CN1303810C - 固态图像传感器，固态图像传感装置，相机以及用于固态图像传感器的电荷传输方法 - Google Patents
固态图像传感器，固态图像传感装置，相机以及用于固态图像传感器的电荷传输方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1303810C CN1303810C CNB200410090413XA CN200410090413A CN1303810C CN 1303810 C CN1303810 C CN 1303810C CN B200410090413X A CNB200410090413X A CN B200410090413XA CN 200410090413 A CN200410090413 A CN 200410090413A CN 1303810 C CN1303810 C CN 1303810C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vertical
- electric charge
- state image
- charge
- carry electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 30
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 148
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000005570 vertical transmission Effects 0.000 claims description 89
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 86
- 230000005571 horizontal transmission Effects 0.000 claims description 29
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 9
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 abstract description 15
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 abstract description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 37
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 235000012364 Peperomia pellucida Nutrition 0.000 description 1
- 240000007711 Peperomia pellucida Species 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
- H04N25/46—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
- H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
- H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
- H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/715—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using frame interline transfer [FIT]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
本发明涉及到一种固态图像传感器，一种固态图像传感装置，和一种实现高速操作的相机，全都能输出信号电荷来维持光敏性，并且即便是减少组成一帧图像的像素数量也能产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。固态图像传感器包括多个光电转换器，垂直传送组，和设置在垂直传送组一侧的一个水平传送单元。每个垂直传送组包括2n+1个垂直传送单元，其中n是大于1的整数。每个垂直传送单元包括按列布置的多个传送电极，和接收并存储来自光电转换器的电荷的电荷存储单元。在2n+1个垂直传送单元中的n个中，靠近水平传送单元设置的预定的传送电极是独立传送电极。
Description
本发明是基于2003-399971号日本专利申请，其内容可供参考。
技术领域
本发明涉及到图像传感装置，其中有一系列各自对入射光执行光电转换的单元按一维阵列或二维矩阵布置在一个半导体基板上，具体涉及到改善图像传感装置的处理速度和光敏性的技术。
背景技术
近年来，包括具有光电转换器及其驱动单元的固态图像传感器的一种固态图像传感装置的研发正在取得进展。
固态图像传感装置主要被用于诸如数码静态相机和数码视频相机等数码相机。对改善数码相机的图像质量有越来越高的要求。采用高密度像素的固态图像传感器目前正在迅猛地加速开发。
用数码相机拍摄视频图像时，不需要按照静态图像那样高的分辨率输出动态图像，而是需要高速执行信号处理。
为此提出了一种方法，用像素跳跃方法减少需要在固态图像传感器中处理的像素数量。在固态图像传感器中通过光电转换产生信号电荷。按照这种方法，从整个图像上均匀地放弃像素，并且仅仅读出保留像素所产生的信号电荷。
例如专利文献1(日本专利申请公开号H11-234688)还描述了一种固态图像传感器驱动方法，在固态图像传感器的水平方向上减少所要处理的像素数量。按照这种方法，所有像素被划分成块，每一块由水平方向上彼此相邻排列的三个像素组成。在每一个块中，在固态图像传感器内将除中间像素的两个像素(即块两端的两个像素)的信号电荷加合在一起。该中间像素的信号电荷与相邻块的中间像素加合。按这样加合像素的信号电荷，所述驱动方法就能减少从固态图像传感器输出的视频信号在水平方向上需要处理的像素数量。
如果将水平方向上需要处理的像素数量减少三分之一，在用于输出所有像素的采样频率的三分之一处发生折叠，剩余的、采样频率的三分之二处的分量被加在直流(DC)分量上。然而，在按照所述常规方法驱动的固态图像传感器中，采样频率的三分之一成分不是零(参见图15)，这样会导致波纹和/或混叠信号，或是因采样频率降低影响到光敏性。这样会招致输出视频信号的图像质量变差。另外，像素的信号电荷加合会造成不利影响，使固态图像传感器输出的视频信号顺序变得不规则，需要通过图像处理重新对数据排序。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供：(a)一种固态图像传感器，能够至少在固态图像传感器的水平方向上减少需要处理的像素数量，并且能按高速和高光敏性输出没有波纹和混叠信号的高质量视频信号，并且按信号对所有像素的原有顺序读出，以及(b)一种固态图像传感装置和一种装备有这种固态图像传感器的相机。
为了解决上述问题，本发明的固态图像传感器，按照接收的光量产生电荷，并且输出产生的电荷。固态图像传感器包括：按行和列矩阵布置的多个光电转换器，各个光电转换器能够按接收的光量产生电荷；各自沿着各列光电转换器设置的多个垂直传送单元，并包括(a)多个传送电极和(b)与传送电极一对一的电荷存储单元，每个电荷存储单元内能够存储产生的电荷，并且按照施加在对应传送电极上的电压将存储的电荷传送到相邻的电荷存储单元；以及在电荷传送方向上沿着垂直传送单元的端侧按行的方向设置的一个水平传送单元，在行的方向上彼此相邻排列的每2n+1个垂直传送单元被编成一个垂直传送组，其中n是大于等于1的整数，在每个垂直传送组内2n+1垂直传送单元中的n个中，靠近水平传送单元设置的一或多个预定的传送电极是没有连接到垂直传送组的其它传送电极的独立传送电极。
按照上述配置，本发明的固态图像传感器能够将2n+1垂直传送单元中n个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余n+1垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量2n+1个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，即处理过程中没有信号电荷被放弃，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的排列顺序和中心保持与读出所有图像像素时一样。这样就能提供一种固态图像传感器，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
