固体撮像素子及びその駆動方法
【課題】前漏れを防止することが可能な固体撮像素子及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】蓄積領域３０ａは、第一転送部２０の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状となっており、蓄積領域３０ａに電荷を蓄積している状態で、第一転送部２０を構成する多数の転送段のうちの最終の少なくとも３つの転送段の電荷転送方向上流側に隣接する隣接転送段に、蓄積領域３０ａに蓄積されている電荷とは異なる電荷が転送された際に、隣接転送段に転送された電荷が蓄積領域３０ａに流れ込むのを防ぐための空きパケットを、前記少なくとも３つの転送段を駆動して形成する。
【解決手段】蓄積領域３０ａは、第一転送部２０の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状となっており、蓄積領域３０ａに電荷を蓄積している状態で、第一転送部２０を構成する多数の転送段のうちの最終の少なくとも３つの転送段の電荷転送方向上流側に隣接する隣接転送段に、蓄積領域３０ａに蓄積されている電荷とは異なる電荷が転送された際に、隣接転送段に転送された電荷が蓄積領域３０ａに流れ込むのを防ぐための空きパケットを、前記少なくとも３つの転送段を駆動して形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ型の固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等に搭載されるＣＣＤ型固体撮像素子は、通常、ＶＣＣＤ（垂直電荷転送素子）と、ＨＣＣＤ（水平電荷転送素子）とを備えている。インターライン型のＣＣＤ型固体撮像素子では、多数個の光電変換素子が複数行、複数列に沿って行列状に配設され、個々の光電変換素子列に１つずつＶＣＣＤが配置される。更に、各ＶＣＣＤは１つのＨＣＣＤに接続される。又、ＶＣＣＤとＨＣＣＤの間にラインメモリを設けた構成も知られている。
【０００３】
一般的に１ＶＣＣＤに接続されるＨＣＣＤの幅は、そのＶＣＣＤの幅に対して太くなっている。このため、特許文献１のように、ＶＣＣＤの最終段に接続されたラインメモリの幅を、ＨＣＣＤに向かうにしたがって滑らかに広げて、ラインメモリからＨＣＣＤに電荷が滑らかに転送されるようにした構造をとることが多い。しかし、このような構造をとると、ラインメモリの形状により、ＶＣＣＤの最終段付近においてポテンシャルが深い方向に引っ張られた状態となってしまう。
【０００４】
図８は、ラインメモリを有するＣＣＤ型固体撮像素子を６相駆動で駆動したときの、ＶＣＣＤの最終段の周辺とラインメモリのポテンシャルを示す図である。図８において、記号Ｖ１〜Ｖ６はＶＣＣＤの駆動電極を示し、ＶＬＭはラインメモリの駆動電極を示す。又、ハッチングは電荷を示す。
【０００５】
図８に示すように、駆動電極Ｖ４〜Ｖ６下のＶＣＣＤのポテンシャルはラインメモリの形状によって深い方向に引っ張られてしまっているため、ある光電変換素子から読み出された電荷がラインメモリに蓄積されている状態で、該光電変換素子の垂直方向隣の光電変換素子から読み出された電荷が駆動電極Ｖ２〜Ｖ５の下のＶＣＣＤに転送されると、駆動電極Ｖ２〜Ｖ５の下のＶＣＣＤに転送された電荷が、駆動電極Ｖ６下のバリアを超えてラインメモリに流れ込んでしまう、いわゆる前漏れといった現象が起こり、画質劣化を引き起こす。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５８２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、前漏れを防止することが可能な固体撮像素子及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体撮像素子は、行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子であって、前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、前記第一転送部の最終の少なくとも３つの転送段の駆動信号供給用の端子と、前記少なくとも３つの転送段以外の転送段の駆動信号供給用の端子が、それぞれ独立に設けられている。
【０００９】
この構成によれば、転送容量を確保しながら、前漏れを防止した駆動が可能となる。
【００１０】
本発明の固体撮像素子は、行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子であって、前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段と、該転送段の最終段と前記蓄積部との間に設けられた少なくとも３つの転送段とから構成され、前記少なくとも３つの転送段の駆動信号供給用の端子と、前記少なくとも３つの転送段以外の転送段の駆動信号供給用の端子が、それぞれ独立に設けられている。
【００１１】
この構成によれば、転送容量を確保しながら、前漏れを防止した駆動が可能となる。
【００１２】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、前記電荷蓄積領域に前記電荷を蓄積している状態で、前記第一転送部を構成する多数の転送段のうちの最終の少なくとも３つの転送段の電荷転送方向上流側に隣接する隣接転送段に、前記電荷蓄積領域に蓄積されている電荷とは異なる電荷が転送された際に、前記隣接転送段に転送された電荷が前記電荷蓄積領域に流れ込むのを防ぐための空きパケットを、前記少なくとも３つの転送段を駆動して形成する空きパケット形成工程を含む。
【００１３】
この方法によれば、前漏れを防止することができる。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記第一転送部が、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段の一部と同一の駆動を行って前記空きパケットを形成する。
【００１５】
この方法によれば、端子数を減らすことができる。
【００１６】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記第一転送部が、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段とは独立で駆動して前記空きパケットを形成する。
【００１７】
この方法によれば、転送容量を十分に確保することができるため、光電変換素子の飽和容量を大きくすることができる。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記第一転送部の多数の転送段が、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段と、該転送段の最終段と前記蓄積部との間に設けられた前記少なくとも３つの転送段とを含み、前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段とは独立で駆動して前記空きパケットを形成する。
【００１９】
