JP3273080B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビデオカメラ等に用
いられる固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体撮像装置は、大きく分類し
て、ＭＯＳ（メタル・オキサイド・セミコンダクタ）型
とＣＣＤ（チャージ・カップルド・デバイス）型の２種
類がある。ＭＯＳ型は固定パターンノイズが多いため、
ＣＣＤ型が主流である。このＣＣＤ型の固体撮像装置
は、小型化が容易なため、インターライン方式が多く用
いられている。

【０００３】図１４はインターライン方式のＣＣＤ型固
体撮像装置の断面構造を示している。このインターライ
ン方式のＣＣＤ型固体撮像装置は、Ｎ型シリコン基板１
０１の上側に設けられたＰ^-ウエル１０２と、このＰ^-ウ
エル１０２に、互いに所定の間隔を開けて設けられた光
電変換部であるフォトダイオード１０３,１０３,…と、
隣接するフォトダイオード１０３,１０３の間のＰ^-ウエ
ル１０２に設けられた垂直転送部１０４と、この垂直転
送部１０４とフォトダイオード１０３とを分離するよう
に設けられたＰ⁺画素分離領域１０５とを備え、上記Ｎ
型シリコン基板１０１上に設けられた絶縁膜１０６と、
上記垂直転送部１０４を覆うゲート電極１０７と、この
ゲート電極１０７を覆う断面コの字形状の遮光メタル１
０８と、上記遮光メタル１０８上に設けられた遮光メタ
ル１０９と、上記絶縁膜１０６と遮光メタル１０８，１
０９とを覆う透明樹脂１１０と、上記透明樹脂１１０中
のフォトダイオード１０３の上方に配置された色フィル
ター１１１と、上記透明樹脂１１０上に色フィルター１
１１に対応するように配置されたマイクロレンズ１１２
とを備えている。なお、上記ゲート電極１０７には、垂
直転送パルスφＶを入力する。また、上記フォトダイオ
ード１０３で発生する過剰な電荷を引き抜くため、上記
Ｎ型シリコン基板１０１に正電位Ｖ_OFDを印加する縦型
のオーバーフロードレインを設けて、ブルーミングを防
止している。

【０００４】上記インターライン方式のＣＣＤ型固体撮
像装置では、光電変換を行う１列のフォトダイオード１
０３に対応して１列の垂直転送部１０４を有する構成に
なっている。そして、入射光がマイクロレンズ１１２と
色フィルター１１１を通ってフォトダイオード１０３に
結像すると、入射光の強度に応じてフォトダイオード１
０３に電荷が誘起されて、蓄積される。

【０００５】そして、図１５(a)〜(c)の模式図に示すよ
うに、通常のＴＶ信号に対応したフォーマットのとき、
図１５(a)に示すように、碁盤の目状に配列されたフォ
トダイオード１０３に蓄積された電荷（黒丸で示す）を
１／６０秒に１回、フォトダイオード１０３と平行に設
けられた垂直転送部１０４に転送する。この垂直転送部
１０４の電荷は１／ｆ_H周期（ｆ_H：水平同期周波数）
で、逐次、水平転送部１２２に転送する。実際は、ＴＶ
信号がインターレース走査方式になっているため、フォ
トダイオード１０３の奇数行の電荷と偶数行の電荷を合
わせた後(２ライン同時読み出し後)、図１５(b)に示す
ように、水平転送部１２２に転送する。そして、図１５
(c)に示すように、水平転送部１２２に転送された電荷
は、１Ｈ（１／ｆ_H）周期で出力部（図示せず）へ転送
する。このとき、１画素の電荷の読み出しは１／６０６
ｆ_H周期で行う。なお、上記インターライン方式のＣＣ
Ｄ型固体撮像装置では、各画素の信号蓄積期間を１フィ
ールド期間(１／６０秒)にするフィールド蓄積を行って
いるが、他に１フレーム期間(１／３０秒)にするフレー
ム蓄積がある。

【０００６】このときの転送駆動パルスの構成につい
て、以下に説明する。

【０００７】図１６は上記インターライン方式のＣＣＤ
型固体撮像装置の(n,１)画素の近傍の拡大平面図を示し
ており、１列のフォトダイオード１０３に対応する垂直
転送部１０４の一端側には、水平転送部１２７を設けて
いる。そして、上記垂直転送部１０４と水平転送部１２
７との間にはトランスファゲート信号ＴＧ₁が入力され
る電極１２８を形成している。上記フォトダイオード１
０３の行間の領域に水平転送部１２７と平行に延びる四
つの電極が形成され、この四つの電極に水平転送部１２
７側から順に垂直駆動パルスφＶ₂,φＶ₁,φＶ₄,φＶ₃
が印加される。また、上記垂直転送部１０４の延長線上
の水平転送部１２７には、水平駆動パルスＨ₁が入力さ
れる電極を形成し、この電極の右隣に水平駆動パルスＨ
₁が入力されるもう一つの電極を形成している。さら
に、その電極の右隣に順に水平駆動パルスＨ₂が入力さ
れる二つの電極を形成している。つまり、上記水平駆動
パルスＨ₁が入力される二つの電極と水平駆動パルスＨ₂
が入力される二つの電極とを水平転送部１２７上に交互
に配列している。そして、上記垂直駆動パルスφＶ₂,φ
Ｖ₁,φＶ₄,φＶ₃により垂直転送部１０４の電荷を水平
転送部１２７に垂直転送して、水平転送部１２７に転送
された電荷を水平駆動パルスＨ₁,Ｈ₂により水平転送し
て、出力部（図示せず）に出力している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記インタ
ーライン方式のＣＣＤ型固体撮像装置では、高速電子シ
ャッターモード時に上記フォトダイオード１０３の信号
電荷が小さくなり、スミア電荷の割合が大きくなって、
スミアが増加する。また、高温度時にフォトダイオード
１０３の暗電流が増加したり、低転送レート時に上記垂
直転送部１０４の電荷蓄積時間が長くなって、暗電流が
増加したりして、Ｓ／Ｎ（信号対雑音比）が悪化する。
また、上記垂直転送部１０４に一つの画像しか記憶する
ことができず、高速連続の撮像ができないという問題が
ある。さらに、フレーム蓄積でインターレース走査方式
の場合、上記フォトダイオード１０３の奇数行と偶数行
の電荷の情報を加算するため、高速で移動する物体を撮
像すると解像度が劣化するという問題がある。

【０００９】そこで、この発明の目的は、高速電子シャ
ッターモード時でもスミア特性がよく、高温時や低転送
レート時にＳ／Ｎが劣化しないとともに、高速連続撮像
ができる固体撮像装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の固体撮像装置は、それぞれが複数の光電
変換素子から成る複数列の光電変換素子列と、上記各光
電変換素子列の両側に、それぞれ１列ずつ設けられ、そ
れぞれ、対応する光電変換素子列の全光電変換素子と読
み出しゲート部を介して結合する複数組の垂直転送部
と、上記各光電変換素子列の両側に、それぞれ設けられ
る上記各読み出しゲート部を、それぞれ、独立に制御し
て、上記各光電変換素子列の電荷を、該光電変換素子列
の両側の１対の上記垂直転送部に転送させる転送制御手
段と、上記複数組の垂直転送部より順次出力される電荷
を、順次水平方向に転送する水平転送部とを備えたこと
を特徴としている。更に、上記各光電変換素子列から、
その両側の一対の垂直転送部への電荷転送タイミング
を、一方の側と他方の側とで、それぞれ、異ならせるこ
とによって、一方の垂直転送部には、信号電荷およびノ
イズ電荷を含む第１電荷が転送され、他方の垂直転送部
には、ノイズ電荷から成る第２電荷が転送されるよう
に、電荷転送タイミングを制御することを特徴としてい
る。

