JP2002330356A

JP2002330356A - 固体撮像装置とその駆動方法

Info

Publication number: JP2002330356A
Application number: JP2002045583A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Kobuchi; 寛仁菰渕; Yasuhiro Morinaka; 康弘森中; Toshiya Fujii; 俊哉藤井; Kazuyuki Iguma; 一行猪熊
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】高解像度と高速読み出しの両立を図った固体
撮像装置の出力特性を補正するための構造を提供する。【解決手段】短冊形にブロック分割された撮像部１０
３と、ブロック毎の読み出しアンプ１３０とを備えた並
列読み出し可能な固体撮像素子に、インプットソース１
０１と、読み出しアンプ１３０の出力補正用のマーカー
信号を生成するためのマーカー信号生成部１０２とを更
に設ける。マーカー信号生成部１０２は、インプットソ
ース１０１の電位に応じた量の電荷を蓄積するためのキ
ャパシタで構成されたマーカー電荷蓄積部１０４を有す
る。マーカー信号生成部１０２で生成した同一電荷量の
マーカー信号を、互いに隣接する２ブロックの各々の垂
直ＣＣＤ１１４，１１５、水平ＣＣＤ１１０，１１１及
び読み出しアンプ１３０を順次介して読み出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像部をブロック
分割した並列読み出し可能な固体撮像装置とその駆動方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セキュリティ分野及びデジタルスチルカ
メラ分野において、高精細な撮像と高速な読み出しとを
同時に実現するために、並列読み出し形固体撮像装置が
要望されている。この種の撮像装置では、複数の出力間
のばらつきを補正することが必要である。

【０００３】高速読み出し動作を実現する複数の水平Ｃ
ＣＤ（Charge-Coupled Device）を用いた先例として、
特開昭６０−１５７８００号公報（従来例１）の並列読
み出し形固体撮像装置が知られている。また、出力信号
ばらつきの補正方法として、特開平２−７８３８２号公
報（従来例２）及び特開平４−９６４８０号公報（従来
例３）の技術が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例１の技術で
は、信号電荷が水平ＣＣＤの中心から水平ＣＣＤの両端
に向かう、つまり互いに逆方向に転送される構成となっ
ており、読み出し位置は最大値が４隅に限定されるた
め、これ以上の分割による高速化は実現できない。

【０００５】一方、上記従来例２及び３の技術では、２
チャネル以上の水平ＣＣＤからの出力特性の補正に関し
て記載されているものの、水平ＣＣＤの構成は垂直転送
方向に複数チャネル並べられた構造であり、本来水平方
向にだけ電荷転送すべき水平ＣＣＤ内を垂直方向にも電
荷転送できるようにしているため、転送劣化が生じやす
く、実用上問題となることが知られている。

【０００６】これに対し、撮像部を短冊形にブロック分
割し、各ブロックに水平ＣＣＤを設けて並列に出力すれ
ば、実績のある基本構造を保ちながらも、水平方向の転
送段数を少なくする構成がとれるため動作速度は向上す
る。しかしながら、上記従来例２及び３の技術では出力
信号ばらつきを補正することは不可能であった。

【０００７】本発明の目的は、撮像部をブロック分割し
た構成において、ブロック間の再生画像を均質にするた
めの補正信号（以下、マーカー信号という。）をマーカ
ー信号生成部において生成し、このマーカー信号を利用
してブロック間の出力特性のばらつきを補正するための
固体撮像装置の構成とその駆動方法とを実現することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ブロッ
ク分割された撮像部と、ブロック毎の読み出しアンプと
を備えた並列読み出し可能な固体撮像装置において、所
要量の電荷を供給するためのマーカー信号源と、このマ
ーカー信号源から供給された電荷を用いて撮像部の互い
に隣接する２ブロックへそれぞれ送り込むべき同一電荷
量のマーカー信号を生成するためのマーカー信号生成部
とを更に備え、撮像部の各ブロックは、マーカー信号生
成部により送り込まれたマーカー信号が当該ブロックの
読み出しアンプの出力補正用に当該読み出しアンプを介
して読み出されるように、当該マーカー信号を転送する
ように構成する。

【０００９】例えば、撮像部を短冊形にブロック分割し
た並列読み出し可能な固体撮像装置において撮像部の上
部にマーカー信号生成部を設け、このマーカー信号生成
部で生成したマーカー信号を、撮像部を通じて各ブロッ
ク下部の水平ＣＣＤより読み出す。

【００１０】本発明によれば、同一電荷量を有したマー
カー信号がフレーム周期あるいはフィールド周期で、あ
るいは後者よりも短い周期で隣り合うブロックの出力と
して交互に読み出され、後段の補正回路を用いてアンプ
の入出力特性のばらつきの校正を行うことで、ブロック
間での境界部の目立ちを無くする作用を実現する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明に係る固体撮像装置におけ
る撮像素子の構成例を示している。これは、ＣＣＤを用
いた４ブロック構成の並列出力構成例である。図１の固
体撮像素子１００は、インプットソース（ＩＳ）１０１
と、マーカー信号生成部１０２と、マーカー電荷蓄積部
（キャパシタ）１０４と、撮像部１０３をなすブロック
Ａ〜Ｄ（１０６〜１０９）と、水平ＣＣＤ１１０〜１１
３と、読み出しアンプ（信号電荷検出部）１３０とから
構成される。マーカー信号生成部１０２は、マーカー電
荷蓄積部１０４と垂直ＣＣＤ１１４，１１５から構成さ
れる。インプットソース１０１は所要量の電荷をマーカ
ー信号生成部１０２へ供給するためのマーカー信号源で
あり、マーカー信号生成部１０２において隣接するブロ
ックの境界でマーカー信号を生成し、生成したマーカー
信号を隣接する２つのブロックに周期的に振り分ける。

