JP3874083B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
CCD構造の固体撮像装置やMOS型固体撮像装置などの固体撮像装置は、各種携帯端末機器、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの画像入力装置として広く用いられている。このような固体撮像装置では、その撮像面は一般に現行のテレビなどで採用されているNTSC(National Television System Comittee Standard)方式の表示装置に準じて、縦横比は横:縦=4:3となっている。たとえば、固体撮像装置の画素構成がVGA規格に準じて横が640画素、縦が480画素である場合、画素の縦横比は通常、1であるから、撮像面の縦横比は横:縦=4:3となる。また、近年ではワイドNTSC方式などに見られるような横:縦=5:3、14:9、16:9といった横長の画面の受像装置に合わせて、このような縦横比の撮像面をもつ固体撮像装置も用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、被写体によっては、たとえば人物のように縦長の場合も多く、このような被写体に対しては上述のような横長の撮像面はかならずしも適していない。図9は横長の撮像面を有する固体撮像装置により縦長の被写体を撮像する場合の撮像面に形成される被写体の像を示す説明図である。図9に示したように、横:縦=4:3の縦横比の撮像面、あるいはさらに横長の撮像面102の場合、人物などの縦長の被写体を撮影すると、その全体の像104をたとえば撮像面102の中央に形成した場合、像104の両側部に空き領域106が生じ、バランスの悪い画面となってしまう。
【0004】
また、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistants)などの携帯端末装置は、その外形が縦長のものが多く、携帯端末装置に装備された液晶表示装置などの画面も、携帯端末装置の形状に合わせて縦長となっているものが多い。そのため、図10に示したように、横長の撮像面をもつ固体撮像装置により撮像した画像108を携帯端末装置の画面110に表示させると、画像全体を表示すべく画像108の横方向の長さを画面110の横方向の長さに合わせた場合、画面110の上下に空き領域112が生じてしまう。
【0005】
そして、携帯電話機などのようにサイズの限られた表示画面に、複数行の文章などを表示する場合、表示画面は横長にして1行を長くするより、縦長にして行数を多くとる方が利用しやすいことが知られている。
また、人物の顔を撮影し表示する場合は、画面の縦横比は、おおよそ横:縦=1:1.2から1:1.6までの範囲としたとき、画面を見る人にとって心地よさの度合いが最も高くなることが本発明の発明者らの実験により判明している。
【0006】
また、従来の固体撮像装置には次のような問題があった。
図11は従来のCCD構造の固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
この固体撮像装置114は、半導体基板116上に多数の光センサー118(フォトダイオード)、垂直電荷転送レジスター120、ならびに水平電荷転送レジスター122などを配設して構成されている。光センサー118は半導体基板116上に縦横に配列され、光センサー118の各列ごとに垂直電荷転送レジスター120が隣接して設けられている。水平電荷転送レジスター122は、垂直電荷転送レジスター120の一方の端部側に、光センサー118の行の方向に延設されている。
【0007】
このような構成において、各光センサー118が受光して生成した信号電荷は、転送制御回路158の制御のもとで、それぞれ対応する垂直電荷転送レジスター120に一斉に取り込まれ(矢印126)、垂直電荷転送レジスター120上を相対的に低速度で水平電荷転送レジスター122に向けて転送される。そして、垂直電荷転送レジスター120の端部に到達した信号電荷は水平電荷転送レジスター122に供給され(矢印128)、今度は水平電荷転送レジスター122上をその出力側に向けて相対的に高速度で転送されて水平電荷転送レジスター122より順次、出力される。水平電荷転送レジスター122から出力された信号電荷は不図示のフローティングディフュージョン部で電圧信号に変換された上で出力アンプ123により増幅され画像信号として出力される。
【0008】
しかし、この種の固体撮像装置114では、垂直電荷転送レジスター120と水平電荷転送レジスター122との接続部分130で、信号電荷が垂直電荷転送レジスター120から水平電荷転送レジスター122へと正しく供給されない場合があり、そのような不具合が生じた固体撮像装置は不良品として破棄せざるを得ないため、製造歩留まりが低下していた。
【0009】
また、水平電荷転送レジスター122は通常、垂直電荷転送レジスター120の数百倍の転送レート(数十MHz〜100MHz)で駆動する必要があり、そのため転送不良が生じやすい。さらに、撮像面132が横長であり、画素124の配列数が、行方向の方が列方向より多いので、水平電荷転送レジスター122の方が垂直電荷転送レジスター120より段数が多くなっている。したがって水平電荷転送レジスター122の方が垂直電荷転送レジスター120より製造条件が厳しく、この点も固体撮像装置の製造歩留まりを低下させる大きな要因となっていた。
【0010】
図12は、従来のMOS型固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
この固体撮像装置134は、半導体基板136上に画素部138、S/H・CDS部140、水平信号線142などを配設して構成されている。画素部138には、それぞれ光センサーを含む画素144が縦横に配列され、また各画素144の列(したがって光センサーの列)ごとに垂直信号線146が配置されている。垂直信号線146の一端部はS/H・CDS部140に接続され、S/H・CDS部140の出力は水平信号線142に接続されている。そして、行方向の画素144の配列数の方が列方向の配列数より多く、図12に示したように、画素部138、したがって撮像面は横長となっている。
【0011】
このような構成において、各画素144の光センサーが受光して生成した信号電荷は電圧信号に変換された後、垂直選択手段148による制御のもとで、画素144の行ごとに一斉に垂直信号線146に出力され、垂直信号線146を通じてS/H・CDS部140に供給される。
S/H・CDS部140は、垂直信号線146を通じて供給された電圧信号をサンプルホールドするとともにCDS(Correlation DoubleSampling)により、画素144の出力信号に含まれる固定パターンノイズを除去し、そして、水平選択手段164による制御のもとで画素144の列の順に画素144の出力信号を順次、水平信号線142に出力する。水平信号線142に出力された信号は出力回路150を通じ画像信号として出力される。
【0012】
しかし、この種の固体撮像装置134では、S/H・CDS部140の出力部に信号を水平信号線142に出力するためのスイッチング素子としてのトランジスターが各垂直信号線146ごとに設けられているため、これらのトランジスターの拡散層容量がすべて水平信号線142に接続され、水平信号線142に係わる寄生容量が大きいという問題があった。
【0013】
また、固体撮像装置134の解像度を高め、したがって画素144の列数を増やした場合には、画素1行分の信号の読み出し時間を変えないとすると、より高速に信号を読み出さなければならなくなる。したがって、上記トランジスターとしては駆動力の高い大型のものを用いなければならず、水平信号線142の寄生容量はいっそう増大する結果となる。
