JP6196789B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置に関するものであり、特に、双方向に電荷を転送可能な固体撮像装置に関する。

ＣＣＤを用いた固体撮像装置として、垂直方向において双方向に電荷を転送可能なものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の固体撮像装置では、１画素当たり３つのゲートが設けられ、３つのゲートに、互いに位相が異なる３相の電圧がそれぞれ印加される。これにより、撮像領域において、光の入射に応じて発生した電荷が垂直方向において双方向に移動可能とされている。特許文献１に記載の固体撮像装置には、撮像領域から垂直方向に転送された電荷を水平方向に転送するための水平シフトレジスタが設けられている。水平シフトレジスタにより転送された電荷は、読み出し増幅器によって電圧信号に変換され、固体撮像装置の外部に読み出される。特許文献１に記載の固体撮像装置では、水平方向に複数の読み出し増幅器が並べて設けられることにより、出力がマルチポート化され、電荷の読み出しの高速化が実現されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術のように水平方向のシフトレジスタを用いた場合、出力をマルチポート化したとしても、電荷の読み出しの高速化に限界がある。近年では、電荷の読み出しの更なる高速化が求められている。

電荷の読み出しの更なる高速化のための技術として、２次元配列された画素列のうち、隣接する２列ごとに１個の出力アンプを設け、この出力アンプを用いて電荷を読み出す技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の固体撮像素子では、撮像領域及びバッファ領域において、６相の駆動電圧が印加される。駆動電圧により、半導体基板内のポテンシャルの深さが制御され、電荷が撮像領域からバッファ領域に転送され、転送された電荷がアンプにより電圧信号として読み出される。

国際公開第２００７／０６４９１０号 国際公開第２００３／１０７６６１号

特許文献２に記載の技術を特許文献１に記載の固体撮像装置に適用した場合、撮像領域とバッファ領域とがいずれも６相の駆動電圧により駆動される。このような構成の固体撮像装置において、電荷を転送するためには、６相の電圧をそれぞれ順に変化させる必要がある。したがって、垂直転送に時間がかかり、電荷の読み出しの高速化の妨げになる。

本発明は、双方向に電荷を転送でき、かつ電荷を高速に読み出すことができる固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明に係る固体撮像装置は、第一方向に沿うように設けられ、光入射に応じて電荷を発生する光電変換部と、光電変換部で発生した電荷を、３相又は４相の駆動信号に応じて、第一方向又は第一方向とは反対の第二方向に転送する転送部と、光電変換部に対応して配置され、転送部により光電変換部から第一方向に転送された電荷を取得し、２相の駆動信号に応じて、取得した電荷を第一方向に転送する第一バッファ部と、光電変換部に対応して配置され、転送部により光電変換部から第二方向に転送された電荷を取得し、２相の駆動信号に応じて、取得した電荷を第二方向に転送する第二バッファ部と、第一バッファ部に対応して配置され、第一バッファ部から転送された電荷を取得し、取得した電荷に応じた信号を出力する第一出力部と、第二バッファ部に対応して配置され、第二バッファ部から転送された電荷を取得し、取得した電荷に応じた信号を出力する第二出力部と、を備える。

本発明に係る固体撮像装置によれば、光電変換部で発生した電荷が、転送部により、第一方向又は第二方向の双方向に転送される。転送部は、３相又は４相の駆動信号に応じて電荷を転送し、第一バッファ部又は第二バッファ部の各々は、２相の駆動信号に応じて電荷を転送する。したがって、本発明に係る固体撮像装置は、電荷の第一方向における転送を高速に行うことができる。このように、本発明に係る固体撮像装置によれば、双方向に電荷を転送でき、かつ電荷を高速に読み出すことができる。

転送部は、第一方向に並置され、３相又は４相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、光電変換部で発生した電荷を転送する複数の転送電極を有していてもよい。この場合には、転送部が有する複数の転送電極のそれぞれに、３相又は４相の駆動信号のうち対応する駆動信号が与えられる。これにより、転送部は、第一方向又は第二方向の双方向に電荷を転送することができ、かつ高速に電荷を転送することができる。

第一バッファ部は、第一方向に並置され、２相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、取得した電荷を転送する複数の転送電極を有し、第二バッファ部は、第二方向に並置され、２相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、取得した電荷を転送する複数の転送電極を有していてもよい。この場合には、第一バッファ部及び第二バッファ部が有する複数の転送電極のそれぞれに、２相の駆動信号のうち対応する駆動信号が与えられる。これにより、第一バッファ部及び第二バッファ部は、２相の駆動信号によって高速に電荷を転送することができる。

