專利名稱：固體攝影元件及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種多個(gè)受光像素于行列方向上配置排列的固體攝影元件及其驅(qū)動(dòng)方法。


圖11為可在輸出部中進(jìn)行像素的混合的情形下進(jìn)行像素?cái)?shù)的選擇性刪除的攝影裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖12為用以說(shuō)明水平轉(zhuǎn)送輸出動(dòng)作的計(jì)時(shí)圖。再者，在圖11中，為簡(jiǎn)化說(shuō)明起見(jiàn)，是以6行×8列的固體攝影元件1的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。固體攝影元件1例如是畫面轉(zhuǎn)換型(frame transfer type)。固體攝影元件1由接受被照物體影像而發(fā)生情報(bào)電荷的受光部1i、暫時(shí)累積所發(fā)生的情報(bào)電荷的累積部1s、將情報(bào)電荷在水平方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)送輸出的水平轉(zhuǎn)送部1h、以及將情報(bào)電荷轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)其電荷量的電壓值并進(jìn)行輸出的輸出部1d所構(gòu)成。
驅(qū)動(dòng)電路2是由畫面轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部2f、垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部2v、水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部2h、重置時(shí)脈(reset clock)發(fā)生部2r、抽樣時(shí)脈(sampling clock)發(fā)生部2s、以及基板時(shí)脈發(fā)生部2b所構(gòu)成。畫面轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部2f對(duì)畫面轉(zhuǎn)換計(jì)時(shí)(frame shift timing)信號(hào)FT進(jìn)行應(yīng)答，例如是發(fā)生4相的畫面轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψf，并提供給受光部1i。由此，再將受光部1i的受光像素上所累積的1畫面份的情報(bào)電荷，于垂直掃描期間，同步轉(zhuǎn)送至累積部1s。垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部2v是對(duì)垂直同步信號(hào)VT及水平同步信號(hào)HT進(jìn)行應(yīng)答，例如是發(fā)生4相的垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψv，并提供給累積部1s。由此，由受光部1i所輸出的情報(bào)電荷，于畫面轉(zhuǎn)送計(jì)時(shí)下，同步暫時(shí)累積于累積部1s中，而且其所累積的情報(bào)電荷在每次的各水平掃描期間1H，以1行為單位輸出至水平轉(zhuǎn)送部1h。
水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部2h是對(duì)水平同步信號(hào)HT進(jìn)行應(yīng)答，例如是發(fā)生2相的水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh，并提供給水平轉(zhuǎn)送部1h。由此，水平轉(zhuǎn)送部1h的各位(bit)所取得的1行份的情報(bào)電荷，于依序1像素單位之下，輸出至輸出部1d。重置時(shí)脈發(fā)生部2r是與水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部2h的動(dòng)作同步發(fā)生重置時(shí)脈ψr，并提供給輸出部1d。由此，將來(lái)自水平轉(zhuǎn)送部1h的1像素單位所轉(zhuǎn)送的情報(bào)電荷，以對(duì)應(yīng)其電荷量的方式變換成電壓值，并依序輸出。
抽樣時(shí)脈發(fā)生部2s是與重置時(shí)脈發(fā)生部2r相同，與水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部2h的動(dòng)作同步發(fā)生抽樣時(shí)脈ψs，并輸出至式樣保持(samplehold)電路4。由此，于水平掃描期間，同步將重置標(biāo)準(zhǔn)與信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)從重復(fù)影像信號(hào)Y0(t)內(nèi)，僅取出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，并將信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)使圖像信號(hào)Y1(t)進(jìn)行輸出。基板時(shí)脈發(fā)生部2b是對(duì)排出計(jì)時(shí)信號(hào)BT進(jìn)行應(yīng)答，而發(fā)生將累積于受光部1i的情報(bào)電荷排出的基板時(shí)脈ψb，并提供給固體攝影元件1的基板側(cè)。
