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固体撮像素子及びその制御方法 - 富士フイルムマイクロデバイス株式会社
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発明の名称 固体撮像素子及びその制御方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−57419(P2001−57419A)
公開日 平成13年2月27日(2001.2.27)
出願番号 特願平11−231999
出願日 平成11年8月18日(1999.8.18)
代理人 【識別番号】100091340
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 敬四郎 (外1名)
【テーマコード(参考)】
4M118
5C065
【Fターム(参考)】
4M118 AA10 AB01 BA13 CA03 DA13 DB01 DB06 DB09 DB11 FA01 FA06 FA43 GC08 GC09 GC14 GC15 
5C065 AA01 AA03 BB42 DD03 EE10
発明者 川尻 和廣
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 二次元平面上に配列された複数の画素群であって、各画素群は、垂直方向に第1の画素ピッチで整列配置された複数の画素を含む第1の画素列と該第1の画素列に対して垂直方向に前記第1の画素ピッチの1/2画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第2の画素列とを含み、第2の画素列は、水平方向に関し、隣接する画素群の第1の画素列間の第2の画素ピッチの1/2の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向に隣接する画素群対の間に形成された第1の分離領域と、各画素群の前記第1の画素列と前記第2の画素列との間を蛇行しつつ垂直方向に延びる1本の垂直電荷転送路と、前記第1の画素列に含まれ行方向に整列する一の画素行に含まれる画素と、前記第2の画素列に含まれ前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接する8本ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含む固体撮像素子。
【請求項2】 前記第1の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィルタとを含む緑色画素であり、前記第2の画素列に含まれる画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが垂直方向に交互に配置され、複数の前記第2の画素列に含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置されている請求項1に記載の固体撮像素子。
【請求項3】 二次元平面上に配列された複数の画素群であって、各画素群は、垂直方向に第1の画素ピッチで整列配置された複数の画素を含む第1の画素列と該第1の画素列に対して垂直方向に前記第1の画素ピッチの1/2画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第2の画素列とを含み、第2の画素列は、水平方向に関し、隣接する画素群の第1の画素列間の第2の画素ピッチの1/2の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向に隣接する画素群対の間に形成された第1の分離領域と、各画素群の前記第1の画素列と前記第2の画素列との間を蛇行しつつ垂直方向に延びる1本の垂直電荷転送路と、前記第1の画素列に含まれ、行方向に整列する一の画素行に含まれる画素と、前記第2の画素列に含まれ、前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接する8本ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含み、前記第1の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィルタとを含む緑色画素であり、前記第2の画素列に含まれる画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが垂直方向に交互に配置され、複数の前記第2の画素列に含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置されている固体撮像素子の読み出し方法であって、a)第1から第8までの垂直電荷転送電極に対して同一の垂直電荷転送路には同じ色に対応する電荷のみを読み出す読み出し電圧を印加して垂直電荷転送路へ電荷を読み出す工程と、b)前記垂直電荷転送路に読み出された電荷を前記水平電荷転送路に向けて転送する工程と、c)前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力アンプに向けて転送する工程と、d)前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプにより増幅し外部に出力する工程と、異なる行の画素について前記a)からd)までの工程を順次繰り返し、前記画素からの電荷を全て読み出す工程とを含む固体撮像素子の制御方法。
【請求項4】 二次元平面上に配列された複数の画素群であって、各画素群は、垂直方向に第1の画素ピッチで整列配置された複数の画素を含む第1の画素列と該第1の画素列に対して垂直方向に前記第1の画素ピッチの1/2画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第2の画素列とを含み、第2の画素列は、水平方向に関し、隣接する画素群の第1の画素列間の第2の画素ピッチの1/2の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向に隣接する画素群対の間に形成された第1の分離領域と、各画素群の前記第1の画素列と前記第2の画素列との間を蛇行しつつ垂直方向に延びる1本の垂直電荷転送路と、前記第1の画素列に含まれ、行方向に整列する一の画素行に含まれる画素と、前記第2の画素列に含まれ、前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接した8本ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含み、前記第1の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィルタとを含む緑色画素であり、前記第2の画素列に含まれる画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが垂直方向に交互に配置され、複数の前記第2の画素列に含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置されている固体撮像素子の間引き読み出し方法であって、a)第1から第8までの垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接する2本の垂直電荷転送電極に読み出し電圧を印加する工程と、b)前記垂直電荷転送路に読み出された電荷をまとめて転送する工程と、c)前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送に向けて電荷を転送する工程と、d)前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力アンプに向けて転送する工程と、e)前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプにより増幅し外部に出力する工程とを含む固体撮像素子の制御方法。
