JP5438331B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＭ−ＣＣＤ等の電荷増倍型の固体撮像装置に関するものである。

入射する光の像を撮像するための固体撮像装置としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）が広く知られているが、ＣＣＤの中でも、微弱な光の像を撮像することを可能とするＥＭ−ＣＣＤ（Electron Multiplying −ＣＣＤ）が知られている。この種の固体撮像装置は、複数のフォトダイオード等を備えて入射光量に応じた電荷を生成する撮像領域と、撮像領域の電荷を読み出す出力レジスタ部とに加えて、読み出した電荷を増倍する増倍レジスタ部を備え、増倍レジスタ部の電荷増倍作用を用いることによって微弱な光の像の撮像を可能とする。この種の固体撮像装置が特許文献１〜３に開示されている。

特許文献１及び２に記載の固体撮像装置は、増倍レジスタ部の出力に基づいて当該増倍レジスタ部の増倍率（利得）の制御を行う。また、特許文献３に記載の固体撮像装置は、付加レジスタ部を更に備え、増倍レジスタ部の余剰電荷に対して付加レジスタ部を用いることによって、ダイナミックレンジを拡大する。

特開２００７−１２４６７５号公報 特許第３８６２８５０号公報 特開２００４−５２３１１２号公報

ところで、この種の固体撮像装置を分光スペクトル測定等に用いる分光器等に適用する場合、撮像領域に入射する光に強度分布が存在し、入射光の強度分布が固体撮像装置のダイナミックレンジを大きく超えることがある。そこで、固体撮像装置のダイナミックレンジを入射光の強度分布に適応させるために、特許文献１及び２に記載の固体撮像装置のように増倍レジスタ部の増倍率を制御することが考えられる。

しかしながら、特許文献１及び２に記載の固体撮像装置では、増倍レジスタ部の増倍率を撮像領域全体に対して均等に制御するので、撮像領域の位置によって入射光の強度が大きく異なる場合に、増倍レジスタ部の増倍率を制御しきれず、固体撮像装置のダイナミックレンジを入射光の強度分布に適切に適応させることが困難である。

また、特許文献３に記載の固体撮像装置は、入射光量が大きい場合に付加レジスタ部を用いて増倍レジスタ部の電荷容量不足を補うものであるが、この固体撮像装置でも、撮像領域に対して増倍レジスタ部と付加レジスタ部とが一つずつ設けられているだけであるので、撮像領域の位置によって入射光の強度が大きく異なる場合に、増倍レジスタ部の増倍率を制御しきれず、固体撮像装置のダイナミックレンジを入射光の強度分布に適切に適応させることが困難である。

そこで、本発明は、撮像領域の位置によって入射光の強度が大きく異なる場合であっても、増倍レジスタ部の増倍率の制御を適切に行うことが可能な固体撮像装置を提供することを目的としている。

本発明の固体撮像装置は、電荷増倍型の固体撮像装置において、入射光量に応じた電荷を生成する撮像領域と、撮像領域からの電荷を受ける複数の出力レジスタ部と、複数の出力レジスタ部からの電荷をそれぞれ増倍する複数の増倍レジスタ部とを備え、複数の増倍レジスタ部の増倍段数はそれぞれ異なる。

この固体撮像装置によれば、撮像領域に対して複数の増倍レジスタ部を備えるマルチポート型の固体撮像装置であり、ポートごとに増倍レジスタ部の増倍段数を異ならせることによって、ポートごとに増倍レジスタ部の増倍率を異ならせることができる。したがって、撮像領域の位置によって入射光の強度が大きく異なる場合であっても、増倍レジスタ部の増倍率の制御を適切に行うことができ、固体撮像装置のダイナミックレンジを入射光の強度分布に適切に適応させることが可能となる。

上記した固体撮像装置は、電荷増倍作用を有さないダミーレジスタ部であって、複数の増倍レジスタ部の増倍段数の差を補うための複数のダミーレジスタ部を更に備えることが好ましい。この構成によれば、複数のポートの遅延時間の差を低減することができる。

