专利名称：固态成像器件及该固态成像器件的操作方法
技术领域：
本发明涉及固态成像器件及该固态成像器件的操作方法。
背景技术：
固态成像器件是这样一种半导体器件，其通过诸如透镜的光学系统从成像目标接收光，将接收光的反差光电转换转换为电荷量，然后读取所述电荷，并将电荷量转换为电信号。随着半导体技术的进步，这种固态成像器件变得十分普遍。盛行的固态成像器件设置有CCD(电荷耦合器件)。当固态成像器件产生图像的电信号时，CCD将光检测器检测到的电荷传输至用于将电荷转换为电信号的电路。
由于成像目标的状态是不同的，并且使用者需要各种不同的图像质量，因此设置有CCD的固态成像器件优选地支持多种分辨率。换言之，希望固态成像器件能够切换分辨率。例如，以下传统技术是公知的。
日本未决公开专利申请JP-P2002-314883A公开了一种固态成像器件。该固态成像器件具有多个光学传感器和电荷转移寄存器(chargetransfer register)。所述多个光学传感器在半导体衬底上对齐。所述电荷转移寄存器被配置为获取并转移由光学传感器响应于接收的光产生的电荷。电荷转移寄存器具有形成在半导体衬底上并沿着电荷转移路径以预定间隔排列的多个转移电极对。每个转移电极对由在电荷转移路径方向上彼此相邻的第一转移电极和第二转移电极组成。在第一转移电极和第二转移电极上施加有相同的驱动脉冲。根据传统技术的固态成像器件还具有第一驱动电路和第二驱动电路。另外，多个转移电极对包括每组由连续的四个转移电极对组成的多个组。第一驱动电路在组成一组转移电极对的第一到第四转移电极对当中的第一转移电极对和第三转移电极对上施加相同相位的驱动脉冲。另一方面，第一驱动电路在第二转移电极对和第四转移电极对上施加其相位与施加在第一和第三转移电极对上的脉冲相位相反的驱动脉冲。由此，信号电荷沿着上述电荷转移路径转移。在信号电荷被从光学传感器读取到电荷转移寄存器之后，第二驱动电路立刻在第二转移电极对和第三转移电极对上施加相反相位的驱动脉冲。同时，分别施加到第一和第四转移电极对上的驱动脉冲保持在恒定电平。结果，第三转移电极对之下的信号电荷沿着电荷转移路径移动到第一转移电极对之下。根据上述传统技术，在小尺寸器件结构中能够实现分辨率的切换。
日本未决公开专利申请JP-P2003-504972A也公开了一种固态成像器件。为了获得最大扫描速度下的预定分辨率，该固态成像器件采用了用于相加两个相邻像素的内容的加法装置。
日本未决公开专利申请JP-P2001-7312A也公开了一种固态成像器件。该传统技术的一个目的是在不改变与电极的引线连接的情况下改变分辨率。根据该传统技术的固态成像器件设置有像素行和CCD寄存器。该像素行由多个排列成线的多个光电转换单元组成，每个光电转换单元对应于每个像素。每个光电转换单元由于光电转换而产生信号电荷。CCD寄存器被配置为在预定方向上顺序地转移产生的信号电荷。在该固态成像器件中，CCD寄存器具有多个电极单元，每个电极单元通过绝缘膜形成在半导体衬底上。该固态成像器件还设置有能够任意选择第一模式和第二模式中的任意一个的电极电压控制装置。在第一模式下，顺序地将多个相位的脉冲分别施加到多个电极单元上。而在第二模式下，顺序地将多个相位的脉冲施加到跨过至少一个电极单元的电极单元上。另外，在第二模式下，将宽度窄于所述多个相位的脉冲的宽度的脉冲，或者直流电压，施加到被夹在各电极单元之间的所述至少一个电极单元的每一个上。
日本未决公开专利申请JP-A-H10-271394也公开了一种固态成像器件。该固态成像器件具有一种电极结构。所述电极结构由第一相位电极对和第二相位电极对组成。第一相位电极对和第二相位电极对交替地并且重复地在转移方向上排列在转移沟道上。夹着第二相位电极对的第一相位电极对被连线为可彼此独立地被驱动。该固态成像器件还设置有用于向第二相位电极对施加直流电压的装置，以及用于向夹着第二相位电极对的各第一相位电极对施加相反相位的转移时钟的装置。在该固态成像器件中，把不改变驱动频率就能缩短输出时段的电荷转移元件用作水平转移寄存器。结果，能够缩短一条水平线的输出时段，从而能够增加帧速率。
