專利名稱：固態(tài)成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像設(shè)備(solid state imaging device)，并且更具 體地，涉及一種采用幀讀出法(frame readout method)的固態(tài)成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
在攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī)中，已經(jīng)使用了在電荷傳送(charge transfer)部 中使用CCD寄存器的電荷耦合器件(CCD)型固態(tài)成像設(shè)備。(參見， 例如，日本未審査專利申請(qǐng)公開No. 2004-96546 (下文中被稱為"專利文 獻(xiàn)l"))。CCD型固態(tài)成像設(shè)備包括在半導(dǎo)體基板上的成像區(qū)中以二維矩陣排列 的多個(gè)像素，每個(gè)像素具有光電轉(zhuǎn)換裝置(光電二極管；PD)。入射到每 個(gè)像素中的光被光電二極管轉(zhuǎn)換成電荷，并且該電荷通過垂直傳送部和水 平傳送部被傳送到形成于輸出放大器中的浮動(dòng)擴(kuò)散(FD)區(qū)。FD區(qū)中的 電位變化由MOS晶體管檢測(cè)，被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并且轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào) 被放大，以便輸出圖像信號(hào)。圖5是用于說明現(xiàn)有的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的示圖。圖中所示的 CCD型固態(tài)成像設(shè)備101主要包括成像部104a、光暗區(qū)104b、水平傳送 部105以及輸出部107。成像部包括以行列矩陣排列的光接收部108以及 針對(duì)光接收部的每列(垂直線條)形成的用于傳送來自每個(gè)光接收部的電 荷的垂直傳送部109。在按照上述配置的CCD型固態(tài)成像設(shè)備中，通過將來自定時(shí)信號(hào)生 成電路103的垂直傳送時(shí)鐘V①施加到垂直傳送部，從光接收部輸出到垂 直傳送部的電荷在垂直方向上被傳送。此外，通過將來自定時(shí)信號(hào)生成電 路的水平傳送時(shí)鐘H①施加到水平傳送部，被傳送到水平傳送部的電荷在 水平方向上被傳送，并且在FD區(qū)中被轉(zhuǎn)換成電壓，以便作為光接收信號(hào)從輸出部中讀出。CCD型固態(tài)成像設(shè)備要求用來拍攝具有高分辨率的靜止圖像，因此，所有像素信號(hào)不被混合地輸出是很必要的。因此，(1)所有像素同時(shí)被 輸出并且各個(gè)像素被獨(dú)立傳送的方法(所有像素讀出方式，所謂"逐行掃描(progressive scan)讀出法")或者(2)每個(gè)場(chǎng)中奇數(shù)行和偶數(shù)行的電 荷被交替輸出并且各個(gè)像素被獨(dú)立傳送的方法(幀讀出法，其在此意指兩 場(chǎng)(two-field)讀出法)己經(jīng)被用作用于CCD型固態(tài)成像設(shè)備的輸出方 法。幀讀出法比逐行掃描法更加有利地確保了由垂直傳送部處理的合適的 電荷量，并且有助于單元尺寸(每個(gè)像素的尺寸)的減小，并且因此，在 主要要求減小尺寸或增加像素的CCD型固態(tài)成像設(shè)備中己經(jīng)使用了幀讀 出法。也就是說，逐行掃描法需要針對(duì)每個(gè)像素形成垂直傳送部的一個(gè)分 組，然而，在幀讀出法中，兩個(gè)像素中的一個(gè)像素在一個(gè)場(chǎng)中被輸出，因 此，垂直傳送部的一個(gè)分組是針對(duì)兩個(gè)像素形成的。因此，幀讀出法比逐 行掃描法更加有利地確保了由垂直傳送部處理的合適的電荷量，從而有助 于單元尺寸的減小。圖6A到圖6D是說明用于獲得具有高分辨率的靜止圖像的幀讀出(兩 場(chǎng)讀出)的示圖，其中，圖6A是在兩個(gè)單獨(dú)的場(chǎng)(即，第一場(chǎng)和第二 場(chǎng))中獨(dú)立執(zhí)行輸出(讀出)的幀讀出(兩場(chǎng)讀出)的示圖，圖6B是垂 直同步時(shí)序圖，圖6C是水平同步時(shí)序圖，以及圖6D示出垂直傳送部的電 荷傳送狀態(tài)。在垂直傳送部中，傳送電極被形成用于施加讀出時(shí)鐘或垂直傳送時(shí) 鐘，所述讀出時(shí)鐘用于讀出集聚在光接收部中的電荷，所述垂直時(shí)鐘用于 通過驅(qū)動(dòng)垂直傳送部來進(jìn)行垂直傳送。在兩場(chǎng)讀出法中，為了實(shí)現(xiàn)在第一 場(chǎng)中讀出兩個(gè)像素中的一個(gè)像素(圖6A中所示的第1行、第3行、第5 行、第7行、第9行，...