固体撮像装置及びその駆動方法並びにカメラ
【課題】固体撮像装置の垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減する。
【解決手段】例えば３つの垂直転送部２を１つのグループとし、各垂直転送部２は第１転送部２１と第２転送部２２とを有し、駆動制御部７は、第１転送部２１がパケットを転送した後、水平方向へのパケットの転送が行われる期間でパケットの転送を停止し、第２転送部２２が同一のグループ内の異なる第１転送部２１により転送されたパケットを異なるタイミングで水平転送部４に転送し、水平転送部４が異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、前記異なる期間で、第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段を、全転送電極下の界面準位をホールで充満させるために、ホールを蓄積できる時間、各転送電極にホールが蓄積できる電圧を印加しながらパケットを移動させ、前記異なる期間で移動させる前の位置に戻す。
【解決手段】例えば３つの垂直転送部２を１つのグループとし、各垂直転送部２は第１転送部２１と第２転送部２２とを有し、駆動制御部７は、第１転送部２１がパケットを転送した後、水平方向へのパケットの転送が行われる期間でパケットの転送を停止し、第２転送部２２が同一のグループ内の異なる第１転送部２１により転送されたパケットを異なるタイミングで水平転送部４に転送し、水平転送部４が異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、前記異なる期間で、第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段を、全転送電極下の界面準位をホールで充満させるために、ホールを蓄積できる時間、各転送電極にホールが蓄積できる電圧を印加しながらパケットを移動させ、前記異なる期間で移動させる前の位置に戻す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクス（行列）状に配列された複数の光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出して、二次元の画像信号を得るように構成されたＣＣＤ型固体撮像装置に関し、特に信号電荷の転送技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置としては、ビデオカメラやデジタルカメラの撮像部、あるいはファックスやイメージスキャナの画像認識部を構成し、撮像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサ（ＣＣＤ型固体撮像素子）を用いたＣＣＤ型固体撮像装置が広く用いられている。
【０００３】
特許文献１によれば、撮像部に加えて蓄積部を有するＦＩＴ（Frame Interline Transfer）方式のＣＣＤ型固体撮像素子において、撮像部と蓄積部との間に電荷制御部を設け、当該電荷制御部の作用により、垂直転送部（ＶＣＣＤ）の複数列（例えば、３列）を単位とし、当該複数列における所定の列の垂直転送部からの信号電荷の転送を阻止し、残りの２列以上の各垂直転送部から転送される信号電荷を加算して出力することで、水平間引き加算を行うようにしている。
【０００４】
ここで、ＣＣＤ型固体撮像装置の一般的な平面構造について、図１３に示した模式図を参照して説明する。
【０００５】
フォトダイオード１０１は光電変換部を形成し、マトリクス状に複数配列されている。フォトダイオード１０１の各列間に、垂直転送部１０２が配列されて撮像領域１０３が形成されている。各フォトダイオード１０１に蓄積された信号電荷は垂直転送部１０２へ移送され、複数の垂直転送部１０２により水平転送部１０４へ向けて垂直方向に並列転送される。したがって、水平転送部１０４には、複数本の垂直転送部１０２から１走査線に相当する信号電荷が順次転送される。水平転送部１０４に達した信号電荷は水平方向へ転送されて、電荷検出部１０５により信号電圧に変換され、出力アンプ１０６で増幅された後、撮像出力ＯＵＴとして導出される。以上の要素がｎ型基板１０７上に形成されている。
【０００６】
垂直転送部１０２は、タイミング発生回路１０８から供給される、例えば６相の転送クロックφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５及びφＶ６によって転送駆動される。これにより、垂直転送部１０２に読み出された信号電荷は、水平ブランキング期間に１走査線に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送される。
【０００７】
水平転送部１０４は、例えば２相の水平転送クロックφＨ１及びφＨ２によって転送駆動される。これにより、１走査線分の信号電荷は、水平ブランキング期間後の水平走査期間において、順次水平方向に転送される。
【０００８】
ところで、図１３の固体撮像装置では、図１４の垂直転送部１０２におけるポテンシャル分布に示されるように、垂直転送部１０２の転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５及びＶ６に６相の転送クロックφＶ１〜φＶ６が印加されてパケット（バリア領域で区切られる連続したウェル領域で転送される信号電荷）３１の電荷転送が行われる。そして、水平走査期間において垂直転送部１０２によるパケット３１の転送は停止され、例えば転送電極Ｖ１及びＶ２下にパケット３１が蓄積される状態が保持される。したがって、例えば転送電極Ｖ１下に暗電流発生源となる欠陥が存在している場合には、水平走査期間に比例してパケット３１に暗電流ノイズが加算される。
【０００９】
これに対して、特許文献２の固体撮像装置では、垂直転送部のパケットを保持する転送電極の枚数を水平転送期間で交互に変更している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１２９１３７号公報
【特許文献２】特開２００７−２９５３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２の従来の固体撮像装置のように、１行分の信号電荷を水平転送する水平転送期間毎にパケットを保持する垂直転送部の転送電極枚数を変更する転送方式であると、垂直転送部にて発生する暗電流による縦線に行毎の強弱が生じ、画質的に不具合が生じる。
【００１２】
すなわち、特許文献２の固体撮像装置では、図１５の垂直転送部のポテンシャル分布に示されるように、垂直転送部は転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５及びＶ６を繰り返しとした６相駆動の垂直転送電極を備えている。そして、偶数行及び奇数行の信号電荷の水平転送期間にてパケット３１を保持する垂直転送部の転送電極数が変更されており、Ｎ行目、Ｎ＋２行目、・・・の水平転送期間では転送電極Ｖ１〜Ｖ３の３電極下にパケット３１が保持され、Ｎ＋１行目、Ｎ＋３行目、・・・の水平転送期間では転送電極Ｖ２〜Ｖ３の２電極下にパケット３１が保持される。したがって、例えば転送電極Ｖ１の電極下に暗電流発生源が存在すると、Ｎ行目の信号電荷の水平転送期間にては転送電極Ｖ１の電極下で発生した暗電流がパケット３１にノイズとして加算されるのに対して、Ｎ＋１行目の水平転送期間にては、転送電極Ｖ１を含む電荷転送段がバリア状態となり該当箇所からの暗電流がパケット３１に加算されない。その結果、偶数行及び奇数行毎に暗電流ノイズ信号レベルが異なり点線状の縦線ノイズが発生して画質が著しく劣化する。
【００１３】
言い換えると、垂直転送部に局所的に暗電流を発生させる暗電流源が形成された転送電極下方にウェル領域が形成されているか、バリア領域が形成されているかで、暗電流の発生信号レベルが異なる。例えば、転送電極Ｖ１下に暗電流発生源が存在すると、転送電極Ｖ１下方にウェル領域が形成されている状態では発生する暗電流は大きくなるが、転送電極Ｖ１下方にバリア領域が形成されている状態では発生する暗電流は小さくなる。したがって、特許文献２の固体撮像装置であれば、偶数行及び奇数行の信号電荷の水平転送期間で転送電極Ｖ１下方の状態が異なるため、偶数行及び奇数行の信号で暗電流ノイズ信号レベルが異なり、ＶＣＣＤ暗電流縦線レベルに強弱が生じる。
【００１４】
このとき、ＶＣＣＤ暗電流縦線は、垂直ダミー部の暗電流ノイズ信号レベルを検出し、補正を行うことで対応可能であるが、縦線レベルに強弱があるとノイズが点線状となり縦線欠陥補正を行うとしても一様な補正が不可能になるため、非常に複雑な補正を行う必要があり、暗電流縦線が残ったままの画像になってしまう。また、垂直ダミー部も偶数行及び奇数行の信号で暗電流ノイズ信号レベルを区別して検出し、偶数行及び奇数行の信号で別に縦線補正を行うことも可能であるが、メモリ容量の増加や信号処理の複雑化により、コストアップとなる。
【００１５】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減することが可能な固体撮像装置及びその駆動方法並びにカメラ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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、行列状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部と、前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御する駆動制御部とを備え、前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、前記駆動制御部は、前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段が少なくとも１段異なるように、前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御することを特徴とする。ここで、前記駆動制御部は、前記異なる期間で前記第１転送部のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が異なるように前記垂直転送部による電荷転送を制御してもよいし、前記駆動制御部は、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる全ての垂直転送部のパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送するように前記垂直転送部による電荷転送を制御してもよい。
【００１７】
これにより、同一行で異なる列の光電変換部に同一期間に蓄えられた信号電荷を複数回に分けて水平転送部に転送し、水平転送部は転送された信号電荷を複数回の期間に分けて水平転送することができる。そして、その複数回の期間で転送が停止されている垂直転送部のパケットの位置をずらすことができる。したがって、１つの行の信号電荷について水平転送が行われる期間において、同一の電荷転送段に長期間にわたってパケットが留まることがなくなり、暗電流発生源が存在する電荷転送段にパケットが留まる時間が短くなる。その結果、垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減することが可能な固体撮像装置を実現できる。よって、微少信号電荷を取り扱うときの暗電流信号を低減させて転送効率を向上させ、高ＩＳＯ感度での高ゲイン状態での画質を改善することが可能な固体撮像装置を実現できる。
【００１８】
このとき、同一行内の信号電荷の水平転送において垂直転送部のパケットの位置をずらすため、特許文献２の固体撮像装置のように、偶数行及び奇数行の信号で暗電流ノイズ信号レベルが異なることはなく、ＶＣＣＤ暗電流縦線レベルに強弱が生じることはない。
【００１９】
また、前記駆動制御部は、前記第１転送部が、前記異なる期間の間で前記第１転送部のパケットを前記第２転送部に向かって転送するように前記垂直転送部による電荷転送を制御してもよい。これにより、次の行の信号電荷の水平転送が行われるまでに次に水平転送される第１転送部のパケットが垂直転送方向の下流に移動しているため、第１転送部から第２転送部へのパケットの転送時間を短くすることができる。その結果、信号出力の高速化を実現でき、暗電流ノイズによる影響を更に低減することができる。
【００２０】
また、前記駆動制御部は、前記第１転送部において、暗電流発生源をホールで遮蔽するために、垂直転送部の転送電極に順次ある一定期間例えば負電圧を印加して垂直転送部の転送電極下の界面準位にホールが蓄積できるように制御してもよい。ただし、負電圧を印加することにより信号電荷がオーバーフローしないように制御する必要がある。これにより、垂直転送部の界面準位がホールで充満され暗電流発生源をホールで遮蔽できるため、暗電流ノイズを低減することができる。
【００２１】
また、本発明は、行列状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段が少なくとも１段異なるように制御する駆動方法とすることもできる。これにより、垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減することが可能な固体撮像装置の駆動方法を実現できる。
【００２２】
