專利名稱：固體攝像裝置的驅(qū)動方法和固體攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有讀取矩陣狀排列的多個光電轉(zhuǎn)換部中存儲的信號電荷而得到二維的圖像信號的結(jié)構(gòu)的固體攝像裝置的驅(qū)動方法和固體攝像裝置。
背景技術(shù)：
固體攝像裝置構(gòu)成錄像機和數(shù)碼攝像機的攝像部、或者傳真和圖像掃描儀的圖像識別部，作為攝像元件廣泛使用CCD(Charge CoupledDevice)型圖像傳感器。
關(guān)于現(xiàn)有例的使用了CCD型圖像傳感器的固體攝像裝置的平面結(jié)構(gòu)，參照圖19的概念圖進行說明。1是形成光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管，矩陣狀地排列多個。在光電二極管1的各列間排列垂直CCD2而形成有攝像區(qū)域3。將各光電二極管1中存儲的電荷向垂直CCD2輸送，通過垂直CCD2向著水平CCD4，在垂直方向上并列傳送。
從而，從多條垂直CCD2向水平CCD4依次傳送相當于1條掃描線的信號電荷。到達了水平CCD4的電荷向水平方向被傳送，利用電荷檢測部5變換為信號電壓，在用輸出放大器6放大之后，作為攝像輸出OUT導(dǎo)出。由以上要素構(gòu)成的固體攝像元件7形成在n型基板75上。然后，攝像輸出由信號處理部30進行信號處理。
根據(jù)從定時發(fā)生電路8供給的、例如4相的傳送時鐘φV1、φV2、φV3、φV4對垂直CCD2進行傳送驅(qū)動。這樣，讀取到垂直CCD2的信號電荷在水平消隱期間，依次在垂直方向每次傳送相當于1條掃描線的部分。水平CCD4通過例如2相的水平傳送時鐘φH、φH2傳送驅(qū)動。這樣，在水平消隱期間后的水平掃描期間依次在水平方向傳送1條掃描線部分的信號電荷。
n型基板75通過電阻11接地，在n型基板75與電阻11的連接點上，通過二極管10連接有基準電壓發(fā)生電路9?；鶞孰妷喊l(fā)生電路9產(chǎn)生的基準電壓作為基板電壓Vsub施加在n型基板75?；咫妷篤sub如后所述是為了決定存儲在光電二極管1的信號電荷的飽和量而施加的電壓。
考慮伴隨著CCD型圖像傳感器的制造偏差的、由基板電壓Vsub形成的電位勢壘的高度偏差，基準電壓對每個元件(芯片)設(shè)定為最佳值。
另一方面，在可進行電子快門工作的CCD圖像傳感器中，在定時發(fā)生電路8中生成快門脈沖SP，該快門脈沖SP由電容器12直流截止之后，施加到n型基板75。這時，快門脈沖SP的低電平通過二極管10鉗位為基準電壓的直流電平(例如參照日本特開平7-284026號公報)。
圖20中示出沿著圖19的A-A線的元件剖面圖。在n型基板75的上部形成p阱區(qū)域17，在其中形成有光電二極管1和垂直CCD溝道2a。在其上形成有兼作垂直CCD的傳送電極和控制來自光電二極管1的信號電荷的輸送的電極的電極18。19是元件分離區(qū)域。
該結(jié)構(gòu)的元件通過三值的脈沖驅(qū)動，在施加了最高電壓時，從光電二極管1通過輸送柵區(qū)域24向垂直CCD溝道2a輸送信號電荷。
關(guān)于該元件中的用于抑制像模糊的工作，參照表示沿圖20的B-C-D線的電位分布的圖21進行說明。該圖中的各區(qū)域用相對應(yīng)的光電二極管1、輸送柵區(qū)域24、垂直CCD溝道2a、p阱區(qū)域17、n型基板75相同的參照號碼示出。
由于在p阱區(qū)域17與n型基板75之間施加了基板電壓Vsub，因此，形成pn結(jié)后的光電二極管1的下部的p阱區(qū)域17被耗盡，在用實線示出的電位分布中形成有電位勢壘。
此外，輸送柵區(qū)域24的以實線示出的電位表示不輸送信號電荷時的狀態(tài)。在輸送信號電荷時成為以虛線示出的電位。在輸送柵區(qū)域24成為以虛線示出的電位時，通過向垂直CCD溝道2a輸送光電二極管1的電荷，光電二極管1成為以電位25a表示的空的狀態(tài)。
當輸送期間結(jié)束而開始存儲期間時，伴隨通過射入的光存儲電荷，光電二極管1的電位的阱如電位25b所示地變淺。當電位25b比實線的電位分布中的p阱區(qū)域17的電位26a還下降時，過剩電荷通過p阱區(qū)域17被排出到n型基板75。
這樣地，超過由p阱區(qū)域17的電位勢壘決定的飽和電荷量的電荷存儲在光電二極管1中時，過剩電荷排出到n型基板75，從而抑制像模糊。若提高基板電壓Vsub，電位分布成為以虛線表示的狀態(tài)，由p阱區(qū)域17的電位26b示出的飽和電荷量被設(shè)定為低值。通過適當設(shè)定基板電壓Vsub，能夠得到適合于元件特性的像模糊抑制效果。
但是，該像模糊抑制方法有如下缺點。即，在使圖21中示出的輸送柵區(qū)域24成為以虛線表示的電位而輸送信號電荷的期間，由光電二極管1產(chǎn)生的電荷被存儲在垂直CCD溝道2a、輸送柵區(qū)域24、光電二極管1，直到由存儲的電荷產(chǎn)生的電位25b達到比p阱區(qū)域17的電位26a低的電荷量。但是，若與垂直CCD溝道2a內(nèi)的鄰接的區(qū)域的勢壘的電位比電位26a高，在過剩電荷開始溢出到n型基板75之前，在垂直CCD溝道2a內(nèi)的鄰接的區(qū)域溢出電荷。即，在從光電二極管1輸送信號電荷的期間，事實上不具有像模糊抑制作用的功能。
為了在電荷輸送期間中也具有像模糊抑制作用的功能，在日本特開昭61-26375號公報中記載了在向光電二極管的電荷存儲期間和電荷輸送期間給予與n型基板75不同的電位的結(jié)構(gòu)。即，信號電荷存儲期間的大部分將p阱區(qū)域17作為與現(xiàn)有相同的低電平的電位26a的狀態(tài)，在輸送期間中作為高電平的電位26b的狀態(tài)。因此，在電荷輸送期間，比過剩電荷的電位26b淺(低)的電荷不存儲在光電二極管1而排出到n型基板75，起到像模糊抑制作用。但是，與垂直CCD2的鄰接區(qū)域的勢壘的電位需要比電位26b低。
此外，例如在數(shù)碼攝像機用途的高像素數(shù)CCD中有個別檢測出全部像素的存儲電荷后制成圖像數(shù)據(jù)的全像素模式(例如靜止圖象模式)和通過拉長線間隔并相加信息來減少信息量，提高幀速的像素混合模式(例如監(jiān)視模式、動態(tài)圖象模式)。
在像素混合模式中，通過規(guī)定個數(shù)部分相加混合被同一垂直CCD讀取的同一色像素的信號電荷后向電荷檢測部傳送，在垂直方向的每個規(guī)定間隔驅(qū)動而得到一條線的圖像信號。在像素混合模式中，由于混合多個像素的電荷而相加后的電荷量增大，因此，需要限制應(yīng)該傳送的電荷量，以便不超過垂直或者水平CCD中的傳送能力。
因此，在像素混合模式的情況下，提高基板電壓Vsub，限制存儲在光電二極管中的電荷，并控制為相加后的電荷量成為在傳送中不發(fā)生障礙的范圍。相加電荷的像素數(shù)越多，需要提高基板電壓Vsub使飽和電荷量降低，但是可設(shè)定的電壓作為元件受到制約。即，若相加電荷的像素數(shù)過多，不能將基板電壓Vsub設(shè)定為相對應(yīng)的高電壓。
此外，若在電荷存儲時施加高的基板電壓Vsub控制成相對于光電二極管的固有的電荷存儲能力成為極低的飽和電荷量，則與個別傳送模式的情況相比，光譜特性和靈敏度變化，并且線性劣化。