的像素)并且在第二場(chǎng)中讀出兩個(gè)像素中余下的 一個(gè)像素(圖6A中所示的第2行、第4行、第6行、第8行，…的像 素)的驅(qū)動(dòng)，需要施加與在第一場(chǎng)中輸出的像素和在第二場(chǎng)中輸出的像素 相分離的讀出時(shí)鐘。此外，需要在傳送電極之間形成另一傳送電極，讀出時(shí)鐘被施加到該傳送電極以防止時(shí)鐘混淆。因此，兩場(chǎng)讀出法需要四個(gè)傳送電極(VI到V4)。在圖6A中，僅僅示出讀出時(shí)鐘被施加在其上的傳送電極VI、 V3，然 而，傳送電極V2形成于第2行和第3行之間、第4行和第5行之間、第6 行和第7行之間以及第8行和第9行之間，并且傳送電極V4形成于第1 行和第2行之間、第3行和第4行之間、第5行和第6行之間以及第7行 和第8行之間。近年來，為了改善分辨率(增加像素?cái)?shù))或者減小設(shè)備尺寸，單元尺 寸趨于進(jìn)一步小化，并且對(duì)于幀讀出法，除了在兩個(gè)單獨(dú)的場(chǎng)中獨(dú)立執(zhí)行 輸出(讀出)的兩場(chǎng)讀出法之外，圖7A到圖7F所示的三場(chǎng)讀出法(圖 7A是三場(chǎng)讀出法的示圖，圖7B是垂直同步時(shí)序圖，圖7C是水平同步時(shí) 序圖(1)，圖7D是水平同步時(shí)序圖(2)，圖7E示出相應(yīng)于水平同步時(shí) 序圖(1)的垂直傳送部的電荷傳送狀態(tài)，圖7F示出相應(yīng)于水平同步時(shí)序 圖(2)的垂直傳送部的電荷傳送狀態(tài))、圖8A到圖8D所示的四場(chǎng)讀出 法(圖8A是四場(chǎng)讀出法的示圖，圖8B是垂直同步時(shí)序圖，圖8C是水平 同步時(shí)序圖，圖8D示出垂直傳送部的電荷傳送狀態(tài))、未示出的五場(chǎng)讀 出法以及圖9A到圖9D所示的六場(chǎng)讀出法(圖9A是六場(chǎng)讀出法的示圖， 圖9B是垂直同步時(shí)序圖，圖9C是用于讀出部和垂直傳送部的時(shí)序圖，圖 9D示出垂直傳送部的電荷傳送狀態(tài))己經(jīng)被用于實(shí)踐中。在三場(chǎng)讀出法中，為了實(shí)現(xiàn)在第一場(chǎng)中讀出三個(gè)像素中的一個(gè)像素 (圖7A中所示第2行、第5行、第8行，...的像素)，在第二場(chǎng)中讀出 所述三個(gè)像素中的余下的兩個(gè)像素中的一個(gè)像素(圖7A中所示第3行、 第6行、第9行，...的像素)，并且在第三場(chǎng)中讀出所述三個(gè)像素中的余 下的一個(gè)像素(圖7A中所示第1行、第4行、第7行，…的像素)的方 法，需要施加與第一場(chǎng)中輸出的像素、第二場(chǎng)中輸出的像素以及第三場(chǎng)中 輸出的像素相分離的讀出時(shí)鐘。此外，需要在傳送電極之間形成另一傳送 電極，讀出時(shí)鐘被施加到該傳送電極以防止時(shí)鐘混淆。因此，三場(chǎng)讀出法 需要六個(gè)傳送電極(V1到V6)。在圖7A中，僅僅示出讀出時(shí)鐘被施加在其上的傳送電極VI、 V3、V5，然而，傳送電極V2形成于第2行和第3行之間、第5行和第6行之 間以及第8行和第9行之間，傳送電極V4形成于第1行和第2行之間、 第4行和第5行之間以及第7行和第8行之間，并且傳送電極V6形成于 第3行和第4行之間以及第6行和第7行之間。在四場(chǎng)讀出法中，為了實(shí)現(xiàn)在第一場(chǎng)中讀出四個(gè)像素中的一個(gè)像素 (圖8A中所示第2行、第6行，...的像素)，在第二場(chǎng)中讀出所述四個(gè) 像素中的余下的三個(gè)像素中的一個(gè)像素(圖8A中所示第3行、第7 行，...的像素)，在第三場(chǎng)中讀出所述四個(gè)像素中的余下的兩個(gè)像素中的 一個(gè)像素(圖8A中所示第4行、第8行，...的像素)并且在第四場(chǎng)中讀 出所述四個(gè)像素中余下的一個(gè)像素(圖8A中所示的第1行、第5行、第9 行，...的像素)的方法，需要與第一場(chǎng)中輸出的像素、第二場(chǎng)中輸出的像 素、第三場(chǎng)中輸出的像素以及第四場(chǎng)中輸出的像素相分離的讀出時(shí)鐘。此 外，還需要在傳送電極之間形成另一傳送電極，讀出時(shí)鐘被施加到該傳送 電極以防止時(shí)鐘混淆。因此，四場(chǎng)讀出法需要八個(gè)傳送電極(VI到 V8)。在圖8A中，僅僅示出讀出時(shí)鐘被施加在其上的傳送電極VI、 V3、 V5、 V7，然而，傳送電極V2形成于第3行和第4行之間以及第7行和第 8行之間，傳送電極V4形成于第2行和第3行之間以及第6行和第7行之 間，傳送電極V6形成于第1行和第2行之間以及第5行和第6行之間， 并且傳送電極V8形成于第4行和第5行之間以及第8行和第9行之間。 在六場(chǎng)讀出法中，為了實(shí)現(xiàn)在第一場(chǎng)中讀出六個(gè)像素中的一個(gè)像素 (圖9A中所示第2行、第8行，…的像素)，在第二場(chǎng)中讀出所述六個(gè) 像素中的余下的五個(gè)像素中的一個(gè)像素(圖9A中所示第3行、第9 行，...