JPH06276441A

JPH06276441A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH06276441A
Application number: JP5085124A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Shoda; 昌宏正田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1994-09-30

Abstract

(57)【要約】【目的】より小型化で解像度の高い撮像装置を低廉な
製造コストにより実現すること。【構成】２次元的に配列された光電変換部の列間に設
けられ信号電荷を垂直方向に並列に転送する複数の電荷
転送素子からなる垂直電荷転送手段と、垂直電荷転送手
段により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平
電荷転送手段とを備えた撮像装置で、垂直電荷転送手段
１３，１４は、相隣合う垂直電荷転送手段が互いに反対
の方向に信号電荷を転送するものであり、水平電荷転送
手段は、垂直電荷転送手段により一の方向に転送された
信号電荷を水平方向に転送する第１の水平電荷転送手段
１１と、前記一の方向と反対の方向に転送された信号電
荷を水平方向に転送する第２の水平電荷転送手段１２と
からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体並びにその周辺技術の急速
な進歩に伴い、被写体光を電気的な信号に変換する例え
ばＣＣＤ等の撮像素子の開発普及が著しいが、このよう
な従来の撮像素子の構成を図１８に示す。図示のよう
に、従来の撮像素子は、半導体基板上に被写体光を電荷
に変換する複数の光電変換部１８５が垂直並びに水平方
向に２次元的に配列され、これらの光電変換部１８５の
列間にはこれらの光電変換部で得られた信号電荷を垂直
方向に転送する垂直電荷転送素子１８３が設けられてお
り、さらに該垂直電荷転送素子１８３により垂直方向に
転送された信号電荷を水平方向に転送して順次読み出す
ための水平電荷転送素子１８２が備えられている。

【０００３】そして、前記信号電荷は前記垂直電荷転送
素子１８３により垂直方向に並列に転送されて前記水平
電荷転送素子１８２に順次送出され、水平電荷転送素子
１８２により直列信号としてアンプ１８７を通して出力
端子１８０から読み出される。

【０００４】前記光電変換部及び垂直電荷転送路素子の
拡大平面図を図１９に示す。同図において、１９０１乃
至１９０５、及び１９１１乃至１９１５は光電変換部
を、１９５は垂直電荷転送素子を、１９２は前記光電変
換部と前記垂直電荷転送素子とを分離する素子分離領域
を示す。また、垂直電荷転送素子は、本従来例では４相
駆動されるものであり、その転送電極はポリシリコンを
主成分とする２層の電極１９３及び１９４により構成さ
れている。

【０００５】図２０は、前記素子分離領域のみの平面形
状を示したもので、同図において代表的に一箇所符号１
９２ａで示した部分には、光電変換部から該光電変換部
に対応する垂直電荷転送素子へ信号電荷の移送を行うト
ランスファーゲートＭＯＳトランジスタが設けられる。

【０００６】さらに、図２１は、前記転送電極１９３の
みの平面形状を示したもので、該転送電極１９３は、電
極本体部１９３ａが図の下方に突出した形状を有してお
り、この電極と対をなす前記転送電極１９４は、図１９
にも示すように前記電極本体部１９３ａが反対に図の上
方に突出した形状とされている。

【０００７】既述のように転送電極は、４相駆動とされ
ており、すべての垂直電荷転送素子で、第１の相、第２
の相、第３の相、第４の相の順で駆動電圧が与えられ、
水平方向に同一の行には同一の駆動電圧が与えられる。
なお、図１９において垂直電荷転送素子１９５内に付し
た符号１乃至４はこれら第１乃至第４の相を示すもので
ある。また、本明細書の光電変換部や垂直電荷転送素子
などの説明においては、水平方向の並びを「行」、垂直
方向の並びを「列」と称する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近におい
ては殊に素子の一層の小型化と、解像度の向上が望まれ
ているが、素子の更なる小型化や解像度の向上を図る上
には種々の問題があった。この問題を以下に述べる。

【０００９】すなわち、解像度を向上させるには前記光
電変換部をより多く設け画素数を増やす必要があるが、
この画素数の増加を図ると、例えば該撮像素子により動
画を撮影する場合には該動画の撮影に必要な速さで光電
変換された信号電荷を前記のように水平電荷転送素子で
順次直列に読み出す必要があるため、画素数を増やせば
増やすほど、それだけ信号の読み出しを行う前記水平電
荷転送素子の駆動を速くする必要がある。

【００１０】しかしながら、該水平電荷転送素子の駆動
を速くすると、画像が劣化し、さらに画像が出力できな
い場合もあるとの問題が生じたのである。また、静止画
を撮影する場合であっても、連続撮影する場合には前記
動画の撮影の場合と同様である。本発明者がこの原因を
究明したところ、水平電荷転送素子の動作速度を上げる
と電荷の転送効率が低下することが判明した。

