JP2008177746A - 固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像領域の微細化した場合でも、垂直電荷転送路で転送する信号電荷の容量を確保することができる固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明の固体撮像素子は、半導体基板に行方向とこれに直行する列方向に配設された複数の光電変換部１０１と、光電変換部１０１で発生した信号電荷を列方向に転送するＶＣＣＤと、ＶＣＣＤからの信号電荷を行方向に転送するＨＣＣＤとを備え、ＶＣＣＤは、光電変換素部１０１同士の間を列方向に配設された複数の垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ６と、光電変換部１０１で発生した信号電荷を該光電変換部１０１に隣り合う両側のＶＣＣＤに読み出す電荷読み出し領域を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換部から読み出した信号電荷を垂直電荷転送部によって水平電荷転送部に転送し、出力する固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置に関する。

一般に、ＣＣＤ型イメージセンサとしては、半導体基板上に配列された複数の光電変換部と、光電変換部で発生した信号電荷を読み出し、撮像面の垂直方向に転送する垂直電荷転送部（以下、ＶＣＣＤともいう。）と、ＶＣＣＤの端部から転送された信号電荷を撮像面の水平方向に転送し、出力部に出力する水平電荷転送部（以下、ＨＣＣＤともいう。）とを備えた固体撮像素子の構成のものがある。

現在、ＣＣＤ型イメージセンサは、多画素化が進んでおり、これに伴って一画素あたりの画素サイズが微細化が進んでいる。画素を単純に微細化する場合に、フォトダイオードなどの光電変換部を極力小さくしないようにすると、代わりにＶＣＣＤの面積を縮小することとなり、ＶＣＣＤにおいて転送できる信号電荷の容量が少なくなることが避けられなかった。信号電荷を転送する容量が小さくなると固体撮像素子の感度の低下の要因となってしまう。

そこで、従来は、図６に示す固体撮像素子のように、フォトダイオードから読み出す信号電荷を垂直方向に対して間引き、信号電荷が読み出さないフォトダイオードに対応するＶＣＣＤの領域も利用することで、転送できる信号電荷の容積を確保する方式（インターレース方式）の駆動方法が使用されている。なお、図６で網掛けの部分は信号電荷が蓄積している部分を示し、空白の部分は、信号電荷が蓄積していない部分を示している。図７は、図６に示す固体撮像素子においてインターレース方式で読み出す際にＶＣＣＤを構成する垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ１２のそれぞれに印加する駆動パルス電圧のタイミングチャートである。

また、従来の固体撮像素子の読み出し方式としては、図８に示すように、各画素から同時に信号電荷をＶＣＣＤに読み出して転送するプログレッシブ方式のものもある。さらに、図６に示すように、ＶＣＣＤは、１２個の垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ１２からなる構成以外に、例えば、図９に示すように、６個の垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ６からなる構成であって、配列したフォトダイオードの垂直方向に対して間引きいてインターレース方式の読み出しを行うものもある。

