JPH10271394A

JPH10271394A - 電荷転送装置およびこれを用いた固体撮像装置

Info

Publication number: JPH10271394A
Application number: JP9069470A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nakagawa; 進次中川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＣＤエリアセンサにおいて、フレームレー
トを速くするために、水平駆動周波数を高くすると、消
費電力が増加したり、後段の信号処理系におけるＣＤＳ
が困難になる。【解決手段】転送チャネルの上方にその転送方向にお
いて交互に繰り返して配列された第１相（φＨ１），第
２相（φＨ２）の電極対からなり、かつ第１相の電極対
が第２相の電極対を挟んで独立に駆動可能に配線された
電極構造を有する電荷転送部において、フレームレート
増加動作モードでは、第２相の電極対に直流電圧（φＨ
２）を与える一方、第２相の電極対を挟む第１相の電極
対の各々に逆相の転送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂを与
えることによってコンプリメント２相駆動し、φＨ１
ａ，φＨ２，φＨ１ｂ，φＨ２を水平転送の１サイクル
とすることで、水平方向２画素分の信号電荷を加算して
転送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電荷転送装置およ
びこれを水平転送レジスタとして用いた固体撮像装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像装置、例えばＣＣＤエリアセン
サにおける水平転送レジスタの断面構造を図１０に示
す。図１０において、Ｎ型基板１０１の表面側には、Ｐ
型ウェル１０２を挟んでＮ型転送チャネル１０３が形成
されている。このＮ型転送チャネル１０３の上方には、
図示せぬゲート絶縁膜を介してポリシリコンなどで形成
される１，２層目のゲート電極１０４，１０５が、転送
方向において交互に繰り返し配列されている。

【０００３】ゲート電極１０５の下方の転送チャネル１
０３の表面部分には、Ｎ^-の不純物がイオン注入されて
いる。そして、互いに隣り合う１，２層目のゲート電極
１０４，１０５が対をなし、各対のゲート電極１０４，
１０５には、図１１に示す如く互いに逆相の水平転送ク
ロックφＨ１，φＨ２が交互に印加される。この水平転
送クロックφＨ１，φＨ２は、水平転送レジスタに対し
てコンプリメント駆動を行う。

【０００４】ここで、上記構成の水平転送レジスタにお
ける転送動作について、図１２のポテンシャル図を参照
しつつ説明する。なお、図１２は、図１１の各タイミン
グＴ１〜Ｔ４でのポテンシャル分布を示している。

【０００５】Ｔ＝Ｔ１では、１相目の水平転送クロック
φＨ１が高レベル（以下、“Ｈ”レベルと称する）、２
相目の水平転送クロックφＨ２が低レベル（以下、
“Ｌ”レベルと称する）であることから、φＨ１のゲー
ト電極１０４，１０５の下のポテンシャルが深くなり、
しかもゲート電極１０４の下方部分がゲート電極１０５
の下方部分よりもポテンシャルが深いので、信号電荷は
φＨ１のゲート電極１０４の下に蓄積される。

【０００６】Ｔ＝Ｔ２では、１相目の水平転送クロック
φＨ１が“Ｌ”レベル、２相目の水平転送クロックφＨ
２が“Ｈ”レベルとなることから、φＨ１のゲート電極
１０４，１０５の下のポテンシャルが浅くなり、φＨ２
のゲート電極１０４，１０５の下のポテンシャルが深く
なる。これにより、φＨ１のゲート電極１０４の下に蓄
積されていた信号電荷が、φＨ２のゲート電極１０４，
１０５に転送される。このとき、ゲート電極１０５の下
方部分よりもゲート電極１０４の下方部分の方がポテン
シャルが深いので、信号電荷はφＨ２のゲート電極１０
４の下に蓄積される。

【０００７】Ｔ＝Ｔ３では、１相目の水平転送クロック
φＨ１が“Ｈ”レベル、２相目の水平転送クロックφＨ
２が“Ｌ”レベルとなることから、φＨ１のゲート電極
１０４，１０５の下のポテンシャルが深くなり、φＨ２
のゲート電極１０４，１０５の下のポテンシャルが浅く
なり、しかもゲート電極１０５の下方部分よりもゲート
電極１０４の下方部分の方がポテンシャルが深いので、
φＨ２のゲート電極１０４の下に蓄積されていた信号電
荷が、φＨ１のゲート電極１０４，１０５へ転送されか
つゲート電極１０４の下に蓄積される。

【０００８】Ｔ＝Ｔ４以降、同様の動作が繰り返され
る。この一連の転送動作により、水平転送クロックφＨ
１，φＨ２の１サイクルで水平１画素分の信号電荷の水
平転送が行われる。そして、水平転送された信号電荷
は、水平出力ゲート部を介して順次電荷検出部（図示せ
ず）に供給され、この電荷検出部で信号電圧に変換され
てＣＣＤ出力となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＣＣＤエリ
アセンサでは、近年の多（高）画素化の傾向に伴ってフ
レームレートが低下するという問題が起きてきている。
フレームレートが低下すると、ＣＣＤエリアセンサを搭
載した例えばカメラシステムにおいて、露光調整などの
際の測光時のフィードバックが遅くなるなどの不具合が
発生する。また、フレームレートが低下すると、信号電
荷の蓄積時間が長くなり、暗信号による画質劣化が問題
となる。

