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JP2009049353A - Solid-state imaging device, imaging apparatus, and solid-state imaging device driving method - Google Patents

Solid-state imaging device, imaging apparatus, and solid-state imaging device driving method Download PDF

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JP2009049353A
JP2009049353A JP2007298936A JP2007298936A JP2009049353A JP 2009049353 A JP2009049353 A JP 2009049353A JP 2007298936 A JP2007298936 A JP 2007298936A JP 2007298936 A JP2007298936 A JP 2007298936A JP 2009049353 A JP2009049353 A JP 2009049353A
Authority
JP
Japan
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charge
charge transfer
solid
horizontal
imaging device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2007298936A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mariko Saito
真梨子 齋藤
Hideki Wakao
秀樹 若生
Katsumi Ikeda
勝己 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
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Priority to US12/176,871 priority patent/US7965331B2/en
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Abstract

【課題】水平電荷転送路のサイズを拡大することなく多画素化を進めた場合でも、水平電荷転送路の電荷転送容量の減少、消費電力の増加、転送効率の劣化といった問題を解決することが可能な固体撮像素子を提供する。
【解決手段】光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向Yに転送する多数の垂直電荷転送路1と、垂直電荷転送路1を転送されてきた電荷を垂直方向Yと直交する水平方向Xに転送する水平電荷転送路2とを有する固体撮像素子であって、水平電荷転送路2は、印加電圧のレベルに応じてバリア領域又は蓄積領域として動作する複数の電荷転送段を含み、前記複数の電荷転送段の各々に、垂直電荷転送路1が2つ接続されている。
【選択図】図1
Even when the number of pixels is increased without increasing the size of a horizontal charge transfer path, it is possible to solve problems such as a decrease in charge transfer capacity, an increase in power consumption, and a deterioration in transfer efficiency of the horizontal charge transfer path. A possible solid-state imaging device is provided.
A photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths 1 for transferring charges generated in the photoelectric conversion element in a vertical direction Y, and a charge transferred through the vertical charge transfer path 1 orthogonal to the vertical direction Y. And a horizontal charge transfer path 2 for transferring in the horizontal direction X. The horizontal charge transfer path 2 includes a plurality of charge transfer stages that operate as a barrier region or a storage region according to the level of an applied voltage. In addition, two vertical charge transfer paths 1 are connected to each of the plurality of charge transfer stages.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths for transferring charges generated in the photoelectric conversion element in the vertical direction, and a charge transferred through the vertical charge transfer path in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction. The present invention relates to a solid-state imaging device having a horizontal charge transfer path for transferring in a direction.

図29は、一般的な固体撮像素子の部分拡大図である。
図29に示す固体撮像素子は、半導体基板上に二次元状に配列された図示しない光電変換素子と、光電変換素子で発生した電荷を垂直方向Yに転送する多数の垂直電荷転送路11と、垂直電荷転送路11を転送されてきた電荷を垂直方向Yと直交する水平方向Xに転送する水平電荷転送路12と、垂直電荷転送路11と水平電荷転送路12とを結ぶ電荷蓄積領域16及び電荷蓄積領域16上方に形成されたメモリ電極13からなるラインメモリLMとを備える。垂直電荷転送路11、電荷蓄積領域16、及び水平電荷転送路12は、例えばn型の不純物層で構成されている。
FIG. 29 is a partially enlarged view of a general solid-state imaging device.
The solid-state imaging device shown in FIG. 29 includes a photoelectric conversion element (not shown) arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate, a number of vertical charge transfer paths 11 that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in the vertical direction Y, A horizontal charge transfer path 12 that transfers charges transferred through the vertical charge transfer path 11 in a horizontal direction X orthogonal to the vertical direction Y, a charge storage region 16 that connects the vertical charge transfer path 11 and the horizontal charge transfer path 12, and And a line memory LM formed of the memory electrode 13 formed above the charge storage region 16. The vertical charge transfer path 11, the charge storage region 16, and the horizontal charge transfer path 12 are configured by, for example, an n-type impurity layer.

水平電荷転送路12上方には、逆L字型の電極14と長方形の電極15とをこの順番で水平方向Xに配列した電極組が水平方向Xに複数配列されている。この電極組は、転送パルスφH1が印加される第一の電極組と、転送パルスφH2が印加される第二の電極組とを含み、これらが水平方向Xに交互に配列されている。転送パルスφH1がハイレベル、転送パルスφH2がローレベルになると、第一の電極組下方の水平電荷転送路12は電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、第二の電極組下方の水平電荷転送路12は電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。一方、転送パルスφH1がローレベル、転送パルスφH2がハイレベルになると、第二の電極組下方の水平電荷転送路12は電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、第一の電極組下方の水平電荷転送路12は電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。このように、水平電荷転送路12には、第一の電極組と第二の電極組とにより、印加電圧のレベルに応じてバリア領域又は電荷蓄積領域として動作する複数の電荷転送段が形成されている。   Above the horizontal charge transfer path 12, a plurality of electrode sets in which the inverted L-shaped electrode 14 and the rectangular electrode 15 are arranged in this order in the horizontal direction X are arranged in the horizontal direction X. This electrode set includes a first electrode set to which the transfer pulse φH1 is applied and a second electrode set to which the transfer pulse φH2 is applied, which are alternately arranged in the horizontal direction X. When the transfer pulse φH1 is at a high level and the transfer pulse φH2 is at a low level, the horizontal charge transfer path 12 below the first electrode set operates as a charge storage region capable of storing charges, and the horizontal charge below the second electrode set. The transfer path 12 operates as a barrier region between the charge storage regions. On the other hand, when the transfer pulse φH1 is at a low level and the transfer pulse φH2 is at a high level, the horizontal charge transfer path 12 below the second electrode set operates as a charge storage region capable of storing charges, and below the first electrode set. The horizontal charge transfer path 12 operates as a barrier region between the charge storage regions. As described above, in the horizontal charge transfer path 12, a plurality of charge transfer stages that operate as a barrier region or a charge storage region according to the level of the applied voltage are formed by the first electrode set and the second electrode set. ing.

特許文献1には、垂直電荷転送路とラインメモリと水平電荷転送路とを有する固体撮像素子が開示されている。   Patent Document 1 discloses a solid-state imaging device having a vertical charge transfer path, a line memory, and a horizontal charge transfer path.

特開2007−27977号公報JP 2007-27977 A

図29に示した構成の固体撮像素子は、1つの垂直電荷転送路11に対して1つの電荷転送段が対応して設けられている。このため、多画素化に対応して、水平電荷転送路12の水平方向幅を変えずに画素サイズを縮小した場合に、電荷転送段の水平方向幅(図29中のAで示した部分)が縮小し、水平電荷転送路12の電荷転送容量が減少してしまう。電荷転送容量を確保するために、各電荷転送段の幅を拡大することも考えられるが、この場合は水平電荷転送路12全体の幅が水平方向に拡大するため、静電容量上昇に伴う消費電力増加が生じてしまう。又、多画素化に対応して電荷転送段の数も増えるため、高速駆動を行おうとした場合の転送効率の悪化も懸念される。   In the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 29, one charge transfer stage is provided corresponding to one vertical charge transfer path 11. Therefore, when the pixel size is reduced without changing the horizontal width of the horizontal charge transfer path 12 corresponding to the increase in the number of pixels, the horizontal width of the charge transfer stage (the portion indicated by A in FIG. 29). Decreases, and the charge transfer capacity of the horizontal charge transfer path 12 decreases. In order to secure the charge transfer capacity, it is conceivable to increase the width of each charge transfer stage. However, in this case, the entire width of the horizontal charge transfer path 12 is expanded in the horizontal direction. An increase in power will occur. In addition, since the number of charge transfer stages increases corresponding to the increase in the number of pixels, there is a concern that transfer efficiency may deteriorate when high-speed driving is performed.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水平電荷転送路のサイズを拡大することなく多画素化を進めた場合でも、水平電荷転送路の電荷転送容量の減少、消費電力の増加、転送効率の劣化といった問題を解決することが可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and even when the number of pixels is increased without increasing the size of the horizontal charge transfer path, the charge transfer capacity of the horizontal charge transfer path is reduced and the power consumption is increased. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of solving problems such as deterioration of transfer efficiency.

本発明の固体撮像素子は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子であって、前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が複数接続されている。   The solid-state imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in the vertical direction, and charges transferred through the vertical charge transfer path in the vertical direction. A horizontal charge transfer path that transfers in a horizontal direction orthogonal to the horizontal charge transfer path, wherein the horizontal charge transfer path is a plurality of charge transfer stages that operate as a charge storage region or a barrier region according to the level of an applied voltage A plurality of the vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages.

本発明の固体撮像素子は、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、前記多数の電荷蓄積領域の各々の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、前記電荷転送段と前記複数の垂直電荷転送路とを結ぶ前記電荷蓄積領域の各々上方の前記メモリ電極には、それぞれ独立に電圧が印加可能となっている。   The solid-state imaging device according to the present invention is provided independently on each of the plurality of charge storage regions connecting each of the plurality of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path and above each of the plurality of charge storage areas. A line memory including a memory electrode is provided, and a voltage can be independently applied to each of the memory electrodes above each of the charge storage regions connecting the charge transfer stage and the plurality of vertical charge transfer paths. .

本発明の固体撮像素子は、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、それぞれ異なる前記電荷転送段に接続され、且つ、互いに隣接する2つの前記電荷蓄積領域の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含む。   In the solid-state imaging device of the present invention, two charge storage regions connecting each of the plurality of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path, and two adjacent charge transfer stages are connected to each other. A line memory including a memory electrode provided independently above the charge storage region is provided, and the memory electrode includes a first memory electrode and a second memory electrode to which a voltage can be applied independently.

本発明の固体撮像素子は、前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで前記水平方向に交互に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている。   In the solid-state imaging device of the present invention, the photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges, and the charge is accumulated in each of the multiple charge accumulation regions. The three types of photoelectric elements are arranged such that the charge arrangement is an arrangement in which the charge of the first color component and the charge of the second color component are alternately arranged in the horizontal direction with the charge of the third color component interposed therebetween. The arrangement of the conversion elements is determined.

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備え、前記電荷転送段には、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、前記駆動手段は、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う。   The image pickup apparatus of the present invention includes the solid-state image pickup device and a driving unit that drives the solid-state image pickup device, and the charge transfer stage is connected with the two vertical charge transfer paths, and the memory electrode includes A first memory electrode and a second memory electrode to which a voltage can be applied independently, and the driving means stores the charge in each of the plurality of charge storage regions, and then the first memory electrode And the voltage applied to the second memory electrode and the voltage applied to each of the plurality of charge transfer stages to control 4 of the same color component among the many charges accumulated in the charge accumulation region. A drive for mixing and transferring two charges on the horizontal charge transfer path is performed.

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備え、前記電荷転送段には、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、前記駆動手段は、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う。   The imaging apparatus of the present invention includes the solid-state imaging device and a driving unit that drives the solid-state imaging device, and the vertical transfer path is connected to the charge transfer stage, and the driving unit includes: A voltage applied to the first memory electrode and the second memory electrode and a voltage applied to each of the plurality of charge transfer stages after storing charges in each of the plurality of charge storage regions. By controlling, among the many charges stored in the charge storage region, four charges of the same color component are mixed and transferred on the horizontal charge transfer path.

本発明の撮像装置は、前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで前記水平方向に交互に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている。   In the imaging device of the present invention, the photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light of different wavelength ranges, and the charge is accumulated in each of the multiple charge accumulation regions. The three types of photoelectric conversion so that the first color component charge and the second color component charge are alternately arranged in the horizontal direction across the third color component charge. The arrangement of the elements is determined.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、前記固体撮像素子が、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、前記多数の電荷蓄積領域の各々の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、前記電荷転送段とそこに接続される2つの前記垂直電荷転送路とを結ぶ前記電荷蓄積領域の各々上方の前記メモリ電極には、それぞれ独立に電圧が印加可能となっており、前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う。   The solid-state imaging device driving method according to the present invention includes a photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in a vertical direction, and a charge transferred through the vertical charge transfer path. A solid-state imaging device driving method having a horizontal charge transfer path for transferring in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction, wherein the horizontal charge transfer path operates as a charge accumulation region or a barrier region according to the level of an applied voltage Two vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages, and the solid-state imaging device is connected to each of the plurality of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer stage. A line memory comprising a large number of charge storage regions connecting charge transfer paths and a memory electrode provided independently above each of the large number of charge storage regions is provided, and is connected to the charge transfer stage. A voltage can be applied independently to each of the memory electrodes above each of the charge storage regions connecting the two vertical charge transfer paths, and each of the memory electrodes can be independently applied with a voltage. A plurality of memory electrodes and a voltage applied to the first memory electrode and the second memory electrode after storing charges in each of the plurality of charge storage regions; and Drive for controlling the voltage applied to each of the charge transfer stages to mix and transfer four charges of the same color component on the horizontal charge transfer path among a large number of charges stored in the charge storage region. Do.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、前記固体撮像素子が、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、それぞれ異なる前記電荷転送段に接続された互いに隣接する2つの前記電荷蓄積領域毎にその上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、前記メモリ電極は、それぞれ異なる電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する。   The solid-state imaging device driving method according to the present invention includes a photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in a vertical direction, and a charge transferred through the vertical charge transfer path. A solid-state imaging device driving method having a horizontal charge transfer path for transferring in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction, wherein the horizontal charge transfer path operates as a charge accumulation region or a barrier region according to the level of an applied voltage Two vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages, and the solid-state imaging device is connected to each of the plurality of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer stage. A plurality of charge storage regions connecting the charge transfer paths, and memory electrodes provided independently above each of the two adjacent charge storage regions connected to the different charge transfer stages. A line memory, wherein the memory electrode includes a first memory electrode and a second memory electrode to which different voltages can be applied, and after the charge is accumulated in each of the plurality of charge accumulation regions, The voltage applied to the memory electrode and the second memory electrode and the voltage applied to each of the plurality of charge transfer stages are controlled so as to have the same color among the many charges accumulated in the charge accumulation region. The four charges of the components are mixed and transferred on the horizontal charge transfer path.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで交互に前記水平方向に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている。   In the solid-state imaging device driving method of the present invention, the photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges, and charges are accumulated in each of the multiple charge accumulation regions. The charge arrangement is such that the charge of the first color component and the charge of the second color component are alternately arranged in the horizontal direction across the charge of the third color component. The arrangement of the types of photoelectric conversion elements is determined.

