JP3832661B2

JP3832661B2 - 固体撮像装置の駆動方法

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Publication number: JP3832661B2
Application number: JP2003414418A
Authority: JP
Inventors: 聖史永田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: JP2005176007A; US20050141061A1

Description

本発明は固体撮像装置の駆動方法に関する。詳しくは、複数のレジスタから転送された信号電荷を混合して掃き捨てることによって、画像信号に悪影響を与えることなく信号電荷の高速掃き捨てを可能にしようとした固体撮像装置の駆動方法に係るものである。

スキャナや複写機等に適用される画像入力装置においては、リニアセンサから成る固体撮像装置が用いられており、この固体撮像装置による読取位置を走査することで画像の入力を行っている。

近年では、読取解像度の向上や読取速度の短縮が強く要求されてきており、リニアセンサにおいても複数のセンサ列を用いて対応するものが開発されている。例えば、図３に示す様に、複数のセンサ部１０１が配列されたメインラインセンサ列１０２、メインラインセンサ列から半ピッチずらして配置された複数のセンサ部が配列されたサブラインセンサ列１０３、メインラインセンサ列のセンサ部から得られた信号電荷を蓄積する複数の信号電荷蓄積部１０４を有し、この信号電荷蓄積部のポテンシャルを変化させることにより信号電荷蓄積部間で蓄積された信号電荷を水平方向に転送する第１レジスタ１０５、サブラインセンサ列のセンサ部から得られた信号電荷を蓄積する複数の信号電荷蓄積部を有し、この信号電荷蓄積部のポテンシャルを変化させることにより信号電荷蓄積部間で蓄積された信号電荷を水平方向に転送する第２レジスタ１０６、第１レジスタ及び第２レジスタから転送された信号電荷を蓄積する複数の信号電荷蓄積部を有し、この信号電荷蓄積部のポテンシャルを変化させることにより信号電荷蓄積部間で蓄積された信号電荷を電荷電圧変換手段１０７方向に転送するマルチプレクス部１０８を備えた固体撮像装置では、メインラインセンサ列で取り込んだ信号電荷とサブラインセンサ列で取り込んだ信号電荷とをマルチプレクスして交互に出力する様にしている。

ここで、図３に示す様に構成された固体撮像装置において高解像度の出力信号を得る場合（メインラインセンサ列及びサブラインセンサ列で蓄積した信号電荷を出力する場合）には、図３中符号ａで示す信号電荷蓄積部（１）に図４（ａ）中符号φ１で示すタイミングで駆動パルスを与え、図３中符号ｂで示す信号電荷蓄積部（２）に図４（ａ）中符号φ２で示すタイミングで駆動パルスを与え、図３中符号ｃで示す信号電荷蓄積部（３）に図４（ａ）中符号φ３で示すタイミングで駆動パルスを与え、図３中符号ｄで示す信号電荷蓄積部（４）に図４（ａ）中符号φ４で示すタイミングで駆動パルスを与えると共に、図３中符号ｅで示す信号電荷蓄積部（５）に図４（ａ）中符号φ１Ｌで示すタイミングで駆動パルスを与えることにより、メインラインセンサ列及びサブラインセンサ列で取り込まれた信号電荷を第１レジスタ及び第２レジスタによりマルチプレクス部に転送し、マルチプレクス部で電荷電圧変換手段方向に転送して出力部から出力信号を得る。

一方、図３に示す様に構成された固体撮像装置において低解像度の出力信号を得る場合（メインラインセンサ列で蓄積した信号電荷のみを出力する場合）には、信号電荷蓄積部（１）に図４（ｂ）中符号φ１で示すタイミングで駆動パルスを与え、信号電荷蓄積部（２）に図４（ｂ）中符号φ２で示すタイミングで駆動パルスを与え、信号電荷蓄積部（３）に図４（ｂ）中符号φ３で示すタイミングで駆動パルスを与え、信号電荷蓄積部（４）に図４（ｂ）中符号φ４で示すタイミングで駆動パルスを与えると共に、信号電荷蓄積部（５）に図４（ｂ）中符号φ１Ｌで示すタイミングで駆動パルスを与えることにより、サブラインセンサ列で取り込まれた信号電荷をオーバーフロードレイン部１０９に掃き捨て、メインラインセンサ列で取り込まれた信号電荷のみをマルチプレクス部に転送し、マルチプレクス部で電荷電圧変換手段方向に転送して出力部から低解像度の信号を出力する。

