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TW201408064A - 固態攝像裝置、驅動其之方法、及電子資訊機器 - Google Patents

固態攝像裝置、驅動其之方法、及電子資訊機器 Download PDF

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TW201408064A
TW201408064A TW102124060A TW102124060A TW201408064A TW 201408064 A TW201408064 A TW 201408064A TW 102124060 A TW102124060 A TW 102124060A TW 102124060 A TW102124060 A TW 102124060A TW 201408064 A TW201408064 A TW 201408064A
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TW
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gate
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vertical transfer
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segment
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Application number
TW102124060A
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English (en)
Inventor
Ichiroh Baba
Original Assignee
Sharp Kk
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Publication date
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Abstract

在一種具有常態模式及累加模式之CCD影像感測器中，可在一佈線步驟中選擇具有對在一垂直轉移區段(VCCD區段)中處置之信號電荷量之一優先權或對在該垂直轉移區段中之信號電荷之一轉移速率之一優先權且根據使用獲得具有更高效能及更好效率之一CCD影像感測器。一種具有用於在該累加模式將信號電荷從一VCCD區段轉移至一HCCD區段時累加信號電荷之一累加閘極區段之CCD影像感測器包括第一行及第二行之VCCD區段共同之一第一群組之累加閘極；及第三行及第四行之VCCD區段共同之一第二群組之累加閘極，其中一對閘極佈線配置為跨在各群組中定位在相同垂直轉移級上之該等累加閘極。

Description

固態攝像裝置、驅動其之方法、及電子資訊機器
本發明係關於固態攝像裝置、用於驅動固態攝像裝置之方法及電子資訊機器。本發明特別係關於：一種能够捕獲靜態影像及移動影像之固態攝像裝置，其具有在將信號電荷從垂直轉移區段轉移至水平轉移區段時執行信號電荷之累加之操作模式；一種用於驅動固態攝像裝置之方法；及一種包括固態攝像裝置之電子資訊機器。
固態攝像裝置習知包含CMOS影像感測器及CCD影像感測器，且此等影像感測器用作攝像機器(諸如數位靜態相機及視訊攝影機)。影像感測器之任一者使用光電二極體作為用於對來自標的之光執行光電轉換之元件，但此等影像感測器在用於擷取在光電二極體上獲得之信號電荷作為對應於各像素之影像信號(下文中，稱作像素信號)至影像感測器外側之方法上不同。具體言之，在CCD影像感測器中，藉由使用垂直轉移區段(垂直CCD)及水平轉移區段(水平CCD)將信號電荷轉移至一個輸出區段且在輸出區段上將信號電荷轉換為電壓信號且將電壓信號放大並輸出為像素信號，而在CMOS影像感測器中，針對各光電二極體，將信號電荷轉換為電壓信號，其將被放大並輸出作為像素信號。
近些年來，數位靜態相機之圖像品質已快速改良且具有數千萬 或更多像素之固態攝像裝置(特定言之諸如CCD影像感測器)已受到廣泛使用。在此等CCD影像感測器中，通常切換及使用用於驅動垂直CCD及水平CCD以藉由獨立讀取所有像素之信號電荷而獲得靜態影像之操作模式(靜態模式)及用於驅動垂直CCD及水平CCD以獲得用於在液晶監視器或類似物上顯示移動影像之影像信號之操作模式(監視模式)。
在監視模式中，像素信號需按大約30個影像/秒之訊框速率被讀出；但是，從限制CCD影像感測器之驅動頻率特性或低功率消耗之角度看，其驅動頻率無法設定為高速且由於CCD影像感測器中像素數量的增大而變得難以在監視模式中保證訊框速率。
在此方面，具有130萬像素或更大像素之CCD影像感測器目前且大致上主要藉由使用下列兩種方法改良其等之訊框速率。
方法之一係提供複數個水平CCD及輸出區段。此係減小用於輸出對應於各像素之像素信號之頻率藉此改良訊框速率之方法。
如在專利文獻1中揭示之水平雙線讀取方法CCD，此方法能夠藉由將對應於各自像素之信號電荷從垂直CCD分佈至兩個水平CCD並自兩個輸出區段輸出信號電荷作為像素信號而在不增大驅動頻率的情況下實現兩倍快之訊框速率。
但是，專利文獻1揭示之方法不實用，此係因為其歸因於輸出區段數量之增大而導致用於信號處理區段之成本增大。
另一方法係累加來自任意複數個像素之信號電荷以減小資料量，即將作為像素值轉移之信號電荷之數量，藉此改良訊框速率。
如在專利文獻2及類似文獻中揭示之像素累加方法CCD中此係一種混合任意複數個信號電荷以將信號電荷壓縮為一個像素之影像資訊之方法，其中因為影像資訊之可壓縮性更高，即，其信號電荷被混合之像素數量更高，訊框速率將改良。
下文中，將描述藉由累加信號電荷(下文中，亦稱作像素累加)以壓縮影像資訊而改良訊框速率之此一方法。
圖14係用於描述CCD影像感測器之圖，其係習知CCD影像感測器。圖14(a)繪示CCD影像感測器之像素行及對應垂直轉移區段之配置。圖14(b)繪示從垂直轉移區段至水平轉移區段之信號電荷流。
CCD影像感測器5包括像素區段5a，其包含配置為矩陣之複數個像素PD。CCD影像感測器5進一步包括：垂直轉移區段(VCCD區段)500a至500d，各提供為對應於複數個像素之各像素列，用於在垂直方向上轉移來自對應像素列之像素之信號電荷；及水平轉移區段(HCCD區段)1b，其提供在VCCD區段500a至500d之轉移端上，用於在水平方向上轉移來自各VCCD區段之信號電荷。在此方面，作為操作模式，VCCD區段500a至500d具有用於在將信號電荷轉移至HCCD區段1b時執行信號電荷之累加之累加模式(監視模式)；及在不執行信號電荷之累加的情況下將信號電荷轉移至HCCD區段1b之常態模式(靜態模式)。
像素區段5a包括：像素閘極區段(轉移閘極區域)5ac，其用於在相同時序下轉移所有VCCD行500a至500d中之信號電荷而不管操作模式；及累加閘極區段(累加閘極區域)5as，其經組態以能夠在不同轉移時序下在VCCD行500a及500b之一部分與其餘VCCD行500c及500d之間轉移信號電荷，累加閘極區段5as使用驅動信號切換累加模式與常態模式。累加閘極區段5as定位為鄰近HCCD區段1b。
屏蔽光之光屏蔽區域5a2及非光屏蔽區域5a1配置在像素區段5a之轉移閘極區域5ac中，光屏蔽區域5a2在更靠近VCCD區段500a至500d之HCCD區段1b之側上，非光屏蔽區域5a1係除光屏蔽區域5a2之外之區域。
雖然為方便闡釋起見，圖14(a)及圖14(b)僅繪示第一行至第四行 中之像素行50a至50d及第一行至第四行中之對應VCCD區段500a至500d，但是實際CCD影像感測器不僅包含四行之像素行及VCCD區段，而是根據像素數量的更多行。此外，針對各像素提供彩色濾光片且紅色像素(R)、綠色像素(G)及藍色像素(B)之配置係為拜耳(Bayer)配置。
在第一行中之VCCD區段500a之轉移閘極區域5ac中，四個常態轉移閘極501至504針對對應像素行50a之各像素PD配置在垂直方向上。在第一行中之VCCD區段500a之累加閘極區域5as中，四個常態轉移閘極(下文中，亦簡稱作轉移閘極)501至504及用於累加之兩個轉移閘極(下文中亦稱作累加閘極)505及506配置在垂直轉移方向上。第二行之VCCD區段500b中之轉移閘極及累加閘極之配置與第一行之VCCD區段500a中之配置完全相同。
在第三行中之VCCD區段500c之像素閘極區段5ac中，四個轉移閘極501至504針對對應像素行50c之各像素PD配置在垂直方向上。在第三行中之VCCD區段500c之累加閘極區段5as中，兩個轉移閘極501及502及用於累加之兩個轉移閘極(下文中，亦稱作累加閘極)503a及504a配置在垂直方向上。用於累加之轉移閘極503a及504a在轉移方向上具有兩倍於轉移閘極503及504之長度之長度。
垂直轉移脈衝ΦV1至ΦV4施加至轉移閘極501至504作為驅動信號。此外，垂直轉移脈衝ΦV3及ΦV4施加至累加閘極503a及504a作為驅動信號。此外，垂直轉移脈衝ΦVs5及ΦVs6獨立於垂直轉移脈衝ΦV1至ΦV4施加至累加閘極505及506。
接下來，將描述CCD影像感測器之操作。
在具有此一組態之CCD影像感測器5中，如用圖14(b)中實線箭頭所展示，垂直轉移脈衝ΦV1至ΦV4施加至轉移閘極501至504及累加閘極503a及504a使得各自像素之信號電荷按順序轉移至第三VCCD區段 500c及第四VCCD區段500d中之HCCD區段1b，而轉移穿過HCCD區段1b，其將用兩相水平轉移脈衝(未展示)在水平方向上驅動。
同時，如用圖14(b)中之虛線箭頭所展示，各自像素之信號電荷按順序轉移至第一VCCD區段500a及第二VCCD區段500b中之HCCD區段1b。在此級，垂直轉移脈衝ΦVs5及ΦVs6獨立於垂直轉移脈衝ΦV1至ΦV4施加至鄰近HCCD區段1b之累加閘極505及506，使得信號電荷不會從第一VCCD區段500a及第二VCCD區段500b轉移至HCCD區段1b直至從第三VCCD區段500c及第四VCCD區段500d轉移至HCCD區段1b之信號電荷被轉移至對應於第一VCCD區段500a及第二VCCD區段500b之位置。
