CN102893597A - 驱动装置以及使用该驱动装置的空间信息检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及驱动装置以及使用该驱动装置的空间信息检测装置，驱动装置具备施加电压控制部，其进行传送处理以控制电荷耦合元件来传送电荷。上述施加电压控制部从上述电荷耦合元件的一列传送电极的第一端侧至第二端侧依次将施加给上述传送电极的电压从产生上述势阱的控制电压切换为终止上述势阱的基准电压。上述施加电压控制部具备：控制电路，其根据时钟信号生成驱动信号；以及驱动电路，其根据上述驱动信号将上述控制电压和上述基准电压选择性地施加到上述传送电极。上述控制电路相对于与相邻的传送电极中的一个对应的上述驱动信号即第一驱动信号使与上述相邻的传送电极中的另一个对应的上述驱动信号即第二驱动信号延迟，将上述第一驱动信号与上述第二驱动信号的相位差设定为与比上述时钟信号的周期短的规定时间对应的值。

Description

驱动装置以及使用该驱动装置的空间信息检测装置
技术领域
本发明涉及一种通过对施加到电荷耦合元件的电极的控制电压进行控制而使用在形成电荷耦合元件的半导体上形成的势阱来传送电荷的电荷耦合元件的驱动装置以及使用该电荷耦合元件的驱动装置的空间信息检测装置。
背景技术
通常，电荷耦合元件(CCD=Charge-Coupled Device)使用于图像传感器、模拟信号的延迟、数字信号的移位寄存器等领域。这种电荷耦合元件在通过半导体形成的元件形成层的表面排列多个电极，通过对各电极施加控制电压，在形成于元件形成层的势阱中储存电荷。另外，通过对施加到所排列的电极的控制电压进行控制，使势阱的位置、深度变化，在相邻的势阱之间能够使电荷移动。
另外，还提出了以下技术，将这种电荷耦合元件的结构应用于受光元件，由此能够控制受光元件的灵敏度。例如，在文献1(日本国公开专利公报2004-309310号)中记载了一种受光元件，其具有在添加了杂质的半导体层即元件形成层上隔着绝缘层设置了电极的MIS元件的结构。即，使用透过光的材料来形成电极和绝缘层，当光通过电极和绝缘层而入射到元件形成层时，在元件形成层的内部生成电荷。
另外，在一个受光元件中设置多个电极，通过对施加到电极的控制电压进行控制，能够对沿着元件形成层的表面的势阱的面积进行控制。当前，将元件形成层的导电形状设为n形，当设为使用电子作为电荷时，在对电极施加正的控制电压时，在与元件形成层的电极对应的部位形成聚集电子的势阱。
因而，当以在元件形成层形成势阱的方式在对电极施加正的控制电压的状态下光照射到元件形成层时，在势阱附近生成的电子的一部分在势阱中被捕获而在势阱中聚集。没有在势阱中聚集的剩余的电子通过在元件形成层的深部中再次进行结合而终止。
这样，在势阱中聚集电子，因此通过使沿着元件形成层的表面的势阱的面积变化，能够使通过光照射而生成的电子中聚集于势阱中的电子的比例变化。即，通过使势阱的面积变化，能够调整受光元件的灵敏度。
在一个受光元件中，在控制势阱的面积时，对施加正的控制电压的电极的个数进行调整即可。例如，如果一个受光元件具备五个电极，则在对五个电极施加正的控制电压时灵敏度变得最大，在对任意电极均不施加正的控制电压时灵敏度变得最小(变为不聚集电子的状态)。
在上述结构的受光元件中，通过对施加到电极的控制电压进行控制，势阱的位置、深度发生变化，因此还作为电荷耦合元件而发挥功能，能够使聚集到势阱的电子(电荷)移动。在上述文献1中记载了以下技术：在对多个电极施加控制电压的状态下聚集与受光量相应的电荷，之后，作为仅对一个电极施加控制电压的状态而在势阱中保持电荷。总之，设置聚集电荷的期间以及保持电荷的期间，在各期间中使施加控制电压的电极的个数变化。
另外，在势阱中保持的电荷与电荷耦合元件同样地，通过对施加到各电极的控制电压进行控制，在相邻形成的势阱之间传送，最终从受光元件取出到外部。
另外，使对施加到各电极的控制电压进行切换的定时与从受光元件取出电荷时使用的时钟信号同步。也就是说，对施加到各电极的控制电压进行切换的时间间隔变为时钟信号周期的整数倍。
在此，假设以下情况：在与连续地排列的多个电极对应地形成的势阱中聚集电荷之后，将聚集的电荷转移到在与一个电极对应地形成的势阱中保持电荷的状态。
假设以下情况：例如图4的(b)所示，在与六个电极10A~10F对应的势阱11中聚集电荷12之后，如图4的(g)所示，在与一个电极10A对应的势阱11中保持电荷12。图4的(a)示出电极10的位置，10A~10J的附图标记是用于划分电极10的附图标记，将十个电极10为一个单位而使用。
另外，在图4示出的例子中，还进行以下动作：如图4的(h)所示，在与六个电极10C~10H相对应的势阱11中聚集电荷12之后，如图4的(i)所示，在与一个电极10H对应的势阱11中保持电荷12。
除了在聚集电荷的状态向保持电荷的状态过渡时电荷12的移动方向相反以外，图4的(b)~(g)的动作与图4的(h)~(i)的动作是相同的动作。也就是说，可以说是不对称的互补的动作。
下面，仅关注图4示出的一个单位的电极10中的八个电极10A~10H。如上所述，以与时钟信号同步的定时切换施加到各电极10A~10H的控制电压。因而，以图13示出的定时施加控制电压。图13的(a)示出对时钟信号进行计数的计数器的动作。图13的(b)示出从发光源向对象空间的照光与不照光的定时。另外，图13的(c)~(j)示出各电极10A~10H的电压变化，电压值变为对电极10施加控制电压的状态(上位置)以及不对电极10施加控制电压的状态(下位置)这两个值。
根据图13可知，将在与六个电极10A~10F对应的势阱11中聚集的电荷12保持到与一个电极10A对应的势阱11为止的迁移期间T2中，需要五个时钟信号。因而，如果将时钟信号的八个周期设为单位期间、将保持电荷12的时间设为时钟信号的两个周期量，则聚集电荷12的聚集期间为时钟信号的两个周期量，聚集期间变为单位期间的四分之一。
在转移到将在与六个电极10A~10F对应的势阱11中聚集的电荷12保持到与一个电极10A对应的势阱11的状态的期间也聚集电荷12，但是在此期间无法以高灵敏度来聚集电荷12。如果电极10的个数相同，则迁移期间T2不发生变化，因此通过延长单位期间，聚集期间的相对比例变大。然而，如果单位期间变长，则产生受光元件的响应性降低这种问题。
在上述说明中，举例说明了电荷耦合元件被兼用作为MIS元件即受光元件，但是在使用没有兼用作为受光元件的电荷耦合元件的情况下也产生相同的问题。即，将横跨多个电极的区域中形成的势阱中所存留的电荷移动到与更少的电极相对应的区域中形成的势阱，在包括该过程的动作中，单位期间中迁移期间所占的比例变大。这样，当迁移期间长时，有时动作整体所需的时间变长而产生延迟，另外，有可能在电荷的移动中由于再次结合等而消失的电荷量增加。
发明内容
本发明是鉴于上述情形而完成的，其目的在于，提供一种即使不缩短时钟信号的周期也能够缩短电荷耦合元件传送电荷的期间的驱动装置，并且提供一种使用了该驱动装置的空间信息检测装置。
本发明所涉及的驱动装置的第一方式是用于控制电荷耦合元件来传送电荷的驱动装置。上述电荷耦合元件具备：掺杂了杂质的半导体层；形成于上述半导体层上的电绝缘层；以及为了在上述半导体层内产生势阱而配置于上述电绝缘层上的一列传送电极。上述驱动装置具备：时钟生成部，其输出时钟信号；以及上述施加电压控制部，其进行如下传送处理，根据上述时钟信号，从上述一列传送电极的第一端侧至第二端侧，依次将施加给上述传送电极的电压从产生上述势阱的控制电压切换为是上述势阱消失的基准电压，来传送上述电荷。上述施加电压控制部具备：控制电路，其根据时钟信号，按每个上述传送电极生成并输出作为具有第一值和第二值的二值信号的驱动信号；以及驱动电路，其当接收到上述驱动信号时，如果上述驱动信号为上述第一值则对与上述驱动信号对应的上述传送电极施加上述控制电压，如果上述驱动信号为上述第二值则对与上述驱动信号对应的上述传送电极施加上述基准电压。上述控制电路构成为：在上述传送处理中，相对于与相邻的传送电极中的一个对应的上述驱动信号即第一驱动信号，使与上述相邻的传送电极中的另一个对应的上述驱动信号即第二驱动信号延迟，由此将上述第一驱动信号与上述第二驱动信号的相位差设定为与比上述时钟信号的周期短的规定时间对应的值。
本发明所涉及的驱动装置的第二方式为，在上述第一方式中，上述电荷耦合元件具备保持电极，其配置于上述电绝缘层上，用于使上述半导体层内产生势阱，该势阱成为用于保持由上述驱动装置传送的电荷的保持区域。上述保持电极配置于上述一列传送电极的上述第二端侧。上述施加电压控制部构成为：在上述传送处理中，根据上述时钟信号，从上述一列传送电极的上述第一端侧至上述第二端侧，依次将施加到上述传送电极的电压从上述控制电压切换为上述基准电压，将上述电荷传送到上述保持区域。
