(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、複数の水平ＣＣＤシフトレジスタが存在する場合において、均一な電荷量を有する注入電荷を注入することができる固体撮像装置を提供することである。【解決手段】  本発明に係る固体撮像装置は、撮像部は、マトリクス状に配置された複数の受光素子１１を含み、かつ複数のエリアに分割されており、複数の水平転送手段１３は、撮像部の複数のエリアに対応して設けられ、複数の当該エリアから出力されてくる信号電荷を、外部に転送し、注入電荷発生手段１５は、複数の水平転送手段１３の間で生じる信号電荷の電荷量のばらつきを検出するのに用いられる注入電荷を発生し、電荷保持手段１６は、注入電荷発生手段１５が発生した注入電荷を複数保持し、転送手段は、電荷保持手段１６が保持している複数の注入電荷を、複数の水平転送手段１３のそれぞれに対して同時に注入する。【選択図】  図１ 
2004364235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像部に複数の受光素子がマトリクス状に配置された固体撮像装置であって、
前記撮像部は、複数のエリアに分割されており、
前記撮像部の複数のエリアに対応して設けられ、複数の当該エリアから出力されてくる信号電荷を、外部に転送する複数の水平転送手段と、
複数の前記水平転送手段に対応する複数の出力部と、
複数の前記水平転送手段および複数の前記出力部の間で生じる特性差を検出するのに用いられる基準電荷を発生する一つの基準電荷発生手段と、
前記基準電荷発生手段が発生した基準電荷を複数保持する電荷保持手段と、
前記電荷保持手段が保持している複数の基準電荷を、複数の前記水平転送手段のそれぞれに対して同時に電荷転送する転送手段とを備える、固体撮像装置。
【請求項２】
前記撮像部は、複数の前記受光素子で発生した信号電荷を前記水平転送手段に転送する複数の垂直転送手段を含み、
前記転送手段は、前記複数の垂直転送手段を介して、前記垂直転送手段に前記基準電荷を転送することを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記電荷保持手段と前記垂直転送手段とは、互いに同一の構成を有するシフトレジスタであって、
前記基準電荷発生手段は、前記電荷保持手段に対して、前記基準電荷を周期的に出力し、
前記電荷保持手段は、前記基準電荷発生手段から周期的に出力されてくる複数の前記基準電荷を、複数の前記垂直転送手段まで転送し、
前記転送手段は、前記電荷保持手段が転送した複数の前記基準電荷を、複数の前記垂直転送手段のそれぞれに対して転送することを特徴とする、請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
複数の前記垂直転送手段と複数の前記水平転送手段と前記電荷保持手段とは、それぞれシフトレジスタで構成されており、
前記電荷保持手段の飽和電荷量は、複数の前記垂直転送手段の飽和電荷量よりも小さく、かつ複数の前記垂直転送手段の飽和電荷量は、複数の前記水平転送手段の飽和電荷量よりも小さいことを特徴とする、請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
複数の前記水平転送手段と前記電荷保持手段とは、互いにゲート電極の繰り返しピッチが等しいシフトレジスタで構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記転送手段は、複数の前記水平転送手段のそれぞれに対して、同時に複数の基準電荷を転送することを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記転送手段が複数の前記水平転送手段のそれぞれに対して同時に基準電荷を転送する数は、２n（ｎは自然数）個であることを特徴とする、請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記転送手段は、前記撮像部に配置された複数の受光素子に含まれる信号電荷が全て転送される度に、前記電荷保持手段が保持している複数の基準電荷を、複数の前記水平転送手段のそれぞれに対して転送することを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記電荷発生手段は、前記マトリクス状に配置された複数の前記受光素子の一行分の信号電荷が前記水平転送手段に対して出力された後に、前記基準電荷を発生することを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記電荷保持手段と複数の前記垂直転送手段とは、互いに同一の周期で同期して動作することを特徴とする、請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記垂直転送手段と前記電荷保持手段とは、シフトレジスタにより構成されており、
前記電荷保持手段の転送段数は、前記垂直転送手段の転送段数の略半分であることを特徴とする、請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
固体撮像装置を駆動させる方法であって、
前記固体撮像装置は、
前記複数の受光素子がマトリクス状に配置され、かつ複数のエリアに分割された撮像部と、
複数の前記受光素子で発生した信号電荷を前記水平転送手段に転送し、シフトレジスタにより構成される複数の垂直転送手段と、
前記撮像部の複数のエリアに対応して設けられ、複数の当該エリア内の垂直転送手段から出力されてくる信号電荷を、外部に転送する複数の水平転送手段と、
複数の前記水平転送手段に対応した複数の出力部と、
複数の前記水平転送手段と複数の前記出力部との間で生じる特性差を検出するのに用いられる基準電荷を発生する一つの基準電荷発生手段と、
前記基準電荷発生手段が発生した基準電荷を複数保持し、シフトレジスタにより構成される電荷保持手段と、
前記電荷保持手段が保持している複数の転送電荷を、前記複数の垂直転送手段を介して、複数の前記水平転送手段のそれぞれに対して同時に電荷転送し、転送電極により構成される転送手段とを備えており、
前記垂直転送手段が、当該垂直転送手段に含まれるそれぞれの転送段の前半の１／２段に信号電荷が蓄積されている状態のときに、前記転送手段の電位を上昇させるステップと、
前記垂直転送手段に１／２段だけ電荷を垂直方向に転送させるステップと、
１／２段の転送処理が完了した後に、前記転送手段の電位を下降させるステップと、
前記垂直転送手段に１／２段の電荷転送を行わせるステップとを備える、固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１３】
固体撮像装置を駆動させる方法であって、
前記固体撮像装置は、
前記複数の受光素子がマトリクス状に配置され、かつ複数のエリアに分割された撮像部と、
複数の前記受光素子で発生した信号電荷を前記水平転送手段に転送し、ｎ（ｎは自然数）相駆動のシフトレジスタにより構成される複数の垂直転送手段と、
前記撮像部の複数のエリアに対応して設けられ、複数の当該エリア内の垂直転送手段から出力されてくる信号電荷を、外部に転送する複数の水平転送手段と、
複数の前記水平転送手段に対応した複数の出力部と、
複数の前記水平転送手段と複数の前記出力部との間で生じる特性差を検出するのに用いられる基準電荷を発生する一つの基準電荷発生手段と、
前記基準電荷発生手段が発生した基準電荷を複数保持し、ｎ（ｎは自然数）相駆動のシフトレジスタにより構成される電荷保持手段と、
前記電荷保持手段が保持している複数の転送電荷を、前記複数の垂直転送手段を介して、複数の前記水平転送手段のそれぞれに対して同時に電荷転送し、転送電極により構成される転送手段とを備えており、
前記垂直転送手段が前記転送手段と接続される部分の電極と、前記電荷保持手段が前記転送手段と接続される部分の電極とに、それぞれ異なる駆動タイミングの駆動電圧を印加することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１４】
前記複数の受光素子がマトリクス上に配置され、かつ複数のエリアに分割された撮像部と、
