(57)【要約】【課題】転送クロックを高速化することなく、かつ並列処理のための複数の出力アンプ部を用いることなく、複数出力アンプ部の設置によるチップ面積の増加を抑える微細加工技術も必要なく、撮像の高速化を実現する。【解決手段】左右の各領域に分割した水平転送部３１，３２をそれぞれ独立して駆動させ、水平転送されてきた各信号電荷を、水平転送部３１，３２間に設けられた一つの出力部で電圧信号に変換するため、各垂直転送部２から片側の水平転送部３１，３２の一方側に信号電荷を電荷転送する水平ブランキングタイム中に、水平転送部３１，３２の他方側で水平転送を行い、各信号電荷を信号電圧に順次変換することができる。つまり、従来のように水平ブランキングタイム中に水平転送を停止する期間がない分だけ高速電荷転送が可能となる。【選択図】図１
2012019493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を信号電荷に光電変換して蓄積する複数のセンサ部がマトリックス状に配列され、該複数のセンサ部の垂直方向の配列に沿って複数の垂直転送部が配設され、該複数の垂直転送部の一端部側に水平転送部が配設された固体撮像素子において、
該水平転送部は、均等または不均等に２分割され、該複数の垂直転送部から垂直方向に電荷転送されてきた各信号電荷を受け取って、互いに逆方向の水平方向に電荷転送する第１および第２水平転送部を有し、該第１および第２水平転送部の間に、該第１および第２水平転送部から順次電荷転送されてきた各信号電荷を検出して電圧信号に順次変換する出力部を有する固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１水平転送部は第１領域の複数のセンサ部の各信号電荷を各垂直転送部から受け取って前記出力部に電荷転送し、第２水平転送部は第２領域の複数のセンサ部の各信号電荷を各垂直転送部から受け取って該出力部に電荷転送する請求項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の最終段に設けられ、該複数の垂直転送部によって電荷転送されてきた各信号電荷を前記第１および第２水平転送部にそれぞれ独立して電荷転送させるタイミング制御部を有する請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記タイミング制御部は、第１領域の各垂直転送部から前記第１水平転送部への信号電荷の電荷転送タイミングを制御すると共に、第２領域の各垂直転送部から前記第２水平転送部への信号電荷の電荷転送タイミングを制御する請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記複数のセンサ部が配列された撮像領域が第１領域と第２領域に２分割され、
前記第２水平転送部で信号電荷を水平方向に電荷転送する間に、該第１領域の複数の垂直転送部によって電荷転送させてきた各信号電荷を、前記第１水平転送部に電荷転送し、
該第２水平転送部による電荷転送が終了した後に、該第１水平転送部で信号電荷を水平方向に電荷転送する間に、該第２領域の複数の垂直転送部によって電荷転送されてきた各信号電荷を、該第２水平転送部に電荷転送する請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記第１および第２水平転送部は、第１領域および第２領域で独立した水平転送クロックにより独立して駆動する請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記出力部は、前記第１および第２水平転送部から順次電荷転送されてきた各信号電荷を同じ出力部で信号電圧に変換する請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記２分割が左右に不均等である場合に、第１領域が第２領域に比べて短くなるように該第１領域と該第２領域に分割されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記第１領域と前記第２領域の各水平方向画素数に対応して、前記第１水平転送部を前記第２水平転送部に比べて短くする程度は、前記複数の垂直転送部から該第１水平転送部に信号電荷を垂直転送するのに要する時間に基づいて決定する請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記第１水平転送部の水平方向画素数は、前記複数の垂直転送部から該第１水平転送部に信号電荷を垂直転送するのに要する時間に相当する水平転送画素数とする請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
複数のセンサ部から読み出された信号電荷を複数の垂直転送部により垂直方向に電荷転送し、タイミング制御部の制御クロックのうち、一方の制御クロックのみをオンにして、各垂直転送部の最終段に保持させていた第１領域の水平１ライン分の各信号電荷を該第１領域の第１水平転送部に移動させると共に、第２領域の第２水平転送部による水平方向の電荷転送を行い、この電荷転送された各信号電荷を出力部により信号電圧に順次変換する第１ステップと、
