JPH11225288A - 撮像素子及び該撮像素子を備える電子式カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 延直ＣＣＤ型の撮像素子において、十分な開
口率を確保しつつ、加工が容易な配線構造を得られるよ
うにすること。 【解決手段】 ＣＣＤ型電気信号転送路（２４）と、光
の強度を電気信号に変換する光電変換手段（２１，２
２）と、この光電変換手段（２１，２２）から転送路上
へ電気信号を転送する手段（３５）と、各区間の下端も
しくはその直上の要素から電気信号を素子の外部に排出
する手段（２７）とを備える。隣接する２個の電気信号
転送路（２４）を１組とし、その左右に光電変換手段
（２１，２２）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速連続撮影用の
撮像素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明者は、先に、図１８に示すような
蛇行部ないしは曲線部を有する延直ＣＣＤ型ＩＳＩＳ
（In-situ Storage Image Ｓensor、画素周辺信号蓄積
型撮像素子）を提案している（特開平９−５５８８９号
公報参照）。

【０００３】この図１８の撮像素子は、以下のような理
由から曲線部を設けたものである。図１９に示すよう
に、真直なＣＣＤ転送路１を平行に設け、隣合うＣＣＤ
転送路１の間に光電変換手段として細長いフォトダイオ
ード２を設ける。フォトダイオード２は、その上端の読
み込みゲート３からＣＣＤ転送路１に電荷を移す。ＣＣ
Ｄ転送路１は電荷を下方に転送し、数１０の要素を転送
した後、転送路と転送路の間に作られたリセットゲート
４を通してドレーン５に移して、そこから素子外に排出
する。これにより、各ＣＣＤ転送路１の読み込みゲート
３とリセットゲート４の間の区間毎に、常に数１０枚の
最新の画像情報が蓄積される。

【０００４】しかし、図１９に示すような構成とした場
合、水平方向（受光面内においてＣＣＤ転送路１の延在
方向に対して直交する方向）には各ＣＣＤ転送路１毎に
フォトダイオード２が設けられているのに対し、垂直方
向（受光面内においてＣＣＤ転送路１の延在方向）に
は、数１０画素毎にフォトダイオード２が設けられてお
り、水平方向の画素密度に対して、垂直方向は数１０
（連続記録枚数）分の１となる。

【０００５】これに対して、図２０に示すように、フォ
トダイオード２の位置をずらして配置すると、垂直方向
に少しづつ画素７の位置がずれるものの、各フォトダイ
オード２の代表する面は常に正方形が保たれる配列とな
る。すなわち、水平方向解像力と垂直方向解像力は等し
く、各画素のサイズは縦横ともに連続記録枚数の平方根
となる。また、この画素サイズはフォトダイオード２の
長さとも等しい。しかし、図２０の構成とすると、一つ
のフォトダイオード２とそのフォトダイオード２の下側
のフォトダイオード２との間の空間８は、何も配置され
ておらず無駄になっている。超高速撮影では画像記録容
量はできるだけ大きくする必要があるため、このような
何も配置されない無駄な空間８を無くす必要がある。

【０００６】そこで、上記図１８に示すように各ＣＣＤ
転送路１にフォトダイオード２の形状に沿って緩やかな
曲線部１ａを設けると、受光面のうち、フォトダイオー
ド以外の空間を全てＣＣＤ転送路１、すなわち記録要素
で無駄無く埋めつくすことができる。曲線部１ａの曲が
りがＣＣＤ転送路１の１要素当たり１０度以下であれ
ば、電荷の取り残しは生じない。よって、図１８の構成
とすれば、電荷の移送方向は一方向転送となるので転送
方向の急変による電荷の取り残し等が生じることがな
く、かつ、高速転送のための駆動電極上層の金属配線を
大きく簡略化することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図１８の
撮像素子を実際に製作するには、やや高度な加工を必要
とする部分もある。これは図１８において各フォトダイ
オード２の左斜め上、もしくは右斜め下の隙間９が、Ｃ
ＣＤ転送路１の１本分しかないことに起因する。すなわ
ち、ＣＣＤ転送路１の駆動電極を高速で駆動するために
裏打ちされる金属配線や、ドレーンゲート４の制御のた
めの金属配線等は、フォトダイオードの上層を横切るこ
となく、この隙間９の上部空間を通して配線することが
望ましい。よって、この隙間９の幅が十分でなければ、
ＣＣＤ転送路１の曲線部１ａと対向する部分のフォトダ
イオード２の面積を削ることで隙間９の幅を広げる必要
がある。しかし、この場合、開口率が低下する。高速化
により、画像１枚当たりの入射光のエネルギーが不足す
る高速撮影では、可能な限り大きな開口率を確保し、高
い感度を得る必要があるため、フォトダイオード２の面
積を削ることはできる限り回避する必要がある。