上記した複数の増倍レジスタ部は、それぞれ、所定の段数の増倍レジスタを有し、所定の段数の増倍レジスタのうちの増倍段数以外の増倍レジスタは、電荷増倍作用を有さないダミーレジスタとして機能することが好ましい。これによれば、例えば、集積回路において、最小入射光量に対応可能な段数の増倍レジスタを全ての増倍レジスタ部に搭載しておき、駆動電圧等の外部制御によって、各増倍レジスタ部の増倍段数を容易に変更することができる。

上記した固体撮像装置は、複数の増倍レジスタ部から出力される電荷量に応じて、複数の増倍レジスタ部の増倍段数をそれぞれ制御する制御部を更に備えることが好ましい。この構成によれば、例えば、集積回路において、最小入射光量に対応可能な段数の増倍レジスタを全ての増倍レジスタ部に搭載しておき、各増倍レジスタ部の増倍段数を自律的に変更することができる。

上記した制御部は、ダミーレジスタとして機能させる増倍レジスタに、増倍段数の増倍レジスタとは異なる駆動電圧を供給してもよい。

本発明によれば、電荷増倍型の固体撮像装置において、撮像領域の位置によって入射光の強度が大きく異なる場合であっても、増倍レジスタ部の増倍率の制御を適切に行うことができる。その結果、固体撮像装置のダイナミックレンジを入射光の強度分布に適切に適応させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 図１に示す増倍レジスタ部の断面構造、及び、増倍作用時のエネルギーポテンシャルを示す図である。 従来例１のマルチポート型の固体撮像装置の測定手法を示す図である。 従来例２のマルチポート型の固体撮像装置の測定手法を示す図である。 第１の実施形態のマルチポート型の固体撮像装置１の測定手法を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 図８に示す各制御部の構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
［第１の実施形態］

図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図１に示す固体撮像装置１は、電荷増倍型の固体撮像装置であり、撮像領域（ＩＡ）１０と、４個の水平レジスタ部（ＨＲ）２１〜２４と、４個の増倍レジスタ部（ＥＭＲ）３１〜３４と、４個のアンプ４１〜４４と、４個の出力ポート５１〜５４とを備えるマルチポート型の固体撮像装置である。

撮像領域１０は、入射する光の像を撮像するためのものであり、複数の画素部を有している。各画素部は、入射光量に応じた量の電荷を発生するフォトダイオードと、該電荷を蓄積する電荷蓄積部とを有している。各画素部は、周期的なパルス電圧を有するクロックに応じて、フォトダイオードから電荷蓄積部への電荷の画素内転送や、電荷蓄積部から水平レジスタ部２１〜２４それぞれへの電荷の転送などを行う。

水平レジスタ部２１〜２４は、それぞれ、撮像領域１０における部分撮像領域１１〜１４の垂直ラインごとに対応して水平方向に配列された複数の水平レジスタを備えており、制御電極Ｐ１ＨＡ、Ｐ２ＨＡ、Ｐ３ＨＡに入力される周期的なパルス電圧を有するクロックに応じて、各水平レジスタの電荷を順次に増倍レジスタ部３１〜３４それぞれへ転送する。

増倍レジスタ部３１〜３４は、それぞれ、複数の増倍レジスタを備えており、水平レジスタ部２１〜２４それぞれから順次に転送される電荷を増倍して、アンプ４１〜４４それぞれへ出力する。図２に、増倍レジスタ部の断面構造、及び、増倍作用時のエネルギーポテンシャルを示す。図２（ａ）に示すように、各増倍レジスタは、Ｐ型基板１０１上にＰ型エピタキシャル層１０２、Ｎ型チャネル層１０３及び酸化膜１０４が順次に積層された積層体上に、４つの制御電極Ｐ１ＨＢ、ＤＣＢ、Ｐ２ＨＢ、Ｐ３ＨＢが順次に配列されてなり、これらの増倍レジスタが複数配列されて増倍レジスタ部３１〜３４それぞれが構成される。制御電極Ｐ１ＨＢ、Ｐ２ＨＢ、Ｐ３ＨＢには、周期的なパルス電圧を有するクロックが順次に印加される。また、制御電極ＤＣＢには、直流電圧が印加される。なお、図２（ａ）における矢印は電荷転送方向を表す。

