JP4435129B2 - 固体撮像装置および固体撮像システム - Google Patents

Description

この発明は、固体撮像装置及び固体撮像システムに関する。

ＣＣＤリニアセンサなどの一次元センサは、スキャナやＰＰＣの画像読み取り部に広く用いられている。

一次元センサで原稿を走査して読み取るとき、センサまたは原稿の移動系からの情報を得たり、あるいはエンコーダを備えて、走査位置の情報を取得したりする必要がある。このため、機械系で走査する場合は移動系に用いられるモータを精密に制御する制御系や位置信号を得る処理系が別途必要である。

また、手動走査の場合は、エンコーダなどの機構が別途必要である。
特開平８−７０３８号公報 特開平８−１１４２６５号公報

この発明は、解像度を切り替え、電荷転送レジスタ部の転送速度を速くした場合でも、転送効率の劣化を抑制することが可能な固体撮像装置及び固体撮像システムを提供する。

この発明の第１態様に係る固体撮像装置は、半導体基板上に列状に配置された複数の画素を含む画素部と、前記画素部の一方側に配置された第１読み出し電極と、前記一方側に対向する前記画素部の他方側に配置された第２読み出し電極と、前記第１読み出し電極に隣接して配置された第１電荷転送レジスタ部と、前記第２読み出し電極に隣接して配置された、一画素あたりの転送段数が前記第１電荷転送レジスタ部よりも少ない第２電荷転送レジスタ部とを具備し、電子シャッタ動作時、前記第１読み出し電極が閉じている期間に、前記第２読み出し電極を通じて、前記画素部で生成された光信号電荷を前記第２電荷転送レジスタ部に移送することにより、前記第２電荷転送レジスタ部を、不要な光信号電荷を掃き捨てるドレインとして使用することを特徴とする。

この発明の第２態様に係る固体撮像システムは、半導体基板上に列状に配置された複数の画素を含む画素部、前記画素部の一方側に配置された第１読み出し電極、前記一方側に対向する前記画素部の他方側に配置された第２読み出し電極、前記第１読み出し電極に隣接して配置された第１電荷転送レジスタ部、及び前記第２読み出し電極に隣接して配置された、一画素あたりの転送段数が前記第１電荷転送レジスタ部よりも少ない第２電荷転送レジスタ部を含む固体撮像部と、通常出力動作時、前記第１読み出し電極に、前記画素部で生成された光信号電荷を前記第１電荷転送レジスタ部に移送させる第１読み出しパルスを与える制御、低解像度動作時、前記第２読み出し電極に、前記画素部で生成された光信号電荷を前記第２電荷転送レジスタ部に移送させる第２読み出しパルスを与える制御、及び電子シャッタ動作時、前記第１読み出しパルスを与えた後、次の第１読み出しパルスを与える前に前記第２読み出しパルスを与える制御を行なうタイミングジェネレータとを具備する。

この発明によれば、解像度を切り替え、電荷転送レジスタ部の転送速度を速くした場合でも、転送効率の劣化を抑制することが可能な固体撮像装置及び固体撮像システムを提供できる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。

（第１実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態に係る固体撮像装置を示す平面図である。なお、図１は、一例として、特にスキャナ等の読み取り部に用いられるＣＣＤリニアセンサが示されている。

図１に示すように、半導体基板１００上には、複数の感光画素（以下、画素）１０７を含む画素部１０１が設けられている。本第１実施形態の画素部１０１は、特に複数の画素１０７が一列に配置され、いわゆる一次元画素列を為している。画素１０７は各々、例えばフォトダイオードで構成され、入射した光エネルギー、即ち読み取り画像に応じた光エネルギーを光信号電荷に変換し、一時的に蓄積する。画素１０７に蓄積された光信号電荷は、読み出し電極（シフトゲート）１０２を通じて、一斉に電荷転送レジスタ部１０３に移送される。電荷転送レジスタ部１０３は、例えばＣＣＤで構成され、移送された光信号電荷を、例えば２相のクロックパルスで順次、出力部１０４まで転送する。出力部１０４は、転送された光信号電荷を読み取り、例えば電荷量に応じた出力信号に変換して出力する。

さらに、本第１実施形態では、モニタ画素１０６、及びモニタ画素用出力部１０５を有する。モニタ画素１０６は、画素部１０１から離れた箇所に設けられている。本第１実施形態では、モニタ画素１０６は、図１に示すように画素部１０１から副走査方向に距離“Ｌ”離れた箇所に設けられている。

