專利名稱：多輸出電荷耦合器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明-
的領(lǐng)域，特別是，用于允許多個(gè)水平電荷耦合器件(CCD)利用像素相加以視頻幀速率讀出全分辨率圖像或降低分辨率圖像。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利第4， 513, 313、 5，164，807、 5, 841 ， 554號(hào)以及美國(guó)專利申請(qǐng)公開2005/0062868描述了多輸出水平電荷耦合器件(HCCD ),其向m個(gè)HCCD寄存器分配m列電荷。這樣的輸出結(jié)構(gòu)不將電荷從Bayer濾色器樣式分離成每個(gè)寄存器一個(gè)色彩。它們需要不利于良好圖像質(zhì)量的條紋濾色裝置。它們也不允許用于提高幀速率的像素水平相加。
本發(fā)明將允許Bayer濾色器樣式的使用并允許HCCD內(nèi)的像素水平才曰力p。
美國(guó)專利第4， 807， 037和5， 189， 498號(hào)描述了一種多輸出HCCD,其具有要求第二 HCCD具有不同于第一 HCCD的溝道摻雜水平的不良特征。額外的摻雜需要更多的加工步驟和掩模層。
本發(fā)明將不需要第二 HCCD中的額外摻雜。
美國(guó)專利第5， 216,489和6， 002, 146號(hào)描述了一種多輸出HCCD,其要求兩個(gè)HCCD之間的轉(zhuǎn)移門具有兩個(gè)以上電壓級(jí)。這是需要更多元件的更復(fù)雜的HCCD時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器。HCCD內(nèi)的像素水平相加也沒有被公開。
本發(fā)明只需要兩個(gè)時(shí)鐘級(jí)，并且這兩個(gè)時(shí)鐘級(jí)將被用于所有的HCCD時(shí)鐘。
美國(guó)專利第5， 995， 249描述了一種多輸出HCCD,但是沒有提供關(guān)于其構(gòu)造或定時(shí)信號(hào)的信息。它也沒有公開用于更快幀速率的HCCD內(nèi)的像素水平相加。
美國(guó)專利第6， 78〗，628號(hào)描述了一種多輸出HCCD,但是沒有公開用于更快幀速率的HCCD內(nèi)的像素水平相加。對(duì)于偶數(shù)和奇數(shù)列，它還需要HCCD和像素陣列之間分開的控制門。本發(fā)明不需要偶數(shù)和奇數(shù)列具有像素陣列和HCCD之間分開的控制門。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)克服一個(gè)或多個(gè)上述問題。簡(jiǎn)要概括來說，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明在于一種圖像傳感器，包括覆蓋有至少兩種色彩的濾色器樣式的多個(gè)像素，所述濾色器樣式在一個(gè)方向上在每隔一個(gè)像素上具有相同的色彩；三個(gè)或更多個(gè)電荷耦合器件，平行于每隔一個(gè)像素濾色器重復(fù)樣式取向；至少兩個(gè)電荷耦合器件的輸出處的電荷感應(yīng)放大器；每個(gè)電荷耦合器件具有第一和第二門；CCD到CCD轉(zhuǎn)移門，連接相鄰的電荷耦合器件與在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門 一側(cè)上的第 一 門以及在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門的相對(duì)側(cè)上的第二門；所有CCD到CCD轉(zhuǎn)移門電連接在一起；所有第一門電連接；以及所有第二門電連接。
根據(jù)對(duì)優(yōu)選實(shí)施例和所附權(quán)利要求的以下詳細(xì)說明的考察并參照附圖，將更清楚地理解和認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的這些和其他方面、目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的有利效應(yīng)
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)利用使用多個(gè)水平電荷耦合器件和不多于三或四個(gè)水平時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的像素相加讀出全分辨率圖像或減少分辨率較
高幀速率圖像。


圖la是偽2相CCD的示意圖；圖lb是真2相CCD的示意圖;
圖2是示出具有四個(gè)CCD的本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種實(shí)施方式的HCCD;
圖3示出將兩行電荷從像素陣列轉(zhuǎn)移到第一實(shí)施例的HCCD中的電荷的路徑；
