(57)【要約】【課題】転送レジスタでの電荷溢れの影響を低減することができるようにする【解決手段】本技術の撮像ユニットは、入射した光の光電変換を行う複数のセンサ部と、転送チャネル領域と転送電極からなり、前記センサ部から読み出された電荷を、前記転送チャネル領域に形成されたパケットに蓄積して垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送されてきた前記電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に、０Ｖを超える正の電圧と、負の電圧とを繰り返し印加する制御部とを備える。本技術は、撮像素子としてCCDを有する撮像ユニットに適用することができる。【選択図】図６
2014039211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光の光電変換を行う複数のセンサ部と、
転送チャネル領域と転送電極からなり、前記センサ部から読み出された電荷を、前記転送チャネル領域に形成されたパケットに蓄積して垂直方向に転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送されてきた前記電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
前記パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に、０Ｖを超える正の電圧と、負の電圧とを繰り返し印加する制御部と
を備える撮像ユニット。
【請求項２】
前記制御部は、前記転送電極に印加する電圧を制御することによって、前記センサ部から読み出された前記電荷を蓄積する前記パケットである信号パケットと、空パケットとを形成し、前記空パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に前記正の電圧と前記負の電圧とを繰り返し印加する
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項３】
前記制御部は、前記電荷の転送方向を基準として、前記信号パケットの後方に前記空パケットを形成する
請求項２に記載の撮像ユニット。
【請求項４】
前記制御部は、前記転送電極に印加する電圧を制御することによって、前記センサ部から読み出された前記電荷を蓄積する前記パケットである信号パケットを形成し、前記信号パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に前記正の電圧と前記負の電圧とを繰り返し印加する
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項５】
前記制御部は、前記正の電圧として、前記センサ部と前記垂直転送部と前記水平転送部を備える撮像素子の電源電圧を印加する
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項６】
前記制御部は、前記正の電圧を印加する際、電子シャッタをオンにする
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項７】
前記制御部は、隣接する複数の前記転送電極のうち、０Ｖを印加した前記転送電極を挟んで一方の前記転送電極に前記正の電圧と前記負の電圧をその順に繰り返し印加し、他方の前記転送電極に前記負の電圧と前記正の電圧をその順に繰り返し印加する
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項８】
前記制御部は、Ｎ個の前記センサ部から読み出された前記電荷を１つの前記パケットに蓄積して転送する場合、Ｎ回目の読み出しを行った後に、前記正の電圧と前記負の電圧を繰り返し印加する
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項９】
前記制御部は、前記正の電圧と前記負の電圧を印加することを、予め設定された回数だけ繰り返す
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項１０】
前記制御部は、前記正の電圧と前記負の電圧を印加することを、余剰電荷量に応じた回数だけ繰り返す
請求項１に記載の撮像ユニット。
【請求項１１】
入射した光の光電変換を複数のセンサ部において行い、
前記センサ部から読み出された電荷を、転送チャネル領域に形成されたパケットに蓄積して、前記転送チャネル領域と転送電極からなる垂直転送部を介して垂直方向に転送し、
前記垂直転送部から転送されてきた前記電荷を水平転送部を介して水平方向に転送し、
前記パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に、０Ｖを超える正の電圧と、負の電圧とを繰り返し印加する
ステップを含む撮像方法。
【請求項１２】
入射した光の光電変換を行う複数のセンサ部と、
転送チャネル領域と転送電極からなり、前記センサ部から読み出された電荷を前記転送チャネル領域に形成されたパケットに蓄積して垂直方向に転送する、前記パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に０Ｖを超える正の電圧と負の電圧とが繰り返し印加される垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送されてきた前記電荷を水平方向に転送する水平転送部と
を備える撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、撮像ユニット、撮像方法、および撮像素子に関し、特に、転送レジスタでの電荷溢れの影響を低減することができるようにした撮像ユニット、撮像方法、および撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
CCD(Charge Coupled Devices)等の撮像素子の小型化、多画素化の要求が高まってきており、これにより画素（セル）の微細化が進んでいる。
【０００３】
画素の微細化に伴い、画素から読み出された電荷を転送する転送レジスタの幅をより狭めることも要求される。CCDには、画素から読み出された電荷を垂直方向に転送する垂直転送レジスタと、垂直転送レジスタによって転送された電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタがあるが、画素の微細化のためには特に垂直転送レジスタの幅を狭める必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７７９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
垂直転送レジスタの幅を狭めることによって取り扱い電荷量が減少し、大光量入射時の電荷溢れが問題となる。電荷溢れは、転送に用いるパケットの容量を超える電荷が生じたために、転送中にパケットから電荷が溢れてしまう現象である。電荷溢れが生じた画像には、縦方向に白い筋状の線が現れる。
【０００６】
このような電荷溢れは、特に、垂直画素加算を伴う駆動モードにおいて顕著になる。垂直画素加算は、動画の撮影モード時などに行われる処理であり、複数の画素から読み出された電荷を１つのパケットを用いて垂直方向に転送する処理である。