另外，日本未决公开专利申请JP-P2001-244448A公开了图1所示的线性图像传感器。如图1所示，该线性图像传感器设置有光检测单元101、高分辨率模式单元以及低分辨率模式单元。光检测单元101包括沿着一个方向排列的多个光电二极管108。高分辨率模式单元具有位于光检测单元101的一侧的第一信号电荷读出单元102以及由CCD移位寄存器组成的第一信号电荷转移单元104。低分辨率模式单元具有位于光检测单元101的另一侧的第二信号电荷读出单元103以及由CCD移位寄存器组成的第二信号电荷转移单元105。由于该线性图像传感器设置有低分辨率模式单元，因此能够减少在低分辨率下读取数据所需的时间。另外，在该现有技术中，通过减少栅脉冲互连的数量来防止半导体芯片的成本增加。
如上所述，该传统固态成像器件支持多分辨率。在不需要全部像素数据的低分辨率情况下，相邻像素的数据被相加，或者数据被累加在浮置扩散区中。另外，可以设置溢出漏极(overflow drain)。不需要的电荷通过溢出漏极释放，从而能够降低像素输出的数量。
在当前的信息技术社会中，对于增加处理速度的需求已经延伸到固态成像器件。根据传统的固态成像器件，通过增加在电荷转移中使用的时钟频率、从而减少电荷转移所需的时间来提高处理速度。根据以上日本未决公开专利申请JP-P2001-244448A中描述的技术，通过与用于通常使用的常规CCD独立地提供专用于低分辨率的CCD，来在不增加时钟频率的情况下实现电荷转移时间的减少。
发明内容
本发明认识到以下各点。制造高分辨率固态成像器件与半导体制造工艺的日益小型化有关。在该高分辨率固态成像器件中，密集地形成有组成CCD的元件。由于所述元件密集排列，因此两个相邻元件的电极之间的间隔变小，从而电极之间的电容变得显著。在下文中，该电容被称为“相间(inter-phase)电容”。在传统的固态成像器件中，转移电极之间的相间电容能够干扰电荷转移的加速。在近年来广泛应用的高分辨率固态成像器件中，栅电容和相间电容都抑制电荷转移的加速。
此外，根据上述日本未决公开专利申请JP-P2001-244448A中描述的技术，可通过提供多种CCD，来在不增加时钟频率的情况下实现电荷转移时间的减少。但是，在这种情况下，固态成像器件的结构变得复杂，并且其制造成本增加。
希望固态成像器件中抑制由转移电极之间的相间电容引起的转移问题，以减少电荷转移所需的时间。
在本发明的一个方面中，提供一种固态成像器件。该固态成像器件具有光检测单元，其被配置为响应于接收的光来产生电荷；电荷读出单元，其被配置为读取产生的电荷；电荷转移单元，其被配置为响应于第一时钟和第二时钟，将电荷读出单元读取的电荷转移到电荷检测单元；以及时钟供给电路，其被配置为产生第一时钟和第二时钟。
在根据本发明的固态成像器件中，电荷转移单元包括第一电荷转移元件；与第一电荷转移元件相邻的第二电荷转移元件；以及电荷转移元件组，其与第二电荷转移元件相邻并且包括多个电荷转移元件，其中所述多个电荷转移元件连续排列并与第一电荷转移元件和第二电荷转移元件不同。
在第一时间段内，时钟供给电路为第一电荷转移元件提供第一时钟，同时为第二电荷转移元件提供第二时钟。此外，时钟供给电路还分别为组成电荷转移元件组的多个电荷转移元件提供恒定电位。结果，与相间电容的形成相关的电荷转移元件的数量被降低，从而可以实现电荷转移的加速。
根据本发明，可以构造这样一种固态成像器件，其可以抑制由转移电极之间的相间电容引起的转移问题。
此外，根据本发明，可以构造这样一种固态成像器件，其可以在不增加器件结构复杂性的情况下减少电荷转移所需的时间。另外，根据本发明，可以构造这样一种固态成像器件，其可以在不增加电荷转移中所使用的时钟频率的情况下减少电荷转移所需的时间。
换言之，由于一部分转移电极的电压被固定为恒定电压，因此实质转移电极的数量变少。结果，在不增加时钟频率(转移频率)的情况下，能够减少电荷转移所需的时间。此外，由于实质转移电极的数量降低，因此电极电容也下降。在这种情况下，提高转移频率变得容易。因此，转移频率可以被设定为较高，这种结合可进一步减少电荷转移时间。
通过以下结合附图进行的说明，本发明的其他目的、优点和特征将更加显而易见，其中图1是示出了传统固态成像器件的构造的方框图；