ところで、最近では、例えば特許文献１に記載されているパノラマ画像から所定領域の画像を切り出すといった様に、撮像した画像から所定領域の画像のみの切り出しを求められることがある。即ち、図５中符号Ａで示す１ラインの画像領域から図５中符号Ｂで示す読み出し領域の画像のみの切り出しを求められることがある。
そして、読み出し領域の画像のみの切り出しを行う場合には、図５中符号Ｃで示す読み出し領域の前領域及び図５中符号Ｄで示す読み出し領域の後領域の信号電荷を掃き捨てる必要がある。

ここで、信号電荷を掃き捨てる方法として、図６で示す様に、図中符号Ｃ及び符号Ｄで示す信号電荷掃き捨てモードの際に、図４（ａ）と同様のタイミングで信号電荷蓄積部（１）〜（５）に各駆動パルスを与え、メインラインセンサ列及びサブラインセンサ列で蓄積された信号電荷をマルチプレクス部によって転送した後に、転送された信号電荷の中の不必要な信号電荷の掃き捨てを行うという方法がある。
なお、図６（ａ）は高解像度の出力信号を得る場合の各駆動パルスのクロックタイミングを示し、図６（ｂ）は低解像度の出力信号を得る場合の各駆動パルスのクロックタイミングを示している。

また、信号電荷を掃き捨てる他の方法として、図７で示す様に、図中符号Ｃ及び符号Ｄで示す信号電荷掃き捨てモードの際に、図４（ｂ）と同様のタイミングで信号電荷蓄積部（１）〜（５）に各駆動パルスを与え、サブラインセンサ列で蓄積された信号電荷をオーバーフロードレイン部に掃き捨て、メインラインセンサ列に蓄積された信号電荷のみをマルチプレクス部によって転送した後に、転送された信号電荷の中の不必要な信号電荷の掃き捨てを行うという方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
なお、図７（ａ）は高解像度の出力信号を得る場合の各駆動パルスのクロックタイミングを示し、図７（ｂ）は低解像度の出力信号を得る場合の各駆動パルスのクロックタイミングを示している。

特開平１１−１３６５８４号公報

特開２００２−３３０３５９号公報

しかしながら、上記した前者の方法では、信号電荷蓄積部（３）及び（４）に与える駆動パルスの周波数は信号電荷蓄積部（１）、（２）及び（５）に与える駆動パルスの周波数の２倍の周波数で動作する必要があるために、通常は信号電荷掃き捨てモードの速度（動作周波数）が信号電荷蓄積部（３）及び（４）に与えることができる最大周波数で決定されることとなる。
従って、φ３及びφ４の最大周波数以上の高速掃き捨てを行うことができない。

一方、上記した後者の方法では、信号電荷蓄積部（３）及び（４）に与える駆動パルスの周波数は信号電荷蓄積部（１）及び（２）に与える駆動パルスと同一の周波数で動作すれば充分であり、上記した前者の方法の様に信号電荷の高速掃き捨てが問題となることは無いが、サブラインセンサ列で蓄積された信号電荷をオーバーフロードレインに掃き捨てる際に、速やかに信号電荷の掃き捨てが行われない場合には、オーバーフロードレインにつながる図３中符号ｘで示す信号電荷蓄積部（２）にオーバーフロードレイン部に掃き捨てられるべき信号電荷が一時的に蓄積される。この状態で、サブラインセンサ列で蓄積された信号電荷を不必要な信号電荷としてオーバーフロードレインに掃き捨てる信号電荷掃き捨てモードからサブラインセンサ列で蓄積された信号電荷を必要な信号電荷として出力部から出力するモードへと変更した場合に、本来はオーバーフロードレイン部に掃き捨てられるべき信号電荷が必要な信号電荷と共に出力部から出力され画像信号に悪影響を及ぼすことがある。

