(57)【要約】【課題】  水平転送部を複数本並行に設けた場合でも、消費電力の抑制と水平転送部間における信号電荷の転送効率の向上とを共に実現することができる構成の固体撮像装置を提供する。【解決手段】  信号電荷を水平転送する水平電荷転送部が複数本並行に設けられ、隣接する水平電荷転送部間で信号電荷の転送が行われる構成の固体撮像素子と、この固体撮像素子を駆動するドライバを有する駆動回路１０とを備え、駆動回路１０に外部からの信号入力に応じて出力電圧を変更することが可能な回路２，３が組み込まれ、この回路２，３から出力された電圧が水平電荷転送部用のドライバ１に入力される固体撮像装置を構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号電荷を水平転送する水平電荷転送部が複数本並行に設けられ、隣接する前記水平電荷転送部間で信号電荷の転送が行われる構成の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を駆動するドライバを有する駆動回路とを備え、
前記駆動回路に、外部からの信号入力に応じて出力電圧を変更することが可能な回路が組み込まれ、前記回路から出力された電圧が前記水平電荷転送部用の前記ドライバに入力される
ことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ固体撮像素子等の、信号電荷の転送が行われる電荷転送部を有する固体撮像素子を備え、これを駆動させる構成の固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ほとんどのＣＣＤ固体撮像素子では、水平転送レジスタは１つであり、かつ水平転送レジスタの駆動を２値の電圧値によって行っている。
このようなＣＣＤ固体撮像素子の概略構成図（平面図）を図５に示す。
【０００３】
ところで、同じ駆動周波数で画素数が増加するとフレームレートが低下するため、ＣＣＤ固体撮像素子の多画素化に伴い、フレームレートが低くなってしまう。
従って、画素数が増加してもフレームレートが低下しないようにするためには、駆動周波数を上げる必要がある。
【０００４】
これを改善するために、例えば、水平転送レジスタを複数本設ける（例えば、特許文献１参照）ことにより、駆動周波数を上げることなく、高いフレームレートを実現することが考えられる。
【０００５】
ここで、２本の水平転送レジスタを設けた構成のＣＣＤ固体撮像素子の概略構成図（平面図）を図６に示す。
図６に示すＣＣＤ固体撮像素子は、２本の水平転送レジスタ５３Ａ，５３Ｂが並行して設けられ、これらの間に水平−水平転送ゲートＨＨＧと水平−水平転送チャネルが設けられている。第１の水平転送レジスタ５３Ａ及び第２の水平転送レジスタ５３Ｂの各水平転送電極は共通に形成され、水平−水平転送ゲートＨＨＧの上で斜めにつながっている。これにより、同一の水平転送パルスが印加される水平転送電極が、第１の水平転送レジスタ５３Ａと比較して第２の水平転送レジスタ５３Ｂでは１つ分左にずれている。一方、水平−水平転送チャネルは、図中破線で示すように左上から右下方向に斜めに形成され、第１の水平転送レジスタ５３Ａと比較して第２の水平転送レジスタ５３Ｂでは１つ分右にずれている。なお、水平−水平転送ゲートＨＨＧの下の点を付した領域は、信号電荷５５の逆流を防ぐために、チャネルストップ領域とされる。
信号電荷５５は、垂直転送レジスタ５２から画素側の第１の水平転送レジスタ５３Ａに転送される。さらに一部の信号電荷５５が、第１の水平転送レジスタ５３Ａから水平−水平転送チャネルを通じて第２の水平転送レジスタ５３Ｂに転送される。そして、各水平転送レジスタ５３Ａ，５３Ｂ内を転送されて、図示しない出力部に転送される。
【０００６】
図６に示したように、水平転送レジスタを複数本並列に設けた場合には、画素側の水平転送レジスタから画素から離れる方向の水平転送レジスタへ信号電荷を転送する、即ち水平転送レジスタ間で転送を行うことが必要になる。
