专利名称：电荷耦合元件的电压控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及控制施加于电荷耦合元件的传送电极上的电压的电压控制装置、特别是根据被摄物照度来控制电荷耦合元件特性的电压控制装置、具备该电压控制装置的摄像装置及电压控制方法。
背景技术：
由包含电荷耦合元件的半导体固体摄像元件拍摄的图像品质，由光电变换的信息电荷量与随机噪声之比来决定。而且，可以用半导体固体摄像元件拍摄的被摄体的照度范围主要由饱和信号量来决定。在室内或夜间等暗且照度低的被摄体的拍摄中，由于光电变换的信息电荷量少，故对应于信息电荷量的暗电流发射(shot)·噪声的相对比例增加，图像信号的SN比恶化。另一方面，在晴天的室外等明亮、照度高的被摄体的拍摄中，光电变换的信息电荷量多，信息电荷量超过存储容量而引起饱和，容易产生“发白”。
在此，对暗电流产生·噪声的产生进行说明。图1是概念性表示电荷耦合元件摄像区域的剖面结构的图。在n型Si基板200上形成p阱202，从p阱202的传送电极φ1到φ4(对时钟名和电极名使用同一称呼)之下形成n层204，从而形成npn结构。在基板200表面和传送电极之间插入用于绝缘的Si氧化膜。
在具有上述剖面结构的电荷耦合元件中，当拍摄时，一般对传送电极φ1、φ3施加用于进行像素分离的正电压，对传送电极φ2、φ4施加被称为栅极上(on gate)电压的用于电荷存储的电压。图2中示出了施加该栅极上电压时图1的A-A′、B-B′线的电势曲线。在栅极φ2下的B-B′线的电势阱(深度Don)存储电荷，在x方向的任何点由比B-B′线电势高的A-A′线的电势、即由栅极φ1、φ3进行电荷分离。由于电势阱在栅极下的SiO2-Si界面的耗尽层连续形成，故根据界面能级产生的电荷在电势阱存储。随着与该信息电荷无关的电荷流入而产生暗电流发射·噪声，形成白噪声，使图像信号的SN比恶化。
在此，作为抑制用于改善拍摄照度低的被摄物时的图像信号SN比的暗电流产生的方法，常见将电荷耦合元件(Charge Coupled Device以下称CCD)进行全栅极锁定(All Gate Pinning以下称AGP)驱动的方法(例如，参照专利文献1)。
在此，对于AGP驱动及其作用进行说明。图3是概念性表示电荷耦合元件摄像区域的剖面结构的图。在n型Si基板300上形成p阱302，从p阱302的传送电极φ1到φ4(对时钟名和电极名使用同一称呼)之下形成n层304，从而形成npn结构。在传送电极φ2、φ4之下形成n+层306。n+层306的杂质浓度设定得比n层304的杂质浓度高。在基板300表面和传送电极之间插入用于绝缘的Si氧化膜。与图1所示结构的差异在于杂质分布及栅极电压大小的不同。
在具备如上所述的剖面结构的CCD中，当施加于传送电极的电压(栅极电压)为零时，由于作为金属的传送电极与半导体Si基板300之间的费米能级的电子能量差，使Si氧化膜界面的Si能量带被扭曲从而形成耗尽层。该Si能带的扭曲可随施加到传送电极的电压而变化。将使Si氧化膜界面Si的能带平直的传送电极电压称为平带电压，将对传送电极施加平带电压的驱动方法叫做AGP驱动。
将施加平带电压时的图3A-A′、B-B′线的电势曲线示于图4。对传送电极φ2、φ4施加用于存储电荷的电压，形成BBOB1所示的电势阱(深度DAGP)能够存储电荷，对传送电极φ1、φ3施加用于进行像素分离的电压，如AA1A所示，设计杂质分布，以使从Si界面向Si内部电势降低一样。