更に、本発明は、上記固体撮像装置を備えたカメラとすることもできる。これにより、垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減することが可能なカメラを実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減することができ、暗電流ノイズ信号の最大値レベルを低減することができる。また、ＶＣＣＤ暗電流縦線にて行毎にレベル段差が生じることを抑えることができる。特に近年では、高画素微細化が進行し、ＶＣＣＤを形成する不純物濃度も上がって暗電流がより発生しやすい状態になっている中で、暗電流によるノイズを抑制することができ、高画素及び高品質な固体撮像装置を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の電極構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図４】従来の技術における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による第１転送部のポテンシャルを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【図８】従来の技術の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【図１１】従来の技術の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態におけるカメラのブロック図である。
【図１３】従来のＣＣＤ型固体撮像装置の一般的な平面構造を示す模式図である。
【図１４】図１３の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【図１５】従来の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法並びにカメラについて、図面を参照して具体的に説明する。
【００２６】
《第１の実施の形態》
まず、本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法について説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態における固体撮像装置の構成を示すブロック図である。この固体撮像装置は、複数のフォトダイオード１及び複数の垂直転送部２からなる撮像部３と、水平転送部４と、出力部６と、駆動制御部７とを備える。
【００２８】
フォトダイオード１は、本発明の光電変換部の一例であり、撮像部３において行列状に複数配列される。
【００２９】
複数の垂直転送部２は、それぞれがフォトダイオード１の列に対応して設けられ、対応するフォトダイオード１に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する。複数の垂直転送部２は３つの垂直転送部２を１つのグループとして複数のグループを有し、このグループが水平方向に繰り返して設けられている。同一のグループ内の垂直転送部２のそれぞれは、グループ内で共通（グループ内の他の第１転送部２１と共通）の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部２１と、該第１転送部２１に対応して設けられ、グループ内で独立（グループ内の他の第１転送部２１に対して独立）の駆動電圧の供給を受けて、対応する第１転送部２１から水平転送部４に信号電荷を転送する第２転送部２２とを有する。
【００３０】
垂直転送部２は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への転送パルス（駆動電圧）に応じてポテンシャルのバリア領域又はウェル領域として動作する複数の電荷転送段から構成される。第１転送部２１は異なる転送パルスが供給される６段の電荷転送段を含み、第２転送部２２は垂直転送部２を構成する電荷転送段のうちの水平転送部４の直前に位置する最終の電荷転送段で構成される。電荷転送段のそれぞれは、転送パルスが供給される１つの電極と、該電極の下方に形成された半導体基板の不純物領域とから構成される。
【００３１】
水平転送部４は、垂直転送部２から転送された信号電荷を水平方向へ転送する。水平転送部４は異なる転送パルスが供給される３段の電荷転送段を含む。
【００３２】
駆動制御部７は、垂直転送部２及び水平転送部４による電荷転送を制御する。具体的に、駆動制御部７は、第１転送部２１の垂直転送電極に６相の転送パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５及びφＶ６を供給して第１転送部２１を駆動する。そして、駆動制御部７は、第２転送部２２の垂直最終段電極に７種類の転送パルスφＶ７、φＶ７Ｌ、φＶ７Ｒ、φＶ８、φＶ８Ｌ、φＶ８Ｒ及びφＶ９を供給して第２転送部２２を駆動する。また、駆動制御部７は、水平転送部４の水平転送電極に３相の水平転送パルスφＨ１、φＨ２及びφＨ３を供給して水平転送部４を駆動する。
【００３３】
駆動制御部７は、第１転送部２１が、バリア領域で区切られるウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、水平方向へのパケットの転送が行われる期間でパケットの転送を停止し、第２転送部２２が、同一のグループ内の異なる第１転送部２１により転送されたパケットを異なるタイミングで水平転送部４に転送し、水平転送部４が、異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、異なる期間のそれぞれで、第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段が異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御する。このとき、駆動制御部７は、第１転送部２１が、上記異なる期間の間で第１転送部２１のパケットを第２転送部２２に向かって転送するように垂直転送部２による電荷転送を制御する。
【００３４】
図２は、本実施の形態における固体撮像装置の電極構成を示す図である。図２を用いて、第１転送部２１、第２転送部２２及び水平転送部４の各々の詳細を説明する。
【００３５】
第１転送部２１においては、垂直転送電極は１つのフォトダイオード１に対して２電極が形成されており、垂直転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５及びＶ６の６電極を１単位としてこれが繰り返し配置されている。これらの垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６には転送パルスφＶ１〜φＶ６が印加され、パケットを水平転送部４に向けて転送する。
【００３６】
第２転送部２２においては、垂直最終段電極Ｖ７、Ｖ７Ｌ、Ｖ７Ｒ、Ｖ８、Ｖ８Ｌ、Ｖ８Ｒ及びＶ９が形成され、これらの垂直最終段電極Ｖ７〜Ｖ９には転送パルスφＶ７、φＶ７Ｌ、φＶ７Ｒ、φＶ８、φＶ８Ｌ、φＶ８Ｒ、φＶ９が印加される。
【００３７】
水平転送部４においては、３種類の転送電極Ｈ１、Ｈ２及びＨ３が形成され、これらの転送電極Ｈ１〜Ｈ３には３相の水平転送パルスφＨ１〜φＨ３が印加されるが、水平転送におけるパケットはこの転送電極Ｈ１〜Ｈ３に対して１パケットが形成されるため、垂直転送部２の３列に対して独立して１パケットを転送することができる。このため、垂直転送部２を転送された１行分の信号電荷は、第２転送部２２にて３回に割り振られて水平転送部４に転送され、３回に分けて水平転送されて出力部６から出力される。
【００３８】
図３は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。図３の駆動方法では、１行分の信号電荷の転送期間（前の行の信号電荷が固体撮像装置から出力されてから次の行の信号電荷が固体撮像装置から出力されるまでの期間）が第１垂直転送期間、第２垂直転送期間及び第３垂直転送期間と、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間とに分けられる。
【００３９】
第１垂直転送期間では、同一行に同一期間に蓄えられた全ての列の信号電荷が同時期に第２転送部２２に転送された後、垂直転送部２のグループ内の第１列目の信号電荷のみが水平転送部４に転送される。そして、第２垂直転送期間では、垂直転送部２のグループ内の第２列目の信号電荷のみが水平転送部４に転送される。更に、第３垂直転送期間では、垂直転送部２のグループ内の第３列目の信号電荷のみが水平転送部４に転送される。
【００４０】
第１水平転送期間では、第１列目の信号電荷のみが出力部６に水平転送される。そして、第２水平転送期間では、第２列目の信号電荷のみが出力部６に水平転送される。更に、第３水平転送期間では、第３列目の信号電荷のみが出力部６に水平転送される。
【００４１】
具体的に、第１垂直転送期間では、まずｔ＝０のタイミングで、転送パルスφＶ５及びφＶ６がハイレベルの電圧とされ、パケットは垂直転送電極Ｖ５及びＶ６の２電極下に保持される。
【００４２】
その後、ｔ＝１〜ｔ＝３で転送パルスφＶ７、φＶ７Ｌ、φＶ７Ｒ及びφＶ８がローレベルからハイレベルの電圧に変化し、第２転送部２２の垂直最終段電極Ｖ７、Ｖ７Ｌ、Ｖ７Ｒ及びＶ８の電極下にパケットが保持される。
【００４３】
その後、ｔ＝４〜ｔ＝７で転送パルスφＶ１及びφＶ２がローレベルからハイレベルの電圧に変化し、また、転送パルスφＶ５及びφＶ６がハイレベルからローレベルの電圧に変化する。これにより、垂直転送電極Ｖ５及びＶ６の電極下にあったパケットは、それぞれ第１転送部２１においては次に繰り返される垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の電極下に転送され、第２転送部２２においては垂直最終段電極Ｖ７、Ｖ７Ｌ及びＶ７Ｒの電極下に転送される。この時、転送パルスφＶ８が既にハイレベルの電圧となっており、第２転送部２２の垂直最終段電極Ｖ８にもパケットが保持される。
【００４４】
その後、ｔ＝８〜ｔ＝１０で転送パルスφＶ７及びφＶ８がハイレベルからローレベルの電圧に変化し、また、転送パルスφＶ９がローレベル、ハイレベル及びローレベルの電圧に順次推移し、垂直最終段電極Ｖ７及びＶ８の電極下のパケットが水平転送部４に転送される。
【００４５】
第１水平転送期間では、第１垂直転送期間で水平転送部４に転送されたパケットが水平転送され出力される。その結果、１行の信号電荷のうちの１／３の信号電荷が水平転送され出力される。第２転送部２２の残りの２／３の信号電荷は、垂直最終段電極Ｖ７Ｌ及びＶ７Ｒの電極下に保持されたままとなっており、第１水平転送期間ではこのままの状態で保持される。また、第１水平転送期間では、第１転送部２１の他の行の信号電荷は分割されることなく垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の２電極下に保持された状態となっている。
【００４６】
第２垂直転送期間では、ｔ＝０で転送パルスφＶ１、φＶ２、φ７Ｌ及びφ７Ｒがハイレベルの電圧であり、パケットは第１水平転送期間直前の位置、すなわち、第１転送部２１においては垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の２電極下、第２転送部２２においては垂直最終段電極Ｖ７Ｌ及びＶ７Ｒの電極下に保持されている。
【００４７】
その後、第２転送部２２では、ｔ＝１〜ｔ＝６で転送パルスφＶ７Ｒ、φＶ８Ｒ及びφＶ９により、垂直最終段電極Ｖ７Ｒに保持されていた１／３の信号電荷（１行の信号電荷のうちの１／３の信号電荷）が水平転送部４に転送される。また、第１転送部２１では、転送パルスφＶ１〜φＶ４により、垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の２電極下に保持されていたパケットが垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の２電極下に転送される。
【００４８】
第２水平転送期間では、第２垂直転送期間で水平転送部４に転送されたパケットが水平転送され出力される。その結果、１行の信号電荷のうちの１／３の信号電荷が水平転送され出力される。第２転送部２２の残りの１／３の信号電荷は、垂直最終段電極Ｖ７Ｌの電極下に保持されたままとなっており、第２水平転送期間ではこのままの状態で保持される。また、第２水平転送期間では、第１転送部２１の他の行の信号電荷は分割されることなく垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の２電極下に保持された状態となっている。
【００４９】
第３垂直転送期間では、ｔ＝０で転送パルスφＶ３、φＶ４及びφＶ７Ｌがハイレベルの電圧であり、パケットは第２水平転送期間直前の位置、すなわち、第１転送部２１においては垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の２電極下、第２転送部２２においては垂直最終段電極Ｖ７Ｒの電極下に保持されている。
【００５０】
その後、第２転送部２２では、ｔ＝１〜ｔ＝６で転送パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ及びφＶ９により、垂直最終段電極Ｖ７Ｌの電極下に残っていた１／３の信号電荷が水平転送部４に転送される。また、第１転送部２１では、転送パルスφＶ３〜φＶ６により、垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の２電極下に保持されていたパケットが垂直転送電極Ｖ５及びＶ６の２電極下に転送される。
【００５１】
第３水平転送期間では、第３垂直転送期間で水平転送部４に転送されたパケットが水平転送され出力される。その結果、１行の信号電荷のうちの１／３の信号電荷が水平転送され出力される。第３の水平転送期間では、第１転送部２１の他の行の信号電荷は垂直転送電極Ｖ５及びＶ６の２電極下に保持された状態となっている。
【００５２】