【００１１】

【００１２】また、請求項２の固体撮像装置は、請求項
１に記載の固体撮像装置において、上記水平転送部が、
上記複数組の垂直転送部より順次出力される上記第１電
荷と第２電荷とを、それぞれ独立に転送する構成である
ことを特徴としている。

【００１３】また、請求項３の固体撮像装置は、請求項
２の固体撮像装置において、上記水平転送部が、上記一
方の垂直転送部より出力される第１電荷を転送する第１
水平転送部と、上記他方の垂直転送部より出力される第
２電荷を転送する第２水平転送部との２列構成であるこ
とを特徴としている。

【００１４】また、請求項４の固体撮像装置は、それぞ
れが複数の光電変換素子から成る複数列の光電変換素子
列と、上記各光電変換素子列の両側に、それぞれ複数列
ずつ設けられ、第１列の垂直転送部は、それぞれ、対応
する光電変換素子列の全光電変換素子と読み出しゲート
部を介して結合するとともに、第２列以降の垂直転送部
は、それぞれ、隣接垂直転送部と、転送ゲート部を介し
て結合する複数組の垂直転送部と、上記読み出しゲート
部および転送ゲート部を制御して、各光電変換素子列か
ら順次出力される電荷を、それぞれ、該光電変換素子列
の両側の複数列の垂直転送部のそれぞれに転送させる転
送制御手段と、上記複数組の垂直転送部のうちの選択さ
れた垂直転送部より順次出力される電荷のみを、順次水
平方向に転送する水平転送部とを備えたことを特徴とし
ている。更に、上記各光電変換素子列から、その両側の
一対の垂直転送部への電荷転送タイミングを、一方の側
と他方の側とで、それぞれ、異ならせることによって、
一方の垂直転送部には、信号電荷およびノイズ電荷を含
む第１電荷が転送され、他方の垂直転送部には、ノイズ
電荷から成る第２電荷が転送されるように、電荷転送タ
イミングを制御することを特徴としている。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【実施例】以下、この発明の固体撮像装置を実施例によ
り詳細に説明する。

【００４３】（第１実施例） 図１はこの発明の第１実施例の固体撮像装置の断面図を
示している。この構造では、Ｎ型シリコン基板１上にＰ
^-ウエル２が設けられ、光電変換部であるフォトダイオ
ード３と、垂直転送部４ａ（以下、Ａレジスタという）
と垂直転送部４ｂ（以下、Ｂレジスタという）と各画素
を分離するＰ⁺画素分離領域５と絶縁膜６とゲート電極
７と遮光メタル８,９と色フィルター１０とマイクロレ
ンズ１１より主に構成され、ブルーミング防止のため、
フォトダイオード３で発生する過剰な電荷を引き抜くた
め基板に正電位Ｖ_OFDを印加する縦型のオーバーフロー
ドレインを設けている。この発明では、光電変換素子と
して１列のフォトダイオード３,…を使用し、上記フォ
トダイオード３,…で発生した電荷を転送すべき垂直転
送部としてＡレジスタとＢレジスタの２個の電荷転送部
がある構成になっている。また、垂直転送部の垂直転送
パルス（この実施例ではトランスファパルスも兼ねる）
はφ_VA,φ_VBの２系統あり、それぞれ、ＡレジスタとＢ
レジスタの転送手段としてのゲート電極７に印加されて
いる。なお、垂直転送パルスは２〜４相が望ましい。上
記構造では色フィルターは、一般に、カラー画像を得た
いときに使用されるため、白黒画像を得たいときには無
くてよい。

【００４４】まず、フレーム蓄積、インターレース走査
方式（２ライン同時読み出し）の動作状態について説明
する。

【００４５】１フレーム（２フィールド）に１回、光電
変換部に入射した光の強度に応じて誘起、蓄積された電
荷を垂直転送部に読み込む。奇数行をＡレジスタ、偶数
行をＢレジスタに、同時に転送し、奇数フィールド目に
Ａレジスタの情報を読出し、偶数フィールド目にＢレジ
スタの情報を読出す。その結果、高速で移動する物体を
撮像しても、ブレのない高解像の画像が得られる。

【００４６】次ぎに、上記構造を有する固体撮像装置に
おいて、フィールド蓄積の場合の高速電子シャッターモ
ード時のこの発明の実施例について説明する。通常、電
子シャッターモード時のシャッター時間は１／１５００
０秒程度であり、電荷読み込みパルス幅は２μ秒程度で
ある。

【００４７】垂直ブランキング期間に、Ａレジスタにフ
ォトダイオードで発生した電荷を読み込み、読み込みが
完了した時点で、Ｂレジスタにフォトダイオードで発生
した電荷を読み込み、ＡレジスタとＢレジスタを同期し
て、垂直転送し、逐次、水平転送部に転送する。各レジ
スタ（Ａレジスタ、Ｂレジスタ）から水平転送部に転送
するときの電荷は、各レジスタに読み込んだ電荷とスミ
ア電荷と垂直転送部暗電流より構成されている。したが
って、ＡレジスタとＢレジスタの同一行間で引き算する
と、スミアをキャンセルした各画素の情報を得ることが
できる。その結果、高速電子シャッターモード時に、ス
ミアの殆ど無い良好な像が得られ、スミアは約４０ｄＢ
改善される。なお、この実施例では、フィールド蓄積、
２ライン同時読み出しの場合であるが、高速電子シャッ
ターモード時に全画素同時読み出し、ノンインターレー
ス走査方式の対応も可能である。

【００４８】また、上記高速電子シャッターモード時の
Ｂレジスタのオプティカルブラック部の情報は、スミア
のほとんどない暗電流のみの情報であるので、オプティ
カルブラック部のＡレジスタとＢレジスタの同一行間で
引き算することにより、有効画素の暗電流をキャンセル
することができる。その結果、暗電流が問題となる高温
動作において特に有効である。

【００４９】以下に、上記構成を有する固体撮像装置に
おいて、斜めスポット光がオプティカルブラック部に入
射した場合のこの発明の実施例について説明する。

【００５０】オプティカルブラック部にオプティカルブ
ラック部用垂直転送部としてのダミーのＡレジスタとＢ
レジスタを配置し、オプティカルブラック部用転送手段
としてのゲート電極により転送されたＡレジスタとＢレ
ジスタの電荷の大小を比較し、奇数フィールド目から、
電荷量小と判定された側のレジスタの電荷を水平転送部
から読み出すことにより、斜めスポット光の影響の少な
い画像を１／２０秒周期で得ることができる。１／２０
秒とは、通常のＴＶ信号の１フィールドは１／６０秒で
あるので、第３フィールドの読出信号が完了するまでの
３フィールドの時間である。

