固体摄像元件的驱动方法

专利名称：固体摄像元件的驱动方法
技术领域：
本发明涉及每读出一行信息电荷就由垂直CCD移位寄存器一位一位地进行垂直传输的固体摄像元件的驱动方法，尤其涉及提高画质的技术。
背景技术：
帧传输方式的CCD图像传感器构成为包括摄像部和蓄积部。摄像部和蓄积部分别由多个垂直CCD移位寄存器构成，该垂直CCD移位寄存器构成为包括沿垂直方向延伸并相互平行配置的多个电荷传输沟道区域、和沿水平方向延伸并相互平行配置的多个传输电极。该垂直CCD移位寄存器的各位包括相邻配置的多个传输电极，通过施加到这些传输电极的电压，分别一个一个地形成蓄积信息电荷的电位阱。
摄像部的垂直CCD移位寄存器的各位分别构成摄像元件的像素，在曝光期间接受来自被摄物体的光，生成与受光量对应的信息电荷，并蓄积到电位阱中。若曝光期间结束，则信息电荷通过帧传输动作从摄像部向蓄积部被高速地垂直传输。
由于蓄积部被遮光，因此可保持信息电荷。每当水平传输部将一行份的信息电荷向输出部水平传输结束后，蓄积部进行成行传输动作，使信息电荷向水平传输部移动。
在此，公知有如下CCD图像传感器的结构在蓄积部的垂直CCD移位寄存器的输出端与水平传输部之间具备对信息电荷进行分配的机构。通过设置该分配机构，可将从蓄积部的垂直CCD移位寄存器输出的一行份的信息电荷分为奇数列的信息电荷组和偶数列的信息电荷组，并向水平传输部传输。在该结构中，构成水平传输部的水平CCD移位寄存器对奇数列的信息电荷组和偶数列的信息电荷组分别进行水平传输动作，完成一行份的信息电荷的水平传输动作。图6是说明具有该分配机构的现有的帧传输方式的CCD图像传感器的驱动方法的时序图，表示了对蓄积部和水平传输部进行驱动的各时钟信号的波形。另外，图7是表示图6所示的各时刻的传输电极下的沟道电位的示意图。在图7中，下方向是沟道电位的正向，用实线表示了沿着电荷传输沟道的电势的深度的变化，实线向下凹陷的部分是电位阱，能蓄积由电子构成的信息电荷。这里表示的蓄积部的垂直CCD移位寄存器是利用了三相时钟信号1～3的三相驱动，对各位配置三个传输电极ST1～ST3。传输电极ST1～ST3沿电荷传输方向按顺序排列，对STi施加时钟信号i(i＝1～3)。当i是规定的高电压VH时，在传输电极STi下形成电位阱，从而可蓄积信息电荷，另一方面，当i是规定的低电压VL时，在传输电极STi下形成分隔电位阱之间的位垒。时钟信号H是对水平CCD移位寄存器进行驱动的时钟信号。H也与i同样存在规定的高电压状态和低电压状态，这些状态周期性切换，从而实现信息电荷的水平传输。
在期间P1进行成行传输动作，摄像部的垂直CCD移位寄存器的各位的传输电极ST2和ST3下形成的电位阱被移动到下一位的传输电极ST2和ST3下。在图7中表示了与期间P1对应的各时刻t1～t7的电位阱的情况。随着该电位阱的移动，信息电荷也在垂直CCD移位寄存器内移动一位。
在成行传输动作后，接下来在期间P2进行水平传输动作。在水平传输动作中，首先，进行将奇数列信息电荷组读出到水平CCD移位寄存器的动作，然后，该奇数列信息电荷组通过在期间PO内连续产生的H的时钟序列而被传输到输出部。进而，在水平传输动作的期间P2内，进行将偶数列信息电荷组读出到水平CCD移位寄存器的动作，该偶数列信息电荷组通过在期间PE内连续产生的H的时钟序列而被传输到输出部。这样，若一行份的水平传输动作完成，则在期间P3内进行下一个行传输。
在进行该水平传输动作的期间P2的整个期间内或至少在期间PO和PE内，蓄积部的垂直CCD移位寄存器的各位中保持的信息电荷存在于作为行传输的移动目的地的两个传输电极ST2和ST3下的电位阱中。即，以往，蓄积部的垂直CCD移位寄存器的各位的信息电荷从之前的行传输动作期间P1的结束到下一个行传输动作期间P3的开始为止，基本上保持在时刻t7的移动目的地的传输电极ST2和ST3下。
专利文献1特开2006-073988号公报在埋入沟道的CCD移位寄存器中，若将信息电荷蓄积到基板表面附近，通过界面能级而俘获信息电荷，传输效率会下降。在此，界面能级的密度在基板面内并不一样，因此一般在蓄积部的垂直CCD移位寄存器相互之间会产生传输效率的离散偏差。该传输效率的差异在摄影的图像中表现为纵条纹，成为画质劣化的主要原因。