前記撮像部の複数のエリアに対応して設けられ、複数の当該エリアから出力されてくる信号電荷を、転送する複数の水平転送手段と、
複数の前記水平転送手段に対応した複数の出力部と、
基準電荷を発生する一つの基準電荷発生手段と、
前記基準電荷発生手段が発生した基準電荷を複数保持する電荷保持手段と、
前記電荷保持手段が保持している複数の基準電荷を、複数の前記水平転送手段のそれぞれに対して同時に電荷転送する転送手段と、
複数の前記水平転送手段のそれぞれから出力されてくる複数の前記基準電荷の電荷量に基づいて、複数の前記水平転送手段と複数の前記出力部との間で生じる特性差を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記特性差を補正する補正手段とを備える、固体撮像システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の固体撮像システムを備えることを特徴とする、デジタルスチルカメラ。
【請求項１６】
請求項１４に記載の固体撮像システムを備えることを特徴とする、デジタルビデオカメラ。
【請求項１７】
ｎ段ｍ列（ｎ，ｍは自然数）で２次元配列された複数個のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで発生した信号電荷を垂直列毎に垂直転送する垂直ＣＣＤシフトレジスタと、
前記垂直ＣＣＤシフトレジスタから転送された信号電荷を水平転送する複数の水平ＣＣＤシフトレジスタおよび複数の信号出力部と、
電荷注入部を有する注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタと、
前記注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタから垂直ＣＣＤシフトレジスタへの電荷転送を行うためのシフトゲートとを有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１８】
前記注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタは、前記垂直ＣＣＤシフトレジスタと同一の転送ゲート構成であることを特徴とする、請求項１６に記載の固体撮像装置。
【請求項１９】
前記注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタと前記垂直ＣＣＤシフトレジスタの駆動タイミングを同期させて電荷転送することを特徴とする請求項１６に記載の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、固体撮像装置に関する発明であって、より特定的には、撮像部に複数の受光素子がマトリクス状に配置された固体撮像装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラ用ＣＣＤやデジタルビデオカメラ用ＣＣＤにおいて高画素化が急速に進んでいる。その結果、これらに含まれる水平ＣＣＤシフトレジスタの転送周波数が大きくなり、その駆動や転送が難しくなってきている。かかる問題を解決すべく、水平ＣＣＤシフトレジスタが２チャンネル以上に分割されたＣＣＤが考えられている。水平ＣＣＤシフトレジスタを２チャンネル以上に分割することにより、各水平ＣＣＤシフトレジスタの転送周波数を低くすることが可能となる。具体的には、同一周期で一画面を出力する場合に、水平ＣＣＤシフトレジスタが２チャンネルに分割されると、その転送周波数は、１チャンネルで駆動していた水平ＣＣＤシフトレジスタの転送周波数の約半分になる。
【０００３】
しかしながら、上述したように複数の水平ＣＣＤシフトレジスタが設けられた場合、水平ＣＣＤシフトレジスタおよびそれに対応する出力部は個々に特性が異なるため、均一な画像を撮像した場合にも各出力部から異なる信号出力が得られることになり均一な画像再生ができない。
【０００４】
上記問題を解決する方法として、複数の水平ＣＣＤシフトレジスタに対して等しい電荷量を注入し、それぞれの水平ＣＣＤシフトレジスタから出力されてくる電荷量に基づいて、各水平ＣＣＤシフトレジスタから出力されてくる信号電荷の大きさを補正する方法がある。以下に、従来の固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は、上記従来の固体撮像装置の構成を示した図である。
【０００５】
図１２に示す固体撮像装置は、フォトダイオード５１、垂直シフトレジスタ５２、水平シフトレジスタ５３ａおよび５３ｂ、出力部５４ａおよび５４ｂならびに電荷注入部５５、シフトゲート５６を備える。当該固体撮像装置において、電荷注入部５５は、水平シフトレジスタ５３ａおよび５３ｂに対して、基準電荷を注入する。当該基準電荷は、一定周期にて同一の電荷量が注入され、シフトゲート５６を制御することにより、水平シフトレジスタ５３ａおよび５３ｂを経由し、出力部５４ａおよび５４ｂから出力される。この後、出力部５４ａおよび５４ｂから出力された注入電荷の大きさに基づいて、各出力部５４ａおよび５４ｂから出力される信号電荷に対して、これらが等しくなるような補正処理が施される。
【０００６】
ところで、最近の複数の出力チャンネルを有する固体撮像装置では、図１３に示すように、水平ＣＣＤシフトレジスタ５９ａおよび５９ｂを左右対称に配置する構成が主流となっている。以下に、図１３に示す固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
【０００７】
まず、受光部５７で光電変換された信号電荷は、各垂直ＣＣＤシフトレジスタ５８に読み出され、順次矢印の方向に転送される。その後、撮像部の左半分から出力された信号電荷は、水平ＣＣＤシフトレジスタ５９ａを経由して出力部６０ａから出力される。一方、撮像部の右半分から出力された信号電荷は、水平ＣＣＤシフトレジスタ５９ｂを経由して出力部６０ｂから出力される。
【０００８】
また、電荷注入部６１から電位平衡法により注入された注入電荷は、垂直ＣＣＤシフトレジスタ５８に転送され、上記信号電荷と同様に転送される。その後、信号電荷と同様に、撮像部の左半分から出力された注入電荷は、出力部６０ａから出力され、撮像部の右半分から出力された注入電荷は、出力部６０ｂから出力される。
【０００９】
次に、図を用いて電荷注入部６１における具体的な電荷注入方法を説明する。図１４は、図１３に示す固体撮像装置のＥ−Ｆにおける断面構造を示した図である。また、図１５は、電荷注入時のタイミングチャートを示した図である。また、図１６は、図１５の各タイミングにおける、各電極のポテンシャル図を示している。
【００１０】
図１４に示すＩＳは、注入電荷を供給するための供給源（インプットソース）であり、図１５に示すようなＶＨとＶＭとの間を変化するような電圧が印加される。ここで、ＶＨ＞ＶＭである。また、図１４に示すＩＧ１は、ＩＳから供給された注入電荷を所定の電荷量に揃えるための電極であり、常に一定のＶＩＧ１が印加される。図１４に示すＩＧ２は、ＩＧ１と同様に、ＩＳから供給された注入電荷を所定の電荷量に揃えるための電極であり、常に一定のＶＩＧ２が印加される。また、図１４に示すＶ１〜Ｖ４は、信号電荷および注入電荷を転送するための電極であって、図１５に示すようなＶＭとＶＬとの間を変化するような負のゲート電圧が印加される。ここで、ＶＭ＞ＶＩＧ２＞ＶＩＧ１＞ＶＬの関係が成立する。
【００１１】
まず、図１６のｔ７１〜ｔ７３に示すように、ＩＳの電圧を制御すると、ＩＧ１とＩＧ２のポテンシャル差に応じた電荷量の注入電荷が、ＩＧ２に保持される。この後、図１６のｔ７４〜ｔ８１に示すタイミングで、通常の４層（Ｖ１〜Ｖ４）駆動転送が行われることにより、信号電荷および注入電荷は、逆転送および混合することなく一段転送される。さらに、図１６のｔ７４〜ｔ８１に示すタイミングで通常の４層駆動転送が繰り返されることにより、注入電荷は、順次水平ＣＣＤシフトレジスタ５９ａおよび５９ｂの方へ垂直転送される。
【特許文献１】特許第３２２１１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここで、図１３に示す固体撮像装置では、撮像部の左半分の領域に存在する垂直ＣＣＤシフトレジスタ５８に接続された水平ＣＣＤシフトレジスタ５９ａと、撮像部の右半分の領域に存在する垂直ＣＣＤシフトレジスタ５８に接続された水平ＣＣＤシフトレジスタ５９ｂとの２つのシフトレジスタが存在する。これらの２つの水平ＣＣＤシフトレジスタ５９ａおよび５９ｂに対して、注入電荷を同時に注入しようとすれば、少なくとも２以上の電荷注入部６１が必要となる。
