(57)【要約】【課題】水平転送レジスタ間の転送効率を向上させることにより高フレームレート化すること。【解決手段】フォトセンサ及び垂直転送レジスタを有する撮像素子部と、垂直転送レジスタから転送された信号電荷を水平転送方向に交互に配置された第１転送部と第２転送部とにより水平転送する第１水平転送レジスタと、垂直転送レジスタから第１水平転送レジスタを介して転送された信号電荷を水平転送する第２水平転送レジスタとを備える。さらに、第１転送部と垂直転送レジスタとの間に設けられた第１転送チャネルと、第２転送部と第２水平転送レジスタとの間に設けられた第２転送チャネルと、第２転送部と撮像素子部との間に設けられたチャネルストップ領域とを備え、垂直転送レジスタから第１転送チャネルを介して第１転送部へ転送された信号電荷を、第２転送部を経由して第２水平転送レジスタへ転送する。【選択図】図２
2007134605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された複数のフォトセンサと、これら複数のフォトセンサにより光電変換された信号電荷を前記２次元配列の垂直列毎に垂直転送する複数本の垂直転送レジスタとを有する撮像素子部と、
前記複数本の垂直転送レジスタから転送された信号電荷を、水平転送方向に交互に配置された第１転送部と第２転送部とにより水平転送する第１水平転送レジスタと、
前記複数本の垂直転送レジスタから前記第１水平転送レジスタを介して転送された信号電荷を水平転送する第２水平転送レジスタと、を有する固体撮像素子において、
前記第１転送部と前記垂直転送レジスタとの間に設けられた第１転送チャネルと、
前記第２転送部と前記第２水平転送レジスタとの間に設けられた第２転送チャネルと、
前記第２転送部と前記撮像素子部との間に設けられたチャネルストップ領域とを備え、
前記垂直転送レジスタから前記第１転送チャネルを介して前記第１転送部へ転送された信号電荷を、前記第２転送部を経由して前記第２水平転送レジスタへ転送することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第２水平転送レジスタは、水平転送方向に交互に配置された第３転送部と第４転送部とを有し、
前記第３転送部は前記第１転送部に、前記第２転送部は前記第４転送部に前記垂直転送方向にそれぞれ隣接するように配置されると共に、前記第２転送チャネルは、前記第２転送部と前記第３転送部との間に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１水平転送レジスタと前記第２水平転送レジスタとからなる水平転送レジスタ部を複数設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
２次元配列された複数のフォトセンサと、これら複数のフォトセンサにより光電変換された信号電荷を前記２次元配列の垂直列毎に垂直転送する複数本の垂直転送レジスタとを有する撮像素子部と、
前記複数本の垂直転送レジスタから転送された信号電荷を、水平転送方向に交互に配置された第１転送部と第２転送部とにより水平転送する第１水平転送レジスタと、
前記複数本の垂直転送レジスタから前記第１水平転送レジスタを介して転送された信号電荷を水平転送する第２水平転送レジスタと、を有する固体撮像素子を備えた固体撮像装置において、
前記固体撮像素子は、
前記第１転送部と前記垂直転送レジスタとの間に設けられた第１転送チャネルと、
前記第２転送部と前記第２水平転送レジスタとの間に設けられた第２転送チャネルと、
前記第２転送部と前記撮像素子部との間に設けられたチャネルストップ領域とを備え、
