(57)【要約】  行列状に配置された光電変換部１５１、光電変換部１５１が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直ＣＣＤ１５２、垂直ＣＣＤ１５２が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平ＣＣＤ１５３を備えた固体撮像素子１５０と同一の基板上に、不揮発性メモリ１８０を集積する。そして、この不揮発性メモリ１８０に、固体撮像素子１５０の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶させるとともに、記憶した個体差情報を外部に出力できるようにする。
2009128194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像システムであって、
行列状に配置され、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する複数の光電変換部、前記光電変換部の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直転送部、各垂直転送部の一端と接続され、各垂直転送部が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平転送出力部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子と同一基板上に集積され、該固体撮像素子の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶するとともに、記憶した個体差情報を出力する不揮発性記憶部と、
前記固体撮像素子の基板に電圧を印加する基板電圧印加部と、
前記不揮発性記憶部から読み出された個体差情報に応じ、前記基板電圧印加部が印加する電圧を撮像モード毎に制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
固体撮像装置であって、
行列状に配置され、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する複数の光電変換部、前記光電変換部の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直転送部、各垂直転送部の一端と接続され、各垂直転送部が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平転送出力部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子と同一基板上に集積され、該固体撮像素子の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶するとともに、記憶した個体差情報を出力する不揮発性記憶部と、を備え、
前記不揮発性記憶部は、ヒューズを備えた複数の記憶セルにより構成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２の固体撮像装置において、
前記不揮発性記憶部に接続されて、前記個体差情報を前記固体撮像素子の行方向の信号電荷として、前記垂直転送部において転送の終端になる側から注入する電荷注入部をさらに備え、
前記電荷注入部が信号電荷として注入した個体差情報は、前記垂直転送部及び前記水平転送出力部により転送されて、前記映像信号を出力する端子から出力されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
行列状に配置され、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する複数の光電変換部、前記光電変換部の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直転送部、各垂直転送部の一端と接続され、各垂直転送部が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平転送出力部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子と同一基板上に集積され、該固体撮像素子の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶するとともに、記憶した個体差情報を出力する不揮発性記憶部とを備え、
該固体撮像装置の駆動方法は、
前記不揮発性記憶部から前記個体差情報を読み出す読出しステップと、
前記読出しステップで読み出した個体差情報に応じて、前記固体撮像素子の基板に印加する電圧に対応した制御値を求める制御値算出ステップと、
前記制御値算出ステップで求めた制御値に対応した電圧を、撮像モード毎に前記固体撮像装置の基板に印加する基板電圧印加ステップと、
を有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるＣＣＤ（Charged Coupled Device）型の固体撮像装置、これを用いて種々の撮像モードで撮像を行う撮像システム、及び固体撮像装置の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静止画像を撮像するデジタルスチルカメラや動画像を撮像するデジタルムービーカメラには、ＣＣＤ固体撮像装置を用いるものがある。ＣＣＤ固体撮像装置では、メカシャッタを閉じてから、撮像して得た信号電荷を読み出すまでの間に、ＣＣＤ固体撮像装置内で保持した飽和信号電荷量が時間の経過とともに減少する場合があり、このような飽和信号電荷量の減少は、Ｓ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性を悪化させるので好ましくない。そのため、従来の撮像システムでは、信号電荷の読出し期間中に基板電圧を低下させて、飽和信号電荷量の減少分を見込んで増加させるようにしたものがある（例えば特許文献１を参照）。【０００３】
このように、ＣＣＤ固体撮像装置では、基板に印加する電圧を制御して飽和信号電荷量を調整することができる。
【特許文献１】特開平１０−１５０１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＣＣＤ固体撮像装置を用いた撮像システムには、多岐にわたる撮像モードでの撮像が可能なものがある。例えば、静止画像を撮像する撮像モードと動画像を撮像する撮像モードとを選択することが可能なものがあるし、さらに動画像の撮像において、通常の動画像撮像モードに加え、複数の画素の信号電荷を加算して出力する画素混合動画像撮像モード、高速モード（解像度は通常の撮像モードよりも低いがフレームレートが通常よりも高い撮像モード）等をユーザが選択できるものがある。また、撮像する被写体をモニター（例えば液晶ディスプレイ）に表示させる場合に、所定の画素を間引いて撮像した信号を転送する間引きモニタモードで撮像が可能なものがある。【０００５】
それぞれの撮像モードでは、固体撮像装置に求められるＳ／Ｎ特性やダイナミックレンジ等の、ＣＣＤ固体撮像装置の飽和性能に関連した特性がそれぞれ異なる場合がある。そのため、このような撮像システムでは、飽和性能の基板電圧依存性を利用し、撮像モードに応じて固体撮像装置の基板に最適な電圧を印加し、固体撮像装置の飽和レベルを最適なレベルに制御することが考えられる。【０００６】
しかしながら、近年ではＣＣＤ固体撮像装置の微細化が進み、飽和性能の基板電圧依存性のばらつき（個体差）が大きくなる傾向にある。そのため、撮像モード毎に基板電圧を制御して、ある撮像モードで十分な性能を発揮できたとしても、その他の撮像モードでは、その個体差ゆえに目的とする固体撮像装置の性能が得られない場合も出てくると考えられる。【０００７】
本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず、所望の飽和性能を得られるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、撮像システムであって、
行列状に配置され、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する複数の光電変換部、前記光電変換部の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直転送部、各垂直転送部の一端と接続され、各垂直転送部が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平転送出力部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子と同一基板上に集積され、該固体撮像素子の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶するとともに、記憶した個体差情報を出力する不揮発性記憶部と、
前記固体撮像素子の基板に電圧を印加する基板電圧印加部と、
前記不揮発性記憶部から読み出された個体差情報に応じ、前記基板電圧印加部が印加する電圧を撮像モード毎に制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。【０００９】
この構成では、飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報が固体撮像素子と同一基板上の不揮発性記憶部に記憶されているので、撮像システムにおいてその個体差情報を容易に利用することができる。それゆえ、この撮像システムでは、所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることが可能になる。【００１０】
また、本発明の一態様は、固体撮像装置であって、
行列状に配置され、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する複数の光電変換部、前記光電変換部の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直転送部、各垂直転送部の一端と接続され、各垂直転送部が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平転送出力部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子と同一基板上に集積され、該固体撮像素子の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶するとともに、記憶した個体差情報を出力する不揮発性記憶部と、を備え、
