專利名稱：固體攝像元件的驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及每讀出一行信息電荷就由垂直CCD移位寄存器一位一位地進(jìn)行垂直傳輸?shù)墓腆w攝像元件的驅(qū)動方法，尤其涉及提高畫質(zhì)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
幀傳輸方式的CCD圖像傳感器構(gòu)成為包括攝像部和蓄積部。攝像部和蓄積部分別由多個(gè)垂直CCD移位寄存器構(gòu)成，該垂直CCD移位寄存器構(gòu)成為包括沿垂直方向延伸并相互平行配置的多個(gè)電荷傳輸溝道區(qū)域、和沿水平方向延伸并相互平行配置的多個(gè)傳輸電極。該垂直CCD移位寄存器的各位包括相鄰配置的多個(gè)傳輸電極，通過施加到這些傳輸電極的電壓，分別一個(gè)一個(gè)地形成蓄積信息電荷的電位阱。
攝像部的垂直CCD移位寄存器的各位分別構(gòu)成攝像元件的像素，在曝光期間接受來自被攝物體的光，生成與受光量對應(yīng)的信息電荷，并蓄積到電位阱中。若曝光期間結(jié)束，則信息電荷通過幀傳輸動作從攝像部向蓄積部被高速地垂直傳輸。
由于蓄積部被遮光，因此可保持信息電荷。每當(dāng)水平傳輸部將一行份的信息電荷向輸出部水平傳輸結(jié)束后，蓄積部進(jìn)行成行傳輸動作，使信息電荷向水平傳輸部移動。
在此，公知有如下CCD圖像傳感器的結(jié)構(gòu)在蓄積部的垂直CCD移位寄存器的輸出端與水平傳輸部之間具備對信息電荷進(jìn)行分配的機(jī)構(gòu)。通過設(shè)置該分配機(jī)構(gòu)，可將從蓄積部的垂直CCD移位寄存器輸出的一行份的信息電荷分為奇數(shù)列的信息電荷組和偶數(shù)列的信息電荷組，并向水平傳輸部傳輸。在該結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成水平傳輸部的水平CCD移位寄存器對奇數(shù)列的信息電荷組和偶數(shù)列的信息電荷組分別進(jìn)行水平傳輸動作，完成一行份的信息電荷的水平傳輸動作。圖6是說明具有該分配機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有的幀傳輸方式的CCD圖像傳感器的驅(qū)動方法的時(shí)序圖，表示了對蓄積部和水平傳輸部進(jìn)行驅(qū)動的各時(shí)鐘信號的波形。另外，圖7是表示圖6所示的各時(shí)刻的傳輸電極下的溝道電位的示意圖。在圖7中，下方向是溝道電位的正向，用實(shí)線表示了沿著電荷傳輸溝道的電勢的深度的變化，實(shí)線向下凹陷的部分是電位阱，能蓄積由電子構(gòu)成的信息電荷。這里表示的蓄積部的垂直CCD移位寄存器是利用了三相時(shí)鐘信號1～3的三相驅(qū)動，對各位配置三個(gè)傳輸電極ST1～ST3。傳輸電極ST1～ST3沿電荷傳輸方向按順序排列，對STi施加時(shí)鐘信號i(i＝1～3)。當(dāng)i是規(guī)定的高電壓VH時(shí)，在傳輸電極STi下形成電位阱，從而可蓄積信息電荷，另一方面，當(dāng)i是規(guī)定的低電壓VL時(shí)，在傳輸電極STi下形成分隔電位阱之間的位壘。時(shí)鐘信號H是對水平CCD移位寄存器進(jìn)行驅(qū)動的時(shí)鐘信號。H也與i同樣存在規(guī)定的高電壓狀態(tài)和低電壓狀態(tài)，這些狀態(tài)周期性切換，從而實(shí)現(xiàn)信息電荷的水平傳輸。
在期間P1進(jìn)行成行傳輸動作，攝像部的垂直CCD移位寄存器的各位的傳輸電極ST2和ST3下形成的電位阱被移動到下一位的傳輸電極ST2和ST3下。在圖7中表示了與期間P1對應(yīng)的各時(shí)刻t1～t7的電位阱的情況。隨著該電位阱的移動，信息電荷也在垂直CCD移位寄存器內(nèi)移動一位。
在成行傳輸動作后，接下來在期間P2進(jìn)行水平傳輸動作。在水平傳輸動作中，首先，進(jìn)行將奇數(shù)列信息電荷組讀出到水平CCD移位寄存器的動作，然后，該奇數(shù)列信息電荷組通過在期間PO內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的H的時(shí)鐘序列而被傳輸?shù)捷敵霾俊＿M(jìn)而，在水平傳輸動作的期間P2內(nèi)，進(jìn)行將偶數(shù)列信息電荷組讀出到水平CCD移位寄存器的動作，該偶數(shù)列信息電荷組通過在期間PE內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的H的時(shí)鐘序列而被傳輸?shù)捷敵霾?。這樣，若一行份的水平傳輸動作完成，則在期間P3內(nèi)進(jìn)行下一個(gè)行傳輸。
在進(jìn)行該水平傳輸動作的期間P2的整個(gè)期間內(nèi)或至少在期間PO和PE內(nèi)，蓄積部的垂直CCD移位寄存器的各位中保持的信息電荷存在于作為行傳輸?shù)囊苿幽康牡氐膬蓚€(gè)傳輸電極ST2和ST3下的電位阱中。即，以往，蓄積部的垂直CCD移位寄存器的各位的信息電荷從之前的行傳輸動作期間P1的結(jié)束到下一個(gè)行傳輸動作期間P3的開始為止，基本上保持在時(shí)刻t7的移動目的地的傳輸電極ST2和ST3下。
