CN1901216A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像传感器。根据本发明的实施例的图像传感器，包括：成列布置的多个像素；邻近于多个像素的读取栅；邻近于所述读取栅形成并对应于所述多个像素的多个存储栅；对应于存储栅的多个存储控制栅；以及所述多个存储控制栅公用的CCD累积栅。

Description

图像传感器
技术领域
本发明涉及一种图像传感器。具体地，本发明涉及一种图像传感器，其能输出通过改变拍摄图像的分辨率而获得的数据。
背景技术
近年来，CCD(电荷耦合器件)已经被广泛地用作扫描器的接触图像传感器(CIS)。在这种器件中，拍摄图像的分辨率通常是变化的。分辨率根据CCD的像素数目而决定。对于改变分辨率，已有采用如下方法：对由CCD取回的数据进行处理并改变该数据分辨率的方法、以及在从CCD取回数据的同时改变分辨率的方法。
图16示出了常规CCD(相关技术1)的典型例子。相关技术1的CCD包括：成列布置的多个光电二极管101、用于累积从多个光电二极管101发射的电荷的成一列布置的多个CCD累积栅102、用于防止CCD累积栅102之间的电荷泄漏的阻挡栅103、以及在光电二极管101和累积栅102之间作为栅开关的读取栅104。此外，多个累积栅102和多个阻挡栅103构成CCD单元105。相关技术1的CCD通过CCD单元105从输出放大器106输出从光电二极管101读取的电荷信息。在CCD单元中，累积栅102和阻挡栅103被配对，作为电荷转移元件对。电荷转移元件成列布置。每个电荷转移元件施加有相反相位的时钟脉冲φ1和φ2。因此，CCD单元105可以将来自光电二极管的电荷信息传送给输出放大器。
但是，在相关技术1的CCD中，光电二极管101和累积栅102以一对一关系设置。因此，由相关技术1的CCD所读取的信息取决于对应于像素数目的光电二极管101的数目。此外，从读取图像仅仅能获得一种分辨率类型。因此，为了使用由相关技术1的CCD所读取的信息来获得不同分辨率的图像，需要对所读取的信息进行处理。亦即，存在这样的问题，为了获得不同分辨率的多个图像，应当确保用于对所读取信息的分辨率进行转换的给定周期。
日本未审查专利申请公报第2004-152816号(相关技术2)公开了一种克服上述问题的CCD的例子。图17示出了相关技术2的CCD。如图17所示，相关技术2的CCD包括：用于获得高分辨率信息的高分辨率侧CCD单元111和高分辨率侧光电二极管列101A；以及用于获得低分辨率图像的低分辨率侧CCD单元112和低分辨率侧光电二极管列101B。在高分辨率侧CCD单元111中，一个光电二极管101和一个累积栅102配对。此外，在低分辨率侧CCD单元112中，两个光电二极管101被连接到一个累积栅。高分辨率侧CCD单元111用于获得高分辨率图像，而低分辨率侧CCD单元112用于获得低分辨率图像。因此，在产生低分辨率图像的情况下，可以从低分辨率侧CCD单元112读取两个光电二极管的电荷的复合信号。在产生高分辨率图像的情况下，可以从高分辨率侧CCD单元111读取单个光电二极管的电荷。结果，可以读取仅仅对应于目标分辨率的需要信息。此外，用于处理该读取信息需要的时间周期可以被缩短。但是，根据分辨率，相关技术2的CCD需要多个CCD单元和光电二极管组。为此，在芯片中重叠多个像素，芯片中的CCD单元的面积增加，导致了有效的像素数目不能相对于芯片面积增加的问题。
日本未审查专利申请公报第2001-244448号(相关技术3)公开了一种克服上述问题的CCD的例子。图18示出了相关技术3的CCD。在相关技术3的CCD中，具有成列布置的光电二极管101的光电二极管列101C与高分辨率侧CCD单元111和低分辨率侧CCD单元112连接。因此，分别地，可以基于来自一个光电二极管101的电荷信息来获得高分辨率信息，而基于来自两个光电二极管101的两个电荷信息的合并来获得低分辨率信息。
此外，图19示出了相关技术4的CCD，相关技术4的CCD是相关技术3的CCD的改进。如图19所示，相关技术4的CCD包括用于奇数光电二极管的奇数CCD单元113和用于偶数光电二极管的偶数CCD单元114——从图19中的左侧计算——以便读取来自光电二极管列101D的光电二极管101的电荷。因此，在产生高分辨率图像的情况下，获得来自奇数CCD单元113的电荷和来自偶数CCD单元114的电荷，然后，按光电二极管的布置顺序再将这些电荷分开。在产生低分辨率图像的情况下，可以通过合成来自奇数CCD单元113的电荷和来自偶数CCD单元114的电荷获得该图像。亦即，可以根据图像的分辨率来获得适当的信息量。
