JP4276334B2 - 固体撮像装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線状に配置された光電変換部を有する画素列から出力された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタを備えた固体撮像装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の光電変換部を線状に配置したＣＣＤリニアイメージセンサは、スキャナやデジタル複写機などに広く用いられている。この種のＣＣＤリニアイメージセンサは、次第に解像度が高くなる傾向にあり、一列あたりの画素数が五千〜１万画素のＣＣＤリニアイメージセンサも提案されている。画素数が増えると、解像度が高くなる反面、電荷の転送時間が長くなり、撮像したデータの読み出し時間が長くなるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
読み出し時間を短くするには、ＣＣＤリニアイメージセンサの駆動周波数を高くすればよい。ところが、そのためには、ＣＣＤレジスタ内での電荷の転送速度を速くする必要があり、駆動タイミングや駆動波形を変更する他に、高速の信号処理回路も新たに必要になる。
【０００４】
また、ＣＣＤリニアイメージセンサの画素数が増えると、読み出し時間が長くなるだけでなく、ＣＣＤリニアイメージセンサから出力されるデータ量も増えるという問題もある。したがって、蓄積可能なデータ量に制限がある場合や、高解像の画像が必要とされない場合は、解像度を低くして撮像するのが望ましい。すなわち、ＣＣＤリニアイメージセンサで撮像する画像の解像度を任意に変更できるようにするのが望ましい。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極の結線を変更することなく、簡易な手順で解像度を変更可能な固体撮像装置およびその制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、各画素に対応する光電変換部を複数一列に配置した画素列と、前記各光電変換部で光電変換された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタと、を備えた固体撮像装置において、前記ＣＣＤレジスタは、それぞれ半導体基板上に絶縁膜を介して形成された電極ユニットを複数有し、複数の前記電極ユニットに複数相のパルスを順番に印加する第１のモードと、少なくとも一つの電極ユニットを挟んで配置される複数の電極ユニットに前記複数相のパルスを順番に印加するとともに、これら複数の電極ユニットに挟まれる電極ユニットのそれぞれに前記複数相のパルスよりもパルス幅の狭いパルスを印加する第２のモードとのいずれかのモードを任意に選択可能な電極電圧制御手段を備える。
【０００７】
請求項２の発明は、各画素に対応する光電変換部を複数一列に配置した画素列と、前記各光電変換部で光電変換された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタと、を備えた固体撮像装置において、前記ＣＣＤレジスタは、信号電荷の転送方向に対して電荷の逆流を防止する電位勾配を対向基板側で生じさせた状態で駆動される電極ユニットを複数有し、隣接する２組の前記電極ユニットに対して逆相の二相パルスを交互に印加する第１のモードと、少なくとも一つの電極ユニットを挟んでその両側の電極ユニットに前記二相パルスを交互に印加するとともに、これら両側の電極ユニットで挟まれる電極ユニットのそれぞれに前記二相パルスよりもパルス幅の狭いパルスを印加する第２のモードとのいずれかのモードを任意に選択可能な電極電圧制御手段を備える。
【０００８】
請求項１および２の発明では、ＣＣＤレジスタ内の電極ユニットに電圧を印加する手法として、第１および第２のモードを設ける。例えば、通常の解像度を得たい場合は第１のモードを選択し、解像度を低くしたい場合は第２のモードを選択する。第２のモードのときは、光電変換部からＣＣＤレジスタ内に転送されてきた信号電荷を複数画素分合成することで、解像度を低くする。
【０００９】
請求項３の発明では、２画素分の信号電荷を合成することで、解像度を２分の１にする。
【００１０】
請求項４の発明では、４画素分の信号電荷を合成することで、解像度を４分の１にする。
【００１１】
請求項５の発明では、２ｎ画素分の信号電荷を合成することで、解像度を２ｎ分の１にする。
【００１２】
請求項６の発明では、画素列を挟んで両側にＣＣＤレジスタを配置するため、信号電荷の転送速度を上げることができる。
【００１３】
請求項７の発明では、リセット用トランジスタのオン・オフを制御する制御パルスをＣＣＤレジスタ内の電極ユニットに印加するため、電極電圧設定手段の構成を簡略化できる。
【００１４】
請求項８の発明では、第１のモード時に、二相パルスを構成する一方のパルスの立ち上がりエッジタイミングと、他方のパルスの立ち下がりエッジタイミングとを所定期間ずらすため、電荷が隣接画素を飛び越えて転送されるような不具合を防止できる。
【００１５】
請求項９の発明は、各画素に対応する光電変換部を複数一列に配置した画素列と、前記各光電変換部で光電変換された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタと、を備えた固体撮像装置の制御方法において、前記ＣＣＤレジスタには、それぞれ信号電荷の転送方向に対して電荷の逆流を防止する電位勾配を対向基板側で生じさせた状態で駆動される電極ユニットが複数設けられ、隣接する二組の前記電極ユニットに対して互いに逆相の二相パルスを交互に印加するか、あるいは、少なくとも一つの電極ユニットを挟んでその両側の電極ユニットに前記二相パルスを交互に印加するとともに、これら両側の電極ユニットで挟まれる電極ユニットに前記二相パルスよりもパルス幅の狭いパルスを印加する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体撮像装置およびその制御方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る固体撮像装置の第１の実施形態の平面構成を示す図、図２は図１の固体撮像装置の全体構成を示す図である。
【００１８】
第１の実施形態の固体撮像装置は、図２に示すように、複数の感光画素１が線状に配置された画素列２と、その両側に配置されたシフト電極３と、各シフト電極３の外側に配置されたＣＣＤレジスタ４と、ＣＣＤレジスタ４の出力端子に接続された出力回路５とを備える。
【００１９】
画素列２で光電変換により発生した信号電荷は、シフト電極３を介してＣＣＤレジスタ４に転送された後、図２の矢印の向きに従って、ＣＣＤレジスタ４内を順次移動する。ＣＣＤレジスタ４の端まで移動した電荷は、出力回路５に転送されて出力信号に変換される。
【００２０】
図１は図２の点線部分の詳細構成を示している。図示のように、ＣＣＤレジスタ４は、一列に配置された複数の転送電極６を備えており、隣接する２つの転送電極６は一つの電極ペア（以下、電極ユニット６と呼ぶ）を構成しており、各電極ユニット６には同一の電圧が印加される。各電極ユニット６に印加される電圧は、図１に点線で示した電極電圧設定部（電極電圧設定手段）１０から供給される。電極電圧設定部１０は、図１に示した各構成要素と同一チップ内に設けてもよいが、別のチップに設けてもよい。
【００２１】
図３は図１のＡ−Ａ線断面図である。図示のように、電極ユニット６を構成する一方の転送電極６の直下には絶縁膜を介してＮ-領域１１が形成され、他方の転送電極６の直下には絶縁膜を介してＮ領域１２が形成されている。これにより、ペアを構成する転送電極６下の基板内に電位勾配が形成されて、電荷の逆流が防止される。
【００２２】
第１の実施形態は、転送電極６の結線を変更することなく、通常の解像度と、その２分の１の解像度とを任意に設定変更できるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
第１の実施形態では、図１に示すように、一つの電極ユニット６を挟んでその両側の電極ユニット６は、共通の電圧線Ｌａに接続されている。また、これら両側の電極ユニット６で挟まれる電極ユニット６は、電圧線ＬｂまたはＬｃに交互に接続されている。
【００２４】
