JP2008085668A - 半導体素子及び半導体素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号電荷にノイズがのることをできるだけ抑制することができ、撮影環境に適した増幅率で駆動することができる半導体素子及び半導体素子の駆動方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体素子は、入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換部が２次元に配列された画素を構成であって、複数の光電変換部のそれぞれから信号電荷が転送される複数の垂直転送路と、光電変換部から読み出した信号電荷を増幅して複数の垂直転送路に転送する読み出しゲートとを有し、読み出しゲートが各光電変換部に対して複数形成され、該複数の読み出しゲートの増幅率がそれぞれ異なる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体素子及び半導体素子の駆動方法に関し、具体的には、信号電荷の増幅率を変えることができ、撮影環境に適した増幅率で駆動可能な半導体素子及び半導体素子の駆動方法に関する。

信号電荷に電場を与えて電子を加速させ、格子結晶と衝突させることで２次電子を発生させ、信号電荷を増幅するインパクトイオンという物理現象がある。図３９に示すように、半導体中では、電場によって加速された電子が、充分なエネルギーを持って格子原子に衝突することで、格子原子の電子を弾き飛ばし、この弾き飛ばされ電子が２次電子となることから、１つの信号電荷が２つに増幅させることとなる。このインパクトイオンが繰り返されることで信号電荷を更に増幅させることが可能である。

固体撮像素子の中では、信号電荷の電子に与えられる電位差は、大きくて数十ボルト程度であるが、この電子が加速されることでシリコン結晶のバンドギャップエネルギー（１．１６eV）を越えることができる。ところで、図４０に示すように、半導体中の電子は充分なエネルギーを得ないまま格子原子や不純物原子に衝突してしまい、格子原子から電子を弾き飛ばすことが難しい。

一般的に、半導体中に３×１０^５Ｖ／ｍの電位勾配があると、充分にインパクトイオンが起こりうる。固体撮像素子では、フォトダイオードから垂直転送路に電荷を転送するトランスファーゲートにおいて上記電位勾配を実現することで、電子のインパクトイオンを発生させることができる。例えば、トランスファーゲートの厚みを０．３μｍとし、与える電位を１５Ｖとすると、これにより形成される電位勾配は５×１０^５Ｖ／ｍとなり、これはトランスファーゲートにおいて、０．５回インパクトイオンが起こる確率になる。

固体撮像素子で得られる信号電荷は、フォトダイオードで受光した光を信号電荷に変換した後、フォトダイオードから垂直転送路、水平転送路を通過し、ＣＣＤアンプで増幅電圧変換され、アナログフロントエンドにてアナログデジタル変換される。
なお、インパクトイオンによって信号電荷を増幅する半導体素子としては、例えば、下記特許文献のものが知られている。

特開平７−１５３９８８号公報 特開２００３−３４７３１７号公報

ところで、フォトダイオードからアナログフロントエンドにいたるまでに転送される信号電荷に暗電流などのノイズがのってしまう。通常、ＣＣＤアンプで一度増幅されるが、垂直転送路、水平転送路を通った後に増幅されているため、垂直転送路や水平転送路で発生したノイズもＣＣＤアンプにおいて信号電荷とともに増幅されてしまうことが避けられなかった。また、フォトダイオードで発生した信号電荷が少ないと、ノイズの影響を受けやすくなってしまう。

また、固体撮像素子などの半導体素子を用いて実際に撮影を行う場合に、撮影環境に応じて信号電荷の適正な増幅量が異なる。例えば、明るいシーンでの撮影では、信号量が多くなるため、転送量の飽和量を超えてしまうおそれがあり、電荷増幅が必要がない。一方で、暗いシーンでの撮影では、Ｓ／Ｎ比を上げるため、信号電荷の増幅が有効な手段となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、信号電荷にノイズがのることをできるだけ抑制することができ、撮影環境に適した増幅率で駆動することができる半導体素子及び半導体素子の駆動方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記によって達成される。
（１）入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換部が２次元に配列された画素を構成する半導体素子であって、複数の光電変換部のそれぞれから信号電荷が転送される複数の垂直転送路と、前記光電変換部から読み出した信号電荷を増幅して前記複数の垂直転送路に転送する読み出しゲートとを有し、前記読み出しゲートが各光電変換部に対して複数形成され、該複数の読み出しゲートの増幅率がそれぞれ異なることを特徴とする半導体素子。
（２）前記複数の読み出しゲートが、前記光電変換部に対して、異なる垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられていることを特徴とする上記（１）に記載の半導体素子。
（３）前記複数の垂直転送路が、それぞれ信号電荷の飽和量が異なることを特徴とする上記（２）に記載の半導体素子。
（４）前記読み出しゲートが、前記光電変換部の水平方向に対して一対であって、それぞれ増幅率が異なるように設けられ、増幅率の大小関係が、隣接する前記光電変換部の前記読み出しゲートに対して反対となることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載の半導体素子。
（５）複数の色成分に分光するカラーフィルタが設けられ、前記カラーフィルタによって分光した光を前記複数の光電変換部がそれぞれ受光する構成であって、前記光電変換部の色に応じて該光電変換部の信号電荷を増幅する前記複数の読み出しゲートの位置が異なることを特徴とする上記（２）から（４）のいずれか１つに記載の半導体素子。
（６）前記複数の読み出しゲートが、前記光電変換部に対して、同じ垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられていることを特徴とする上記（１）に記載の半導体素子。
（７）前記複数の読み出しゲートのそれぞれの読み出し時間を変化させる撮像素子駆動部を備えていることを特徴とする上記（６）に記載の半導体素子。
（８）上記半導体素子が固体撮像素子であることを特徴とする上記（１）から（７）に記載の半導体素子。
（９）入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換部が２次元に配列された画素を構成する半導体素子の駆動方法であって、複数の光電変換部のそれぞれから垂直転送路に信号電荷を転送する際に、増幅率の異なる複数の読み出しゲートによって、信号電荷を増幅して前記垂直転送路に転送することを特徴とする半導体素子の駆動方法。
（１０）前記複数の読み出しゲートが、前記光電変換部に対して、異なる垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられていることを特徴とする上記（９）に記載の半導体素子の駆動方法。
（１１）前記複数の垂直転送路が、それぞれ信号電荷の飽和量が異なることを特徴とする上記（１０）に記載の半導体素子の駆動方法。
（１２）前記読み出しゲートが、前記光電変換部の水平方向に対して一対であって、それぞれ増幅率が異なるように設けられ、増幅率の大小関係が、隣接する前記光電変換部の前記読み出しゲートに対して反対となることを特徴とする上記（１０）又は（１１）に記載の半導体素子の駆動方法。
（１３）複数の色成分に分光するカラーフィルタが設けられ、前記カラーフィルタによって分光した光を前記複数の光電変換部がそれぞれ受光する構成であって、前記光電変換部の色に応じて該光電変換部の信号電荷を増幅する前記複数の読み出しゲートの位置が異なることを特徴とする上記（１０）から（１２）のいずれか１つに記載の半導体素子の駆動方法。
（１４）前記複数の読み出しゲートが、前記光電変換部に対して、同じ垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられていることを特徴とする上記（９）に記載の半導体素子の駆動方法。
（１５）前記複数の読み出しゲートのそれぞれの読み出し時間を変化させることを特徴とする上記（１４）に記載の半導体素子の駆動方法。
（１６）上記半導体素子が固体撮像素子であることを特徴とする上記（９）から（１５）に記載の半導体素子の駆動方法。