【０００８】本発明は、かかる問題を解決するためにな
されたものであり、延直ＣＣＤ型の撮像素子において、
十分な開口率を確保しつつ、加工が容易な配線構造を得
られるようにすることを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本願の第１の発明は、受光面内にＫ（≧４）個の垂直
ＣＣＤ型電気信号転送路を備え、各電気信号転送路がＬ
（≧４）個の要素を備え、各電気信号転送路をＮ（≧
２）個の要素を持つＭ（≧２）個の区間に区分し、各区
間毎に、電気信号転送路と電気信号転送路の間に設けら
れる光の強度を電気信号に変換する光電変換手段と、こ
の光電変換手段から電気信号転送路上へ電気信号を転送
する手段と、電気信号転送路上で複数ステップ転送した
後、各区間毎に電気信号を素子の外部に排出する電気信
号排出手段を備える撮像素子において、隣接する２個の
電気信号転送路を１組とし、各電気信号転送路の組と、
その電気信号転送路の組と隣接する他の電気信号転送路
の組との間に上記光電変換手段を設けていることを特徴
としている。

【００１０】各電気信号転送路に光電変換手段に沿う緩
やかな曲線部を備えることが好ましい。

【００１１】各電気信号転送路の組の各区間の光電変換
手段を、その電気信号転送路の組と隣接する他の電気信
号転送路の組の電気信号転送路の延在方向に隣接する区
間の光電変換手段と隣接して設けることが好ましい。

【００１２】各区間について電気信号排出手段を設ける
要素、またはこの要素に対して電気信号の転送方向上流
側または下流側で隣接する要素の駆動用電極の電圧を独
立に制御する手段を備えることが好ましい。

【００１３】上記電気信号排出手段が鉛直ゲート構造で
あることが好ましい。

【００１４】上記光電変換手段から電気信号転送路へ電
気信号を転送する手段は、各光電変換手段の電気信号転
送方向の中央部分に設けることが好ましい。

【００１５】本願の第２の発明は、受光面内にＫ（≧
２）個の垂直ＣＣＤ型電気信号転送路を備え、各電気信
号転送路がＬ（≧４）個の要素を備え、各電気信号転送
路をＮ（≧２）個の要素を持つＭ（≧２）個の区間に区
分し、各区間毎に、電気信号転送路と電気信号転送路の
間に設けられた光の強度を電気信号に変換する光電変換
手段と、この光電変換手段から電気信号転送路上へ電気
信号を転送する手段と、電気信号転送路上で複数ステッ
プ転送した後、各区間毎に電気信号を素子の外部に排出
する電気信号排出手段とを備える撮像素子において、上
記光電変換手段の上記電気信号転送路の延在方向の長さ
が、電気信号転送路の１個の要素の電気信号転送路の延
在方向の長さの１／２・Ｎ^1/2倍から２・Ｎ^1/2倍である
ことを特徴としている。

【００１６】また、本願の第３の発明は、上記撮像素子
を備える電子式カメラを提供するものである。

【００１７】

【作用及び効果】第１及び第２の発明にかかる撮像素子
は、それぞれの区間ごとに設けられた光電変換手段で生
じた電気信号を、各区間の複数個の要素に連続的に蓄積
できることにより、各区間の要素の個数に応じた連続画
像を、撮像素子外に読み出すことなく、電気信号の発生
したその場その場で蓄積することができる。そのため、
第１及び第２の発明の撮像素子は、極めて高速での撮影
が可能である。

【００１８】また、第１の発明に係る撮像素子では、上
記の効果の他、隣接する２個の電気信号転送路を１組と
し、その左右に光電変換手段を備えるため、光電変換手
段を点ではなく細長形状として面積を大きくすることが
でき、開口率を大きくできる。また、受光面内の電気信
号記録容量を増加させて、連続撮影枚数を増加させるこ
とができる。

【００１９】各電気信号転送路中に光電変換手段に沿う
緩やかな曲線部を設けた場合には、光電変換手段の直下
の面も転送路で埋めつくすことができ、受光面内の電気
信号記録容量を最大にして、連続撮影枚数を最大にする
ことができる。

【００２０】２個の光電変換手段を上下方向に隣接して
設けた場合には、各光電変換手段の端部に対応して設け
る電気信号転送路の曲線部を減らすことができる。すな
わち、光電変換手段を１個単独で設けた場合には、この
光電変換手段を迂回するために、電気信号転送路に光電
変換手段の上方及び下方の合計２箇所に曲線部を設ける
必要があるのに対して、２個の光電手段を上下方向に隣
接して設けた場合には、１個の光電変換手段については
上方又は下方のいずれか一方にのみ曲線部を設ければよ
く、曲線部の数を低減し、開口率を上げることができ
る。逆に、開口率を上げるために曲線部の曲率を大きく
すると画質の劣化の原因となるが、本発明ではこれを防
ぐことができる。