但是，相关技术3和4的CCD具有这样的问题，即应该准备与分辨率类型一样多的CCD单元，并且芯片中的CCD单元的面积也增加了，因此相对于芯片面积，不能增加有效像素的数目。
日本未审查专利申请公报第2003-332557号(相关技术5)公开一种在一个累积栅处对通过合成对应于不同颜色信息的多个像素信息而获得的复合电荷进行提取的技术。图20示出了相关技术5的CCD。如图20所示，相关技术5的CCD包括CCD单元105、邻近于CCD单元105的读取栅104A、垂直于读取栅104A的存储栅107、邻近于存储栅107的读取栅104B、以及邻近于读取栅104B的光电二极管101。光电二极管101以矩阵形式形成。相关技术5的CCD从一个累积栅102读出来自连接到一个存储栅107的光电二极管101的信息并输出该读出的信息。
但是，即使在相关技术5的CCD中，与相邻存储栅107连接的光电二极管的信息也应该被分开地读取。因此，为了减少与CCD单元105的电荷转移方向(主扫描方向)上布置的像素相关的信息，应当对从输出放大器106输出的信息进行处理。此外，在对垂直于主扫描方向的副扫描方向中布置的像素信息进行合成的情况下，仅仅在副扫描方向中的像素信息减少了，因此行方向和列方向之间的像素比被改变了。因此，在从光电二极管读取电荷时，甚至相关技术5也不能减像素数目。与相关技术1一样，相关技术5在获得对应于多个像素的信息时发现了困难。
发明内容
根据本发明一个方面的一种图像传感器，包括：成列布置的多个像素；邻近于该多个像素的读取栅；邻近于该读取栅形成并对应于该多个像素的多个存储栅；对应于该存储栅的多个存储控制栅；以及该多个存储控制栅共用的CCD累积栅。
根据本发明的图像传感器，一个CCD累积栅被多个存储控制栅共享，由此在CCD累积栅处可以对与多个像素的信号电荷相关的信息进行读取和合成，或可以分开地读取和转移与单个像素的信号电荷相关的信息。
附图说明
由下面结合附图的详细说明将使本发明的上述及其他目的、优点和特点变得更明显，其中：
图1示出了根据本发明第一实施例的CCD布局的平面图；
图2示出了根据第一实施例的CCD的低分辨率模式操作的时序图；
图3A示出了沿根据本发明第一实施例的CCD布局的第一方向截取的CCD单元的剖面图；
图3B示出了在图3A的剖面图中，在时间T2时电荷转移的电位电平；
图3C示出了在图3A的剖面图中，在时间T4时电荷转移的电位电平；
图4示出了根据第一实施例的CCD的高分辨率模式操作的时序图；
图5A示出了沿根据本发明第一实施例的CCD的第一方向获得的CCD单元的剖面图；
图5B示出了在图5A的剖面图中，在时间T2时电荷转移的电位电平；
图5C示出了在图5A的剖面图中，在时间T3时电荷转移的电位电平；
图6示出了根据本发明第二实施例的CCD布局的平面图；
图7示出了根据第二实施例的CCD的低分辨率模式操作的时序图；
图8示出了根据本发明的第三实施例的CCD布局的平面图；
图9示出了根据本发明的第四实施例的CCD布局的平面图；
图10示出了根据本发明的第五实施例的CCD布局的平面图；
图11示出了沿垂直于CCD第一方向的方向获得的剖面图和根据第五实施例的剖面图中的电位电平；
图12示出了根据第五实施例的CCD的低分辨率模式操作的时序图；
图13示出了根据第五实施例的CCD的高分辨率模式操作的时序图；
图14示出了根据本发明第六实施例的CCD布局的平面图；
图1 5示出了沿垂直于CCD第一方向的方向获得的剖面图和根据第六实施例的剖面图中的电位电平；
图16示出了相关技术1的CCD布局的平面图；
图17示出了相关技术2的CCD布局的平面图；
图18示出了相关技术3的CCD布局的平面图；
图19示出了相关技术4的CCD布局的平面图；以及
图20示出了相关技术5的CCD布局的平面图；
具体实施方式
现在将参考说明性实施例描述本发明。所属领域的技术人员将认识到使用本发明的教导可以实现多种可选实施例，并且本发明并不局限于用于说明性目的而示出的各实施例。
第一实施例
图1示出了根据本发明的第一实施例的CCD 100。如图1所示，第一实施例的CCD 100包括光电二极管列1、读取栅2T、存储控制栅2A和2B、存储栅3A和3B、CCD单元4、控制电路5以及输出放大器6。
光电二极管列1具有沿第一方向成列布置的多个光电二极管7A和7B。光电二极管7A和7B基于入射光产生电荷。这里，在该实施例中，从图1的左侧计算的奇数光电二极管和偶数光电二极管分别被称为光电二极管7A和光电二极管7B。
读取栅2T控制光电二极管列1和存储栅3之间的电荷转移。如果通过控制电路5施加高电平电压(例如，电源电压)，那么读取栅2T导通，电荷从光电二极管列1转移到存储栅3。相反，如果通过控制电路5施加低电平电压(例如，地电压)，那么读取栅2T不导通，光电二极管和存储栅之间的电荷转移停止。