第一及び第二方向に直交する第三方向に並置された複数の光電変換部を備えており、転送部と、第一及び第二バッファ部とは、各光電変換部に対応してそれぞれ配置され、第一出力部は、複数の第一バッファ部のうち、第三方向で隣り合う二つの第一バッファ部に対応して配置され、第三方向で隣り合う二つの第一バッファ部から交互に転送された電荷を取得し、交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力し、第二出力部は、複数の第二バッファ部のうち、第三方向で隣り合う二つの第二バッファ部に対応して配置され、交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力してもよい。この場合には、第一出力部は、第三方向で隣り合う二つの第一バッファ部から交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力する。第二出力部は、第三方向で隣り合う二つの第二バッファ部から交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力する。このため、隣り合う二つの第一又は第二バッファ部のうち一方が電荷を出力していない時間に、他方が電荷を出力することができる。このため、電荷の出力に要する時間を長くすることなく、高速に電荷を読み出すことができる。

本発明によれば、双方向に電荷を転送でき、かつ電荷を高速に読み出すことができる固体撮像装置が得られる。

本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の構成を模式的に示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置における転送部、第１バッファ部及び第１出力部を模式的に示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置において第一方向での電荷転送時に印加される電圧を示すタイミングチャートである。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置における転送部、第２バッファ部及び第２出力部を模式的に示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置において第二方向での電荷転送時に印加される電圧を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の構成を模式的に示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置における転送部、第１バッファ部及び第１出力部を模式的に示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置において第一方向での電荷転送時に印加される電圧を示すタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置の構成を模式的に示す図である。以下の説明では、図１のＸ軸の正方向を第一方向とし、第一方向とは反対の図１のＸ軸の負方向を第二方向とし、第一方向及び第二方向に直交する図１のＹ軸の正方向を第三方向と称する場合がある。

固体撮像装置１は、複数の光電変換部１１，１２と、複数の転送部２１，２２と、複数の第一バッファ部３１，３２と、複数の第二バッファ部５１，５２と、複数の第一出力部４０と、複数の第二出力部６０と、を備える。

光電変換部１１，１２は、Ｘ軸の正方向（第一方向）に沿うように設けられている。光電変換部１１，１２は、光入射に応じて、入射光強度に応じた電荷を発生する。光電変換部１１，１２は、Ｙ軸の正方向（第三方向）に沿って、複数並置されている。１つの光電変換部１１と、１つの光電変換部１２とが、Ｙ軸方向で隣り合って配置されている。光電変換部１１，１２は、例えば、半導体基板上において、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを接合させて形成されたフォトダイオードである。

各光電変換部１１，１２に対応して、転送部２１，２２が設けられている。転送部２１，２２は、光電変換部１１，１２に沿うように、Ｘ軸方向に延びている。転送部２１，２２は、光電変換部１１で発生した電荷を、３相又は４相の駆動信号に応じて、Ｘ軸の正方向又はその反対の方向であるＸ軸の負方向（第二方向）に転送する。特に、転送部２１，２２が、移動する対象物を撮像する際に、電荷の転送速度を対象物の移動速度に一致させて電荷を転送する場合には、固体撮像装置１はＴＤＩ動作を行うこととなる。

転送部２１，２２は、転送電極２３を有している。転送電極２３は、光電変換部１１，１２の上面に架け渡されるようにＹ軸方向に延び、Ｘ軸方向に並置され、３相又は４相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、光電変換部１１，１２で発生した電荷を転送する。転送電極２３は、光電変換部１１，１２に対して光を透過させることができるように、例えばポリシリコン等の透明な材料により形成される。本実施形態では、駆動信号は３相とされ、転送電極２３としては、転送電極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが３本１組としてＸ軸方向に並置されている。複数の転送電極２３Ａは、Ｘ軸方向に延びる配線によって互いに接続されるとともに、入力端子２４Ａに接続されている。同様に、複数の転送電極２３Ｂは、Ｘ軸方向に延びる配線によって互いに接続されるとともに、入力端子２４Ｂに接続されている。複数の転送電極２３Ｃは、Ｘ軸方向に延びる配線によって互いに接続されるとともに、入力端子２４Ｃに接続されている。入力端子２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃには、転送電極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに３相の駆動信号を与えるための信号処理回路７０が接続されている。転送部２１，２２においては、上述した転送電極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃの組が複数、Ｘ軸正方向に並置されている。

光電変換部１１，１２に対応して、第一バッファ部３１，３２が配置されている。第一バッファ部３１，３２は、光電変換部１１，１２に対して、Ｘ軸正方向に隣接して配置されている。第一バッファ部３１，３２は、転送部２１，２２によりＸ軸正方向に転送された電荷を取得し、２相の駆動信号に応じて、取得した電荷をＸ軸正方向に転送する。第一バッファ部３１，３２では、２相の駆動信号により電荷をＸ軸正方向に転送するためのポテンシャル分布が形成されている。このようなポテンシャル分布の一例として、第一バッファ部３１，３２では、例えば、半導体基板中の不純物濃度の調整などにより、ポテンシャルのＸ軸方向への分布が、例えばＸ軸正方向に向かってポテンシャルが深くなる階段状分布となるように形成されている。