該第２水平転送部による水平電荷転送が終わった後に、該第１領域の第１水平転送部による水平方向の電荷転送を行い、この電荷転送された各信号電荷は出力部により信号電圧に順次変換すると共に、該タイミング制御部の制御クロックのうち、他方の制御クロックのみをオンにして、各垂直転送部の最終段に保持させていた該第２領域の水平１ライン分の各信号電荷を該第２領域の第２水平転送部に移動させる第２ステップとを有し、該第１ステップおよび該第２ステップを繰り返す固体撮像素子の電荷転送方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその電荷転送方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）などのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の固体撮像素子は、光電変換素子が２次元状でマトリクス状に配列されたＣＣＤイメージャーやＣＭＯＳイメージャーなどの固体撮像デバイスである。
【０００３】
図６は、従来のＣＣＤ固体撮像素子の概略構成例を示す平面図である。
【０００４】
図６において、従来のＣＣＤ固体撮像素子１００は、半導体基板上に、それぞれ撮像画素を構成する複数のセンサ部１０１を２次元状でマトリクス状に配列すると共に、各センサ部１０１の垂直方向の配列に沿って複数の垂直転送部１０２を設け、さらに、各垂直転送部１０２の一方の端部の外側に水平転送部１０３を設けている。
【０００５】
各センサ部１０１は、例えばフォト・ダイオードの構成を有しており、受光面から入射した光をその光量に応じた信号電荷に変換する受光部を構成する。
【０００６】
垂直転送部１０２では、この各センサ部１０１に蓄積された信号電荷を読出してゲート部を通して取り込んで垂直方向に順次電荷転送する。
【０００７】
水平転送部１０３では、複数の垂直転送部１０２からの信号電荷を水平方向に電荷転送し、水平転送部１０３の終端にあるアウトプットゲート部１０４を経由して出力部１０５に信号電荷を運ぶ。
【０００８】
出力部１０５は、水平転送部１０３からの信号電荷を検出して電圧信号に変換し、撮像信号として出力するものである。出力部１０５は、水平転送部１０３からの信号電荷を検出するための電荷検出部１０６と、この電荷検出部１０６における検出電荷を水平転送クロックに応じてリセットし、クロックに同期した撮像信号を生成するためのリセットゲート部１０７を有している。
【０００９】
上述のような従来のＣＣＤ固体撮像素子１００においては、画素数と転送クロック（水平転送駆動周波数）を決めると、単位時間当たりに得られる画像の枚数が決定する。これは、通常、映像信号の規格に準じたものである。例えば、ＮＴＳＣフォーマットの場合、６０フィールド／ｓｅｃ（３０フレーム／ｓｅｃ）である。しかし、場合によっては、これよりも多くの画像を撮像したい場合がある。例えば、動きの早い物体を撮像する場合に、１秒間に撮像するフレーム数を増やすことで、スローモーションにしたときの動きがより滑らかなものにすることができる。
【００１０】
図７は、図６の垂直転送部１０２および水平転送部１０３の駆動信号波形図である。
【００１１】
図６の垂直転送部１０２は、図７に示す駆動信号ΦＶ１〜ΦＶ４により４相駆動されて信号電荷を水平転送部１０３側に電荷転送する。また、図６の水平転送部１０３は、図７に示す駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２により２相駆動されて、複数の垂直転送部１０２からの各信号電荷を一方端部側のアウトプットゲート部１０４に電荷転送する。
【００１２】
高速撮像を行う方法が特許文献１に提案されている。
【００１３】
図８は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置における撮像素子の構成例を示す平面図である。
【００１４】
図８において、従来の固体撮像素子２００は、高速撮像を行うために、ＣＣＤを用いた４ブロックの並列出力構成としている。従来の固体撮像素子２００は、インプットソース（ＩＳ）２０１と、マーカ信号生成部２０２と、マーカ電荷蓄積部（キャパシタ）２０４と、撮像部２０３をなすブロックＡ〜Ｄと、水平ＣＣＤ２１０〜２１３と、読み出しアンプ（信号電荷検出部）２３０とから構成される。
【００１５】
マーカ信号生成部２０２は、マーカ電荷蓄積部２０４と垂直ＣＣＤ２０５，２０６から構成される。インプットソース２０１は所要量の電荷をマーカ信号生成部２０２へ供給するためのマーカ信号源であり、マーカ信号生成部２０２において隣接するブロックの境界でマーカ信号を生成し、生成したマーカ信号を隣接する２つのブロックに周期的に振り分ける。
【００１６】
マーカ信号生成部２０２の垂直ＣＣＤ２０５，２０６の上端にｐｎ接合で形成されたインプットソース２０１を設け、一方の不純物層への印加電圧を制御することで、垂直ＣＣＤ２０５，２０６に流し込む電荷量をコントロールする。ブロックＡとブロックＢとの境界の撮像部２０３に近いマーカ信号生成部２０２においては、撮像部２０３のＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）に相当するマーカ電荷蓄積部２０４を用いて、一度、マーカ信号を蓄え、次に、これをフィールド単位、あるいはフレーム単位にて、左右のブロックに交互に読み出すようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００２−３３０３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ところで、上述のような従来のＣＣＤ固体撮像素子１００において、高速撮像を行なう方法として、従来より、例えば転送クロックを高速化したり、信号電荷を転送する水平転送部１０３の転送チャネルを複数配置して多チャネル化したりする方法が用いられている。
