JP4419275B2 - 固体撮像装置およびその駆動方法並びに画像入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセンサ列で取り込んだ電荷を交互に転送して出力したり、同列の画素の電荷を加算して出力する固体撮像装置およびその駆動方法並びに画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スキャナや複写機などに適用される画像入力装置においては、リニアセンサーから成る固体撮像装置が用いられており、この固体撮像装置による読取位置を走査することで画像の入力を行っている。
【０００３】
近年では、読取解像度の向上や読取速度の短縮が強く要求されてきており、リニアセンサーにおいても複数のセンサ列を用いて対応するものが開発されている。例えば、２本のセンサ列を備えた固体撮像装置では、一方のセンサ列と他方のセンサ列とを画素半ピッチ分ずらして配置し、一方のセンサ列で取り込んだ電荷と他方のセンサ列で取り込んだ電荷とをマルチプレクスして交互に出力するようにしている。
【０００４】
また、画素の電荷を加算した出力を行う場合には、電荷電圧変換手段であるフローティングディフュージョンアンプの電荷を排出するリセットパルスのタイミングを制御して、フローティングディフュージョンアンプに交互に転送される両センサ列で取り込んだ画素をフローティングディフュージョンアンプで加算し、出力するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにマルチプレクス構造の固体撮像装置で電荷の加算をフローティングディフュージョンアンプで行う場合、一方のセンサ列で取り込んだ電荷がフローティングディフュージョンアンプに転送された後、他方のセンサ列で取り込んだ電荷が加算されることから、他方のセンサ列で取り込んだ電荷がフローティングディフュージョンアンプに転送されるまで加算出力を得ることができず、加算出力の期間が短くなって後段の信号処理を行い難いという問題が生じている。また、２列で取り込んだ電荷を交互に出力する場合に比べ、加算出力を得る周期が遅くなり、後段での素早い信号処理の要求に対応できないという問題が生じている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために成された固体撮像装置およびその駆動方法並びに画像入力装置である。すなわち、本発明の固体撮像装置は、複数の受光画素が一列に並ぶ第１の受光画素列と、複数の受光画素が一列に並び、第１の受光画素列と平行に配置される第２の受光画素列と、第１の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第１の電荷転送列と、第２の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第２の電荷転送列と、第１の電荷転送列および第２の電荷転送列で転送してきた電荷を各々電荷電圧変換手段の方向へ転送するマルチプレクス部と、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷を受光画素ごと各列交互に出力する交互出力モードの場合、第２の電荷転送列の最終段にφ１を与え、かつ第２の電荷転送列の各段に、φ１と、φ１と逆相となるφ２の信号とを交互に与え、さらに、第１の電荷転送列の各段に、第２の電荷転送列の対応する各段とは各々逆相となるφ１、φ２の信号を与え、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷について同列の隣接する画素で加算したものを各列交互に出力する加算出力モードの場合、交互出力モードで与える信号のうち、第２の電荷転送列の最終段に与える信号のみをφ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルとなるφ１’の信号に変化させる信号生成手段とを備えている。
【０００７】
このような本発明では、加算出力モードの場合、信号生成手段から第２の電荷転送列の最終段に、第２の電荷転送列での加算分に対応する転送タイミングだけ電荷を蓄積するための信号を与えていることから、第２の電荷転送列の最終段手前で第２の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。また、第２の電荷転送列の最終段に上記信号が与えられている間、マルチプレクス部には第１の電荷転送列で転送されてきた電荷が送られ、マルチプレクス部の初段で加算分に対応する転送タイミングだけ第１の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。