図４は、図２と同様の電極構造を持つ固体撮像装置における従来の駆動方法を示すタイミング図である。従来の駆動方法においても、第１垂直転送期間から第３垂直転送期間と、それぞれの垂直転送期間に続く第１水平転送期間から第３水平転送期間とにおいて、１行分の信号電荷が３回の水平転送により出力される。しかし、従来の駆動方法は、第１垂直転送期間でグループ内の全ての第１転送部２１における信号電荷を次の繰り返しの垂直転送電極下まで一度に転送させるという点で本実施の形態の駆動方法と異なる。
【００５３】
図４の第１垂直転送期間では、ｔ＝０で転送パルスφＶ１及びφＶ２がハイレベルの電圧であり、パケットは垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の２電極下に保持される。そして、その後の転送パルスにより第１水平転送期間までに再び次の繰り返しの垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の２電極下にパケットが転送され保持される。
【００５４】
また、第２垂直転送期間及び第３垂直転送期間では、第２転送部２２に残っていたパケットが同様に水平転送部４に転送される。しかし、第１転送部２１の転送パルスはそのレベルを変化させることなく一定に維持されるため、第１転送部２１のパケットは分割もされないが垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の同一の電極下に保持されたままである。
【００５５】
図５は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による第１転送部２１のポテンシャル分布（垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６の電極下に形成されるポテンシャル分布）を示した図である。図５に示されるように垂直転送電極Ｖ１の電極下に暗電流発生源となる欠陥が存在している場合、この電極を含む電荷転送段がウェル領域として動作している時間、つまり蓄積状態にある時間に比例してこの電極下のパケット３１に暗電流が蓄積される。
【００５６】
図４の従来の駆動方法では、１行分の信号電荷の水平転送が全て終了するまで同一の垂直転送電極Ｖ１及びＶ２を含む電荷転送段が蓄積状態でパケット３１を保持するが、この時に同時に暗電流発生源からの暗電流ノイズがパケット３１に加算される。これに対して、本実施の形態の駆動方法（図３）によれば、垂直転送電極Ｖ１を含む電荷転送段が蓄積状態になるのは、１行分全体の信号を読み出す際に行われる全水平転送期間の約１／３の期間のみであるので、発生する暗電流も略１／３に低減される。
【００５７】
また、特許文献２の固体撮像装置の電極構成では、１行分の信号電荷を分割して異なる期間で水平転送することができず、１行分の信号電荷は同じ１回の期間で水平転送される。したがって、水平転送期間において暗電流発生源となる垂直転送電極下にパケットが存在する場合には、１行分の信号電荷の水平転送が行われている期間で続けて暗電流発生源からの暗電流ノイズがパケットに加算される。しかし、水平転送期間において暗電流発生源となる垂直転送電極下にパケットが存在しない場合には、１行分の信号電荷の水平転送が行われている期間で暗電流発生源からの暗電流ノイズがパケットにほとんど加算されない。したがって、特許文献２の固体撮像装置では、不均一な暗電流ノイズ縦線が生じる。これに対して、本実施の形態の駆動方法によれば、１行単位の暗電流信号は３回の水平転送期間の加算平均となるため、特許文献２の固体撮像装置のような不均一な暗電流ノイズ縦線は生じず、縦線欠陥補正も容易となる。
【００５８】
また、暗電流発生源は垂直転送部２に確率的に存在し、図５のように、暗電流が発生する垂直転送電極下にパケット３１を保持することがあるが、水平転送期間毎にパケット３１を保持する垂直転送電極を変更すると、水平転送期間で暗電流発生源を避けてパケット３１を保持することができる。水平転送期間毎にパケット３１を保持する垂直転送電極を変更しても重ねて暗電流発生源が存在する垂直転送電極下にてパケット３１を保持する確率もゼロではないが、トータルの時間を考慮すれば、パケット３１を保持する垂直転送電極を変化させる方が大幅な暗電流低減効果が得られる。特に最大暗電流が約１／３に低減される効果は大きい。
【００５９】
また、本実施の形態の駆動方法において、パケット３１を保持する垂直転送電極は、垂直転送電極Ｖ１及びＶ２、垂直転送電極Ｖ３及びＶ４、又は垂直転送電極Ｖ５及びＶ６と水平転送期間毎に異なり、同一の垂直転送電極下に保持されることが無い。したがって、１箇所の暗電流発生源からパケット３１にノイズが加算される期間は必ず１／３に低減することができ、これによって大きな暗電流低減効果が得られる。
【００６０】
また、本実施の形態の駆動方法によれば、第１転送部２１のパケットを３回の垂直転送期間のそれぞれで水平転送部４に向かって転送させることで、次の行の信号電荷の垂直転送における第１垂直転送期間の垂直転送ステップ数を減少させることができる。したがって、信号出力におけるトータルの転送ステップ数を減少させ、信号出力の高速化が図れる。同時に、暗電流によるノイズを低減することもできる。
【００６１】
《第２の実施の形態》
次に、本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法について説明する。
【００６２】
本実施の形態における固体撮像装置の装置構成及び電極構成は図１及び図２と同様であり、駆動制御部７が垂直転送部２及び水平転送部４に供給する駆動パルスのタイミングのみが第１の実施の形態の固体撮像装置と異なる。
【００６３】
図６は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。図６の駆動方法は、第１転送部２１のパケットが４つの垂直転送電極により形成されているという点で第１の実施の形態に係る駆動方法と異なる。
【００６４】
図７は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による第１転送部２１のポテンシャル分布を示した図である。図８は、従来の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示した図である。
【００６５】
図７に示されるように、本実施の形態における固体撮像装置において、パケット３１は第１〜第３の水平転送期間それぞれで、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４、垂直転送電極Ｖ２〜Ｖ５、又は垂直転送電極Ｖ３〜Ｖ６の４電極ずつに保持され、かつ、パケット３１を保持する垂直転送電極がずれるように駆動される。一方、従来の固体撮像装置の駆動方法では、図８に示されるように、パケット３１は水平転送期間で４電極に保持されるものの、パケット３１を保持する垂直転送電極は水平転送期間でずれることなく同じである。
【００６６】
したがって、本実施の形態の固体撮像装置の駆動方法によれば、第１の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法と同様に、第１〜第３の水平転送期間トータルとして垂直転送電極Ｖ１の電極下にある暗電流発生源からの暗電流が加算される時間は全水平転送期間の１／３である。したがって、図８の従来の駆動方法に比べての暗電流は１／３となり、大きな暗電流の低減効果が得られる。
【００６７】
また、本実施の形態の固体撮像装置の駆動方法によれば、パケットを保持する垂直転送電極数が第１の実施の形態の駆動方法と比べて２倍になっている。したがって、パケットの最大許容量が２倍になり、１つのパケットとして転送可能な信号電荷量を増やすことができるので、明るい撮像シーンにおいても転送漏れなどの画像不具合を起こすことなくパケットを転送することができる。
【００６８】
《第３の実施の形態》
次に、本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法について説明する。
【００６９】
本実施の形態における固体撮像装置の装置構成及び電極構成は図１及び図２と同様であり、駆動制御部７が垂直転送部２及び水平転送部４に供給する駆動パルスのタイミングのみが第１の実施の形態の固体撮像装置と異なる。
【００７０】
図９は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。図９の駆動方法は、第１転送部２１のパケットが４つの垂直転送電極により形成され、各垂直転送期間においてパケットを前後に移動させ、各転送電極の下の界面準位にホールを形成するという点で第２の実施の形態に係る駆動方法と異なる。
【００７１】
図１０は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による第１転送部２１のポテンシャル分布を示した図である。図１１は、従来の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示した図である。
【００７２】
図１０に示されるように、本実施の形態における固体撮像装置において、パケット３１は第１水平転送期間に、４つの垂直転送電極に保持されるが、この水平転送期間にパケットは一画素分移動してもとに戻る動作をする。このとき、各転送電極下の界面準位にホールが蓄積されるように一定期間電極に負電圧が印加されるように駆動する。また、この動作は第２及び第３水平転送期間においても同様に行う。これにより、界面準位を満たしていたホールを補充でき、常に、パケットを蓄積している電極下の界面準位をホールで満たすことができる。
【００７３】
一方、従来の固体撮像装置の駆動方法では、図１１に示されるように、パケット３１は水平転送期間で４電極に保持されるものの、パケット３１を保持する垂直転送電極は水平転送期間でずれることなく同じである。そのため、保持している電極下の界面準位にはホールがなく、ここを介した暗電流及び暗電流源からのノイズが信号パケットに加算される。
【００７４】
したがって、本実施の形態の固体撮像装置の駆動方法によれば、第２の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法と同様に、第１〜第３の水平転送期間トータルとして垂直転送電極Ｖ１の電極下にある暗電流発生源からの暗電流が加算される時間は全水平転送期間の１／３で、かつ界面準位からの暗電流が低減できるため、図１１の従来の駆動方法に比べて暗電流は１／３以下となり、大きな暗電流の低減効果が得られる。
【００７５】
また、本実施の形態の固体撮像装置の駆動方法によれば、パケットを保持する垂直転送電極数が第１の実施の形態の駆動方法と比べて２倍になっている。したがって、パケットの最大許容量が２倍になり、１つのパケットとして転送可能な信号電荷量を増やすことができるので、明るい撮像シーンにおいても転送漏れなどの画像不具合を起こすことなくパケットを転送することができる。
【００７６】
また、この駆動の応用として、上記第２の実施の形態における図６の第１垂直転送期間にて、垂直転送電極Ｖ３及びＶ４がローレベルになる期間を、当該垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の電極下の界面準位にホールが蓄積できる時間（例えば、数μｓ）まで延ばすことで、当該垂直転送電極Ｖ３及びＶ４から発生する暗電流を抑圧でき、上記第２の実施の形態と同様に１／３以上暗電流を低減できる。
【００７７】
図４の従来駆動に対する応用も可能である。すなわち、図４の垂直転送電極Ｖ１及びＶ２のローレベル期間として、当該垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の電極下の界面準位にホールを蓄積できる時間（例えば数μｓ）以上を確保して駆動するのである。これにより、当該垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の界面準位をホールで充満することができるため、界面準位から発生する暗電流、つまりキズを抑圧することができる。
【００７８】
なお、電極にローレベル電圧を印加して界面準位にホールを蓄積しても、次にローレベル以外の電圧が電極に印加されると、界面準位を終端しているホールは離脱し始める。しかし、ホールが完全に離脱するためには２００μｓぐらいかかるため、本実施の形態のようにハイレベル周期（１００μｓ前後）でホールがチャージできれば、ほぼ常に界面準位にホールを充満させることができる。
【００７９】
《第４の実施の形態》
図１２は、本発明の第４の実施の形態のカメラのブロック図である。このカメラは、レンズ９０と、第１〜第３の実施の形態に係る固体撮像装置９１と、信号処理部９３と、外部インターフェイス部９４とから構成される。
【００８０】
このような構成を有するカメラにおいて、外部に信号が出力されるまでの処理は以下のような順序に沿って行われる。
【００８１】
（１）レンズ９０を光が通過し、固体撮像装置９１に入る。
【００８２】
（２）信号処理部９３は、固体撮像装置９１を駆動し、固体撮像装置９１からの出力信号を取り込む。このとき、信号処理部９３は、カメラ外部からの指示及び固体撮像装置９１からの出力の少なくともいずれかに基づいて、第１〜第３水平転送期間のそれぞれで第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段をいずれにするかを決定し、駆動制御部７を制御する。例えば、信号処理部９３は、ユーザにより高ＩＳＯ感度での高ゲイン状態が設定されている場合（暗い被写体を撮影する場合）には第１の実施の形態の駆動方法で第１転送部２１の転送が行われ、低ＩＳＯ感度での低ゲイン状態が設定されている場合（明るい被写体を撮影する場合）には第２の実施の形態の駆動方法で第１転送部２１の転送が行われるように駆動制御部７を制御する。
【００８３】
（３）信号処理部９３で処理した信号が、外部インターフェイス部９４を通して外部に出力される。
【００８４】
以上のように本実施の形態のカメラによれば、暗電流ノイズによる影響が低減された固体撮像装置９１からデータが出力される。よって、本実施の形態によれば、画質に優れたカメラを実現することができる。