【００１９】
しかし、転送クロックを高速化する方法では、消費電力が高くなるという問題があった。
【００２０】
一方、転送チャネルを複数設ける方法としては、出力アンプ部を複数設け、各出力アンプ部からの複数の出力信号を用いる方法や、出力部の前段で転送チャネルを単チャネル化し、各転送チャネルで信号電荷を高速で転送し、高周波の出力信号を得る方法が用いられている。しかし、前者の出力アンプ部を複数設ける方法では、従来の固体撮像素子２００において、複数の電荷検出部２３０を用いることになるため、異なる電荷検出部２３０間の変換効率差などが生じ易く、製造上のばらつきによる影響に弱いという問題を有していた。
【００２１】
また、後者の転送チャネルを出力部の前段で単チャネル化する方法では、転送チャネルを多チャネル化しているにもかかわらず、転送クロックを高速化しなければならないという問題があった。
【００２２】
さらに、前者、後者共にチャネルを並列に配置するために、チップ面積が大きくなるのを避けることができない。
【００２３】
これを避ける方法として、垂直転送配線のピッチを途中から狭くする手法が、特許文献１の従来の固体撮像素子２００に述べられているが、微細加工技術を必要とし、歩留りの低下が避けられない。
【００２４】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、転送クロックを高速化することなく、かつ並列処理のための複数の出力アンプ部を用いることなく、複数出力アンプ部の設置によるチップ面積の増加を抑える微細加工技術も必要なく、撮像の高速化を実現することができる固体撮像素子およびその電荷転送方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器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】
【００２５】
本発明の固体撮像素子は、入射光を信号電荷に光電変換して蓄積する複数のセンサ部がマトリックス状に配列され、該複数のセンサ部の垂直方向の配列に沿って複数の垂直転送部が配設され、該複数の垂直転送部の一端部側に水平転送部が配設された固体撮像素子において、該水平転送部は、均等または不均等に２分割され、該複数の垂直転送部から垂直方向に電荷転送されてきた各信号電荷を受け取って、互いに逆方向の水平方向に電荷転送する第１および第２水平転送部を有し、該第１および第２水平転送部の間に、該第１および第２水平転送部から順次電荷転送されてきた各信号電荷を検出して電圧信号に順次変換する出力部を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記第１水平転送部は第１領域の複数のセンサ部の各信号電荷を各垂直転送部から受け取って前記出力部に電荷転送し、第２水平転送部は第２領域の複数のセンサ部の各信号電荷を各垂直転送部から受け取って該出力部に電荷転送する。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における複数の垂直転送部の最終段に設けられ、該複数の垂直転送部によって電荷転送されてきた各信号電荷を前記第１および第２水平転送部にそれぞれ独立して電荷転送させるタイミング制御部を有する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるタイミング制御部は、第１領域の各垂直転送部から前記第１水平転送部への信号電荷の電荷転送タイミングを制御すると共に、第２領域の各垂直転送部から前記第２水平転送部への信号電荷の電荷転送タイミングを制御する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記複数のセンサ部が配列された撮像領域が第１領域と第２領域に２分割され、前記第２水平転送部で信号電荷を水平方向に電荷転送する間に、該第１領域の複数の垂直転送部によって電荷転送させてきた各信号電荷を、前記第１水平転送部に電荷転送し、該第２水平転送部による電荷転送が終了した後に、該第１水平転送部で信号電荷を水平方向に電荷転送する間に、該第２領域の複数の垂直転送部によって電荷転送されてきた各信号電荷を、該第２水平転送部に電荷転送する。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記第１および第２水平転送部は、第１領域および第２領域で独立した水平転送クロックにより独立して駆動する。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における出力部は、前記第１および第２水平転送部から順次電荷転送されてきた各信号電荷を同じ出力部で信号電圧に変換する。