この方法によれば、電荷転送容量を十分に確保することができるため、光電変換素子の飽和容量を大きくすることができる。
【００２０】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記光電変換素子から読み出された電荷を前記第一転送部において混合して転送する場合に、前記空きパケット形成工程を含んだ駆動を行う。
【００２１】
電荷を混合して転送する場合は前漏れが発生しやすくなるため、この場合にのみ前漏れ防止駆動を行うことが効果的である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、前漏れを防止することが可能な固体撮像素子及びその駆動方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。
図１に示す固体撮像素子２００は、ｎ型シリコン基板１００上の行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子１０と、多数の光電変換素子１０の各々から電荷読み出し領域６０を介して読み出された電荷を列方向（以下、垂直方向ともいう）に転送する第一転送部２０と、第一転送部２０に接続されて電荷を一時的に記憶する蓄積部であるラインメモリ３０と、ラインメモリ３０から読み出した電荷を行方向（以下、水平方向ともいう）に転送する第二転送部４０と、第二転送部４０から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部５０とを備える。なお、本明細書においては、第一転送部２０によって転送される電荷の移動を１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定する。
【００２５】
図２は、図１に示す固体撮像素子のラインメモリ近傍の概略構成を模式的に示す部分拡大図である。
図２に示すように、第一転送部２０は、ｎ型不純物の濃度が略一定の垂直転送チャネル２０ａと、その上に絶縁膜を介して形成されたポリシリコン等からなる多数の駆動電極Ｖ１〜Ｖ６とを備える。第一転送部２０は、１つの駆動電極と、その下方に形成された垂直転送チャネル２０ａの一領域とによって１つの垂直転送段が構成される。図２の例では、駆動電極Ｖ１〜Ｖ６のそれぞれによって６つの垂直転送段が構成され、第一転送部２０に電荷が読み出される多数の光電変換素子１０の各々に対し、この６つの垂直転送段が対応して設けられた構成となっている。又、駆動電極Ｖ２下方の垂直転送チャネル２０ａと光電変換素子１０との間には、図１に示した電荷読み出し領域６０が形成されており、駆動電極Ｖ２に高電圧を供給することで、光電変換素子１０で発生して蓄積された電荷が垂直転送チャネル２０ａに読み出される。駆動電極Ｖ１〜Ｖ６に駆動信号φＶ１〜φＶ６が供給されることで、第一転送部２０は６相駆動される。駆動信号φＶ１〜φＶ６は、それぞれＬ（ローレベル）、Ｍ（ミディアムレベル）、Ｈ（ハイレベル）の３つの状態をとることができる。
【００２６】
第二転送部４０は、行方向に延在する水平転送チャネル４０ａと、その上方に絶縁膜を介して形成された駆動電極Ｈ１，Ｈ２とを備える。図２の例では、駆動電極Ｈ１，Ｈ２それぞれと、その下方の水平転送チャネル４０ａとによって１つの水平転送段が構成され、１つの第一転送部２０に対し、２つの水平転送段が対応して設けられた構成となっている。１つの水平転送段に含まれる水平転送チャネル４０ａの行方向の幅は、垂直転送チャネル２０ａの行方向の幅よりも大きくなっている。駆動電極Ｈ１，Ｈ２に駆動信号φＨ１，φＨ２が供給されることで、第二転送部４０は２相駆動される。駆動信号φＨ１，φＨ２は、それぞれＬ（ローレベル）、Ｈ（ハイレベル）の２つの状態をとることができる。
【００２７】
ラインメモリ３０は、第一転送部２０を転送されてきた電荷を一時的に保持するｎ型不純物の濃度が略一定のｎ型チャネル３０ａ（特許請求の範囲の電荷蓄積領域に該当）と、その上方に絶縁膜を介して形成されたポリシリコン等からなる駆動電極ＶＬＭとによって構成されている。ｎ型チャネル３０ａは、第一転送部２０の電荷転送方向上流から下流に向かって行方向の幅が広がった形状となっており、垂直転送チャネル２０ａと水平転送チャネル４０ａとを接続している。
【００２８】
以上のように、固体撮像素子２００は、垂直転送チャネル２０ａを転送されてきた電荷がｎ型チャネル３０ａに一時的に蓄積され、蓄積された電荷が水平転送チャネル４０ａに読み出され、これが行方向に転送される仕組みになっている。
【００２９】
以下、前漏れを防止するための固体撮像素子２００の駆動方法について説明する。この駆動方法は、ｎ型チャネル３０ａに電荷が蓄積されている状態で、第一転送部２０の最終の３つの垂直転送段（駆動電極ＶＬＭから上流側に数えて３つの駆動電極Ｖ６，Ｖ５，Ｖ４で構成される垂直転送段）の電荷転送方向上流側に隣接する隣接転送段（駆動電極ＶＬＭから上流側に数えて４つ目の駆動電極Ｖ３で構成される垂直転送段）に、ｎ型チャネル３０ａに蓄積されている電荷とは異なる電荷が転送された際に、隣接転送段に転送された電荷がｎ型チャネル３０ａに流れ込むのを防ぐための空きパケットを、最終の３つの垂直転送段を駆動して形成する空きパケット形成工程を含むことを特徴としている。
【００３０】
本実施形態では、上述した駆動方法を、図３に示したようなタイミングで駆動信号φＶ１〜φＶ６を順次切り替えて６相駆動によって実現する。図３に示す記号ＨＤは垂直同期信号を示す。
【００３１】
図４は、第一転送部２０の転送動作時の垂直転送チャネル２０ａのポテンシャルフローを示す図である。図４に示す記号Ｖ１〜Ｖ６は駆動電極を示す。
まず、駆動信号φＶ１，φＶ４をＭにし、駆動信号φＶ２をＨにして、駆動電極Ｖ２下に光電変換素子１０から電荷を読み出す（時刻ｔ＝１）。次に、駆動信号φＶ２をＭにする（時刻ｔ＝２）。これにより、駆動電極Ｖ１，Ｖ２下に電荷転送用パケットが形成され、駆動電極Ｖ４下に空きパケットが形成された状態となる。次に、駆動信号φＶ５をＭにし（時刻ｔ＝３）、その後、駆動信号φＶ４をＬにして（時刻ｔ＝４）、空きパケットを電荷転送方向下流に１垂直転送段分転送する。次に、駆動信号φＶ３をＭにし（時刻ｔ＝５）、その後、駆動信号φＶ１をＬにして（時刻ｔ＝６）、電荷転送用パケットを電荷転送方向下流に１垂直転送段分転送する。
【００３２】
このように、空きパケットを電荷転送方向下流に１垂直転送段分転送してから、電荷転送用パケットを電荷転送方向下流に１垂直転送段分転送するといった駆動を繰り返すことで、列方向に隣接する光電変換素子から読み出された電荷が溜まっている電荷転送用パケット同士の間には、上流と下流をポテンシャルバリアによって囲まれた空きパケットが常に存在することになる。
【００３３】
上記駆動を行っているときのｎ型チャネル３０ａと、その付近の垂直転送チャネル２０ａのポテンシャルを図５に示した。図５において、記号Ｖ１〜Ｖ６、ＶＬＭはそれぞれ駆動電極を示し、ハッチング部分は電荷を示す。
