JP2013131865A - 固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】水平転送部での電力消費を、この水平転送部を駆動する水平駆動回路の構成の複雑化を招くことなく低減することができる固体撮像装置を実現する。
【解決手段】受光部ＰＤで生成された信号電荷を転送する水平転送部１２と、この水平転送部１２を駆動する水平駆動回路１４とを有する固体撮像装置１０において、水平転送部１２は、電荷転送経路に沿って交互に配置された第１の転送ゲートＧ１および第２の転送ゲートＧ２を有し、水平駆動回路１４は、第１の転送ゲートＧ１に印加する第１の水平駆動信号ΦＨ１ａおよび第２の転送ゲートＧ２に印加する第２の水平駆動信号ΦＨ２として、同一周期の２つのパルス信号を一方のパルス信号が他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子情報機器に関し、特に、信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を駆動する駆動回路および駆動方法に関するものである。

従来から固体撮像装置としては、ＣＣＤ型固体撮像装置およびＣＭＯＳ型固体撮像装置があるが、ここではＣＣＤ型固体撮像装置について説明する。

図１１は従来のＣＣＤ型固体撮像装置を説明する図である。

この固体撮像装置５０は、半導体基板（図示せず）上に行列状に並ぶよう形成された複数の受光部ＰＤと、複数の受光部ＰＤの各列に沿って設けられ、受光部ＰＤで光電変換により得られた信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部５１と、これらの垂直転送部５１の一端側に配置され、垂直転送部５１により受光部ＰＤから転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平転送部５２とを有している。

また、この固体撮像装置５０は、水平転送部５２から転送されてきた信号電荷を電圧信号に変換し、増幅して出力する出力部５５と、垂直転送部５１を垂直駆動信号（例えば４相の駆動信号ΦＶ１〜ΦＶ４）により駆動する垂直駆動回路５３と、水平転送部５２を水平駆動信号（例えば２相の水平駆動信号ΦＨ１、ΦＨ２）により駆動する水平駆動回路５４とを有している。

図１２は、図１１に示すＣＣＤ型固体撮像装置における水平転送部を説明する図であり、図１２（ａ）は、その水平転送方向に沿った断面構造を示し、図１２（ｂ）はこの水平転送部のポテンシャルレベルを模式的に示している。

ＣＣＤ型固体撮像装置５０を構成する半導体基板１上には、ゲート絶縁膜２を介して、水平転送方向Ｈｄに沿って第１および第２の転送ゲートＧ１およびＧ２が交互に配置されている。ここで、第１の転送ゲートＧ１には第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加され、第２の転送ゲートＧ２には第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加されるようになっている。各転送ゲートＧ１、Ｇ２はそれぞれ、隣接する第１層ゲート電極Ｇａおよび第２層ゲート電極Ｇｂを含み、これらの第１層ゲート電極Ｇａおよび第２層ゲート電極Ｇｂは層間絶縁膜３により電気的に絶縁されている。また、半導体基板１の、第２のゲート電極Ｇｂに対向する領域には、水平転送部５２における水平転送方向Ｈｄを規定するＮ⁻型領域１ａが形成されている。

このような構成の固体撮像装置５０では、垂直駆動回路５３が垂直駆動信号ΦＶ１〜ΦＶ４により垂直転送部５１を駆動し、また水平駆動回路５４が水平駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２により水平転送部５２を駆動すると、受光部ＰＤで得られた信号電荷が垂直転送部５１により垂直方向に転送され、さらに垂直転送部５１からの信号電荷が水平転送部５２により水平方向に転送されて出力部５５まで運ばれる。出力部５５では、水平転送部５２から受け取った信号電荷を電圧信号に変換し、増幅して出力する。

ここで、水平駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２は、ハイレベルの期間とローレベルの期間とが等しい、逆位相のパルス信号であり、図１２（ｂ）には、水平駆動信号ΦＨ１がハイレベルであり、水平駆動信号ΦＨ２がローレベルであるときの隣接する転送ゲート下側でのポテンシャルレベルＬＰを示している。なお、図１２（ｂ）中、Ｓｃは水平転送部５２を転送されている信号電荷である。

図１３は従来の固体撮像装置における水平転送動作を説明する図であり、水平転送部の電荷転送領域でのポテンシャルレベルの変化（図１３（ａ））を、水平駆動信号の波形（図１３（ｂ））と対比させて示している。

例えば、タイミング（Ｔ＝Ｔ１）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１はハイレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２はローレベルであり、このため、水平転送部５２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルが、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルより深くなり、この領域Ｔｗ１に電荷転送井戸が形成されて信号電荷Ｓｃが保持される。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔ２）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１はローレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２はハイレベルとなっているので、水平転送部５２では、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルが、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルより深くなる。この結果、信号電荷Ｓｃは、水平転送方向Ｈｄに沿って第１の転送ゲートＧ１の直下の領域から第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に移動し、信号電荷Ｓｃは、第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に形成されている電荷転送井戸に保持された状態となる。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔ３）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１はハイレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２はローレベルとなるので、水平転送部５２では、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルが、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルより浅くなる。この結果、信号電荷Ｓｃは、水平転送方向Ｈｄに沿って第２の転送ゲートＧ２の直下の領域から第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１に移動し、信号電荷Ｓｃは、第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１に形成されている電荷転送井戸に保持された状態となる。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔ４）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１はローレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２はハイレベルであるので、水平転送部５２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルが、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルより浅くなる。この結果、信号電荷は、水平転送方向Ｈｄに沿って第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１から第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に移動し、信号電荷Ｓｃは、第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に形成されている電荷転送井戸に保持された状態となる。

このようにして第１および第２の水平駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２により水平転送部５２を駆動することにより、信号電荷Ｓｃが水平転送方向に沿って転送されることとなる。

ところで、近年、固体撮像装置の低消費電力化が要求されている。消費電力を低くするための一策として、水平駆動信号の電圧を低くすることが考えられる。特に、高速動作が要求される水平駆動回路５２から出力される水平駆動信号の電圧を低くすることができれば、大幅に、消費電力を低くすることができるが、単に、水平駆動信号の電圧を低くしただけでは、水平転送部の出力部近傍部分では、水平転送チャネルの幅が徐々に狭くなっていることから、飽和信号量の低下、信号電荷の先送り現象による高照度化の問題が生じてしまう。

特許文献１にはこのような問題を解決した固体撮像装置が開示されており、以下、この特許文献１に開示の固体撮像装置について説明する。

図１４は、特許文献１に開示の固体撮像装置１００の概略的構成を示す図である。

固体撮像装置１００は、基本的な構成は図１１に示す固体撮像装置５０と同一であり、つまり、複数の受光部として光電変換素子１０５を有し、さらにそれぞれの光電変換素子１０５で得られた信号電荷を垂直方向に転送する、各光電変換素子列に対応した複数の垂直ＣＣＤ部１０６、およびこの垂直ＣＣＤ部１０６からの信号電極を水平方向に転送する水平ＣＣＤ部１０７を有している。

ここで、水平ＣＣＤ部１０７は、出力端側に設けられた終段電極部１０７ａを含み、この終段電極部１０７ａは最終電極１０７ｂとそれに隣接する電極１０７ｃとを有する。水平ＣＣＤ部１０７の出力側には、信号電荷を電圧に変換して出力する出力部１０８が配置されている。出力部１０８は、出力ゲート１０９と、フローティングディフュージョン１１０と、リセットゲート１１１と、リセットドレイン１１２とを含む。出力ゲート１０９には、一定電圧の信号ＯＧが入力される。

