JP2011124722A - Ｃｃｄ型固体撮像装置、ｃｃｄ型固体撮像装置の駆動方法及び撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】垂直転送電極と受光素子からの読み出し電極を兼用した構造の固体撮像装置において、受光素子からの読出し時の不具合を解消する。
【解決手段】垂直方向及び水平方向に複数配置した受光素子の垂直方向の列に沿って配置された垂直転送部２２で、隣接した受光素子２１に蓄積した電荷を読み出すと共に、その読み出した電荷を垂直方向に転送する垂直転送処理を行う撮像装置に適用される。垂直転送部２２での電荷の読み出し及び転送のためのクロックについては、抵抗器１１１を介して供給すると共に、電荷の受光素子からの読み出し期間に、抵抗器１１２と並列に別の経路をスイッチ１１２により接続して、抵抗値を下げるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＣＤ型固体撮像装置及びそのＣＣＤ型固体撮像装置に適用される駆動方法、並びにＣＣＤ型固体撮像装置を備えた撮像システムに関する。

従来、固体撮像装置として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置が知られている。ＣＣＤ型固体撮像装置は、画素を構成する受光素子に蓄積した電荷を、電荷結合素子であるＣＣＤで順に転送させて出力させ、画像信号を得る構成としたものである。

図７は、従来のＣＣＤ型固体撮像装置の例を示した図である。
図７の構成について説明すると、ＣＣＤ型固体撮像装置１０は、撮像領域２０を備え、その撮像領域内に、画素を構成する受光素子であるフォトダイオード２１が、水平方向及び垂直方向に所定数配列させてある。それぞれのフォトダイオード２１では、受光により信号電荷を蓄積する。
図７の例では、左端の垂直方向のラインに、フォトダイオード２１_１１，２１_１２，・・・，２１_１ｎが配置してあり、次の右隣の垂直ラインには、フォトダイオード２１_２１，２１_２２，・・・，２１_２ｎが配置してある。このようにして、右端の垂直ラインには、フォトダイオード２１_ｍ１，２１_ｍ２，・・・，２１_ｍｎが配置してある。なお、本明細書でのｎは垂直方向の画素数であり、ｍは水平方向の画素数である。従って、フォトダイオード２１は垂直方向ｎ個×水平方向ｍ個にマトリクス状に配置してある。

それぞれの垂直列のフォトダイオード２１_１１〜２１_１ｎ，２１_２１〜２１_２ｎ，・・・，２１_ｍ１〜２１_ｍｎの脇には、垂直転送路２２_１，２２_２，・・・，２２_ｎが配置してある。この垂直転送路２２_１〜２２_ｎは、電荷結合素子であるＣＣＤで構成されて電荷の転送を行う。図７に示すように、それぞれの垂直転送路２２_１〜２２_ｎは、転送電極２３_１１〜２３_ｍｎと読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎとが交互に配置してある。読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎでは、隣接したフォトダイオード２１_１１〜２１_ｍｎで蓄積した信号電荷を読出し、その読出した信号電荷（又は転送された信号電荷）を次の転送用電極（図中の下側の電極）に転送する。転送電極２３_１１〜２３_ｍｎは、上側の電極２４から転送された電荷を、下側の電極２４に転送する。
これらの読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎでの読出し動作と転送動作、並びに転送電極２３_１１〜２３_ｍｎでの転送動作は、外部から入力端子１０ａなどを介して供給される垂直転送クロックに同期して行われる。

各垂直転送路２２_１〜２２_ｎの下端には、水平転送路２５が接続してあり、各垂直転送路２２_１〜２２_ｎで転送された電荷を、ラインごとに水平転送路２５の別の電極位置に供給する。水平転送路２５に転送された電荷は、水平転送クロックに同期して、水平伝送路２５の端部に接続された出力回路１３に供給されて、その出力回路１３に接続された出力端子１４から外部に撮像信号が出力される。

ここまではＣＣＤ型固体撮像装置として一般的な構成を説明したものである。
そして、図７例のＣＣＤ型固体撮像装置１０の場合には、垂直転送路２２_１〜２２_ｎ内の読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎでの読出し動作と転送動作を制御するクロックを、入力端子１０ａから抵抗器１２を介して各電極２４_１１〜２４_ｍｎに供給する。抵抗器１２としては、例えば数１０Ωから数１００Ω程度の抵抗値とする。この抵抗器１２を介してクロックを供給するのは、転送用クロックのパルス波形を適正な波形にするためである。このパルス波形の具体例については後述する。

