JPH09246519A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平転送レジスタの取扱い電荷量を多くする
目的でチャネル幅を広く設定した場合、電荷排出部へ信
号電荷を掃き出す際に、転送電界が弱く、電荷排出部へ
の完全な転送が行えなかった。 【解決手段】 例えば２本の水平転送レジスタ１４，１
５を有するとともに、水平転送レジスタ１５のイメージ
部１３と反対側に隣接して掃き出し用電極２７およびド
レイン部２８からなる電荷排出部２９を設けた構成のＣ
ＣＤエリアセンサにおいて、水平転送レジスタ１４を転
送チャネル１７，１８および分配用電極１９からなる複
合チャネル構造に、同様に、水平転送レジスタ１５を転
送チャネル２０，２１および分配用電極２２からなる複
合チャネル構造にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置およ
びその駆動方法に関し、特にイメージ部から移される１
ライン分の信号電荷を複数のチャネルにて分担して転送
する複合チャネル構造の電荷転送部を有する固体撮像装
置およびその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像装置、例えばＣＣＤエリアセン
サには、図１３に示すように、水平転送レジスタ１０２
のイメージ部１０１と反対側に、信号電荷を排出するた
めのドレイン部１０３および掃き出し用電極１０４を設
け、所定の期間において掃き出し用電極１０４に掃き出
しクロックφＨＯＧを印加することにより、水平転送レ
ジスタ１０２中の信号電荷をドレイン部１０３に選択的
に掃き捨てる構成のものがある。

【０００３】一方、ＣＣＤエリアセンサでは、水平転送
レジスタ１０２の水平方向のピッチがイメージ部１０１
の画素数および光学系によって決まってしまうので、水
平転送レジスタ１０２の取扱い電荷量を多くするため
に、水平転送レジスタ１０２のチャネル幅を広くとって
いるのが一般的である。すなわち、水平転送レジスタ１
０２の取扱い電荷量は、転送クロックの振幅を一定にし
た場合、１ビット当たりの面積に比例するので、１ビッ
ト分の長さおよび幅を大きく設定することによって取扱
い電荷量を多くすることができるが、長さについてはイ
メージ部１０１の画素数など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ネル幅だけだから
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、水平転送
レジスタ１０２のチャネル幅が広く設定されたＣＣＤエ
リアセンサにおいて、先述したように水平転送レジスタ
１０２中の信号電荷を選択的に掃き捨てる構成を採った
場合、水平転送レジスタ１０２中の信号電荷を掃き出し
用電極１０４を介してドレイン部１０３に掃き出そうと
しても、水平転送レジスタ１０２のチャネル幅が広いこ
とによって水平転送レジスタ１０２からドレイン部１０
３への転送電界が弱い、特にチャネルの幅方向における
中央部での転送電界が弱いため、ある決められた時間内
に信号電荷を完全に掃き捨てることは困難であった。ま
た、水平転送レジスタ１０２中の信号電荷を完全に掃き
捨てるためには、その掃き捨て動作に時間がかかり、高
速での完全掃き捨ては困難であった。

【０００５】このことは、水平転送レジスタ１０２が１
本のＣＣＤエリアセンサの場合に限らず、図１４に示す
ように、例えば２本の水平転送レジスタ１０２ａ，１０
２ｂを有するとともに、各レジスタ１０２ａ，１０２ｂ
間に転送用電極１０５を配置し、垂直２ライン分の信号
電荷を１水平期間に独立に水平転送して出力する構成の
ＣＣＤエリアセンサにおいて、外側の水平転送レジスタ
１０２ｂに隣接してドレイン部１０３および掃き出し用
電極１０４を配置し、水平転送レジスタ１０２ａ，１０
２ｂ中の信号電荷をドレイン部１０３に選択的に掃き捨
てるようにした場合にも言える。

【０００６】このように、２本の水平転送レジスタ１０
２ａ，１０２ｂを有するＣＣＤエリアセンサにおいて
は、垂直２ライン分の信号電荷を１水平期間に独立して
読み出すことで、イメージ部１０１の全画素の信号電荷
を独立に読み出すこと（いわゆる、全画素読み出し）が
できるため、垂直２ライン分の信号電荷を混合して読み
出していたフィールド読み出しの場合に比べて、垂直解
像度を高めることができるのである。この種のＣＣＤエ
リアセンサにおいても、水平転送レジスタ１０２ａ，１
０２ｂの取扱い電荷量を多くするためには、各々のチャ
ネル幅を広くとらざるを得なく、よって１本の水平転送
レジスタ１０２を有するＣＣＤエリアセンサの場合と同
様に、転送電界の低下に伴う信号電荷の転送残しの問題
点が挙げられる。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ドレイン部への信号
電荷の掃き出しを行う際に、水平転送レジスタ中の信号
電荷の完全な掃き出しを行うことができるとともに、高
速での掃き捨て動作が可能な固体撮像装置およびその駆
動方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像装
置では、入射光を信号電荷に光電変換する複数個の受光
部を有するイメージ部と、互いに並置された複数の転送
チャネルおよびこの複数の転送チャネルの各々に信号電
荷を分配する分配用電極を有し、イメージ部から移され
る１ライン分の信号電荷を複数の転送チャネルにて分担
して転送する複合チャネル構造の電荷転送部と、この電
荷転送部に対してイメージ部と反対側に隣接して設けら
れて電荷転送部中の信号電荷を選択的に掃き捨てる電荷
排出部とを備えた構成となっている。

