CN1604626A - 驱动摄像元件的驱动装置 - Google Patents

Abstract

驱动部120在混合模式下，在将各象素单元生成的电荷读出到垂直CCD的读出期间，将饱和量设定得比所述个别模式时少(参照图6中的计数值为22～24时的Vsub)。因此，在各象素单元中，多余生成的电荷排出到n型衬底11。此外，在混合模式下，缩短积蓄时间，使其比个别模式时短(参照图6中的各模式下的Vsub)。

Description

驱动摄像元件的驱动装置

技术领域

本发明涉及驱动摄像元件的驱动装置。特别涉及即使将规定数的、在各象素单元中生成的电荷相加并输出时，也可以抑制图像散乱(blooming)的驱动装置。

背景技术

近年来，作为数字摄像机和数字照相机的摄像元件，广泛使用CCD(电荷耦合器件)型图像传感器。CCD型图像传感器使用CCD将各象素单元生成的电荷向外部输出。CCD通过划分为多个区域并传送各区域不同的象素单元的电荷来提高其传送效率。

这样，因CCD一次传送很多电荷，故在一定条件下会出现称之为图像散乱的现象，有时会得不到正常的图像数据。

图像散乱是指当读出超过CCD的传送能力的电荷时，在CCD内部电荷溢出，对相邻传送的其他信号电荷产生影响的现象。特别是，当对摄像元件入射强的光点时，容易引起图像散乱。

作为这样的图像散乱的抑制手段，具有在不超过CCD的传送能力的范围内对象素单元预先设定饱和量，当超过饱和量时排出多余生成的电荷的机构(溢漏结构)。

进而，还提出了不固定上述饱和量使其根据情况而变，从而提高图像散乱抑制效率的技术(日本国特开昭61-26375号公报)。

另一方面，在近年来的数字摄像机和数字照相机的领域中，谋求摄像元件的多象素化。例如，若是具有500万个象素单元的CCD型图像传感器，则垂直方向的象素单元数约1920个，水平方向的象素单元数约2560个，这大约是通常的NTSC用CCD型图像传感器的16倍。因此，单位时间应处理的信息量增加了，在拍摄活动图像时会出现与监视器的显示不符的情况。

因此，提出了混合模式，即，通过将规定数的、在各象素单元中生成的电荷读出到CCD而使其相加后再输出。例如，在数字摄像机中，当拍摄静止图像时，使用个别输出各象素单元的电荷的个别模式，在拍摄活动图像时，使用混合模式。

但是，在上述混合模式的情况下，因使规定数的象素单元的电荷相加并作为1个信号电荷，故，若使CCD型图像传感器的驱动方法和个别模式一样，则存在容易引起图像散乱的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种技术，在有选择地切换使用个别模式和混合模式的摄像元件中，选择个别模式和混合模式中的任何一个都能抑制图像散乱。

为了达到上述目的，本发明的驱动装置涉及一种驱动装置，使用通过将规定数的、在象素单元中生成的电荷读出到摄像元件的暂时保持区域中而使其相加的混合模式，驱动具有多个与暴光量对应地生成电荷的象素单元，该装置具有：设定装置，在将各象素单元生成的电荷读出到上述暂时保持区域的读出期间将作为各象素单元能积蓄的电荷的上限的饱和量设定得比使用个别读出各象素单元生成的电荷的个别模式时少；以及抑制装置，与使用上述个别模式的情况相比更多地抑制上述暴光量。

若按照上述构成，驱动装置使混合模式时的读出期间的饱和量比个别模式时少，同时抑制暴光量。这里，驱动装置从两个方面来抑制图像散乱。

一方面是在混合模式的情况下降低各象素单元能积蓄的电荷的上限。由此，在混合模式下，即使向摄像元件入射强的光点，因各象素单元积蓄的电荷的上限降低了，故多余的电荷不会读出到暂时保持区域。再有，因设定装置的目的是防止即使在混合模式下也不会将多余的电荷读出到暂时保持区域，故为了达到该目的，降低读出期间的上限就足够了。

另一方面是在混合模式的情况下使各象素单元生成的电荷量比个别模式情况时少。由此，在混合模式的情况下，即使向摄像元件入射强的光点，因抑制了各象素单元的暴光量，故不会生成多余的电荷。

因此，驱动装置可以抑制读入暂时保持区域中的电荷的溢出，从而抑制图像散乱。

此外，上述设定装置进而也可以在与各象素单元的光接收量对应地生成电荷的积蓄期间，与使用上述个别模式同等地设定上述饱和量。

若按照上述构成，在积蓄期间，混合模式和个别模式下的饱和量同等地设定。

例如，当摄像元件是在半导体衬底上形成各象素单元，并具有溢漏结构的产品时，驱动装置通过对半导体衬底施加不同的衬底电压，可以设定饱和量。但是，当对半导体衬底施加不同的衬底电压时，象素单元形成的井型势场的形状发生变化，随之象素单元的分光特性也发生变化。该分光特性的变化会使图像的色重现性恶化。

因此，本发明的驱动装置在各象素生成并积蓄电荷的期间，使个别模式和混合模式情况下的饱和量相等。因此，驱动装置可以防止摄像元件分光特性的变化，可以实现很高的色重现性。

