專利名稱：固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法和照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法和照相機(jī)，特別是構(gòu)造為實(shí)現(xiàn)暗信號水平降低的固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法和照相機(jī)。
背景技術(shù)：
在照相機(jī)例如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)或者監(jiān)控?cái)z像機(jī)中，已經(jīng)廣泛采用線間傳
輸系統(tǒng)的CCD (電荷藕荷器件)型圖l象傳感器。
圖3是圖解線間傳輸系統(tǒng)的CCD型圖像傳感器的示意圖。在圖3所示的示例中，CCD型圖像傳感器101包括排列成矩陣的多個(gè)光敏單元102、與每個(gè)光敏單元鄰近設(shè)置且構(gòu)造為利用光敏單元讀出信號電荷輸入的讀出柵103 、與讀出柵鄰近設(shè)置且構(gòu)造為在垂直方向上傳輸利用讀出柵讀出的信號電荷的垂直傳輸單元104、構(gòu)造為在水平方向上傳輸從垂直傳輸單元傳輸?shù)男盘栯姾傻乃絺鬏攩卧?05以及設(shè)置在光敏單元的讀出柵的相對側(cè)且構(gòu)造為減少顏色混合的信道停止區(qū)(channel stop area)(圖3中未示出)(例如，見日本專利提前公開No. 10-144卯7 )。已經(jīng)利用水平傳輸單元105在水平方向上傳輸?shù)男盘栯姾杀粋鬏數(shù)浇Y(jié)合在輸出單元中的浮動傳播(FD, floatingdiffusion)單元106。采用MOS晶體管4企測FD單元的電位變化，并且轉(zhuǎn)換為電信號。然后，放大該電信號，并且輸出為視頻圖像信號Vout。
如上所述構(gòu)造的線間傳輸系統(tǒng)的CCD型圖像傳感器的操作分成[l]采用光敏單元(光電二極管)102執(zhí)行的光電轉(zhuǎn)換和信號電荷存儲，[2]信號電荷從光敏單元102到垂直傳輸單元104的傳輸(場移動)，[3]采用垂直傳輸單元104執(zhí)行的信號電荷傳輸(垂直傳輸)，[4]信號電荷從垂直傳輸單元104到水平傳輸單元105的傳輸(線移動)，[5]采用水平傳輸單元105執(zhí)行的信號電荷傳輸(水平傳輸)以及[6]采用FD單元106執(zhí)行的信號電荷檢測和放大。接下來，將詳細(xì)描述上述操作。采用光敏單元(光電二極管)執(zhí)行的光電轉(zhuǎn)換和信號電荷存儲
4已經(jīng)通過設(shè)置在CCD型圖像傳感器101的前表面?zhèn)鹊某上裢哥R成像的光學(xué)圖像采用光敏單元102轉(zhuǎn)換成電荷圖像。就是說，在每個(gè)光敏單元102中，根據(jù)接收光的強(qiáng)度和接收到光的時(shí)間來存儲信號電荷。場移動
存儲在各光敏單元102中的信號電荷以預(yù)定的時(shí)間同時(shí)讀出到垂直傳輸單元104，這稱為"場移動"。
具體地講，首先，在奇數(shù)場中，垂直排列的奇數(shù)像素(光敏單元102)的信號電荷加到垂直排列的偶數(shù)像素(光敏單元102 )的信號電荷以被讀出。在下一偶數(shù)場中，通過改變加到一起的像素的組合，垂直排列的偶數(shù)像素(光敏單元102)的信號電荷和垂直排列的奇數(shù)像素(光敏單元102)的信號電荷加到一起且被讀出。就是說，兩個(gè)垂直相鄰的像素采用垂直傳輸單元104加到一起以形成一個(gè)場，然后通過改變加到一起的像素的組合來形成另一個(gè)場，這樣就完成了一幀。附帶地，如上所述的該讀出方法稱為"場讀出"技術(shù)，其廣泛地應(yīng)用于攝像機(jī)領(lǐng)域中，以便不在后面留下幀殘留影像。垂直傳輸
然后，已經(jīng)場移動到垂直傳輸單元104的信號電荷采用垂直傳輸單元104垂直傳輸。在采用垂直傳輸單元104的傳輸中，各線的信號電荷以線為單元并行向下(朝著水平傳輸單元105)傳輸。線移動
然后，已經(jīng)傳輸?shù)酱怪眰鬏攩卧?04的最下游的一個(gè)線的信號電荷并行傳輸?shù)綗糁械乃絺鬏攩卧?05,這稱為"線移動"。[5]水平傳輸
然后，已經(jīng)線移動到水平傳輸單元105的一個(gè)線的信號電荷采用水平傳輸單元105水平傳輸。當(dāng)水平傳輸單元105在完成一個(gè)線的信號電荷的水平傳輸而改變?yōu)槠渲袥]有留下信號電荷的空態(tài)時(shí)，下一個(gè)線的信號電荷從垂直傳輸單元104線移動到水平傳輸單元105。信號電荷^r測和;故大
已經(jīng)水平傳輸?shù)剿絺鬏攩卧?05的左端(終止端)的信號電荷采用FD單元106按電壓逐個(gè)像素地4企測并放大，然后從其輸出端輸出。