通过进行将电荷存储时的传送电极电压作为平带电压的AGP驱动，传送电极下的Si氧化膜-Si界面非耗尽化、即界面成为锁定状态。因此，由界面产生的暗电流在形成于界面附近的空穴群中被中和，可避免来自界面能级的电荷流入形成于基板内部的电势阱，可抑制白噪声的产生。而且，通过进行AGP驱动，从而不仅可抑制各种像素的暗电流，而且还可降低具有CCD的多个像素间的暗电流不均。
专利文献1特许第2604250号如上所述，通过对CCD的传送电极进行AGP驱动，从而可抑制白噪声的发生，但存储AGP驱动时信息电荷的电势阱深度DAGP与栅极上驱动时的电势阱深度Don相比要浅。因此，当太阳或亮度高的照明等强光入射像素时，产生的信息电荷量超过电势阱中可存储的饱和电平，得不到灰度信息，使图像信号的动态范围降低。其结果，产生所谓的发白等，出现图像品质降低的问题。
发明内容
本发明鉴于上述现有技术的问题，其目的在于提供一种拍摄低照度的被摄物时抑制摄像时暗电流的产生、且拍摄高照度的被摄物时使饱和水平增大，可以以宽的照度范围高品质拍摄的电荷耦合元件的传送电极电压控制装置及电压控制方法。
本发明的电压控制装置，其中包含设置有传送电极的像素，在拍摄时产生并存储对应于入射到上述像素的光强度的信息电荷，在传输时通过在上述传送电极上施加电压，从而传输上述信息电荷，并控制施加于输出对应于该电荷量的图像信号的电荷耦合元件的传送电极上的电压，根据入射到上述像素的光强度来控制上述电压，使拍摄时上述传送电极下方的上述信息电荷流通的传输沟道区域及半导体界面的电位变化。
另外，根据本发明的其他方式，当上述入射的光强度比规定的阈值光强度小时，进行可以对包含于上述像素的所有传送电极施加平带电压的全栅极锁定驱动，以抑制上述像素的摄像时的暗电流产生。
此外，根据本发明的其他方式，当上述入射的光强度比规定的阈值光强度大时，进行可以对包含于上述像素的至少1个传送电极施加比上述平带电压大的电压的栅极上驱动，使在上述传送电极下方形成的电势阱的信息电荷存储容量比上述全栅极锁定驱动时大。
再者，本发明的摄像装置，其中具备由上述电压控制装置控制的电压施加到传送电极的电荷耦合元件；和具有将上述电荷耦合元件的输出信号放大并输出的增益可调放大机构；及取得上述放大机构的输出信号，将用于将上述放大机构的输出信号强度控制到规定大小的增益信号输出到上述放大机构的积分器、的信号处理机构；上述电压控制机构取得上述增益信号，根据作为反映入射到上述像素的光强度信号的上述增益信号的大小来控制上述电压。
再者，根据本发明的其他方式，一种摄像装置，其中具备将由上述电压控制装置控制的电压施加到传送电极的电荷耦合元件；和具有将上述电荷耦合元件的输出信号放大并输出的增益可调的放大机构；以及取得上述放大机构的输出信号，将用于使上述放大机构的输出信号强度控制到规定大小的增益信号输出到上述放大机构的积分器的信号处理机构；上述电压控制机构取得上述增益信号，根据作为反映入射上述像素光强度信号的上述增益信号的大小，进行切换上述全栅极锁定驱动和栅极上驱动的电压控制。
进而，根据本发明的其他方式，上述信号处理机构具备将上述取得的信号变换为数字信号的A-D变换机构，当将上述放大机构的增益与上述全栅极锁定驱动时的上述电荷耦合元件输出的饱和电压相乘得到的信号强度比将规定的偏置量与上述A-D变换机构的最大输入电平相加后的电平小时，上述电压控制机构将上述栅极上驱动电压施加于上述传送电极；当将上述放大机构的增益与上述全栅极锁定驱动时的上述电荷耦合元件输出的饱和电压相乘得到的信号强度比将规定的偏置量与上述A-D变换机构的最大输入电平相加后的电平大时，上述电压控制机构将上述全栅极锁定驱动电压施加于上述传送电极。
再者，根据本发明的其他方式，上述信号处理机构在从上述栅极上驱动向全栅极锁定驱动过渡时、和从上述全栅极锁定驱动向栅极上驱动过渡时，将上述偏置量设定得不同，以防止该过渡的波动现象。