第一バッファ部３１，３２は、Ｘ軸正方向に並置された転送電極３３Ａ〜３３Ｄを有している。転送電極３３Ａ〜３３Ｄは、Ｙ軸方向に延びている。転送電極３３Ａと転送電極３３Ｃとは、Ｘ軸方向に延びる配線によって互いに接続されるとともに、入力端子３４Ａに接続されている。転送電極３３Ｂと転送電極３３Ｄとは、Ｘ軸方向に延びる配線によって互いに接続されるとともに、入力端子３４Ｂに接続されている。転送電極３３Ａ〜３３Ｄは、２相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、光電変換部１１，１２から取得した電荷を転送する。転送電極３３Ａ〜３３Ｄは、転送電極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと同様に、例えばポリシリコン等の透明な材料により形成される。

第一バッファ部３１，３２に対応して、第一出力部４０が配置されている。第一出力部４０は、第一バッファ部３１，３２に対して、Ｘ軸正方向に隣接して配置されている。より詳細には、第一出力部４０は、Ｙ軸方向で隣り合う第一バッファ部３１，３２に対応して配置される。第一出力部４０は、これらの対応する第一バッファ部３１，３２から交互に転送された電荷を取得し、この交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力する。第一出力部４０は、第一バッファ部３１，３２から転送された電荷を取得し、取得された電荷に応じた信号を出力する。第一出力部４０が出力する信号は、例えば電圧信号であるが、電荷に応じた信号であれば、例えば電流信号などの他の信号であってもよい。第一出力部４０は、出力端子４５を介して信号を出力する。

光電変換部１１，１２に対応して、第二バッファ部５１，５２が配置されている。第二バッファ部５１，５２は、光電変換部１１，１２に対して、Ｘ軸負方向に隣接して配置されている。第二バッファ部５１，５２は、転送部２１，２２によりＸ軸負方向に転送された電荷を取得し、２相の駆動信号に応じて、取得した電荷をＸ軸負方向に転送する。第二バッファ部５１，５２では、２相の駆動信号により電荷をＸ軸負方向に転送するためのポテンシャル分布が形成されている。このようなポテンシャル分布の一例として、第二バッファ部５１，５２では、例えば、半導体基板中の不純物濃度の調整などにより、ポテンシャルのＸ軸方向への分布が、例えばＸ軸負方向に向かってポテンシャルが深くなる階段状分布となるように形成されている。

第二バッファ部５１，５２は、Ｘ軸正方向に並置された転送電極５３Ａ〜５３Ｄを有している。転送電極５３Ａ〜５３Ｄは、Ｙ軸方向に延びている。転送電極５３Ａと転送電極５３Ｃとは、Ｘ軸方向に延びる配線によって互いに接続されるとともに、入力端子５４Ａに接続されている。転送電極５３Ｂと転送電極５３Ｄとは、Ｘ軸方向に延びる配線によって互いに接続されるとともに、入力端子５４Ｂに接続されている。転送電極５３Ａ〜５３Ｄは、２相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、光電変換部１１，１２から取得した電荷を転送する。転送電極５３Ａ〜５３Ｄは、転送電極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと同様に、例えばポリシリコン等の透明な材料により形成される。

図２に、転送部２１，２２のＸ軸正方向の側の端部と、第一バッファ部３１，３２と、第一出力部４０とを拡大して示す。

部分２１Ａ，２２Ａは、それぞれ、転送部２１，２２のうち、転送電極２３Ａの下方に位置する部分である。部分２１Ｂ，２２Ｂは、それぞれ、転送部２１，２２のうち、転送電極２３Ｂの下方に位置する部分である。部分２１Ｃ，２２Ｃは、それぞれ、転送部２１，２２のうち、転送電極２３Ｃの下方に位置する部分である。

部分３１Ａ，３２Ａは、それぞれ、第一バッファ部３１，３２のうち、転送電極３３Ａの下方に位置する部分である。部分３１Ｂ，３２Ｂは、それぞれ、第一バッファ部３１，３２のうち、転送電極３３Ｂの下方に位置する部分である。部分３１Ｃ，３２Ｃは、それぞれ、第一バッファ部３１，３２のうち、転送電極３３Ｃの下方に位置する部分である。部分３２Ｄは、第一バッファ部３２のうち、転送電極３３Ｄの下方に位置する部分である。

ここで、第一バッファ部３１，３２と第一出力部４０との境界は、Ｙ軸に対して傾斜している。第一バッファ部３２は、第一バッファ部３１と比較して、Ｘ軸方向に長くなるように設けられている。

第一出力部４０は、アウトプットゲート４１、フローティングディフュージョン４２、リセットゲート４３及びリセットドレイン４４を有している。

アウトプットゲート４１は、部分３１Ｃ，３２Ｄに蓄積された電荷をフローティングディフュージョン４２に転送するための駆動信号としての電圧が印加される電極である。

フローティングディフュージョン４２は、部分３１Ｃ，３２Ｄに蓄積された電荷を受け取る部分である。フローティングディフュージョン４２は、半導体基板上において、例えばｎ型不純物を拡散して得られる半導体層である。フローティングディフュージョン４２が部分３１Ｃ，３２Ｄからの電荷を受け取ると、フローティングディフュージョン４２の電位は、受け取った電荷に比例した電位となる。フローティングディフュージョン４２は、不図示の出力回路の入力端子（例えばソースフォロワ回路のゲート端子）に接続され、この出力回路の出力端子が出力端子４５に接続されている。