【００２１】各区間について電気信号排出手段を設ける
要素、またはこの要素に対して電気信号の転送方向上流
側または下流側で隣接する要素の駆動用電極の電圧を独
立に制御する手段を設けた場合には、その駆動用電極の
電圧を一定に保ち、上記要素の電位障壁を他の要素より
も高い一定の値に保つことによって、各区間の最上端か
ら下端に転送されてきた電気信号の一部が、電気信号排
出手段で完全に排出されずに下方に転送され、下方の区
間の電気信号に混入されて画質の劣化を招くのを防ぐこ
とができる。

【００２２】上記電気信号排出手段を鉛直ゲート構造と
した場合には、電気信号転送路の上面に設けられる、電
気信号排出手段を制御するための金属線、および光電変
換手段で過剰な電気信号が発生したときの自動排出手段
を制御するための金属線を省略することができる。これ
は再生画像の画質を大幅に向上させる。

【００２３】上記光電変換手段から電気信号転送路へ電
気信号を転送する手段を各光電変換手段の電気信号転送
方向の中央部分に設けた場合には、光電変換手段におい
て発生した電気信号を電気信号転送路へ転送し易くな
る。

【００２４】第２の発明のように、上記光電変換手段の
上記電気信号転送路の延在方向の長さを、電気信号転送
路の１個の要素の転送路の延在方向の長さの１／２・Ｎ
^1/2倍から２・Ｎ^1/2倍とした場合、光電変換手段は十分
な長さを有し、十分な開口率を確保することができる。
なお、光電変換手段の長さをこれ以上長く設定すると、
転送路の延在方向の分解能が十分でない。

【００２５】上記撮像素子を備える電子カメラは、高感
度、低ノイズで、１００万枚／秒の撮影速度を持つ超高
速ビデオカメラとなる。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に、図面に示す実施形態に基づ
いて本発明について詳細に説明する。図１は、本発明の
第１実施形態に係る高速撮影用の撮像素子１０を備える
ビデオカメラを示している。レンズ１１により結像させ
た入射光は、撮像素子１０によりアナログ信号に変換さ
れる。撮像素子１０から出力されたアナログ信号（画
像）は、図１に示すように、アンプ１２、Ａ／Ｄ変換器
１３を介してデジタル信号としてメインメモリ１４に送
られる。画像処理装置１５は、メインメモリから読み出
したデジタル信号を処理して画像を再生する。再生され
た画像はモニターディスプレー１６に表示される。な
お、図１において１７は制御装置であり、アンプ１２、
Ａ／Ｄ変換器１３、トリガー信号発生装置（図示せ
ず。）等の装置全体を制御する。

【００２７】図２は撮像素子１０の受光面の一部であ
る。図２において、２１，２２は光電変換手段を構成す
るフォトダイオード、２４はＣＣＤ型電気信号転送路
（ＣＣＤ転送路）、２５はストーレッジ、２７はドレン
である。撮像素子１０は、受光面内にＫ（≧４）個のＣ
ＣＤ転送路２４を備え、各ＣＣＤ転送路２４はＬ（≧
４）個の要素３０を備え、各ＣＣＤ転送路２４はＮ（≧
２）個の要素３０を持つＭ（≧２）個の区間に区分し、
隣接するＣＣＤ転送路２４間に、各区間ごとに１個、フ
ォトダイオード２１，２２を備えている。なお、受光面
は、フォトダイオード２１，２２の部分を除き、図示し
ないアルミ製の遮光層により覆われている。

【００２８】図２に示すように、２個のフォトダイオー
ド２１，２２が垂直方向に隣接して設けられている。垂
直方向に隣接する２個のフォトダイオード２１，２２の
組と、このフォトダイオード２１，２２の組と最も近い
垂直方向に隣接する２個のフォトダイオード２１，２２
の組との間には、２本のＣＣＤ転送路２４が通ってい
る。このダイオード２１，２２の組の上側又は下側でＣ
ＣＤ転送路２４に曲線部２４ａ，２４ｂが形成されてい
る。この曲線部２４ａ，２４ｂによりダイオード２１，
２２を配置する隙間３５が形成されている。

【００２９】フォトダイオード２１，２２を中心とする
正方形領域が、それぞれ一つの画素２９を構成してい
る。画素２９は、フォトダイオード２１，２２の左右に
３本づつ、合計６本のＣＣＤ転送路２４を備えている。
各ＣＣＤ転送路２４は１画素あたり８個の要素３０を備
えている。

【００３０】各フォトダイオード２１，２２で発生した
電気信号（電荷）は、図において上方（電荷の転送方向
上流側）に設けられたストーレッジ２５に集められ、そ
こから隣接する１つのＣＣＤ転送路２４に転送される。
ＣＣＤ転送路２４では、図において下方に電荷が転送さ
れる。そのまま下方に転送され続けると、そのフォトダ
イオード２１，２２が含まれる画素２９の６つ下側の画
素２９のフォトダイオード２１，２２で発生し、ストー
レッジ２５からＣＣＤ転送路２４上に転送される電荷と
混合し、画像情報として分離できなくなる。そこで、各
ストーレッジ２５の直上で、上方から送られてきた電荷
をドレーン２７に移して、そこから素子外に排出するよ
うにしている。このとき、ストーレッジ２５とドレーン
２７の区間２８（図２に図示する。）が、フォトダイオ
ード２１，２２で発生した電荷の記録領域となる。区間
２８には、要素３０が４８個含まれる。なお、この４８
個という数は、１個の画素２９当たりの要素３０の数で
ある８個と、１個の画素２９当たりのＣＣＤ転送路２４
の本数６本の積に対応している。以上により、撮影中は
連続上書き記録が可能であり、画像の連続記録枚数は４
８枚である。