本発明によれば、水平電荷転送路のサイズを拡大することなく多画素化を進めた場合でも、水平電荷転送路の電荷転送容量の減少、消費電力の増加、転送効率の劣化といった問題を解決することが可能な固体撮像素子を提供することができる。   According to the present invention, even when the number of pixels is increased without increasing the size of the horizontal charge transfer path, problems such as a decrease in charge transfer capacity, an increase in power consumption, and a decrease in transfer efficiency of the horizontal charge transfer path are solved. It is possible to provide a solid-state imaging device that can be used.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す部分平面模式図である。
図1に示す固体撮像素子は、半導体基板上に水平方向Xとこれに直交する垂直方向Yに二次元状に配列された図示しない光電変換素子と、光電変換素子で発生した電荷を垂直方向Yに転送する水平方向Xに並べられた多数の垂直電荷転送路1と、多数の垂直電荷転送路1の各々を転送されてきた電荷を水平方向Xに転送する水平電荷転送路2と、多数の垂直電荷転送路1の各々と水平電荷転送路2とを結ぶ電荷蓄積領域5及び電荷蓄積領域5上方に独立して設けられたメモリ電極3(3a,3b)からなるラインメモリLMとを備える。垂直電荷転送路1、電荷蓄積領域5、及び水平電荷転送路2は、例えばn型半導体基板上に形成されるpウェル層内に形成されたn型の不純物層で構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic partial plan view showing a schematic configuration of a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
The solid-state imaging device shown in FIG. 1 includes a photoelectric conversion element (not shown) arranged two-dimensionally in a horizontal direction X and a vertical direction Y orthogonal thereto on a semiconductor substrate, and charges generated by the photoelectric conversion element in the vertical direction Y. A plurality of vertical charge transfer paths 1 arranged in the horizontal direction X to be transferred to each other, a horizontal charge transfer path 2 for transferring the charges transferred through each of the many vertical charge transfer paths 1 in the horizontal direction X, and a number of A charge storage region 5 connecting each of the vertical charge transfer paths 1 and the horizontal charge transfer path 2 and a line memory LM including memory electrodes 3 (3a, 3b) provided independently above the charge storage region 5 are provided. The vertical charge transfer path 1, the charge accumulation region 5, and the horizontal charge transfer path 2 are configured by, for example, an n-type impurity layer formed in a p-well layer formed on an n-type semiconductor substrate.

水平電荷転送路2上方には、逆L字型の電極4aと長方形の電極4bとをこの順番で水平方向Xに配列した電極組が水平方向Xに複数配列されている。この電極組は、転送パルスφH2が印加される電極組D1と、転送パルスφH1が印加される電極組D2とを含み、これらが水平方向Xに交互に配列されている。   Above the horizontal charge transfer path 2, a plurality of electrode sets in which the inverted L-shaped electrode 4 a and the rectangular electrode 4 b are arranged in this order in the horizontal direction X are arranged in the horizontal direction X. This electrode set includes an electrode set D1 to which the transfer pulse φH2 is applied and an electrode set D2 to which the transfer pulse φH1 is applied, and these are alternately arranged in the horizontal direction X.

転送パルスφH2がハイレベル、転送パルスφH1がローレベルになると、電極組D1下方の水平電荷転送路2は電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、電極組D2下方の水平電荷転送路2は該電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。一方、転送パルスφH2がローレベル、転送パルスφH1がハイレベルになると、電極組D2下方の水平電荷転送路2は電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、電極組D1下方の水平電荷転送路2は該電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。このように、水平電荷転送路2には、電極組D1と電極組D2との重なる部分により、印加電圧のレベルに応じてバリア領域又は電荷蓄積領域として動作する複数の電荷転送段が形成される。   When the transfer pulse φH2 becomes high level and the transfer pulse φH1 becomes low level, the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set D1 operates as a charge storage region capable of storing charges, and the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set D2 It operates as a barrier region between the charge storage regions. On the other hand, when the transfer pulse φH2 is at the low level and the transfer pulse φH1 is at the high level, the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set D2 operates as a charge storage region capable of storing charges, and the horizontal charge transfer path below the electrode set D1. 2 operates as a barrier region between the charge storage regions. As described above, in the horizontal charge transfer path 2, a plurality of charge transfer stages that operate as a barrier region or a charge storage region according to the level of the applied voltage are formed by the overlapping portion of the electrode set D1 and the electrode set D2. .

水平電荷転送路2の各電荷転送段には、隣接する2つの垂直電荷転送路1の各々が電荷蓄積領域5を介して接続されている。各電荷転送段に接続される2つの電荷蓄積領域5のうち、水平電荷転送路2の電荷転送方向上流側(図中右側)にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM1が印加されるメモリ電極3aが形成され、水平電荷転送路2の電荷転送方向下流側(図中左側)にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM2が印加されるメモリ電極3bが形成されている。ラインメモリパルスφLM1,φLM2は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。   Each of the adjacent vertical charge transfer paths 1 is connected to each charge transfer stage of the horizontal charge transfer path 2 via a charge storage region 5. Of the two charge storage regions 5 connected to each charge transfer stage, the line memory pulse φLM1 is applied above the charge storage region 5 on the upstream side (right side in the figure) of the horizontal charge transfer path 2 in the charge transfer direction. A memory electrode 3b to which the line memory pulse φLM2 is applied is formed above the charge storage region 5 on the downstream side (left side in the figure) of the horizontal charge transfer path 2 in the charge transfer direction. . The line memory pulses φLM1 and φLM2 can take a high level state and a low level state, respectively.

図2は、第一実施形態の固体撮像素子の全体構成の一例を示す平面模式図である。図3は、図2に示す固体撮像素子の部分拡大図である。   FIG. 2 is a schematic plan view illustrating an example of the entire configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment. FIG. 3 is a partially enlarged view of the solid-state imaging device shown in FIG.

図2に示す固体撮像素子100は、垂直方向Yと水平方向Xに正方格子状に配列された多数の光電変換素子10を備える。垂直方向Yに並ぶ光電変換素子からなる光電変換素子列には、その側部に、垂直電荷転送路1とその上方の転送電極V1〜V4からなる垂直電荷転送装置20が対応して設けられている。光電変換素子列を構成する各光電変換素子10と、該光電変換素子列に対応する垂直電荷転送路1との間には、光電変換素子10に蓄積された電荷を該垂直電荷転送路1に読み出すための電荷読出し部60が形成されている。   A solid-state imaging device 100 illustrated in FIG. 2 includes a large number of photoelectric conversion elements 10 arranged in a square lattice pattern in the vertical direction Y and the horizontal direction X. A photoelectric conversion element array composed of photoelectric conversion elements arranged in the vertical direction Y is provided with a vertical charge transfer device 20 including a vertical charge transfer path 1 and transfer electrodes V1 to V4 thereabove on the side thereof. Yes. Between each photoelectric conversion element 10 constituting the photoelectric conversion element array and the vertical charge transfer path 1 corresponding to the photoelectric conversion element array, charges accumulated in the photoelectric conversion element 10 are transferred to the vertical charge transfer path 1. A charge reading unit 60 for reading is formed.

垂直電荷転送装置20の終端には、電荷蓄積領域5とメモリ電極3a,3bからなるラインメモリLMが接続され、このラインメモリLMには、水平電荷転送路2と電極4a,4bからなる水平電荷転送装置40が接続されている。水平電荷転送装置40には、水平電荷転送路2を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部50が接続されている。   The end of the vertical charge transfer device 20 is connected to a line memory LM composed of the charge storage region 5 and the memory electrodes 3a and 3b. The line memory LM is connected to the horizontal charge composed of the horizontal charge transfer path 2 and the electrodes 4a and 4b. A transfer device 40 is connected. The horizontal charge transfer device 40 is connected to an output unit 50 that outputs a signal corresponding to the charge transferred through the horizontal charge transfer path 2.

固体撮像素子を搭載する撮像装置200には駆動部70が設けられ、この駆動部70が、垂直電荷転送装置20の転送電極V1〜V4に転送パルスφV1〜φV4を供給し、水平電荷転送装置40の電極組D1,D2に転送パルスφH1,φH2を供給して、固体撮像素子100を駆動する。   The image pickup apparatus 200 including the solid-state image pickup device is provided with a drive unit 70. The drive unit 70 supplies transfer pulses φV1 to φV4 to the transfer electrodes V1 to V4 of the vertical charge transfer device 20, and the horizontal charge transfer device 40. The transfer pulses φH1 and φH2 are supplied to the electrode sets D1 and D2 to drive the solid-state imaging device 100.

図4は、第一実施形態の固体撮像素子の全体構成の別例を示す平面模式図である。図5は、図4に示す固体撮像素子の部分拡大図である。
図4に示す固体撮像素子100と図2に示す固体撮像素子100との違いは、光電変換素子10の配置と、垂直電荷転送装置20の形状である。
図4に示す固体撮像素子100は、垂直方向Yと水平方向Xに正方格子状に光電変換素子10を並べた第一の光電変換素子群と、垂直方向Yと水平方向Xに正方格子状に光電変換素子10を並べた第二の光電変換素子群とを、各光電変換素子群の光電変換素子10の配列ピッチの1/2だけ垂直方向Yと水平方向Xにずらして配置したものとなっている。そして、垂直電荷転送装置20は、垂直方向Yに並ぶ光電変換素子10からなる光電変換素子列の間を、光電変換素子10を避けるように垂直方向Yに蛇行して形成されている。
FIG. 4 is a schematic plan view showing another example of the overall configuration of the solid-state imaging device of the first embodiment. FIG. 5 is a partially enlarged view of the solid-state imaging device shown in FIG.
The difference between the solid-state imaging device 100 shown in FIG. 4 and the solid-state imaging device 100 shown in FIG. 2 is the arrangement of the photoelectric conversion elements 10 and the shape of the vertical charge transfer device 20.
A solid-state imaging device 100 shown in FIG. 4 includes a first photoelectric conversion element group in which photoelectric conversion elements 10 are arranged in a square lattice pattern in the vertical direction Y and the horizontal direction X, and a square lattice pattern in the vertical direction Y and the horizontal direction X. The second photoelectric conversion element group in which the photoelectric conversion elements 10 are arranged is arranged so as to be shifted in the vertical direction Y and the horizontal direction X by 1/2 of the arrangement pitch of the photoelectric conversion elements 10 of each photoelectric conversion element group. ing. The vertical charge transfer device 20 is formed by meandering in the vertical direction Y so as to avoid the photoelectric conversion elements 10 between the photoelectric conversion element arrays composed of the photoelectric conversion elements 10 arranged in the vertical direction Y.

図5に示すように、垂直電荷転送装置20は、蛇行形状の垂直電荷転送路1と、この上方に垂直方向Yに配列された蛇行形状の転送電極Va,Vbとから構成されている。この転送電極Va,Vbに図示しない駆動部から4相の転送パルスφV1〜φV4が供給されることで、垂直電荷転送装置20の電荷転送動作が制御される。   As shown in FIG. 5, the vertical charge transfer device 20 includes a meandering vertical charge transfer path 1 and meandering transfer electrodes Va and Vb arranged in the vertical direction Y above the meandering vertical charge transfer path 1. By supplying four-phase transfer pulses φV1 to φV4 to the transfer electrodes Va and Vb from a driving unit (not shown), the charge transfer operation of the vertical charge transfer device 20 is controlled.

本実施形態の固体撮像素子は、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子(例えば、赤色(R)の波長域の光を検出するR光電変換素子、緑色(G)の波長域の光を検出するG光電変換素子、青色(B)の波長域の光を検出するB光電変換素子の3種類)を含み、全ての電荷蓄積領域5に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分(R成分)の電荷と第二の色成分(B成分)の電荷とを第三の色成分(G成分)の電荷を挟んで水平方向Xに交互に並べた配列となるように、上記3種類の光電変換素子の配列が決められている。   The solid-state imaging device of this embodiment includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges (for example, an R photoelectric conversion element that detects light in the red (R) wavelength range, and a green (G) wavelength. G photoelectric conversion element for detecting light in the region, and B photoelectric conversion element for detecting light in the blue (B) wavelength region), in a state where charges are accumulated in all the charge accumulation regions 5, The charge arrangement is such that the charge of the first color component (R component) and the charge of the second color component (B component) are alternately arranged in the horizontal direction X across the charge of the third color component (G component). The arrangement of the above three types of photoelectric conversion elements is determined so that the arrangement becomes the same.

