JPS5952976A - 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】 産業上の利用分野 本発明は固体撮像装置に関するものであり、特にスチル
カメラの垂直方向の解像度を向上させることのできる固
体撮像装置を提供するものである。

従来例の構成とその問題点 電子シャッター機能をもつスチルカメラ用撮像素子とし
ては光電変換素子アレイに隣接して光遮蔽された電荷転
送素子列が配され、光電変換素子アレイの信号電荷は、
前記電荷転送素子列を通って読み出される。こうした構
成で構成された固体撮像素子は、基本的にはビデオカメ
ラ用固体撮像素子と同じであるためスチルカメラ用固体
撮像素子としても代用される。

しかしながらビデオカメラ用固体撮像素子は時間的に垂
直方向の撮像位置を変えるインターレース駆動をおこな
って垂直方向の解像度をみがけ上向上さぜる方法がとら
れる。しかしながら電子スチルカメラにお騎では、イン
ターレース１駆動のような方法で垂直方向の解像度かが
せけないため解像度がビデオカメラの半分の状態の画質
しか得られていない。

以下に従来例の電荷転送固体撮像装置の図を用いて説明
する。

第１図はインターライン転送方式ＣＣＤ撮像素子の構成
概略図である。１は光電変換素子部、２は垂直転送電荷
転送素子列、３は水平読み出しレジスターで、４は出力
検知部である。光電変換素子は垂直転送電荷素子１ビツ
トに対して２個対応するよう配置されて−る。

テレビ映像表示は第２図に示すような飛び越し走査をお
こなう。すなわちＡ　−Ａ’　、　Ｂ　−Ｂ’　、・・
・・・・と走査してＺ′まで致って１フイールドを描き
、次にａ　−ａ’　、　ｂ　−ｂ’　、・・・・・・ｚ
　−ｚ’のように中間を走査して２フイールドで１フレ
ームの１枚の絵の垂直走査が完成する。これと対応さし
て撮像素子についても同じような飛び越し駆動をおこな
う。第１図において、最初のフィールド（Ａフィールド
）では奇数番目の行の光電変換素子に蓄積された信号を
電荷転送素子列２を通って読み出し、次のフィールド（
Ｂフィールド）では偶数番目に行の光電変換素子に蓄積
された信号電荷を垂直電荷転送素子列２に移して読み出
す。このように各フィルドで垂直方向に撮像位置を変え
る。これは１種の飛び越し走査で画像の飛び越し走査を
一致する。

このようにして時間的に信号電荷を読み出す位置を変え
、みかけ上垂直方向の解像度をあげる効果を出している
。

従ってビデオカメラ用撮像素子におりては光電変換素子
２個に対応して、垂直転送電荷転送素子列は、転送に必
要な１転送単位（１ピント）を配すればよい。すなわち
Ａフィールドにおいては奇数番目の行の信号電荷を垂直
転送電荷転送素子列２へ移し、順次１ライン毎に水平読
み出しレジスター３に移し、出力検知部４から読み出し
、画像上最初のフィールドを走査し、次のフィールド（
Ｂフィールド）で偶数番目の行の信号電荷を垂直転送電
荷転送素子列２へ移し、順次１ライン毎に水平読み出し
レジスタ一部３へ移し出力検知部４から読み出し、画像
上の次のフィールド（Ｂフィールド）の走査をする。ビ
デオカメラ用提像素子において垂直転送電荷転送素子は
光電変換素子２個に対して１転送単位（１ピツド）を配
すればよく、ビデオカメラ用撮像素子は構造的に楽な構
成をとれる。

一方スチルカメラ用撮像素子においてはビデオカメラ用
撮像素子におけるような飛び越し走査をおこなってみか
け上の解像度をあげることはできない。なぜならスチル
カメラにおいてはある決まった時間の撮像をおこない、
それを取り出し画像を形成する必要があるためである。

丑だビデオカメラ用撮像素子のように時間的に撮像位置
を変えるような方式をとることができない。ビデオカメ
ラ用撮像素子をスチルカメラ用撮像素子として用いた場
合、ある時間の撮像信号は光電変換素子全部に蓄積はれ
ているが、その信号電荷を読み出すには、垂直転送電荷
転送素子が光電変換素子数の半分のビット数しかないた
めビデオカメラ用撮像素子と同じように２回に分けてお
こなわざるを得ない。