【０００９】本発明による固体撮像装置の駆動方法で
は、イメージ部から電荷転送部へ１ライン分ずつ信号電
荷を移すとともに、この１ライン分の信号電荷を電荷転
送部において複数の転送チャネルに分配し、しかる後複
数の転送チャネルにて１ライン分の信号電荷を分担して
転送する一方、所定の期間において電荷転送部中の信号
電荷を電荷排出部へ掃き捨てるようにする。

【００１０】上記構成の固体撮像装置およびその駆動方
法において、電荷転送部の取扱い電荷量を多くするため
にそのチャネル幅を広く設定した場合に、電荷転送部に
複数の転送チャネルを設けたことで、電荷転送部全体と
してチャネル幅が広くても、各転送チャネルのチャネル
幅は狭い。したがって、電荷転送部から電荷排出部への
信号電荷の掃き出しを行う際に、転送電界の低下は起こ
らず、十分な転送電界を確保できる。これにより、電荷
転送部中の信号電荷は、高速にかつ完全に電荷排出部へ
掃き捨てられる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施形態を示す構成図である。本実施形態では、垂直解
像度をより高めるために、電荷転送部として例えば２本
の水平転送レジスタを備えたＣＣＤエリアセンサに適用
した場合を例に採るものとする。

【００１２】図１において、入射光をその光量に応じた
電荷量の信号電荷に変換して蓄積する例えばフォトダイ
オードからなる複数個の受光部（画素）１１が垂直方向
および水平方向にマトリクス状に配置されている。これ
ら受光部１１に対し、その垂直列ごとに垂直転送レジス
タ１２が配されている。この垂直転送レジスタ１２はＣ
ＣＤからなりかつ例えば３層電極構造を採っており、垂
直転送クロックφＶ１〜φＶ３によって３相駆動される
ことにより、各受光部１１から読み出された信号電荷
を、水平ブランキング期間の一部にて１画素分ずつ順に
シフトしつつ垂直方向に転送する。以上により、イメー
ジ部１３が構成されている。

【００１３】イメージ部１３の図の下側には、例えば２
本の水平転送レジスタ１４，１５が並置されている。ま
た、２本の水平転送レジスタ１４，１５間には、水平転
送レジスタ１４から水平転送レジスタ１５へ信号電荷を
転送するための転送用電極１６が配されている。この２
本の水平転送レジスタ１４，１５には、イメージ部１３
の各垂直転送レジスタ１２の下側２段（ＶＨ１，ＶＨ
２）に転送クロックφＶＨ１，φＶＨ２が印加されるこ
とで、その垂直２ライン（２行）分の信号電荷がイメー
ジ部１３から移される。２本の水平転送レジスタ１４，
１５はＣＣＤからなり、水平転送クロックφＨ１，φＨ
２によって２相駆動されることにより、イメージ部１３
から移された２ライン分の信号電荷を１ライン分ずつ分
担して、水平ブランキング期間後の水平走査期間におい
て順次水平方向に転送する。

【００１４】水平転送レジスタ１４は、互いに並置され
た例えば２つの転送チャネル１７，１８と、この２つの
転送チャネル１７，１８間に設けられて各チャネルに信
号電荷を分配するための分配用電極１９とからなり、転
送チャネル１７，１８がその出力段にて合流した複合チ
ャネル構造となっている。この水平転送レジスタ１４
は、イメージ部１３から１水平期間に２ライン分ずつ移
される信号電荷のうち、始めの１ライン分の信号電荷に
ついては転送用電極１６を介して水平転送レジスタ１５
へ転送し、後の１ライン分の信号電荷については、分配
用電極１９によって２つの転送チャネル１７，１８に分
配し、この２つの転送チャネル１７，１８にて分担して
水平転送し、合流した出力段で１画素分ずつ混合する。

【００１５】水平転送レジスタ１５も同様に、互いに並
置された例えば２つの転送チャネル２０，２１と、この
２つの転送チャネル２０，２１間に設けられて各チャネ
ルに信号電荷を分配するための分配用電極２２とからな
り、転送チャネル２０，２１がその出力段にて合流した
複合チャネル構造となっている。この水平転送レジスタ
１５は、水平転送レジスタ１４から転送用電極１６を介
して転送された１ライン分の信号電荷について、分配用
電極２２によって２つの転送チャネル２０，２１に分配
し、この２つの転送チャネル２０，２１にて分担して水
平転送し、合流した出力段で１画素分ずつ混合する。

【００１６】水平転送レジスタ１４，１５の転送先の端
部には、例えばフローティング・ディフュージョン・ア
ンプ（ＦＤＡ；Floating Diffusion Amplifier）構成の
電荷検出部２３，２４が設けられている。これらの電荷
検出部２３，２４は、水平転送レジスタ１４，１５によ
って水平転送された信号電荷を検出し、これを信号電圧
に変換する。これらの信号電圧は、アンプ２５，２６を
介してＣＣＤ出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２として導出され
る。

