JP4366884B2 - 固体撮像素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（電荷結合素子）カラーリニアセンサに用いて好適な固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばカラー対応のファクシミリやプリンタに用いられるラインスキャナには、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各色に関する入射光量に応じた信号電荷を蓄積する受光部あるいは電荷蓄積部（画素）を色ごとに一次元的に配列したセンサ列と、これらのセンサ列に対応して各色ごとに信号電荷を出力部へ転送する転送レジスタとを備えた固体撮像素子（３ラインＣＣＤカラーリニアセンサ）が用いられている。
【０００３】
この種の３ラインＣＣＤカラーリニアセンサ等においては、受光部における信号電荷の蓄積期間を調整するタイプに関し、各色独立のＲＯＧ（リードアウトゲート）パルスにより各色の蓄積期間を調整するタイプ（以下、第１のタイプという。）と、各色独立のシャッタゲートパルスにより各色の蓄積期間を調整するタイプ（以下、第２のタイプという。）の２種類がある。
【０００４】
図４は、第１のタイプのリニアセンサの駆動タイミングの一例を示している。このタイプの固体撮像素子における各色の蓄積期間の調整は、青色、赤色、緑色の各色独立の３種類のリードアウトゲートパルスφＲＯＧ（Ｂ），φＲＯＧ（Ｒ），φＲＯＧ（Ｇ）で実現され、各色ごとに印加される読出しパルスの印加間隔によって、各色独立に信号電荷の蓄積期間（Ｂ），（Ｒ），（Ｇ）を調整するようにしている。なお図では簡単のために、各色の感度の比がＲ：Ｇ：Ｂ＝２：３：１の場合を示しており、青色に関する蓄積期間（Ｂ）に対して緑色に関する蓄積期間（Ｇ）は１／３、赤色に関する蓄積期間（Ｒ）は２／３となっている。
【０００５】
例えば緑色に関するセンサ列においては、無効期間（Ｇ）の間に蓄積された電荷は時刻ｔ０に読み出され、出力部へ向けて転送レジスタを転送されるが、この期間に蓄積された電荷は信号処理には使用されない。これに対し、蓄積期間（Ｇ）の間に蓄積された電荷は時刻ｔ１に読み出され、出力部へ向けて転送レジスタを転送されて信号処理に使用される。
【０００６】
第１のタイプのリニアセンサでは、赤色、青色に関するセンサ列の蓄積期間（Ｒ），（Ｂ）は、緑色に関する蓄積期間（Ｇ）の２倍、３倍に調整される。また、無効期間（Ｇ），（Ｒ）に蓄積された電荷を一度読み出して出力部へ送り出すために、最低１ライン分の読出し期間が必要となる。すなわち、このタイプのリニアセンサでは、蓄積期間の調整レンジが大きく、また、蓄積期間が長いという特徴がある。
【０００７】
一方、図５は、第２のタイプのリニアセンサの駆動タイミングの一例を示している。このタイプのリニアセンサにおける各色の蓄積期間の調整は、青色、赤色、緑色共通のリードアウトゲートパルスφＲＯＧと、各色独立の３種類のシャッタゲートパルスφＳＨＵＴ（Ｂ），φＳＨＵＴ（Ｒ），φＳＨＵＴ（Ｇ）で実現される。このタイプのリニアセンサでは、シャッタゲートパルスがＯＮ（Ｈレベル）になった時点でそれ以前に蓄積された電荷を受光部から掃き捨てる電子シャッタ機能を用いており、時刻ｔ０からｔ１までの１ラインの期間において各色ごとに任意にシャッタゲートパルスを印加することによって、各色独立に信号電荷の蓄積期間（Ｂ），（Ｒ），（Ｇ）を調整するようにしている。なお図では簡単のために、各色の感度の比がＲ：Ｇ：Ｂ＝２：３：１の場合を示している。
【０００８】
第２のタイプのリニアセンサでは、第１のタイプのリニアセンサと比較して、各色の蓄積期間の調整を１ラインの中で細かく行うことができ、しかも無効期間に蓄積された電荷を読み出す必要はないので電荷蓄積期間を短くできる。その一方で、各色共通のリードアウトゲートパルスと合わせて計４種類のクロックパルスが必要になると共に、シャッタゲートパルスが出力部のアンプ回路に対して影響を与えるという側面をもつ。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のリニアセンサは、信号電荷の蓄積期間の調整の仕方に上記第１のタイプと第２のタイプの何れかしかなく、両タイプの機能を兼ね備えたリニアセンサは存在していなかった。このため、ユーザーにとっては目的や仕様に応じて何れかのタイプのリニアセンサを選択しなければならなず、他方、メーカーにとっては各タイプごとに製造ラインが必要で生産量の調整も困難であった。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、各色独立のリードアウトゲートパルスにより各色の蓄積期間を調整するモードと、各色独立のシャッタゲートパルスにより各色の蓄積期間を調整するモードの何れにも対応することができる固体撮像素子を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するに当たり、本発明の固体撮像素子は、各色独立のリードアウトゲートパルス（ＲＯＧパルス）により各色の電荷蓄積部における信号電荷の蓄積期間を調整する第１の調整手段と、各色独立のシャッタゲートパルスにより各色の電荷蓄積部における信号電荷の蓄積期間を調整する第２の調整手段と、これら第１，第２の調整手段を選択的に切り替える切替手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、第１の調整手段と第２の調整手段とを切替手段の切替により選択することができるように構成されているので、１つの固体撮像素子で、各色独立のリードアウトゲートパルスによる各色の電荷蓄積期間を調整するモードと、各色独立のシャッタゲートパルスによる各色の電荷蓄積期間を調整するモードの双方に対応することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態による固体撮像素子として、３ラインＣＣＤカラーリニアセンサ（以下、リニアセンサという。）