こうした場合、最初に読み出した信号をメモリー等に蓄
積しておき、次の信号の読み出し時メモリーシた信号と
を合成して撮像した状態と同じように信号を並べて画像
を構成する必要がある。水平４００．垂直５００の画素
を持つビデオカメラ用撮像素子を用いた場合１フイール
ドの信号をメモリーするには１０万画素分の信号をアナ
ログ的に蓄積する必要があり、膨大な容量のメモリを必
要とし、実用化されていない。またこうして得られた信
号はＳ／Ｈの低下をきたし、画質を損った形でしか得ら
れていない。このため現状ではビデオカメラ用撮像素子
をそのま寸用い、片フィールドのみの信号しか使用せざ
るを得ない状況にある。

そうした場合垂直方向の解像度はビデオカメラ用撮像素
子の半分であり、細かいパターンの不鮮明の画質しか得
られず極めて問題となっている。

こうした欠点を取り除くためスチルカメラ用撮像素子と
しては光電変換素子の数と同じ数のビット数の垂直転送
電荷転送素子を設ければよい。すなわち光電変換素子１
個に対応して垂直転送電荷転送素子１ヒツトを対応をぜ
ればよい。

しかしこつした構成をとった場合垂直転送電荷転送素子
１寸法が小さくなり製造上極めて困難になるばかりでな
く、特性的にも垂直転送電荷転送素子の取り扱い電荷量
も半分以下となり画質的に極めて悪くなってくる。たと
えば光電変換素子の垂直方向のピッチが１３μｍの場合
ビデオカメラ用撮像素子においては１３μｍの２倍の２
６μｍで垂直転送電荷転送素子を形成すればよく、ポリ
シリコン（ｐｏｌｙｓｉ　）転送電極幅Ｌ１とその抜幅
Ｌ２はそれぞれ８μｍ、６μｍと容易につくれる（第３
図）のに対し、垂直転送電荷転送素子を１３μｍでつく
るとすると従来の半分のピッチで電荷転送素子をつくる
必要があり、たとえばＰｏ１ｙｓｉ転送電極Ｌ１は５／
１ｍその抜幅Ｌ２は２．５μｍと急激に困難となる。こ
れは技術的に大きなレベルアップを必要とし製造上大き
な走留り低下をきたす。′！、た取り扱い電荷量も半分
程度に低下しＳ／Ｎ的に６ｄＢダウンとなり画質の低下
が著しい。

発明の目的 本発明はかかる欠点を取り除き、スチルカメラ用撮像素
子として実用に供する固体撮像装置を提供することを目
的としている。

発明の構成 すなわち、本発明−の固体撮像装置は光電変換素子アレ
イと、この光電変換素子アレイの信号電荷を続み出す電
荷転送素子列を有し、前記電荷転送素子列の電荷転送の
一構成単位が、転送方向に深いボテン／ヤルが形成され
る構造単位の３個以り実施例の説明 第４図ａは本発明の実施例の固体撮像装置である。光電
変換素子２個に対して垂直転送電荷転送素子で転送方向
に深いポテンシャルが形成される構造単位が３個対応し
ている。この構造の電荷転送素子の基本については特願
昭６６−１６８４２４号で詳細に述べている。ある時間
に光電変換素子１に蓄積された電荷は垂直転送電荷素子
１０に送られる。この時３つの構造単位のうち２つに信
号電荷が送られ１つは空いた状態になっている。