【００８５】
また、本実施の形態のカメラによれば、信号処理部９３が撮像シーン、信号電荷量やカメラのゲイン設定に応じて駆動制御部７の転送パルスを制御することにより、電荷転送容量確保と暗電流低減とを両立することができる。
【００８６】
以上、本発明に係る固体撮像装置及びその駆動方法並びにカメラについて、第１、第２第３及び第４の実施の形態を用いて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、これらの実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、これらの実施の形態における構成要素を任意に組み合わせて実現される形態も、本発明に含まれる。
【００８７】
例えば、上記実施の形態において、駆動制御部７は転送パルスの制御に留まらず、基板電圧などフォトダイオード１の信号電荷量を同時に調整することも可能であり、この場合には大幅な画質向上に貢献ができる。
【００８８】
また、上記実施の形態において、水平転送期間中にパケットを保持する垂直転送電極数は２電極又は４電極であるとしたが、この電極数に限られない。
【００８９】
また、上記実施の形態において、駆動制御部７は、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間で第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御してもよい。すなわち、水平転送期間毎にパケットを保持する垂直転送電極数を変更してもよい。例えば、駆動制御部７は、第１水平転送期間において垂直転送電極Ｖ１及びＶ２下でパケットを保持し、第２水平転送期間において垂直転送電極Ｖ２下でパケットを保持するように第１転送部２１を制御してもよい。この場合でも、１行分の信号電荷の転送トータルでパケットを保持する垂直転送電極数と保持期間との積の総和が同一であれば、上記実施の形態の固体撮像装置と同様の効果が得られるのは明らかである。
【００９０】
また、上記実施の形態において、複数の垂直転送部２は、３つの垂直転送部２を１つのグループとして複数のグループを有するとしたが、複数の垂直転送部２を１つのグループとすれば３という数字に特に限定されることはない。
【００９１】
また、上記実施の形態において、駆動制御部７は、第２転送部２２が、同一のグループ内の全ての異なる垂直転送部２のパケットを異なるタイミングで水平転送部４に転送するように垂直転送部２を制御するとした。しかし、同一のグループ内の少なくとも２つの垂直転送部２のパケットが異なるタイミングで水平転送部４に転送されれば、同一行の信号電荷を複数回の期間に分けて水平転送することができる。したがって、同一のグループ内の全ての垂直転送部２のパケットを異なるタイミングで水平転送部４に転送する必要は特にない。
【００９２】
また、上記実施の形態において、第１転送部２１は異なる転送パルスが供給される６段の電荷転送段を含むとしたが、上記実施の形態のパケット転送が適用可能な転送部、つまり４段以上の電荷転送段を含む転送部であればこれに限られない。例えば、第１転送部２１は異なる転送パルスが供給される４段の電荷転送段を含んでいてもよい。
【００９３】
また、上記実施の形態において、第１転送部２１のパケットを３回の垂直転送期間のそれぞれで水平転送部４に向かって転送させるとしたが、水平転送部４から離れる方向に転送させてもよい。
【００９４】
また、上記実施の形態において、複数の垂直転送部２は、３つの垂直転送部２を１つのグループとして複数のグループを有するとしたが、少なくとも１種類（１つ）のグループを有すれば同一行の信号電荷を複数回の期間に分けて水平転送することができるため、これに限られない。
【００９５】
また、上記実施の形態において、駆動制御部７は、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間の３つの期間のそれぞれで第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が全て異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御するとした。しかし、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間の少なくとも２つの期間で第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が異なれば、複数の水平転送期間で第１転送部２１のパケットの位置をずらすことができる。したがって、駆動制御部７は、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間の少なくとも２つの期間で第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御してもよい。
【００９６】
また、上記第１の実施の形態において、駆動制御部７は、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間の３つの期間で第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の全てが異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御するとした。しかし、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間の３つの期間でウェル領域として動作する電荷転送段が少なくとも１段異なれば、複数の水平転送期間で第１転送部２１のパケットの位置をずらすことができる。したがって、駆動制御部７は、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間で第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が少なくとも１段異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御してもよい。
【００９７】
また、上記実施の形態において、水平転送部４は異なる転送パルスが供給される３段の電荷転送段を含み、それを駆動する駆動制御部７は３相の水平転送パルスを供給するとしたが、これに限ることはなく、垂直転送部２の同一グループに対して少なくとも１つのパケットを形成できればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、固体撮像装置及びその駆動方法並びにカメラに好適であり、特に一体型ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及び医療用内視鏡のイメージセンサ等に好適である。
【符号の説明】
【００９９】
１，１０１ フォトダイオード
２，１０２ 垂直転送部
３ 撮像部
４，１０４ 水平転送部
６ 出力部
７ 駆動制御部
２１ 第１転送部
２２ 第２転送部
３１ パケット
９０ レンズ
９１ 固体撮像装置
９３ 信号処理部
９４ 外部インターフェイス部
１０３ 撮像領域
１０５ 電荷検出部
１０６ 出力アンプ
１０７ ｎ型基板
１０８ タイミング発生回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクス（行列）状に配列された複数の光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出して、二次元の画像信号を得るように構成されたＣＣＤ型固体撮像装置に関し、特に信号電荷の転送技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置としては、ビデオカメラやデジタルカメラの撮像部、あるいはファックスやイメージスキャナの画像認識部を構成し、撮像素子としてＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサ（ＣＣＤ型固体撮像素子）を用いたＣＣＤ型固体撮像装置が広く用いられている。
【０００３】
特許文献１によれば、撮像部に加えて蓄積部を有するＦＩＴ（Frame Interline Transfer）方式のＣＣＤ型固体撮像素子において、撮像部と蓄積部との間に電荷制御部を設け、当該電荷制御部の作用により、垂直転送部（ＶＣＣＤ）の複数列（例えば、３列）を単位とし、当該複数列における所定の列の垂直転送部からの信号電荷の転送を阻止し、残りの２列以上の各垂直転送部から転送される信号電荷を加算して出力することで、水平間引き加算を行うようにしている。
【０００４】
ここで、ＣＣＤ型固体撮像装置の一般的な平面構造について、図１３に示した模式図を参照して説明する。
【０００５】
フォトダイオード１０１は光電変換部を形成し、マトリクス状に複数配列されている。フォトダイオード１０１の各列間に、垂直転送部１０２が配列されて撮像領域１０３が形成されている。各フォトダイオード１０１に蓄積された信号電荷は垂直転送部１０２へ移送され、複数の垂直転送部１０２により水平転送部１０４へ向けて垂直方向に並列転送される。したがって、水平転送部１０４には、複数本の垂直転送部１０２から１走査線に相当する信号電荷が順次転送される。水平転送部１０４に達した信号電荷は水平方向へ転送されて、電荷検出部１０５により信号電圧に変換され、出力アンプ１０６で増幅された後、撮像出力ＯＵＴとして導出される。以上の要素がｎ型基板１０７上に形成されている。
【０００６】
垂直転送部１０２は、タイミング発生回路１０８から供給される、例えば６相の転送クロックφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５及びφＶ６によって転送駆動される。これにより、垂直転送部１０２に読み出された信号電荷は、水平ブランキング期間に１走査線に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送される。
【０００７】
水平転送部１０４は、例えば２相の水平転送クロックφＨ１及びφＨ２によって転送駆動される。これにより、１走査線分の信号電荷は、水平ブランキング期間後の水平走査期間において、順次水平方向に転送される。
【０００８】
ところで、図１３の固体撮像装置では、図１４の垂直転送部１０２におけるポテンシャル分布に示されるように、垂直転送部１０２の転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５及びＶ６に６相の転送クロックφＶ１〜φＶ６が印加されてパケット（バリア領域で区切られる連続したウェル領域で転送される信号電荷）３１の電荷転送が行われる。そして、水平走査期間において垂直転送部１０２によるパケット３１の転送は停止され、例えば転送電極Ｖ１及びＶ２下にパケット３１が蓄積される状態が保持される。したがって、例えば転送電極Ｖ１下に暗電流発生源となる欠陥が存在している場合には、水平走査期間に比例してパケット３１に暗電流ノイズが加算される。
【０００９】
これに対して、特許文献２の固体撮像装置では、垂直転送部のパケットを保持する転送電極の枚数を水平転送期間で交互に変更している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１２９１３７号公報
【特許文献２】特開２００７−２９５３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２の従来の固体撮像装置のように、１行分の信号電荷を水平転送する水平転送期間毎にパケットを保持する垂直転送部の転送電極枚数を変更する転送方式であると、垂直転送部にて発生する暗電流による縦線に行毎の強弱が生じ、画質的に不具合が生じる。
【００１２】
すなわち、特許文献２の固体撮像装置では、図１５の垂直転送部のポテンシャル分布に示されるように、垂直転送部は転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５及びＶ６を繰り返しとした６相駆動の垂直転送電極を備えている。そして、偶数行及び奇数行の信号電荷の水平転送期間にてパケット３１を保持する垂直転送部の転送電極数が変更されており、Ｎ行目、Ｎ＋２行目、・・・の水平転送期間では転送電極Ｖ１〜Ｖ３の３電極下にパケット３１が保持され、Ｎ＋１行目、Ｎ＋３行目、・・・の水平転送期間では転送電極Ｖ２〜Ｖ３の２電極下にパケット３１が保持される。したがって、例えば転送電極Ｖ１の電極下に暗電流発生源が存在すると、Ｎ行目の信号電荷の水平転送期間にては転送電極Ｖ１の電極下で発生した暗電流がパケット３１にノイズとして加算されるのに対して、Ｎ＋１行目の水平転送期間にては、転送電極Ｖ１を含む電荷転送段がバリア状態となり該当箇所からの暗電流がパケット３１に加算されない。その結果、偶数行及び奇数行毎に暗電流ノイズ信号レベルが異なり点線状の縦線ノイズが発生して画質が著しく劣化する。
【００１３】
言い換えると、垂直転送部に局所的に暗電流を発生させる暗電流源が形成された転送電極下方にウェル領域が形成されているか、バリア領域が形成されているかで、暗電流の発生信号レベルが異なる。例えば、転送電極Ｖ１下に暗電流発生源が存在すると、転送電極Ｖ１下方にウェル領域が形成されている状態では発生する暗電流は大きくなるが、転送電極Ｖ１下方にバリア領域が形成されている状態では発生する暗電流は小さくなる。したがって、特許文献２の固体撮像装置であれば、偶数行及び奇数行の信号電荷の水平転送期間で転送電極Ｖ１下方の状態が異なるため、偶数行及び奇数行の信号で暗電流ノイズ信号レベルが異なり、ＶＣＣＤ暗電流縦線レベルに強弱が生じる。
【００１４】
