(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦横に配列された複数の光センサーであってそれら複数の光センサーの各々が画素に対応しておりそれら画素の縦横比が１：１である複数のセンサーと、前記光センサーの列ごとに設けられ対応する列の前記光センサーが受光して生成した信号電荷にもとづく電気信号を出力する複数の垂直信号線と、前記光センサーごとに設けられ対応する前記光センサーの前記信号電荷による前記信号を選択的に前記垂直信号線に供給する第１のスイッチング素子と、前記複数の垂直信号線を通じて供給される、前記光センサーの行ごとの前記信号を出力する水平信号線と、各垂直信号線ごとに設けられ対応する前記垂直信号線からの前記信号を前記水平信号線に選択的に供給する第２のスイッチング素子とを半導体基板上に形成して成る固体撮像装置であって、
前記光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
縦横に配列された複数の光センサーであってそれら複数の光センサーの各々が画素に対応しておりそれら画素の縦横比が１：１である複数のセンサーと、前記光センサーの列ごとに設けられ対応する列の前記光センサーが受光して生成した信号電荷にもとづく電気信号を出力する複数の垂直信号線と、前記光センサーごとに設けられ対応する前記光センサーの前記信号電荷による前記信号を選択的に前記垂直信号線に供給するスイッチング素子と、前記垂直信号線ごとに設けられ前記垂直信号線を通じて供給される前記信号を出力する出力パッドとを半導体基板上に形成して成る固体撮像装置であって、
前記光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記縦横に配列された複数の光センサーが形成する撮像面の、前記光センサーの列方向の長さを、前記光センサーの行方向の長さにより除した値は１．２より大きく１．６より小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ構造の固体撮像装置やＭＯＳ型固体撮像装置などの固体撮像装置は、各種携帯端末機器、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどの画像入力装置として広く用いられている。このような固体撮像装置では、その撮像面は一般に現行のテレビなどで採用されているＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｉｔｔｅｅ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）方式の表示装置に準じて、縦横比は横：縦＝４：３となっている。たとえば、固体撮像装置の画素構成がＶＧＡ規格に準じて横が６４０画素、縦が４８０画素である場合、画素の縦横比は通常、１であるから、撮像面の縦横比は横：縦＝４：３となる。また、近年ではワイドＮＴＳＣ方式などに見られるような横：縦＝５：３、１４：９、１６：９といった横長の画面の受像装置に合わせて、このような縦横比の撮像面をもつ固体撮像装置も用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、被写体によっては、たとえば人物のように縦長の場合も多く、このような被写体に対しては上述のような横長の撮像面はかならずしも適していない。図９は横長の撮像面を有する固体撮像装置により縦長の被写体を撮像する場合の撮像面に形成される被写体の像を示す説明図である。図９に示したように、横：縦＝４：３の縦横比の撮像面、あるいはさらに横長の撮像面１０２の場合、人物などの縦長の被写体を撮影すると、その全体の像１０４をたとえば撮像面１０２の中央に形成した場合、像１０４の両側部に空き領域１０６が生じ、バランスの悪い画面となってしまう。
【０００４】
また、携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）などの携帯端末装置は、その外形が縦長のものが多く、携帯端末装置に装備された液晶表示装置などの画面も、携帯端末装置の形状に合わせて縦長となっているものが多い。そのため、図１０に示したように、横長の撮像面をもつ固体撮像装置により撮像した画像１０８を携帯端末装置の画面１１０に表示させると、画像全体を表示すべく画像１０８の横方向の長さを画面１１０の横方向の長さに合わせた場合、画面１１０の上下に空き領域１１２が生じてしまう。
【０００５】
そして、携帯電話機などのようにサイズの限られた表示画面に、複数行の文章などを表示する場合、表示画面は横長にして１行を長くするより、縦長にして行数を多くとる方が利用しやすいことが知られている。
また、人物の顔を撮影し表示する場合は、画面の縦横比は、おおよそ横：縦＝１：１．２から１：１．６までの範囲としたとき、画面を見る人にとって心地よさの度合いが最も高くなることが本発明の発明者らの実験により判明している。