图2是示出了根据本发明的固态成像器件的构造的一个示例的方框图；图3是示出了固态成像器件的CCD的结构的一个示例的剖视图；图4是图3所示结构的放大图；图5是示出了根据本发明的第一个实施例的固态成像器件的时钟供给电路的电路图；图6是示出了信号线的电位的时间变化的时序图；图7概念性地示出了根据第一个实施例的CCD中的电荷转移；图8是示出了CCD中的电极电容的剖视图；图9是示出了根据本发明的第二个实施例的固态成像器件的时钟供给电路的电路图；图10是示出了中等分辨率模式下信号线的电位的时间变化的时序图；图11概念性地示出了中等分辨率模式下的电荷转移；以及图12概念性地示出了高分辨率模式下的电荷转移。
具体实施例方式
以下将参照示意性实施例对本发明进行描述。本领域技术人员应该认识到根据本发明的讲解，可以实现多种可选的实施例，并且本发明并不受这些出于说明目的而给出的实施例的限制。
根据这些实施例的固态成像器件是两相驱动型固态成像器件。该固态成像器件可支持并处理分辨率彼此不同的多种操作模式。在以下的说明中，当以低分辨率对成像目标进行成像时的操作模式被称为“低分辨率模式”。当以高分辨率对成像目标进行成像时的操作模式被称为“高分辨率模式”。当以中等分辨率对成像目标进行成像时的操作模式被称为“中等分辨率模式”。中等分辨率模式下的分辨率高于低分辨率模式下的分辨率。高分辨率模式下的分辨率高于中等分辨率模式下的分辨率。
图2是示出了根据本实施例的固态成像器件10的构造的一个示例的方框图。参照图2，根据本实施例的固态成像器件10设置有成像单元1、时钟供给电路2和分辨率控制单元3。成像单元1是这样一种半导体器件，其通过安装在设置有固态成像器件10的装置中的、诸如透镜的光学系统(未示出)从成像目标接收光，并输出对应于接收的光的电信号。如图2所示，成像单元1包括光检测单元4、电荷读出单元5、CCD(电荷转移单元)6和输出电路(电荷检测单元)7。
时钟供给电路2是产生操作时钟、并将操作时钟提供给成像单元1的CCD 6的电路模块。稍后将给出对时钟供给电路2的详细说明。分辨率控制电路3是向时钟供给电路2输出分辨率切换信号8，以在本实施例中使用的低分辨率、中等分辨率和高分辨率模式之间切换操作模式的功能模块。
首先，以下将详细描述上述成像单元1。如图2所示，成像单元1包括光检测单元4、电荷读出单元5、CCD 6和输出电路7。光检测单元4具有多个光检测器(光电二极管)4-1至4-n。如图2所示，各个光检测器4-1至4-n响应于来自成像目标的接收的光，产生并存储电荷EC1至ECn。电荷读出单元5读取光检测器4-1至4-n产生的电荷EC1至ECn，并将电荷EC1至ECn转移至CCD 6。
电荷读出单元5读取的电荷EC1至ECn被提供给CCD 6。CCD 6(电荷转移单元)是这样的半导体器件，其响应于时钟供给电路2输出的时钟将电荷EC1至ECn转移至输出电路7。如图2所示，CCD 6通过多个引脚9-1到9-6与时钟供给电路2连接。
由CCD 6转移的电荷被提供给输出电路7。输出电路(电荷检测单元)7是这样的信号产生功能模块，其产生与从光检测单元4读取并由CCD 6(电荷转移单元)转移的电荷相对应的电信号。换言之，输出电路7将信号电荷转换为信号电压。输出电路7产生的信号被由诸如源极跟随器、反相器等模拟电路组成的输出电路(未示出)输出到外部。
接下来，以下将参照附图对上述CCD 6进行详细说明。图3是示出了CCD 6的结构的一个示例的剖视图。如图3所示，CCD 6具有N型衬底、形成在N型衬底上的P阱11，以及形成在P阱11上的N阱12。另外，该CCD设置有多个电荷转移元件13。每个电荷转移元件13具有形成在诸如氧化膜等的绝缘膜上的多个不同的电极。具体地，每个电荷转移元件13具有一对势垒电极(第一电极)14和存储电极(第二电极)15。包含在一个电荷转移元件13内的势垒电极14和存储电极15彼此连接。另外，每个电荷转移元件13设置有通过将硼等注入到势垒电极14下而形成的N-区16。通过形成N-区16，可在CCD 6内防止电荷的反向转移。当下文中对多个电荷转移元件13彼此区分地进行描述时，将在标号“13”中增加后缀。
