(57)【要約】【課題】  出力用の電荷転送路が複数に分割されたＣＣＤ型固体撮像素子において、複数のフローティングディフュージョンアンプの特性差による画像ムラを無くす。【解決手段】  被写体からの入射光を受光する受光面を複数領域に分割し、各分割領域毎にフローティングディフュージョンアンプを持つ出力用電荷転送路を備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、複数のフローティングディフュージョンアンプ２２ａ〜２２ｎの特性差を補正する補正値を格納した記憶素子４３と、各分割領域から読み出され該分割領域に対応するアンプ２２ｉから出力された撮像画像信号を前記補正値で補正する補正手段４２とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの入射光を受光する受光面を複数領域に分割し、各分割領域毎にフローティングディフュージョンアンプを持つ出力用電荷転送路を備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、複数の前記フローティングディフュージョンアンプの特性差を補正する補正値を格納した記憶素子と、各分割領域から読み出され該分割領域に対応する前記フローティングディフュージョンアンプから出力された撮像画像信号を前記補正値で補正する補正手段とを備えることを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子。
【請求項２】
前記記憶素子が可変長の測定データを格納する容量を持っていることを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像素子。
【請求項３】
前記補正手段は、前記記憶素子に格納されている前記補正値を補間演算して求めた補正値で前記補正を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像素子。
【請求項４】
被写体からの入射光を受光する受光面を複数領域に分割し、各分割領域毎にフローティングディフュージョンアンプを持つ出力用電荷転送路を備えるＣＣＤ型固体撮像素子の出力信号補正方法において、複数の前記フローティングディフュージョンアンプの特性差を補正する補正値を記憶素子から読み出し、各分割領域から読み出され該分割領域に対応する前記フローティングディフュージョンアンプから出力された撮像画像信号を前記補正値で補正することを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子の出力信号補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＣＤ型固体撮像素子及びその出力信号補正方法に係り、特に、出力用の電荷転送路を複数備えるＣＣＤ型固体撮像素子及びその出力信号補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型固体撮像素子は、出力用電荷転送路の転送速度がネックとなり、ＣＭＯＳ型固体撮像素子に比較して、撮像画像信号の高速読出の点で不利になっている。このため、近年の多画素化が進展したＣＣＤ型固体撮像素子では、出力用電荷転送路を複数に分割し、高速化に対処している。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１記載のＣＣＤ型固体撮像素子では、二次元アレイ状に形成された複数の画素を左半分の領域にある画素と右半分の領域にある画素とに分けると共に水平電荷転送路も左右に２分割し、左領域の画素が検出した信号は左側水平電荷転送路で出力し、右領域の画素が検出した信号は右側水平電荷転送路で出力し、信号出力速度を２倍にしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２―３００４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
出力用電荷転送路を複数に分割し、出力を複数に分けることで、固体撮像素子からの信号読出速度は速くなる。このため、分割数を増やすほど高速化を図ることが可能となる。
【０００６】
しかし、出力用電荷転送路の出力段にはフローティングディフュージョンアンプが設けられ、転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号をこのアンプが撮像画像信号として出力する構成のため、出力用電荷転送路の分割数だけ設けられる複数のアンプの特性を一致させないと、アンプ毎にアンプ利得が異なり、画像にムラが生じてしまうという問題が生じる。
