(57)【要約】【課題】出力信号にリセットノイズが含まれなくなり、信号変換レートを速くしようとした時でもリセットノイズによる制限を受けなくなり、信号変換レートの速い出力信号が得られる固体撮像装置を提供する。【解決手段】２つの電荷電圧変換部１４、１８を有し、位相の異なる２相のリセットパルス信号ＣＫ１、ＣＫ２に基づいて各電荷電圧変換部１４、１８をリセットし、それぞれの出力信号をスイッチ回路３０で交互に切り換えて出力する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２以上の電荷電圧変換部を有する固体撮像装置において、
位相の異なる少なくとも２以上のリセットパルス信号に基づいて前記各電荷電圧変換部をリセットするリセット手段と、
前記各電荷電圧変換部の出力を切り換えて出力するスイッチ回路
とを具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
光電変換部を有する画素を一列に配置した画素列と、
前記画素列の一方側に配置されかつ前記画素列に並行に配列され、前記画素列の奇数番目の画素で発生した信号電荷の通過を制御する第１のシフトゲートと、
前記第１のシフトゲートに隣接して並行に配置され、前記第１のシフトゲートから転送されてきた信号電荷を転送クロック信号に基づいて所定の方向に転送する第１のＣＣＤレジスタと、
前記第１のＣＣＤレジスタの電荷転送方向端部に配置された第１の電荷電圧変換部と、
前記画素列の他方側に配置されかつ前記画素列に並行に配列され、前記画素列の偶数番目の画素で発生した信号電荷の通過を制御する第２のシフトゲートと、
前記第２のシフトゲートに隣接して並行に配置され、前記第２のシフトゲートから転送されてきた信号電荷を転送クロック信号に基づいて所定の方向に転送する第２のＣＣＤレジスタと、
前記第２のＣＣＤレジスタの電荷転送方向端部に配置された第２の電荷電圧変換部と、
位相の異なる第１、第２のリセットパルスに基づいて前記第１、第２の電荷電圧変換部をリセットするリセット手段と、
互いに逆相の第１、第２のゲートパルス信号に基づいて前記第１、第２の電荷電圧変換部の出力を切り換えて出力するスイッチ回路
とを具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の電荷電圧変換部に隣接する前記第１のＣＣＤレジスタの最終段の転送電極には第１の転送クロック信号が印加され、前記第２の電荷電圧変換部に隣接する前記第２のＣＣＤレジスタの最終段の転送電極には前記第１の転送クロック信号とは逆相の第２の転送クロック信号が印加され、
前記第１のリセットパルス信号は前記第１の転送クロック信号の前縁に同期し、前記第２のリセットパルス信号は前記第２の転送クロック信号の前縁に同期していることを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
光電変換部を有する画素を一列に配置した画素列と、
前記画素列の一方側に配置されかつ前記画素列に並行に配列され、前記画素列の奇数番目の画素で発生した信号電荷の通過を制御するシフトゲートと、
前記シフトゲートに隣接して並行に配置され、前記シフトゲートから転送されてきた信号電荷を複数段の転送電極により所定の方向に転送し、最終段の転送電極が２つに分割されたＣＣＤレジスタと、
前記ＣＣＤレジスタの電荷転送方向端部に設けられ、前記最終段の２つの転送電極に隣接して配置された第１、第２の電荷電圧変換部と、
位相の異なる第１、第２のリセットパルス信号に基づいて前記第１、第２の電荷電圧変換部をリセットするリセット手段と、
互いに逆相の第１、第２のゲートパルス信号に基づいて前記第１、第２の電荷電圧変換部の出力を切り換えて出力するスイッチ回路
とを具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１の電荷電圧変換部に隣接する前記ＣＣＤレジスタの一方の最終段の転送電極には第１の転送クロック信号が印加され、前記第２の電荷電圧変換部に隣接する前記ＣＣＤレジスタの他方の最終段の転送電極には前記第１の転送クロック信号とは逆相の第２の転送クロック信号が印加され、
前記ＣＣＤレジスタの前記最終段の転送電極よりも１段前段の転送電極には、前記第１および第２の転送クロック信号の各前縁に同期し、前記第１および第２の転送クロック信号の２倍の周波数を有する第３の転送クロック信号が印加され、