【０００７】
本技術はこのような状況に鑑みてなされたものであり、転送レジスタでの電荷溢れの影響を低減することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本技術の一側面の撮像ユニットは、入射した光の光電変換を行う複数のセンサ部と、転送チャネル領域と転送電極からなり、前記センサ部から読み出された電荷を、前記転送チャネル領域に形成されたパケットに蓄積して垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から転送されてきた前記電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に、０Ｖを超える正の電圧と、負の電圧とを繰り返し印加する制御部とを備える。
【０００９】
前記制御部には、前記転送電極に印加する電圧を制御することによって、前記センサ部から読み出された前記電荷を蓄積する前記パケットである信号パケットと、空パケットとを形成させ、前記空パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に前記正の電圧と前記負の電圧とを繰り返し印加させることができる。
【００１０】
前記制御部には、前記電荷の転送方向を基準として、前記信号パケットの後方に前記空パケットを形成させることができる。
【００１１】
前記制御部には、前記転送電極に印加する電圧を制御することによって、前記センサ部から読み出された前記電荷を蓄積する前記パケットである信号パケットを形成させ、前記信号パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に前記正の電圧と前記負の電圧とを繰り返し印加させることができる。
【００１２】
前記制御部には、前記正の電圧として、前記センサ部と前記垂直転送部と前記水平転送部を備える撮像素子の電源電圧を印加させることができる。
【００１３】
前記制御部には、前記正の電圧を印加する際、電子シャッタをオンにさせることができる。
【００１４】
前記制御部には、隣接する複数の前記転送電極のうち、０Ｖを印加した前記転送電極を挟んで一方の前記転送電極に前記正の電圧と前記負の電圧をその順に繰り返し印加させ、他方の前記転送電極に前記負の電圧と前記正の電圧をその順に繰り返し印加させることができる。
【００１５】
前記制御部には、Ｎ個の前記センサ部から読み出された前記電荷を１つの前記パケットに蓄積して転送する場合、Ｎ回目の読み出しを行った後に、前記正の電圧と前記負の電圧を繰り返し印加させることができる。
【００１６】
前記制御部には、前記正の電圧と前記負の電圧を印加することを、予め設定された回数だけ繰り返させることができる。
【００１７】
前記制御部には、前記正の電圧と前記負の電圧を印加することを、余剰電荷量に応じた回数だけ繰り返させることができる。
【００１８】
本技術の一側面の撮像方法は、入射した光の光電変換を複数のセンサ部において行い、前記センサ部から読み出された電荷を、転送チャネル領域に形成されたパケットに蓄積して、前記転送チャネル領域と転送電極からなる垂直転送部を介して垂直方向に転送し、前記垂直転送部から転送されてきた前記電荷を水平転送部を介して水平方向に転送し、前記パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に、０Ｖを超える正の電圧と、負の電圧とを繰り返し印加するステップを含む。
【００１９】
本技術の他の側面の撮像素子は、入射した光の光電変換を行う複数のセンサ部と、転送チャネル領域と転送電極からなり、前記センサ部から読み出された電荷を前記転送チャネル領域に形成されたパケットに蓄積して垂直方向に転送する、前記パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に０Ｖを超える正の電圧と負の電圧とが繰り返し印加される垂直転送部と、前記垂直転送部から転送されてきた前記電荷を水平方向に転送する水平転送部とを備える。
【００２０】
本技術においては、パケットが形成された転送チャネル領域上の転送電極に、０Ｖを超える正の電圧と、負の電圧とが繰り返し印加される。
【発明の効果】
【００２１】
本技術によれば、転送レジスタでの電荷溢れの影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本技術の一実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の構成例を示す図である。
【図３】１画素の断面を示す図である。
【図４】HD動画の撮影モード時における撮像素子の読み出し動作の例を示す図である。
【図５】撮像素子の読み出し動作のタイミングを示すポテンシャル図である。
【図６】図５の時刻ｔ１０以降を拡大して示す図である。
【図７】電圧Ｖφの変化をまとめて示す図である。
【図８】空パケット内で余剰電荷を消失させることの原理を示す図である。
【図９】空パケット内で余剰電荷を消失させることの効果を示す図である。
【図１０】撮像装置の制御処理について説明するフローチャートである。
【図１１】撮像素子の読み出し動作のタイミングを示す他のポテンシャル図である。
【図１２】電圧Ｖφの変化をまとめて示す他の図である。
【図１３】撮像装置の他の制御処理について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本技術を実施するための形態について説明する。説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（空パケット内で余剰電荷を消失させる例）
２．第２の実施の形態（信号パケット内で余剰電荷を消失させる例）
【００２４】
＜第１の実施の形態（空パケット内で余剰電荷を消失させる例）＞
［撮像装置の構成例］
図１は、本技術の一実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【００２５】
撮像装置１は、撮像ユニット１１、操作部１２、制御部１３、画像処理部１４、表示部１５、コーデック処理部１６、および記録部１７から構成される。撮像ユニット１１は、レンズ部３１、撮像素子３２、A/D(Analog/Digital)変換部３３、および駆動制御部３４から構成される。撮像装置１は、撮影モードとしてHD動画の撮影モードを有する。
【００２６】
撮像ユニット１１のレンズ部３１は、レンズ等の撮像光学系などから構成される。レンズ部３１は、制御部１３による制御に従って駆動し、被写体からの光を撮像素子３２に導く。
【００２７】
撮像素子３２は、CCDなどの固体撮像素子である。撮像素子３２は、レンズ部３１からの光の光電変換を行い、光の強度に応じた信号をA/D変換部３３に出力する。
【００２８】
A/D変換部３３は、撮像素子３２から供給された信号に対してA/D変換を行い、画像信号を画像処理部１４に出力する。
【００２９】
駆動制御部３４は、制御部１３による制御に従って撮像素子３２の動作を制御する。駆動制御部３４により、撮像素子３２を構成する各画素からの電荷の読み出し、画素から読み出された電荷の転送、電子シャッタのオン／オフ（閉じた状態／開いた状態）などが制御される。