【０００６】
また、従来の固体撮像装置には次のような問題があった。
図１１は従来のＣＣＤ構造の固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
この固体撮像装置１１４は、半導体基板１１６上に多数の光センサー１１８（フォトダイオード）、垂直電荷転送レジスター１２０、ならびに水平電荷転送レジスター１２２などを配設して構成されている。光センサー１１８は半導体基板１１６上に縦横に配列され、光センサー１１８の各列ごとに垂直電荷転送レジスター１２０が隣接して設けられている。水平電荷転送レジスター１２２は、垂直電荷転送レジスター１２０の一方の端部側に、光センサー１１８の行の方向に延設されている。
【０００７】
このような構成において、各光センサー１１８が受光して生成した信号電荷は、転送制御回路１５８の制御のもとで、それぞれ対応する垂直電荷転送レジスター１２０に一斉に取り込まれ（矢印１２６）、垂直電荷転送レジスター１２０上を相対的に低速度で水平電荷転送レジスター１２２に向けて転送される。そして、垂直電荷転送レジスター１２０の端部に到達した信号電荷は水平電荷転送レジスター１２２に供給され（矢印１２８）、今度は水平電荷転送レジスター１２２上をその出力側に向けて相対的に高速度で転送されて水平電荷転送レジスター１２２より順次、出力される。水平電荷転送レジスター１２２から出力された信号電荷は不図示のフローティングディフュージョン部で電圧信号に変換された上で出力アンプ１２３により増幅され画像信号として出力される。
【０００８】
しかし、この種の固体撮像装置１１４では、垂直電荷転送レジスター１２０と水平電荷転送レジスター１２２との接続部分１３０で、信号電荷が垂直電荷転送レジスター１２０から水平電荷転送レジスター１２２へと正しく供給されない場合があり、そのような不具合が生じた固体撮像装置は不良品として破棄せざるを得ないため、製造歩留まりが低下していた。
【０００９】
また、水平電荷転送レジスター１２２は通常、垂直電荷転送レジスター１２０の数百倍の転送レート（数十ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ）で駆動する必要があり、そのため転送不良が生じやすい。さらに、撮像面１３２が横長であり、画素１２４の配列数が、行方向の方が列方向より多いので、水平電荷転送レジスター１２２の方が垂直電荷転送レジスター１２０より段数が多くなっている。したがって水平電荷転送レジスター１２２の方が垂直電荷転送レジスター１２０より製造条件が厳しく、この点も固体撮像装置の製造歩留まりを低下させる大きな要因となっていた。
【００１０】
図１２は、従来のＭＯＳ型固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
この固体撮像装置１３４は、半導体基板１３６上に画素部１３８、Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部１４０、水平信号線１４２などを配設して構成されている。画素部１３８には、それぞれ光センサーを含む画素１４４が縦横に配列され、また各画素１４４の列（したがって光センサーの列）ごとに垂直信号線１４６が配置されている。垂直信号線１４６の一端部はＳ／Ｈ・ＣＤＳ部１４０に接続され、Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部１４０の出力は水平信号線１４２に接続されている。そして、行方向の画素１４４の配列数の方が列方向の配列数より多く、図１２に示したように、画素部１３８、したがって撮像面は横長となっている。
【００１１】
このような構成において、各画素１４４の光センサーが受光して生成した信号電荷は電圧信号に変換された後、垂直選択手段１４８による制御のもとで、画素１４４の行ごとに一斉に垂直信号線１４６に出力され、垂直信号線１４６を通じてＳ／Ｈ・ＣＤＳ部１４０に供給される。
Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部１４０は、垂直信号線１４６を通じて供給された電圧信号をサンプルホールドするとともにＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ＤｏｕｂｌｅＳａｍｐｌｉｎｇ）により、画素１４４の出力信号に含まれる固定パターンノイズを除去し、そして、水平選択手段１６４による制御のもとで画素１４４の列の順に画素１４４の出力信号を順次、水平信号線１４２に出力する。水平信号線１４２に出力された信号は出力回路１５０を通じ画像信号として出力される。
【００１２】
しかし、この種の固体撮像装置１３４では、Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部１４０の出力部に信号を水平信号線１４２に出力するためのスイッチング素子としてのトランジスターが各垂直信号線１４６ごとに設けられているため、これらのトランジスターの拡散層容量がすべて水平信号線１４２に接続され、水平信号線１４２に係わる寄生容量が大きいという問題があった。