此外，上述设定装置也可以使相加后的电荷不超过上述暂时保持区域的最大保持量那样来设定上述饱和量。

若按照上述构成，驱动装置可以在个别模式的情况下使各象素单元的电荷不超过最大保持量，在混合模式的情况下，即使各象素的电荷相加也不超过最大保持量。

因此，驱动装置可以抑制读出到暂时保持区域中的电荷的溢出，从而抑制图像散乱。

此外，上述设定装置也可以将上述饱和量设定为使用个别模式时的饱和量的上述规定数分之一。

若按照上述构成，例如，当在混合模式时9个象素单元的电荷相加时，饱和量为个别模式时的1/9。因此，驱动装置可以抑制读出到暂时保持区域中的电荷的溢出，从而抑制图像散乱。

此外，上述象素单元在半导体衬底上形成，具有当电荷超过上述饱和量使多余生成的电荷排出到上述半导体衬底的溢漏结构，上述饱和量根据供给上述半导体衬底的衬底电压设定，上述设定装置也可以将供给上述半导体衬底的衬底电压设定得比使用上述个别模式时的衬底电压高。

若按照上述构成，驱动装置可以在各象素的电荷超过上述饱和量时使多余生成的电荷排出到上述半导体衬底。

这样，通过将多余的电荷排出到半导体衬底，从而可以对各象素单元中的多余电荷进行处理。

此外，上述暴光量相当于在积蓄期间对各象素单元的光接收量积分后的值，上述抑制装置也可以缩短上述积蓄时间，使其比使用上述个别模式时短。

若按照上述构成，驱动装置通过缩短各象素单元的积蓄时间来抑制暴光量。因此，驱动装置可以抑制读出到暂时保持区域中的电荷的溢出，从而抑制图像散乱。

此外，上述抑制装置包括：存储比使用上述个别模式时的积蓄时间短的积蓄时间的存储装置；将各象素单元的电荷全部排出的复位装置；从上述复位装置排出电荷的时刻开始经过上述存储装置存储的积蓄时间之后，将各象素单元生成的电荷读出到暂时保持区域中的读出装置。

若按照上述构成，驱动装置从上述复位装置排出全部电荷的时刻开始经过与各模式对应的积蓄时间之后，读出各象素单元的电荷。这里，混合模式比个别模式的积蓄时间短。

因此，驱动装置可以抑制暴光量。

此外，上述抑制装置也可以包括存储比使用上述个别模式时的积蓄时间短的积蓄时间的存储装置和通过只在上述存储装置存储的积蓄期间打开来使各象素单元进行光接收的机械快门。

若按照上述构成，驱动装置使机械快门只在与各模式对应的积蓄期间打开，使各象素单元进行光接收。这里，混合模式比个别模式的积蓄时间短。

因此，驱动装置可以抑制暴光量。

此外，也可以使上述暴光量相当于在积蓄期间对各象素单元的光接收量积分后的值，使上述抑制装置在上述混合模式时比上述个别模式时的光接收量少。

若按照上述构成，驱动装置通过减少各象素单元的光接收量来抑制暴光量。因此，驱动装置可以抑制读出到暂时保持区域中的电荷的溢出，从而抑制图像散乱。

此外，上述抑制装置也可以具有存储比使用上述个别模式时的开口率小的开口率的存储装置和通过与上述开口率对应打开来使各象素单元受光的光圈机构。

若按照上述构成，驱动装置使光圈机构与各模式的开口率对应打开而使各象素单元进行光接收。这里，混合模式比个别模式时的开口率小。

因此，驱动装置可以抑制暴光量。

此外，上述抑制装置也可以使上述暴光量是使用上述个别模式时的暴光量的上述规定数分之一。

若按照上述构成，例如，当在混合模式时9个象素单元的电荷相加时，饱和量为个别模式时的1/9。因此，驱动装置可以抑制读出到暂时保持区域中的电荷的溢出，从而抑制图像散乱。

本发明的驱动方法是使用通过将规定数的、在象素单元生成的电荷读出到该摄像元件的暂时保持区域中而使其相加的混合模式，驱动具有多个与暴光量对应生成电荷的象素单元的摄像元件的驱动方法，包括：在将各象素单元生成的电荷读出到上述暂时保持区域的读出期间，将作为各象素单元能积蓄的电荷的上限的饱和量设定得比使用个别读出各象素单元生成的电荷的个别模式时少的设定步骤；以及与使用上述个别模式的情况相比更多地抑制上述暴光量的抑制步骤。

若按照上述结构，驱动方法使混合模式时的读出期间的饱和量比个别模式时少，同时抑制暴光量。该驱动方法的结构和上述驱动装置一样。因此，驱动方法可以发挥和驱动装置同样的效果。

