(57)【要約】【課題】ＣＣＤ固体撮像素子に対して、デューティー比５０％以上の駆動クロックを与える場合に発生するカップリングノイズを抑制する方法を提供する。【解決手段】垂直転送レジスタと水平転送レジスタとの間に電荷蓄積部が設けられているＣＣＤ固体撮像素子において、位相のずれた２種以上のクロックを用いて垂直転送を行う。一方のクロックの立上りと他方のクロックの立下りの位置が一致するようにクロックの位相をずらすことで、それぞれの駆動信号に起因するノイズ成分が逆相になり、ノイズを相殺するように作用する。これにより、カップリングノイズを抑制することができる。【選択図】図２
2015100008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を電荷に変換する画素がマトリクス状に配列された第１の電荷生成部と、
入射光を電荷に変換する画素がマトリクス状に配列された第２の電荷生成部と、
前記第１の電荷生成部の各画素により生成された電荷を、所定のデューティー比を有する第１のパルスを繰り返し印加することで前記マトリクス状の配列の一方向に周期的に転送する第１の電荷転送部と、
前記第２の電荷生成部により生成された電荷を、前記デューティー比を有する第２のパルスを繰り返し印加することで前記一方向に周期的に転送する第２の電荷転送部と、
を有する個体撮像素子であって、
前記第１のパルスと前記第２のパルスとは所定の位相だけずれていることを特徴とする個体撮像素子。
【請求項２】
前記個体撮像素子は４個の画素を一組として前記４個の画素で生成された電荷を前記一方向に転送する４相の個体撮像素子であって、前記デューティー比は６２．５％であり、前記所定の位相ずれは１周期をＴとして（３/８）・Ｔであることを特徴とする請求項１記載の個体撮像素子。
【請求項３】
前記第１の電荷転送部から転送された電荷を処理した結果と、前記第２の電荷転送部から転送された電荷を処理した結果を合成して一画像を生成する信号処理部を備えることを特徴とする請求項１、２いずれか記載の個体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は個体撮像素子に関するものであり、特に、ＣＣＤ （Charge Coupled Device）におけるノイズの抑制に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＴＤＩ（Time Delay Integration）型固体撮像素子では、垂直転送クロックのデューティ比を５０％よりも大きくすることで、積分期間の長期化、飽和電荷量の増加という効果が得られる。しかし、クロックの立上り、立下りのタイミングが各垂直転送クロックごとにずれるため、カップリングノイズが発生する。そのため、このカップリングノイズを抑制することが求められている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９７０１８号公報
【特許文献２】特開２００７−２６７０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
課題の説明のため、まず、ＴＤＩ型固体撮像素子を用いた際のカップリングノイズの発生について図を用いて説明する。
図４は、ＴＤＩ型固体撮像素子の構成図である。図４において、１０１（１０１＿１〜１０１＿４）は入射光を電荷に変換し一時蓄積する画素かつ転送電極、１０２は転送電極１０１（１０１＿１〜１０１＿４）を一組とし信号電荷を垂直に転送する垂直転送シフトレジスタ、１０３は垂直転送シフトレジスタから転送されてきた電荷を１ライン毎に一時蓄積するライン蓄積部（ＳＴ）、１０４はライン蓄積部１０３から水平転送レジスタ１１０への電荷転送を制御するライン蓄積部ゲート（ＳＣ）、１１０は転送電極１１１（１１１＿１〜１１１＿２）を一組とし、ライン蓄積部１０３から転送された電荷を水平方向に転送する水平転送シフトレジスタ、１２０はリセットドレイン、１２１はリセットゲート、１２２はフローティングディフュージョン、１２３は出力障壁電極、１２４はソースフォロワアンプである。
【０００５】
