JPS60217761A

JPS60217761A - 高解像度固体撮像装置

Info

Publication number: JPS60217761A
Application number: JP59073958A
Authority: JP
Inventors: Okio Yoshida; 吉田　興夫; Yukio Endo; 幸雄遠藤; Nozomi Harada; 望原田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-04-13
Filing date: 1984-04-13
Publication date: 1985-10-31
Also published as: JPH0360226B2

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ョン標準方
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）Ｘ４００　（水平）程度である。

このようなＩＴ−ＣＯＤの撮像動作を第１図を用いて簡
単に説明する。このＩＴ−ＣＤＤでは例えばホトダイオ
ード（以下ＰＤと称す）で形成された２ＮＸＭ個（例え
ばＮ−２５０，Ｍ−４００）の感光部Ｐ１ｔ　、　ＰＩ
　ｔ　’　、　Ｐｓ　２　、　Ｐ１２′・＝°＋　Ｐ　
ｔ　ｕ　＊　Ｐ　１Ｎ　’　Ｉ　Ｐ　２　１　Ｉ　Ｐ　
２　ｔ　’　。

Ｐ２２．Ｐ２２’、・・・＊　Ｐ　２　Ｎ　Ｉ　Ｐ　２
　Ｎ　’　ｌ　ｌＰ　Ｍ　ｓ　、Ｐ　Ｍ　工’　＋　Ｐ
　Ｍ　２　Ｎ　Ｐ　Ｍ　２　’　ｌ　ｌＰＭＮ、ＰＭＮ
’　（以下ｐｉ、ｐｉ’で代表する）と、この感光部ｐ
ｉ、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、・・・ＩｃＭが互いに水平方向に交互配列され
ている。そして垂直ＣＯＤ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ＣＯＤレジスタ１に転送
され、水平有効期間において水平ＣＯＤ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ＣＯＤレジ
スタＣｔ　、　Ｃ２、・・・ＣＭによみだすためのフィ
ールドシフトゲートである。

ここで垂直ＣＯＤレジスタＣｓ　、　Ｃ２、・・・。

ＣＭにおける垂直方向の転送段数は感光部Ｐｔ。

Ｐｌ’の垂直方向画素数の半数のＮ　（＝２５０）であ
る。通常のテレビジョン標準方式において１フレームは
２フイールドより構成され、またンターレス走査を行な
っている。従ってＩＴ−ＣＤでもこれに適合した撮像動
作を行なってお先の２フイールドをＡ、Ｂフィールドに
分け、フィールドでは垂直方向に連続し゛て設けられた
個の感光部（Ｐｌｌ、ｐＨ’　＞、’（ＰＩ２゜Ｐ１２
’）、・・・、（ＰＩＮ、ＰＩＮ’　）。

（Ｐ２１．Ｐ２１’　）、（Ｐ２２．Ｐ２２’　）。

・・・、（Ｐ２Ｎ、Ｐ２Ｎ’　）、・・・、（ＰＭｌ。

ＰＭＩ　’　）、（ＰＭ２　、ＰＭ２’　）、・・・。

（ＰＭＮ　、ＰＭＮ　’　）で蓄積された信号電荷を合
せて読出し、Ｂフィールドでは、垂直にＡフィールドで
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　（Ｐ１
１’　、ＰＩ２）、（Ｐ１２’　。

Ｐｓ、ａ）、・・・、　（Ｐ２１’、Ｐ２２）。

（Ｐ２２’　、Ｐ２３　）、　、（ＰＭＩ　’　。

ＰＭ２　）、（ＰＭ２’　、ＰＭｌ　）、・・・で蓄積
された信号電荷を合せて読出す７このような４Ｒ＠雪荷
読出しモードをフィ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フィ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２ＮＸＭ個（−５００Ｘ４００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フィールドが黒
丸印で表わされ、Ｂフィ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２ｉｉ！ｉｉ素の中間点にと
っである。ＡとＢフィ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−ＣＯＤでは１フィールド時
間でのサンプル点は垂直が２５０個、水平が４００個で
あり、インターレースによる２フィ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
２００に個となる。

