JP2010178194A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数のユニットを備えたマルチポート型の固体撮像装置のユニット間のゲインの差異を小さくする。
【解決手段】撮像領域は、複数の画素列を含む。複数のユニットは、複数の画素列が配列された方向に配列されており、撮像領域からの電荷に基づく信号を生成する。各ユニットは出力レジスタ、増倍レジスタ及びアンプを有する。出力レジスタは、一以上の対応の画素列からの電荷を転送する。増倍レジスタは、出力レジスタからの電荷を受けて増倍された電荷を生成する。アンプは、増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成する。本固体撮像装置は、複数のユニットが設けられた領域と、当該領域の上記方向における両側に位置する第１のダミー領域と第２のダミー領域とを含んでる。第１のダミー領域と第２のダミー領域のそれぞれには、増倍レジスタ及びアンプが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置に関するものである。
固体撮像装置には、下記の特許文献１及び特許文献２に記載されたマルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置がある。このような固体撮像装置は、撮像領域、及び複数のユニットを備えている。撮像領域は、複数の画素列を含んでいる。複数のユニットの各々は、複数の画素列のうち一以上の対応の画素列からの電荷を転送する出力レジスタ、当該出力レジスタによって転送された電荷を受けて増倍された電荷を生成する増倍レジスタ、及び、増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成するアンプを有している。
特開２００７−１２４６７５号公報 特許３８６２８５０号明細書
電荷増倍型の固体撮像装置のゲインは、温度によって変動する。また、マルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置には、全ユニットにおけるゲインの差異を小さくすることが望まれる。特許文献２に開示の固体撮像装置は、増倍レジスタの増倍率を制御することができるので、全ポートにおけるゲインの差異を小さくするよう、各ポートのゲインを制御することが可能である。しかしながら、ゲインを制御するための回路構成は複雑である。
本発明は、撮像領域からの電荷に基づく信号を複数のユニットから出力するマルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置であって、簡易な構成でユニット間のゲインの差異を小さくすることが可能な固体撮像装置を提供することを目的としている。
本発明の固体撮像装置は、マルチポート型の固体撮像装置であって、撮像領域及び複数のユニットを備えている。撮像領域は、複数の画素列を含んでいる。複数のユニットは、撮像領域からの電荷に基づく信号を生成するものであり、複数の画素列が配列された方向に配列されている。複数のユニットの各々は、出力レジスタ、増倍レジスタ、及び、アンプを有している。出力レジスタは、複数の画素列のうち一以上の対応の画素列からの電荷を転送する。増倍レジスタは、出力レジスタからの電荷を受けて増倍された電荷を生成する。アンプは、増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成する。本固体撮像装置は、複数のユニットが設けられた領域と、当該領域の上記方向における両側に位置する第１のダミー領域と第２のダミー領域とを含んでいる。第１のダミー領域と第２のダミー領域のそれぞれには、増倍レジスタ及びアンプが設けられている。
従来のマルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置では、複数のユニットのうち両端に位置するユニット以外のユニットの両側には別のユニットが存在しているが、両端のユニットに対してはその一方側に一つのユニットだけが存在している。一般に、各ユニットにおけるゲインはそのユニットの温度によって大きく変動する。また、各ユニットにはアンプ及び増倍レジスタといった発熱要素が含まれている。したがって、従来のマルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置では、両端のユニットの温度とそれ以外のユニットの温度との間に差異が生じる。故に、従来のマルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置では、ユニット間のゲインを均一にすることが難しかった。
一方、本発明の固体撮像装置によれば、複数のユニットのうち両端に位置する二つのユニットの近傍に、増倍レジスタ及びアンプが設けられる。したがって、両端に位置する二つのユニットの温度と他のユニットの温度との差異が小さくなる。その結果、ユニット間のゲインの差異が低減される。