このような第１実施形態に係るＣＣＤリニアセンサを副走査方向に移動、あるいは被撮像体を副走査方向に移動させて、かつ一定時間の間隔で信号を読み取った場合、モニタ画素１０６からの出力と、このモニタ画素１０６に対応した箇所にある画素１０７-nからの出力との関係は、図２のようになる。

図２に示すように、ＣＣＤリニアセンサと被撮像体、例えば原稿との間に、相対的な移動があれば、画素１０７-nに結像していた画像は、ある時間が経過した後、モニタ画素１０６に結像する。

従って、画素１０７-nからの出力パターンと、モニタ画素１０６からの出力パターンとを比較すれば、これら出力パターン間の時間差を知ることができる。例えば図２に示すように、出力パターン間の時間差“Ｔ１”や“Ｔ２”が分かれば、これら時間差“Ｔ１”や“Ｔ２”と、上記距離“Ｌ”とから、ＣＣＤリニアセンサと被撮像体との相対速度、即ちＣＣＤリニアセンサの移動速度、あるいは被撮像体、例えば原稿の移動速度を求めることができる。このように、ＣＣＤリニアセンサと被撮像体との相対速度が分かれば、副走査方向に沿った移動情報、即ち画像走査時の走査位置情報を取得することができる。

走査位置情報を取得するための処理は、例えばソフトウェアを用いて行なうことができる。このソフトウェアの一例を、以下説明する。

図３は、ソフトウェアにより行なわれる処理手順の一例を示すフローチャートである。

まず、画素１０７からの出力パターン、及びモニタ画素１０６からの出力パターンを得る（ＳＴ．１）。

ＳＴ．１の具体的一例は、画素１０７-nの出力、及びモニタ画素１０６の出力をそれぞれ、ある一定時間、読み取り、例えば固体撮像システムに設けられた記憶部に蓄積していくことである。これにより、例えば図２に示したような出力パターンを得ることができる。

次に、画素１０７-nからの出力パターンと、モニタ画素１０６からの出力パターンとを比較し、これら出力パターン間の時間差“Ｔ”を求める（ＳＴ．２）。

ＳＴ．２の具体的一例は、ある一定時間における画素１０７-nの出力パターンと、同じくある一定時間におけるモニタ画素１０６の出力パターンとをパターンマッチングさせ、マッチングしたパターン間の時間差“Ｔ”を求めることである。

また、他例としては、画素１０７-nの出力パターンの特徴的な部分と、この特徴的な部分に対応した、モニタ画素１０６の出力パターンの特徴的な部分とをそれぞれ抽出し、これら特徴的な部分間の時間差“Ｔ”を求めることである。特徴的な部分の一例としては、出力レベルの変曲点、例えば図２に示すように出力パターンのピークを挙げることができる。

次に、出力パターン間の時間差“Ｔ”が判明したら、この時間差“Ｔ”と距離“Ｌ”とから、ＣＣＤリニアセンサと被撮像体との相対速度を算出する（ＳＴ．３）。

このような第１実施形態に係るＣＣＤリニアセンサによれば、例えば移動系に用いられるモータを精密に制御する制御系や、位置信号を得る処理系を備えることなく、画像走査時の走査位置情報を取得することが可能となる。

また、ハンディスキャナ等の手動走査の機器に応用した場合においても、エンコーダ等の位置情報を検出するための機構を設けることなく、上記走査位置情報を取得することが可能となる。

本第１実施形態では、出力パターン間の比較を、モニタ画素１０６と、これに対応する位置にある、一つの画素１０７-nとで行なった。

しかし、出力パターン間の比較は、モニタ画素１０６と、画素１０７-nと、画素１０７-nの周辺にある画素１０７との複数で行なうようにしても良い。この場合には、電荷転送方向に直交する方向の移動情報ばかりでなく、斜め方向の移動情報を得ることも可能となる。

（第２実施形態）
図４は、この発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を示す平面図である。なお、図４には、一例として、特にスキャナ等の読み取り部に用いられるＣＣＤリニアセンサが示されている。

図４に示すように、モニタ画素１１１は、電荷転送レジスタ部１０３を挟んで、画素部１０１の反対側に設けられている。この場合、モニタ画素１１１にて発生、蓄積された電荷は、電荷転送レジスタ部１０３を挟んで、読み出し電極１０２の反対側に設けられた読み出し電極１１２を介して、電荷転送レジスタ部１０３に移される。

このような第２実施形態においても、モニタ画素１１１は、画素部１０１から離れた箇所に設けられているので、第１実施形態と同様に、モニタ画素１１１から得られた出力パターンと、これに対応する位置にある画素１０７-nから得られた出力パターンとを比較し、これら出力パターン間の時間差を求めることで、ＣＣＤリニアセンサと被撮像体との相対速度を知ることができる。

