專利名稱：驅(qū)動攝像元件的驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動攝像元件的驅(qū)動裝置。特別涉及即使將規(guī)定數(shù) 的、在各像素單元中生成的電荷相加并輸出時，也可以抑制圖像散 亂(blooming)的驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
近年來，作為數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)的攝像元件，廣泛使用 CCD (電荷耦合器件)型圖像傳感器。CCD型圖像傳感器使用CCD將 各像素單元生成的電荷向外部輸出。CCD通過劃分為多個區(qū)域并傳送 各區(qū)域不同的像素單元的電荷來提高其傳送效率。
這樣，因CCD—次傳送很多電荷，故在一定條件下會出現(xiàn)稱之為 圖像散亂的現(xiàn)象，有時會得不到正常的圖像數(shù)據(jù)。
圖像散亂是指當(dāng)讀出超過CCD的傳送能力的電荷時，在CCD內(nèi)部 電荷溢出，對相鄰傳送的其他信號電荷產(chǎn)生影響的現(xiàn)象。特別是， 當(dāng)對攝像元件入射強(qiáng)的光點(diǎn)時，容易引起圖像散亂。
作為這樣的圖像散亂的抑制手段，具有在不超過CCD的傳送能力 的范圍內(nèi)對像素單元預(yù)先設(shè)定飽和量，當(dāng)超過飽和量時排出多余生 成的電荷的機(jī)構(gòu)(溢漏結(jié)構(gòu))。
進(jìn)而，還提出了不固定上述飽和量使其根據(jù)情況而變，從而提高 圖像散亂抑制效率的技術(shù)(日本國特開昭61-26375號公報)。
另一方面，在近年來的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)的領(lǐng)域中，謀求 攝像元件的多像素化。例如，若是具有500萬個像素單元的CCD型 圖像傳感器，則垂直方向的像素單元數(shù)約1920個，水平方向的像素 單元數(shù)約2560個，這大約是通常的NTSC用CCD型圖像傳感器的16 倍。因此，單位時間應(yīng)處理的信息量增加了，在拍攝活動圖像時會 出現(xiàn)與監(jiān)視器的顯示不符的情況。
因此，提出了混合模式，即，通過將規(guī)定數(shù)的、在各像素單元中
生成的電荷讀出到CCD而使其相加后再輸出。例如，在數(shù)字?jǐn)z像機(jī) 中，當(dāng)拍攝靜止圖像時，使用個別輸出各像素單元的電荷的個別模 式，在拍攝活動圖像時，使用混合模式。
但是，在上述混合模式的情況下，因使規(guī)定數(shù)的像素單元的電荷 相加并作為1個信號電荷，故，若使CCD型圖像傳感器的驅(qū)動方法 和個別模式一樣，則存在容易引起圖像散亂的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種技術(shù)，在有選擇地切換使用個 別模式和混合模式的攝像元件中，選擇個別模式和混合模式中的任 何一個都能抑制圖像散亂。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的驅(qū)動裝置涉及一種驅(qū)動裝置，使用 通過將規(guī)定數(shù)的、在像素單元中生成的電荷讀出到攝像元件的暫時 保持區(qū)域中而使其相加的混合模式，驅(qū)動具有多個與爆光量對應(yīng)地 生成電荷的像素單元，該裝置具有設(shè)定裝置，在將各像素單元生 成的電荷讀出到上述暫時保持區(qū)域的讀出期間將作為各像素單元能 積蓄的電荷的上限的飽和量設(shè)定得比使用個別讀出各像素單元生成 的電荷的個別模式時少；以及抑制裝置，與使用上述個別模式的情 況相比更多地抑制上述啄光量。
若按照上述構(gòu)成，驅(qū)動裝置使混合模式時的讀出期間的飽和量比 個別模式時少，同時抑制曝光量。這里，驅(qū)動裝置從兩個方面來抑 制圖像散亂。
一方面是在混合模式的情況下降低各像素單元能積蓄的電荷的 上限。由此，在混合模式下，即使向攝像元件入射強(qiáng)的光點(diǎn)，因各 像素單元積蓄的電荷的上限降低了 ，故多余的電荷不會讀出到暫時 保持區(qū)域。再有，因設(shè)定裝置的目的是防止即使在混合模式下也不 會將多余的電荷讀出到暫時保持區(qū)域，故為了達(dá)到該目的，降低讀 出期間的上限就足夠了。
另一方面是在混合模式的情況下使各像素單元生成的電荷量比 個別模式情況時少。由此，在混合模式的情況下，即使向攝像元件 入射強(qiáng)的光點(diǎn)，因抑制了各像素單元的曝光量，故不會生成多余的 電荷。
因此，驅(qū)動裝置可以抑制讀入暫時保持區(qū)域中的電荷的溢出，從 而抑制圖像散亂。
此外，上述設(shè)定裝置進(jìn)而也可以在與各像素單元的光接收量對應(yīng) 地生成電荷的積蓄期間，與使用上述個別模式同等地設(shè)定上述飽和 量。
若按照上述構(gòu)成，在積蓄期間，混合模式和個別模式下的飽和量 同等地設(shè)定。
例如，當(dāng)攝像元件是在半導(dǎo)體襯底上形成各像素單元，并具有溢 漏結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品時，驅(qū)動裝置通過對半導(dǎo)體襯底施加不同的襯底電 壓，可以設(shè)定飽和量。但是，當(dāng)對半導(dǎo)體襯底施加不同的襯底電壓 時，像素單元形成的井型勢場的形狀發(fā)生變化，隨之像素單元的分 光特性也發(fā)生變化。該分光特性的變化會使圖像的色重現(xiàn)性惡化。