特開２００４−２１４３６３号公報

ところで、固体撮像素子の微細化が進むと、読み出し時に間引きをする画素の数が多くなり、読み出した信号電荷を蓄積するＶＣＣＤの垂直方向の長さが長くなることでＶＣＣＤを駆動するための垂直電荷転送電極の数も多くする必要がある。つまり、同じ信号電荷を転送するとした場合に、微細化の固体撮像素子では、それまでの固体撮像素子よりも多くの垂直電荷転送電極を設ける必要があり、固体撮像素子をパッケージ化した固体撮像装置に設ける端子の数を増やす必要となり、また、垂直電荷転送電極の数の増加に応じて駆動回路の配線が複雑になる点で改善の余地があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、撮像領域の微細化した場合でも、垂直電荷転送路で転送する信号電荷の容量を確保することができる固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）半導体基板と、前記半導体基板に行方向とこれに直行する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記行方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部からの信号電荷を前記列方向に転送する水平電荷転送部とを備え、前記垂直電荷転送部は、前記光電変換部同士の間を行方向に配設された複数の垂直電荷転送電極と、前記光電変換部で発生した信号電荷を該光電変換部に隣り合う両側の前記垂直電荷転送電極に読み出す電荷読み出し領域を有することを特徴とする固体撮像素子。
（２）前記水平電荷転送部が、水平方向に順に並べられた４つ以上の水平電荷転送電極を有し、２相の駆動電圧を印加される構成であることを特徴とする上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記垂直電荷転送部から転送された信号電荷を一時的に蓄積するラインメモリを有し、することを特徴とする上記（１）に記載の固体撮像素子。
（４）半導体基板と、前記半導体基板に行方向とこれに直行する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記行方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部からの信号電荷を前記列方向に転送する水平電荷転送部とを備えた固体撮像素子の駆動方法であって、前記垂直電荷転送部が前記光電変換部同士の間を行方向に配設された複数の垂直電荷転送電極を有し、駆動時に、前記光電変換部で発生した信号電荷を該光電変換部に隣り合う両側の前記垂直電荷転送電極に読み出すことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
（５）駆動時に、前記水平電荷転送部において、同じ前記光電変換部から読み出された信号電荷を加算することを特徴とする上記（４）に記載の固体撮像素子の駆動方法。
（６）駆動時に、前記水平電荷転送部から信号電荷を出力した後、同じ前記光電変換部から読み出された信号電荷を信号処理部によって加算することを特徴とする上記（４）に記載の固体撮像素子の駆動方法。
（７）被写体からの光を光電変換する固体撮像素子を備えた撮像装置であって、前記固体撮像素子が、半導体基板と、前記半導体基板に行方向とこれに直行する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記列方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部からの信号電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部とを備え、
前記垂直電荷転送部は、前記光電変換部同士の間を行方向に配設された複数の垂直電荷転送電極と、前記光電変換部で発生した信号電荷を該光電変換部に隣り合う両側の前記垂直電荷転送電極に読み出す電荷読み出し領域を有することを特徴とする撮像装置。

本発明は、駆動時に、光電変換部に蓄積された信号電荷を、その光電変換部に対して両側に隣り合うように配設された垂直電荷転送部のそれぞれに同時に転送することができる。従来の固体撮像素子は、光電変換部に対して片側の垂直電荷転送部にのみ信号電荷を読み出していたため、微細化した場合に、間引く光電変換部の数の増加に伴って垂直電荷転送部を構成する垂直電荷転送電極の数を増やす必要があった。これに対して、本発明の固体撮像素子は、光電変換部の両側の垂直電荷転送部に読み出すことで、それぞれの垂直電荷転送部を構成する垂直電荷転送電極に信号電荷を蓄積することができるため、従来の固体撮像素子に比べてより多い容量の信号電荷を蓄積することで、それぞれの垂直電荷転送部において同時に垂直方向へ転送することができる。また、同じ光電変換部の信号電荷は、水平電荷転送部や信号処理部によって加算することができるため、固体撮像素子の微細化に応じて垂直電荷転送電極の数を増加させることなく、信号電荷の容量を確保することができる。

本発明によれば、撮像領域を微細化した場合でも、垂直電荷転送路で転送する信号電荷の容量を確保することができる固体撮像素子、固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提供できる。

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、本実施形態の固体撮像素子を備えた撮像装置の一例であ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からの光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。

図２は、本発明にかかる固体撮像素子１００の第１実施形態を示す平面図である。図２に示すように、本実施形態の固体撮像素子１００は、半導体基板と、半導体基板に行方向（図２において左右方向）とこれに直行する列方向（図２において上下方向）に配設された光電変換部１０１を備えている。複数の光電変換部は、行方向及び列方向に対して等間隔に格子状に配置されている。光電変換部１０１は、例えば、フォトダイオードを使用することができる。

また、固体撮像素子１００は、駆動時に光電変換部１０１で発生した信号電荷を読み出して列方向に転送するＶＣＣＤ１０２と、ＶＣＣＤ１０２からの信号電荷を行方向に転送し、出力アンプ１０４へ出力するＨＣＣＤ１０３とを備えている。

ＶＣＣＤ１０２は、列方向に配設された複数の垂直電荷転送電極を有している。本実施形態のＶＣＣＤ１０２は、６つの垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ６を列方向に順に、また、繰り返して配設している。駆動時には、垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ６に、それぞれ所定のタイミングで駆動パルス電圧が印加され、光電変換部１０１から読み出した信号電荷が列方向に転送される。