【請求項5】 二次元平面上に配列された複数の画素群であって、各画素群は、垂直方向に第1の画素ピッチで整列配置された複数の画素を含む第1の画素列と該第1の画素列に対して垂直方向に前記第1の画素ピッチの1/2画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第2の画素列とを含み、第2の画素列は、水平方向に関し、隣接する画素群の第1の画素列間の第2の画素ピッチの1/2の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向に隣接する画素群対の間に形成された第1の分離領域と、各画素群の前記第1の画素列と前記第2の画素列との間を蛇行しつつ垂直方向に延びる1本の垂直電荷転送路と、前記第1の画素列に含まれ、行方向に整列する一の画素行に含まれる画素と、前記第2の画素列に含まれ、前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接した8本ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含み、前記第1の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィルタとを含む緑色画素であり、前記第2の画素列に含まれる画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが垂直方向に交互に配置され、複数の前記第2の画素列に含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置されている固体撮像素子の間引き読み出し方法であって、a)第1から第8までの垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接せず前記第1の画素列から1、前記第2の画素列から1の2つの画素列の画素に対応する2本の垂直電荷転送電極に読み出し電圧を印加する工程と、b)読み出された電荷と同色の信号を読み出すことができる画素行まで前記a)工程で読み出された電荷を前記垂直電荷転送路内で転送する工程と、c)前記b)の工程の後に、前記同色の信号を読み出すことにより電荷を加算する工程と、d)前記c)工程において加算された電荷を、前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送に向けて転送する工程と、e)前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力アンプに向けて転送する工程と、f)前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプにより増幅し外部に出力する工程とを含む固体撮像素子の制御方法。
【請求項6】 二次元平面上に配列された複数の画素群であって、各画素群は、垂直方向に第1の画素ピッチで整列配置された複数の画素を含む第1の画素列と該第1の画素列に対して垂直方向に前記第1の画素ピッチの1/2画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第2の画素列とを含み、第2の画素列は、水平方向に関し、隣接する画素群の第1の画素列間の第2の画素ピッチの1/2の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向に隣接する画素群対の間に形成された第1の分離領域と、各画素群の前記第1の画素列と前記第2の画素列との間を蛇行しつつ垂直方向に延びる1本の垂直電荷転送路と、前記第1の画素列に含まれ、行方向に整列する一の画素行に含まれる画素と、前記第2の画素列に含まれ、前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接した8本ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含み、前記第1の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィルタとを含む緑色画素であり、前記第2の画素列に含まれる画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが垂直方向に交互に配置され、複数の前記第2の画素列に含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置されている固体撮像素子の読み出し方法であって、静止画像を読み出す際には、A)第1から第8までの垂直電荷転送電極に対して同一の垂直電荷転送路からは同じ色に対応する電荷のみを読み出す読み出し電圧を印加して前記光電変換素子から前記垂直電荷転送路へ電荷を読み出す工程と、B)前記垂直電荷転送路に読み出された電荷を前記水平電荷転送路に向けて転送する工程と、C)前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力アンプに向けて転送する工程と、D)前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプにより増幅し外部に出力する工程と、異なる行の画素について前記A)からD)までの工程を順次繰り返し、前記画素からの電荷を全て読み出す工程と動画を読み出す際には、a)第1から第8までの垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接する2本の垂直電荷転送電極に読み出し電圧を印加する工程と、b)前記垂直電荷転送路に読み出された電荷をまとめて転送する工程と、c)前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送に向けて電荷を転送する工程と、d)前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力アンプに向けて転送する工程と、e)前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプにより増幅し外部に出力する工程とを含む固体撮像素子の制御方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子に関し、より詳細には、隣接する画素が垂直方向及び水平方向に1/2ピッチずれて配置された画素ずらし固体撮像素子及びその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】固体撮像素子、たとえば静止画を撮像するためのCCD固体撮像素子において、画素の高密度化が望まれている。