本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、画像信号に悪影響を与えることなく信号電荷の高速掃き捨てが可能である固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、受光画素列で取り込んだ信号電荷を転送する複数のレジスタと、該複数のレジスタから個別に信号電荷が転送され、該信号電荷を電荷電圧変換手段方向へ転送するマルチプレクス部を有する固体撮像装置の駆動方法において、前記複数のレジスタから転送される信号電荷を前記マルチプレクス部で混合して掃き捨てるモードを備える。

ここで、複数のレジスタから転送される信号電荷をマルチプレクス部で混合して掃き捨てることによって、信号電荷の掃き捨て時にマルチプレクス部の信号電荷蓄積部に印加するクロックに要求される動作周波数の低減を図ることができる。

以上述べてきた如く、本発明の固体撮像装置の駆動方法では、信号電荷の高速掃き捨てが実現する。即ち、信号電荷の掃き捨て時にマルチプレクス部の信号電荷蓄積部に印加するクロックに要求される動作周波数が低減され、結果として、同一周波数をマルチプレクス部の信号電荷蓄積部に印加した場合に短時間で信号電荷の掃き捨てを行うことができる。

また、信号電荷の掃き捨てをオーバーフロードレイン部に行わないので、オーバーフロードレイン部に掃き捨てられるべき信号電荷が不要電荷として読み出した信号電荷に含まれることも解消され、画像信号に悪影響を与えることもない。

即ち、本発明の固体撮像装置の駆動方法によって、画像信号に悪影響を与えることなく信号電荷の高速掃き捨てが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の実施例では、上記した図３に示す様な構造を有するＣＣＤリニアセンサの駆動方法について説明を行う。

図１は本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の一例における各駆動パルスのクロックタイミングを示し、図１中符号φ１は信号電荷蓄積部（１）に与える駆動パルスのタイミングを示し、図１中符号φ２は信号電荷蓄積部（２）に与える駆動パルスのタイミングを示し、図１中符号φ３は信号電荷蓄積（３）に与える駆動タイミングを示し、図１中符号φ４は信号電荷蓄積部（４）に与える駆動タイミングを示し、図１中符号φ１Ｌは信号電荷蓄積部（５）に与える駆動タイミングを示している。なお、図１（ａ）は高解像度の出力信号を得る場合の各駆動パルスのクロックタイミングを示し、図１（ｂ）は低解像度の出力信号を得る場合の各駆動パルスのクロックタイミングを示している。

ここで、本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の一例では、時刻ｔ１でφ１、φ１Ｌ及びφ３をハイレベル（以下、Ｈレベルと言う）、φ２及びφ４をローレベル（以下、Ｌレベルと言う）とすることによって、信号電荷蓄積部（２）及び（４）に蓄積された信号電荷が、隣接する信号電荷蓄積部に転送される。即ち、図３中符号ｙで示す信号電荷蓄積部（２）に蓄積された信号電荷は図３中符号ｚで示す信号電荷蓄積部（３）に転送され、図３中符号ｘで示す信号電荷蓄積部（２）に蓄積された信号電荷は信号電荷蓄積部（５）に転送され、それ以外の信号電荷蓄積部（２）に蓄積された信号電荷は信号電荷蓄積部（１）に転送される。また、信号電荷蓄積部（４）に蓄積された信号電荷は信号電荷蓄積部（３）に転送される。

次に、時刻ｔ２でφ１及びφ１ＬをＬレベル、φ２をＨレベルとすることによって、信号電荷蓄積部（１）及び（５）に蓄積された信号電荷が、隣接する信号電荷蓄積部に転送される。即ち、信号電荷蓄積部（１）に蓄積された信号電荷は信号電荷蓄積部（２）に転送され、信号電荷蓄積部（５）に蓄積された信号電荷は図３中符号ｚで示す信号電荷蓄積部（３）に転送される。
従って、時刻ｔ２では、図３中符号ｙで示す信号電荷蓄積部（２）に蓄積された信号電荷及び信号電荷蓄積部（５）に蓄積された信号電荷が、図３中符号ｚで示す信号電荷蓄積部で混合された状態となる。

次に、時刻ｔ３でφ３をＬレベル、φ４をＨレベルとすることによって、信号電荷蓄積部（３）に蓄積された信号電荷が、隣接する信号電荷蓄積部に転送される。即ち、信号電荷蓄積部（３）に蓄積された信号電荷は信号電荷蓄積部（４）に転送される。