【特許文献１】特開平５−７３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の水平転送レジスタ間での転送の際に、転送方向の電界が歪なく形成できないときには、転送劣化が生じるため、他の画素の信号と混合されてしまったり、転送残りにより画像信号が落ち込んでしまったりすることから、欠陥として画像に現れる。
このように、転送劣化を生じた場合には、常に同一箇所の部分の信号が落ち込むことになるため、画像には画面縦方向に固定パターンの黒い筋となって現れ、著しく目立つ欠陥となってしまう。
【０００８】
この転送劣化を防ぐための手段としては、各水平転送レジスタ及び水平転送レジスタ間において、ポテンシャルプロファイルやレジスタパターンを最適化することが有効である。
そして、駆動時の振幅（最大と最小の各駆動電圧の差）を大きくすることにより、転送電界を強めて、これにより転送効率を上げることも有効な手段の一つである。
【０００９】
しかしながら、水平転送レジスタは、ＣＣＤ固体撮像素子を駆動する上で最も速い駆動周波数で駆動されるため、消費電力の観点から駆動電圧はできる限り低くすることが望ましく、駆動時の振幅をあまり大きくすることは望ましくない。
【００１０】
上述した問題の解決のために、本発明においては、水平転送部を複数本並行に設けた場合でも、消費電力の抑制と水平転送部間における信号電荷の転送効率の向上とを共に実現することができる構成の固体撮像装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の固体撮像装置は、信号電荷を水平転送する水平電荷転送部が複数本並行に設けられ、隣接する水平電荷転送部間で信号電荷の転送が行われる構成の固体撮像素子と、この固体撮像素子を駆動するドライバを有する駆動回路とを備え、駆動回路に外部からの信号入力に応じて出力電圧を変更することが可能な回路が組み込まれ、この回路から出力された電圧が水平電荷転送部用のドライバに入力されるものである。
【００１２】
上述の本発明の固体撮像装置の構成によれば、駆動回路に外部からの信号入力に応じて出力電圧を変更することが可能な回路が組み込まれ、この回路から出力された電圧が水平電荷転送部用のドライバに入力されることにより、外部からの信号入力に応じてドライバに入力される電圧を変更することが可能になる。これにより、ドライバの数を複数にしなくても、ドライバにより駆動される電圧の数を３値以上に増やすことが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
上述の本発明によれば、複数の水平電荷転送部間の転送を効率よく行うことができ、電荷の転送残しによる画像欠陥の発生を抑制することが可能となる。
また、この水平電荷転送部間の転送効率の向上と、水平電荷転送部における水平電荷転送駆動時の消費電力の抑制とを両立することが可能となる。
【００１４】
また、本発明によれば、ドライバに入力される電圧を出力する回路、即ちドライバ電源を直接制御するため、回路の構造を簡単にすることができ、また駆動電圧値として任意の電圧を得ることが容易にできる。
さらに、構造が簡単であり、ドライバが１つずつで済むために、この点からも消費電力を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の固体撮像装置において、固体撮像素子の構成は、従来から提案されている複数本の水平転送レジスタを有する固体撮像素子と同様とすることができる。
そこで、本発明の固体撮像装置の一実施の形態として、図６に示したＣＣＤ固体撮像素子に適用した場合について説明する。
【００１６】
本実施の形態では、図６に示した固体撮像素子において、第１の水平転送レジスタ５３Ａ及び第２の水平転送レジスタ５３Ｂの水平転送電極に印加される水平転送パルスＨφ１及びＨφ２のうち、第１相の水平転送パルスＨφ１を３値で駆動するパルスとする。一方、第２相の水平転送パルスＨφ２は、従来と同じく２値で駆動するパルスとする。
【００１７】
具体的には、第１相の水平転送パルスＨφ１用の駆動回路を、図１に示すように構成する。
図１に示す駆動回路１０は、ドライバ１のローレベルの入力ＶＬ、即ち負電源として、２つの電源を選択できる構成の回路を組込んでいる。