【００１１】また、前記のように画素数を増やしたり、
或いは素子の更なる小型化を図ると、素子の製造歩留ま
りが低下するとの問題が生じた。本願発明者はさらにこ
の原因について検討したが、その結果、画素数を増やし
たり、或いは素子の小型化を図ると、信号電荷を読み出
す前記水平電荷転送素子の電荷転送方向に関する電極寸
法をそれだけ小さくする必要があるが、該電極寸法を小
さくすると該電極間に短絡が生じ、これにより製造歩留
まりが低下することが判明した。

【００１２】さらに、前記のように電極寸法を小さくす
ると、電荷転送時に隣接する電極同士が影響を受け合っ
て電荷転送時に必要なポテンシャル障壁を十分に形成す
ることができず、信号電荷が混ざり合い画質が劣化する
との問題も生じる。

【００１３】このように、撮像素子の一層の小型化や解
像度の向上を図るには種々の問題があり、その解決が望
まれていた。

【００１４】本発明は、以上のような従来の問題を解決
し、より小型化で解像度の高い撮像装置を実現すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本願の請求項１の発明は、水平方向及び垂直方向に２次
元的に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部
の列間に設けられ、該光電変換部に蓄積された信号電荷
を垂直方向に並列に転送する複数の電荷転送素子からな
る垂直電荷転送手段と、前記光電変換部から前記垂直電
荷転送手段に信号電荷を移送する電荷移送手段と、前記
垂直電荷転送手段により転送された前記信号電荷を水平
方向に転送する水平電荷転送手段とを備えた撮像装置に
おいて、前記垂直電荷転送手段は、相隣合う垂直電荷転
送手段が互いに反対の方向に前記信号電荷を転送するも
のであり、前記水平電荷転送手段は、前記垂直電荷転送
手段により一の方向に転送された信号電荷をさらに水平
方向に転送する第１の水平電荷転送手段と、前記垂直電
荷転送手段により前記一の方向と反対の方向に転送され
た信号電荷をさらに水平方向に転送する第２の水平電荷
転送手段とからなることを特徴とする撮像装置に係るも
のである。

【００１６】また、請求項２の発明は、前記請求項１の
発明において、任意の光電変換部の列を一の光電変換部
列とした場合に、前記電荷移送手段は、該一の光電変換
部列では、各光電変換部の上部位置に設けられると共
に、該一の光電変換部列に隣合う他の光電変換部列では
各光電変換部の下部位置に設けられ、前記垂直電荷転送
手段の電荷転送素子は、４電極で１セルが構成され、前
記一の光電変換部列に対応する電荷転送素子では、第１
相乃至第４相の電極が下方へ向け順に且つ第１相と第３
相の各電極が前記電荷移送手段の設置位置に位置するよ
うに配置され、前記一の光電変換部列に隣合う他の光電
変換部列に対応する電荷転送素子では、第３相と第１相
の各電極が前記電荷移送手段の設置位置に位置するよう
に且つ前記一の光電変換部に対応する電荷転送素子の第
１相、第２相、第３相、及び第４相の各電極に対して水
平方向に隣合った位置にそれぞれ第４相、第３相、第２
相、及び第１相の各電極が設けられたことを特徴とする
撮像装置に係るものである。

【００１７】また、請求項３の発明は、前記請求項１の
発明において、前記電荷移送手段は、水平方向に関して
各光電変換部の同一の部位に設けられ、前記垂直電荷転
送手段の電荷転送素子は、４電極で１セルが構成され、
任意の光電変換部列に対応する電荷転送素子を一の電荷
転送素子とした場合に、該一の電荷転送素子では、第１
相乃至第４相の電極が下方へ向け順に且つ第１相と第３
相の各電極が前記電荷移送手段の設置位置に位置するよ
うに配置され、該一の電荷転送素子に隣合う他の電荷転
送素子では、第４相と第２相の各電極が前記電荷移送手
段の設置位置に位置するように且つ前記一の電荷転送素
子の第１相、第２相、第３相、及び第４相の各電極に対
して水平方向に隣合った位置にそれぞれ第４相、第３
相、第２相、及び第１相の各電極が設けられたことを特
徴とする撮像装置に係るものである。