【００１０】多画素のＣＣＤエリアセンサにおいて、フ
レームレートを速くする方法としては、画素からの信号
電荷の読み出しを垂直方向において選択的に行う方法
や、垂直転送レジスタから水平転送レジスタにライン単
位で移した信号電荷を、水平転送レジスタの横に設けた
電荷排出部に選択的に捨てるなどによって垂直方向にお
いてラインを間引く方法がある。

【００１１】これに対して、水平１ライン（１Ｈ）の出
力期間を短くすることによってフレームレートを速くす
るには、水平転送レジスタを駆動する水平転送クロック
φＨ１，φＨ２の周波数、即ち水平駆動周波数を高くす
るしか方法がなかった。しかしながら、水平駆動周波数
を高くすると、消費電力が増加したり、また後段の信号
処理系において、クランプやサンプリングのマージンが
なくなり、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling;相関二
重サンプリング）が困難になるなどの問題が発生する。

【００１２】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、駆動周波数を変えず
に、出力期間の短縮を可能とした電荷転送装置およびこ
れを水平転送レジスタとして用いることによって水平１
ラインの出力期間の短縮に伴うフレームレートの増加を
可能とした固体撮像装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による電荷転送装
置は、転送チャネルの上方にその転送方向において交互
に繰り返して配列された第１相，第２相の電極対からな
り、かつ第１相の電極対が第２相の電極対を挟んで独立
に駆動可能に配線された電極構造と、第２相の電極対に
直流電圧を印加する手段と、第２相の電極対を挟む第１
相の電極対の各々に逆相の転送クロックを供給する手段
とを備えた構成となっている。

【００１４】上記構成の電荷転送装置において、第２相
の電極対の両側に隣接している第１相の電極対を独立に
駆動できるように配線し、第２相の電極対には直流電圧
を与えるとともに、第２相の電極対を挟む第１相の電極
対の各々には逆相の転送クロックを与え、コンプリメン
ト２相駆動とする。これにより、第１相の電極対の一
方、第２相の電極対、第１相の電極対の他方、第２相の
電極対の各段を１サイクルとする転送動作が行われ、転
送方向における２画素分の信号電荷が加算されて転送さ
れる。

【００１５】本発明による固体撮像装置は、入射光を信
号電荷に変換する複数の画素からなる撮像部と、これら
複数の画素から読み出された信号電荷を転送する電荷転
送部とを有し、この電荷転送部が、転送チャネルの上方
にその転送方向において交互に繰り返して配列された第
１相，第２相の電極対からなり、かつ第１相の電極対が
第２相の電極対を挟んで独立に駆動可能に配線された電
極構造と、動作モードを設定するモード設定部と、この
モード設定部によって第１の動作モードが設定されたと
きは、第２相の電極対に直流電圧又は第１相の電極対の
転送クロックと逆相の転送クロックを、第２相の電極対
を挟む第１相の電極対の各々に同相の転送クロックをそ
れぞれ供給し、第２の動作モードが設定されたときは、
第２相の電極対に直流電圧を印加し、第２相の電極対を
挟む第１相の電極対の各々に逆相の転送クロックを供給
する手段とを備えた構成となっている。

【００１６】上記構成の固体撮像装置において、第１の
動作モード、即ち通常動作モードでは、第２相の電極対
を挟む第１相の電極対の各々に同相の転送クロックを与
え、第２相の電極対に直流電圧又は第１相の電極対の転
送クロックと逆相の転送クロックを与えることで、通常
の２相駆動と同様の転送動作が行われる。一方、第２の
動作モード、即ちフレームレート増加動作モードでは、
第２相の電極対には直流電圧を与える。このとき、第２
相の電極対の下のポテンシャルが、その両側の第１相の
電極対のポテンシャルの最大レベル、最小レベルのほぼ
中間レベルになるように直流電圧の電圧が設定される。
また、第２相の電極対を挟む第１相の電極対の各々には
逆相の転送クロックを与えることで、コンプリメント２
相駆動とする。これにより、第１相の電極対の一方、第
２相の電極対、第１相の電極対の他方、第２相の電極対
の各段を１サイクルとする転送動作が行われ、転送方向
における２画素分の信号電荷が加算されて転送される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る例えばインターライ
ン転送方式のＣＣＤエリアセンサを示す概略構成図であ
る。図１において、行列状に配列され、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複数の
センサ部（画素）１１と、これらセンサ部１１の垂直列
ごとに設けられ、各センサ部１１から読み出しゲート
（図示せず）を介して読み出された信号電荷を垂直転送
する複数本の垂直転送レジスタ１２とによって撮像エリ
ア１３が構成されている。

【００１９】この撮像エリア１３において、センサ部１
１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードから構成されて
いる。垂直転送レジスタ１２は、例えば４相の垂直転送
クロックφＶ１〜φＶ４によって転送駆動され、各セン
サ部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走査線（１ライン）に相当する部分ず
つ順に垂直方向に転送する。撮像エリア１３の図面上の
下側には、水平転送レジスタ１４が配されている。

【００２０】水平転送レジスタ１４には、複数本の垂直
転送レジスタ１２の各々から１ラインに相当する信号電
荷が順次転送される。水平転送レジスタ１４は、水平転
送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂ，φＨ２によって転送駆
動され、複数本の垂直転送レジスタ１２から移された１
ライン分の信号電荷を、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。なお、本例
では、水平転送クロックφＨ２として、所定の電圧値の
直流電圧が与えられる。