【0003】図10は、一般的なインターライン型CCD固体撮像素子の平面図である。
【0004】固体撮像素子は、たとえばシリコン等の半導体基板101上に形成されている。
【0005】画素103、垂直電荷転送路105、水平電荷転送路107、出力アンプ111が半導体基板101上に形成され、全体として一つのCCD固体撮像素子Xを構成する。複数の画素103が半導体基板101上において、垂直方向及び水平方向に整列配置されている。
【0006】画素103は、フォトダイオード(光電変換素子)103aと読み出しゲート(トランスファーゲート)103bを含む。フォトダイオード103aは、受光した光を電荷に変換して蓄積する。トランスファーゲート103bは、フォトダイオード103aに蓄積されている電荷を垂直電荷転送路105に読み出す。
【0007】複数の画素103、103,103が垂直方向に整列して配置された各画素列P11、P11、P11の間には、1画素列P11に対応して各1本の垂直電荷転送路105が配置されている。垂直電荷転送路105は、例えば半導体基板101に形成されたn型導電層である。垂直電荷転送路105の下端には、水平電荷転送路107が設けられている。
【0008】水平電荷転送路107は、半導体基板101中にn型導電層108と、半導体基板1上に形成される2層のポリシリコン(1ポリ、2ポリ)からなる水平電荷転送電極121とを主要構成要素とする。
【0009】n型導電層108は、n型不純物濃度の高い高濃度領域108aと、n型不純物度の低い低濃度領域108bとが交互に設けられている。高濃度領域108aは、ポテンシャルエネルギーの低いポテンシャルウェルを形成する。低濃度領域108bは、ポテンシャルエネルギーの高いポテンシャルバリアを形成する。ポテンシャルバリアとポテンシャルウェルとが水平方向に交互に並ぶ。1つのポテンシャルバリアと1つのポテンシャルウェルとを1組とし、この1組が連続して2回繰り返された構造により、電荷の1転送単位(以下「1パケット」という。)を形成する。パケットが水平方向に多数形成されている。
【0010】高濃度領域108a(ポテンシャルウェル)上に第一層目のポリシリコン電極(水平転送電極121−1、121−3、121−5、・・・)が、高濃度領域108b(ポテンシャルバリア)上に第二層目のポリシリコン電極(水平転送電極121−0、121−2、121−4、121−6、・・・)が形成されている。
【0011】水平電荷転送電極121−0と水平電荷転送電極121−1とが接続されて電圧波形φ1が印加されている。水平転送電極121−2と水平転送電極121−3とが接続されて電圧波形φ2が印加される。同様に、水平転送電極121−4と水平転送電極121−5とが接続されて電圧φ1が印加される。
【0012】図14に示すように、垂直電荷転送路105上には、行方向に並ぶ画素の隙間に、例えば垂直電荷転送電極115−1と垂直電荷転送電極115−2との2本の垂直電荷転送電極115が設けられている。
【0013】垂直電荷転送電極115−1、115−2、115−3、115−4に対して、V1からV4までの電圧波形が印加される。垂直転送電極115−5から115−8まで、垂直転送電極115−9から15−112までについても同様にV1からV4までの電圧波形が印加される。電圧波形V1からV4は、例えば垂直電荷転送路中にポテンシャルバリアを形成する場合に0V、電荷転送用ポテンシャルウェルを形成する場合に8V、画素から電荷を読み出す場合に15Vに設定される。
【0014】垂直電荷転送路105は、水平電荷転送路107の各パケットごとに1本づつの割合でポテンシャルウェルが形成されている領域と電気的に接続されている。
【0015】以下に図13及び図14を参照して上記の固体撮像素子の動作を説明する。
【0016】V1を15Vにすると、V1に接続された全画素のフォトダイオード103aに蓄積されている電荷は、トランスファーゲート103bを介して垂直電荷転送路105に読み出される。
【0017】垂直転送電極115−1に正の比較的低い電圧、例えば8Vの電圧を印加し、垂直転送電極115−2にも8Vの電圧を印加し、垂直転送電極115−3にも8Vの電圧を印加する。垂直転送電極115−1の電圧を0Vに戻し、垂直転送電極115−4に8Vの電圧を印加する。この動作を繰り返すことにより、垂直電荷転送路105中を4相駆動方式で水平電荷転送路の方向に電荷を転送する。
【0018】V1、V2、V3を正の比較的低い電圧、例えば8Vとし、V4を0Vとすると、読み出された電荷は、V1、V2、V3が印加される3つの垂直電荷転送電極下に分布する。
【0019】V1を0Vに戻すと、電荷はV2、V3の電極下に閉じ込められる。V4を8Vにすると、電荷はV2、V3、V4の電極下に拡がる。この動作を繰り返すことにより、垂直電荷転送路5内を4相駆動方式で水平電荷転送路に向かって電荷を転送する。
【0020】水平電荷転送電極のφ1を例えば0Vに、φ2を例えば8Vとすると、φ1の電極下の電荷は右側のφ2の電極下に転送される。この時、φ1の電極下の左側領域にはポテンシャルバリアが形成され、電荷の逆流を防止する。
【0021】従って、画素混合を起こさずに、2相駆動で水平電荷転送路107中において電荷を転送できる。
【0022】以上のようにφ1とφ2との2層駆動方式により、水平電荷転送路107中を電子がアンプ方向へ転送される。
【0023】以上の動作により、行分の画素からの電荷を読み出す。
【0024】次いで、他の行の画素からの電荷を同様の方法で読み出す。全電荷を読み出した後、V2に読み出しパルスを印加し、V2に接続された画素の電荷を読み出す。同様にV3、V4に接続された画素の電荷を順次読み出す。
【0025】水平電荷転送路107内に転送された電荷は、例えば2相駆動方式により出力アンプ111まで転送される。出力アンプ111により信号を増幅して外部に画像情報として取り出す。
【0026】フォトダイオード103aを二次元状に配列することにより、二次元画像の信号を得ることができる。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】画素の高密度化の要求に伴って、画素サイズ自体の微細化も必要となる。
【0028】しかしながら、上記の固体撮像素子Xでは、1画素列P11に対して1本の垂直電荷転送路105が形成されている。1本の垂直電荷転送路105から水平電荷転送路107まで転送された電荷を、水平方向に隣接する2本の垂直電荷転送路105と接続された水平電荷転送路107まで転送する間に、4つの水平転送電極108a、108b、108a、108bが必要となる。