計(jì)時(shí)控制電路3是以一定周期的基準(zhǔn)時(shí)脈CK為基準(zhǔn)進(jìn)行動(dòng)作，在發(fā)生用以決定固體攝影元件1的垂直掃描及水平掃描的各計(jì)時(shí)的垂直同步信號(hào)VT及水平同步信號(hào)HT的同時(shí)，發(fā)生周期與垂直同步信號(hào)VT一致的畫面轉(zhuǎn)換計(jì)時(shí)信號(hào)FT。再者，計(jì)時(shí)控制電路3是以由數(shù)字信號(hào)處理電路(未圖標(biāo))所提供的1畫面份、或用以表示任意區(qū)域份的積分值的積分?jǐn)?shù)據(jù)為基準(zhǔn)，生成排出計(jì)時(shí)信號(hào)BT，并與垂直同步信號(hào)VT、水平同步信號(hào)HT及畫面轉(zhuǎn)換計(jì)時(shí)信號(hào)FT同時(shí)輸出至驅(qū)動(dòng)電路2。此排出計(jì)時(shí)信號(hào)BT是在積分?jǐn)?shù)據(jù)大于適當(dāng)值的情形下，則延遲排出計(jì)時(shí)，以縮短情報(bào)電荷的累積時(shí)間。反之，當(dāng)小于適當(dāng)值的情形下，則提早排出計(jì)時(shí)，以延長(zhǎng)情報(bào)電荷的累積時(shí)間。由此，通過(guò)回饋(feedback)控制將固體攝影元件1的曝光狀態(tài)變更為較適當(dāng)。
分配電路5是由進(jìn)行重置時(shí)脈ψr的分配的第一分配器5a及進(jìn)行抽樣時(shí)脈ψs的分配的第二分配器5b所構(gòu)成。此分配電路5是在必要的情形下，將對(duì)應(yīng)的重置時(shí)脈ψr及抽樣時(shí)脈ψs進(jìn)行分配，且于間斷輸出部1d的動(dòng)作之際，會(huì)于輸出部1d中進(jìn)行多個(gè)情報(bào)電荷的混合。例如，分配1/2與水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh同一周期下所生成的重置時(shí)脈ψr，并將周期變?yōu)?倍的重置時(shí)脈ψr′提供給輸出部1d。此周期變?yōu)?倍的重置時(shí)脈ψr′是在每次在輸出部1d中累積2像素份的情報(bào)電荷之際，重置情報(bào)電荷。由此，將水平方向上相鄰接的2像素的情報(bào)電荷合成，以進(jìn)行情報(bào)電荷的選擇性刪除。
在上述攝影裝置中，進(jìn)行彩色攝影之際，會(huì)于固體攝影元件1的受光部1i上安裝彩色濾光片(color filter)。此彩色濾光片為對(duì)應(yīng)三原色或其互補(bǔ)色的相異多個(gè)的片段(segment)的2次元的配置排列，各片段是對(duì)應(yīng)各受光像素進(jìn)行配置，在多個(gè)受光像素中為規(guī)則的對(duì)應(yīng)。在附有各受光像素中對(duì)應(yīng)特定的色成分的彩色攝影用的固體攝影元件1中，由于在水平方向上相鄰接的受光像素的色成分相異，因此不易對(duì)水平方向的多個(gè)像素的情報(bào)電荷進(jìn)行合成。
例如是，當(dāng)在安裝由三個(gè)色成分R(紅(red))、G(綠(green))、B(藍(lán)(blue))所構(gòu)成的馬賽克(mosaic)型彩色濾光片的情形時(shí)，所輸出的關(guān)系信號(hào)Y0(t)，如圖12所示，在與水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh一致的周期下，色成分R及G、或色成分B及G反復(fù)交叉。因而，在相鄰接的受光像素的情報(bào)電荷的轉(zhuǎn)送過(guò)程中進(jìn)行合成，會(huì)導(dǎo)致相異色成分彼此之間相互混合，而無(wú)法在再生側(cè)重現(xiàn)出所期望的顏色。
鑒于上述目的，本發(fā)明提出一種固體攝影元件，其特征是，用以輸出在水平方向上剔除m/n(m、n為自然數(shù)，且m＜n)的多個(gè)受光像素上所累積的情報(bào)電荷，且此固體攝影元件包括多個(gè)垂直移位寄存器、水平移位寄存器及排出部。其中多個(gè)垂直移位寄存器系用以在垂直方向上轉(zhuǎn)送累積于前述受光像素的情報(bào)電荷。水平移位寄存器是用以在水平方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)送，以使各位取得由前述垂直寄存器所轉(zhuǎn)送輸出的情報(bào)電荷。排出部系用以排出前述水平移位寄存器的1位單位所取得的情報(bào)電荷。再者，前述水平移位寄存器是在連續(xù)的n·k(k為自然數(shù))位單位中，以k·(n-m)位與排出部相連接，且所連接的位上的情報(bào)電荷排出至前述排出部中。
在本發(fā)明中，于用以輸出剔除m/n的多個(gè)受光像素上所發(fā)生的情報(bào)電荷的固體攝影元件之中，設(shè)有用以將水平移位寄存器的各位上所轉(zhuǎn)送的情報(bào)電荷排出的排出部。在構(gòu)成水平移位寄存器的各位之中，通過(guò)每n·k位單位中k·(n-m)位與排出部相連接，以將累積于此連接的位上的情報(bào)電荷排出。借此，即可將水平移位寄存器所取得的1行份的情報(bào)電荷剔除m/n。
再者，本發(fā)明提出一種固體攝影元件的驅(qū)動(dòng)方法，其固體攝影元件用以輸出在水平方向上剔除m/n(m、n為自然數(shù)，且m＜n)的多個(gè)受光像素上所累積的情報(bào)電荷，且前述固體攝影元件具有用以在垂直方向上轉(zhuǎn)送累積于前述受光像素的情報(bào)電荷的多個(gè)垂直移位寄存器、用以在水平方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)送以使各位取得由前述垂直寄存器所轉(zhuǎn)送輸出的情報(bào)電荷的水平移位寄存器、及與前述水平移位寄存器的連續(xù)的n·k(k為自然數(shù))位單位中的k·(n-m)位相連接，且排出所連接的位上的情報(bào)電荷的排出部，其中前述驅(qū)動(dòng)方法包括四步驟。第一步驟是將前述受光像素上所累積的情報(bào)電荷取至前述垂直移位寄存器的各位中。第二步驟系將前述垂直移位寄存器所取得的情報(bào)電荷于1行單位下垂直轉(zhuǎn)送至前述水平移位寄存器。第三步驟將前述水平移位寄存器的n·k位上所累積的情報(bào)電荷中的k·(n-m)位的情報(bào)電荷排出。第四步驟是在水平方向上轉(zhuǎn)送輸出前述水平移位寄存器的m·k位的情報(bào)電荷。
在本發(fā)明的固體攝影元件的驅(qū)動(dòng)方法中，水平移位寄存器所取得的1行份的情報(bào)電荷之中，每n·k位單位中排出k·(n-m)位的情報(bào)電荷。之后，于水平方向上，依序?qū)⑺揭莆患拇嫫魃纤鶜埩舻那閳?bào)電荷轉(zhuǎn)送輸出。借此，可于水平方向上，將由水平移位寄存器所轉(zhuǎn)送輸出的情報(bào)電荷剔除m/n。
