(57)【要約】【課題】アンプの利得の差異に起因して画質が低下することを回避できる固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる固体撮像素子１０は、垂直方向及び水平方向に行列状に配置された複数の光電変換部１２，２２と、光電変換部１２，２２の垂直方向に沿って設けられた垂直電荷転送部１４，２４と、光電変換部１２，２２の水平方向に沿って設けられ、垂直電荷転送部１４，２４から信号電荷が転送される水平電荷転送部３２，３４とを備え、複数の光電変換部１２，２２を配列した撮像領域が複数に分割され、分割された撮像領域１１，２１ごとに水平電荷転送部３２，３４が形成され、水平電荷転送部３２，３４が一つのＦＤアンプ４２に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向及び水平方向に行列状に配置された複数の光電変換部と、前記光電変換部の垂直方向に沿って設けられた垂直電荷転送部と、前記光電変換部の水平方向に沿って設けられ、前記垂直電荷転送部から信号電荷が転送される水平電荷転送部とを備えた固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換部を配列した撮像領域が複数に分割され、分割された撮像領域ごとに前記水平電荷転送部が形成され、前記水平電荷転送部が一つのＦＤアンプに接続されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記複数の光電変換部を配列した撮像領域が２つに分割され、分割された撮像領域の前記水平電荷転送部が、水平方向に対してそれぞれ反対向きの転送方向を有し、前記ＦＤアンプが撮像領域を分割した境界線の延長線上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との間にラインメモリが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記ＦＤアンプが、高速駆動対応型増幅器であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
垂直方向及び水平方向に行列状に配置された複数の光電変換部と、前記光電変換部の垂直方向に沿って設けられた垂直電荷転送部と、前記光電変換部の水平方向に沿って設けられ、前記垂直電荷転送部から信号電荷が転送される水平電荷転送部とを備えた固体撮像素子の駆動方法であって、
駆動時に、前記複数の光電変換部を配列した撮像領域が複数に分割され、分割された撮像領域ごとに形成された前記水平電荷転送部から一つのＦＤアンプに信号電荷を転送する際に、前記ＦＤアンプが前記水平電荷転送部から信号電荷を交互に処理することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との間にラインメモリが形成され、前記ラインメモリを別の端子によって駆動することを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
前記ＦＤアンプが、高速駆動対応型増幅器であることを特徴とする請求項５又は６に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子の用途として主に、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラがあり、現在ではハイビジョンカメラへも用いられるようになっている。ハイビジョンカメラに用いる場合には、高速読み出しのため水平ＣＣＤに高い駆動周波数が必要となる。
そこで、固体撮像素子は、２本の水平ＣＣＤを用いた所謂デュアルチャネル水平ＣＣＤを備えた構成のものや、その撮像面を複数の領域に分割して、撮像した画像を各分割領域に応じた複数の画像信号として複数の出力アンプ を介して出力し、相関二重サンプリング回路（Correlated Double Sampling：CDS）を含む複数のプリアンプ で処理する構成がある。撮像領域を複数の領域に分割して撮像する固体撮像素子としては、例えば、下記特許文献に示すものがある。
【０００３】
例えば、図７に示す固体撮像素子は、撮像領域１と撮像領域２とに分割され、撮像領域１と撮像領域２とにはそれぞれ水平電荷転送部として機能する水平ＣＣＤと、該水平ＣＣＤに接続されたフローティングディフュージョン増幅器（Floating Diffusion Amplifier、ＦＤアンプともいう。）とを一つずつ設けられた構成である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１７０９４７号公報
【特許文献２】特開２０００−１９６０５４号公報
【０００５】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