ＨＣＣＤ１０３は、ＶＣＣＤ１０２の列方向の端部に接続し、行方向に配設された複数の水平電荷転送電極を有している。本実施形態では、ＨＣＣＤ１０３は、４つの水平電荷転送電極Ｈ１〜Ｈ４を有し、これら水平電荷転送電極Ｈ１〜Ｈ４を列方向に順に、且つ、繰り返し配設している。また、駆動時には、４つの水平電荷転送電極Ｈ１〜Ｈ４に、それぞれ所定のタイミングで駆動パルス電圧が印加され、信号電荷が行方向に転送される。

また、ＶＣＣＤ１０２の列方向端部同士の電極を水平方向に並べてなるラインメモリを有していもよい。ラインメモリは、ＶＣＣＤ１０２から転送された信号電荷を一時的に蓄積し、所定のタイミングでＨＣＣＤ１０３へ蓄積した信号電荷を転送する機能を有し、このラインメモリによって、ＨＣＣＤ１０３における水平混合を実行することができる。なお、本実施形態のようにラインメモリを備えていない構成とする場合には、ＨＣＣＤ１０３を構成する水平電荷転送電極Ｈ１〜Ｈ４に所定のタイミングの駆動パルス電圧を印加することで、ＨＣＣＤ１０３において水平混合を行うことができる。本実施形態では、ＨＣＣＤ１０３の４つの水平電荷転送電極Ｈ１〜Ｈ４を２相駆動することで、ラインメモリを用いることなく、ＨＣＣＤ１０３における水平混合を行っている。

なお、信号電荷の加算は、ＨＣＣＤ１０３における水平混合に限定されない。例えば、駆動時に、ＨＣＣＤ１０３から信号電荷を出力した後、同じ光電変換部から読み出された信号電荷をアナログ信号処理部３３（図１参照）によって加算処理を実行してもよい。

本実施形態の固体撮像素子１００は、光電変換部１０１で発生した信号電荷を該光電変換部１０１に隣り合う両側の垂直電荷転送電極に読み出す読み出し領域１０５を有している。電荷読み出し領域１０５は、光電変換部１０１と該光電変換部１０１に対して行方向両側に隣り合い、互いに信号電荷を転送する方向が反対向きとなるように配設されている。また、同一の光電変換部１０１に隣り合う読み出し領域同士は、同じ垂直電荷転送電極に接続されている。

図２では、固体撮像素子１００の駆動時の状態の一例を示しており、信号電荷が蓄積されている部分を網掛けで示しており、また、信号電荷が蓄積されていない部分を網掛けを付せず空白にして示している。図２では、ＶＣＣＤ１０２の垂直電荷転送電極Ｖ５に読み出しパルスを印加したときに、図中左側から第１列及び第３列の光電変換部１０１のうち１個おきに間引いた残りの光電変換部１０１から信号電荷を該光電変換部１０１に隣り合う垂直電荷転送電極Ｖ２〜Ｖ５に読み出している。ここで、各ＶＣＣＤ１０２における垂直電荷転送電極Ｖ１，６をバリアとして機能させることで、他の光電変換部１０１の信号電荷と分離させている。

図２において、左側から第Ｎ列（Ｎは、１以上の自然数とする。）の光電変換部１０１において、電荷読み出し領域１０５が垂直電荷転送電極Ｖ２，Ｖ５に接続され、第Ｎ+１列（Ｎは、１以上の自然数とする。）の光電変換部１０１において、電荷読み出し領域１０５が垂直電荷転送電極Ｖ１，Ｖ４に接続されている。こうすることで、偶数列と奇数列との光電変換部１０１が同時に読み出されることがないため、ＶＣＣＤ１０２へ交互に読み出すことで、各光電変換部１０１が両側のＶＣＣＤ１０２を使用することができる。