１の概略構成を示している。すなわちリニアセンサ１は、赤色（Ｒ）に関する電荷蓄積部（画素）のみが一次元的に配列されたセンサ列１１Ｒと、緑色（Ｇ）に関する電荷蓄積部のみが一次元的に配列されたセンサ列１１Ｇと、青色（Ｂ）に関する電荷蓄積部のみが一次元的に配列されたセンサ列１１Ｂとがそれぞれ並列に配置され、更に各センサ列１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂごとに転送レジスタ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂが配置されて、各各色ごとに１ライン分ずつ線順次に出力するように構成されている。
【００１５】
図２は本実施の形態のリニアセンサ１の詳細を示す回路構成図である。赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）に関する入射光量に応じた信号電荷を蓄積する電荷蓄積部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂと、各色に対応して配置された転送レジスタ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂとの間には、リードアウトゲート２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂがそれぞれ配置されている。これらリードアウトゲート２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが配置される電荷蓄積部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂの反対側にはシャッタゲート２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが配置され、これに隣接して信号電荷が掃き捨てられるシャッタドレイン２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが配置されている。リードアウトゲート２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ及びシャッタゲートパルス２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂには、後述するスイッチ回路３４を介して所定のリードアウトゲートパルス及びシャッタゲートパルスが印加される。
【００１６】
赤色のセンサに関するリードアウトゲートパルスφＲＯＧ（Ｒ）及びシャッタゲートパルスφＳＨＵＴ（Ｒ）は入力端子３１Ｒに入力され、ドライバ３３Ｒを介してスイッチ回路３４へ供給される。緑色に関するリードアウトパルスφＲＯＧ（Ｇ）及びシャッタゲートパルスφＳＨＵＴ（Ｇ）は入力端子３１Ｇに入力され、ドライバ３３Ｇを介してスイッチ回路３４へ供給される。青色のセンサに関するリードアウトゲートパルスφＲＯＧ（Ｂ）及びシャッタゲートパルスφＳＨＵＴ（Ｂ）は入力端子３１Ｂに入力され、ドライバ３３Ｂを介してスイッチ回路３４へ供給される。
【００１７】
図示しないタイミング発生器から各入力端子３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂへ供給される上記の各種パルス信号は、リニアセンサ１の電荷蓄積期間の調整モードに応じて接続先がスイッチ回路３４により切り替えられる。
【００１８】
すなわち、各色独立のリードアウトゲートパルスにより各色の電荷蓄積部における信号電荷の蓄積期間を調整するモード（以下、第１モードという。）時にあっては、各色独立のリードアウトゲートパルスφＲＯＧ（Ｒ），φＲＯＧ（Ｇ），φＲＯＧ（Ｂ）がそれぞれ対応するリードアウトゲート２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂへ供給されることにより、本発明に係る第１の調整手段を構成する。
【００１９】
一方、各色独立のシャッタゲートパルスにより各色の電荷蓄積部における信号電荷の蓄積期間を調整するモード（以下、第２モードという。）時にあっては、各色独立のシャッタゲートパルスφＳＨＵＴ（Ｒ），φＳＨＵＴ（Ｇ），φＳＨＵＴ（Ｂ）がそれぞれ対応するシャッタゲート２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂへ供給される。第２モード時における各色共通のリードアウトゲートパルスφＲＯＧは入力端子３１Ｆに入力され、ドライバ３３Ｆを介してスイッチ回路３４へ供給されることにより、本発明に係る第２の調整手段を構成する。
【００２０】