【００１３】
また、固体撮像装置１３４の解像度を高め、したがって画素１４４の列数を増やした場合には、画素１行分の信号の読み出し時間を変えないとすると、より高速に信号を読み出さなければならなくなる。したがって、上記トランジスターとしては駆動力の高い大型のものを用いなければならず、水平信号線１４２の寄生容量はいっそう増大する結果となる。
【００１４】
そのため、従来の固体撮像装置１３４では、上記寄生容量の影響で水平信号線１４２から出力される信号の振幅が小さく、また高速化が難しいという問題があった。さらに、水平信号線１４２の寄生容量が大きくなるとＳ／Ｈ・ＣＤＳ部１４０を構成するサンプルホールドのためのコンデンサーの容量を大きくする必要があり、Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部１４０が占有する面積が増大するという欠点もあった。
【００１５】
図１３は、従来のＭＯＳ型固体撮像装置の他の例を示す模式平面図である。
図１３に示した固体撮像装置１５２では、固体撮像装置１３４のように各垂直信号線１４６ごとにＳ／Ｈ・ＣＤＳ部１４０から出力される信号を水平信号線１４２を通じてシリアルに出力するのではなく、高速化のため、垂直信号線１４６ごとにＳ／Ｈ・ＣＤＳ部１４０から出力される信号を、信号処理・出力部１５４を介し、垂直信号線１４６ごとに設けた出力パッド１５６を通じてパラレルに出力する構成となっている。
【００１６】
しかし、この固体撮像装置１５２では、画素１４４の列数に応じた数の出力パッド１５６を設けるので、画素１４４の列数が多いほど出力パッド１５６の数が増加し、その専有面積が広くなるとともに、出力パッド１５６に対する配線数も増えるため実装上不利となる。
【００１７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることを回避し、また表示画面が縦長の表示装置に適した画像を得ることができる固体撮像装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、水平信号線に係わる寄生容量を低減して、多画素化、高速化、小型化、ならびに高画質化が可能なＭＯＳ型の固体撮像装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、出力パッド数を削減して、小型化および実装の点で有利なＭＯＳ型の固体撮像装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、撮像面が横長である場合でも表示画面が縦長の表示装置に適した画像を得ることができる固体撮像装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、縦横に配列された複数の光センサーであってそれら複数の光センサーの各々が画素に対応しておりそれら画素の縦横比が１：１である複数のセンサーと、前記光センサーの列ごとに設けられ対応する列の前記光センサーが受光して生成した信号電荷にもとづく電気信号を出力する複数の垂直信号線と、前記光センサーごとに設けられ対応する前記光センサーの前記信号電荷による前記信号を選択的に前記垂直信号線に供給する第１のスイッチング素子と、前記複数の垂直信号線を通じて供給される、前記光センサーの行ごとの前記信号を出力する水平信号線と、各垂直信号線ごとに設けられ対応する前記垂直信号線からの前記信号を前記水平信号線に選択的に供給する第２のスイッチング素子とを半導体基板上に形成して成る固体撮像装置であって、前記光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いことを特徴とする。
【００２１】
このように本発明の固体撮像装置では、光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いので撮像面は縦長となり、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
【００２２】
そして、総画素数を一定とした場合、垂直信号線の数が減り第２のスイッチング素子の数が減少するので、水平信号線に係わる寄生容量が低減し、画素の列数を増やす余裕が生まれるので多画素化に有利となる。また、水平信号線に係わる寄生容量が低減することから、高速化を図ることができ、さらに、第２のスイッチング素子の小型化や、サンプルホールドのためのコンデンサーの小型化により装置の小型化に有利となる。さらに充分な大きさの出力信号を得ることができるのでＳ／Ｎが改善されて画質が向上する。
【００２３】