【０００８】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、複数の受光画素が一列に並ぶ第１の受光画素列と、複数の受光画素が一列に並び、第１の受光画素列と平行に配置される第２の受光画素列と、第１の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第１の電荷転送列と、第２の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第２の電荷転送列と、第１の電荷転送列および第２の電荷転送列で転送してきた電荷を各々電荷電圧変換手段の方向へ転送するマルチプレクス部とを備えている固体撮像装置の駆動方法であり、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷を受光画素ごと各列交互に出力する交互出力モードの場合、第２の電荷転送列の最終段にφ１を与え、かつ第２の電荷転送列の各段に、φ１と、φ１と逆相となるφ２の信号とを交互に与え、さらに、第１の電荷転送列の各段に、第２の電荷転送列の対応する各段とは各々逆相となるφ１、φ２の信号を与え、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷について同列の隣接する画素で加算したものを各列交互に出力する加算出力モードの場合、交互出力モードで与える信号のうち、第２の電荷転送列の最終段に与える信号のみをφ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルとなるφ１’の信号に変化させるものである。
【０００９】
このような本発明では、加算出力モードの場合、第２の電荷転送列の最終段に、第２の電荷転送列での加算分に対応する転送タイミングだけ電荷を蓄積するための信号を与えていることから、第２の電荷転送列の最終段手前で第２の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。また、第２の電荷転送列の最終段に上記信号が与えられている間、マルチプレクス部には第１の電荷転送列で転送されてきた電荷が送られ、マルチプレクス部の初段で加算分に対応する転送タイミングだけ第１の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。
【００１０】
また、本発明の画像入力装置は、複数の受光画素が一列に並ぶ第１の受光画素列と、複数の受光画素が一列に並び、第１の受光画素列と平行に配置される第２の受光画素列と、第１の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第１の電荷転送列と、第２の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第２の電荷転送列と、第１の電荷転送列および第２の電荷転送列で転送してきた電荷を各々電荷電圧変換手段の方向へ転送するマルチプレクス部と、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷を受光画素ごと各列交互に出力する交互出力モードの場合、第２の電荷転送列の最終段にφ１を与え、かつ第２の電荷転送列の各段に、φ１と、φ１と逆相となるφ２の信号とを交互に与え、さらに、第１の電荷転送列の各段に、第２の電荷転送列の対応する各段とは各々逆相となるφ１、φ２の信号を与え、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷について同列の隣接する画素で加算したものを各列交互に出力する加算出力モードの場合、交互出力モードで与える信号のうち、第２の電荷転送列の最終段に与える信号のみをφ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルとなるφ１’の信号に変化させる信号生成手段とを備えている固体撮像装置を用いたものである。
【００１１】
このような本発明では、加算出力モードの場合、第２の電荷転送列の最終段に、第２の電荷転送列での加算分に対応する転送タイミングだけ電荷を蓄積するための信号を与えていることから、第２の電荷転送列の最終段手前で第２の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。また、第２の電荷転送列の最終段に上記信号が与えられている間、マルチプレクス部には第１の電荷転送列で転送されてきた電荷が送られ、マルチプレクス部の初段で加算分に対応する転送タイミングだけ第１の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。これにより、各電荷転送列で転送する隣接画素を加算した出力画像を得ることができるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固体撮像装置およびその駆動方法並びに画像入力装置における実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態にかかる固体撮像装置を説明する模式図、図２は、本実施形態の固体撮像装置における主要部を説明する模式図、図３および図４は、本実施形態の固体撮像装置の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、２本のセンサ列すなわち第１受光画素列１、第２受光画素列２に各々対応して設けられた第１ＣＣＤレジスタ１０、第２ＣＣＤレジスタ２０と、第１ＣＣＤレジスタ１０および第２ＣＣＤレジスタ２０で転送されてきた電荷を出力モードに応じて各々転送するマルチプレクス部３０と備えている。
【００１４】
この第１ＣＣＤレジスタ１０、第２ＣＣＤレジスタ２０およびマルチプレクス部３０を構成する各転送素子は、電荷の出力側の一部の領域のポテンシャルが他の領域より深くなるように形成されている。
【００１５】
また、本実施形態の固体撮像装置は、第１ＣＣＤレジスタ１０、第２ＣＣＤレジスタ２０およびマルチプレクス部３０等に所定のタイミングでパルス信号を与える信号生成手段３も備えている。
【００１６】