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における２分割が左右に不均等である場合に、第１領域が第２領域に比べて短くなるように該第１領域と該第２領域に分割されている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記第１領域と前記第２領域の各水平方向画素数に対応して、前記第１水平転送部を前記第２水平転送部に比べて短くする程度は、前記複数の垂直転送部から該第１水平転送部に信号電荷を垂直転送するのに要する時間に基づいて決定する。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第１水平転送部の水平方向画素数は、前記複数の垂直転送部から該第１水平転送部に信号電荷を垂直転送するのに要する時間に相当する水平転送画素数とする。
【００３５】
本発明の固体撮像素子の電荷転送方法は、複数のセンサ部から読み出された信号電荷を複数の垂直転送部により垂直方向に電荷転送し、タイミング制御部の制御クロックのうち、一方の制御クロックのみをオンにして、各垂直転送部の最終段に保持させていた第１領域の水平１ライン分の各信号電荷を該第１領域の第１水平転送部に移動させると共に、第２領域の第２水平転送部による水平方向の電荷転送を行い、この電荷転送された各信号電荷を出力部により信号電圧に順次変換する第１ステップと、該第２水平転送部による水平電荷転送が終わった後に、該第１領域の第１水平転送部による水平方向の電荷転送を行い、この電荷転送された各信号電荷は出力部により信号電圧に順次変換すると共に、該タイミング制御部の制御クロックのうち、他方の制御クロックのみをオンにして、各垂直転送部の最終段に保持させていた該第２領域の水平１ライン分の各信号電荷を該第２領域の第２水平転送部に移動させる第２ステップとを有し、該第１ステップおよび該第２ステップを繰り返すものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３６】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００３８】
本発明においては、入射光を信号電荷に光電変換して蓄積する複数のセンサ部がマトリックス状に配列され、複数のセンサ部の垂直方向の配列に沿って複数の垂直転送部が配設され、複数の垂直転送部の一端部側に水平転送部が配設された固体撮像素子において、水平転送部は、均等または不均等に２分割され、複数の垂直転送部から垂直方向に電荷転送されてきた各信号電荷を受け取って、互いに逆方向の水平方向に電荷転送する第１および第２水平転送部を有し、第１および第２水平転送部の間に、第１および第２水平転送部から順次電荷転送されてきた各信号電荷を検出して電圧信号に順次変換する出力部を有している。
【００３９】
左右の各領域に分割した第１および第２水平転送部をそれぞれ独立して駆動させ、水平転送されてきた各信号電荷を、第１および第２水平転送部間に設けられた一つの出力部で電圧信号に変換するため、各垂直転送部から第１および第２水平転送部の一方側に信号電荷を電荷転送する水平ブランキングタイム中に、第１および第２水平転送部の他方側で水平転送を行い、各信号電荷を信号電圧に順次変換する。つまり、従来のように水平ブランキングタイム中に水平転送を停止する期間がない分だけ高速電荷転送が可能となる。
【００４０】
これによって、転送クロックを高速化することなく、かつ並列処理のための複数の出力部を用いることなく、複数出力部の設置によるチップ面積の増加を抑える微細加工技術も必要なく、撮像の高速化を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
以上により、本発明によれば、左右の各領域に分割した第１および第２水平転送部をそれぞれ独立して駆動させ、水平転送されてきた各信号電荷を、第１および第２水平転送部間に設けられた一つの出力部で電圧信号に変換するため、転送クロックを高速化することなく、かつ並列処理のための複数の出力部を用いることなく、複数出力部の設置によるチップ面積の増加を抑える微細加工技術も必要なく、撮像の高速化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の概略構成例を示す平面図である。
【図２】図１の垂直転送部、タイミング制御部および水平転送部の各駆動信号の信号波形図である。
【図３】本発明の実施形態２におけるＣＣＤ固体撮像素子の概略構成例を示す平面図である。
【図４】図３の垂直転送部、タイミング制御部および水平転送部の各駆動信号の信号波形図である。
【図５】本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１または２の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図６】従来のＣＣＤ固体撮像素子の概略構成例を示す平面図である。
【図７】図６の垂直転送部および水平転送部の駆動信号波形図である。
