JP2001015730A

JP2001015730A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JP2001015730A
Application number: JP11188775A
Authority: JP
Inventors: Tokuyuki Taniyama; 徳亨谷山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】信号電荷の高精度の高速垂直転送が可能な固
体撮像素子の提供。【解決手段】マトリクス状に配列された複数センサに
より入射光が光電変換された信号電荷が、センサ間に垂
直方向に設けた垂直転送部５ａ、５ｂ・・に、フレーム
読出し又はフィールド読出しで読出され垂直方向に転送
され、垂直転送部５ａ、５ｂ・・は、センサ１ａ１・・
にトランスファゲート２で接続され、２相駆動される垂
直転送素子３ａ１・・が直列接続され、隣接配列される
垂直転送素子３ａ１・・の駆動電極の間隙位置に電位障
壁領域６ａが設けられた構成で、２相駆動電極に２相駆
動信号が印加され信号電荷が転送チャネル内を垂直転送
され、信号電荷の転送残しのない高精度の垂直転送を、
２相駆動による簡単な制御動作により従来の４倍の高速
度で行うことが可能になり、フィールド読出し動作で
は、信号電荷の読出と混合を同時に行って動作を簡略化
することも可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子に係
り、特にＣＣＤ（Charge Coupled Device ；電荷転送素
子）構造の電荷転送部を備えた固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体撮像素子は、図８に示すよう
な構成となっていて、ＰＮ接合ダイオードなどで形成さ
れ、被撮像体からの入射光の強度に比例した信号電荷を
発生するセンサ１ａ１、１ａ２・・、１ｂ１、１ｂ２・
・がマトリクス形状に配列されており、マトリクスの列
方向に配列される隣接するセンサ列Ｓ１〜Ｓ３間におい
て、マトリクスの列方向には、対応するセンサから信号
電荷を読出し、マトリクスの列方向に転送する複数列の
垂直転送部５ａ、５ｂ・・が配列されている。実際に
は、センサ１ａ１・・は列方向に５００個程度配列され
てセンサ列を構成し、このセンサ列が、所定の間隔で５
００〜８００本並列に配列され、これらのセンサ列間
に、垂直転送部５ａ、５ｂ・・が配列されているが、説
明を簡単にするために、図８には、４個のセンサで構成
される３列のセンサ列Ｓ１〜Ｓ３と、これらのセンサ列
にそれぞれ対応して配列される３列の垂直転送部５ａ〜
５ｃのみが示されている。そして、これらの垂直転送部
５ａ〜５ｃには、垂直転送部５ａ〜５ｃから転送される
信号電荷を順次読出し、これらの信号電荷をマトリクス
の行方向に転送し、図示せぬ電気信号変換部に出力する
水平転送部１０が接続されている。

【０００３】ところで、垂直転送部５ａは、垂直転送素
子３ａ１〜３ａ８が直列に接続されて構成され、垂直転
送素子３ａ１、３ａ２が、センサ１ａ１に対応して配置
され、センサ１ａ１と垂直転送素子３ａ１が、トランス
ファーゲート２で接続されており、垂直転送素子３ａ
３、３ａ４が、センサ１ａ２に対応して配置され、セン
サ１ａ２と垂直転送素子３ａ３が、トランスファーゲー
ト２で接続されている。同様にして、垂直転送素子３ａ
５、３ａ６が、センサ１ａ３に対応して配置され、セン
サ１ａ３と垂直転送素子３ａ５が、トランスファーゲー
ト２で接続されており、垂直転送素子３ａ７、３ａ８
が、センサ１ａ４に対応して配置され、センサ１ａ４と
垂直転送素子３ａ７が、トランスファーゲート２で接続
されている。さらに、垂直転送部５ｂ、５ｃにおいて
も、それぞれ垂直転送素子３ｂ１〜３ｂ８とセンサ１ｂ
１〜１ｂ４との間、及び垂直転送素子３ｃ１〜３ｃ８と
センサ１ｃ１〜１ｃ４との間には、垂直転送部５ａと同
様な接続配設条件が設定されている。