【００１７】外側の水平転送レジスタ１５のイメージ部
１３と反対側には、水平転送レジスタ１５の転送方向に
沿って掃き出し用電極２７およびドレイン部２８が隣接
して設けられている。この掃き出し用電極２７およびド
レイン部２８は、水平転送レジスタ１４，１５中の信号
電荷を選択的に掃き捨てるための電荷排出部２９を構成
しており、掃き出し用電極２７に掃き出しクロックφＨ
ＯＧが印加されることで、水平転送レジスタ１５中の信
号電荷を、さらには転送用電極１６および水平転送レジ
スタ１５を介して転送される水平転送レジスタ１４中の
信号電荷をドレイン部２８に掃き捨てる。

【００１８】図２に、水平転送部および電荷排出部２９
の要部の平面パターンを示す。同図において、転送用電
極１６および水平転送レジスタ１４，１５の各分配用電
極１９，２２はそれぞれ１層目のポリシリコン（１ｐｏ
ｌｙ）によって形成されている。また、水平転送レジス
タ１４，１５において、ストレージ電極３１が２層目の
ポリシリコン（２ｐｏｌｙ）により形成され、トランス
ファ電極３２が３層目のポリシリコン（３ｐｏｌｙ）に
より形成されている。そして、転送方向において隣り合
うストレージ電極３１およびトランスファ電極３２が対
となり、この対が２個でイメージ部１３の１画素に対応
し、１ビットを構成している。

【００１９】かかる構成の水平転送部において、対をな
すストレージ電極２７およびトランスファ電極２８は、
１ビットおきに水平転送クロックφＨ１，φＨ２が印加
されることによって駆動される。水平転送レジスタ１
４，１５の各分配用電極１９，２２は電気的に接続さ
れ、かつ同一の分配クロックφＨＨＧ１によって駆動さ
れる。また、転送用電極１６は、転送クロックφＨＨＧ
２によって駆動される。なお、図２中、網かけ領域３３
〜３６は、チャネルストップ部である。

【００２０】一方、電荷排出部２９において、掃き出し
用電極２７も、水平転送部の転送用電極１６および水平
転送レジスタ１４，１５の各分配用電極１９，２２と同
様に、１層目のポリシリコン（１ｐｏｌｙ）によって形
成されている。この掃き出し用電極２７は、掃き出しク
ロックφＨＯＧによって駆動される。この掃き出しクロ
ックφＨＯＧとしては、例えば転送クロックφＨＨＧ２
と同相のクロックが用いられる。なお、水平転送部のス
トレージ電極２７およびトランスファ電極２８は、図２
から明らかなように、この掃き出し用電極２７およびド
レイン部２８の部分まで延在するように形成されてい
る。

【００２１】次に、上記構成の複合チャネル構造の２本
の水平転送レジスタ１４，１５を備えたＣＣＤエリアセ
ンサの動作について説明する。なお、このＣＣＤエリア
センサでは、２本の水平転送レジスタ１４，１５を備え
ていることで、イメージ部１３から水平転送レジスタ１
４，１５へ、１水平期間に垂直２ライン分の信号電荷が
出力されることになる。

【００２２】先ず、複合チャネル構造の２本の水平転送
レジスタ１４，１５において、各転送チャネルに信号電
荷を分配する場合の動作について、図３のタイミングチ
ャートに基づいて、図４の動作説明図および図５のポテ
ンシャル図を参照しつつ説明する。なお、図５は、図４
のＡ‐Ａ′線に沿ったポテンシャル図である。

【００２３】時点Ｔ１から時点Ｔ２に移行し、１ライン
目のゲート電極に印加される転送クロックφＶＨ２が高
レベル（以下、“Ｈ”レベルと称する）になり、その下
のポテンシャルが深くなると、イメージ部１３の１ライ
ン目の信号電荷（図４中の●印）が水平転送レジスタ１
４に移される。これと同期して、２ライン目以降の信号
電荷が順次１ラインずつシフトされ、これにより２ライ
ン目の信号電荷（図４中の○印）が１ライン目の画素列
に転送される。

【００２４】このとき、水平転送クロックφＨ２、分配
クロックφＨＨＧ１が共に“Ｈ”レベルの状態にあるの
で、水平転送レジスタ１４，１５の各転送チャネル１
７，２０のポテンシャルおよび各分配用電極１９，２２
の下のポテンシャルが深く、また水平転送クロックφＨ
１が低レベル（以下、“Ｌ”レベルと称する）の状態に
あるので、転送チャネル１８，２１のポテンシャルは浅
い。したがって、イメージ部１３から水平転送レジスタ
１４に移された１ライン目の信号電荷●は、転送チャネ
ル１７および分配用電極１９の下に蓄積される。

【００２５】続いて、転送クロックφＶＨ２が“Ｌ”レ
ベルに遷移した後、水平転送クロックφＨ２が“Ｌ”レ
ベルに遷移し、転送チャネル１７のポテンシャルが浅く
なると（時点Ｔ３）、転送チャネル１７中の信号電荷は
分配用電極１９の下に移される。これにより、イメージ
部１３の１ライン目の画素列から水平転送レジスタ１４
に移された信号電荷●は全て分配用電極１９の下に蓄積
される。続いて、転送クロックφＨＨＧ２が“Ｈ”レベ
ルになると（時点Ｔ４）、転送用電極１６の下のポテン
シャルが深くなる。