図５に示すように、駆動電極ＶＬＭ下のｎ型チャネル３０ａに電荷が蓄積された時点では、駆動電極Ｖ２，Ｖ３下に別の電荷が蓄積された電荷転送用パケットが形成された状態になっているが、この電荷転送用パケットとｎ型チャネル３０ａの間には、最終の３つの垂直転送段を構成する駆動電極Ｖ４〜Ｖ６によって形成された空きパケットが存在する。このため、駆動電極Ｖ４〜Ｖ６下のポテンシャルが深い方向に引っ張られた結果、電荷転送用パケットにある電荷が駆動電極Ｖ４下のバリアを越えて下流側に流れ出た場合でも、この流れ出た電荷を駆動電極Ｖ５下の空きパケットで拾うことができ、前漏れを防ぐことができる。
【００３４】
電荷転送用パケットにある電荷をｎ型チャネル３０ａに蓄積した後の駆動は、次のように行う。
図５に示す状態から、駆動信号φＶＬＭと駆動信号φＨ１を制御して、ｎ型チャネル３０ａに蓄積されている電荷を水平転送チャネル４０ａに読み出し、駆動信号φＨ１，φＨ２を制御して、読み出した電荷を出力部５０まで転送する。この電荷を水平転送チャネル４０ａに読み出した後は、駆動信号φＶ１〜φＶ６を再び制御して、次の電荷転送用パケットをｎ型チャネル３０ａまで転送する。このとき、空きパケットに溜まっていた電荷と、電荷転送用パケットに溜まっていた電荷とはｎ型チャネル３０ａで混合される。そして、この状態では駆動電極Ｖ５下に再度空きパケットが形成されるため、前漏れは発生しない。
【００３５】
以上のように、本実施形態の駆動方法によれば、前漏れを防止して高画質の撮影を可能にすることができる。
【００３６】
尚、本実施形態では、最終の３つの垂直転送段の駆動を、それ以外の垂直転送段のうちの駆動電極Ｖ４〜Ｖ６で構成される垂直転送段と同じ駆動にしているが、最終の３つの垂直転送段は、それ以外の垂直転送段とは独立して駆動しても良い。この場合、最終の３つの垂直転送段に駆動信号を供給するための端子と、それ以外の垂直転送段に駆動信号を供給するための端子とは独立に設けておくことになるため、端子数は増加してしまう。しかし、最終の３つの垂直転送段を独立で駆動することにより、最終の３つの垂直転送段以外の垂直転送段において空きパケットを形成する必要がなくなるため、電荷読み出し時の電荷転送用パケットの容量を大きくとることが可能になる。この結果、光電変換素子１０の飽和容量を増やすことができる。例えば、固体撮像素子２００の構成の場合には、最終の３つの垂直転送段を独立で駆動することで、電荷読み出し時の電荷転送用パケットを３つの垂直転送段で構成することができるようになり、独立に駆動しない場合に比べて１垂直転送段分、容量を大きくすることができる。
【００３７】
又、前漏れは、光電変換素子１０に蓄積される電荷の量が多い場合に特に問題となるため、上述した前漏れ防止用の駆動を、１つの電荷転送用パケットに蓄積する電荷量が多くなる場合にのみ行うようにしても良い。このような場合とは、例えば、複数の光電変換素子の各々から読み出された電荷を第一転送部２０で混合して転送する電荷混合読み出しを行う動画撮影モードや、低感度撮影モードに設定された場合等である。つまり、動画撮影モードや低感度撮影モードに設定されたときは上述した駆動を行い、静止画撮影モードや高感度撮影モードに設定されたときは、一般に知られている６相駆動を行うようにしても、十分に画質を維持することは可能である。
【００３８】
又、本実施形態では、空きパケットの容量を１垂直転送段分にしているが、これに限らず、第一転送部２０を構成する多数の垂直転送段の最終の４つ以上の垂直転送段を駆動して、複数垂直転送段分の容量を持つ空きパケットを形成するようにしても良い。これを実現するためには、１つの光電変換素子１０に対して設ける垂直転送段の数を適宜調整したり、電荷読み出し時の電荷転送用パケットの容量を適宜調整したりする必要がある。例えば、１つの光電変換素子１０に対して８つの垂直転送段を設け、電荷読み出し時の電荷転送用パケットの容量を３垂直転送段分にすれば、２つの空きパケットを形成することが可能である。
【００３９】
（第二実施形態）
本実施形態の固体撮像素子の構成は、第一実施形態で説明した固体撮像素子２００の第一転送部２０の構成に、空きパケット形成用の３つの垂直転送段を追加したことと、駆動方法とが異なる。
【００４０】
図６は、図１に示す固体撮像素子のラインメモリ近傍の概略構成の変形例を模式的に示す部分拡大図である。図６において図２と同様の構成には同一符号を付してある。
図６に示す第一転送部２０は、ｎ型不純物の濃度が略一定の垂直転送チャネル２０ａと、その上に絶縁膜を介して形成されたポリシリコン等からなる多数の駆動電極Ｖ１〜Ｖ９とを備える。第一転送部２０は、１つの駆動電極と、その下方に形成された垂直転送チャネル２０ａの一領域とによって１つの垂直転送段が構成される。図６の例では、駆動電極Ｖ１〜Ｖ６のそれぞれによって６つの垂直転送段が構成され、第一転送部２０に電荷が読み出される多数の光電変換素子１０の各々に対し、この６つの垂直転送段が対応して設けられ、駆動電極Ｖ７〜Ｖ９のそれぞれによって構成された空きパケット形成用の３つの垂直転送段が、第一転送部２０に電荷が読み出される多数の光電変換素子１０毎に対応して設けられた多数の垂直転送段の最終段とラインメモリ３０との間に設けられた構成となっている。
【００４１】
本実施形態の固体撮像素子には、空きパケット形成用の３つの垂直転送段に駆動信号を供給するための端子と、それ以外の垂直転送段に駆動信号を供給するための端子とが独立に設けられており、空きパケット形成用の３つの垂直転送段と、それ以外の垂直転送段とは、それぞれ独立に駆動される。
【００４２】
駆動電極Ｖ７〜Ｖ９には、それぞれ駆動信号φＶ７〜φＶ９が供給される。駆動信号φＶ７〜φＶ９は、それぞれＬ（ローレベル）、Ｍ（ミディアムレベル）、Ｈ（ハイレベル）の３つの状態をとることができる。駆動電極Ｖ１〜Ｖ６には、それぞれ駆動信号φＶ１〜φＶ６が供給され、空きパケット形成用の３つの垂直転送段以外の垂直転送段は６相駆動される。この６相駆動は一般に知られている様々な方法を採用することができる。本実施形態では、電荷読み出し時の電荷転送用パケットを４つの垂直転送段で形成し、これを順次下流に転送していく方法を採用する。
【００４３】
以下、前漏れを防止するための本実施形態の固体撮像素子２００の駆動方法について説明する。この駆動方法は、ｎ型チャネル３０ａに電荷が蓄積されている状態で、第一転送部２０の空きパケット形成用の３つの垂直転送段の電荷転送方向上流側に隣接する隣接転送段（駆動電極ＶＬＭから上流側に数えて４つ目の駆動電極Ｖ６で構成される垂直転送段）に、ｎ型チャネル３０ａに蓄積されている電荷とは異なる電荷が転送された際に、隣接転送段に転送された電荷がｎ型チャネル３０ａに流れ込むのを防ぐための空きパケットを、空きパケット形成用の垂直転送段を駆動して形成する空きパケット形成工程を含むことを特徴としている。
【００４４】
空きパケット形成工程時のｎ型チャネル３０ａと、その付近の垂直転送チャネル２０ａのポテンシャルを図７に示した。図７において、記号Ｖ１〜Ｖ９、ＶＬＭはそれぞれ駆動電極を示し、ハッチング部分は電荷を示す。
図７に示すように、駆動電極ＶＬＭ下のｎ型チャネル３０ａに電荷が蓄積された状態で、駆動電極Ｖ３〜Ｖ６下に別の電荷が蓄積された電荷転送用パケットが形成された状態になると、この電荷転送用パケットとｎ型チャネル３０ａの間には、駆動電極Ｖ７〜Ｖ９によって形成された空きパケットが形成される。このため、駆動電極Ｖ７〜Ｖ９下のポテンシャルが深い方向に引っ張られた結果、電荷転送用パケットにある電荷が駆動電極Ｖ７下のバリアを越えて下流側に流れ出た場合でも、この流れ出た電荷を駆動電極Ｖ８下の空きパケットで拾うことができ、前漏れを防ぐことができる。