因此，本發(fā)明的驅(qū)動裝置在各像素生成并積蓄電荷的期間，使個 別模式和混合模式情況下的飽和量相等。因此，驅(qū)動裝置可以防止 攝像元件分光特性的變化，可以實(shí)現(xiàn)很高的色重現(xiàn)性。
此外，上述設(shè)定裝置也可以使相加后的電荷不超過上述暫時保持 區(qū)域的最大保持量那樣來設(shè)定上述飽和量。
若按照上述構(gòu)成，驅(qū)動裝置可以在個別模式的情況下使各像素單 元的電荷不超過最大保持量，在混合模式的情況下，即使各像素的 電荷相加也不超過最大保持量。
因此，驅(qū)動裝置可以抑制讀出到暫時保持區(qū)域中的電荷的溢出， 從而抑制圖像散亂。
此外，上述設(shè)定裝置也可以將上述飽和量設(shè)定為使用個別模式時 的飽和量的上述規(guī)定數(shù)分之一。
若按照上述構(gòu)成，例如，當(dāng)在混合模式時9個像素單元的電荷相 加時，飽和量為個別模式時的1/9。因此，驅(qū)動裝置可以抑制讀出到 暫時保持區(qū)域中的電荷的溢出，從而抑制圖像散亂。
此外，上述像素單元在半導(dǎo)體襯底上形成，具有當(dāng)電荷超過上述 飽和量使多余生成的電荷排出到上述半導(dǎo)體襯底的溢漏結(jié)構(gòu)，上述 飽和量根據(jù)供給上述半導(dǎo)體襯底的襯底電壓設(shè)定，上述設(shè)定裝置也 可以將供給上述半導(dǎo)體襯底的襯底電壓設(shè)定得比使用上述個別模式 時的襯底電壓高。
若按照上述構(gòu)成，驅(qū)動裝置可以在各像素的電荷超過上述飽和量 時使多余生成的電荷排出到上述半導(dǎo)體襯底。
這樣，通過將多余的電荷排出到半導(dǎo)體襯底，從而可以對各像素 單元中的多余電荷進(jìn)行處理。
此外，上述曝光量相當(dāng)于在積蓄期間對各像素單元的光接收量積 分后的值，上述抑制裝置也可以縮短上述積蓄時間，使其比使用上
述個別模式時短。
若按照上述構(gòu)成，驅(qū)動裝置通過縮短各像素單元的積蓄時間來抑 制曝光量。因此，驅(qū)動裝置可以抑制讀出到暫時保持區(qū)域中的電荷 的溢出，從而抑制圖像散亂。
此外，上述抑制裝置包括存儲比使用上述個別模式時的積蓄時 間短的積蓄時間的存儲裝置；將各像素單元的電荷全部排出的復(fù)位 裝置；從上述復(fù)位裝置排出電荷的時刻開始經(jīng)過上述存儲裝置存儲 的積蓄時間之后，將各像素單元生成的電荷讀出到暫時保持區(qū)域中 的讀出裝置若按照上述構(gòu)成，驅(qū)動裝置從上述復(fù)位裝置排出全部電荷的時刻 開始經(jīng)過與各模式對應(yīng)的積蓄時間之后，讀出各像素單元的電荷。 這里，混合模式比個別模式的積蓄時間短。
因此，驅(qū)動裝置可以抑制啄光量。
此外，上述抑制裝置也可以包括存儲比使用上述個別模式時的積 蓄時間短的積蓄時間的存儲裝置和通過只在上述存儲裝置存儲的積 蓄期間打開來使各像素單元進(jìn)行光接收的機(jī)械快門。
若按照上述構(gòu)成，驅(qū)動裝置使機(jī)械快門只在與各模式對應(yīng)的積蓄 期間打開，使各像素單元進(jìn)行光接收。這里，混合模式比個別模式 的積、蓄時間短。
因此，驅(qū)動裝置可以抑制曝光量。
此外，也可以使上述膝光量相當(dāng)于在積蓄期間對各像素單元的光 接收量積分后的值，使上述抑制裝置在上述混合模式時比上述個別 模式時的光接收量少。
若按照上述構(gòu)成，驅(qū)動裝置通過減少各像素單元的光接收量來抑 制曝光量。因此，驅(qū)動裝置可以抑制讀出到暫時保持區(qū)域中的電荷 的溢出，從而抑制圖像散亂。
此外，上述抑制裝置也可以具有存儲比使用上述個別模式時的開 口率小的開口率的存儲裝置和通過與上述開口率對應(yīng)打開來使各像 素單元受光的光圈機(jī)構(gòu)。
若按照上述構(gòu)成，驅(qū)動裝置使光圏機(jī)構(gòu)與各模式的開口率對應(yīng)打 開而使各像素單元進(jìn)行光接收。這里，混合模式比個別模式時的開 口率小。
因此，驅(qū)動裝置可以抑制膝光量。
此外，上述抑制裝置也可以使上述曝光量是使用上述個別模式時 的曝光量的上述規(guī)定數(shù)分之一。
若按照上述構(gòu)成，例如，當(dāng)在混合模式時9個像素單元的電荷相 加時，飽和量為個別模式時的1/9。因此，驅(qū)動裝置可以抑制讀出到 暫時保持區(qū)域中的電荷的溢出，從而抑制圖像散亂。
本發(fā)明的驅(qū)動方法是使用通過將規(guī)定數(shù)的、在像素單元生成的電 荷讀出到該攝像元件的暫時保持區(qū)域中而使其相加的混合模式，驅(qū) 動具有多個與曝光量對應(yīng)生成電荷的像素單元的攝像元件的驅(qū)動方 法，包括在將各像素單元生成的電荷讀出到上述暫時保持區(qū)域的 讀出期間，將作為各像素單元能積蓄的電荷的上限的飽和量設(shè)定得 比使用個別讀出各像素單元生成的電荷的個別模式時少的設(shè)定步 驟；以及與使用上述個別模式的情況相比更多地抑制上述啄光量的 抑制步驟。
若按照上述結(jié)構(gòu)，驅(qū)動方法使混合模式時的讀出期間的飽和量比 個別模式時少，同時抑制啄光量。該驅(qū)動方法的結(jié)構(gòu)和上述驅(qū)動裝 置一樣。因此，驅(qū)動方法可以發(fā)揮和驅(qū)動裝置同樣的效果。