以上説明したように、本発明によれば、撮像領域からの電荷に基づく信号を複数のユニットから出力するマルチポート型且つ電荷増倍型の固体撮像装置であって、簡易な構成でユニット間のゲインの差異を小さくすることが可能な固体撮像装置が提供される。
一実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。 図１に示す固体撮像装置を配線付きで示す図である。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。図１に示す固体撮像装置１０は、撮像領域１２、及び、複数のユニット１４ａ〜１４ｄを備えている。以下の説明では、複数のユニット１４ａ〜１４ｄをユニット１４と称することがある。
撮像領域１２は、入射する光に感応して電荷を生成する領域である。具体的には、撮像領域１２は二次元に配列された複数の画素を含んでおり、各画素はフォトダイオードを含んでいる。
本実施形態の固体撮像装置１０は、撮像領域１２に加えて電荷蓄積領域１６を備えている。電荷蓄積領域１６は、撮像領域１２によって生成された電荷を後述の出力レジスタに転送する前に一時的に蓄積する部分である。このような電荷蓄積領域１６を有する固体撮像装置１０は、フレームトランスファーＣＣＤイメージセンサと呼ばれるものである。しかしながら、本発明の固体撮像装置は、インターラインＣＣＤイメージセンサ、或いは、フルフレームトランスファーＣＣＤイメージセンサであってもよい。
撮像領域１２は、複数のエリア１２ａ〜１２ｄを有している。複数のエリア１２ａ〜１２ｄは、水平方向に並んでおり、各エリアには複数の画素列が含まれている。複数のエリア１２ａ〜１２ｄによって生成された電荷は、対応のユニット１４に出力される。なお、固体撮像装置１０の撮像領域１２は四つのエリアを含んでいる、即ち、４ポートの固体撮像装置であるが、本発明の固体撮像装置のポート数は、四つに限定されるものではない。
複数のユニット１４ａ〜１４ｄの各々は、出力レジスタ１８、増倍レジスタ２０、アンプ２２を有している。本実施の形態では、複数のユニット１４の各々は、更に、コーナーレジスタ２４も含んでいる。
出力レジスタ１８は、撮像領域１２の対応のエリアによって生成され垂直方向に転送された電荷を受けて、当該電荷を水平方向に転送する転送レジスタである。コーナーレジスタ２４は、出力レジスタ１８と同様に電荷を転送する転送レジスタである。コーナーレジスタ２４は、出力レジスタ１８と増倍レジスタ２０との間に設けられている。コーナーレジスタ２４は、出力レジスタ１８によって転送される電荷を、増倍レジスタ２０に転送する。
増倍レジスタ２０は、インパクトイオナイゼーション効果によって電荷を増倍し、増倍した電荷を転送するレジスタである。固体撮像装置１０では、増倍レジスタ２０は、出力レジスタ１８から転送される電荷をコーナーレジスタ２４を介して受けて、増倍した電荷をアンプ２２に出力する。
アンプ２２は、増倍レジスタ２０によって増倍された電荷を受けて、電荷電圧変換を行い、当該電荷の量に応じた信号を生成する。アンプ２２としては、フローティングディフュージョン（ＦＤ）アンプを用いることが可能である。
本固体撮像装置１０は、領域Ｒ、第１のダミー領域Ｒ１、及び、第２のダミー領域Ｒ２を含んでいる。領域Ｒは、複数のユニット１４ａから１４ｄが設けられている領域である。第１のダミー領域Ｒ１及び第２のダミー領域Ｒ２は、出力レジスタ１８の電荷転送方向と同方向（水平方向）において領域Ｒの両側に存在している。
固体撮像装置１０は、第１のダミー領域Ｒ１及び第２のダミー領域Ｒ２のそれぞれに、ダミーの増倍レジスタ２０ｄ及びダミーのアンプ２２ｄを備えている。ダミーの増倍レジスタ２０ｄ及びダミーのアンプ２２ｄはそれぞれ、増倍レジスタ２０及びアンプ２２と同様の要素である。
さらに、固体撮像装置１０では、第１のダミー領域Ｒ１及び第２のダミー領域Ｒ２のそれぞれに、ダミーの出力レジスタ１８ｄ及びダミーのコーナーレジスタ２４ｄが設けられている。出力レジスタ１８ｄ及びコーナーレジスタ２４ｄは、出力レジスタ１８及びコーナーレジスタ２４と同様の要素である。
以下、図２を参照して、固体撮像装置１０の電気的接続関係について説明する。図２は、図１に示す固体撮像装置１０を配線付きで示す図である。図２に示すように、固体撮像装置１０は、三相駆動型の固体撮像装置であり、端子Ｐ１〜Ｐ３、ＰＭ１〜ＰＭ３、及びＰＤＣを有している。
端子Ｐ１〜Ｐ３は、全ユニット１４ａ〜１４ｄの出力レジスタ１８及びコーナーレジスタ２４に三相のクロック信号を入力するための端子である。端子Ｐ１〜Ｐ３から延びる配線は全ユニット１４ａ〜１４ｄの出力レジスタ１８及びコーナーレジスタ２４に共通のものであり、全ユニット１４ａ〜１４ｄの出力レジスタ１８及びコーナーレジスタ２４に接続されている。端子Ｐ１〜Ｐ３からの三相のクロック信号が与えられることによって、出力レジスタ１８及びコーナーレジスタ２４は、電荷を転送する。これら端子Ｐ１〜Ｐ３から延びる配線は、更に、ダミーの出力レジスタ１８ｄ及びダミーのコーナーレジスタ２４ｄに対しても共通のものであり、これら出力レジスタ１８ｄ及びコーナーレジスタ２４ｄにも接続されている。