藉由這樣做，當信號電荷從VCCD區段500a至500d轉移至HCCD區段1b時，來自第一VCCD區段500a及第二VCCD區段500b之信號電荷可與來自第三VCCD區段500c及第四VCCD區段500d之信號電荷累加。
下文中，將參考圖15以更特定方式描述操作。
首先，如圖15(a)中所示，在緊接信號電荷從VCCD區段500a至500d轉移至HCCD區段1b之前之初始狀態中，假設從對應像素行50a至50d讀出之信號電荷(R)、(G)及(B)累積在VCCD區段500a至500d之電荷轉移封包(下文中，簡寫作轉移封包)中。
如圖15(b)中所示，在此狀態中，當信號電荷在垂直方向上被垂直轉移脈衝ΦV1至ΦV4轉移達對應於一個像素之距離(轉移封包行進達垂直轉移脈衝之一個週期所穿過之距離)時，定位在第三VCCD區段500c及第四VCCD區段500d之累加閘極區段5ab上之信號電荷(R)及(G)從VCCD區段500c及500d轉移至HCCD區段1b。在第一VCCD區段500a及第二VCCD區段500b之累加閘極區段5ab上，垂直轉移脈衝ΦVs5及ΦVs6以用於防止電荷轉移之轉移阻障將形成在累加閘極506之正下方 之此一方式施加至累加閘極505及506。因此，防止信號電荷從第一VCCD區段500a及第二VCCD區段500b轉移至HCCD區段1b。
接下來，如圖15(c)中所示，在來自第三VCCD區段500c及第四VCCD區段500d之信號電荷已轉移至對應於HCCD區段1b內之第一VCCD區段500a及第二VCCD區段500b之位置後，累加閘極506正下方之轉移阻障被刪除。隨後，如圖15(d)中所示，信號電荷(R)及(G)從第一VCCD區段500a及第二VCCD區段500b轉移至HCCD區段1b且信號電荷累加至來自第三VCCD區段500c及第四VCCD區段500d之信號電荷(R)及(G)。
隨後，如圖15(e)中所示，VCCD區段500a至500d之信號電荷在垂直方向上轉移達一個循環。此外，如圖15(f)中所示，已累加在HCCD區段1b內之信號電荷(R)及(G)在水平方向上轉移。
照此，具有較少轉移閘極及累加閘極總數(閘極數)之VCCD區段500c及500d及具有轉移閘極及累加閘極之更大總數(閘極數)之VCCD區段500a及500b在習知固態攝像裝置5之像素區段5a中混合。具有較少閘極之VCCD區段之信號電荷首先被讀出至HCCD區段且之前已被讀出至HCCD區段之信號電荷被轉移至HCCD區段內之正面(左側)。隨後，信號電荷從具有更多閘極之VCCD區段讀出。因此，執行信號電荷之累加。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利第2947696號
專利文獻2：日本特許公開案第2000-115643號
但是，有關習知固態攝像裝置，對應於組成像素區段之各自像 素行之複數個VCCD區段包含其中包含在累加閘極區段5as中之用於累加之轉移閘極(累加閘極)在轉移方向上具有比常態轉移閘極之長度更長之長度之VCCD區段。換言之，在對應於組成像素區段之各自像素行之複數個VCCD區段中，具有較多閘極之VCCD區段及具有較少閘極之VCCD區段被混合在一起。
舉例而言，在包括在VCCD區段中在轉移方向上之長度(閘極長度)較長之轉移閘極之部分中，轉移電荷之時間將變得更長且波形圓化將歸因於大的閘極額外容量而發生。因此，信號電荷轉移將在極其不利地執行電信號轉移之條件下執行。即，在上述習知固態攝像裝置中，由於包含在累加閘極區段中之累加閘極之閘極長度長於包含在像素閘極區段中之常態轉移閘極之閘極長度，故存在對於改良訊框速率不利及此外導致影像品質歸因於轉移劣化而降低之問題。
相反地，若包含在累加閘極區段中之累加閘極之閘極長度形成為比包含在像素閘極區段中之常態轉移閘極之閘極長度短，則在具有較短閘極長度之轉移閘極中，面向轉移通道之部分之面積將較小。因此，藉由此轉移閘極形成之轉移封包之面積將較小以導致減小將處置之信號量(即可轉移信號電荷量)之不利。即，在帶具有較短閘極作為累加閘極之閘極之固態攝像裝置中，存在對於改良動態範圍不利及導致影像品質在高輸出期間降低之問題。
照此，在具有習知累加閘極區段之固態攝像裝置中，極難達成增大轉移電荷之速度及保證將處置之足够數量之電荷兩者。
本發明旨在解決上述習知問題。本發明之目標係提供一種固態攝像裝置，其能夠獨立地在對應於特定像素行之垂直轉移區段與對應於其餘像素行之一者或多者之一或多個垂直轉移區段之間將信號電荷從垂直轉移區段轉移至水平轉移區段且此外能够由於使得能够轉移此等獨立信號電荷之組態實現避免對信號電荷之轉移速率及將處置之信 號電荷量之限制或實現垂直轉移速率之進一步增大；一種用於驅動固態攝像裝置之方法；及一種包括固態攝像裝置之電子資訊機器。
根據本發明之固態攝像裝置，其具有配置為矩陣之複數個像素，用於輸出從像素獲得之信號電荷作為像素信號，固態攝像裝置包括：複數個垂直轉移區段，各垂直轉移區段針對複數個像素之各像素行提供各垂直轉移區段，用於在垂直方向上轉移來自像素之對應像素行之信號電荷；及水平轉移區段，其提供在複數個垂直轉移區段之轉移端上，跨複數個垂直轉移區段，用於在水平方向上轉移從複數個垂直轉移區段轉移之信號電荷，其中：複數個垂直轉移區段之各者包括用於在累加模式中在將信號電荷從垂直轉移區段轉移至水平轉移區段時累加兩個或更多個像素之信號電荷之累加閘極區段；組成累加閘極區段之累加閘極之垂直方向上之長度在複數個垂直轉移區段之間彼此相同；及兩個或更多個閘極佈線，其等以面向累加閘極之此一方式配置在累加閘極之各者上方，藉此達成上述目標。
較佳地，在根據本發明之固態攝像裝置中，累加閘極之各者經由接觸孔與配置在其上方之兩個或更多個閘極佈線之任一者連接。
更佳地，在根據本發明之固態攝像裝置中，累加閘極區段經組態使得在常態模式中，在不執行信號電荷之累加的情況下將信號電荷從複數個垂直轉移區段轉移至水平轉移區段；且常態模式及累加模式經組態以藉由施加至累加閘極之驅動信號切換。
更佳地，在根據本發明之固態攝像裝置中，除累加閘極區段外，垂直轉移區段之各者亦包括用於將信號電荷轉移至累加閘極區段之像素閘極區段；且獨立於組成像素閘極區段之轉移閘極藉由驅動信號驅動累加閘極。
更佳地，在根據本發明之固態攝像裝置中，針對複數個像素提 供之彩色濾光片之配置係使得在水平方向上交替配置第一像素行(其中綠色像素及紅色像素在垂直方向上交替配置)及第二像素行(其中藍色像素及綠色像素在垂直方向上交替配置)之方式使得綠色像素未配置為鄰近彼此；複數個垂直轉移區段被劃分為第一群組及第二群組之兩個群組，兩個群組之各者包括對應於第一像素行之第一垂直轉移區段及對應於鄰近第一像素行之第二像素行之第二垂直轉移區段；且在水平方向上交替配置鄰近彼此且與第一群組相關之一對第一垂直轉移區段及第二垂直轉移區段及鄰近彼此且與第二群組相關之一對第一垂直轉移區段及第二垂直轉移區段。
更佳地，在根據本發明之固態攝像裝置中，累加閘極區段將來自第一群組之第一垂直轉移區段之信號電荷與來自鄰近第一群組之第一垂直轉移區段之第二群組之第一垂直轉移區段之信號電荷累加並將來自第一群組之第二垂直轉移區段之信號電荷與來自鄰近第一群組之第二垂直轉移區段之第二群組之第二垂直轉移區段之信號電荷累加。
更佳地，在根據本發明之固態攝像裝置中，除累加閘極區段外，垂直轉移區段之各者亦包括用於將信號電荷轉移至累加閘極區段之像素閘極區段；藉由四相驅動信號驅動累加閘極區段；獨立於用於驅動累加閘極區段之四相驅動信號藉由四相驅動信號驅動像素閘極區段；用於驅動第一群組中之垂直轉移區段之累加閘極區段之第一相及第三相之驅動信號獨立於用於驅動第二群組中之垂直轉移區段之累加閘極區段之第一相及第三相之驅動信號；且用於驅動第一群組中之垂直轉移區段之累加閘極區段之第二相及第四相之驅動信號分別相同於用於驅動第二群組中之垂直轉移區段之累加閘極區段之第二相及第四相之驅動信號。
更佳地，在根據本發明之固態攝像裝置中，除累加閘極區段外，垂直轉移區段之各者亦包括用於將信號電荷轉移至累加閘極區段 之像素閘極區段；藉由三相驅動信號驅動累加閘極區段；獨立於用於驅動累加閘極區段之三相驅動信號藉由四相驅動信號驅動像素閘極區段；且用於驅動第一群組中之垂直轉移區段之累加閘極區段之三相驅動信號獨立於用於驅動第二群組中之垂直轉移區段之累加閘極區段之三相驅動信號。
更佳地，在根據本發明之固態攝像裝置中，垂直轉移區段之各者包括定位在像素閘極區段與累加閘極區段之間之虛設閘極區段，虛設閘極區段包括用於將信號電荷從像素閘極區段轉移至累加閘極區段之兩個虛設閘極；在像素閘極區段中，針對像素之各者在垂直方向上重複配置第一轉移閘極至第四轉移閘極；且在累加閘極區段中，在垂直方向上重複配置第一累加閘極至第三累加閘極兩次。
更佳地，在根據本發明之固態攝像裝置中，累加閘極區段將來自第二群組中之第一垂直轉移區段及第二垂直轉移區段之信號電荷轉移至水平轉移區段且隨後在來自第二群組中之第一垂直轉移區段及第二垂直轉移區段之信號電荷已到達水平轉移區段中面向第一群組中之第一垂直轉移區段及第二垂直轉移區段之一部分之狀態中將來自第一群組中之第一垂直轉移區段及第二垂直轉移區段之信號電荷轉移至水平轉移區段以與來自第二群組中之第一垂直轉移區段及第二垂直轉移區段之信號電荷混合，藉此累加來自兩個群組中之對應垂直轉移區段之信號電荷。
一種用於驅動根據本發明之固態攝像裝置之方法包括藉由施加至累加閘極之驅動信號在其中來自複數個垂直轉移區段之信號電荷在進行其等之累加的情況下轉移至水平轉移區段之累加模式與其中來自複數個垂直轉移區段之信號電荷在不進行其等之累加的情況下轉移至水平轉移區段之常態模式之間切換，藉此達成上述目標。
一種根據本發明之電子資訊機器包括用於捕獲標的之影像之攝 像區段，其中攝像區段係根據本發明之固態攝像裝置。
接下來，將描述功能。
在本發明中，具有配置為矩陣之複數個像素之固態攝像裝置包括各針對像素行提供之複數個垂直轉移區段；及提供在更靠近垂直轉移區段之轉移端之側上之水平轉移區段。垂直轉移區段各包括在累加模式中在將信號電荷從垂直轉移區段轉移至水平轉移區段時執行信號電荷之累加之累加閘極區段。組成累加閘極區段之累加閘極在垂直方向上之長度(閘極長度)在複數個垂直轉移區段之間係相同的。因此，可防止藉由組成垂直轉移區段之一部分之累加閘極區段之累加閘極之閘極長度而發生對由其他垂直轉移區段處置之信號電荷之數量或轉移速率之限制。
此外，在累加閘極區段中，兩個或更多個閘極佈線以面向累加閘極之此一方式配置在累加閘極上方。因此，可在佈線步驟中從兩個或更多個閘極佈線選擇將與累加閘極連接之閘極佈線。因此，可藉由選擇將與累加閘極連接之閘極佈線，即，藉由變化將施加至累加閘極之驅動信號之時序而在具有有關所處置信號電荷之量級之優先權之操作與具有有關轉移速率之優先權之操作之間選擇常態模式或累加模式中之累加閘極區段之操作。因此，可提供具有根據其使用所需之高效能及具有有利的使用效率之固態攝像裝置。