【００３１】撮影対象とする現象が生起し、撮影が終了
したときは、通常のＣＣＤの転送操作により、１方向輸
送を行い受光面外に設けられた水平ＣＣＤ３１に転送
し、そこからさらに転送されて１信号づつ画像情報とし
て読み出される。

【００３２】なお、ＣＣＤ転送路２４の延在方向のフォ
トダイオード２１，２２の長さＬ１は十分大きく設定さ
れている。この長さＬ１は、ＣＣＤ転送路２４の１個の
要素３０のＣＣＤ転送路２４の延在方向の長さＬ２の１
／２・Ｎ^1/2倍から２・Ｎ^1/2倍の範囲で設定することが
好ましい。フォトダイオード２１，２２の長さＬ１をこ
の範囲で設定すれば、十分な開口率が得られる。長さＬ
１を１／２・Ｎ^1/2程度に小さくすれば曲線部２４ａ，
２４ｂの曲率が小さくなり、撮像素子１０の製造が容易
になる。ただし、長さＬ１が１／２・Ｎ^1/2を下回ると
開口率が小さくなり過ぎる。また、長さＬ１が長さＬ２
の２・Ｎ^1/2倍を越えると、フォトダイオード２１，２
２がその上又は下の画素２９中に突き出すことになり、
上下の画素２９の電荷が混在するため、ＣＣＤ転送路２
４の延在方向の分解能が低くなる。よって、長さＬ１は
２・Ｎ^1/2以下の範囲で設定することが好ましい。

【００３３】図３は図２の詳細を示したものである。こ
の図３と図４とに示すように、受光面の下層側には、ま
ず、ＣＣＤ転送路２４、フォトダイオード２１，２２、
ストーレッジ２５、ドレーン２７が設けられている。ま
た、この層の上には、図５に示すように、ＣＣＤ転送路
２４駆動用のポリシリコン電極３６ａ，３６ｂ，３６ｃ
が設けられている。このポリシリコン電極３６ａ〜３６
ｃは、ＣＣＤ転送路２４の要素３０の１／３の幅を有
し、かつ、ＣＣＤ転送路２４の６本分の長さを有する短
冊状である。本実施形態では、ＣＣＤ転送路２４は３相
駆動であり、ポリシリコン電極３６ａ〜３６ｃはそれぞ
れ１相から３相に対応している。各相のポリシリコン電
極３６ａ〜３６ｃは、フォトダイオード２１，２２の部
分を避けて設けられている。なお、図５において３７
は、リセットゲートである。

【００３４】上記ポリシリコン電極３６ａ〜３６ｃより
上層側には、図６に示すように、隣接する２本のＣＣＤ
転送路２４の境界を中心としてＣＣＤ転送路２４駆動用
のアルミニウム裏打線３８ａ，３８ｂ，３８ｃが設けら
れている。すなわち、アルミニウム裏打線３８ａ〜３８
ｃは、２本のＣＣＤ転送路２４に対して１本の割合で設
けられている。各アルミニウム裏打線３８ａ，３８ｂ，
３８ｃはそれぞれ１相から３相に対応している。各アル
ミニウム裏打線３８ａ〜３８ｃは、後述するＣＣＤ転送
路２４間のチャンネルストップ上でポリシリコン電極３
６ａ〜３６ｃに対してコンタクトポイント４６ａ〜４６
ｃを介して接続されている（図９参照）。

【００３５】ＣＣＤ転送路２４の駆動電圧はアルミニウ
ム裏打線３８ａ〜３８ｃを通して垂直方向に伝えられ、
コンタクトポイント４６ａ〜４６ｃからポリシリコン電
極３６ａ〜３６ｃに伝えられる。さらにポリシリコン電
極３６ａ〜３６ｃの水平方向に両端まで伝えられる。隣
接する３本のアルミニウム裏打線３８ａ〜３８ｃが一組
となって、各１本のアルミニウム裏打線３８ａ〜３８ｃ
から、各１相の電圧変化が伝えられる。ポリシリコン電
極３６ａ〜３６ｃを通しての水平方向の電圧の伝達は、
最長でもＣＣＤ転送路２４の６本分となる。それより遠
くは別のコンタクトポイント４６を通して、別のアルミ
ニウム裏打線３８ａ〜３８ｃから伝達される。

