(57)【要約】【課題】ＣＣＤ型固体撮像装置を、ノイズ低減を図りながら高速駆動する。【解決手段】受光量に応じた信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路の端部に設けられ該垂直電荷転送路の駆動とは独立に駆動される信号電荷一時蓄積部と、該信号電荷一時蓄積部から移された信号電荷を出力端側に転送する水平電荷転送路とを備えるＣＣＤ型固体撮像装置において、水平電荷転送路による信号電荷の水平転送期間中に垂直電荷転送路による信号電荷の垂直転送を行うと共に、垂直電荷転送路を駆動する駆動パルスのパルスエッヂ時（φＶ３のみ図示）毎に水平電荷転送路の水平転送を一時停止する。【選択図】図２
2008028646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光量に応じた信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路の端部に設けられ該垂直電荷転送路の駆動とは独立に駆動される信号電荷一時蓄積部と、該信号電荷一時蓄積部から移された信号電荷を出力端側に転送する水平電荷転送路とを備えるＣＣＤ型固体撮像装置において、前記水平電荷転送路による信号電荷の水平転送期間中に前記垂直電荷転送路による信号電荷の垂直転送を行うと共に、該垂直電荷転送路を駆動する駆動パルスのパルスエッヂ時毎に前記水平電荷転送路の水平転送を一時停止することを特徴とするＣＣＤ型固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
前記水平転送を行う期間と次に水平転送を行う期間との間に設けられる水平ブランキング期間に、前記信号電荷一時蓄積部から信号電荷を前記水平電荷転送路に転送することを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
前記一時停止する期間は、少なくとも水平方向３段分の転送を行う期間とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
受光量に応じた信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路の端部に設けられ該垂直電荷転送路の駆動とは独立に駆動される信号電荷一時蓄積部と、該信号電荷一時蓄積部から移された信号電荷を出力端側に転送する水平電荷転送路とを備えるＣＣＤ型固体撮像装置において、前記水平電荷転送路による信号電荷の水平転送期間中に前記垂直電荷転送路による信号電荷の垂直転送を行う垂直転送パルスと、該垂直電荷転送路を駆動する垂直転送パルスのパルスエッヂ時毎に前記水平電荷転送路の水平転送を一時停止する水平転送パルスとを生成し出力する駆動手段を備えることを特徴とするＣＣＤ型固体撮像装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記水平転送を行う期間と次に水平転送を行う期間との間に設けられる水平ブランキング期間に前記信号電荷一時蓄積部に駆動パルスを出力して該信号電荷一時蓄積部内の信号電荷を前記水平電荷転送路に転送することを特徴とする請求項４に記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
【請求項６】
前記駆動手段は、少なくとも水平方向３段分の転送を行う期間だけ前記水平転送パルスの変化を停止させて前記一時停止を行うことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速駆動が可能なＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）型固体撮像装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型固体撮像装置は、例えば下記特許文献１に記載されている様に、垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）と水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）とを備え、半導体基板表面部に二次元アレイ状に配列形成されたフォトダイオード（光電変換素子）から垂直電荷転送路に読み出された信号電荷を先ず垂直電荷転送路に沿って水平電荷転送路まで転送させ、次にこの信号電荷を水平電荷転送路に沿って電荷検出部及び出力アンプまで転送させ、電荷検出部まで転送されてきた信号電荷の各々の電荷量に応じた電圧値信号を出力アンプが出力する様になっている。
【０００３】
図３は、信号電荷の従来の転送タイミングを示すタイミングチャートである。垂直電荷転送路には垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が印加されることで信号電荷の垂直方向への転送が行われ、水平電荷転送路には水平転送パルスφＨ１，φＨ２が印加されることで信号電荷の水平方向への転送が行われる。
【０００４】
垂直転送パルスφＶ１〜φＶ４が垂直電荷転送路に印加されると、半導体基板上の水平方向横一行分のフォトダイオードの検出電荷が夫々垂直方向に一段分転送され、垂直電荷転送路の端部と水平電荷転送路との間に設けられたバッファ用のラインメモリ（ＬＭ）に蓄積される。
【０００５】
そして、ラインメモリに駆動パルスφＬＭが印加されると、ラインメモリ上の信号電荷が水平電荷転送路に移される。そして、水平電荷転送路に２相駆動パルスφＨ１，φＨ２が印加され、水平電荷転送路上の信号電荷の全てが出力アンプによって読み出された後、次の一行分の信号電荷が、垂直方向に転送される。