次に画像撮像における動作について説明する。画素１０１に入射した光量に応じて発生した電荷は、一定時間画素に蓄積される。その後、φＶ１〜φＶ４のクロックを１パルス印加することで信号電荷が下方向に一段転送される。一番下の行まで到達した信号電荷はライン蓄積部（ＳＴ）１０３に転送され、水平シフトレジスタの転送が停止している水平ブランキング期間にライン蓄積部制御ゲート（ＳＣ）１０４がオンすることで信号電荷が水平転送シフトレジスタに転送される。
【０００６】
図５（Ａ）は、従来の撮像装置におけるデューティ比を５０％としたときの垂直転送クロックを示したものであり、図５（Ｂ）は、従来の撮像装置におけるデューティ比を６２．５％としたときの垂直転送クロックを示したものである。デューティ比６２．５％とは、４相のＣＣＤにおいて、デューティ比を５０％以上とした状態で正常に電荷転送が可能となる比率の代表的な値である。このようにデューティー比を６２．５％としφＶがＯＮになる時間を増加させることで、一度に転送できる電荷量（飽和電荷量）が増加するという効果が得られる。
【０００７】
次に、カップリングノイズについて述べる。カップリングノイズの原理は次の通りである。２本の導線が並んでいる場合、それらはコンデンサを形成する。片方の導線の電圧が増加した場合、これはコンデンサの片方の電極に電荷が蓄積されたのと等価と考えることができるので、もう片方の電極には逆向きの電荷が生じる。従って、２本の導線が並んでいる場合に片方だけ電圧が変化すると、その瞬間にもう片方の導線の電圧が逆向きに変化する。この変化により、一方の導線の電圧変化に同期して、別の導線の電圧が変化してノイズとなったものがカップリングノイズである。デバイスでは、出力端子と接続される導線とクロック端子に接続される導線が近くに存在するため、クロックの立上がりと立下りに合わせて出力信号にカップリングノイズが重畳する。この時、２つのクロック端子に接続された導線で立ち上がりと立下りが同時に存在すると、信号線側では、立ち上がりにより発生する電圧の低下と立下りにより発生する電圧の増加が同時に起こる。その電圧の増減が同量である場合、それらは打ち消しあい、信号線の電圧は変化しなくなる。従って、デバイスではクロックの立ち上がりと立下りのタイミングを合わせることで、カップリングノイズを抑制することが可能になる。
【０００８】
図５（Ａ）のデューティ比５０％での電荷転送においては、φＶ１の立上りとφＶ３の立下り、φＶ１の立下りとφＶ３の立上り、φＶ２の立上りとφＶ４の立下り、φＶ２の立下りとφＶ４の立上りがそれぞれ同時であるため、それぞれのカップリングノイズが相殺する。
【０００９】
図５（Ｂ）のデューティ比６２．５％での電荷転送においては、各クロックの立上りと立下りはそれぞれ異なる時刻に存在するため、図５（Ｂ）の出力に示すようなカップリングノイズが発生する。
従って、飽和電荷量の増加を狙ってデューティ比を増加させると、カップリングノイズが無視できない問題となる。
【００１０】
このカップリングノイズの課題に対して、特許文献１では２つ以上の駆動電圧を与える場合に、２種類の駆動信号ごとに逆位相にして駆動することでカップリングノイズを抑制することが提案されている。また、特許文献２では、水平転送シフトレジスタに、逆位相のクロックで転送する領域を作成することでカップリングノイズを抑制することが提案されている。
【００１１】
しかしながら、従来の特許文献１で提案される方法は、図５（Ａ）の方法と同様であって、デューティ比を５０％よりも大きくした場合には適用できない。また、特許文献２で提案される方法も同様にデューティ比を５０％よりも大きくした場合には適用することができない。
【００１２】
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、デューティ比を５０％よりも大きくした場合であってもカップリングノイズを抑制可能な個体撮像素子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】
【００１３】