【図８】特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置における撮像素子の構成例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、本発明の固体撮像素子の実施形態１、２および、この固体撮像素子の実施形態１、２のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態３について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００４４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の概略構成例を示す平面図である。
【００４５】
図１において、本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子３０は、半導体基板上に、それぞれ撮像画素を構成する複数のセンサ部１を２次元状でマトリクス状に配列すると共に、各センサ部１の垂直方向の配列に沿って複数の垂直転送部２を設け、さらに、各垂直転送部２の一方の端部の外側に水平転送部３１，３２を設けたものである。
【００４６】
垂直転送部２は、垂直転送電極１１〜１４にそれぞれ印加される駆動信号ΦＶ１〜ΦＶ４により４相駆動で電荷転送され、水平転送部３１，３２は、水平転送電極１５〜１８にそれぞれ印加される駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２、ΦＨ３およびΦＨ４により各２相駆動で互いに逆方向に電荷転送される。
【００４７】
複数のセンサ部１および水平転送部３１，３２は、左側領域と右側領域に２分割されている。この２分割は左右を均等にする必要はなく、任意に分割してよいが、ここでは、左側領域と右側領域に略均等に２分割している。
【００４８】
左側領域の水平転送部３１は左側領域の複数のセンサ部１の各信号電荷を垂直転送部２から受け取って、中央にある出力部４における電荷検出部４１に水平転送し、右側の水平転送部３２は右側領域の複数のセンサ部１の各信号電荷を垂直転送部２から受け取って、中央にある出力部４における電荷検出部４１に水平転送する。複数の垂直転送部２の最終段に設置され、各垂直転送部２によって電荷転送されてきた各信号電荷を第１および第２水平転送部３１，３２にそれぞれ独立して電荷転送させるタイミング制御部５を有している。このとき、左右領域の垂直転送部２から水平転送部３１，３２への信号電荷の電荷転送タイミングは、垂直転送部２の最終段に設置された、タイミング制御部５の制御クロックφＶｃｇ１、φＶｃｇ２がタイミング制御電極１９，２０に印加されることによって制御される。
【００４９】
したがって、複数の垂直転送部２から水平転送部３１，３２への信号電荷の転送は、タイミング制御部５の制御によって、左右領域で独立したタイミングで行うことができる。また、左右領域に分割されている水平転送部３１，３２は、左右領域で独立した水平転送クロックにより、独立して駆動する。
【００５０】
即ち、左側領域の水平転送部３２には水平転送クロックφＨ１、φＨ２が印加させ、右側領域の水平転送部３１には水平転送クロックφＨ３、φＨ４が印加される。
【００５１】
このように、複数のセンサ部１が配列された撮像領域が左側の第１領域（左領域）と右側の第２領域（右領域）に２分割され、左側の第１領域の複数の垂直転送部２によって垂直方向に電荷転送されてきた各信号電荷を、水平転送部３１に電荷転送する間に、水平転送部３２で信号電荷を水平方向に転送し、水平転送部３２による電荷転送が終わった場合に、右側の第２領域の複数の垂直転送部２によって電荷転送されてきた各信号電荷を、水平転送部３２に電荷転送する間、水平転送部３１で各信号電荷を水平方向に電荷転送するようになっている。または、水平転送部３２で信号電荷を水平方向に電荷転送する間に、第１領域（左領域）の複数の垂直転送部２によって電荷転送させてきた各信号電荷を、水平転送部３１に電荷転送し、水平転送部３２による電荷転送が終了した後に、水平転送部３１で信号電荷を水平方向に電荷転送する間に、第２領域の複数の垂直転送部２によって電荷転送されてきた各信号電荷を、水平転送部３２に電荷転送する。これらが繰り返えされる。
【００５２】
また、左右領域の各水平転送部３１，３２によって運ばれる信号電荷は全て、左側領域と右側領域の水平転送部３１，３２の中央部に位置し、それぞれと独立して駆動する水平転送電極６からアウトプットゲート部７を経由して出力部４に入る。この水平転送電極６には転送クロックφＨ５が印加されている。
【００５３】
この出力部４には、水平転送部３１，３２からそれぞれ転送されてきた信号電荷を検出して電圧信号に変換する電荷検出部４１と、この電荷検出部４１の信号電荷を水平転送クロックΦＨ１およびΦＨ２または、ΦＨ３およびΦＨ４に応じてリセットし、不要となった信号電荷をリセットドレイン４２より順次吐き捨てるリセットゲート部４３が設けられている。
【００５４】
また、出力部４から出る出力信号は、信号処理回路（図示せず）に出力され、この信号処理回路において出力順序を入れ替える処理が行われて撮像信号が画像信号として並べられる。
【００５５】
この出力順序を入れ替える処理とは、出力部４に入る信号電荷のうち、左側領域の水平転送部３１から送られてくる信号電荷は、中央のセンサ部１の画素情報から左端のセンサ部の画素情報という順に出力させるため、それを左端のセンサ部の画素情報から中央のセンサ部の画素情報に並び変える。