なお、ドライバ１は、図７に示す、従来の２値で駆動する場合のドライバ１００と同じ構成のものを使用することができる。
【００１８】
そして、２つの電源は、それぞれオープンコレクタ２又は３を備えて構成されている。
第１の電源は、第１のオープンコレクタ２を備えて成る。この第１のオープンコレクタ２は、入力端子４からクロック信号が入力されたときにオン状態になり、クロック信号が入力されないときにオフ状態になる。第１のオープンコレクタ２には第１の電圧Ｖ１が接続されている。
第２の電源は、第２のオープンコレクタ３を備えて成る。この第２のオープンコレクタ３は、入力端子４からクロック信号が入力されたときにオフ状態になり、クロック信号が入力されないときにオン状態になる。第２のオープンコレクタ３には第２の電圧Ｖ２が接続されている。
なお、第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧Ｖ１と異なる電圧とする。以下、第２の電圧Ｖ２が、第１の電圧Ｖ１より低い電圧である（Ｖ２＜Ｖ１）ものとして、説明する。
【００１９】
入力端子４からクロック信号が入力されたときには、第１のオープンコレクタ２がオン状態になり、第１のオープンコレクタ２の出力ＯＵＴから第１の電圧Ｖ１がドライバ１の負電源電圧として供給される。このとき、第２のオープンコレクタ３はオフ状態になるので、第２の電圧Ｖ２は出力されない。
一方、入力端子４にクロック信号が入力されないときには、第２のオープンコレクタ３がオン状態になり、第２のオープンコレクタ３の出力ＯＵＴから第２の電圧Ｖ２がドライバ１の負電源電圧として供給される。このとき、第１のオープンコレクタ２はオフ状態になるので、第１の電圧Ｖ１は出力されない。
このように入力端子４へのクロック信号の入力の有無により、第１の電源と第２の電源とを切り替えることにより、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを切り替えてドライバ１の負電源電圧として供給することができる。
なお、入力端子４へのクロック信号の入力がないときには、第２のオープンコレクタ３から第２の電圧Ｖ２がドライバ１へ供給されることになるが、ドライバ１のクロックパルスＣＬＫによって制御することにより、第２の電圧Ｖ２が不要な場合（例えばハイレベルを出力する場合）にドライバ１から第２の電圧Ｖ２が出力されないようにすることができる。
【００２０】
このように駆動回路１０を構成したので、ドライバ１のハイレベルの電圧（正電源）ＶＨと、２つのローレベルの電圧（負電源）Ｖ１，Ｖ２の合計３つの電圧を、ドライバ１から、第１相の水平転送パルスＨφ１として水平転送レジスタ５３Ａ，５３Ｂの水平転送電極に出力することができる。即ち、水平転送レジスタ５３Ａ，５３Ｂを、３値の電圧ＶＨ，Ｖ１，Ｖ２で駆動させることができる。
【００２１】
このように駆動回路１０を構成した場合の、水平転送レジスタ間の信号電荷の転送の過程を、図２Ａ〜図２Ｄに示す。
垂直転送レジスタ５２の最終段の垂直転送電極には第４相の垂直転送パルスＶφ４が印加される。第１の水平転送レジスタ５３Ａの、垂直転送レジスタ５２から信号電荷５５を受け取る部分の水平転送電極には、第１相の水平転送パルスＨφ１が印加される。水平−水平転送ゲートＨＨＧにはゲートパルスφＨＨＧが印加される。第２の水平転送レジスタ５３ｂの、第１の水平転送レジスタ５３Ａから信号電荷５５を受け取る部分の水平転送電極には、第２相の水平転送パルスＨφ２が印加される。
【００２２】
まず、図２Ａに示す過程では、第１相の水平転送パルスＨφ１がオン状態になり、第４相の垂直転送パルスＶφ４がオフ状態になることにより、垂直転送レジスタ５２の最終段から第１の水平転送レジスタ５３Ａに、信号電荷５５が転送される。このとき、ゲートパルスφＨＨＧはオフ状態であるが、第２相の水平転送パルスＨφ２は次の過程（図２Ｂ）に備えてオン状態になっている。
【００２３】
次の過程として、通常の２値で駆動する水平転送パルスの負電圧と同じ電圧Ｖ１にした場合（図２Ｂ）と、より低い電圧Ｖ２にした場合（図２Ｃ）とを比較する。
