JPH02309876A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、ＣＣＤ型撮像素子を備え、フィールド内サン
プリングポイントの数及び垂直転送電極の数を減少させ
ると共に、高解像度を得るように構成した固体撮像装置
に係わり、特に垂直電荷転送路と水平電荷転送路とのつ
なぎ部を改良した固体撮像装置に関する。

（従来の技術） 従来より知られているように固体撮像装置では、ナイキ
スト限界以上の画像に起因する偽信号を少なくするため
に、画素開口をできるだけ大きくしている。画素開口を
大きくする工夫は種々考えられているが、その１つとし
て特開昭６１−１３３７１１２号公報に提案されている
方法がある。

これは、ＣＣＤ型撮像素子を備えた固体撮像装置におい
て、単一の光電変換素子に対して複数の垂直転送電極を
接合させると共に、充電変換素子から得られる信号電荷
をフィールドに応じて複数の垂直転送電極のいずれかに
切換えて出力するようにしたものである。この場合、等
節約に捕えられる画素ピッチよりも大きな画素開口を実
現することにより、ナイキスト限界以上の画像に基づく
偽信号を除去できる。

第５図は上記公報に記載された固体撮像装置の画素配置
を説明するための模式図、第６図はＣＣＤ型撮像素子パ
ターンを示す平面図である。

第５図において、１〜４はそれぞれ画素重心の配置パタ
ーンを示し、市松配置を採っている。

なお、従来の方法では、開口率を１００％としても５で
示す開口の形となるが、この例では画素開口を６で示す
開口まで拡大することが可能となっている。

第６図において、１１〜１４はそれぞれ画素重心１〜４
に対応する垂直転送電極である。ここで、同一の番号を
有する電極はそれぞれ電気的に接続してあり、４相電極
構造を採る。従って、電極１１は第１相の電極、電極１
２〜１４はそれぞれ第２相〜第４相の電極に該当する。

また、１０はフォトセンサであり、フォトダイオードや
ＭＯＳセンサ等を用いて形成する。

１５はリードアウトゲート領域を示し、この領域に接し
ている各々の垂直転送電極１１〜１４がその上部を覆っ
ている。１６はチャネルストップ領域を示す。なお、図
中の破線で示す経路に従って電荷を転送する垂直転送時
には、転送部のポテンシャルが一呑低く、リードアウト
ゲート領域１５のポテンシャルはそれよりも高くなるの
で、このリードアウトゲート領域１５もチャネルストッ
プ領域の役割を果たす。

垂直転送電極１１〜１４については、上述したように同
一番号を有する電極は電気的に接続されている。例えば
、１１及び１３、即ち第１相及び第３相は右上がり斜め
に配線されており、また１２及び１４、即ち第２相及び
第４相は左上がり斜めに配線されている。

次に、上記構成の固体撮像装置の動作を説明する。垂直
転送電極１１〜１４は４相で駆動されるが、フォトセン
サ１０から送出される電荷のリードアウト電極としても
機能する。このように１つの垂直転送電極には４個のフ
ォトセンサ１０が接しており、４相のうち１相の電極に
リードアウト駆動電圧、例えば１０Ｖを印加することに
より、その相の電極の外周に接している４個のフォトセ
ンサ１０からそれぞれ信号電荷を吸収加算し、１相の電
極下に転送することができる。

例えば、第１フイールドのフィールドブランキング期間
において電極１１にリードアウト駆動電圧を印加した場
合には、第６図に示す矢印のように電荷は転送され、そ
の後は電極１１から電Ｎｉ＋１２＝電極１３−電極１４
へと順次に転送される。

かくして各フィールド毎に１回たけ、４柑のうち１つの
電極ずつにリードアウト駆動電圧を印加することにより
、フォトセンサ４個から得られる和信号が垂直電荷転送
部へ送られる。そして、４個のフォトセンサの組み合わ
せは、フィールド毎に変えることができる。