本發(fā)明的攝像裝置是每多個像素單元與曝光量對應(yīng)地生成電荷 并根據(jù)上述每多個像素單元的電荷生成圖像數(shù)據(jù)的攝像裝置，包 括具有上述多個像素單元的攝像元件；使用個別讀出上述每多個 像素單元生成的電荷的個別模式和將上述每多個像素單元中規(guī)定數(shù) 的、在像素單元中生成的電荷相加并讀出的混合模式中的某一個讀 出模式，驅(qū)動上述攝像元件的驅(qū)動裝置；與使用某一個讀出模式從 上述攝像裝置中讀出的電荷對應(yīng)地生成圖像數(shù)據(jù)的信號處理部；與 輸入信號對應(yīng)地選擇上述驅(qū)動裝置中的上述個別模式和上述混合模 式的控制部，這里，上述驅(qū)動裝置包括設(shè)定裝置，在將上述多個
像素單元生成的電荷讀出到暫時保持區(qū)域的讀出期間，與使用上述 個別模式的情形相比較，使用上述混合模式時，將作為各像素單元
能積蓄的電荷的上限的飽和量設(shè)定得少一些；抑制裝置，使用上述 混合模式與使用上述個別模式的情況比較，更多地抑制上述曝光 量。
若按照上述結(jié)構(gòu)，攝像裝置可以發(fā)揮和上述驅(qū)動裝置同樣的效果。


圖l是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)l的攝像元件及其驅(qū)動裝置的整體構(gòu) 成(攝像裝置)的圖。
圖2是表示攝像元件110的平面結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示圖2的A-A線的光電變換部la和垂直CCD2a的截面圖。
圖4是表示沿圖3的B-C-D線的電位分布的圖。
圖5是表示驅(qū)動部120生成襯底電壓Vsub的電路圖。
圖6是表示攝像元件的驅(qū)動時序的圖。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的攝像元件及其驅(qū)動裝置的整體結(jié) 構(gòu)(攝像裝置)的圖。
圖8是表示驅(qū)動部220生成襯底電壓Vsub和驅(qū)動信號Sd的電路圖。
圖9是表示攝像元件的驅(qū)動時序的圖。
圖IO是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的攝像元件及其驅(qū)動裝置的整體 構(gòu)成(攝像裝置)的圖。
圖11是表示個別模式和混合模式的開口面積和積蓄時間的對應(yīng) 關(guān)系的圖。
圖12是表示個別模式和混合模式的開口面積和積蓄時間的對應(yīng) 關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施形態(tài)。 (實(shí)施形態(tài)1 )
實(shí)施形態(tài)1的驅(qū)動裝置在混合模式下，各像素單元能積蓄的電荷 的飽和量比個別模式時少，同時，縮短各像素單元生成并積蓄電荷 的積蓄時間。因此，即使使用混合模式，驅(qū)動部也能抑制圖像散亂。
圖l是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)l的攝像元件及其驅(qū)動裝置的整體結(jié) 構(gòu)(攝像裝置)的圖。
攝像元件110具有在半導(dǎo)體襯底上呈行列狀排列的多個像素單 元。各像素單元的受光面具有RGB中的某一種顏色的濾光片，與透 過彩色濾光片的光量對應(yīng)地生成并積蓄電荷。積蓄的電荷按照從驅(qū) 動部120供給的驅(qū)動信號依次向模擬前端(Analog front end) 130 輸出。
驅(qū)動部120根據(jù)來自同步信號生成部142的基準(zhǔn)信號生成用來驅(qū) 動攝像元件110的9種驅(qū)動信號，并供給攝像元件110。這里，作為 基準(zhǔn)信號，有時鐘信號(CLK)、垂直同步信號(VD)和水平同步信 號(HD)。此外，攝像元件110的驅(qū)動模式有個別模式和混合模式， 驅(qū)動部120有選擇地切換這些模式進(jìn)行驅(qū)動。
個別模式是將在各像素單元中生成的電荷個別地向模擬前端 130輸出的模式?；旌夏Ｊ绞菍⒃诟飨袼貑卧猩傻碾姾砂匆?guī)定數(shù) 相加后向模擬前端130輸出的模式。
驅(qū)動部120內(nèi)部具有個別模式驅(qū)動信號生成部121、混合模式驅(qū) 動信號生成部122和選擇器123。
個別模式驅(qū)動信號生成部121生成用來使用個別模式驅(qū)動攝像 元件110的9種驅(qū)動信號。
混合模式驅(qū)動信號生成部122生成用來使用混合模式驅(qū)動攝像 元件110的9種驅(qū)動信號。
選擇器123有選擇地切換由個別模式驅(qū)動信號生成部121生成的 驅(qū)動信號和由混合模式驅(qū)動信號生成部122生成的驅(qū)動信號。該切 換通過從控制部143接收模式選擇信號(Sm)來進(jìn)行。
模擬前端130由相關(guān)二重采樣電路(CDS:相關(guān)二重采樣)、自 動增益控制電路和AD變換電路構(gòu)成，攝像元件110根據(jù)輸出的電荷 生成信號處理部141能處理的數(shù)字信號。
信號處理部141使用存儲器144處理從模擬前端130得到的數(shù)字 信號，再生成由亮度信號和色調(diào)信號構(gòu)成的圖像數(shù)據(jù)。存儲器144
例如是SDRAM。
同步信號生成部142內(nèi)部具有時鐘，將由時鐘生成的基準(zhǔn)信號 (CLK、 VD、 HD)供給驅(qū)動部120。