また、本発明は、縦横に配列された複数の光センサーであってそれら複数の光センサーの各々が画素に対応しておりそれら画素の縦横比が１：１である複数のセンサーと、前記光センサーの列ごとに設けられ対応する列の前記光センサーが受光して生成した信号電荷にもとづく電気信号を出力する複数の垂直信号線と、前記光センサーごとに設けられ対応する前記光センサーの前記信号電荷による前記信号を選択的に前記垂直信号線に供給するスイッチング素子と、前記垂直信号線ごとに設けられ前記垂直信号線を通じて供給される前記信号を出力する出力パッドとを半導体基板上に形成して成る固体撮像装置であって、前記光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いことを特徴とする。
【００２４】
このように本発明の固体撮像装置では、光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いので撮像面は縦長となり、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
さらに、総画素数を一定とした場合、垂直信号線の数が減少し、したがって出力パッド数が減少するので、装置の小型化および実装の点で有利となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
図１は本発明によるＣＣＤ構造の固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
この固体撮像装置２は、半導体基板４上に多数の光センサー６（フォトダイオード）、垂直電荷転送レジスター８、ならびに水平電荷転送レジスター１０などを配設して構成されている。光センサー６は半導体基板４上に縦横に配列され、光センサー６の各列ごとに垂直電荷転送レジスター８が隣接して設けられている。水平電荷転送レジスター１０は、垂直電荷転送レジスター８の一方の端部側に、光センサー６の行の方向に延設されている。本実施の形態例では一例として、光センサー６の行方向の配列ピッチと列方向の配列ピッチとは等しく、したがって各光センサー６により構成される画素１２は、縦横比が１：１である。そして、画素１２（したがって光センサー６）の列方向の配列数は行方向の配列数より多く、たとえば列方向の配列数：行方向の配列数＝４：３であって、撮像面１４は縦長となっている。
【００３０】
なお、画素１２の列方向の配列数と行方向の配列数との比、したがって撮像面１４の縦横比は様々に設定でき、たとえば、撮像面１４の、画素１２の列方向の長さ／行方向の長さが１．２より大きく１．６より小さい範囲の値として、同じ縦横比の画面で、人物の顔の撮影画像を表示した際に、見る人にとって心地良い画像となるように図ることも有効である。
また、画素１２の行方向の配列数と列方向の配列数の組み合わせとしては、既存の表示装置の解像度を考慮して、（２８８、３５２）、（４８０、６４０）、（６００、８００）、（７６８、１０２４）などとすることも有効である。
【００３１】
固体撮像装置２の動作は、図１１に示した固体撮像装置と基本的に同じであり、転送制御回路１６による制御のもとで、各光センサー６の信号電荷はそれぞれ対応する垂直電荷転送レジスター８に一斉に取り込まれ（矢印１８）、垂直電荷転送レジスター８上を水平電荷転送レジスター１０に向けて低速転送される。そして、垂直電荷転送レジスター８の端部に到達した信号電荷は水平電荷転送レジスター１０に供給され（矢印２０）、今度は水平電荷転送レジスター１０上をその出力側に向けて高速転送されて水平電荷転送レジスター１０より順次、出力される。水平電荷転送レジスター１０から出力された信号電荷は不図示のフローティングディフュージョン部で電圧信号に変換された上で出力アンプ９により増幅され画像信号として出力される。
【００３２】
このような実施の形態例の固体撮像装置２では、光センサー６の列方向の配列数が行方向の配列数より多いので撮像面１４は縦長となり、図２の説明図に示したように、縦長の被写体を撮像する場合に像２４が撮像面１４上にバランス良く形成され、従来のように撮像面１４の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されるといったことがない。また、撮像画像が縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長であるたとえば携帯電話機などの表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
【００３３】
そして、総画素数を一定とした場合、水平電荷転送レジスター１０の段数が減少するので、垂直電荷転送レジスター８と水平電荷転送レジスター１０との接続部分１３０の不具合が発生する確率が低下し、製造歩留まりが向上する。また、製造条件が厳しい水平電荷転送レジスター１０の段数が減少するので、この点でも製造歩留まりが向上する。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施の形態例について説明する。