本发明所涉及的驱动装置的第三方式为，在上述第一方式中，上述电荷耦合元件具备第一和第二保持电极，其配置于上述电绝缘层上，用于使上述半导体层内产生势阱，该势阱成为用于保持由上述驱动装置传送的电荷的保持区域。上述第一保持电极配置于上述一列传送电极的上述第二端侧。上述第二保持电极配置于上述一列传送电极的上述第一端侧。上述传送处理包括第一传送处理和第二传送处理。在上述第一传送处理中，上述施加电压控制部构成为：根据上述时钟信号，从上述一列传送电极的上述第一端侧至上述第二端侧，依次将施加到上述传送电极的电压从上述控制电压切换为上述基准电压，来将上述电荷传送到与上述第一保持电极对应的上述保持区域。在上述第二传送处理中，上述施加电压控制部构成为：根据上述时钟信号，从上述一列传送电极的上述第二端侧至上述第一端侧，依次将施加到上述传送电极的电压从上述控制电压切换为上述基准电压，来将上述电荷传送到与上述第二保持电极对应的上述保持电极。
本发明所涉及的驱动装置的第四方式为，在上述第二或者第三方式中，上述控制电路构成为：当上述传送处理结束时，将施加到各传送电极的上述驱动信号的值同时设定为上述第一值。
本发明所涉及的驱动装置的第五方式为，在上述第一~第四方式中的任一方式中，上述控制电路构成为：与上述驱动信号的输出次数无关地将上述规定时间设为固定。
本发明所涉及的驱动装置的第六方式为，在上述第一~第四方式中的任一方式中，上述控制电路构成为：根据上述驱动信号的输出次数使上述规定时间延长。
本发明所涉及的驱动装置的第七方式为，在上述第一~第六方式中的任一方式中，上述控制电路具备：延迟电路，其生成分别按上述规定时间延迟的多个定时信号；同步电路，其使上述多个定时信号中的一个与上述时钟信号同步；以及驱动信号生成电路，其根据上述多个定时信号，按每个上述传送电极生成上述驱动信号。上述延迟电路具备被环状地连接的多个延迟元件，上述各延迟元件使所输入的信号延迟固定时间而输出。
本发明所涉及的驱动装置的第八方式为，在上述第一~第六方式中的任一方式中，上述控制电路具备：相位比较部，其对上述第一驱动信号与上述第二驱动信号的相位差进行测量；以及定时调整部，其对上述第一驱动信号与上述第二驱动信号中的至少一个的相位进行调整，使得上述相位差变为规定值。
本发明所涉及的空间信息检测装置具备：发光源，其向对象空间发射光；摄像装置，其从上述对象空间接收光；以及处理装置，其使用从上述发光原发射的光与从上述摄像装置接收到的光之间的关系来求出上述对象空间的信息。上述摄像装置具备：电荷生成部，其生成与来自上述对象空间的光的强度相应的电荷；以及电荷耦合元件，其用于传送由上述电荷生成部生成的电荷。上述电荷耦合元件具备：掺杂了杂质的半导体层、形成于上述半导体层上的电绝缘层、以及为了使上述半导体层内产生势阱而配置于上述电绝缘层上的一列传送电极。上述处理装置具备驱动装置，其用于控制上述电荷耦合元件来传送由上述电荷生成部生成的上述电荷。上述驱动装置具备：时钟生成部，其输出时钟信号；以及上述施加电压控制部，其进行如下传送处理：根据上述时钟信号，从上述一列传送电极的第一端的传送电极至第二端的传送电极，依次将施加到上述传送电极的电压从产生上述势阱的控制电压切换为终止上述势阱的基准电压，来传送上述电荷。上述施加电压控制部具备：控制电路，其根据时钟信号，按每个上述传送电极生成并输出作为具有第一值和第二值的二值信号的驱动信号；以及驱动电路，其当接收到上述驱动信号时，如果上述驱动信号为上述第一值则对与上述驱动信号对应的上述传送电极施加上述控制电压，如果上述驱动信号为上述第二值则对与上述驱动信号对应的上述传送电极施加上述基准电压。上述控制电路构成为：在上述传送处理中，相对于与相邻的传送电极中的一个对应的上述驱动信号即第一驱动信号，使与上述相邻的传送电极中的另一个对应的上述驱动信号即第二驱动信号延迟，由此将上述第一驱动信号与上述第二驱动信号的相位差设定为与比上述时钟信号的周期短的规定时间对应的值。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的驱动装置的动作说明图。
图2是电荷耦合元件的概要结构图。
图3是表示具备上述驱动装置的摄像装置的框图。
图4是上述驱动装置的动作说明图。
图5是表示上述驱动装置的施加电压控制部的一例的电路图。
图6是上述施加电压控制部的动作说明图。
图7是表示上述施加电压控制部的一例的电路图。
图8是上述施加电压控制部的动作说明图。
图9是表示上述施加电压控制部的主要部分的框图。
图10的(a)、(b)是表示使用上述施加电压控制部的延迟信号生成部的电路图。
图11的(a)、(b)是使用于上述施加电压控制部的施加电压控制部的主要部分框图。
图12是使用于上述驱动装置的其它施加电压控制部的主要部分框图。
图13是以往的动作说明图。
具体实施方式
在以下说明的实施方式中，如图3所示，例示一种摄像装置，其具备：发光源1，其向对象空间照射光；以及摄像元件2，其接收来自对象空间的光。在图3中使用电荷耦合元件作为摄像元件2。但是，该结构是一例，并非为了限定本发明的结构。
发光源1使用发光二极管或者激光二极管而构成，根据由照光控制部4生成的照光信号来驱动。照光信号是按从时钟生成部3输出的时钟信号的每个固定周期(在本实施方式中八个周期)对发光源1进行照光和不照光的指示的信号，是通过照光控制部4对时钟信号进行分频而生成的。
另一方面，摄像元件2通过未图示的受光光学系统(例如，透镜)来拍摄对象空间。摄像元件2拍摄对象空间的定时是由施加电压控制部5来控制的，在与照光信号同步地由发光源1照射光的期间(以下称为“照光期间”)以及不照射光的期间(以下称为“不照光期间”)中进行拍摄。在施加电压控制部5中，生成与时钟信号同步的基准定时信号，使用根据基准定时信号而生成的控制电压来驱动摄像元件2。因而，通过时钟生成部3和施加电压控制部5构成电荷耦合元件即摄像元件2的驱动装置。
在此，时钟信号是除了用于生成照光信号和基准定时信号以外还用于电荷的蓄积、电荷的移动、电荷的读出等全部电荷耦合元件的动作中的信号，例如，使用频率为10MHz的矩形波信号。
从摄像元件2输出的图像是具有与受光量相应的灰度值的灰度图像，输入到图像生成部6。在图像生成部6中，生成将由摄像元件2在照光期间拍摄得到的图像与由摄像元件2在不照光期间拍摄得到的图像的相互对应的像素的灰度值的差分值设为像素值的灰度图像(以下称为“灰度差分图像”)。
灰度差分图像是在照光期间和不照光期间分别由摄像元件2拍摄得到的灰度图像的差分的图像，因此灰度差分图像的像素值相当于从发光源1照射到对象空间的光的反射光的受光量。也就是说，灰度差分图像可以说是具有从照光期间拍摄得到的灰度图像中去除了外部光成分而得到的像素值的灰度图像。因而，灰度差分图像内包含的信息减少了外部光的影响，提取出了从发光源1照射的光的反射光成分。
由图像生成部6生成的灰度差分图像被输入到判断部7，在判断部7中实施所需的图像处理，由此从灰度差分图像中提取所需的信息。判断部7中的图像处理的具体内容是根据要提取的信息来适当地进行设定的，能够采用在使用灰度图像检查外观、形状或者监视对象空间等中通常使用的图像处理技术。因而，省略说明判断部7的具体结构。
由时钟生成部3和施加电压控制部5构成的驱动装置与照光控制部4、图像生成部6、判断部7一起构成检测空间信息的处理装置。该处理装置与由受光光学系统和摄像元件2构成的摄像装置、发光源1一起构成用于生成灰度差分图像而提取空间信息的空间信息检测装置。
另外，如图2所示，在本实施方式中使用的摄像元件2具有以下结构：在以半导体形成的元件形成层13的表面隔着绝缘层14排列多个电极10。该摄像元件2假设与FT(Flame Transfer：帧转移)方式的CCD图像传感器同样地具备摄像区域和储存区域的结构。但是，在IT(Interline Transfer：行间转移)方式、FIT(Flame Interline Transfer：帧行间转移)方式的CCD图像传感器中也能够进行同样的控制。
图2示出的结构是摄像元件2的一个像素量的结构，沿着元件形成层13的表面在一个直线上排列十个电极10。另外，在图2中，为了区别各电极10而附加10A~10J的附图标记。此外，电极10I在本实施方式的动作中，在受光期间中与电极10A相邻并形成势垒，在取出电荷时用于使电荷移动。同样地，电极10J在本实施方式的动作中，在受光期间中形成与电极10H相邻并形成势垒，在取出电荷时用于使电荷移动。