附帶地，上述的操作[1]至[6]彼此關(guān)聯(lián)地執(zhí)行。已經(jīng)從垂直傳輸單元104的最下游垂直傳輸?shù)囊粋€(gè)線的信號電荷一旦線移動到水平傳輸單元105，就開始其水平傳輸，并且采用FD單元106逐個(gè)像素地依次檢測和讀出信號電荷。信號電荷的線移動和垂直傳輸同時(shí)進(jìn)行。就是說，當(dāng)已經(jīng)從水平傳輸單元105讀出一個(gè)線的所有信號電荷時(shí)，已經(jīng)垂直向下傳輸?shù)阶钕掠蔚南乱粋€(gè)線的信號電荷線移動到水平傳輸單元105，然后被水平傳輸。通過重復(fù)上述操作，讀出一個(gè)場中的所有信號電荷。
信號電荷以上述方式傳輸?shù)耐瑫r(shí)，光電轉(zhuǎn)換仍在持續(xù)進(jìn)行，并且在已經(jīng)場移動信號電荷后，立即在各光敏單元(光電二極管)102中再次開始信號電荷的存儲。就是說，盡管在信號電荷通過場移動傳輸?shù)酱怪眰鬏攩卧?04后，每個(gè)光敏單元(光電二極管)102立即改變?yōu)榭諔B(tài)，但是光持續(xù)發(fā)射到各光敏單元(光電二極管)，并且因此電荷再次存儲在其中。
圖4是圖解沿著圖3所示的像素區(qū)的IV-IV線剖取的截面結(jié)構(gòu)的示意圖。在形成在N型硅襯底110上的P型阱區(qū)119的表面上，形成構(gòu)成光敏單元102的N型信號電荷存儲區(qū)126、構(gòu)成垂直傳輸單元104的N型電荷傳輸區(qū)124以及P+型信道停止區(qū)118。
++型正電荷存儲區(qū)127形成在信號電荷存儲區(qū)126的表面上，并且插設(shè)在信號電荷存儲區(qū)126和電荷傳輸區(qū)124之間的P型區(qū)構(gòu)成讀出柵103。由例如Si02制成的柵極絕緣膜123形成在電荷傳輸區(qū)124、讀出柵103、正電荷存儲區(qū)127和信道停止區(qū)118上。傳輸電極125經(jīng)由柵極絕緣膜123形成在電荷傳^T區(qū)124上。
然后，存儲在光^:單元102中的信號電荷經(jīng)由讀出柵103場移動到相鄰的垂直傳輸單元104。已經(jīng)從垂直傳輸單元104線移動然后從水平傳輸單元105水平傳輸?shù)男盘栯姾闪魅隖D單元106，然后FD單元106的電位根據(jù)存儲的信號電荷量而改變。附帶地，在FD單元檢測的信號(電壓)很小，從而源輸出電路(由多級MOS晶體管構(gòu)成)連接到FD單元106,并且在FD單元106檢測的信號(電壓)被放大并采用源輸出電路輸出到外部。
附帶地，在近來的數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)中，已經(jīng)看到了隨著清晰度的增加(增加像素?cái)?shù))而減小像素尺寸的趨勢。隨著像素尺寸的減小，(l)降低了靈敏度和諸如飽和信號量的輸出信號水平，并且(2)為了獲得輸出信號必然增加噪聲成分量，這會導(dǎo)致SN比(信號對噪聲的比率)降低，并且因此而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的下降。
現(xiàn)在，正在開發(fā)各種方法來增加靈敏度和飽和信號量而不增加噪聲成
6分，且減少噪聲。特別是，從減少噪聲的觀點(diǎn)來看，在固態(tài)成像器件中降低構(gòu)成最大噪聲成分的暗信號的水平已經(jīng)變得非常重要。
如上所述的CCD型圖像傳感器已經(jīng)廣泛地用在各種照相機(jī)中，例如監(jiān)控?cái)z像機(jī)和FA(工廠自動化)中使用的照相機(jī)，并且在4艮多情況下在上述照相機(jī)中設(shè)定長時(shí)曝光(有時(shí)稱為低速快門)模式。在"常規(guī)模式"中，考慮到應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)型TV,每1/60秒執(zhí)行一次場移動，就是說，信號電荷存儲在光敏單元102中的期間設(shè)定為1/60秒，與"常規(guī)模式"相反，"長時(shí)曝光"模式是這樣的模式其中信號電荷在光敏單元102中持續(xù)存儲一到兩秒、或者在某些情況下最大為幾秒，而不執(zhí)行從光敏單元102讀出(場移動)信號電荷。長時(shí)曝光模式對于執(zhí)行圖像捕捉是有效的，特別是在暗場的狀態(tài)下。然而，在長時(shí)曝光模式中可明顯地觀察到暗信號引起的圖像質(zhì)量下降。
作為減少暗信號水平的技術(shù)，已經(jīng)提出了控制施加到垂直傳輸單元的時(shí)鐘電壓和對垂直傳輸單元施加時(shí)鐘電壓的時(shí)間的方法。接下來，將參考附圖描述有關(guān)的暗信號水平降低技術(shù)的示例。