図6は、第一実施形態の固体撮像素子の光電変換素子の配列例を示す図である。図6において“R”はR光電変換素子、“G”はG光電変換素子、“B”はB光電変換素子をそれぞれ示している。   FIG. 6 is a diagram illustrating an arrangement example of photoelectric conversion elements of the solid-state imaging element according to the first embodiment. In FIG. 6, “R” indicates an R photoelectric conversion element, “G” indicates a G photoelectric conversion element, and “B” indicates a B photoelectric conversion element.

図6(a)に示した配列は、図4に示した固体撮像素子100におけるR光電変換素子とG光電変換素子とB光電変換素子の配置例を示したものであり、正方格子状に並ぶ第一の光電変換素子群をR光電変換素子とB光電変換素子で構成し、正方格子状に並ぶ第二の光電変換素子群をG光電変換素子で構成しており、第一の光電変換素子群の光電変換素子配列は、R光電変換素子とB光電変換素子を市松状に配置したものとなっている。   The arrangement shown in FIG. 6A shows an arrangement example of the R photoelectric conversion elements, the G photoelectric conversion elements, and the B photoelectric conversion elements in the solid-state imaging device 100 shown in FIG. 4, and is arranged in a square lattice pattern. The first photoelectric conversion element group is composed of an R photoelectric conversion element and a B photoelectric conversion element, the second photoelectric conversion element group arranged in a square lattice is composed of a G photoelectric conversion element, and the first photoelectric conversion element The photoelectric conversion element array of the group has an R photoelectric conversion element and a B photoelectric conversion element arranged in a checkered pattern.

この配列によれば、全ての電荷蓄積領域5に電荷を蓄積させた状態(2ライン分の光電変換素子からの電荷を電荷蓄積領域5に蓄積させた状態)で、その電荷の色成分の並びが、RGBGRGBG・・・、又は、BGRGBGRG・・・・となり、R電荷とB電荷がG電荷を挟んで水平方向Xに交互に並んだものとなるため、上述した配列条件を満たすことができる。   According to this arrangement, in a state where charges are accumulated in all the charge accumulation regions 5 (a state where charges from the photoelectric conversion elements for two lines are accumulated in the charge accumulation region 5), the arrangement of the color components of the charges is arranged. Are RGBGRGBG... Or BGRGBGRG..., And R charges and B charges are alternately arranged in the horizontal direction X with the G charges interposed therebetween, so that the above-described arrangement condition can be satisfied.

図6(b)に示した配列は、図2に示した固体撮像素子100におけるR光電変換素子とG光電変換素子とB光電変換素子の配置例を示したものであり、垂直方向Yに並べたB光電変換素子からなるB光電変換素子列と、垂直方向Yに並べたR光電変換素子からなるR光電変換素子列とを、垂直方向Yに並べたG光電変換素子からなるG光電変換素子列を挟んで水平方向Xに交互に並べた配列となっている。   The arrangement shown in FIG. 6B shows an arrangement example of the R photoelectric conversion element, the G photoelectric conversion element, and the B photoelectric conversion element in the solid-state imaging device 100 shown in FIG. A G photoelectric conversion element comprising a G photoelectric conversion element in which the B photoelectric conversion element array comprising the B photoelectric conversion elements and the R photoelectric conversion element array comprising the R photoelectric conversion elements arranged in the vertical direction Y are arranged in the vertical direction Y. The array is arranged alternately in the horizontal direction X across the rows.

この配列によれば、全ての電荷蓄積領域5に電荷を蓄積させた状態(1ライン分の光電変換素子からの電荷を電荷蓄積領域5に蓄積させた状態)で、その電荷の色成分の並びが、RGBGRGBG・・・、又は、BGRGBGRG・・・となり、R電荷とB電荷がG電荷を挟んで水平方向Xに交互に並んだものとなるため、上述した配列条件を満たすことができる。   According to this arrangement, in a state where charges are accumulated in all charge accumulation regions 5 (a state where charges from one line of photoelectric conversion elements are accumulated in the charge accumulation region 5), the arrangement of the color components of the charges is arranged. Are RGBGRGBG... Or BGRGBGRG... And the R charges and B charges are alternately arranged in the horizontal direction X with the G charges interposed therebetween, so that the arrangement condition described above can be satisfied.

尚、図6では原色の光を検出する光電変換素子配列を示したが、補色の光を検出する光電変換素子配列とすることも可能である。   Although FIG. 6 shows a photoelectric conversion element array for detecting primary color light, a photoelectric conversion element array for detecting complementary color light may be used.

以下、このような構成の固体撮像素子の動作について説明する。
図7は、図1に示した固体撮像素子のラインメモリから水平電荷転送路への電荷転送動作を説明するための図である。図7においては、左側に転送パルスφH1,φH2、ラインメモリパルスφLM1,φLM2のタイミングチャートを示し、右側に、左側に示した各タイミングにおける電荷の様子を図示してある。ここでは、固体撮像素子に含まれる光電変換素子の配列が、図6に示したような配列となっている場合を例にして説明する。
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device having such a configuration will be described.
FIG. 7 is a diagram for explaining the charge transfer operation from the line memory of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 to the horizontal charge transfer path. In FIG. 7, the timing chart of the transfer pulses φH1 and φH2 and the line memory pulses φLM1 and φLM2 is shown on the left side, and the state of charge at each timing shown on the left side is shown on the right side. Here, the case where the arrangement of the photoelectric conversion elements included in the solid-state imaging element is the arrangement shown in FIG. 6 will be described as an example.

図7(a)は、多数の電荷蓄積領域5に、固体撮像素子の2ライン分の光電変換素子から得られた電荷を蓄積した状態を示している。この状態では、φH1,φH2はローレベル、φLM1,φLM2はハイレベルとなっており、電荷蓄積領域5に電位井戸が形成され、水平電荷転送路2の各電荷転送段がこの電位井戸のバリアを形成している。   FIG. 7A shows a state where charges obtained from the photoelectric conversion elements for two lines of the solid-state imaging element are accumulated in a large number of charge accumulation regions 5. In this state, φH1 and φH2 are at a low level, φLM1 and φLM2 are at a high level, a potential well is formed in the charge storage region 5, and each charge transfer stage of the horizontal charge transfer path 2 has a barrier for this potential well. Forming.

次に、図7(b)に示すように、φLM2をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5にある電荷“R”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“R”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“R”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   Next, as shown in FIG. 7B, φLM2 is set to the low level and φH2 is set to the high level, and the charge storage region below the memory electrode 3b corresponding to the charge transfer stage is placed in the charge transfer stage below the electrode set D1. The charge “R” in 5 is moved. Thereafter, φH2 is set to the low level and φH1 is set to the high level to transfer the charge “R” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “R” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“R”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図7(a)の状態にした後、図7(c)に示すように、φLM1をローベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G1”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“G1”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G1”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “R” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 7A, then φLM1 is set to the low level and φH2 is set to the high level as shown in FIG. Thus, the charge “G1” in the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3a corresponding to the charge transfer stage is moved to the charge transfer stage below the electrode set D1. Thereafter, φH2 is set to the low level and φH1 is set to the high level to transfer the charge “G1” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, the signal corresponding to the charge “G1” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“G1”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図7(a)の状態にした後、図7(d)に示すように、φLM2をローベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5にある電荷“B”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“B”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“B”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “G1” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 7A, then φLM2 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. Thus, the charge “B” in the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3b corresponding to the charge transfer stage is moved to the charge transfer stage below the electrode set D2. Thereafter, φH1 is set to low level and φH2 is set to high level to transfer the charge “B” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “B” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“B”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図7(a)の状態にした後、図7(e)に示すように、φLM1をローベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G2”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“G2”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G2”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “B” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 7A, then φLM1 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. Thus, the charge “G2” in the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3a corresponding to the charge transfer stage is moved to the charge transfer stage below the electrode set D2. Thereafter, φH1 is set to low level and φH2 is set to high level to transfer the charge “G2” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “G2” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

このような動作により、2ライン分の電荷の転送が完了する。   With this operation, the transfer of charges for two lines is completed.

以上のように、本実施形態の固体撮像素子によれば、1つの電荷転送段に2つの垂直電荷転送路1を接続し、この2つの垂直電荷転送路1に接続された電荷蓄積領域5上方のメモリ電極3a,3bにそれぞれ独立に電圧を印加可能とすることで、ラインメモリLMで水平電荷転送路2へ転送する電荷を選択することができる。   As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, two vertical charge transfer paths 1 are connected to one charge transfer stage, and the charge storage region 5 connected to the two vertical charge transfer paths 1 is above. By making it possible to independently apply a voltage to each of the memory electrodes 3a and 3b, it is possible to select the charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 in the line memory LM.

このため、図29と同じ画素ピッチを実現した場合でも、水平電荷転送路2の水平方向の幅を維持したまま、電荷転送段の水平方向幅(図1中のA’)を図29に示したものよりも拡大することができる。この結果、消費電力を増加させることなく、水平電荷転送路2の電荷転送容量を増加することができる。又、電荷転送段数を減少させることができるため、転送効率の劣化を防ぐこともできる。   Therefore, even when the same pixel pitch as that in FIG. 29 is realized, the horizontal width (A ′ in FIG. 1) of the charge transfer stage is shown in FIG. 29 while maintaining the horizontal width of the horizontal charge transfer path 2. It can be expanded more than anything. As a result, the charge transfer capacity of the horizontal charge transfer path 2 can be increased without increasing the power consumption. In addition, since the number of charge transfer stages can be reduced, it is possible to prevent deterioration of transfer efficiency.

又、本実施形態の固体撮像素子によれば、ラインメモリLMのメモリ電極が、それぞれ独立に電圧を印加可能なメモリ電極3aとメモリ電極3bとに分割されているため、ラインメモリパルスφLM1,φLM2を制御することで、ラインメモリLMから水平電荷転送路2への電荷の振り分けを行うことができる。   Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the memory electrodes of the line memory LM are divided into the memory electrode 3a and the memory electrode 3b to which voltages can be applied independently, so that the line memory pulses φLM1, φLM2 By controlling the above, it is possible to distribute charges from the line memory LM to the horizontal charge transfer path 2.

図29に示した構成で多フィールド読みを行う場合、垂直電荷転送路11の駆動が複雑になってしまうが、図1に示した構成によれば、垂直電荷転送路1の駆動を複雑にすることなく、ラインメモリパルスφLM1,φLM2の制御のみで多フィールド読みを実現することができる。又、ラインメモリパルスφLM1,φLM2を制御することで、間引き駆動等を容易に実現することもできる。このように、メモリ電極を複数種類設けることで、様々な駆動方法を容易に実現することができる。   When multi-field reading is performed with the configuration shown in FIG. 29, the driving of the vertical charge transfer path 11 is complicated, but according to the configuration shown in FIG. 1, the driving of the vertical charge transfer path 1 is complicated. Therefore, multi-field reading can be realized only by controlling the line memory pulses φLM1 and φLM2. Further, by controlling the line memory pulses φLM1 and φLM2, it is possible to easily realize thinning driving or the like. Thus, by providing a plurality of types of memory electrodes, various driving methods can be easily realized.

尚、以上の説明では、水平電荷転送路2の各電荷転送段に2つの垂直電荷転送路1が接続されるものとしているが、各電荷転送段に接続される垂直電荷転送路1の数は、3つ以上であっても、上述した効果を得ることができる。以下では、各電荷転送段に接続される垂直電荷転送路1の数を4つにした場合を例にして説明する。   In the above description, two vertical charge transfer paths 1 are connected to each charge transfer stage of the horizontal charge transfer path 2, but the number of vertical charge transfer paths 1 connected to each charge transfer stage is as follows. Even if there are three or more, the above-described effects can be obtained. In the following, a case where the number of vertical charge transfer paths 1 connected to each charge transfer stage is four will be described as an example.

図8は、本発明の第一実施形態である固体撮像素子の変形例の概略構成を示す部分平面模式図である。図8において図1と同様の構成には同一符号を付してある。
図8に示す固体撮像素子において図1に示した固体撮像素子と異なる点は、水平電荷転送路2の各電荷転送段に4つの垂直電荷転送路1が接続されている点である。
FIG. 8 is a schematic partial plan view showing a schematic configuration of a modified example of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same components as those of FIG.
The solid-state imaging device shown in FIG. 8 is different from the solid-state imaging device shown in FIG. 1 in that four vertical charge transfer paths 1 are connected to each charge transfer stage of the horizontal charge transfer path 2.

