(57)【要約】【課題】ＴＤＩ方式のイメージセンサを２つ用いる構成において、画素飽和電荷量を減少させることなく、転送クロックの干渉の影響により発生するカップリングノイズを低減する。【解決手段】立ち上がりから立ち下がりまでの期間が立ち下がりから立ち上がりまでの期間よりも長い転送クロックが２つのイメージセンサ１５に与えられる。そして、これら２つのイメージセンサ１５は、画素群で光電変換により得た電荷の時間遅延積分と画素間での電荷の転送とを、与えられた転送クロックに応じて行うことで、個別の画像信号を生成する。駆動部は、転送クロックとして第１クロックを第１イメージセンサ１５ａに与え、転送クロックとして、立ち下がりのタイミングが第１クロックの立ち上がりのタイミングと一致する第２クロックを第２イメージセンサ１５ｂに与えることで、２つのイメージセンサ１５を駆動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立ち上がりから立ち下がりまでの期間が立ち下がりから立ち上がりまでの期間よりも長い転送クロックが与えられ、画素群で光電変換により得た電荷の時間遅延積分と画素間での前記電荷の転送とを、与えられた転送クロックに応じて行うことで、個別の画像信号を生成する２つのイメージセンサと、
前記転送クロックとして第１クロックを前記２つのイメージセンサの一方に与え、前記転送クロックとして、立ち下がりのタイミングが前記第１クロックの立ち上がりのタイミングと一致する第２クロックを前記２つのイメージセンサの他方に与えることで、前記２つのイメージセンサを駆動する駆動部と
を備える撮像装置。
【請求項２】
前記駆動部は、Ｎを自然数としたとき、前記第１クロックおよび前記第２クロックとして各２Ｎ個のクロックを前記２つのイメージセンサに与えることで、前記２つのイメージセンサを２Ｎ相駆動し、
前記第１クロックとして与えられる２Ｎ個のクロックは、前記第２クロックとして与えられる２Ｎ個のクロックと１対１で対応し、立ち上がりのタイミングが、前記第２クロックとして与えられる２Ｎ個のクロックのうち対応するクロックの立ち下がりのタイミングと一致する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記２つのイメージセンサに与えられる各２Ｎ個のクロックは、立ち上がりから立ち下がりまでの期間が立ち下がりから立ち上がりまでの期間よりも２／Ｎ周期だけ長い請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記２つのイメージセンサは、それぞれ前記画素群を水平方向および垂直方向に２次元アレイ状に配列して形成された画素アレイを備え、
前記転送クロックは、垂直方向における前記電荷の転送のタイミングを制御するためのクロックであり、
前記２つのイメージセンサの一方に備えられた画素アレイは、Ｍを整数としたとき、前記２つのイメージセンサの他方に備えられた画素アレイに対して、水平方向に１／２画素ピッチだけずらして配置され、垂直方向に（Ｍ＋１／２−１／Ｎ）画素ピッチまたは（Ｍ＋１／２＋１／Ｎ）画素ピッチだけ離して配置されている請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記２つのイメージセンサは、それぞれ前記画素群を水平方向および垂直方向に２次元アレイ状に配列して形成された画素アレイを備え、
前記転送クロックは、垂直方向における前記電荷の転送のタイミングを制御するためのクロックであり、
前記２つのイメージセンサの一方に備えられた画素アレイは、Ｍを整数としたとき、前記２つのイメージセンサの他方に備えられた画素アレイに対して、水平方向の位置を揃えて配置され、垂直方向に（Ｍ−１／Ｎ）画素ピッチまたは（Ｍ＋１／Ｎ）画素ピッチだけ離して配置されている請求項２または３に記載の撮像装置。
【請求項６】
Ｎが２である請求項２から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の撮像装置を備える飛翔体。
【請求項８】
立ち上がりから立ち下がりまでの期間が立ち下がりから立ち上がりまでの期間よりも長い転送クロックが与えられ、画素群で光電変換により得た電荷の時間遅延積分と画素間での前記電荷の転送とを、与えられた転送クロックに応じて行うことで、個別の画像信号を生成する２つのイメージセンサを駆動するイメージセンサ駆動方法であって、
前記転送クロックとして第１クロックを前記２つのイメージセンサの一方に与え、前記転送クロックとして、立ち下がりのタイミングが前記第１クロックの立ち上がりのタイミングと一致する第２クロックを前記２つのイメージセンサの他方に与えることで、前記２つのイメージセンサを駆動するイメージセンサ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、飛翔体およびイメージセンサ駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に多数の光検出器をアレイ状に配置し、同一基板上に信号電荷の読出回路および出力アンプを備えたイメージセンサが多数開発されている。リモートセンシングにおいては、光検出器を水平方向であるＣＴ方向に１次元アレイ状に配置したリニアイメージセンサを人工衛星に搭載して、アレイと垂直な方向を衛星の進行方向であるＡＴ方向に一致させることによって地表の２次元画像を撮影する。「ＣＴ」は、Ｃｒｏｓｓ  Ｔｒａｃｋの略語である。「ＡＴ」は、Ａｌｏｎｇ  Ｔｒａｃｋの略語である。画像解像度を向上させるには画素ピッチをできるだけ小さくすることが望ましいが、光検出器の面積が縮小する分だけ入射光量が減少し、Ｓ／Ｎが劣化するという課題がある。「Ｓ／Ｎ」は、Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏの略語である。
【０００３】
