JP2867447B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。

A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.背景技術［第６図］ D.発明が解決しようとする問題点 E.問題点を解決するための手段 F.作用 G.実施例［第１図乃至第５図］ a.構成の概略［第１図、第２図］ b.動作［第３図］ c.具体的構造［第４図、第５図］ H.発明の効果 （A.産業上の利用分野） 本発明は固体撮像装置、特に水平転送レジスタを複数
設けて全画素読み出しができるようにした固体撮像装置
に関する。

（B.発明の概要） 本発明は、上記の固体撮像装置において、 転送効率を低めることなく取り扱い電荷量を多くする
ため、 複数の水平転送レジスタのうち信号電荷を垂直方向に
転送する転送チャンネルに近い方の第１の水平転送レジ
スタを複数の転送部により構成し、該転送部間上に制御
ゲートを設けたものである。

（C.背景技術）［第６図］ CCDの固体撮像装置においては一般にフィールド読み
出し方式で信号の読み出しをするようになっているが、
より解像度を高めるには全画素読み出しを行なうように
する必要がある。そして、全画素読み出しを行なうには
1H（水平期間）内に２水平ラインの信号を読み出すこと
が必要である。

ところで、1Hの期間内に２水平ラインの信号をシリア
ルに読み出すようにするには、水平転送レジスタを駆動
する水平転送用クロックパルスの周波数を従来の２倍の
高さにすることが考えられる。しかし、これは少なくと
も現状では略不可能である。

そこで考えられるのは、水平転送レジスタを複数設
け、オッドラインの信号電荷とイーブンラインの信号電
荷とを別個の水平転送レジスタにより同時に水平転送す
ることである。

第６図はそのようにした固体撮像装置を示すものであ
る。同図において、ａはイメージ部で、マトリックス状
に配置された多数の受光部と、該受光部の各垂直列に対
応して設けられたところの信号電荷を垂直方向に転送す
る転送チャンネルｂ、ｂ、…とからなる。尚、便宜上受
光部を図示せずイメージ部ａには転送チャンネルｂ、
ｂ、…のみがあるかのように示した。

ｃはイメージ部ａの下側に配置された第１の水平転送
レジスタ、ｄは該第１の水平転送レジスタｃから稍下側
に稍離間してそれと平行に配置された第２の水平転送レ
ジスタ、ｅはこの２つの水平転送レジスタｃ・ｄ間上に
配置された制御ゲートで、その第１の水平転送レジスタ
ｃ・ｄ間における信号電荷の転送を制御する。ｆは半導
体基板表面部の制御ゲートｅの下側にあたる第１図に１
画素ピッチで配置されたチャンネルストッパであり、図
では塗りつぶして示してある。

ｇは第１の水平転送レジスタｃから転送された信号電
荷を取り出して出力する第１の出力部、ｈは第２の水平
転送レジスタｄから転送された信号電荷を取り出して出
力する第２の出力部である。

次に動作説明をする。

蓄積が終わると、イメージ部ａの下から数えて第１の
ラインの信号電荷をパラレルに第１の水平転送レジスタ
ｃに転送し、更に制御ゲートｅによりその第１のライン
の信号電荷を第２の水平転送レジスタｄへ転送させる。
次に、イメージ部ａの下から数えて第２のラインの信号
電荷を第１の水平転送レジスタｃに転送する。その後、
第１及び第２のラインの信号電荷を第１及び第２の水平
転送レジスタｃ、ｄによって同時に転送する。これ等の
動作を1H期間毎に繰返す。

（D.発明が解決しようとする問題点） ところで、第６図に示すような固体撮像装置には次の
ような問題があった。

水平転送レジスタの取り扱い電荷量を充分に多くする
にはそれに伴って水平転送レジスタのチャンネル幅を広
くする必要がある。というのは、水平転送レジスタの取
り扱い電荷量は転送用クロックパルスの振幅を一定にし
た場合のレジスタの１ビットあたりの面積に比例するの
で１ビット分の長さ及び幅を大きくすることによって取
り扱い電荷量を多くすることができるが、水平転送レジ
スタのレジスタの１ビット分の長さはイメージ部ａの寸
法により制約されてしまい、大きくすることが許容され
るのはチャンネル幅だけだからである。