前記不揮発性記憶部は、ヒューズを備えた複数の記憶セルにより構成されていることを特徴とする。【００１１】
この構成により、飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を、固体撮像装置の外部に出力することが可能になる。それゆえ、この固体撮像装置を用いた撮像システムなどでは、所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることができるので、飽和性能の基板電圧依存性の個体差（ばらつき）にかかわらず、所望の飽和性能を得ることが可能になる。すなわち、固体撮像装置の飽和性能に関わる性能を最大限に発揮させることが可能になり、延いては、ばらつきによる歩留まりの低下の防止も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１に係る不揮発性メモリ及びメモリデータ読出回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、固体撮像素子における飽和性能の基板電圧依存性を示す図である。
【図４】図４は、静止画像の撮像モードにおいて撮像の各段階で基板に印加される電圧と、印加のタイミングを説明するタイミングチャートである。
【図５】図５は、依存性曲線の個体差をデバイスＡ，Ｂの２つについて例示した図である。
【図６】図６は、動画像の撮像モードにおいて撮像の各段階で基板に印加される電圧と、印加のタイミングを説明するタイミングチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態２に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、電荷注入部の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、垂直ＣＣＤのｎ＋領域と、垂直ＣＣＤ本体のポテンシャルを模式的に表した図である。
【図１０】図１０は、垂直ＣＣＤ本体の各ゲート電極（Ｖ１〜Ｖ４）、及びストップゲートＶＳに印加する電圧を示す図である。
【図１１】図１１は、垂直ＣＣＤ内のポテンシャルと、垂直ＣＣＤ内における電荷の移動状態を説明する図である。
【符号の説明】
【００１４】
１，２      撮像システム
１００      固体撮像装置
１２０      デジタル信号プロセッサ（制御部）
１３０      デジタルアナログコンバータ（基板電圧印加部）
１５０      固体撮像素子
１５１      光電変換部
１５２      垂直ＣＣＤ（垂直転送部）
１５３      水平ＣＣＤ
１５４      出力アンプ
１８０      不揮発性メモリ（不揮発性記憶部）
１８１      記憶セル
１８１ａ    ヒューズ
２００      固体撮像装置
２１０      固体撮像素子
２２０      垂直ＣＣＤ（垂直転送部）
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。また、以下の各実施形態の説明において、一度説明した構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。【００１６】
《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１として、複数の撮像モードでの撮像が可能な撮像システムの例を説明する。この撮像システムは、静止画像を撮像する撮像モード、及び動画像を撮像する撮像モードを選択することが可能であり、さらに動画像の撮像においては種々の撮像モードでの撮像が可能である。例えば動画の撮像時には、通常の撮像モードに加え、複数の画素の信号電荷を加算して出力する画素混合動画像撮像モード、高速モード（解像度は通常の撮像モードよりも低いがフレームレートが通常よりも高い撮像モード）等をユーザが選択することが可能である。また、撮像する被写体をモニター（例えば液晶ディスプレイ）に表示させる場合には、所定の画素を間引いて撮像した信号を転送する間引きモードで撮像できる。各撮像モードでは、固体撮像装置の基板にそれぞれの撮像モードに応じて最適な電圧を印加して、固体撮像装置の飽和レベルを制御している。【００１７】
−撮像システムの構成−
図１は、本発明の実施形態１に係る撮像システム１の構成を示すブロック図である。撮像システム１は、同図に示すように、固体撮像装置１００、アナログフロントエンド１１０、デジタル信号プロセッサ１２０（制御部）、デジタルアナログコンバータ１３０（基板電圧印加部）、及び垂直ＣＣＤ駆動回路１４０を備えている。なお、図１では、被写体の像を固体撮像装置１００上に結像させる光学系や、撮像して得た映像信号を記録媒体（例えばＨＤＤや光ディスクなど）に記録する記録系の構成は図示を省略している。【００１８】
−固体撮像装置１００の構成−
固体撮像装置１００は、固体撮像素子１５０、バッファ回路１６０、クランプダイオード１７０、不揮発性メモリ１８０（不揮発性記憶部）、及びメモリデータ読出回路１９０を備えている。【００１９】
固体撮像素子１５０は、被写体からの入射光を光電変換して映像信号として出力する。この固体撮像素子１５０には、例えば、いわゆるインターライン・トランスファ方式のＣＣＤイメージセンサ等を採用することができる。本実施形態の固体撮像素子１５０は、具体的には光電変換部１５１、垂直ＣＣＤ１５２（垂直転送部）、水平ＣＣＤ１５３、及び出力アンプ１５４を備えている。【００２０】
光電変換部１５１は、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する素子（例えばフォトダイオード）であり、この固体撮像装置１００では複数の光電変換部１５１が行列状に配置されている。【００２１】
また、垂直ＣＣＤ１５２は、光電変換部１５１の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部１５１が出力した信号電荷を保持するとともに、列方向に転送する。詳しくは、各垂直ＣＣＤ１５２は、対応した光電変換部１５１毎に電荷結合素子（ＣＣＤ）がトランスファゲート（図示せず）を介して接続され、それぞれの光電変換部１５１から転送された信号電荷を保持する。各垂直ＣＣＤ１５２は、保持した電荷の転送を制御する複数のゲート電極が設けられている。そして、垂直ＣＣＤ駆動端子Ｔ１を介して入力された垂直転送パルス（垂直ＣＣＤ駆動回路１４０が出力する）が各ゲート電極に与えられ、垂直転送パルスに応じて保持したこれらの信号電荷を列方向に転送して出力する。なお、垂直ＣＣＤ１５２において信号電荷が出力される側を転送の始端と呼び、その反対の端を転送の終端と呼ぶことにする。各垂直ＣＣＤ１５２の出力（すなわち始端側）は、水平ＣＣＤ１５３に接続されている。【００２２】
水平ＣＣＤ１５３は、各垂直ＣＣＤ１５２から１行分の信号電荷を受けると、水平ＣＣＤ駆動端子Ｔ２から入力された水平転送パルス（デジタル信号プロセッサ１２０が出力する）によって制御されて、入力された１行分の信号電荷を行方向に転送して出力アンプ１５４に出力する。この水平ＣＣＤ１５３は、出力アンプ１５４とともに水平転送出力部を構成している。【００２３】
出力アンプ１５４は、入力された信号電荷を電圧に変換し、画素毎の信号電圧として信号出力端子Ｔ４を介して固体撮像装置１００の外部（この例ではアナログフロントエンド１１０）に出力する。なお、出力アンプ１５４は、リセット駆動端子Ｔ３を介してリセット信号が入力されるようになっている。【００２４】
また、この固体撮像素子１５０は、既述の通り、撮像モードに応じてその基板電圧（以下、Ｖｓｕｂ電圧とも呼ぶ）が制御される。そのため、固体撮像装置１００には、基板に印加する電圧を入力するためのＶＳＵＢ電圧印加端子Ｔ５が設けられている。ＶＳＵＢ電圧印加端子Ｔ５は、バッファ回路１６０を介して固体撮像素子１５０の基板と接続されている。このバッファ回路１６０は、インピーダンスの変換のために設けてある。さらに、固体撮像装置１００には電子シャッタパルス印加端子Ｔ６が設けられている。この電子シャッタパルス印加端子Ｔ６は、クランプダイオード１７０を介して固体撮像素子１５０の基板と接続されている。【００２５】
クランプダイオード１７０は、電子シャッタパルス印加端子Ｔ６からの信号とバッファ回路１６０の出力とを重畳させる機能を有している。電子シャッタパルス印加端子Ｔ６には、静止画像の撮影時（具体的には露光開始前）に、各光電変換部１５１の電荷を一斉にゼロにするために所定の電圧（例えば２０Ｖ）のパルス（以下、電子シャッタパルスと呼ぶ）が印加される。【００２６】
不揮発性メモリ１８０は、固体撮像素子１５０と同一基板上に集積され、固体撮像装置１００への電源供給を断っても記憶した内容を保持できるメモリである。本実施形態では、一例として、図２に示した構成の不揮発性メモリを採用している。この例では不揮発性メモリ１８０は、ヒューズ１８１ａとプルアップ抵抗１８１ｂを備えた複数の記憶セル１８１により構成され、ヒューズ１８１ａの切断の有無によって、１又は０のデジタル値を記憶する。このような構成の不揮発性メモリ１８０は、固体撮像素子１５０と同時プロセスで製造することができる。【００２７】
この不揮発性メモリ１８０には、固体撮像素子１５０における飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す情報（個体差情報）を記憶させる。ここで飽和とは、入射光量があるレベルを超えると出力される信号電圧がそれ以上変化しなくなる状態のことであり、図３に示すように、基板電圧（Ｖ）と飽和のレベル（ｍＶ）との関係は、概ね上側に凸の曲線（以下、依存性曲線と呼ぶ）となる。この依存性曲線は個体差を有し、固体撮像素子１５０毎に異なった曲線を描くことになる。本実施形態では、固体撮像装置１００の製造時に、飽和性能の基板電圧依存性を固体毎に検査装置で測定し、得られた依存性曲線の数箇所の座標値を不揮発性メモリ１８０に記憶させている。このようにして不揮発性メモリ１８０に記憶された個体差情報は、メモリデータ読出回路１９０により固体撮像装置１００の外部に出力される。【００２８】