端子ＰＭ１〜ＰＭ３は、全ユニット１４ａ〜１４ｄの増倍レジスタ２０に三相のクロック信号を入力するための端子である。また、端子ＰＤＣは、増倍レジスタ２０に障壁を形成するためのＤＣ電圧が入力される端子である。端子ＰＭ１〜ＰＭ３及びＰＤＣから延びる配線は、全ユニット１４ａ〜１４ｄの増倍レジスタ２０に共通のものであり、全ユニット１４ａ〜１４ｄの増倍レジスタ２０に接続されている。これら端子ＰＭ１〜ＰＭ３及びＰＤＣから延びる配線は、更に、ダミーの増倍レジスタ２０ｄにも共通のものであり、当該増倍レジスタ２０ｄにも接続されている。
アンプ２２及び２２ｄは、リセットゲート端子ＲＧ、リセットドレイン端子ＲＤ、出力ドレイン端子ＯＤ、及び、出力ソース端子ＯＳを有している。また、アンプ２２及び２２ｄのＦＤ領域と増倍レジスタ２０の最終段との間には、出力ゲート端子ＯＧが設けられている。
端子ＲＧはアンプ２２及び２２ｄのリセットトランジスタのゲートにリセットパルスを与えるための端子である。端子ＲＧにリセットパルスが与えられることにより、ＦＤ領域に蓄積された電荷がリセットトランジスタのドレインに接続された端子ＲＤから排出される。端子ＲＤ及びＯＤには、所定の電源電圧が与えられる。端子ＯＧには、増倍レジスタからの電荷を転送する際にＯＮ信号が与えられる。これにより、増倍レジスタからの電荷がＦＤ領域に送られる。端子ＯＳからは、増幅された信号が出力される。
本固体撮像装置１０では、アンプ２２及び２２ｄの同一の端子には同一の信号が与えられるが、隣接するアンプ間でのクロストークを防止するために、配線は共通化されていない。
以上説明した固体撮像装置１０では、複数のユニット１４ａ〜１４ｄのうち両端のユニット１４ａ及び１４ｄの近傍にある第１のダミー領域Ｒ１及び第２のダミー領域Ｒ２のそれぞれに、増倍レジスタ２０ｄ及びアンプ２２ｄが設けられている。そして、増倍レジスタ２０ｄ及びアンプ２２ｄにも、ユニット１４ａ〜１４ｄの増倍レジスタ２０及びアンプ２２と同様に信号が与えられる。これにより、増倍レジスタ２０ｄ及びアンプ２２ｄが、増倍レジスタ２０及びアンプ２２と同様に発熱する。したがって、両端のユニット１４ａ及び１４ｄの温度と、それ以外のユニット１４ｂ及び１４ｃの温度との差異が小さくなる。故に、固体撮像装置１０では、ユニット１４ａ〜１４ｄ間のゲインの差異が小さくなる。
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本発明の固体撮像装置は、ダミーの出力レジスタ及びダミーのコーナーレジスタを有していなくてもよい。これは、出力レジスタ及びコーナーレジスタの発熱が、増倍レジスタやアンプに対して小さいからである。また、本発明の固体撮像装置は、三相駆動型のものに限定されるものではなく、例えば四相駆動など、種々の駆動方式を採用することができる。
１０…固体撮像装置、１２…撮像領域、１４ａ〜１４ｄ…ユニット、１６…電荷蓄積領域
１８…出力レジスタ、１８ｄ…出力レジスタ（ダミー）、２０…増倍レジスタ、２０ｄ…増倍レジスタ（ダミー）、２２…アンプ、２２ｄ…アンプ（ダミー）、２４…コーナーレジスタ、２４ｄ…コーナーレジスタ（ダミー）、ＯＤ…出力ドレイン端子、ＯＧ…出力ゲート端子、ＯＳ…出力ソース端子、ＲＤ…リセットドレイン端子、ＲＧ…リセットゲート端子、Ｐ１〜Ｐ３…端子、ＰＤＣ…端子、ＰＭ１〜ＰＭ３…端子、Ｒ…領域、Ｒ１…第１のダミー領域、Ｒ２…第２のダミー領域。

Claims (1)

  1. マルチポート型の固体撮像装置であって、
    複数の画素列を含む撮像領域と、
    前記撮像領域からの電荷に基づく信号を生成する複数のユニットであって、前記複数の画素列が配列された方向に配列された該複数のユニットと、
    を備え、
    前記複数のユニットの各々は、
    前記複数の画素列のうち一以上の対応の画素列からの電荷を転送する出力レジスタと、
    前記出力レジスタからの電荷を受けて増倍された電荷を生成する増倍レジスタと、
    前記増倍レジスタからの増倍された電荷に基づく信号を生成するアンプと、
    を有しており、
    該固体撮像装置は、
    前記複数のユニットが設けられた領域と、該領域の前記方向における両側に位置する第１のダミー領域と第２のダミー領域と、を含み、
    前記第１のダミー領域と前記第２のダミー領域のそれぞれに、増倍レジスタ及びアンプを備えている、
    固体撮像装置。
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