【００３６】図７に示すように、ＣＣＤ転送路２４駆動
用のアルミニウム裏打線３８ａ〜３８ｃと同一層にリセ
ットゲート３７駆動用のアルミニウム裏打線４０が設け
られている。フォトダイオード２１のリセットゲート３
７はアルミニウム裏打線４０に対して図において右側に
隣接しているので、アルミニウム裏打線４０とゲート制
御電極４１（図１３に図示する。）とをそのままコンタ
クトすることができる。一方、フォトダイオード２２の
リセットゲート３７は、アルミニウム裏打線４０に対し
てフォトダイオード２１，２２を設けるための隙間３５
を挟んで逆の側にあるので、アルミニウム裏打線４０を
水平に伸ばした分岐線４０ａにより接触を確保する必要
がある。ただし、この分岐線４０ａの部分は２個の上下
に隣接するフォトダイオード２１，２２の境界部分であ
るため、フォトダイオード２１，２２の上を跨ぐことな
く、アルミニウム線を伸ばすことができる。アルミニウ
ム線を上下２層に作ることは、製造工程数を大きく増加
させ、ノイズの増加の原因になるが、同一平面上を延伸
させることは技術上何の問題もない。

【００３７】なお、隙間３５の図において右側に位置す
るアルミニウム裏打線４０’は無くても良い。本実施形
態では、図８に示すように、リセットゲート３７の直下
の駆動電極３６ｄを、他のポリシリコン電極３６ａ〜３
６ｃと切り離しており、この電極３６ｄにアルミニウム
裏打線４０’を接続し、画質改善のための手段としてい
る。すなわち、連続撮影中は、この駆動電極３６ｄの電
位を一定に保ち、垂直方向のチャンネルストップとす
る。これにより、ドレーン２７で排出しきれなかった電
荷が下方に混入して転送され、画質が劣化することを防
ぐことができる。撮影が終わって電荷を読み出すときに
は、通常のポリシリコン電極３６ａ〜３６ｃと全く同じ
に操作する。

【００３８】一つの隙間３５に設けられたフォトダイオ
ード２１，２２のうち下方のダイオードは、上記アルミ
ニウム裏打線４０’の図において左側に位置しているた
め、コンタクトポイント４６ｄにより駆動電極３６ｄを
アミルニウム裏打線４０’に対して接続することができ
る。一方、上方のフォトダイオード２１は、上記アルミ
ニウム裏打線４０’に対して隙間３５を挟んで逆の側に
あるので、アルミニウム裏打線４０を水平に伸ばした分
岐線４０’ａにより接触を確保する必要がある。ただ
し、この分岐線４０’ａはフォトダイオード２１，２２
の上を跨ぐことなく、アルミニウム裏打線４０’と同一
平面上に延伸するものであるため、特に複雑な加工技術
を用いることなく形成することができる。

【００３９】図９は図３のＡ−Ａ’断面を示している。
この図９に示すように、ｎ基盤層４８の上に中間層であ
るｐ層４９があり、その上にＣＣＤ転送路２４であるｎ
^-層が設けられている。ポリシリコン電極３６ａ〜３６
ｃには、上記したようにアルミニウム裏打線３８ａ〜３
８ｃから電圧が加えられる。この図９のＡ−Ａ’断面に
示すように、３相のアルミニウム裏打線３８ｃがコンタ
クトポイント４６ａを介して３相のポリシリコン電極３
６ｃと接続している。なお、１相及び２相のアルミニウ
ム裏打線３８ａ，３８ｂは紙面の奥行き方向後方にあ
り、それぞれコンタクトポイント４６ａ，４６ｃを介し
てアルミニウム裏打線３８ｃと接続している。

【００４０】図１０は、図３においてフォトダイオード
２１からストーレッジ２５を経由してＣＣＤ転送路２４
にいたるＢ−Ｂ’断面を示している。読み出しゲート６
０の制御電極は転送用駆動電極であるポリシリコン電極
３６ｂと兼用になっている。読み出しゲート６０はｐ層
で構成されており、ＣＣＤ転送路２４とストーレッジ２
５を隔てる障壁となっている。ポリシリコン電極３６ｂ
の電圧が最大になる相では、ＣＣＤ転送路２４の電位が
最大になるとともに、読み出しゲート６０の電位がスト
ーレッジ２５の電位より高くなり、電位障壁が下がっ
て、ストーレッジ２５から転送路に電荷が転送される。
さらに、隣接するＣＣＤ転送路２４間にはｐ+層のチャ
ンネルストップ６２があり、電荷の水平方向の拡散を防
止している。

【００４１】図１１は図１０におけるストーレッジ２５
の鉛直方向の断面Ｅ−Ｅ’の電位分布を示している。通
常の電位分布は実線９０で示している。ｐ層４９が障壁
となって基盤４８に電荷が抜けることはないが、強すぎ
る光により電荷が過剰になると、点線９１で示すように
ストーレッジ２５の電位の井戸が埋められ、電荷が溢
れ、基盤４８から素子外に排出される。すなわち、これ
は鉛直オーバーフローゲートになっており、ブルーミン
グ防止に役立つ。