首先，圖5A是示出沒有采用暗信號數(shù)量減少技術(shù)的通常情形中，在從曝光期間到信號輸出期間的范圍內(nèi)的期間中施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的示意圖。在多數(shù)商業(yè)化的CCD型圖像傳感器中，對于從曝光期間到信號輸出期間范圍的整個(gè)期間，垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)的中偏壓(VM)設(shè)定到O[V]。這里，"中偏壓(VM)"表示為釆用垂直傳輸單元的信號電荷的垂直傳輸施加的時(shí)鐘電壓的高位電位，即不考慮讀出電壓的情況下設(shè)定的高位電位。圖5A所示的期間D是清除曝光時(shí)產(chǎn)生的不必要信號的期間。
另一方面，作為暗信號水平降低技術(shù)的示例，如圖5B所示，已經(jīng)提出了這樣的技術(shù)對于從曝光期間到信號輸出期間范圍的整個(gè)期間，負(fù)偏置(例如，VM = -0.5[V])施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的中偏壓(VM)。
關(guān)于這一點(diǎn)，圖6A是示出施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的中偏壓(VM)和暗信號水平之間關(guān)系的示意圖。通過負(fù)偏置垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的中偏壓(VM)減少了暗信號的水平，從而對于從曝光期間到信號輸出期間范圍的整個(gè)期間，通過負(fù)偏置施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)的中偏壓(VM)，實(shí)現(xiàn)了暗信號水平的降低。作為暗信號水平降低技術(shù)的另一個(gè)示例，如圖5C所示，已經(jīng)提出了這樣的技術(shù)(例如，見日本專利提前公開No. 2003-153087):僅對于曝光期間，固定以低位施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在暗信號水平降低技術(shù)的上述示例中，會減少垂直傳輸單元可處理的電荷量或者會減少垂直傳輸單元的垂直傳輸效率。
就是說，如圖6B中的施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小和垂直傳輸單元可處理的電荷量之間的關(guān)系所示，通過負(fù)偏置垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的中偏壓(VM)會減少垂直傳輸單元可處理的電荷量。另外，如圖6C中的施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的中偏壓(VM)和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率之間的關(guān)系所示，通過負(fù)偏置垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的中偏壓(VM)會降低垂直傳輸單元的垂直傳輸效率。
因此，在上述的暗信號水平降低技術(shù)的一個(gè)示例中，盡管實(shí)現(xiàn)了暗信號水平的降低，但是隨著垂直傳輸單元可處理的電荷量減少，飽和信號的量減少并且易于產(chǎn)生有缺陷的垂直傳輸，其結(jié)果是不能增大SN比。另外，對于從曝光期間到信號輸出期間范圍的整個(gè)期間，施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)的中偏壓(VM);故負(fù)偏置，從而在必須為采用垂直傳輸單元的信號電荷高速傳輸?shù)倪\(yùn)動圖像捕獲模式和圖像顯示在液晶監(jiān)視器上的模式(在下文中稱為液晶監(jiān)視器圖像顯示模式)中可能產(chǎn)生有缺陷的垂直傳輸。
另一方面，在上述暗信號水平降低技術(shù)的另一個(gè)示例中，因?yàn)槭┘拥酱怪眰鬏攩卧拇怪眰鬏敃r(shí)鐘信號V(()僅對于曝光期間固定到低位，所以可以獲得暗信號水平降低效果，并且不會對信號輸出期間實(shí)現(xiàn)的垂直傳輸單元可處理電荷量和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率有不利影響。因此，特別是在暗信號會引起問題的長時(shí)曝光模式中可采用該技術(shù)。
在長時(shí)曝光模式中，不會入射諸如太陽光的高強(qiáng)度光，從而在該模式中即使有入射光也幾乎不引起問題。然而，在常規(guī)曝光模式中已經(jīng)入射諸如太陽光的高強(qiáng)度光的情況下，就會發(fā)生存儲在垂直傳輸單元中的不必要電荷在曝光期間已經(jīng)結(jié)束后不能徹底清除的問題。
