JP2000312312A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電荷転送部への転送信号を制御することによ
り、全画素データの転送時間の短縮を図ることができ
る。 【解決手段】 クロック制御回路１５は、垂直転送クロ
ック入力端子１６、水平転送クロック入力端子１７、テ
ストモード切り換え端子１８を備える。そして、垂直転
送信号ＶＡを電荷垂直転送部１２の下側部分に、垂直転
送信号ＶＢを電荷垂直転送部１２の上側部分に供給す
る。また、水平転送信号ＨＡを電荷水平転送部１３，１
４の左側部分に，水平転送信号ＨＢを電荷水平転送部１
３，１４の右側部分に供給する。それぞれ上下左右に電
荷を転送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水平及び垂直方向
に２次元的に配置される受光素子と、１ラインあるいは
複数ラインに配列された電荷結合素子からなる電荷転送
部とを備える固体撮像装置に関し、特に、固体撮像素子
の検査において、測定時間の短縮を図ることができる固
体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体撮像素子は、図１４に示され
る受光部５１とＯＢ（オプティカル・ブラック）部５２
で構成されている。その内部は図１５に示されるように
水平、垂直方向に２次元的に配置される多数のフォトダ
イオード６１、電荷結合素子により形成される電荷垂直
転送部６２、電荷垂直転送部６２の最終端に１ライン、
または複数ライン設けられる電荷結合素子により形成さ
れる電荷水平転送部６３で構成される。

【０００３】図１６は、従来の固体撮像素子の電荷の転
送方向を示す説明図である。従来の固体撮像素子では、
フォトダイオード６１で生成される電荷信号を、電荷垂
直転送部６２により垂直同一方向に転送し、これら信号
電荷を電荷垂直転送部６２の最終端に直接隣接して設け
られた電荷水平転送部６３により水平同一方向に１ライ
ン、もしくは複数ライン毎に出力端子Ｓ１１に転送を行
うものである。電荷水平転送部６３を２ラインで転送す
る特許として（特公平６−２０２７５号公報）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１６の回路構成で
は、フォトダイオード６１が光電変換した画素データ
（電荷信号）を転送する場合、電荷垂直転送部６２によ
り一定方向に水平画素信号単位で垂直転送し、さらに、
電荷水平転送部６３により一定方向に水平転送すること
を繰り返し、画素データを出力していたので、全画素デ
ータを転送するのに一定時間を要していた。

【０００５】本発明の目的は、電荷転送部への転送信号
を制御することにより、全画素データの転送時間の短縮
を図ることができる固体撮像装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、水平
及び垂直方向に２次元的に配置される受光素子と、１ラ
インあるいは複数ラインに配列された電荷結合素子から
なり、該受光素子から出力された画素データを転送する
電荷転送部と、前記電荷転送部の電荷結合素子に一定の
方向に位相のずれた転送信号を配列順に印加して所定方
向に画素データを転送させる転送信号制御回路とを備え
る固体撮像装置である。そして、前記転送信号制御回路
は、前記電荷転送部を２分割して、互いに逆方向に位相
がずれた転送信号をそれぞれ印加して、前記電荷転送部
の両端から信号を出力することができることを特徴とす
る。

【０００７】請求項２の発明は、前記電荷転送部は、垂
直転送部と水平転送部からなり、前記受光素子からの画
素データを上下及び左右方向に転送することができるこ
とを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、前記電荷転送部から出
力された信号を一方向に合成し、かつ前記合成信号の周
波数が、前記電荷転送部の一端のみから画素データを出
力する信号の倍以上であることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。