本発明は、光電変換部と垂直転送路との間に設けられた複数の読み出しゲートによって、信号電荷の増幅を行うものである。このように、信号電荷を光電変換部に近い位置で増幅することで、従来のＣＣＤアンプなどの転送経路の下流側で増幅する構成のように垂直転送路や水平転送路で発生したノイズとともに信号電荷が増幅されてしまうことを回避することができる。

また、それぞれ増幅率の異なる複数の読み出しゲートによって信号電荷を読み出す構成とすることで、撮影環境に適する信号電荷の量となるように増幅率を変えることが可能となる。例えば、明るいシーンでの撮影では、必要な信号電荷の量が充分確保できるため、小さい増幅率の読み出しゲートから転送することによって、垂直転送路の電荷の飽和量を越えることを防止することができる。また、暗いシーンでの撮影では、光電変換部で生成される信号電荷の量が少ないため、大きい増幅率の読み出しゲートから転送することによって充分な信号電荷の量を確保でき、また、Ｓ／Ｎ比を上げることができる。

本発明によれば、信号電荷にノイズがのることをできるだけ抑制することができ、撮影環境に適した増幅率で駆動することができる半導体素子及び半導体素子の駆動方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック図である。図示するデジタルカメラは、撮影レンズ２０と、ＣＣＤ型の固体撮像素子１００と、この両者の間に設けられた絞り２２と、赤外線カットフィルタ２３と、光学ローパスフィルタ２４とを備える。

デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するＣＰＵ２５は、フラッシュ発光部２６及び受光部２７を制御し、レンズ駆動部２８を制御して撮影レンズ２０の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行い、絞り駆動部２９を介し絞り２２の開口量を制御して露光量調整を行う。

また、ＣＰＵ２５は、撮像素子駆動部３０を介して固体撮像素子１００を駆動し、撮影レンズ２０を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。ＣＰＵ２５には、操作部３１を通してユーザからの指示信号が入力され、また、固体撮像素子１００の温度を検出する温度センサ３２からの検出信号が入力され、ＣＰＵ２５はこれらの信号に従って各種制御を行う。

デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子１００の出力に接続されたアナログ信号処理部３３と、このアナログ信号処理部３３から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路３４とを備え、これらはＣＰＵ２５によって制御される。

更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）３６に接続されたメモリ制御部３７と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部３８と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部３９と、測光データを積算しデジタル信号処理部３８が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部４０と、着脱自在の記録媒体４１が接続される外部メモリ制御部４２と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部４３が接続される表示制御部４４とを備え、これらは、制御バス４６及びデータバス４７によって相互に接続され、ＣＰＵ２５からの指令によって制御される。

次に、本発明にかかる半導体素子の第１実施形態を説明する。なお、以下の実施形態では、半導体素子として固体撮像素子を例に説明するがこれに限定されず、ＣＭＯＳ型のイメージセンサを用いてもよい。

図２及び図３は、本実施形態の半導体素子及びその駆動方法を説明する図である。固体撮像素子１００は、各画素がハニカム状に配列された光電変換部として機能するフォトダイオード１０２が設けられている。各画素は、Ｇ正方Ｒ／Ｂ完全市松配列のカラーフィルタが、ハニカム状に配列されたフォトダイオード１０２上に配置されている。ここで、カラーフィルタは、赤（R）成分、緑（G）成分、青（B）成分が、撮像面の各画素毎に配置されている。本実施形態では、赤成分の光を光電変換するフォトダイオードを１０２ｒとし、緑成分の光を光電変換するフォトダイオードを１０２ｇとし、青成分の光を光電変換するフォトダイオードを１０２ｂとする。また、図２において、各フォトダイオードを、受光する光の色成分に応じてR,G,Bで示している。

図２に示すように、固体撮像素子１００は、一水平ライン毎にフォトダイオードの位置を実画素の１／２水平ピッチずらして市松格子状に配列し、各フォトダイオード１０２を垂直方向にジグザグ状に縫うようにして垂直転送路が設けられている。

画素を構成するフォトダイオード１０２の形状は、本実施形態のように六角形型に限らず、４角形以上の多角形状や円形であってもよい。

それぞれの垂直転送路には、８つの領域を形成する垂直転送電極ｔ１〜ｔ８を設けられ、垂直転送電極ｔ１〜ｔ８にはそれぞれ駆動電極V１〜V８が接続されている。本実施形態では、垂直転送路は、これら駆動電極V１〜V８により一つのフォトダイオードあたり８電極構造となっている。なお、図２においては、図の煩雑化を避けるため一部省略しているが、各電極が垂直転送路の垂直転送電極ｔ１〜ｔ８の各領域毎に対して水平走査方向にそれぞれ接続されている。

駆動時には、垂直転送電極ｔ１〜ｔ８に、フォトダイオード１０２毎の異なるタイミングの駆動パルスが駆動電極V１〜V８から供給されると、それぞれのフォトダイオード１０２で生成された信号電荷が読み出しゲートを介して垂直転送路に読み出され、垂直転送路に沿って垂直転送電極の電位の変化に応じて垂直方向に移動する。そして、垂直転送路から水平転送路１０１に移動すると、水平駆動パルスによって水平転送路１０１を高速転送される。水平転送路１０１の終端部に移動した信号電荷は出力アンプ１０３によって検出され、撮像装置のアナログフロントエンドに出力される。