图4是图3所示CCD 6的一部分的放大图。如上所述，组成了CCD6的多个电荷转移元件13具有相同的结构。参照图4，在第一电荷转移元件13-1的各个电极14、15上施加第一信号电位Va，同时在第二电荷转移元件13-2的各个电极14、15上施加第二信号电位Vb。第一信号电位Va与第二信号电位Vb彼此不同。如图4所示，在第一电荷转移元件13-1的第二电极15与N阱12之间产生栅电容C1。另外，在第一电荷转移元件13-1的第一电极14与第二电荷转移元件13-2的第二电极15之间产生相间电容C2。
以下将对上述时钟供给电路2进行详细说明。图5是示出了根据本发明的第一个实施例的时钟供给电路2的电路图。根据本实施例的时钟供给电路2具有时钟产生单元21、与时钟产生单元21连接的分辨率切换单元22、以及多条信号线(1A至1C、2A至2C)。如图5所示，第一信号线1A通过第一引脚9-1与成像单元1的上述CCD 6相连。类似地，第二信号线1B通过第二引脚9-2与CCD 6相连，第三信号线1C通过第三引脚9-3与CCD 6相连，第四信号线2A通过第四引脚9-4与CCD 6相连，第五信号线2B通过第五引脚9-5与CCD6相连，第六信号线2C通过第六引脚9-6与CCD 6相连。
参照图5，时钟产生单元21包括第一时钟产生单元23和第二时钟产生单元24。第一时钟产生单元23和第二时钟产生单元24是用于产生提供至CCD 6的时钟的时钟产生器。第一时钟产生单元23产生并向第一信号线1A输出第一时钟(第一驱动脉冲)，而第二时钟产生单元24产生并向第四信号线2A输出第二时钟(第二驱动脉冲)。以下将描述第二时钟为第一时钟的反相时钟(inversion clock)的情况，即，第一时钟的相位和第二时钟的相位彼此相反。第二时钟可通过反相第一时钟来产生。
分辨率切换单元22包括多个开关31-34以及多个直流电源35-38。如图5所示，第一开关31连接第二信号线1B与第一直流电源35，或连接第二信号线1B与第一信号线1A上的第一节点N1。类似地，第二开关32连接第三信号线1C与第二直流电源36，或连接第三信号线1C与第一信号线1A上的第二节点N2。第三开关33连接第五信号线2B与第三直流电源37，或连接第五信号线2B与第四信号线2A上的第三节点N3。第四开关34连接第六信号线2C与第四直流电源38，或连接第六信号线2C与第四信号线2A上的第四节点N4。在本实施例中，多个开关31-34根据分辨率控制单元3提供的分辨率切换信号8执行切换操作。每个开关31-34在向CCD 6提供时钟与向CCD6提供恒定电位信号之间进行操作切换。换言之，分辨率切换单元22响应于分辨率切换信号8来切换操作模式(低分辨率、中等分辨率和高分辨率模式)。
图6是低分辨率模式期间时钟供给电路2中各信号线(1A至1C、2A至2C)电位的时间变化的时序图。在图6中，图(a)示出了第一信号线1A的电位波形。图(b)示出了当第二信号线1B通过第一开关31与第一直流电源35连接时，第二信号线1B的电位波形。图(c)示出了当第三信号线1C通过第二开关32与第二直流电源36连接时，第三信号线1C的电位波形。图(d)示出了第四信号线2A的电位波形。图(e)示出了当第五信号线2B通过第三开关33与第三直流电源37连接时，第五信号线2B的电位波形。图(f)示出了当第六信号线2C通过第四开关34与第四直流电源38连接时，第六信号线2C的电位波形。如图6所示，向第一信号线1A提供第一时钟(第一驱动脉冲)，向第四信号线2A提供第二时钟(第二驱动脉冲)。另一方面，分别向第二信号线1B、第三信号线1C、第五信号线2B和第六信号线2C提供恒定电位的信号(V3、V5、V2和V4，V2＞V3＞V4＞V5)。
应该注意到，如果高分辨率模式下的幅度不足以获得图6中所示的第二信号线1B、第三信号线1C、第五信号线2B和第六信号线2C的电位，则低分辨率模式下的第一时钟和第二时钟的幅度将被设置为大于全部像素的电荷均被转移的高分辨率模式下的第一时钟和第二时钟的幅度。还应该注意到，在CCD 6的操作之前，也就是，当电荷被从电荷读出单元5提供至CCD 6时，可以在CCD 6的电荷转移元件13上施加高于上述恒定电位V3、V5、V2和V4的电位(电压)。