ここで、和信号の垂直転送に関して述べる。

第６図において、隣接した垂直電荷転送路の和信号は、
例えばリードアウト駆動電圧を印加した直後は垂直転送
電極１１Ａ、ＩＩＢ・・・下に蓄積されている。従来構
成の固体撮像装置においては、隣接する垂直電荷転送路
に同じ行の信号が蓄積されていた。本構成の撮像装置に
おいては、第６図のＩＩＡ、ＩＩＢに示すように隣接す
る垂直電荷転送路の行が異なり、水平電荷転送路には互
い違いに水平ブランキング期間内に転送されることにな
る。従って、複数の垂直電荷転送路から信号は、１水平
ブランキング期間には１度に転送されず、１列おきに水
平電荷転送路に転送される。水平電荷転送路に信号を転
送しなかった垂直電荷転送路の組は、次の水平ブランキ
ング期間に水平電荷転送路に転送される。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、水平電荷転送路を従来と同じように１
つの垂直電荷転送路に対して１つの転送段が対応するよ
うに配置すると、実際の水平転送段の２倍に相当する水
平転送電極が必要となり、水平転送りロック周期を小さ
くしなければならない。また、垂直転送電極に与えるク
ロックの１周期で２回の水平転送を行うため、水平転送
の際に水平電荷転送路から垂直電荷転送路（該水平転送
前に信号電荷を水平電荷転送路に出力した垂直電荷転送
路）に信号電荷の一部が戻る、いわゆる電荷の逆流が生
じ、スムーズな電荷の転送を行うことができない。

さらに、同じ転送路に周期がずれて垂直電荷転送路から
信号電荷が転送されるので、相互干渉により画像に歪み
が生じる等の問題がある。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、第５図及び第６図に示す構成の固体撮
像装置においては、隣接する２本の垂直電荷転送路に対
し、１本の水平電荷転送路か対応しており、ブランキン
グ期間に２回の水平転送を行う必要がある。このため、
垂直転送電極に与えるクロックの１周期で２回の水平転
送を行うことになり、水平転送の際に水平電荷転送路か
ら垂直電荷転送路（該水平転送前に信号電荷を水平電荷
転送路に出力した垂直電荷転送路）に信号電荷の一部が
戻る、いわゆる電荷の逆流が生じ、スムーズな電荷の転
送を行うことができないという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、水平転送における垂直電荷転送路へ
の信号電荷の逆流を防止することができ、スムーズな電
荷の転送を行い得る固体撮像装置を提゛供することにあ
る。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、垂直電荷転送路と水平電荷転送路との
接続部に、水平電荷転送路から垂直電荷転送路への信号
電荷の逆流を防止するためのゲート電極を設けることに
ある。

即ち本発明は、２次元状に配置された複数個の光電変換
素子と、これらの光電変換素子の間に配列され該素子で
検出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送
路と、この垂直電荷転送路を転送された信号電荷を水平
方向に転送する水平電荷転送路とを備え、単一の光電変
換素子に対して隣接する垂直電荷転送路上の複数の垂直
転送電極を接合すると共に、該素子からの検出信号電荷
をフィールドに応じて複数の垂直転送電極下のいずれか
に出力し、隣接する垂直電荷転送路から水平電荷転送路
に信号電荷を交互に出力する固体撮像装置において、前
記垂直電荷転送路の隣接する２つを１組とし、各組を水
平電荷転送路の１転送段にそれぞれ対応させ、且つ垂直
電荷転送路と水平電荷転送路との間に、隣接する垂直電
荷転送路を交互に切換えて水平電荷転送路に接続する切
換えゲートをそれぞれ形成するようにしたものである。