このとき、ＶＣＣＤ暗電流縦線は、垂直ダミー部の暗電流ノイズ信号レベルを検出し、補正を行うことで対応可能であるが、縦線レベルに強弱があるとノイズが点線状となり縦線欠陥補正を行うとしても一様な補正が不可能になるため、非常に複雑な補正を行う必要があり、暗電流縦線が残ったままの画像になってしまう。また、垂直ダミー部も偶数行及び奇数行の信号で暗電流ノイズ信号レベルを区別して検出し、偶数行及び奇数行の信号で別に縦線補正を行うことも可能であるが、メモリ容量の増加や信号処理の複雑化により、コストアップとなる。
【００１５】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減することが可能な固体撮像装置及びその駆動方法並びにカメラ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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、行列状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部と、前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御する駆動制御部とを備え、前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、前記駆動制御部は、前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段が少なくとも１段異なるように、前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御することを特徴とする。ここで、前記駆動制御部は、前記異なる期間で前記第１転送部のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が異なるように前記垂直転送部による電荷転送を制御してもよいし、前記駆動制御部は、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる全ての垂直転送部のパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送するように前記垂直転送部による電荷転送を制御してもよい。
【００１７】
これにより、同一行で異なる列の光電変換部に同一期間に蓄えられた信号電荷を複数回に分けて水平転送部に転送し、水平転送部は転送された信号電荷を複数回の期間に分けて水平転送することができる。そして、その複数回の期間で転送が停止されている垂直転送部のパケットの位置をずらすことができる。したがって、１つの行の信号電荷について水平転送が行われる期間において、同一の電荷転送段に長期間にわたってパケットが留まることがなくなり、暗電流発生源が存在する電荷転送段にパケットが留まる時間が短くなる。その結果、垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減することが可能な固体撮像装置を実現できる。よって、微少信号電荷を取り扱うときの暗電流信号を低減させて転送効率を向上させ、高ＩＳＯ感度での高ゲイン状態での画質を改善することが可能な固体撮像装置を実現できる。
【００１８】
このとき、同一行内の信号電荷の水平転送において垂直転送部のパケットの位置をずらすため、特許文献２の固体撮像装置のように、偶数行及び奇数行の信号で暗電流ノイズ信号レベルが異なることはなく、ＶＣＣＤ暗電流縦線レベルに強弱が生じることはない。
【００１９】
また、前記駆動制御部は、前記第１転送部が、前記異なる期間の間で前記第１転送部のパケットを前記第２転送部に向かって転送するように前記垂直転送部による電荷転送を制御してもよい。これにより、次の行の信号電荷の水平転送が行われるまでに次に水平転送される第１転送部のパケットが垂直転送方向の下流に移動しているため、第１転送部から第２転送部へのパケットの転送時間を短くすることができる。その結果、信号出力の高速化を実現でき、暗電流ノイズによる影響を更に低減することができる。
【００２０】
また、前記駆動制御部は、前記第１転送部において、暗電流発生源をホールで遮蔽するために、垂直転送部の転送電極に順次ある一定期間例えば負電圧を印加して垂直転送部の転送電極下の界面準位にホールが蓄積できるように制御してもよい。ただし、負電圧を印加することにより信号電荷がオーバーフローしないように制御する必要がある。これにより、垂直転送部の界面準位がホールで充満され暗電流発生源をホールで遮蔽できるため、暗電流ノイズを低減することができる。
【００２１】
また、本発明は、行列状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段が少なくとも１段異なるように制御する駆動方法とすることもできる。これにより、垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減することが可能な固体撮像装置の駆動方法を実現できる。
【００２２】
更に、本発明は、上記固体撮像装置を備えたカメラとすることもできる。これにより、垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減することが可能なカメラを実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、垂直転送部における暗電流ノイズによる影響を低減することができ、暗電流ノイズ信号の最大値レベルを低減することができる。また、ＶＣＣＤ暗電流縦線にて行毎にレベル段差が生じることを抑えることができる。特に近年では、高画素微細化が進行し、ＶＣＣＤを形成する不純物濃度も上がって暗電流がより発生しやすい状態になっている中で、暗電流によるノイズを抑制することができ、高画素及び高品質な固体撮像装置を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の電極構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図４】従来の技術における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による第１転送部のポテンシャルを示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【図８】従来の技術の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【図１１】従来の技術の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態におけるカメラのブロック図である。
【図１３】従来のＣＣＤ型固体撮像装置の一般的な平面構造を示す模式図である。
【図１４】図１３の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【図１５】従来の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法並びにカメラについて、図面を参照して具体的に説明する。
【００２６】
《第１の実施の形態》
まず、本発明の第１の実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法について説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態における固体撮像装置の構成を示すブロック図である。この固体撮像装置は、複数のフォトダイオード１及び複数の垂直転送部２からなる撮像部３と、水平転送部４と、出力部６と、駆動制御部７とを備える。
【００２８】
フォトダイオード１は、本発明の光電変換部の一例であり、撮像部３において行列状に複数配列される。
【００２９】
複数の垂直転送部２は、それぞれがフォトダイオード１の列に対応して設けられ、対応するフォトダイオード１に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する。複数の垂直転送部２は３つの垂直転送部２を１つのグループとして複数のグループを有し、このグループが水平方向に繰り返して設けられている。同一のグループ内の垂直転送部２のそれぞれは、グループ内で共通（グループ内の他の第１転送部２１と共通）の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部２１と、該第１転送部２１に対応して設けられ、グループ内で独立（グループ内の他の第１転送部２１に対して独立）の駆動電圧の供給を受けて、対応する第１転送部２１から水平転送部４に信号電荷を転送する第２転送部２２とを有する。
【００３０】
垂直転送部２は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への転送パルス（駆動電圧）に応じてポテンシャルのバリア領域又はウェル領域として動作する複数の電荷転送段から構成される。第１転送部２１は異なる転送パルスが供給される６段の電荷転送段を含み、第２転送部２２は垂直転送部２を構成する電荷転送段のうちの水平転送部４の直前に位置する最終の電荷転送段で構成される。電荷転送段のそれぞれは、転送パルスが供給される１つの電極と、該電極の下方に形成された半導体基板の不純物領域とから構成される。
【００３１】
水平転送部４は、垂直転送部２から転送された信号電荷を水平方向へ転送する。水平転送部４は異なる転送パルスが供給される３段の電荷転送段を含む。
【００３２】
駆動制御部７は、垂直転送部２及び水平転送部４による電荷転送を制御する。具体的に、駆動制御部７は、第１転送部２１の垂直転送電極に６相の転送パルスφＶ１、φＶ２、φＶ３、φＶ４、φＶ５及びφＶ６を供給して第１転送部２１を駆動する。そして、駆動制御部７は、第２転送部２２の垂直最終段電極に７種類の転送パルスφＶ７、φＶ７Ｌ、φＶ７Ｒ、φＶ８、φＶ８Ｌ、φＶ８Ｒ及びφＶ９を供給して第２転送部２２を駆動する。また、駆動制御部７は、水平転送部４の水平転送電極に３相の水平転送パルスφＨ１、φＨ２及びφＨ３を供給して水平転送部４を駆動する。
【００３３】
駆動制御部７は、第１転送部２１が、バリア領域で区切られるウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、水平方向へのパケットの転送が行われる期間でパケットの転送を停止し、第２転送部２２が、同一のグループ内の異なる第１転送部２１により転送されたパケットを異なるタイミングで水平転送部４に転送し、水平転送部４が、異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、異なる期間のそれぞれで、第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段が異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御する。このとき、駆動制御部７は、第１転送部２１が、上記異なる期間の間で第１転送部２１のパケットを第２転送部２２に向かって転送するように垂直転送部２による電荷転送を制御する。
【００３４】
図２は、本実施の形態における固体撮像装置の電極構成を示す図である。図２を用いて、第１転送部２１、第２転送部２２及び水平転送部４の各々の詳細を説明する。
【００３５】
第１転送部２１においては、垂直転送電極は１つのフォトダイオード１に対して２電極が形成されており、垂直転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５及びＶ６の６電極を１単位としてこれが繰り返し配置されている。これらの垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６には転送パルスφＶ１〜φＶ６が印加され、パケットを水平転送部４に向けて転送する。
【００３６】
第２転送部２２においては、垂直最終段電極Ｖ７、Ｖ７Ｌ、Ｖ７Ｒ、Ｖ８、Ｖ８Ｌ、Ｖ８Ｒ及びＶ９が形成され、これらの垂直最終段電極Ｖ７〜Ｖ９には転送パルスφＶ７、φＶ７Ｌ、φＶ７Ｒ、φＶ８、φＶ８Ｌ、φＶ８Ｒ、φＶ９が印加される。
【００３７】
水平転送部４においては、３種類の転送電極Ｈ１、Ｈ２及びＨ３が形成され、これらの転送電極Ｈ１〜Ｈ３には３相の水平転送パルスφＨ１〜φＨ３が印加されるが、水平転送におけるパケットはこの転送電極Ｈ１〜Ｈ３に対して１パケットが形成されるため、垂直転送部２の３列に対して独立して１パケットを転送することができる。このため、垂直転送部２を転送された１行分の信号電荷は、第２転送部２２にて３回に割り振られて水平転送部４に転送され、３回に分けて水平転送されて出力部６から出力される。
【００３８】
図３は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。図３の駆動方法では、１行分の信号電荷の転送期間（前の行の信号電荷が固体撮像装置から出力されてから次の行の信号電荷が固体撮像装置から出力されるまでの期間）が第１垂直転送期間、第２垂直転送期間及び第３垂直転送期間と、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間とに分けられる。
【００３９】
第１垂直転送期間では、同一行に同一期間に蓄えられた全ての列の信号電荷が同時期に第２転送部２２に転送された後、垂直転送部２のグループ内の第１列目の信号電荷のみが水平転送部４に転送される。そして、第２垂直転送期間では、垂直転送部２のグループ内の第２列目の信号電荷のみが水平転送部４に転送される。更に、第３垂直転送期間では、垂直転送部２のグループ内の第３列目の信号電荷のみが水平転送部４に転送される。
【００４０】
第１水平転送期間では、第１列目の信号電荷のみが出力部６に水平転送される。そして、第２水平転送期間では、第２列目の信号電荷のみが出力部６に水平転送される。更に、第３水平転送期間では、第３列目の信号電荷のみが出力部６に水平転送される。
【００４１】