另外，在本实施方式中使用的摄像元件2具有：保持与发光源1的照光期间的受光量对应的电荷的区域、以及保持与发光源1的不照光期间的受光量对应的电荷的区域。具体地说，与电极10A、10H对应地形成的势阱作为分别保持照光期间和不照光期间聚集的电荷的区域而使用，在从摄像元件2将电荷取出到外部时，能够一次取出两个区域的电荷。这样，与电极10A、10H对应地形成的势阱用于保持电荷，因此将电极10A、10H称为保持电极。换言之，保持电极10A、10H并列设置于多个电极10B~10G。另外，与保持电极对应地形成的势阱作为保持电荷的保持区域而发挥功能。通过这种结构，摄像元件2能够在照光期间和不照光期间中拍摄对象空间，并保持照光期间和不照光期间的灰度图像，通过一次读出照光期间和不照光期间的灰度图像，输出到图像生成部6。
如后文中所述，在与电极10对应的元件形成层13中形成势阱时，对各电极10分别施加控制电压。在以下说明中，控制电压是指用于形成所需的势阱而施加到各电极10的电压。即，即使在没有对电极10施加控制电压的期间，也对电极10施加适当的基准电压，将与该基准电压不同的电压即施加后在元件形成层13中形成势阱的电压称为控制电压。因而，在没有对电极10施加控制电压的期间，不形成势阱。即，对电极10选择性地施加使元件形成层(半导体层)13内产生势阱的控制电压、以及使势阱消失的基准电压。
通常，在读出摄像元件2所保持的电荷的读出期间中，对与设置于摄像元件2的多个电极10对应地形成的势阱进行控制，由此依次传送电荷，因此需要比时钟信号的周期更长的时间。在分别读出在照光期间和不照光期间中得到的灰度图像的情况下，在图像生成部6中，为了得到一个灰度差分图像，需要两次读出期间。与此相对，在本实施方式的结构中，在一次读出期间中将照光期间和不照光期间的灰度图像附给图像生成部6，因此缩短了用于得到一个灰度差分图像的处理时间(时钟信号的个数减少)。
并且，在从摄像元件2将电荷一次读出的期间，也可以每次一回地设置照光期间和不照光期间，但是在本实施方式中，每次多回(例如，一万回)设置照光期间和不照光期间。这是由于，通过每次多回设置照光期间和不照光期间，能够减小摄像元件2内部产生的散粒噪声(Shot noise)等影响。
在摄像元件2中在保持照光期间和不照光期间的电荷时，在一个像素的区域中，进行图4示出的动作。图4的(a)示出电极10的位置，图4的(b)~(i)示出势阱的变化。在此，示出将与照光期间的受光量对应的电荷保持到与作为保持电极的电极10A对应地形成的势阱11，而将与不照光期间的受光量对应的电荷保持到与作为保持电极的电极10H对应地形成的势阱11的例子。
另外，如图4的(b)所示在照光期间中在横跨电极10A~10F的区域中形成势阱11，如图4的(h)所示在不照光期间中在横跨电极10C~10H的区域中形成势阱11。在照光期间中，电极10B~10F作为一列传送电极而使用，电极10G作为势垒电极(分离电极)而使用，该势垒电极(分离电极)形成用于使与电极10B~10F对应的势阱从与电极10H对应的势阱分离的势垒。另一方面，在不照光期间中，电极10C~10G作为一列传送电极而使用，电极10B作为势垒电极(分离电极)而使用，该势垒电极(分离电极)形成用于使与电极10C~10G对应的势阱从与电极10A对应的势阱分离的势垒。此外，一列传送电极的第一端侧是图2的右端侧，第二端侧是图2的左端侧。于是，保持电极(第一保持电极)10A配置于一列传送电极10B~10F的第二端侧。保持电极(第二保持电极)10H配置于一列传送电极10C~10G的第一端侧。
即，在照光期间和不照光期间中，使用作为保持电极的电极10A、10H之间的电极10B~10G而聚集的电荷被分别保持到与作为保持电极的电极10A、10H对应地形成的势阱。由于照射到元件形成层13的光而生成的电荷被聚集在这些势阱中，因此这些势阱作为生成与受光量相应的电荷的感光部而发挥功能。因而，在感光部中配置了电极10。
根据上述动作可知，通过使施加控制电压的电极10的个数变化，能够使势阱11的面积变化。由施加电压控制部5控制向电极10的控制电压，因此通过施加电压控制部5来控制势阱11的面积。即，设置了通过增加势阱11的面积而作为感光部发挥功能来聚集电荷的期间、以及通过减小势阱11的面积而将电荷保持到上述保持区域的期间。
在照光期间中在将在横跨电极10A~10F的区域中形成的势阱11中聚集的电荷12保持到成为与电极10A对应的保持区域的势阱11时，逐渐减少施加控制电压的电极10的个数而缩小势阱11的面积。
也就是说，如图4的(b)~(h)所示，从对全部电极10A~10F施加控制电压的状态起，从远离电极(保持电极)10A的电极(传送电极)10起依次停止施加控制电压。换言之，施加电压控制部5进行处理(第一传送处理)，从一列传送电极10B~10F的第一端的传送电极10F至第二端的传送电极10B，依次将施加到传送电极10的电压从控制电压切换为基准电压，从而将电荷传送到与保持电极(第一保持电极)10A对应的保持区域(势阱)。通过该动作，在与电极10A~10F对应的势阱11中聚集的电荷12被保持到与电极10A~10E对应地形成的势阱11，接着，被保持到与电极10A~10D对应地形成的势阱11。通过反复这种动作，在照光期间中在电极10A~10F中聚集的电荷12朝向与电极10A对应地形成的势阱11移动。然后，最终被保持到与电极10A对应地形成的势阱11。在此期间，在不照光期间生成的电荷12被保持到与电极10H对应地形成的势阱11。
同样地，如图4的(h)~(i)所示，从对全部电极10C~10H施加控制电压的状态起，从远离电极(保持电极)10H的电极(传送电极)10起依次停止施加控制电压。换言之，施加电压控制部5进行处理(第二传送处理)，从一列传送电极10C~10G的第二端的传送电极10C至第二端的传送电极10G，依次将施加到传送电极10的电压从控制电压切换为基准电压，从而将电荷传送到与保持电极(第二保持电极)10H对应的保持区域(势阱)。因而，在不照光期间中在电极10C~10H中聚集的电荷12朝向与电极10H对应地形成的势阱11中聚集，被保持到与电极10H对应地形成的势阱11。另外，在此期间，在照光期间生成的电荷12被保持到与电极10A对应地形成的势阱11。
根据上述情况，在聚集照光期间的电荷时，在照光期间中增加势阱11的面积来聚集电荷，在不照光期间中将电荷保持到保持区域。另外，在聚集不照光期间的电荷时，在不照光期间中增加势阱11的面积来聚集电荷，在照光期间中将电荷保持到保持区域。
如上所述，在作为第一期间的照光期间中，对电极10A~10F施加控制电压而形成势阱11，并且在该势阱11中聚集电荷。并且，通过缩小势阱11的面积，使在势阱11中聚集的电荷移动到与电极10A对应的保持区域。
另一方面，在作为第二期间的不照光期间中，对电极10C~10H施加控制电压而形成势阱11，并且在该势阱11中聚集电荷。并且，通过缩小势阱11的面积，使在势阱11中聚集的电荷移动到与电极10H对应的保持区域。
另外，以图1示出的定时对电极10A~10H施加控制电压。图1的(a)示出对时钟信号进行计数的计数器的动作，图1的(b)示出从发光源1向对象空间的照射光与不照射光的定时。计数器被设置于照光控制部4，按时钟信号的每个固定周期(在图示例中八个周期)使输出反转，如图1的(b)所示，生成照光期间与不照光期间的长度相等的照光信号。但是，能够使照光期间与不照光期间的长度不同，并且不仅能够设定为时钟信号的八个周期量，也能够设定为适当的周期。
图1的(c)~(j)示出各电极10A~10H的电压变化，电压值变为对电极10施加控制电压的状态(上位置)、以及不对电极10施加控制电压的状态(下位置)这两个值。不对电极10施加控制电压的状态换言之是对电极10施加基准电压的状态。使相邻的各一对电极10A~10F中的一个的控制电压变化之后至使另一个控制电压变化为止的时间间隔T1被设定为比时钟信号的一个周期T0短。例如，能够将时钟信号设定为10MHz、将时间间隔T1设定为1ns。在本实施方式中，时间间隔T1是固定的。另外，以时间间隔T1的总和(即迁移期间T2)比周期T0短的方式来设定时间间隔T1。例如，在照光期间中传送电极10为五个，因此以5·T1比T0短的方式来设定T1。