水平ＣＣＤ部１０７から転送されてきた信号電荷は、フローティングディフュージョン１１０によって電圧に変換され、出力アンプ１０４によって増幅されて、出力信号Ｖｏｕｔとして出力される。ここで、リセットゲート１１１には、リセット信号φＲが入力され、リセット信号φＲがオン状態になると、フローティングディフュージョン１１０がリセットドレイン１１２の電圧ＲＤにリセットされる。

そして、この固体撮像装置１００では、水平駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２を水平ドライバ回路１０３から水平ＣＣＤ部１０７に供給し、垂直駆動信号ΦＶ１〜ΦＶ４を垂直水平ドライバ回路１０２から垂直ＣＣＤ部１０６に供給し、さらに、最終電極１０７ｂとそれに隣接する電極１０７ｃ、さらにリセットゲート１１１には、垂直水平ドライバ回路１０２から、それぞれ最終水平駆動信号ΦＨＬ、リセット信号ΦＲを供給するようにしている。

なお、図１４中、１０１は固体撮像素子であり、固体撮像素子１０１は、光電変換素子１０５、垂直ＣＣＤ部１０６、水平ＣＣＤ部１０７、および出力部１０８を含んでいる。

この固体撮像装置１００では、水平ドライバ回路１０３から水平ＣＣＤ部１０７に入力される水平駆動信号φＨ１およびφＨ２を低電圧化する一方、最終水平駆動信号φＨＬおよびリセット信号φＲの電圧を通常のレベルに維持するようにしている。

これにより、最終水平駆動信号φＨＬの電圧低下による先送り現象およびリセット信号φＲの電圧低下による飽和信号量の低下を防止することができると共に、水平駆動信号φＨ１およびφＨ２の低電圧化によって、消費電力を低減することができる。よって、飽和信号量を低減させることなく消費電力を低くすることができる固体撮像装置が提供されることとなる。

特開２００６−３３９２７２号公報

以上説明したように、図１１に示す従来の固体撮像装置５０では、高速動作が要求される水平駆動回路での電力消費は、近年の低消費電力化の要求を満たすものとは言えない。

また、特許文献１に開示の固体撮像装置１００（図１４）では、水平駆動信号の電圧を低くしただけでは、飽和信号量の低下、信号電荷の先送り現象による高照度化の問題が生じることから、水平ドライバ回路１０３から水平ＣＣＤ部１０７に入力される水平駆動信号φＨ１およびφＨ２を低電圧化する一方、最終水平駆動信号φＨＬおよびリセット信号φＲの電圧を通常のレベルに維持するようにしているが、このような構成では、水平転送部の最終段部に、水平転送部の最終段部以外の部分とは別電位の駆動信号を与えるための構成が必要となり、水平転送部の駆動回路の構成が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、水平転送部での電力消費を、水平転送部の駆動回路の構成の複雑化を招くことなく低減することができる固体撮像装置およびその駆動方法、並びに、このような固体撮像装置を備えた電子情報機器を得ることを目的とする。

本発明に係る固体撮像装置は、入射光の光電変換により信号電荷を生成する受光部と、該受光部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部と、該電荷転送部を駆動する駆動回路とを備えた固体撮像装置であって、該電荷転送部は、電荷転送経路に沿って交互に配置された第１の転送電極および第２の転送電極を有し、該駆動回路は、該第１の転送電極に印加する第１の駆動信号および該第２の転送電極に印加する第２の駆動信号として、同一周期の２つのパルス信号を、少なくとも一方のパルス信号が他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動回路は、前記同一周期の２つのパルス信号を、一方のパルス信号のデューティ比が他方のパルス信号のデューティ比とは異なるよう生成することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動回路は、前記同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号のハイレベルの期間とその他方のパルス信号のローレベルの期間とが部分的に重なり、かつその他方のパルス信号のハイレベル期間と一方のパルス信号のローレベル期間とが部分的に重なるよう生成することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動回路は、前記同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号のローレベルの期間にその他方のパルス信号のハイレベルの期間が含まれ、かつその他方のパルス信号のローレベルの期間にその一方のパルス信号のハイレベルの期間が含まれるよう生成することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動回路は、前記同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号のデューティ比がその他方のパルス信号のデューティ比と一致するよう生成することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動回路は、前記同一周期の２つのパルス信号を、該２つのパルス信号の波形が一致し、かつその一方のパルスの位相がその他方のパルスの位相に対してずれるよう生成することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動回路は、デューティ比が０．５である第１の基準パルス信号を生成する第１の基準パルス生成部と、該第１の基準パルス信号の周波数より低い周波数を有する、デューティ比が０．５である第２の基準パルス信号を生成する第２の基準パルス生成部と、該第１の基準パルス信号におけるパルスを間引いて得られる間引きパルス信号を前記同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該第２の基準パルス信号を該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力するパルス処理回路とを有することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動回路は、デューティ比が０．５である基準パルス信号を生成する基準パルス生成部と、該基準パルス信号を前記同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該基準パルス信号の位相をずらせた位相変更パルス信号を該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力するパルス処理回路とを有することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動回路は、デューティ比が０．５である第１の基準パルス信号を生成する第１の基準パルス生成部と、該第１の基準パルス信号の周波数より低い周波数を有する、デューティ比が０．５である第２の基準パルス信号を生成する第２の基準パルス生成部と、該第１の基準パルス信号におけるパルスを間引いて得られる間引きパルス信号を前記同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該第２の基準パルス信号を反転させて該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力する第１のパルス処理モードと、該第２の基準パルス信号を該同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該第２の基準パルス信号を反転させて該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力する第２のパルス処理モードとを有し、該第１のパルス処理モードと該第２のパルス処理モードとを制御信号により切り換えるよう構成したパルス処理回路とを有することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動回路は、デューティ比が０．５である基準パルス信号を生成する基準パルス生成部と、該基準パルス信号を前記同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該基準パルス信号の位相をずらせた位相変更パルス信号を該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力する第１のパルス処理モードと、該基準パルス信号を該同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該基準パルス信号を反転させて該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力する第２のパルス処理モードとを有し、該第１のパルス処理モードと該第２のパルス処理モードとを制御信号に基づいて切り換えるよう構成したパルス処理回路とを有することが好ましい。

本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、入射光の光電変換により信号電荷を生成する受光部と、該受光部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部とを備え、該電荷転送部は、電荷転送経路に沿って交互に配置された第１の転送電極および第２の転送電極を有する固体撮像装置を駆動する方法であって、該第１の転送電極に第１の駆動信号を印加し、該第２の転送電極に第２の駆動信号を印加して該電荷転送部にて信号電荷を転送するステップを含み、該ステップでは、該第１の駆動信号および該第２の駆動信号として同一周期の２つのパルス信号を、少なくとも一方のパルス信号が他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記固体撮像装置の駆動方法において、前記信号電荷を転送するステップでは、前記同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号がその他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がり、かつその他方のパルス信号がその一方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の駆動方法において、前記信号電荷を転送するステップでは、前記同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号がその他方のパルス信号のハイレベル期間内に立ち上がり、かつその他方のパルス信号がその一方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成することが好ましい。