具体的に、第１垂直転送期間では、まずｔ＝０のタイミングで、転送パルスφＶ５及びφＶ６がハイレベルの電圧とされ、パケットは垂直転送電極Ｖ５及びＶ６の２電極下に保持される。
【００４２】
その後、ｔ＝１〜ｔ＝３で転送パルスφＶ７、φＶ７Ｌ、φＶ７Ｒ及びφＶ８がローレベルからハイレベルの電圧に変化し、第２転送部２２の垂直最終段電極Ｖ７、Ｖ７Ｌ、Ｖ７Ｒ及びＶ８の電極下にパケットが保持される。
【００４３】
その後、ｔ＝４〜ｔ＝７で転送パルスφＶ１及びφＶ２がローレベルからハイレベルの電圧に変化し、また、転送パルスφＶ５及びφＶ６がハイレベルからローレベルの電圧に変化する。これにより、垂直転送電極Ｖ５及びＶ６の電極下にあったパケットは、それぞれ第１転送部２１においては次に繰り返される垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の電極下に転送され、第２転送部２２においては垂直最終段電極Ｖ７、Ｖ７Ｌ及びＶ７Ｒの電極下に転送される。この時、転送パルスφＶ８が既にハイレベルの電圧となっており、第２転送部２２の垂直最終段電極Ｖ８にもパケットが保持される。
【００４４】
その後、ｔ＝８〜ｔ＝１０で転送パルスφＶ７及びφＶ８がハイレベルからローレベルの電圧に変化し、また、転送パルスφＶ９がローレベル、ハイレベル及びローレベルの電圧に順次推移し、垂直最終段電極Ｖ７及びＶ８の電極下のパケットが水平転送部４に転送される。
【００４５】
第１水平転送期間では、第１垂直転送期間で水平転送部４に転送されたパケットが水平転送され出力される。その結果、１行の信号電荷のうちの１／３の信号電荷が水平転送され出力される。第２転送部２２の残りの２／３の信号電荷は、垂直最終段電極Ｖ７Ｌ及びＶ７Ｒの電極下に保持されたままとなっており、第１水平転送期間ではこのままの状態で保持される。また、第１水平転送期間では、第１転送部２１の他の行の信号電荷は分割されることなく垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の２電極下に保持された状態となっている。
【００４６】
第２垂直転送期間では、ｔ＝０で転送パルスφＶ１、φＶ２、φ７Ｌ及びφ７Ｒがハイレベルの電圧であり、パケットは第１水平転送期間直前の位置、すなわち、第１転送部２１においては垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の２電極下、第２転送部２２においては垂直最終段電極Ｖ７Ｌ及びＶ７Ｒの電極下に保持されている。
【００４７】
その後、第２転送部２２では、ｔ＝１〜ｔ＝６で転送パルスφＶ７Ｒ、φＶ８Ｒ及びφＶ９により、垂直最終段電極Ｖ７Ｒに保持されていた１／３の信号電荷（１行の信号電荷のうちの１／３の信号電荷）が水平転送部４に転送される。また、第１転送部２１では、転送パルスφＶ１〜φＶ４により、垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の２電極下に保持されていたパケットが垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の２電極下に転送される。
【００４８】
第２水平転送期間では、第２垂直転送期間で水平転送部４に転送されたパケットが水平転送され出力される。その結果、１行の信号電荷のうちの１／３の信号電荷が水平転送され出力される。第２転送部２２の残りの１／３の信号電荷は、垂直最終段電極Ｖ７Ｌの電極下に保持されたままとなっており、第２水平転送期間ではこのままの状態で保持される。また、第２水平転送期間では、第１転送部２１の他の行の信号電荷は分割されることなく垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の２電極下に保持された状態となっている。
【００４９】
第３垂直転送期間では、ｔ＝０で転送パルスφＶ３、φＶ４及びφＶ７Ｌがハイレベルの電圧であり、パケットは第２水平転送期間直前の位置、すなわち、第１転送部２１においては垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の２電極下、第２転送部２２においては垂直最終段電極Ｖ７Ｒの電極下に保持されている。
【００５０】
その後、第２転送部２２では、ｔ＝１〜ｔ＝６で転送パルスφＶ７Ｌ、φＶ８Ｌ及びφＶ９により、垂直最終段電極Ｖ７Ｌの電極下に残っていた１／３の信号電荷が水平転送部４に転送される。また、第１転送部２１では、転送パルスφＶ３〜φＶ６により、垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の２電極下に保持されていたパケットが垂直転送電極Ｖ５及びＶ６の２電極下に転送される。
【００５１】
第３水平転送期間では、第３垂直転送期間で水平転送部４に転送されたパケットが水平転送され出力される。その結果、１行の信号電荷のうちの１／３の信号電荷が水平転送され出力される。第３の水平転送期間では、第１転送部２１の他の行の信号電荷は垂直転送電極Ｖ５及びＶ６の２電極下に保持された状態となっている。
【００５２】
図４は、図２と同様の電極構造を持つ固体撮像装置における従来の駆動方法を示すタイミング図である。従来の駆動方法においても、第１垂直転送期間から第３垂直転送期間と、それぞれの垂直転送期間に続く第１水平転送期間から第３水平転送期間とにおいて、１行分の信号電荷が３回の水平転送により出力される。しかし、従来の駆動方法は、第１垂直転送期間でグループ内の全ての第１転送部２１における信号電荷を次の繰り返しの垂直転送電極下まで一度に転送させるという点で本実施の形態の駆動方法と異なる。
【００５３】
図４の第１垂直転送期間では、ｔ＝０で転送パルスφＶ１及びφＶ２がハイレベルの電圧であり、パケットは垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の２電極下に保持される。そして、その後の転送パルスにより第１水平転送期間までに再び次の繰り返しの垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の２電極下にパケットが転送され保持される。
【００５４】
また、第２垂直転送期間及び第３垂直転送期間では、第２転送部２２に残っていたパケットが同様に水平転送部４に転送される。しかし、第１転送部２１の転送パルスはそのレベルを変化させることなく一定に維持されるため、第１転送部２１のパケットは分割もされないが垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の同一の電極下に保持されたままである。
【００５５】
図５は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による第１転送部２１のポテンシャル分布（垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ６の電極下に形成されるポテンシャル分布）を示した図である。図５に示されるように垂直転送電極Ｖ１の電極下に暗電流発生源となる欠陥が存在している場合、この電極を含む電荷転送段がウェル領域として動作している時間、つまり蓄積状態にある時間に比例してこの電極下のパケット３１に暗電流が蓄積される。
【００５６】
図４の従来の駆動方法では、１行分の信号電荷の水平転送が全て終了するまで同一の垂直転送電極Ｖ１及びＶ２を含む電荷転送段が蓄積状態でパケット３１を保持するが、この時に同時に暗電流発生源からの暗電流ノイズがパケット３１に加算される。これに対して、本実施の形態の駆動方法（図３）によれば、垂直転送電極Ｖ１を含む電荷転送段が蓄積状態になるのは、１行分全体の信号を読み出す際に行われる全水平転送期間の約１／３の期間のみであるので、発生する暗電流も略１／３に低減される。
【００５７】
また、特許文献２の固体撮像装置の電極構成では、１行分の信号電荷を分割して異なる期間で水平転送することができず、１行分の信号電荷は同じ１回の期間で水平転送される。したがって、水平転送期間において暗電流発生源となる垂直転送電極下にパケットが存在する場合には、１行分の信号電荷の水平転送が行われている期間で続けて暗電流発生源からの暗電流ノイズがパケットに加算される。しかし、水平転送期間において暗電流発生源となる垂直転送電極下にパケットが存在しない場合には、１行分の信号電荷の水平転送が行われている期間で暗電流発生源からの暗電流ノイズがパケットにほとんど加算されない。したがって、特許文献２の固体撮像装置では、不均一な暗電流ノイズ縦線が生じる。これに対して、本実施の形態の駆動方法によれば、１行単位の暗電流信号は３回の水平転送期間の加算平均となるため、特許文献２の固体撮像装置のような不均一な暗電流ノイズ縦線は生じず、縦線欠陥補正も容易となる。
【００５８】
また、暗電流発生源は垂直転送部２に確率的に存在し、図５のように、暗電流が発生する垂直転送電極下にパケット３１を保持することがあるが、水平転送期間毎にパケット３１を保持する垂直転送電極を変更すると、水平転送期間で暗電流発生源を避けてパケット３１を保持することができる。水平転送期間毎にパケット３１を保持する垂直転送電極を変更しても重ねて暗電流発生源が存在する垂直転送電極下にてパケット３１を保持する確率もゼロではないが、トータルの時間を考慮すれば、パケット３１を保持する垂直転送電極を変化させる方が大幅な暗電流低減効果が得られる。特に最大暗電流が約１／３に低減される効果は大きい。
【００５９】
また、本実施の形態の駆動方法において、パケット３１を保持する垂直転送電極は、垂直転送電極Ｖ１及びＶ２、垂直転送電極Ｖ３及びＶ４、又は垂直転送電極Ｖ５及びＶ６と水平転送期間毎に異なり、同一の垂直転送電極下に保持されることが無い。したがって、１箇所の暗電流発生源からパケット３１にノイズが加算される期間は必ず１／３に低減することができ、これによって大きな暗電流低減効果が得られる。
【００６０】
また、本実施の形態の駆動方法によれば、第１転送部２１のパケットを３回の垂直転送期間のそれぞれで水平転送部４に向かって転送させることで、次の行の信号電荷の垂直転送における第１垂直転送期間の垂直転送ステップ数を減少させることができる。したがって、信号出力におけるトータルの転送ステップ数を減少させ、信号出力の高速化が図れる。同時に、暗電流によるノイズを低減することもできる。
【００６１】
《第２の実施の形態》
次に、本発明の第２の実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法について説明する。
【００６２】
本実施の形態における固体撮像装置の装置構成及び電極構成は図１及び図２と同様であり、駆動制御部７が垂直転送部２及び水平転送部４に供給する駆動パルスのタイミングのみが第１の実施の形態の固体撮像装置と異なる。
【００６３】
図６は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。図６の駆動方法は、第１転送部２１のパケットが４つの垂直転送電極により形成されているという点で第１の実施の形態に係る駆動方法と異なる。
【００６４】
図７は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による第１転送部２１のポテンシャル分布を示した図である。図８は、従来の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示した図である。
【００６５】
図７に示されるように、本実施の形態における固体撮像装置において、パケット３１は第１〜第３の水平転送期間それぞれで、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４、垂直転送電極Ｖ２〜Ｖ５、又は垂直転送電極Ｖ３〜Ｖ６の４電極ずつに保持され、かつ、パケット３１を保持する垂直転送電極がずれるように駆動される。一方、従来の固体撮像装置の駆動方法では、図８に示されるように、パケット３１は水平転送期間で４電極に保持されるものの、パケット３１を保持する垂直転送電極は水平転送期間でずれることなく同じである。
【００６６】
したがって、本実施の形態の固体撮像装置の駆動方法によれば、第１の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法と同様に、第１〜第３の水平転送期間トータルとして垂直転送電極Ｖ１の電極下にある暗電流発生源からの暗電流が加算される時間は全水平転送期間の１／３である。したがって、図８の従来の駆動方法に比べての暗電流は１／３となり、大きな暗電流の低減効果が得られる。
【００６７】
また、本実施の形態の固体撮像装置の駆動方法によれば、パケットを保持する垂直転送電極数が第１の実施の形態の駆動方法と比べて２倍になっている。したがって、パケットの最大許容量が２倍になり、１つのパケットとして転送可能な信号電荷量を増やすことができるので、明るい撮像シーンにおいても転送漏れなどの画像不具合を起こすことなくパケットを転送することができる。
【００６８】
《第３の実施の形態》
次に、本発明の第３の実施の形態における固体撮像装置及びその駆動方法について説明する。
【００６９】
本実施の形態における固体撮像装置の装置構成及び電極構成は図１及び図２と同様であり、駆動制御部７が垂直転送部２及び水平転送部４に供給する駆動パルスのタイミングのみが第１の実施の形態の固体撮像装置と異なる。
【００７０】
図９は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。図９の駆動方法は、第１転送部２１のパケットが４つの垂直転送電極により形成され、各垂直転送期間においてパケットを前後に移動させ、各転送電極の下の界面準位にホールを形成するという点で第２の実施の形態に係る駆動方法と異なる。
【００７１】
図１０は、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法による第１転送部２１のポテンシャル分布を示した図である。図１１は、従来の固体撮像装置の駆動方法による垂直転送部のポテンシャル分布を示した図である。