【0029】画素103を、例えば2から3ミクロン角程度まで微細化する際に水平電荷転送電極121の微細加工が難しくなる。加えて、画素103の微細化に伴い、光電変換素子103a、例えばフォトダイオードの面積が小さくなり蓄積信号電荷が減少するため、ダイナミックレンジを大きくすることができない。
【0030】加えて、固体撮像素子の総画素数が増大するに従って、1フレームの画像信号を読み出すための所用時間は増大する。
【0031】一般的なデジタルカメラの場合、画像信号のフレームレートは、NTSC(ational elevision ystem ommitee)方式の場合、1/30秒である。
【0032】デジタルカメラを用いて撮影した静止画像を再生する場合には、画像信号を読み出すための所用時間が増大しても特に問題とはならない。
【0033】デジタルカメラに備えられているモニター用の表示素子の場合に、動画像をリアルタイムに表示する必要がある。動画像を表示する場合には、画素数の増大に伴って上記のフレームレートに追従できなくなってくる。画素数が100万画素を超えると、1/30秒の間に全画素からの画像信号を読み出すことは困難になる。鮮明な画像が得られなくなる。
【0034】本発明の目的は、水平転送電極の微細精度を緩くしつつ画素密度を高くできる固体撮像素子を提供することにある。
【0035】加えて、画素数が大きくなっても、特にモニター用の動画像を鮮明に表示できる固体撮像素子及びその制御方法を提供することにある。
【0036】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれば、二次元平面上に配列された複数の画素群であって、各画素群は、垂直方向に第1の画素ピッチで整列配置された複数の画素を含む第1の画素列と該第1の画素列に対して垂直方向に前記第1の画素ピッチの1/2画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第2の画素列とを含み、第2の画素列は、水平方向に関し、隣接する画素群の第1の画素列間の第2の画素ピッチの1/2の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向に隣接する画素群対の間に形成された第1の分離領域と、各画素群の前記第1の画素列と前記第2の画素列との間を蛇行しつつ垂直方向に延びる1本の垂直電荷転送路と、前記第1の画素列に含まれ行方向に整列する一の画素行に含まれる画素と、前記第2の画素列に含まれ前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接する8本ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含む固体撮像素子が提供される。
【0037】本発明の他の観点によれば、二次元平面上に配列された複数の画素群であって、各画素群は、垂直方向に第1の画素ピッチで整列配置された複数の画素を含む第1の画素列と該第1の画素列に対して垂直方向に前記第1の画素ピッチの1/2画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第2の画素列とを含み、第2の画素列は、水平方向に関し、隣接する画素群の第1の画素列間の第2の画素ピッチの1/2の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向に隣接する画素群対の間に形成された第1の分離領域と、各画素群の前記第1の画素列と前記第2の画素列との間を蛇行しつつ垂直方向に延びる1本の垂直電荷転送路と、前記第1の画素列に含まれ、行方向に整列する一の画素行に含まれる画素と、前記第2の画素列に含まれ、前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接する8本ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含み、前記第1の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィルタとを含む緑色画素であり、前記第2の画素列に含まれる画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが垂直方向に交互に配置され、複数の前記第2の画素列に含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置されている固体撮像素子の読み出し方法であって、a)第1から第8までの垂直電荷転送電極に対して同一の垂直電荷転送路には同じ色に対応する電荷のみを読み出す読み出し電圧を印加して垂直電荷転送路へ電荷を読み出す工程と、b)前記垂直電荷転送路に読み出された電荷を前記水平電荷転送路に向けて転送する工程と、c)前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力アンプに向けて転送する工程と、d)前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプにより増幅し外部に出力する工程と、異なる行の画素について前記a)からd)までの工程を順次繰り返し、前記画素からの電荷を全て読み出す工程とを含む固体撮像素子の制御方法が提供される。
【0038】本発明の他の観点によれば、二次元平面上に配列された複数の画素群であって、各画素群は、垂直方向に第1の画素ピッチで整列配置された複数の画素を含む第1の画素列と該第1の画素列に対して垂直方向に前記第1の画素ピッチの1/2画素ずれて整列配置された複数の画素を含む第2の画素列とを含み、第2の画素列は、水平方向に関し、隣接する画素群の第1の画素列間の第2の画素ピッチの1/2の位置に配置されている複数の画素群と、水平方向に隣接する画素群対の間に形成された第1の分離領域と、各画素群の前記第1の画素列と前記第2の画素列との間を蛇行しつつ垂直方向に延びる1本の垂直電荷転送路と、前記第1の画素列に含まれ、行方向に整列する一の画素行に含まれる画素と、前記第2の画素列に含まれ、前記一画素行と垂直方向に隣接し行方向に整列する二の画素行に含まれる画素との間に形成され水平方向に延びる複数の垂直電荷転送電極と、該垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接した8本ごとの垂直電荷転送電極の組に対して、各垂直電荷転送電極に独立に電圧を印加する駆動回路と、複数の前記垂直電荷転送路の下端に設けられ、該垂直電荷転送路から転送された電荷を受けてこれを水平方向に転送する水平電荷転送路と、該水平電荷転送路の一端に形成され該水平電荷転送路からの電荷を増幅して外部に読み出す出力アンプとを含み、前記第1の画素列に含まれる画素は光電変換素子と緑色フィルタとを含む緑色画素であり、前記第2の画素列に含まれる画素は、光電変換素子と赤色フィルタとを含む赤色画素と光電変換素子と青色フィルタとを含む青色画素とが垂直方向に交互に配置され、複数の前記第2の画素列に含まれる赤色画素と青色画素とが水平方向に交互に配置されている固体撮像素子の間引き読み出し方法であって、a)第1から第8までの垂直電荷転送電極のうち垂直方向に隣接する2本の垂直電荷転送電極に読み出し電圧を印加する工程と、b)前記垂直電荷転送路に読み出された電荷をまとめて転送する工程と、c)前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送に向けて電荷を転送する工程と、d)前記水平電荷転送路に転送された電荷を前記出力アンプに向けて転送する工程と、e)前記水平電荷転送路からの電荷を前記出力アンプにより増幅し外部に出力する工程とを含む固体撮像素子の制御方法が提供される。