在垂直传送组内，除独立传送电极之外的传送电极可以是连接到垂直传送组中其它传送电极的连接的传送电极。对连接的传送电极施加同相电压。
按照上述配置，本发明的固态图像传感器能够将2n+1垂直传送单元中n个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余n+1垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量2n+1个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，即处理过程中没有信号电荷被丢弃，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的排列顺序和中心保持与读出所有图像像素时一样。这样就能提供一种固态图像传感器，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
此处的n可以是1。在每一垂直传送组内的三个传送单元之一中，靠近水平传送单元设置的一或多个预定的传送电极可以是独立传送电极。
按照所述配置，本发明的固态图像传感器能够将三个垂直传送单元中一个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余两个垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量即三个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的顺序排列和中心保持与读出所有图像像素时一样。这样就能提供一种固态图像传感器，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
此处，在垂直传送组内的三个垂直传送单元之一中，独立传送电极可以至少是距水平传送单元的第二和第四传送电极。
按照所述配置，本发明的固态图像传感器能够将三个垂直传送单元中一个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余两个垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量即三个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的排列顺序和中心保持与读出所有图像像素时一样。这样就能提供一种固态图像传感器，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
此处，在垂直传送组内的三个垂直传送单元之一中，独立传送电极可以至少是距水平传送单元的第三和第五传送电极。
按照所述配置，本发明的固态图像传感器能够将2n+1垂直传送单元中n个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余n+1个垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量即2n+1个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，即处理过程中没有信号电荷被放弃，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的排列顺序和中心保持与读出所有图像像素时一样。这样就能提供一种固态图像传感器，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
此处可以按两行两列光电转换器的循环图形布置各自设置在一个光电转换器上方的多个滤色器。
按照所述配置，本发明的固态图像传感器具有按2×2栅格总共四个像素循环布置的滤色器，能够将2n+1垂直传送单元中n个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余n+1个垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量即2n+1个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，即处理过程中没有信号电荷被放弃，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的顺序排列和中心保持与读出所有图像像素时相同。这样就能提供一种固态图像传感器，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
此处，在四个光电转换器各自的循环图形中，对角线上的两个滤色器可以具有第一色，而其余两个滤色器分别具有第二和第三色。
按照所述配置，滤色器被布置成Bayer图形，这样就能提供一种能够对应着高质量水平信号输出信号电荷的固态图像传感器。
本发明的固态图像传感装置包括一个固态图像传感器和控制器。固态图像传感器包括：按行和列矩阵布置的多个光电转换器，并且能够按接收的光量产生电荷，各自沿着各列光电转换器设置的多个垂直传送单元，并包括(a)多个传送电极和(b)一对一对应传送电极的电荷存储单元，以及在电荷传送方向上沿着垂直传送单元的端侧按行的方向设置的一个水平传送单元，并且包括(a)水平传送电极，其中两个相对于各个垂直传送单元被设置在行的方向，以及(b)一对一对应着水平传送电极的水平电荷存储单元，在垂直和水平电荷存储单元内能够存储产生的电荷，并且按照施加在对应传送电极上的电压将存储的电荷传送到相邻的电荷存储单元，在行的方向上彼此相邻排列的每2n+1个垂直传送单元被编成一个垂直传送组，其中n是大于等于1的整数，在每个垂直传送组内2n+1垂直传送单元中的n个中，靠近水平传送单元设置的一或多个预定的传送电极是没有连接到垂直传送组的其它传送电极的独立传送电极。控制器能够对垂直和水平传送电极系统地施加控制电压，按预定的顺序(i)到(iv)执行电荷传送操作：(i)在存储在与输出电荷的预定方向相对一侧上按垂直传送组设置的n个垂直传送单元内的电荷当中，存储在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元中的电荷被垂直传送到水平传送单元，(ii)操作(i)中传送的电荷被水平传送到在输出电荷的预定方向上偏移了2n，2n+1和2n+2行之一的一个位置，(iii)在存储在垂直传送单元中n个垂直传送单元之外的垂直传送单元内的电荷当中，在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元内存储的电荷被垂直传送到水平传送单元，以及(iv)操作(ii)和(iii)中传送的电荷按4n+2相位模式被水平传送。
本发明的一种用于控制固态图像传感装置的控制器执行的电荷传输方法，所述固态图像传感装置包括：
(a)按行和列矩阵布置的多个光电转换器，各个光电转换器能够按接收的光量产生电荷；(b)各自沿着各列光电转换器设置的多个垂直传送单元，并包括多个垂直传送电极和一对一对应传送电极的垂直电荷存储单元；(c)在电荷传送方向上沿着垂直传送单元的端侧按行的方向设置的一个水平传送单元，并包括多个水平传送电极和一对一对应传送电极的水平电荷存储单元，其中的两个水平传送电极与每一个垂直传送单元按行的方向设置，每个垂直和水平电荷存储单元内能够存储产生的电荷，并且按照施加在对应传送电极上的电压将存储的电荷传送到相邻的电荷存储单元；在行的方向上彼此相邻排列的每2n+1个垂直传送单元被编成一个垂直传送组，其中n是大于等于1的整数，在每个垂直传送组内2n+1垂直传送单元中的n个中，靠近水平传送单元设置的一或多个预定的传送电极是没有连接到垂直传送组的其它传送电极的独立传送电极；能够对垂直和水平传送电极系统地施加控制电压的控制器，所述的电荷传输方法包括如下步骤：
(i)在存储在与输出电荷的预定方向相对一侧上按垂直传送组设置的n个垂直传送单元内的电荷当中，存储在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元中的电荷被垂直传送到水平传送单元，
(ii)操作(i)中传送的电荷被水平传送到在输出电荷的预定方向上偏移2n，2n+1和2n+2行之一的一个位置，
(iii)在存储在垂直传送单元中n个垂直传送单元之外的垂直传送单元内的电荷当中，在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元内存储的电荷被垂直传送到水平传送单元，以及
(iv)操作(ii)和(iii)中传送的电荷按4n+2相位模式被水平传送。
按照所述配置或者方法，本发明的固态图像传感装置能够将2n+1垂直传送单元中n个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余n+1个垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量即2n+1个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，即处理过程中没有信号电荷被放弃，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的顺序排列和中心保持与读出所有图像像素时一样。这样就能提供一种固态图像传感器，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