このような固体撮像装置では、２本のセンサ列の各受光素子Ｓで各々取り込んだ電荷をマルチプレクス部３０で各々交互に転送し、後段に接続されたフローティングディフュージョンアンプＦＤから各々の電荷に応じた信号を出力する交互出力モードと、２本のセンサ列で各々取り込んだ電荷のうち、同じ列の隣接する画素の電荷を加算して出力する加算出力モードとがある。
【００１７】
つまり、この固体撮像装置では、２本のセンサ列である第１受光画素列１と第２受光画素列２とが画素半ピッチ分ずれた状態で配置されていることから、交互出力モードによって、２本のセンサ列で各々取り込んだ電荷を各々交互に出力することで、画素列の方向に対して一列の画素のピッチの２倍の解像度で画像を読み取ることができる。
【００１８】
一方、加算出力モードでは、同じ列の隣接する画素で取り込んだ電荷を加算して出力することから、１列の画素のピッチの１／２の解像度で画像を読み取ることになるが、既に加算した電荷をフローティングディフュージョンアンプＦＤへ転送することから、交互出力モードと同じタイミングで隣接画素の電荷を加算した信号出力を得ることができる。
【００１９】
このような出力モードの切り替えを行うにあたり、本実施形態の固体撮像装置では、第２ＣＣＤレジスタ２０の最終段に対して独立にパルス信号を印加できるようになっており、この最終段へ印加するパルス信号のタイミングによって切り替えを行うようになっている。
【００２０】
すなわち、図２に示すように、本実施形態の固体撮像装置では、第１ＣＣＤレジスタ１０にφ１、φ２から成るパルス信号が交互に印加され、第２ＣＣＤレジスタ２０にφ２、φ１から成るパルス信号が交互に印加され、さらに第２ＣＣＤレジスタ２０の最終段にφ１’が独立して印加される。
【００２１】
信号生成手段３から出力されるこれらのパルス信号の出力タイミングによって、上記交互出力モードおよび加算出力モードの切り替えを行っている。以下、各出力モードでのパルス信号の出力タイミングについて説明する。
【００２２】
図３は、交互出力モードの場合のタイミングチャートである。交互出力モードでは、第１ＣＣＤレジスタ１０と第２ＣＣＤレジスタ２０とに各々逆相となるφ１、φ２を印加する。また、第２ＣＣＤレジスタ２０の最終段に印加するφ１’としても上記φ１と同じパルスを印加する。
【００２３】
これにより、第１受光画素列で取り込んだ電荷の第１ＣＣＤレジスタ１０による転送と、第２受光画素列で取り込んだ電荷の第２ＣＣＤレジスタ２０による転送とが各々交互に行われる。
【００２４】
また、マルチプレクス部３０には、各々逆相となるφ３、φ４を印加する。φ３、φ４は、上記φ１、φ２の２倍の周波数からなり、第１ＣＣＤレジスタ１０および第２ＣＣＤレジスタ２０から交互に転送される第１受光画素列での電荷および第２受光画素列での電荷を順次フローティングディフュージョンアンプＦＤ側へ転送する。
【００２５】
このような駆動により、φ３がＬｏｗレベル、φ４がＨｉｇｈレベルになった段階からリセットパルスφＲＳがＬｏｗレベルになっている間（リセットパルスφＲＳがＨｉｇｈレベルになるまで）フローティングディフュージョンアンプＦＤより第１画素列の１画素分の信号および第２画素列の１画素分の信号を交互に出力できるようになる。
【００２６】
一方、図４は加算出力モードの場合のタイミングチャートである。加算出力モードでは、第１ＣＣＤレジスタ１０と第２ＣＣＤレジスタ２０とに各々逆相となるφ１、φ２を印加する。また、第２ＣＣＤレジスタ２０の最終段に印加するφ１’としては、上記φ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルにする。
【００２７】
つまり、図４の▲１▼に示す区間では、φ３をＨｉｇｈレベルにして、φ１、φ２により第１ＣＣＤレジスタ１０で転送してきた隣接２画素分の電荷を図２に示す（ｃ）の部分で加算する。その後、φ３をＨｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル（φ４はＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル）にすることで、先に加算した電荷を図２に示す（ｂ）へ転送できるようになる。
【００２８】
また、この▲１▼に示す区間で、φ１’がＬｏｗレベルで、φ１をＨｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル（φ２はＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル）にすることで、第２ＣＣＤレジスタ２０で転送してきた隣接２画素の電荷を図２に示す（ｄ）で加算している。
【００２９】
一方、図４の▲２▼に示す区間では、φ３をＨｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル（φ４はＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル）にすることで、図２に示す（ｂ）へ転送した第１ＣＣＤレジスタ１０の隣接２画素加算の電荷を、（ａ）へ転送する。
【００３０】
また、φ１’をＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル（その間、φ３はＨｉｇｈレベル）にすることで、図２に示す（ｄ）で加算した第２ＣＣＤレジスタ２０の隣接２画素の電荷を図２に示す（ｃ）へ転送する。