メモリデータ読出回路１９０は、例えば図２のように構成できる。この例のメモリデータ読出回路１９０は、シフトレジスタ１９１と、不揮発性メモリ１８０の各記憶セル１８１に対応したトランジスタ１９２とを備えている。それぞれのトランジスタ１９２は、ドレインが対応した記憶セル１８１と接続されている。また、メモリデータ読出回路１９０にはメモリデータ読出回路リセット端子Ｔ７を介してシフトレジスタ１９１をリセットするリセット信号が入力され、メモリデータ読出クロック入力端子Ｔ８を介してデータ読み出し用のクロック信号が入力されている。これにより、不揮発性メモリ１８０からのデータの読出し時には、シフトレジスタ１９１は、リセット信号でリセットされた後、このクロック信号に同期してトランジスタ１９２を順次オンにし、不揮発性メモリ１８０が記憶している個体差情報をシリアルデータとしてメモリデータ読出端子Ｔ９を介して固体撮像装置１００の外部に出力する。【００２９】
−固体撮像装置１００周辺の構成−
アナログフロントエンド１１０は、増幅回路、Ａ／Ｄ変換器、雑音除去回路（何れも図示は省略）等を備え、出力アンプ１５４が出力した映像信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換してデジタル信号プロセッサ１２０に出力する。【００３０】
デジタル信号プロセッサ１２０は、タイミングジェネレータの機能を有し、このタイミングジェネレータで生成したクロック信号に基づいて、垂直ＣＣＤ駆動回路１４０、固体撮像素子１５０、水平ＣＣＤ１５３の制御を行う。例えば、水平ＣＣＤ１５３の制御では、水平転送パルスを水平ＣＣＤ１５３に与えて信号電荷の転送を制御する。さらには、デジタル信号プロセッサ１２０は、アナログフロントエンド１１０が出力した映像信号（デジタル値）に対する画像処理や圧縮を行う。【００３１】
上記のデジタル信号プロセッサ１２０の機能は、一般的な撮像システムにおけるデジタル信号プロセッサにおいても備わっているものであるが、本実施形態のデジタル信号プロセッサ１２０は、固体撮像素子１５０の基板電圧の制御に特徴がある。具体的には、本実施形態のデジタル信号プロセッサ１２０は、不揮発性メモリ１８０から出力された個体差情報に基づいて、固体撮像素子１５０の基板に印加すべき電圧を撮像モード毎に求め、その電圧に対応したデジタル値（制御値と呼ぶ）を記憶しておく。そして、撮像時にデジタルアナログコンバータ１３０に対してこの制御値を出力する。【００３２】
デジタルアナログコンバータ１３０は、デジタル信号プロセッサ１２０が出力した制御値を電圧に変換し、ＶＳＵＢ電圧印加端子Ｔ５を介して固体撮像装置１００に入力する。これにより、固体撮像素子１５０の基板には、制御値に対応した電圧が印加される。つまり、この撮像システム１では、同じ撮像モードであっても、固体撮像装置１００（固体撮像素子１５０）の個体毎に印加する基板電圧が異なるのである。なお、撮像モード毎の具体的な基板電圧については後に例示する。【００３３】
垂直ＣＣＤ駆動回路１４０は、デジタル信号プロセッサ１２０に制御されて、垂直ＣＣＤ１５２の各ゲート電極に印加する垂直転送パルスを、信号電荷の転送時に生成する。また、垂直ＣＣＤ駆動回路１４０は、電子シャッタパルスの生成も行う。なお、垂直転送パルスや電子シャッタパルスは他の信号に比べ比較的高い電圧なので、これらの信号を取り扱う垂直ＣＣＤ駆動回路１４０は、デジタル信号プロセッサ１２０や固体撮像装置１００等とは別のチップ上に実装されるのが一般的である。【００３４】
−撮像システム１の動作−
（個体差情報の読出し）
撮像システム１では、電源がオンにされると撮影の準備が開始され、所定の初期化動作が行われる。デジタル信号プロセッサ１２０は、この初期化動作時にメモリデータ読出回路１９０を介して不揮発性メモリ１８０に記憶されている個体差情報を読み出す（読出しステップ）。具体的には、まず、デジタル信号プロセッサ１２０は、メモリデータ読出回路リセット端子Ｔ７を介してシフトレジスタ１９１にリセット信号を入力する。さらにデジタル信号プロセッサ１２０は、メモリデータ読出クロック入力端子Ｔ８を介してデータ読み出し用のクロック信号を入力する。これにより、メモリデータ読出回路１９０のシフトレジスタ１９１は、リセット信号でリセットされた後、このクロック信号に同期してトランジスタ１９２を順次オンにし、不揮発性メモリ１８０が記憶している個体差情報をシリアルデータとしてメモリデータ読出端子Ｔ９を介してデジタル信号プロセッサ１２０に出力する。【００３５】
このようにして読み出された個体差情報はデジタル信号プロセッサ１２０が記憶する。さらに、デジタル信号プロセッサ１２０は、各撮像モードにおける撮像の各段階（後述）において固体撮像素子１５０の基板に印加する電圧（制御値）を、読み出した個体差情報に応じて求めこれを記憶する（制御値算出ステップ）。このようにして求めた制御値は、撮像モード（例えば静止画像の撮像や動画像の撮像）毎に利用される。【００３６】
−静止画像の撮像動作−
例えば、撮像モードとして静止画像の撮像モードが選択されると、デジタル信号プロセッサ１２０は、静止画像撮像の各段階に対応した制御値を順次デジタルアナログコンバータ１３０に出力して固体撮像素子１５０に印加される基板電圧を制御する（基板電圧印加ステップ）。図４は、静止画像の撮像モードにおいて撮像の各段階で固体撮像素子１５０の基板に印加される電圧と、印加のタイミングを説明するタイミングチャートである。この例では、静止画像の撮像モードでは、図４に示すように、ＶｓｕｂＨ，ＶｓｕｂＭ１，ＶｓｕｂＬの３種類の電圧が撮像の段階に応じて基板に印加される。【００３７】
撮像が開始されると、まず、デジタル信号プロセッサ１２０に制御された垂直ＣＣＤ駆動回路１４０から、電子シャッタパルスが固体撮像素子１５０に印加される。これにより、各光電変換部１５１の電荷が一斉にゼロになる。このときに印加する基板電圧が図４のＶｓｕｂＨである。本実施形態では、ＶｓｕｂＨを固体撮像素子１５０の個体毎には変更していない。ＶｓｕｂＨは、十分に高くしておけば、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず各光電変換部１５１の電荷をゼロにできるからである。【００３８】
各光電変換部１５１の電荷がゼロになった後、露光が開始される。このときに基板に印加される電圧がＶｓｕｂＬである。露光中は、飽和レベルが一番高くなるようにＶｓｕｂＬを設定すると固体撮像素子１５０を高感度な状態で使用できる。それには、図３に示すように、ＶｓｕｂＬをなるべく低い電圧とするのがよい。図３に示した依存性曲線の最も電圧の低いポイントは、基板からの電荷注入が起きる基板電圧（電荷注入電圧と呼ぶ）であり、この電圧では固体撮像素子１５０を使用できない。そのため、ＶｓｕｂＬとしては、電荷注入電圧よりも多少高い電圧を設定する。図５は、依存性曲線の個体差をデバイスＡ，Ｂの２つについて例示したものである。図５に示すように、電荷注入電圧には個体差があるので、デジタル信号プロセッサ１２０は、上記の制御値算出ステップにおいて、個体差情報に基づいてこのＶｓｕｂＬを算出しておき、図４のタイミングで制御値をデジタルアナログコンバータ１３０に出力する。図５の例では、デバイスＡを備えた撮像システム１では、ＶｓｕｂＬとしてＶｓｕｂＬａがデバイスＡに印加され、デバイスＢを備えた撮像システム１では、ＶｓｕｂＬｂがデバイスＢに印加される。これにより、デバイスＡ，Ｂが個体差を有していても、それぞれが露光中に最も高感度な状態となるようにそれぞれの基板電圧を設定できる。【００３９】
メカシャッタが閉じられて露光が終了すると、垂直ＣＣＤ１５２、水平ＣＣＤ１５３から電荷を転送して映像信号として出力する。このときに基板に印加される電圧がＶｓｕｂＭ１である。この例ではＶｓｕｂＭ１は、飽和レベルが所定のレベル（この例では６００ｍＶ）となるように設定している。そこで、デジタル信号プロセッサ１２０は、上記の制御値算出ステップにおいて、個体差情報に基づいて、飽和レベルを目標のレベル（６００ｍＶ）にするためのＶｓｕｂＭ１を、読み出した個体差情報に基づいて予め算出しておき、図４のタイミングで制御値をデジタルアナログコンバータ１３０に出力する。図５の例では、デバイスＡでは、ＶｓｕｂＭ１としてＶｓｕｂＭ１ａが印加され、デバイスＢでは、ＶｓｕｂＭ１ｂが印加される。これにより、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず、所望の飽和性能を得ることができ、最適な条件で電荷の転送・読出ができる。【００４０】
このようにして出力された映像信号（アナログ信号）は、アナログフロントエンド１１０がデジタル信号に変換してデジタル信号プロセッサ１２０に出力する。そして、デジタル信号プロセッサ１２０は、この映像信号（デジタル値）に対して画像処理や圧縮を行って、例えば記録系に出力する。これにより所定の記録媒体に映像信号が記録される。【００４１】
−動画像の撮像動作−
動画像を撮像するモードでは、撮像システム１は以下のように動作して固体撮像素子１５０に印加される基板電圧が制御される（基板電圧印加ステップ）。【００４２】
図６は、動画像の撮像モードにおいて撮像の各段階で基板に印加される電圧と、印加のタイミングを説明するタイミングチャートである。この例では、動画像の撮像モードには、図６に示すように、露光中にＶｓｕｂＭ１が印加され、光電変換部１５１から垂直ＣＣＤ１５２に電荷をシフトさせる際にＶｓｕｂＭ２又はＶｓｕｂＭ３が印加される。【００４３】
この例ではＶｓｕｂＭ１は、前述の静止画を撮像するときと同じ電圧に設定されている。これは露光時の分光特性が静止画撮像時と同じになるようにするためである。デジタル信号プロセッサ１２０は、上記の制御値算出ステップにおいて、個体差情報に基づいて、静止画に必要であった飽和レベルを目標のレベル（６００ｍＶ）にするためのＶｓｕｂＭ１を、読み出した個体差情報に基づいて算出しておき、図６のタイミングで制御値をデジタルアナログコンバータ１３０に出力する。図５の例では、デバイスＡには、ＶｓｕｂＭ１としてＶｓｕｂＭ１ａが印加され、デバイスＢには、ＶｓｕｂＭ１ｂが印加される。これにより、動画撮像時であっても、静止画撮像時と同じ分光特性を得ることができるので、色信号処理を動画と静止画で共通にでき同じ色再現できることが容易となる。【００４４】
