JP2002247452A

JP2002247452A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JP2002247452A
Application number: JP2001037333A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Oki; 洋昭大木
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-08-30

Abstract

(57)【要約】【課題】水平転送レジスタの駆動周波数を上げること
なく、多画素化を可能とし、高フレームレートにも対応
する。【解決手段】受光部及び垂直転送レジスタ１１０Ａ、
１１０Ｂによって形成される撮像部の２つの辺にそれぞ
れ水平転送レジスタ１２０Ａ、１２０Ｂを設ける。そし
て、各垂直転送レジスタ１１０Ａ、１１０Ｂは、１列お
きに信号電荷を逆方向に転送し、奇数列の垂直転送レジ
スタ１１０Ａは、図１に矢印ａに示す方向に信号電荷を
転送し、一方の水平転送レジスタ１２０Ａに信号電荷を
送出する。また、偶数列の垂直転送レジスタ１１０Ｂ
は、図１に矢印ｂに示す方向に信号電荷を転送し、他方
の水平転送レジスタ１２０Ｂに信号電荷を送出する。ま
た、各画素の配置を１列おきに垂直方向に２分の１画素
ピッチだけずらすことにより、垂直方向と水平方向の間
隔を拡大することなく、斜め方向の間隔を短縮した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の垂直転送レ
ジスタによって受光部の信号電荷を逆方向に転送し、そ
れぞれの転送方向に配置された水平転送レジスタに送出
するように構成された固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば２次元イメージセンサ
に用いられるＣＣＤ撮像素子においては、ぞれぞれ撮像
画素を構成する複数の受光部をマトリクス状に配列し、
各受光部の各列に沿って複数の垂直転送レジスタを設
け、さらに各垂直転送レジスタの一方の端部に水平転送
レジスタを設けたものが一般的である。一方、動画、静
止画兼用のカメラに用いられるＣＣＤ撮像素子において
は、機械式シャッタ不要の全画素読み出しモードに対応
する構成が望まれている。この場合、画質向上のための
多画素化と動画のための高フレームレートに対応する必
要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような動画、静止画兼用のＣＣＤ撮像素子において、多
画素化と高フレームレートを両立するには、特に水平転
送レジスタの駆動周波数を高くすること、並びに周波数
帯域の広い出力回路の開発が必要となり、現状では実現
困難なものとなっている。例えば、静止画でＸＧＡクラ
スの画像を一部切り出して動画に使用する場合でも、通
常のフレームレートである６０フレーム／秒を実現しよ
うとすると、水平駆動周波数は５０ＭＨｚを超えること
になる。

【０００４】そこで本発明の目的は、水平転送レジスタ
の駆動周波数を上げることなく、多画素化を図ることが
可能であり、高フレームレートにも対応することができ
る固体撮像素子を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、半導体基板に略マトリクス状に配列された
複数の受光部と、前記受光部の各列に沿って配列され、
各受光部に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する複
数の垂直転送レジスタと、前記垂直転送レジスタによっ
て転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送レ
ジスタとを有する固体撮像素子において、前記水平転送
レジスタは、前記垂直転送レジスタの両端部に沿って１
本または複数本ずつ設けられ、前記複数の垂直転送レジ
スタは、所定列おきに信号電荷を逆方向に転送し、それ
ぞれの転送方向に配置された水平転送レジスタに信号電
荷を送出することを特徴とする。

【０００６】本発明の固体撮像素子において、撮像画素
を構成する受光部の各列に沿って配列された複数の垂直
転送レジスタは、所定列おきに信号電荷を逆方向に転送
し、それぞれの転送方向に配置された水平転送レジスタ
に信号電荷を送出する。したがって、垂直転送レジスタ
の一方の端部にだけ水平転送レジスタを設ける従来の構
成に比べて、水平転送レジスタの本数を増加することが
でき、その分、各水平転送レジスタの駆動周波数を上げ
ることなく、多画素化に対応できる。また、複数の水平
転送レジスタを選択して出力信号として用いることによ
り、撮像画素を水平方向に間引くことも可能となり、動
画の高フレームレートにも容易に対応することができ
る。また本発明では、以上のような構成に加えて、複数
の受光部の水平方向に隣接する各列を垂直方向に１画素
ピッチより小さい所定の間隔だけずれた状態で配置する
ことにより、垂直、水平方向の解像度を落とすことな
く、斜め方向の解像度を向上することが可能である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明による固体撮像素子
の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する
実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に
好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲
は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記
載がない限り、これらの態様に限定されないものとす
る。