【００２６】その後、水平転送クロックφＨ１が“Ｈ”
レベルに遷移し、続いて分配クロックφＨＨＧ１が
“Ｌ”レベルに遷移すると（時点Ｔ５）、転送チャネル
１８のポテンシャルが深くなりかつ分配用電極１９の下
のポテンシャルが浅くなるため、分配用電極１９の下に
蓄積されていた信号電荷●は、転送チャネル１８および
転送用電極１６の下に移される。そして、水平転送クロ
ックφＨ１が“Ｌ”レベルに遷移し、転送チャネル１８
のポテンシャルが浅くなると（時点Ｔ６）、転送チャネ
ル１８中の信号電荷が転送用電極１６の下に移され、こ
こに１画素分の信号電荷●が全て蓄積される。

【００２７】次に、水平転送クロックφＨ２が“Ｈ”レ
ベルに遷移し、水平転送レジスタ１５の転送チャネル２
０のポテンシャルが深くなると（時点Ｔ７）、転送用電
極１６の下に蓄積されていた信号電荷●が、転送用電極
１６の下から転送チャネル２０へ拡がる。そして、転送
クロックφＨＨＧ２が“Ｌ”レベルになり、転送用電極
１６の下のポテンシャルが浅くなると（時点Ｔ８）、転
送用電極１６の下の信号電荷が全て転送チャネル２０へ
移され、１画素分の信号電荷●が全て転送チャネル２０
に蓄積される。

【００２８】続いて、分配クロックφＨＨＧ１が“Ｈ”
レベルに遷移すると（時点Ｔ９）、水平転送レジスタ１
４，１５の各分配用電極１９，２２の下のポテンシャル
が深くなる。これにより、水平転送レジスタ１５の転送
チャネル２０に蓄積されていた信号電荷●が分配用電極
２２の下に拡がる。次に、１ライン目のゲート電極に印
加される転送クロックφＶＨ２が“Ｈ”レベルになり、
その下のポテンシャルが深くなると（時点Ｔ１０）、イ
メージ部１３の１ライン目の信号電荷（これは転送開始
前には２ライン目の信号電荷であることから、以下、２
ライン目の信号電荷○と称する）が水平転送レジスタ１
４に移される。

【００２９】このとき、水平転送クロックφＨ２、分配
クロックφＨＨＧ１が共に“Ｈ”レベルの状態にあるの
で、水平転送レジスタ１４，１５の各転送チャネル１
７，２０のポテンシャルおよび各分配用電極１９，２２
の下のポテンシャルが深く、また水平転送クロックφＨ
１が“Ｌ”レベルの状態にあるので転送チャネル１８，
２１のポテンシャルは浅い。したがって、イメージ部１
３から水平転送レジスタ１４に移された２ライン目の信
号電荷○は、転送チャネル１７および分配用電極１９の
下に蓄積される。

【００３０】次に、転送クロックφＶＨ２が“Ｌ”レベ
ルに遷移後、分配クロックφＨＨＧ１が中間レベル（以
下、“Ｍ”レベルと称する）に遷移すると（時点Ｔ１
１）、水平転送レジスタ１４，１５の各分配用電極１
９，２２の下のポテンシャルが中間レベルとなる。これ
により、分配用電極１９，２２の下に蓄積しきれず、溢
れた信号電荷は転送チャネル１７，２０に戻される。続
いて、水平転送クロックφＨ１が“Ｈ”レベルに遷移
し、その後分配クロックφＨＨＧ１が“Ｌ”レベルに遷
移すると（時点Ｔ１２）、分配用電極１９，２２の下に
残った信号電荷が転送チャネル１８，２１に転送され
る。

【００３１】以上の一連の動作により、１水平期間に垂
直２ライン分の信号電荷●，○が、イメージ部１３から
２本の水平転送レジスタ１４，１５に移され、かつ各レ
ジスタ１４，１５において各１ライン分の信号電荷が分
配用電極１９，２２によって転送チャネル１７と転送チ
ャネル１８，転送チャネル２０と転送チャネル２１にそ
れぞれ分配される。ここで、イメージ部１３側の水平転
送レジスタ１４が複合チャネル構造を採っていることに
より、取扱い電荷量を多くする目的で水平転送レジスタ
１４全体のチャネル幅を広く設定したとしても、各転送
チャネル１７，１８個々のチャネル幅が狭く、チャネル
幅方向の転送電界を十分に確保できるので、水平転送レ
ジスタ１４から水平転送レジスタ１５への１ライン分の
信号電荷の転送を完全に、かつ高速に行える。

【００３２】分配された信号電荷は、水平転送レジスタ
１４，１５において、水平転送クロックφＨ１，φＨ２
によって２相駆動されることにより、転送チャネル１
７，１８および転送チャネル２０，２１によって分担し
て水平転送され、出力段で再度画素単位で混合される。
そして、電荷検出部２３，２４に転送され、ここで信号
電圧に変換された後、アンプ２５，２６を経て垂直２ラ
イン分のＣＣＤ出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２として出力され
る。

【００３３】次に、一例としてイメージ部１３の垂直２
ライン分の信号電荷を、水平転送レジスタ１４、転送用
電極１６および水平転送レジスタ１５を介して電荷排出
部２９へ掃き捨てる場合の動作について、図６のタイミ
ングチャートに基づいて、図７の動作説明図および図８
のポテンシャル図を参照しつつ説明する。なお、図８
は、図７のＢ‐Ｂ′線に沿ったポテンシャル図、即ち水
平転送レジスタ１４の転送チャネル１８からドレイン部
２８までのポテンシャル図である。