特許文献１には、ＣＣＤ型固体撮像装置の一例についての記載があり、垂直転送レジスタの転送電極を読出し用電極として兼用する構成とした例についての記載がある。

特開２００６−１４０４１１号公報

図７に示したように、ＣＣＤ型固体撮像装置内の垂直転送路２２として、フォトダイオード２１からの電荷読出し動作と、転送路２２内の転送動作を行うようにした場合、転送用クロックを電荷読出し時と電荷転送時とで変化させる。
具体的には、例えば図８に示したように、垂直転送路２２内での電荷転送時に供給するクロックのパルス波形は、図８（ａ）に示したように基準値ＶＭから所定電圧ＶＬに低下する電圧波形とする。例えば基準値ＶＭを０Ｖとし、所定電圧ＶＬを−７．５Ｖとする。
一方、フォトダイオード２１からの電荷読出し時に供給するクロックのパルス波形は、図８（ｂ）に示したように基準値ＶＭから所定電圧ＶＴまで上昇する電圧波形とし、読出し時のパルス波形とは逆極性のパルスとなるようにする。例えば基準値ＶＭを０Ｖとし、所定電圧ＶＴを１２Ｖとする。

このようにしてパルス波形の極性で電荷のフォトダイオードからの読出しと垂直転送路内の転送とを切替える。なお、図８に示したパルス波形は、抵抗器１２の作用で鈍化させた波形である。この点については後述する。また、図７に示した転送電極２３_１１〜２３_ｍｎでは、転送動作だけが行われ、転送用のクロックだけが供給される。

ここで、図７に示したように、入力端子１１ａに供給されるクロックを、読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎに抵抗器１２を介して供給するのは、クロック波形の最適化である。このクロック波形の最適化について説明すると、ＣＣＤの垂直転送は、信号電荷の遷移時間を緩やかにした方が転送効率は向上する。これを図８（ａ）に示す垂直転送時の入力クロック波形に当てはめると、クロック波形の電圧ＶＭから電圧ＶＬへ遷移する際、電圧の変化率であるΔＶ／Δｔの値が小さく、波形が変化する時間ｔｆの値が大きい方が転送効率は向上する。このような条件の波形を実現させるために、図７に示したように入力端子１１ａと読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎとの間に、抵抗器１２を挿入して、波形を鈍化させる調整を行っている構成のものがある。
一方で、抵抗器１２を挿入した場合には、フォトダイオードからの読出しパルスの波形についても鈍化させてしまう。即ち、クロックの伝送路に抵抗器１２を挿入したことで、図８（ｂ）に示したように、読出しパルスの波形についても、電圧変化率ΔＶ／Δｔの値が小さくなる。

フォトダイオードからの信号の読み出し易さは、図８（ｂ）に示した波形中の電圧ＶＴが印加されている期間ｔｗｈ１の長さに依存する。すなわち、このｔｗｈ１の期間が十分でない場合は、ＣＣＤ画素周辺の不純物プロファイルや電極構造に出来上がりのばらつきがあった場合、幾つかの画素では、フォトダイオードで光電変換された信号が、垂直転送路へ完全に転送しきれない場合がある。その結果として、周辺画素と比較して出力信号が減少し、黒キズ欠陥のような不具合が発生する。
抵抗器１２を挿入した場合は、図８（ｂ）の波形における電圧変化率ΔＶ／Δｔ値が小さく、電圧が変化する期間ｔｒ１が長くなり、電圧ＶＴが印加されている期間ｔｗｈ１の期間が短くなってしまい、結果として黒キズ欠陥不良が発生する可能性が高くなる。

以上述べてきたとおり、垂直転送電極とフォトダイオードからの読み出し電極を兼用した構造の固体撮像装置においては、垂直転送効率を改善させることを目的としてクロック入力端子と垂直転送電極間に抵抗を挿入する構成とすることがある。ところが、この挿入した抵抗の影響で、信号の読み出し残しに起因する黒キズ不具合が発生する懸念が生じてしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、垂直転送電極と受光素子からの読み出し電極を兼用した構造の固体撮像装置において、受光素子からの読出し時の不具合を解消することを目的とする。

本発明は、垂直方向及び水平方向に複数配置した受光素子の垂直方向の列に沿って配置された垂直転送部で、隣接した受光素子に蓄積した電荷を読み出すと共に、その読み出した電荷を垂直方向に転送する垂直転送処理を行う撮像装置に適用される。
垂直転送部での電荷の読み出し及び転送のためのクロックについては、抵抗器を介して供給すると共に、電荷の受光素子からの読み出し期間に、抵抗器と並列にスイッチによる経路が接続される構成とする。

このように垂直転送部に供給するクロックの伝送路に抵抗器を接続したことで、転送クロックの波形が最適化されて、転送効率を改善させることが可能になる。一方、転送動作時には、抵抗器と並列に別の経路がスイッチにより接続され、抵抗器によるクロック波形の電圧変化率を小さくするような影響が排除され、受光素子からの信号の読み出し残しを防ぐことができる。