【０００６】
即ち、従来は、水平転送期間（出力期間）に水平電荷転送路を駆動し、水平電荷転送路の駆動を停止している水平ブランキング期間に垂直電荷転送路とラインメモリとを駆動する様にしている。これは、水平転送期間に垂直電荷転送路を駆動すると（垂直転送パルスφＶ１〜φＶ４のパルス立ち上がり，立ち下がりのタイミングが水平転送期間に重なると）、出力側にノイズの影響が現れてしまうためである。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００―３５００９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した様に、従来のＣＣＤ型固体撮像装置では、垂直転送を水平転送期間に重ならない期間に行い、ノイズの混入を回避している。即ち、従来のＣＣＤ型固体撮像装置では、垂直転送を水平転送期間中に行えないため、固体撮像装置を高速駆動することができないという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、ノイズの混入を避けしかも高速駆動が可能なＣＣＤ型固体撮像装置及びそ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】
【００１０】
本発明のＣＣＤ型固体撮像装置及びその駆動方法は、受光量に応じた信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路の端部に設けられ該垂直電荷転送路の駆動とは独立に駆動される信号電荷一時蓄積部と、該信号電荷一時蓄積部から移された信号電荷を出力端側に転送する水平電荷転送路とを備えるＣＣＤ型固体撮像装置において、前記水平電荷転送路による信号電荷の水平転送期間中に前記垂直電荷転送路による信号電荷の垂直転送を行うと共に、該垂直電荷転送路を駆動する駆動パルスのパルスエッヂ時毎に前記水平電荷転送路の水平転送を一時停止することを特徴とする。
【００１１】
本発明のＣＣＤ型固体撮像装置及びその駆動方法は、前記水平転送を行う期間と次に水平転送を行う期間との間に設けられる水平ブランキング期間に、前記信号電荷一時蓄積部から信号電荷を前記水平電荷転送路に転送することを特徴とする。
【００１２】
本発明のＣＣＤ型固体撮像装置及びその駆動方法は、前記一時停止する期間を、少なくとも水平方向３段分の転送を行う期間とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水平転送と垂直転送とを同時に行い水平ブランキング期間を短くできるため高速駆動を行うことが可能となる。しかも、垂直転送パルスのパルスエッヂ時に水平転送を一時停止させるため、出力信号にノイズが重畳してしまう事態を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置の模式図である。本実施形態のＣＣＤ型固体撮像装置は、半導体基板上に形成されたＣＣＤ型固体撮像素子１０と、この固体撮像素子１０に駆動タイミングパルスを出力する駆動部２０とを備える。
【００１６】
ＣＣＤ型固体撮像素子１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１上に二次元アレイ状（図示の例では正方格子状）に配列形成された複数のフォトダイオード（ＰＤ）１２と、各フォトダイオード列の側部に形成された垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）１３と、各フォトダイオード１２と垂直電荷転送路１３との間に設けられた読出ゲート１４とを備える。図示する例では、垂直電荷転送路１３に設けられる垂直転送電極は、１フォトダイオード当たり４電極設けられ、４枚の各電極に垂直転送パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が印加される構成（４相駆動の場合）になっている。
【００１７】
更に、このＣＣＤ型固体撮像素子１０は、半導体基板１１の下辺部に設けられた水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）１５と、水平電荷転送路１５の出力部に設けられた電荷検出部１６及び出力アンプ１７とを備える。
【００１８】
水平電荷転送路１５には、１垂直電荷転送路当たり２枚の水平転送電極膜が設けられ、２枚の各電極に水平転送パルスφＨ１，φＨ２が夫々印加される構成（２相駆動の場合）になっている。
【００１９】
また、このＣＣＤ型固体撮像素子１０は、上記の特許文献１記載のＣＣＤ型固体撮像素子と同様に、各垂直電荷転送路１３の端部と水平電荷転送路１５との境界部分に、各垂直電荷転送路１３によって転送されてきた信号電荷を受け取って一時蓄積し、垂直電荷転送路１３の駆動タイミングとは異なるタイミングで駆動されるバッファ用のラインメモリ（信号電荷一時蓄積部）１８を備える。
【００２０】
駆動部２０は、図示しない外部のＣＰＵ（例えば、デジタルカメラの制御ＣＰＵ）からの指示を受けて垂直転送パルスφＶ１〜φＶ４，水平転送パルスφＨ１，φＨ２，ラインメモリ駆動パルスφＬＭ，読み出しパルス等を生成し、ＣＣＤ型固体撮像素子１０に出力する。
【００２１】
尚、「垂直」「水平」という用語を用いて説明したが、これは、固体撮像素子の受光面に沿う「１方向」「この１方向に略直交する方向」という意味に過ぎない。
【００２２】