次に、本実施形態の固体撮像素子１００の駆動の状態を図面に基づいて説明する。
図３は、図２に示す固体撮像素子１００を駆動する際に、垂直電荷転送電極に印加する駆動パルス電圧のタイミングチャートを示している。
１フィールド目では、読み出し期間に、垂直電荷転送電極Ｖ２に読み出しパルスを印加し、図２中左側から第１列及び第３列の光電変換部１０１のうち、上側から偶数個目の光電変換素子１０１から両側に隣り合うＶＣＣＤ１０２に信号電荷を読み出す。その後、垂直転送期間において、垂直電荷転送電極に駆動パルスを印加し、バリアを徐々に移動させることによって、ＶＣＣＤ１０２に沿って信号電荷をＨＣＣＤ１０３に転送する。

２フィールド目では、読み出し期間に、垂直電荷転送電極Ｖ５に読み出しパルスを印加し、図２中左側から第１列及び第３列の光電変換部１０１のうち、上側から奇数個目の信号電荷１０１から両側に隣り合うＶＣＣＤ１０２に信号電荷を読み出す。その後、垂直転送期間において、垂直電荷転送電極に駆動パルスを印加し、バリアを徐々に移動させることによって、ＶＣＣＤ１０２に沿って信号電荷をＨＣＣＤ１０３に転送する。

３フィールド目では、読み出し期間に、垂直電荷転送電極Ｖ１に読み出しパルスを印加し、図２中左側から第２列及び第４列の光電変換部１０１のうち、上側から奇数個目（又は偶数個目）の信号電荷１０１から両側に隣り合うＶＣＣＤ１０２に信号電荷を読み出す。その後、垂直転送期間において、垂直電荷転送電極に駆動パルスを印加し、バリアを徐々に移動させることによって、ＶＣＣＤ１０２に沿って信号電荷をＨＣＣＤ１０３に転送する。

４フィールド目では、読み出し期間に、垂直電荷転送電極Ｖ４に読み出しパルスを印加し、図２中左側から第２列及び第４列の光電変換部１０１のうち、上側から偶数個目（又は奇数個目）の信号電荷１０１から両側に隣り合うＶＣＣＤ１０２に信号電荷を読み出す。その後、垂直転送期間において、垂直電荷転送電極に駆動パルスを印加し、バリアを徐々に移動させることによって、ＶＣＣＤ１０２に沿って信号電荷をＨＣＣＤ１０３に転送する。

上記のように、１フィールド目から４フィールド目の手順を行うことで、全ての光電変換部１０１の信号電荷をＶＣＣＤ１０２へ読み出して転送することができる。

本実施形態では、第Ｎ番目（Ｎは、１以上の自然数。）のＶＣＣＤ１０２の下端部が、ＨＣＣＤ１０３の水平電荷転送電極Ｈ１に接続され、第Ｎ＋１番目（Ｎは、１以上の自然数。）のＶＣＣＤ１０２の下端部が、ＨＣＣＤ１０３の水平電荷転送電極Ｈ３に接続されている。このため、ＶＣＣＤ１０２で転送された信号電荷が水平電荷転送電極Ｈ１，Ｈ３に蓄積され、水平電荷転送電極Ｈ１〜Ｈ４に２相の駆動電圧を印加することで、水平混合を行ったうえで信号電荷が水平方向（図２中左側）に転送され、出力部１０４に出力される。なお、読み出した信号電荷の加算は、アナログ信号処理部３３において信号処理を実行してもよい。

本実施形態の固体撮像素子１００は、駆動時に、光電変換部１０１に蓄積された信号電荷を、その光電変換部１０１に対して両側に隣り合うように配設されたＶＣＣＤ１０２のそれぞれに同時に転送することができる。従来の固体撮像素子は、光電変換部に対して片側のＶＣＣＤにのみ信号電荷を読み出していたため、微細化した場合に、間引く光電変換部の数の増加に伴ってＶＣＣＤを構成する垂直電荷転送電極の数を増やす必要があった。これに対して、本発明の固体撮像素子は、光電変換部１０１の両側のＶＣＣＤ１０２に読み出すことで、それぞれのＶＣＣＤ１０２を構成する垂直電荷転送電極Ｖ２〜Ｖ５に信号電荷を蓄積することができるため、従来の固体撮像素子に比べてより多い容量の信号電荷を蓄積することで、それぞれのＶＣＣＤ１０２において同時に垂直方向へ転送することができる。また、同じ光電変換部１０１の信号電荷は、ＨＣＣＤ１０３やアナログ信号処理部３３によって加算することができるため、固体撮像素子１００の微細化に応じて垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ６の数を増加させることなく、信号電荷の容量を確保することができる。