【００１０】＜実施形態１＞まず、本発明に係る固体撮
像装置の実施形態１について説明する。図１は、本発明
に係る固体撮像装置の実施形態１を示す構成図である。
この固体撮像装置は、水平、垂直方向に２次元的に配置
されて受光部をなす多数のフォトダイオード１１、電荷
結合素子により形成される電荷垂直転送部１２、電荷垂
直転送部１２の両端に１ライン、または複数ライン設け
られる電荷結合素子により形成される電荷水平転送部１
３，１４、通常動作モードとテストモードとの切り換え
制御を行って電荷転送部１２，１３，１４に対し転送信
号を出力するクロック制御回路１５、出力端子Ｓ１〜Ｓ
４から構成される。そして、フォトダイオード１１、電
荷垂直転送部１２及び電荷水平転送部１３，１４を含む
回路全体を上下左右に２等分して４分割する（図１の点
線）。図２は、この分割回路を示す概略図であり、固体
撮像装置が回路Ｋ１〜Ｋ４で構成されている。

【００１１】クロック制御回路１５は、垂直転送クロッ
ク入力端子１６、水平転送クロック入力端子１７、テス
トモード切り換え端子１８を備える。そして、垂直転送
信号ＶＡを電荷垂直転送部１２の下側部分（回路Ｋ１，
Ｋ４）に、垂直転送信号ＶＢを電荷垂直転送部１２の上
側部分（回路Ｋ２，Ｋ３）に供給する。また、水平転送
信号ＨＡを電荷水平転送部１３，１４の左側部分（回路
Ｋ１，Ｋ２）に，水平転送信号ＨＢを電荷水平転送部１
３，１４の右側部分（回路Ｋ３，Ｋ４）に供給する。

【００１２】次に、この固体撮像装置における各モード
の動作の概略について説明する。テストモード切り換え
端子１８に通常動作モードにする制御信号が入力される
と、クロック制御回路１５は、垂直転送信号ＶＡ，ＶＢ
及び水平転送信号ＨＡ，ＨＢを一定方向に位相のずれた
信号として出力する。したがって、図３に示すように、
垂直転送信号ＶＡ，ＶＢにより、電荷が電荷垂直転送部
１２を下方向に転送され、さらに、水平転送信号ＨＡ，
ＨＢにより、電荷が電荷水平転送部１４を左方向に順次
転送され、出力端子Ｓ１から画素データ信号が出力され
る。

【００１３】テストモード切り換え端子１８にテストモ
ードにする制御信号が入力されると、クロック制御回路
１５は、垂直転送信号ＶＡ，ＶＢ及び水平転送信号Ｈ
Ａ，ＨＢの位相がそれぞれ反対方向に位相がずれるよう
にして、それぞれ逆方向へ画素データ信号を転送させ
る。すなわち、図４に示すように、垂直転送信号ＶＡに
より、回路Ｋ１，Ｋ４の電荷は電荷垂直転送部１２を下
方向に転送され、垂直転送信号ＶＢにより、回路Ｋ２，
Ｋ３の電荷は電荷垂直転送部１２を上方向に転送され
る。つぎに水平転送信号ＨＡにより、回路Ｋ１，Ｋ２の
電荷が電荷水平転送部１３，１４を左方向に転送され、
水平転送信号ＨＢにより、回路Ｋ３，Ｋ４の電荷が電荷
水平転送部１３，１４を右方向に転送される。こうし
て、分割された４回路Ｋ１〜Ｋ４の出力端子Ｓ１〜Ｓ４
から画素データ信号が出力される。

【００１４】次に、転送信号による画素データ信号の転
送方向制御について、図５〜図９を用いて説明する。図
５は、テストモード時における画素データ信号の転送方
向を示す説明図である。各回路Ｋ１〜Ｋ４における画素
データ信号の転送方向をＡ〜Ｄとする。図５において、
Ａは下方への垂直転送方向、Ｂは上方への垂直転送方
向、Ｃは左方向への水平転送方向、Ｄは右方向への水平
転送方向を示す。