スイッチ回路３４は本発明に係る切替手段として構成され、各入力端子３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ，３１Ｆに入力される上記のパルス信号の供給先を、第１モード時と第２モード時とで切り替える機能を有する。本実施の形態では、第１モード及び第２モードは、スイッチ端子３１Ｓを介してスイッチ回路３４へ供給されるスイッチ信号ＳＷのレベル（Ｌ，Ｈ）に応じて切り替えられ、スイッチ信号ＳＷがＨレベルの時には第１モードが選択され、スイッチ信号ＳＷがＬレベルの時には第２モードが選択される。
【００２１】
図３にスイッチ回路３４の構成例を示す。本実施の形態のスイッチ回路３４は、複数のスイッチ回路部３４Ｆ，３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂから構成される。各スイッチ回路部３４Ｆ，３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂはそれぞれ同様な構成を有し、ノットゲート３６と２つのＭＯＳトランジスタ３７，３８とからなる。入力端子３１Ｓを介して入力されるスイッチ信号ＳＷはノットゲート３６及びＭＯＳトランジスタ３８のゲート部に供給されると共に、ノットゲート３６により反転されたスイッチ信号ＳＷがＭＯＳトランジスタ３７のゲート部に供給される。入力端子３１Ｆ，３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂを介して各種パルス信号がＭＯＳトランジスタ３７，３８のソース／ドレイン部に供給され、スイッチ信号ＳＷのレベル（Ｈ／Ｌ）に応じて何れかのＭＯＳトランジスタ３７，３８を介してリードアウトゲート２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ又はシャッタゲート２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂへ出力される。
【００２２】
一方、転送レジスタ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂの各端部には出力部２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂがそれぞれ配置されている。各出力部２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂは、信号電荷を電圧信号に変換するフローティング・ディフュージョン（ＦＤ）２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂと、ソースフォロワ回路等からなる出力バッファ２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂとで構成され、各出力信号Ｖｏｕｔ（Ｒ），Ｖｏｕｔ（Ｇ），Ｖｏｕｔ（Ｂ）が出力端子３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂを介して図示しない信号処理系へそれぞれ供給される。
【００２３】
本実施の形態によるリニアセンサ１は以上のように構成され、次に、この作用について説明する。
【００２４】
各色独立のリードアウトゲートパルスにより各色の電荷蓄積部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂにおける信号電荷の蓄積期間を調整する第１モード時、Ｈレベルのスイッチ信号ＳＷがスイッチ回路３４へ供給される。これを受けて、スイッチ回路３４の各回路部３４Ｆ，３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂにおける一方側のＭＯＳトランジスタ３８のゲートのみが開放され、入力端子３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂに入力される各色独立のリードアウトゲートパルスφＲＯＧ（Ｒ），φＲＯＧ（Ｇ），φＲＯＧ（Ｂ）が、各リードアウトゲート２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂへそれぞれ供給される。
【００２５】
これにより、図４に示した態様で各色の電荷蓄積部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂにおいて信号電荷の蓄積期間が調整される。なお、この第１モード時においては入力端子３１Ｆへ入力されるパルス信号は発生しない。
【００２６】
次に、各色独立のシャッタゲートパルスにより各色の電荷蓄積部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂにおける信号電荷の蓄積期間を調整する第２モード時では、Ｌレベルのスイッチ信号ＳＷがスイッチ回路３４へ供給される。これを受けて、スイッチ回路３４の各回路部３４Ｆ，３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂにおける他方側のＭＯＳトランジスタ３７のゲートのみが開放され、入力端子３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂに入力される各色独立のシャッタゲートパルスφＳＨＵＴ（Ｒ），φＳＨＵＴ（Ｇ），φＳＨＵＴ（Ｂ）が、各シャッタゲート２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂへそれぞれ供給される。