【００３１】
その後、φ３をＨｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル（φ４はＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル）にすることで、第２ＣＣＤレジスタ２０の隣接２画素加算の電荷を、図２に示す（ｂ）へ転送できるようになる。
【００３２】
このような駆動によって最終的にフローティングディフュージョンアンプＦＤからは、▲１▼の期間に対応して第１受光画素列２画素加算信号、▲２▼の期間に対応して第２受光画素列２画素加算信号の順で交互に出力できるようになる。
【００３３】
上記説明した固体撮像装置およびその駆動方法は、主としてスキャナーや複写機などの画像入力装置に適用される。この場合、精細な画像取り込みを行う場合など、高解像度が要求される場合には、先に説明した交互出力モードによって第１受光画素列および第２受光画素列で取り込んだ各画素の出力を得るようにし、画像取り込み時のプリスキャン（画像サイズや領域判定等を行う読み取り）の場合など、限られた時間内で高速に信号処理を行う必要がある場合には、先に説明した加算出力モードによって第１受光画素列の隣接２画素加算出力および第２受光画素列の隣接２画素加算出力を交互に得るようにする。これによって、一つの固体撮像装置で高解像度および高速処理の両方の要求に対応することができるようになる。
【００３４】
なお、上記説明した実施形態では、複数の画素が列状に並ぶラインセンサーの場合を説明したが、複数の画素がエリア状（マトリクス状）に並ぶエリアセンサーの場合であっても適用可能である。また、図４に示す加算出力モードでのタイミングチャートで、リセットパルスφＲＳを２回から１回に間引くことで、同じ列のセンサの隣接２画素加算した電荷を異なる列で加算した合計４画素加算の出力を得ることもできるようになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置およびその駆動方法並びに画像入力装置によれば次のような効果がある。すなわち、マルチプレクス構造の固体撮像装置で、同じ受光画素列における隣接画素の電荷加算を簡単なパルス変更で行うことができ、回路配線などの複雑化を招くことなく、モード切り替えに対応することが可能となる。また、一つの固体撮像装置で高解像度および高速信号処理の両方に対応でき、多様なニーズに答えることが可能となる。これによって、高解像度および高速信号処理の両方に対応できる固体撮像装置の製造コストを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における固体撮像装置を説明する模式図である。
【図２】本実施形態における固体撮像装置の主要部を説明する模式図である。
【図３】交互出力モードを説明するタイミングチャートである。
【図４】加算出力モードを説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…第１受光画素列、２…第２受光画素列、３…信号生成手段、１０…第１ＣＣＤレジスタ、２０…第２ＣＣＤレジスタ、３０…マルチプレクス部、ＦＤ…フローティングディフュージョンアンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のセンサ列で取り込んだ電荷を交互に転送して出力したり、同列の画素の電荷を加算して出力する固体撮像装置およびその駆動方法並びに画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スキャナや複写機などに適用される画像入力装置においては、リニアセンサーから成る固体撮像装置が用いられており、この固体撮像装置による読取位置を走査することで画像の入力を行っている。
【０００３】
近年では、読取解像度の向上や読取速度の短縮が強く要求されてきており、リニアセンサーにおいても複数のセンサ列を用いて対応するものが開発されている。例えば、２本のセンサ列を備えた固体撮像装置では、一方のセンサ列と他方のセンサ列とを画素半ピッチ分ずらして配置し、一方のセンサ列で取り込んだ電荷と他方のセンサ列で取り込んだ電荷とをマルチプレクスして交互に出力するようにしている。
【０００４】
また、画素の電荷を加算した出力を行う場合には、電荷電圧変換手段であるフローティングディフュージョンアンプの電荷を排出するリセットパルスのタイミングを制御して、フローティングディフュージョンアンプに交互に転送される両センサ列で取り込んだ画素をフローティングディフュージョンアンプで加算し、出力するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにマルチプレクス構造の固体撮像装置で電荷の加算をフローティングディフュージョンアンプで行う場合、一方のセンサ列で取り込んだ電荷がフローティングディフュージョンアンプに転送された後、他方のセンサ列で取り込んだ電荷が加算されることから、他方のセンサ列で取り込んだ電荷がフローティングディフュージョンアンプに転送されるまで加算出力を得ることができず、加算出力の期間が短くなって後段の信号処理を行い難いという問題が生じている。また、２列で取り込んだ電荷を交互に出力する場合に比べ、加算出力を得る周期が遅くなり、後段での素早い信号処理の要求に対応できないという問題が生じている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために成された固体撮像装置およびその駆動方法並びに画像入力装置である。