圖8為步驟S103～S104的電位狀態(tài)的電位圖；
圖9為用以說(shuō)明情報(bào)電荷的垂直方向的選擇性刪除的動(dòng)作的計(jì)時(shí)圖；圖10為用以說(shuō)明情報(bào)電荷的垂直方向的選擇性刪除的動(dòng)作的模式圖；圖11為公知的攝影裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖12為公知的攝影裝置的動(dòng)作的計(jì)時(shí)圖。
1，11固體攝影元件1d，11d輸出部1H水平掃描期間1h，11h水平轉(zhuǎn)送部1i，11i受光部1s，11s累積部1T周期2驅(qū)動(dòng)電路2b，12b基板時(shí)脈發(fā)生部2f畫面轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部2h水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部2r重置時(shí)脈發(fā)生部2s抽樣時(shí)脈發(fā)生部2v垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生部3，13計(jì)時(shí)控制電路4，14式樣保持電路5，15分配電路5a，15a第一分配器5b，15b第二分配器11h-a～11h-d位11t排出部12f畫面轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生電路12h水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生電路12r重置時(shí)脈發(fā)生電路12s抽樣時(shí)脈發(fā)生電路12t排出時(shí)脈發(fā)生電路12v垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生電路21，24分離區(qū)域22a～22d垂直轉(zhuǎn)送信道23水平轉(zhuǎn)送信道25a，25d排出信道26垂直轉(zhuǎn)送電極27a～27d，27a-1～27d-4水平轉(zhuǎn)送電極(轉(zhuǎn)送電極)28排出電極29排出區(qū)域31N型區(qū)域32絕緣層33硅基板
34信道區(qū)域30a～30d連接信道BT，F(xiàn)T，HT，VT，Y0(t)，Y1(t)信號(hào)CK，ψb，ψf，ψh，ψh1～ψh4，ψr，ψr＇，ψr0，ψr1，ψs，ψs′，ψs0，ψs1，ψt，ψv，ψv1～ψv4時(shí)脈S101，S102，S103，S104，S105步驟t0～t9計(jì)時(shí)Vd排出電壓本發(fā)明的固體攝影元件11是由受光部11i、累積部11s、水平轉(zhuǎn)送部11h及排出部11t所構(gòu)成。受光部11i是由相互平行配置排列的多個(gè)垂直移位寄存器(shift register)所構(gòu)成，且此多個(gè)垂直移位寄存器的各位是由各受光像素所構(gòu)成，多個(gè)受光像素是在行及列方向配置排列。在此受光部11i中，例如是安裝由3個(gè)色成分R、G、B所構(gòu)成的馬賽克型的彩色濾光片。在各受光像素中，是依據(jù)所定的順序，對(duì)應(yīng)各色成分。由此，奇數(shù)行的受光像素由色成分R及色成分G交互對(duì)應(yīng)的同時(shí)，偶數(shù)行的受光像素則由色成分G、色成分B交互對(duì)應(yīng)，如此，各行中是由2個(gè)色成分交互對(duì)應(yīng)。在此受光部11i中，是與垂直掃描計(jì)時(shí)同步施加畫面轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψf，各受光像素所發(fā)生的情報(bào)電荷是在對(duì)應(yīng)各色成分的情形下，轉(zhuǎn)送至累積部11s。
累積部11s是由與受光部11i的垂直移位寄存器相連接的多個(gè)垂直移位寄存器所構(gòu)成，并接受由受光部11i的垂直移位寄存器所輸出的1畫面份的情報(bào)電荷。構(gòu)成累積部11s的垂直移位寄存器的各位可暫時(shí)累積各受光像素所發(fā)生的情報(bào)電荷。在此累積部11s中，施加垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψv且將所取得的由受光部11i的垂直移位寄存器所輸出的情報(bào)電荷進(jìn)行累積，所取得的情報(bào)電荷同步于水平掃描計(jì)時(shí)下以1行為單位在垂直方向上進(jìn)行輸出。
水平轉(zhuǎn)送部11h是由1列的水平移位寄存器所構(gòu)成，此水平移位寄存器的各位是與累積部11s的各列相對(duì)應(yīng)。在水平轉(zhuǎn)送部11h中，是與水平掃描計(jì)時(shí)同步施加水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh，再將由累積部11s所轉(zhuǎn)送的情報(bào)電荷取至各位中，并于水平方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)送。輸出部11d設(shè)于水平轉(zhuǎn)送部11h的輸出側(cè)，且其結(jié)構(gòu)具有可接受由水平轉(zhuǎn)送部11h所輸出的情報(bào)電荷的容量，并將由水平轉(zhuǎn)送部11h所轉(zhuǎn)送輸出的情報(bào)電荷變換成對(duì)應(yīng)其電荷量的電壓值，再依序輸出影像信號(hào)Y0(t)。
再者，水平轉(zhuǎn)送部11h是以構(gòu)成水平轉(zhuǎn)送部11h的水平移位寄存器的11h-a～11h-d等4(m×k)位為單位的情形下，對(duì)應(yīng)同一色成分的11h-a、11h-c等2(n)位之中的11h-a的1(n-m)位是與排出部11t相連接。再者，對(duì)于11h-b、11h-d等2(n)位而言也是相同的，11h-d的1(n-m)位是與排出部11t相連接。也就是，水平轉(zhuǎn)送部11h是在每4位單位中，對(duì)應(yīng)同一色成分的2位中的1位與排出部11t相連接，以將取至此連接位的情報(bào)電荷從排出部11t排出。