【００３０】
操作部１２は、ボタンやタッチパネルなどより構成され、ユーザによる操作の内容を表す信号を制御部１３に出力する。
【００３１】
制御部１３は、操作部１２から供給された信号に基づいて、撮像ユニット１１、画像処理部１４、表示部１５、コーデック処理部１６、および記録部１７の各部を制御する。
【００３２】
画像処理部１４は、A/D変換部３３から供給された画像信号に対して、ホワイトバランス調整処理、デモザイク処理などの各種の画像処理を施す。画像処理部１４は、画像処理を施すことによって得られた画像信号を表示部１５とコーデック処理部１６に出力する。
【００３３】
表示部１５は液晶ディスプレイなどよりなり、画像処理部１４から供給された画像信号に基づいて画像を表示する。
【００３４】
コーデック処理部１６は、画像処理部１４からの画像信号に対して符号化処理を施し、画像データを記録部１７に供給する。
【００３５】
記録部１７はメモリカードなどよりなり、コーデック処理部１６から供給された画像データを記録する。
【００３６】
図２は、図１の撮像素子３２の構成例を示す図である。
【００３７】
撮像素子３２は、撮像部５１、水平転送部５２、およびFD(Floating Diffusion)部５３から構成される。
【００３８】
撮像部５１は、各画素を構成するフォトダイオードであるセンサ部６１がマトリクス状に配列されることによって構成される。図２の例においては、センサ部６１の列であるセンサ列６１−１乃至６１−ｍが設けられ、各センサ列に対して垂直転送部６２−１乃至６２−ｍが設けられる。以下、適宜、垂直転送部６２−１乃至６２−ｍを区別する必要がない場合、単に、垂直転送部６２という。
【００３９】
センサ部６１は、入射した光の光電変換を行い、光電変換を行うことによって得られた電荷を蓄積する。センサ部６１に蓄積された電荷は、駆動制御部３４による制御に従って、対応する垂直転送部６２に読み出される。
【００４０】
垂直転送部６２は、センサ部６１から読み出した電荷を垂直方向に転送し、水平転送部５２に出力する。垂直転送部６２は、電荷転送チャネル領域と、電荷転送チャネル領域上の転送電極から構成される。センサ部６１からの電荷の読み出しと読み出された電荷の転送は、転送電極に電圧Ｖφが印加されることによって実現される。
【００４１】
電圧Ｖφとして、例えば、負電圧ＶＬ、０Ｖ、正電圧である読み出し電圧ＶＴおよび電源電圧ＶＤＤが印加される。負電圧ＶＬは０Ｖ未満の電圧であり、例えば−６．５Ｖが用いられる。読み出し電圧ＶＴおよび電源電圧ＶＤＤは０Ｖを超える電圧であり、例えば１３Ｖが用いられる。電源電圧ＶＤＤは撮像素子３２の電源電圧である。
【００４２】
水平転送部５２は、駆動制御部３４から電圧Ｈφが印加されることに応じて、垂直転送部６２から転送されてきた電荷を水平方向に転送する。水平転送部５２により転送された電荷はFD部５３に出力される。
【００４３】
FD部５３は、水平転送部５２から供給された電荷を電圧に変換し、電圧の変化に応じた信号をA/D変換部３３に出力する。
【００４４】
［垂直転送部のポテンシャルについて］
図３は、撮像部５１を構成する１画素の断面を示す図である。図３の横方向が図２の水平方向に対応し、奥行き方向が図２の垂直方向に対応する。
【００４５】
図３Ａに示すように、センサ部６１と、垂直転送部６２を構成する電荷転送チャネル領域８２は基板８１内部の表面近傍に設けられる。基板８１上の位置であって、電荷転送チャネル領域８２の上には転送電極８３が設けられる。転送電極８３は遮光膜８４により覆われる。
【００４６】
図３Ａでは１つのセンサ部６１に対して１つの転送電極８３しか示していないが、実際には、１つのセンサ部６１に対して２つの転送電極８３が垂直方向に並べて設けられる。
【００４７】
電圧Ｖφとして負電圧ＶＬが転送電極８３に印加された場合、図３Ａに示すように、電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは浅い状態になる。ポテンシャルが浅い状態の電荷転送チャネル領域８２は比較的狭い領域であり、電荷が溜まりにくい状態になる。
【００４８】
一方、電圧Ｖφとして０Ｖが転送電極８３に印加された場合、図３Ｂに示すように、電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは中間の状態になる。この中間の状態は、電圧Ｖφとして負電圧ＶＬが印加されている場合よりポテンシャルが深い状態である。ポテンシャルが中間の状態の電荷転送チャネル領域８２は比較的広い領域であり、電荷を溜めることが可能な状態になる。
【００４９】
このように、電荷を溜めることが可能な状態のポテンシャルを有する電荷転送チャネル領域８２により、いわゆるパケットが形成される。電荷転送チャネル領域８２に形成されたパケットにはセンサ部６１から読み出された電荷（信号電荷）が蓄積される。
【００５０】
電圧Ｖφとして読み出し電圧ＶＴが転送電極８３に印加された場合、電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは、中間の状態よりもさらに深い状態になる（図示せず）。電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルが深い状態にある場合、センサ部６１に蓄積されている電荷が読み出され、電荷転送チャネル領域８２に転送される。電荷転送チャネル領域８２に転送された電荷は、電圧Ｖφが読み出し電圧ＶＴから０Ｖに切り替えられることによって形成されたパケットに蓄積され、垂直方向に転送される。
【００５１】
［固体撮像素子の動作について］
図４は、HD動画の撮影モード（垂直２画素加算、垂直４／８ライン読出しモード）時における撮像素子３２の読み出し動作の例を示す図である。
【００５２】
図４には、図２のセンサ列６１−１乃至６１−ｍのうちのセンサ列６１−１乃至６１−３と、垂直転送部６２−１乃至６２−ｍのうちの垂直転送部６２−１乃至６２−３が示されている。
【００５３】
図４の各四角形は１つのセンサ部６１を表す。「Ｒ」，「Ｇ」，「Ｂ」は各画素の色を表す。例えばセンサ列６１−１はＧ画素を構成するセンサ部６１とＲ画素を構成するセンサ部６１が交互に並ぶことによって構成され、センサ列６１−２はＧ画素を構成するセンサ部６１とＢ画素を構成するセンサ部６１が交互に並ぶことによって構成される。図４には１列を構成する画素として３２画素が示されているが、３２画素を単位としてさらに多くの画素が設けられる。
【００５４】
図４の左側に下から順に並ぶ１〜３２の数字は画素のライン番号を示す。画素のライン番号を示す数字の隣に示すＶ７Ａ，Ｖ５Ａ等のアルファベットと数字の組み合わせは転送電極８３の電極名を示す。
【００５５】
上述したように１つの画素には２つの転送電極８３が設けられる。図示は省略しているが、例えば８ライン目の電極Ｖ１Ｃと７ライン目の電極Ｖ３Ｃの間には、８ライン目のＧ画素の転送電極８３として電極Ｖ２が設けられる。すなわち、図４には、１つの画素に設けられる２つの転送電極８３のうち、水平転送部５２から離れた位置にある、電極名に奇数を含む転送電極８３のみを示している。転送電極８３の並び順の詳細については図５に示す。
【００５６】