従って、本第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。

さらに、本第２実施形態では、モニタ画素１１１の出力部を画素部１０１の出力部１０４と共用する。このため、モニタ画素用出力部１０５を、画素部１０１の出力部１０４と共用しない第１実施形態に比べて、ＣＣＤリニアセンサの小型化に有利である。

（第３実施形態）
図５は、この発明の第３実施形態に係る固体撮像装置を示す平面図である。なお、図５には、一例として、特にスキャナ等の読み取り部に用いられるＣＣＤリニアセンサが示されている。

図５に示すように、上記第１実施形態において示したモニタ画素１０６及びモニタ画素用出力部１０５に加え、モニタ画素１０９及びモニタ画素用出力部１０８が、さらに設けられている。

モニタ画素１０９は、モニタ画素１０６と同様に、画素部１０１から電荷転送方向に直交する方向に距離“Ｌ２”離れた箇所に設けられている。距離“Ｌ２”は、モニタ画素１０９とこれに対応する位置にある画素１０７-mとの距離である。距離“Ｌ２”は、好ましくはモニタ画素１０６とこれに対応する位置にある画素１０７-nとの距離“Ｌ１”と等しく設定される。

このような第３実施形態においても、第１、第２実施形態と同様に、モニタ画素１０６から得られた出力パターンと画素１０７-nから得られた出力パターンとを比較するとともに、及びモニタ画素１０９から得られた出力パターンとこれに対応する位置にある画素１０７-mから得られた画像パターンとを比較することで、これら出力パターン間の時間差を求めることができる。これにより、ＣＣＤリニアセンサと被撮像体との相対速度を知ることができる。

従って、本第３実施形態においても、第１、第２実施形態と同様な効果を得ることができる。

さらに本第３実施形態では、モニタ画素１０６から得られた出力パターンと画素１０７-nから得られた出力パターンとの時間差、及びモニタ画素１０９から得られた出力パターンと画素１０７-mから得られた画像パターンとの時間差を比較することで、ＣＣＤリニアセンサ、あるいは被撮像体の直線的な移動、即ち一次元情報ばかりでなく、ＣＣＤリニアセンサ、あるいは被撮像体の回転といった、二次元情報をも得ることができる、という利点がある。

（第４実施形態）
図６は、この発明の第４実施形態に係る固体撮像装置を示す斜視図である。なお、図６は、一例として、特にスキャナ等の読み取り部に用いられるＣＣＤリニアセンサが示されている。

図６に示すように、半導体基板上には、複数の画素１０７を含む画素部１０１が設けられている。本第４実施形態の画素部１０１は、上記第１〜第３実施形態と同様に、一次元画素列を為している。

さらに本第４実施形態では、主光学系１２０と、モニタ用光学系１２１とを具備する。

主光学系１２０は、例えば主撮像ライン１２３内にある被撮像体１２２の画像を、画素部１０１に含まれる画素１０７のうち、一部分の画素１０７-0〜１０７-m-1に結像させる。モニタ用光学系１２１は、モニタ用撮像ライン１２４内にある被撮像体１２２の画像を、上記一部分の画素１０７-0〜１０７-m-1とは異なる他の部分の画素１０７-mに結像させる。

モニタ用撮像ライン１２４は、主撮像ライン１２３から副走査方向に距離“Ｌ”離れている。これにより、画素１０７-mは、上記第１〜第３実施形態で説明したモニタ画素１０６、１０９と同様に機能させることが可能となる。なお、主光学系、及びモニタ用光学系の例としては、レンズ縮小型ＣＣＤリニアセンサでは通常の光学レンズ、また、密着型ＣＣＤリニアセンサではロッドレンズ等を挙げることができる。

このような第４実施形態に係るＣＣＤリニアセンサを副走査方向に移動、あるいは被撮像体１２２を副走査方向に移動させて、かつ一定時間の間隔で信号を読み取った場合、画素１０７-mの出力と、画素１０７-nの出力との関係は、上記図２に示したものと同様になる。なお、画素１０７-nは、主撮像ラインのうち、モニタ用撮像ライン１２４に対応するライン１２５の画像が結像される画素である。

従って、本第４実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本第４実施形態は、第１〜第３実施形態に比べ、画素部１０１とは別にモニタ画素を設ける必要が無いこと、及びモニタ画素用出力部を設けることが無いことから、ＣＣＤリニアセンサの小型化に有利である。