【０００８】図１は、本発明の実施の形態による固体撮
像素子の各転送レジスタの配置例を示す概略平面図であ
る。この図１に示す固体撮像素子は、受光部（図示せ
ず）及び垂直転送レジスタ１１０Ａ、１１０Ｂによって
形成される撮像部の２つの辺にそれぞれ水平転送レジス
タ１２０Ａ、１２０Ｂを設けたものである。すなわち、
撮像画素を構成する受光部は、撮像部内に略マトリクス
状に配列されており、この受光部の各列に沿って複数の
垂直転送レジスタ１１０Ａ、１１０Ｂが設けられてい
る。そして、各垂直転送レジスタ１１０Ａ、１１０Ｂ
は、１列おきに信号電荷を逆方向に転送するものであ
り、奇数列の垂直転送レジスタ１１０Ａは、図１に矢印
ａに示す方向に信号電荷を転送し、一方の水平転送レジ
スタ１２０Ａに信号電荷を送出する。また、偶数列の垂
直転送レジスタ１１０Ｂは、図１に矢印ｂに示す方向に
信号電荷を転送し、他方の水平転送レジスタ１２０Ｂに
信号電荷を送出する。

【０００９】このような固体撮像素子においては、垂直
転送レジスタの一方の端部にだけ水平転送レジスタを設
ける従来の構成に比べて、水平転送レジスタの本数を増
加することができ、その分、各水平転送レジスタ１２０
Ａ、１２０Ｂの駆動周波数を上げることなく、多画素化
に対応できる。また、水平転送レジスタ１２０Ａ、１２
０Ｂを選択して出力信号として用いることにより、撮像
画素を水平方向に間引くことも可能となり、動画の高フ
レームレートにも容易に対応することができる。

【００１０】なお、本例においては、垂直転送レジスタ
１１０Ａ、１１０Ｂの両側に水平転送レジスタ１２０
Ａ、１２０Ｂを１本ずつ設けたが、例えば垂直転送レジ
スタ１１０Ａ、１１０Ｂの両側に水平転送レジスタ１２
０Ａ、１２０Ｂを２本ずつ設け、各水平転送レジスタに
よって各受光部の信号電荷を振り分けるようにしてもよ
い。また、各垂直転送レジスタ１１０Ａ、１１０Ｂによ
る信号電荷の転送方向を１列おきに逆方向としたが、本
発明はこれに限らず、例えば２列おきに逆方向とするよ
うな構成としてもよい。また、図１に示す例は、各受光
部の信号電荷を２本の水平転送レジスタで２分割する構
成であるが、垂直転送レジスタの両側に水平転送レジス
タを２本ずつ設けることにより、受光部の信号電荷を４
本の水平転送レジスタで４分割して転送することがで
き、さらに多画素化に対応することが可能である。

【００１１】次に、このような構成の固体撮像素子にお
ける画素配置について説明する。図２は、図１に示す固
体撮像素子の画素配置例を従来と対比して示す概略平面
図であり、図２（Ａ）は従来の画素配置、図２（Ｂ）は
本例の画素配置を示している。図２（Ａ）に示すよう
に、従来の固体撮像素子では、各画素１０を垂直方向と
水平方向にそれぞれ直線上に配置した構造となってい
る。この場合、各画素１０の間隔は、垂直方向と水平方
向の間隔Ｇ１に対して対角線方向の間隔Ｇ２が広くなる
ため、この構造では斜め方向の解像度が低下してしま
う。そこで従来は、斜め方向の解像度を上げるため、図
２（Ａ）に示す画素配置を全体として傾け、図２（Ａ）
に示す間隔Ｇ１が対角線方向に配置されるようにし、斜
め方向の間隔をＧ２からＧ１に短縮するようにしてい
る。しかし、このようにすれば、逆に垂直方向と水平方
向の間隔がＧ１からＧ２に拡大してしまい、垂直方向と
水平方向の解像度が低下してしまうことになる。

【００１２】そこで、本例の固体撮像素子では、図２
（Ｂ）に示すように、各画素の配置を１列おきに垂直方
向にずらすことにより、垂直方向と水平方向の間隔Ｇ１
を拡大することなく、斜め方向の間隔Ｇ３を短縮したも
のである。具体的には、互いに水平方向に隣接する各画
素列が、垂直方向に２分の１画素ピッチ分だけずれた状
態で配置されている。これにより、斜め方向の間隔Ｇ３
は、間隔Ｇ１よりも大きく、Ｇ２よりも小さくなり、バ
ランスよく斜め方向の解像度を改善できる。なお、本発
明では、図２（Ｂ）に示すような、一定のずれを有する
各画素の配列を略マトリクス状というものとする。ま
た、本例では、各画素列を２分の１画素ピッチ分だけず
らしたが、本発明はこれに限定されないものである。

【００１３】図３は、以上のような構成の固体撮像素子
における垂直転送レジスタの電極配置の具体例を示す部
分平面図である。図示のように、本例の固体撮像素子
は、第１電極１４０Ａ、第２電極１４０Ｂ、第３電極１
４０Ｃの３相電極によって駆動するものである。すなわ
ち、各電極１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃは、まず下層
の第１電極（図３では実線で示す）が絶縁膜を介して半
導体基板上に配置され、その上層に第２電極（図３では
一点破線で示す）１４０Ｂが絶縁膜（図示せず）を介し
て配置され、さらにその上層に第３電極（図３では二点
破線で示す）１４０Ｃが絶縁膜を介して配置されてい
る。また、各電極１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃのさら
に上層には絶縁膜を介して遮光膜（図示せず）が設けら
れ、受光部以外の領域を遮光している。そして、各画素
の受光部は、この遮光膜に形成された開口部より光を受
光し、光電変換を行なう。