就是說，因?yàn)閮H對于曝光期間將施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小固定在低位，換言之，對于曝光期間停止對垂直傳輸單元施加垂直傳輸時(shí)鐘信號Vf從而將時(shí)鐘電壓固定在低位，所以對于曝光期間不會執(zhí)行信號電荷的垂直傳輸并因此有大量的信號可以保留在垂直傳輸單元中。因此，保留在垂直傳輸單元中的信號電荷在設(shè)定在信號輸出開始前的信號電荷清除期間中不會被徹底清除。
另外，在曝光期間停止對垂直傳輸單元施加垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)以固
定時(shí)鐘電壓在低位的情況下，對于曝光期間不會完全執(zhí)行信號電荷的垂直傳輸，并且因此該技術(shù)難于處理諸如液晶監(jiān)視器圖像顯示模式。
本發(fā)明已經(jīng)考慮到了上述情況。因此，所希望的是提供固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法和照相機(jī)，構(gòu)造為實(shí)現(xiàn)暗信號水平降低而不減少垂直傳輸單元可處理電荷量和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供這樣的固態(tài)成像器件，包括固態(tài)成像器件，具有光敏單元，排列成矩陣；垂直傳輸單元，為該光^:單元的每個(gè)垂直陣列提供，并且構(gòu)造為從所述光敏單元讀出信號電荷并在垂直方向傳輸該讀出的信號電荷；以及水平傳輸單元，構(gòu)造為接收從該垂直傳輸單元傳輸?shù)脑撔盘栯姾?，并且在水平方向傳輸該傳輸?shù)男盘栯姾桑徊⑶野刂齐娐?，?gòu)造為控制將施加到該垂直傳輸單元的時(shí)鐘信號，其中該控制電路執(zhí)行控制，以使第一時(shí)鐘信號與第二時(shí)鐘信號具有幾乎相同的大小，其中第一時(shí)鐘信號是傳輸該信號電荷而施加的，施加的期間為從前一信號電荷已經(jīng)從該光敏單元讀出后到該前一信號電荷經(jīng)由該垂直傳輸單元傳輸?shù)皆撍絺鬏攩卧獣r(shí)，第二時(shí)鐘信號施加的期間為從該前一信號電荷已經(jīng)傳輸?shù)皆撍絺鬏攩卧蟮胶笠恍盘栯姾蓮脑摴饷魡卧x出時(shí)，并且該第 一時(shí)鐘信號的高位電位設(shè)定為高于該第二時(shí)鐘信號的高位電位。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供照相機(jī)，包括固態(tài)成像器件，具有排列成矩陣的光敏單元、為該光^:單元的每個(gè)垂直陣列提供且構(gòu)造為從所述光敏單元讀出信號電荷并在垂直方向傳輸該讀出的信號電荷的垂直傳輸單元以及構(gòu)造為接收從該垂直傳輸單元傳輸?shù)脑撔盘栯姾汕以谒椒较騻鬏斣搨鬏數(shù)男盘栯姾傻乃絺鬏攩卧还鈱W(xué)系統(tǒng)，構(gòu)造為引導(dǎo)入射光到該固態(tài)圖像攝取元件的圖像攝取區(qū)；和控制電路，構(gòu)造為控制施加到該垂直傳輸單元的時(shí)鐘信號，其中該控制電路執(zhí)行控制，以使第一時(shí)鐘信號與第二時(shí)鐘信號具有幾乎相同的大小，其中第一時(shí)鐘信號是傳輸該信號電荷而施加的，施加的期間為從前一信號電荷已經(jīng)從該光壽丈單元讀出后到該前一信號電荷經(jīng)由該垂直傳輸單元傳輸?shù)皆撍絺鬏攩卧獣r(shí)，第二時(shí)鐘信號的施加期間為從該前一信號電荷已經(jīng)傳輸?shù)皆撍絺鬏攩卧蟮胶?一信號電荷從該光敏單元讀出時(shí)，并且該第 一時(shí)鐘信號的高位電位設(shè)定為高于該第二時(shí)鐘信號的高位電位。
這里，通過執(zhí)行控制已設(shè)定第 一時(shí)鐘信號的高位電位高于第二時(shí)鐘的高位電位，實(shí)現(xiàn)暗信號水平的降低而不對垂直傳輸單元可處理的電荷量和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率產(chǎn)生不利影響。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，提供驅(qū)動固態(tài)成像器件的方法，該固態(tài)成像器件具有，排列成矩陣的光敏單元、為該光敏單元的每個(gè)垂直陣列提供且構(gòu)造為從所述光敏單元讀出信號電荷并在垂直方向傳輸該讀出的信號電荷的垂直傳輸單元以及構(gòu)造為接收從該垂直傳輸單元傳輸?shù)脑撔盘栯姾汕以?br> 水平方向傳輸該傳輸?shù)男盘栯姾傻乃絺鬏攩卧?；該方法包括這樣的步驟對該垂直傳輸單元施加第一時(shí)鐘信號，從而傳輸該信號電荷，該第一時(shí)鐘信號施加的期間為從前一信號電荷已經(jīng);人該光敏單元讀出后到該前一信號電荷經(jīng)由該垂直傳輸單元傳輸?shù)皆撍絺鬏攩卧獣r(shí)，以及對該垂直傳輸單元施加第二時(shí)鐘信號，施加的期間為從該前一信號已經(jīng)傳輸?shù)皆撍絺鬏攩卧?br> 到后 一信號電荷從該光敏單元讀出時(shí)，其中該第 一時(shí)鐘信號與該第二時(shí)鐘信號具有幾乎相同的大小，并且該第一時(shí)鐘信號的高位電位設(shè)定為高于該第二時(shí)鐘信號的高位電位。