また、ＶｓｕｂＭ２、ＶｓｕｂＭ３は、撮像モードによって何れかが選択される。例えば、撮像モードによっては複数の画素の信号電荷が加算（画素混合）されて出力される撮像モードがある。このような撮像モードでは、水平ＣＣＤ１５３の転送容量の関係などから、固体撮像素子１５０の飽和レベルを下げておく必要がある。【００４５】
例えば、６画素の信号電荷を混合する動画像の撮影モード（６画素混合モード）では飽和レベルを１６０ｍＶとし、９画素の信号電荷を混合する動画像の撮影モード（９画素混合モード）では信号電荷を８０ｍＶとしたい場合に、図５に示すようにデバイスＡ，Ｂに個体差があったとする。この場合も、デジタル信号プロセッサ１２０は、上記の制御値算出ステップにおいて、個体差情報に基づいて、飽和レベルを目標のレベル（８０ｍＶ又は１６０ｍＶ）にするためのＶｓｕｂＭ２、ＶｓｕｂＭ３を、読み出した個体差情報に基づいて、制御値として算出しておき、図６のタイミングで制御値をデジタルアナログコンバータ１３０に出力する。図５の例では、デバイスＡでは、上記の６画素混合モードではＶｓｕｂＭ２ａが印加され、９画素混合モードではＶｓｕｂＭ３ａが印加される。また、デバイスＢでは、６画素混合モードではＶｓｕｂＭ２ｂが印加され、９画素混合モードではＶｓｕｂＭ３ｂが印加される。このように撮像システム１では、動画像の撮像モードにおいて、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず、所望の飽和性能を得ることができ、例えば水平ＣＣＤ１５３の転送容量を超えないように電荷を転送させることができる。【００４６】
このようにして出力された映像信号（アナログ信号）は、アナログフロントエンド１１０がデジタル信号に変換してデジタル信号プロセッサ１２０に出力する。そして、デジタル信号プロセッサ１２０は、この映像信号（デジタル値）に対して画像処理や圧縮を行って、例えば記録系に出力する。これにより所定の記録媒体に映像信号が記録される。【００４７】
以上のように、本実施形態によれば、固体撮像素子１５０における飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を不揮発性メモリ１８０に記憶させ、外部に出力できるようにしたので、所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることができる。その結果、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず、所望の飽和性能を得ることが可能になる。すなわち、撮像モード毎に固体撮像装置の飽和性能に関わる性能を最大限に発揮させることが可能になり、延いては、ばらつきによる歩留まりの低下の防止も可能になる。【００４８】
《発明の実施形態２》
図７は、本発明の実施形態２に係る撮像システム２の構成を示すブロック図である。この撮像システム２は、固体撮像装置の部分（固体撮像装置２００）の構成が実施形態１と異なっている。具体的には、この固体撮像装置２００は、バッファ回路１６０、クランプダイオード１７０、不揮発性メモリ１８０、及び固体撮像素子２１０を備えている。【００４９】
固体撮像素子２１０は、光電変換部１５１、垂直ＣＣＤ２２０、水平ＣＣＤ１５３、及び出力アンプ１５４を備えている。すなわち、この固体撮像素子２１０は、垂直ＣＣＤ２２０の部分の構成が実施形態１と異なっている。具体的には、この垂直ＣＣＤ２２０は、図８に示すように、実施形態１と同様の垂直ＣＣＤ（垂直ＣＣＤ本体と呼ぶ）の終端の側に、ｎ＋領域とゲート電極（ストップゲートＶＳ）とにより構成された電荷注入部２３０が設けられている。なお、図８においてＶ３，Ｖ４は、垂直ＣＣＤ２２０内の電荷結合素子に対応して設けられたゲート電極であり、ゲート電極Ｖ３の隣に設けられたゲート電極Ｖ１，Ｖ２（図８には図示されていない。なお、Ｖ１〜Ｖ４は、垂直ＣＣＤゲートとも呼ぶ）とともに、垂直ＣＣＤ２２０内の電荷の読出し時に所定の電圧が、垂直ＣＣＤ駆動端子Ｔ１を介して垂直ＣＣＤ駆動回路１４０から印加される。【００５０】
ｎ＋領域には、不揮発性メモリ１８０の記憶セル１８１が接続されている。この例でも記憶セル１８１は、ヒューズ１８１ａ、プルアップ抵抗１８１ｂを備え、ヒューズ１８１ａの切断の有無によって、１又は０のデジタル値を記憶する。詳しくは、本実施形態ではヒューズ１８１ａは、一端側に電圧Ｖｉｎが印加され、他の一端がｎ＋領域と接続されている。また、プルアップ抵抗１８１ｂは、一端側に電圧ＶＤＤ（例えば電源電圧）が印加され、他の一端がｎ＋領域と接続されている。これにより、ヒューズ１８１ａを切断すれば、ｎ＋領域に電圧ＶＤＤが印加され、ヒューズ１８１ａを導通可能な状態にしておけば、ｎ＋領域に電圧Ｖｉｎが印加される。ここで、電圧Ｖｉｎを適当な電圧に設定することによって、ｎ＋領域から垂直ＣＣＤ２２０の終端側から電荷を注入することができる。つまり、ｎ＋領域から垂直ＣＣＤ２２０の終端への電荷注入の有無に応じて、記憶セル１８１が記憶している値が１であるか０であるかを識別できる。【００５１】
ｎ＋領域の電荷は、ストップゲートＶＳに所定の電圧を印加することによって、垂直ＣＣＤ２２０の本体に移動する。図９は、垂直ＣＣＤ２２０のｎ＋領域と、垂直ＣＣＤ２２０の本体のポテンシャルを模式的に表した図である。この図は、図８に示したＸ−Ｘ断面のポテンシャルを説明するものである。例えば、ストップゲートＶＳにＶｉｎよりも低いＶｌ（例えば−７Ｖ）を印加している状態では、ｎ＋領域からの電荷は垂直ＣＣＤ２２０の本体に向かって移動できないが、これをＶｉｎよりも高いＶｍ（例えば０Ｖ）にすれば、ｎ＋領域の電荷は垂直ＣＣＤ２２０の本体に向かって移動できる。【００５２】
−撮像システム２の動作−
撮像システム２では、読出しステップにおける個体差情報の読出し動作が、実施形態１の撮像システム１の動作と異なっている。具体的には撮像システム２では、不揮発性メモリ１８０からの値の読出しを、垂直ＣＣＤ２２０、水平ＣＣＤ１５３、及び出力アンプ１５４を利用して、光電変換部１５１からの信号電荷の読出しと同様にして行う。図１０は、垂直ＣＣＤ２２０本体の各ゲート電極（Ｖ１〜Ｖ４）、及びストップゲートＶＳに印加する電圧を示す図である。また、図１１は、垂直ＣＣＤ２２０内のポテンシャルと、垂直ＣＣＤ２２０内における電荷の移動状態を説明する図である。【００５３】
例えば、時刻Ｔ＝ｔ１の状態では、ストップゲートＶＳのポテンシャルが高く、垂直ＣＣＤ２２０本体には電荷が流れ込めない状態である。ここで、図１０に示すように、時刻Ｔ＝ｔ２のタイミングでストップゲートＶＳにＶｍを印加すると、ｎ＋領域の電荷は、図１１に示すように、ゲート電極Ｖ４，Ｖ３に向かって流れ込む。そして、時刻Ｔ＝ｔ３のタイミングで、ストップゲートＶＳの電圧をＶｌとすれば、流れ込んだ電荷はゲート電極Ｖ４とＶ３の間に閉じ込められる。【００５４】
続いて、時刻Ｔ＝ｔ４にてゲート電極Ｖ２のポテンシャルを下げてやると、流れ込んだ電荷はゲート電極Ｖ２に向かって移動し、時刻Ｔ＝ｔ５でゲート電極Ｖ４のポテンシャルを上げてやれば、電荷はゲート電極Ｖ３とＶ２の間に閉じ込められる。さらに、時刻Ｔ＝ｔ６で、ゲート電極Ｖ１のポテンシャルを下げてやれば、電荷はゲート電極Ｖ１に向かって移動する。以下同様にして、ｎ＋領域から注入された電荷は、垂直ＣＣＤ２２０の終端から始端に向かって移動する。この電荷は、水平ＣＣＤ１５３に出力され、さらに出力アンプ１５４に出力される。そして、出力アンプ１５４は、入力された信号電荷を電圧に変換して、信号電圧として信号出力端子Ｔ４を介して固体撮像装置１００の外部に出力する。つまり、本実施形態では、不揮発性メモリ１８０に記憶された個体差情報を、映像信号を読み出すために設けられている、垂直ＣＣＤ２２０、水平ＣＣＤ１５３、及び出力アンプ１５４を利用して、行方向の映像信号と同様にして読み出すのである。【００５５】
このようにして読み出された個体差情報は、アナログフロントエンド１１０に入力されてデジタル信号に変換された後にデジタル信号プロセッサ１２０に入力される。これにより、デジタル信号プロセッサ１２０で個体差情報を利用できるようになり、実施形態１の撮像システム１と同様に所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることができる。【００５６】
以上のように本実施形態では、映像信号を読み出す機能を利用して個体差情報を読み出すので、個体差情報の出力に信号出力端子Ｔ４を利用することができ、実施形態１のようにメモリデータ読出端子Ｔ９を必要としない。すなわち、端子（ピン）の配置に、従来の固体撮像装置と互換性を持たせることができる。また、一般的には、回路規模も実施形態１の撮像システム１に比べ、小型化が期待できる。【００５７】
なお、本実施形態は上記のように、不揮発性メモリ１８０を垂直ＣＣＤ２２０に接続する必要があるので、記憶できる容量は固体撮像素子の列数以下になる。したがって、本実施形態の撮像システム２は、このような容量で個体差情報を格納できる場合に応用するのに適し、実施形態１の撮像システム１は、さらに個体差情報の記憶容量を必要とする応用に適しているとも考えられる。さらに、実施形態１では完全なデジタル回路のみで構成されているので回路設計が容易であるという特徴を有する。【００５８】
《その他の実施形態》
なお、不揮発性メモリ１８０は、上記の実施形態で例示したヒューズとプルアップ抵抗とからなる不揮発性メモリには限定されない。例えば、不揮発性メモリ１８０にはＭＯＮＯＳ型の半導体等の採用も可能である。【００５９】
また、制御値は予め求めておかなくても、撮像モードが変わる度にデジタル信号プロセッサ１２０が算出するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る固体撮像装置は、所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることができるので、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず、所望の飽和性能を得ることが可能になるという効果を有し、いわゆるＣＣＤ型の固体撮像装置や、これを用いて種々の撮像モードで撮像を行う撮像システム等として有用である。
【図１】
2009128194.tif 000003
【図２】
2009128194.tif 000004
【図３】
2009128194.tif 000005
【図４】
2009128194.tif 000006
【図５】
2009128194.tif 000007
【図６】