此处，在垂直传送组内，除独立传送电极之外的传送电极可以是连接到垂直传送组中其它传送电极的连接的传送电极。对连接的传送电极施加同相电压。
按照上述配置，本发明的固态图像传感器能够将2n+1垂直传送单元中n个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余n+1垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量2n+1个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，即处理过程中没有信号电荷被放弃，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的排列顺序和中心保持与读出所有图像像素时一样。这样就能提供一种固态图像传感器，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
此处的控制器还可以对垂直传送电极施加控制电压，将各自位于列方向上每个其它光电转换器中的2m+1个光电转换器所产生的电荷加合，其中的m是大于等于1的整数。
按照这种配置，一个图像中一帧的数据量是1/((2m+1)×(2n+1))。这样就能增加每单位时间内处理的图像帧数。
此处的n可以是1。在每一垂直传送组内的三个垂直传送单元之一中，靠近水平传送单元设置的一或多个预定的垂直传送电极可以是独立传送电极。电荷传送操作可以包括：(i)在存储在与预定方向相对一侧上设置的垂直传送组内的一个垂直传送单元内存储的电荷当中，存储在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元中的电荷被垂直传送到水平传送单元，(ii)操作(i)中传送的电荷被水平传送到在输出电荷的预定方向上偏移了对应着2，3，4行光电转换器之一的一个位置，(iii)在存储在其余两个垂直传送单元内的电荷当中，在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元内存储的电荷被垂直传送到水平传送单元，以及(iv)操作(ii)和(iii)中传送的电荷按六相位模式被水平传送。
此处，所述的电荷传输方法的一个情况是，步骤(i)中，在存储在与预定方向相对一侧上设置的由三个垂直传送单元构成的垂直传送组内的一个垂直传送单元内存储的电荷当中，存储在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元中的电荷被垂直传送到水平传送单元；
步骤(ii)中，操作(i)中传送的电荷被水平传送到在输出电荷的预定方向上偏移了对应着2，3，4行光电转换器之一的一个位置；
步骤(iii)中，在存储在其余两个垂直传送单元内的电荷当中，在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元内存储的电荷被垂直传送到水平传送单元，以及
步骤(iv)中，步骤(ii)和(iii)中传送的电荷按六相位模式被水平传送。
按照所述配置或者方法，本发明的固态图像传感器能够将三个垂直传送单元中一个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余两个垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量即三个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的排列顺序和中心保持与读出所有图像像素时一样。这样就能提供一种固态图像传感器，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
此处的控制器还可以对垂直传送电极施加控制电压，从而(a)将各自位于列方向上每个其它光电转换器中的三个光电转换器所产生的电荷加合，并且(b)垂直传送加合的电荷。
按照这种配置，对应着信号电荷的待处理数据量在列方向上被减少到三分之一。这样就能增加每单位时间内处理的数据量。另外，由于没有信号电荷被放弃，能够提供一种具有高光敏性的固态图像传感装置。
此处的控制器还可以对垂直传送电极施加控制电压，从而(a)在各自位于列方向上每一其它光电转换器中的三个光电转换器所产生的电荷当中，丢弃三个当中中间一个光电转换器所产生的电荷，(b)将其余两个光电转换器产生的电荷加合，并且(c)垂直传送加合的电荷。
按照这种配置，对应着信号电荷的待处理数据量在列方向上被减少到三分之一。这样就能增加每单位时间内处理的数据量。
此处的控制器还可以对垂直传送电极施加控制电压，从而(a)在各自位于列方向上每一其它光电转换器中的三个光电转换器所产生的电荷当中，丢弃三个当中两端的光电转换器所产生的电荷，并且(b)垂直传送保留下来的、中间光电转换器所产生的电荷。
按照这种配置，对应着信号电荷的待处理数据量在列方向上被减少到三分之一。这样就能增加每单位时间内处理的数据量。
此处可以按两行两列光电转换器的循环图形布置各自设置在一个光电转换器上方的多个滤色器。
按照所述配置，本发明的固态图像传感装置具有按2×2栅格总共四个像素循环布置的滤色器，能够将2n+1垂直传送单元中n个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余n+1个垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量即2n+1个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，即处理过程中没有信号电荷被丢弃，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的排列顺序和中心保持与读出所有图像像素时一样。这样就能提供一种固态图像传感装置，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
此处，按照循环图形，对角线上的两个滤色器可以具有第一色，而其余两个滤色器分别具有第二和第三色。
按照所述配置，滤色器被布置成Bayer图形，这样就能提供一种能够对应着高质量水平信号输出信号电荷的固态图像传感装置。
此处可以按两行四列光电转换器的循环图形布置各自设置在一个光电转换器上方的多个滤色器，两个相邻光电转换器可以各自处在一个单块的循环图形内。控制器还能向垂直传送电极施加控制电压，将相对于各个单块的电荷加合。
按照所述配置，本发明的固态图像传感装置能够将2n+1垂直传送单元中n个的信号电荷传送到水平传送单元，与其余n+1个垂直传送单元的信号电荷保持独立。这样，将所需数量即2n+1个像素的信号电荷加合，在水平传送单元内需要处理的像素数量在水平方向上被减少了。由于对应着各个像素的信号电荷全都被用于处理，即处理过程中没有信号电荷被丢弃，光敏性得以维持。由于所需处理的像素数量减少，能够高速执行图像处理。另外，像素的排列顺序和中心保持与读出所有图像像素时一样。这样就能提供一种固态图像传感装置，能够输出信号电荷，产生没有波纹和混叠信号的高质量视频信号。
本发明的相机具有上述固态图像传感器。
这种配置能使数码相机高速操作，因为数据能够从固态图像传感器迅速输出，并能提高图像质量。
附图说明
从以下结合附图所做的说明就能理解本发明的所述及其他目的，优点和特征，附图中表示本发明的具体实施例。在附图中：
图1表示按照本实施例的一种固态图像传感器1的示意性配置；
图2A和2B是信号电荷被加到一起的那些像素的组合示意图；
图3表示在固态图像传感器1中栅极电极的具体定位示意图；
图4是电极配置的示意图；
图5A和5B表示控制器提供给垂直传送单元3和水平传送单元4的控制信号驱动波形的时序图，并且表示信号电荷按照时序图的传送操作。
图6A和6B表示驱动波形的局部放大图；
图7的状态过渡示意图表示固态图像传感器1在控制器控制下的传送操作；
图8的状态过渡示意图表示固态图像传感器1在控制器控制下的传送操作；
图9的另一个状态过渡示意图表示固态图像传感器1在控制器控制下的传送操作；
图10的另一个状态过渡示意图表示固态图像传感器1在控制器控制下的传送操作；
图11的另一个状态过渡示意图表示固态图像传感器1在控制器控制下的传送操作；
图12表示按照本发明的固态图像传感器的一个实施例中加合像素组的示意性图形；
图13表示按照本发明的固态图像传感器的另一实施例中加合像素组的另外的示意性图形；
图14表示按照本发明的固态图像传感器的另一实施例中加合像素组的另外的示意性图形；
图15的曲线表示水平空间频率响应；
图16表示按照本发明的数码相机的一例配置；