【００１３】
ところが、ＩＧ１およびＩＧ２のポテンシャルは、電荷注入部６１毎にばらつきやすい。そのため、図１３のように、各垂直ＣＣＤシフトレジスタ５８に対して一つずつ電荷注入部６１が存在する場合、各電荷注入部６１の間で、発生する注入電荷の電荷量がばらついてしまう。その結果、信号処理の基準となる均一な電荷注入を行えないという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、複数の水平ＣＣＤシフトレジスタが存在する場合において、均一な電荷量を有する注入電荷を注入することができる固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、複数の水平転送手段は、撮像部の複数のエリアに対応して設けられ、複数の当該エリアから出力されてくる信号電荷を、外部に転送し、基準電荷発生手段は、複数の水平転送手段の間、あるいは複数の出力部の間で生じる特性差を検出するのに用いられる基準電荷を一箇所で発生し、複数の電荷保持手段は、基準電荷発生手段が発生した基準電荷を複数保持し、転送手段は、電荷保持手段が保持している複数の基準電荷を、複数の水平転送手段のそれぞれに対して同時に転送するようにしている。
【００１６】
ここで、撮像部は、複数の受光素子で発生した信号電荷を水平転送手段に転送する複数の垂直転送手段を含み、さらに、転送手段は、複数の垂直転送手段を介して、水平転送手段に基準電荷を転送するようにしてもよい。
【００１７】
また、電荷保持手段と垂直転送手段とは、互いに同一の構成を有するシフトレジスタであって、基準電荷発生手段は、電荷保持手段に対して、基準電荷を周期的に出力し、垂直転送手段は、電荷保持手段は、基準電荷発生手段から周期的に出力されてくる複数の基準電荷を、複数の前記垂直転送手段まで転送し、転送手段は、電荷保持手段が転送した複数の基準電荷を、複数の垂直転送手段のそれぞれに対して転送するようにしてもよい。
【００１８】
また、複数の垂直転送手段と複数の水平転送手段と電荷保持手段とは、それぞれシフトレジスタで構成されており、電荷保持手段の飽和電荷量は、複数の垂直転送手段の飽和電荷量よりも小さく、かつ複数の垂直転送手段の飽和電荷量は、複数の水平転送手段の飽和電荷量よりも小さいことが望ましい。
【００１９】
また、複数の水平転送手段と電荷保持手段とは、互いにゲート電極の繰り返しピッチが等しいシフトレジスタで構成されていることが望ましい。
【００２０】
ここで、転送手段は、複数の水平転送手段のそれぞれに対して、同時に複数の基準電荷を転送してもよい。具体的には、転送手段が複数の水平転送手段のそれぞれに対して同時に基準電荷を転送する数は、２n（ｎは自然数）個であることが望ましい。
【００２１】
また、撮像部に配置された複数の受光素子に含まれる信号電荷が全て転送される度に、基準電荷発生手段は基準電荷を電荷保持手段に転送し、電荷保持手段は保持している複数の基準電荷を、複数の水平転送手段のそれぞれに対して転送するようにしてもよい。
【００２２】
また、電荷発生手段は、マトリクス状に配置された複数の受光素子の一行分の信号電荷が水平転送手段に対して出力された後に、基準電荷を発生するようにしてもよい。
【００２３】
また、電荷保持手段と複数の垂直転送手段とは、互いに同一の周期で同期して動作することが望ましい。
【００２４】
また、垂直転送手段と電荷保持手段とは、シフトレジスタにより構成されており、電荷保持手段の段数は、垂直転送手段の段数の略半分であることが望ましい。
【００２５】
ここで、本発明は、固体撮像装置のみならず、当該固体撮像装置の動作方法に対しても向けられている。具体的には、複数の受光素子がマトリクス状に配置され、かつ複数のエリアに分割された撮像部と、複数の受光素子で発生した信号電荷を水平転送手段に転送し、シフトレジスタにより構成される複数の垂直転送手段と、撮像部の複数のエリアに対応して設けられ、複数の当該エリア内の垂直転送手段から出力されてくる信号電荷を、外部に転送する複数の水平転送手段と、複数の水平転送手段と複数の出力部との間で生じる特性差を検出するのに用いられる基準電荷を発生する一つの基準電荷発生手段と、基準電荷発生手段が発生した基準電荷を複数保持し、シフトレジスタにより構成される電荷保持手段と、電荷保持手段が保持している複数の基準電荷を、複数の垂直転送手段を介して、複数の水平転送手段のそれぞれに対して同時に転送し、転送電極により構成される転送手段とを備えた固体撮像装置において、垂直転送手段が、当該垂直転送手段に含まれるそれぞれの段の前半の１／２段に信号電荷が蓄積されている状態のときに、転送手段の電位を上昇させ、垂直転送手段に１／２段だけ電荷を垂直方向に転送させ、１／２段の転送処理が完了した後に、転送手段の電位を下降させ、垂直転送手段に１／２段の電荷転送を行わせるようにしている。
【００２６】
また、上記以外の駆動方法としては、複数の受光素子がマトリクス状に配置され、かつ複数のエリアに分割された撮像部と、複数の受光素子で発生した信号電荷を水平転送手段に転送し、ｎ（ｎは自然数）相駆動のシフトレジスタにより構成される複数の垂直転送手段と、撮像部の複数のエリアに対応して設けられ、複数の当該エリア内の垂直転送手段から出力されてくる信号電荷を、外部に転送する複数の水平転送手段と、複数の水平転送手段と複数の出力部との間で生じる特性差を検出するのに用いられる基準電荷を発生する一つの基準電荷発生手段と、基準電荷発生手段が発生した基準電荷を複数保持し、ｎ（ｎは自然数）相駆動のシフトレジスタにより構成される電荷保持手段と、電荷保持手段が保持している複数の基準電荷を、複数の垂直転送手段を介して、複数の水平転送手段のそれぞれに対して同時に転送し、転送電極により構成される転送手段とを備えた固体撮像装置において、垂直転送手段が転送手段と接続される部分の電極と、電荷保持手段が転送手段と接続される部分の電極とに、それぞれ異なる駆動タイミングの駆動電圧を印加するようにしている。
【００２７】
なお、本発明は、固体撮像装置のみならず、当該固体撮像装置が適用された固体撮像システムおよび当該固体撮像システムが適用されたデジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラに対しても向けられている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、基準電荷発生手段が一つであるので、複数の基準電荷発生手段が設けられた従来の固体撮像装置と異なり、所定の電荷量を有する基準電荷を発生させることが可能となる。
【００２９】
また、本発明によれば、垂直転送手段を介して、水平転送手段に対して基準電荷が転送されている。そのため、複数の水平転送手段で発生する特性差のみならず、垂直転送手段で発生する特性差も精度よく検出可能となる。
【００３０】
また、電荷保持手段の飽和電荷量は、複数の垂直転送手段の飽和電荷量よりも小さく、かつ複数の垂直転送手段の飽和電荷量は、複数の水平転送手段の飽和電荷量よりも小さい。そのため、垂直転送手段や水平転送手段において、基準電荷が飽和してしまうことがなくなる。
【００３１】
また、水平転送手段と電荷保持手段とのゲート電極の繰り返しピッチが等しいので、水平転送手段と垂直転送手段と電荷保持手段との接続が容易となる。
【００３２】
また、転送手段がそれぞれの水平転送手段に対して、同時に２n個ずつの基準電荷を転送している。これにより、当該基準電荷を用いたデジタル情報処理を容易に行うことが可能となる。
【００３３】
また、電荷保持手段の段数が、垂直転送手段の段数の略半分であるとされる。これは、当該固体撮像装置が適用されたデジタルスチルカメラおよびデジタルビデオカメラ等に、画面の一部を切り出して加工する機能が設けられることが多い。ここで、切り出される画面の一部は、画面の中央部であることが多い。そこで、これに対応させて、電荷保持手段の段数も、垂直転送手段の段数の略半分の段数にすることで、垂直転送手段と、電荷保持手段とを連動させることが容易となる。