因此，可將其能够獲得具有高訊框速率之影像或高動態範圍之影像且其被簡化並用於取景器之目的之相機系統實現為配備固態攝像裝置之相機系統。
藉由將累加閘極區段之累加閘極與配置在累加閘極上方之兩個或更多個閘極佈線之任一者連接而執行所處置之信號電荷量與轉移速率之間優先權之切換。因此，根據作為固態攝像裝置之使用之適當切換可以簡單組態及低成本實現。
此外，在本發明中，藉由四相垂直驅動信號驅動垂直轉移區段中之累加閘極區段及像素閘極區段之各者。因此，類似於像素閘極區段，可在累加閘極區段中之兩個轉移封包(即，由兩個電荷阻障及兩個電荷井形成之兩個累加閘極之轉移封包)中保持每一個像素之信號電荷，其可防止歸因於累加閘極區段之組態發生對像素信號之動態範圍之限制。
此外，在本發明中，藉由三相驅動信號驅動垂直轉移區段之累加閘極區段且藉由四相驅動信號驅動垂直轉移區段之像素閘極區段。因此，在累加閘極區段中，每一個像素之信號電荷可保持在一個轉移封包(即，由兩個電荷轉移阻障及一個電荷轉移井形成之一個累加閘極之轉移封包)中並可按高速率轉移。
根據如上所述之本發明，變得可以實現一種固態攝像裝置，其能够獨立地在對應於特定像素行之垂直轉移區段與對應於其餘像素行之一者或多者之一或多個垂直轉移區段之間將信號電荷從垂直轉移區段轉移至水平轉移區段且此外能够由於使其能够轉移此等獨立信號電荷之組態而實現避免對將處置之信號電荷之轉移速率及信號電荷量之限制或實現垂直轉移速率之進一步增大；一種用於驅動固態攝像裝置之方法；及一種包括固態攝像裝置之電子資訊機器。
1‧‧‧固態攝像裝置(CCD影像感測器)
1a‧‧‧像素區段
1a1‧‧‧非光屏蔽區域
1a2‧‧‧光屏蔽區域
1ac‧‧‧轉移閘極區域(VCCD區段中之像素閘極區段)
1as‧‧‧累加閘極區域(VCCD區段中之累加閘極區段)
1b‧‧‧水平轉移區段(HCCD區段)
1c‧‧‧輸出區段
1d‧‧‧電荷偵測區段
2‧‧‧固態攝像裝置(CCD影像感測器)
2a‧‧‧像素區段
2ad‧‧‧虛設閘極區域
10‧‧‧像素行
10a‧‧‧像素行
10b‧‧‧像素行
10c‧‧‧像素行
10d‧‧‧像素行
90‧‧‧電子資訊機器
91‧‧‧攝像區段
92‧‧‧記憶體區段
93‧‧‧顯示區段
94‧‧‧通信區段
95‧‧‧影像輸出區段
100‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
100a‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
100b‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
100c‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
100d‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
101‧‧‧垂直轉移通道
102‧‧‧水平轉移通道
111‧‧‧轉移閘極
111a‧‧‧時序產生區段(CCD驅動區段)
111b‧‧‧控制區段
112‧‧‧轉移閘極
113‧‧‧轉移閘極
114‧‧‧轉移閘極
121a‧‧‧累加閘極
121b‧‧‧累加閘極
121c‧‧‧虛設閘極
121d‧‧‧虛設閘極
122a‧‧‧累加閘極
122b‧‧‧累加閘極
122c‧‧‧虛設閘極
122d‧‧‧虛設閘極
123a‧‧‧累加閘極
123b‧‧‧累加閘極
124a‧‧‧累加閘極
124b‧‧‧累加閘極
200‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
200a‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
200b‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
200c‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
200d‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
211a‧‧‧時序產生區段(CCD驅動區段)
211b‧‧‧控制區段
221a‧‧‧累加閘極
221b‧‧‧累加閘極
222a‧‧‧累加閘極
222b‧‧‧累加閘極
223a‧‧‧累加閘極
223b‧‧‧累加閘極
C1a‧‧‧接觸孔
C1b‧‧‧接觸孔
C2a‧‧‧接觸孔
C2b‧‧‧接觸孔
C3a‧‧‧接觸孔
C3b‧‧‧接觸孔
C4a‧‧‧接觸孔
C4b‧‧‧接觸孔
C5a‧‧‧接觸孔
C5b‧‧‧接觸孔
C6a‧‧‧接觸孔
C6b‧‧‧接觸孔
C7a‧‧‧接觸孔
C7b‧‧‧接觸孔
C8a‧‧‧接觸孔
C8b‧‧‧接觸孔
CCDOUT‧‧‧輸出端子
Cofd‧‧‧OFD控制信號
PD‧‧‧像素
Rg‧‧‧讀取閘極
Sp‧‧‧像素信號
W1a‧‧‧閘極佈線
W1b‧‧‧閘極佈線
W2a‧‧‧閘極佈線
W2b‧‧‧閘極佈線
W3a‧‧‧閘極佈線
W3b‧‧‧閘極佈線
W4a‧‧‧閘極佈線
W4b‧‧‧閘極佈線
W5a‧‧‧閘極佈線
W5b‧‧‧閘極佈線
W6a‧‧‧閘極佈線
W6b‧‧‧閘極佈線
W7a‧‧‧閘極佈線
W7b‧‧‧閘極佈線
W8a‧‧‧閘極佈線
W8b‧‧‧閘極佈線
ΦH1‧‧‧水平驅動信號(水平轉移脈衝)
ΦH2‧‧‧水平驅動信號(水平轉移脈衝)
ΦV1‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦV2‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦV3‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦV4‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs1a‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs1b‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs2‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs2a‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs2b‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs3a‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs3b‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs4‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
圖1係用於描述根據本發明之實施例1之固態攝像裝置之圖，其繪示作為根據實施例1之固態攝像裝置之CCD影像感測器之總體組態。
圖2係用於描述根據本發明之實施例1之固態攝像裝置之圖。圖2(a)繪示圖1所示之CCD影像感測器之像素區段中之垂直轉移閘極之配置。圖2(b)繪示施加至垂直轉移閘極之垂直轉移脈衝之類型。
圖3係用於描述根據本發明之實施例1之固態攝像裝置之圖，其繪示圖2中所示之垂直轉移區段之累加閘極區段(圖2中之X1部分)中之轉移閘極與閘極佈線之間之連接。
圖4係用於描述根據本發明之實施例1之固態攝像裝置之操作之圖，其中圖4(a)繪示固態攝像裝置中之垂直驅動脈衝及水平驅動脈衝之波形且圖4(b)及圖4(c)繪示隨時間流逝在兩個垂直轉移區段之一端及另一端上移動之轉移封包之狀態作為圖。
圖5係用於描述根據本發明之實施例1之固態攝像裝置之操作之圖，其中圖5(a)繪示其中對應於拜耳配置中之各自像素之色彩之信號電荷累積之初始狀態且圖5(b)繪示其中信號電荷從像素讀出至垂直轉移區段之狀態。
圖6係用於描述根據本發明之實施例1之固態攝像裝置之操作之圖，其中圖6(a)繪示其中信號電荷從由圖左側之第三、第四、第七、第八、第十一及第十二行中之垂直轉移區段轉移至水平轉移區段之狀態且圖6(b)繪示其中藉由兩行垂直轉移區段在水平方向上轉移此一信號電荷之狀態。
圖7係用於描述根據本發明之實施例1之固態攝像裝置之操作之圖，其中圖7(a)繪示其中信號電荷從由圖左側之第一、第二、第五、第六、第九及第十行中之垂直轉移區段轉移至水平轉移區段之狀態且圖7(b)繪示其中信號電荷從由圖左側之第三、第四、第七、第八、第十一及第十二行中之垂直轉移區段轉移至水平轉移區段之狀態。
圖8係用於描述根據本發明之實施例1之固態攝像裝置之操作之圖，其中圖8(a)繪示在圖7(b)所示之狀態中藉由兩行垂直轉移區段在水平方向上轉移信號電荷之狀態且圖8(b)繪示其中信號電荷從由圖左側之第一、第二、第五、第六、第九及第十行中之垂直轉移區段進一步轉移至水平轉移區段之狀態。
圖9係用於描述根據本發明之實施例2之固態攝像裝置之圖，其繪示作為根據實施例2之固態攝像裝置之CCD影像感測器之總體組態。
圖10係用於描述根據本發明之實施例2之固態攝像裝置之圖，其中圖10(a)繪示圖9中所示之CCD影像感測器之垂直轉移區段中之轉移閘極之配置且圖10(b)繪示施加至轉移閘極之垂直轉移脈衝之類型。
圖11係用於描述根據本發明之實施例2之固態攝像裝置之圖，其繪示圖10中所示之垂直轉移區段之累加閘極區段(圖10中之X2部分)中之轉移閘極與閘極佈線之間之連接。
圖12係用於描述根據本發明之實施例2之固態攝像裝置之圖，其中圖12(a)繪示固態攝像裝置中之垂直轉移脈衝及水平轉移脈衝之波形且圖12(b)及圖12(c)繪示隨時間流逝在兩個垂直轉移區段之一端及另一端上移動之轉移封包之狀態作為圖。
圖13係示意繪示作為本發明之實施例3之電子資訊機器之例示性組態之方塊圖，在其攝像區段中使用根據實施例1或2之固態攝像裝置。
圖14係用於描述作為習知CCD影像感測器之CCD影像感測器之圖。圖14(a)繪示CCD影像感測器之垂直轉移區段中轉移閘極之配置。圖14(b)繪示施加至轉移閘極之垂直轉移脈衝之類型。
