[发明专利]固态成像设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态成像设备以及其驱动方法。 

背景技术

用于拾取扫描器中的图像的固态成像设备具有数目与最大分辨率相对应的像素。通过将相邻像素合并，将分辨率降低到低分辨率，从而缩短了积累时间。 

图1是用于对传统固态成像设备的第一示例进行说明的示图。该固态成像设备包括用于执行光电转换的光电二极管(即光电转换部分)1、用于将通过光电转换所获得的电荷(CHG)发送到转移电极21的读栅电极20、用于将转移的电荷转换成电压的电容(Cfj)部分19、用于对电压进行放大的放大器13、以及用于将积累在浮动扩散电容部分19中的电荷拉到复位漏极11的复位栅极12。在这里，转移电极21和转移电极22构成了电荷转移部分。 

图2A至2C说明了电荷转移处理。在这里，从图2A至图2B，电荷23通过读栅电极20从光电二极管(即光电转换部分)1转移到转移电极21，并且此后，从图2B至图2C，电荷23从转移电极21转移到转移电极22。 

图3是用于对其中输出所有像素中的电荷的标准时序进行说明的时序图。图4说明了在四个像素中的电荷耦合的情况下以低分辨率驱动的时序。在这里，分辨率是标准分辨率的四分之一。电荷转移部分中的转移时钟信号的频率是标准时钟信号的四倍以便使数据率等于在图3中所说明的标准时序的数据率。此时，在浮动扩散电容部分19中 执行使四个像素中的电荷耦合。 

参考图3和4，将转移栅时钟信号φ_TG提供给读栅电极20。将复位时钟信号φ_R提供给复位栅极12。将驱动时钟信号φ₁提供给转移电极21，并且将驱动时钟信号φ₂提供给转移电极22。Vout表示放大器13的输出。 

图5是用于对传统固态成像设备的第二示例进行说明的示图。该固态成像设备包括用于执行光电转换的光电二极管(即光电转换部分)1、用于将通过光电转换所获得的电荷发送到存储器区域(即电荷积累部分)15的读栅电极26、用于将积累在存储器区域15中的电荷发送到转移电极21的读栅电极24和读栅电极25、用于将转移的电荷转换成电压的浮动扩散电容部分19、用于对电压进行放大的放大器13、以及用于将积累在浮动扩散电容部分19中的电荷拉到复位漏极11的复位栅极12。在这里，向光电转换部分中的两个光电二极管1分配一对转移电极(即转移电极21和转移电极22)。因此，因为当输出所有信号时转移电极的数目减少了一半，因此执行两次读操作。 

在这种情况下，如图6A至6G中所说明的，奇数像素中的电荷首先转移，并且此后偶数像素中的电荷转移。在图7中对此时的转移时序进行了说明。在图6A和6B中，电荷a至h通过栅电极26从光电转换部分中的光电二极管1转移到存储器区域15。在图6B和6C中，电荷a、c、e、以及g通过栅电极24将从存储器区域15转移到转移电极21。在图6C和6D中，电荷a从转移电极21转移到相邻的浮动扩散电容部分19，并且进一步电荷c、e、以及g从转移电极21转移到浮动扩散电容部分19侧上的相邻转移电极22。如图6E中所说明的，重复上述转移直到将所有电荷a、c、e、以及g拉到复位漏极11。在图6E和6F中，电荷b、d、f、以及h通过栅电极25从存储器区域15转移到转移电极21。在图6F和6G中，电荷b从转移电极21转移到相邻的浮动扩散电容部分19，并且进一步电荷d、f、以及h从转移电极21转移 到浮动扩散电容部分19侧上的相邻转移电极22。在下文中，重复上述转移直到将所有电荷b、d、f、以及h拉到复位漏极11。 

该结构的优点在于在2个像素耦合的情况下通过使读栅电极24和读栅电极25同时导通可使电荷耦合到每个转移电极21上。其结果是，可实现与标准时序相同的数据率而无需增大应用于转移电极21和转移电极22上的时钟信号的频率。在图8中对该时序进行了说明。在使4个或更多像素中的电荷耦合的情况下必须增大时钟信号的频率，并且在图9中对该时序进行了说明。 

参考图7至9，将复位脉冲φ_R提供给复位栅极12。将驱动时钟信号φ₁提供给转移电极21，并且将驱动时钟信号φ₁提供给转移电极22。将转移栅时钟信号φ_TG1提供给读栅电极26。将转移栅时钟信号φ_TG2-1提供给读栅电极24，并且将转移栅时钟信号φ_TG2-2提供给读栅电极25。Vout表示放大器13的输出。