【００１３】図１によれば、マーカー信号生成部１０２
の垂直ＣＣＤ１１４，１１５の上端にｐｎ接合で形成さ
れたインプットソース１０１を設け、一方の不純物層へ
の印加電圧を制御することで、垂直ＣＣＤ１１４，１１
５に流し込む電荷量をコントロールする。ブロックＡと
ブロックＢとの境界の撮像部１０３に近いマーカー信号
生成部１０２においては、撮像部１０３のＰＤ（Photo
Diode）に相当するマーカー電荷蓄積部１０４を用い
て、一度、マーカー信号を蓄え、次に、これをフィール
ド単位、あるいはフレーム単位にて、左右のブロックに
交互に読み出す。

【００１４】図２は、図１中の読み出しアンプ１３０の
等価回路図である。水平ＣＣＤの読み出しアンプとして
一般的に用いられるＦＤＡ（Floating Diffusion Ampli
fier）とそのソースフォロアを示しており、検出容量１
３１、浮遊容量１３２、ドライブトランジスタ１３３、
負荷トランジスタ１３４、ゲート電圧１３５、入力端子
１３６、出力端子１３７から構成される。同じ設計条
件、同じプロセスを用いた場合にも、当該アンプ１３０
の入出力特性はばらつきをもつ。このばらつきの原因
は、検出容量１３１自体のばらつき、配線に関わる浮遊
容量１３２のばらつき、ソースフォロアアンプ（ドライ
ブトランジスタ１３３、負荷トランジスタ１３４、ゲー
ト電圧１３５）の相互コンダクタンス（ｇｍ）値のばら
つき等、多種多様であり、全ての要因を完全に揃えて入
出力特性を均一に揃えることは困難である。読み出しア
ンプ間において絶対値の校正を行うため、既知の信号電
荷量を有するマーカー信号をマーカー信号生成部１０２
内にて生成し、これを利用することで、各読み出しアン
プ１３０の入出力特性を補正することが必須となる。

【００１５】図３Ａ〜図３Ｃは、図１中のマーカー電荷
蓄積部１０４上の４相ゲートφＶ４＿Ｂ、φＶ３＿Ｂ、
φＶ２＿Ｂ、φＶ１＿Ｂの形成過程を示している。φＶ
４＿Ｂは１層目の、φＶ３＿Ｂ及びφＶ１＿Ｂは２層目
の、φＶ２＿Ｂは３層目のそれぞれポリシリコンで形成
される。このうち、φＶ３＿Ｂ及びφＶ１＿Ｂは、垂直
ＣＣＤ１１４，１１５からマーカー電荷蓄積部１０４へ
の電荷の流入と、マーカー電荷蓄積部１０４から垂直Ｃ
ＣＤ１１４，１１５への電荷の流出とを司るゲートであ
る。なお、図示していないが、マーカー電荷蓄積部１０
４は上部を金属遮光膜で覆い、入射光の影響を受けない
よう考慮している。

【００１６】図４は、図１の固体撮像素子１００におけ
るマーカー信号の生成方法を示すタイミングチャート図
である。また、図５Ａ及び図５Ｂは、図４に対応した垂
直ＣＣＤ１１４，１１５内のポテンシャル図である。

【００１７】先に述べたように、マーカー電荷蓄積部１
０４に予めマーカー信号を蓄えておく必要がある。垂直
ＣＣＤ１１４，１１５は、マーカー信号生成部１０２に
おいてはφＶ＿ＬＳＴに加えて、φＶ４＿Ｂ、φＶ３＿
Ｂ、φＶ２＿Ｂ、φＶ１＿Ｂの４相ゲートで、撮像部１
０３のブロックＡ〜ＤにおいてはφＶ４＿Ａ、φＶ３＿
Ａ、φＶ２＿Ａ、φＶ１＿Ａの４相ゲートでそれぞれ駆
動される。図４には、初期状態、電荷注入、Ｔ−１から
Ｔ−１６１までの連続動作と、フィールドＡにおける読
み出しＡ、Ｔ−Ａ１、フィールドＢにおける読み出し
Ｂ、Ｔ−Ｂ１についてそれぞれ記載している。

【００１８】まず、電荷注入のタイミングでφＶ＿ＬＳ
Ｔをオン（０Ｖ）することにより、電荷をインプットソ
ース１０１から垂直ＣＣＤ１１４，１１５に流し込んで
おく。同時に、φＶ１＿Ｂ、φＶ３＿Ｂには１５Ｖの電
圧を印加することにより、これらのゲートを開いてお
く。