的像素)，在第三場(chǎng)中讀出所述六個(gè)像素中的余下的四個(gè)像素中的 一個(gè)像素(圖9A中所示第4行、第10行，…的像素)，在第四場(chǎng)中讀出 所述六個(gè)像素中余下的三個(gè)像素中的一個(gè)像素(圖9A中所示第5行、第 U行，...的像素)，并且在第五場(chǎng)中讀出所述六個(gè)像素中余下的兩個(gè)像素 中的一個(gè)像素(圖9A中所示第6行、第12行，…的像素)，并且在第六 場(chǎng)中讀出所述六個(gè)像素中余下的一個(gè)像素(圖9A中所示第1行、第行、第13行，...的像素)，需要施加與第一場(chǎng)中輸出的像素、第二場(chǎng)中 輸出的像素、第三場(chǎng)中輸出的像素、第四場(chǎng)中輸出的像素、第五場(chǎng)中輸出 的像素以及第六場(chǎng)中輸出的像素相分離的讀出時(shí)鐘。此外，需要在傳送電 極之間形成另一傳送電極，讀出時(shí)鐘被施加到該傳送電極以防止時(shí)鐘混 淆。因此，六場(chǎng)讀出法需要12個(gè)傳送電極(V1到V12)。在圖9A中，僅僅示出讀出時(shí)鐘被施加在其上的傳送電極VI、 V3、 V5、 V7、 V9、 Vll，然而，傳送電極V2形成于第5行和第6行之間以及 第11行和第12行之間，傳送電極V4形成于第4行和第5行之間以及第 10行和第11行之間，傳送電極V6形成于第3行和第4行之間以及第9行 和第IO行之間，傳送電極V8形成于第2行和第3行之間以及第8行和第 9行之間，傳送電極V10形成于第1行和第2行之間以及第7行和第8行 之間，并且傳送電極V12形成于第6行和第7行之間以及第12行和第13 行之間。與現(xiàn)有的兩場(chǎng)讀出法比較，在上述多場(chǎng)讀出法(三場(chǎng)讀出法、四場(chǎng)讀 出法、五場(chǎng)讀出法或六場(chǎng)讀出法)中，可以增加由垂持傳送部處理的電荷 的量。也就是，在現(xiàn)有的兩場(chǎng)讀出法中，在一場(chǎng)中輸出兩個(gè)像素中的一個(gè)像 素(參考圖6A)，從而垂直傳送部的一個(gè)分組是由兩個(gè)像素構(gòu)成的(VI 到V4)(參見圖6B)。相比之下，在三場(chǎng)讀出法中，在一場(chǎng)中僅僅輸出 三個(gè)像素中的一個(gè)像素(參見圖7A)，從而垂直傳送部的一個(gè)分組是由 三個(gè)像素構(gòu)成的(V1到V6)(參見圖7B)。在兩場(chǎng)讀出法中的垂直傳送 部的處于導(dǎo)通狀態(tài)的柵極(高電平電位被施加到其上的柵極的數(shù)量)是2 個(gè)柵極，而在三場(chǎng)讀出法中為4個(gè)，這表明在三場(chǎng)讀出法中，可以增加由 垂直傳送部處理的電荷量。同樣，在四場(chǎng)讀出法中，在一場(chǎng)中僅僅輸出四 個(gè)像素中的一個(gè)像素(參見圖8A)，從而垂直傳送部的一個(gè)分組是由四 個(gè)像素構(gòu)成的(V1到V8)(參見圖8B)。因此，在四場(chǎng)讀出法中的垂直 傳送部的處于導(dǎo)通狀態(tài)的柵極是6個(gè)柵極。在六場(chǎng)讀出法中，在一場(chǎng)中僅 僅輸出六個(gè)像素中的一個(gè)像素(參見圖9A)，從而垂直傳送部的一個(gè)分 組是由六個(gè)像素構(gòu)成的(VI到V12)(參見圖9B)。因此，在六場(chǎng)讀出法中的垂直傳送部的處于導(dǎo)通狀態(tài)的柵極是8個(gè)柵極。根據(jù)上面所述，在 多場(chǎng)讀出法中，可以進(jìn)一步增加由垂直傳送部處理的電荷量。因此，即使在單元尺寸被減小的情況下，多場(chǎng)讀出法也可保證由垂直 傳送部處理的合適的電荷量，因此，多場(chǎng)讀出法可用于要求改善分辨率或減小尺寸的CCD型固態(tài)成像設(shè)備中。在圖7A到圖7F所示的三場(chǎng)讀出法(VI到V6六階段傳送)中，圖 7E示出相應(yīng)于水平同步時(shí)序圖(1)(參見圖7C)的垂直傳送部的電荷的 傳送狀態(tài)的電位，并且圖7F示出相應(yīng)于水平同步時(shí)序圖(2)(參見圖 7D)的垂直傳送部的電荷的傳送狀態(tài)的電位，并且兩種操作都可以根據(jù)水 平同步時(shí)序圖來使用，但是，當(dāng)在電荷傳送方向上的前向(forward)柵極 處于導(dǎo)通狀態(tài)(施加高電平電位的狀態(tài))并且同時(shí)在電荷傳送方向上的后 向(backward)柵極處于關(guān)斷狀態(tài)(施加低電平電位的狀態(tài))時(shí)，與圖7C 和圖7E所示的操作中的時(shí)鐘改變點(diǎn)的數(shù)量以及傳送周期(transfer cycle) 的數(shù)量相比，圖7D和圖7F所示的操作中的時(shí)鐘改變點(diǎn)的數(shù)量以及傳送周 期的數(shù)量可被減小。尤其是，如果傳送速度被給予較高的優(yōu)先級(jí)或者需要 擴(kuò)展相同時(shí)間段中的垂直傳送時(shí)鐘的重合時(shí)間段(垂直傳送時(shí)鐘的改變點(diǎn) 與下一個(gè)改變點(diǎn)之間的時(shí)間段)，則使用圖7D和圖7F中所示的操作。