以下将说明图6所示的信号被提供至CCD 6时，在低分辨率模式下的电荷转移。图7概念性地示出了低分辨率模式下通过CCD进行的电荷转移。图7中所示为CCD 6中各个电荷转移元件13的电位状态和势阱。(a)栏示出了从图6所示的时间t1到时间t2的时段T1期间CCD 6的电荷转移状态。类似地，(b)栏示出了从时间t2到时间t3的时段T2期间CCD 6的电荷转移状态。(c)栏示出了从时间t3到时间t4的时段T3期间CCD 6的电荷转移状态。
参照图7，通过信号线1A向第三电荷转移元件13-3和第五电荷转移元件13-5提供第一时钟。通过信号线2A向第四电荷转移元件13-4提供第二时钟。此外，分别通过信号线1C、2C、1B和2B向第四电荷转移元件13-4与第五电荷转移元件13-5之间的电荷转移元件13提供恒定电位(V5、V4、V3和V2，V5＜V4＜V3＜V2)。在下文中，被提供有恒定电位的所述电荷转移元件13被成为“电荷转移元件组”。
如图7所示，第四电荷转移元件13-4与第三电荷转移元件13-3相邻。电荷转移元件组在第三电荷转移元件13-3的相对侧、与第四电荷转移元件13-4相邻。电荷转移元件13-5在第四电荷转移元件13-4的相对侧、与电荷转移元件组相邻。在图7所示的本示例中，电荷转移元件组由位于第四电荷转移元件13-4与第五电荷转移元件13-5之间的四个电荷转移元件13组成。为第三电荷转移元件13-3和第五电荷转移元件13-5提供相同的第一时钟。
在时段T1中，第一时钟(第一驱动脉冲)为高电平，而第二时钟(第二驱动脉冲)为低电平(参见图6)。因此，电荷被聚集在第三电荷转移元件13-3中(参见图7中的(a)栏)。在时段T2中，第一时钟变为低电平(时段T1期间的信号的反相信号)，而第二时钟变为高电平(时段T1期间的信号的反相信号)。在这种情况下，通过第四信号线2A在第四电荷转移元件13-4上施加第一电位V1，通过第一信号线1A在第三电荷转移元件13-3上施加0伏。因此，当时段由T1变为T2时，聚集在第三电荷转移元件13-3中的电荷将被转移到第四电荷转移元件13-4(参见图7中的(b)栏)。
在时段T3中，第一时钟变为高电平，而第二时钟变为低电平(参见图6)。如上所述，从时间t1到t4，分别向除了被施加第一时钟和第二时钟的电荷转移元件13之外的电荷转移元件13施加具有恒定电位的信号。换言之，将图6所示的DC电位(V5＜V4＜V3＜V2)分别施加到设置在第四电荷转移元件13-4与第五电荷转移元件13-5之间的四个电荷转移元件。因此，如图7的(c)栏所示，在时段T2中聚集在第四电荷转移元件13-4中的电荷在时段T3中将通过所述四个电荷转移元件被转移到第五电荷转移元件13-5中。
在这种方式下，根据本发明的CCD 6能够在低分辨率模式期间在一个循环的操作时钟中将电荷从第三电荷转移元件13-3转移到第五电荷转移元件13-5。也就是说，CCD 6可在一个循环的操作时钟中在六个电荷转移元件上向前移动电荷。下面将描述前述操作中的电极电容。
图8是当执行图7所示操作时，CCD 6中的电极电容的剖视图。参照图8，第一时钟被提供到第一电荷转移元件13a。固定的第四电位被提供到与第一电荷转移元件13a相邻的第二电荷转移元件13b。另外，固定的第一电位被提供到第三电荷转移元件13c。第二时钟被提供到与第三电荷转移元件13c相邻的第四电荷转移元件13d。另外，第一时钟被提供到与第四电荷转移元件13d相邻的第一电荷转移元件13a。上述电荷转移元件组包括位于电荷转移元件13a与13d之间的电荷转移元件13b和13c。
如图8所示，在第一电荷转移元件13a的第一电极14与第二电荷转移元件13b的第二电极15之间产生第一相间电容C2-1。在第三电荷转移元件13c的第一电极14与第四电荷转移元件13d的第二电极15之间产生第二相间电容C2-2。在第四电荷转移元件13d的第一电极14与第一电荷转移元件13a的第二电极15之间产生第三相间电容C2-3。
如上所述，分别在第二电荷转移元件13b和第三电荷转移元件13c的电极上施加恒定电位。另外，在第一电荷转移元件13a上施加第一时钟，并在第四电荷转移元件13d上施加第二时钟。在这种情况下，当CCD 6工作时，第一相间电容C2-1、第二相间电容C2-2与第三相间电容C2-3的比为如下“第一相间电容C2-1∶第二相间电容C2-2∶第三相间电容C2-3＝1∶1∶2”。在此，让我们考虑从某个第一电荷转移元件13a到下一个第一电荷转移元件13a的一组电荷转移元件13。当作为参考的第一相间电容C2-1为“1”时，所述组的相间电容Ca为“4”。
