JPH0468879A

JPH0468879A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH0468879A
Application number: JP2178654A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanigawa; 浩谷川; Hideki Muto; 秀樹武藤; Tetsuo Toma; 哲夫笘; Kazuhiro Kawajiri; 和廣川尻
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1990-07-06
Publication date: 1992-03-04

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、電荷結合型固体撮像装置（ＣＣＤ）に関し、
特に、高集積化、高画素化に好適な固体撮像装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、このような固体撮像装置としてインターライン転
送方式のものか知られており、電子カメラ、複写機その
他の映像機器に適用されている。

この種の固体撮像装置は、画素に相当する複数のフォト
ダイオードを行方向及び列方向にマトリクス状に配列形
成し、列方向に並ぶ各フォトダイオード群に隣接して垂
直電荷転送路を形成し、更に各垂直電荷転送路の終端に
水平電荷転送路か設けられた構造を育している。尚、フ
ォトダイオード群及び垂直電荷転送路か形成される領域
を受光領域と呼び、垂直電荷転送路及び水平電荷転送路
の表面は入射光を遮断するための遮光層か積層されてい
る。

第１３図は受光領域の要部を受光面側から見た場合の概
略平面図てあり、同図に従って更に構造を説明すると、
半導体基板の表面部分に形成されたＰウェル層内にｎ＋
型不純物層をマトリクス状に埋設することにより複数の
フォトダイオードＰｄ、、　　Ｐｄ２　　・・・−か形
成され、夫々のフォトダイオードＰｄ＋　、　Ｐｄｚ　
、・−・−・　の間には、列方向Ｙに信号電荷を転送す
るための垂直電荷転送路Ｌ１Ｌ−，Ｌｓ　　・・・・−
か形成され、これらのフォトダイオード及び垂直電荷転
送路を除く領域（図中の点線で囲まれた斜ＪＩ！部分）
はチャンネルストップ領域となっている。

垂直電荷転送路り、、Ｌ２．Ｌｆｆ　　　・−ｍ−の上
面には、列方向Ｙに沿ってポリシリコン層から成る複数
のゲート電極Ｇ、、Ｇ、、Ｇ、、Ｇ。

か並ぶように設けられ、４本のゲート電極を１組として
４相駆動方式に基つくクロック信号φφ２　φ、　φ４
か印加される。

即ち、フォトダイオード’　Ｐ　ｄ　ｌか並ぶ行に対し
て２本のゲート電極Ｇ３．Ｇ２か対応して形成され、フ
すトダイオート’Ｐｄ２か並ふ行に対して２本のゲート
電極Ｇ３．Ｇ４か対応して形成され、図示していない他
のフォトダイオード及び垂直電荷転送路についても同様
の構造となっている。又、フォトダイオ−ｔ”　Ｐ　ｄ
、　、　Ｐ　ｄ２−一　−と垂直電荷転送路り、、Ｌ、
、Ｌ３　　　−は夫々トランスフアゲ−ｈＴｇ、、’ｒ
ｇ２−・・を介して接続する構造となっており、クロッ
ク信号φ２又はφ４を所定の高電圧にすることによって
、フォトダイオードの信号電荷を垂直電荷転送路へ転送
する。

そして、４相駆動方式に準じたタイミング信号φ１　φ
２　φ３．φ４の電圧変化に応して、第１４図に示すよ
うな所定タイミングｔ０〜ｔ４に同期したポテンシャル
井戸及びボテンル障壁を順次に発生させることにより、
垂直電荷転送路ＬＬ２．Ｌ３、−−−１か信号電荷を水
平電荷転送路の方向Ｙへ転送し、そして、水平電荷転送
路か各行毎に転送されてくる信号電荷を所定タイミング
に同期して水平転送することにより、時系列的に読み出
す。

〔発明か解決しようとする課題〕

このような従来の電荷結合型固体撮像装置にあっては、
行方向の奇数番目に配列されたフォトダイオード群を奇
数フィールド、偶数番目に配列されたフォトダイオード
を偶数フィールドと定義して、まず、奇数フィールドに
該当するフォトダイオード群に発生した信号電荷を読出
した後、偶数フィールドに該当するフォトダイオードに
発生した信号電荷を読み出す、所謂インターレース・２
フィールド走査読出しにより、ｌフレーム画に相当する
全信号電荷を読み出すようにしていた。

したかって、静止画撮像の場合にフレーム画像を得よう
とするときは、各フィールドの時間的なずれか再生画像
の低下を招来する問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたちのてあり、
従来技術のようなインターレース・２フィールド走査読
出しを行わずに、所謂ノンインターレース・フルフレー
ム読出し即ち、ｌフレーム画に相当する全画素信号を１
回のフレーム読出しによって読み出すことにより、鮮明
な再生画像を提供することのできる電荷結合型固体撮像
装置を提供することを目的とする。