【０００４】また、センサ１ａ１と垂直転送素子３ａ
１、３ａ２、センサ１ｂ１と垂直転送素子３ｂ１、３ｂ
２、センサ１ｃ１と垂直転送素子３ｃ１、３ｃ２で、奇
数ラインＬｏ１の転送ユニットが構成され、センサ１ａ
２と垂直転送ユニット３ａ３、３ａ４、センサ１ｂ２と
垂直転送ユニット３ｂ３、３ｂ４、センサ１ｃ２と垂直
転送ユニット３ｃ３、３ｃ４で、偶数ラインＬｅ１の転
送ユニットが構成されており、全く同様にして、奇数ラ
インＬｏ２と偶数ラインＬｅ２の転送ユニットが構成さ
れている。

【０００５】そして、垂直転送部５ａでは、垂直転送素
子３ａ１、３ａ５に第１相の駆動電極が接続され、垂直
転送素子３ａ２、３ａ６に第２相の駆動電極が接続さ
れ、垂直転送素子３ａ３、３ａ７に第３相の駆動電極が
接続され、垂直転送素子３ａ４、３ａ８に第４相の駆動
電極が接続されている。同様にして、垂直転送部５ｂ、
５ｃにおいても、それぞれ垂直転送素子３ｂ１〜３ｂ
８、３ｃ１〜３ｃ８に対して、垂直転送部５ａと同様な
関係で、第１相の駆動電極ないし第４相の駆動電極が接
続されている。これらの第１相の駆動電極ないし第４相
の駆動電極には、それぞれ位相を異にする方形波状の駆
動信号が印加されて、信号電荷の読出しと垂直方向の転
送とが行われるように構成されている。

【０００６】このような構成の従来の固体撮像素子のフ
レーム読出し動作を、図１１を参照して説明する。第１
相の駆動電極ないし第４相の駆動電極に印加される駆動
信号Ｖ１〜Ｖ４は、それぞれ図１１（ａ）に示すよう
に、タイミング区間Ｔｘ（ｘ；整数）に対応するポテン
シャルの波形を有し、互いに位相を異にする方形波信号
である。タイミング区間Ｔ２において、垂直転送部５ａ
の垂直転送素子３ａ１、３ａ５、垂直転送部５ｂの垂直
転送素子３ｂ１、３ｂ５、垂直転送部５ｃの垂直転送素
子３ｃ１、３ｃ５に接続される第１の駆動電極に印加さ
れる第１相の駆動信号は読出電圧ＶＴに設定される。こ
のために、タイミング区間Ｔ２において、垂直転送部５
ａでは、センサ１ａ１、１ａ３からは、トランスファゲ
ート２を介して、垂直転送素子３ａ１、３ａ５に、垂直
転送部５ｂでは、センサ１ｂ１、１ｂ５からは、トラン
スファゲート２を介して、垂直転送素子３ｂ１、３ｂ５
に、垂直転送部５ｃでは、センサ１ｃ１、１ｃ５から
は、トランスファゲート２を介して、垂直転送素子３ｃ
１、３ｃ５にそれぞれ信号電荷が読み出される。

【０００７】このようにして、読み出された奇数ライン
Ｌｏ１、Ｌｏ２の信号電荷は、各相の駆動信号のＶ−ｈ
ｉｇｈ或いはＶ−ｌｏｗへの変化に対応して変化する各
垂直転送素子の転送チャネルのポテンシャルに基づき、
タイミング区間Ｔ３〜Ｔ５を経て、タイミング区間Ｔ６
〜Ｔ１３の区間Ａにおいて、一番ポテンシャルが深いポ
テンシャルバケットの垂直方向への移動に伴って、矢印
Ｙに示す垂直方向に順次転送されて、水平転送部１０に
転送蓄積される。次いで、同様にして、第３相の駆動信
号を読出電圧ＹＴに設定することにより、垂直転送部５
ａ〜５ｃにおいて、第３相の駆動電極と第４相の駆動電
極とに接続された偶数ラインＬｅ１、Ｌｅ２の信号電荷
が矢印Ｙに示す垂直転送方向に転送される。