図8に示すように、水平電荷転送路2の各電荷転送段には、電荷蓄積領域5を介して4つの垂直電荷転送路1が接続されており、この4つの垂直電荷転送路1の各々に接続された4つの電荷蓄積領域5のうち、水平電荷転送路2による電荷転送方向の最も下流側(図8中の一番左)にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM1が印加されるメモリ電極3fが形成され、図8中の左から2番目にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM2が印加されるメモリ電極3eが形成され、図8中の左から3番目にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM3が印加されるメモリ電極3dが形成され、図8中の左から4番目にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM4が印加されるメモリ電極3cが形成されている。ラインメモリパルスφLM1〜φLM4は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。   As shown in FIG. 8, four vertical charge transfer paths 1 are connected to each charge transfer stage of the horizontal charge transfer path 2 via a charge accumulation region 5. Line memory pulse φLM1 is above the charge storage region 5 on the most downstream side (leftmost in FIG. 8) in the charge transfer direction by the horizontal charge transfer path 2 among the four charge storage regions 5 connected to A memory electrode 3f to be applied is formed, and a memory electrode 3e to which the line memory pulse φLM2 is applied is formed above the charge accumulation region 5 that is second from the left in FIG. A memory electrode 3d to which a line memory pulse φLM3 is applied is formed above the fourth charge storage region 5, and a line memory pulse φLM4 is applied above the fourth charge storage region 5 from the left in FIG. Memory Pole 3c are formed. The line memory pulses φLM1 to φLM4 can take a high level state and a low level state, respectively.

以下、このような構成の固体撮像素子の動作について説明する。
図9は、図8に示した固体撮像素子のラインメモリから水平電荷転送路への電荷転送動作を説明するための図である。図9においては、左側に転送パルスφH1,φH2、ラインメモリパルスφLM1〜φLM4のタイミングチャートを示し、右側に、左側に示した各タイミングにおける電荷の様子を図示してある。ここでは、固体撮像素子に含まれる光電変換素子の配列が、図6に示したような配列となっている場合を例にして説明する。
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device having such a configuration will be described.
FIG. 9 is a diagram for explaining the charge transfer operation from the line memory to the horizontal charge transfer path of the solid-state imaging device shown in FIG. In FIG. 9, a timing chart of the transfer pulses φH1 and φH2 and the line memory pulses φLM1 to φLM4 is shown on the left side, and the state of charge at each timing shown on the left side is shown on the right side. Here, the case where the arrangement of the photoelectric conversion elements included in the solid-state imaging element is the arrangement shown in FIG. 6 will be described as an example.

図9(a)は、多数の電荷蓄積領域5に、固体撮像素子の2ライン分の光電変換素子から得られた電荷を蓄積した状態を示している。この状態では、φH1,φH2はローレベル、φLM1〜φLM4はハイレベルとなっており、電荷蓄積領域5に電位井戸が形成され、水平電荷転送路2の各電荷転送段がこの電位井戸のバリアを形成している。   FIG. 9A shows a state where charges obtained from the photoelectric conversion elements for two lines of the solid-state imaging device are accumulated in a large number of charge accumulation regions 5. In this state, φH1 and φH2 are at a low level, φLM1 to φLM4 are at a high level, a potential well is formed in the charge storage region 5, and each charge transfer stage of the horizontal charge transfer path 2 has a barrier for this potential well. Forming.

次に、図9(b)に示すように、φLM1をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3f下方の電荷蓄積領域5にある電荷“R”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“R”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“R”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   Next, as shown in FIG. 9B, φLM1 is set to the low level and φH2 is set to the high level, and the charge storage region below the memory electrode 3f corresponding to the charge transfer stage is placed in the charge transfer stage below the electrode set D1. The charge “R” in 5 is moved. Thereafter, φH2 is set to the low level and φH1 is set to the high level to transfer the charge “R” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “R” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“R”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(c)に示すように、φLM2をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3e下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G1”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“G1”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G1”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “R” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM2 is set to the low level and φH2 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “G1” in the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3e corresponding to the charge transfer stage is moved to the charge transfer stage below the electrode set D1. Thereafter, φH2 is set to the low level and φH1 is set to the high level to transfer the charge “G1” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, the signal corresponding to the charge “G1” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“G1”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(d)に示すように、φLM3をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3d下方の電荷蓄積領域5にある電荷“B”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“B”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“B”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “G1” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM3 is set to the low level and φH2 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “B” in the charge storage region 5 below the memory electrode 3d corresponding to the charge transfer stage is moved to the charge transfer stage below the electrode set D1. Thereafter, φH2 is set to low level and φH1 is set to high level to transfer the charge “B” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “B” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“B”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(e)に示すように、φLM4をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3c下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G2”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“G2”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G2”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “B” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM4 is set to the low level and φH2 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “G2” in the charge storage region 5 below the memory electrode 3c corresponding to the charge transfer stage is moved to the charge transfer stage below the electrode set D1. Thereafter, φH2 is set to low level and φH1 is set to high level to transfer the charge “G2” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “G2” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“G2”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(f)に示すように、φLM1をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3f下方の電荷蓄積領域5にある電荷“R”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“R”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“R”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “G2” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM1 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “R” in the charge storage region 5 below the memory electrode 3f corresponding to the charge transfer stage is moved to the charge transfer stage below the electrode set D2. Thereafter, φH1 is set to the low level and φH2 is set to the high level to transfer the charge “R” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “R” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“R”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(g)に示すように、φLM2をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3e下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G1”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“G1”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G1”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “R” is output, after φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state of FIG. 9A, φLM2 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “G1” in the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3e corresponding to the charge transfer stage is moved to the charge transfer stage below the electrode set D2. Thereafter, φH1 is set to low level and φH2 is set to high level to transfer the charge “G1” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “G1” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“G1”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(h)に示すように、φLM3をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3d下方の電荷蓄積領域5にある電荷“B”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“B”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“B”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “G1” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM3 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “B” in the charge storage region 5 below the memory electrode 3d corresponding to the charge transfer stage is moved to the charge transfer stage below the electrode set D2. Thereafter, φH1 is set to low level and φH2 is set to high level to transfer the charge “B” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “B” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“B”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(i)に示すように、φLM4をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3c下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G2”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“G2”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G2”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “B” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM4 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “G2” in the charge storage region 5 below the memory electrode 3c corresponding to the charge transfer stage is moved to the charge transfer stage below the electrode set D2. Thereafter, φH1 is set to low level and φH2 is set to high level to transfer the charge “G2” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “G2” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

このような動作により、2ライン分の電荷の転送が完了する。   With this operation, the transfer of charges for two lines is completed.

以上のように、水平電荷転送路2の各電荷転送段に4つの垂直電荷転送路1を接続することで、第一実施形態の固体撮像素子に比べて電荷転送段の水平方向幅A”を2倍にすることができ、転送容量をより増加させることができる。本実施形態の構成によれば、例えば図9(e)の時点で駆動を終了させることで、水平方向の間引き読出しも可能となる。   As described above, by connecting the four vertical charge transfer paths 1 to each charge transfer stage of the horizontal charge transfer path 2, the horizontal width A ″ of the charge transfer stage can be increased as compared with the solid-state imaging device of the first embodiment. According to the configuration of the present embodiment, for example, when the driving is terminated at the time of FIG. It becomes.

(第二実施形態)
図10は、本発明の第二実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す部分平面模式図である。図10において図1と同様の構成には同一符号を付してある。
図10に示す固体撮像素子は、図1に示す固体撮像素子において、それぞれ異なる電荷転送段に接続され、且つ、互いに隣接する2つの電荷蓄積領域5の各々の上方のメモリ電極3a,3bを一体化した構成となっている。
(Second embodiment)
FIG. 10 is a schematic partial plan view showing a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same components as those in FIG.
The solid-state imaging device shown in FIG. 10 is the same as the solid-state imaging device shown in FIG. 1, but the memory electrodes 3a and 3b above each of the two charge storage regions 5 that are connected to different charge transfer stages and are adjacent to each other. It has become a structure.

図10に示すように、それぞれ異なる電荷転送段に接続された隣接する2つの電荷蓄積領域5上方には、この2つの電荷蓄積領域5を覆う1枚構成のメモリ電極6a又はメモリ電極6bが形成されている。メモリ電極6aとメモリ電極6bは、水平方向Xに交互に並べて配列されている。メモリ電極6aにはラインメモリパルスφLM2が印加され、メモリ電極6bにはラインメモリパルスφLM1が印加されるようになっている。ラインメモリパルスφLM1,φLM2は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。   As shown in FIG. 10, a single-layer memory electrode 6a or memory electrode 6b is formed above two adjacent charge storage regions 5 connected to different charge transfer stages. Has been. The memory electrodes 6a and the memory electrodes 6b are arranged alternately in the horizontal direction X. A line memory pulse φLM2 is applied to the memory electrode 6a, and a line memory pulse φLM1 is applied to the memory electrode 6b. The line memory pulses φLM1 and φLM2 can take a high level state and a low level state, respectively.

以下、このような構成の固体撮像素子の動作について説明する。
図11は、図10に示した固体撮像素子のラインメモリから水平電荷転送路への電荷転送動作を説明するための図である。図11においては、左側に転送パルスφH1,φH2、ラインメモリパルスφLM1,φLM2のタイミングチャートを示し、右側に、左側に示した各タイミングにおける電荷の様子を図示してある。ここでは、固体撮像素子に含まれる光電変換素子の配列が、図6に示したような配列となっている場合を例にして説明する。
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device having such a configuration will be described.
FIG. 11 is a diagram for explaining the charge transfer operation from the line memory of the solid-state imaging device shown in FIG. 10 to the horizontal charge transfer path. In FIG. 11, the timing chart of the transfer pulses φH1 and φH2 and the line memory pulses φLM1 and φLM2 is shown on the left side, and the state of charge at each timing shown on the left side is shown on the right side. Here, the case where the arrangement of the photoelectric conversion elements included in the solid-state imaging element is the arrangement shown in FIG. 6 will be described as an example.

図11(a)は、多数の電荷蓄積領域5に、固体撮像素子の2ライン分の光電変換素子から得られた電荷を蓄積した状態を示している。この状態では、φH1,φH2はローレベル、φLM1,φLM2はハイレベルとなっており、電荷蓄積領域5に電位井戸が形成され、水平電荷転送路2の各電荷転送段がこの電位井戸のバリアを形成している。   FIG. 11A shows a state where charges obtained from the photoelectric conversion elements for two lines of the solid-state imaging element are accumulated in a large number of charge accumulation regions 5. In this state, φH1 and φH2 are at a low level, φLM1 and φLM2 are at a high level, a potential well is formed in the charge storage region 5, and each charge transfer stage of the horizontal charge transfer path 2 has a barrier for this potential well. Forming.

次に、図11(b)に示すように、φLM2をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に接続された2つの電荷蓄積領域5のうち、メモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5にある電荷“R”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“R”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“R”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   Next, as shown in FIG. 11B, φLM2 is set to a low level and φH2 is set to a high level, so that two charge storage regions 5 connected to the charge transfer stage are connected to the charge transfer stage below the electrode set D1. Among them, the charge “R” in the charge storage region 5 below the memory electrode 6a is moved. Thereafter, φH2 is set to the low level and φH1 is set to the high level to transfer the charge “R” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “R” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“R”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図11(a)の状態にした後、図11(c)に示すように、φLM1をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に接続された2つの電荷蓄積領域5のうち、メモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G1”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“G1”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G1”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “R” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 11A, and then φLM1 is set to the low level and φH2 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “G1” in the charge storage region 5 below the memory electrode 6b, of the two charge storage regions 5 connected to the charge transfer stage, is moved to the charge transfer stage below the electrode set D1. Thereafter, φH2 is set to the low level and φH1 is set to the high level to transfer the charge “G1” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, the signal corresponding to the charge “G1” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“G1”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図11(a)の状態にした後、図11(d)に示すように、φLM1をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に接続された2つの電荷蓄積領域5のうち、メモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5にある電荷“B”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“B”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“B”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “G1” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 11A, then φLM1 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “B” in the charge storage region 5 below the memory electrode 6b is transferred to the charge transfer stage below the electrode set D2 out of the two charge storage regions 5 connected to the charge transfer stage. Thereafter, φH1 is set to low level and φH2 is set to high level to transfer the charge “B” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “B” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

電荷“B”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図11(a)の状態にした後、図11(e)に示すように、φLM2をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に接続された2つの電荷蓄積領域5のうち、メモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G2”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“G2”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G2”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。   After the signal corresponding to the charge “B” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 11A, then φLM2 is set low and φH1 is set high as shown in FIG. At a level, the charge “G2” in the charge storage region 5 below the memory electrode 6a, of the two charge storage regions 5 connected to the charge transfer stage, is moved to the charge transfer stage below the electrode set D2. Thereafter, φH1 is set to low level and φH2 is set to high level to transfer the charge “G2” to the adjacent charge transfer stage. By repeating such transfer operation, a signal corresponding to the charge “G2” is transferred to the horizontal charge. Output from the output amplifier connected to the end of the path 2.

このような動作により、2ライン分の電荷の転送が完了する。   With this operation, the transfer of charges for two lines is completed.

以上のように、本実施形態の固体撮像素子によれば、1つの電荷転送段に2つの垂直電荷転送路1を接続し、この2つの垂直電荷転送路1に接続された電荷蓄積領域5上方のメモリ電極6a,6bにそれぞれ独立に電圧を印加可能とすることで、ラインメモリLMで水平電荷転送路2へ転送する電荷を選択することができる。   As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, two vertical charge transfer paths 1 are connected to one charge transfer stage, and the charge storage region 5 connected to the two vertical charge transfer paths 1 is above. By making it possible to independently apply a voltage to each of the memory electrodes 6a and 6b, it is possible to select the charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 in the line memory LM.