本実施形態のフォトダイオード１０２は、垂直方向上方で垂直転送電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８と接続する部位に、第１読み出しゲート１０４Ｈが形成され、垂直方向下方で垂直転送電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７と接続する部位に、第２読み出しゲート１０４Ｌが形成されている。第１読み出しゲート１０４Ｈと第２読み出しゲート１０４Ｌは、図３中矢印で示す転送方向における厚みが異なるように形成されている。第２読み出しゲート１０４Ｌは、第１読み出しゲート１０４Ｈに比べて、転送方向における厚みが大きいため電位勾配が緩やかになり、インパクトイオンの発生が抑えられ、信号電荷の増幅率が小さい。一方で、第１読み出しゲート１０４Ｈは、第２読み出しゲート１０４Ｌに比べて、転送方向における厚みが小さいため、電位勾配が急になり、インパクトイオンの発生が促進され、信号電荷の増幅率が大きい。このように、それぞれのフォトダイオード１０２に対して、複数の読み出しゲート１０４Ｌ，１０４Ｈが形成されており、それぞれの複数の読み出しゲート１０４Ｌ，１０４Ｈの増幅率が異なるように形成されている。本実施形態では、読み出しゲート１０４Ｌ，１０４Ｈとの増幅率の比を１：１．５とした。

なお、本実施形態では、複数の読み出しゲート１０４Ｌ，１０４Ｈが、光電変換部１０２に対して、同じ垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられている構成とした。しかし、本発明にかかる固体撮像素子は、これに限定されず、下記実施形態で示すように、複数の読み出しゲート１０４Ｌ，１０４Ｈが、光電変換部１０２に対して、それぞれ異なる垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けれていてもよい。

図４〜図７は、本実施形態の半導体素子の駆動の状態を説明する図である。
図４及び図５では、フォトダイオード１０２ｇの読み出しゲートが電荷転送電極ｔ３に存在する場合の駆動を示している。電荷転送電極ｔ３に接続された駆動電極Ｖ３において、所定のタイミングで読み出しパルスＰを印加することで、図４に矢印で示すように、フォトダイオード１０２ｇの信号電荷が読み出しゲート１０４Ｌによって増幅されるとともに垂直転送電極ｔ３に読み出される。

図６及び図７では、フォトダイオード１０２ｇの読み出しゲートが電荷転送電極ｔ４に存在する場合の駆動を示している。電荷転送電極ｔ４に接続された駆動電極Ｖ４において、所定のタイミングで読み出しパルスＰを印加することで、図６に矢印で示すように、フォトダイオード１０２ｇの信号電荷が読み出しゲート１０４Ｈによって増幅されるとともに垂直転送電極ｔ４に読み出される。

本実施形態の固体撮像素子１００は、光電変換部１０２と垂直転送路との間に設けられた複数の読み出しゲート１０４Ｌ，１０４Ｈによって、信号電荷の増幅を行うものである。このように、信号電荷を光電変換部１０２に近い位置で増幅することで、従来のＣＣＤアンプなどの転送経路の下流側で増幅する構成のように垂直転送路や水平転送路１０１で発生したノイズとともに信号電荷が増幅されてしまうことを回避することができる。

また、それぞれ増幅率の異なる複数の読み出しゲート１０４Ｌ，１０４Ｈによって信号電荷を読み出す構成とすることで、撮影環境に適する信号電荷の量となるように増幅率を変えることが可能となる。例えば、明るいシーンでの撮影では、必要な信号電荷の量が充分確保できるため、小さい増幅率の読み出しゲートから転送することによって、垂直転送路の電荷の飽和量を越えることを防止することができる。また、暗いシーンでの撮影では、光電変換部１０２で生成される信号電荷の量が少ないため、大きい増幅率の読み出しゲートから転送することによって充分な信号電荷の量を確保でき、また、Ｓ／Ｎ比を上げることができる。

図８及び図９に、本発明にかかる第２実施形態を示す。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。

本実施形態の固体撮像素子２００は、全ての光電変換部２０２が正方格子状に配列された、いわゆるベイヤー配列の構造を有している。具体的には、Ｇを受光する光電変換部２０２ｇとＲを受光する光電変換部２０２ｒとが行方向に交互に配置された列と、Ｂを受光する光電変換部２０２ｂとＧを受光する光電変換部２０２ｇとが行方向に交互に配置された列とが、列方向に交互に配置された構造である。

光電変換部２０２の各列の間には垂直方向に直線状に延びる垂直転送路が形成されている。垂直転送路には、８つの領域を形成する垂直転送電極ｔ１〜ｔ８を設けられ、垂直転送電極ｔ１〜ｔ８にはそれぞれ駆動電極V１〜V８が接続されている。なお、図８においては、図の煩雑化を避けるため一部省略しているが、各電極が垂直転送路の垂直転送電極ｔ１〜ｔ８の各領域毎に対して水平走査方向にそれぞれ接続されている。

上記実施形態と同様に、駆動時には、垂直転送電極ｔ１〜ｔ８に、フォトダイオード２０２毎の異なるタイミングの駆動パルスが駆動電極V１〜V８から供給され、それぞれのフォトダイオード２０２で生成された信号電荷が読み出しゲートを介して垂直転送路に読み出される。そして、垂直転送路に沿って垂直転送電極ｔ１〜ｔ８の電位の変化に応じて垂直方向に移動する。そして、垂直転送路から図示しない水平転送路に移動し、該水平転送路の終端部に移動した信号電荷が出力アンプを介して撮像装置のアナログフロントエンドに出力される。

