固態成像裝置、固態成像器件的驅動方法和照相機的製作方法
2023-10-09 01:23:29
專利名稱：固態成像裝置、固態成像器件的驅動方法和照相機的製作方法
技術領域：
本發明涉及固態成像裝置、固態成像器件的驅動方法和照相機，特別是構造為實現暗信號水平降低的固態成像裝置、固態成像器件的驅動方法和照相機。
背景技術：
在照相機例如數字靜態照相機或者監控攝像機中，已經廣泛採用線間傳
輸系統的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光敏單元102、與每個光敏單元鄰近設置且構造為利用光敏單元讀出信號電荷輸入的讀出柵103 、與讀出柵鄰近設置且構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、構造為在水平方向上傳輸從垂直傳輸單元傳輸的信號電荷的水平傳輸單元105以及設置在光敏單元的讀出柵的相對側且構造為減少顏色混合的信道停止區(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 )。已經利用水平傳輸單元105在水平方向上傳輸的信號電荷被傳輸到結合在輸出單元中的浮動傳播(FD, floatingdiffusion)單元106。採用MOS電晶體4企測FD單元的電位變化，並且轉換為電信號。然後，放大該電信號，並且輸出為視頻圖像信號Vout。
如上所述構造的線間傳輸系統的CCD型圖像傳感器的操作分成[l]採用光敏單元(光電二極體)102執行的光電轉換和信號電荷存儲，[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]採用垂直傳輸單元104執行的信號電荷傳輸(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]採用水平傳輸單元105執行的信號電荷傳輸(水平傳輸)以及[6]採用FD單元106執行的信號電荷檢測和放大。接下來，將詳細描述上述操作。採用光敏單元(光電二極體)執行的光電轉換和信號電荷存儲
4已經通過設置在CCD型圖像傳感器101的前表面側的成像透鏡成像的光學圖像採用光敏單元102轉換成電荷圖像。就是說，在每個光敏單元102中，根據接收光的強度和接收到光的時間來存儲信號電荷。場移動
存儲在各光敏單元102中的信號電荷以預定的時間同時讀出到垂直傳輸單元104，這稱為"場移動"。
具體地講，首先，在奇數場中，垂直排列的奇數像素(光敏單元102)的信號電荷加到垂直排列的偶數像素(光敏單元102 )的信號電荷以被讀出。在下一偶數場中，通過改變加到一起的像素的組合，垂直排列的偶數像素(光敏單元102)的信號電荷和垂直排列的奇數像素(光敏單元102)的信號電荷加到一起且被讀出。就是說，兩個垂直相鄰的像素採用垂直傳輸單元104加到一起以形成一個場，然後通過改變加到一起的像素的組合來形成另一個場，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，其廣泛地應用於攝像機領域中，以便不在後面留下幀殘留影像。垂直傳輸
然後，已經場移動到垂直傳輸單元104的信號電荷採用垂直傳輸單元104垂直傳輸。在採用垂直傳輸單元104的傳輸中，各線的信號電荷以線為單元並行向下(朝著水平傳輸單元105)傳輸。線移動
然後，已經傳輸到垂直傳輸單元104的最下遊的一個線的信號電荷並行傳輸到燈中的水平傳輸單元105,這稱為"線移動"。[5]水平傳輸
然後，已經線移動到水平傳輸單元105的一個線的信號電荷採用水平傳輸單元105水平傳輸。當水平傳輸單元105在完成一個線的信號電荷的水平傳輸而改變為其中沒有留下信號電荷的空態時，下一個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
已經水平傳輸到水平傳輸單元105的左端(終止端)的信號電荷採用FD單元106按電壓逐個像素地4企測並放大，然後從其輸出端輸出。
附帶地，上述的操作[1]至[6]彼此關聯地執行。已經從垂直傳輸單元104的最下遊垂直傳輸的一個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，並且採用FD單元106逐個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進行。就是說，當已經從水平傳輸單元105讀出一個線的所有信號電荷時，已經垂直向下傳輸到最下遊的下一個線的信號電荷線移動到水平傳輸單元105，然後被水平傳輸。通過重複上述操作，讀出一個場中的所有信號電荷。