專利文獻(xiàn)1特開2006-073988號公報(bào)在埋入溝道的CCD移位寄存器中，若將信息電荷蓄積到基板表面附近，通過界面能級而俘獲信息電荷，傳輸效率會下降。在此，界面能級的密度在基板面內(nèi)并不一樣，因此一般在蓄積部的垂直CCD移位寄存器相互之間會產(chǎn)生傳輸效率的離散偏差。該傳輸效率的差異在攝影的圖像中表現(xiàn)為縱條紋，成為畫質(zhì)劣化的主要原因。
被俘獲的電荷量根據(jù)將信息電荷蓄積到基板表面附近的狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間而增加。在上述的蓄積部的動作中，水平傳輸期間內(nèi)的信息電荷的保持動作與行傳輸動作的各過程相比時(shí)間長，因此抑制該保持動作下的俘獲的發(fā)生，對降低縱條紋是有效的。
順便提及，在數(shù)碼相機(jī)等攝像裝置中，靜態(tài)圖像以與固體攝像元件的像素?cái)?shù)對應(yīng)的高精細(xì)的畫質(zhì)進(jìn)行攝影，動態(tài)圖像通過對像素?cái)?shù)進(jìn)行間隔提取來進(jìn)行確保幀速率。對行不進(jìn)行間隔提取而讀出的靜態(tài)圖像攝影，其傳輸動作和保持動作的重復(fù)次數(shù)比動態(tài)圖像攝影多，通過每次該動作的重復(fù)的傳輸效率的累積，縱條紋比動態(tài)圖像攝影時(shí)變得明顯。另一方面，由于靜態(tài)圖像攝影比動態(tài)圖像攝影要求高畫質(zhì)，因此需要適當(dāng)抑制縱條紋。
另外，當(dāng)在規(guī)定深度的電位阱中蓄積信息電荷時(shí)，電位阱的面積越小，信息電荷越容易靠近基板表面，反之，面積越大，越容易與基板表面保持距離。從如上的方面出發(fā)，在適當(dāng)?shù)匾种旗o態(tài)圖像中的縱條紋的方面，上述的現(xiàn)有驅(qū)動方法、即在蓄積部的三相驅(qū)動的垂直CCD移位寄存器中，不僅在一相的傳輸電極下，而且在兩相的傳輸電極下形成水平傳輸期間內(nèi)保持信息電荷的電位阱是有效的。
這樣，現(xiàn)有的驅(qū)動方法在水平傳輸期間的信息電荷的保持動作中，在兩個(gè)傳輸電極下保持信息電荷來抑制俘獲。但是，在成行傳輸動作的中途，如圖7的時(shí)刻t2、t4、t6那樣，僅在一個(gè)相的傳輸電極下蓄積信息電荷的期間存在為短時(shí)間，在該期間內(nèi)會發(fā)生信息電荷的俘獲。并且存在如下問題被俘獲至某位的傳輸電極下的電荷，當(dāng)通過成行傳輸而下一個(gè)信息電荷移動到該傳輸電極下時(shí)被釋放而混入，成為畫質(zhì)劣化的原因。例如，在攝像部，在沿垂直方向排列的像素配置了相互不同顏色的濾色器的結(jié)構(gòu)中，上述俘獲電荷的混入會產(chǎn)生稱為混色的現(xiàn)象，這在顯示畫面中被觀察為顏色平衡被破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問題而實(shí)現(xiàn)，目的在于提供一種固體攝像元件的驅(qū)動方法，該方法抑制縱條紋，并抑制俘獲電荷混入到垂直方向上相鄰的像素間的信息電荷，從而避免混色等的不良情況，實(shí)現(xiàn)畫質(zhì)的提高。
在本發(fā)明涉及的固體攝像元件的驅(qū)動方法中，所述固體攝像元件具有多個(gè)垂直CCD移位寄存器，能進(jìn)行將由行列配置的受光像素產(chǎn)生的信息電荷沿列方向垂直傳輸?shù)膎相驅(qū)動(n是3以上的自然數(shù))；和水平CCD移位寄存器，將從所述多個(gè)垂直CCD移位寄存器輸出的所述信息電荷沿行方向水平傳輸，該固體攝像元件的驅(qū)動方法包括成行傳輸動作，由所述各垂直CCD移位寄存器逐位移動所述信息電荷，從而對所述信息電荷逐行進(jìn)行垂直傳輸；水平傳輸動作，將通過所述成行傳輸動作而從所述多個(gè)垂直CCD移位寄存器輸出的一行份的所述信息電荷，由所述水平CCD移位寄存器進(jìn)行水平傳輸；和信息電荷保持動作，在進(jìn)行所述水平傳輸動作期間，將所述垂直CCD移位寄存器上的所述信息電荷保持于當(dāng)前所在的位，所述信息電荷保持動作包括第一蓄積動作，從剛剛進(jìn)行的所述成行傳輸動作的期間開始到所述水平傳輸動作的中途為止的第一期間，將所述信息電荷蓄積到按所述垂直CCD移位寄存器的每位而配置的一組傳輸電極中的m1個(gè)傳輸電極下；和第二蓄積動作，從所述第一期間后開始到下一所述成行傳輸動作的期間的開始為止的第二期間，將所述信息電荷蓄積到所述一組傳輸電極中的比所述m1個(gè)多的m2個(gè)傳輸電極下。
在本發(fā)明涉及的其他固體攝像元件的驅(qū)動方法中，所述固體攝像元件具有分配傳輸機(jī)構(gòu)，其將通過所述成行傳輸動作而從所述多個(gè)垂直CCD移位寄存器輸出的一行份的所述信息電荷，分割為第一～第k(k是2以上的自然數(shù))信息電荷組，并按該信息電荷組依次向所述水平CCD移位寄存器傳輸，所述水平傳輸動作依次進(jìn)行對所述第一～第k信息電荷組分別進(jìn)行水平傳輸?shù)牡谝弧趉分組水平傳輸動作，所述信息電荷保持動作與所述分組水平傳輸動作相互的k-1個(gè)間隔的任一個(gè)同步，進(jìn)行從所述第一蓄積動作向所述第二蓄積動作的切換。