【０００８】次に、従来の固体撮像素子のフィールド読
出し動作を、図１２を参照して説明する。このフィール
ド読出し動作時には、タイミング区間Ｔ２において、垂
直転送部５ａの垂直転送素子３ａ１、３ａ５、垂直転送
部５ｂの垂直転送素子３ｂ１、３ｂ５、垂直転送部５ｃ
の垂直転送素子３ｃ１、３ｃ５に接続される第１の駆動
電極に印加される第１相の駆動信号は読出電圧ＶＴに設
定される。このために、タイミング区間Ｔ２において、
垂直転送部５ａでは、センサ１ａ１、１ａ３からは、ト
ランスファゲート２を介して、垂直転送素子３ａ１、３
ａ５に、垂直転送部５ｂでは、センサ１ｂ１、１ｂ５か
らは、トランスファゲート２を介して、垂直転送素子３
ｂ１、３ｂ５に、垂直転送部５ｃでは、センサ１ｃ１、
１ｃ５からは、トランスファゲート２を介して、垂直転
送素子３ｃ１、３ｃ５にそれぞれ信号電荷が読み出され
る。

【０００９】次いで、タイミング区間Ｔ４において、垂
直転送部５ａの垂直転送素子３ａ３、３ａ７、垂直転送
部５ｂの垂直転送素子３ｂ３、３ｂ７、垂直転送部５ｃ
の垂直転送素子３ｃ３、３ｃ７に接続される第３の駆動
電極に印加される第３相の駆動信号は読出電圧ＶＴに設
定される。このために、タイミング区間Ｔ４において、
垂直転送部５ａでは、センサ１ａ２、１ａ４からは、ト
ランスファゲート２を介して、垂直転送素子３ａ３、３
ａ７に、垂直転送部５ｂでは、センサ１ｂ２、１ｂ４か
らは、トランスファゲート２を介して、垂直転送素子３
ｂ３、３ｂ７に、垂直転送部５ｃでは、センサ１ｃ２、
１ｃ４からは、トランスファゲート２を介して、垂直転
送素子３ｃ３、３ｃ７にそれぞれ信号電荷が読み出され
る。

【００１０】そして、タイミング区間Ｔ５を経て、タイ
ミング区間Ｔ６において、読み出された信号電荷の電荷
混合Ｍが行われ、読み出され電荷混合された信号電荷
は、各相の駆動信号のＶ−ｈｉｇｈ或いはＶ−ｌｏｗへ
の変化に対応して変化する各垂直転送素子の転送チャネ
ルのポテンシャルに基づき、タイミング区間Ｔ７〜Ｔ１
４の区間Ｂにおいて、一番ポテンシャルが深いポテンシ
ャルバケットの垂直方向への移動に伴って、矢印Ｙに示
す垂直方向に順次転送されて、水平転送部１０に転送蓄
積される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の固体撮像
素子では、フレーム読出し動作時には、図１１（ａ）、
（ｂ）に示す期間Ａで、奇数ラインＬｏ１、Ｌｏ２の信
号電荷の垂直転送が行われ、フィールド読出し動作時に
は、図１２（ａ）、（ｂ）に示す期間Ｂで、信号電荷の
垂直転送が行われ、垂直転送にかなり時間がかかると共
に、駆動制御のタイミングも複雑である。また、図９に
示すように、例えば、第３相駆動信号Ｖ３で読出を行う
場合には、センサ１ａ４のｃ部分のポテンシャルが深く
なり、センサ１ａ４から信号電荷が読み出されるが、こ
の時、隣接するセンサ１ａ３のｂ部分が、センサ１ａ４
のｃ部分のポテンシャルの深まりの影響を受けて、ポテ
ンシャルが深まり、センサ１ａ３のｂ部分に信号電荷が
溜り易くなる。このために、センサ１ａ４と隣接するセ
ンサ１ａ３とで、同時に信号電荷を読み出そうとする
と、センサ１ａ３のｂ部分の信号電荷が読出されずに、
信号電荷の読出し残りが発生し易くなり、フィールド読
出し時にも全センサから同時に信号電荷を読出すことは
できない。

【００１２】さらに、従来の固体撮像素子では、図１０
に示すように、駆動電極７ａ〜７ｄの直下の垂直転送素
子の転送チャネルのポテンシャルにポテンシャル不均一
部Ａが存在したり、隣接する駆動電極間の絶縁膜厚部８
によって、対応する垂直転送素子の転送チャネルの駆動
信号によるポテンシャルにポテンシャル窪み（ＤＩＰ）
Ｂが生じることがあり、これが原因で転送残しが発生
し、信号電荷の転送が高精度で行われないことがある。