再者，水平轉(zhuǎn)送部11h固體攝影元件11在彩色攝影用(k＝1)時(shí)，將所發(fā)生的情報(bào)電荷的1/2(m＝1，n＝2)剔除的情形下構(gòu)成水平轉(zhuǎn)送部11h的水平移位寄存器的各位中，以連續(xù)的2(n·k)位為單位下，使1(k·(n-m))位與排出部11t相連接，以使累積于與排出部11t相連接的位內(nèi)的情報(bào)電荷排出。
排出部11t是由將取自于水平轉(zhuǎn)送部11h的情報(bào)電荷中的所定情報(bào)電荷取出的排出區(qū)域，以及控制朝此排出區(qū)域的情報(bào)電荷的排出的排出控制柵所構(gòu)成。在此排出部11t中，施加與水平同步信號(hào)HT同步的排出時(shí)脈ψt，且排出部11t對(duì)排出時(shí)脈ψt進(jìn)行應(yīng)答，而取得取自于水平移位寄存器的所定的位的情報(bào)電荷。
圖2為從累積部11s的輸出側(cè)至水平轉(zhuǎn)送部11h的連接部，及水平轉(zhuǎn)送部11h與排出部11t之間的連接部的結(jié)構(gòu)的一實(shí)例的平面圖。再者，在此圖中，僅顯示圖1所示的6行×8列的固體攝影部11的一部份，也就是4列的結(jié)構(gòu)。
在硅基板上所形成的P型區(qū)域的表面上，于高濃度的P型區(qū)域形成多個(gè)分離區(qū)域21。在此分離區(qū)域21所挾持的表面區(qū)域中擴(kuò)散N型不純物，以在垂直方向上形成相互平行延伸的垂直轉(zhuǎn)送信道22a～22d。于此垂直轉(zhuǎn)送信道22a～22d的輸出端，連續(xù)進(jìn)行N型不純物的擴(kuò)散，而形成連接信道30a～30d。之后，于連接信道30a～30d連續(xù)進(jìn)行N型不純物的擴(kuò)散，而形成水平轉(zhuǎn)送信道23。此水平轉(zhuǎn)送信道23受到高濃度的P型區(qū)域所形成的分離區(qū)域24所區(qū)分，并于水平發(fā)向延伸。
在水平轉(zhuǎn)送信道23的垂直方向側(cè)，連續(xù)進(jìn)行N型不純物的擴(kuò)散，形成排出信道25a、25d。在排出信道25a、25d之內(nèi)，排出信道25a是與垂直轉(zhuǎn)送信道22a相對(duì)應(yīng)，而排出信道25d則與垂直轉(zhuǎn)送信道22d相對(duì)應(yīng)。在排出信道25a、25d的輸出側(cè)，形成由高濃度的N型擴(kuò)散區(qū)域所形成的排出區(qū)域29，且排出區(qū)域29在與排出信道25a、25d的輸出側(cè)相鄰接的水平方向上延伸。此時(shí)，在此排出信道25a、25d上施加有排出電壓Vd。
在垂直轉(zhuǎn)送信道22a～22d上具有2層結(jié)構(gòu)的多個(gè)垂直轉(zhuǎn)送電極26是在水平方向上延伸，并于彼此之間相互絕緣的狀態(tài)下平行配置。在多個(gè)垂直轉(zhuǎn)送電極26上，例如是施加4相的垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψv1～ψv4。其中，在圖式上僅繪出前述ψv1～ψv4中的ψv1、ψv2作為代表?？傊?，多個(gè)垂直轉(zhuǎn)送電極26在合計(jì)有4條的情形下于第一垂直轉(zhuǎn)送信道22a～22d的各列中，形成1個(gè)受光像素，以使每1像素的各受光像素上所累積的情報(bào)電荷，可獨(dú)自在垂直方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)送。
在水平轉(zhuǎn)送信道23上，配置排列具有2層結(jié)構(gòu)的多個(gè)水平轉(zhuǎn)送電極27a～27d，且其彼此之間是以相互絕緣的狀態(tài)下平行地配置。在此多個(gè)水平轉(zhuǎn)送電極27a～27d之內(nèi)，奇數(shù)編號(hào)的轉(zhuǎn)送電極27a-1、27a-3、27b-1、27b-3、27c-1、27c-3、27d-1、27d-3形成為下層側(cè)的轉(zhuǎn)送電極，而此水平轉(zhuǎn)送電極的另一部份，偶數(shù)編號(hào)的轉(zhuǎn)送電極27a-2、27a-4、27b-2、27b-4、27c-2、27c-4、27d-2、27d-4則形成為上層側(cè)的轉(zhuǎn)送電極。在上述的多個(gè)水平轉(zhuǎn)送電極27a-1～27d-4中，分別施加4相的水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh1～ψh4。亦即，轉(zhuǎn)送電極27a-1、27a-2及27c-1、27c-2是與同一配線相連接，共同接受水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh1，而轉(zhuǎn)送電極27a-3、27a-4及27c-3、27c-4是與同一配線相連接，共同接受水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh2。再者，轉(zhuǎn)送電極27b-1、27b-2及27d-1、27d-2是與同一配線相連接，共同接受水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh3，而轉(zhuǎn)送電極27b-3、27b-4及27d-3、27d-4是與同一配線相連接，共同接受水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh4。
在下層側(cè)所形成的水平轉(zhuǎn)送電極之內(nèi)，轉(zhuǎn)送電極27a-3、27b-3、27c-3、27d-3披覆于連接信道30a～30d上，并朝垂直轉(zhuǎn)送信道22a～22d側(cè)延伸。再者，在上述的水平轉(zhuǎn)送電極27a-3～27d-3之內(nèi)，轉(zhuǎn)送電極27a-3、27d-3披覆于排出信道25a、25d上，以形成在垂直方向上，比其它轉(zhuǎn)送電極更延長(zhǎng)的情形。