本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明に係る固体撮像装置であり、そのことにより上記目的が達成される。

次に作用について説明する。

本発明においては、入射光の光電変換により信号電荷を生成する受光部と、該受光部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部と、該電荷転送部を駆動する駆動回路とを備え、該電荷転送部は、電荷転送経路に沿って交互に配置された第１の転送電極および第２の転送電極を有する固体撮像装置において、該第１の転送電極に印加する第１の水平駆動信号および該第２の転送電極に印加する第２の水平駆動信号として、同一周期の２つのパルス信号を、少なくとも一方のパルス信号が他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成するので、一方のパルス信号が他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がる時に、第１および第２の転送電極のうちの、一方のパルス信号が印加される転送電極では、その充電電荷量が０である状態から充電が開始され、ハイレベルの電位に相等する電荷量まで充電されることとなる。この場合、一方のパルス信号が他方のパルス信号のハイレベル期間内に立ち上がるときに、一方のパルス信号が印加される転送電極で、その充電電荷量がマイナスである状態から充電が開始されるのに比べて、一方のパルス信号により充電される転送電極の充電量を低減することができ、これにより水平転送部での電力消費を、その駆動回路の構成の複雑化を招くことなく低減することができる。

以上のように、本発明によれば、水平転送部での電力消費を、その駆動回路の構成の複雑化を招くことなく低減することができる固体撮像装置およびその駆動方法、並びに、このような固体撮像装置を備えた電子情報機器を実現することができる。

図１は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を説明する図であり、図１（ａ）は、この固体撮像装置の全体構成を示し、図１（ｂ）は、該固体撮像装置を構成する水平駆動回路を示し、図１（ｃ）は、該水平駆動回路で生成されるパルス信号を示している。 図２は、この実施形態１による固体撮像装置における水平転送部を説明する図であり、図２（ａ）は、その水平転送方向に沿った断面構造を示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）はこの水平転送部でのポテンシャルレベルを、水平駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２の極性の変化に合わせて示している。 図３は、本発明の実施形態１による固体撮像装置の動作を説明する図であり、水平転送部でのポテンシャルレベルの変化（図３（ａ））を、水平駆動信号の波形（図３（ｂ））と対比させて示している。 図４は、本発明の実施形態１による固体撮像装置の動作原理を説明する図であり、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、２つの水平駆動信号の変化の組み合わせに応じた電荷の消費を示している。 図５は、本発明の実施形態１による固体撮像装置の動作原理を説明する図であり、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、２つの水平駆動信号の変化の組み合わせに応じた電荷の消費を示している。 図６は、本発明の実施形態１による固体撮像装置の変形例を説明する図であり、２つの水平駆動信号を示している。 図７は、本発明の実施形態２による固体撮像装置を説明する図であり、図７（ａ）は、この固体撮像装置の全体構成を示し、図７（ｂ）は、該固体撮像装置を構成する水平駆動回路を示し、図７（ｃ）は、該水平駆動回路で生成されるパルス信号を示している。 図８は、本発明の実施形態２による固体撮像装置の動作を説明する図であり、水平転送部でのポテンシャルレベルの変化（図８（ａ））を、水平駆動信号の波形（図８（ｂ））と対比させて示している。 図９は、本発明の実施形態３による固体撮像装置を説明する図であり、図９（ａ）は、この固体撮像装置の全体構成を示し、図９（ｂ）は、該固体撮像装置を構成する水平駆動回路を示している。 図１０は、本発明の実施形態４として、上記実施形態１から実施形態３のいずれかの実施形態による固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 図１１は従来のＣＣＤ型固体撮像装置を説明する図である。 図１２は、図１１に示すＣＣＤ型固体撮像装置における水平転送部を説明する図であり、図１２（ａ）は、その水平転送方向に沿った断面構造を示し、図１２（ｂ）はこの水平転送部におけるポテンシャルレベルを示している。 図１３は、図１１に示す従来の固体撮像装置の動作を説明する図であり、水平転送部でのポテンシャルレベルの変化（図１３（ａ））を、水平駆動信号の波形（図１３（ｂ））と対比させて示している。 図１４は、特許文献１に開示の固体撮像装置１００の概略的構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１によるＣＣＤ型固体撮像装置（以下、単に固体撮像装置という。）を説明する図であり、図１（ａ）は、この固体撮像装置の全体構成を示し、図１（ｂ）は、該固体撮像装置を構成する水平駆動回路を示し、図１（ｃ）は、該水平駆動回路で生成されるパルス信号の波形を示している。

この実施形態１による固体撮像装置１０は、入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光部ＰＤを有しており、これらの受光部ＰＤはマトリクス状に配列されている。また、固体撮像装置１０は、これらの複数の受光部ＰＤの各列毎に配列され、受光部ＰＤで生成された信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送部１１と、これらの垂直転送部１１の一端側に配置され、垂直転送部１１により受光部ＰＤから転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平転送部１２とを有している。

固体撮像装置１０は、水平転送部１２の転送終端側に配置され、水平転送部１２から転送されてきた信号電荷を電圧信号に変換し、増幅して出力する出力部１５と、垂直転送部１１を垂直駆動信号（例えば４相の駆動信号ΦＶ１〜ΦＶ４）により駆動する垂直駆動回路１３と、水平転送部１２を２相の水平駆動信号ΦＨ１ａ、ΦＨ２により駆動する水平駆動回路１４とを有している。

図２は、この実施形態１による固体撮像装置における水平転送部を説明する図であり、図２（ａ）は、その水平転送方向に沿った断面構造を示し、図２（ｂ）および図２（ｃ）はこの水平転送部に形成されるポテンシャルレベルを水平駆動信号ΦＨ１ａおよびΦＨ２の電位に合わせて示している。

半導体基板１上には、従来の固体撮像装置と同様に、ゲート絶縁膜２を介して、水平転送方向Ｈｄに沿って第１および第２の転送電極（以下、第１および第２の転送ゲートという。）Ｇ１およびＧ２が交互に配置されている。ここで、第１の転送ゲートＧ１は第１の水平駆動信号ΦＨ１ａが印加され、第２の転送ゲートＧ２には第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加されるようになっている。各転送ゲートＧ１、Ｇ２はそれぞれ、隣接する第１層ゲート電極Ｇａおよび第２層ゲート電極Ｇｂを含み、これらの第１層ゲート電極Ｇａおよび第２層ゲート電極Ｇｂは層間絶縁膜３により電気的に絶縁されており、隣接する第１の転送ゲートＧ１と第２の転送ゲートＧ２とは該両転送ゲートの一部が層間絶縁膜３を介して対向するよう形成されている。また、半導体基板１の、第２層ゲート電極Ｇｂに対向する領域には、水平転送部１２における水平転送方向Ｈｄを規定するためのＮ⁻型領域１ａが形成されている。なお、ここでは、第１層ゲート電極Ｇａは、第１層目の導電性膜のパターニングにより形成したゲート電極であり、第２層ゲート電極Ｇｂは、第１層目の導電性膜（例えばポリシリコン膜）の上に形成した第２層目の導電性膜（例えばポリシリコン膜）のパターニングにより形成したゲート電極である。