Ｓ／Ｎを改善するための手段としてＴＤＩ方式のイメージセンサが開発されている。「ＴＤＩ」は、Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎの略語である。ＴＤＩ方式は、２次元イメージセンサであるＦＦＴ型ＣＣＤを用い、電荷転送のタイミングを被写体像の移動タイミングに同期させることでＳ／Ｎを改善する、ＣＣＤイメージセンサの読出方式である。「ＦＦＴ」は、Ｆｕｌｌ  Ｆｒａｍｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒの略語である。「ＣＣＤ」は、Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅの略語である。リモートセンシングの場合、垂直方向の電荷転送を衛星の移動速度に合わせることでＴＤＩ動作が実現できる。垂直ＣＣＤでＫ段のＴＤＩ動作を行うと、蓄積時間が実効的にＫ倍となるため、感度がＫ倍向上し、Ｓ／Ｎは√Ｋ倍に改善される。
【０００４】
一般的な２次元イメージセンサの場合、垂直方向の電荷転送は水平ブランキング期間に行われ、水平１ラインの信号読出ごとに１段の垂直転送が行われる。ところが、リモートセンシングに用いるＴＤＩ方式リニアイメージセンサにこの駆動方法を適用すると、得られる画像がＡＴ方向にぼける、つまり、ＭＴＦが劣化するという課題が生じる。これは、イメージセンサの入射面に投影される被写体像の移動が連続的で滑らかであるのに対し、垂直ＣＣＤの電荷転送は段階状であるため、被写体像とＣＣＤポテンシャル井戸との間に最大で１ライン分の乖離が生じることに起因する。その対策として水平転送期間を複数回に分割して垂直転送を行うと、上記の乖離が小さくなりＭＴＦ劣化は抑制されるが、垂直転送クロックの干渉によって信号出力にスパイク状のカップリングノイズが重畳するという課題が生じる。「ＭＴＦ」は、Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎの略語である。
【０００５】
特許文献１には、複数の垂直転送クロックのうちの２つを互いに逆相で駆動することにより、それぞれの駆動信号に起因するノイズ成分を相殺させる方法が開示されている。
【０００６】
画素ピッチを縮小せずに画像解像度を向上させる方法として、特許文献２には、画素ピッチが等しい２本のリニアイメージセンサを用い、これらを互いに１／２画素ピッチだけずらして配置したオーバーサンプリング検出器チップが開示されている。２本のイメージセンサから得た出力信号を画像処理することによって解像度の高い画像が得られる。単純に画素ピッチを縮小する場合に比べ、光検出器の面積が維持されるため感度低下が生じないというメリットがある。オーバーサンプリングによる画像処理では２本のイメージセンサの相対的な位置関係が重要であるため、別々のチップを並べて実装するといった方法では位置精度が不足する。そのため、マスク上のレイアウトパターンを単一のチップ上に作り込むという方法が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−０９７０１８号公報
【特許文献２】特表平１０−５０８１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された駆動方法によると、垂直転送クロックの干渉によるカップリングノイズは低減されるものの、垂直ＣＣＤが転送できる電荷の最大量、すなわち、画素飽和電荷量が減少し、ダイナミックレンジが小さくなるという課題がある。
【０００９】
特許文献２に記載されたオーバーサンプリング検出器チップでは、ＣＣＤを２本配置するため、垂直転送クロックの干渉の影響が倍増してカップリングノイズがさらに増大するという課題がある。
【００１０】
本発明は、ＴＤＩ方式のイメージセンサを２つ用いる構成において、画素飽和電荷量を減少させることなく、転送クロックの干渉の影響により発生するカップリングノイズを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係る撮像装置は、
立ち上がりから立ち下がりまでの期間が立ち下がりから立ち上がりまでの期間よりも長い転送クロックが与えられ、画素群で光電変換により得た電荷の時間遅延積分と画素間での前記電荷の転送とを、与えられた転送クロックに応じて行うことで、個別の画像信号を生成する２つのイメージセンサと、
前記転送クロックとして第１クロックを前記２つのイメージセンサの一方に与え、前記転送クロックとして、立ち下がりのタイミングが前記第１クロックの立ち上がりのタイミングと一致する第２クロックを前記２つのイメージセンサの他方に与えることで、前記２つのイメージセンサを駆動する駆動部と
を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、立ち上がりから立ち下がりまでの期間が立ち下がりから立ち上がりまでの期間よりも長い転送クロックが２つのイメージセンサに与えられる。２つのイメージセンサの一方に与えられるクロックの立ち上がりのタイミングと、２つのイメージセンサの他方に与えられるクロックの立ち下がりのタイミングとが一致する。そのため、本発明によれば、ＴＤＩ方式のイメージセンサを２つ用いる構成において、画素飽和電荷量を減少させることなく、転送クロックの干渉の影響により発生するカップリングノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係る撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態１に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの構成を示す素子平面図。
【図３】実施の形態１に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの、２本のＣＣＤの画素アレイの配置を示す素子平面図。