【００１８】さらに、請求項４の発明は、前記請求項１
の発明において、任意の光電変換部の行を一の光電変換
部行とした場合に、前記電荷移送手段は、該一の光電変
換部行では、光電変換部の上部位置に設けられると共
に、該一の光電変換部行に対して垂直方向に隣合う他の
光電変換部行では光電変換部の下部位置に設けられ、前
記垂直電荷転送手段の電荷転送素子は、４電極で１セル
が構成され、任意の光電変換部列に対応する電荷転送素
子を一の電荷転送素子とした場合に、該一の電荷転送素
子では、第１相乃至第４相の電極が下方へ向け順に且つ
第１相と第４相の各電極が前記光電変換部の上部位置に
設けられた電荷移送手段と下部位置に設けられた電荷移
送手段の設置位置にそれぞれ位置するように配置され、
該一の電荷転送素子に隣合う他の電荷転送素子では、第
４相と第１相の各電極が前記光電変換部の上部位置に設
けられた電荷移送手段と下部位置に設けられた電荷移送
手段の設置位置にそれぞれ位置するように、且つ前記一
の電荷転送素子の第１相、第２相、第３相、及び第４相
の各電極に対して水平方向に隣合った位置にそれぞれ第
４相、第３相、第２相、及び第１相の各電極が設けられ
たことを特徴とする撮像装置に係るものである。

【００１９】

【作用】前記のように構成された本発明においては、前
記光電変換部で光電変換され蓄積された信号電荷は、前
記電荷移送手段により前記垂直電荷転送手段の電荷転送
素子に移送された後、該電荷転送素子により垂直方向に
並列に転送され、前記第１及び第２の水平電荷転送手段
により水平方向に直列に転送され順次読み出される。

【００２０】ここで、本発明に係る撮像装置では、光電
変換部の列間に並列に設けられた前記電荷転送素子は、
相隣合うもの同志が互いに反対の方向に信号電荷を転送
し、前記水平電荷転送手段に信号電荷を移送する。すな
わち、本発明に係る撮像装置は、ある一の電荷転送素子
が上方に信号電荷を転送するものである場合には、該一
の電荷転送素子に隣合う電荷転送素子は、下方に信号電
荷を転送するものである。

【００２１】そして、上方に転送された信号電荷は、前
記第１の水平電荷転送手段により水平方向に転送され、
一方、下方に転送された信号電荷は、前記第２の水平電
荷転送手段により水平方向に転送され、それぞれ出力さ
れる。

【００２２】このように、本発明の撮像装置では、装置
の上部と下部の両方に水平電荷転送手段を備えており、
該双方の水平電荷転送手段により水平方向にも並列に信
号電荷を転送できるため、上部又は下部のいずれか一方
に１つしか水平電荷転送手段を備えていなかった従来の
撮像装置に比べ、水平電荷転送手段の水平方向の電極幅
（電荷の転送方向の幅）を大きくとることができ、ま
た、水平方向への信号電荷の転送速度も速くすることが
できる。

【００２３】したがって、本発明の撮像装置では、画素
数、特に水平方向の画素数を仮に従来の撮像装置の２倍
にしたとしても、水平電荷転送手段の電極幅は同一のま
までよく、その駆動速度も速くする必要がない。また、
素子寸法を２分の１とした場合も同様である。

【００２４】このように、本発明は、従来の撮像装置に
比べ、より小型化で解像度の高い撮像装置の実現を可能
とするものであり、以下、本発明を、実施例を通じてさ
らに詳しく説明する。

【００２５】

【実施例】本発明の第１の実施例を図面の図１乃至図６
に基いて説明する。図１は該第１の実施例に係る撮像装
置の全体構成を示す概略図、図２は本撮像装置の光電変
換部及び垂直電荷転送素子部の一部を拡大して示す平面
図、図３は本撮像装置の素子分離領域のみ形状を示す平
面図、図４は本撮像装置における垂直電荷転送素子の電
極の形状を示す平面図であり、これらの図は従来の撮像
装置の構成を示した前記図１８乃至図２１にそれぞれ対
応するものである。また、図５乃至図６は本撮像装置の
垂直電荷転送素子による信号電荷の転送の様子をＴ１乃
至Ｔ１０として時系列的に示した模式図である。

【００２６】図１に示すように、本実施例に係る撮像装
置は、前記従来の撮像装置と同様に水平並びに垂直方向
に２次元的に配列された複数の光電変換部１５と、該光
電変換部１５の列間に設けられた垂直電荷転送素子１３
を備えている。しかしながら、該垂直電荷転送素子１３
は、同図に矢印で示すように、隣り合う垂直電荷転送素
子が互いに逆方向に、すなわち、図の上方又は下方に信
号電荷を転送するものである。

【００２７】そして、本装置の上部と下部にはそれぞれ
前記垂直電荷転送素子１３により上方及び下方に転送さ
れた信号電荷を水平方向に転送する２つの水平電荷転送
素子１１，１２が設けられている。

【００２８】図２は前記のように前記光電変換部及び垂
直電荷転送素子部を拡大して示す平面図であるが、同図
において、２０１乃至２０５、及び２１１乃至２１５は
光電変換部を、２５及び２６は垂直電荷転送素子を、２
２は前記光電変換部と前記垂直電荷転送素子とを分離す
る素子分離領域を示す。また、垂直電荷転送素子２５，
２６は、本実施例では４相駆動されるものであり、その
転送電極はポリシリコンを主成分とする２層の電極２３
及び２４により構成されている。