（作用） 本発明によれば、隣接する垂直電荷転送路を交互に切換
えて水平電荷転送路に接続する切換えゲートを設けてい
るので、垂直転送電極に与えるクロックの１周期で２回
の水平転送を行っても、該水平転送の際に水平電荷転送
路から垂直電荷転送路に信号電荷が逆流するのをゲート
により阻止することができる。これにより、信号電荷の
水平転送をスムーズに行うことができ、画質向上等に寄
与することが可能となる。また、垂直電荷転送路の隣接
する２つを１組とし、各組を水平電荷転送路の１転送段
にそれぞれ対応させているので、１つの水平電荷転送路
で垂直電荷転送路の半分の転送電極の組で信号電荷の水
平転送が可能となる。つまり、従来と同じ転送速度であ
れば水平の転送りロック周期を大きくすることができ、
従来と同じ転送りロック周期であれば、転送速度の高速
化をはかり得ることになる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の要部
構成を示す平面図であり、特に垂直電荷転送路と水平電
荷転送路との接続部構成を示している。図中１１．１３
は各々垂直電荷転送路の最終段の電極である。１７．１
８は各々垂直転送電極１１．１３と水平電荷転送路２１
との間に設けられたゲート電極（切換えゲート）である
。２２．２３は各々電極２２ａ、２２ｂ及び２３ａと２
３ｂの２組の電極で構成された水平電荷転送路２１の水
平転送電極を構成している。本実施例においては、垂直
転送は４相駆動、水平転送は２相駆動を採用した。また
、画素配置及び撮像素子パターンに関しては、前記第５
図及び第６図と同様とした。

第２図は本実施例の各電極に印加するクロック電圧のタ
イミングを示す信号波形図である。

この図には、フォトセンサから垂直転送電極へのリード
アウト駆動電圧は図示せず、垂直転送パルスのみ図示し
た。以下、垂直電荷転送路から水平電荷転送路への信号
電荷の転送を説明する。

垂直転送周期の最初の段階では、信号電荷は電極１１と
１４に蓄積されている（第１図及び第６図参照）。つま
り、垂直転送電極は第６図において４５度の斜方向に同
じ番号のものと接続されているため、隣接する垂直電荷
転送路に蓄積された信号電荷に対しては、１行分サンプ
リングポイントが異なるが、垂直転送周期に対して１８
０度位相がずれたところに信号電荷が蓄積されている。

従って、第１図において左側の垂直電荷転送路の信号電
荷は電極１１のところまできているが、右側の垂直電荷
転送路では、垂直転送周期的には調度１８０度位相がず
れて上側にある。

垂直電荷転送路から水平電荷転送路への転送は、まず電
極１７をオンにし、水平転送電極２２に電極１１下に蓄
積されていた信号電荷の転送から始まる。この′とき、
電極１８と２３はオフになっている。この転送が終了す
ると、水平転送電極２２と２３を駆動し水平転送を行う
。

この場合には、第１図の電極１３のところまで信号電荷
がきている。また、左側の垂直電荷転送路は逆に右側の
転送路の上方に転送周期１８０度分だけずれて蓄積され
ている。

次に、電極１８．２３をオンにして電極１３の下に蓄積
された信号電荷を水平電荷転送路に転送した後、水平転
送電極２２．２３を動作させ水平転送を行う。ここで、
上記信号電荷の水平転送は垂直転送電極に印加するクロ
ックの１周期で２巨ｊ行われることになる。そして、上
記操作を繰返すことにより、フォトセンサで検出された
信号電荷が水平電荷転送路を通して読出され、ｉｉ！Ｇ
　ＩＩ倍信号得られることになる。

このように本実施例では、隣接する２本の垂直型イ１：
ｊ転送路を１組とし、この１組の垂直電荷転送路に対し
１水平転送段を対応させ、垂直電荷転送路と水平電荷転
送路との間に、前記１組の垂直電荷転送路を°交互に切
換えて水平電荷転送路に接続する１組のゲート電極を設
けて、隣接する２本の垂直電荷転送路からの信号電荷を
交互に水平電荷転送路に転送させることができる。そし
てこの場合、ゲート電極を新たに設けているので、水平
転送において信号電荷が垂直電荷転送路に逆流するのを
防止することができ、これによりスムーズな転送を行う
ことができる。

また、垂直電荷転送路の２列が１つの水平転送段に対応
するので、水平転送を高速に行うことができる。さらに
、ゲート電極を設けたことにより、水平転送の際に垂直
電荷転送路と水平電荷転送路とをポテンシャル的に完全
に分離させることができ、これにより水平転送の駆動マ
ージンが広くなる利点もある。