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・チツブの中に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Ｍ
Ｏ８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：テレビジョン学
会誌第３７巻第１０号８１２〜８１８頁）。ＭＯ８形素
子では読出しのラインが八β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）同時に続出し、
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−Ｃ：ＣＤでは市松画素配置は、垂
直転送ＣＯＤ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、ＣＯＤ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−ＣＯＤ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−ＣＯＤ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
れたつ画素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（出願臼８５
７．２．１９）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
像度となる高群、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の詳細な説明する。

第３図は本発明の一実施例による固体Ｒ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　、・・・、　ＰＭと、同じくＭ
列の垂直ＣＯＤレジスタＣｔ　、　Ｃ２。

・・・ＩｃＭが図示の如く交互に配列され、感光部の各
列は　（Ｐｓｔ、Ｐ１１’　、ＰＩ３．Ｐ１２’　。

ＰＩ３．・・・、ＰＩＮ、ＰＩＮ’　＞、（Ｐ２１１Ｐ
２１’　、Ｐ２２．Ｐ２２’　、Ｐ２３．°”。

Ｐ２　Ｎ　、　Ｐ２　Ｎ　’　）　、・・・、（ＰＭＩ
　、ＰＭＩ　’　。

Ｐ　Ｍ　２　、Ｐ　Ｍ　２　’　＊　Ｐ　Ｍ　３　＊　
”’、＊　Ｐ　Ｍ　Ｎ　％ＰＭＮ’）の如＜、２Ｎ個の
ＰＤが配置されており、また垂直ＣＯＤレジスタの各々
はＰＤに１対１に対応して（Ｃ１１，Ｃｔ　ｔ　’　、
　Ｃｔ　２　、　Ｃｔ　２　’　。

Ｃ１３，・・・、ＣＩＮ、ＣＩＮ’　）、＜Ｃ２ｓ　。

Ｃ２１’　、Ｃ２２，Ｃ２２’　、０２３　、　°＝。

０２　Ｎ　、　０２　Ｎ　’　）　、・・・＋　（ＣＭ
Ｉ　、ＣＭｌ　’　＋ＣＭ２ＳＣＭ２’、ＣＭ３．　−
　、ＣＭＮ％ＣＭＮ’）の如＜２Ｎ個の転送段を有する
。即ち、感光部と垂直ＣＯＤレジスタが交互に配列され
、かつ垂直ＣＯＤ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ＣＯＤレジスタの転送段数は、いず
れも５００となる。

垂直ＣＯＤレジスタの構成を第４図に示す。断面は垂直
ＣＯＤレジスタの垂直方向にとっである。

Ｐ型シリコン基板１０上に埋め込みチャンネルである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１
２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１１１１３を介して第２層目の転送電極１６　（１
６−１，１６−２゜・・・）が、第１層目の転送電極１
５と重なり部ＡＯ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層目の転送型ｌ１１６が重なっていない間隙
部において基板に対向するようになっている。

そして第１層目の転送電極１５．第２層目の転送電極１
６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Ａｐ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フィードで全ての感光部に蓄積された信号電荷をフィ
ールドシフトゲート４を介して垂直ＣＯＤレジスタに同
時に転送する。前述のように垂直ＣＯＤ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ＣＯＤ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ＣＯＤでは１段ずつ転送されて水
平ＣＯＤレジスタ５に入っ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ＣＯＤレジスタ５に入った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行の電荷が入っ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＜　Ｐｌｘ　、Ｐｔｔ’　）、（Ｐ１２．Ｐ
１２’　）・・・、（ＰＩＮ、ＰＩＮ’　）、・・・、
（Ｐ２１゜Ｐ２１’　）、（Ｐ２２．Ｐ２２’　）、・
・・、（Ｐ２　Ｎ　Ｉ　Ｐ２　Ｎ　’　）　、・・・、
（ＰＭｌ　、ＰＭＬ’　）。

（ＰＨ１・ＰＭ２’　）、　（ＰＭＮ、　ＰＭＮ’　）
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ＣＯＤレジスタでの第１の動作モードである
。