撮像領域を分割した構成の固体撮像素子では、複数の画像信号がそれぞれ異なるＦＤアンプを用いて処理されるため、各ＦＤアンプ の特性に応じたアンプの利得の差異などが生じてしまうことがあった。また、撮像領域ごとにＦＤアンプを配置すると、ＦＤアンプ同士の間の距離が大きくなって製造プロセスのばらつきの影響がでやすくなるため、ＦＤアンプの利得の差が生じてしまう要因となっていた。このようなＦＤアンプの利得の差による影響で、図８に示すように、撮像領域１及び撮像領域２で撮像した画像を表示した際に、各画像同士の境界Ｌにつなぎ目が発生し、画質を低下させてしまうことがあった。従来では、アンプの利得差を補正するため、専用回路を設けるか、又は、外部の処理装置によって補正処理を行う必要があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、アンプの利得の差異に起因して画質が低下することを回避できる固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）垂直方向及び水平方向に行列状に配置された複数の光電変換部と、前記光電変換部の垂直方向に沿って設けられた垂直電荷転送部と、前記光電変換部の水平方向に沿って設けられ、前記垂直電荷転送部から信号電荷が転送される水平電荷転送部とを備えた固体撮像素子であって、前記複数の光電変換部を配列した撮像領域が複数に分割され、分割された撮像領域ごとに前記水平電荷転送部が形成され、前記水平電荷転送部が一つのＦＤアンプに接続されていることを特徴とする固体撮像素子。
（２）前記複数の光電変換部を配列した撮像領域が２つに分割され、分割された撮像領域の前記水平電荷転送部が、水平方向に対してそれぞれ反対向きの転送方向を有し、前記ＦＤアンプが撮像領域を分割した境界線の延長線上に位置していることを特徴とする上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との間にラインメモリが形成されていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記ＦＤアンプが、高速駆動対応型増幅器であることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の固体撮像素子。
（５）垂直方向及び水平方向に行列状に配置された複数の光電変換部と、前記光電変換部の垂直方向に沿って設けられた垂直電荷転送部と、前記光電変換部の水平方向に沿って設けられ、前記垂直電荷転送部から信号電荷が転送される水平電荷転送部とを備えた固体撮像素子の駆動方法であって、駆動時に、前記複数の光電変換部を配列した撮像領域が複数に分割され、分割された撮像領域ごとに形成された前記水平電荷転送部から一つのＦＤアンプに信号電荷を転送する際に、前記ＦＤアンプが前記水平電荷転送部から信号電荷を交互に処理することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
（６）前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との間にラインメモリが形成され、前記ラインメモリを別の端子によって駆動することを特徴とする上記（５）に記載の固体撮像素子の駆動方法。
（７）前記ＦＤアンプが、高速駆動対応型増幅器であることを特徴とする（５）又は（６）に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【０００９】
本発明では、分割された撮像領域ごとに形成された水平電荷転送部を転送された信号電荷が、同一のＦＤアンプに入力される構成である。各撮像領域で生成された信号電荷が同じＦＤアンプで処理されるため、従来の固体撮像素子のように分割された撮像領域ごとに設けられたＦＤアンプの利得の差異が生じることを回避することができる。このため、分割された撮像領域で撮像された画像同士の間につなぎ目が生じることがなく、画質の低下を防止することができる。
また、分割された撮像領域に対して一つのＦＤアンプが設けられているため、ＦＤアンプの数の増大を回避することができ、ＦＤアンプが形成される領域によって固体撮像素子の基板面積が占有されてしまうことがない。このため、固体撮像素子のチップサイズを縮小することができる。