【００４５】
電荷転送用パケットにある電荷をｎ型チャネル３０ａに蓄積するまでの駆動は、例えば次のように行う。
図７に示す状態から、駆動信号φＶＬＭと駆動信号φＨ１を制御して、ｎ型チャネル３０ａに蓄積されている電荷を水平転送チャネル４０ａに読み出し、駆動信号φＨ１，φＨ２を制御して、読み出した電荷を出力部５０まで転送する。この電荷を水平転送チャネル４０ａに読み出した後は、駆動信号φＶ７〜φＶ９をそれぞれＭにし、駆動信号φＶ１〜φＶ６を制御して、次の電荷転送用パケットにある電荷をｎ型チャネル３０ａに蓄積する。このとき、空きパケットに溜まっていた電荷と、電荷転送用パケットに溜まっていた電荷とはｎ型チャネル３０ａで混合される。そして、更に駆動信号φＶ１〜φＶ６を制御し、駆動電極Ｖ６下に次の電荷転送用パケットが形成されるタイミングで、駆動信号φ７，φ９をＬ、駆動信号φ８をＭにして空きパケットを形成して、図７に示すような状態に戻る。
【００４６】
以上のように、本実施形態の駆動方法によれば、前漏れを防止して高画質の撮影を可能にすることができる。
【００４７】
又、本実施形態の固体撮像素子によれば、空きパケット形成用の垂直転送段を、従来からある垂直転送段とは全く別に設けたため、第一実施形態の固体撮像素子に比べ、電荷転送用パケットの容量を大きくすることが可能となる。
【００４８】
尚、空きパケット形成用の垂直転送段は３つ以上設けても良い。３つ以上設けた場合は、空きパケットの容量をより大きくすることができる。
【００４９】
又、本実施形態の固体撮像素子においても、上述した前漏れ防止用の駆動を、１つの電荷転送用パケットに蓄積する電荷量が多くなる場合にのみ行うようにしても良い。
【００５０】
第一実施形態、第二実施形態では、固体撮像素子の光電変換素子が正方格子状に配列されたものを例に挙げたが、光電変換素子の配列はこれに限らず、例えば、特開平１０−１３６３９１号公報に記載されたような、いわゆるハニカム配列であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面図
【図２】図１に示す固体撮像素子のラインメモリ近傍の概略構成を模式的に示す部分拡大図
【図３】本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の駆動タイミングを示す図
【図４】図１に示す固体撮像素子の第一転送部の転送動作時の垂直転送チャネルのポテンシャルフローを示す図
【図５】第一実施形態の固体撮像素子において、前漏れ駆動を行っているときのラインメモリ付近の垂直転送チャネルのポテンシャルを示す図
【図６】図１に示す固体撮像素子のラインメモリ近傍の概略構成の変形例を模式的に示す部分拡大図
【図７】第二実施形態の固体撮像素子において、前漏れ駆動を行っているときのラインメモリ付近の垂直転送チャネルのポテンシャルを示す図
【図８】ラインメモリを有するＣＣＤ型固体撮像素子を６相駆動で駆動したときの、ＶＣＣＤの最終段の周辺とラインメモリのポテンシャルを示す図
【符号の説明】
【００５２】
１０ 光電変換素子
２０ 第一転送部
２０ａ 垂直転送チャネル
３０ ラインメモリ
３０ａ ｎ型チャネル
ＶＬＭ ラインメモリ用駆動電極
４０ 第二転送部
４０ａ 水平転送チャネル
５０ 出力部
６０ 電荷読み出し領域
１００ シリコン基板
２００ 固体撮像素子
Ｖ１〜Ｖ６ 垂直転送チャネル用駆動電極
Ｈ１，Ｈ２ 水平転送チャネル用駆動電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ型の固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等に搭載されるＣＣＤ型固体撮像素子は、通常、ＶＣＣＤ（垂直電荷転送素子）と、ＨＣＣＤ（水平電荷転送素子）とを備えている。インターライン型のＣＣＤ型固体撮像素子では、多数個の光電変換素子が複数行、複数列に沿って行列状に配設され、個々の光電変換素子列に１つずつＶＣＣＤが配置される。更に、各ＶＣＣＤは１つのＨＣＣＤに接続される。又、ＶＣＣＤとＨＣＣＤの間にラインメモリを設けた構成も知られている。
【０００３】
一般的に１ＶＣＣＤに接続されるＨＣＣＤの幅は、そのＶＣＣＤの幅に対して太くなっている。このため、特許文献１のように、ＶＣＣＤの最終段に接続されたラインメモリの幅を、ＨＣＣＤに向かうにしたがって滑らかに広げて、ラインメモリからＨＣＣＤに電荷が滑らかに転送されるようにした構造をとることが多い。しかし、このような構造をとると、ラインメモリの形状により、ＶＣＣＤの最終段付近においてポテンシャルが深い方向に引っ張られた状態となってしまう。
【０００４】
図８は、ラインメモリを有するＣＣＤ型固体撮像素子を６相駆動で駆動したときの、ＶＣＣＤの最終段の周辺とラインメモリのポテンシャルを示す図である。図８において、記号Ｖ１〜Ｖ６はＶＣＣＤの駆動電極を示し、ＶＬＭはラインメモリの駆動電極を示す。又、ハッチングは電荷を示す。
【０００５】
図８に示すように、駆動電極Ｖ４〜Ｖ６下のＶＣＣＤのポテンシャルはラインメモリの形状によって深い方向に引っ張られてしまっているため、ある光電変換素子から読み出された電荷がラインメモリに蓄積されている状態で、該光電変換素子の垂直方向隣の光電変換素子から読み出された電荷が駆動電極Ｖ２〜Ｖ５の下のＶＣＣＤに転送されると、駆動電極Ｖ２〜Ｖ５の下のＶＣＣＤに転送された電荷が、駆動電極Ｖ６下のバリアを超えてラインメモリに流れ込んでしまう、いわゆる前漏れといった現象が起こり、画質劣化を引き起こす。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５８２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、前漏れを防止することが可能な固体撮像素子及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体撮像素子は、行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子であって、前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、前記第一転送部の最終の少なくとも３つの転送段の駆動信号供給用の端子と、前記少なくとも３つの転送段以外の転送段の駆動信号供給用の端子が、それぞれ独立に設けられている。
【０００９】
この構成によれば、転送容量を確保しながら、前漏れを防止した駆動が可能となる。
【００１０】
本発明の固体撮像素子は、行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子であって、前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段と、該転送段の最終段と前記蓄積部との間に設けられた少なくとも３つの転送段とから構成され、前記少なくとも３つの転送段の駆動信号供給用の端子と、前記少なくとも３つの転送段以外の転送段の駆動信号供給用の端子が、それぞれ独立に設けられている。
