(57)【要約】【課題】固体撮像素子において、動画モード時の出力ライン数を変えることなく、垂直転送部の取り扱い電荷量を増加させ、暗電流や暗時白線等の特性を容易に向上させる。【解決手段】半導体基板上の撮像領域にて行列状に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する複数の受光部と、複数の受光部の配列における列毎に設けられ、各受光部に蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部２２と、垂直転送部２２により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備え、複数の垂直転送部２２は、互いに異なるタイミングで受光部に蓄積された信号電荷を交互に読み出す第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４を、受光部の配列における２列毎に交互に配置させ、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４は、受光部の配列における互いに異なる行に位置する受光部の信号電荷を順次読み出す。【選択図】図５
2012186751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の撮像領域にて行列状に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する複数の受光部と、
前記複数の受光部の配列における列毎に設けられ、各前記受光部に蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、を備え、
前記複数の垂直転送部は、互いに異なるタイミングで前記受光部に蓄積された信号電荷を交互に読み出す第１の垂直転送部および第２の垂直転送部を、前記配列における２列毎に交互に配置させ、
前記第１の垂直転送部および前記第２の垂直転送部は、前記配列における互いに異なる行に位置する前記受光部の信号電荷を順次読み出す、
固体撮像素子。
【請求項２】
前記複数の垂直転送部は、
前記第１の垂直転送部によって前記受光部に蓄積された信号電荷を読み出した後、前記第２の垂直転送部によって前記受光部に蓄積された信号電荷を読み出すタイミングまでに、前記第１の垂直転送部により、読み出した信号電荷を、前記第２の垂直転送部によって前記タイミングで信号電荷が読み出される前記受光部が位置する行まで転送する、
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記複数の垂直転送部と前記水平転送部との間に、前記複数の垂直転送部により転送された信号電荷を前記水平転送部へ転送する垂直水平転送部をさらに備え、
前記垂直転送部によって信号電荷を転送した後、前記垂直水平転送部にて信号電荷を加算する、
請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動部と、を備える、
固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像素子および固体撮像装置に関する。詳しくは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型の固体撮像素子およびそれを備えた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型の固体撮像素子は、行列状に２次元配列された複数の画素部（受光部）と、この画素部に読み出しゲート領域を介して、それぞれ隣接させた複数本の垂直転送部と、垂直転送部の一端に隣接する水平転送部とを有する。そして、各画素部で光電変換により生成された信号電荷が、垂直転送部および水平転送部により転送される。
【０００３】
このような構成を有する固体撮像素子では、用途に応じた駆動モード毎に信号電荷を出力する方法を切り換えるようにしている（例えば、特許文献１参照）。例えば、解像度が重視される静止画モード時には、全画素の信号電荷が出力される。一方、フレームレートが重視される動画モード時には、画素を間引いて出力したり、画素加算を行なったりすることで、出力画素数が減らされフレームレートの向上が図られている。
【０００４】
上述した画素加算の一つに、垂直転送部の最終段、もしくは水平転送部において、水平方向に同色の４画素の加算を行う方法がある。かかる方法によれば、例えば、垂直転送部が８相駆動であり、水平転送部が２相駆動である場合には、８電極で２画素分の出力が垂直転送され、水平で４パケット分の信号電荷が加算されて出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−０９８６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような同色４画素加算が行われる場合、２画素分の出力を８電極で垂直転送しなければならない。このため、垂直転送部の取り扱い電荷量が不足する。垂直転送部の取り扱い電荷量が不足することにより、信号電荷の転送残しが発生し、垂直方向における隣接画素との信号混色が懸念される。
【０００７】
垂直転送部の取り扱い電荷量を確保するためには、垂直転送部における不純物プロファイルを、垂直転送部の容量が増える方へ調整する方法がある。しかし、この方法によると、暗電流や暗時白線等の特性が悪化するおそれがある。
【０００８】
そこで、本技術は、動画モード時の出力ライン数を変えることなく、垂直転送部の取り扱い電荷量を増加させることができ、暗電流や暗時白線等の特性を容易に向上させることができる固体撮像素子および固体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】
【０００９】
本開示の固体撮像素子は、半導体基板上の撮像領域にて行列状に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する複数の受光部と、前記複数の受光部の配列における列毎に設けられ、各前記受光部に蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、を備え、前記複数の垂直転送部は、互いに異なるタイミングで前記受光部に蓄積された信号電荷を交互に読み出す第１の垂直転送部および第２の垂直転送部を、前記配列における２列毎に交互に配置させ、前記第１の垂直転送部および前記第２の垂直転送部は、前記配列における互いに異なる行に位置する前記受光部の信号電荷を順次読み出すものである。
【００１０】
また、本開示の固体撮像素子においては、好ましくは、前記複数の垂直転送部は、前記第１の垂直転送部によって前記受光部に蓄積された信号電荷を読み出した後、前記第２の垂直転送部によって前記受光部に蓄積された信号電荷を読み出すタイミングまでに、前記第１の垂直転送部により、読み出した信号電荷を、前記第２の垂直転送部によって前記タイミングで信号電荷が読み出される前記受光部が位置する行まで転送するものである。
【００１１】
また、本開示の固体撮像素子は、好ましくは、前記複数の垂直転送部と前記水平転送部との間に、前記複数の垂直転送部により転送された信号電荷を前記水平転送部へ転送する垂直水平転送部をさらに備え、前記垂直転送部によって信号電荷を転送した後、前記垂直水平転送部にて信号電荷を加算するものである。