【００２１】垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４および水
平転送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂは、タイミングジェ
ネレータ１５から発生される。タイミングジェネレータ
１５は、モード設定部１６によって通常動作モードが設
定されたときは、図２（Ａ）に示す如く同相の水平転送
クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂを、フレームレート増加動
作モードが設定されたときは、図２（Ｂ）に示す如く逆
相の水平転送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂをそれぞれ発
生する。

【００２２】水平転送レジスタ１４の転送先側の端部に
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１７が設けられている。この電荷検出
部１７は、水平転送レジスタ１４から水平出力ゲート
（ＨＯＧ）部１８を介して供給される信号電荷を蓄積す
るフローティング・ディフュージョン（ＦＤ）１９と、
信号電荷を排出するリセットドレイン（ＲＤ）２０と、
フローティング・ディフュージョン１９とリセットドレ
イン２０との間に設けられたリセットゲート（ＲＧ）２
１とから構成されている。

【００２３】この電荷検出部１７において、リセットド
レイン２０には所定のリセットドレイン電圧Ｖｒｄが印
加され、リセットゲート２１には信号電荷の検出周期で
リセットゲートパルスφＲＧが印加される。そして、フ
ローティング・ディフュージョン１９に蓄積された信号
電荷は信号電圧に変換され、出力回路２２を介してＣＣ
Ｄ出力信号ＯＵＴとして導出される。

【００２４】図３は、水平転送レジスタ１４として用い
られた本発明に係る電荷転送装置の断面図である。図３
において、Ｎ型基板３１の表面側には、Ｐ型ウェル３２
を挟んでＮ型転送チャネル３３が形成されている。この
Ｎ型転送チャネル３３の上方には、図示せぬゲート絶縁
膜を介してポリシリコンなどで形成される１，２層目の
ゲート電極３４，３５が、転送方向において交互に繰り
返し配列されている。ゲート電極３５の下方の転送チャ
ネル３３の表面部分には、Ｎ^-の不純物がイオン注入さ
れている。

【００２５】２層構造のゲート電極３４，３５の配列に
おいて、互いに隣り合うゲート電極３４，３５が対をな
し、各対のゲート電極３４，３５には、１相目の水平転
送クロックφＨ１（φＨ１ａ，φＨ１ｂ）と２相目の水
平転送クロックφＨ２（直流電圧）が交互に印加される
配線構造となっている。また、１相目の水平転送クロッ
クφＨ１ａ，φＨ１ｂが印加されるゲート電極３４，３
５の配列においても、水平転送クロックφＨ１ａと水平
転送クロックφＨ１ｂが交互に印加される配線構造とな
っている。

【００２６】すなわち、図３において、（ｎ−１）段
目、ｎ段目および（ｎ＋１）段目を例に採ると、（ｎ−
１）段目のゲート電極３４，３５には水平転送クロック
φＨ１ａが印加され、ｎ段目のゲート電極３４，３５に
は水平転送クロックφＨ２が印加され、（ｎ＋１）段目
のゲート電極３４，３５には水平転送クロックφＨ１ｂ
が印加され、水平転送クロックφＨ２の転送段の両側の
水平転送クロックφＨ１の転送段を独立に駆動できるよ
うに配線されている。

【００２７】次に、上記構成の水平転送レジスタ１４に
おける通常動作モード時およびフレームレート増加動作
モード時の各転送動作について説明する。

【００２８】先ず、通常動作モード時の転送動作につい
て図４のタイミングチャート（Ａ）およびポテンシャル
図（Ｂ）を用いて説明する。モード設定部１６によって
通常動作モードが設定されると、タイミングジェネレー
タ１５は、図４（Ａ）に示す如く同相の水平転送クロッ
クφＨ１ａ，φＨ１ｂを発生し、水平転送レジスタ１４
に供給する。また、水平転送クロックφＨ２について
は、所定の電圧値の直流電圧Ｖｆｉｘに固定となってい
る。

【００２９】なお、水平転送クロックφＨ２をＤＣ値に
固定とした場合において、この水平転送クロックφＨ２
が印加されるゲート電極３４，３５の下のポテンシャル
は、水平転送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂが“Ｈ”レベ
ルのときのポテンシャルと水平転送クロックφＨ１ａ，
φＨ１ｂが“Ｌ”レベルのときのポテンシャルの間、好
ましくは略中間レベルとなるように設定される。これ
は、不純物の注入あるいはＣＣＤ内部のクランプによっ
て実現できる。

【００３０】Ｔ＝Ｔ１では、水平転送クロックφＨ１
ａ，φＨ１ｂが“Ｈ”レベルであるため、φＨ１ａ，φ
Ｈ１ｂのゲート電極３４，３５の下のポテンシャルが、
φＨ２のゲート電極３４，３５の下のポテンシャルより
も深くなる。しかも、ゲート電極３５の下方にはＮ^-の
不純物がイオン注入されていることから、ゲート電極３
４の下方部分がゲート電極３５の下方部分よりもポテン
シャルが深いため、垂直転送レジスタ１２からφＨ１
ａ，φＨ１ｂの各ゲート電極３４，３５の下に移された
１ライン分の信号電荷はゲート電極３４の下に蓄積され
る。