又、機械式のシャッターを使用しないで、電荷結合型固
体撮像装置自身に電子式シャッターの機能を持たせる場
合にも、従来技術のようなフィールド走査読出しを行わ
ずに、所謂ノンインターレース・フルフレーム走査読出
し即ち、ｌフレーム画に相当する全画素信号を１回のフ
レーム走査読出しによって読み出すことにより、鮮明な
再生画像を提供することのできる電荷結合型固体撮像装
置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的に対し本発明は、画素に相当する複数の
光電変換素子を行方向及び列方向にマトリクス状に配列
形成し、列方向に配列する各光電変換素子群に隣接して
垂直電荷転送路を形成し、画素に発生した画素信号を垂
直電荷転送路へ転送した後、該垂直電荷転送路のゲート
電極に所定タイミングのゲート信号を供給することによ
り画素信号を各行毎に垂直転送すると共に、水平電荷転
送路によって各行毎の画素信号を走査読出しする電荷結
合型固体撮像装置を対象とする。

このような電荷結合型固体撮像装置を対象とする本発明
において、前記各光電変換素子に隣接して１対ずつ設け
られた各垂直転送ゲート電極と駆動信号電極の間に、各
転送ゲート電極毎にスイッチ素子を設け、前記水平電荷
転送路側のゲート電極から順番に所定数のゲート電極ず
つを一組として、前記スイッチ素子を導通状態にし、前
記各行毎に画素信号を水平電荷転送路へ転送する周期毎
に順次に各組に対応する駆動信号を発生する駆動回路を
設け、所定数のゲート電極数に対応する相数のタイミン
グ信号を、該駆動回路からの駆動信号に対応するゲート
電極に供給することにより垂直電荷転送を行うことで、
フルフレーム走査続出しを行うこととした。

〔作用〕

このような構造を存する本発明の固体撮像装置によれは
、１回のフレーム走査読出しによって、■フレーム画に
対応する全画素信号を読み出すことかでき、更に、電子
シャッターによる露光を全ての画素信号に対して同一の
条件下で行うことかできる。したかって、垂直解像度の
高い鮮明な静止画像を得ることかできる。

〔実施例］以下、本発明による電荷結合型固体撮像装置の一実施例
を図面と共に説明する。尚、静止画を撮像するための電
子スチルカメラに適用した場合を説明する。

まず、電子スチルカメラの全体構造を第１図と共に説明
すると、第１図において、■は撮像レンズ等から成る撮
像光学系、２は機械式の絞り機構、３は本発明を適用し
た電荷結合型固体撮像装置であり、夫々か撮像光学系１
の光軸に合わせて順番に配列されると共に、被写体光学
像を電荷結合型固体撮像袋ａ３の受光領域に入射する構
成となっている。

更に、４は信号処理回路、５は記録機構であり、電荷結
合型固体撮像袋ｆ１３から出力される画素信号を信号処
理回路４て色分離やγ補正や白バランス調整等を行うと
共に輝度信号と色差信号を形成し、記録機構５において
これらの輝度信号と色差信号に対して記録可能な変調処
理を行ってから磁気記録媒体等に記録する。

そして、同期制御回路６か、絞り機構２、電荷結合型固
体撮像装置３の読出しタイミング、信号処理回路４及び
記録機構５の動作を同期制御することにより、撮像から
記録までの一連の動作を処理する。

電荷結合型固体撮像装置３は第２図に示す構成となって
いる。

即ち、被写体光学像を受光するための受光領域７は、列
方向Ｙ及び行方向Ｘに沿ってマトリクス状に配列形成さ
れる画素に相当する複数のフｔトダイ才一ド（図中、Ｐ
で示す部分）と、列方向Ｙに配列される各フォトダイオ
ード群に隣接して形成される垂直電荷転送路Ｌ１〜Ｌ、
か設けられている。

これらの垂直電荷転送路り、〜Ｌ、の夫々の終端部に水
平電荷転送路８か形成され、水平電荷転送路８の終端部
に出力アンプ９か形成されている。

更に、垂直電荷転送路Ｌ１〜Ｌ、には、後述するように
所定配置のゲート電極か設けられ、更にそれらの上面に
は光の入射を阻止するための遮光層か積層されている。

これらのゲート電極には、垂直電荷転送路Ｌ〜Ｌ、に所
定タイミングに同期して電荷転送動作を行わせるための
信号か第１．第２．第３の駆動回路１０，１１．１２か
ら供給される。尚、夫々の駆動回路１０，１１．１２に
供給されるタイミング信号φＨ，ＶＬ　　φ。　φＦＩ
１．Ｖ８　　φ。