圖4示出第一實(shí)施例的HCCD中的電荷讀出；圖5示出圖4中電荷轉(zhuǎn)移的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器時(shí)序圖；圖6是示出具有六個(gè)CCD的本發(fā)明的第二實(shí)施例的一種實(shí)施方式的HCCD;圖7示出電荷包在時(shí)間步Tl處的位置；圖8示出電荷包在時(shí)間步T2處的位置；圖9示出電荷包在時(shí)間步T3處的位置；圖10示出電荷包在時(shí)間步T4處的位置；圖11示出電荷包在時(shí)間步T5處的位置；圖12示出電荷包在時(shí)間步T6處的位置；圖13示出電荷包在時(shí)間步T7處的位置；圖14示出圖7到12中的電荷轉(zhuǎn)移的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器時(shí)序圖；圖15示出圖7到13中的電荷轉(zhuǎn)移的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器時(shí)序圖；圖16示出用于全分辨率讀出的第二實(shí)施例的具有三個(gè)CCD的HCCD;圖17示出用于雙像素相加讀出的第二實(shí)施例的具有三個(gè)CCD的HCCD;
圖18示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間Tl處的電荷位置；圖19示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T2處的電荷位置；圖20示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T3處的電荷位置；圖21示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T4處的電荷位置；圖22示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T5處的電荷位置；圖23示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T6處的電荷位置；圖24示出本發(fā)明笫三實(shí)施例的時(shí)間T7處的電荷位置；圖25示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T8處的電荷位置；圖26示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T9處的電荷位置；圖27示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T10處的電荷位置；圖28示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間TU處的電荷位置；圖29示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T12處的電荷位置；圖30示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T13處的電荷位置；圖31示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T14處的電荷位置；圖32示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T15處的電荷位置；圖33示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T16處的電荷位置；圖34示出本發(fā)明第三實(shí)施例的時(shí)間T17處的電荷位置；圖35示出圖18到34中電荷轉(zhuǎn)移的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器時(shí)序圖；圖36示出用于2、 3、 4、 5和2或4像素相加的第三實(shí)施例的每個(gè)CCD的門排序；而
9圖37示出具有本發(fā)明的圖像傳感器的攝像機(jī)。
具體實(shí)施例方式
已參照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可實(shí)現(xiàn)改變或改進(jìn)而不脫離本發(fā)明的范圍。
CCD移位寄存器門的定義是真2相型或偽2相型。圖la和lb示出兩種類型2相CCD之間的差別。每個(gè)移位寄存器門具有絕緣體10上的HI和H2門。第一導(dǎo)電類型(典型n型)的CCD埋溝11在第二導(dǎo)電類型(典型p型)的阱或襯底12上。還有控制電荷轉(zhuǎn)移方向的溝道勢(shì)壘離子注入13。在本發(fā)明的整個(gè)詳細(xì)說明中，被認(rèn)為是門的部分可以是真2相或偽2相型。
圖2中示出本發(fā)明的第一實(shí)施例。它是具有色彩A、 B、 C和D的多個(gè)像素100的圖像傳感器。上述色彩通常是，但不限于，Bayer濾色器樣式，其中A和D是綠色，B是藍(lán)色，而C是紅色。有兩個(gè)以上水平電荷耦合器件(HCCD) 101、 102、 103和104。本發(fā)明不限于僅四個(gè)HCCD，四個(gè)以上的HCCD是如圖2所示的實(shí)例的擴(kuò)展，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的。由相同的兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)Hl和H2驅(qū)動(dòng)每個(gè)HCCD。門Hl和H2以像素陣列的每一列上一個(gè)門而交替。每個(gè)門Hl或H2可以是真2相CCD門或偽2相CCD門。當(dāng)HI和H2門以互補(bǔ)方式被提供時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，所有HCCD中的電荷向著每個(gè)HCCD末端的電荷感應(yīng)輸出放大器106、 107、108和109移位。轉(zhuǎn)移門HTG在每個(gè)HCCD之間，其允許電荷在相鄰的HCCD之間轉(zhuǎn)移。每個(gè)HTG也是真2相CCD門或偽2相CCD門。HTG被構(gòu)造成使得它能夠?qū)碜訦2門的整個(gè)電荷包保持在HTG門下方。放置HTG門以接收來自HI門的電荷可作為替代等效設(shè)計(jì)。