本実施形態のフォトダイオード２０２は、垂直方向上方で垂直転送電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８と接続する部位に、第１読み出しゲート２０４Ｈが形成され、垂直方向下方で垂直転送電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７と接続する部位に、第２読み出しゲート２０４Ｌが形成されている。第１読み出しゲート２０４Ｈと第２読み出しゲート２０４Ｌは、転送方向（図９中の水平方向）における厚みが異なるように形成されている。第２読み出しゲート２０４Ｌは、第１読み出しゲート２０４Ｈに比べて、転送方向における厚みが大きいため電位勾配が緩やかになり、インパクトイオンの発生が抑えられ、信号電荷の増幅率が小さい。一方で、第１読み出しゲート２０４Ｈは、第２読み出しゲート２０４Ｌに比べて、転送方向における厚みが小さいため、電位勾配が急になり、インパクトイオンの発生が促進され、信号電荷の増幅率が大きい。このように、それぞれのフォトダイオード２０２に対して、複数の読み出しゲート２０４Ｌ，２０４Ｈが形成されており、それぞれの複数の読み出しゲート２０４Ｌ，２０４Ｈの増幅率が異なるように形成されている。

本実施形態の固体撮像素子２００は、垂直転送路や水平転送路で発生したノイズとともに信号電荷が増幅されてしまうことを回避することができ、撮影環境に適する信号電荷の量となるように増幅率を変えることが可能である。

次に、本発明にかかる第３実施形態を説明する。
図１０及び図１１は、本実施形態の固体撮像素子の構成を説明する図である。図１２及び図１３は、本実施形態の固体撮像素子を駆動させたときの状態を説明する図である。

本実施形態の固体撮像素子３００は、光電変換部３０２をハニカム状に配置した構成であり、垂直転送電極ｔ１〜ｔ８及び駆動電極Ｖ１〜Ｖ８の構造は上記第１実施形態の構成と同じである。

光電変換部３０２には、対角線上に対となるように第１読み出しゲート３０４Ｈと第２読み出しゲート３０４Ｌとが設けられている。第２読み出しゲート３０４Ｌは、電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかと接続する位置に形成されており、第１読み出しゲート３０４Ｈは、第２読み出しゲート３０４Ｌが接続する垂直転送路の左隣の垂直転送路の電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかに接続する位置に形成されている。第１読み出しゲート３０４Ｈと第２読み出しゲート３０４Ｌは、図１１に示すように信号電荷の転送方向が互いに反対方向となる。
このように、本実施形態では、それぞれの読み出しゲート３０４Ｌ，３０４Ｈが、光電変換部３０２に対して、異なる垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられている。

第２読み出しゲート３０４Ｌは、第１読み出しゲート３０４Ｈに比べて、図１１の矢印で示す転送方向における厚みが大きいため電位勾配が緩やかになり、インパクトイオンの発生が抑えられ、信号電荷の増幅率が小さい。一方で、第１読み出しゲート３０４Ｈは、第２読み出しゲート３０４Ｌに比べて、図１１の矢印で示す転送方向における厚みが小さいため、電位勾配が急になり、インパクトイオンの発生が促進され、信号電荷の増幅率が大きい。

図１２は、各光電変換部３０２の第２読み出しゲート３０４Ｌから信号電荷を読み出す場合を示している。例えば、Ｇの光電変換部３０２ｇの信号電荷を第２読み出しゲート３０４Ｌから読み出す場合には、駆動電極Ｖ３，Ｖ７に読み出しパルスを印加することで、Ｇの光電変換部３０２ｇの列の右側の垂直転送電極に信号電荷を転送することができる。

図１３は、各光電変換部３０２の第１読み出しゲート３０４Ｈから信号電荷を読み出す場合を示している。例えば、Ｂ，Ｒの光電変換部３０２ｂ，３０２ｒの信号電荷を第１読み出しゲート３０４Ｈから読み出す場合には、駆動電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加することで、Ｂ，Ｒの光電変換部３０２ｂ，ｒの列の左側の垂直転送電極に信号電荷を転送することができる。

次に、本発明にかかる第４実施形態を説明する。
図１４及び図１５は、本実施形態の固体撮像素子の構成を説明する図である。図１６及び図１７は、本実施形態の固体撮像素子を駆動させたときの状態を説明する図である。

固体撮像素子４００は、上記第２実施形態と同様に、全ての光電変換部４０２が正方格子状に配列された、ベイヤー配列の構造を有している。その他の垂直転送電極ｔ１〜ｔ８や駆動電極Ｖ１〜Ｖ８の構成は第２実施形態と同じである。

光電変換部４０２は、水平方向（図１５中の左右）に対して一対となるように第１読み出しゲート４０４Ｈと第２読み出しゲート４０４Ｌとが形成されている。第２読み出しゲート４０４Ｌは、光電変換部４０２の水平方向右側の垂直転送路の電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかと接続する位置に形成されている。また、第１読み出しゲート４０４Ｈは、光電変換部４０２の水平方向左側の垂直転送路の電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかに接続する位置に形成されている。第１読み出しゲート４０４Ｈと第２読み出しゲート４０４Ｌは、図１５に示すように信号電荷の転送方向が互いに反対方向となる。このように、本実施形態では、それぞれの読み出しゲート４０４Ｌ，４０４Ｈが、光電変換部４０２に対して、異なる垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられている。

第２読み出しゲート４０４Ｌは、第１読み出しゲート４０４Ｈに比べて、転送方向における厚みが大きいため電位勾配が緩やかになり、インパクトイオンの発生が抑えられ、信号電荷の増幅率が小さい。一方で、第１読み出しゲート４０４Ｈは、第２読み出しゲート４０４Ｌに比べて、転送方向における厚みが小さいため、電位勾配が急になり、インパクトイオンの発生が促進され、信号電荷の増幅率が大きい。

図１６は、各光電変換部４０２の第２読み出しゲート４０４Ｌから信号電荷を読み出す場合を示している。例えば、Ｇの光電変換部４０２ｇの信号電荷を第２読み出しゲート４０４Ｌから読み出す場合には、駆動電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７のいずれかに読み出しパルスを印加することで、Ｇの光電変換部４０２ｇの列の右側の垂直転送路に信号電荷を転送することができる。

図１７は、各光電変換部４０２の第１読み出しゲート４０４Ｈから信号電荷を読み出す場合を示している。例えば、Ｂ，Ｒの光電変換部４０２ｂ，４０２ｒの信号電荷を第１読み出しゲート４０４Ｈから読み出す場合には、駆動電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８のいずれかに読み出しパルスを印加することで、Ｂ，Ｒの光電変換部４０２ｂ，４０２ｒの列の左側の垂直転送路に信号電荷を転送することができる。