信號電荷以上述方式傳輸的同時，光電轉換仍在持續進行，並且在已經場移動信號電荷後，立即在各光敏單元(光電二極體)102中再次開始信號電荷的存儲。就是說，儘管在信號電荷通過場移動傳輸到垂直傳輸單元104後，每個光敏單元(光電二極體)102立即改變為空態，但是光持續發射到各光敏單元(光電二極體)，並且因此電荷再次存儲在其中。
圖4是圖解沿著圖3所示的像素區的IV-IV線剖取的截面結構的示意圖。在形成在N型矽襯底110上的P型阱區119的表面上，形成構成光敏單元102的N型信號電荷存儲區126、構成垂直傳輸單元104的N型電荷傳輸區124以及P+型信道停止區118。
++型正電荷存儲區127形成在信號電荷存儲區126的表面上，並且插設在信號電荷存儲區126和電荷傳輸區124之間的P型區構成讀出柵103。由例如Si02製成的柵極絕緣膜123形成在電荷傳輸區124、讀出柵103、正電荷存儲區127和信道停止區118上。傳輸電極125經由柵極絕緣膜123形成在電荷傳^T區124上。
然後，存儲在光^:單元102中的信號電荷經由讀出柵103場移動到相鄰的垂直傳輸單元104。已經從垂直傳輸單元104線移動然後從水平傳輸單元105水平傳輸的信號電荷流入FD單元106，然後FD單元106的電位根據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電晶體構成)連接到FD單元106,並且在FD單元106檢測的信號(電壓)被放大並採用源輸出電路輸出到外部。
附帶地，在近來的數字靜態照相機中，已經看到了隨著清晰度的增加(增加像素數)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，並且(2)為了獲得輸出信號必然增加噪聲成分量，這會導致SN比(信號對噪聲的比率)降低，並且因此而導致圖像質量的下降。
現在，正在開發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，從減少噪聲的觀點來看，在固態成像器件中降低構成最大噪聲成分的暗信號的水平已經變得非常重要。
如上所述的CCD型圖像傳感器已經廣泛地用在各種照相機中，例如監控攝像機和FA(工廠自動化)中使用的照相機，並且在4艮多情況下在上述照相機中設定長時曝光(有時稱為低速快門)模式。在"常規模式"中，考慮到應用於標準型TV,每1/60秒執行一次場移動，就是說，信號電荷存儲在光敏單元102中的期間設定為1/60秒，與"常規模式"相反，"長時曝光"模式是這樣的模式其中信號電荷在光敏單元102中持續存儲一到兩秒、或者在某些情況下最大為幾秒，而不執行從光敏單元102讀出(場移動)信號電荷。長時曝光模式對於執行圖像捕捉是有效的，特別是在暗場的狀態下。然而，在長時曝光模式中可明顯地觀察到暗信號引起的圖像質量下降。
作為減少暗信號水平的技術，已經提出了控制施加到垂直傳輸單元的時鐘電壓和對垂直傳輸單元施加時鐘電壓的時間的方法。接下來，將參考附圖描述有關的暗信號水平降低技術的示例。
首先，圖5A是示出沒有採用暗信號數量減少技術的通常情形中，在從曝光期間到信號輸出期間的範圍內的期間中施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時鐘信號V小的示意圖。在多數商業化的CCD型圖像傳感器中，對於從曝光期間到信號輸出期間範圍的整個期間，垂直傳輸時鐘信號V(j)的中偏壓(VM)設定到O[V]。這裡，"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鐘電壓的高位電位，即不考慮讀出電壓的情況下設定的高位電位。圖5A所示的期間D是清除曝光時產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的示例，如圖5B所示，已經提出了這樣的技術對於從曝光期間到信號輸出期間範圍的整個期間，負偏置(例如，VM = -0.5[V])施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時鐘信號V小的中偏壓(VM)。
關於這一點，圖6A是示出施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時鐘信號V小的中偏壓(VM)和暗信號水平之間關係的示意圖。通過負偏置垂直傳輸時鐘信號V小的中偏壓(VM)減少了暗信號的水平，從而對於從曝光期間到信號輸出期間範圍的整個期間，通過負偏置施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時鐘信號V(j)的中偏壓(VM)，實現了暗信號水平的降低。作為暗信號水平降低技術的另一個示例，如圖5C所示，已經提出了這樣的技術(例如，見日本專利提前公開No. 2003-153087):僅對於曝光期間，固定以低位施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時鐘信號V(j)。