最后一個(gè)HCCD 104的下方是通過轉(zhuǎn)移門HTG連接到最后一個(gè)HCCD104的快速電荷丟棄漏極105。這允許來自像素陣列100的整行電荷被快速地丟棄到漏極，而不是通過時(shí)鐘從HCCD中轉(zhuǎn)移出來。
該HCCD結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，它只需要兩個(gè)高頻時(shí)鐘信號(hào)HI和H2,以及一個(gè)低頻時(shí)鐘信號(hào)HTG。圖3示出電荷包如何從像素陣列100流向四個(gè)HCCD 101、 102、 103和104中的每一個(gè)。來自像素陣列100的兩行電荷被分配在四個(gè)HCCD之間。色彩D從第一行轉(zhuǎn)到HCCD 104而色彩C從第一行轉(zhuǎn)到HCCD 103。色彩B從下一行轉(zhuǎn)到HCCD 102而色彩A從下一行轉(zhuǎn)到HCCD 101。注意每個(gè)HCCD僅包含一種色彩。對(duì)于每個(gè)HCCD來說包含一種色彩是有利的，因?yàn)榭蔀槊糠N色彩有差別地調(diào)節(jié)輸出放大器電子增益。而且，在H和H2的每個(gè)時(shí)鐘周期上，在輸出放大器106、107、 108和109同時(shí)采樣一整個(gè)2 x 2像素核。
一旦已將兩行電荷轉(zhuǎn)移到它們各自的HCCD中，Hl和H2時(shí)鐘隨后以互補(bǔ)方式產(chǎn)生高頻時(shí)鐘，以便向著輸出放大器106、 107、 108和109移動(dòng)電荷，如圖4所示。圖5中示出轉(zhuǎn)移電荷的時(shí)序圖。V1和V2時(shí)鐘線是用于兩相像素陣列垂直CCD時(shí)序的。本發(fā)明不限于兩相VCCD;可使用三或更多相VCCD。還可使用采用隔行讀出或電荷相加的VCCD。
在圖5的時(shí)間Tl處，將第一行電荷從像素陣列100轉(zhuǎn)移到HCCD 101和102中。T1和T2之間的時(shí)間對(duì)應(yīng)于圖3,其中將第一行電荷從HCCD 101和102向下移動(dòng)到HCCD 103和104中。在時(shí)間T2處，將第二行電荷從像素陣列IOO轉(zhuǎn)移到HCCD 101和102中。現(xiàn)在四個(gè)HCCD裝滿電荷，并且在時(shí)間T3處，HCCD開始對(duì)應(yīng)于圖4向著輸出放大器通過時(shí)鐘轉(zhuǎn)移電荷。
本發(fā)明的第二實(shí)施例適合于以更快的讀出模式操作HCCD?，F(xiàn)在需要數(shù)碼攝像機(jī)來拍攝高分辨率單拍照片和30幀/秒的較低分辨率視頻。該第二實(shí)施例示出可如何改進(jìn)第一實(shí)施例，以便在HCCD中將兩個(gè)像素水平相加以使得每個(gè)HCCD的讀出速率加倍。
圖6示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。每個(gè)HCCD 201、 202、 203、 204、205和206具有四個(gè)控制門1A、 2A、 1B和2B,用于沿每個(gè)HCCD向著電荷感應(yīng)輸出放大器208、 209、 210、 211、 212和213移動(dòng)電荷。示出了具有控制HCCD之間電荷轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移門TG和TG1的六個(gè)HCCD。 TG1轉(zhuǎn)移門只在區(qū)域220中位于HCCD 201和202之間。剩下的TG轉(zhuǎn)移門全部電連接在一起，并位于區(qū)域221、 222、 223和224中。還有在區(qū)域225中電連接到TG的一個(gè)門，用于向快速電荷丟棄漏極207轉(zhuǎn)移電荷。如果圖6中的門1A和1B、門2A和2B以及門TG1和TG分別連接在一起，本發(fā)明的第二實(shí)施例在功能上等效于圖2中第一實(shí)施例的六輸出形式。因此，當(dāng)在全分辨率單拍攝影模式中時(shí)，HCCD仍然只需要兩個(gè)高頻時(shí)鐘信號(hào)和一個(gè)低頻轉(zhuǎn)移門時(shí)鐘信號(hào)。
現(xiàn)在描述第二實(shí)施例的半分辨率雙速視頻讀出模式。處理是從圖6開始，其中將第一行從像素陣列200轉(zhuǎn)移到頂部?jī)蓚€(gè)HCCD中。色彩C
ii進(jìn)入HCCD 201的IA和IB門，而色彩D經(jīng)過HCCD 201的2A和2B門并 進(jìn)入TG1門中。