次に、Ｂフィールドにおいては、同じく全ての感光部に
蓄積された信号電荷をフィールドシフトゲート４を介し
て垂直ＣＯＤ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ＣＯＤシフトレ
ジスタ５に送るがＡフィールドと異なり第２図でダッシ
ュがつかない感光部例えばＰ２２からの電荷が水平００
０１２２９５人った時に、そのまま保持せず、水平ＣＯ
Ｄ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ＣＯＤレジスタを１段転送して、水平ＣＯ
Ｄレジスタ５にもう１行の電荷を送り込む。この電荷は
ダッシュ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フィールドの信号は斜め方向に２個
の感光部　（Ｐｓｔ’　、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ＣＯＤレジスタでの第２の動作モー
ドである。

これらのＡとＢフィ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フィールドであるが、白丸印のＢフィールドが水平方
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：テレビジョン学会誌第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、本実施例の同体撮像装置はＩＴ−
ＣＣＤを基本としながら、従来は難しいとされてきたＣ
ＯＤ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フィ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ＣＯＤシフト
レジスタへのクロックパルスの位相１８０度ずらす事に
より半ビッ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ＣＯＤレジ
スタでのＡ、Ｂフィ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フィールドにおけるタイミング図、第８図はＢフィー
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ＣＯＤレジスタＣ１は転送電極
がΦＶｓ、ΦＶ２．ΦＶ３の３相であり、水平ＣＯＤレ
ジスタ５は転送電極がΦｌ−（工、ΦＨ２゜ΦＨ３，Φ
Ｈ４の４相である。そして、感光部Ｐ１で蓄積された信
号電荷をフィールドシフトゲートにより垂直ＣＯＤ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フィ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ＣＯＤレジスタ
の電極ΦＶ工、ΦＶ２．Φｖ３ならびに水平ＣＯＤレジ
スタの電極ΦＨ１，ΦＨ２゜ΦＨａ、ΦＨ４に印加され
るパルスを示している。

すなわち、Ａフィ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ΦＶｌ、ΦＶ２゜Φ■３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ｔｌからｔｌまでの各時点
における垂直ＣＯＤレジスタＣ１の各電極　ΦＶ１゜Φ
Ｖ２．Φ■３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　。

・・・、ｔｌ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ＣＯＤレジス
タ５の電極の内のＨｌ、ΦＨ２は高レベルに保たれ、Φ
Ｈ３，ΦＨ４は低レベルに保たれる。この結果水平ＣＯ
Ｄ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ＣＯＤ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８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フィールドではＡフィー
ルドと異なり、第３図でダッシュがつかない感光部例え
ばＰ２２の信号電荷が水平ＣＯＤレジスタ５に入った時
に１．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ＣＯＤ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ＣＯＤ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Ｃ
ＯＤレジスタで出力側へ１段分転送する。そして垂直Ｃ
ＯＤ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Ｐｔｔ　−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
ＣＯＤレジスタ５を駆動して読み出す詩に、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ＣＯＤシフトレジスタは２相、３相あるいは
４相のＣＯＤが使える。各列に１段の水平ＣＯＤが対応
していれば良い。また、この水平ＣＯＤシフトレジスタ
への垂直ＣＯＤ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ＣＯ
Ｄ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フィールドにおいて、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（
ＰＩ３．Ｐ２ｔ’）でも良い。ただしこの場合はダッシ
ュのない感光部、例えばＰＩ３からの電極が水平ＣＯＤ
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。そこでダッシュのつ
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ＣＯＤシフトレジスタは逆送リする
必要があるので転送方向が予め定められているＣＯＤ　
（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゛−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画素を加算したフィ
ールド蓄積モードをＡまたはＢフィールドとし、これに
斜めの画素を加算したＢまたはＡフィールドのそれぞれ
の組合わせで２フイールド。

１フレ一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−ＣＯＤとは変らず２ＮＸＭ個（
＝５００Ｘ４００個）であり、配置が変るため、水平の
見掛は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ｗｉ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ィールドを用いて、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フィールドでは同列
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８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
ィールドをＡ′フィ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。さらに次のフィールドをＢ′フィールドとする
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０三角印のサン
プリング点を形成する。