HD動画の撮影モード時の信号の読み出しは垂直２画素加算によって行われる。垂直２画素加算は、センサ部６１から信号を読み出し、その直後に、１回目の読み出し時に読み出した信号と同色の別の信号を読み出して、１回目の読み出し時に読み出した信号に加算する処理である。
【００５７】
具体的には、センサ列６１−１と垂直転送部６２−１からなる左端列の１〜８ライン目に注目すると、あるタイミングで、８ライン目のＧ画素と３ライン目のＲ画素を対象として１回目の読み出しが行われる。１回目の読み出しによって８ライン目のＧ画素から読み出された電荷と３ライン目のＲ画素から読み出された電荷は、矢印で示すようにそれぞれ垂直方向に転送される。
【００５８】
所定時間経過後、６ライン目のＧ画素と１ライン目のＲ画素を対象として２回目の読み出しが行われる。２回目の読み出しによって６ライン目のＧ画素から読み出された電荷は、１回目の読み出しによって８ライン目のＧ画素から読み出された電荷に加算され、垂直方向に転送される。また、１ライン目のＲ画素から読み出された電荷は、１回目の読み出しによって３ライン目のＲ画素から読み出された電荷に加算され、垂直方向に転送される。
【００５９】
センサ列６１−１と垂直転送部６２−１からなる左端列の他のラインにおいても、８ラインを単位として、垂直２画素加算による電荷の読み出しと転送が同様にして行われる。また、他の列においても、左端列と同様にして垂直２画素加算による電荷の読み出しと転送が行われる。
【００６０】
図５は、撮像素子３２の読み出し動作のタイミングを示すポテンシャル図である。
【００６１】
白抜き矢印で示すように、図５の右方向が、画素から読み出した電荷の転送方向（図４の下方向）に対応する。例えば、Ｒ６画素〜Ｇ２画素までの８画素の範囲＃１が、図４の左端列の１７〜２４ラインの範囲に対応し、Ｒ１０画素〜Ｇ６画素までの８画素の範囲＃２が、図４の左端列の９〜１６ラインの範囲に対応する。各画素には、アルファベットと奇数の組み合わせからなる電極名の転送電極８３と、アルファベットと偶数の組み合わせからなる電極名の転送電極８３が設けられる。
【００６２】
以下、主に、範囲＃１と範囲＃２の画素の読み出し動作について説明するが、他の範囲の画素においても同様の処理が行われる。
【００６３】
図５の例においては、時刻ｔ１に１回目の読み出しが行われ、時刻ｔ１１に２回目の読み出しが行われる。
【００６４】
時刻ｔ０において、電極Ｖ１Ｃ〜Ｖ４に０Ｖが印加され、対応する電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは中間の状態になる。また、電極Ｖ５Ｃ〜Ｖ７Ｃに負電圧ＶＬが印加され、対応する電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは浅い状態になる。電極Ｖ８Ｓ１〜Ｖ４に０Ｖが印加され、対応する電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは中間の状態になる。また、電極Ｖ５Ａ／Ｂ〜Ｖ７Ｂ／Ａに負電圧ＶＬが印加され、対応する電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは浅い状態になる。電極Ｖ８Ｓ２に０Ｖが印加され、対応する電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは中間の状態になる。
【００６５】
時刻ｔ１において、電極Ｖ１Ｃと電極Ｖ３Ｂ／Ａに読み出し電圧ＶＴが印加され、１回目の読み出しが行われる。読み出し電圧ＶＴが印加された電極Ｖ１Ｃと電極Ｖ３Ｂ／Ａの下の電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは深い状態になる。
【００６６】
範囲＃１においては、Ｇ２画素とＲ５画素から電荷が読み出される。Ｇ２画素から読み出された電荷は、読み出し電圧ＶＴが印加された電極Ｖ１Ｃの下に蓄積される。また、Ｒ５画素から読み出された電荷は、読み出し電圧ＶＴが印加された電極Ｖ３Ｂの下に蓄積される。図５において、斜線や影を付して示す部分は電荷が蓄積されている部分を示す。図６等においても同様である。
【００６７】
範囲＃２においては、Ｇ６画素とＲ９画素から電荷が読み出される。Ｇ６画素から読み出された電荷は、読み出し電圧ＶＴが印加された電極Ｖ１Ｃの下に蓄積され、Ｒ９画素から読み出された電荷は、読み出し電圧ＶＴが印加された電極Ｖ３Ａの下に蓄積される。
【００６８】
１回目の読み出しにより読み出された電荷は、時刻ｔ５までの間、同じ位置の電荷転送チャネル領域８２に蓄積される。時刻ｔ２において、電極Ｖ８Ｓ１／Ｓ２の電圧Ｖφが０Ｖから負電圧ＶＬに切り替えられ、時刻ｔ３において、電極Ｖ４の電圧Ｖφが０Ｖから負電圧ＶＬに切り替えられる。時刻ｔ４において、電極Ｖ４の電圧Ｖφが負電圧ＶＬから０Ｖに切り替えられ、時刻ｔ５において、電極Ｖ５Ｃ／Ａ／Ｂの電圧Ｖφが負電圧ＶＬから０Ｖに切り替えられる。
【００６９】
時刻ｔ６において、電極Ｖ１Ｃ、Ｖ３Ｂ／Ａの電圧Ｖφが読み出し電圧ＶＴから０Ｖに切り替えられる。０Ｖが印加された転送電極８３の下の電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは深い状態から中間の状態になる。
【００７０】
範囲＃１においては、１回目の読み出しによりＧ２画素から読み出された電荷が、電極Ｖ１Ｃ〜Ｖ５Ｃの下に形成されたパケットに拡散し、蓄積される。また、Ｒ５画素から読み出された電荷が、電極Ｖ１Ａ〜Ｖ５Ａの下に形成されたパケットに拡散し、蓄積される。
【００７１】
範囲＃２においては、１回目の読み出しによりＧ６画素から読み出された電荷が、電極Ｖ１Ｃ〜Ｖ５Ｃの下に形成されたパケットに拡散し、蓄積される。また、Ｒ９画素から読み出された電荷が、電極Ｖ１Ｂ〜Ｖ５Ｂの下に形成されたパケットに拡散し、蓄積される。
【００７２】
時刻ｔ７〜ｔ９において、１回目の読み出しによって得られた電荷が、同色の隣の画素の位置まで転送される。
【００７３】
図６は、図５の時刻ｔ１０以降を拡大して示す図である。
【００７４】
時刻ｔ１０において、電極Ｖ８Ｓ１／Ｓ２の電圧Ｖφが０Ｖから負電圧ＶＬに切り替えられる。
【００７５】
範囲＃１においては、１回目の読み出しによりＧ２画素から読み出された電荷が、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｃの下に形成されたパケットに蓄積された状態になる。また、Ｒ５画素から読み出された電荷が、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｂの下に形成されたパケットに蓄積された状態になる。
【００７６】
範囲＃２においては、１回目の読み出しによりＧ６画素から読み出された電荷が、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｃの下に形成されたパケットに蓄積された状態になる。また、Ｒ９画素から読み出された電荷が、電極Ｖ４〜Ｖ７Ａの下に形成されたパケットに蓄積された状態になる。
【００７７】
時刻ｔ１１において、電極Ｖ５Ｃと電極Ｖ７Ｂ／Ａに読み出し電圧ＶＴが印加され、２回目の読み出しが行われる。読み出し電圧ＶＴが印加された電極Ｖ５Ｃと電極Ｖ７Ｂ／Ａの下の電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは深い状態になる。