用戶操作部150接受用戶的操作(按下快門、切換活動圖像模式 和靜止圖像模式等)并通知控制部143。
測光部160測定攝像元件110的光接收量，并將測定結(jié)果通知控 制部143。
控制部143具體地說由CPU、 ROM、 RAM等構(gòu)成，通過執(zhí)行ROM 中記錄的程序來實(shí)現(xiàn)各功能。例如，當(dāng)從用戶接受從活動圖像模式 切換到靜止圖像模式的命令時，向驅(qū)動部120輸出表示個別模式的 模式選擇信號。由此，驅(qū)動部120進(jìn)入個別模式驅(qū)動的待機(jī)狀態(tài)。 其后，當(dāng)接受用戶按下快門的命令時，根據(jù)測光部160的測定結(jié)果 選擇適當(dāng)?shù)目扉T速度，再向驅(qū)動部120輸出表示快門速度等參數(shù)信 息和開始拍攝的觸發(fā)信號。由此，驅(qū)動部120向攝像元件110供給
驅(qū)動信號并開始拍攝。
下面，說明攝像元件110和驅(qū)動部120的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。 圖2是表示攝像元件110的平面結(jié)構(gòu)的圖。
攝像元件110是所謂隔行轉(zhuǎn)移方式的CCD型圖像傳感器。光電變 換部1是與曝光量對應(yīng)地生成電荷的器件。各光電變換部la、 lb等 呈行列狀配置在半導(dǎo)體襯底上。垂直CCD2利用6種驅(qū)動信號(J)V1 (J)V6在垂直方向傳送電荷。各垂直CCD2a、 2b等在光電變換部1的 各列間各配置1個。水平CCD3 —般是2相CCD，利用2種驅(qū)動信號 (J)H1、 (J)H2在水平方向傳送電荷。
由此，各光電變換部積蓄的電荷通過垂直CCD和水平CCD依次傳 送給放大器4。放大器4根據(jù)傳送來的電荷生成信號并放大，經(jīng)OUT 端子輸出給模擬前端130。
再有，標(biāo)在各光電變換部上的RGB表示設(shè)在各像素 單元的受光面上的濾光片的種類。這里，作為彩色濾光片的排列方 式，采用成對(乂4弋)排列。
此外，標(biāo)在各垂直CCD上的VIV2…V6表示加給各區(qū) 域的驅(qū)動信號的種類。例如，對標(biāo)有VI的區(qū)域加驅(qū)動信號cl)Vl。 標(biāo)在各水平CCD上的HlH2也同樣表示加給各區(qū)域的驅(qū)動信 號的種類。
加給各垂直CCD和水平CCD的驅(qū)動信號經(jīng)VI ~ V6端子、H1和H2 端子從驅(qū)動部120供給。
此外，對攝像元件110的半導(dǎo)體襯底加村底電壓Vsub。
驅(qū)動部120供給的驅(qū)動信號小V1~cJ)V6d)Hl(J) H2和Vsub示出在個別模式和混合模式時不同的波形。
d)Vl~ d)V6可以取低中高3個值。高只在垂直 CCD讀出光電變換部1的電荷時施加。中低在垂直CCD傳送 電荷時交替施加。例如，當(dāng)垂直CCD2a讀出光電變換部la的電荷時， (J)V1為高。當(dāng)垂直CCD2a讀出光電變換部lb的電荷時，(j)V3 為高。再有，因(J)V1并列加給光電變換部ld、 lf、 lg，故，若 d)Vl為高，則其結(jié)果是，光電變換部的電荷每隔光電變換部la 所在的行和光電變換部ld所在的行等2行由垂直CCD讀出。
圖3是表示圖2的A-A線的光電變換部la和垂直CCD2a的截面圖。
由圖3可知，在n型襯底11的上部形成p阱12，在其中形成光 電變換部la和垂直CCD2a。進(jìn)而在其上形成兼作為控制從光電變換 部la讀出的電極和垂直CCD的傳送電極的電極14。像素分離部16 是對相鄰像素單元進(jìn)行電隔離的區(qū)域。
光電變換部la在接收入射光之后，與其光量對應(yīng)地生成電荷。 對電極14加給由3值電壓(低、中、高)構(gòu)成的驅(qū)動信號c!)Vl， 當(dāng)對電極14加高電平時，光電變換部la的電荷經(jīng)讀出口 13， 讀出到垂直CCD2a讀出。此外，溢出口 15受加在n型襯底11上的 襯底電壓Vsub控制。
圖4是表示沿圖3的B-C-D線的電位分布的圖。 圖4的縱軸表示電位，橫軸表示位置。橫軸在B-C間表示水平方 向的位置，在C-D間表示垂直方向的位置。此外，圖中上部的11、 15、 la、 13、 2a分別與圖3的參照序號對應(yīng)。
由此可知，在光電變換部la中形成以讀出口 13的電位23a和溢 出口 15的電位25a為壁壘的井型勢場。
光電變換部la生成的電荷(電子)20積蓄在井型勢場中。 讀出口 13和垂直CCD2a的電位與加給電極14的驅(qū)動信號(J)V1
(=低、中、高)對應(yīng)地變化。
23a表示小VlH氐時的讀出口 13的電位。23b表示(bVl-中時的讀 出口 13的電位，23c表示d)Vl-高時的讀出口 13的電位。光電變換 部la積蓄的電荷只當(dāng)d) Vl-高時才被垂直CCD2a讀出。
25a表示襯底電壓Vsub=5V時的溢出口 15的電位。25b表示襯底 電壓Vsub=12V時的溢出口 15的電位。25c表示襯底電壓Vsub=25V 時的溢出口 15的電位。
在井型勢場中，光電變換部la生成的電荷隨時間逐漸積蓄，電 位20a下降(在圖4中20a向上方移動)。而且，當(dāng)生成的電荷過 剩時，多余電荷通過溢出口 15排出到n型襯底11。即，可以由襯底 電位Vsub來決定光電變換部la能積蓄的電荷的飽和量。因此，通 過適當(dāng)設(shè)定襯底電壓Vsub，可以抑制因垂直CCD2a內(nèi)過剩電荷的溢 出而產(chǎn)生的圖像散亂。