【００７２】
図１０に示されるように、本実施の形態における固体撮像装置において、パケット３１は第１水平転送期間に、４つの垂直転送電極に保持されるが、この水平転送期間にパケットは一画素分移動してもとに戻る動作をする。このとき、各転送電極下の界面準位にホールが蓄積されるように一定期間電極に負電圧が印加されるように駆動する。また、この動作は第２及び第３水平転送期間においても同様に行う。これにより、界面準位を満たしていたホールを補充でき、常に、パケットを蓄積している電極下の界面準位をホールで満たすことができる。
【００７３】
一方、従来の固体撮像装置の駆動方法では、図１１に示されるように、パケット３１は水平転送期間で４電極に保持されるものの、パケット３１を保持する垂直転送電極は水平転送期間でずれることなく同じである。そのため、保持している電極下の界面準位にはホールがなく、ここを介した暗電流及び暗電流源からのノイズが信号パケットに加算される。
【００７４】
したがって、本実施の形態の固体撮像装置の駆動方法によれば、第２の実施の形態の固体撮像装置の駆動方法と同様に、第１〜第３の水平転送期間トータルとして垂直転送電極Ｖ１の電極下にある暗電流発生源からの暗電流が加算される時間は全水平転送期間の１／３で、かつ界面準位からの暗電流が低減できるため、図１１の従来の駆動方法に比べて暗電流は１／３以下となり、大きな暗電流の低減効果が得られる。
【００７５】
また、本実施の形態の固体撮像装置の駆動方法によれば、パケットを保持する垂直転送電極数が第１の実施の形態の駆動方法と比べて２倍になっている。したがって、パケットの最大許容量が２倍になり、１つのパケットとして転送可能な信号電荷量を増やすことができるので、明るい撮像シーンにおいても転送漏れなどの画像不具合を起こすことなくパケットを転送することができる。
【００７６】
また、この駆動の応用として、上記第２の実施の形態における図６の第１垂直転送期間にて、垂直転送電極Ｖ３及びＶ４がローレベルになる期間を、当該垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の電極下の界面準位にホールが蓄積できる時間（例えば、数μｓ）まで延ばすことで、当該垂直転送電極Ｖ３及びＶ４から発生する暗電流を抑圧でき、上記第２の実施の形態と同様に１／３以上暗電流を低減できる。
【００７７】
図４の従来駆動に対する応用も可能である。すなわち、図４の垂直転送電極Ｖ１及びＶ２のローレベル期間として、当該垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の電極下の界面準位にホールを蓄積できる時間（例えば数μｓ）以上を確保して駆動するのである。これにより、当該垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の界面準位をホールで充満することができるため、界面準位から発生する暗電流、つまりキズを抑圧することができる。
【００７８】
なお、電極にローレベル電圧を印加して界面準位にホールを蓄積しても、次にローレベル以外の電圧が電極に印加されると、界面準位を終端しているホールは離脱し始める。しかし、ホールが完全に離脱するためには２００μｓぐらいかかるため、本実施の形態のようにハイレベル周期（１００μｓ前後）でホールがチャージできれば、ほぼ常に界面準位にホールを充満させることができる。
【００７９】
《第４の実施の形態》
図１２は、本発明の第４の実施の形態のカメラのブロック図である。このカメラは、レンズ９０と、第１〜第３の実施の形態に係る固体撮像装置９１と、信号処理部９３と、外部インターフェイス部９４とから構成される。
【００８０】
このような構成を有するカメラにおいて、外部に信号が出力されるまでの処理は以下のような順序に沿って行われる。
【００８１】
（１）レンズ９０を光が通過し、固体撮像装置９１に入る。
【００８２】
（２）信号処理部９３は、固体撮像装置９１を駆動し、固体撮像装置９１からの出力信号を取り込む。このとき、信号処理部９３は、カメラ外部からの指示及び固体撮像装置９１からの出力の少なくともいずれかに基づいて、第１〜第３水平転送期間のそれぞれで第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段をいずれにするかを決定し、駆動制御部７を制御する。例えば、信号処理部９３は、ユーザにより高ＩＳＯ感度での高ゲイン状態が設定されている場合（暗い被写体を撮影する場合）には第１の実施の形態の駆動方法で第１転送部２１の転送が行われ、低ＩＳＯ感度での低ゲイン状態が設定されている場合（明るい被写体を撮影する場合）には第２の実施の形態の駆動方法で第１転送部２１の転送が行われるように駆動制御部７を制御する。
【００８３】
（３）信号処理部９３で処理した信号が、外部インターフェイス部９４を通して外部に出力される。
【００８４】
以上のように本実施の形態のカメラによれば、暗電流ノイズによる影響が低減された固体撮像装置９１からデータが出力される。よって、本実施の形態によれば、画質に優れたカメラを実現することができる。
【００８５】
また、本実施の形態のカメラによれば、信号処理部９３が撮像シーン、信号電荷量やカメラのゲイン設定に応じて駆動制御部７の転送パルスを制御することにより、電荷転送容量確保と暗電流低減とを両立することができる。
【００８６】
以上、本発明に係る固体撮像装置及びその駆動方法並びにカメラについて、第１、第２第３及び第４の実施の形態を用いて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、これらの実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、これらの実施の形態における構成要素を任意に組み合わせて実現される形態も、本発明に含まれる。
【００８７】
例えば、上記実施の形態において、駆動制御部７は転送パルスの制御に留まらず、基板電圧などフォトダイオード１の信号電荷量を同時に調整することも可能であり、この場合には大幅な画質向上に貢献ができる。
【００８８】
また、上記実施の形態において、水平転送期間中にパケットを保持する垂直転送電極数は２電極又は４電極であるとしたが、この電極数に限られない。
【００８９】
また、上記実施の形態において、駆動制御部７は、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間で第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御してもよい。すなわち、水平転送期間毎にパケットを保持する垂直転送電極数を変更してもよい。例えば、駆動制御部７は、第１水平転送期間において垂直転送電極Ｖ１及びＶ２下でパケットを保持し、第２水平転送期間において垂直転送電極Ｖ２下でパケットを保持するように第１転送部２１を制御してもよい。この場合でも、１行分の信号電荷の転送トータルでパケットを保持する垂直転送電極数と保持期間との積の総和が同一であれば、上記実施の形態の固体撮像装置と同様の効果が得られるのは明らかである。
【００９０】
また、上記実施の形態において、複数の垂直転送部２は、３つの垂直転送部２を１つのグループとして複数のグループを有するとしたが、複数の垂直転送部２を１つのグループとすれば３という数字に特に限定されることはない。
【００９１】
また、上記実施の形態において、駆動制御部７は、第２転送部２２が、同一のグループ内の全ての異なる垂直転送部２のパケットを異なるタイミングで水平転送部４に転送するように垂直転送部２を制御するとした。しかし、同一のグループ内の少なくとも２つの垂直転送部２のパケットが異なるタイミングで水平転送部４に転送されれば、同一行の信号電荷を複数回の期間に分けて水平転送することができる。したがって、同一のグループ内の全ての垂直転送部２のパケットを異なるタイミングで水平転送部４に転送する必要は特にない。
【００９２】
また、上記実施の形態において、第１転送部２１は異なる転送パルスが供給される６段の電荷転送段を含むとしたが、上記実施の形態のパケット転送が適用可能な転送部、つまり４段以上の電荷転送段を含む転送部であればこれに限られない。例えば、第１転送部２１は異なる転送パルスが供給される４段の電荷転送段を含んでいてもよい。
【００９３】
また、上記実施の形態において、第１転送部２１のパケットを３回の垂直転送期間のそれぞれで水平転送部４に向かって転送させるとしたが、水平転送部４から離れる方向に転送させてもよい。
【００９４】
また、上記実施の形態において、複数の垂直転送部２は、３つの垂直転送部２を１つのグループとして複数のグループを有するとしたが、少なくとも１種類（１つ）のグループを有すれば同一行の信号電荷を複数回の期間に分けて水平転送することができるため、これに限られない。
【００９５】
また、上記実施の形態において、駆動制御部７は、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間の３つの期間のそれぞれで第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が全て異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御するとした。しかし、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間の少なくとも２つの期間で第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が異なれば、複数の水平転送期間で第１転送部２１のパケットの位置をずらすことができる。したがって、駆動制御部７は、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間の少なくとも２つの期間で第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御してもよい。
【００９６】
また、上記第１の実施の形態において、駆動制御部７は、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間の３つの期間で第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の全てが異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御するとした。しかし、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間の３つの期間でウェル領域として動作する電荷転送段が少なくとも１段異なれば、複数の水平転送期間で第１転送部２１のパケットの位置をずらすことができる。したがって、駆動制御部７は、第１水平転送期間、第２水平転送期間及び第３水平転送期間で第１転送部２１のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が少なくとも１段異なるように垂直転送部２による電荷転送を制御してもよい。
【００９７】
また、上記実施の形態において、水平転送部４は異なる転送パルスが供給される３段の電荷転送段を含み、それを駆動する駆動制御部７は３相の水平転送パルスを供給するとしたが、これに限ることはなく、垂直転送部２の同一グループに対して少なくとも１つのパケットを形成できればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、固体撮像装置及びその駆動方法並びにカメラに好適であり、特に一体型ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及び医療用内視鏡のイメージセンサ等に好適である。
【符号の説明】
【００９９】
１，１０１ フォトダイオード
２，１０２ 垂直転送部
３ 撮像部
４，１０４ 水平転送部
６ 出力部
７ 駆動制御部
２１ 第１転送部
２２ 第２転送部
３１ パケット
９０ レンズ
９１ 固体撮像装置
９３ 信号処理部
９４ 外部インターフェイス部
１０３ 撮像領域
１０５ 電荷検出部
１０６ 出力アンプ
１０７ ｎ型基板
１０８ タイミング発生回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配列された複数の光電変換部と、
前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部と、
前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御する駆動制御部とを備え、
前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、
同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、
前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、
前記駆動制御部は、前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段が少なくとも１段異なるように、前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、前記第１転送部が、前記異なる期間の間で前記第１転送部のパケットを前記第２転送部に向かって転送するように前記垂直転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、前記異なる期間で前記第１転送部のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が異なるように前記垂直転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記異なる期間のそれぞれで、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段が全て異なる段になるように前記垂直転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる全ての垂直転送部のパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送するように前記垂直転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項６】