在水平轉(zhuǎn)送電極27a-3、27d-3的排出區(qū)域29側(cè)，配置有在水平方向上延伸的排出電極28。在此排出電極28中，施加有與垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψv同步的排出時(shí)脈ψt，以將水平轉(zhuǎn)送電極27a-3、27d-3下的信道區(qū)域所轉(zhuǎn)送的情報(bào)電荷轉(zhuǎn)送至排出區(qū)域29中。由此，可從水平移位寄存器的各位所取得的情報(bào)電荷之內(nèi)，將1/2的位的情報(bào)電荷排出，而僅將殘留的1/2的位的情報(bào)電荷累積于水平轉(zhuǎn)送信道23中。此時(shí)，在同一色成分所對(duì)應(yīng)的2個(gè)位中所取得的情報(bào)電荷內(nèi)，僅將一邊的位所取得的情報(bào)電荷排出。借此，色成分R、G或色成分G、B的2個(gè)的色成分內(nèi)所各自對(duì)應(yīng)的情報(bào)電荷可以均等地剔除。
圖3為圖2中的X-X線的剖面圖，也就是水平轉(zhuǎn)送信道23與排出區(qū)域29借著排出信道25d而接合的局部剖面圖。再者，在此圖中，與圖2相同的構(gòu)件，是以相同的符號(hào)表示。在硅基板33上形成有P型區(qū)域的表面上，形成由N型區(qū)域所形成的水平轉(zhuǎn)送信道23。與此水平轉(zhuǎn)送信道23相連續(xù)者，為由N型區(qū)域所形成的排出信道25d。在此排出信道25d的表面，形成濃度低于排出信道25d的N型區(qū)域31，且與此區(qū)域相鄰接處，形成濃度高于排出信道25d的N型區(qū)域而得到排出區(qū)域24。在水平轉(zhuǎn)送信道23的表面上，借著以二氧化硅等氧化膜所形成的絕緣層32，而形成下層側(cè)的水平轉(zhuǎn)送電極27d-3。之后，于披覆此水平轉(zhuǎn)送電極27d-3的一部份的排出電極28借著絕緣層32而形成上層側(cè)。
圖4為圖2中的Y-Y線的剖面圖，也就是，水平轉(zhuǎn)送信道23與排出區(qū)域29在受到分離區(qū)域24分離的情形下的局部剖面圖。再者，在此圖中，與圖2及圖3相同的構(gòu)件，是以相同的符號(hào)表示。與硅基板上所形成的水平轉(zhuǎn)送信道23相鄰接處，形成由高濃度的P型區(qū)域所形成的分離區(qū)域24。在此分離區(qū)域24的作用下，從水平轉(zhuǎn)送信道23分離形成排出區(qū)域側(cè)的信道區(qū)域34。在水平轉(zhuǎn)送信道23的表面，借著絕緣層32而形成上層側(cè)的水平轉(zhuǎn)送電極27d-4。
圖5為具有本發(fā)明的固體攝影元件11的攝影裝置的方框圖。固體攝影元件11與圖1的結(jié)構(gòu)相同。例如是安裝有馬賽克型的彩色濾光片，此固體攝影元件11是由可累積對(duì)應(yīng)各色成分的情報(bào)電荷的受光部11i、暫時(shí)累積1畫面份的情報(bào)電荷的累積部11s、將1行單位中所取得的情報(bào)電荷依序在水平方向上輸出的水平轉(zhuǎn)送部11h、以及將累積于水平移位寄存器的所定位上的情報(bào)電荷排除的排出部11t等所構(gòu)成。
畫面轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生電路12f是對(duì)與垂直掃描的計(jì)時(shí)同步發(fā)生的畫面轉(zhuǎn)送計(jì)時(shí)信號(hào)FT進(jìn)行應(yīng)答，生成4相的畫面轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψf，并提供給受光部1i。垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生電路12v是提供4相的垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψv給累積部11s，并在將來(lái)自受光部11i的1畫面單位所轉(zhuǎn)送的情報(bào)電荷取至累積部11s的同時(shí)，將所取得的情報(bào)電荷以1行為單位朝垂直方向進(jìn)行轉(zhuǎn)送。水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈發(fā)生電路12h將與水平同步信號(hào)HT同步的4相的水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh提供給水平轉(zhuǎn)送部11h，且將來(lái)自累積部11s的1行單位所轉(zhuǎn)送的情報(bào)電荷，以2像素為單位在水平方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)送。排出時(shí)脈發(fā)生電路12t將1相的排出時(shí)脈ψt提供給排出部11t，且水平移位寄存器的各位所取得的情報(bào)電荷之內(nèi)，在將所定位所取得的情報(bào)電荷進(jìn)行水平轉(zhuǎn)送之前的計(jì)時(shí)的情形下，于排出區(qū)域中進(jìn)行排出。
基板時(shí)脈發(fā)生部12b是與圖11所示的基板時(shí)脈發(fā)生部2b具有相同的結(jié)構(gòu)，用以對(duì)多個(gè)受光像素內(nèi)的情報(bào)電荷的累積時(shí)間進(jìn)行伸縮控制。重置時(shí)脈發(fā)生電路12r、抽樣時(shí)脈發(fā)生電路12s、分配電路15、及式樣保持電路14分別與圖11所示的重置時(shí)脈發(fā)生部2r、抽樣時(shí)脈發(fā)生部2s、分配電路5、及式樣保持電路4具有相同的結(jié)構(gòu)，在水平轉(zhuǎn)送周期的計(jì)時(shí)中，對(duì)每2像素所輸出的情報(bào)電荷進(jìn)行重置，并對(duì)輸出部11d的輸出計(jì)時(shí)進(jìn)行應(yīng)答而進(jìn)行式樣保持。另外，從重置時(shí)脈ψr0及抽樣時(shí)脈ψs0所生成的重置時(shí)脈ψr1及抽樣時(shí)脈ψs1借著分配電路15內(nèi)的第一分配器15a及第二分配器15b，而于2倍的周期中進(jìn)行分配，以對(duì)應(yīng)由2像素單位所輸出的關(guān)系信號(hào)Y0(t)。計(jì)時(shí)控制電路13是以一定周期的時(shí)脈信號(hào)CK為基準(zhǔn)，決定垂直掃描及水平掃描的計(jì)時(shí)，以及對(duì)各時(shí)脈發(fā)生部的動(dòng)作計(jì)時(shí)進(jìn)行控制。