通过该动作，使得从在势阱11(参照图4)中聚集电荷12的状态转移到保持电荷12的状态为止的迁移期间T2比时钟信号的一个周期T0短。即，时钟信号的八个周期分(8·T0)的时间即照光期间Tb与不照光期间Td各自所占的迁移期间T2比时钟信号的一个周期T0短。其结果，照光期间Tb与不照光期间Td的大部分期间不仅能够用于电荷12的移动，还能够用于电荷的聚集。
如上所述，缩小照光期间Tb与不照光期间Td所占的迁移期间T2的比例，由此在照光期间Tb与不照光期间Td的大部分时间中，能够将势阱11的面积增加到最大来聚集电荷12。也就是说，能够在灵敏度高的状态下进行拍摄。因而，当将在迁移期间T2中使控制电压变化的时间间隔T1与时钟信号同步的情况相比时，得到相同的电荷量的输出所需的受光量变少，能够缩短照光期间Tb与不照光期间Td。
在上述动作中，施加电压控制部5将使施加到电极10的控制电压变化的时间间隔T1设为固定。因而，在从对电极10E、10F施加控制电压的状态转变为不对电极10F施加控制电压的状态之后变为不对电极10E施加控制电压的状态为止的时间间隔T1与从对电极10D、10E施加控制电压的状态转变为不对电极10E施加控制电压的状态之后变为不对电极10D施加控制电压的状态为止的时间间隔T1变得相等。
另一方面，在图1、图4示出的动作中，在从保持电荷的期间转移到在感光部中聚集电荷的期间时，对形成作为感光部而发挥功能的势阱的所有电极10同时施加控制电压。也就是说，在从用于保持电荷而缩小势阱11的面积的期间转移到用于聚集电荷而增加势阱11的面积的期间时，对所需的所有电极10同时施加控制电压。但是，为了容易控制施加到电极10的控制电压，即使在该期间转移中也可以采用对各电极10依次施加控制电压的结构(后述的动作变为依次施加控制电压的动作)。
作为以上述定时对各电极10施加控制电压的施加电压控制部5的具体结构，能够采用以下说明的结构。在图5示出的结构中，使用环形振荡器21构成施加电压控制部5。环形振荡器21具有对作为延迟元件的奇数个非门22的输入端与输出端依次进行接合而结合成环状的结构，从而进行自激振荡。
如图6的(a)~(d)所示，从各非门22的输出端输出矩形波信号S1~S4，该矩形波信号S1~S4中各波形信号之间逐一具有如下时间差：因非门22产生的延迟时间量的时间间隔T1。使用这种矩形波信号S1~S4控制施加到电极10的控制电压，由此能够使各电极10的控制电压发生变化的时间间隔T 1缩短至比时钟信号的周期短。另外，其结果，迁移期间T2变短。
此外，矩形波信号S1~S4需要与时钟信号同步，因此通过相位比较部15将与时钟信号同步地由环形振荡器21生成的矩形波信号S4与从时钟生成部3输出的时钟信号进行比较。相位比较部15的输出用于调整各非门22的延迟时间。即，使用相位比较部15的输出对流过各非门22的电流量进行调整，从而调整直到阈值电压为止的时间，由此对各非门22的延迟时间进行调整。
在图示例中，仅利用非门22的输出的一部分，但是还能够利用剩余的非门22的输出。在相互连接的前级的非门22与后级的非门22中，变为使输出反转的关系，因此成为当前级的非门22的输出下降时上述延迟时间之后后级的非门22的输出上升的关系。但是，后级的非门22的输出延迟了从环形振荡器21输出的矩形波信号的半周期而下降。如果利用这种时间的关系，则能够利用前级的非门22的输出以及后级的非门22的输出两者。即，在对电极10施加控制电压的定时的控制过程中，能够使用所有非门22的输出，能够有效地利用非门22。
从环形振荡器21输出的一个矩形波信号S1被输入到基准脉冲生成部23，如图6的(e)所示，在照光期间Tb与不照光期间Td(参照图6的(j))中，分别生成仅在时钟信号的一个周期T0中成为L电平的基准定时信号S5。通过将环形振荡器21的其它矩形波信号S2~S4和基准定时信号S5输入到数据锁存器(D触发器)24来生成施加到各电极10的控制电压。将数据锁存器24设置为要控制的电极10的相数量。在本实施方式中，以不同的定时对八个电极10施加控制电压，因此需要八个数据锁存器24。
对数据锁存器24的数据端子D输入基准定时信号S5，对时钟端子输入矩形波信号S2~S4。该数据锁存器24是上升沿锁存器，矩形波信号S2~S4的上升时的数据端子D的输入从输出端子Q输出。因而，如图6的(f)~(h)所示，各数据锁存器24的输出S6~S8是与基准定时信号S5相同的波形，变为使基准定时信号S5延迟的信号。该延迟时间变为与各矩形波信号S2~S4相对于矩形波信号S1的时间差相当的时间。
另外，在照光期间Tb和不照光期间Td中，对电极10施加控制电压的顺序变得相反。因此，生成使用于规定照光期间Tb和不照光期间Td的照光信号(参照图6的(j))延迟适当时间(在图示例中为时钟信号的一个周期量)而得到的选择信号SEL，选择输入到数据锁存器24的时钟端子的矩形波信号S2~S4。即，将从环形振荡器21输出的矩形波信号S2~S4中要选择的每两个信号设为选择器25的输入，通过选择信号SEL来选择各选择器25的两个输入中的一个，来设为选择器25的输出。
例如，对图5的最上级的选择器25中输入矩形波信号S2~S4中的与生成基准定时信号S5的矩形波信号S1之间的时间差为最小的矩形波信号S2和时间差为最大的矩形波信号S4。另外，对次级的选择器25中输入与矩形波信号S1之间的时间差为第二个小的矩形波信号和时间差为第二个大的矩形波信号。然后，在最下级的选择器25中，能够选择与矩形波信号S1之间的时间差为最大的矩形波信号S4和时间差为最小的矩形波信号S2。
通过这样组合向各选择器25的输入，能够使用选择信号SEL，切换输入到各数据锁存器24的时钟端子的矩形波信号S2~S4的顺序。即，对最上级的选择器25和最下级的选择器25中输入相同的矩形波信号S2、S4，但是以成为输出相互不同的矩形波信号S2、S4的关系的方式设定连接关系。其它选择器25也相同。
接着，参照图7、8说明本实施方式的驱动装置的一例。驱动装置用于驱动如图2所示那样具备一列电极10(10A~10J)的电荷耦合元件。电极10A作为保持电极(第一保持电极)而使用，该保持电极形成用于将在照光期间Tb(图8的(b)中的导通期间)生成的电荷12进行储存的保持区域(第一保持区域)。电极10H作为保持电极(第二保持电极)而使用，该保持电极形成用于将在不照光期间Td(图8的(b)的断开期间)生成的电荷12进行储存的保持区域(第二保持区域)。在照光期间Tb中，电极10B~10F作为一列传送电极而使用。另外，在照光期间Tb中，电极10G作为形成势垒的势垒电极而使用，该势垒防止在照光期间Tb中生成的电荷12流入到第二保持区域。在不照光期间Td中，电极10C~10G作为一列传送电极而使用。另外，在不照光期间Td中，电极10B作为形成势垒的势垒电极而使用，该势垒防止在照光期间Td中生成的电荷12流入到第一保持区域。电极10I作为用于取出在第一保持区域中储存的电荷12的取出电极而使用，电极10J作为用于取出在第二保持区域中储存的电荷12的取出电极而使用。
图7示出的驱动装置具备：时钟生成部3，其输出时钟信号；以及施加电压控制部5。
施加电压控制部5构成为，控制电荷耦合元件来进行传送电荷12的传送处理。传送处理包括第一传送处理和第二传送处理。
施加电压控制部5在照光期间Tb中执行第一传送处理。在第一传送处理中，施加电压控制部5构成为，根据时钟信号，从一列传送电极10B~10F的第一端侧(电极10F)至第二端侧(10B)，依次将施加到传送电极10的电压从控制电压切换为基准电压，将电荷12传送到与第一保持电极10A对应的保持区域。
施加电压控制部5在不照光期间Td中执行第二传送处理。在第二传送处理中，施加电压控制部5构成为，根据时钟信号，从一列传送电极10C~10G的第二端侧(电极10C)至第一端侧(电极10G)，依次将施加到传送电极10的电压从控制电压切换为基准电压，将电荷12传送到与第二保持电极10H对应的保持电极。
施加电压控制部5具备控制电路250和驱动电路280。
控制电路250构成为，根据由时钟生成部3生成的时钟信号，按每个电极10生成并输出具有第一值(高电平)和第二值(低电平)的二值信号即驱动信号。此外，也可以第一值为低电平、第二值为高电平。
驱动电路280具备与多个电极10(10A~10J)分别对应的多个驱动器28(28A~28J)。驱动器28构成为，如果驱动信号为第一值则将控制电压施加到对应的电极10，如果驱动信号为第二值则将基准电压施加到对应的电极10。于是，驱动电路280构成为，当从控制电路250接收到驱动信号时，如果驱动信号为第一值则对与驱动信号对应的电极10施加控制电压，如果驱动信号为第二值则对与驱动信号对应的电极10施加基准电压。