次に、図１８及び図１９に基づいて本発明にかかる第５実施形態を説明する。
本実施形態の固体撮像素子５００は、光電変換部５０２がハニカム状に配列されている。なお、本実施形態のＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタの配列パターンは、上記第１実施形態と同じである。

また、第１読み出しゲートと第２読み出しゲートは、上記第３実施形態と同じように対角線上に対となるように設けられている。また、第２読み出しゲートは、電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかと接続する位置に形成されており、第１読み出しゲートは、第２読み出しゲートが接続する垂直転送路の左隣の垂直転送路の電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかに接続する位置に形成されている。第１読み出しゲートと第２読み出しゲートは、信号電荷の転送方向が互いに反対方向となる。このように、本実施形態では、それぞれの読み出しゲートが、それぞれの光電変換部５０２に対して、異なる垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられている。

固体撮像素子５００は、Ｂ，Ｒの光電変換部５０２ｂ，５０２ｒからなる列と、該列の一列右側のＧの光電変換部５０２ｇの列との間の垂直転送路の幅ｗ１が、Ｇの光電変換部５０２ｇの列と該列の一列右側のＢ，Ｒの光電変換部５０２ｂ，５０２ｒからなる列との間の垂直転送路の幅ｗ２より、水平方向に対して大きくなるように構成されている。こうすることで、幅ｗ１の垂直転送路が、幅ｗ２の垂直転送路より大きいため、より多き面積を有していることから、信号電荷の飽和量を大きくすることができる。

固体撮像素子５００は、垂直転送路の列方向に奇数の列を信号電荷の飽和量を小さいものとし、垂直転送路の列方向に偶数の列を信号電荷の飽和量を大きいものとすることができる。こうすれば、撮影環境が明るい場合に信号電荷の量が多くなる場合には、対応する色成分の光の信号電荷を、飽和量の大きい垂直転送路に転送することができる。

図１８及び図１９は、本実施形態の固体撮像素子５００の駆動状態の一例を説明する図である。
本実施形態のカラーフィルタパターンではＧの受光領域が多いため、Ｇの光電変換部５０２ｇを基準に説明するが、本発明はこれに限定されず、カラーフィルターの配置や撮影状況に応じてＲやＢの光電変換部５０２ｂ，５０２ｒを基準に垂直転送路の幅と読み出しゲートの位置を構成することができる。

図１８に示すように、Ｇの光電変換部５０２ｇの信号電荷を該光電変換部５０２ｇの増幅率が小さい第２読み出しゲートから読み出す場合には、信号電荷量があまり大きくならないため、幅ｗ２の飽和量の小さい垂直転送路に転送する。

一方で、図１９に示すように、Ｇの光電変換部５０２ｇの信号電荷を該光電変換部５０２ｇの増幅率が大きい第１読み出しゲートから読み出す場合には、信号電荷量が大きくなるため、幅ｗ１の飽和量の大きい垂直転送路に転送する。

次に、図２０及び図２１に基づいて本発明にかかる第６実施形態を説明する。
本実施形態の固体撮像素子６００は、光電変換部６０２がベイヤー状に配列されている。なお、本実施形態のＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタの配列パターンは、上記第２実施形態と同じである。

また、第１読み出しゲートと第２読み出しゲートは、図２０（ｂ）に示すように対角線上に対となるように設けられている。第１読み出しゲート６０４Ｈは、電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかと接続する位置に形成されており、第２読み出しゲート６０４Ｌは、第１読み出しゲート６０４Ｈが接続する垂直転送路の左側の垂直転送路の電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかに接続する位置に形成されている。第１読み出しゲート６０４Ｈと第２読み出しゲート６０４Ｌは、信号電荷の転送方向が互いに反対方向となる。このように、本実施形態では、それぞれの読み出しゲート６０４Ｈ，６０４Ｌが、それぞれの光電変換部６０２に対して、異なる垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられている。

固体撮像素子６００は、Ｂ，Ｇの光電変換部６０２ｂ，６０２ｇからなる列と、該列の一列右側のＧ，Ｒの光電変換部６０２ｇ，６０２ｒからなる列との間の垂直転送路の幅ｗ１が、Ｇ，Ｒの光電変換部６０２ｇ，６０２ｒからなる列と該列の一列右側のＢ，Ｇの光電変換部６０２ｂ，６０２ｇからなる列との間の垂直転送路の幅ｗ２より、水平方向に対して大きくなるように構成されている。こうすることで、幅ｗ１の垂直転送路が、幅ｗ２の垂直転送路より大きいため、より多き面積を有していることから、信号電荷の飽和量を大きくすることができる。

固体撮像素子６００は、上記第５実施形態の固体撮像素子５００と同様に、垂直転送路の列方向に奇数の列を信号電荷の飽和量を小さいものとし、垂直転送路の列方向に偶数の列を信号電荷の飽和量を大きいものとすることができる。こうすれば、撮影環境が明るい場合に信号電荷の量が多くなる場合には、対応する色成分の光の信号電荷を、飽和量の大きい垂直転送路に転送することができる。

図２０及び図２１は、本実施形態の固体撮像素子６００の駆動状態の一例を説明する図である。
本実施形態のカラーフィルタパターンではＧの受光領域が多いため、Ｇの光電変換部６０２ｇを基準に説明するが、本発明はこれに限定されず、カラーフィルターの配置や撮影状況に応じてＲやＢの光電変換部６０２ｂ，６０２ｒを基準に垂直転送路の幅と読み出しゲートの位置を構成することができる。

図２０に示すように、Ｇの光電変換部６０２ｇの信号電荷を該光電変換部６０２ｇの増幅率が大きい第１読み出しゲート６０４Ｈから読み出す場合には、信号電荷量が大きくなるため、幅ｗ１の飽和量の大きい垂直転送路に転送する。

一方で、図２１に示すように、Ｇの光電変換部６０２ｇの信号電荷を該光電変換部６０２ｇの増幅率が小さい第２読み出しゲート６０４Ｌから読み出す場合には、信号電荷量があまり大きくならないため、幅ｗ２の飽和量の小さい垂直転送路に転送する。

次に、図２２から図２５に基づいて本発明にかかる第７実施形態を説明する。
本実施形態の固体撮像素子７００は、光電変換部７０２がハニカム状に配列されている。なお、本実施形態のＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタの配列パターンは、上記第１実施形態と同じである。