リセットゲート４３は、リセット信号ＲＧが印加される電極である。リセットゲート４３は、リセット信号ＲＧに応じてリセットドレイン４４とフローティングディフュージョン４２とを短絡し、フローティングディフュージョン４２の電位をリセットドレイン４４の電位にリセットするための電極である。

リセットドレイン４４は、半導体基板上において、例えばｎ型不純物を拡散して得られる半導体層である。リセットドレイン４４は、時間に対して一定に保たれた基準電位（例えばグランド電位）に接続されている。

次に、図３を参照して、３相の駆動信号を用いて、Ｘ軸正方向に電荷を転送する場合の固体撮像装置１の動作について説明する。以下の説明では、転送電極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに印加される駆動信号としての電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３とする。転送電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄに印加される駆動信号としての電圧をそれぞれＢＧ１，ＢＧ２，ＢＧ３，ＢＧ４とする。リセットゲート４３に印加される電圧をＲＧとし、フローティングディフュージョン４２の電位をＯＳとする。

まず、時刻ｔ_１以前には、電圧Ｖ１がＨレベル、電圧Ｖ２がＬレベル、電圧Ｖ３がＬレベルである。このとき、部分２１Ａ，２２Ａのポテンシャルは深く、部分２１Ｂ，２２Ｂ，２１Ｃ，２２Ｃのポテンシャルは浅い。このため、電荷は部分２１Ａ，２２Ａに蓄積されている。

時刻ｔ_１で、電圧Ｖ２がＨレベルとされる。すると、部分２１Ｂ，２２Ｂのポテンシャルが深くなる。これにより、部分２１Ａ，２２Ａに蓄積されていた電荷の一部は、部分２１Ｂ，２２Ｂに転送される。

時刻ｔ_２で、電圧Ｖ１がＬレベルとされる。すると、部分２１Ａ，２２Ａのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分２１Ａ，２２Ａに蓄積されていた電荷は全て、部分２１Ｂ，２２Ｂに転送される。

時刻ｔ_３で、電圧Ｖ３がＨレベルとされる。すると、部分２１Ｃ，２２Ｃのポテンシャルが深くなる。これにより、部分２１Ｂ，２２Ｂに蓄積されていた電荷の一部は、部分２１Ｃ，２２Ｃに転送される。

時刻ｔ_４で、電圧Ｖ２がＬレベルとされる。すると、部分２１Ｂ，２２Ｂのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分２１Ｂ，２２Ｂに蓄積されていた電荷は全て、部分２１Ｃ，２２Ｃに転送される。

時刻ｔ_５で、電圧ＢＧ１がＨレベルとされる。すると、部分３１Ａ，３２Ａのポテンシャルが深くなる。これにより、部分２１Ｃ，２２Ｃに蓄積されていた電荷の一部は、部分２１Ｃ，２２Ｃに転送される。

時刻ｔ_６で、電圧Ｖ３がＬレベルとされる。すると、部分２１Ｃ，２２Ｃのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分２１Ｃ，２２Ｃに蓄積されていた電荷は全て、部分３１Ａ，３２Ａに転送される。

時刻ｔ_７で、電圧ＢＧ１がＬレベルとされるとともに、電圧ＢＧ２がＨレベルとされる。すると、部分３１Ａ，３２Ａのポテンシャルが浅くなるとともに、部分３１Ｂ，３２Ｂのポテンシャルが深くなる。これにより、部分３１Ａ，３２Ａに蓄積されていた電荷は全て、部分３１Ｂ，３２Ｂに転送される。

時刻ｔ_８で、電圧ＢＧ２がＬレベルとされるとともに、電圧ＢＧ３がＨレベルとされる。すると、部分３１Ｂ，３２Ｂのポテンシャルが浅くなるとともに、部分３１Ｃ，３２Ｃのポテンシャルが深くなる。これにより、部分３１Ｂ，３２Ｂに蓄積されていた電荷は全て、部分３１Ｃ，３２Ｃに転送される。

時刻ｔ_９で、電圧ＲＧがＨレベルとされる。これにより、フローティングディフュージョン４２の電位が、リセットドレイン４４の電位と同電位にリセットされる。

時刻ｔ_１０で、電圧ＲＧがＬレベルとされる。これにより、フローティングディフュージョン４２の電位は、電荷無しの場合の電位とされる。

時刻ｔ_１１で、電圧ＢＧ３がＬレベルとされるとともに、電圧ＢＧ４がＨレベルとされる。すると、部分３１Ｃ，３２Ｃのポテンシャルが浅くなるとともに、部分３２Ｄのポテンシャルが深くなる。これにより、部分３１Ｃに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョン４２に転送されるとともに、部分３２Ｃに蓄積されていた電荷が部分３２Ｄに転送される。これにより、フローティングディフュージョン４２の電位は、転送部２１及び第一バッファ部３１により転送されてきた電荷に対応する電位とされる。