このため、図29と同じ画素ピッチを実現した場合でも、水平電荷転送路2の水平方向の幅を維持したまま、電荷転送段の水平方向幅(図10中のA’)を図29に示したものよりも拡大することができる。この結果、消費電力を増加させることなく、水平電荷転送路2の電荷転送容量を増加することができる。又、電荷転送段数を減少させることができるため、転送効率の劣化を防ぐこともできる。   Therefore, even when the same pixel pitch as in FIG. 29 is realized, the horizontal width (A ′ in FIG. 10) of the charge transfer stage is shown in FIG. 29 while maintaining the horizontal width of the horizontal charge transfer path 2. It can be expanded more than anything. As a result, the charge transfer capacity of the horizontal charge transfer path 2 can be increased without increasing the power consumption. In addition, since the number of charge transfer stages can be reduced, it is possible to prevent deterioration of transfer efficiency.

又、本実施形態の固体撮像素子によれば、図1に示す固体撮像素子と比べて、メモリ電極の数が半分となるため、各メモリ電極に接続する配線を減らすことができ、配線形成のためのマスクパターンの設計に余裕を持たせることができる。又、メモリ電極同士の隙間も半分となるため、メモリ電極形成のためのマスクパターンの設計についても余裕を持たせることができる。   Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the number of memory electrodes is halved compared to the solid-state imaging device shown in FIG. Therefore, a margin can be given to the design of the mask pattern. Further, since the gap between the memory electrodes is also halved, it is possible to provide a margin for the design of the mask pattern for forming the memory electrode.

以上の実施形態で説明した固体撮像素子は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に搭載して用いることができる。撮像装置に搭載した場合には、撮像装置内に設けた撮像素子駆動部が、撮影モードに応じてラインメモリパルスを制御することで、間引き読出し駆動や多フィールド読出し駆動等の様々な駆動を行うことができ、垂直電荷転送路1の駆動を複雑にすることなく様々な撮影シーンに合わせた撮影が可能となる。以下の実施形態では、上述した構成の固体撮像素子を駆動する駆動方法について詳細に説明する。   The solid-state imaging device described in the above embodiments can be used by being mounted on an imaging apparatus such as a digital camera or a digital video camera. When mounted in an image pickup apparatus, an image sensor driving unit provided in the image pickup apparatus performs various driving such as thinning-out reading driving and multi-field reading driving by controlling line memory pulses in accordance with the shooting mode. Therefore, it is possible to perform shooting according to various shooting scenes without complicating the driving of the vertical charge transfer path 1. In the following embodiments, a driving method for driving the solid-state imaging device having the above-described configuration will be described in detail.

(第三実施形態)
本実施形態では、図1に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を転送パルスφH1〜φH6で6相駆動する方法について説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a method of driving the horizontal charge transfer path 2 of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 1 with the transfer pulses φH1 to φH6 in six phases will be described.

図12は、図1に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を6相駆動するために必要な配線例を示した図である。図12において図1と同様の構成には同一符号を付してある。
図1に示した固体撮像素子の水平電荷転送路2上方には複数の電極組が設けられるが、図12に示す固体撮像素子は、この電極組が、図示しない撮像装置に搭載される撮像素子駆動部から転送パルスφH1が印加される電極組H1と、撮像素子駆動部から転送パルスφH2が印加される電極組H2と、撮像素子駆動部から転送パルスφH3が印加される電極組H3と、撮像素子駆動部から転送パルスφH4が印加される電極組H4と、撮像素子駆動部から転送パルスφH5が印加される電極組H5と、撮像素子駆動部から転送パルスφH6が印加される電極組H6とを含む構成となっている。転送パルスφH1〜φH6は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。
FIG. 12 is a diagram showing an example of wiring necessary for driving the horizontal charge transfer path 2 of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 1 in six phases. In FIG. 12, the same components as those in FIG.
A plurality of electrode sets are provided above the horizontal charge transfer path 2 of the solid-state image pickup device shown in FIG. 1, but the solid-state image pickup device shown in FIG. The electrode set H1 to which the transfer pulse φH1 is applied from the drive unit, the electrode set H2 to which the transfer pulse φH2 is applied from the image sensor driving unit, the electrode set H3 to which the transfer pulse φH3 is applied from the image sensor drive unit, and the imaging An electrode set H4 to which the transfer pulse φH4 is applied from the element driving unit, an electrode set H5 to which the transfer pulse φH5 is applied from the image sensor driving unit, and an electrode set H6 to which the transfer pulse φH6 is applied from the image sensor driving unit. It is a configuration that includes. The transfer pulses φH1 to φH6 can take a high level state and a low level state, respectively.

これらの電極組は、電極組H1,H2,H3,H4,H5,H6,H3,H4をこの順番に並べた電極組群を、水平方向に繰り返し並べた配置となっている。   These electrode groups are arranged in such a manner that an electrode group group in which electrode groups H1, H2, H3, H4, H5, H6, H3, and H4 are arranged in this order is repeatedly arranged in the horizontal direction.

次に、図12に示した固体撮像素子の駆動方法について説明する。以下では、固体撮像素子の光電変換素子の配列を、図6(b)に示したものとして説明する。   Next, a method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 12 will be described. Hereinafter, the arrangement of the photoelectric conversion elements of the solid-state imaging element will be described as shown in FIG.

<第一の駆動方法>
図13〜図15は、図12に示す固体撮像素子を駆動する第一の駆動方法を説明するための図であり、図12に示す固体撮像素子に供給するラインメモリパルスφLM1,φLM2及び転送パルスφH1〜φH6のタイミングチャートと、時刻t1〜t42における電極組H1〜H6の下方の水平電荷転送路2のポテンシャルとを併せて示した図である。
<First driving method>
FIGS. 13 to 15 are diagrams for explaining a first driving method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 12. Line memory pulses φLM1, φLM2 and transfer pulses supplied to the solid-state imaging device shown in FIG. It is the figure which showed together the timing chart of (phi) H1- (phi) H6, and the potential of the horizontal charge transfer path 2 under the electrode group H1-H6 in the time t1-t42.

時刻t3でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を、該電荷転送段に転送する。   At time t3, φLM1 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3a to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode sets H3 and H5. The R charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t4〜t8の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t3で水平電荷転送路2に転送されたR電荷のうち、隣接する3つのR電荷を水平電荷転送路2上で混合する。この混合された電荷を、時刻t9で、電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t4 and t8, and among the R charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 at time t3, three adjacent R charges are transferred horizontally. Mix on path 2. This mixed charge is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 at time t9.

次に、時刻t11でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t11, φLM1 is set to a low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 3a to which φLM1 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H4 and H6 are applied. The accumulated B charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t12〜t17の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t11で水平電荷転送路2に転送されたB電荷のうち、隣接する3つのB電荷を水平電荷転送路2上で混合する。   Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t12 and t17, and among the B charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 at time t11, three adjacent B charges are transferred horizontally. Mix on path 2.

次に、時刻t19でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのR電荷が存在しているため、時刻t19の時点で、4つのR電荷の混合が完了する。   Next, at time t19, φLM1 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3a to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H1. The R charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed R charges in the charge transfer stage, the mixing of the four R charges is completed at time t19.

次に、時刻t20〜t23の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御して、混合した4つのR電荷を電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送し、混合した3つのB電荷を電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, during the time t20 to t23, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure to transfer the four mixed R charges to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H6, and the three mixed B The charge is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2.

次に、時刻t25でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのB電荷が存在しているため、時刻t25の時点で、4つのB電荷の混合が完了する。   Next, at time t25, φLM1 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3a to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H2. The B charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed B charges in the charge transfer stage, the mixing of the four B charges is completed at time t25.

次に、時刻t28でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t28, φLM2 is set to low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3b to which φLM2 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H4. The G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t30で、電極組H4下方の水平電荷転送路2にあるG電荷を、電極組H3下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, at time t30, the G charge in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H4 is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H3.

次に、時刻t32でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t32, φLM2 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3b to which φLM2 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H3. The G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t34で、電極組H3下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、電極組H2又は電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, at time t34, the two mixed G charges existing in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H3 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 or the electrode set H6.

次に、時刻t36でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t36, φLM2 is set to a low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 3b to which φLM2 is applied, the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode sets H2 and H6 is applied. The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t38で、電極組H2下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H1下方の水平電荷転送路2に転送し、電極組H6下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H5下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, at time t38, the mixed three G charges in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the adjacent electrode set H1, and below the electrode set H6. The three mixed G charges in the horizontal charge transfer path 2 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the adjacent electrode set H5.

次に、時刻t40でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのG電荷が存在しているため、時刻t40の時点で、4つのG電荷の混合が完了する。   Next, at time t40, φLM2 is set to a low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 3b to which φLM2 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H1 and H5 The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed G charges in the charge transfer stage, the mixing of the four G charges is completed at time t40.

これ以降は、転送パルスφH1〜φH6を制御することで、混合したR電荷、G電荷、B電荷を水平方向Xに順次転送して、1ライン分の電荷に応じた信号の出力を完了する。このような処理を全ライン分行うことで、全ての光電変換素子から信号を取得することができる。   Thereafter, by controlling the transfer pulses φH1 to φH6, the mixed R charge, G charge, and B charge are sequentially transferred in the horizontal direction X, and the output of the signal corresponding to the charge for one line is completed. By performing such processing for all lines, signals can be acquired from all photoelectric conversion elements.

以上のように、図12に示した構成の固体撮像素子によれば、電荷蓄積領域5から水平電荷転送路2への電荷の転送処理を、ラインメモリパルスφLM1,φLM2と転送パルスφH1〜φH6の組み合わせによって細かく制御することができる。このため、全ての電荷蓄積領域5に蓄積された電荷のうち同一色成分の4つの電荷を水平電荷転送路2で混合する処理を、わずか40回のパルス変化で実現することができ、従来の構成で4つの電荷を混合する処理を行う場合に比べて、その処理時間を大幅に短縮することができる。この結果、動画撮影モード等でこの4画素混合処理を採用することで、多画素化が進んだ場合でも、高フレームレートを達成することが可能となる。   As described above, according to the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 12, the charge transfer process from the charge storage region 5 to the horizontal charge transfer path 2 is performed using the line memory pulses φLM1, φLM2 and the transfer pulses φH1 to φH6. It can be finely controlled by the combination. Therefore, the process of mixing four charges of the same color component among the charges accumulated in all the charge accumulation regions 5 in the horizontal charge transfer path 2 can be realized with only 40 pulse changes. Compared with the case where the process of mixing four charges is performed in the configuration, the processing time can be greatly shortened. As a result, by adopting this four-pixel mixing process in the moving image shooting mode or the like, a high frame rate can be achieved even when the number of pixels is increased.

又、第一の駆動方法によれば、電荷の混合処理後も電荷の並びが変わらないため、特別な信号処理を行うことなく、画像データを生成することが可能となり、この点からも高フレームレートを実現することができる。   In addition, according to the first driving method, since the charge arrangement does not change even after the charge mixing process, it is possible to generate image data without performing special signal processing. Rate can be realized.

<第二の駆動方法>
次に、図12に示す構成の固体撮像素子の駆動方法の別の例について説明する。
<Second driving method>
Next, another example of the driving method of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 12 will be described.

図16〜図18は、図12に示す固体撮像素子を駆動する第二の駆動方法を説明するための図であり、図12に示す固体撮像素子に供給するラインメモリパルスφLM1,φLM2及び転送パルスφH1〜φH6のタイミングチャートと、時刻t1〜t46における電極組H1〜H6の下方の水平電荷転送路2のポテンシャルとを併せて示した図である。   16 to 18 are diagrams for explaining a second driving method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 12. Line memory pulses φLM1 and φLM2 and transfer pulses supplied to the solid-state imaging device shown in FIG. It is the figure which showed together the timing chart of (phi) H1- (phi) H6, and the potential of the horizontal charge transfer path 2 under the electrode groups H1-H6 in the time t1-t46.

時刻t3でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を、該電荷転送段に転送する。   At time t3, φLM1 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3a to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode sets H3 and H5. The R charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t4〜t8の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t3で水平電荷転送路2に転送されたR電荷のうち、隣接する3つのR電荷を水平電荷転送路2上で混合する。この混合された電荷を、時刻t9で、電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t4 and t8, and among the R charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 at time t3, three adjacent R charges are transferred horizontally. Mix on path 2. This mixed charge is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 at time t9.

次に、時刻t11でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t11, φLM1 is set to a low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 3a to which φLM1 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H4 and H6 are applied. The accumulated B charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t12〜t18の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t11で水平電荷転送路2に転送されたB電荷のうち、隣接する3つのB電荷を水平電荷転送路2上で混合する。   Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between times t12 and t18, and among the B charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 at time t11, three adjacent B charges are transferred horizontally. Mix on path 2.

尚、図13〜図15に示した第一の駆動方法では、時刻t12→t13にかけて、電極組H2下方にある3つのR電荷を隣の電極組H1下方に転送する際、電極組H2下方の水平電荷転送路2のポテンシャルがローレベルからハイレベルになりながら転送されてしまう。この場合、R電荷が他の電荷転送段に流れ込む可能性がある。そこで、第二の駆動方法では、R電荷が蓄積されているパケットのポテンシャルを時刻t13でハイレベルにしてから、該パケット内のR電荷を隣の電極組H1下方に転送するようにしている。このようにすることで、上述した転送漏れを防ぐことが可能となる。   In the first driving method shown in FIGS. 13 to 15, when the three R charges below the electrode set H2 are transferred below the adjacent electrode set H1 from time t12 to t13, The potential of the horizontal charge transfer path 2 is transferred while changing from low level to high level. In this case, R charge may flow into another charge transfer stage. Therefore, in the second driving method, the potential of the packet in which the R charge is accumulated is set to the high level at time t13, and then the R charge in the packet is transferred below the adjacent electrode set H1. By doing in this way, it becomes possible to prevent the above-mentioned transfer omission.