次に、本発明にかかる固体撮像素子１００の第２実施形態を説明する。
図４は、本実施形態の固体撮像素子１００の平面図である。固体撮像素子１００の基本的な構成は上記第１実施形態のものと同じであり、すなわち、半導体基板上の垂直方向とこれに直交する水平方向に配列された複数の光電変換素子２０１と、複数の光電変換素子２０１の各々で発生した電荷を垂直方向に転送する複数のＶＣＣＤ２０２と、複数のＶＣＣＤ２０２の各々を転送されてきた電荷を水平方向に転送するＨＣＣＤ２０３と、を備えている。なお、本実施形態では、半導体基板の垂直方向を列方向とし、水平方向を行方向としている。

多数の光電変換素子２０１は、水平方向に並ぶｎ個（ｎは２以上の自然数）の光電変換素子２０１からなる光電変換素子行を垂直方向にｍ（ｍは２以上の自然数）個配列した構成、又は、垂直方向に並ぶｍ個の光電変換素子２０１からなる光電変換素子列を水平方向にｎ個配列した構成となっている。奇数番目の光電変換素子行は、偶数番目の光電変換素子行に対して、各光電変換素子行の光電変換素子配列ピッチの略１／２だけ水平方向にずらして配置された、所謂、ハニカム配列となっている。

ＶＣＣＤ２０２は、列方向に配設された複数の垂直電荷転送電極を有している。本実施形態のＶＣＣＤ２０２は、８つの垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８を列方向に順に、また、繰り返して配設している。駆動時には、垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８に、それぞれ所定のタイミングで駆動パルス電圧が印加され、光電変換部２０１から読み出した信号電荷が行方向に転送される。

ＨＣＣＤ２０３は、ＶＣＣＤ２０２の列方向の端部に接続し、行方向に配設された複数の水平電荷転送電極を有している。本実施形態では、ＨＣＣＤ２０３は、４つの水平電荷転送電極Ｈ１〜Ｈ４を有し、これら水平電荷転送電極Ｈ１〜Ｈ４を行方向に順に、且つ、繰り返し配設している。また、駆動時には、４つの水平電荷転送電極Ｈ１〜Ｈ４に、それぞれ所定のタイミングで駆動パルス電圧が印加され、信号電荷が行方向に転送される。

また、ＶＣＣＤ２０２の列方向端部同士の電極を水平方向に並べてなるラインメモリを有していもよい。

本実施形態の固体撮像素子１００は、光電変換部２０１で発生した信号電荷を該光電変換部２０１に隣り合う両側の垂直電荷転送電極に読み出す読み出し領域２０５を有している。電荷読み出し領域２０５は、光電変換部２０１と該光電変換部２０１に対して行方向両側に隣り合い、互いに信号電荷を行方向反対のＶＣＣＤ側に転送するように配設されている。また、同一の光電変換部２０１に隣り合う読み出し領域同士は、同じ垂直電荷転送電極に接続されている。

図４では、固体撮像素子１００の駆動時の状態の一例を示しており、信号電荷が蓄積されている部分を網掛けで示しており、また、信号電荷が蓄積されていない部分を網掛けを付せず空白にして示している。図４では、ＶＣＣＤ２０２の垂直電荷転送電極Ｖ７に読み出しパルスを印加したときに、図中左側から第１列及び第３列の光電変換部２０１のうち垂直方向に１個おきに間引いた残りの光電変換部２０１から、信号電荷を該光電変換部２０１に隣り合う垂直電荷転送電極Ｖ４〜Ｖ８に読み出している。ここで、各ＶＣＣＤ２０２における垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ３をバリアとして機能させることで、他の光電変換部２０１から読み出された信号電荷と分離させている。