發明內容
然而，在暗信號水平降低技術的上述示例中，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鐘信號V小和垂直傳輸單元可處理的電荷量之間的關系所示，通過負偏置垂直傳輸時鐘信號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系所示，通過負偏置垂直傳輸時鐘信號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的一個示例中，儘管實現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，飽和信號的量減少並且易於產生有缺陷的垂直傳輸，其結果是不能增大SN比。另外，對於從曝光期間到信號輸出期間範圍的整個期間，施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時鐘信號V(j)的中偏壓(VM);故負偏置，從而在必須為採用垂直傳輸單元的信號電荷高速傳輸的運動圖像捕獲模式和圖像顯示在液晶監視器上的模式(在下文中稱為液晶監視器圖像顯示模式)中可能產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的另一個示例中，因為施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時鐘信號V(僅對於曝光期間固定到低位，所以可以獲得暗信號水平降低效果，並且不會對信號輸出期間實現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曝光模式中可採用該技術。
在長時曝光模式中，不會入射諸如太陽光的高強度光，從而在該模式中即使有入射光也幾乎不引起問題。然而，在常規曝光模式中已經入射諸如太陽光的高強度光的情況下，就會發生存儲在垂直傳輸單元中的不必要電荷在曝光期間已經結束後不能徹底清除的問題。
就是說，因為僅對於曝光期間將施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時鐘信號V小固定在低位，換言之，對於曝光期間停止對垂直傳輸單元施加垂直傳輸時鐘信號Vf從而將時鐘電壓固定在低位，所以對於曝光期間不會執行信號電荷的垂直傳輸並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鐘信號V(j)以固
定時鐘電壓在低位的情況下，對於曝光期間不會完全執行信號電荷的垂直傳輸，並且因此該技術難於處理諸如液晶監視器圖像顯示模式。
本發明已經考慮到了上述情況。因此，所希望的是提供固態成像裝置、固態成像器件的驅動方法和照相機，構造為實現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。
根據本發明的實施例，提供這樣的固態成像器件，包括固態成像器件，具有光敏單元，排列成矩陣；垂直傳輸單元，為該光^:單元的每個垂直陣列提供，並且構造為從所述光敏單元讀出信號電荷並在垂直方向傳輸該讀出的信號電荷；以及水平傳輸單元，構造為接收從該垂直傳輸單元傳輸的該信號電荷，並且在水平方向傳輸該傳輸的信號電荷；並且包括控制電路，構造為控制將施加到該垂直傳輸單元的時鐘信號，其中該控制電路執行控制，以使第一時鐘信號與第二時鐘信號具有幾乎相同的大小，其中第一時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從該光敏單元讀出後到該前一信號電荷經由該垂直傳輸單元傳輸到該水平傳輸單元時，第二時鐘信號施加的期間為從該前一信號電荷已經傳輸到該水平傳輸單元後到後一信號電荷從該光敏單元讀出時，並且該第 一時鐘信號的高位電位設定為高於該第二時鐘信號的高位電位。
根據本發明的另一個實施例，提供照相機，包括固態成像器件，具有排列成矩陣的光敏單元、為該光^:單元的每個垂直陣列提供且構造為從所述光敏單元讀出信號電荷並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造為接收從該垂直傳輸單元傳輸的該信號電荷且在水平方向傳輸該傳輸的信號電荷的水平傳輸單元；光學系統，構造為引導入射光到該固態圖像攝取元件的圖像攝取區；和控制電路，構造為控制施加到該垂直傳輸單元的時鐘信號，其中該控制電路執行控制，以使第一時鐘信號與第二時鐘信號具有幾乎相同的大小，其中第一時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從該光壽丈單元讀出後到該前一信號電荷經由該垂直傳輸單元傳輸到該水平傳輸單元時，第二時鐘信號的施加期間為從該前一信號電荷已經傳輸到該水平傳輸單元後到後 一信號電荷從該光敏單元讀出時，並且該第 一時鐘信號的高位電位設定為高於該第二時鐘信號的高位電位。
