JP3560240B2 - Ccd撮像素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像領域内に2次元的に配列された複数の受光画素と各受光画素の信号電荷を転送する垂直CCDレジスタ及び水平CCDレジスタと、垂直CCDレジスタの転送電極にクロックパルスを供給するシャント配線とを有するCCD撮像素子に関し、特に撮像領域の大きいCCD撮像素子に適用して有効なものに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、各種のイメージセンサやデジタルカメラ等として、インタライン転送方式のCCD撮像素子が提供されている。
このCCD撮像素子は、2次元的に配列された複数の受光画素と、この受光画素の各列毎に設けられた複数の垂直CCDレジスタとによって撮像領域を構成し、この撮像領域の外側に水平CCDレジスタ及び出力部を設けたものである。
このようなCCD撮像素子において、特に大型画面を有する映像機器に用いられるCCD撮像素子、特に、HDTVに用いられる撮像素子のように、高い出カレートを要求されるものは、垂直CCDレジスタを高速に駆動する必要があるため、垂直CCDレジスタのクロックを供給する手段としてシャント配線を行うことが一般的に行われている。
【0003】
図5は、従来のシャント配線を設けたCCD撮像素子の概略構成を示す平面図であり、図6は、図5に示すCCD撮像素子の撮像領域内の配線構造を示す部分的な拡大平面図である。
図5に示すように、このCCD撮像素子は、撮像領域10内に図示しない受光画素及び垂直CCDレジスタが設けられ、撮像領域10の外側に水平CCDレジスタ21及び出力部22が設けられている。
そして、撮像領域10の上層には、各垂直CCDレジスタに沿って垂直方向にシャント配線30が設けられている。
シャント配線30の各信号線31、32、33、34は、撮像領域10の水平CCDレジスタ21と反対側の外側領域に配置されたバス配線40に接続されている。
バス配線40の各信号線(バスライン)41、42、43、44は互いに同心状の閉ループ状に形成され、各閉ループの一部が外側に引き出されて、撮像素子チップの外部配線と接続される電極パッド51、52、53、54に独立して接続されている。
【0004】
また、図6に示すように、シャント配線30の各信号線31、32、33、34は、それぞれコンタクト部35を介して垂直CCDレジスタの各転送電極(poly−Si電極)61、62、63、64に接続される。
なお、本例は、4相クロック駆動の例を示しており、シャント配線30の信号線31、32、33、34、バス配線40の信号線41、42、43、44、電極パッド51、52、53、54、及び転送電極61、62、63、64は、4つ1組みで構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の配線構造において、CCD撮像素子のチップサイズが大きかったり、クロックが速すぎる場合には、シャント配線30の内部で伝播遅延が生じるため、バス配線40と反対側の端部で、クロックが十分な波形とならず、その実効振幅が下がってしまい、垂直CCDレジスタの取り扱い電荷量が低下するという問題が起きる。
また、さらに大型のCCD撮像素子を考えた場合、この問題はさらに顕著になるため、大きなCCD撮像素子では、高速に駆動できないことになり、多画素化が困難となり、または、単位時間あたりのフレーム数を増やせないといった問題が生じ、また、大型化自体が困難となるという問題が生じる。
【0006】
そこで本発明の目的は、シャント配線に伝播遅延を生じることなく有効にクロックを供給でき、CCD撮像素子の大型化、多画素化、高速化等に貢献できるCCD撮像素子の配線構造を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、撮像領域内に2次元的に配列された複数の受光画素と、前記受光画素の各列毎に垂直方向に沿って配置され、各受光画素からの信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直CCDレジスタと、前記複数の垂直CCDレジスタの少なくとも一方の端部に接続されて水平方向に沿って配置され、各垂直CCDレジスタによって転送される信号電荷を水平方向に転送する水平CCDレジスタとを具備したCCD撮像素子において、前記垂直CCDレジスタの上層に垂直方向に沿って配置され、前記複数の垂直CCDレジスタを駆動する各転送電極にクロックパルスを供給する複数の信号線よりなるシャント配線と、前記シャント配線の垂直方向の両側周辺部に配置され、前記シャント配線へのクロックパルスの供給を垂直方向の両側から行うバス配線とを有し、前記水平CCDレジスタ側に配置されるバス配線が、前記水平CCDレジスタを囲む閉ループ状に形成される複数の信号線よりなることを特徴とする。