図２Ｂに示す場合は、駆動回路１０において、入力端子４へクロック信号を入力することによりドライバ１のローレベルの入力ＶＬに通常と同じ電圧Ｖ１が入力され、ドライバ１の出力ＯＵＴがローレベルになることから、第１相の水平転送パルスＨφ１がローレベル即ちオフ状態になる。また、ゲートパルスφＨＨＧがオン状態になり、ゲートＨＨＧの電位がハイレベルになる。
これにより、第１の水平転送レジスタ５３Ａ→ゲートＨＨＧ→第２の水平転送レジスタ５３Ｂという方向の転送電界が形成され、信号電荷５５が、第１の水平転送レジスタ５３ＡからゲートＨＨＧ下の転送チャネルを通じて、第２の水平転送レジスタ５３Ｂに転送される。
【００２４】
これに対して、図２Ｃに示す場合には、駆動回路１０において、入力端子４へクロック信号が入力されなくなることにより、ドライバ１のローレベルの入力ＶＬに通常より低い電圧Ｖ２（＜Ｖ１）が入力され、ドライバ１の出力ＯＵＴがさらにローレベルになることから、第１相の水平転送パルスＨφ１のポテンシャルが図２Ｂよりもさらに浅くなる。これにより、転送電界をより大きくすることができるため、第１の水平転送レジスタ５３Ａから第２の水平転送レジスタ５３Ｂに、スムーズに信号電荷５５の転送がなされる。このとき、第１相の水平転送パルスＨφ１のオン状態との電位差ΔＶ２は、図２Ｂの過程における電位差ΔＶ１よりも大きい。
【００２５】
続いて、図２Ｄに示す過程に移って、ゲートパルスφＨＨＧがオフ状態になり、信号電荷５５が第２の水平転送レジスタ５３Ｂに完全に転送される。また、入力端子４へクロック信号が入力されることにより、駆動回路１０のドライバ１のローレベルの入力ＶＬが通常と同じ電圧Ｖ１になるため、第１の水平転送レジスタ５３Ａのポテンシャルが図２Ｂと同じ状態になる。
【００２６】
この後は、ドライバ１からハイレベルの電圧ＶＨとローレベルの電圧Ｖ１とを繰り返して出力させることにより、各水平転送レジスタ５３Ａ，５３Ｂ内で信号電荷５５を出力部側に水平転送することができる。
【００２７】
上述の本実施の形態によれば、第１の電源（第１の電圧Ｖ１を出力する第１のオープンコレクタ２）及び第２の電源（第２の電圧Ｖ２を出力する第２のオープンコレクタ３）のオン・オフが入力端子４へのクロック信号の入力の有無によって切り替えられ、ドライバ１のローレベルの入力となるように駆動回路１０を構成したことにより、ドライバ１から３値ＶＨ，Ｖ１，Ｖ２の電圧を出力して、３値ＶＨ，Ｖ１，Ｖ２で駆動するパルスを第１相の水平転送パルスＨφ１として供給することができる。
【００２８】
これにより、図２Ｃに示したように、通常より低いローレベルの電圧Ｖ２を水平転送電極に印加して、２本の水平転送レジスタ５３Ａ，５３Ｂ間の電界を強めて、水平転送レジスタ間の信号電荷の転送を、効率良く行うことができる。
従って、信号電荷の転送残りによる画像欠陥の発生を抑制することが可能になる。
【００２９】
また、駆動周波数を上げなくても転送効率を上げることが可能になるため、転送効率を上げる場合の消費電力の増大を抑制することができる。
従って、水平転送レジスタ間の転送効率の向上と、水平転送レジスタの水平転送駆動時における消費電力の抑制を両立することが可能となる。
【００３０】
ところで、３値の電圧出力を生成する駆動回路としては、２個のドライバの信号を合成することにより３値の出力を生成する構成が提案されている（例えば、特開平７−２７４０７４号公報参照）。
しかしながら、この構成の場合、２つの信号を合成することから、お互いの信号が干渉して波形が乱れないようにするために、合成する箇所で各ドライバから出力される信号のインピーダンスを高くする必要が生じる。
このため、合成した信号により実際に固体撮像素子を駆動するためには、オペアンプを用いて駆動能力を高める必要があり、回路構成が複雑になってしまう。
【００３１】
これに対して、上述の本実施の形態の駆動回路１０のように、ドライバ１の電源を直接制御する構成とした場合には、回路構成を簡単にすることができ、また駆動電圧値として任意の電圧を得ることが容易にできる。
また、簡単な構成であり、ドライバ１が１つで済むために消費電力の観点からも有利である。
【００３２】
なお、上述の実施の形態では、第２相の水平転送パルスＨφ２は２値で駆動するパルスとしたが、同様の駆動回路を構成することにより、第２相の水平転送パルスＨφ２も３値で駆動するパルスとすることが可能である。