（第５実施形態）
本第５実施形態は、上記第１〜第４実施形態により説明した固体撮像装置を用いた、固体撮像システムの一例に関する。

図７はこの発明の第５実施形態に係る固体撮像システムを示すブロック図である。

図７に示すように、回路基板１５０上には、固体撮像部１５１、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１５２、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１５３、メモリ１５４、及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）１５５等が配置される。

固体撮像部１５１は、ＣＣＤリニアセンサ等の固体撮像装置であり、本例では、上記第１実施形態に係るＣＣＤリニアセンサが使用されている。第２〜第４実施形態に係るＣＣＤリニアセンサを使用することも、もちろん可能である。

ＴＧ１５２は、例えば読み出しパルス、転送クロック等、固体撮像部１５１の制御に使用される様々なタイミング信号、あるいはそれらのタイミングを決めるための信号等を発生させ、固体撮像部１５１に与える。

ＤＳＰ１５３は、固体撮像部１５１からの出力信号を、例えばスキャナ、ＰＰＣ、ファクシミリ、バーコードリーダ等の所望の電子機器に応じた信号、あるいは所望の信号処理方式に応じた信号に変換し、出力する。

さらに本第５実施形態のＤＳＰ１５３は、固体撮像部１５１からの出力信号より、モニタ画素１０６からの出力信号と、画素１０７-nからの出力信号とを抽出し、例えば上記図２を参照して説明したような処理に基づく信号演算を行い、固体撮像部１５１と被撮像体との間の相対速度を検出し、走査位置情報を示す信号を得て、出力する。

メモリ１５４は、画像情報の記憶に用いられる他、本第５実施形態においては、走査位置情報を取得するためのソフトウェアプログラムの格納、並びに出力パターンを得る際に行なわれる、モニタ画素１０６からの出力信号、並びに画素１０７-nからの出力信号の一時的な蓄積等に用いられる。

Ｉ／Ｆ１５５は、本第５実施形態に係る個体撮像システムと、本固体撮像システムが接続される電子機器とのインターフェースであり、必要に応じて取り付けられる。

このように上述した第１〜第４に係る固体撮像装置は、本第５実施形態により説明したような固体撮像システムに搭載されることで、例えばスキャナ、ＰＰＣ、ファクシミリ、バーコードリーダ等の様々な、画像読み取り機能付電子機器に用いることができる。

なお、本第５実施形態により説明した固体撮像システムは一例であって、この発明の例えば第１〜第４実施形態に係る固体撮像装置は、図７に示した以外の固体撮像システムに搭載することも勿論可能である。

以上、第１〜第４実施形態に係る固体撮像装置、及び第５実施形態に係る固体撮像システムによれば、モニタ画素を画素部から副走査方向に距離“Ｌ”離れた箇所に設ける、あるいは主撮像ライン内の画像とともに、主撮像ラインから副走査方向に距離“Ｌ”離れた箇所にあるモニタ用撮像ラインの画像を画素部に結像させることで、画像走査時の走査位置情報を、信号演算によって取得することが可能となる。

このような固体撮像装置、及び固体撮像システムでは、例えば移動系に用いられるモータを精密に制御する制御系や、位置信号を得る処理系が不要となる。

また、ハンディスキャナ等の手動走査の機器に応用した場合においても、エンコーダ等の位置情報を検出するための機構が不要となる。

（第６実施形態）
本第６実施形態は、特に解像度の切り替えが可能な固体撮像装置に関する。

固体撮像装置の通常の出力では、画素部に含まれる全ての画素からの光信号電荷を独立に全て出力するが、用途に応じて、例えば二画素につき１つの信号を出力する、いわゆる低解像度出力が行なわれる場合がある。出力信号処理において、例えば一画素おきに信号を間引きすれば、解像度は半分になるが、電荷転送レジスタ部の転送速度が同じであれば、電荷転送全体に要する時間は変らない。

その一方で、低解像度出力の場合、通常の出力の場合よりも、電荷転送全体に要する時間を短縮した高速動作が要求される場合が多い。

現状の固体撮像装置では、低解像度に見合うだけの高速動作を行なおうとすると、電荷転送レジスタ部の転送速度を、例えば２倍に速くしなければならず、転送効率の劣化を招く可能性がある。

本第６実施形態は、解像度を切り替え、電荷転送レジスタ部の転送速度を、例えば２倍に速くした場合でも、転送効率の劣化を抑制することが可能な固体撮像装置を提供しようとするものである。