【００１３】本発明は、前述したような固体撮像素子の
垂直転送動作の現状に鑑みてなされたものであり、その
目的は、信号電荷に対する高精度の垂直転送動作を高速
度で行うことが可能な固体撮像素子を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、各画素に対応する複数のセ
ンサがマトリクス状に配列され、入射光に対応する信号
電荷を光電変換により生成する感光部と、複数のセンサ
間にマトリクスの列に沿って垂直方向に配列され、各セ
ンサにトランスファゲートでそれぞれ接続され、信号電
荷の転送チャネルを備え、それぞれに駆動電極が接続さ
れた複数の垂直転送素子が、互いに直列に接続されて構
成され、センサから読み出される信号電荷を垂直方向に
転送する垂直転送部と、垂直転送部から転送される信号
電荷を水平方向に転送し外部に出力する水平転送部と、
互いに隣接配列される垂直転送素子の駆動電極に、２相
の駆動信号を印加することにより、信号電荷を垂直転送
部の転送チャネル内で転送させる２相駆動手段と、互い
に隣接配列される前記垂直転送素子の駆動電極間の間隙
位置に対応して、前記垂直転送部に設けられる電位障壁
領域とを有することを特徴とするものである。

【００１５】このような手段によると、互いに隣接配列
される垂直転送素子の駆動電極間の間隙位置に対応し
て、垂直転送部には電位障壁領域が設けられているの
で、信号電荷の転送残しがなくなり、簡単な２相駆動の
制御動作によって、信号電荷の高精度の垂直転送が行わ
れる。

【００１６】同様に前記目的を達成するために、請求項
２記載の発明は、請求項１記載の発明において、各セン
サに対して、互いに隣接配置される２個の前記垂直転送
素子が対応して配設され、各センサと対応する２個の垂
直転送素子との間に、トランスファゲートが、それぞれ
形成されていることを特徴とするものである。

【００１７】このような手段によると、互いに隣接配列
される垂直転送素子の駆動電極間の間隙位置に対応し
て、垂直転送部には電位障壁領域が設けられているの
で、信号電荷の転送残しがなくなり、各センサと対応す
る２個の垂直転送素子との間に、トランスファゲートが
それぞれ形成されているので、さらに簡単な２相駆動の
制御動作によって、信号電荷の読出しと混合とを同時に
行うフィールド読出しを行って、信号電荷の高精度の垂
直転送が行われる。

【００１８】

【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］本発明の第
１の実施の形態を、図１ないし図５を参照して説明す
る。図１は本実施の形態の要部の構成を示す説明図、図
２は本実施の形態の垂直転送部に形成されるポテンシャ
ルバリアの説明図、図３は本実施の形態の垂直転送部に
形成される他のポテンシャルバリアの説明図、図４は本
実施の形態のフレーム読出動作を示すタイムチャート、
図５は本実施の形態のフィールド読出動作を示すタイム
チャートである。

【００１９】図１においては、本実施の形態の構成を、
センサ列Ｓ１と対応する垂直転送部５ａ、及びセンサ列
Ｓ２と対応する垂直転送部５ｂに限って表示している
が、本実施の形態では、実際には、図８ですでに説明し
た従来の固体撮像素子と同様に水平転送部が設けられて
おり、また、センサは列方向に５００個程度配列されて
センサ列を構成し、このセンサ列が、所定の間隔で５０
０〜８００本並列に配列されて、センサがマトリクス形
状に配列され、これらのセンサ列間に垂直転送部５ａ、
５ｂ・・が配列されている。以下の説明では、簡単のた
めに、図１に示された範囲に基づいた説明を行うことに
する。

【００２０】本実施の形態では、センサ１ａ１〜１ａ３
からなるセンサ列Ｓ１に対応して、センサ１ａ１とトラ
ンスファゲート２で接続される垂直転送素子３ａ１、セ
ンサ１ａ２とトランスファゲート２で接続される垂直転
送素子３ａ２、センサ１ａ３とトランスファゲート２で
接続される垂直転送素子３ａ３からなる垂直転送部５ａ
が設けられている。同様にして、センサ１ｂ１〜１ｂ３
からなるセンサ列Ｓ２に対応して、センサ１ｂ１とトラ
ンスファゲート２で接続される垂直転送素子３ｂ１、セ
ンサ１ｂ２とトランスファゲート２で血族される垂直転
送素子３ｂ２、センサ１ｂ３とトランスファゲート２で
接続される垂直転送素子３ｂ３からなる垂直転送部５ｂ
が設けられている。