另外，本发明的电压控制方法，其中包含设置有传送电极的像素，在拍摄时产生对应于入射到上述像素光的强度信息电荷并存储，在传输时通过在上述传送电极上施加电压，从而传输上述信息电荷，并控制施加于输出对应于该电荷量的图像信号的电荷耦合元件的传送电极上的电压其包括取得入射到上述像素的光强度信息的入射光强度取得步骤；和根据上述取得的入射光强度来控制上述电压的电压控制步骤；改变拍摄时上述传送电极下方的上述信息电荷流通的传输沟道区域及半导体界面的电势。
再者，根据本发明的其他方式，在上述电压控制步骤中，当上述入射的光强度比规定的阈值光强度小时，进行对包含于上述像素的所有传送电极施加平带电压的全栅极锁定驱动。
此外，根据本发明的其他方式，在上述电压控制步骤中，当上述入射的光强度比规定的阈值光强度大时，进行对包含于上述像素的至少1个传送电极施加比上述平带电压大的电压的栅极上驱动，以使上述传送电极下方形成的电势阱信息电荷存储容量比上述全栅极锁定驱动时大。
再者，根据本发明的其他方式，包括将上述电荷耦合元件的输出信号放大，并输出放大信号的信号放大步骤；和取得上述放大信号、将用来将上述放大步骤中的放大信号强度控制到规定大小的增益信号输出到上述放大机构的增益信号生成步骤；上述电压控制步骤是根据作为反映入射到上述像素的光强度信号的上述增益信号，切换上述全栅极锁定驱动和栅极上驱动的步骤。
还有，根据本发明的其他方式，包括取得上述放大信息，变换为数字信号的A-D变换步骤；上述电压控制步骤为当将上述放大机构的增益与上述全栅极锁定驱动时的上述电荷耦合元件输出的饱和电压相乘得到的信号强度比将规定的偏置量与上述A-D变换机构的最大输入电平相加后的电平小时，将上述栅极上驱动电压施加于上述传送电极；当将上述放大机构的增益与上述全栅极锁定驱动时的上述电荷耦合元件输出的饱和电压相乘得到的信号强度比将规定的偏置量与上述A-D变换机构的最大输入电平相加后的电平大时，将上述全栅极锁定驱动电压施加于上述传送电极。
再者，根据本发明的其他方式，在上述电压控制步骤中，在从上述栅极上驱动向全栅极锁定驱动过渡时、和从上述全栅极锁定驱动向栅极上驱动过渡时，上述偏置量不同，以防止该过渡的波动现象。
根据本发明，在包含电荷耦合元件的摄像装置中，可以在宽的被摄物照度范围内得到高品质的图像信号。
图1是概念性表示电荷耦合元件摄像区域的剖面结构的图。
图2是表示施加ON选通脉冲电压时的图1的A-A′、B-B′线的电势曲线的图。
图3是概念性表示进行AGP驱动的电荷耦合元件摄像区域的剖面结构的图。
图4是表示施加平带电压时的图3的A-A′、B-B′线的电势曲线的图。
图5是表示连接于本发明的实施方式的摄像装置100的CCD元件10装置构成的框图。
图6是表示与被摄物的亮度随时间变化情况下，AGP驱动和栅极上驱动之间切换的时间图。
图中10-CCD元件，12-摄像区域，14-存储区域，16-水平寄存器，18-输出部，20-电压控制装置，24-放大机构，26-积分器，28-A-D变换器，100-摄像装置，200、300-基板，202、203-p阱，204、304-n层。
具体实施例方式
以下根据
实施本发明的最佳方式(以下叫做“实施方式”)。
图5是表示连接于本发明实施方式涉及的摄像装置100的CCD元件10的装置构成的框图。摄像装置100包括进行通过透镜等光学系统(未图示)聚光的入射光的光电变换，生成图像信号的CCD元件10；设置在用于进行来自CCD元件10的图像信号的数字信号处理的前段，进行模拟信号处理的模拟前置终端电路(AE)22；和用于根据由AE22生成的信号来驱动CCD元件10的电压控制装置20。在CCD元件10中，具备用于限制光电变换期间的电子快门(未图示)。
