JPH0360226B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は高精細画像を再生する高解像度固体装
置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来の例えばNTSC方式のごときテレビジヨン
標準方式では、垂直方向走査線512本、飛び越し
走査１フレーム２フイード構成、画面アスペクト
比３：４などが定められているため、その撮像手
段である固体撮像装置は、この標準方式に適合す
べく構成されている。

現在この標準方式に適合した例えばインターラ
イン転送方式CCD（以後IT−CCDと称す）におけ
る画素数は500（垂直）×400（水平）程度である。

このようなIT−CCDの撮像動作を第１図を用
いて簡単に説明する。このIT−CCDでは例えば
ホトダイオード（以下PDと称す）で形成された
2N×Ｍ個（例えばＮ＝250、Ｍ＝400）の感光部
P₁₁，P₁₁′，P₁₂，P₁₂′，…，P_1N，P_1N′，P₂₁，
P₂₁′，P₂₂，P₂₂′，…，P_2N，P_2N′，…，P_M1，
P_M1′，P_M2，P_M2′，…，P_MN，P_MN′（以下Pi，
Pi′で代表する）と、この感光部Pi，Pi′で光電変
換されて蓄積された信号電荷を読出すための垂直
電荷転送部である垂直CCDレジスタC₁，C₂，…、
C_Mが互いに水平方向に交互配列されている。そ
して垂直CCDレジスタの信号電荷は、１段毎に
水平電荷転送部である水平CCDレジスタ１に転
送され、水平有効期間において水平CCDレジス
タ１内を転送された後順次出力部２より読出され
る。４は、感光部Pi，Pi′の信号電荷を垂直CCD
レジスタC₁，C₂，…C_Mによみだすためのフイー
ルドシフトゲートである。

ここで垂直CCDレジスタC₁，C₂，…，C_Mにお
ける垂直方向の転送段数は感光部P₁，P₁′の垂直
方向画素数の半数のＮ（＝250）である。通常のテ
レビジヨン標準方式においては１フレームは２フ
イールドより構成され、またインターレス走査を
行なつている。従つてIT−CCDでもこれに適合
した撮像動作を行なつており、先の２フイールド
をＡ、Ｂフイールドに分け、Ａフイールドでは垂
直方向に連続して設けられた２個の感光部P₁₁，
P₁₁′，P₁₂，P₁₂′，…，P_1N，P_1N′，P₂₁，P₂₁′，
P₂₂，P₂₂′，…，P_2N，P_2N′，…，P_M1，P_M1′，
P_M2，P_M2′，…，P_MN，P_MN′で蓄積された信号電
荷を合せて読出し、Ｂフイールドでは、垂直にＡ
フイールドで読出した２個の感光部に対して空間
的に垂直方向に対して180度位相が異なる連続し
た２個の感光部P₁₁′，P₁₂，P₁₂′，P₁₃，…，P₂₁′，
P₂₂，P₂₂′，P₂₃，…，P_M1′，P_M2，P_M2′，P_M3，…
で蓄積された信号電荷を合せて読出す。このよう
な信号電荷読出しモードをフイールド蓄積モード
と呼び、この場合、垂直方向においてＡ、Ｂフイ
ールドで読出される信号の空間的位相が180度異
なるため、感光領域全域からは2N×Ｍ個（＝500
×400個）のサンプル点が得られる。

これらのサンプル点を第２図に示す。Ａフイー
ルドが黒丸印で表わされ、Ｂフイールドが白丸印
である。このサンプル点は垂直方向の連続２画素
の中間点にとつてある。ＡとＢフイールドサンプ
ル点は図に見られるように正方格子配列となる。

このような従来方式のIT−CCDでは１フイー
ルド時間でのサンプル点は垂直が250個、水兵が
400個であり、インターレースによる２フイール
ド期間で垂直が２倍の500個のサンプル点となり、
合計サンプル点は200K個となる。これらの画像
を見ると垂直方向は撮像管と同じサンプル点とな
り問題は無いが、水平方向はかなり見劣りする。
水平方向の画素数としては400個では不足であり、
580個さらには800個と倍増が要求されている。し
かし、同じシリコン・チツプの中に２倍の画素数
を組み込むには極めて微細な集積回路製作技術を
必要とし実用化にはかなりの年数を必要とする。