この発明に係る個体撮像素子は、入射光を電荷に変換する画素がマトリクス状に配列された第１の電荷生成部と、入射光を電荷に変換する画素が前記マトリクス状に配列された第２の電荷生成部と、前記第１の電荷生成部の各画素により生成された電荷を、所定のデューティー比を有する第１のパルスを繰り返し印加することで前記マトリクス状の配列の一方向に周期的に転送する第１の電荷転送部と、前記第２の電荷生成部により生成された電荷を、前記デューティー比を有する第２のパルスを繰り返し印加することで前記一方向に周期的に転送する第２の電荷転送部とを有する個体撮像素子であって、前記第１のパルスと前記第２のパルスとは所定の位相だけずれているように設定した。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る個体撮像素子によれば、デューティ比を５０％より大きくした垂直転送クロックを用いることで飽和電荷量を増加する効果を有し、かつ、デューティ比を５０％より大きくしたことにより新たに生じるカップリングノイズを素子レベルで抑制することができる。カップリングノイズを抑制することで、個体撮像素子から出力された画像を後段で補正する補正処理が不要になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るＣＣＤの構成を示すブロック図である。
【図２】４相クロックＣＣＤに対して本発明を適用する場合における（ａ）垂直転送クロックＡ、（ｂ）垂直転送クロックＢのクロックパルスを説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るにＣＣＤの構成を示す図である。
【図４】従来のフレーム転送方式のＣＣＤ固体撮像素子の構成図である。
【図５】従来のＣＣＤにおいて、印加する電荷転送用パルスのデューティ比を（Ａ）５０％、（Ｂ）６２．５％としたときの垂直転送クロックの波形示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態．
図１は本発明の実施の形態に係るＣＣＤの構成を示すブロック図である。なお、ここでは個体撮像素子の一実施例として、ＣＣＤを用いて説明する。
従来のＣＣＤでは、１種類のクロックドライバによりＣＣＤの各画素に発生した信号電荷を転送し、信号処理をしていた。
本発明の実施の形態に係るＣＣＤにおいては、図１のブロック図に示すように、ＣＣＤを２つの同じマトリクス（水平×垂直）の領域ＣＣＤ_Ａ３０１、ＣＣＤ_Ｂ３０２に分割し、分割した各領域のＣＣＤを、対応する２種のクロックドライバ（クロックドライバＡ、クロックドライバＢ）により転送、信号処理をしている点が異なる。なお、クロックドライバは電荷転送部の一例である。
【００１７】
詳細は後述するが、本実施の形態に係る２種のクロックドライバ（クロックドライバＡ、クロックドライバＢ）で形成される各々の垂直転送クロックは、クロックドライバＡによる立上りとクロックドライバＢによる立下りのタイミングが一致し、また、クロックドライバＡによる立下りとクロックドライバＢによる立上りのタイミングが一致するようにタイミング調整がされる。
このタイミング調整により、分割したＣＣＤ_Ａ３０１とＣＣＤ_Ｂ３０２のそれぞれの駆動信号に起因するノイズ成分が逆相になり、ノイズを相殺するように作用することで、カップリングノイズが抑制される。
そして、２つの領域ＣＣＤ_Ａ３０１、ＣＣＤ_Ｂ３０２で得られた信号電荷は別々の信号処理回路（信号処理回路Ａ、信号処理回路Ｂ）にて処理されたのち、最終的に１つの画像に合成される。
【００１８】
図２は、代表的なＣＣＤとして４相クロックのＣＣＤに、本発明を適用する場合のクロックパターンのうち、垂直転送クロックのパルスパターンを示した図である。図２（ａ）は、クロックドライバＡによってＣＣＤ_Ａ３０１に適用される垂直転送クロックＡのパルスパターンを示した図であり、図２（ｂ）は、クロックドライバＢによってＣＣＤ_Ｂ３０２に適用される垂直転送クロックＢのパルスパターンを示した図である。Ｔは垂直転送クロックの１フレーム期間の周期を示す。
【００１９】
垂直転送クロックＡ、垂直転送クロックＢは、デューティー比が共に６２．５％である。先述の通りデューティ比６２．５％は、４相のＣＣＤにおいてデューティ比を５０％以上とした状態で正常に電荷転送が可能となる比率の代表的な値である。