【００５１】（第２実施例） 図２はこの発明の第２実施例の固体撮像装置の平面図で
あり、垂直転送部が２系統で水平転送部が１線式の構成
をしている。２１は碁盤の目状に配列された光電変換素
子としての複数のフォトダイオード、２２は上記複数の
フォトダイオード２１の１列毎に平行にその片側に設け
られた垂直転送部（以下、Ａレジスタという）、２３は
上記フォトダイオード２１の１列に対してＡレジスタと
線対称に夫々設けられた垂直転送部（以下、Ｂレジスタ
という）、２４は上記ＡレジスタとＢレジスタとの一端
側に接続された水平転送部である。上記水平転送部２４
の両端には電荷転送領域であるダミービット２６を設け
ている。そして、上記水平転送部２４は、水平方向の画
素数とダミービット数を合わせた数の２倍の電荷転送領
域を有している。上記Ａレジスタ，Ｂレジスタおよびフ
ォトダイオード２１の領域の両側に、ＡレジスタやＢレ
ジスタに平行で一端側が水平転送部２４に接続されたオ
プティカルブラック部２５を設けている。なお、上記複
数のフォトダイオード２１は、（１,１）から（５１２,
４９２）の配列すなわち５１２列４９２行の構成になっ
ている。

【００５２】上記構成の固体撮像装置において、信号蓄
積期間が１フィールド期間（１／６０秒）のフレーム蓄
積でインターレース走査方式の場合、上記フォトダイオ
ード２１の奇数行の電荷をＡレジスタに読み込み、フォ
トダイオード２１の偶数行の電荷をＢレジスタに読み込
む。そして、ＴＶ信号の奇数フィールドでは、Ａレジス
タの電荷のみを水平転送部２４に垂直転送する。この水
平転送部２４では、１Ｈ周期で出力部（図示せず）へ転
送が完了する。通常、上記水平転送部２４の１画素の読
み出しは、１／６０６ｆ_H（ｆ_Hは水平同期周波数）周期
にて行うが、この場合、水平転送部２４が水平方向の画
素数の２倍の電荷転送領域を有しているので、１／１２
１２ｆ_H周期で１画素の読み出しをする。一方、ＴＶ信
号の偶数フィールドでは、Ｂレジスタの電荷のみを水平
転送部２４に垂直転送する。以下、奇数フィールドのと
きと同様に１Ｈ周期で出力部へ転送が完了する。このよ
うに、垂直転送部が２系統で水平転送部が１線式の固体
撮像装置では、ＡレジスタとＢレジスタの電荷は１つの
水平転送部２４を介して出力される。したがって、上記
フォトダイオード２１の奇数行と偶数行の電荷情報を加
算しないので、高速で移動する物体を撮像しても、ブレ
のない高解像の画像が得ることができる。

【００５３】また、上記構成の固体撮像装置において、
画素の信号蓄積がフィールド蓄積で高速電子シャッター
モードの場合、上記ＡレジスタとＢレジスタを用いたノ
イズ電荷のキャンセル方法について、以下に説明する。

【００５４】図３は上記フォトダイオード２１の電荷を
ＡレジスタとＢレジスタに読み込むタイミングを示して
いる。まず、上記フォトダイオード２１に蓄積された電
荷は、１Ｈ周期でオーバーフロードレインに引き抜かれ
る。例えば、電子シャッター約１／１５０００秒のとき
の１Ｈ周期は、 １Ｈ＝１／fＨ＝１／１５．７３４ＫＨz である。上記ＡレジスタとＢレジスタには、１／６０秒
に１回、フォトダイオード２１から電荷を読み込む。上
記Ａレジスタには、オーバーフロードレインに電荷が引
き抜かれる直前に読み出すので、Ｅ_I×１／１５０００
(Ｅ_I：一つのフォトダイオード２１に１秒間に蓄積され
る電荷量)の信号電荷を読み込む。そしてオーバーフロ
ードレインで電荷が引き抜かれ、約２μｓ後にフォトダ
イオード２１からＢレジスタに電荷を読み込む。このＢ
レジスタに読み込まれる信号電荷は、蓄積期間が約２μ
sなのでＥ_I×１／５０００００となる。また、上記Ａレ
ジスタとＢレジスタには、スミア電荷とＡレジスタ,Ｂ
レジスタの暗電流による電荷が夫々の信号電荷に加算さ
れる。このスミア電荷とＡレジスタ,Ｂレジスタの暗電
流による電荷は、一点鎖線Ｅｓで示している。なお、こ
のスミア電荷とＡレジスタ,Ｂレジスタの暗電流による
電荷は単純化のために直線で示しているが、垂直転送部
であるＡレジスタとＢレジスタが転送中に受ける光量に
依存し、Ａレジスタ,Ｂレジスタのスポット光の所で急
激に増加する。しかしながら、上記スミア電荷とＡレジ
スタ,Ｂレジスタの暗電流による電荷は時間に依存し、
上記ＡレジスタとＢレジスタを１列のフォトダイオード
２１に対して線対称に配置しているので、Ａレジスタと
Ｂレジスタの電荷を同時に水平転送部の別々の位置に転
送すれば、信号電荷とノイズ電荷との和の電荷とノイズ
電荷とに分離して出力できる。すなわち、上記フォトダ
イオード２１からＡレジスタとＢレジスタへ電荷を転送
した後、ＡレジスタとＢレジスタを同期して垂直転送し
て、水平転送部２４に転送する。この水平転送部２４に
転送された電荷は、ダミービット,オプティカルブラッ
ク部,Ａ₁,Ｂ₁,Ａ₂,Ｂ₂,…の順に水平転送部２４から出
力する。なお、上記Ａ₁,Ａ₂,…は各Ａレジスタから垂直
転送された信号電荷とノイズ電荷であり、Ｂ₁,Ｂ₂,…は
各Ｂレジスタから垂直転送されたノイズ電荷である。こ
れら両方のノイズ電荷が略等しいので、水平転送部から
分離して出力した後、信号電荷とノイズ電荷との和の電
荷からノイズ電荷を減算することで、ノイズ電荷をキャ
ンセルすることができる。なお、上記Ｂレジスタには、
このノイズ電荷以外に約Ｅ_I×１／５０００００の信号
電荷が含まれるが、この信号電荷をキャンセルしても本
来の信号電荷の絶対値に影響はほとんどない。

【００５５】このように、上記ＡレジスタとＢレジスタ
を用いて、ノイズ電荷を除去することができるから、ス
ミア特性がよく、かつ暗時ノイズを低減したＳ／Ｎのよ
い固体撮像装置を実現することができる。

【００５６】なお、上述のノイズ電荷のキャンセルする
方法の他に、オプティカルブラック部やダミー部を利用
して、ノイズ電荷をキャンセルする場合、フォトダイオ
ード２１の暗電流の補正が可能となり、高温動作時に暗
時ノイズが増加しても、この暗時ノイズを除去できるの
でＳ／Ｎのよい固体撮像装置が実現できる。