CCD元件10包含设有传送电极的像素，在拍摄时产生对应于入射到上述像素光强度的信息电荷并存储，在传输时通过在上述传送电极上施加电压，传输上述信息电荷并输出对应于该电荷量的图像信号。在本实施方式中，CCD元件10是帧传送方式(Frame TransferFT)，具备进行光电变换及垂直传输的摄像区域12、将从摄像区域12垂直传输的电荷进行存储的存储区域14、将存储于存储区域14的电荷依次进行水平传输的水平寄存器16和将传送的电荷变换成电压信号的输出部18。
摄像区域12及存储区域14向垂直方向(图1的纵方向)延伸，包括由电荷流通的沟道区域和与之交叉的传送电极构成的垂直移位寄存器。摄像区域12的各垂直移位寄存器的各位分别作为受光像素发挥功能。存储区域14的垂直移位寄存器的各垂直移动寄存器的各位分别作为存储被遮光的信息电荷的存储像素发挥功能。
再者，在包含于摄像区域12的1个像素中的至少1个传送电极下方的沟道区域，掺杂P型或N型杂质，形成电势势垒。由该电势势垒形成的区域和没有形成该电势势垒的区域形成浅电势阱。如后所述，杂质浓度根据对传送电极施加电压(平带电压)而可决定界面的能带平直。
从电源接受供电的电压控制装置20分别电连接于CCD元件10的传送电极。电压控制装置20根据后述的规定控制信号，改变施加于CCD元件10的传送电极上的电压，驱动CCD元件10的摄像、垂直传送及水平传送动作。传送电极通过栅极绝缘膜配置在半导体上。
CCD元件10的输出部18电连接于AE22。AE22包括接受输出部18的输出信号，可以将输入到后段的A-D变换器的图像信号的输入电平放大到规定电平的增益控制的增益机构—自动增益放大器(Auto GainControl AmplifierAGC)24；接收AGC24的输出信号并对其积分，生成对应于AGC24的输出信号强度的增益信号的积分器26；和作为接收AGC24的输出信号并将该信号变换成数字信号的A-D变换机构的A-D变换器28。被变换为数字信号的信号从输出部被送至进行后续图像信号处理的数字信号处理器(DSP)。AE22最好还具备用于除去包含于AGC24的前段的输入信号的噪声并仅得到信号成分的CDS(相关二重采样)电路等的采样机构。
积分器26的输出端子被电连接于AGC24的放大机构上。AGC24放大机构的增益，根据由积分器26输出的增益信号而被控制为使AGC24的输出信号强度为规定的强度。例如，在拍摄暗的被摄物时，由于在CCD元件10的拍摄区域12中光电变换的电荷量小，故从输出部18输出的输出信号的强度小。这种情况下，为了在A-D变换器28中进行精确度高的模数变换，AGC24根据来自积分器26的增益将信号强度放大，以使输入A-D变换器28的信号强度达到规定强度。
由于增益信号是控制用于使AGD24的输出信号保持恒定的信号，故是对应于CCD元件10的输出强度的信号。因此，增益信号是对应于入射CCD元件10的摄像区域12的像素的光强度的信号。
电压控制装置20电连接于积分器26的输出端子，作为对应于入射到像素的光强度的信号取得增益信号。本发明的特征是电压控制装置20根据入射到像素的光强度，控制拍摄时施加于传送电极的电压。通过改变施加于传送电极的电压，从而可改变传送电极下方的、信息电荷流通的传送沟道区域及半导体与绝缘膜之间的界面电位。
当入射到被摄物暗的CCD元件10的像素光强度比预定的规定阈值光强度小时，电压控制装置20在包含于CCD元件10中的摄像区域12的像素所包含的所有传送电极上施加平带电压。通过将平带电压施加于所有传送电极的AGP驱动，传送电极下的Si氧化膜-Si界面非耗尽化，即界面呈状态。因此，由界面产生的暗电流在界面附近形成的空穴群被中和，可避免来自界面能级的电荷流入到基板内部形成的电势阱，从而可控制白噪声的产生。进而，通过进行AGP驱动，从而不仅可抑制各个像素的暗电流，还可以降低CCD具有的多个像素间的暗电流不均。