次に、時刻t20でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのR電荷が存在しているため、時刻t20の時点で、4つのR電荷の混合が完了する。   Next, at time t20, φLM1 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3a to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H1. The R charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed R charges in the charge transfer stage, the mixing of the four R charges is completed at time t20.

次に、時刻t21〜t24の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御して、混合した4つのR電荷を電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送し、混合した3つのB電荷を電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, between the times t21 and t24, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure to transfer the four mixed R charges to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H6, and the three mixed B The charge is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2.

次に、時刻t26でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのB電荷が存在しているため、時刻t26の時点で、4つのB電荷の混合が完了する。   Next, at time t26, φLM1 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3a to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H2. The B charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed B charges in the charge transfer stage, the mixing of the four B charges is completed at time t26.

次に、時刻t29でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t29, φLM2 is set to low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3b to which φLM2 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H4. The G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t31で電極組H6及び電極組H2下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルする。次に、時刻t32で、電極組H4下方の水平電荷転送路2にあるG電荷を、電極組H3下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, in order to prevent charge leakage as described above, the potential of the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H6 and the electrode set H2 is raised to a high level at time t31. Next, at time t32, the G charge in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H4 is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H3.

次に、時刻t34でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t34, φLM2 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 3b to which φLM2 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H3. The G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t36で電極組H5及び電極組H1下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルにする。次に、時刻t37で、電極組H3下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、電極組H2又は電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, in order to prevent the charge leakage as described above, the potential of the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H5 and the electrode set H1 is set to a high level at time t36. Next, at time t37, the two mixed G charges that were in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H3 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 or the electrode set H6.

次に、時刻t39でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t39, φLM2 is set to the low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 3b to which φLM2 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H2 and H6 The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t41で電極組H4下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルにする。次に、時刻t42で、電極組H2下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H1下方の水平電荷転送路2に転送し、電極組H6下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H5下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, in order to prevent charge leakage as described above, the potential of the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H4 is set to a high level at time t41. Next, at time t42, the mixed three G charges in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the adjacent electrode set H1, and below the electrode set H6. The three mixed G charges in the horizontal charge transfer path 2 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the adjacent electrode set H5.

次に、時刻t44でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのG電荷が存在しているため、時刻t44の時点で、4つのG電荷の混合が完了する。   Next, at time t44, φLM2 is set to a low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 3b to which φLM2 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H1 and H5 The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed G charges in the charge transfer stage, the mixing of the four G charges is completed at time t44.

これ以降は、転送パルスφH1〜φH6を制御することで、混合したR電荷、G電荷、B電荷を水平方向Xに順次転送して、1ライン分の電荷に応じた信号の出力を完了する。このような処理を全ライン分行うことで、全ての光電変換素子から信号を取得することができる。   Thereafter, by controlling the transfer pulses φH1 to φH6, the mixed R charge, G charge, and B charge are sequentially transferred in the horizontal direction X, and the output of the signal corresponding to the charge for one line is completed. By performing such processing for all lines, signals can be acquired from all photoelectric conversion elements.

以上のように、第二の駆動方法によれば、第一の駆動方法で起こりうる電荷転送漏れを防ぐことができ、高フレームレート且つ高画質の動画撮影が可能となる。   As described above, according to the second driving method, it is possible to prevent charge transfer leakage that may occur in the first driving method, and it is possible to shoot a moving image with a high frame rate and high image quality.

(第四実施形態)
本実施形態では、図10に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を転送パルスφH1〜φH6で6相駆動する方法について説明する。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, a method of driving the horizontal charge transfer path 2 of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 10 with 6-phase transfer pulses φH1 to φH6 will be described.

図19は、図10に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を6相駆動するために必要な配線例を示した図である。図19において図10と同様の構成には同一符号を付してある。
図10に示した固体撮像素子の水平電荷転送路2上方には複数の電極組が設けられるが、図19に示す固体撮像素子は、この電極組が、図示しない撮像装置に搭載される撮像素子駆動部から転送パルスφH1が印加される電極組H1と、撮像素子駆動部から転送パルスφH2が印加される電極組H2と、撮像素子駆動部から転送パルスφH3が印加される電極組H3と、撮像素子駆動部から転送パルスφH4が印加される電極組H4と、撮像素子駆動部から転送パルスφH5が印加される電極組H5と、撮像素子駆動部から転送パルスφH6が印加される電極組H6とを含む構成となっている。転送パルスφH1〜φH6は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。
FIG. 19 is a diagram showing an example of wiring necessary for driving the horizontal charge transfer path 2 of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 10 in six phases. 19, the same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
A plurality of electrode sets are provided above the horizontal charge transfer path 2 of the solid-state image pickup device shown in FIG. 10, but the solid-state image pickup device shown in FIG. The electrode set H1 to which the transfer pulse φH1 is applied from the drive unit, the electrode set H2 to which the transfer pulse φH2 is applied from the image sensor driving unit, the electrode set H3 to which the transfer pulse φH3 is applied from the image sensor drive unit, and the imaging An electrode set H4 to which the transfer pulse φH4 is applied from the element driving unit, an electrode set H5 to which the transfer pulse φH5 is applied from the image sensor driving unit, and an electrode set H6 to which the transfer pulse φH6 is applied from the image sensor driving unit. It is a configuration that includes. The transfer pulses φH1 to φH6 can take a high level state and a low level state, respectively.

これらの電極組は、電極組H1,H2,H3,H4,H5,H6,H3,H4をこの順番に並べた電極組群を、水平方向に繰り返し並べた配置となっている。   These electrode groups are arranged in such a manner that an electrode group group in which electrode groups H1, H2, H3, H4, H5, H6, H3, and H4 are arranged in this order is repeatedly arranged in the horizontal direction.

次に、図19に示した固体撮像素子の駆動方法について説明する。以下では、固体撮像素子の光電変換素子の配列を、図6(b)に示したものとして説明する。   Next, a method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 19 will be described. Hereinafter, the arrangement of the photoelectric conversion elements of the solid-state imaging element will be described as shown in FIG.

<第一の駆動方法>
図20〜図22は、図19に示す固体撮像素子を駆動する第一の駆動方法を説明するための図であり、図19に示す固体撮像素子に供給するラインメモリパルスφLM1,φLM2及び転送パルスφH1〜φH6のタイミングチャートと、時刻t1〜t42における電極組H1〜H6の下方の水平電荷転送路2のポテンシャルとを併せて示した図である。
<First driving method>
20 to 22 are diagrams for explaining a first driving method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 19. Line memory pulses φLM1 and φLM2 and transfer pulses supplied to the solid-state imaging device shown in FIG. It is the figure which showed together the timing chart of (phi) H1- (phi) H6, and the potential of the horizontal charge transfer path 2 under the electrode group H1-H6 in the time t1-t42.

時刻t3でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を、該電荷転送段に転送する。   At time t3, φLM1 is set to low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode sets H3 and H5. The R charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t4〜t8の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t3で水平電荷転送路2に転送されたR電荷のうち、隣接する3つのR電荷を水平電荷転送路2上で混合する。この混合された電荷を、時刻t9で、電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t4 and t8, and among the R charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 at time t3, three adjacent R charges are transferred horizontally. Mix on path 2. This mixed charge is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 at time t9.

次に、時刻t11でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t11, φLM2 is set to a low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H4 and H6 The accumulated B charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t12〜t17の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t11で水平電荷転送路2に転送されたB電荷のうち、隣接する3つのB電荷を水平電荷転送路2上で混合する。   Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t12 and t17, and among the B charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 at time t11, three adjacent B charges are transferred horizontally. Mix on path 2.

次に、時刻t19でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのR電荷が存在しているため、時刻t19の時点で、4つのR電荷の混合が完了する。   Next, at time t19, φLM1 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H1. The R charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed R charges in the charge transfer stage, the mixing of the four R charges is completed at time t19.

次に、時刻t20〜t24の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御して、混合した4つのR電荷を電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送し、混合した3つのB電荷を電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, during the time t20 to t24, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure to transfer the four mixed R charges to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H6, and the three mixed B The charge is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2.

次に、時刻t25でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのB電荷が存在しているため、時刻t25の時点で、4つのB電荷の混合が完了する。   Next, at time t25, φLM2 is set to a low level, and the charge storage region 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied is stored in the charge storage region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H2. The B charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed B charges in the charge transfer stage, the mixing of the four B charges is completed at time t25.

次に、時刻t28でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t28, φLM1 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H4. The G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t30で、電極組H4下方の水平電荷転送路2にあるG電荷を、電極組H3下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, at time t30, the G charge in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H4 is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H3.

次に、時刻t32でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t32, φLM2 is set to a low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H3. The G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t34で、電極組H3下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、電極組H2又は電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, at time t34, the two mixed G charges existing in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H3 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 or the electrode set H6.

次に、時刻t36でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t36, φLM1 is set to a low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H2 and H6 are applied. The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t38で、電極組H2下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H1下方の水平電荷転送路2に転送し、電極組H6下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H5下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, at time t38, the mixed three G charges in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the adjacent electrode set H1, and below the electrode set H6. The three mixed G charges in the horizontal charge transfer path 2 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the adjacent electrode set H5.

次に、時刻t40でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのG電荷が存在しているため、時刻t40の時点で、4つのG電荷の混合が完了する。   Next, at time t40, φLM2 is set to a low level, and among the charge storage regions 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied, the charge storage regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H1 and H5 The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed G charges in the charge transfer stage, the mixing of the four G charges is completed at time t40.

これ以降は、転送パルスφH1〜φH6を制御することで、混合したR電荷、G電荷、B電荷を水平方向Xに順次転送して、1ライン分の電荷に応じた信号の出力を完了する。このような処理を全ライン分行うことで、全ての光電変換素子から信号を取得することができる。   Thereafter, by controlling the transfer pulses φH1 to φH6, the mixed R charge, G charge, and B charge are sequentially transferred in the horizontal direction X, and the output of the signal corresponding to the charge for one line is completed. By performing such processing for all lines, signals can be acquired from all photoelectric conversion elements.

以上のように、図19に示した構成の固体撮像素子によれば、電荷蓄積領域5から水平電荷転送路2への電荷の転送処理を、ラインメモリパルスφLM1,φLM2と転送パルスφH1〜φH6の組み合わせによって細かく制御することができる。このため、全ての電荷蓄積領域5に蓄積された電荷のうち同一色成分の4つの電荷を水平電荷転送路2で混合する処理を、わずか40回のパルス変化で実現することができ、従来の構成で4つの電荷を混合する処理を行う場合に比べて、その処理時間を大幅に短縮することができる。この結果、動画撮影モード等でこの4画素混合処理を採用することで、多画素化が進んだ場合でも、高フレームレートを達成することが可能となる。   As described above, according to the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 19, the charge transfer process from the charge storage region 5 to the horizontal charge transfer path 2 is performed using the line memory pulses φLM1 and φLM2 and the transfer pulses φH1 to φH6. It can be finely controlled by the combination. Therefore, the process of mixing four charges of the same color component among the charges accumulated in all the charge accumulation regions 5 in the horizontal charge transfer path 2 can be realized with only 40 pulse changes. Compared with the case where the process of mixing four charges is performed in the configuration, the processing time can be greatly shortened. As a result, by adopting this four-pixel mixing process in the moving image shooting mode or the like, a high frame rate can be achieved even when the number of pixels is increased.

又、本駆動方法によれば、電荷の混合処理後も電荷の並びが変わらないため、特別な信号処理を行うことなく、画像データを生成することが可能となり、この点からも高フレームレートを実現することができる。   In addition, according to this driving method, the charge arrangement does not change even after the charge mixing process, so that it is possible to generate image data without performing special signal processing. Can be realized.

<第二の駆動方法>
図23〜図25は、図19に示す固体撮像素子を駆動する第二の駆動方法を説明するための図であり、図19に示す固体撮像素子に供給するラインメモリパルスφLM1,φLM2及び転送パルスφH1〜φH6のタイミングチャートと、時刻t1〜t46における電極組H1〜H6の下方の水平電荷転送路2のポテンシャルとを併せて示した図である。
<Second driving method>
23 to 25 are diagrams for explaining a second driving method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 19. Line memory pulses φLM1 and φLM2 and transfer pulses supplied to the solid-state imaging device shown in FIG. It is the figure which showed together the timing chart of (phi) H1- (phi) H6, and the potential of the horizontal charge transfer path 2 under the electrode groups H1-H6 in the time t1-t46.

時刻t3でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を、該電荷転送段に転送する。   At time t3, φLM1 is set to low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode sets H3 and H5. The R charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t4〜t8の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t3で水平電荷転送路2に転送されたR電荷のうち、隣接する3つのR電荷を水平電荷転送路2上で混合する。この混合された電荷を、時刻t9で、電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t4 and t8, and among the R charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 at time t3, three adjacent R charges are transferred horizontally. Mix on path 2. This mixed charge is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 at time t9.