這裡，通過執行控制已設定第 一時鐘信號的高位電位高於第二時鐘的高位電位，實現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生不利影響。
根據本發明的再一個實施例，提供驅動固態成像器件的方法，該固態成像器件具有，排列成矩陣的光敏單元、為該光敏單元的每個垂直陣列提供且構造為從所述光敏單元讀出信號電荷並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造為接收從該垂直傳輸單元傳輸的該信號電荷且在
水平方向傳輸該傳輸的信號電荷的水平傳輸單元；該方法包括這樣的步驟對該垂直傳輸單元施加第一時鐘信號，從而傳輸該信號電荷，該第一時鐘信號施加的期間為從前一信號電荷已經;人該光敏單元讀出後到該前一信號電荷經由該垂直傳輸單元傳輸到該水平傳輸單元時，以及對該垂直傳輸單元施加第二時鐘信號，施加的期間為從該前一信號已經傳輸到該水平傳輸單元後
到後 一信號電荷從該光敏單元讀出時，其中該第 一時鐘信號與該第二時鐘信號具有幾乎相同的大小，並且該第一時鐘信號的高位電位設定為高於該第二時鐘信號的高位電位。
這裡，通過執行控制以設定第 一時鐘信號的高位電位高於該第二時鐘信號的高位電位，實現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生不利影響。
在根據本發明實施例的固態成像裝置、固態成像器件的驅動方法和照相機中，實現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，示出了應用本發明實施例的照相才幾的示例；
圖2A是CCD型圖像傳感器的示意圖，示出了應用本發明實施例的固態成像裝置的示例；
圖2B是圖解垂直傳輸時鐘信號V小的示意圖3是圖解線間傳輸系統CCD型圖像傳感器的示意圖4是圖解沿著圖3所示的像素區的IV-IV線剖取的截面結構的示意圖5A是圖解垂直傳輸時鐘信號V(j)的示意圖(1 );
圖5B是圖解垂直傳輸時鐘信號V)的示意圖(2);
圖5C是圖解垂直傳輸時鐘信號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鐘信號V(j)的中偏壓(VM)和產生的暗信號之間關係的圖線；
圖6B是示出施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時鐘信號V小的中偏壓(VM)和垂直傳輸單元可處理的電荷量之間關係的圖線；和
圖6C是示出施加到垂直傳輸單元的垂直傳輸時鐘信號V小的中偏壓(VM)和垂直傳輸單元的垂直傳輸效率之間關係的圖線。
具體實施例方式
接下來，將參考附圖描述本發明的優選實施例。
圖1是圖解CCD型照相機的示意圖，示出了應用本發明實施例的照相機的示例。如圖所示的CCD型照相機10包括構造為聚焦入射光的透鏡11、構造為僅對預定的期間通過由透鏡11聚焦的光的機械快門12以及構造為捕獲通過透鏡11和機械快門12投射的目標圖像的CCD型圖像傳感器1。
圖2A是圖解CCD型圖像傳感器的示意圖，示出了應用本發明實施例的固態成像裝置的示例。在如圖所示的CCD型圖像傳感器1中，與如上所述的相關的CCD型圖4象傳感器一樣，形成多個光壽文單元2，排列成矩陣；讀出柵3，鄰近每個光敏單元設置，並且構造為讀出已經採用光敏單元獲得的信號電荷；垂直傳輸單元4，鄰近讀出柵設置，並且構造為垂直傳輸採用讀出柵讀出的信號電荷；水平傳輸單元5，構造為水平傳輸從垂直傳輸單元傳輸的信號電荷；以及信道停止區(圖2中未示出)，設置在光敏單元的讀出柵的對面，並且構造為減少顏色混合。已經採用水平傳輸單元5水平傳輸的信號電荷傳輸到結合於輸出單元中的FD單元6。 FD單元的電位變化採用MOS電晶體檢測，並且轉換成電信號，然後放大和輸出為視頻圖像信號Vout。
另外，還提供垂直傳輸時鐘電源轉換電路7，構造為控制施加到垂直傳
ii輸單元4的垂直傳輸時鐘信號V(。負偏置從時間信號產生電路8輸入的垂直傳輸時鐘信號V(j)o的中偏壓(VM),以採用垂直傳輸時鐘電源轉換電路產生施加到垂直傳輸單元4的垂直傳輸時鐘信號V小。
具體地講，在垂直傳輸時鐘電源轉換電^^中，通過其施加垂直傳輸時鐘信號V小o的輸入端經由電容器C連接到輸出端，並且輸出端經由第 一轉換電晶體(Trl )連接到第一電源V！(例如VI =-7.5 [V]，作為VM二0[V]的電源)，且經由第二轉換電晶體(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連接到第一轉換電晶體的柵極電極，並且第二控制端Cont2連接到第二轉換電晶體的柵極電極。在如上所述構造的垂直傳輸時鐘電源轉換電路中，當對第一控制端Contl施加高位電位時，第一轉換電晶體轉入導電狀態，以從其輸出端輸出中偏壓(VM)設定到O[V]的垂直傳輸時鐘信號V(。當對第二控制端Cont2施加高位電位時，第二轉換電晶體轉入導電狀態，以從其輸出端輸出中偏壓(VM)設定到-1.0[V]的垂直傳輸時鐘信號V(。