その後、φ１、φ１Ｌ及びφ３をＨレベル、φ２及びφ４をＬレベルとすることによって、時刻ｔ１と同じクロックタイミングとなり、時刻ｔ１〜時刻ｔ３までの動作を繰り返し行うことによって、第１レジスタを構成している信号電荷蓄積部の内の１つの信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷と第２レジスタを構成している信号電荷蓄積部の内の１つの信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷とをマルチプレクス部を構成している信号電荷蓄積部において混合して転送することができる。

上記した本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の一例では、図１中符号Ｃ及びＤで示す信号電荷掃き捨てモードにおいて、時刻ｔ１〜時刻ｔ３までの動作を繰り返し行って、信号電荷を混合して転送を行っているために、信号電荷の高速掃き捨てが可能である。

また、信号電荷の掃き捨てをオーバーフロードレイン部に行わないために、図１（ａ）中符号Ｃで示す信号電荷を掃き捨てモードから図１（ａ）中符号Ｂで示すメインラインセンサ列及びサブラインセンサ列で蓄積された信号電荷を読み出すモードに切り替えた直後であったとしても、オーバーフロードレイン部に掃き捨てられるべき不要電荷が出力部から出力されて画像信号に悪影響を及ぼすということもない。

なお、図１（ｂ）で示す低解像度の出力信号を得る場合においては、そもそもサブラインセンサ列で蓄積された信号電荷を出力部から読み出すことがないために、オーバーフロードレイン部に掃き捨てられるべき不要電荷が画像信号に悪影響を及ぼすということは無い。

図２は本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の他の一例における各駆動パルスのクロックタイミングを示し、図２中符号φ１は信号電荷蓄積部（１）に与える駆動パルスのタイミングを示し、図２中符号φ２は信号電荷蓄積部（２）に与える駆動パルスのタイミングを示し、図２中符号φ３は信号電荷蓄積（３）に与える駆動タイミングを示し、図２中符号φ４は信号電荷蓄積部（４）に与える駆動タイミングを示し、図２中符号φ１Ｌは信号電荷蓄積部（５）に与える駆動タイミングを示している。なお、図２（ａ）は高解像度の出力信号を得る場合の各駆動パルスのクロックタイミングを示し、図２（ｂ）は低解像度の出力信号を得る場合の各駆動パルスのクロックタイミングを示している。

ここで、本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の他の一例では、時刻ｔ１でφ１、φ１Ｌ及びφ３をＨレベル、φ２及びφ４をＬレベルとすることによって、上記した本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の一例における時刻ｔ１と同様に、信号電荷蓄積部（２）及び（４）に蓄積された信号電荷が、隣接する信号電荷蓄積部に転送される。

次に、時刻ｔ２でφ１及びφ１ＬをＬレベル、φ２をＨレベルとすることによって、上記した本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の一例における時刻ｔ２と同様に、信号電荷蓄積部（１）及び（５）に蓄積された信号電荷が、隣接する信号電荷蓄積部に転送される。

次に、時刻ｔ３でφ１及びφ１ＬをＨレベル、φ２及びφ４をＬレベルとすることによって、上記した時刻ｔ１と同じクロックタイミングとなり、信号電荷蓄積部（２）及び（４）に蓄積された信号電荷が、隣接する信号電荷蓄積部に転送される。

次に、時刻ｔ４でφ１及びφ１ＬをＬレベル、φ２をＨレベルとすることによって、上記した時刻ｔ２と同じクロックタイミングとなり、信号電荷蓄積部（１）及び（５）に蓄積された信号電荷が、隣接する信号電荷蓄積部に転送される。

次に、時刻ｔ５でφ３をＬレベル、φ４をＨレベルとすることによって、上記した本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の一例における時刻ｔ３と同様に、信号電荷蓄積部（３）に蓄積された信号電荷が、隣接する信号電荷蓄積部に転送される。

その後、φ１、φ１Ｌ及びφ３をＨレベル、φ２及びφ４をＬレベルとすることによって、時刻ｔ１と同じクロックタイミングとなり、時刻ｔ１〜時刻ｔ５までの動作を繰り返し行うことによって、第１レジスタを構成している信号電荷蓄積部の内の２つの信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷と第２レジスタを構成している信号電荷蓄積部の内の２つの信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷とをマルチプレクス部を構成している信号電荷蓄積部において混合して転送することができる。転送した後、信号電荷は通常電圧電荷変換手段107の先に配置されているドレイン（図示せず）に最終的に掃き捨てられる。