【００３４】時点Ｔ２１の状態は、先述した信号電荷の
分配動作において、イメージ部１３の１ライン目の信号
電荷●が水平転送レジスタ１４および転送用電極１６を
経て水平転送レジスタ１５に転送され、その転送チャネ
ル２０および分配用電極２２の下に蓄積された時点Ｔ９
の状態と同じである。すなわち、ここまでは、先述した
分配動作の場合と全く同じ動作により、１ライン目の信
号電荷●が水平転送レジスタ１４および転送用電極１６
を介して水平転送レジスタ１５へ転送される。このと
き、２ライン目の信号電荷が水平転送レジスタ１４に転
送され、転送チャネル１７および分配用電極１９の下に
蓄積される。

【００３５】次に、水平転送クロックφＨ２が“Ｌ”レ
ベルに遷移し、転送チャネル２０の下のポテンシャルが
浅くなると（時点Ｔ２２）、１ライン目の信号電荷●が
全て分配用電極２２の下に蓄積される。このとき、２ラ
イン目の信号電荷が全て分配用電極１９の下に蓄積され
る。

【００３６】続いて、水平転送クロックφＨ１、転送ク
ロックφＨＨＧ２および掃き出しクロックφＨＯＧが共
に“Ｈ”レベルに遷移し、転送チャネル１８，２１のポ
テンシャル、転送用電極１６の下のポテンシャルおよび
掃き出し用電極２７の下のポテンシャルが深くなると
（時点Ｔ２３）、分配用電極２２の下に蓄積されている
１ライン目の信号電荷●が、転送チャネル２１および掃
き出し用電極２７の下を経てドレイン部２８へ流れ出
す。このとき、分配用電極１９の下に蓄積されている２
ライン目の信号電荷○が、転送チャネル１８および転送
用電極１６の下に流れ込む。

【００３７】続いて、分配クロックφＨＨＧ１が“Ｌ”
レベルに遷移し、分配用電極１９，２２の下のポテンシ
ャルが浅くなると（時点Ｔ２４）、分配用電極２２の下
の１ライン目の信号電荷●が完全にドレイン部２８へ掃
き捨てられるとともに、分配用電極１９の下の２ライン
目の信号電荷○が完全に転送チャネル１８および転送用
電極１６に転送される。そして、水平転送クロックφＨ
１が“Ｌ”レベルに遷移し、転送チャネル１８，２１の
ポテンシャルが浅くなると（時点Ｔ２５）、２ライン目
の信号電荷○が全て転送用電極１６の下に蓄積される。

【００３８】次に、水平転送クロックφＨ２および分配
用クロックφＨＨＧ１が“Ｈ”レベルに遷移し、転送チ
ャネル１７，２０のポテンシャルおよび分配用電極１
９，２２の下のポテンシャルが深くなると（時点Ｔ２
６）、転送用電極１６の下に蓄積されている２ライン目
の信号電荷○が水平転送レジスタ１５の転送チャネル２
０および分配用電極２２の下に流れ込む。

【００３９】そして、転送クロックφＨＨＧ２および掃
き出しクロックφＨＯＧが“Ｌ”レベルに遷移し、転送
用電極１６の下のポテンシャルが浅くなると（時点Ｔ２
７）、転送用電極１６の下の２ライン目の信号電荷○が
全て転送チャネル２０および分配用電極２２の下に転送
され、さらに水平転送クロックφＨ２が“Ｌ”レベルに
遷移し、転送チャネル１７，２０のポテンシャルが浅く
なると（時点Ｔ２８）、２ライン目の信号電荷○は全て
分配用電極２２の下に蓄積される。この状態は時点Ｔ２
２の状態と同じであり、以下、時点Ｔ２２以降の動作を
繰り返すことにより、２ライン目の信号電荷○がドレイ
ン部２８へ掃き捨てられる。

【００４０】以上の一連の動作により、イメージ部１３
の各画素の信号電荷が、水平転送レジスタ１４、転送用
電極１６、水平転送レジスタ１５および掃き出し用電極
２７を介してドレイン部２８へライン単位で掃き捨てら
れる。ここで、先述したように、水平転送レジスタ１４
が複合チャネル構造を採っていることで、水平転送レジ
スタ１４から水平転送レジスタ１５への１ライン分の信
号電荷の転送を完全に行える。しかも、水平転送レジス
タ１５についても同様に複合チャネル構造を採っている
ことにより、取扱い電荷量を多くする目的で水平転送レ
ジスタ１５全体のチャネル幅を広く設定したとしても、
各転送チャネル２０，２１のチャネル幅が狭く、チャネ
ル幅方向の転送電界を十分に確保できるので、水平転送
レジスタ１５からドレイン部２８への１ライン分の信号
電荷の転送を完全に、かつ高速に行える。

【００４１】また、上述した一連の動作において、掃き
出し用電極２７を水平転送レジスタ１４，１５間の転送
用電極１６と同相のクロック（φＨＨＧ２，φＨＯＧ）
にて駆動することにより、水平転送レジスタ１５からド
レイン部２８への信号電荷の掃き出し動作と、水平転送
レジスタ１４から水平転送レジスタ１５への信号電荷の
転送動作とが同時に行われる。したがって、時間的な無
駄がなく、ライン単位での信号電荷の排出動作を行うこ
とができる。さらに、転送クロックφＨＨＧ２と掃き出
しクロックφＨＯＧとを同相で駆動する場合、１つのド
ライバにて駆動できる。