這里，通過執(zhí)行控制以設(shè)定第 一時(shí)鐘信號的高位電位高于該第二時(shí)鐘信號的高位電位，實(shí)現(xiàn)暗信號水平的降低而不對垂直傳輸單元可處理的電荷量和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率產(chǎn)生不利影響。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法和照相機(jī)中，實(shí)現(xiàn)了暗信號水平的降低而不減少垂直傳輸單元可處理的電荷量和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率。


圖1是圖解CCD型照相^/L的示意圖，示出了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的照相才幾的示例；
圖2A是CCD型圖像傳感器的示意圖，示出了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的示例；
圖2B是圖解垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的示意圖3是圖解線間傳輸系統(tǒng)CCD型圖像傳感器的示意圖4是圖解沿著圖3所示的像素區(qū)的IV-IV線剖取的截面結(jié)構(gòu)的示意圖5A是圖解垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)的示意圖(1 );
圖5B是圖解垂直傳輸時(shí)鐘信號V())的示意圖(2);
圖5C是圖解垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的示意圖(3);
圖6A是示出施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)的中偏壓(VM)和產(chǎn)生的暗信號之間關(guān)系的圖線；
圖6B是示出施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的中偏壓(VM)和垂直傳輸單元可處理的電荷量之間關(guān)系的圖線；和
圖6C是示出施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的中偏壓(VM)和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率之間關(guān)系的圖線。
具體實(shí)施例方式
接下來，將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是圖解CCD型照相機(jī)的示意圖，示出了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的照相機(jī)的示例。如圖所示的CCD型照相機(jī)10包括構(gòu)造為聚焦入射光的透鏡11、構(gòu)造為僅對預(yù)定的期間通過由透鏡11聚焦的光的機(jī)械快門12以及構(gòu)造為捕獲通過透鏡11和機(jī)械快門12投射的目標(biāo)圖像的CCD型圖像傳感器1。
圖2A是圖解CCD型圖像傳感器的示意圖，示出了應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的示例。在如圖所示的CCD型圖像傳感器1中，與如上所述的相關(guān)的CCD型圖4象傳感器一樣，形成多個(gè)光壽文單元2，排列成矩陣；讀出柵3，鄰近每個(gè)光敏單元設(shè)置，并且構(gòu)造為讀出已經(jīng)采用光敏單元獲得的信號電荷；垂直傳輸單元4，鄰近讀出柵設(shè)置，并且構(gòu)造為垂直傳輸采用讀出柵讀出的信號電荷；水平傳輸單元5，構(gòu)造為水平傳輸從垂直傳輸單元傳輸?shù)男盘栯姾?；以及信道停止區(qū)(圖2中未示出)，設(shè)置在光敏單元的讀出柵的對面，并且構(gòu)造為減少顏色混合。已經(jīng)采用水平傳輸單元5水平傳輸?shù)男盘栯姾蓚鬏數(shù)浇Y(jié)合于輸出單元中的FD單元6。 FD單元的電位變化采用MOS晶體管檢測，并且轉(zhuǎn)換成電信號，然后放大和輸出為視頻圖像信號Vout。
另外，還提供垂直傳輸時(shí)鐘電源轉(zhuǎn)換電路7，構(gòu)造為控制施加到垂直傳