被俘获的电荷量根据将信息电荷蓄积到基板表面附近的状态的持续时间而增加。在上述的蓄积部的动作中，水平传输期间内的信息电荷的保持动作与行传输动作的各过程相比时间长，因此抑制该保持动作下的俘获的发生，对降低纵条纹是有效的。
顺便提及，在数码相机等摄像装置中，静态图像以与固体摄像元件的像素数对应的高精细的画质进行摄影，动态图像通过对像素数进行间隔提取来进行确保帧速率。对行不进行间隔提取而读出的静态图像摄影，其传输动作和保持动作的重复次数比动态图像摄影多，通过每次该动作的重复的传输效率的累积，纵条纹比动态图像摄影时变得明显。另一方面，由于静态图像摄影比动态图像摄影要求高画质，因此需要适当抑制纵条纹。
另外，当在规定深度的电位阱中蓄积信息电荷时，电位阱的面积越小，信息电荷越容易靠近基板表面，反之，面积越大，越容易与基板表面保持距离。从如上的方面出发，在适当地抑制静态图像中的纵条纹的方面，上述的现有驱动方法、即在蓄积部的三相驱动的垂直CCD移位寄存器中，不仅在一相的传输电极下，而且在两相的传输电极下形成水平传输期间内保持信息电荷的电位阱是有效的。
这样，现有的驱动方法在水平传输期间的信息电荷的保持动作中，在两个传输电极下保持信息电荷来抑制俘获。但是，在成行传输动作的中途，如图7的时刻t2、t4、t6那样，仅在一个相的传输电极下蓄积信息电荷的期间存在为短时间，在该期间内会发生信息电荷的俘获。并且存在如下问题被俘获至某位的传输电极下的电荷，当通过成行传输而下一个信息电荷移动到该传输电极下时被释放而混入，成为画质劣化的原因。例如，在摄像部，在沿垂直方向排列的像素配置了相互不同颜色的滤色器的结构中，上述俘获电荷的混入会产生称为混色的现象，这在显示画面中被观察为颜色平衡被破坏。

发明内容
本发明为解决上述问题而实现，目的在于提供一种固体摄像元件的驱动方法，该方法抑制纵条纹，并抑制俘获电荷混入到垂直方向上相邻的像素间的信息电荷，从而避免混色等的不良情况，实现画质的提高。
在本发明涉及的固体摄像元件的驱动方法中，所述固体摄像元件具有多个垂直CCD移位寄存器，能进行将由行列配置的受光像素产生的信息电荷沿列方向垂直传输的n相驱动(n是3以上的自然数)；和水平CCD移位寄存器，将从所述多个垂直CCD移位寄存器输出的所述信息电荷沿行方向水平传输，该固体摄像元件的驱动方法包括成行传输动作，由所述各垂直CCD移位寄存器逐位移动所述信息电荷，从而对所述信息电荷逐行进行垂直传输；水平传输动作，将通过所述成行传输动作而从所述多个垂直CCD移位寄存器输出的一行份的所述信息电荷，由所述水平CCD移位寄存器进行水平传输；和信息电荷保持动作，在进行所述水平传输动作期间，将所述垂直CCD移位寄存器上的所述信息电荷保持于当前所在的位，所述信息电荷保持动作包括第一蓄积动作，从刚刚进行的所述成行传输动作的期间开始到所述水平传输动作的中途为止的第一期间，将所述信息电荷蓄积到按所述垂直CCD移位寄存器的每位而配置的一组传输电极中的m1个传输电极下；和第二蓄积动作，从所述第一期间后开始到下一所述成行传输动作的期间的开始为止的第二期间，将所述信息电荷蓄积到所述一组传输电极中的比所述m1个多的m2个传输电极下。
在本发明涉及的其他固体摄像元件的驱动方法中，所述固体摄像元件具有分配传输机构，其将通过所述成行传输动作而从所述多个垂直CCD移位寄存器输出的一行份的所述信息电荷，分割为第一～第k(k是2以上的自然数)信息电荷组，并按该信息电荷组依次向所述水平CCD移位寄存器传输，所述水平传输动作依次进行对所述第一～第k信息电荷组分别进行水平传输的第一～第k分组水平传输动作，所述信息电荷保持动作与所述分组水平传输动作相互的k-1个间隔的任一个同步，进行从所述第一蓄积动作向所述第二蓄积动作的切换。
在上述驱动方法中，所述第一期间的长度适合根据构成所述垂直CCD移位寄存器的沟道的半导体基板的界面能级释放所俘获的电荷的过程的时间常数来设定。