在特開昭61-26375號公報中記載的方法中，由于沒有設(shè)想根據(jù)像素混合模式的驅(qū)動，因此，僅考慮一律抑制信號電荷輸送期間中的像模糊的情況，不解決像素混合模式的驅(qū)動中的如上所述的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種固體攝像裝置，回避可作為基板電壓施加的電壓的制約，不使光譜特性、靈敏度、及線性劣化，能夠進行像素混合模式的驅(qū)動。
本發(fā)明的固體攝像裝置的驅(qū)動方法是對固體攝像裝置進行驅(qū)動的方法，該固體攝像裝置具有多個光電轉(zhuǎn)換部，存儲與入射光量對應(yīng)的信號電荷；輸送部，讀取存儲在上述光電轉(zhuǎn)換部的信號電荷；過剩電荷排出部，從上述光電轉(zhuǎn)換部排出超過了由基準電壓設(shè)定的飽和電荷量的過剩電荷。
為了解決上述課題，本發(fā)明的固體攝像裝置的驅(qū)動方法的特征在于，選擇性地應(yīng)用全像素模式和像素混合模式來驅(qū)動，上述全像素模式對每個像素個別地檢測存儲在上述光電轉(zhuǎn)換部中的信號電荷，上述像素混合模式對信號電荷進行規(guī)定個數(shù)部分相加混合后檢測；在上述全像素模式時，將電荷存儲期間的上述基準電壓和電荷輸送期間的上述基準電壓設(shè)定成相同，電荷存儲期間是電荷在上述光電轉(zhuǎn)換部中存儲的期間，電荷輸送期間是上述輸送部讀取電荷的期間；在上述像素混合模式時，作為上述電荷存儲期間的上述基準電壓施加低電平電壓，作為上述電荷輸送期間的上述基準電壓施加比上述低電平電壓電壓高的高電平電壓。
本發(fā)明的固體攝像裝置具有存儲與入射光量對應(yīng)的信號電荷的多個光電轉(zhuǎn)換部；讀取存儲在上述光電轉(zhuǎn)換部中的信號電荷的輸送部；從上述光電轉(zhuǎn)換部排出超過了由基準電壓設(shè)定的飽和電荷量的過剩電荷的過剩電荷排出部；向上述過剩電荷排出部供給上述基準電壓的第一基準電壓供給部；輸出用于供給上述過剩電荷排出部的上述基準電壓的第二基準電壓供給部；接收從上述第二基準電壓供給部輸出的信號后供給控制脈沖的定時發(fā)生電路；切換上述控制脈沖或者快門脈沖后向上述過剩電荷排出部供給的切換電路。


圖1是示出本發(fā)明的第一實施方式涉及的固體攝像裝置的平面結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖2是示出該固體攝像裝置驅(qū)動用的脈沖波形的波形圖。
圖3是詳細地示出該脈沖波形的波形圖。
圖4是示出構(gòu)成該固體攝像裝置的第一基準電壓發(fā)生電路的一例的電路圖。
圖5是示出本發(fā)明的第二實施方式涉及的固體攝像裝置的平面結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖6是示出該固體攝像裝置驅(qū)動用的脈沖波形的波形圖。
圖7是詳細地示出該脈沖波形的波形圖。
圖8是示出構(gòu)成該固體攝像裝置的第一基準電壓發(fā)生電路的一例的電路圖。
圖9是示出構(gòu)成該固體攝像裝置的第二基準電壓發(fā)生電路、緩沖電路、定時發(fā)生電路的一部分的一例的圖。
圖10是示出構(gòu)成該固體攝像裝置的第二基準電壓發(fā)生電路、緩沖電路、定時發(fā)生電路的一部分的其他例的圖。
圖11是示出本發(fā)明的第三實施方式涉及的固體攝像裝置的平面結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖12是示出構(gòu)成該固體攝像裝置的校正電路的圖。
圖13是示出該固體攝像裝置驅(qū)動用的脈沖波形的波形圖。
圖14是詳細地示出該脈沖波形的波形圖。
圖15是示出構(gòu)成該固體攝像裝置的第一基準電壓發(fā)生電路的一例的電路圖。
圖16是示出構(gòu)成該固體攝像裝置的第二基準電壓發(fā)生電路、緩沖電路、定時發(fā)生電路的一部分的一例的圖。
圖17是示出構(gòu)成該固體攝像裝置的第二基準電壓發(fā)生電路、緩沖電路、定時發(fā)生電路的一部分的其他例的圖。
圖18是示出該固體攝像裝置中的光電二極管周邊部的各部分中的電位分布的圖。
圖19是示出現(xiàn)有例的固體攝像裝置的平面結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖20是示出現(xiàn)有例的固體攝像裝置的光電二極管周邊部的結(jié)構(gòu)的圖19的A-A’剖面圖。
圖21是示出圖19的光電二極管周邊部的各部分中的電位分布的圖。
具體實施例方式
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的固體攝像裝置或者其驅(qū)動方法，能夠在電荷存儲期間有效利用光電二極管的固有的電荷存儲能力，不損失光譜特性、靈敏度和線性而進行電荷存儲，能夠在電荷輸送期間，通過排出不要的電荷減少電荷量后進行輸送，回避可施加的電壓的制約，可通過像素混合模式進行良好的驅(qū)動。
在本發(fā)明的固體攝像裝置的驅(qū)動方法中，上述像素混合模式時的上述基準電壓能夠形成將從定時發(fā)生電路供給的控制脈沖重疊在第一基準電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓上的波形。
此外，優(yōu)選上述像素混合模式時的上述基準電壓形成將從上述第一基準電壓發(fā)生電路供給的電壓、與接收第二基準電壓發(fā)生電路的信號輸出后從上述定時發(fā)生電路供給的控制脈沖重疊的波形。
優(yōu)選作為上述電荷輸送期間中的上述基準電壓施加第一或第二高電平電壓。
優(yōu)選上述第一高電平電壓是在從第一基準電壓發(fā)生電路供給的第一電壓上重疊了接收第二基準電壓發(fā)生電路的信號輸出后從定時發(fā)生電路供給的控制脈沖的波形，上述第二高電平電壓是將上述控制脈沖重疊在上述第一電壓上的波形，在此，接收了上述固體攝像裝置的圖像信號的上述第二基準電壓發(fā)生電路基于上述圖像信號輸出與上述固體攝像裝置的狀態(tài)相對應(yīng)的校正信號，接收上述校正信號后從上述定時發(fā)生電路輸出上述控制脈沖，上述第二高電平電壓設(shè)為比上述第一高電平電壓高的電壓。
上述第二高電平電壓能夠在以像素混合模式拍攝高亮度被攝體時施加。
作為上述像素混合模式時的上述電荷輸送期間的高電平電壓、第一或第二高電平電壓，優(yōu)選分別施加第三高電平電壓或第四高電平電壓，在監(jiān)視模式中選擇上述第三高電平電壓，在動態(tài)圖象模式中選擇上述第四高電平電壓，上述第四高電平電壓是比上述第三高電平電壓高的電壓。
上述高電平電壓的上升沿最好設(shè)定成與上述像素混合模式時的上述電荷輸送期間的開始時刻同相位或者滯后。
上述高電平電壓的下降沿最好設(shè)定成與上述像素混合模式時的上述電荷輸送期間的結(jié)束時刻同相位或者滯后。
在本發(fā)明的固體攝像裝置中，最好在上述第二基準電壓供給部與上述定時發(fā)生電路之間具有緩沖電路。