本发明的摄像装置是每多个象素单元与暴光量对应地生成电荷并根据上述每多个象素单元的电荷生成图像数据的摄像装置，包括：具有上述多个象素单元的摄像元件；使用个别读出上述每多个象素单元生成的电荷的个别模式和将上述每多个象素单元中规定数的、在象素单元中生成的电荷相加并读出的混合模式中的某一个读出模式，驱动上述摄像元件的驱动装置；与使用某一个读出模式从上述摄像装置中读出的电荷对应地生成图像数据的信号处理部；与输入信号对应地选择上述驱动装置中的上述个别模式和上述混合模式的控制部，这里，上述驱动装置包括：设定装置，在将上述多个象素单元生成的电荷读出到暂时保持区域的读出期间，与使用上述个别模式的情形相比较，使用上述混合模式时，将作为各象素单元能积蓄的电荷的上限的饱和量设定得少一些；抑制装置，使用上述混合模式与使用上述个别模式的情况比较，更多地抑制上述暴光量。

若按照上述结构，摄像装置可以发挥和上述驱动装置同样的效果。

附图说明

图1是表示本发明实施形态1的摄像元件及其驱动装置的整体构成(摄像装置)的图。

图2是表示摄像元件110的平面结构的图。

图3是表示图2的A-A线的光电变换部1a和垂直CCD2a的截面图。

图4是表示沿图3的B-C-D线的电位分布的图。

图5是表示驱动部120生成衬底电压Vsub的电路图。

图6是表示摄像元件的驱动时序的图。

图7是表示本发明实施形态2的摄像元件及其驱动装置的整体结构(摄像装置)的图。

图8是表示驱动部220生成衬底电压Vsub和驱动信号Sd的电路图。

图9是表示摄像元件的驱动时序的图。

图10是表示本发明实施形态3的摄像元件及其驱动装置的整体构成(摄像装置)的图。

图11是表示个别模式和混合模式的开口面积和积蓄时间的对应关系的图。

图12是表示个别模式和混合模式的开口面积和积蓄时间的对应关系的图。

具体实施方式

下面，参照附图说明实施本发明的最佳实施形态。

(实施形态1)

实施形态1的驱动装置在混合模式下，各象素单元能积蓄的电荷的饱和量比个别模式时少，同时，缩短各象素单元生成并积蓄电荷的积蓄时间。因此，即使使用混合模式，驱动部也能抑制图像散乱。

图1是表示本发明实施形态1的摄像元件及其驱动装置的整体结构(摄像装置)的图。

摄像元件110具有在半导体衬底上呈行列状排列的多个象素单元。各象素单元的受光面具有RGB中的某一种颜色的滤光片，与透过彩色滤光片的光量对应地生成并积蓄电荷。积蓄的电荷按照从驱动部120供给的驱动信号依次向模拟前端(Analog front end)130输出。

驱动部120根据来自同步信号生成部142的基准信号生成用来驱动摄像元件110的9种驱动信号，并供给摄像元件110。这里，作为基准信号，有时钟信号(CLK)、垂直同步信号(VD)和水平同步信号(HD)。此外，摄像元件110的驱动模式有个别模式和混合模式，驱动部120有选择地切换这些模式进行驱动。

个别模式是将在各象素单元中生成的电荷个别地向模拟前端130输出的模式。混合模式是将在各象素单元中生成的电荷按规定数相加后向模拟前端130输出的模式。

驱动部120内部具有个别模式驱动信号生成部121、混合模式驱动信号生成部122和选择器123。

个别模式驱动信号生成部121生成用来使用个别模式驱动摄像元件110的9种驱动信号。

混合模式驱动信号生成部122生成用来使用混合模式驱动摄像元件110的9种驱动信号。

选择器123有选择地切换由个别模式驱动信号生成部121生成的驱动信号和由混合模式驱动信号生成部122生成的驱动信号。该切换通过从控制部143接收模式选择信号(Sm)来进行。

模拟前端130由相关二重采样电路(CDS：相关二重采样)、自动增益控制电路和AD变换电路构成，摄像元件110根据输出的电荷生成信号处理部141能处理的数字信号。

信号处理部141使用存储器144处理从模拟前端130得到的数字信号，再生成由亮度信号和色调信号构成的图像数据。存储器144例如是SDRAM。

同步信号生成部142内部具有时钟，将由时钟生成的基准信号(CLK、VD、HD)供给驱动部120。

用户操作部150接受用户的操作(按下快门、切换活动图像模式和静止图像模式等)并通知控制部143。

测光部160测定摄像元件110的光接收量，并将测定结果通知控制部143。

控制部143具体地说由CPU、ROM、RAM等构成，通过执行ROM中记录的程序来实现各功能。例如，当从用户接受从活动图像模式切换到静止图像模式的命令时，向驱动部120输出表示个别模式的模式选择信号。由此，驱动部120进入个别模式驱动的待机状态。其后，当接受用户按下快门的命令时，根据测光部160的测定结果选择适当的快门速度，再向驱动部120输出表示快门速度等参数信息和开始拍摄的触发信号。由此，驱动部120向摄像元件110供给驱动信号并开始拍摄。

下面，说明摄像元件110和驱动部120的详细结构。

图2是表示摄像元件110的平面结构的图。

摄像元件110是所谓隔行转移方式的CCD型图像传感器。光电变换部1是与暴光量对应地生成电荷的器件。各光电变换部1a、1b等呈行列状配置在半导体衬底上。垂直CCD2利用6种驱动信号φV1～φV6在垂直方向传送电荷。各垂直CCD2a、2b等在光电变换部1的各列间各配置1个。水平CCD3一般是2相CCD，利用2种驱动信号φH1、φH2在水平方向传送电荷。