【００１５】図６は垂直転送方向Ａへの画素データ転送
を示すタイムチャート、図７は垂直転送方向Ｂへの画素
データ転送を示すタイムチャート、図８は水平転送方向
Ｃへの画素データ転送を示すタイムチャート、図９は水
平転送方向Ｄへの画素データ転送を示すタイムチャート
である。図６〜図９の（ａ）は転送信号のタイムチャー
トであり、（ｂ）は転送信号による画素データ転送を示
すタイムチャートである。

【００１６】ここで、図６及び図７においては、φＶ１
〜φＶ４は垂直転送信号ＶＡ，ＶＢを構成する信号であ
る。また、ａ〜ｊは電荷垂直転送部１２を構成する電荷
結合素子を示し、下方（垂直転送方向Ａ）に向かって、
この順で配列されているものとする。図８及び図９にお
いては、φＨ１Ａ、φＨ１、φＨ２Ａ、φＨ２、は水平
転送信号ＨＡ，ＨＢを構成する信号である。また、ａ〜
ｈは水平転送部１３，１４を構成する電荷結合素子を示
し、右方（水平転送方向Ｄ）に向かって、この順で配列
されているものとする。。各図（ｂ）に示すように、垂
直転送信号φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４は電荷結合
素子ａ〜ｊに、水平転送信号φＨ１Ａ，φＨ１，φＨ２
Ａ，φＨ２，は電荷結合素子ａ〜ｈに、順次繰り返しな
がら入力されているものとする。電荷結合素子は、転送
信号が“Ｌ”時にポテンシャルが小さくなって電荷を放
出する状態になり、“Ｈ”時にはポテンシャルが大きく
なって電荷を蓄積する状態になる。

【００１７】図６を用いて、垂直転送方向Ａへの転送に
ついて、電荷結合素子ｃ，ｄに着目して説明する。図６
（ａ）に示すタイミングで、垂直転送信号φＶ１〜φＶ
４が電荷結合素子ａ〜ｊの順に入力される。垂直転送信
号φＶ１〜φＶ４は、この順に位相が進んでいるパルス
である。の状態においてφＶ３とφＶ４が“Ｈ”であ
るので、図６（ｂ）に示すｃ，ｄに電荷が蓄積される。
の状態ではφＶ３が“Ｌ”になるため、ｃのポテンシ
ャルが小さくなってｃより電荷が放出され、ｄに蓄積さ
れ蓄積電荷が当初の２倍となる。さらに、の状態では
φＶ１が“Ｈ”になり、ｅのポテンシャルが大きくな
り、ｄの電荷の半分がｅに蓄積される。このように、図
６（ａ）に示すタイミングで、φＶ１〜φＶ４を動作さ
せることにより、のタイミングでｃに有った電荷は、
のタイミングではｄに移動する。さらに、のタイミ
ングになると、ｅに移動する。これを繰り返すことによ
り、のタイミングではｈまで電荷が移動する。こうし
て、図５に示す垂直転送方向Ａに画素データが転送され
る。

【００１８】図７を用いて、垂直転送方向Ｂへの転送に
ついて、電荷結合素子ｅ，ｆに着目して説明する。図７
（ａ）に示すタイミングで、垂直転送信号φＶ１〜φＶ
４が電荷結合素子ａ〜ｊの順に入力される。図７の垂直
転送信号φＶ１〜φＶ４は、図６の垂直転送信号φＶ１
〜φＶ４に対して、この順に位相が逆方向にずれている
パルス、すなわちこの順に位相が遅れているパルスであ
る。の状態において、φＶ１とφＶ２が“Ｈ”である
ので、図７（ｂ）に示すｅ，ｆに電荷が蓄積される。
ｅ，ｆに蓄積されている電荷が、の状態ではφＶ２が
“Ｌ”になるため、ｆのポテンシャルが小さくなって、
ｆより電荷が放出され、ｅのみに蓄積される。さらに、
の状態ではφＶ４が”Ｈ”になり、ｄのポテンシャル
が大きくなって、ｄにｅの半分の電荷が蓄積される。