【０００７】
しかしながら、複数のアンプを、その特性が一致するように半導体基板上に製造することは極めて困難であり、出力用電荷転送路を複数に分割したＣＣＤ型固体撮像素子の製造歩留まりを低下させる一因になっている。
【０００８】
本発明の目的は、出力用電荷転送路を複数に分割しても撮像画像に生じるムラを抑制することができるＣＣＤ型固体撮像素子とその出力信号補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、被写体からの入射光を受光する受光面を複数領域に分割し、各分割領域毎にフローティングディフュージョンアンプを持つ出力用電荷転送路を備えるＣＣＤ型固体撮像素子において、複数の前記フローティングディフュージョンアンプの特性差を補正する補正値を格納した記憶素子と、各分割領域から読み出され該分割領域に対応する前記フローティングディフュージョンアンプから出力された撮像画像信号を前記補正値で補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、前記記憶素子が可変長の測定データを格納する容量を持っていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子の前記補正手段は、前記記憶素子に格納されている前記補正値を補間演算して求めた補正値で前記補正を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子の出力信号補正方法は、被写体からの入射光を受光する受光面を複数領域に分割し、各分割領域毎にフローティングディフュージョンアンプを持つ出力用電荷転送路を備えるＣＣＤ型固体撮像素子の出力信号補正方法において、複数の前記フローティングディフュージョンアンプの特性差を補正する補正値を記憶素子から読み出し、各分割領域から読み出され該分割領域に対応する前記フローティングディフュージョンアンプから出力された撮像画像信号を前記補正値で補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明よれば、各アンプの特性差を補正するため、出力用の電荷転送路を複数に分割したＣＣＤ型固体撮像素子の製造歩留まりを向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子１の構成図である。このＣＣＤ型固体撮像素子１０は、撮像チップ２０と、ＣＤＳ／多重化回路チップ３０と、出力回路チップ４０とからなる。これら半導体チップ２０，３０，４０は１つのパッケージ内に収納され、ワイヤボンディングで接続される。尚、回路チップ３０，４０を１チップ化しても良い。
【００１６】
撮像チップ２０は、半導体基板表面に二次元アレイ状に形成された複数のフォトダイオード（ＰＤ）及び各フォトダイオード列に沿って形成された複数の垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）とを備える。本実施形態の撮像チップ２０では、これらＰＤ，ＶＣＣＤを水平方向に短冊状にｎ個の画像領域２０ａ，２０ｂ，…，２０ｎに分割し、夫々の画像領域毎に、出力用電荷転送路である水平電荷転送路２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎを設けている。
【００１７】
このため、水平電荷転送路２１ａ〜２１ｎの出力端部の各々には、転送されてきた信号電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するフローティングディフュージョンアンプ２２ａ〜２２ｎが設けられる。アンプ２２ａの出力をＯＳａ、アンプ２２ｂの出力をＯＳｂ、…、アンプ２２ｎの出力をＯＳｎとする。
【００１８】
ＣＤＳ／多重化回路チップ３０は、各アンプ２２ａ〜２２ｎに夫々対応するＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路３１ａ〜３１ｎと、各ＣＤＳ回路３１ａ〜３１ｎの出力信号を取り込み１列の信号に多重化して出力するマルチプレクサでなる多重化回路３２とを備える。
【００１９】