2009128194.tif 000008
【図７】
2009128194.tif 000009
【図８】
2009128194.tif 000010
【図９】
2009128194.tif 000011
【図１０】
2009128194.tif 000012
【図１１】
2009128194.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月13日(2010.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像システムであって、
行列状に配置され、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する複数の光電変換部、前記光電変換部の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直転送部、各垂直転送部の一端と接続され、各垂直転送部が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平転送出力部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子と同一基板上に集積され、該固体撮像素子の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶するとともに、記憶した個体差情報を出力する不揮発性記憶部と、
前記固体撮像素子の基板に電圧を印加する基板電圧印加部と、
前記不揮発性記憶部から読み出された個体差情報に応じ、前記基板電圧印加部が印加する電圧を撮像モード毎に制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。
【請求項２】
固体撮像装置であって、
行列状に配置され、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する複数の光電変換部、前記光電変換部の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直転送部、各垂直転送部の一端と接続され、各垂直転送部が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平転送出力部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子と同一基板上に集積され、該固体撮像素子の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶するとともに、記憶した個体差情報を出力する不揮発性記憶部と、を備え、
前記不揮発性記憶部は、ヒューズを備えた複数の記憶セルにより構成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２の固体撮像装置において、
前記不揮発性記憶部に接続されて、前記個体差情報を前記固体撮像素子の行方向の信号電荷として、前記垂直転送部において転送の終端になる側から注入する電荷注入部をさらに備え、
前記電荷注入部が信号電荷として注入した個体差情報は、前記垂直転送部及び前記水平転送出力部により転送されて、前記映像信号を出力する端子から出力されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、
行列状に配置され、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する複数の光電変換部、前記光電変換部の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直転送部、各垂直転送部の一端と接続され、各垂直転送部が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平転送出力部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子と同一基板上に集積され、該固体撮像素子の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶するとともに、記憶した個体差情報を出力する不揮発性記憶部とを備え、
該固体撮像装置の駆動方法は、
前記不揮発性記憶部から前記個体差情報を読み出す読出しステップと、
前記読出しステップで読み出した個体差情報に応じて、前記固体撮像素子の基板に印加する電圧に対応した制御値を求める制御値算出ステップと、
前記制御値算出ステップで求めた制御値に対応した電圧を、撮像モード毎に前記固体撮像装置の基板に印加する基板電圧印加ステップと、
を有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるＣＣＤ（Charged Coupled Device）型の固体撮像装置、これを用いて種々の撮像モードで撮像を行う撮像システム、及び固体撮像装置の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静止画像を撮像するデジタルスチルカメラや動画像を撮像するデジタルムービーカメラには、ＣＣＤ固体撮像装置を用いるものがある。ＣＣＤ固体撮像装置では、メカシャッタを閉じてから、撮像して得た信号電荷を読み出すまでの間に、ＣＣＤ固体撮像装置内で保持した飽和信号電荷量が時間の経過とともに減少する場合があり、このような飽和信号電荷量の減少は、Ｓ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性を悪化させるので好ましくない。そのため、従来の撮像システムでは、信号電荷の読出し期間中に基板電圧を低下させて、飽和信号電荷量の減少分を見込んで増加させるようにしたものがある（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
このように、ＣＣＤ固体撮像装置では、基板に印加する電圧を制御して飽和信号電荷量を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１５０１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＣＣＤ固体撮像装置を用いた撮像システムには、多岐にわたる撮像モードでの撮像が可能なものがある。例えば、静止画像を撮像する撮像モードと動画像を撮像する撮像モードとを選択することが可能なものがあるし、さらに動画像の撮像において、通常の動画像撮像モードに加え、複数の画素の信号電荷を加算して出力する画素混合動画像撮像モード、高速モード（解像度は通常の撮像モードよりも低いがフレームレートが通常よりも高い撮像モード）等をユーザが選択できるものがある。また、撮像する被写体をモニター（例えば液晶ディスプレイ）に表示させる場合に、所定の画素を間引いて撮像した信号を転送する間引きモニタモードで撮像が可能なものがある。
【０００６】
それぞれの撮像モードでは、固体撮像装置に求められるＳ／Ｎ特性やダイナミックレンジ等の、ＣＣＤ固体撮像装置の飽和性能に関連した特性がそれぞれ異なる場合がある。そのため、このような撮像システムでは、飽和性能の基板電圧依存性を利用し、撮像モードに応じて固体撮像装置の基板に最適な電圧を印加し、固体撮像装置の飽和レベルを最適なレベルに制御することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、近年ではＣＣＤ固体撮像装置の微細化が進み、飽和性能の基板電圧依存性のばらつき（個体差）が大きくなる傾向にある。そのため、撮像モード毎に基板電圧を制御して、ある撮像モードで十分な性能を発揮できたとしても、その他の撮像モードでは、その個体差ゆえに目的とする固体撮像装置の性能が得られない場合も出てくると考えられる。
【０００８】
本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず、所望の飽和性能を得られるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、撮像システムであって、
行列状に配置され、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する複数の光電変換部、前記光電変換部の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直転送部、各垂直転送部の一端と接続され、各垂直転送部が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平転送出力部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子と同一基板上に集積され、該固体撮像素子の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶するとともに、記憶した個体差情報を出力する不揮発性記憶部と、
前記固体撮像素子の基板に電圧を印加する基板電圧印加部と、
前記不揮発性記憶部から読み出された個体差情報に応じ、前記基板電圧印加部が印加する電圧を撮像モード毎に制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この構成では、飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報が固体撮像素子と同一基板上の不揮発性記憶部に記憶されているので、撮像システムにおいてその個体差情報を容易に利用することができる。それゆえ、この撮像システムでは、所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることが可能になる。
【００１１】
また、本発明の一態様は、固体撮像装置であって、
行列状に配置され、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する複数の光電変換部、前記光電変換部の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部が出力した信号電荷を列方向に転送する垂直転送部、各垂直転送部の一端と接続され、各垂直転送部が出力した信号電荷を行方向に転送して映像信号として出力する水平転送出力部を備えた固体撮像素子と、