前記第１のリセットパルス信号は前記第１の転送クロック信号の前縁に同期し、前記第２のリセットパルス信号は前記第２の転送クロック信号の前縁に同期していることを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に係り、特に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転送するＣＣＤレジスタを備えた固体撮像装置における信号電荷転送制御手段に関するもので、例えばエリアセンサ、ラインセンサなどに使用される。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像装置は、光電変換部（フォトダイオード）を有する画素列（または画素アレイ）、シフトゲート、複数の転送電極を有するＣＣＤレジスタ、電荷電圧変換部、リセットゲート、リセットドレイン領域などを有する。そして、画素列からシフトゲートを介してＣＣＤレジスタに同時に出力された信号電荷は、２相の転送クロックパルス信号により所定の方向に転送され、ＣＣＤレジスタの最終段の転送電極を介して電荷電圧変換部に供給される。なお、電荷電圧変換部は、リセットゲートを介して、所定のタイミングでリセットドレイン領域の電圧にリセットされる。
【０００３】
このような固体撮像装置の動作は以下の通りである。すなわち、リセットゲートがリセットパルス信号により開かれ、電荷電圧変換部の浮遊接合がリセットドレインの電圧にリセットされる。この後、ＣＣＤレジスタの最終段の転送電極から電荷電圧変換部に信号電荷が転送されると、電荷電圧変換部の浮遊接合の電圧が信号電荷に応じた分だけ変化し、信号電荷の流入により変化した電圧とリセット電圧との差が信号電圧として得られる。
【０００４】
従来の固体撮像装置において、信号変換レートを速くしようとした時に、リセットゲートにより電荷電圧変換部がリセットドレイン領域の電圧にリセットされる期間にリセットノイズが発生し、これにより信号変換レートが制限を受けるという問題がある。
【０００５】
なお、特許文献１に開示された固体撮像装置においては、距離を隔てて設けられた２つの画素列のうち、一方の画素列の画素において発生した信号電荷が第１のアナログシフトレジスタの最終段まで転送され、第１の転送クロックで電荷検出部に送られる毎に、リセットパルスが発生してリセットドレインに排出される。他方の画素列の画素において発生した信号電荷は、第２のアナログシフトレジスタの最終段まで転送されると、第２の転送クロックのタイミングで電荷検出部の容量に蓄積され、電荷量が読みとられて出力回路から出力信号として出力される。このように、一方の画素列の信号電荷を全て廃棄し、他方の画素列の信号電荷のみを取り出すことで、１／２の解像度で画像劣化を招くことなく読み出すことができる。
【特許文献１】特開２００１−５４０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記した従来の問題点を解決すべくなされたもので、出力信号にリセットノイズ期間が含まれなくなり、信号変換レートを速くしようとした時でもリセットノイズによる制限を受けなくなり、信号変換レートの速い出力信号が得られる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の固体撮像装置は、少なくとも２以上の電荷電圧変換部を有する固体撮像装置において、位相の異なる少なくとも２以上のリセットパルス信号に基づいて前記各電荷電圧変換部をリセットするリセット手段と、前記各電荷電圧変換部の出力を切り換えて出力するスイッチ回路とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の固体撮像装置によれば、出力信号にリセットノイズ期間が含まれなくなり、信号変換レートを速くしようとした時でもリセットノイズによる制限を受けなくなり、信号変換レートの速い出力信号が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この説明に際して、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。