图17的示意图形表示按照本发明一个实施例的固态图像传感器1中垂直传送块的一种栅极配置；
图18的示意图形表示按照本发明一个实施例的固态图像传感器1中垂直传送块的另一种栅极配置；
图19的示意图形表示按照本发明一个实施例的固态图像传感器1中垂直传送块的栅极配置。
具体实施方式
1.概述
以下要结合附图给出本发明的一个最佳实施例。
图1表示按照本实施例的一种固态图像传感器1的示意性配置。
固态图像传感器1包括各自对应着一个像素的光电转换器2，垂直传送单元3，和一个水平传送单元4。光电转换器2按照二维矩阵(行列)的图形布置。
光电转换器2是由光电二极管构成的。
如图1所示，光电转换器2各自设有三个滤色器：红(R)、绿(G)、蓝(B)之一。滤色器是按照在每个其他像素中能在垂直和水平方向上看到每一种颜色的方式布置的。
滤色器被布置成具有2×2(即四个像素)循环单元的Bayer图形。图1表示拜尔(Bayer)图形的循环单元的左下像素是R，右下和左上像素是G，而右上像素是B。
具体参见图1，Bayer图形中滤色器的一个循环单元是由像素101，102，103和104组合的。R被安置在像素101上面，B被安置在像素104上面，而G被安置在像素102和103上面。
图1中的Gb代表带绿色滤色器的一个像素，在水平方向上毗邻带蓝色滤色器的一个像素，而Gr代表带绿色滤色器的一个像素，在水平方向上毗邻带红色滤色器的一个像素。
在本实施例中，“像素”是指上面安放有滤色器的一个光电转换器。
每个垂直传送单元3是由CCD(电荷耦合器件)构成的，并且具有专用的像素列用于信号电荷传送。有许多垂直传送单元组成像素的列。
水平传送单元4也是由CCD构成的，在图1所示的输出方向上传送由各个垂直传送单元传送来的信号电荷。
固态图像传感器1按照从设置在固态图像传感器1外部的一个控制器(未表示)输入到垂直和水平传送单元3和4中所包括的传送电极的控制信号来工作。
控制器可以和固态图像传感器1集成到一起。
按照本实施例，各个垂直传送单元3从光电转换器2的上游一侧(即距水平传送单元4最远的一侧)到下游一侧(即距水平传送单元4最近的一侧)被依次划分成段，每一段对应着三个像素。此处将这些段称为垂直传送块。在各个垂直传送单元3中，最接近水平传送单元4的垂直传送块被称为末级垂直传送块。
末级垂直传送块之外的其他各个垂直传送块的传送电极具有相同的配置。
按照所述配置，每个其他像素中各自的垂直传送单元3中同颜色的三个像素的信号电荷可以加在一起。这样就能获得用一个垂直传送块传送更多信号电荷的优点。
固态图像传感器1的三个垂直传送单元3能构成一个垂直传送组。各垂直传送组中的三个垂直传送单元从最靠近输出方向一侧起分别被称为第一，第二和第三列。
垂直传送单元3和水平传送单元4在控制器的控制下传送信号电荷，固态图像传感器1将水平方向上每个其他像素中同颜色的三个像素的信号电荷加在一起。这样，需要处理的像素数量在水平方向上被减少到三分之一。
图2A和2B是信号电荷被加到一起的那些像素的组合示意图。各自处于水平方向上其它像素内的同色的三个像素构成一个加合像素组。例如图2A中所示的像素201(G11)、202(G12)和203(G13)构成一个加合像素组。
图2A和2B中用符号Rxy表示各个像素，其中R(或G或B)代表像素的滤色器，x代表像素在光电转换器矩阵内垂直方向上的位置(各行从最靠近水平传送单元4一侧起的编号是：1、2...)，y代表像素在相应的加合像素组内的位置(加合像素组内的三个像素从最靠近水平传送单元4输出方向的一侧起分别按1、2、3编号)。
固态图像传感器1对应着各个加合像素组内的各个像素将信号电荷加合。
按照类似的方式，对应着蓝色的像素204(B11)、205(B12)和206(B13)构成一个加合像素组。
图2A和2B用圆圈表示加合像素组的中心。如图中所示，加合像素组的中心彼此间在水平方向上具有均匀的间隔。
总之，如上所述，两种不同颜色的像素在各行中交替排列。将同色的三个像素的信号电荷加合，加合像素组的中心彼此间具有均匀的间隔。这样就不会产生波纹和混叠信号。
以下要说明将各个加合像素组的各个像素所产生的信号电荷加合的操作。
2.配置
图3表示在固态图像传感器1中栅极电极的具体布局的示意图。
图3表示的截面对应着图1中所示末级垂直传送块和末级垂直传送块前一级的垂直传送块。
如图3所示，在通道电栅331-335之间设有传送通道341-344。这些传送通道341-344对应着垂直传送单元。
与其它垂直传送块相比，处在垂直传送组中第三列的末级垂直传送块的传送电极具有不同的配置。
在第三列的末级传送块中，距水平传送单元4最近一侧的第二和第四电极分别是第五相位和第三相位电极。第三相位电极和第五相位电极各自被设置为不同于其它共享电极的独立电极。这是为了用第三和第五相位电极独立于其它列(即第一和第二列)中的其它垂直传送块个末级垂直传送块传送其信号电荷。
例如在列303(第三列)中，电极311独立于电极310，后者是列301(第一列)和302(第二列)中的传送电极并且是按照控制信号φVC3来控制的。电极311是按照控制信号φVC1来控制的。
按照类似方式，电极313独立于电极312，后者是列301和302中的传送电极并且是按照控制信号φVC5来控制的。电极313是按照控制信号φVC2来控制的。
图3中的HCCD是水平传送单元，并且是用六相位控制信号φH1-φH6来控制的。
图4是图3中所示电极配置的示意图。
在图4中，VCCD传送块和HCCD传送块中的各个矩形代表一个电极(例如电极401)。黑圈代表连接点(例如连接点402)，而这些黑圈之间的实线代表连接线(例如连接线403)。对通过这种连接点和连接线连接的电极施加同一控制信号。
在图3和4中，V1代表一个电极，而φV1代表施加在电极V1上的控制信号。
同样，V2-V6，VC1和VC2各自代表电极，而φV2-φV6，φVC1和φVC2代表提供给相应电极的控制信号。
在垂直传送单元3的除末级垂直传送块之外的垂直传送块中，采用单层电极隔膜(第一层电极)并且跨越垂直传送单元3的所有列的三个传送电极V2，V4和V6各自构成共享电极。
同样，采用按图3和4中所示的方法沉积在一个第一层电极上面(即上游一侧)的单层电极隔膜(第二层电极)的三个传送电极V1，V3和V5各自构成共享电极。
控制器向固态图像传感器1输出的用来传送信号电荷的控制信号有φV1-φV6，φVC1，φVC2和φH1-φH6。
3.操作
图5A和5B表示控制器提供给垂直传送单元3和水平传送单元4的控制信号驱动波形的时序图，并且表示信号电荷按照时序图的传送操作。
图6A和6B表示图5中驱动波形的局部放大图。
图7到图11的状态过渡示意图表示固态图像传感器1在控制器控制下的传送操作。以下要结合图5到图11说明固态图像传感器1在控制器施加驱动波形时的传送操作。
在电极具有图4所示配置的情况下，从光电转换器2中读出的信号电荷在水平传送信号电荷的时间周期内被存入电极V3和V4。图5A和5B中用虚线代表这些时间周期。
在图5中，如果提供给各个V1-V6和VC1-VC2的驱动脉冲是高电平，有关电极下面的各个MOS电容器就能存储。另一方面，如果驱动脉冲的低电平，各个MOS电容器就会成为势垒。
图5A的示意图表示在位于垂直传送单元3的第一到第三列内的末级垂直传送块中的各个电极V1-V6和VC1-VC2下面有没有信号电荷。
在图5A中，黑条表示有关电极的下面有信号电荷。
此处的垂直传送单元3如上所述是按照三列的循环布置的。为了便于描述，此处仅仅以三列(第一，第二和第三列)一组有关的信号电荷操作为例来说明。
在时序t550处，信号电荷出现在第三列的VC1和V4下面，在第一和第二列的V3和V4下面同时也有信号电荷。
另外，在t500到t508之间，φH1，φH3，和φH5各自维持在高电平。
首先要解释第三列中信号电荷的传送操作。
在t501，控制器将提供给VC2的φVC2设置成高电平。这样，第三列中的信号电荷就会出现在VC1，V4和VC2上。
在t502，控制器将φVC1设置成低电平。这样，信号电荷就会移到V4和VC2下面。
在t503，φVC6被设置成高电平，信号电荷会出现在V4，VC2，V6和HCCD上。
在t504，φV4被设置成低电平，信号电荷会出现在VC2，V6和H3上。
在t505，φC2被设置成低电平，信号电荷会出现在V6和H3下面。
在t507，φV6被设置成低电平，信号电荷会移到HCCD的H3。
按照t507的传送操作，在第三列的末级垂直传送块中的三个像素的信号电荷当中，仅有存储在最靠近水平传送单元4的那一像素中的信号电荷被传送到水平传送单元4。这一传送操作如图7中的箭头所示。在第三列，最靠近HCCD的像素(B13和G13)的信号电荷被分别传送到HCCD。
图6B是图5B的局部放大图，表示控制信号φH1-φH6和φR在各自代表时序的t508和t509之间的驱动波形时序图。
在t508和t509之间，控制器输出用于信号电荷传送的二相位控制信号。
在t620，传送的第三列信号电荷出现在H3下面。
在t621，φH4被设置成高电平，H3下面的信号电荷在t621和t622之间移到H4下面。