另一方面，根据传统的固态成像器件，例如，根据上述专利文件日本未决公开专利申请JP-A-H10-271934中描述的技术，包括相同数量的电荷转移元件的组的相间电容Cb为“6”。根据本实施例的组的相间电容Ca小于传统技术中的相间电容Cb。相间电容会干扰电荷转移的加速。因此，根据本实施例可能减少能够干扰电荷转移加速的相间电容。结果，能够实现电荷转移的加速，并由此在不增加时钟频率的情况下能够减少电荷转移所需要的时间。
以下将参照附图描述本发明的第二个实施例。与第一个实施例类似，第二个实施例中的固态成像器件10可切换多个分辨率地进行操作。在本实施例中，与第一个实施例中描述的部件相同的部件具有相同的标号，并且在此将适当省略重复描述。
图9是示出了根据本发明的第二个实施例的时钟供给电路2的示例的电路图。本实施例中的时钟供给电路2具有与时钟产生单元21连接的分辨率切换单元30。如图9所示，分辨率切换单元30设置有低分辨率单元25、中等分辨率单元26和切换单元27。低分辨率单元25与第一实施例中的分辨率切换单元22类似地配置。中等分辨率单元26包括第五开关41和第六开关42。如图9所示，第五开关41将第一时钟产生单元23或第五直流电源43与第二引脚9-2连接。类似地，第六开关42将第二时钟产生单元24或第六直流电源44与第四引脚9-4连接。
切换单元27包括多个开关51至54。如图9所示，第七开关51将第二时钟产生单元24或第二开关32与第三引脚9-3连接。第八开关52将第六开关42或第二时钟产生单元24与第四引脚9-4连接。第九开关53将第一时钟产生单元23或第三开关33与第五引脚9-5连接。第十开关54将第五开关41或第四开关34与第六引脚9-6连接。
第二实施例中的时钟供给电路2响应于从分辨率控制单元3提供的分辨率切换信号8切换上述多个开关(31-34、41-42和51-54)。因此，时钟供给电路2控制施加到CCD 6中的电荷转移单元13的电极的信号电位(电压)。以下将描述固态成像器件10响应于分辨率切换信号8在中等分辨率模式下工作的情况。当固态成像器件10在中等分辨率模式下工作时，切换单元27的第七开关51连接第三引脚9-3与第二时钟产生单元24。另外，第八开关52连接第四引脚9-4与第六开关42，第九开关53连接第五引脚9-5与第一时钟产生单元23。另外，第十开关54连接第六引脚9-6与第五开关41。
此时，第五开关41连接第二引脚9-2与第五直流电源43。第六开关42连接第四引脚9-4与第六直流电源44。结果，在上述低分辨率模式下作为第三信号线1C的信号线在中等分辨率模式下作为第四信号线2A。在上述低分辨率模式下作为第四信号线2A的信号线在中等分辨率模式下作为第五信号线2B。在上述低分辨率模式下作为第五信号线2B的信号线在中等分辨率模式下作为第一信号线1A。在上述低分辨率模式下作为第六信号线2C的信号线在中等分辨率模式下作为第二信号线1B。因此，被提供有恒定电位的电荷转移元件13的数量变为两个，并且向除了它们之外的电荷转移元件13提供第一时钟或第二时钟。
以下将参照图10描述中等分辨率模式期间的操作。图10是示出了中等分辨率模式下的操作的时序图。图10中的图(a)示出了中等分辨率模式下第一信号线1A的电位。图10中的图(b)示出了中等分辨率模式下第二信号线1B的电位。图10中的图(c)示出了中等分辨率模式下第四信号线2A的电位。图10中的图(d)示出了中等分辨率模式下第五信号线2B的电位。
如图10所示，第二信号线1B的电压小于第五信号线2B的电位。另外，当第一时钟或第二时钟为高电平时的电位(V1)高于第二信号线1B和第五信号线2B的电位。如图10所示，第一时钟以及相位与第一时钟相反的第二时钟分别被提供到第一信号线1A和第四信号线2A。