【００１１】
この構成によれば、転送容量を確保しながら、前漏れを防止した駆動が可能となる。
【００１２】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、前記電荷蓄積領域に前記電荷を蓄積している状態で、前記第一転送部を構成する多数の転送段のうちの最終の少なくとも３つの転送段の電荷転送方向上流側に隣接する隣接転送段に、前記電荷蓄積領域に蓄積されている電荷とは異なる電荷が転送された際に、前記隣接転送段に転送された電荷が前記電荷蓄積領域に流れ込むのを防ぐための空きパケットを、前記少なくとも３つの転送段を駆動して形成する空きパケット形成工程を含む。
【００１３】
この方法によれば、前漏れを防止することができる。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記第一転送部が、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段の一部と同一の駆動を行って前記空きパケットを形成する。
【００１５】
この方法によれば、端子数を減らすことができる。
【００１６】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記第一転送部が、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段とは独立で駆動して前記空きパケットを形成する。
【００１７】
この方法によれば、転送容量を十分に確保することができるため、光電変換素子の飽和容量を大きくすることができる。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記第一転送部の多数の転送段が、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段と、該転送段の最終段と前記蓄積部との間に設けられた前記少なくとも３つの転送段とを含み、前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段とは独立で駆動して前記空きパケットを形成する。
【００１９】
この方法によれば、電荷転送容量を十分に確保することができるため、光電変換素子の飽和容量を大きくすることができる。
【００２０】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記光電変換素子から読み出された電荷を前記第一転送部において混合して転送する場合に、前記空きパケット形成工程を含んだ駆動を行う。
【００２１】
電荷を混合して転送する場合は前漏れが発生しやすくなるため、この場合にのみ前漏れ防止駆動を行うことが効果的である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、前漏れを防止することが可能な固体撮像素子及びその駆動方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。
図１に示す固体撮像素子２００は、ｎ型シリコン基板１００上の行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子１０と、多数の光電変換素子１０の各々から電荷読み出し領域６０を介して読み出された電荷を列方向（以下、垂直方向ともいう）に転送する第一転送部２０と、第一転送部２０に接続されて電荷を一時的に記憶する蓄積部であるラインメモリ３０と、ラインメモリ３０から読み出した電荷を行方向（以下、水平方向ともいう）に転送する第二転送部４０と、第二転送部４０から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部５０とを備える。なお、本明細書においては、第一転送部２０によって転送される電荷の移動を１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定する。
【００２５】
図２は、図１に示す固体撮像素子のラインメモリ近傍の概略構成を模式的に示す部分拡大図である。
図２に示すように、第一転送部２０は、ｎ型不純物の濃度が略一定の垂直転送チャネル２０ａと、その上に絶縁膜を介して形成されたポリシリコン等からなる多数の駆動電極Ｖ１〜Ｖ６とを備える。第一転送部２０は、１つの駆動電極と、その下方に形成された垂直転送チャネル２０ａの一領域とによって１つの垂直転送段が構成される。図２の例では、駆動電極Ｖ１〜Ｖ６のそれぞれによって６つの垂直転送段が構成され、第一転送部２０に電荷が読み出される多数の光電変換素子１０の各々に対し、この６つの垂直転送段が対応して設けられた構成となっている。又、駆動電極Ｖ２下方の垂直転送チャネル２０ａと光電変換素子１０との間には、図１に示した電荷読み出し領域６０が形成されており、駆動電極Ｖ２に高電圧を供給することで、光電変換素子１０で発生して蓄積された電荷が垂直転送チャネル２０ａに読み出される。駆動電極Ｖ１〜Ｖ６に駆動信号φＶ１〜φＶ６が供給されることで、第一転送部２０は６相駆動される。駆動信号φＶ１〜φＶ６は、それぞれＬ（ローレベル）、Ｍ（ミディアムレベル）、Ｈ（ハイレベル）の３つの状態をとることができる。
【００２６】
第二転送部４０は、行方向に延在する水平転送チャネル４０ａと、その上方に絶縁膜を介して形成された駆動電極Ｈ１，Ｈ２とを備える。図２の例では、駆動電極Ｈ１，Ｈ２それぞれと、その下方の水平転送チャネル４０ａとによって１つの水平転送段が構成され、１つの第一転送部２０に対し、２つの水平転送段が対応して設けられた構成となっている。１つの水平転送段に含まれる水平転送チャネル４０ａの行方向の幅は、垂直転送チャネル２０ａの行方向の幅よりも大きくなっている。駆動電極Ｈ１，Ｈ２に駆動信号φＨ１，φＨ２が供給されることで、第二転送部４０は２相駆動される。駆動信号φＨ１，φＨ２は、それぞれＬ（ローレベル）、Ｈ（ハイレベル）の２つの状態をとることができる。
【００２７】
ラインメモリ３０は、第一転送部２０を転送されてきた電荷を一時的に保持するｎ型不純物の濃度が略一定のｎ型チャネル３０ａ（特許請求の範囲の電荷蓄積領域に該当）と、その上方に絶縁膜を介して形成されたポリシリコン等からなる駆動電極ＶＬＭとによって構成されている。ｎ型チャネル３０ａは、第一転送部２０の電荷転送方向上流から下流に向かって行方向の幅が広がった形状となっており、垂直転送チャネル２０ａと水平転送チャネル４０ａとを接続している。
【００２８】
以上のように、固体撮像素子２００は、垂直転送チャネル２０ａを転送されてきた電荷がｎ型チャネル３０ａに一時的に蓄積され、蓄積された電荷が水平転送チャネル４０ａに読み出され、これが行方向に転送される仕組みになっている。
【００２９】
以下、前漏れを防止するための固体撮像素子２００の駆動方法について説明する。この駆動方法は、ｎ型チャネル３０ａに電荷が蓄積されている状態で、第一転送部２０の最終の３つの垂直転送段（駆動電極ＶＬＭから上流側に数えて３つの駆動電極Ｖ６，Ｖ５，Ｖ４で構成される垂直転送段）の電荷転送方向上流側に隣接する隣接転送段（駆動電極ＶＬＭから上流側に数えて４つ目の駆動電極Ｖ３で構成される垂直転送段）に、ｎ型チャネル３０ａに蓄積されている電荷とは異なる電荷が転送された際に、隣接転送段に転送された電荷がｎ型チャネル３０ａに流れ込むのを防ぐための空きパケットを、最終の３つの垂直転送段を駆動して形成する空きパケット形成工程を含むことを特徴としている。