前記垂直転送レジスタから前記第１転送チャネルを介して前記第１転送部へ転送された信号電荷を、前記第２転送部を経由して前記第２水平転送レジスタへ転送することを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及び固体撮像装置に関するものであり、特に複数の水平転送レジスタを備えたＣＣＤ（Charge-Coupled Device）型の固体撮像素子及び固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）型の固体撮像素子は、半導体基板上に、縦横に２次元配列した複数のフォトセンサと、このフォトセンサにそれぞれ隣接させた複数本の垂直転送レジスタと、この垂直転送レジスタの一端に隣接させた水平転送レジスタを設けて構成し、受光により各フォトセンサで光電変換された信号電荷を垂直転送レジスタと水平転送レジスタとにより転送している。
【０００３】
水平転送レジスタには終端部分に出力アンプ回路を備えており、この出力アンプ回路は水平転送レジスタから転送される信号電荷に対応する電圧を出力可能に構成され、各フォトセンサで蓄積した信号電荷を電圧信号として出力している。
【０００４】
このような固体撮像素子を備えた固体撮像装置では、さらなる高機能化が求められており、そのため固体撮像装置に用いる固体撮像素子においては、高画素化、高フレームレート化などの特性が重視されてきている。
【０００５】
特に、固体撮像素子を高画素化した場合には、半導体基板上に形成されるフォトセンサの数が増えることになるためフレームレートが低下し、それによって撮像間隔の短縮化が困難となったり、連写枚数の上限を高くできなかったりするなど、固体撮像装置の使用時における取り扱い性の低下する恐れがある。
【０００６】
そこで、近年、固体撮像素子において高画素化をより進めるべく、水平転送レジスタを複数本並列に配置する方法が用いられるようになってきている。たとえば、奇数水平ラインの信号電荷と偶数水平ラインの信号電荷とをこれら別々の水平転送レジスタで転送する方法や同一水平ラインの信号電荷を複数の水平転送レジスタによって転送する方法などがある。
【０００７】
図１３は、複数の水平ラインを別々の水平転送レジスタで転送する固体撮像素子100aの略図であり、この固体撮像素子100aは、複数の垂直転送レジスタ101aから転送された信号電荷を水平転送する第１水平転送レジスタ110aと、複数の垂直転送レジスタ101aから第１水平転送レジスタ110aを介して転送された信号電荷を水平転送する第２水平転送レジスタ111aとを有している。そして、奇数水平ラインの信号電荷と偶数水平ラインの信号電荷とをこれら別々の水平転送レジスタ110a,111aによって同時に転送し、１Ｈ（水平走査期間）内に２ライン分の信号電荷を読み出すことによってフレームレートを高めるものである（たとえば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、図１４は、同一水平ラインの信号電荷を複数の水平転送レジスタによって転送する固体撮像素子100bの略図であり、奇数垂直ラインの垂直転送レジスタ101bから転送された信号電荷を水平転送する第１水平転送レジスタ110bと、垂直転送レジスタ101bから第１水平転送レジスタ110bを介して転送された偶数垂直ラインの信号電荷を水平転送する第２水平転送レジスタ111bとを有している。そして、奇数垂直ラインの信号電荷と偶数垂直ラインの信号電荷とをこれら別々の水平転送レジスタ110b,111bによって同時に転送し、各水平転送レジスタ110b,111bによって水平転送する信号電荷を減らすことによって１Ｈのフレームレートを高めるものである。
【特許文献１】特開平６−１０５２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、固体撮像素子において水平転送レジスタを複数並列に配置し、信号電荷を水平転送レジスタ間で転送する構成とした場合、水平転送レジスタ間の転送効率が低いと、固体撮像素子から出力する画像信号に悪影響を及ぼしてしまう。
【００１０】
ここで、図１５（ａ）に従来の固体撮像素子100における平面パターン図を示す。この図１５（ａ）においては、説明を容易にするために、第１水平転送レジスタ110及び第２水平転送レジスタ111の一部のみを示す。固体撮像素子100における水平転送レジスタは、図示しない撮像素子部における複数の垂直転送レジスタから転送される信号電荷を、水平転送方向に交互に配置された第１転送部121と第２転送部122とにより水平転送する第１水平転送レジスタ110と、複数の垂直転送レジスタから第１水平転送レジスタ110を介して転送された信号電荷を、水平転送方向に交互に配置された第３転送部123と第４転送部124とにより水平転送する第２水平転送レジスタ111とから構成される。