【００１９】φＶ＿ＬＳＴのゲート電圧がインプットソ
ース１０１に対して十分に低い電位を持つため、信号電
荷はインプットソース１０１から垂直ＣＣＤ１１４，１
１５を通じてマーカー電荷蓄積部１０４内に流れ込み、
インプットソース１０１とマーカー電荷蓄積部１０４の
電位は同一となる。つまり、マーカー電荷蓄積部１０４
の蓄積電荷量はインプットソース１０１の電位でコント
ロールされることとなる。次にＴ−１のタイミングで読
み出しゲートφＶ１＿Ｂ、φＶ３＿Ｂを閉じ、ゲートφ
Ｖ＿ＬＳＴをオフ（−８Ｖ）する。続いて、Ｔ−１から
Ｔ−１６１までのタイミングでＬｏｗ（−８Ｖ）、Ｈｉ
ｇｈ（０Ｖ）のパルスを順次与え、マーカー信号生成部
１０２から撮像部１０３まで電荷転送を行い、マーカー
電荷蓄積部１０４に隣接する垂直ＣＣＤ１１４，１１５
内の電荷を掃き出す。一連のポテンシャルの時系列変化
を図５ＡのＴ−１からＴ−１６１までに示す。以上の過
程を通じて、マーカー電荷蓄積部１０４にマーカー信号
が用意されたことになる。

【００２０】マーカー電荷蓄積部１０４に蓄えられたマ
ーカー信号は、フィールドＡでは読み出しＡのタイミン
グでφＶ１＿Ｂにより左側に隣接する垂直ＣＣＤ１１４
に読み出され、フィールドＢでは読み出しＢのタイミン
グでφＶ３＿Ｂにより右側に隣接する垂直ＣＣＤ１１５
に読み出される。このようにして、フィールドＡでは左
側のブロックＡから、フィールドＢでは右側のブロック
Ｂから、それぞれ同一電荷量のマーカー信号が読み出さ
れることになる。

【００２１】なお、マーカー信号を転送するための３層
のポリシリコンゲートを垂直ＣＣＤ１１４，１１５に用
いた場合をここでは想定しているが、これら垂直ＣＣＤ
上の各電極に個別にコンタクトをとっても、あるいは、
更にポリシリコンの層数を増やす、あるいは減らす等の
構成を用いても何ら問題はない。

【００２２】また、垂直ＣＣＤ１１４，１１５の左右に
読み出すタイミングの周期はフレーム毎でもよいし、フ
ィールド毎でもよい。更に、説明では４相クロックを用
いたが、読み出しゲートの相数を増やし、垂直方向に隣
接する２画素の４つの読み出しゲートをそれぞれ独立の
タイミングで動作（６相駆動）させても、１水平ライン
毎に左右のブロックにマーカー信号を振り分けて読み出
すことは可能である。

【００２３】図６は、図１の固体撮像素子１００におい
て各々単位電荷量を有する複数のマーカー信号を垂直Ｃ
ＣＤ１１４，１１５内で加算する方法を示している。こ
こでは、インプットソース電位は一定のままで複数のマ
ーカー信号を生成する。より具体的には、マーカー信号
生成部１０２の垂直ＣＣＤ１１４，１１５内に作られる
電荷転送用パケットを用いてマーカー信号を生成し、こ
れをブロック分割された撮像部１０３のブロック境界部
の垂直ＣＣＤ１１４，１１５内で加算すれば、複数のマ
ーカー信号を一度に得ることができるわけである。この
動作は、前述のマーカー電荷蓄積部１０４を経由させず
ともよく、垂直ＣＣＤ１１４，１１５のみを用いても実
現することができる。しかしながら、ブロック間におい
てより均質なマーカー信号を生成するためには、マーカ
ー電荷蓄積部１０４に一旦電荷を蓄えてから、これを読
み出す際に図６のような加算を実行するのがよい。

【００２４】図１に示したように、個別の垂直ＣＣＤ
（例えば１１４，１１５）において、マーカー信号生成
部１０２ではφＶ４＿Ｂ、φＶ３＿Ｂ、φＶ２＿Ｂ、φ
Ｖ１＿Ｂの４相ゲートを、撮像部１０３ではφＶ４＿
Ａ、φＶ３＿Ａ、φＶ２＿Ａ、φＶ１＿Ａの４相ゲート
を、インプットソース１０１とマーカー信号生成部１０
２との間では独立ゲートφＶ＿ＬＳＴをそれぞれ用い
る。図６によれば、各ブロック内において、垂直ＣＣＤ
１１４，１１５の上端に設けられたインプットソース１
０１より電位コントロールされた信号電荷を垂直ＣＣＤ
１１４，１１５に流し込む。図６には、Ｔ＝ｔ０に示
す、独立に運ばれてきたマーカー信号Ｑ，Ｑ，ＱをＴ＝
ｔ１からｔ３に示すように、マーカー信号生成部１０２
と撮像部１０３との境界部で加算し、それぞれのタイミ
ングで、Ｑ，２Ｑ，３Ｑを生成する様子を示している。
なお、マーカー信号生成部１０２と撮像部１０３のＰＤ
以外の部分とは、金属遮光膜１４０で覆われている。

【００２５】図７は、図６の方法で生成された複数のマ
ーカー信号の出力特性図である。Ｑ，２Ｑ，３Ｑ，…，
７Ｑのマーカー信号をそれぞれ独立に、順次出力すれ
ば、図７に示すような複数のマーカー信号を出力するこ
とができる。ここで、黒丸はブロックＡ出力、白丸はブ
ロックＢ出力を示す。これら複数のマーカー信号は、１
フィールドで生成しても、あるいは数フィールドに渡っ
て生成してもよいことは自明である。この加算動作は、
垂直ＣＣＤから水平ＣＣＤへの電荷転送時に実施しても
よい。