φ、　φ２　φ４とスタートパルス信号は同期制御回路
６が発生する。

又、水平電荷転送路８は、垂直電荷転送路Ｌ〜Ｌ、から
転送されてくる信号電荷を受信し、更に出力アンプ８側
へ水平転送するためのゲート電極か設けられており、こ
れらの動作を行うためにゲート電極に印加するゲート信
号α１　Ｇ２　α、。

Ｇ４が同期制御回路６から供給される。

次に、受光領域７の構造を及びそれに接続する駆動回路
１０，１１．１２の回路構成を第３図、第４図及び第５
図と共に詳述する。尚、第３図は受光領域７の要部の構
造を受光面側から見た場合、第４図は第３図中のＸ−Ｘ
線矢視縦断面図、第５図は第３図のｙ−ｙ線矢視縦断面
図である。

これらの図において、ｎ形半導体基板１３の表面側に、
受光領域７を形成するためのｐウェル層１４と、第１の
駆動回路ＩＯを形成するためのｐウェル層１５、及び第
２．第３の駆動回路１１゜Ｉ２を形成するためのｐウェ
ル層１６が埋設され、これらのｐウェル層１４．１５．
１６内に夫々所定の回路を形成している。

まず、受光領域７は、ｐウェル層１４内にｎ＋形不純物
からなる複数の不純物層Ｉ７を列方向Ｙ及び行方向Ｘに
沿ってマトリクス状に配列形成することにより、第２図
中のＰて示すフォトダイオードか形成され、更に、列方
向Ｙに配列される各不純物層１７に隣接してｎ形の不純
物層（第５図中の点線で示す部分）１８を形成すること
により、第２図の垂直電荷転送路り、−Ｌ、か形成され
ている。そして、第３図のＴｇて示す（１カ所たけ代表
して示す）トランスファゲートとなる部分とフォトダイ
オードの部分及び垂直電荷転送路の部分を除く周囲にｐ
１形の不純物層１９を形成することで、チャンネルスト
ッパ領域（第３図の点線で囲む斜線部分）を形成してい
る。

尚、第３図では、第２図中のフォトダイオードＰを各行
毎にＰ、、Ｐ、、Ｐ、、Ｐ、　−・・・で示している。

更に、第３図において、垂直電荷転送路り、〜Ｌ、の上
面には、各行毎に配列されたフォトダイオードＰ１．Ｐ
ｔ　、Ｐｓ　、Ｐ４・・・・・に隣接する領域に、夫々
図示するように、２本ずつの別個のポリシリコン層から
成るゲート電極Ｇ、、−Ｇ。

、６１２〜Ｇ　４２．　Ｇ１２〜Ｇ４２．・−−・−へ
Ｇ　Ｉｓ〜Ｇ　４　ａか積層され、更に、ゲート電極Ｇ
　Ｉ　＋を第１番目のゲート電極とすると、第３図及び
第４図に示すように、奇数番目のゲート電極Ｇ　＋　Ｉ
＋　０２１１　Ｇ　＋□。

Ｇ２２．Ｇｎ＋　　０２３．−−・・−・の輻Ｗｌを狭
くし、偶数番目のゲート電極Ｇ　２１＋　０４＋＋　０
２２１　Ｇ４２゜Ｇ２１＋Ｇ４１’−・−・−の輻Ｗ２
を広く形成しである。

そして、夫々のゲート電極に、後述する所定タイミング
のゲート信号φ３．　φ２．　φ３１　　φ４φ１２　
　φ２２　　φコ２　φ４．を印加することにより、各
ゲート電極下の垂直電荷転送路に電荷転送のためのポテ
ンシャル井戸（以下、転送ビクセルという）とポテンシ
ャル障壁を発生させる。又、偶数番目のゲート電極Ｇ　
２１＋　Ｇ４１１　Ｇｔｔ＋　Ｇ４！Ｉ　Ｇ！２１０４
３．・−・・に所定の高電圧の信号を印加すると、トラ
ンスファゲートＴｇが導通状態となって、各フォトダイ
オードＰ、、Ｐ、、ｐｇ、Ｐ、・・−１〜・と夫々に隣
接する偶数番目のゲート電極Ｇ　！Ｉ＋　Ｇ４１＋Ｇ　
１２１０４１．０！２１　Ｇ４２．・−・−・・の下に
発生する転送ビクセルが導通状態となり、フすトダイオ
ードから転送ビクセルへ信号電荷を転送させることがで
きる構造となっている。