【００２１】また、本実施の形態では、図２に垂直転送
部５ａについて示すように、垂直転送素子３ａ１、３ａ
２、３ａ３には、それぞれ第１相の駆動信号が印加され
る駆動電極７ａ、第２相の駆動信号が印加される駆動電
極７ｂ、第１相の駆動信号が印加される駆動電極７ａが
接続されて、２相駆動方式に構成されている。そして、
駆動電極７ａ、７ｂ間の絶縁厚膜部８に対応するＮ型半
導体の垂直転送素子３ａ１、３ａ２、３ａ３の端部位置
にＮ型にドーピングを行わない領域を設けることによ
り、真性半導体の電位障壁領域６ａが形成されている。
この垂直転送素子３ａ１〜３ａ３の端部位置に形成され
る電位障壁領域は、真性半導体による電位障壁領域６ａ
に限らず、図３に示すように、Ｎ型半導体の垂直転送素
子３ａ１、３ａ２、３ａ３の端部位置に対して、Ｐ型に
ドーピングを行う領域を設けることにより、Ｐ型ドービ
ングによる電位障壁領域６ｂを形成することも可能であ
る。本実施の形態では、前述した垂直転送部５ａと同様
に、垂直転送部５ｂについても、電位障壁領域６ａまた
は、電位障壁領域６ｂが形成されている。

【００２２】このような構成の本実施の形態のフレーム
読出し動作を、図４を参照して説明する。なお、説明を
簡単にするために、動作の説明は、センサ列Ｓ１とセン
サ列Ｓ１にトランスファゲート２で接続される垂直転送
部５ａ、及びセンサ列Ｓ２とセンサ列Ｓ２にトランスフ
ァゲート２で接続される垂直転送部５ｂとに限って行う
ことにする。

【００２３】本実施の形態では、第１相の駆動電極７ａ
と第２相の駆動電極７ｂとに印加される第１相の駆動信
号Ｖ１と、第２相の駆動信号Ｖ２とは、それぞれ図４
（ａ）に示すように、タイミング区間Ｔｘ（ｘ；整数）
に対応するポテンシャルの波形を有し、互いに位相を異
にする方形波信号である。タイミング区間Ｔ２におい
て、垂直転送部５ａの垂直転送素子３ａ１、３ａ３、垂
直転送部５ｂの垂直転送素子３ｂ１、３ｂ３に接続され
る第１の駆動電極７ａに印加される第１相の駆動信号は
読出電圧ＶＴに設定される。このために、タイミング区
間Ｔ２において、垂直転送部５ａでは、センサ１ａ１、
１ａ３からは、トランスファゲート２を介して、垂直転
送素子３ａ１、３ａ３に、垂直転送部５ｂでは、センサ
１ｂ１、１ｂ３からは、トランスファゲート２を介し
て、垂直転送素子３ｂ１、３ｂ３にそれぞれ信号電荷が
読み出される。

【００２４】このようにして、読み出された奇数ライン
の信号電荷は、各相の駆動信号のＶ−ｈｉｇｈ或いはＶ
−ｌｏｗへの変化に対応して変化する各垂直転送素子の
転送チャネルのポテンシャルに基づき、タイミング区間
Ｔ３を経て、タイミング区間Ｔ４〜Ｔ５の区間Ｃにおい
て、一番ポテンシャルが深いポテンシャルバケットの垂
直方向への移動に伴って矢印Ｙに示す垂直方向に順次転
送される。この場合、駆動電極７ａと駆動電極７ｂ間の
絶縁厚膜部８に対応して垂直転送素子の端部位置に形成
されている電位障壁領域６ａによって、信号電荷に対し
て、転送残しのない状態での高精度の垂直転送が行わ
れ、信号電荷は水平転送部１０に転送蓄積される。次い
で、同様にして、第２相の駆動信号を読出電圧ＹＴに設
定することにより、垂直転送部５ａ、５ｂにおいて、第
２相の駆動電極に接続された偶数ラインの信号電荷が、
矢印Ｙに示す垂直転送方向に転送される。