控制电路250具备延迟电路(环形振荡器)21、同步电路(相位比较部)15、驱动信号生成电路251以及驱动控制电路252。
延迟电路21具备环状地连接的多个延迟元件。在图7示出的例子中，延迟电路21由具有相同的延迟时间td的多个非门(变换器)22形成。非门22使所输入的信号延迟固定时间(延迟时间td)而输出。在图7示出的例子中，延迟电路21具备九个非门22。以延迟电路21的振荡周期与时钟信号相等的方式选择非门22的延迟时间td。当非门22的数量设为n时，将延迟电路21的振荡周期T表示为T=2·n·td。
延迟电路21生成五个定时信号d1~d5。定时信号d2相对于定时信号d1仅延迟2·td。定时信号d3相对于定时信号d2仅延迟2·td。定时信号d4相对于定时信号d3仅延迟2·td。定时信号d5相对于定时信号d4仅延迟2·td。即，延迟电路21构成为，生成逐一延迟规定时间(2·Td)的多个定时信号(d1~d5)。
同步电路15构成为，使与多个定时信号(d1~d5)中的一个(定时信号d1)与时钟信号同步。由此，得到图8的(c)~(g)所示那样的定时信号d1~d5。在图7示出的例子中，时钟信号与定时信号d1相等。
驱动信号生成电路251构成为，生成与多个(六个)电极10B~10G分别对应的多个(六个)驱动信号D1~D6。如图7所示，驱动信号生成电路251具备多个(六个)选择器25(25A~25F)、多个(四个)数据锁存器24(24A~24D)、基准脉冲生成部23以及切换电路253。
基准脉冲生成部23构成为，根据定时信号d1输出基准定时信号R1。如图8的(h)所示，基准定时信号R1是在照光期间Tb或者不照光期间Td中在相当于定时信号d1的一个周期的时间量中为第二值(低电平)的信号。即，基准定时信号R 1在从照光期间Tb或者不照光期间Td开始起经过相当于定时信号d1的七个周期的时间为止是第一值(高电平)，当经过相当于定时信号d1的七个周期的时间时，在相当于定时信号d1的一个周期的时间量中为第二值(低电平)。
切换电路253构成为根据驱动控制电路252的指示对各选择器25施加高电平或者低电平的切换信号。另外，切换电路253构成为输出势垒信号R2。如图8的(i)所示，势垒信号R2是对电极10施加基准电压的信号，始终设定为第二值(低电平)。
选择器25构成为，具有第一输入端子、第二输入端子以及输出端子，当被施加高电平的信号时将输入到第一输入端的信号从输出端子输出，当被施加低电平的信号时将输入到第二输入端的信号从输出端子输出。对选择器25A的第一输入端子输入定时信号d3，对第二输入端子输入定时信号D2。对选择器25B的第一输入端子输入定时信号d2，对第二输入端子输入定时信号d3。选择器25C的第一输入端子与数据锁存器24D的输出端子Q连接，对第二输入端子施加势垒信号R2，输出端子与驱动器28B连接。选择器25D的第一输入端子与数据锁存器24C的输出端子Q连接，对第二输入端子施加基准定时信号R 1，输出端子与驱动器28C连接。对选择器25E的第一输入端子施加基准定时信号R 1，第二输入端子与数据锁存器24C的输出端子Q连接，输出端子与驱动器28F连接。对选择器25F的第一输入端子施加势垒信号R2，第二输入端子与数据锁存器24D的输出端子Q连接，输出端子与驱动器28G连接。
如上所述，数据锁存器24是具备输出端子Q、数据端子D以及时钟端子的D触发器。对各数据锁存器24的数据端子D输入基准定时信号R1。
数据锁存器24A的时钟端子与选择器25A的输出端子连接，输出端子Q与驱动器28D连接。于是，如果切换信号为高电平，则数据锁存器24A输出仅延迟定时信号d3的延迟时间(4·td)的基准定时信号R1，如果切换信号为低电平，则数据锁存器24A输出仅延迟定时信号d2的延迟时间(2·td)的基准定时信号R 1。
数据锁存器24B的时钟端子与选择器25B的输出端子连接，输出端子Q与驱动器28E连接。于是，如果切换信号为高电平，则数据锁存器24B输出仅延迟定时信号d2的延迟时间(2·td)的基准定时信号R1，如果切换信号为低电平，则数据锁存器24B输出仅延迟定时信号d3的延迟时间(4·td)的基准定时信号R1。
对数据锁存器24C的时钟端子输入定时信号d4，输出端子Q与选择器25E的第二输入端子连接。于是，数据锁存器24C输出仅延迟定时信号d4的延迟时间(6·td)的基准定时信号R1。
对数据锁存器24D的时钟端子输入定时信号d5，输出端子Q与选择器25F的第二输入端子连接。于是，数据锁存器24D输出仅延迟定时信号d5的延迟时间(8·td)的基准定时信号R1。
驱动控制电路252根据时钟信号对各驱动器28(28A、28H、28I、28J)输出驱动信号。即，驱动控制电路252通过照光期间Tb和不照光期间Td，对与成为保持电极的电极10A、10H对应的驱动器28A、28H施加第一值(高电平)的驱动信号。另外，驱动控制电路252通过照光期间Tb和不照光期间Td，对与成为取出电极的电极10I、10J对应的驱动器28I、28J施加第二值(低电平)的驱动信号。
另外，驱动控制电路252根据来自时钟生成部3的时钟信号来控制切换电路253。如图8的(p)所示，驱动控制电路252在照光期间Tb中使高电平的切换信号输出到切换电路253，在不照光期间Td中使低电平的切换信号输出到切换电路253。
如图8的(j)~(o)所示，在照光期间Tb中，数据锁存器24D所输出的信号(仅延迟8·td的基准定时信号R1)变为与电极10B对应的驱动信号D1。另外，数据锁存器24C所输出的信号(仅延迟6·td的基准定时信号R1)变为与电极10C对应的驱动信号D2。另外，数据锁存器24A所输出的信号(仅延迟4·td的基准定时信号R1)变为与电极10D对应的驱动信号D3。另外，数据锁存器24B所输出的信号(仅延迟2·td的基准定时信号R1)变为与电极10E对应的驱动信号D4。另外，基准定时信号R1变为与电极10F对应的驱动信号D5。另外，势垒信号R2变为与电极10G对应的驱动信号D6。
在照光期间Tb中，对电极10G施加基准电压，防止电荷12流入到与电极10H对应的保持区域(参照图4的(a))。驱动信号D4相对于驱动信号D5延迟规定时间(2·td)，驱动信号D3相对于驱动信号D4延迟规定时间(2·td)，驱动信号D2相对于驱动信号D3延迟规定时间(2·td)，驱动信号D1相对于驱动信号D2延迟规定时间(2·td)，因此施加到电极10F、10E、10D、10C、10B的电压按该顺序从控制电压切换为基准电压。即，从一列传送电极10B~10F的第一端侧的电极10F至第二端侧的电极10B，依次将施加到电极10的电压从控制电压切换为基准电压。由此，如图4的(b)~(g)所示，在与电极10A~10F对应的势阱11中聚集的电荷12聚集到仅与电极10A对应的势阱11。即，电荷12被传送到与电极10A对应的保持区域。
另一方面，在不照光期间Tb中，势垒信号R2变为与电极10B对应的驱动信号D1。另外，基准定时信号R1变为与电极10C对应的驱动信号D2。另外，数据锁存器24A所输出的信号(仅延迟2·td的基准定时信号R1)变为与电极10D对应的驱动信号D3。另外，数据锁存器24B所输出的信号(仅延迟4·td的基准定时信号R1)变为与电极10E对应的驱动信号D4。另外，数据锁存器24C所输出的信号(仅延迟6·td的基准定时信号R1)变为与电极10F对应的驱动信号D5。数据锁存器24D所输出的信号(仅延迟8·td的基准定时信号R1)变为与电极10G对应的驱动信号D6。
在不照光期间Td中，对电极10B施加基准电压，防止电荷12流入到与电极10A对应的保持区域(参照图4的(h))。驱动信号D3相对于驱动信号D2延迟规定时间(2·td)，驱动信号D4相对于驱动信号D3延迟规定时间(2·td)，驱动信号D5相对于驱动信号D4延迟规定时间(2·td)，驱动信号D6相对于驱动信号D5延迟规定时间(2·td)，由此施加到电极10C、10D、10E、10F、10G的电压按该顺序从控制电压切换为基准电压。即，从一列传送电极10C~10G的第二端侧的电极10C至第一端侧的电极10G，依次将施加到电极10的电压从控制电压切换为基准电压。由此，如图4的(h)所示，在与电极10B~10G对应的势阱11中聚集的电荷12聚集到仅与电极10H对应的势阱11。即，电荷12被传送到与电极10H对应的保持区域。
这样，驱动信号生成电路251构成为根据多个定时信号(d1~d5)按每个传送电极10来生成驱动信号D 1~D6。