図４において、左側から第Ｎ列（Ｎは、１以上の自然数とする。）の光電変換部２０１において、電荷読み出し領域２０５が垂直電荷転送電極Ｖ３，Ｖ７に接続され、第Ｎ+１列（Ｎは、１以上の自然数とする。）の光電変換部２０１において、電荷読み出し領域２０５が垂直電荷転送電極Ｖ１，Ｖ５に接続されている。こうすることで、偶数列と奇数列との光電変換部２０１が同時に読み出されることがないため、ＶＣＣＤ２０２へ交互に読み出すことで、各光電変換部２０１が両側のＶＣＣＤ２０２を使用することができる。

次に、本実施形態の固体撮像素子１００の駆動の状態を図面に基づいて説明する。
図５は、図４に示す固体撮像素子１００を駆動する際に、垂直電荷転送電極に印加する駆動パルス電圧のタイミングチャートを示している。
１フィールド目では、読み出し期間に、垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ４に図５に示すタイミングで駆動パルス電圧を印加することによって、図２中左側から第２列及び第４列の光電変換部２０１のうち、上側から奇数個目の光電変換素子２０１から両側に隣り合うＶＣＣＤ２０２に信号電荷を読み出す。その後、垂直転送期間において、垂直電荷転送電極に駆動パルスを印加し、バリアを徐々に移動させることによって、ＶＣＣＤ２０２に沿って信号電荷をＨＣＣＤ２０３の水平電荷転送電極Ｈ３に転送する。

２フィールド目では、読み出し期間に、垂直電荷転送電極Ｖ１，Ｖ５，Ｖ７に図５に示すタイミングで駆動パルス電圧を印加することによって、図２中左側から第２列及び第４列の光電変換部２０１のうち、上側から偶数個目の光電変換素子２０１から両側に隣り合うＶＣＣＤ２０２に信号電荷を読み出す。その後、垂直転送期間において、垂直電荷転送電極に駆動パルスを印加し、バリアを徐々に移動させることによって、ＶＣＣＤ２０２に沿って信号電荷をＨＣＣＤ２０３の水平電荷転送電極Ｈ３に転送する。

３フィールド目では、読み出し期間に、垂直電荷転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８に図５に示すタイミングで駆動パルス電圧を印加することによって、図２中左側から第１列及び第３列の光電変換部２０１のうち、上側から奇数個目の光電変換素子２０１から両側に隣り合うＶＣＣＤ２０２に信号電荷を読み出す。その後、垂直転送期間において、垂直電荷転送電極に駆動パルスを印加し、バリアを徐々に移動させることによって、ＶＣＣＤ２０２に沿って信号電荷をＨＣＣＤ２０３の水平電荷転送電極Ｈ１に転送する。

４フィールド目では、読み出し期間に、垂直電荷転送電極Ｖ２，Ｖ７，Ｖ８に図５に示すタイミングで駆動パルス電圧を印加することによって、図２中左側から第１列及び第３列の光電変換部２０１のうち、上側から偶数個目の光電変換素子２０１から両側に隣り合うＶＣＣＤ２０２に信号電荷を読み出す。その後、垂直転送期間において、垂直電荷転送電極に駆動パルスを印加し、バリアを徐々に移動させることによって、ＶＣＣＤ２０２に沿って信号電荷をＨＣＣＤ２０３の水平電荷転送電極Ｈ１に転送する。

上記のように、１フィールド目から４フィールド目の手順を行うことで、全ての光電変換部２０１の信号電荷をＶＣＣＤ２０２へ読み出して転送することができる。

本実施形態では、第Ｎ番目（Ｎは、１以上の自然数。）のＶＣＣＤ２０２の下端部が、ＨＣＣＤ２０３の水平電荷転送電極Ｈ１に接続され、第Ｎ＋１番目（Ｎは、１以上の自然数。）のＶＣＣＤ２０２の下端部が、ＨＣＣＤ２０３の水平電荷転送電極Ｈ３に接続されている。このため、ＶＣＣＤ２０２で転送された信号電荷が水平電荷転送電極Ｈ１，Ｈ３に蓄積され、水平電荷転送電極Ｈ１〜Ｈ４に２相の駆動電圧を印加することで、水平混合を行ったうえで信号電荷が水平方向（図２中左側）に転送され、出力部１０４に出力される。なお、読み出した信号電荷の加算は、アナログ信号処理部３３において信号処理を実行してもよい。