另外，在对具有分配传输机构的固体摄像元件进行驱动的驱动方法中，所述分配传输机构通过所述成行传输动作而从所述多个垂直CCD移位寄存器输出的一行份的所述信息电荷，分割为与奇数列对应的信息电荷组和与偶数列对应的信息电荷组，并将该信息电荷组依次向所述水平CCD移位寄存器传输，所述水平传输动作依次进行水平传输所述奇数列的信息电荷组的奇数列水平传输动作和水平传输所述偶数列信息电荷组的偶数列水平传输动作，所述信息电荷保持动作与所述奇数列水平传输动作和所述偶数列水平传输动作的间隔同步，进行从所述第一蓄积动作向所述第二蓄积动作的切换。
上述驱动方法在应用于所述垂直CCD移位寄存器能三相驱动的固体摄像元件中时，所述第一蓄积动作将所述信息电荷蓄积到所述三相驱动中的一相所对应的所述传输电极下，所述第二蓄积动作将所述信息电荷蓄积到所述三相驱动中的两相所对应的所述传输电极下。
在本发明涉及的其他固体摄像元件的驱动方法中，在所述第一蓄积动作中，对形成针对蓄积于所述各位的所述信息电荷的位垒的所述传输电极，施加比所述成行传输动作中的传输时钟的断开电压低的第一蓄积动作时的断开电压。所述第一蓄积动作时的断开电压可为在所述传输电极下的半导体表面形成反转层的钉扎电压所对应的值。
(发明效果)根据本发明，使成行传输动作后的垂直CCD移位寄存器中的信息电荷的保持动作为如下动作在到水平传输期间的中途为止的期间(第一期间)，将信息电荷蓄积到窄电位阱中，在之后的期间(第二期间)，将信息电荷蓄积到宽电位阱中。俘获电荷的释放可期待与从被俘获开始的时间一同降低。因此，在成行传输动作的中途的俘获电荷容易被释放的第一期间，通过使电位阱窄，从而俘获电荷中的被释放到与电位阱对应的传输电极下的量减少，从该对应传输电极下直接流入电位阱的俘获电荷量被抑制，可实现混色的降低。另一方面，在第一期间后的第二期间，扩展电位阱，使信息电荷远离基板表面，从而抑制从保持动作中的电位阱俘获的信息电荷量，并且能使第一期间中已从该电位阱俘获的信息电荷释放到原来的电位阱中。由此，抑制保持动作中的俘获的发生，可实现纵条纹的减轻。
另外，在第一期间内，对形成与蓄积信息电荷的电位阱相邻的位垒的传输电极，施加比成行传输动作中的传输时钟的断开电压低的第一蓄积动作时的断开电压，从而促进在该传输电极下产生与信息电荷相反极性的空穴，并促进在成行传输动作中产生的俘获电荷与该空穴的再结合。由此，抑制在该传输电极下释放俘获电荷流入到相邻的电位阱中，实现混色的降低。


图1是表示本发明的实施方式的摄像装置的概略结构的框图；图2是表示图像传感器的蓄积部、分配部和水平传输部的概略结构的俯视图；图3是表示将帧传输到蓄积部中的信息电荷向水平传输部读出的动作中的各时钟信号的波形的时序图；图4是表示奇数列的电荷传输沟道中的沟道电位的变化的示意图；图5是表示偶数列的电荷传输沟道中的沟道电位的变化的示意图；图6是表示具有分配机构的现有的帧传输方式的CCD图像传感器的驱动方法中的各时钟信号的波形的时序图；图7是表示现有的驱动方法中的沟道电位的变化的示意图。
图中10-图像传感器；10i-摄像部；10s-蓄积部；10h-水平传输部；10d-输出部；10t-分配部；12-驱动电路；20、24-沟道区域；22、28-沟道截断(channel stop)区域；26-1、26-2-水平传输电极；40、42-信息电荷。
具体实施例方式
下面，参照附图，对本发明的实施的方式(下面称为实施方式)进行说明。
图1是表示实施方式的摄像装置的概略结构的框图。该摄像装置包括图像传感器10和驱动电路12，从图像传感器10输出图像信号。
图像传感器10是帧传输方式的CCD图像传感器，具备形成在半导体基板表面的摄像部10i、蓄积部10s、水平传输部10h、输出部10d和分配部10t。
摄像部10i和蓄积部10s由相互的电荷传输沟道沿列方向连续的垂直CCD移位寄存器构成，在摄像部10i和蓄积部10s中，这些垂直CCD移位寄存器沿行方向(图像上的水平方向)排列多个。这些垂直CCD移位寄存器具备在基板上沿行方向设置且沿列方向多个并列排列的栅电极，作为传输电极。摄像部10i的垂直CCD移位寄存器的各位构成受光像素，根据入射光产生信号电荷并进行蓄积。蓄积部10s被遮光膜覆盖，防止因光的入射产生的电荷，因此能基本上原样保持帧传输来的来自摄像部10i的信号电荷。
