(57)【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の画素列との間に、１本ずつ、蛇行しつつ垂直方向に延びて形成された垂直電荷転送路であって、同じ画素群に属する第１の画素列及び第２の画素列に含まれる画素の電荷の両方が読み出される垂直電荷転送路と、
前記第１の画素列に含まれる画素が水平方向に整列した第１の画素行と、該第１の画素行と垂直方向に隣接し、前記第２の画素列に含まれる画素が水平方向に整列した第２の画素行との間に、１本ずつ、蛇行しつつ水平方向に延びて形成され、前記垂直電荷転送路中の電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送電極であって、該第１の画素行に含まれる画素から前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す電圧が印加される第１種の垂直電荷転送電極と、該第２の画素行に含まれる画素から前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す電圧が印加される第２種の垂直電荷転送電極とが、垂直方向に交互に並んだ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、
前記水平電荷転送路中で電荷を転送する水平電荷転送電極と、
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）前記第１種の垂直電荷転送電極に、垂直方向に該第１種の垂直電荷転送電極１つおきに、電荷を読み出す電圧を印加して、前記第１の画素列から、列方向に画素１つおきに、緑色に対応する電荷を、前記垂直電荷転送路に読み出し、その後、読み出した緑色に対応する電荷を、該垂直電荷転送路及び前記水平電荷転送路を通って前記出力アンプに転送し、該出力アンプにより増幅し外部に出力する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）で電荷を読み出す電圧を印加しなかった残りの前記第１種の垂直電荷転送電極に、電荷を読み出す電圧を印加して、前記第１の画素列の、前記工程（ａ）で電荷を読み出さなかった残りの画素から、緑色に対応する電荷を、前記垂直電荷転送路に読み出し、その後、読み出した緑色に対応する電荷を、該垂直電荷転送路及び前記水平電荷転送路を通って前記出力アンプに転送し、該出力アンプにより増幅し外部に出力する工程と、
（ｃ）前記第２種の垂直電荷転送電極に、垂直方向に該第２種の垂直電荷転送電極１つおきに、電荷を読み出す電圧を印加して、前記第２の画素列から、列方向に画素１つおきに、赤色または青色の一方に対応する電荷を、前記垂直電荷転送路に読み出し、その後、読み出した赤色または青色の一方に対応する電荷を、該垂直電荷転送路及び前記水平電荷転送路を通って前記出力アンプに転送し、該出力アンプにより増幅し外部に出力する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）で電荷を読み出す電圧を印加しなかった残りの前記第２種の垂直電荷転送電極に、電荷を読み出す電圧を印加して、前記第２の画素列の、前記工程（ｃ）で電荷を読み出さなかった残りの画素から、赤色または青色の他方に対応する電荷を、前記垂直電荷転送路に読み出し、その後、読み出した赤色または青色の他方に対応する電荷を、該垂直電荷転送路及び前記水平電荷転送路を通って前記出力アンプに転送し、該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２】
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の画素列との間に、１本ずつ、蛇行しつつ垂直方向に延びて形成された垂直電荷転送路であって、同じ画素群に属する第１の画素列及び第２の画素列に含まれる画素の電荷の両方が読み出される垂直電荷転送路と、
前記第１の画素列に含まれる画素が水平方向に整列した第１の画素行と、該第１の画素行と垂直方向に隣接し、前記第２の画素列に含まれる画素が水平方向に整列した第２の画素行との間に、１本ずつ、蛇行しつつ水平方向に延びて形成され、前記垂直電荷転送路中の電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送電極であって、該第１の画素行に含まれる画素から前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す電圧が印加される第１種の垂直電荷転送電極と、該第２の画素行に含まれる画素から前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す電圧が印加される第２種の垂直電荷転送電極とが、垂直方向に交互に並んだ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、
前記水平電荷転送路中で電荷を転送する水平電荷転送電極と、
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、
（ｅ）前記８本ごとの垂直電荷転送電極の組のうち、前記第１種の垂直電荷転送電極の１本に、電荷を読み出す電圧を印加して、第１の画素群の第１の画素列に含まれる画素から、該第１の画素群に対応する垂直電荷転送路に、緑色に対応する電荷を読み出すとともに、該第１の画素群と水平方向に隣接する第２の画素群の第１の画素列に含まれる画素から、該第２の画素群に対応する前記垂直電荷転送路に、緑色に対応する電荷を読み出し、その後、読み出された前記第１の画素群及び第２の画素群の緑色に対応する電荷の双方を、それぞれが読み出された垂直電荷転送路を通って、前記水平電荷転送路に転送する工程と、
（ｆ）前記８本ごとの垂直電荷転送電極の組のうち、前記第２種の垂直電荷転送電極の１本に、前記工程（ｅ）で読み出された緑色に対応する電荷が、前記第１及び第２の画素群に対応する垂直電荷転送路を転送されている期間中に、電荷を読み出す電圧を印加して、前記第１の画素群の第２の画素列に含まれる画素から、該第１の画素群に対応する垂直電荷転送路に、赤色または青色の一方に対応する電荷を読み出すとともに、前記第２の画素群の第２の画素列に含まれる画素から、該第２の画素群に対応する前記垂直電荷転送路に、赤色または青色の他方に対応する電荷を読み出し、その後、読み出された前記第１の画素群の赤色または青色の一方に対応する電荷、及び、第２の画素群の赤色または青色の他方に対応する電荷の双方を、それぞれが読み出された垂直電荷転送路を通って、前記水平電荷転送路に転送する工程と、
（ｇ）前記工程（ｅ）及び（ｆ）で読み出された、緑色に対応する電荷、赤色または青色の一方に対応する電荷、及び、赤色または青色の他方に対応する電荷を、前記水平電荷転送路を通って前記出力アンプに転送し、該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３】