存储栅3A和3B分别对应于光电二极管7A和7B。这些存储栅是用于临时地存储在光电二极管中产生的电荷的元件。存储栅3A和3B施加有预定的电压电平并累积电荷。
存储控制栅2A和2B分别对累积在存储栅3A和3B中的电荷向CCD累积栅8-1的转移进行控制。当高电平电压被施加到存储控制栅2A和2B时，存储控制栅2A和2B导通，从而电荷从存储栅3转移到CCD累积栅8-1。相反，当施加低电平电压时，存储控制栅2A和2B不导通，在存储栅3和CCD累积栅8-1之间没有电荷转移。
CCD单元4具有多个主转移元件8和副转移元件9。主转移元件8是第一电荷转移元件，并包括CCD累积栅8-1和CCD阻挡栅8-2。副转移元件9是第二电荷转移元件，并包括CCD累积栅9-1和CCD阻挡栅9-2。CCD累积栅8-1和9-1是用于累积电荷的栅极。CCD阻挡栅8-2和9-2是用于产生电位的栅极，该电位是作为切断相邻的CCD累积栅8-1和9-1之间的电荷转移的阻挡层。此外，控制电路5施加信号φ1到主转移元件8，以及控制电路5施加信号φ2到副转移元件9。
控制电路5输出对读取栅2T、存储控制栅2A和2B以及CCD单元4的控制信号。下面更详细地描述这些信号。输出放大器6包括放大器，例如，具有源-跟随器电路的浮置扩散放大器，以及电荷探测器。输出放大器是这样的电路，其用于将来自CCD单元的电荷转换为信号并将该信号输出给随后的电路。
这里，将CCD单元4的电荷转移方向被定义为第一方向。如图1所示，光电二极管列1的光电二极管7A和7B沿第一方向成列布置。这些光电二极管按从图1左侧看的光电二极管7A和7B的顺序交替地布置。
读取栅2T沿第一方向延伸并形成矩形形状。其沿长度方向的一侧面接触光电二极管列1，而沿长度方向的另一侧面接触存储栅3A和3B。
越过读取栅2T，存储栅3A面对光电二极管7A。此外，越过读取栅2T，存储栅3B面对光电二极管7B。
存储控制栅2A和2B每个在第一方向上延伸并具有矩形形状。其沿长度方向的一侧面接触存储栅3A和3B，而沿长度方向的另一侧面接触CCD单元4。存储控制栅2A被设置到存储栅3A的(靠近)CCD单元4的一侧上，以及存储控制栅2B被设置到存储栅3B的(靠近)CCD单元4的一侧上。此外，存储控制栅2A被连线以接收类似的控制信号。同样，存储控制栅2B被连线以具有类似的控制信号。
在CCD单元4中，主转移元件8和副转移元件9被交替地沿第一方向布置。在主转移元件8中，CCD阻挡栅8-2和CCD累积栅8-1沿第一方向按这个顺序互相邻近形成。在副转移元件9中，CCD阻挡栅9-2和CCD累积栅9-1沿第一方向按这个顺序彼此邻近形成。CCD累积栅8-1和9-1和CCD阻挡栅8-2和9-2沿垂直于第一方向的方向上延伸并具有矩形形状。此外，CCD累积栅8-1的沿宽度方向的一侧面接触存储控制栅2A和2B。此外，在第一方向上的CCD单元4的端部处形成输出放大器。
下面更详细地描述第一实施例的CCD 100的操作。第一实施例的CCD 100具有用于获得低分辨率图像信息(例如，低分辨率模式)的第一模式和用于获得高分辨率图像信息(例如，高分辨率模式)的第二模式。首先，描述CCD 100的低分辨率模式操作。图2是CCD的低分辨率模式操作的时序图。
在CCD 100中，光电二极管响应于光的入射产生电荷。然后，在时间T1，读取栅2T变为高电平(例如，电源电压电平)，以及由光电二极管7A和7B产生的电荷被转移到存储栅3A和3B。
然后，在时间T2，存储控制栅2A和2B变为高电平。结果，在存储栅3A和3B中累积的电荷被转移到主转移元件的CCD累积栅8-1，然后在CCD累积栅8-1处被合并。接着，在从时间T3至时间T4的时段内，通过CCD单元4，从输出放大器6输出关于在CCD累积栅8-1中累积的电荷的信息。
在从时间T3至时间T4的时段中，所有光电二极管的电荷被输出，以及从时间T4向前，获得下一个图像信息并转移。
利用上述操作，第一实施例的CCD 100用CCD单元对由列A(光电二极管7A)产生的电荷相关的信息和由列B(光电二极管7B)产生的电荷相关的信息进行合成，并一次读出这些信息。
图3A是CCD单元4的剖面图，以及图3B和3C是在时间T2和T3时图2的CCD单元4的电荷转移的示意图。参考图3A至3C，描述CCD单元4的电荷转移操作。
图3A是沿第一方向的CCD单元4的截面图。如CCD单元4的截面所示，在P型半导体衬底10上形成N-型扩散层11，以及在N-型扩散层上有选择地形成N-型扩散层12。形成氧化膜层13以覆盖N-型扩散层11和N-型扩散层12的表面。在氧化膜层13的表面上和在接触氧化膜层13的N-型扩散层11的区域之上形成由多晶硅制成的CCD累积栅8-1和9-1作为电极。此外，在氧化膜层13的表面上和在接触氧化膜层13的N-型扩散层12的区域之上形成由多晶硅制成的CCD阻挡栅8-2和9-2作为电极。