すなわち、本発明の固体撮像装置は、複数の受光画素が一列に並ぶ第１の受光画素列と、複数の受光画素が一列に並び、第１の受光画素列と平行に配置される第２の受光画素列と、第１の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第１の電荷転送列と、第２の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第２の電荷転送列と、第１の電荷転送列および第２の電荷転送列で転送してきた電荷を各々電荷電圧変換手段の方向へ転送するマルチプレクス部と、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷を受光画素ごと各列交互に出力する交互出力モードの場合、第２の電荷転送列の最終段にφ１を与え、かつ第２の電荷転送列の各段に、φ１と、φ１と逆相となるφ２の信号とを交互に与え、さらに、第１の電荷転送列の各段に、第２の電荷転送列の対応する各段とは各々逆相となるφ１、φ２の信号を与え、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷について同列の隣接する画素で加算したものを各列交互に出力する加算出力モードの場合、交互出力モードで与える信号のうち、第２の電荷転送列の最終段に与える信号のみをφ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルとなるφ１’の信号に変化させる信号生成手段とを備えている。
【０００７】
このような本発明では、加算出力モードの場合、信号生成手段から第２の電荷転送列の最終段に、第２の電荷転送列での加算分に対応する転送タイミングだけ電荷を蓄積するための信号を与えていることから、第２の電荷転送列の最終段手前で第２の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。また、第２の電荷転送列の最終段に上記信号が与えられている間、マルチプレクス部には第１の電荷転送列で転送されてきた電荷が送られ、マルチプレクス部の初段で加算分に対応する転送タイミングだけ第１の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。
【０００８】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、複数の受光画素が一列に並ぶ第１の受光画素列と、複数の受光画素が一列に並び、第１の受光画素列と平行に配置される第２の受光画素列と、第１の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第１の電荷転送列と、第２の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第２の電荷転送列と、第１の電荷転送列および第２の電荷転送列で転送してきた電荷を各々電荷電圧変換手段の方向へ転送するマルチプレクス部とを備えている固体撮像装置の駆動方法であり、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷を受光画素ごと各列交互に出力する交互出力モードの場合、第２の電荷転送列の最終段にφ１を与え、かつ第２の電荷転送列の各段に、φ１と、φ１と逆相となるφ２の信号とを交互に与え、さらに、第１の電荷転送列の各段に、第２の電荷転送列の対応する各段とは各々逆相となるφ１、φ２の信号を与え、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷について同列の隣接する画素で加算したものを各列交互に出力する加算出力モードの場合、交互出力モードで与える信号のうち、第２の電荷転送列の最終段に与える信号のみをφ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルとなるφ１’の信号に変化させるものである。
【０００９】
このような本発明では、加算出力モードの場合、第２の電荷転送列の最終段に、第２の電荷転送列での加算分に対応する転送タイミングだけ電荷を蓄積するための信号を与えていることから、第２の電荷転送列の最終段手前で第２の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。また、第２の電荷転送列の最終段に上記信号が与えられている間、マルチプレクス部には第１の電荷転送列で転送されてきた電荷が送られ、マルチプレクス部の初段で加算分に対応する転送タイミングだけ第１の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。
【００１０】