【００５６】
この出力順序を入れ替える信号処理回路は必ずしも固体撮像子と同じチップ上に配置する必要はなく、この固体撮像素子の後段につながるＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの信号処理ＬＳＩ内にあってもよい。
【００５７】
以上説明したように、左右の領域に分割した、それぞれ、独立して駆動する水平転送部３１，３２を有する。また、各垂直転送部２から水平転送部３１，３２への電荷転送のタイミングを決めるタイミング制御部５を有することにより、左領域（または右領域）の水平転送の動作時に、右（または左）の領域の各垂直転送部２から右領域（または左領域）の水平転送部３１または３２に信号電荷を順次電荷転送することができる。
【００５８】
以下、上記構成の固体撮像素子３０の電荷転送動作について説明する。
【００５９】
図２は、図１の垂直転送部、タイミング制御部および水平転送部の各駆動信号の信号波形図である。
【００６０】
図２に示すように、まず、複数の垂直転送部２は、複数のセンサ部１から一括して信号電荷を読み出す。
（１）垂直転送クロックφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４の４相駆動により水平１ラインの各信号電荷を垂直方向に１ステップ分垂直転送する。これを繰り返して各信号電荷を垂直方向に垂直転送する。
（２）この後、タイミング制御部５の制御クロックφＶｃｇ１、φＶｃｇ２のうち、左側の制御クロックφＶｃｇ１のみをオンにし、垂直転送部２の最終段に保持させていた左側領域の水平１ライン分の各信号電荷を左側領域の水平転送部３１に移動させる。この際、右側領域の水平転送が行われていても、水平伝送クロックφＨ３、φＨ４の電位を調節することにより、左側領域の水平転送部３１にある各信号電荷が出力部４に入らないようにする。
（３）右側領域の水平転送が行われていないかまたは、右側領域の水平転送が終わったならば、左側領域の水平転送部３１による水平転送を水平転送クロックφＨ１、φＨ２によって行う。この際、水平転送部３１の最終段の水平転送電極６には水平転送クロックφＨ５が印加されることにより、各信号電荷は出力部４に入り、信号電圧に順次変換される。
（４）左側領域の水平転送と並列して、コントロールゲートＶｃｇ２をオンにすることにより、右側領域の水平１ライン分の信号電荷を右側領域の水平転送部３２に移動させる。
【００６１】
これにより、左側領域、右側領域共に垂直転送部２の最終段には信号電荷が何もない状態となる。この際、左側領域の水平転送部３１の水平転送が終わるまでは、水平伝送クロックφＨ１、φＨ２の電位を調節することにより、右側領域の水平転送部３２にある信号電荷が出力部４に入らないようする。
（５）左側領域の水平転送部３１による水平転送が終わったのと同時に、右側領域の水平転送部３２による水平転送を水平転送クロックφＨ３、φＨ４によって行う。このときも、水平転送部３２の最終段の水平転送電極６には水平転送クロックφＨ５が印加され、信号電荷は出力部４に入って、信号電圧に変換される。
（６）この電荷転送と並列して、上記の（１）の動作が行われる。
【００６２】
以降この（２）の動作から（６）の動作を繰り返して行い全画素の信号電荷を信号電圧に変換する。一連の（１）から（６）までのタイミングチャートは図２に示した通りである。
【００６３】
本実施形態１の固体撮像素子３０の電荷転送方法は、複数のセンサ部１から読み出された信号電荷を複数の垂直転送部２により垂直方向に電荷転送し、タイミング制御部５の制御クロックのうち、左領域用の制御クロックのみをオンにして、各垂直転送部２の最終段に保持させていた左領域の水平１ライン分の各信号電荷を左領域の水平転送部３１に移動させると共に、右領域の水平転送部３２による水平方向の電荷転送を行い、この電荷転送された信号電荷を出力部４により信号電圧に順次変換する第１ステップと、水平転送部３２による電荷転送が終わった場合に、左領域の水平転送部３１による水平方向の電荷転送を行い、この電荷転送された信号電荷は出力部４により信号電圧に順次変換すると共に、タイミング制御部５の制御クロックのうち、右領域用の制御クロックのみをオンにして、各垂直転送部２の最終段に保持させていた右領域の水平１ライン分の各信号電荷を右領域の水平転送部３２に移動させる第２ステップとを有し、これらの第１ステップおよび第２ステップを繰り返す。
【００６４】
以上説明したように本実施形態１の固体撮像素子３０では、左右の各領域に分割した水平転送部３１，３２をそれぞれ独立して駆動させ、水平転送されてきた各信号電荷を、水平転送部３１，３２間に設けられた一つの出力部で電圧信号に変換するため、各垂直転送部２から片側の水平転送部３１，３２の一方側に信号電荷を電荷転送する水平ブランキングタイム中に、水平転送部３１，３２の他方側で水平転送を行い、各信号電荷を信号電圧に順次変換することができる。つまり、従来のように水平ブランキングタイム中に水平転送を停止する期間がない分だけ高速電荷転送が可能となる。
【００６５】
これを１クロックが１００ｎｓｅｃで動作しているような３２万画素のＣＣＤ（水平約５４０画素×垂直約５９５画素）を一例に考える。
【００６６】
従来、水平ブランキング期間中に、水平転送を停止している期間は約１００クロックであるとすると