【００３１】Ｔ＝Ｔ２では、水平転送クロックφＨ１
ａ，φＨ１ｂが“Ｌ”レベルとなるため、φＨ１ａ，φ
Ｈ１ｂのゲート電極３４，３５の下のポテンシャルが、
φＨ２のゲート電極３４，３５の下のポテンシャルより
も浅くなる。これにより、φＨ１ａ，φＨ１ｂのゲート
電極３４の下に蓄積されていた信号電荷が、φＨ２のゲ
ート電極３４，３５の下に転送される。このとき、ゲー
ト電極３４の下方部分がゲート電極３５の下方部分より
もポテンシャルが深いため、信号電荷はφＨ２のゲート
電極３４の下に蓄積される。

【００３２】Ｔ＝Ｔ３では、水平転送クロックφＨ１
ａ，φＨ１ｂが再び“Ｈ”レベルとなることから、φＨ
１ａ，φＨ１ｂのゲート電極３４，３５の下のポテンシ
ャルが、φＨ２のゲート電極３４，３５の下のポテンシ
ャルよりも深くなり、しかもゲート電極３４の下方のポ
テンシャルがゲート電極３５の下方のポテンシャルより
も深いことから、φＨ２のゲート電極３４の下に蓄積さ
れていた信号電荷はφＨ１ａ，φＨ１ｂのゲート電極３
４，３５へ転送されかつゲート電極３４の下に蓄積され
る。

【００３３】Ｔ＝Ｔ４以降、同様の動作が繰り返され
る。この一連の転送動作により、水平転送クロックφＨ
１ａ，φＨ１ｂの１サイクルで水平１画素分の信号電荷
の水平転送が行われる。そして、水平転送された水平１
画素分の信号電荷は、水平出力ゲート部１８を介して順
次電荷検出部１７に供給され、この電荷検出部１７で信
号電圧に変換されて出力回路２２を介してＣＣＤ出力と
して導出される。電荷検出部１７では、リセットゲート
パルスφＲＧがリセットゲート（ＲＧ）２１に印加され
ることにより、水平転送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂの
周期でフローティング・ディフュージョン（ＦＤ）１９
のリセット動作が行われる。

【００３４】なお、本例においては、通常動作モード時
に水平転送クロックφＨ２をＤＣ値に固定するとした
が、図４（Ａ）に一点鎖線で示すように、水平転送クロ
ックφＨ２を水平転送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂと逆
相のクロックとし、φＨ２のゲート電極３４，３５とＨ
１ａ，φＨ１ｂの各ゲート電極３４，３５をコンプリメ
ント２相駆動とすることも可能である。

【００３５】次に、フレームレート増加動作モード時の
転送動作について図５のタイミングチャート（Ａ）およ
びポテンシャル図（Ｂ）を用いて説明する。モード設定
部１６によってフレームレート増加動作モードが設定さ
れると、タイミングジェネレータ１５は、図５（Ａ）に
示す如く同相の水平転送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂを
発生し、水平転送レジスタ１４に供給する。また、水平
転送クロックφＨ２については、通常動作モード時と同
様に、所定の電圧値の直流電圧Ｖｆｉｘに固定となって
いる。

【００３６】Ｔ＝Ｔ１では、水平転送クロックφＨ１ａ
が“Ｈ”レベル、水平転送クロックφＨ１ｂが“Ｌ”レ
ベルであることから、φＨ１ａのゲート電極３４，３５
の下のポテンシャルが深く、φＨ１ｂのゲート電極３
４，３５の下のポテンシャルが浅く、φＨ２のゲート電
極３４，３５の下のポテンシャルがその略中間レベルと
なる。しかも、ゲート電極３４の下方のポテンシャルが
ゲート電極３５の下方のポテンシャルよりも深いことか
ら、φＨ１ｂのゲート電極３５の下が一番浅く、φＨ１
ａのゲート電極３４の下が一番深い階段状のポテンシャ
ル分布となる。

【００３７】これにより、垂直転送レジスタ１２からφ
Ｈ１ａ，φＨ１ｂの各ゲート電極３４，３５の下に移さ
れた１ライン分の信号電荷のうち、φＨ１ｂのゲート電
極３４，３５の下に移された信号電荷は、φＨ２のゲー
ト電極３４，３５の下を経由してφＨ１ａのゲート電極
３４，３５の下に移動しかつゲート電極３４の下に蓄積
される。その結果、垂直転送レジスタ１２から水平転送
レジスタ１４への転送段階で、水平２画素分の信号電荷
が加算されたことになる。

【００３８】Ｔ＝Ｔ２では、水平転送クロックφＨ１ａ
が“Ｌ”レベル、水平転送クロックφＨ１ｂが“Ｈ”レ
ベルとなることから、φＨ１ａのゲート電極３４，３５
の下のポテンシャルが浅く、φＨ１ｂのゲート電極３
４，３５の下のポテンシャルが深くなり、しかもゲート
電極３４の下方のポテンシャルがゲート電極３５の下方
のポテンシャルよりも深いため、φＨ１ａのゲート電極
３５の下が一番浅く、φＨ１ｂのゲート電極３４の下が
一番深い階段状のポテンシャル分布となる。その結果、
φＨ１ａのゲート電極３４の下に蓄積されていた水平２
画素分の信号電荷が、φＨ２のゲート電極３４，３５の
下を経由してφＨ１ｂのゲート電極３４，３５の下に移
動しかつゲート電極３４の下に蓄積される。