【図４】実施の形態１に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの垂直転送クロックのタイミングを模式的に示すタイミング図。
【図５】実施の形態１に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの駆動クロックのタイミングを示すタイミング図。
【図６】実施の形態１に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの、２本のＣＣＤの画素アレイ上でのポテンシャル井戸の形成位置を示す図。
【図７】実施の形態１に係るオーバーサンプリングによる高解像度化方法を説明するための図。
【図８】実施の形態２に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの垂直転送クロックのタイミングを模式的に示すタイミング図。
【図９】実施の形態３に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの、２本のＣＣＤの画素アレイの配置を示す素子平面図。
【図１０】比較例に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの素子全体の平面構造を示すレイアウト図。
【図１１】比較例に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの画素領域の一部を拡大したレイアウト図。
【図１２】比較例に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの４相駆動ＣＣＤの転送方向に沿った断面構造の模式図と、転送チャネルのポテンシャル変化の様子とを時系列に表した図。
【図１３】比較例に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサの４相駆動ＣＣＤに与えられるクロックの波形を示す図。
【図１４】図１２に対応し、転送クロックにおいて時刻ｔ１から時刻ｔ３の期間を拡大して示した図。
【図１５】図１３に対応し、転送クロックにおいて時刻ｔ１から時刻ｔ３の期間を拡大して示した図。
【図１６】図１４とは異なる垂直転送クロックと最大転送電荷量との関係を示す図。
【図１７】図１５とは異なる垂直転送クロックと最大転送電荷量との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。なお、本発明は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、以下に説明する実施の形態のうち、２つ以上の実施の形態が組み合わせられて実施されても構わない。あるいは、以下に説明する実施の形態のうち、１つの実施の形態または２つ以上の実施の形態の組み合わせが部分的に実施されても構わない。
【００１５】
実施の形態１．
本実施の形態を説明するにあたり、その理解をより容易にするため、まず比較例に係るＴＤＩ方式イメージセンサの構成と駆動方法とについて、図１０から図１７を用いて説明する。
【００１６】
図１０は、垂直ＣＣＤとして４相駆動ＣＣＤを用いた、比較例のＴＤＩ方式イメージセンサの素子全体の平面構造を示すレイアウト図である。図１１は、図１０に示したＴＤＩ方式イメージセンサの画素領域の一部を拡大したレイアウト図である。
【００１７】
図１０のレイアウトでは、Ｓｉ基板表面上に、画素群が２次元アレイ状に配列されて画素アレイ２１が形成されている。ＴＤＩ方式により時間遅延積分された信号電荷が水平ＣＣＤ２２に向かって垂直方向へと転送され、さらに水平ＣＣＤ２２で水平方向へと転送されて、出力回路２６から読み出される。画素アレイ２１と水平ＣＣＤ２２との間には、電荷蓄積部２４が設けられている。画素アレイ２１を挟み水平ＣＣＤ２２とは反対側に、不要な電荷を排出するための電荷排出ドレイン２５が設けられている。図１０の例では、垂直方向のＴＤＩ転送には４相駆動ＣＣＤが用いられている。なお、図１０では、下方が垂直方向、右方が水平方向である。
【００１８】
図１１に示すように、Ｓｉ基板上には、ポリシリコンからなる４本１組の転送電極２９、すなわち、転送電極２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄが配置され、その下に、図示していない転送チャネルが形成される。この転送チャネルはＳｉ基板とは逆の導電型の不純物領域で形成され、さらに、転送チャネルとは逆の導電型の不純物領域からなる分離領域３０で電気的に分離されている。４相駆動ＣＣＤでは転送電極２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄによって画素アレイ２１が形成される。転送電極２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄには、金属配線２７を介して、４本の入力ピン２８からＣＣＤ転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が与えられる。
【００１９】
このように構成されたイメージセンサの転送動作について説明する。
【００２０】
図１２は、４相駆動ＣＣＤの転送方向に沿った断面構造の模式図と、転送チャネルのポテンシャル変化の様子とを時系列に表した図である。図１３は、４相駆動ＣＣＤに与えられるクロックの波形を示している。
【００２１】