此 外，如果四場(chǎng)或多場(chǎng)讀出法被用作讀出方法，則時(shí)鐘改變點(diǎn)的數(shù)量很可能 太大，并且因此積極采用傳送方向上的前向柵極被導(dǎo)通并且同時(shí)向下柵極 被關(guān)斷的方法。發(fā)明內(nèi)容如上所述，在多場(chǎng)讀出法中，由垂直傳送部處理的電荷量可被增加，但是垂直傳送部的傳送電極的數(shù)量也被不利地增加了。具體地，兩場(chǎng)讀出 法中的垂直傳送部具有4個(gè)傳送電極(VI到V4)，而三場(chǎng)讀出法具有六 個(gè)傳送電極(VI到V6)，四場(chǎng)讀出法具有8個(gè)傳送電極(VI到V8)， 并且六場(chǎng)讀出法具有12個(gè)傳送電極(VI到V12)，因此，垂直傳送部的 傳送電極的數(shù)量被增加了。近來，數(shù)碼相機(jī)有一種具有比靜止圖像的響應(yīng)速率(response rate)更高的響應(yīng)速率(幀速率)的操作模式，以便在液晶顯示監(jiān)視器等上進(jìn)行顯示或者以便自動(dòng)控制(諸如自動(dòng)對(duì)焦(AF)或自動(dòng)曝光(AE))，并且 線條疏化操作一般被執(zhí)行來提高響應(yīng)速度。為了實(shí)現(xiàn)此疏化操作，起到電 荷讀出電極作用的電極需要被分割成多個(gè)電極，這導(dǎo)致進(jìn)一步增加了垂直 傳送部的傳送電極的數(shù)量。例如，圖IO是用于說明六場(chǎng)讀出法中的一種線條疏化模式的示圖。在 該模式中，讀出電極(由標(biāo)號(hào)V5、 V7、 V9和V11指示的電極)需要各自 被分割成兩個(gè)電極(由標(biāo)號(hào)V5A、 V5B、 V7A、 V7B、 V9A、 V9B和 V11A、 V11B指示的電極)，因此，與沒有進(jìn)行線條疏化情況下數(shù)量相比 (參見圖9A)，垂直傳送部的傳送電極的數(shù)量從12個(gè)(V1到V12)增加 到16個(gè)(VI 、 V2、 V3、 V4、 V5A、 V5B、 V6、 V7A、 V7B、 V8、 V9A、 V9B、 VIO、 V11A、 V11B、 V12)。垂直傳送部的傳送電極的數(shù)量的增加可能會(huì)不利地導(dǎo)致伴隨著CCD 型固態(tài)成像設(shè)備尺寸增大的成本增加，由于封裝(package)引腳的數(shù)量的 增加而引起封裝尺寸的增大或者伴隨著垂直驅(qū)動(dòng)器通道數(shù)量增加的成本增 加。本發(fā)明解決與正在發(fā)展的技術(shù)有關(guān)的上述問題，以提供一種其優(yōu)點(diǎn)在 于可以減少垂直傳送部的傳送電極的數(shù)量的固態(tài)成像設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種固態(tài)成像設(shè)備，所述固態(tài)成像設(shè)備 包括以行和列的矩陣排列的多個(gè)光接收部；多個(gè)垂直傳送部，所述多個(gè) 垂直傳送部是針對(duì)光接收部的矩陣的每列而形成的，用于在垂直方向上傳 送從光接收部傳送來的電荷；以及水平傳送部，用于在水平方向上傳送從 垂直傳送部傳送來的電荷。垂直傳送部將被傳送到垂直傳送部的電荷大致 均勻地分割為兩部分，并且在垂直方向傳送經(jīng)過分割的電荷。水平傳送部 在水平方向傳送處于混合態(tài)的經(jīng)過分割的電荷。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供了一種用于在固態(tài)成像設(shè)備中通過多 場(chǎng)讀出來傳送電荷的方法，所述方法包括如下步驟將電荷從光接收部傳 送到垂直傳送部中的高電平電位部；之后將被傳送到垂直傳送部的電荷大 致均勻地分割為兩部分，以及在垂直方向傳送經(jīng)過分割的電荷；并且在水 平傳送部中在水平方向傳送處于混合態(tài)的經(jīng)過分割的電荷。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，垂直傳送部對(duì)被傳送到垂直傳送部的電荷進(jìn)行 分割并且在垂直方向傳送經(jīng)過分割的電荷。因此，可以減少垂直傳送部的 垂直傳送階段的數(shù)量，從而減少垂直傳送部的傳送電極的數(shù)量。另外，水平傳送部在水平方向傳送處于混合態(tài)的經(jīng)過分割的電荷，因 此不必要增大水平傳送部的驅(qū)動(dòng)頻率。也就是，當(dāng)經(jīng)過分割的電荷以與沒有被分割的電荷被水平傳送的速率 相當(dāng)?shù)捻憫?yīng)速率(幀速率)被水平傳送時(shí)，需要增大水平傳送部的傳送速 率。因此，由于水平傳送部的傳送速率的增大，需要增大水平傳送部的驅(qū) 動(dòng)頻率。相比而言，如果處于混合態(tài)的經(jīng)過分割的電荷以與沒有被分割的 電荷被水平傳送的速率相當(dāng)?shù)捻憫?yīng)速率(幀速率)被水平傳送，則不需要 增大水平傳送部的傳送速率。因此，沒有必要增大水平傳送部的驅(qū)動(dòng)頻 率。