本発明によると、垂直転送部として読出し電極と転送電極を兼用させた場合に、その兼用させた電極に供給するクロックを、転送時には抵抗器を介して供給でき、従来と同様の転送効率が得られる。そして、受光素子からの読出し時には、抵抗器の影響がない状態でクロックを供給でき、受光素子からの読出し時に、信号の読み出し残しを防ぐことができる。従って、転送時の転送効率の改善と、読出し時の読出し特性の改善との双方を両立することができる。

本発明の第１の実施の形態によるＣＣＤ型固体撮像装置の例を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態によるカメラシステム全体の構成例を示したブロック図である。 本発明の第１の実施の形態による垂直駆動パルスの例を示した波形図である。 本発明の第１の実施の形態による印加電圧の例を示した説明図である。 本発明の第１の実施の形態によるクロック波形を示した波形図であり、（ａ）は垂直転送電圧入力時の波形、（ｂ）は読出し電圧入力時の波形を示す。 本発明の第２の実施の形態によるＣＣＤ型固体撮像装置の例を示す構成図である。 従来のＣＣＤ型固体撮像装置の例を示す構成図である。 従来のクロック波形を示した波形図であり、（ａ）は垂直転送電圧入力時の波形、（ｂ）は読出し電圧入力時の波形を示す。

本発明の実施の形態の例を、以下の順序で説明する。
１．第１の実施の形態の説明
１．１ 固体撮像装置の構成（図１）
１．２ カメラシステム全体の構成（図２）
１．３ 垂直転送用の駆動パルスの説明（図３、図４）
１．４ パルス波形の具体例（図５）
２．第２の実施の形態の説明
３．実施の形態の変形例

［１．第１の実施の形態の説明］
以下、本発明の第１の実施の形態の例を、図１〜図５を参照して説明する。
［１．１ 固体撮像装置の構成］
まず、第１の実施の形態の例のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を、図１を参照して説明する。図１に示した第１の実施の形態の例のＣＣＤ型固体撮像装置１００は、後述するカメラシステムに組み込まれて撮像信号を出力するものである。
図１に示したＣＣＤ型固体撮像装置１００は、撮像領域２０を備える。撮像領域２０内には、垂直方向ｎ個×水平方向ｍ個の受光素子であるフォトダイオード２１_１１〜２１_ｍｎが配置してある。それぞれのフォトダイオードが画素を構成し、各フォトダイオード２１で受光により信号電荷を蓄積する。撮像領域２０内の構成は、背景技術の欄で説明した従来例としての図７の構成と同じであり、図１の撮像領域２０内の各部には図７の撮像領域２０と同一符号を付してあるが、以下に撮像領域２０内の構成について再度簡単に説明する。

各垂直列のフォトダイオード２１_１１〜２１_１ｎ，２１_２１〜２１_２ｎ，・・・，２１_ｍ１〜２１_ｍｎの脇には、垂直転送路２２_１，２２_２，・・・，２２_ｎが配置してある。この垂直転送路２２_１〜２２_ｎは、電荷結合素子であるＣＣＤで構成されて電荷の転送を行う。図１に示すように、それぞれの垂直転送路２２_１〜２２_ｎは、転送電極２３_１１〜２３_ｍｎと読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎとが交互に配置してある。読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎでは、隣接したフォトダイオード２１_１１〜２１_ｍｎで蓄積した信号電荷を読出し、その読出した信号電荷（又は転送された信号電荷）を次の転送用電極（図中の下側の電極）に転送する。転送電極２３_１１〜２３_ｍｎは、上側の電極２４から転送された電荷を、下側の電極２４に転送する。
これらの読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎでの読出し動作と転送動作、並びに転送電極２３_１１〜２３_ｍｎでの転送動作は、外部から入力端子１０１などを介して供給される垂直転送クロックに同期して行われる。読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎに供給される垂直転送クロックは、入力端子１０１に供給される。垂直転送クロックの詳細については後述する。

各垂直転送路２２_１〜２２_ｎの下端には、水平転送路２５が接続してあり、各垂直転送路２２_１〜２２_ｎで転送された電荷を、垂直ラインごとに水平転送路２５の別の電極位置に供給する。水平転送路２５に転送された電荷は、水平転送クロックに同期して、水平伝送路２５の端部に接続された出力回路１１３に供給し、その出力回路１１３に接続された出力端子１１４から外部に撮像信号を出力する。