【００５７】また、低転送レートの撮像において、Ａレ
ジスタとＢレジスタとの電荷蓄積時間が長くなって、そ
のＡレジスタとＢレジスタの暗電流による電荷が増加し
ても、上述のとおり、暗電流による電荷を含むノイズ電
荷をキャンセルすることができる。したがって、低転送
レートの撮像においても、Ｓ／Ｎの悪化を防止できる。

【００５８】（第３実施例） 図４はこの発明の第３実施例の固体撮像装置の平面図で
あり、垂直転送部が２系統で水平転送部が２線式の構成
を示している。

【００５９】この固体撮像装置は、上記第２実施例の固
体撮像装置の構成にもう一つの水平転送部を設けたもの
で、同一構成部には同一参照番号を付している。上記水
平転送部２４に平行で、かつ水平転送部２４に対して垂
直転送部２２,２３と反対側に水平転送部２７を設けて
いる。この水平転送部２７の両端にはダミービット２８
を設けている。

【００６０】上記固体撮像装置において、画素の信号蓄
積がフレーム蓄積でＴＶ信号がインターレース走査方式
であるとき、まず、フォトダイオード２１の奇数行の電
荷をＡレジスタに読み込み、フォトダイオード２１の偶
数行の電荷をＢレジスタに読み込む。そして、ＴＶ信号
の奇数フィールドでは、Ａレジスタの情報のみを水平転
送部２４に転送し、水平転送部２４,２７では、１フレ
ーム周期で出力部（図示せず）へ転送が完了する。上記
水平転送部２４,２７での１画素の読み出しは、１／６０
６ｆ_H周期で行い、転送クロックは６０６ｆ_Hレベルにす
る。一方、ＴＶ信号の偶数フィールドでは、Ｂレジスタ
の情報のみを水平転送部２７に転送し、以下奇数フィー
ルドのときと同様に１フレーム周期で出力部へ転送が完
了する。このように、上記垂直転送部が２系統で水平転
送部が２線式の固体撮像装置では、Ａレジスタの電荷は
水平転送部２４を介して出力し、Ｂレジスタの電荷は水
平転送部２７を介して出力する。

【００６１】また、画素の信号蓄積がフィールド蓄積で
高速電子シャッターモードの場合、上記フォトダイオー
ド２１からＡレジスタとＢレジスタへ電荷を転送した
後、ＡレジスタとＢレジスタを同期して垂直転送して、
Ａレジスタからの電荷は水平転送部２４に転送する一
方、Ｂレジスタの電荷は水平転送部２７に転送する。そ
して、上記水平転送部２４に転送された電荷は、ダミー
ビット,オプティカルブラック部,Ａ₁,Ａ₂,…の順に水平
転送して出力する。一方、上記水平転送部２７に転送さ
れた電荷は、ダミービット,オプティカルブラック部,Ｂ
₁,Ｂ₂,…の順に水平転送して出力する。なお、上記水平
転送部２４と水平転送部７とは同期して出力する。ま
た、上記Ａ₁,Ａ₂,…は各Ａレジスタから垂直転送された
電荷であり、Ｂ₁,Ｂ₂,…は各Ｂレジスタから垂直転送さ
れた電荷である。

【００６２】以下に、上記ＡレジスタとＢレジスタから
水平転送部２４,２７への電荷の転送方法と、Ａレジス
タの電荷とＢレジスタの電荷を同期して水平転送する方
法について説明する。

【００６３】図５はｎ列目の上記フォトダイオード２１
に対応するＡ_nレジスタ,Ｂ_nレジスタと水平転送部２４,
２７の要部平面図を示しており、Ａ_nレジスタとＢ_nレジ
スタと水平転送部２４との間の領域上には、水平転送部
２４と平行に延び、トランスファゲート信号ＴＧ₁が入
力される電極３１を設けている。また、上記水平転送部
２４と水平転送部２７との間の領域上には、トランスフ
ァゲート信号ＴＧ₂が入力される電極３２設けている。
そして、上記Ａ_nレジスタの延長線上の水平転送部２４,
２７の領域Ａ_x,Ａ_x上に電極３３を形成し、Ｂ_nレジスタ
の延長線上の水平転送部２４,２７の領域Ｂ_x,Ｂ_x上に電
極３４を形成している。一方、上記水平転送部２４,２
７の領域Ａ_x,Ａ_xと領域Ｂ_x,Ｂ_xとの間の領域Ａ_y,Ａ_y上
にボロンを打ち込んだ電極３５を形成している。上記水
平転送部２４,２７の領域Ａ_x+1,Ａ_x+1と領域Ｂ_x,Ｂ_xと
の間の領域Ｂ_y,Ｂ_y上にボロンを打込んだ電極３６を形
成している。そして、上記電極３３と電極３５に水平駆
動パルスＨ₁を入力し、電極３４と電極３６に水平駆動
パルスＨ₂を入力して、この領域Ａ_x,Ａ_xと領域Ａ_y,Ａ_y
との間および領域Ｂ_x,Ｂ_xと領域Ｂ_y,Ｂ_yとの間に２相駆
動のための電位勾配を付けている。また、上記トランス
ファゲート信号ＴＧ₂の電極３２の下の水平転送部２４,
２７の領域Ａ_x,Ａ_x間には、図６(a)に示すチャンネルス
トッパ３０を形成して、この領域Ａ_x,Ａ_xを分離してい
る。一方、上記トランスファゲート信号ＴＧ₂の電極３
２の下の水平転送部２４,２７の領域Ｂ_x,Ｂ_x間には、図
６(b)に示すように、チャンネルストッパを形成せず、
水平転送部２４の領域Ｂ_xと水平転送部２７の領域Ｂ_xと
を接続している。

【００６４】そして、図５,図７に示すように、上記ト
ランスファゲート信号ＴＧ₁を所定の期間Ｔ₁の間Ｈレベ
ルにすると、Ａ_nレジスタとＢ_nレジスタの電荷を水平転
送部２４の領域Ａ_x,Ｂ_xに夫々転送する。次ぎに、上記
トランスファゲート信号ＴＧ₁がＬレベルになると、ト
ランスファゲート信号ＴＧ₂がＨレベルになり、所定の
期間の後に水平駆動パルスＨ₁,Ｈ₂をＬレベルにする。
そして、上記水平駆動パルスＨ₁,Ｈ₂がＬレベルになる
と、水平転送部２４の領域Ｂ_xの電荷を水平転送部２７
に転送する。このとき、上記領域Ａ_xの電荷は、トラン
スファゲート信号ＴＧ₂の電極３２の下のチャネルスト
ッパ３０のため、水平転送部２７には転送しない。次ぎ
に、上記水平駆動パルスＨ₁,Ｈ₂が期間Ｔ₂の間Ｌレベル
になった後、水平駆動パルスＨ₁がＨレベルになる。こ
の水平駆動パルスＨ₁が期間Ｔ₃の間Ｈレベルになると、
領域Ｂ_xのトランスファゲート信号ＴＧ₂の電極３２の下
の電荷を水平転送部２７の領域Ａ_xの位置に水平転送す
る。この期間Ｔ₃の途中でトランスファゲート信号ＴＧ₂
をＬレベルにすることにより、水平転送部２４と水平転
送部２７を分離する。そして、期間Ｔ₃後に上記水平駆
動パルスＨ₁,Ｈ₂のクロックがスタートし、水平転送部
２４の領域Ａ_xにあるＡ_nレジスタからの電荷および水平
転送部２７の領域Ａ_xにあるＢ_nレジスタからの電荷は、
クロックの１周期で領域Ａ_x-1の位置へ水平転送する。
この水平転送が期間Ｔ₄の間繰り返されて、水平転送部
２４,２７の全ての電荷を出力する。

