JP3793250B2

JP3793250B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP3793250B2
Application number: JP07469295A
Authority: JP
Inventors: 文彦安藤; 秀一荒木; 憲治宮田
Original assignee: Olympus Corp; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Olympus Corp; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: JPH08251485A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、インターレース動作を行えるＸＹアドレス方式の固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置において、２行混合読み出しのインターレース動作を行う際、電荷結合素子（ＣＣＤ）においては、各画素を構成する全てのフォトダイオードの不純物濃度を同一にし、且つ比較的低い濃度を保つことによって、垂直方向に隣接する２画素の光電変換電荷を垂直転送路に混合して読み出すようにしている。またＭＯＳ型と呼ばれるＸＹアドレス方式の固体撮像装置においては、単純に垂直方向に隣接する２行を同時に選択し、２画素の電荷を読み出すようにしている。
【０００３】
これに対し、各画素に増幅機能を備えたＸＹアドレス方式の内部増幅型固体撮像装置〔例えばＡＭＩ（Amplified Mos Imager）〕においては、インターレース動作時に、垂直方向２画素の加算を行わずに、１画素のフォトダイオードの光電変換電荷だけを読み出している。
【０００４】
次に、ＡＭＩ撮像素子を用いた従来の内部増幅型固体撮像装置の構成例を図10に基づいて説明する。ここでは説明のため、画素を４×４に配列した構成で示している。図10において、101 はＡＭＩ単位画素、102 は垂直選択線104-１〜104-５を選択するための垂直走査回路で、各垂直選択線104-１〜104-５には水平方向に配列されている単位画素101 が共通に接続されている。103 は水平選択スイッチ107-１〜107-４を選択して画素信号を順次読み出すために、パルス出力線106-１〜106-４にパルスを発生させる水平走査回路である。垂直方向に配列された単位画素101 はそれぞれ共通に各垂直信号線105-１〜105-４に接続され、該垂直信号線105-１〜105-４は水平選択スイッチ107-１〜107-４に接続されており、更にリセット用トランジスタ108-１〜108-４の一方の主電極にも接続されている。垂直信号線リセット用トランジスタ108-１〜108-４の他方の主電極は接地され、ゲートには端子109 から垂直信号線リセットパルスΦ_Rが印加されるようになっている。信号出力線110 は水平選択スイッチ107-１〜107-４に接続され、端子111 から出力Sig として取り出される。端子112 は各単位画素内のリセット及び増幅トランジスタにバイアス（Ｖ_RS／Ｖ_RD）を印加するための端子である。
【０００５】
このように構成されたＡＭＩ固体撮像装置のインターレース動作は、次のようになる。まずＡフィールドでは、端子109 よりリセットパルスΦ_Rがリセット用トランジスタ108-１〜108-４のゲートに印加され、リセット用トランジスタがＯＮして垂直信号線をリセットする。続いて、垂直走査回路102 により垂直選択線104-１が選択され、第１行の画素列が読み出し状態となる。次いで水平走査回路103 により信号読み出しパルスが出力され、垂直信号線に読み出された第１行分の画素列の信号は、信号読み出しパルスにしたがって、水平選択スイッチを介して信号出力線110 に順次読み出される。第１行の読み出しが終了後、リセットパルスΦ_Rにより垂直信号線がリセットされる。次に、垂直選択線104-３が選択され、第３行の画素列が読み出される。