【００４２】なお、上述した動作説明では、イメージ部
１３の各画素の信号電荷をライン単位でドレイン部２８
へ掃き捨てる場合を例にとって説明したが、水平転送レ
ジスタ１４，１５で信号電荷を水平有効期間内の一定期
間だけ水平転送した後、水平転送レジスタ１４，１５内
に残った信号電荷を、上述した場合と同様の動作によっ
てドレイン部２８へ掃き捨てることもできる。

【００４３】次に、以上説明した複合チャネル構造の２
本の水平転送レジスタ１４，１５を備えたＣＣＤエリア
センサの応用例について説明する。この応用例は、イメ
ージ部１３の左下半分（有効画素の１／４）のみを切り
出して通常の１／４の時間で一枚の画像を得る場合であ
り、これにより画像レートとして４倍にするといった駆
動が可能となる。図９は、この応用例に係る撮像イメー
ジ図であり、（Ａ）は通常撮像時、（Ｂ）はその１／４
の領域（○）を切り出す高速撮像時をそれぞれ示してい
る。

【００４４】この応用例の場合の駆動動作について、図
１０および図１１の動作イメージ図を参照しつつ説明す
る。なお、この応用例では、一例として、垂直方向のラ
イン数を１５とした場合について説明する。また、以下
の動作説明においては、イメージ部１３上の撮像イメー
ジと実際の再生イメージとは鏡面の関係にあることか
ら、有効画素領域の左側半分のラインについてはライン
数の後ろにＲを、右側半分のラインについてはＬを付す
ものとする。

【００４５】図１０（Ａ）において、有効画素領域の太
線で囲った左下半分、即ちライン１Ｒ〜７Ｒを使用エリ
アとすると、先ず、図１０（Ｂ）に示すように、１ライ
ン目の信号電荷１Ｒ，１Ｌを水平転送レジスタ１４に移
す。続いて、図１０（Ｃ）に示すように、水平転送レジ
スタ１４の１ライン目の信号電荷１Ｒ，１Ｌを水平転送
レジスタ１５に転送し、同時に、イメージ部１３から２
ライン目の信号電荷２Ｒ，２Ｌを水平転送レジスタ１４
へ移す。

【００４６】この状態から、水平転送レジスタ１４，１
５を駆動して水平転送を通常の半分の期間に亘って行
う。これにより、有効画素領域の左半分の１ライン目，
２ライン目の各信号電荷１Ｒ，２Ｒが、ＣＤＤ出力ＯＵ
Ｔ１，ＯＵＴ２として出力される。このとき、有効画素
領域の右半分の１ライン目の信号電荷１Ｌおよび２ライ
ン目の信号電荷２Ｌは、図１０（Ｄ）に示すように、水
平転送レジスタ１５，１４の左側半分に残存する。

【００４７】次に、水平転送レジスタ１５，１４の左側
半分に残存した１ライン目，２ライン目の各信号電荷１
Ｌ，２Ｌを電荷排出部２９へ掃き捨てる動作を行う。具
体的には、先ず、水平転送レジスタ１５に残存した１ラ
イン目の信号電荷１Ｌを電荷排出部２９へ掃き捨てる。
このとき、図１１（Ａ）に示すように、水平転送レジス
タ１４に残存した２ライン目の信号電荷２Ｌが水平転送
レジスタ１５に転送され、水平転送レジスタ１４には３
ライン目の信号電荷３Ｒ，３Ｌがイメージ部１３から移
される。

【００４８】続いて、水平転送レジスタ１５に転送され
た２ライン目の信号電荷２Ｌを電荷排出部２９へ掃き捨
てる。このとき、図１１（Ｂ）に示すように、水平転送
レジスタ１４の３ライン目の信号電荷３Ｒ，３Ｌが水平
転送レジスタ１５へ転送されると同時に、水平転送レジ
スタ１４へは新たに４ライン目の信号電荷４Ｒ，４Ｌが
イメージ部１３から移される。そして、この３ライン目
の信号電荷３Ｒ，３Ｌおよび４ライン目の信号電荷４
Ｒ，４Ｌについて、読み出しおよび掃き捨ての各動作を
行う。以上の動作を、使用エリア内の最上端ラインであ
る７ライン目まで繰り返すことにより、使用エリア内の
信号電荷１Ｒ〜７Ｒのみが出力される。

【００４９】使用エリア内の信号電荷の読み出しおよび
掃き捨ての各動作が終了したら、８ライン目の信号電荷
８Ｒ，８Ｌからは読み出しは行わず、１５ライン目の信
号電荷１５Ｒ，１５Ｌまで全て電荷排出部２９へ掃き捨
てる。その過程の状態を、図１１（Ｃ）に示す。この状
態は、８ライン目の信号電荷８Ｒ，８Ｌを電荷排出部２
９へ掃き捨て、水平転送レジスタ１５に９ライン目の信
号電荷９Ｒ，９Ｌが、水平転送レジスタ１４に１０ライ
ン目の信号電荷１０Ｒ，１０Ｌがそれぞれ転送された状
態である。