図４は通常の解像度のときに電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに印加される電圧の時間変化を示す図である。図示のように、電圧線Ｌａには電圧φ１が、電圧線Ｌｂ，Ｌｃには電圧φ２がそれぞれ印加される。すなわち、通常の解像度のときには、隣接する電極ユニット６には、交互に逆相の電圧を印加される。本実施形態では、通常の解像度のときの電極ユニット６への電圧印加方法を第１のモードと呼ぶ。
【００２５】
一方、図５（ａ）は解像度が２分の１のときに電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに印加される電圧φ１〜φ３の時間変化を示す図である。図示のように、電圧線Ｌａには電圧φ３が、電圧線Ｌｂには電圧φ１が、電圧線Ｌｃには電圧φ２がそれぞれ印加される。すなわち、解像度が２分の１のときには、一つの電極ユニット６を挟んでその両側の電極ユニット６には、パルス幅の狭い逆相の電圧φ１，φ２が交互に印加され、これら両側の電極ユニット６で挟まれる電極ユニット６には、パルス幅の狭い電圧φ３が印加される。本実施形態では、解像度が２分の１のときの電極ユニット６への電圧印加方法を第２のモードと呼ぶ。
【００２６】
図５（ｂ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｃに印加される電圧と解像度との関係を示す図である。図示のように、第１の実施形態では、電圧線Ｌａ〜Ｌｃに印加する電圧を切り換えるだけで、解像度を変更することができる。
【００２７】
図６は通常の解像度のときの電荷の転送の様子を示す図である。図中のＴ１〜Ｔ３は、図４の期間Ｔ１〜Ｔ３に対応している。図４の期間Ｔ１のときに、画素列２からの信号電荷は電圧ＳＨが供給されるシフト電極３を介してＣＣＤレジスタ４に転送される。このとき、電圧φ１は高電圧であるため、シフト電極３からの信号電荷は電圧φ１が印加される電極ユニット６の直下（図６（ａ）の丸印位置）に転送される。
【００２８】
その後、期間Ｔ２になると、電圧φ１が低電圧に、電圧φ２が高電圧になるため、図６（ｂ）の矢印に従って、信号電荷は隣の電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００２９】
次に、期間Ｔ３になると、電圧φ１が高電圧に、電圧φ２が低電圧になるため、図６（ｃ）の矢印に従って、信号電荷は隣の電圧φ１が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００３０】
このように、隣り合う電極ユニット６に交互に逆位相の電圧を印加することにより、信号電荷を図２の矢印の向きに順々に転送させることができる。
【００３１】
図７は解像度が２分の１のときの電荷の転送の様子を示す図である。図中のＴ１〜Ｔ７は、図５（ａ）の期間Ｔ１〜Ｔ７に対応している。期間Ｔ１のときに、画素列２からの信号電荷はシフト電極３を介してＣＣＤレジスタ４に転送される。このとき、電圧φ３は高電圧であるため、シフト電極３からの信号電荷は電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下（図７（ａ）の丸印位置）に転送される。
【００３２】
その後、期間Ｔ２になると、電圧φ３が低電圧になるため、図７（ｂ）の矢印に従って、電圧φ３が印加される一部の電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ１が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００３３】
その後、期間Ｔ３になると、電圧φ１が低電圧に、電圧φ２が高電圧になるため、図７（ｃ）の矢印に従って、電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に残っている信号電荷がその隣の電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００３４】
その後、期間Ｔ４になると、電圧φ３が高電圧になるため、図７（ｄ）の矢印に従って、電圧φ１が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００３５】
その後、期間Ｔ５になると、電圧φ３が低電圧になるため、図７（ｅ）の矢印に従って、電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下に移動し、信号電荷同士が合流する（図７（ｅ）の二重丸）。
【００３６】
その後、期間Ｔ６になると、電圧φ１が高電圧に、電圧φ２が低電圧になるため、図７（ｆ）に示すように、電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷の電位が変化する。
【００３７】
その後、期間Ｔ７になると、電圧φ３が高電圧になるため、図７（ｇ）の矢印に従って、電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００３８】
以上に説明したように、解像度を２分の１にする場合には、３種類の電圧パルスφ１〜φ３が必要になる。このため、図１の電極電圧設定部１０で新たな電圧を生成している。
【００３９】
ここで、出力回路５の出力電圧を初期設定するために、ＣＣＤレジスタ４の出力端子と出力回路５との間にリセット用のトランジスタを設ける場合がある。リセット用のトランジスタのゲート端子には、周期的に電圧パルスが印加されるため、この電圧パルスを上述した電圧φ３として用いてもよい。
【００４０】
図８はリセット用のトランジスタＱ１を有する固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図示のように、ＣＣＤレジスタ４の出力端子と出力回路５の入力端子との間には、リセット用トランジスタＱ１とコンデンサＣ１とが接続されている。
【００４１】
ＣＣＤレジスタ４内を転送してきた信号電荷は、リセット用トランジスタＱ１とコンデンサＣ１との間の浮遊拡散層２１に蓄積される。浮遊拡散層２１は、蓄積電荷に応じた電圧になり、この電圧は出力回路５に入力される。浮遊拡散層２１の電位は、リセット用トランジスタＱ１のゲート端子に入力される電圧パルスφRSにより周期的にリセットされる。この電圧パルスφRSを利用すれば、電極電圧設定部１０で新たな電圧φ３を容易に生成することができる。
【００４２】
このように、第１の実施形態は、一つの電極ユニット６を挟んでその両側の電極ユニット６に逆位相の電圧φ１，φ２を交互に印加し、かつ、これら両側の電極ユニット６で挟まれた電極ユニット６にパルス幅の狭い電圧φ３を印加するため、駆動タイミングの簡単な変更で、解像度の切り換えを行うことができる。
【００４３】
また、浮遊拡散層２１の電位を初期化する電圧パルスφRSを電極ユニット６にも供給するようにすれば、電極電圧設定部１０の構成を簡略化することができる。
【００４４】
第２のモードにおいて、Ｌａ（φ３）に直流電圧を印加しても同様の効果が得られる。例えばφ２からφ１電極へ移動する場合、Ｌａ（φ３）の電位をφ１，φ２の中間になる様電圧印加する（図７（ｆ）の点線）。但し、この時は各電極下の電位差が小さくなり、駆動・製造マージンが狭くなる。あるいは、図５において、期間Ｔ１とＴ２の間で、Ｌａ（φ３）の電位をφ１とφ２の中間電圧に設定し、そのままその電圧を保持してもよい。
【００４５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、電極の結線を変更することなく、解像度を４分の１にするものである。
【００４６】
図９は固体撮像装置の第２の実施形態の平面構成図である。図９の固体撮像装置は、図２と同様に、画素列２と、シフト電極３と、ＣＣＤレジスタ４と、出力回路（図示せず）５とを備える。
【００４７】
図９に示すように、三つの電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃを挟んでその両側の電極ユニット６ｄ，６ｅには、それぞれ電圧線Ｌａ，Ｌｅが接続されている。間に挟まれる三つの電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃにはそれぞれ、電圧線Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄが接続されている。
【００４８】