這里，襯底電壓Vsub的合適值(光電變換部la的電荷的飽和量) 可以由垂直CCD和水平CCD能傳送電荷的最大傳送量來決定。若是 個別模式，可以使光電變換部la的電荷的飽和量等于或小于CCD的 最大傳送量。若是混合模式，則可以根據(jù)電荷相加的數(shù)目，減少光 電變換部la的電荷的飽和量。例如，當(dāng)使9個光電變換部的電荷相 加時，可以考慮將各光電變換部的電荷飽和量設(shè)定為個別模式時的 1/9。
此外，溢出口 15也具有使光電變換部la積蓄的電荷全部排除到 n型襯底11的復(fù)位功能(Vsub=25V時)。這時，襯底電壓Vsub的 合適值可以設(shè)定成使溢出口 15的電位等于或大于井型勢場的底部的 電位。
在本實(shí)施形態(tài)中，根據(jù)上述方法，將個別模式的村底電壓Vsub 設(shè)定為5V，將混合模式的襯底電壓Vsub設(shè)定為12V。將復(fù)位功能起 動時的襯底電壓Vsub設(shè)定為25V。
其次，說明驅(qū)動部120生成驅(qū)動信號的電路，特別說明生成襯底 電壓Vsub的電路。
圖5是表示驅(qū)動部120生成襯底電壓Vsub的電路圖。
圖5 (a)是示出計數(shù)器的圖。
驅(qū)動部120內(nèi)部裝有計數(shù)器124。計數(shù)器124對來自同步信號生 成部142的時鐘信號(CLK)進(jìn)行計數(shù)，在規(guī)定的計數(shù)值(2、 4、 18、 20、 22、 24)上從各輸出端子輸出高電平。此外，計數(shù)器124在垂 直同步信號(VD)的上升沿復(fù)位。
圖5 (b)是示出Vsub輸出電路的圖。
125a~ 125d是2個輸入1個輸出的選擇器，根據(jù)來自控制部143 的模式選擇信號(Sm)切換其輸出。這里，輸入到125a的218
表示計數(shù)器124的輸出端子(其余同樣)。此外，當(dāng)模式選擇信號 為0時，表示個別模式，當(dāng)模式選擇信號為1時，表示混合 模式。
126a、 126b是鎖存電路，在從向置位端子(S )輸入高電平到向 復(fù)位端子(R)輸入高電平的期間，從輸出端子(Q)輸出高電平。 除此之外的期間輸出低電平。
Trl、 Tr2是開關(guān)晶體管，當(dāng)鎖存電路的輸出為高電平時導(dǎo)通， 低電平時截止。
Dl、 D2、 D3是防止因意外的電壓引起的反向電流流過的二極管， Cl、 C2是只使脈沖成分輸出的電容器，R是接地電阻。 其次，說明攝像元件的驅(qū)動時序。 圖6是表示攝像元件的驅(qū)動時序的圖。
CLK、 VD、 HD是由同步信號生成部142生成并輸入驅(qū)動部120的 信號。
CLK例如是12MHz的時鐘信號。
VD是將時鐘信號分頻后生成的垂直同步信號。驅(qū)動部120在1 個VD期間，對垂直CCD結(jié)束所有行的傳送。
HD是將時鐘信號分頻后生成的水平同步信號。驅(qū)動部120在1 個HD期間，對水平CCD結(jié)束所有列的傳送。
(J) VI、 (j) V3、 Vsub是驅(qū)動部120生成的9種驅(qū)動信號中的3個 驅(qū)動信號。驅(qū)動部120另外還生成(J)V2、 (J)V4、 cJ)V5、 cJ)V6、小H1、 cJ)H2，這里省略其說明。
4)Vl是驅(qū)動讀出口 13和各垂直CCD的驅(qū)動信號，由3值電壓脈 沖(低、中、高)形成。
如使用圖4說明的那樣，當(dāng)(J)Vl-高時，讀出口 13的電位上升到 23c ，將光電變換部前面積蓄的電荷讀出到垂直CCD。從該d)Vl變成
高電平的上升沿開始進(jìn)入讀出期間。其后，讀出到垂直CCD的電荷 通過使d)V1 (J)V6交替重復(fù)低和中電平，進(jìn)行垂直傳送而到達(dá)水平 CCD。電荷在轉(zhuǎn)移到水平CCD之后，進(jìn)行水平傳送，并作為信號輸出 給模擬前端130。
Vsub是驅(qū)動溢出口 15的驅(qū)動信號，由5V、 12V、 25V 3值電壓 脈沖構(gòu)成。Vsub在個別模式和混合模式時，其驅(qū)動時序和波形不同， 這一點(diǎn)體現(xiàn)了本實(shí)施形態(tài)的特征。
在個別模式下，Vsub通常是5V，但在計數(shù)值為2的時刻變成 25V。由此起動復(fù)位功能，光電變換部以前積蓄的電荷全部排出到n 型襯底11 。接著，Vsub在計數(shù)值為4的時刻再次回到5V。從計數(shù) 值為4的時刻到計數(shù)值為2的時刻為積蓄期間。在該積蓄期間，光 電變換部生成并積蓄的電荷在讀出到垂直CCD和水平CCD之后作為傳送 信號輸出。
在混合模式下，與個別模式相比，起動復(fù)位功能的時間滯后，在 計數(shù)值為18的時刻Vsub是25V,在計數(shù)值為20的時刻回到5V。因 此，混合模式與個別模式相比，積蓄時間縮短了，光電變換部生成 并積蓄的電荷減少。
這里，混合模式與個別模式相比，積蓄時間與電荷相加的數(shù)目對 應(yīng)地縮短。例如，當(dāng)將9個光電變換部的電荷相加時，積蓄時間變 成個別模式時的1/9。
此外，在混合模式下，使Vsub在計數(shù)值是22的時刻到24的時 刻為12V。該期間與cj)Vl為高的期間同步。即，當(dāng)光電變換部的電 荷讀出到垂直CCD時，光電變換部的電荷的飽和量是個別模式時的 1/9。