さらに、複数のＦＤアンプの利得差を補正するための回路や外部の補正処理装置を設ける必要がない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アンプの利得の差異に起因して画質が低下することを回避できる固体撮像素子及び固体撮像素子の駆動方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる固体撮像素子の構成を説明する概略平面図である。固体撮像素子１０は、複数に分割された撮像領域を有し、本実施形態では２つの撮像領域１１，２１に分割されている。撮像領域には、垂直方向及び水平方向に行列状に配列された複数の光電変換部１２，２２が設けられている。光電変換部１２，２２としては、シリコンなどの半導体基板にイオン注入によって形成されたフォトダイオードを用いることができる。なお、図示しないが、固体撮像素子１０は、撮像領域の周辺に、金属配線などが形成された周辺回路領域を有している。
【００１２】
分割された撮像領域１１，２１において、複数の光電変換部１２，２２の垂直方向に沿って垂直電荷転送部１４，２４がそれぞれ設けられている。垂直電荷転送部１４，２４は、光電変換部１２，２２の水平方向の間に、垂直方向に延設した構成である。垂直電荷転送電極は、垂直方向に対して複数の転送領域に分割され、それぞれの転送領域が垂直駆動電極によって電気的に制御される。駆動時には、垂直駆動電極からパルス電圧が印加されることで、信号電荷が垂直電荷転送電極に沿って垂直方向に転送される。
【００１３】
垂直電荷転送部１４，２４は、固体撮像素子１０の駆動時に光電変化部１２，２２で生成された信号電荷を受け取り、垂直方向に転送する。垂直電荷転送部１４，２４の、信号電荷を転送する方向に対する端部３１には水平電荷転送部３２，３４が電気的に接続するように設けられている。水平電荷転送部３２，３４は、垂直電荷転送部１４，２４から信号電荷を受け取り、水平方向に転送する。
【００１４】
水平電荷転送部３２，３４は、水平方向に対して信号電荷を転送する向きが互いに反対になるように形成され、撮像領域１１の水平電荷転送部３２は、図１中右側に信号電荷を転送し、撮像領域２１の水平電荷転送部３４は、図１中左側に信号電荷を転送する。
【００１５】
本実施形態の固体撮像素子１０では、撮像領域１１と撮像領域２１とを分割する境界線の延長線上にＦＤアンプ４２が形成されている。水平電荷転送部３２の転送方向の端部（図１中右側端部）と水平電荷転送部３４の転送方向の端部（図１中左側端部）とが、単一のＦＤアンプ４２に電気的に接続されている。
【００１６】
ＦＤアンプ４２は、後述するように、水平電荷転送部３２，３４から交互に入力される信号電荷を高速で処理するため、高速駆動対応型増幅器が好ましい。高速駆動型増幅器としては、２０ＭＨｚ以上の高周波で動作可能な増幅器を用いることが好ましい。
【００１７】
図２は、図１の固体撮像素子１０の破線で囲んだ部位を拡大した図である。本実施形態では、撮像領域１１の垂直電荷転送部１４と撮像領域２１の垂直電荷転送部２４との転送方向における各端部３１が、撮像領域１１，２１同士の分割の境界線に対して反対側にそれぞれ傾斜するように形成されている。そして、垂直電荷転送部１４，２４の各端部３１には、それぞれ水平電荷転送部３２，３４が形成されている。垂直電荷転送部１４，２４の各端部３１を傾斜させることで、垂直電荷転送部１４，２４同士の間にＦＤアンプ４２のためのスペース３６を形成することができる。
【００１８】
次に、本実施形態の固体撮像素子の駆動手順について説明する。
図３は、水平電荷転送部及びＦＤアンプの回路構成を示す図である。図３においては、上記実施形態の固体撮像素子のように水平方向左右に２つの撮像領域に分割し、それぞれに水平電荷転送部を形成し、これら水平電荷転送部を一つのＦＤアンプに接続した構成である。なお、図３において、水平ＣＣＤ１，水平ＣＣＤ２がそれぞれ水平電荷転送部１，２を示し、ＲＧがリセットゲート電極を示し、ＲＤがリセットドレインを示し、ＯＧが同じ出力ゲートを示している。また、φＨ１，φＨ２が水平駆動電極を示している。水平駆動電極φＨ１，φＨ２の位置はそれぞれ非対称とする。つまり、水平電荷転送部１が水平駆動電極φＨ１の場合には、水平電荷転送部１は水平駆動電極φＨ２とする。出力ゲートＯＧは、左右で同電位（同一端子）でよい。
【００１９】
リセットゲートＲＧをＯＮ状態とすることで、ＦＤアンプに蓄積された電荷をリセットドレインＲＤに掃き出すことができる。なお、リセットゲートＲＧ、リセットドレインＲＤ、ＦＤアンプは、分割された撮像領域の水平電荷転送部１及び水平電荷転送部２に対して一つ設ければよい。
【００２０】
図４は、固体撮像素子の駆動状態を説明する図である。
最初に水平電荷転送部１の信号電荷を読み出す場合には、図４（ａ）に示すように、水平電荷転送部１，２の両方の水平駆動電極φＨ１に所定の低い電圧ＶＬを印加し、水平駆動電極φＨ２に所定の高い電圧ＶＨを印加する。このとき、水平電荷転送部１では、電圧ＶＬによってＦＤアンプへ信号電荷が転送される。一方で、水平電荷転送部２では、信号電荷がＦＤアンプへ転送されず、保持される。
【００２１】
次に、図４（ｂ）に示すように、リセットゲートＲＧをＯＮ状態とすることでＦＤアンプの電荷がリセットドレインＲＤに掃き出される。
