(57)【要約】      （修正有）【課題】  ＣＣＤリニアセンサに係る固体撮像素子において、有効信号期間の内外に拘らずシャッタ動作を可能にし、実効的な蓄積時間の可変範囲の広大を図る。【解決手段】  センサ部と電荷転送レジスタと電子シャッタとを備えた複数のリニアセンサにおいて、電荷電圧変換部のリセット期間ＴRSに同期してそれぞれのリニアセンサの電子シャッタを動作させる手段を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ部と、
前記センサ部で光電変換されて蓄積された信号電荷を転送する電荷転送レジスタと、
前記電荷転送レジスタにより転送されてきた前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、
前記センサ部の信号電荷を排出するための電子シャッタ動作させる手段と、
を備えた複数のリニアセンサを有し、
前記電子シャッタ動作は、前記複数のリニアセンサの前記電荷電圧変換部のリセット期間にそれぞれ行われることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記電子シャッタ動作が行われる電荷電圧変換部のリセット期間が、前記リニアセンサ毎に異なっていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記電子シャッタ動作させる手段は、シャッタドレインとシャッタゲートを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
複数のリニアセンサを有する固体撮像素子の駆動方法において、前記リニアセンサは、センサ部と、
前記センサ部で光電変換されて蓄積された信号電荷を転送する電荷転送レジスタと、前記電荷転送レジスタにより転送されてきた前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、
前記センサ部の信号電荷を排出するための電子シャッタ動作させる手段を有し、
前記リニアセンサにおける電子シャッタ動作が、前記電荷電圧変換部のリセット期間にそれぞれ行われるようにしたことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項５】
前記リニアセンサは、シャッタドレインとシャッタゲートを有し、前記電子シャッタ動作は、前記電荷電圧変換部のリセット期間に、前記シャッタゲートにシャッタパルスを印加させることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
前記リニアセンサは、シャッタドレインとシャッタゲートを有し、前記電子シャッタ動作は、前記電荷電圧変換部のリセット期間に、前記シャッタゲートにシャッタパルスをオフさせることを特徴とする請求項４または請求項５記載の固体撮像素子の駆動方法。    
【請求項７】
前記電荷電圧変換部のリセット期間は、前記電荷電圧変換部のリセット手段であるリセットゲートにリセットパルスが印加される期間であることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤリニアセンサに関する固体撮像素子及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば複数のセンサラインを有するカラーＣＣＤリニアセンサにおいて、電子シャッタ機能をもたせ、この電子シャッタ機能によって複数のセンサラインからの出力信号振幅を制御し得るように構成したものが提案されている。
【０００３】
シャッタ機能を使う主な目的は、Ｒ（赤），Ｇ（緑）及びＢ（青）の３センサラインのカラーリニアセンサを例に挙げると、Ｒ，Ｇ，Ｂ各々の出力電圧のホワイトバランスの調節である。同じ蓄積時間としたとき、Ｒ，Ｇ，Ｂの出力電圧は各々の感度に応じて大小の差が生じる。これは、すなわち、Ｒ，Ｇ，Ｂの各々のダイナミックレンジが異なることにつながる。
【０００４】
この対策としては、後段の信号処理の過程において、Ｒ，Ｇ，Ｂ個別にゲインを変えて出力レベルを揃えるという補正を行うが、より高画質を追求する場合には、ゲイン補正前、すなわち、ＣＣＤ出力でＲ，Ｇ，Ｂの出力レベルを揃えることが要求される。
【０００５】