【００１１】
また、第１転送部121と垂直転送レジスタとの間には第１転送チャネル130が設けられ、第１転送部121と第３転送部123との間には第２転送チャネル131が設けられている。さらに、第１転送部121と第４転送部124との間及び第２転送部122と撮像素子部（イメージ部）との間にはチャネルストップ領域151,152が設けられている。
【００１２】
そして、第１水平転送レジスタ110から第２水平転送レジスタ111への信号電荷の転送を次の手順で行っている。すなわち、垂直転送レジスタから第１転送チャネル130を介して第１転送部121へ転送された信号電荷を、第２転送チャネル131を経由して第４転送部124へ転送した後、第３転送部123に移動させるようにしている。
【００１３】
ここで、図１５（ａ）におけるＡ−Ａ´間のポテンシャル状態を図１５（ｂ）に示す。この図は、一般的に用いられる半導体素子断面とポテンシャル（電位）の相関をあらわす図であり、下方向がポテンシャルが深い（電位が高い）ことを示す。また、この傾斜の角度は電界の強さを示す。傾斜が急であれば信号電荷である電子は、マイナスの電位をもっているため、ポテンシャルが深い方向へのクーロン力を受けることになる。この図に示すように、ａ１の部分で電界が弱くなっておりＡ−Ａ´間のポテンシャルの傾斜が緩やかな部分がある。
【００１４】
そこで、本発明は、電界を強化することにより水平転送レジスタ間の転送効率を向上させることにより高フレームレート化する固体撮像素子及びそれを備えた固定撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
そこで、請求項１に記載の発明は、２次元配列された複数のフォトセンサと、これら複数のフォトセンサにより光電変換された信号電荷を前記２次元配列の垂直列毎に垂直転送する複数本の垂直転送レジスタとを有する撮像素子部と、前記複数本の垂直転送レジスタから転送された信号電荷を、水平転送方向に交互に配置された第１転送部と第２転送部とにより水平転送する第１水平転送レジスタと、前記複数本の垂直転送レジスタから前記第１水平転送レジスタを介して転送された信号電荷を水平転送する第２水平転送レジスタと、を有する固体撮像素子において、前記第１転送部と前記垂直転送レジスタとの間に設けられた第１転送チャネルと、前記第２転送部と前記第２水平転送レジスタとの間に設けられた第２転送チャネルと、前記第２転送部と前記撮像素子部との間に設けられたチャネルストップ領域とを備え、前記垂直転送レジスタから前記第１転送チャネルを介して前記第１転送部へ転送された信号電荷を、前記第２転送部を経由して前記第２水平転送レジスタへ転送することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記第２水平転送レジスタは、水平転送方向に交互に配置された第３転送部と第４転送部とを有し、前記第３転送部は前記第１転送部に、前記第２転送部は前記第４転送部に前記垂直転送方向にそれぞれ隣接するように配置すると共に、前記第２転送チャネルは、前記第２転送部と前記第３転送部との間に設けられたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明であって、前記第１水平転送レジスタと前記第２水平転送レジスタとからなる水平転送レジスタ部を複数設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、２次元配列された複数のフォトセンサと、これら複数のフォトセンサにより光電変換された信号電荷を前記２次元配列の垂直列毎に垂直転送する複数本の垂直転送レジスタとを有する撮像素子部と、前記複数本の垂直転送レジスタから転送された信号電荷を、水平転送方向に交互に配置された第１転送部と第２転送部とにより水平