そして、本実施の形態の例のＣＣＤ型固体撮像装置１００は、垂直転送路２２_１〜２２_ｎ内の読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎでの読出し動作と転送動作を制御するクロックを、入力端子１０１から供給する。このＣＣＤ型固体撮像装置１００は、撮像を制御する駆動信号の入力端子として複数の入力端子１０１，１０２，１０３，・・・を備え、その内の入力端子１０１に垂直転送クロックが供給される。この垂直転送クロックは、後述する図２のクロック生成部３５から供給される。

入力端子１０１は、抵抗器１１１の一端に接続してあり、その抵抗器１１１の他端を各読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎに接続してある。抵抗器１１１としては、例えば数１０Ωから数１００Ω程度の間で選定した抵抗値とする。この抵抗器１１１の抵抗値は、転送時のパルス波形を最適化するための値に選定する。そして、抵抗器１１１の一端と他端との間に、スイッチ素子としてのＭＯＳトランジスタ１１２を接続する。ＭＯＳトランジスタ１１２は、オン抵抗を、抵抗器１１１の抵抗値よりも小さくしてある。
ＭＯＳトランジスタ１１２は、ここではＮＰＮ型（Ｎチャネル型）のＭＯＳトランジスタとしてあり、抵抗器１１１の一端（端子１０１側）をドレイン電極に接続してあり、抵抗器１１１の他端（垂直転送路と接続される側）をソース電極に接続してある。ゲート電極については、ドレイン電極に接続してあると共に、このＣＣＤ型固体撮像装置１００を構成する基板に印加される電圧がバイアス電圧として供給されるようにしてある。

ＭＯＳトランジスタ１１２の動作については、垂直転送クロックの状態により制御され詳細は後述するが、簡単に説明すると、読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎで隣接したフォトダイオード２１_１１〜２１_ｍｎから電荷を読出す際にはオン状態となる。また、読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎで転送動作を行う際にはオフ状態となる。

［１．２ カメラシステム全体の構成］
次に、本実施の形態の例のＣＣＤ型固体撮像装置１００が組み込まれたカメラシステムの概要について説明する。
図２は、カメラシステムの構成例を示した図である。
レンズ３１を介して固体撮像装置１００の撮像領域２０に入射した像光に基づいて、固体撮像装置１００で各画素の信号を生成し、出力端子１１４から撮像信号を出力する。固体撮像装置１００から出力した撮像信号は映像処理部３２に供給する。映像処理部３２では、撮像信号を適正な特性とする各種映像処理が行われると共に、所定のフォーマットの映像信号とする変換処理が行われる。映像処理部３２で得られた映像信号は、ビューファインダなどで構成される表示部３３に供給して表示させる。また映像処理部３２で得られた映像信号を、半導体メモリ，ハードディスク，光ディスクなどの記録媒体を備えた記録部３４に供給して、各種記録媒体に記録させる。また、必要により映像信号を外部に出力させる。
固体撮像装置１００での撮像処理及び映像処理部３２での映像処理は、クロック生成部３５から供給されるクロックに同期して行われる。固体撮像装置１００内の垂直転送路や水平転送路に供給する垂直転送クロックや水平転送クロックについても、このクロック生成部３５から供給する。
また、カメラ内の各部での処理は、制御部３６の制御に基づいて実行される。

［１．３ 垂直転送用の駆動パルスの説明］
次に、固体撮像装置１００の入力端子１０１に供給する垂直転送クロックの構成と、その垂直転送クロックによる動作について説明する。
図３は、図１の読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎに供給する垂直転送クロックの概要を示した図である。垂直転送クロックは、固体撮像装置１００で撮像を行うフレーム周期に同期したクロックであり、１フレーム周期内のタイミングｔ０で＋極性の読出し用パルスが供給される。この＋極性の読出し用パルスで、それぞれの読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎに隣接したフォトダイオード２１_１１〜２１_ｍｎから電荷を読出す動作が行われる。

その後、１水平ラインの期間に対応した一定周期のタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・で−極性の転送用パルスが順に供給される。この転送用パルスで垂直転送路内の読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎで、電荷の転送動作が行われる。読出し用パルスと転送用パルスの具体的なパルス波形の形状については後述する。なお、図１に示した転送電極２３_１１〜２３_ｍｎにも転送用パルスが供給されるが、ここでは転送だけを行う電極に供給されるパルスの説明は省略する。

このような垂直転送クロックの供給で、１フレーム周期内で垂直転送路内の電荷が順に水平転送路２５に転送され、水平転送路２５に接続された出力回路１１３側から撮像信号として出力される。

次に、図４を参照して、入力端子１０１に得られる垂直転送クロックの電圧と、ＭＯＳトランジスタ１１２の状態とを示した図である。ＭＯＳトランジスタ１１２の状態は、ドレイン（左側のＰ型チャネル領域）とゲート（中央のＮ型チャネル領域）とソース（右側のＮ型チャネル領域）との電位を、最下段に示してある。本例の場合、Ｎ型チャネルの領域には、固体撮像装置を構成する基板の電圧が印加される。