図８Ａ、図８Ｂはそれぞれこの発明の第６実施形態に係る固体撮像装置を示す平面図である。なお、図８Ａ、８Ｂは、一構成例として、特にスキャナ等の読み取り部に用いられるＣＣＤリニアセンサを示している。また、図８Ａには、通常出力動作時における光信号電荷の移送の様子を、図８Ｂには、低解像度出力動作時における光信号電荷の移送の様子をそれぞれ示す。

図８Ａ、図８Ｂに示すように、半導体基板２００上には、画素２０８を含む画素部２０１が設けられている。本第６実施形態の画素部２０１は、特に複数の画素２０８が一列に配置され、いわゆる一次元画素列を為している。画素２０８は各々、例えばフォトダイオードで構成され、入射した光エネルギー、即ち読み取り画像に応じた光エネルギーを光信号電荷に変換し、一時的に蓄積する。

画素部２０１の、電荷転送方向に沿った一方側には、第１の読み出し電極２０２、及び第１の読み出し電極２０２に隣接して第１の電荷転送レジスタ部２０３がそれぞれ配置されている。第１の電荷転送レジスタ部２０３は、第１の出力部２０４に接続されている。

また、画素部２０１の、第１の読み出し電極２０２の反対側には、第２の読み出し電極２０５、及び第２の読み出し電極２０５に隣接して第２の電荷転送レジスタ部２０６がそれぞれ配置されている。第２の電荷転送レジスタ部２０６は、第２の出力部２０７に接続されている。

本第６実施形態では、第２の電荷転送レジスタ部２０６の、一画素あたりの転送段数が、第１の電荷転送レジスタ部２０６よりも少ない。特に本第４実施形態では、第１の電荷転送レジスタ部２０３の一画素あたりの転送段数は、第２の電荷転送レジスタ部２０６の整数倍、例えば２倍である。

次に、第６実施形態に係る固体撮像装置の一動作例を説明する。

＜通常出力動作＞
図９Ａは、この発明の第６実施形態に係る固体撮像装置の通常出力動作時における読み出しパルスを示す信号波形図である。

図９Ａに示すように、通常出力動作時、読み出しパルスＳＨ１を、第１の読み出し電極２０２に与える。また、第２の読み出し電極２０５に与えられる読み出しパルスＳＨ２は、通常出力動作の間、例えば“LOW”レベルを保つようにする。

読み出しパルスＳＨ１が“LOW”レベルから“HIGH”レベルに遷移すると、第１の読み出し電極２０２をゲート電極とするシフトゲートが開く。この結果、図８Ａに示されるように、画素２０８それぞれに蓄積された光信号電荷は、第１読み出し電極２０２を通じて、一斉に第１の電荷転送レジスタ部２０３に移送される。

読み出しパルスＳＨ１が“HIGH”レベルから再び“LOW”レベルに遷移すると、第１の読み出し電極２０２をゲート電極とするシフトゲートが閉じる。この結果、入射光に応じて、画素２０８それぞれに発生した電荷は、画素２０８それぞれに蓄積されていく。光信号電荷の蓄積は、読み出しパルスＳＨ１が再び“HIGH”レベルに遷移し、光信号電荷が第１の電荷転送レジスタ部２０３に移送されるまで続く。本例では、光信号電荷を蓄積している間（光信号蓄積時間中）、先に第１の電荷転送レジスタ部２０３に移送されていた光信号電荷全ては、出力部２０４に転送され、その電荷量に応じた出力信号に変換されて出力される。

＜低解像度出力動作＞
図９Ｂは、この発明の第６実施形態に係る固体撮像装置の低解像度出力動作時における読み出しパルスを示す信号波形図である。

図９Ｂに示すように、低解像度出力動作時、読み出しパルスＳＨ２を、第２の読み出し電極２０５に与える。また、読み出しパルスＳＨ１は、低解像度出力動作の間、例えば“LOW”レベルを保つようにする。

読み出しパルスＳＨ２が“LOW”レベルから“HIGH”レベルに遷移すると、第２の読み出し電極２０５をゲート電極とするシフトゲートが開く。この結果、図８Ｂに示されるように、画素２０８それぞれに蓄積された光信号電荷は、第２の読み出し電極２０５を通じて、一斉に第２の電荷転送レジスタ部２０６に移送される。この時、本第６実施形態では、第２の電荷転送レジスタ部２０６の一つの転送段に対し、二画素分の光信号の電荷を混合するように移送する。