【００１２】
本開示の固体撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本技術によれば、動画モード時の出力ライン数を変えることなく、垂直転送部の取り扱い電荷量を増加させることができ、暗電流や暗時白線等の特性を容易に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の概略構成を示す図である。
【図２】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の撮像領域の構成を示す図である。
【図３】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の電極配線の構成を示す図である。
【図４】図３におけるａ−ａ´断面図である。
【図５】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の駆動動作についての説明図である。
【図６】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の駆動動作についての説明図である。
【図７】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の駆動動作についての説明図である。
【図８】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の駆動動作についての説明図である。
【図９】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の駆動動作についての説明図である。
【図１０】固体撮像素子において従来行われていた駆動動作の一例についての説明図である。
【図１１】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の出力画像の一例を示す図である。
【図１２】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の垂直水平転送部および水平転送部の構成を示す図である。
【図１３】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の駆動動作についてのタイミングチャートの一例を示す図である。
【図１４】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の駆動動作についてのタイミングチャートの一例を示す図である。
【図１５】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の駆動動作についてのタイミングチャートの一例を示す図である。
【図１６】本技術の一実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本技術は、ＣＣＤ型の固体撮像素子において、行列状に配置される複数の受光部の配列における２列毎に異なるタイミングで信号電荷を読み出し、例えば動画モード時に、異なる行の画素を２回に分けて読み出し、各列の垂直方向の信号電荷を間引くことにより、垂直転送部の取り扱い電荷量を増加しようとするものである。以下、本技術の実施の形態について説明する。
【００１６】
［固体撮像素子の概略構成］
まず、第１の実施形態の固体撮像素子の構成について図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態における固体撮像素子の構成を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、固体撮像素子１は、撮像領域２と、垂直水平転送部３と、水平転送部４と、出力部５とを有する。撮像領域２は、半導体基板上に構成される矩形状の領域である。撮像領域２には、受光部２１と、読み出しゲート領域（図示せず）と、垂直転送部２２とがそれぞれ複数設けられる。
【００１８】
受光部２１は、撮像領域２内に複数設けられる。複数の受光部２１は、撮像領域２にて、水平方向（図１における左右方向）と垂直方向（図１における上下方向）とに行列状に２次元配列される。受光部２１は、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する。
【００１９】
本実施形態においては、受光部２１は、フォトダイオードからなり、被写体像による光を受光して、光電変換により信号電荷を生成し、蓄積する。つまり、受光部２１は、受光面を有し、その受光面に入射した光の光量（強度）に応じた量の信号電荷を生成し、生成した信号電荷を蓄積する。各受光部２１は、撮像領域２における各画素を構成する。
【００２０】
各受光部２１上には、カラーフィルタが装着される。本実施形態では、カラーフィルタとして、いわゆるＲＧＢ原色フィルタが用いられており、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のいずれか１色のカラーフィルタが、各受光部２１上に装着される。これにより、複数の受光部２１に入射する光は、各受光部２１上に装着された各色のカラーフィルタ等を通過することで、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に分離され、光電変換によって光の強度に応じた信号電荷として、受光部２１に蓄積される。
【００２１】
垂直転送部２２は、行列状に配列された複数の受光部２１の配列（以下「受光部配列」という。）における列毎に対応して設けられる。つまり、図１に示すように、複数の垂直転送部２２は、受光部２１の垂直方向の並びに沿って互いに平行に配された状態で設けられる。
【００２２】
垂直転送部２２は、各受光部２１に蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送する。各垂直転送部２２は、対応する列に配置された複数の受光部２１から読み出しゲート（図示せず）を介して読み出した信号電荷を垂直方向へ順次転送する。
【００２３】
本実施形態では、垂直転送部２２は、８相駆動パルスにより駆動される。このため、垂直転送部２２は、８相駆動に対応する８種類の垂直転送電極を有する。垂直転送部２２においては、８種類の垂直転送電極は、４画素毎に垂直方向に所定の順序で繰り返し設けられる。
【００２４】
そして、垂直転送部２２を構成する８種類の垂直転送電極には、駆動電圧としての８相のクロック・パルスＶφ１〜Ｖφ８が、外部から入力され、各電極に独立して与えられる。この８相のクロック・パルスの大きさとタイミングが適切に制御されることにより、各受光部２１から垂直転送部２２に読み出された信号電荷が、垂直転送部２２の電極の並びに従って転送される。
【００２５】
水平転送部４は、垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する。水平転送部４は、垂直方向における撮像領域２の端部、すなわち各垂直転送部２２一側（図１では下側）の端部に、垂直水平転送部３を介して配置される。したがって、上述のとおり垂直方向に信号電荷を転送する垂直転送部２２は、受光部２１から読み出された信号電荷を、水平転送部４側（図１では下側）に向けて垂直方向に転送する。