しかし、チャンネル幅を広くすると、転送電極に印加
した転送クロックパルスによりレジスタに生じる電界強
度が弱くなる。特に水平転送レジスタｃのチャンネル幅
方向における中央部分において弱くなる。そして、かか
る転送電界強度の低下は水平転送レジスタによる垂直方
向への信号電荷の転送効率の低下を招き、一部の信号電
荷を転送しきれなくなることがある。従って、第１の水
平転送レジスタｃから第２の水平転送レジスタｄへ１ラ
イン分の信号電荷をパラレルに転送する場合に完全な転
送ができなくなり、画質低下をもたらす虞れがあった。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもの
であり、転送効率を低めることなく取り扱い電荷量を多
くすることを目的とする。

（E.問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するため、本発明固体撮像装置の第
１のものは、複数の水平転送レジスタのうち信号電荷を
垂直方向に転送する転送チャンネルに近い方の第１の水
平転送レジスタを複数の転送部により構成し、該転送部
間上に制御ゲートを設けたことを特徴とする。

第２のものは、第１のものにおいて同じ水平転送電極
により駆動される垂直方向の信号電荷転送経路が、第１
の転送部及び第２の水平転送レジスタと、第２の転送部
とで、１ビット配置ピッチ分ずらしてなることを特徴と
する。

第３のものは、第１又は第２のものにおいて、第１と
第２の転送部の出力部を別体に形成してなる。

（F.作用） 本発明固体撮像装置第１のものによれば、第１の水平
転送レジスタが複数の転送部により分けられているので
第１の水平転送レジスタ全体としてチャンネル幅は広く
ても各転送部のチャンネル幅は狭い。従って、転送電界
強度の低下、特にチャンネルの幅方向における中央部で
の低下が起こらず第１の水平転送レジスタによる第２の
水平転送レジスタへの信号電荷の転送効率の低下、それ
による信号電荷の転送残りも生じない。

本発明固体撮像装置の第２のものによれば、同じ水平
転送電極により駆動される垂直方向の信号電荷転送経路
が、第１の転送部及び第２の水平転送レジスタと、第２
の転送部とで、１ビット配置ピッチ分ずれるようにした
ので、本来水平方向に転送させる二相の水平転送用クロ
ックパルスを水平転送電極に印加することにより、第１
の転送部から第２の転送部への垂直方向における転送
も、第２の転送部から第２の水平転送レジスタへの垂直
方向における転送をも為しうる。従って、第１の水平転
送レジスタを構成する第１及び第２の転送部と、第２の
水平転送レジスタとに信号電荷を分担させ、そして、水
平転送することができる。

本発明固体撮像装置の第３のものによれば、第１の水
平転送レジスタを構成する二つの転送部の出力部を別体
に形成したので、その出力部から別々に信号を取り出し
て加算することにより第１の水平転送レジスタとしての
出力を求め得る。

（G.実施例）［第１図乃至第５図］ 以下、本発明固体撮像装置を図示実施例に従って詳細
に説明する。

（a.構成の概略）［第１図、第２図］ 第１図は本発明固体撮像装置の要部の概略を示す模式
的平面図である。図面において、１はイメージ部、２、
２、…は信号電荷を垂直方向に転送する転送チャンネル
である。尚、第１図においても第６図においてと同様に
受光部の図示を省略した。

４はイメージ部１の下側に配置された第１の水平転送
レジスタで、一ラインの信号電荷を互いに分担して水平
転送する２つの転送部3a、3bからなる。該転送部3a、3b
はチャンネル幅が略同じで互いにやや離間して平行に配
置され、出力部で一体化している。従って、転送部3a、
3bによって分流せしめられた信号電荷は出力部で合流し
て出力される。転送部3aと4bのチャンネル幅の和が第１
の水平転送レジスタ４のチャンネル幅となり、これが充
分な取り扱い電荷量を得ることのできる値に設定されて
いる。

５は転送部3a・3b間上に形成された第１の制御ゲート
（破線で示した）で、転送部3aから転送部3bへの信号電
荷の転送を制御する。

尚、制御ゲート５下には第６図に示したものと同様に
チャンネルストッパが設けられている。具体的には第４
図に示すように設けられている。

６は第１の水平転送レジスタ４の下側（換言すれば転
送部3bの下側）にそれと稍離間して平行に配置された第
２の水平転送レジスタで、これのチャンネル幅は上述し
た第１の水平転送レジスタ４のチャンネル幅と略同じに
されている。

