JP2008104017A - 固体撮像装置およびその駆動方法、電子情報機器 - Google Patents

固体撮像装置およびその駆動方法、電子情報機器 Download PDF

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Abstract

【課題】構成が簡単な２層のゲート電極により、受光部から垂直転送レジスタへの信号読み出し、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへの信号読み出しおよび垂直転送レジスタの電荷転送方向を列毎に制御する。
【解決手段】２層ゲート電極構造による簡単な構成の転送電極を用いて、第１垂直転送レジスタ３ａと第２垂直転送レジスタ３ｂにおいて、第１層目ゲート電極６は同じタイミングで制御信号を印加できるように同じパターンとし、第２層目ゲート電極７ａ，７ｂは、互いに独立したタイミングで制御信号を印加することができるように異なるパターンとする。さらに、各受光部１から各垂直転送レジスタ３ａ，３ｂに独立したタイミングで信号読み出しを行うように、第２層目ゲート電極７ａ，７ｂにそれぞれ接続された各トランスファゲート２ａ、２ｂをそれぞれ設ける。第２層目ゲート電極７ａ，７ｂに独立した制御信号を印加する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する各画素部として複数の半導体素子が設けられた固体撮像装置およびその駆動方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
近年、例えばデジタルカメラなどの撮像デバイスの高画質化が急速に進んでおり、この撮像デバイスとして１００万画素以上の画素数を有する固体撮像装置、特にＣＣＤイメージセンサが広く用いられるようになってきている。
しかしながら、１００万画素以上の画素を有するＣＣＤイメージセンサでは、駆動周波数特性に限界があるため、また、低消費電力化を図るためなどの理由により、駆動周波数を高速化することだけでは高画質化に対応することが難しくなっている。
この課題に対して、現在、信号出力経路を複数用意することにより信号電荷の高速読み出しを実現する手法が提案されている。
上記手法の代表的なものとして、特許文献１には、撮像領域を左右に２分割して各ブロックの信号電荷を各水平転送レジスタへそれぞれ電荷転送し、各水平転送レジスタにおいて左右の各ブロックの信号電荷を水平方向に互いに逆向きとなるように電荷転送して、左右に配置された２つの信号出力部から各ブロックの信号電荷をそれぞれ読み出す手法が開示されている。
特許文献２には、撮像領域の上下両側にそれぞれ水平転送レジスタを設けて、奇数列の信号電荷を下側の水平転送レジスタへ電荷転送し、偶数列の信号電荷を上側の水平転送レジスタへ電荷転送して信号電荷を読み出す手法が開示されている。
特許文献３には、２層ゲート電極を用いて垂直転送レジスタの電荷転送方向を列毎に制御する手法が開示されている。
さらに、従来より、液晶モニタなどに動画を映し出す際に用いられる駆動方法（モニタリングモード）として、垂直ライン数を間引くことによりデータ量を減少させて読み出し速度を確保する手法が知られている。
特開平３−２２４３７１号公報 特開平８−１２５１５８号公報 特開２００４−８０６９０号公報
上述した信号出力経路を複数有する従来の固体撮像装置では、以下のような問題があった。
特許文献１、２に開示されている従来の固体撮像装置では、転送レジスタの電荷転送方向が限定されており、自由度が高い駆動タイミングを設定することが困難である。また、従来の２層ゲート電極を用いて垂直転送レジスタの転送方向を列毎に制御する特許文献３の固体撮像装置では、４相駆動に対応することは可能であるが、６相駆動や８相駆動には全く対応することができないという問題がある。
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、構成が簡単な２層のゲート電極により、受光部から垂直転送レジスタへの信号読み出し、垂直転送レジスタから水平転送レジスタへの信号読み出しおよび垂直転送レジスタの電荷転送方向を列毎に制御できる固体撮像装置およびその駆動方法、この固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器を提供することを目的とする。
本発明の固体撮像装置は、撮像領域に行列方向に配列され、受光した光を信号電荷に光電変換する複数の受光部と、該受光部から信号電荷を読み出す信号読出部と、列方向の各受光部からそれぞれ読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送するために、第１層目電極および第２層目電極が交互に並べられたｎ枚の電極を１組としてｎ相駆動により駆動される垂直転送部（ｎ≧２ｋ、ｋは２以上の整数）と、該垂直転送部により電荷転送された各信号電荷を水平方向へ電荷転送する水平転送部とを有する固体撮像装置であって、該垂直転送部は、該各受光部から読み出された信号電荷を一方向または他方向に電荷転送するための第１垂直転送部と、該第１垂直転送部とは独立したタイミングで信号電荷を一方向または他方向に電荷転送するための第２垂直転送部とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記第１垂直転送部に読み出される複数の受光部の列と、前記第２垂直転送部に読み出される複数の受光部の列とが配置されており、列単位で信号電荷の転送方向が制御可能とされている。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１垂直転送部および第２垂直転送部は、１列毎に交互に配置されている。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１垂直転送部および第２垂直転送部は、複数列毎に交互に配置されている。また、第１垂直転送部および第２垂直転送部はそれぞれ、受光部の機能（例えば明部と暗部など）に応じて列毎に配置されていてもよい。即ち、第１垂直転送部および第２垂直転送部はそれぞれ、受光部の機能（例えば明部と暗部など）が異なる第１複数列および第２複数列に応じて配置されていてもよい。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第２層目電極は、前記第１垂直転送部を駆動するための第１パターンと、前記第２垂直転送部を駆動するための第２パターンとを有し、該第１パターンと該第２パターンにそれぞれ独立した転送制御信号が印加される。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１層目電極は各行方向において同一パターンであり、前記第２層目電極は、前記第１垂直転送部と前記第２垂直転送部との各位置でパターンが異なる第１パターンと第２パターンを有している。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１層目電極は、前記複数の受光部の各隣接水平行間を通る略帯状で、前記第１垂直転送部上で一方側と他方側のうちの一方側に延びる分岐突部を有し、前記第２垂直転送部上で一方側と他方側のうちの他方側に延びる分岐突部を有するパターンであり、前記第２層目電極は、該複数の受光部の各隣接水平行間を通る略帯状で、該第１垂直転送部上で一方側と他方側のうちの他方側に延びて該第１層目電極の分岐突部と一部重なる第１パターンと、該第２垂直転送部上で一方側と他方側のうちの一方側に延びて該第１層目電極の分岐突部と一部重なる第２パターンとを有している。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第１パターンは、前記第１垂直転送部上よりも前記第２垂直転送部上で幅が、該第２垂直転送部の電荷転送に影響を与えないように大幅に狭く、前記第２パターンは、該第２垂直転送部上よりも該第１垂直転送部上で幅が、該第１垂直転送部の電荷転送に影響を与えないように大幅に狭く構成されている。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、列毎の各受光部から前記第１垂直転送部へ各信号電荷をそれぞれ読み出すために各第２層目電極にそれぞれ接続された複数の第１信号読出部と、該列とは別の列毎の各受光部から前記第２垂直転送部へ各信号電荷をそれぞれ読み出すために各第２層目電極にそれぞれ接続された複数の第２信号読出部とを有し、各々の信号読出部に独立した制御信号が印加されて、列単位で該複数の受光部から垂直転送部への信号電荷の読み出しが制御されている。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における水平転送部は、前記撮像領域の一方端部および他方端部のうちの一方または両方に配置されている。
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における水平転送部は、第１層目電極および第２層目電極が交互に繰り返し配列されている。
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、本発明の上記固体撮像装置を駆動する固体撮像装置の駆動方法であって、前記第１垂直転送部および前記第２垂直転送部から前記水平転送部への各信号電荷の電荷転送を列単位で制御するべく、前記第１垂直転送部および前記第２垂直転送部における各第２層目電極に同一またはそれぞれ異なるタイミングで転送制御信号を印加するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、本発明の上記固体撮像装置を駆動する固体撮像装置の駆動方法であって、前記各受光部から前記第１垂直転送部または前記第２垂直転送部への各信号電荷それぞれの読み出しを列単位で制御すると共に、該第１垂直転送部を有する列または該第２垂直転送部を有する列のデータ間引きを行うべく、前記第１信号読出部と前記第２信号読出部のいずれか一方にのみ読み出し制御信号を印加するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、本発明の上記固体撮像装置を駆動する固体撮像装置の駆動方法であって、前記各受光部から前記第１垂直転送部および前記第２垂直転送部への各信号電荷それぞれの読み出しを列単位で制御すると共に、前記複数の受光部に明部および暗部のそれぞれに応じた露光を行って２つのデータを合成することによりダイナミックレンジが広いデータを作成するべく、前記第１信号読出部と前記第２信号読出部に同一またはそれぞれ異なるタイミングで読み出し制御信号を印加するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
本発明にあっては、撮像領域に行列方向に配列された複数の各受光部と、各受光部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送するために、第１層目ゲート電極と第２層目ゲート電極が交互に並べられたｎ枚のゲートを１組としてｎ相駆動により動作する垂直転送部（ｎ≧２ｋ、ｋは２以上の整数）と、転送された各信号電荷を水平方向へ転送するために第１相電極および第２相電極が交互に繰り返し配列された水平転送部とを有する固体撮像装置であって、受光部から読み出された信号電荷を例えば上向きまたは下向きに電荷転送するための第１垂直転送部を有する列と、この第１垂直転送部とは独立したタイミングで信号電荷を上向きまたは下向きに電荷転送するために、第２層目電極のパターンのみ第１垂直転送部とは異なるパターンで構成された第２垂直転送部を有する列とが設けられている。第１垂直転送部における第２層目電極と第２垂直転送部における第２層目電極にそれぞれ独立して転送制御信号を印加することにより、２種類の列単位で、垂直転送部の転送方向および垂直転送部から水平転送部への信号読み出しを制御することが可能となる。