【００２５】次に、本実施の形態のフィールド読出し動
作を、図５を参照して説明する。このフィールド読出し
動作時には、タイミング区間Ｔ２において、垂直転送部
５ａの垂直転送素子３ａ１、３ａ３、垂直転送部５ｂの
垂直転送素子３ｂ１、３ｂ３に接続される第１の駆動電
極７ａに印加される第１相の駆動信号は読出電圧ＶＴに
設定される。このために、タイミング区間Ｔ２におい
て、垂直転送部５ａでは、センサ１ａ１、１ａ３から、
それぞれトランスファゲート２を介して、垂直転送素子
３ａ１、３ａ３に信号電荷が読み出され、垂直転送部５
ｂでは、センサ１ｂ１、１ｂ３から、それぞれトランス
ファゲート２を介して、垂直転送素子３ｂ１、３ｂ３に
信号電荷が読み出される。

【００２６】次いで、タイミング区間Ｔ４において、垂
直転送部５ａの垂直転送素子３ａ２、垂直転送部５ｂの
垂直転送素子３ｂ２に接続される第２の駆動電極７ｂに
印加される第２相の駆動信号は読出電圧ＶＴに設定され
る。このために、タイミング区間Ｔ４において、垂直転
送部５ａでは、センサ１ａ２から、トランスファゲート
２を介して、垂直転送素子３ａ２に信号電荷が読み出さ
れ、垂直転送部５ｂでは、センサ１ｂ２から、トランス
ファゲート２を介して、垂直転送素子３ｂ２に信号電荷
が読み出され、信号電荷に対して読出と同時に電荷混合
が行われ、図５（ｂ）に示すように、信号電荷の読出及
び電荷混合ＲＭが行われる。

【００２７】そして、タイミング区間Ｔ５を経て、読出
し混合された信号電荷は、各相の駆動信号のＶ−ｈｉｇ
ｈ或いはＶ−ｌｏｗへの変化に対応して変化する各垂直
転送素子の転送チャネルのポテンシャルに基づき、タイ
ミング区間Ｔ６〜Ｔ７の区間Ｃにおいて、一番ポテンシ
ャルが深いポテンシャルバケットの垂直方向への移動に
伴って、矢印Ｙに示す垂直方向に順次転送される。この
場合、駆動電極７ａと駆動電極７ｂ間の絶縁厚膜部８に
対応して垂直転送素子の端部位置に形成されている電位
障壁領域６ａによって、信号電荷に対して、転送残しの
ない状態での高精度の垂直転送が行われ、信号電荷は水
平転送部１０に転送蓄積される。

【００２８】以上に説明したように、本実施の形態によ
ると、２相駆動方式でフレーム読出、或いはフィールド
読出による信号電荷の垂直転送が行われ、垂直転送部５
ａ、５ｂにおいて、第１相の駆動信号が印加される駆動
電極７ａと第２相の駆動信号が印加される駆動電極７ｂ
間の絶縁厚膜部８に対応する垂直転送素子の端部位置
に、電位障壁領域６ａが形成されているので、信号電荷
の転送残しをなくすることが可能なると共に、信号電荷
の高精度の垂直転送を、２相駆動方式により従来の１／
４の転送時間で高速度で行うことが可能になり、さら
に、フィールド読出し動作では、信号電荷の読出と混合
を同時に行って、動作を簡略化することも可能になる。

【００２９】［第２の実施の形態］本発明の第２の実施
の形態を、図６及び図７を参照して説明する。図６は本
発明の第２の実施の形態の要部の構成を示す説明図、図
７は本実施の形態のフィールド読出動作を示すタイムチ
ャートである。

【００３０】本実施の形態は、垂直転送動作時にフィー
ルド読出し動作のみを行う構成のものであり、図６に示
すように、すでに図１を参照して説明した第１の実施の
形態に対して、センサ列Ｓ１と対応する垂直転送部５ａ
においては、センサ１ａ１には垂直転送素子３ａ１、３
ａ２が対応付けられ、センサ１ａ１は、垂直転送素子３
ａ１、３ａ２とそれぞれトランスファゲート２で接続さ
れ、センサ１ａ２には垂直転送素子３ａ２、３ａ３が対
応付けられ、センサ１ａ２は、垂直転送素子３ａ２、３
ａ３とそれぞれトランスファゲート２で接続され、セン
サ１ａ３には垂直転送素子３ａ３、３ａ４が対応付けら
れ、センサ１ａ３は垂直転送素子３ａ３、３ａ４とそれ
ぞれトランスファゲート２で接続されている。