ここで第３行の読み出しと同時に、Ｂフィールドの画素列である第２行のフォトダイオードに対してリセットがかかり、各画素のフォトダイオードが画素内のリセットトランジスタを介して初期電位に設定される。Ｂフィールドも同様にして読み出される。そしてＢフィールドの読み出しでは、Ａフィールドの画素列のフォトダイオードに対してリセットがかかるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図10に示した従来の内部増幅型固体撮像装置では、各画素のフォトダイオードの電位の変化を読み、それを電荷増幅して一旦垂直信号線に充電し、その電荷を水平選択回路によって読み出している。このため単純に垂直方向２画素の電荷を混合しても、垂直信号線の電位には何ら変化がないことになる。あるいは２画素の平均電圧になってしまい、２画素を加算した電荷を得ることはできない。したがって、従来はインターレース動作時に垂直方向２画素の加算を行わずに、単一のフォトダイオードの光電変換電荷だけを読み出していた。この場合、他方のフォトダイオードの光電変換電荷はそのまま捨て去ることになり、実質的に入射光により生成された光電変換電荷の１／２しか利用できない状態であり、したがって感度も１／２となっていた。
【０００７】
本発明は、従来の内部増幅型固体撮像装置における上記問題点を解消するためになされたもので、請求項１記載の発明は、インターレース動作時に２画素分の情報を完全に読み出す２行混合読み出しを実現し、感度を従来の２倍にすることができるようにした固体撮像装置を提供することを目的とする。請求項２記載の発明は，２画素分の情報を時間的な遅れを伴うことなく完全に読み出し、時間的な遅れによる残像の発生のない２行混合読み出しを可能にする固体撮像装置を提供することを目的とし、また請求項３記載の発明は、請求項２記載の固体撮像装置における最適な条件を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記問題点を解決するため、請求項１記載の発明は、マトリクス状に配列した画素を備え、インターレース動作時に、垂直方向に隣接した２画素の光電変換電荷を加算して読み出すＸＹアドレス方式の固体撮像装置において、画素部を、少なくとも光電変換電荷を取り出す側の電荷取り出し用フォトダイオードからなる画素列と、該電荷取り出し用フォトダイオードの蓄積電荷を収納して加算する側の加算収納用フォトダイオードを有する画素列とを一行おきに配列すると共に、垂直方向に隣接する前記電荷取り出し用フォトダイオードからなる画素と前記加算収納用フォトダイオードを有する画素との間に、それぞれ転送用トランジスタを配置し、前記電荷取り出し用フォトダイオード及び加算収納用フォトダイオードに光照射による光電変換電荷を蓄積する光電変換電荷の蓄積動作と、前記転送用トランジスタをオンして前記電荷取り出し用フォトダイオードの光電変換電荷を次行又は前行の隣接する加算収納用フォトダイオードに転送し、前記電荷取り出し用フォトダイオード及び前記加算収納用フォトダイオードの光電変換電荷を加算収納する蓄積電荷の転送加算動作と、前記転送用トランジスタをオフして前記加算収納用フォトダイオードの電位を読み出す加算電荷の読み出し動作と、該加算電荷の読み出し後前記電荷取り出し用フォトダイオードの電荷についてはリセットを行うことなく前記加算収納用フォトダイオードの電荷のみをリセットするリセット動作とを繰り返して行わせるものである。
【０００９】
このように構成した固体撮像装置においては、インターレース動作時に、転送用トランジスタをＯＮにして電荷取り出し用フォトダイオードに蓄積された光電変換電荷を垂直方向に隣接する画素の加算収納用フォトダイオードに転送し加算して読み出し、読み出し後前記転送用トランジスタをＯＦＦとした状態で加算収納用フォトダイオードの光電変換電荷をリセットし、初期状態に戻す。そして、この動作を繰り返すことにより、光入射及び光遮断に対して時間的な遅れは生じるが、電荷取り出し用及び加算収納用フォトダイオードの加算蓄積電荷、すなわち２画素分の情報を完全に読み出すことが可能となり、感度を従来の２倍にすることができる。
【００１０】