ＡフィールドとＢ′フィールドは水平ＣＯＤ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
ィールドでは先に水平ＣＯＤシフトレジスタに入った信
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′フィールドでは
、水平ＣＯＤシフトレジスタでの１画素順送りの後に隣
の列の左上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
正方格子配列となって確実に２倍となり、高精細の高解
像用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方式にとられれず、ファクシミリな
どの静止画Ｉｉ像などでは、上記のサンプリングの順序
はＡ−＋８’→Ｂ→Ａ′　、Ａ−Ａ’→Ｂ′→Ｂ、Ａ−
＋８’→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ＣＯＤジットレジ
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Ｃ
ＯＤシフトレジスタに入った後に１列順送りまたは１列
逆送りした上で残りの画素水平ＣＯＤ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Ｃ
ＯＤを主体どして述べると、同列の垂直に連続した２段
の信号電荷の加算によるフィールドと、異なった列の斜
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−ＣＯＤを
用いて説明したが、本発明はこれに限らずＩＴ−ＣＯＤ
を基本とした固体Ｒ像装置により高解！＆度化が可能で
ある。ＩＴ−ＣＯＤ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Ｓ１基板２１上に例えばエピタキシャル
のＰ層２２を形成し、これに垂直転送用ＣＣＤのｎ１部
２３と従来のＩＴ−ＣＯＤ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ＣＯＤ
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ＣＯＤを構成する。蓄積ダイオード２４からは第
１ＡＪ２電極２６を引き出し、ざらにその上に第２ＡＩ
２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ＭｋＭとなるａ−８ｉｌｌ！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３
１となり、上部が光電変換部３２となる。なお、光電変
換部のａ−３ｉ膜は１層のみならず目的によって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Ｒ像装置には、前述の実施例と同じよう
な水平ＣＯＤシフ１〜レジスタが設けられる。画素の有
効感光部は第２八λ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。１．　Ｉｌ、・・・Ｖは垂直ＣＯＤレジスタを
示し、１　ａ、１　ａ’　、−，５ｂ、５ｂ’　の大き
な矩形は第１０図の第２八λ電極２７によって規定され
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Ｉ！一部を表わす。ａ−８ｉＩＩ！　２９で光電
変換された信号電荷は第２１Ｍ１のＡＩ２電極を通って
蓄積ダイオード２４に蓄積され、その後は通常のＩ　Ｔ
−ＣＯＤと同じように垂直ＣＯＤへ転送される。第１１
図は画素が正方格子配列となっている場合であり、垂直
方向の４Ｎ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ＣＣ
Ｄレジスタでの加算を行えば、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フィールドは第
１１図では、例えば１ａと１ａ′の垂直２画素、Ｂフィ
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
ィールド、１ａ′と２ａの斜め２画素によるＡ′フィー
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２Ａβ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。従来のモノリシックのＣＯＤでは市松配置
画素は極めて構造が複雑となるが、ＩＴ−ＣＯＤを基本
とした２１１１ｉ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１８〜ｌｂ’の信号電荷は垂直ＣＯＤ
レジスタエに転送され、２ａ〜２ｂ’　は同じく垂直Ｃ
ＯＤレジスタ■に転送される。この素子でＡフィールド
では＜１ａ、１ａ’　）、（１ｂ。

ｌｂ’　）、　（２ａ、２ａ’　ン　や　（２ｂ、２ｂ
’　）のように信号電荷を合わせて読みだし、Ｂフィー
ルドでは（ｌａ’　、１ｂ）や（ｌｂ’　、１ｃ）。

（２ａ’　、３ｂ）や（２ｂ’　、３Ｃ）のように信号
電荷を読み出すと、通常のＩＴ−ＣＯＤ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’行は略しである）本実施例においてはまた、Ａフ
ィールドでは同じ＜（１ａ、１ａ’　）、（ｌｂ、Ｉｂ
’　）、（２８，２ａ’　）や（２ｂ、２ｂ’　）のよ
うに垂直ＣＯＤが同列にある信号電荷を加算し、Ｂフィ
ールドｒは（１ａ’　、２ｂ）、（ｌｂ’　、２ｃ）。

（２ａ’　、３ｂ）や（２ｂ’　、３ｃ）（７）Ｊ：う
に転送する垂直ＣＯＤが別の列となる画素の信号電荷を
加算してもよい。Ｂフィールドでは、例えば２ｂの信号
電荷は水平ＣＯＤ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。