在上述驅(qū)動方法中，所述第一期間的長度適合根據(jù)構(gòu)成所述垂直CCD移位寄存器的溝道的半導(dǎo)體基板的界面能級釋放所俘獲的電荷的過程的時(shí)間常數(shù)來設(shè)定。
另外，在對具有分配傳輸機(jī)構(gòu)的固體攝像元件進(jìn)行驅(qū)動的驅(qū)動方法中，所述分配傳輸機(jī)構(gòu)通過所述成行傳輸動作而從所述多個(gè)垂直CCD移位寄存器輸出的一行份的所述信息電荷，分割為與奇數(shù)列對應(yīng)的信息電荷組和與偶數(shù)列對應(yīng)的信息電荷組，并將該信息電荷組依次向所述水平CCD移位寄存器傳輸，所述水平傳輸動作依次進(jìn)行水平傳輸所述奇數(shù)列的信息電荷組的奇數(shù)列水平傳輸動作和水平傳輸所述偶數(shù)列信息電荷組的偶數(shù)列水平傳輸動作，所述信息電荷保持動作與所述奇數(shù)列水平傳輸動作和所述偶數(shù)列水平傳輸動作的間隔同步，進(jìn)行從所述第一蓄積動作向所述第二蓄積動作的切換。
上述驅(qū)動方法在應(yīng)用于所述垂直CCD移位寄存器能三相驅(qū)動的固體攝像元件中時(shí)，所述第一蓄積動作將所述信息電荷蓄積到所述三相驅(qū)動中的一相所對應(yīng)的所述傳輸電極下，所述第二蓄積動作將所述信息電荷蓄積到所述三相驅(qū)動中的兩相所對應(yīng)的所述傳輸電極下。
在本發(fā)明涉及的其他固體攝像元件的驅(qū)動方法中，在所述第一蓄積動作中，對形成針對蓄積于所述各位的所述信息電荷的位壘的所述傳輸電極，施加比所述成行傳輸動作中的傳輸時(shí)鐘的斷開電壓低的第一蓄積動作時(shí)的斷開電壓。所述第一蓄積動作時(shí)的斷開電壓可為在所述傳輸電極下的半導(dǎo)體表面形成反轉(zhuǎn)層的釘扎電壓所對應(yīng)的值。
(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明，使成行傳輸動作后的垂直CCD移位寄存器中的信息電荷的保持動作為如下動作在到水平傳輸期間的中途為止的期間(第一期間)，將信息電荷蓄積到窄電位阱中，在之后的期間(第二期間)，將信息電荷蓄積到寬電位阱中。俘獲電荷的釋放可期待與從被俘獲開始的時(shí)間一同降低。因此，在成行傳輸動作的中途的俘獲電荷容易被釋放的第一期間，通過使電位阱窄，從而俘獲電荷中的被釋放到與電位阱對應(yīng)的傳輸電極下的量減少，從該對應(yīng)傳輸電極下直接流入電位阱的俘獲電荷量被抑制，可實(shí)現(xiàn)混色的降低。另一方面，在第一期間后的第二期間，擴(kuò)展電位阱，使信息電荷遠(yuǎn)離基板表面，從而抑制從保持動作中的電位阱俘獲的信息電荷量，并且能使第一期間中已從該電位阱俘獲的信息電荷釋放到原來的電位阱中。由此，抑制保持動作中的俘獲的發(fā)生，可實(shí)現(xiàn)縱條紋的減輕。
另外，在第一期間內(nèi)，對形成與蓄積信息電荷的電位阱相鄰的位壘的傳輸電極，施加比成行傳輸動作中的傳輸時(shí)鐘的斷開電壓低的第一蓄積動作時(shí)的斷開電壓，從而促進(jìn)在該傳輸電極下產(chǎn)生與信息電荷相反極性的空穴，并促進(jìn)在成行傳輸動作中產(chǎn)生的俘獲電荷與該空穴的再結(jié)合。由此，抑制在該傳輸電極下釋放俘獲電荷流入到相鄰的電位阱中，實(shí)現(xiàn)混色的降低。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是表示圖像傳感器的蓄積部、分配部和水平傳輸部的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖3是表示將幀傳輸?shù)叫罘e部中的信息電荷向水平傳輸部讀出的動作中的各時(shí)鐘信號的波形的時(shí)序圖；圖4是表示奇數(shù)列的電荷傳輸溝道中的溝道電位的變化的示意圖；圖5是表示偶數(shù)列的電荷傳輸溝道中的溝道電位的變化的示意圖；圖6是表示具有分配機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有的幀傳輸方式的CCD圖像傳感器的驅(qū)動方法中的各時(shí)鐘信號的波形的時(shí)序圖；圖7是表示現(xiàn)有的驅(qū)動方法中的溝道電位的變化的示意圖。
圖中10-圖像傳感器；10i-攝像部；10s-蓄積部；10h-水平傳輸部；10d-輸出部；10t-分配部；12-驅(qū)動電路；20、24-溝道區(qū)域；22、28-溝道截?cái)?channel stop)區(qū)域；26-1、26-2-水平傳輸電極；40、42-信息電荷。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施的方式(下面稱為實(shí)施方式)進(jìn)行說明。
圖1是表示實(shí)施方式的攝像裝置的概略結(jié)構(gòu)的框圖。該攝像裝置包括圖像傳感器10和驅(qū)動電路12，從圖像傳感器10輸出圖像信號。
圖像傳感器10是幀傳輸方式的CCD圖像傳感器，具備形成在半導(dǎo)體基板表面的攝像部10i、蓄積部10s、水平傳輸部10h、輸出部10d和分配部10t。