【００２６】図８は、図６の方法によるマーカー信号の
生成方法を説明するためのタイミングチャート図であ
る。また、図９Ａ及び図９Ｂは、図８に対応した垂直Ｃ
ＣＤ１１４，１１５内のポテンシャル図である。ここで
は、マーカー信号生成部１０２と撮像部１０３との境界
部でマーカー信号の加算を実行する。

【００２７】まず図８を用いて、Ｑの生成に関して説明
する。マーカー信号生成部１０２内の動作に関しては、
初期状態、電荷注入、Ｔ−１からＴ−１６１までの連続
動作で示す。この間、ブロック分割された撮像部１０
３、例えばブロックＡ、ブロックＢの垂直ＣＣＤ１１
４，１１５はパケットを生成したまま静止状態を保つ。
更に、Ｔ−１６２からＴ−１７０まででは、逆に、マー
カー信号生成部１０２内の動作が静止し、ブロック分割
された撮像部１０３、例えばブロックＡ、ブロックＢの
垂直ＣＣＤ１１４，１１５が転送動作を行う。

【００２８】ここで、Ｔ−１６２からＴ−１７０までの
動作を１回行う間に、初期状態から電荷注入、Ｔ−１か
らＴ−１６１までの一連の動作を２回行えば２Ｑのマー
カー信号を、３回行えば３Ｑのマーカー信号をそれぞれ
生成することができる。

【００２９】なお、以上の動作を行うタイミング周期は
フレーム毎でもよいし、フィールド毎でもよい。更に、
説明では４相クロックを用いたが、読み出しゲートの相
数を増やし、垂直方向に隣接する２画素の４つの読み出
しゲートをそれぞれ独立のタイミングで動作（６相駆
動）させても、１水平ライン毎に左右のブロックに振り
分けて読み出すことは可能である。

【００３０】あるいは、図３Ａ〜図３Ｃで示したような
各キャパシタ（マーカー電荷蓄積部）１０４を用いて、
マーカー信号をキャパシタ１０４の個数分だけ予め生成
しておき、垂直ＣＣＤ内１１４，１１５を順次転送され
る信号電荷パケットが読み出し位置に来ると、そのパケ
ットにキャパシタ１０４からマーカー信号を読み出し、
このマーカー信号は垂直ＣＣＤ１１４，１１５によって
２番目のキャパシタ位置に転送され、この２番目のキャ
パシタ位置にあったマーカー信号をこのパケットに重ね
て読み出すことで、垂直方向において異なる位置のキャ
パシタ１０４に蓄積されていたマーカー信号を次々と加
算して読み出すことも可能である。

【００３１】図１０は、図１中のインプットソース１０
１の電位を変更することにより垂直ＣＣＤ１１４，１１
５内のマーカー信号の電荷量を制御することができるこ
とを示している。図１０には、図５Ａ及び図９Ａの電荷
注入時においてφＶ４＿Ｂ、φＶ３＿Ｂ、φＶ２＿Ｂ、
φＶ１＿Ｂを全てＨｉｇｈ（０Ｖ）にした場合の、イン
プットソース１０１と、それに繋がる垂直ＣＣＤ１１
４，１１５内の各ゲート下のポテンシャルを示す。φＶ
＿ＬＳＴへの印加電圧を十分大きくとり、そのゲート下
のチャネル電位がφＶ４＿Ｂ、φＶ３＿Ｂ、φＶ２＿
Ｂ、φＶ１＿Ｂ下のチャネル電位よりも大きい場合に
は、インプットソース１０１の電位ＶＩＳでφＶ４＿
Ｂ、φＶ３＿Ｂ、φＶ２＿Ｂ、φＶ１＿Ｂ下の電荷をコ
ントロールすることが可能となり、垂直ＣＣＤ１１４，
１１５内に生成する電荷の総量を任意にコントロールす
ることができるのである。前述のマーカー信号加算方法
と図１０のＶＩＳ制御とを組み合わせれば、更に大きさ
の異なる多くのマーカー信号を取り扱え、より細かな入
出力特性の校正が可能となる。

【００３２】図１１は、図１中のあるブロックにおい
て、互いに異なる電荷量を有する複数のマーカー信号を
マーカー信号生成部１０２と撮像部１０３との境界部で
同時に生成するための構成を示している。ここでは便宜
上、垂直方向にマーカー信号生成部１０２及び撮像部１
０３にそれぞれ３画素ずつ、水平方向に７画素を示して
いるが、これらの数値に限定されるものではない。