ii輸單元4的垂直傳輸時(shí)鐘信號V(()。負(fù)偏置從時(shí)間信號產(chǎn)生電路8輸入的垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)o的中偏壓(VM),以采用垂直傳輸時(shí)鐘電源轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生施加到垂直傳輸單元4的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小。
具體地講，在垂直傳輸時(shí)鐘電源轉(zhuǎn)換電^^中，通過其施加垂直傳輸時(shí)鐘信號V小o的輸入端經(jīng)由電容器C連接到輸出端，并且輸出端經(jīng)由第 一轉(zhuǎn)換晶體管(Trl )連接到第一電源V！(例如VI =-7.5 [V]，作為VM二0[V]的電源)，且經(jīng)由第二轉(zhuǎn)換晶體管(Tr2)連接到第二電源V2(例如，V2 = -9.5 [V]，作為VM = -1.0 [V]的電源)。第一控制端Contl連接到第一轉(zhuǎn)換晶體管的柵極電極，并且第二控制端Cont2連接到第二轉(zhuǎn)換晶體管的柵極電極。在如上所述構(gòu)造的垂直傳輸時(shí)鐘電源轉(zhuǎn)換電路中，當(dāng)對第一控制端Contl施加高位電位時(shí)，第一轉(zhuǎn)換晶體管轉(zhuǎn)入導(dǎo)電狀態(tài)，以從其輸出端輸出中偏壓(VM)設(shè)定到O[V]的垂直傳輸時(shí)鐘信號V(()。當(dāng)對第二控制端Cont2施加高位電位時(shí)，第二轉(zhuǎn)換晶體管轉(zhuǎn)入導(dǎo)電狀態(tài)，以從其輸出端輸出中偏壓(VM)設(shè)定到-1.0[V]的垂直傳輸時(shí)鐘信號V(()。
施加到垂直傳輸時(shí)鐘電源轉(zhuǎn)換電路的控制端(第一控制端和第二控制端)的電位采用時(shí)間信號產(chǎn)生電路控制。就是說，對于信號輸出期間(從光敏單元已經(jīng)讀出前一個(gè)信號電荷后到當(dāng)前一個(gè)信號電荷經(jīng)由垂直傳輸單元傳輸?shù)剿絺鬏攩卧獣r(shí))，高位電位施加到第一控制端Contl,而低位電位施加到第二控制端Cont2。另一方面，對于曝光期間(從前一個(gè)信號電荷已經(jīng)傳輸?shù)剿絺鬏攩卧蟮疆?dāng)后一個(gè)信號電荷從光敏單元讀出時(shí))，低位電位施加到第一控制端Contl,而高位電位施加到第二控制端Cont2。
附帶地，在上述的實(shí)施例中，通過示例已經(jīng)描述了采用時(shí)間信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的垂直傳輸時(shí)鐘信號V如輸入到垂直傳輸時(shí)鐘電源轉(zhuǎn)換電路中并且采用垂直傳輸時(shí)鐘電源轉(zhuǎn)換電路控制的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小輸入到CCD型圖像傳感器中的情況。然而，還可以僅對曝光期間將中偏壓(VM)已經(jīng)負(fù)偏置的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小施加到CCD型圖像傳感器，并且可以將垂直傳輸時(shí)鐘電源轉(zhuǎn)換電路內(nèi)置在時(shí)間信號產(chǎn)生電路或者C C D型圖像傳感器中。
同樣，只要僅對曝光期間允許將中偏壓(VM)已經(jīng)負(fù)偏置的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小施加到CCD型圖^象傳感器，則垂直傳輸時(shí)鐘電源轉(zhuǎn)換電路的電路構(gòu)造不限于通過示例示于圖2A中的情況，而是可以采用任何構(gòu)造。
另外，在如上所述的實(shí)施例中，已經(jīng)通過示例描述了對于信號輸出期間將中偏壓(VM )設(shè)定到O[V]，并且對于曝光期間將中偏壓(VM )設(shè)定到-1.0[V]的情況。然而，還可以將為曝光期間設(shè)定的中偏壓(VM)設(shè)定到低于為信號輸出期間設(shè)定的中偏壓(VM)?？偟膩韎兌，考慮O[V]用作為信號輸出期間設(shè)定的中偏壓(VM)的值的情況，并且考慮圖6A中的示例示出的垂直傳輸時(shí)鐘信號的中偏壓(VM)和產(chǎn)生的暗信號之間的關(guān)系，認(rèn)為優(yōu)選的是中偏壓(VM) 4氐于-0.5[V〗。