【００１０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の固体撮像装置の第１の実施形態の一部を取り出して示す回路図である。ここで、１０は光電変換部（フォトダイオード）を有する画素を一列に配置した画素列（または、画素列のアレイ）である。この画素列１０の一方側には、画素列に並行に第１のシフトゲート１１が配置され、さらに、第１のシフトゲート１１に隣接して並行に第１のＣＣＤレジスタ１２が配置されている。ここで、第１のシフトゲート１１は、画素列１０の奇数番目の画素で発生した信号電荷の通過がシフトパルス信号に基づいて制御され、第１のシフトゲート１１から転送されてきた信号電荷は、転送クロック信号に基づいて、第１のＣＣＤレジスタ１２により一方向側に順次転送される。第１のＣＣＤレジスタ１２の電荷転送方向側端部には、第１の転送クロック信号ＣＫ１で制御される最終段の転送電極１３を介して、第１の電荷電圧変換部１４が配置されている。
【００１１】
画素列１０の他方側には、画素列１０に並行に第２のシフトゲート１５が配置され、さらに、第２のシフトゲート１５に隣接して並行に第２のＣＣＤレジスタ１６が配置されている。ここで、第２のシフトゲート１５は、画素列１０の偶数番目の画素で発生した信号電荷の通過がシフトパルス信号に基づいて制御され、第２のシフトゲート１５から転送されてきた信号電荷は、転送クロック信号に基づいて、第２のＣＣＤレジスタ１６により一方向側に順次転送される。第２のＣＣＤレジスタ１６の電荷転送方向側端部には、第１の転送クロック信号ＣＫ１とは逆相の第２の転送クロック信号ＣＫ２で制御される最終段の転送電極１７を介して、第２の電荷電圧変換部１８が配置されている。
【００１２】
さらに、第１、第２の電荷電圧変換部１４、１８に隣接して、位相の異なる２相のリセットパルス信号に基づいて第１、第２の電荷電圧変換部１４、１８の電圧をリセットするリセット手段が配置されている。具体的には、第１の電荷電圧変換部１４に隣接して、第１のリセットパルス信号ＲＳ１で制御される第１のリセットゲート１９が配置され、第２の電荷電圧変換部１８に隣接して、第２のリセットパルス信号ＲＳ２で制御される第２のリセットゲート２０が配置され、これらのリセットゲート１９、２０に隣接してリセットドレイン領域２１がそれぞれ配置されている。
【００１３】
なお、第１のシフトゲート１１は画素列１０の偶数番目の画素で発生した信号電荷の通過を制御し、第２のシフトゲート１５は画素列１０の奇数番目の画素で発生した信号電荷の通過を制御するように変更してもよい。
【００１４】
さらに、第１、第２の電荷電圧変換部１４、１８の各出力を、互いに逆相の第１、第２のゲートパルス信号ＧＡＴＥ１、ＧＡＴＥ２に基づいて切り換え出力するスイッチ回路３０が設けられている。このスイッチ回路３０は、例えば、第１の電荷電圧変換部１４に入力ノードが接続された第１のＣＭＯＳインバータ回路３１と、第２の電荷電圧変換部１８に入力ノードが接続された第２のＣＭＯＳインバータ回路３２と、第１のＣＭＯＳインバータ回路３１の出力ノードと信号出力ノード３３との間にソース、ドレイン間が挿入され、ゲートにゲートパルス信号ＧＡＴＥ１が印加される第１のＮＭＯＳトランジスタ３４と、第２のＣＭＯＳインバータ回路３２の出力ノードと信号出力ノード３３との間にソース、ドレイン間が挿入され、ゲートにゲートパルス信号ＧＡＴＥ２が印加される第２のＮＭＯＳトランジスタ３５とから構成されている。
【００１５】
図２は、図１の固体撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。以下、図２を参照して図１の固体撮像装置の動作を説明する。転送クロック信号ＣＫ１の活性化期間の初期に、リセットパルス信号ＲＳ１がハイレベル（"High"）にされることで、第１のリセットゲート１９が開かれ、第１の電荷電圧変換部１４の浮遊接合がリセットドレイン領域２１の電圧にリセットされる。この後、転送クロック信号ＣＫ１の活性化期間に、第１のＣＣＤレジスタ１２の最終段の転送電極１３が開かれ、第１のＣＣＤレジスタ１２から第１の電荷電圧変換部１９に信号電荷が転送される。第１の電荷電圧変換部１９において、リセット電圧と信号電荷の流入により変化した電圧との差が信号電圧になり、この信号電圧がスイッチ回路３０の第１のＣＭＯＳインバータ回路３１に入力される。
【００１６】