時刻ｔ_１２で、電圧ＲＧがＨレベルとされる。これにより、フローティングディフュージョン４２の電位が、リセットドレイン４４の電位と同電位にリセットされる。

時刻ｔ_１３で、電圧ＲＧがＬレベルとされる。これにより、フローティングディフュージョン４２の電位は、電荷無しの場合の電位とされる。

時刻ｔ_１４で、電圧ＢＧ４がＬレベルとされる。すると、部分３２Ｄのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分３１Ｄに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョン４２に転送される。これにより、フローティングディフュージョン４２の電位は、転送部２２及び第一バッファ部３２により転送されてきた電荷に対応する電位とされる。

上記の説明において、時刻ｔ_９からｔ_１４にかけての部分で説明したように、第一出力部４０は、Ｙ軸方向で隣り合う二つの第一バッファ部３１，３２から交互に転送された電荷を取得し、交互に転送された電荷毎に応じた電荷を出力する。

次に、図４に、転送部２１，２２のＸ軸負方向の側の端部と、第二バッファ部５１，５２と、第二出力部６０とを拡大して示す。部分２１Ａ〜２３Ａ，２１Ｂ〜２３Ｂについては、図２を参照して既に説明したのと同様である。

部分５１Ａ，５２Ａは、それぞれ、第二バッファ部５１，５２のうち、転送電極５３Ａの下方に位置する部分である。部分５１Ｂ，５２Ｂは、それぞれ、第二バッファ部５１，５２のうち、転送電極５３Ｂの下方に位置する部分である。部分５１Ｃ，５２Ｃは、それぞれ、第二バッファ部５１，５２のうち、転送電極５３Ｃの下方に位置する部分である。部分５２Ｄは、第二バッファ部５２のうち、転送電極５３Ｄの下方に位置する部分である。

ここで、第二バッファ部５１，５２と第二出力部６０との境界は、Ｙ軸に対して傾斜している。第二バッファ部５２は、第一バッファ部５１と比較して、Ｘ軸方向に長くなるように設けられている。

第二出力部６０は、アウトプットゲート６１、フローティングディフュージョン６２、リセットゲート６３及びリセットドレイン６４を有している。第二出力部６０の構成は、第一出力部４０の構成と比較すると、Ｘ軸方向に関して逆方向に配置されている点で異なるが、その他の点については同様である。

次に、図５を参照して、３相の駆動信号を用いて、Ｘ軸負方向に電荷を転送する場合の固体撮像装置１の動作について説明する。以下の説明では、転送電極２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃに印加される駆動信号としての電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３とする。転送電極５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄに印加される駆動信号としての電圧をそれぞれＢＧ１，ＢＧ２，ＢＧ３，ＢＧ４とする。リセットゲート６３に印加される電圧をＲＧとし、フローティングディフュージョン６２の電位をＯＳとする。

まず、時刻ｔ_２１以前には、電圧Ｖ１がＨレベル、電圧Ｖ２がＬレベル、電圧Ｖ３がＨレベルである。このとき、部分２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂのポテンシャルは浅く、部分２１Ｃ，２２Ｃのポテンシャルは深い。このため、電荷は部分２１Ｃ，２２Ｃに蓄積されている。

時刻ｔ_２１で、電圧Ｖ２がＨレベルとされる。すると、部分２１Ｂ，２２Ｂのポテンシャルが深くなる。これにより、部分２１Ｃ，２２Ｃに蓄積されていた電荷の一部は、部分２１Ｂ，２２Ｂに転送される。

時刻ｔ_２２で、電圧Ｖ３がＬレベルとされる。すると、部分２１Ｃ，２２Ｃのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分２１Ｃ，２２Ｃに蓄積されていた電荷は全て、部分２１Ｂ，２２Ｂに転送される。

時刻ｔ_２３で、電圧Ｖ１がＨレベルとされる。すると、部分２１Ａ，２２Ａのポテンシャルが深くなる。これにより、部分２１Ｂ，２２Ｂに蓄積されていた電荷の一部は、部分２１Ａ，２２Ａに転送される。

時刻ｔ_２４で、電圧Ｖ２がＬレベルとされる。すると、部分２１Ｂ，２２Ｂのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分２１Ｂ，２２Ｂに蓄積されていた電荷は全て、部分２１Ａ，２２Ａに転送される。

時刻ｔ_２５で、電圧ＢＧ１がＨレベルとされる。すると、部分５１Ａ，５２Ａのポテンシャルが深くなる。これにより、部分２１Ａ，２２Ａに蓄積されていた電荷の一部は、部分２１Ｃ，２２Ｃに転送される。

時刻ｔ_２６で、電圧Ｖ１がＬレベルとされる。すると、部分２１Ａ，２２Ａのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分２１Ａ，２２Ａに蓄積されていた電荷は全て、部分５１Ａ，５２Ａに転送される。