【００２６】
本実施形態では、水平転送部４は、２相駆動パルスにより駆動される。このため、水平転送部４を構成する転送電極には、駆動電圧としての２相のクロック・パルスＨφ１，Ｈφ２が外部から入力される。この２相のクロック・パルスＨφ１，Ｈφ２の大きさとタイミングが適切に制御されることにより、水平転送部４は、垂直転送部２２および垂直水平転送部３のそれぞれにおいて垂直方向へ転送された信号電荷を、水平方向へ転送する。
【００２７】
出力部５は、水平方向における水平転送部４の端部に配置される。出力部５は、例えば、フローティングディフュージョンにより構成された電荷−電圧変換部を有する。出力部５は、電荷−電圧変換部により、水平転送部４によって水平転送された信号電荷を電気信号に変換し、アナログ画像信号として出力する。
【００２８】
［固体撮像素子の詳細構成］
次に、撮像領域２の具体的構成について説明する。図２は撮像領域２の具体的な構成を示す図である。なお、図２では、各受光部２１上に配置されるカラーフィルタの色を、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）で表している。
【００２９】
図２に示すように、本実施形態の固体撮像素子１では、各受光部２１上に装着されるカラーフィルタの色の配列として、いわゆるベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列が採用されている。ベイヤ配列では、緑（Ｇ）のフィルタが市松状に配置され、２行２列の４つの画素を構成単位として、緑（Ｇ）のフィルタが配置される対角とは異なる対角に、赤（Ｒ）のフィルタと青（Ｂ）のフィルタが配置される。
【００３０】
撮像領域２に設けられる垂直転送部２２は、受光部２１に蓄積された信号電荷を読み出すとともに、この読み出した信号電荷を垂直水平転送部３および水平転送部４に転送する。固体撮像素子１は、垂直転送部２２として、２列毎に交互に配置された第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４を有する。
【００３１】
すなわち、図２に示すように、第１の垂直転送部２３が配置された列をＡ列、第２の垂直転送部２４が配置された列をＢ列とすると、垂直転送部２２は、水平方向に順に、Ａ列、Ａ列、Ｂ列、Ｂ列、Ａ列、Ａ列、・・・というように配列される。第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４は、受光部２１から信号電荷を読み出すタイミングが異なり、交互に信号電荷の読み出しを行う。
【００３２】
このように、本実施形態の固体撮像素子１では、複数の垂直転送部２２は、互いに異なるタイミングで受光部２１に蓄積された信号電荷を交互に読み出す第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４を、受光部配列における２列毎に交互に配置させる。そして、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４は、受光部配列における互いに異なる行に位置する受光部２１の信号電荷を順次読み出す。こうした固体撮像素子１の駆動動作については後述する。
【００３３】
図２に示すように、第１の垂直転送部２３は、垂直転送電極Ｖ１ＡＣ，Ｖ２，Ｖ３ＡＣ，Ｖ４，Ｖ５ＡＣ，Ｖ６，Ｖ７ＡＣ，Ｖ８からなる第１の垂直転送電極群２３ａと、垂直転送電極Ｖ１ＡＤ，Ｖ２，Ｖ３ＡＤ，Ｖ４，Ｖ５ＡＤ，Ｖ６，Ｖ７ＡＤ，Ｖ８からなる第２の垂直転送電極群２３ｂとを備える。第１の垂直転送電極群２３ａと第２の垂直転送電極群２３ｂとは、垂直方向に沿って交互に繰り返し配置される。
【００３４】
また、同じく図２に示すように、第２の垂直転送部２４は、垂直転送電極Ｖ１ＢＣ，Ｖ２，Ｖ３ＢＣ，Ｖ４，Ｖ５ＢＣ，Ｖ６，Ｖ７ＢＣ，Ｖ８からなる第１の垂直転送電極群２４ａと、垂直転送電極Ｖ１ＢＤ，Ｖ２，Ｖ３ＢＤ，Ｖ４，Ｖ５ＢＤ，Ｖ６，Ｖ７ＢＤ，Ｖ８からなる第２の垂直転送電極群２４ｂとを備える。第１の垂直転送電極群２４ａと第２の垂直転送電極群２４ｂとは、垂直方向に沿って交互に繰り返し配置される。なお、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４のそれぞれを構成する各垂直転送電極に関し、１つの画素に対しては、２つの垂直転送電極が対応して配置される。
【００３５】
第１の垂直転送部２３が有する第１の垂直転送電極群２３ａおよび第２の垂直転送電極群２３ｂのそれぞれを構成する垂直転送電極のうち、垂直転送電極Ｖ１ＡＣ，Ｖ３ＡＣ，Ｖ５ＡＣ，Ｖ７ＡＣ，Ｖ１ＡＤ，Ｖ３ＡＤ，Ｖ５ＡＤ，Ｖ７ＡＤは、受光部２１に蓄積された信号電荷を読み出す読み出し電極として機能する。また、同じく第１の垂直転送電極群２３ａおよび第２の垂直転送電極群２３ｂのそれぞれを構成する垂直転送電極のうち、各電極群の垂直転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８は、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する転送電極として機能する。
【００３６】
同様に、第２の垂直転送部２４が有する第１の垂直転送電極群２４ａおよび第２の垂直転送電極群２４ｂのそれぞれを構成する垂直転送電極のうち、垂直転送電極Ｖ１ＢＣ，Ｖ３ＢＣ，Ｖ５ＢＣ，Ｖ７ＢＣ，Ｖ１ＢＤ，Ｖ３ＢＤ，Ｖ５ＢＤ，Ｖ７ＢＤは、受光部２１に蓄積された信号電荷を読み出す読み出し電極として機能する。また、同じく第１の垂直転送電極群２４ａおよび第２の垂直転送電極群２４ｂのそれぞれを構成する垂直転送電極のうち、各電極群の垂直転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８は、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する転送電極として機能する。
【００３７】
本実施形態の固体撮像素子１では、第１の垂直転送部２３を構成する垂直転送電極のうちの読み出し電極と、第２の垂直転送部２４を構成する垂直転送電極のうちの読み出し電極とには、異なる駆動パルスが印加される。このため、固体撮像素子１は、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４のそれぞれの読み出し電極に駆動パルスを印加するための電極配線を有する。
【００３８】
図３および図４に、本実施形態の固体撮像素子１が備える電極配線の構造を示す。図３および図４に示すように、固体撮像素子１は、垂直転送部２２を構成する読み出し電極に駆動パルスを印加するための電極配線として、第１読み出し用配線３１および第２読み出し用配線３２を有する。また、固体撮像素子１は、垂直転送部２２を構成する転送電極に駆動パルスを印加するための電極配線として、転送用配線３３を有する。これらの配線３１，３２，３３は、例えばアルミニウム等の金属により形成され、垂直転送部２２を構成する垂直転送電極の上側（半導体基板側と反対側）に配される。
【００３９】