４相駆動ＣＣＤの転送電極２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄに、４本の入力ピン２８から図１３に示す転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４を与えると、時刻ｔ１から時刻ｔ５における転送チャネルのポテンシャル分布は図１２のようになる。ここで、ＣＣＤ転送クロックのＨｉｇｈ電圧を「Ｈ」、Ｌｏｗ電圧を「Ｌ」とする。図１２に示すように、転送電極２９のうちＨ電圧が印加された転送電極２９の下にポテンシャル井戸３１が形成される。イメージセンサへの光入射によって発生した信号電荷３２は、ＣＣＤの転送動作によってポテンシャル井戸３１が図面右方へと移動するのに伴って、図面右方へと転送される。このとき、被写体像の移動速度とＣＣＤ転送速度とを一致させることにより時間遅延積分動作、すなわち、ＴＤＩ動作が実現でき、被写体像による光入射によって発生した信号電荷３２は、その像位置に対応したポテンシャル井戸３１に蓄積されながら垂直転送される。
【００２２】
一般的な２次元イメージセンサの場合、垂直方向への電荷転送は水平ブランキング期間に行われ、水平方向１ラインの信号読出ごとに１段の垂直転送が行われる。リモートセンシングに用いられるＴＤＩ方式リニアイメージセンサに、この一般的な転送方法を適用した場合には、検出器面上に投影された被写体像と垂直転送されるポテンシャル井戸３１との位置関係に最大で１ライン分のずれが発生し、人工衛星の進行方向に沿ったＭＴＦが劣化する、すなわち、画像がぼける、という事態が生じる。これは、被写体像の移動が連続的で滑らかであるのに対して、ＣＣＤ転送によるポテンシャル井戸３１の移動が段階的であることに起因する。
【００２３】
被写体像とポテンシャル井戸３１との乖離を最小限にしてＭＴＦの劣化を抑制するためには、例えば、４相駆動ＣＣＤで各相の実効的な電極長、つまり、転送電極２９の転送方向長さのうち、ゲートオーバーラップ等を除いた電極長を互いに等しくするとともに、図１３に示す転送クロックにおいて、時刻ｔ１から時刻ｔ５が等間隔になるように設定するとよい。このとき、信号読出期間、すなわち、撮像周期中に垂直転送を複数回に分けて行うことで、被写体像とポテンシャル井戸３１との乖離を小さくすることができ、ＭＴＦ劣化が抑制される。この例では、撮像周期中に垂直転送を４回に分けて行っている。
【００２４】
信号読出期間中に垂直方向の電荷転送を行うと、信号出力にカップリングノイズが重畳するという課題が生じる。これは、転送クロックに与えられるＨ電圧とＬ電圧とが切り替わる際に、転送電極２９とＳｉ基板とで構成されるＭＯＳ容量に大きな充放電電流が流れ、出力回路２６の基板電位が変動することで生じるものである。「ＭＯＳ」は、Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒの略語である。対策として、特許文献１に記載されているように、複数の垂直転送クロックのうちの２つを互いに逆相で駆動することにより、それぞれの駆動信号に起因するノイズ成分を相殺させる方法を用いることが考えられる。図１２および図１３は、この方法を４相駆動ＣＣＤについて適用した例を示しており、φＶ１とφＶ３とを互いに逆相にし、φＶ２とφＶ４とを互いに逆相にすることでカップリングノイズが低減される。
【００２５】
ＣＣＤで転送できる信号電荷量の最大値、すなわち、画素飽和電荷量について説明する。
【００２６】
図１４および図１５は、図１２および図１３と同等の図であり、図１３に示す転送クロックにおいて時刻ｔ１から時刻ｔ３の期間を拡大して示したものである。図１４中に示した信号電荷３２は、転送動作中にポテンシャル井戸３１に蓄積できる電荷の最大量を模式的に表したものである。
【００２７】
ＣＣＤの最大電荷転送量は、転送動作中のポテンシャル井戸３１の容量の最小値で決まる。図１５において、例えば時刻ｔ１および時刻ｔ２では、転送クロックのうち隣接する２つがＨ電圧であり、転送ゲート２つ分のポテンシャル井戸３１が形成される。一方、転送クロックのＨとＬとが切り替わる遷移期間では、転送クロックのうち１つだけがＨ電圧であり、その両側の２つはＨとＬとの中間レベルとなる。例えば時刻ｔＡでは、φＶ２ゲートがＨで、φＶ１ゲートおよびφＶ３ゲートはＨとＬとの中間レベルとなり、このとき形成されるポテンシャル井戸３１の容量は時刻ｔ１および時刻ｔ２の場合に比べて小さくなる。その結果、図１５の駆動クロックでの最大転送電荷量は、転送ゲート２つ分の容量よりも減少してしまう。
【００２８】
ＣＣＤの最大電荷転送量として転送ゲート２つ分を確保しようとするならば、転送クロックのうち隣接する２つが必ずＨ電圧となるような駆動方法を採用すればよい。図１６および図１７は、このような駆動方法の例を示すものである。この例では、各転送クロックのＨ期間をＬ期間に比べて長くすることで最大転送電荷量が確保できる。ただし、この場合は転送クロックの切り替わりによって生じる充放電電流が相殺されないため、カップリングノイズは低減されない。
【００２９】
本実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
【００３０】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を参照して、本実施の形態に係る撮像装置１０の構成を説明する。
【００３１】
撮像装置１０は、リモートセンシング等の分野で用いられる。図示していないが、撮像装置１０は、本実施の形態では人工衛星または航空機等の飛翔体に備えられる。なお、撮像装置１０は、工場の設備等に備えられてもよい。
【００３２】
撮像装置１０は、光学部１１と、駆動部１２と、ＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３と、信号処理部１４とを備える。
【００３３】
光学部１１は、例えば、レンズである。
【００３４】