図３は、本発明によるＭＯＳ型固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
この固体撮像装置２６は、半導体基板２８上に画素部３０、Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部３２、水平信号線３４などを配設して構成されている。画素部３０には、それぞれ光センサーを含む画素３６が縦横に配列され、また各画素３６の列（したがって光センサーの列）ごとに垂直信号線３８が配置されている。垂直信号線３８の一端部はＳ／Ｈ・ＣＤＳ部３２に接続され、Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部３２の出力は水平信号線３４に接続されている。画素３６の縦横比は１：１であり、列方向の画素３６の配列数の方が行方向の配列数より多く、たとえば列方向の配列数：行方向の配列数＝４：３であって、画素部３０、すなわち撮像面４０は縦長となっている。
【００３５】
なお、画素３６の行方向の配列数と列方向の配列数との比、したがって撮像面４０の縦横比は様々に設定でき、たとえば、撮像面４０の、画素３６の列方向の長さ／行方向の長さが１．２より大きく１．６より小さい範囲の値として、同じ縦横比の画面で、人物の顔の撮影画像を表示した際に、見る人にとって心地良い画像となるように図ることも有効である。
【００３６】
図４は各画素の構成を示す回路図である。図４に示したように、画素３６は、光を電気信号に変換する機能に関連してフォトダイオード４２（光センサー）、転送トランジスター４４、フローティングディフュージョン部４６、ならびにリセットトランジスター４７を含み、また、フォトダイオード４２が生成した電気信号を出力するための増幅トランジスター４８およびアドレストランジスター５０（本発明に係わる第１のスイッチング素子）を含んでいる。
【００３７】
フォトダイオード４２は、アノードがグランドに接続され、カソードは、転送トランジスター４４のソースに接続されている。転送トランジスター４４のドレインはフローティングディフュージョン部４６に接続され、またゲートには垂直選択手段６６より画素３６の行ごとに共通の信号線５２を通じて転送パルスが供給される。リセットトランジスター４７は、そのソースがフローティングディフュージョン部４６に、ドレインは電源Ｖｄｄにそれぞれ接続され、ゲートには垂直選択手段６６より画素３６の行ごとに共通の信号線４９を通じてリセットパルスが供給される。
【００３８】
増幅トランジスター４８のゲートはフローティングディフュージョン部４６に接続され、ドレインは電源Ｖｄｄに接続されている。増幅トランジスター４８と垂直信号線３８との間には、アドレストランジスター５０が介在し、そのゲートには垂直選択手段６６から画素３６の行ごとに共通の信号線５１を通じてアドレスパルスが供給される。そして、増幅トランジスター４８のソースはアドレストランジスター５０のドレインに接続され、アドレストランジスター５０のソースは垂直信号線３８に接続されている。なお、垂直信号線３８は画素部３０の外部において定電流源５４に接続されている。
【００３９】
図５は、Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部３２の構成を示す部分回路図である。図５は１本の垂直信号線３８に係わる回路部分のみを示しており、実際にはこのような回路が各垂直信号線３８ごとに設けられている。
図５に示したように、Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部３２は、トランジスター５６、５８、コンデンサー６０、６２、ならびに水平選択トランジスター６４（本発明に係わる第２のスイッチング素子）を含んで構成されている。トランジスター５６のドレインは垂直信号線３８に、ソースはコンデンサー６０の一端にそれぞれ接続されており、トランジスター５６のゲートには垂直選択手段６６より第１のサンプリングパルスが供給される。また、トランジスター５８のドレインは電源Ｖｂに、ソースはコンデンサー６０の他端にそれぞれ接続されてており、ゲートには垂直選択手段６６より第２のサンプリングパルスが供給される。なお、上記第１および第２のサンプリングパルスはＳ／Ｈ・ＣＤＳ部３２の全トランジスター５６、５８のゲートに対して共通に供給される。
【００４０】
コンデンサー６０の上記他端とグランドとの間にはコンデンサー６２が接続され、コンデンサー６０の上記他端にはさらに水平選択トランジスター６４のドレインが接続されている。水平選択トランジスター６４のソースは水平信号線３４に接続されており、ゲートには水平選択手段６７より選択パルスが個別に供給される。
【００４１】
このような構成において、固体撮像装置２６は基本的に次のように動作する。
すなわち、各画素３６の光センサーが受光して生成した信号電荷は電圧信号に変換された後、垂直選択手段６６による制御のもとで、画素３６の行ごとに一斉に垂直信号線３８に出力され、垂直信号線３８を通じてＳ／Ｈ・ＣＤＳ部３２に供給される。
Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部３２は、垂直信号線３８を通じて供給された電圧信号をサンプルホールドするとともにＣＤＳにより、画素３６の出力信号に含まれる固定パターンノイズを除去し、そして、水平選択手段６７による制御のもとで画素３６の列の順に画素３６の出力信号を順次、水平信号線３４に出力する。そして水平信号線３４に出力された信号は、たとえばＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｏｒｏｌ）回路やＡ／Ｄ変換器を含む出力回路６８を通じ画像信号として出力される。
【００４２】
次に、画素３６およびＳ／Ｈ・ＣＤＳ部３２の動作について詳しく説明する。
まず、垂直選択手段６６はリセットパルスを出力し、またアドレスパルスを出力する。これによりリセットトランジスター４７がオンしてフローティングディフュージョン部４６は電源Ｖｄｄに接続され、フローティングディフュージョン部４６に蓄積している電荷が排除され、そして、このリセット状態のフローティングディフュージョン部４６の電圧、すなわちオフセット電圧が増幅トランジスター４８から、オン状態のアドレストランジスター５０を通じて垂直信号線３８に出力される。なお、増幅トランジスター４８は、アドレストランジスター５０がオンしているときは、定電流源５４とともにソースフォロワー回路を形成するので、フローティングディフュージョン部４６の電圧に追従した電圧が増幅トランジスター４８から垂直信号線３８に低インピーダンスで出力される。
【００４３】
つづいて、垂直選択手段６６は、トランジスター５６、５８にそれぞれ第１および第２のサンプリングパルスを出力してトランジスター５６、５８をオンさせる。これにより、上述のようにリセット状態の画素３６から垂直信号線３８に出力されたオフセット電圧がコンデンサー６０に保持される。
【００４４】
次に、垂直選択手段６６は、転送パルスを出力し転送トランジスター４４をオンさせてフォトダイオード４２がそれまでに受光して蓄積した電荷をフローティングディフュージョン部４６に転送させる。フローティングディフュージョン部４６は転送された電荷量に応じた電圧を生成し、増幅トランジスター４８に供給する。このとき垂直選択手段６６はアドレスパルスを出力してアドレストランジスター５０をオンさせ、その結果、フローティングディフュージョン部４６の電圧は、増幅トランジスター４８により低インピーダンスで垂直信号線３８に出力される。
【００４５】
Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部３２では、水平選択手段６７から第１のサンプリングパルスが供給されてトランジスター５６がオンし、垂直信号線３８に上述のように出力された電圧は、トランジスター５６およびコンデンサー６０を通じてコンデンサー６２に印加される。ここで、コンデンサー６０は画素３６のオフセット電圧を保持しているので、コンデンサー６２にはコンデンサー６０が保持しているオフセット電圧を差し引いた電圧が印加され、コンデンサー６２はその電圧を保持する。
上記オフセット電圧は画素３６ごとに大きさが異なるため、このようにＳ／Ｈ・ＣＤＳ回路によりオフセット分を除去することで、オフセットのバラツキによるノイズを除去することができる。
その後、水平選択手段６７は、垂直信号線３８ごとの水平選択トランジスター６４に順次、選択パルスを出力し、水平選択トランジスター６４が順次オンして、コンデンサー６２が保持している電圧が順番に水平信号線３４に出力される。
【００４６】
このような第２の実施の形態例の固体撮像装置２６では、上述のように、光センサー、したがって画素３６の列方向の配列数が行方向の配列数より多く、撮像面１０２は縦長となっているので、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面４０の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
【００４７】
そして、総画素数が従来と変わらない場合、垂直信号線３８の数が減り水平選択トランジスター６４の数が減少するので、水平信号線３４に係わる寄生容量が低減し、全体の画素数を増やし画素３６の列数を増やす余裕が生まれるので多画素化に有利となる。また、水平信号線３４に係わる寄生容量が低減することから、高速化を図ることができ、さらに、水平選択トランジスター６４およびサンプルホールドのためのコンデンサー６０、６２は小型のもので済むため装置の小型化に有利となる。さらに信号電圧が減衰せず充分な大きさの出力信号を得ることができるのでＳ／Ｎが改善されて画質が向上する。
【００４８】
次に、本発明の第３の実施の形態例について説明する。
図６は第３の実施の形態例の固体撮像装置を示す模式平面図である。図中、図３と同一の要素には同一の符号が付されている。