【００２７】
これにより、図５に示した態様で各色の電荷蓄積部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂにおいて信号電荷の蓄積期間が調整される。なお、この第２モード時において入力端子３１Ｆへ入力されるパルス信号は、ＭＯＳトランジスタ３７を介して各色共通のリードアウトゲートパルスφＲＯＧ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）として、各リードアウトゲート２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂへ供給される。
【００２８】
以上のように本実施の形態のリニアセンサ１によれば、簡単な構成で、上記第１モードと第２モードとを容易に切り替えることができるので、１つのリニアセンサで２つの調整モードに対応することが可能となる。
【００２９】
したがって、ユーザーにとっては、電荷蓄積期間の調整モードに応じてリニアセンサを選択する手間がなくなり、共通のリニアセンサでもって何れのモードを行わせることができるようになる。また、当該リニアセンサを駆動するセットの共通化を図ることができる。更にメーカーにとっては、製造ラインの共通化が図られ、設備コスト及び生産コストの低減が図れると共に生産量の変動に対しても容易に対応することが可能となる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３１】
例えば、上記第１モード又は第２モードを選択した後これを固定して実施する形態に限らず、制御目的や使用環境の変動に基づいて逐次スイッチ回路３４を作動させ、蓄積期間の調整モードを任意に変更して実施することも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の固体撮像素子によれば、各色の電荷蓄積部における信号電荷の蓄積期間を、各色独立のリードアウトゲートパルスで調整するモードと、各色独立のシャッタゲートパルスで調整するモードの何れのモードにも対応することが可能となる。
【００３３】
請求項２の発明によれば、簡単な構成で容易に上記２つのモードを切り替えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による固体撮像素子の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態による固体撮像素子の構成の詳細を示す図である。
【図３】図２におけるスイッチ回路の一構成例を示す図である。
【図４】各色独立のリードアウトゲートパルスで信号電荷の蓄積期間を調整する例を説明する各種パルス信号のタイミングチャートである。
【図５】各色独立のシャッタゲートパルスで信号電荷の蓄積期間を調整する例を説明する各種パルス信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…リニアセンサ（固体撮像素子）、２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ…電荷蓄積部、１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ…センサ列、１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ…転送レジスタ、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…リードアウトゲート、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ…シャッタゲート、２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ…出力部、３４…スイッチ回路（切替手段）、φＲＯＧ（Ｒ），φＲＯＧ（Ｇ），φＲＯＧ（Ｂ）…リードアウトゲートパルス、φＳＨＵＴ（Ｒ），φＳＨＵＴ（Ｇ），φＳＨＵＴ（Ｂ）…シャッタゲートパルス。

Claims (1)

1. 入射光量に応じた量の信号電荷を蓄積する電荷蓄積部であって、リードアウトゲートとシャッタゲートとの間に配置された電荷蓄積部が色ごとに一次元的に配置された複数のセンサ列と、
   前記各センサ列に対応して配置され前記センサ列から読み出した信号電荷を出力部へ転送する転送レジスタと、
   各色独立のリードアウトゲートパルスにより前記各色の電荷蓄積部における信号電荷の蓄積期間を調整する第１の調整手段と、
   各色独立のシャッタゲートパルスにより前記各色の電荷蓄積部における信号電荷の蓄積期間を調整する第２の調整手段と、
   前記リードアウトゲートに対して印加される前記リードアウトゲートパルスと、前記シャッタゲートに対して印加される前記シャッタゲートパルスとを選択的に切り替えることで、前記第１の調整手段と第２の調整手段とを選択的に切り替えるスイッチ回路と
   を具備する固体撮像素子。

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