(57)【要約】      （修正有）【課題】水平ＣＣＤの最終段での水平転送パルスの波形なまりによる信号出力波形への影響を防止し、信号出力部のオフセット成分の無い信号出力波形が得られる固体撮像装置を提供する。【解決手段】複数画素により入射光を光電変換及び蓄積する受光部１と、受光部に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部２と、電荷転送部上に形成された複数の転送ゲ−トと、電荷転送部から転送された電荷を電圧あるいは電流信号に変換して出力する出力部４とを備え、転送ゲ−トにｎ相（ｎは２以上の整数）の駆動信号を印加することにより、電荷転送部で信号電荷を出力部側に電荷転送する。転送ゲ−トのうち同相の駆動信号が印加される転送ゲ−トは互いに接続されており、ｎ相の駆動信号は、複数の転送ゲ−トのうち出力部に近い側１４、１５から入力される。【選択図】図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数画素により入射光を光電変換及び蓄積する受光部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部上に形成された複数の転送ゲ−トと、前記電荷転送部から転送された電荷を電圧あるいは電流信号に変換して出力する出力部とを備え、前記転送ゲ−トにｎ相（ｎは２以上の整数）の駆動信号を印加することにより、前記電荷転送部で前記信号電荷を前記出力部側に電荷転送する固体撮像装置において、
前記転送ゲ−トのうち同相の駆動信号が印加される転送ゲ−トは互いに接続されており、前記ｎ相の駆動信号は、前記複数の転送ゲ−トのうち前記出力部に近い側から入力されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記ｎ相の駆動信号のうち、前記出力部に最も近い前記転送ゲ−トに印加される相の駆動信号について、前記出力部に最も近い前記転送ゲ−トは、当該転送ゲートと同相の駆動信号が印加される他の前記転送ゲ−トとは独立して駆動信号が供給される請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記ｎ相の駆動信号のそれぞれについて、前記出力部に最も近い前記転送ゲ−トは、当該転送ゲートと同相の駆動信号が印加される他の前記転送ゲ−トとは独立して駆動信号が供給される請求項１に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルスチルカメラやムービーカメラなどの画像入力装置に利用される固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子スチルカメラやムービーカメラ用のＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置において、低電圧電源化の要望が強くなり、水平転送パルス電圧の低電圧化が進んでいる。このため、出力部に最も近い水平転送部の最終段でのダイナミックレンジ低下が問題になってきている。この最終段でのダイナミックレンジ低下に対して、水平転送パルス電圧の電圧を上げる方法や、最終転送部の蓄積ゲ−ト部のチャンネル幅及びチャンネル長を広げる方法が考えられる。
【０００３】
しかしながら、水平転送パルス電圧の電圧を上げる方法は低電圧化の流れに反しており、また、最終転送部の蓄積ゲ−ト部のチャンネル幅及びチャンネル長を広げる方法は、出力ゲ−トへの転送劣化の原因となる問題を有している。
【０００４】
そこで、出力部に最も近い水平転送ラストゲート（以下、ＨＬとも記す）を独立させて、直接水平転送パルスを印加し、それより前段の転送部にはＨＬに与える転送パルス信号よりも立ち上がり及び立ち下がりの遅いパルスを印加して、ＨＬでのダイナミックレンジを増大する技術が提案されている（特許文献１を参照）。以下、図４〜図６を参照しながら、特許文献１に示されている従来の水平転送パルス印加方法について説明する。
【０００５】