読み出しパルスＳＨ２が“HIGH”レベルから再び“LOW”レベルに遷移すると、第２の読み出し電極２０５をゲート電極とするシフトゲートが閉じる。この結果、通常動作出力時と同様に、画素２０８それぞれに、入射光に応じて発生した電荷が蓄積されていく。光信号電荷の蓄積は、読み出しパルスＳＨ２が再び“HIGH”レベルに遷移し、光信号電荷が第２の電荷転送レジスタ部２０６に移送されるまで続く。本例では、光信号蓄積時間中、先に第２の電荷転送レジスタ部２０６に移送されていた光信号電荷全ては、出力部２０７に転送され、その電荷量に応じた出力信号に変換されて出力される。この時、第２の電荷転送レジスタ部２０６の転送段数は、上述した通り、第１の電荷転送レジスタ部２０３の半分である。このため、転送速度を通常動作出力時の時と同じにしても、全体の転送時間は半分にすることができる。よって、図９Ｂに示すように、図９Ａに示す通常出力動作時よりも高速な出力動作が可能となる。

また、本第６実施形態では、特に二画素分の光信号電荷を加算するので、低解像度としても、感度が高くなる。

さらに、図８Ａ、図８Ｂに示すように、本第６実施形態では、第２の電荷転送レジスタ部２０６の転送段数が、第１の電荷転送レジスタ部２０３の転送段数よりも少ない。このため、第２の電荷転送レジスタ部２０６の転送段一つあたりの面積は、第１の電荷転送レジスタ部２０３の転送段一つあたりの面積よりも大きくすることができる。このようにした場合には、第２の電荷転送レジスタ部２０６のレジスタ面積が大きくできるので、第２の電荷転送レジスタ部２０６の飽和出力が高くなる、という利点がある。

（第７実施形態）
本第７実施形態は、上記第６実施形態により説明した固体撮像装置を用いた、固体撮像システムの一例に関する。

図１０はこの発明の第７実施形態に係る固体撮像システムを示すブロック図である。

図１０に示すように、回路基板２５０上には、固体撮像部２５１、タイミングジェネレータ（ＴＧ）２５２、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２５３、等が配置される。

固体撮像部２５１には、ＣＣＤリニアセンサ等の固体撮像装置であり、本例では、上記第６実施形態に係るＣＣＤリニアセンサが使用されている。

ＴＧ２５２は、例えば上記読み出しパルスＳＨ１、ＳＨ２、転送クロック等、固体撮像部２５１の制御に使用される様々なタイミング信号、あるいはそれらのタイミングを決めるための信号等を発生させ、固体撮像部２５１に与える。

ＤＳＰ２５３は、固体撮像部２５１からの出力信号を、例えばスキャナ、ＰＰＣ、ファクシミリ、バーコードリーダ等の所望の電子機器に応じた信号、あるいは所望の信号処理方式に応じた信号に変換し、出力する。

固体撮像部２５１に、通常出力動作をさせるか、低解像度出力動作をさせるかは、例えば信号ＲＳＷにより決定される。本第４実施形態では、信号ＲＳＷを、例えばＴＧ２５２に入力する。ＴＧ２５２は、信号ＲＳＷが通常解像度（通常出力動作）を示したとき、例えば読み出しパルスＳＨ１、ＳＨ２が、図９Ａに示したようなタイミングで発生されるように制御する。また、ＴＧ２５２は、信号ＲＳＷが低解像度（低解像度出力動作）を示したとき、例えば読み出しパルスＳＨ１、ＳＨ２が、図９Ｂに示したようなタイミングで発生されるように制御する。

このように上述した第６実施形態に係る固体撮像装置は、本第７実施形態により説明したような固体撮像システムに搭載されることで、例えばスキャナ、ＰＰＣ、ファクシミリ、バーコードリーダ等の様々な、画像読み取り機能付電子機器に用いることができる。

さらに、本第７実施形態に係る固体撮像システムは、電子シャッタ機能が付加されている。電子シャッタ機能を使用するか否かは、例えば信号ＥＳにより決定される。本例では、信号ＥＳはＴＧ２５２に入力される。

ところで、電子シャッタ動作を行なう場合、不要電荷を掃き捨てるためのドレインが必要である。上記第６実施形態により説明した固体撮像装置では、第１の電荷転送レジスタ部２０３に加えて、第２の電荷転送レジスタ部２０６を持つ。そこで、この第２電荷転送レジスタ部２０６を、不要な光信号電荷を掃き捨てるドレインとして使用する。

以下、電子シャッタ動作の一動作例について説明する。

＜電子シャッタ動作＞
図１１は、この発明の第７実施形態に係る固体撮像システムの電子シャッタ動作時における読み出しパルスを示す信号波形図である。

図１１に示すように、電子シャッタ動作時、読み出しパルスＳＨ１が二回“HIGH”レベルになる間に、読み出しパルスＳＨ２を一回“HIGH”レベルとする。これにより、読み出しパルスＳＨ１が“HIGH”レベルから“LOW”レベルに遷移した後に蓄積された光信号電荷は、読み出しパルスＳＨ２が“LOW”レベルから“HIGH”レベルに遷移することで、第２の電荷転送レジスタ部２０６に移送される。移送された光信号電荷は、不要電荷として掃き捨てられる。