また、本発明の固体撮像装置は、第１垂直転送部の第２層目ゲート電極に接続された第１信号読出部（第１トランスファゲート）と、第２垂直転送部の第２層目ゲート電極に接続された第２信号読出部（第２トランスファゲート）とが設けられている。第１トランスファゲートと第２トランスファゲートにそれぞれ独立して読み出し制御信号を印加することにより、２種類の列単位で、各受光部から第１垂直転送部および第２垂直転送部への信号読み出しを制御することが可能となる。
例えば、第１トランスファゲートと第２トランスファゲートのいずれか一方にのみ読み出し制御信号を印加することにより、各受光部から第１垂直転送部および第２垂直転送部への各信号電荷の読み出しを２種類の列単位で制御して、水平方向のデータ間引きを行って信号電荷の高速読み出しを実現することが可能となる。また、第１トランスファゲートと第２トランスファゲートに同一もしくはそれぞれ異なるタイミングで読み出し制御信号を印加することにより、各受光部から第１垂直転送部および第２垂直転送部への各信号電荷の読み出しを２種類の列単位で制御すると共に、各受光部に明部および暗部のそれぞれに応じた露光を行って２つのデータを合成することによりダイナミックレンジが広いデータを作成することも可能となる。
このように、構成が簡単な２層のゲート電極により、受光部から垂直転送部への信号読み出し、垂直転送部から水平転送部への信号読み出しおよび垂直転送部の電荷転送方向を列毎に制御することが可能となる。
以上により、本発明によれば、簡単な構成の２層ゲート電極を用いて、第２層目ゲート電極にのみ異なるタイミングで制御信号を印加することができる第１垂直転送部および第２垂直転送部によって、列単位毎に駆動タイミングを制御する。これによって、列単位毎で垂直転送部から水平転送部への信号読み出し時間および垂直転送部の転送方向を制御することができる。
また、受光部から各垂直転送部に独立したタイミングで読み出しを行うように２層目電極に接続された第１信号読出部および第２信号読出部によって、列単位毎に読み出しタイミングを制御する。これによって、列単位で受光部から垂直転送部への信号読み出し時間を制御することができる。
さらに、４相駆動、６相駆動などのように、ｎ枚のゲートを１組として駆動を行うｎ相駆動において、ｎの数で限定されることなく、列単位毎に垂直転送部から水平転送部への信号読み出し時間、垂直転送部の転送方向および受光部から垂直転送部への信号読み出し時間を制御することができる。
以下に、本発明の固体撮像装置およびその駆動方法の各実施形態をインターライン転送型ＣＣＤイメージセンサに適用した場合について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（固体撮像装置の要部のレイアウト構成）
まず、本実施形態の固体撮像装置の要部レイアウト構成について図１および図２を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置としてのＣＣＤイメージセンサの要部平面構成例を模式的に示すブロック図である。
図１において、本実施形態の固体撮像装置としてのＣＣＤイメージセンサ１０は、撮像領域に二次元的に配列され、受光した被写体光を信号電荷に光電変換する複数の受光部１（フォトダイオード）と、各画素部として各受光部１から垂直転送部に信号電荷を列単位で読出制御可能とする信号読出部としてのトランスファゲート２と、各画素部としての各受光部１から読み出された信号電荷を垂直方向に列単位で電荷転送制御可能とする垂直転送部としての垂直転送レジスタ３と、この垂直転送レジスタ３により電荷転送された信号電荷を水平方向に電荷転送制御可能とする水平転送部としての水平転送レジスタ４と、この水平転送レジスタ４の水平方向端部に設けられ、水平方向に電荷転送された信号電荷を検出して撮像信号を得る信号出力部としての出力アンプ５とを備え、各受光部１上にそれぞれＲＧＢベイヤー配列のカラーフィルタがそれぞれ配置されてカラー撮像が実現されている。
垂直転送レジスタ３は、図示しない第１層目ゲート電極および第２層目ゲート電極が交互に並べられた２層ゲート構成であり、ｎ枚のゲート電極を１組としてｎ相駆動により駆動される（ｎ≧２ｋ、ｋは２以上の整数）。
また、水平転送レジスタ４は、撮像領域の一端部（例えば下部）に設けられており、図示しない第１相電極および第２相電極が交互に繰り返し配列されている。
図２は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置としてのＣＣＤイメージセンサの他の要部平面構成例を模式的に示すブロック図である。
図２において、本実施形態の固体撮像装置としてのＣＣＤイメージセンサ１１は、上記固体撮像装置１０の場合と同様に、撮像領域に二次元的に配列された複数の受光部１（フォトダイオード）と、各受光部１からそれぞれ垂直転送部に信号電荷を列単位で読出制御可能とする信号読出部としてのトランスファゲート２と、各画素部としての各受光部１から読み出された信号電荷を垂直方向に列単位で電荷転送制御可能とする垂直転送部としての垂直転送レジスタ３と、この垂直転送レジスタ３により電荷転送された信号電荷を水平方向に電荷転送制御可能とする水平転送部としての水平転送レジスタ４ａおよび４ｂと、この水平転送レジスタ４ａおよび４ｂの各水平方向端部にそれぞれ設けられ、水平方向に電荷転送された信号電荷を検出して撮像信号を得る信号出力部としての出力アンプ５ａおよび５ｂとを備え、各受光部１上にそれぞれＲＧＢベイヤー配列のカラーフィルタがそれぞれ配置されてカラー撮像が実現されている。
垂直転送レジスタ３は、上記固体撮像装置１０の場合と同様に、図示しない第１層目ゲート電極および第２層目ゲート電極が交互に並べられた２層ゲート構成であり、ｎ枚のゲート電極を１組としてｎ相駆動により駆動される（ｎ≧２ｋ、ｋは２以上の整数）。
また、水平転送レジスタ４ａおよび４ｂは、撮像領域の一端部（例えば下部）および他端部（例えば上部）に設けられており、図示しない第１相電極および第２相電極が交互に繰り返し配列されている。
（垂直転送レジスタ３のゲート電極構造）
次に、本実施形態の垂直転送レジスタ３のゲート電極構造について図３および図４を用いて説明する。
図３および図４は、図１または図２の固体撮像装置について、列単位毎に制御可能な垂直転送レジスタ３のゲート電極構造を上から見た平面図であり、図４（ａ）および図４（ｂ）はそれぞれ図３に示すＡ−Ａ’線部分およびＢ−Ｂ’線部分の断面構造を示す縦断面図である。なお、ここでは、奇数列の垂直転送レジスタを第１垂直転送レジスタ３ａ、偶数列の垂直転送レジスタを第２垂直転送レジスタ３ｂとして１列毎に交互に配置され、それぞれ個別に制御される場合を例に挙げて説明する。
上記第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂに直交する第１層目ゲート電極６のパターンは略同一パターンである。図３では、第１層目ゲート電極６は、受光部１の各隣接水平行間を通る略帯状で、第１垂直転送レジスタ３ａ上では一方側（例えば下側）に延びる分岐突部を有し、第２垂直転送レジスタ３ｂ上では他方側（たとえば上側）に延びる分岐突部を有するパターンである。例えば、上記第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂが４相駆動により駆動される場合、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂでは、第１層目ゲート電極６に対して、それぞれ同じ制御信号φＶ２と制御信号φＶ４とが１行毎に交互に印加される。
また、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂにそれぞれ直交する第２層目ゲート電極７ａおよび７ｂのパターンは異なる２種類のパターンを有している。図３では、第２層目電極としての第２層目ゲート電極７は、受光部の各隣接水平行間を通る略帯状で、第１垂直転送レジスタ３ａ上で上側に突起状に延びて第１層目ゲート電極６の分岐突部と一部重なるパターンの第２層目ゲート電極７ａと、第２垂直転送レジスタ３ｂ上で下側に突起状に延びて第１層目ゲート電極６の分岐突部と一部重なるパターンの第２層目ゲート電極７ｂとの２種類有り、第２層目ゲート電極７ａ，７ｂには、それぞれ独立した転送制御信号が印加されるようになっている。例えば、上記第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂが４相駆動により駆動される場合、図４（ａ）に示すように、第１垂直転送レジスタ３ａでは第２層目ゲート電極７ａに対して、制御信号発生回路（図示せず）から制御信号φＶ１Ａと制御信号φＶ３Ａが１行毎に交互に印加される。また、図４（ｂ）に示すように、第２垂直転送レジスタ３ｂでは第２層目ゲート電極７ｂに対して、制御信号発生回路（図示せず）から制御信号φＶ１Ｂと制御信号φＶ３Ｂが１行毎に交互に印加される。
このように、第１垂直転送部３ａに読み出される複数の受光部１の列と、第２垂直転送部３ｂに読み出される複数の受光部の列とが配置されており、列単位で信号電荷の転送方向および転送時間が制御可能とされている。
さらに、列単位の独立転送制御を可能にするためのパターン形状として、第２層目ゲート電極７ａのパターンは、第１垂直転送部３ａ上よりも第２垂直転送部３ｂ上で幅が、第２垂直転送部３ｂの電荷転送に影響を与えないように大幅に狭く、第２層目ゲート電極７ｂのパターンは、第２垂直転送部３ｂ上よりも第１垂直転送部３ａ上で幅が、第１垂直転送部３ａの電荷転送に影響を与えないように大幅に狭く構成されている。
図３および図４に示す電極構造のように、奇数列の第１垂直転送レジスタ３ａでは下向きに第１層目ゲート電極６→第２層目ゲート電極７ａ→第１層目ゲート電極６→第２層目ゲート電極７ａと並び、また、偶数列の第２垂直転送レジスタ３ｂでは上向きに第１層目ゲート電極６→第２層目ゲート電極７ｂ→第１層目ゲート電極６→第２層目ゲート電極７ｂと並ぶことになり、奇数列では制御信号φＶ１Ａと制御信号φＶ３Ａとして異なるタイミングで制御信号を印加し、偶数列では制御信号φＶ１Ｂと制御信号φＶ３Ｂとして異なるタイミングを印加することにより、奇数列および偶数列で電荷転送タイミングを互いに独立して制御することが可能となる。
さらに、上記４相駆動と同様にして、６相駆動および８相駆動など、ｎ相駆動の駆動タイミングにも対応することが可能である。いずれの場合にも、上記第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂにおける第１層目ゲート電極６は、上および下向き分岐突部を持つ同一パターンとされ、第２層目ゲート電極７ａ，７ｂのパターンは、第１垂直転送レジスタ３ａと第２垂直転送レジスタ３ｂとで異なる２種類のパターンを有している。