図４（ａ）は、垂直転送クロックＶclkが待機状態で０Ｖのままの状態を示したものである。この状態では、ＭＯＳトランジスタ１１２のドレインとソースの電位を０Ｖのままであり、ゲートに基板電位が供給される。この待機状態では、ＭＯＳトランジスタ１１２はオフである。

図４（ｂ）は、垂直転送クロックＶclkとして、転送用パルスが供給された状態で、その転送用パルスの電圧値である−７．５Ｖの状態を示したものである。この状態では、ドレインの電位は−７．５Ｖであり、ゲートに−７．５Ｖよりもさらに低い基板電位が供給される。この転送用パルスが供給された状態では、ＭＯＳトランジスタ１１２はオフのままである。

図４（ｃ）は、垂直転送クロックＶclkとして、読出し用パルスが供給された状態で、その読出し用パルスの電圧値である１２Ｖの状態を示したものである。この状態では、ＭＯＳトランジスタ１１２のドレインの電位は１２Ｖであり、ゲートには１２Ｖよりも低い基板電位が供給される。この読出し用パルスが供給された状態では、ＭＯＳトランジスタ１１２はオン状態となる。

この図４に示したように、図１の回路構成とすることで、転送用パルスが供給された状態では、ＭＯＳトランジスタ１１２はオフ状態のままであり、読出し用パルスが供給された状態では、ＭＯＳトランジスタ１１２はオン状態になる。従って、図１に示した各読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎに転送用パルスが供給される際には、抵抗器１１１が接続された状態で転送用パルスが供給され、抵抗器１１１の作用でパルス波形が最適化される。
一方、読出し用パルスが供給される際には、トランジスタ１１２はオン状態となるため、抵抗器１１１とトランジスタ１１２のオン抵抗とによる合成抵抗が接続された状態で、各読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎに読出し用パルスが供給される状態となる。従って、読出し用パルスのパルス波形は、抵抗器１１１とトランジスタ１１２のオン抵抗の合成抵抗によって整形されることになる。ここで、ＭＯＳトランジスタ１１２のオン抵抗は、抵抗器１１１の抵抗値よりも小さい。

［１．４ パルス波形の具体例］
図５は、本実施の形態の例での垂直転送クロックＶclkの転送用パルスと読出し用パルスのパルス波形の具体的な例を示した図である。
垂直転送路内での転送時に供給するクロックのパルス波形は、図５（ａ）に示したように基準値ＶＭから所定電圧ＶＬに低下する電圧波形である。例えば基準値ＶＭを０Ｖとし、所定電圧ＶＬを−７．５Ｖとする。但し、この図５（ａ）に示すパルスは抵抗器１１１の作用で波形が最適化された状態の波形であり、入力端子１０１に得られる波形とは異なる。
一方、フォトダイオードから電荷を読出す際に供給する読出し用パルスのパルス波形は、図５（ｂ）に示したように基準値ＶＭから所定電圧ＶＴまで上昇する電圧波形であり、読出し時のパルス波形とは逆極性のパルスとなる。例えば基準値ＶＭを０Ｖとし、所定電圧ＶＴを１２Ｖとする。

図５（ａ）に示した転送用パルスは、抵抗器１１１を介して各電極に供給されるために、ＣＣＤで構成される垂直転送路の垂直転送の転送効率が向上する波形である。即ち、既に図８でも説明したように、図５（ａ）に示した垂直転送パルス波形の電圧がＶＭからＶＬへ遷移する際、電圧の変化率であるΔＶ／Δｔの値が小さく、波形が変化する時間ｔｆの値が大きい方が転送効率は向上する。この転送効率の向上を図るために、抵抗器１１１を挿入させてあり、転送用パルスの波形を鈍化させるようにしてある。この図５（ａ）に示した転送用パルスの波形は、従来例として図８（ａ）に示した転送用パルスの波形と基本的に同じ波形である。

そして、フォトダイオードから電荷を読出す際に、電極に供給される読出し用パルスのパルス波形は、図５（ｂ）に実線の特性Ｖ_ＯＮで示したように基準値ＶＭから所定電圧ＶＴまで上昇する電圧波形となる。例えば基準値ＶＭを０Ｖとし、所定電圧ＶＴを１２Ｖとする。
この読出し用パルスが供給される期間は、図４で説明したように、ＭＯＳトランジスタ１１２はオン状態であり、抵抗器１１１による波形の鈍化の影響を受けない。このため電圧の変化率に抵抗器１１１の影響がなく、比較的電圧の立ち上がりが急な実線の特性Ｖ_ＯＮとなる。
なお、破線で示した特性ＶＯＦＦは、ＭＯＳトランジスタ１１２がオフの場合の波形を想定したものであり、このＭＯＳトランジスタ１１２がオフの場合の波形は、図８（ｂ）に示した波形と同一である。