斯かる構造のＣＣＤ型固体撮像装置では、各フォトダイオード１２が被写体からの入射光の光量に応じた信号電荷を蓄積し、読出パルスが駆動部２０から印加されたとき読出ゲート１４を通して信号電荷がフォトダイオード１２から隣接の垂直電荷転送路１３に読み出される。
【００２３】
垂直電荷転送路１３に垂直転送パルスφＶ１〜φＶ４が印加されると、信号電荷は水平電荷転送路１５の方向に転送され、各垂直電荷転送路１３の端部まで転送されてきた横一行分の信号電荷はラインメモリ１８に移され、一時蓄積される。
【００２４】
ラインメモリ１８に駆動パルスφＬＭが印加されると、ラインメモリ１８上の信号電荷が水平電荷転送路１５に移される。ラインメモリ１８を制御することで、水平方向の信号電荷の画素加算が可能となる。
【００２５】
水平電荷転送路１５に水平転送パルスφＨ１，φＨ２が印加されると、水平電荷転送路１５に沿って信号電荷が電荷検出部１６の方向に転送される。パルスφＨ１に対してパルスφＨ２は反転したパルスとなっており、或る１枚の水平転送電極下に形成された電位パケット内に収納された信号電荷は、パルスφＨ１，φＨ２が反転すると、隣接する水平転送電極下に形成された電位パケット内に転送される。即ち、１段分の水平方向への転送が行われ、次にパルスφＨ１，φＨ２が反転すると、次の１段分の水平方向への転送が行われる。
【００２６】
水平方向への信号電荷の転送が行われ、電荷検出部１６に入った信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号が出力アンプ１７から出力され、この信号電荷が廃棄された後、次の信号電荷が電荷検出部１６に入り、という動作（水平転送期間）が水平電荷転送路１５上の信号電荷が無くなるまで繰り返される。そして、次の水平転送期間が始まる前に、短い水平ブランキング期間が設けられる。
【００２７】
図２は、駆動部２０がＣＣＤ型固体撮像素子１０を駆動する各駆動パルスのタイミングチャートである。本実施形態は、図３に示す従来技術と同様に、水平転送期間と水平ブランキング期間とが交互に設けられている。
【００２８】
しかし、本実施形態では、垂直転送期間を水平転送期間と区別することなく、水平転送期間中に、垂直転送も行う構成になっている。つまり、垂直電荷転送路１３と水平電荷転送路１５とは同時に動作している。これにより、ＣＣＤ型固体撮像素子１０の高速駆動が可能となる。
【００２９】
しかしながら、水平転送期間に無制限に垂直転送を行うと、出力にノイズが乗ってしまう虞がある。
【００３０】
そこで、本実施形態では、垂直転送パルスのパルス立ち上がりタイミング，立ち下がりタイミングにおいて、夫々、一時的に所定の短期間だけ水平転送を停止する様にしている。ノイズ低減のためには、少なくとも水平転送方向１段分の転送は必ず一時停止させる必要がある。好ましくは、図示する様に、３段分の転送を一時停止させる。
【００３１】
図２には、垂直転送パルスφＶ３のパルス立ち下がり部分のみを示しているが、垂直電荷転送路を４相駆動する場合には、パルスφＶ１〜φＶ４の各パルス立ち上がり，立ち下がり（パルスエッヂ）は計８箇所あり、この８箇所だけ、１回の水平転送期間中に一時停止を行う。８相駆動の場合には、計１６箇所だけ一時停止を行う。これにより、ノイズが出力に乗ってしまう事態が回避される。
【００３２】
そして、水平転送期間が終了するたびに、水平電荷転送路１５を停止し（水平ブランキング期間）、この水平転送停止期間中にラインメモリ１８を駆動して、次の水平転送期間で電荷検出部１６に転送する信号電荷をラインメモリ１８から水平電荷転送路１５に移す。本実施形態では、水平ブランキング期間中に行う動作がラインメモリ１８の駆動だけであるので、水平ブランキング期間が短縮でき、ＣＣＤ型固体撮像装置の高速駆動が実現される。
【００３３】
水平電荷転送路１５の転送パルスφＨ１，φＨ２は高速パルスであるため、１回の水平転送期間に８回や１６回の一時停止を行っても、遅延時間はほんの一瞬であり、高速化を阻害することはない。
【００３４】
以上述べた様に、本実施形態によれば、高速駆動が可能なため、数百万画素以上を搭載したＣＣＤ型固体撮像素子からも高速に撮像画像データを読み出すことができ、しかも、ノイズの重畳が抑制されるため、高画質な撮像画像データを読み出すことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置は高速駆動が可能なため、数百万画素以上の多画素化が図られたＣＣＤ型固体撮像装置に適用すると有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置の模式図である。
【図２】図１のＣＣＤ型固体撮像装置の駆動タイミングチャートである。
【図３】従来のＣＣＤ型固体撮像装置の駆動タイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ＣＣＤ型固体撮像素子
１１  半導体基板
１２  フォトダイオード（光電変換素子）
１３  垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）
１４  読出ゲート
１５  水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）
１６  電荷検出部
１７  出力アンプ
１８  ラインメモリ（信号電荷一時蓄積部）
２０  駆動部
φＶ１〜φＶ４  ４相駆動の場合の垂直転送パルス
φＨ１，φＨ２  ２相駆動の場合の水平転送パルス
φＬＭ  ラインメモリ駆動パルス
【図１】
2008028646.tif 000003
【図２】
2008028646.tif 000004
【図３】
2008028646.tif 000005