駆動部１２および信号処理部１４は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣといった電子回路である。「ＩＣ」は、Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。「ＧＡ」は、Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略語である。「ＦＰＧＡ」は、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略語である。「ＡＳＩＣ」は、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。
【００３５】
図２および図３を参照して、本実施の形態に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３の構成を説明する。
【００３６】
図２に示すように、ＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３では、同一の基板１６上に２本のイメージセンサ１５が配置される。各イメージセンサ１５は、ＣＣＤであり、図１０に示した比較例のＴＤＩ方式リニアイメージセンサと同様のものである。以下では、２つのイメージセンサ１５の一方である第１イメージセンサ１５ａを「ＣＣＤ−Ａ」、２つのイメージセンサ１５の他方である第２イメージセンサ１５ｂを「ＣＣＤ−Ｂ」と呼ぶことがある。
【００３７】
第１イメージセンサ１５ａは、画素群を水平方向および垂直方向に２次元アレイ状に配列して形成された画素アレイ２１ａを備える。同様に、第２イメージセンサ１５ｂは、画素群を水平方向および垂直方向に２次元アレイ状に配列して形成された画素アレイ２１ｂを備える。
【００３８】
図中、第１イメージセンサ１５ａの水平ＣＣＤ２２ａ、電荷蓄積部２４ａおよび出力回路２６ａは、図１０に示した比較例の水平ＣＣＤ２２、電荷蓄積部２４および出力回路２６と同様のものである。第２イメージセンサ１５ｂの水平ＣＣＤ２２ｂ、電荷蓄積部２４ｂおよび出力回路２６ｂも、図１０に示した比較例の水平ＣＣＤ２２、電荷蓄積部２４および出力回路２６と同様のものである。
【００３９】
図３は、図２に示したＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３における、第１イメージセンサ１５ａの画素アレイ２１ａと第２イメージセンサ１５ｂの画素アレイ２１ｂとの相対的な位置関係を示す平面図である。図３に示すように、ＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３では、第１イメージセンサ１５ａの画素アレイ２１ａと第２イメージセンサ１５ｂの画素アレイ２１ｂとが水平方向に１／２画素ピッチだけずれるように配置され、オーバーサンプリング検出器を構成している。垂直方向には、第１イメージセンサ１５ａの画素アレイ２１ａと第２イメージセンサ１５ｂの画素アレイ２１ｂとが（Ｍ＋１／２−１／８）画素ピッチだけ離れるように配置される。Ｍは整数である。
【００４０】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図４から図７を参照して、本実施の形態に係る撮像装置１０の動作を説明する。撮像装置１０の動作は、本実施の形態に係るイメージセンサ駆動方法に相当する。
【００４１】
図４は、ＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３の駆動方法を説明するための、垂直転送クロックと信号出力期間のタイミングとを模式的に示すタイミング図である。
【００４２】
第１イメージセンサ１５ａを駆動するための垂直転送クロック、すなわち、ＣＣＤ−Ａの転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４は、図１６および図１７の例における、４相駆動ＣＣＤを駆動する場合の垂直転送クロックと同様に、Ｈ期間がＬ期間に比べて長くなっている。本実施の形態では、各垂直転送クロックのＨ期間が撮像周期の５／８倍、各垂直転送クロックのＬ期間が撮像周期の３／８倍となっている。このように、Ｈ期間をＬ期間に比べて長くすることで、第１イメージセンサ１５ａの最大転送電荷量を確保することができる。
【００４３】
また、第２イメージセンサ１５ｂを駆動するための垂直転送クロック、すなわち、ＣＣＤ−Ｂの転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４は、第１イメージセンサ１５ａを駆動するための垂直転送クロックを撮像周期の１／８だけ遅らせたものとなっている。このように、Ｈ期間をＬ期間に比べて長くすることで、第２イメージセンサ１５ｂの最大転送電荷量を確保することができる。
【００４４】
さらに、第１イメージセンサ１５ａを駆動するための垂直転送クロック、すなわち、ＣＣＤ−Ａの転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４と、第２イメージセンサ１５ｂを駆動するための垂直転送クロック、すなわち、ＣＣＤ−Ｂの転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４とは、合計８つの垂直転送クロックのうち２つずつが、クロックの立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとが一致するように組み合わされる。例えば、時刻ｔ０においてＣＣＤ−ＡのφＶ１クロックが立ち上がるのと同時に、ＣＣＤ−ＢのφＶ２クロックが立ち下がる。その結果、すべてのφＶクロックの切り替わりタイミングにおいて、転送クロックの切り替わりによって生じる充放電電流が相殺され、カップリングノイズが低減される。
【００４５】
このように、本実施の形態では、立ち上がりから立ち下がりまでの期間が立ち下がりから立ち上がりまでの期間よりも長い転送クロックが２つのイメージセンサ１５に与えられる。そして、これら２つのイメージセンサ１５は、画素群で光電変換により得た電荷の時間遅延積分と画素間での電荷の転送とを、与えられた転送クロックに応じて行うことで、個別の画像信号を生成する。