攝像部10i和蓄積部10s由相互的電荷傳輸溝道沿列方向連續(xù)的垂直CCD移位寄存器構(gòu)成，在攝像部10i和蓄積部10s中，這些垂直CCD移位寄存器沿行方向(圖像上的水平方向)排列多個(gè)。這些垂直CCD移位寄存器具備在基板上沿行方向設(shè)置且沿列方向多個(gè)并列排列的柵電極，作為傳輸電極。攝像部10i的垂直CCD移位寄存器的各位構(gòu)成受光像素，根據(jù)入射光產(chǎn)生信號電荷并進(jìn)行蓄積。蓄積部10s被遮光膜覆蓋，防止因光的入射產(chǎn)生的電荷，因此能基本上原樣保持幀傳輸來的來自攝像部10i的信號電荷。
分配部10t位于蓄積部10s的輸出端與水平傳輸部10h之間，構(gòu)成為包括從蓄積部10s的各垂直CCD移位寄存器延長的電荷傳輸溝道、能與蓄積部10s獨(dú)立地驅(qū)動的傳輸電極即多個(gè)傳輸門電極(TG電極)。分配部10t是信息電荷的分配機(jī)構(gòu)，將從蓄積部10s的垂直CCD移位寄存器組輸出的一行份的信息電荷分為奇數(shù)列的信息電荷組和偶數(shù)列的信息電荷組，并向水平傳輸部10h傳輸。
水平傳輸部10h由CCD移位寄存器構(gòu)成，其各位與分配部10t的各電荷傳輸溝道的輸出端連接。
輸出部10d由電獨(dú)立的電容、以及取出該電容的電位變化的放大器構(gòu)成，在電容中以1位為單位接受從水平傳輸部10h輸出的信息電荷，變換為電壓值，并作為時(shí)間序列的圖像信號Y0(t)進(jìn)行輸出。
驅(qū)動電路12生成各種時(shí)鐘信號或電壓信號，驅(qū)動圖像傳感器10。從驅(qū)動電路12向攝像部10i的垂直CCD移位寄存器的傳輸電極供給多相的傳輸時(shí)鐘I(xiàn)、向蓄積部10s的垂直CCD移位寄存器的傳輸電極供給多相的傳輸時(shí)鐘S，根據(jù)這些傳輸時(shí)鐘，控制攝像部10i和蓄積部10s中的信息電荷的蓄積、傳輸。另外，驅(qū)動電路12生成對TG電極進(jìn)行驅(qū)動的時(shí)鐘TG、對水平傳輸部10h進(jìn)行驅(qū)動的時(shí)鐘H、對輸出部10d的復(fù)位門電路進(jìn)行驅(qū)動的時(shí)鐘R、施加到n型半導(dǎo)體基板的基板電壓Vsub。
對本圖像傳感器10的垂直CCD移位寄存器的各位分別配置三個(gè)傳輸電極。對攝像部10i配置濾色器陣列，攝像部10i的垂直CCD移位寄存器的各位分別構(gòu)成配置有特定的單色的濾色器的受光像素。例如，攝像部10i配置Bayer(ベイヤ一)排列的濾色器陣列，沿列方向交替配置感色靈敏度特性不同的兩種受光像素。
在該攝像部10i中，為了可進(jìn)行在動態(tài)圖像攝影或預(yù)覽下的像素壓縮后的攝影，例如構(gòu)成為各垂直CCD移位寄存器的每連續(xù)3位的9個(gè)傳輸電極可相互獨(dú)立地驅(qū)動。在靜態(tài)圖像攝影中，進(jìn)行作為使各位的三個(gè)傳輸電極分別為不同相的三相驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動。另一方面，在動態(tài)圖像攝影和預(yù)覽中，進(jìn)行像素壓縮驅(qū)動，該驅(qū)動在對攝像部10i的沿列方向連續(xù)的每三個(gè)像素進(jìn)行信號電荷的相加合成處理之后，進(jìn)行幀傳輸。例如，抽取三個(gè)像素中的中央的像素，進(jìn)行將其兩側(cè)的相互為相同顏色的像素的信號電荷相加的像素加法處理。具體而言，該像素相加處理首先通過對三個(gè)像素中的中央的像素的三個(gè)傳輸電極施加斷開電壓，從而使該像素中蓄積的信號電荷向施加了比較高的正的基板電壓Vsub的基板移動而排出，然后，對該像素的兩側(cè)的兩個(gè)像素中蓄積的信號電荷進(jìn)行合成。在像素壓縮動作中，這樣，在進(jìn)行了以三個(gè)像素為單位的相加合成處理之后，進(jìn)行使攝像部10i、蓄積部10s的各位的三個(gè)傳輸電極為同相的三相驅(qū)動。通過該像素壓縮驅(qū)動，與靜態(tài)圖像攝影相比，能將實(shí)質(zhì)上垂直方向的像素?cái)?shù)壓縮至1/3，例如，以與標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動時(shí)相同的時(shí)鐘頻率實(shí)現(xiàn)3倍高速的幀傳輸，而且成行傳輸?shù)拇螖?shù)降低至1/3。
抑制縱條紋和混色來實(shí)現(xiàn)畫質(zhì)提高的本發(fā)明的驅(qū)動方法，無論靜態(tài)圖像攝影、動態(tài)圖像攝影以及預(yù)覽都可應(yīng)用，但在靜態(tài)圖像攝影中，由于成行傳輸次數(shù)多，因此畫質(zhì)容易劣化，但在要求進(jìn)一步的高畫質(zhì)的方面本發(fā)明尤其有效。因此，下面，對靜態(tài)攝影時(shí)的本發(fā)明的驅(qū)動方法進(jìn)行具體說明。
攝像部10i的受光像素根據(jù)曝光期間中的入射光而產(chǎn)生信號電荷并蓄積。若經(jīng)過設(shè)定的曝光期間，則驅(qū)動電路12根據(jù)三相時(shí)鐘I(xiàn)、S，驅(qū)動攝像部10i和蓄積部10s各自的垂直CCD移位寄存器，將信息電荷從攝像部10i幀傳輸至蓄積部10s。然后，驅(qū)動電路12通過反復(fù)進(jìn)行成行傳輸動作和水平傳輸動作，逐行讀出被傳輸至蓄積部10s中的一畫面份的信號電荷，變換為圖像信號。該驅(qū)動電路12進(jìn)行的驅(qū)動中的與現(xiàn)有的驅(qū)動方法的主要不同之處在于，幀傳輸后的蓄積部10s中的成行傳輸動作，下面，對該方面進(jìn)行詳述。