例えば、上記第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂが６相駆動により駆動される場合、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂでは、第１層目ゲート電極６に対して、それぞれ同じ制御信号φＶ２と制御信号φＶ４と制御信号φＶ６がそれぞれ１行毎に印加され、これが繰り返される。また、第１垂直転送レジスタ３ａでは第２層目ゲート電極７ａに対して制御信号φＶ１Ａと制御信号φＶ３Ａと制御信号φＶ５Ａがそれぞれ１行毎に印加され、第２垂直転送レジスタ３ｂでは第２層目ゲート電極７ｂに対して制御信号φＶ１Ｂと制御信号φＶ３Ｂと制御信号φ５Ｂがそれぞれ１行毎に印加され、これらが繰り返される。
また、例えば、上記第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂが８相駆動により駆動される場合、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂでは、第１層目ゲート電極６に対して、それぞれ同じ制御信号φＶ２と制御信号φＶ４と制御信号φＶ６と制御信号φ８がそれぞれ１行毎に印加され、これが繰り返される。また、第１垂直転送レジスタ３ａでは第２層目ゲート電極７ａに対して制御信号φＶ１Ａと制御信号φＶ３Ａと制御信号φＶ５Ａと制御信号φ７Ａがそれぞれ１行毎に印加され、第２垂直転送レジスタ３ｂでは第２層目ゲート電極７ｂに対して制御信号φＶ１Ｂと制御信号φＶ３Ｂと制御信号φ５Ｂと制御信号φ７Ｂがそれぞれ１行毎に印加され、これらが繰り返される。
第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａには、各受光部１から第１垂直転送レジスタ３ａへ信号電荷を読み出すためのトランスファーゲート２ａとして第１トランスファゲート群が接続（回路では接続）されている。ここでは、トランスファーゲート２ａは第２層目ゲート電極７ａにより兼用されている。また、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂには、各受光部から第２垂直転送レジスタ３ｂへ信号電荷を読み出すためのトランスファーゲート２ｂとして第２トランスファゲート群が接続（回路では接続）されている。ここでは、トランスファーゲート２ｂは第２層目ゲート電極７ｂにより兼用されている。各々のトランスファゲート２ａおよび２ｂには、独立した読み出し制御信号が印加されて列単位で受光部１から各垂直転送レジスタ３ａおよび３ｂへの信号電荷の読み出しが制御される。
次に、本実施形態における固体撮像装置の駆動方法について説明する。ここでは、説明を簡単にするため、図３に示す第１垂直転送レジスタ３ａと第２垂直転送レジスタ３ｂにおける信号電荷の転送状態について説明する。
（異なる垂直転送方向への４相駆動方法）
始めに、上下の異なる垂直転送方向への４相駆動について説明する。
即ち、４相駆動により、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４ａおよび４ｂへの各信号電荷の電荷転送を列単位（列毎）に反対方向に制御するべく、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂにおける第２層目ゲート電極７ａおよび７ｂにそれぞれ異なるタイミングで転送制御信号を印加する場合について、図５および図６を用いて説明する。
図５は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の４相駆動方法について垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ信号を読み出す際に、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列は、撮像領域の下部に設けられた水平転送レジスタ４ａへ読み出され、また、第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列は、撮像領域の上部に設けられた水平転送レジスタ４ｂへ読み出される場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。
図６（ａ）および図６（ｂ）は、図５の固体撮像装置の４相駆動方法について互いに反対方向に電荷転送を行う場合の第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂのポテンシャル状態を示すポテンシャル図である。なお、ここでは、垂直転送レジスタの転送サイクルはｔ１〜ｔ８で構成されている。
図５に示すように、まず、時刻ｔ０では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２はハイレベル、制御信号φＶ４はローレベルである。また、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａはローレベル、制御信号φＶ３Ａはハイレベルである。さらに、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂはハイレベル、制御信号φＶ３Ｂはローレベルである。
次に、時刻ｔ１では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がハイレベルになる。
時刻ｔ２では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がローレベルになる。
時刻ｔ３では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ４では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ３Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ５では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がハイレベルとなる。
時刻ｔ６では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がローレベルとなる。
時刻ｔ７では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ３Ａがハイレベルとなり、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ８では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａがローレベルとなり、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがローレベルとなる。
このように、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂにそれぞれ異なるタイミングで制御信号φＶ１ＡおよびφＶ３Ａと制御信号φＶ１ＢおよびφＶ３Ｂとを印加することにより、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列では、図６（ａ）に示すように垂直方向下向きにポテンシャルが推移して信号電荷が撮像領域の下部に設けられた水平転送レジスタ４ａに電荷転送される。また、第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列では、図６（ｂ）に示すように垂直方向上向きにポテンシャルが推移して信号電荷が撮像領域の上部に設けられた水平転送レジスタ４ｂに電荷転送される。それぞれの垂直転送レジスタ３ａ，３ｂにおいて、各水平転送レジスタ４ａ，４ｂへの電荷転送はそれぞれ時刻ｔ１から始まり、時刻ｔ８で同時に終了するものとする。
（同一垂直転送方向への４相駆動方法）
次に、同一垂直転送方向への４相駆動について説明する。
即ち、４相駆動により、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４ａ（または４ｂ）への各信号電荷の電荷転送を列単位（列毎）に同じ方向に制御するべく、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂにおける第２層目ゲート電極７ａ，７ｂに同一のタイミングで転送制御信号を印加する場合について、図７および図８を用いて説明する。
図７は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の４相駆動方法について垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ信号を読み出す際に、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列、および第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列のいずれも撮像領域の下部に設けられた図２の水平転送レジスタ４ａ（または図１の水平転送レジスタ４）へ読み出される場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。
図８（ａ）および図８（ｂ）は、図７の固体撮像装置の４相駆動方法について各列同方向に転送を行う場合の第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの状態を示すポテンシャル図である。なお、ここでは、垂直転送レジスタ１段当たりの転送サイクルはｔ１〜ｔ８で構成されている。
図７に示すように、まず、時刻ｔ０では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２はハイレベル、制御信号φＶ４はローレベルである。また、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａはローレベル、制御信号φＶ３Ａはハイレベルである。さらに、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂはローレベル、制御信号φＶ３Ｂはハイレベルである。
次に、時刻ｔ１では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がハイレベルとなる。
時刻ｔ２では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がローレベルとなる。
時刻ｔ３では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ４では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ３Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ５では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がハイレベルとなる。
時刻ｔ６では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がローレベルとなる。
時刻ｔ７では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ３Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ８では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがローレベルとなる。