在摄像期间存储于电势阱的信息电荷，在传送期间被从摄像区域12传送到存储区域14。传送期间中，电压控制装置20向传送电极施加使电势阱深度依次变换的规定的传送电压。
另一方面，当被摄物亮、入射到CCD元件10的像素的光强度大时，在摄像时，通过光电变换在传送沟道区域产生多的电荷。如果产生的信息电荷量超过能在电势阱中存储的饱和电平，则得不到灰度信息，图像信号动态范围减小。其结果，产生所谓的发白，图像品质降低。
在此，当入射到CCD元件10的像素的光强度超过预定的规定阈值光强度时，电压控制装置20对包含于像素的至少1个传送电极施加比平带电压大的电压，进行在像素沟道区域形成电势阱的栅极上驱动。通过栅极上驱动，使在上述传送电极的下方形成的电势阱信息电荷存储容量比上述全栅极锁定驱动时大。因此，在栅极上驱动时，由于与AGP驱动时相比可存储更多的信息电荷，故可提高信息电荷存储的饱和电平。因此，如果通过栅极上驱动，则即使对于在AGP驱动时产生信息电荷饱和而不能得到灰度信息的亮被摄物，也可得到灰度等级信息，提高图像信号的动态范围。其结果，可抑制所谓的发白等产生，从而可提高图像的品质。
在栅极上驱动时，由于半导体界面不在锁定状态，故暗电流发生量比AGD驱动时多。但是，因被摄物亮，故信息电荷的产生量比暗电流的产生量多，另外，因AGC24的增益也小，故暗电流成分在图像信息中不明显。
根据本实施方式涉及的摄像装置100，电压控制装置20在被摄物暗、入射到像素的光强度比规定的阈值光强度小时，对CCD元件10进行AGP驱动，当被摄物亮、入射到像素的光强度比规定的阈值大时，进行栅极上驱动。因此，可在被摄物暗、AGC增益大、暗电流成分明显的情况下抑制暗电流的产生，在被摄物亮、容易引起信息电荷饱和的情况下可以加大信息电荷的存储容量，可在宽的照度范围内进行高品质摄像。
在此，说明CCD元件10的摄像区域12中的传送电极下方的沟道区域的杂质浓度分布。杂质浓度分布确定如下在平带电压施加于传送电极的AGP驱动时，刚有少量从包含于像素的至少1个传送电极下方的Si基板表面进入基板时就形成电势阱，同时，通过向进行像素分离的上述1个以外的传送电极施加电压，如图4 AA1A′线中所示，从Si基板表面向内部以相同的电势降低。本领域的技术人员清楚满足该条件的杂质浓度分布与平带电压之间有多种组合。再者，正如我们所了解的，杂质分布是相对的，如果得到图2及图4所示的电势曲线的杂质浓度分布，则可以与杂质的导电型无关地进行实施。
再者，在本实施方式涉及的摄像装置100中，当比规定的阈值光强度小时，虽然将平带电压施加于所有的传送电极，但施加电压不能使Si氧化膜界面的Si能带达到完全平直，也可以设为比零电压时的Si氧化膜界面的Si能带小的电压。即使在这种情况下，与设施加电压为零时相比可进一步抑制暗电流。
施加电压由CCD元件10要求的电势阱深度、即信息电荷的存储容量和可允许的暗电流量决定。同样施加于栅极上驱动像素的各传送电极的电压也分别对应于CCD元件10要求的饱和电荷量而适当确定。
电压控制装置20构成位作为对应于入射到像素的光强度的信号，取得用于控制AGC24的增益的增益信号，但电压控制装置20的控制信号只要是对应于入射到像素的光强度的信号，就不限于增益信号。摄像装置100独立于摄像元件之外而具备生成对应于入射到像素的光强度的信号的光强度检测器，电压控制装置20也可以根据该信号来控制施加于传送电极的电压。
接下来说明电压控制装置20切换AGP驱动和栅极上驱动、作为阈值的阈值光强度。阈值光强度根据摄像装置100所要求的标准等，由CCD元件10及AE22的A-D变换器28的特性、在摄像信号中允许的暗电流噪声比例、饱和界限照度等决定。