圖15係用於描述習知固態攝像裝置之操作之圖，其中圖15(a)至圖15(f)繪示信號電荷從初始狀態之移動，其中對應於拜耳配置中之各自像素之色彩之信號電荷累積直至在至水平轉移區段之轉移操作時累加信號電荷。
下文中，將參考附圖描述本發明之實施例。
(實施例1)
圖1至圖8各係描述根據本發明之實施例1之固態攝像裝置之圖。圖1繪示此CCD影像感測器之總體組態。
根據實施例1之CCD影像感測器1形成在半導體基板(未展示)上且包括包含配置為矩陣(列及行)之複數個像素PD之像素區段1a。像素區段1a經組態使得藉由來自標的之入射光之光電轉換在各像素PD中產生信號電荷。在像素區段1a中，沿著各像素行10配置用於在垂直方向上轉移由各像素PD產生之信號電荷之垂直轉移區段100(下文中，亦稱作VCCD區段)。在VCCD區段100與對應像素行10中之各像素PD之間，配置讀取閘極Rg。由各像素PD產生之信號電荷透過讀取閘極Rg讀出至對應VCCD區段100。
CCD影像感測器1包括：水平轉移區段(下文中，亦稱作HCCD區段)1b，其配置在複數個VCCD區段100之一端上用於在水平方向上轉移自VCCD區段100轉移之信號電荷；電荷偵測區段1d，其配置在HCCD區段1b之一端上用於偵測來自HCCD區段1b之信號電荷並將其等轉換為電壓信號；及輸出區段1c，其用於放大在電荷偵測區段1d中獲得之電壓信號並將其等作為像素信號Sp輸出至輸出端子CCDOUT。
此外，CCD影像感測器1包括：時序產生區段111a，其用於產生垂直驅動信號(垂直驅動脈衝)ΦV1至ΦV4、ΦVs1a、ΦVs1b、ΦVs2、ΦVs3a、ΦVs3b及ΦVs4以驅動VCCD區段100及用於產生水平驅動信號(水平驅動脈衝)ΦH1及ΦH2以驅動HCCD區段1b；溢流汲極(下文中亦稱作OFD區段)(未展示)，其提供在組成CCD影像感測器1之半導體基板之背面上用於將像素上產生之信號電荷排放至CCD影像感測器1之外側；及控制區段111b，其用於基於來自輸出區段1c之像素信號Sp分別藉由控制信號Ctg及控制信號Cofd控制時序產生區段111a及溢流汲極。具體言之，在此組態中，溢流汲極區段經組態以藉由施加至其上之控制電壓Cofd將產生在各像素PD上之信號電荷擷取至基板外側。
圖2(a)繪示圖1所示之CCD影像感測器之像素區段中之垂直轉移閘極之配置。圖2(b)繪示施加至垂直轉移閘極之垂直轉移脈衝之類型。
CCD影像感測器1之像素區段1a包括：轉移閘極區域(像素閘極區段)1ac，其中配置像素且執行來自各像素之信號電荷讀出及垂直方向上之信號電荷轉移；及累加閘極區域(累加閘極區段)1as，其中未配置像素，用於將信號電荷轉移至HCCD區段1b以執行來自複數個像素之信號電荷之累加或不執行累加，其中累加閘極區域1as提供在轉移閘極區域1ac與HCCD區段1b之間。此外，轉移閘極區域1ac之周邊區域1a2係其中光被光屏蔽膜(未展示)屏蔽之光屏蔽區域1a2。定位在光屏蔽區域1a2上之像素係其中未執行光電轉換之光屏蔽像素(OB)。除光屏蔽區域1a2外，定位在轉移閘極區域1ac中之非光屏蔽區域1a1中之像素包含用於產生來自標的之光之紅色分量、綠色分量及藍色分量之信號電荷之紅色像素(R像素)、綠色像素(G像素)及藍色像素(B像素)。本文中，此等像素配置為拜耳配置。注意各藉由在各光電二極體上方配置允許各色彩分量之光穿透之彩色濾光片而組態紅色像素(R像素)、綠色像素(G像素)及藍色像素(B像素)。
定位在轉移閘極區域1ac上之轉移閘極係組成VCCD區段100之像素閘極區段之常態轉移閘極，而定位在累加閘極區域1as上之轉移閘極係組成VCCD區段100之累加閘極區段之用於累加之轉移閘極。
為方便闡釋起見，圖2(a)及圖2(b)僅繪示等效於四行之像素行及VCCD區段，即僅像素行10a至10d及對應於其等之VCCD區段100a至100d。但是，在實際CCD影像感測器中，重複配置四行之像素行及VCCD區段且根據像素數量提供更多像素行及VCCD區段。
具體言之，在像素區段1a中，配置第一行至第四行中之像素行10a至10d且第一行至第四行中之VCCD區段100a至100d沿著各自像素 行配置。本文中，第一行及第三行中之像素行10a及10c配置為其中G像素及R像素交替配置之像素行；且第二行及第四行中之像素行10b及10d配置為其中B像素及G像素交替配置之像素行，其中相同色彩之像素(綠色像素)經配置以在鄰近像素行之間不鄰近彼此。此外，對應於各自像素10a至10d之第一行至第四行中之VCCD區段100a至100d形成為跨轉移閘極區域1ac及累加閘極區域1as且組成各VCCD區段之垂直轉移通道101之轉移端連接至組成HCCD區段1b之水平轉移通道102。
在轉移閘極區域1ac中，四個常態轉移閘極(下文中，簡稱作轉移閘極)111至114以對應於各像素PD之此一方式重複配置在各垂直轉移通道101上方。
在累加閘極區域1as中，跨兩個鄰近垂直轉移通道101之用於累加之四個轉移閘極(下文中，亦稱作累加閘極)重複配置達對應於沿著垂直轉移方向之兩個像素之距離。
更具體言之，四個累加閘極121a至124a沿著垂直轉移方向重複配置兩次，跨對應於第一行及第二行中之像素行10a及10b之兩個垂直轉移通道101；且四個累加閘極121b至124b沿著垂直轉移方向重複配置兩次，跨對應於第三行及第四行中之像素行10c及10d之兩個垂直轉移通道101。
如圖2(b)中所展示，驅動信號(垂直轉移脈衝)施加至轉移閘極111至114及累加閘極121a至124a及121b至124b。
更具體言之，藉由四相垂直轉移脈衝ΦV1至ΦV4驅動VCCD區段之轉移閘極111至114；藉由垂直轉移脈衝ΦVs1a、ΦVs2、ΦVs3a及ΦVs4驅動第一群組中之累加閘極121a至124a；且藉由垂直轉移脈衝ΦVs1b、ΦVs2、ΦVs3b及ΦVs4驅動第二群組中之累加閘極121b至124b。
下文中，將描述用於施加垂直轉移脈衝至轉移閘極及累加閘極之閘極佈線之佈局。
圖3繪示用於在圖2中所示之VCCD區段之累加閘極區域(累加閘極區段)中連接累加閘極及其閘極佈線之結構(圖2中之X1部分)。
在下文描述中，一個循環描述為信號電荷在垂直方向及水平方向兩者上行進穿過達垂直驅動脈衝及水平驅動脈衝之一個循環之區域(距離)。
如上所述，在累加閘極區域1as中，跨第一行及第二行中之VCCD區段100a及100b在兩個循環內重複配置第一群組中之第一累加閘極121a至第四累加閘極124a且跨第三行及第四行中之VCCD區段100c及100d在兩個循環內重複配置第二群組中之第一累加閘極121b至第四累加閘極124b。注意第一群組中之第一累加閘極121a至第四累加閘極124a及第二群組中之第一累加閘極121b至第四累加閘極124b在垂直轉移方向上配置在相同位置(相同垂直轉移級)。
首先將描述遠離HCCD區段定位之第一循環中之第一累加閘極及第二累加閘極與閘極佈線之間之連接。
具體言之，第一群組中之第一累加閘極121a及第二群組中之第一累加閘極121b定位在相同垂直轉移級上且一對第一閘極佈線W1a及W1b在累加閘極上方配置為鄰近彼此。垂直轉移脈衝ΦVs1a施加至閘極佈線之一者(閘極佈線W1a)且垂直轉移脈衝ΦVs1b施加至另一閘極佈線W1b。此外，第一群組中之第一累加閘極121a經由接觸孔C1a連接至閘極佈線之一者(閘極佈線W1a)且第二群組中之第一累加閘極121b經由接觸孔C1b連接至閘極佈線之另一者(閘極佈線W1b)。
類似地，一對第二閘極佈線W2a及W2b配置在定位在相同垂直轉移級上之第一群組及第二群組中之第二累加閘極122a及122b上方且累加閘極122a及122b經由接觸孔C2a連接至閘極佈線之一者(閘極佈線 W2a)，垂直轉移脈衝ΦVs2施加至該閘極佈線W2a。
第一群組中之第三累加閘極123a及第二閘極中之第三累加閘極123b定位在相同垂直轉移級上且一對第三閘極佈線W3a及W3b配置在累加閘極上方。垂直轉移脈衝ΦVs3a施加至閘極佈線之一者(閘極佈線W3a)且垂直轉移脈衝ΦVs3b施加至閘極佈線之另一者(閘極佈線W3b)。此外，第一群組中之第三累加閘極123a經由接觸孔C3a連接至閘極佈線之一者(閘極佈線W3a)且第二群組中之第三累加閘極123b經由接觸孔C3b連接至閘極佈線之另一者(閘極佈線W3b)。
類似地，一對第四閘極佈線W4a及W4b配置在定位在相同垂直轉移級上之第一群組及第二群組中之第四累加閘極124a及124b上方且累加閘極124a及124b經由接觸孔C4a連接至閘極佈線之一者(閘極佈線W4a)，垂直轉移脈衝ΦVs4施加至該閘極佈線W4a。
定位為靠近HCCD區段之第二循環中之第一累加閘極及第二累加閘極與閘極佈線之間之連接類似於第一循環中之第一累加閘極及第二累加閘極與閘極佈線之間之連接。
具體言之，在第一群組及第二群組中之第二循環中之第一累加閘極121a及121b上方，一對第一閘極佈線W5a及W5b配置為鄰近彼此。第一群組中之第一累加閘極121a經由接觸孔C5a連接至閘極佈線W5a，垂直轉移脈衝ΦVs1a施加至該閘極佈線W5a。第二群組中之第一累加閘極121b經由接觸孔C5b連接至閘極佈線W5b，垂直轉移脈衝ΦVs1b施加至該閘極佈線W5b。
第二循環中之第二累加閘極122a及122b經由接觸孔C6a連接至配置在累加閘極上方之一對閘極佈線W6a與W6b之間之閘極佈線W6a，垂直轉移脈衝ΦVs2施加至該閘極佈線W6a。
此外，在第一群組及第二群組中之第二循環中之第三累加閘極123a及123b上方以鄰近方式配置一對第一閘極佈線W7a及W7b。第一 群組中之第三累加閘極123a經由接觸孔C7a連接至閘極佈線W7a，垂直轉移脈衝ΦVs3a施加至該閘極佈線W7a。第二群組中之第三累加閘極123b經由接觸孔C7b連接至閘極佈線W7b，垂直轉移脈衝ΦVs3b施加至該閘極佈線W7b。
第二循環中之第四累加閘極124a及124b經由接觸孔C8a連接至配置在累加閘極上方之一對第四閘極佈線W8a與W8b之間之閘極佈線W8a，垂直轉移脈衝ΦVs4施加至該閘極佈線W8a。
在累加閘極區域(VCCD區段之累加閘極區段)1as中，獨立於第二群組中之第一累加閘極及第三累加閘極之垂直轉移脈衝施加至第一群組中之第一累加閘極及第三累加閘極。因此，在第一行及第二行中之VCCD區段100a及100b中，將電荷轉移至HCCD區段1b之時序可設定為不同於將信號電荷從第三行及第四行中之VCCD區段100a及100b轉移至HCCD區段1b之時序。藉此，信號電荷之累加可在將信號電荷從VCCD區段轉移至HCCD區段時執行。
本文中，舉例而言，閘極佈線係鎢佈線且轉移閘極及累加閘極係多晶矽閘極。