施加到垂直傳輸時鐘電源轉換電路的控制端(第一控制端和第二控制端)的電位採用時間信號產生電路控制。就是說，對於信號輸出期間(從光敏單元已經讀出前一個信號電荷後到當前一個信號電荷經由垂直傳輸單元傳輸到水平傳輸單元時)，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，對於曝光期間(從前一個信號電荷已經傳輸到水平傳輸單元後到當後一個信號電荷從光敏單元讀出時)，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，在上述的實施例中，通過示例已經描述了採用時間信號產生電路產生的垂直傳輸時鐘信號V如輸入到垂直傳輸時鐘電源轉換電路中並且採用垂直傳輸時鐘電源轉換電路控制的垂直傳輸時鐘信號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)已經負偏置的垂直傳輸時鐘信號V小施加到CCD型圖像傳感器，並且可以將垂直傳輸時鐘電源轉換電路內置在時間信號產生電路或者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)已經負偏置的垂直傳輸時鐘信號V小施加到CCD型圖^象傳感器，則垂直傳輸時鐘電源轉換電路的電路構造不限於通過示例示於圖2A中的情況，而是可以採用任何構造。
另外，在如上所述的實施例中，已經通過示例描述了對於信號輸出期間將中偏壓(VM )設定到O[V]，並且對於曝光期間將中偏壓(VM )設定到-1.0[V]的情況。然而，還可以將為曝光期間設定的中偏壓(VM)設定到低於為信號輸出期間設定的中偏壓(VM)。總的來i兌，考慮O[V]用作為信號輸出期間設定的中偏壓(VM)的值的情況，並且考慮圖6A中的示例示出的垂直傳輸時鐘信號的中偏壓(VM)和產生的暗信號之間的關係，認為優選的是中偏壓(VM) 4氐於-0.5[V〗。
在如上所述構造的CCD型照相機中，採用時間信號產生電路，對於信號輸出期間，高位電位施加到第一控制端Contl,以從垂直傳輸時鐘電源轉換電路的輸出端輸出中偏壓(VM)設定到-1.0[V]的垂直傳輸時鐘信號V小(第一時鐘信號)，而對於曝光期間，高位電位施加到第二控制端Cont2，以輸出中偏壓(VM)設定到O[V]的垂直傳輸時鐘信號V(j)(第二時鐘信號)(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生不利影響。
就是說，與圖5B所示的相關的暗信號水平降低技術的示例一樣，在從曝光期間到信號輸出期間範圍的整個期間已經負偏置垂直傳輸時鐘信號V小的情況下，對於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，通過將負偏置垂直傳輸時鐘信號V(j)的中偏壓(VM)的期間單獨限制到曝光期間，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現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生不利影響。
在相關的暗信號水平降低技術中，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，垂直傳輸時鐘信號V小的中偏壓(VM)僅負偏置到約-0.5[V]。然而，根據本發明的實施例，負偏置垂直傳輸時鐘信號V)的中偏壓(VM)的期間單獨地限制到曝光期間。結果，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，並且因此例如垂直傳輸時鐘信號V(^的中偏壓(VM )的負偏置可以到約-1.0[V]。
與圖5C所示的相關的暗信號水平降低技術的示例一樣，在垂直傳輸時鐘信號V(j)的電位對於曝光期間已經固定在低位上的情況下，信號電荷的垂直傳輸對於曝光期間是不允許的。然而，在應用本發明實施例的CCD型照相機中，甚至對於曝光期間，垂直傳輸時鐘信號V小的電位設定到兩個電平，即高位和低位，從而即使在諸如陽光的高強度光在常規曝光模式中入射到照 相機透鏡上的情況下，在曝光期間完畢後，保持在垂直傳輸單元中的信號電 荷也在預定的期間(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，在應用本發明實施例的CCD型照相機中，同時實現了暗信