【００３４】
また、垂直転送手段が、当該垂直転送手段に含まれるそれぞれの段の前半の１／２段に信号電荷が蓄積されている状態のときに、転送手段の電位を上昇させ、垂直転送手段に１／２段だけ電荷を垂直方向に転送させ、１／２段の転送処理が完了した後に、転送手段の電位を下降させ、垂直転送手段に１／２段の電荷転送を行わせることにより、電荷保持手段、転送手段を経て垂直転送手段へと基準電荷が転送されるようになる。すなわち、基準電荷の逆流が防止される。
【００３５】
また、垂直転送手段が転送手段と接続される部分の電極と、電荷保持手段が転送手段と接続される部分の電極とに、それぞれ異なる駆動タイミングの駆動電圧を印加するようにしている。このようにしても、基準電荷の逆流が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。当該固体撮像装置は、複数の水平ＣＣＤシフトレジスタを備えている。そして、当該固体撮像装置は、当該複数の水平ＣＣＤシフトレジスタと複数の出力部との間で発生する特性差を検出するために、当該複数の水平ＣＣＤシフトレジスタに対して等しい電荷量を有する注入電荷を転送している。ここで、図１は、当該固体撮像装置の構成を示した図である。
【００３７】
図１に示す固体撮像装置は、フォトダイオード１１、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂ、出力部１４ａおよび１４ｂ、電荷注入部１５、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６（請求項中では、電荷保持手段としている）、シフトゲート（以下、ＳＧと称す）１７（請求項中では、転送手段としている）ならびにドレイン１８を備える。
【００３８】
フォトダイオード１１は、固体撮像装置の撮像部にｍ行ｎ列のマトリクス状に配置され、固体撮像装置内において受光素子として働く。具体的には、当該フォトダイオード１１は、外部から入力してきた光を、当該光の強度に応じた電荷量を持った信号電荷に変換する。垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２は、マトリクス状に配置されたフォトダイオード１１の各列に対して設置され、各列のフォトダイオード１１から出力されてくる信号電荷を図１の下方向に転送する。水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａは、固体撮像装置の左半分の領域に設置された垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２から出力される信号電荷を、出力部１４ａに転送する。出力部１４ａは、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａから出力されてくる信号電荷を外部に出力する。水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ｂは、固体撮像装置の右半分の領域に設置された垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２から出力される信号電荷を、出力部１４ｂに転送する。出力部１４ｂは、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ｂから出力されてくる信号電荷を外部に出力する。
【００３９】
電荷注入部１５は、所定の電荷量を持った注入電荷を周期的に発生して、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６に対して出力する。注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６は、電荷注入部１５から出力されてくる注入電荷をＳＧ１７まで転送する。ＳＧ１７は、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６内の注入電荷を、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２に転送する。ドレイン１８からは、不要な注入電荷が破棄される。ここで、ＳＧ１７の設置場所について詳しく説明する。
【００４０】
注入電荷は、２つの水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａ、１３ｂ、およびこれらに対応する出力部を通過後の信号出力差から、２経路の特性差を検出する際に用いられる。検出においては、２つの水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂに対して同一電荷量の電荷注入が必要となる。そのため、固体撮像装置の撮像部の右半分に設置された垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２の内の少なくとも一つと、固体撮像装置の撮像部の左半分に設置された垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２の内の少なくとも一つとのそれぞれに対して注入電荷が注入されなければならない。
【００４１】
そこで、本実施形態に係る固体撮像装置では、ＳＧ１７は、電荷保持手段１７と撮像部を挟んで対向し、かつ当該２つの水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂをまたぐように設置される。そして、本実施形態では、ＳＧ１７は、撮像部の左半分の領域の一番右端に存在する垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２と、撮像部の右半分の領域の一番左端に存在する垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２とに対して、注入電荷を注入する。これにより、注入電荷は、２つの垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２を介して、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａと１３ｂとの両方に入力するようになる。
【００４２】
以上のように構成された本実施形態に係る固体撮像装置について、以下に、その動作について図面を参照しながら説明する。まず、最初に、図２を用いて、当該固体撮像装置の垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２ならびに水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂが、信号電荷を転送する場合に行う動作について、図２を用いて説明する。図２は、当該固体撮像装置の水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂの駆動タイミングを示した図である。具体的には、図２のＨｉｇｈになっている部分は、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂが、所定のクロックに基づいて駆動している（すなわち、電荷転送を行っている）ことを示し、Ｌｏｗになっている部分は、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂが、動作していないこと（すなわち、水平ブランキング期間）を示している。
【００４３】
まず、撮像部内のフォトダイオード１１は、撮像が完了すると、信号電荷を垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２に転送する。次に、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２は、出力されてきた信号電荷を図１の下方向に一段転送する。これにより、最下段のフォトダイオード１１から出力された信号電荷は、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂに転送する。
【００４４】