画素数を直接増加せずに疑似的に増加する方法
としてMOS形撮像素子では画素をいわゆる市松
配置（補間配置とも言う）とし、２行同時読出し
インターレースを採用する方式がとられている
（参考文献：テレビジヨン学会誌第37巻第10号812
〜818頁）。MOS形素子では読出しのラインがAl
であり、垂直、水平の配線が容易であり２行（垂
直方向に２画素）同時に読出し、得られた信号を
別々に２本の信号線から出力して外部で容易に半
画素のずれを遅延線により半ビツト調整して、元
の画素位置に対応した時間信号に出来る。

これに対して、IT−CCDでは市松画素配置は、
垂直転送CCDを蛇行させる必要があり、構成が
複雑になる。また前述したように垂直方向の２画
素を同時に読出すが、CCDの段数が画素数の半
分であるから別個に保持できず、転送の初期に合
算せざるを得ない。

このようにIT−CCDを高精細化するには構造
の複雑化が避けられず、単なる画素数の増加が解
決手段として追及されている。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、雑音
や感度の点ですぐれるIT−CCDの特徴を生かし
つつ、高精細画像を再生する固体撮像装置を提供
することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明における固体撮像装置においては、垂直
電荷転送部を、垂直方向の画素ごとに一段の電荷
転送段が形成された１画素１段構成とすること、
および、水平電荷転送部に、垂直電荷転送部の垂
直に連続した２画素分の信号電荷を同じ位置で加
算する第１の動作モードと、垂直電荷転送部の
行、列の異なる２画素分の信号電荷を同じ位置で
加算する第２の動作モードとを持たせたことを特
徴とする。上記の如き垂直電荷転送部としては例
えば、本発明者等が先に提案した特開昭58−
161473号公報（出願日S57.2.19）のものを用いれ
ばよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水平方向の画素数を物理的に
増加する事をせずに、従来の集積回路技術で水平
方向に２倍の解像度となる高解像度固体撮像装置
とする事ができる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第３図は本発明の一実施例による固体撮像装置
の模式的構成図である。ホトダイオードPDで形
成されたＭ列の感光部P₁，P₂，…，P_Mと、同じ
くＭ列の垂直CCDレジスタC₁，C₂，…，C_Mが図
示の如く交互に配列され、感光部の各列はP₁₁，
P₁₁′，P₁₂，P₁₂′，P₁₃，…，P_1N，P_1N′，P₂₁，
P₂₁′，P₂₂，P₂₂′，P₂₃，…，P_2N，P_2N′，…，P_M1，
P_M1′，P_M2，P_M2′，P_M3，…，P_MN，P_MN′の如く
2N個のPDが配置されており、また垂直CCDレジ
スタの各々はPDに１対１に対応してC₁₁，C₁₁′，
C₁₂，C₁₂′，C₁₃，…，C_1N，C_1N′，C₂₁，C₂₁′，
C₂₂，C₂₂′，C₂₃，…，C_2N，C_2N′，…，C_M1，
C_M1′，C_M2，C_M2′，C_M3，…，C_MN，C_MN′の如く
2N個の転送段を有する。即ち、感光部と垂直
CCDレジスタが交互に配列され、かつ垂直CCD
レジスタの転送段数と垂直方向PD数は同数とさ
れる。ことでＮを例えば250とすると垂直方向の
PD数と垂直CCDレジスタの転送段数は、いずれ
も500となる。

垂直CCDレジスタの構成を第４図に示す。断
面は垂直CCDレジスタの垂直方向にとつてある。
Ｐ型シリコン基板１０上に埋め込みチヤンネルで
あるN⁺層１１が設けられ、このN⁺層１１上に第
１ゲート酸化膜１２が形成されている。そしてこ
のゲート酸化膜１２上に第１層目の転送電極１５
（１５−１，１５−２，１５−３，…）が形成さ
れ、その上に第２ゲート酸化膜１３を介して第２
層目の転送電極１６（１６−１，１６−２，…）
が、第１層目の転送電極１５と重なり部A_Oを有
して形成されている。そしてさらにその上に第３
ゲート酸化膜１４を介して垂直方向に連続して第
３層目の転送電極１７が形成されている。ここで
この第３層目の転送電極１７は、第１層目の転送
電極１５と第２層目の転送電極１６が重なつてい
ない間隔部において基板に対向するようになつて
いる。