在t622，φH5被设置成高电平，H4下面的信号电荷在t622和t623之间移到H5下面。
在t623，φH6被设置成高电平，H5下面的信号电荷在t623和t624之间移到H6下面。
在t624，φH1被设置成高电平，H6下面的信号电荷在t624之后移到H1下面。
按照这种方式，水平传送单元4中的信号电荷(B13和G13)被分别传送到图8中所示朝输出方向偏移的两个像素的对应位置。
接着要描述第一和第二列中信号电荷的传送操作。如图5A所示的这些操作跨越按以上所述第三列相同的方式来解释。
如图5所示，在φV4被设置成低电平的t504之前，φV2在t503被设置成高电平。
在t500和t503之间，V3和V4存储信号电荷。φV2在t503被设置成高电平，使V2，V3和V4在t503和t504之间存储信号电荷。在t504和t505之间，V2和V3可以存储。
如此顺序启动预定的电极存储信号电荷，就能在从垂直传送块向水平传送单元4传送其它信号电荷的过程中防止信号电荷丢失。也就是说，即使垂直传送块暂时不传送其信号电荷时，也能存储这些信号电荷而不会丢失。
在第一和第二列中，在t500出现在V3和V4下面的信号电荷在控制器的控制下在t515被传送到HCCD。
在t509和t519之间，如图9所示，三列的末级垂直传送块中的信号电荷都被传送到对应着朝下游一侧偏移一行的位置，连同距各个末级垂直传送块位于上游一侧的所有垂直传送块的信号电荷。图9中用箭头表示这一传送操作。在第一和第二列中，在末级垂直传送块中三个像素的信号电荷当中，最靠近水平传送单元4的那一像素的信号电荷被传送到水平传送单元4。
如图10所示，在水平传送单元4中将各组两个像素(G12+G13和B12+B13)的信号电荷加在一起，而G11和B11的信号电荷分别单独出现在水平传送单元4中。
然后，在t519和t520之间，控制器产生图6A中所示的脉冲，用六个相位驱动HCCD，两个像素加合的信号电荷被各自传送到对应着在输出方向上偏移两个像素的位置，如图10中箭头所示。另一方面，G11和B11的信号电荷不被传送，仍然在HCCD的同一栅极下面。这样，如图11所示在水平传送单元4中将各组三个像素(G11+G12+G13和B11+B12+B13)的信号电荷加在一起。
图6A的时序图表示控制信号φH1-φH6和φR在时间t519和t520之间的驱动波形。
在t601，图10中所示两个像素组的信号电荷已被移到H1下面，而单个像素(即G11和B11)的信号电荷如上所述已被移到H5下面。
在t602，φH2被设置成高电平，两个像素组的信号电荷出现在H1，H2和H3上。
在t603，φH1被设置成低电平，而φH4被设置成高电平，两个像素组各自的信号电荷与对应着最初出现在H5下面的单个像素的信号电荷加合。这样，三个像素的信号电荷就被加在一起并且出现在H2，H3，H4和H5上。
在t604，φH2被设置成低电平，三个像素组各自的信号电荷出现在H3，H4和H5上。
在t605，φH3被设置成低电平，而φH6被设置成高电平，三个像素组各自的信号电荷出现在H4，H5和H6上。
在t605或是其后，来自控制器的控制信号按简单的重复图形输出，水平传送单元4中的信号电荷在输出方向上按顺序传送。这些控制信号从控制器反复输入到固态图像传感器1，直至完成(需要输出的)信号电荷的输出。
如上所述，对于同一行内各自两种颜色，出现在每个其它像素内的同色的三个像素的信号电荷被加合在一起。这样就能在水平方向上将需要处理的像素数量减少到三分之一。
另外，如图11所示，加合像素组彼此间具有均匀的间隔，绿色和蓝色在水平方向上交替。这样就不会出现波纹和混叠信号。
固态图像传感器1按顺序重复上述传送操作，图2A和2B中所示所有像素的信号电荷从最接近水平传送单元4的一行起每次输出一行。
从以上操作中可以看出，在所需处理的像素数量在水平方向上被减少到三分之一以后，固态图像传感器1保持原有的像素排列顺序。这样就能防止因波纹和混叠信号对图像质量的影响。另外，从固态图像传感器1输出的视频信号的屏幕更新循环能够大大改善，不用提高视频传送的时钟频率。
图12-14分别表示按照本发明的固态图像传感器的一个实施例中加合像素组的示意性图形。图12中所示同色的九个像素组成一个加合像素组。按照这种配置，在加合操作中用到所有光电二极管像素，不会丢失任何像素的信号电荷。这样就能改善固态图像传感器的光敏性。
在这种情况下，R，G，B各色加合像素组的中心如图12所示彼此间具有均匀的间隔。
这样就能产生波纹较少的高分辨率图像。
在水平方向上将每个其它像素中出现的同色的三个像素的信号电荷加合是按以下方式实现的。
(1)首先看各个垂直传送单元3，每三行有一个像素的信号电荷被读出到垂直传送单元3。然后将各个信号电荷垂直传送到对应着从原始位置向下游偏移两个像素的位置。
(2)接着将距(1)的各个像素下游一侧的第二像素的信号电荷读出到同一垂直传送单元3并且与(1)中有关像素的信号电荷加合。然后将这些加合的信号电荷垂直传送到对应着朝下游偏移两个像素的位置。
(3)同样将距(2)的各个像素下游一侧的第二像素的信号电荷读出到同一垂直传送单元3并且与有关的上述加合信号电荷加合。按照这种方式将垂直方向上每个其它像素中出现的同色三个像素的信号电荷依次加合到一起。
注意到上述加合操作可以用六相位电极配置来实行，各个垂直传送块由三个像素组成。
在各个垂直传送块由两个像素组成的一种四相位电极配置的情况下，总共需要八相位的电极。这是因为三个这种垂直传送块总共六个像素被合并为一，并且所有读出电极各自对应着需要彼此独立的六个像素。
如图13所示，总共可以用六个像素通过从图12中九个像素组成的加合像素组中排除中间一行组成一个加合像素组。
在这种情况下，R，G，B各自的加合像素组的中心仍然彼此相距均匀的间隔。这样就能获得很少有波纹的高分辨率图像。
进而如图14所示，可以仅仅用水平方向上排列的三个像素组成加合像素组，从图12的加合像素组的三行中排除两行。
如果这样排除两行，在垂直方向上需要处理的像素数量也被减少了。这样就能进一步提高信号输出速度。
有一种在垂直方向上减少所需处理像素数量的方法。例如，在从各自构成一个像素的光电二极管向垂直传送单元3读出信号电荷时，不用的行的信号电荷不被读出。不用的行的信号电荷被留在光电二极管中，这样就能通过排除不被读出的行中的信号电荷来减少需要在垂直方向上处理的像素数量。
在这种情况下，未读出的信号电荷会从光电二极管泄漏到基板。
图15的曲线表示水平空间频率响应。图中的g1代表所有像素在没有执行像素加合时的频率响应。
所有像素的奈奎斯特(Nyquist)频率F与所有像素采样频率f之间的关系可以表示为F＝1/2×f。
由于去除了所需处理像素，在用三分之一原始采样频率执行采样时，原始信号在三分之一Nyquist频率(1/3F)以上的分量发生折叠，2/3F的分量被迭加在DC分量上。
在图15中，g2代表象上述专利文献1中情况下获得的频率响应，在水平方向上依次排列的三个像素当中，两端的两个像素被加合。
在这种情况下，Nyquist频率变成了1/3F。由于2/3F分量约为0.25，并且被折叠到DC分量。结果就会产生混叠信号。
在图15中，g3代表本发明获得的频率响应，每一其它像素中同色的三个像素被加到一起。
在这种情况下，Nyquist频率也是1/3F。然而，由于2/3F的成分为0，实际上没有分量被折叠到DC分量上。
具有图15所示特性的固态图像传感器1能产生高质量视频信号，很少有波纹并且/或是减少了混叠信号。
所述配置的上述实施例和驱动方法是在水平方向上将三个像素的信号电荷加合。然而本发明也可以用于三个以上奇数像素信号电荷的加合。用于五个以上像素信号电荷加合的配置及驱动方法是本领域技术人员根据上述实施例就能理解的。
另外，本发明不仅限于具有图1所示滤色器阵列的固态特性传感器。
本发明还可以用于在其中不使用滤色器的单色固态特性传感器。
上述实施例中的固态特性传感器可用于高速操作的数码相机，因为数据从固态特性传感器快速输出，并且能获得增强的图像质量。按照本发明的高速操作模式可以兼容读出所有像素信息的正常模式，这样就能获得一种具有在动态图像模式(高速操作)和静态图像模式(所有像素读出模式)之间操作的切换模式的数码相机。
图16表示按照本发明的数码相机的一例配置。
数码相机包括：包括将来自物体的入射光聚焦到固态图像传感器1的成像区上的一个透镜的光学系统31，控制固态图像传感器1驱动的控制器32，以及对来自固态图像传感器1的输出信号执行各种信号处理的图像处理器33。
4.变形
以上根据所述实施例解释了本发明，然而本发明并非仅限于这一实施例。
本发明还包括以下情况。尽管所述实施例的情况是末级垂直传送块具有图4所示的电极配置，电极配置可有所不同。
图17-19的示意图形表示按照本发明实施例的固态图像传感器1中垂直传送块的各种栅极配置。
例如可以修改图4所示的电极配置，对第一和第二列的末级垂直传送块中的第三相位和第五相位电极采用独立电极。如图17所示，第一列中第三相位和第五相位电极分别是VC3和VC4。同样，第二列中第三相位和第五相位电极分别是VC5和VC6。