【００７８】
範囲＃１においては、Ｇ３画素とＲ６画素から電荷が読み出される。Ｇ３画素から読み出された電荷は、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｃの下に形成されたパケットに蓄積されている、Ｇ２画素から読み出された電荷に加算される。また、Ｒ６画素から読み出された電荷は、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｂの下に形成されたパケットに蓄積されている、Ｒ５画素から読み出された電荷に加算される。
【００７９】
範囲＃２においては、Ｇ７画素とＲ１０画素から電荷が読み出される。Ｇ７画素から読み出された電荷は、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｃの下に形成されたパケットに蓄積されている、Ｇ６画素から読み出された電荷に加算される。また、Ｒ１０画素から読み出された電荷は、電極Ｖ４〜Ｖ７Ａの下に形成されたパケットに蓄積されている、Ｒ９画素から読み出された電荷に加算される。
【００８０】
また、２回目の読み出しが行われるのと同時に、２回目の読み出しによって得られた電荷を１回目の読み出しによって得られた電荷に加算することによって溢れる余剰電荷を受けるためのパケットが、転送方向を基準として後方に形成される。
【００８１】
以下、適宜、画素から読み出した電荷を直接蓄積するためのパケットを信号パケットといい、信号パケットから溢れた電荷を受けるためのパケットを空パケットという。２回目の読み出しタイミングの前に空パケットが形成されるようにしてもよい。
【００８２】
すなわち、範囲＃１においては、電極Ｖ１Ｃ，Ｖ２の電圧Ｖφが負電圧ＶＬから０Ｖに切り替えられることに応じて、破線円Ｃ１で囲んで示すように、電極Ｖ１Ｃ，Ｖ２の下に空パケットが形成される。電極Ｖ１Ｃ，Ｖ２の下に形成された空パケットは、転送方向を基準として前にある、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｃの下に形成された信号パケットから溢れた余剰電荷を蓄積するパケットである。
【００８３】
また、電極Ｖ１Ａ，Ｖ２の電圧Ｖφが負電圧ＶＬから０Ｖに切り替えられることに応じて、破線円Ｃ２で囲んで示すように、電極Ｖ１Ａ，Ｖ２の下に空パケットが形成される。電極Ｖ１Ａ，Ｖ２の下に形成された空パケットは、転送方向を基準として前にある、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｂの下に形成された信号パケットから溢れた余剰電荷を蓄積するパケットである。
【００８４】
範囲＃２においては、電極Ｖ１Ｃ，Ｖ２の電圧Ｖφが負電圧ＶＬから０Ｖに切り替えられることに応じて、破線円Ｃ３で囲んで示すように、電極Ｖ１Ｃ，Ｖ２の下に空パケットが形成される。電極Ｖ１Ｃ，Ｖ２の下に形成された空パケットは、転送方向を基準として前にある、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｃの下に形成された信号パケットから溢れた余剰電荷を蓄積するパケットである。
【００８５】
また、電極Ｖ１Ｂ，Ｖ２の電圧Ｖφが負電圧ＶＬから０Ｖに切り替えられることに応じて、破線円Ｃ４で囲んで示すように、電極Ｖ１Ｂ，Ｖ２の下に空パケットが形成される。電極Ｖ１Ｂ，Ｖ２の下に形成された空パケットは、転送方向を基準として前にある、電極Ｖ４〜Ｖ７Ａの下に形成された信号パケットから溢れた余剰電荷を蓄積するパケットである。
【００８６】
図６においては、２つの転送電極８３を用いて空パケットが形成されるものとしたが、３つ以上の転送電極８３を用いて空パケットが形成されるようにしてもよい。
【００８７】
時刻ｔ１２において、電極Ｖ５Ｃ、Ｖ７Ｂ／Ａの電圧Ｖφが読み出し電圧ＶＴから０Ｖに切り替えられる。また、空パケットの上にある２つの転送電極８３のうちの例えば奇数番目の転送電極８３の電圧Ｖφが、０Ｖから電源電圧ＶＤＤに切り替えられる。電源電圧ＶＤＤを印加する際、センサ部６１からの読み出しを防ぐために電子シャッタはオンの状態になる。
【００８８】
このとき、範囲＃１においては、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｃの下に形成された信号パケットから溢れた余剰電荷が、電極Ｖ１Ｃと電極Ｖ２の下に形成された空パケットに蓄積される。また、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｂの下に形成された信号パケットから溢れた余剰電荷が、電極Ｖ１Ａと電極Ｖ２の下に形成された空パケットに蓄積される。
【００８９】
範囲＃２においては、電極Ｖ４〜Ｖ７Ｃの下に形成された信号パケットから溢れた余剰電荷が、電極Ｖ１Ｃと電極Ｖ２の下に形成された空パケットに蓄積される。また、電極Ｖ４〜Ｖ７Ａの下に形成された信号パケットから溢れた余剰電荷が、電極Ｖ１Ｂと電極Ｖ２の下に形成された空パケットに蓄積される。
【００９０】
電圧Ｖφを読み出し電圧ＶＴから０Ｖに切り替えた場合、信号パケットの容量が小さくなり、２回目の読み出しにより読み出された電荷量が多いときには、信号パケットの容量を超える分の電荷が余剰電荷となって信号パケットから溢れることがある。信号パケットの後方に空パケットを用意しておくことによって、信号パケットから溢れた余剰電荷を空パケットで受け止めることができ、他の信号パケットに混入してしまうことを防ぐことが可能になる。
【００９１】
また、大きな電圧である電源電圧ＶＤＤを空パケットの上の転送電極８３に印加することによって、空パケットの容量を大きくすることができ、多くの余剰電荷を受け止めることが可能になる。すなわち、空パケットの容量が小さい場合、余剰電荷を受け止めきれず、余剰電荷が空パケットからも溢れてしまう恐れがあるが、これを抑えることが可能になる。
【００９２】
さらに、電源電圧ＶＤＤを印加することによって、空パケット内で起こる表面順位への電子トラップの確率を高めることができる。電子トラップの確率を高めることによって、価電子帯のホールと再結合する余剰電荷を増やすことができ、余剰電荷を効率的に消失させることが可能になる。余剰電荷の消失については図８を参照して後述する。
【００９３】
空パケットの上の転送電極８３に電源電圧ＶＤＤを印加するタイミングは、２回目の読み出しのために印加した読み出し電圧ＶＴを０Ｖに切り替えるタイミングの直前であってもよいし、同時であってもよい。また、空パケットの上の転送電極８３に印加する電圧が電源電圧ＶＤＤであるとしたが、０Ｖを超える正電圧であればどのような電圧であってもよい。
【００９４】
時刻ｔ１３において、電極Ｖ１Ｃ／Ａ／Ｂの電圧Ｖφが電源電圧ＶＤＤから負電圧ＶＬに切り替えられ、電極Ｖ３Ｃ／Ｂ／Ａの電圧Ｖφが負電圧ＶＬから電源電圧ＶＤＤに切り替えられる。また、電極Ｖ４の電圧Ｖφが０Ｖから負電圧ＶＬに切り替えられ、電極Ｖ８Ｓ１／Ｓ２の電圧Ｖφが負電圧ＶＬから０Ｖに切り替えられる。
【００９５】