此外，最好在上述第二基準電壓供給部與上述緩沖電路之間具有A/D轉(zhuǎn)換部和并/串行轉(zhuǎn)換部，對上述第二基準電壓供給部的輸出信號進行A/D轉(zhuǎn)換和并/串行轉(zhuǎn)換，相對于從上述緩沖電路輸出的信號，由上述定時發(fā)生電路實施并/串行轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換。
此外，最好具有向上述第二基準電壓供給部供給校正信號的校正電路，上述校正電路基于從上述光電轉(zhuǎn)換部讀取的像素信號生成上述校正信號。
上述過剩電荷排出部能夠作為具有上述光電轉(zhuǎn)換部和上述輸送部的半導(dǎo)體基板。
以下，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式中的固體攝像裝置和其驅(qū)動方法具體地進行說明。
(第一實施方式)圖1是示出本發(fā)明的第一實施方式的固體攝像裝置的平面結(jié)構(gòu)的概念圖。基本的結(jié)構(gòu)與圖19示出的固體攝像裝置相同，因此，對相同的結(jié)構(gòu)要素，標記各個相同的參照號碼代替具體的說明。此外，元件的剖面結(jié)構(gòu)與圖20中示出的現(xiàn)有例相同，此外，由于光電二極管1的周邊的電位分布與圖21相同，還參照圖20和圖21進行說明。
本實施方式中的固體攝像裝置，作為驅(qū)動模式具有如上所述的全像素模式和像素混合模式。為了根據(jù)驅(qū)動模式使施加到n型基板70的基板電壓Vsub不同來控制光電二極管1中的飽和電荷量，在定時發(fā)生電路8與電容器12之間連接有切換電路13。定時發(fā)生電路8除了快門脈沖SP之外還供給控制脈沖CON作為施加到n型基板70的脈沖電壓。該控制脈沖CON具體是與像素混合模式的電荷輸送期間的高電平的基準電壓相當?shù)拿}沖。
切換電路13對于與電容器12連接的端子14選擇性地切換連接供給快門脈沖SP的端子15、及供給控制脈沖CON的端子16。從而，快門脈沖SP或控制脈沖CON中的任一個通過電容器12重疊在基準電壓后作為基板電壓Vsub施加到n型基板70。
再有，在本實施方式中，光電二極管1、垂直CCD2、攝像區(qū)域3、水平CCD4、電荷檢測部5、輸出放大器6、第一基準電壓發(fā)生電路50和二極管10設(shè)置在由n型基板70構(gòu)成的同一半導(dǎo)體基板芯片上。
如圖21所示，基板電壓Vsub具有控制光電二極管1中的飽和電荷量的基準電壓的功能。由切換電路13進行的上述選擇，根據(jù)由無圖示的驅(qū)動模式選擇部的選擇，利用供給的模式選擇信號Sm來切換。在驅(qū)動模式是像素混合模式時，控制脈沖CON重疊在由第一基準電壓發(fā)生電路50供給的基準電壓后施加在n型基板70。
圖2示出本實施方式的驅(qū)動脈沖的例子。圖2(a)中示出的時鐘脈沖20向兼作垂直CCD2的傳送電極和控制來自光電二極管1的信號電荷的輸送的電極的電極18(參照圖20)施加。通過交替地施加電壓20a、20b，在垂直CCD2內(nèi)傳送電荷。施加了電壓20c的期間為電荷的輸送期間。這與以前相同。
圖2(b)示出在全像素模式的情況下施加到n型基板70上的基板電壓21。電壓21a與從第一基準電壓發(fā)生電路50供給的基準電壓相對應(yīng)，貫穿電荷存儲期間和電荷輸送期間是恒定的。但是，關(guān)于通過切換電路13從定時發(fā)生電路8供給的快門脈沖SP，為了簡化說明省略圖示。電壓21a與圖21示出的排出過剩電荷的閾值、即規(guī)定飽和電荷量的電位26a相對應(yīng)。即，在電壓21a施加在n型基板70時，在p阱區(qū)域17的電位勢壘被設(shè)定為26a。這樣，在全像素模式的情況下，利用貫穿電荷存儲期間和電荷輸送期間而恒定的、圖21中示出的低電位26a規(guī)定飽和電荷量。
圖2(c)中示出在像素混合模式的情況下施加到n型基板70的基板電壓22。電壓21b與從定時發(fā)生電路8供給的控制脈沖CON相對應(yīng)。即，基板電壓22具有在從第一基準電壓發(fā)生電路50供給的基準電壓上重疊了控制脈沖CON的波形?；咫妷?2與時鐘脈沖20中的電荷輸送期間相對應(yīng)變?yōu)楦唠娖降碾妷?1b，在其他期間是低電平的電壓21a。電壓21b與圖21中示出的規(guī)定飽和電荷量的電位26b相對應(yīng)。
這樣地，像素混合模式的情況下的飽和電荷量在電荷存儲期間設(shè)定為較大，在電荷輸送期間設(shè)定為較小。這樣，在電荷存儲期間有效利用光電二極管1的固有的電荷存儲能力，能夠不損失光譜特性、靈敏度和線性進行電荷存儲。并且，在電荷輸送期間通過排出不要的電荷減少電荷量后進行輸送，回避可施加的電壓的制約，通過像素混合模式進行良好的驅(qū)動。
下面，參照圖3，對圖2(a)的時鐘脈沖20和圖2(c)的基板電壓22中的高電平的電壓21b的相位關(guān)系進行說明。關(guān)于圖2(a)的時鐘脈沖20和圖2(c)的基板電壓22，放大其E期間分別在圖3(a)和(b)中模式地示出。此外，圖3(c)和(d)中示出基板電壓22的其他例子。
圖3(b)中示出的基板電壓22的電壓21b的期間與圖3(a)的時鐘脈沖20的電壓20a的期間具有重疊。即，信號電荷存儲期間大部分施加與以前相同的低電平的電壓21a，在輸送期間中施加高電平的電壓21b。這樣，比排出過剩電荷的圖21的電位26b淺(低)的電荷不存儲在光電二極管1中而排出到n型基板70。
期望高電平的電壓21b的上升沿的相位與圖3(a)的時鐘脈沖20中的電壓20c的上升沿即輸送期間的開始同相位。但是，排出過剩電荷的作用稍微降低，信號量的控制性下降。另外，雖然信號量的控制性下降，但也可以如圖3(d)中示出的控制脈沖24所示地稍微慢。
此外，如圖3(c)所示，當在成為輸送期間之前向n型基板70施加高電平的電壓21b時，排出光電二極管1中存儲的信號電荷直到圖21的電位26b，因此，光電二極管1的動態(tài)范圍降低，但信號量的控制性提高。
向n型基板70施加的高電平的電壓21b的下降沿的相位也可以與輸送期間的結(jié)束同時，但從同步控制的容易度來說，最好如圖3(b)～(d)所示地稍微慢為好。
在以上的說明中，作為在像素混合模式的情況下的電荷輸送期間施加的基板電壓Vsub，示出了僅供給單一電壓的例子，但根據(jù)混合電荷的像素數(shù)，使施加在電荷輸送期間的基板電壓Vsub不同，能夠在各種情況下設(shè)定為最佳飽和電荷量。
例如，在數(shù)碼攝像機中，對于全像素模式即靜態(tài)圖象模式，作為像素混合模式，有監(jiān)視模式和動態(tài)圖象模式。在監(jiān)視模式中混合2個像素的電荷，在動態(tài)圖象模式中混合9個像素的電荷。在靜態(tài)圖象模式的情況下，為了適當?shù)卦O(shè)定飽和電荷量，施加DC4V作為基板電壓Vsub。
對此，在像素混合模式中，為了將混合后的電荷量限制在傳送能力內(nèi)，需要在監(jiān)視模式中施加DC6V作為基板電壓Vsub，在動態(tài)圖象模式中施加DC14V作為基板電壓Vsub。從而，在適用了本實施方式的像素混合模式的情況下，在電荷存儲期間施加4V作為基板電壓Vsub，在電荷輸送期間施加6V或14V的基板電壓Vsub。此外，在像素混合模式中，不限定于同一色的像素、或垂直方向上并列的像素彼此，可以有用各種各樣的方式混合信號電荷的情況，但本實施方式可以適用于以任何方式混合像素的情況。