在上述实施例中，所有垂直传送单元3如图9所示同时执行传送操作。然而，采用图17的电极配置，传送操作是如下执行的。首先仅有第一和第二列执行传送操作。然后是所有垂直传送块向对应着朝下游一侧偏移一行的位置传送信号电荷。
在采用六相位驱动垂直传送单元3的情况下，在各自第三列(或所有第一到第三列)中末级垂直传送块的六个电极当中，最好有两三个是独立电极。
另外，图4所示的电极配置可以修改成图18和图19所示之一，预定的末级垂直传送块中有三个传送电极是独立电极。
这两三个独立电极的位置可以彼此相邻。然而，从制作工艺考虑，在任意两个独立电极之间最好有至少一个共享电极。
在采用六相位驱动垂直传送单元3的情况下，希望距水平传送单元4最近一侧起的第二和第四电极如图4和图7所示是独立的。或是按照图18和图19的电极配置，希望距水平传送单元4最近一侧起的第二，第四和第六电极是独立的。
本实施例是以采用六相位驱动的电极配置为例，然而也可以采用三相位或四相位电极。
在采用三相位或四相位电极时需要有两个独立电极。
以上实施例描述的情况是垂直传送组包括三个垂直传送单元3，其中一个具有独立电极。然而这样就需要满足以下条件：一个垂直传送组所包括的垂直传送单元数量是2n+1(n是大于等于1的整数)，并且，在2n+1个垂直传送单元当中，n个以上垂直传送单元具有独立电极。
换句话说，如果有三个垂直传送单元构成一个垂直传送组，就需要三个垂直传送单元中有一个以上具有独立电极。同样，如果有五个垂直传送单元构成一个垂直传送组，就需要五个垂直传送单元中有两个以上具有独立电极。同样，在七个的情况下，七个当中需要有三个以上具有独立电极。在九个的情况下，九个当中需要有四个以上具有独立电极，依此类推。
以上实施例描述的情况是，在第三列的末级垂直传送块内，距水平传送单元的第二和第四电极是独立电极。然而也可以改为距水平传送单元的第三和第五电极是独立电极。
从便于制作固态图像传感器并且简化电极写入图形的观点来看，上述实施例具有独立电极数量最少的电极配置，然而也可以增加独立电极的数量。
本发明包括实现所述固态图像传感器的一种方法。它可以是由计算机执行的计算机程序，或是代表计算机程序的数字信号。
本发明可以是一种计算机可读存储介质，例如是上面记录有所述计算机程序或数字信号的软盘，硬盘，CD-ROM(CD盘或只读存储器)，MO(磁光)盘，DVD(数字通用盘)，DVD-ROM(数字通用盘只读存储器)，DVD-RAM(数字通用盘随机存储器)，BD(Blu-ray盘)，或是半导体存储器。本发明还可以是记录在这些存储介质上的计算机程序或数字信号。
本发明还可以是需要通过以电信，有线/无线通信和Internet为代表的网络发送的计算机程序或数字信号。
本发明还可以是具有微处理器和存储器的计算机系统，存储器存储计算机程序，而微处理器按照计算机程序操作。
计算机程序或数字信号可以存储在所述存储介质中并且传送到独立的计算机系统，或是可以通过网络传送到独立的计算机系统。由独立的计算机系统执行计算机程序或数字信号。
本发明还可以用两个以上所述实施例和修改的组合来实现。
尽管本发明是参照附图借助实施例来充分描述的，应该注意到本领域技术人员可以实现各种各样的修改和变更。
因此，除非这种修改和变更超出了本发明的范围，都应该被认为是属于本发明。
Claims (21)
1.一种固态图像传感器，按照接收的光量产生电荷并且输出产生的电荷，其包括：
按行和列矩阵布置的多个光电转换器，各个光电转换器能够按照接收的光量产生电荷；
各自沿着各列光电转换器设置的多个垂直传送单元，并包括(a)多个传送电极和(b)与传送电极一一对应的电荷存储单元，每个电荷存储单元内能够存储产生的电荷，并且按照施加在对应传送电极上的电压将存储的电荷传送到相邻的电荷存储单元；以及
在电荷传送方向上沿着垂直传送单元的端侧按行的方向设置的一个水平传送单元，其中，
在行的方向上彼此相邻排列的每2n+1个垂直传送单元被编成一个垂直传送组，其中n是大于等于1的整数，在每个垂直传送组内2n+1垂直传送单元中的n个中，靠近水平传送单元设置的一或多个预定的传送电极是没有连接到垂直传送组的其它传送电极的独立传送电极。
2.按照权利要求1的固态图像传感器，其特征在于，在垂直传送组内，除独立传送电极之外的传送电极为与垂直传送组中其它连接的传送电极相连的连接的传送电极，对连接的传送电极施加同相电压。
3.按照权利要求1的固态图像传感器，其特征在于，n是1，在每一垂直传送组内的三个传送单元的一个中，靠近水平传送单元设置的一或多个预定的传送电极是独立传送电极。
4.按照权利要求3的固态图像传感器，其特征在于，在垂直传送组内的三个垂直传送单元的一个中，独立传送电极至少是距水平传送单元的第二和第四传送电极。
5.按照权利要求3的固态图像传感器，其特征在于，在垂直传送组内的三个垂直传送单元的一个中，独立传送电极至少是距水平传送单元的第三和第五传送电极。
6.按照权利要求1的固态图像传感器，其特征在于，按两行两列光电转换器的循环图形布置各自设置在一个光电转换器上方的多个滤色器。
7.按照权利要求6的固态图像传感器，其特征在于，在四个光电转换器各自的循环图形中，对角线上的两个滤色器可以具有第一色，而其余两个滤色器分别具有第二和第三色。
8.一种固态图像传感装置，包括：
固态图像传感器，其包括：
多个光电转换器，其按行和列矩阵布置并且能够按接收的光量产生电荷；
多个垂直传送单元，各自沿着各列光电转换器设置，并包括(a)多个传送电极和(b)与传送电极一对一对应的电荷存储单元；以及
一个水平传送单元，其在电荷传送方向上沿着垂直传送单元的端侧按行的方向设置，并且包括(a)水平传送电极，其中两个相对于各个垂直传送单元被设置在行的方向，以及(b)与水平传送电极一一对应的水平电荷存储单元，其中：
垂直和水平电荷存储单元内能够存储产生的电荷，并且按照施加在对应传送电极上的电压将存储的电荷传送到相邻的电荷存储单元；以及
在行的方向上彼此相邻排列的每2n+1个垂直传送单元被编成一个垂直传送组，其中n是大于等于1的整数，在每个垂直传送组内2n+1垂直传送单元中的n个中，靠近水平传送单元设置的一或多个预定的传送电极是没有连接到垂直传送组的其它传送电极的独立传送电极；以及
一个控制器，能够对垂直和水平传送电极系统地施加控制电压，按预定的顺序(i)到(iv)执行电荷传送操作：
(i)在存储在与输出电荷的预定方向相对一侧上按垂直传送组设置的n个垂直传送单元内的电荷当中，存储在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元中的电荷被垂直传送到水平传送单元；
(ii)操作(i)中传送的电荷被水平传送到在输出电荷的预定方向上偏移2n，2n+1和2n+2行之一的一个位置；
(iii)在存储在垂直传送单元中n个垂直传送单元之外的垂直传送单元内的电荷当中，在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元内存储的电荷被垂直传送到水平传送单元；以及
(iv)操作(ii)和(iii)中传送的电荷按4n+2相位模式(phase-mode)被水平传送。
9.按照权利要求8的固态图像传感装置，其特征在于，在垂直传送组内，除独立传送电极之外的传送电极为与垂直传送组中其它连接的传送电极相连的连接的传送电极，对连接的传送电极施加同相电压。
10.按照权利要求8的固态图像传感装置，其特征在于，控制器还对垂直传送电极施加控制电压，将各自位于列方向上每个其它光电转换器中的2m+1个光电转换器所产生的电荷加合，其中的m是大于1的整数。
11.按照权利要求8的固态图像传感装置，其特征在于，n是1，在每一垂直传送组内的三个垂直传送单元之一中，靠近水平传送单元设置的一或多个预定的垂直传送电极是独立传送电极，
电荷传送操作包括：
(i)在存储在与预定方向相对一侧上设置的垂直传送组内的一个垂直传送单元内存储的电荷当中，存储在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元中的电荷被垂直传送到水平传送单元；
(ii)操作(i)中传送的电荷被水平传送到在输出电荷的预定方向上偏移了对应着2，3，4行光电转换器之一的一个位置；
(iii)在存储在其余两个垂直传送单元内的电荷当中，在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元内存储的电荷被垂直传送到水平传送单元，以及
(iv)步骤(ii)和(iii)中传送的电荷按六相位模式被水平传送。
12.按照权利要求8的固态图像传感装置，其特征在于，控制器还对垂直传送电极施加控制电压，从而(a)将各自位于列方向上每个其它光电转换器中的三个光电转换器所产生的电荷加合，并且(b)垂直传送加合的电荷。
13.按照权利要求8的固态图像传感装置，其特征在于，控制器还对垂直传送电极施加控制电压，从而(a)在各自位于列方向上每一其它光电转换器中的三个光电转换器所产生的电荷当中，放弃三个当中中间一个光电转换器所产生的电荷，(b)将其余两个光电转换器产生的电荷加合，并且(c)垂直传送加合的电荷。