また請求項２記載の発明は、マトリクス状に配列した画素を備え、インターレース動作時に、垂直方向に隣接した２画素の光電変換電荷を加算して読み出すＸＹアドレス方式の固体撮像装置において、画素部を、少なくとも光電変換電荷を取り出す側の電荷取り出し用フォトダイオードからなる画素列と、該電荷取り出し用フォトダイオードの蓄積電荷を収納して加算する側の加算収納用フォトダイオードを有する画素列とを一行おきに配列すると共に、垂直方向に隣接する前記電荷取り出し用フォトダイオードからなる画素と前記加算収納用フォトダイオードを有する画素との間に、それぞれ転送用トランジスタを配置し、前記電荷取り出し用フォトダイオードの不純物濃度を、前記加算収納用フォトダイオードの不純物濃度より低く設定し、前記電荷取り出し用フォトダイオード及び加算収納用フォトダイオードに光照射による光電変換電荷を蓄積する光電変換電荷の蓄積動作と、前記転送用トランジスタをオンして前記電荷取り出し用フォトダイオードの光電変換電荷を次行又は前行の隣接する加算収納用フォトダイオードに転送し、前記電荷取り出し用フォトダイオード及び前記加算収納用フォトダイオードの光電変換電荷を加算収納する蓄積電荷の転送加算動作と、前記転送用トランジスタをオフして前記加算収納用フォトダイオードの電位を読み出す加算電荷の読み出し動作と、該加算電荷の読み出し後前記加算収納用フォトダイオードの電荷をリセットするリセット動作とを行わせるものである。また請求項３記載の発明は、前記電荷取り出し用フォトダイオードの不純物濃度を、前記加算収納用フォトダイオードの不純物濃度の１／５以下とするものである。
これにより、各フォトダイオードに同一の逆バイアス電圧を印加しておくと、不純物濃度の低い方の電荷取り出し用フォトダイオードには自由電子が全く存在しない状態が形成され、一方、不純物濃度の高い方の加算収納用フォトダイオードでは自由電子が多数存在している状態となる。したがって、入射光により光電変換電荷を蓄積した後、転送用トランジスタをＯＮすることにより、電荷取り出し用フォトダイオードに蓄積された光電変換電荷は加算収納用フォトダイオードに直ちに完全に転送され、２画素分の加算した信号として読み出すことが可能となり、これにより入射光に対して時間的な遅れを伴うことなく、瞬時に完全転送を行うことができ、時間的な遅れによる映像上の残像の発生を防止することができる。
【００１１】
【実施例】
次に実施例について説明する。図１は、本発明に係る固体撮像装置の実施例の一部の画素部分の構成を示す図であり、基本の単位画素としてＡＭＩ撮像素子を用いたものを示している。図１において、１は光電変換電荷を取り出す側の電荷取り出し用フォトダイオードPD−１で、この電荷取り出し用フォトダイオードPD−１のみで単位画素を構成している。２は電荷を加算して収納する側の加算収納用フォトダイオードPD−２、３は増幅用トランジスタＴa 、４はリセットパルスΦ_Rで駆動されるリセット用トランジスタＴrs、５は垂直選択信号Φ_Yで駆動される読み出し用トランジスタＴy で、加算収納用フォトダイオードPD−２，増幅用トランジスタＴa ，フォトダイオードリセット用トランジスタＴrs，及び読み出し用トランジスタＴy とで単位画素を構成している。６は電荷取り出し用フォトダイオードPD−１と同様の電荷取り出し用フォトダイオードPD−３で、これのみで単位画素を構成している。７及び８は、それぞれ第１及び第２の転送用トランジスタＴ_GA，Ｔ_GBであり、それぞれ電荷取り出し用フォトダイオード１（PD−１）と加算収納用フォトダイオード２（PD−２）の間、及び該加算収納用フォトダイオード２（PD−２）と電荷取り出し用フォトダイオード３（PD−３）の間に設けられている。なお、第１及び第２の転送用トランジスタＴ_GA，Ｔ_GBはパルスΦ_GA，Φ_GBで駆動されるようになっており、Ｖ_RD（Ｖ_RS）は増幅用トランジスタＴa 及びリセット用トランジスタＴrsのドレイン印加電圧である。
【００１２】