上記した本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の他の一例では、図２中符号Ｃ及びＤで示す信号電荷掃き捨てモードにおいて、時刻ｔ１〜時刻ｔ５までの動作を繰り返し行って、信号電荷を混合して転送を行っているために、信号電荷の高速掃き捨てが可能である。

また、信号電荷の掃き捨てをオーバーフロードレイン部に行わないために、画像信号に悪影響を及ぼさないという点も上記した本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の一例と同様である。

なお、上記した実施例では、２つの信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を混合する場合、４つの信号電荷蓄積部に蓄積された信号電荷を混合する場合を例に挙げて説明を行ったが、信号電荷蓄積部（３）及び信号電荷蓄積部（４）の信号電荷蓄積能力が充分であれば、φ３をＨレベルとし、φ４をＬレベルとする期間を長くして、より多くの信号電荷の混合を行っても良い。この場合、信号電荷の掃き捨てをより高速化することができる。

また、上記した本実施例では、メインラインセンサ列及びサブラインセンサ列を備え、メインラインセンサ列及びサブラインセンサ列で蓄積した信号電荷を出力することによって高解像度の出力を得ることができると共に、サブラインセンサ列で蓄積した信号電荷をオーバーフロードレイン部に掃き捨ててメインラインセンサ列で蓄積した信号電荷のみを出力することによって低解像度の出力を得ることができるＣＣＤリニアセンサを例に挙げているために、ＣＣＤリニアセンサにオーバーフロードレイン部が形成されているとして説明を行ったが、読取解像度の向上を目的としてメインラインセンサ列及びサブラインセンサ列を備え、常にメインラインセンサ列及びサブラインセンサ列で蓄積した信号電荷を出力することを前提としたＣＣＤリニアセンサも考え得る。この様なＣＣＤリニアセンサの駆動方法においてはオーバーフロードレイン部を形成する必要が無い。
即ち、従来の信号電荷掃き捨て方法において、高速掃き捨てを実現しようとすると、オーバーフロードレイン部にサブラインセンサ列で蓄積した信号電荷の掃き捨てを行う必要があり、常にメインラインセンサ列及びサブラインセンサ列で蓄積した信号電荷を出力することを前提としたＣＣＤリニアセンサの場合であっても、信号電荷の高速掃き捨てのためにオーバーフロードレイン部を形成する必要があったが、本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法においては、信号電荷の高速掃き捨ての際にオーバーフロードレイン部に信号電荷の掃き捨てを行わないために、常にメインラインセンサ列及びサブラインセンサ列で蓄積した信号電荷を出力することを前提としたＣＣＤリニアセンサの場合にはオーバーフロードレイン部を形成する必要がない。このことは、結果としてＣＣＤリニアセンサの構造の単純化を図ることが可能となる。

また、上記した実施例では、２つのレジスタを有するＣＣＤリニアセンサを例に挙げて説明を行ったが、ＣＣＤリニアセンサに形成されるレジスタの数は必ずしも２つに限定される必要はない。

本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の一例における各駆動パルスのクロックタイミングである。本発明を適用したＣＣＤリニアセンサの駆動方法の他の一例における各駆動パルスのクロックタイミングである。ＣＣＤリニアセンサを説明するための模式的な図である。ＣＣＤリニアセンサから出力信号（高解像度及び低解像度）を得るための各駆動パルスのクロックタイミングである。画像の切り出しを説明するための模式図である。信号電荷の掃き捨て方法（１）における各駆動パルスのクロックタイミングである。信号電荷の掃き捨て方法（２）における各駆動パルスのクロックタイミングである。

Claims

受光画素列で取り込んだ信号電荷を転送する複数のレジスタと、
該複数のレジスタから個別に信号電荷が転送され、該信号電荷を電荷電圧変換手段方向へ転送するマルチプレクス部を有する固体撮像装置の駆動方法において、
前記複数のレジスタから転送される信号電荷を前記マルチプレクス部で混合して掃き捨てるモードを備える
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。