【0014】
そのため、従来の固体撮像装置134では、上記寄生容量の影響で水平信号線142から出力される信号の振幅が小さく、また高速化が難しいという問題があった。さらに、水平信号線142の寄生容量が大きくなるとS/H・CDS部140を構成するサンプルホールドのためのコンデンサーの容量を大きくする必要があり、S/H・CDS部140が占有する面積が増大するという欠点もあった。
【0015】
図13は、従来のMOS型固体撮像装置の他の例を示す模式平面図である。
図13に示した固体撮像装置152では、固体撮像装置134のように各垂直信号線146ごとにS/H・CDS部140から出力される信号を水平信号線142を通じてシリアルに出力するのではなく、高速化のため、垂直信号線146ごとにS/H・CDS部140から出力される信号を、信号処理・出力部154を介し、垂直信号線146ごとに設けた出力パッド156を通じてパラレルに出力する構成となっている。
【0016】
しかし、この固体撮像装置152では、画素144の列数に応じた数の出力パッド156を設けるので、画素144の列数が多いほど出力パッド156の数が増加し、その専有面積が広くなるとともに、出力パッド156に対する配線数も増えるため実装上不利となる。
【0017】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることを回避し、また表示画面が縦長の表示装置に適した画像を得ることができる固体撮像装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、水平信号線に係わる寄生容量を低減して、多画素化、高速化、小型化、ならびに高画質化が可能なMOS型の固体撮像装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、出力パッド数を削減して、小型化および実装の点で有利なMOS型の固体撮像装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、撮像面が横長である場合でも表示画面が縦長の表示装置に適した画像を得ることができる固体撮像装置を提供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、縦横に配列された複数の光センサーであってそれら複数の光センサーの各々が画素に対応しておりそれら画素の縦横比が1:1である複数のセンサーと、前記光センサーの列ごとに設けられ対応する列の前記光センサーが受光して生成した信号電荷にもとづく電気信号を出力する複数の垂直信号線と、前記光センサーごとに設けられ対応する前記光センサーの前記信号電荷による前記信号を選択的に前記垂直信号線に供給する第1のスイッチング素子と、前記複数の垂直信号線を通じて供給される、前記光センサーの行ごとの前記信号を出力する水平信号線と、各垂直信号線ごとに設けられ対応する前記垂直信号線からの前記信号を前記水平信号線に選択的に供給する第2のスイッチング素子とを半導体基板上に形成して成る固体撮像装置であって、前記光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いことを特徴とする。
【0021】
このように本発明の固体撮像装置では、光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いので撮像面は縦長となり、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
【0022】
そして、総画素数を一定とした場合、垂直信号線の数が減り第2のスイッチング素子の数が減少するので、水平信号線に係わる寄生容量が低減し、画素の列数を増やす余裕が生まれるので多画素化に有利となる。また、水平信号線に係わる寄生容量が低減することから、高速化を図ることができ、さらに、第2のスイッチング素子の小型化や、サンプルホールドのためのコンデンサーの小型化により装置の小型化に有利となる。さらに充分な大きさの出力信号を得ることができるのでS/Nが改善されて画質が向上する。
【0023】
また、本発明は、縦横に配列された複数の光センサーであってそれら複数の光センサーの各々が画素に対応しておりそれら画素の縦横比が1:1である複数のセンサーと、前記光センサーの列ごとに設けられ対応する列の前記光センサーが受光して生成した信号電荷にもとづく電気信号を出力する複数の垂直信号線と、前記光センサーごとに設けられ対応する前記光センサーの前記信号電荷による前記信号を選択的に前記垂直信号線に供給するスイッチング素子と、前記垂直信号線ごとに設けられ前記垂直信号線を通じて供給される前記信号を出力する出力パッドとを半導体基板上に形成して成る固体撮像装置であって、前記光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いことを特徴とする。
【0024】
このように本発明の固体撮像装置では、光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いので撮像面は縦長となり、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
さらに、総画素数を一定とした場合、垂直信号線の数が減少し、したがって出力パッド数が減少するので、装置の小型化および実装の点で有利となる。
【0029】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図1は本発明によるCCD構造の固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
この固体撮像装置2は、半導体基板4上に多数の光センサー6(フォトダイオード)、垂直電荷転送レジスター8、ならびに水平電荷転送レジスター10などを配設して構成されている。光センサー6は半導体基板4上に縦横に配列され、光センサー6の各列ごとに垂直電荷転送レジスター8が隣接して設けられている。水平電荷転送レジスター10は、垂直電荷転送レジスター8の一方の端部側に、光センサー6の行の方向に延設されている。本実施の形態例では一例として、光センサー6の行方向の配列ピッチと列方向の配列ピッチとは等しく、したがって各光センサー6により構成される画素12は、縦横比が1:1である。そして、画素12(したがって光センサー6)の列方向の配列数は行方向の配列数より多く、たとえば列方向の配列数:行方向の配列数=4:3であって、撮像面14は縦長となっている。
【0030】
なお、画素12の列方向の配列数と行方向の配列数との比、したがって撮像面14の縦横比は様々に設定でき、たとえば、撮像面14の、画素12の列方向の長さ/行方向の長さが1.2より大きく1.6より小さい範囲の値として、同じ縦横比の画面で、人物の顔の撮影画像を表示した際に、見る人にとって心地良い画像となるように図ることも有効である。
また、画素12の行方向の配列数と列方向の配列数の組み合わせとしては、既存の表示装置の解像度を考慮して、(288、352)、(480、640)、(600、800)、(768、1024)などとすることも有効である。
【0031】
固体撮像装置2の動作は、図11に示した固体撮像装置と基本的に同じであり、転送制御回路16による制御のもとで、各光センサー6の信号電荷はそれぞれ対応する垂直電荷転送レジスター8に一斉に取り込まれ(矢印18)、垂直電荷転送レジスター8上を水平電荷転送レジスター10に向けて低速転送される。そして、垂直電荷転送レジスター8の端部に到達した信号電荷は水平電荷転送レジスター10に供給され(矢印20)、今度は水平電荷転送レジスター10上をその出力側に向けて高速転送されて水平電荷転送レジスター10より順次、出力される。水平電荷転送レジスター10から出力された信号電荷は不図示のフローティングディフュージョン部で電圧信号に変換された上で出力アンプ9により増幅され画像信号として出力される。
