专利名称：电荷耦合器件影像感测装置的电荷移转方法
技术领域：
本发明有关于一种影像感测装置，特别是电荷耦合器件影像感测装置的电荷移转方法。
由于使用电荷耦合器件(CCD)可以得到密度极高的移位暂存器或是顺序记忆器，故CCD被广泛地应用在影像处理系统和数字信号处理系统中。例如，在扫描器、数字相机、传真机、影印机…等电子装置中，均必须使用到CCD影像感测装置。
传统扫描器或是使用CIS的扫描器中，其影像感测处理部分均会使用到CCD影像感测装置。
图1为概要显示CCD影像感测装置的示意图。一般CCD影像感测装置，至少包括一列(row)影像感应单元(P1～Pn)，用以感测光线强度而产生对应的电荷；一CCD模拟移位暂存器，具有数个暂存单元(SH1～SHn)，用以并列接收、贮存上述感应电荷；以及，一输出放大器(OP)，用以将电荷转换为对应的电压位准Vim；其中，CCD模拟移位暂存器藉由时脉信号φ1、φ2的控制，而依序将各暂存单元中所存的电荷串列输出给上述输出放大器(OP)。
图2为概要显示图1中CCD模拟移位暂存器的电荷移转状况的示意图，以及时脉信号φ1、φ2的波形示意图。CCD暂存器如图2(a)所示，为图示简单起见，仅显示含有5片栅极电极(E1～E5)的情形，另外，假设临界电压(threshold voltage)为0。
当t＝t1时，φ1＝0而φ2＝V，所以电极E1下方没有阻挡层(barrier)，但在电极E2下方形成阶梯形阻挡层，如图2(b)所示。假定电极E2和E4下方存了代表逻辑1的电荷(以虚线表示)。当t＝t2时，φ1＝φ2＝V/2，此时每个电极(E1～E5)下方的位能轮廓都具有相同的形状，如图2(c)所示。轮廓图上的箭头表示当时间从t1向t2向t3增加时，单数电极下方的电位升高，而双数电极下方的电位下降；所以，在t＝t3时，即出现如图2(d)所示的电位轮廓。因此，存在E2和E4电极右半边下方的电荷就被移转至位能低处，而分别转移至E3和E5电极的位置。最后，当t＝t4时，φ1＝V而φ2＝0，结果即如图2(e)所示的位能轮廓。由t1到t4这一期间，电荷向右移动一个电极；同理，t5到t6和当t7到t8期间，亦会有电荷向右移动一个电极的情形产生。
目前扫描器一般的解析度规格大多为600dpi(dot/inch)或更高，以便扫描较精细的图形；然而，对于例如文字等的图形，其实解析度或许仅需300dpi即足够。以600dpi的扫描器而言，被扫描物上每1英寸长范围的影像，经由CCD影像感测装置中的影像感应单元转换为感应电荷之后，即分别贮存于CCD模拟移位暂存器中600个暂存单元内；然而，如果所需的解析度只要300dpi，即扫描器仍需将600个暂存单元内的电荷一一予以输出，如此造成处理时间的浪费。
以上述600dpi的扫描器为例，在解析度需求为300dpi时，若能够配合调制图2所示的位能阶的分布情形，而将600个暂存单元内的电荷，每相邻两个电荷先予以合并，则扫描器仅需将各暂存单元内合并后的300个合成电荷予以输出，即可重建出300dpi解析度的影像，如此便能够加快处理速度。另外，使用上述方法之后，用以重建300dpi解析度影像的合成电荷由两个暂存单元内的电荷合并而得，故可将原始影像曝光时间予以减半，也有助于影像处理速度加快。
本发明的目的在于提供一种CCD影像感测装置的电荷移转方法，藉由控制CCD影像感测装置中CCD移位暂存器所贮存电荷的移转方式，而达到将CCD移位暂存器中数个相邻暂存单元内的电荷予以合并，再串列输出。
为达到上述目的，本发明采取如下措施
本发明的电荷耦合器件影像感测装置的电荷移转方法，其特征在于，包括以下步骤影像装置中的至少二个影像感测单元，感应光线的强度而分别产生对应大小的电荷；感应电荷并列输入至CCD模拟移位暂存器内，CCD模拟移位暂存器包括数个暂存单元，分别贮存上述感应电荷；将所有暂存单元区分成至少二组电荷合并部，每一组电荷合并部均包括一特定数目的暂存单元；分别将每一组电荷合并部中各暂存单元贮存的所有感应电荷予以合并，所得到的各合成电荷，分别贮存至上述每一组电荷合并部中最接近CCD暂存器输出端的暂存单元内；使每一组电荷合并部内所贮存的合成电荷，由CCD暂存器输出端串行输出，并予以分别转换为对应的电荷位准。