图3B是在时间T2时CCD单元4的电位和所累积的电荷的示意图。在时间T2，主转移元件8施加有高电平电压(信号φ1)，而副转移元件9施加有低电平电压(信号φ2)。因此，电位按CCD阻挡栅9-2、CCD累积栅9-1、CCD阻挡栅8-2以及CCD累积栅8-1的顺序降低。
主转移元件8的CCD累积栅8-1邻近于存储控制栅2A和2B。在时间T2，存储控制栅2A和2B施加有高电平电压且变为导通。因此，最低电位的CCD累积栅8-1累积光电二极管7A和7B的电荷的总量。
图3C是在时间T3时CCD单元4的电位和所累积的电荷的示意图。在时间T3，主转移元件8施加有低电平电压(信号φ1)，而副转移元件9施加有高电平电压(信号φ2)。由此，每个栅极的电位按照CCD阻挡栅8-2、CCD累积栅8-1、CCD阻挡栅9-2以及CCD累积栅9-1的顺序降低。
在时间T3，在CCD累积栅9-1中累积了在时间T2时最低电位的CCD累积栅8-1中所累积的电荷。亦即，在时间T3，在CCD累积栅8-1中累积的电荷被转移到较低电位的CCD累积栅9-1。在从时间T3至时间T4的时段中，信号φ1和φ2是相反相位的时钟脉冲。由此，CCD累积栅8-1和9-1的电荷响应于信号φ1和φ2而移动，以便与输出放大器6建立连接。
这里，CCD阻挡栅8-2和9-2总是具有高于CCD累积栅的电位。由此，尽管CCD累积栅的电位被改变，但是在被CCD阻挡栅阻挡的方向上，电荷也从不移动。
接下来，描述CCD的高分辨率模式操作。图4是CCD 100的高分辨率模式操作的时序图。
如图4所示，在高分辨率模式下，读取栅2T和信号φ1和φ2基本上处于与低分辨率模式相同的水平。在低分辨率模式下，存储控制栅2A和2B在相同的时间变为高电平，而在高分辨率模式下，存储控制栅2A和2B在不同的时间变为高电平。
亦即，在高分辨率模式下，存储控制栅2A和2B分别在时间T2和T4变为高电平。因此，CCD单元4首先转移由光电二极管7A产生的电荷，然后转移由光电二极管7B产生的电荷。
图5A是高分辨率模式下CCD单元4的剖面图，以及图5B和5C是在图4的时间T2和T3时CCD单元4的电荷转移的示意图。如图5A至5C所示，在低分辨率模式下，在时间T2，CCD累积栅8-1累积了由光电二极管7A产生的电荷(图5B)。在时间T3，电荷被转移到副转移元件9的CCD累积栅9-1(图5C)。顺便提及，在高分辨率模式下，所有光电二极管的电荷都被同时读取并存储在存储栅中，以防止由于在两个阶段中读取与光电二极管的电荷相关信息的操作而导致在副扫描方向上的分辨率劣化。
如上所述，根据第一实施例的CCD 100，在形成低分辨率图像的情况下，存储控制栅2A和2B同时开始导通，由此两个光电二极管的电荷被合并、且在CCD累积栅8-1处读取。亦即，由于电荷可以在CCD累积栅处合并而作为单个信息读取，因此假设像素的总数是n，那么读取像素的数目是n/2。换句话说，在低分辨率模式下，读取像素信息所需的周期可以被减小至约为高分辨率模式下的1/2。
此外，在形成高分辨率图像的情况下，存储控制栅2A和2B被分别导通，因此可以分开地获得对应于单个像素的信息。在此情况下，读取像素的数目是n。即使在读取高分辨率图像的情况下，读取速度也与常规CCD相同。
根据第一实施例的CCD 100，即使在为成列布置的像素提供一个CCD单元的这种结构中，也控制了存储控制栅2A和2B，因此可以决定是否分别地获得或合并来获得对应于每个像素的信息。因此，在芯片中没有必要配置任何冗余元件，由此可以提高有效像素与总芯片面积的比率。
第二实施例
图6示出了根据本发明第二实施例的CCD 200。第二实施例的CCD200基本上与第一实施例的CCD 100相同。除第一实施例的CCD 100的组件之外，第二实施例的CCD包括邻近于存储栅3形成的复位栅14A和14B，以及邻近于复位栅14A和14B形成的复位漏极15。与第一实施例相同的元件由相同的参考标记表示，这里省略了对它们的描述。
复位栅14A和14B分别邻近于存储栅3A和3B形成。在复位栅14A和14B施加有高电平电压的情况下，存储栅3A和3B以及复位漏极15变为导通。在复位栅14A和14B施加有低电平电压的情况下，存储栅3A和3B以及复位漏极15不导通。
复位漏极15邻近于复位栅14A和14B形成。复位漏极15用于输出存储栅3A和3B中累积的电荷。
下面将描述第二实施例的CCD 200的详细操作。如果不使用复位栅(复位栅处于低电平)，那么第二实施例的CCD 200操作类似于第一实施例。在使用光电二极管7A和7B之一的电荷的情况下，第二实施例的CCD 200将其他光电二极管的电荷转移到复位漏极15。