【００１９】このように、図７（ａ）に示すタイミング
で、φＶ１〜φＶ４を動作させる事により、のタイミ
ングでｆにあった電荷はのタイミングではｅに移動す
る。さらのタイミングになるとｄまで移動する。これ
を繰り返す事により、のタイミングではａまで電荷が
移動する事になる。こうして、図５に示す垂直転送方向
Ｂに画素データが転送される。

【００２０】図８を用いて、水平転送方向Ｃへの転送に
ついて、電荷結合素子ｅに着目して説明する。図８
（ａ）に示すタイミングで、水平転送信号φＨ１Ａ，φ
Ｈ１，φＨ２Ａ，φＨ２が電荷結合素子ａ〜ｈの順に入
力される。φＨ１ＡとφＨ１は同一パルス、φＨ２Ａと
φＨ２は同一パルスである。そして、φＨ１Ａ及びφＨ
１は、φＨ２Ａ及びφＨ２とはパルスが反転しており、
φＨ１及びφＨ２と、φＨ１Ａ及びφＨ２Ａは電荷放出
時と電荷蓄積時のポテンシャルが異なっているものとす
る。

【００２１】図８（ｂ）に示すように、の状態におい
て、φＨ１Ａが“Ｈ”であるので、ｅに電荷が蓄積され
ている。ｅに蓄積されている電荷がの状態では、φＨ
１，Ａが“Ｌ”、φＨ２Ａ，φＨ２が“Ｈ”になるた
め、ｅ，ｆのポテンシャルが小さくなり、ｃ，ｄのポテ
ンシャルが大きくなる。従って、ｅより電荷が放出さ
れ、順次ｄ，ｃと転送され、ｃに蓄積される。ここで、
φＨ２Ａで制御されるｃのポテンシャルはφＨ２で制御
されるｄのポテンシャルより低くなるものとする。この
ように、図８（ａ）に示すタイミングで、φＨ１Ａ，φ
Ｈ１，φＨ２Ａ，φＨ２を動作させる事により、のタ
イミングでｅに蓄積された電荷はのタイミングではｃ
に移動し、順次左方向に電荷が転送されていることにな
る。この転送方向が図５に示す水平転送方向Ｃとなる。

【００２２】図９を用いて、水平転送方向Ｄへの転送に
ついて、電荷結合素子ｄに着目して説明する。図９
（ａ）に示すタイミングで、水平転送信号φＨ１Ａ，φ
Ｈ１，φＨ２Ａ，φＨ２が電荷結合素子ａ〜ｈの順に入
力される。φＨ１ＡとφＨ１は同一パルス、φＨ２Ａと
φＨ２は同一パルスである。そして、φＨ１Ａ及びφＨ
１は、φＨ２Ａ及びφＨ２とパルスが反転しており、φ
Ｈ１及びφＨ２と、φＨ１Ａ及びφＨ２Ａは電荷放出時
と電荷蓄積時のポテンシャルが異なっているものとす
る。

【００２３】図９（ｂ）に示すように、の状態におい
て、φＨ２が“Ｈ”であるので、ｄに電荷が蓄積されて
いる。ｄに蓄積されている電荷がの状態ではφＨ１，
φＨ２Ａが“Ｌ”、φＨ１Ａ，φＨ２が“Ｈ”になるた
め、ｃ，ｄのポテンシャルが小さくなり、ｅ，ｆのポテ
ンシャルが大きくなる。従って、ｄより電荷が放出さ
れ、順次ｅ，ｆと転送され，ｆに蓄積される。ここで、
φＨ２で制御されるｅのポテンシャルはφＨ１Ａで制御
されるｆのポテンシャルより低くなるものとする。この
ように、図９（ａ）に示すタイミングで、φＨ１Ａ，φ
Ｈ１，φＨ２Ａ，φＨ２を動作させる事により、のタ
イミングでｄに蓄積された電荷は、のタイミングでは
ｆに移動し、順次右方向に電荷が転送されていることに
なる。この転送方向が図５に示す水平転送方向Ｄとな
り、水平転送方向Ｃと逆方向に転送されることになる。