14.按照权利要求8的固态图像传感装置，其特征在于，
控制器还对垂直传送电极施加控制电压，从而(a)在各自位于列方向上每一其它光电转换器中的三个光电转换器所产生的电荷当中，放弃三个当中两端的光电转换器所产生的电荷，并且(b)垂直传送中间光电转换器所产生的、保留下来的电荷。
15.按照权利要求8的固态图像传感装置，其特征在于，按两行两列光电转换器的循环图形布置各自设置在一个光电转换器上方的多个滤色器。
16.按照权利要求15的固态图像传感装置，其特征在于，按照循环图形，对角线上的两个滤色器可以具有第一色，而其余两个滤色器分别具有第二和第三色。
17.按照权利要求8的固态图像传感装置，其特征在于，按两行四列光电转换器的循环图形布置各自设置在一个光电转换器上方的多个滤色器，并且两个相邻光电转换器各自处在单块的循环图形内，
控制器还向垂直传送电极施加控制电压，将每个单块所对应的电荷加合。
18.一种相机，具有权利要求1到7之一所述的固态图像传感器。
19.一种相机，具有权利要求8到17之一所述的固态图像传感装置。
20.一种用于控制固态图像传感装置的控制器执行的电荷传输方法，所述固态图像传感装置包括：
(a)按行和列矩阵布置的多个光电转换器，各个光电转换器能够按接收的光量产生电荷；(b)各自沿着各列光电转换器设置的多个垂直传送单元，并包括多个垂直传送电极和与传送电极一一对应的垂直电荷存储单元；(c)在电荷传送方向上沿着垂直传送单元的端侧按行的方向设置的一个水平传送单元，并包括多个水平传送电极和一对一对应传送电极的水平电荷存储单元，其中的两个水平传送电极与每一个垂直传送单元按行的方向设置，每个垂直和水平电荷存储单元内能够存储产生的电荷，并且按照施加在对应传送电极上的电压将存储的电荷传送到相邻的电荷存储单元；在行的方向上彼此相邻排列的每2n+1个垂直传送单元被编成一个垂直传送组，其中n是大于等于1的整数，在每个垂直传送组内2n+1垂直传送单元中的n个中，靠近水平传送单元设置的一或多个预定的传送电极是没有连接到垂直传送组的其它传送电极的独立传送电极；以及能够对垂直和水平传送电极系统地施加控制电压的控制器；所述的电荷传输方法包括如下步骤：
(i)在存储在与输出电荷的预定方向相对一侧上按垂直传送组设置的n个垂直传送单元内的电荷当中，存储在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元中的电荷被垂直传送到水平传送单元；
(ii)操作(i)中传送的电荷被水平传送到在输出电荷的预定方向上偏移2n，2n+1和2n+2行之一的一个位置；
(iii)在存储在垂直传送单元中n个垂直传送单元之外的垂直传送单元内的电荷当中，在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元内存储的电荷被垂直传送到水平传送单元；以及
(iv)操作(ii)和(iii)中传送的电荷按4n+2相位模式被水平传送。
21.按照权利要求20所述的电荷传输方法，其特征在于，步骤(i)中，在存储在与预定方向相对一侧上设置的由三个垂直传送单元构成的垂直传送组内的一个垂直传送单元内存储的电荷当中，存储在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元中的电荷被垂直传送到水平传送单元；
步骤(ii)中，操作(i)中传送的电荷被水平传送到在输出电荷的预定方向上偏移了对应着2，3，4行光电转换器之一的一个位置；
步骤(iii)中，在存储在其余两个垂直传送单元内的电荷当中，在位置最靠近水平传送单元的那些垂直传送单元内存储的电荷被垂直传送到水平传送单元，以及
步骤(iv)中，步骤(ii)和(iii)中传送的电荷按六相位模式被水平传送。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003399971 | 2003-11-28 | ||
| JP2003399971A JP4658470B2 (ja) | 2003-11-28 | 2003-11-28 | 固体撮像素子、固体撮像装置及びカメラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1625231A CN1625231A (zh) | 2005-06-08 |
| CN1303810C true CN1303810C (zh) | 2007-03-07 |
Family
ID=34616638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB200410090413XA Expired - Fee Related CN1303810C (zh) | 2003-11-28 | 2004-11-18 | 固态图像传感器，固态图像传感装置，相机以及用于固态图像传感器的电荷传输方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7515184B2 (zh) |
| JP (1) | JP4658470B2 (zh) |
| KR (1) | KR20050052362A (zh) |
| CN (1) | CN1303810C (zh) |
| TW (1) | TW200522730A (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4524609B2 (ja) * | 2004-10-29 | 2010-08-18 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法および撮像装置 |
| TWI251435B (en) * | 2004-12-22 | 2006-03-11 | Lite On Technology Corp | Light sensing element having two functions |
| JP4457961B2 (ja) * | 2005-04-28 | 2010-04-28 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子 |
| JP4487879B2 (ja) * | 2005-07-26 | 2010-06-23 | ブラザー工業株式会社 | 記録装置、画像形成システム及び通信方法 |
| US8139130B2 (en) * | 2005-07-28 | 2012-03-20 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with improved light sensitivity |
| JP4731278B2 (ja) * | 2005-10-25 | 2011-07-20 | パナソニック株式会社 | 固体撮像素子の駆動法方法 |
| JP2007295230A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置およびその駆動方法、カメラ |
| US7916362B2 (en) * | 2006-05-22 | 2011-03-29 | Eastman Kodak Company | Image sensor with improved light sensitivity |
| US7893981B2 (en) * | 2007-02-28 | 2011-02-22 | Eastman Kodak Company | Image sensor with variable resolution and sensitivity |
| JP5292939B2 (ja) * | 2008-06-20 | 2013-09-18 | ソニー株式会社 | 画像処理装置および方法、製造装置 |
| US7948534B2 (en) * | 2008-10-22 | 2011-05-24 | Eastman Kodak Company | Charge-coupled device image sensor with vertical binning of same-color pixels |
| JP2011077939A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Panasonic Corp | 固体撮像装置及びそれを備えるカメラ |
| JP2015026946A (ja) | 2013-07-25 | 2015-02-05 | 株式会社東芝 | カメラモジュール |
| CN113959356A (zh) * | 2021-09-06 | 2022-01-21 | 上海芯歌智能科技有限公司 | 激光3d轮廓相机及图像采集元件 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5600127A (en) * | 1995-02-23 | 1997-02-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Solid state image sensor transferring charges with high efficiency and decreased power consumption, and method of driving the same |