また、本発明の画像入力装置は、複数の受光画素が一列に並ぶ第１の受光画素列と、複数の受光画素が一列に並び、第１の受光画素列と平行に配置される第２の受光画素列と、第１の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第１の電荷転送列と、第２の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第２の電荷転送列と、第１の電荷転送列および第２の電荷転送列で転送してきた電荷を各々電荷電圧変換手段の方向へ転送するマルチプレクス部と、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷を受光画素ごと各列交互に出力する交互出力モードの場合、第２の電荷転送列の最終段にφ１を与え、かつ第２の電荷転送列の各段に、φ１と、φ１と逆相となるφ２の信号とを交互に与え、さらに、第１の電荷転送列の各段に、第２の電荷転送列の対応する各段とは各々逆相となるφ１、φ２の信号を与え、第１の受光画素列および第２の受光画素列で取り込んだ電荷について同列の隣接する画素で加算したものを各列交互に出力する加算出力モードの場合、交互出力モードで与える信号のうち、第２の電荷転送列の最終段に与える信号のみをφ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルとなるφ１’の信号に変化させる信号生成手段とを備えている固体撮像装置を用いたものである。
【００１１】
このような本発明では、加算出力モードの場合、第２の電荷転送列の最終段に、第２の電荷転送列での加算分に対応する転送タイミングだけ電荷を蓄積するための信号を与えていることから、第２の電荷転送列の最終段手前で第２の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。また、第２の電荷転送列の最終段に上記信号が与えられている間、マルチプレクス部には第１の電荷転送列で転送されてきた電荷が送られ、マルチプレクス部の初段で加算分に対応する転送タイミングだけ第１の電荷転送列で転送された電荷の蓄積すなわち加算が行われる。これにより、各電荷転送列で転送する隣接画素を加算した出力画像を得ることができるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固体撮像装置およびその駆動方法並びに画像入力装置における実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態にかかる固体撮像装置を説明する模式図、図２は、本実施形態の固体撮像装置における主要部を説明する模式図、図３および図４は、本実施形態の固体撮像装置の駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、２本のセンサ列すなわち第１受光画素列１、第２受光画素列２に各々対応して設けられた第１ＣＣＤレジスタ１０、第２ＣＣＤレジスタ２０と、第１ＣＣＤレジスタ１０および第２ＣＣＤレジスタ２０で転送されてきた電荷を出力モードに応じて各々転送するマルチプレクス部３０と備えている。
【００１４】
この第１ＣＣＤレジスタ１０、第２ＣＣＤレジスタ２０およびマルチプレクス部３０を構成する各転送素子は、電荷の出力側の一部の領域のポテンシャルが他の領域より深くなるように形成されている。
【００１５】
また、本実施形態の固体撮像装置は、第１ＣＣＤレジスタ１０、第２ＣＣＤレジスタ２０およびマルチプレクス部３０等に所定のタイミングでパルス信号を与える信号生成手段３も備えている。
【００１６】
このような固体撮像装置では、２本のセンサ列の各受光素子Ｓで各々取り込んだ電荷をマルチプレクス部３０で各々交互に転送し、後段に接続されたフローティングディフュージョンアンプＦＤから各々の電荷に応じた信号を出力する交互出力モードと、２本のセンサ列で各々取り込んだ電荷のうち、同じ列の隣接する画素の電荷を加算して出力する加算出力モードとがある。
【００１７】
つまり、この固体撮像装置では、２本のセンサ列である第１受光画素列１と第２受光画素列２とが画素半ピッチ分ずれた状態で配置されていることから、交互出力モードによって、２本のセンサ列で各々取り込んだ電荷を各々交互に出力することで、画素列の方向に対して一列の画素のピッチの２倍の解像度で画像を読み取ることができる。
【００１８】
一方、加算出力モードでは、同じ列の隣接する画素で取り込んだ電荷を加算して出力することから、１列の画素のピッチの１／２の解像度で画像を読み取ることになるが、既に加算した電荷をフローティングディフュージョンアンプＦＤへ転送することから、交互出力モードと同じタイミングで隣接画素の電荷を加算した信号出力を得ることができる。
【００１９】
このような出力モードの切り替えを行うにあたり、本実施形態の固体撮像装置では、第２ＣＣＤレジスタ２０の最終段に対して独立にパルス信号を印加できるようになっており、この最終段へ印加するパルス信号のタイミングによって切り替えを行うようになっている。
【００２０】
すなわち、図２に示すように、本実施形態の固体撮像装置では、第１ＣＣＤレジスタ１０にφ１、φ２から成るパルス信号が交互に印加され、第２ＣＣＤレジスタ２０にφ２、φ１から成るパルス信号が交互に印加され、さらに第２ＣＣＤレジスタ２０の最終段にφ１’が独立して印加される。
【００２１】
信号生成手段３から出力されるこれらのパルス信号の出力タイミングによって、上記交互出力モードおよび加算出力モードの切り替えを行っている。以下、各出力モードでのパルス信号の出力タイミングについて説明する。
【００２２】
図３は、交互出力モードの場合のタイミングチャートである。交互出力モードでは、第１ＣＣＤレジスタ１０と第２ＣＣＤレジスタ２０とに各々逆相となるφ１、φ２を印加する。また、第２ＣＣＤレジスタ２０の最終段に印加するφ１’としても上記φ１と同じパルスを印加する。
【００２３】
これにより、第１受光画素列で取り込んだ電荷の第１ＣＣＤレジスタ１０による転送と、第２受光画素列で取り込んだ電荷の第２ＣＣＤレジスタ２０による転送とが各々交互に行われる。