【００１４】図１において、各電極１４０Ａ、１４０
Ｂ、１４０Ｃが配置されていない領域１５０が、ほぼ開
口部に対応する領域である。そして、このような電極配
置において、各電極１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃの動
作により、奇数列の垂直転送レジスタ１１０Ａにおいて
は、図３の「Ａ１」「Ａ２」「Ａ３」「Ａ４」の順で信
号電荷を転送し、図３に矢印ａに示す方向に信号電荷を
転送する。

【００１５】一方、偶数列の垂直転送レジスタ１１０Ｂ
においては、図３の「Ｂ１」「Ｂ２」「Ｂ３」「Ｂ４」
の順で信号電荷を転送し、図３に矢印ｂに示す方向に信
号電荷を転送する。このようにして、１列おきの垂直転
送レジスタ１１０Ａ、１１０Ｂの逆方向転送を実現し、
上述した両側の水平転送レジスタ１２０Ａ、１２０Ｂに
信号電荷を転送する。なお、本例では、３相駆動の例を
説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、他
の駆動方法を採用することも可能である。

【００１６】以上のような構成の固体撮像素子において
は、例えば動画、静止画兼用可能な全画素独立読み出し
対応のＣＣＤ撮像素子において、隣接する画素列の垂直
方向逆転送を可能とすることで、水平転送レジスタの駆
動周波数を上げることなく、多画素化に対応することが
可能となる。また、同時に隣接する画素列を垂直方向に
単位画素サイズ以下の範囲で位置をずらしたことによ
り、斜め方向の解像度を向上することが可能となる。な
お、本発明は、上述のような動画、静止画兼用可能な全
画素独立読み出し対応のＣＣＤ撮像素子に限らず、他の
各種固体撮像素子に広く適用し得るものである。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、撮像画
素を構成する受光部の各列に沿って配列された複数の垂
直転送レジスタによって所定列おきに信号電荷を逆方向
に転送し、それぞれの転送方向に配置された水平転送レ
ジスタに信号電荷を送出するようにした。したがって、
垂直転送レジスタの一方の端部にだけ水平転送レジスタ
を設ける従来の構成に比べて、水平転送レジスタの本数
を増加することができ、その分、各水平転送レジスタの
駆動周波数を上げることなく、多画素化に対応できる効
果がある。また、複数の水平転送レジスタを選択して出
力信号として用いることにより、撮像画素を水平方向に
間引くことも可能となり、動画の高フレームレートにも
容易に対応することができる効果がある。

【００１８】また本発明では、複数の受光部の水平方向
に隣接する各列を垂直方向に１画素ピッチより小さい所
定の間隔だけずれた状態で配置するようにした。したが
って、垂直、水平方向の解像度を落とすことなく、斜め
方向の解像度を向上することが可能であり、高解像度の
固体撮像素子を提供することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による固体撮像素子の各転
送レジスタの配置例を示す概略平面図である。

【図２】図１に示す固体撮像素子の画素配置例を従来と
対比して示す概略平面図である。

【図３】図１に示す固体撮像素子における垂直転送レジ
スタの電極配置の具体例を示す部分平面図である。

【符号の説明】

１０……画素、１１０Ａ、１１０Ｂ……垂直転送レジス
タ、１２０Ａ、１２０Ｂ……水平転送レジスタ、１４０
Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ……垂直転送電極、１５０……
開口部領域。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板に略マトリクス状に配列され
た複数の受光部と、前記受光部の各列に沿って配列さ
れ、各受光部に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送す
る複数の垂直転送レジスタと、前記垂直転送レジスタに
よって転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転
送レジスタとを有する固体撮像素子において、前記水平転送レジスタは、前記垂直転送レジスタの両端
部に沿って１本または複数本ずつ設けられ、前記複数の垂直転送レジスタは、所定列おきに信号電荷
を逆方向に転送し、それぞれの転送方向に配置された水
平転送レジスタに信号電荷を送出する、ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】前記垂直転送レジスタの両端部に沿って
１本または複数本ずつ設けられた各水平転送レジスタ
は、各垂直転送レジスタから転送された信号電荷を一方
向に転送することを特徴とする請求項１記載の固体撮像
素子。
【請求項３】撮像信号の出力モードに応じて、前記水
平転送レジスタを選択して信号電荷を出力することを特
徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】前記撮像信号の出力モードが全画素読み
出しモードである場合に、全ての水平転送レジスタを用
いて信号電荷を出力することを特徴とする請求項３記載
の固体撮像素子。
【請求項５】前記撮像信号の出力モードが動画モード
である場合に、一部の水平転送レジスタを選択して信号
電荷を出力することを特徴とする請求項３記載の固体撮
像素子。
【請求項６】前記複数の受光部は、水平方向に隣接す
る各列が垂直方向に１画素ピッチより小さい所定の間隔
だけずれた状態で配置されていることを特徴とする請求
項１記載の固体撮像素子。
【請求項７】前記所定の間隔は、ほぼ２分の１画素ピ
ッチであることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素
子。