【００５０】そして、１５ライン目の信号電荷１５Ｒ，
１５Ｌを電荷排出部２９へ掃き捨てると、図１１（Ｄ）
に示すように、１画面分の全画素の信号電荷の読み出し
および掃き捨て動作が終了する。上述した一連の動作に
より、ＣＣＤエリアセンサの転送動作を通常の１／４で
行えるので、画像レートとして４倍にすることができ
る。また、これは、先述したように、水平転送レジスタ
１４，１５が共に複合チャネル構造であり、電荷排出部
２９への信号電荷の完全な転送ができることにより、実
現可能となる動作である。

【００５１】なお、上記実施形態においては、２本の水
平転送レジスタ１４，１５を有するＣＣＤエリアセンサ
に適用した場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、１本の水平転送レジスタを有し、かつそ
の横に電荷排出部を隣接して備えたＣＣＤエリアセンサ
にも適用可能である。このＣＣＤエリアセンサにおいて
も、１本の水平転送レジスタを複合チャネル構造とする
ことにより、取扱い電荷量を多くする目的で水平転送レ
ジスタ全体のチャネル幅を広く設定したとしても、各転
送チャネル個々のチャネル幅が狭く、チャネル幅方向の
転送電界を十分に確保できるので、水平転送レジスタ中
の信号電荷（イメージ部から水平転送レジスタへ転送直
後の信号電荷を含む）を完全に、かつ高速に掃き捨てる
ことが可能となる。

【００５２】また、水平転送レジスタを３本以上有する
ＣＣＤエリアセンサにも同様に適用することができる。
図１２は、水平転送レジスタを例えば３本有するＣＣＤ
エリアセンサに適用した場合の実施形態を示す構成図で
あり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示し
てある。本実施形態では、２本目の水平転送レジスタ１
５の外側に、転送用電極３０を挟んで３本目の水平転送
レジスタ３１が設けられ、その外側に隣接して電荷排出
部２９が設けられた構成となっている。

【００５３】３本目の水平転送レジスタ３１も、水平転
送レジスタ１４，１５と同様に、互いに並置された例え
ば２つの転送チャネル３２，３３と、この２つの転送チ
ャネル３２，３３間に設けられて各チャネルに信号電荷
を分配する分配用電極３４とからなり、転送チャネル３
２，３３がその出力段にて合流した複合チャネル構造と
なっている。この水平転送レジスタ３１は、水平転送レ
ジスタ１５から転送用電極３０を介して転送された１ラ
イン分の信号電荷について、分配用電極３４によって２
つの転送チャネル３２，３３に分配し、この２つの転送
チャネル３２，３３にて分担して水平転送し、合流した
出力段で１画素分ずつ混合する。

【００５４】水平転送レジスタ３１の転送先の端部に
は、例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ
構成の電荷検出部３５が設けられている。この電荷検出
部３５は、水平転送レジスタ３１にて水平転送された信
号電荷を検出して信号電圧に変換する。この信号電圧
は、アンプ３６を介してＣＣＤ出力ＯＵＴ３として他の
２つのＣＣＤ出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２と共に導出され
る。

【００５５】この複合チャネル構造の３本の水平転送レ
ジスタ１４，１５，３１を備えたＣＣＤエリアセンサに
おいて、水平転送レジスタ１４，１５，３１の各分配用
電極１９，２２，３４は各レジスタ間相互で電気的に接
続され、同一の分配クロックφＨＨＧ１によって駆動さ
れる。また、水平転送レジスタ１４，１５，３１間に設
けられた転送用電極１６，３０も同様に相互に電気的に
接続され、同一の転送クロックφＨＨＧ２によって駆動
される。

【００５６】上述したように、３本の水平転送レジスタ
１４，１５，３１を有し、かつ一番外側の水平転送レジ
スタ３１に隣接して電荷排出部２９を備えたＣＣＤエリ
アセンサにおいて、３本の水平転送レジスタ１４，１
５，３１を共に複合チャネル構造とした構成を採ること
により、各転送チャネルのチャネル幅が狭く、チャネル
幅方向の転送電界を十分に確保できるので、水平転送レ
ジスタ１４，１５，３１中の信号電荷（イメージ部１３
から水平転送レジスタ１４へ、水平転送レジスタ１４を
経て水平転送レジスタ１５へ、水平転送レジスタ１４，
１５を経て水平転送レジスタ３１へ転送直後の信号電荷
を含む）を完全に、かつ高速に掃き捨てることが可能と
なる。

【００５７】また、水平転送レジスタ１４，１５，３１
の各分配用電極１９，２２，３４を同一の分配クロック
φＨＨＧ１によって駆動するようにしたことにより、複
合チャネル構造の水平転送レジスタの本数が増えたり、
チャネル数が増えても、各レジスタ間で分配クロックφ
ＨＨＧ１を変更する必要がないため、その駆動系として
同じ構成のものをそのまま用いることができる。同様
に、水平転送レジスタ１４，１５，３１間の転送用電極
１６，３０も同一の転送クロックφＨＨＧ２によって駆
動するようにしたことにより、水平転送レジスタの本数
が増えても、転送クロックφＨＨＧ２を変更する必要が
ないため、その駆動系として同じの構成のものをそのま
ま用いることができる。