図１０（ａ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｅに印加される電圧φ１〜φ５の時間変化を示す図、図１０（ｂ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｅに印加される電圧と解像度との関係を示す図である。
【００４９】
図示のように、通常の解像度の場合には、電圧線Ｌａ，Ｌｃ，Ｌｅには電圧φ１が、電圧線Ｌｂ，Ｌｄには電圧φ２がそれぞれ印加される。すなわち、通常の解像度のときには、隣接する電極ユニット６には、逆相の電圧が交互に印加される。
【００５０】
一方、解像度が２分の１の場合には、電圧線Ｌａには電圧φ３が、電圧線Ｌｂには電圧φ１が、電圧線Ｌｃには電圧φ３が、電圧線Ｌｄには電圧φ２が、電圧線Ｌｅには電圧φ３がそれぞれ印加される。すなわち、解像度が２分の１のときには、一つの電極ユニット６を挟んでその両側の電極ユニット６には、交互に逆相の電圧φ１，φ２が印加され、これら両側の電極ユニット６の間に挟まれる電極ユニット６には、電圧φ３が印加される。
【００５１】
一方、解像度が４分の１の場合には、電圧線Ｌａには電圧φ１が、電圧線Ｌｂには電圧φ５が、電圧線Ｌｃには電圧φ３が、電圧線Ｌｄには電圧φ４が、電圧線Ｌｅには電圧φ２がそれぞれ印加される。すなわち、解像度が４分の１のときには、三つの電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃを挟んでその両側の電極ユニット６ｄ，６ｅには、交互に逆相の電圧φ１，φ２が印加され、これら両側の電極ユニット６ｄ，６３の間に挟まれる電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃにはそれぞれ電圧φ５，φ３，φ４が印加される。
【００５２】
図１１は解像度が４分の１のときの電荷の転送の様子を示す図である。図１１のＴ１〜Ｔ９は、図１０（ａ）の期間Ｔ１〜Ｔ９に対応している。図１１の期間Ｔ１のときに、画素列２からの信号電荷はシフト電極３を介してＣＣＤレジスタ４に転送される。このとき、電圧φ４，φ５は高電圧であるため、シフト電極３からの信号電荷は、電圧φ４，φ５が印加される電極ユニットの直下（図１１（ａ）の丸印位置）に転送される。
【００５３】
その後、期間Ｔ２になると、電圧φ４は低電圧になるため、図１１（ｂ）の矢印に従って、電圧φ４が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００５４】
その後、期間Ｔ３になると、電圧φ３，φ５が順次低電圧になるため、図１１（ｃ）の矢印に従って、電圧φ３，φ５が印加される一部の電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ１が印加される電極の直下まで移動する。このとき、信号電荷が合流する（図１１（ｃ）の二重丸）。
【００５５】
その後、期間Ｔ４になると、電圧φ１が低電圧に、電圧φ２が高電圧になるため、図１１（ｄ）の矢印に従って、電圧φ５が印加される電極ユニット６の直下に残っている信号電荷がその隣の電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００５６】
また、電圧φ４が高電圧になっているため、電圧φ１が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ４が印加される電極ペア６の直下に移動する。
【００５７】
その後、期間Ｔ５になると、電圧φ３が高電圧に、電圧φ４が低電圧になるため、図１１（ｅ）の矢印に従って、電圧φ４が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００５８】
その後、期間Ｔ６になると、電圧φ３が低電圧に、電圧φ５が高電圧になるため、図１１（ｆ）の矢印に従って、電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷が電圧φ５が印加されるその隣の電極ユニット６の直下に移動する。
【００５９】
その後、期間Ｔ７になると、電圧φ５が低電圧になるため、図１１（ｇ）の矢印に従って、電圧φ５が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ２が印加される電極ユニットの直下に移動する。このとき、信号電荷が合流する（図１１（ｇ）の三重丸）。
【００６０】
その後、期間Ｔ８になると、電圧φ２が低電圧になり、電圧φ４が高電圧になっているため、図１１（ｈ）に示すように、電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電極ユニット６の直下に移動する。
【００６１】
その後、期間Ｔ９になると、電圧φ３が高電圧に、電圧φ４が低電圧になるため、図１１（ｉ）の矢印に従って、電圧φ４が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷はその隣の電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００６２】
このように、第２の実施形態は、解像度を４分の１にする場合には、三つの電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃを挟んでその両側の電極ユニット６ｄ，６ｅに互いに逆位相の電圧を印加し、これら両側の電極ユニット６ｄ，６ｅの間に挟まれた三つの電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃにそれぞれ異なる位相の電圧パルスを印加するようにしたため、通常の解像度のときと駆動タイミングを大きく変更することなく、解像度を４分の１にすることができる。すなわち、電圧線Ｌａ〜Ｌｅに印加する電圧を変更するだけで、解像度を３通りに変更できるため、固体撮像装置の構造を簡略化することができる。
【００６３】
（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態では、通常の解像度のときは、複数の電圧線に同一の電圧パルスを供給している。例えば、図１は、電圧線Ｌｂ，Ｌｃに同一の電圧パルスφ２を供給する例を示している。
【００６４】
ところが、電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのそれぞれごとに負荷が異なるため、実際には、各電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの電圧変化タイミングは同一にはならない場合がある。
【００６５】
図１２は電圧線Ｌｂ，Ｌｃに同一の電圧パルスを供給した場合の各電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの電圧変化タイミングを示す図である。図１２は、時刻Ｔｂのときに、電圧線Ｌａ，Ｌｂが同時に変化し、電圧線Ｌｃの電圧が時刻Ｔｂよりも遅れて変化する例を示している。
【００６６】
また、図１３は図１２の時刻Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃにおける電荷の転送の様子を示す図である。時刻Ｔｂのときには、電圧線Ｌａはハイレベルに、電圧線Ｌｂはローレベルに変化するが、電圧線Ｌｃはまだハイレベルのままである。このため、時刻Ｔａのときに電圧線Ｌｂから電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下にいた電荷は、時刻Ｔｂにおいてその隣の電圧線Ｌａから電圧φ１が印加される電極ユニット６を通過して、さらにその隣の電圧線Ｌｃから電圧φ２が印加される電極ユニット６下にまで転送されてしまう。すなわち、１電極ユニット分、余計に転送されて隣接画素位置の電荷と合流してしまい、所望の解像度が得られなくなる。
【００６７】
そこで、以下に説明する第３の実施形態は、通常解像度モード時に、各電圧線に供給される二相パルスの位相を互いにずらすことにより、電荷の合流が起きないようにしている。
【００６８】
図１４は固体撮像装置の第３の実施形態のタイミング図、図１５は図１４の時刻Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃの電荷の転送の様子を示す図である。図１４のタイミング図は、図１のように３つの電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを有する固体撮像装置における通常解像度モード時のタイミング図を示している。
【００６９】