そこで、読み出しゲートパルスが印加される時点から次の読み出しゲートパルスが印加される時点までの期間をτROG とすると、このτROG をセンサ部への電荷蓄積期間（１Ｈ期間と定義する）に設定した上で、Ｒ，Ｇ，Ｂ各々の実効的な蓄積時間をシャッタパルス入力で可変する方法がとられる。
【０００６】
１Ｈ期間は、信号電荷を転送する期間、即ち、有効信号期間と、その後の空転送期間とによって構成される。
【０００７】
従来は、この実効的な蓄積時間の設定に当たり、有効信号期間外のいわゆる空転送期間でシャッタパルスの入力（例えばシャッタパルスをオフすること）が設定されていた。即ち、シャッタパルスの入力時期として、例えば有効信号期間とした場合には、シャッタパルスの入力に起因して半導体基板側での共通の半導体ウエル領域の電位がゆらぐことから、シャッタパルスのカップリングの影響を受けて出力信号波形がゆらぎ、画質に影響を与えてしまう。このため、従来は、シャッタパルスの入力時点を有効信号期間外のいわゆる空転送期間に設定されていた。
【特許文献１】特公平０７−５９０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし乍ら、シャッタパルス入力時点を有効信号期間外の空転送期間内に設定した場合には、シャッタ動作した残りの期間が信号電荷蓄積時間となるため、信号電荷蓄積時間の可変範囲が限定され、余裕がなくなる。実効的な蓄積時間を長く設定するためには、τROG を長めに設定して空転送期間を長くしなければならず、このときには、セット上での信号処理時間が増加するという不都合が生じる。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑み、有効信号期間の内外に拘らず電子シャッタ動作を可能にした固体撮像素子及びその駆動方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る固体撮像素子は、センサ部と、前記センサ部で光電変換されて蓄積された信号電荷を転送する電荷転送レジスタと、前記電荷転送レジスタにより転送されてきた前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、前記センサ部の信号電荷を排出するための電子シャッタ動作させる手段と、を備えた複数のリニアセンサを有し、前記電子シャッタ動作は、前記複数のリニアセンサの前記電荷電圧変換部のリセット期間にそれぞれ行われる構成とする。
好ましくは、電子シャッタ動作が行われる電荷電圧変換部のリセット期間が、前記リニアセンサ毎に異なっている構成とする。
好ましくは、電子シャッタ動作させる手段は、シャッタドレインとシャッタゲートを有する構成とする。
【００１１】
本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、複数のリニアセンサを有する固体撮像素子の駆動方法において、前記リニアセンサは、センサ部と、前記センサ部で光電変換されて蓄積された信号電荷を転送する電荷転送レジスタと、前記電荷転送レジスタにより転送されてきた前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部と、前記センサ部の信号電荷を排出するための電子シャッタ動作させる手段を有し、前記リニアセンサにおける電子シャッタ動作が、前記電荷電圧変換部のリセット期間にそれぞれ行われるようにした構成とする。
【００１２】
好ましくは、リニアセンサは、シャッタドレインとシャッタゲートを有し、前記電子シャッタ動作は、前記電荷電圧変換部のリセット期間に、前記シャッタゲートにシャッタパルスを印加させる構成とする。
好ましくは、リニアセンサは、シャッタドレインとシャッタゲートを有し、前記電子シャッタ動作は、前記電荷電圧変換部のリセット期間に、前記シャッタゲートにシャッタパルスをオフさせる構成とする。
好ましくは、電荷電圧変換部のリセット期間は、前記電荷電圧変換部のリセット手段であるリセットゲートにリセットパルスが印加される期間とする構成とする。
【００１３】