【００３３】図１１によれば、マーカー信号生成部１０
２の垂直ＣＣＤ２０１と撮像部１０３の垂直ＣＣＤ２０
２とは互いに繋がり、マーカー信号生成部１０２の垂直
ＣＣＤ２０３と撮像部１０３の垂直ＣＣＤ２０４とは互
いに繋がっており、マーカー信号生成部１０２から撮像
部１０３にマーカー信号を転送することが可能となって
いる。マーカー信号生成部１０２内では、水平方向にお
いて垂直ＣＣＤ２０１，２０３の幅を数種類に渡って変
化させている。加算側である撮像部１０３の垂直ＣＣＤ
２０２，２０４の幅を、マーカー信号生成部１０２の垂
直ＣＣＤ２０１，２０３の幅よりも広くしておくと、垂
直方向の転送劣化を生じることなく、互いに異なる電荷
量を有する複数のマーカー信号を同時に発生させること
が可能となる。具体的には、マーカー信号生成部１０２
の垂直ＣＣＤ２０１，２０３の幅は０．４５μｍから
１．４μｍまで大きくしている。これにより、マーカー
信号が含まれる１水平ラインを読み出す際、７種類のマ
ーカー信号を読み出すことができる。更に前述の各方法
と組み合わせ、垂直方向においては、撮像部１０３との
境界で加算するパケット数を２、３と増やすことで、信
号電荷量の種類も２倍、３倍と増やすことが可能とな
る。したがって、図７の例より一層細かなマーカー信号
の生成が可能となる。

【００３４】図１２は、本発明に係る固体撮像装置の全
体構成例を示している。ここでは撮像素子１００の撮像
部を４つのブロックに分割した例を用いているが、その
分割数はこれに限定されるものではない。

【００３５】一例として、ブロックＡ及びＢからの信号
の補正に関して、以下説明する。各水平ＣＣＤ１１０，
１１１から読み出しアンプ１３０を介して出力されたマ
ーカー信号は、マーカー信号メモリ３０１の内部に設け
られたテーブル（図示せず）に蓄積され、補正回路３０
２によってブロック間のアンプ特性ばらつきに起因する
信号ばらつきが補正される。その後、画像合成回路３０
３によって１枚の画像として再生して画像出力３０４さ
れる。

【００３６】図１３は、図１２の固体撮像装置における
読み出しアンプ１３０の出力補正方法の一例を示してい
る。次に示す補正式の一部あるいは全部を補正回路３０
２で用いて入出力特性を合わせ込み、４つの出力特性を
揃えることが可能となる。以下、図１３に示すように入
力レンジに対する補正区間を４つ設けた場合について説
明する。ただし、区間数、及び各区間における補正式は
これに限るものではない。

【００３７】各ブロックのマーカー信号として入力値Ｘ
とアンプ出力値Ｙとを用いて、ブロックＡに関しては
（０，Ｙ_osa），（Ｘ₁，Ｙ_1a），（Ｘ₂，Ｙ_2a），
（Ｘ₃，Ｙ_3a），（Ｘ₄，Ｙ_4a）が、ブロックＢに関して
は（０，Ｙ_osb），（Ｘ₁，Ｙ_1b），（Ｘ₂，Ｙ_2b），
（Ｘ₃，Ｙ_3b），（Ｘ₄，Ｙ_4b）がそれぞれマーカー信号
メモリ３０１内のテーブル（図示せず）にメモリされ
る。ここでＸ₁，Ｘ₂，Ｘ₃，Ｘ₄はそれぞれ実際測定した
電荷量、あるいは電圧でもよく、それに準じた任意の値
でもよい。水平ＣＣＤ１１０〜１１３から出力された画
像信号に対して、各々下記補正が施される。

【００３８】ブロックＡからの出力Ｙは、区間０≦Ｙ＜Ｙ_1aにおいて；（Ｙ−Ｙ_osa）×｛Ｘ₁／（Ｙ_1a−Ｙ_osa）｝×α 区間Ｙ_1a≦Ｙ＜Ｙ_2aにおいて；（Ｙ−Ｙ_1a）×｛（Ｘ₂−Ｘ₁）／（Ｙ_2a−Ｙ_1a）｝×α
＋αＸ₁ 区間Ｙ_2a≦Ｙ＜Ｙ_3aにおいて；（Ｙ−Ｙ_2a）×｛（Ｘ₃−Ｘ₂）／（Ｙ_3a−Ｙ_2a）｝×α
＋αＸ₂ 区間Ｙ_3a≦Ｙ＜Ｙ_4aにおいて；（Ｙ−Ｙ_3a）×｛（Ｘ₄−Ｘ₃）／（Ｙ_4a−Ｙ_3a）｝×α
＋αＸ₃ と、補正回路３０２で補正を受ける。これにより、ブロ
ックＡの出力ＹがＹ＝αＸをほぼ満たすこととなる。

【００３９】一方、ブロックＢからの出力Ｙは、区間０≦Ｙ＜Ｙ_1bにおいて；（Ｙ−Ｙ_osb）×｛Ｘ₁／（Ｙ_1b−Ｙ_osb）｝×α 区間Ｙ_1b≦Ｙ＜Ｙ_2bにおいて；（Ｙ−Ｙ_1b）×｛（Ｘ₂−Ｘ₁）／（Ｙ_2b−Ｙ_1b）｝×α
＋αＸ₁ 区間Ｙ_2b≦Ｙ＜Ｙ_3bにおいて；（Ｙ−Ｙ_2b）×｛（Ｘ₃−Ｘ₂）／（Ｙ_3b−Ｙ_2b）｝×α
＋αＸ₂ 区間Ｙ_3b≦Ｙ＜Ｙ_4bにおいて；（Ｙ−Ｙ_3b）×｛（Ｘ₄−Ｘ₃）／（Ｙ_4b−Ｙ_3b）｝×α
＋αＸ₃ と、補正回路３０２で補正を受ける。これにより、ブロ
ックＢの出力ＹもまたＹ＝αＸをほぼ満たすこととな
る。