【００３９】Ｔ＝Ｔ３では再び、水平転送クロックφＨ
１ａが“Ｈ”レベル、水平転送クロックφＨ１ｂが
“Ｌ”レベルとなることから、φＨ１ａのゲート電極３
４，３５の下のポテンシャルが深く、φＨ１ｂのゲート
電極３４，３５の下のポテンシャルが浅くなり、しかも
ゲート電極３４の下方のポテンシャルがゲート電極３５
の下方のポテンシャルよりも深いため、φＨ１ａのゲー
ト電極３４の下が一番深く、φＨ１ｂのゲート電極３５
の下が一番浅い階段状のポテンシャル分布となる。その
結果、φＨ１ｂのゲート電極３４の下に蓄積されていた
水平２画素分の信号電荷が、φＨ２のゲート電極３４，
３５の下を経由してφＨ１ａのゲート電極３４，３５の
下に移動しかつゲート電極３４の下に蓄積される。

【００４０】Ｔ＝Ｔ４以降、同様の動作が繰り返され
る。この一連の転送動作により、水平転送クロックφＨ
１ａ，φＨ１ｂの１サイクルで水平２画素分の信号電荷
の水平転送が行われる。したがって、水平転送クロック
φＨ１ａ，φＨ１ｂの周波数、即ち水平駆動周波数を通
常動作モード時と同じとすれば、水平１ラインの出力期
間が半分となる。

【００４１】そして、水平転送された水平２画素分の信
号電荷は、水平出力ゲート部１８を介して順次電荷検出
部１７に供給され、この電荷検出部１７で信号電圧に変
換されて出力回路２２を介してＣＣＤ出力として導出さ
れる。電荷検出部１７では、リセットゲートパルスφＲ
Ｇがリセットゲート（ＲＧ）２１に印加されることによ
り、水平転送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂの周期でフロ
ーティング・ディフュージョン（ＦＤ）１９のリセット
動作が行われる。

【００４２】上述したように、インターライン転送方式
のＣＣＤエリアセンサの水平転送レジスタ１４におい
て、φＨ２のゲート電極３４，３５の両側に隣接してい
るφＨ１の各ゲート電極３４，３５を独立に駆動できる
ように配線するとともに、そのゲート構造をφＨ１ａ，
φＨ２，φＨ１ｂ，φＨ２の繰り返しとし、通常動作モ
ード時にはφＨ２をＤＣ値に固定し、かつφＨ１ａ，φ
Ｈ１ｂの各ゲート電極３４，３５を同相クロックで駆動
し、フレームレート増加動作モード時にはφＨ２を同じ
くＤＣ値に固定し、かつφＨ１ａ，φＨ１ｂの各ゲート
電極３４，３５をコンプリメント２相駆動する構成とし
たことにより、次のような作用効果が得られる。

【００４３】すなわち、フレームレート増加動作モード
では、φＨ２をＤＣ値に固定し、かつφＨ１ａ，φＨ１
ｂの各ゲート電極３４，３５をコンプリメント２相駆動
し、φＨ１ａ，φＨ２，φＨ１ｂ，φＨ２を水平転送の
１サイクルとすることで、水平２画素分の信号電荷を加
算して転送を行うことができるため、水平駆動周波数を
変えることなく、水平１ラインの出力期間を１／２にで
き、フレームレートを増加できる。逆に、フレームレー
トを一定とした場合には、水平駆動周波数を下げること
ができるため、消費電力を低減できる。

【００４４】また、従来の水平転送レジスタの最終段の
φＨ１に対して、本発明に係るφＨ１ａを同じタイミン
グ（位相が同じ）にすれば、ＣＣＤ出力波形についても
従来と全く変わらない波形（周波数および位相ともに従
来と同様）が得られるので、後段の信号処理系における
クランプパルスやサンプルホールドパルスなどのＣＤＳ
パルスを変更しなくても、従来と同様のサンプリングが
可能である。

【００４５】ここで、フレームレート増加動作モード
は、例えばカメラシステムに適用された場合において、
露光調整などを行う際の測光等に設定される。したがっ
て、フレームレートの高速化により、露光調整などを行
う際の測光等のフィードバックが速くなる。また、高画
素のＣＣＤエリアセンサにおいて、フレームレート増加
動作モードを設定することにより、ＮＴＳＣ等のテレビ
ジョン方式のモニタでモニタリングできることにもな
る。

【００４６】なお、上記実施形態では、水平転送クロッ
クφＨ２であるＤＣ値をＣＣＤチップの外部から与える
構成としたが、ＣＣＤチップの内部でＤＣ値を生成し、
このＤＣ値を水平転送クロックφＨ２として水平転送レ
ジスタ１４に与える構成とすることも可能である。これ
によれば、水平転送クロック用の端子が従来と同じ２個
で済むため、端子数を増やさなくても、通常動作モード
とフレームレート増加動作モードの切り替え機能を持つ
ＣＣＤエリアセンサを実現できる。

【００４７】また、上記実施形態では、インターライン
転送（ＩＴ）方式のＣＣＤエリアセンサの水平転送レジ
スタに適用した場合について説明したが、フレーム転送
（ＦＴ）方式やフレームインターライン転送（ＦＩＴ）
方式のＣＣＤエリアセンサの水平転送レジスタにも同様
に適用可能である。また、エリアセンサに限らずリニア
センサの電荷転送部、さらには固体撮像装置のみなら
ず、ＣＣＤ遅延線の電荷転送部にも同様に適用可能であ
る。