図４は、従来例の固体撮像装置の概略構成であって、特に、Ｈ１、Ｈ２からなる２相の水平２相駆動パルス信号で電荷転送を行う場合における、水平転送パルスの印加に関する構成を示す図である。１はイメージエリアであり、二次元に配列された複数の画素から得られる信号電荷を、水平ＣＣＤ（水平電荷転送部）２に転送する。水平ＣＣＤ２の最終段は、ＯＧゲート（出力ゲート）３を介して出力アンプ４に接続されている。水平ＣＣＤ２における出力段から最も離れた初段転送ゲート部５に、Ｈ２パルス印加点６、Ｈ１パルス印加点７が配置されている。８は出力部に最も近いラストゲートＨＬである。９はＨ１パルス入力用パッド、１０はＨ２パルス入力用パッドであり、各々、Ｈ１パルス用配線１１、Ｈ２パルス用配線１２を介して、Ｈ１パルス印加点７、Ｈ２パルス印加点６に接続されている。さらに、Ｈ１パルス用配線１１から分離させたＨＬ用配線１３がラストゲートＨＬ８に接続されている。
【０００６】
イメージエリア１の受光部で光電変換及び蓄積された信号電荷は、垂直ＣＣＤにより電荷を水平ＣＣＤ２方向に向かって転送され、水平ＣＣＤ２に到達した電荷は出力アンプ４の方向へ順次転送される。
【０００７】
この従来例では水平電荷転送に２相駆動ＣＣＤを用いており、パルス入力用パッド９、１０から印加された水平転送パルスＨ１、Ｈ２は、配線１１、１２を介して、出力部から最も遠い水平ＣＣＤ初段転送ゲート部５のＨ１パルス印加点７とＨ２パルス印加点６に印加される。また、水平ＣＣＤ２において出力部に最も近い水平転送ラストゲートＨＬ８を独立させて構成し、Ｈ１パルス供給用配線１１から分離した配線１３を介して直接、水平転送パルスＨ１を印加する。
【０００８】
水平ＣＣＤ最終ゲート付近の模式図を図５に示す。３５は水平転送ラストゲートＨＬ８の前段のＨ１最終ゲート、３６はＨ２最終ゲートである。水平転送ラストゲートＨＬ８は、ＯＧゲート３を介して、電荷検出部ＦＤＡ（フローティング・ディフュージョン・アンプ）のＦＤ（フローティングディフュージョン）領域３７と結合している。ＦＤ領域３７に隣接してＲＧ（リセットゲート）３８が配置されている。３０はＨＬのゲート下容量、３１はＨＬ前段のＨ２最終ゲート下容量、３２は初段からＨＬ前段のＨ１最終ゲート迄の抵抗成分、３３は初段からＨＬ前段のＨ２最終ゲートまでの抵抗成分、３４はＦＤ下の容量、３９は基板抵抗を示す。
【０００９】
ＦＤ領域３７とＨ２の最終ゲート３６とは、ＨＬ前段のＨ２最終ゲート下容量３１、ＦＤ下の容量３４および基板抵抗３９を介して容量結合している。また、ＦＤ領域３７とラストゲートＨＬ８とは、ＨＬのゲート下容量３０、ＦＤ下の容量３４および基板抵抗３９を介して容量結合している。
【００１０】
水平ＣＣＤ２により転送された電荷は、ＦＤ領域３７に転送される。ＦＤ領域３７は微少な容量として機能し、転送された電荷量に応じた電圧に電荷―電圧変換をおこなう。ここで得られた電圧は、出力アンプ４で増幅されて外部出力される。出力アンプ４から出力された信号は、一般的にはその後、フィードスルー部（基準電圧部）と信号出力部を各ビット毎に比較して両者の差分を有効信号として検出するＣＤＳ（相関二重サンプリング）手法により、各ビット毎に発生するリセットノイズ等を除去される。
【００１１】
水平ＣＣＤ２のＨＬ前段の各相の最終転送ゲート（Ｈ１、Ｈ２）では、水平転送段数分の抵抗成分や浮遊容量等により、印加された各相の水平転送パルス波形がなまったり遅延したりしてしまう。
【００１２】
図６に、従来例における信号出力波形図を示す。（ａ）に示す４０はリセットパルス、（ｂ）に示す４１はＨ２最終ゲートでのＨ２パルス波形、（ｃ）に示す４２はＨＬ前段のＨ１最終ゲートでのＨ１パルス波形、（ｄ）に示す４３は水平転送ラストゲートＨＬでの転送パルス（Ｈ１パルス）波形である。（ｅ）に示すＣＣＤ出力（信号波形）において、２０はダーク時（光を遮った時）の信号出力波形、２１は光照射時の信号波形、４４は信号出力のオフセット成分、４７は信号出力部、４８はフィードスルー部である。（ｆ）に示す４５はＨ２パルス入力用パッドに印加されたＨ２パルス波形、４６はＨ１パルス入力用パッドに印加されたＨ１パルス波形である。
【００１３】
ＨＬに対しては駆動信号が直接ＨＬに印加されているため、（ｄ）に示すように、転送パルス波形４３は全くなまりが発生しない。一方、（ｂ）（ｃ）に示すように、ＨＬ前段の最終ゲート（Ｈ１、Ｈ２）では、水平転送段数分の抵抗成分や浮遊容量等により波形がなまり、立ち上がり及び立ち下がりが遅延した４１と４２に示される様な転送パルスが印加されることになる。