次に、時刻t11でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t11, φLM2 is set to a low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H4 and H6 The accumulated B charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t12〜t18の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t11で水平電荷転送路2に転送されたB電荷のうち、隣接する3つのB電荷を水平電荷転送路2上で混合する。   Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between times t12 and t18, and among the B charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 at time t11, three adjacent B charges are transferred horizontally. Mix on path 2.

尚、第一の駆動方法では、時刻t12→t13にかけて、電極組H2下方にある3つのR電荷を隣の電極組H1下方に転送する際、電極組H2下方の水平電荷転送路2のポテンシャルがローレベルからハイレベルになりながら転送されてしまう。この場合、R電荷が他の電荷転送段に流れ込む可能性がある。そこで、第二の駆動方法では、R電荷が蓄積されているパケットのポテンシャルを時刻t13でハイレベルにしてから、該パケット内のR電荷を隣の電極組H1下方に転送するようにしている。このようにすることで、上述した転送漏れを防ぐことが可能となる。   In the first driving method, when the three R charges below the electrode set H2 are transferred below the adjacent electrode set H1 from time t12 to t13, the potential of the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 is Data is transferred from low level to high level. In this case, R charge may flow into another charge transfer stage. Therefore, in the second driving method, the potential of the packet in which the R charge is accumulated is set to the high level at time t13, and then the R charge in the packet is transferred below the adjacent electrode set H1. By doing in this way, it becomes possible to prevent the above-mentioned transfer omission.

次に、時刻t20でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのR電荷が存在しているため、時刻t20の時点で、4つのR電荷の混合が完了する。   Next, at time t20, φLM1 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H1. The R charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed R charges in the charge transfer stage, the mixing of the four R charges is completed at time t20.

次に、時刻t21〜t24の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御して、混合した4つのR電荷を電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送し、混合した3つのB電荷を電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, between the times t21 and t24, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure to transfer the four mixed R charges to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H6, and the three mixed B The charge is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2.

次に、時刻t26でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのB電荷が存在しているため、時刻t26の時点で、4つのB電荷の混合が完了する。   Next, at time t26, φLM2 is set to low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H2. The B charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed B charges in the charge transfer stage, the mixing of the four B charges is completed at time t26.

次に、時刻t29でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t29, φLM1 is set to low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H4. The G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t31で電極組H6及び電極組H2下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルする。次に、時刻t32で、電極組H4下方の水平電荷転送路2にあるG電荷を、電極組H3下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, in order to prevent charge leakage as described above, the potential of the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H6 and the electrode set H2 is raised to a high level at time t31. Next, at time t32, the G charge in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H4 is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H3.

次に、時刻t34でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t34, φLM2 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H3. The G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t36で電極組H5及び電極組H1下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルする。次に、時刻t37で、電極組H3下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、電極組H2又は電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, in order to prevent charge leakage as described above, the potential of the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H5 and the electrode set H1 is raised to high level at time t36. Next, at time t37, the two mixed G charges that were in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H3 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 or the electrode set H6.

次に、時刻t39でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t39, φLM1 is set to the low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H2 and H6 are applied. The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t41で電極組H4下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルにする。次に、時刻t42で、電極組H2下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H1下方の水平電荷転送路2に転送し、電極組H6下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H5下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, in order to prevent charge leakage as described above, the potential of the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H4 is set to a high level at time t41. Next, at time t42, the mixed three G charges in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the adjacent electrode set H1, and below the electrode set H6. The three mixed G charges in the horizontal charge transfer path 2 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the adjacent electrode set H5.

次に、時刻t44でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのG電荷が存在しているため、時刻t44の時点で、4つのG電荷の混合が完了する。   Next, at time t44, φLM2 is set to a low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H1 and H5 The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage. Since there are three mixed G charges in the charge transfer stage, the mixing of the four G charges is completed at time t44.

これ以降は、転送パルスφH1〜φH6を制御することで、混合したR電荷、G電荷、B電荷を水平方向Xに順次転送して、1ライン分の電荷に応じた信号の出力を完了する。このような処理を全ライン分行うことで、全ての光電変換素子から信号を取得することができる。   Thereafter, by controlling the transfer pulses φH1 to φH6, the mixed R charge, G charge, and B charge are sequentially transferred in the horizontal direction X, and the output of the signal corresponding to the charge for one line is completed. By performing such processing for all lines, signals can be acquired from all photoelectric conversion elements.

以上のように、第二の駆動方法によれば、第一の駆動方法で起こりうる電荷転送漏れを防ぐことができ、高フレームレート且つ高画質の動画撮影が可能となる。   As described above, according to the second driving method, it is possible to prevent charge transfer leakage that may occur in the first driving method, and it is possible to shoot a moving image with a high frame rate and high image quality.

(第五実施形態)
本実施形態では、図10に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を転送パルスφH1〜φH8で8相駆動する方法について説明する。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, a method of driving the horizontal charge transfer path 2 of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 10 with eight transfer pulses φH1 to φH8 will be described.

図26は、図10に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を8相駆動するために必要な配線例を示した図である。図26において図10と同様の構成には同一符号を付してある。
図1に示した固体撮像素子の水平電荷転送路2上方には複数の電極組が設けられるが、図26に示す固体撮像素子は、この電極組が、図示しない撮像装置に搭載される撮像素子駆動部から転送パルスφH1が印加される電極組H1と、撮像素子駆動部から転送パルスφH2が印加される電極組H2と、撮像素子駆動部から転送パルスφH3が印加される電極組H3と、撮像素子駆動部から転送パルスφH4が印加される電極組H4と、撮像素子駆動部から転送パルスφH5が印加される電極組H5と、撮像素子駆動部から転送パルスφH6が印加される電極組H6と、撮像素子駆動部から転送パルスφH7が印加される電極組H7と、撮像素子駆動部から転送パルスφH8が印加される電極組H8とを含む構成となっている。転送パルスφH1〜φH8は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。
FIG. 26 is a diagram showing an example of wiring necessary for driving the horizontal charge transfer path 2 of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. In FIG. 26, the same components as those in FIG.
A plurality of electrode sets are provided above the horizontal charge transfer path 2 of the solid-state imaging device shown in FIG. 1, but the solid-state imaging device shown in FIG. 26 has an imaging device mounted on an imaging device (not shown). The electrode set H1 to which the transfer pulse φH1 is applied from the drive unit, the electrode set H2 to which the transfer pulse φH2 is applied from the image sensor driving unit, the electrode set H3 to which the transfer pulse φH3 is applied from the image sensor drive unit, and the imaging An electrode set H4 to which the transfer pulse φH4 is applied from the element drive unit, an electrode set H5 to which the transfer pulse φH5 is applied from the image sensor drive unit, an electrode set H6 to which the transfer pulse φH6 is applied from the image sensor drive unit, The configuration includes an electrode set H7 to which the transfer pulse φH7 is applied from the image sensor driving unit and an electrode set H8 to which the transfer pulse φH8 is applied from the image sensor driving unit. The transfer pulses φH1 to φH8 can take a high level state and a low level state, respectively.

これらの電極組は、電極組H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7,H8をこの順番に並べた電極組群を、水平方向に繰り返し並べた配置となっている。   These electrode sets are arranged in such a manner that an electrode set group in which electrode sets H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, and H8 are arranged in this order is repeatedly arranged in the horizontal direction.

次に、図26に示した固体撮像素子の駆動方法について説明する。以下では、固体撮像素子の光電変換素子の配列を、図6(b)に示したものとして説明する。   Next, a method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 26 will be described. Hereinafter, the arrangement of the photoelectric conversion elements of the solid-state imaging element will be described as shown in FIG.

図27〜図28は、図26に示す固体撮像素子の駆動方法を説明するための図であり、図26に示す固体撮像素子に供給するラインメモリパルスφLM1,φLM2及び転送パルスφH1〜φH8のタイミングチャートと、時刻t1〜t30における電極組H1〜H8の下方の水平電荷転送路2のポテンシャルとを併せて示した図である。   27 to 28 are diagrams for explaining a method of driving the solid-state imaging device shown in FIG. 26. Timings of the line memory pulses φLM1 and φLM2 and the transfer pulses φH1 to φH8 supplied to the solid-state imaging device shown in FIG. It is the figure which combined and showed the chart and the potential of the horizontal charge transfer path 2 below the electrode sets H1 to H8 at times t1 to t30.

時刻t3でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3、H5、及びH7下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を、該電荷転送段に転送する。   At time t3, φLM1 is set to a low level, and among the charge storage regions 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied, the charge storage regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H3, H5, and H7 The accumulated R charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t4〜t7の間で転送パルスφH1〜φH8を図示のように制御し、時刻t3で水平電荷転送路2に転送されたR電荷のうち、隣接する3つのR電荷を水平電荷転送路2上で混合する。この混合された電荷を、時刻t8で、電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, the transfer pulses φH1 to φH8 are controlled as shown in the figure between time t4 and t7, and among the R charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 at time t3, three adjacent R charges are transferred horizontally. Mix on path 2. This mixed charge is transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H2 at time t8.

次に、時刻t9でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3、H6、及びH8下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷又はG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t9, φLM2 is set to a low level, and among the charge storage regions 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied, the charge storage connected to the charge transfer stage below the electrode sets H3, H6, and H8. The B charge or G charge stored in the region 5 is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t10〜t12の間で転送パルスφH1〜φH8を図示のように制御し、時刻t9で水平電荷転送路2に転送されたB電荷のうち、隣接する2つのB電荷を水平電荷転送路2上で混合する。   Next, the transfer pulses φH1 to φH8 are controlled as shown in the drawing between times t10 and t12, and two adjacent B charges transferred among the B charges transferred to the horizontal charge transfer path 2 at time t9 are transferred horizontally. Mix on path 2.

次に、時刻t14でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4及びH8下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t14, φLM1 is set to low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H4 and H8 are applied. The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t15〜t16の間で転送パルスφH1〜φH8を図示のように制御して、電極組H3,H4下方にある2つのG電荷を水平電荷転送路2上で混合する。   Next, between the times t15 and t16, the transfer pulses φH1 to φH8 are controlled as shown in the figure to mix the two G charges below the electrode sets H3 and H4 on the horizontal charge transfer path 2.

次に、時刻t17で、電極組H5下方の水平電荷転送路2にあるB電荷を、電極組H4下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, at time t17, the B charges in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H5 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H4.

次に、時刻t18でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送し、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H7下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t18, φLM2 is set to low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H4. B charge is transferred to the charge transfer stage and is stored in the charge storage area 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H7 out of the charge storage area 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied. The G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t20で、電極組H3下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、隣の電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送し、電極組H7下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、隣の電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送する。   Next, at time t20, the mixed two G charges in the horizontal charge transfer path 2 below the electrode set H3 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the adjacent electrode set H2, and below the electrode set H7. The two mixed G charges in the horizontal charge transfer path 2 are transferred to the horizontal charge transfer path 2 below the adjacent electrode set H6.

次に、時刻t21でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送し、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t21, φLM1 is set to a low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H2 and H6 are applied. The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage, and the charge accumulation area 5 below the memory electrode 6b to which φLM1 is applied is transferred to the charge accumulation area 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H1. The accumulated R charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t23〜t25の間で転送パルスφH1〜φH8を図示のように制御して、電極組H1下方にあった4つのR電荷を電極組H7下方まで転送し、電極組H2下方にあった3つのG電荷を隣の電極組H1下方まで転送し、電極組H6下方にあった3つのG電荷を隣の電極組H5下方まで転送し、電極組H4下方にあった3つのB電荷を隣の電極組H3下方まで転送する。   Next, during the time t23 to t25, the transfer pulses φH1 to φH8 are controlled as shown in the figure to transfer the four R charges below the electrode set H1 to below the electrode set H7, and below the electrode set H2. The three G charges are transferred to the lower side of the adjacent electrode set H1, the three G charges that are below the electrode set H6 are transferred to the lower side of the adjacent electrode set H5, and the three B charges that are below the electrode set H4 are transferred. Transfer to the lower side of the adjacent electrode set H3.

次に、時刻t26でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t26, φLM2 is set to low level, and among the charge accumulation regions 5 below the memory electrode 6a to which φLM2 is applied, the charge accumulation regions 5 connected to the charge transfer stages below the electrode sets H1 and H5 The accumulated G charge is transferred to the charge transfer stage.

次に、時刻t27〜t28の間で転送パルスφH1〜φH8を図示のように制御して、電極組H7下方にあった4つのR電荷を隣の電極組H6下方まで転送し、電極組H1下方にあった4つのG電荷を隣の電極組H8下方まで転送し、電極組H5下方にあった4つのG電荷を隣の電極組H4下方まで転送し、電極組H3下方にあった3つのB電荷を隣の電極組H2下方まで転送する。   Next, during the time t27 to t28, the transfer pulses φH1 to φH8 are controlled as shown in the figure to transfer the four R charges below the electrode set H7 to below the adjacent electrode set H6, and below the electrode set H1. 4 G charges were transferred to the lower side of the adjacent electrode set H8, and the four G charges existing below the electrode set H5 were transferred to the lower side of the adjacent electrode set H4, and the three B charges located below the electrode set H3 were transferred. The charge is transferred to the lower side of the adjacent electrode set H2.