圖6為用以說(shuō)明固體攝影元件11的動(dòng)作步驟的流程圖。在此所說(shuō)明的動(dòng)作步驟為圖1所示的固體攝影元件11的動(dòng)作，在其受光部11i上安裝有馬賽克型彩色濾光片，且在多個(gè)受光像素的各行中對(duì)應(yīng)2(k＝2)色的色成分，并將1/2(m＝1、n＝2)的多個(gè)受光像素所累積的情報(bào)電荷剔除。
首先，在步驟S101中，在固體攝影元件11的受光部11i上所配置排列的多個(gè)受光像素是對(duì)入射光產(chǎn)生應(yīng)答而發(fā)生情報(bào)電荷。之后，將此情報(bào)電荷累積于各受光像素內(nèi)，再將所累積的情報(bào)電荷取至構(gòu)成受光部11i的多個(gè)垂直移位寄存器的各位中。
接著，在步驟S102中，將多個(gè)垂直移位寄存器的各位所取得的1畫面份的情報(bào)電荷，對(duì)垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈進(jìn)行應(yīng)答，而在1行單位下進(jìn)行垂直轉(zhuǎn)送。由此，多個(gè)垂直移位寄存器的各列的情報(bào)電荷輸出至構(gòu)成水平轉(zhuǎn)送部11h的水平移位寄存器的各位中，而使水平轉(zhuǎn)送部11h內(nèi)取得1行份的情報(bào)電荷。
之后，在步驟S103中，在構(gòu)成水平轉(zhuǎn)送部11h的水平移位寄存器的4(n·k)位單位下，將對(duì)應(yīng)同一色成分的2(n-m)位排出至排出部11t。由此，水平轉(zhuǎn)送部11h上所轉(zhuǎn)送的1行份的情報(bào)電荷是在水平方向的1/2(n/m)進(jìn)行剔除。
接著，在步驟S104中，將排出動(dòng)作之后殘留于水平轉(zhuǎn)送部11h的4位中的2(m·k)位的情報(bào)電荷，對(duì)水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh進(jìn)行應(yīng)答，而逐次在水平方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)送。由此，可將在水平方向上被剔除1/2的狀態(tài)下的情報(bào)電荷依序轉(zhuǎn)送至輸出部11d，并變換成對(duì)應(yīng)情報(bào)電荷的電荷量的電壓值，再輸出影像信號(hào)Y0(t)。之后，進(jìn)行步驟S105，當(dāng)1畫面份的情報(bào)電荷在水平轉(zhuǎn)送輸出不足之際，則回到步驟S102，返附近型步驟S102～步驟S104的動(dòng)作，直到完成1畫面份的情報(bào)電荷變換輸出影像信號(hào)Y0(t)為止。
圖7為用以說(shuō)明圖6的步驟S103～S104的動(dòng)作計(jì)時(shí)的計(jì)時(shí)圖，其中為垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψv、水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh及排出時(shí)脈ψt。圖8為圖7的各計(jì)時(shí)t0～t9的水平轉(zhuǎn)送信道23的電位(potential)狀態(tài)的電位圖。在此，垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψv實(shí)際上具有4相的時(shí)脈ψv1～ψv4，在圖面上，僅繪示前述多相的時(shí)脈中的代表時(shí)脈ψv1。再者，各水平轉(zhuǎn)送電極27a-1～27d-4在所施加的時(shí)脈為高等級(jí)(H level)之際為開(kāi)(on)，而于低等級(jí)(L level)之際則為閉(off)。
在計(jì)時(shí)t0中，水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh1、ψh3為高等級(jí)，且ψh2、ψh4為低等級(jí)之際，在施加高等級(jí)的時(shí)脈的水平轉(zhuǎn)送電極27a-1、27b-1、27c-1、27d-1等4條電極下的水平轉(zhuǎn)送信道區(qū)域中，會(huì)形成較深的電位，進(jìn)而形成電位井。借此，借著接合信道30a～30d，由垂直轉(zhuǎn)送信道22a～22d的各列所轉(zhuǎn)送輸出的情報(bào)電荷累積于電位井中。
在計(jì)時(shí)t1中，當(dāng)排出時(shí)脈ψt為高等級(jí)之際，水平轉(zhuǎn)送電極27a-1、27d-1等2條電極下的水平轉(zhuǎn)送信道中所累積的情報(bào)電荷將借著排出信道25a、25d進(jìn)行轉(zhuǎn)送，而取至排出區(qū)域29。借此，水平轉(zhuǎn)送部11h所轉(zhuǎn)送的1行份的情報(bào)電荷，會(huì)從對(duì)應(yīng)同一色成分的2像素的情報(bào)電荷內(nèi)，僅排出一邊的情報(bào)電荷，而使對(duì)應(yīng)各色成分的情報(bào)電荷分別在水平方向上剔除1/2。
在計(jì)時(shí)t2中，當(dāng)水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh2為高等級(jí)之際，會(huì)于施加水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh2的水平轉(zhuǎn)送電極27a-3、27a-4之下的水平轉(zhuǎn)送信道區(qū)域中形成電位井。在計(jì)時(shí)t3中，當(dāng)水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh3為低等級(jí)之際，會(huì)使施加水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh3的水平轉(zhuǎn)送電極27b-1、27b-2之下的水平轉(zhuǎn)送信道中所形成的較深的電位變淺。借此，水平轉(zhuǎn)送電極27b-1、27b-2上所累積的情報(bào)電荷會(huì)轉(zhuǎn)送至水平轉(zhuǎn)送電極27a-3、27a-4之下的水平轉(zhuǎn)送信道中所形成的電位井中。