【００２９】図３は前記のように前記素子分離領域２２
のみの平面形状を示したものであるが、同図において代
表的に一箇所符号２２ａで示した部分には、前記電荷移
送手段として、トランスファーゲートＭＯＳトランジス
タが形成されており、このＭＯＳトランジスタにより光
電変換部から該光電変換部に対応する垂直電荷転送素子
へ信号電荷の移送が行われる。同図からも明らかなよう
に、本実施例の撮像装置では、前記ＭＯＳトランジスタ
２２ａが光電変換部の上部位置に設けられた光電変換部
の列と、下部位置に設けられた光電変換部の列とが交互
に配置されている。

【００３０】さらに、図４に示すように、前記転送電極
２３は、電極本体部２３ａが図の上方と下方に交互に突
出した平面形状を有しており、この電極２３と対をなす
前記転送電極２４は、その電極本体部が電極２３と同様
に上方と下方に交互に突出した平面形状を有している
が、図２に示すように、電極２３の本体部２３ａが上方
に突出している箇所では逆に下方に、また電極２３の本
体部２３ａが下方に突出している箇所では逆に上方に突
出した形状とされている。

【００３１】前述のように、垂直電荷転送素子２５，２
６は４相駆動されるが、本撮像装置は以上のような構造
を有するため、図２に示すように、例えば、ある垂直電
荷転送素子２５で下方に向け第１相、第２相、第３相、
及び第４相の順に転送電圧が印加されれば、該転送素子
２５と隣合う転送電極２６では、下方に向け逆に第４
相、第３相、第２相、及び第１相の順に転送電圧が印加
されることとなる（同図において、第１相乃至第４相を
電極上に単に１、２、３、４として示す。）。

【００３２】なお、これらの電極のうち、第１相と第３
相の各電極が前記トランスファーゲートＭＯＳトランジ
スタの形成位置に位置するようになされており、該トラ
ンスファーゲートＭＯＳトランジスタの駆動による垂直
電荷転送素子への信号電荷の移送は、前記第１相と第３
相の各電極に通常の転送電圧より高い電圧を印加するこ
とで行う。

【００３３】このような信号電荷の転送の状態をさらに
図５乃至図６を参照して説明する。図５は前記垂直電荷
転送素子２５の電荷転送の状態を示すもので、図６は前
記垂直電荷転送素子２５に隣接する垂直電荷転送素子２
６の電荷転送の状態を示すものである。これらの図にお
いて、前記図２と同一の構成には同一の符号を付してお
り、２０１乃至２０５、及び２１１乃至２１５は光電変
換部を、２５，２６は垂直電荷転送素子を、該垂直電荷
転送素子２５，２６に付した符号１乃至４はそれぞれ第
１乃至第４相を示すものである。

【００３４】また、Ｔ１乃至Ｔ１０は時間のステップを
示し、各波形図は時刻Ｔ１乃至Ｔ１０での垂直電荷転送
素子２５，２６内におけるポテンシャルを表わす。そし
て、該波形の下方に窪んでいる箇所はポテンシャル井戸
であり、該箇所に信号電荷が蓄えられる。

【００３５】また、図中の逆三角の印は、前記トランス
ファーゲートＭＯＳトランジスタを示し、転送電圧パル
ス中の丸印は、転送される信号電荷を模式的に示したも
のである。なお、これらの図においては、左方向が前記
図２（本撮像装置）の上方であり、また右方向が前記図
２（本撮像装置）の下方となる。

【００３６】図示のように、時刻Ｔ１で第１相と第３相
の電極に通常の転送電圧より高いパルス電圧が印加され
ると、該第１相と第３相の電極の下にポテンシャル井戸
が形成されると共に、前記三角形の記号で表したトラン
スファーゲートＭＯＳトランジスタが駆動されて、該第
１相と第３相の電極下のポテンシャル井戸に光電変換部
２０１〜２０５，２１１〜２１５から信号電荷が移送さ
れる。

【００３７】時刻Ｔ１に続く時刻Ｔ２では、第１相と第
３相の電極の印加電圧が通常の転送電圧レベルに戻され
ると共に、第２相の電極にパルス電圧が印加されて該第
２相の電極下にポテンシャル井戸が形成され、これによ
り前記第１相と第３相の電極下に移送された、隣合う光
電変換部（例えば２０１と２０２）の信号電荷が第１乃
至第３相の電極下のポテンシャル井戸にまとめられる。

【００３８】さらに、時刻Ｔ３では第２相及び第３相の
電極にパルス電圧が印加され、時刻Ｔ４では第２乃至第
４相の電極にパルス電圧が印加され、以下、Ｔ５、Ｔ６
等順次信号電荷が一方向に転送されて行く。