図２２及び図２３に示す固体撮像素子７００は、Ｇの光電変換部７０２ｇの第１読み出しゲート７０４Ｈと第２読み出しゲート７０４Ｌとが互いに光電変換部７０２ｇに対して対角線上に対となるように配置されている。第１読み出しゲート７０４Ｈは、電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかと接続する位置に形成されており、第２読み出しゲート７０４Ｌは、第１読み出しゲート７０４Ｈが接続する垂直転送路の右側の垂直転送路の電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかに接続する位置に形成されている。第１読み出しゲート７０４Ｈと第２読み出しゲート７０４Ｌは、信号電荷の転送方向が互いに反対方向となる。

また、Ｒの光電変換部７０２ｒの第１読み出しゲート７０４Ｈと第２読み出しゲート７０４Ｌとが互いに光電変換部７０２ｒに対して対角線上に対となるように配置されている。第１読み出しゲート７０４Ｈは、電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかと接続する位置に形成されており、第２読み出しゲート７０４Ｌは、第１読み出しゲート７０４Ｈが接続する垂直転送路の左側の垂直転送路の電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかに接続する位置に形成されている。第１読み出しゲート７０４Ｈと第２読み出しゲート７０４Ｌは、信号電荷の転送方向が互いに反対方向となる。なお、Ｂの光電変換部７０２ｂは、図示しないが、光電変換部７０２ｒと同様の位置に第１読み出しゲート７０４Ｈ及び第２読み出しゲート７０４Ｌが形成される。

固体撮像素子７００は、Ｂ，Ｒの光電変換部７０２ｂ，７０２ｒからなる列と、該列の一列右側のＧの光電変換部７０２ｇの列との間の垂直転送路の幅ｗ１が、Ｇの光電変換部７０２ｇの列と該列の一列右側のＢ，Ｒの光電変換部７０２ｂ，７０２ｒからなる列との間の垂直転送路の幅ｗ２より、水平方向に対して大きくなるように構成されている。こうすることで、幅ｗ１の垂直転送路が、幅ｗ２の垂直転送路より大きいため、より多き面積を有していることから、信号電荷の飽和量を大きくすることができる。なお、垂直転送電極ｔ１〜ｔ８及び駆動電極Ｖ１〜Ｖ８の構成は上記第１実施形態や第３実施形態と同じである。

本実施形態の固体撮像素子７００は、光電変換部７０２の列方向に対して、奇数の列と偶数の列とで、読み出しゲートの増幅率の大きさの大小の位置を反対にしている。具体的には、Ｇの光電変換部７０２ｇに対して水平方向左側に、増幅率の大きい第１読み出しゲート７０４Ｈが配置され、該第１読み出しゲート７０４Ｈを幅ｗ１の垂直転送路側の垂直転送電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７に接続している。また、Ｇの光電変換部７０２ｇに対して水平方向左側に、増幅率の小さい第２読み出しゲート７０４Ｌが配置され、該第２読み出しゲート７０４Ｌを幅ｗ２の垂直転送路側の垂直転送電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８に接続している。

一方、Ｂ，Ｒの光電変換部７０２ｂ，７０２ｒに対して、それぞれ水平方向右側に増幅率の大きい第１読み出しゲート７０４Ｈが配置され、該第１読み出しゲート７０４Ｈを幅ｗ１の垂直転送路側に形成している。また、Ｂ，Ｒの光電変換部７０２ｂ，７０２ｒに対して水平方向左側に、それぞれ増幅率の小さい第２読み出しゲート７０４Ｌが配置され、該第２読み出しゲート７０４Ｌを幅ｗ２の垂直転送路側に形成している。駆動時には、駆動電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８の読み出しゲート７０４Ｈの増幅率を小さくし、Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ８の増幅率を大きくすると、増幅率が大きい第１読み出しゲート７０４Ｈから信号電荷を飽和量の大きい垂直転送路に転送することができる。

また、本実施形態の固体撮像素子７００は、図２４及び図２５に示す構成としてもよい。Ｇの光電変換部７０２ｇの第１読み出しゲート７０４Ｈ及び第２読み出しゲート７０４Ｌの配置は、図２２及び図２３と同じである。
Ｂ，Ｒの光電変換部７０２ｂ，７０２ｒに対して、それぞれ水平方向右側に増幅率の大きい第１読み出しゲート７０４Ｈが配置され、該第１読み出しゲート７０４Ｈを幅ｗ１の垂直転送路側の垂直転送電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８に接続している。また、Ｂ，Ｒの光電変換部７０２ｂ，７０２ｒに対して水平方向左側に、それぞれ増幅率の小さい第２読み出しゲート７０４Ｌが配置され、該第２読み出しゲート７０４Ｌを幅ｗ２の垂直転送路側の垂直転送電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７に接続している。

次に、本発明にかかる第８実施形態を説明する。
図２６は、本実施形態の固体撮像素子８００の構成及び駆動の状態を説明する図である。固体撮像素子８００は、光電変換部８０２がベイヤー状に配列されている。なお、本実施形態のＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタの配列パターンは、上記第６実施形態と同じである。

Ｇの光電変換部８０２ｇとＲの光電変換部８０２ｒとからなる列の第１読み出しゲートと第２読み出しゲートは、図１５に示すものと同じであって、対角線上に対となるように設けられている。増幅率の大きい第１読み出しゲートが、電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかと接続する位置に形成されており、増幅率の小さい第２読み出しゲートが、第１読み出しゲートが接続する垂直転送路に対して右側の垂直転送路の電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかに接続する位置に形成されている。一方、Ｂの光電変換部８０２ｂとＧの光電変換部８０２ｇからなる列の第１読み出しゲートと第２読み出しゲートは、図２０（ｂ）に示すものと同じであって、対角線上に対となるように設けられている。増幅率の大きい第１読み出しゲートが、電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかと接続する位置に形成されており、増幅率の小さい第２読み出しゲートが、第１読み出しゲートが接続する垂直転送路に対して左側の垂直転送路の電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかに接続する位置に形成されている。光電変換部の列方向に対して奇数の列と偶数列とで光電変換部に対する第１読み出しゲートと第２読み出しゲートの位置が水平方向に反対となるように形成されている。