此外，在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，通過以AC結(jié)合重疊控制脈沖CON，向從第一基準電壓發(fā)生電路50供給的基準電壓施加預(yù)定的基板電壓Vsub。另外，更具體地說，由于是AC結(jié)合，因此通過切換電路13從定時發(fā)生電路8供給對于期望的基板電壓Vsub與第一基準電壓發(fā)生電路50發(fā)生的基準電壓的差分電壓。但是，不限定于這樣的結(jié)構(gòu)，也可以采用通過DC結(jié)合施加具有預(yù)定的絕對值的基板電壓Vsub的結(jié)構(gòu)，另外，若具體地說，在圖1中可以使用沒有電容器12而從切換電路13直接施加基板電壓Vsub的結(jié)構(gòu)。
若采用這樣的結(jié)構(gòu)，在圖1所示的結(jié)構(gòu)的情況下，基板電壓Vsub的低電平被鉗位為基準電壓的直流電平，因此，有如下優(yōu)點在反映了對各個芯片設(shè)定為最佳值的基準電壓的值的狀態(tài)下能夠使基板電壓Vsub變化，即，產(chǎn)生對于不進行像素相加的情況下的加法誤差不成問題的情況的、各個芯片設(shè)定為最佳值的基準電壓。
第一基準電壓發(fā)生電路50可以如圖4中示出的一例所示地構(gòu)成。該電路是在輸入端子φp與接地(GND)之間串聯(lián)了多個電阻的電阻分割電路。從輸入端子φp供給電源電壓。在多個電阻R、R1和R2的各連接點形成有衰減器(pad)P1～P10。各連接點還分別通過熔斷器F與基準電壓供給用的衰減器P11連接。此外，在連接各熔斷器和衰減器P11的布線的中途形成有共用衰減器P12。通過在衰減器P1～P10中的相對應(yīng)的衰減器與共用衰減器P12之間施加電流來切斷各熔斷器F。通過選擇性地切斷不要的熔斷器F來產(chǎn)生預(yù)定的電壓，從衰減器P11供給該電壓。這樣，能夠補償各個芯片的制造偏差，設(shè)定最佳的基準電壓。
再有，在本實施方式中，關(guān)于電荷排出部是p阱結(jié)構(gòu)的例子進行了說明，但不限定于此，只要具有從光電二極管排出過剩電荷的功能就都可以。例如，在與光電二極管鄰接具有溢出控制柵極和溢出漏極的所謂的“溢出漏極結(jié)構(gòu)”的裝置中，通過對溢出控制柵極施加控制脈沖，能夠得到同樣的效果。
(第二實施方式)以下，參照附圖對本發(fā)明的第二實施方式涉及的固體攝像裝置及其驅(qū)動方法進行說明。
圖5是示出本實施方式涉及的固體攝像裝置的平面結(jié)構(gòu)的概念圖?；镜慕Y(jié)構(gòu)與圖19中示出的固體攝像裝置相同，因此，對于相同的結(jié)構(gòu)要素，標記彼此相同的參照號碼代替具體的說明。元件的剖面結(jié)構(gòu)與圖20中示出的現(xiàn)有例相同，此外，由于光電二極管1的周邊的電位分布與圖21相同，所以也參照圖20和圖21進行說明。
本實施方式中的固體攝像裝置，作為驅(qū)動模式，具有全像素模式和像素混合模式。為了根據(jù)驅(qū)動模式使施加到n型基板70的基板電壓Vsub不同而控制光電二極管1中的飽和電荷量，在定時發(fā)生電路8和電容器12之間連接有切換電路13。
定時發(fā)生電路8除了快門脈沖SP之外還供給控制脈沖CON作為施加到n型基板70上的脈沖電壓。在該固體攝像裝置中，除了第一基準電壓發(fā)生電路50之外還設(shè)有第二基準電壓發(fā)生電路51。控制脈沖CON的電壓值由第二基準電壓發(fā)生電路51的輸出信號決定。第二基準電壓發(fā)生電路51的輸出信號通過緩沖電路52向定時發(fā)生電路8作為基準信號輸出。第二基準電壓發(fā)生電路51產(chǎn)生比第一基準電壓發(fā)生電路50高電平的基準電壓。
利用這樣的結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要可以施加比在通常時的電荷輸送期間施加的高電平基板電壓Vsub高的基板電壓Vsub，通過減少電荷信號量，確保各個芯片的最佳的動態(tài)范圍，并在混合模式中混合多的像素數(shù)。例如，在第一實施方式的情況下能實施9個像素的混合，但根據(jù)本實施方式，即使實施12個像素或18個像素以上的混合，也能夠確保第一實施方式的9個像素的混合以上的動態(tài)范圍。
切換電路13對于與電容器12連接的端子14選擇性地切換連接供給快門脈沖SP的端子15和供給控制脈沖CON的端子16。從而，快門脈沖SP或控制脈沖CON中的任一個通過電容器12重疊在基準電壓上作為基板電壓Vsub施加到n型基板70。
再有，本實施方式的特征在于，光電二極管1、垂直CCD2、攝像區(qū)域3、水平CCD4、電荷檢測部5、輸出放大器6、第一基準電壓發(fā)生電路50和第二基準電壓發(fā)生電路51設(shè)置在由n型基板70構(gòu)成的同一半導(dǎo)體基板芯片上。利用這樣的結(jié)構(gòu)，就能實現(xiàn)攝像裝置的小型化和省電化。
但是，通過將第二基準電壓發(fā)生電路51與固體攝像裝置7放置在同一芯片上，例如由于因第二基準電壓發(fā)生電路51的發(fā)熱產(chǎn)生的半導(dǎo)體基板芯片的熱分布的原因，在固體攝像裝置7的暗電流等特性中產(chǎn)生偏差的情況下，也可以將第二基準電壓發(fā)生電路51作為外部電路。在將第二基準電壓發(fā)生電路51作為外部電路的情況下，也能夠施加比在通常時的電荷輸送期間施加的高電平基板電壓Vsub高的基板電壓Vsub，能夠得到減少電荷信號量的效果。
切換電路13中的上述選擇，根據(jù)由無圖示的驅(qū)動模式選擇部的選擇通過供給的模式選擇信號Sm切換。在驅(qū)動模式是像素混合模式時，控制脈沖CON重疊在由第一基準電壓發(fā)生電路50供給的基準電壓上施加到n型基板70。
圖6示出本實施方式中的驅(qū)動脈沖的例子。該圖中示出的驅(qū)動脈沖的波形與圖2中示出的實施方式1的情況大致相同，省略重復(fù)說明。在本實施方式中，圖6(c)中示出的、與從定時發(fā)生電路8供給的控制脈沖相對應(yīng)的電壓21b由第二基準電壓發(fā)生電路51的信號輸出決定電壓值。
這樣地，像素混合模式的情況下的飽和電荷量在電荷存儲期間設(shè)定為較大，在電荷輸送期間設(shè)定為較小。這樣，在電荷存儲期間有效利用光電二極管的固有的電荷存儲能力，能夠不損失光譜特性、靈敏度和線性進行電荷存儲。并且，在電荷輸送期間，通過排出不要的電荷減少電荷量后輸送，回避可施加的電壓的制約，可通過像素混合模式進行良好的驅(qū)動。
下面，圖7中示出圖6(a)的時鐘脈沖20和圖6(c)的基板電壓22中的高電平的電壓21b的相位關(guān)系。該圖中示出的相位關(guān)系與圖2中示出的實施方式1的情況大致相同，省略重復(fù)說明。在本實施方式中，第一基準電壓發(fā)生電路50可以如圖8中示出的一例所示地構(gòu)成。該第一基準電壓發(fā)生電路50的結(jié)構(gòu)與在圖4中示出的第一實施方式中使用的第一基準電壓發(fā)生電路50相同，省略重復(fù)說明。