上記した動作と同様に、転送クロック信号ＣＫ２の活性化期間の初期に、リセットパルス信号ＲＳ２が"High"にされることで、第２のリセットゲート２０が開かれ、第２の電荷電圧変換部１８の浮遊接合がリセットドレイン領域２１の電圧にリセットされる。この後、転送クロック信号ＣＫ２の活性化期間に、第２のＣＣＤレジスタ１６の最終段の転送電極１７が開かれ、第２のＣＣＤレジスタ１６から第２の電荷電圧変換部１８に信号電荷が転送される。第２の電荷電圧変換部１８において、リセット電圧と信号電荷の流入により変化した電圧との差が信号電圧になり、この信号電圧がスイッチ回路３０の第２のＣＭＯＳインバータ回路３２に入力される。
【００１７】
この後、スイッチ回路３０において、ゲートパルス信号ＧＡＴＥ１により第１のＮＭＯＳトランジスタ３４が開かれて第１のＣＭＯＳインバータ回路３１の出力電圧（第１の電荷電圧変換部１４の信号出力の反転）ＯＳ_Ａにおいてリセットノイズが発生しない期間の電圧を取り出す動作と、ゲートパルス信号ＧＡＴＥ２により第２のＮＭＯＳトランジスタ３５が開かれて第２のＣＭＯＳインバータ回路３２の出力電圧（第２の電荷電圧変換部１８の信号出力の反転）ＯＳ_Ｂにおいてリセットノイズが発生しない期間の電圧を取り出す動作とが交互に行われる。
【００１８】
これにより、信号出力ノード３３に得られる出力信号ＯＳ_Ｃにはリセットノイズが含まれなくなり、信号変換レートを速くしようとした時でもリセットノイズによる制限を受けなくなり、信号変換レートの速い出力信号ＯＳ_Ｃが得られる。
【００１９】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の固体撮像装置の第２の実施形態の一部を取り出して示す回路図である。本実施形態の固体撮像装置が図１の第１の実施形態のものと異なる点は、画素列１０の一方側にのみシフトゲート１１ａおよびＣＣＤレジスタ１２ａが設けられる点と、ＣＣＤレジスタ１２ａの一部の構成が図１のものと異なる点である。
【００２０】
本実施形態の固体撮像装置では、それぞれ１つのシフトゲート１１ａおよびＣＣＤレジスタ１２ａが設けられるため、画素列１０の奇数番目および偶数番目の画素で発生した信号電荷が、シフトゲート１１ａを介してＣＣＤレジスタ１２ａに転送される。ＣＣＤレジスタ１２ａには複数段の転送電極４０が設けられており、シフトゲート１１ａを介してＣＣＤレジスタ１２ａに転送された複数画素の信号電荷は、これら複数段の転送電極４０により一方向側に順次転送される。ＣＣＤレジスタ１２ａの複数段の転送電極４０のうち最終段の転送電極は２つの転送電極４１、４２に分割されている。この２つの最終段の転送電極のうちの一方の転送電極４１は第１の転送クロック信号ＣＫ１で制御され、他方の転送電極４２は第２の転送クロック信号ＣＫ２で制御される。
【００２１】
そして、図１の場合と同様に、ＣＣＤレジスタ１２ａの電荷転送方向側端部において、最終段の２つの転送電極４１、４２に隣接して第１、第２の電荷電圧変換部１４、１８が配置されている。さらに、第１、第２の電荷電圧変換部１４、１８に隣接して、第１、第２のリセットゲート１９、２０およびリセットドレイン領域２１からなるリセット手段が配置されている。
【００２２】
なお、ＣＣＤレジスタ１１ａの複数段の転送電極４０のうち、２つに分割されている最終段の転送電極４１、４２よりも前段の複数の各転送電極４０は、第３の転送クロック信号ＣＫ３およびその反転信号で制御され、例えば、最終段の転送電極４１、４２よりも１段前段の転送電極４０は、第３の転送クロック信号ＣＫ３で制御される。上記第３の転送クロック信号ＣＫ３およびその反転信号はＣＫ１、ＣＫ２の２倍の周波数を有し、第３の転送クロック信号ＣＫ３は、第１および第２の転送クロック信号ＣＫ１、ＣＫ２の各前縁に同期している。
【００２３】
図４は、図３の固体撮像装置の動作例を示すタイミングチャートである。以下、図４を参照して図４の固体撮像装置の動作を説明する。ＣＣＤレジスタ１１ａの複数段の転送電極のうち最終段の転送電極４１、４２を除く転送電極４０を駆動する転送クロック信号ＣＫ３およびその反転信号は、最終段の転送電極４１、４２を駆動する転送クロック信号ＣＫ１、ＣＫ２の２倍の周波数を有するので、シフトゲート１１ａを介してＣＣＤレジスタ１２ａに転送された複数画素の信号電荷は、最終段よりも１段前段の転送電極から最終段転送電極４１、４２に信号電荷が転送される速度の２倍の速度で順次転送される。そして、転送クロック信号ＣＫ１の活性化期間の初期に、ＣＣＤレジスタ１１ａの最終段の転送電極４１、４２よりも１段前段の転送電極４０に転送クロック信号ＣＫ３が供給され、この転送電極４０から最終段の転送電極４１に信号電荷が転送される。