ここで、第１の転送ゲートＧ１に印加される第１の水平駆動信号ΦＨ１ａがハイレベル（３Ｖ）であり、第２の転送ゲートＧ２に印加される第２の水平駆動信号ΦＨ２がローレベル（０Ｖ）であるとき、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａが印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルが深くなり、この領域Ｔｗ１に電荷転送井戸が形成されて信号電荷Ｓｃが保持される（図２（ｂ））。

また、第１の転送ゲートＧ１に印加される第１の水平駆動信号ΦＨ１ａがローレベル（０Ｖ）であり、第２の転送ゲートＧ２に印加される第２の水平駆動信号ΦＨ２がハイレベル（３Ｖ）であるとき、水平転送部１２では、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルが深くなり、この領域Ｔｗ２に電荷転送井戸が形成されて信号電荷Ｓｃが保持される（図２（ｃ））。

そして、この実施形態１の固体撮像装置１０では、水平駆動回路１４は、第１の転送ゲートＧ１に印加する第１の水平駆動信号ΦＨ１ａおよび第２の転送ゲートＧ２に印加する第２の水平駆動信号ΦＨ２として同一周期の２つのパルス信号を、少なくとも一方のパルス信号が他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成する構成となっている（図３（ｂ）参照）。

以下、具体的に説明する。

水平駆動回路１４は、デューティ比が０．５である第１の基準パルス信号Ｐ１を生成する第１の基準パルス生成部１４１と、第１の基準パルス信号Ｐ１の周波数より低い周波数を有する、デューティ比が０．５である第２の基準パルス信号Ｐ２を生成する第２の基準パルス生成部１４２と、第１の基準パルス信号Ｐ１におけるパルスを間引いて得られる間引きパルス信号を、同一周期の２つのパルス信号の一方（第１の水平駆動信号）ΦＨ１ａとして出力し、第２の基準パルス信号Ｐ２を反転させて、同一周期の２つのパルス信号の他方（第２の水平駆動信号）ΦＨ２として出力するパルス処理回路１４３とを有している。

このパルス処理回路１４３では、水平駆動回路１４の内部で生成したタイミング信号Ｔｓに基づいて、第１の基準パルス信号Ｐ１に対するパルスの間引き処理を行う構成となっている。

ここで、同一周期の２つのパルス信号の一方である第１の水平駆動信号ΦＨ１ａのデューティ比が０．５より小さく、同一周期の２つのパルス信号の他方である第２の水平駆動信号ΦＨ２のデューティ比は０．５となっており、また、両パルス信号のハイレベル期間とローレベル期間との関係は、一方あるいは他方のパルス信号のローレベルの期間に他方あるいは一方のパルス信号のハイレベルの期間が含まれる関係となっている。

次に動作について説明する。

このような構成の固体撮像装置１０では、垂直駆動回路１３が垂直駆動信号ΦＶ１〜ΦＶ４により垂直転送部１１を駆動し、また水平駆動回路１４が水平転送部１２を水平駆動信号ΦＨ１ａおよびΦＨ２により駆動すると、受光部ＰＤで得られた信号電荷が垂直転送部１１により垂直方向に転送され、さらに垂直転送部１１からの信号電荷が水平転送部１２により水平方向に転送されて出力部１５まで運ばれる。出力部１５では、水平転送部１２から受け取った信号電荷を電圧信号に変換し増幅して出力する。

以下、本実施形態１による固体撮像装置の水平転送部での転送動作を説明する。

図３は本発明の実施形態１による固体撮像装置における水平転送動作を説明する図であり、水平転送部の電荷転送領域でのポテンシャルレベルの変化（図３（ａ））を、水平駆動信号の波形（図３（ｂ））と対比させて示している。

例えば、タイミング（Ｔ＝Ｔａ１）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａはハイレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２ａはローレベルであるので、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａが印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルが、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルより深くなり、この領域Ｔｗ１に電荷転送井戸が形成されて信号電荷Ｓｃが保持される。

続くタイミング（Ｔ＝Ｔａ２）では、第１の駆動信号ΦＨ１ａはローレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２はローレベルであるので、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａが印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルが、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルと同じになるが、このとき信号電荷Ｓｃの移動はなく、信号電荷Ｓｃは、第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１に形成されている電荷転送井戸に保持された状態が維持される。

続くタイミング（Ｔ＝Ｔａ３）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１はローレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２ａはハイレベルとなるので、水平転送部１２では、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルが、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａが印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルより深くなる。この結果、信号電荷Ｓｃは、水平転送方向Ｈｄに沿って第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１から第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に移動し、信号電荷Ｓｃは、第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に形成されている電荷転送井戸に保持された状態となる。

続くタイミング（Ｔ＝Ｔａ４）では、第１の駆動信号ΦＨ１ａはローレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２はハイレベルであるので、水平転送部１２では、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルが、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａが印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルと同じになるが、このとき信号電荷Ｓｃの移動はなく、信号電荷Ｓｃは、第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に形成されている電荷転送井戸に保持された状態が維持される。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔａ５）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１はハイレベルとなり、第２の水平駆動信号ΦＨ２ａはローレベルのままであるので、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａが印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルが、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルより深くなる。この結果、信号電荷は、水平転送方向Ｈｄに沿って第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２から第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１に移動し、信号電荷Ｓｃは、第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１に形成されている電荷転送井戸に保持された状態となる。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔａ６）では、第２の水平駆動信号ΦＨ２ａがローレベルのままで、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａがローレベルとなるが、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａが印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルは、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルと同じであるので、このとき信号電荷Ｓｃの移動はなく、信号電荷Ｓｃは、第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１に形成されている電荷転送井戸に保持された状態が維持される。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔａ７）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａはローレベルのままであるが、第２の水平駆動信号ΦＨ２はハイレベルとなるので、水平転送部１２では、第２の水平駆動信号ΦＨ２が印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルが、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａが印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルより深くなる。この結果、信号電荷は、水平転送方向Ｈｄに沿って第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１から第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に移動し、信号電荷Ｓｃは、第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に形成されている電荷転送井戸に保持された状態となる。

このようにして第１および第２の水平駆動信号ΦＨ１ａおよびΦＨ２により水平転送部１４を駆動することにより、信号電荷Ｓｃが水平転送方向Ｈｄに沿って転送されることとなる。

次に本実施形態１の作用効果について説明する。

本実施形態１の固体撮像装置では、水平駆動回路１４は、同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号がその他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がり、かつその他方のパルス信号がその一方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成し、この生成された同一周期の２つのパルス信号の一方を該第１の水平駆動信号ΦＨ１ａとして第１の転送ゲートＧ１に印加し、同一周期の２つのパルス信号の一方を該第２の水平駆動信号ΦＨ２として第２の転送ゲートＧ２に印加しているので、第１および第２の転送ゲートに印加する水平駆動信号がローレベルからハイレベルになるとき、対応する転送ゲートを充電する電荷量を従来の１／２に抑えることができ、これにより消費電力を低減することができる。

以下、図４および図５を用いてこの実施形態の固体撮像装置で消費電力が削減される原理について詳しく説明する。

まず、従来の固体撮像装置のように、水平転送部の第１の転送ゲートおよび第２の転送ゲートを逆位相の２つの水平駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２で駆動した場合の消費電力について説明する。