このように、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに同一のタイミングで制御信号φＶ１ＡおよびφＶ３Ａと制御信号φＶ１ＢおよびφＶ３Ｂを印加することにより、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列および第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列のいずれも、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように垂直方向下向きにポテンシャルが推移して信号電荷が撮像領域の下部に設けられた水平転送レジスタ４（または４ａ）に電荷転送される。それぞれの垂直転送レジスタ３ａ，３ｂにおいて、水平転送レジスタ４（または４ａ）への電荷転送は時刻ｔ１から始まり、時刻ｔ８で同時に終了する。
さらに、図７に示す時刻t０〜t４において、制御信号ΦV１A／ΦV３A及び制御信号ΦV１B／ΦV３Bが印加されるタイミングを変えることにより、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４ａへの信号読み出しに時差を設けて、列単位で分割した読み出しを行うことが可能となる。このように、列単位で信号電荷の転送方向だけではなく、転送時間（転送タイミング）も制御可能とされている。
（異なる垂直転送方向への６相駆動方法）
次に、異なる垂直転送方向への６相駆動について説明する。
即ち、６相駆動により、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４ａおよび４ｂへの各信号電荷の電荷転送を列単位毎に反対方向に制御するべく、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂにおける第２層目ゲート電極７ａ，７ｂにそれぞれ異なるタイミングで転送制御信号を印加する場合について、図９および図１０を用いて説明する。
図９は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の６相駆動方法について垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ信号電荷を読み出す際に、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列は撮像領域の下部に設けられた水平転送レジスタ４ａへ信号電荷が読み出され、また、第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列は撮像領域の上部に設けられた水平転送レジスタ４ｂへ信号電荷が読み出される場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、図９の固体撮像装置の６相駆動方法について互いに反対方向に電荷転送を行う場合の第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂのポテンシャル状態を示すポテンシャル図である。なお、ここでは、垂直転送レジスタ１段当たりの転送サイクルはｔ１〜ｔ１６で構成されている。
図９に示すように、まず、時刻ｔ０では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２およびφＶ４はハイレベル、制御信号φＶ６はローレベルである。また、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１ＡおよびφＶ３Ａはハイレベル、制御信号φＶ５Ａはローレベルである。さらに、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂはローレベル、制御信号φＶ３Ｂおよびφ５Ｂはハイレベルである。
次に、時刻ｔ１では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ５Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ２では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ１Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ５Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ３では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ６がハイレベルとなる。
時刻ｔ４では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がローレベルとなる。
時刻ｔ５では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ１Ａがハイレベルとなる。
時刻ｔ６では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ３Ａがローレベルとなる。
時刻ｔ７では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がハイレベルとなる。
時刻ｔ８では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がローレベルとなる。
時刻ｔ９では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ３Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ５Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ１０では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ５Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ１１では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がハイレベルとなる。
時刻ｔ１２では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がローレベルとなる。
時刻ｔ１３では、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極7ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ１４では、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極7ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ１５では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がハイレベルとなる。
時刻ｔ１６では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ６がローレベルとなる。
このように、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂにそれぞれ異なるタイミングで制御信号φＶ１Ａ、φＶ３Ａおよびφ５Ａと制御信号φＶ１Ｂ、φＶ３Ｂおよびφ５Ｂとを印加することにより、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列では、図１０（ａ）に示すように垂直方向下向きにポテンシャルが推移して信号電荷が撮像領域の下部に設けられた水平転送レジスタ４ａに電荷転送される。また、第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列では、図１０（ｂ）に示すように垂直方向上向きにポテンシャルが推移して信号電荷が撮像領域の上部に設けられた水平転送レジスタ４ｂに電荷転送される。それぞれの垂直転送レジスタ３ａ，３ｂにおいて、水平転送レジスタ４ａ，４ｂへの電荷転送は時刻ｔ１から始まり、時刻ｔ１６で同時に終了する。上記読み出しは、図１０（ａ）の期間ｔ１２〜ｔ１５および図１０（ｂ）の期間ｔ４〜ｔ７のように調整期間を持たせることにより可能となる。このようにして、列単位で信号電荷の転送方向だけではなく、転送時間（転送タイミング）も制御可能とされている。
（同一垂直転送方向への６相駆動方法）
次に、同一垂直転送方向への６相駆動について説明する。
即ち、６相駆動により、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４ａ（または４ｂ）への各信号電荷の転送を列単位毎に同じ方向に制御するべく、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂにおける第２層目ゲート電極７ａ，７ｂに同一のタイミングで転送制御信号を印加する場合について、図１１および図１２を用いて説明する。
図１１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の６相駆動方法について垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ信号を読み出す際に、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列および第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列のいずれも撮像領域の下部に設けられた図２の水平転送レジスタ４ａ（または図１の水平転送レジスタ４）へ読み出される場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、図１１の固体撮像装置の６相駆動方法について各列同方向に電荷転送を行う場合の第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂのポテンシャル状態を示すポテンシャル図である。なお、ここでは、垂直転送レジスタ１段当たりの転送サイクルはｔ１〜ｔ１６で構成されている。
図１１に示すように、まず、時刻ｔ０では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２およびφ４はハイレベル、制御信号φＶ６はローレベルである。また、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ１Ａおよびφ３Ａはハイレベル、制御信号φＶ５Ａはローレベルである。さらに、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂおよびφ３Ｂはハイレベル、制御信号φＶ５Ｂはハイレベルである。
次に、時刻ｔ１では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ５Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ５Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ２では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ３では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ６がハイレベルとなる。