図５（ｂ）の実線の特性Ｖ_ＯＮの読出し用パルスのパルス波形となることで、電圧が変化する期間ｔｒ２が短くなり、相対的に電圧ＶＴが印加されている期間ｔｗｈ２の長さが、比較的長く確保されるようになる。このように規定された電圧ＶＴが印加されている期間ｔｗｈ２が長くなることで、それぞれのフォトダイオード２１で光電変換された信号が、垂直転送路へ完全に転送されるようになる。このため、抵抗器１１１を垂直転送パルスの供給路に挿入した構成であっても、その抵抗器１１１の影響による読出しパルスの波形変化がなく、フォトダイオード２１で受光した電荷を完全に読出せ、黒キズ欠陥のような不具合の発生を回避できる。

従って、本実施の形態の構成によると、垂直転送を効率良く行えると共に、受光素子からの電荷の読出しについても完全に行える。従来、垂直転送路の電極として、垂直転送路内の垂直転送と受光素子からの読出しとを兼用した構成とした場合には、図８を用いて説明したように、これらの効果を両立することは不可能であったが、本実施の形態の構成によって双方の効果が得られるようになったものである。また、このように垂直転送効率の改善と、フォトダイオードから垂直転送路への読み出し不良の防止が行えることに伴って更に実効的な入力クロックバイアスを低電源化させることで、固体撮像装置の消費電力を低減させることが可能となる。

なお、ＭＯＳトランジスタ１１２については、転送時に確実にオフ状態となり、読出し時に確実にオン状態となるようにするために、以下に示す条件とすることが好ましい。
即ち、読み出しクロックの正電圧印加時にオン動作が必要となるため、ＭＯＳトランジスタ１１２としてはＮＰＮ型を使用し、且つ、オフに変化するゲート電圧が０Ｖ付近かやや正バイアス側に設定した構成のものが好ましい。

この点について説明すると、ＭＯＳトランジスタ１１２のゲートには、転送時に負電位が印加されるため、トランジスタの周辺のＰ−ｗｅｌｌ領域は、ゲートに印加される負電圧と同じバイアス値を印加しておく必要がある。ＭＯＳトランジスタ１１２のチャネル構造として、仮にディプレッション型を採用した場合は、垂直転送パルスの０Ｖから−７．５Ｖの遷移期間において、トランジスタがオフしない期間が発生してしまう。このため、垂直転送時に抵抗器１１１とトランジスタ１１２のオン抵抗の合成抵抗を介したクロックが垂直転送電極へ印加されてしまう。

逆に、ＭＯＳトランジスタ１１２として強エンハンス型を採用した場合、読み出しクロックを入力するオン動作時において、ドレイン−ソース間の電圧効果が大きくなってします。このようなことがあると、入力端子１０１から印加された読み出し電圧自体が、垂直転送路の電極に印加される前に降下してしまうため、本来の目的に反し、フォトダイオードからの読み出しに不具合が発生する懸念が生じる。このため、ＭＯＳトランジスタ１１２のオフに変化する電圧Ｖｔｈは０Ｖ付近か、或いはやや正バイアス側に設定することが望ましい。更に、ＭＯＳトランジスタ１１２のチャネル幅Ｗとチャネル長Ｌの比Ｗ／Ｌの設定に関しては、読み出しパルス印加時の抵抗値が、抵抗器１１１とトランジスタ１１２のオン抵抗の合成抵抗となるため、オン抵抗ができるだけ低くなるような設定が望ましい。仮に、抵抗器１１１が数１００Ω程度の値であれば、トランジスタ１１２のＷ／Ｌをある程度大きめに確保することによって、読み出し電圧の電圧が変化する期間ｔｒ２を、例えば数１００ｎｍ程度短くすることが可能である。

［２．第２の実施の形態の説明］
次に、本発明の第２の実施の形態の例を、図６を参照して説明する。この図６において、第１の実施の形態で説明した図１〜図５に対応する部分には同一符号を付す。
第２の実施の形態においても、カメラシステムに組み込まれるＣＣＤ型固体撮像装置に適用したものであり、カメラシステムの全体構成については図２に示した構成が適用可能である。

図６は、本実施の形態の例のＣＣＤ型固体撮像装置の構成を示した図である。図６に示した第２の実施の形態の例のＣＣＤ型固体撮像装置２００は、抵抗器と並列に接続したＭＯＳトランジスタの駆動を、外部からの制御信号により行う点が、第１の実施の形態の形態と異なるものである。