第３の実施形態は、電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに供給される二相パルスのうち、一方の電圧パルスの立ち上がりタイミングと、他方の電圧パルスの立ち下がりタイミングとを互いにずらす点に特徴がある。より具体的には、図１４に示すように、電圧φ１がハイレベルになる時刻Ｔｂから所定時間が経過した後に電圧φ２がローレベルになるようにする。
【００７０】
電圧線Ｌａがハイレベルになった時点（図１４の時刻Ｔｂ）では、まだ、電圧線Ｌｂ，Ｌｃともハイレベルであるため、図１５（ｂ）に示すような電荷状態になり、その後、時刻Ｔｃになると、電荷は図１５（ｃ）に示すように１電極ユニット分転送される。この場合、各電圧線に寄生する負荷の違いに基づき、時刻Ｔｃにおいて、電圧線Ｌｃの電圧が電圧線Ｌｂの電圧より遅れて変化しても、図１３に示されるように電荷の合流は発生しない。
【００７１】
このように、第３の実施形態では、通常解像度のときに、二相パルスを構成する２種類の電圧パルスの位相を互いにずらすため、電圧レベルが変化する際に、電荷が１画素分飛び越して転送されるような不具合が起きなくなる。
【００７２】
なお、図１４では、電圧φ１がハイレベルに変化するタイミングと電圧φ２がローレベルに変化するタイミングとをずらす例を説明したが、電圧φ１がローレベルに変化するタイミングと電圧φ２がハイレベルに変化するタイミングとをずらしてもよい。また、前者と後者を組み合わせもよく、さらに２種類の電圧パルスの位相の前後関係についても、特に限定されない。
【００７３】
（その他の実施形態）
第１および第２の実施形態では、解像度を２分の１、４分の１にする例を説明したが、本発明は、電極の結線方法を変更することにより、上述した解像度以外の解像度も得ることができる。
【００７４】
例えば、２ｎ分の１の解像度（ただし、ｎは１以上の整数）を得たい場合は、２ｎ−１個の電極ユニット６を挟んでその両側の電極ユニット６に逆位相の二相電圧を交互に印加し、これら両側の電極ユニット６の間に挟まれた２ｎ−１個の電極ユニット６に、二相電圧よりもパルス幅が狭くてそれぞれ異なる位相の電圧パルスを印加すればよい。
【００７５】
上述した実施形態では、画素列が一列のＣＣＤリニアイメージセンサを例にとって説明したが、複数列の画素列を有するＣＣＤリニアイメージセンサにも同様に適用可能である。
【００７６】
また、図２では、画素列２で光電変換された信号電荷を、画素列２を挟んで両側に振り分ける例を説明したが、一方向のみに転送してもよい。さらに、二相パルスで電極を駆動する２相駆動方式以外の、単相、３相、４相駆動方式などの固体撮像装置に本発明を適用することもできる。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ＣＣＤレジスタ内の電極に印加する電圧を変えるだけで解像度を変更できるため、解像度を変更する際の制御を簡略化でき、固体撮像装置の構造が複雑になるおそれもなく、また、電極の結線を変更する必要もない。
【００７８】
また、リセット用スイッチング素子のオン・オフを制御する制御パルスをＣＣＤレジスタ内の電極に印加できるため、電極に印加するための新たな電圧を容易に生成することが可能になり、電極電圧設定手段の構成を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１の実施形態の平面構成を示す図。
【図２】図１の固体撮像装置の全体構成を示す図。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図４】通常の解像度のときに電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに印加される電圧の時間変化を示す図。
【図５】（ａ）は解像度が２分の１のときに電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに印加される電圧の時間変化を示す図、（ｂ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｃに印加される電圧と解像度との関係を示す図。
【図６】通常の解像度のときの電荷の転送の様子を示す図。
【図７】解像度が２分の１のときの電荷の転送の様子を示す図。
【図８】リセット用のトランジスタを有する固体撮像装置の概略構成を示すブロック図。
【図９】固体撮像装置の第２の実施形態の平面構成図。
【図１０】（ａ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｅに印加される電圧φ１〜φ５の時間変化を示す図、（ｂ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｅに印加される電圧と解像度との関係を示す図。
【図１１】解像度が４分の１のときの電荷の転送の様子を示す図。
【図１２】電圧線Ｌｂ，Ｌｃに同一の電圧パルスを供給した場合の各電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの電圧変化タイミングを示す図。
【図１３】図１２の時刻Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃにおける電荷の転送の様子を示す図。
【図１４】固体撮像装置の第３の実施形態のタイミング図。
【図１５】図１４の時刻Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃの電荷の転送の様子を示す図。
【符号の説明】
１ 感光画素（光電変換部）
２ 画素列
３ シフト電極
４ ＣＣＤレジスタ
５ 出力回路
６ 転送電極
１０ 電極電圧設定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、線状に配置された光電変換部を有する画素列から出力された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタを備えた固体撮像装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の光電変換部を線状に配置したＣＣＤリニアイメージセンサは、スキャナやデジタル複写機などに広く用いられている。この種のＣＣＤリニアイメージセンサは、次第に解像度が高くなる傾向にあり、一列あたりの画素数が五千〜１万画素のＣＣＤリニアイメージセンサも提案されている。画素数が増えると、解像度が高くなる反面、電荷の転送時間が長くなり、撮像したデータの読み出し時間が長くなるという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
読み出し時間を短くするには、ＣＣＤリニアイメージセンサの駆動周波数を高くすればよい。ところが、そのためには、ＣＣＤレジスタ内での電荷の転送速度を速くする必要があり、駆動タイミングや駆動波形を変更する他に、高速の信号処理回路も新たに必要になる。
【０００４】
また、ＣＣＤリニアイメージセンサの画素数が増えると、読み出し時間が長くなるだけでなく、ＣＣＤリニアイメージセンサから出力されるデータ量も増えるという問題もある。したがって、蓄積可能なデータ量に制限がある場合や、高解像の画像が必要とされない場合は、解像度を低くして撮像するのが望ましい。すなわち、ＣＣＤリニアイメージセンサで撮像する画像の解像度を任意に変更できるようにするのが望ましい。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極の結線を変更することなく、簡易な手順で解像度を変更可能な固体撮像装置およびその制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、各画素に対応する光電変換部を複数一列に配置した画素列と、前記各光電変換部で光電変換された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタと、を備えた固体撮像装置において、前記ＣＣＤレジスタは、それぞれ半導体基板上に絶縁膜を介して形成された電極ユニットを複数有し、複数の前記電極ユニットに複数相のパルスを順番に印加する第１のモードと、少なくとも一つの電極ユニットを挟んで配置される複数の電極ユニットに前記複数相のパルスを順番に印加するとともに、これら複数の電極ユニットに挟まれる電極ユニットのそれぞれに前記複数相のパルスよりもパルス幅の狭いパルスを印加する第２のモードとのいずれかのモードを任意に選択可能な電極電圧制御手段を備える。