【００３０】
本実施形態では、上述した駆動方法を、図３に示したようなタイミングで駆動信号φＶ１〜φＶ６を順次切り替えて６相駆動によって実現する。図３に示す記号ＨＤは垂直同期信号を示す。
【００３１】
図４は、第一転送部２０の転送動作時の垂直転送チャネル２０ａのポテンシャルフローを示す図である。図４に示す記号Ｖ１〜Ｖ６は駆動電極を示す。
まず、駆動信号φＶ１，φＶ４をＭにし、駆動信号φＶ２をＨにして、駆動電極Ｖ２下に光電変換素子１０から電荷を読み出す（時刻ｔ＝１）。次に、駆動信号φＶ２をＭにする（時刻ｔ＝２）。これにより、駆動電極Ｖ１，Ｖ２下に電荷転送用パケットが形成され、駆動電極Ｖ４下に空きパケットが形成された状態となる。次に、駆動信号φＶ５をＭにし（時刻ｔ＝３）、その後、駆動信号φＶ４をＬにして（時刻ｔ＝４）、空きパケットを電荷転送方向下流に１垂直転送段分転送する。次に、駆動信号φＶ３をＭにし（時刻ｔ＝５）、その後、駆動信号φＶ１をＬにして（時刻ｔ＝６）、電荷転送用パケットを電荷転送方向下流に１垂直転送段分転送する。
【００３２】
このように、空きパケットを電荷転送方向下流に１垂直転送段分転送してから、電荷転送用パケットを電荷転送方向下流に１垂直転送段分転送するといった駆動を繰り返すことで、列方向に隣接する光電変換素子から読み出された電荷が溜まっている電荷転送用パケット同士の間には、上流と下流をポテンシャルバリアによって囲まれた空きパケットが常に存在することになる。
【００３３】
上記駆動を行っているときのｎ型チャネル３０ａと、その付近の垂直転送チャネル２０ａのポテンシャルを図５に示した。図５において、記号Ｖ１〜Ｖ６、ＶＬＭはそれぞれ駆動電極を示し、ハッチング部分は電荷を示す。
図５に示すように、駆動電極ＶＬＭ下のｎ型チャネル３０ａに電荷が蓄積された時点では、駆動電極Ｖ２，Ｖ３下に別の電荷が蓄積された電荷転送用パケットが形成された状態になっているが、この電荷転送用パケットとｎ型チャネル３０ａの間には、最終の３つの垂直転送段を構成する駆動電極Ｖ４〜Ｖ６によって形成された空きパケットが存在する。このため、駆動電極Ｖ４〜Ｖ６下のポテンシャルが深い方向に引っ張られた結果、電荷転送用パケットにある電荷が駆動電極Ｖ４下のバリアを越えて下流側に流れ出た場合でも、この流れ出た電荷を駆動電極Ｖ５下の空きパケットで拾うことができ、前漏れを防ぐことができる。
【００３４】
電荷転送用パケットにある電荷をｎ型チャネル３０ａに蓄積した後の駆動は、次のように行う。
図５に示す状態から、駆動信号φＶＬＭと駆動信号φＨ１を制御して、ｎ型チャネル３０ａに蓄積されている電荷を水平転送チャネル４０ａに読み出し、駆動信号φＨ１，φＨ２を制御して、読み出した電荷を出力部５０まで転送する。この電荷を水平転送チャネル４０ａに読み出した後は、駆動信号φＶ１〜φＶ６を再び制御して、次の電荷転送用パケットをｎ型チャネル３０ａまで転送する。このとき、空きパケットに溜まっていた電荷と、電荷転送用パケットに溜まっていた電荷とはｎ型チャネル３０ａで混合される。そして、この状態では駆動電極Ｖ５下に再度空きパケットが形成されるため、前漏れは発生しない。
【００３５】
以上のように、本実施形態の駆動方法によれば、前漏れを防止して高画質の撮影を可能にすることができる。
【００３６】
尚、本実施形態では、最終の３つの垂直転送段の駆動を、それ以外の垂直転送段のうちの駆動電極Ｖ４〜Ｖ６で構成される垂直転送段と同じ駆動にしているが、最終の３つの垂直転送段は、それ以外の垂直転送段とは独立して駆動しても良い。この場合、最終の３つの垂直転送段に駆動信号を供給するための端子と、それ以外の垂直転送段に駆動信号を供給するための端子とは独立に設けておくことになるため、端子数は増加してしまう。しかし、最終の３つの垂直転送段を独立で駆動することにより、最終の３つの垂直転送段以外の垂直転送段において空きパケットを形成する必要がなくなるため、電荷読み出し時の電荷転送用パケットの容量を大きくとることが可能になる。この結果、光電変換素子１０の飽和容量を増やすことができる。例えば、固体撮像素子２００の構成の場合には、最終の３つの垂直転送段を独立で駆動することで、電荷読み出し時の電荷転送用パケットを３つの垂直転送段で構成することができるようになり、独立に駆動しない場合に比べて１垂直転送段分、容量を大きくすることができる。
【００３７】
又、前漏れは、光電変換素子１０に蓄積される電荷の量が多い場合に特に問題となるため、上述した前漏れ防止用の駆動を、１つの電荷転送用パケットに蓄積する電荷量が多くなる場合にのみ行うようにしても良い。このような場合とは、例えば、複数の光電変換素子の各々から読み出された電荷を第一転送部２０で混合して転送する電荷混合読み出しを行う動画撮影モードや、低感度撮影モードに設定された場合等である。つまり、動画撮影モードや低感度撮影モードに設定されたときは上述した駆動を行い、静止画撮影モードや高感度撮影モードに設定されたときは、一般に知られている６相駆動を行うようにしても、十分に画質を維持することは可能である。
【００３８】
又、本実施形態では、空きパケットの容量を１垂直転送段分にしているが、これに限らず、第一転送部２０を構成する多数の垂直転送段の最終の４つ以上の垂直転送段を駆動して、複数垂直転送段分の容量を持つ空きパケットを形成するようにしても良い。これを実現するためには、１つの光電変換素子１０に対して設ける垂直転送段の数を適宜調整したり、電荷読み出し時の電荷転送用パケットの容量を適宜調整したりする必要がある。例えば、１つの光電変換素子１０に対して８つの垂直転送段を設け、電荷読み出し時の電荷転送用パケットの容量を３垂直転送段分にすれば、２つの空きパケットを形成することが可能である。
【００３９】
（第二実施形態）
本実施形態の固体撮像素子の構成は、第一実施形態で説明した固体撮像素子２００の第一転送部２０の構成に、空きパケット形成用の３つの垂直転送段を追加したことと、駆動方法とが異なる。
【００４０】
図６は、図１に示す固体撮像素子のラインメモリ近傍の概略構成の変形例を模式的に示す部分拡大図である。図６において図２と同様の構成には同一符号を付してある。
図６に示す第一転送部２０は、ｎ型不純物の濃度が略一定の垂直転送チャネル２０ａと、その上に絶縁膜を介して形成されたポリシリコン等からなる多数の駆動電極Ｖ１〜Ｖ９とを備える。第一転送部２０は、１つの駆動電極と、その下方に形成された垂直転送チャネル２０ａの一領域とによって１つの垂直転送段が構成される。図６の例では、駆動電極Ｖ１〜Ｖ６のそれぞれによって６つの垂直転送段が構成され、第一転送部２０に電荷が読み出される多数の光電変換素子１０の各々に対し、この６つの垂直転送段が対応して設けられ、駆動電極Ｖ７〜Ｖ９のそれぞれによって構成された空きパケット形成用の３つの垂直転送段が、第一転送部２０に電荷が読み出される多数の光電変換素子１０毎に対応して設けられた多数の垂直転送段の最終段とラインメモリ３０との間に設けられた構成となっている。
【００４１】