【００４２】図１２の点線９２は、素子底面の電圧を大
きくしたときの、ストーレッジ２５における鉛直方向の
電位分布を示している。鉛直下方に行くほど電位が全体
的にシフトし、ｐ層４９の電位障壁がなくなり、電荷は
全て基盤４８から素子外に排出される。これは鉛直ゲー
ト型電子シャッターである。

【００４３】図１３は図３においてリセットゲート３７
からドレーン２７に至る断面Ｃ−Ｃ’を示している。リ
セットゲート３７の電極４１に電圧をかけると、下部の
ｐ層４９の電位障壁が下がり、ＣＣＤ転送路２４からド
レーン２７に電荷が排出される。排出された電荷は一旦
ドレーン２７上層のｎ⁺層６６に蓄積されるが、基盤４
８に底面から一斉に電圧をかけると、基盤４８を通じて
素子外６８に排出される。

【００４４】図１４は図３のＤ−Ｄ’断面を示してい
る。この図１４に示すように、フォトダイオード２１，
２２からＣＣＤ転送路２４に電荷が拡散しないように、
強いチャンネルストップ領域６９が設けられている。

【００４５】通常の家庭用ビデオカメラでは、転送速度
が遅いので、駆動電圧はポリシリコン電極だけを通っ
て、受光面の外側から数１００本の転送路を横切って水
平方向に伝えられる。しかしながらポリシリコンの電気
抵抗は、アルミニウム等の金属に比べてけた違いに大き
いので、ポリシリコンだけを使うと、高速転送において
は、電圧の伝達に遅れが生じる。しかし、本実施例にお
いては、ポリシリコン電極上の電圧の伝達は、転送路６
本分の距離であるから、電圧の伝達遅れは問題にならな
い。

【００４６】本実施形態では画素全体を縦に貫いて中央
に細長いフォトダイオードが設けられている。このフォ
トダイオードが水平方向に駆動電圧を伝達するのを妨げ
る。無理に伝達するには、フォトダイオードの上部をま
たいで細い金属線か、透明材料で線を引く必要がある。
これは開口率の減少や、フォトダイオードに到達する光
のスペクトル特性の歪、構造の複雑化に伴うノイズの増
加等の原因になる。しかし、本実施形態ではフォトダイ
オード２１，２２と、その右方にあるフォトダイオード
２１，２２の間には６本の転送路があるので、その間に
３本の駆動電極裏打ち用アルミニウム線が設けられてお
り、駆動に必要な３相の電圧変化を伝えることができ
る。したがってフォトダイオードの上層に電圧を水平に
伝達するための配線をする必要がない。

【００４７】また、本実施形態の撮像素子１０では、２
個のフォトダイオード２１，２２を上下方向に隣接して
備え、これら上下に隣接した２個のフォトダイオード２
１，２２の組と、これに最も近い他の上下に隣接した２
個のフォトダイオード２１，２２の組との間を複数本の
ＣＣＤ転送路２４が通過するため、ＣＣＤ転送路２４毎
に各フォトダイオード２１，２２の端部の曲線部分を上
下２箇所から、上もしくは下の１箇所に減らすことがで
き、開口率を上げることができる。逆に開口率を上げる
ために曲線部の曲率を大きくすると画質の劣化の原因と
なるが、本実施形態ではこれを防ぐことができる。

【００４８】さらに、２個のうち１個のフォトダイオー
ド２１，２２からの電気信号転送手段を右もしくは左側
のＣＣＤ転送路２４へ、他の１個からの転送手段を反対
側のＣＣＤ転送路に接続することができ、これにより近
接する２組の各２個のフォトダイオード２１，２２の間
を通るＣＣＤ転送路２４の各々に、フォトダイオード２
１，２２から電気信号を送ることができる。ＣＣＤ転送
路２４の上部の空間には、上記のように高速撮影を可能
にするために速やかに駆動電極の電圧を変化させるため
の金属配線と、電気信号排出手段等を制御するための配
線を組み込む必要があるが、近接する光電変換手段の間
に１本のＣＣＤ転送路しかない場合は、その上部に複数
の金属線を通すには、金属線を上下２層に分けて組み入
れたり、金属線の幅を細くして、同じ平面内で１本の転
送路上に横に並行に複数の金属線を組み入れる等の高度
の加工が必要になる。しかし、本実施形態のように２本
のＣＣＤ転送路があると上部空間の幅は２倍となり、複
数の金属線を配置することがはるかに容易になる。容易
な加工はノイズの原因を減らし、再生画像の画質を向上
させる。

【００４９】図１５及び図１６は、第１実施形態の変形
例を示している。図２及び図３に示すように、第１実施
形態では、フォトダイオード２１，２２の図において上
端部分（電荷の移送方向上流側）にストーレッジ２５が
設けられているのに対して、この図１５及び図１６に示
す変形例では、フォトダイオード２１，２２の長さ方向
中央部分にストーレッジ２５が設けられている。

