CN1242487C - 电荷传输装置 - Google Patents

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Abstract

一种电荷传输装置，浮置扩散区(16)设置在水平输送部(1h)的输出端，以一信息包单位存储通过水平输送部(1h)传输的信息电荷。第一输出放大器(20)的输入端子连接在浮置扩散区(16)上，把浮置扩散区(16)的电位变动进行阻抗变换，生成输出信号Y(t)。第一开关晶体管(21)连接在电源电压(VD)和第一输出放大器(20)之间。该第一开关晶体管(21)在栅极接受第一控制信号SC1而工作，在垂直同步信号VT和水平同步信号HT的消隐期间变为截至状态。

Description

电荷传输装置
技术领域
本发明涉及以信息包单位传输输出信息电荷，把该信息电荷变换为电压值，作为图像信号输出的电荷传输装置。
背景技术
图4是表示以往的摄像装置的结构的框图。这里所示摄像装置由CCD摄像传感器1、升压电路2、电压调整电路3、垂直驱动电路4、水平驱动电路5、以及定时控制电路6构成。
CCD摄像传感器1例如是帧传输型的，由摄像部1i、存储部1s、水平传输部1h及输出部1d构成。摄像部1i由多个垂直移位寄存器构成，这些垂直移位寄存器的各位形成了感光象素。存储部1s由与构成摄像部1i的多个垂直移位寄存器分别连续的多个垂直移位寄存器构成。水平传输部1h由在存储部1s的输出一侧、沿水平方向设置的单一移位寄存器构成，在各位中接受构成存储部1s的多个垂直移位寄存器的各输出。输出部1d设置在水平传输部1h的输出一侧，具有：作为接受来自水平传输部1h的输出的电容器的浮置扩散区(floating diffusion)和取入存储在浮置扩散区中的电荷并排出的复位漏极(reset drain)。
升压电路2例如是采用充电泵方式的升压电路，取入从外部供给的电源电压VD并升压，并把升压电压提供给CCD摄像传感器1和垂直驱动电路4。该升压电路2包含正电压充电泵和负电压充电泵，在正电压充电泵生成正一侧的升压电压VOH，在负电压充电泵生成负一侧的升压电压VOL。
电压调整电路3取入电源电压VD，生成给定的调整电压，作为输出VK向水平驱动电路5输出。在该电压调整电路3中，用比较器比较把供给的电源电压VD用电阻分割后的分压电压和给定的基准电压VR，根据比较器的输出生成调整电压。在电压调整电路3中，配合下一级的水平驱动电路5的动作电压设定了调整电压的电压值，以把电源电压VD降压到水平驱动电路5的工作电压的状态调整了输出VK。
垂直驱动电路4接受从升压电路2输出的升压电压VOL而工作，生成帧传输时钟φf和垂直传输时钟φv，并向摄像部1i和存储部1s输出。在该垂直驱动电路4生成的帧传输时钟φf和垂直传输时钟φv，与由定时控制电路6生成的垂直同步信号VT和水平同步信号HT同步生成。
水平驱动电路5，接受电压调整电路3所输出的调整电压VK而动作，产生水平传输时钟φh、输出时钟φo及复位时钟φr并输出到水平传输部1h及输出部1d。在该水平驱动电路5生成的水平传输时钟φh、输出时钟φo及复位时钟φr，与水平同步信号HT同步生成。
定时控制电路6由计算一定周期的基准时钟CK的多个计数器构成，以给定的比率把基准时钟CK分频，生成垂直同步信号VT和水平同步信号HT。另外，定时控制电路6也向对CCD摄像传感器1的输出信号进行给定的信号处理的信号处理电路(未图示)、上述的升压电路以及电压调整电路3供给定时信号，使各电路的动作与CCD摄像传感器1的动作时刻同步。
图5是说明图4的动作的时序图。帧传输时钟φf是生成在垂直同步信号VT的消隐期间中并进行时钟控制。据此，以给定的存储时间存储在摄像部1i中的信息电荷以高速且一次完成地向存储部1s传输输出。垂直传输时钟φv与帧传输时钟φf同步生成，并且与水平同步信号HT同步生成。据此，用帧传输时钟φf从摄像部1i传输输出的一个画面的信息电荷被输入存储部1s，并且以一行单位把输入的信息电荷传输输出到水平传输部1h。水平传输时钟φh与水平同步信号HT同步，并在从存储部1s传输输出了一行的信息电荷的期间中进行时钟控制地生成。据此，从存储部1s传输输出的信息电荷以一信息包的单位依次输出到输出部1d。