【００１４】
駆動信号が直接ＨＬに与えられるＨ１転送パルスに対して、立ち上がり及び立ち下がりの遅い転送パルスがＨＬ前段の各相の最終ゲートに印加されることにより、ＨＬでのダイナミックレンジを増大させることができる。
【特許文献１】特許第２５７０２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、高画素化の流れが急激に進み、水平ＣＣＤの転送段数の増大と転送周波数の高速化で駆動や転送が難しくなり、出力ゲート直前のＨＬやＨ１とＨ２の駆動信号波形の差が大きくなって出力への影響が避けられなくなってきている。
【００１６】
すなわち、上述の図５に示した容量結合により、Ｈ２の最終ゲート３６およびラストゲートＨＬ８に印加された駆動信号が、ＦＤ領域３７に回り込む現象が発生する。ここで、Ｈ２の最終ゲート３６およびラストゲートＨＬ８に印加された駆動信号波形は、それぞれ図６の４１、４３に示すように波形の立ち上がりおよび立下りのタイミング、なまり方が違うため、ＦＤ領域３７への回り込みかたが異なってくる。
【００１７】
大まかには、ＨＬパルス波形と逆相のＨ２パルス波形間で打ち消すことが出来ず、この差分成分がＦＤ領域に回り込んで、電荷−電圧変換されＣＣＤの信号出力として現れる。具体的には、図４におけるイメージエリア１に光を当てないダークの状態で上記の成分により、図６に示す信号出力部のオフセット成分４４が、ダーク時にもかかわらず信号出力波形２０として出力される。
【００１８】
このオフセットに成分により、後段のＣＤＳによるノイズ除去が正常動作しない不具合が発生し問題となってくる。
【００１９】
本発明は、上述の点に鑑み、信号出力部のオフセット成分の無い信号出力波形が得られる固体撮像装置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】
【００２０】
上記の課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、複数画素により入射光を光電変換及び蓄積する受光部と、前記受光部に蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記電荷転送部上に形成された複数の転送ゲ−トと、前記電荷転送部から転送された電荷を電圧あるいは電流信号に変換して出力する出力部とを備え、前記転送ゲ−トにｎ相（ｎは２以上の整数）の駆動信号を印加することにより、前記電荷転送部で前記信号電荷を前記出力部側に電荷転送する固体撮像装置において、前記転送ゲ−トのうち同相の駆動信号が印加される転送ゲ−トは互いに接続されており、前記ｎ相の駆動信号は、前記複数の転送ゲ−トのうち前記出力部に近い側から入力されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、出力部に近い水平転送ゲートから水平転送パルスを入力することにより、水平ＣＣＤ転送ゲートの初段から最終段迄の全転送ゲート段数分の配線抵抗や容量による影響を無くすことができ、出力部側の転送ゲートにおける波形の遅延およびなまりを抑えることができる。
【００２２】
このため、出力部に近い水平ＣＣＤ転送ゲート最終段での各水平転送パルスは、パッドから印加された水平転送パルスそのものであり、複数相の駆動波形で波形に差が生じることがない。従って、例えば、Ｈ１とＨ２パルスは逆相で等しいため、水平ＣＣＤ転送ゲート最終段各ゲートにおける各水平転送パルス間で打ち消し合って差分成分が発生せず、フローティング・ディフュージョンへの駆動信号の回り込みを防止することができる。これによりＣＤＳでの信号処理の不具合を防止でき、画像劣化の無い固体撮像装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の固体撮像装置において、前記ｎ相の駆動信号のうち、前記出力部に最も近い前記転送ゲ−トに印加される相の駆動信号について、前記出力部に最も近い前記転送ゲ−トは、当該転送ゲートと同相の駆動信号が印加される他の前記転送ゲ−トとは独立して駆動信号が供給される構成とすることができる。
【００２４】
また、前記ｎ相の駆動信号のそれぞれについて、前記出力部に最も近い前記転送ゲ−トは、当該転送ゲートと同相の駆動信号が印加される他の前記転送ゲ−トとは独立して駆動信号が供給される構成とすることができる。