在計(jì)時(shí)t4中，當(dāng)水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh2為低等級(jí)之際，會(huì)使施加水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh2的水平轉(zhuǎn)送電極27a-3、27a-4之下的水平轉(zhuǎn)送信道中所形成的較深的電位變淺。借此，情報(bào)電荷轉(zhuǎn)送至水平轉(zhuǎn)送電極27a-1、27a-2之下的水平轉(zhuǎn)送信道中所形成的電位井中。由此，在水平方向上剔除1/2的情報(bào)電荷一旦轉(zhuǎn)送至施加水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh1的水平轉(zhuǎn)送電極27a-1、27c-1之下的信道區(qū)域中進(jìn)行累積。
接著，在計(jì)時(shí)t5～t9中，水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh1～ψh4是周期性的反復(fù)進(jìn)行高等級(jí)→低等級(jí)，或低等級(jí)→高等級(jí)，而使水平轉(zhuǎn)送電極27a-1、27c-1之下的水平轉(zhuǎn)送信道所累積的情報(bào)電荷依序在水平方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)送。在此計(jì)時(shí)t5～t9中，于水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh1～ψh4的1周期1T的期間，將情報(bào)電荷在水平方向上8電極份，也就是，朝水平移位寄存器的2位之前的區(qū)域(2像素之前的區(qū)域)進(jìn)行轉(zhuǎn)送。
其中，首先，將水平轉(zhuǎn)送部11h所轉(zhuǎn)送的情報(bào)電荷，從對(duì)應(yīng)同一色成分的2個(gè)位所累積的情報(bào)電荷之內(nèi)，僅排出一邊的位上所累積的情報(bào)電荷，以將對(duì)應(yīng)各色成分的情報(bào)電荷分別剔除1/2。接著，剔除的情報(bào)電荷會(huì)于4相的水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh1～ψh4之內(nèi)，轉(zhuǎn)送至施加有水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh1的轉(zhuǎn)送電極下的信道區(qū)域中累積。之后，對(duì)4相的水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh1～ψh4進(jìn)行應(yīng)答，而依序輸出至輸出部11d。
當(dāng)水平轉(zhuǎn)送部11h所取得的情報(bào)電荷剔除了1/2之際，對(duì)應(yīng)同一色成分的2位之內(nèi)的一邊位上所累積的情報(bào)電荷將被排出，而在水平轉(zhuǎn)送部11h中，2位單位下所進(jìn)行的轉(zhuǎn)送，使構(gòu)成水平轉(zhuǎn)送部11h的水平移位寄存器的轉(zhuǎn)送區(qū)段數(shù)變?yōu)?/2。為此，水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh的頻率數(shù)比起公知從1位單位下所讀出的情形，可設(shè)定成1/2的頻率數(shù)。
可是，本發(fā)明不僅可以將多個(gè)受光像素所發(fā)生的情報(bào)電荷在水平發(fā)向上進(jìn)行剔除，也可以在垂直方向上進(jìn)行剔除的動(dòng)作，以下是就此動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
圖9及圖10為用以說(shuō)明累積部11s所累積的情報(bào)電荷在垂直方向上的剔除的示意圖。在此，圖9為垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψv、水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh及排出時(shí)脈ψt。圖10為水平轉(zhuǎn)送部11h所轉(zhuǎn)送的情報(bào)電荷的狀態(tài)的示意圖。再者，垂直轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψv實(shí)際上具有4相的時(shí)脈，在圖面上，僅繪出前述多相的時(shí)脈中的代表時(shí)脈ψv1。
在計(jì)時(shí)t0中，由累積部11s所輸出的情報(bào)電荷取至水平轉(zhuǎn)送部11h的各位中。在計(jì)時(shí)t1中，提高排出時(shí)脈ψt，以于與排出部11t之間，將具有轉(zhuǎn)送通路的水平移位寄存器的所定的位所取得的情報(bào)電荷垂直轉(zhuǎn)送至排出區(qū)域。借此，可將對(duì)應(yīng)色成分G的2個(gè)位及對(duì)應(yīng)色成分B的2個(gè)位的一邊的位中所取得的情報(bào)電荷分別排出。
在計(jì)時(shí)t2中，殘留于水平轉(zhuǎn)送部11h的情報(bào)電荷在水平方向上進(jìn)行1區(qū)段轉(zhuǎn)送之后，再進(jìn)行排出動(dòng)作，以將對(duì)應(yīng)色成分B的2個(gè)位之內(nèi)的另一邊的位所取得的情報(bào)電荷排出。之后，在計(jì)時(shí)t3中，更于水平轉(zhuǎn)送動(dòng)作進(jìn)行1區(qū)段之后，再進(jìn)行排出動(dòng)作，以將對(duì)應(yīng)色成分G的2個(gè)位之內(nèi)的另一邊的位所取得的情報(bào)電荷排出。由此，即可將水平轉(zhuǎn)送部11h中所轉(zhuǎn)送的1行份的情報(bào)電荷的全部排出。上述的動(dòng)作是對(duì)所定的行所進(jìn)行的動(dòng)作，以將情報(bào)電荷在垂直方向上剔除。