【００４８】リニアセンサの電荷転送部に適用し、通常
動作モードとフレームレート増加動作モードを切り替え
ることで、１つのリニアセンサ内で解像度を切り替える
使い方が可能となる。例えば、２０００画素のリニアセ
ンサで高解像度（２０００画素）モードと低解像度＆高
速（１０００画素）モードの切り替えを行うことが可能
となる。用途としては、複写機等の画像読取部におい
て、プレスキャン等の解像度を落としても良い場合に高
速モードを使用することが考えられる。一方、ＣＣＤ遅
延線の電荷転送部に適用した場合には、フレームレート
増加動作モードを設定することで、転送効率を向上でき
る。

【００４９】ところで、上記実施形態においては、モノ
クロＣＣＤエリアセンサに適用した場合を例に採って説
明したが、水平２画素の信号電荷を水平転送レジスタ１
４内で加算していることから、単板のカラーＣＣＤエリ
アセンサに適用した場合は、色分離を行えない場合があ
る。そこで、一例として、２×２或いは２×４のＧ市松
配列の原色フィルタを使用した単板カラーＣＣＤエリア
センサに適用し、色分離を可能とした各種適用例につい
て以下に説明する。

【００５０】図６は、第１適用例を示す概略構成図であ
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。この第１適用例では、センサ部１１から垂直転送
レジスタ１２に信号電荷を読み出すための読み出しゲー
トとして、色フィルタの水平方向２画素繰り返しに対し
て、１画素ずらした形で２列ごとに交互に分類された２
系統の読み出しゲート４１ａ，４１ｂを設け、この２系
統の読み出しゲート４１ａ，４１ｂを２種類の読み出し
ゲートパルスφＳＧ１，φＳＧ２によって別々に駆動で
きる配線構造となっている。

【００５１】この第１適用例に係るカラーＣＣＤエリア
センサにおいて、フレームレート増加動作モードでは、
センサ部１１からの信号電荷の読み出し時に読み出しゲ
ートパルスφＳＧ１のみを発生させることで、２系統あ
る読み出しゲート４１ａ，４１ｂのうちの一方の読み出
しゲート４１ａによってのみ読み出しを行う。これによ
り、図５で説明したフレームレート増加動作モードで水
平転送レジスタ１４を駆動したとしても、水平転送レジ
スタ１４の１サイクル（通常動作時の水平２画素分）
に、色フィルタの水平２色のうちの１色のみの信号電荷
が垂直転送レジスタ１２から水平転送レジスタ１４へ転
送（ＶＨ転送）されるため、色フィルタの水平２画素
（２色）の分離が行える。

【００５２】一方、通常動作モードでは、２種類の読み
出しゲートパルスφＳＧ１，φＳＧ２を同じタイミング
で発生させることで、２系統ある読み出しゲート４１
ａ，４１ｂを同相にて駆動し、全部の列から信号電荷の
読み出しを行う。これにより、色フィルタの水平２色の
信号電荷が共にＶＨ転送されるが、図４において説明し
たように、水平転送レジスタ１４の１サイクルで水平１
画素ずつ順に信号電荷の水平転送が行われる。

【００５３】図７は、本発明の第２適用例を示す概略構
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。この第２適用例では、垂直転送レジスタ
１２から水平転送レジスタ１４への転送経路中に、色フ
ィルタの水平方向２画素繰り返しに対し、１画素ずらし
た形で２画素繰り返しでＶＨ転送を選択的に阻止し、か
つ残りの画素についてのみ水平転送レジスタ１４へ転送
するコントロールゲート部４２を設けた構成となってい
る。

【００５４】図８に、コントロールゲート部４２の構成
の一例を示す。図８において、コントロールゲート部４
２は、“Ｌ”レベルのホールドパルスφＨＯＬＤが与え
られることによって水平方向に２画素ごとに信号電荷の
ＶＨ転送を阻止する転送阻止部４３と、この転送阻止さ
れた信号電荷を排出する電荷排出部４４とから構成され
ている。転送阻止部４３は、２列分の垂直転送レジスタ
１２の転送チャネル４５の上方に配されたホールドゲー
ト電極４６を有し、このホールドゲート電極４６に対し
てホールドパルスφＨＯＬＤが印加される。

【００５５】一方、電荷排出部４４は、隣り合う垂直転
送レジスタ１２の各転送チャネル４５，４５間を繋いで
転送阻止部４３によって転送阻止された信号電荷を案内
する案内チャネル４７と、この案内チャネル４７を通し
て垂直転送レジスタ１２の転送チャネル４５から流れ込
んだ信号電荷を基板に排出するドレイン４８とから構成
されている。なお、上述した転送阻止部４３および電荷
排出部４４の構成は一例に過ぎず、これに限定されるも
のではない。

【００５６】この第２適用例に係るカラーＣＣＤエリア
センサにおいて、フレームレート増加動作モードでは、
ＶＨ転送時にホールドゲート電極４６に“Ｌ”レベルの
ホールドパルスφＨＯＬＤを印加することで、色フィル
タの水平方向２画素繰り返しに対して、１画素ずらした
形で２画素繰り返しで転送チャネル４５中のホールドゲ
ート電極４６の下のポテンシャルが浅くなるため、水平
方向において２画素繰り返しでＶＨ転送が阻止される。

【００５７】転送阻止部４３で転送阻止された信号電荷
は、案内チャネル４７を通ってドレイン４８に掃き捨て
られることになる。これにより、図５で説明したフレー
ムレート増加動作モードで水平転送レジスタ１４を駆動
したとしても、水平転送レジスタ１４の１サイクル（通
常動作時の水平２画素分）に、色フィルタの水平２色の
うちの１色のみの信号電荷がＶＨ転送されるため、色フ
ィルタの水平２画素（２色）の分離が行える。