本実施形態の固体撮像素子には、空きパケット形成用の３つの垂直転送段に駆動信号を供給するための端子と、それ以外の垂直転送段に駆動信号を供給するための端子とが独立に設けられており、空きパケット形成用の３つの垂直転送段と、それ以外の垂直転送段とは、それぞれ独立に駆動される。
【００４２】
駆動電極Ｖ７〜Ｖ９には、それぞれ駆動信号φＶ７〜φＶ９が供給される。駆動信号φＶ７〜φＶ９は、それぞれＬ（ローレベル）、Ｍ（ミディアムレベル）、Ｈ（ハイレベル）の３つの状態をとることができる。駆動電極Ｖ１〜Ｖ６には、それぞれ駆動信号φＶ１〜φＶ６が供給され、空きパケット形成用の３つの垂直転送段以外の垂直転送段は６相駆動される。この６相駆動は一般に知られている様々な方法を採用することができる。本実施形態では、電荷読み出し時の電荷転送用パケットを４つの垂直転送段で形成し、これを順次下流に転送していく方法を採用する。
【００４３】
以下、前漏れを防止するための本実施形態の固体撮像素子２００の駆動方法について説明する。この駆動方法は、ｎ型チャネル３０ａに電荷が蓄積されている状態で、第一転送部２０の空きパケット形成用の３つの垂直転送段の電荷転送方向上流側に隣接する隣接転送段（駆動電極ＶＬＭから上流側に数えて４つ目の駆動電極Ｖ６で構成される垂直転送段）に、ｎ型チャネル３０ａに蓄積されている電荷とは異なる電荷が転送された際に、隣接転送段に転送された電荷がｎ型チャネル３０ａに流れ込むのを防ぐための空きパケットを、空きパケット形成用の垂直転送段を駆動して形成する空きパケット形成工程を含むことを特徴としている。
【００４４】
空きパケット形成工程時のｎ型チャネル３０ａと、その付近の垂直転送チャネル２０ａのポテンシャルを図７に示した。図７において、記号Ｖ１〜Ｖ９、ＶＬＭはそれぞれ駆動電極を示し、ハッチング部分は電荷を示す。
図７に示すように、駆動電極ＶＬＭ下のｎ型チャネル３０ａに電荷が蓄積された状態で、駆動電極Ｖ３〜Ｖ６下に別の電荷が蓄積された電荷転送用パケットが形成された状態になると、この電荷転送用パケットとｎ型チャネル３０ａの間には、駆動電極Ｖ７〜Ｖ９によって形成された空きパケットが形成される。このため、駆動電極Ｖ７〜Ｖ９下のポテンシャルが深い方向に引っ張られた結果、電荷転送用パケットにある電荷が駆動電極Ｖ７下のバリアを越えて下流側に流れ出た場合でも、この流れ出た電荷を駆動電極Ｖ８下の空きパケットで拾うことができ、前漏れを防ぐことができる。
【００４５】
電荷転送用パケットにある電荷をｎ型チャネル３０ａに蓄積するまでの駆動は、例えば次のように行う。
図７に示す状態から、駆動信号φＶＬＭと駆動信号φＨ１を制御して、ｎ型チャネル３０ａに蓄積されている電荷を水平転送チャネル４０ａに読み出し、駆動信号φＨ１，φＨ２を制御して、読み出した電荷を出力部５０まで転送する。この電荷を水平転送チャネル４０ａに読み出した後は、駆動信号φＶ７〜φＶ９をそれぞれＭにし、駆動信号φＶ１〜φＶ６を制御して、次の電荷転送用パケットにある電荷をｎ型チャネル３０ａに蓄積する。このとき、空きパケットに溜まっていた電荷と、電荷転送用パケットに溜まっていた電荷とはｎ型チャネル３０ａで混合される。そして、更に駆動信号φＶ１〜φＶ６を制御し、駆動電極Ｖ６下に次の電荷転送用パケットが形成されるタイミングで、駆動信号φ７，φ９をＬ、駆動信号φ８をＭにして空きパケットを形成して、図７に示すような状態に戻る。
【００４６】
以上のように、本実施形態の駆動方法によれば、前漏れを防止して高画質の撮影を可能にすることができる。
【００４７】
又、本実施形態の固体撮像素子によれば、空きパケット形成用の垂直転送段を、従来からある垂直転送段とは全く別に設けたため、第一実施形態の固体撮像素子に比べ、電荷転送用パケットの容量を大きくすることが可能となる。
【００４８】
尚、空きパケット形成用の垂直転送段は３つ以上設けても良い。３つ以上設けた場合は、空きパケットの容量をより大きくすることができる。
【００４９】
又、本実施形態の固体撮像素子においても、上述した前漏れ防止用の駆動を、１つの電荷転送用パケットに蓄積する電荷量が多くなる場合にのみ行うようにしても良い。
【００５０】
第一実施形態、第二実施形態では、固体撮像素子の光電変換素子が正方格子状に配列されたものを例に挙げたが、光電変換素子の配列はこれに限らず、例えば、特開平１０−１３６３９１号公報に記載されたような、いわゆるハニカム配列であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面図
【図２】図１に示す固体撮像素子のラインメモリ近傍の概略構成を模式的に示す部分拡大図
【図３】本発明の第一実施形態を説明するための固体撮像素子の駆動タイミングを示す図
【図４】図１に示す固体撮像素子の第一転送部の転送動作時の垂直転送チャネルのポテンシャルフローを示す図
【図５】第一実施形態の固体撮像素子において、前漏れ駆動を行っているときのラインメモリ付近の垂直転送チャネルのポテンシャルを示す図
【図６】図１に示す固体撮像素子のラインメモリ近傍の概略構成の変形例を模式的に示す部分拡大図
【図７】第二実施形態の固体撮像素子において、前漏れ駆動を行っているときのラインメモリ付近の垂直転送チャネルのポテンシャルを示す図
【図８】ラインメモリを有するＣＣＤ型固体撮像素子を６相駆動で駆動したときの、ＶＣＣＤの最終段の周辺とラインメモリのポテンシャルを示す図
【符号の説明】
【００５２】
１０ 光電変換素子
２０ 第一転送部
２０ａ 垂直転送チャネル
３０ ラインメモリ
３０ａ ｎ型チャネル
ＶＬＭ ラインメモリ用駆動電極
４０ 第二転送部
４０ａ 水平転送チャネル
５０ 出力部
６０ 電荷読み出し領域
１００ シリコン基板
２００ 固体撮像素子
Ｖ１〜Ｖ６ 垂直転送チャネル用駆動電極
Ｈ１，Ｈ２ 水平転送チャネル用駆動電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子であって、
前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、
前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、
前記第一転送部の最終の少なくとも３つの転送段の駆動信号供給用の端子と、前記少なくとも３つの転送段以外の転送段の駆動信号供給用の端子が、それぞれ独立に設けられている固体撮像素子。
【請求項２】
行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子であって、
前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、
前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段と、該転送段の最終段と前記蓄積部との間に設けられた少なくとも３つの転送段とから構成され、
前記少なくとも３つの転送段の駆動信号供給用の端子と、前記少なくとも３つの転送段以外の転送段の駆動信号供給用の端子が、それぞれ独立に設けられている固体撮像素子。
【請求項３】
行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、