第二基準電壓發(fā)生電路51、緩沖電路52和定時發(fā)生電路8作為一例，可以如圖9所示地構(gòu)成。再有，圖9中的定時發(fā)生電路8僅示出了與將從第二基準電壓發(fā)生電路51、緩沖電路52供給的信號作為控制脈沖供給端子16有關(guān)的結(jié)構(gòu)。
在圖9中，第二基準電壓發(fā)生電路51具有在輸入端子φp與接地(GND)之間串聯(lián)了多個電阻的電阻分割電路。從輸入端子φp供給電源電壓。在多個電阻R、R1和R2的各連接點上形成有衰減器P1～P10。各連接點還分別通過熔斷器F與基準電壓供給用的衰減器P11連接。此外，在連接各熔斷器F和衰減器P11的布線的中途形成有共用衰減器P12。各熔斷器F通過在衰減器P1～P10中的相對應(yīng)的衰減器和共用衰減器P12之間施加電流來切斷。通過選擇性地切斷不要的熔斷器F來產(chǎn)生預(yù)定的電壓，從衰減器P11供給該電壓。這樣，就能夠補償各個芯片的制造偏差，設(shè)定最佳的基準電壓。
從第二基準電壓發(fā)生電路51輸出的信號電壓向目的是為了驅(qū)動定時發(fā)生電路8而進行阻抗轉(zhuǎn)換的緩沖電路52供給。另外，從緩沖電路52輸出的信號電壓供給到定時發(fā)生電路8。在定時發(fā)生電路8的內(nèi)部，由電壓值調(diào)整部8a進行了電壓調(diào)整之后，作為已進行電壓調(diào)整的基準電壓輸出到切換電路13的端子16。
利用如圖9所示的結(jié)構(gòu)，能夠設(shè)定基準電壓以確保與各個芯片的制造偏差對應(yīng)的最佳動態(tài)范圍。
或者，作為其他結(jié)構(gòu)例，第二基準電壓發(fā)生電路51、緩沖電路52和定時發(fā)生電路8也可以如圖10所示地構(gòu)成。圖10的定時發(fā)生電路8僅示出與將從第二基準電壓發(fā)生電路51、緩沖電路52供給的信號作為控制脈沖供給端子16有關(guān)的結(jié)構(gòu)。
在圖10中，第二基準電壓發(fā)生電路51具有在輸入端子φp和接地(GND)之間串聯(lián)了多個電阻的電阻分割電路。從輸入端子φp供給電源電壓。在多個電阻R、R1和R2的各連接點上形成有衰減器P1～P10。各連接點還分別通過熔斷器F與基準電壓供給用的衰減器P11連接。此外，在連接各熔斷器F和衰減器P11的布線的中途形成有共用衰減器P12。各熔斷器F通過在衰減器P1～P10中的相對應(yīng)的衰減器與共用衰減器P12之間施加電流來切斷。通過選擇性地切斷不要的熔斷器F來產(chǎn)生預(yù)定的電壓，從衰減器P11供給該電壓。
將由該電路中產(chǎn)生的模擬輸出用A/D轉(zhuǎn)換部53轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將A/D轉(zhuǎn)換部53輸出的并行數(shù)據(jù)由并一串行轉(zhuǎn)換部54轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)。另外，將從第二基準電壓發(fā)生電路51輸出、被串行轉(zhuǎn)換的信號脈沖或者信號脈沖電壓向目的是為了驅(qū)動定時發(fā)生電路8而進行阻抗轉(zhuǎn)換的緩沖電路52供給。將從緩沖電路52輸出的數(shù)字的串行數(shù)據(jù)即信號脈沖或者信號脈沖電壓供給到定時發(fā)生電路8。在定時發(fā)生電路8中，將供給的信號脈沖或者信號脈沖電壓由串/并轉(zhuǎn)換部8b轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，并且用D/A轉(zhuǎn)換部8c轉(zhuǎn)換為模擬信號，由電壓值調(diào)整部8a進行了電壓調(diào)整之后，作為已進行電壓調(diào)整的基準電壓，向切換電路13的端子16輸出。
利用如圖10所示的結(jié)構(gòu)，與圖9同樣地，能夠設(shè)定基準電壓以確保與各個芯片的制造偏差對應(yīng)的最佳動態(tài)范圍。
圖9中示出的結(jié)構(gòu)與圖10所示的結(jié)構(gòu)相比較，由于電路簡單，具有攝像裝置的小型化容易的優(yōu)點。另一方面，圖10中示出的結(jié)構(gòu)與圖9中示出的結(jié)構(gòu)相比較，由于將基準電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，因此，具有能夠?qū)崿F(xiàn)抗噪聲性優(yōu)良的固體攝像裝置的優(yōu)點。
再有，在本實施方式中示出了由定時發(fā)生電路8產(chǎn)生控制脈沖CON的例子，但也可以是由供給CCD的水平傳送脈沖或者垂直傳送脈沖的驅(qū)動器和處理CCD輸出信號的信號處理部30產(chǎn)生控制脈沖CON的結(jié)構(gòu)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式涉及的固體攝像裝置及其驅(qū)動方法，能夠根據(jù)需要施加比在通常時的電荷輸送期間施加的高電平基板電壓Vsub高的基板電壓Vsub，通過減少電荷信號量，既能確保各個芯片的最優(yōu)的動態(tài)范圍，又能混合更多像素的信號。
例如，在第一實施方式中，示出實施9個像素的混合的情況，但在本實施方式中，即使實施12個像素和18個像素以上的混合，也能夠確保第一實施方式的9個像素的混合以上的動態(tài)范圍。
這樣地能夠混合許多像素的理由如下。首先，在本實施方式中，能夠在電荷存儲期間有效利用光電二極管的固有的電荷存儲能力，不損失光譜特性、靈敏度和線性地進行電荷存儲。此外，在電荷輸送期間，通過排出不要的電荷減少電荷量后進行輸送，能夠回避可施加的電壓的制約，可通過像素混合模式進行良好的驅(qū)動。
此外，通過從第一和第二基準電壓發(fā)生電路50、51供給適于單像素的信號量和多個像素的相加信號量的各個基準電壓，能適當?shù)剡M行多個像素的相加信號控制。另外，基準電壓相對于各個固體攝像元件7的光電二極管特性的偏差而調(diào)整為最佳的電壓。
即，由于能夠充分進行不要電荷的排出，并且最大地獲取上述的線性特性，因此，通過第二基準電壓發(fā)生電路51產(chǎn)生的基板電壓Vsub，能夠防止若以單像素的信號量作為基準設(shè)定基板電壓Vsub則在加上了像素時基板電壓Vsub的設(shè)定誤差累積后引起電荷傳送劣化的特性異常，確保最大的動態(tài)范圍。
(第三實施方式)以下，參照附圖對本發(fā)明的第三實施方式涉及的固體攝像裝置及其驅(qū)動方法進行說明。
圖11是示出本實施方式的固體攝像裝置的平面結(jié)構(gòu)的概念圖?；镜慕Y(jié)構(gòu)與圖19中示出的固體攝像裝置相同，所以對相同的結(jié)構(gòu)要素，標記分別相同的參照號碼代替具體的說明。元件的剖面結(jié)構(gòu)與圖20中示出的現(xiàn)有例相同。此外，圖18中示出本實施方式的光電二極管1的周邊的電位分布。
本實施方式中的固體攝像裝置，作為驅(qū)動模式，具有全像素模式和像素混合模式。通過驅(qū)動模式使施加到n型基板70的基板電壓Vsub不同后控制光電二極管1的飽和電荷量，在定時發(fā)生電路8和電容器12之間連接有切換電路13。