このようにデューティー比を６２．５％とし印加電圧がＯＮになる時間を増加させることで、一度に転送できる電荷量（飽和電荷量）を増大できるという効果が得られる。
【００２０】
一方でデューティー比を６２．５％とした場合、カップリングノイズが大きくなるという課題が生じるが、この課題に対して本実施の形態では図２（ｂ）に示すように、垂直転送クロックＢを垂直転送クロックＡから位相を３／８周期（３／８Ｔ）だけ進ませるようにした。
【００２１】
このように垂直転送クロックＡと垂直転送クロックＢとで、垂直転送クロックの位相をずらして各々ＣＣＤ_Ａ、ＣＣＤ_Ｂに入力することで、垂直転送クロックＡの立上り時には垂直転送クロックＢの立下りが存在し、垂直転送クロックＢの立上り時には垂直転送クロックＡの立下りが存在するようになる。
これにより駆動信号に起因するノイズ成分が逆相になり、ノイズを相殺するように作用する。この効果により、カップリングノイズが抑制される。
【００２２】
図３は、図２で示した２種の垂直転送クロックを与えるＣＣＤ（ＣＣＤ_Ａ３０１とＣＣＤ_Ｂ３０２）を示す構成図である。ＣＣＤは境界５０１にて２つの領域に分離されている。一方の領域のＣＣＤ_Ａ３０１はクロックドライバＡにより駆動され、他方の領域のＣＣＤ_Ｂ３０２はクロックドライバＢにより駆動される。
【００２３】
一方のＣＣＤの領域であるＣＣＤ_Ａ３０１はクロックドライバＡで形成される垂直転送クロックを印加する４相の端子５０２（φＶ１_Ａ、φＶ２_Ａ、φＶ３_Ａ、φＶ４_Ａ）を有する。
また、クロックドライバＡで形成される水平転送クロックを印加する端子５１１（φＨ１_Ａ、φＨ２_Ａ）を有する。また、出力障壁電極５２３、フローティングディフュージョン５２２、ソースフォロワアンプ５２４を有して、ソースフォロワアンプ５２４は信号処理回路Ａを接続されている。
【００２４】
同様に、他方のＣＣＤの領域であるＣＣＤ_Ｂ３０２はクロックドライバＢで形成される垂直転送クロックを印加する４相の端子５０３（φＶ１_Ｂ、φＶ２_Ｂ、φＶ３_Ｂ、φＶ４_Ｂ）を有する。また、クロックドライバＢで形成される水平転送クロックを印加する端子５１２（φＨ１_Ｂ、φＨ２_Ｂ）を有する。出力障壁電極５２３、フローティングディフュージョン５２２、ソースフォロワアンプ５２４を有して、ソースフォロワアンプ５２４は信号処理回路Ｂを接続されている。
【００２５】
次に、この図３に示す実施の形態に係るＣＣＤの動作を説明する。
ＣＣＤの一方の領域であるＣＣＤ_Ａ３０１が備える４相の端子φＶ１_Ａ、φＶ２_Ａ、φＶ３_Ａ、φＶ４_Ａの各端子に、図２（ａ）においてφＶ１_Ａ、φＶ２_Ａ、φＶ３_Ａ、φＶ４_Ａで示される垂直転送クロックＡのパルスパターンをそれぞれ印加する。
また、他方の領域であるＣＣＤ_Ｂ３０２が備える４相の端子φＶ１_Ｂ、φＶ２_Ｂ、φＶ３_Ｂ、φＶ４_Ｂの各端子に、図２（ｂ）においてφＶ１_Ｂ、φＶ２_Ｂ、φＶ３_Ｂ、φＶ４_Ｂで示される垂直転送クロックＢのパルスパターンをそれぞれ印加する。
【００２６】
パルスが印加された状態では、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、一周期をＴとして、（３／８）Ｔのタイミングでは、ＣＣＤ_Ａ３０１のφＶ１_Ａ端子に印加されるパルスの立上りと、ＣＣＤ_Ｂ３０２のφＶ１_Ｂ端子に印加されるパルスの立下りが同時に存在する。また、（５／８）Ｔのタイミングでは、ＣＣＤ_Ａ３０１のφＶ２_Ａ端子に印加されるパルスの立上りと、ＣＣＤ_Ｂ３０２のφＶ２_Ｂ端子に印加されるパルスの立下りが同時に存在する。また、（７／８）Ｔのタイミングでは、ＣＣＤ_Ａ３０１のφＶ３_Ａ端子に印加されるパルスの立上りと、ＣＣＤ_Ｂ３０２のφＶ３_Ｂ端子に印加されるパルスの立下りが同時に存在する。そして、（１／８）Ｔのタイミングでは、ＣＣＤ_Ａ３０１のφＶ４_Ａ端子に印加されるパルスの立上りと、ＣＣＤ_Ｂ３０２のφＶ４_Ｂ端子に印加されるパルスの立下りが同時に存在する。
【００２７】