【0039】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0040】図1は、本発明の一実施の形態による固体撮像素子の平面図である。
【0041】固体撮像素子Aは、半導体基板1上に複数の画素3が整列配置された画素部Bと、画素部B内に配置され画素3からの電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送路5と、画素部Bの下方に配置され、垂直電荷転送路5から転送された電荷を水平方向に転送する水平電荷転送路7と、水平電荷転送路7から転送された電荷を増幅する出力アンプ部17とを含む。
【0042】画素部Bには、複数の画素3が、半導体基板1の二次元平面上の水平方向(行方向)及び垂直方向(列方向)に配置されている。一の画素と、それと隣接する画素とは、垂直方向に1/2ピッチづつずれて配置される。いわゆる画素ずらし固体撮像素子である。
【0043】各画素の形状は略正方形である。正方形の対角線が垂直方向及び水平方向に整列して並ぶように画素が配置されている。
【0044】垂直方向に整列して配置されている画素を画素列と称する。
【0045】複数の緑色用の画素3a、3a、3aが垂直方向に整列して第1の画素列P1aを形成している。第1の画素列P1aと水平方向に隣接し、垂直方向に整列する複数の画素が第2の画素列P2aを形成する。第2の画素列P2aを形成する画素は、青色用の画素3bと赤色用の画素3cとが、垂直方向に交互に配列されている。
【0046】第1の画素列P1aとこれと水平方向に隣接する第2の画素列P2aとにより一組の画素群PG1が形成される。複数の画素群PG1、PG2、PG3・・・が水平方向に隣接して配置され全体として画素部Bを形成する。
【0047】図1では、簡単のために2つの画素群PG1、PG2のみを示しているが、実際には多数の画素群が形成されている。
【0048】例えば第1の画素群PG1に含まれる第1の画素列P1aと第2の画素列P2aとの間に形成される隙間に沿って、半導体基板1内にn型半導体層からなる垂直電荷転送路5(図1において太い実線で示される。)が蛇行する形状又はジグザグの形状で設けられる。画素群PG間には垂直電荷転送路5は形成されない。すなわち、水平方向に隣接する画素群PG1と画素群PG2との間には、垂直電荷転送路は形成されない。
【0049】水平方向に整列して配置されている画素を画素行と称する。
【0050】図1において、緑色用の画素3a、3aからなる第1の画素行Q1の下方の2斜辺に沿うように、垂直電荷転送電極、例えば垂直電荷転送電極11−1(点線で示される)が蛇行する形状又はジグザグ形状で水平方向に延びている。
【0051】水平方向に整列して配置されている青色用の画素3bと赤色用の画素3cとが水平方向に交互に配置された第2の画素行Q2の下方の2斜辺に沿うように、垂直電荷転送電極11−2(細い実線で示される)が蛇行する形状又はジグザグ形状で水平方向に延びている。
【0052】符号11−1から11−8までの8本の垂直電荷転送電極が1組の電極群EGを形成する。図1には1の電極群のみが示されているが、実際には多数の電極群EG、EG、EGが画素部Bに形成されている。
【0053】8本の垂直電荷転送電極11−1から11−8までに対して、駆動回路を用いることによりV8からV1までの独立した電圧波形を印加することができる。
【0054】垂直電荷転送電極11のうち水平電荷転送路7側の最終段の垂直電荷転送電極11−8と水平電荷転送路7との間には、水平方向に延び垂直方向に隣接する2本の転送電極Va、Vbが形成されている。2本の転送電極Va、Vbにより、垂直電荷転送路5から水平電荷転送路7へと電荷を転送する。
【0055】尚、転送電極Va、Vbは、任意に設けられる。転送電極数も2つには限られない。
【0056】垂直電荷転送路5の一端には、水平電荷転送路7が形成されている。水平電荷転送路7上に、1ポリと2ポリとが交互に並んだ複数の水平電荷転送電極15が形成される。水平電荷転送電極15−0と水平電荷転送電極15−1とが共通に接続されており、電圧φ1が印加される。水平電荷転送電極15−2と水平電荷転送電極15−3とが共通に接続されており、電圧φ2が印加される。水平電荷転送電極15−4と水平電荷転送電極15−5とが共通に接続されており、電圧φ1が印加される。
【0057】水平方向に隣接する2本の垂直電荷転送路5との間には、4本の水平電荷転送電極15(例えば図1では、符号15−1、15−2、15−3、15−4で示される)が並ぶ。
【0058】画素列P1aは、上からB(青色)R(赤色)BRBRの画素が垂直方向に並ぶ。画素列P2aは、G(緑色)GGGGの画素が垂直方向に並ぶ。
【0059】画素列P1bは、上からRBRBRB・・・に色配列を有する画素が垂直方向に並ぶ。画素列P2bは、GGGGG・・・の色配列を有する画素が垂直方向に並ぶ。
【0060】尚、図1に例示した色配列は、GストライプRB完全市松型と呼ばれる色配置である。
【0061】図示の構成においては、各画素は4つの斜辺をもつ略菱形の形状を有する。
【0062】第2の画素列P2の画素は第1の画素列P1の画素3c、3b、3c・・・が形成する行列の隙間に配置されていると見ることもできる。
【0063】一方、図面を45度傾けて見れば、第1及び第2の画素列の画素が協同して略正方行列を形成しているとも考えられる。
【0064】図2に図1の要部を示す。図2(a)は、平面図、図2(b)は図2(a)のIa−Ib線断面図である。
【0065】図2(a)に示すように、画素3(3a、3b、3c)は、略正方形の形状を有している。正方形の4つの頂点のうち対向する2つの頂点が、垂直方向及び水平方向に沿って整列されている。4つの頂点を結んで左右対称方向に延びる斜辺(仮想線)を、それぞれに2本の斜辺27a、27b及び27c、27dと称す。
【0066】画素3の4つの斜辺27a、27b、27c、27dに囲まれる領域内に光電変換素子(フォトダイオード)41(41a、41b、41c)が配置されている。フォトダイオード41の受光部41aと電荷転送路5の一部を形成するn型半導体層31a、31bとの間には、トランスファーゲート部45が形成されている。
【0067】画素3aについて説明すれば、斜辺27aに沿ってトランスファーゲート45が形成される。他の3つの斜辺27b、27c、27dに沿って高濃度のp型半導体層を含む第1から第3までの分離領域47、47、47が形成されている。
【0068】より詳細には、第1の画素列P1に含まれる画素3cの4つの斜辺27a、27b、27c、27dのうち左の第1組の2つの斜辺27a、27bに沿って前記第1の分離領域47aが形成されている。