【００２４】
また、マルチプレクス部３０には、各々逆相となるφ３、φ４を印加する。φ３、φ４は、上記φ１、φ２の２倍の周波数からなり、第１ＣＣＤレジスタ１０および第２ＣＣＤレジスタ２０から交互に転送される第１受光画素列での電荷および第２受光画素列での電荷を順次フローティングディフュージョンアンプＦＤ側へ転送する。
【００２５】
このような駆動により、φ３がＬｏｗレベル、φ４がＨｉｇｈレベルになった段階からリセットパルスφＲＳがＬｏｗレベルになっている間（リセットパルスφＲＳがＨｉｇｈレベルになるまで）フローティングディフュージョンアンプＦＤより第１画素列の１画素分の信号および第２画素列の１画素分の信号を交互に出力できるようになる。
【００２６】
一方、図４は加算出力モードの場合のタイミングチャートである。加算出力モードでは、第１ＣＣＤレジスタ１０と第２ＣＣＤレジスタ２０とに各々逆相となるφ１、φ２を印加する。また、第２ＣＣＤレジスタ２０の最終段に印加するφ１’としては、上記φ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルにする。
【００２７】
つまり、図４の▲１▼に示す区間では、φ３をＨｉｇｈレベルにして、φ１、φ２により第１ＣＣＤレジスタ１０で転送してきた隣接２画素分の電荷を図２に示す（ｃ）の部分で加算する。その後、φ３をＨｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル（φ４はＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル）にすることで、先に加算した電荷を図２に示す（ｂ）へ転送できるようになる。
【００２８】
また、この▲１▼に示す区間で、φ１’がＬｏｗレベルで、φ１をＨｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル（φ２はＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル）にすることで、第２ＣＣＤレジスタ２０で転送してきた隣接２画素の電荷を図２に示す（ｄ）で加算している。
【００２９】
一方、図４の▲２▼に示す区間では、φ３をＨｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル（φ４はＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル）にすることで、図２に示す（ｂ）へ転送した第１ＣＣＤレジスタ１０の隣接２画素加算の電荷を、（ａ）へ転送する。
【００３０】
また、φ１’をＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル（その間、φ３はＨｉｇｈレベル）にすることで、図２に示す（ｄ）で加算した第２ＣＣＤレジスタ２０の隣接２画素の電荷を図２に示す（ｃ）へ転送する。
【００３１】
その後、φ３をＨｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル（φ４はＬｏｗレベル→Ｈｉｇｈレベル→Ｌｏｗレベル）にすることで、第２ＣＣＤレジスタ２０の隣接２画素加算の電荷を、図２に示す（ｂ）へ転送できるようになる。
【００３２】
このような駆動によって最終的にフローティングディフュージョンアンプＦＤからは、▲１▼の期間に対応して第１受光画素列２画素加算信号、▲２▼の期間に対応して第２受光画素列２画素加算信号の順で交互に出力できるようになる。
【００３３】
上記説明した固体撮像装置およびその駆動方法は、主としてスキャナーや複写機などの画像入力装置に適用される。この場合、精細な画像取り込みを行う場合など、高解像度が要求される場合には、先に説明した交互出力モードによって第１受光画素列および第２受光画素列で取り込んだ各画素の出力を得るようにし、画像取り込み時のプリスキャン（画像サイズや領域判定等を行う読み取り）の場合など、限られた時間内で高速に信号処理を行う必要がある場合には、先に説明した加算出力モードによって第１受光画素列の隣接２画素加算出力および第２受光画素列の隣接２画素加算出力を交互に得るようにする。これによって、一つの固体撮像装置で高解像度および高速処理の両方の要求に対応することができるようになる。
【００３４】
なお、上記説明した実施形態では、複数の画素が列状に並ぶラインセンサーの場合を説明したが、複数の画素がエリア状（マトリクス状）に並ぶエリアセンサーの場合であっても適用可能である。また、図４に示す加算出力モードでのタイミングチャートで、リセットパルスφＲＳを２回から１回に間引くことで、同じ列のセンサの隣接２画素加算した電荷を異なる列で加算した合計４画素加算の出力を得ることもできるようになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置およびその駆動方法並びに画像入力装置によれば次のような効果がある。すなわち、マルチプレクス構造の固体撮像装置で、同じ受光画素列における隣接画素の電荷加算を簡単なパルス変更で行うことができ、回路配線などの複雑化を招くことなく、モード切り替えに対応することが可能となる。また、一つの固体撮像装置で高解像度および高速信号処理の両方に対応でき、多様なニーズに答えることが可能となる。これによって、高解像度および高速信号処理の両方に対応できる固体撮像装置の製造コストを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における固体撮像装置を説明する模式図である。