在上文描述中，累加閘極在兩個鄰近的VCCD區段中係共同的。舉例而言，第一累加閘極121a至第四累加閘極124a跨第一VCCD區段及第二VCCD區段提供且第一累加閘極121b至第四累加閘極124b跨第三VCCD區段及第四VCCD區段提供。但是，累加閘極可為針對各VCCD區段之獨立結構。
接下來，將描述操作。
在下文描述中，特定言之，第一行至第四行中之像素行10a至10d及第一行至第四行中之VCCD區段100a至100d在無需區分其等時將被稱作像素行10及VCCD區段100。
在根據實施例1之CCD影像感測器1中，由操作者輸入以命令啟動 影像捕獲操作之操作信號被輸入至控制區段111b且控制信號Ctg從控制區段111b供應至時序產生區段111a。隨後，基於來自控制區段111b之控制信號Ctg，時序產生區段111a產生垂直驅動信號(垂直驅動脈衝)ΦV1至ΦV4、ΦVs1a、ΦVs1b、ΦVs2、ΦVs3a、ΦVs3b及ΦVs4且亦產生水平驅動信號(水平驅動脈衝)ΦH1及ΦH2，其等分別輸出至VCCD區段100及HCCD區段1b。
在此級上，藉由各像素PD上之入射光之光電轉換產生信號電荷。經由讀取閘極Rg將信號電荷從像素PD讀出至VCCD區段100且藉由VCCD區段100在垂直方向上將信號電荷轉移至HCCD區段1b。在HCCD區段1b中，從VCCD區段100讀出之信號電荷在水平方向上轉移。配置在HCCD區段1b之端部分上之電荷偵測區段1d偵測轉移之信號電荷以將其等轉換為電壓信號並將電壓信號輸出至輸出區段1。輸出區段1放大從電荷偵測區段1d輸出之電壓信號並將其等輸出為像素信號Sp。
通常，在數位相機中，在監視模式中判定至標的之相機角度，其中移動影像顯示在液晶監視器(未展示)或類似物上且隨後藉由快門操作執行靜態影像之影像捕獲。因此，首先將描述用於捕獲移動圖像影像之監視模式之操作。
在根據實施例1之固態攝像裝置1之監視模式(累加模式)中，從對應於VCCD區段100之像素行10讀出信號電荷時執行信號電荷在垂直方向上之重新排序且在從VCCD區段讀出信號電荷至HCCD區段時執行信號電荷之累加。
圖4係用於描述根據實施例1之固態攝像裝置之操作之圖，其中圖4(a)繪示在從VCCD區段讀出信號電荷至HCCD區段時累加信號電荷時垂直驅動脈衝之波形且圖4(b)及圖4(c)繪示執行像素累加時第一群組及第二群組中之VCCD區段中轉移封包之變化。注意，為方便闡釋 起見，圖4僅繪示VCCD區段100a至100d中之VCCD區段100a(圖4(b))及VCCD區段100c(圖4(c))。
圖5至圖8各係用於描述根據本發明之實施例1之固態攝像裝置之操作之圖，其中圖5(a)繪示其中累積對應於拜耳配置中之各自像素之色彩之信號電荷之初始狀態且圖5(b)繪示其中配置垂直方向上信號電荷之順序且信號電荷在垂直方向上轉移至累加閘極區域之狀態。
此外，在圖5(a)及圖5(b)至圖8(a)及圖8(b)中，為方便闡釋起見，省略圖2中所繪示之光屏蔽區域1a2及其中之像素(OB)。圖5(a)左端上的數字(1至8)按更靠近HCCD區段之順序繪示像素區段中像素列之數量。圖5(a)底部上的數字(1至12)從圖的左側按順序繪示像素區段中像素列之數量。圖5(b)、圖6(a)、圖6(b)至圖8(a)及圖8(b)之左端上之數字(1至8)按更靠近HCCD區段之順序繪示像素區段中之垂直轉移級數。圖5(b)、圖6(a)、圖6(b)至圖8(a)及圖8(b)之底部上之數字(1至12)從圖之左側按順序繪示像素區段中之VCCD區段中之行數。此外，在圖中，字母S繪示累加閘極區域1as中兩個垂直轉移級之各者。
首先，如圖5(a)中所示，在固態攝像裝置1中，當來自標的之光進入像素區段1a中之各像素PD時，對應色彩分量之信號電荷產生並累積在各自像素行10a至10d之像素PD中。
隨後，如圖5(b)中所示，信號電荷從各自像素行10a至10d讀出至對應VCCD區段100a至100d，且在此級上，信號電荷之配置被重新排序使得在各自VCCD區段100a至100d中相同色彩之最靠近定位之像素之信號電荷將鄰近彼此。隨後，在轉移閘極區域1ac之非光屏蔽區域1a1中之像素上產生之信號電荷繼續被轉移直至最靠近非光屏蔽區域1a1中之HCCD區段之像素之信號電荷到達累加閘極區域(S)1as。
隨後，在將累積在VCCD區段之累加閘極區域(S)1as中之信號電荷讀出至HCCD區段1b時，相同色彩之四個鄰近像素之信號電荷被累 加在一起。
下文中，特定言之，將藉由使用第一行至第四行中之VCCD區段100a至100d之信號電荷具體描述將第(k)個位置及第(k+1)個位置(其中k係自然數)的第一列及第二列VCCD區段中之信號電荷與第(k+2)個位置及第(k+3)個位置的第一列及第二列VCCD區段中之信號電荷累加之操作(其中k=1)。
如圖6(a)中所示，保持在第三行及第四行中之VCCD區段100c及100d之累加閘極區域(累加閘極區段)1as上之信號電荷被讀出至HCCD區段1b而保持在第一行及第二行中之VCCD區段100a及100b之累加閘極區域(累加閘極區段)1as上之信號電荷保留在其等之位置上(圖6(a))。
在具有圖4(a)中所示之垂直轉移脈衝之波形之時序t1至時序t2期間執行從第三行及第四行中之VCCD區段100c及100d讀取電荷且圖4(c)繪示其中形成在第三行中之VCCD區段100c之轉移通道中之轉移封包(在圖4(b)及圖4(c)中繪示作黑色方形)在時序t1至時序t2之間變化之狀態。
具體言之，圖5(b)中所示之信號電荷[R13]保持在圖4(c)中所示之圖之左下角所示之三個垂直配置之轉移封包中；且圖5(b)中所示之信號電荷[R33]儲存在定位在上述三個轉移封包上方的三個垂直配置之轉移封包中。如圖6(a)中所示，儲存該等信號電荷之轉移封包在時序t1至時序t2期間移動至更靠近HCCD區段之側且信號電荷[R13]及[R33]被讀出至HCCD區段1b中。
如圖6(a)中所示，在此級上，從第四行中之VCCD區段100d將信號電荷[G14]及[G34]讀出至HCCD區段1b中。
此外，在時序t1時，圖5(b)中所示之信號電荷[R11]保持在圖4(b)中所示之圖的左下角所示之兩個垂直配置之轉移封包中。圖5(b)中所 示之信號電荷[R31]儲存在定位在上述兩個轉移封包上方之兩個垂直配置之轉移封包中。儲存此等信號電荷之轉移封包在上述時序t1至時序t2期間向前及向後重複兩次。因此，如圖6(a)中所示，在時序t1至時序t2期間，信號電荷[R11]及[R31]保留在VCCD區段之累加閘極區域1as中。
同時，如圖6(a)中所示，定位在第二行中之VCCD區段100b之累加閘極區域1as上之信號電荷[G12]及[G32]保留在HCCD區段1b中。
隨後，如圖6(b)中所示，藉由圖4(a)中所示之水平驅動脈衝ΦH1及ΦH2(時序t2)在水平方向上將如上所述被讀出至HCCD區段之信號電荷轉移達兩個循環。
隨後，如圖7(a)中所示，在時序t2至時序t3期間，在所有VCCD區段100a至100d中在垂直方向上將信號電荷轉移達兩個循環且隨後將信號電荷從第一VCCD區段100a及第二VCCD區段100b轉移至HCCD區段1b。因此，信號電荷[R13]、[R33]、[R11]及[R31]被累加在一起且信號電荷[G14]、[G34]、[G12]及[G32]被累加在一起。
此外，如圖7(b)中所示，在時序t3至時序t4期間，保持在第三行及第四行中之VCCD區段100c及100d之累加閘極區域1as上之信號電荷被讀出至HCCD區段1b而保持在第一行及第二行中之VCCD區段100a及100b之累加閘極區域1as上之信號電荷保留在那。具體言之，如圖7(b)中所示，信號電荷[G23]及[G43]從第三行中之VCCD區段100c讀出至HCCD區段1b中；且如圖7(b)中所示，信號電荷[B24]及[B44]從第四行中之VCCD區段100d讀出至HCCD區段1b中。
隨後，如圖8(a)中所示，藉由圖4(a)中所示之水平驅動脈衝ΦH1及ΦH2(時序t4)在水平方向上將如上所述被讀出至HCCD區段1b之信號電荷轉移達兩個循環。
隨後，如圖8(b)中所示，在時序t4及時序t5期間，在所有VCCD 區段100b至100d中在垂直方向上將信號電荷轉移達兩個循環且隨後將信號電荷從第一VCCD區段100a及第二VCCD區段100b轉移至HCCD區段1b。因此，信號電荷[G23]、[G43]、[G21]及[G41]被累加在一起且信號電荷[B24]、[B44]、[B22]及[B42]被累加在一起。
照此，相同色彩之四個鄰近像素之信號電荷被累加在一起，累加在HCCD區段1b中之信號電荷在電荷偵測區段中被轉換為電壓信號且電壓信號被輸出區段放大以輸出為像素信號。
在隨後捕獲靜態圖像影像時，控制區段111b將藉由快門操作信號在靜態模式中控制VCCD區段之轉移操作。
具體言之，控制區段111b使垂直轉移脈衝ΦV1至ΦV4、ΦVs1a、ΦVs1b、ΦVs2、ΦVs3a、ΦVs3b及ΦVs4成為所有VCCD區段中之信號電荷之垂直轉移之波形使得常態轉移操作可在VCCD區段中執行。因此，信號電荷從VCCD區段至HCCD區段之轉移將在不累加信號電荷的情況下執行。
根據如上所述之實施例1，具有配置為矩陣之複數個像素PD之CCD影像感測器1包括針對各像素行提供之四相驅動之垂直轉移區段(VCCD區段)100。在鄰近水平轉移區段(HCCD區段)1b之VCCD區段100之累加閘極區段(累加閘極區域)1as中，第一累加閘極至第四累加閘極121a至124a及121b至124b中之第一轉移閘極及第三轉移閘極經組態以在第一行(第k行)及第二行(第(k+1)行)中之VCCD區段100a及100b與第三行(第(k+2)行)及第四行(第(k+3)行)中之VCCD區段100c及100d之間由單獨垂直轉移脈衝驅動。因此，舉例而言，變得可以延遲信號電荷從第一行及第二行中之VCCD區段100a及100b之累加閘極區域1as至HCCD區段1b之轉移且在信號電荷從第三行及第四行中之VCCD區段100c及100d之累加閘極區域1as轉移至HCCD區段1b之後執行轉移。藉此，可在將信號電荷從VCCD區段100轉移至HCCD區段時累加相同 色彩之像素之信號電荷。
此外，在實施例1中，在VCCD區段100中之累加閘極區段(累加閘極區域)1as中，兩對第一群組之第一累加閘極121a至第四累加閘極124a被重複配置為第一行及第二行中之VCCD區段100a及100b共同之轉移閘極；兩對第二群組之第一累加閘極121b至第四累加閘極124b被重複配置為第三行及第四行中之VCCD區段100c及100d共同之轉移閘極；且跨對應於各群組中之相同垂直轉移級之兩個累加閘極(例如，累加閘極121a及121b)配置一對閘極佈線(例如，閘極佈線W1a及W1b)。因此，各累加閘極可經由接觸孔連接至定位在其上方之一對閘極佈線之任一者。