電源電圧ＶＤＤが印加される転送電極８３が切り替わることによって、空パケットを形成する２つの転送電極８３の下の電荷転送チャネル領域８２のうち、右側の電荷転送チャネル領域８２の方が、ポテンシャルが深くなる。これにより、左側の電荷転送チャネル領域８２に蓄積されていた余剰電荷は、ポテンシャルが深い右側の電荷転送チャネル領域８２に移動する。
【００９６】
時刻ｔ１４以降、時刻ｔ１２の動作と時刻ｔ１３の動作が所定の回数だけ繰り返される。すなわち、電源電圧ＶＤＤを印加する転送電極８３を切り替えることが所定の回数だけ繰り返される。
【００９７】
図７は、電極Ｖ１Ｃ，Ｖ２，Ｖ３Ｃの電圧Ｖφの変化をまとめて示す図である。
【００９８】
図７に示すように、時刻ｔ１２以降、０Ｖが印加され続ける電極Ｖ２を挟んで一方の転送電極８３である電極Ｖ１Ｃには電源電圧ＶＤＤと負電圧ＶＬがその順に交互に印加される。また、他方の転送電極８３である電極Ｖ３Ｃには負電圧ＶＬと電源電圧ＶＤＤがその順に交互に印加される。
【００９９】
このように、空パケットを形成する隣接する転送電極８３のうち、所定の転送電極８３を挟んで一方の転送電極８３と他方の転送電極８３の電圧Ｖφを互い違いに上下させる、いわばシーソーの動きに似た電圧Ｖφの制御が行われる。以下、適宜、一方の転送電極８３と他方の転送電極８３の電圧Ｖφを互い違いに上下させる動作をシーソー動作という。
【０１００】
例えば、余剰電荷が完全に消失するまで、シーソー動作が繰り返される。この場合、余剰電荷が完全に消失すると想定される回数が例えば駆動制御部３４に予め設定される。完全に消失するまで繰り返すのではなく、少なくとも、シーソー動作を停止したときに空パケットから余剰電荷が溢れなくなる回数だけ、シーソー動作が繰り返されるようにすればよい。
【０１０１】
図６に示すように、シーソー動作が所定の回数だけ繰り返された後の時刻ｔＮにおいては、信号パケットと空パケットの上の転送電極８３に０Ｖが印加された状態になる。
【０１０２】
その後、２つの画素から読み出された信号パケット内の信号は、水平転送部５２まで１段毎に転送される。また、水平転送部５２を介してFD部５３に供給され、FD部５３において電圧に変換される。
【０１０３】
空パケットに蓄積された余剰電荷は、水平転送部５２に転送されるまでの間に信号パケット内の電荷に加えられるようにしてもよいし、垂直転送部６２から水平転送部５２までの間に設けられたドレインに捨てられるようにしてもよい。
【０１０４】
［余剰電荷の消失原理について］
図８は、空パケット内で余剰電荷を消失させることができる原理について説明する図である。
【０１０５】
図８Ａは、電極Ｖ１に負電圧ＶＬが印加され、電極Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に０Ｖが印加されている場合の電荷の状態を示している。この場合、電極Ｖ１の下の価電子帯にはホールが生じる。また、電極Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の下に形成されたパケット内の電荷のうちのいくつかが、矢印で示すようにSi表面にトラップする。
【０１０６】
図７Ｂは、電極Ｖ３の電圧が０Ｖから負電圧ＶＬに切り替わり、転送中の電荷の状態を示している。この場合、図７Ａのときにトラップしていた電荷（トラップ電子）が価電子帯のホールと再結合し、消失する。
【０１０７】
このように、転送電極の電圧が０Ｖから負電圧ＶＬに切り替わったときにその前にパケットに蓄積されていた電荷の一部が消失するといった現象を利用することによって、空パケットで受け止めた余剰電荷を消失させることが可能になる。上述したシーソー動作を繰り返すことによって、空パケット内で余剰電荷を徐々に消失させることができる。
【０１０８】
図９は、空パケットで受け止めた余剰電荷を消失させることの効果について説明する図である。
【０１０９】
図９の時刻ｔ３０〜ｔ３９の動作は、図５の時刻ｔ０〜ｔ９の動作と同じである。時刻ｔ４０において２回目の読み出しを行い、時刻ｔ４１において電極Ｖ４に印加する電圧を０Ｖから負電圧ＶＬに切り替えたとき、矢印＃１１乃至＃１６に示すように信号パケットから余剰電荷が溢れることがある。
【０１１０】
信号パケットの後方に空パケットを設け、空パケットで余剰電荷を受け止めるようにすることにより、信号パケットから溢れた余剰電荷が後方の信号パケットに混入してしまうことを防ぐことが可能になる。
【０１１１】
［撮像装置の撮像動作について］
ここで、図１０のフローチャートを参照して、電荷の垂直方向の転送を制御する撮像装置１の処理について説明する。
【０１１２】
ステップＳ１において、駆動制御部３４は、電圧Ｖφを制御することによって信号パケットを形成させる。ステップＳ１の処理が、図５の時刻ｔ０の処理に対応する。
【０１１３】
ステップＳ２において、駆動制御部３４は、読み出し対象となる画素の転送電極８３に読み出し電圧ＶＴを印加し、電荷を読み出させる。ステップＳ２の処理が、図５の時刻ｔ１の処理に対応する。
【０１１４】
ステップＳ３において、駆動制御部３４は、各転送電極８３に印加する電圧Ｖφを切り替え、１回目の読み出しによって読み出された電荷を垂直方向に転送する。
【０１１５】
ステップＳ４において、駆動制御部３４は、２回目の読み出しタイミングになったか否かを判定し、２回目の読み出しタイミングになっていないと判定した場合、ステップＳ３の処理を繰り返す。１回目の読み出しによって読み出された電荷の転送が開始されてからステップＳ４において２回目の読み出しタイミングになったと判定されるまでの処理が、図５の時刻ｔ２〜ｔ１０の処理に対応する。
【０１１６】
２回目の読み出しタイミングになったとステップＳ４において判定した場合、ステップＳ５において、駆動制御部３４は、電圧Ｖφを制御することによって信号パケットの後方に空パケットを形成する。また、駆動制御部３４は、読み出し対象となる画素の転送電極８３に読み出し電圧ＶＴを印加し、電荷を読み出させる。ステップＳ５の処理が、図５と図６の時刻ｔ１１の処理に対応する。
【０１１７】
ステップＳ６において、駆動制御部３４は、電子シャッタをオンにするとともに、空パケットの上の転送電極８３に電源電圧ＶＤＤを印加する。ステップＳ６の処理が、図５と図６の時刻ｔ１２の処理に対応する。
【０１１８】
ステップＳ７において、駆動制御部３４は、空パケットを形成する一方の転送電極８３の電圧Ｖφを電源電圧ＶＤＤから負電圧ＶＬに切り替えるとともに他方の転送電極８３の電圧Ｖφを負電圧ＶＬから電源電圧ＶＤＤに切り替えてシーソー動作を行う。
【０１１９】
ステップＳ８において、駆動制御部３４は、シーソー動作を所定の回数だけ行ったか否かを判定する。シーソー動作を所定の回数だけ行っていないとステップＳ８において判定した場合、駆動制御部３４はステップＳ７の処理を繰り返す。空パケット上の転送電極８３に電源電圧ＶＤＤを最初に印加してからステップＳ８においてシーソー動作を所定の回数だけ行ったと判定するまでの処理が、図５の時刻ｔ１２〜ｔＮ−１の処理に対応する。
【０１２０】
シーソー動作を所定の回数だけ行ったとステップＳ８において判定した場合、ステップＳ９において、駆動制御部３４は、信号パケットに蓄積された電荷を水平転送部５２に向けて転送する。水平転送部５２に転送された電荷は水平転送部５２を介してFD部５３に転送され、FD部５３において電圧に変換される。電圧に変換することによって得られた信号がFD部５３からA/D変換部３３（図１）に出力され、それ以降の処理が各部において行われる。