まず、電極Ｐ１ＨＢに電極ＤＣＢの直流電圧値より大きい値のパルス電圧（クロック）が印加されると、電極Ｐ１ＨＢ下のチャネル層部分のエネルギーポテンシャルが電極ＤＣＢ下のチャネル層部分のエネルギーポテンシャルより高くなり（図２（ｂ）における下向き）、電極Ｐ１ＨＢ下のチャネル層部分にポテンシャルウエルが生じて電極Ｐ１ＨＢの電荷転送方向と反対側の電極Ｐ３ＨＢ下のチャネル層部分から電荷が転送され、保持される。

次に、電極Ｐ１ＨＢのパルス電圧が低下すると共に、電極Ｐ２ＨＢに高電圧値のパルス電圧（クロック）が印加されると、図２（ｂ）に示すように、電極Ｐ１ＨＢ下のチャネル層部分のエネルギーポテンシャルが電極ＤＣＢ下のチャネル層部分のエネルギーポテンシャルより低くなり（上向き）、電極Ｐ２ＨＢ下のチャネル層部分のエネルギーポテンシャルが電極ＤＣＢ下のチャネル層部分のエネルギーポテンシャルより大きく高くなる（下向き）、すなわち、通常の転送のためのエネルギーポテンシャル（図２（ｂ）における点線）に比べて高くなる。すると、電極ＤＣＢ下のチャネル層部分に電荷が転送され、その後、電極Ｐ２ＨＢ下のチャネル層部分に電荷が転送される。この際、インパクトイオナイゼーション効果により電荷増倍が行われる。

次に、電極Ｐ２ＨＢのパルス電圧が低下すると共に、電極Ｐ３ＨＢにパルス電圧（クロック）が印加されると、電極Ｐ２ＨＢ下のチャネル層部分のエネルギーポテンシャルが電極Ｐ３ＨＢ下のチャネル層部分のエネルギーポテンシャルより低くなり（上向き）、電極Ｐ３ＨＢ下のチャネル層部分に電荷が転送される。

このようにして、各増倍レジスタでは、電荷の転送過程において電荷増倍が行われることとなる。増倍レジスタ１段あたりのインパクトイオナイゼーション効果による電荷増倍効果は小さいので、例えば、増倍レジスタ部３１〜３４は数百段程度の増倍レジスタを有する。

アンプ４１〜４４は、それぞれ、増倍レジスタ部３１〜３４それぞれから転送される電荷を電圧信号に変換すると共に増幅して、出力ポート５１〜５４それぞれへ出力する。

ところで、固体撮像装置を分光スペクトル測定等に用いる分光器等に適用する場合、撮像領域に入射する光に強度分布が存在し、入射光の強度分布が固体撮像装置のダイナミックレンジを大きく超えることがある。しかしながら、この種の測定では、入射光の強度分布が略一定であることが多い。

そこで、本実施形態では、撮像領域１０における部分撮像領域１１，１３に入射する光の強度は弱く、部分撮像領域１２，１４に入射する光の強度は強いことが予め分かっていると仮定する。

この仮定に基づき、本実施形態では、増倍レジスタ部３１〜３４のうち、部分撮像領域１１，１３に対応する増倍レジスタ部３１、３３の増倍段数が予め大きく、部分撮像領域１２，１４に対応する増倍レジスタ部３２、３４の増倍段数が予め小さくなっている。これにより、増倍レジスタ部３１、３３の増倍率は大きく、増倍レジスタ部３２、３４の増倍率は小さくなっている。