時刻ｔ_２７で、電圧ＢＧ１がＬレベルとされるとともに、電圧ＢＧ２がＨレベルとされる。すると、部分５１Ａ，５２Ａのポテンシャルが浅くなるとともに、部分５１Ｂ，５２Ｂのポテンシャルが深くなる。これにより、部分５１Ａ，５２Ａに蓄積されていた電荷は全て、部分５１Ｂ，５２Ｂに転送される。

時刻ｔ_２８で、電圧ＢＧ２がＬレベルとされるとともに、電圧ＢＧ３がＨレベルとされる。すると、部分５１Ｂ，５２Ｂのポテンシャルが浅くなるとともに、部分５１Ｃ，５２Ｃのポテンシャルが深くなる。これにより、部分５１Ｂ，５２Ｂに蓄積されていた電荷は全て、部分５１Ｃ，５２Ｃに転送される。

時刻ｔ_２９で、電圧ＲＧがＨレベルとされる。これにより、フローティングディフュージョン６２の電位が、リセットドレイン６４の電位と同電位にリセットされる。

時刻ｔ_３０で、電圧ＲＧがＬレベルとされる。これにより、フローティングディフュージョン６２の電位は、電荷無しの場合の電位とされる。

時刻ｔ_３１で、電圧ＢＧ３がＬレベルとされるとともに、電圧ＢＧ４がＨレベルとされる。すると、部分５１Ｃ，５２Ｃのポテンシャルが浅くなるとともに、部分５２Ｄのポテンシャルが深くなる。これにより、部分５１Ｃに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョン６２に転送されるとともに、部分５２Ｃに蓄積されていた電荷が部分５２Ｄに転送される。これにより、フローティングディフュージョン６２の電位は、転送部２１及び第二バッファ部５１により転送されてきた電荷に対応する電位とされる。

時刻ｔ_３２で、電圧ＲＧがＨレベルとされる。これにより、フローティングディフュージョン６２の電位が、リセットドレイン４４の電位と同電位にリセットされる。

時刻ｔ_３３で、電圧ＲＧがＬレベルとされる。これにより、フローティングディフュージョン６２の電位は、電荷無しの場合の電位とされる。

時刻ｔ_３４で、電圧ＢＧ４がＬレベルとされる。すると、部分５２Ｄのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分５１Ｄに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョン６２に転送される。これにより、フローティングディフュージョン６２の電位は、転送部２２及び第二バッファ部５２により転送されてきた電荷に対応する電位とされる。

上記の説明において、時刻ｔ_９からｔ_１４にかけての部分で説明したように、第二出力部６０は、Ｙ軸方向で隣り合う二つの第一バッファ部５１，５２から交互に転送された電荷を取得し、交互に転送された電荷毎に応じた電荷を出力する。

以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置１によれば、光電変換部１１，１２で発生した電荷が、転送部２１，２２により、Ｘ軸正方向又はＸ軸負方向の双方向に転送される。転送部２１，２２は、３相又は４相の駆動信号に応じて電荷を転送し、第一バッファ部３１，３２又は第二バッファ部５１，５２の各々は、２相の駆動信号に応じて電荷を転送する。したがって、本実施形態に係る固体撮像装置１は、電荷のＸ軸方向における転送を高速に行うことができる。このように、本実施形態に係る固体撮像装置１によれば、双方向に電荷を転送でき、かつ電荷を高速に読み出すことができる。

本実施形態では、転送部２１，２２は、Ｘ軸方向に並置され、３相又は４相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、光電変換部１１，１２で発生した電荷を転送する複数の転送電極２３Ａ〜２３Ｃを有している。これにより、転送部２１，２２が有する複数の転送電極２３Ａ〜２３Ｃのそれぞれに、３相又は４相の駆動信号のうち対応する駆動信号が与えられる。これにより、転送部２１，２２は、Ｘ軸正方向又はＸ軸負方向の双方向に電荷を転送することができ、かつ高速に電荷を転送することができる。

本実施形態では、第一バッファ部３１，３２は、Ｘ軸方向に並置され、２相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、取得した電荷を転送する複数の転送電極３３Ａ〜３３Ｄを有し、第二バッファ部５１，５２は、Ｘ軸方向に並置され、２相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、取得した電荷を転送する複数の転送電極５３Ａ〜５３Ｄを有していてもよい。この場合には、第一バッファ部３１，３２及び第二バッファ部５１，５２が有する複数の転送電極３３Ａ〜３３Ｄ，５３Ａ〜５３Ｄのそれぞれに、２相の駆動信号のうち対応する駆動信号が与えられる。これにより、第一バッファ部３１，３２及び第二バッファ部５１，５２は、２相の駆動信号によって高速に電荷を転送することができる。