【０１２１】
以上の処理が、撮像部５１を構成する各画素列において繰り返し行われる。これにより、信号パケットから溢れた余剰電荷が他の信号パケットに混入することを防ぐことができ、ノイズのない信号を得ることが可能になる。
【０１２２】
＜第２の実施の形態（信号パケット内で余剰電荷を消失させる例）＞
以上においては、シーソー動作を空パケット内で行う場合について説明したが、シーソー動作を信号パケット内で行い、余剰電荷を信号パケット内で消失させることも可能である。
【０１２３】
図１１は、信号パケット内で余剰電荷を消失させる場合の撮像素子３２の読み出し動作のタイミングを示すポテンシャル図である。
【０１２４】
図１１の例においては、時刻ｔ１に１回目の読み出しが行われ、時刻ｔ１０に２回目の読み出しが行われる。時刻ｔ０〜ｔ９の動作は、図５を参照して説明した時刻ｔ０〜ｔ９の動作と同じである。
【０１２５】
時刻ｔ９において、１回目の読み出しによって読み出された電荷が信号パケットに蓄積された状態になる。範囲＃１においては、１回目の読み出しによりＧ２画素から読み出された電荷が、電極Ｖ４〜Ｖ８Ｓ１の下に形成された信号パケットに蓄積される。また、Ｒ５画素から読み出された電荷が、電極Ｖ４〜Ｖ８Ｓ２の下に形成された信号パケットに蓄積される。
【０１２６】
範囲＃２においては、１回目の読み出しによりＧ６画素から読み出された電荷が、電極Ｖ４〜Ｖ８Ｓ１の下に形成されたパケットに蓄積される。また、Ｒ９画素から読み出された電荷が、電極Ｖ４〜Ｖ８Ｓ２の下に形成されたパケットに蓄積される。
【０１２７】
時刻ｔ１０において、電極Ｖ５Ｃと電極Ｖ７Ｂ／Ａに読み出し電圧ＶＴが印加され、２回目の読み出しが行われる。読み出し電圧ＶＴが印加された電極Ｖ５Ｃと電極Ｖ７Ｂ／Ａの下の電荷転送チャネル領域８２のポテンシャルは深い状態になる。
【０１２８】
範囲＃１においては、Ｇ３画素とＲ６画素から電荷が読み出される。Ｇ３画素から読み出された電荷は、電極Ｖ４〜Ｖ８Ｓ１の下に形成された信号パケットに蓄積されている、Ｇ２画素から読み出された電荷に加算される。また、Ｒ６画素から読み出された電荷は、電極Ｖ４〜Ｖ８Ｓ２の下に形成された信号パケットに蓄積されている、Ｒ５画素から読み出された電荷に加算される。
【０１２９】
範囲＃２においては、Ｇ７画素とＲ１０画素から電荷が読み出される。Ｇ７画素から読み出された電荷は、電極Ｖ４〜Ｖ８Ｓ１の下に形成された信号パケットに蓄積されている、Ｇ６画素から読み出された電荷に加算される。また、Ｒ１０画素から読み出された電荷は、電極Ｖ４〜Ｖ８Ｓ２の下に形成された信号パケットに蓄積されている、Ｒ９画素から読み出された電荷に加算される。
【０１３０】
時刻ｔ１１において、電極Ｖ５Ｃ、Ｖ７Ｂ／Ａの電圧Ｖφが読み出し電圧ＶＴから負電圧ＶＬに切り替えられる。これにより、電極Ｖ５Ｃ、Ｖ７Ｂ／Ａのそれぞれの下の電荷転送チャネル領域８２において、図８を参照して説明した現象を利用して余剰電荷を消失させることができる。
【０１３１】
また、時刻ｔ１１において、電極Ｖ５Ｃ、Ｖ７Ｂ／Ａの電圧Ｖφが読み出し電圧ＶＴから負電圧ＶＬに切り替わる前に、信号パケット上の転送電極８３のうちの１つである電極Ｖ７Ｃ、Ｖ５Ａ／Ｂの電圧Ｖφが０Ｖから電源電圧ＶＤＤに切り替えられる。これにより、電極Ｖ５Ｃ、Ｖ７Ｂ／Ａの電圧Ｖφが読み出し電圧ＶＴから負電圧ＶＬに切り替わることによって信号パケットの容量が小さくなり、信号パケットから電荷が溢れてしまうことを防ぐことができる。また、電源電圧ＶＤＤを印加することによって、空パケット内で起こる表面順位への電子トラップの確率を高めることができる。電源電圧ＶＤＤを印加する際、センサ部６１からの読み出しを防ぐために電子シャッタはオンの状態になる。
【０１３２】
時刻ｔ１２において、電極Ｖ７Ｃ、Ｖ５Ａ／Ｂの電圧Ｖφが電源電圧ＶＤＤから負電圧ＶＬに切り替えられる。また、電極Ｖ７Ｃ、Ｖ５Ａ／Ｂの電圧Ｖφが電源電圧ＶＤＤから負電圧ＶＬに切り替わる前に、信号パケット上の転送電極８３のうちの１つである電極Ｖ５Ｃ、Ｖ７Ｂ／Ａの電圧Ｖφが負電圧ＶＬから電源電圧ＶＤＤに切り替えられる。
【０１３３】
時刻ｔ１３以降、時刻ｔ１１の動作と時刻ｔ１２の動作が所定の回数だけ繰り返される。すなわち、シーソー動作が信号パケット内で繰り返されることになる。
【０１３４】
図１２は、電極Ｖ５Ｃ，Ｖ６，Ｖ７Ｃの電圧Ｖφの変化をまとめて示す図である。
【０１３５】
図１２に示すように、時刻ｔ１１以降、０Ｖが印加され続ける電極Ｖ６を挟んで一方の転送電極８３である電極Ｖ５Ｃには負電圧ＶＬと電源電圧ＶＤＤがその順に交互に印加される。また、他方の転送電極８３である電極Ｖ７Ｃには電源電圧ＶＤＤと負電圧ＶＬがその順に交互に印加される。
【０１３６】
例えば、余剰電荷が完全に消失するまで、シーソー動作が繰り返される。余剰電荷の量は、２回目の読み出しが行われた後に検出された信号パケット内の電荷量と信号パケットの容量から求められるようにしてもよいし、撮像素子３２に入射した光の量から推測して求められるようにしてもよい。
【０１３７】
図１１に示すように、シーソー動作が所定の回数だけ繰り返された後の時刻ｔＮにおいては、信号パケットの上の転送電極８３に０Ｖが印加された状態になる。
【０１３８】
このように、シーソー動作を繰り返すことによって信号パケット内で余剰電荷の表面順位トラップとトラップ電子とホールとの再結合を起こさせ、信号パケット内で余剰電荷を消失させるようにすることも可能である。
【０１３９】
［撮像装置の撮像動作について］
ここで、図１３のフローチャートを参照して、信号パケット内で余剰電荷を消失させる場合の撮像装置１の処理について説明する。
【０１４０】
ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理は、図１０のステップＳ１〜Ｓ４の処理と同様である。すなわち、駆動制御部３４は、ステップＳ２１において信号パケットを形成し、ステップＳ２２において、読み出し対象となる画素の転送電極８３に読み出し電圧ＶＴを印加して電荷を読み出させる。駆動制御部３４は、ステップＳ２３において、１回目の読み出しによって読み出された電荷を垂直方向に転送し、ステップＳ２４において、２回目の読み出しタイミングになったか否かを判定する。
【０１４１】
２回目の読み出しタイミングになったとステップＳ２４において判定した場合、ステップＳ２５において、駆動制御部３４は、読み出し対象となる画素の転送電極８３に読み出し電圧ＶＴを印加し、電荷を読み出させる。ステップＳ２５の処理が、図１１の時刻ｔ１０の処理に対応する。
【０１４２】
ステップＳ２６において、駆動制御部３４は、電子シャッタをオンにするとともに、信号パケットの上の転送電極８３に電源電圧ＶＤＤを印加する。ステップＳ２６の処理が、図１１の時刻ｔ１２の処理に対応する。
【０１４３】
ステップＳ２７において、駆動制御部３４は、信号パケット上の一方の転送電極８３の電圧Ｖφを電源電圧ＶＤＤから負電圧ＶＬに切り替えるとともに他方の転送電極８３の電圧Ｖφを負電圧ＶＬから電源電圧ＶＤＤに切り替えてシーソー動作を行う。
【０１４４】