图6是说明输出部1d的动作的时序图。输出时钟φo与水平传输时钟φh同步上升。据此，从水平传输部1h传输输出的一信息包的信息电荷被取入设置在输出部1d中的浮置扩散区中。然后，浮置扩散区的电位按照存储电荷量变化，该变化被取入输出放大器中，作为图像信号Y(t)输出。这样，与浮置扩散区中存储电荷的期间对应而输出的图像信号Y(t)成为与在感光区域中成像的被拍摄物图像的亮度电平对应的信号电平。复位时钟φr在从信息电荷被取入浮置扩散区中的时刻开始延迟给定期间的时刻上升。据此，存储在浮置扩散区中的信息电荷被取入复位漏极，并排出。在与该复位动作对应的期间中输出的图像信号Y(t)成为复位电平。然后，重复信号电平和复位电平的图像信号Y(t)在下一级的模拟信号处理电路中只取出信号电平，再输出到下一级的A/D转换电路、数字信号处理电路。
可是，在上述的摄像装置中，有作为数字相机而装入移动电话和笔记本型个人电脑中的。在装入这种电子机器的类型的摄像装置中，为了抑制作为电子机器整体的耗电，设定了在不使用相机功能的期间，停止向摄像装置的电力供给的等待模式。在该等待模式时，电源电压VD自身供给到升压电路2和电压调整电路3，但是通过使升压电路2和电压调整电路3的动作停止，就不向下一级的垂直驱动电路4、水平驱动电路5、定时控制电路6等供给工作电压。
如上所述，在装入电子机器中的摄像装置中，通过设定等待模式，可以降低不使用相机功能时的耗电，实现了作为电子机器全体的低耗电化。因此，为了实现更低的耗电，不仅在等待模式时，而且在使用相机功能时也需要降低摄像装置自身的耗电。这种情况并不局限于装入电子机器中的摄像装置，即使在例如电池驱动的数字相机中也是同样的，摄像装置的低耗电化成为重要的课题。
发明内容
本发明是鉴于所述课题而提出的，其特征在于：在以信息包单位传输输出信息电荷，把该信息电荷变换为电压值而输出的电荷传输装置中，具有：存储传输输出的信息电荷的电容器；与所述信息电荷的传输动作同步，排出存储在所述电容器中的信息电荷的复位漏极；接受第一电压而工作，取出所述电容器的电位，作为图像信号而输出的输出放大器；在垂直扫描和水平扫描的消隐期间内的至少一部分的期间中停止向所述输出放大器供给所述第一电压；所述输出放大器在垂直扫描和水平扫描的至少一个消隐期间的结束前，开始所述第一电压的供给。
据此，在垂直扫描和水平扫描的消隐期间内的至少一部分的期间中，能防止在输出放大器产生的电流消耗。据此，能削减作为电荷传输装置的耗电量。
附图说明
图1是说明本发明的实施例的剖视图和电路图。
图2是说明图1的动作的时序图。
图3是说明第二开关晶体管22的动作的时序图。
图4是表示以往的摄像装置的结构的框图。
图5是说明图4的动作的时序图。
图6是说明输出部的动作的时序图。
图中：1-CCD摄像传感器；2-升压电路；3-电压调整电路；4-垂直驱动电路；5-水平驱动电路；6-定时控制电路；10-硅基板；11、12-转移电极；13-输出栅极；14-复位晶体管；15-绝缘膜；16-浮置扩散区；17-复位漏极；20-第一输出放大器；21-第一开关晶体管；22-第二开关晶体管；23-第二输出放大器。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施例的结构的图，并且通过剖视图和电路图进行组合表示。须指出的是，在该图中，只表示了本发明的电荷传输装置的全体结构中的输出部的结构，关于这里未图示的摄像部、存储部，与图4所示的相同。
在硅基板10上，隔着绝缘膜15多层配置了多个转移电极11、12，而构成了水平输送部1h。关于该水平输送部1h，具有与图4所示相同的结构，根据外加在各转移电极11、12上的水平传输时钟φh1、φh2，信息电荷在形成在转移电极下的沟道区域内传输。并且，在水平输送部1h的输出端，接着转移电极11、12地形成了输出栅电极13。在水平输送部1h的输出一侧的硅基板10的表面区域，与输出栅电极13相邻地形成了浮置扩散区16，暂时保存从水平输送部1h传输输出的信息电荷。该浮置扩散区16连接了第一输出放大器20的输入端子，据此，与存储电荷量的变化所对应的浮置扩散区16的电位变动就被传递给第一输出放大器20。另外，在从浮置扩散区16隔开一定的距离的硅基板10的表面区域，形成了外加给定的电压VRD(例如电源电压VD)的复位漏极17。这些浮置扩散区16及复位漏极17，都是在硅基板10的表面区域注入高浓度的N型杂质离子而形成的。在浮置扩散区16和复位漏极17之间的区域形成了接受复位时钟φr的复位电极14，据此，构成了复位晶体管。该复位晶体管响应复位时钟φr，使浮置扩散区16和复位漏极17之间导通，把存储在浮置扩散区16中的信息电荷向复位漏极17排出。