【0069】第1の分離領域47aが形成される側と反対側の第2組の2つの斜辺27c、27dのうち上側の斜辺27cに沿って垂直電荷転送路31との間に第1の読み出しゲート45aが形成されるとともに、第1の読み出しゲート45aが形成されていない方の斜辺27dに沿って第2の分離領域47bが形成されている。
【0070】第2の画素列P2に含まれる画素3aの4つの斜辺27a、27b、27c、27dのうち、第1の画素列P1とは反対側の第3組の2つの斜辺27a、27bに沿って第1の分離領域47aが形成されている。
【0071】第1の分離領域47aが形成される側と反対側の第4組の2つの斜辺27c、27dのうち、第1の画素列P1に含まれる画素3aの読み出しゲート45bと対向しない斜辺27cに沿って第3の分離領域47cが形成されている。
【0072】第2の画素列P2に含まれる画素3aの左側下斜辺27bに沿って、半導体基板1内にn型導電層31aが形成されている。画素3aの左側上斜辺27aに沿って、半導体基板1内にn型導電層31bが形成されている。
【0073】n型導電層31aとn型導電層31bとが連結されて、垂直方向にジグザグ状又は蛇行する形状で、垂直電荷転送路5が形成され、水平電荷転送路に向けて垂直方向に延びている。
【0074】第1の画素行Q1を形成する複数の画素3a、3a、3aの左右下斜辺27b、27dに沿って、垂直電荷転送電極11−5が蛇行しつつ水平方向に延びている。第1の画素列Q1を形成する複数の画素3a、3a、3aは、垂直電荷転送電極11−4と11−5とにより、その4辺を囲まれている。
【0075】図2(b)に示すように、半導体基板1内に、深いpウェル43が形成されており、フォトダイオード41、垂直電荷転送路31a、トランスファーゲート45,分離領域47はpウェル43内に形成されている。
【0076】垂直電荷転送路31aが形成されている領域の上に、垂直電荷転送電極11−5が形成されている。
【0077】平坦化膜Hを介して半導体基板1上にカラーフィルタCFが形成されている。
【0078】カラーフィルタCFの上に、例えばフォトレジストにより形成されたマイクロレンズMLが設けられている。マイクロレンズMLにより、光をフォトダイオード41の表面上に集光する。
【0079】図3から図10までに基づき、上記固体撮像素子Aの制御方法について以下に説明する。
【0080】図3から図6までのタイミングチャートにより、静止画を撮影した後に全画素読み出しをする場合の動作について説明する。
【0081】図3に示すように、垂直電荷転送電極11−7(V2)と垂直電荷転送電極11−3(V6)に読み出し電圧として高いパルス電圧を印加する。読み出しパルス電圧は、例えば15Vである。垂直電荷転送電極11−7下の垂直電荷転送路5と垂直電荷転送電極11−3下の垂直電荷転送路5とにフォトダイオード3a、3aからの緑色に対応する電荷(以下「G電荷」という。)が読み出される。タイミングチャートにおいて、G電荷は、黒塗りの丸印で表される。
【0082】垂直電荷転送電極11−7(V2)下の垂直電荷転送路5に蓄積されたG電荷は、垂直電荷転送電極11−8(V1)、第1転送電極Va、第2転送電極Vbに対して、順次High(8V程度)の電圧を印加していくことにより、水平電荷転送路7に向けて転送される。
【0083】垂直電荷転送電極11−3(V6)下の垂直電荷転送路5に蓄積されたG電荷は、垂直電荷転送電極11−4(V5)から垂直電荷転送電極11−8(V1)まで、第1転送電極Va、第2転送電極Vbに対して、順次High(8V程度)の電圧を印加していくことにより、垂直電荷転送路5内を水平電荷転送路7に向けて転送される。
【0084】垂直電荷転送路5から水平電荷転送路7に転送されたG電荷は、水平電荷転送路7を2相駆動方式により出力アンプ17の方向に向けて転送する。出力アンプ17により増幅されたG信号は、外部回路に記憶される。
【0085】次に、残りのG電荷を読み出す。
【0086】図4に示すように、垂直電荷転送電極11−5(V4)と垂直電荷転送電極11−1(V8)に読み出し電圧として高い電圧を印加する。残りのG電荷が垂直電荷転送路5に読み出される。
【0087】以下、上記図3において説明した動作と同様の動作により、G電荷を水平電荷転送路7まで転送する。
【0088】水平電荷転送路7に転送されたG電荷は、水平電荷転送路7を2相駆動方式により出力アンプ17の方向に向けて転送する。出力アンプ17により増幅されたG信号は、外部回路に記憶される。
【0089】上記のG電荷の読み出しに関しては、水平方向の全ての画素群PG(図1ではPG1とPG2)で同じ動作となる。
【0090】B電荷とR電荷を読み出す。
【0091】図5に示すように、垂直電荷転送電極11−8(V1)と垂直電荷転送電極11−3(V5)に読み出し電圧として高い電圧を印加する。垂直電荷転送路5aにR電荷(黒塗りの四角印)が、垂直電荷転送路5bにB電荷(斜線が引かれた四角印)が読み出される。
【0092】以下、図3で説明した動作と同様に、R電荷とB電荷とを外部回路に読み出す。
【0093】図6に示すように、垂直電荷転送電極11−6(V3)と垂直電荷転送電極11−2(V7)に読み出し電圧として高い電圧を印加する。垂直電荷転送路5aにB電荷が、垂直電荷転送路5bにR電荷が読み出される。
【0094】上記の動作と同様の動作により、B電荷とR電荷とを外部回路に読み出す。以上の動作により、全画素読み出しが可能である。静止画を鮮明に再生することができる。
【0095】垂直電荷転送電極に対して読み出しパルスを印加して画素からの信号読み出しを行う際に、同時に読み出しパルスを印加する垂直電荷転送電極11は、垂直方向に4電極分離れている。加えて、信号読み出し時において、同じ1本の垂直電荷転送路5には、同色の画素信号のみが読み出される。
【0096】従って、読み出し時に同じ垂直電荷転送路に異なるカラー信号が存在する場合に生じる転送電荷の混合(混色)が防止される。転送電荷の混合が防止されるため、本実施の形態による固体撮像素子では、静止画像を再生する際に画像の劣化が起こりにくい。
【0097】デジタルカメラのモニター画像のような動画像を再生するビデオモードにおける画像信号の読み出し方法について図7から図12までに基づいて説明する。
【0098】ビデオモードでは、全画素からの読み出しを行わずに、8行で1組の画素列Qのうち2行から7行までの特定の行に含まれる画素の電荷のみを読み出す。
【0099】図7から図9までに、V1(電極11−8)及びV8(電極11−1)、V4(電極11−5)及びV5(電極11−4)にのみ読み出し電圧を印加して、間引き読み出しを行う方法を示す。
【0100】図7に示すように、V8に正の電圧、例えば8Vを印加した状態でV8に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0101】画素群PG1に含まれる垂直電荷転送路5aに、Gの信号が読み出される。V8(電極11−1)からV4(電極11−5)までに順に正の電圧を印加することで、Gの信号電荷を転送する。電極11−5下の垂直電荷転送路5aにG信号に対応する電荷が蓄積される。