前記固体撮像素子と同一基板上に集積され、該固体撮像素子の飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を記憶するとともに、記憶した個体差情報を出力する不揮発性記憶部と、を備え、
前記不揮発性記憶部は、ヒューズを備えた複数の記憶セルにより構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を、固体撮像装置の外部に出力することが可能になる。それゆえ、この固体撮像装置を用いた撮像システムなどでは、所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることができるので、飽和性能の基板電圧依存性の個体差（ばらつき）にかかわらず、所望の飽和性能を得ることが可能になる。すなわち、固体撮像装置の飽和性能に関わる性能を最大限に発揮させることが可能になり、延いては、ばらつきによる歩留まりの低下の防止も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１に係る不揮発性メモリ及びメモリデータ読出回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、固体撮像素子における飽和性能の基板電圧依存性を示す図である。
【図４】図４は、静止画像の撮像モードにおいて撮像の各段階で基板に印加される電圧と、印加のタイミングを説明するタイミングチャートである。
【図５】図５は、依存性曲線の個体差をデバイスＡ，Ｂの２つについて例示した図である。
【図６】図６は、動画像の撮像モードにおいて撮像の各段階で基板に印加される電圧と、印加のタイミングを説明するタイミングチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態２に係る撮像システムの構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、電荷注入部の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、垂直ＣＣＤのｎ＋領域と、垂直ＣＣＤ本体のポテンシャルを模式的に表した図である。
【図１０】図１０は、垂直ＣＣＤ本体の各ゲート電極（Ｖ１〜Ｖ４）、及びストップゲートＶＳに印加する電圧を示す図である。
【図１１】図１１は、垂直ＣＣＤ内のポテンシャルと、垂直ＣＣＤ内における電荷の移動状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。また、以下の各実施形態の説明において、一度説明した構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００１６】
《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１として、複数の撮像モードでの撮像が可能な撮像システムの例を説明する。この撮像システムは、静止画像を撮像する撮像モード、及び動画像を撮像する撮像モードを選択することが可能であり、さらに動画像の撮像においては種々の撮像モードでの撮像が可能である。例えば動画の撮像時には、通常の撮像モードに加え、複数の画素の信号電荷を加算して出力する画素混合動画像撮像モード、高速モード（解像度は通常の撮像モードよりも低いがフレームレートが通常よりも高い撮像モード）等をユーザが選択することが可能である。また、撮像する被写体をモニター（例えば液晶ディスプレイ）に表示させる場合には、所定の画素を間引いて撮像した信号を転送する間引きモードで撮像できる。各撮像モードでは、固体撮像装置の基板にそれぞれの撮像モードに応じて最適な電圧を印加して、固体撮像装置の飽和レベルを制御している。
【００１７】
−撮像システムの構成−
図１は、本発明の実施形態１に係る撮像システム１の構成を示すブロック図である。撮像システム１は、同図に示すように、固体撮像装置１００、アナログフロントエンド１１０、デジタル信号プロセッサ１２０（制御部）、デジタルアナログコンバータ１３０（基板電圧印加部）、及び垂直ＣＣＤ駆動回路１４０を備えている。なお、図１では、被写体の像を固体撮像装置１００上に結像させる光学系や、撮像して得た映像信号を記録媒体（例えばＨＤＤや光ディスクなど）に記録する記録系の構成は図示を省略している。
【００１８】
−固体撮像装置１００の構成−
固体撮像装置１００は、固体撮像素子１５０、バッファ回路１６０、クランプダイオード１７０、不揮発性メモリ１８０（不揮発性記憶部）、及びメモリデータ読出回路１９０を備えている。
【００１９】
固体撮像素子１５０は、被写体からの入射光を光電変換して映像信号として出力する。この固体撮像素子１５０には、例えば、いわゆるインターライン・トランスファ方式のＣＣＤイメージセンサ等を採用することができる。本実施形態の固体撮像素子１５０は、具体的には光電変換部１５１、垂直ＣＣＤ１５２（垂直転送部）、水平ＣＣＤ１５３、及び出力アンプ１５４を備えている。
【００２０】
光電変換部１５１は、入射した光を光電変換して信号電荷を出力する素子（例えばフォトダイオード）であり、この固体撮像装置１００では複数の光電変換部１５１が行列状に配置されている。
【００２１】
また、垂直ＣＣＤ１５２は、光電変換部１５１の列毎に対応して設けられて、対応した列の各光電変換部１５１が出力した信号電荷を保持するとともに、列方向に転送する。詳しくは、各垂直ＣＣＤ１５２は、対応した光電変換部１５１毎に電荷結合素子（ＣＣＤ）がトランスファゲート（図示せず）を介して接続され、それぞれの光電変換部１５１から転送された信号電荷を保持する。各垂直ＣＣＤ１５２は、保持した電荷の転送を制御する複数のゲート電極が設けられている。そして、垂直ＣＣＤ駆動端子Ｔ１を介して入力された垂直転送パルス（垂直ＣＣＤ駆動回路１４０が出力する）が各ゲート電極に与えられ、垂直転送パルスに応じて保持したこれらの信号電荷を列方向に転送して出力する。なお、垂直ＣＣＤ１５２において信号電荷が出力される側を転送の始端と呼び、その反対の端を転送の終端と呼ぶことにする。各垂直ＣＣＤ１５２の出力（すなわち始端側）は、水平ＣＣＤ１５３に接続されている。
【００２２】
水平ＣＣＤ１５３は、各垂直ＣＣＤ１５２から１行分の信号電荷を受けると、水平ＣＣＤ駆動端子Ｔ２から入力された水平転送パルス（デジタル信号プロセッサ１２０が出力する）によって制御されて、入力された１行分の信号電荷を行方向に転送して出力アンプ１５４に出力する。この水平ＣＣＤ１５３は、出力アンプ１５４とともに水平転送出力部を構成している。
【００２３】
出力アンプ１５４は、入力された信号電荷を電圧に変換し、画素毎の信号電圧として信号出力端子Ｔ４を介して固体撮像装置１００の外部（この例ではアナログフロントエンド１１０）に出力する。なお、出力アンプ１５４は、リセット駆動端子Ｔ３を介してリセット信号が入力されるようになっている。
【００２４】
また、この固体撮像素子１５０は、既述の通り、撮像モードに応じてその基板電圧（以下、Ｖｓｕｂ電圧とも呼ぶ）が制御される。そのため、固体撮像装置１００には、基板に印加する電圧を入力するためのＶＳＵＢ電圧印加端子Ｔ５が設けられている。ＶＳＵＢ電圧印加端子Ｔ５は、バッファ回路１６０を介して固体撮像素子１５０の基板と接続されている。このバッファ回路１６０は、インピーダンスの変換のために設けてある。さらに、固体撮像装置１００には電子シャッタパルス印加端子Ｔ６が設けられている。この電子シャッタパルス印加端子Ｔ６は、クランプダイオード１７０を介して固体撮像素子１５０の基板と接続されている。
【００２５】
クランプダイオード１７０は、電子シャッタパルス印加端子Ｔ６からの信号とバッファ回路１６０の出力とを重畳させる機能を有している。電子シャッタパルス印加端子Ｔ６には、静止画像の撮影時（具体的には露光開始前）に、各光電変換部１５１の電荷を一斉にゼロにするために所定の電圧（例えば２０Ｖ）のパルス（以下、電子シャッタパルスと呼ぶ）が印加される。
【００２６】
不揮発性メモリ１８０は、固体撮像素子１５０と同一基板上に集積され、固体撮像装置１００への電源供給を断っても記憶した内容を保持できるメモリである。本実施形態では、一例として、図２に示した構成の不揮発性メモリを採用している。この例では不揮発性メモリ１８０は、ヒューズ１８１ａとプルアップ抵抗１８１ｂを備えた複数の記憶セル１８１により構成され、ヒューズ１８１ａの切断の有無によって、１又は０のデジタル値を記憶する。このような構成の不揮発性メモリ１８０は、固体撮像素子１５０と同時プロセスで製造することができる。
【００２７】
この不揮発性メモリ１８０には、固体撮像素子１５０における飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す情報（個体差情報）を記憶させる。ここで飽和とは、入射光量があるレベルを超えると出力される信号電圧がそれ以上変化しなくなる状態のことであり、図３に示すように、基板電圧（Ｖ）と飽和のレベル（ｍＶ）との関係は、概ね上側に凸の曲線（以下、依存性曲線と呼ぶ）となる。この依存性曲線は個体差を有し、固体撮像素子１５０毎に異なった曲線を描くことになる。本実施形態では、固体撮像装置１００の製造時に、飽和性能の基板電圧依存性を固体毎に検査装置で測定し、得られた依存性曲線の数箇所の座標値を不揮発性メモリ１８０に記憶させている。このようにして不揮発性メモリ１８０に記憶された個体差情報は、メモリデータ読出回路１９０により固体撮像装置１００の外部に出力される。
【００２８】
メモリデータ読出回路１９０は、例えば図２のように構成できる。この例のメモリデータ読出回路１９０は、シフトレジスタ１９１と、不揮発性メモリ１８０の各記憶セル１８１に対応したトランジスタ１９２とを備えている。それぞれのトランジスタ１９２は、ドレインが対応した記憶セル１８１と接続されている。また、メモリデータ読出回路１９０にはメモリデータ読出回路リセット端子Ｔ７を介してシフトレジスタ１９１をリセットするリセット信号が入力され、メモリデータ読出クロック入力端子Ｔ８を介してデータ読み出し用のクロック信号が入力されている。これにより、不揮発性メモリ１８０からのデータの読出し時には、シフトレジスタ１９１は、リセット信号でリセットされた後、このクロック信号に同期してトランジスタ１９２を順次オンにし、不揮発性メモリ１８０が記憶している個体差情報をシリアルデータとしてメモリデータ読出端子Ｔ９を介して固体撮像装置１００の外部に出力する。
【００２９】