７は第１の水平転送レジスタ４と第２の水平転送レジ
スタ６との間の部分上（換言すれば転送部3bと第２の水
平転送レジスタ６との間の部分上）に形成された第２の
制御ゲート（破線で示した）である。該制御ゲート７下
にもチャンネルストッパが設けられている。このチャン
ネルストッパの具体的構成も第４図に示されている。
尚、8₁は第１の水平転送レジスタ４の出力部、8₂は第２
の水平転送レジスタの出力部である。

第２図位は垂直方向における電極の配置を示す電極配
置図である。

９、９、９、９は水平転送レジスタ（垂直転送レジス
タ）の最も水平転送レジスタ側の４個の転送電極で、ク
ロックパルスＶφ４、Ｖφ３、Ｖφ２、Ｖφ１を受け
る。10は第１の水平転送レジスタ４の水平転送用転送電
極の転送部3aを駆動する部分で、クロックパルスＨφ１
を受ける。５は前記第１の制御ゲートで、HHφ２を受け
る。11は第１の水平転送レジスタ４の水平転送用転送電
極の転送部3bを駆動する部分で、クロックパルスＨφ２
を受ける。７は前記第１の制御ゲートで、クロックパル
スHHφ１を受ける。12は第２の水平転送レジスタ６を駆
動する水平転送用転送電極で、クロックパルスＨφ１を
受ける。尚、該電極12と上記水平転送用電極10とは一体
である。ちなみに、該水平転送用電極10、12と、水平転
送用電極５とは別体である。というのは、後に第４図、
第５図を参照して詳述するように各水平転送用電極はジ
グザク状に形成されているのである。

（b.動作）［第３図］ 第３図は動作説明するためのタイムチャートであり、
これを参照しながら動作を説明する。

先ず、時点t0においてある1H（水平期間）の信号電荷
の水平転送が終わる。尚、この水平転送はクロックパル
スＨφ１、Ｈφ２により行なわれるようになっている。

次に、時点t1でクロックパルスＨφ１、Ｈφ２、HHφ
２、HHφ１が総てハイ（オン状態）になる。従って、そ
の後の時点t2とt3の間において、クロックパルスＶφ
１、Ｖφ２によりオッドラインの信号電荷がイメージ部
１から水平転送レジスタ側へ垂直転送される。その結
果、そのオッドラインの信号電荷が第１の水平転送レジ
スタ４及び第２の水平転送レジスタ６内に全体的に行き
渡る。

次に、時点t3においてクロックパルスＨφ１がロウ
（オフ状態）になり、第１の水平転送レジスタ４の転送
部3a内の信号電荷は転送部3b側に転送せしめられる。そ
の後、クロックパルスHHφ２がロウ（オフ状態）になっ
て転送部3a・3b間が遮断される。その後、クロックパル
スＨφ１がハイ（オン状態）になる。次いで、今度はク
ロックパルスＨφ２がロウ（オフ状態）になり、転送部
3b内の信号電荷は第２の水平転送レジスタ６内に転送せ
しめられる。そして、時点t4でクロックパルスHHφ１が
ロウ（オフ状態）になって水平転送レジスタ４・６間が
遮断される。

しかして、時点t3とt4との間の動作によってオッドラ
インの信号電荷が総て第２の水平転送レジスタ６に転送
された状態になる。

時点t5からt6の間にクロックパルスＶφ１、Ｖφ２に
よってイーブンラインの信号電荷がイメージ部１から第
１の水平転送レジスタ４側へ転送され、該水平転送レジ
スタ４を構成する転送部3a、3bに全体的に行き渡る。そ
して、時点t6でクロックパルスHHφ２がハイからロウ
（オフ状態）に切り換わることによって転送部3a・3b間
が仕切られる。即ち、イーブンラインの信号電荷は転送
部3aと3bに分けられる。

その後、時点t7からクロックパルスＨφ１、Ｈφ２に
よって第１の水平転送レジスタ４及び第２の水平転送レ
ジスタ６内の信号電荷が水平方向に転送され、出力部
8₁、8₂からオッドラインの信号とイーブンラインの信号
とが同時に１画素ずつ出力されることになる。