【００３１】同様にして、センサ列Ｓ２と対応する垂直
転送部５ｂにおいては、センサ１ｂ１には垂直転送素子
３ｂ１、３ｂ２が対応付けられ、センサ１ｂ１は、垂直
転送素子３ｂ１、３ｂ２とそれぞれトランスファゲート
２で接続され、センサ１ｂ２には垂直転送素子３ｂ２、
３ｂ３が対応付けられ、センサ１ｂ２は、垂直転送素子
３ｂ２、３ｂ３とそれぞれトランスファゲート２で接続
され、センサ１ｂ３には垂直転送素子３ｂ３、３ｂ４が
対応付けられ、センサ１ｂ３は垂直転送素子３ｂ３、３
ｂ４とそれぞれトランスファゲート２で接続されてい
る。本実施の形態のその他の部分の構成は、すでに図１
を参照して説明した第１の実施の形態と同一なので、重
複する説明は行わない。

【００３２】このような構成の本実施の形態のフィール
ド読出し動作を、図７を参照して説明する。このフィー
ルド読出し動作時には、タイミング区間Ｔ２において、
垂直転送部５ａの垂直転送素子３ａ２、３ａ４、垂直転
送部５ｂの垂直転送素子３ｂ２、３ｂ４に接続される第
１の駆動電極７ａに印加される第１相の駆動信号が読出
電圧ＶＴに設定される。このために、タイミング区間Ｔ
２において、垂直転送部５ａでは、センサ１ａ１、１ａ
２から、トランスファゲート２を介して、垂直転送素子
３ａ２に信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷
が同時に混合され、センサ１ａ３、１ａ４から、トラン
スファゲート２を介して、垂直転送素子３ａ４に信号電
荷が読み出され、読み出された信号電荷が同時に混合さ
れる。同様にして、垂直転送部５ｂでは、センサ１ｂ
１、１ｂ２から、トランスファゲート２を介して、垂直
転送素子３ｂ２に信号電荷が読み出され、読み出された
信号電荷が同時に混合され、センサ１ｂ３、１ｂ４か
ら、トランスファゲート２を介して、垂直転送素子３ｂ
４に信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷が同
時に混合され、垂直転送部５ａ、５ｂでは、図７（ｂ）
に示すように、信号電荷の読出及び電荷混合ＲＭが行わ
れる。

【００３３】そして、タイミング区間Ｔ３を経て、読出
し混合された信号電荷は、各相の駆動信号のＶ−ｈｉｇ
ｈ或いはＶ−ｌｏｗへの変化に対応して変化する各垂直
転送素子の転送チャネルのポテンシャルに基づき、タイ
ミング区間Ｔ４〜Ｔ５の区間Ｅにおいて、一番ポテンシ
ャルが深いポテンシャルバケットの垂直方向への移動に
伴って、矢印Ｙに示す垂直方向に順次転送される。この
場合、駆動電極７ａと駆動電極７ｂ間の絶縁厚膜部８に
対応して垂直転送素子の端部位置に形成されている電位
障壁領域６ａによって、信号電荷に対して、転送残しの
ない状態での高精度の垂直転送が行われ、信号電荷は水
平転送部１０に転送蓄積される。

【００３４】以上に説明したように、本実施の形態によ
ると、隣接するセンサからの信号情報を対応する共通の
垂直転送素子に読出し同時混合する２相駆動方式によ
り、フィールド読出による信号電荷の垂直転送が行わ
れ、垂直転送部５ａ、５ｂにおいて、第１相の駆動信号
が印加される駆動電極７ａと第２相の駆動信号が印加さ
れる駆動電極７ｂ間の絶縁厚膜部８に対応する垂直転送
素子の端部位置に、電位障壁領域が形成されているの
で、信号電荷の転送残しをなくすることが可能になり、
信号電荷の高精度の垂直転送を、２個のセンサからの信
号電荷の読出と混合を同時に行って、より動作を簡略化
して従来の１／４の転送時間で高速度で行うことが可能
になる。