そして第１層目の転送電極１５、第２層目の転
送電極１６及び第３層目の電極１７に各々独立な
３相クロツクパルス電圧を印加することにより、
連続した３電極例えば図のA_Pの範囲を一段の転
送単位として垂直方向の電荷転送が行われる。

第３図と第４図の構成による撮像動作を説明す
る。まずＡフイールドで全ての感光部に蓄積され
た信号電荷をフイールドシフトゲート４を介して
垂直CCDレジスタに同時に転送する。前述のよ
うに垂直CCDレジスタは１画素１段構成である
から各画素の信号電荷が隣接した垂直CCDレジ
スタの各段に個別に保持される。これらの信号電
荷を垂直CCDレジスタの中を第３図の下方へ一
段ずつ転送する。通常のCCDでは１段ずつ転送
されて水平CCDレジスタ５に入つた電荷は水平
方向に高速で転送されて順次出力部２から読み出
される。

これに対して本実施例の固体撮像装置において
は、垂直方向１段の転送により水平CCDレジス
タ５に入つた１行の電荷をそのまま保持してお
き、さらに垂直方向１段の転送によりもう１行の
電荷が入つた後に水平転送を行なう。この動作を
繰り返すと垂直方向に連続して設けられた２個の
P₁₁，P₁₁′，P₁₂，P₁₂′，…P_1N，P_1N′，…，P₂₁，
P₂₁′，P₂₂，P₂₂′，…，P_2N，P_2N′，…，P_M1，
P_M1′，P_M2，P_M2′，…，P_MN，P_MN′で蓄積された
信号電荷が加算されて読み出される。これが水平
CCDレジスタでの第１の動作モードである。

次に、Ｂフイールドにおいては、同じく全ての
感光部に蓄積された信号電荷をフイールドシフト
ゲート４を介して垂直CCDレジスタへ同時に転
送する。これらの信号電荷を垂直方向に１段ずつ
転送して水平CCDシフトレジスタ５に送るがＡ
フイールドと異なり第２図でダツシユがつかない
感光部例えばP₂₂からの電荷が水平CCDレジスタ
５に入つた時に、そのまま保持せず、水平CCD
レジスタの１段相当分（１列分）だけ前方へ送
る。以下、これを１列順送りと名付ける。１列順
送りした時点で、再び垂直CCDレジスタを１段
転送して、水平CCDレジスタ５にもう１行の電
荷を送り込む。この電荷はダツシユのついた感光
部例えばP₁₁′からのものである。この後に水平転
送を行ない信号を読み出す。この動作を繰り返す
と、Ｂフイールドの信号は斜め方向に２個の感光
部P₁₁′，P₂₂，P₁₃′，P₂₄…で蓄積された信号電荷
の加算されたものとなる。これが水平CCDレジ
スタでの第２の動作モードである。

これらのＡとＢフイールドの組み合せによるサ
ンプル点を図示したのが、第５図である。黒丸印
は第２図と同じＡフイールドであるが、白丸印の
Ｂフイールドが水平方向で半分ずれており斜方格
子配列となる。

本発明者等の１人が他と著者と共に解析して示
したように斜方格子配列では一般に水平解像度が
向上する（参考文献：テレビジヨン学会誌第37巻
第10号819頁〜825頁）。斜方格子配列は、いわゆ
る市松配置であり補間配置であるから、本実施例
の固体撮像装置はIT−CCDを基本としながら、
従来は難しいとされてきたCCDの市松配置をサ
ンプリングの点で達成した事になる。なお、Ｂフ
イールドのサンプリング点は水平方向で半画素ず
れているので水平信号の時間軸で半画素遅れた位
置に一致させる必要がある。この調整は水平
CCDレジスタへのクロツクパルスの位相180度ず
らす事により半ビツトの遅延として達成できる。