图7是在仅仅使用两个光电二极管当中的光电二极管7A的情况下，第二实施例的CCD 200的操作时序图。
如图7所示，如果不使用光电二极管7B的电荷，那么光电二极管7B的复位栅极保持高电平。此外，存储控制栅2B没有施加脉冲而保持低电平。
在时间T1，读取栅2T变为高电平。此时，电荷从光电二极管7A和7B转移到存储栅3A和3B。这里，由于复位栅极14B处于高电平，存储栅3B的电荷被输出到复位漏极15。此外，复位漏极15施加有低电平电压，因此在存储栅3A中累积了电荷。
当在时间T2存储控制栅2A变为高电平时，存储栅3A中累积的电荷被转移到CCD累积栅8-1。在CCD单元4中，这些电荷的转移始于时间T3，以及通过输出放大器输出这些电荷。此外，从时间T4向前，由光电二极管7A产生的电荷被读取和转移，这与时间T1至时间T4的周期中一样。
根据第二实施例的CCD，邻近于存储栅设置复位栅极和复位漏极，由此不需要的电荷可以被输出到CCD的外面。因此，可以避免由光电二极管产生的不需要的电荷被连续地累积从而使光电二极管和存储栅饱和的情况。此外，在合成两个像素的信息以获得低分辨率图像信息的情况下，合并电荷的量太大，在某些情况下CCD累积栅会饱和。但是，在第二实施例中，仅仅使用两个像素之一的信息，使之可以防止CCD累积栅的饱和。
第三实施例
图8示出了根据本发明的第三实施例的CCD 300。第三实施例的CCD 300基本上与第一实施例的CCD 100相同。在第一实施例的CCD100中，两个光电二极管成对工作。相反，在第三实施例的CCD 300中，以三个光电二极管为一组工作。与第一实施例相同的元件由相同的参考标记表示，这里省略了对它们的描述。
参考图8，详细描述第三实施例的CCD 300的布局。这里，假定CCD单元4的电荷转移方向为第一方向。如图9所示，光电二极管列1的光电二极管7A、7B以及7C沿第一方向成列布置。当从图9的左侧观察时，光电二极管7A、7B和7C依次交替地布置。
读取栅2T在第一方向上延伸并形成矩形形状。该栅极的长度方向上的一个侧面接触光电二极管列1，长度方向的另一侧面接触存储栅3A、3B和3C。
存储栅3A跨过读取栅2T与光电二极管7A相面对，并且在每个栅极的(靠近)光电二极管7A一侧的侧面与读取栅2T相接触。存储栅3B跨过读取栅2T面对光电二极管7B，并且在每个栅极的(靠近)光电二极管7B一侧的侧面与读取栅2T相接触。存储栅3C跨过读取栅2T面对光电二极管3C，并且在每个栅极的(靠近)光电二极管7C一侧的侧面与读取栅2T相接触。
存储控制栅2A、2B以及2C在第一方向上延伸并具有矩形形状。该栅极长度方向上的一个侧面接触存储栅，而长度方向上的另一侧面接触CCD单元4。将存储控制栅2A配置到存储栅3A的(靠近)CCD单元4的侧面上。将存储控制栅2B配置到存储栅3B的(靠近)CCD单元4的侧面上。将存储控制栅2C配置到存储栅3C的(靠近)CCD单元4侧面上的。
在CCD单元4中，主转移元件8和副转移元件9彼此相邻地交替沿第一方向设置。在主转移元件8中，CCD阻挡栅8-2和CCD累积栅8-1沿第一方向按这个顺序彼此相邻地形成。在副转移元件9中，CCD阻挡栅9-2和CCD累积栅9-1沿第一方向按这个顺序形成。CCD累积栅8-1和9-1以及CCD阻挡栅8-2和9-2在垂直于第一方向的方向上延伸并且具有矩形形状。此外，CCD累积栅8-1宽度方向上的一个侧面接触存储控制栅2A、2B和2C。此外，在第一方向上的CCD单元4的端部处形成输出放大器。
在第三实施例的CCD 300中，在读取与存储栅中存储的电荷相关的信息的情况下，存储控制栅2A、2B和2C同时导通，因此三个像素的电荷被合并成单个信息，该信息可以被读取。此外，当存储控制栅2A、2B和2C在不同的时间被导通时，由此可以分别地获得与每个像素相关的信息。此外，例如，当存储控制栅2A和2B同时导通，而存储控制栅2C在另一时间导通时，由此则可以分别地获得与三个像素当中的两个像素相关的合成的信息和与剩余一个像素相关的信息。亦即，第三实施例的CCD 300能够实现三种模式：第一模式，用于获得一个信息作为与三个像素相关的合成信息(例如，低分辨率模式)；第三模式，用于分别地获得两个像素的合成信息和剩余一个像素的信息(例如，中等分辨率模式)；以及第二模式，用于分别地获得每个像素的信息(例如，高分辨率模式)。
顺便提及，为了防止由于存储栅处的过量电荷而引起的饱和，可以邻近于存储栅形成复位栅极和复位漏极。此外，为了防止光电二极管被过量电荷所饱和，可以邻近于该栅极设置关闭栅极或溢出漏极。