図６に示したＣＣＤ型固体撮像装置２００は、撮像領域２０を備える。撮像領域２０内の構成は、図１に示したＣＣＤ型固体撮像装置１００の撮像領域２０と同じ構成である。即ち、垂直方向ｎ個×水平方向ｍ個の受光素子であるフォトダイオード２１_１１〜２１_ｍｎが配置してあり、各垂直列のフォトダイオードに隣接して垂直転送路２２_１，２２_２，・・・，２２_ｎが配置してある。それぞれの垂直転送路２２_１〜２２_ｎは、転送電極２３_１１〜２３_ｍｎと読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎとが交互に配置してある。

これらの読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎでの読出し動作と転送動作、並びに転送電極２３_１１〜２３_ｍｎでの転送動作は、外部から入力端子２０１などを介して供給される垂直転送クロックに同期して行われる。読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎに供給される垂直転送クロックは、入力端子２０１に供給される。また入力端子２０２には、後述するトランジスタ２１２のゲートに印加する制御信号が供給される。これらの入力端子２０１，２０２に供給されるクロックや制御信号は、例えば図２に示したクロック生成部３５で生成される。

各垂直転送路２２_１〜２２_ｎの下端には、水平転送路２５が接続してある。水平転送路２５に転送された電荷は、水平転送クロックに同期して、水平伝送路２５の端部に接続された出力回路２１３に供給し、その出力回路２１３に接続された撮像信号出力端子２１４から外部に撮像信号を出力する。

垂直転送クロックの入力端子２０１は、抵抗器２１１の一端に接続してあり、その抵抗器２１１の他端を各読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎに接続してある。抵抗器２１１としては、例えば数１０Ωから数１００Ω程度の間で選定した抵抗値とする。この抵抗器２１１の抵抗値は、転送時のパルス波形を最適化するための値に選定する。そして、抵抗器２１１の一端と他端との間に、スイッチ素子としてのＭＯＳトランジスタ２１２を接続する。ＭＯＳトランジスタ２１２は、オン抵抗を、抵抗器２１１の抵抗値よりも小さくしてある。
ＭＯＳトランジスタ２１２は、ここではＮＰＮ型（Ｎチャネル型）のＭＯＳトランジスタとしてあり、抵抗器２１１の一端（端子２０１側）をドレイン電極に接続してあり、抵抗器２１１の他端（垂直転送路と接続される側）をソース電極に接続してある。ゲート電極には、入力端子２０２に入力した制御信号を供給する。

入力端子２０２に入力する制御信号については、各読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎで、フォトトランジスタからの読出し動作を行う期間、ＭＯＳトランジスタ２１２をオンさせる電圧とし、その他の期間はオフさせる電圧とする。従って、各読出し兼用転送電極２４_１１〜２４_ｍｎで転送動作を行う期間についても、ＭＯＳトランジスタ２１２はオフ状態である。

このように構成したことで、本実施の形態の固体撮像装置２００は、第１の実施の形態の例の固体撮像装置１００と同様に、抵抗器と並列に接続されたＭＯＳトランジスタがオン・オフして、垂直転送路での転送動作と読出し動作の双方の特性を良好にできる。
この第２の実施の形態の場合には、垂直転送クロックの転送用パルスの波形と読出し用パルスの具体的な波形については示さないが、先に説明した図５の波形と同様の波形とすることができ、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。

この第２の実施の形態の例の場合には、ＭＯＳトランジスタ２１２のゲート電圧を、外部からの制御信号により設定できるため、ＭＯＳトランジスタの構成に関する自由度が、第１の実施の形態の場合よりも高くなる。即ち、第１の実施の形態の場合には、基板電圧で適正にオン・オフする構成のトランジスタとする必要があったが、本例の場合には外部から供給する制御信号の電圧値を適正に設定すれば、目的を達成できる。但し、この第２の実施の形態の例の場合には、入力端子２０２に供給する制御信号を生成させる必要があり、その分だけ制御構成が複雑になる。

［３．実施の形態の変形例］
上述した各実施の形態では、ＭＯＳトランジスタを内部抵抗器と並列に接続して、垂直転送クロックが供給される際の抵抗値を変化させるようにしたが、ＭＯＳトランジスタ以外の構成のスイッチを接続して、同様に抵抗値を変化させる構成としてもよい。

また、第１の実施の形態や第２の実施の形態で示した構成では、内蔵された抵抗器に並列にトランジスタを接続して、トランジスタをオンしたときに、抵抗器とトランジスタのオン抵抗との合成抵抗となるようにした。これ対して、読出しパルスが供給される期間は、抵抗器を切り離し、別の経路を接続するようにトランジスタ（スイッチ）で切替える構成としてもよい。いずれにしても、転送パルスが供給される期間は、転送効率が向上される抵抗値として、読出しパルスが供給される期間の抵抗値は、これよりも低い抵抗値となるように、スイッチで切替える構成とすればよい。