【００５０】この場合、各ＣＣＤ転送２４のドレーン２
７と接続された要素３０よりも電荷の移送方向に一つ下
流側の要素から、そのドレーン２７の電荷の移送方向下
流側のストーレッジ２５と接続された要素３０よりも電
荷の移送方向に一つ上流側の要素３０までの４個の要素
には電気信号は蓄積されず、その分だけ連続撮影枚数は
減少する。しかし、この変形例では、以下に説明するよ
うに、フォトダイオード２１，２２からＣＣＤ転送路２
４への電荷が移送し易くなるという利点がある。

【００５１】前記図１０に示すように、フォトダイオー
ド２１，２２に発生した電荷をストーレッジ２５に蓄積
するために、フォトダイオード２１，２２の電位をスト
ーレッジ２５側に向けて徐々に高く設定し（ｎ１＞ｎ２
＞ｎ３＞ｎ４）、電位勾配を持たせている。この点は、
この変形例も第１実施形態と同様である。しかし、この
変形例では、上記のようにストーレッジ２５をフォトダ
イオード２１，２２の長さ方向中央部分に設けたため、
フォトダイオード２１，２２上のストーレッジ２５と最
も離れた位置からストーレッジ２５までの距離が、図２
及び図３の示すようにフォトダイオード２１，２２の上
端部分にストーレッジ２５を設けた場合の約１／２とな
る。よって、この変形例では、フォトダイオード２１，
２２で発生した電荷がストーレッジ２５に集まりやすく
なる。具体的には、この変形例では、第１実施形態と同
じ電位勾配に設定すると、フォトダイオード２１，２２
の最も電位が低い部分と電位が高い部分との電位差を、
第１実施形態の約１／２となる。よって、この変形例で
は、電荷をストーレッジ２５からＣＣＤ転送路２４に移
送するために必要な電位は第１実施形態の約１／２程度
となり、フォトダイオード２１，２２からＣＣＤ転送路
２４への電荷の移送が容易になる。

【００５２】図１７は、本発明の第２実施形態にかかる
撮像素子を示している。この第２実施形態では、受光面
には、曲線部（図２参照）のない真直なＣＣＤ転送路２
４が互いに平行に設けられている。また、２本のＣＣＤ
転送路２４が一組となっており、一組のＣＣＤ転送路２
４と、これと隣り合う他のＣＣＤ転送路２４の組の間に
はＣＣＤ転送路２４と平行な隙間５０が形成されてい
る。この隙間５０にはフォトダイオード２１，２２、ス
トーレッジ２５、ドレーン２７、リセットゲート３７が
設けられている。フォトダイオード２１，２２の図にお
いて上下方向の間隔は一定に設定されている。

【００５３】各隙間５０内のフォトダイオード２１，２
２は隙間５０の左右に位置するＣＣＤ転送路２４に交互
に接続されている。すなわち、フォトダイオード２１の
ストーレッジ２５が隙間５０の左側に位置するＣＣＤ転
送路２４に接続され、同じ隙間５０内に設けられた直上
又は直下のフォトダイオード２２は隙間５０の図におい
て左側のＣＣＤ転送路２４に接続されている。

【００５４】かかる構成とした第２実施形態の撮像素子
は、隣接する２個のＣＣＤ転送路２４を１組とし、その
左右にフォトダイオード２１，２２を設けているため、
上記図１８のように１個のＣＣＤ転送路１の左右にフォ
トダイオード２を設けた場合と比較して受光面における
ＣＣＤ転送路２４が示す面積が大きくなり、受光面内の
電気信号記録容量を増加させて、連続撮影枚数を増加さ
せることができる。具体的には、図１８の場合には、受
光面の約５０％がＣＣＤ転送路１が配置されず無駄にな
っているが、第２実施形態の場合には、この無駄は受光
面の約３３％に低減されている。

【００５５】上記した第１実施形態と比較すると、第２
実施形態の撮像素子は開口率が低くなるが、直線状の大
きな隙間５０が存在する分だけ加工が容易である。な
お、上記第１実施形態と同様に、フォトダイオード２
１，２２の長さＬ１は、ＣＣＤ転送路２４の１個の要素
３０の転送路の延在方向の長さＬ２の１／２・Ｎ^1/2倍
から２・Ｎ^1/2倍の範囲で設定することが好ましい。第
２実施形態においてＣＣＤ転送路２４に曲線部を設けれ
ば、第１実施形態と同様の構成となる。一組のフォトダ
イオード２１，２２を上下方向に離して配置してもよ
い。第２実施形態のその他の構成及び作用は上記した第
１実施形態と同様であるので同一の要素には同一の符号
を付して説明を省略する。

【００５６】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１実施
形態では、一対のフォトダイオードの間を２本のＣＣＤ
転送路が通過しているが、２本に限定されず複数本のＣ
ＣＤ転送路がフォトダイオード間を通過する構成とすれ
ばよい。また、ＣＣＤ転送路は４相駆動型であってもよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態にかかる撮像素子を備
えるビデオカメラを示す概略構成図である。