定時發(fā)生電路8除了快門脈沖SP還供給控制脈沖CON作為施加到n型基板70上的脈沖電壓。控制脈沖CON的電壓值由第二基準電壓發(fā)生電路51的輸出信號決定。第二基準電壓發(fā)生電路51的輸出信號通過緩沖電路52作為基準電壓輸出到定時發(fā)生電路8。第二基準電壓發(fā)生電路51基于來自校正電路81的輸出，根據(jù)固體攝像元件7的攝像輸出來校正輸出信號，其結(jié)果，構(gòu)成為適當?shù)匦Ｕ咫妷篤sub。
例如圖12所示，校正電路81具有低通濾波器83和比較器84。來自輸出放大器6的圖像信號80輸入到低通濾波器83中，用低通濾波器83提取圖像信號80的DC成分。提取出的DC成分由比較器84與預(yù)定的基準電位相比較，將其比較結(jié)果作為校正信號82供給到第二基準電壓發(fā)生電路51。
攝像輸出具有越是明亮的被攝體其DC成分低下的特性。從而，當由比較器84判定圖像信號的DC成分在某電位以下時，向第二基準電壓發(fā)生電路51供給比通常時高的電壓的校正信號82。這樣，第二基準電壓發(fā)生電路51產(chǎn)生比第一基準電壓發(fā)生電路50高電平的基準電壓。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，例如在用像素混合模式拍攝了通常設(shè)想以外的像太陽這樣的高亮度被攝體的情況下，作為基板電壓Vsub，能夠施加比在通常時的電荷輸送期間施加的高電平基板電壓Vsub高的電壓。這樣，通過減少電荷信號量，能在像素混合模式時表現(xiàn)明亮的被攝體，得到優(yōu)良的圖像特性。
切換電路13相對于與電容器12連接的端子14選擇性地切換連接供給快門脈沖SP的端子15、和供給控制脈沖CON的端子16。從而，快門脈沖SP或控制脈沖CON中的任一個通過電容器12重疊在基準電壓上作為基板電壓Vsub施加到n型基板70。
再有，在本實施方式的特征在于，光電二極管1、垂直CCD2、攝像區(qū)域3、水平CCD4、電荷檢測部5、輸出放大器6、第一基準電壓發(fā)生電路50和第二基準電壓發(fā)生電路51設(shè)置在由n型基板70構(gòu)成的同一半導(dǎo)體基板芯片上。若在同一半導(dǎo)體基板芯片70上設(shè)置固體攝像元件7和第二基準電壓發(fā)生電路51，就能實現(xiàn)攝像裝置的小型化和省電化。
但是，通過將第二基準電壓發(fā)生電路51和校正電路81與固體攝像裝置7設(shè)置在同一芯片上，例如由于因第二基準電壓發(fā)生電路51或校正電路81的發(fā)熱產(chǎn)生的半導(dǎo)體基板芯片的熱分布的原因，在固體攝像裝置7的暗電流等特性中產(chǎn)生偏差的情況下，也可以將第二基準電壓發(fā)生電路51或校正電路81、或者這兩者作為外部電路。在將第二基準電壓發(fā)生電路51或校正電路81、或者這兩者作為外部電路的情況下，也能夠施加本實施方式涉及的、比在通常時的電荷輸送期間施加的高電平基板電壓Vsub高的基板電壓Vsub，能夠得到減少電荷信號量的效果。
此外，基板電壓Vsub如圖18所示地具有控制光電二極管1的飽和電荷量的基準電壓的功能。
由切換電路13的上述選擇利用根據(jù)由無圖示的驅(qū)動模式選擇部的選擇供給的模式選擇信號Sm來切換。在驅(qū)動模式是像素混合模式時，控制脈沖CON重疊在由第一基準電壓發(fā)生電路50供給的基準電壓上施加在n型基板70。
圖13示出本實施方式的驅(qū)動脈沖的例子。圖13(a)中示出的時鐘脈沖20向兼作垂直CCD2的傳送電極和控制來自光電二極管1的信號電荷的輸送的電極的電極18施加。通過交替地施加電壓20a、20b，在垂直CCD2內(nèi)傳送電荷。施加有電壓20c的期間是電荷輸送期間。
圖13(b)示出在全像素模式的情況下施加到n型基板70的基板電壓21。電壓21a與從第一基準電壓發(fā)生電路50供給的基準電壓相對應(yīng)，通過電荷存儲期間和電荷輸送期間是恒定的。對于通過切換電路13從定時發(fā)生電路8供給的快門脈沖SP，為了簡化說明省略圖示。電壓21a與圖18中示出的排出過剩電荷的閾值、即規(guī)定飽和電荷量的電位26a相對應(yīng)。即，在向n型基板70施加了電壓21a時，p阱區(qū)域17的電位勢壘被設(shè)定為26a。這樣地，在全像素模式的情況下，利用貫穿電荷存儲期間和電荷輸送期間恒定的、圖18中示出的低的電位26a規(guī)定飽和電荷量。
在圖13(c)中示出在像素混合模式的情況下施加到n型基板70上的基板電壓22。電壓21b與從定時發(fā)生電路8供給的控制脈沖CON相對應(yīng)。即，基板電壓22具有在從第一基準電壓發(fā)生電路50供給的基準電壓上重疊了由第二基準電壓發(fā)生電路51的信號輸出決定電壓值的控制脈沖CON的波形。基板電壓22與時鐘脈沖20中的電荷輸送期間相對應(yīng)變?yōu)楦唠娖降碾妷?1b，在其他期間是低電平的電壓21a。電壓21b與圖18中示出的規(guī)定飽和電荷量的電位26b相對應(yīng)。
這樣地，像素混合模式的情況下的飽和電荷量在電荷存儲期間設(shè)定為較大，在電荷輸送期間設(shè)定為較小。這樣，在電荷存儲期間有效利用光電二極管1的固有的電荷存儲能力，能夠不損失光譜特性、靈敏度和線性進行電荷存儲。并且，在電荷輸送期間，通過排出不要的電荷減少電荷量后輸送，能夠回避可施加的電壓的制約，進行利用像素混合模式的良好的驅(qū)動。
以上結(jié)構(gòu)與第一實施方式和第二實施方式相同。另外，根據(jù)本實施方式，通過向校正電路81供給來自輸出放大器6的圖像信號的一部分，進行如下的工作。
從校正電路81向第二基準電壓發(fā)生電路51供給校正信號82的情況下的一例是固體攝像元件7拍攝了高亮度被攝體的情況。具體地說，在固體攝像元件7拍攝了高亮度被攝體時，根據(jù)從輸出放大器6輸出的圖像信號，校正電路81識別和判斷是高亮度被攝體的情況，從校正電路81輸出校正信號82。接收了校正信號82的第二基準電壓發(fā)生電路51為了與像素混合模式時的高亮度被攝體的攝像相對應(yīng)，輸出電壓21b、至更高電平的電壓21c。即，在本實施方式中，第二基準電壓發(fā)生電路51的電壓與固體攝像元件7的被攝體的明暗相對應(yīng)，為了與其明暗相對應(yīng)，成為從輸出放大器6得到的圖像信號，例如規(guī)定飽和電荷量的電位26c(參照圖18)。
從而，在本實施方式中，像素混合模式的情況下的飽和電荷量進一步減小，能夠在像素混合模式時的高亮度被攝體的拍攝時得到優(yōu)良的圖像特性。
下面，參照圖14，關(guān)于圖13(a)的時鐘脈沖20和圖13(c)的基板電壓22的高電平的電壓21b的相位關(guān)系進行說明。關(guān)于圖13(a)的時鐘脈沖20和圖13(c)的基板電壓22，放大其E期間后分別在圖14(a)和(b)中模式地示出。此外，圖14(c)和(d)中示出基板電壓22的其他例子。
圖14(b)中示出的基板電壓22的電壓21b的期間與圖14(a)的時鐘脈沖20的電壓20a的期間具有重疊。即，信號電荷存儲期間大部分施加與以前相同的低電平的電壓21a，在輸送期間中施加高電平的電壓21b。這樣，比圖18中的排出過剩電荷的電位26b淺(低)的電荷不在光電二極管1中存儲而排出到n型基板70。