【００４０】図１４は、本発明に係る固体撮像装置にお
ける撮像素子の他の構成例を示している。図１の固体撮
像素子１００においては、インプットソース１０１から
マーカー信号生成部１０２の垂直ＣＣＤ１１４，１１５
へ流し込まれた電荷は、その先に設けられたマーカー電
荷蓄積部１０４に一旦蓄えられ、このマーカー電荷蓄積
部１０４から得られるマーカー信号電荷はフィールド単
位、あるいはフレーム単位にて、再び垂直ＣＣＤ１１
４，１１５に流し出されることで、左右のブロックＡ及
びＢに交互に読み出された。ここで、マーカー電荷蓄積
部１０４から垂直ＣＣＤ１１４，１１５へのマーカー信
号の読み出しは転送効率的に問題ないが、マーカー電荷
蓄積部１０４に流し込んだ後、垂直ＣＣＤ１１４，１１
５のゲートφＶ１＿Ｂ及びφＶ３＿Ｂをオフする際、こ
れらのゲート下の電荷はマーカー電荷蓄積部１０４と垂
直ＣＣＤ１１４，１１５に振り分けられるが、ゲート面
積が大きくなると、この変動分が大きくなる。また、垂
直ＣＣＤ１１４，１１５側にも電荷が残りやすくなる。
そこで、図１４の固体撮像素子１００ａは、必要な駆動
パルス数は増えるものの、垂直ＣＣＤ１１４，１１５の
ゲートオフの際の問題点を改善できるようにしたもので
ある。

【００４１】具体的に説明すると、図１４の固体撮像素
子１００ａは、マーカー信号生成部１０２をマーカー信
号転送部１２１とマーカー信号分岐部１２２とで構成
し、インプットソース１０１から、マーカー信号転送部
１２１に設けた垂直ＣＣＤ１１６を用いて、マーカー信
号分岐部１２２の垂直ＣＣＤ１１４，１１５に一方向に
マーカー信号を流してゆくものである。この固体撮像素
子１００ａもやはり、図１で示したようなＣＣＤを用い
た４ブロック構成の並列出力構成例である。異なる点
は、インプットソース１０１からマーカー信号分岐部１
２２の間で電荷を運ぶために専用のマーカー信号転送部
１２１、ここでは垂直ＣＣＤ１１６を用いているところ
にある。マーカー信号転送部１２１はゲートφＶ＿ＬＳ
Ｔに加えて、φＶ４＿Ｂ、φＶ３＿Ｂ、φＶ２＿Ｂ、φ
Ｖ１＿Ｂの４相ゲートで、マーカー信号分岐部１２２は
φＶ３＿Ｒ、φＶ３＿Ｌ、φＶ２＿Ｃ、φＶ１＿Ｃの４
相ゲートで、撮像部１０３のブロックＡ〜ＤはφＶ４＿
Ａ、φＶ３＿Ａ、φＶ２＿Ａ、φＶ１＿Ａの４相ゲート
でそれぞれ駆動される。

【００４２】図１５Ａ〜図１５Ｃは、図１４中の３本の
垂直ＣＣＤ１１４〜１１６の形成過程を示す図である。
図１５Ａは垂直ＣＣＤ１１４〜１１６を形成するための
不純物注入部を、図１５Ｂはこの上にポリシリコンで形
成された多相ゲートを、図１５Ｃは更にこの上にポリシ
リコンで形成された他の多相ゲートをそれぞれ示してい
る。φＶ＿ＬＳＴは、インプットソース１０１から垂直
ＣＣＤ１１６への電荷注入ゲートである。φＶ３＿Ｌは
垂直ＣＣＤ１１６から左側の垂直ＣＣＤ１１４への、φ
Ｖ３＿Ｒは垂直ＣＣＤ１１６から右側の垂直ＣＣＤ１１
５へのそれぞれ分岐を構成するものである。なお、図示
していないが、マーカー信号転送部１２１及びマーカー
信号分岐部１２２は上部を金属遮光膜で覆い、入射光の
影響を受けないよう考慮している。

【００４３】図１６は、図１４の固体撮像素子１００ａ
におけるマーカー信号の生成方法を示すタイミングチャ
ート図である。また、図１７Ａ及び図１７Ｂは、図１６
に対応した垂直ＣＣＤ１１４〜１１６内のポテンシャル
図である。

【００４４】インプットソース１０１から１本の垂直Ｃ
ＣＤ１１６にマーカー信号を導入し、これを２本の垂直
ＣＣＤ１１４，１１５に振り分ける動作を、図１６のタ
イミングチャート図を用いて説明する。図１６には、初
期状態、電荷注入、Ｔ−１からＴ−６までの連続動作
と、フィールドＢにおける右側の垂直ＣＣＤ１１５への
振り分け動作としてＴ−７ＲからＴ−１２Ｒ、これに続
く通常転送としてＴ−１３からＴ−１５、フィールドＡ
における左側の垂直ＣＣＤ１１４への振り分け動作とし
てＴ−７ＬからＴ−１２Ｌ、これに続く通常転送として
Ｔ−１３からＴ−１５についてそれぞれ記載している。