信号電荷が水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂに転送されると、当該水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂは、所定のクロックに基づいて駆動する（図２の動作期間の部分）。これにより、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂに転送された信号電荷は、出力部１４ａおよび１４ｂを介して、外部へと出力される。
【００４５】
水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂ内の信号電荷が全て出力されると、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂは、その動作を所定時間停止する（図２の水平ブランキング期間の部分）。この所定時間の間に、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２は、信号電荷を図１の下方向に一段転送する。これにより、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂに、信号電荷が転送してくる。この後、図２の動作期間の部分と水平ブランキング期間の部分とで行われた動作が繰り返されることにより、撮像部内のフォトダイオード１１から出力された信号電荷が全て外部に出力される。なお、フォトダイオード１１がｍ行ｎ列のマトリクス上に配置されているので、動作期間の部分と水平ブランキング期間の部分とがｍ回繰り返されることにより、撮像部内の全ての信号電荷が出力されるようになる。以上で、当該固体撮像装置の垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２ならびに水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂが、信号電荷を転送する場合に行う動作についての説明を終了する。
【００４６】
次に、図３および図４を用いて、本実施形態に係る固体撮像装置の特徴部分である電荷注入部１５および注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６の動作の詳細について図面を参照しながら説明する。図３は、図１のＣ−Ｄ部分の断面構造を示した図である。また、図４は、電荷注入部１５および注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６が、注入電荷を転送する様子を示した図である。
【００４７】
まず、電荷注入部１５および注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６の詳細な構成について、図３を用いて説明する。
【００４８】
電荷注入部１５には、電極ＩＳ、ＩＧ１およびＩＧ２が設けられる。ＩＳは、注入電荷を供給するための電極であり、図１５に示すようなＶＨとＶＭとの間を変化するような負のゲート電圧が印加される。ここで、ＶＨ＞ＶＭである。また、ＩＧ１は、ＩＳから供給された注入電荷を所定の電荷量に揃えるための電極であり、常に一定のＶＩＧ１が印加される。ＩＧ２は、ＩＧ１と同様に、ＩＳから供給された注入電荷を所定の電荷量に揃えるための電極であり、常に一定のＶＩＧ２が印加される。
【００４９】
注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６は、いわゆる４相駆動のＣＣＤシフトレジスタであり、図４に示すように、Ｖ１〜Ｖ４の電極が繰り返し配置されている。Ｖ１〜Ｖ４は、信号電荷および注入電荷を転送するための電極であって、図１５に示すようなＶＭとＶＬとの間を変化するような電圧が印加される。ここで、ＶＭ＞ＶＩＧ２＞ＶＩＧ１＞ＶＬの関係が成立する。
【００５０】
それでは、以下に、上記電荷注入部１５および注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６の動作について、図３、４および１５を用いて説明する。なお、以下に説明する動作は、図２の水平ブランキング期間の部分毎に行われる動作である。すなわち、電荷注入部１５および注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６は、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２と同期して動作している。
【００５１】
まず、ＩＳの電圧が、図１５に示すようにｔ７１からｔ７２にかけてＶＨからＶＭに下がる。応じて、図４に示すように、ｔ７２において、ＩＳから注入電荷が供給され、ＩＧ１およびＩＧ２に注入電荷が溜められる。
【００５２】
次に、図１５に示すように、ｔ７３において、ＩＳの電圧が、ＶＭからＶＨへと上昇する。これに伴って、図４に示すように、ＩＳのポテンシャルが深くなる。その結果、ＩＧ１に溜められていた注入電荷の一部は、ＩＳ側に戻る。これにより、ＩＧ１とＩＧ２とのポテンシャル差に応じた所定の電荷量を有する信号電荷がＩＧ２に溜められることとなる。
【００５３】
次に、ｔ７４およびｔ７５において、Ｖ３およびＶ１の電圧が変化し、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６内の電荷が、図４の右方向に転送される。
【００５４】
次に、ｔ７６において、Ｖ４の電圧がＶＬからＶＭに上昇する。これにより、図４に示すように、注入電荷は、ＩＧ２からＶ４へと転送される。この後、図１５に示すように、ｔ７７〜８１に示すような電圧が発生することにより、図４に示すように注入電荷が図４右方向へと転送される。以上、ｔ７１〜８１に示した動作が図２の水平ブランキング期間毎に行われることにより、注入電荷がドレイン１８の方向へ順次転送されていく。
【００５５】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の特徴部分であるＳＧ１７の動作について図面を参照しながら説明する。図５は、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６とＳＧ１７と垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２とフォトダイオード１１との配置関係を示した図である。また、図６は、図１のＡ−Ｂにおける断面構造を示した図である。また、図７は、Ｖ１〜Ｖ４とＳＧとに印加されるゲート電圧の時間的変化の様子を示した図である。また、図８は、図７に示すようなゲート電圧が印加された場合において、注入電荷および信号電荷が一段分だけ転送される様子を示した図である。
【００５６】
まず、図５に示すように、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２とは、ＳＧ１７を介して、異なる駆動タイミングで動作する電極同士で接続される。具体的には、当該固体撮像装置では、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６のＶ２と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２のＶ４とが、ＳＧ１７を介して接続されている。注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２とが接続される部分における電極の駆動タイミングがずらされることで、注入電荷が逆向きに転送されることが防止される。なお、これについては、後に詳しく説明する。
【００５７】