期望高電平的電壓21b的上升沿的相位與圖14(a)的時鐘脈沖20的電壓20c的上升沿即輸送期間的開始同相位。但是，排出過剩電荷的作用稍微下降，信號量的控制性降低。另外，信號量的控制性降低，但也可以如圖14(d)中示出的控制脈沖24所示地稍稍延遲。此外，如圖14(c)所示，由于在成為輸送期間之前一向n型基板70施加高電平的電壓21b，排出光電二極管1中存儲的信號電荷直到圖18的電位26b，因此，雖然光電二極管1的動態(tài)范圍降低，但信號量的控制性提高。
向n型基板70施加的高電平的電壓21b的下降沿的相位也可以與輸送期間的結(jié)束同時，但從同步控制的容易度來說，最好如圖14(b)～(d)所示地慢一些為好。另外，在校正電路81中胡測到已拍攝高亮度被攝體的情況下，作為圖14(b)～(d)中示出的基板電壓22～24，施加低電平的電壓21a和更高電平的電壓21c。
第一基準電壓發(fā)生電路50可以如圖15示出的一例所示地構(gòu)成。該第一基準電壓發(fā)生電路50的結(jié)構(gòu)與在圖4中示出的第一實施方式和圖8中示出的第二實施方式中使用的第一基準電壓發(fā)生電路50相同。
第二基準電壓發(fā)生電路51、緩沖電路52和定時發(fā)生電路8作為一例，可以如圖16所示地構(gòu)成。再有，關(guān)于定時發(fā)生電路8，僅示出了與將從第二基準電壓發(fā)生電路51、緩沖電路52供給的信號作為控制脈沖向端子16發(fā)送有關(guān)系的結(jié)構(gòu)。
在圖16中，第二基準電壓發(fā)生電路51具有在輸入端子φp與接地(GND)之間串聯(lián)了多個電阻的電阻分割電路。從輸入端子φp供給電源電壓。此外，在從校正電路81接收校正信號82的情況下，取代電源電壓，向第二基準電壓發(fā)生電路51的輸入端子φp輸入校正信號82。其他結(jié)構(gòu)和電路工作與圖9中示出的第二實施方式的情況相同。利用該結(jié)構(gòu)，能夠確保與各個芯片的制造偏差對應(yīng)的最佳動態(tài)范圍。
或者，作為其他結(jié)構(gòu)例，第二基準電壓發(fā)生電路51、緩沖電路52和定時發(fā)生電路8也可以如圖17所示地構(gòu)成。再有，關(guān)于定時發(fā)生電路8，僅示出了與將從第二基準電壓發(fā)生電路51、緩沖電路52供給的信號作為控制脈沖向端子16發(fā)送有關(guān)系的結(jié)構(gòu)。
在圖17中，第二基準電壓發(fā)生電路51具有在輸入端子φp與接地(GND)之間串聯(lián)了多個電阻的電阻分割電路。從輸入端子φp供給電源電壓。此外，在從校正電路81接收校正信號82的情況下，取代電源電壓，向輸入端子φp輸入校正信號82。其他結(jié)構(gòu)和電路工作與圖10中示出的第二實施方式的情況相同。
圖16中示出的結(jié)構(gòu)與圖17中示出的結(jié)構(gòu)相比較，由于電路簡單，因此，具有攝像裝置的小型化容易的優(yōu)點。另一方面，圖17中示出的結(jié)構(gòu)與圖16中示出的結(jié)構(gòu)相比較，由于將基準電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，因此，具有能夠?qū)崿F(xiàn)抗噪聲性優(yōu)良的固體攝像裝置的優(yōu)點。
再有，在本實施方式中示出了在定時發(fā)生電路8中產(chǎn)生控制脈沖CON的例子，但也可以是在供給CCD的水平傳送脈沖或者垂直傳送脈沖的驅(qū)動器和處理CCD輸出信號的信號處理部30中產(chǎn)生控制脈沖CON。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式涉及的固體攝像裝置及其驅(qū)動方法，能夠根據(jù)需要施加比在通常時的電荷輸送期間施加的高電平基板電壓Vsub高的基板電壓Vsub，通過減少電荷信號量，既能確保各個芯片的最優(yōu)的動態(tài)范圍，又能對許多像素數(shù)進行混合模式混合。
例如，在第一實施方式的情況下能實施9個像素的混合，但根據(jù)本實施方式，即使實施12個像素和18個像素以上的混合，也能夠確保第一實施方式的9個像素的混合以上的動態(tài)范圍。另外，通過從校正電路81接收校正信號82，像素混合模式的情況下的飽和電荷量進一步減小，在像素混合模式時的高亮度被攝體的拍攝時能夠得到優(yōu)良的圖像特性。
這樣地能夠同時實現(xiàn)多像素混合和高亮度被攝體時的優(yōu)良圖像特性的理由如下。
首先，在本實施方式中，能夠在電荷存儲期間有效利用光電二極管的固有的電荷存儲能力，不損失光譜特性、靈敏度和線性進行電荷存儲。此外，在電荷輸送期間，通過排出不要的電荷減少電荷量后進行輸送，能夠回避可施加的電壓的制約，可以通過像素混合模式進行良好的驅(qū)動。此外，通過從第一和第二基準電壓發(fā)生電路50、51供給適于單像素的信號量和多個像素的相加信號量的各個基準電壓，能適當?shù)剡M行多個像素的相加信號控制。另外，基準電壓相對于各個固體攝像元件7的光電二極管特性的偏差可以調(diào)整為最佳的電壓。
即，由于充分地進行不要電荷的排出，并最大地獲取上述的線性特性，因此，通過第二基準電壓發(fā)生電路51產(chǎn)生的基板電壓Vsub的設(shè)定，能夠防止若以單像素的信號量作為基準設(shè)定基板電壓Vsub則在加上了像素時基板電壓Vsub的設(shè)定誤差累積并引起電荷傳送劣化的特性異常，確保最大的動態(tài)范圍。
以上的事項與第二實施方式的效果相同，另外，在本實施方式中，第二基準電壓發(fā)生電路51和校正電路81能夠配合各個固體攝像元件7具有的飽和特性校正最優(yōu)化后的基準電壓，供給到定時發(fā)生電路8中。因此，能夠在像素混合模式時的高亮度攝影時得到優(yōu)良的圖像特性。
再有，以前作為決定基板電壓的基準電壓，僅關(guān)于作為DC電壓的基準電壓，在同一半導(dǎo)體基板芯片70內(nèi)設(shè)置了其基準電壓發(fā)生電路，但其基準電壓是一定值，此外，不具有像素混合模式的固體攝像裝置不需要校正基準電壓。另外，由于沒有在形成有固體攝像元件7的同一半導(dǎo)體基板芯片70上設(shè)置第二基準電壓發(fā)生電路51的思想，因此，不能夠向第二基準電壓發(fā)生電路51供給如本實施方式這樣的校正信號81。
但是，根據(jù)本實施方式，通過在同一半導(dǎo)體基板芯片70上具有校正電路82和第二基準電壓發(fā)生電路51，不通過外部裝置和外部電路得到圖像信號80和校正信號82作為用于決定基準電壓Vsub的各個信息，在像素混合模式的電荷輸送期間進行基準電壓Vsub的校正。
此外，在本實施方式中，成為從校正電路81供給校正信號82的結(jié)構(gòu)，但也可以通過在相同半導(dǎo)體基板芯片70內(nèi)構(gòu)成CDS或者DSP等信號處理部30，成為從信號處理部30供給校正信號82的結(jié)構(gòu)。