更に、第３図に示すように、垂直電荷転送路Ｌ１〜Ｌ１
の終端部分に水平電荷転送路８か形成され、４相駆動力
式又は２相駆動力式に準したタイミングで信号電荷を水
平方向へ転送するためのゲート電極か設けられている。

次に、第１の駆動回路ＩＯの回路構成を第３図及び第５
図と共に説明する。水平電荷転送路８に最も近いゲート
電極Ｃ１１を第１番目のゲート電極とすると、奇数番目
のケート電極Ｇ　１１＋　Ｇ　２１１Ｇ　１２１　Ｇ　
３ｍ、　Ｇ　１３＋　Ｇ　３１　　・・・の各先端部か
ＮＭＯＳトランジスタＭ、１．　Ｍｕ□＋　Ｍ１２１　
　Ｍｎ２．　Ｍ＋３＋Ｍ２２．−・−を介して、信号Ｖ
Ｌの信号線に接続し、偶数番目のゲート電極　Ｇ　１１
　＋　Ｇ　４１　＋　Ｇ　２２　＊　Ｇ　４２Ｇ　２２
＋　Ｇ　４２−　−　　の各先端部かＮＭＯ３ｈランジ
スタＭ　２１＋　Ｍ４１１　Ｍｚｔ＋　Ｍ４２．　Ｍｎ
２．　Ｍ４２を介して、駆動信号φ□の信号線に接続し
ている。

又、これらのトランジスタのゲート接点には、駆動信号
φ。か供給される。

更に、偶数番目のゲート電極Ｇ　１１＋　０４１１　Ｇ
２２１Ｇ　４ｍ＋　０２２．Ｇ　４２−−’−’−”の
各先端部には、ｎｐｎトランジスタＱ　２１１　　Ｑａ
ｌ＋　　Ｑ２２１　　Ｑ４２．Ｑ２＊。

Ｑ　４２．　　’−−−の各エミッタ接点か接続し、各
ｎｐｎトランジスタのベース接点には駆動信号φ、３、
コレクタ接点には電圧Ｖ８か印加される。

そして、これらのＮＭＯ３）ランジスタは、第５図のＰ
ウェル層１５内の構造に示すように、対のｎ３形不純物
層２０．２１と、表面部分にゲート電極を積層した構造
から成り、ドレイン接点となるｎ＋形不純物層２０に駆
動信号φ８が印加され、ソース接点となるｎ゛形不純物
層２１か垂直電荷転送路上のゲート電極に接続している
。又、信号ＶＬはｐウェル層Ｉ５に埋設されたｐゝ形不
純物層２２に印加される。又、ｎｐｎ　トランジスタは
、ｐウェル層１５に埋設されたｐ＋形不純物層２３とｎ
１形不純物層２４及びｎ形の半導体基板１３からから成
り、エミッタ接点となるｎ°形不純物層２４か各ゲート
電極に接続し、ベース接点となるｐウェル層１５及びｐ
１１形不純物２３にタイミング信号φ１か印加され、コ
レクタ接点となるｎ形の半導体基板１３には基板１３の
バイアス電圧Ｖ、か印加される。

次に、第２の駆動回路１１は、同期制御回路６から供給
されるタイミング信号φ１〜φ４を第３の駆動回路１２
からの駆動信号ｓ、、ｓ２．ｓ３．ｓ。

Ｓゎに同期して切換え動作するＮＭＯＳトランジスタｆ
ｆ１ｚ　、ｍ２＋　、ｍ３＋　、ｍ４＋　−一　　−か
ら成り、４個ずつのＮＭＯ３）ランジスタを１組として
、それらのゲート接点に順番に第３の駆動回路１２の駆
動信号ｓ、、ｓ２．ｓ、、ｓ４か印加され、各組の第１
番目のＮＭＯＳトランジスタｍｚ　、ｍ＋２．ｍ＋ｓ　
、ｒｒｌｚ　・””’−のトレイン接点にタイミング信
号φ１、第２番目のＮＭＯＳトランジスタｍｚ＋　、ｍ
ｔ２．ｍｘｓ　、ｍ２＜　−・−−一〇ドレイン接点に
タイミング信号φ２、第３番目のＮＭＯ８）ランジスタ
ｍ　３＋　、　ｍ　３２　、　ｍ　３　：ｌ　、　ｍ　
ｆｆ４・・のトレイン接点にタイミング信号φ２、第４
番目のＮＭＯＳトランジスタｍ＜＋　、ｍ＜□、ｒｎｉ
３ｍ４４　　・・　−のトレイン接点にタイミング信号
φ４か供給されている。尚、第３図中、ＮＭＯＳトラン
ジスタｍ　＋　＋　、　ｍ　２１　、　ｍ　３１　、　
ｍ　４１　　　の各ソース接点側の信号φ１．　φ２１
　　φ３１　　φ４かタイミング信号φ１φ２φ３φ４
に対応した信号である。