【００２５】
（実施の形態１）
図１−１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の概略構成であって、特に、Ｈ１、Ｈ２からなる２相の水平２相駆動パルス信号で電荷転送を行う場合における、水平転送パルスの印加位置に関する構成を示す図である。図１−２は、図１−１の固体撮像装置における水平ＣＣＤ最終転送部での水平転送パルス波形を示す。図２は、本実施の形態における固体撮像装置の信号出力波形を示す。
【００２６】
図１−１において、１はイメージエリアであり、二次元に配列された複数の画素から得られる信号電荷を、水平ＣＣＤ（水平電荷転送部）２に転送する。水平ＣＣＤ２の最終段は、ＯＧゲート（出力ゲート）３を介して出力アンプ４に接続されている。
【００２７】
イメージエリア１の受光部で光電変換及び蓄積された信号電荷は、垂直ＣＣＤにより水平ＣＣＤ２方向に向かって転送され、水平ＣＣＤ２に到達した電荷は、水平ＣＣＤ２でＯＧゲート３方向へ順次転送される。この水平ＣＣＤ２は２相の転送パルスで駆動される。Ｈ１最終ゲート１４及びＨ２最終ゲート１５は、出力アンプ４に近い側の各相転送ゲートの最終段である。Ｈ１パルス入力用パッド９、Ｈ２パルス入力用パッド１０は、各々、Ｈ１パルス用配線１６、Ｈ２パルス用配線１７を介して、各々、Ｈ１最終ゲート１４、Ｈ２最終ゲート１５に接続されている。２相の駆動信号として、Ｈ１最終ゲート１４及びＨ２最終ゲート１５に、図６（ｆ）に示した水平転送パルス４６、４５が直接印加される構成となっている。
【００２８】
水平転送パルスが、各相転送ゲートの最終段に直接印加される構成になっているため、水平ＣＣＤ転送ゲートの初段から最終段迄の全転送ゲート段数分の配線抵抗や容量による影響を除外することができる。従って、水平ＣＣＤ転送ゲート最終段各相の水平転送パルスとしては、図１−２（ａ）、（ｂ）に示される様な、波形になまりや遅延が発生しない転送パルスが加えられる。
【００２９】
図５に示したＦＤ部３７は、各相最終ゲート下の容量と、Ｐ型半導体の抵抗成分を介して容量接合されている。しかしながら、本実施の形態によれば、各相の最終段におけるＨ１とＨ２の転送パルス波形は逆相で等しいため互いに打ち消し合って差分成分は０となり、ＦＤ部３７へは電荷として出力されない。このために、図２に示すように、出力アンプ部から出力されるダーク時（光を遮った時）の信号出力波形２２には、オフセット成分がない。オフセット成分が無いために、後段のＣＤＳによるノイズ除去が問題なく処理できるため、画像劣化を起こさない。
【００３０】
（実施の形態２）
図３−１は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の概略構成であって、特に、Ｈ１、Ｈ２からなる２相の水平２相駆動パルス信号で電荷転送を行う場合における、水平転送パルスの印加位置に関する構成を示す図である。図３−２は、図３−１の固体撮像装置における水平ＣＣＤ最終転送部での水平転送パルス波形を示す。
【００３１】
実施の形態１と同様に、イメージエリア１の受光部で光電変換及び蓄積された信号電荷は、垂直ＣＣＤにより水平ＣＣＤ２方向に向かって転送され、水平ＣＣＤ２に到達した電荷は、水平ＣＣＤ２でＯＧゲート３の方向へ順次転送される。本実施の形態の水平ＣＣＤ２も、２相の転送パルスで駆動される。
【００３２】
水平ＣＣＤ２の複数の転送ゲートの内、出力アンプ４に最も近いＨ１パルス用の最終ゲートを独立させてＨＬ８を設け、Ｈ１パルス入力用パッド９からＨ１パルス用配線１３を介してＨ１パルスを印加する。ＨＬ８にはＨ１パルス入力用パッド９から直接Ｈ１パルスが印加されるため、全く波形なまりや波形の遅延が起こらない。従って、ＨＬ８の転送ゲートには図３−２（ｃ）のＨＬ波形（Ｈ１波形）に示される、なまりや遅延の無い転送パルスが印加される。
【００３３】