また本発明は、撮像領域内に2次元的に配列された複数の受光画素と、前記受光画素の各列毎に垂直方向に沿って配置され、各受光画素からの信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直CCDレジスタと、前記複数の垂直CCDレジスタの少なくとも一方の端部に接続されて水平方向に沿って配置され、各垂直CCDレジスタによって転送される信号電荷を水平方向に転送する水平CCDレジスタとを具備したCCD撮像素子において、前記垂直CCDレジスタの上層に垂直方向に沿って配置され、前記複数の垂直CCDレジスタを駆動する各転送電極にクロックパルスを供給する複数の信号線よりなるシャント配線と、前記シャント配線の垂直方向の両側周辺部に配置され、前記シャント配線へのクロックパルスの供給を垂直方向の両側から行うバス配線とを有し、前記水平CCDレジスタ側に配置されるバス配線が、水平方向に沿って前記撮像領域と前記水平CCDレジスタとの境界領域に配置される複数の信号線よりなることを特徴とする。
【0008】
本発明のCCD撮像素子では、垂直方向に沿って配置されるシャント配線に対し、垂直方向の両側に配置したバス配線からクロックパルスを供給し、シャント配線の両端からクロックパルスが入力されるようにしたことから、シャント配線の端部で伝播遅延によるパルス波形の劣化が生じることがなくなり、十分な実行振幅を確保できる。
したがって、CCD撮像素子が大型化、多画素化したりクロックパルスが高速化した場合にも、シャント配線を介して適正なクロックパルスを垂直CCDレジスタ全体に供給でき、適正なCCD撮像素子の動作を得ることが可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定されないものとする。
本実施の形態によるCCD撮像素子は、シャント配線にクロックパルスを供給するバス配線をシャント配線の垂直方向の両側周辺部に設けることにより、シャント配線の両端からクロックパルスを供給するようにして、伝播遅延によるシャント配線端部の実行振幅劣化をなくすようにしたものである。
なお、撮像領域の水平CCDレジスタを設けた側は、この水平CCDレジスタが邪魔になって従来はバス配線を配置することが困難であったが、以下のような実施例の構成により、撮像領域と水平CCDレジスタの境界領域にバス配線を配置することを可能とし、シャント配線の両側からのクロックパルスの供給を可能としたものである。
【0010】
図1は、本発明の第1実施例によるCCD撮像素子の概略構成を示す平面図である。なお、シャント配線と垂直CCDレジスタとの接続構造は、例えば図6に示した従来例と同様であるので説明は省略する。
図1に示すように、このCCD撮像素子は、撮像領域110の垂直方向両側にバス配線140、150が設けられ、撮像領域110上のシャント配線130の各信号線131、132、133、134の両端から垂直転送クロックパルスを供給するようにしたものである。なお、シャント配線130及びバス配線140、150は、金属等の低抵抗の電極材料より形成されている。
また、撮像領域110内には、図示しない受光画素や垂直CCDレジスタが設けられており、シャント配線130の各信号線は、各垂直CCDレジスタに沿って垂直方向に配置されている。
また、撮像領域110の垂直方向の一側部には、水平CCDレジスタ121及び出力122が配置され、各垂直CCDレジスタによって転送されてきた信号電荷を水平ライン単位で水平方向に転送し、出力部122から撮像信号に変換して出力する。
【0011】
そして、バス配線140、150のうち、水平CCDレジスタ121と反対側のバス配線140は、撮像領域110の外側に配置されており、4本の信号線(バスライン)141、142、143、144が、互いに同心状の方形閉ループ状に形成され、シャント配線130の信号線131、132、133、134に選択的に接続されている。
また、各信号線141、142、143、144の閉ループの一部は外側に引き出されて、撮像素子チップの外部配線と接続される電極パッド161、162、163、164に独立して接続されている。