在此，在AE22的A-D变换器28中，为了进行图像信号的精度高的模数变换，A-D变换器28的输入电平信号比作为对应于最大输出电平的输入电平信号的最大输入电平信号大，最好将A-D变换器28的动态范围有效利用。此外，通过将A-D变换器28的输入电平信号电平作为在最大输入电平上进一步增加余量的电平从，可消除每个像素的饱和电平不均匀。
在A-D变换器28中，输入由AGC24对CCD元件10的输出信号进行放大后的放大信号。另一方面，CCD元件10的最大输出电平由摄像区域12的饱和电平决定。因此，如果将CCD元件10的AGP驱动时的最大输出电平设为B、将AGC24的放大增益设为G、将A-D变换器28的最大输入电平设为C，则如以满足下式的条件进行AGP驱动，B×G＞C+a(1)则可有效利用A-D变换器28的动态范围。在此，a是偏置余量。另一方面，在被摄物亮、G小时，不满足式(1)。该情况下，可以切换到栅极上驱动。
因此，最好将式(1)设为切换AGP驱动和栅极上驱动的阈值光强度。
再者，为了抑制AGP驱动和栅极上驱动之间的过渡波动现象，最好设定为从AGP驱动过渡到栅极上驱动的电平与从栅极上驱动过渡到AGP驱动的电平不同。该设定将式(1)的偏置余量设为a及b(a＞b)，将从栅极上驱动过渡到AGP驱动设为B×G＞C+a (1)将从AGP驱动过渡到栅极上驱动设为B×G＜C+b (2)图6是表示被摄物的亮度随时间变化情况下，AGP驱动和栅极上驱动之间切换的时间图。图6(a)是横轴为时间、纵轴为亮度，将被摄物的亮度曲线化的图。图6(b)是横轴为时间，将AGP24的振幅增益G曲线化的图。图6(c)是横轴为时间，将A-D变换器28的最大输入电平曲线化的图。图6(a)、(b)、(c)的时间轴分别一致。分别用A表示栅极上驱动时的最大输出电平、用B表示AGP驱动时的最大输出电平、用C表示A-D变换器28的最大输入电平。由于栅极上驱动和AGP驱动的存储容量的大小不同而A＞B。A及B的电平根据CCD装置10的标准为已知。
如图6(a)所示，被摄物的亮度在初始状态(时间0)最亮，随着时间变暗后，再次变亮。
在初始状态下，因为满足式(2)的条件，故电压控制装置20对CCD元件10的传送电极进行栅极上驱动。而且，G是最小增益。如图6(c)所示，A-D变换器28的最大输入电平是栅极上驱动的饱和电平A。此时，由于在CCD装置100的像素中每单位时间入射的光量减少，故摄像装置100的电子快门缩短曝光时间。电子快门的曝光时间例如由G和A-D变换器28的输入电平决定。
如果被摄物随着时间变暗，则电子快门为了增加入射像素的光量而要延长曝光时间。在被摄物变为规定亮度的时间t1内电子快门全开。
再者，如果被摄物变暗，则AGC24开始动作，图6(b)所示的增益G从最小增益逐渐增大。将增益G与AGP驱动的最大输出电平相乘的电平B×G是，将a作为第1偏置余量，在比C+a大的时间t2内，电压控制装置20从栅极上驱动切换到AGP驱动。
如果被摄物进一步变暗，则AGC24的增益成为最大增益。当变暗超过一定值时，B×G如图6(c)所示与光亮度无关，呈一定。
其次，如果被摄物的亮度继续变亮，则AGC24的增益如图6(b)所示从最大增益减小，将增益G与AGP驱动的最大输出电平B相乘后的电平B×G如图6(c)所示，将b作为第2偏置余量，在比C+b小的时间t3内，电压控制装置20从AGP驱动切换到栅极上驱动。
AGP驱动与栅极上驱动之间的切换最好在图像信号的帧切换时进行。通过在帧切换时进行切换，以便在1帧内没有信号强度变化，可以根据被摄物的亮度进行准确切换动作。