【００４５】まず、電荷注入のタイミングでφＶ＿ＬＳ
Ｔをオン（０Ｖ）することにより、電荷をインプットソ
ース１０１から垂直ＣＣＤ１１６に流し込んでおく。こ
のとき、φＶ４＿Ｂ、φＶ３＿Ｂのゲートもオン（０
Ｖ）としておく。次に、Ｔ−１のタイミングでφＶ＿Ｌ
ＳＴをオフ（−８Ｖ）する。続いて、Ｔ−２からＴ−６
までのタイミングでφＶ４＿ＢからφＶ１＿Ｂのゲート
にＬｏｗ（−８Ｖ）、Ｈｉｇｈ（０Ｖ）のパルスを順次
与えることにより、マーカー信号電荷をマーカー信号分
岐部１２２まで転送する。

【００４６】マーカー信号分岐部１２２では、フィール
ドＢのＴ−７ＲからＴ−９Ｒにかけて読み出し電圧（１
５Ｖ）をφＶ３＿Ｒに印加することにより、右側の垂直
ＣＣＤ１１５にマーカー信号電荷を読み出す。読み出さ
れたマーカー信号電荷は、Ｔ−１３からＴ−１５にかけ
て撮像部１０３の上部にまで転送される。これ以降、公
知の垂直ＣＣＤ電荷転送が行われる。フィールドＡで
は、Ｔ−７ＬからＴ−９ＬのタイミングでφＶ３＿Ｌを
用いることにより、マーカー信号電荷が左側の垂直ＣＣ
Ｄ１１４に読み出される。更に、Ｔ−１０ＬからＴ−１
２Ｌまでの転送動作が行われる。これ以降は、フィール
ドＢの場合と同様である。

【００４７】以上の一連のポテンシャル時系列変化の結
果、マーカー信号転送部１２１によって転送されたマー
カー信号電荷は、フィールドＢでは右側のブロックＢか
ら、フィールドＡでは左側のブロックＡから、それぞれ
同一電荷量のマーカー信号が読み出されることになる。

【００４８】なお、マーカー信号を転送するための２層
のポリシリコンゲートを垂直ＣＣＤ１１４〜１１６に用
いた場合をここでは想定しているが、これら垂直ＣＣＤ
上の各電極に個別にコンタクトをとっても、あるいは、
更にポリシリコンの層数を増やす、あるいは減らす等の
構成を用いても何ら問題はない。

【００４９】また、垂直ＣＣＤ１１４，１１５の左右に
読み出すタイミングの周期はフレーム毎でもよいし、フ
ィールド毎でも、またフィールド内でもよい。更に、説
明では１２相クロックを用いたが、ゲート電極を共通に
して相数を減らしても、左右のブロックにマーカー信号
を振り分けて読み出すことは可能である。

【００５０】また、図１４の固体撮像素子１００ａにお
いても図１０のようなＶＩＳ制御を実施することができ
る。もちろん、図１２中の固体撮像素子１００を図１４
の固体撮像素子１００ａに置き換えることができる。

【００５１】更に、図１、図１０、図１１及び図１４の
いずれの構成においても、インプットソース１０１を水
平ＣＣＤに置き換え、この水平ＣＣＤへ所要量の電荷を
供給するための小面積のインプットソースを別に設ける
ようにしてもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明により、並列読み出
しの読み出しアンプ間のばらつきが補正用マーカー信号
の利用で容易に改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置における撮像素子の
構成例を示す平面図である。