該情況下，由于不對外部裝置和外部電路分配從輸出放大器6輸出的信號，因此，從輸出放大器6看到的負載電容小，能夠防止信號輸出的電壓和頻率特性降低。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置的驅(qū)動方法，其特征在于，該固體攝像裝置具有存儲與入射光量對應(yīng)的信號電荷的多個光電轉(zhuǎn)換部，讀取存儲在上述光電轉(zhuǎn)換部中的信號電荷的輸送部，以及將超過了根據(jù)基準電壓設(shè)定的飽和電荷量的過剩電荷從上述光電轉(zhuǎn)換部排出的過剩電荷排出部；選擇性地應(yīng)用全像素模式和像素混合模式來進行驅(qū)動，上述全像素模式是對每個像素個別地檢測存儲在上述光電轉(zhuǎn)換部中的信號電荷的模式，上述像素混合模式是將規(guī)定數(shù)量的信號電荷相加混合進行檢測的模式；在上述全像素模式時，將電荷存儲期間的上述基準電壓和電荷輸送期間的上述基準電壓設(shè)定成相同，上述電荷存儲期間是電荷在上述光電轉(zhuǎn)換部中存儲的期間，上述電荷輸送期間是上述輸送部讀取電荷的期間；在上述像素混合模式時，作為上述電荷存儲期間的上述基準電壓施加低電平電壓，作為上述電荷輸送期間的上述基準電壓施加比上述低電平電壓電壓高的高電平電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置的驅(qū)動方法，其特征在于，上述像素混合模式時的上述基準電壓是在第一基準電壓發(fā)生電路產(chǎn)生的電壓上重疊了從定時發(fā)生電路供給的控制脈沖的波形。
3.如權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置的驅(qū)動方法，其特征在于，上述像素混合模式時的上述基準電壓是將從上述第一基準電壓發(fā)生電路供給的電壓、和接收第二基準電壓發(fā)生電路的信號輸出后從上述定時發(fā)生電路供給的控制脈沖重疊的波形。
4.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置的驅(qū)動方法，其特征在于，作為上述電荷輸送期間的上述基準電壓，施加第一高電平電壓或第二高電平電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的固體攝像裝置的驅(qū)動方法，其特征在于上述第一高電平電壓是在從第一基準電壓發(fā)生電路供給的第一電壓上重疊了接收第二基準電壓發(fā)生電路的信號輸出后從定時發(fā)生電路供給的控制脈沖的波形；上述第二高電平電壓是將上述控制脈沖重疊在上述第一電壓上的波形，在此，接收了上述固體攝像裝置的圖像信號的上述第二基準電壓發(fā)生電路基于上述圖像信號輸出與上述固體攝像裝置的狀態(tài)相對應(yīng)的校正信號，接收上述校正信號后從上述定時發(fā)生電路輸出上述控制脈沖；上述第二高電平電壓是比上述第一高電平電壓高的電壓。
6.如權(quán)利要求4所述的固體攝像裝置的驅(qū)動方法，其特征在于，上述第二高電平電壓在以像素混合模式拍攝高亮度被攝體時施加。
7.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置的驅(qū)動方法，其特征在于，作為上述像素混合模式時的上述電荷輸送期間的高電平電壓，施加第三高電平電壓或者第四高電平電壓，在監(jiān)視模式中選擇上述第三高電平電壓，在動態(tài)圖象模式中選擇上述第四高電平電壓，上述第四高電平電壓是比上述第三高電平電壓高的電壓。
8.如權(quán)利要求4所述的固體攝像裝置的驅(qū)動方法，其特征在于，作為上述像素混合模式時的上述電荷輸送期間的第一高電平電壓或第二高電平電壓，分別施加第三高電平電壓或者第四高電平電壓，在監(jiān)視模式中選擇上述第三高電平電壓，在動態(tài)圖象模式中選擇上述第四高電平電壓，上述第四高電平電壓是比上述第三高電平電壓高的電壓。
9.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置的驅(qū)動方法，其特征在于，上述高電平電壓的上升沿設(shè)定成與上述像素混合模式時的上述電荷輸送期間的開始時刻同相位或者滯后。
10.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置的驅(qū)動方法，其特征在于，上述高電平電壓的下降沿設(shè)定成與上述像素混合模式時的上述電荷輸送期間的結(jié)束時刻同相位或者滯后。
11.一種固體攝像裝置，其特征在于，具有存儲與入射光量對應(yīng)的信號電荷的多個光電轉(zhuǎn)換部；讀取存儲在上述光電轉(zhuǎn)換部中的信號電荷的輸送部；將超過了根據(jù)基準電壓設(shè)定的飽和電荷量的過剩電荷從上述光電轉(zhuǎn)換部排出的過剩電荷排出部；向上述過剩電荷排出部供給上述基準電壓的第一基準電壓供給部；輸出用于向上述過剩電荷排出部供給的上述基準電壓的第二基準電壓供給部；接收從上述第二基準電壓供給部輸出的信號后供給控制脈沖的定時發(fā)生電路；切換上述控制脈沖或者快門脈沖向上述過剩電荷排出部供給的切換電路。
12.如權(quán)利要求11所述的固體攝像裝置，其特征在于，在上述第二基準電壓供給部和上述定時發(fā)生電路之間具有緩沖電路。
13.如權(quán)利要求12所述的固體攝像裝置，其特征在于，在上述第二基準電壓供給部和上述緩沖電路之間具有A/D轉(zhuǎn)換部和并/串行轉(zhuǎn)換部，對上述第二基準電壓供給部的輸出信號進行A/D轉(zhuǎn)換和并/串行轉(zhuǎn)換，對于從上述緩沖電路輸出的信號，在上述定時發(fā)生電路實施并/串行轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換。
14.如權(quán)利要求11所述的固體攝像裝置，其特征在于，具有向上述第二基準電壓供給部供給校正信號的校正電路，上述校正電路基于從上述光電轉(zhuǎn)換部讀取的像素信號生成上述校正信號。
15.如權(quán)利要求11所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述過剩電荷排出部是具有上述光電轉(zhuǎn)換部和上述輸送部的半導(dǎo)體基板。
全文摘要
本發(fā)明提供一種驅(qū)動固體攝像裝置的方法，該固體攝像裝置具有多個光電轉(zhuǎn)換部(1)、讀取信號電荷的輸送部(2、4)、及將超過了由基準電壓設(shè)定的飽和電荷量的過剩電荷從光電轉(zhuǎn)換部排出的過剩電荷排出部。選擇性地應(yīng)用全像素模式和像素混合模式來進行驅(qū)動；在全像素模式時，將電荷存儲期間的基準電壓和電荷輸送期間的基準電壓設(shè)定成相同，上述電荷存儲期間是電荷在光電轉(zhuǎn)換部中存儲的期間，上述電荷輸送期間是輸送部讀取電荷的期間；在像素混合模式時，作為電荷存儲期間的基準電壓施加低電平電壓，作為電荷輸送期間的上述基準電壓施加比上述低電平電壓高電壓的高電平電壓。
文檔編號H01L27/148GK1905634SQ200610107488
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月26日
發(fā)明者蓮香剛, 永吉良一, 板倉啟二郎, 清水逸美, 加藤良章 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社