このようにバス配線140は、各信号線141、142、143、144を閉ループに形成し、各閉ループを電極パッド161、162、163、164に接続する構成により、電極パッドの数を抑制しつつ、できるだけバスライン全体に効率よくクロックパルスを供給する構成となっている。
【0012】
また、バス配線140、150のうち、水平CCDレジスタ121側のバス配線150は、撮像領域110と水平CCDレジスタ121との境界領域に配置されており、4本の信号線(バスライン)151、152、153、154が平行線状に水平方向に配置され、シャント配線130の信号線131、132、133、134に選択的に接続されている。
そして、各信号線151、152、153、154の両端は撮像素子チップの外部配線と接続される電極パッド171A、172A、173A、174A、171B、172B、173B、174Bに独立して接続されている。
このようにバス配線150は、各信号線151、152、153、154の両端に電極パッド171A、172A、173A、174A、171B、172B、173B、174Bを接続することにより、電極パッド数は多くなるものの、各バスラインの両端からクロックパルスを供給でき、より高精度のクロックパルスを供給できる構成となっている。
【0013】
また、このようなバス配線150が設けられる撮像領域110と水平CCDレジスタ121との境界領域は、撮像領域110の延長領域であり、撮像領域110内で実際に撮像を行う受光画素と同一構造のダミー画素が配置され、また、垂直CCDレジスタが配置されている。
つまり、この領域(本例では水平4ライン分の領域)では、上面にバス配線150が通っているため、受光画素による撮像は行わないが、他の撮像領域110と同様の特性で垂直CCDレジスタによる信号電荷の転送だけを行い、水平CCDレジスタ121への電荷受け渡しを行っている。なお、ダミー画素としては、通常の受光画素と同様の工程で製造し、ただ上面の遮光膜に受光用の開口部を設けないようにすることで容易に実現できる。
【0014】
このような構成により、本例では、撮像領域の両側にバス配線140、150を配置でき、シャント配線130の両端からクロックパルスを印加することが可能となり、撮像領域全体で垂直CCDレジスタの転送電極に適正な波形の十分な実行振幅を有するクロックパルスを印加することが可能となる。
なお、以上の説明のように、本例では4相クロック駆動の例を示しており、シャント配線130の信号線131、132、133、134、バス配線140、150の信号線141、142、143、144、151、152、153、154、及び電極パッド161、162、163、164、171、172、173、174は、4つ1組みで構成されている。
【0015】
図2は、本発明の第2実施例によるCCD撮像素子の概略構成を示す平面図である。なお、図1と共通の構成については同一符号を用いて説明する。
このCCD撮像素子は、水平CCDレジスタ121と反対側のバス配線に、図1に示す閉ループ状のバス配線140の代わりに、バス配線150と同様の平行線状の信号線(バスライン)181、182、183、184を有するバス配線180としたものである。
すなわち、このバス配線180は、撮像領域110の外側に水平方向に直線状の各信号線181、182、183、184を設けたものであり、各信号線181、182、183、184はシャント配線130の信号線131、132、133、134に選択的に接続され、各信号線181、182、183、184の両端部には電極パッド191A、192A、193A、194A、191B、192B、193B、194Bが接続されている。
なお、その他は、図1に示す実施例と同様であるので説明は省略する。
【0016】
図3は、本発明の第3実施例によるCCD撮像素子の概略構成を示す平面図である。なお、図1と共通の構成については同一符号を用いて説明する。
このCCD撮像素子は、撮像領域110の両側に水平CCDレジスタ121A、121Bを設けたものであり、例えば受光画素の奇数列は水平CCDレジスタ121Aに転送し、受光画素の偶数列は水平CCDレジスタ121Bに転送するような構成となっている。
そして本実施例では、このような撮像領域110の両側に水平CCDレジスタ121A、121Bを設けた構成において、撮像領域110の両側に配置するバス配線200、210に上述した図1のバス配線150と同様の構成を用いたものである。