圖1是用于說明作為本發(fā)明的固態(tài)成像設(shè)備的一個(gè)示例的采用六場(chǎng)讀 出法的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的示意圖；圖2A是六場(chǎng)讀出的示圖，其中，在六個(gè)單獨(dú)的場(chǎng)(即，第一場(chǎng)到第六場(chǎng))中獨(dú)立執(zhí)行輸出(讀出)；圖2B是垂直同步時(shí)序圖； 圖2C是水平同步時(shí)序圖； 圖2D示出垂直傳送部的電荷傳送狀態(tài)的示圖；圖3是示出"信號(hào)電荷讀出完成和信號(hào)電荷分割之間的時(shí)間段"與 "被分割的電荷的輸出率"之間的關(guān)系的示圖；圖4是用于說明本發(fā)明的實(shí)施例的CCD型固態(tài)成像設(shè)備中的線條疏 化的示圖；圖5是用于說明現(xiàn)有的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的示意圖； 圖6A是在兩個(gè)單獨(dú)的場(chǎng)(即，第一場(chǎng)和第二場(chǎng))中獨(dú)立執(zhí)行輸出 (讀出)的幀讀出(兩場(chǎng)讀出)的示圖； 圖6B是垂直同步時(shí)序圖； 圖6C是水平同步時(shí)序圖；圖6D是示出垂直傳送部的電荷傳送狀態(tài)的示圖；圖7A是三場(chǎng)讀出法的示圖；圖7B是垂直同步時(shí)序圖； 圖7C是水平同步時(shí)序圖(1);圖7D是水平同步時(shí)序圖(2);圖7E是示出相應(yīng)于水平同步時(shí)序圖(1)的垂直傳送部的電荷傳送狀 態(tài)的示圖；圖7F是示出示出相應(yīng)于水平同步時(shí)序圖(2)的垂直傳送部的電荷傳 送狀態(tài)的示圖；圖8A是四場(chǎng)讀出法的示圖； 圖8B是垂直同步時(shí)序圖； 圖8C是水平同步時(shí)序圖；圖8D是示出垂直傳送部的電荷傳送狀態(tài)的示圖；圖9A是六場(chǎng)讀出法的示圖；圖9B是垂直同步時(shí)序圖；圖9C是用于讀出部和垂直傳送部的時(shí)序圖；圖9D是示出垂直傳送部的電荷傳送狀態(tài)的示圖；圖IO是用于說明六場(chǎng)讀出法中的線條疏化模式的示圖。
具體實(shí)施方式
為了理解本發(fā)明，下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。 圖1是說明作為本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的一個(gè)示例的采用六場(chǎng) 讀出法的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的示意圖。和上面描述的現(xiàn)有的CCD型固 態(tài)成像設(shè)備類似，圖中所示CCD型固態(tài)成像設(shè)備1包括成像部4a、光暗 區(qū)4b、水平傳送部5以及輸出部7。成像部包括以行列矩陣排列的多個(gè)光 接收部8以及針對(duì)光接收部的矩陣的每列而形成的用于傳送來自各個(gè)光接 收部的電荷的垂直傳送部9。在具有上述配置的CCD型固態(tài)成像設(shè)備中，通過將來自定時(shí)信號(hào)生 成電路3的垂直傳送時(shí)鐘V①(V①1A、 V①1B、 V<D2、 V①3A、 V①3B、V(D4、 V①5A、 V①5B、 V①6S1、 V06S2)施加到垂直傳送部，從光接收 部輸出到垂直傳送部的電荷在垂直方向上被傳送，并且通過將來自定時(shí)信 號(hào)生成電路的水平傳送時(shí)鐘HO (H(D1、 H02)施加到水平傳送部，被傳 送到水平傳送部的電荷被傳送，并且通過FD區(qū)被轉(zhuǎn)換成電壓，以便作為 光接收信號(hào)而從輸出部輸出。圖2A到圖2D是用于說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在CCD型固態(tài)成像 設(shè)備中采用的六場(chǎng)讀出的示圖。圖2A是六場(chǎng)讀出的示圖，其中，在六個(gè) 單獨(dú)的場(chǎng)(即，第一場(chǎng)到第六場(chǎng))中獨(dú)立執(zhí)行輸出(讀出)。圖2B是垂 直同步時(shí)序圖。圖2C是水平同步時(shí)序圖。圖2D示出垂直傳送部的電荷傳 送狀態(tài)。在該實(shí)施例中，讀出時(shí)鐘施加到其上的傳送電極V1A、 V1B、 V3A、 V3B、 V5A、 V5B被形成，從而讀出時(shí)鐘由傳送電極V5B施加到第1行的 像素上，由傳送電極V3A施加到第2行的像素上，由傳送電極V1B施加 到第3行像素上，由傳送電極V5A施加到第4行像素上，由傳送電極 V3B施加到第5行像素上，由傳送電極V1B施加到第6行像素上，由傳送 電極V5A施加到第7行像素上，由傳送電極V3B施加到第8行像素上， 由傳送電極V1A施加到第9行像素上，由傳送電極V5B施加到第10行像 素上，由傳送電極V3A施加到第ll行像素上，由傳送電極V1A施加到第 12行像素上，由傳送電極V5B施加到第13行的像素上，...