【００５８】なお、本実施形態では、３本の水平転送レ
ジスタ１４，１５，３１を有するＣＣＤエリアセンサに
適用した場合について説明したが、水平転送レジスタを
４本以上有し、かつ一番外側の水平転送レジスタに隣接
して電荷排出部を備えたＣＣＤエリアセンサにも同様に
適用し得ることは勿論である。このように、水平転送レ
ジスタの本数が増えても、水平転送レジスタの各分配用
電極を同一の分配クロックφＨＨＧ１によって駆動した
り、水平転送レジスタ間の各転送用電極を同一の転送ク
ロックφＨＨＧ２によって駆動したりする構成を採るこ
とで、駆動系の構成に変更を全く加える必要がないとい
う利点がある。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イメージ部から移された信号電荷を転送する少なくとも
１本の電荷転送部と、この電荷転送部のイメージ部と反
対側に隣接して設けられた電荷排出部とを備えた固体撮
像装置において、電荷転送部を複合チャネル構造とした
ことにより、取扱い電荷量を多くするために電荷転送部
全体としてチャネル幅を広く設定したとしても、各転送
チャネル個々のチャネル幅を狭く設定できる。これによ
り、電荷転送部から電荷排出部への信号電荷の掃き出し
を行う際に、十分な転送電界を確保できるので、電荷転
送部中の信号電荷を高速にかつ完全に電荷排出部へ掃き
出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す構成図である。

【図２】水平転送部および電荷排出部の要部の平面パタ
ーン図である。

【図３】信号電荷の分配動作時のタイミングチャートで
ある。

【図４】信号電荷分配の動作説明図である。

【図５】信号電荷の分配動作時のポテンシャル図であ
る。

【図６】信号電荷の掃き捨て動作時のタイミングチャー
トである。

【図７】信号電荷の掃き捨ての動作説明図である。

【図８】信号電荷の掃き捨て動作時のポテンシャル図で
ある。

【図９】本発明の応用例に係る撮像イメージ図であり、
（Ａ）は通常撮像時、（Ｂ）は高速撮像時をそれぞれ示
している。

【図１０】本発明の応用例の駆動動作を説明する動作イ
メージ図（その１）である。

【図１１】本発明の応用例の駆動動作を説明する動作イ
メージ図（その２）である。

【図１２】本発明の他の実施形態を示す構成図である。

【図１３】一従来例を示す構成図である。

【図１４】他の従来例を示す構成図である。

【符号の説明】

１１ 受光部 １２ 垂直転送レジスタ １３ イ
メージ部 １４，１５，３１ 水平転送レジスタ １６，３０
転送用電極 １７，１８，２０，２１，３２，３３ 転送チャネル １９，２１，３４ 分配用電極 ２３，２４，３５
電荷検出部 ２７ 掃き出し用電極 ２８ ドレイン部 ２９
電荷排出部

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を信号電荷に光電変換する複数個
   の受光部を有するイメージ部と、 互いに並置された複数の転送チャネルおよび前記複数の
   転送チャネルの各々に信号電荷を分配する分配用電極を
   有し、前記イメージ部から移される１ライン分の信号電
   荷を前記複数の転送チャネルにて分担して転送する複合
   チャネル構造の電荷転送部と、 前記電荷転送部に対して前記イメージ部と反対側に隣接
   して設けられて前記電荷転送部中の信号電荷を選択的に
   掃き捨てる電荷排出部とを備えたことを特徴とする固体
   撮像装置。
2. 【請求項２】 前記電荷転送部は、複数ライン分の信号
   電荷の転送に対応して設けられた複数本の電荷転送部
   と、前記複数本の電荷転送部間において信号電荷をライ
   ン単位で転送する転送用電極とを有することを特徴とす
   る請求項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記複数本の電荷転送部の各々の前記分
   配用電極は、各電荷転送部間相互で電気的に接続され、
   かつ同一のクロックにて駆動されることを特徴とする請
   求項２記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記複数本の電荷転送部は３本以上であ
   り、各電荷転送部間に設けられた前記転送用電極は電気
   的に接続され、かつ同一のクロックにて駆動されること
   を特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記掃き出し用電極と前記転送用電極と
   を同相のクロックにて駆動することを特徴とする請求項
   ２記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】 イメージ部から電荷転送部へ１ライン分
   ずつ信号電荷を移すとともに、この１ライン分の信号電
   荷を前記電荷転送部において複数の転送チャネルに分配
   し、 しかる後前記複数の転送チャネルにて１ライン分の信号
   電荷を分担して転送する一方、 所定の期間において前記電荷転送部中の信号電荷を電荷
   排出部へ掃き出すことを特徴とする固体撮像装置の駆動
   方法。
7. 【請求項７】 前記イメージ部から複数ライン分の信号
   電荷をライン単位で複数本の電荷転送部に振り分けると
   ともに、前記複数ライン分の信号電荷を前記複数本の電
   荷転送部にて分担して転送することを特徴とする請求項
   ６記載の固体撮像装置の駆動方法。
8. 【請求項８】 前記複数の転送チャネルへの信号電荷の
   分配を、前記複数本の電荷転送部間において同一のクロ
   ック駆動によって行うことを特徴とする請求項７記載の
   固体撮像装置の駆動方法。
9. 【請求項９】 前記電荷転送部は３本以上設けられてお
   り、各電荷転送部間における信号電荷の転送を、同一の
   クロック駆動によって行うことを特徴とする請求項７記
   載の固体撮像装置の駆動方法。
10. 【請求項１０】 前記電荷排出部への信号電荷の掃き出
    しと前記複数本の電荷転送部への信号電荷の振り分けと
    を、同相のクロック駆動によって行うことを特徴とする
    請求項７記載の固体撮像装置の駆動方法。