【0102】この状態、すなわちV4に正の電圧、例えば8Vを印加した状態で、V4に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0103】画素群PG1に含まれる垂直電荷転送路5aに、Rの信号が読み出される。電極11−5下の垂直電荷転送路5にG信号に対応する電荷が加算されて蓄積される(信号GG)。
【0104】V4(電極11−5)からV1(電極11−8)までに順に正の電圧を印加することで、GG信号に対応する信号電荷を転送する。
【0105】電極12に正の電圧を印加することによりGG信号を水平電荷転送路7に転送する。
【0106】V1に正の電圧、例えば8Vを印加した状態でV1に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0107】画素群PG1に含まれる垂直電荷転送路5aに、Rの信号が読み出される。V1(電極10−8)からV5(電極11−4)までに順に正の電圧を印加することで、Rの信号電荷を転送する。電極11−4下の垂直電荷転送路5にR信号に対応する電荷が蓄積される。
【0108】この状態、すなわちV5に正の電圧、例えば8Vを印加した状態で、V5に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0109】画素群PG1に含まれる垂直電荷転送路5aに、Rの信号が読み出される。電極11−4下の垂直電荷転送路5にR信号に対応する電荷が加算されて蓄積される(信号RR)。
【0110】V4(電極11−6)からV1(電極11−8)までに順に正の電圧を印加することで、RR信号に対応する信号電荷を転送する。
【0111】電極12に正の電圧を印加することによりRR信号を水平電荷転送路7に転送する。
【0112】図8に画素群PG2に含まれる画素からの電荷の読み出し方法を示す。
【0113】V1に正の電圧、例えば8Vを印加した状態でV1に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0114】画素群PG2に含まれる垂直電荷転送路5bに、Bの信号が読み出される。V1(電極10−8)からV5(電極11−4)までに順に正の電圧を印加することで、Bの信号電荷を転送する。電極11−3下の垂直電荷転送路5bにB信号に対応する電荷が蓄積される。
【0115】この状態、すなわちV5に正の電圧、例えば8Vを印加した状態で、V5に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0116】画素群PG2に含まれる垂直電荷転送路5bに、Bの信号が読み出される。電極11−4下の垂直電荷転送路5bにB信号に対応する電荷が加算されて蓄積される(信号BB)。
【0117】V5(電極11−4)からV1(電極11−8)までに順に正の電圧を印加することで、BB信号に対応する信号電荷を転送する。
【0118】電極12に正の電圧を印加することによりBB信号を水平電荷転送路7に転送する。
【0119】V8に正の電圧、例えば8Vを印加した状態でV8に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0120】画素群PG2に含まれる垂直電荷転送路5bに、Gの信号が読み出される。V8(電極11−1)からV4(電極11−5)までに順に正の電圧を印加することで、Gの信号電荷を転送する。電極11−5下の垂直電荷転送路5にG信号に対応する電荷が蓄積される。
【0121】この状態、すなわちV4に正の電圧、例えば8Vを印加した状態で、V4に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0122】画素群PG2に含まれる垂直電荷転送路5bに、Gの信号が読み出される。電極11−5下の垂直電荷転送路5にG信号に対応する電荷が加算されて蓄積される(信号GG)。
【0123】V4(電極11−6)からV1(電極11−8)までに順に正の電圧を印加することで、GG信号に対応する信号電荷を転送する。
【0124】電極12に正の電圧を印加することによりGG信号を水平電荷転送路7に転送する。
【0125】図9に、上記の読み出し方法によりフォトダイオードから垂直電荷転送路5a及び垂直電荷転送路5bに読み出された電荷の色配置を示す。
【0126】垂直電荷転送路5aのV1電極下にR電荷が加算されたRR電荷が蓄積される。垂直電荷転送路5aのV4電極下にG電荷が加算されたGG電荷が蓄積される。
【0127】垂直電荷転送路5bのV1電極下にB電荷が加算されたBB電荷が蓄積される。垂直電荷転送路5bのV4電極下にG電荷が加算されたGG電荷が蓄積される。
【0128】同様の電荷が垂直電荷転送路5a、5bにそれぞれ蓄積される。
【0129】上記の固体撮像素子において、図7から図9までにおいて説明したように、画素の間引き読み出しを行うことにより、動画像を速やかに表示させることができる。
【0130】加えて、同色の信号を加算することにより、画像の感度が向上し鮮明な画像を得ることができる。
【0131】図10から図13までに、V2(電極11−7)及びV3(電極11−6)、V6(電極11−3)及びV7(電極11−2)にのみ読み出し電圧を印加して、間引き読み出しを行う方法を示す。
【0132】図10に示すように、V2に正の電圧、例えば8Vを印加した状態でV2に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0133】垂直電荷転送路5aに、Gの信号が読み出される。V2(電極10−7)からV6(電極11−3)までに順に正の電圧を印加することでGの信号電荷を転送する。電極11−3下の垂直電荷転送路5aにG信号に対応する電荷が蓄積される。
【0134】この状態、すなわちV6に正の電圧、例えば8Vを印加した状態で、V6に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0135】垂直電荷転送路5aに、Gの信号が読み出される。電極11−3下の垂直電荷転送路5aにG信号に対応する電荷が加算されて蓄積される(信号GG)。
【0136】V6(電極11−3)からV1(電極11−8)までに順に正の電圧を印加することで、GG信号に対応する信号電荷を転送する。
【0137】電極Va、Vbに正の電圧を印加することによりGG信号を水平電荷転送路7に転送する。
【0138】V7に正の電圧、例えば8Vを印加した状態でV7に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0139】垂直電荷転送路5aにBの信号が読み出される。V7(電極11−3)からV3(電極11−6)までに順に正の電圧を印加することで、Bの信号電荷を転送する。電極11−6下の垂直電荷転送路5aにB信号に対応する電荷が蓄積される。