【００２４】クロック制御回路１５のテストモード切り
換え端子１８に制御信号を入力して、テスト動作モード
に切り換えると、クロック制御回路１５は、図６〜図９
に示したような転送信号を、回路Ｋ１〜Ｋ４の電荷転送
部１２〜１４に出力する。したがって、固体撮像装置の
回路Ｋ１〜Ｋ４は、図５に示した転送方向に画素データ
を転送し、出力端子Ｓ１〜Ｓ４から画素データを出力す
る。これらの動作により、各画素の電荷を４方向より出
力することで、４倍の早さで固体撮像素子の検査（テス
ト）時の取り込みを実施することができる。

【００２５】＜実施形態２＞次に、本発明に係る固体撮
像装置の実施形態２について説明する。実施形態２は、
実施形態１で示した多方向への電荷の出力を合成し、１
出力端子より出力するもので、従来の固体撮像装置の機
能に加え、テストモード切り換えのクロック制御回路、
水平転送信号合成回路（機能）より構成される。

【００２６】図１０は、本発明に係る固体撮像装置の実
施形態２を示す構成図である。この固体撮像装置は、基
本構成は実施形態１と同じであるが、水平転送部１３，
１４の両端の出力を画素データ信号合成回路２０で合成
し、出力端子Ｓ５から出力するものである。

【００２７】実施形態１では、テストモードに切り換え
る事により、垂直転送方向Ａ，Ｂと水平転送方向Ｃ，Ｄ
はそれぞれ転送方向を反対方向に変え、出力テスト端子
Ｓ１〜Ｓ４へと電荷を導き、これらの動作により各画素
の電荷を４方向より出力することを述べた。実施形態２
は、この実施形態１の機能に加え、４方向へ導かれた電
荷を１出力端子より出力するため、水平転送した電荷を
最終段で合成し、従来の２倍、４倍の周波数の搬送波へ
変換することで、１端子より出力可能とする。

【００２８】画素データ信号合成回路について、図１１
〜図１３を用いて説明する。図１１において、（ａ）
は、水平転送信号ＨＡのタイムチャートを示し、また、
（ｂ）は、水平転送信号ＨＢのタイムチャートを示す。
ＨＡとＨＢは１８０°の位相差を持ち、図１３で合成の
概略図を示すように、転送信号ＨＡ，ＨＢは、それぞれ
の最終段から水平転送信号ＨＣへ転送され合成される。
水平転送信号ＨＣは、水平転送信号ＨＡ，ＨＢの２倍の
周波数とし、これら転送信号ＨＡ，ＨＡＢ，ＨＣはクロ
ック制御回路１５から出力される。

【００２９】これらの電荷の流れを示すポテンシャル図
を図１２に示す。図で示すように、転送信号ＨＡ，ＨＢ
の位相を変えることで、転送信号ＨＡ，ＨＢの信号は図
中、→→→→‥‥‥の順に２倍の順に２倍の転
送信号ＨＣへ転送される。

【００３０】図１３は、電荷の流れを概略図で示したも
のである。図１３（ａ）は転送信号ＨＡ，ＨＢ，ＨＣに
よる画素データ信号の流れを図化したもので、水平電荷
転送部の両端から出力した信号を合成するものである。
Ｔ１，Ｔ２は転送信号ＨＡ，ＨＢの半周期、Ｔ１’，Ｔ
２’は転送信号ＨＣの半周期であり、転送信号ＨＣの周
波数は、転送信号ＨＡ，ＨＢの周波数の２倍である。図
の斜線部分が画素データ信号を示している。図１２で説
明した原理により、転送信号ＨＣで合成した場合、半周
期おきに画素データが出力される。

