位柵，它在將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為所述像素信號(hào)后被初始化。
16.按照權(quán)利要求6的固態(tài)圖像傳感器，其中所述電荷檢測(cè)單元的每個(gè)包括在所述電荷檢測(cè)單元中的復(fù)位柵，它在將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為所述像素信號(hào)后被初始化。
17.按照權(quán)利要求13的固態(tài)圖像傳感器，其中所述電荷檢測(cè)單元的每個(gè)包括在所述電荷檢測(cè)單元中的復(fù)位柵，它在將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為所述像素信號(hào)后被初始化。
18.按照權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，其中在所述電荷檢測(cè)單元后提供差分檢測(cè)單元，用于檢測(cè)在像素信號(hào)中的沒(méi)有所述信號(hào)電荷的輸出和具有所述信號(hào)電荷的信號(hào)電平之間的差。
19.按照權(quán)利要求2的固態(tài)圖像傳感器，其中在所述電荷檢測(cè)單元后提供差分檢測(cè)單元，用于檢測(cè)在像素信號(hào)中的沒(méi)有所述信號(hào)電荷的輸出和具有所述信號(hào)電荷的信號(hào)電平之間的差。
20.按照權(quán)利要求6的固態(tài)圖像傳感器，其中在所述電荷檢測(cè)單元后提供差分檢測(cè)單元，用于檢測(cè)在像素信號(hào)中的沒(méi)有所述信號(hào)電荷的輸出和具有所述信號(hào)電荷的信號(hào)電平之間的差。
21.按照權(quán)利要求13的固態(tài)圖像傳感器，其中在所述電荷檢測(cè)單元后提供差分檢測(cè)單元，用于檢測(cè)在像素信號(hào)中的沒(méi)有所述信號(hào)電荷的輸出和具有所述信號(hào)電荷的信號(hào)電平之間的差。
22.按照權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，還包括相對(duì)于在所述列方向上的多個(gè)相鄰列的多個(gè)所述電荷檢測(cè)單元，所述多個(gè)列作為一組，和水平掃描單元，在所述多個(gè)電荷檢測(cè)單元后，用于依次選擇和輸出在所述行方向上以時(shí)間序列從所述多個(gè)電荷檢測(cè)單元的每個(gè)輸出的所述像素信號(hào)。
23.按照權(quán)利要求2的固態(tài)圖像傳感器，還包括相對(duì)于在所述列方向上的多個(gè)相鄰列的多個(gè)所述電荷檢測(cè)單元，所述多個(gè)列作為一組，和水平掃描單元，在所述多個(gè)電荷檢測(cè)單元后，用于依次選擇和輸出在所述行方向上以時(shí)間序列從所述多個(gè)電荷檢測(cè)單元的每個(gè)輸出的所述像素信號(hào)。
24.按照權(quán)利要求6的固態(tài)圖像傳感器，還包括相對(duì)于在所述列方向上的多個(gè)相鄰列的多個(gè)所述電荷檢測(cè)單元，所述多個(gè)列作為一組，和水平掃描單元，在所述多個(gè)電荷檢測(cè)單元后，用于依次選擇和輸出在所述行方向上以時(shí)間序列從所述多個(gè)電荷檢測(cè)單元的每個(gè)輸出的所述像素信號(hào)。
25.按照權(quán)利要求13的固態(tài)圖像傳感器，還包括相對(duì)于在所述列方向上的多個(gè)相鄰列的多個(gè)所述電荷檢測(cè)單元，所述多個(gè)列作為一組，和水平掃描單元，在所述多個(gè)電荷檢測(cè)單元后，用于依次選擇和輸出在所述行方向上以時(shí)間序列從所述多個(gè)電荷檢測(cè)單元的每個(gè)輸出的所述像素信號(hào)。
26.一種固態(tài)圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)方法，其中，從一種固態(tài)圖像傳感器獲得像素信號(hào)，所述固態(tài)圖像傳感器包括列電荷轉(zhuǎn)移單元，它轉(zhuǎn)移由多個(gè)光電導(dǎo)單元獲得的信號(hào)電荷，所述多個(gè)光電導(dǎo)單元被布置在所述列的方向上二維形狀中的行和列的每個(gè)方向上，和電荷檢測(cè)單元，它對(duì)于每多個(gè)所述相鄰的列提供，并且將在所述列的方向上由所述列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)，其中所述固態(tài)圖像傳感器被驅(qū)動(dòng)使得當(dāng)在所述列方向上轉(zhuǎn)移所述信號(hào)電荷時(shí)以不同的相位輸出相對(duì)于所述多個(gè)所述相鄰列的每個(gè)的所述像素信號(hào)。