図４（ａ）に示すように、第１の転送ゲートＧ１の水平駆動信号ΦＨ１がローレベル（０Ｖ）であるとき、第２の転送ゲートＧ２の水平駆動信号ΦＨ２がハイレベル（３Ｖ）であり、この状態の第２の転送ゲートＧ２の充電電荷量をＱとすると、隣接する第１および第２の転送ゲートＧ１およびＧ２がコンデンサＣを形成していることから、第１の転送ゲートＧ１の充電電荷量は−Ｑである。

この状態で、各水平駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２の信号レベルが反転すると、第１の転送ゲートＧ１は水平駆動回路により３Ｖが印加されて充電されることとなり、充電電荷量が−Ｑから＋Ｑまで変化する。一方、コンデンサＣの一方の電極としての第１の転送ゲートＧ１が充電されることにより、第１の転送ゲートＧ１との間でコンデンサＣを形成している第２の転送ゲートＧ２では水平駆動信号の電圧が０Ｖであるため、充電電荷量が＋Ｑから−Ｑまで変化する（図４（ａ））。つまり、このときの消費電荷量は、第１の転送ゲートＧ１を充電するのに水平駆動回路で消費した電荷量（２Ｑ）である。

また、この状態で、各水平駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２の信号レベルが反転すると、第２の転送ゲートＧ２は水平駆動回路により３Ｖが印加されて充電されることとなり、その充電電荷量が−Ｑから＋Ｑまで変化する。一方、コンデンサＣの一方の電極としての第２の転送ゲートＧ２が充電されることにより、第２の転送ゲートＧ２との間でコンデンサＣを形成している第１の転送ゲートＧ１では、水平駆動信号の電圧が０Ｖであるため、その充電電荷量が＋Ｑから−Ｑまで変化する（図５（ａ））。つまり、このときの消費電荷量は、第２の転送ゲートＧ２を充電するのに水平駆動回路で消費した電荷量（２Ｑ）である。

従って、水平駆動信号の１周期間には、第１の水平駆動信号ΦＨ１の立ち上がりと第２の水平駆動信号ΦＨ２の立ち上がりが１回ずつあるため、水平駆動信号の１周期間では、従来の固体撮像装置の水平駆動回路では４Ｑの電荷が消費されることとなる。

これに対し、本実施形態の固体撮像装置１０では、第１の転送ゲートＧ１と第２の転送ゲートＧ２とを、その一方のパルス信号がその他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がり、かつその他方のパルス信号がその一方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がる同一周期の２つのパルス信号により駆動している。

なお、各転送ゲートの水平駆動信号がハイレベルになったときの各転送ゲートでの充電電荷量は＋Ｑとする。

この場合も、第１および第２の水平駆動信号ΦＨ１ａおよびΦＨ２の１周期間には、それぞれの水平駆動信号の立ち上がりタイミングが１回ずつあるが、この場合、一方の水平駆動信号が他方の水平駆動信号のローレベルの期間に立ち上がることとなるため、それぞれの水平駆動信号の立ち上がりタイミングで、水平駆動回路がそれぞれの転送ゲートを充電するのに水平駆動回路１４（図１参照）で消費する電荷量は、充電されていない転送ゲートを、水平駆動信号のハイレベルに対応する電位になるまで充電する電荷量（Ｑ）のみである。

例えば、図３（ｂ）に示すタイミングＴａ４とＴａ５の間で第１の水平駆動信号ΦＨ１ａが立ち上がる場合について説明する。

タイミングＴａ４では、図４（ｂ）に示すように、第１の転送ゲートＧ１の水平駆動信号ΦＨ１ａがローレベル（０Ｖ）であり、第２の転送ゲートＧ２の水平駆動信号ΦＨ２がローレベル（０Ｖ）であり、この状態では第１および第２の転送ゲートＧ１およびＧ２の充電電荷量は０である。

この状態で、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａの信号レベルが反転すると、第１の転送ゲートＧ１は水平駆動回路１４により３Ｖが印加されて充電されることとなるが、第１の転送ゲートＧ１との間でコンデンサＣを形成している第２の転送ゲートＧ２では水平駆動信号Ｈ２の電圧が０Ｖであるため、第１の転送ゲートＧの充電電荷量は０から＋Ｑまでしか変化しない（図４（ｂ））。なお、このとき、隣接する第１および第２の転送ゲートＧ１およびＧ２がコンデンサＣを形成していることから、第２の転送ゲートＧ２の充電電荷量は−Ｑとなる（図４（ｂ））。

次に、図３（ｂ）に示すタイミングＴａ２とＴａ３の間で第２の水平駆動信号ΦＨ２が立ち上がる場合について説明する。

タイミングＴａ２では、図５（ｂ）に示すように、第１の転送ゲートＧ１の水平駆動信号ΦＨ１ａがローレベル（０Ｖ）、第２の転送ゲートＧ２の水平駆動信号ΦＨ２がローレベル（０Ｖ）であり、この状態の各転送ゲートＧ１およびＧ２の充電電荷量は０である。

この状態で、第２の水平駆動信号ΦＨ２が反転すると、第２の転送ゲートＧ２は水平駆動回路１４により３Ｖが印加されて充電されることとなるが、第２の転送ゲートＧ２との間でコンデンサを形成している第１の転送ゲートＧ１では水平駆動信号の電圧が０Ｖであるため、第２の転送ゲートの充電電荷量は０から＋Ｑまでしか変化しない（図５（ｂ））。なお、このとき、隣接する第１および第２の転送ゲートＧ１およびＧ２がコンデンサＣを形成していることから、第１の転送ゲートＧ１の充電電荷量は−Ｑとなる（図５（ｂ））。

従って、水平駆動信号の１周期間には、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａの立ち上がりと第２の水平駆動信号ΦＨ２の立ち上がりが１回ずつあるが、水平駆動信号の１周期間では、本実施形態１の固体撮像装置の水平駆動回路１４（図１参照）では２Ｑの電荷しか消費されないこととなる。

このように本実施形態１の固体撮像装置１０では、水平転送部１２を転送方向に沿って交互に配列された第１の転送ゲートＧ１と第２の転送ゲートＧ２とを有する構成とし、水平駆動部１２を駆動する水平駆動回路１４を、デューティ比が０．５である第１の基準パルス信号Ｐ１を生成する第１の基準パルス生成部１４１と、第１の基準パルス信号Ｐ１の周波数より低い周波数を有する、デューティ比が０．５である第２の基準パルス信号Ｐ２を生成する第２の基準パルス生成部１４２とを備え、第１の基準パルス信号Ｐ１におけるパルスを間引いて得られる間引きパルス信号を第１の水平駆動信号ΦＨ１ａとして第１の転送ゲートＧ１に印加し、第２の基準パルス信号Ｐ２を反転させて第２の水平駆動信号ΦＨ２として第２の転送ゲートＧ２に印加する構成としたので、第１の転送ゲートＧ１と第２の転送ゲートＧ２とが、互いに他方のローレベル期間に立ち上がることとなる。