分配部10t位于蓄积部10s的输出端与水平传输部10h之间，构成为包括从蓄积部10s的各垂直CCD移位寄存器延长的电荷传输沟道、能与蓄积部10s独立地驱动的传输电极即多个传输门电极(TG电极)。分配部10t是信息电荷的分配机构，将从蓄积部10s的垂直CCD移位寄存器组输出的一行份的信息电荷分为奇数列的信息电荷组和偶数列的信息电荷组，并向水平传输部10h传输。
水平传输部10h由CCD移位寄存器构成，其各位与分配部10t的各电荷传输沟道的输出端连接。
输出部10d由电独立的电容、以及取出该电容的电位变化的放大器构成，在电容中以1位为单位接受从水平传输部10h输出的信息电荷，变换为电压值，并作为时间序列的图像信号Y0(t)进行输出。
驱动电路12生成各种时钟信号或电压信号，驱动图像传感器10。从驱动电路12向摄像部10i的垂直CCD移位寄存器的传输电极供给多相的传输时钟I、向蓄积部10s的垂直CCD移位寄存器的传输电极供给多相的传输时钟S，根据这些传输时钟，控制摄像部10i和蓄积部10s中的信息电荷的蓄积、传输。另外，驱动电路12生成对TG电极进行驱动的时钟TG、对水平传输部10h进行驱动的时钟H、对输出部10d的复位门电路进行驱动的时钟R、施加到n型半导体基板的基板电压Vsub。
对本图像传感器10的垂直CCD移位寄存器的各位分别配置三个传输电极。对摄像部10i配置滤色器阵列，摄像部10i的垂直CCD移位寄存器的各位分别构成配置有特定的单色的滤色器的受光像素。例如，摄像部10i配置Bayer(ベイヤ一)排列的滤色器阵列，沿列方向交替配置感色灵敏度特性不同的两种受光像素。
在该摄像部10i中，为了可进行在动态图像摄影或预览下的像素压缩后的摄影，例如构成为各垂直CCD移位寄存器的每连续3位的9个传输电极可相互独立地驱动。在静态图像摄影中，进行作为使各位的三个传输电极分别为不同相的三相驱动的标准的驱动。另一方面，在动态图像摄影和预览中，进行像素压缩驱动，该驱动在对摄像部10i的沿列方向连续的每三个像素进行信号电荷的相加合成处理之后，进行帧传输。例如，抽取三个像素中的中央的像素，进行将其两侧的相互为相同颜色的像素的信号电荷相加的像素加法处理。具体而言，该像素相加处理首先通过对三个像素中的中央的像素的三个传输电极施加断开电压，从而使该像素中蓄积的信号电荷向施加了比较高的正的基板电压Vsub的基板移动而排出，然后，对该像素的两侧的两个像素中蓄积的信号电荷进行合成。在像素压缩动作中，这样，在进行了以三个像素为单位的相加合成处理之后，进行使摄像部10i、蓄积部10s的各位的三个传输电极为同相的三相驱动。通过该像素压缩驱动，与静态图像摄影相比，能将实质上垂直方向的像素数压缩至1/3，例如，以与标准驱动时相同的时钟频率实现3倍高速的帧传输，而且成行传输的次数降低至1/3。
抑制纵条纹和混色来实现画质提高的本发明的驱动方法，无论静态图像摄影、动态图像摄影以及预览都可应用，但在静态图像摄影中，由于成行传输次数多，因此画质容易劣化，但在要求进一步的高画质的方面本发明尤其有效。因此，下面，对静态摄影时的本发明的驱动方法进行具体说明。
摄像部10i的受光像素根据曝光期间中的入射光而产生信号电荷并蓄积。若经过设定的曝光期间，则驱动电路12根据三相时钟I、S，驱动摄像部10i和蓄积部10s各自的垂直CCD移位寄存器，将信息电荷从摄像部10i帧传输至蓄积部10s。然后，驱动电路12通过反复进行成行传输动作和水平传输动作，逐行读出被传输至蓄积部10s中的一画面份的信号电荷，变换为图像信号。该驱动电路12进行的驱动中的与现有的驱动方法的主要不同之处在于，帧传输后的蓄积部10s中的成行传输动作，下面，对该方面进行详述。
图2是表示图像传感器10的蓄积部10s、分配部10t和水平传输部10h的概略结构的俯视图。蓄积部10s的各垂直CCD移位寄存器的沿列方向延伸的沟道区域20相互之间通过沟道截断区域22分离。对蓄积部10s的各位配置三个传输电极ST1～ST3。传输电极ST1～ST3沿电荷传输方向依次排列，从驱动电路12向STi施加时钟信号Si(i＝1～3)。