圖7中示出下一步驟。HCCD 201中1B門下的色彩電荷包C前移兩 個(gè)門，而1A門下方的色彩電荷包C保持不動(dòng)。這將使得兩個(gè)色彩電荷 包C相加在一起。在將色彩D電荷包從TG1門轉(zhuǎn)移到HCCD 202中以后， 在HCCD 202中進(jìn)行相同的處理。圖8示出電荷相加的結(jié)果。圍繞電荷 包C和D的加倍的圓形表示它們代表兩個(gè)電荷包的和。
接下來，色彩D電荷包被轉(zhuǎn)移到區(qū)域221中的TG門下方并保存在 那里，而同時(shí)色彩C電荷包被轉(zhuǎn)移通過TG1門和HCCD 202。由于已將色 彩D電荷包相加，區(qū)域221中有空TG門。這些空TG門被填充相加的色 彩C電荷包，如圖9所示。同時(shí)，來自像素陣列200的下一行像素被轉(zhuǎn) 移到HCCD 201和TG1 220中。
接下來，在HCCD 201和202中將兩個(gè)色彩A和B電荷包相加在一 起，而同時(shí)將已相加的色彩C和D電荷包向著下一 TG區(qū)域222轉(zhuǎn)移， 如圖10所示。
在圖ll中，當(dāng)相加的色彩A、 B、 C和D電荷包被保持在TG門221 和222下方時(shí)，將另一行色彩C和D從像素陣列200轉(zhuǎn)移到HCCD 201 和TGI 220中。
重復(fù)將相同色彩的兩個(gè)電荷包相加在一起的處理，直到底部的四個(gè) HCCD 203、 204、 205和206填充了電荷?，F(xiàn)在這些HCCD包含四整行來 自像素陣列200的電荷。HCCD 201和202是空的。如果這些HCCD ^C讀 出，可關(guān)閉放大器208和209以節(jié)約電力。通過該相加處理讀出四行和 四個(gè)輸出，而不是全分辨率讀出模式下的僅三行和六個(gè)輸出。
圖14示出將四行電荷轉(zhuǎn)移到HCCD中的時(shí)序。圖7示出時(shí)間Tl處 電荷包所在的位置，圖8示出時(shí)間T2處電荷包所在的位置，圖9示出 時(shí)間T3處電荷包所在的位置，圖10示出時(shí)間T4處電荷包所在的位置， 圖11示出時(shí)間T5處電荷包所在的位置，而圖12示出時(shí)間T6時(shí)電荷包 所在的位置。圖l4中的VI和V2時(shí)鐘信號(hào)只是示出以顯示何時(shí)從像素 陣列200轉(zhuǎn)移新一行的電荷包。VI和V2被顯示為2相CCD時(shí)鐘，只是 作為可使用的多種VCCD時(shí)鐘中的一個(gè)實(shí)例?？墒褂?相、4相或更多 VCCD時(shí)鐘。VCCD還可以是多場(chǎng)隔行讀出，或具有垂直像素相加能力。
本發(fā)明的第二實(shí)施例不限于僅四行同步讀出。圖13示出像素相加的又一步驟將第5行電荷放到HCCD 202中。現(xiàn)在只有HCCD 201是空的?？梢匀直媛首x出三行電荷所花費(fèi)的相同的時(shí)間，以l/2的分辨率從HCCD中讀出五行電荷。圖15示出以1/2的分辨率讀出五行電荷的時(shí)序圖。時(shí)間步T7對(duì)應(yīng)于圖13。
第二實(shí)施例有多種具有不同數(shù)量HCCD寄存器的等效改變形式。例如， 一種改變形式可以是具有三個(gè)HCCD移位寄存器，如圖16所示?？焖匐姾蓙G棄漏極307被用于為了子窗口模式(sub-windowing mode)或?yàn)榱饲宄^剩電荷的VCCD而快速丟棄整行電荷。為了全分辨率讀出，前兩個(gè)HCCD 301和302將被用于從像素陣列300 —次讀出一行。為了全分辨讀出，只對(duì)放大器308和309供電。在半分辨率雙倍速讀出模式中，將從HCCD 302和303讀出雙倍相加的電荷包，如圖17所示。在半分辨率雙倍速讀出模式中將只對(duì)放大器309和310供電。HCCD寄存器302和303包含兩行電荷，以將每個(gè)HCCD的電荷讀出量加倍。
如果在圖16中寄存器301和302中的電荷包被向下移動(dòng)到寄存器302和303并隨后從放大器309和310中讀出，可從圖像傳感器中完全省去放大器308。使用三個(gè)HCCD寄存器的該實(shí)例示出本發(fā)明的HCCD結(jié)構(gòu)不限于僅偶數(shù)個(gè)HCCD寄存器。
本發(fā)明的第三實(shí)施例示出可如何將相同色彩的三個(gè)水平像素在HCCD內(nèi)相加在一起。這是為以視頻幀速率讀出1/3分辨率圖像作準(zhǔn)備的。
圖18示出第三實(shí)施例，它是具有色彩A、 B、 C和D的多個(gè)像素400的圖像傳感器。這些色彩通常是，但不限于，Bayer濾色器樣式，其中A和D是綠色，B是藍(lán)色，而C是紅色。它也可以是單色器件，其中A、B、 C和D全都是相同的色彩或無色(全色)。有四個(gè)HCCD移位寄存器401、 402、 403和404,分別具有電荷感應(yīng)輸出放大器408、 409、 410和411。前兩個(gè)HCCD移位寄存器401和402具有三個(gè)門Hl、 H2和H3。H1和H2門交替，每第六個(gè)門是H3門。所有標(biāo)記Hl的門連接在一起。所有標(biāo)記H2的門連接在一起。所有標(biāo)記H3的門連接在一起。該實(shí)例中的另外兩個(gè)HCCD移位寄存器403和404只具有Hl和H2門。 一種等效改變形式可以是HCCD移位寄存器403和404的每第六個(gè)門是H3門，和HCCD 401和402 —樣。
區(qū)域415中的轉(zhuǎn)移門TG1在HCCD401和402之間，用于從HCCD401