【0140】この状態、すなわちV3に正の電圧、例えば8Vを印加した状態で、V3に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0141】垂直電荷転送路5aにBの信号が読み出される。電極11−6下の垂直電荷転送路5aにB信号に対応する電荷が加算されて蓄積される。垂直電荷転送路5aにB信号に対応する電荷が加算されて蓄積される(信号BB)。
【0142】V3(電極11−6)からV1(電極11−8)までに順に正の電圧を印加することで、BB信号に対応する信号電荷を転送する。
【0143】電極Va、Vbに正の電圧を印加することによりBB信号を水平電荷転送路7に転送する。
【0144】図11に第2フィールドの画素の読み出し動作を示す。
【0145】V2に正の電圧、例えば8Vを印加した状態でV2に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0146】画素群PG2に含まれる垂直電荷転送路5bにGの信号が読み出される。V2(電極17−1)からV6(電極11−3)までに順に正の電圧を印加することで、Gの信号電荷を転送する。電極11−3下の垂直電荷転送路5bにG信号に対応する電荷が蓄積される。
【0147】この状態、すなわちV6に正の電圧、例えば8Vを印加した状態で、V6に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0148】垂直電荷転送路5bに、さらにGの信号が読み出される。電極11−3下の垂直電荷転送路5bにG信号に対応する電荷が加算されて蓄積される(信号GG)。
【0149】V5(電極11−3)からV1(電極11−8)までに順に正の電圧を印加することで、GG信号に対応する信号電荷を転送する。
【0150】電極12に正の電圧を印加することによりGG信号を水平電荷転送路7に転送する。
【0151】V7に正の電圧、例えば8Vを印加した状態でV7に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0152】垂直電荷転送路5bにRの信号が読み出される。V7(電極11−2)からV3(電極11−6)までに順に正の電圧を印加することで、Rの信号電荷を転送する。電極11−6下の垂直電荷転送路5bにR信号に対応する電荷が蓄積される。
【0153】この状態、すなわちV3に正の電圧、例えば8Vを印加した状態で、V3に高い正の電圧、例えば15Vの読み出しパルスを印加する。
【0154】垂直電荷転送路5bに、さらにRの信号が読み出される。電極11−6下の垂直電荷転送路5bにR信号に対応する電荷が加算されて蓄積される(信号RR)。
【0155】V3(電極11−6)からV1(電極11−8)までに順に正の電圧を印加することで、RR信号に対応する信号電荷を転送する。
【0156】電極12に正の電圧を印加することによりRR信号を水平電荷転送路7に転送する。
【0157】図12に、上記の読み出し方法によりフォトダイオードから垂直電荷転送路5a及び垂直電荷転送路5bに読み出された電荷の色配置を示す。
【0158】垂直電荷転送路5aのV3電極下にB電荷が加算されたBB電荷が蓄積される。垂直電荷転送路5aのV6電極下にG電荷が加算されたGG電荷が蓄積される。
【0159】垂直電荷転送路5bのV3電極下にR電荷が加算されたRR電荷が蓄積される。垂直電荷転送路5bのV3電極下にG電荷が加算されたGG電荷が蓄積される。
【0160】同様の電荷が他の垂直電荷転送路5a、5bにもそれぞれ蓄積される。
【0161】上記の固体撮像素子において、図10から図11までにおいて説明したように、画素の間引き読み出しを行うことにより、動画像を速やかに表示させることができる。
【0162】加えて、同色の信号を加算することにより、画像の感度が向上し鮮明な画像を得ることができる。
【0163】尚、上記の固体撮像方法では、GG/RG交互フィルタ配列の場合を示したが、別のカラーフィルタの配列でも画素からの信号の読み出しは可能である。
【0164】間引き読み出し方法として、8本1組の垂直電荷転送電極群のうち垂直方向に隣接する2本の電極に読み出し電圧を印加して信号を読み出す方法について説明したが、3本以上の垂直電荷転送電極に読み出し電圧を印加する方法も可能である。
【0165】上記固体撮像素子においては、隣接する2画素列の信号を1本の共有の垂直電荷転送路に読み出す。垂直電荷転送路の加工精度を緩くすることができる。画素の大きさ、例えばフォトダイオードの寸法を相対的に大きくすることができ、画素に蓄積される電荷の量を大きくすることできる。別の観点からみると、垂直電荷転送路の加工精度を同じとすれば、画素サイズを微細化できる。
【0166】垂直電荷転送路に繋がる水平電荷転送路の段数は、行方向に並ぶ画素に含まれるフォトダイオードの数の1/2で良い。従って、水平電荷転送電極のピッチを大きくすることができ、水平電荷転送路を緩い加工精度で加工することができる。固体撮像素子の製造歩留まりを向上させることができる。
【0167】上記固体撮像素子において、本実施の形態による読み出し方法を用いると、静止画像の全画素読み出しが可能である。加えて、間引き読み出しを行うことも容易であるため、動画像を表示するモニター画像の読み出し及び再生が容易にできる。
【0168】尚、本実施の形態による固体撮像素子においては、画素の形状を略正方形の形状として説明した。画素形状は正方形以外の形状でも良い。例えば、長方形や正六角形の画素形状でも良い。
【0169】また、固体撮像素子に画素の色配置に関しては、カラー撮像を可能にする構成を有していれば良い。3原色(赤(R)、緑(G)、青(B))系の色配置の他に、いわゆる補色タイプの色配置もある。
【0170】補色タイプの色フィルタアレイとしては、例えば(i) 緑(G)、シアン(Cy)および黄(Ye)の各色フィルタからなるもの、(ii)シアン(Cy)、黄(Ye)および白もしくは無色(W)の各色フィルタからなるもの、(iii) シアン(Cy)、マゼンダ(Mg)、黄(Ye)および緑(G)の各色フィルタからなるもの、および、(iv)シアン(Cy)、黄(Ye)、緑(G)および白もしくは無色(W)の各色フィルタからなるもの、等が知られている。
【0171】原色系の色フィルタアレイにおける色フィルタの配置パターンとしては、本実施の形態において例示したGストライプRB完全市松型の配置の他に、ベイヤー型、インターライン型、GストライプRB市松型等の色配置が用いられる。
【0172】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明あろう。
【0173】
【発明の効果】固体撮像素子において、加工精度、特に垂直転送路及び垂直転送電極の加工精度を緩くできる。さらに、水平電荷転送路の加工精度も緩くできる。同じ加工精度であれば、画素の高密度化が可能である。
【0174】製造歩留まりを向上させることが可能となる。固体撮像素子の信頼性をも高めることが可能となる。
【0175】固体撮像素子の読み出し方法によれば、静止画像の全画素読み出しが可能である。加えて、間引き読み出しを行うことも容易であるため、動画像を表示するモニター画像の読み出し及び再生が容易にできる。




 

 


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