同様に、Ｔのタイミングでは、ＣＣＤ_Ａ３０１のφＶ１_Ａ端子に印加されるパルスの立下りと、ＣＣＤ_Ｂ３０２のφＶ２_Ｂ端子に印加されるパルスの立上りが同時に存在する。また（１／４）Ｔのタイミングでは、ＣＣＤ_Ａ３０１のφＶ２_Ａ端子に印加されるパルスの立下りと、ＣＣＤ_Ｂ３０２のφＶ３_Ｂ端子に印加されるパルスの立上りが同時に存在する。また（１／２）Ｔのタイミングでは、ＣＣＤ_Ａ３０１のφＶ３_Ａ端子に印加されるパルスの立下りと、ＣＣＤ_Ｂ３０２のφＶ４_Ｂ端子に印加されるパルスの立上りが同時に存在する。また（３／４）Ｔのタイミングでは、ＣＣＤ_Ａ３０１のφＶ４_Ａ端子に印加されるパルスの立下りと、ＣＣＤ_Ｂ３０２のφＶ１_Ｂ端子に印加されるパルスの立上りが同時に存在する。
【００２８】
このように、垂直転送クロックＡの全ての立上りのタイミングで、垂直転送クロックＢにおいて立下りが存在し、垂直転送クロックＡの全ての立下りのタイミングで、垂直転送クロックＢにおいて立上りが存在する。逆に、垂直転送クロックＢの全ての立上りのタイミングで、垂直転送クロックＡにおいて立下りが存在し、垂直転送クロックＢの全ての立下りのタイミングで、垂直転送クロックＡにおいて立上りが存在する。
【００２９】
同タイミングで駆動信号のパルスの立上りと立下りが存在する場合、駆動信号に起因するノイズ成分が逆相になり、ＣＣＤ_Ａ３０１とＣＣＤ_Ｂ３０２での電荷の転送はカップリングノイズが抑制された状態で行われることとなる。
結果として、本実施の形態に係るＣＣＤでは従来の１種のクロックで電荷を転送していたときと比較して、カップリングノイズが抑制された信号が得られる。
【００３０】
ＣＣＤ_Ａ３０１で発生した電荷は、端子５０２に印加される垂直転送クロック５０２にて転送され、ＣＣＤ_Ａ３０１側の電荷から得られた信号は信号処理回路Ａへ転送される。  また、ＣＣＤ_Ｂ３０２で発生した電荷から得られた信号は信号処理回路Ｂへ、それぞれ独立に転送される。
信号処理回路Ａ、信号処理回路Ｂは、別々に処理された信号からＣＣＤ_Ａ３０１の画像データとＣＣＤ_Ｂ３０２の画像データを取得し、取得した画像データを重ね合わせることで、１つの画像データを取得することができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では２つのＣＣＤに分割したときの実施例について説明したが、２つに限られるものではなく、偶数個のＣＣＤであれば任意の個数並べても、同様の効果が得られる。クロックドライバＡで駆動するＣＣＤとクロックドライバＢで駆動するＣＣＤを同数並べることで、カップリングノイズは抑制される。
【００３２】
以上のように本発明に係る個体撮像素子によれば、デューティ比を５０％より大きくした垂直転送クロックを用いることで、飽和電荷量を増加する効果を有しつつ、デューティ比を５０％より大きくしたことにより新たに生じるカップリングノイズを素子レベルで抑制することができる。カップリングノイズを抑制することで、個体撮像素子から出力された画像を後段で補正する補正処理が不要になるという効果も奏する。
【符号の説明】
【００３３】
１０１_１〜１０１_４  画素、１０２  垂直転送シフトレジスタ、１０３  ライン蓄積部（ＳＴ）、１０４  ライン蓄積部制御ゲート、１１０  水平転送シフトレジスタ、１１１_１〜１１１_２  水平転送シフトレジスタ、３０１  ＣＣＤ_Ａ、３０２  ＣＣＤ_Ｂ、４０１  周期、４０２  垂直転送クロックＡと垂直転送クロックＢの差、５０１  ＣＣＤ_ＡとＣＣＤ_Ｂの境界、５０２  クロックドライバＡで形成される垂直転送クロックを印加する端子、５０３  クロックドライバＢで形成される垂直転送クロックを印加する端子、５１１  クロックドライバＡで形成される水平転送クロックを印加する端子、５１２  クロックドライバＢで形成される水平転送クロックを印加する端子、５２０  リセットドレイン、５２１  リセットゲート、５２２  フローティングディフュージョン、５２３  出力障壁電極、５２４  ソースフォロワアンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015100008.tif 000006
【図５】
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