13向HCCD 402轉(zhuǎn)移電荷。TG1門能夠保持和H1、 H2和H3門相同量的電荷。區(qū)域416、 417和418中的TG門控制剩下的HCCD移位寄存器和快速電荷丟棄漏極407之間的電荷轉(zhuǎn)移。
現(xiàn)在描述電荷相加處理。從圖18到圖34的每一個(gè)圖都具有與圖35上的時(shí)間標(biāo)簽對(duì)應(yīng)的從T1到T17的時(shí)間標(biāo)記。在圖18中的時(shí)間Tl處，第一行色彩A和B ^皮轉(zhuǎn)移到HCCD 401和轉(zhuǎn)移門TG1區(qū)域415中。在圖19中，將色彩B電荷從TG1區(qū)域415轉(zhuǎn)移到HCCD 402,而色彩A電荷保留在HCCD 401中。接下來，在圖20中，H1和H2門被提供時(shí)鐘，而同時(shí)H3門被保持在高電荷保持狀態(tài)。這具有使得兩個(gè)電荷包追上保持在H3門下方的電荷包并與之相加的效應(yīng)。圖21中示出該結(jié)果。代表三個(gè)電荷包相加的三重同心圓現(xiàn)在表示每個(gè)電荷包的位置。相加的電荷包現(xiàn)在被轉(zhuǎn)移到TG和TG1轉(zhuǎn)移門中，如圖22所示。接下來，只有TG1轉(zhuǎn)移門下方的電荷被轉(zhuǎn)移到HCCD 402中，而同時(shí)TG轉(zhuǎn)移門中的電荷不移動(dòng)。這允許在圖23中色彩A電荷包追上色彩B電荷包。接下來，在圖24中，包含色彩C和D的第二行電荷;故轉(zhuǎn)移到HCCD401和TG1區(qū)域415中，而同時(shí)之前相加的電荷行被保持在轉(zhuǎn)移門TG區(qū)域416下。在H3門下方保持一個(gè)電荷包，通過允許下兩個(gè)電荷包在第一個(gè)電荷包之上相加來將第二行電荷相加。在圖25中，Hl和H2門通過時(shí)鐘向前轉(zhuǎn)移電荷，而同時(shí)保持H3門下的電荷不動(dòng)。在圖26中，相加的色彩D電荷包被轉(zhuǎn)移到空TG區(qū)域416中，并且色彩C電荷包被轉(zhuǎn)移到TG1區(qū)域415中。在圖27和圖28中，電荷包被轉(zhuǎn)移到下一行TG區(qū)域416和417中。TG區(qū)域"7中整組的相加的電荷包在那里等待，而同時(shí)下一整組的相加的電荷包在TG區(qū)域416中累加。在圖29中，第三行電荷色彩A和B已被轉(zhuǎn)移到HCCD 401和TG1區(qū)域415中。通過保持H3門下方的一個(gè)電荷包而同時(shí)給H1和H2門提供時(shí)鐘信號(hào)以累加相同色彩的三個(gè)電荷包的和，在圖30中將笫三行電荷相加。在圖31中，相加的色彩B電荷包被轉(zhuǎn)移到TG區(qū)域"6中，并且相加的色彩A電荷包被轉(zhuǎn)移到TG1區(qū)域415中。在圖32中，將相加的色彩A電荷包轉(zhuǎn)移通過HCCD 402并進(jìn)入TG區(qū)域416中，以形成完整的一組相加的電荷包。在圖33中，全部的相加的電荷包被轉(zhuǎn)移到HCCD 403和HCCD 404中。
最后，在圖34中，HCCD 403和HCCD 404僅在兩個(gè)HCCD移位寄存器中包含三行的相加的電荷。在該電荷相加視頻模式中關(guān)掉放大器408和409以節(jié)約電力。當(dāng)HCCD中的該3像素相加處理還與垂直CCD移位 寄存器中的3像素行相加結(jié)合時(shí)，獲得分辨率正好九倍那么小的高質(zhì)量 視頻圖像。
至此已在將三個(gè)像素相加在一起的上下文中描述了第三實(shí)施例。很 容易從兩個(gè)像素?cái)U(kuò)展到任意數(shù)量的像素相加。例如，假設(shè)期望將n個(gè)像 素相加在一起。HCCD移位寄存器將由交替的Hl和H2門構(gòu)成，其中由 H3門代替每第2n個(gè)門。如果期望將兩個(gè)像素相加在一起，則每第四個(gè) 門將是H3門。在圖18所示的HCCD中，設(shè)置為將三個(gè)像素相加，因此 每2 x 3或第六個(gè)門是H3門。為了將五個(gè)像素相加，每第10個(gè)門將是 H3門。像素相加的組合也是可能的。為了得到可將兩個(gè)或四個(gè)像素相加 的一組HCCD寄存器，每第4個(gè)和第8個(gè)門將是可獨(dú)立控制的H3門。
在圖36中示出為了2、 3、 4、 5和2或4像素相加，第一HCCD401 中Hl、 H2和H3門的排序。
圖37示出使用了采用本發(fā)明實(shí)施例之一的圖像傳感器600的攝像 機(jī)610。這樣的攝像機(jī)將使用描述的多輸出HCCD移位寄存器來拍攝全分 辨率照片，以便與僅有一個(gè)輸出的圖像傳感器相比有更快的拍照速度。 它還能夠?qū)⒛Ｊ礁淖優(yōu)橛糜趧?dòng)態(tài)圖像錄制的具有至少30幀/秒的幀速率 的較低分辨率。該較低分辨率模式還可被用于圖像預(yù)覽、自動(dòng)曝光和自 動(dòng)聚焦。本發(fā)明提供一種方法，其提供足夠多的HCCD移位寄存器來以 全分辨率和30幀/秒讀取百萬像素(很容易超過5百萬像素)圖像傳感 器。
已在例如Bayer濾色器樣式的2 x 2彩色像素樣式的上下文中描述 了本發(fā)明。其不限于僅2x2彩色樣式。本發(fā)明也可被應(yīng)用于具有在每 一側(cè)上大于兩個(gè)像素的單位單元的彩色樣式。部件清單 10絕緣體