以下では、図３〜５を用いて、第１の実施形態の固体撮像装置１の作用効果を説明する。

図３は、従来例１のマルチポート型の固体撮像装置の測定手法を示す図である。従来例１のマルチポート型の固体撮像装置は、固体撮像装置１において、増倍レジスタ部３１〜３４の増倍段数及び増倍率が同一且つ一定である点で、第１の実施形態の固体撮像装置１と異なる。この従来例１のマルチポート型の固体撮像装置は、露光時間を変更することによって、ダイナミックレンジを越える強度分布を有する入射光の測定を行うものである。

例えば、図３（ａ）に示すように、読み出し電荷量が増倍レジスタ部のノイズレベルＮｔより小さい入射光を測定する場合、図３（ｂ）に示すように、長時間Ｔ_Ｌ露光によって入射光を測定し、図３（ｄ）に示すように、露光時間Ｔ_Ｌの逆数倍換算を行う。一方、図３（ａ）に示すように、読み出し電荷量が増倍レジスタ部の飽和電荷量ＦＷを超える入射光を測定する場合、図３（ｃ）に示すように、短時間Ｔ_Ｓ露光によって入射光を測定し、図３（ｄ）に示すように、露光時間Ｔ_Ｓの逆数倍換算を行う。このように、従来例１のマルチポート型の固体撮像装置の測定手法では、露光時間を変更して複数回の測定を行う必要があり、測定が煩雑であった。

次に、図４に、従来例２のマルチポート型の固体撮像装置の測定手法を示す。従来例２のマルチポート型の固体撮像装置は、固体撮像装置１において、増倍レジスタ部３１〜３４の増倍段数が同一である点で、第１の実施形態の固体撮像装置１と異なる。この従来例２のマルチポート型の固体撮像装置は、増倍レジスタ部の増倍率を変更することによって、ダイナミックレンジを越える強度分布を有する入射光の測定を行うものであり、特許文献１及び２に記載の固体撮像装置に相当する。

例えば、図４（ａ）に示すように、撮像領域の位置によって入射光の強度がダイナミックレンジの下限未満であり、読み出し電荷量が増倍レジスタ部のノイズレベルＮｔより小さいことがある場合について考える。図４（ｂ）に示すように、この下限未満の入射光Ａを測定可能とするために増倍レジスタ部の増倍率を大きくすると、撮像領域全体に対して増倍レジスタ部の増倍率を大きくしてしまうので、増倍率制御以前に測定可能であった入射光Ｂがダイナミックレンジの上限を超えてしまい、この入射光Ｂの読み出し電荷量が増倍レジスタ部の飽和電荷量ＦＷを超えてしまう。一方、図４（ｃ）に示すように、入射光Ｂに増倍レジスタ部の増倍率を調整してしまうと、入射光Ａを測定可能にすることができない。それでも必要なときには、図４（ｂ）の測定と図４（ｃ）の測定の２回行ったうえで、それぞれの測定における像倍率で割り戻して換算することで図４（ｄ）のように、両方を測定可能にはできるが、像倍率を変更して複数回の測定を行う必要があり、測定が煩雑であった。

しかしながら、第１の実施形態のマルチポート型の固体撮像装置１によれば、上記した入射光Ａ及び入射光Ｂの両方を測定可能にすることができる。図５は、第１の実施形態のマルチポート型の固体撮像装置１の測定手法を示す図である。第１の実施形態のマルチポート型の固体撮像装置１は、上記したように、ポートごとに増倍レジスタ部３１〜３４の増倍段数を異ならせることによって、ダイナミックレンジを越える強度分布を有する入射光の測定を行うものである。