固体撮像素子８００は、上記第６実施形態と同様に、Ｂ，Ｇの光電変換部８０２ｂ，８０２ｇからなる列と、該列の一列右側のＧ，Ｒの光電変換部８０２ｇ，８０２ｒからなる列との間の垂直転送路の幅ｗ１が、Ｇ，Ｒの光電変換部８０２ｇ，８０２ｒからなる列と該列の一列右側のＢ，Ｇの光電変換部８０２ｂ，８０２ｇからなる列との間の垂直転送路の幅ｗ２より、水平方向に対して大きくなるように構成されている。こうすることで、幅ｗ１の垂直転送路が、幅ｗ２の垂直転送路より大きいため、より多き面積を有していることから、信号電荷の飽和量を大きくすることができる。

こうすれば、それぞれの各光電変換部８０２ｇから増幅率の大きい第１読み出しゲートから読み出される信号電荷を飽和量の大きい垂直転送路に転送することができる。

次に、図２７及び図２８に基づいて本発明にかかる第９実施形態を説明する。
図２７に示すように、固体撮像素子９００は、Ｇの光電変換部９０２ｇの増幅率が大きい第１読み出しゲート９０４Ｈと、増幅率の小さい第２読み出しゲート９０４Ｌとが互いに光電変換部９０２ｇに対して対角線上に対となるように配置されている。第１読み出しゲート９０４Ｈは、垂直転送電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかと接続する位置に形成されており、第２読み出しゲート９０４Ｌは、第１読み出しゲート９０４Ｈが接続する垂直転送路の左側の垂直転送路の電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかに接続する位置に形成されている。第１読み出しゲート９０４Ｈと第２読み出しゲート９０４Ｌは、信号電荷の転送方向が互いに反対方向となる。

Ｒの光電変換部９０２ｒの増幅率が大きい第１読み出しゲート９０４Ｈと、増幅率の小さい第２読み出しゲート９０４Ｌとが互いに光電変換部９０４ｒに対して対角線上に対となるように配置されている。第１読み出しゲート９０４Ｈは、垂直転送電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかと接続する位置に形成されており、第２読み出しゲート９０４Ｌは、第１読み出しゲート９０４Ｈが接続する垂直転送路の左側の垂直転送路の電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかに接続する位置に形成されている。第１読み出しゲート９０４Ｈと第２読み出しゲート９０４Ｌは、信号電荷の転送方向が互いに反対方向となる。

Ｂの光電変換部９０２ｂの増幅率が大きい第１読み出しゲート９０４Ｈと、増幅率の小さい第２読み出しゲート９０４Ｌとが互いに光電変換部９０４ｂに対して対角線上に対となるように配置されている。第１読み出しゲート９０４Ｈは、垂直転送電極ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７のいずれかと接続する位置に形成されており、第２読み出しゲート９０４Ｌは、第１読み出しゲート９０４Ｈが接続する垂直転送路の右側の垂直転送路の電極ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８のいずれかに接続する位置に形成されている。第１読み出しゲート９０４Ｈと第２読み出しゲート９０４Ｌは、信号電荷の転送方向が互いに反対方向となる。

本実施形態の固体撮像素子９００において、垂直転送路、垂直転送電極ｔ１〜ｔ８、及び駆動電極Ｖ１〜Ｖ８の構造は、図２のものと同じとした。しかし、固体撮像素子９００は、上記実施形態の固体撮像素子７００のように、Ｂ，Ｒの光電変換部９０２ｂ，９０２ｒからなる列と、該列の一列右側のＧの光電変換部９０２ｇの列との間の垂直転送路の幅が、Ｇの光電変換部９０２ｇの列と該列の一列右側のＢ，Ｒの光電変換部９０２ｂ，９０２ｒからなる列との間の垂直転送路の幅より、水平方向に対して大きくなるように構成してもよい。

一般に、色温度が低い場合には、Ｒの光量が増え、Ｒの光電変換部９０２ｒで発生する信号電荷が大きくなり、読み出しゲートで増幅することで垂直転送路において信号電荷の飽和が起こる可能性がある。そこで、本実施形態の固体撮像素子９００では、色温度が低い場合には、Ｒの光電変換部９０２ｒの増幅を増幅率の小さい第２読み出しゲートで読み出す。このとき、Ｂの光電変換部９０２ｂの光量は増えるため、Ｂの光電変換部９０２ｂの信号電荷を増幅率の大きい読み出しゲートで読み出す。色温度が高い場合には、Ｂの光量が増えるため、Ｂの光電変換部９０２ｂの信号電荷を増幅率の小さい第２読み出しゲートで読み出し、光量が少なくなるＲの光電変換部９０２ｒの信号電荷を増幅率の大きい第１読み出しゲートで読み出す。固体撮像素子９００は、同じ列に位置するＲとＢの光電変換部９０２ｒ，９０２ｂの第１読み出しゲートと第２読み出しゲートとの位置を水平方向に対して反対に位置させることで、色温度に応じて水平方向に読み出す方向を制御することが可能となる。

次に、図２９から３６に基づいて、本実施形態の固体撮像素子をベイヤー配列としたときの構成および駆動の状態を説明する。
図２９に示すカラーフィルタ配列の場合には、ＲＧの信号電荷を読み出す領域とＧＢの信号電荷を読み出す領域とで、読み出しゲートの配置を変えることで、色温度に応じて信号電荷を増幅することができる。

図２９から図３２は、色温度に応じてＲの光電変換部９０２ｒから信号電荷を読み出す場合を説明するものである。色温度が高い場合には、図３０及び図３１に示すように、光電変換部９０２ｒの信号電荷は、増幅率の大きい第１読み出しゲート９０４Ｈから読み出される。色温度が低い場合には、図３０及び図３２に示すように、光電変換部９０２ｒの信号電荷は、増幅率の小さい第２読み出しゲート９０４Ｌから読み出される。

同様に、図３３から図３６は、色温度に応じてＢの光電変換部９０２ｂから信号電荷を読み出す場合を説明するものである。色温度が高い場合には、図３４及び図３５に示すように、光電変換部９０２ｂの信号電荷は、増幅率の小さい第２読み出しゲート９０４Ｌから読み出される。色温度が低い場合には、図３４及び図３６に示すように、光電変換部９０２ｂの信号電荷は、増幅率の大きい第１読み出しゲート９０４Ｈから読み出される。