第１読み出し用配線３１は、図３においてＡ列で示す第１の垂直転送部２３の読み出し電極である垂直転送電極Ｖ１ＡＣ，Ｖ３ＡＣ，Ｖ５ＡＣ，Ｖ７ＡＣ，Ｖ１ＡＤ，Ｖ３ＡＤ，Ｖ５ＡＤ，Ｖ７ＡＤに駆動パルスを印加するための配線である。第２読み出し用配線３２は、図３においてＢ列で示す第２の垂直転送部２４の読み出し電極である垂直転送電極Ｖ１ＢＣ，Ｖ３ＢＣ，Ｖ５ＢＣ，Ｖ７ＢＣ，Ｖ１ＢＤ，Ｖ３ＢＤ，Ｖ５ＢＤ，Ｖ７ＢＤに駆動パルスを印加するための配線である。つまり、第１読み出し用配線３１は、第１の垂直転送部２３（Ａ列）の読み出し電極である奇数の電極に駆動パルスを印加し、第２読み出し用配線３２は、第２の垂直転送部２４（Ｂ列）の読み出し電極である奇数の電極に駆動パルスを印加する。
【００４０】
また、転送用配線３３は、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４の転送電極である垂直転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８に共通して駆動パルスを印加するための配線である。つまり、転送用配線３３は、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４の偶数の電極である転送電極に駆動パルスを印加する。
【００４１】
図３に示すように、本実施形態の固体撮像素子１においては、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４の各転送部の読み出し電極である垂直転送電極Ｖ１ＡＣ，Ｖ１ＡＤ，Ｖ１ＢＣ，Ｖ１ＢＤは、垂直方向において同じ位置、つまり同じ行に位置する。同様にして、垂直転送電極Ｖ３ＡＣ，Ｖ３ＡＤ，Ｖ３ＢＣ，Ｖ３ＢＤは同じ行に位置し、垂直転送電極Ｖ５ＡＣ，Ｖ５ＡＤ，Ｖ５ＢＣ，Ｖ５ＢＤは同じ行に位置し、垂直転送電極Ｖ７ＡＣ，Ｖ７ＡＤ，Ｖ７ＢＣ，Ｖ７ＢＤは同じ行に位置する。また、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４の垂直転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８も、それぞれ互いに同じ行に位置する。このような電極の配置構成において、固体撮像素子１が有する第１読み出し用配線３１、第２読み出し用配線３２、および転送用配線３３の各配線は、同じ行に位置する垂直転送電極に対して、同時に駆動パルスを印加する。
【００４２】
また、図３および図４に示すように、第１読み出し用配線３１、第２読み出し用配線３２、および転送用配線３３の３種類の配線は、垂直方向（図３において上下方向）について、偶数の電極、つまり垂直転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８のいずれかの電極の位置にて、水平方向に配される。
【００４３】
したがって、第１読み出し用配線３１、第２読み出し用配線３２、および転送用配線３３の３種類の配線は、行列状に配置される受光部２１の各行に対応して設けられる。つまり、上記のとおり１画素に対して２つの垂直転送電極が配置される構成において、３種類の配線３１，３２，３３は、垂直方向について、各行の受光部２１に対応して配置される垂直転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８の各電極の位置にて、水平方向に配される。
【００４４】
具体的には、本実施形態では、垂直転送部２２上において、第１読み出し用配線３１と転送用配線３３とが、下層側（半導体基板側）の配線として設けられ、これらの配線３１，３３に対して、第２読み出し用配線３２が、上層側（半導体基板側と反対側）の配線として設けられる。下層側の配線となる第１読み出し用配線３１および転送用配線３３と、上層側の配線となる第２読み出し用電極３２との間には、層間（隙間）が存在する。
【００４５】
また、第１読み出し用配線３１と転送用配線３３は、垂直方向（図３において上下方向）に間隔を隔てて配され、これらの配線３１，３３に対して、垂直方向について略中央の位置に、第２読み出し用電極３２が配される（図４参照）。したがって、３種類の配線３１，３２，３３は、図４に示す断面視で、略二等辺三角形の各頂点に位置するように配置される。なお、図４に示すように、第１読み出し用配線３１、第２読み出し用配線３２、および転送用配線３３の各配線の周囲には、互いの配線の間を電気的に分離する絶縁膜３４が存在する。
【００４６】
第１読み出し用配線３１は、垂直方向について信号電荷の転送方向の下流側に延出される垂直部３１ａを有し、この垂直部３１ａに、読み出し電極である垂直転送電極Ｖ１ＡＣ，Ｖ３ＡＣ，Ｖ５ＡＣ，Ｖ７ＡＣ，Ｖ１ＡＤ，Ｖ３ＡＤ，Ｖ５ＡＤ，Ｖ７ＡＤに電気的に接続されるためのコンタクト部３１ｂを有する。コンタクト部３１ｂは、例えばタングステン等により構成される。
【００４７】
図３には、垂直転送電極Ｖ２およびＶ４のそれぞれの行の並びに沿って配される第１読み出し用配線３１が示されている。図３に示すように、垂直転送電極Ｖ２上に配される（図３において上側の）第１読み出し用配線３１は、垂直部３１ａおよびコンタクト部３１ｂにより、垂直転送電極Ｖ３ＡＣ，Ｖ３ＡＤに電気的に接続される。また、同じく図３に示すように、垂直転送電極Ｖ４上に配される（図３において下側の）第１読み出し用配線３１は、垂直部３１ａおよびコンタクト部３１ｂにより、垂直転送電極Ｖ５ＡＣ，Ｖ５ＡＤに電気的に接続される。なお、図示は省略するが、垂直転送電極Ｖ１ＡＣ，Ｖ１ＡＤおよびＶ７ＡＣ，Ｖ７ＡＤについても同様に、それぞれ、垂直部３１ａおよびコンタクト部３１ｂを有する第１読み出し用配線３１により、互いに電気的に接続される。
【００４８】
第２読み出し用配線３２は、第１読み出し用配線３１と同様に、垂直方向について信号電荷の転送方向の下流側に延出される垂直部３２ａを有し、この垂直部３２ａに、読み出し電極である垂直転送電極Ｖ１ＢＣ，Ｖ３ＢＣ，Ｖ５ＢＣ，Ｖ７ＢＣ，Ｖ１ＢＤ，Ｖ３ＢＤ，Ｖ５ＢＤ，Ｖ７ＢＤに電気的に接続されるためのコンタクト部３２ｂを有する。そして、図３に示すように、垂直転送電極Ｖ２上に配される（図３において上側の）第２読み出し用配線３２は、垂直部３２ａおよびコンタクト部３２ｂにより、垂直転送電極Ｖ３ＢＣ，Ｖ３ＢＤに電気的に接続される。また、同じく図３に示すように、垂直転送電極Ｖ４上に配される（図３において下側の）第２読み出し用配線３２は、垂直部３２ａおよびコンタクト部３２ｂにより、垂直転送電極Ｖ５ＢＣ，Ｖ５ＢＤに電気的に接続される。なお、図示は省略するが、垂直転送電極Ｖ１ＢＣ，Ｖ１ＢＤおよびＶ７ＢＣ，Ｖ７ＢＤについても同様に、それぞれ、垂直部３２ａおよびコンタクト部３２ｂを有する垂直部第２読み出し用配線３２により、互いに電気的に接続される。
【００４９】
また、転送用配線３３は、その直下に位置する垂直転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８に電気的に接続されるためのコンタクト部３３ａを有する。コンタクト部３３ａは、例えばタングステン等により構成される。そして、図３に示すように、垂直転送電極Ｖ２上に配される（図３において上側の）転送用配線３３は、コンタクト部３３ａにより、垂直転送電極Ｖ２に電気的に接続される。また、同じく図３に示すように、垂直転送電極Ｖ４上に配される（図３において下側の）転送用配線３３は、コンタクト部３３ａにより、垂直転送電極Ｖ４に電気的に接続される。なお、図示は省略するが、垂直転送電極Ｖ６およびＶ８についても同様に、それぞれ、コンタクト部３３ａを有する転送用配線３３により、互いに電気的に接続される。