第１の実施形態の固体撮像装置１では、図５（ａ）に示すように、部分撮像領域１１，１３の入射光Ａの強度がダイナミックレンジの下限未満であり、読み出し電荷量が増倍レジスタ部のノイズレベルＮｔ未満であることが予め分かっている場合、増倍レジスタ部３１，３３の増倍段数が大きく設定され、増倍率が高くなっている。その結果、図５（ｂ）に示すように、この入射光Ａを測定可能とすることができる。一方、図５（ａ）に示すように、部分撮像領域１２，１４の入射光Ｂの強度はダイナミックレンジ内であり、読み出し電荷量が増倍レジスタ部のノイズレベルＮｔ以上飽和電荷量ＦＷ以下であることが予め分かっている場合、増倍レジスタ部３２，３４の増倍段数は小さく設定され、増倍率が低くなっている。その結果、図５（ｂ）に示すように、この入射光Ｂも測定可能とすることができる。図５（ｂ）で測定した入射光Ａ、Ｂ各々の像倍率で、各々の測定値を割り戻した結果として図５（ｃ）のように実際の測定値が得られる。

このように、第１の実施形態の固体撮像装置１によれば、撮像領域１０に対して複数の増倍レジスタ部３１〜３４を備えるマルチポート型の固体撮像装置であり、ポートごとに増倍レジスタ部３１〜３４の増倍段数を異ならせることによって、ポートごとに増倍レジスタ部３１〜３４の増倍率を異ならせることができる。したがって、撮像領域１０の位置によって入射光の強度が大きく異なる場合であっても、増倍レジスタ部３１〜３４の増倍率の制御を適切に行うことができ、固体撮像装置１のダイナミックレンジを入射光の強度分布に適切に適応させることが可能となる。

また、第１の実施形態の固体撮像装置１によれば、増倍段数によって増倍率を変えるので、増倍レジスタ部３１〜３４のクロック電圧を共通にすることができる。
［第２の実施形態］

図６は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図６に示す固体撮像装置１Ａは、固体撮像装置１において、更にダミーレジスタ部３５、３６を備える構成で、第１の実施形態と異なっている。固体撮像装置１Ａのその他の構成は、固体撮像装置１と同一である。

ダミーレジスタ部３５は、増倍段数が小さい増倍レジスタ部３２と水平レジスタ部２２との間に配置されている。ダミーレジスタ部３５は、複数のレジスタを備えており、各レジスタは、例えば、水平レジスタ部２１〜２４における水平レジスタと同一の構成である。すなわち、ダミーレジスタ部３５は、水平レジスタ部２１〜２４と同様に電荷増倍作用を有していない。ダミーレジスタ部３５のレジスタ段数は、増倍レジスタ部３１（３３）の段数と増倍レジスタ部３２の段数との差分に設定される。これによって、増倍レジスタ部３２及びダミーレジスタ部３５の総段数が、増倍レジスタ部３１（３３）の段数と等しくなると共に、増倍レジスタ部３２及びダミーレジスタ部３５の総全長が、増倍レジスタ部３１（３３）の全長と略等しくなる。

同様に、ダミーレジスタ部３６は、増倍段数が小さい増倍レジスタ部３４と水平レジスタ部２４との間に配置されている。ダミーレジスタ部３６は、複数のレジスタを備えており、各レジスタは、例えば、水平レジスタ部２１〜２４における水平レジスタと同一の構成である。すなわち、ダミーレジスタ部３６は、水平レジスタ部２１〜２４と同様に電荷増倍作用を有していない。ダミーレジスタ部３６のレジスタ段数は、増倍レジスタ部３１（３３）の段数と増倍レジスタ部３４の段数との差分に設定される。これによって、増倍レジスタ部３４及びダミーレジスタ部３６の総段数が、増倍レジスタ部３１（３３）の段数と等しくなると共に、増倍レジスタ部３４及びダミーレジスタ部３６の総全長が、増倍レジスタ部３１（３３）の全長と略等しくなる。

この第２の実施形態の固体撮像装置１Ａでも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様の利点を得ることができる。

更に、第２の実施形態の固体撮像装置１Ａによれば、各ポートにおけるレジスタの総段数が等しく、総全長が略等しいので、複数のポートの遅延時間の差を低減することができる。
［第３の実施形態］

図７は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図７に示す固体撮像装置１Ｂは、固体撮像装置１において、増倍レジスタ部３１〜３４に代えて増倍レジスタ部３１Ａ〜３４Ａを備える構成で、第１の実施形態と異なっている。固体撮像装置１Ｂのその他の構成は、固体撮像装置１と同一である。