圖2是表示圖像傳感器10的蓄積部10s、分配部10t和水平傳輸部10h的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。蓄積部10s的各垂直CCD移位寄存器的沿列方向延伸的溝道區(qū)域20相互之間通過溝道截?cái)鄥^(qū)域22分離。對蓄積部10s的各位配置三個(gè)傳輸電極ST1～ST3。傳輸電極ST1～ST3沿電荷傳輸方向依次排列，從驅(qū)動電路12向STi施加時(shí)鐘信號Si(i＝1～3)。
在分配部10t中，配置與蓄積部10s的垂直CCD移位寄存器的最終位的傳輸電極ST3相鄰配置的傳輸電極ST1、和四個(gè)TG電極TG1～TG4。TG1和TG2具有列方向的相互的位置按每列交替反相的蛇行的形狀。在配置于分配部10t的所述傳輸電極ST1和TG1與TG2的對之間配置TG4，在水平傳輸部10h和TG1與TG2的對之間配置TG3。這些TG3和TG4構(gòu)成為分別沿行方向延伸的直線形狀。在奇數(shù)列的溝道區(qū)域20上，TG1控制TG4與TG2之間的區(qū)域的溝道電位，TG2控制TG1與TG3之間的區(qū)域的溝道電位。另一方面，在偶數(shù)列的溝道區(qū)域20上，TG2控制TG4與TG1之間的區(qū)域的溝道電位，TG1控制TG2與TG3之間的區(qū)域的溝道電位。TG電極TGi從驅(qū)動電路12被施加時(shí)鐘信號TGi(i＝1～4)。
構(gòu)成水平傳輸部10h的水平CCD移位寄存器由溝道區(qū)域24和水平傳輸電極26-1、26-2構(gòu)成。溝道區(qū)域24在分配部10t側(cè)，與溝道區(qū)域20和溝道截?cái)鄥^(qū)域22相接，相反側(cè)的邊界與溝道截止區(qū)域28相接。水平傳輸電極26-1設(shè)置在TG3與溝道截止區(qū)域28之間，配置在溝道區(qū)域24中的與各溝道區(qū)域20相連的部分。水平傳輸電極26-2配置為覆蓋兩個(gè)水平傳輸電極26-1之間的溝道區(qū)域24上。水平CCD移位寄存器為兩相驅(qū)動，與水平傳輸電極26-1對應(yīng)的溝道區(qū)域24構(gòu)成蓄積信息電荷的存儲區(qū)域，與水平傳輸電極26-2對應(yīng)的溝道區(qū)域24構(gòu)成注入雜質(zhì)而使溝道電位比存儲區(qū)域淺的勢壘區(qū)域。由相互鄰接的水平傳輸電極26-1、26-2構(gòu)成的各電極對相互電連接，對奇數(shù)列的溝道區(qū)域20所對應(yīng)的位置的電極對HS1施加水平傳輸時(shí)鐘H1，對偶數(shù)列的溝道區(qū)域20所對應(yīng)的位置的電極對HS2施加水平傳輸時(shí)鐘H2。
圖3是表示將幀傳輸?shù)叫罘e部10s中的信息電荷向水平傳輸部10h讀出的動作中的時(shí)序圖，表示了對蓄積部10s、分配部10t以及水平傳輸部10h進(jìn)行驅(qū)動的各時(shí)鐘信號的波形。另外，圖4、圖5是表示圖3所示的各時(shí)刻的各傳輸電極下的溝道電位的示意圖。圖4是針對奇數(shù)列的電荷傳輸溝道的圖，圖5是針對偶數(shù)列的電荷傳輸溝道的圖。在圖4、圖5的各自的最上部，表示了沿電荷傳輸溝道的傳輸電極的排列，圖中將電荷傳輸方向取為右向，其下表示了按時(shí)間序列沿縱向排列各傳輸電極下的溝道電位。溝道電位與圖7同樣，將下方向表示為正向，用實(shí)線表示了沿著電荷傳輸溝道的溝道電位的深度的變化，實(shí)線向下凹陷的部分是電位阱，能蓄積由電子構(gòu)成的信息電荷。另外，用斜線或帶網(wǎng)格的圖案表示電位阱中蓄積的信息電荷。
驅(qū)動電路12與時(shí)鐘信號Si(i＝1～3)相關(guān)地，生成接通電壓VH和兩種斷開電壓VL1、VL2，并根據(jù)定時(shí)將VH、VL1、VL2中的任一個(gè)作為Si而輸出。在此，接通電壓VH是規(guī)定的正電壓，施加了該電壓后的傳輸電極下的溝道電位變深，在該傳輸電極下形成可蓄積由電子構(gòu)成的信息電荷的電位阱。兩種斷開電壓VL1、VL2具有成為VH＞VL1＞VL2的大小關(guān)系。幀傳輸動作或行傳輸動作中的斷開電壓設(shè)定在VL1。另一方面，設(shè)定為規(guī)定的負(fù)電壓的VL2如后面所述，用于水平傳輸動作中的蓄積部10s的信息電荷的保持動作。例如，VL2如釘扎(pinningピンニング)電壓那樣被設(shè)定為在施加了該電壓的傳輸電極下的基板表面，形成蓄積有空穴的反轉(zhuǎn)層的電壓。
驅(qū)動電路12與時(shí)鐘信號TGi(i＝1～4)相關(guān)地，生成接通電壓VH和斷開電壓VL1，并根據(jù)定時(shí)將VH、VL1中的任一個(gè)作為TGi而輸出。另外，驅(qū)動電路12與時(shí)鐘信號Hi(i＝1、2)相關(guān)地，生成接通電壓VHH和斷開電壓VHL(VHH＞VHL)，并根據(jù)定時(shí)將VHH、VHL中的任一個(gè)作為Hi而輸出。另外，施加了VH時(shí)的STi和TGi下的溝道區(qū)域20的溝道電位、與施加了VHH時(shí)的HSi的存儲區(qū)域的溝道電位未必要相等，另外，施加了VL1時(shí)的STi和TGi下的溝道電位、與施加了VHL時(shí)的HSi的存儲區(qū)域的溝道電位未必要相等，但為了便于說明，在圖4和圖5中，表示為垂直傳輸涉及的溝道區(qū)域20和水平傳輸部10h的存儲區(qū)域各自的施加接通電壓時(shí)的溝道電位相互相同，而且施加斷開電壓時(shí)的溝道電位相互相同。