このため、一方の転送ゲートの水平駆動信号が０Ｖから３Ｖに立ち上がるときには、他方の転送ゲートの水平駆動信号の電圧は０Ｖのままで変化しないことから、一方の転送ゲートの充電電荷量の変化は、０から＋Ｑまでの変化となる。これは、一方の転送ゲートの水平駆動信号が０Ｖから３Ｖに立ち上がるとき、他方の転送ゲートの水平駆動信号の電圧が３Ｖから０Ｖに変化する従来の固体撮像装置で、一方の転送ゲートの充電電荷量の変化が、−Ｑから＋Ｑまでの変化となるのに比べて消費電力が削減されていることとなる。

その結果、水平転送部での電力消費を、その駆動回路の構成の複雑化を招くことなく低減することができる固体撮像装置を実現することができる。

なお、上記実施形態１では、固体撮像装置の水平駆動回路として、第１および第２の水平駆動信号としての同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号がその他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がり、かつその他方のパルス信号がその一方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成する構成のものを示したが、この水平駆動回路は、第１および第２の水平駆動信号としての同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号がその他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がり、かつその他方のパルス信号がその一方のパルス信号の立下りと同時に立ち上がるよう生成するものでもよい。

例えば、図６に示すように、第２の水平駆動信号ΦＨ２をデューティ比が０．５であるパルス信号とし、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａ’を、第２の水平駆動信号ΦＨ２のデューティ比より小さいデューティ比を有するものとする。また、第１の水平駆動信号ΦＨ１ａ’の立ち上がりは、つまり０ｖから３Ｖへの変化は、第２の水平駆動信号ΦＨ２が０Ｖの状態で行われ（Ｔ＝Ｔｕ１）、第２の水平駆動信号ΦＨ２の立ち上がりは、つまり０ｖから３Ｖへの変化は、第１の水平駆動信号の立下りと同時に行われる（Ｔ＝Ｔｕ２）。

具体的には、第２の転送ゲートＧ２に印加する第２の水平駆動信号ΦＨ２が０Ｖに維持された状態で、第１の転送ゲートＧ１に印加する第１の水平駆動信号ΦＨ１ａ’が立ち上がるとき、図４（ｂ）に示すように、第１の転送ゲートＧ１に充電される電荷量はＱである。また、第２の転送ゲートＧ２に印加する第２の水平駆動信号ΦＨ２は、第１の転送ゲートＧ１に印加する第１の水平駆動信号ΦＨ１の立下りと同時に立ち上がるとき（Ｔ＝Ｔｕ２）、図５（ａ）に示すように、第２の転送ゲートＧ２に充電される電荷量は２Ｑであり、水平駆動信号の１周期間では、固体撮像装置の水平駆動回路１４（図１参照）では３Ｑの電荷しか消費されないこととなる。

従って、この場合も上記実施形態１と同様に、水平転送部での電力消費を、その駆動回路の構成の複雑化を招くことなく低減することができるという効果が得られる。

また、第１および第２の水平駆動信号としての同一周期の２つのパルスは、位相をずらした同一波形のパルス信号でもよい。
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２によるＣＣＤ型固体撮像装置（以下、単に固体撮像装置という。）を説明する図であり、図７（ａ）は、この固体撮像装置の全体構成を示し、図７（ｂ）は、該固体撮像装置を構成する水平駆動回路を示し、図７（ｃ）は、水平駆動回路で生成されるパルス信号の波形を示している。

この実施形態２の固体撮像装置１０ａは、実施形態１の固体撮像装置１０における水平駆動回路１４ａに代えて、第１および第２の水平駆動信号としての同一周期の２つのパルスとして、位相をずらした同一波形のパルス信号を生成する水平駆動回路１４ａを備えたものであり、その他の構成は、実施形態１におけるものと同一である。

つまり、この水平駆動回路１４ａは、第１の転送電極Ｇ１に印加する第１の水平駆動信号ΦＨ１および第２の転送電極Ｇ２に印加する第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂとして、デューティ比が０．５である同一周期の２つのパルス信号を、２つのパルス信号の波形が一致し、かつその一方のパルスの位相がその他方のパルスの位相に対してずれるよう生成する構成となっている。

以下、具体的に説明する。

水平駆動回路１４ａは、デューティ比が０．５である基準パルス信号Ｐ３を生成する基準パルス生成部１４１ａと、基準パルス信号Ｐ３を、同一周期の２つのパルス信号の一方（第１の水平駆動信号）ΦＨ１として出力し、基準パルス信号Ｐ３の位相をずらして得られる位相変更パルス信号を、同一周期の２つのパルス信号の他方（第２の水平駆動信号）ΦＨ２ｂとして出力するパルス処理回路１４３ａとを有している。

次に動作について説明する。

このような構成の固体撮像装置１０ａでは、垂直駆動回路１３が垂直駆動信号ΦＶ１〜ΦＶ４により垂直転送部１１を駆動し、また水平駆動回路１４ａが水平転送部１２を水平駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２ｂにより駆動すると、受光部ＰＤで得られた信号電荷が垂直転送部１１により垂直方向に転送され、さらに垂直転送部１１からの信号電荷が水平転送部１２により水平方向に転送されて出力部１５まで運ばれる。出力部１５では、水平転送部１２から受け取った信号電荷を電圧信号に変換し増幅して出力する。

以下、本実施形態２による固体撮像装置の水平転送部１２での転送動作を説明する。

図８は本発明の実施形態２による固体撮像装置における水平転送動作を説明する図であり、水平転送部の電荷転送領域でのポテンシャルレベルの変化（図８（ａ））を、水平駆動信号の波形（図８（ｂ））と対比させて示している。

例えば、タイミング（Ｔ＝Ｔｂ１）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１はハイレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂはローレベルであるので、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルが、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂが印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルより深くなり、この領域Ｔｗ１に電荷転送井戸が形成されて信号電荷Ｓｃが保持される。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔｂ２）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１がハイレベルである状態で、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂがハイレベルとなる。このとき、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でポテンシャルレベルが、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂが印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でポテンシャルレベルと同じになるので、このとき信号電荷の移動はなく、信号電荷は、第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１に形成されている電荷転送井戸に保持された状態が維持される。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔｂ３）では、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂはハイレベルのままであるが、第１の水平駆動信号ΦＨ１はローレベルであるので、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でポテンシャルレベルが、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂが印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でポテンシャルレベルより浅くなる。この結果、信号電荷は、水平転送方向Ｈｄに沿って第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１から第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に移動し、信号電荷Ｓｃは、第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に形成されている電荷転送井戸に保持された状態となる。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔｂ４）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１はローレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂはローレベルであるので、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ２ｂが印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でポテンシャルレベルが、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルと同じになる。従って、このとき信号電荷Ｓｃの移動はなく、信号電荷Ｓｃは、第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に形成されている電荷転送井戸に保持された状態が維持される。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔｂ５）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１はハイレベルであり、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂはローレベルであるので、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルが、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂが印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルより深くなる。この結果、信号電荷Ｓｃは、水平転送方向Ｈｄに沿って第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２から第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１に移動し、信号電荷Ｓｃは、第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１に形成されている電荷転送井戸に保持された状態となる。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔｂ６）では、第１の水平駆動信号ΦＨ１はハイレベル、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂはハイレベルとなるが、水平転送部１２では、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂが印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でのポテンシャルレベルが、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でのポテンシャルレベルと同じになるので、このとき信号電荷の移動はなく、信号電荷Ｓｃは、第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１に形成されている電荷転送井戸に保持された状態が維持される。