在分配部10t中，配置与蓄积部10s的垂直CCD移位寄存器的最终位的传输电极ST3相邻配置的传输电极ST1、和四个TG电极TG1～TG4。TG1和TG2具有列方向的相互的位置按每列交替反相的蛇行的形状。在配置于分配部10t的所述传输电极ST1和TG1与TG2的对之间配置TG4，在水平传输部10h和TG1与TG2的对之间配置TG3。这些TG3和TG4构成为分别沿行方向延伸的直线形状。在奇数列的沟道区域20上，TG1控制TG4与TG2之间的区域的沟道电位，TG2控制TG1与TG3之间的区域的沟道电位。另一方面，在偶数列的沟道区域20上，TG2控制TG4与TG1之间的区域的沟道电位，TG1控制TG2与TG3之间的区域的沟道电位。TG电极TGi从驱动电路12被施加时钟信号TGi(i＝1～4)。
构成水平传输部10h的水平CCD移位寄存器由沟道区域24和水平传输电极26-1、26-2构成。沟道区域24在分配部10t侧，与沟道区域20和沟道截断区域22相接，相反侧的边界与沟道截止区域28相接。水平传输电极26-1设置在TG3与沟道截止区域28之间，配置在沟道区域24中的与各沟道区域20相连的部分。水平传输电极26-2配置为覆盖两个水平传输电极26-1之间的沟道区域24上。水平CCD移位寄存器为两相驱动，与水平传输电极26-1对应的沟道区域24构成蓄积信息电荷的存储区域，与水平传输电极26-2对应的沟道区域24构成注入杂质而使沟道电位比存储区域浅的势垒区域。由相互邻接的水平传输电极26-1、26-2构成的各电极对相互电连接，对奇数列的沟道区域20所对应的位置的电极对HS1施加水平传输时钟H1，对偶数列的沟道区域20所对应的位置的电极对HS2施加水平传输时钟H2。
图3是表示将帧传输到蓄积部10s中的信息电荷向水平传输部10h读出的动作中的时序图，表示了对蓄积部10s、分配部10t以及水平传输部10h进行驱动的各时钟信号的波形。另外，图4、图5是表示图3所示的各时刻的各传输电极下的沟道电位的示意图。图4是针对奇数列的电荷传输沟道的图，图5是针对偶数列的电荷传输沟道的图。在图4、图5的各自的最上部，表示了沿电荷传输沟道的传输电极的排列，图中将电荷传输方向取为右向，其下表示了按时间序列沿纵向排列各传输电极下的沟道电位。沟道电位与图7同样，将下方向表示为正向，用实线表示了沿着电荷传输沟道的沟道电位的深度的变化，实线向下凹陷的部分是电位阱，能蓄积由电子构成的信息电荷。另外，用斜线或带网格的图案表示电位阱中蓄积的信息电荷。
驱动电路12与时钟信号Si(i＝1～3)相关地，生成接通电压VH和两种断开电压VL1、VL2，并根据定时将VH、VL1、VL2中的任一个作为Si而输出。在此，接通电压VH是规定的正电压，施加了该电压后的传输电极下的沟道电位变深，在该传输电极下形成可蓄积由电子构成的信息电荷的电位阱。两种断开电压VL1、VL2具有成为VH＞VL1＞VL2的大小关系。帧传输动作或行传输动作中的断开电压设定在VL1。另一方面，设定为规定的负电压的VL2如后面所述，用于水平传输动作中的蓄积部10s的信息电荷的保持动作。例如，VL2如钉扎(pinningピンニング)电压那样被设定为在施加了该电压的传输电极下的基板表面，形成蓄积有空穴的反转层的电压。
驱动电路12与时钟信号TGi(i＝1～4)相关地，生成接通电压VH和断开电压VL1，并根据定时将VH、VL1中的任一个作为TGi而输出。另外，驱动电路12与时钟信号Hi(i＝1、2)相关地，生成接通电压VHH和断开电压VHL(VHH＞VHL)，并根据定时将VHH、VHL中的任一个作为Hi而输出。另外，施加了VH时的STi和TGi下的沟道区域20的沟道电位、与施加了VHH时的HSi的存储区域的沟道电位未必要相等，另外，施加了VL1时的STi和TGi下的沟道电位、与施加了VHL时的HSi的存储区域的沟道电位未必要相等，但为了便于说明，在图4和图5中，表示为垂直传输涉及的沟道区域20和水平传输部10h的存储区域各自的施加接通电压时的沟道电位相互相同，而且施加断开电压时的沟道电位相互相同。