在時(shí)刻t1，圖像傳感器10的各部處于剛剛結(jié)束幀傳輸動作后的狀態(tài)或之前的水平傳輸動作已完成的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，蓄積部10s所保持的信息電荷被蓄積到傳輸電極ST2和ST3下形成的電位阱中。在該狀態(tài)之后進(jìn)行成行傳輸動作。在圖3～圖5中的時(shí)刻t1～時(shí)刻t6期間，進(jìn)行成行傳輸動作，蓄積部10s的垂直CCD移位寄存器的各位所保持的信息電荷逐位向水平傳輸部10h移動。對該動作進(jìn)行詳細(xì)說明。在時(shí)刻t1某位的ST2和ST3下蓄積的信息電荷，通過S2從接通電壓VH轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_電壓VL1(時(shí)刻t2)、進(jìn)一步S1從VL1轉(zhuǎn)變?yōu)閂H(時(shí)刻t3)，從而經(jīng)過僅蓄積于ST3下的狀態(tài)(時(shí)刻t2)之后，向ST3及其下一位的ST1下形成的電位阱移動(時(shí)刻t3)。同樣，通過S3轉(zhuǎn)變?yōu)閂L1(時(shí)刻t4)、進(jìn)而S2從VL1轉(zhuǎn)變?yōu)閂H(時(shí)刻t5)，從而信息電荷從時(shí)刻t3的蓄積于ST3和ST1下的狀態(tài)，經(jīng)過僅蓄積于ST1下的狀態(tài)(時(shí)刻t4)，向下一位的ST1和ST2下形成的電位阱移動(時(shí)刻t5)。
在本驅(qū)動方法中，將信息電荷蓄積到ST1和ST2下，然后將該信息電荷僅集中到ST2(時(shí)刻t6)，在該狀態(tài)下，結(jié)束成行傳輸動作，開始水平傳輸動作。即，行傳輸動作是使某位ST2和ST3下保持的信息電荷向僅形成在下一位的ST2下的電位阱移動。由此，在水平傳輸動作開始時(shí)，蓄積部10s在比以往窄的電位阱中保持信息電荷。相對于此，現(xiàn)有的驅(qū)動方法將信息電荷蓄積到ST1和ST2下，然后經(jīng)過將該信息電荷僅蓄積到ST2下的狀態(tài)，在向ST2和ST3下形成的電位阱移動的階段結(jié)束傳輸動作。即，現(xiàn)有的成行傳輸動作是使某位的ST2和ST3下保持的信息電荷向形成在下一位的ST2和ST3下的電位阱移動，在該電位阱中保持有信息電荷的狀態(tài)下開始水平傳輸動作。這是本驅(qū)動方法與現(xiàn)有的驅(qū)動方法的一個(gè)不同之處。
另外，蓄積部10s的垂直CCD移位寄存器的輸出端的位所保持的信息電荷40、42通過上述成行傳輸動作移動到分配部10t。
這里所說的水平傳輸動作包括分配部10t對奇數(shù)列的信息電荷和偶數(shù)列的信息電荷進(jìn)行分配后向水平CCD移位寄存器輸出的動作(分配動作)、將被分配輸出的信息電荷通過水平CCD移位寄存器進(jìn)行水平傳輸?shù)膭幼?狹義的水平傳輸動作)。具體而言，在成行傳輸動作后，作為水平傳輸動作，驅(qū)動電路12依次執(zhí)行如下動作將奇數(shù)列的信息電荷40從分配部10t向水平CCD移位寄存器傳輸?shù)钠鏀?shù)列分配傳輸動作(時(shí)刻t7～t12)、驅(qū)動水平CCD移位寄存器來水平傳輸奇數(shù)列信息電荷40的奇數(shù)列水平傳輸動作(期間PO)、將偶數(shù)列的信息電荷42從分配部10t向水平CCD移位寄存器傳輸?shù)呐紨?shù)列分配傳輸動作(時(shí)刻t13～t17)、以及驅(qū)動水平CCD移位寄存器來水平傳輸偶數(shù)列信息電荷42的偶數(shù)列水平傳輸動作(期間PE)。
水平傳輸動作期間保持于蓄積部10s的各位的信息電荷如上述那樣，在行傳輸動作結(jié)束時(shí)僅蓄積于單一的傳輸電極ST2下，但經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后，驅(qū)動電路12使S3轉(zhuǎn)變?yōu)閂H，到下一行傳輸動作開始為止，將信息電荷蓄積到ST2和ST3下形成的電位阱中。即，驅(qū)動電路12切換第一蓄積動作和第二蓄積動作，第一蓄積動作是在從成行傳輸動作結(jié)束到水平傳輸動作的中途為止的第一期間內(nèi)，將信息電荷蓄積到按蓄積部10s的垂直CCD移位寄存器的每位配置的一組傳輸電極中的一個(gè)傳輸電極下，第二蓄積動作是在從所述第一期間之后到下一成行傳輸動作的開始為止的第二期間內(nèi)，將信息電荷蓄積到所述一組傳輸電極中的比所述第一蓄積動作時(shí)多的兩個(gè)傳輸電極下。