転送する第１水平転送レジスタと、前記複数本の垂直転送レジスタから前記第１水平転送レジスタを介して転送された信号電荷を水平転送する第２水平転送レジスタと、を有する固体撮像素子を備えた固体撮像装置において、前記固体撮像素子は、前記第１転送部と前記垂直転送レジスタとの間に設けられた第１転送チャネルと、前記第２転送部と前記第２水平転送レジスタとの間に設けられた第２転送チャネルと、前記第２転送部と前記撮像素子部との間に設けられたチャネルストップ領域とを備え、前記垂直転送レジスタから前記第１転送チャネルを介して前記第１転送部へ転送された信号電荷を、前記第２転送部を経由して前記第２水平転送レジスタへ転送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、垂直転送レジスタから第１転送チャネルを介して第１転送部へ転送された信号電荷を、第２転送部を経由して第２水平転送レジスタへ転送するようにしたので、水平転送レジスタにおける撮像素子部側のチャネルストップ領域からの変調を受けて電界が強化されることになるため、垂直方向の電界が強化され、水平転送レジスタ間の転送効率を向上することが可能となる。しかも、水平転送レジスタ間の転送における実効的転送長を短くすることもできるため、上記電界強化による垂直方向の電界強化に加え、転送効率を向上させることができる。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明によれば、第２転送チャネルを第２転送部と第３転送部との間に設けるようにしているため、第２転送チャネルを第２転送部と第４転送部との間に設けるのに比べ、第３転送部から第４転送部へ移動させるための動作が不要となり、垂直転送レジスタからの信号電荷の転送効率を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明によれば、第１水平転送レジスタと第２水平転送レジスタとからなる水平転送レジスタ部を複数設けたので、水平転送レジスタ間の転送効率向上に加え、さらに高フレームレート化が可能となる。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明によれば、垂直転送レジスタから第１転送チャネルを介して第１転送部へ転送された信号電荷を、第２転送部を経由して第２水平転送レジスタへ転送するようにしたので、水平転送レジスタにおける撮像素子部側のチャネルストップ領域からの変調を受けて電界が強化されることになるため、垂直方向の電界が強化され、水平転送レジスタ間の転送効率を向上することが可能となる。しかも、水平転送レジスタ間の転送における実効的転送長を短くすることもできるため、上記電界強化による垂直方向の電界強化に加え、転送効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の固体撮像素子及びこの固体撮像素子を備えた固体撮像装置では、半導体基板上にフォトセンサ及び垂直転送レジスタを有する撮像素子部と、垂直転送レジスタから転送された信号電荷を水平転送方向に交互に配置された第１転送部と第２転送部とにより水平転送する第１水平転送レジスタと、垂直転送レジスタから第１水平転送レジスタを介して転送された信号電荷を水平転送する第２水平転送レジスタとを備えている。
【００２４】
しかも、第１転送部と垂直転送レジスタとの間に設けられた第１転送チャネルと、第２転送部と第２水平転送レジスタとの間に設けられた第２転送チャネルと、第２転送部と撮像素子部との間に設けられたチャネルストップ領域とを備え、垂直転送レジスタから第１転送チャネルを介して第１転送部へ転送された信号電荷を、第２転送部を経由して第２水平転送レジスタへ転送するようにしている。
【００２５】
このように、第１水平転送レジスタから第２水平転送レジスタへの信号電荷の転送を、撮像素子部側にチャネルストップ領域が設けられた第２転送部から行う構成としているため、水平転送レジスタ間における信号電荷の転送の際に、撮像素子部側のチャネルストップ領域からの変調を受け、電界が強化されることになるため、垂直方向の電界が強化され、水平転送レジスタ間の転送効率を向上することが可能となる。しかも、水平転送レジスタ間の転送における実効的転送長を短くすることもできるため、上記電界強化による垂直方向の電界強化に加え、転送効率を向上させることができる。