在时刻t1，图像传感器10的各部处于刚刚结束帧传输动作后的状态或之前的水平传输动作已完成的状态。在该状态下，蓄积部10s所保持的信息电荷被蓄积到传输电极ST2和ST3下形成的电位阱中。在该状态之后进行成行传输动作。在图3～图5中的时刻t1～时刻t6期间，进行成行传输动作，蓄积部10s的垂直CCD移位寄存器的各位所保持的信息电荷逐位向水平传输部10h移动。对该动作进行详细说明。在时刻t1某位的ST2和ST3下蓄积的信息电荷，通过S2从接通电压VH转变为断开电压VL1(时刻t2)、进一步S1从VL1转变为VH(时刻t3)，从而经过仅蓄积于ST3下的状态(时刻t2)之后，向ST3及其下一位的ST1下形成的电位阱移动(时刻t3)。同样，通过S3转变为VL1(时刻t4)、进而S2从VL1转变为VH(时刻t5)，从而信息电荷从时刻t3的蓄积于ST3和ST1下的状态，经过仅蓄积于ST1下的状态(时刻t4)，向下一位的ST1和ST2下形成的电位阱移动(时刻t5)。
在本驱动方法中，将信息电荷蓄积到ST1和ST2下，然后将该信息电荷仅集中到ST2(时刻t6)，在该状态下，结束成行传输动作，开始水平传输动作。即，行传输动作是使某位ST2和ST3下保持的信息电荷向仅形成在下一位的ST2下的电位阱移动。由此，在水平传输动作开始时，蓄积部10s在比以往窄的电位阱中保持信息电荷。相对于此，现有的驱动方法将信息电荷蓄积到ST1和ST2下，然后经过将该信息电荷仅蓄积到ST2下的状态，在向ST2和ST3下形成的电位阱移动的阶段结束传输动作。即，现有的成行传输动作是使某位的ST2和ST3下保持的信息电荷向形成在下一位的ST2和ST3下的电位阱移动，在该电位阱中保持有信息电荷的状态下开始水平传输动作。这是本驱动方法与现有的驱动方法的一个不同之处。
另外，蓄积部10s的垂直CCD移位寄存器的输出端的位所保持的信息电荷40、42通过上述成行传输动作移动到分配部10t。
这里所说的水平传输动作包括分配部10t对奇数列的信息电荷和偶数列的信息电荷进行分配后向水平CCD移位寄存器输出的动作(分配动作)、将被分配输出的信息电荷通过水平CCD移位寄存器进行水平传输的动作(狭义的水平传输动作)。具体而言，在成行传输动作后，作为水平传输动作，驱动电路12依次执行如下动作将奇数列的信息电荷40从分配部10t向水平CCD移位寄存器传输的奇数列分配传输动作(时刻t7～t12)、驱动水平CCD移位寄存器来水平传输奇数列信息电荷40的奇数列水平传输动作(期间PO)、将偶数列的信息电荷42从分配部10t向水平CCD移位寄存器传输的偶数列分配传输动作(时刻t13～t17)、以及驱动水平CCD移位寄存器来水平传输偶数列信息电荷42的偶数列水平传输动作(期间PE)。
水平传输动作期间保持于蓄积部10s的各位的信息电荷如上述那样，在行传输动作结束时仅蓄积于单一的传输电极ST2下，但经过规定时间后，驱动电路12使S3转变为VH，到下一行传输动作开始为止，将信息电荷蓄积到ST2和ST3下形成的电位阱中。即，驱动电路12切换第一蓄积动作和第二蓄积动作，第一蓄积动作是在从成行传输动作结束到水平传输动作的中途为止的第一期间内，将信息电荷蓄积到按蓄积部10s的垂直CCD移位寄存器的每位配置的一组传输电极中的一个传输电极下，第二蓄积动作是在从所述第一期间之后到下一成行传输动作的开始为止的第二期间内，将信息电荷蓄积到所述一组传输电极中的比所述第一蓄积动作时多的两个传输电极下。
如上所述，在成行传输动作的中途的电位阱变窄的定时，信息电荷被蓄积到基板表面附近，容易被界面能级俘获。并且，界面能级俘获在行传输动作中先通过的位的信息电荷，向后续位的电位阱释放，从而会产生混色的问题。第一蓄积动作用于实现该问题的减轻，通过使蓄积信息电荷的电位阱变窄，从而实现与该电位阱对应的传输电极下被释放的俘获电荷减少，来抑制混色。因此，进行第一蓄积动作的第一期间PS1适宜设定得比成行传输后容易释放俘获电荷的期间长。另一方面，在第二蓄积动作中，通过扩展电位阱使信息电荷远离基板表面，从而抑制在第一蓄积动作中被俘获的信息电荷量，并且能使第一蓄积动作中已被俘获的信息电荷释放到原来的电位阱中。由此，在水平传输动作期间，在由蓄积部10s保持信息电荷的动作中，抑制俘获的发生，从而实现纵条纹的减轻。因此，还需要确保进行第二蓄积动作的第二期间PS2的长度，第一期间PS1也希望考虑该方面来设定。