【０００７】
請求項２の発明は、各画素に対応する光電変換部を複数一列に配置した画素列と、前記各光電変換部で光電変換された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタと、を備えた固体撮像装置において、前記ＣＣＤレジスタは、信号電荷の転送方向に対して電荷の逆流を防止する電位勾配を対向基板側で生じさせた状態で駆動される電極ユニットを複数有し、隣接する２組の前記電極ユニットに対して逆相の二相パルスを交互に印加する第１のモードと、少なくとも一つの電極ユニットを挟んでその両側の電極ユニットに前記二相パルスを交互に印加するとともに、これら両側の電極ユニットで挟まれる電極ユニットのそれぞれに前記二相パルスよりもパルス幅の狭いパルスを印加する第２のモードとのいずれかのモードを任意に選択可能な電極電圧制御手段を備える。
【０００８】
請求項１および２の発明では、ＣＣＤレジスタ内の電極ユニットに電圧を印加する手法として、第１および第２のモードを設ける。例えば、通常の解像度を得たい場合は第１のモードを選択し、解像度を低くしたい場合は第２のモードを選択する。第２のモードのときは、光電変換部からＣＣＤレジスタ内に転送されてきた信号電荷を複数画素分合成することで、解像度を低くする。
【０００９】
請求項３の発明では、２画素分の信号電荷を合成することで、解像度を２分の１にする。
【００１０】
請求項４の発明では、４画素分の信号電荷を合成することで、解像度を４分の１にする。
【００１１】
請求項５の発明では、２ｎ画素分の信号電荷を合成することで、解像度を２ｎ分の１にする。
【００１２】
請求項６の発明では、画素列を挟んで両側にＣＣＤレジスタを配置するため、信号電荷の転送速度を上げることができる。
【００１３】
請求項７の発明では、リセット用トランジスタのオン・オフを制御する制御パルスをＣＣＤレジスタ内の電極ユニットに印加するため、電極電圧設定手段の構成を簡略化できる。
【００１４】
請求項８の発明では、第１のモード時に、二相パルスを構成する一方のパルスの立ち上がりエッジタイミングと、他方のパルスの立ち下がりエッジタイミングとを所定期間ずらすため、電荷が隣接画素を飛び越えて転送されるような不具合を防止できる。
【００１５】
請求項９の発明は、各画素に対応する光電変換部を複数一列に配置した画素列と、前記各光電変換部で光電変換された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタと、を備えた固体撮像装置の制御方法において、前記ＣＣＤレジスタには、それぞれ信号電荷の転送方向に対して電荷の逆流を防止する電位勾配を対向基板側で生じさせた状態で駆動される電極ユニットが複数設けられ、隣接する二組の前記電極ユニットに対して互いに逆相の二相パルスを交互に印加するか、あるいは、少なくとも一つの電極ユニットを挟んでその両側の電極ユニットに前記二相パルスを交互に印加するとともに、これら両側の電極ユニットで挟まれる電極ユニットに前記二相パルスよりもパルス幅の狭いパルスを印加する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体撮像装置およびその制御方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る固体撮像装置の第１の実施形態の平面構成を示す図、図２は図１の固体撮像装置の全体構成を示す図である。
【００１８】
第１の実施形態の固体撮像装置は、図２に示すように、複数の感光画素１が線状に配置された画素列２と、その両側に配置されたシフト電極３と、各シフト電極３の外側に配置されたＣＣＤレジスタ４と、ＣＣＤレジスタ４の出力端子に接続された出力回路５とを備える。
【００１９】
画素列２で光電変換により発生した信号電荷は、シフト電極３を介してＣＣＤレジスタ４に転送された後、図２の矢印の向きに従って、ＣＣＤレジスタ４内を順次移動する。ＣＣＤレジスタ４の端まで移動した電荷は、出力回路５に転送されて出力信号に変換される。
【００２０】
図１は図２の点線部分の詳細構成を示している。図示のように、ＣＣＤレジスタ４は、一列に配置された複数の転送電極６を備えており、隣接する２つの転送電極６は一つの電極ペア（以下、電極ユニット６と呼ぶ）を構成しており、各電極ユニット６には同一の電圧が印加される。各電極ユニット６に印加される電圧は、図１に点線で示した電極電圧設定部（電極電圧設定手段）１０から供給される。電極電圧設定部１０は、図１に示した各構成要素と同一チップ内に設けてもよいが、別のチップに設けてもよい。
【００２１】
図３は図１のＡ−Ａ線断面図である。図示のように、電極ユニット６を構成する一方の転送電極６の直下には絶縁膜を介してＮ-領域１１が形成され、他方の転送電極６の直下には絶縁膜を介してＮ領域１２が形成されている。これにより、ペアを構成する転送電極６下の基板内に電位勾配が形成されて、電荷の逆流が防止される。
【００２２】
第１の実施形態は、転送電極６の結線を変更することなく、通常の解像度と、その２分の１の解像度とを任意に設定変更できるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
第１の実施形態では、図１に示すように、一つの電極ユニット６を挟んでその両側の電極ユニット６は、共通の電圧線Ｌａに接続されている。また、これら両側の電極ユニット６で挟まれる電極ユニット６は、電圧線ＬｂまたはＬｃに交互に接続されている。
【００２４】
図４は通常の解像度のときに電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに印加される電圧の時間変化を示す図である。図示のように、電圧線Ｌａには電圧φ１が、電圧線Ｌｂ，Ｌｃには電圧φ２がそれぞれ印加される。すなわち、通常の解像度のときには、隣接する電極ユニット６には、交互に逆相の電圧を印加される。本実施形態では、通常の解像度のときの電極ユニット６への電圧印加方法を第１のモードと呼ぶ。
【００２５】
一方、図５（ａ）は解像度が２分の１のときに電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに印加される電圧φ１〜φ３の時間変化を示す図である。図示のように、電圧線Ｌａには電圧φ３が、電圧線Ｌｂには電圧φ１が、電圧線Ｌｃには電圧φ２がそれぞれ印加される。すなわち、解像度が２分の１のときには、一つの電極ユニット６を挟んでその両側の電極ユニット６には、パルス幅の狭い逆相の電圧φ１，φ２が交互に印加され、これら両側の電極ユニット６で挟まれる電極ユニット６には、パルス幅の狭い電圧φ３が印加される。本実施形態では、解像度が２分の１のときの電極ユニット６への電圧印加方法を第２のモードと呼ぶ。
【００２６】
図５（ｂ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｃに印加される電圧と解像度との関係を示す図である。図示のように、第１の実施形態では、電圧線Ｌａ〜Ｌｃに印加する電圧を切り換えるだけで、解像度を変更することができる。
【００２７】
図６は通常の解像度のときの電荷の転送の様子を示す図である。図中のＴ１〜Ｔ３は、図４の期間Ｔ１〜Ｔ３に対応している。図４の期間Ｔ１のときに、画素列２からの信号電荷は電圧ＳＨが供給されるシフト電極３を介してＣＣＤレジスタ４に転送される。このとき、電圧φ１は高電圧であるため、シフト電極３からの信号電荷は電圧φ１が印加される電極ユニット６の直下（図６（ａ）の丸印位置）に転送される。
【００２８】
その後、期間Ｔ２になると、電圧φ１が低電圧に、電圧φ２が高電圧になるため、図６（ｂ）の矢印に従って、信号電荷は隣の電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００２９】
次に、期間Ｔ３になると、電圧φ１が高電圧に、電圧φ２が低電圧になるため、図６（ｃ）の矢印に従って、信号電荷は隣の電圧φ１が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００３０】
このように、隣り合う電極ユニット６に交互に逆位相の電圧を印加することにより、信号電荷を図２の矢印の向きに順々に転送させることができる。
【００３１】