因此，各累加閘極被判定為連接至定位在其上方之一對閘極佈線之任一者以切換施加至累加閘極之閘極驅動脈衝之類型之群組使得變得可以選擇有關藉由兩個轉移封包或藉由一個轉移封包轉移對應於各像素之信號電荷。
因此，當用於執行像素累加驅動之CCD影像感測器根據CCD影像感測器之使用執行常態轉移操作及像素累加轉移操作時，變得可以選擇有關在VCCD區段上所處置之信號電荷量具有優先權或信號電荷之轉移速率具有優先權。因此，根據使用，變得可以獲得具有更高效能及更好效率之CCD影像感測器。
此外，可實現一種相機系統作為配備此一固態攝像裝置之相機系統，其能够獲得具有高訊框速率之影像或高動態範圍之影像，相機系統被簡化並用於取景器之目的。
舉例而言，在實施例1中，如從圖4(b)及圖4(c)可見，藉由VCCD區段之累加閘極區段(累加閘極區域)1as中之兩個累加閘極(即，兩個鄰近電荷轉移封包)保持信號電荷。因此，在累加閘極區域1as中，可轉移信號電荷可具有與對應於VCCD區段之像素閘極區段(轉移閘極區 域)1as中之一個像素之可轉移信號電荷量相同之信號電荷量，藉此保證大範圍作為像素信號之動態範圍。
此外，在實施例1中，VCCD區段100之累加閘極區域1as之閘極長度(即，轉移方向上轉移閘極之大小)等效於除累加閘極區域以外之轉移閘極區域1ac中之閘極長度。因此，變得可以避免歸因於累加閘極區域中之閘極長度之對VCCD區段之轉移閘極區域中之可轉移信號電荷之轉移速率及數量之限制。
具體言之，在實施例1中，如從圖4(b)及圖4(c)可見，藉由累加閘極區域1as中之兩個累加閘極(即，兩個轉移封包)保持信號電荷。因此，在累加閘極區域1as中，與VCCD區段之像素閘極區段1ac中之信號電荷之處置量相同之數量之信號電荷可在常態模式及累加模式兩者中轉移。
根據如上所述之實施例1，變得可以獨立地在對應於特定像素行之垂直轉移區段與對應於其餘像素行之一者或多者之一或多個垂直轉移區段之間執行信號電荷從垂直轉移區段至水平轉移區段之轉移。此外，變得可以避免來自歸因於能够獨立轉移信號電荷之此一組態之限制之影響。
(實施例2)
圖9至圖12各係用於描述根據本發明之實施例2之固態攝像裝置之圖。圖9繪示根據實施例2之CCD影像感測器之總體組態。
根據實施例2之CCD影像感測器2包括具有用於累加信號電荷之不同組態之像素區段2a而非根據實施例1之CCD影像感測器1中之像素區段1a。CCD影像感測器2包括垂直轉移區段(VCCD區段)200、時序產生區段(TG)211a及控制區段211b，取代實施例1中之垂直轉移區段(VCCD區段)100、時序產生區段111a及控制區段111b。
注意，其餘組態與根據實施例1之CCD影像感測器1中之組態相 同。在實施例2之下文描述中，將主要描述與實施例1不同之部分。
圖10(a)繪示圖9中所示之根據實施例2之CCD影像感測器2之像素區段2a中之垂直轉移閘極之配置。圖10(b)繪示施加至垂直轉移閘極之垂直轉移信號之類型。
本文中，類似於圖2，為方便闡釋起見，圖10(a)及圖10(b)僅繪示四行之像素行及VCCD區段，即，像素行10a至10d及對應於其等之VCCD區段200a至200d。但是，在實際CCD影像感測器中，重複配置四行之像素行及VCCD區段且根據像素數量提供更大數量之像素行及VCCD區段。此外，當四行之像素行10a至10d及VCCD區段200a至200d無需彼此區分時，其等將被描述為像素行10及VCCD區段200。
類似於實施例1中之CCD影像感測器1之像素區段1a，CCD影像感測器2之像素區段2a包括：轉移閘極區域(像素閘極區段)1ac，其中執行從各像素之信號電荷讀出及垂直方向上之信號電荷轉移，轉移閘極區域包括非光屏蔽區域1a1及光屏蔽區域1a2；及累加閘極區域(累加閘極區段)1as，其中未配置像素，用於將信號電荷轉移至HCCD區段1b以執行來自複數個像素之信號電荷之累加或不執行累加。
本文中，類似於實施例1，在轉移閘極區域1ac中，轉移閘極111至114以對應於各像素PD之此一方式重複配置在各垂直轉移通道101上方。
在鄰近於轉移閘極區域1ac之虛設閘極區域2ad中，兩個虛設閘極配置在垂直轉移方向上。在鄰近虛設閘極區域2ad之累加閘極區域2as中，在上述兩個虛設閘極之後，重複配置三個累加閘極兩次。
具體言之，兩個虛設閘極121c及122c以跨對應於第一行及第二行中之像素行10a及10b之兩個垂直轉移通道101放置之此一方式配置在垂直轉移方向上且三個累加閘極221a至223a以跨上述兩個垂直轉移通道101放置之此一方式在垂直轉移方向上進一步重複配置兩次。此 外，兩個虛設閘極121d及122d以跨對應於第三行及第四行中之像素行10c及10d之兩個垂直轉移通道101放置之此一方式配置在垂直轉移方向上且三個累加閘極221b至223b以跨上述兩個垂直轉移通道101放置之此一方式在垂直轉移方向上進一步重複配置兩次。
此外，如圖10(b)中所示，驅動信號(垂直轉移脈衝)施加至各自轉移閘極111至114、虛設閘極121c及122c及累加閘極221a至223a及221b至223b。
具體言之，藉由四相垂直轉移脈衝ΦV1至ΦV4中之垂直轉移脈衝ΦV3及ΦV4驅動VCCD區段之轉移閘極111及112且藉由四相垂直轉移脈衝ΦV1至ΦV4中之垂直轉移脈衝ΦV1及ΦV2驅動VCCD區段之轉移閘極113及114。此外，藉由垂直轉移脈衝ΦV3驅動虛設閘極121c及121d且藉由垂直轉移脈衝ΦV4驅動虛設閘極122c及122d。此外，藉由垂直轉移脈衝ΦVs1a至ΦVs3a驅動第一群組中之累加閘極221a至223a且藉由垂直轉移脈衝ΦVs1b至ΦVs3b驅動第二群組中之累加閘極221b至223b。
下文中，將描述用於施加垂直轉移脈衝至各自轉移閘極及累加閘極之閘極佈線之佈局。
圖11繪示用於在圖10中所示之VCCD區段之虛設閘極區域及累加閘極區域中將虛設閘極及累加閘極與其等之閘極佈線連接之結構(圖10(a)之X2部分)。
如上所述，在虛設閘極2ad中，跨第一行及第二行中之VCCD區段200a及200b配置第一群組中之第一虛設閘極121c及第二虛設閘極122c；及此外，在累加閘極區域2as中，第一群組中之累加閘極221a至223a重複配置兩次。類似地，跨第三行及第四行中之VCCD區段200c及200d配置第二群組中之第一虛設閘極121d及第二虛設閘極122d，且第二群組中之累加閘極221b至223b重複配置兩次。本文中，第一群組中之第一虛設閘極及第二虛設閘極及第二群組中之第一虛設 閘極及第二虛設閘極在垂直轉移方向上配置在相同位置(垂直轉移級)上。第一群組中之第一累加閘極至第三累加閘極及第三群組中之第一累加閘極至第三累加閘極在垂直轉移方向上配置在相同位置(垂直轉移級)上。
首先，將描述虛設閘極。
第一群組中之第一虛設閘極121c及第二群組中之第一虛設閘極121d定位在相同垂直轉移級上。在虛設閘極上方，以鄰近方式配置一對第一閘極佈線W1a及W1b。垂直轉移脈衝ΦV3施加至佈線之一者(W1a)但垂直轉移脈衝未施加至另一閘極佈線W1b。第一群組中之第一虛設閘極121c經由接觸孔C1a連接至佈線之一者(W1a)且第二群組之中第一虛設閘極121d經由接觸孔C1b類似地連接至閘極佈線W1a。
第一群組中之第二虛設閘極122c及第二群組中之第二虛設閘極122d定位在相同垂直轉移級上。在此等虛設閘極上方，以鄰近方式配置一對第一閘極佈線W2a及W2b。垂直轉移脈衝ΦV4施加至閘極佈線之一者(W2a)但垂直轉移脈衝未施加至另一閘極佈線W2b。第一群組中之第二虛設閘極122c經由接觸孔C2a連接至佈線之一者(W2a)且第二群組中之第二虛設閘極122d類似地經由接觸孔C2a連接至閘極佈線W2a。
接下來，將描述定位為遠離HCCD區段1b之第一循環之第一累加閘極至第三累加閘極與閘極佈線之間之連接。
具體言之，第一群組中之第一累加閘極221a及第二群組中之第一累加閘極221b定位在相同垂直轉移級上。在此等累加閘極上方，以鄰近方式配置一對第三閘極佈線W3a及W3b。垂直轉移脈衝ΦVs1a施加至閘極佈線之一者(W3a)且垂直轉移脈衝ΦVs1b施加至另一閘極佈線W3b。第一群組中之第一累加閘極221a經由接觸孔C3a連接至閘極佈線之一者(W3a)且第二群組中之第一累加閘極221b經由接觸孔C3b連 接至另一閘極佈線W3b。
此外，第一群組中之第二累加閘極222a及第二群組中之第二累加閘極222b定位在相同垂直轉移級上。在此等累加閘極上方，以鄰近方式配置一對第四閘極佈線W4a及W4b。垂直轉移脈衝ΦVs2a施加至閘極佈線之一者(W4a)且垂直轉移脈衝ΦVs2b施加至另一閘極佈線W4b。第一群組中之第二累加閘極222a經由接觸孔C4a連接至閘極佈線之一者(W4a)且第二群組中之第二累加閘極222b經由接觸孔C4b連接至另一閘極佈線W4b。
此外，第一群組中之第三累加閘極223a及第二群組中之第三累加閘極223b定位在相同垂直轉移級上。在此等累加閘極上方，以鄰近方式配置一對第五閘極佈線W5a及W5b。垂直轉移脈衝ΦVs3a施加至閘極佈線之一者(W5a)且垂直轉移脈衝ΦVs3b施加至另一閘極佈線W5b。第一群組中之第三累加閘極223a經由接觸孔C5a連接至閘極佈線之一者(W5a)且第二群組中之第二累加閘極223b經由接觸孔C5b連接至另一閘極佈線W5b。
此外，在上述三個累加閘極221a至223a及三個累加閘極221b至223b之後，配置在垂直轉移方向上之第二循環中之三個累加閘極221a至223a及三個累加閘極221b至223b亦類似於第一循環中之該等累加閘極連接至閘極佈線。
具體言之，第一群組中之第一累加閘極221a及第二群組中之第一累加閘極221b定位在相同垂直轉移級上。在此等累加閘極上方，以鄰近方式配置一對第六閘極佈線W6a及W6b。垂直轉移脈衝ΦVs1a施加至閘極佈線之一者(W6a)且垂直轉移脈衝ΦVs1b施加至另一閘極佈線W6b。第一群組中之第一累加閘極221a經由接觸孔C6a連接至閘極佈線之一者(W6a)且第二群組中之第一累加閘極221b經由接觸孔C6b連接至另一閘極佈線W6b。