【００３５】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、各画素に
対応する複数のセンサがマトリクス状に配列された感光
部によって、入射光に対応する信号電荷が光電変換によ
り生成され、複数のセンサ間に、マトリクスの列に沿っ
て垂直方向に複数列配列される垂直転送部によって、信
号電荷が読み出され垂直方向に転送されるが、垂直転送
部は、各センサにトランスファゲートでそれぞれ接続さ
れ、信号電荷の転送チャネルを備え、それぞれに駆動電
極が接続された複数の垂直転送素子が、互いに直列に接
続されて構成されており、２相駆動手段によって、互い
に隣接して配列される垂直転送素子の駆動電極に、２相
の駆動信号が印加されて、信号電荷が垂直転送部の転送
チャネル内を転送され、垂直転送部から転送される信号
電荷は水平転送部に蓄積され、水平転送部によって、水
平方向に転送されて外部に出力されるが、互いに隣接配
列される垂直転送素子の駆動電極間の間隙位置に対応し
て、垂直転送部には電位障壁領域が設けられているの
で、信号電荷の転送残しをなくすることが可能になり、
２相駆動手段による簡単な制御動作によって、信号電荷
の高精度の垂直転送を高速度で行うことが可能になる。

【００３６】請求項２記載の発明によると、請求項１記
載の発明で得られる効果に加えて、各センサに対して、
互いに隣接配置される２個の前記垂直転送素子が対応し
て配設され、各センサと対応する２個の垂直転送素子と
の間に、トランスファゲートがそれぞれ形成されている
ので、より簡単な２相駆動手段による制御動作によっ
て、信号電荷の読出しと混合とを同時に行うフィールド
読出し動作を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の要部の構成を示す
説明図である。

【図２】同実施の形態の垂直転送部に形成されるポテン
シャルバリアの説明図である。

【図３】同実施の形態の垂直転送部に形成される他のポ
テンシャルバリアの説明図である。

【図４】同実施の形態のフレーム読出動作を示すタイム
チャートである。

【図５】同実施の形態のフィールド読出動作を示すタイ
ムチャートである。

【図６】本発明の第２の実施の形態の要部の構成を示す
説明図である。

【図７】同実施の形態のフィールド読出動作を示すタイ
ムチャートである。

【図８】従来の固体撮像素子の構成を示す説明図であ
る。

【図９】従来の固体撮像素子に生じ易い読出残しの説明
図である。

【図１０】従来の固体撮像素子に生じる電位窪みの説明
図である。

【図１１】従来の固体撮像素子のフレーム読出動作を示
すタイムチャートである。

【図１２】従来の固体撮像素子のフィールド読出動作を
示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１ａ１〜１ａ３、１ｂ１〜１ｂ３・・センサ、２・・ト
ランスファゲート、３ａ１〜３ａ３、３ｂ１〜３ｂ３・
・垂直転送素子、５ａ、５ｂ・・垂直転送部、６ａ、６
ｂ・・電位障壁領域、８・・絶縁厚膜部、１０・・水平
転送部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各画素に対応する複数のセンサがマトリ
クス状に配列され、入射光に対応する信号電荷を光電変
換により生成する感光部と、前記複数のセンサ間に、マトリクスの列に沿って垂直方
向に配列され、各センサにトランスファゲートでそれぞ
れ接続され、前記信号電荷の転送チャネルを備え、それ
ぞれに駆動電極が接続された複数の垂直転送素子が、互
いに直列に接続されて構成され、前記センサから読み出
される前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部
と、前記垂直転送部から転送される信号電荷を水平方向に転
送し外部に出力する水平転送部と、互いに隣接配列される前記垂直転送素子の前記駆動電極
に、２相の駆動信号を印加することにより、前記信号電
荷を前記転送チャネル内で転送させる２相駆動手段と、互いに隣接配列される前記垂直転送素子の駆動電極間の
間隙位置に対応して、前記垂直転送部に設けられる電位
障壁領域とを有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】前記各センサに対して、互いに隣接配置
される２個の前記垂直転送素子が対応して配設され、各
センサと対応する２個の垂直転送素子との間に、前記ト
ランスファゲートが、それぞれ形成されていることを特
徴とする請求項１記載の固体撮像素子。