次に、このように構成された実施例の動作を、図２に示すタイミングチャートに基づいて説明する。なお、図２において、ＨＤは水平同期信号を示している。まず、インターレース動作時のＡフィールドにおいては、各フォトダイオードPD−１，PD−２，PD−３に光照射による光電変換電荷を蓄積した後、第１の転送用トランジスタ７（Ｔ_GA）をＯＮにして電荷取り出し用フォトダイオード１（PD−１）の光電変換電荷を、次行の単位画素の加算収納用フォトダイオード２（PD−２）に転送し、２つのフォトダイオード１（PD−１），２（PD−２）の光電変換電荷を加算収納した後、第１の転送用トランジスタＴ_GAをＯＦＦにする。次いで、光電変換電荷を加算収納したフォトダイオード２（PD−２）の電位を増幅用トランジスタ３で増幅しながら、読み出し用トランジスタ５をＯＮとして読み出す。混合加算して読み出した後に、加算収納用フォトダイオード２（PD−２）の電荷をリセットする。なお、電荷取り出し用フォトダイオード３（PD−３）の光電変換電荷は、次の２行の選択時に図示しない第１の転送用トランジスタを介して、該フォトダイオード３（PD−３）の次行の単位画素の加算収納用フォトダイオードに転送され、同様に読み出されるようになっている。
【００１３】
次にＢフィールドにおいては、入射光による電荷蓄積後の転送時に第２の転送用トランジスタ８（Ｔ_GB）をＯＮとして、電荷取り出し用フォトダイオード３（PD−３）の蓄積電荷を前行の単位画素の加算収納用フォトダイオード２（PD−２）に転送し、第２の転送用トランジスタ８（Ｔ_GB）をＯＦＦにする。次いで、光電変換電荷を加算収納したフォトダイオード２（PD−２）の電位を増幅用トランジスタ３で増幅しながら、読み出し用トランジスタ５をＯＮとして読み出す。混合加算して読み出した後に、加算収納用フォトダイオード２（PD−２）の電荷をリセットする。
【００１４】
次いで、再び光電変換電荷の蓄積動作、蓄積電荷の転送加算動作、加算電荷の読み出し動作、リセット動作の各動作が繰り返される。この繰り返し動作により、図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）のポテンシャル図に示すように、時間的な遅れは生じるが、２つのフォトダイオード１（PD−１）及び２（PD−２）、あるいはフォトダイオード３（PD−３）及び２（PD−２）の加算情報を完全に読み出すことができる。図３の（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ順次加算回数を重ねた場合のポテンシャル図で、（１）は第１の転送用トランジスタ７（Ｔ_GA）をＯＦＦ、リセット用トランジスタ４（Ｔrs）をＯＮとしたリセット時の、電荷取り出し用フォトダイオード１（PD−１），加算収納用フォトダイオード２（PD−２），リセット用トランジスタ４（Ｔrs）のソースの各電位を示しており、同様に（２）は第１の転送用トランジスタ７（Ｔ_GA）をＯＦＦ、リセット用トランジスタ４（Ｔrs）をＯＦＦとした蓄積時（明時）の各部の電位を示しており、（３）は第１の転送用トランジスタ７（Ｔ_GA）をＯＮとした蓄積電荷の加算混合時の各部の電位を示している。
【００１５】
図３の（Ａ）の第１回目の加算時において、リセット時には各部に自由電子（小点を打った領域で示す）が存在しており、蓄積時にはフォトダイオード１（PD−１）及び２（PD−２）に入射光に応じて光電変換で生成された電子（ハッチング領域で示す）が蓄積され、混合時にはフォトダイオード１（PD−１）及び２（PD−２）の蓄積電荷が混合された状態となる。読み出し後のリセット時には、図３の（Ｂ）の（１）で示すようにフォトダイオード２（PD−２）の電荷は完全にリセットされるが、フォトダイオード１（PD−１）の残留電荷は、そのまま残ることになる。光入射時において、このような動作が繰り返されることにより、時間的な遅れは生じるが、図３の（Ｅ）の（３）で示されるように、２つのフォトダイオード１（PD−１）と２（PD−２）、あるいはフォトダイオード３（PD−３）と２（PD−２）の蓄積電荷が完全に加算された状態となる。
【００１６】