増倍レジスタ部３１Ａ〜３４Ａでは、電極に印加される制御電圧は異なるが、同一の構成を有するので、以下では、増倍レジスタ部３１Ａ〜３４Ａを代表して増倍レジスタ部３１Ａの構成について詳細に説明する。

増倍レジスタ部３１Ａ（３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ）は、同一の制御電圧が供給される３個の増倍レジスタ部３１１〜３１３（３２１〜３２３、３３１〜３３３、３４１〜３４３）を備えており、増倍レジスタ部３１１〜３１３（３２１〜３２３、３３１〜３３３、３４１〜３４３）は、それぞれ、上記した増倍レジスタを複数備えている。増倍レジスタ部３１１（３２１、３３１、３４１）では、増倍レジスタにおける４つの制御電極のうちの電極Ｐ２ＨＢ１１（Ｐ２ＨＢ２１、Ｐ２ＨＢ３１、Ｐ２ＨＢ３１）に印加するパルス電圧値及び電極ＤＣＢ１１（ＤＣＢ２１、ＤＣＢ３１、ＤＣＢ４１）に印加する直流電圧値を制御することによって、電荷増倍作用の有無を制御することができる。同様に、増倍レジスタ部３１２（３２２、３３２、３４２）でも、増倍レジスタにおける４つの制御電極のうちの電極Ｐ２ＨＢ１２（Ｐ２ＨＢ２２、Ｐ２ＨＢ３２、Ｐ２ＨＢ４２）に印加するパルス電圧値及び電極ＤＣＢ１２（ＤＣＢ２２、ＤＣＢ３２、ＤＣＢ４２）に印加する直流電圧値を制御することによって、電荷増倍作用の有無を制御することができる。同様に、増倍レジスタ部３１３（３２３、３３３、３４３）でも、増倍レジスタにおける４つの制御電極のうちの電極Ｐ２ＨＢ１３（Ｐ２ＨＢ２３、Ｐ２ＨＢ３３、Ｐ２ＨＢ４３）に印加するパルス電圧値及び電極ＤＣＢ１３（ＤＣＢ２３、ＤＣＢ３３、ＤＣＢ４３）に印加する直流電圧値を制御することによって、電荷増倍作用の有無を制御することができる。

この増倍レジスタ部３１Ａでは、外部制御によって増倍レジスタ部３１１〜３１３の制御電圧を制御し、増倍レジスタ部３１１〜３１３のすべてに電荷増倍作用を与えることによって、上記した増倍レジスタ部３１と同一の増倍段数を得ることができる。同様に、増倍レジスタ部３３Ａでも、外部制御によって増倍レジスタ部３３１〜３３３の制御電圧を制御し、増倍レジスタ部３３１〜３３３のすべてに電荷増倍作用を与えることによって、上記した増倍レジスタ部３３と同一の増倍段数を得ることができる。

一方、増倍レジスタ部３２Ａでは、外部制御によって増倍レジスタ部３２３の制御電圧を制御し、増倍レジスタ部３２３に電荷増倍作用を与えることによって、上記した増倍レジスタ部３２と同一の増倍段数を得ることができる。また、外部制御によって増倍レジスタ部３２１，３２２の制御電圧を制御し、増倍レジスタ部３２１，３２２のすべてに電荷増倍作用を与えないことによって、上記したダミーレジスタ部３５と同一の段数を得ることができる。同様に、増倍レジスタ部３４Ａでは、外部制御によって増倍レジスタ部３４３の制御電圧を制御し、増倍レジスタ部３４３に電荷増倍作用を与えることによって、上記した増倍レジスタ部３４と同一の増倍段数を得ることができる。また、外部制御によって増倍レジスタ部３４１，３４２の制御電圧を制御し、増倍レジスタ部３４１，３４２のすべてに電荷増倍作用を与えないことによって、上記したダミーレジスタ部３６と同一の段数を得ることができる。