在本实施方式的驱动方法中，除上述方面之外，当在奇数列水平传输动作或偶数列水平传输动作的中途切换S的状态时，要考虑到通过水平传输读出中的图像信号容易混入噪声，来确定第一蓄积动作和第二蓄积动作的切换定时。具体而言，驱动电路12在奇数列水平传输动作的期间PO和偶数列水平传输动作的期间PE之间的定时，进行从第一蓄积动作到第二蓄积动作的切换。例如，该切换可与偶数列分配传输动作的开始同步进行，驱动电路12将从行传输动作结束到偶数列分配动作的开始为止作为第一期间PS1，将从偶数列分配动作的开始到下一行传输动作的开始为止作为第二期间PS2，控制蓄积部10s中的信息电荷的保持动作。在该情况下，驱动电路12仅将成行传输动作结束时的时钟S2为接通电压VH而剩余的S1和S3为断开电压的状态，维持到在时刻t13和t14期间TG1和TG3为接通电压的定时，并在该定时将S3切换为接通电压VH。
这里，在第一期间PS1内，蓄积部10s的垂直CCD移位寄存器的各位的传输电极ST2在其下形成电位阱，ST1和ST3在该电位阱两侧形成位垒。为了形成该位垒而施加到ST1和ST3的S1和S3的断开电压也可采用上述两种断开电压中的VL1，而在本实施方式中，设定在更低的VL2。空穴集中在施加了VL2的ST1和ST3下的基板表面，促进在成行传输动作中产生的俘获电荷与空穴的再结合。由此，传输电极ST1和ST3下的俘获电荷的释放被抑制，进而从界面能级释放而流入到相邻的ST2下的电位阱的电荷量被抑制，因此可实现混色的降低。
以上，对关于静止图像摄影中的图像传感器10的驱动方法的实施方式进行了说明，但如上所述本发明还可应用于动态图像摄影或预览的驱动中。在该情况下，如上所述，驱动电路12对蓄积部10s的垂直CCD移位寄存器按每9个传输电极形成1个电位阱，并由三相驱动使该电位阱移动。在该驱动方法中，例如，第一蓄积动作对与传输时钟的一相相当的连续配置的3个传输电极施加接通电压，在由此形成的电位阱中保持信息电荷，另一方面，第二蓄积动作对与传输时钟的两相相当的连续配置的6个传输电极施加接通电压，在由此形成的电位阱中保持信息电荷，从而与上述的静止图像摄影中同样，可实现混色和纵条纹的抑制。
另外，本发明还可应用在将一行份的信息电荷分割为三个以上信息电荷组并能向水平CCD移位寄存器读出的CCD图像传感器的驱动方法。例如，在将一行信息电荷分割为三个信息电荷组来读出的CCD图像传感器的驱动中，驱动电路可将一行份的水平传输动作分为第一～第三分组水平传输动作而依次进行。在该驱动中，可在第一分组水平传输动作与第二分组水平传输动作的间隔、或第二分组水平传输动作与第三分组水平传输动作的间隔，进行第一蓄积动作和第二蓄积动作的切换。在三个以上分组水平传输动作相互之间的哪个间隔进行切换，可根据界面能级在成行传输动作的中途将俘获的电荷释放的过程的时间常数来确定。即，还可构成为成行传输后的俘获电荷容易被释放的期间根据时间常数来确定，在比该容易释放的期间更迟的马上到来的分组水平传输动作的间隔，结束第一期间PS1。
另外，本发明的驱动方法不仅可应用于具有三相驱动的垂直CCD移位寄存器的图像传感器，还可应用于具有四项以上垂直CCD移位寄存器的图像传感器。另外，在隔行方式的CCD图像传感器中，将由光电二极管产生的信息电荷读出到相邻的垂直CCD移位寄存器，将该垂直CCD移位寄存器按一行份的水平传输动作逐位进行驱动。该隔行方式的图像传感器中的垂直CCD移位寄存器的动作与帧传输方式的CCD图像传感器中的蓄积部10s类似，应用本发明可抑制混色或纵条纹，能实现画质的提高。
权利要求