【0032】
このような実施の形態例の固体撮像装置2では、光センサー6の列方向の配列数が行方向の配列数より多いので撮像面14は縦長となり、図2の説明図に示したように、縦長の被写体を撮像する場合に像24が撮像面14上にバランス良く形成され、従来のように撮像面14の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されるといったことがない。また、撮像画像が縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長であるたとえば携帯電話機などの表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
【0033】
そして、総画素数を一定とした場合、水平電荷転送レジスター10の段数が減少するので、垂直電荷転送レジスター8と水平電荷転送レジスター10との接続部分130の不具合が発生する確率が低下し、製造歩留まりが向上する。また、製造条件が厳しい水平電荷転送レジスター10の段数が減少するので、この点でも製造歩留まりが向上する。
【0034】
次に、本発明の第2の実施の形態例について説明する。
図3は、本発明によるMOS型固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
この固体撮像装置26は、半導体基板28上に画素部30、S/H・CDS部32、水平信号線34などを配設して構成されている。画素部30には、それぞれ光センサーを含む画素36が縦横に配列され、また各画素36の列(したがって光センサーの列)ごとに垂直信号線38が配置されている。垂直信号線38の一端部はS/H・CDS部32に接続され、S/H・CDS部32の出力は水平信号線34に接続されている。画素36の縦横比は1:1であり、列方向の画素36の配列数の方が行方向の配列数より多く、たとえば列方向の配列数:行方向の配列数=4:3であって、画素部30、すなわち撮像面40は縦長となっている。
【0035】
なお、画素36の行方向の配列数と列方向の配列数との比、したがって撮像面40の縦横比は様々に設定でき、たとえば、撮像面40の、画素36の列方向の長さ/行方向の長さが1.2より大きく1.6より小さい範囲の値として、同じ縦横比の画面で、人物の顔の撮影画像を表示した際に、見る人にとって心地良い画像となるように図ることも有効である。
【0036】
図4は各画素の構成を示す回路図である。図4に示したように、画素36は、光を電気信号に変換する機能に関連してフォトダイオード42(光センサー)、転送トランジスター44、フローティングディフュージョン部46、ならびにリセットトランジスター47を含み、また、フォトダイオード42が生成した電気信号を出力するための増幅トランジスター48およびアドレストランジスター50(本発明に係わる第1のスイッチング素子)を含んでいる。
【0037】
フォトダイオード42は、アノードがグランドに接続され、カソードは、転送トランジスター44のソースに接続されている。転送トランジスター44のドレインはフローティングディフュージョン部46に接続され、またゲートには垂直選択手段66より画素36の行ごとに共通の信号線52を通じて転送パルスが供給される。リセットトランジスター47は、そのソースがフローティングディフュージョン部46に、ドレインは電源Vddにそれぞれ接続され、ゲートには垂直選択手段66より画素36の行ごとに共通の信号線49を通じてリセットパルスが供給される。
【0038】
増幅トランジスター48のゲートはフローティングディフュージョン部46に接続され、ドレインは電源Vddに接続されている。増幅トランジスター48と垂直信号線38との間には、アドレストランジスター50が介在し、そのゲートには垂直選択手段66から画素36の行ごとに共通の信号線51を通じてアドレスパルスが供給される。そして、増幅トランジスター48のソースはアドレストランジスター50のドレインに接続され、アドレストランジスター50のソースは垂直信号線38に接続されている。なお、垂直信号線38は画素部30の外部において定電流源54に接続されている。
【0039】
図5は、S/H・CDS部32の構成を示す部分回路図である。図5は1本の垂直信号線38に係わる回路部分のみを示しており、実際にはこのような回路が各垂直信号線38ごとに設けられている。
図5に示したように、S/H・CDS部32は、トランジスター56、58、コンデンサー60、62、ならびに水平選択トランジスター64(本発明に係わる第2のスイッチング素子)を含んで構成されている。トランジスター56のドレインは垂直信号線38に、ソースはコンデンサー60の一端にそれぞれ接続されており、トランジスター56のゲートには垂直選択手段66より第1のサンプリングパルスが供給される。また、トランジスター58のドレインは電源Vbに、ソースはコンデンサー60の他端にそれぞれ接続されてており、ゲートには垂直選択手段66より第2のサンプリングパルスが供給される。なお、上記第1および第2のサンプリングパルスはS/H・CDS部32の全トランジスター56、58のゲートに対して共通に供給される。
【0040】
コンデンサー60の上記他端とグランドとの間にはコンデンサー62が接続され、コンデンサー60の上記他端にはさらに水平選択トランジスター64のドレインが接続されている。水平選択トランジスター64のソースは水平信号線34に接続されており、ゲートには水平選択手段67より選択パルスが個別に供給される。
【0041】
このような構成において、固体撮像装置26は基本的に次のように動作する。
すなわち、各画素36の光センサーが受光して生成した信号電荷は電圧信号に変換された後、垂直選択手段66による制御のもとで、画素36の行ごとに一斉に垂直信号線38に出力され、垂直信号線38を通じてS/H・CDS部32に供給される。
S/H・CDS部32は、垂直信号線38を通じて供給された電圧信号をサンプルホールドするとともにCDSにより、画素36の出力信号に含まれる固定パターンノイズを除去し、そして、水平選択手段67による制御のもとで画素36の列の順に画素36の出力信号を順次、水平信号線34に出力する。そして水平信号線34に出力された信号は、たとえばAGC(Automatic Gain Contorol)回路やA/D変換器を含む出力回路68を通じ画像信号として出力される。
【0042】
次に、画素36およびS/H・CDS部32の動作について詳しく説明する。
まず、垂直選択手段66はリセットパルスを出力し、またアドレスパルスを出力する。これによりリセットトランジスター47がオンしてフローティングディフュージョン部46は電源Vddに接続され、フローティングディフュージョン部46に蓄積している電荷が排除され、そして、このリセット状態のフローティングディフュージョン部46の電圧、すなわちオフセット電圧が増幅トランジスター48から、オン状態のアドレストランジスター50を通じて垂直信号線38に出力される。なお、増幅トランジスター48は、アドレストランジスター50がオンしているときは、定電流源54とともにソースフォロワー回路を形成するので、フローティングディフュージョン部46の電圧に追従した電圧が増幅トランジスター48から垂直信号線38に低インピーダンスで出力される。
【0043】