27.按照權(quán)利要求26的驅(qū)動(dòng)方法，其中所述列電荷轉(zhuǎn)移單元被六相驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
28.按照權(quán)利要求26的驅(qū)動(dòng)方法，其中所述電荷檢測(cè)單元在所述信號(hào)電荷的輸入端上包括選通柵，用于讀出所述信號(hào)電荷，和復(fù)位柵，用于在所述信號(hào)電荷被轉(zhuǎn)換為所述像素信號(hào)后初始化，并且所述復(fù)位柵被使得當(dāng)所述選通柵關(guān)閉時(shí)接通。
29.一種圖像拾取方法，用于使用固態(tài)圖像傳感器來(lái)獲得圖像信號(hào)，所述固態(tài)圖像傳感器包括列電荷轉(zhuǎn)移單元，它轉(zhuǎn)移由多個(gè)光電導(dǎo)單元獲得的信號(hào)電荷，所述多個(gè)光電導(dǎo)單元被布置在所述列的方向上二維形狀中的行和列的每個(gè)方向上，和電荷檢測(cè)單元，它對(duì)于每多個(gè)所述相鄰的列提供，并且將在所述列的方向上由所述列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)，其中在所述列的方向上的所述信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移中獲得具有不同相位的、相對(duì)于所述多個(gè)所述相鄰列的每個(gè)的所述像素信號(hào)；在所述行的方向上以時(shí)間序列依次選擇所獲得的像素信號(hào)，以便獲得相對(duì)于所述不同相位的每個(gè)的圖像信號(hào)；并且其后，通過(guò)按照所述多個(gè)列的順序在所述行方向上重新布置所述圖像信號(hào)的所述像素信號(hào)來(lái)獲得在所述行的方向上依次排列的圖像信號(hào)。
30.按照權(quán)利要求29的驅(qū)動(dòng)方法，其中所述列電荷轉(zhuǎn)移單元被六相驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
31.一種圖像拾取器件，包括固態(tài)圖像傳感器，包括多個(gè)光電導(dǎo)單元，它們被布置在二維形狀的行和列的每個(gè)方向上，并且用于通過(guò)接收光而獲得信號(hào)電荷，列電荷轉(zhuǎn)移單元，它在所述列方向上轉(zhuǎn)移由所述光電導(dǎo)單元獲得的所述信號(hào)電荷，電荷檢測(cè)單元，它對(duì)于每多個(gè)所述列提供，并且將由所述列電荷轉(zhuǎn)移單元轉(zhuǎn)移的所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為像素信號(hào)，和偽電荷轉(zhuǎn)移單元，它被布置在所述列電荷轉(zhuǎn)移單元和所述電荷檢測(cè)單元之間，其中電荷轉(zhuǎn)移的級(jí)的數(shù)量相對(duì)于所述多個(gè)列的每個(gè)不同；水平掃描單元，它通過(guò)下述方式來(lái)獲得相對(duì)于所述不同相位的每個(gè)的圖像信號(hào)在所述行的方向上以時(shí)間序列依次選擇在所述信號(hào)電荷的所述列方向上的轉(zhuǎn)移中具有不同相位的、從所述固態(tài)圖像傳感器輸出的所述像素信號(hào)；行調(diào)整單元，它通過(guò)下述方式來(lái)獲得在所述行方向上依次排列的圖像信號(hào)按照所述多個(gè)列的順序在所述行的方向上重新排列從所述水平掃描單元輸出的圖像信號(hào)的所述像素信號(hào)。
全文摘要
公開(kāi)掃描讀出型的CCD固態(tài)成像裝置及其驅(qū)動(dòng)方法、成像方法和成像器。多個(gè)垂直CCD列可以以特別少量的布線定分配給一個(gè)電荷檢測(cè)單元。相鄰的垂直CCD列被分配到一個(gè)電荷檢測(cè)單元。變更垂直CCD列和電壓檢測(cè)單元之間的電壓轉(zhuǎn)移的級(jí)數(shù)、設(shè)計(jì)電極布置或調(diào)整驅(qū)動(dòng)定時(shí)。當(dāng)使得在光電導(dǎo)單元產(chǎn)生的水平行方向的相同位置上的水平電荷達(dá)到電荷檢測(cè)單元時(shí)，多個(gè)相鄰垂直CCD列的電荷轉(zhuǎn)移的相位相互不同。
文檔編號(hào)H04N5/363GK1675921SQ0381861
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月12日
發(fā)明者遠(yuǎn)山隆之 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社