第５図は垂直転送電荷転送素子１ＱのＡ−Ａ’の断面図
でその動作を説明する図である。形成された転送電極１
６，１γ、１８．１９からなり第１層ポリシリコンで形
成された転送電極１３，１４゜１５と第２層ポリシリコ
ンで転送方向に深いポテンシャルが形成できるよう、第
２転送電極下にはバリアー１２−が設けられ、同じ電圧
を印加しても隣りの転送電極下に蓄積された電荷と混じ
りあうことはない。構造的には第１層ポリシリコン転送
電極と転送電極下にポテンシャルバリアーが形成された
第２層ポリシリコン転送電極を１組として１構造単位と
なっており共通のクロックパルスが印加される。光電変
換素子に蓄えられた信号電荷は光電変換素子部と垂直転
送電荷転送素子列１０間に設けられた転送ゲート電極に
より垂直転送電荷転送素子列１０に移される〇 第６図は光電変換素子部と垂直転送電荷転送素子列１ｏ
の間に設けられた転送ゲート電極に加えられるクロック
パルスφＰＴと垂直電荷転送素子列１０の構造ｎｔ位＋
、ｎ、ｍｃ加えられるクロックパルスである。第６図の
時間Ｔの間に光電変換素子部の信号は垂直電荷転送素子
列１０の高い電圧が加えられている構造単位１．ＩＩＩ
に移される。このあと順次１ライン毎に水平読み出しレ
ジスタ一部へ移され読み出きれる。第６図は第６図中に
指定された時間ｔ１．ｔ２．ｔ３．ｔ４．ｔ５．ｔ６．
ｔ７．におけるポテンシャル模式図で、電荷の移動する
様子を示している。時間ｔ１　　においては光電変換素
子から信号電荷が送られた状態で１構成単位中２つの構
造単位に電荷が蓄積され、構造単位１．Ｈの転送電極１
３．１６に信号電荷２０．２１が蓄積される。転送電極
１４下には電荷は存在しない状態になっている。時間ｔ
２に２いては構造単位■にパルス電圧φ２が印加される
ため、転送電極１４下に深いポテンシャルが形成され、
構造単位ｌには低いパルス電圧φ１に変るため、転送電
極１３下の電荷２０は第５図Ｃのｔ２の転送電荷２０に
移動する（時間１２．１３）。従って構造単位■中には
電荷がなくなり、構造単位■中の電荷２１は隣りの構造
単位Ｉへ電荷を転送させることが可能となり構造単位ｌ
には隣りの構造単位から信号電荷が転送されてくる。こ
の動作を３回繰り返すことにより、１構成単位中の１つ
の電荷が次の構成単位に転送する。

このようにして垂直転送電荷転送素子の電荷は順次、水
平読み出しレジスターへ送られ、読み出される。

この場合信号電荷は光電変換素子の構成と同じ順番で読
み出されるため、そのままの順序でプリンターで画像を
再生できる。本構成を用いて、光電変換素子の垂直方向
ピッチ１３μｍのものをつくる場合１構造ｊｌ１位は８
．７μｍとなりｐｏｌｙｓｉ転送電極幅５２μｎ、その
抜幅３５μｍとなり、平易なプロセスで作成可能となる
。また取り抜い電荷量も光電変換素子の数に対応して電
荷転送素子を設けたものに比べて３割以上も大きくなる
。

第７図は光電変換素子４個に対応して転送方向に深いポ
テンシャルとを形成する構造単位を５個もつ垂直転送電
荷転送素子２３を設けた他の実施例である。この場合、
光電変換素子の垂直方向ピンチ１３μｍのとき構造君１
位は１０．４μｍでよく、ポリシリコン転送電極幅７．
０μその抜幅３．４μｍと平易なプロセスで作成できか
つ取り扱い電荷量もビデオカメラ用撮像素子の０．８８
倍程度と充分になり画質も実用上問題のないものが得ら
れた。

さらにプロセス的に平易で、取り扱い電荷量を殖やすた
めには光電変換素子ｎに対し転送方向に深いポテンシャ
ルをつくる構造単位Ｑｎ、−１−１設け、そのｎの数を
大きくしていけばよい。

発明の効果 以上述べたように本発明の固体撮像装置はあるきまった
時間の光電変換素子の信号を有効に読み出し、画質の低
下も招かない点で極めて有効で、電子シ、ヤソター機能
をもつスチルカメラ用撮像素子としての応用に極めて高
い価値が見込まれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光電変換素子２ケに対して垂直転送電荷転送素
子１ビツトが対応している従来の固体撮像素子を示す図
、第２図はビデオテレビ走査の方法を示す図、第３図は
電荷転送素子の転送方向の断面図、第４図は本発明の実
施例の固体撮像装置を示す図、第５図（ａ）は同装置の
断面図、第６図（ｂ）〜（ｈ）は同装置の動作を説明す
るためのポテン・ンヤル図、第６図は同装置の印加パル
スを示す図、第７図は本発明の他の実施例の固体撮像装
置を示す図である。 ６・・・・・・第１層転送電極、６・・・・・・第２層
転送電極、８・・・・・・絶縁膜、９・・・・・・半導
体基板、１２・・・・・・転送方向に深いポテンシャル
を形成するイオン打込みによるバリアー、２２・・・・
・・信号電荷。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 ５ 第　４　図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光電変換素子アレイと、この光電変換素子アレイの信号
   電荷を読み出す電荷転送素子列を有し、前記電荷転送素
   子列の電荷転送の一構成単位が、転送方向に深いポテン
   シャルが形成される構造単位の３個以上からなることを
   特徴とする固体撮像装置。