【００２６】
また、第２水平転送レジスタは、水平転送方向に交互に配置された第３転送部と第４転送部とを有しており、第３転送部は第１転送部に、第２転送部は第４転送部に垂直転送方向にそれぞれ隣接するように配置されている。また、第２転送チャネルを第２転送部と第３転送部との間に設けるようにしている。
【００２７】
したがって、第２転送チャネルを第２転送部と第４転送部との間に設けるのに比べ、第３転送部から第４転送部への移動させるための動作が不要となるため、垂直転送レジスタからの信号電荷の転送効率を向上させることができる。
【００２８】
また、第１水平転送レジスタと第２水平転送レジスタとからなる水平転送レジスタ部を複数設けるようにすれば、水平転送レジスタ間の転送効率向上に加え、さらに高フレームレート化が可能となる。
【００２９】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図１は、本実施形態における固体撮像装置Ａのブロック図である。本実施形態の固体撮像装置Ａは、いわゆるデジタルカメラと称されるデジタルスチルカメラである。なお、固体撮像装置Ａは、デジタルスチルカメラに限定されるものではなく、デジタルビデオカメラや、あるいは携帯電話などに内蔵されるカメラユニットであってもよい。
【００３０】
図１は、固体撮像装置Ａにおける撮像のための固体撮像素子10と、この固体撮像素子10を所定タイミングで駆動させるための駆動用信号を生成するタイミングジェネレータ20とを示す。この他に、固体撮像装置Ａには、バッテリなどの電源部、撮像して生成した画像データ信号を記憶する記憶部、固体撮像装置Ａ全体を制御する制御部などがある。これらを構成する回路は、本図では別回路（固体撮像素子10以外のチップ）としているが、同一チップに設けたり、あるいはいくつかのチップに分割して設けたりすることもある。なお、本実施形態の固体撮像素子10は、いわゆるＣＣＤ型の固体撮像素子として説明する。
【００３１】
固体撮像素子10は、半導体基板上に形成されており、この半導体基板上には、所定間隔で縦横に２次元配列されたフォトダイオードからなる複数のフォトセンサ11と、この複数のフォトセンサ11により光電変換された信号電荷を２次元配列の垂直列毎に垂直転送する複数本の垂直転送レジスタ12と、複数本の垂直転送レジスタ12から転送された信号電荷を水平転送する第１水平転送レジスタ14と、複数本の垂直転送レジスタ12から第１水平転送レジスタ14を介して転送された信号電荷を水平転送する第２水平転送レジスタ15とが設けられている。なお、複数のフォトセンサ11と複数本の垂直転送レジスタ12とで撮像素子部13を構成する。
【００３２】
第１水平転送レジスタ14及び第２水平転送レジスタ15は、公知の２相駆動方式によって垂直転送レジスタ12から転送される信号電荷を水平転送するように構成されており、タイミングジェネレータ20から出力される第１水平転送クロックＨφ１と第２水平転送クロックＨφ２により駆動される。また、垂直転送レジスタ12は、第１〜第４垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４によって駆動される。
【００３３】
ここで、図２（ａ）に固体撮像素子100における平面パターン図を示す。この図２（ａ）においては、説明を容易にするために、第１水平転送レジスタ14及び第２水平転送レジスタ15は一部のみを示す。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、第１水平転送レジスタ14は、水平転送方向に交互に配置された第１転送部21と第２転送部22を有しており、また、第２水平転送レジスタ15は、同じく水平転送方向に交互に配置された第３転送部23と第４転送部24を有している。第３転送部123は第１転送部21に、第２転送部22は第４転送部24に垂直転送方向にそれぞれ隣接するように配置される。