つづいて、垂直選択手段66は、トランジスター56、58にそれぞれ第1および第2のサンプリングパルスを出力してトランジスター56、58をオンさせる。これにより、上述のようにリセット状態の画素36から垂直信号線38に出力されたオフセット電圧がコンデンサー60に保持される。
【0044】
次に、垂直選択手段66は、転送パルスを出力し転送トランジスター44をオンさせてフォトダイオード42がそれまでに受光して蓄積した電荷をフローティングディフュージョン部46に転送させる。フローティングディフュージョン部46は転送された電荷量に応じた電圧を生成し、増幅トランジスター48に供給する。このとき垂直選択手段66はアドレスパルスを出力してアドレストランジスター50をオンさせ、その結果、フローティングディフュージョン部46の電圧は、増幅トランジスター48により低インピーダンスで垂直信号線38に出力される。
【0045】
S/H・CDS部32では、水平選択手段67から第1のサンプリングパルスが供給されてトランジスター56がオンし、垂直信号線38に上述のように出力された電圧は、トランジスター56およびコンデンサー60を通じてコンデンサー62に印加される。ここで、コンデンサー60は画素36のオフセット電圧を保持しているので、コンデンサー62にはコンデンサー60が保持しているオフセット電圧を差し引いた電圧が印加され、コンデンサー62はその電圧を保持する。
上記オフセット電圧は画素36ごとに大きさが異なるため、このようにS/H・CDS回路によりオフセット分を除去することで、オフセットのバラツキによるノイズを除去することができる。
その後、水平選択手段67は、垂直信号線38ごとの水平選択トランジスター64に順次、選択パルスを出力し、水平選択トランジスター64が順次オンして、コンデンサー62が保持している電圧が順番に水平信号線34に出力される。
【0046】
このような第2の実施の形態例の固体撮像装置26では、上述のように、光センサー、したがって画素36の列方向の配列数が行方向の配列数より多く、撮像面102は縦長となっているので、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面40の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
【0047】
そして、総画素数が従来と変わらない場合、垂直信号線38の数が減り水平選択トランジスター64の数が減少するので、水平信号線34に係わる寄生容量が低減し、全体の画素数を増やし画素36の列数を増やす余裕が生まれるので多画素化に有利となる。また、水平信号線34に係わる寄生容量が低減することから、高速化を図ることができ、さらに、水平選択トランジスター64およびサンプルホールドのためのコンデンサー60、62は小型のもので済むため装置の小型化に有利となる。さらに信号電圧が減衰せず充分な大きさの出力信号を得ることができるのでS/Nが改善されて画質が向上する。
【0048】
次に、本発明の第3の実施の形態例について説明する。
図6は第3の実施の形態例の固体撮像装置を示す模式平面図である。図中、図3と同一の要素には同一の符号が付されている。
第3の実施の形態例の固体撮像装置70が、図3の固体撮像装置26と異なるのは、固体撮像装置26のように各垂直信号線38ごとにS/H・CDS部32から出力される信号を、水平信号線34を通じてシリアルに出力するのではなく、信号処理・出力部72を介し、垂直信号線38ごとに設けた出力パッド74を通じてパラレルに出力する構成となっている点である。
そして、この固体撮像装置70でも、固体撮像装置26と同様に、画素36の縦横比は1:1であり、列方向の画素36の配列数の方が行方向の配列数より多く、たとえば列方向の配列数:行方向の配列数=4:3であって、画素部30、すなわち撮像面40は縦長となっている。
【0049】
したがって、固体撮像装置70では、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面40の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
さらに、総画素数を従来通りとした場合、垂直信号線38の数が減少し、したがって出力パッド数が減少するので、装置の小型化および実装の点で有利となる。
【0050】
次に、本発明の第4の実施の形態例について説明する。
図7は第4の実施の形態例としての固体撮像装置を示す模式平面図である。
図7に示した固体撮像装置76が、図11に示した固体撮像装置と異なるのは、転送制御回路16が、撮像領域制限手段としても機能するように構成されている点である。
【0051】
すなわち、ローレベルの縦長モード信号16Bが入力された場合には、転送制御回路16Aは図11の転送制御回路158と同様に動作し、したがって、転送制御回路16Aはすべての垂直電荷転送レジスター120に転送クロックを供給して動作させ、すべての光センサー118が生成した信号電荷が各垂直電荷転送レジスター120により転送されて水平電荷転送レジスター122に供給される。一方、ハイレベルの縦長モード信号16Bが入力された場合には、転送制御回路16Aは、撮像領域制限手段として動作し、撮像面132上の両側部162における所定数の垂直電荷転送レジスター120に対しては転送クロックを供給せず、残った中央部の垂直電荷転送レジスター120に対してのみ転送クロックを供給する。
【0052】
その結果、中央部の垂直電荷転送レジスター120からのみ水平電荷転送レジスター122に対し信号電荷が供給され、両側部162の垂直電荷転送レジスター120からは水平電荷転送レジスター122に対して信号電荷は供給されない。ここで、転送制御回路16Aは、光センサーの列方向の配列数より少ない数の中央部の垂直電荷転送レジスター120に転送クロックを供給し、したがって、画素124の行方向の実質的な配列数を列方向の配列数より少なくすることができ、図14に示したように、実質的な撮像面132Aは縦長となって、表示画面が縦長の表示装置に適した画像を得ることができる。
【0053】
なお、転送制御回路16Aが信号電荷の転送を規制する垂直電荷転送レジスター120はかならずしも撮像面132の両側部に配置されているものでなくてもよく、どちらか一方の側部に配置されている垂直電荷転送レジスター120においてのみ信号電荷の転送を規制するようにしても、撮像面を実質的に縦長とすることができる。
図14に示した実質的な撮像面132Aの縦横比としては、たとえば、縦の長さH/横の長さWが1.2より大きく1.6より小さい範囲の値となるようにして、同じ縦横比の画面で、人物の顔の撮影画像を表示した際に、見る人にとって心地良い画像となるように図ることも有効である。
【0054】
次に、本発明の第5の実施の形態例について説明する。
図8は第5の実施の形態例としての固体撮像装置を示す模式平面図である。
図8に示した固体撮像装置78が、図12に示した固体撮像装置と異なるのは、水平選択手段が、撮像領域制限手段としても機能するように構成されている点である。
すなわち、ローレベルの縦長モード信号164Bが入力された場合には、水平選択手段164Aは図12の水平選択手段164と同様に動作し、したがって、水平選択手段164Aはすべての垂直信号線146からの信号を上述のように順次、水平信号線142に供給させる。一方、ハイレベルの縦長モード信号164Bが入力された場合には、水平選択手段164Aは、撮像領域制限手段として動作し、画素部138上の両側部166における所定数の垂直信号線146からの信号は、水平信号線142に供給せず、残った中央部の垂直信号線146からの信号のみを水平信号線142に供給する。
【0055】
ここで、水平選択手段164Aは、光センサーの列方向の配列数より少ない数の中央部の垂直信号線146からの信号を水平信号線142に供給するよう制御する。したがって、この固体撮像装置78では、画素144の行方向の配列数を列方向の配列数より実質的に少なくすることができ、表示画面が縦長の表示装置に適した画像を得ることができる。
【0056】
なお、水平選択手段164Aが信号の出力を規制する垂直信号線146はかならずしも画素部138の両側部に配置されているものでなくてもよく、どちらか一方の側部に配置されている垂直信号線146のみからの信号の出力を規制するようにしても、撮像面を実質的に縦長とすることができる。
実質的な撮像面の縦横比としては、たとえば、縦の長さ/横の長さが1.2より大きく1.6より小さい範囲の値となるようにして、同じ縦横比の画面で、人物の顔の撮影画像を表示した際に、見る人にとって心地良い画像となるように図ることも有効である。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、垂直信号線および水平信号線を備えた本発明の固体撮像装置では、各々が光センサーから成る画素の縦横比が1:1であり、しかもそれら光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いので撮像面は縦長となり、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
【0059】
そして、総画素数を一定とした場合、垂直信号線の数が減り第2のスイッチング素子の数が減少するので、水平信号線に係わる寄生容量が低減し、画素の列数を増やす余裕が生まれるので多画素化に有利となる。また、水平信号線に係わる寄生容量が低減することから、高速化を図ることができ、さらに、第2のスイッチング素子の小型化や、サンプルホールドのためのコンデンサーの小型化により装置の小型化に有利となる。さらに充分な大きさの出力信号を得ることができるのでS/Nが改善されて画質が向上する。
【0060】
また、垂直信号線および出力パッドを備えた本発明の固体撮像装置では、各々が光センサーから成る画素の縦横比が1:1であり、しかもそれら光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いので撮像面は縦長となり、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
さらに、総画素数を一定とした場合、垂直信号線の数が減少し、したがって出力パッド数が減少するので、装置の小型化および実装の点で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるCCD構造の固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
【図2】図1の固体撮像装置の撮像面に縦長の被写体により形成される像を示す説明図である。
【図3】本発明によるMOS型固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
【図4】図3の固体撮像装置における各画素の構成を示す回路図である。
【図5】図3の固体撮像装置におけるS/H・CDS部の構成を示す部分回路図である。
【図6】第3の実施の形態例の固体撮像装置を示す模式平面図である。
【図7】第4の実施の形態例の固体撮像装置を示す模式平面図である。
【図8】第5の実施の形態例の固体撮像装置を示す模式平面図である。
【図9】横長の撮像面を有する固体撮像装置により縦長の被写体を撮像する場合の撮像面に形成される被写体の像を示す説明図である。
【図10】横長の画像を縦長の画面の表示装置により表示した場合を示す説明図である。
【図11】従来のCCD構造の固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
【図12】従来のMOS型固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
【図13】従来のMOS型固体撮像装置の他の例を示す模式平面図である。
【図14】図7の固体撮像装置の撮像面に縦長の被写体を結像させた場合を示す説明図である。
【符号の説明】
2、26、70、76、78、……固体撮像装置、4……半導体基板、6……光センサー、8……垂直電荷転送レジスター、10……水平電荷転送レジスター、12……画素、14……撮像面、16……転送制御回路、28……半導体基板、30……画素部、32……S/H・CDS部、34……水平信号線、36……画素、38……垂直信号線、66……垂直選択手段、67……水平選択手段、68……出力回路、72……信号処理・出力部、74……出力パッド。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device.
[0002]
[Prior art]
Solid-state imaging devices such as CCD solid-state imaging devices and MOS type solid-state imaging devices are widely used as image input devices such as various portable terminal devices, digital still cameras, and digital video cameras. In such a solid-state image pickup device, the image pickup surface has an aspect ratio of horizontal: vertical = 4: 3 in accordance with an NTSC (National Television System Committee Standard) display device generally used in current televisions and the like. ing. For example, when the pixel configuration of the solid-state imaging device is 640 pixels wide and 480 pixels long according to the VGA standard, the aspect ratio of the pixels is usually 1, so the aspect ratio of the imaging surface is horizontal: vertical = 4 : 3. Further, in recent years, a solid having an imaging surface with such an aspect ratio in accordance with a horizontal screen image receiving device such as horizontal: vertical = 5: 3, 14: 9, and 16: 9 as seen in the wide NTSC system or the like. Imaging devices are also used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, depending on the subject, there are many cases where the subject is vertically long like a person, for example, and such a horizontally long imaging surface is not necessarily suitable for such a subject. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a subject image formed on an imaging surface when a vertically long subject is imaged by a solid-state imaging device having a horizontally long imaging surface. As shown in FIG. 9, in the case of an imaging surface having an aspect ratio of horizontal: vertical = 4: 3, or a horizontally