在圖2A中，僅僅示出讀出時(shí)鐘被施加在其上的傳送電極V1A、 V1B、 V3A、 V3B、 V5A、 V5B，然而，傳送電極V2形成于第2行和第3 行之間、第5行和第6行之間、第8行和第9行之間以及第11行和第12 行之間，傳送電極V4形成于第1行和第2行之間、第4行和第5行之 間、第7行和第8行之間以及第10行和第11行之間，傳送電極V6S1形 成于第6行和第7行之間以及第12行和第13行之間，并且傳送電極V6S2 形成于第3行和第4行之間以及第9行和第10行之間。具體地，在采用六場(chǎng)讀出法的現(xiàn)有CCD型固態(tài)成像設(shè)備中，執(zhí)行使 用垂直傳送部的12個(gè)傳送電極(VI到V12)的12階段傳送(參見圖 9A)，然而，在本發(fā)明的實(shí)施例的CCD型固態(tài)成像設(shè)備中，執(zhí)行使用垂直傳送部的6個(gè)傳送電極(VI到V6)的6階段傳送，并且，為了實(shí)現(xiàn)12 個(gè)像素中的2個(gè)像素被輸出的六場(chǎng)讀出，傳送電極VI被分割成傳送電極 VIA和傳送電極V1B，傳送電極V3被分割成傳送電極V3A和傳送電極 V3B，并且傳送電極V5被分割成傳送電極V5A和傳送電極V5B，并且此 外傳送電極V6被分割成傳送電極V6S1和傳送電極V6S2，以便允許下面 所述的分割傳送。下面將描述具有上述配置的CCD型固態(tài)成像設(shè)備中的垂直傳送部的 電荷傳送。為了比較，首先描述現(xiàn)有的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的六場(chǎng)讀 出。[現(xiàn)有的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的六場(chǎng)讀出法](參見圖9C和圖9D) 在現(xiàn)有的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的六場(chǎng)讀出中，由標(biāo)號(hào)t0指示的定時(shí) 首先被切換到由標(biāo)號(hào)tl指示的定時(shí)，以便輸出集聚在光接收部中的電荷 (Q)。在經(jīng)過從由標(biāo)號(hào)t2指示的定時(shí)到由標(biāo)號(hào)t3指示的定時(shí)的時(shí)間段之后， 由標(biāo)號(hào)t4指示的定時(shí)處的讀出被完成，并且垂直傳送處于待用狀態(tài)。隨后，在由標(biāo)號(hào)t5指示的定時(shí)到由標(biāo)號(hào)t15指示的定時(shí)之間的時(shí)間段 中，相繼地，高電平電位被施加到電荷傳送方向上的前向側(cè)的傳送電極上 (導(dǎo)通狀態(tài))并且同時(shí)低電平電位被施加到電荷傳送方向上的后向側(cè)的傳 送電極上(關(guān)斷狀態(tài))，以便執(zhí)行電荷的垂直傳送。因此，在現(xiàn)有的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的六場(chǎng)讀出法中，通過使用12 個(gè)傳送電極(V1到V12)的12階段傳送來執(zhí)行電荷的垂直傳送。[根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的六場(chǎng)讀出法](參見圖 2C禾口圖2D)在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的六場(chǎng)讀出中，由標(biāo) 號(hào)t0指示的定時(shí)首先被切換到由標(biāo)號(hào)tl指示的定時(shí)，以便輸出集聚在光 接收部中的電荷(Q)。在經(jīng)過從由標(biāo)號(hào)t2指示的定時(shí)到由標(biāo)號(hào)t3指示的定時(shí)的時(shí)間段之后， 并且在此示例中，低電平電位被施加到作為電荷分離的柵極的傳送電極 V6S2 (關(guān)斷狀態(tài))，并且高電平電位被施加到傳送電極V6S1、傳送電極V1A、傳送電極V1B上(導(dǎo)通狀態(tài))，從而形成高電平被施加到除了傳送 電極V6S2的11個(gè)傳送電極上的狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))。隨后，在由標(biāo)號(hào)t4 指示的定時(shí)完成電荷的讀出，并且對(duì)于除了傳送電極VS62之外的11個(gè)傳 送電極，電荷被平坦化(flatten)。然后，在由標(biāo)號(hào)t5指示的定時(shí)，低電平電位被施加到傳送電極VS61 (關(guān)斷狀態(tài))，將電荷分割成兩部分(Q/2)。在由標(biāo)號(hào)t6指示的定時(shí)，該方法處于初始狀態(tài)，類似于由標(biāo)號(hào)tO指示 的定時(shí)的狀態(tài)，并且垂直傳送處于待用狀態(tài)。