【００５０】
以上のように本実施形態の固体撮像素子１が備える第１読み出し用配線３１、第２読み出し用配線３２、および転送用配線３３の配線構成は、好ましい形態の一例であり、これに限定されるものではない。固体撮像素子１が備える３種類の配線の構成としては、各受光部２１の受光面に干渉して受光を妨げることなく、各配線の種類に応じて、各垂直転送部２２を構成する各電極に駆動パルスを印加することができるものであればよい。
【００５１】
［固体撮像素子の駆動動作］
以上のような構成を備える本実施形態の固体撮像素子１の駆動動作について、図５から図９を用いて説明する。以下に説明する固体撮像素子１の駆動動作は、動画モード時において行われる。なお、以下の説明では、固体撮像素子１の垂直転送部２２を構成する垂直転送電極を単に「電極」とする。固体撮像素子１は、上述したように受光部配列における２列毎に交互に配置される第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４を有し、これら第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４により、異なるタイミングで、受光部配列における互いに異なる行に位置する受光部２１の信号電荷を順次読み出す。
【００５２】
図５に、固体撮像素子１による駆動モードの読み出し画素を示す。図５において、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）で表わされる画素（受光部２１）のうち、着色表示された画素が、読み出し画素である。図５に示すように、固体撮像素子１は、駆動モードとして、４／８ライン読み出しモードにより、信号電荷の読み出しを行う。
【００５３】
具体的には、図５に示すように、Ａ列に対応する第１の垂直転送部２３においては、第２の垂直転送電極群２３ｂにおける電極Ｖ３，Ｖ４、および電極Ｖ７，Ｖ８のそれぞれに対応するＲ（赤）およびＧ（緑）の画素の読み出しが行われる。また、Ｂ列に対応する第２の垂直転送部２４においては、第１の垂直転送電極群２４ａにおける電極Ｖ１，Ｖ２、および電極Ｖ５，Ｖ６のそれぞれに対応するＧ（緑）およびＢ（青）の画素の読み出しが行われる。
【００５４】
図５に示す例では、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４それぞれが有する第１の垂直転送電極群２３ａ（２４ａ）と第２の垂直転送電極群２３ｂ（２４ｂ）とからなる８行のラインのうち、信号電荷の転送方向に沿って順に第１〜８行とした場合、第１の垂直転送部２３においては、第６行目と８行目の画素の読み出しが行われ、第２の垂直転送部２４においては、第１行目と第３行目の画素の読み出しが行われる。
【００５５】
そして、第１の垂直転送部２３と第２の垂直転送部２４とは、互いに異なるタイミングで信号電荷の読み出しを行う。まず、第１の垂直転送部２３による信号電荷の読み出しが行われた後、次に、第２の垂直転送部２４による信号電荷の読み出しが行われる。
【００５６】
図５に示すような読み出しモードにおける具体的な固体撮像素子１の駆動動作の一例について、図６から図９を用いて説明する。なお、図６から図９においては、固体撮像素子１を構成する各画素から読み出される信号電荷の位置および動きを、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色毎に異なる着色部分で表示する。
【００５７】
図６は、信号電荷の読み出し前の状態を示す。すなわち、図６に示す状態は、各画素を構成する受光部２１において、光電変換により生成された信号電荷が蓄積された状態である。本例の駆動動作の説明においては、図６に示す画素のうち、着色表示した画素からの読み出しが行われる。
【００５８】
具体的には、図６に示す例では、上記のような８行のラインのうち、第１の垂直転送部２３においては、第１の垂直転送電極群２３ａの電極Ｖ３，Ｖ４に対応する第２行目、および同じく第１の垂直転送電極群２３ａの電極Ｖ７，Ｖ８に対応する第４行目に位置するＲ（赤）およびＧ（緑）の画素の読み出しが行われる。同様に、第２の垂直転送部２４においては、第２の垂直転送電極群２４ｂの電極Ｖ１，Ｖ２に対応する第５行目、および同じく第２の垂直転送電極群２４ｂの電極Ｖ５，Ｖ６に対応する第７行目に位置するＧ（緑），Ｂ（青）の画素の読み出しが行われる。
【００５９】
図６に示す状態から、まず、第１の垂直転送部２３における画素の読み出しが行われる。すなわち、図７に示すように、第１の垂直転送部２３の第１の垂直転送電極群２３ａにおいて、電極Ｖ３，Ｖ４、および電極Ｖ７，Ｖ８のそれぞれに対応するＲ（赤）およびＧ（緑）の画素を構成する受光部２１に蓄積されている信号電荷が、第１の垂直転送部２３を構成する電極側に読み出される。ここで、電極Ｖ３，Ｖ４に対応する画素については、読み出し電極としての電極Ｖ３ＡＣにより信号電荷が読み出され、電極Ｖ７，Ｖ８に対応する画素については、同じく読み出し電極としての電極Ｖ７ＡＣにより信号電荷が読み出される（図２参照）。図７に示すように、第１の垂直転送部２３において読み出された信号電荷は、第１の垂直転送電極群２３ａの電極Ｖ３〜Ｖ７に位置する。
【００６０】
図８に示すように、第１の垂直転送部２３において読み出された信号電荷は、第１の垂直転送部２３を構成する電極によって垂直方向に転送される。この第１の垂直転送部２３における信号電荷の転送は、第１の垂直転送部２３の次に信号電荷の読み出しを行う第２の垂直転送部２４により信号電荷が読み出されるタイミングの前に行われる。また、第１の垂直転送部２３において読み出された信号電荷は、第２の垂直転送部２４において信号電荷が読み出される画素と同一行の位置まで転送される。
【００６１】
本例の場合、第１の垂直転送部２３において読み出された信号電荷は、第２の垂直転送部２４において信号電荷が読み出される画素と同一行の位置として、第２の垂直転送電極群２３ｂの電極Ｖ１〜Ｖ５の位置まで転送される。この第２の垂直転送電極群２３ｂの電極Ｖ１〜Ｖ５の位置は、第２の垂直転送部２４において信号電荷が読み出される第２の垂直転送電極群２４ｂの電極Ｖ１〜Ｖ５の位置に対応する。つまり、第１の垂直転送部２３において読み出された信号電荷は、第１の垂直転送部２３の次に信号電荷の読み出しを行う第２の垂直転送部２４において信号電荷が読み出される位置と同一の電極位置まで転送される。
【００６２】
このように第１の垂直転送部２３において読み出された信号電荷が第２の垂直転送部２４における読み出し画素の位置まで転送された後、第２の垂直転送部２４における画素の読み出しが行われる。すなわち、図９に示すように、第２の垂直転送部２４の第２の垂直転送電極群２４ｂにおいて、電極Ｖ１，Ｖ２、および電極Ｖ５，Ｖ６のそれぞれに対応するＧ（緑）およびＢ（青）の画素を構成する受光部２１に蓄積されている信号電荷が（図８参照）、第２の垂直転送部２４を構成する電極側に読み出される。ここで、電極Ｖ１，Ｖ２に対応する画素については、読み出し電極としての電極Ｖ１ＢＤにより信号電荷が読み出され、電極Ｖ５，Ｖ６に対応する画素については、同じく読み出し電極としての電極Ｖ５ＢＤにより信号電荷が読み出される（図２参照）。図９に示すように、第２の垂直転送部２４において読み出された信号電荷は、第２の垂直転送電極群２４ｂの電極Ｖ１〜Ｖ５に位置する。
【００６３】