以上の実施例で説明した動作の内、特に水平
CCDレジスタでのＡ、Ｂフイールドに対応した
第１、第２の動作モードについて更に具体的に説
明する。第６図は第３図の一部と信号電荷転送の
様子を示す図であり、第７図はＡフイールドにお
けるタイミング図、第８図はＢフイールドにおけ
るタイミング図である。第６図に示すように本実
施例での構成は垂直CCDレジスタC₁は転送電極
がΦV₁，ΦV₂，ΦV₃の３相であり、水平CCDレジ
スタ５は転送電極がΦH₁，ΦH₂，ΦH₃，ΦH₄の
４相である。そして、感光部P₁で蓄積された信
号電荷をフイールドシフトゲートにより垂直
CCDレジスタC₁に転送する電極はΦV₂とする。
以下順次この信号電荷が転送されて出力される動
作を説明する。

第７図のＡフイールドにおけるタイミング図
は、水平ブランキングパルスHBLに同期して垂
直CCDレジスタの電極ΦV₁，ΦV₂，ΦV₃ならびに
水平CCDレジスタの電極ΦH₁，ΦH₂，ΦH₃，
ΦH₄に印加されるパルスを示している。すなわ
ち、Ａフイールドでは水平ブランキング期間に２
回のラインシフトを行う。このラインシフト動作
は第７図に示すようにΦV₁，ΦV₂，ΦV₃に３相の
タイミングパルスを印加することで可能となる。
２回のラインシフト動作は同じであるので１回目
のラインシフト動作について説明する。こときの
t₁からt₇までの各時点における垂直CCDレジスタ
C₁の各電極ΦV₁，ΦV₂，ΦV₃の下に形成される表
面電位ならびにこの電位に蓄えられる信号電荷Ｑ
の様子が第６図に示されている。このように順次
t₁，t₂，…，t₇とパルスのタイミングを変えるこ
とにより、信号電荷は矢印Ｐで示すように転送さ
れる。この動作を２回目のラインシフト動作でも
同様に行う。そしてこの２回分のラインシフト時
は水平CCDレジスタ５の電極の内ΦH₁，ΦH₂は
高レベルに保たれ、ΦH₃，ΦH₄は低レベルに保
たれる。この結果水平CCDレジスタ５のΦH₁，
ΦH₂の下において２行分の信号電荷の加算がな
されることになる。この加算された信号電荷はそ
の後水平CCDレジスタ５を駆動することにより
出力部へ読み出される。

次にＢフイールドでは、第８図に示すようなタ
イミングパルスを各電極に印加する。Ｂフイール
ドではＡフイールドと異なり、第３図でダツシユ
がつかない感光部例えばP₂₂の信号電荷が水平
CCDレジスタ５に入つた時に、そのまま保持せ
ず１段分出力側へ転送する。この動作は、第８図
に示すように水平CCDレジスタ転送電極ΦH₁，
ΦH₂，ΦH₃，ΦH₄に、前述した２回のラインシ
フト動作の中間期間に１段分相当を転送するパル
スを与えることで可能である。即ち、垂直CCD
レジスタで１回目のラインシフト動作を行ない、
次に水平CCDレジスタで出力側へ１段分転送す
る。そして垂直CCDレジスタで２回目のライン
シフト動作を行う。これにより例えば第３図の感
光部P₂₂とP₁₁′の信号電荷の加算が出来る。その
後加算された信号電荷は水平CCDレジスタ５を
駆動して読み出す時に、1/2画素相当分遅延して
読み出す。ここでラインシフト動作における信号
電荷転送は第６図で説明した動作と同じである。

なお、水平CCDシフトレジスタは２相、３相
あるいは４相のCCDが使える。各列に１段の水
平CCDが対応していれば良い。また、この水平
CCDシフトレジスタへの垂直CCDレジスタから
の電荷の受渡しの際のゲート機構は、垂直CCD
の電極の一部、例えば最終段CCDの第３電極を
兼用しても良いしあるいは、別にシフト・ゲート
を設けても良い。