由此，各光电变换部积蓄的电荷通过垂直CCD和水平CCD依次传送给放大器4。放大器4根据传送来的电荷生成信号并放大，经OUT端子输出给模拟前端130。

再有，标在各光电变换部上的【R】【G】【B】表示设在各象素单元的受光面上的滤光片的种类。这里，作为彩色滤光片的排列方式，采用成对(ベイヤ)排列。

此外，标在各垂直CCD上的【V1】【V2】...【V6】表示加给各区域的驱动信号的种类。例如，对标有【V1】的区域加驱动信号φV1。标在各水平CCD上的【H1】【H2】也同样表示加给各区域的驱动信号的种类。

加给各垂直CCD和水平CCD的驱动信号经V1～V6端子、H1和H2端子从驱动部120供给。

此外，对摄像元件110的半导体衬底加衬底电压Vsub。

驱动部120供给的驱动信号【φV1】～【φV6】、【φH1】、【φH2】和【Vsub】示出在个别模式和混合模式时不同的波形。

φV1～φV6可以取【低】【中】【高】3个值。【高】只在垂直CCD读出光电变换部1的电荷时施加。【中】【低】在垂直CCD传送电荷时交替施加。例如，当垂直CCD2a读出光电变换部1a的电荷时，φV1为【高】。当垂直CCD2a读出光电变换部1b的电荷时，φV3为【高】。再有，因φV1并列加给光电变换部1d、1f、1g，故，若φV1为【高】，则其结果是，光电变换部的电荷每隔光电变换部1a所在的行和光电变换部1d所在的行等2行由垂直CCD读出。

图3是表示图2的A-A线的光电变换部1a和垂直CCD2a的截面图。

由图3可知，在n型衬底11的上部形成p阱12，在其中形成光电变换部1a和垂直CCD2a。进而在其上形成兼作为控制从光电变换部1a读出的电极和垂直CCD的传送电极的电极14。象素分离部16是对相邻象素单元进行电隔离的区域。

光电变换部1a在接收入射光之后，与其光量对应地生成电荷。

对电极14加给由3值电压(低、中、高)构成的驱动信号φV1，当对电极14加【高】电平时，光电变换部1a的电荷经读出口13，读出到垂直CCD2a读出。此外，溢出口15受加在n型衬底11上的衬底电压Vsub控制。

图4是表示沿图3的B-C-D线的电位分布的图。

图4的纵轴表示电位，横轴表示位置。横轴在B-C间表示水平方向的位置，在C-D间表示垂直方向的位置。此外，图中上部的【11、15、1a、13、2a】分别与图3的参照序号对应。

由此可知，在光电变换部1a中形成以读出口13的电位23a和溢出口15的电位25a为壁垒的井型势场。

光电变换部1a生成的电荷(电子)20积蓄在井型势场中。

读出口13和垂直CCD2a的电位与加给电极14的驱动信号φV1(＝低、中、高)对应地变化。

23a表示φV1＝低时的读出口13的电位。23b表示φV1＝中时的读出口13的电位，23c表示φV1＝高时的读出口13的电位。光电变换部1a积蓄的电荷只当φV1＝高时才被垂直CCD2a读出。

25a表示衬底电压Vsub＝5V时的溢出口15的电位。25b表示衬底电压Vsub＝12V时的溢出口15的电位。25c表示衬底电压Vsub＝25V时的溢出口15的电位。

在井型势场中，光电变换部1a生成的电荷随时间逐渐积蓄，电位20a下降(在图4中20a向上方移动)。而且，当生成的电荷过剩时，多余电荷通过溢出口15排出到n型衬底11。即，可以由衬底电位Vsub来决定光电变换部1a能积蓄的电荷的饱和量。因此，通过适当设定衬底电压Vsub，可以抑制因垂直CCD2a内过剩电荷的溢出而产生的图像散乱。

这里，衬底电压Vsub的合适值(光电变换部1a的电荷的饱和量)可以由垂直CCD和水平CCD能传送电荷的最大传送量来决定。若是个别模式，可以使光电变换部1a的电荷的饱和量等于或小于CCD的最大传送量。若是混合模式，则可以根据电荷相加的数目，减少光电变换部1a的电荷的饱和量。例如，当使9个光电变换部的电荷相加时，可以考虑将各光电变换部的电荷饱和量设定为个别模式时的1/9。

此外，溢出口15也具有使光电变换部1a积蓄的电荷全部排除到n型衬底11的复位功能(Vsub＝25V时)。这时，衬底电压Vsub的合适值可以设定成使溢出口15的电位等于或大于井型势场的底部的电位。

在本实施形态中，根据上述方法，将个别模式的衬底电压Vsub设定为5V，将混合模式的衬底电压Vsub设定为12V。将复位功能起动时的衬底电压Vsub设定为25V。

其次，说明驱动部120生成驱动信号的电路，特别说明生成衬底电压Vsub的电路。

图5是表示驱动部120生成衬底电压Vsub的电路图。

图5(a)是示出计数器的图。

驱动部120内部装有计数器124。计数器124对来自同步信号生成部142的时钟信号(CLK)进行计数，在规定的计数值(2、4、18、20、22、24)上从各输出端子输出高电平。此外，计数器124在垂直同步信号(VD)的上升沿复位。