時刻ｔ４では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がローレベルとなる。
時刻ｔ５では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ６では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ３Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ７では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がハイレベルとなる。
時刻ｔ８では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がローレベルとなる。
時刻ｔ９では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ３Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ１０では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ５Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ５Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ１１では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がハイレベルとなる。
時刻ｔ１２では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がローレベルとなる。
次の時刻ｔ１３およびｔ１４では制御信号は変化しない。
さらに、時刻ｔ１５では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２がハイレベルとなる。
最後に、時刻ｔ１６では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ６がローレベルとなる。
このように、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに同一のタイミングで制御信号φＶ１Ａ、φＶ３Ａおよびφ５Ａと制御信号φＶ１Ｂ、φＶ３Ｂおよびφ５Ｂとを印加することにより、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列および第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列のいずれも、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように垂直方向下向きにポテンシャルが推移して信号電荷が撮像領域の下部に設けられた水平転送レジスタ４ａに電荷転送される。それぞれの垂直転送レジスタ３ａ，３ｂにおいて、水平転送レジスタ４ａ，４ｂへの電荷転送はｔ１から始まり、ｔ１６で同時に終了する。
さらに、図１１に示すt１〜t１０において、制御信号ΦV１A／ΦV３A／ΦV５A及びΦV１B／ΦV３B／ΦV５Bが印加されるタイミングを変えることにより、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４ａへの信号読み出しに時差を設けて、列単位で分割した読み出しを行うことが可能となる。このように、列単位で信号電荷の転送方向だけではなく、転送時間（転送タイミング）も制御可能とされている。
（異なる垂直転送方向への８相駆動方法）
次に、異なる垂直転送方向への８相駆動について説明する。
即ち、８相駆動により、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４ａおよび４ｂへの各信号電荷の転送を列単位毎に反対方向に制御するべく、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂにおける第２層目ゲート電極７ａ，７ｂにそれぞれ異なるタイミングで転送制御信号を印加する場合について、図１３および図１４を用いて説明する。
図１３は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の８相駆動方法について垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ信号電荷を読み出す際に、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列は撮像領域の下部に設けられた水平転送レジスタ４ａへ読み出され、第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列は撮像領域の上部に設けられた水平転送レジスタ４ｂへ読み出される場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。
図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、図１３の固体撮像装置の８相駆動方法について互いに反対方向に電荷転送を行う場合の第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂのポテンシャル状態を示すポテンシャル図である。なお、ここでは、垂直転送レジスタ１段当たりの転送サイクルはｔ１〜ｔ１６で構成されている。
図１３に示すように、まず、時刻ｔ０では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２、φＶ４およびφ６はハイレベル、制御信号φＶ８はローレベルである。また、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ１Ａ、φＶ３Ａおよびφ５Ａはハイレベル、制御信号φＶ７Ａはローレベルである。さらに、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂはローレベル、制御信号φＶ３Ｂ、φ５Ｂおよびφ７Ｂはハイレベルである。
次に、時刻ｔ１では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ７Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ２では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ７Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ３では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ８がハイレベルとなる。
時刻ｔ４では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２およびφＶ６がローレベルとなる。
時刻ｔ５では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ７Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ６では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ３Ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ５Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ７では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２およびφＶ６がハイレベルとなる。
時刻ｔ８では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がローレベルとなる。
時刻ｔ９では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ３Ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ５Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ１０では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ５Ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ１１では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がハイレベルとなる。
時刻ｔ１２では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２およびφＶ６がローレベルとなる。
時刻ｔ１３では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ５Ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ１４では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ７Ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがローレベルとなる。
さらに、時刻ｔ１５では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２およびφＶ６がハイレベルとなる。
最後に、時刻ｔ１６では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ８がローレベルとなる。
このように、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂにそれぞれ異なるタイミングで制御信号φＶ１Ａ、φＶ３Ａ、φ５Ａおよびφ７Ａと制御信号φＶ１Ｂ、φＶ３Ｂ、φ５Ｂおよびφ７Ｂとを印加することにより、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列では、図１４（ａ）に示すように垂直方向下向きにポテンシャルが推移して信号電荷が撮像領域の下部に設けられた水平転送レジスタ４ａに電荷転送される。また、第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列では、図１４（ｂ）に示すように垂直方向上向きにポテンシャルが推移して信号電荷が撮像領域の上部に設けられた水平転送レジスタ４ｂに電荷転送される。それぞれの垂直転送レジスタ３ａ，３ｂにおいて、水平転送レジスタ４ａ，４ｂへの転送は時刻ｔ１から始まり、時刻ｔ１６で同時に終了する。
（同一垂直転送方向への８相駆動方法）
次に、同一垂直転送方向への８相駆動について説明する。
即ち、８相駆動により、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４ａ（または４ｂ）への各信号電荷の転送を列単位毎に同じ方向に制御するべく、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂにおける第２層目ゲート電極７ａ，７ｂに同一のタイミングで転送制御信号を印加する場合について、図１５および図１６を用いて説明する。