以下将参照图11描述上述信号电位被提供给CCD 6时的电荷转移。图11与上述图7相对应，并概念性地示出了中等分辨率模式下通过CCD 6进行的电荷转移。(a)栏示出了从图10所示的时间t1到时间t2的时段T1期间CCD 6的电荷转移状态。类似地，(b)栏示出了从时间t2到时间t3的时段T2期间CCD 6的电荷转移状态。(c)栏示出了从时间t3到时间t4的时段T3期间CCD 6的电荷转移状态。在本示例中，电荷转移元件组由两个电荷转移元件13组成。
如图11所示，在时段T1内施加有第一时钟的电荷转移元件13中储存的电荷在时段T2内被转移到与第四信号线2A连接的下一个电荷转移元件13。进而，在时段T2内储存在与第四信号线2A连接的电荷转移元件13中的电荷，在时段T3内通过施加有恒定电位的电荷转移元件13，转移到施加有第一时钟的电荷转移元件13。通过这种方式，第二个实施例中的固态成像器件10支持中等分辨率模式，并可根据成像目标在低分辨率模式与中等分辨率模式之间切换操作模式。
应该注意到，根据上述第一和第二个实施例的固态成像器件10还支持高分辨率模式。图12概念性地示出了高分辨率模式下通过CCD 6进行的电荷转移。在上述中等分辨率模式下，操作时钟信号仅被施加到第一信号线1A和第四信号线2A，并且转移电极的数量是所有像素均被转移时的高分辨率模式下的数量的一半。因此，如果驱动频率相同，中等分辨率模式下电荷转移所需的时间可以减少一半。
在低分辨率模式下，读出到在高分辨率模式时与第二时钟信号线2连接的电荷转移元件13的电荷优选在寄存器上和与第一时钟信号线1连接的电荷转移元件13中的电荷相结合。可选地，电荷可在读出之前被溢出漏极(未示出)牵引。在第二时钟信号线2的电荷在寄存器上被结合时，施加有电压TG(见图2)的元件的沟道电位优选地大于施加有第一直流电源35的电压的第二电极15的沟道电位。如果不满足该条件，则第一直流电源35的电压仅在电荷被读出时增加。
显然，本发明并不局限于上述实施例，并且可以在不偏离本发明范围和精神的情况下进行各种调整和改变。
权利要求
1.一种固态成像器件，包括光检测单元，其被配置为响应于接收的光来产生电荷；电荷读出单元，其被配置为读取所述产生的电荷；电荷转移单元，其被配置为响应于第一时钟和第二时钟，将所述电荷读出单元读取的所述电荷转移到电荷检测单元；以及时钟供给电路，其被配置为产生所述第一时钟和所述第二时钟，其中所述电荷转移单元包括第一电荷转移元件；与所述第一电荷转移元件相邻的第二电荷转移元件；以及电荷转移元件组，其与所述第二电荷转移元件相邻，并包括与所述第一电荷转移元件和所述第二电荷转移元件不同的多个电荷转移元件，其中在第一时间段内，所述时钟供给电路为所述第一电荷转移元件提供所述第一时钟、为所述第二电荷转移元件提供所述第二时钟、并且分别为所述多个电荷转移元件提供恒定电位。
2.如权利要求1所述的固态成像器件，其中在所述第一时间段之后的第二时间段内，所述时钟供给电路为所述第一电荷转移元件提供所述第一时间段期间的所述第一时钟的信号的反相信号、为所述第二电荷转移元件提供所述第一时间段期间的所述第二时钟的信号的反相信号、并且分别为所述多个电荷转移元件提供所述恒定电位。
3.如权利要求1或2所述的固态成像器件，其中所述电荷转移单元还包括另一个第一电荷转移元件，其与所述电荷转移元件组相邻，并与所述第二电荷转移元件不同。
4.如权利要求3所述的固态成像器件，其中固态成像器件的操作模式包括低分辨率模式；以及高分辨率模式，其中所述高分辨率模式下的分辨率高于所述低分辨率模式下的分辨率，其中在所述低分辨率模式下，设置在所述第二电荷转移元件与所述另一个第一电荷元件之间的四个电荷转移元件是所述多个电荷转移元件。
5.如权利要求4所述的固态成像器件，其中所述操作模式还包括中等分辨率模式，其中所述中等分辨率模式下的分辨率高于所述低分辨率模式下的分辨率，并且低于所述高分辨率模式下的分辨率，其中在所述中等分辨率模式下，设置在所述第二电荷转移元件与所述另一个第一电荷元件之间的两个电荷转移元件是所述多个电荷转移元件。
6.如权利要求5所述的固态成像器件，其中所述时钟供给电路具有时钟产生单元，其被配置为产生所述第一时钟和所述第二时钟；以及分辨率切换单元，其与所述时钟产生单元连接，其中所述分辨率切换单元响应于从控制单元提供的控制信号来切换所述操作模式。