根据本实施方式涉及的摄像装置100，由于AGP驱动与栅极上驱动之间的切换电平，在从栅极上驱动过渡到AGP驱动时和从AGP驱动过渡到栅极上驱动时不同，故可以抑制切换的波动现象。
在本实施方式中，设a＞b，但即使a＜b也同样可抑制切换的波动现象。而且，a及b的值根据摄像装置的标准、电压控制装置的电压控制响应时间等适当确定。而在本实施方式中，设A＞C＞B，但C的电平不是该关系，无论是A＜C、还是B＞C，如果满足式(1)、式(2)的关系，则在AGP驱动与栅极上驱动之间的切换中，可有效利用A-D变换器的动态范围。
再者，在本实施方式涉及的摄像装置100中，将CCD元件设为FT方式，但不限于FT方式，如果是CCD可适用于任何方式。例如，可适用于具备和垂直传送寄存器独立的光电变换部的IT(行间传送)方式、FIT(帧行间传送)方式的传送时的传送电压的振幅控制。
另外，在本实施方式涉及的摄像装置100中，根据入射到像素的光强度，来切换AGP驱动和栅极上驱动，但通过同样的切换基准，代替AGP驱动，在栅极上驱动中，也可以延长摄像的帧速率。虽然可以通过延长摄像帧速率而使暗电流增加，但可提高灵敏度，可以对应于暗的被摄物。
权利要求
1.一种电压控制装置，其中包含设置有传送电极的像素，在拍摄时产生并存储对应于入射到所述像素的光强度的信息电荷，在传输时通过在所述传送电极上施加电压，从而传输所述信息电荷，并控制施加于输出对应于该电荷量的图像信号的电荷耦合元件的传送电极上的电压，其特征在于，根据入射到所述像素的光强度来控制所述电压，使拍摄时所述传送电极下方的所述信息电荷流通的传输沟道区域及半导体界面的电位变化。
2.根据权利要求1所述的电压控制装置，其特征在于，当所述入射的光强度比规定的阈值光强度小时，进行可以对包含于所述像素的所有传送电极施加平带电压的全栅极锁定驱动，以抑制所述像素的摄像时的暗电流产生。
3.根据权利要求2所述的电压控制装置，其特征在于，当所述入射的光强度比规定的阈值光强度大时，进行可以对包含于所述像素的至少1个传送电极施加比所述平带电压大的电压的栅极上驱动，使在所述传送电极下方形成的电势阱的信息电荷存储容量比所述全栅极锁定驱动时大。
4.一种摄像装置，其中具备权利要求1或2所述的电压控制装置；将由所述电压控制装置控制的电压施加到传送电极的电荷耦合元件；和信号处理机构，其具有将所述电荷耦合元件的输出信号放大并输出的增益可调的放大机构；以及取得所述放大机构的输出信号、将用于使所述放大机构的输出信号强度控制到规定大小的增益信号输出到所述放大机构的积分器；其特征在于，所述电压控制机构取得所述增益信号，根据作为反映入射到所述像素的光强度信号的所述增益信号来控制所述电压。
5.一种摄像装置，其中具备权利要求3所述的电压控制装置；将由所述电压控制装置控制的电压施加到传送电极的电荷耦合元件；和具有将所述电荷耦合元件的输出信号放大并输出的增益可调的放大机构；以及取得所述放大机构的输出信号，将用于使所述放大机构的输出信号强度控制到规定大小的增益信号输出到所述放大机构的积分器的信号处理机构；其特征在于，所述电压控制机构取得所述增益信号，根据作为反映入射所述像素光强度信号的所述增益信号的大小，进行切换所述全栅极锁定驱动和栅极上驱动的电压控制。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，所述信号处理机构具备将所述取得的信号变换为数字信号的A-D变换机构，当将所述放大机构的增益与所述全栅极锁定驱动时的所述电荷耦合元件输出的饱和电压相乘得到的信号强度比将规定的偏置量与所述A-D变换机构的最大输入电平相加后的电平小时，所述电压控制机构将所述栅极上驱动电压施加于所述传送电极；当将所述放大机构的增益与所述全栅极锁定驱动时的所述电荷耦合元件输出的饱和电压相乘得到的信号强度比将规定的偏置量与所述A-D变换机构的最大输入电平相加后的电平大时，所述电压控制机构将所述全栅极锁定驱动电压施加于所述传送电极。