【００６５】このようにして、上記Ａ_nレジスタ,Ｂ_nレ
ジスタから電荷を水平転送部２４,２７で分離して同時
に出力できるから、転送レートを上げることができ、高
速撮像に対応できる。

【００６６】（第４実施例） 図８にこの発明の第４実施例の固体撮像装置の平面図を
示しており、５１は碁盤の目状に配列された光電変換素
子としての複数のフォトダイオード、５２は上記複数の
フォトダイオード５１の１列毎に平行に設けられた四つ
の垂直転送部、５３は上記複数のフォトダイオード５１
の１列に対して垂直転送部５２と線対称に設けられた四
つの垂直転送部、５４は上記垂直転送部５２と垂直転送
部５３の一端側に、シフトレジスタであるダミー垂直レ
ジスタ６０を介して接続された水平転送部である。上記
複数のフォトダイオード５１,垂直転送部５２および垂
直転送部５３の領域の両側に、上記垂直転送部５２や垂
直転送部５３に平行で一端側が水平転送部５４に接続さ
れたオプティカルブラック部５５を設けている。また、
上記水平転送部５４の両端にはダミービット５６を設け
ている。なお、上記複数のフォトダイオード５１は４９
２行の構成をしているが、図８ではｎ列目とｎ+1列目の
２列のフォトダイオード５１と、その２列のフォトダイ
オード５１に対応した垂直転送部５２,５３のみを示し
ている。上記垂直転送部５２はフォトダイオード５１側
から順にＡ₁列,Ａ₂列,Ａ₃列,Ａ₄列の垂直レジスタで構
成し、垂直転送部５３はフォトダイオード５１側から順
にＢ₁列,Ｂ₂列,Ｂ₃列,Ｂ₄列の垂直レジスタで構成して
いる。また、上記水平転送部５４は、水平方向の画素数
とダミービット数を合わせたビット数の２倍の電荷転送
領域を有している。

【００６７】また、上記垂直転送部５２,５３の垂直転
送は４相駆動としている。これは、インターレース走査
方式において、奇数行と偶数行の２画素の電荷の加算を
するためである。すなわち、ＴＶ信号の奇数フィールド
では、(n,1)＋(n,2),(n,3)＋(n,4),…のように加算し、
ＴＶ信号の偶数フィールドでは、(n,1),(n,2)＋(n,3),
(n,4)＋(n,5),…のように加算するため、４相駆動とし
ている。

【００６８】図９はこの固体撮像装置の画素(n,１)の近
傍の拡大平面図であり、垂直転送部５２上にこの垂直転
送部５２のＡ₁列〜Ａ₄列に沿って形成された電極には、
垂直駆動パルス１ＡφＶ₃,２ＡφＶ₃,３ＡφＶ₃,４Ａφ
Ｖ₃を夫々入力し、垂直転送部５３上にこの垂直転送部
５３のＢ₁列〜Ｂ₄列に沿って形成された電極には、垂直
駆動パルス１ＢφＶ₃,２ＢφＶ₃,３ＢφＶ₃,４ＢφＶ₃
を夫々入力している。そして、上記垂直転送部５２のＡ
₁列とＡ₂列の間の領域に形成された電極には信号Ｖ_G2A
を入力し、垂直転送部５２のＡ₂列とＡ₃列の間の領域に
形成された電極には信号Ｖ_G3Aを入力し、垂直転送部５
２のＡ₃列とＡ₄列の間の領域に形成された電極には信号
Ｖ_G4Aを入力している。一方、上記垂直転送部５３のＢ₁
列とＢ₂列の間の領域に形成された電極には信号Ｖ_G2Bを
入力し、垂直転送部５３のＢ₂列とＢ₃列の間の領域に形
成された電極には信号Ｖ_G3Bを入力し、垂直転送部５３
のＢ₃列とＢ₄列の間の領域に形成された電極には信号Ｖ
_G4Bを入力している。そして、上記フォトダイオード５
１の行間の領域に水平転送部５４に平行に延びる四つの
電極を形成している。この四つの電極には、水平転送部
５４側から順に垂直駆動パルスφＶ₂,φＶ₁,φＶ₄,φＶ
₃を入力している。

【００６９】また、上記ダミー垂直レジスタ６０は、各
垂直転送部５２のＡ₁列〜Ａ₄列（または垂直転送部５３
のＢ₁列〜Ｂ₄列）の水平転送部５４側の最下端に接続さ
れた四つの第１レジスタ６１と、この四つの第１レジス
タ６１に接続された一つの第２レジスタ６２とで構成さ
れている。上記垂直転送部５２のＡ₁列〜Ａ₄列（または
垂直転送部５３のＢ₁列〜Ｂ₄列）の最下端とこの四つの
第１レジスタ６１との間にも、水平転送部５４と平行に
延びる四つの電極を形成して、この四つの電極に水平転
送部５４側から順に垂直駆動パルスφＶ₂,φＶ₁,φＶ₄,
φＶ₃を入力している。また、上記第１レジスタ６１と
第２レジスタ６２との間にも、水平転送部５４と平行に
延びる四つの電極を形成して、この四つの電極に水平転
送部５４側から順に垂直駆動パルスφＶ₂,φＶ₁,φＶ₄,
φＶ_D3を入力している。上記ダミー垂直レジスタ６０と
水平転送部５４との間の領域にはトランスファゲート信
号ＴＧ₁が入力される電極（図示せず）を形成してい
る。そして、上記水平転送部５４側の第２レジスタ６２
上に水平転送部５４と平行に延びる二つの電極を形成し
て、この二つの電極に水平転送部５４側から順に垂直駆
動パルスφＶ₄奇,φＶ_D3を入力している。

【００７０】図１０は図９における垂直転送のタイミン
グ図を示しており、以下に、その転送動作について説明
する。

【００７１】まず、時刻ｔ₁において、垂直駆動パルス
φＶ₁,φＶ₂,φＶ₄,１ＡφＶ₃,２ＡφＶ₃,３ＡφＶ₃,４
ＡφＶ₃と信号Ｖ_G2A,Ｖ_G3A,Ｖ_G4Aは全てＬレベルにす
る。そして、次ぎの時刻ｔ₂で垂直駆動パルス１Ａφ
Ｖ₃,２ＡφＶ₃,３ＡφＶ₃,４ＡφＶ₃をＨレベルにす
る。次ぎに、時刻ｔ₃で信号Ｖ_G2A,Ｖ_G3A,Ｖ_G4AをＨレベ
ルにする。そして、上記垂直駆動パルス１ＡφＶ₃がＨ
レベルよりさらに高い電圧レベルとなり、時刻ｔ₅で再
び垂直駆動パルス１ＡφＶ₃をＨレベルすると、フォト
ダイオード５１の電荷を垂直転送部５２のＡ₁列に転送
する。