そして、図示するように、最も水平電荷転送路８に近い
ゲート電極Ｇ　ｌ　ｌから順番に各Ｎ０Ｍ５トランジス
タのソース接点か接続している。

第３の駆動回路１２は、後述する所定タイミングの駆動
信号Ｓ、、Ｓ２　、Ｓ３．Ｓ４−、−、、、Ｓゎを出力
するシフトレジスタで形成されている。

尚、これらの第２．第３の駆動回路１１．１２は、第５
図に示すｐウェル層１６中に形成したＮＭＯ３構造のト
ランジスタ及び電子素子で形成される。第５図のｐウェ
ル層１６中には、−例として、ＮＭＯ３）ランジスタを
構成するｎ゛形不純物層２５．２６及びゲート接点を示
している。

次に、かかる構造を有する電荷結合型固体撮像装置の作
動を静止画を撮影する電子スチルカメラに適用した場合
について説明する。

まず、静止画を撮影するための概略動作を第６図と共に
説明する。図中の期間Ｔ　ｖｉかＮＴＳＣ等の標準テレ
ヒソヨン方式の垂直ブランキング期間に相当するものと
すると、同期間Ｔ　ｖ　ｓ中の所定時点て画素から垂直
電荷転送路へ移す所謂フィールドシフト動作を行う。そ
して、電子ンヤッター機能によれば、このフィールドシ
フト動作の時点かシャッターの閉しる時点に対応し、露
光完了時点となる。したかって、この時点から先の時点
て露光動作か開始しそしてフィールドシフト動作の開始
時点までか露光期間となるように動作する。更に、垂直
電荷転送路Ｌ１〜Ｌ、及び水平電荷転送路８中のスメア
成分や暗電流成分となるような不要電荷は、フィールド
シフト動作の開始前に電荷転送動作によって掃き出され
る。更に、露光開始直前までに、フォトダイオード中の
不要電荷を縦型オーバーフロードレイン構造による基板
側−２の廃棄で完了させる。

次に、ＮＴＳＣ等の標準テレヒンヨン方式の垂直ブラン
キング期間に相当する期間Ｔ　ｖｅにおいて、全フォト
ダイオードの画素信号を同時に垂直電荷転送路Ｌ１〜Ｌ
１の転送ビクセルへ転送し、次の水平ブランキング期間
に相当する期間Ｔ、ｌ、ｌにおいて、最も水平電荷転送
路８に近い側の転送ピクセルの画素信号を水平電荷転送
路８へ転送し、次に、水平走査期間（所謂、ＩＨ期間）
に相当する期間Ｔ　Ｉ　Ｈにおいて、水平電荷転送路８
か１行分の画素信号を水平転送することによって第１行
目の画素信号を読み出す。

そして、次の水平ブランキング期間に相当する期間Ｔイ
、において、垂直電荷転送路Ｌ１〜Ｌ、か次の行の画素
信号を水平電荷転送路８へ転送し、更に、次の水平走査
期間に相当する期間Ｔ、イにおいて水平電荷転送路８か
水平転送することによって、第２行目の画素信号を読み
出す。

更に、次の水平ブランキング期間と水平走査期間に相当
する各期間ＴＨＢとＴ　ＩＮにおいて第３行目の画素信
号を読出す。そして、残りの行の画素信号も同様の処理
を繰り返すことによって順番に読出し、最終的に１フレ
一ム画に対応する全画素信号を読み出す。

次に、第７図に示す各駆動信号及びタイミング信号につ
いてのタイミングチャートに基づいて走査読出し動作を
詳述する。尚、第７図中の期間Ｔ１．、か垂直ブランキ
ング期間、期間Ｔ　Ｈｅか水平ブランキング期間、期間
Ｔ　ＩＮか水平走査期間に対応している。又、図中の符
号“Ｈ”は１２ポルト、“Ｍ”はＯホルト、“Ｌ”は−
８ボルト、“ＨＨ”は基板の電圧と等しい約１５〜２５
ポルトの電圧レベルを示す。

まず、垂直ブランキング期間に対応する期間Ｔ　ｖ　ａ
ては、タイミング信号φ□は所定の時点ｔ２て“Ｈ”レ
ベルとなる外は“Ｍ”レベルとなり、タイミング信号φ
。は常に“Ｍ“レベルとなり、タイミング信号φ、３は
タイミング信号φ□か“Ｈ”レベルとなるのに同期して
“Ｈ”レベルとなる外は“Ｌ″レベルなり、第３の駆動
回路１２から出力される全ての駆動信号８１〜Ｓｏは常
に“Ｌ”レベルとなる。