【００３３】
次に、第１相の水平転送パルスＨφ１を３値で駆動するパルスとするための駆動回路の他の形態を示す。
【００３４】
図３は、本発明の他の実施の形態として、第１相の水平転送パルスＨφ１用の駆動回路の他の形態を示す。
図３に示す駆動回路２０は、２つのトランジスタ１１，１２を、ソースフォロワとして接続することにより、２つの電源を選択するように構成したものである。
細部の構成は、先に示した駆動回路２０と異なっているが、入力端子１３へのクロック信号の有無によって、トランジスタ１１，１２のオン・オフを切り替えることにより、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを切り替えて、ドライバ１に負電源電圧として供給することができる。
これにより、ドライバ１から３値ＶＨ，Ｖ１，Ｖ２で駆動する駆動パルスを出力することができる。
【００３５】
図４は、本発明のさらに他の形態として、第１相の水平転送パルスＨφ１用の駆動回路のさらに他の形態を示す。
図４に示す駆動回路３０は、第１の電源及び第２の電源の構成が図３に示した駆動回路２０よりやや複雑になっているが、基本的な動作は同様である。
入力端子２３へのクロック信号の有無によって、トランジスタ２１，２２のオン・オフを切り替えることにより、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを切り替えて、ドライバ１に負電源電圧として供給することができる。
これにより、ドライバ１から３値ＶＨ，Ｖ１，Ｖ２で駆動する駆動パルスを出力することができる。
【００３６】
なお、水平転送レジスタが３本以上並行して設けられた場合でも、上述の各実施の形態と同様にして、水平−水平転送チャネルの信号電荷の送り側となる転送電極に、３値で駆動する水平転送パルスを供給するように駆動回路を構成すればよい。送り側が３値で駆動すればいいので、最終段（画素から最も遠い）水平転送レジスタには３値で駆動する水平転送パルスを供給しなくても構わない。
【００３７】
また、本発明は、水平転送部としてＣＣＤ構造の水平転送レジスタが形成されたＣＣＤ固体撮像素子に限らず、同様の水平転送駆動が可能な水平電荷転送部を有する固体撮像素子であれば適用することが可能である。
【００３８】
また、３値で駆動する水平転送パルスを供給することが可能な駆動回路は、上述の各実施の形態に示した構成以外にも考えられる。
本発明では、同様に電源を選択して、ドライバのローレベルの電源として使用できる構成であれば、その他の構成としてもよい。
【００３９】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態の水平転送レジスタ用の駆動回路を示す図である。
【図２】Ａ〜Ｄ  水平転送レジスタ間の信号電荷の転送の過程を示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態の水平転送レジスタ用の駆動回路を示す図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態の水平転送レジスタ用の駆動回路を示す図である。
【図５】従来の水平転送レジスタが１本のＣＣＤ固体撮像素子の概略構成図（平面図）である。
【図６】２本の水平転送レジスタが並行して設けられたＣＣＤ固体撮像素子の概略構成図（平面図）である。
【図７】従来の２値で駆動させるドライバの構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ドライバ、２，３  オープンコレクタ、４，５，６，７  トランジスタ、１０，２０，３０  駆動回路、５２  垂直転送レジスタ、５３Ａ  第１の水平転送レジスタ、５３Ｂ  第２の水平転送レジスタ、ＨＨＧ  水平−水平転送ゲート
【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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