次に、光入射時において、上記動作が繰り返され、図３の（Ｅ）の（３）で示されるように２つのフォトダイオードPD−１，PD−２の蓄積電荷が完全に加算され、電荷取り出し用フォトダイオード１（PD−１）に２つのフォトダイオードの蓄積電荷が混合蓄積されている状態において、光遮断状態となり、上記光入射時と同じ動作が繰り返されると、図４の（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、順次蓄積電荷が排出され、時間的な遅れは生じるが、２つのフォトダイオードPD−１，PD−２の蓄積電荷の完全なリセットを行うことができる。
【００１７】
このような蓄積、混合加算、リセットの各動作の繰り返しによる２画素分の情報の読み出し方式における、光入射時と光遮断時の応答の遅れを計算によって求めた結果を図５に示す。この算出には、不純物濃度を２×10²⁰／cm³としたフォトダイオードを用い、光入射時の応答特性は曲線ａで、光遮断時の応答特性は曲線ｂで示している。この算出例では、いずれも５回のリセット回数、すなわち５回の繰り返し動作で、ほぼ完全に２画素分の情報を読み出すことができることを示している。
【００１８】
ところで、上記実施例においては、電荷取り出し用フォトダイオード及び加算収納用フォトダイオードのいずれも同一不純物濃度をもつもので構成した場合を示したが、この場合には、図３〜図５からもわかるように、繰り返し動作によるある一定の時間後に、完全に２画素分の情報を読み出すことができるが、時間的な遅れにより映像上残像となって現れる。
【００１９】
この問題は、蓄積された光電変換電荷を取り出す側の電荷取り出し用フォトダイオードの不純物濃度を、その電荷を収納する側の加算収納用フォトダイオードの不純物濃度より低く、特に１／５以下に設定することにより解決される。
【００２０】
次に、電荷取り出し用フォトダイオード１（PD−１），３（PD−３）と加算収納用フォトダイオード２（PD−２）の不純物濃度を上記のように設定した場合の、リセット時（初期状態）、蓄積時、混合加算時の動作を、図６に示したポテンシャル図を参照しながら説明する。不純物濃度の低い電荷取り出し用フォトダイオードPD−１（PD−３）に対して、初期状態（リセット時）において、ある程度の逆バイアス電圧を印加すると、図６の（１）のリセット時のポテンシャル図に示すように、そのフォトダイオードPD−１（PD−３）に電子が全く存在しない状態を作り出すことができる。一方、加算収納用フォトダイオードPD−２においては不純物濃度が高いため、初期状態（リセット時）に同一の逆バイアス電圧を印加した場合には、自由電子が多数存在している状態となる。
【００２１】
この初期状態から入射光による光電変換電荷の蓄積時に移ると、図６の（２）に示すように、各フォトダイオードPD−１（PD−３），PD−２には光電変換電荷が蓄積される。次いで、混合加算時に転送用トランジスタＴ_GA（Ｔ_GB）をＯＮすることによって、電荷取り出し用フォトダイオードPD−１（PD−３）の蓄積電荷は、図６の（３）に示すように、直ちに加算収納用フォトダイオードPD−２に転送され、２画素の蓄積電荷を加算した信号として読み出すことができる。加算信号を読み出した後、リセット動作を行うことによって、リセット時（１）の初期状態に戻される。
【００２２】
このように、電荷取り出し用フォトダイオードPD−１（PD−３）の不純物濃度を加算収納用フォトダイオードPD−２の不純物濃度より低く設定することにより、光入射に対して時間的な遅れを伴うことなく、瞬時にほぼ完全に転送を行うことができ、２画素の光電変換電荷を加算して読み出すことができる。
【００２３】
電荷取り出し用フォトダイオードの不純物濃度を、加算収納用フォトダイオードの不純物濃度の特に１／５以下に設定する理由は、次の通りである。図７の（Ａ），（Ｂ）は、フォトダイオードPD−１（PD−３）の不純物注入量と第１回目の混合時における加算レベル（加算達成率）との関係を示す図で、図７の（Ａ）はリセット電圧Ｖ_rs＝４Ｖとした場合、図７の（Ｂ）はリセット電圧Ｖ_rs＝５Ｖとした場合の状態を示している。なお、図７の（Ａ），（Ｂ）においては、第５回目の混合加算時に加算レベルが100 ％となる場合についての実験結果を示しており、●印，△印及び□印はそれぞれ試料の種別を示している。