【００３５】
また、図２（ａ）に示すように、蓄積ゲート電極41と転送ゲート電極42が水平転送方向に対をなして連続して配列されており、これら電極対に第１水平転送クロックＨφ１若しくは第２水平転送クロックＨφ２が印加され、各転送部が動作する。すなわち、第１転送部21と第３転送部23は第１水平転送クロックＨφ１によって動作し、第２転送部22と第４転送部24は第２水平転送クロックＨφ２によって動作する。また、第１水平転送レジスタ14と第２水平転送レジスタ15との間には、水平転送レジスタ間電極ＨＨＧが設けられている。
【００３６】
第１転送部21と垂直転送レジスタ12との間には第１転送チャネル30が設けられ、第４垂直転送クロックＶφ４によって、垂直転送レジスタ12からの信号電荷が第１転送チャネル30を介して第１転送部21へ転送される。
【００３７】
第１転送部21と第３転送部23との間には水平走査レジスタ間の転送チャネルである第２転送チャネル31が設けられており、水平転送レジスタ間転送クロックＨφＨＧによって、垂直転送レジスタ12からの信号電荷が第２転送部22及び第１転送チャネル30を介して第３転送部23へ転送される。
【００３８】
また、第１転送部21の下部、第２転送部22の上部、第４転送部24の上部にはそれぞれチャネルストップ領域51,52,53が設けられており、チャネルストップ領域52により第２転送部22と撮像素子部13とが分離され、チャネルストップ領域51により第１転送部21と第３転送部23とが分離される。
【００３９】
ここで、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ´間のポテンシャル状態を図２（ｂ）に示す。この図は、図１５（ｂ）と同様に、一般的に用いられる半導体素子断面とポテンシャル（電位）の相関をあらわす図であり、下方向がポテンシャルが深い（電位が高い）ことを示す。図２（ｂ）に示すように、図１５（ｂ）におけるＡ−Ａ´間のポテンシャル状態に比べ、図１５（ｂ）に示すａ１のような電界が弱い部分がなく（図２（ｂ）ｂ１参照）、電界が強化されている。
【００４０】
図１５（ｂ）に示すａ１のように電界が弱い部分があるのは、水平転送レジスタ間の信号電荷の転送を行う第１転送部21と垂直転送レジスタ12とがつながっているためであり、これにより第１水平転送レジスタ14から第２水平転送レジスタ15へ転送における垂直方向の電界成分が弱くなり、水平転送レジスタ間転送効率が低下してしまっていた。
【００４１】
そこで、本実施形態における固体撮像素子10においては、水平転送レジスタ間の信号電荷の転送を、垂直転送レジスタ12につながっている第１転送部21からではなく、撮像素子部13との間にチャネルストップ領域52を有する第２転送部22から行うように構成している。すなわち、水平転送レジスタ間の信号電荷の転送は、垂直転送レジスタ12から第１転送チャネル30を介して第１転送部21へ転送された信号電荷を、第２転送部22を経由して第２水平転送レジスタ15へ転送することによって行う。その結果、このチャネルストップ領域52からの変調を受けて電界が強化されることになるため、これにより垂直方向の電界が強化され、水平転送レジスタ間の転送効率が向上する。
【００４２】
以下、水平転送レジスタ間の信号電荷の転送をさらに具体的に図面を用いて説明する。図４〜図１０は水平転送レジスタ間の転送動作を説明するための図であり、図４（ａ）にタイミングチャートを、図４（ｂ）〜図８に図３におけるＡ−Ａ´横断面のポテンシャル状態を示している。なお、上述したように第１〜第４垂直転送クロックＶφ１〜Ｖφ４、第１及び第２の水平転送クロックＨφ１，Ｈφ２は、タイミングジェネレータ20によって生成され、固体撮像素子10に入力される。なお、図３は、図２（ａ）と同じ固体撮像素子100における平面パターン図である。
【００４３】