そして、図９に示すように、第１の垂直転送部２３において読み出された信号電荷および第２の垂直転送部２４により読み出された信号電荷が同じ行の位置に揃った状態から、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４それぞれにおいて、信号電荷が、垂直転送部２２の終端まで転送される。
【００６４】
垂直転送部２２により転送された信号電荷は、垂直転送部２２の最終段を構成する垂直水平転送部３、もしくは水平転送部４において水平画素加算によって加算され、水平転送部４によって水平方向に転送される。すなわち、第２の垂直転送部２４における信号電荷の読み出しが、第１の垂直転送部２３において読み出された信号電荷に対して同一ラインで行われることで、垂直水平転送部３もしくは水平転送部４における水平加算が行われる。
【００６５】
以上のように、本実施形態の固体撮像素子１においては、複数の垂直転送部２２は、第１の垂直転送部２３によって受光部２１に蓄積された信号電荷を読み出した後、第２の垂直転送部２４によって受光部２１に蓄積された信号電荷を読み出すタイミングまでに、第１の垂直転送部２３により、読み出した信号電荷を、第２の垂直転送部２４によって前記タイミングで信号電荷が読み出される受光部２１が位置する行まで転送する。そして、複数の垂直転送部２２は、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４による信号電荷の垂直方向における転送位置を合わせて、つまり信号電荷の転送の行を揃えて、垂直転送を行う。
【００６６】
このように、本実施形態の固体撮像素子１は、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４により、２列毎に異なる行の画素を２回に分けて読み出す駆動動作によって、各画素の読み出しを行う。すなわち、上述したような第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４による２段階の画素の読み出しおよび信号電荷の転送が、受光部配列における各行について所定の順序で行われることで、固体撮像素子１が有する複数の画素についての読み出しが行われる。
【００６７】
なお、本実施形態では、複数の垂直転送部２２の電極構成において、第１の垂直転送部２３がＡ列、第２の垂直転送部２４がＢ列に対応するが、第１の垂直転送部２３と第２の垂直転送部２４とが反対であってもよい。この場合、Ｂ列において読み出された信号電荷が、Ａ列における信号電荷の読み出し位置まで垂直転送された後、Ａ列における信号電荷の読み出しが行われる。
【００６８】
以上のような構成を備える本実施形態の固体撮像素子１によれば、動画モード時の出力ライン数を変えることなく、垂直転送部２２の取り扱い電荷量を増加させることができ、暗電流や暗時白線等の特性を容易に向上させることができる。このような効果が得られることについて、固体撮像素子において従来行われていた駆動動作の一例（以下「比較例」という）との比較により説明する。
【００６９】
図１０に、比較例の駆動モードの読み出し画素を示す。図５と同様に、図１０において、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）で表わされる画素（受光部）のうち、着色表示された画素が、読み出し画素である。
【００７０】
図１０に示すように、比較例は、駆動モードとして、４／８ライン読み出しモードにより、信号電荷の読み出しを行う。上述した本実施形態の駆動動作を「水平４／８画素読み出し」とした場合、比較例は、「水平８／８画素読み出し」と言える。すなわち、上述した本実施形態の駆動動作では、所定のタイミングで行われる画素の読み出しは、画素配列における８列のうち４列の画素について行われるが、比較例では、所定のタイミングで行われる画素の読み出しは、画素配列における８列のうち８列、つまり全列の画素について行われる。
【００７１】
図１０に示す比較例においては、２画素分の出力が、８電極で垂直転送される。言い換えると、比較例では、垂直転送部１２２による信号電荷の転送が、２画素あたり８電極が用いられて行われる。
【００７２】
そして、比較例では、各垂直転送部１２２において転送された２画素分の信号電荷が、垂直転送部１２２の最終段もしくは水平転送部において同色４画素加算によって加算される。つまり、各垂直転送部１２２において転送された２画素分の信号電荷が、４列にまたがって同色で４パケット分加算される。ここで、１パケットの信号電荷は、同一の列における２画素分の信号電荷に相当する。
【００７３】
図１０に示す画素配列の場合、例えば、Ｒ（赤）およびＧ（緑）の画素からなる４列の画素列に対応する４列の垂直転送部１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄのそれぞれにより転送されるＲ（赤）またはＧ（緑）の２画素分の信号電荷が、水平加算される。したがって、比較例の場合、画素加算数は、８画素となる。
【００７４】
以上のような比較例によれば、２画素分の出力を８電極で垂直転送しなければならず、垂直転送部１２２における取り扱い電荷量が不足することから、信号電荷の転送残しが発生し、垂直方向の信号混色が懸念される。また、垂直転送部１２２の取り扱い電荷量を確保するために、垂直転送部１２２における不純物プロファイルを、垂直転送部１２２の容量が増える方へ調整することが考えられるが、不純物プロファイルが容量の増える方へ調整されることで、暗電流や暗時白線の特性の悪化が懸念される。
【００７５】
一方、本実施形態の駆動動作によれば、１６電極で２画素分の出力が垂直転送される。言い換えると、本実施形態の駆動動作では、垂直転送部２２による信号電荷の転送が、２画素あたり１６電極が用いられて行われる。
【００７６】
そして、本実施形態の駆動動作では、各垂直転送部２２において転送された２画素分の信号電荷が、垂直転送部２２の最終段もしくは水平転送部４において同色２画素加算によって加算される。つまり、各垂直転送部２２において転送された２画素分の信号電荷が、２列にまたがって同色で２パケット分加算される。その分、本実施形態の駆動動作では、水平転送が２回行われる。
【００７７】
図５に示す画素配列の場合、例えば、図５においてＡ列で示すＲ（赤）およびＧ（緑）の画素からなる第１の垂直転送部２３のうちの２列の画素列に対応する２列の垂直転送部２３ｘ，２３ｙのそれぞれにより転送されるＲ（赤）またはＧ（緑）の２画素分の信号電荷が、水平加算される。また、例えば、図５においてＢ列で示すＧ（緑）およびＢ（青）の画素からなる第２の垂直転送部２４のうちの２列の画素列に対応する２列の垂直転送部２４ｘ，２４ｙのそれぞれにより転送されるＧ（緑）またはＢ（青）の２画素分の信号電荷が、水平加算される。したがって、本実施形態の駆動動作の場合、画素加算数は、４画素となる。
【００７８】
このように、本実施形態の駆動動作では、比較例との関係において、垂直方向および水平方向について交互に間引いて信号電荷の読み出しが行われる。以上のような本実施形態の駆動動作によれば、比較例と比べて、垂直転送部２２の取り扱い電荷量を２倍に増加させることができる。また、垂直転送部２２の取り扱い電荷量が増えることで、取り扱い電荷量の確保が容易となるので、垂直転送部２２の不純物プロファイルの設計において逆に垂直転送部２２の容量を減らすことが可能となる。これにより、不純物プロファイルについて、暗電流や暗時白線等の特性に対して良い条件を選択することが可能となる。