図１５は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の８相駆動方法について垂直転送レジスタから水平転送レジスタへ信号を読み出す際に、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列および第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列のいずれも撮像領域の下部に設けられた水平転送レジスタ４ａ（または図１の場合は水平転送レジスタ４）へ読み出される場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。
図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、図１５の固体撮像装置の８相駆動方法について各列同方向に電荷転送を行う場合の第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂのポテンシャル状態を示すポテンシャル図である。なお、ここでは、垂直転送レジスタ１段当たりの転送サイクルはｔ１〜ｔ１６で構成されている。
図１５に示すように、まず、時刻ｔ０では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２、φ４およびφ６はハイレベル、制御信号φＶ８はローレベルである。また、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ１Ａ、φ３Ａおよびφ５Ａはハイレベル、制御信号φＶ７Ａはローレベルである。さらに、第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂ、φ３Ｂおよびφ５Ｂはハイレベル、制御信号φＶ７Ｂはローレベルである。
次に、時刻ｔ１では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ７Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ７Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ２では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａに印加される制御信号φＶ１Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ３では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ８がハイレベルとなる。
時刻ｔ４では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２およびφＶ６がローレベルとなる。
時刻ｔ５では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ１Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ１Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ６では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ３Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ７では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２およびφ６がハイレベルとなる。
時刻ｔ８では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がローレベルとなる。
時刻ｔ９では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ３Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ３Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ１０では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ５Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ５Ｂがローレベルとなる。
時刻ｔ１１では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ４がハイレベルとなる。
時刻ｔ１２では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２およびφＶ４がローレベルとなる。
時刻ｔ１３では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ５Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ５Ｂがハイレベルとなる。
時刻ｔ１４では、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極7ａに印加される制御信号φＶ７Ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに印加される制御信号φＶ７Ｂがローレベルとなる。
さらに、時刻ｔ１５では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ２およびφＶ６がハイレベルとなる。
最後に、時刻ｔ１６では、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂの第１層目ゲート電極６に印加される制御信号φＶ８がローレベルとなる。
このように、第１垂直転送レジスタ３ａの第２層目ゲート電極７ａと第２垂直転送レジスタ３ｂの第２層目ゲート電極７ｂに同一のタイミングで制御信号φＶ１Ａ、φＶ３Ａ、φ５Ａおよびφ７ａと制御信号φＶ１Ｂ、φＶ３Ｂ、φ５Ｂおよびφ７Ｂを印加することにより、第１垂直転送レジスタ３ａを有する列および第２垂直転送レジスタ３ｂを有する列のいずれも、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように垂直方向下向きにポテンシャルが推移して信号電荷が撮像領域の下部に設けられた水平転送レジスタ４ａに転送される。それぞれの垂直転送レジスタ３ａ，３ｂにおいて、水平転送レジスタ４，４ｂへの転送はｔ１から始まり、ｔ１６で同時に終了する。
さらに、図１５に示す時刻t１〜t１５において、制御信号ΦV１A／ΦV３A／ΦV５A／ΦV７A及びΦV１B／ΦV３B／ΦV５B／ΦV７Bが印加されるタイミングを変えることにより、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４ａへの信号読み出しに時差を設けて、列単位で分割した読み出しを行うことが可能となる。
次に、本発明の固体撮像装置の駆動方法として、列単位毎で各受光部から垂直転送レジスタへの信号電荷読み出しを制御した駆動方法の実施形態について説明する。
（データ間引きによる高速読出駆動）
まず、水平方向のデータ間引きを行って信号電荷を高速に読み出す方法について、図１７および図１８を用いて説明する。
図１７は、図１または図２の固体撮像装置について、垂直転送レジスタのゲート電極構造を上から見た場合の平面図である。
図１７において、第１垂直転送レジスタ３ａと第２垂直転送レジスタ３ｂとが２列毎に交互に繰り返し配置されている。
上記第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂにおける第１層目ゲート電極６のパターンは同一パターンである。例えば、上記第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂが４相駆動により駆動される場合、図１７に示すように、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂでは、第１層目ゲート電極６に対して、それぞれ同じ制御信号φＶ２と制御信号φＶ４とが１行毎に交互に印加される。
また、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂにおける第２層目ゲート電極7ａおよび７ｂのパターンは異なる２種類のパターンを有している。例えば、上記第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂが４相駆動により駆動される場合、図１７に示すように、第１垂直転送レジスタ３ａでは第２層目ゲート電極７ａに対して制御信号φＶ１ＡＡとφＶ３ＡＡとφ１ＡＢとφ３ＡＢが１行毎に交互に印加される。また、第２垂直転送レジスタ３ｂでは第２層目ゲート電極７ｂに対して制御信号φＶ１ＢＡとφＶ３ＢＡとφ１ＢＢとφ３ＢＢとが１行毎に交互に印加される。なお、トランスファーゲート２ａ，２ｂへの読出制御信号は、第２層目ゲート電極７ａ，７ｂに印加される。
図１８（ａ）〜図１８（ｅ）は、図１７の固体撮像装置において、各受光部から垂直転送レジスタへの信号電荷読み出しを列単位で制御してデータ間引きによる高速読み出しを行う方法について説明するための図である。
まず、図１８（ａ）に示すように、各受光部１から第１垂直転送レジスタ３ａに信号電荷が読み出される。即ち、図１７の制御信号φＶ１ＡＡおよびφＶ３ＡＢが印加される第２層目ゲート電極７ａ、または、図１７の制御信号φＶ１ＡＢおよびφＶ３ＡＡが印加される第２層目ゲート電極７ａに対してのみ、読み出し制御信号を印加することにより、各受光部１から第１トランスファゲート群２ａを介して第１垂直転送レジスタ３ａへの信号電荷の読み出しを行う。この場合、水平方向（２列毎の第１垂直転送レジスタ３ｂが間引かれる）だけではなく、垂直方向にもデータが間引かれる。
次に、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂによって垂直方向に１コマ分だけ信号電荷を転送させて、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４へ、１回目の信号電荷読み出しを行う。この場合、第２垂直転送レジスタ３ｂは信号電荷が「空」の状態で電荷転送させている。図１８（ｂ）に示すように、第２垂直転送レジスタ３ｂには各光部１からの信号電荷が読み出されていないため、第１垂直転送レジスタ３ａを有する２列に読み出された最下部の「Ｇ」および「Ｂ」の信号電荷のみが水平転送レジスタ４にそれぞれ読み出される。
その後、図１８（ｃ）に示すように、１回目に読み出された２列の「Ｇ」および「Ｂ」の信号電荷を水平転送レジスタ４によって水平方向左側に２コマ分だけ電荷転送させる。
さらに、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂによって垂直方向に１コマ分だけ信号電荷を転送させて、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４へ、２回目の信号電荷読み出しを行う。図１８（ｄ）に示すように、第２垂直転送レジスタ３ｂには各光部１からの信号電荷が読み出されていないため、第１垂直転送レジスタ３ａを有する２列に読み出された「Ｒ」および「Ｇ」の信号電荷のみが水平転送レジスタ４にそれぞれ読み出される。