この第３の実施形態の固体撮像装置１Ｂでも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様の利点を得ることができる。

更に、第３の実施形態の固体撮像装置１Ｂによれば、例えば、集積回路において、最小入射光量に対応可能な段数の増倍レジスタを全ての増倍レジスタ部３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａに搭載しておき、駆動電圧等の外部制御によって、各増倍レジスタ部３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａの増倍段数を容易に変更することができる。
［第４の実施形態］

図８は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図８に示す固体撮像装置１Ｃは、固体撮像装置１Ｂにおいて、更に複数の制御部６１〜６４を備えている構成で、第３の実施形態と異なっている。固体撮像装置１Ｃのその他の構成は、固体撮像装置１Ｂと同一である。

制御部６１〜６４は同一の構成を有するので、以下では、制御部６１〜６４を代表して制御部６１の構成について詳細に説明する。

制御部６１（６２、６３、６４）は、アンプ４１（４２、４３、４４）の出力電圧に基づいて、増倍レジスタ部３１Ａ（３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ）における増倍レジスタ部３１１〜３１３（３２１〜３２３、３３１〜３３３、３４１〜３４３）の制御電極Ｐ２ＨＢ１１〜Ｐ２ＨＢ１３及びＤＣＢ１１〜ＤＣＢ１３（Ｐ２ＨＢ２１〜Ｐ２ＨＢ２３及びＤＣＢ２１〜ＤＣＢ２３、Ｐ２ＨＢ３１〜Ｐ２ＨＢ３３及びＤＣＢ３１〜ＤＣＢ３３、Ｐ２ＨＢ４１〜Ｐ２ＨＢ４３及びＤＣＢ４１〜ＤＣＢ４３）の電圧の制御を行う。

図９は、各制御部の構成を示す図である。図９に示すように、制御部６１（６２、６３、６４）は、アナログ／ディジタル変換器（以下、ＡＤＣという。）７１と、信号処理部７２と、駆動部７３とを有する。

ＡＤＣ７１は、アンプ４１（４２、４３、４４）から順次に供給される出力電圧値を順次にディジタル値に変換する。

信号処理部７２は、ＡＤＣ７１から順次に供給されるディジタル値に基づいて、増倍レジスタ部３１Ａ（３２Ａ、３３Ａ、３４Ａ）における増倍レジスタ部３１１〜３１３（３２１〜３２３、３３１〜３３３、３４１〜３４３）に供給するクロック及び直流電圧の電圧値を決定する。例えば、信号処理部７２は、水平１ライン分の電荷量に応じたディジタル値の最大値、最小値及び平均値のうちの何れかを求める。そして、信号処理部７２は、ディジタル値が大きい場合には増倍レジスタ部３１１〜３１３（３２１〜３２３、３３１〜３３３、３４１〜３４３）の増倍段数を小さくするように、ディジタル値が小さい場合には増倍レジスタ部３１１〜３１３（３２１〜３２３、３３１〜３３３、３４１〜３４３）の増倍段数を大きくするように、増倍レジスタ部３１１〜３１３（３２１〜３２３、３３１〜３３３、３４１〜３４３）の制御電極Ｐ２ＨＢ１１〜Ｐ２ＨＢ１３（Ｐ２ＨＢ２１〜Ｐ２ＨＢ２３、Ｐ２ＨＢ３１〜Ｐ２ＨＢ３３、Ｐ２ＨＢ４１〜Ｐ２ＨＢ４３）に印加するクロックのパルス電圧値及び制御電極ＤＣＢ１１〜ＤＣＢ１３（ＤＣＢ２１〜ＤＣＢ２３、ＤＣＢ３１〜ＤＣＢ３３、ＤＣＢ４１〜ＤＣＢ４３）に印加する直流電圧値を決定する。