如上所述，在成行傳輸動作的中途的電位阱變窄的定時(shí)，信息電荷被蓄積到基板表面附近，容易被界面能級俘獲。并且，界面能級俘獲在行傳輸動作中先通過的位的信息電荷，向后續(xù)位的電位阱釋放，從而會產(chǎn)生混色的問題。第一蓄積動作用于實(shí)現(xiàn)該問題的減輕，通過使蓄積信息電荷的電位阱變窄，從而實(shí)現(xiàn)與該電位阱對應(yīng)的傳輸電極下被釋放的俘獲電荷減少，來抑制混色。因此，進(jìn)行第一蓄積動作的第一期間PS1適宜設(shè)定得比成行傳輸后容易釋放俘獲電荷的期間長。另一方面，在第二蓄積動作中，通過擴(kuò)展電位阱使信息電荷遠(yuǎn)離基板表面，從而抑制在第一蓄積動作中被俘獲的信息電荷量，并且能使第一蓄積動作中已被俘獲的信息電荷釋放到原來的電位阱中。由此，在水平傳輸動作期間，在由蓄積部10s保持信息電荷的動作中，抑制俘獲的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)縱條紋的減輕。因此，還需要確保進(jìn)行第二蓄積動作的第二期間PS2的長度，第一期間PS1也希望考慮該方面來設(shè)定。
在本實(shí)施方式的驅(qū)動方法中，除上述方面之外，當(dāng)在奇數(shù)列水平傳輸動作或偶數(shù)列水平傳輸動作的中途切換S的狀態(tài)時(shí)，要考慮到通過水平傳輸讀出中的圖像信號容易混入噪聲，來確定第一蓄積動作和第二蓄積動作的切換定時(shí)。具體而言，驅(qū)動電路12在奇數(shù)列水平傳輸動作的期間PO和偶數(shù)列水平傳輸動作的期間PE之間的定時(shí)，進(jìn)行從第一蓄積動作到第二蓄積動作的切換。例如，該切換可與偶數(shù)列分配傳輸動作的開始同步進(jìn)行，驅(qū)動電路12將從行傳輸動作結(jié)束到偶數(shù)列分配動作的開始為止作為第一期間PS1，將從偶數(shù)列分配動作的開始到下一行傳輸動作的開始為止作為第二期間PS2，控制蓄積部10s中的信息電荷的保持動作。在該情況下，驅(qū)動電路12僅將成行傳輸動作結(jié)束時(shí)的時(shí)鐘S2為接通電壓VH而剩余的S1和S3為斷開電壓的狀態(tài)，維持到在時(shí)刻t13和t14期間TG1和TG3為接通電壓的定時(shí)，并在該定時(shí)將S3切換為接通電壓VH。
這里，在第一期間PS1內(nèi)，蓄積部10s的垂直CCD移位寄存器的各位的傳輸電極ST2在其下形成電位阱，ST1和ST3在該電位阱兩側(cè)形成位壘。為了形成該位壘而施加到ST1和ST3的S1和S3的斷開電壓也可采用上述兩種斷開電壓中的VL1，而在本實(shí)施方式中，設(shè)定在更低的VL2?？昭性谑┘恿薞L2的ST1和ST3下的基板表面，促進(jìn)在成行傳輸動作中產(chǎn)生的俘獲電荷與空穴的再結(jié)合。由此，傳輸電極ST1和ST3下的俘獲電荷的釋放被抑制，進(jìn)而從界面能級釋放而流入到相鄰的ST2下的電位阱的電荷量被抑制，因此可實(shí)現(xiàn)混色的降低。
以上，對關(guān)于靜止圖像攝影中的圖像傳感器10的驅(qū)動方法的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但如上所述本發(fā)明還可應(yīng)用于動態(tài)圖像攝影或預(yù)覽的驅(qū)動中。在該情況下，如上所述，驅(qū)動電路12對蓄積部10s的垂直CCD移位寄存器按每9個(gè)傳輸電極形成1個(gè)電位阱，并由三相驅(qū)動使該電位阱移動。在該驅(qū)動方法中，例如，第一蓄積動作對與傳輸時(shí)鐘的一相相當(dāng)?shù)倪B續(xù)配置的3個(gè)傳輸電極施加接通電壓，在由此形成的電位阱中保持信息電荷，另一方面，第二蓄積動作對與傳輸時(shí)鐘的兩相相當(dāng)?shù)倪B續(xù)配置的6個(gè)傳輸電極施加接通電壓，在由此形成的電位阱中保持信息電荷，從而與上述的靜止圖像攝影中同樣，可實(shí)現(xiàn)混色和縱條紋的抑制。
另外，本發(fā)明還可應(yīng)用在將一行份的信息電荷分割為三個(gè)以上信息電荷組并能向水平CCD移位寄存器讀出的CCD圖像傳感器的驅(qū)動方法。例如，在將一行信息電荷分割為三個(gè)信息電荷組來讀出的CCD圖像傳感器的驅(qū)動中，驅(qū)動電路可將一行份的水平傳輸動作分為第一～第三分組水平傳輸動作而依次進(jìn)行。在該驅(qū)動中，可在第一分組水平傳輸動作與第二分組水平傳輸動作的間隔、或第二分組水平傳輸動作與第三分組水平傳輸動作的間隔，進(jìn)行第一蓄積動作和第二蓄積動作的切換。在三個(gè)以上分組水平傳輸動作相互之間的哪個(gè)間隔進(jìn)行切換，可根據(jù)界面能級在成行傳輸動作的中途將俘獲的電荷釋放的過程的時(shí)間常數(shù)來確定。即，還可構(gòu)成為成行傳輸后的俘獲電荷容易被釋放的期間根據(jù)時(shí)間常數(shù)來確定，在比該容易釋放的期間更遲的馬上到來的分組水平傳輸動作的間隔，結(jié)束第一期間PS1。
另外，本發(fā)明的驅(qū)動方法不僅可應(yīng)用于具有三相驅(qū)動的垂直CCD移位寄存器的圖像傳感器，還可應(yīng)用于具有四項(xiàng)以上垂直CCD移位寄存器的圖像傳感器。另外，在隔行方式的CCD圖像傳感器中，將由光電二極管產(chǎn)生的信息電荷讀出到相鄰的垂直CCD移位寄存器，將該垂直CCD移位寄存器按一行份的水平傳輸動作逐位進(jìn)行驅(qū)動。該隔行方式的圖像傳感器中的垂直CCD移位寄存器的動作與幀傳輸方式的CCD圖像傳感器中的蓄積部10s類似，應(yīng)用本發(fā)明可抑制混色或縱條紋，能實(shí)現(xiàn)畫質(zhì)的提高。