一方、ＨＬ８以外の転送ゲートへの２相の駆動信号の印加は、水平ＣＣＤ２の複数の転送ゲートの内、出力アンプに最も近い側のＨＬ８の前段の各相転送ゲート最終段である、ＨＬ前段のＨ１ゲート１８とＨ２最終ゲート１５に、各パルス入力用パッド９、１０からＨ１パルス用配線１９、Ｈ２パルス用配線１７を介して、Ｈ１パルスとＨ２パルスの各水平転送パルス（図６の４６、４５）が直接印加される構成となっている。このため、水平ＣＣＤ２転送ゲートの初段からＨＬ８の前段の各相最終ゲート迄の転送ゲート段数分の配線抵抗や容量による影響が全くなり、転送パルス波形になまりや遅延が発生しない。従って、水平ＣＣＤ２のＨ２最終ゲート１５、ＨＬ前段のＨ１ゲート１８には、図３−２（ａ）、（ｂ）に示されるＨ２パルスとＨ１パルス波形のように、なまりや遅延の無い転送パルスが印加されることになる。
【００３４】
図５に示したようにＦＤ部３７は、ＨＬ８下の容量と、ＨＬ８の前段のＨ２最終ゲート下の容量と、Ｐ型半導体の抵抗成分を介して容量接合されている。しかしながら、ＨＬ８でのＨ１波形とＨＬ８の前段であるＨ２最終ゲート１５でのＨ２波形には、前述の様に全くなまりが発生しない。そのため、両者の転送パルス波形同士で打ち消し合わすことが出来、結果として差分成分が発生せず、ＦＤ部へ電荷として出力されない。従って、オフセット成分が全くない信号出力波形を出力アンプ部４から取り出すことができ、後段のＣＤＳによるノイズ除去が問題なく処理でき画像劣化を起こさない。
【００３５】
また、実施の形態２のように１相だけでなく、ｎ相の駆動信号のそれぞれについても、最も出力部に近い水平転送ゲートに印加される各相の駆動信号が独立して与えられる様にすれば、さらに効果的である。
【００３６】
なお、以上の実施の形態では、独立して駆動信号が与えられる配線が、他のゲートへ駆動信号を共通で与えるための駆動信号入力パッドからの配線分割により構成されているが、独立の駆動信号入力パッドから配線された構成であっても効果は同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、デジタルスチルカメラやムービーカメラなど画像入力装置に利用される、高画素の固体撮像装置に適用する場合に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１−１】実施の形態１における固体撮像装置の構成図
【図１−２】図１−１の固体撮像装置における水平ＣＣＤ最終転送部での水平転送パルス波形を示す波形図
【図２】実施の形態１、２における固体撮像装置の信号出力波形図
【図３−１】実施の形態２における固体撮像装置の構成図
【図３−２】図３−１の固体撮像装置における水平ＣＣＤ最終転送部での水平転送パルス波形を示す波形図
【図４】従来例の固体撮像装置の構成図
【図５】水平ＣＣＤ最終ゲート付近の模式図
【図６】従来例の固体撮像装置の信号出力波形図
【符号の説明】
【００３９】
１    イメージエリア
２    水平ＣＣＤ（水平電荷転送部）
３    ＯＧゲート
４    出力アンプ
５    初段転送ゲート部
６    Ｈ２パルス印加点
７    Ｈ１パルス印加点
８    ＨＬ（ラストゲート）
９    Ｈ１パルス入力用パッド
１０  Ｈ２パルス入力用パッド
１１、１６、１９  Ｈ１パルス用配線
１２、１７  Ｈ２パルス用配線
１３  ＨＬ用配線
１４  Ｈ１最終ゲート
１５  Ｈ２最終ゲート
１８  ＨＬ前段のＨ１ゲート
２０、２２  ダーク時（光を遮った時）の信号出力波形
２１  光照射時の信号波形
３０  ＨＬのゲート下容量
３１  ＨＬ前段のＨ２最終ゲート下容量
３２  初段からＨＬ前段のＨ１最終ゲート迄の抵抗成分
３３  初段からＨＬ前段のＨ２最終ゲート迄の抵抗成分
３４  ＦＤ（フローティング・ディフュージョン）下の容量
３５  ＨＬ前段のＨ１最終ゲート
３６  Ｈ２最終ゲート
３７  ＦＤ部
３８  ＲＧ（リセットゲート）
３９  基板抵抗
４０  リセットパルス
４１  Ｈ２最終ゲートでのＨ２パルス波形
４２  ＨＬ前段のＨ１最終ゲートでのＨ１パルス波形
４３  ＨＬでの転送パルス（Ｈ１パルス）波形
４４  信号出力のオフセット成分
４５  Ｈ２パルス入力用パッドに印加されたＨ２パルス波形
４６  Ｈ１パルス入力用パッドに印加されたＨ１パルス波形
４７  信号出力部
４８  フィードスルー部
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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