第３の実施の形態例の固体撮像装置７０が、図３の固体撮像装置２６と異なるのは、固体撮像装置２６のように各垂直信号線３８ごとにＳ／Ｈ・ＣＤＳ部３２から出力される信号を、水平信号線３４を通じてシリアルに出力するのではなく、信号処理・出力部７２を介し、垂直信号線３８ごとに設けた出力パッド７４を通じてパラレルに出力する構成となっている点である。
そして、この固体撮像装置７０でも、固体撮像装置２６と同様に、画素３６の縦横比は１：１であり、列方向の画素３６の配列数の方が行方向の配列数より多く、たとえば列方向の配列数：行方向の配列数＝４：３であって、画素部３０、すなわち撮像面４０は縦長となっている。
【００４９】
したがって、固体撮像装置７０では、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面４０の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
さらに、総画素数を従来通りとした場合、垂直信号線３８の数が減少し、したがって出力パッド数が減少するので、装置の小型化および実装の点で有利となる。
【００５０】
次に、本発明の第４の実施の形態例について説明する。
図７は第４の実施の形態例としての固体撮像装置を示す模式平面図である。
図７に示した固体撮像装置７６が、図１１に示した固体撮像装置と異なるのは、転送制御回路１６が、撮像領域制限手段としても機能するように構成されている点である。
【００５１】
すなわち、ローレベルの縦長モード信号１６Ｂが入力された場合には、転送制御回路１６Ａは図１１の転送制御回路１５８と同様に動作し、したがって、転送制御回路１６Ａはすべての垂直電荷転送レジスター１２０に転送クロックを供給して動作させ、すべての光センサー１１８が生成した信号電荷が各垂直電荷転送レジスター１２０により転送されて水平電荷転送レジスター１２２に供給される。一方、ハイレベルの縦長モード信号１６Ｂが入力された場合には、転送制御回路１６Ａは、撮像領域制限手段として動作し、撮像面１３２上の両側部１６２における所定数の垂直電荷転送レジスター１２０に対しては転送クロックを供給せず、残った中央部の垂直電荷転送レジスター１２０に対してのみ転送クロックを供給する。
【００５２】
その結果、中央部の垂直電荷転送レジスター１２０からのみ水平電荷転送レジスター１２２に対し信号電荷が供給され、両側部１６２の垂直電荷転送レジスター１２０からは水平電荷転送レジスター１２２に対して信号電荷は供給されない。ここで、転送制御回路１６Ａは、光センサーの列方向の配列数より少ない数の中央部の垂直電荷転送レジスター１２０に転送クロックを供給し、したがって、画素１２４の行方向の実質的な配列数を列方向の配列数より少なくすることができ、図１４に示したように、実質的な撮像面１３２Ａは縦長となって、表示画面が縦長の表示装置に適した画像を得ることができる。
【００５３】
なお、転送制御回路１６Ａが信号電荷の転送を規制する垂直電荷転送レジスター１２０はかならずしも撮像面１３２の両側部に配置されているものでなくてもよく、どちらか一方の側部に配置されている垂直電荷転送レジスター１２０においてのみ信号電荷の転送を規制するようにしても、撮像面を実質的に縦長とすることができる。
図１４に示した実質的な撮像面１３２Ａの縦横比としては、たとえば、縦の長さＨ／横の長さＷが１．２より大きく１．６より小さい範囲の値となるようにして、同じ縦横比の画面で、人物の顔の撮影画像を表示した際に、見る人にとって心地良い画像となるように図ることも有効である。
【００５４】
次に、本発明の第５の実施の形態例について説明する。
図８は第５の実施の形態例としての固体撮像装置を示す模式平面図である。
図８に示した固体撮像装置７８が、図１２に示した固体撮像装置と異なるのは、水平選択手段が、撮像領域制限手段としても機能するように構成されている点である。
すなわち、ローレベルの縦長モード信号１６４Ｂが入力された場合には、水平選択手段１６４Ａは図１２の水平選択手段１６４と同様に動作し、したがって、水平選択手段１６４Ａはすべての垂直信号線１４６からの信号を上述のように順次、水平信号線１４２に供給させる。一方、ハイレベルの縦長モード信号１６４Ｂが入力された場合には、水平選択手段１６４Ａは、撮像領域制限手段として動作し、画素部１３８上の両側部１６６における所定数の垂直信号線１４６からの信号は、水平信号線１４２に供給せず、残った中央部の垂直信号線１４６からの信号のみを水平信号線１４２に供給する。
【００５５】
ここで、水平選択手段１６４Ａは、光センサーの列方向の配列数より少ない数の中央部の垂直信号線１４６からの信号を水平信号線１４２に供給するよう制御する。したがって、この固体撮像装置７８では、画素１４４の行方向の配列数を列方向の配列数より実質的に少なくすることができ、表示画面が縦長の表示装置に適した画像を得ることができる。
【００５６】