【００７２】次ぎに、時刻ｔ₇で垂直駆動パルス１Ａφ
Ｖ₃をＬレベルにして、時刻ｔ₈で信号Ｖ_G2AがＬレベル
になると、垂直転送部５２のＡ₁列の電荷を垂直転送部
５２のＡ₂列に転送し、フォトダイオード５１の電荷を
垂直転送部５２のＡ₁列に転送する。そして、上記垂直
駆動パルス１ＡφＶ₃を再びＨレベルにする。次ぎに、
上記垂直駆動パルス１Ａφ₃と信号Ｖ_2G2と同様に、垂直
駆動パルス２ＡφＶ₃と信号Ｖ_G3Aを位相をずらしてＬレ
ベルにし，その後、垂直駆動パルス３ＡφＶ₃と信号Ｖ
_G4Aを位相をずらしてＬレベルにする。そして、時刻ｔ
₁₂では、最初に垂直転送部５２のＡ₁列に転送された電
荷をＡ₂列,Ａ₃列を通過してＡ₄列に転送する。

【００７３】次ぎに、上記垂直駆動パルス４ＡφＶ₃を
Ｌレベルにするとともに、垂直駆動パルスφＶ₄をＬレ
ベルから所定の期間Ｈレベルにする。この垂直駆動パル
スφＶ₄が再びＬレベルになると、垂直駆動パルスφＶ₁
をＨレベルにする。そして、この垂直駆動パルスφＶ₁
をＨレベルにしてから所定の期間後に、垂直駆動パルス
φＶ₂をＨレベルにする。そして、上記垂直駆動パルス
φＶ₂をＨレベルにしてから所定の期間毎に垂直駆動パ
ルスφＶ₁をＬレベルにして、所定の期間後に垂直駆動
パルス４ＡφＶ₃をＨレベルにして、所定の期間後に垂
直駆動パルスφＶ₂をＬレベルにする。そして、所定の
期間後に再び垂直駆動パルス４ＡφＶ₃をＬレベルにし
て、一つの垂直転送が完了する。そして、再び垂直駆動
パルスφＶ₄をＬレベルから所定の期間Ｈレベルにし
て、上記動作を１Ｈ周期で繰返して、水平転送部５４に
電荷を出力する。このとき、上記垂直駆動パルス１Ａφ
Ｖ₃,２ＡφＶ₃,３ＡφＶ₃をＨレベルに保持することに
より、垂直転送部５２のＡ₁列,Ａ₂列,Ａ₃列の電荷は垂
直転送されず、その位置に停止している。

【００７４】このようにして、上記垂直転送部５２のＡ
₄列の電荷は順にダミー垂直レジスタ６０の第１レジス
タ６１に垂直転送されるが、Ａ₁列,Ａ₂列,Ａ₃列は、垂
直転送を禁止しているので、ダミー垂直レジスタ６０の
出力にはＡ₄列の電荷のみが出力される。すなわち、上
記垂直転送部５２のＡ₄列のみ垂直転送して、残りのＡ₁
列〜Ａ₃列の垂直転送を禁止するのである。また、上記
垂直転送部５２のＡ₁列〜Ａ₃列のいずれか一つを垂直転
送して、他の列の垂直転送を禁止することもできる。し
たがって、上記垂直転送部５２のＡ₁列〜Ａ₄列の垂直レ
ジスタの出力をダミー垂直レジスタ６０に入力しても、
ダミー垂直レジスタ６０の出力からは、垂直転送部５２
のうちの一つの列の電荷のみを出力する。つまり、この
固体撮像装置は、１列のフォトダイオード５１に対応し
た垂直転送部５２,５３の夫々出力を選択して出力する
マルチプレクサを有しているのである。なお、上記垂直
転送部５３のＢ₁列,Ｂ₂列,Ｂ₃列,Ｂ₄列も、同様な操作
によってフォトダイオード５１の電荷の転送が可能であ
る。

【００７５】そして、図９に示すトランスファゲート信
号ＴＧ₁をＨレベルにすることにより、上記ダミー垂直
レジスタ６０から出力される電荷を水平転送部５４に転
送する。なお、上記水平転送部５４は２相駆動とし、転
送のクロック周波数は１２１２ｆ_Hレベルとした。

【００７６】また、図１１は上記垂直転送部５２のＡ₁
列にのみ電荷が存在するとき（Ａ列の１列にしか電荷が
存在しないとき）、使用可能なタイミング例である。な
お、上記時刻ｔ₁〜ｔ₁₂までのタイミングは図１０と同
一で、水平転送のタイミングのみ異なる。

【００７７】以下に、上記垂直転送部５２,５３の電荷
の垂直転送を禁止する原理を図１２(a)〜(f)のポテンシ
ャル図により説明する。なお、図１２(a)〜(f)は説明を
簡略化するため、電極は垂直駆動パルスφＶ1,φＶ2,φ
Ｖ3,φＶ4が印加される四つの電極としている。

【００７８】まず、図１２(a)に示すように、上記垂直
駆動パルスφＶ₃をＨレベルにしておき、ポテンシャル
の井戸を常に深くしておく。そして、この垂直駆動パル
スφＶ₃の電極に対応する領域に蓄積された電荷は、図
１２(b)に示すように、垂直駆動パルスφＶ₄をＬレベル
からＨレベルにすると、垂直駆動パルスφＶ₃,φＶ₄の
電極に対応する領域に広がる。次ぎに、図１２(c)に示
すように、垂直駆動パルスφＶ₄をＬレベルし、垂直駆
動パルスφＶ₁をＨレベルにすると、再び垂直駆動パル
スφＶ₃の電極に対応する領域に電荷が集まる。次ぎ
に、図１２(d)に示すように、垂直駆動パルスφＶ₂をＬ
レベルからＨレベルにすると、垂直駆動パルスφＶ₁〜
φＶ₃の電極に対応する領域に電荷が広がる。次ぎに、
図１２(e)に示すように、垂直駆動パルスφＶ１をＨレ
ベルからＬレベルにすると、垂直駆動パルスφＶ₂,φＶ
₃の電極に対応する領域に電荷が集まる。そして、図１
２(f)に示すように、垂直駆動パルスφＶ₂をＨレベルか
らＬレベルにすると、再び垂直駆動パルスφＶ₃の電極
に対応する領域に電荷が集まる。このように、上記垂直
駆動パルスφＶ₃を常にＨレベルにすることにより、図
(a)〜(f)の手順で垂直駆動パルスφＶ₁,φＶ₂,φＶ₄が
電荷を転送させようとしても、転送を禁止できる。