【図２】本実施形態における固体撮像装置の主要部を説明する模式図である。
【図３】交互出力モードを説明するタイミングチャートである。
【図４】加算出力モードを説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…第１受光画素列、２…第２受光画素列、３…信号生成手段、１０…第１ＣＣＤレジスタ、２０…第２ＣＣＤレジスタ、３０…マルチプレクス部、ＦＤ…フローティングディフュージョンアンプ
Claims (3)
- 複数の受光画素が一列に並ぶ第１の受光画素列と、
複数の受光画素が一列に並び、前記第１の受光画素列と平行に配置される第２の受光画素列と、
前記第１の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第１の電荷転送列と、
前記第２の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第２の電荷転送列と、
前記第１の電荷転送列および前記第２の電荷転送列で転送してきた電荷を各々電荷電圧変換手段の方向へ転送するマルチプレクス部と、
前記第１の受光画素列および前記第２の受光画素列で取り込んだ電荷を受光画素ごと各列交互に出力する交互出力モードの場合、前記第２の電荷転送列の最終段にφ１を与え、かつ前記第２の電荷転送列の各段に、前記φ１と、前記φ１と逆相となるφ２の信号とを交互に与え、さらに、前記第１の電荷転送列の各段に、前記第２の電荷転送列の対応する各段とは各々逆相となるφ１、φ２の信号を与え、
前記第１の受光画素列および前記第２の受光画素列で取り込んだ電荷について同列の隣接する画素で加算したものを各列交互に出力する加算出力モードの場合、前記交互出力モードで与える信号のうち、前記第２の電荷転送列の最終段に与える信号のみを前記φ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルとなるφ１’の信号に変化させる信号生成手段と
を備えていることを特徴とする固体撮像装置。 - 複数の受光画素が一列に並ぶ第１の受光画素列と、複数の受光画素が一列に並び、前記第１の受光画素列と平行に配置される第２の受光画素列と、前記第１の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第１の電荷転送列と、前記第２の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第２の電荷転送列と、前記第１の電荷転送列および前記第２の電荷転送列で転送してきた電荷を各々電荷電圧変換手段の方向へ転送するマルチプレクス部とを備えている固体撮像装置の駆動方法において、
前記第１の受光画素列および前記第２の受光画素列で取り込んだ電荷を受光画素ごと各列交互に出力する交互出力モードの場合、前記第２の電荷転送列の最終段にφ１を与え、かつ前記第２の電荷転送列の各段に、前記φ１と、前記φ１と逆相となるφ２の信号とを交互に与え、さらに、前記第１の電荷転送列の各段に、前記第２の電荷転送列の対応する各段とは各々逆相となるφ１、φ２の信号を与え、
前記第１の受光画素列および前記第２の受光画素列で取り込んだ電荷について同列の隣接する画素で加算したものを各列交互に出力する加算出力モードの場合、前記交互出力モードで与える信号のうち、前記第２の電荷転送列の最終段に与える信号のみを前記φ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルとなるφ１’の信号に変化させる
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 複数の受光画素が一列に並ぶ第１の受光画素列と、
複数の受光画素が一列に並び、前記第１の受光画素列と平行に配置される第２の受光画素列と、
前記第１の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第１の電荷転送列と、
前記第２の受光画素列で取り込んだ電荷を転送する第２の電荷転送列と、
前記第１の電荷転送列および前記第２の電荷転送列で転送してきた電荷を各々電荷電圧変換手段の方向へ転送するマルチプレクス部と、
前記第１の受光画素列および前記第２の受光画素列で取り込んだ電荷を受光画素ごと各列交互に出力する交互出力モードの場合、前記第２の電荷転送列の最終段にφ１を与え、かつ前記第２の電荷転送列の各段に、前記φ１と、前記φ１と逆相となるφ２の信号とを交互に与え、さらに、前記第１の電荷転送列の各段に、前記第２の電荷転送列の対応する各段とは各々逆相となるφ１、φ２の信号を与え、
前記第１の受光画素列および前記第２の受光画素列で取り込んだ電荷について同列の隣接する画素で加算したものを各列交互に出力する加算出力モードの場合、前記交互出力モードで与える信号のうち、前記第２の電荷転送列の最終段に与える信号のみを前記φ１がＨｉｇｈレベルになる期間の２回に１回だけＨｉｇｈレベルとなるφ１’の信号に変化させる信号生成手段とを備えている固体撮像装置を用いた
ことを特徴とする画像入力装置。
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