(57)【要約】【目的】ＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにおいて、画像処理手段によることなく、ダイナミックレンジを容易に拡大させるようにする。【構成】入射光量に応じて電荷を蓄積する光電変換素子を画素とするＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにおいて、各画素をオーバフロードレイン構造として、サブスレッショルド領域で弱反転状態で動作させて対数出力特性をもたせるようにする。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じて電荷を蓄積する光電変換素子を画素とするＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにおいて、各画素をオーバフロードレイン構造として、サブスレッショルド領域で弱反転状態で動作させて対数出力特性をもたせるようにしたことを特徴とするラインイメージセンサ。
【請求項２】
オーバフロードレインが機能しない状態での入射光量に応じた電荷の蓄積によって直線的な出力特性が得られ、オーバフロードレインが機能しはじめる以上の入射光量に応じた電荷の蓄積によって対数出力特性が得られるようにしたことを特徴とする請求項１の記載によるラインイメージセンサ。
【請求項３】
予めオーバフロードレインが機能しはじめる程度の電荷を注入した状態で、入射光量に応じた電荷の蓄積によって対数出力特性が得られるようにしたことを特徴とする請求項１の記載によるラインイメージセンサ。
【請求項４】
予めオーバフロードレインが機能しはじめる以上の過剰な電荷を注入して初期化したことを特徴とする請求項１の記載によるラインイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、入射光量に応じて電荷を蓄積する光電変換素子を画素とするＣＣＤ転送型のラインイメージセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＣＣＤ転送型のラインイメージセンサは、入射光量に応じて電荷を蓄積する光電変換素子としてのフォトダイオードからなる画素を水平方向に１ライン分配設して、垂直方向に１行分ずつ副走査送りするごとに各画素の蓄積電荷による画情報を水平転送ＣＣＤに並列的に読み出して、その水平転送ＣＣＤによって各画素の画情報を順次出力回路に送って１画面分の画情報を時系刊的に出力させるようにしている。
【０００３】
このようなラインイメージセンサにあっては、高速で画像の読取り走査を行わせる必要があるが、高速での読取り走査を行わせると入射光量に応じた充分な電荷の蓄積時間をとることができず、感度が低下してしまうことになる。また、その際、各画素における電荷の残留が問題となり、特に低照度時に残留電荷の影響による残像の発生が顕著になってしまう。
【０００４】
従来、このようなラインイメージセンサの感度を向上させるものとして、ＴＤＩ（時間遅延積分）駆動方式がある。
【０００５】
そのＴＤＩ駆動方式によるＣＣＤ転送型のラインイメージセンサは、画像が垂直方向に相対的に移動するのに等しい速度でフォト・サイト列を下方へ電荷を転送するようにクロックされる。第１のフォト・サイトに電荷を生じた画像部分が次のフォト・サイトへ移動すると同時に次のフォト・サイトへ転送される。このように、画像部分が垂直方向に移動するにしたがってフォトチャージはその画像部分のフォト・サイトに累積されるようになっている。
【０００６】
また、従来、ＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにあって、撮影時の感度を上げるために、出力部のリセット動作を複数の水平転送に対して１回の割合で行うことによって水平方向に隣接する複数個の受光部の信号電荷を蓄積し、リセット動作後のフィードスルーレベルと次のリセット動作の直前の信号レベルとの差をサンプルアンドホールドするようにしたものが開発されている（特開平５−２０７３７８号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、ＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにあって、その撮影時の感度を向上させるためにＴＤＩ方式などの従来の手段を講ずるようにしても、感度は向上するがダイナミックレンジは狭く、照明用光源の照度が管理された状態でないと使用できない、ということである。
【０００８】