次に、時刻t29でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。   Next, at time t29, φLM2 is set to the low level, and the charge accumulation region 5 below the memory electrode 6b to which φLM2 is applied is accumulated in the charge accumulation region 5 connected to the charge transfer stage below the electrode set H2. The B charge is transferred to the charge transfer stage.

これ以降は、転送パルスφH1〜φH8を制御することで、混合したR電荷、G電荷、B電荷を水平方向Xに順次転送して、1ライン分の電荷に応じた信号の出力を完了する。このような処理を全ライン分行うことで、全ての光電変換素子から信号を取得することができる。   Thereafter, by controlling the transfer pulses φH1 to φH8, the mixed R charge, G charge, and B charge are sequentially transferred in the horizontal direction X, and the output of the signal corresponding to the charge for one line is completed. By performing such processing for all lines, signals can be acquired from all photoelectric conversion elements.

以上のように、図26に示した構成の固体撮像素子によれば、電荷蓄積領域5から水平電荷転送路2への電荷の転送処理を、ラインメモリパルスφLM1,φLM2と転送パルスφH1〜φH8の組み合わせによって細かく制御することができる。このため、全ての電荷蓄積領域5に蓄積された電荷のうち同一色成分の4つの電荷を水平電荷転送路2で混合する処理を、わずか29回のパルス変化で実現することができ、従来の構成で4つの電荷を混合する処理を行う場合に比べて、その処理時間を大幅に短縮することができる。この結果、動画撮影モード等でこの4画素混合処理を採用することで、多画素化が進んだ場合でも、高フレームレートを達成することが可能となる。   As described above, according to the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 26, the charge transfer process from the charge storage region 5 to the horizontal charge transfer path 2 is performed using the line memory pulses φLM1 and φLM2 and the transfer pulses φH1 to φH8. It can be finely controlled by the combination. For this reason, the process of mixing four charges of the same color component among the charges accumulated in all the charge accumulation regions 5 in the horizontal charge transfer path 2 can be realized with only 29 pulse changes. Compared with the case where the process of mixing four charges is performed in the configuration, the processing time can be greatly shortened. As a result, by adopting this four-pixel mixing process in the moving image shooting mode or the like, a high frame rate can be achieved even when the number of pixels is increased.

又、本駆動方法によれば、電荷の混合処理後も電荷の並びが変わらないため、特別な信号処理を行うことなく、画像データを生成することが可能となり、この点からも高フレームレートを実現することができる。   In addition, according to this driving method, the charge arrangement does not change even after the charge mixing process, so that it is possible to generate image data without performing special signal processing. Can be realized.

本発明の第一実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す部分平面模式図The partial plane schematic diagram which shows schematic structure of the solid-state image sensor which is 1st embodiment of this invention. 第一実施形態の固体撮像素子の全体構成の一例を示す平面模式図Plane schematic diagram showing an example of the overall configuration of the solid-state imaging device of the first embodiment 図2に示す固体撮像素子の部分拡大図Partial enlarged view of the solid-state imaging device shown in FIG. 第一実施形態の固体撮像素子の全体構成の別例を示す平面模式図Plane schematic diagram showing another example of the overall configuration of the solid-state imaging device of the first embodiment 図4に示す固体撮像素子の部分拡大図Partial enlarged view of the solid-state imaging device shown in FIG. 第一実施形態の固体撮像素子の光電変換素子の配列例を示す図The figure which shows the example of an arrangement | sequence of the photoelectric conversion element of the solid-state image sensor of 1st embodiment. 図1に示した固体撮像素子のラインメモリから水平電荷転送路への電荷転送動作を説明するための図The figure for demonstrating the charge transfer operation | movement to the horizontal charge transfer path from the line memory of the solid-state image sensor shown in FIG. 本発明の第一実施形態である固体撮像素子の変形例の概略構成を示す部分平面模式図The partial plane schematic diagram which shows schematic structure of the modification of the solid-state image sensor which is 1st embodiment of this invention. 図8に示した固体撮像素子のラインメモリから水平電荷転送路への電荷転送動作を説明するための図The figure for demonstrating the charge transfer operation | movement to the horizontal charge transfer path from the line memory of the solid-state image sensor shown in FIG. 本発明の第二実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す部分平面模式図The partial plane schematic diagram which shows schematic structure of the solid-state image sensor which is 2nd embodiment of this invention. 図10に示した固体撮像素子のラインメモリから水平電荷転送路への電荷転送動作を説明するための図The figure for demonstrating the charge transfer operation | movement to the horizontal charge transfer path from the line memory of the solid-state image sensor shown in FIG. 図1に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路を6相駆動するために必要な配線例を示した図The figure which showed the example of wiring required in order to drive the horizontal charge transfer path of the solid-state image sensor of the structure shown in FIG. 図12に示す固体撮像素子を駆動する第一の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 1st drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図12に示す固体撮像素子を駆動する第一の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 1st drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図12に示す固体撮像素子を駆動する第一の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 1st drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図12に示す固体撮像素子を駆動する第二の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 2nd drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図12に示す固体撮像素子を駆動する第二の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 2nd drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図12に示す固体撮像素子を駆動する第二の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 2nd drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図10に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路を6相駆動するために必要な配線例を示した図The figure which showed the example of wiring required in order to drive the horizontal charge transfer path of the solid-state image sensor of the structure shown in FIG. 図19に示す固体撮像素子を駆動する第一の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 1st drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図19に示す固体撮像素子を駆動する第一の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 1st drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図19に示す固体撮像素子を駆動する第一の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 1st drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図19に示す固体撮像素子を駆動する第二の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 2nd drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図19に示す固体撮像素子を駆動する第二の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 2nd drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図19に示す固体撮像素子を駆動する第二の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the 2nd drive method which drives the solid-state image sensor shown in FIG. 図10に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路を8相駆動するために必要な配線例を示した図The figure which showed the example of wiring required in order to drive the horizontal charge transfer path of the solid-state image sensor of the structure shown in FIG. 図26に示す固体撮像素子の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the drive method of the solid-state image sensor shown in FIG. 図26に示す固体撮像素子の駆動方法を説明するための図The figure for demonstrating the drive method of the solid-state image sensor shown in FIG. 一般的な固体撮像素子の部分拡大図Partial enlarged view of a typical solid-state image sensor

符号の説明Explanation of symbols

1 垂直電荷転送路
2 水平電荷転送路
3,3a,3b メモリ電極
LM ラインメモリ
5 電荷蓄積領域
4a,4b 転送電極
D1,D2 電極組
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vertical charge transfer path 2 Horizontal charge transfer path 3, 3a, 3b Memory electrode LM Line memory 5 Charge storage area 4a, 4b Transfer electrode D1, D2 Electrode set

Claims (10)

光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子であって、
前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、
前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が複数接続されている固体撮像素子。
A photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in the vertical direction, and a charge transferred through the vertical charge transfer path is transferred in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction. A solid-state imaging device having a horizontal charge transfer path,
The horizontal charge transfer path includes a plurality of charge transfer stages that operate as a charge accumulation region or a barrier region according to the level of an applied voltage,
A solid-state imaging device in which a plurality of the vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages.
請求項1記載の固体撮像素子であって、
前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、前記多数の電荷蓄積領域の各々の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、
前記電荷転送段と前記複数の垂直電荷転送路とを結ぶ前記電荷蓄積領域の各々上方の前記メモリ電極には、それぞれ独立に電圧が印加可能となっている固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A line memory comprising a number of charge storage regions connecting each of the number of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path, and a memory electrode provided independently above each of the number of charge storage areas; Prepared,
A solid-state imaging device in which a voltage can be independently applied to each of the memory electrodes above each of the charge storage regions connecting the charge transfer stage and the plurality of vertical charge transfer paths.
請求項1記載の固体撮像素子であって、
前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、それぞれ異なる前記電荷転送段に接続され、且つ、互いに隣接する2つの前記電荷蓄積領域の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、
前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含む固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A large number of charge storage regions connecting each of the large number of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path, and connected to the different charge transfer stages and independently above the two charge storage regions adjacent to each other. A line memory composed of memory electrodes provided as
The memory electrode is a solid-state imaging device including a first memory electrode and a second memory electrode to which a voltage can be applied independently.
請求項2又は3記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、
前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで前記水平方向に交互に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 2 or 3,
The photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges,
In a state where charges are accumulated in each of the plurality of charge accumulation regions, the charge arrangement includes the charge of the first color component and the charge of the second color component sandwiching the charge of the third color component. A solid-state imaging device in which the arrangement of the three types of photoelectric conversion elements is determined so as to be arranged alternately in the horizontal direction.
請求項2記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備え、
前記電荷転送段には、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、
前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、
前記駆動手段は、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う撮像装置。
A solid-state imaging device according to claim 2;
Driving means for driving the solid-state imaging device,
Two vertical charge transfer paths are connected to the charge transfer stage,
The memory electrode includes a first memory electrode and a second memory electrode to which a voltage can be applied independently,
The driving means accumulates charges in each of the plurality of charge accumulation regions, and then applies a voltage to the first memory electrode and the second memory electrode and to each of the plurality of charge transfer stages. An image pickup apparatus that performs driving for mixing and transferring four charges of the same color component on the horizontal charge transfer path among a large number of charges stored in the charge storage region.
請求項3記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備え、
前記電荷転送段には、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、
前記駆動手段は、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う撮像装置。
A solid-state imaging device according to claim 3;
Driving means for driving the solid-state imaging device,
Two vertical charge transfer paths are connected to the charge transfer stage,
The driving means accumulates charges in each of the plurality of charge accumulation regions, and then applies a voltage to the first memory electrode and the second memory electrode and to each of the plurality of charge transfer stages. An image pickup apparatus that performs driving for mixing and transferring four charges of the same color component on the horizontal charge transfer path among a large number of charges stored in the charge storage region.
請求項5又は6記載の撮像装置であって、
前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、
前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで前記水平方向に交互に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている撮像装置。
The imaging device according to claim 5 or 6,
The photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges,
In a state where charges are accumulated in each of the plurality of charge accumulation regions, the charge arrangement includes the charge of the first color component and the charge of the second color component sandwiching the charge of the third color component. An imaging apparatus in which the arrangement of the three types of photoelectric conversion elements is determined so as to be arranged alternately in the horizontal direction.
光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、
前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、
前記固体撮像素子が、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、前記多数の電荷蓄積領域の各々の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、
前記電荷転送段とそこに接続される2つの前記垂直電荷転送路とを結ぶ前記電荷蓄積領域の各々上方の前記メモリ電極には、それぞれ独立に電圧が印加可能となっており、
前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、
前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う固体撮像素子の駆動方法。
A photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in a vertical direction, and a charge that has been transferred through the vertical charge transfer path is transferred in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction. A method for driving a solid-state imaging device having a horizontal charge transfer path,
The horizontal charge transfer path includes a plurality of charge transfer stages that operate as a charge accumulation region or a barrier region according to the level of an applied voltage,
Two vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages,
The solid-state imaging device includes a large number of charge accumulation regions connecting each of the large number of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path, and a memory electrode provided independently above each of the large number of charge accumulation areas. Line memory consisting of
A voltage can be applied independently to each of the memory electrodes above each of the charge storage regions connecting the charge transfer stage and the two vertical charge transfer paths connected thereto,
The memory electrode includes a first memory electrode and a second memory electrode to which a voltage can be applied independently,
Controlling the voltage applied to the first memory electrode and the second memory electrode and the voltage applied to each of the plurality of charge transfer stages after storing charges in each of the plurality of charge storage regions. Then, the solid-state imaging device driving method for driving to mix and transfer four charges of the same color component on the horizontal charge transfer path among a large number of charges stored in the charge storage region.
光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、
前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、
前記固体撮像素子が、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、それぞれ異なる前記電荷転送段に接続された互いに隣接する2つの前記電荷蓄積領域毎にその上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、
前記メモリ電極は、それぞれ異なる電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、
前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する固体撮像素子の駆動方法。
A photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in the vertical direction, and a charge transferred through the vertical charge transfer path is transferred in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction. A method for driving a solid-state imaging device having a horizontal charge transfer path,
The horizontal charge transfer path includes a plurality of charge transfer stages that operate as a charge accumulation region or a barrier region according to the level of an applied voltage,
Two vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages,
The solid-state imaging device includes a plurality of charge storage regions connecting each of the plurality of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path, and two adjacent charge storage areas connected to different charge transfer stages. A line memory comprising a memory electrode provided independently above each of the line memories,
The memory electrode includes a first memory electrode and a second memory electrode to which different voltages can be applied,
Controlling the voltage applied to the first memory electrode and the second memory electrode and the voltage applied to each of the plurality of charge transfer stages after storing charges in each of the plurality of charge storage regions. Then, a solid-state imaging device driving method for transferring four charges of the same color component among a large number of charges stored in the charge storage region on the horizontal charge transfer path.
請求項8又は9記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、
前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで交互に前記水平方向に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている固体撮像素子の駆動方法。
A method for driving a solid-state imaging device according to claim 8 or 9,
The photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges,
With the charges accumulated in each of the multiple charge accumulation regions, the charge arrangement alternates between the charge of the first color component and the charge of the second color component across the charge of the third color component. The solid-state imaging device driving method in which the arrangement of the three types of photoelectric conversion elements is determined so as to be arranged in the horizontal direction.
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