１００クロック×１００ｎｓｅｃ  ＝  １０μｓｅｃ
一方、１ライン水平転送する時間は
５４０画素×１００ｎｓｅｃ  ＝  ５４μｓｅｃ
したがって、従来、水平１ラインの転送に
１０μｓｅｃ＋５４μｓｅｃ  ＝  ６４μｓｅｃ
必要であったものが、水平転送を停止している期間がなくなることにより、水平１ラインの電荷転送に要する時間は５４μｓｅｃとなる。したがって、
５４／６４  ≒  ０．８４
となって、約１６％の電荷転送の高速化を図ることができる。したがって、撮像の高速化を行うことができる。
【００６７】
以上により、本実施形態１によれば、左右の各領域に分割した水平転送部３１，３２をそれぞれ独立して駆動させることにより、左右領域の各垂直転送部２から片側の水平転送部３１または３２に信号電荷を転送する水平ブランキングタイム中に、もう一方の側の水平転送部３２または３１で水平転送を行い、信号電荷を出力部４で信号電圧に変換することができる。つまり、従来のように水平ブランキングタイム中に水平転送部３１，３２を停止する期間がないことにより、動作周波数を高くすることによる消費電力の増加もなく、かつ、複数の出力部を配置することによる異なる電荷検出部間の変換効率差などのばらつきもなく、かつ、チップ面積の増加を抑えるための微細加工技術も不要で、高速動作で撮像することができる。
【００６８】
（実施形態２）
上記実施形態１では、複数のセンサ部１および水平転送部３１，３２を、左側領域と右側領域に均等に２分割した場合について説明したが、本実施形態２では、複数のセンサ部１および水平転送部３３，３４として、左側領域が右側領域に比べて短くなるように不均等に左側領域と右側領域に２分割する場合について説明する。
【００６９】
図３は、本発明の実施形態２におけるＣＣＤ固体撮像素子の概略構成例を示す平面図である。なお、図１の構成部材と同様の作用効果を奏する構成部材には同一の符号を付けて説明する。
【００７０】
図３において、本実施形態２のＣＣＤ固体撮像素子３０Ａは、半導体基板上に、それぞれ撮像画素を構成する複数のセンサ部１を２次元状でマトリクス状に配列すると共に、各センサ部１の垂直方向の配列に沿って複数の垂直転送部２を設け、さらに、各垂直転送部２の一方の端部の外側に、水平転送部を不均等に２分割した水平転送部３３，３４を設けたものである。
【００７１】
垂直転送部２は、垂直転送電極１１〜１４にそれぞれ印加される駆動信号ΦＶ１〜ΦＶ４により４相駆動で電荷転送され、水平転送部３３，３４は、水平転送電極１５〜１８にそれぞれ印加される駆動信号ΦＨ１およびΦＨ２、ΦＨ３およびΦＨ４により各２相駆動で互いに逆方向に電荷転送される。
【００７２】
本実施形態２では、複数のセンサ部１および水平転送部３３，３４として、水平転送部の左側が右側に比べて短くなるように、水平転送部３３，３４の長さに対応して、複数のセンサ部１の撮像領域における左側領域と右側領域に不均等に２分割している。
【００７３】
複数のセンサ部１が配列された撮像領域が左側の第１領域（左領域）と右側の第２領域（右領域）に２分され、左側の第１領域の複数の垂直転送部２によって垂直方向に電荷転送されてきた各信号電荷を、水平転送部３３に電荷転送する間に、水平転送部３４で信号電荷を水平方向に転送し、水平転送部３４による電荷転送が終わった場合に、右側の第２領域の複数の垂直転送部２によって電荷転送されてきた各信号電荷を、水平転送部３４に電荷転送する間、水平転送部３３で各信号電荷を水平方向に電荷転送するようになっている。または、水平転送部３４で信号電荷を水平方向に電荷転送する間に、第１領域（左領域）の複数の垂直転送部２によって電荷転送させてきた各信号電荷を、水平転送部３３に電荷転送し、水平転送部３４による電荷転送が終了した後に、水平転送部３３で信号電荷を水平方向に電荷転送する間に、第２領域の複数の垂直転送部２によって電荷転送されてきた各信号電荷を、水平転送部３４に電荷転送する。
【００７４】
図４は、図３の垂直転送部、タイミング制御部および水平転送部の各駆動信号の信号波形図である。
【００７５】
図４に示すように、まず、複数の垂直転送部２は、複数のセンサ部１から一括して信号電荷を読み出す。
【００７６】
次に、垂直転送クロックφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４の４相駆動により水平１ラインの各信号電荷を垂直方向に１ステップ分だけ垂直転送する。これを繰り返して各信号電荷を垂直方向に垂直転送することができる。
【００７７】
この後、タイミング制御部５の制御クロックφＶｃｇ１、φＶｃｇ２のうち、左側の制御クロックφＶｃｇ１のみをオンにし、垂直転送部２の最終段に保持させていた左側領域の水平１ライン分の各信号電荷を左側領域の水平転送部３３に移動させる。この際、右側領域の水平転送が行われていても、水平伝送クロックφＨ３、φＨ４の電位を調節することにより、左側領域の水平転送部３３にある各信号電荷が出力部４に入らないようにすればよい。
【００７８】
続いて、右側領域の水平転送部３４による水平転送が行われていないかまたは、右側領域の水平転送部３４による水平転送が終わったならば、左側領域の水平転送部３３による水平転送を水平転送クロックφＨ１、φＨ２によって行う。この際、水平転送部３３の最終段の水平転送電極６には水平転送クロックφＨ５が印加されることにより、各信号電荷は出力部４に入り、信号電圧に順次変換される。