【００３９】ここで、図５と図６を比較してみると明ら
かであるが、前記Ｔ１乃至Ｔ１０と、電極に対して印加
するパルス電圧の波形は同一であるにも拘らず、相隣合
う垂直電荷転送素子２５，２６は、互いに反対の方向に
信号電荷を転送することとなる。

【００４０】したがって、前記図１に示すように、本実
施例に係る撮像装置では、光電変換部１５で得られた信
号電荷は、前記垂直電荷転送素子１３により１つおきに
上方又は下方に転送され、上部に設けられた前記第１の
水平電荷転送素子１１と、下部に設けられた前記第２の
水平電荷転送素子１２とにそれぞれ転送され、それぞれ
アンプ１６，１７を通して出力端子１０，１０ａから取
り出される。

【００４１】そして、該水平電荷転送素子１１，１２は
４相駆動又は２相駆動の電荷転送素子により構成する
が、本撮像装置は、前記のように、水平電荷転送素子を
２つ備えており、これらの水平電荷転送素子１１，１２
へは、１列おきに垂直電荷転送素子１３から信号電荷が
移送されるため、図１に示すように、水平方向に２画素
ピッチ（ある光電変換部の列から隣の光電変換部の列ま
での水平方向の距離）毎に４つの電極を有するものとす
ればよい。一方、前記従来の撮像装置では、図１８から
も明らかなように、水平電荷転送素子１８２は、水平方
向に１画素ピッチ毎に４つの電極を設ける必要がある。
すなわち、本実施例の撮像装置では、前記水平電荷転送
素子の電極幅（電荷転送方向の幅）を従来の撮像装置の
２分の１とすることができる。

【００４２】したがって、本撮像装置では、画素数、特
に水平方向の画素数を仮に従来の撮像装置の２倍にした
としても、或いは、素子寸法を２分の１としたとして
も、水平電荷転送手段の電極幅は同一のままで済み、且
つその駆動速度も速くする必要がないため、従来の撮像
装置に比べて、より小型化で解像度の高い撮像装置の実
現が可能となる。

【００４３】すなわち、本撮像装置は、素子を小型化し
たり、或いは画素数を増加しても、水平電荷転送素子の
動作速度を上げる必要がないため、電荷の転送効率の低
下に伴う画像の劣化が防止できる。また、製造時に、水
平電荷転送素子の電極間に短絡が生じこれにより製造歩
留まりが低下することもない。さらに、電荷転送時に隣
接する電極同士が影響を受け合って電荷転送時に必要な
ポテンシャル障壁を十分に形成することができず、信号
電荷が混ざり合い画質が劣化することも防止される。

【００４４】なお、前記図５乃至図６に基づく本装置の
説明では、隣接する光電変換部の信号電荷、例えば２０
１と２０２とを混合して転送することとしたが、次の信
号電荷の読み出し時には２０２と２０３とを読み出すよ
うにすれば、テレビジョンのインターレース走査でフィ
ールド蓄積モードと称される撮影動作に対応させること
が可能となる。

【００４５】さらに、図１７に本撮像装置を用いた撮像
システムの構成を示す。同図において１７０２が上記本
実施例の撮像装置であり、この撮像装置１７０２に光学
系１７０１により被写体像が結像され、光電変換され得
られた信号電荷は、前述のように水平転送素子により上
方及び下方に転送された後、外部に取り出される。そし
て、取り出された信号はそれぞれアナログ処理系１７０
４，１７０５を通過してＡ／Ｄ変換器１７０６，１７０
７によりデジタル化された後、メモリ１７０８に一時蓄
えられる。

【００４６】その後、前記メモリ１７０８に蓄えられた
信号は所望の順に並べ換えられ、デジタル信号出力端子
１７０９から出力され、又はＤ／Ａ変換器１７１０によ
りアナログ信号化されテレビジョンフォーマットに従っ
た信号とされ、出力端子１７１１から出力され動画とし
て不図示のモニタに表示される。なお、１７０３はこれ
ら一連の処理操作を制御する制御装置である。

【００４７】なお、前記本実施例の撮像装置では、上部
と下部とにそれぞれ水平電荷転送素子を設けたが、図２
２に示すように、上部又は下部のいずれか一方に２本並
列して水平電荷転送素子２２１，２２２を設けることも
考えられる。しかしながら、この場合には、垂直電荷転
送素子２２３の半数の信号電荷は、水平電荷転送素子２
２１を通過させてもう一つの水平電荷転送素子２２２へ
転送しなければならず、このため、該水平電荷転送素子
の構成や製造方法、また、駆動方法に制約を伴い、さら
に、水平電荷転送素子２２１，２２２から得られる信号
に差が生じ易いなどの問題がある。