【００５８】一方、通常動作モードでは、ホールドパル
スφＨＯＬＤが“Ｈ”レベルになることで、転送チャネ
ル４５中のホールドゲート電極４６の下のポテンシャル
が深くなるため、転送阻止部４３での転送阻止が行われ
ず、全ての列においてＶＨ転送が行われる。これによ
り、色フィルタの水平２色の信号電荷が共にＶＨ転送さ
れるが、図４において説明したように、水平転送レジス
タ１４の１サイクルで水平１画素ずつ順に信号電荷の水
平転送が行われる。

【００５９】図９は、本発明の第３適用例を示す概略構
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。この第３適用例では、水平転送レジスタ
１４の撮像エリア１３と反対側に、水平転送レジスタ１
４に隣接して掃き捨てゲート５１を設け、さらにその外
側にドレイン５２を設けた構成となっている。掃き捨て
ゲート５１は、水平転送レジスタ１４の画素に対応した
各転送段に対して、１画素ずらした形で２画素繰り返し
で形成されている。

【００６０】掃き捨てゲート５１には、掃き捨てゲート
パルスφＨＯＢが選択的に印加されるようになってい
る。掃き捨てゲート５１は、掃き捨てゲートパルスφＨ
ＯＢが与えられることにより、水平転送レジスタ１４中
の対応する転送段の信号電荷をドレイン５２に掃き捨て
る。なお、掃き捨てゲート５１の間の２画素分に対応す
る領域（図中、斜線部分）５３はチャネルストップ領域
となっている。

【００６１】この第３適用例に係るカラーＣＣＤエリア
センサにおいて、フレームレート増加動作モードでは、
ＶＨ転送時に掃き捨てゲート５１に“Ｈ”レベルの掃き
捨てゲートパルスφＨＯＢを印加することで、掃き捨て
ゲート５１の下のポテンシャルが深くなるため、各垂直
転送レジスタ１２から水平転送レジスタ１４へ画素単位
でＶＨ転送された信号電荷が、１画素ずらした形で２画
素繰り返しで掃き捨てゲート５１を介してドレイン５２
に掃き捨てられる。これにより、色フィルタの水平２画
素（２色）の分離が行える。

【００６２】但し、先述した実施形態では、垂直転送レ
ジスタ１２から水平転送レジスタ１４への転送段階で水
平２画素分の信号電荷が加算されるとしたが、この第３
適用例の場合には、垂直転送レジスタ１２から水平転送
レジスタ１４への転送が行われるときに、φＨ１ａのゲ
ート電極３４，３５の転送段とφＨ１ｂのゲート電極３
４，３５の転送段にＶＨ転送された信号電荷が分離され
た状態になければならない。そのため、ＶＨ転送時点で
は、水平転送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂを共に“Ｈ”
レベルにする必要がある。そして、水平転送動作を開始
する時点で水平転送クロックφＨ１ａ，φＨ１ｂを逆相
とする。

【００６３】一方、通常動作モードでは、掃き捨てゲー
ト５１に印加する掃き捨てゲートパルスφＨＯＢを
“Ｌ”レベルとすることにより、掃き捨てゲート５１の
下のポテンシャルが浅くなるため、掃き捨てゲート５１
からドレイン５２への信号電荷の掃き捨ては行われず、
水平転送レジスタ１４の全ての転送段に信号電荷が蓄積
される。そして、図４において説明したように、水平転
送レジスタ１４の１サイクルで水平１画素ずつ順に信号
電荷の水平転送が行われる。

【００６４】上述した第１〜第３適用例の場合のよう
に、色フィルタの水平方向２画素繰り返しに対して、１
画素ずらした形で２画素繰り返しで水平方向の信号電荷
の間引き動作を行うことにより、単板のカラーＣＣＤエ
リアセンサに適用した場合であっても、確実に色分離を
行うことができる。なお、第１〜第３適用例では、２×
２或いは２×４のＧ市松配列の原色フィルタに適用した
例について説明したが、色配列はこれに限定されるもの
ではなく、また補色フィルタにも適用することが可能で
ある。

【００６５】また、第１〜第３適用例は、単板のカラー
ＣＣＤエリアセンサにおける色分離を目的としてなされ
たものであるが、水平方向の信号電荷の間引き動作につ
いてはモノクロＣＣＤエリアセンサに適用することも可
能であり、これによりフレームレートを向上できる。さ
らに、この水平方向の信号電荷の間引き動作と従来の垂
直方向の信号電荷を、水平転送レジスタ１４に隣接した
ドレインへ掃き捨てることによる間引き動作とを組み合
わせることにより、フレームレートをさらに向上でき
る。