したかって、この期間Ｔ、では、“Ｍ”レベルのタイミ
ング信号φ。によって、第１の駆動回路ＩＯの全てのＮ
ＭＯ３）ランジスタか導通状態となり、一方、第３の駆
動回路１２の全ての駆動信号ｓ、、ｓ、、ｓ、−ｓ、か
“Ｌ”レベルとなるので、第２の駆動回路１１中の全て
のＮＭＯＳトランジスタは非導通状態となり、全てのゲ
ート電極Ｇ、、、Ｇ２．．Ｇ、、、Ｇ、、−Ｇ、　　、
Ｇ２゜Ｇ　３　ｎＧ　４　ｎは第１の駆動回路ＩＯによ
って制御される。

即ち、タイミング信号φ□とφＦ８か“Ｈ”レベルとな
らないときは、奇数番目のゲート電極ＧＧ、、、Ｇ、、
、０３□〜Ｇ　Ｉｓ　、　Ｇ　２ｃに印加されるゲート
信号φ、Ｉ　φ２１　　φｉ、　φ、２〜φ１ａ　　φ
３、は、“Ｌ”レベルの信号ＶＬ　（この信号は常に一
８ボルトに設定されている）と等しくなり、これらのゲ
ート電極下の垂直電荷転送路Ｌ１〜Ｌ、にはポテンシャ
ル障壁が発生する。

一方、偶数番目のゲート電極Ｇ　２１　、　Ｇ４１　、
　Ｇ２２Ｇ４２〜Ｇ　２ｍ　、　Ｇ　４ｍに印加される
ゲート信号φ２１φ４１．φ、２　φ４２〜φ、φ４．
．は、“Ｍ”レベルの信号φ□と等しくなり、これらの
ゲート電極下の垂直電荷転送路Ｌ１〜Ｌ、には転送ピク
セルか発生する。

したかって、トランスファゲート’ｒｇｉ：：隣接する
部分（第３図参照）か全て転送ピクセルとなり、これら
の転送ピクセルはポテンシャル障壁で分離された状態と
なる。

このような状態で、所定時点ｔ２において、タイミング
信号φ８とφＦ５か“Ｈ”レベルとなると、全てのｎｐ
ｎ　）ランンスタＱ２．．Ｑ、、、Ｑ６か導通状態とな
り、偶数番目のゲート電極Ｇ２Ｇ　４１　、　Ｇ２２　
、　Ｇ４２〜Ｇ２ｎ　、　Ｇ４ｎたけに約１２ボルトの
“Ｈ”レベルの電圧かかかるので、全てのトランスファ
ケートＴｇか導通状態となり、全てのフォトダイオード
の画素信号は夫々隣りの転送ピクセルへ転送される。

尚、第６図のタイミングで説明したように、時点ｔ２の
直前で露光面完了し、又、不要電荷の廃棄処理も完了し
ている。

このように、期間Ｔ　ｖｎては、所謂フィールドシフト
動作か行われ、第１１図中の時点ｔ２に示すように、各
画素信号（黒印の部分か各画素信号を示す）か垂直転送
路へ移される。尚、第１１図は、成る１つの垂直電荷転
送路の電荷転送動作を示している。

次に、最初の水平ブランキング期間に相当する期ＩＩＩ
ＩＴ、、では、タイミング信号φ。か常時“Ｌ”レベル
と成るのて、第１の駆動回路１０中の全てのＮＭＯ３ｔ
−ランジスタか非導通状態となり、全てのゲート電極か
ら分離される。

一方、第３の駆動回路Ｉ２の最初の出力端子の駆動信号
Ｓまたけか“Ｍ”レベル、他の駆動信号８２〜Ｓ、は“
Ｌ”レベルとなることにより、第２の駆動回路１１中の
駆動信号Ｓ１に関わる第１粗目のＮＭＯＳトランジスタ
ｍ　＋＋　、　ｍ　２１　、　ｍ　３ｍ４Ｉたけが導通
状態となる。

そして、駆動信号Ｓ、たけか“Ｍ”レベルとなる期間中
に、垂直電荷転送を行うための４相のタイミング信号φ
１　φ２　φ３　φ４か第２の駆動回路１１に入力する
ので、第１〜第４番目の最初の組のゲート信号φ１３．
φ２１　　φ３１　　φ４１だけかタイミング信号φ１
　　φ２　φ３．φ４と等しくなり、最初の組の第１〜
第４番目のゲート電極Ｇ　ｚ、　　Ｇ２１．　　Ｇｆｆ
ｌ、　　Ｇ＜＋て電荷転送動作を行うこととなる。尚、
この期間Ｔ８８（時＝、　ｔ　ｓ〜ｔ４まての期Ｍ）の
各信号波形を第８図に拡大して示す。