図７は解像度が２分の１のときの電荷の転送の様子を示す図である。図中のＴ１〜Ｔ７は、図５（ａ）の期間Ｔ１〜Ｔ７に対応している。期間Ｔ１のときに、画素列２からの信号電荷はシフト電極３を介してＣＣＤレジスタ４に転送される。このとき、電圧φ３は高電圧であるため、シフト電極３からの信号電荷は電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下（図７（ａ）の丸印位置）に転送される。
【００３２】
その後、期間Ｔ２になると、電圧φ３が低電圧になるため、図７（ｂ）の矢印に従って、電圧φ３が印加される一部の電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ１が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００３３】
その後、期間Ｔ３になると、電圧φ１が低電圧に、電圧φ２が高電圧になるため、図７（ｃ）の矢印に従って、電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に残っている信号電荷がその隣の電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００３４】
その後、期間Ｔ４になると、電圧φ３が高電圧になるため、図７（ｄ）の矢印に従って、電圧φ１が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００３５】
その後、期間Ｔ５になると、電圧φ３が低電圧になるため、図７（ｅ）の矢印に従って、電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下に移動し、信号電荷同士が合流する（図７（ｅ）の二重丸）。
【００３６】
その後、期間Ｔ６になると、電圧φ１が高電圧に、電圧φ２が低電圧になるため、図７（ｆ）に示すように、電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷の電位が変化する。
【００３７】
その後、期間Ｔ７になると、電圧φ３が高電圧になるため、図７（ｇ）の矢印に従って、電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００３８】
以上に説明したように、解像度を２分の１にする場合には、３種類の電圧パルスφ１〜φ３が必要になる。このため、図１の電極電圧設定部１０で新たな電圧を生成している。
【００３９】
ここで、出力回路５の出力電圧を初期設定するために、ＣＣＤレジスタ４の出力端子と出力回路５との間にリセット用のトランジスタを設ける場合がある。リセット用のトランジスタのゲート端子には、周期的に電圧パルスが印加されるため、この電圧パルスを上述した電圧φ３として用いてもよい。
【００４０】
図８はリセット用のトランジスタＱ１を有する固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図示のように、ＣＣＤレジスタ４の出力端子と出力回路５の入力端子との間には、リセット用トランジスタＱ１とコンデンサＣ１とが接続されている。
【００４１】
ＣＣＤレジスタ４内を転送してきた信号電荷は、リセット用トランジスタＱ１とコンデンサＣ１との間の浮遊拡散層２１に蓄積される。浮遊拡散層２１は、蓄積電荷に応じた電圧になり、この電圧は出力回路５に入力される。浮遊拡散層２１の電位は、リセット用トランジスタＱ１のゲート端子に入力される電圧パルスφRSにより周期的にリセットされる。この電圧パルスφRSを利用すれば、電極電圧設定部１０で新たな電圧φ３を容易に生成することができる。
【００４２】
このように、第１の実施形態は、一つの電極ユニット６を挟んでその両側の電極ユニット６に逆位相の電圧φ１，φ２を交互に印加し、かつ、これら両側の電極ユニット６で挟まれた電極ユニット６にパルス幅の狭い電圧φ３を印加するため、駆動タイミングの簡単な変更で、解像度の切り換えを行うことができる。
【００４３】
また、浮遊拡散層２１の電位を初期化する電圧パルスφRSを電極ユニット６にも供給するようにすれば、電極電圧設定部１０の構成を簡略化することができる。
【００４４】
第２のモードにおいて、Ｌａ（φ３）に直流電圧を印加しても同様の効果が得られる。例えばφ２からφ１電極へ移動する場合、Ｌａ（φ３）の電位をφ１，φ２の中間になる様電圧印加する（図７（ｆ）の点線）。但し、この時は各電極下の電位差が小さくなり、駆動・製造マージンが狭くなる。あるいは、図５において、期間Ｔ１とＴ２の間で、Ｌａ（φ３）の電位をφ１とφ２の中間電圧に設定し、そのままその電圧を保持してもよい。
【００４５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、電極の結線を変更することなく、解像度を４分の１にするものである。
【００４６】
図９は固体撮像装置の第２の実施形態の平面構成図である。図９の固体撮像装置は、図２と同様に、画素列２と、シフト電極３と、ＣＣＤレジスタ４と、出力回路（図示せず）５とを備える。
【００４７】
図９に示すように、三つの電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃを挟んでその両側の電極ユニット６ｄ，６ｅには、それぞれ電圧線Ｌａ，Ｌｅが接続されている。間に挟まれる三つの電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃにはそれぞれ、電圧線Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄが接続されている。
【００４８】
図１０（ａ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｅに印加される電圧φ１〜φ５の時間変化を示す図、図１０（ｂ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｅに印加される電圧と解像度との関係を示す図である。
【００４９】
図示のように、通常の解像度の場合には、電圧線Ｌａ，Ｌｃ，Ｌｅには電圧φ１が、電圧線Ｌｂ，Ｌｄには電圧φ２がそれぞれ印加される。すなわち、通常の解像度のときには、隣接する電極ユニット６には、逆相の電圧が交互に印加される。
【００５０】
一方、解像度が２分の１の場合には、電圧線Ｌａには電圧φ３が、電圧線Ｌｂには電圧φ１が、電圧線Ｌｃには電圧φ３が、電圧線Ｌｄには電圧φ２が、電圧線Ｌｅには電圧φ３がそれぞれ印加される。すなわち、解像度が２分の１のときには、一つの電極ユニット６を挟んでその両側の電極ユニット６には、交互に逆相の電圧φ１，φ２が印加され、これら両側の電極ユニット６の間に挟まれる電極ユニット６には、電圧φ３が印加される。
【００５１】
一方、解像度が４分の１の場合には、電圧線Ｌａには電圧φ１が、電圧線Ｌｂには電圧φ５が、電圧線Ｌｃには電圧φ３が、電圧線Ｌｄには電圧φ４が、電圧線Ｌｅには電圧φ２がそれぞれ印加される。すなわち、解像度が４分の１のときには、三つの電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃを挟んでその両側の電極ユニット６ｄ，６ｅには、交互に逆相の電圧φ１，φ２が印加され、これら両側の電極ユニット６ｄ，６３の間に挟まれる電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃにはそれぞれ電圧φ５，φ３，φ４が印加される。
【００５２】
図１１は解像度が４分の１のときの電荷の転送の様子を示す図である。図１１のＴ１〜Ｔ９は、図１０（ａ）の期間Ｔ１〜Ｔ９に対応している。図１１の期間Ｔ１のときに、画素列２からの信号電荷はシフト電極３を介してＣＣＤレジスタ４に転送される。このとき、電圧φ４，φ５は高電圧であるため、シフト電極３からの信号電荷は、電圧φ４，φ５が印加される電極ユニットの直下（図１１（ａ）の丸印位置）に転送される。
【００５３】
その後、期間Ｔ２になると、電圧φ４は低電圧になるため、図１１（ｂ）の矢印に従って、電圧φ４が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００５４】
その後、期間Ｔ３になると、電圧φ３，φ５が順次低電圧になるため、図１１（ｃ）の矢印に従って、電圧φ３，φ５が印加される一部の電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ１が印加される電極の直下まで移動する。このとき、信号電荷が合流する（図１１（ｃ）の二重丸）。
【００５５】