ステップＳ２８において、駆動制御部３４は、シーソー動作を所定の回数だけ行ったか否かを判定する。シーソー動作を所定の回数だけ行っていないとステップＳ２８において判定した場合、駆動制御部３４はステップＳ２７の処理を繰り返す。信号パケット上の転送電極８３に電源電圧ＶＤＤを最初に印加してからステップＳ２８においてシーソー動作を所定の回数だけ行ったと判定するまでの処理が、図１１の時刻ｔ１１〜ｔＮ−１の処理に対応する。
【０１４５】
シーソー動作を所定の回数だけ行ったとステップＳ２８において判定した場合、ステップＳ２９において、駆動制御部３４は、信号パケットに蓄積された電荷を水平転送部５２に向けて転送する。水平転送部５２に転送された電荷は水平転送部５２を介してFD部５３に転送され、FD部５３において電圧に変換される。電圧に変換することによって得られた信号がFD部５３からA/D変換部３３に出力され、それ以降の処理が各部において行われる。
【０１４６】
以上の処理が、撮像部５１を構成する各画素列において繰り返し行われる。これにより、信号パケットから溢れた余剰電荷が他の信号パケットに混入することを防ぐことができ、ノイズのない信号を得ることが可能になる。
【０１４７】
［変形例］
垂直２画素加算での読み出し時の処理について説明したが、上述したシーソー動作は、３つ以上の画素から読み出した電荷を加算して伝送する場合にも適用可能である。例えば３つの画素から読み出した電荷を加算して伝送する場合、３回目の読み出しが行われた後に、空パケット内または信号パケット内でシーソー動作が繰り返されることになる。
【０１４８】
シーソー動作を予め設定された回数だけ繰り返すのではなく、検出した余剰電荷の量に応じた回数だけ繰り返すようにしてもよい。
【０１４９】
また、以上においては、空パケット内または信号パケット内で余剰電荷を消失させる場合について説明したが、信号パケットの後方に空パケットを形成し、信号パケットと空パケットの双方で余剰電荷を消失させるようにしてもよい。
【０１５０】
［構成の組み合わせ例］
本技術は、以下のような構成をとることもできる。
【０１５１】
（１）
入射した光の光電変換を行う複数のセンサ部と、
転送チャネル領域と転送電極からなり、前記センサ部から読み出された電荷を、前記転送チャネル領域に形成されたパケットに蓄積して垂直方向に転送する垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送されてきた前記電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
前記パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に、０Ｖを超える正の電圧と、負の電圧とを繰り返し印加する制御部と
を備える撮像ユニット。
【０１５２】
（２）
前記制御部は、前記転送電極に印加する電圧を制御することによって、前記センサ部から読み出された前記電荷を蓄積する前記パケットである信号パケットと、空パケットとを形成し、前記空パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に前記正の電圧と前記負の電圧とを繰り返し印加する
前記（１）に記載の撮像ユニット。
【０１５３】
（３）
前記制御部は、前記電荷の転送方向を基準として、前記信号パケットの後方に前記空パケットを形成する
前記（２）に記載の撮像ユニット。
【０１５４】
（４）
前記制御部は、前記転送電極に印加する電圧を制御することによって、前記センサ部から読み出された前記電荷を蓄積する前記パケットである信号パケットを形成し、前記信号パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に前記正の電圧と前記負の電圧とを繰り返し印加する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像ユニット。
【０１５５】
（５）
前記制御部は、前記正の電圧として、前記センサ部と前記垂直転送部と前記水平転送部を備える撮像素子の電源電圧を印加する
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の撮像ユニット。
【０１５６】
（６）
前記制御部は、前記正の電圧を印加する際、電子シャッタをオンにする
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の撮像ユニット。
【０１５７】
（７）
前記制御部は、隣接する複数の前記転送電極のうち、０Ｖを印加した前記転送電極を挟んで一方の前記転送電極に前記正の電圧と前記負の電圧をその順に繰り返し印加し、他方の前記転送電極に前記負の電圧と前記正の電圧をその順に繰り返し印加する
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の撮像ユニット。
【０１５８】
（８）
前記制御部は、Ｎ個の前記センサ部から読み出された前記電荷を１つの前記パケットに蓄積して転送する場合、Ｎ回目の読み出しを行った後に、前記正の電圧と前記負の電圧を繰り返し印加する
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の撮像ユニット。
【０１５９】
（９）
前記制御部は、前記正の電圧と前記負の電圧を印加することを、予め設定された回数だけ繰り返す
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の撮像ユニット。
【０１６０】
（１０）
前記制御部は、前記正の電圧と前記負の電圧を印加することを、余剰電荷量に応じた回数だけ繰り返す
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の撮像ユニット。
【０１６１】
（１１）
入射した光の光電変換を複数のセンサ部において行い、
前記センサ部から読み出された電荷を、転送チャネル領域に形成されたパケットに蓄積して、前記転送チャネル領域と転送電極からなる垂直転送部を介して垂直方向に転送し、
前記垂直転送部から転送されてきた前記電荷を水平転送部を介して水平方向に転送し、
前記パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に、０Ｖを超える正の電圧と、負の電圧とを繰り返し印加する
ステップを含む撮像方法。
【０１６２】
（１２）
入射した光の光電変換を行う複数のセンサ部と、
転送チャネル領域と転送電極からなり、前記センサ部から読み出された電荷を前記転送チャネル領域に形成されたパケットに蓄積して垂直方向に転送する、前記パケットが形成された前記転送チャネル領域上の前記転送電極に０Ｖを超える正の電圧と負の電圧とが繰り返し印加される垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送されてきた前記電荷を水平方向に転送する水平転送部と
を備える撮像素子。
【符号の説明】
【０１６３】
１  撮像装置，  １１  撮像ユニット，  ３１  レンズ部，  ３２  撮像素子，  ３３  A/D変換部，  ３４  駆動制御部，  ５１  撮像部，  ５２  水平転送部，  ５３  FD部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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