この動作によって第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フィールドにＡ’　、Ｂ’フィールドを
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フィールド、白丸
印のＢフィールドに続いて（２ａ、１ａ’　）、（２ｂ
、Ｉｂ’　）、（３ａ、２ａ’　）や（３ｂ、２ｂ”）
の黒三角印のＡ′フィールドさらに　（１ａ’　、ｌｂ
）、（Ｉｂ’　、　１ｃ）、　（２ａ’　、　２ｂ）や
（２ｂ’。

２．０）の０三角印のＢ′フィールドを加える。

Ａ′フィールドでは加算する画素は別の列の垂直ＣＯＤ
へ信号が転送されるので、ダッシュのついた画素、例え
ば１ａ′信号電荷は水平ＣＯＤシフトレジスタで１段逆
送りした上でダッシュのない画素、例えば２ａの信号電
荷を送り込んで加算する。Ｂフィールドでは各画素から
同列の垂直ＣＯＤへ転送されるので水平ＣＯＤ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−ＣＯＤの２画素１段の
垂直ＣＯＤを１画素１段ＣＯＤとし、同列の垂直ＣＯＤ
に入った垂直２画素の信号電荷の加算と、異なった列の
垂直ＣＯＤ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。

上記の実席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っている。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ＣＯＤシフトレジスタ
で１列逆送りしてから３　ａ　ｌ　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（Ｉａ、’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
子では同色フィ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ッシュのつか
ない１ａ、・・・、５ａや１ｂ、・・・、５ｂの信号電
荷を転送する垂直ＣＯＤは各画素領域の左方の工、・・
・、■としダッシュのついた１ａ′、・・・。

５　ａ　／や１　ｂ’　、　・、　５　ｂ’は右方のＩ
Ｉ、・、ＶＩとする２階建構成も可能である。この場合
Ａフィールドの（１ａ、Ｉａ’　）の加算は異なった列
の垂直ＣＯＤ間となるので、１ａｌ信号電荷を水平ＣＯ
Ｄシフ１−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フィールドの（１ａ’　、２ｂ）
は同列の垂直ＣＯＤとなるので２ｂの信号電荷を水平Ｃ
Ｄ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′フィールドの（２ａ、１ａ’　）は同
列の垂直ＣＯＤ。

Ｂ′フィールドの（ｌａ’　、１ｂ）は異った列の垂直
ＣＯＤとなるから、それぞれに水平ＣＯＤ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ったが、
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、光によって生ずるも
のに限られず、例えば加速電子、Ｘ線等により発生する
ものであってもよい。

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−ＣＯＤの構成を示す図、第２図は
第１図のＩＴ−ＣＯＤによる空間サンプリング点を示ず
図、第３図は本発明の固体撮像装置の一実論例を示す構
成図、第４図は第３図の垂直転送ＣＯＤ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。（Ｐｌ、Ｐ２　、・・・、ＰＭ）・・・感光部、（Ｃ１
゜Ｃ２，・・・、ＣＭ）・・・垂直ＣＯＤレジスタ（垂
直電荷転送部）、２・・・出力部、４・・・フィールド
シフトゲート、５・・・水平ＣＯＤ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、１２・・・第１グー１〜ＩＩ化膜、１３・
・・第２ゲート酸化膜、１４・・・第３ゲート酸化躾、
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、Ａｐ・・・１画素領域、Ａｏ・・・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１Ａ℃電極、２７・・・第２Ａ℃
電極、２８・・・ポリイミド層、２９・・・ａ−３ｉ膜
（光電変換膜）、３０・・・上部透明電極、３１・・・
固体走査部、３２・・・光電変換部、（１ａ、２ａ、　
・、５ａ、　・・・・−，１ｂ’　、２ｂ’　。・・・、５ｂ’）・・・画素、（１，Ｉｌ、・・・、Ｖ
）・・・１画素１段垂直ＣＯＤレジスタ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦Ｍ４　＋−１−１１第５　図壬　エ　エ　エ８　つ、　９・０− 第８ｍ第９　ｎ第１０図ｚｌ第１１６第１２；」

Claims

【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
直方向配列に沿って各列間に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、
前記垂直電荷転送部の垂直に連続した２両系分の信号電
荷を同じ位置で加算する第１の動作モードと、前記垂直
電荷転送部の行２列の異なる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２
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搬像装置。
（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
に入っ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フィールドを前記第１の動作モード。Ｂフィールドを前記第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。