読み出しパルスＳＨ２が“HIGH”レベルから“LOW”レベルに遷移すると、第２の読み出し電極２０５をゲート電極とするシフトゲートが閉じる。この時、読み出しパルスＳＨ１は“LOW”レベルであるため、第１の読み出し電極２０２をゲート電極とするシフトゲートも閉じている。この結果、画素２０８それぞれには、入射光に応じて発生した電荷が再度蓄積されていく。光信号電荷の蓄積は、読み出しパルスＳＨ１が再び“HIGH”レベルに遷移し、光信号電荷が第１の電荷転送レジスタ部２０３に移送されるまで続く。先に第１の電荷転送レジスタ部２０３に移送されていた光信号電荷は全て、読み出しパルスＳＨ１が再度“HIGH”レベルになるまでに、出力部２０４に転送され、その電荷量に応じた出力信号に変換されて出力される。

第２の電荷転送レジスタ部２０６に移送された不要電荷を掃き捨てるためには、例えば図１０に示すように、第２の電荷転送レジスタ部２０６の出力部２０７を、切り換えスイッチ２５４を用いて、回路基板２５０上に配置された出力信号線２５５から接地電位線２５６に切り換え接続すれば良い。これにより、不要電荷は、第２の電荷転送レジスタ部２０６を転送されて、やがて接地電位ＧＮＤに掃き捨てられる。切り換えスイッチ２５４は、半導体基板２００内に設けられる。切り換えスイッチ２５４は、ＴＧ２５２から出力された信号ＳＷに基づき、電子シャッタ動作時に出力部２０７を接地電位線２５６に接続し、また、例えば低解像度動作時には、出力部２０７を出力信号線２５５に接続する。

この例は、一例であって、不要電荷の掃き捨て先は、例えば接地電位ＧＮＤに接続される配線であれば良く、回路基板２５０上の接地電位線に限られるものではない。また、第２の電荷転送レジスタ部２０６に移送された不要電荷を、例えば出力部２０７まで転送したが、不要電荷は、出力部２０７に達する前に掃き捨てられても良い。さらには不要電荷を転送せず、第２の電荷転送レジスタ部２０６から、例えば半導体基板２００中に掃き出すようにしても良い。

このように、第２の電荷転送レジスタ部２０６は、低解像度動作時に使用されるばかりでなく、電子シャッタ動作時の不要な光信号電荷を掃き捨てるドレインとして使用することができる。これにより、電子シャッタ動作を、簡単に実現することができる。

また、画素２０８への信号蓄積時間は、読み出しパルスＳＨ２の発生タイミングを変えることで、調節することができる。

なお、本第７実施形態により説明した固体撮像システムは一例であって、この発明に例えば第６実施形態に係る固体撮像装置は、図１０に示した以外の固体撮像システムに搭載することも勿論可能である。

（第８実施形態）
図１２は、この発明の第８実施形態に係る固体撮像装置を示す平面図である。

図１２に示すように、本第８実施形態は、例えば上記第６実施形態で説明した固体撮像装置を、×３ラインのカラーＣＣＤリニアセンサとしたものである。

画素部２０１Ｒは緑色（Ｇ）に、画素部２０１Ｂは青色（Ｂ）に、画素部２０１Ｒは赤色（Ｒ）にそれぞれ対応する。

本第８実施形態に示すように、第６実施形態に係る固体撮像装置は、カラー撮像に対応させることも可能であり、カラーＰＰＣ、カラースキャナ等にも使用することができる。

以上、この発明を第１〜第８実施形態により説明したが、この発明は、これら実施形態それぞれに限定されるものではなく、その実施に際しては、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。

また、上記第１〜第８実施形態はそれぞれ、単独で実施することが可能であるが、適宜組み合わせて実施することも、もちろん可能である。

さらに、上記第１〜第８実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、各実施形態において開示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の段階の発明を抽出することも可能である。