これらの図からわかるように、第１回目の混合時において、理想的な加算レベル100 ％は得られていないが、リセット電圧Ｖ_rs＝４Ｖの場合には、フォトダイオードの不純物注入量が７×10¹⁴個／cm²以下、リセット電圧Ｖ_rs＝５Ｖの場合には、１×10¹⁴個／cm²以下とした場合、１回目の混合加算時において90％以上の加算率が得られていることがわかる。そして不純物注入量が７×10¹⁴個／cm²又は１×10¹⁴個／cm²のときの不純物濃度は、それぞれ４×10¹⁹／cm³又は8.5 ×10¹⁸／cm³となり、通常のフォトダイオードPD−２の不純物濃度は２×10²⁰／cm³であるから、フォトダイオードPD−１（PD−３）の不純物濃度はリセット電圧にもよるがフォトダイオードPD−２の不純物濃度の１／５以下であれば、90％以上の加算率が得られることになる。
【００２４】
次に、本発明に係る固体撮像装置の全体構成を図８に基づいて説明する。図８に示すように、ＸＹ方向にマトリクス状に配列された各画素を構成するフォトダイオード51−１，51−２，51−３，51−４，52−１，・・・53−１，・・・54−１，・・・55−１，・・・を、垂直方向の１行おきに蓄積された光電変換電荷を取り出す側の電荷取り出し用フォトダイオード51−１，51−２，・・・53−１，53−２，・・・55−１，55−２，・・・と、該電荷取り出し用フォトダイオードの電荷を加算して収納する側の加算収納用フォトダイオード52−１，52−２，・・・54−１，54−２，・・・とに分け、電荷取り出し用フォトダイオードと次行の電荷加算収納用フォトダイオードとの間、及び電荷加算収納用フォトダイオードと次行の電荷取り出し用フォトダイオードとの間を、それぞれ第１の転送用トランジスタ61−１，61−２，・・・63−１，63−２，・・・及び第２の転送用トランジスタ62−１，62−２，・・・64−１，64−２，・・・を介して接続する。そして、電荷加算収納用フォトダイオード52−１，52−２，・・・54−１，54−２，・・・にのみ、増幅用トランジスタＴa ，フォトダイオードリセット用トランジスタＴrs及び読み出し用トランジスタＴy を設ける。すなわち、これらの素子を備えた画素を１行おきに配置するものである。
【００２５】
また、図８において11は水平走査回路、12は垂直走査回路、13−１〜13−４は垂直信号線、14−１〜14−４は水平選択スイッチ、15−１〜15−４は垂直信号線リセットトランジスタ、21〜25は読み出しパルス信号、26〜33は第１及び第２の転送用トランジスタの駆動パルス信号、34〜37は増幅用及びリセット用トランジスタＴa ，Ｔrsのドレイン印加電圧信号、41〜44は水平選択パルス信号を示している。
【００２６】
次に、このように構成した固体撮像装置の動作を、図９のタイミングチャートを参照しながら説明する。まずＡフィールドの読み出し動作について説明する。時刻ｔ₁〜ｔ₂において、第１の転送用トランジスタ61−１〜61−４をＯＮさせて、第１行のフォトダイオード51−１〜51−４の電荷を第２行のフォトダイオード52−１〜52−４に転送させる。続いて、読み出しパルス信号21により第２行の画素を読み出し状態とし、水平走査回路11により第１行と第２行の混合された画素信号を、水平選択スイッチ14−１〜14−４を介して順次読み出す。読み出し終了後、リセットパルスΦ_Rによりリセットトランジスタ15−１〜15−４を介して、垂直信号線13−１〜13−４の残留電荷をリセットする。
【００２７】
時刻ｔ₂〜ｔ₃においては、第１の転送用ゲート63−１〜63−４をＯＮさせて、第３行のフォトダイオード53−１〜53−４の電荷を第４行のフォトダイオード54−１〜54−４に転送する。続いて、読み出しパルス信号22により第４行の画素を読み出し状態とし、水平走査回路11により第３行と第４行の混合された画素信号を、水平選択スイッチ14−１〜14−４を介して順次読み出す。その読み出し終了後、リセットパルスΦ_Rによりリセットトランジスタ15−１〜15−４を介して、垂直信号線13−１〜13−４の残留電荷をリセットする。第４行の画素の読み出し最中に、第２行の画素内のフォトダイオード52−１〜52−４をリセット用トランジスタＴrsを介して初期電位にリセットする。同様にして時刻ｔ₆までに、Ａフィールド分の画素の読み出し及び画素のリセットが終了する。