【００４８】次に、本発明の第２の実施例を図７乃至図
１１に基いて説明する。図７は本実施例に係る撮像装置
の光電変換部及び垂直電荷転送素子部の一部を拡大して
示す平面図、図８は本撮像装置の素子分離領域のみ形状
を示す平面図、図９は本撮像装置における垂直電荷転送
素子の電極の形状を示す平面図、図１０乃至図１１は本
撮像装置の垂直電荷転送素子による信号電荷の転送の様
子を時系列的に示した模式図であり、これらの図はそれ
ぞれ前記第１の実施例を示した前記図２乃至図６に対応
するものである。

【００４９】また、これらの図において、７０１乃至７
０５、及び７１１乃至７１５は光電変換部、７２は素子
分離領域、７３及び７４は転送電極、７５及び７６は垂
直電荷転送素子である。そして、本実施例の撮像装置
も、前記第１の実施例の撮像装置と同様に、装置の上部
並びに下部にそれぞれ第１の水平電荷転送素子と第２の
水平電荷転送素子が設けられている。

【００５０】一方、本実施例の撮像装置では、図８に特
に示すように、電荷移送手段としてのトランスファゲー
トＭＯＳトランジスタが各光電変換部の上部位置７２ａ
に設けられている。また、転送電極７３，７４は、図７
及び図９に示すように、前記第１の実施例と同様の平面
形状を有している。

【００５１】このようにして、本撮像装置では、一の垂
直電荷転送素子７５では下方に向け順に第１相乃至第４
相の電極が配列されており、該垂直電荷転送素子に隣接
する他の垂直電荷転送素子７６では逆に下方に向け順に
第４相乃至第１相が配列されている。そして、本装置の
上部と下部には前述のようにそれぞれ前記垂直電荷転送
素子により上方及び下方に転送された信号電荷を水平方
向に転送する２つの水平電荷転送素子が設けられてい
る。

【００５２】本実施例に係る撮像装置の信号電荷の転送
の状態を図１０及び図１１を参照して説明する。本実施
例に係る撮像装置では、先ず、時刻Ｔ１で第１相と第２
相に大きなパルス電圧を印加してポテンシャル井戸を形
成すると共にトランスファゲートＭＯＳトランジスタを
動作させて前記ポテンシャル井戸に光電変換部から信号
電荷を移送する。

【００５３】次に、時刻Ｔ２では第１相乃至第３相の電
極に、時刻Ｔ３では第２相と第３相に、さらに時刻Ｔ４
では第２相乃至第４相に、時刻Ｔ５では第３相と第４相
にパルス電圧を印加してポテンシャル井戸を形成するこ
とにより順次一方向に信号電荷を転送する。

【００５４】図１０乃至図１１からも明らかなように、
本実施例の撮像装置では、このように転送パルスを印加
することで、互いに隣合う垂直電荷転送素子７５，７６
により、それぞれ上方（図１０の右方）及び下方（図１
１の左方）との逆方向に信号電荷を転送することができ
る。

【００５５】さらに、本発明の第３の実施例を図１２乃
至図１６に示すが、これらの図はそれぞれ前記第１の実
施例を示した前記図２乃至図６、及び前記第２の実施例
を示した前記図７乃至図１１に対応するものである。

【００５６】また、これらの図において、１２０１乃至
１２０５、及び１２１１乃至１２１５は光電変換部、１
２２は素子分離領域、１２３及び１２４は転送電極、１
２５及び１２６は垂直電荷転送素子である。そして、本
実施例の撮像装置も、前記第１及び第２の実施例の撮像
装置と同様に、装置の上部並びに下部にそれぞれ第１の
水平電荷転送素子と第２の水平電荷転送素子が設けられ
ている。

【００５７】一方、本実施例の撮像装置では、図１３に
特に示すように、任意の光電変換部の行を一の光電変換
部行とした場合に、前記電荷移送手段としてのトランス
ファゲートＭＯＳトランジスタは、該一の光電変換部行
では、光電変換部の上部位置に設けられ、該一の光電変
換部行に対して垂直方向に隣合う他の光電変換部行で
は、光電変換部の下部位置に設けられている。

【００５８】また、転送電極１２３，１２４は、図１２
及び図１８に示すように、前記第１乃至第２の実施例と
同様の平面形状を有していおり、一の垂直電荷転送素子
１２５では下方に向け順に第１相乃至第４相の電極が配
列されており、該垂直電荷転送素子に隣接する他の垂直
電荷転送素子１２６では逆に下方に向け順に第４相乃至
第１相が配列されている。

【００５９】本実施例に係る撮像装置の信号電荷の転送
の状態を図１５及び図１６を参照して説明すると、本実
施例に係る撮像装置では、先ず、時刻Ｔ１で第１相と第
４相に大きなパルス電圧を印加してポテンシャル井戸を
形成すると共にトランスファゲートＭＯＳトランジスタ
を動作させて前記ポテンシャル井戸に光電変換部から信
号電荷を移送する。