其中，提供第一控制信号控制所述第一组电荷合并部中的各暂存单元，使电荷合并部中各个暂存单元的控制电极下面的能阶阻挡层分布呈现阶梯式下降状态，而使所述各个暂存单元中的电荷均往最接近CCD暂存器输出端的暂存单元内集中合并，而形成合成电荷。
其中，提供第二控制信号控制存有所述合成电荷的暂存单元，以及其他暂存单元，以便控制存有合成电荷的暂存单元和其他暂存单元间的能阶分布，使合成电荷往低能阶阻挡层处移动，而将合成电荷一一予以串行输出。
结合附图及较佳实施例对本发明详细说明如下附图简单说明图1CCD影像感测装置的示意图；图2图1中CCD模拟移位暂存器的电荷移转情形的示意图，以及时脉信号φ1、φ2的波形图3本发明实施例CCD模拟移位暂存器的电荷合并状态的示意图；图4本发明实施例中合并电荷时控制信号的波形图；图5本发明实施例将CCD模拟移位暂存器的电荷予以移转的示意图；图6本发明实施例中移转电荷时控制信号的波形图。
如图3至图6所示，本发明的方法如下首先，CCD影像装置中的数个影像感测单元感应光线的强度而分别产生对应大小的电荷，接着，感应电荷并列输入至CCD影像装置中的CCD模拟移位暂存器内，CCD模拟移位暂存器包括数个暂存单元，分别贮存上述感应电荷。
在此实施例中，CCD暂存器如图3(a)所示，为图示简单起见，仅显示含有8片栅极电极(G1-G8)的情形，而G1-G2、G3-G4、G5-G6、G7-G8即构成4个暂存单元，而各个暂存单元内均贮存有电荷(以斜线部表示)。另外，假设临界电压(threshold voltage)为0，又CCD暂存器的串列输出方向为由G8往G1。
再将所有4个暂存单元区分成2组电荷合并部，上述每一组电荷合并均包括2个暂存单元。
分别将每一组电荷合并中各暂存单元贮存的所有感应电荷予以合并，所得到的数个合成电荷，分别贮存至上述每一组电荷合并部中最接近CCD暂存器输出端的暂存单元内。详细的电荷合并状态，将于下文中配合图3、4进行说明。
最后，使每一组的电荷合并部内所贮存的合成电荷，由CCD暂存器输出端串行输出，并予以分别转换为对应的电压位准。详细的电荷移转状态，将于下文中配合图5、6进行说明。
电荷合并图3表示本发明实施例CCD移位暂存器的电荷予以合并的方法示意图，图4显示本发明实施例中合并电荷时控制信号的波形图，其中，φ1固定电位为V，φ4为φ2的延迟波形。
当t＝t1时，φ1＝V、φ2＝0、φ3＝V、φ4＝0，所以电极G1、G3、G5、G7下方没有阻挡层(barrier)，但在电极G2、G4、G6、G8下方形成能阶阻挡层，如图3(b)所示；假定电极G1、G3、G5、G7下方存有电荷(以斜线表示)。如图4所示，将φ1固定在V，而φ2～φ4如图所示变化，则G2、G4、G6、G8下方的阻挡层将会倾向于下降，而G3、G7下方的阻挡层则会倾向于上升(如箭头所示)。
当t＝t2时，φ1＝V、φ2＝3V/4、φ3＝V/2、φ4＝V/4，此时电极G1～G4下方的位能轮廓成为下降阶梯的形状，如图3(c)所示。所以，原本存在于G3下方的电荷，将会往G1移动；同理，电极G5～G8下方的位能轮廓成为下降阶梯的形状，原本存在于G7下方的电荷，将会往G5移动。
当t＝t3时，φ1＝V、φ2＝V、φ3＝0、φ4＝4，此时，G1～G8下方能阶阻挡层的轮廓如图3(d)所示。而电荷分别集中合并于G1和G5电极下方，如此即可使电荷合并。
接着，切换至另外一组控制信号Ψ1、Ψ2、Ψ3、Ψ4对CCD移位暂存器进行控制，以达到电荷移转目的。
如图5、6所示，其为本发明实施例将CCD模拟移位暂存器的电荷予以移转方法的示意图，图6表示本发明实施例中移转电荷时控制信号的波形图。
当t＝T1时，Ψ1＝V、Ψ2＝0、Ψ3＝0、Ψ4＝0，所以电极G1、G5下方没有阻挡层(barrier)，但在电极G2、G3、G4、G6、G7、G8下方形成能阶阻挡层，如图5所示。