11 CCD埋溝 12襯底
13溝道勢(shì)壘離子注入
100多個(gè)像素或像素陣列
101水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器
102水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器
103水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器
104水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器
105快速電荷丟棄漏^L
106電荷感應(yīng)輸出放大器
107電荷感應(yīng)輸出放大器
108電荷感應(yīng)輸出放大器
109電荷感應(yīng)輸出放大器
200像素陣列
201水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器 202水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器 203水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器 204水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器 205水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器 206水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器 207快速電荷丟棄漏極 208電荷感應(yīng)輸出放大器 209電荷感應(yīng)輸出放大器 210電荷感應(yīng)輸出放大器 211電荷感應(yīng)輸出放大器 212電荷感應(yīng)輸出放大器 213電荷感應(yīng)輸出放大器 220區(qū)域 221區(qū)域 222區(qū)域200780022 3區(qū)域 224區(qū)域 225區(qū)域 300像素陣列
301水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器 302水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器 303水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器 307快速電荷丟棄漏極 308放大器 309放大器 310放大器
400多個(gè)像素/像素陣列
401水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器
402水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器
403水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器
404水平電荷耦合器件(HCCD) /移位寄存器
407快速電荷丟棄漏極
408電荷感應(yīng)輸出放大器
409電荷感應(yīng)輸出放大器
410電荷感應(yīng)輸出放大器
411電荷感應(yīng)輸出放大器
415區(qū)域
416區(qū)域
417區(qū)域
418區(qū)域
600圖像傳感器
610攝像機(jī)
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器，包括覆蓋有至少兩種色彩的濾色器樣式的多個(gè)像素，所述濾色器樣式在一個(gè)方向上在每隔一個(gè)像素上具有相同的色彩；三個(gè)或更多個(gè)電荷耦合器件，平行于每隔一個(gè)像素濾色器重復(fù)樣式取向；至少兩個(gè)電荷耦合器件的輸出處的電荷感應(yīng)放大器；每個(gè)電荷耦合器件具有第一和第二門；CCD到CCD轉(zhuǎn)移門，連接相鄰的電荷耦合器件與在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門一側(cè)的第一門以及在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門的相對(duì)側(cè)的第二門；所有CCD到CCD轉(zhuǎn)移門電連接在一起；所有第一門電連接；以及所有第二門電連接。
2. 如權(quán)利要求1所迷的圖像傳感器，還包括由漏極到CCD轉(zhuǎn)移門 連接到距離所述多個(gè)像素最遠(yuǎn)的電荷耦合器件的電荷漏極，并且漏極到 CCD轉(zhuǎn)移門電連接于CCD到CCD轉(zhuǎn)移門。
3. 如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其中濾色器樣式是2x2像素 Bayer濾色器樣式，該濾色器樣式具有兩個(gè)綠色像素、 一個(gè)紅色像素、 和一個(gè)藍(lán)色像素。