隨后，在由標(biāo)號(hào)t7指示的定時(shí)到由標(biāo)號(hào)t18指示的定時(shí)之間的時(shí)間段 內(nèi)，相繼地，高電平電位被施加到電荷傳送方向上的前向側(cè)的傳送電極上 (導(dǎo)通狀態(tài))，并且同時(shí)低電平電位被施加到電荷傳送方向上的向下側(cè)的 傳送電極上(關(guān)斷狀態(tài))，從而執(zhí)行電荷的垂直傳送。因此，在根據(jù)本發(fā)明的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的六場(chǎng)讀出法中，通過 使用10個(gè)傳送電極(V1A、 V1B、 V2、 V3A、 V3B、 V4、 V5A、 V5B、 V6S1、 V6S2)的六階段傳送來執(zhí)行電荷的垂直傳送。被垂直傳送的兩部分電荷(Q/2)由水平傳送部合并到一起(Q/2 + Q/2 = Q)，并且由水平傳送部執(zhí)行水平傳送。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CCD型固態(tài)成像設(shè)備的六場(chǎng)讀出中，在分 割電荷時(shí)，需要在完成電荷讀出起經(jīng)歷預(yù)定時(shí)間段之后才對(duì)電荷進(jìn)行分 割。具體地，對(duì)于在由標(biāo)號(hào)t4指示的定時(shí)到由標(biāo)號(hào)t5指示的定時(shí)之間的 時(shí)間段(由標(biāo)記字符x指示的時(shí)間段)，通常需要確保約5 ias。其原因如 下。"在信號(hào)電荷讀出完成和信號(hào)電荷分割之間的時(shí)間段"與"經(jīng)過分割 的電荷的輸出比"之間具有如圖3所示的關(guān)系。因此，如果電荷讀出完成 和電荷分割之間的時(shí)間段小于約5 ps，則電荷被不均勻地分割。此外，在 電荷被不均勻地分割的情況下，經(jīng)過分割的電荷中的一個(gè)(經(jīng)過分割的電 荷中較大的一個(gè))有可能決定由垂直傳送部處理的電荷量。因此，對(duì)于電 荷讀出完成和電荷分割之間的時(shí)間段，需要確保約5 ^，以便大致均勻地 將電荷分割成兩部分。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CCD型固態(tài)成像設(shè)備中，雖然已經(jīng)描述了垂直傳送的電荷(Q/2)被水平傳送部混合的具體實(shí)施例，但是執(zhí)行電荷 混合，直到水平傳送之前的步驟就足夠了。也就是說，由水平傳送部執(zhí)行 處于混合態(tài)電荷的水平傳送是很充分的。不需要在水平傳送部中混合電 荷。例如，電荷可以在形成于垂直傳送部和水平傳送部之間的電荷集聚部 中被混合，并且然后被傳送到水平傳送部。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CCD型固態(tài)成像設(shè)備實(shí)現(xiàn)了通過六階段傳送 的六場(chǎng)讀出法，這可以減少垂直傳送部的傳送電極的數(shù)量。具體地，現(xiàn)有 的CCD型固態(tài)成像設(shè)備在六場(chǎng)讀出法中執(zhí)行12階段傳送并且需要12個(gè) 傳送電極(VI到V12)，而根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CCD型固態(tài)成像設(shè)備 通過使用10個(gè)傳送電極(V1A、 V1B、 V2、 V3A、 V3B、 V4、 V5A、 V5B、 V6S1、 V6S2)實(shí)現(xiàn)了六場(chǎng)讀出法中的6階段傳送，因此，在本發(fā)明 的實(shí)施例中，垂直傳送部的傳送電極的數(shù)量減少了2個(gè)。垂直傳送部的傳送電極的數(shù)量減少可以消除因芯片尺寸的增大引起的 成本增加、因封裝引腳數(shù)量的增加引起的封裝尺寸的增大以及因垂直驅(qū)動(dòng) 器中的通道數(shù)量的增加引起的成本增加。另外，在數(shù)碼相機(jī)中，當(dāng)為了在液晶顯示監(jiān)視器等上顯示或者為了自 動(dòng)控制(AF、 AE)而進(jìn)行線條疏化(line thinning)時(shí)，現(xiàn)有的CCD型固 態(tài)成像設(shè)備需要16個(gè)傳送電極，而根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CCD型固態(tài)成 像設(shè)備需要12個(gè)傳送電極，因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，垂直傳送部的 傳送電極可以減少4個(gè)(參見圖4)。已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施例的六場(chǎng)讀出法，垂直傳送部的傳送電極的 數(shù)量在八場(chǎng)讀出法以及其它讀出法中也可以被減少。