この結果、信号電荷は、第８図のゲート信号φ１、　φ
２１　　φ３１　　φ４、のタイミング（符号の１２、
　３．　４．　５．　６．　７て示す）に合わせて第１
１図に示す第１回目の転送のように水平電荷転送路８側
へ移され、最も水平電荷転送路８に近い第１行目の画素
信号ｑ１か水平電荷転送路８へ転送されると共に、２行
目の画素信号ｑ２か第１行目の位置まで移動する。

次に、第１回目の水平走査期間Ｔ、、（時点ｔ４〜ｔ５
の期間）では、ゲート電極への信号の変化が停止し、一
方、水平電荷転送路８か４相駆動力式又は２相駆動力式
に準じた所定タイミングのゲート信号α１〜α４に同期
して水平転送を行うことにより、最初の１行分の画素信
号を読み出す。

次に、時点ｔ５〜ｔ７の期間において、時点ｔ、〜ｔ５
と同様の動作を繰り返すことにより、次の行の画素信号
の読出しを行う。但し、時点ｔ、〜ｔ４の水平ブランキ
ング期間ＴＨＢでは、第３の駆動回路Ｉ２の駆動信号Ｓ
１と８２か同時に“Ｍ″しベル、残りの駆動信号８３〜
Ｓ６か“Ｌ”レベルとなる。尚、この期間Ｔ　ＨＢでの
各ゲート信号の波形を第９図に拡大して示す。

この結果、第１〜第４番目の第１組のゲート電極Ｇ　ｌ
　１　’＝　０４１と、第５〜第８番目の第２組のデー
ｌ−電極０１２〜Ｇ４□か、タイミング信号φ１〜φ４
に等しいゲート信号φ、１〜φ４１とφ１□〜φ４２に
よって駆動されることとなり、これらのゲート電極下の
画素信号か垂直転送される。

即ち、第９因に示すタイミングによると、第１１図の第
２番目の垂直走査で示すように、第２行目の画素信号ｑ
、が水平電荷転送路８へ移り、第３行目のｑ３か２行分
、第４行目のｑ４か１行分、夫々水平電荷転送路８側へ
転送される。

そして、時点ｔ、〜ｔ７の水平走査期間Ｔ　ＩＮにおい
て、水平電荷転送路８か第２行目の画素信号ｑ２を読み
出す。

次に、時点ｔ７から第３回目の走査読出しを開始すると
、第３の駆動回路Ｉ２の駆動信号Ｓ１、Ｓ２とＳ、か“
Ｍ″しベルとなり、残りの駆動信号８４〜Ｓｏか“Ｌ”
レベルとなるので、第１〜第３組の第１番目〜第１２番
目のケート電極Ｇ〜Ｇ　４１．０１２〜Ｇ４□、Ｇ　Ｉ
ｆｆ〜Ｇ４３によって垂直電荷転送か行われる。したか
って、第１１図の第３番目の転送のように第３行目の画
素信号ｑ、が水平電荷転送路８へ転送されると共に、第
４〜第７行目の画素信号Ｑ４．ｑｓ、ｑｓ、ｑ−，か夫
々１行分ずつ水平電荷転送路８側へ転送される。

そして、水平電荷転送路８によって第３行目の画素信号
ｑ、か読み出される。

以後は、各行の画素信号を読み出す毎に、第３の駆動回
路Ｉ２の駆動信号８４〜Ｓｏか順番に“Ｍ″しベルに反
転して行くことにより、駆動されるゲート電極か４個ず
つを組として順次に拡大していき、最後の水平ブランキ
ング期間Ｔ、Ｂ（時点ｔ、〜ｔ１゜）ては、第１０図に
示すように、全てのゲート信号φ１．〜φ４ｏかタイミ
ング信号φ〜φ４に等しい波形となり、最後の走査読出
しで最終行の画素信号を読み出すことかできる。

第１２図は、任意の順番、即ち第に番目と第に＋１番目
の垂直電荷転送動作をポテンシャルプロフィールで示し
ているか、図示するように、水平電荷転送路８側の転送
ビクセルから順番に拡大あるいは空状態の転送ビクセル
の間隔か増えていくことにより、水平電荷転送路８に近
い側の画素信号から順に読出していくこととなる。

このようにこの実施例によれば、■フレーム画に相当す
る画素信号を１回のフレーム走査読出しで読み出すこと
かできる。

又、この実施例では、奇数番目のゲート電極幅より偶数
番目のゲート電極幅を広くしたので、トランスファゲー
トに隣接する転送ビクセルの電荷保持容量を大きくする
ことかでき、又、垂直電荷転送時にも必ず偶数番目のゲ
ート電極下の転送ビクセルで電荷転送を行うので、転送
効率か向上する。