這樣，在本實(shí)施形態(tài)中，驅(qū)動部120使混合模式與個別模式相 比，讀出期間的飽和量減少，同時積蓄時間縮短。
一方面是在混合模式的情況下降低各像素單元能積蓄的電荷的 上限，使其比個別模式時低。由此，在混合模式下，即使向攝像元 件110入射強(qiáng)的光點(diǎn)，因各像素單元積蓄的電荷的上限降低了 ，故 多余的電荷不會讀出到垂直CCD。
另一方面是在混合模式的情況下抑制各像素單元生成的電荷 量，使其比個別模式情況時少。由此，在混合模式的情況下，即使
向攝像元件110入射強(qiáng)的光點(diǎn)，因縮短了各像素單元的積蓄時間，
故不會生成多余的電荷。
因此，驅(qū)動部120可以抑制垂直CCD中電荷溢出，從而抑止圖 像散亂。
再有，在本實(shí)施形態(tài)中，在混合模式的情況下，只在讀出期間， 使村底電壓Vsub為12V，在積蓄期間，和個別模式一樣，使襯底電 壓Vsub為5V。
驅(qū)動部120通過對n型襯底ll施加不同的襯底電壓Vsub,可以 設(shè)定井型勢場的飽和量。但是，當(dāng)對n型襯底ll施加不同的襯底電 壓Vsub時，井型勢場的形狀發(fā)生變化，隨之像素單元的分光特性也 發(fā)生變化。該分光特性的變化會使圖像的色重現(xiàn)性惡化。
因此，在本實(shí)施形態(tài)中，驅(qū)動部120在各像素單元生成并積蓄電 荷的期間，使個別模式和混合模式情況下的飽和量相等。因此，驅(qū) 動裝置可以防止分光特性的變化，并實(shí)現(xiàn)很高的色重現(xiàn)性。
再有，在防止分光特性變化這一方面，若使積蓄期間的個別模式 和混合模式時的襯底電壓Vsub相等就足夠了。因此，在本實(shí)施形態(tài) 中，雖然驅(qū)動信號cJ)Vl從高到中變化的時刻(計數(shù)值24)和襯底電 壓Vsub從12V變到5V的時刻(計數(shù)值24) —致，但并不限于此。 例如，即使村底電壓Vsub從12V變到5V的時刻比計數(shù)值24滯后也 沒有關(guān)系，或者，也可以直到下一個積蓄期間開始一直保持12V。 (實(shí)施形態(tài)2)
實(shí)施形態(tài)2的驅(qū)動裝置和實(shí)施形態(tài)1一樣，在混合模式下，各像 素單元能積蓄的電荷的飽和量比個別模式時少，同時，縮短各像素 單元生成并積蓄電荷的積蓄時間。但是，在實(shí)施形態(tài)1中，縮短積 蓄時間的方法是利用襯底電壓Vsub的復(fù)位功能，而實(shí)施形態(tài)2則利 用機(jī)械快門。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的攝像元件及其驅(qū)動裝置的整體結(jié) 構(gòu)(攝像裝置)的圖。
實(shí)施形態(tài)2的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)與實(shí)施形態(tài)1比較，增加了機(jī)械快 門260和致動器270。此外，因增加了機(jī)械快門260和致動器270， 故驅(qū)動部220的功能也和實(shí)施形態(tài)1不同。除此之外的結(jié)構(gòu)，因和 實(shí)施形態(tài)l相同，故附加相同的符號并省略其說明。機(jī)械快門260是機(jī)械式快門，由致動器270進(jìn)行驅(qū)動，進(jìn)行開合。 機(jī)械快門260在打開狀態(tài)下使入射到攝像元件110的入射光通過， 閉合時將入射光遮擋。
致動器270利用從驅(qū)動部220供給的驅(qū)動信號Sd驅(qū)動機(jī)械快門 260,使其開合。具體地說，當(dāng)驅(qū)動信號Sd為高電平時，使機(jī)械快 門打開，當(dāng)驅(qū)動信號Sd為低電平時，使機(jī)械快門關(guān)閉。
驅(qū)動部220除了實(shí)施形態(tài)1的驅(qū)動部120的功能之外，還具有生 成并輸出驅(qū)動信號Sd的功能。
圖8是表示驅(qū)動部220生成襯底電壓Vsub和驅(qū)動信號Sd的電路圖。
圖8 (a)是示出計數(shù)器的圖。
驅(qū)動部220內(nèi)部裝有計數(shù)器224。計數(shù)器224對來自同步信號生 成部142的時鐘信號(CLK)進(jìn)行計數(shù)，在規(guī)定的計數(shù)值(2、 4、 20、 22、 24)上從各輸出端子輸出高電平。此外，計數(shù)器224在垂直同 步信號(VD)的上升沿復(fù)位。
圖8 (b)是示出襯底電壓Vsub的輸出電路的圖。
在本實(shí)施形態(tài)中，因不要復(fù)位功能，故襯底電壓Vsub的輸出電 路變成省略了圖5 (b)所示的輸出電路中的輸出25V的方框的形式。
圖8 (c)是示出驅(qū)動信號Sd的輸出電路的圖。225a、 225b是2個輸入1個輸出的選擇器，根據(jù)來自控制部143 的模式選擇信號切換其輸出。
226b是鎖存電路，在從向置位端子(S)輸入高電平到向復(fù)位端 子(R)輸入高電平的期間，從輸出端子(Q)輸出高電平。除此之 外的期間輸出低電平。
其次，說明攝像元件的驅(qū)動時序。
圖9是表示攝像元件的驅(qū)動時序的圖。
CLK、 VD、 HD、 cj)Vl和(j)V3因和圖6所示的信號相同，故這里省 略其說明。
在個別模式下，驅(qū)動信號Sd在從計數(shù)值為2到計數(shù)值為20的期 間變成高電平，除此之外的期間是低電平。Vsub平時是5V。