第四实施例
图9示出了根据本发明的第四实施例的CCD 400。在第四实施例的CCD 400中，存储栅将每三个光电二极管(每三个光电二极管组成一组)的电荷进行合并，并将该电荷转移到CCD单元。
参考图9，描述第四实施例的CCD 400的布局。这里，假定CCD单元4的电荷转移方向为第一方向。此外，在该实施例中有两条光电二极管列，被设为光电二极管列1A和1B。假定光电二极管列1A的各光电二极管为第一像素(例如，光电二极管7A)，以及假定光电二极管列1B的光电二极管为第二像素(例如，光电二极管7B-1和7B-2)。
如图9所示，光电二极管列1A的光电二极管7A沿第一方向成列布置。第一读取栅(例如，存储控制栅2A)在第一方向上延伸并具有矩形形状。该读取栅长度方向上的一个侧面接触光电二极管列1A，以及该读取栅长度方向上的另一侧面接触存储栅3。
存储栅3跨过存储控制栅2A与光电二极管7A相面对，以及在与光电二极管7A相对的该存储栅的一侧上与第三读取栅(例如，读取栅2T)相接触。此外，第二读取栅(例如，存储控制栅2B-1)接触存储栅3的一侧，该存储栅3沿垂直于第一方向的第二方向延伸，以及第二读取栅(例如，存储控制栅2B-2)接触(存储栅3的)另一侧。此外，具有与光电二极管7A的尺寸不同的光电二极管7B-1邻近于存储控制栅2B-1形成，以及具有与光电二极管7A的尺寸不同的光电二极管7B-2邻近于存储控制栅2B-2形成。
读取栅2T在第一方向上延伸并具有矩形形状。该读取栅沿长度方向上的一个侧面接触存储栅3，而沿长度方向上的另一侧面接触CCD单元4的CCD累积栅8-1。
在CCD单元4中，主转移元件8和副转移元件9彼此邻近地交替布置在第一方向上。在主转移元件8中，CCD阻挡栅8-2和CCD累积栅8-1彼此邻近地按这个顺序沿第一方向形成。在副转移元件9中，CCD阻挡栅9-2和CCD累积栅9-1彼此邻近地按这个顺序沿第一方向形成。CCD累积栅8-1和9-1以及CCD阻挡栅8-2和9-2在垂直于第一方向的方向上延伸并具有矩形形状。此外，CCD累积栅8-1宽度方向上的一个侧面接触读取栅2T。进一步，沿第一方向，在CCD单元4的端部形成输出放大器。
根据第四实施例的CCD 400，不同尺寸的三个光电二极管连接到一个存储栅，因此可以获得使用光电二极管A、B1和B2的高分辨率信息、以及基于光电二极管A、B1和B2的组合而获得中等分辨率信息和低分辨率信息。此外，根据第四实施例的CCD 400，与相关技术3不同，没有必要在各光电二极管之间设置用于电荷转移的CCD。因此，与相关技术3相比，可以减小光电二极管列与垂直于第一方向的CCD单元之间的距离。因此，可以减小线间隔，其中在读取信号电荷、合成这些信号、并重构原始图像之后，该线间隔影响了由此而形成的图像的完成质量。
尽管未示出，但是光电二极管可以设有关闭栅极和溢出漏极，用于防止当不使用时由于过量电荷而导致的饱和状态。可选的是，可以为存储栅配置复位栅极和复位漏极。
第五实施例
图10示出了根据本发明第五实施例的CCD 500。通过省略存储栅3和存储控制栅2A和2B，简化了第一实施例的CCD 100的结构。此外，用于控制CCD单元40的信号φ1和φ2被改变，由此用一条光电二极管列和一个CCD单元来读取高分辨率信息和低分辨率信息。此外，第五实施例的CCD单元40布置有主转移元件8而没有副转移元件9。
参考图10，详细描述第五实施例的CCD 500的布局。这里，CCD单元40的电荷转移方向被称为第一方向。如图10所示，光电二极管列1的光电二极管7A和7B沿第一方向成列布置。当从图10的左侧观察时，光电二极管7A、7B按照这个顺序交替地布置。
读取栅2T沿第一方向延伸并具有矩形形状。该读取栅沿长度方向的一个侧面接触栅极，而长度方向上的另一侧面接触CCD单元40的CCD累积栅8-1。
在CCD单元40中，对应于光电二极管7A的主转移元件8A和对应于光电二极管7B的主转移元件8B彼此邻近地沿第一方向交替布置。在主转移元件8A中，沿第一方向依次布置CCD阻挡栅8-2A和CCD累积栅8-1A。在主转移元件8B中，沿第一方向依次互相邻近地布置CCD阻挡栅8-2B和CCD累积栅8-1B。CCD累积栅8-1A和8-1B、以及CCD阻挡栅8-2A和8-2B沿垂直于第一方向的方向延伸并具有矩形形状。进一步，CCD累积栅8-1A和8-1B的沿宽度方向上的一个侧面接触读取栅2T。此外，主转移元件8A用信号φ2来驱动，以及主转移元件8B用信号φ1来驱动。而且，沿第一方向，在CCD单元40的端部形成输出放大器。