另外，也可以代替环形振荡器21和数据锁存器24，采用延迟信号生成部26，该延迟信号生成部26将如图10的(a)所示那样连接的缓冲器27的输出电压分别施加到各电极10。在图示例中，构成为为了对三个电极10施加控制电压而设置三个缓冲器27，将各缓冲器27的输出电压分别施加于不同的电极10。
如图9所示，对延迟信号生成部26中输入由基准脉冲生成部23使用从时钟生成部3输出的时钟信号而生成的定时信号。该定时信号与图6的(e)示出的基准定时信号S5同样地，在照光期间Tb和不照光期间Td中分别使用时钟信号的仅一个周期量为L电平的信号即可。
以被输入定时信号的第一缓冲器27的输出作为第二的缓冲器27的输入而第二缓冲器的输出作为第三缓冲器的输入的方式，各缓冲器27的输入与输出依次进行连接。因而，图10的(a)的上级的缓冲器27的输出变为通过了一个缓冲器27的信号，与此相对，中级的缓冲器27的输出变为通过了两个缓冲器27的信号，下级的缓冲器27的输出变为通过了三个缓冲器27的信号。其结果，中级的缓冲器27的输出相对于上级的缓冲器27的输出而延迟，下级的缓冲器27的输出相对于中级的缓冲器27的输出而延迟。因而，通过该结构，也得到与图5示出的数据锁存器24的输出同样的关系的输出。
另外，如图10的(b)所示，也可以采用以下结构：作为延迟信号生成部26，设置共用连接输入端的多个缓冲器31，将各缓冲器31的输出端分别与容量不同的电容器C1~C3进行连接。对各电极10分别施加各电容器C1~C3的端子电压。通过采用该结构，也能够附加比时钟信号的周期短的时间差。在该结构中，电容器C1~C3的容量越大则下降越延迟。因而，如果设为C1<C2<C3的关系，则相对于变为基准的电压的下降，首先电容器C1的端子电压下降，接着电容器C2的端子电压下降，最后电容器C3的端子电压下降。
当采用图10的(a)或者图10的(b)示出的结构时，当与使用环形振荡器21的情况相比，电路结构变得简单。另外，在采用图10的(a)或者(b)示出的结构的延迟信号生成部26的情况下，需要在延迟信号生成部26的后级设置选择器25，根据选择信号SEL(参照图6)，来选择将延迟信号生成部26的输出电压施加到各电极10的顺序。
另外，在图5示出的结构或者图10示出的结构中，在对电极10施加控制电压时，为了电压的电平移位、阻抗的调整而需要介入驱动器。存在驱动器在延迟信号生成部26的后级设置的情况和在前级设置的情况。当这种驱动器的特性存在偏差时，有可能施加到电极10的控制电压的顺序关系产生混乱。
当前，将决定对相邻的电极10施加控制电压的定时的信号设为Sn、Sn+1。另外，如图11的(a)、(b)所示，为了将与各信号Sn、Sn+1对应的控制电压施加到电极10，设置了一对驱动器28。为了防止施加到电极10的控制电压的顺序关系混乱，设置对两个驱动器28的输出的相位差进行检测的相位比较部29，来检测相位差。在图11的(a)示出的结构中，通过定时调整部30对输入到各驱动器28的电压的定时进行调整，使得检测出的相位差保持为固定。
图11的(a)示出的结构为，在对相邻的一对电极10施加控制电压的一对驱动器28的输入侧还设置定时调整部30，相位比较部29对两个定时调整部30指示相位的调整。与此相对，也可以如图11的(b)所示，仅在对相邻的一对电极10施加控制电压的一对驱动器28中的一个的输入侧设置定时调整部30。在该结构中，以一个驱动器28的输出为基准对另一个驱动器28的输出的定时进行调整，因此定时的调整变得容易。
在采用图11的(a)示出的结构的情况下，定时调整部30需要与电极10相同的个数，并且在各相位比较部29中需要两个输出。与此相对，如果采用图11的(b)示出的结构，则定时调整部30比电极10的个数少一个，而且，相位比较部29也可以是一个输出，因此结构变得简单。
此外，也可以如图12所示，采用以下结构：按每个与各电极10对应的驱动器28，对输入电压与驱动器28的输出的相位差进行调整。在该结构中，在相位比较部29中检测输入电压与驱动器28的输出电压之间的相位差，在相位比较部29中控制定时调整部30，使得检测出的相位差被保持为固定。
根据该结构，驱动器28的输出电压的相位相对于输入电压保持固定，因此如果与各电极10对应的输入电压的顺序关系正确，则驱动器28的输出也保持相同的顺序关系。
另外，在随着时间经过而势阱11的面积缩小的情况下，随着势阱11的面积缩小而每个单位面积的电荷量增加，因此认为由于扩散电容的影响而容易产生电荷溢出。基于该理由，势阱11的面积越小则越增加时间间隔T1，由此期望防止电荷溢出。
因此，也可以采用以下动作：当势阱11的面积比较大时缩短时间间隔T1，当势阱11的面积变小时增加时间间隔T1，来防止电荷12溢出。
在照光期间Tb中，控制电路250依次输出五个驱动信号D5、D4、D3、D2、D1。例如，控制电路250也可以根据驱动信号的输出次数来延长规定时间(驱动信号的时间间隔)。即也可以是，控制电路250随着驱动信号的输出次数增加来将规定时间延长至比前一次规定时间长。例如也可以是，在照光期间Tb中，控制电路250按驱动信号的输出次数每增加一次就将规定时间仅增加td。在规定时间的初期值为2·td的情况下，驱动信号D4相对于驱动信号D5而延迟规定时间(2·td)，驱动信号D3相对于驱动信号D4而延迟规定时间(3·td)，驱动信号D2相对于驱动信号D3而延迟规定时间(4·td)，驱动信号D1相对于驱动信号D2而延迟规定时间(5·td)。此外也可以是，控制电路250在不照光期间Td中与照光期间Tb同样地，根据驱动信号的输出次数来延长规定时间。
换言之，在随着时间经过使势阱11的面积缩小时，随着施加控制电压的电极10的个数减少，来将分别对电极10施加控制电压的时间间隔增加。为了实现该动作，如果是图5的结构则调整非门22的个数即可，如果是图8的(a)的结构则调整缓冲器27的个数，如果是图8的(b)的结构则调整电容器的容量。
在上述实施方式中，说明了设置从发光源1照射光到对象空间的照光期间以及从发光源1不照射光的不照光期间的动作。上述电荷耦合元件还能够使用于根据由摄像元件2拍摄得到的图像算出到存在于对象空间的物体的距离的装置。即，根据调制信号来驱动发光源1，而从发光源1将调制了强度的调制光照射光到对象空间，当将上述电荷耦合元件使用为摄像元件2时，能够得到以与调制信号的规定的多个相位对应的定时进行拍摄的图像。通过使用这些图像，能够算出到存在于对象空间的物体的距离。在该结构中，能够生成将算出的距离值设为像素值的距离图像。
即，摄像元件2的受光面上的各位置的受光强度与调制光的强度变化相应地变化，因此以与调制光同步的定时求出摄像元件2的受光量，由此能够求出从调制光的照光至受光为止的相位差。调制光的频率是已知的，能够将相位差变换为时间差，因此，结果是，能够求出到物体距离。这样，通过TOF(Time OfFlight：飞行时间)法来求出到物体的距离，该TOF法使用调制了强度的调制光来求出光的飞行时间。
在上述结构中，将在照光期间和不照光期间中聚集的电荷分配到与成为保持电极的电极(1)(8)对应的保持区域，将各电荷分别保持到各保持区域。另一方面，在生成距离图像的情况下，能够将以与调制信号同步的与两个相位对应的定时聚集的电荷分配到各保持区域而保持。
例如，在调制光的强度变化为正弦波状的情况下，如果设为以调制信号的相位为0度、90度、180度、270度这四种定时拍摄对象空间，则能够根据以这四种定时拍摄得到的图像来求出到物体的距离。当将上述电荷耦合元件使用为摄像元件2时，能够将四种定时中的每两种定时的电荷保持到不同的保持区域。也就是说，在任意两种相位中，分别设置增加势阱11的面积的期间而聚集电荷，之后，能够将在各相位中聚集的电荷分别保持到与电极(1)(8)对应的保持区域。通过该动作，以两种定时聚集的电荷被保持到摄像元件2，为了从摄像元件2读出以四种定时聚集的电荷，读出两次电荷即可，从而能够将从摄像元件2读出电荷的次数减一半。
由图3示出的图像生成部6进行以下处理：使用从摄像元件2读出的电荷来生成距离图像。因而，生成距离图像而检测空间信息的处理装置与生成上述灰度差分图像的情况同样地，由驱动装置、照光控制部4、图像生成部6以及判断部7构成，其中，驱动装置由时钟生成部3和施加电压控制部5构成。该处理装置通过并用发光源1和摄像装置2，由此构成根据距离图像来检测空间信息的空间信息检测装置。
此外，在上述实施方式中，在施加电压控制部5中，通过使与时钟信号同步地生成的基准定时信号延迟，生成施加到电极的控制电压，但是也可以通过使时钟信号延迟来生成控制电压。