【００７９】さらに、インターレース走査方式の場合の
２画素を加算する手法を図１３(a)〜(c)のポテンシャル
図１２により説明する。

【００８０】まず、図１３(a)において、上記垂直転送
部５２,５３に転送された電荷ｎ,ｎ+1,ｎ+2,ｎ+3,…は
垂直駆動パルスφＶ₁,φＶ₃をＨレベルにし、垂直駆動
パルスφＶ₂,φＶ₄をＬレベルすると、垂直駆動パルス
φＶ₁,φＶ₃の電極に対応する領域に別々に集まる。そ
して、図１３(b)に示すように、垂直駆動パルスφＶ₂を
ＬレベルからＨレベルにすると、垂直駆動パルスφＶ₂
の電極に対応する領域を間に挟み、互いに隣接する垂直
駆動パルスφＶ₁,φＶ₃の領域の電荷は加算されて、電荷
ｎ+(ｎ+1),(ｎ+2)＋(ｎ+3),…となる。次ぎに、図１３
(c)に示すように、垂直駆動パルスφＶ₁,φＶ₂がＨレベ
ルからＬレベルとなり、これらの加算された電荷は、各
垂直駆動パルスφＶ₃の電極に対応する領域に集まり、
図１２(a)と等価の状態となる。こうして、加算された
電荷は、垂直駆動パルスφＶ₃を常にＨレベルにするこ
とで転送禁止することができる。

【００８１】このように、上記構成の固体撮像装置は、
４相駆動パルスである垂直駆動パルスφＶ₁,φＶ₂,φＶ
₄,１ＡφＶ₃,２ＡφＶ₃,３ＡφＶ₃,４ＡφＶ₃,１ＢφＶ
₃,２ＢφＶ₃,３ＢφＶ₃,４ＢφＶ₃および垂直駆動パル
スφＶ_D3を制御する手段としての制御回路（図示せず）
と、ダミー垂直レジスタ６０とでマルチプレクサを構成
している。そして、このマルチプレクサによって、上記
垂直転送部５２のいずれか一つの列と垂直転送部５３の
いずれか一つの列とを水平転送部５４に転送することが
できる。また、上記１列のフォトダイオード５１の電荷
を８列の垂直レジスタに夫々異なるタイミングで転送し
て、上記マルチプレクサにより１列毎に水平転送部５４
に転送して出力することができるから、８フレームまで
の高速連続電子シャッター画像の撮像が可能である。ま
た、上記垂直転送部５２のＡ₁列〜Ａ₄列を信号電荷と
し、垂直転送部５３のＢ₁列〜Ｂ₄列をスミア電荷等とし
て、ノイズ電荷を補正するときは、４フレームまでの高
速連続画像の撮像が可能である。

【００８２】また、上記マルチプレクサを有することに
より、水平転送部の簡略化や垂直転送や水平転送の低転
送レート化が可能となる。

【００８３】さらに、上記垂直転送部５２,５３の転送
クロック用のメタルとしては、垂直駆動パルスφＶ₁,φ
Ｖ₂,φＶ₄と、垂直駆動パルスφＶ₃が複数列分(１Ａφ
Ｖ₃,２ＡφＶ₃,３ＡφＶ₃,４ＡφＶ₃,１ＢφＶ₃,２Ｂφ
Ｖ₃,３ＢφＶ₃,４ＢφＶ₃およびφＶ_D2の９系統)必要で
あるが、転送を禁止するための新規のメタル配線は不要
である。

【００８４】上記第１実施例では、水平方向の画素数と
ダミービット数を合わせたビット数の整数倍の電荷転送
領域の水平転送部を有する固体撮像装置であることが望
ましい。

【００８５】また、上記第１実施例では、上記垂直転送
パルス垂直駆動パルスφＶ_A,φＶ_Bを電気的に分離する
ことによって、１列のフォトダイオード３に対応した一
組のＡレジスタとＢレジスタにフォトダイオード３の電
荷を夫々異なるタイミングで転送することができる。

【００８６】また、上記第２,第３実施例では、水平方
向の画素数とダミービット数を合わせた数の２倍の電荷
転送領域を有する水平転送部を用いたが、水平方向の画
素数とダミービット数を合わせた数の整数倍の電荷転送
部を有する水平転送部を用いてもよい。また、上述の水
平方向の画素数とダミービット数を合わせた数の２倍の
電荷転送領域がノイズ電荷をキャンセルするのに都合が
よいように、水平転送部が一線式であるか二線式である
かに関係なく、水平転送部の電荷転送領域の数が重要で
ある。

【００８７】この発明は、上記第１,第２,第３,第４実
施例に限定されないのは勿論である。

【００８８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
の発明の固体撮像装置は、それぞれが複数の光電変換素
子から成る複数列の光電変換素子列と、上記各光電変換
素子列の両側に、それぞれ１列ずつ設けられ、それぞ
れ、対応する光電変換素子列の全光電変換素子と読み出
しゲート部を介して結合する複数組の垂直転送部と、上
記各光電変換素子列の両側に、それぞれ設けられる上記
各読み出しゲート部を、それぞれ、独立に制御して、上
記各光電変換素子列の電荷を、該光電変換素子列の両側
の１対の上記垂直転送部に転送させる転送制御手段と、
上記複数組の垂直転送部より順次出力される電荷を、順
次水平方向に転送する水平転送部とを備えたことを特徴
とするものである。更に、請求項１の発明の固体撮像装
置は、上記各光電変換素子列から、その両側の一対の垂
直転送部への電荷転送タイミングを、一方の側と他方の
側とで、それぞれ、異ならせることによって、一方の垂
直転送部には、信号電荷およびノイズ電荷を含む第１電
荷が転送され、他方の垂直転送部には、ノイズ電荷から
成る第２電荷が転送されるように、電荷転送タイミング
を制御することを特徴とするものである。また、請求項
２の固体撮像装置は、上記請求項１の固体撮像装置にお
いて、上記水平転送部が、上記複数組の垂直転送部より
順次出力される上記第１電荷と第２電荷とを、それぞれ
独立に転送する構成であることを特徴とするものであ
る。また、請求項３の固体撮像装置は、上記請求項２の
固体撮像装置において、上記水平転送部が、上記一方の
垂直転送部より出力される第１電荷を転送する第１水平
転送部と、上記他方の垂直転送部より出力される第２電
荷を転送する第２水平転送部との２列構成であることを
特徴とするものである。また、請求項４の固体撮像装置
は、それぞれが複数の光電変換素子から成る複数列の光
電変換素子列と、上記各光電変換素子列の両側に、それ
ぞれ複数列ずつ設けられ、第１列の垂直転送部は、それ
ぞれ、対応する光電変換素子列の全光電変換素子と読み
出しゲート部を介して結合するとともに、第２列以降の
垂直転送部は、それぞれ、隣接垂直転送部と、転送ゲー
ト部を介して結合する複数組の垂直転送部と、上記読み
出しゲート部および転送ゲート部を制御して、各光電変
換素子列から順次出力される電荷を、それぞれ、該光電
変換素子列の両側の複数列の垂直転送部のそれぞれに転
送させる転送制御手段と、上記複数組の垂直転送部のう
ちの選択された垂直転送部より順次出力される電荷のみ
を、順次水平方向に転送する水平転送部とを備えたこと
を特徴とするものである。更に、上記各光電変換素子列
から、その両側の一対の垂直転送部への電荷転送タイミ
ングを、一方の側と他方の側とで、それぞれ、異ならせ
ることによって、一方の垂直転送部には、信号電荷およ
びノイズ電荷を含む第１電荷が転送され、他方の垂直転
送部には、ノイズ電荷から成る第２電荷が転送されるよ
うに、電荷転送タイミングを制御することを特徴とする
ものである。したがって、本発明によれば、上記光電変
換素子列の信号電荷とノイズ電荷との和の電荷と、ノイ
ズ電荷とを、上記光電変換素子列の両側に設けられた別
々の列の垂直転送部に読み込んで、それぞれの電荷を分
離して出力でき、信号電荷とノイズ電荷との和の電荷か
らノイズ電荷を減算して、ノイズ電荷を除去することが
できる。したがって、高速シャッタモード等の信号電荷
が小さいときにも、スミア特性がよく、かつ暗電流によ
るノイズを低減した固体撮像装置を実現することができ
る。