【００７９】
さらに、左側領域の水平転送部３３による水平転送と並列して、コントロールゲートＶｃｇ２をオンにすることにより、右側領域の水平１ライン分の信号電荷を右側領域の水平転送部３４に移動させる。
【００８０】
これにより、左側領域、右側領域共に垂直転送部２の最終段に信号電荷が何もない状態となる。この際、左側領域の水平転送部３３の水平転送が終わるまでは、水平伝送クロックφＨ１、φＨ２の電位を調節することにより、右側領域の水平転送部３４にある信号電荷が出力部４に入らないようする。
【００８１】
さらに、左側領域の水平転送部３３による水平転送が終わったのと同時に、右側領域の水平転送部３４による水平転送を水平転送クロックφＨ３、φＨ４によって行う。このときも、水平転送部３４の最終段の水平転送電極６には水平転送クロックφＨ５が印加され、信号電荷は出力部４に入って、信号電圧に変換される。
【００８２】
この電荷転送と並列して、垂直転送クロックφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４の４相駆動により各信号電荷を垂直方向に電荷転送することができる。
【００８３】
複数のセンサ部１および水平転送部３３，３４を、左側領域と右側領域に均等に分割するのではなく、左側領域が短くなるように分割し、左右の水平転送部３３，３４の間に、電荷検出部４１を持つ出力部４を配置する。このときの、左側領域の水平転送部３３を短くする程度は垂直転送により、各垂直転送部２から水平転送部３３へ信号電荷を転送するのに要する時間から決定する。つまり、上記実施形態１で説明したのと同じ、１クロックが１００ｎｓｅｃで動作しているような３２万画素のＣＣＤ（水平約５４０画素×垂直約５９５画素）を一例に考えた場合、垂直転送に
１００クロック×１００ｎｓｅｃ＝１０μｓｅｃ
必要であるとするならば、１０μｓｅｃに相当する水平転送画素数は
１０μｓｅｃ  ÷  １００ｎｓｅｃ    ＝１００画素
となる。したがって、水平５４０画素のうち左側領域を１００画素、右側領域を４４０画素となるように分割する。
【００８４】
以上により、本実施形態２によれば、複数のセンサ部１および水平転送部３３，３４として、左側領域が右側領域に比べて短くなるように不均等に左側領域と右側領域に２分割するため、左側領域からの出力信号は、中央の画素から左端画素への順に読み出されることから、出力部４から出る出力信号は、信号処理回路（図示せず）において出力順序を入れ替える処理が必要であるが、その出力順序を入れ替える画素数を最小限に抑えることができる。
【００８５】
（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１または２の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００８６】
図５において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態１、２の固体撮像素子３０，３０Ａの何れかからの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【００８７】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【００８８】
したがって、本実施形態３によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【００８９】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）などのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、左右の各領域に分割した第１および第２水平転送部をそれぞれ独立して駆動させ、水平転送されてきた各信号電荷を、第１および第２水平転送部間に設けられた一つの出力部で電圧信号に変換するため、転送クロックを高速化することなく、かつ並列処理のための複数の出力部を用いることなく、複数出力部の設置によるチップ面積の増加を抑える微細加工技術も必要なく、撮像の高速化を行うことができる。
【符号の説明】
【００９１】
１  センサ部
２  垂直転送部
３１、３２、３３、３４  水平転送部
４  出力部
４１  電荷検出部
５  タイミング制御部
６  最終段の水平転送電極
７  アウトプットゲート部
１１〜１４  垂直転送電極
１５〜１８  水平転送電極
１９、２０  タイミング制御電極
３０、３０Ａ  ＣＣＤ固体撮像素子
ΦＶ１〜ΦＶ４  駆動信号
ΦＨ１〜ΦＨ４  駆動信号
φＶｃｇ１、φＶｃｇ２  制御クロック
９０  電子情報機器
９１  固体撮像装置
９２  メモリ部
９３  表示部
９４  通信部
９５  画像出力部
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図３】
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【図６】
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