图5(b)是示出Vsub输出电路的图。

125a～125d是2个输入1个输出的选择器，根据来自控制部143的模式选择信号(Sm)切换其输出。这里，输入到125a的【2】【18】表示计数器124的输出端子(其余同样)。此外，当模式选择信号为【0】时，表示个别模式，当模式选择信号为【1】时，表示混合模式。

126a、126b是锁存电路，在从向置位端子(S)输入高电平到向复位端子(R)输入高电平的期间，从输出端子(Q)输出高电平。除此之外的期间输出低电平。

Tr1、Tr2是开关晶体管，当锁存电路的输出为高电平时导通，低电平时截止。

D1、D2、D3是防止因意外的电压引起的反向电流流过的二极管，C1、C2是只使脉冲成分输出的电容器，R是接地电阻。

其次，说明摄像元件的驱动时序。

图6是表示摄像元件的驱动时序的图。

CLK、VD、HD是由同步信号生成部142生成并输入驱动部120的信号。

CLK例如是12MHz的时钟信号。

VD是将时钟信号分频后生成的垂直同步信号。驱动部120在1个VD期间，对垂直CCD结束所有行的传送。

HD是将时钟信号分频后生成的水平同步信号。驱动部120在1个HD期间，对水平CCD结束所有列的传送。

φV1、φV3、Vsub是驱动部120生成的9种驱动信号中的3个驱动信号。驱动部120另外还生成φV2、φV4、φV5、φV6、φH1、φH2，这里省略其说明。

φV1是驱动读出口13和各垂直CCD的驱动信号，由3值电压脉冲(低、中、高)形成。

如使用图4说明的那样，当φV1＝高时，读出口13的电位上升到2 3c，将光电变换部前面积蓄的电荷读出到垂直CCD。从该φV1变成高电平的上升沿开始进入读出期间。其后，读出到垂直CCD的电荷通过使φV1～φV6交替重复低和中电平，进行垂直传送而到达水平CCD。电荷在转移到水平CCD之后，进行水平传送，并作为信号输出给模拟前端130。

Vsub是驱动溢出口15的驱动信号，由5V、12V、25V 3值电压脉冲构成。Vsub在个别模式和混合模式时，其驱动时序和波形不同，这一点体现了本实施形态的特征。

在个别模式下，Vsub通常是5V，但在计数值为2的时刻变成25V。由此起动复位功能，光电变换部以前积蓄的电荷全部排出到n型衬底11。接着，Vsub在计数值为4的时刻再次回到5V。从计数值为4的时刻到计数值为2的时刻为积蓄期间。在该积蓄期间，光电变换部生成并积蓄的电荷在读出到垂直CCD和水平CCD之后作为传送信号输出。

在混合模式下，与个别模式相比，起动复位功能的时间滞后，在计数值为18的时刻Vsub是25V，在计数值为20的时刻回到5V。因此，混合模式与个别模式相比，积蓄时间缩短了，光电变换部生成并积蓄的电荷减少。

这里，混合模式与个别模式相比，积蓄时间与电荷相加的数目对应地缩短。例如，当将9个光电变换部的电荷相加时，积蓄时间变成个别模式时的1/9。

此外，在混合模式下，使Vsub在计数值是22的时刻到24的时刻为12V。该期间与φV1为高的期间同步。即，当光电变换部的电荷读出到垂直CCD时，光电变换部的电荷的饱和量是个别模式时的1/9。

这样，在本实施形态中，驱动部120使混合模式与个别模式相比，读出期间的饱和量减少，同时积蓄时间缩短。

一方面是在混合模式的情况下降低各象素单元能积蓄的电荷的上限，使其比个别模式时低。由此，在混合模式下，即使向摄像元件110入射强的光点，因各象素单元积蓄的电荷的上限降低了，故多余的电荷不会读出到垂直CCD。

另一方面是在混合模式的情况下抑制各象素单元生成的电荷量，使其比个别模式情况时少。由此，在混合模式的情况下，即使向摄像元件110入射强的光点，因缩短了各象素单元的积蓄时间，故不会生成多余的电荷。

因此，驱动部120可以抑制垂直CCD中电荷溢出，从而抑止图像散乱。

再有，在本实施形态中，在混合模式的情况下，只在读出期间，使衬底电压Vsub为12V，在积蓄期间，和个别模式一样，使衬底电压Vsub为5V。

驱动部120通过对n型衬底11施加不同的衬底电压Vsub，可以设定井型势场的饱和量。但是，当对n型衬底11施加不同的衬底电压Vsub时，井型势场的形状发生变化，随之象素单元的分光特性也发生变化。该分光特性的变化会使图像的色重现性恶化。

因此，在本实施形态中，驱动部120在各象素单元生成并积蓄电荷的期间，使个别模式和混合模式情况下的饱和量相等。因此，驱动装置可以防止分光特性的变化，并实现很高的色重现性。

再有，在防止分光特性变化这一方面，若使积蓄期间的个别模式和混合模式时的衬底电压Vsub相等就足够了。因此，在本实施形态中，虽然驱动信号φV1从高到中变化的时刻(计数值24)和衬底电压Vsub从12V变到5V的时刻(计数值24)一致，但并不限于此。例如，即使衬底电压Vsub从12V变到5V的时刻比计数值24滞后也没有关系，或者，也可以直到下一个积蓄期间开始一直保持12V。