第３図は、本発明の他の実施例の要部構成を示す平面図
である。なお、第１図と同一部分には同一符号を付して
、その詳しい説明は省略する。

この実施例では、隣接する２本の垂直電荷転送路を１組
とし、この１組の垂直電荷転送路に対して１水平転送段
を対応させ、垂直電荷転送路と水平電荷転送路との間に
、前記１組の垂直電荷転送路を交互に切り替えて水平電
荷転送路に信号電荷を転送させるために、３つの切換え
ゲートを使用した。３つのゲート？１ｉ３１゜３２．３
３により、隣接する２本の垂直電荷転送路から水平電荷
転送路の同一の水平転送段に信号電荷を転送している。

以下、信号電荷の転送を説明する。第３図において、電
極１１下に信号電荷が蓄積している。

図中右側の垂直電荷転送路においては、電極１１は右上
り４５度で配線されているので、垂直転送パルスの１８
０度ずれた上部に蓄積されている。ゲート３１．３３及
び水平転送電極２２がオンとなり、信号電荷は電極２２
下に転送される。このとき、電極３２．２３はオフ状態
になっており、右側の垂直電荷転送路では電極１３下に
信号電荷が蓄積している。

次に、ゲート３２，３３をオフとした後、水平転送電極
２２．２３を駆動させ、水平転送を行う。水平転送が終
了した後、ゲート３２゜３３及び水平転送電極２２をオ
ンとし、前と同様に転送させる。この場合、先の実施例
とは異なり、信号電荷は水平転送電極２２に転送されて
いるので、水平転送電極駆動のタイミングは前フィール
ドと同じでよい。さらに、ゲート３１．３２．３３の配
線はポリシリコン電極であり、ゲート３１の配線は電極
１１．１３上を通り、またゲート３２の配線は電極３３
上を通っている。

このような構成であっても、水平転送における信号電荷
の逆流を防止することができ、先の実施例と同様の効果
が得られる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、垂直電荷転送路と
水平電荷転送路との接続部に、垂直転送電極とは別に切
換えゲートを設けているので、水平転送における垂直電
荷転送路への信号電荷の逆流を防止することができ、信
号電荷の水平転送をスムーズに行うことが可能となり、
その有用性は絶大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の要部
構成を示すもので垂直電荷転送路と水平電荷転送路との
接続部構成を示す平面図、第２図は各部電極に与える信
号のタイミングを示す信号波形図、第３図は本発明の他
の実施例の要部構成を示す平面図、第４図は各部電極に
与える信号のタイミングを示す信号波形図、第５図は従
来のＣＣＤ型固体撮像装置の画像中心を説明するための
模式図、第６図はその撮像領域の構成を示す平面図であ
る。 １０・・・フォトセンサ、 １１〜１４・・・垂直転送電極、 １５・・・リードアウトゲート領域、 １６・・・チャネルストップ領域、 １７．１８．３１〜３３・・・ゲート電極（切換えゲー
ト）、２１・・・水平電荷転送路、 ２２．２３・・・水平転送電極。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ２次元状に配置された複数個の光電変換素子と、これら
   の光電変換素子の間に配列され該素子で検出された信号
   電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送路と、この垂直
   電荷転送路を転送された信号電荷を水平方向に転送する
   水平電荷転送路とを備え、単一の光電変換素子に対して
   隣接する垂直電荷転送路上の複数の垂直転送電極を接合
   すると共に、該素子からの検出信号電荷をフィールドに
   応じて複数の垂直転送電極下のいずれかに出力し、隣接
   する垂直電荷転送路から水平電荷転送路に信号電荷を交
   互に出力する固体撮像装置において、 前記垂直電荷転送路の隣接する２つを１組とし、各組が
   水平電荷転送路の１転送段にそれぞれ対応され、且つ垂
   直電荷転送路と水平電荷転送路との間に、隣接する垂直
   電荷転送路を交互に切換えて水平電荷転送路に接続する
   切換えゲートがそれぞれ形成されてなることを特徴とす
   る固体撮像装置。