以上，雖然以情報(bào)電荷的水平方向的剔除量為1/2，受光像素的各行所對(duì)應(yīng)的色成分為2色的情形為例進(jìn)行說(shuō)明，然本發(fā)明并不以此為限。例如當(dāng)情報(bào)電荷在水平方向上剔除2/3(m＝2，n＝3)的情形時(shí)，在受光像素的各行中對(duì)應(yīng)3(k＝3)色的色成分之際，較佳是在構(gòu)成水平轉(zhuǎn)送部11h的各位之中，在每6(n·k)位中，將對(duì)應(yīng)同一色成分的3(n)位之中的1(n-m)位與排出部相互連接。也就是，本發(fā)明可對(duì)應(yīng)情報(bào)電荷的水平方向的剔除量、及受光像素的各行所對(duì)應(yīng)的色成分的色數(shù)的變更而進(jìn)行適當(dāng)?shù)刈兓?br> 再者，上述所進(jìn)行的水平方向的剔除及垂直方向的剔除等動(dòng)作，可于進(jìn)行全像素的情報(bào)電荷的讀取之際，在排出電極28關(guān)閉的同時(shí)，將水平轉(zhuǎn)送部11h上所施加的水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh1及ψh3切換成共通的時(shí)脈脈沖。同樣地，也可以將水平轉(zhuǎn)送時(shí)脈ψh2及ψh4切換成共通的轉(zhuǎn)送時(shí)脈。借此，水平轉(zhuǎn)送部11h是由2相驅(qū)動(dòng)，而使水平轉(zhuǎn)送部11h所取得的情報(bào)電荷，在水平方向上依序轉(zhuǎn)送輸出1像素單位。
在本發(fā)明的技術(shù)中，可于水平移位寄存器的各位所轉(zhuǎn)送的1行份的情報(bào)電荷之內(nèi)，將所定的位上所累積的情報(bào)電荷排出。借此，在彩色攝影的情形下可以將水平方向的情報(bào)電荷選擇性地刪除。
權(quán)利要求
1.一種固體攝影元件，用以輸出在水平方向上剔除m/n(m、n為自然數(shù)，且m＜n)的多個(gè)受光像素上所累積的情報(bào)電荷，其特征是，該固體攝影元件包括多個(gè)垂直移位寄存器，用以在垂直方向上轉(zhuǎn)送累積于該些受光像素的情報(bào)電荷；一水平移位寄存器，用以在水平方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)送，以使該水平移位寄存器的各位取得由該些垂直寄存器所轉(zhuǎn)送輸出的情報(bào)電荷；以及一排出部，用以排出該水平移位寄存器的1位單位所取得的情報(bào)電荷，其中該水平移位寄存器是在連續(xù)的n·k(k為自然數(shù))位單位中，以k·(n-m)位與該排出部相連接，且所連接的位上的情報(bào)電荷排出至該排出部中。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝影元件，其特征是，該些受光像素的各行是以各像素依據(jù)所定順序?qū)?yīng)k色的色成分之中的一個(gè)色成分，且該水平移位寄存器是在n·k位單位下，將對(duì)應(yīng)同一色成分的n位之中的n-m位與該排出部相連接。
3.如權(quán)利要求1項(xiàng)或第2所述的固體攝影元件，其特征是，該排出部更包括一排出控制柵，用以控制來(lái)自該水平移位寄存器的情報(bào)電荷的排出；以及一排出區(qū)域，用以取得待排出的情報(bào)電荷。
4.一種固體攝影元件的驅(qū)動(dòng)方法，該固體攝影元件具有用以在垂直方向上轉(zhuǎn)送累積于多個(gè)受光像素的情報(bào)電荷的多個(gè)垂直移位寄存器、用以在水平方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)送以使各位取得由該些垂直寄存器所轉(zhuǎn)送輸出的情報(bào)電荷的一水平移位寄存器、及與該水平移位寄存器的連續(xù)的n·k(n、k為自然數(shù))位單位中的k·(n-m)位相連接且排出所連接的位上的情報(bào)電荷的一排出部，其特征是，用以輸出在水平方向上剔除m/n(n為自然數(shù)，且m＜n)的該些受光像素上所累積的情報(bào)電荷的方法包括一第一步驟，將該些受光像素上所累積的情報(bào)電荷取至該些垂直移位寄存器的各位中；一第二步驟，將該些垂直移位寄存器所取得的情報(bào)電荷于1行單位下垂直轉(zhuǎn)送至該水平移位寄存器；一第三步驟，將該水平移位寄存器的n·k位上所累積的情報(bào)電荷中的k·(n-m)位的情報(bào)電荷排出；以及一第四步驟，在水平方向上轉(zhuǎn)送輸出該水平移位寄存器的m·k位的情報(bào)電荷。
5.如權(quán)利要求4所述的固體攝影元件的驅(qū)動(dòng)方法，其特征是，該些受光像素的各行是以各像素依據(jù)所定順序?qū)?yīng)k色的色成分之中的一個(gè)色成分，且在該第三步驟中，于n·k位單位下，將對(duì)應(yīng)同一色成分的n位之中的n-m位的情報(bào)電荷排出。
6.如權(quán)利要求4或5所述的固體攝影元件的驅(qū)動(dòng)方法，其特征是，于該第三步驟之后，更包括該第四步驟變更為將該水平移位寄存器的m·k位的情報(bào)電荷水平轉(zhuǎn)送至與該排出部連接的位中；以及一第五步驟，將已排出m·k位的情報(bào)電荷的該水平移位寄存器上所轉(zhuǎn)送輸出的1行份的情報(bào)電荷的全部排出。
全文摘要
一種固體攝影元件可將多個(gè)受光像素所發(fā)生的情報(bào)電荷在水平方向上剔除。其排出部可將水平轉(zhuǎn)送部所取得的情報(bào)電荷排出,且與水平轉(zhuǎn)送部的各位之中的所定位相連接。如此,排出部可從水平轉(zhuǎn)送部所取得的1行份的情報(bào)電荷中,將與排出部相連接的位所取得的情報(bào)電荷排出。之后,水平轉(zhuǎn)送部將殘留于水平轉(zhuǎn)送部的情報(bào)電荷依序在水平方向上轉(zhuǎn)送輸出。
文檔編號(hào)H04N5/376GK1387368SQ02120489
公開(kāi)日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2002年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月18日
發(fā)明者岡田吉弘 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社