例如，通过延迟元件使时钟信号延迟而生成延迟时间不同的多个延迟时钟信号，通过将时钟信号和延迟时钟信号分别输入到不同的信号生成部，能够生成与矩形波信号S5~S8相当的信号。信号生成部例如由计数器和信号生成电路构成，信号生成电路根据计数器的输出来分别设定信号生成部的输出成为H电平的期间以及成为L电平的期间。在该结构中，从信号生成部输出的矩形波信号仅偏离由延迟元件延迟的时钟的延迟时间。即，能够生成与上述矩形波信号S6~S8相当的信号。
如上所述，本实施方式的驱动装置对于在由半导体形成的元件形成层13的表面排列了多个电极10的电荷耦合元件，通过向电极10施加控制电压来对形成于元件形成层13的势阱进行控制，从而对元件形成层13的电荷12的移动进行控制，该驱动装置具备：时钟生成部3，其产生时钟信号；以及施加电压控制部5，其控制对电极10中的相邻的电极10施加控制电压的定时，由此使沿着元件形成层13的表面的面内的势阱的面积变化，施加电压控制部5通过使与时钟信号或者时钟信号同步地生成的基准定时信号延迟，来生成以不同的定时对相邻的电极施加的控制电压，将施加到各电极的控制电压的时间间隔设为比时钟信号的周期短的时间。
换言之，本实施方式的驱动装置是用于控制电荷耦合元件来传送电荷12的驱动装置。电荷耦合元件具备：半导体层(元件形成层)13，其掺杂了杂质；电绝缘层(绝缘层)14，其形成于半导体层13上；以及一列传送电极10，其是为了在半导体层13内产生势阱而配置于电绝缘层14上。驱动装置具备：时钟生成部3，其输出时钟信号；以及施加电压控制部5，其进行如下传送处理：根据时钟信号，从一列传送电极10的第一端侧至第二端侧(从传送电极10F至传送电极10B)依次将施加到传送电极10的电压从产生势阱的控制电压切换为是势阱消失的基准电压，来传送电荷12。施加电压控制部5具备：控制电路250，其根据时钟信号，按每个传送电极10生成并输出作为具有第一值和第二值的二值信号的驱动信号；以及驱动电路280，其当接收到驱动信号时，如果驱动信号为第一值则对与驱动信号对应的传送电极10施加控制电压，如果驱动信号为第二值则对与驱动信号对应的传送电极10施加基准电压。控制电路250构成为在传送处理中，相对于与相邻的传送电极10中的一个对应的驱动信号即第一驱动信号，使与相邻的传送电极10中的另一个对应的驱动信号即第二驱动信号延迟，将第一驱动信号与第二驱动信号的相位差设定为与比时钟信号的周期短的规定时间对应的值。
根据本实施方式的驱动装置，通过使与时钟信号或者时钟信号同步地生成的基准定时信号延迟，来生成以不同的定时对相邻的电极施加的控制电压，而且将使施加到各电极的控制电压延迟的时间设定为比时钟信号的周期短的时间，因此使电荷从横跨多个电极的区域形成势阱向与更少数的电极对应地形成势阱中移动所需的时间被缩短。
因而，即使不缩短时钟信号的周期也能够缩短电荷耦合元件传送电荷的期间。
另外，在本实施方式的驱动装置中，也可以采用以下结构：将一个保持电极10并列设置于多个电极10，该一个保持电极10将保持电荷的保持区域形成于元件形成层13，施加电压控制部5通过施加从多个电极中的远离保持电极10的电极起依次延迟的控制电压来使势阱的面积缩小，由此使对多个电极10施加控制电压而聚集的电荷移动到保持区域。换言之，电荷耦合元件具备保持电极10，为了使半导体层13内产生用于保持由驱动装置传送的电荷的保持区域的势阱，而将该保持电极10配置于电绝缘层14上。保持电极10被配置于一列传送电极的第二端侧(被配置成与传送电极10B相邻)。施加电压控制部5构成为：在传送处理中，根据时钟信号，从一列传送电极10的第一端侧至第二端侧(从传送电极10F至传送电极10B)依次将施加到传送电极10的电压从控制电压切换为基准电压，将电荷12传送到保持区域。
另外，在本实施方式的驱动装置中，夹着多个电极10(10B~10G)来并列设置分别将保持电荷的保持区域形成于元件形成层13的第一保持电极10(10A)和第二保持电极10(10H)，施加电压控制部5能够采用以下结构：通过施加从多个电极10B~10F中的远离第一保持电极10A的电极10F起依次延迟的控制电压来使势阱的面积缩小，由此使在第一期间(照光期间)中对多个电极10B~10F施加控制电压而聚集的电荷移动到与第一保持电极10A对应的保持区域，通过施加从多个电极10C~10G中的远离第二保持电极10H的电极10C起依次延迟的控制电压来使势阱的面积缩小，由此使在与第一期间不同的第二期间(不照光期间)中对多个电极10C~10G施加控制电压而聚集的电荷移动到与第二保持电极10H对应的保持区域。换言之，电荷耦合元件具备第一和第二保持电极10，为了使半导体层13内产生用于保持由驱动装置传送的电荷的保持区域的势阱，而将该第一和第二保持电极10配置于电绝缘层14上。第一保持电极10(10A)配置于一列传送电极10的第二端侧(配置成与传送电极10B相邻)。第二保持电极10(10H)配置于一列传送电极10的第一端侧(配置成与传送电极10G相邻)。传送处理包括第一传送处理和第二传送处理。在第一传送处理中，施加电压控制部5构成为：根据时钟信号，从一列传送电极10的第一端侧(传送电极10F)至第二端侧(传送电极10B)依次将施加到传送电极10的电压从控制电压切换为基准电压，将电荷12传送到与第一保持电极10A对应的保持区域。在第二传送处理中，施加电压控制5构成为：根据时钟信号，从一列传送电极10的第二端侧(传送电极10C)至第一端侧(传送电极10G)依次将施加到传送电极10的电压从控制电压切换为基准电压，将电荷12传送到与第二保持电极10H对应的保持电极。
另外，在本实施方式的驱动装置中也可以是，施加电压控制部5在使聚集的电荷12移动到保持区域时将对各个电极10施加控制电压的定时延迟比时钟信号的周期短的时间，在从保持区域中保持电荷的状态转移到聚集电荷的状态时对各个电极10同时施加控制电压。换言之，控制电路250构成为：当传送处理结束时，将施加到各传送电极10的驱动信号的值同时设定为第一值。
另外，在本实施方式的驱动装置中，施加电压控制部5能够使对各个电极10施加控制电压的时间间隔固定。换言之，在本发明所涉及的驱动装置的第五方式中关于上述驱动信号的输出次数，是根据上述第一~第四实施中的任一项，上述控制电路构成为与上述顺序无关地使上述规定时间固定。
此外，在本实施方式的驱动装置中也可以是，施加电压控制部5构成为：在随着时间经过使施加控制电压的电极10的个数减少，由此随着时间经过使势阱的面积缩小时，随着施加控制电压的电极10的个数减少，来将对各个电极10施加控制电压的时间间隔增加。换言之，控制电路250构成为根据驱动信号的输出次数来延长规定时间。
另外，在本实施方式的驱动装置中，施加电压控制部5具备使输入延迟而输出的多个延迟元件，也可以将延迟元件的输出端与其它延迟元件的输入端连接，并且使延迟元件的任一个输入与时钟信号同步，使用各延迟电路的输出来决定使基准定时信号延迟的定时。换言之，控制电路250具备：延迟电路21，其生成逐一延迟规定时间的多个定时信号；同步电路(相位比较部)15，其使多个定时信号中的一个与时钟信号同步；以及驱动信号生成电路251，其根据多个定时信号按每个传送电极10来生成驱动信号。延迟电路251具备被环状地连接的多个延迟元件(非门22)。各延迟元件构成为使所输入的信号延迟固定时间而输出。
另外，在本实施方式的驱动装置中，施加电压控制部5也可以具备：相位比较部29，其对分别施加到相邻的电极10的控制电压的相位差进行检测；以及定时调整部30，其调整控制电压中的至少一个的定时使得由相位比较部29检测出的相位差保持为固定。换言之，控制电路250具备：相位比较部29，其测量第一驱动信号(与相邻的传送电极10中的一个对应的驱动信号)与第二驱动信号(与相邻的传送电极10中的另一个对应的驱动信号)的相位差；以及定时调整部30，其调整第一驱动信号与第二驱动信号中的至少一个的相位，使得相位差成为规定值。
使用本实施方式的驱动装置的空间信息检测装置具备：发光源1，其向对象空间照射光；摄像装置，其包括在由半导体形成的元件形成层13的表面排列了多个电极10的电荷耦合元件，具备拍摄对象空间的摄像元件2；以及处理装置，其使用从发光源1照射的光与由摄像装置接收的光之间的关系来检测对象空间的信息。处理装置包括驱动摄像元件2的驱动装置。驱动装置具有以下功能：通过对电极10施加控制电压来对形成于元件形成层13的势阱进行控制，对元件形成层13的电荷移动进行控制。驱动装置具备：时钟生成部3，其产生时钟信号；以及施加电压控制部5，其通过控制对电极10中的相邻的电极10施加控制电压的定时，使沿着元件形成层13的表面的面内的势阱的面积变化。施加电压控制部5通过使时钟信号或者与时钟信号同步地生成的基准定时信号延迟来生成以不同的定时对相邻的电极10施加的控制电压，将施加到各电极10的控制电压的时间间隔设为比时钟信号的周期短的时间。