次に、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２と、ＳＧ１７との断面構造について説明する。図６に示すように、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２は、前述した図３に示す注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６と同じ構造を有する。すなわち、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２は、いわゆる４層駆動のＣＣＤシフトレジスタであり、Ｖ１〜Ｖ４の電極を備える。また、ＳＧ１７は、図６に示すように、電極  ＳＧにより構成される。当該ＳＧ１７には、図７に示すようなタイミングでゲート電圧が印加されることにより、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタのＶ２に蓄えられた注入電荷を垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２のＶ４に転送する。
【００５８】
以上のように構成された注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２と、ＳＧ１７とについて、以下にその動作について詳しく説明する。ここで、以下に説明する動作は、典型的には、一画面分の信号電荷が固体撮像装置から外部に出力された後に毎回行われる動作である。なお、本実施形態では、その一例として、当該動作は、フォトダイオード１１が、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２に信号電荷を出力した直後に行われるものとする。すなわち、図２の最初の水平ブランキング期間の直前に、以下に説明する動作が行われるものとする。
【００５９】
まず、図７に示すように、ｔ１において、Ｖ１およびＶ２の電位は、ＶＭに設定され、Ｖ３、Ｖ４およびＳＧの電位は、ＶＬに設定される。これにより、図８に示すように、注入電荷は、ＳＧに塞き止められて、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６のＶ２に蓄積されることになる。
【００６０】
次に、図７に示すように、ｔ２において、ＳＧの電位がＶＨへと上昇する。これにより、図８に示すように、ＳＧのポテンシャルが深くなり、注入電荷が、ＳＧに溜まるようになる。
【００６１】
次に、図８に示すように、ＳＧの電位をＶＨに維持した状態で、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２のＶ１〜Ｖ４を駆動させて、信号電荷を４相駆動の半段分転送する。そして、ｔ７において、ＳＧの電位をＶＬに下降させる。これにより、ＳＧのポテンシャルが上昇し、ＳＧに溜まっていた注入電荷は、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２のＶ４へと転送される。この後、ｔ８〜ｔ１１では、図７に示すような電圧がＶ１〜Ｖ４に対して印加されることにより、図８に示すように、信号電荷および注入電荷が転送される。なお、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２に転送された注入電荷は、当該垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２内を転送され、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂに出力される。さらに、当該注入電荷は、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよび１３ｂを介して、出力部１４ａおよび１４ｂから外部へと出力され、２つの水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａ、１３ｂ、およびこれらに対応する出力部を通過後の信号出力差から、２経路の特性差を検出すること等に利用される。  
【００６２】
ここで、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２とが接続される部分における転送電極に印加される電圧が異なることで、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６から垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２へ、注入電荷が逆向きに転送されることが防止される理由について詳しく説明する。
【００６３】
注入電荷は、次に説明するステップにより転送される。まず、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６のＶ２のポテンシャルが深くなり、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６のＶ２に注入電荷が溜まる。次に、ＳＧのポテンシャルが深くなり、Ｖ２からＳＧへと注入電荷が転送される。その後、Ｖ２のポテンシャルは浅くなり、ＳＧからＶ２への注入電荷の逆流が防止される。次に、Ｖ４のポテンシャルが深くなり、ＳＧからＶ４へと注入電荷が転送される。最後に、ＳＧのポテンシャルが浅くなり、Ｖ４からＳＧへの注入電荷の逆流が防止される。
【００６４】
ここで、ＳＧを挟む２つの電極（Ｖ２およびＶ４）に同じ駆動タイミングの電圧が印加されると、ＳＧのポテンシャルが深くなった際に、ＳＧを挟む２つの電極（Ｖ２およびＶ４）のポテンシャルの両方が深くなってしまう。その結果、ＳＧから垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２に転送されるべき注入電荷が、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６に逆流してしまう。
【００６５】
これに対して、上述したように、本実施形態では、ＳＧを挟む２つの電極（Ｖ２およびＶ４）に異なる駆動タイミングの電圧が印加される。具体的には、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６のＶ２と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２のＶ４とは、４相駆動の半分の２相分（すなわち半段分）だけ位相がずらされている。これにより、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６のＶ２と、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２のＶ４とが同時に同じポテンシャルになることがなくなり、注入電荷の逆流が防止される。なお、この際、ＳＧに印加される電圧は、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ１６のＶ２のポテンシャルが下がった後に、ＳＧのポテンシャルが深くなり、Ｖ２のポテンシャルが浅くなり、かつ垂直ＣＣＤシフトレジスタ１２のＶ４のポテンシャルが深くなった後に、ＳＧのポテンシャルが浅くなるように印加されればよい。
【００６６】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、従来の固体撮像装置と異なり、電荷注入部が一ヶ所しか設けられないので、発生する注入電荷の電荷量は、均一になる。さらに、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタにより、複数の注入電荷がＳＧまで転送されるので、これらの複数の注入電荷を同時に垂直ＣＣＤシフトレジスタに注入することが可能となる。その結果、当該注入電荷を用いて、水平ＣＣＤシフトレジスタおよび出力部で発生する特性差を精度よく補正することが可能となる。
【００６７】
なお、本実施形態に係る固体撮像装置では、電荷注入部、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ、シフトゲートおよびドレインは、電荷保持手段と撮像部を挟んで対向するように配置されていたが、これらの配置場所はこれに限らない。例えば、図９に示すように、電荷注入部、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ、シフトゲートおよびドレインは、垂直ＣＣＤシフトレジスタの下に設けられてもよい。この場合、注入電荷は、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタからシフトゲートを介して直接に水平ＣＣＤシフトレジスタに転送されることになる。ただし、固体撮像装置が図１に示すような構成をとることにより、注入電荷は、垂直ＣＣＤシフトレジスタを通過することになる。そのため、図１に示す固体撮像装置は、図９に示す固体撮像装置に対して、さらに、垂直ＣＣＤシフトレジスタにおいて発生する特性差についても検出することが可能となるというメリットを有する。