そして、そのＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにあっては、高速で画像の読取り走査を行わせる際、各画素に電荷が残留して残像が発生するという問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入射光量に応じて電荷を蓄積する光電変換素子を画素とするＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにおいて、対数出力特性をもたせてダイナミックレンジを拡大させるべく、各画素をオーバフロードレイン構造として、サブスレッショルド領域で弱反転状態で動作させる手段をとるようにしている。
【００１０】
そして、本発明は、そのＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにあって、残像の発生を抑制するべく、予め撮影に先がけてオーバフロードレインが機能しはじめる以上の過剰な電荷を注入して初期化する手段をとるようにしている。
【００１１】
【実施例】
図１はＣＣＤ転送型のラインイメージセンサの基本的な構成例を示しており、フォトダイオードによる画素が水平方向に１ライン分配設されたラインセンサ１からシフトゲート２を介して並列的に読み出した各画素の画情報を、水平転送ＣＣＤ３によって水平方向に送って、出力回路４から順次出力させるようになっている。それは、単一の水平転送ＣＣＤ３によって各画素の画情報を並列的に読み出すようにしており、画素のピッチが大きいものになっている。
【００１２】
また、図２および図３はＣＣＤ転送型のラインイメージセンサの他の構成例をそれぞれ示しており、ラインセンサ１に対して２つの水平転送ＣＣＤ３１，３２を設けて、それぞれシフトゲート２１，２２を介してラインセンサ１における奇数番目の画素と偶数番目の画素とにおける各画情報の読出しを別途に行わせるようにしている。ここでは、ラインセンサ１における画素のピッチが水平転送ＣＣＤ３１，３２の転送段のピッチよりも小さい場合に適用され、ラインセンサ１における画素の集積度を上げている。図２の構成では、各水平転送ＣＣＤ３１，３２からそれぞれ送られてくる画情報を出力回路４１，４２から別々に出力させるようにしている。また、図３の構成では、各水平転送ＣＣＤ３１，３２からそれぞれ送られてくる画情報を交互に出力回路４に与えるようにしている。
【００１３】
このようなＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにあって、前述のようにＴＤＩ駆動方式を採用することによって撮影の感度を大幅に向上させることができるようになる。
【００１４】
本発明は、このようなＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにあって、各画素をオーバフロードレイン構造として、サブスレッショルド領域で弱反転状態で動作させて対数出力特性をもたせることにより、ダイナミックレンジを拡大させるようにしている。
【００１５】
そして、本発明は、残像の発生を抑制するべく、予め撮影に先がけてオーバフロードレインが機能しはじめる以上の過剰な電荷を注入して初期化するようにしている。
【００１６】
オーバフロードレイン構造としては、図４に示す横形のものと、図５に示す縦形のものとがある。
【００１７】
図６は、横形オーバフロードレイン構造の画素における入射光Ｌｓに応じた電荷ｑの流れによる動作状態を模擬的に示している。
【００１８】
図７は、縦形オーバフロードレイン構造の画素における入射光Ｌｓに応じた電荷ｑの蓄積による動作状態を模擬的に示している。
【００１９】
図８は本発明を実施するための具体的な構成例を示すもので、ここでは電荷注入領域Ａから注入された電荷が複数（ここでは２つ）配設された画素Ｄに順次転送されたのち、信号読出し領域Ｂを通過して、最終的に排出ドレインＣから排出されるようになっている。ここでは、３相（φ１、φ２、φ３）によるＣＣＤ転送方式をとるようにしている。そして、各画素Ｄにはオーバフローした電荷を排出するためのオーバフロードレインＯＦＤが設けられている。
【００２０】
図９は、その３相によるＣＣＤ転送方式をとるラインイメージセンサの各部における電荷の転送状態を模擬的に示している。
【００２１】
このような構成をとることによって、高輝度光が入射した場合にオーバフロードレインが機能して、あふれた電荷がオーバフロードレインＯＦＤから排出されてスミアが発生するようなことが防止される。
【００２２】
そして、電荷注入領域Ａにおける電荷の注入状態によって、各画素Ｄの出力特性が以下のようになる。
【００２３】
▲１▼電荷注入領域Ａからの電荷の注入がない場合