その後、期間Ｔ４になると、電圧φ１が低電圧に、電圧φ２が高電圧になるため、図１１（ｄ）の矢印に従って、電圧φ５が印加される電極ユニット６の直下に残っている信号電荷がその隣の電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００５６】
また、電圧φ４が高電圧になっているため、電圧φ１が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ４が印加される電極ペア６の直下に移動する。
【００５７】
その後、期間Ｔ５になると、電圧φ３が高電圧に、電圧φ４が低電圧になるため、図１１（ｅ）の矢印に従って、電圧φ４が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００５８】
その後、期間Ｔ６になると、電圧φ３が低電圧に、電圧φ５が高電圧になるため、図１１（ｆ）の矢印に従って、電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷が電圧φ５が印加されるその隣の電極ユニット６の直下に移動する。
【００５９】
その後、期間Ｔ７になると、電圧φ５が低電圧になるため、図１１（ｇ）の矢印に従って、電圧φ５が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電圧φ２が印加される電極ユニットの直下に移動する。このとき、信号電荷が合流する（図１１（ｇ）の三重丸）。
【００６０】
その後、期間Ｔ８になると、電圧φ２が低電圧になり、電圧φ４が高電圧になっているため、図１１（ｈ）に示すように、電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷がその隣の電極ユニット６の直下に移動する。
【００６１】
その後、期間Ｔ９になると、電圧φ３が高電圧に、電圧φ４が低電圧になるため、図１１（ｉ）の矢印に従って、電圧φ４が印加される電極ユニット６の直下の信号電荷はその隣の電圧φ３が印加される電極ユニット６の直下に移動する。
【００６２】
このように、第２の実施形態は、解像度を４分の１にする場合には、三つの電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃを挟んでその両側の電極ユニット６ｄ，６ｅに互いに逆位相の電圧を印加し、これら両側の電極ユニット６ｄ，６ｅの間に挟まれた三つの電極ユニット６ａ，６ｂ，６ｃにそれぞれ異なる位相の電圧パルスを印加するようにしたため、通常の解像度のときと駆動タイミングを大きく変更することなく、解像度を４分の１にすることができる。すなわち、電圧線Ｌａ〜Ｌｅに印加する電圧を変更するだけで、解像度を３通りに変更できるため、固体撮像装置の構造を簡略化することができる。
【００６３】
（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態では、通常の解像度のときは、複数の電圧線に同一の電圧パルスを供給している。例えば、図１は、電圧線Ｌｂ，Ｌｃに同一の電圧パルスφ２を供給する例を示している。
【００６４】
ところが、電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのそれぞれごとに負荷が異なるため、実際には、各電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの電圧変化タイミングは同一にはならない場合がある。
【００６５】
図１２は電圧線Ｌｂ，Ｌｃに同一の電圧パルスを供給した場合の各電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの電圧変化タイミングを示す図である。図１２は、時刻Ｔｂのときに、電圧線Ｌａ，Ｌｂが同時に変化し、電圧線Ｌｃの電圧が時刻Ｔｂよりも遅れて変化する例を示している。
【００６６】
また、図１３は図１２の時刻Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃにおける電荷の転送の様子を示す図である。時刻Ｔｂのときには、電圧線Ｌａはハイレベルに、電圧線Ｌｂはローレベルに変化するが、電圧線Ｌｃはまだハイレベルのままである。このため、時刻Ｔａのときに電圧線Ｌｂから電圧φ２が印加される電極ユニット６の直下にいた電荷は、時刻Ｔｂにおいてその隣の電圧線Ｌａから電圧φ１が印加される電極ユニット６を通過して、さらにその隣の電圧線Ｌｃから電圧φ２が印加される電極ユニット６下にまで転送されてしまう。すなわち、１電極ユニット分、余計に転送されて隣接画素位置の電荷と合流してしまい、所望の解像度が得られなくなる。
【００６７】
そこで、以下に説明する第３の実施形態は、通常解像度モード時に、各電圧線に供給される二相パルスの位相を互いにずらすことにより、電荷の合流が起きないようにしている。
【００６８】
図１４は固体撮像装置の第３の実施形態のタイミング図、図１５は図１４の時刻Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃの電荷の転送の様子を示す図である。図１４のタイミング図は、図１のように３つの電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを有する固体撮像装置における通常解像度モード時のタイミング図を示している。
【００６９】
第３の実施形態は、電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに供給される二相パルスのうち、一方の電圧パルスの立ち上がりタイミングと、他方の電圧パルスの立ち下がりタイミングとを互いにずらす点に特徴がある。より具体的には、図１４に示すように、電圧φ１がハイレベルになる時刻Ｔｂから所定時間が経過した後に電圧φ２がローレベルになるようにする。
【００７０】
電圧線Ｌａがハイレベルになった時点（図１４の時刻Ｔｂ）では、まだ、電圧線Ｌｂ，Ｌｃともハイレベルであるため、図１５（ｂ）に示すような電荷状態になり、その後、時刻Ｔｃになると、電荷は図１５（ｃ）に示すように１電極ユニット分転送される。この場合、各電圧線に寄生する負荷の違いに基づき、時刻Ｔｃにおいて、電圧線Ｌｃの電圧が電圧線Ｌｂの電圧より遅れて変化しても、図１３に示されるように電荷の合流は発生しない。
【００７１】
このように、第３の実施形態では、通常解像度のときに、二相パルスを構成する２種類の電圧パルスの位相を互いにずらすため、電圧レベルが変化する際に、電荷が１画素分飛び越して転送されるような不具合が起きなくなる。
【００７２】
なお、図１４では、電圧φ１がハイレベルに変化するタイミングと電圧φ２がローレベルに変化するタイミングとをずらす例を説明したが、電圧φ１がローレベルに変化するタイミングと電圧φ２がハイレベルに変化するタイミングとをずらしてもよい。また、前者と後者を組み合わせもよく、さらに２種類の電圧パルスの位相の前後関係についても、特に限定されない。
【００７３】
（その他の実施形態）
第１および第２の実施形態では、解像度を２分の１、４分の１にする例を説明したが、本発明は、電極の結線方法を変更することにより、上述した解像度以外の解像度も得ることができる。
【００７４】
例えば、２ｎ分の１の解像度（ただし、ｎは１以上の整数）を得たい場合は、２ｎ−１個の電極ユニット６を挟んでその両側の電極ユニット６に逆位相の二相電圧を交互に印加し、これら両側の電極ユニット６の間に挟まれた２ｎ−１個の電極ユニット６に、二相電圧よりもパルス幅が狭くてそれぞれ異なる位相の電圧パルスを印加すればよい。
【００７５】
上述した実施形態では、画素列が一列のＣＣＤリニアイメージセンサを例にとって説明したが、複数列の画素列を有するＣＣＤリニアイメージセンサにも同様に適用可能である。
【００７６】
また、図２では、画素列２で光電変換された信号電荷を、画素列２を挟んで両側に振り分ける例を説明したが、一方向のみに転送してもよい。さらに、二相パルスで電極を駆動する２相駆動方式以外の、単相、３相、４相駆動方式などの固体撮像装置に本発明を適用することもできる。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ＣＣＤレジスタ内の電極に印加する電圧を変えるだけで解像度を変更できるため、解像度を変更する際の制御を簡略化でき、固体撮像装置の構造が複雑になるおそれもなく、また、電極の結線を変更する必要もない。
【００７８】