次に、図３７及び図３８に基づいて本発明にかかる第１０実施形態を説明する。光電変換部１０２に対して、同じ垂直転送路（図３７においては水平方向右側）に信号電荷を転送する位置に、増幅率の小さい読み出しゲート１０４Ｌと増幅率の大きい１０４Ｈが設けられている。読み出しゲート１０４Ｌ，１０４Ｈにそれぞれ駆動電極Ｖ１〜２が印加される。このとき、図３８に示すように、駆動電極Ｖ１，Ｖ２を印加するタイミングを撮像素子駆動部によって制御し、読み出し時間を変化させることで、読み出しゲート１０４Ｌ，１０４Ｈのそれぞれの増幅率をさらに変化させることができる。こうすれば、予め設定された読み出しゲート１０４Ｌ，１０４Ｈの２つの増幅率に加え、駆動電極に応じて２種類以上の増幅率を実現することができる。

本発明のに係るデジタルカメラの機能ブロック図である。 第１実施形態の半導体素子及びその駆動方法を説明する図である。 第１実施形態の半導体素子及びその駆動方法を説明する図である。 第１実施形態の半導体素子の駆動の状態を説明する図である。 第１実施形態の半導体素子の駆動の状態を説明する図である。 第１実施形態の半導体素子の駆動の状態を説明する図である。 第１実施形態の半導体素子の駆動の状態を説明する図である。 第２実施形態の半導体素子の構成を説明する図である。 第２実施形態の半導体素子の構成を説明する図である。 第３実施形態の固体撮像素子の構成を説明する図である。 第３実施形態の固体撮像素子の構成を説明する図である。 第３実施形態の固体撮像素子を駆動させたときの状態を説明する図である。 第３実施形態の固体撮像素子を駆動させたときの状態を説明する図である。 第４実施形態の固体撮像素子の構成を説明する図である。 第４実施形態の固体撮像素子の構成を説明する図である。 第４施形態の固体撮像素子を駆動させたときの状態を説明する図である。 第４施形態の固体撮像素子を駆動させたときの状態を説明する図である。 第５実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第５実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第６実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第６実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第７実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第７実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第７実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第７実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第８実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第９実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第９実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第９実施形態の固体撮像素子においてベイヤー配列の場合の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第９実施形態の固体撮像素子においてベイヤー配列の場合の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第９実施形態の固体撮像素子においてベイヤー配列の場合の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第９実施形態の固体撮像素子においてベイヤー配列の場合の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第９実施形態の固体撮像素子においてベイヤー配列の場合の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第９実施形態の固体撮像素子においてベイヤー配列の場合の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第９実施形態の固体撮像素子においてベイヤー配列の場合の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第９実施形態の固体撮像素子においてベイヤー配列の場合の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第１０実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 第１０実施形態の固体撮像素子の構成およびその駆動の状態を説明する図である。 インパクトイオンについての説明図である。 インパクトイオンについての説明図である。

符号の説明

１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００ 固体撮像素子（半導体素子）
ｔ１〜ｔ８ 垂直転送電極
Ｖ１〜Ｖ８ 駆動電極

Claims (16)

1. 入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換部が２次元に配列された画素を構成する半導体素子であって、
   複数の光電変換部のそれぞれから信号電荷が転送される複数の垂直転送路と、
   前記光電変換部から読み出した信号電荷を増幅して前記複数の垂直転送路に転送する読み出しゲートとを有し、
   前記読み出しゲートが各光電変換部に対して複数形成され、該複数の読み出しゲートの増幅率がそれぞれ異なることを特徴とする半導体素子。
2. 前記複数の読み出しゲートが、前記光電変換部に対して、異なる垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
3. 前記複数の垂直転送路が、それぞれ信号電荷の飽和量が異なることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子。
4. 前記読み出しゲートが、前記光電変換部の水平方向に対して一対であって、それぞれ増幅率が異なるように設けられ、増幅率の大小関係が、隣接する前記光電変換部の前記読み出しゲートに対して反対となることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体素子。
5. 複数の色成分に分光するカラーフィルタが設けられ、前記カラーフィルタによって分光した光を前記複数の光電変換部がそれぞれ受光する構成であって、前記光電変換部の色に応じて該光電変換部の信号電荷を増幅する前記複数の読み出しゲートの位置が異なることを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の半導体素子。
6. 前記複数の読み出しゲートが、前記光電変換部に対して、同じ垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
7. 前記複数の読み出しゲートのそれぞれの読み出し時間を変化させる撮像素子駆動部を備えていることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子。
8. 上記半導体素子が固体撮像素子であることを特徴とする請求項１から７に記載の半導体素子。
9. 入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換部が２次元に配列された画素を構成する半導体素子の駆動方法であって、
   複数の光電変換部のそれぞれから垂直転送路に信号電荷を転送する際に、増幅率の異なる複数の読み出しゲートによって、信号電荷を増幅して前記垂直転送路に転送することを特徴とする半導体素子の駆動方法。
10. 前記複数の読み出しゲートが、前記光電変換部に対して、異なる垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の駆動方法。
11. 前記複数の垂直転送路が、それぞれ信号電荷の飽和量が異なることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の駆動方法。
12. 前記読み出しゲートが、前記光電変換部の水平方向に対して一対であって、それぞれ増幅率が異なるように設けられ、増幅率の大小関係が、隣接する前記光電変換部の前記読み出しゲートに対して反対となることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体素子の駆動方法。
13. 複数の色成分に分光するカラーフィルタが設けられ、前記カラーフィルタによって分光した光を前記複数の光電変換部がそれぞれ受光する構成であって、前記光電変換部の色に応じて該光電変換部の信号電荷を増幅する前記複数の読み出しゲートの位置が異なることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか１つに記載の半導体素子の駆動方法。
14. 前記複数の読み出しゲートが、前記光電変換部に対して、同じ垂直転送路に信号電荷を転送する位置に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の駆動方法。
15. 前記複数の読み出しゲートのそれぞれの読み出し時間を変化させることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の駆動方法。
16. 上記半導体素子が固体撮像素子であることを特徴とする請求項９から１５に記載の半導体素子の駆動方法。

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