【００２２】
水平電荷転送部２の信号電荷を読み出す場合には、図４（ｃ）に示すように、水平電荷転送部１，２の両方の水平駆動電極φＨ１に所定の高い電圧ＶＨを印加し、水平駆動電極φＨ２に所定の低い電圧ＶＬを印加する。このとき、水平電荷転送部２では、電圧ＶＬによってＦＤアンプへ信号電荷が転送される。一方で、水平電荷転送部１では、信号電荷がＦＤアンプへ転送されず、保持される。ＦＤアンプへ転送された電荷は、図４（ｂ）の駆動と同様に、リセットゲートＲＧをＯＮ状態とすることで、リセットドレインＲＤへ掃き出す。
【００２３】
固体撮像素子１０は、撮像駆動時に、図４（ａ）〜４（ｃ）の駆動を繰り返すことで、水平電荷転送部１，２の信号電荷を交互に処理することができる。
【００２４】
図１に示す本実施形態の固体撮像素子１０は、分割された撮像領域１１，２１ごとに形成された水平電荷転送部３２，３４を転送された信号電荷が、同一のＦＤアンプ４２に入力される構成である。各撮像領域１１，２１で生成された信号電荷が同じＦＤアンプ４２で処理されるため、従来の固体撮像素子のように分割された撮像領域ごとに設けられたＦＤアンプの利得の差異が生じることを回避することができる。このため、分割された撮像領域１１，２１で撮像された画像同士の間につなぎ目が生じることがなく、画質の低下を防止することができる。
また、分割された撮像領域１１，２１に対して一つのＦＤアンプ４２が設けられているため、ＦＤアンプ４２の数の増大を回避することができ、ＦＤアンプ４２が形成される領域によって固体撮像素子１０の基板面積が占有されてしまうことがない。このため、固体撮像素子１０のチップサイズを縮小することができる。
さらに、ＦＤアンプ４２が一つだけ設けられた構成であるためＦＤアンプ同士の利得差を補正するための回路や外部の補正処理装置を設ける必要がない。
【００２５】
なお、本発明にかかる固体撮像素子は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、固体撮像素子を駆動する回路の構成は、図３及び図４に示すものに限定されず、分割された撮像領域ごとの水平電荷転送部から信号電荷を交互に読み出すことができる範囲で、適宜変形することができる。
【００２６】
図５は、固体撮像素子の回路構成の変形例を示す図である。図５に示すように、水平電荷転送部１と水平電荷転送部２のそれぞれの出力ゲートＯＧ１，ＯＧ２をそれぞれ別端子としてもよい。こうすれば、水平電荷転送部１及び水平電荷転送部２の転送駆動の自由度を上げることができる。
【００２７】
図６は、図２と同じように、固体撮像素子の垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部分を示す図である。図６に示すように、垂直電荷転送部１４，２４の、信号電荷を転送する方向に対する端部４２に水平電荷転送部３２，３４が電気的に接続するように設けられている構成において、垂直電荷転送部１４，２４の端部４２をラインメモリとして機能させてもよい。このとき、ラインメモリを別の端子によって駆動する構成とすることができる。
【００２８】
本発明によれば、水平電荷転送部を２つ有するデュエルチャネル型の水平電荷転送部のそれぞれのＦＤアンプを単一とすることができ、ＦＤアンプを形成する領域を縮小することができる。
また、ＦＤアンプを一つとすることで、通常の撮像素子と同一のパッド数にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明にかかる固体撮像素子の構成を示す図である。
【図２】図１の一部を拡大した図である。
【図３】固体撮像素子の水平電荷転送部及びＦＤアンプの回路構成を示す図である。
【図４】固体撮像素子の駆動状態を説明する図である。
【図５】固体撮像素子の回路構成の変形例を示す図である。
【図６】固体撮像素子の垂直電荷転送部と水平電荷転送部との接続部分を示す図である。
【図７】従来の固体撮像素子の構成を示す概略図である。
【図８】撮像した画像を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０    固体撮像素子
１１，２１    分割された撮像領域
１４，２４    垂直電荷転送部
３２，３４    水平電荷転送部
４２    ＦＤアンプ
【図１】
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【図２】
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【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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