(实施形态2)

实施形态2的驱动装置和实施形态1一样，在混合模式下，各象素单元能积蓄的电荷的饱和量比个别模式时少，同时，缩短各象素单元生成并积蓄电荷的积蓄时间。但是，在实施形态1中，缩短积蓄时间的方法是利用衬底电压Vsub的复位功能，而实施形态2则利用机械快门。

图7是表示本发明实施形态2的摄像元件及其驱动装置的整体结构(摄像装置)的图。

实施形态2的驱动装置的结构与实施形态1比较，增加了机械快门260和致动器270。此外，因增加了机械快门260和致动器270，故驱动部220的功能也和实施形态1不同。除此之外的结构，因和实施形态1相同，故附加相同的符号并省略其说明。

机械快门260是机械式快门，由致动器270进行驱动，进行开合。机械快门260在打开状态下使入射到摄像元件110的入射光通过，闭合时将入射光遮挡。

致动器270利用从驱动部220供给的驱动信号Sd驱动机械快门260，使其开合。具体地说，当驱动信号Sd为高电平时，使机械快门打开，当驱动信号Sd为低电平时，使机械快门关闭。

驱动部220除了实施形态1的驱动部120的功能之外，还具有生成并输出驱动信号Sd的功能。

图8是表示驱动部220生成衬底电压Vsub和驱动信号Sd的电路图。

图8(a)是示出计数器的图。

驱动部220内部装有计数器224。计数器224对来自同步信号生成部142的时钟信号(CLK)进行计数，在规定的计数值(2、4、20、22、24)上从各输出端子输出高电平。此外，计数器224在垂直同步信号(VD)的上升沿复位。

图8(b)是示出衬底电压Vsub的输出电路的图。

在本实施形态中，因不要复位功能，故衬底电压Vsub的输出电路变成省略了图5(b)所示的输出电路中的输出25V的方框的形式。

图8(c)是示出驱动信号Sd的输出电路的图。

225a、225b是2个输入1个输出的选择器，根据来自控制部143的模式选择信号切换其输出。

226b是锁存电路，在从向置位端子(S)输入高电平到向复位端子(R)输入高电平的期间，从输出端子(Q)输出高电平。除此之外的期间输出低电平。

其次，说明摄像元件的驱动时序。

图9是表示摄像元件的驱动时序的图。

CLK、VD、HD、φV1和φV3因和图6所示的信号相同，故这里省略其说明。

在个别模式下，驱动信号Sd在从计数值为2到计数值为20的期间变成高电平，除此之外的期间是低电平。Vsub平时是5V。

在混合模式下，驱动信号Sd在从计数值为2到计数值为4的期间变成高电平，除此之外的期间是低电平。此外，Vsub在从计数值为22到计数值为24的期间变成12V，除此之外的期间是5V。

这样，混合模式与个别模式比较，机械快门260处于打开状态的期间(积蓄期间)缩短了。关于这一点，实施形态2的缩短方法和起动复位功能来缩短积蓄期间的实施形态1不同。

再有，在本实施形态中，个别模式和混合模式的读出期间都是从计数值为22的时刻开始。这是因为除Vsub、Sd之外的驱动信号个别模式和混合模式共用而采取的措施。通过共用其他的驱动信号，具有使驱动部220的内部电路结构简单的效果。但是，当与使驱动部220的电路结构简单相比更注重读出速度时，也可以在混合模式下使读出期间从积蓄期间结束时刻(计数值为4)稍后(例如计数值为6的时刻)开始。

(实施形态3)

实施形态3的驱动装置在混合模式下，各象素单元能积蓄的电荷的饱和量比个别模式时少，同时，各象素单元的光接收量减少。因此，即使在使用混合模式的情况下，驱动部也能抑制图像散乱。

图10是表示本发明实施形态3的摄像元件及其驱动装置的整体结构(摄像装置)的图。

实施形态3的驱动装置的结构与实施形态1的驱动装置比较，增加了光圈380和致动器390。此外，因增加了光圈380和致动器390，故驱动部320的功能和实施形态1不同。除此之外的结构，因和实施形态1相同，故附加相同的符号并省略其说明。

光圈380由致动器390驱动，进行开合，通过使开口面积连续变化来调节摄像元件110的光接收量。

致动器390利用从控制部143供给的PWM(Pulse WidthModulation：脉冲宽度调制)电压，驱动光圈380进行开合。具体地说，PWM电压是从0V到12V连续变化的电压，0V时光圈380处于全开状态，12V时光圈380为全闭状态。光圈380的开口面积和PWM电压的关系是线性还是非线性，因光圈380和致动器390的特性而异。