【００３１】図１３（ｂ）は４ラインのデータ信号を出
力端子Ｓ５から出力する際の電荷の流れを図化したもの
である。これまで説明した転送信号ＨＡ，ＨＢ（周期Ｔ
１，Ｔ２）、転送信号ＨＣ（周期Ｔ１’，Ｔ２’）の合
成回路を２回路用い、それぞれの転送信号ＨＣによる合
成信号をさらに１つに合成する。この場合の転送信号Ｈ
Ｄ（周期Ｔ１”，Ｔ２”）は、転送信号ＨＡ，ＨＢの４
倍の周波数である。転送信号ＨＤでの合成も図１２と同
様の原理によるものであり、半周期ごとに連続して画素
データが出力される。こうして、４方向へ出力されたデ
ータ信号を合成し、４倍の速さで固体撮像素子の検査
（テスト）時の取り込みを、１出力端子Ｓ５より出力す
ることを可能とする。

【００３２】このように、画素データ信号が水平転送部
１３，１４の両端からに出力させ、左右から出力される
の２つの画素データを２倍の周波数で合成するので、転
送時間が１／２になる。さらに、この合成信号２つを１
つに４倍の周波数で合成するので、全画素データを転送
する時間が１／４まで短縮される。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、請求項１及び２記載の発
明によれば、多方向よりデータを取り出すことができる
ため、データ取り込みの時間が短縮でき、例えば、テス
ト時間短縮が可能となる。

【００３４】請求項３記載の発明によれば、多方向より
データを取り出し、さらに、このデータを、倍以上に周
波数を上げた合成信号とすることができるため、データ
取り込みの時間が短縮でき、例えば、テスト時間短縮が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置の実施形態１を示す
構成図である。

【図２】分割回路を示す説明図である。

【図３】通常動作時の電荷転送を示す説明図である。

【図４】テストモード時の電荷転送を示す説明図であ
る。

【図５】テストモード時における画素データ信号の転送
方向を示す説明図である。

【図６】垂直転送方向Ａへの画素データ転送を示すタイ
ムチャートである。

【図７】垂直転送方向Ｂへの画素データ転送を示すタイ
ムチャートである。

【図８】水平転送方向Ｃへの画素データ転送を示すタイ
ムチャートである。

【図９】水平転送方向Ｄへの画素データ転送を示すタイ
ムチャートである。

【図１０】本発明に係る固体撮像装置の実施形態２を示
す構成図である。

【図１１】水平転送信号のタイムチャートである。

【図１２】水平転送信号と画素データ転送を示すタイム
チャートである。

【図１３】電荷の流れを示す概略図である。

【図１４】従来の固体撮像装置の外観図である。

【図１５】従来の固体撮像装置の内部構成図である。

【図１６】従来の固体撮像装置の電荷の転送を示す説明
図である。

【符号の説明】

１１ 受光部 １２ 垂直電荷転送部 １３，１４ 水平電荷転送部 １５ クロック制御回路 Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ 出力部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平及び垂直方向に２次元的に配置され
   る受光素子と、 １ラインあるいは複数ラインに配列された電荷結合素子
   からなり、該受光素子から出力された画素データを転送
   する電荷転送部と、 前記電荷転送部の電荷結合素子に一定の方向に位相のず
   れた転送信号を配列順に印加して所定方向に画素データ
   を転送させる転送信号制御回路と、を備え、 前記転送信号制御回路は、 前記電荷転送部を２分割して、互いに逆方向に位相がず
   れた転送信号をそれぞれ印加して、前記電荷転送部の両
   端から信号を出力することができることを特徴とする固
   体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記電荷転送部は、垂直転送部と水平転
   送部からなり、前記受光素子からの画素データを上下及
   び左右方向に転送することができることを特徴とする請
   求項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記電荷転送部から出力された信号を一
   方向に合成し、かつ前記合成信号の周波数が、前記電荷
   転送部の一端のみから画素データを出力する信号の倍以
   上であることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮
   像装置。