尚、この実施例では、各水平ブランキング期間に相当す
る期間Ｔ　Ｈａでは、４相のタイミング信号φ、〜φ４
に同期して電荷転送を行うようにしたか、４相以上の適
宜の数のタイミング信号で、相数に応したゲート電極を
駆動するように構成してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の電荷結合型固体撮像装置
によれば、画素に相当する光電変換素子群で露光を行い
、これらの光電変換素子に発生した画素信号を垂直電荷
転送路及び水平電荷転送路を介してフルフレーム走査読
出しによって読み出すことかできるので、鮮明か静止画
像を提供することかできる。

又、半導体基板に適宜の電圧を印加して不要な電荷を半
導体基板側へ廃棄し、その廃棄した時点から露光を行う
所謂電子シャッター機能を持たせ且つフルフレーム走査
読出しを行うことかできる電荷結合型固体撮像装置を提
供することかできる。

又、相互に隣接関係にある一対のゲート電極で転送ビク
セルとポテンシャル障壁を発生させて電荷混合を生じな
いように転送することかできるのて、最も効率の良い転
送を実現しており、垂直解像度の向上を図る上で効果的
な手段を提供している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電荷結合型固体撮像装置を
適用した電子スチルカメラの概略構成図、第２図は実施
例の電荷結合型固体撮像装置の概略構成図、第３図は実施例における受光領域の要部構造及び周辺回
路構成を示す説明図、第４図は第３図中のＸ−Ｘ線矢視縦断面図、第５図は第
３図中のｙ−ｙ線矢視縦断面図、第６図は実施例の走査
読出し動作を概略的に示す説明図、第７図は実施例の走査読出し動作を詳細に示したタイミ
ングチャート、第８図、第９図及び第１０図は第７図中の要部タイミン
グを拡大して示したタイミングチャート、第１１図は走
査読出し時の電荷転送動作を概念的に示した図、第１２図は走査読出し時の電荷転送動作をポテンシャル
プロフィールで示した図、第１３図は従来の電荷結合型固体撮像装置の要部構造を
示した構造説明図、第１４図は従来の走査読出しの動作をポテンシャルプロ
フィールで示した説明図である。図中の符号：１：撮像光学系２、機械式の絞り機構３、電荷結合型固体撮像装置４、信号処理回路５：記録機構６、同期制御回路７、受光領域８：水平電荷転送路９、出力アンプ１０．１１，１２；駆動回路Ｌ１〜Ｌ、、垂直電荷転送路Ｍ、１．Ｍ２□、Ｍ２Ｉ、Ｍ４Ｉ〜；ＮＭＯＳトランジ
スタｍ２ｍｆｆ＋〜；ＮＭＯ３ｈランジスタＧ。０４１〜ゲート電極手続補正書平成２年８月９　日特許字長宮　殿１、事件の表示平成２年特許ｌ！ｊ第１　”、　８６５４号２、発明の
名称固体撮像装置３　補正をする者事件との関係　持許出顆人名　称　（５２０）富士写真フィルム株式会社４、代理
人５、補正命令の日付＝　（自発）６、補正の対象　　明細書及び図面

Claims

【特許請求の範囲】

画素に相当する複数の光電変換素子を行方向及び列方向
にマトリクス状に配列形成し、列方向に配列する各光電
変換素子群に隣接して垂直電荷転送路を形成し、画素に
発生した画素信号を垂直電荷転送路へ転送した後、該垂
直電荷転送路のゲート電極に所定タイミングのゲート信
号を供給することにより画素信号を各行毎に垂直転送す
ると共に、水平電荷転送路によって各行毎の画素信号を
走査読出しする電荷結合型固体撮像装置において、前記
各光電変換素子に隣接して１対ずつ設けられた各垂直転
送ゲート電極と駆動信号電極の間に、各転送ゲート電極
毎にスイッチ素子を設け、前記水平電荷転送路側のゲー
ト電極から順番に所定数のゲート電極ずつを一組として
、前記スイッチ素子を導通状態にし、前記各行毎に画素
信号を水平電荷転送路へ転送する周期毎に順次に各組に
対応する駆動信号を発生する駆動回路を設け、所定数の
ゲート電極数に対応する相数のタイミング信号を、該駆
動回路からの駆動信号に対応するゲート電極に供給する
ことにより垂直電荷転送を行うことで、フルフレーム走
査読出しを行うことを特徴とする電荷結合型固体撮像装
置。