またＢフイールドにおいて、第３図で一列の異
なる画素でかつ、行の異なる右下がりの斜めの画
素との組み合せで説明したが右上がりの斜め画素
の組み合せ、例えばP₁₂，P₂₁′でも良い。ただし
この場合はダツシユのない感光部、例えばP₁₂か
らの電極が水平CCDシフトレジスタに送り込ま
れたら、後方へ１段送る。以下、これを１列逆送
りと名付ける。そこでダツシユのついた感光部例
えばP₂₁′からの電荷を加えた後に水平転送して信
号を読み出す事が必要である。この場合には、水
平CCDシフトレジスタは逆送りする必要がある
ので転送方向が予め定められているCCD（例えば
２相CCD）は使えず、３相または４相CCDとな
る。

なお、本発明では斜め方向の画素の加算を行う
ので、有効画面の端では組合わせの半端な画素が
出る場合がある。このためダミーの画素あるいは
信号処理が必要である。

上記実施例では、従来の垂直方向２画素を加算
したフイールド蓄積モードをＡまたはＢフイール
ドとし、これに斜めの画素を加算したＢまたはＡ
フイールドのそれぞれの組合わせで２フイール
ド、１フレーム方式のサンプリング点が市松配置
となる高解像度固体撮像装置の例である。この方
式ではサンプリング点の数は従来のIT−CCDと
は変らず2N×Ｍ個（＝500×400個）であり、配
置が変るため、水平の見掛け上の解像度が増加す
る。

本発明の固体撮像装置ではサンプリング点が確
実に２倍となる高解像度化が達成できるのが特徴
である。すなわち、上記実施例で述べた各フイー
ルドを用いて、４フイールド１フレームの撮像を
行なう事によりサンプリング点の２倍化が出来
る。すなわち、第９図に示すように、Ａフイール
ドでは同列の垂直２画素の加算により黒丸印のサ
ンプリング点を形成する。次のＢフイールドはイ
ンターレースにて１画素垂直方向に下方へ組合わ
せを変え右下がりの斜め画素の加算により白丸印
のサンプリング点を形成する。次のフイールドを
A′フイールドとするとインターレースにて１画
素垂直方向に上方へ組合わせを戻し、かつ右下が
りの斜め画素の加算により黒三角印のサンプリン
グ点を形成する。さらに次のフイールドをB′フ
イールドとすると、再びインターレースにて１画
素垂直方向に下方へ組合わせを変え、垂直２画素
の加算により白三角印のサンプリング点を形成す
る。ＡフイールドとB′フイールドは水平CCDシ
フトレジスタで同列の垂直２画素の信号電荷加算
を行なう。Ｂフイールドでは先に水平CCDシフ
トレジスタに入つた信号電荷を１画素逆送りした
上で隣の列の右上がりの斜め方向の画素の信号電
荷と加算する。A′フイールドでは、水平CCDシ
フトレジスタでの１画素順送りの後に隣の列の左
下がりの斜め方向の画素との信号加算となる。こ
れらの動作により、サンプリング点は図に示すよ
うに正方格子配列となつて確実に２倍となり、高
精細の高解像出固体撮像装置となる。なお、サン
プリングの順はＡ→Ｂ→A′→B′に限らずＡ→
B′→A′→Ｂでも良い。またNTSC方式にとらわ
れず、フアクシミリなどの静止画撮像などでは、
上記のサンプリングの順序はＡ→A′→Ｂ→B′、
Ａ→A′→B′→Ｂ、Ａ→B′→Ｂ→A′やＡ→Ｂ→
B′→A′でも良い。いずれも、サンプリング点を
増加する点に意味がある。

同列の画素で垂直２画素の加算は水平CCDシ
ツトレジスタの動きを止めて行ない隣接した列の
画素で斜めの２画素（行が異なる２画素）の加算
は１画素分が水平CCDシフトレジスタに入つた
後に１列順送りまたは１列逆送りした上で残りの
画素水平CCDから見て遠い位置の画素）の信号
電荷を送り込んで加算するのが本発明の固体撮像
装置の特徴である。なお、１画素１段の垂直
CCDを主体として述べると、同列の垂直に連続
した２段の信号電荷の加算によるフイールドと、
異なつた列の斜めの配置となる２つの段の信号電
荷の加算となる。