【００８９】

【００９０】また、低転送レート時に垂直転送部での電
荷蓄積時間が長くなり、暗電流によりノイズ電荷が大き
くなっても、ノイズ電荷を除去できるから、Ｓ／Ｎの劣
化を防止することができる。

【００９１】また、高温動作時の光電変換素子の暗電流
の補正ができるから、高温動作時の暗電流による影響を
低減して、Ｓ／Ｎを向上することができる。

【００９２】

【００９３】

【００９４】

【００９５】

【００９６】

【００９７】

【００９８】

【００９９】

【０１００】

【０１０１】

【０１０２】また、上記複数列の垂直転送部に、異なる
タイミングで複数の画像を転送でき、該複数列の垂直転
送部に転送された複数の画像の電荷を記憶して、別々に
出力することができる。したがって、複数の高速電子シ
ャッタ画像を得ることができ、高速連続撮像ができる。

【０１０３】

【０１０４】

【０１０５】

【０１０６】

【０１０７】

【０１０８】

【０１０９】

【０１１０】

【０１１１】

【０１１２】

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の第１実施例の固体撮像装置
の断面図である。

【図２】 図２はこの発明の第２実施例の固体撮像装置
（水平転送部１線式）の平面図である。

【図３】 図３は上記第２実施例の垂直転送部への転送
動作を示す図である。

【図４】 図４はこの発明の第３実施例の固体撮像装置
（水平転送部２線式）の平面図である。

【図５】 図５は上記第３実施例の水平転送部の拡大平
面図である。

【図６】 図６(a)は図５のI−I線から見た断面図であ
り、図６(b)は図５のII−II線から見た断面図である。

【図７】 図７は上記第３実施例の水平転送部への転送
動作を示すタイミング図である。

【図８】 図８はこの発明の第４実施例の固体撮像装置
の平面図である。

【図９】 図９は上記第４実施例の固体撮像装置の要部
を拡大した平面図である。

【図１０】 図１０は上記第４実施例の垂直転送の動作
を示すタイミング図である。

【図１１】 図１１は上記第４実施例の他の垂直転送の
動作を示すタイミング図である。

【図１２】 図１２は上記第４実施例の垂直転送部のポ
テンシャル図である。

【図１３】 図１３は上記第４実施例の垂直転送部での
２画素の電荷の加算を示すポテンシャル図である。

【図１４】 図１４は従来の固体撮像装置の断面図であ
る。

【図１５】 図１５は従来の固体撮像装置の信号電荷の
動きを示す模式図である。

【図１６】 図１６は従来の固体撮像装置の要部を拡大
した平面図である。

【符号の説明】

１…Ｎ型シリコン基板、２…Ｐ^-ウェル、３…フォトダ
イオード、４a,４b…垂直転送部、５…Ｐ⁺画素分離領
域、６…絶縁膜、７…ゲート電極、８,９…遮光メタ
ル、１０…色フィルター、１１…マイクロレンズ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−180479（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−170683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−152279（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−241985（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−297288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−62979（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−193560（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−108884（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−264773（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−87784（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−367177（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれが複数の光電変換素子から成る
   複数列の光電変換素子列と、上記各光電変換素子列の両
   側に、それぞれ１列ずつ設けられ、それぞれ、対応する
   光電変換素子列の全光電変換素子と読み出しゲート部を
   介して結合する複数組の垂直転送部と、上記各光電変換
   素子列の両側に、それぞれ設けられる上記各読み出しゲ
   ート部を、それぞれ、独立に制御して、上記各光電変換
   素子列の電荷を、該光電変換素子列の両側の１対の上記
   垂直転送部に転送させる転送制御手段と、上記複数組の
   垂直転送部より順次出力される電荷を、順次水平方向に
   転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置であって、
   上記各光電変換素子列から、その両側の一対の垂直転送
   部への電荷転送タイミングを、一方の側と他方の側と
   で、それぞれ、異ならせることによって、一方の垂直転
   送部には、信号電荷およびノイズ電荷を含む第１電荷が
   転送され、他方の垂直転送部には、ノイズ電荷から成る
   第２電荷が転送されるように、電荷転送タイミングを制
   御することを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 上記水平転送部は、上記複数組の垂直転
   送部より順次出力される上記第１電荷と第２電荷とを、
   それぞれ独立に転送する構成であることを特徴とする、
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 上記水平転送部は、上記一方の垂直転送
   部より出力される第１電荷を転送する第１水平転送部
   と、上記他方の垂直転送部より出力される第２電荷を転
   送する第２水平転送部との２列構成であることを特徴と
   する、請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 それぞれが複数の光電変換素子から成る
   複数列の光電変換素子列と、上記各光電変換素子列の両
   側に、それぞれ複数列ずつ設けられ、第１列の垂直転送
   部は、それぞれ、対応する光電変換素子列の全光電変換
   素子と読み出しゲート部を介して結合するとともに、第
   ２列以降の垂直転送部は、それぞれ、隣接垂直転送部
   と、転送ゲート部を介して結合する複数組の垂直転送部
   と、上記読み出しゲート部および転送ゲート部を制御し
   て、各光電変換素子列から順次出力される電荷を、それ
   ぞれ、該光電変換素子列の両側の複数列の垂直転送部の
   それぞれに転送させる転送制御手段と、上記複数組の垂
   直転送部のうちの選択された垂直転送部より順次出力さ
   れる電荷のみを、順次水平方向に転送する水平転送部と
   を備えた固体撮像装置であって、上記各光電変換素子列
   から、その両側の一対の垂直転送部への電荷転送タイミ
   ングを、一方の側と他方の側とで、それぞれ、異ならせ
   ることによって、一方の垂直転送部には、信号電荷およ
   びノイズ電荷を含む第１電荷が転送され、他方の垂直転
   送部には、ノイズ電荷から成る第２電荷が転送されるよ
   うに、電荷転送タイミングを制御することを特徴とする
   固体撮像装置。