【００４６】
駆動部１２は、転送クロックとして第１クロックを第１イメージセンサ１５ａに与え、転送クロックとして、立ち下がりのタイミングが第１クロックの立ち上がりのタイミングと一致する第２クロックを第２イメージセンサ１５ｂに与えることで、２つのイメージセンサ１５を駆動する。具体的には、駆動部１２は、第１クロックおよび第２クロックとして各２Ｎ個のクロックを２つのイメージセンサ１５に与えることで、２つのイメージセンサ１５を２Ｎ相駆動する。Ｎは自然数である。本実施の形態では、Ｎは２である。
【００４７】
第１クロックとして与えられる２Ｎ個のクロックは、第２クロックとして与えられる２Ｎ個のクロックと１対１で対応する。第１クロックとして与えられる各クロックの立ち上がりのタイミングは、第２クロックとして与えられる、対応するクロックの立ち下がりのタイミングと一致する。そのため、本実施の形態によれば、転送クロックの干渉の影響により発生するカップリングノイズを低減することができる。
【００４８】
また、２つのイメージセンサ１５に与えられる各２Ｎ個のクロックは、立ち上がりから立ち下がりまでの期間が立ち下がりから立ち上がりまでの期間よりも２／Ｎ周期だけ長くなっている。そのため、本実施の形態によれば、画素飽和電荷量を十分に確保することができる。
【００４９】
第１クロックおよび第２クロックといった転送クロックは、垂直方向における電荷の転送のタイミングを制御するためのクロックである。図３に示したように、本実施の形態では、第１イメージセンサ１５ａに備えられた画素アレイ２１ａが、第２イメージセンサ１５ｂに備えられた画素アレイ２１ｂに対して、水平方向に１／２画素ピッチだけずらして配置され、垂直方向に（Ｍ＋１／２−１／Ｎ）画素ピッチだけ離して配置されている。なお、後述するように、垂直方向の間隔は、（Ｍ＋１／２＋１／Ｎ）画素ピッチでもよい。
【００５０】
一般的なオーバーサンプリング検出器では、２つの画素アレイの垂直方向の間隔は（Ｍ＋１／２）画素ピッチだけ離して配置される場合がほとんどで、本実施の形態に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３とは、その間隔が１／８画素ピッチだけ異なっている。その相違について説明する。
【００５１】
図５は図４と同様の図であり、ＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３の、垂直転送クロックと信号出力期間のタイミングとを模式的に示すタイミング図である。図６は、図５における時刻ｔＸおよび時刻ｔＹで、画素アレイ２１ａ，２１ｂに形成されるポテンシャル井戸の模式的配置を比較して示したものである。ここで図６では、画素アレイ２１ａ，２１ｂ内の転送ゲートＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のうち、ポテンシャル井戸が形成される箇所をハッチングで示している。
【００５２】
図５に示すように、第２イメージセンサ１５ｂの垂直転送クロックは第１イメージセンサ１５ａの垂直転送クロックに対して１／８撮像周期だけ遅れているため、図６に示すように、画素アレイ２１ａ，２１ｂに形成されるポテンシャル井戸は第１イメージセンサ１５ａに比べて第２イメージセンサ１５ｂの方が１／８画素ピッチだけ遅れて形成される。しかしながら、ＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３では、図３に示したように、２つの画素アレイ２１ａ，２１ｂの垂直方向の間隔が（Ｍ＋１／２−１／８）画素ピッチとされて、１／８画素ピッチだけ短縮されている。その結果、ＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３で得られた２枚の撮像画像は、図７に示したような垂直および水平方向に互いに１／２画素ピッチずつずれた格子点の画像データとなり、オーバーサンプリングによって良好な高解像度画像が得られる。このオーバーサンプリングによる画像処理は、信号処理部１４により実行される。
【００５３】
具体的には、図７の例では、主センサと副センサとで得られた２枚の画像が、互いに１／２画素ピッチ分だけずれて撮像されている。図７に示すように２枚の画像を水平方向および垂直方向にずらして合成し、さらに、その格子点の画像データを補間等の方法で求めるといった画像処理により、垂直および水平方向の解像度がそれぞれ２倍の高解像度画像を得られる。なお、図７では、格子点を三角印で表している。イメージセンサ１５のうち、第１イメージセンサ１５ａが主センサ、第２イメージセンサ１５ｂが副センサに相当する。あるいは、第２イメージセンサ１５ｂが主センサ、第１イメージセンサ１５ａが副センサに相当する。
【００５４】
＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態では、立ち上がりから立ち下がりまでの期間が立ち下がりから立ち上がりまでの期間よりも長い転送クロックが２つのイメージセンサ１５に与えられる。２つのイメージセンサ１５の一方に与えられるクロックの立ち上がりのタイミングと、２つのイメージセンサ１５の他方に与えられるクロックの立ち下がりのタイミングとが一致する。そのため、本実施の形態によれば、ＴＤＩ方式のイメージセンサ１５を２つ用いる構成において、画素飽和電荷量を減少させることなく、転送クロックの干渉の影響により発生するカップリングノイズを低減することができる。
【００５５】
本実施の形態では、同一基板１６上に２本の４相駆動の垂直ＣＣＤを並列配置したＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３を駆動するための転送クロックが、以下のように設定される。