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像元件的驅(qū)動方法，所述固體攝像元件具有多個(gè)垂直CCD移位寄存器，能進(jìn)行將由行列配置的受光像素產(chǎn)生的信息電荷沿列方向垂直傳輸?shù)膎相驅(qū)動(n是3以上的自然數(shù))；和水平CCD移位寄存器，將從所述多個(gè)垂直CCD移位寄存器輸出的所述信息電荷沿行方向水平傳輸，該固體攝像元件的驅(qū)動方法包括成行傳輸動作，由所述各垂直CCD移位寄存器逐位移動所述信息電荷，從而對所述信息電荷逐行進(jìn)行垂直傳輸；水平傳輸動作，將通過所述成行傳輸動作而從所述多個(gè)垂直CCD移位寄存器輸出的一行份的所述信息電荷，由所述水平CCD移位寄存器進(jìn)行水平傳輸；和信息電荷保持動作，在進(jìn)行所述水平傳輸動作期間，將所述垂直CCD移位寄存器上的所述信息電荷保持于當(dāng)前所在的位，所述信息電荷保持動作包括第一蓄積動作，從剛剛進(jìn)行的所述成行傳輸動作的期間開始到所述水平傳輸動作的中途為止的第一期間，將所述信息電荷蓄積到按所述垂直CCD移位寄存器的每位而配置的一組傳輸電極中的m1個(gè)傳輸電極下；和第二蓄積動作，從所述第一期間后開始到下一所述成行傳輸動作的期間的開始為止的第二期間，將所述信息電荷蓄積到所述一組傳輸電極中的比所述m1個(gè)多的m2個(gè)傳輸電極下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，所述固體攝像元件具有分配傳輸機(jī)構(gòu)，其將通過所述成行傳輸動作而從所述多個(gè)垂直CCD移位寄存器輸出的一行份的所述信息電荷，分割為第一～第k(k是2以上的自然數(shù))信息電荷組，并按各該信息電荷組依次向所述水平CCD移位寄存器傳輸，所述水平傳輸動作依次進(jìn)行對所述第一～第k信息電荷組分別進(jìn)行水平傳輸?shù)牡谝弧趉分組水平傳輸動作，所述信息電荷保持動作與所述分組水平傳輸動作相互的k-1個(gè)間隔的任一個(gè)同步，進(jìn)行從所述第一蓄積動作向所述第二蓄積動作的切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固體攝像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，所述第一期間的長度根據(jù)構(gòu)成所述垂直CCD移位寄存器的溝道的半導(dǎo)體基板的界面能級釋放所俘獲的電荷的過程的時(shí)間常數(shù)來設(shè)定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，所述固體攝像元件具有分配傳輸機(jī)構(gòu)，其將通過所述成行傳輸動作而從所述多個(gè)垂直CCD移位寄存器輸出的一行份的所述信息電荷，分割為與奇數(shù)列對應(yīng)的信息電荷組和與偶數(shù)列對應(yīng)的信息電荷組，并將該信息電荷組依次向所述水平CCD移位寄存器傳輸，所述水平傳輸動作依次進(jìn)行水平傳輸所述奇數(shù)列的信息電荷組的奇數(shù)列水平傳輸動作和水平傳輸所述偶數(shù)列信息電荷組的偶數(shù)列水平傳輸動作，所述信息電荷保持動作與所述奇數(shù)列水平傳輸動作和所述偶數(shù)列水平傳輸動作的間隔同步，進(jìn)行從所述第一蓄積動作向所述第二蓄積動作的切換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4的任一項(xiàng)所述的固體攝像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，所述垂直CCD移位寄存器能三相驅(qū)動，所述第一蓄積動作將所述信息電荷蓄積到所述三相驅(qū)動中的一相所對應(yīng)的所述傳輸電極下，所述第二蓄積動作將所述信息電荷蓄積到所述三相驅(qū)動中的兩相所對應(yīng)的所述傳輸電極下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5的任一項(xiàng)所述的固體攝像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，在所述第一蓄積動作中，對形成針對在所述各位蓄積的所述信息電荷的位壘的所述傳輸電極，施加比所述成行傳輸動作中的傳輸時(shí)鐘的斷開電壓低的第一蓄積動作時(shí)的斷開電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固體攝像元件的驅(qū)動方法，其特征在于，所述第一蓄積動作時(shí)的斷開電壓是在所述傳輸電極下的半導(dǎo)體表面形成反轉(zhuǎn)層的釘扎電壓所對應(yīng)的值。
全文摘要
在幀傳輸方式的CCD圖像傳感器的行傳輸動作中，因界面能級所俘獲的電荷釋放到后續(xù)位而產(chǎn)生混色，或因水平傳輸期間中的俘獲而產(chǎn)生縱條紋。本發(fā)明提供一種固體攝像元件的驅(qū)動方法，其中，將由三相驅(qū)動的垂直CCD移位寄存器所構(gòu)成的蓄積部中的成行傳輸動作(時(shí)刻t
文檔編號H04N5/357GK101064791SQ20071009705
公開日2007年10月31日 申請日期2007年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者逸見一隆, 白井健一 申請人:三洋電機(jī)株式會社