驱动部320的功能省去了实施形态2的驱动部220中的生成并输出驱动信号Sd的功能。

图11是表示个别模式和混合模式的开口面积和积蓄时间的对应关系的图。

再有，这里的混合模式是以使9个象素单元的电荷相加作为前提条件的。

如图11所示，混合模式时的开口面积是个别模式时的开口面积的1/9。此外，积蓄时间相等。实施形态3的驱动部和实施形态1和2的驱动部在这一点上不同。

这样，通过使混合模式时的开口面积利用光圈380调整为个别模式时的开口面积的1/9，可以减少入射到摄像元件110的入射光，从而减少各象素单元生成的电荷。

再有，若驱动装置既具有机械快门又具有光圈，则可以使两者组合来抑制暴光量。例如，如图12所示，也可以通过使混合模式时的开口面积是个别模式时的1/3，积蓄时间是个别模式时的1/3，来使其暴光量是个别模式时的1/9。

上面，通过实施例并参照附图对本发明进行了说明，但这些实施例可以有各种变形例及改进例。所以，只要这些变化或改进不脱离本发明的权利要求的范围，也应包括在本发明之内。

Claims (33)

1.一种驱动装置，使用混合模式来驱动具有多个与暴光量对应地生成电荷的象素单元的摄像元件，该混合模式通过将规定数的、在象素单元中生成的电荷读出到该摄像元件的暂时保持区域中而使其相加，其特征在于，具有：设定装置，在将各象素单元中生成的电荷读出到所述暂时保持区域的读出期间，将作为各象素单元能积蓄的电荷的上限的饱和量设定得比使用个别模式时少，该个别模式个别读出在各象素单元中生成的电荷；和

抑制装置，与使用所述个别模式的情况相比更多地抑制所述暴光量。

2.权利要求1的驱动装置，其特征在于：所述设定装置进而在与各象素单元的光接收量对应地生成电荷的积蓄期间，与使用所述个别模式的情形同等地设定所述饱和量。

3.权利要求2的驱动装置，其特征在于：所述设定装置设定所述饱和量使相加后的电荷不超过所述暂时保持区域中的最大保持量。

4.权利要求3的驱动装置，其特征在于：所述设定装置将所述饱和量设定为使用个别模式时的饱和量的所述规定数分之一。

5.权利要求1的驱动装置，其特征在于：所述象素单元在半导体衬底上形成，具有当电荷超过所述饱和量使多余生成的电荷排出到所述半导体衬底的溢漏结构，

所述饱和量设定为供给所述半导体衬底的衬底电压越高而其越少，

所述设定装置使供给所述半导体衬底的衬底电压比使用所述个别模式时的衬底电压高。

6.权利要求1的驱动装置，其特征在于：所述暴光量相当于在积蓄期间对各象素单元的光接收量积分后的值，

所述抑制装置缩短所述积蓄时间，使其比使用所述个别模式时短。

7.权利要求6的驱动装置，其特征在于：所述抑制装置包括存储装置、复位装置和读出装置，

所述存储装置存储表示比使用所述个别模式时的积蓄时间短的积蓄时间的信息，

所述复位装置将各象素单元的电荷全部排出，

所述读出装置从所述复位装置排出电荷的时刻开始经过表示在所述信息上的积蓄时间之后，将各象素单元生成的电荷读出到暂时保持区域中。

8.权利要求6的驱动装置，其特征在于：所述抑制装置包括存储装置和机械快门，

所述存储装置存储表示比使用所述个别模式时的积蓄时间短的积蓄时间的信息，

所述机械快门通过只在表示在所述信息上的积蓄期间打开来使各象素单元进行光接收。

9.权利要求1的驱动装置，其特征在于：所述暴光量相当于在积蓄期间对各象素单元的光接收量积分后的值，

所述抑制装置在所述混合模式时比所述个别模式时的光接收量少。

10.权利要求9的驱动装置，其特征在于：所述抑制装置具有存储装置和光圈机构，

所述存储装置存储表示比使用所述个别模式时的开口率小的开口率的信息，

所述光圈机构通过与表示在所述信息上的开口率对应地打开来使各象素单元进行光接收。

11.权利要求1所述的驱动装置，其特征在于：所述抑制装置使所述暴光量是使用所述个别模式时的暴光量的所述规定数分之一。

12.一种驱动方法，使用混合模式来驱动具有多个与暴光量对应地生成电荷的象素单元的摄像元件，该混合模式通过将规定数的、在象素单元中生成的电荷读出到该摄像元件的暂时保持区域中而使其相加，其特征在于：包含设定步骤和抑制步骤，

所述设定步骤在将各象素单元生成的电荷读出到所述暂时保持区域的读出期间，将作为各象素单元能积蓄的电荷的上限的饱和量设定得比使用个别模式时少，该个别模式个别读出各象素单元中生成的电荷，