| US5747788A (en) * | 1995-03-31 | 1998-05-05 | Nec Corporation | Solid state image sensor with reinforced fringe electric field at its charge transfer section |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4140077B2 (ja) * | 1998-02-18 | 2008-08-27 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像素子、並びにカメラ |
| JP2000115643A (ja) * | 1998-10-06 | 2000-04-21 | Sony Corp | 固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置、固体撮像素子、並びに撮像カメラ |
| JP4110236B2 (ja) * | 1998-12-28 | 2008-07-02 | 富士フイルム株式会社 | Ｃｃｄ撮像デバイス及びその駆動方法、並びにフイルムスキャナー |
| JP4338298B2 (ja) | 2000-10-04 | 2009-10-07 | 富士フイルム株式会社 | 電荷転送装置およびその駆動方法 |
| JP4083437B2 (ja) | 2002-02-05 | 2008-04-30 | オリンパス株式会社 | 撮像装置 |
| JP4452259B2 (ja) * | 2002-11-12 | 2010-04-21 | パナソニック株式会社 | 固体撮像素子およびこれを備えたカメラ |
| JP3848650B2 (ja) * | 2002-11-12 | 2006-11-22 | 松下電器産業株式会社 | 固体撮像素子およびこれを備えたカメラ |
-
2003
- 2003-11-28 JP JP2003399971A patent/JP4658470B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-11-18 CN CNB200410090413XA patent/CN1303810C/zh not_active Expired - Fee Related
- 2004-11-19 US US10/992,108 patent/US7515184B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-11-22 TW TW093135837A patent/TW200522730A/zh unknown
- 2004-11-25 KR KR1020040097284A patent/KR20050052362A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5600127A (en) * | 1995-02-23 | 1997-02-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Solid state image sensor transferring charges with high efficiency and decreased power consumption, and method of driving the same |
| US5747788A (en) * | 1995-03-31 | 1998-05-05 | Nec Corporation | Solid state image sensor with reinforced fringe electric field at its charge transfer section |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW200522730A (en) | 2005-07-01 |
| US20050117043A1 (en) | 2005-06-02 |
| JP2005166725A (ja) | 2005-06-23 |
| CN1625231A (zh) | 2005-06-08 |
| JP4658470B2 (ja) | 2011-03-23 |
| KR20050052362A (ko) | 2005-06-02 |
| US7515184B2 (en) | 2009-04-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1303810C (zh) | 固态图像传感器，固态图像传感装置，相机以及用于固态图像传感器的电荷传输方法 | |
| CN1104804C (zh) | 固态摄像器件及其驱动方法、摄像装置及系统 | |
| CN1215703C (zh) | 图象检测设备 | |
| CN1048131C (zh) | 数字视频摄像装置 | |
| CN1233153C (zh) | Xy地址型固体摄象装置 | |
| CN1217533C (zh) | 信号处理设备及方法,与图象感测设备 | |
| CN1691784A (zh) | 通过对原色信号进行内插操作产生色信号的彩色摄象机 | |
| CN1774935A (zh) | 固态图像拾取设备及其驱动方法 | |
| CN101047799A (zh) | 成像装置照相机系统及其驱动方法 | |
| CN1745575A (zh) | 图像感测装置 | |
| CN1968391A (zh) | 摄影装置、显示控制方法、程序 | |
| CN1728834A (zh) | 转换运动图像数据以及再现运动图像数据的方法和设备 | |
| CN1798274A (zh) | 固态成像装置驱动方法、固态成像装置以及成像设备 | |
| CN1770830A (zh) | 用于固态摄像元件的信号处理设备和信号处理方法 | |
| CN1770829A (zh) | 固态图像拾取元件的信号处理设备和方法及图像拾取设备 | |
| CN1897638A (zh) | 图像处理装置和图像捕获装置 | |
| CN101057493A (zh) | 图像传感器 | |
| CN1917374A (zh) | 模拟/数字转换装置及半导体装置 | |
| CN1732681A (zh) | 固态成像器件 | |
| CN1835565A (zh) | 图像捕获装置、图像传感器和图像捕获处理方法 | |
| CN1711752A (zh) | 平面图像传感器 | |
| CN101047796A (zh) | 成像设备和用于该成像设备的方法 | |
| CN1961570A (zh) | 固体摄像装置 | |
| CN101064793A (zh) | 固体摄像装置及其驱动方法、摄像机 | |
| CN100350794C (zh) | 图像拾取装置及其信号处理方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: KELAIBO INNOVATION CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO, LTD. Effective date: 20141210 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: Osaka Patentee after: Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. Address before: Osaka Japan Patentee before: Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20141210 Address after: California, USA Patentee after: Craib Innovations Ltd. Address before: Osaka Patentee before: Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070307 Termination date: 20161118 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |