JP4164735B2 - 固体撮像素子及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法に関する。詳しくは、3以上の水平電荷転送部を有する固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
入力光に応じた量の電荷を蓄積するフォトダイオードからなる画素が一次元的に配列され、これら画素からの電荷をCCD(charge coupled device)の電荷転送方式によって電荷電圧変換部側に転送する水平電荷転送部を有するCCDカラーリニアセンサ(以下、リニアセンサと言う)は、小型・低消費電力等の点で優れており、コピー,ファクシミリ,OCR,パターン認識及び各種計測など、多くの分野で使用されている。
以下、図面を用いて従来のリニアセンサについて説明する。
【0003】
図16は、従来のリニアセンサを示す模式図であり、図16中符号Rで示す赤色に関する画素、図16中符号Gで示す緑色に関する画素及び図16中符号Bで示す青色に関する画素の3画素を一組とする画素パターン101が多数組、一次元的に配列された画像取り込み部102、画像取り込み部に隣接して配置され画像取り込み部で取り込んだ電荷を読み出す読み出しゲート103及び読み出しゲートに隣接して配置され読み出しゲートによって読み出された電荷を出力部側に転送する水平電荷転送部104が形成されている。
【0004】
図17はリニアセンサの水平電荷転送部から電荷電圧変換部(以下、FD部と言う)105までの電位模式図であり、電極(1)(以下、Hφ1と言う)106と電極(2)(以下、Hφ2と言う)107に駆動パルスを与えることによって電荷の転送を行い、Hφ1がオフの状態になった時に水平電荷転送部からFD部に電荷が転送される。
なお、電荷がFD部に転送された後にリセットゲート(以下、φRGと言う)108をオンの状態にすることでFD部に蓄積された電荷のリセットを行う。
【0005】
図18は各パルスの動作タイミングを示す模式図であり、図18中符号AはHφ1の駆動パルスの動作タイミング、図18中符号BはHφ2の駆動パルスの動作タイミング、図18中符号CはφRGの駆動パルスの動作タイミング、図18中符号Dは後述するサンプルホールドpre-charged相(以下、SHPと言う)のクランプパルスの動作タイミング及び図18中符号Eは後述するサンプルホールドdata相(以下、SHDと言う)のクランプパルスの動作タイミングを示している。
【0006】
また、図19はリニアセンサの出力波形模式図を示したものであり、図18中符号A及び符号Bで示すタイミングでHφ1及びHφ2に駆動パルスを与えることによって図19中符号符号Fで示すリニアセンサの出力波形が得られ、このリニアセンサ出力を図20に示す様な相関2重サンプリング(以下、CDSと言う)回路に入力し、図18中符号Cで示すタイミングでφRGに駆動パルスを与えると共に、図18中符号D及び符号Eで示すタイミングでSHP及びSHDにクランプパルスを与えることによって図19中符号Gで示すリニアセンサの出力(CDS後)波形が得られる。
即ち、CDS回路はリニアセンサ出力のうちSHPのクランプパルスでサンプリングされ基準として用いられるpre-charged相(以下、P相と言う)109と、リニアセンサの出力のうちSHDのクランプパルスでサンプリングされるそれぞれの画素のデータの出力であるdata相(以下、D相と言う)110との差を差動アンプによって減算処理を行うことによってリニアセンサの出力波形を整形しているものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水平電荷転送部による電荷の転送速度を上げた場合には、図19中符号Hで示すリニアセンサ1画素の出力波形の領域が狭まり、P相及びD相の領域も狭まってしまうために、P相及びD相をクランプパルスでサンプリングする際に、高精度でSHP及びSHDにクランプパルスを印加しなければならないという不都合があった。
即ち、水平電荷転送部の電荷の転送速度を増加させたとしても、クランプパルスでのサンプリングを高精度で行うことが困難であるために、電荷の転送速度の向上が図れないという不都合があった。
【0008】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、電荷の転送速度を増加したとしても容易な固体撮像素子出力の信号処理で済む固体撮像素子を提供し、電荷の転送速度の向上を図ることが可能である固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子は、3以上の水平電荷転送部を有する固体撮像素子において、3以上の画素を有する画像取り込み部と、該画像取り込み部に隣接して配置され前記画像取り込み部で取り込んだ電荷の読み出しを行う多段に形成された読み出しゲートと、該読み出しゲートに隣接して配置され前記読み出しゲートによって読み出された電荷を出力部側に転送する第1水平電荷転送部と、該第1水平電荷転送部に隣接して配置され前記第1水平電荷転送部から転送された電荷を出力部側に転送する第2水平電荷転送部と、該第2水平電荷転送部に隣接して配置され前記第2水平電荷転送部から転送された電荷を出力部側に転送する第3水平電荷転送部とを備える。
【0010】
ここで、3以上の画素を有する画像取り込み部によって、入力光に応じた電荷を取り込むことができる。
また、画像取り込み部に隣接して配置され画像取り込み部で取り込んだ電荷の読み出しを行う多段に形成された読み出しゲートによって、画像取り込み部の各画素により取り込まれた電荷を3以上の水平電荷転送部に振り分けることができる。
更に、読み出しゲートに隣接して配置され読み出しゲートによって読み出された電荷を出力部側に転送する第1水平電荷転送部、第1水平電荷転送部に隣接して配置され第1水平電荷転送部から転送された電荷を出力部側に転送する第2水平電荷転送部及び第2水平電荷転送部に隣接して配置され第2水平電荷転送部から転送された電荷を出力部側に転送する第3水平電荷転送部によって、読み出しゲートによって振り分けられた電荷を出力部側に転送することができる。
【0011】
また、本発明に係る固体撮像素子は、4以上の画素を有する画像取り込み部と、該画像取り込み部に隣接して配置され前記画像取り込み部で取り込んだ電荷の読み出しを行う多段に形成された読み出しゲートと、該読み出しゲートに隣接して配置され前記読み出しゲートによって読み出された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第1水平電荷転送部と、該第1水平電荷転送部に隣接して配置され前記第1水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第2水平電荷転送部と、該第2水平電荷転送部に隣接して配置され前記第2水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第3水平電荷転送部と、該第3水平電荷転送部に隣接して配置され前記第3水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第4水平電荷転送部とを備える4以上の偶数本の水平電荷転送部を有する固体撮像素子であって、前記第1水平電荷転送部または前記第3水平電荷転送部によって転送される電荷は、前記第1水平電荷転送部に印加された一方の水平駆動パルスにより前記読み出しゲートから第1水平電荷転送部に転送された電荷であり、前記第2水平電荷転送部または前記第4水平電荷転送部によって転送される電荷は、前記第1水平電荷転送部に印加された他方の水平駆動パルスにより前記読み出しゲートから第1水平電荷転送部に転送された電荷である。
【0012】
ここで、第1水平電荷転送部または第3水平電荷転送部によって転送される電荷は、第1水平電荷転送部に印加された一方の水平駆動パルスにより読み出しゲートから第1水平電荷転送部に転送された電荷であり、第2水平電荷転送部または第4水平電荷転送部によって転送される電荷は、第1水平電荷転送部に印加された他方の水平駆動パルスにより読み出しゲートから第1水平電荷転送部に転送された電荷であることによって、第1水平電荷転送部によって読み出しゲートにより読み出された電荷を水平電荷転送部に振り分けることができる。
【0013】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、3以上の画素を有する画像取り込み部と、該画像取り込み部に隣接して配置され前記画像取り込み部で取り込んだ電荷の読み出しを行う多段に形成された読み出しゲートと、該読み出しゲートに隣接して配置され前記読み出しゲートによって読み出された電荷を出力部側に転送する第1水平電荷転送部と、該第1水平電荷転送部に隣接して配置され前記第1水平電荷転送部から転送された電荷を出力部側に転送する第2水平電荷転送部と、該第2水平電荷転送部に隣接して配置され前記第2水平電荷転送部から転送された電荷を出力部側に転送する第3水平電荷転送部とを備える3以上の水平電荷転送部を有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記3以上の画素を有する画像取り込み部で電荷を取り込む工程と、
前記3以上の画素を有する画像取り込み部で取り込んだ電荷を前記多段に形成された読み出しゲートに読み出す工程と、前記読み出しゲートに読み出された電荷を前記第1水平電荷転送部に転送する工程と、前記第1水平電荷転送部に転送された電荷を前記第2水平電荷転送部に転送する工程と、前記第2水平電荷転送部に転送された電荷を前記第3水平電荷転送部に転送する工程とを備える。
【0014】
ここで、3以上の画素を有する画像取り込み部で電荷を取り込む工程によって、入力光に応じた電荷を取り込むことができる。
また、3以上の画素を有する画像取り込み部で取り込んだ電荷を多段に形成された読み出しゲートに読み出す工程によって、画像取り込み部の各画素により取り込まれた電荷を3以上の水平電荷転送部に振り分けることができる。
更に、読み出しゲートに読み出された電荷を第1水平電荷転送部に転送する工程、第1水平電荷転送部に転送された電荷を第2水平電荷転送部に転送する工程及び第2水平電荷転送部に転送された電荷を第3水平電荷転送部に転送する工程によって、読み出しゲートによって振り分けられた電荷を出力部側に転送することができる。
【0015】
また、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、4以上の画素を有する画像取り込み部と、該画像取り込み部に隣接して配置され前記画像取り込み部で取り込んだ電荷の読み出しを行う多段に形成された読み出しゲートと、該読み出しゲートに隣接して配置され前記読み出しゲートによって読み出された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第1水平電荷転送部と、該第1水平電荷転送部に隣接して配置され前記第1水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第2水平電荷転送部と、該第2水平電荷転送部に隣接して配置され前記第2水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第3水平電荷転送部と、該第3水平電荷転送部に隣接して配置され前記第3水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第4水平電荷転送部とを備える4以上の偶数本の水平電荷転送部を有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記4以上の画素を有する画像取り込み部で電荷を取り込む工程と、前記4以上の画素を有する画像取り込み部で取り込んだ電荷を前記多段に形成された読み出しゲートに読み出す工程と、前記読み出しゲートに読み出された電荷のうち前記第1水平電荷転送部または第3水平電荷転送部によって転送される電荷を前記第1水平電荷転送部に印加する一方の水平駆動パルスにより第1水平電荷転送部に転送する工程と、前記読み出しゲートに読み出された電荷のうち前記第2水平電荷転送部または第4水平電荷転送部によって転送される電荷を前記第1水平電荷転送部に印加する他方の水平駆動パルスにより第1水平電荷転送部に転送する工程と、前記第1水平電荷転送部に転送された電荷を前記第2水平電荷転送部に転送する工程と、前記第2水平電荷転送部に転送された電荷を前記第3水平電荷転送部に転送する工程と、前記第3水平電荷転送部に転送された電荷を前記第4水平電荷転送部に転送する工程とを備える。
【0016】
ここで、4以上の画素を有する画像取り込み部で電荷を取り込む工程によって、入力光に応じた電荷を取り込むことができる。
また、4以上の画素を有する画像取り込み部で取り込んだ電荷を多段に形成された読み出しゲートに読み出す工程によって、画像取り込み部の各画素により取り込まれた電荷を4以上の水平電荷転送部に振り分けることができる。
更に、読み出しゲートに読み出された電荷のうち第1水平電荷転送部または第3水平電荷転送部によって転送される電荷を第1水平電荷転送部に印加する一方の水平駆動パルスにより第1水平電荷転送部に転送する工程及び読み出しゲートに読み出された電荷のうち第2水平電荷転送部または第4水平電荷転送部によって転送される電荷を第1水平電荷転送部に印加する他方の水平駆動パルスにより第1水平電荷転送部に転送する工程によって、第1水平電荷転送部によって読み出しゲートにより読み出された電荷を水平電荷転送部に振り分けることができる。
また、第1水平電荷転送部に転送された電荷を第2水平電荷転送部に転送する工程、第2水平電荷転送部に転送された電荷を第3水平電荷転送部に転送する工程及び第3水平電荷転送部に転送された電荷を第4水平電荷転送部に転送する工程によって、振り分けられた電荷を出力部側に転送することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
【0018】
図1は本発明を適用した固体撮像素子の一例を説明するための平面的な模式図を示す。ここで示す固体撮像素子1は、図1中符号s1〜s10000で示す10000個の画素からなるセンサ部2、センサ部に隣接して設けられセンサ部で取り込んだ電荷を読み出す読み出しゲート3、読み出しゲートに隣接して設けられ読み出しゲートによって読み出された電荷を第1FD部4に転送する第1CCDレジスタ5、第1CCDレジスタに隣接して設けられ第1CCDレジスタに転送された電荷を第1CCDレジスタから第2CCDレジスタに転送する第1レジスタ間転送部6、第1レジスタ間転送部に隣接して設けられ第1レジスタ間転送部によって転送された電荷を第2FD部7に転送する第2CCDレジスタ8、第2CCDレジスタに隣接して設けられ第2CCDレジスタに転送された電荷を第2CCDレジスタから第3CCDレジスタに転送する第2レジスタ間転送部9及び第2レジスタ間転送部に隣接して設けられ第2レジスタ間転送部によって転送された電荷を第3FD部10に転送する第3CCDレジスタ11とを備える。
【0019】
なお、第1CCDレジスタ、第2CCDレジスタ及び第3CCDレジスタはいずれも2相駆動であり、水平駆動パルスφ1、φ2が印加され、φ1及びφ2は各々ハイレベル(以下、Hレベルと言う)及びローレベル(以下、Lレベルと言う)の2値をとり、これらにより電荷の転送が行われる。
また、第1レジスタ間転送部及び第2レジスタ間転送部には第1レジスタ間転送パルスφT1及び第2レジスタ間転送パルスφT2が印加され、φT1及びφT2は各々Hレベル及びLレベルの2値をとり、レジスタ間転送パルスがHレベルの際に第1レジスタ間転送部または第2レジスタ間転送部に電荷が転送される。
【0020】
ここで、読み出しゲートは、センサ部の3画素を一組とする画素パターンの一の画素で取り込んだ電荷を第1CCDレジスタで転送でき、画素パターンの他の一の画素で取り込んだ電荷を第2CCDレジスタで転送でき、画素パターンの更に他の一の画素で取り込んだ電荷を第3CCDレジスタで転送できるように4段に形成されている。
即ち、図1中符号s4、s5及びs6で示す3画素を一組とする画素パターンを例に挙げて図2を用いて説明すると、第1CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s4で示す画素は、画素に隣接して共通読み出しゲート12が形成され、共通読み出しゲートに隣接して第3読み出しゲート13、第3読み出しゲートに隣接して第2読み出しゲート14、第2読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲート15が形成されている。また、第2CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s5で示す画素は、画素に隣接して共通読み出しゲートが形成され、共通読み出しゲートに隣接して第2読み出しゲート、第2読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲートが形成されている。更に、第3CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s6で示す画素は、画素に隣接して共通読み出しゲートが形成され、共通読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲートが形成されている。
なお、図2中符号(1)〜(14)は、電荷の転送状態の説明の便宜を考慮して付したものである。
【0021】
ここで、共通読み出しゲート、第1読み出しゲート、第2読み出しゲート及び第3読み出しゲートには共通読み出しパルスφROG、第1読み出しパルスφROG1、第2読み出しパルスφROG2及び第3読み出しパルスφROG3が印加され、φROG、φROG1、φROG2及びφROG3は各々Hレベル及びLレベルの2値をとり、読み出しパルスがHレベルの際に電荷の読み出しが行われる。
また、図2中符号(1)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部、図2中符号(3)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部及び図2中符号(5)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部にはいずれもφ1が印加されるように形成されている。
【0022】
以下、上記の様に構成された本発明を適用した固体撮像素子の一例の駆動方法について図1中符号s4、s5及びs6で示す画素で取り込んだ電荷の転送状態を示した図を参酌しながら説明する。
【0023】
図3は本発明を適用した固体撮像素子の一例の駆動方法についてのクロックのタイミングチャートの一例であり、図3中符号aはφROGの動作タイミング、図3中符号bはφROG1の動作タイミング、図3中符号cはφROG2の動作タイミング、図3中符号dはφROG3の動作タイミング、図3中符号eはφ1の動作タイミング、図3中符号fはφT1の動作タイミングであり、図3中符号gはφT2の動作タイミングである。
ここで、φROGにはHレベルの時に20V、Lレベルの時に−6V、φROG1にはHレベルの時に5V、Lレベルの時に0V、φROG2にはHレベルの時に10V、Lレベルの時に−3V、φROG3にはHレベルの時に15V、Lレベルの時に−6Vの電圧が印加される。なお、φROG、φROG1、φROG2及びφROG3に印加される電圧値は上記した値に限定されるものではなく、φROGのHレベルの電圧値はφROGがHレベルの際に共通読み出しゲートに読み出された電荷が第1読み出しゲート、第2読み出しゲート及び第3読み出しゲートに読み出されないようにφROG1、φROG2及びφROG3のHレベルの電圧値よりも大きければ良く、φROG3のHレベルの電圧値はφROG3がHレベルの際に第3読み出しゲートに読み出された電荷が第2読み出しゲートに読み出されないようにφROG2のHレベルの電圧値よりも大きければ良く、φROG2のHレベルの電圧値はφROG2がHレベルの際に第2読み出しゲートに読み出された電荷が第1読み出しゲートに読み出されないようにφROG1のHレベルの電圧値よりも大きければ良く、φROG及びφROG3のLレベルの電圧値はφROG2がLレベルの際に第2読み出しゲートに読み出された電荷が共通読み出しゲートや第3読み出しゲートに読み出されないようにφROG2のLレベルの電圧値よりも小さければ良い。
また、図4は本発明を適用した固体撮像素子の一例の駆動方法について図1中符号s4、s5及びs6で示す画素で取り込んだ電荷の転送状態を示した図である。
【0024】
本発明を適用した固体撮像素子の一例の駆動方法では、先ず、時刻t1において、φROGをHレベルにすることにより各画素で取り込んだ電荷が共通読み出しパルスによって図4(1)で示す様に、符号(9)、(12)及び(14)で示す共通読み出しゲートに読み出される。この時、φROG1、φROG2、φROG3及びφ1はHレベルであり、φT1及びφT2はLレベルである。
【0025】
次に、時刻t2において、φROGをLレベルにすることにより共通読み出しゲートに読み出された電荷が図4(2)で示す様に、符号(8)、(11)及び(13)で示す第3読み出しゲート、第2読み出しゲート及び第1読み出しゲートに読み出される。
【0026】
次に、時刻t3において、φROG1をLレベルにすることにより図4(3)で示す様に、符号(13)で示す第1読み出しゲートに読み出された電荷が符号(5)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0027】
次に、時刻t4において、φ1をLレベル、φT1をHレベルにすることにより図4(4)で示す様に、符号(5)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(4)で示す第1レジスタ間転送部に転送される。
【0028】
次に、時刻t5において、φROG1をHレベル、φROG2をLレベルにすることにより図4(5)に示す様に、符号(11)で示す第2読み出しゲートに読み出された電荷が符号(10)で示す第1読み出しゲートに読み出される。
【0029】
次に、時刻t6において、φROG1及びφT1をLレベル、φ1をHレベルにすることにより図4(6)に示す様に、符号(4)で示す第1レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(3)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送されると共に、符号(10)で示す第1読み出しゲートに読み出された電荷が符号(5)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0030】
次に、時刻t7において、φ1をLレベル、φT1及びφT2をHレベルにすることにより図4(7)に示す様に、符号(3)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(2)で示す第2レジスタ間転送部に転送されると共に、符号(5)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(4)で示す第1レジスタ間転送部に転送される。
【0031】
次に、時刻t8において、φROG2をHレベル、φROG3をLレベルにすることにより図4(8)に示す様に、符号(8)で示す第3読み出しゲートに読み出された電荷が符号(7)で示す第2読み出しゲートに読み出される。
【0032】
次に、時刻t9において、φROG1をHレベル、φROG2をLレベルにすることにより図4(9)に示す様に、符号(7)で示す第2読み出しゲートに読み出された電荷が符号(6)で示す第1読み出しゲートに読み出される。
【0033】
次に、時刻t10において、φROG1、φT1及びφT2をLレベル、φ1をHレベルにすることにより、図4(10)に示す様に、符号(2)で示す第2レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(1)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部に転送され、符号(4)で示す第1レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(3)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送されると共に、符号(6)で示す第1読み出しゲートに読み出された電荷が符号(5)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0034】
その後、φ1とφ2とを交互にHレベル、Lレベルとする通常のCCDレジスタ転送を行い、図1中符号s4で示す画素で取り込まれた電荷は第1CCDレジスタによって水平転送がなされ、図1中符号s5で示す画素で取り込まれた電荷は第2CCDレジスタによって水平転送がなされ、図1中符号s6で示す画素で取り込まれた電荷は第3CCDレジスタによって水平転送がなされる。
【0035】
上記した本発明を適用した固体撮像素子では、画素パターンを構成する3画素で取り込んだ電荷を各々異なるCCDレジスタで転送することにより、各CCDレジスタのビット数を低減することができ、φ1及びφ2の周波数を低減することが可能である。
即ち、全体としての電荷の転送速度を増加したとしても、センサ部で取り込んだ電荷を3本のCCDレジスタに振り分けて転送するために、クランプパルスでサンプリングを行う各々のCCDレジスタの出力領域が充分に確保され、固体撮像素子出力の信号処理を容易に行うことが可能である。
【0036】
図5は、本発明を適用した固体撮像素子の他の一例を説明するための平面的な断面図を示す。ここで示す固体撮像素子1は、上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例と同様にセンサ部2、読み出しゲート3、第1FD部4、第1CCDレジスタ5、第1レジスタ間転送部6、第2FD部7、第2CCDレジスタ8、第2レジスタ間転送部9、第3FD部10及び第3CCDレジスタ11を備えると共に、第3CCDレジスタに隣接して設けられ第3CCDレジスタに転送された電荷を第3CCDレジスタから第4CCDレジスタに転送する第3レジスタ間転送部16及び第3レジスタ間転送部に隣接して設けられ第3レジスタ間転送部によって転送された電荷を第4FD部17に転送する第4CCDレジスタ18とを備える。
【0037】
なお、第1CCDレジスタ、第2CCDレジスタ、第3CCDレジスタ及び第4CCDレジスタはいずれも2相駆動であり、φ1、φ2が印加され、φ1及びφ2は各々Hレベル及びLレベルの2値をとり、これらにより電荷の転送が行われる点は上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例と同様である。
また、第1レジスタ間転送部、第2レジスタ間転送部及び第3レジスタ間転送部にはφT1、φT2及び第3レジスタ間転送パルスφT3が印加され、φT1、φT2及びφT3は各々Hレベル及びLレベルの2値をとり、レジスタ間転送パルスがHレベルの際に第1レジスタ間転送部または第2レジスタ間転送部または第3レジスタ間転送部に電荷が転送される点についても上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例と同様である。
【0038】
ここで、読み出しゲートは、センサ部の4画素を一組とする画素パターンの一の画素で取り込んだ電荷を第1CCDレジスタで転送でき、画素パターンの他の一の画素で取り込んだ電荷を第2CCDレジスタで転送でき、画素パターンの更に他の一の画素で取り込んだ電荷を第3CCDレジスタで転送でき、画素パターンのまた更に他の一の画素で取り込んだ電荷を第4CCDレジスタで転送できるように5段に形成されている。
即ち、図5中符号s5〜s8で示す4画素を一組とする画素パターンを例に挙げて図6を用いて説明すると、第1CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s5で示す画素は、画素に隣接して共通読み出しゲート12が形成され、共通読み出しゲートに隣接して第4読み出しゲート19、第4読み出しゲートに隣接して第3読み出しゲート13、第3読み出しゲートに隣接して第2読み出しゲート14、第2読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲート15が形成されている。また、第2CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s6で示す画素は、画素に隣接して共通読み出しゲートが形成され、共通読み出しゲートに隣接して第3読み出しゲート、第3読み出しゲートに隣接して第2読み出しゲート、第2読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲートが形成されている。更に、第3CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s7で示す画素は、画素に隣接して共通読み出しゲートが形成され、共通読み出しゲートに隣接して第2読み出しゲート、第2読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲートが形成されている。また、第4CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s8で示す画素は、画素に隣接して共通読み出しゲートが形成され、共通読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲートが形成されている。
なお、図6中符号(1)〜(21)は、電荷の転送状態の説明の便宜を考慮して付したものである。
【0039】
ここで、共通読み出しゲート、第1読み出しゲート、第2読み出しゲート、第3読み出しゲート及び第4読み出しゲートにはφROG、φROG1、φROG2、φROG3及び第4読み出しパルスφROG4が印加され、φROG、φROG1、φROG2、φROG3及びφROG4は各々Hレベル及びLレベルの2値をとり、読み出しパルスがHレベルの際に電荷の読み出しが行われる点は上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例と同様である。
また、図6中符号(1)で示す第4CCDレジスタの電荷蓄積部、図6中符号(3)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部、図6中符号(5)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部及び図6中符号(7)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部にはいずれもφ1が印加されるように形成されている点についても上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例と同様である。
【0040】
以下、上記の様に構成された本発明を適用した固体撮像素子の他の一例の駆動方法について図5中符号s5〜s8で示す画素で取り込んだ電荷の転送状態を示した図を参酌しながら説明する。
【0041】
図7は本発明を適用した固体撮像素子の他の一例の駆動方法についてのクロックのタイミングチャートの一例であり、図7中符号hはφROG4の動作タイミングであり、図7中符号iはφT3の動作タイミングである。
ここで、φROGにはHレベルの時に25V、Lレベルの時に−9V、φROG1にはHレベルの時に5V、Lレベルの時に0V、φROG2にはHレベルの時に10V、Lレベルの時に−3V、φROG3にはHレベルの時に15V、Lレベルの時に−6V、φROG4はHレベルの時に20V、Lレベルの時に−9Vの電圧が印加される。なお、φROG、φROG1、φROG2、φROG3及びφROG4に印加される電圧値は上述した値に限定されるものではない点は上記した本発明を適用した固体撮像装置の一例と同様である。
また、図8は本発明を適用した固体撮像素子の他の一例の駆動方法について図5中符号s5〜s8で示す画素で取り込んだ電荷の転送状態を示した図である。
【0042】
本発明を適用した固体撮像素子の他の一例の駆動方法では、先ず、時刻t1において、φROGをHレベルにすることにより各画素で取り込んだ電荷が共通読み出しパルスによって図8(1)で示す様に、符号(12)、(16)、(19)及び(21)で示す共通読み出しゲートに読み出される。この時、φROG1、φROG2、φROG3、φROG4及びφ1はHレベルであり、φT1、φT2及びφT3はLレベルである。
【0043】
次に、時刻t2〜t10において、上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例の駆動方法と同様にφROG、φROG1、φROG2、φROG3、φ1、φT1及びφT2にパルスを印加することによって、図8(2)〜図8(10)で示す様に、符号(21)で示す共通読み出しゲートに読み出された電荷が符号(3)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部に転送され、符号(19)で示す共通読み出しゲートに読み出された電荷が符号(5)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送され、符号(16)で示す共通読み出しゲートに読み出された電荷が符号(7)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送され、符号(12)で示す共通読み出しゲートに読み出された電荷が符号(11)で示す第4読み出しゲートに読み出される。
【0044】
次に、時刻t11において、φ1をLレベル、φT1、φT2及びφT3をHレベルにすることにより図8(11)に示す様に、符号(3)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(2)で示す第3レジスタ間転送部に転送され、符号(5)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(4)で示す第2レジスタ間転送部に転送され、符号(7)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(6)で示す第1レジスタ間転送部に転送される。
【0045】
次に、時刻t12において、φROG3をHレベル、φROG4をLレベルにすることにより図8(12)に示す様に、符号(11)で示す第4読み出しゲートに読み出された電荷が符号(10)で示す第3読み出しゲートに読み出される。
【0046】
次に、時刻t13において、φROG2をHレベル、φROG3をLレベルにすることにより図8(13)で示す様に、符号(10)で示す第3読み出しゲートに読み出された電荷が符号(9)で示す第2読み出しゲートに読み出される。
【0047】
次に、時刻t14において、φROG1をHレベル、φROG2をLレベルにすることにより図8(14)で示す様に、符号(9)で示す第2読み出しゲートに読み出された電荷が符号(8)で示す第1読み出しゲートに読み出される。
【0048】
次に、時刻t15において、φROG1、φT1、φT2及びφT3をLレベル、φ1をHレベルにすることにより図8(15)で示す様に、符号(2)で示す第3レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(1)で示す第4CCDレジスタの電荷蓄積部に転送され、符号(4)で示す第2レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(3)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部に転送され、符号(6)で示す第1レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(5)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送され、符号(8)で示す第1読み出しゲートに読み出された電荷が符号(7)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0049】
その後、上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例の駆動方法と同様に、φ1とφ2とを交互にHレベル、Lレベルとする通常のCCDレジスタ転送を行い、図5中符号s5で示す画素で取り込まれた電荷は第1CCDレジスタによって水平転送がなされ、図5中符号s6で示す画素で取り込まれた電荷は第2CCDレジスタによって水平転送がなされ、図5中符号s7で示す画素で取り込まれた電荷は第3CCDレジスタによって水平転送がなされ、図5中符号s8で示す画素で取り込まれた電荷は第4CCDレジスタによって水平転送がなされる。
【0050】
上記した本発明を適用した固体撮像素子では、画素パターンを構成する4画素で取り込んだ電荷を各々異なるCCDレジスタで転送することにより、各CCDレジスタのビット数を低減することができ、φ1及びφ2の周波数を低減することが可能である。
【0051】
なお、上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例及び本発明を適用した固体撮像素子の他の一例では、いずれも画素に隣接して共通読み出しゲートが形成されているが、読み出しゲートは多段に構成されることによって、画素で取り込まれた電荷を複数のCCDレジスタに振り分けることができれば充分であって、必ずしも共通読み出しゲートが形成される必要は無く、本発明を適用した固体撮像素子の一例においてはセンサ部から直接電荷を第1読み出しゲート、第2読み出しゲート及び第3読み出しゲートに読み出しても良いし、本発明を適用した固体撮像素子の他の一例においてはセンサ部から直接電荷を第1読み出しゲート、第2読み出しゲート、第3読み出しゲート及び第4読み出しゲートに読み出しても良い。
【0052】
また、上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例では、3画素を一組とする画素パターンを例に挙げ共通読み出しゲートを含めて4段に形成された読み出しゲートによって3本のCCDレジスタに電荷を振り分ける場合について説明し、本発明を適用した固体撮像素子の他の一例では、4画素を一組とする画素パターンを例に挙げ共通読み出しゲートを含めて5段に形成された読み出しゲートによって4本のCCDレジスタに電荷を振り分ける場合について説明したが、電荷の振り分けは必ずしも3本若しくは4本のCCDレジスタである必要は無いのは勿論であって、共通読み出しゲートを含めてn+1段に形成された読み出しゲートによって、n本のCCDレジスタに電荷を振り分けることが可能である。
即ち、s1〜snで示すn画素を一組とする画素パターンを例に挙げて図9を用いて説明すると、第1CCDレジスタ5によって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s1で示す画素には画素に隣接して共通読み出しゲート12、共通読み出しゲートに隣接して第n読み出しゲート20、第n読み出しゲートに隣接して第(n−1)読み出しゲート21・・・第3読み出しゲートに隣接して第2読み出しゲート14、第2読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲート15が形成され、第2CCDレジスタ8によって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s2で示す画素には画素に隣接して共通読み出しゲート、共通読み出しゲートに隣接して第(n−1)読み出しゲート、第(n−1)読み出しゲートに隣接して第(n−2)読み出しゲート22、・・・第3読み出しゲートに隣接して第2読み出しゲート、第2読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲートが形成され、第3CCDレジスタ〜第nCCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s3〜符号snで示す画素についても同様に読み出しゲートが多段に形成されることによって、共通読み出しゲートを含めてn+1段に形成された読み出しゲートによってn本のCCDレジスタに電荷を振り分けることが可能である。なお、図9中符号23は符号s(n−1)で示す画素で取り込まれた電荷の転送が行われる第(n−1)CCDレジスタを示し、図9中符号24は第(n−1)CCDレジスタに隣接して配置され第(n−1)CCDレジスタに転送された電荷を符号snで示す画素で取り込まれた電荷の転送が行われる第nCCDレジスタ25に転送する第(n−1)レジスタ間転送部を示している。
【0053】
図10は、本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例を説明するための平面的な断面図を示す。ここで示す固体撮像素子1は、上記した本発明を適用した固体撮像素子の他の一例と同様にセンサ部2、読み出しゲート3、第1FD部4、第1CCDレジスタ5、第1レジスタ間転送部6、第2FD部7、第2CCDレジスタ8、第2レジスタ間転送部9、第3FD部10、第3CCDレジスタ11、第3レジスタ間転送部16、第4FD部17及び第4CCDレジスタ18とを備える。
【0054】
なお、第1CCDレジスタ、第2CCDレジスタ、第3CCDレジスタ及び第4CCDレジスタはいずれも2相駆動であり、φ1、φ2が印加され、φ1及びφ2は各々Hレベル及びLレベルの2値をとり、これらにより電荷の転送が行われる点は上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例及び本発明を適用した固体撮像素子の他の一例と同様である。
また、第1レジスタ間転送部、第2レジスタ間転送部及び第3レジスタ間転送部にはφT1、φT2及びφT3が印加され、φT1、φT2及びφT3は各々Hレベル及びLレベルの2値をとり、レジスタ間転送パルスがHレベルの際に第1レジスタ間転送部または第2レジスタ間転送部または第3レジスタ間転送部に電荷が転送される点についても上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例及び本発明を適用した固体撮像素子の他の一例と同様である。
【0055】
ここで、読み出しゲートは、センサ部の4画素を一組とする画素パターンの一の画素で取り込んだ電荷を第1CCDレジスタで転送でき、画素パターンの他の一の画素で取り込んだ電荷を第2CCDレジスタで転送でき、画素パターンの更に他の一の画素で取り込んだ電荷を第3CCDレジスタで転送でき、画素パターンのまた更に他の一の画素で取り込んだ電荷を第4CCDレジスタで転送できるように3段に形成されている。
即ち、図10中符号s5〜s8で示す4画素を一組とする画素パターンを例に挙げて図11を用いて説明すると、第1CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s5で示す画素及び第2CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号7で示す画素は、画素に隣接して共通読み出しゲート12が形成され、共通読み出しゲートに隣接して第2読み出しゲート14、第2読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲート15が形成されている。また、第3CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s6で示す画素及び第4CCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s8で示す画素は、画素に隣接して共通読み出しゲートが形成され、共通読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲートが形成されている。
なお、図11中符号(1)〜(24)は、電荷の転送状態の説明の便宜を考慮して付したものである。
【0056】
ここで、共通読み出しゲート、第1読み出しゲート及び第2読み出しゲートにはφROG、φROG1及びφROG2が印加され、φROG、φROG1及びφROG2は各々Hレベル及びLレベルの2値をとり、読み出しパルスがHレベルの際に電荷の読み出しが行われる点は上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例及び本発明を適用した固体撮像素子の他の一例と同様である。
また、図11中符号符号(3)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部、図11中符号(7)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部、図11中符号(8)で示す第4CCDレジスタの電荷蓄積部及び図11中符号(12)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部にはいずれもφ1が印加されるように形成されており、図11中符号(1)で示す第4CCDレジスタの電荷蓄積部、図11中符号(5)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部、図11中符号(10)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部及び図11中符号(14)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部にはいずれもφ2が印加されるように形成されている。
【0057】
以下、上記の様に構成された本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例の駆動方法について図10中符号s5〜s8で示す画素で取り込んだ電荷の転送状態を示した図を参酌しながら説明する。
【0058】
図12は本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例の駆動方法についてのクロックのタイミングチャートの一例であり、図12中符号jはφ2の動作タイミングである。
ここで、φROGにはHレベルの時に15V、Lレベルの時に−3V、φROG1にはHレベルの時に5V、Lレベルの時に0V、φROG2にはHレベルの時に10V、Lレベルの時に−3Vの電圧が印加される。なお、φROG、φROG1及びφROG2に印加される電圧値は上述した値に限定されるものではない点は上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例及び本発明を適用した固体撮像素子の他の一例と同様である。
また、図13は本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例の駆動方法について図10中符号s5〜s8で示す画素で取り込んだ電荷の転送状態を示した図である。
【0059】
本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例の駆動方法では、先ず、時刻t1において、φROGをHレベルにすることにより各画素で取り込んだ電荷が共通読み出しパルスによって図13(1)で示す様に、符号(17)、(19)、(22)及び(24)で示す共通読み出しゲートに読み出される。この時、φROG1、φROG2及びφ2はHレベルであり、φ1、φT1、φT2及びφT3はLレベルである。
【0060】
次に、時刻t2において、φROGをLレベルにすることにより共通読み出しゲートに読み出された電荷が図13(2)で示す様に、符号(16)、(18)、(21)及び(23)で示す第1読み出しゲート及び第2読み出しゲートに読み出される。
【0061】
次に、時刻t3において、φROG1をLレベルにすることにより図13(3)で示す様に、符号(23)で示す第1読み出しゲートに読み出された電荷が符号(14)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0062】
次に、時刻t4において、φ2をLレベル、φT1をHレベルにすることにより図13(4)で示す様に、符号(14)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(13)で示す第1レジスタ間転送部に転送される。
【0063】
次に、時刻t5において、φ1をHレベル、φT1をLレベルにすることにより図13(5)で示す様に、符号(13)で示す第1レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(12)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送されると共に、符号(18)で示す第1読み出しゲートから符号(7)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部への電荷の転送が開始される。
【0064】
次に、時刻t6において、φROG1をLレベルにすることにより図13(6)で示す様に、符号(18)で示す第1読み出しゲートに読み出された電荷が符号(7)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0065】
次に、時刻t7において、φROG1をHレベル、φROG2をLレベルにすることにより図13(7)で示す様に、符号(21)で示す第2読み出しゲートに読み出された電荷が符号(20)で示す第1読み出しゲートに読み出されると共に、符号(16)で示す第2読み出しゲートに読み出された電荷が符号(15)で示す第1読み出しゲートに読み出される。
【0066】
次に、時刻t8において、φ1をLレベル、φT2をHレベルにすることにより図13(8)に示す様に、符号(12)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(11)で示す第2レジスタ間転送部に転送される。
【0067】
次に、時刻t9において、φT1をHレベルにすることにより図13(9)に示す様に、符号(7)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(6)で示す第1レジスタ間転送部に転送される。
【0068】
次に、時刻t10において、φ2をHレベル、φT2をLレベルにすることにより図13(10)に示す様に、符号(11)で示す第2レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(10)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0069】
次に、時刻t11において、φT1をLレベルにすることにより図13(11)に示す様に、符号(6)で示す第1レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(5)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0070】
次に、時刻t12において、φROG1をLレベルにすることにより図13(12)に示す様に、符号(20)で示す第1読み出しゲートに読み出された電荷が符号(14)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0071】
次に、時刻t13において、φROG1及びφT3をHレベル、φ2をLレベルにすることにより図13(13)に示す様に、符号(10)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(9)で示す第3レジスタ間転送部に転送される。
【0072】
次に、時刻t14において、φT2をHレベルにすることにより図13(14)に示す様に、符号(5)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(4)で示す第2レジスタ間転送部に転送される。
【0073】
次に、時刻t15において、φT1をHレベルにすることにより図13(15)に示す様に、符号(14)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送された電荷が符号(13)で示す第1レジスタ間転送部に転送される。
【0074】
次に、時刻t16において、φ1をHレベル、φT3をLレベルにすることにより図13(16)に示す様に、符号(9)で示す第3レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(8)で示す第4CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0075】
次に、時刻t17において、φT2をLレベルにすることにより図13(17)に示す様に、符号(4)で示す第2レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(3)で示す第3CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0076】
次に、時刻t18において、φT1をLレベルにすることにより図13(18)に示す様に、符号(13)で示す第1レジスタ間転送部に転送された電荷が符号(12)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0077】
次に、時刻t19において、φROG1をLレベルにすることにより図13(19)に示す様に、符号(15)で示す第1読み出しゲートに読み出された電荷が符号(7)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送される。
【0078】
その後、上述した本発明を適用した固体撮像素子の一例及び本発明を適用した固体撮像素子の他の一例の駆動方法と同様に、φ1とφ2とを交互にHレベル、Lレベルとする通常のCCDレジスタ転送を行い、図10中符号s5で示す画素で取り込まれた電荷は第1CCDレジスタによって水平転送がなされ、図10中符号s6で示す画素で取り込まれた電荷は第3CCDレジスタによって水平転送がなされ、図10中符号s7で示す画素で取り込まれた電荷は第2CCDレジスタによって水平転送がなされ、図10中符号s8で示す画素で取り込まれた電荷は第4CCDレジスタによって水平転送がなされる。
【0079】
なお、上記した本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例の駆動方法では、時刻t3における符号(18)で示す第1読み出しゲート、時刻t8における符号(7)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部、時刻t12における符号(15)で示す第1読み出しゲート、時刻t13における符号(5)で示す第2CCDレジスタの電荷蓄積部及び符号(14)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部、時刻t14における符号(14)で示す第1CCDレジスタの電荷蓄積部ではLレベルのパルスが印加されているが、CCDレジスタの電荷蓄積部は図14に示す様にStorage部26とTransfer部27とから成り、印加される水平駆動パルスが同一である場合にはStorage部がTransfer部よりもポテンシャルが深くなる様に構成されているために、電荷の逆流を生じることは無い。
【0080】
上記した本発明を適用した固体撮像素子では、画素パターンを構成する4画素で取り込んだ電荷を各々異なるCCDレジスタで転送することにより、各CCDレジスタのビット数を低減することができ、φ1及びφ2の周波数を低減することが可能である。
また、上記した本発明を適用した固体撮像素子では、読み出しゲート及び第1CCDレジスタによって各画素で取り込んだ電荷の振り分けを行うことができ、読み出しゲートの段数を減少することが可能である。
また、読み出しゲートの段数の減少ができることにより、読み出しゲートに印加する読み出しパルスの数を減少させることが可能である。
【0081】
なお、本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例では、画素に隣接して共通読み出しゲートが形成されているが、必ずしも共通読み出しゲートが形成されている必要が無い点は上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例及び本発明を適用した固体撮像素子の他の一例と同様である。
【0082】
また、本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例では、4画素を一組とする画素パターンを例に挙げ共通読み出しゲートを含めて3段に形成された読み出しゲートによって4本のCCDレジスタに電荷を振り分ける場合について説明したが、電荷の振り分けは必ずしも4本のCCDレジスタである必要は無いのは勿論であって、共通読み出しゲートを含めて(n/2)+1段(但しnは偶数)に形成された読み出しゲートによって、n本のCCDレジスタに電荷を振り分けることが可能である。
即ち、s1〜snで示すn画素を一組とする画素パターンを例に挙げて図15を用いて説明すると、第1CCDレジスタ5によって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s1で示す画素及び第2CCDレジスタ8によって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s{(n/2)+1}で示す画素には画素に隣接して共通読み出しゲート12、共通読み出しゲートに隣接して第(n/2)読み出しゲート28、第(n/2)読み出しゲートに隣接して第{(n/2)−1}読み出しゲート29・・・第3読み出しゲートに隣接して第2読み出しゲート14、第2読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲート15が形成され、第3CCDレジスタ(図示せず)によって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s2で示す画素及び第4CCDレジスタ(図示せず)によって取り込まれた電荷の転送が行われる符号{(n/2)+2}で示す画素には画素に隣接して共通読み出しゲート、共通読み出しゲートに隣接して第{(n/2)−1}読み出しゲート、第{(n/2)−1}読み出しゲートに隣接して第{(n/2)−2}読み出しゲート30・・・第3読み出しゲートに隣接して第2読み出しゲート、第2読み出しゲートに隣接して第1読み出しゲートが形成され、第5CCDレジスタ〜第nCCDレジスタによって取り込まれた電荷の転送が行われる符号s3〜s(n/2)及び符号s{(n/2)+3}〜snで示す画素についても同様に読み出しゲートが多段に形成されることによって、共通読み出しゲートを含めて(n/2)+1段に形成された読み出しゲートによってn本のCCDレジスタに電荷を振り分けることが可能である。なお、符号s1〜s(n/2)で示す画素で取り込まれた電荷は第1CCDレジスタに印加されるφ1によって第1読み出しゲートから第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送され、符号s{(n/2)+1}〜snで示す画素で取り込まれた電荷は第1CCDレジスタに印加されるφ2によって第1読み出しゲートから第1CCDレジスタの電荷蓄積部に転送されるように形成されている。
【0083】
なお、上記した本発明を適用した固体撮像素子の一例、本発明を適用した固体撮像素子の他の一例及び本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例では、φROG、φROG1、φROG2、φROG3及びφROG4に印加するHレベル及びLレベルの電圧値を変化させることによって電荷の先送りや電荷の逆流を防止しているが、共通読み出しゲート、第1読み出しゲート、第2読み出しゲート、第3読み出しゲート及び第4読み出しゲートの各々に水平電荷転送部の様にTransfer部及びStorage部を形成し、印加される電圧値が同一である場合にはStorage部がTransfer部よりもポテンシャルが深くなるように構成することによって電荷の先送りや電荷の逆流を防止しても良い。
【0084】
【発明の効果】
以上述べてきた如く、本発明の固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法によれば、電荷の転送速度の向上を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した固体撮像素子の一例を説明するための平面的な模式図である。
【図2】本発明を適用した固体撮像素子の一例の読み出しゲートを説明するための模式図である。
【図3】本発明を適用した固体撮像素子の一例の駆動方法についてのクロックのタイミングチャートの一例である。
【図4】本発明を適用した固体撮像素子の一例の駆動方法について図1中符号s4、s5及びs6で示す画素で取り込んだ電荷の転送状態を示した図である。
【図5】本発明を適用した固体撮像素子の他の一例を説明するための平面的な断面図である。
【図6】本発明を適用した固体撮像素子の他の一例の読み出しゲートを説明するための模式図である。
【図7】本発明を適用した固体撮像素子の他の一例の駆動方法についてのクロックのタイミングチャートの一例である。
【図8】本発明を適用した固体撮像素子の他の一例の駆動方法について図5中符号s5〜s8で示す画素で取り込んだ電荷の転送状態を示した図である。
【図9】共通読み出しゲートを含めてn+1段に形成された読み出しゲートによるn本のCCDレジスタへの電荷の振り分けを説明するための模式図である。
【図10】本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例を説明するための平面的な断面図である。
【図11】本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例の読み出しゲートを説明するための模式図である。
【図12】本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例の駆動方法についてのクロックのタイミングチャートの一例である。
【図13】本発明を適用した固体撮像素子の更に他の一例の駆動方法について図10中符号s5〜s8で示す画素で取り込んだ電荷の転送状態を示した図である
【図14】CCDレジスタの電荷蓄積部の構成を説明するための模式図である。
【図15】共通読み出しゲートを含めて(n/2)+1段に形成された読み出しゲートによるn本のCCDレジスタへの電荷の振り分けを説明するための模式図である。
【図16】従来のリニアセンサを示す模式図である。
【図17】リニアセンサの水平電荷転送部から電荷電圧変換部までの電位模式図である。
【図18】各パルスの動作タイミングを示す模式図である。
【図19】リニアセンサの出力波形模式図である。
【図20】CDS回路を説明するための模式図である。
【符号の説明】
1 固体撮像素子
2 センサ部
3 読み出しゲート
4 第1FD部
5 第1CCDレジスタ
6 第1レジスタ間転送部
7 第2FD部
8 第2CCDレジスタ
9 第2レジスタ間転送部
10 第3FD部
11 第3CCDレジスタ
12 共通読み出しゲート
13 第3読み出しゲート
14 第2読み出しゲート
15 第1読み出しゲート
16 第3レジスタ間転送部
17 第4FD部
18 第4CCDレジスタ
19 第4読み出しゲート
20 第n読み出しゲート
21 第(n−1)読み出しゲート
22 第(n−2)読み出しゲート
23 第(n−1)CCDレジスタ
24 第(n−1)レジスタ間転送部
25 第nCCDレジスタ
26 Storage部
27 Transfer部
28 第(n/2)読み出しゲート
29 第{(n/2)−1}読み出しゲート
30 第{(n/2)−2}読み出しゲート
Claims (4)
- 3以上の水平電荷転送部を有する固体撮像素子において、
3以上の画素を有する画像取り込み部と、
該画像取り込み部に隣接して配置され前記画像取り込み部で取り込んだ電荷の読み出しを行う多段に形成された読み出しゲートと、
該読み出しゲートに隣接して配置され前記読み出しゲートによって読み出された電荷を出力部側に転送する第1水平電荷転送部と、
該第1水平電荷転送部に隣接して配置され前記第1水平電荷転送部から転送された電荷を出力部側に転送する第2水平電荷転送部と、
該第2水平電荷転送部に隣接して配置され前記第2水平電荷転送部から転送された電荷を出力部側に転送する第3水平電荷転送部とを備え、
多段に形成された前記読み出しゲートの段数は、出力部側に電荷を転送する水平電荷転送部の数に対応して定められた
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 4以上の画素を有する画像取り込み部と、該画像取り込み部に隣接して配置され前記画像取り込み部で取り込んだ電荷の読み出しを行う多段に形成された読み出しゲートと、該読み出しゲートに隣接して配置され前記読み出しゲートによって読み出された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第1水平電荷転送部と、該第1水平電荷転送部に隣接して配置され前記第1水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第2水平電荷転送部と、該第2水平電荷転送部に隣接して配置され前記第2水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第3水平電荷転送部と、該第3水平電荷転送部に隣接して配置され前記第3水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第4水平電荷転送部とを備える4以上の偶数本の水平電荷転送部を有する固体撮像素子であって、
前記第1水平電荷転送部または前記第3水平電荷転送部によって転送される電荷は、前記第1水平電荷転送部に印加された一方の水平駆動パルスにより前記読み出しゲートから第1水平電荷転送部に転送された電荷であり、前記第2水平電荷転送部または前記第4水平電荷転送部によって転送される電荷は、前記第1水平電荷転送部に印加された他方の水平駆動パルスにより前記読み出しゲートから第1水平電荷転送部に転送された電荷であると共に、
多段に形成された前記読み出しゲートの段数は、出力部側に電荷を転送する水平電荷転送部の数に対応して定められた
固体撮像素子。 - 3以上の画素を有する画像取り込み部と、該画像取り込み部に隣接して配置され前記画像取り込み部で取り込んだ電荷の読み出しを行う多段に形成された読み出しゲートと、該読み出しゲートに隣接して配置され前記読み出しゲートによって読み出された電荷を出力部側に転送する第1水平電荷転送部と、該第1水平電荷転送部に隣接して配置され前記第1水平電荷転送部から転送された電荷を出力部側に転送する第2水平電荷転送部と、該第2水平電荷転送部に隣接して配置され前記第2水平電荷転送部から転送された電荷を出力部側に転送する第3水平電荷転送部とを備え、多段に形成された前記読み出しゲートの段数は、出力部側に電荷を転送する水平電荷転送部の数に対応して定められた3以上の水平電荷転送部を有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記3以上の画素を有する画像取り込み部で電荷を取り込む工程と、
前記3以上の画素を有する画像取り込み部で取り込んだ電荷を前記多段に形成された読み出しゲートに読み出す工程と、
前記読み出しゲートに読み出された電荷を前記第1水平電荷転送部に転送する工程と、
前記第1水平電荷転送部に転送された電荷を前記第2水平電荷転送部に転送する工程と、
前記第2水平電荷転送部に転送された電荷を前記第3水平電荷転送部に転送する工程とを備える
固体撮像素子の駆動方法。 - 4以上の画素を有する画像取り込み部と、該画像取り込み部に隣接して配置され前記画像取り込み部で取り込んだ電荷の読み出しを行う多段に形成された読み出しゲートと、該読み出しゲートに隣接して配置され前記読み出しゲートによって読み出された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第1水平電荷転送部と、該第1水平電荷転送部に隣接して配置され前記第1水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第2水平電荷転送部と、該第2水平電荷転送部に隣接して配置され前記第2水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第3水平電荷転送部と、該第3水平電荷転送部に隣接して配置され前記第3水平電荷転送部から転送された電荷を2相駆動により出力部側に転送する第4水平電荷転送部とを備え、多段に形成された前記読み出しゲートの段数は、出力部側に電荷を転送する水平電荷転送部の数に対応して定められた4以上の偶数本の水平電荷転送部を有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記4以上の画素を有する画像取り込み部で電荷を取り込む工程と、
前記4以上の画素を有する画像取り込み部で取り込んだ電荷を前記多段に形成された読み出しゲートに読み出す工程と、前記読み出しゲートに読み出された電荷のうち前記第1水平電荷転送部または第3水平電荷転送部によって転送される電荷を前記第1水平電荷転送部に印加する一方の水平駆動パルスにより第1水平電荷転送部に転送する工程と、
前記読み出しゲートに読み出された電荷のうち前記第2水平電荷転送部または第4水平電荷転送部によって転送される電荷を前記第1水平電荷転送部に印加する他方の水平駆動パルスにより第1水平電荷転送部に転送する工程と、
前記第1水平電荷転送部に転送された電荷を前記第2水平電荷転送部に転送する工程と、
前記第2水平電荷転送部に転送された電荷を前記第3水平電荷転送部に転送する工程と、
前記第3水平電荷転送部に転送された電荷を前記第4水平電荷転送部に転送する工程とを備える
固体撮像素子の駆動方法。
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