图11A是沿图10的线X1-X1’的CCD 500的截面示意图和电位变化。如图11A所示，读取栅施加有用高电平电压，以及信号φ1处于高电平，电位按照光电二极管、读取栅和CCD累积栅的顺序降低。由此，在此情况下，由光电二极管产生的电荷被移动到最低电位的CCD累积栅。此外，如果信号φ1处于低电平，那么CCD累积栅的电位变高(如图11A的虚线表示的电位)，因而没有电荷移动到CCD累积栅。
图11B是沿图10的线Y1-Y1′的CCD 500的截面示意图和电位变化。即使在图11B中，除了控制信号φ2代替控制信号φ1之外，也实现了与图11A相同的电位变化。
下面更详细地描述第五实施例的CCD 500的操作。图12示出了的第五实施例的CCD的低分辨率模式操作的时序图。参考图12，描述第五实施例的CCD 500的低分辨率模式操作。
首先，在时间T6，读取栅2T以及信号φ1和φ2变为高电平，由此光电二极管7A和7B的电荷移动到CCD累积栅8-1A和8-1B。接下来，在时间T7，读取栅2T和信号φ1变为低电平。此时，信号φ2保持高电平。响应于信号φ1，施加有信号φ1的CCD累积栅8-1B的电位增加。因此，CCD累积栅8-1B中累积的电荷转移到CCD累积栅8-1A，由此CCD累积栅8-1A累积了由光电二极管7A和7B产生的电荷的总和。
在时间T8，信号φ1变为高电平，以及信号φ2变为低电平。由此，CCD累积栅8-1A中累积的电荷转移到CCD累积栅8-1B。此后，使用相反相位的信号φ1和φ2将电荷转移到输出放大器。
接下来，描述高分辨率模式的操作。图13是高分辨率模式操作的时序图。参考图13，将详细描述第五实施例的CCD 500的高分辨率模式操作。
首先，在时间T9，读取栅2T和信号φ1变为高电平，而信号φ2变为低电平。因此，在CCD累积栅8-1B中累积了由光电二极管7B产生的电荷。在时间T10，读取栅2T和信号φ1变为低电平，而信号φ2变为高电平，由此累积的电荷从CCD累积栅8-1B转移到CCD累积栅8-1A。然后，直到时间T11，由光电二极管7B产生的电荷转移到输出放大器。
接下来，在时间T11，读取栅2T和信号φ2变为高电平，以及信号φ1变为低电平。因此，在CCD累积栅8-1A中累积了由光电二极管7A产生的电荷。在时间T12，读取栅2T和信号φ2变为低电平，而信号φ1变为高电平，因此，累积的电荷从CCD累积栅8-1A转移到CCD累积栅8-1B。然后，由光电二极管7A产生的电荷被转移到输出放大器。
根据第五实施例的CCD 500，即便其具有比第一实施例更简化的结构，也可以在比获得低分辨率图像的情况下更短的周期内获得为获取低分辨率图像所需要的信息。亦即，在低分辨率模式下，与所有像素的电荷相关的信息被同时读取，此后，两个像素的电荷被合并且被转移，由此获得信息。另一方面，在高分辨率模式下，在不同的时间读取相邻像素的电荷并转移。因此，可以获得高分辨率信息。
第六优选实施例
图14示出了根据本发明的第六实施例的CCD 600。与第五实施例的CCD 500相比较，在第六实施例的CCD 600中，光电二极管A设有由信号φ3控制的关闭栅极16和作为电荷输出部分的复位漏极17，关闭栅极16和复位漏极17互相邻近地形成。在高分辨率模式下，用与第五实施例的CCD 500基本上相同的方式操作第六实施例的CCD 600。此外，在低分辨率模式下，第五实施例的CCD 500合并了由光电二极管7A和7B产生的电荷，而第六实施例的CCD 600仅仅读取与来自光电二极管7B的电荷相关的信息，且光电二极管7A的电荷通过关闭栅极16输出到复位漏极17。
图15是沿图14的线Z1-Z1’的截面示意图和电位变化。如图15所示，如果读取栅施加有高电平电压，信号φ1处于高电平，那么电位按照光电二极管、读取栅、和累积栅的顺序降低。因此，在此情况下，由光电二极管产生的电荷移动到最低电位的累积栅。此外，如果信号φ1处于低电平，那么累积栅的电位变高(如图15的虚线表示的电位)，因此没有电荷移动到累积栅。此外，该关闭栅极提供有信号φ3。因此，如果信号φ3处于高电平，那么关闭栅极的电位被降低，因此由光电二极管产生的电荷被输出到复位漏极。如果信号φ3处于低电平，那么关闭栅极的电位变高，因此没有电荷流入到该复位漏极侧。
在第六实施例的CCD 600中，如果伴随信号φ1没有电荷转移到累积栅，那么用信号φ3控制关闭栅极，由此由光电二极管产生的电荷被输出到复位漏极。
在高分辨率模式下，第六实施例的CCD 600通过与第五实施例基本上相同的操作来获得像素信息。此外，在低分辨率模式下，相邻光电二极管之一的电荷被使用，而用复位漏极输出了另一光电二极管的电荷。因此，仅仅一个光电二极管的电荷被转移到CCD单元，使之可以防止CCD单元由于流入该单元的电荷而达到饱和。