行列状に配列された複数の光電変換部と、
前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部と、
前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御する駆動制御部とを備え、
前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、
同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、
前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、
前記駆動制御部は、前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段を、全転送電極下の界面準位をホールで充満させるために、ホールを蓄積できる時間、各転送電極にホールが蓄積できる電圧を印加しながらパケットを移動させ、前記異なる期間で移動させる前の位置に戻すように、前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項７】
行列状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、
同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、
前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、
前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、
前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、
前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、
前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段が少なくとも１段異なるように制御する駆動方法。
【請求項８】
行列状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、
同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、
前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、
前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、
前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、
前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、
前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段を、全転送電極下の界面準位をホールで充満させるために、ホールを蓄積できる時間、各転送電極にホールが蓄積できる電圧を印加しながらパケットを移動させ、前記異なる期間で移動させる前の位置に戻すように制御する駆動方法。
【請求項９】
行列状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、
同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、
前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、
前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、
前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、
前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、
前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段を、全転送電極下の界面準位をホールで充満させるために、ホールを蓄積できる時間、各転送電極にホールが蓄積できる電圧を印加し、この電圧印加の間隔が、界面準位のホールが離脱する時定数より短くなるように制御する駆動方法。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えたカメラ。
【請求項１１】
請求項１０記載のカメラにおいて、
外部からの指示及び前記固体撮像装置からの出力の少なくとも一方に基づいて、前記異なる期間のそれぞれで前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段をいずれにするかを決定する信号処理部を更に備えたカメラ。
【請求項１】
行列状に配列された複数の光電変換部と、
前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部と、
前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御する駆動制御部とを備え、
前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、
同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、
前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、
前記駆動制御部は、前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段が少なくとも１段異なるように、前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、前記第１転送部が、前記異なる期間の間で前記第１転送部のパケットを前記第２転送部に向かって転送するように前記垂直転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、前記異なる期間で前記第１転送部のパケットを形成するウェル領域として動作する電荷転送段の数が異なるように前記垂直転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記異なる期間のそれぞれで、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段が全て異なる段になるように前記垂直転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる全ての垂直転送部のパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送するように前記垂直転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項６】
行列状に配列された複数の光電変換部と、
前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部と、
前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御する駆動制御部とを備え、
前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、
同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、
前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、
前記駆動制御部は、前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段を、全転送電極下の界面準位をホールで充満させるために、ホールを蓄積できる時間、各転送電極にホールが蓄積できる電圧を印加しながらパケットを移動させ、前記異なる期間で移動させる前の位置に戻すように、前記垂直転送部及び前記水平転送部による電荷転送を制御する固体撮像装置。
【請求項７】
行列状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、
同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、
前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、
前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、
前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、
前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、
前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段が少なくとも１段異なるように制御する駆動方法。
【請求項８】
行列状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、
同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、
前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、
前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、
前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、
前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、
前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段を、全転送電極下の界面準位をホールで充満させるために、ホールを蓄積できる時間、各転送電極にホールが蓄積できる電圧を印加しながらパケットを移動させ、前記異なる期間で移動させる前の位置に戻すように制御する駆動方法。
【請求項９】
行列状に配列された複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄えられた信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平方向へ転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の垂直転送部は、複数の垂直転送部を１つのグループとして少なくとも１種類のグループを有し、前記グループが水平方向に繰り返して設けられ、
同一の前記グループ内の垂直転送部のそれぞれは、前記グループ内で共通の駆動電圧の供給を受けて信号電荷を垂直方向に転送する第１転送部と、該第１転送部に対応して設けられ、前記グループ内で独立の駆動電圧の供給を受けて対応する前記第１転送部から前記水平転送部に信号電荷を転送する第２転送部とを有し、
前記第１転送部は、１つの転送電極に対応して設けられ、対応する前記転送電極への駆動電圧に応じてバリア領域又はウェル領域として動作する電荷転送段を４段以上含み、
前記第１転送部が、前記バリア領域で区切られる前記ウェル領域で転送される信号電荷であるパケットを転送した後、前記水平方向へのパケットの転送が行われる期間で前記パケットの転送を停止し、
前記第２転送部が、前記同一のグループ内の異なる前記第１転送部により転送されたパケットを異なるタイミングで前記水平転送部に転送し、
前記水平転送部が、前記異なるタイミングで転送されたパケットを異なる期間で水平方向に転送し、
前記異なる期間で、前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段を、全転送電極下の界面準位をホールで充満させるために、ホールを蓄積できる時間、各転送電極にホールが蓄積できる電圧を印加し、この電圧印加の間隔が、界面準位のホールが離脱する時定数より短くなるように制御する駆動方法。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えたカメラ。
【請求項１１】
請求項１０記載のカメラにおいて、
外部からの指示及び前記固体撮像装置からの出力の少なくとも一方に基づいて、前記異なる期間のそれぞれで前記第１転送部のパケットを形成する前記ウェル領域として動作する電荷転送段をいずれにするかを決定する信号処理部を更に備えたカメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２４４１７３（Ｐ２０１１−２４４１７３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４０２２（Ｐ２０１０−１１４０２２）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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