在混合模式下，驅(qū)動信號Sd在從計數(shù)值為2到計數(shù)值為4的期 間變成高電平，除此之外的期間是低電平。此外，Vsub在從計數(shù)值
為22到計數(shù)值為24的期間變成12V,除此之外的期間是5V。
這樣，混合模式與個別模式比較，機(jī)械快門260處于打開狀態(tài)的 期間(積蓄期間)縮短了。關(guān)于這一點(diǎn)，實(shí)施形態(tài)2的縮短方法和 起動復(fù)位功能來縮短積蓄期間的實(shí)施形態(tài)1不同。
再有，在本實(shí)施形態(tài)中，個別模式和混合模式的讀出期間都是從 計數(shù)值為22的時刻開始。這是因?yàn)槌齎sub、 Sd之外的驅(qū)動信號個 別模式和混合模式共用而采取的措施。通過共用其他的驅(qū)動信號， 具有使驅(qū)動部220的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)簡單的效果。但是，當(dāng)與使驅(qū)動 部220的電路結(jié)構(gòu)簡單相比更注重讀出速度時，也可以在混合模式 下使讀出期間從積蓄期間結(jié)束時刻(計數(shù)值為4)稍后(例如計數(shù)值 為6的時刻)開始。 (實(shí)施形態(tài)3)
實(shí)施形態(tài)3的驅(qū)動裝置在混合模式下，各像素單元能積蓄的電荷 的飽和量比個別模式時少，同時，各像素單元的光接收量減少。因 此，即使在使用混合模式的情況下，驅(qū)動部也能抑制圖像散亂。
圖IO是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的攝像元件及其驅(qū)動裝置的整體 結(jié)構(gòu)(攝像裝置)的圖。
實(shí)施形態(tài)3的驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)與實(shí)施形態(tài)1的驅(qū)動裝置比較，增 加了光圏380和致動器390。此外，因增加了光圏380和致動器390， 故驅(qū)動部320的功能和實(shí)施形態(tài)1不同。除此之外的結(jié)構(gòu)，因和實(shí) 施形態(tài)l相同，故附加相同的符號并省略其說明。
光圏380由致動器390驅(qū)動，進(jìn)行開合，通過使開口面積連續(xù)變 化來調(diào)節(jié)攝像元件110的光接收量。
致動器390利用從控制部143供給的PWM (Pulse Width Modulation:脈沖寬度調(diào)制)電壓，驅(qū)動光圈380進(jìn)行開合。具體 地說，P西電壓是從0V到12V連續(xù)變化的電壓，0V時光閨380處于 全開狀態(tài)，12V時光圏380為全閉狀態(tài)。光圏380的開口面積和PWM 電壓的關(guān)系是線性還是非線性，因光圏380和致動器390的特性而 異。
驅(qū)動部320的功能省去了實(shí)施形態(tài)2的驅(qū)動部220中的生成并輸 出驅(qū)動信號Sd的功能。
圖11是表示個別模式和混合模式的開口面積和積蓄時間的對應(yīng)
關(guān)系的圖。
再有，這里的混合模式是以使9個像素單元的電荷相加作為前提 條件的。
如圖11所示，混合模式時的開口面積是個別模式時的開口面積 的1/9。此外，積蓄時間相等。實(shí)施形態(tài)3的驅(qū)動部和實(shí)施形態(tài)1和 2的驅(qū)動部在這一點(diǎn)上不同。
這樣，通過使混合模式時的開口面積利用光圈380調(diào)整為個別模 式時的開口面積的1/9，可以減少入射到攝像元件110的入射光，從 而減少各像素單元生成的電荷。
再有，若驅(qū)動裝置既具有機(jī)械快門又具有光圏，則可以使兩者組 合來抑制啄光量。例如，如圖12所示，也可以通過使混合模式時的 開口面積是個別模式時的1/3，積蓄時間是個別模式時的1/3，來使 其曝光量是個別模式時的1/9。
上面，通過實(shí)施例并參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但這些實(shí)施 例可以有各種變形例及改進(jìn)例。所以，只要這些變化或改進(jìn)不脫離 本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍，也應(yīng)包括在本發(fā)明之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動裝置，使用混合模式來驅(qū)動具有多個與曝光量對應(yīng)地生成電荷的像素單元的攝像元件，該混合模式通過將規(guī)定數(shù)的、在像素單元中生成的電荷讀出到該攝像元件的暫時保持區(qū)域中而使其相加，其特征在于具有設(shè)定裝置，在將各像素單元中生成的電荷讀出到所述暫時保持區(qū)域的讀出期間，將作為各像素單元能積蓄的電荷的上限的飽和量設(shè)定得比使用個別模式時少，該個別模式個別讀出在各像素單元中生成的電荷。
2. 如權(quán)利要求1的驅(qū)動裝置，其特征在于所述設(shè)定裝置進(jìn)而在與各像素單元的光接收量對應(yīng)地生成電荷的 積蓄期間，與使用所述個別模式的情形同樣地設(shè)定所述飽和量。
3. 如權(quán)利要求2的驅(qū)動裝置，其特征在于 所述設(shè)定裝置設(shè)定所述飽和量使相加后的電荷不超過所述暫時保持區(qū)域中的最大保持量。