さらに、（ｈ）前記工程（ｅ）及び（ｆ）で画素から読み出された各電荷が、それと同色に対応する電荷を読み出せる同色画素に対応する位置まで前記垂直電荷転送路を転送された時点で、該同色画素から電荷を読み出す垂直電荷転送電極に電荷を読み出す電圧を印加し、該同色画素から読み出した電荷を、前記工程（ｅ）及び（ｆ）で画素から読み出された電荷に加算する工程を含む請求項２に記載の固体撮像素子の制御方法。
【請求項４】
前記工程（ｈ）で電荷を読み出す同色画素は、前記工程（ｅ）及び（ｆ）で電荷が読み出された画素から、該画素の含まれる画素列中で、２つ前記水平電荷転送路側の画素である請求項３に記載の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の制御方法に関し、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１３は、一般的なインターライン型ＣＣＤ固体撮像装置の平面図である。
【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、Ｖ１に接続されている行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（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｍｉｔｅｅ）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の制御方法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の制御方法を提供することにある。
【００３７】
【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の画素列との間に、１本ずつ、蛇行しつつ垂直方向に延びて形成された垂直電荷転送路であって、同じ画素群に属する第１の画素列及び第２の画素列に含まれる画素の電荷の両方が読み出される垂直電荷転送路と、前記第１の画素列に含まれる画素が水平方向に整列した第１の画素行と、該第１の画素行と垂直方向に隣接し、前記第２の画素列に含まれる画素が水平方向に整列した第２の画素行との間に、１本ずつ、蛇行しつつ水平方向に延びて形成され、前記垂直電荷転送路中の電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送電極であって、該第１の画素行に含まれる画素から前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す電圧が印加される第１種の垂直電荷転送電極と、該第２の画素行に含まれる画素から前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す電圧が印加される第２種の垂直電荷転送電極とが、垂直方向に交互に並んだ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、前記水平電荷転送路中で電荷を転送する水平電荷転送電極と、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）前記第１種の垂直電荷転送電極に、垂直方向に該第１種の垂直電荷転送電極１つおきに、電荷を読み出す電圧を印加して、前記第１の画素列から、列方向に画素１つおきに、緑色に対応する電荷を、前記垂直電荷転送路に読み出し、その後、読み出した緑色に対応する電荷を、該垂直電荷転送路及び前記水平電荷転送路を通って前記出力アンプに転送し、該出力アンプにより増幅し外部に出力する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）で電荷を読み出す電圧を印加しなかった残りの前記第１種の垂直電荷転送電極に、電荷を読み出す電圧を印加して、前記第１の画素列の、前記工程（ａ）で電荷を読み出さなかった残りの画素から、緑色に対応する電荷を、前記垂直電荷転送路に読み出し、その後、読み出した緑色に対応する電荷を、該垂直電荷転送路及び前記水平電荷転送路を通って前記出力アンプに転送し、該出力アンプにより増幅し外部に出力する工程と、（ｃ）前記第２種の垂直電荷転送電極に、垂直方向に該第２種の垂直電荷転送電極１つおきに、電荷を読み出す電圧を印加して、前記第２の画素列から、列方向に画素１つおきに、赤色または青色の一方に対応する電荷を、前記垂直電荷転送路に読み出し、その後、読み出した赤色または青色の一方に対応する電荷を、該垂直電荷転送路及び前記水平電荷転送路を通って前記出力アンプに転送し、該出力アンプにより増幅し外部に出力する工程と、（ｄ）前記工程（ｃ）で電荷を読み出す電圧を印加しなかった残りの前記第２種の垂直電荷転送電極に、電荷を読み出す電圧を印加して、前記第２の画素列の、前記工程（ｃ）で電荷を読み出さなかった残りの画素から、赤色または青色の他方に対応する電荷を、前記垂直電荷転送路に読み出し、その後、読み出した赤色または青色の他方に対応する電荷を、該垂直電荷転送路及び前記水平電荷転送路を通って前記出力アンプに転送し、該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。
【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の画素列との間に、１本ずつ、蛇行しつつ垂直方向に延びて形成された垂直電荷転送路であって、同じ画素群に属する第１の画素列及び第２の画素列に含まれる画素の電荷の両方が読み出される垂直電荷転送路と、前記第１の画素列に含まれる画素が水平方向に整列した第１の画素行と、該第１の画素行と垂直方向に隣接し、前記第２の画素列に含まれる画素が水平方向に整列した第２の画素行との間に、１本ずつ、蛇行しつつ水平方向に延びて形成され、前記垂直電荷転送路中の電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送電極であって、該第１の画素行に含まれる画素から前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す電圧が印加される第１種の垂直電荷転送電極と、該第２の画素行に含まれる画素から前記垂直電荷転送路に電荷を読み出す電圧が印加される第２種の垂直電荷転送電極とが、垂直方向に交互に並んだ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、前記水平電荷転送路中で電荷を転送する水平電荷転送電極と、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、（ｅ）前記８本ごとの垂直電荷転送電極の組のうち、前記第１種の垂直電荷転送電極の１本に、電荷を読み出す電圧を印加して、第１の画素群の第１の画素列に含まれる画素から、該第１