此外，第一群組中之第二累加閘極222a及第二群組中之第二累加閘極222b定位在相同垂直轉移級上。在此等累加閘極上方，以鄰近方式配置一對第七閘極佈線W7a及W7b。垂直轉移脈衝ΦVs2a施加至閘極佈線之一者(W7a)且垂直轉移脈衝ΦVs2b施加至另一閘極佈線W7b。第一群組中之第二累加閘極222a經由接觸孔C7a連接至閘極佈線之一者(W7a)且第二群組中之第二累加閘極222b經由接觸孔C7b連接至另一閘極佈線W7b。
此外，第一群組中之第三累加閘極223a及第二群組中之第三累加閘極223b定位在相同垂直轉移級上。在此等累加閘極上方，以鄰近方式配置一對第八閘極佈線W8a及W8b。垂直轉移脈衝ΦVs3a施加至閘極佈線之一者(W8a)且垂直轉移脈衝ΦVs3b施加至另一閘極佈線W8b。第一群組中之第三累加閘極223a經由接觸孔C8a連接至閘極佈線之一者(W8a)且第二群組中之第二累加閘極223b經由接觸孔C8b連接至另一閘極佈線W8b。
在根據實施例2之固態攝像裝置200之累加閘極區域(VCCD區段之累加閘極區段)2as中，獨立於第二群組中之第一累加閘極221b至第三累加閘極223b將垂直轉移脈衝施加至第一群組中之第一累加閘極221a至第三累加閘極223a。因此，在第一行及第二行中之VCCD區段200a及200b中，將電荷轉移至HCCD區段1b之時序可設定為不同於將信號電荷從第三行及第四行中之VCCD區段200c及200d轉移至HCCD區段1b之時序。藉此，可在將信號電荷從VCCD區段200a至200d轉移至HCCD區段1b時執行信號電荷之累加。
在CCD影像感測器2中，時序產生區段211a經組態以產生用於驅動VCCD區段200之垂直驅動信號(垂直驅動脈衝)ΦV1至ΦV4、ΦVs1a至ΦVs3a及ΦVs1b及ΦVs3b及產生用於驅動HCCD區段1b之水平驅動信號(水平驅動脈衝)ΦH1及ΦH2。控制區段211b經組態以分別藉由控制信號 Ctg及Cofd控制時序產生區段211a及溢流汲極。
接下來，將描述操作。
在根據實施例2之CCD影像感測器2中，由操作者輸入以命令啟動影像捕獲操作之操作信號被輸入至控制區段211b且控制信號Ctg從控制區段211b供應至時序產生區段211a。隨後，基於來自控制區段111b之控制信號Ctg，時序產生區段211a產生垂直驅動信號(垂直驅動脈衝)ΦV1至ΦV4、ΦVs1a至ΦVs3a及ΦVs1b至ΦVs3b且亦產生水平驅動信號(水平驅動脈衝)ΦH1及ΦH2以分別輸出至VCCD區段200及HCCD區段1b。
在此級上，藉由各像素PD上之入射光之光電轉換而產生信號電荷。經由讀取閘極Rg將信號電荷從像素PD讀出至VCCD區段200且藉由VCCD區段200將信號電荷轉移至HCCD區段1b。在HCCD區段1b中，來自VCCD區段200之信號電荷在水平方向上轉移。配置在HCCD區段1b之端部分上之電荷偵測區段1d偵測轉移之信號電荷以將其等轉換為電壓信號並將電壓信號輸出至輸出區段1c。輸出區段1c放大從電荷偵測區段1d輸出之電壓信號並將其等輸出為像素信號Sp。
亦在根據實施例2之固態攝像裝置2中，在監視模式中，在從對應於VCCD區段之像素行讀出信號電荷時執行垂直方向上信號電荷之重新排序且在將信號電荷從VCCD區段讀出至HCCD區段時執行信號電荷之累加。
圖12係用於描述根據實施例2之固態攝像裝置之操作之圖，其中圖12(a)繪示在將信號電荷從VCCD區段轉移至HCCD區段時累加信號電荷中垂直驅動脈衝之波形且圖12(b)及圖12(c)繪示執行信號電荷之累加時第一群組及第二群組中之VCCD區段中之轉移封包之變化。
為了根據實施例2之下列操作之描述，將參考用於描述根據實施例1之操作之圖5至圖8。但是，在實施例2中，圖5至圖8中用於繪示累 加閘極區域之參考數字「1as」將被改為「2as」且在圖6至圖8中用於繪示VCCD區段之參考數字「100a至100d」被被改為「200a至200d」。
為方便闡釋起見，圖12僅繪示VCCD區段200a至200d中之VCCD區段200a(圖12(b))及VCCD區段200c(圖12(c))。
首先，如圖5(a)中所示，在固態攝像裝置2中，當來自標的之光進入像素區段2a中之各像素PD時，對應色彩分量之信號電荷產生並累積在像素PD之各者中。
隨後，如圖5(b)中所示，當信號電荷從各自像素行PD讀出至對應VCCD區段200時，信號電荷之配置被重新排序使得在各自VCCD區段200中相同色彩之最靠近定位之像素之信號電荷將鄰近彼此。隨後，在轉移閘極區域1ac之非光屏蔽區域1a1中之像素上產生之信號電荷繼續被轉移直至最靠近非光屏蔽區域2a1中之HCCD區段之像素之信號電荷到達累加閘極區域2as。
隨後，在將累積在各VCCD區段之累加閘極區域2as中之信號電荷讀出至HCCD區段1b時，相同色彩之四個鄰近像素之信號電荷被累加在一起。
下文中，特定言之，將藉由使用第一行至第四行中之VCCD區段200a至200d之信號電荷具體描述將第(k)個位置及第(k+1)個位置(其中k係自然數)的第一列及第二列VCCD區段中之信號電荷與第(k+2)個位置及第(k+3)個位置的第一列及第二列VCCD區段中之信號電荷累加之操作。
如圖6(a)中所示，保持在第三行及第四行中之VCCD區段200c及200d之累加閘極區域(S)(累加閘極區段)2as上之信號電荷被讀出至HCCD區段1b而保持在第一行及第二行中之VCCD區段200a及200b之累加閘極區域(S)(累加閘極區段)2as上之信號電荷保留在其等之位置上(圖6(a))。
在具有圖12(a)中所示之垂直轉移脈衝之波形之時序t1至時序t2之間執行從第三行及第四行中之VCCD區段200c及200d讀取電荷且圖12(c)繪示其中形成在第三行中之VCCD區段200c之轉移通道中之轉移封包(繪示作黑色方形)在時序t1至時序t2之間變化之狀態。
具體言之，圖5(b)中所示之信號電荷[R13]保持在圖12(c)中所示之圖之左下角所示之兩個垂直配置之轉移封包中；且圖5(b)中所示之信號電荷[R33]儲存在定位在前三個轉移封包上方的兩個垂直配置之轉移封包中。如圖6(a)中所示，儲存該等信號電荷之轉移封包在時序t1至時序t2之間移動至更靠近HCCD區段1b之側且信號電荷[R13]及[R33]被讀出至HCCD區段1b中。
如圖6(a)中所示，在此級上，從第四行中之VCCD區段200d將信號電荷[G14]及[G34]讀出至HCCD區段1b中。
此外，在時序t1時，圖5(b)中所示之信號電荷[R11]保持在圖12(b)中所示之圖之左下角所示之兩個垂直配置之轉移封包中。圖5(b)中所示之信號電荷[R31]儲存在定位在上述兩個轉移封包上方的兩個垂直配置之轉移封包中。在上述時序t1至時序t2期間，儲存此等信號電荷之轉移封包不移動。因此，如圖6(a)中所示，信號電荷[R11]及[R31]保留在VCCD區段之累加閘極區域2as中。
同時，如圖6(a)中所示，定位在第二行中之VCCD區段200b之累加閘極區域2as上之信號電荷[G12]及[G32]保留在HCCD區段1b中。
隨後，如圖6(b)中所示，藉由圖12(a)中所示之水平驅動脈衝ΦH1及ΦH2(時序t2)在水平方向上將如上所述被讀出至HCCD區段1b之信號電荷轉移達兩個循環。
隨後，如圖7(a)中所示，在時序t2至時序t3期間，在所有VCCD區段200a至200d中，在垂直方向上將信號電荷轉移達兩個循環且隨後將信號電荷從第一VCCD區段200a及第二VCCD區段200b轉移至HCCD區 段1b。因此，信號電荷[R13]、[R33]、[R11]及[R31]被累加在一起且信號電荷[G14]、[G34]、[G12]及[G32]被累加在一起。
此外，如圖7(b)中所示，在時序t3至時序t4期間，保持在第三行及第四行中之VCCD區段200c及200d之累加閘極區域(S)2as上之信號電荷被讀出至HCCD區段1b而保持在第一行及第二行中之VCCD區段200a及200b之累加閘極區域(S)2as上之信號電荷保留在那。具體言之，如圖7(b)中所示，將信號電荷[G23]及[G43]從第三行中之VCCD區段100c讀出至HCCD區段1b中；且如圖7(b)中所示，將信號電荷[B24]及[B44]從第四行中之VCCD區段200d讀出至HCCD區段1b中。
隨後，如圖8(a)中所示，藉由圖12(a)中所示之水平驅動脈衝ΦH1及ΦH2(時序t4)在水平方向上將如上所述被讀出至HCCD區段1b之信號電荷轉移達兩個循環。
隨後，如圖8(b)中所示，在時序t4及時序t5期間，在所有VCCD區段200a至200d中，在垂直方向上將信號電荷轉移達兩個循環且隨後將信號電荷從第一VCCD區段200a及第二VCCD區段200b轉移至HCCD區段1b。因此，信號電荷[G23]、[G43]、[G21]及[G41]被累加在一起且信號電荷[B24]、[B44]、[B22]及[B42]被累加在一起。
照此，相同色彩之四個鄰近像素之信號電荷被累加在一起，累加在HCCD區段1b中之信號電荷在電荷偵測區段中被轉換為電壓信號且電壓信號被輸出區段放大以輸出為像素信號。
在隨後捕獲靜態圖像影像時，控制區段211b將在靜態模式中藉由快門操作信號控制VCCD區段之轉移操作。
具體言之，控制區段211b使垂直轉移脈衝ΦV1至ΦV4、ΦVs1a至ΦVs3a及ΦVs1b至ΦVs3b成為所有VCCD區段中之信號電荷之垂直轉移之波形使得在VCCD區段中執行常態轉移操作。因此，信號電荷從VCCD區段至HCCD區段之轉移將在不累加信號電荷的情況下執行。
類似於實施例1，在具有此一組態之根據實施例2之固態攝像裝置200中，藉由VCCD區段之累加閘極與閘極佈線之間之連接切換施加至累加閘極之閘極驅動脈衝之類型之群組使得變得可以選擇有關藉由兩個轉移封包或藉由一個轉移封包轉移對應於各像素之信號電荷。
因此，雖然用於累加信號電荷之方法類似於習知方法，但是將連接至累加閘極之閘極佈線之切換，即將施加至累加閘極之驅動信號之時序之切換使得可以選擇有關處置之信號電荷量具有優先權或信號電荷之轉移速率具有優先權。因此，變得可以獲得具有更高效能及更好效率之固態攝像裝置。
此外，在實施例2中，組成累加閘極區段之累加閘極221a至223a及221b至223b在垂直方向上之長度(閘極長度)在複數個VCCD區段中彼此相同。因此，變得可以避免歸因於組成VCCD區段之一部分之累加閘極區段之累加閘極之閘極長度對在其他VCCD區段中處置之可轉移信號電荷之轉移速率及數量之限制。
此外，在實施例2中，除如上所述之實施例1之效應外，在將信號電荷轉移至HCCD區段時，在第一群組之(第k個及第(K+1)個)VCCD區段與第二群組之(第(k+2)個及第(K+3)個)VCCD區段之間獨立驅動VCCD區段之累加閘極區段(累加閘極區域)2as中之最後級上之六個累加閘極以累加信號電荷。因此，實施例2產生按更快速率將信號電荷從VCCD區段轉移至HCCD區段之效應。