在如上所述構(gòu)造的CCD型照相機(jī)中，采用時(shí)間信號產(chǎn)生電路，對于信號輸出期間，高位電位施加到第一控制端Contl,以從垂直傳輸時(shí)鐘電源轉(zhuǎn)換電路的輸出端輸出中偏壓(VM)設(shè)定到-1.0[V]的垂直傳輸時(shí)鐘信號V小(第一時(shí)鐘信號)，而對于曝光期間，高位電位施加到第二控制端Cont2，以輸出中偏壓(VM)設(shè)定到O[V]的垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)(第二時(shí)鐘信號)(見圖2B)。因此，能夠減少暗信號的水平而不對垂直傳輸單元可處理的電荷量和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率產(chǎn)生不利影響。
就是說，與圖5B所示的相關(guān)的暗信號水平降低技術(shù)的示例一樣，在從曝光期間到信號輸出期間范圍的整個(gè)期間已經(jīng)負(fù)偏置垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的情況下，對于信號輸出期間會減少垂直傳輸單元可處理的電荷量和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率。然而，通過將負(fù)偏置垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)的中偏壓(VM)的期間單獨(dú)限制到曝光期間，希望因暗信號水平降低而增加SN比，而不對信號輸出期間實(shí)現(xiàn)的垂直傳輸單元可處理的電荷量和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率產(chǎn)生不利影響。
在相關(guān)的暗信號水平降低技術(shù)中，考慮到對垂直傳輸單元可處理電荷量和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率的不利影響，垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的中偏壓(VM)僅負(fù)偏置到約-0.5[V]。然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，負(fù)偏置垂直傳輸時(shí)鐘信號V())的中偏壓(VM)的期間單獨(dú)地限制到曝光期間。結(jié)果，不必要考慮對垂直傳輸單元可處理電荷量和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率的不利影響，并且因此例如垂直傳輸時(shí)鐘信號V(^的中偏壓(VM )的負(fù)偏置可以到約-1.0[V]。
與圖5C所示的相關(guān)的暗信號水平降低技術(shù)的示例一樣，在垂直傳輸時(shí)鐘信號V(j)的電位對于曝光期間已經(jīng)固定在低位上的情況下，信號電荷的垂直傳輸對于曝光期間是不允許的。然而，在應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的CCD型照相機(jī)中，甚至對于曝光期間，垂直傳輸時(shí)鐘信號V小的電位設(shè)定到兩個(gè)電平，即高位和低位，從而即使在諸如陽光的高強(qiáng)度光在常規(guī)曝光模式中入射到照 相機(jī)透鏡上的情況下，在曝光期間完畢后，保持在垂直傳輸單元中的信號電 荷也在預(yù)定的期間(清除曝光殘留的不必要信號電荷的期間)中徹底清除。
如上所述，在應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例的CCD型照相機(jī)中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了暗信
號水平降低和曝光期間完畢后執(zhí)行的信號電荷清除。因此，本發(fā)明的技術(shù)不 僅可以應(yīng)用于長時(shí)曝光模式，而且可以應(yīng)用于常規(guī)曝光才莫式。
另外，對于曝光期間，允許信號電荷的垂直傳輸。因此，本發(fā)明的技術(shù) 不僅可以應(yīng)用于靜態(tài)圖像照相沖莫式，而且可以應(yīng)用于必須為采用垂直傳輸單 元的信號電荷高速傳輸?shù)倪\(yùn)動圖像捕獲模式和液晶監(jiān)視器圖像顯示模式。
本申請包含2008年5月12日提交日本專利局的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP 2008-124250所揭示的相關(guān)主題事項(xiàng)，其全部內(nèi)容一并作為參考。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在如所附權(quán)利要求或者其等同方案的 范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其他因素，可以進(jìn)行各種修改、組合、部分組合和 變更。
權(quán)利要求