换言之，上述的空间信息检测装置具备：发光源1，其向对象空间发射光；摄像装置，其从对象空间接收光；以及处理装置，其使用从发光原1发射的光与由摄像装置接收到的光之间的关系来求出对象空间的信息。摄像装置包括摄像元件2，该摄像元件2具备：电荷生成部，其生成与来自对象空间的光的强度相应的电荷；以及电荷耦合元件，其用于传送由上述电荷生成部生成的电荷。这种摄像元件2例如是CCD图像传感器。电荷耦合元件具备：半导体层13，其掺杂了杂质；电绝缘层14，其形成于半导体层13上；以及一列传送电极10，其用于使半导体层13内产生势阱而被配置于电绝缘层14上。处理装置具备用于控制电荷耦合元件来传送由电荷生成部生成的电荷12的驱动装置。驱动装置具备：时钟生成部3，其输出时钟信号；以及施加电压控制部5，其进行如下传送处理：根据时钟信号，从一列传送电极10的第一端侧至第二端侧(从传送电极10F至传送电极10B)依次将施加到传送电极10的电压从产生势阱的控制电压切换为使势阱消失的基准电压，来传送电荷12。施加电压控制部5具备：控制电路250，其根据时钟信号，按每个传送电极10生成并输出作为具有第一值和第二值的二值信号的驱动信号；以及驱动电路280，其当接收到驱动信号时，如果驱动信号为第一值则对与驱动信号对应的传送电极10施加控制电压，如果驱动信号为第二值则对与驱动信号对应的传送电极10施加基准电压。控制电路250构成为：在传送处理中，相对于与相邻的传送电极10中的一个对应的驱动信号即第一驱动信号，使与相邻的传送电极10中的另一个对应的驱动信号即第二驱动信号延迟，由此将第一驱动信号与第二驱动信号的相位差设定为与比时钟信号的周期短的规定时间对应的值。
根据该空间信息检测装置，通过使时钟信号或者与时钟信号同步地生成的基准定时信号延迟，由此生成以不同的定时对相邻的电极施加的控制电压，而且，将使施加到各电极的控制电压延迟的时间设定为比时钟信号的周期短的时间，因此将从横跨多个电极的区域形成势阱向与更少数的电极对应地形成的势阱移动电荷所需的时间被缩短。
因而，即使不缩短时钟信号的周期也能够缩短电荷耦合元件传送电荷的期间。

Claims (9)

1.一种驱动装置，用于控制电荷耦合元件来传送电荷，其特征在于，
上述电荷耦合元件具备：掺杂了杂质的半导体层、形成于上述半导体层上的电绝缘层、以及用于在上述半导体层内产生势阱而配置于上述电绝缘层上的一列传送电极，
上述驱动装置具备：
时钟生成部，其输出时钟信号；以及
施加电压控制部，其进行如下传送处理：根据上述时钟信号，从上述一列传送电极的第一端侧至第二端侧，依次将施加给上述传送电极的电压从产生上述势阱的控制电压切换为使上述势阱消失的基准电压，来传送上述电荷，
其中，上述施加电压控制部具备：
控制电路，其根据上述时钟信号，按每个上述传送电极生成并输出作为具有第一值和第二值的二值信号的驱动信号；以及
驱动电路，其当接收到上述驱动信号时，如果上述驱动信号为上述第一值则对与上述驱动信号对应的上述传送电极施加上述控制电压，如果上述驱动信号为上述第二值则对与上述驱动信号对应的上述传送电极施加上述基准电压，
上述控制电路构成为：在上述传送处理中，相对于与相邻的传送电极中的一个传送电极对应的上述驱动信号即第一驱动信号，使与上述相邻的传送电极中的另一个传送电极对应的上述驱动信号即第二驱动信号延迟，由此将上述第一驱动信号与上述第二驱动信号的相位差设定为与比上述时钟信号的周期短的规定时间对应的值。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
上述电荷耦合元件还具备保持电极，该保持电极配置于上述电绝缘层上，用于使上述半导体层内产生势阱，该势阱成为用于保持由上述驱动装置传送的电荷的保持区域，
上述保持电极配置于上述一列传送电极的上述第二端侧，
上述施加电压控制部构成为：在上述传送处理中，根据上述时钟信号，从上述一列传送电极的上述第一端侧至上述第二端侧，依次将施加到上述传送电极的电压从上述控制电压切换为上述基准电压，来将上述电荷传送到上述保持区域。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
上述电荷耦合元件具备第一保持电极和第二保持电极，该第一保持电极和第二保持电极配置于上述电绝缘层上，用于使上述半导体层内产生势阱，该势阱成为用于保持由上述驱动装置传送的电荷的保持区域，
上述第一保持电极配置于上述一列传送电极的上述第二端侧，
上述第二保持电极配置于上述一列传送电极的上述第一端侧，
上述传送处理包括第一传送处理和第二传送处理，
在上述第一传送处理中，上述施加电压控制部构成为：根据上述时钟信号，从上述一列传送电极的上述第一端侧至上述第二端侧，依次将施加到上述传送电极的电压从上述控制电压切换为上述基准电压，来将上述电荷传送到与上述第一保持电极对应的上述保持区域，
在上述第二传送处理中，上述施加电压控制部构成为：根据上述时钟信号，从上述一列传送电极的上述第二端侧至上述第一端侧，依次将施加到上述传送电极的电压从上述控制电压切换为上述基准电压，来将上述电荷传送到与上述第二保持电极对应的上述保持区域。
4.根据权利要求2或3所述的驱动装置，其特征在于，
上述控制电路构成为：当上述传送处理结束时，将施加到各传送电极的上述驱动信号的值同时设定为上述第一值。
5.根据权利要求1~4中的任一项所述的驱动装置，其特征在于，
上述控制电路构成为：与上述驱动信号的输出次数无关地将上述规定时间设为固定。
6.根据权利要求1~4中的任一项所述的驱动装置，其特征在于，
上述控制电路构成为：根据上述驱动信号的输出次数使上述规定时间延长。
7.根据权利要求1~6中的任一项所述的驱动装置，其特征在于，
上述控制电路具备：
延迟电路，其生成逐一延迟上述规定时间的多个定时信号；
同步电路，其使上述多个定时信号中的一个定时信号与上述时钟信号同步；以及
驱动信号生成电路，其根据上述多个定时信号，按每个上述传送电极生成上述驱动信号，
上述延迟电路具备被环状地连接的多个延迟元件，
各上述延迟元件构成为使所输入的信号延迟固定时间而输出。
8.根据权利要求1~6中的任一项所述的驱动装置，其特征在于，
上述控制电路具备：
相位比较部，其对上述第一驱动信号与上述第二驱动信号的相位差进行测量；以及
定时调整部，其对上述第一驱动信号与上述第二驱动信号中的至少一个驱动信号的相位进行调整，使得上述相位差变为规定值。
9.一种空间信息检测装置，其特征在于，具备：
发光源，其向对象空间发射光；
摄像装置，其从上述对象空间接收光；以及
处理装置，其使用从上述发光源发射的光与上述摄像装置接收到的光之间的关系来求出上述对象空间的信息，
其中，上述摄像装置具备：
电荷生成部，其生成与来自上述对象空间的光的强度相应的电荷；以及
电荷耦合元件，其用于传送由上述电荷生成部生成的电荷，
上述电荷耦合元件具备：
掺杂了杂质的半导体层；
电绝缘层，其形成于上述半导体层上；以及
一列传送电极，其配置于上述电绝缘层上，用于使上述半导体层内产生势阱，
上述处理装置具备驱动装置，该驱动装置用于控制上述电荷耦合元件来传送由上述电荷生成部生成的上述电荷，
上述驱动装置具备：
时钟生成部，其输出时钟信号；以及
施加电压控制部，其进行如下传送处理：根据上述时钟信号，从上述一列传送电极的第一端的传送电极至第二端的传送电极，依次将施加到上述传送电极的电压从产生上述势阱的控制电压切换为使上述势阱消失的基准电压，来传送上述电荷，
上述施加电压控制部具备：
控制电路，其根据上述时钟信号，按每个上述传送电极生成并输出作为具有第一值和第二值的二值信号的驱动信号；以及
驱动电路，其当接收到上述驱动信号时，如果上述驱动信号为上述第一值则对与上述驱动信号对应的上述传送电极施加上述控制电压，如果上述驱动信号为上述第二值则对与上述驱动信号对应的上述传送电极施加上述基准电压，
上述控制电路构成为：在上述传送处理中，相对于与相邻的传送电极中的一个传送电极对应的上述驱动信号即第一驱动信号，使与上述相邻的传送电极中的另一个传送电极对应的上述驱动信号即第二驱动信号延迟，由此将上述第一驱动信号与上述第二驱动信号的相位差设定为与比上述时钟信号的周期短的规定时间对应的值。
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