このような固体撮像装置によれば、第１の水平転送レ
ジスタ４の取り扱い電荷量を決定するチャンネル幅はそ
れを構成する２つの転送部3aと3bのチャンネル幅の和で
あり、取り扱い電荷量を充分に多くするために必要な値
に設定されている。従って、取り扱い電荷量を充分に多
くすることができる。

一方、第１の水平転送レジスタ４は転送部3aと3bに分
けられているので個々の転送部のチャンネル幅は狭い。
従って、転送電極に印加された電圧により生じた転送電
界強度がチャンネル幅方向における中央部において弱く
なること回避することができ、延いては転送効率の低下
を回避することができる。

しかして、転送効率を低下させることなく取り扱い電
荷量を多くすることが可能になる。

（c.具体的構造）［第４図、第５図］ 第４図及び第５図は固体撮像装置の具体的平面構造を
示すもので、第４図は水平転送レジスタ４、６及び制御
ゲート５、７を示し、第５図は制御ゲート５、７及び第
１層目の水平転送用電極を示す。

第１の水平転送レジスタ４の転送部3aと転送部3bとは
ストレージ部及びトランスファー部の対応するものどう
しが配置ピッチの２分の１ずれており、転送部3bの方が
3aよりも後ろ側になっている。また、転送部3bと第２の
水平転送レジスタ６ともストレージ部及びトランスファ
ー部の対応するものどうしが上記ずれ量と同じ量ずらさ
れている。

それに対して水平転送用転送電極は第５図に示すよう
に転送部3a上における方が転送部3b上におけるよりも進
まされている。また、転送部4bと第２の水平転送レジス
タ６とで配置ピッチの２分の１だけずらされ、第２の水
平転送レジスタ６上における方が転送部3b上におけるよ
りも後側によっている。尚、13、13、…は第１及び第２
の制御ゲート５、７下に設けられたチャンネルストッ
パ、14、14、…は第１の水平転送レジスタ４及び第２の
水平転送レジスタ６のストレージ部を駆動する水平転送
用の転送電極で、第２層目の多結晶シリコン層からな
る。尚、第１の水平転送レジスタ４及び第２の水平転送
レジスタ６のトランスファー部を駆動する水平転送用の
転送電極は上記ストレージ部駆動部用の各転送電極14・
14間上に形成されることが自明なので、特に図示はしな
かった。このトランスファー部駆動用の転送電極は第３
層目の多結晶シリコン層からなる。ちなみに、上記制御
ゲート５、７が第１層目の多結晶シリコン層からなる。

上述したように、転送部3a及び第２の水平転送レジス
タ６と、転送部3bとで、ストレージ部、トランスファー
部と転送電極とが互いに逆方向に２分の１ピッチ分ずれ
ているので、同じ転送電極で駆動される垂直方向の転送
経路が、転送部3a及び第２の水平転送レジスタ６と、転
送部3bとで１ピッチ分ずれている。従って、水平転送用
転送電極に２相の水平転送用クロックパルスＨφ１、Ｈ
φ２を印加することによって信号電荷を転送部3aから転
送部3bへ、転送部3bから第２の水平転送レジスタ６へと
垂直方向にも信号電荷を転送することができるのであ
る。

尚、上記実施例においては、第１の水平転送レジスタ
４を構成する転送部3a、3bが出力部において一体化され
ていた。しかし、転送部3aと3bを別体に形成し、別々に
信号を取り出して２つの信号を加算するようにしても良
い。

（H.発明の効果） 以上に述べたように、本発明固体撮像装置の第１のも
のは、マトリックス状に配置された多数の受光部と、該
受光部で発生した信号を垂直方向に転送する複数の配設
された転送チャンネルと、該転送チャンネルの出力部側
に設けられた水平転送レジスタを有する固体撮像装置に
おいて、上記水平転送レジスタを複数設け、該水平転送
レジスタのうち転送チャンネルに近い方の第１の水平転
送レジスタを、同じ受光部からの信号電荷を互いに分担
して水平転送する複数の転送部により構成し、該転送部
間上にその間における信号電荷の転送を制御する制御ゲ
ートを設け、転送チャンネルから遠い第２の水平転送レ
ジスタを上記第１の水平転送レジスタ越しに垂直方向に
転送されてきた信号電荷の水平転送をさせるようにした
ことを特徴とするするものである。