[0004]
In addition, mobile terminal devices such as mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistants) are often vertically long, and the screen of a liquid crystal display device mounted on the mobile terminal device also matches the shape of the mobile terminal device. Many are vertically long. Therefore, as shown in FIG. 10, when an image 108 captured by a solid-state imaging device having a horizontally long imaging surface is displayed on the screen 110 of the mobile terminal device, the horizontal length of the image 108 to display the entire image. Is set to the length of the screen 110 in the horizontal direction,
[0005]
When displaying multiple lines of text on a display screen with a limited size, such as a mobile phone, it is better to make the display screen longer and take a larger number of lines than to make it horizontally long and one line long. It is known to be easy to use.
When a person's face is photographed and displayed, the aspect ratio of the screen is approximately in the range of horizontal: vertical = 1: 1.2 to 1: 1.6. It has been found by experiments by the inventors of the present invention that the degree is the highest.
[0006]
Further, the conventional solid-state imaging device has the following problems.
FIG. 11 is a schematic plan view showing an example of a conventional solid-state imaging device having a CCD structure.
The solid-
[0007]
In such a configuration, the signal charges generated by receiving the light by each
[0008]
However, in this type of solid-
[0009]
In addition, the horizontal
[0010]
FIG. 12 is a schematic plan view showing an example of a conventional MOS type solid-state imaging device.
The solid-
[0011]
In such a configuration, the signal charge generated by receiving the light sensor of each
The S / H /
[0012]
However, in this type of solid-
[0013]
Further, when the resolution of the solid-
[0014]
Therefore, the conventional solid-
[0015]
FIG. 13 is a schematic plan view showing another example of a conventional MOS type solid-state imaging device.
In the solid-
[0016]
However, in this solid-
[0017]
The present invention has been made to solve such problems, and its purpose is to form a useless area in which no subject image exists on both sides of the imaging surface when imaging a vertically long subject. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of avoiding and obtaining an image suitable for a display device having a vertically long display screen.
Also,An object of the present invention is to provide a MOS type solid-state imaging device capable of reducing the parasitic capacitance related to a horizontal signal line and increasing the number of pixels, increasing the speed, reducing the size, and improving the image quality.
Another object of the present invention is to provide a MOS type solid-state imaging device that is advantageous in terms of downsizing and mounting by reducing the number of output pads.
Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of obtaining an image suitable for a display device having a vertically long display screen even when the imaging surface is horizontally long.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The present invention achieves the above object.Multiple light sensors arranged vertically and horizontallyA plurality of sensors, each of which corresponds to a pixel, and the aspect ratio of the pixels is 1: 1.A plurality of vertical signal lines that are provided for each column of the photosensors and that output electric signals based on signal charges generated by receiving the photosensors in the corresponding column and the corresponding ones provided for the photosensors. A first switching element that selectively supplies the signal based on the signal charge of the photosensor to the vertical signal line, and the signal for each row of the photosensor supplied through the plurality of vertical signal lines is output. A solid body formed by forming on a semiconductor substrate a horizontal signal line and a second switching element that is provided for each vertical signal line and selectively supplies the signal from the corresponding vertical signal line to the horizontal signal line. In the imaging apparatus, the number of arrays in the column direction of the photosensors is larger than the number of arrays in the row direction.
[0021]
As described above, in the solid-state imaging device according to the present invention, since the number of arrangements of the optical sensors in the column direction is larger than the number of arrangements in the row direction, the imaging surface is vertically long. A useless area where no image exists is not formed. In addition, since the captured image is also vertically long, when the captured image is displayed on a display device having a vertically long display screen, empty areas do not occur above and below the screen.
[0022]
When the total number of pixels is constant, the number of vertical signal lines is reduced and the number of second switching elements is reduced, so that the parasitic capacitance related to the horizontal signal lines is reduced and a margin for increasing the number of columns of pixels is created. Therefore, it is advantageous for increasing the number of pixels. In addition, since the parasitic capacitance related to the horizontal signal line is reduced, the speed can be increased. Further, the size of the device can be reduced by downsizing the second switching element and the capacitor for sample and hold. It will be advantageous. Furthermore, since a sufficiently large output signal can be obtained, the S / N is improved and the image quality is improved.
[0023]
The present invention also provides a plurality of optical sensors arranged vertically and horizontally.A plurality of sensors, each of which corresponds to a pixel, and the aspect ratio of the pixels is 1: 1.A plurality of vertical signal lines that are provided for each column of the photosensors and that output electric signals based on signal charges generated by receiving the photosensors in the corresponding column and the corresponding ones provided for the photosensors. A switching element that selectively supplies the signal due to the signal charge of the optical sensor to the vertical signal line, and an output pad that is provided for each vertical signal line and that outputs the signal supplied through the vertical signal line. A solid-state imaging device formed on a substrate, wherein the number of arrays of the optical sensors in the column direction is larger than the number of arrays in the row direction.
[0024]
As described above, in the solid-state imaging device according to the present invention, since the number of arrangements of the optical sensors in the column direction is larger than the number of arrangements in the row direction, the imaging surface is vertically long. A useless area where no image exists is not formed. In addition, since the captured image is also vertically long, when the captured image is displayed on a display device having a vertically long display screen, empty areas do not occur above and below the screen.
Furthermore, when the total number of pixels is constant, the number of vertical signal lines is reduced, and thus the number of output pads is reduced, which is advantageous in terms of downsizing and mounting of the device.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of a solid-state imaging device having a CCD structure according to the present invention.
The solid-
[0030]
The ratio between the number of
As a combination of the number of
[0031]
The operation of the solid-
[0032]
In the solid-
[0033]
When the total number of pixels is constant, the number of stages of the horizontal
[0034]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of a MOS type solid-state imaging device according to the present invention.
The solid-
[0035]
Note that the ratio between the number of
[0036]
FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of each pixel. As shown in FIG. 4, the
[0037]
The
[0038]
The gate of the amplification transistor 48 is connected to the floating
[0039]
FIG. 5 is a partial circuit diagram showing the configuration of the S / H •
As shown in FIG. 5, the S / H /
[0040]
A
[0041]
In such a configuration, the solid-
That is, the signal charges generated by receiving the light sensor of each
The S / H •
[0042]
Next, operations of the
First, the vertical selection means 66 outputs a reset pulse and an address pulse. As a result, the
[0043]
Subsequently, the vertical selection means 66 outputs the first and second sampling pulses to the
[0044]
Next, the vertical selection means 66 outputs a transfer pulse, turns on the transfer transistor 44, and transfers the charge received and accumulated by the
[0045]
In the S / H •
Since the offset voltage differs for each
Thereafter, the horizontal selection means 67 sequentially outputs selection pulses to the
[0046]
In such a solid-
[0047]
When the total number of pixels is not different from the conventional one, the number of
[0048]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a schematic plan view showing a solid-state imaging device according to the third embodiment. In the figure, the same elements as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals.
The solid-
In this solid-
[0049]
Therefore, in the solid-
Furthermore, when the total number of pixels is the same as the conventional one, the number of
[0050]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a schematic plan view showing a solid-state imaging device as a fourth embodiment.
The solid-state imaging device 76 shown in FIG. 7 is different from the solid-state imaging device shown in FIG. 11 in that the
[0051]
That is, when the low-level
[0052]
As a result, the signal charge is supplied only to the horizontal charge transfer register 122 from the vertical
[0053]
Note that the vertical charge transfer registers 120 for which the
As the aspect ratio of the substantial imaging surface 132A shown in FIG. 14, for example, the vertical length H / the horizontal length W is set to a value in a range larger than 1.2 and smaller than 1.6. It is also effective to display a photographed image of a person's face on the screen with the same aspect ratio so that the image is comfortable for the viewer.
[0054]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a schematic plan view showing a solid-state imaging device as a fifth embodiment.
The solid-
That is, when the low-level portrait mode signal 164B is input, the
[0055]
Here, the
[0056]
Note that the
As a substantial aspect ratio of the imaging surface, for example, a person with a screen having the same aspect ratio in which the vertical length / horizontal length is a value in a range larger than 1.2 and smaller than 1.6. It is also effective to display a photographed image of the face so that the image is comfortable for the viewer.
[0058]
【The invention's effect】
As explained aboveIn the solid-state imaging device of the present invention having a vertical signal line and a horizontal signal line,The aspect ratio of the pixels each consisting of a photosensor is 1: 1, and theySince the number of photosensors arranged in the column direction is larger than the number of rows arranged in the row direction, the imaging surface is vertically long, and when imaging a vertically long subject, useless areas where no subject image exists on both sides of the imaging surface are formed. There is nothing. In addition, since the captured image is also vertically long, when the captured image is displayed on a display device having a vertically long display screen, empty areas do not occur above and below the screen.
[0059]
When the total number of pixels is constant, the number of vertical signal lines is reduced and the number of second switching elements is reduced, so that the parasitic capacitance related to the horizontal signal lines is reduced and a margin for increasing the number of columns of pixels is created. Therefore, it is advantageous for increasing the number of pixels. In addition, since the parasitic capacitance related to the horizontal signal line is reduced, the speed can be increased. Further, the size of the device can be reduced by downsizing the second switching element and the capacitor for sample and hold. It will be advantageous. Furthermore, since a sufficiently large output signal can be obtained, the S / N is improved and the image quality is improved.
[0060]
Also,Vertical signal line andIn the solid-state imaging device of the present invention having an output pad,The aspect ratio of the pixels each consisting of a photosensor is 1: 1, and theySince the number of photosensors arranged in the column direction is larger than the number of rows arranged in the row direction, the imaging surface is vertically long, and when imaging a vertically long subject, useless areas where no subject image exists on both sides of the imaging surface are formed. There is nothing. In addition, since the captured image is also vertically long, when the captured image is displayed on a display device having a vertically long display screen, empty areas do not occur above and below the screen.
Furthermore, when the total number of pixels is constant, the number of vertical signal lines is reduced, and thus the number of output pads is reduced, which is advantageous in terms of downsizing and mounting of the device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of a solid-state imaging device having a CCD structure according to the present invention.
2 is an explanatory diagram showing an image formed by a vertically long subject on the imaging surface of the solid-state imaging device of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of a MOS type solid-state imaging device according to the present invention.
4 is a circuit diagram illustrating a configuration of each pixel in the solid-state imaging device of FIG. 3;
5 is a partial circuit diagram illustrating a configuration of an S / H • CDS unit in the solid-state imaging device of FIG. 3;
FIG. 6 is a schematic plan view showing a solid-state imaging device according to a third embodiment.
FIG. 7 is a schematic plan view showing a solid-state imaging device according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a schematic plan view showing a solid-state imaging device according to a fifth embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an image of a subject formed on an imaging surface when a vertically long subject is imaged by a solid-state imaging device having a horizontally long imaging surface.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a case where a horizontally long image is displayed on a vertically long screen display device.
FIG. 11 is a schematic plan view showing an example of a conventional solid-state imaging device having a CCD structure.
FIG. 12 is a schematic plan view showing an example of a conventional MOS type solid-state imaging device.
FIG. 13 is a schematic plan view showing another example of a conventional MOS type solid-state imaging device.
14 is an explanatory diagram showing a case where a vertically long subject is imaged on the imaging surface of the solid-state imaging device of FIG. 7;
[Explanation of symbols]
2, 26, 70, 76, 78, solid-state imaging device, 4 ... semiconductor substrate, 6 ... optical sensor, 8 ... vertical charge transfer register, 10 ... horizontal charge transfer register, 12 ... pixel, 14 ... Imaging surface, 16... Transfer control circuit, 28... Semiconductor substrate, 30... Pixel portion, 32 .. S / H / CDS portion, 34.
Claims (3)
前記光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いことを特徴とする固体撮像装置。A plurality of photosensors arranged vertically and horizontally, each of the plurality of photosensors corresponding to a pixel, and the aspect ratio of the pixels is 1: 1, and provided for each column of the photosensors A plurality of vertical signal lines for outputting an electric signal based on signal charges generated by receiving light generated by the photosensors in the corresponding columns, and the signals by the signal charges of the corresponding photosensors provided for the photosensors. A first switching element that selectively supplies the vertical signal line; a horizontal signal line that outputs the signal for each row of the photosensors; and is supplied through the plurality of vertical signal lines; And a second switching element that selectively supplies the signal from the corresponding vertical signal line to the horizontal signal line on a semiconductor substrate. I,
A solid-state imaging device, wherein the number of arrays in the column direction of the photosensors is larger than the number of arrays in the row direction.
前記光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いことを特徴とする固体撮像装置。A plurality of photosensors arranged vertically and horizontally, each of the plurality of photosensors corresponding to a pixel, and the aspect ratio of the pixels is 1: 1, and provided for each column of the photosensors A plurality of vertical signal lines for outputting an electric signal based on signal charges generated by receiving light generated by the photosensors in the corresponding columns, and the signals by the signal charges of the corresponding photosensors provided for the photosensors. A solid-state imaging device comprising: a switching element that selectively supplies the vertical signal line; and an output pad that is provided for each vertical signal line and outputs the signal supplied through the vertical signal line. Because
A solid-state imaging device, wherein the number of arrays in the column direction of the photosensors is larger than the number of arrays in the row direction.
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