具體言之，在實施例2中，如從圖12(b)及圖12(c)中可見，藉由累加閘極區域2as中之一個累加閘極(即，一個轉移封包)保持信號電荷且此外，在第一群組之(第k個及第(K+1)個)VCCD區段與第二群組之(第(k+2)個及第(K+3)個)VCCD區段之間完全獨立地驅動累加閘極。因此，在VCCD區段之累加閘極區段(累加閘極區域)2as中，在常態模式期間，信號電荷根據VCCD區段之累加閘極區段(累加閘極區域)1as之 轉移速率轉移且在累加模式期間藉由三個累加閘極按更快速率轉移信號電荷。
雖然已在實施例1及2中描述兩個閘極佈線配置在累加閘極上方之情況，但是三個或更多個閘極佈線可配置在累加閘極上方。
此外，雖然上述實施例1及實施例2中未特別描述，但是下文將描述電子資訊機器。電子資訊機器(諸如數位相機(例如，數位視訊攝影機或數位靜態相機)、影像輸入相機、掃描器、傳真機及配備相機之蜂巢式電話機器)包含使用根據上述實施例1及2之固態攝像裝置之至少一者作為影像輸入機器之攝像區段。
(實施例3)
圖13係示意繪示作為本發明之實施例3之電子資訊機器之例示性組態之方塊圖，在其攝像區段中使用根據實施例1或2之固態攝像裝置。
如圖13中所示之根據本發明之實施例3之電子資訊機器90包含根據本發明之實施例1及2之固態攝像裝置之至少任一者作為用於捕獲標的之影像之攝像區段91。電子資訊機器90進一步包含下列項目之至少任意者：記憶體區段92(例如，記錄媒體)，其用於在對用於記錄之影像資料執行預定信號處理之後對藉由攝像區段獲得之高品質影像資料進行資料記錄；顯示區段93(例如，液晶顯示機器)，其用於在針對顯示執行預定信號處理之後在顯示螢幕(例如，液晶顯示器螢幕)上顯示此影像資料；通信區段94(例如，發射及接收機器)，其用於在對用於通信之影像資料執行預定信號處理之後傳達此影像資料；及影像輸出區段95，其用於打印(打出)及輸出(打印出)此影像資料。
如上所述，本發明藉由使用其較佳實施例而例示。但是，本發明不應僅基於上述實施例解釋。應瞭解本發明之範疇應僅基於申請專利範圍解釋。亦應瞭解，熟習此項技術者可基於本發明之描述及來自 本發明之詳細較佳實施例之描述之常識實施技術之等效範疇。此外，應瞭解本說明書中所引用之任意專利、任意專利申請案及任意參考應以內容具體描述於其中之相同方式而以引用的方式併入本說明書中。
工業實用性
本發明可應用於固態攝像裝置、用於驅動固態攝像裝置之方法及電子資訊機器之領域。根據本發明，變得可以實現一種固態攝像裝置，其能夠獨立地在對應於特定像素行之垂直轉移區段與對應於其餘像素行之一者或多者之一或多個垂直轉移區段之間將信號電荷從垂直轉移區段轉移至水平轉移區段且此外能够在整個像素區段中保證垂直轉移速率或可垂直轉移信號電荷量，而未受到能够獨立轉移信號電荷之此一組態之限制；一種用於驅動固態攝像裝置之方法；及一種包括固態攝像裝置之電子資訊機器。
1‧‧‧固態攝像裝置(CCD影像感測器)
1a‧‧‧像素區段
1b‧‧‧水平轉移區段(HCCD區段)
1c‧‧‧輸出區段
1d‧‧‧電荷偵測區段
10‧‧‧像素行
100‧‧‧垂直轉移區段(VCCD區段)
111a‧‧‧時序產生區段(CCD驅動區段)
111b‧‧‧控制區段
CCDOUT‧‧‧輸出端子
Cofd‧‧‧OFD控制信號
Ctg‧‧‧控制信號
PD‧‧‧像素
Rg‧‧‧讀取閘極
Sp‧‧‧像素信號
ΦH1‧‧‧水平驅動信號(水平轉移脈衝)
ΦH2‧‧‧水平驅動信號(水平轉移脈衝)
ΦV1‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦV2‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦV3‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦV4‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs1a‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs1b‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs2‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs3a‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs3b‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)
ΦVs4‧‧‧垂直驅動信號(垂直轉移脈衝)

Claims (12)

  1. 一種固態攝像裝置，其具有配置為一矩陣之複數個像素，其用於輸出從該等像素獲得之一信號電荷作為一像素信號，該固態攝像裝置包括：複數個垂直轉移區段，針對該複數個像素之各像素行提供各垂直轉移區段，用於在一垂直方向上轉移來自該等像素之一對應像素行之該信號電荷；及一水平轉移區段，其提供在該複數個垂直轉移區段之一轉移端上，跨該複數個垂直轉移區段，用於在一水平方向上轉移從該複數個垂直轉移區段轉移之該信號電荷，其中：該複數個垂直轉移區段之各者包括用於在一累加模式中將該信號電荷從該垂直轉移區段轉移至該水平轉移區段時累加兩個或更多個像素之該信號電荷之一累加閘極區段；組成該累加閘極區段之累加閘極之一垂直方向上之長度在該複數個垂直轉移區段之間彼此相同；及兩個或更多個閘極佈線以面向該累加閘極之此一方式配置在該等累加閘極之各者上方。
  2. 如請求項1之固態攝像裝置，其中該等累加閘極之各者經由一接觸孔與配置在其上方之該兩個或更多個閘極佈線之任一者連接。
  3. 如請求項1或2之固態攝像裝置，其中：該累加閘極區段經組態使得在一常態模式中，將該信號電荷從該複數個垂直轉移區段轉移至該水平轉移區段而不執行該信號電荷之該累加；及該常態模式及該累加模式經組態以藉由施加至該等累加閘極 之一驅動信號切換。
  4. 如請求項1或2之固態攝像裝置，其中：除該累加閘極區段外，該等垂直轉移區段之各者亦包括用於將該信號電荷轉移至該累加閘極區段之一像素閘極區段；及獨立於組成該像素閘極區段之該等轉移閘極藉由一驅動信號驅動該等累加閘極。
  5. 如請求項1之固態攝像裝置，其中：針對該複數個像素提供之彩色濾光片之一配置係使得在該水平方向上交替配置一第一像素行及一第二像素行之方式使得綠色像素未配置為鄰近彼此，該第一像素行中在該垂直方向上交替配置一綠色像素及一紅色像素，該第二像素行中在該垂直方向上交替配置一藍色像素及一綠色像素；該複數個垂直轉移區段被劃分為一第一群組及一第二群組之兩個群組，該兩個群組之各者包括對應於該第一像素行之一第一垂直轉移區段及對應於鄰近該第一像素行之該第二像素行之一第二垂直轉移區段；及在該水平方向上交替配置鄰近彼此且與該第一群組相關之一對一第一垂直轉移區段及一第二垂直轉移區段及鄰近彼此且與該第二群組相關之一對一第一垂直轉移區段及一第二垂直轉移區段。
  6. 如請求項5之固態攝像裝置，其中，在該累加模式中，該累加閘極區段累加來自該第一群組之該第一垂直轉移區段之該信號電荷與來自鄰近該第一群組之該第一垂直轉移區段之該第二群組之該第一垂直轉移區段之該信號電荷，並累加來自該第一群組之該第二垂直轉移區段之該信號電荷與來自鄰近該第一群組之該第二垂直轉移區段之該第二群組之該第二垂直轉移區段之該 信號電荷。
  7. 如請求項6之固態攝像裝置，其中：除該累加閘極區段外，該等垂直轉移區段之各者亦包括用於將該信號電荷轉移至該累加閘極區段之一像素閘極區段；藉由一個四相驅動信號驅動該累加閘極區段；獨立於用於驅動該累加閘極區段之該四相驅動信號而藉由一個四相驅動信號驅動該像素閘極區段；用於驅動該第一群組中之該等垂直轉移區段之該累加閘極區段之一第一相及一第三相之驅動信號獨立於用於驅動該第二群組中之該等垂直轉移區段之該累加閘極區段之一第一相及一第三相之驅動信號；及用於驅動該第一群組中之該等垂直轉移區段之該累加閘極區段之一第二相及一第四相之驅動信號分別相同於用於驅動該第二群組中之該等垂直轉移區段之該累加閘極區段之一第二相及一第四相之驅動信號。
  8. 如請求項6之固態攝像裝置，其中：除該累加閘極區段外，該等垂直轉移區段之各者亦包括用於將該信號電荷轉移至該累加閘極區段之一像素閘極區段；藉由一個三相驅動信號驅動該累加閘極區段；獨立於用於驅動該累加閘極區段之該三相驅動信號而藉由一個四相驅動信號驅動該像素閘極區段；及用於驅動該第一群組中之該等垂直轉移區段之該累加閘極區段之該三相驅動信號獨立於用於驅動該第二群組中之該等垂直轉移區段之該累加閘極區段之該三相驅動信號。
  9. 如請求項8之固態攝像裝置，其中：該等垂直轉移區段之各者包括定位在該像素閘極區段與該累 加閘極區段之間之一虛設閘極區段，該虛設閘極區段包括用於將該信號電荷從該像素閘極區段轉移至該累加閘極區段之兩個虛設閘極；在該像素閘極區段中，針對該等像素之各者在該垂直方向上重複配置第一轉移閘極至第四轉移閘極；及在該累加閘極區段中，在該垂直方向上重複配置第一累加閘極至第三累加閘極兩次。
  10. 如請求項5之固態攝像裝置，其中該累加閘極區段將來自該第二群組中之該第一垂直轉移區段及該第二垂直轉移區段之該信號電荷轉移至該水平轉移區段，且隨後在來自該第二群組中之該第一垂直轉移區段及該第二垂直轉移區段之該信號電荷已到達該水平轉移區段中面向該第一群組中之該第一垂直轉移區段及該第二垂直轉移區段之一部分之一狀態中，將來自該第一群組中之該第一垂直轉移區段及該第二垂直轉移區段之該信號電荷轉移至該水平轉移區段，以與來自該第二群組中之該第一垂直轉移區段及該第二垂直轉移區段之該信號電荷混合，藉此累加來自該兩個群組中之該等對應垂直轉移區段之該等信號電荷。
  11. 一種用於驅動如請求項1之固態攝像裝置之方法，該方法包括藉由施加至該累加閘極之一驅動信號在其中來自該複數個垂直轉移區段之信號電荷在進行其等之累加的情況下轉移至該水平轉移區段之一累加模式與其中來自該複數個垂直轉移區段之信號電荷在不進行其等之累加的情況下轉移至該水平轉移區段之一常態模式之間切換。
  12. 一種電子資訊機器，其包括用於捕獲一標的之一影像之一攝像區段，其中該攝像區段係如請求項1之固態攝像裝置。
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