關(guān)于八場(chǎng)讀出，現(xiàn)有 的CCD型固態(tài)成像設(shè)備執(zhí)行16階段傳送，而根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CCD 型固態(tài)成像設(shè)備實(shí)現(xiàn)了 8階段傳送。關(guān)于四場(chǎng)讀出，現(xiàn)有的CCD型固態(tài) 成像設(shè)備執(zhí)行8階段傳送，而根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的CCD型固態(tài)成像設(shè) 備實(shí)現(xiàn)了4階段傳送。圖4或圖IO所示的線條疏化是疏化模式具有兩種類型的一個(gè)示例。當(dāng) 疏化模式的數(shù)量增加到3種或4種時(shí)，所需的垂直傳送部的傳送電極的數(shù) 量則增加了，因此，本發(fā)明用來減少傳送電極的數(shù)量的有益效果是很顯著的。本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于可以在實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)讀出(其 中，可以增加由垂直傳送部操作的電荷量)的同時(shí)減少垂直傳送部的傳送 電極的數(shù)量。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要在所附權(quán)利要求及其等同物的范圍 內(nèi)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求和其他因素作出各種修改、組合、子組合和變換。本申請(qǐng)要求于2007年1月22日向日本專利局提交的日本專利申請(qǐng)No. 2007-11179的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過參考被結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像設(shè)備，包括多個(gè)光接收部，該多個(gè)光接收部是以行和列的矩陣排列的；多個(gè)垂直傳送部，該多個(gè)垂直傳送部是針對(duì)所述光接收部的所述矩陣的每列而形成的，用于在垂直方向上傳送從所述光接收部傳送來的電荷，水平傳送部，用于在水平方向上傳送從所述垂直傳送部傳送來的電荷，其中，所述垂直傳送部將被傳送到所述垂直傳送部的電荷大致均勻地分割為兩部分，并且在垂直方向上傳送經(jīng)過分割的電荷，并且所述水平傳送部在所述水平方向上傳送處于混合態(tài)的所述經(jīng)過分割的電荷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，從所述光接收部向所 述垂直傳送部的電荷傳送是通過分割成n個(gè)場(chǎng)(n24)而執(zhí)行的，并且所述垂直傳送部通過n階段驅(qū)動(dòng)來執(zhí)行垂直傳送。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像設(shè)備，其中，所述垂直傳送部在向 所述垂直傳送部的電荷傳送完成起經(jīng)過預(yù)定時(shí)間之后對(duì)所述電荷進(jìn)行分 割。
4. 一種用于在固態(tài)成像設(shè)備中通過多場(chǎng)讀出來傳送電荷的方法，所述 固態(tài)成像設(shè)備包括以行和列的矩陣排列的多個(gè)光接收部，針對(duì)所述光接收 部的所述矩陣的每列而形成的用于在垂直方向上傳送從所述光接收部傳送 來的電荷的多個(gè)垂直傳送部，以及用于在水平方向上傳送從所述垂直傳送部傳送來的電荷的水平傳送部，所述方法包括如下步驟將所述電荷從所述光接收部傳送到所述垂直傳送部中的高電平電位部；之后將被傳送到所述垂直傳送部的所述電荷大致均勻地分割為兩部 分，并且在所述垂直方向上傳送所述經(jīng)過分割的電荷；并且在所述水平傳送部中在所述水平方向上傳送處于混合態(tài)的所述經(jīng)過分 割的電荷。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種固態(tài)成像設(shè)備和一種電荷傳送法。所述固態(tài)成像設(shè)備包括以行和列的矩陣排列的光接收部、垂直傳送部以及水平傳送部。垂直傳送部是針對(duì)光接收部的矩陣的每列而形成的，其用于在垂直方向上傳送從光接收部傳送來的電荷。水平傳送部用于在水平方向上傳送從垂直傳送部傳送來的電荷。垂直傳送部對(duì)被傳送到垂直傳送部的電荷進(jìn)行分割并且在垂直方向上傳送經(jīng)過分割的電荷。水平傳送部在水平方向傳送處于混合態(tài)的經(jīng)過分割的電荷。
文檔編號(hào)H04N5/372GK101232558SQ20081000081
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月22日
發(fā)明者廣田功, 田中弘明 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社