同時に、リセットパルス信号ＲＳ１が"High"にされて第１のリセットゲート１９が開かれ、第１の電荷電圧変換部１４の浮遊接合がリセットドレイン領域２１の電圧にリセットされる。この後、転送クロック信号ＣＫ１の活性化期間に、ＣＣＤレジスタ１２ａの最終段の転送電極４１が開かれ、ＣＣＤレジスタ１２ａから第１の電荷電圧変換部１４に信号電荷が転送される。例えば、この第１の電荷電圧変換部１４には、画素列１０の奇数番目の各画素で発生する信号電荷が転送される。そして、第１の電荷電圧変換部１４におけるリセット電圧と信号電荷の流入により変化した電圧との差が信号電圧として得られ、この信号電圧がスイッチ回路３０の第１のＣＭＯＳインバータ回路３１に入力される。
【００２４】
上記した動作と同様に、転送クロックＣＫ２の活性化期間の初期に、ＣＣＤレジスタ１１ａの最終段の転送電極４１、４２よりも１段前段の転送電極４０に転送クロック信号ＣＫ３が供給され、この転送電極４０から最終段の転送電極４２に信号電荷が転送される。同時に、リセットパルス信号ＲＳ２が"High"にされて第２のリセットゲート２０が開かれ、第２の電荷電圧変換部１８の浮遊接合がリセットドレイン領域２１の電圧にリセットされる。この後、転送クロックＣＫ２の活性化期間に、ＣＣＤレジスタ１２ａの最終段の転送電極４２が開かれ、ＣＣＤレジスタ１２ａから第２の電荷電圧変換部１８に信号電荷が転送される。例えば、この第２の電荷電圧変換部１８には、画素列１０の偶数番目の各画素で発生する信号電荷が転送される。そして、第２の電荷電圧変換部１８におけるリセット電圧と信号電荷の流入により変化した電圧との差が信号電圧として得られ、この信号電圧がスイッチ回路３０の第２のＣＭＯＳインバータ回路３２に入力される。
【００２５】
この後、スイッチ回路３０が第１の実施形態と同様に動作し、第１の電荷電圧変換部１４の反転信号電圧ＯＳ_Ａにおけるリセットノイズが発生しない期間の電圧を取り出す動作と、第２の電荷電圧変換部１８の反転信号電圧ＯＳ_Ｂにおけるリセットノイズが発生しない期間の電圧を取り出す動作とが交互に行われる。
【００２６】
これにより、信号出力ノード３３に得られる出力信号ＯＳ_Ｃにはリセットノイズが含まれなくなり、信号変換レートを速くしようとした時でもリセットノイズによる制限を受けなくなり、信号変換レートの速い出力信号ＯＳ_Ｃが得られる。
【００２７】
なお、本発明の固体撮像装置は、少なくとも２以上の電荷電圧変換部を有し、位相の異なる少なくとも２以上のリセットパルス信号に基づいて各電荷電圧変換部をリセットし、それぞれの出力をスイッチ回路で切り換えて出力するものである。すなわち、本発明の固体撮像装置は上記実施形態に限らず、ラインセンサ用の固体撮像装置に適用する場合には、カラー画像のＲＧＢ成分に対応する画素列に応じてそれぞれ上記した構成が設けられる。また、例えば特許文献１に開示されたように、解像度の切り換え（通常解像度モードと低解像度モード）に応じて複数組のＣＣＤレジスタからの出力を加算して取り出す、あるいは、一部のＣＣＤレジスタからの出力のみを取り出して電荷電圧変換部に転送する固体撮像装置などにも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の固体撮像装置の第１の実施形態の一部を取り出して示す回路図。
【図２】図１の固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】本発明の固体撮像装置の第２の実施形態の一部を取り出して示す回路図。
【図４】図３の固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【符号の説明】
【００２９】
１０…画素列、１１…第１のシフトゲート、１１ａ…シフトゲート、１２…第１のＣＣＤレジスタ、１２ａ…ＣＣＤレジスタ、１３…第１のＣＣＤレジスタの最終段の転送電極、１４…第１の電荷電圧変換部、１５…第２のシフトゲート、１６…第２のＣＣＤレジスタ、１７…第２のＣＣＤレジスタの最終段の転送電極、１８…第２の電荷電圧変換部、１９…第１のリセットゲート、２０…第２のリセットゲート、２１…リセットドレイン領域、３０…スイッチ回路、４０…複数の転送電極、４１、４２…最終段の転送電極。
【図１】
2010041077.tif 000003
【図２】
2010041077.tif 000004
【図３】
2010041077.tif 000005
【図４】
2010041077.tif 000006