4. 如權(quán)利要求3的驅(qū)動裝置，其特征在于 所述設(shè)定裝置將所述飽和量設(shè)定為使用個別模式時的飽和量與所述規(guī)定數(shù)的倒數(shù)相乘所得到的量。
5. 如權(quán)利要求l的驅(qū)動裝置，其特征在于 所述像素單元在半導(dǎo)體襯底上形成，具有當(dāng)電荷超過所述飽和量使多余生成的電荷排出到所述半導(dǎo)體襯底的溢漏結(jié)構(gòu)，所述飽和量設(shè)定為供給所述半導(dǎo)體襯底的襯底電壓越高而其越少，所述設(shè)定裝置使供給所述半導(dǎo)體襯底的襯底電壓比使用所述個 別模式時的襯底電壓高。
6. —種驅(qū)動方法，使用混合模式來驅(qū)動具有多個與啄光量對應(yīng) 地生成電荷的像素單元的攝像元件，該混合模式通過將規(guī)定數(shù)的、 在像素單元中生成的電荷讀出到該攝像元件的暫時保持區(qū)域中而使 其相加，其特征在于，包含設(shè)定步驟，在將各像素單元生成的電荷讀出到所述暫時保持 區(qū)域的讀出期間，將作為各像素單元能積蓄的電荷的上限的飽和量 設(shè)定得比使用個別模式時少，該個別模式個別讀出各像素單元中生 成的電荷。
7. 如權(quán)利要求6的驅(qū)動方法，其特征在于 所述設(shè)定步驟進(jìn)而在與各像素單元的光接收量對應(yīng)地生成電荷的積蓄期間，和使用所述個別模式的情形同樣地設(shè)定所述飽和量。
8. 如權(quán)利要求7的驅(qū)動方法，其特征在于 在所述設(shè)定步驟中，設(shè)定所述飽和量使相加后的電荷不超過所述暫時保持區(qū)域中的最大保持量。
9. 如權(quán)利要求8的驅(qū)動方法，其特征在于 在所述設(shè)定步驟中，將所述飽和量設(shè)定為使用個別模式時的飽和量與所述規(guī)定數(shù)的倒數(shù)相乘所得到的量。
10. 如權(quán)利要求6的驅(qū)動方法，其特征在于 所述像素單元在半導(dǎo)體襯底上形成，具有當(dāng)電荷超過所述飽和量使多余生成的電荷排出到所述半導(dǎo)體襯底的溢漏結(jié)構(gòu)，所述飽和量設(shè)定為供給所述半導(dǎo)體襯底的襯底電壓越高而其越少，所述設(shè)定步驟使供給所述半導(dǎo)體襯底的襯底電壓比使用所述個 別模式時的襯底電壓高。
11. 一種攝像裝置，與曝光量對應(yīng)地對每多個像素單元生成電荷 并根據(jù)所述每多個像素單元的電荷生成圖像數(shù)據(jù)，其特征在于，包 括具有所述多個像素單元的攝像元件；驅(qū)動裝置，使用個別模式和混合模式中的某一個讀出模式驅(qū)動所 述攝像元件，所述個別模式個別讀出所述多個像素單元中生成的電 荷，所述混合模式將所述多個像素單元中規(guī)定數(shù)的像素單元中生成 的電荷相加并讀出；信號處理部，與使用某一個讀出模式從所述攝像元件中讀出的電 荷對應(yīng)地生成圖像數(shù)據(jù)；以及控制部，與輸入信號對應(yīng)地選擇所述驅(qū)動裝置中的所述個別模式 和所述混合模式，這里，所述驅(qū)動裝置包含設(shè)定裝置，在將所述多個像素單元中生 成的電荷讀出到暫時保持區(qū)域的讀出期間，與使用所述個別模式的 情形相比較，使用所述混合模式時，將作為各像素單元能積蓄的電 荷的上限的飽和量設(shè)定得少一些。
12. 如權(quán)利要求11的攝像裝置，其特征在于 所述設(shè)定裝置進(jìn)而在與各像素單元的光接收量對應(yīng)地生成電荷的積蓄期間，與使用所述個別模式的情形同樣地設(shè)定所述飽和量。
13. 如權(quán)利要求12的攝像裝置，其特征在于 所述設(shè)定裝置設(shè)定所述飽和量使相加后的電荷不超過所述暫時保持區(qū)域中的最大保持量。
14. 如權(quán)利要求13的攝像裝置，其特征在于 所述設(shè)定裝置將所述飽和量設(shè)定為使用個別模式時的飽和量與所述規(guī)定數(shù)的倒數(shù)相乘所得到的量。
15. 如權(quán)利要求11的攝像裝置，其特征在于 所述像素單元在半導(dǎo)體襯底上形成，具有當(dāng)電荷超過所述飽和量使多余生成的電荷排出到所述半導(dǎo)體襯底的溢漏結(jié)構(gòu)，所述飽和量設(shè)定為供給所述半導(dǎo)體襯底的襯底電壓越高而其越少，所述設(shè)定裝置使供給所述半導(dǎo)體襯底的襯底電壓比使用所述個 別模式時的襯底電壓高。
全文摘要
本發(fā)明涉及驅(qū)動攝像元件的驅(qū)動裝置。驅(qū)動部(120)在混合模式下，在將各像素單元生成的電荷讀出到垂直CCD的讀出期間，將飽和量設(shè)定得比所述個別模式時少(參照圖6中的計數(shù)值為22～24時的Vsub)。因此，在各像素單元中，多余生成的電荷排出到n型襯底11。此外，在混合模式下，縮短積蓄時間，使其比個別模式時短(參照圖6中的各模式下的的Vsub)。
文檔編號H04N5/369GK101115127SQ20071014697
公開日2008年1月30日 申請日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月3日
發(fā)明者山本真嗣, 板倉啟二郎, 永吉良一, 清水泉, 豬熊一行, 蓮香剛, 藤井俊哉 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社