従って、本発明固体撮像装置第１のものによれば、第
１の水平転送レジスタが複数の転送部により分けられて
いるので第１の水平転送レジスタ全体としてチャンネル
幅は広くても各転送部チャンネル幅は狭い。依って、転
送電界強度の低下が起こらず第１の水平転送レジスタに
よる第２の水平転送レジスタへの信号電荷の転送効率の
低下も起こらない。

本発明固体撮像装置の第２のものは、第１のものにお
いて同じ水平転送電極により駆動される垂直方向の信号
電荷転送経路が、第１の転送部及び第２の水平転送レジ
スタと、第２の転送部とで、１ビット配置ピッチ分ずら
してなることを特徴とする。

従って、本発明固体撮像装置の第２のものによれば、
同じ水平転送電極により駆動される垂直方向の信号電荷
転送経路が、第１の転送部及び第２の水平転送レジスタ
と、第２の転送部とで、１ビット配置ピッチ分ずれるよ
うにしたので、本来水平方向に転送させる二相の水平転
送用クロックパルスを水平転送電極に印加することによ
り、第１の転送部から第２の転送部への垂直方向におけ
る転送も、第２の転送部から第２の水平転送レジスタへ
の垂直方向における転送をも為しうる。従って、第１の
水平転送レジスタを構成する第１及び第２の転送部と、
第２の水平転送レジスタとに信号電荷を分担させ、水平
転送することができる。

本発明固体撮像装置の第３のものは、第１又は第２の
ものにおいて、第１と第２の転送部の出力部を別体に形
成してなることを特徴とする。

従って、本発明固体撮像装置の第３のものによれば、
第１の水平転送レジスタを構成する二つの転送部の出力
部を別体に形成したので、その出力部から別々に信号を
取り出して加算することにより第１の水平転送レジスタ
としての出力を求め得る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明固体撮像装置の一つの実施例
を説明するためのもので、第１図は構成の概要を示す模
式的平面図、第２図は垂直転送方向の電極配置図、第３
図は動作を説明するためのタイムチャート、第４図及び
第５図は具体的平面構造を示す平面図で、第４図はレジ
スタ及び制御ゲートを、第５図は制御ゲート及び転送電
極（下層）を示し、第６図は背景技術を示す固体撮像装
置の模式的平面図である。 符号の説明 １……イメージ部、 ２……転送チャンネル、 3a……転送部、3b……転送部、 ４……第１の水平転送レジスタ、 ５……第１の制御ゲート、 ６……第２の水平転送レジスタ、 ７……第２の制御ゲート。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マトリックス状に配置された多数の受光部
   と、該受光部で発生した信号電荷を垂直方向に転送する
   複数の並設された転送チャンネルと、該転送チャンネル
   の出力部側に設けられた水平転送レジスタを有する固体
   撮像装置において、 上記水平転送レジスタを複数設け、 上記水平転送レジスタのうち転送チャンネルに近い方の
   第１の水平転送レジスタを、同じ受光部からの信号電荷
   を互いに分担して水平転送する複数の転送部により構成
   し、 上記転送部間上にその間における信号電荷の転送を制御
   する制御ゲートを設け、 転送チャンネルから遠い第２の水平転送レジスタに、上
   記第１の水平転送レジスタ越しに垂直方向に転送されて
   きた信号電荷の水平転送をさせるようにしたことを特徴
   とする固体撮像装置
2. 【請求項２】同じ水平転送電極で駆動される垂直方向の
   信号電荷の経路が第１の水平転送レジスタの転送チャン
   ネルに近い転送部及び第２の水平転送レジスタと、第１
   の水平転送レジスタの転送チャンネルから遠い転送部と
   で、水平転送レジスタの１ビット分ずらしてなる ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置
3. 【請求項３】第１の水平転送レジスタを構成する複数の
   出力部を別体に形成して該出力から別々に信号を取り出
   して複数の信号を加算することにより第１の水平転送レ
   ジスタの出力を得るようにした ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置