【００６６】また、画像数が１２８０（Ｈ）×９８０
（Ｖ）の１２０万画素のＣＣＤエリアセンサの場合に、
第２適用例（図７）或いは第３適用例（図９）で説明し
た水平方向の信号電荷の間引き動作を行い、垂直方向に
関しては、例えば読み出しゲートを２系統設け、２ライ
ンごとに読み出すことによって間引き動作を行うことに
より、通常動作モード時と光学中心をずらすことなく、
ＶＧＡ(Video GraphicsArray)やＮＴＳＣ／ＰＡＬモニ
タに出力することが可能となる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
転送チャネルの上方にその転送方向において交互に繰り
返して配列された第１相，第２相の電極対からなり、か
つ第１相の電極対が第２相の電極対を挟んで独立に駆動
可能に配線された電極構造の電荷転送部において、第２
相の電極対に直流電圧を与える一方、第２相の電極対を
挟む第１相の電極対の各々に逆相の転送クロックを与え
てコンプリメント２相駆動としたことで、第１相の電極
対の一方、第２相の電極対、第１相の電極対の他方、第
２相の電極対の各段を１サイクルとする転送動作が行わ
れ、転送方向における２画素分の信号電荷を加算して転
送できるため、水平駆動周波数を変えることなく、水平
１ラインの出力期間を１／２にでき、フレームレートを
増加できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＣＣＤエリアセンサの概略構成図
である。

【図２】本発明に係る水平転送クロックの波形図であ
り、（Ａ）は通常動作モード時、（Ｂ）はフレームレー
ト増加動作モード時をそれぞれ示している。

【図３】水平転送レジスタの断面構造図である。

【図４】通常動作モード時の動作説明図であり、（Ａ）
はタイミングチャート、（Ｂ）はポテンシャル図であ
る。

【図５】フレームレート増加動作モード時の動作説明図
であり、（Ａ）はタイミングチャート、（Ｂ）はポテン
シャル図である。

【図６】本発明の第１適用例を示す概略構成図である。

【図７】本発明の第２適用例を示す概略構成図である。

【図８】第２適用例に係るコントロールゲート部の構成
の一例を示す平面パターン図である。

【図９】本発明の第３適用例を示す概略構成図である。

【図１０】従来例を示す断面構造図である。

【図１１】２相水平転送クロックの波形図である。

【図１２】従来の動作説明のためのポテンシャル図であ
る。

【符号の説明】

１１センサ部１２垂直転送レジスタ１４
水平転送レジスタ１５タイミングジェネレータ１６モード設定部
１７電荷検出部３４，３５ゲート電極４１ａ，４１ｂ読み出し
ゲート４２コントロールゲート部４３転送阻止部
４４電荷排出部４８，５２ドレイン５１掃き捨てゲート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転送チャネルの上方にその転送方向にお
いて交互に繰り返して配列された第１相，第２相の電極
対からなり、かつ前記第１相の電極対が前記第２相の電
極対を挟んで独立に駆動可能に配線された電極構造と、前記第２相の電極対に直流電圧を印加する手段と、前記第２相の電極対を挟む前記第１相の電極対の各々に
逆相の転送クロックを供給する手段とを備えたことを特
徴とする電荷転送装置。
【請求項２】入射光を信号電荷に変換する複数の画素
からなる撮像部と、前記複数の画素から読み出された信
号電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像装置で
あって、前記電荷転送部は、転送チャネルの上方にその転送方向において交互に繰り
返して配列された第１相，第２相の電極対からなり、か
つ前記第１相の電極対が前記第２相の電極対を挟んで独
立に駆動可能に配線された電極構造と、動作モードを設定するモード設定部と、前記モード設定部によって第１の動作モードが設定され
たときは、前記第２相の電極対に直流電圧又は前記第１
相の電極対の転送クロックと逆相の転送クロックを、前
記第２相の電極対を挟む前記第１相の電極対の各々に同
相の転送クロックをそれぞれ供給し、第２の動作モード
が設定されたときは、前記第２相の電極対に直流電圧を
印加し、前記第２相の電極対を挟む前記第１相の電極対
の各々に逆相の転送クロックを供給する手段とを備えた
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】前記電荷転送部は、前記第１の動作モー
ドでは１画素分を１サイクルとして転送動作を行い、前
記第２の動作モードでは２画素分を１サイクルとして転
送動作を行うことを特徴とする請求項２記載の固体撮像
装置。
【請求項４】前記第２の動作モードでは、最終段の転
送クロックの位相が第１の動作モードでの最終段の転送
クロックと同相であることを特徴とする請求項２記載の
固体撮像装置。
【請求項５】前記第２の動作モードでは、前記複数の
画素のうちの転送方向における所定の繰り返し画素ごと
に選択的に信号電荷を転送することを特徴とする請求項
２記載の固体撮像装置。
【請求項６】前記撮像部は、行列状に配置された複数
の画素と、前記複数の画素の垂直列ごとに配された複数
の垂直転送部と、前記第１の動作モードでは前記複数の
画素の全てから信号電荷を前記垂直転送部に読み出し、
前記第２の動作モードでは前記複数の画素のうちの転送
方向における所定の繰り返し画素ごとに選択的に信号電
荷を前記垂直転送部に読み出す読み出しゲート部とを有
することを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】前記撮像部は、行列状に配置された複数
の画素と、前記複数の画素の垂直列ごとに配されて前記
複数の画素の各々から読み出された信号電荷を垂直転送
する複数の垂直転送部と、前記複数の画素のうちの水平
方向における所定の繰り返し画素ごとに前記複数の垂直
転送部から前記電荷転送部へ選択的に信号電荷を転送す
るコントロールゲート部とを有することを特徴とする請
求項５記載の固体撮像装置。
【請求項８】前記電荷転送部は、前記撮像部から転送
された前記複数の画素の信号電荷のうちの転送方向にお
ける所定の繰り返し画素ごとの信号電荷以外の信号電荷
を掃き捨てる電荷排出部を有することを特徴とする請求
項５記載の固体撮像装置。