【００６０】次に、時刻Ｔ２では第１相、第３相、及び
第４相の電極に、時刻Ｔ３では第３相と第４相の電極
に、時刻Ｔ４では第２相乃至第４相の電極に、時刻Ｔ５
では第２相と第３相の電極に、時刻Ｔ６では第１相乃至
第３相の電極に、時刻Ｔ７では第１相と第２相の電極に
それぞれパルス電圧を印加してポテンシャル井戸を形成
することにより順次一方向に信号電荷を転送する。

【００６１】図１５乃至図１６からも明らかなように、
本実施例の撮像装置でも、このように転送パルスを印加
することで、互いに隣合う垂直電荷転送素子１２５，１
２６により、それぞれ上方（図１５の右方）及び下方
（図１６の左方）との逆方向に信号電荷を転送すること
ができる。

【００６２】以上のように、本実施例では、素子分離領
域の形状（電荷移送手段の配置）や転送電極の形状など
を工夫することにより、多画素の、或いは高速動作が可
能な撮像装置を容易に実現できるものであるが、さら
に、これらの装置は低廉な製造コストにより製造できる
ものである。

【００６３】すなわち、近年では撮像画像をデジタル信
号で補正、伝送、記録する用途が増大しており、このよ
うな場合、撮像素子からのアナログ信号をデジタル信号
に変換する必要がある。ここで、画素数を増やすにつ
れ、動画を撮像するのに必要な速度で光電変換した信号
電荷を直列に読み出すため、或いは静止画であっても連
続撮像することを考えると水平電荷転送素子の駆動を速
くしなければならないのは前述のとおりであるが、アナ
ログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器は、変
換速度が高速になればなるほど高価になり、このために
撮像装置が高価となるとの問題がある。

【００６４】しかしながら、上記本発明の撮像装置を使
用すれば、水平電荷転送素子の信号転送速度を遅くする
ことができるので、安価なＡ／Ｄ変換器を２つ使用して
も全体的な製造コストを低減することができる。

【００６５】一方、本撮像装置では、前記のように２つ
の水平電荷転送素子をから出力される信号の並べ換えを
行う必要があるが、この信号の並べ換えに必要な装置の
コストは前記高速のＡ／Ｄ変換器に比較すれば十分低い
ものである。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
より小型化で解像度の高い撮像装置を低廉な製造コスト
により実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る撮像装置の全体構
成を示す概略図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る撮像装置の光電変
換部及び垂直電荷転送素子部の一部を拡大して示す平面
図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る撮像装置の素子分
離領域のみの形状を示す平面図である。

【図４】本発明の第１の実施例に係る撮像装置における
垂直電荷転送素子の電極の形状を示す平面図である。

【図５】本発明の第１の実施例に係る撮像装置の垂直電
荷転送素子による信号電荷の転送の様子を時系列的に示
した模式図である。

【図６】同じく本発明の第１の実施例に係る撮像装置の
垂直電荷転送素子による信号電荷の転送の様子を時系列
的に示した模式図である。

【図７】本発明の第２の実施例に係る撮像装置の光電変
換部及び垂直電荷転送素子部の一部を拡大して示す平面
図である。

【図８】本発明の第２の実施例に係る撮像装置の素子分
離領域のみの形状を示す平面図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係る撮像装置における
垂直電荷転送素子の電極の形状を示す平面図である。