また、上述した実施の形態の中で、図４に示したトランジスタに印加される電圧や、図５に示した各クロックのパルス波形についても、一例を示したものであり、本発明はこれらのものに限定されるものではない。

１０…ＣＣＤ型固体撮像装置、１１ａ…垂直転送クロック入力端子、１２…抵抗器、１３…出力回路、１４…撮像信号出力端子、２０…撮像領域、２１_１〜２１_ｍ…フォトダイオード、２２_１１〜２２_ｍｎ…垂直転送路、２３_１１〜２３_ｍｎ…転送電極、２４_１１〜２４_ｍｎ…読出し兼用転送電極、２５…水平転送路、３１…レンズ部、３２…映像処理部、３３…表示部、３４…記録部、３５…クロック生成部、３６…制御部、１００…ＣＣＤ型固体撮像装置、１０１…垂直転送クロック入力端子、１１１…抵抗器、１１２…ＭＯＳトランジスタ、１１３…出力回路、１１４…撮像信号出力端子、２００…ＣＣＤ型固体撮像装置、２０１…垂直転送クロック入力端子、２０２…制御信号入力端子、２１１…抵抗器、２１２…ＭＯＳトランジスタ、２１３…出力回路、２１４…撮像信号出力端子

Claims (6)

1. 垂直方向及び水平方向に複数配置した受光素子と、
   前記複数配置した受光素子の垂直方向の列に沿って配置し、隣接した受光素子に蓄積した電荷を読み出し、その読み出した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、
   前記複数の垂直転送部で転送された電荷が供給されて、その供給された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
   前記垂直転送部で転送された電荷を出力する出力部と、
   前記垂直転送部で前記受光素子からの電荷の読み出しとその読み出された電荷の転送を指示する読み出し及び転送クロックの入力端子と、
   前記読み出し及び転送クロックの入力端子と、前記垂直転送部のクロック供給部との間に接続した抵抗器と、
   前記抵抗器と並列に接続し、前記垂直転送部での前記受光素子からの電荷の読み出しと電荷の転送とで切り替わるスイッチ部とを備える
   ＣＣＤ型固体撮像装置。
2. 前記スイッチ部は、前記受光素子が配置された撮像部を構成する基板に印加される電圧でオン・オフする電界効果トランジスタで構成し、
   前記電界効果トランジスタは、前記垂直転送部での前記受光素子からの電荷の読み出しの際にオンになり、前記垂直転送部内を転送する際にオフになる
   請求項１記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
3. 前記読み出し及び転送クロックの入力端子に得られるクロックは、電荷の読み出しを行う期間のパルスの極性と、電荷の転送を行う期間のパルスの極性を逆極性とした
   請求項２記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
4. 前記スイッチ部は、外部から供給される信号で、前記垂直転送部での前記受光素子からの電荷の読み出しの際にオンになり、前記垂直転送部内を転送する際にオフになるスイッチとした
   請求項１記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
5. 垂直方向及び水平方向に複数配置した受光素子の垂直方向の列に沿って配置された垂直転送部で、隣接した受光素子に蓄積した電荷を読み出すと共に、その読み出した電荷を垂直方向に転送する垂直転送処理と、
   前記複数の垂直転送部で転送された電荷を、水平転送部で水平方向に転送して出力させる水平転送処理と、
   前記垂直転送処理での電荷の読み出し及び転送のためのクロックを、抵抗器を介して供給すると共に、前記電荷の読み出し期間に、前記抵抗器とは別の経路を接続して、抵抗値を下げるようにした
   ＣＣＤ型固体撮像装置の駆動方法。
6. 垂直方向及び水平方向に複数配置した受光素子と、
   前記複数配置した受光素子の垂直方向の列に沿って配置し、隣接した受光素子に蓄積した電荷を読み出し、その読み出した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、
   前記複数の垂直転送部で転送された電荷が供給されて、その供給された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
   前記垂直転送部で転送された電荷を撮像信号として出力する出力部と、
   前記垂直転送部で前記受光素子からの電荷の読み出しとその読み出された電荷の転送を指示する読み出し及び転送クロックの入力端子と、
   前記読み出し及び転送クロックの入力端子と、前記垂直転送部のクロック供給部との間に接続した抵抗器と、
   前記抵抗器と並列に接続し、前記垂直転送部での前記受光素子からの電荷の読み出しと電荷の転送とで切り替わるスイッチ部と、
   前記出力部から出力された撮像信号を処理する撮像信号処理部とを備える
   撮像システム。

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