・垂直転送クロックのＨ電圧期間がＬ電圧期間よりも長い。
・２本のＣＣＤに与える各垂直転送クロックに関し、一方のＣＣＤの各転送クロックの立ち上がりタイミングが、他方のＣＣＤの転送クロックのうち１つの転送クロックの立ち下がりタイミングに一致する。
【００５６】
本実施の形態によれば、２本のＣＣＤを同一基板１６上に形成したオーバーサンプリング検出器を構成して解像度を向上させることができる。そして、このオーバーサンプリング検出器において、画素飽和電荷量を減少させることなく、垂直転送クロックによるカップリングノイズを低減したＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３およびその駆動方法を提供することができる。すなわち、本実施の形態によれば、高解像度で、ＭＴＦに優れ、画素飽和電荷量が大きく、かつ、垂直転送クロックによるカップリングノイズの影響を低減したＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３を提供することができる。
【００５７】
＊＊＊他の構成＊＊＊
本実施の形態では、画素アレイ２１ａ，２１ｂの垂直方向の間隔を（Ｍ＋１／２−１／８）画素ピッチとして１／８画素ピッチだけ短縮し、第２イメージセンサ１５ｂの垂直転送クロックを第１イメージセンサ１５ａの垂直転送クロックに対して１／８撮像周期だけ遅らせているが、これが逆であっても同様の効果がある。すなわち、画素アレイ２１ａ，２１ｂの垂直方向の間隔を（Ｍ＋１／２＋１／８）画素ピッチとして１／８画素ピッチだけ広げ、第２イメージセンサ１５ｂの垂直転送クロックを第１イメージセンサ１５ａの垂直転送クロックに対して１／８撮像周期だけ先行させても構わない。
【００５８】
実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を、図８を用いて説明する。
【００５９】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
本実施の形態に係る撮像装置１０の構成については、図１に示した実施の形態１のものと同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
本実施の形態に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３の構成については、図２および図３に示した実施の形態１のものと同様であるため、説明を省略する。
【００６１】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図８を参照して、本実施の形態に係る撮像装置１０の動作を説明する。撮像装置１０の動作は、本実施の形態に係るイメージセンサ駆動方法に相当する。
【００６２】
図８は、ＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３の駆動方法を説明するための、垂直転送クロックと信号出力期間のタイミングとを模式的に示すタイミング図である。
【００６３】
図８に示した垂直転送クロックは、図４に示した実施の形態１に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３の垂直転送クロックに対し、各クロックの立ち上がり時間と立ち下がり時間とを長くしたものである。
【００６４】
＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態によれば、垂直ＣＣＤ転送クロックの立ち上がりと立ち下がりとが緩やかになるため、ＣＣＤの転送効率が改善される。また同時に、転送クロックの切り替わりの際のゲート容量の充放電時間が長くなるため、単位時間当たりの充放電電流が減少し、カップリングノイズの影響が低減される。さらに、図８に示した本実施の形態に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３の垂直転送クロックは、図４に示した実施の形態１に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３の垂直転送クロックと同様に、合計８つの垂直転送クロックのうち２つずつが、クロックの立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングとが一致するように組み合わされている。その結果、転送クロックの切り替わりによって生じる充放電電流が相殺され、カップリングノイズがますます低減される。
【００６５】
また、本実施の形態によれば、垂直転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４のうち少なくとも２つが常にＨ電圧となるようにイメージセンサ１５が駆動されるため、最大転送電荷量、すなわち、画素飽和電荷量が確保される。
【００６６】
また、本実施の形態では、第２イメージセンサ１５ｂの垂直転送クロックが第１イメージセンサ１５ａの垂直転送クロックに対して１／８撮像周期だけ遅れる。そのため、実施の形態１と同様に、画素アレイ２１ａ，２１ｂの垂直方向の間隔を（Ｍ＋１／２−１／８）画素ピッチとして、１／８画素ピッチだけ短縮することで、２枚の撮像画像が垂直および水平方向に互いに１／２画素ピッチずつずれた格子点の画像データとなり、オーバーサンプリングによって良好な高解像度画像が得られる。
【００６７】
＊＊＊他の構成＊＊＊
本実施の形態では、実施の形態１と同様に、画素アレイ２１ａ，２１ｂの垂直方向の間隔を（Ｍ＋１／２−１／８）画素ピッチとして１／８画素ピッチだけ短縮し、第２イメージセンサ１５ｂの垂直転送クロックを第１イメージセンサ１５ａの垂直転送クロックに対して１／８撮像周期だけ遅らせているが、これが逆であっても同様の効果がある。すなわち、画素アレイ２１ａ，２１ｂの垂直方向の間隔を（Ｍ＋１／２＋１／８）画素ピッチとして１／８画素ピッチだけ広げ、第２イメージセンサ１５ｂの垂直転送クロックを第１イメージセンサ１５ａの垂直転送クロックに対して１／８撮像周期だけ先行させても構わない。