【図１０】本発明の第２の実施例に係る撮像装置の垂直
電荷転送素子による信号電荷の転送の様子を時系列的に
示した模式図である。

【図１１】本発明の第２の実施例に係る撮像装置の垂直
電荷転送素子による信号電荷の転送の様子を時系列的に
示した模式図である。

【図１２】本発明の第３の実施例に係る撮像装置の光電
変換部及び垂直電荷転送素子部の一部を拡大して示す平
面図である。

【図１３】本発明の第３の実施例に係る撮像装置の素子
分離領域のみの形状を示す平面図である。

【図１４】本発明の第３の実施例に係る撮像装置におけ
る垂直電荷転送素子の電極の形状を示す平面図である。

【図１５】本発明の第３の実施例に係る撮像装置の垂直
電荷転送素子による信号電荷の転送の様子を時系列的に
示した模式図である。

【図１６】同じく本発明の第３の実施例に係る撮像装置
の垂直電荷転送素子による信号電荷の転送の様子を時系
列的に示した模式図である。

【図１７】本発明の撮像装置を用いた撮像システムの構
成を示すブロック図である。

【図１８】従来の撮像装置の全体構成を示す概略図であ
る。

【図１９】従来の撮像装置の光電変換部及び垂直電荷転
送素子部の一部を拡大して示す平面図である。

【図２０】従来の撮像装置の素子分離領域のみの形状を
示す平面図である。

【図２１】従来の撮像装置の垂直電荷転送素子の電極の
形状を示す平面図である。

【図２２】好ましくない撮像装置の構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１，１２，１８２水平電荷転送素子１３，１４，２５，２６，７５，７６，１２５，１２
６，１８３，１９５垂直電荷転送素子１５，１８５，２０１〜２０５，２１１〜２１５，７０
１〜７０５，７１１〜７１５，１２０１〜１２０５，１
２１１〜１２１５，１９０１〜１９０５，１９１１〜１
９１５光電変換部２２，７２，１２２，１９２素子分離領域２３，２４，７３，７４，１２３，１２４，１９３，１
９４電極尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平方向及び垂直方向に２次元的に配列
された複数の光電変換部と、前記光電変換部の列間に設けられ、該光電変換部に蓄積
された信号電荷を垂直方向に並列に転送する複数の電荷
転送素子からなる垂直電荷転送手段と、前記光電変換部から前記垂直電荷転送手段に信号電荷を
移送する電荷移送手段と、前記垂直電荷転送手段により転送された前記信号電荷を
水平方向に転送する水平電荷転送手段とを備えた撮像装
置において、前記垂直電荷転送手段は、相隣合う垂直電荷転送手段が
互いに反対の方向に前記信号電荷を転送するものであ
り、前記水平電荷転送手段は、前記垂直電荷転送手段により
一の方向に転送された信号電荷をさらに水平方向に転送
する第１の水平電荷転送手段と、前記垂直電荷転送手段
により前記一の方向と反対の方向に転送された信号電荷
をさらに水平方向に転送する第２の水平電荷転送手段と
からなることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】任意の光電変換部の列を一の光電変換部
列とした場合に、前記電荷移送手段は、該一の光電変換
部列では、各光電変換部の上部位置に設けられると共
に、該一の光電変換部列に隣合う他の光電変換部列では
各光電変換部の下部位置に設けられ、前記垂直電荷転送手段の電荷転送素子は、４電極で１セ
ルが構成され、前記一の光電変換部列に対応する電荷転
送素子では、第１相乃至第４相の電極が下方へ向け順に
且つ第１相と第３相の各電極が前記電荷移送手段の設置
位置に位置するように配置され、前記一の光電変換部列
に隣合う他の光電変換部列に対応する電荷転送素子で
は、第３相と第１相の各電極が前記電荷移送手段の設置
位置に位置するように且つ前記一の光電変換部に対応す
る電荷転送素子の第１相、第２相、第３相、及び第４相
の各電極に対して水平方向に隣合った位置にそれぞれ第
４相、第３相、第２相、及び第１相の各電極が設けられ
たことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】前記電荷移送手段は、水平方向に関して
各光電変換部の同一の部位に設けられ、前記垂直電荷転送手段の電荷転送素子は、４電極で１セ
ルが構成され、任意の光電変換部列に対応する電荷転送
素子を一の電荷転送素子とした場合に、該一の電荷転送
素子では、第１相乃至第４相の電極が下方へ向け順に且
つ第１相と第３相の各電極が前記電荷移送手段の設置位
置に位置するように配置され、該一の電荷転送素子に隣
合う他の電荷転送素子では、第４相と第２相の各電極が
前記電荷移送手段の設置位置に位置するように且つ前記
一の電荷転送素子の第１相、第２相、第３相、及び第４
相の各電極に対して水平方向に隣合った位置にそれぞれ
第４相、第３相、第２相、及び第１相の各電極が設けら
れたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】任意の光電変換部の行を一の光電変換部
行とした場合に、前記電荷移送手段は、該一の光電変換
部行では、光電変換部の上部位置に設けられると共に、
該一の光電変換部行に対して垂直方向に隣合う他の光電
変換部行では、光電変換部の下部位置に設けられ、前記垂直電荷転送手段の電荷転送素子は、４電極で１セ
ルが構成され、任意の光電変換部列に対応する電荷転送
素子を一の電荷転送素子とした場合に、該一の電荷転送
素子では、第１相乃至第４相の電極が下方へ向け順に且
つ第１相と第４相の各電極が前記光電変換部の上部位置
に設けられた電荷移送手段と下部位置に設けられた電荷
移送手段の設置位置にそれぞれ位置するように配置さ
れ、該一の電荷転送素子に隣合う他の電荷転送素子で
は、第４相と第１相の各電極が前記光電変換部の上部位
置に設けられた電荷移送手段と下部位置に設けられた電
荷移送手段の設置位置にそれぞれ位置するように、且つ
前記一の電荷転送素子の第１相、第２相、第３相、及び
第４相の各電極に対して水平方向に隣合った位置にそれ
ぞれ第４相、第３相、第２相、及び第１相の各電極が設
けられたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。