前述の実施例では、感光部としてPDを用いて
光電変換と信号電荷蓄積を同じ位置で行う通常の
IT−CCDを用いて説明したが、本発明はこれに
限らずIT−CCDを基本とした固体撮像装置によ
り高解像度化が可能である。IT−CCDを基本と
したもので最近注目されているのが、いわゆる２
階建固体撮像素子である。この素子を用いて本発
明の他の実施例を図面により説明する。

第１０図は本発明の他の実施例の固体撮像素子
の断面図である。P⁺のSi基板２１上に例えばエ
ピタキシヤルのＰ層２２を形成し、これに垂直転
送用CCDのn⁺部２３と従来のIT−CCDのホト・
ダイオード部に似た蓄積ダイオードのN⁺部２４
がある。垂直転送用CCDは前述したように３層
ポリシリコン電極２５により１画素１段CCDを
構成する。蓄積ダイオード２４からは第1Al電極
２６を引き出し、さらにその上に第2Al電極２７
を形成する。画素間の分離用や表面の平滑化のた
めポリイミド層２８を用いる。これらの上部に光
電変換層となるａ−Si膜２９を形成し、さらに上
部透明電極３０を形成する。素子の下部が固体走
査部３１となり、上部が光電変換部３２となる。
なお、光電変換部のａ−Si膜は１層のみならず目
的によつて２層や３層となる場合もあるが、本発
明においては本質ではないので省略する。

第１０図の固体撮像装置には、前述の実施例と
同じような水平CCDシフトレジスタが設けられ
る。画素の有効感光部は第2Al電極２７できま
る。

第１１図は第１０図を上部からみた時の画素構
成の一部を示す。，，…は垂直CCDレジ
スタを示し、１ａ，１a′，…，５ｂ，５b′の大き
な矩形は第１０図の第2Al電極２７によつて規定
される画素を示し、小さな矩形は第１０図の蓄積
ダイオードとの接続部を表わす。ａ−Si膜２９で
光電変換された信号電荷は第２、第１のAl電極
を通つて蓄積ダイオード２４に蓄積され、その後
は通常のIT−CCDと同じように垂直CCDへ転送
される。第１１図は画素が正方格子配列となつて
いる場合であり、垂直方向の構造は異なるが実効
的な平面構造は第３図と同じであるから、１画素
１段構成の垂直CCDと水平CCDレジスタの加算
を行えば、第５図或いは第９図のサンプリング点
が形成でき高解像度化が達成できる。

この場合、第５図のサンプリング点のＡフイー
ルドは第１１図では、例えば１ａと１a′の垂直２
画素、Ｂフイールドは１a′と２ｂの斜めの２画素
の加算である。第９図はこれらに１a′，１ｂの垂
直２画素によるＢフイールド、１a′と２ａの斜め
２画素によるA′フイールドのサンプリング点が
加わる。

同じ２階建固体撮像素子であるが画素配置その
ものが市松配置にできる素子にも本発明が適用で
きる。すなわち、第１２図に示すように、第１０
図の第2Al電極の引き出し方向を１行ごとに反対
方向とすると画素配置が市松状となる。従来のモ
ノシリツクのCCDでは市松配置画素は極めて構
造が複雑となるが、IT−CCDを基本とした２階
建固体撮像素子では簡単に市松配置ができる。第
１２図において１ａ〜１b′の信号電荷は垂直CCD
レジスタに転送され、２ａ〜２b′は同じく垂直
CCDレジスタに転送される。この素子でＡフ
イールドでは１ａ，１a′，１ｂ，１b′，２ａ，２
a′や２ｂ，２b′のように信号電荷を合わせて読み
だし、Ｂフイールドでは１a′，１ｂや１b′，１
ｃ，２a′，３ｂや２b′，３ｃのように信号電荷を
読み出すと、通常のIT−CCDと同じ第２図の粗
い正方格子配列のサンプリング点となる。（図で
はｃ，c′行は略してある） 本実施例においてはまた、Ａフイールドでは同
じく１ａ，１a′，１ｂ，１b′，２ａ，２a′や２
ｂ，２b′のように垂直CCDが同列にある信号電荷
を加算し、Ｂフイールドでは１a′，２ｂ，１b′，
２ｃ，２a′，３ｂや２b′，３ｃのように転送する
垂直CCDが別の列となる画素の信号電荷を加算
してもよい。Ｂフイールドでは、例えば２ｂの信
号電荷は水平CCDシフトレジスタに入ると、水
平方向に１段前送りされ、そこで１a′の信号電荷
を垂直転送により送り込み加算する。この動作に
よつて第５図と同じ斜方格子のサンプリング点と
なり、水平解像度が良化する。