この構成によれば、シャッタパルスの入力時点が電荷電圧変換部のリセット期間に同期するため、シャッタパルスのカップリングが出力信号波形に影響を与えない。従って、有効信号期間の内外に拘らず電子シャッタ動作させることができ、実効的な蓄積時間の可変範囲が広くなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電子シャッタ動作に基づくカップリングの影響を出力信号波形に及ぼすことなく、信号を読み出ししている期間を含めたいずれの期間においても、シャッタの動作を行わせることができる。従って、シャッタ制御による実効的な蓄積時間の可変範囲を従来より広く設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１６】
図１は、本発明をカラーＣＣＤリニアセンサに適用した場合の実施例である。図１において、１はカラーＣＣＤリニアセンサを全体として示す。このカラーＣＣＤリニアセンサ１は、複数のセンサライン、本例では３本のセンサラインを構成する単一リニアセンサ（撮像素子）、即ちＲ（赤）リニアセンサ２Ｒ、Ｇ（緑）リニアセンサ２Ｇ及びＢ（青）リニアセンサ２Ｂにより構成される。
【００１７】
各Ｒリニアセンサ２Ｒ、Ｇリニアセンサ２Ｇ及びＢリニアセンサ２Ｂは、夫々複数のセンサ部３からなるＲセンサ列３ｒ、Ｇセンサ列３ｇ、Ｂセンサ列３ｂを有し、各センサ列３ｒ，３ｇ，３ｂの一側に読み出しゲート部５ｒ，５ｇ，５ｂを介して例えば２相駆動のＣＣＤによる電荷転送レジスタ（以下ＣＣＤレジスタという）４ｒ，４ｇ，４ｂが設けられ、各センサ列３ｒ，３ｇ，３ｂの他側にシャッタゲート部６ｒ，６ｇ，６ｂを介してシャッタドレイン領域７ｒ，７ｇ，７ｂが設けられる。
【００１８】
各ＣＣＤレジスタ４ｒ，４ｇ，４ｂの終段に隣接して、出力ゲート部１１、電荷電圧変換部となるフローティングディフュージョン領域１２が形成され、さらにフローティングディフュージョン領域１２に隣接するようにリセットゲート部１３及びリセットドレイン１４が形成される。フローティングディフュージョン領域１２には出力回路１５が接続される。
【００１９】
読み出しゲート部５ｒ，５ｇ，５ｂには読み出しゲートパルスφROG が印加され、リセットゲート部１３にはリセットパルスφRSが印加され出力ゲート部１１には固定電圧が印加される。
【００２０】
ＣＣＤレジスタ４ｒ，４ｇ，４ｂには、２相の駆動クロックパルスφ1 及びφ2 が印加され、特に最終段の転送部にはφ1 と同じ駆動クロックパルスφLHが印加される（図２参照）。
【００２１】
一方、シャッタゲート部５ｒ，５ｇ，５ｂとシャッタドレイン領域７ｒ，７ｇ，７ｂとによって電子シャッタ手段が構成され、シャッタゲート部５ｒ，５ｇ，５ｂに夫々シャッタパルスφSHUT-R，φSHUT-G，φSHUT-B（図２参照）を印加することにより、それまで各センサ列３ｒ，３ｇ，３ｂに蓄積された信号電荷がシャッタゲート部６ｒ，６ｇ，６ｂを介してシャッタドレイン領域７ｒ，７ｇ，７ｂに排出されるようになされる。
【００２２】
このカラーＣＣＤリニアセンサ１では、図２に示すように、読み出しゲートパルスφROG が印加された時点から、次の読み出しゲートパルスφROG が印加された時点までの期間をτROG とし、このτROG をセンサ部３への電荷蓄積期間（１Ｈ期間と定義する）に設定する。この１Ｈ期間は信号電荷を転送して出力する有効信号期間ＴA と、その後の空転送期間ＴB とによって構成される。
【００２３】
カラーＣＣＤリニアセンサ１においては、各センサ列３ｒ，３ｇ，３ｂに光電変換されて蓄積された信号電荷が読み出しゲート部５ｒ，５ｇ，５ｇに読み出しゲートパルスφROG が印加されることによって各ＣＣＤレジスタ４ｒ，４ｇ，４ｂに同時に読み出される。ＣＣＤレジスタ４ｒ，４ｇ，４ｂに２相駆動クロックパルスφ1 ，φ2 及びφLHが与えられて、図２の有効信号期間ＴA 中に電荷転送され、１画素（センサ部）毎の信号電荷がフローティングディフュージョン領域１２を通じて出力回路１５より出力信号として読み出される。フローティングディフュージョン領域１２は１画素毎にリセットゲート部１３にリセットパルスφRSが与えられることによりリセットされる。有効信号期間ＴA の終了後、次の読み出しゲートパルスφROG が印加されるまでの空転送期間ＴB は空送り状態となる。
【００２４】