4. 一種圖像傳感器，包括覆蓋有至少兩種色彩的濾色器樣式的多個(gè)像素，所迷濾色器樣式在 一個(gè)方向上在每隔一個(gè)像素上具有相同的色彩；三個(gè)或更多個(gè)電荷耦合 器件，平行于每隔一個(gè)像素濾色器重復(fù)樣式取向；至少兩個(gè)電荷耦合器 件的輸出處的電荷感應(yīng)放大器；每個(gè)電荷耦合器件按順序具有第一門、 第二門、第三門和第四門；CCD到CCD轉(zhuǎn)移門，連接相鄰的電荷耦合器 件與在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門 一側(cè)的第 一 門或第三門以及在轉(zhuǎn)移門相對(duì)側(cè)的 第二門或第四門；所有CCD到CCD轉(zhuǎn)移門電連接在一起；所有第一門電 連接；所有第二門電連接；所有第三門電連接；以及所有第四門電連接。
5. 如權(quán)利要求3所述的圖像傳感器，還包括由漏極到CCD轉(zhuǎn)移門 連接到距離所述多個(gè)像素最遠(yuǎn)的電荷耦合器件的電荷漏極，并且漏極到 CCD轉(zhuǎn)移門電連接于CCD到CCD轉(zhuǎn)移門。
6. 如權(quán)利要求4所迷的圖像傳感器，其中濾色器樣式是2x2像素 Bayer濾色器樣式，該濾色器樣式具有兩個(gè)綠色像素、 一個(gè)紅色像素、 和一個(gè)藍(lán)色像素。
7. —種操作圖像傳感器的方法，該方法包括步驟提供覆蓋有至少兩種色彩的濾色器樣式的多個(gè)像素，所述濾色器樣式在一個(gè)方向上在每隔一個(gè)像素上具有相同的色彩；提供三個(gè)或更多個(gè)電荷耦合器件，平行于每隔一個(gè)像素濾色器重復(fù) 樣式取向；提供至少兩個(gè)電荷耦合器件的輸出處的電荷感應(yīng)放大器；每個(gè)電荷 耦合器件按相繼的順序具有第一門、第二門、第三門和第四門；提供CCD到CCD轉(zhuǎn)移門，連接相鄰的電荷耦合器件與在CCD到CCD 轉(zhuǎn)移門 一側(cè)的第 一 門或第三門以及分別在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門相對(duì)側(cè)的第 二門或第四門；以及提供所有CCD到CCD轉(zhuǎn)移門電連接在一起；所有第一門電連接；所 有第二門電連接；所有第三門電連接；所有第四門電連接；在第一;f莫式 中操作，其中從至少兩個(gè)電荷耦合器件中讀出所有的所述多個(gè)像素，而 不將像素相加在一起，并且需要兩個(gè)電荷耦合器件來保持每行電荷；以 及在第二模式中操作，其中在一個(gè)或多個(gè)電荷耦合器件內(nèi)將相同色彩的 兩個(gè)相繼像素相加在一起，使得只需要一個(gè)電荷耦合器件來保持來自所 述多個(gè)像素的每一行電荷。
8, —種圖像傳感器，包括覆蓋有至少兩種色彩的濾色器樣式的多個(gè)像素，所述濾色器樣式在 一個(gè)方向上在每隔一個(gè)像素上具有相同的色彩；三個(gè)或更多個(gè)電荷耦合 器件，平行于每隔一個(gè)像素濾色器重復(fù)樣式取向；至少兩個(gè)電荷耦合器 件的輸出處的電荷感應(yīng)放大器；每個(gè)電荷耦合器件具有交替的第一門和 第二門，除了每個(gè)2n門被第三門代替；CCD到CCD轉(zhuǎn)移門，連接相鄰的 電荷耦合器件與轉(zhuǎn)移門 一側(cè)的第 一 門以及在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門的相對(duì)側(cè) 的第二門或第三門；所有CCD到CCD轉(zhuǎn)移門電連接在一起；所有第一門 電連接；所有第二門電連接；以及所有第三門電連接；其中n是大于l 的整數(shù)。
9. 一種操作圖像傳感器的方法，提供覆蓋有至少兩種色彩的濾色器樣式的多個(gè)像素，所述濾色器樣式在 一個(gè)方向上在每隔一個(gè)像素上具有相同的色彩；三個(gè)或更多個(gè)電荷耦合器件，平行于每隔一個(gè)像素濾色器重復(fù)樣式 取向；至少兩個(gè)電荷耦合器件的輸出處的電荷感應(yīng)放大器；每個(gè)電荷耦合器件具有交替的第一和第二門，除了每個(gè)2n門被第三門代替；CCD到CCD轉(zhuǎn)移門，連接相鄰的電荷耦合器件與在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門 一側(cè)的第 一 門以及在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門的相對(duì)側(cè)的第二門或第三門； 將所有CCD到CCD轉(zhuǎn)移門電連接在一起； 電連接所有第一門； 電連接所有第二門；以及電連接所有第三門；其中在第一模式中從至少兩個(gè)電荷耦合器件中 讀出所有的所述多個(gè)像素，而不將像素相加在一起，并且需要兩個(gè)電荷 耦合器件來保持每行電荷；其中在第二模式中在一個(gè)或多個(gè)電荷耦合器 件內(nèi)將相同色彩的n個(gè)像素相加，其中需要2/n個(gè)電荷耦合器件來保持 來自所述多個(gè)像素的一行電荷，其中n為大于l的整數(shù)。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中n為2。
11. 如權(quán)利要求9所迷的方法，其中n為3。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中n為4。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中n為5。
14. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中第三門每隔一個(gè)由第四門代 替；其中在第三模式中在一個(gè)或多個(gè)電荷耦合器件內(nèi)將4個(gè)像素相加在 一起。
15. 如權(quán)利要求11所迷的方法，其中第三門每隔一個(gè)由第四門代 替；其中在第三模式中在一個(gè)或多個(gè)電荷耦合器件內(nèi)將6個(gè)像素相加在 一起。
16. —種攝像機(jī)，包括 圖像傳感器，該圖像傳感器包括覆蓋有至少兩種色彩的濾色器樣式的多個(gè)像素，所述濾色器樣式在 一個(gè)方向上在每隔一個(gè)像素上具有相同的色彩；三個(gè)或更多個(gè)電荷耦合器件，平行于每隔一個(gè)像素濾色器重復(fù)樣式 取向；至少兩個(gè)電荷耦合器件的輸出處的電荷感應(yīng)放大器； 每個(gè)電荷耦合器件具有第一和第二門；以及CCD到CCD轉(zhuǎn)移門，連接相鄰的電荷耦合器件與在CCD到CCD轉(zhuǎn)移 門一側(cè)的第一門以及在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門的相對(duì)側(cè)的第二門；所有CCD 到CCD轉(zhuǎn)移門電連接在一起；所有第一門電連接；以及所有第二門電連接。
17. 如權(quán)利要求16所迷的攝像機(jī)，還包括由漏極到CCD轉(zhuǎn)移門連 接到距離所述多個(gè)像素最遠(yuǎn)的電荷耦合器件的電荷漏極，并且漏極到 CCD轉(zhuǎn)移門電連接于CCD到CCD轉(zhuǎn)移門。
18. 如權(quán)利要求16所述的攝像機(jī)，其中濾色器樣式是2x2像素 Bayer濾色器樣式，該濾色器樣式具有兩個(gè)綠色像素、 一個(gè)紅色像素、 和一個(gè)藍(lán)色像素。
19. 一種攝像機(jī)，包括 圖像傳感器，該圖像傳感器包括覆蓋有至少兩種色彩的濾色器樣式的多個(gè)像素，所述濾色器樣式在 一個(gè)方向上在每隔一個(gè)像素上具有相同的色彩；三個(gè)或更多個(gè)電荷耦合器件，平行于每隔一個(gè)像素濾色器重復(fù)樣式 取向；至少兩個(gè)電荷耦合器件的輸出處的電荷感應(yīng)放大器； 每個(gè)電荷耦合器件按順序具有第一門、第二門、第三門和第四門；以及CCD到CCD轉(zhuǎn)移門，連接相鄰的電荷耦合器件與在CCD到CCD轉(zhuǎn)移 門 一側(cè)的第 一 門或第三門以及在轉(zhuǎn)移門相對(duì)側(cè)的第二門或第四門；所有 CCD到CCD轉(zhuǎn)移門電連接在一起；所有第一門電連接；所有第二門電連 接；所有第三門電連接；以及所有第四門電連接。
20. 如權(quán)利要求19所述的攝像機(jī)，還包括由漏極到CCD轉(zhuǎn)移門連 接到距離所述多個(gè)像素最遠(yuǎn)的電荷耦合器件的電荷漏極，并且漏極到 CCD轉(zhuǎn)移門電連接于CCD到CCD轉(zhuǎn)移門。
21. 如權(quán)利要求19所述的攝像機(jī)，其中濾色器樣式是2x2像素 Bayer濾色器樣式，該濾色器樣式具有兩個(gè)綠色像素、 一個(gè)紅色像素、 和一個(gè)藍(lán)色像素。
22. —種攝像機(jī)，包括 圖像傳感器，該圖像傳感器包括覆蓋有至少兩種色彩的濾色器樣式的多個(gè)像素，所述濾色器樣式在 一個(gè)方向上在每隔一個(gè)像素上具有相同的色彩；三個(gè)或更多個(gè)電荷耦合器件，平行于每隔一個(gè)像素濾色重復(fù)樣式取向；至少兩個(gè)電荷耦合器件的輸出處的電荷感應(yīng)放大器； 每個(gè)電荷耦合器件具有交替的第一和第二門，除了每個(gè)^門被第 三門代替；以及CCD到CCD轉(zhuǎn)移門,連接相鄰的電荷耦合器件與在CCD到CCD轉(zhuǎn)移 門 一側(cè)的第 一 門以及在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門的相對(duì)側(cè)的第二門或第三門； 所有.CCD到CCD轉(zhuǎn)移門電連接在一起；所有第一門電連接；所有第二門 電連接；以及所有第三門電連接；其中n是大于l的整數(shù)。
全文摘要
一種圖像傳感器，包括覆蓋有至少兩種色彩的濾色器樣式的多個(gè)像素，所述濾色器樣式在一個(gè)方向上在每隔一個(gè)像素上具有相同的色彩；三個(gè)或更多個(gè)電荷耦合器件，平行于每隔一個(gè)像素濾色器重復(fù)樣式取向；至少兩個(gè)電荷耦合器件的輸出處的電荷感應(yīng)放大器；每個(gè)電荷耦合器件具有第一和第二門；CCD到CCD轉(zhuǎn)移門，連接相鄰的電荷耦合器件與在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門一側(cè)的第一門以及在CCD到CCD轉(zhuǎn)移門的相對(duì)側(cè)的第二門；所有CCD到CCD轉(zhuǎn)移門電連接在一起；所有第一門電連接；以及所有第二門電連接。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101490846SQ200780027535
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
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