−固体撮像装置１００周辺の構成−
アナログフロントエンド１１０は、増幅回路、Ａ／Ｄ変換器、雑音除去回路（何れも図示は省略）等を備え、出力アンプ１５４が出力した映像信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換してデジタル信号プロセッサ１２０に出力する。
【００３０】
デジタル信号プロセッサ１２０は、タイミングジェネレータの機能を有し、このタイミングジェネレータで生成したクロック信号に基づいて、垂直ＣＣＤ駆動回路１４０、固体撮像素子１５０、水平ＣＣＤ１５３の制御を行う。例えば、水平ＣＣＤ１５３の制御では、水平転送パルスを水平ＣＣＤ１５３に与えて信号電荷の転送を制御する。さらには、デジタル信号プロセッサ１２０は、アナログフロントエンド１１０が出力した映像信号（デジタル値）に対する画像処理や圧縮を行う。
【００３１】
上記のデジタル信号プロセッサ１２０の機能は、一般的な撮像システムにおけるデジタル信号プロセッサにおいても備わっているものであるが、本実施形態のデジタル信号プロセッサ１２０は、固体撮像素子１５０の基板電圧の制御に特徴がある。具体的には、本実施形態のデジタル信号プロセッサ１２０は、不揮発性メモリ１８０から出力された個体差情報に基づいて、固体撮像素子１５０の基板に印加すべき電圧を撮像モード毎に求め、その電圧に対応したデジタル値（制御値と呼ぶ）を記憶しておく。そして、撮像時にデジタルアナログコンバータ１３０に対してこの制御値を出力する。
【００３２】
デジタルアナログコンバータ１３０は、デジタル信号プロセッサ１２０が出力した制御値を電圧に変換し、ＶＳＵＢ電圧印加端子Ｔ５を介して固体撮像装置１００に入力する。これにより、固体撮像素子１５０の基板には、制御値に対応した電圧が印加される。つまり、この撮像システム１では、同じ撮像モードであっても、固体撮像装置１００（固体撮像素子１５０）の個体毎に印加する基板電圧が異なるのである。なお、撮像モード毎の具体的な基板電圧については後に例示する。
【００３３】
垂直ＣＣＤ駆動回路１４０は、デジタル信号プロセッサ１２０に制御されて、垂直ＣＣＤ１５２の各ゲート電極に印加する垂直転送パルスを、信号電荷の転送時に生成する。また、垂直ＣＣＤ駆動回路１４０は、電子シャッタパルスの生成も行う。なお、垂直転送パルスや電子シャッタパルスは他の信号に比べ比較的高い電圧なので、これらの信号を取り扱う垂直ＣＣＤ駆動回路１４０は、デジタル信号プロセッサ１２０や固体撮像装置１００等とは別のチップ上に実装されるのが一般的である。
【００３４】
−撮像システム１の動作−
（個体差情報の読出し）
撮像システム１では、電源がオンにされると撮影の準備が開始され、所定の初期化動作が行われる。デジタル信号プロセッサ１２０は、この初期化動作時にメモリデータ読出回路１９０を介して不揮発性メモリ１８０に記憶されている個体差情報を読み出す（読出しステップ）。具体的には、まず、デジタル信号プロセッサ１２０は、メモリデータ読出回路リセット端子Ｔ７を介してシフトレジスタ１９１にリセット信号を入力する。さらにデジタル信号プロセッサ１２０は、メモリデータ読出クロック入力端子Ｔ８を介してデータ読み出し用のクロック信号を入力する。これにより、メモリデータ読出回路１９０のシフトレジスタ１９１は、リセット信号でリセットされた後、このクロック信号に同期してトランジスタ１９２を順次オンにし、不揮発性メモリ１８０が記憶している個体差情報をシリアルデータとしてメモリデータ読出端子Ｔ９を介してデジタル信号プロセッサ１２０に出力する。
【００３５】
このようにして読み出された個体差情報はデジタル信号プロセッサ１２０が記憶する。さらに、デジタル信号プロセッサ１２０は、各撮像モードにおける撮像の各段階（後述）において固体撮像素子１５０の基板に印加する電圧（制御値）を、読み出した個体差情報に応じて求めこれを記憶する（制御値算出ステップ）。このようにして求めた制御値は、撮像モード（例えば静止画像の撮像や動画像の撮像）毎に利用される。
【００３６】
−静止画像の撮像動作−
例えば、撮像モードとして静止画像の撮像モードが選択されると、デジタル信号プロセッサ１２０は、静止画像撮像の各段階に対応した制御値を順次デジタルアナログコンバータ１３０に出力して固体撮像素子１５０に印加される基板電圧を制御する（基板電圧印加ステップ）。図４は、静止画像の撮像モードにおいて撮像の各段階で固体撮像素子１５０の基板に印加される電圧と、印加のタイミングを説明するタイミングチャートである。この例では、静止画像の撮像モードでは、図４に示すように、ＶｓｕｂＨ，ＶｓｕｂＭ１，ＶｓｕｂＬの３種類の電圧が撮像の段階に応じて基板に印加される。
【００３７】
撮像が開始されると、まず、デジタル信号プロセッサ１２０に制御された垂直ＣＣＤ駆動回路１４０から、電子シャッタパルスが固体撮像素子１５０に印加される。これにより、各光電変換部１５１の電荷が一斉にゼロになる。このときに印加する基板電圧が図４のＶｓｕｂＨである。本実施形態では、ＶｓｕｂＨを固体撮像素子１５０の個体毎には変更していない。ＶｓｕｂＨは、十分に高くしておけば、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず各光電変換部１５１の電荷をゼロにできるからである。
【００３８】
各光電変換部１５１の電荷がゼロになった後、露光が開始される。このときに基板に印加される電圧がＶｓｕｂＬである。露光中は、飽和レベルが一番高くなるようにＶｓｕｂＬを設定すると固体撮像素子１５０を高感度な状態で使用できる。それには、図３に示すように、ＶｓｕｂＬをなるべく低い電圧とするのがよい。図３に示した依存性曲線の最も電圧の低いポイントは、基板からの電荷注入が起きる基板電圧（電荷注入電圧と呼ぶ）であり、この電圧では固体撮像素子１５０を使用できない。そのため、ＶｓｕｂＬとしては、電荷注入電圧よりも多少高い電圧を設定する。図５は、依存性曲線の個体差をデバイスＡ，Ｂの２つについて例示したものである。図５に示すように、電荷注入電圧には個体差があるので、デジタル信号プロセッサ１２０は、上記の制御値算出ステップにおいて、個体差情報に基づいてこのＶｓｕｂＬを算出しておき、図４のタイミングで制御値をデジタルアナログコンバータ１３０に出力する。図５の例では、デバイスＡを備えた撮像システム１では、ＶｓｕｂＬとしてＶｓｕｂＬａがデバイスＡに印加され、デバイスＢを備えた撮像システム１では、ＶｓｕｂＬｂがデバイスＢに印加される。これにより、デバイスＡ，Ｂが個体差を有していても、それぞれが露光中に最も高感度な状態となるようにそれぞれの基板電圧を設定できる。
【００３９】
メカシャッタが閉じられて露光が終了すると、垂直ＣＣＤ１５２、水平ＣＣＤ１５３から電荷を転送して映像信号として出力する。このときに基板に印加される電圧がＶｓｕｂＭ１である。この例ではＶｓｕｂＭ１は、飽和レベルが所定のレベル（この例では６００ｍＶ）となるように設定している。そこで、デジタル信号プロセッサ１２０は、上記の制御値算出ステップにおいて、個体差情報に基づいて、飽和レベルを目標のレベル（６００ｍＶ）にするためのＶｓｕｂＭ１を、読み出した個体差情報に基づいて予め算出しておき、図４のタイミングで制御値をデジタルアナログコンバータ１３０に出力する。図５の例では、デバイスＡでは、ＶｓｕｂＭ１としてＶｓｕｂＭ１ａが印加され、デバイスＢでは、ＶｓｕｂＭ１ｂが印加される。これにより、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず、所望の飽和性能を得ることができ、最適な条件で電荷の転送・読出ができる。
【００４０】
このようにして出力された映像信号（アナログ信号）は、アナログフロントエンド１１０がデジタル信号に変換してデジタル信号プロセッサ１２０に出力する。そして、デジタル信号プロセッサ１２０は、この映像信号（デジタル値）に対して画像処理や圧縮を行って、例えば記録系に出力する。これにより所定の記録媒体に映像信号が記録される。
【００４１】
−動画像の撮像動作−
動画像を撮像するモードでは、撮像システム１は以下のように動作して固体撮像素子１５０に印加される基板電圧が制御される（基板電圧印加ステップ）。
【００４２】
図６は、動画像の撮像モードにおいて撮像の各段階で基板に印加される電圧と、印加のタイミングを説明するタイミングチャートである。この例では、動画像の撮像モードには、図６に示すように、露光中にＶｓｕｂＭ１が印加され、光電変換部１５１から垂直ＣＣＤ１５２に電荷をシフトさせる際にＶｓｕｂＭ２又はＶｓｕｂＭ３が印加される。
【００４３】
この例ではＶｓｕｂＭ１は、前述の静止画を撮像するときと同じ電圧に設定されている。これは露光時の分光特性が静止画撮像時と同じになるようにするためである。デジタル信号プロセッサ１２０は、上記の制御値算出ステップにおいて、個体差情報に基づいて、静止画に必要であった飽和レベルを目標のレベル（６００ｍＶ）にするためのＶｓｕｂＭ１を、読み出した個体差情報に基づいて算出しておき、図６のタイミングで制御値をデジタルアナログコンバータ１３０に出力する。図５の例では、デバイスＡには、ＶｓｕｂＭ１としてＶｓｕｂＭ１ａが印加され、デバイスＢには、ＶｓｕｂＭ１ｂが印加される。これにより、動画撮像時であっても、静止画撮像時と同じ分光特性を得ることができるので、色信号処理を動画と静止画で共通にでき同じ色再現できることが容易となる。
【００４４】
また、ＶｓｕｂＭ２、ＶｓｕｂＭ３は、撮像モードによって何れかが選択される。例えば、撮像モードによっては複数の画素の信号電荷が加算（画素混合）されて出力される撮像モードがある。このような撮像モードでは、水平ＣＣＤ１５３の転送容量の関係などから、固体撮像素子１５０の飽和レベルを下げておく必要がある。
【００４５】
例えば、６画素の信号電荷を混合する動画像の撮影モード（６画素混合モード）では飽和レベルを１６０ｍＶとし、９画素の信号電荷を混合する動画像の撮影モード（９画素混合モード）では信号電荷を８０ｍＶとしたい場合に、図５に示すようにデバイスＡ，Ｂに個体差があったとする。この場合も、デジタル信号プロセッサ１２０は、上記の制御値算出ステップにおいて、個体差情報に基づいて、飽和レベルを目標のレベル（８０ｍＶ又は１６０ｍＶ）にするためのＶｓｕｂＭ２、ＶｓｕｂＭ３を、読み出した個体差情報に基づいて、制御値として算出しておき、図６のタイミングで制御値をデジタルアナログコンバータ１３０に出力する。図５の例では、デバイスＡでは、上記の６画素混合モードではＶｓｕｂＭ２ａが印加され、９画素混合モードではＶｓｕｂＭ３ａが印加される。また、デバイスＢでは、６画素混合モードではＶｓｕｂＭ２ｂが印加され、９画素混合モードではＶｓｕｂＭ３ｂが印加される。このように撮像システム１では、動画像の撮像モードにおいて、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず、所望の飽和性能を得ることができ、例えば水平ＣＣＤ１５３の転送容量を超えないように電荷を転送させることができる。