1、一種固態(tài)成像裝置，包括固態(tài)成像器件，具有光敏單元，排列成矩陣，垂直傳輸單元，為所述光敏單元的每個(gè)垂直陣列提供，并且構(gòu)造為從所述光敏單元讀出信號電荷并在垂直方向傳輸所述讀出的信號電荷，以及水平傳輸單元，構(gòu)造為接收從所述垂直傳輸單元傳輸?shù)乃鲂盘栯姾桑⑶以谒椒较騻鬏斔鰝鬏數(shù)男盘栯姾?；和控制電路，?gòu)造為控制施加到所述垂直傳輸單元的時(shí)鐘信號，其中所述控制電路執(zhí)行控制，以使第一時(shí)鐘信號與第二時(shí)鐘信號具有幾乎相同的大小，其中所述第一時(shí)鐘信號是為了傳輸所述信號電荷而施加，施加的期間為從前一信號電荷已經(jīng)從所述光敏單元讀出后到所述前一信號電荷經(jīng)由所述垂直傳輸單元傳輸?shù)剿鏊絺鬏攩卧獣r(shí)，所述第二時(shí)鐘信號施加的期間為從所述前一信號電荷已經(jīng)傳輸?shù)剿鏊絺鬏攩卧蟮胶笠恍盘栯姾蓮乃龉饷魡卧x出時(shí)，并且所述第一時(shí)鐘信號的高位電位設(shè)定為高于所述第二時(shí)鐘信號的高位電位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像裝置，其中所述控制電鴻4丸行控制以將所述第一時(shí)鐘信號的高位電位設(shè)定為0V， 并且控制為將所述第二時(shí)鐘信號的高位電位設(shè)定為-0.5V或者更低。
3、 一種驅(qū)動固態(tài)成像器件的方法，所述固態(tài)成像器件具有，光敏單元，排列成矩陣，垂直傳輸單元，為所述光敏單元的每個(gè)垂直陣列提供，并且構(gòu)造 為從所述光敏單元讀出信號電荷并在垂直方向傳輸所述讀出的信號電荷，以 及水平傳輸單元，構(gòu)造為接收從所述垂直傳輸單元傳輸?shù)乃鲂盘?電荷，并且在水平方向傳輸所述傳輸?shù)男盘栯姾?，所述方法包括下面的步驟 對所述垂直傳輸單元施加第一時(shí)鐘信號，從而傳輸所述信號電荷，施加 所述第 一 時(shí)鐘信號的期間為從前一信號電荷已經(jīng)從所述光敏單元讀出后到所述前一信號電荷經(jīng)由所述垂直傳輸單元傳輸?shù)剿鏊絺鬏攩卧獣r(shí)，以及 對所述垂直傳輸單元施加第二時(shí)鐘信號，施加所述第二時(shí)鐘信號的期間為從 所述前一信號電荷已經(jīng)傳輸?shù)剿鏊絺鬏攩卧蟮胶笠恍盘栯姾蓮乃?光敏單元讀出時(shí)，其中所述第一時(shí)鐘信號與所述第二時(shí)鐘信號具有幾乎相同的大小，并且 所述第一時(shí)鐘信號的高位電位設(shè)定為高于所述第二時(shí)鐘信號的高位電位。
4、 一種照相才幾，包4舌 固態(tài)成像器件，具有，光敏單元，排列成矩陣，垂直傳輸單元，為所述光敏單元的每個(gè)垂直陣列提供，并且構(gòu)造 為從所述光敏單元讀出信號電荷并在垂直方向傳輸所述讀出的信號電荷，以 及水平傳輸單元，構(gòu)造為接收從所述垂直傳輸單元傳輸?shù)乃鲂盘?電荷，并且在水平方向傳輸所述傳輸?shù)男盘栯姾?；光學(xué)系統(tǒng)，構(gòu)造為引導(dǎo)入射光到固態(tài)圖像攝取元件的圖像攝取區(qū)；和 控制電路，構(gòu)造為控制將施加到所述垂直傳輸單元的時(shí)鐘信號，其中 所述控制電路執(zhí)行控制，以使第一時(shí)鐘信號與第二時(shí)鐘信號具有幾乎相 同的大小，其中所述第一時(shí)鐘信號是為了傳輸所述信號電荷而施加，施加的 期間為從前 一信號電荷已經(jīng)從所述光敏單元讀出后到所述前 一信號電荷經(jīng) 由所述垂直傳輸單元傳輸?shù)剿鏊絺鬏攩卧獣r(shí)，所述第二時(shí)鐘信號施加的 期間為從所述前一信號電荷已經(jīng)傳輸?shù)剿鏊絺鬏攩卧蟮胶笠恍盘栯?荷從所述光壽文單元讀出時(shí)，并且所述第一時(shí)鐘信號的高位電位設(shè)定為高于所述第二時(shí)鐘信號的高位電位。
全文摘要
本發(fā)明提供固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像器件的驅(qū)動方法和照相機(jī)。固態(tài)成像裝置包括固態(tài)成像器件和用于執(zhí)行控制的控制電路，使得第一時(shí)鐘信號和第二時(shí)鐘信號大小幾乎相同，并且第一時(shí)鐘信號的高位電位設(shè)定為高于第二時(shí)鐘信號的高位電位，第一時(shí)鐘信號在從前一個(gè)信號電荷已經(jīng)從光敏單元讀出后到前一個(gè)信號電荷傳輸?shù)剿絺鬏攩卧獣r(shí)的期間施加為傳輸信號電荷，第二時(shí)鐘信號施加于從前一信號電荷已經(jīng)傳輸?shù)剿絺鬏攩卧蟮胶笠恍盘栯姾蓮墓饷魡卧x出時(shí)。
文檔編號H04N5/335GK101582995SQ20091013859
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者田中弘明 申請人:索尼株式會社