本実施形態の固体撮像素子１００は、上記実施形態の固体撮像素子１００と同様に、駆動時において、光電変換部２０１に蓄積された信号電荷を、その光電変換部２０１に対して両側に隣り合うように配設されたＶＣＣＤ２０２のそれぞれに同時に転送することができる。このため、光電変換部２０１の両側のＶＣＣＤ２０２に読み出すことで、それぞれのＶＣＣＤ２０２を構成する垂直電荷転送電極Ｖ４〜Ｖ８に信号電荷を蓄積することができるため、従来の固体撮像素子に比べてより多い容量の信号電荷を蓄積することで、それぞれのＶＣＣＤ２０２において同時に垂直方向へ転送することができる。また、同じ光電変換部２０１の信号電荷は、ＨＣＣＤ２０３やアナログ信号処理部３３によって加算することができるため、固体撮像素子１００の微細化に応じて垂直電荷転送電極Ｖ１〜Ｖ８の数を増加させることなく、信号電荷の容量を確保することができる。

本実施形態の固体撮像素子を備えた固体撮像装置として機能するデジタルカメラの機能ブロック図である。 本発明の固体撮像素子の第１実施形態を示す平面図である。 図２に示す固体撮像素子を駆動する際に、垂直電荷転送電極に印加する駆動パルス電圧のタイミングチャートである。 本発明の固体撮像素子の第２実施形態を示す平面図である。 図４に示す固体撮像素子を駆動する際に、垂直電荷転送電極に印加する駆動パルス電圧のタイミングチャートである。 従来の固体撮像素子の構成を示す平面図である。 図６に示す固体撮像素子においてインターレース方式で読み出す際にＶＣＣＤを構成する垂直電荷転送電極に印加する駆動パルス電圧のタイミングチャートである。 固体撮像素子のプログレッシブ方式の読み出しを示す図である。 固体撮像素子の別のインターレース方式の読み出しを示す図である。

符号の説明

３０ 撮像素子駆動部
１００ 固体撮像素子
１０１，２０１ 光電変換部
１０２，２０２ 垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）
１０３，２０３ 水平電荷転送部（ＨＣＣＤ）

Claims (7)

1. 半導体基板と、前記半導体基板に行方向とこれに直行する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記列方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部からの信号電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部とを備え、
   前記垂直電荷転送部は、前記光電変換部同士の間を列方向に配設された複数の垂直電荷転送電極と、前記光電変換部で発生した信号電荷を該光電変換部に隣り合う両側の前記垂直電荷転送電極に読み出す電荷読み出し領域を有することを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記水平電荷転送部が、水平方向に順に並べられた４つ以上の水平電荷転送電極を有し、２相の駆動電圧を印加される構成であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記垂直電荷転送部から転送された信号電荷を一時的に蓄積するラインメモリを有し、することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
4. 半導体基板と、前記半導体基板に行方向とこれに直行する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記列方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部からの信号電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部とを備えた固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記垂直電荷転送部が前記光電変換部同士の間を列方向に配設された複数の垂直電荷転送電極を有し、駆動時に、前記光電変換部で発生した信号電荷を該光電変換部に隣り合う両側の前記垂直電荷転送電極に読み出すことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
5. 駆動時に、前記水平電荷転送部において、同じ前記光電変換部から読み出された信号電荷を加算することを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の駆動方法。
6. 駆動時に、前記水平電荷転送部から信号電荷を出力した後、同じ前記光電変換部から読み出された信号電荷を信号処理部によって加算することを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の駆動方法。
7. 被写体からの光を光電変換する固体撮像素子を備えた撮像装置であって、
   前記固体撮像素子が、半導体基板と、前記半導体基板に行方向とこれに直行する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を前記列方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部からの信号電荷を前記行方向に転送する水平電荷転送部とを備え、
   前記垂直電荷転送部は、前記光電変換部同士の間を列方向に配設された複数の垂直電荷転送電極と、前記光電変換部で発生した信号電荷を該光電変換部に隣り合う両側の前記垂直電荷転送電極に読み出す電荷読み出し領域を有することを特徴とする撮像装置。

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