第一输出放大器20例如由两级的源极跟随电路20a、20b构成，在第一级的源极跟随电路20a的输入一侧接受浮置扩散区16的电位变动。该第一输出放大器20接受电源电压VD的变动而工作，把在输入一侧接受的浮置扩散区16的电位变动进行阻抗变换，取得输出信号。各源极跟随电路20a、20b，是在电源电压VD的输入端子和接地点之间串联连接的两个MOS晶体管，分别把电源一侧的MOS晶体管的栅极作为输入，并且把两个MOS晶体管的连接点作为输出，相应提供给接地一侧的MOS晶体管的栅极的控制电压VC设定增益。由该第一输出放大器20，放大并输出相应浮置扩散区16的电位变动量而产生振幅的输出信号Y(t)的驱动能力。
第一开关晶体管21是P沟道型的MOS晶体管，连接在电源电压VD和第一输出放大器20之间。而且，基板端子连接了电源电压VD，并且在栅极接受第一控制信号SC1。第二开关晶体管22是P沟道型的MOS晶体管，连接在电源电压VD和复位漏极17之间。而且，基板端子连接了电源电压VD，并且在栅极接受第二控制信号SC2。这些第一和第二开关晶体管21、22内置在CCD摄像传感器附近的垂直驱动电路等中。
第二输出放大器23由串联在电源电压VD和接地点之间的双极性晶体管和电阻元件形成的射极跟随器电路构成。该第二输出放大器23接受电源电压VD而工作，取得与在输入一侧接受的第一输出放大器20的输出信号Y(t)的振幅对应的输出。从第二输出放大器23，输出对第一输出放大器20的输出而言驱动能力被进一步放大的输出信号Y(t)’。
下面，说明图1的动作。图2是说明图1的动作的时序图，在该图中，(H)、(L)分别表示H电平和L电平。
垂直同步信号VT和水平同步信号HT，是以给定的比率把一定频率的基准时钟CK分频而生成的。例如，当根据NTSC方式时，水平同步信号HT是通过把信号处理过程中使用的彩色副载波的频率3.58MHz的4倍的频率的基准时钟分频为1/910而生成的。再把该水平同步信号HT分频为2/525，就生成了垂直同步信号VT。这些垂直同步信号VT和水平同步信号HT决定了CCD摄像传感器1的垂直扫描和水平扫描，如果是垂直同步信号VT，则用一个周期(1V)规定一个画面部分的图像信号Y(t)的输出期间，如果是水平同步信号HT，就规定了一个周期(1H)中，一行部分的图像信号Y(t)的输出期间。
水平传输时钟φh与水平同步信号HT同步而生成，水平同步信号HT在表示H电平的期间中进行了时钟控制。该水平传输时钟φh在进行时钟控制的期间中，依次以一信息包单位把一行的信息电荷向浮置扩散区16传输输出。然后，用输出时钟φo和复位时钟φr交替重复向浮置扩散区16的电荷存储和向复位漏极17的电荷排出，结果，在1H的期间中，输出一行的图像信号Y(t)。
第一控制信号SC1是控制第一开关晶体管21的动作的信号，例如由定时控制电路6生成。该第一控制信号SC1与垂直同步信号VT以及水平同步信号HT对应而生成，水平同步信号HT和垂直同步信号VT按照表示H电平的期间，下降为L电平，水平同步信号HT和垂直同步信号VT按照表示L电平的期间，上升为H电平。据此，第一开关晶体管21与水平同步信号HT和垂直同步信号VT的消隐期间配合，成为断开状态。另外，第一控制信号SC1在该下降的时刻，对于消隐期间的结束时刻设置了给定期间的界限S。因此，第一开关晶体管21在图像信号Y(t)的输出开始时刻之前，变为导通状态。
第二控制信号SC2是控制第二开关晶体管22的动作的信号，与第一控制信号SC1同样，例如由定时控制电路6生成。该第二控制信号SC2是与摄像装置的动作和信息电荷的输出信息包数对应而生成的，只在摄像装置为等待模式，并且一个画面的图像信号Y(t)的输出结束了时，上升为H电平。因此，在图2所示的期间中，总是下降为L电平，第二开关晶体管22在摄像装置处于工作状态的期间中，总是导通状态。