【0017】
すなわち、一方のバス配線200は、撮像領域110と水平CCDレジスタ121Aとの境界領域に配置されており、4本の信号線(バスライン)201、202、203、204が平行線状に水平方向に配置され、シャント配線130の信号線131、132、133、134に選択的に接続されている。
また、各信号線201、202、203、204の両端は、撮像素子チップの外部配線と接続される電極パッド221A、222A、223A、224A、221B、222B、223B、224Bに独立して接続されている。
【0018】
また、他方のバス配線210は、撮像領域110と水平CCDレジスタ121Bとの境界領域に配置されており、4本の信号線(バスライン)211、212、213、214が平行線状に水平方向に配置され、シャント配線130の信号線131、132、133、134に選択的に接続されている。
また、各信号線211、212、213、214の両端は、撮像素子チップの外部配線と接続される電極パッド231A、232A、233A、234A、231B、232B、233B、234Bに独立して接続されている。
そして、これらのバス配線200、210が設けられる撮像領域110と水平CCDレジスタ121A、121Bとの境界領域は、図1の実施例で説明したものと同様にダミー画素が形成され、垂直CCDレジスタが配置されている。
【0019】
図4は、本発明の第4実施例によるCCD撮像素子の概略構成を示す平面図である。なお、図1と共通の構成については同一符号を用いて説明する。
このCCD撮像素子は、水平CCDレジスタ121側のバス配線に、閉ループ状のバス配線240を用いたものである。
すなわち、このバス配線240の信号線(バスライン)241、242、243、244は、水平CCDレジスタ121の外周を囲む大きさの方形同心状の閉ループ状に形成されており、内側の部分が撮像領域110と水平CCDレジスタ121との境界領域に配置され、外側の部分が水平CCDレジスタ121の外側領域に配置されている。そして、各ループの一部が外側に引き出され、撮像素子チップの外部配線と接続される電極パッド251、252、253、254に独立して接続されている。
【0020】
また、撮像領域110と水平CCDレジスタ121との境界領域は、図1の実施例で説明したものと同様にダミー画素が形成され、垂直CCDレジスタが配置されている。
このような構成では、水平CCDレジスタ121側に配置されるバス配線240に接続される電極パッド数を減らすことができる利点がある。
なお、水平CCDレジスタ121の反対側に配置されるバス配線140は、図1に示す実施例と同様であるので説明は省略する。
【0021】
以上のような本実施の形態によるCCD撮像素子では、シャント配線の両側からクロックパルスを送ることができるため、高速クロックを適正に転送電極に印加でき、高フレームレートのCCD撮像素子を実現することができる。
また、例えば、35mmフィルムサイズのような大きなCCD撮像素子でもフレームレートを落とすことなく実現できる。
このような高フレームレート化は、例えばBSディジタル放送の普及により、HDTVの1080/60Pの規格などで強く要望されていたものであり、高速度撮影などで非常にニーズの大きいものである。
また、大面積のCCD撮像素子は、フィルムカメラの光学系がそのまま使えるものとして非常にニーズが大きいものである。
本実施の形態によるCCD撮像素子は、このような要請に有効に対応することができ、極めて大きな効果を奏することが予想される。
なお、本発明にかかるCCD撮像素子は、上記図1〜図4に示す構成のものに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【0022】
【発明の効果】
以上のように、本発明のCCD撮像素子によれば、垂直方向に沿って配置されるシャント配線に対し、垂直方向の両側に配置したバス配線からクロックパルスを供給し、シャント配線の両端からクロックパルスが入力されるようにしたことから、シャント配線の端部で伝播遅延によるパルス波形の劣化が生じることがなくなり、十分な実行振幅を確保できる。