図４（ｂ）は、フォトセンサ11によって光電変換された第１の水平ラインの信号電荷（以下、「第１信号電荷」とする。）が垂直転送レジスタ12に転送され、第１垂直転送クロックＶφ１で動作するＶ１部及び第２垂直転送クロックＶφ２で動作するＶ２部に蓄積されている状態を示している（ｔ０）。この状態からｔ１のタイミングで第３垂直転送クロックＶφ３が立ち上がってハイレベルになると、第３垂直転送クロックＶφ３で動作するＶ３部のポテンシャルが低下し、Ｖ３部に第１信号電荷の一部が移動する（図５（ａ）参照。）。
【００４４】
ｔ２のタイミングで第１垂直転送クロックＶφ１が立ち下がってローレベルになると、Ｖ１部のポテンシャルが上昇し、第１信号電荷はＶ２部とＶ３部に蓄積された状態となる（図５（ｂ）参照。）。この状態からｔ３のタイミングで第４垂直転送クロックＶφ４が立ち上がってハイレベルになると、垂直転送レジスタの最終段であるＶ４部のポテンシャルが低下し、Ｖ４部を介して、第１信号電荷が第１転送部21への転送が開始される（図５（ｃ）参照。）。また、前段のＶ４部には、フォトセンサ11によって光電変換された第２の水平ラインの信号電荷（以下、「第２信号電荷」とする。）の転送が行われる。
【００４５】
その後、ｔ４のタイミングで第２垂直転送クロックＶφ２がローレベルになることにより、Ｖ２部のポテンシャルが上昇し、Ｖ２部の第１信号電荷が完全に転送される（図６（ａ）参照。）。ｔ５のタイミングでは、第１垂直転送クロックＶφ１がハイレベルになり、Ｖ１部のポテンシャルが下降し、第２信号電荷がＶ１部とＶ２部とに蓄積される（図６（ｂ）参照。）。
【００４６】
また、ｔ６のタイミングで第３垂直転送クロックＶφ３がローレベルになることにより、Ｖ３部のポテンシャルが上昇し、Ｖ３部の第１信号電荷が完全に転送される（図６（ｃ）参照。）。そして、ｔ７のタイミングで第２垂直転送クロックＶφ２がハイレベルになると、Ｖ２部のポテンシャルが下降し、第２信号電荷がＶ１部とＶ２部とＶ３部に蓄積される（図７（ａ）参照。）。
【００４７】
次に、ｔ８のタイミングで第４垂直転送クロックＶφ４がローレベルになることにより、Ｖ４部のポテンシャルが上昇し、第１信号電荷が第１転送部21のストレス部（Ｈ１(Ｓｔ）)に転送されると共に、第２信号電荷がＶ１部とＶ２部とに蓄積される（図７（ｂ）参照。）。
【００４８】
第１転送部21に第１信号電荷が転送された後、ｔ９のタイミングで第１水平転送クロックＨφ１がローレベルに、第２水平転送クロックＨφ２がハイレベルになることにより、第１転送部21及び第３転送部23のポテンシャルが上昇すると共に、第２転送部22及び第４転送部24のポテンシャルが下降し、第１信号電荷が第１転送部21から第２転送部22のストレス部（Ｈ２(Ｓｔ）)へ移動する（図７（ｃ）参照）。
【００４９】
このように第２転送部22に第１信号電荷が転送された後、ｔ１０のタイミングで水平転送レジスタ間電極ＨＨＧの電位がハイレベルになることにより、第２転送チャネル31のポテンシャルが下降し、第１信号電荷の一部が第２転送チャネル31へ移動する。また、第３垂直転送クロックＶφ３がハイレベルになり、Ｖ３部のポテンシャルが下降し、第２信号電荷がＶ１部とＶ２部とＶ３部とに蓄積される（図８（ａ）参照。）。そして、ｔ１１のタイミングで第２水平転送クロックＨφ２がローレベルになることにより、第２転送部22及び第４転送部24のポテンシャルが上昇し、第２転送チャネル31に第１信号電荷が移動する（図８（ｂ））。
【００５０】
その後、ｔ１２のタイミングで、第１水平転送クロックＨφ１がハイレベルになることにより、第２転送チャネル31から第３転送部23への第１信号電荷の転送が開始され（図８（ｃ））、ｔ１３のタイミングで、水平転送レジスタ間電極ＨＨＧの電位がローレベルになることにより、第２転送チャネル31から第３転送部23への第１信号電荷の転送が終了する（図９（ａ））。
【００５１】
一方、第２信号電荷は、第１信号電荷におけるｔ４〜ｔ８までの動作と同様に、第１転送部21のストレス部（Ｈ１(Ｓｔ）)に転送される（図９（ｂ）〜図１０（ｃ）参照。）。
【００５２】