次のタイミング（Ｔ＝Ｔｂ７）では、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂはハイレベルのままであるが、第１の水平駆動信号ΦＨ１はローレベルであるので、水平転送部１２では、第１の水平駆動信号ΦＨ１が印加される第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１でポテンシャルレベルが、第２の水平駆動信号ΦＨ２ｂが印加される第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２でポテンシャルレベルより浅くなる。この結果、信号電荷Ｓｃは、水平転送方向Ｈｄに沿って第１の転送ゲートＧ１の直下の領域Ｔｗ１から第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に移動し、信号電荷Ｓｃは、第２の転送ゲートＧ２の直下の領域Ｔｗ２に形成されている電荷転送井戸に保持された状態となる。

このようにして第１および第２の水平駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２ｂにより水平転送部１４を駆動することにより、信号電荷Ｓｃが転送方向Ｈｄに沿って転送されることとなる。

このような構成の本実施形態２の固体撮像装置１０ａにおいても、第１の転送ゲートＧ１と第２の転送ゲートＧ２とが、位相をずらしたデューティ比０．５の同一周期の２つの水平駆動信号により駆動されることとなるので、一方の転送ゲートの水平駆動信号が、他方の転送ゲートの水平駆動信号の電圧が０である状態で０Ｖから３Ｖに立ち上がるときには、他方の転送ゲートの水平駆動信号の電圧は０のままで変化しないことから、一方の転送ゲートの充電電荷量の変化は、０から＋Ｑまでの変化となる。

ただし、この実施形態２では、図８（ｂ）に示すタイミングＴｂ１とＴｂ２の間では、図５（ｃ）に示すように、第１の転送ゲートＧ１の水平駆動信号ΦＨ１がハイレベル（３Ｖ）の状態で、第２の転送ゲートＧ２の水平駆動信号ΦＨ２ｂがローレベル（０Ｖ）からハイレベル（３Ｖ）に立ち上がる。この場合は、第２の転送ゲートＧ２の充電電荷量の変化は、−Ｑから＋Ｑとなり、２Ｑの電荷が消費されることとなる。

この結果、この実施形態２では、水平駆動信号の１周期で消費される電荷量は３Ｑとなるが、従来の固体撮像装置における電荷消費量（４Ｑ）に比べると少なくなっている。

その結果、水平転送部での電力消費を、その駆動回路の構成の複雑化を招くことなく低減することができる固体撮像装置を実現することができる効果が得られる。

なお、上記実施形態１および２では、水平駆動回路は、第１および第２の水平駆動信号として一定の波形のパルス信号を出力する構成としているが、この水平駆動回路は、外部からの制御信号により、第１および第２の水平駆動信号としての同一周期の２つのパルス信号の一方あるいは両方の波形を切替えるものでもよい。
（実施形態３）
図９は、本発明の実施形態３によるＣＣＤ型固体撮像装置（以下、単に固体撮像装置という。）を説明する図であり、図９（ａ）は、この固体撮像装置の全体構成を示し、図９（ｂ）は、該固体撮像装置を構成する水平駆動回路を示している。

この実施形態３の固体撮像装置１０ｂは、実施形態１の固体撮像装置１０における水平駆動回路１４に代えて、水平駆動部１２の第１および第２の水平駆動信号として、実施形態１の同一周期の２つのパルス信号ΦＨ１ａおよびΦＨ２を用いるモードと、水平駆動部１２の第１および第２の水平駆動信号として、逆位相のデューティ比０．５のパルス信号ΦＨ１およびΦＨ２を用いるモードとを切替える水平駆動回路１４ｂを備えたものであり、その他の構成は、実施形態１におけるものと同一である。

つまり、この水平駆動回路１４ｂは、デューティ比が０．５である第１の基準パルス信号Ｐ１を生成する第１の基準パルス生成部１４１ｂと、該第１の基準パルス信号の周波数より低い周波数を有する、デューティ比が０．５である第２の基準パルス信号Ｐ２を生成する第２の基準パルス生成部１４２ｂと、第１の基準パルス信号Ｐ１におけるパルスを間引いて得られる間引きパルス信号を第１の水平駆動信号ΦＨ１ａとして出力し、第２の基準パルス信号Ｐ２を反転させて第２の水平駆動信号ΦＨ２として出力する第１のパルス処理モードと、該第２の基準パルス信号Ｐ２を第１の水平駆動信号ΦＨ１として出力し、第２の基準パルス信号Ｐ２を反転させて第２の水平駆動信号ΦＨ２として出力する第２のパルス処理モードとを、制御信号Ｃｓにより切り換えるよう構成したパルス処理回路１４３ｂとを有している。

このような構成の実施形態３による固体撮像装置１０ｂでは、実施形態１の効果に加えて、制御信号Ｃｓによりパルス処理回路１４３ｂのパルス処理モードを第１の処理モードと第２の処理モードとの間で切替えることにより、固体撮像装置の動作モードを通常動作モードと低消費電力モードとの間で切替えることができるという効果が得られる。

なお、上記実施形態３では、水平駆動回路１４ｂとして、水平駆動部１２の第１および第２の水平駆動信号として実施形態１の同一周期の２つのパルス信号ΦＨ１ａおよびΦＨ２を用いるモードと、水平駆動部１２の第１および第２の水平駆動信号として逆位相のデューティ比０．５のパルス信号ΦＨ１およびΦＨ２を用いるモードとを切替えるものを示したが、この水平駆動回路１４ｂは、水平駆動部１２の第１および第２の水平駆動信号として実施形態２の同一周期の２つのパルス信号ΦＨ１およびΦＨ２ｂを用いるモードと、水平駆動部１２の第１および第２の水平駆動信号として逆位相のデューティ比０．５のパルス信号ΦＨ１およびΦＨ２を用いるモードとを切替えるものでもよい。

また、上記各実施形態では、水平駆動信号のハイレベルを３Ｖとして説明したが、水平駆動信号のハイレベルは３Ｖに限定されるものではなく、例えば２Ｖなど他の電圧レベルに設定することも可能である。

また、上記各実施形態では、特に説明していないが、水平駆動信号の１周期の時間は例えば５０ｎｓであり、この場合、水平駆動信号のハイレベル期間とローレベル期間が反転する周波数は４０ＭＨｚである。ただし、水平駆動信号の１周期の時間も５０ｎｓに限定されるものではなく、その２倍あるいは１／２倍といったようにこれよりも大きくてもあるいは小さくてもよい。

また、上記各実施形態では、各転送ゲートＧ１、Ｇ２を構成する第１層ゲート電極は、第１層目の導電性膜のパターニングにより形成して得られたゲート電極とし、各転送ゲートＧ１、Ｇ２を構成する第２層ゲート電極は、第１層目の導電性膜に形成した第２の導電性膜のパターニングにより得られたゲート電極としているが、各転送ゲートＧ１、Ｇ２を構成する２つの電極は同一の導電性膜のパターニングにより形成したものでもよい。

さらに、上記実施形態１ないし３では、特に説明しなかったが、上記実施形態１ないし３の固体撮像装置の少なくともいずれかを撮像部に用いた、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、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以下簡単に説明する。
（実施形態４）
図１０は、本発明の実施形態４として、上記実施形態１から実施形態３のいずれかの実施形態による固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。