さらに、図１８（ｅ）に示すように、水平転送レジスタ４によって水平方向に信号電荷を電荷転送して、信号出力部としての出力アンプ５から撮像信号を順次出力させる。
以上のようにして、受光部１から第１垂直転送レジスタ３ａに信号電荷を読み出す第１トランスファーゲート２ａにのみ読み出し制御信号を印加し、受光部１から第２垂直転送レジスタ３ｂに信号電荷を読み出す第２トランスファーゲート２ｂには読み出し制御信号を印加しないことにより、水平方向のデータを間引いて、高速読み出しを実現することができる。
（明部および暗部による異なる蓄積時間の信号読出駆動）
次に、明部および暗部それぞれに応じた露光を行って蓄積時間（受光部の機能）が異なる信号電荷を読み出す方法について、上記図１７、図１９および図２０を用いて説明する。
図１９は、図１７の固体撮像装置の駆動方法において、各受光部から垂直転送レジスタへの信号電荷読み出しを列単位毎で制御して明部および暗部のそれぞれに応じた蓄積時間が異なる信号電荷読み出しを行う方法について説明するための図であり、図２０は、図１７の固体撮像装置の明部および暗部の駆動方法を実施するための駆動タイミングを説明するためのタイミング図である。
まず、図１９（ａ）に示すように、図１７の制御信号φＶ１ＡＡおよびφＶ３ＡＢが印加される第２層目ゲート電極７ａに対してのみ、読み出し制御信号を印加することにより、各受光部１から第１トランスファゲート群２ａを介して第１垂直転送レジスタ３ａへの信号電荷読み出しを行う。ここでは、図２０に示すように、シャッターパルス印加後、通常蓄積期間（例えばＮＴＣＳの場合には１／６０秒）の１／１０程度の時間から読み出し制御信号を印加する。
次に、図１９（ｂ）に示すように、図１７の制御信号φＶ１ＢＡおよびφＶ３ＢＢが印加される第２層目ゲート電極７ｂに対してのみ、読み出し制御信号を印加することにより、各受光部１から第２トランスファゲート２ｂを介して第２垂直転送レジスタ３ｂへの信号電荷の読み出しを行う。ここでは、図２０に示すように、シャッターパルス印加後、通常蓄積期間経過後に、読み出し制御信号を印加する。
さらに、図１９（ｃ）に示すように、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂによって垂直方向に１コマ分だけ信号電荷を転送させて、第１垂直転送レジスタ３ａおよび第２垂直転送レジスタ３ｂから水平転送レジスタ４への信号電荷読み出しを行う。
次に、図１９（ｄ）に示すように、水平転送レジスタ４によって水平方向に信号電荷を電荷転送させて信号出力部としての出力アンプ５から撮像信号を出力させる。
以上のようにして、第１トランスファーゲート２ａと第２トランスファーゲート２ｂに異なるタイミングで読み出し制御信号を印加することにより、１フィールド期間において明部に応じた長時間蓄積信号と暗部に応じた短時間蓄積信号を同時に読み出すことが可能となる。これらの明部と暗部から出力された２つのデータを合成することにより、ダイナミックレンジが広いデータを作成することが可能となる。
以上により、本実施形態によれば、２層ゲート電極構造による簡単な構成の転送電極を用いて、第１垂直転送レジスタ３ａと第２垂直転送レジスタ３ｂにおいて、第１層目ゲート電極６は同じタイミングで制御信号を印加できるように同じパターンとし、第２層目ゲート電極７ａ，７ｂは、互いに独立したタイミングで制御信号を印加することができるように異なるパターンとする。さらに、各受光部１から各垂直転送レジスタ３ａ，３ｂに独立したタイミングで信号読み出しを行うように、第２層目ゲート電極７ａ，７ｂにそれぞれ接続された各トランスファゲート２ａ、２ｂをそれぞれ設ける。第２層目ゲート電極７ａ，７ｂに独立した制御信号を印加することにより、列単位で、各受光部１から垂直レジスタ３ａ，３ｂへの読み出し時間、垂直転送レジスタ３ａ，３ｂから水平転送レジスタ４への読み出し時間および垂直レジスタ３ａ，３ｂの電荷転送方向および電荷転送時間（転送タイミング）を制御することができる。
なお、本実施形態とは、特に説明しなかったが、垂直転送部３は、第１層目電極６および第２層目電極７が交互に並べられてｎ相駆動可能とされ、受光部１から読み出された信号電荷を一方向または他方向に電荷転送するための第１垂直転送レジスタ３ａと、この第１第１垂直転送レジスタ３ａとは独立したタイミングで信号電荷を一方向または他方向に電荷転送するための第２垂直転送レジスタ３ｂとを有していれば、構成が簡単な２層の電極により、受光部１から垂直転送レジスタ３への信号読み出し、垂直転送レジスタ３から水平転送レジスタ４への信号読み出しおよび垂直転送レジスタ３の電荷転送方向および電荷転送時間を列毎に制御できる本発明の目的を達成できる。
また、上記実施形態では、第１垂直転送レジスタ３ａと第２垂直転送レジスタ３ｂとが１列毎または２列毎に交互に配置されている場合について説明したが、これに限らず、３列毎や４列毎など、ｍ列（ｍは１以上の整数）毎に交互に繰り返して配置することも可能である。
さらに、上記実施形態では、４相駆動、６相駆動および８相駆動の各場合について説明してきたが、これに限らず、１０相駆動でもよく、ｎ相駆動でもよい。
さらに、上記実施形態では、特に詳細には説明しなかったが、時差を設ける具体的手法について説明する。
まず、同一垂直転送方向への４相駆動方法での時差を設ける手法例について説明する。
図７のタイミング図のt０〜t８を１サイクルとした時、まず、第１サイクルの時刻t０〜t３において、ΦV３Bをローレベルにする事により垂直転送レジスタ３bから水平転送レジスタ４ａへの転送をストップする。この時、垂直転送レジスタ３bの電荷を保存しておく為に、ΦV１Bをハイレベルにしておく。次に、第２サイクルの時刻t０〜t３において、ΦV３Aをローレベルにすることにより垂直転送レジスタ３ａから水平転送レジスタ４ａへの転送をストップする。この時、垂直転送レジスタ３ａの電荷を保存しておく為に、ΦV１Aをハイレベルにしておく。これで、第１サイクルでは垂直転送レジスタ３ａからのみ水平転送レジスタ４aへ信号読み出しを行い、第２サイクルでは垂直転送レジスタ３bからのみ水平転送レジスタ４ａへ信号読み出しを行う事が可能となり、第１垂直転送レジスタ３aと第２垂直転送レジスタ３bの間で時差を設けた信号読み出しを実現する。
次に、同一垂直転送方向への６相駆動方法での時差を設ける手法例について説明する。
図１１のタイミング図のt０〜t１６を１サイクルとした時、まず、第１サイクルの時刻t３〜t９において、ΦV５Bをローレベルにする事により垂直転送レジスタ３bから水平転送レジスタ４ａへの転送をストップする。この時、垂直転送レジスタ３bの電荷を保存しておく為に、ΦV１B／ΦV３Bをハイレベルにしておく。次に、第２サイクルの時刻t３〜t９において、ΦV５Aをローレベルにする事により垂直転送レジスタ３ａから水平転送レジスタ４ａへの転送をストップする。この時、垂直転送レジスタ３ａの電荷を保存しておく為に、ΦV１A／ΦV３Aをハイレベルにしておく。これで、第１サイクルでは垂直転送レジスタ３ａからのみ水平転送レジスタ４aへ信号読み出しを行い、第２サイクルでは垂直転送レジスタ３bからのみ水平転送レジスタ４ａへ信号読み出しを行う事が可能となり、第１垂直転送レジスタ３aと第２垂直転送レジスタ３bの間で時差を設けた信号読み出しを実現する。
次に、同一垂直転送方向への８相駆動方法での時差を設ける手法例について説明する。
図１５のタイミング図のt０〜t１６を１サイクルとした時、まず、第１サイクルの時刻t３〜t１３において、ΦV７Bをローレベルにする事により垂直転送レジスタ３bから水平転送レジスタ４ａへの転送をストップする。この時、垂直転送レジスタ３bの電荷を保存しておく為に、ΦV１B／ΦV３B／ΦV５Bをハイレベルにしておく。次に、第２サイクルの時刻t３〜t１３において、ΦV７Aをローレベルにする事により垂直転送レジスタ３ａから水平転送レジスタ４ａへの転送をストップする。この時、垂直転送レジスタ３ａの電荷を保存しておく為に、ΦV１A／ΦV３A／ΦV５Aをハイレベルにしておく。これで、第１サイクルでは垂直転送レジスタ３ａからのみ水平転送レジスタ４aへ信号読み出しを行い、第２サイクルでは垂直転送レジスタ３bからのみ水平転送レジスタ４ａへ信号読み出しを行うことが可能となり、第１垂直転送レジスタ３aと第２垂直転送レジスタ３bの間で時差を設けた信号読み出しを実現する。
さらに、上記実施形態では、前述したように、読み出しは、図１０（ａ）の期間ｔ１２〜ｔ１５および図１０（ｂ）の期間ｔ４〜ｔ７のように調整期間を持たせることにより可能となるが、このような調整期間については、特に詳細には説明しなかったので、ここで説明する。
例えば、４ｎ相駆動(ｎ＝１、２、３・・・)の場合、同一垂直転送方向への駆動タイミングに対して、奇数制御信号のA群とB群を上下対象にすることで、異なる垂直転送方向への駆動が可能となる。
４相駆動の場合は、『ΦV１B＝ΦV３A、ΦV３B＝ΦV１A』、
８相駆動の場合は、『ΦV１B＝ΦV７A、ΦV３B＝ΦV５A、ΦV５B＝ΦV３A、ΦV７B＝ΦV１A』とすることで、異なる垂直転送方向への駆動が可能となる。
しかし、４ｎ＋２相駆動(ｎ＝１、２、３・・・)の場合は、単純に奇数制御信号を上下対象にするだけでは読み出した信号電荷が混ざってしまうため、読み出した信号電荷が混ざらないようにする為転送の調整期間を設ける必要がある。
６相駆動で転送を行う場合、図１０のt４〜t７の期間においては、図１０(b)の転送だけを考えれば不要な期間となるが、この期間でΦV２をローレベルに固定する事により、図１０（ａ）において電荷が混ざることなく転送できるようにしている。
また、図１０のt１２〜t１５の期間においては、図１０（ａ）の転送だけを考えれば不要な期間となるが、この期間でΦV２をローレベルに固定することによりは該転送方向に対してだけを考えれば不要な期間となるが、この期間でΦV２をローレベルにすることにより、図１０(b)において電荷が混ざる事なく転送できるようにしている。
さらに、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固体撮像装置１０または１１を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラ、テレビジョン電話用カメラおよび携帯電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像装置１０または１１を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する各画素部として複数の半導体素子が設けられた固体撮像装置およびその駆動方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、簡単な構成の２層ゲート電極を用いて、第２層目ゲート電極にのみ異なるタイミングで制御信号を印加することができる第１垂直転送部および第２垂直転送部によって、列単位で駆動タイミングを制御する。これによって、列単位毎で垂直転送部から水平転送部への信号読み出し時間および垂直転送部の転送方向を制御することができる。また、受光部から各垂直転送部に独立したタイミングで読み出しを行うように２層目電極に接続された第１信号読出部および第２信号読出部によって、列単位毎に読み出しタイミングを制御する。これによって、列単位で受光部から垂直転送部への信号読み出し時間を制御することができる。さらに、４相駆動、６相駆動などのように、ｎ枚のゲートを１組として駆動を行うｎ相駆動において、ｎの数で限定されることなく、列単位毎に垂直転送部から水平転送部への信号読み出し時間、垂直転送部の転送方向および受光部から垂直転送部への信号読み出し時間を制御することができる。