また、リセット用スイッチング素子のオン・オフを制御する制御パルスをＣＣＤレジスタ内の電極に印加できるため、電極に印加するための新たな電圧を容易に生成することが可能になり、電極電圧設定手段の構成を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１の実施形態の平面構成を示す図。
【図２】図１の固体撮像装置の全体構成を示す図。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図４】通常の解像度のときに電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに印加される電圧の時間変化を示す図。
【図５】（ａ）は解像度が２分の１のときに電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに印加される電圧の時間変化を示す図、（ｂ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｃに印加される電圧と解像度との関係を示す図。
【図６】通常の解像度のときの電荷の転送の様子を示す図。
【図７】解像度が２分の１のときの電荷の転送の様子を示す図。
【図８】リセット用のトランジスタを有する固体撮像装置の概略構成を示すブロック図。
【図９】固体撮像装置の第２の実施形態の平面構成図。
【図１０】（ａ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｅに印加される電圧φ１〜φ５の時間変化を示す図、（ｂ）は電圧線Ｌａ〜Ｌｅに印加される電圧と解像度との関係を示す図。
【図１１】解像度が４分の１のときの電荷の転送の様子を示す図。
【図１２】電圧線Ｌｂ，Ｌｃに同一の電圧パルスを供給した場合の各電圧線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの電圧変化タイミングを示す図。
【図１３】図１２の時刻Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃにおける電荷の転送の様子を示す図。
【図１４】固体撮像装置の第３の実施形態のタイミング図。
【図１５】図１４の時刻Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃの電荷の転送の様子を示す図。
【符号の説明】
１ 感光画素（光電変換部）
２ 画素列
３ シフト電極
４ ＣＣＤレジスタ
５ 出力回路
６ 転送電極
１０ 電極電圧設定部
Claims (9)
- 各画素に対応する光電変換部を複数一列に配置した画素列と、
前記各光電変換部で光電変換された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタと、を備えた固体撮像装置において、
前記ＣＣＤレジスタは、それぞれ半導体基板上に絶縁膜を介して形成された電極ユニットを複数有し、
複数の前記電極ユニットに複数相のパルスを順番に印加する第１のモードと、少なくとも一つの電極ユニットを挟んで配置される複数の電極ユニットに前記複数相のパルスを順番に印加するとともに、これら複数の電極ユニットに挟まれる電極ユニットのそれぞれに前記複数相のパルスよりもパルス幅の狭いパルスまたは、直流電圧を印加する第２のモードとのいずれかのモードを任意に選択可能な電極電圧制御手段を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 各画素に対応する光電変換部を複数一列に配置した画素列と、
前記各光電変換部で光電変換された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタと、を備えた固体撮像装置において、
前記ＣＣＤレジスタは、それぞれ信号電荷の転送方向に対して電荷の逆流を防止する電位勾配を対向基板側で生じさせた状態で駆動される電極ユニットを複数有し、
隣接する２組の前記電極ユニットに対して逆相の二相パルスを交互に印加する第１のモードと、少なくとも一つの電極ユニットを挟んでその両側の電極ユニットに前記二相パルスを交互に印加するとともに、これら両側の電極ユニットで挟まれる電極ユニットのそれぞれに前記二相パルスよりもパルス幅の狭いパルスまたは、直流電圧を印加する第２のモードとのいずれかのモードを任意に選択可能な電極電圧制御手段を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記電極電圧制御手段は、前記第２のモードのときには、一個の電極ユニットを挟んでその両側の電極ユニットに前記二相パルスを交互に印加することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
- 前記電極電圧制御手段は、前記第２のモードのときには、三個の電極ユニットを挟んでその両側の電極ユニットに前記二相パルスを交互に印加し、前記三個の電極ユニットには前記二相パルスよりもパルス幅が狭くてそれぞれ異なるタイミングのパルスを印加することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
- 前記電極電圧制御手段は、解像度を１／２ｎ（ただし、ｎは１以上の整数）にする場合には、２ｎ−１個の電極ユニットを挟んでその両側の電極ユニットに前記二相パルスを交互に印加し、前記両側の電極ユニットで挟まれる前記２ｎ−１個の電極ユニットには前記二相パルスよりもパルス幅が狭くてそれぞれ異なるタイミングのパルスを印加することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
- 前記ＣＣＤレジスタは、前記画素列を挟んで両側に配置され前記各光電変換部で光電変換された信号電荷を略等量ずつ転送する第１および第２の電荷転送部を有し、
前記電極電圧制御手段は、前記第１および第２の電荷転送部のそれぞれが有する複数個の電極ユニットに対して、前記第１または第２のモードで電圧を印加することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記ＣＣＤレジスタから転送される信号電荷が順次出力され、その電荷量に応じて電位が変化する浮遊領域と、
前記浮遊領域を所定電位に設定するリセット用スイッチング素子と、を備え、
前記第２のモードのときには、前記リセット用スイッチング素子のオン・オフを制御する制御パルスが前記パルス幅の狭いパルスとして用いられることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記電極電圧制御手段は、前記第１のモードを選択したときに、前記二相パルスを構成する一方のパルスの立ち上がりエッジタイミングと、他方のパルスの立ち下がりエッジタイミングとを実質的にずらすことを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 各画素に対応する光電変換部を複数一列に配置した画素列と、
前記各光電変換部で光電変換された信号電荷を所定の方向に順次転送するＣＣＤレジスタと、を備えた固体撮像装置の制御方法において、
前記ＣＣＤレジスタには、それぞれ信号電荷の転送方向に対して電荷の逆流を防止する電位勾配を対向基板側で生じさせた状態で駆動される電極ユニットが複数設けられ、
隣接する二組の前記電極ユニットに対して互いに逆相の二相パルスを交互に印加するか、あるいは、少なくとも一つの電極ユニットを挟んでその両側の電極ユニットに前記二相パルスを交互に印加するとともに、これら両側の電極ユニットで挟まれる電極ユニットに前記二相パルスよりもパルス幅の狭いパルスまたは、直流電圧を印加することを特徴とする固体撮像装置の制御方法。
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| JP17328999A JP4276334B2 (ja) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | 固体撮像装置およびその制御方法 |
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| JP17328999A JP4276334B2 (ja) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | 固体撮像装置およびその制御方法 |
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