【００２８】
次に、Ｂフィールドの読み出し動作について説明する。時刻ｔ₆〜ｔ₇において、第２の転送用トランジスタ62−１〜62−４をＯＮさせて、第３行のフォトダイオード53−１〜53−４の電荷を第２行のフォトダイオード52−１〜52−４に転送する。続いて、読み出しパルス信号21により第２行の画素を読み出し状態とし、水平走査回路11により第２行と第３行の混合された画素信号を、水平選択スイッチ14−１〜14−４を介して順次読み出す。その読み出し終了後、リセットパルスΦ_Rによりリセットトランジスタ15−１〜15−４を介して、垂直信号線13−１〜13−４の残留電荷をリセットする。時刻ｔ₇〜ｔ₈においては、第２の転送用トランジスタ64−１〜64−４をＯＮさせて、第５行のフォトダイオード55−１〜55−４の電荷を第４行のフォトダイオード54−１〜54−４に転送する。続いて、読み出しパルス信号22により第４行の画素を読み出し状態とし、水平走査回路11により第４行と第５行の混合された画素信号を、水平選択スイッチ14−１〜14−４を介して順次読み出す。その読み出し終了後、リセットパルスΦ_Rにより垂直信号線13−１〜13−４の残留電荷をリセットする。第４行の画素の読み出し最中に、第２行の画素内のフォトダイオード52−１〜52−４をリセット用トランジスタＴrsを介してを初期電位にリセットする。同様にして時刻ｔ₁₁までに、Ｂフィールド分の画素の読み出し及び画素のリセットが終了する。
【００２９】
そして、このようなＡ，Ｂフィールドの読み出し動作を繰り返すことによって、４〜５フィールド後には、完全に垂直方向に隣接した２画素の加算情報を読み出すことができる。また、上記構成の固体撮像装置において、電荷取り出し用フォトダイオード51−１，51−２，・・・53−１，53−２，・・・55−１，55−２，・・・の不純物濃度を、電荷加算収納用フォトダイオード52−１，52−２，・・・54−１，54−２，・・・の不純物濃度の１／５以下に設定することにより、残像を生じさせることなく、２画素分の出力を読み出すことができる。
【００３０】
なお上記実施例では、増幅素子を有する画素を用いたＸＹアドレス方式の固体撮像装置に本発明を適用したものを示したが、本発明はこれに限らず、他の構成のＸＹアドレス方式の固体撮像装置にも適用することができ、同様な作用効果が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて説明したように、請求項１記載の発明によれば、インターレース動作時に、垂直方向に隣接する２画素の光電変換電荷を完全に加算し、２画素分の出力として読み出すことが可能な、従来例に比し２倍の高感度を有する固体撮像装置を実現することができる。また請求項２又は３記載の発明においては、垂直方向に隣接する２画素を構成する各フォトダイオードの不純物濃度を、一方を他方より低く、特に１／５以下とすることにより、垂直方向に隣接する２画素の光電変換電荷を瞬時に完全に加算し、残像を生じさせることなく２画素分の出力として読み出すことが可能な固体撮像装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の実施例の一部の画素部分の構成を示す回路構成図である。
【図２】図１に示した実施例の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】図１に示した実施例の光入射時の動作を説明するためのポテンシャル図である。
【図４】図１に示した実施例の光遮断時の動作を説明するためのポテンシャル図である。
【図５】図１に示した実施例におけるリセット回数と出力との関係を示すグラフ図である。
【図６】図１に示した実施例において、電荷取り出し用フォトダイオードの不純物濃度を電荷加算収納用フォトダイオードの不純物濃度の１／５以下に設定した場合における動作を説明するためのポテンシャル図である。
【図７】不純物注入量と加算レベルの関係を示す図である。
【図８】図１に示した実施例の全体構成を示す回路構成図である。