本発明の実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤイメージセンサの要部平面構成例を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤイメージセンサの他の要部平面構成例を模式的に示すブロック図である。 図１または図２の固体撮像装置について、列単位毎に制御可能な垂直転送レジスタ３のゲート電極構造の一例を示す平面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ、図３のＡ−Ａ’線部分およびＢ−Ｂ’線部分の断面構造を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の４相駆動方法について互いに反対方向に電荷転送を行う場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。 （ａ）および（ｂ）は、図５の固体撮像装置の４相駆動方法について互いに反対方向に電荷転送を行う場合の各垂直転送レジスタのポテンシャル状態を説明するためのポテンシャル図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の４相駆動方法について各列同方向に電荷転送を行う場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。 （ａ）および（ｂ）は、図７の固体撮像装置の４相駆動方法について各列同方向に電荷転送を行う場合の各垂直転送レジスタのポテンシャル状態を説明するためのポテンシャル図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の６相駆動方法について互いに反対方向に電荷転送を行う場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。 （ａ）および（ｂ）は、図９の固体撮像装置の６相駆動方法について互いに反対方向に電荷転送を行う場合の各垂直転送レジスタのポテンシャル状態を説明するためのポテンシャル図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の６相駆動方法について各列同方向に電荷転送を行う場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１１の固体撮像装置の６相駆動方法について各列同方向に電荷転送を行う場合の各垂直転送レジスタのポテンシャル状態を説明するためのポテンシャル図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の８相駆動方法について互いに反対方向に電荷転送を行う場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１３の固体撮像装置の８相駆動方法について互いに反対方向に電荷転送を行う場合の各垂直転送レジスタのポテンシャル状態を説明するためのポテンシャル図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の８相駆動方法について各列同方向に電荷転送を行う場合の駆動タイミングを示すタイミング図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１５の固体撮像装置の８相駆動方法について各列同方向に電荷転送を行う場合の各垂直転送レジスタのポテンシャル状態を説明するためのポテンシャル図である。 図１または図２の固体撮像装置について、垂直転送レジスタにおける転送ゲート電極構造の他の一例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、図１７の固体撮像装置のデータ間引きによる高速駆動方法を説明するための図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１７の固体撮像装置の明部および暗部の駆動方法を説明するための図である。 図１７の固体撮像装置の明部および暗部の駆動方法を実施するための駆動タイミングを説明するためのタイミング図である。
符号の説明
１ 受光部（フォトダイオード）
２ トランスファーゲート（信号読出部）
２ａ 第１トランスファーゲート（第１信号読出部）
２ｂ 第２トランスファーゲート（第２信号読出部）
３ 垂直転送レジスタ（垂直転送部）
３ａ 第１垂直転送レジスタ（第１垂直転送部）
３ｂ 第２垂直転送レジスタ（第２垂直転送部）
４、４ａ、４ｂ 水平転送レジスタ（水平転送部）
５ 出力アンプ（信号出力部）
６ 第１層目ゲート電極
７ 第２層目ゲート電極
７ａ 第１垂直転送レジスタの第２層目ゲート電極
７ｂ 第２垂直転送レジスタの第２層目ゲート電極
１０、１１ ＣＣＤイメージセンサ（固体撮像装置）

Claims (16)

  1. 撮像領域に行列方向に配列され、受光した光を信号電荷に光電変換する複数の受光部と、
    該受光部から信号電荷を読み出す信号読出部と、
    列方向の各受光部からそれぞれ読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送するために、第１層目電極および第２層目電極が交互に並べられたｎ枚の電極を１組としてｎ相駆動により駆動される垂直転送部（ｎ≧２ｋ、ｋは２以上の整数）と、
    該垂直転送部により電荷転送された各信号電荷を水平方向へ電荷転送する水平転送部とを有する固体撮像装置であって、
    該垂直転送部は、該各受光部から読み出された信号電荷を一方向または他方向に電荷転送するための第１垂直転送部と、該第１垂直転送部とは独立したタイミングで信号電荷を一方向または他方向に電荷転送するための第２垂直転送部とを有する固体撮像装置。
  2. 前記第１垂直転送部に読み出される複数の受光部の列と、前記第２垂直転送部に読み出される複数の受光部の列とが配置されており、列単位で信号電荷の転送方向が制御可能とされている請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記第１垂直転送部および前記第２垂直転送部は、１列毎に交互に配置されている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第１垂直転送部および前記第２垂直転送部は、複数列毎に交互に配置されている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第２層目電極は、前記第１垂直転送部を駆動するための第１パターンと、前記第２垂直転送部を駆動するための第２パターンとを有し、該第１パターンと該第２パターンにそれぞれ独立した転送制御信号が印加される請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第１層目電極は各行方向において同一パターンであり、前記第２層目電極は、前記第１垂直転送部と前記第２垂直転送部との各位置でパターンが異なる第１パターンと第２パターンを有している請求項１または５に記載の固体撮像装置。
  7. 前記第１層目電極は、前記複数の受光部の各隣接水平行間を通る略帯状で、前記第１垂直転送部上で一方側と他方側のうちの一方側に延びる分岐突部を有し、前記第２垂直転送部上で一方側と他方側のうちの他方側に延びる分岐突部を有するパターンであり、
    前記第２層目電極は、該複数の受光部の各隣接水平行間を通る略帯状で、該第１垂直転送部上で一方側と他方側のうちの他方側に延びて該第１層目電極の分岐突部と一部重なる第１パターンと、該第２垂直転送部上で一方側と他方側のうちの一方側に延びて該第１層目電極の分岐突部と一部重なる第２パターンとを有している請求項１または５に記載の固体撮像装置。
  8. 前記第１パターンは、前記第１垂直転送部上よりも前記第２垂直転送部上で幅が、該第２垂直転送部の電荷転送に影響を与えないように大幅に狭く、前記第２パターンは、該第２垂直転送部上よりも該第１垂直転送部上で幅が、該第１垂直転送部の電荷転送に影響を与えないように大幅に狭く構成されている請求項５〜７のいずれかに記載の固体撮像装置。
  9. 列毎の各受光部から前記第１垂直転送部へ各信号電荷をそれぞれ読み出すために各第２層目電極にそれぞれ接続された複数の第１信号読出部と、
    該列とは別の列毎の各受光部から前記第２垂直転送部へ各信号電荷をそれぞれ読み出すために各第２層目電極にそれぞれ接続された複数の第２信号読出部とを有し、
    各々の信号読出部に独立した制御信号が印加されて、列単位で該複数の受光部から垂直転送部への信号電荷の読み出しが制御されている請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 前記水平転送部は、前記撮像領域の一方端部および他方端部のうちの一方または両方に配置されている請求項１に記載の固体撮像装置。
  11. 前記水平転送部は、第１層目電極および第２層目電極が交互に繰り返し配列されている請求項１または１０に記載の固体撮像装置。
  12. 前記第１垂直転送部および前記第２垂直転送部はそれぞれ、前記受光部の機能に応じて列毎に配置されている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
  13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の固体撮像装置を駆動する固体撮像装置の駆動方法であって、
    前記第１垂直転送部および前記第２垂直転送部から前記水平転送部への各信号電荷の電荷転送を列単位で制御するべく、前記第１垂直転送部および前記第２垂直転送部における各第２層目電極に同一またはそれぞれ異なるタイミングで転送制御信号を印加する固体撮像装置の駆動方法。
  14. 請求項９に記載の固体撮像装置を駆動する固体撮像装置の駆動方法であって、
    前記各受光部から前記第１垂直転送部または前記第２垂直転送部への各信号電荷それぞれの読み出しを列単位で制御すると共に、該第１垂直転送部を有する列または該第２垂直転送部を有する列のデータ間引きを行うべく、前記第１信号読出部と前記第２信号読出部のいずれか一方にのみ読み出し制御信号を印加する固体撮像装置の駆動方法。
  15. 請求項９に記載の固体撮像装置を駆動する固体撮像装置の駆動方法であって、
    前記各受光部から前記第１垂直転送部および前記第２垂直転送部への各信号電荷それぞれの読み出しを列単位で制御すると共に、前記複数の受光部に明部および暗部のそれぞれに応じた露光を行って２つのデータを合成することによりダイナミックレンジが広いデータを作成するべく、前記第１信号読出部と前記第２信号読出部に同一またはそれぞれ異なるタイミングで読み出し制御信号を印加する固体撮像装置の駆動方法。
  16. 請求項１〜１２のいずれかに記載の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器。
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