【図２】 受光面を示す部分平面図である。

【図３】 受光面を示す部分拡大平面図である。

【図４】 受光面のＣＣＤ転送路等が設けられた層を示
す部分拡大平面図である。

【図５】 受光面のポリシリコン電極等が設けられた層
を示す部分拡大平面図である。

【図６】 受光面のアルミニウム裏打線が設けられた層
を示す部分拡大平面図である。

【図７】 受光面のアルミニウム裏打線が設けられた層
を示す部分拡大平面図である。

【図８】 図２の部分VIIIの拡大図である。

【図９】 図３のＡ−Ａ’線での断面図である。

【図１０】 図３のＢ−Ｂ’線での断面図である。

【図１１】 図１０のＥ−Ｅ’線での断面図である。

【図１２】 図１０のＥ−Ｅ’線での断面図である。

【図１３】 図３のＣ−Ｃ’線での断面図である。

【図１４】 図３のＤ−Ｄ’線での断面図である。

【図１５】 第１実施形態の変形例を示す受光面の平面
図である。

【図１６】 第１実施形態の変形例を示す受光面の部分
拡大平面図である。

【図１７】 本発明の第２実施形態に係る撮像素子の受
光面を示す部分平面図である。

【図１８】 従来の撮像素子の受光面を示す部分平面図
である。

【図１９】 従来の撮像素子の問題点を説明するための
部分平面図である。

【図２０】 従来の撮像素子の問題点を説明するための
部分平面図である。

【符号の説明】

２１，２２ フォトダイオード ２４ ＣＣＤ転送路 ２５ ストーレッジ ２７ ドレーン ３０ 要素 ３７ リセットゲート ３８ａ，３８ｃ，３８ｄ ポリシリコン電極 ４０，４０’ アルミニウム裏打線

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光面内にＫ（≧４）個の垂直ＣＣＤ型
   電気信号転送路を備え、各電気信号転送路がＬ（≧４）
   個の要素を備え、各電気信号転送路をＮ（≧２）個の要
   素を持つＭ（≧２）個の区間に区分し、各区間毎に、電
   気信号転送路と電気信号転送路の間に設けられる光の強
   度を電気信号に変換する光電変換手段と、この光電変換
   手段から電気信号転送路上へ電気信号を転送する手段
   と、電気信号転送路上で複数ステップ転送した後、各区
   間毎に電気信号を素子の外部に排出する電気信号排出手
   段を備える撮像素子において、 隣接する２個の電気信号転送路を１組とし、各電気信号
   転送路の組と、その電気信号転送路の組と隣接する他の
   電気信号転送路の組との間に上記光電変換手段を設けて
   いることを特徴とする撮像素子。
2. 【請求項２】 各電気信号転送路中に光電変換手段に沿
   う緩やかな曲線部を備えることを特徴とする請求項１に
   記載の撮像素子。
3. 【請求項３】 各電気信号転送路の組の各区間の光電変
   換手段は、その電気信号転送路の組と隣接する他の電気
   信号転送路の組の電気信号転送路の延在方向に隣接する
   区間の光電変換手段と隣接して設けられていることを特
   徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像素子。
4. 【請求項４】 各区間について電気信号排出手段を設け
   る要素、またはこの要素に対して電気信号の転送方向上
   流側または下流側で隣接する要素の駆動用電極の電圧を
   独立に制御する手段を備えることを特徴とする請求項１
   から請求項３のいずれか１項に記載の撮像素子。
5. 【請求項５】 上記電気信号排出手段が鉛直ゲート構造
   であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれ
   か１項に記載の撮像素子。
6. 【請求項６】 上記光電変換手段から電気信号転送路へ
   電気信号を転送する手段は、各光電変換手段の電気信号
   転送方向の中央部分に設けられていることを特徴とする
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の撮像素
   子。
7. 【請求項７】 受光面内にＫ（≧２）個の垂直ＣＣＤ型
   電気信号転送路を備え、各電気信号転送路がＬ（≧４）
   個の要素を備え、各電気信号転送路をＮ（≧２）個の要
   素を持つＭ（≧２）個の区間に区分し、各区間毎に、電
   気信号転送路と、電気信号転送路の間に光の強度を電気
   信号に変換する光電変換手段と、この光電変換手段から
   電気信号転送路上へ電気信号を転送する手段と、電気信
   号転送路上で複数ステップ転送した後、各区間毎に電気
   信号を素子の外部に排出する電気信号排出手段とを備え
   る撮像素子において、 上記光電変換手段の上記電気信号転送路の延在方向の長
   さが、電気信号転送路の１個の要素の電気信号転送路の
   延在方向の長さの１／２・Ｎ^1/2倍から２・Ｎ^1/2倍であ
   ることを特徴とする撮像素子。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７のいずれか１項に
   記載の撮像素子を備える電子式カメラ。