図１０に示す本発明の実施形態４による電子情報機器９０は、本発明の上記実施形態１から実施形態３の固体撮像装置の少なくともいずれかを、被写体の撮影を行う撮像部９１として備えたものであり、このような撮像部による撮影により得られ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９２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部９３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部９４と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力部９５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、固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子情報機器の分野において、水平転送部での電力消費を、その駆動回路の構成の複雑化を招くことなく低減することができる固体撮像装置およびその駆動方法、並びに、このような固体撮像装置を備えた電子情報機器を実現することができる。

１ 半導体基板
２ ゲート絶縁膜
３ 層間絶縁膜
１０、１０ａ、１０ｂ 固体撮像装置
１１ 垂直転送部
１２ 水平転送部
１３ 垂直駆動回路
１４、１４ａ、１４ｂ 水平駆動回路
１５ 出力部
９０ 電子情報機器
９１ 撮像部
９２ メモリ部
９３ 表示部
９４ 通信部
９５ 画像出力部
１４１ 第１の基準パルス生成部
１４１ａ 基準パルス生成部
１４２ 第２の基準パルス生成部
１４３、１４３ａ、１４３ｂ パルス処理回路
Ｃ コンデンサ
Ｃｓ 制御信号
Ｇ１ 第１の転送ゲート
Ｇ２ 第２の転送ゲート
Ｇａ 第１層ゲート電極
Ｇｂ 第２層ゲート電極
Ｈｄ 水平転送方向
Ｐ１ 第１の基準パルス信号
Ｐ２ 第２の基準パルス信号
Ｐ３ 基準パルス信号
ＰＤ 受光部
Ｓｃ 信号電荷
Ｔｗ１ 第１の転送ゲートの直下の領域
Ｔｗ２ 第２の転送ゲートの直下の領域
ΦＨ１、ΦＨ１ａ 第１の水平駆動信号
ΦＨ２、ΦＨ２ｂ 第２の水平駆動信号
ΦＶ１ 第１の垂直駆動信号
ΦＶ２ 第２の垂直駆動信号
ΦＶ３ 第３の垂直駆動信号
ΦＶ４ 第４の垂直駆動信号

Claims (14)

1. 入射光の光電変換により信号電荷を生成する受光部と、該受光部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部と、該電荷転送部を駆動する駆動回路とを備えた固体撮像装置であって、
   該電荷転送部は、電荷転送経路に沿って交互に配置された第１の転送電極および第２の転送電極を有し、
   該駆動回路は、
   該第１の転送電極に印加する第１の駆動信号および該第２の転送電極に印加する第２の駆動信号として、同一周期の２つのパルス信号を、少なくとも一方のパルス信号が他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成する、固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置において、
   前記駆動回路は、前記同一周期の２つのパルス信号を、一方のパルス信号のデューティ比が他方のパルス信号のデューティ比とは異なるよう生成する、固体撮像装置。
3. 請求項１または２に記載の固体撮像装置において、
   前記駆動回路は、前記同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号のハイレベルの期間とその他方のパルス信号のローレベルの期間とが部分的に重なり、かつその他方のパルス信号のハイレベル期間と一方のパルス信号のローレベル期間とが部分的に重なるよう生成する、固体撮像装置。
4. 請求項１または２に記載の固体撮像装置において、
   前記駆動回路は、前記同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号のローレベルの期間にその他方のパルス信号のハイレベルの期間が含まれ、かつその他方のパルス信号のローレベルの期間にその一方のパルス信号のハイレベルの期間が含まれるよう生成する、固体撮像装置。
5. 請求項１に記載の固体撮像装置において、
   前記駆動回路は、前記同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号のデューティ比がその他方のパルス信号のデューティ比と一致するよう生成する、固体撮像装置。
6. 請求項１または請求項５に記載の固体撮像装置において、
   前記駆動回路は、前記同一周期の２つのパルス信号を、該２つのパルス信号の波形が一致し、かつその一方のパルスの位相がその他方のパルスの位相に対してずれるよう生成する、固体撮像装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
   前記駆動回路は、
   デューティ比が０．５である第１の基準パルス信号を生成する第１の基準パルス生成部と、
   該第１の基準パルス信号の周波数より低い周波数を有する、デューティ比が０．５である第２の基準パルス信号を生成する第２の基準パルス生成部と、
   該第１の基準パルス信号におけるパルスを間引いて得られる間引きパルス信号を前記同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該第２の基準パルス信号を該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力するパルス処理回路とを有する、固体撮像装置。
8. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
   前記駆動回路は、
   デューティ比が０．５である基準パルス信号を生成する基準パルス生成部と、
   該基準パルス信号を前記同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該基準パルス信号の位相をずらせた位相変更パルス信号を該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力するパルス処理回路とを有する、固体撮像装置。
9. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
   前記駆動回路は、
   デューティ比が０．５である第１の基準パルス信号を生成する第１の基準パルス生成部と、
   該第１の基準パルス信号の周波数より低い周波数を有する、デューティ比が０．５である第２の基準パルス信号を生成する第２の基準パルス生成部と、
   該第１の基準パルス信号におけるパルスを間引いて得られる間引きパルス信号を前記同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該第２の基準パルス信号を反転させて該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力する第１のパルス処理モードと、該第２の基準パルス信号を該同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該第２の基準パルス信号を反転させて該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力する第２のパルス処理モードとを有し、該第１のパルス処理モードと該第２のパルス処理モードとを制御信号により切り換えるよう構成したパルス処理回路とを有する、固体撮像装置。
10. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
    前記駆動回路は、
    デューティ比が０．５である基準パルス信号を生成する基準パルス生成部と、
    該基準パルス信号を前記同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該基準パルス信号の位相をずらせた位相変更パルス信号を該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力する第１のパルス処理モードと、該基準パルス信号を該同一周期の２つのパルス信号の一方として出力し、該基準パルス信号を反転させて該同一周期の２つのパルス信号の他方として出力する第２のパルス処理モードとを有し、該第１のパルス処理モードと該第２のパルス処理モードとを制御信号に基づいて切り換えるよう構成したパルス処理回路とを有する、固体撮像装置。
11. 入射光の光電変換により信号電荷を生成する受光部と、該受光部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部とを備え、該電荷転送部は、電荷転送経路に沿って交互に配置された第１の転送電極および第２の転送電極を有する固体撮像装置を駆動する方法であって、
    該第１の転送電極に第１の駆動信号を印加し、該第２の転送電極に第２の駆動信号を印加して該電荷転送部にて信号電荷を転送するステップを含み、
    該ステップでは、
    該第１の駆動信号および該第２の駆動信号として同一周期の２つのパルス信号を、少なくとも一方のパルス信号が他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成する、固体撮像装置の駆動方法。
12. 請求項１１に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
    前記信号電荷を転送するステップでは、
    前記同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号がその他方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がり、かつその他方のパルス信号がその一方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成する、固体撮像装置の駆動方法。
13. 請求項１１に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
    前記信号電荷を転送するステップでは、
    前記同一周期の２つのパルス信号を、その一方のパルス信号がその他方のパルス信号のハイレベル期間内に立ち上がり、かつその他方のパルス信号がその一方のパルス信号のローレベル期間内に立ち上がるよう生成する、固体撮像装置の駆動方法。
14. 被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
    該撮像部は、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置である電子情報機器。

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