1.一种固体摄像元件的驱动方法，所述固体摄像元件具有多个垂直CCD移位寄存器，能进行将由行列配置的受光像素产生的信息电荷沿列方向垂直传输的n相驱动(n是3以上的自然数)；和水平CCD移位寄存器，将从所述多个垂直CCD移位寄存器输出的所述信息电荷沿行方向水平传输，该固体摄像元件的驱动方法包括成行传输动作，由所述各垂直CCD移位寄存器逐位移动所述信息电荷，从而对所述信息电荷逐行进行垂直传输；水平传输动作，将通过所述成行传输动作而从所述多个垂直CCD移位寄存器输出的一行份的所述信息电荷，由所述水平CCD移位寄存器进行水平传输；和信息电荷保持动作，在进行所述水平传输动作期间，将所述垂直CCD移位寄存器上的所述信息电荷保持于当前所在的位，所述信息电荷保持动作包括第一蓄积动作，从刚刚进行的所述成行传输动作的期间开始到所述水平传输动作的中途为止的第一期间，将所述信息电荷蓄积到按所述垂直CCD移位寄存器的每位而配置的一组传输电极中的m1个传输电极下；和第二蓄积动作，从所述第一期间后开始到下一所述成行传输动作的期间的开始为止的第二期间，将所述信息电荷蓄积到所述一组传输电极中的比所述m1个多的m2个传输电极下。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件的驱动方法，其特征在于，所述固体摄像元件具有分配传输机构，其将通过所述成行传输动作而从所述多个垂直CCD移位寄存器输出的一行份的所述信息电荷，分割为第一～第k(k是2以上的自然数)信息电荷组，并按各该信息电荷组依次向所述水平CCD移位寄存器传输，所述水平传输动作依次进行对所述第一～第k信息电荷组分别进行水平传输的第一～第k分组水平传输动作，所述信息电荷保持动作与所述分组水平传输动作相互的k-1个间隔的任一个同步，进行从所述第一蓄积动作向所述第二蓄积动作的切换。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件的驱动方法，其特征在于，所述第一期间的长度根据构成所述垂直CCD移位寄存器的沟道的半导体基板的界面能级释放所俘获的电荷的过程的时间常数来设定。
4.根据权利要求1所述的固体摄像元件的驱动方法，其特征在于，所述固体摄像元件具有分配传输机构，其将通过所述成行传输动作而从所述多个垂直CCD移位寄存器输出的一行份的所述信息电荷，分割为与奇数列对应的信息电荷组和与偶数列对应的信息电荷组，并将该信息电荷组依次向所述水平CCD移位寄存器传输，所述水平传输动作依次进行水平传输所述奇数列的信息电荷组的奇数列水平传输动作和水平传输所述偶数列信息电荷组的偶数列水平传输动作，所述信息电荷保持动作与所述奇数列水平传输动作和所述偶数列水平传输动作的间隔同步，进行从所述第一蓄积动作向所述第二蓄积动作的切换。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的固体摄像元件的驱动方法，其特征在于，所述垂直CCD移位寄存器能三相驱动，所述第一蓄积动作将所述信息电荷蓄积到所述三相驱动中的一相所对应的所述传输电极下，所述第二蓄积动作将所述信息电荷蓄积到所述三相驱动中的两相所对应的所述传输电极下。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的固体摄像元件的驱动方法，其特征在于，在所述第一蓄积动作中，对形成针对在所述各位蓄积的所述信息电荷的位垒的所述传输电极，施加比所述成行传输动作中的传输时钟的断开电压低的第一蓄积动作时的断开电压。
7.根据权利要求6所述的固体摄像元件的驱动方法，其特征在于，所述第一蓄积动作时的断开电压是在所述传输电极下的半导体表面形成反转层的钉扎电压所对应的值。
全文摘要
在帧传输方式的CCD图像传感器的行传输动作中，因界面能级所俘获的电荷释放到后续位而产生混色，或因水平传输期间中的俘获而产生纵条纹。本发明提供一种固体摄像元件的驱动方法，其中，将由三相驱动的垂直CCD移位寄存器所构成的蓄积部中的成行传输动作(时刻t
文档编号H04N5/357GK101064791SQ20071009705
公开日2007年10月31日 申请日期2007年4月12日 优先权日2006年4月26日
发明者逸见一隆, 白井健一 申请人:三洋电机株式会社