【００４６】
このようにして出力された映像信号（アナログ信号）は、アナログフロントエンド１１０がデジタル信号に変換してデジタル信号プロセッサ１２０に出力する。そして、デジタル信号プロセッサ１２０は、この映像信号（デジタル値）に対して画像処理や圧縮を行って、例えば記録系に出力する。これにより所定の記録媒体に映像信号が記録される。
【００４７】
以上のように、本実施形態によれば、固体撮像素子１５０における飽和性能の基板電圧依存性の個体差を示す個体差情報を不揮発性メモリ１８０に記憶させ、外部に出力できるようにしたので、所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることができる。その結果、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず、所望の飽和性能を得ることが可能になる。すなわち、撮像モード毎に固体撮像装置の飽和性能に関わる性能を最大限に発揮させることが可能になり、延いては、ばらつきによる歩留まりの低下の防止も可能になる。
【００４８】
《発明の実施形態２》
図７は、本発明の実施形態２に係る撮像システム２の構成を示すブロック図である。この撮像システム２は、固体撮像装置の部分（固体撮像装置２００）の構成が実施形態１と異なっている。具体的には、この固体撮像装置２００は、バッファ回路１６０、クランプダイオード１７０、不揮発性メモリ１８０、及び固体撮像素子２１０を備えている。
【００４９】
固体撮像素子２１０は、光電変換部１５１、垂直ＣＣＤ２２０、水平ＣＣＤ１５３、及び出力アンプ１５４を備えている。すなわち、この固体撮像素子２１０は、垂直ＣＣＤ２２０の部分の構成が実施形態１と異なっている。具体的には、この垂直ＣＣＤ２２０は、図８に示すように、実施形態１と同様の垂直ＣＣＤ（垂直ＣＣＤ本体と呼ぶ）の終端の側に、ｎ＋領域とゲート電極（ストップゲートＶＳ）とにより構成された電荷注入部２３０が設けられている。なお、図８においてＶ３，Ｖ４は、垂直ＣＣＤ２２０内の電荷結合素子に対応して設けられたゲート電極であり、ゲート電極Ｖ３の隣に設けられたゲート電極Ｖ１，Ｖ２（図８には図示されていない。なお、Ｖ１〜Ｖ４は、垂直ＣＣＤゲートとも呼ぶ）とともに、垂直ＣＣＤ２２０内の電荷の読出し時に所定の電圧が、垂直ＣＣＤ駆動端子Ｔ１を介して垂直ＣＣＤ駆動回路１４０から印加される。
【００５０】
ｎ＋領域には、不揮発性メモリ１８０の記憶セル１８１が接続されている。この例でも記憶セル１８１は、ヒューズ１８１ａ、プルアップ抵抗１８１ｂを備え、ヒューズ１８１ａの切断の有無によって、１又は０のデジタル値を記憶する。詳しくは、本実施形態ではヒューズ１８１ａは、一端側に電圧Ｖｉｎが印加され、他の一端がｎ＋領域と接続されている。また、プルアップ抵抗１８１ｂは、一端側に電圧ＶＤＤ（例えば電源電圧）が印加され、他の一端がｎ＋領域と接続されている。これにより、ヒューズ１８１ａを切断すれば、ｎ＋領域に電圧ＶＤＤが印加され、ヒューズ１８１ａを導通可能な状態にしておけば、ｎ＋領域に電圧Ｖｉｎが印加される。ここで、電圧Ｖｉｎを適当な電圧に設定することによって、ｎ＋領域から垂直ＣＣＤ２２０の終端側から電荷を注入することができる。つまり、ｎ＋領域から垂直ＣＣＤ２２０の終端への電荷注入の有無に応じて、記憶セル１８１が記憶している値が１であるか０であるかを識別できる。
【００５１】
ｎ＋領域の電荷は、ストップゲートＶＳに所定の電圧を印加することによって、垂直ＣＣＤ２２０の本体に移動する。図９は、垂直ＣＣＤ２２０のｎ＋領域と、垂直ＣＣＤ２２０の本体のポテンシャルを模式的に表した図である。この図は、図８に示したＸ−Ｘ断面のポテンシャルを説明するものである。例えば、ストップゲートＶＳにＶｉｎよりも低いＶｌ（例えば−７Ｖ）を印加している状態では、ｎ＋領域からの電荷は垂直ＣＣＤ２２０の本体に向かって移動できないが、これをＶｉｎよりも高いＶｍ（例えば０Ｖ）にすれば、ｎ＋領域の電荷は垂直ＣＣＤ２２０の本体に向かって移動できる。
【００５２】
−撮像システム２の動作−
撮像システム２では、読出しステップにおける個体差情報の読出し動作が、実施形態１の撮像システム１の動作と異なっている。具体的には撮像システム２では、不揮発性メモリ１８０からの値の読出しを、垂直ＣＣＤ２２０、水平ＣＣＤ１５３、及び出力アンプ１５４を利用して、光電変換部１５１からの信号電荷の読出しと同様にして行う。図１０は、垂直ＣＣＤ２２０本体の各ゲート電極（Ｖ１〜Ｖ４）、及びストップゲートＶＳに印加する電圧を示す図である。また、図１１は、垂直ＣＣＤ２２０内のポテンシャルと、垂直ＣＣＤ２２０内における電荷の移動状態を説明する図である。
【００５３】
例えば、時刻Ｔ＝ｔ１の状態では、ストップゲートＶＳのポテンシャルが高く、垂直ＣＣＤ２２０本体には電荷が流れ込めない状態である。ここで、図１０に示すように、時刻Ｔ＝ｔ２のタイミングでストップゲートＶＳにＶｍを印加すると、ｎ＋領域の電荷は、図１１に示すように、ゲート電極Ｖ４，Ｖ３に向かって流れ込む。そして、時刻Ｔ＝ｔ３のタイミングで、ストップゲートＶＳの電圧をＶｌとすれば、流れ込んだ電荷はゲート電極Ｖ４とＶ３の間に閉じ込められる。
【００５４】
続いて、時刻Ｔ＝ｔ４にてゲート電極Ｖ２のポテンシャルを下げてやると、流れ込んだ電荷はゲート電極Ｖ２に向かって移動し、時刻Ｔ＝ｔ５でゲート電極Ｖ４のポテンシャルを上げてやれば、電荷はゲート電極Ｖ３とＶ２の間に閉じ込められる。さらに、時刻Ｔ＝ｔ６で、ゲート電極Ｖ１のポテンシャルを下げてやれば、電荷はゲート電極Ｖ１に向かって移動する。以下同様にして、ｎ＋領域から注入された電荷は、垂直ＣＣＤ２２０の終端から始端に向かって移動する。この電荷は、水平ＣＣＤ１５３に出力され、さらに出力アンプ１５４に出力される。そして、出力アンプ１５４は、入力された信号電荷を電圧に変換して、信号電圧として信号出力端子Ｔ４を介して固体撮像装置１００の外部に出力する。つまり、本実施形態では、不揮発性メモリ１８０に記憶された個体差情報を、映像信号を読み出すために設けられている、垂直ＣＣＤ２２０、水平ＣＣＤ１５３、及び出力アンプ１５４を利用して、行方向の映像信号と同様にして読み出すのである。
【００５５】
このようにして読み出された個体差情報は、アナログフロントエンド１１０に入力されてデジタル信号に変換された後にデジタル信号プロセッサ１２０に入力される。これにより、デジタル信号プロセッサ１２０で個体差情報を利用できるようになり、実施形態１の撮像システム１と同様に所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることができる。
【００５６】
以上のように本実施形態では、映像信号を読み出す機能を利用して個体差情報を読み出すので、個体差情報の出力に信号出力端子Ｔ４を利用することができ、実施形態１のようにメモリデータ読出端子Ｔ９を必要としない。すなわち、端子（ピン）の配置に、従来の固体撮像装置と互換性を持たせることができる。また、一般的には、回路規模も実施形態１の撮像システム１に比べ、小型化が期待できる。
【００５７】
なお、本実施形態は上記のように、不揮発性メモリ１８０を垂直ＣＣＤ２２０に接続する必要があるので、記憶できる容量は固体撮像素子の列数以下になる。したがって、本実施形態の撮像システム２は、このような容量で個体差情報を格納できる場合に応用するのに適し、実施形態１の撮像システム１は、さらに個体差情報の記憶容量を必要とする応用に適しているとも考えられる。さらに、実施形態１では完全なデジタル回路のみで構成されているので回路設計が容易であるという特徴を有する。
【００５８】
《その他の実施形態》
なお、不揮発性メモリ１８０は、上記の実施形態で例示したヒューズとプルアップ抵抗とからなる不揮発性メモリには限定されない。例えば、不揮発性メモリ１８０にはＭＯＮＯＳ型の半導体等の採用も可能である。
【００５９】
また、制御値は予め求めておかなくても、撮像モードが変わる度にデジタル信号プロセッサ１２０が算出するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る固体撮像装置は、所望の飽和性能となる基板電位を容易に求めることができるので、飽和性能の基板電圧依存性の個体差にかかわらず、所望の飽和性能を得ることが可能になるという効果を有し、いわゆるＣＣＤ型の固体撮像装置や、これを用いて種々の撮像モードで撮像を行う撮像システム等として有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１，２      撮像システム
１００      固体撮像装置
１２０      デジタル信号プロセッサ（制御部）
１３０      デジタルアナログコンバータ（基板電圧印加部）
１５０      固体撮像素子
１５１      光電変換部
１５２      垂直ＣＣＤ（垂直転送部）
１５３      水平ＣＣＤ
１５４      出力アンプ
１８０      不揮発性メモリ（不揮発性記憶部）
１８１      記憶セル
１８１ａ    ヒューズ
２００      固体撮像装置
２１０      固体撮像素子
２２０      垂直ＣＣＤ（垂直転送部）
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009128194.tif 000014
【図２】
2009128194.tif 000015
【図３】
2009128194.tif 000016
【図４】
2009128194.tif 000017
【図５】
2009128194.tif 000018
【図６】
2009128194.tif 000019
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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