所述抑制步骤与使用所述个别模式的情况相比更多地抑制所述暴光量。

13.权利要求12的驱动方法，其特征在于：所述设定步骤进而在与各象素单元的光接收量对应地生成电荷的积蓄期间，和使用所述个别模式的情形同等地设定所述饱和量。

14.权利要求13的驱动方法，其特征在于：在所述设定步骤中，设定所述饱和量使相加后的电荷不超过所述暂时保持区域中的最大保持量。

15.权利要求14的驱动方法，其特征在于：在所述设定步骤中，将所述饱和量设定为使用个别模式时的饱和量的所述规定数分之一。

16.权利要求12的驱动方法，其特征在于：所述象素单元在半导体衬底上形成，具有当电荷超过所述饱和量使多余生成的电荷排出到所述半导体衬底的溢漏结构，

所述饱和量设定为供给所述半导体衬底的衬底电压越高而其越少，

所述设定步骤使供给所述半导体衬底的衬底电压比使用所述个别模式时的衬底电压高。

17.权利要求12的驱动方法，其特征在于：所述暴光量相当于在积蓄期间对各象素单元的光接收量积分后的值，

所述抑制步骤缩短所述积蓄时间，使其比使用所述个别模式时短。

18.权利要求17的驱动方法，其特征在于：所述抑制步骤包括复位子步骤和读出子步骤，

所述复位子步骤将各象素单元的电荷全部排出，

所述读出子步骤从所述复位子步骤中排出电荷的时刻开始经过比使用所述个别模式时的积蓄时间短的积蓄时间之后，将各象素单元生成的电荷读出到暂时保持区域中。

19.权利要求17的驱动方法，其特征在于：所述各象素单元接收通过机械快门的光，

所述抑制步骤只在比使用所述个别模式时的积蓄时间短的积蓄期间打开所述机械快门。

20.权利要求12的驱动方法，其特征在于：所述暴光量相当于在积蓄期间对各象素单元的光接收量积分后的值，

所述抑制步骤在所述混合模式时比所述个别模式时的光接收量少。

21.权利要求20的驱动方法，其特征在于：所述各象素单元接收通过光圈机构的光，

所述抑制步骤调节所述光圈机构，使开口率比使用所述个别模式时的开口率小。

22.权利要求12的驱动方法，其特征在于：所述抑制步骤使所述暴光量是使用所述个别模式时的暴光量的所述规定数分之一。

23.一种摄像装置，与暴光量对应地对每多个象素单元生成电荷并根据所述每多个象素单元的电荷生成图像数据，其特征在于，包括：

具有所述多个象素单元的摄像元件；

驱动装置，使用个别模式和混合模式中的某一个读出模式驱动所述摄像元件，所述个别模式个别读出所述每多个象素单元中生成的电荷，所述混合模式将所述每多个象素单元中规定数的象素单元中生成的电荷相加并读出；

信号处理部，与使用某一个读出模式从所述摄像元件中读出的电荷对应地生成图像数据；以及

控制部，与输入信号对应地选择所述驱动装置中的所述个别模式和所述混合模式，

这里，所述驱动装置包含：

设定装置，在将所述多个象素单元中生成的电荷读出到暂时保持区域的读出期间，与使用所述个别模式的情形相比较，使用所述混合模式时，将作为各象素单元能积蓄的电荷的上限的饱和量设定得少一些；和

抑制装置，使用所述混合模式与使用所述个别模式的情况比较，更多地抑制所述暴光量。

24.权利要求23的摄像装置，其特征在于：所述设定装置进而在与各象素单元的光接收量对应地生成电荷的积蓄期间，与使用所述个别模式的情形同等地设定所述饱和量。

25.权利要求24的摄像装置，其特征在于：所述设定装置设定所述饱和量使相加后的电荷不超过所述暂时保持区域中的最大保持量。

26.权利要求25的摄像装置，其特征在于：所述设定装置将所述饱和量设定为使用个别模式时的饱和量的所述规定数分之一。

27.权利要求23的摄像装置，其特征在于：所述象素单元在半导体衬底上形成，具有当电荷超过所述饱和量使多余生成的电荷排出到所述半导体衬底的溢漏结构，

所述饱和量设定为供给所述半导体衬底的衬底电压越高而其越少，

所述设定装置使供给所述半导体衬底的衬底电压比使用所述个别模式时的衬底电压高。

28.权利要求23的摄像装置，其特征在于：所述暴光量相当于在积蓄期间对各象素单元的光接收量积分后的值，

所述抑制装置缩短所述积蓄时间，使其比使用所述个别模式时短。

29.权利要求28的摄像装置，其特征在于：所述抑制装置包括存储装置、复位装置和读出装置，

所述存储装置存储表示比使用所述个别模式时的积蓄时间短的积蓄时间的信息，

所述复位装置将各象素单元的电荷全部排出，

所述读出装置从所述复位装置排出电荷的时刻开始经过表示在所述信息上的积蓄时间之后，将各象素单元生成的电荷读出到暂时保持区域中。

30.权利要求28的摄像装置，其特征在于：所述抑制装置包括存储装置和机械快门，

所述存储装置存储表示比使用所述个别模式时的积蓄时间短的积蓄时间的信息，

所述机械快门通过只在表示在所述信息上的积蓄期间打开来使各象素单元进行光接收。

31.权利要求23的摄像装置，其特征在于：所述暴光量相当于在积蓄期间对各象素单元的光接收量积分后的值，

所述抑制装置在所述混合模式时比所述个别模式时的光接收量少。

32.权利要求31的摄像装置，其特征在于：所述抑制装置具有存储装置和光圈机构，

所述存储装置存储表示比使用所述个别模式时的开口率小的开口率的信息，

所述光圈机构通过与表示在所述信息上的开口率对应地打开来使各象素单元进行光接收。

33.权利要求23的驱动装置，其特征在于：所述抑制装置使所述暴光量是使用所述个别模式时的暴光量的所述规定数分之一。

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