【図９】図８に示した固体撮像装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】ＡＭＩ撮像素子を用いた従来の固体撮像装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１，６電荷取り出し用フォトダイオード
２電荷加算収納用フォトダイオード
３増幅用トランジスタ
４フォトダイオードリセット用トランジスタ
５読み出し用トランジスタ
７第１の転送用トランジスタ
８第２の転送用トランジスタ
11 水平走査回路
12 垂直走査回路
13−１〜13−４垂直信号線
14−１〜14−４水平選択スイッチ
15−１〜15−４垂直信号線リセットトランジスタ
51−１，51−２，・・・53−１，53−２，・・・55−１，55−２・・・電荷取り出し用フォトダイオード
52−１，52−２，・・・54−１，54−２・・・電荷加算収納用フォトダイオード
61−１，61−２，・・・63−１，63−２・・・第１の転送用トランジスタ
62−１，62−２，・・・64−１，64−２・・・第２の転送用トランジスタ

Claims

マトリクス状に配列した画素を備え、インターレース動作時に、垂直方向に隣接した２画素の光電変換電荷を加算して読み出すＸＹアドレス方式の固体撮像装置において、画素部を、少なくとも光電変換電荷を取り出す側の電荷取り出し用フォトダイオードからなる画素列と、該電荷取り出し用フォトダイオードの蓄積電荷を収納して加算する側の加算収納用フォトダイオードを有する画素列とを一行おきに配列すると共に、垂直方向に隣接する前記電荷取り出し用フォトダイオードからなる画素と前記加算収納用フォトダイオードを有する画素との間に、それぞれ転送用トランジスタを配置し、前記電荷取り出し用フォトダイオード及び加算収納用フォトダイオードに光照射による光電変換電荷を蓄積する光電変換電荷の蓄積動作と、前記転送用トランジスタをオンして前記電荷取り出し用フォトダイオードの光電変換電荷を次行又は前行の隣接する加算収納用フォトダイオードに転送し、前記電荷取り出し用フォトダイオード及び前記加算収納用フォトダイオードの光電変換電荷を加算収納する蓄積電荷の転送加算動作と、前記転送用トランジスタをオフして前記加算収納用フォトダイオードの電位を読み出す加算電荷の読み出し動作と、該加算電荷の読み出し後前記電荷取り出し用フォトダイオードの電荷についてはリセットを行うことなく前記加算収納用フォトダイオードの電荷のみをリセットするリセット動作とを繰り返して行わせることを特徴とする固体撮像装置。
マトリクス状に配列した画素を備え、インターレース動作時に、垂直方向に隣接した２画素の光電変換電荷を加算して読み出すＸＹアドレス方式の固体撮像装置において、画素部を、少なくとも光電変換電荷を取り出す側の電荷取り出し用フォトダイオードからなる画素列と、該電荷取り出し用フォトダイオードの蓄積電荷を収納して加算する側の加算収納用フォトダイオードを有する画素列とを一行おきに配列すると共に、垂直方向に隣接する前記電荷取り出し用フォトダイオードからなる画素と前記加算収納用フォトダイオードを有する画素との間に、それぞれ転送用トランジスタを配置し、前記電荷取り出し用フォトダイオードの不純物濃度を、前記加算収納用フォトダイオードの不純物濃度より低く設定し、前記電荷取り出し用フォトダイオード及び加算収納用フォトダイオードに光照射による光電変換電荷を蓄積する光電変換電荷の蓄積動作と、前記転送用トランジスタをオンして前記電荷取り出し用フォトダイオードの光電変換電荷を次行又は前行の隣接する加算収納用フォトダイオードに転送し、前記電荷取り出し用フォトダイオード及び前記加算収納用フォトダイオードの光電変換電荷を加算収納する蓄積電荷の転送加算動作と、前記転送用トランジスタをオフして前記加算収納用フォトダイオードの電位を読み出す加算電荷の読み出し動作と、該加算電荷の読み出し後前記加算収納用フォトダイオードの電荷をリセットするリセット動作とを行わせることを特徴とする固体撮像装置。
前記電荷取り出し用フォトダイオードの不純物濃度を、前記加算収納用フォトダイオードの不純物濃度の１／５以下としたことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。