本実施形態では、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に並置された複数の光電変換部１１，１２を備えており、転送部２１，２２と、第一バッファ部３１，３２及び第二バッファ部５１，５２とは、各光電変換部１１，１２に対応してそれぞれ配置され、第一出力部４０は、複数の第一バッファ部３１，３２のうち、Ｙ軸方向で隣り合う二つの第一バッファ部３１，３２に対応して配置され、Ｙ軸方向で隣り合う二つの第一バッファ部３１，３２から交互に転送された電荷を取得し、交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力し、第二出力部６０は、複数の第二バッファ部５１，５２のうち、Ｙ軸方向で隣り合う二つの第二バッファ部５１，５２に対応して配置され、交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力する。これにより、第一出力部４０は、Ｙ軸方向で隣り合う二つの第一バッファ部３１，３２から交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力する。第二出力部６０は、Ｙ軸方向で隣り合う二つの第二バッファ部５１，５２から交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力する。このため、隣り合う二つの第一バッファ部３１，３２又は第二バッファ部５１，５２のうち一方が電荷を出力していない時間に、他方が電荷を出力することができる。このため、電荷の出力に要する時間を長くすることなく、高速に電荷を読み出すことができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の固体撮像装置１０１は、第１実施形態の固体撮像装置１とは、転送部における駆動信号の相数が異なる。すなわち、第１実施形態の転送部２１が、３相の駆動信号に応じて電荷を転送していたのに対し、第２実施形態の転送部１２１は、４相の駆動信号に応じて電荷を転送する。

図６に示すように、第２実施形態の固体撮像装置１０１は、転送部１２１以外は、図１に示した第１実施形態の固体撮像装置１とほぼ同様の構成を有している。具体的には、転送部１２１は、３本の転送電極２３Ａ〜２３Ｃに代えて、４本の転送電極１２３Ａ〜１２３Ｄを有している。

図７に、第２実施形態の固体撮像装置１０１の転送部１２１，１２２のＸ軸正方向の側の端部と、第一バッファ部３１，３２と、第一出力部４０とを拡大して示す。

部分１２１Ａ，１２２Ａは、それぞれ、転送部１２１，１２２のうち、転送電極１２３Ａの下方に位置する部分である。部分１２１Ｂ，１２２Ｂは、それぞれ、転送部１２１，１２２のうち、転送電極１２３Ｂの下方に位置する部分である。部分１２１Ｃ，１２２Ｃは、それぞれ、転送部１２１，１２２のうち、転送電極１２３Ｃの下方に位置する部分である。部分１２１Ｄ，１２２Ｄは、それぞれ、転送部１２１，１２２のうち、転送電極１２３Ｄの下方に位置する部分である。

部分３１Ａ〜３１Ｃ，３２Ａ〜３２Ｄ及び第１出力部４０については、図２を参照して説明した第１実施形態と同様なので、説明を省略する。

次に、図８を参照して、４相の駆動信号を用いて、Ｘ軸正方向に電荷を転送する場合の固体撮像装置１０１の動作について説明する。以下の説明では、転送電極１２３Ａ，１２３Ｂ，１２３Ｃ，１２３Ｄに印加される駆動信号としての電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４とする。転送電極３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄに印加される駆動信号としての電圧をそれぞれＢＧ１，ＢＧ２，ＢＧ３，ＢＧ４とする。リセットゲート４３に印加される電圧をＲＧとし、フローティングディフュージョン４２の電位をＯＳとする。

まず、時刻ｔ_４１以前には、電圧Ｖ１がＬレベル、電圧Ｖ２がＬレベル、電圧Ｖ３がＨレベル、電圧Ｖ４がＨレベルである。このとき、部分１２１Ａ，１２２Ａのポテンシャルは浅い。このため、電荷は部分１２１Ａ，１２２Ａには蓄積されていない。

時刻ｔ_４１で、電圧Ｖ１がＨレベルとされる。すると、部分１２１Ａ，１２２Ａのポテンシャルが深くなる。これにより、部分１２１Ａ，１２２Ａに電荷が転送される。

時刻ｔ_４２で、電圧Ｖ２がＨレベルとされる。すると、部分１２１Ｂ，１２２Ｂのポテンシャルが深くなる。これにより、部分１２１Ｂ，１２２Ｂに電荷が転送される。

時刻ｔ_４３で、電圧Ｖ３がＨレベルとされる。すると、部分１２１Ｃ，１２２Ｃのポテンシャルが深くなる。これにより、部分１２１Ｃ，１２２Ｃに電荷が転送される。

時刻ｔ_４４で、電圧Ｖ１がＬレベルとされる。すると、部分１２１Ａ，１２２Ａのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分１２１Ａ，１２２Ａに蓄積されていた電荷は、全て部分１２１Ｂ，１２２Ｂに転送される。

時刻ｔ_４５で、電圧Ｖ４がＨレベルとされる。すると、部分１２１Ｄ，１２２Ｄのポテンシャルが深くなる。これにより、部分１２１Ｄ，１２２Ｄに電荷が転送される。

時刻ｔ_４６で、電圧Ｖ２がＬレベルとされる。すると、部分１２１Ｂ，１２２Ｂのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分１２１Ｂ，１２２Ｂに蓄積されていた電荷は、全て部分１２１Ｃ，１２２Ｃに転送される。