さらに４フイールドで１フレームを形成しても
良い場合には前記Ａ、ＢフイールドにA′、B′フ
イールドを加えて、第１４図のような正方格子と
なるサンプリング点を形成する。すなわち、黒丸
印のＡフイールド、白丸印のＢフイールドに続い
て２ａ，１a′，２ｂ，１b′，３ａ，２a′や３ｂ，
２b′の黒三角印のA′フイールドさらに１a′，１
ｂ，１b′，１ｃ，２a′，２ｂや２b′，２ｃの白三
角印のB′フイールドを加える。A′フイールドで
は加算する画素は別の列の垂直CCDへ信号が転
送されるので、ダツシユのついた画素、例えば１
a′信号電荷は水平CCDシフトレジスタで１段逆送
りした上でダツシユのない画素、例えば２ａの信
号電荷を送り込んで加算する。Ｂフイールドでは
各画素から同列の垂直CCDへ転送されるので水
平CCDシフトレジスタ部で垂直２画素分の加算
を行なえば良い。第１４図のサンプリング点を形
成すると水平方向の解像度は２倍となり高精細の
固体撮像装置を提供できる。

以上、説明した通り従来のIT−CCDの２画素
１段の垂直CCDを１画素１段CCDとし、同列の
垂直CCDに入つた垂直２画素の信号電荷の加算
と、異なつた列の垂直CCDに入り行が異なる斜
めの２画素の信号電荷の加算を水平シフトレジス
タの１列順送りまたは逆送り後に行なう事により
高解像度の固体撮像装置が得られる。

上記の実施例では感光部のみに着目するとすべ
て水平に半画素ずれた斜め方向の画素の加算にな
つている。斜め方向という点からは、水平に1.5
画素ずれた斜め方向画素の加算でも良い。例え
ば、第１２図において２a′，３ｂのサンプリング
点は３a′，２ｂのサンプリング点と同じであり、
２ｂの信号電荷を水平CCDシフトレジスタで１
列逆送りしてから３a′とから加算すれば良い。ま
た２a′，３ｂは水平で2.5画素ずれた斜め方向の
１ａ，４ｂと同一であり、１ｂの信号電荷を３列
逆送りしてから４b′の信号と加算する事になる。
これらの画素のはなれた斜め方向の加算は白黒素
子では解像度を落すため使う必要がないが、カラ
ー素子では同色フイルターの配置が離れている場
合があり、サンプリング点を増加して解像度を上
げるように効果がある。

なお、第１２図の市松配置画素においてダツシ
ユのつかない１ａ，…，５ａや１ｂ，…，５ｂの
信号電荷を転送する垂直CCDは各画素領域の左
方の，…，としダツシユのついた１a′，…，
５a′や１b′，…，５b′は右方の，…，とする
２階建構成も可能である。この場合Ａフイールド
の１ａ，１a′の加算は異なつた列の垂直CDD間
となるので、１a′信号電荷を水平CCDシフトレジ
スタで１列順送りしてから１ａの信号電荷と加算
する。またＢフイールドの１a′，２ｂは同列の垂
直CCDとなるので２ｂの信号電荷を水平CDシフ
トレジスタで保持して、これに１a′の信号電荷を
加える。A′フイールドの２ａ，１a′は同列の垂直
CCD、B′フイールドの１a′，１ｂは異つた列の垂
直CCDとなるから、それぞれに水平CCDシフト
レジスタで前述の加算を行なう。