顺便提及，本发明不局限于上述各实施例并且可以作出各种不同的修改。例如，只要由多个光电二极管产生的电荷转移到一个主转移元件的CCD累积栅，则对布局没有特别的限制。此外，在每个实施例中，为了防止电荷饱和，可以邻近于光电二极管配置关闭栅极或溢出漏极。可选的是，复位栅极和复位漏极可以邻近于存储栅配置。
此外，通过为对应于一个主转移元件的CCD累积栅的多个像素提供不同的滤色器，可以实现彩色图像传感器。
此外，在上述实施例中，为了驱动CCD单元而使用两相驱动时钟脉冲，但是即使使用三相或四相驱动时钟脉冲，本发明也是有效的。很显然本发明不局限于上述实施例，在不脱离本发明的保护范围和精神的条件下可以进行修改和改变。

Claims (13)

1.一种图像传感器：包括
成列布置的多个像素；
邻近于所述多个像素的读取栅；
邻近于所述读取栅并对应于所述多个像素形成的多个存储栅；
对应于所述存储栅的多个存储控制栅；以及
多个所述存储控制栅共用的CCD累积栅。
2.根据权利要求1的图像传感器，其中每整数个的存储控制栅，对所述多个存储控制栅施加以相同的控制信号。
3.根据权利要求2的图像传感器，其中所述CCD累积栅是构成两相驱动电荷转移元件的两个CCD累积栅之一。
4.根据权利要求3的图像传感器，还包括：
漏极，邻近于所述存储控制栅形成并输出电荷；
其中所述存储控制栅邻近于存储栅形成并控制所述存储栅的电荷。
5.根据权利要求1的图像传感器，其中所述CCD累积栅是构成两相驱动电荷转移元件的两个CCD累积栅之一。
6.根据权利要求5的图像传感器，还包括：
漏极，邻近于所述存储控制栅形成并输出电荷；
其中所述存储控制栅邻近于所述存储栅形成，并控制所述存储栅的电荷。
7.根据权利要求1的图像传感器，还包括：
漏极，邻近于所述存储控制栅形成并输出电荷；
其中所述存储控制栅邻近于所述存储栅形成，并控制所述存储栅的电荷。
8.根据权利要求1的图像传感器，还包括：
控制电路，用于对相应于所述CCD累积栅的多个存储控制栅的每一个进行控制，在第一模式下，该控制电路提供控制信号，该控制信号用于将来自多个存储控制栅的电荷统一地转移到所述CCD累积栅，以及在第二模式下，该控制电路提供控制信号，该控制信号用于将来自存储控制栅的电荷分别地转移到所述CCD累积栅。
9.根据权利要求8的图像传感器，其中应用于电荷转移元件的所述控制电路包括：CCD累积栅、驱动脉冲，在第一模式下，在从多个存储控制栅将电荷统一地转移到所述CCD累积栅之后，该驱动脉冲用于转移电荷，以及驱动脉冲；在第二模式下，在从多个存储控制栅将电荷分别地转移到CCD累积栅之后，该驱动脉冲用于转移电荷。
10.一种图像传感器：
成列布置的多个第一像素；
对应于所述第一像素的多个存储栅；
第一读取栅，用于从所述第一像素将信号电荷转移到相应的其中一个存储栅；
多个第二像素，对应于多个所述存储栅，并具有与第一像素不同的尺寸；
第二读取栅，用于从所述第二像素将信号电荷转移到相应的其中一个存储栅；
邻近于所述存储栅形成的电荷转移元件；以及
第三读取栅，用于将转移到存储栅的信号电荷转移到所述电荷转移元件，所述第三读取栅对应于每个存储栅。
11.一种图像传感器，包括：
成列布置的多个像素；以及
CCD单元，包括多个CCD累积栅，该多个CCD累积栅成列布置，该CCD单元累积并转移从所述多个像素转移来的电荷，
其中在第一模式下，在所述CCD累积栅处将从所述多个像素转移来的电荷进行合并，以及该CCD单元对合并后的电荷进行转移，以及
在第二模式下，通过该CCD单元从所述多个像素转移来的电荷被分别地转移。
12.根据权利要求11的图像传感器，还包括：
对应于所述多个像素的多个读取栅；以及
用于向所述读取栅提供控制信号的控制电路，
其中为多个所述读取栅共用地配置所述CCD累积栅；以及
在第一模式下，该控制电路提供控制信号，该控制信号用于从所述多个读取栅将电荷统一地转移到所述CCD累积栅，以及在第二模式下，该控制电路提供控制信号，该控制信号用于从多个读取栅将电荷分别地转移到所述CCD累积栅。
13.根据权利要求11的图像传感器，还包括：
邻近于所述多个像素形成的读取栅；以及
用于向所述CCD单元施加驱动脉冲的控制电路，
其中所述CCD累积栅以一对一的关系对应于所述多个像素，以及
该CCD单元将在相邻CCD累积栅之一中累积的电荷转移到相邻CCD累积栅的另一个，该CCD单元对该相邻CCD累积栅的电荷进行合并，以及在第一模式下，响应于来自所述控制电路的所述驱动脉冲，该CCD单元在所述相邻各CCD累积栅之间转移所述合并后的电荷，并且，在第二模式下，该CCD单元在相邻累积栅之一中累积电荷，以及响应于来自所述控制电路的驱动脉冲，在相邻各累积栅之间转移该累积后的电荷。
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