しかして、本例においては、特に、シャッタパルスφSHUT-R，φSHUT-G，φSHUT-Bの入力を１Ｈ期間中の任意の時点、即ち有効信号期間ＴA 及び空転送期間ＴB を問わず、いずれの時点においても行えるようにする。その際、シャッタパルスφSHUT-R，φSHUT-G，φSHUT-Bを電荷電圧変換部であるフローティングディフュージョン領域１２のリセット期間ＴRSに同期して入力させる。即ちリセットパルスφRSのリセット期間ＴRS中にシャッタ動作を行うようにする。
【００２５】
例えば、図３の例では、有効信号期間ＴA 内において、そのリセットパルスφRSが印加されている期間ＴRSにシャッタパルスφSHUTをオフさせる。或いは図４の例では、有効信号期間内ＴA において、そのリセットパルスφRSが印加されている期間ＴRSにシャッタパルスφSHUTを印加する。
【００２６】
図２に示す例では、Ｒリニアセンサ２Ｒ，Ｇリニアセンサ２Ｇ，Ｂリニアセンサ２Ｂの中で最も感度の低いＲリニアセンサ２ＲではシャッタパルスφSHUT-Rを入力せず、Ｇリニアセンサ２ＧとＢリニアセンサ２Ｂに夫々シャッタパルスφSHUT-G，φSHUT-Bを入力している。この場合、Ｒリニアセンサ２Ｒ，Ｇリニアセンサ２Ｇ及びＢリニアセンサ２Ｂの各々の実効的な蓄積時間はｔR ，ｔG ，ｔB となる。
【００２７】
このようにリセット期間ＴRSに同期してシャッタパルスφSHUT（φSHUT-G，φSHUT-B）を入力すると、カップリングの影響は、図４，図５の出力波形Ｖout においてリセット相Ｒｅに生じるのみで、ノイズ除去の相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ）で必要とされるプリチャージ相Ｐ及びデータ相Ｄに対してはカップリングの影響は生じない。
【００２８】
従って、シャッタパルスφSHUT（φSHUT-R，φSHUT-G，φSHUT-B）の入力時点は、有効信号期間ＴA の内外を問わず１Ｈ期間の中で任意の時点に設定することができ、シャッタ制御による各色の実効的な蓄積時間ｔR ，ｔG ，ｔB の可変範囲を従来より広く設定することができる。なおかつ、シャッタパルスφSHUTのカップリングの出力信号波形への影響を押さえることができる。
【００２９】
上例では、電荷電圧変換部としてフローティングディフュージョン領域を用いたが、その他フローティングゲートを用いた場合にも同様に適用できる。
【００３０】
上例では、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応して３本の単一リニアセンサ２Ｒ，２Ｇ，２ＢからなるカラーＣＣＤにリニアセンサ１に適用したが、その他、３本以外の複数本の単一リニアセンサからなるカラーＣＣＤリニアセンサにも適用できる。また、単色リニアセンサにも適用できる。更に、本発明はＣＣＤエリアセンサにも適用できる。この場合のシャッタ動作は、水平転送レジスタに接続される電荷電圧変換部のリセット期間に同期して行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係るカラーＣＣＤリニアセンサの構成図である。
【図２】本発明に係るカラーＣＣＤリニアセンサの入力パルスタイミングチャートである。
【図３】本発明に係るリセットパルスφRS、シャッタパルスφSHUT及び出力波形Ｖoutの一例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明に係るリセットパルスφRS、シャッタパルスφSHUT及び出力波形Ｖoutの他の例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１ カラーＣＣＤリニアセンサ、２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ Ｒ，Ｇ，Ｂの単一リニアセンサ、３ｒ，３ｇ，３ｂ Ｒ，Ｇ，Ｂのセンサ列、４ｒ，４ｇ，４ｂ Ｒ，Ｇ，ＢのＣＣＤレジスタ、５ｒ，５ｇ，５ｂ 読み出しゲート部、６ｒ，６ｇ，６ｂ シャッタゲート部、７ｒ，７ｇ，７ｂ シャッタドレイン、１１ 出力ゲート部、φRS リセットパルス、φSHUT（φSHUT-R，φSHUT-G，φSHUT-B） シャッタパルス、Ｖout 出力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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