出力回路チップ４０は、多重化回路３２から出力される信号（アナログの撮像画像信号）を取り込みデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路４１と、Ａ／Ｄ変換回路４１から出力されるデジタルの撮像画像信号に対して補正処理を行い補正後の撮像画像信号を外部に出力する補正回路４２と、補正回路４２が補正処理を行うときに用いる補正値を格納した記憶素子４３とを備える。
【００２０】
記憶素子４３には、各アンプ２２ａ〜２２ｎ毎の特性差を補償する補正値を格納したルックアップテーブルが設けられており、補正回路４２は、Ａ／Ｄ変換回路４１から取り込んだ撮像画像信号がどのアンプ２２ｉから出力された信号であるかを識別して、ルックアップテーブルから該当する補正値を求め、この補正値で撮像画像信号を補正する。
【００２１】
多重化回路３２，Ａ／Ｄ変換回路４１，補正回路４２には、同じ同期信号（ＳＹＮＣ信号），クロック信号（ＣＬＫ信号）が入力され、これら各回路３２，４１，４２は同期信号，クロック信号に基づいて動作する。また、垂直電荷転送路の駆動パルスＶｉや水平電荷転送路２１ａ〜２２ｎの駆動パルスＨｉは、これら同期信号やクロック信号に基づいて図示しないタイミングジェネレータによって生成される。
【００２２】
図２は、ＣＤＳ／多重化回路チップ３０の内部構成図である。各アンプ２２ａ〜２２ｎからの出力信号ＯＳａ〜ＯＳｎを夫々取り込み相関二重サンプリング処理するＣＤＳ回路３１ａ〜３１ｎが並列に設けられており、各ＣＤＳ回路３１ａ〜３１ｎの出力が、夫々、開閉スイッチ３２ａ〜３２ｎを介して１つのバッファアンプ３３に接続され、バッファアンプ３３の出力が、この回路チップ３０の出力信号となる。
【００２３】
回路チップ３０内には、マルチプレクサコントロール回路３４が設けられ、このコントロール回路３４は、同期信号，クロック信号に基づいてセレクタ信号３４ａ〜３４ｎを各開閉スイッチのいずれか１つに出力する。セレクタ信号３４ｉが出力されると、同一ｉ番号の開閉スイッチ３２ｉが閉成され、このｉ番号のＣＤＳ回路３１ｉの出力が、バッファアンプ３３を通して出力される。
【００２４】
図３は、この多重化回路チップ３０で行われる多重化の説明図である。今、説明を簡単にするために、固体撮像素子の受光領域が３つの画像領域ａ，ｂ，ｃに分割されているとする。また、１行分の夫々の撮像画像信号を、領域ａではａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５とし、領域ｂではｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５とし、領域ｃではｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５とする。
【００２５】
信号ａ１を検出する画素（ＰＤ）、信号ａ２を検出する画素、…信号ａ５を検出する画素、信号ｂ１を検出する画素、…信号ｂ５を検出する画素、信号ｃ１を検出する画素、…信号ｃ５を検出する画素は、横一行に並んで設けられる。従って、この一行分の撮像画像信号は、
ａ１，ａ２，…，ａ５，ｂ１，ｂ２，…，ｂ５，ｃ１，ｃ２，…ｃ５
という信号配列にならないと、被写体の画像にはならない。
【００２６】
しかし、画像領域ａのアンプ出力信号ＯＳａ＝ａ１―ａ２―ａ３―ａ４―ａ５と、画像領域ｂのアンプ出力信号ＯＳｂ＝ｂ１―ｂ２―ｂ３―ｂ４―ｂ５と、画像領域ｃのアンプ出力信号ＯＳｃ＝ｃ１―ｃ２―ｃ３―ｃ４―ｃ５は、同時並行的に出力されるため、時間的に、上記の信号配列にはならない。
【００２７】
そこで、本実施形態では、多重化回路３２のコントローラ３４がセレクタ信号を制御し、出力時間順に
ａ１，ｂ１，ｃ１，ａ２，ｂ２，ｃ２，…，ａ５，ｂ５，ｃ５
の信号配列となるように１列化して多重し、これをＡ／Ｄ変換回路４１がこの信号配列のままデジタル信号化し、補正回路４２がアンプの特性差の補正を行い、外部出力する。
【００２８】
外部出力された信号を受信した図示しない画像処理装置は、信号を受け取った順にフレームメモリに格納するが、この信号はデジタル化されているため、瞬時に信号配列を図３（ｂ）に示す様に変換して、本来の信号配列にすることができる。この信号配列の変換処理機能を、補正回路４２に持たせることでも良い。
【００２９】
多重化された信号は、信号配列（図３（ｂ）の上段の配列）の順番が決まっている。このため、どの信号がどのアンプ２２ｉ（画像領域２０ｉ）から出力された信号であるかは、動作クロックを計数することで容易に識別可能である。
【００３０】