【００６８】
また、撮像部の右半分の領域から出力された信号電荷を転送する水平ＣＣＤシフトレジスタと、撮像部の左半分の領域から出力された信号電荷を転送する水平ＣＣＤシフトレジスタとの二つが設けられるとしているが、当該水平ＣＣＤシフトレジスタの数は、これに限らない。すなわち、撮像部が２以上の複数領域に分割されている場合には、各複数の領域に対応するように複数の水平ＣＣＤシフトレジスタが設けられればよい。また、例えば、図１０に示すように、水平ＣＣＤシフトレジスタは、複数段に配置されてもよい。
【００６９】
なお、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタの飽和電荷量と、垂直ＣＣＤシフトレジスタの飽和電荷量と、水平ＣＣＤシフトレジスタの飽和電荷量との関係は、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ≦垂直ＣＣＤシフトレジスタ≦水平ＣＣＤシフトレジスタの関係が成立することが望ましい。このような関係が成立することにより、注入電荷が転送時において、ＣＣＤシフトレジスタ内で飽和してしまうことがなくなる。なお、上記関係を成立させる具体的方法の一例としては、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタのチャネル幅と、垂直ＣＣＤシフトレジスタのチャネル幅と、水平ＣＣＤシフトレジスタのチャネル幅との関係を、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ≦垂直ＣＣＤシフトレジスタ≦水平ＣＣＤシフトレジスタとすればよい。
【００７０】
また、本実施形態では、注入電荷は、各水平ＣＣＤシフトレジスタに対して、一つずつ転送されているが、各水平ＣＣＤシフトレジスタに対して転送される注入電荷の数は、これに限らない。すなわち、一つの水平ＣＣＤシフトレジスタに対して、複数の注入電荷が転送されてもよい。この場合、各水平ＣＣＤシフトレジスタに対して、複数のシフトゲートが設置されることになる。なお、各水平ＣＣＤシフトレジスタに対して、シフトゲートは、２n個（ｎは自然数）ずつ設けられることが望ましい。これにより、当該注入電荷を用いた精度のよいデータ処理を行うことが可能となる。
【００７１】
また、本実施形態では、電荷注入部は、毎回同じ電荷量の注入電荷を注入しているが、当該注入電荷の電荷量は、これに限らない。当該注入電荷の電荷量は、同一の画面に対して注入される注入電荷同士の電荷量が等しければよく、各画面毎に注入される注入電荷量の大きさは等しくなくてもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、電荷注入部は、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタが電荷を１段転送するたびに、注入電荷を発生していたが、当該注入電荷を発生するタイミングは、これに限らない。例えば、当該電荷注入部は、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタが電荷を２段転送するたびに、注入電荷を注入するようにしてもよい。
【００７３】
また、本実施形態では、シフトゲートは、１画面に一度だけ注入電荷を転送しているが、シフトゲートが注入電荷を転送するタイミングは、これに限らない。
【００７４】
また、注入電荷用ＣＣＤシフトレジスタのゲート繰り返しピッチは、水平ＣＣＤシフトレジスタのゲート繰り返しピッチと同一であることが望ましい。これにより、シフトゲートが接続されている垂直ＣＣＤシフトレジスタと水平ＣＣＤシフトレジスタとの接続が容易になる。
【００７５】
また、本実施形態では、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタおよび垂直ＣＣＤシフトレジスタとは、共に４相駆動であるとしたが、これらの駆動タイミングは、これに限らない。なお、これらのＣＣＤシフトレジスタがｋ相駆動（ｋは自然数）である場合には、シフトゲートを挟んで対向する２つの電極の駆動タイミングは、互いに異なる駆動タイミングであることが必要である。これにより、注入電荷が、垂直ＣＣＤシフトレジスタから注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタへと逆流することが防止される。また、ｋが偶数である場合には、上記シフトゲートを挟んで対向する２つの電極の駆動タイミングは、ｋ／２相ずれていることが望ましい。
【００７６】
また、本実施形態に係る固体撮像装置において、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタの段数と、垂直ＣＣＤシフトレジスタの段数との関係は、約１：２であることが望ましい。これは、当該固体撮像装置が適用されたデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等に、画面の一部を切り出して加工する機能が設けられることが多い。ここで、切り出される画面の一部の大きさは、画面の中央部であることが多い。そこで、これに対応させて、注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタの段数も、撮像部の半分の段数にすることで、垂直ＣＣＤシフトレジスタと注入電荷転送用シフトレジスタとを連動させることが容易となる。
【００７７】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像システムについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る固体撮像システムは、第１の実施形態に係る固体撮像装置を含み、当該固体撮像装置から出力されてくる注入電荷を用いて、複数の水平ＣＣＤシフトレジスタ、およびこれらに対応する出力部で発生する特性差の検出および補正するものである。図１１は、当該固体撮像システムの全体構成を示したブロック図である。
【００７８】
図１１に示すように、本実施形態に係る固体撮像システムは、固体撮像装置２０、ＡＦＥＰ（アナログフロントエンドプロセッサ）２１、信号処理部２２、Ｖドライバ２３およびＴＧ（タイミングジェネレータ）２４を備える。
【００７９】
固体撮像装置２０は、第１の実施形態で説明した固体撮像装置であり、具体的には図１に示す構造を有する。当該固体撮像装置２０は、外部から入射してくる光を信号電荷に変換して出力すると共に、定期的に所定の電荷量を有する注入電荷をＡＦＥＰ２１に対して出力する。
【００８０】
ＡＦＥＰ２１は、出力されてくる信号電荷に対して増幅等の処理を施すと共に、デジタル信号に変換して、信号処理部２２に出力する。信号処理部２２は、固体撮像装置２０から出力されてきた信号に基づいて、映像信号を構成する等の処理を行う。さらに、当該信号処理部２２は、固体撮像装置２０からＡＦＥＰ２１を介して出力される注入信号に基づいて、２つの水平ＣＣＤシフトレジスタの出力特性を特定する。そして、信号処理部２２は、当該出力特性に基づいて、ＡＦＥＰ２１での、信号電荷の増幅処理におけるゲインの設定およびＯＢクランプレベルの設定を行う。
【００８１】
ＴＧ２４は、ＡＦＥＰ２１および固体撮像装置２０を動作させるためのクロック電圧を生成する。Ｖドライバ２３は、ＴＧ２４が生成したクロック電圧を反転させて、固体撮像装置２０に出力する。
【００８２】
以上のように構成された、固体撮像システムについて、以下にその動作について説明する。なお、以下に説明する動作は、本願の固体撮像システムの特徴部分であるゲインの補正処理およびＯＢクランプレベルの補正についての説明である。固体撮像装置２０が行う動作は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８３】