したがって、CCD撮像素子が大型化、多画素化したりクロックパルスが高速化した場合にも、シャント配線を介して適正なクロックパルスを垂直CCDレジスタ全体に供給でき、適正なCCD撮像素子の動作を得ることが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるCCD撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図2】本発明の第2実施例によるCCD撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図3】本発明の第3実施例によるCCD撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図4】本発明の第4実施例によるCCD撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図5】従来例によるCCD撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図6】図5に示すCCD撮像素子の撮像領域内の配線構造を示す部分的な拡大平面図である。
【符号の説明】
110……撮像領域、121……水平CCDレジスタ、122……出力部、130……シャント配線、140、150……バス配線、161、162、163、164、171、172、173、174……電極パッド。
Claims (7)
- 撮像領域内に2次元的に配列された複数の受光画素と、前記受光画素の各列毎に垂直方向に沿って配置され、各受光画素からの信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直CCDレジスタと、前記複数の垂直CCDレジスタの少なくとも一方の端部に接続されて水平方向に沿って配置され、各垂直CCDレジスタによって転送される信号電荷を水平方向に転送する水平CCDレジスタとを具備したCCD撮像素子において、
前記垂直CCDレジスタの上層に垂直方向に沿って配置され、前記複数の垂直CCDレジスタを駆動する各転送電極にクロックパルスを供給する複数の信号線よりなるシャント配線と、
前記シャント配線の垂直方向の両側周辺部に配置され、前記シャント配線へのクロックパルスの供給を垂直方向の両側から行うバス配線とを有し、
前記水平CCDレジスタ側に配置されるバス配線が、前記水平CCDレジスタを囲む閉ループ状に形成される複数の信号線よりなる、
ことを特徴とするCCD撮像素子。 - 撮像領域内に2次元的に配列された複数の受光画素と、前記受光画素の各列毎に垂直方向に沿って配置され、各受光画素からの信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直CCDレジスタと、前記複数の垂直CCDレジスタの少なくとも一方の端部に接続されて水平方向に沿って配置され、各垂直CCDレジスタによって転送される信号電荷を水平方向に転送する水平CCDレジスタとを具備したCCD撮像素子において、
前記垂直CCDレジスタの上層に垂直方向に沿って配置され、前記複数の垂直CCDレジスタを駆動する各転送電極にクロックパルスを供給する複数の信号線よりなるシャント配線と、
前記シャント配線の垂直方向の両側周辺部に配置され、前記シャント配線へのクロックパルスの供給を垂直方向の両側から行うバス配線とを有し、
前記水平CCDレジスタ側に配置されるバス配線が、水平方向に沿って前記撮像領域と前記水平CCDレジスタとの境界領域に配置される複数の信号線よりなる、
ことを特徴とするCCD撮像素子。 - 前記バス配線の複数の信号線は、その各々が、前記シャント配線の複数の信号線に選択的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2記載のCCD撮像素子。
- 前記バス配線の複数の信号線は、それぞれ両端部が撮像素子チップの外部配線と接続される電極パッドに独立して接続されていることを特徴とする請求項2記載のCCD撮像素子。
- 前記バス配線が配置される境界領域は、撮像を行わず前記垂直CCDレジスタによる信号電荷の転送だけが行われるダミー画素が配置され、前記垂直CCDレジスタが配置される領域であることを特徴とする請求項2記載のCCD撮像素子。
- 前記撮像領域の垂直方向の両側に1つずつ前記水平CCDレジスタが配置されていることを特徴とする請求項2記載のCCD撮像素子。
- 前記撮像領域の垂直方向の片側にだけ前記水平CCDレジスタが配置されており、前記水平CCDレジスタのない側に配置される前記バス配線は、前記撮像領域の外側に配置されることを特徴とする請求項1又は2記載のCCD撮像素子。
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