駆動部７３は、信号処理部７２の決定値に応じたパルス電圧を有する制御電極Ｐ２ＨＢ１１〜Ｐ２ＨＢ１３（Ｐ２ＨＢ２１〜Ｐ２ＨＢ２３、Ｐ２ＨＢ３１〜Ｐ２ＨＢ３３、Ｐ２ＨＢ４１〜Ｐ２ＨＢ４３）用クロック、及び、信号処理部７２の決定値に応じた電圧を有する制御電極ＤＣＢ１１〜ＤＣＢ１３（ＤＣＢ２１〜ＤＣＢ２３、ＤＣＢ３１〜ＤＣＢ３３、ＤＣＢ４１〜ＤＣＢ４３）用直流電圧を生成し、増倍レジスタ部３１１〜３１３（３２１〜３２３、３３１〜３３３、３４１〜３４３）へ供給する。

このようにして、制御部６１（６３）は、増倍レジスタ部３１１〜３１３（３３１〜３３３）のすべてに電荷増倍作用を与えることによって、増倍レジスタ部３１Ａ（３３Ａ）に上記した増倍レジスタ部３１（３３）と同一の増倍段数を与えることができる。一方、制御部６２（６４）は、増倍レジスタ部３２３（３４３）に電荷増倍作用を与えることによって、増倍レジスタ部３２Ａ（３４Ａ）に上記した増倍レジスタ部３２（３４）と同一の増倍段数を得ることができ、増倍レジスタ部３２１，３２２（３４１，３４２）に電荷増倍作用を与えないことによって、上記したダミーレジスタ部３５（３６）と同一の段数を得ることができる。

この第４の実施形態の固体撮像装置１Ｃでも、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様の利点を得ることができる。

更に、第４の実施形態の固体撮像装置１Ｃによれば、例えば、集積回路において、最小入射光量に対応可能な段数の増倍レジスタを全ての増倍レジスタ部３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａに搭載しておき、各増倍レジスタ部３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａの増倍段数を自律的に変更することができる。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。

本実施形態では、４個の出力ポートを備えるマルチポート型の固体撮像装置を例示したが、本発明の思想は、２個以上の出力ポートを備えるマルチポート型の固体撮像装置に適用可能である。

また、本発明の思想は、様々な形態、例えば、ライン型、インターライン型、フレームトランスファ型、フルフレームトランスファ型等の固体撮像装置に適用可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…固体撮像装置、１０…撮像領域、１１〜１４…部分撮像領域、２１〜２４…水平レジスタ部（出力レジスタ部）、３１〜３４，３１Ａ〜３４Ａ…増倍レジスタ部、３５，３６…ダミーレジスタ部、４１〜４４…アンプ、５１〜５４…出力ポート、６１〜６４…制御部、７１…アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）、７２…信号処理部、７３…駆動部。

Claims (5)

1. 複数の出力ポートを備えるマルチポート型、かつ、電荷増倍型の固体撮像装置において、
   前記複数の出力ポートにそれぞれ対応した複数の部分撮像領域を有し、入射光量に応じた電荷を生成する撮像領域と、
   前記複数の部分撮像領域からの電荷をそれぞれ受ける複数の出力レジスタ部と、
   前記複数の出力レジスタ部からの電荷をそれぞれ増倍する複数の増倍レジスタ部と、
   を備え、
   前記複数の増倍レジスタ部の増倍段数はそれぞれ異なる、
   固体撮像装置。
2. 電荷増倍作用を有さないダミーレジスタ部であって、前記複数の増倍レジスタ部の増倍段数の差を補うための複数のダミーレジスタ部を更に備える、
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記複数の増倍レジスタ部は、それぞれ、所定の段数の増倍レジスタを有し、
   前記所定の段数の増倍レジスタのうちの前記増倍段数以外の増倍レジスタは、電荷増倍作用を有さないダミーレジスタとして機能する、
   請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記複数の増倍レジスタ部から出力される電荷量に応じて、前記複数の増倍レジスタ部の増倍段数をそれぞれ制御する制御部を更に備える、
   請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記制御部は、前記ダミーレジスタとして機能させる増倍レジスタに、前記増倍段数の増倍レジスタとは異なる駆動電圧を供給する、
   請求項４に記載の固体撮像装置。

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