この場合には、図１０に示すように、オーバフロードレインが機能しはじめる点ａに達するまでのオーバフロードレインが機能しない状態での入射光量に応じた電荷の蓄積によって、図中ＷＡで示す直線的な出力特性が得られる。そして、オーバフロードレインが機能しはじめる点ａ以上の入射光量に応じた電荷の蓄積によって、図中ＷＢで示す対数出力特性が得られるようになる。
【００２４】
▲２▼予め撮影に先がけて電荷注入領域Ａからオーバフロードレインが弱反転状態で動作する程度の電荷を注入した場合
この場合には、最初からオーバフロードレインが機能しているので、図１１に示すように、入射光量に応じた電荷の蓄積によって全域にわたって対数出力特性ＷＢ′が得られるようになる。
【００２５】
なお、この場合、入射光量が少ない領域ＷＣにおいては、残留電荷の影響による残像の発生が顕著になってしまう。
【００２６】
▲３▼予め撮影に先がけて電荷注入領域Ａからオーバフロードレインが機能しはじめる以上の過剰な電荷を注入して初期化した場合
この場合には、余剰電荷の排出が終了するとオーバフロードレインが機能しはじめるので、図１２に示すように、入射光量に応じた電荷の蓄積によって対数出力特性ＷＢが得られるようになる。
【００２７】
この場合、入射光量が少ない領域ＷＣでは、電荷の蓄積に時間を要して応答遅れを生じ、対数特性が失われるが、残留電荷が少なくなって残像の発生が抑制される。
【００２８】
なお、図８では横形のオーバフロードレイン構造によるものを示したが、縦型オーバフロードレイン構造を採用しても同様の作用効果を得ることができるようになる。また、図８では３相によるＣＣＤ転送方式をとるようにしているが、それに限らず、２相式でも４相式でもよいことはいうまでもない。
【００２９】
【効果】
以上、本発明は、入射光量に応じて電荷を蓄積する光電変換素子を画素とするＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにおいて、各画素をオーバフロードレイン構造として、サブスレッショルド領域で弱反転状態で動作させて対数出力特性をもたせるようにしたもので、何ら画像処理手段によることなく、ダイナミックレンジを容易に拡大させることができるという利点を有している。
【００３０】
また、本発明は、そのＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにあって、予め撮影に先がけてオーバフロードレインが機能しはじめる以上の過剰な電荷を注入して初期化することにより、残像の発生を有効に抑制することができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なＣＣＤ転送型のラインイメージセンサの一例を示すブロック構成図である。
【図２】一般的なＣＣＤ転送型のラインイメージセンサの他の例を示すブロック構成図である。
【図３】一般的なＣＣＤ転送型のラインイメージセンサのさらに他の例を示すブロック構成図である。
【図４】横形のオーバフロードレイン構造を示す図である。
【図５】縦形のオーバフロードレイン構造を示す図である。
【図６】横形オーバフロードレイン構造における入射光に応じた電荷蓄積の動作状態を模擬的に示す図である。
【図７】縦形オーバフロードレイン構造における入射光に応じた電荷蓄積の動作状態を模擬的に示す図である。
【図８】本発明を実施するためのＣＣＤ転送型のラインイメージセンサの具体的な構成例を示す簡略平面図である。
【図９】その本発明によるＣＣＤ転送型のラインイメージセンサの各部における電荷の転送状態を模擬的に示す図である。
【図１０】その本発明によるＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにおける電荷注入領域から電荷の注入がない場合の入射光量に応じた出力特性を示す図である。
【図１１】その本発明によるＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにおける電荷注入領域からオーバフロードレインが弱反転状態で動作する程度の電荷を注入した場合の入射光量に応じた出力特性を示す図である。
【図１２】その本発明によるＣＣＤ転送型のラインイメージセンサにおける電荷注入領域からオーバフロードレインが機能しはじめる以上の過剰な電荷を注入して初期化した場合の入射光量に応じた出力特性を示す図である。
【符号の説明】
１  ラインセンサ
２  シフトゲート
３  水平転送ＣＣＤ
４  出力回路
Ｄ  画素
Ａ  電荷注入領域
Ｂ  信号読出し領域
Ｃ  排出ドレイン
ＯＦＤ  オーバフロードレイン
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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