このように本実施形態における固体撮像素子10は、水平転送レジスタ間の信号電荷の転送を、垂直転送レジスタ12から第１転送部21へ転送された信号電荷を、第２転送部22を経由して第２水平転送レジスタ15へ転送するようにしているため、チャネルストップ領域52からの変調を受けて電界が強化されることになり、これにより垂直方向の電界が強化され、水平転送レジスタ間の転送効率を向上させることができる。
【００５３】
なお、図１１に示す固体撮像装置Ａ´における固体撮像素子10´のように、第１水平転送レジスタと第２水平転送レジスタからなる水平転送レジスタ部を撮像素子部13の上下にそれぞれ配置し、列毎に上下交互転送を行う構成とすることもできる。すなわち、第１水平転送レジスタ14a及び第２水平転送レジスタ15aは、奇数垂直ラインの垂直転送レジスタ12から転送された信号電荷を水平転送し、第１水平転送レジスタ14b及び第２水平転送レジスタ15bは、偶数垂直ラインの垂直転送レジスタ12から転送された信号電荷を水平転送するように構成されている。
【００５４】
このように奇数垂直ラインの信号電荷と偶数垂直ラインの信号電荷とをこれら別々の水平転送レジスタ部によって同時に転送し、各水平転送レジスタ部によって水平転送する信号電荷を減らすことによって１Ｈのフレームレートを高めている。また、奇数水平ラインの信号電荷と偶数水平ラインの信号電荷とを第１水平転送レジスタと第２水平転送レジスタによって同時に転送し、１Ｈ内に２ライン分の信号電荷を読み出すことによってフレームレートを高めている。
【００５５】
さらに、水平転送レジスタ構造は、図２（ａ）に示すように１ユニットサイズ（略フォトセンサ11のサイズ）内に第１転送部21と第２転送部22とが配置されるのではなく、図１２に示すように、１ユニットサイズ内に第１転送部21と第２転送部22とのいずれかのみが配置される構成となるため、第２転送部22の上部を完全に覆うチャネルストップ領域を形成することができる。したがって、この固体撮像装置Ａ´は、上述の固体撮像装置Ａに比べチャネルストップ領域52からの電界がさらに強化され、転送効率が向上する。
【００５６】
なお、本発明は、固体撮像装置Ａのような全列下転送、あるいは固体撮像装置Ａ´のような列毎の上下交互転送ではなく、行毎の上下交互転送にも適用することができる。また、垂直転送レジスタと水平転送レジスタを９０°回転し、列毎あるいは行毎の左右交互転送とする方式についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置のブロック図。
【図２】固体撮像素子における平面パターン図。
【図３】固体撮像素子における平面パターン図。
【図４】固体撮像素子における水平転送レジスタ間の転送動作の説明図。
【図５】固体撮像素子における水平転送レジスタ間の転送動作の説明図。
【図６】固体撮像素子における水平転送レジスタ間の転送動作の説明図。
【図７】固体撮像素子における水平転送レジスタ間の転送動作の説明図。
【図８】固体撮像素子における水平転送レジスタ間の転送動作の説明図。
【図９】固体撮像素子における水平転送レジスタ間の転送動作の説明図。
【図１０】固体撮像素子における水平転送レジスタ間の転送動作の説明図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る別の固体撮像装置のブロック図。
【図１２】図１１の固体撮像装置における固体撮像素子の平面パターン図。
【図１３】従来の固体撮像装置のブロック図。
【図１４】従来の別の固体撮像装置のブロック図。
【図１５】従来の固体撮像装置における固体撮像素子の平面パターン図。
【符号の説明】
【００５８】
Ａ  固体撮像装置
１０  固体撮像素子
１１  フォトセンサ
１２  垂直転送レジスタ
１３  撮像素子部
１４  第１水平転送レジスタ
１５  第２水平転送レジスタ
２１  第１転送部
２２  第２転送部
２３  第３転送部
２４  第４転送部
３０  第１転送チャネル
３１  第２転送チャネル
５１，５２，５３  チャネルストップ領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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