號水平降低和曝光期間完畢後執行的信號電荷清除。因此，本發明的技術不 僅可以應用於長時曝光模式，而且可以應用於常規曝光才莫式。
另外，對於曝光期間，允許信號電荷的垂直傳輸。因此，本發明的技術 不僅可以應用於靜態圖像照相衝莫式，而且可以應用於必須為採用垂直傳輸單 元的信號電荷高速傳輸的運動圖像捕獲模式和液晶監視器圖像顯示模式。
本申請包含2008年5月12日提交日本專利局的日本優先權專利申請JP 2008-124250所揭示的相關主題事項，其全部內容一併作為參考。
本領域的技術人員應當理解的是，在如所附權利要求或者其等同方案的 範圍內，根據設計需要和其他因素，可以進行各種修改、組合、部分組合和 變更。
權利要求
1、一種固態成像裝置，包括固態成像器件，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垂直陣列提供，並且構造為從所述光敏單元讀出信號電荷並在垂直方向傳輸所述讀出的信號電荷，以及水平傳輸單元，構造為接收從所述垂直傳輸單元傳輸的所述信號電荷，並且在水平方向傳輸所述傳輸的信號電荷；和控制電路，構造為控制施加到所述垂直傳輸單元的時鐘信號，其中所述控制電路執行控制，以使第一時鐘信號與第二時鐘信號具有幾乎相同的大小，其中所述第一時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從所述光敏單元讀出後到所述前一信號電荷經由所述垂直傳輸單元傳輸到所述水平傳輸單元時，所述第二時鐘信號施加的期間為從所述前一信號電荷已經傳輸到所述水平傳輸單元後到後一信號電荷從所述光敏單元讀出時，並且所述第一時鐘信號的高位電位設定為高於所述第二時鐘信號的高位電位。
2、 根據權利要求1所述的固態成像裝置，其中所述控制電鴻4丸行控制以將所述第一時鐘信號的高位電位設定為0V， 並且控制為將所述第二時鐘信號的高位電位設定為-0.5V或者更低。
3、 一種驅動固態成像器件的方法，所述固態成像器件具有，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垂直陣列提供，並且構造 為從所述光敏單元讀出信號電荷並在垂直方向傳輸所述讀出的信號電荷，以 及水平傳輸單元，構造為接收從所述垂直傳輸單元傳輸的所述信號 電荷，並且在水平方向傳輸所述傳輸的信號電荷，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鐘信號，從而傳輸所述信號電荷，施加 所述第 一 時鐘信號的期間為從前一信號電荷已經從所述光敏單元讀出後到所述前一信號電荷經由所述垂直傳輸單元傳輸到所述水平傳輸單元時，以及 對所述垂直傳輸單元施加第二時鐘信號，施加所述第二時鐘信號的期間為從 所述前一信號電荷已經傳輸到所述水平傳輸單元後到後一信號電荷從所述 光敏單元讀出時，其中所述第一時鐘信號與所述第二時鐘信號具有幾乎相同的大小，並且 所述第一時鐘信號的高位電位設定為高於所述第二時鐘信號的高位電位。
4、 一種照相才幾，包4舌 固態成像器件，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垂直陣列提供，並且構造 為從所述光敏單元讀出信號電荷並在垂直方向傳輸所述讀出的信號電荷，以 及水平傳輸單元，構造為接收從所述垂直傳輸單元傳輸的所述信號 電荷，並且在水平方向傳輸所述傳輸的信號電荷；光學系統，構造為引導入射光到固態圖像攝取元件的圖像攝取區；和 控制電路，構造為控制將施加到所述垂直傳輸單元的時鐘信號，其中 所述控制電路執行控制，以使第一時鐘信號與第二時鐘信號具有幾乎相 同的大小，其中所述第一時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 一信號電荷已經從所述光敏單元讀出後到所述前 一信號電荷經 由所述垂直傳輸單元傳輸到所述水平傳輸單元時，所述第二時鐘信號施加的 期間為從所述前一信號電荷已經傳輸到所述水平傳輸單元後到後一信號電 荷從所述光壽文單元讀出時，並且所述第一時鐘信號的高位電位設定為高於所述第二時鐘信號的高位電位。
全文摘要
本發明提供固態成像裝置、固態成像器件的驅動方法和照相機。固態成像裝置包括固態成像器件和用於執行控制的控制電路，使得第一時鐘信號和第二時鐘信號大小几乎相同，並且第一時鐘信號的高位電位設定為高於第二時鐘信號的高位電位，第一時鐘信號在從前一個信號電荷已經從光敏單元讀出後到前一個信號電荷傳輸到水平傳輸單元時的期間施加為傳輸信號電荷，第二時鐘信號施加於從前一信號電荷已經傳輸到水平傳輸單元後到後一信號電荷從光敏單元讀出時。
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 優先權日2008年5月12日
發明者田中弘明 申請人:索尼株式會社