時刻ｔ_４７で、電圧Ｖ３がＬレベルとされる。すると、部分１２１Ｃ，１２２Ｃのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分１２１Ｃ，１２２Ｃに蓄積されていた電荷は、全て部分１２１Ｄ，１２２Ｄに転送される。同時に、電圧ＢＧ１がＨレベルとされる。すると、部分３１Ａ，３２Ａのポテンシャルが深くなる。これにより、部分１２１Ｄ，１２２Ｄに蓄積されていた電荷の一部は、部分３１Ａ，３２Ａに転送される。

時刻ｔ_４８で、電圧Ｖ４がＬレベルとされる。すると、部分１２１Ｄ，１２２Ｄのポテンシャルが浅くなる。これにより、部分１２１Ｄ，１２２Ｄに蓄積されていた電荷は、全て部分３１Ａ，３２Ａに転送される。

時刻ｔ_４９で、電圧ＢＧ１がＬレベルとされるとともに、電圧ＢＧ２がＨレベルとされる。すると、部分３１Ａ，３２Ａのポテンシャルが浅くなるとともに、部分３１Ｂ，３２Ｂのポテンシャルが深くなる。これにより、部分３１Ａ，３２Ａに蓄積されていた電荷は全て、部分３１Ｂ，３２Ｂに転送される。

時刻ｔ_５０〜ｔ_５６における動作については、図３を参照して説明した、第１実施形態における時刻ｔ_８〜ｔ_１４における動作と同様であるので、説明を省略する。

第２実施形態の固体撮像装置１０１においても、上述したＸ軸正方向への電荷の転送に加えて、Ｘ軸負方向への電荷の転送も可能である。Ｘ軸負方向への電荷の転送を行う場合には、転送部１２１，１２２の転送電極１２３Ａ〜１２３Ｄに、それぞれ、図８に示した駆動信号Ｖ４，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１を印加し、第二バッファ部５１，５２の転送電極５３Ａ〜５３Ｄにそれぞれ図８に示した駆動信号ＢＧ１〜ＢＧ４を印加すればよい。

第２実施形態の固体撮像装置１０１によっても、第１実施形態の固体撮像装置１とほぼ同様の作用効果が得られる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、上述の実施形態では、隣り合う２つの第一バッファ部３１，３２に対応して第一出力部４０が配置されることとした。しかしながら、３つ以上、例えば４つの第一バッファ部３１，３２，３１，３２など、に対応して第一出力部４０が配置されることとしてもよい。１つの第一バッファ部３１又は第一バッファ部３２に対応して第一出力部４０が配置されることとしてもよい。第二バッファ部５１，５２及び第二出力部６０についても同様である。

１，１０１…固体撮像装置、１１，１２…光電変換部、２１，２２，１２１，１２２…転送部、２３Ａ〜２３Ｃ，３３Ａ〜３３Ｄ，５３Ａ〜５３Ｄ，１２３Ａ〜１２３Ｄ…転送電極、３１，３２…第一バッファ部、４０…第一出力部、５１，５２…第二バッファ部、６０…第二出力部。

Claims (4)

1. 第一方向に沿うように設けられ、光入射に応じて電荷を発生する光電変換部と、
   前記光電変換部で発生した電荷を、３相又は４相の駆動信号に応じて、前記第一方向又は前記第一方向とは反対の第二方向に転送する転送部と、
   前記光電変換部に対応して配置され、前記転送部により前記光電変換部から前記第一方向に転送された電荷を取得し、２相の駆動信号に応じて、取得した電荷を前記第一方向に転送する第一バッファ部と、
   前記光電変換部に対応して配置され、前記転送部により前記光電変換部から前記第二方向に転送された電荷を取得し、２相の駆動信号に応じて、取得した電荷を前記第二方向に転送する第二バッファ部と、
   前記第一バッファ部に対応して配置され、前記第一バッファ部から転送された電荷を取得し、取得した電荷に応じた信号を出力する第一出力部と、
   前記第二バッファ部に対応して配置され、前記第二バッファ部から転送された電荷を取得し、取得した電荷に応じた信号を出力する第二出力部と、
   を備える固体撮像装置。
2. 前記転送部は、前記第一方向に並置され、３相又は４相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、前記光電変換部で発生した電荷を転送する複数の転送電極を有する請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記第一バッファ部は、前記第一方向に並置され、２相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、取得した電荷を転送する複数の転送電極を有し、
   前記第二バッファ部は、前記第二方向に並置され、２相の駆動信号のうち対応する駆動信号がそれぞれ与えられることにより、取得した電荷を転送する複数の転送電極を有する請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 前記第一及び第二方向に直交する第三方向に並置された複数の前記光電変換部を備えており、
   前記転送部と、前記第一及び第二バッファ部とは、各前記光電変換部に対応してそれぞれ配置され、
   前記第一出力部は、複数の前記第一バッファ部のうち、前記第三方向で隣り合う二つの第一バッファ部に対応して配置され、前記第三方向で隣り合う前記二つの第一バッファ部から交互に転送された電荷を取得し、交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力し、
   前記第二出力部は、複数の前記第二バッファ部のうち、前記第三方向で隣り合う二つの第二バッファ部に対応して配置され、交互に転送された電荷毎に応じた信号を出力する請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体撮像装置。

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