7.一种用于操作固态成像器件的方法，包括(a)产生第一时钟和第二时钟，其中所述第二时钟是所述第一时钟的反相时钟；(b)读取光检测器响应于接收的光产生的电荷，并将所述电荷转移到电荷转移单元；以及(c)所述电荷转移单元响应于所述第一时钟和所述第二时钟将所述电荷转移到电荷检测单元，其中所述电荷转移单元包括第一电荷转移元件；与所述第一电荷转移元件相邻的第二电荷转移元件；以及电荷转移元件组，其与所述第二电荷转移元件相邻，并包括与所述第一电荷转移元件和所述第二电荷转移元件不同的多个电荷转移元件，其中在第一时间段内，所述步骤(c)包括(c1)为所述第一电荷转移元件提供所述第一时钟；(c2)为所述第二电荷转移元件提供所述第二时钟；以及(c3)分别为所述多个电荷转移元件提供恒定电位。
8.如权利要求7所述的方法，其中在所述第一时间段之后的第二时间段内，所述步骤(c)包括(c4)为所述第一电荷转移元件提供所述第一时间段期间的所述第一时钟的信号的反相信号；(c5)为所述第二电荷转移元件提供所述第一时间段期间的所述第二时钟的信号的反相信号；以及(c6)分别为所述多个电荷转移元件提供所述恒定电位。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中所述电荷转移单元还包括另一个第一电荷转移元件，其与所述电荷转移元件组相邻，并与所述第二电荷转移元件不同。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述固态成像器件的操作模式包括低分辨率模式；以及高分辨率模式，其中所述高分辨率模式下的分辨率高于所述低分辨率模式下的分辨率，其中在所述低分辨率模式下，设置在所述第二电荷转移元件与所述另一个第一电荷元件之间的四个电荷转移元件是所述多个电荷转移元件。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述操作模式还包括中等分辨率模式，其中所述中等分辨率模式下的分辨率高于所述低分辨率模式下的分辨率，并低于所述高分辨率模式下的分辨率，其中在所述中等分辨率模式下，设置在所述第二电荷转移元件与所述另一个第一电荷元件之间的两个电荷转移元件是所述多个电荷转移元件。
12.一种两相驱动型固态成像器件，包括光检测单元，其具有多个光检测器；电荷读出单元，其被配置为读取所述多个光检测器产生的电荷；以及电荷转移单元，其被配置为转移所述电荷读出单元读取的所述电荷，其中所述电荷转移单元设置有多对存储电极和势垒电极，其中不同相位的驱动脉冲被分别施加到所述多对的相邻对上，并且驱动脉冲或DC电压被施加到与所述多对的所述相邻对相邻的对上。
13.如权利要求12所述的两相驱动型固态成像器件，其中施加有所述DC电压的所述多对的对的数量为2的整数倍。
14.如权利要求12所述的两相驱动型固态成像器件，其中当所述电荷被从所述电荷读出单元提供到所述电荷转移单元时，将高于所述DC电压的电压施加到在所述电荷转移中施加有所述DC电压的所述存储电极上。
15.如权利要求12至14中的任一项所述的两相驱动型固态成像器件，其中在所述对上施加所述DC电压时的情况下施加到所述相邻对上的所述驱动电压的幅度，大于所述对上不施加所述DC电压时的所述驱动电压的幅度。
全文摘要
一种固态成像器件(10)，具有光检测单元(4)；响应于时钟供给电路(2)产生的第一时钟和第二时钟、将光检测单元(4)产生的电荷进行转移的电荷转移单元(6)。电荷转移单元(6)包括第一电荷转移元件(13a)；与第一电荷转移元件(13a)相邻的第二电荷转移元件(13d)；以及电荷转移元件组，其与第二电荷转移元件(13d)相邻，并包括多个电荷转移元件(13c)。在一个时间段中，时钟供给电路(2)为第一电荷转移元件(13a)提供第一时钟、为第二电荷转移元件(13d)提供第二时钟、并分别为多个电荷转移元件(13c)提供恒定电位。
文档编号H04N5/335GK101038929SQ200710088598
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年3月16日
发明者二村文章 申请人:恩益禧电子股份有限公司