本発明においては信号電荷として電子を例にと
つたが、正孔を信号電荷とする固体撮像装置にも
用いる事ができる。

さらに本発明における信号電荷は、光によつて
生ずるものに限られず、例えば加速電子、Ｘ線等
により発生するものであつてもよい。

なお、本発明では水平方向の解像度を上げる例
を説明したが同じように垂直方向の解像度を上げ
るのにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のIT−CCDの構成を示す図、第
２図は第１図のIT−CCDによる空間サンプリン
グ点を示す図、第３図は本発明の固体撮像装置の
一実施例を示す構成図、第４図は第３図の垂直転
送CCDレジスタの構成を示す断面図、第５図は
第３図の本発明の固体撮像装置による空間サンプ
リング点を示す図、第６図〜第８図はこの様なサ
ンプリング点を得るための具体的な動作を説明す
るための図、第９図は同じく上記固体撮像装置に
よる別の空間サンプリング点を示す図、第１０図
は本発明の固体撮像装置の他の実施例の画素の断
面図、第１１図は第１０図の画素構成を説明する
図、第１２図は第１０図の他の画素構成を説明す
る図、第１３図および第１４図は第１２図の画素
構成による空間サンプリング点を示す図である。 P₁，P₂，…，P_M……感光部、C₁，C₂，…，C_M
……垂直CCDレジスタ（垂直電荷転送部）、２…
…出力部、４……フイールドシフトゲート、５…
…水平CCDシフトレジスタ（水平電荷転送部）、
１０……Ｐ形シリコン基板、１１……n⁺層、１
２……第１ゲート酸化膜、１３……第２ゲート酸
化膜、１４……第３ゲート酸化膜、１５（１５−
１，…１５−ｉ，…）……第１層目の転送電極、
１６（１６−１，…，１６−ｉ…）……第２層目
の転送電極、１７……第３層目の転送電極、A_P
……１画素領域、A_O……重なり部、２１……P⁺
シリコン基板、２２……Ｐ層、２３，２４……
n⁺部、２５……３層ポリシリコン電極、２６…
…第1Al電極、２７……第2Al電極、２８……ポ
リイミド層、２９……ａ−Si膜（光電変換膜）、
３０……上部透明電極、３１……固体走査部、３
２……光電変換部、１ａ，２ａ，…，５ａ，…１
b′，２b′，…，５b′……画素、，，…，…
…１画素１段垂直CCDレジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板に、光、電子、Ｘ線等の照射によ
   り発生した信号電荷を蓄積する、二次元配列され
   た画素を構成する信号電荷蓄積部と、この信号電
   荷蓄積部の垂直方向配列に沿つて設けられた前記
   信号電荷を読み出す垂直電荷転送部と、この垂直
   電荷転送部を転送された一水平列の信号電荷を受
   けて出力部へ送る水平電荷転送部とを有する固体
   撮像装置において、前記垂直電荷転送部は垂直方
   向に配列された画素ごとに一段の電荷転送段が形
   成された１画素１段構成とし、前記水平電荷転送
   部は、隣接する水平列の同じ行の２画素分の信号
   電荷を加算する第１の動作モードと、隣接する水
   平列の異なる行の２画素分の信号電荷を加算する
   第２の動作モードとをもつことを特徴とする高解
   像度固体撮像装置。 ２ 前記１画素１段構成の垂直電荷転送部は３層
   の転送電極からなる事を特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の高解像度固体撮像装置。 ３ 前記水平電荷転送部の第２の動作モードは、
   加算すべき２画素分の信号電荷の内最初に水平電
   荷転送部に入つた信号電荷を順送りまたは逆送り
   して他の列の信号電荷を重ねて受取るようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高
   解像度固体撮像装置。 ４ 前記水平電荷転送部は３相または４相駆動に
   より順方向および逆方向への転送が可能であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高解
   像度固体撮像装置。 ５ Ａフイールドを前記第１の動作モード、Ｂフ
   イールドを前記第２の動作モードとして２フイー
   ルド／１フレームの撮像動作を行うことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の高解像度固体撮
   像装置。 ６ 光電変換部が前記信号電荷蓄積部と別に信号
   電荷蓄積部の上に重ねられた２階建て構造を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   高解像度固体撮像装置。