【００６８】
実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を、図９を用いて説明する。
【００６９】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
本実施の形態に係る撮像装置１０の構成については、図１に示した実施の形態１のものと同様であるため、説明を省略する。
【００７０】
図９を参照して、本実施の形態に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３の構成を説明する。
【００７１】
図９は、本実施の形態に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３における、第１イメージセンサ１５ａの画素アレイ２１ａと第２イメージセンサ１５ｂの画素アレイ２１ｂとの相対的な位置関係を示す平面図である。図９に示すように、本実施の形態に係るＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３では、第１イメージセンサ１５ａの画素アレイ２１ａと第２イメージセンサ１５ｂの画素アレイ２１ｂとが垂直方向に（Ｍ−１／８）画素ピッチだけ離れるように配置される。水平方向には、第１イメージセンサ１５ａの画素アレイ２１ａと第２イメージセンサ１５ｂの画素アレイ２１ｂとがずれないように配置される。
【００７２】
このように、本実施の形態では、第１イメージセンサ１５ａに備えられた画素アレイ２１ａが、第２イメージセンサ１５ｂに備えられた画素アレイ２１ｂに対して、水平方向の位置を揃えて配置され、垂直方向に（Ｍ−１／Ｎ）画素ピッチだけ離して配置されている。なお、後述するように、垂直方向の間隔は、（Ｍ＋１／Ｎ）画素ピッチでもよい。
【００７３】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
本実施の形態に係る撮像装置１０の動作については、図４から図６に示した実施の形態１のものと同様であるため、説明を省略する。
【００７４】
なお、本実施の形態では、オーバーサンプリング検出器は構成されない。ＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３を、図４または図８に示した垂直転送クロックによって駆動すると、第２イメージセンサ１５ｂの垂直転送クロックが第１イメージセンサ１５ａの垂直転送クロックに対して１／８撮像周期だけ遅れるため、最終的に２枚の撮像画像は互いに同じ格子点の画像データになる。
【００７５】
＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態では、例えば２本のイメージセンサ１５のＴＤＩ段数を異なる値に設定すれば、一方のイメージセンサ１５は感度が高く、もう一方のイメージセンサ１５は感度が低いもののダイナミックレンジが広いといった構成が得られる。２つのイメージセンサ１５からは同じ格子点の画像データが得られるため、２枚の撮像画像を画像処理することで、感度が高く、かつ、ダイナミックレンジが広い撮像画像が取得できる。
【００７６】
また、本実施の形態において、例えば入射面側に分光フィルタを形成する等の方法により、２本のイメージセンサ１５の分光感度特性を異なるものにすれば、異なる波長の光に対する同じ格子点の２枚の撮像画像が得られる。さらに、これを２つ組み合わせて、Ｒ／Ｇ／Ｂ／ＩＲ等のカラーフィルタを用いて４本のイメージセンサ１５で構成することによって、カラーの撮像画像が取得できる。「ＩＲ」は、Ｉｎｆｒａｒｅｄの略語である。
【００７７】
本実施の形態によれば、実施の形態１および実施の形態２と同様に、画素飽和電荷量を減少させることなく、垂直転送クロックによるカップリングノイズを低減したＴＤＩ方式リニアイメージセンサ１３が得られる。
【００７８】
＊＊＊他の構成＊＊＊
本実施の形態では、画素アレイ２１ａ，２１ｂの垂直方向の間隔を（Ｍ−１／８）画素ピッチとして１／８画素ピッチだけ短縮し、第２イメージセンサ１５ｂの垂直転送クロックを第１イメージセンサ１５ａの垂直転送クロックに対して１／８撮像周期だけ遅らせているが、これが逆であっても同様の効果がある。すなわち、画素アレイ２１ａ，２１ｂの垂直方向の間隔を（Ｍ＋１／８）画素ピッチとして１／８画素ピッチだけ広げ、第２イメージセンサ１５ｂの垂直転送クロックを第１イメージセンサ１５ａの垂直転送クロックに対して１／８撮像周期だけ先行させても構わない。
【符号の説明】
【００７９】
１０  撮像装置、１１  光学部、１２  駆動部、１３  ＴＤＩ方式リニアイメージセンサ、１４  信号処理部、１５  イメージセンサ、１５ａ  第１イメージセンサ、１５ｂ  第２イメージセンサ、１６  基板、２１  画素アレイ、２１ａ  画素アレイ、２１ｂ  画素アレイ、２２  水平ＣＣＤ、２２ａ  水平ＣＣＤ、２２ｂ  水平ＣＣＤ、２４  電荷蓄積部、２４ａ  電荷蓄積部、２４ｂ  電荷蓄積部、２５  電荷排出ドレイン、２６  出力回路、２６ａ  出力回路、２６ｂ  出力回路、２７  金属配線、２８  入力ピン、２９  転送電極、２９ａ  転送電極、２９ｂ  転送電極、２９ｃ  転送電極、２９ｄ  転送電極、３０  分離領域、３１  ポテンシャル井戸、３２  信号電荷。
【図１】
2019176324.tif 000003
【図２】
2019176324.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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