図１はこの発明の第１実施形態に係る固体撮像装置を示す平面図。 図２はモニタ画素の出力とこのモニタ画素に対応した画素からの出力との関係を示す図。 図３はソフトウェアにより行われる処理手順の一例を示すフローチャートである。 図４はこの発明の第２実施形態に係る固体撮像装置を示す平面図。 図５はこの発明の第３実施形態に係る固体撮像装置を示す平面図。 図６はこの発明の第４実施形態に係る固体撮像装置を示す斜視図。 図７はこの発明の第５実施形態に係る固体撮像システムを示すブロック図。 図８Ａ、図８Ｂはそれぞれこの発明の第６実施形態に係る固体撮像装置を示す平面図。 図９Ａはこの発明の第６実施形態に係る固体撮像装置の通常出力動作時における読み出しパルスを示す信号波形図、図９Ｂはこの発明の第６実施形態に係る固体撮像装置の低解像度出力動作時における読み出しパルスを示す信号波形図。 図１０はこの発明の第７実施形態に係る固体撮像システムを示すブロック図。 図１１はこの発明の第７実施形態に係る固体撮像システムの電子シャッタ動作時における読み出しパルスを示す信号波形図。 図１２はこの発明の第８実施形態に係る固体撮像装置を示す平面図。

符号の説明

１００…半導体基板、１０１…画素部、１０２…読み出し電極（シフトゲート）、１０３…電荷転送レジスタ部、１０４…出力部、１０５…モニタ画素用出力部、１０６…モニタ画素、１０７…画素、１０８…モニタ画素用出力部、１０９…モニタ画素、１２０…主光学系、１２１…モニタ用光学系、１２２…被撮像体、１２３…主撮像ライン、１２４…モニタ用撮像ライン、１２５…主撮像ライン中モニタ用撮像ラインに対応したライン、１５０…回路基板、１５１…固体撮像部、１５２…タイミングジェネレータ、１５３…デジタルシグナルプロセッサ、１５４…メモリ、１５５…インターフェース、２００…半導体基板、２０１…画素部、２０２…第１の読み出し電極、２０３…第１の電荷転送レジスタ部、２０４…出力部、２０５…第２の読み出し電極、２０６…第２の電荷転送レジスタ部、２０７…出力部、２０８…画素、２５０…回路基板、２５１…固体撮像部、２５２…タイミングジェネレータ、２５３…デジタルシグナルプロセッサ、２５４…切り換えスイッチ、
２５５…出力配線、２５６…接地電位線。

Claims (5)

1. 半導体基板上に列状に配置された複数の画素を含む画素部と、
   前記画素部の一方側に配置された第１読み出し電極と、
   前記一方側に対向する前記画素部の他方側に配置された第２読み出し電極と、
   前記第１読み出し電極に隣接して配置された第１電荷転送レジスタ部と、
   前記第２読み出し電極に隣接して配置された、一画素あたりの転送段数が前記第１電荷転送レジスタ部よりも少ない第２電荷転送レジスタ部とを具備し、
   電子シャッタ動作時、前記第１読み出し電極が閉じている期間に、前記第２読み出し電極を通じて、前記画素部で生成された光信号電荷を前記第２電荷転送レジスタ部に移送することにより、前記第２電荷転送レジスタ部を、不要な光信号電荷を掃き捨てるドレインとして使用することを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記第１電荷転送レジスタ部の一画素あたりの転送段数は、前記第２電荷転送レジスタ部の一画素あたりの転送段数の整数倍であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 通常出力動作時、前記第１読み出し電極を通じて、前記画素部で生成された光信号電荷を前記第１電荷転送レジスタ部に移送し、
   低解像度動作時、前記第２読み出し電極を通じて、前記画素部で生成された光信号電荷を前記第２電荷転送レジスタ部に移送することを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記画素部は、複数の画素列を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 半導体基板上に列状に配置された複数の画素を含む画素部、前記画素部の一方側に配置された第１読み出し電極、前記一方側に対向する前記画素部の他方側に配置された第２読み出し電極、前記第１読み出し電極に隣接して配置された第１電荷転送レジスタ部、及び前記第２読み出し電極に隣接して配置された、一画素あたりの転送段数が前記第１電荷転送レジスタ部よりも少ない第２電荷転送レジスタ部を含む固体撮像部と、
   通常出力動作時、前記第１読み出し電極に、前記画素部で生成された光信号電荷を前記第１電荷転送レジスタ部に移送させる第１読み出しパルスを与える制御、
   低解像度動作時、前記第２読み出し電極に、前記画素部で生成された光信号電荷を前記第２電荷転送レジスタ部に移送させる第２読み出しパルスを与える制御、
   及び電子シャッタ動作時、前記第１読み出しパルスを与えた後、次の第１読み出しパルスを与える前に前記第２読み出しパルスを与える制御を行なうタイミングジェネレータと
   を具備することを特徴とする固体撮像システム。

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