【図２】図１中の読み出しアンプの等価回路図である。

【図３Ａ】図１中のマーカー電荷蓄積部の１相ゲートを
拡大して示す平面図である。

【図３Ｂ】図３Ａの１相ゲート上に形成された他の２相
のゲートを示す平面図である。

【図３Ｃ】図３Ｂの２相ゲート上に形成された更に他の
１相のゲートを示す平面図である。

【図４】図１の固体撮像素子におけるマーカー信号の生
成方法を説明するためのタイミングチャート図である。

【図５Ａ】図４に対応した垂直ＣＣＤ内のポテンシャル
図である。

【図５Ｂ】図５Ａに続くポテンシャル図である。

【図６】図１の固体撮像素子において各々単位電荷量を
有する複数のマーカー信号を垂直ＣＣＤ内で加算する方
法を説明するためのポテンシャル図である。

【図７】図６の方法で生成された複数のマーカー信号の
出力特性図である。

【図８】図６の方法によるマーカー信号の生成方法を説
明するためのタイミングチャート図である。

【図９Ａ】図８に対応した垂直ＣＣＤ内のポテンシャル
図である。

【図９Ｂ】図９Ａに続くポテンシャル図である。

【図１０】図１中のインプットソースの電位を変更する
ことにより垂直ＣＣＤ内のマーカー信号の電荷量を制御
することができることを示すポテンシャル図である。

【図１１】図１中のあるブロックにおいて互いに異なる
電荷量を有する複数のマーカー信号を同時に生成するた
めの構成を示す平面図である。

【図１２】本発明に係る固体撮像装置の全体構成例を示
すブロック図である。

【図１３】図１２の固体撮像装置における読み出しアン
プの出力補正方法の一例を示す図である。

【図１４】本発明に係る固体撮像装置における撮像素子
の他の構成例を示す平面図である。

【図１５Ａ】図１４中の垂直ＣＣＤを形成するための不
純物注入部を拡大して示す平面図である。

【図１５Ｂ】図１５Ａの不純物注入部上に形成された多
相ゲートを示す平面図である。

【図１５Ｃ】図１５Ｂの多相ゲート上に形成された他の
多相ゲートを示す平面図である。

【図１６】図１４の固体撮像素子におけるマーカー信号
の生成方法を説明するためのタイミングチャート図であ
る。

【図１７Ａ】図１６に対応した垂直ＣＣＤ内のポテンシ
ャル図である。

【図１７Ｂ】図１７Ａに続くポテンシャル図である。

【符号の説明】

１００，１００ａ固体撮像素子１０１インプットソース（マーカー信号源）１０２マーカー信号生成部１０３撮像部１０４マーカー電荷蓄積部１０６ブロックＡ１０７ブロックＢ１０８ブロックＣ１０９ブロックＤ１１０〜１１３水平ＣＣＤ１１４〜１１６垂直ＣＣＤ１２１マーカー信号転送部１２２マーカー信号分岐部１３０読み出しアンプ１３１検出容量１３２浮遊容量１３３ドライブトランジスタ１３４負荷トランジスタ１３５ゲート電圧１３６入力端子１３７出力端子１４０遮光膜２０１〜２０４垂直ＣＣＤ３０１マーカー信号メモリ３０２補正回路３０３画像合成回路３０４画像出力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井俊哉大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者猪熊一行大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 4M118 AA06 AB01 BA13 CA02 DD09 FA02 FA06 FA42 FA44 5C024 CX01 CY46 GY01 GZ27 GZ42 JX27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブロック分割された撮像部と、ブロック
毎の読み出しアンプとを備えた並列読み出し可能な固体
撮像装置であって、所要量の電荷を供給するためのマーカー信号源と、前記マーカー信号源から供給された電荷を用いて、前記
撮像部の互いに隣接する２ブロックへそれぞれ送り込む
べき同一電荷量のマーカー信号を生成するためのマーカ
ー信号生成部とを更に備え、前記撮像部の各ブロックは、前記マーカー信号生成部に
より送り込まれたマーカー信号が当該ブロックの読み出
しアンプの出力補正用に当該読み出しアンプを介して読
み出されるように、当該マーカー信号を転送することを
特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】請求項１記載の固体撮像装置において、前記マーカー信号生成部は、前記マーカー信号源から供給された電荷を蓄積するため
のマーカー電荷蓄積部と、前記マーカー電荷蓄積部に蓄積された電荷から前記撮像
部の互いに隣接する２ブロックへそれぞれ送り込むべき
マーカー信号を生成するための手段とを有することを特
徴とする固体撮像装置。
【請求項３】請求項１記載の固体撮像装置において、前記マーカー信号生成部は、前記マーカー信号源から供給された電荷を共通のマーカ
ー信号として転送するためのマーカー信号転送部と、前記マーカー信号転送部により転送された共通のマーカ
ー信号を前記撮像部の互いに隣接する２ブロックへそれ
ぞれ送り込むためのマーカー信号分岐部とを有すること
を特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】請求項１記載の固体撮像装置において、前記ブロック毎の読み出しアンプにそれぞれ結合された
ブロック毎の水平ＣＣＤを更に備え、前記撮像部は垂直ＣＣＤを有し、かつ前記マーカー信号
生成部と前記ブロック毎の水平ＣＣＤとの間に位置する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】請求項１記載の固体撮像装置において、前記マーカー信号生成部は遮光されていることを特徴と
する固体撮像装置。
【請求項６】請求項１記載の固体撮像装置において、各々単位電荷量を有する複数のマーカー信号を加算する
ための手段を更に備えたことを特徴とする固体撮像装
置。
【請求項７】請求項１記載の固体撮像装置において、前記マーカー信号源は、与えられた電位に応じた量の電
荷を供給するためのインプットソースを有することを特
徴とする固体撮像装置。
【請求項８】請求項７記載の固体撮像装置において、前記インプットソースの電位を変更するための手段を更
に備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】請求項４記載の固体撮像装置において、前記マーカー信号生成部は垂直ＣＣＤを有し、かつ当該
マーカー信号生成部の垂直ＣＣＤの幅は、前記撮像部の
垂直ＣＣＤの幅以下であることを特徴とする固体撮像装
置。
【請求項１０】請求項１記載の固体撮像装置におい
て、前記ブロック毎のマーカー信号を記録するためのマーカ
ー信号メモリと、前記マーカー信号メモリの記録に従って前記読み出しア
ンプの画像出力を補正するための補正回路とを更に備え
たことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】請求項１０記載の固体撮像装置におい
て、前記補正回路は、前記画像出力の区間毎の線形変換によ
り非線形補正を達成するように構成されたことを特徴と
する固体撮像装置。
【請求項１２】ブロック分割された撮像部と、ブロッ
ク毎の読み出しアンプとを備えた並列読み出し可能な固
体撮像装置の駆動方法であって、前記読み出しアンプの出力補正用のマーカー信号を生成
するステップと、前記生成した同一電荷量のマーカー信号を、互いに隣接
する２ブロックの各々の読み出しアンプを介して読み出
すステップと、各々単位電荷量を有する複数のマーカー信号を加算する
ことで他のマーカー信号を生成するステップとを備えた
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】請求項１２記載の固体撮像装置の駆動
方法において、前記マーカー信号の加算を垂直ＣＣＤ内において実行す
るステップを更に備えたことを特徴とする固体撮像装置
の駆動方法。