前記電荷蓄積領域に前記電荷を蓄積している状態で、前記第一転送部を構成する多数の転送段のうちの最終の少なくとも３つの転送段の電荷転送方向上流側に隣接する隣接転送段に、前記電荷蓄積領域に蓄積されている電荷とは異なる電荷が転送された際に、前記隣接転送段に転送された電荷が前記電荷蓄積領域に流れ込むのを防ぐための空きパケットを、前記少なくとも３つの転送段を駆動して形成する空きパケット形成工程を含む固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
請求項３記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、
前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段の一部と同一の駆動を行って前記空きパケットを形成する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項５】
請求項３記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、
前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段とは独立で駆動して前記空きパケットを形成する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
請求項３記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第一転送部の多数の転送段は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段と、該転送段の最終段と前記蓄積部との間に設けられた前記少なくとも３つの転送段とを含み、
前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段とは独立で駆動して前記空きパケットを形成する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子から読み出された電荷を前記第一転送部において混合して転送する場合に、前記空きパケット形成工程を含んだ駆動を行う固体撮像素子の駆動方法。
【請求項１】
行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子であって、
前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、
前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、
前記第一転送部の最終の少なくとも３つの転送段の駆動信号供給用の端子と、前記少なくとも３つの転送段以外の転送段の駆動信号供給用の端子が、それぞれ独立に設けられている固体撮像素子。
【請求項２】
行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子であって、
前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、
前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段と、該転送段の最終段と前記蓄積部との間に設けられた少なくとも３つの転送段とから構成され、
前記少なくとも３つの転送段の駆動信号供給用の端子と、前記少なくとも３つの転送段以外の転送段の駆動信号供給用の端子が、それぞれ独立に設けられている固体撮像素子。
【請求項３】
行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子から読み出された電荷を前記列方向に転送する第一転送部と、前記第一転送部から転送されてきた電荷を一時的に蓄積する蓄積部と、前記蓄積部から読み出した電荷を前記行方向に転送する第二転送部と、前記第二転送部から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記蓄積部は、前記第一転送部の電荷転送方向上流から下流に向かって幅の広がった形状の電荷蓄積領域を含み、
前記電荷蓄積領域に前記電荷を蓄積している状態で、前記第一転送部を構成する多数の転送段のうちの最終の少なくとも３つの転送段の電荷転送方向上流側に隣接する隣接転送段に、前記電荷蓄積領域に蓄積されている電荷とは異なる電荷が転送された際に、前記隣接転送段に転送された電荷が前記電荷蓄積領域に流れ込むのを防ぐための空きパケットを、前記少なくとも３つの転送段を駆動して形成する空きパケット形成工程を含む固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
請求項３記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、
前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段の一部と同一の駆動を行って前記空きパケットを形成する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項５】
請求項３記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第一転送部は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段で構成され、
前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段とは独立で駆動して前記空きパケットを形成する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
請求項３記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記第一転送部の多数の転送段は、前記第一転送部に電荷が読み出される多数の光電変換素子毎に対応して同一数ずつ設けられた転送段と、該転送段の最終段と前記蓄積部との間に設けられた前記少なくとも３つの転送段とを含み、
前記少なくとも３つの転送段を、それ以外の転送段とは独立で駆動して前記空きパケットを形成する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子から読み出された電荷を前記第一転送部において混合して転送する場合に、前記空きパケット形成工程を含んだ駆動を行う固体撮像素子の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２７９７８（Ｐ２００７−２７９７８Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０４６０１（Ｐ２００５−２０４６０１）
【出願日】平成１７年７月１３日（２００５．７．１３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１３日（２００５．７．１３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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