【００７９】
また、図１１に、上述したような本実施形態の固体撮像素子１による読み出し画素に対応する出力画像４０を示す。図１１では、便宜上、出力画像４０を構成する画素の色をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）で示している。
【００８０】
本実施形態の駆動動作では、上述したように、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４それぞれ２列毎に、異なる行から信号電荷の読み出しを行う。そして、固体撮像素子１は、２列毎に異なる行から読み出した信号電荷を、垂直方向に補間するように画像の生成を行う。これにより、出力画像４０に示すように、本実施形態の駆動動作によれば、本実施形態の固体撮像素子１における受光部配列に応じて、ベイヤ配列に対応した画像が出力される。
【００８１】
本実施形態の駆動動作の場合、水平８／８画素読み出しである比較例との比較において、水平加算画素数は１／２となるが、水平方向および垂直方向ともに出力ライン数は変わらない。つまり、本実施形態の駆動動作および比較例いずれの場合であっても、出力イメージは、出力画像４０で共通する。このように、本実施形態の駆動動作によれば、比較例との関係において、動画モード時の垂直出力ライン数および水平出力ライン数を維持することができる。
【００８２】
次に、固体撮像素子１が備える垂直水平転送部３および水平転送部４の詳細な構成について説明する。図１２に、垂直水平転送部３および水平転送部４の詳細な構成を示す。
【００８３】
図１２に示すように、垂直水平転送部３は、複数の垂直転送部２２の終端に臨む第１の電極群５１と、第１の電極群５１と水平転送部４との間に設けられる第２の電極群５２とを有する。第１の電極群５１および第２の電極群５２は、いずれも、複数の垂直転送部２２全体に対して水平方向に沿って設けられる。
【００８４】
第１の電極群５１は、信号電荷の蓄積部として機能するものであり、垂直転送部２２の２列毎に、転送電極Ｖ１とストレージ電極ＳＴ１またはＳＴ２とを所定の順番に配置させる。図１２に示す例では、左側の８列の画素配列に対しては、２列に並ぶ第１の垂直転送部２３の各列に対応して、転送電極Ｖ１またはストレージ電極ＳＴ１が設けられ、２列に並ぶ第２の垂直転送部２４の各列に対応して、転送電極Ｖ１またはストレージ電極ＳＴ２が設けられる。また、右側の８列の画素配列に対しては、２列に並ぶ第１の垂直転送部２３の各列に対応して、転送電極Ｖ１またはストレージ電極ＳＴ２が設けられ、２列に並ぶ第２の垂直転送部２４の各列に対応して、転送電極Ｖ１またはストレージ電極ＳＴ１が設けられる。
【００８５】
第２の電極群５２は、垂直転送部２２の２列毎に、ＬＶ電極ＬＶ１Ａ，ＬＶ２Ａ，ＬＶ１Ｂ，ＬＶ２Ｂを所定の順番に配置させる。図１２に示す例では、左側の８列の画素配列に対しては、２列の第１の垂直転送部２３に対応してＬＶ電極ＬＶ１Ａが設けられ、２列の第２の垂直転送部２４に対応してＬＶ電極ＬＶ２Ａが設けられている。また、右側の８列の画素配列に対しては、２列の第１の垂直転送部２３に対応してＬＶ電極ＬＶ２Ｂが設けられ、２列の第２の垂直転送部２４に対応してＬＶ電極ＬＶ１Ｂが設けられている。
【００８６】
水平転送部４は、垂直転送部２２の２列毎に、２種類の水平転送電極Ｈ１，Ｈ２を交互に配置させる。つまり、上述したように２相駆動の水平転送部４には、水平転送電極Ｈ１，Ｈ２に対して２相のクロック・パルスＨφ１，Ｈφ２が印加される。ただし、水平転送部４は、２相駆動に限定されず、例えば３相駆動や４相駆動等であってもよい。
【００８７】
以上のような構成を有する垂直水平転送部３および水平転送部４を備える固体撮像素子１においては、垂直転送部２２により垂直転送された信号電荷が、所定のタイミングで垂直水平転送部３の第１の電極群５１の転送電極Ｖ１およびストレージ電極ＳＴ１，ＳＴ２に転送される。第１の電極群５１に転送された信号電荷は、所定のタイミングで第１の電極群５１の駆動によって第２の電極群５２の各ＬＶ電極に転送される。そして、第２の電極群５２に転送された信号電荷は、第２の電極群５２の駆動により、水平転送部４に転送される。
【００８８】
このような信号電荷の転送を行う本実施形態の固体撮像素子１は、水平画素加算に際し、第２の電極群５２において、ＬＶ電極を８画素単位（８列単位）で分離することで、水平加算を行う。
【００８９】
図１２に示す例では、固体撮像素子１は、第２の電極群５２を構成するＬＶ電極のうち、左側の８列の画素配列に対応するＬＶ電極ＬＶ１Ａ，ＬＶ２Ａの組み合わせの部分（符号ｂ１参照）と、右側の８列の画素配列に対応するＬＶ電極ＬＶ１Ｂ，ＬＶ２Ｂの組み合わせの部分（符号ｂ２参照）とで第２の電極群５２を分離し、各部分で水平画素加算を行う。
【００９０】
以上のように、本実施形態の固体撮像素子１は、複数の垂直転送部２２と水平転送部４との間に、複数の垂直転送部２２により転送された信号電荷を水平転送部４へ転送する垂直水平転送部３をさらに備え、垂直転送部２２によって信号電荷を転送した後、垂直水平転送部３にて信号電荷を加算する。このように、上述したような垂直転送部２２における信号の間引きに加えて、垂直水平転送部３における８列単位での画素加算を行うことで、高フレームレートの出力を行うことが可能となる。
【００９１】
図１３から図１５に、本実施形態の固体撮像素子１の駆動動作についてのタイミングチャートを示す。図１３に示すタイミングチャートは、４／８ライン読み出しモードにおける垂直転送部２２による信号電荷の垂直転送を示す。
【００９２】
図１３に示すタイミングチャートにおいて、一点鎖線で囲む符号Ｔ１で示す部分は、上述した本実施形態の駆動動作において第１の垂直転送部２３において読み出された信号電荷が、第２の垂直転送部２４における信号電荷の読み出し位置まで転送される際の垂直転送を示す。
【００９３】
図１３に示す例では、符号Ｔ２で示す部分は、第２の垂直転送部２４の第１の垂直転送電極群２４ａの１つである電極Ｖ３ＢＣ（図２参照）による信号電荷の読み出しを示す。また、符号Ｔ３で示す部分は、第２の垂直転送部２４の第１の垂直転送電極群２４ａの１つである電極Ｖ７ＢＣ（図２参照）による信号電荷の読み出しを示す。このように電極Ｖ３ＢＣおよび電極Ｖ７ＢＣにより読み出された信号電荷が、上述した符号Ｔ１で示す部分において、垂直転送される。
【００９４】
その後、図１３において符号Ｔ４および符号Ｔ５で示すように、第１の垂直転送部２３の第２の垂直転送電極群２３ｂの１つである電極Ｖ１ＡＤ（図２参照）による信号電荷の読み出しと、同じく第２の垂直転送電極群２３ｂの１つである電極Ｖ５ＡＤ（図２参照）による信号電荷の読み出しが、順に行われる。
【００９５】
このように、本実施形態の駆動動作においては、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４のうちの一方による信号電荷の読み出しが行われた後、第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４のうちの他方による信号電荷の読み出しの位置まで信号電荷の垂直転送が行われる。
【００９６】