の画素群に対応する垂直電荷転送路に、緑色に対応する電荷を読み出すとともに、該第１の画素群と水平方向に隣接する第２の画素群の第１の画素列に含まれる画素から、該第２の画素群に対応する前記垂直電荷転送路に、緑色に対応する電荷を読み出し、その後、読み出された前記第１の画素群及び第２の画素群の緑色に対応する電荷の双方を、それぞれが読み出された垂直電荷転送路を通って、前記水平電荷転送路に転送する工程と、（ｆ）前記８本ごとの垂直電荷転送電極の組のうち、前記第２種の垂直電荷転送電極の１本に、前記工程（ｅ）で読み出された緑色に対応する電荷が、前記第１及び第２の画素群に対応する垂直電荷転送路を転送されている期間中に、電荷を読み出す電圧を印加して、前記第１の画素群の第２の画素列に含まれる画素から、該第１の画素群に対応する垂直電荷転送路に、赤色または青色の一方に対応する電荷を読み出すとともに、前記第２の画素群の第２の画素列に含まれる画素から、該第２の画素群に対応する前記垂直電荷転送路に、赤色または青色の他方に対応する電荷を読み出し、その後、読み出された前記第１の画素群の赤色または青色の一方に対応する電荷、及び、第２の画素群の赤色または青色の他方に対応する電荷の双方を、それぞれが読み出された垂直電荷転送路を通って、前記水平電荷転送路に転送する工程と、（ｇ）前記工程（ｅ）及び（ｆ）で読み出された、緑色に対応する電荷、赤色または青色の一方に対応する電荷、及び、赤色または青色の他方に対応する電荷を、前記水平電荷転送路を通って前記出力アンプに転送し、該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Ｇ（緑色）ＧＧＧＧの画素が垂直方向に並ぶ。画素列Ｐ２ａは、Ｂ（青色）Ｒ（赤色）ＢＲＢＲの画素が垂直方向に並ぶ。
【００５９】
画素列Ｐ１ｂは、上からＧＧＧＧＧ・・・に色配列を有する画素が垂直方向に並ぶ。画素列Ｐ２ｂは、ＲＢＲＢＲＢ・・・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は、断面図である。
【００７５】
図２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４１ｂ、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１１−４（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、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）。
【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】
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、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１１−４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１１−５）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。
【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１１−２）からＶ３（電極１１−６）までに順に正の電圧を印加することで、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１１−７）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】
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。
【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／ＲＢ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】上記の固体撮像素子の画素部の要部拡大図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は断面図である。
【図３】上記の固体撮像素子の静止画像を読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図４】上記の固体撮像素子の静止画読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図５】上記の固体撮像素子の静止画読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図６】上記の固体撮像素子の静止画読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図７】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図８】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図９】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し動作における垂直電荷転送路における色信号の配置を示す図ある。
【図１０】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】上記の固体撮像素子のモニター画像読み出し動作における垂直電荷転送路における色信号の配置を示す図である。
【図１３】従来の固体撮像素子の平面図であり、主として半導体領域内の構造を示す。
【図１４】従来の固体撮像素子の平面図であり、主として電荷転送電極の構造を示す。
【符号の説明】
Ａ  固体撮像素子
Ｂ  表示部
ＥＧ  垂直電荷転送電極群
Ｐ１  第１の画素列
Ｐ２  第２の画素列
ＰＧ  画素列群
Ｑ１  第１の画素行
Ｑ２  第２の画素行
Ｖ１〜Ｖ８  垂直転送電極への印加電圧
φ１、φ２  水平転送電極への印加電圧
１  半導体基板
３  画素
３ａ  画素（緑色）
３ｂ  画素（青色）
３ｃ  画素（赤色）
１１  垂直電荷転送電極
１５  水平電荷転送電極
１７  出力アンプ
４１  フォトダイオード（光電変換素子）
４５  トランスファーゲート（読み出しゲート）
【図１】
0004098444.tif 000002
【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】
0004098444.tif 000009
【図９】
0004098444.tif 000010
【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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