まず、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよびｂにより信号電荷のばらつきが発生する理由について説明する。水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよびｂは、配線長さ等の違いにより、互いに異なる出力特性を有する。ここで、その一例として、図１に示す固体撮像装置２０の水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａの出力特性を、Ｙ１＝ａＸ＋ｃとし、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ｂの出力特性を、Ｙ２＝ｂＸ＋ｄとする。もし、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａの出力特性と、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ｂの出力特性とが同じである場合には、ａ＝ｂおよびｃ＝ｄの関係が成立し、２つの水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよびｂのそれぞれから出力されてくる信号電荷のばらつきは発生しない。
【００８４】
そこで、本実施形態に係る固体撮像システムでは、２つの水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよびｂのそれぞれから出力される注入電荷の電荷量に基づいて、ＡＦＥＰ２１のＯＢクランプレベルとゲインとを、信号処理部２２が設定している。これにより、本実施形態に係る固体撮像システムは、見かけ上、ａ＝ｂおよびｃ＝ｄの関係が成立しているようにしている。以下に、ＯＢクランプレベルとゲインの具体的な設定方法について説明する。
【００８５】
まず、固体撮像装置２０から出力された注入電荷は、ＡＦＥＰ２１を介して、信号処理部２２に入力する。信号処理部２２は、入力してきた注入電荷に基づいて、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａの出力特性（Ｙ１＝ａＸ＋ｃ）と、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ｂの出力特性（Ｙ２＝ｂＸ＋ｄ）とを特定する。
【００８６】
次に、それぞれの出力特性の切片成分ｃおよびｄの補正を行うために、信号処理部２２は、ＯＢクランプレベルの設定を行う。ここで、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａから出力されてきた信号に対するＯＢクランプレベルがｅと設定されていたとする。この場合、信号処理部２２は、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ｂから出力されてきた信号に対するＯＢクランプレベルを、ｅ＋（ｃ−ｄ）に設定する。
【００８７】
次に、それぞれの出力特性の傾き成分ａおよびｂの補正を行うために、信号処理部２２は、ＡＦＥＰ２１のゲインの設定を行う。ここで、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａから出力されてきた信号に対するゲインがｆに設定されていたとする。この場合、信号処理部２２は、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ｂから出力されてきた信号に対するゲインを、ｆ×ａ／ｂとなるように設定する。
【００８８】
次に、信号処理部２２は、設定したゲインおよびＯＢクランプレベルでＡＦＥＰ２１が動作するように、当該ＡＦＥＰ２１を制御する。これにより、ＡＦＥＰ２１から出力されるデジタル信号は、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよびｂにおいて発生するばらつきが補正された状態で、信号処理部２２に出力される。その結果、ＡＦＥＰ２１から出力されるデジタル信号は、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよびｂのいずれから出力されても、Ｙ３＝ｆａＸ＋ｅ＋ｃとなるようになり、水平ＣＣＤシフトレジスタ１３ａおよびｂの間で発生していた信号電荷のばらつきの問題が解消される。
【００８９】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像システムによれば、所定の電荷量を有する注入電荷を用いて、具体的に、複数の水平ＣＣＤシフトレジスタおよび複数の出力部のばらつき等に起因して発生する特性差の補正を行うことが可能となる。
【００９０】
なお、本実施形態では、信号処理部が、ゲインおよびＯＢクランプレベルの設定を行っていたが、これらの設定を行うのは、信号処理部に限らない。例えば、ＡＦＥＰでこれらの設定が行われてもよいし、その他の構成部において行われてもよい。
【００９１】
また、本実施形態では、ＡＦＥＰでゲインおよびＯＢクランプレベルの設定を行うことで、信号電荷のばらつきが補正されているが、当該信号電荷のばらつきの補正方法は、これに限らない。例えば、信号処理部での信号処理時に、信号電荷のばらつきが補正されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明に係る固体撮像装置は、複数の水平ＣＣＤシフトレジスタが存在する場合において、均一な電荷量を有する注入電荷を注入することが必要な撮像部に複数の受光素子がマトリクス状に配置された固体撮像装置等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示した図
【図２】垂直ＣＣＤシフトレジスタと水平ＣＣＤシフトレジスタの駆動タイミングを示した図
【図３】図１の固体撮像装置のＣ−Ｄ間の断面構造を示した図
【図４】注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ内を注入電荷が転送される様子を示した図
【図５】注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタとシフトゲートと垂直ＣＣＤシフトレジスタとの配置関係を示した図
【図６】図１の固体撮像装置のＡ−Ｂ巻の断面構造を示した図
【図７】Ｖ１〜Ｖ４およびＳＧに印加される電圧の変化の様子を示した図
【図８】注入電荷および信号電荷が垂直ＣＣＤシフトレジスタ内を転送される様子を示した図
【図９】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置のその他の構成を示した図
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置のその他の構成を示した図
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像システムの全体構成を示したブロック図
【図１２】従来の固体撮像装置の構成を示した図
【図１３】従来の固体撮像装置の構成を示した図
【図１４】図１３の固体撮像装置のＥ−Ｆにおける断面構造を示した図
【図１５】Ｖ１〜Ｖ４およびＩＳに印加される電圧の変化の様子を示した図
【図１６】垂直ＣＣＤシフトレジスタ内を注入電荷および信号電荷が転送される様子を示した図
【符号の説明】
【００９４】
１１  フォトダイオード
１２  垂直ＣＣＤシフトレジスタ
１３ａおよびｂ  水平ＣＣＤシフトレジスタ
１４ａおよびｂ  出力部
１５  電荷注入部
１６  注入電荷転送用ＣＣＤシフトレジスタ
１７  シフトゲート
１８  ドレイン
２０  固体撮像装置
２１  ＡＦＥＰ
２２  信号処理部
２３  Ｖドライバ
２４  ＴＧ
【図１】
2004364235.tif 000003
【図２】
2004364235.tif 000004
【図３】
2004364235.tif 000005
【図４】
2004364235.tif 000006
【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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