当t＝T2时，Ψ1＝0、Ψ2＝V、Ψ3＝3V/4、Ψ4＝V/2，此时，电极G1～G8下方的位能轮廓，如图5(c)所示。
当t＝T3时，Ψ1＝0、Ψ2＝V、Ψ3＝V、Ψ4＝V，此时，G1～G8下方能阶阻挡层的轮廓如图5(d)所示。
当t＝T4时，Ψ1＝V/4、Ψ2＝3V/4、Ψ3＝V/2、Ψ4＝V/4，此时，G1～G8下方能阶阻挡层的轮廓如图5(e)所示。
当t＝T5时，Ψ1＝V/2、Ψ2＝V/2、Ψ3＝V/4、Ψ4＝0，此时，G1～G8下方能阶阻挡层的轮廓如图5(f)所示。
当t＝T6时，Ψ1＝3V/4、Ψ2＝V/4、Ψ3＝0、Ψ4＝0，此时，G1～G8下方能阶阻挡层的轮廓如图5(g)所示。
最后，当t＝T7时，Ψ1＝V、Ψ2＝0、Ψ3＝0、Ψ4＝V，此时，G1～G8下方能阶阻挡层的轮廓，又回到如图5(a)所示。
原本存在G1、G5的电荷，经上述过程之后，G1的电荷已经向左移至其他的暂存单元(或是移出了CCD暂存器)，而G5所存的电荷则移动至G1下方；同时由图5右边的暂存单元(未图示)也移入电荷存至G5下方。因此，重覆上述步骤即可将CCD暂器中的电荷一一予以串行输出。
由上述可知，藉由调整改变CCD暂存器内部各暂存单元中的能阶阻挡层轮廓，即可以任意选择将一特定数目暂存单元中所存的电荷予以合并成一合成电荷，再予以串行输出。因此，使用本发明的电荷移转方法，具有如下优点一、由于所输出的电荷由数个相邻暂存单元所贮存的电荷合并而得，所以CCD感测装置，可以依比例降低其曝光时间。
二、移转电荷输出时，在现有技术中，电荷移转平均一次仅移动一个暂存单元；而依据本发明的方法，电荷每次移转，平均大于一个暂存单元，故可以加快处理速度。
三、藉由控制信号的配置和切换，可以提供一种CCD暂存器，其可提供使用者，依其所需解析度而选择进行传统的电荷移转方式，或是进行本发明的电荷移转方式。
以上叙述是借较佳实施例来说明本发明的特征，并非用于限制本发明的保护范围。
权利要求
1.一种电荷耦合器件影像感测装置的电荷移转方法，其特征在于，包括以下步骤影像装置中的至少二个影像感测单元，感应光线的强度而分别产生对应大小的电荷；感应电荷并列输入至CCD模拟移位暂存器内，CCD模拟移位暂存器包括数个暂存单元，分别贮存上述感应电荷；将所有暂存单元区分成至少二组电荷合并部，每一组电荷合并部均包括一特定数目的暂存单元；分别将每一组电荷合并部中各暂存单元贮存的所有感应电荷予以合并，所得到的各合成电荷，分别贮存至上述每一组电荷合并部中最接近CCD暂存器输出端的暂存单元内；使每一组电荷合并部内所贮存的合成电荷，由CCD暂存器输出端串行输出，并予以分别转换为对应的电荷位准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供第一控制信号控制所述第一组电荷合并部中的各暂存单元，使电荷合并部中各个暂存单元的控制电极下面的能阶阻挡层分布呈现阶梯式下降状态，而使所述各个暂存单元中的电荷均往最接近CCD暂存器输出端的暂存单元内集中合并，而形成合成电荷。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供第二控制信号控制存有所述合成电荷的暂存单元，以及其他暂存单元，以便控制存有合成电荷的暂存单元和其他暂存单元间的能阶分布，使合成电荷往低能阶阻挡层处移动，而将合成电荷一一予以串行输出。
全文摘要
一种电荷耦合器件影像感测装置的电荷移转方法,包括步骤:影像感测单元感应光线分别产生对应电荷;感应电荷并行输至包括数个暂存单元的移位暂存器内;将所有暂存单元区分成至少二组电荷合并部,每组包括一定数的暂存单元;分别将每一组电荷合并部中各暂存单元的感应电荷合并,得到各合成电荷,分别贮存至每一组电荷合并部中最接近暂存器输出端的暂存单元内;使每一组合成电荷,由暂存器输出端串行输出,并分别转换为对应的电荷位准。
文档编号H01L27/148GK1275812SQ9910782
公开日2000年12月6日 申请日期1999年5月31日 优先权日1999年5月31日
发明者陈琰成, 吴永川 申请人:虹光精密工业股份有限公司