そこで、アンプ２２ａから出力された信号の場合には記憶素子４３のアンプ２２ａ用補正値をルックアップテーブルから読み出し、この補正値に基づいて撮像画像信号を補正する。また、アンプ２２ｉから出力された信号の場合には、アンプ２２ｉ用補正値をルックアップテーブルから読み出し、この補正値に基づいて撮像画像信号を補正する。
【００３１】
これにより、各アンプ２２ｉの特性が一致していなくても、ムラの無い高品質の被写体画像データを得ることが可能となる。
【００３２】
記憶素子４３に設けるルックアップテーブルは、固体撮像素子の製造ラインの検査工程や、撮像装置の組み立てラインの調整工程で、データ（補正値）を入力するのが好ましい。各工程において、ルックアップテーブルによる補正処理を無効にした状態で、固体撮像素子に所定照度の光を均一に照射し、垂直電荷転送路，水平電荷転送路を駆動して、撮像画像信号を出力させる。そして、各撮像画像信号が同一値となるような補正値を決定してルックアップテーブルデータとして登録する。
【００３３】
この補正値をどの程度詳しく登録するかは、撮像装置の組み立てメーカ等によって異なるため、記憶素子４３の容量として可変長なデータを登録できるように十分な大きさを確保しておく。例えば、低照度，中照度，高照度の３点の測定データを求めて補正値を登録する場合ばかりでなく、１０点程度の測定データを求めて補正値を登録する場合にも対処できるようにしておく。照度と出力信号値との関係はリニアでないため、測定データの点数が多いほど高精度の補正が可能となる。
【００３４】
ルックアップテーブルデータを用いて補正を行う場合、測定データの点数が少ない場合には、間の測定データを補間演算して補正値を求めることになる。この補間演算は、特性差の補正を行うときに測定データに基づいて行っても良く、予め補間演算して求めた補正値をルックアップテーブルに登録することでも良い。
【００３５】
補間演算は、例えば線形補間で行う。図４は、補間演算例の説明図である。ルックアップテーブル（ＬＵＴ）の入力値がＡ１０＝１０のときの出力値がＢ１０＝２０、入力値がＡ２０＝２０のときの出力値がＢ２０＝４０であるとする。そして、入力値がＡ１２＝１２のときの出力値Ｂ１２の値が登録されていない場合に、出力値Ｂ１２の代わりに補間出力Ｃ１２を求める。このＣ１２は、
C12＝(B20-B10)/(A20-A10)*(A12-A10)+B10
＝(40-20)/(20-10)*(12-10)+20
＝２４
として算出できる。
【００３６】
尚、ルックアップテーブルは、フローティングディフュージョンアンプの出力値の補正にとどまらず、固体撮像素子の他の部位や全ての系の特性差を含めた補正に用いても良い。
【００３７】
以上述べた様に、本実施形態によれば、従来は複数のアンプに特性差がある固体撮像素子については不良品としていたものを、撮像画像信号を補正して品質の高い画像を得ることができるため、固体撮像素子の製造歩留まりが高くなり、低コストで出力用電荷転送路が複数に分割された固体撮像素子を提供することが可能になる。
【００３８】
また、上述した実施形態では、Ａ／Ｄ変換回路４１を１個だけ設ければ済むため、Ａ／Ｄ変換回路を複数設けた場合に生じるＡ／Ｄ変換回路間の特性差に対処する必要がなくなり、また、コスト削減も図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像素子は、低コストで撮像画像信号を高速に読み出すことが可能となるため、デジタルカメラ等に搭載する固体撮像素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の構成図である。
【図２】図１に示すＣＤＳ／多重化回路チップの構成図である。
【図３】図２に示す多重化回路における多重化の仕方の説明図である。
【図４】補間演算の一例の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ＣＣＤ型固体撮像素子
２０  撮像チップ
２０ａ〜２０ｎ  画像領域
２１ａ〜２１ｎ  水平電荷転送路
２２ａ〜２２ｎ  フローティングディフュージョンアンプ
３０  ＣＤＳ／多重化回路チップ
３１ａ〜３１ｎ  ＣＤＳ回路
３２  多重化回路
４０  出力回路チップ
４１  Ａ／Ｄ変換回路
４２  補正回路
４３  記憶素子（ルックアップテーブル）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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