なお、水平選択手段１６４Ａが信号の出力を規制する垂直信号線１４６はかならずしも画素部１３８の両側部に配置されているものでなくてもよく、どちらか一方の側部に配置されている垂直信号線１４６のみからの信号の出力を規制するようにしても、撮像面を実質的に縦長とすることができる。
実質的な撮像面の縦横比としては、たとえば、縦の長さ／横の長さが１．２より大きく１．６より小さい範囲の値となるようにして、同じ縦横比の画面で、人物の顔の撮影画像を表示した際に、見る人にとって心地良い画像となるように図ることも有効である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、垂直信号線および水平信号線を備えた本発明の固体撮像装置では、各々が光センサーから成る画素の縦横比が１：１であり、しかもそれら光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いので撮像面は縦長となり、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
【００５９】
そして、総画素数を一定とした場合、垂直信号線の数が減り第２のスイッチング素子の数が減少するので、水平信号線に係わる寄生容量が低減し、画素の列数を増やす余裕が生まれるので多画素化に有利となる。また、水平信号線に係わる寄生容量が低減することから、高速化を図ることができ、さらに、第２のスイッチング素子の小型化や、サンプルホールドのためのコンデンサーの小型化により装置の小型化に有利となる。さらに充分な大きさの出力信号を得ることができるのでＳ／Ｎが改善されて画質が向上する。
【００６０】
また、垂直信号線および出力パッドを備えた本発明の固体撮像装置では、各々が光センサーから成る画素の縦横比が１：１であり、しかもそれら光センサーの列方向の配列数が行方向の配列数より多いので撮像面は縦長となり、縦長の被写体を撮像する場合に撮像面の両側部に被写体の像が存在しない無駄な領域が形成されることがない。また、撮像画像も縦長となるので、撮像画像を、表示画面が縦長の表示装置で表示した場合、画面の上下に空き領域が生じることもない。
さらに、総画素数を一定とした場合、垂直信号線の数が減少し、したがって出力パッド数が減少するので、装置の小型化および実装の点で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＣＣＤ構造の固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
【図２】図１の固体撮像装置の撮像面に縦長の被写体により形成される像を示す説明図である。
【図３】本発明によるＭＯＳ型固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
【図４】図３の固体撮像装置における各画素の構成を示す回路図である。
【図５】図３の固体撮像装置におけるＳ／Ｈ・ＣＤＳ部の構成を示す部分回路図である。
【図６】第３の実施の形態例の固体撮像装置を示す模式平面図である。
【図７】第４の実施の形態例の固体撮像装置を示す模式平面図である。
【図８】第５の実施の形態例の固体撮像装置を示す模式平面図である。
【図９】横長の撮像面を有する固体撮像装置により縦長の被写体を撮像する場合の撮像面に形成される被写体の像を示す説明図である。
【図１０】横長の画像を縦長の画面の表示装置により表示した場合を示す説明図である。
【図１１】従来のＣＣＤ構造の固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
【図１２】従来のＭＯＳ型固体撮像装置の一例を示す模式平面図である。
【図１３】従来のＭＯＳ型固体撮像装置の他の例を示す模式平面図である。
【図１４】図７の固体撮像装置の撮像面に縦長の被写体を結像させた場合を示す説明図である。
【符号の説明】
２、２６、７０、７６、７８、……固体撮像装置、４……半導体基板、６……光センサー、８……垂直電荷転送レジスター、１０……水平電荷転送レジスター、１２……画素、１４……撮像面、１６……転送制御回路、２８……半導体基板、３０……画素部、３２……Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ部、３４……水平信号線、３６……画素、３８……垂直信号線、６６……垂直選択手段、６７……水平選択手段、６８……出力回路、７２……信号処理・出力部、７４……出力パッド。
【図１】
0003874083.tif 000002
【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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【図１３】
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【図１４】
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