这样，通过使第一开关晶体管21配合垂直同步信号VT以及水平同步信号HT而工作，能间歇地对第一和第二输出放大器20、23供给电源。即在图像信号Y(t)的输出期间，使第一开关晶体管21为导通状态，能实现对第一和第二输出放大器20、23的高效的电源供给。据此，能防止第一和第二输出放大器20、23中消耗不必要的电流，能实现作为摄像装置的耗电的下降。
另外，在图像信号Y(t)的输出开始时刻之前，通过使第一开关晶体管21为导通状态，能对第一和第二输出放大器20、23供给电压充分上升的了的工作电压。
图3是说明第二开关晶体管22的动作的时序图。在该图中，(H)、(L)与图2同样，分别表示H电平、L电平。
在摄像装置为工作状态的时刻t0～t1，以一行单位依次输出图像信号Y(t)，因此，在该期间中，第二开关晶体管22为导通状态。因此，在复位漏极17中外加了上升到给定的电位的复位电压VRD。
在摄像装置设定为等待模式的时刻t1～时刻t2，停止了对CCD摄像传感器1供给的各时钟脉冲的生成，按照它，也停止了图像信号Y(t)的输出。这时，如果图像信号Y(t)的输出结束了一个画面的部分，则第二控制信号SC2上升为H电平，按照它，第二开关晶体管22变为断开状态。据此，停止了对复位漏极17供给复位电压VRD，复位漏极17的电压渐渐下降。须指出的是，之所以只在一个画面的图像信号Y(t)的输出结束时，第二开关晶体管22为断开状态，是为了当停止了复位电压VRD的供给时，防止复位漏极17中残留的排出电荷流入水平输送部一侧或存储部一侧，混入信息电荷中。因此，当转移到等待模式时，如果为摄像部和存储部中存储了信息电荷的状态，则第二开关晶体管22不会成为断开状态。
而且，在摄像装置再次变为工作状态的时刻t2以后，开始了图像信号Y(t)的输出，并且第二控制信号SC2下降为L电平。据此，第二开关晶体管22再次变为导通状态，开始了向复位漏极17供给复位电压VRD。
这样，使第二开关晶体管22暂时为断开状态，通过间歇地供给复位电压VRD，能实现对复位漏极17的高效的电压供给。据此，能进一步抑制作为摄像装置的不必要的耗电，特别是对需要搭载摄像装置的电子机器的低耗电化是有效的。
以上，参照图1～图3说明了本发明的实施例。根据本发明，通过在垂直扫描和水平扫描的消隐期间内的至少一部分期间中，通过停止向第一和第二输出放大器20、23供给电源，能防止在与图像信号Y(t)的输出期间无关系的期间中消耗电力。据此，能实现作为摄像装置的低耗电化，并且能实现作为搭载了它的电子机器的整体的低耗电化。
须指出的是，在本实施例中，举例表示了帧传输型的CCD摄像传感器，但是本发明并不局限于此。即如果是用输出部把从水平传输部传输输出的信息电荷变换为电压值的结构，就能充分应用，即使是传输方式不同的行间(interline)型或帧行间型，也是有效的。
另外，关于第一和第二开关晶体管21、22，在本实施例中，采用了内旨在CCD摄像传感器周边的驱动电路中的结构，但是并不局限于此。即第一和第二开关晶体管21、22如果是与CCD摄像传感器同样的MOS结构，就可以内置在CCD摄像传感器中。
根据本发明，在垂直扫描和水平扫描的消隐期间内的至少一部分期间中，通过停止向输出放大器供给电源，能防止在与图像信号的输出期间无关系的期间中消耗电力。据此，能实现摄像装置的低耗电化。

Claims (3)

1.一种电荷传输装置，以信息包单位传输输出信息电荷，并把该信息电荷变换为电压值而输出，其特征在于，具有：
存储所传输输出的信息电荷的电容器；
与所述信息电荷的传输动作同步地排出存储在所述电容器中的信息电荷的复位漏极；以及
接受第一电压而产生动作，取出所述电容器的电位并作为图像信号而输出的输出放大器，
在垂直扫描和水平扫描的消隐期间内的至少一部分的期间中停止向所述输出放大器供给所述第一电压，
所述输出放大器在垂直扫描和水平扫描的至少一个消隐期间的结束前，开始所述第一电压的供给。
2.根据权利要求1所述的电荷传输装置，其特征在于：具有：连接在所述第一电压及所述输出放大器之间，对应于所述垂直扫描和水平扫描的至少一个而工作的开关晶体管。
3.根据权利要求1所述的电荷传输装置，其特征在于：所述复位漏极上外加了根据所述第一电压而生成的第二电压，在所述第一电压的给定的信息包的传输输出结束后，停止所述第二电压的供给。
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