7.根据权利要求6所述的摄像装置，其特征在于，所述信号处理机构在从所述栅极上驱动向全栅极锁定驱动过渡时、和从所述全栅极锁定驱动向栅极上驱动过渡时，所述偏置量设定的不同，以防止该过渡的波动现象。
8.一种电压控制方法，其中包含设置有传送电极的像素，在拍摄时产生对应于入射到所述像素光的强度信息电荷并存储，在传输时通过在所述传送电极上施加电压，从而传输所述信息电荷，并控制施加于输出对应于该电荷量的图像信号的电荷耦合元件的传送电极上的电压，其特征在于，包括取得入射到所述像素的光强度信息的入射光强度取得步骤；和根据所述取得的入射光强度来控制所述电压的电压控制步骤；改变拍摄时所述传送电极下方的所述信息电荷流通的传输沟道区域及半导体界面的电势。
9.根据权利要求8所述的电压控制方法，其特征在于，在所述电压控制步骤中，当所述入射的光强度比规定的阈值光强度小时，进行对包含于所述像素的所有传送电极施加平带电压的全栅极锁定驱动。
10.根据权利要求9所述的电压控制方法，其特征在于，在所述电压控制步骤中，当所述入射的光强度比规定的阈值光强度大时，进行在包含于所述像素的至少1个传送电极施加比所述平带电压大的电压的栅极上驱动，以使在所述传送电极下方形成的电势阱的信息电荷存储容量比所述全栅极锁定驱动时大。
11.根据权利要求8所述的电压控制方法，其特征在于，包含将所述电荷耦合元件的输出信号放大，并输出放大信号的信号放大步骤；和取得所述放大信号，将用来使所述放大步骤中的放大信号强度控制到规定大小的增益信号输出到所述放大机构的增益信号生成步骤。所述电压控制步骤为根据作为反映入射到所述像素的光强度信号的所述增益信号，切换所述全栅极锁定驱动和栅极上驱动的步骤。
12.根据权利要求11所述的电压控制方法，其特征在于，包括取得所述放大信息，并变换为数字信号的A-D变换步骤，所述电压控制步骤，当将所述放大机构的增益与所述全栅极锁定驱动时的所述电荷耦合元件输出的饱和电压相乘得到的信号强度比将规定的偏置量与所述A-D变换机构的最大输入电平相加后的电平小时，将所述栅极上驱动电压施加于所述传送电极；当将所述放大机构的增益与所述全栅极锁定驱动时的所述电荷耦合元件输出的饱和电压相乘得到的信号强度比将规定的偏置量与所述A-D变换机构的最大输入电平相加后的电平大时，将所述全栅极锁定驱动电压施加于所述传送电极。
13.根据权利要求12所述的电压控制方法，其特征在于，在所述电压控制步骤中，在从所述栅极上驱动向全栅极锁定驱动过渡时、和从所述全栅极锁定驱动向栅极上驱动过渡时，所述偏置量不同，以防止该过渡的波动现象。
全文摘要
本发明提供一种电压控制装置，其在摄像低照度被摄物时，抑制摄像时的暗电流发生；而且在摄像高照度被摄物时，增大饱和电平，在宽照度范围内进行高品质摄像。控制施加于CCD元件(10)的传送电极上的电压的电压控制装置(20)，为了控制放大CCD元件(10)的输出信号的增益可变的放大机构(24)的增益，根据积分器(26)输出的增益信号来控制电压。电压控制装置(20)在增益信号比规定的电平小时，对包含于像素的所有传送电极施加平带电压，进行抑制上述像素的暗电流产生的全栅极锁定驱动；当增益信号比规定的电平大时，对包含于上述像素的至少1个传送电极施加比上述平带电压大的电压，使之进行栅极上驱动。
文档编号H04N5/243GK1670962SQ200510055019
公开日2005年9月21日 申请日期2005年3月14日 优先权日2004年3月17日
发明者东堤良仁 申请人:三洋电机株式会社