図１４および図１５は、４／８ライン読み出しモードにおいて水平同期が行われる場合のタイミングチャートである。図１４のタイミングチャートにおいて、一点鎖線で囲む符号Ｔ６で示す部分は、垂直転送部２２としての第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４を構成する各電極群による、２パケット分の信号電荷の垂直転送を示す。上述した本実施形態の駆動動作においては、例えば、第１の垂直転送部２３において第１の垂直転送電極群２３ａの電極Ｖ３，Ｖ４に対応する第２行目、および同じく第１の垂直転送電極群２３ａの電極Ｖ７，Ｖ８に対応する第４行目に位置するＲ（赤）およびＧ（緑）の画素に対応する信号電荷が、２パケット分の信号電荷として垂直転送される（図６、図７参照）。
【００９７】
図１４のタイミングチャートにおいて、一点鎖線で囲む符号Ｔ７で示す部分は、上述した本実施形態の駆動動作において水平転送を２回に分けて行ううちの１回目の転送用の、垂直水平転送部３における信号電荷の転送を示す。符号Ｔ７で示す部分に関し、ＬＶ１電極は、垂直水平転送部３の第２の電極群５２を構成するＬＶ電極の１つであり、ＶＯＧ１電極は、垂直水平転送部３と水平転送部４との間に出力ゲート領域として設けられるＶＯＧ部を構成する電極である。ＶＯＧ部は、電圧印加による駆動によって、垂直水平転送部３から水平転送部４に信号電荷を転送させる機能を有する。
【００９８】
図１５に示すタイミングチャートにおいて、一点鎖線で囲む符号Ｔ８で示す部分は、上述した本実施形態の駆動動作において水平転送を２回に分けて行ううちの２回目の転送用の、垂直水平転送部３における信号電荷の転送を示す。符号Ｔ８で示す部分に関し、ＬＶ２電極は、垂直水平転送部３の第２の電極群５２を構成するＬＶ電極の１つであり、ＶＯＧ２電極は、上述したＶＯＧ部を構成する電極である。
【００９９】
［固体撮像装置の構成］
以下では、本実施形態の固体撮像素子１を備える固体撮像装置６０について、図１６を用いて説明する。本実施形態に係る固体撮像装置６０は、例えば、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、デジタルビデオカメラ、携帯電話器等に内蔵されるカメラユニット等において、撮像装置モジュールを構成する。
【０１００】
固体撮像装置６０は、本実施形態に係る固体撮像素子１と、固体撮像素子１を所定のタイミングで駆動するための駆動信号を生成するタイミングジェネレータ６１とを備える。タイミングジェネレータ６１は、固体撮像素子１を駆動するための各種のパルス信号を生成する機能と、生成したパルス信号を、固体撮像素子１を駆動するためのドライブパルスに変換するドライバとしての機能とを有する。また、固体撮像装置６０は、タイミングジェネレータ６１等に電源を供給するバッテリ等の電源部、撮像により生成した画像データ等を記憶する記憶部、装置全体を制御する制御部等を有する。
【０１０１】
本実施形態では、固体撮像素子１が有する電源部、記憶部、および制御部を構成する回路は、固体撮像素子１とは別回路（別チップ）として設けられる。ただし、これらの各部を構成する回路は、固体撮像素子１と同一のチップに設けたり、複数のチップに機能を分割して設けたりしてもよい。
【０１０２】
タイミングジェネレータ６１は、固体撮像素子１が備える垂直転送部２２を駆動する４相駆動パルスを固体撮像素子１に入力する。つまり、タイミングジェネレータ６１は、垂直転送部２２を構成する各電極、つまり第１の垂直転送部２３および第２の垂直転送部２４のそれぞれを構成する第１の垂直転送電極群２３ａ（２４ａ）および第２の垂直転送電極群２３ｂ（２４ｂ）の各電極に、駆動電圧としての８相のクロック・パルスＶφ１，Ｖφ２，Ｖφ３，Ｖφ４，Ｖφ５，Ｖφ６，Ｖφ７，Ｖφ８を、各電極に独立して供給・印加する。
【０１０３】
固体撮像素子１は、タイミングジェネレータ６１からのクロック・パルスＶφ１〜Ｖφ８の入力を独立して受けるための入力部６２を有する。すなわち、入力部６２は、クロック・パルスＶφ１〜Ｖφ８のそれぞれが入力される信号入力端子を有する。
【０１０４】
入力部６２に入力されるクロック・パルスＶφ１〜Ｖφ８は、バスラインや所定の配線等を介して、各垂直転送部２２を構成する各垂直転送電極に印加される。この８相のクロック・パルスＶφ１〜Ｖφ８の大きさとタイミングが、固体撮像素子１が有する制御部によって適切に制御されることにより、各受光部２１から垂直転送部２２に読み出された信号電荷が、垂直転送部２２の電極の並びに従って転送される。
【０１０５】
タイミングジェネレータ６１は、固体撮像素子１が備える水平転送部４を駆動する２相駆動パルスを固体撮像素子１に入力する。つまり、タイミングジェネレータ６１は、水平転送部４を構成する２種類の水平転送電極Ｈ１，Ｈ２に、駆動電圧としての２相のクロック・パルスＨφ１，Ｈφ２を供給・印加する。
【０１０６】
固体撮像素子１は、タイミングジェネレータ６１からのクロック・パルスＨφ１，Ｈφ２の入力を独立して受けるための入力部６３を有する。すなわち、入力部６３は、クロック・パルスＨφ１，Ｈφ２のそれぞれが入力される信号入力端子を有する。
【０１０７】
入力部６３に入力されるクロック・パルスＨφ１，Ｈφ２は、バスラインや所定の配線等を介して、水平転送部４を構成する各水平転送電極Ｈ１，Ｈ２に印加される。この２相のクロック・パルスＨφ１，Ｈφ２の大きさとタイミングが、固体撮像素子１が有する制御部によって適切に制御されることにより、垂直転送部２２から水平転送部４に転送された信号電荷が、水平方向に転送される。
【０１０８】
以上のような構成を備える本実施形態の固体撮像装置６０においては、タイミングジェネレータ６１が、固体撮像素子１を駆動するための駆動信号を生成する駆動部として機能する。そして、本実施形態の固体撮像素子１を備える固体撮像装置６０によれば、動画モード時の出力ライン数を変えることなく、垂直転送部２２の取り扱い電荷量を増加させることができ、暗電流や暗時白線等の特性を容易に向上させることができる。
【０１０９】
以上説明した本実施形態の固体撮像素子１において、固体撮像素子１が備える転送部（転送レジスタ）の信号電荷の転送方向等に関して用いる「垂直」、「水平」の語は、慣用的に用いられる語であり、固体撮像素子１が備える転送部による信号電荷の転送方向の方向性を限定するものではない。すなわち、例えば垂直転送部２２による信号電荷の転送方向を「第１の方向」とした場合、水平転送部４による信号電荷の転送方向は、第１の方向に直交する「第２の方向」ということができる。
【符号の説明】
【０１１０】
１    固体撮像素子
２    撮像領域
３    垂直水平転送部
４    水平転送部
５    出力部
２１  受光部
２２  垂直転送部
２３  第１の垂直転送部
２４  第２の垂直転送部
３１  第１読み出し用配線
３２  第２読み出し用配線
３３  転送用配線
６０  固体撮像装置
６１  タイミングジェネレータ（駆動部）
【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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【図１６】
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