(57)【要約】【課題】  水平画素加算して画像を取り込む際に、電荷転送路中の取り残し電荷に起因する画像品質の劣化を防止できる固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置を提供する。【解決手段】  光電変換素子を複数行、複数列に亘って行列状に配置した複数の光電変換部１０と、これら各光電変換部１０に隣接して設けられ各光電変換素子が発生した信号電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部２０と、各垂直転送部２０の列方向一端側に配置され該垂直転送部２０から転送されてくる信号電荷を一旦蓄積するラインメモリ３０と、ラインメモリ３０から選択的に信号電荷を読み出して行方向に転送する水平転送部４０と、を有する固体撮像素子の駆動方法であって、ラインメモリ３０の所定列から水平転送部４０への電荷読み出しが行われるときに、所定列に対応する水平転送部４０の電荷転送段に高レベルの電圧を印加するとともに、所定列以外の水平転送部４０の電荷転送段に低レベルの電圧を印加する。【選択図】  図３
2006333364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数行、複数列に亘って行列状に配列された各光電変換素子が発生する信号電荷を、前記光電変換素子の並びの列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向一端側に配置され該垂直転送部から転送されてくる前記信号電荷を一旦蓄積するラインメモリと、前記ラインメモリから選択的に前記信号電荷を読み出して行方向に転送する水平転送部と、を有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記水平転送部が、電荷転送方向上流側のバリア領域と下流側のウェル領域とを含む電荷転送段を複数有し、前記電荷転送段に蓄積される信号電荷を、前記電荷転送段それぞれに相対的に高レベルの電圧又は相対的に低レベルの電圧を印加することによって転送するに際して、
前記ラインメモリの所定列から水平転送部への電荷読み出しが行われるときに、前記所定列に対応する水平転送部の電荷転送段に高レベルの電圧を印加するとともに、前記所定列以外の水平転送部の電荷転送段に低レベルの電圧を印加することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記ラインメモリの一部から選択的に、前記水平転送部へ前記信号電荷を転送するステップと、
前記水平転送部に転送された信号電荷の一部を、前記水平転送部内で電荷転送方向下流側に転送するステップと、
前記ラインメモリの残部から選択的に前記水平転送部内に前記信号電荷を転送し、前記水平転送部内で転送された前記信号電荷の少なくとも一部に対して加算するステップとを含む固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
複数行、複数列に亘って行列状に配列された各光電変換素子が発生する信号電荷を、前記光電変換素子の並びの列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向一端側に配置され該垂直転送部から転送されてくる前記信号電荷を一旦蓄積するラインメモリと、前記ラインメモリから選択的に前記信号電荷を読み出して行方向に転送する水平転送部と、を有する固体撮像素子、及び該固体撮像素子に駆動信号を入力する駆動部とを備えた固体撮像装置であって、
前記水平転送部が、電荷転送方向上流側のバリア領域と下流側のウェル領域とを含む電荷転送段を複数有し、前記電荷転送段に蓄積される信号電荷を、前記電荷転送段それぞれに相対的に高レベルの電圧又は相対的に低レベルの電圧を印加することによって転送するに際して、前記ラインメモリの所定列から水平転送部への電荷読み出しが行われるときに、前記所定列に対応する水平転送部の電荷転送段に高レベルの電圧を印加するとともに、前記所定列以外の水平転送部の電荷転送段に低レベルの電圧を印加する駆動信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項３記載の固体撮像装置であって、
前記駆動部が、前記ラインメモリの一部から選択的に、前記水平転送部へ前記信号電荷を転送させ、前記水平転送部に転送された信号電荷の一部を、前記水平転送部内で電荷転送方向下流側に転送させ、前記ラインメモリの残部から選択的に前記水平転送部内に前記信号電荷を転送し、前記水平転送部内で転送された前記信号電荷の少なくとも一部に対して加算させることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子として、ＣＣＤを利用した電荷転送部によって信号電荷を転送し、撮像データを得るものが知られている。この固体撮像素子は、半導体基板表面に複数行、複数列に亘って行列状に配設された複数の光電変換素子からなる光電変換部と、光電変換部に隣接して設けられ光電変換素子の電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部と、垂直転送部からの電荷を行方向に転送する水平転送部と、水平転送部によって転送される電荷に応じた信号を出力する出力部とを有している。
【０００３】
垂直転送部を構成する第１のタイプの電荷転送素子は、不純物濃度がほぼ一定のｎ型電荷転送チャネルと、このチャネル上に膜厚がほぼ一定の絶縁膜を介して設けられた複数の電荷転送電極を含んで構成される。このタイプの電荷転送素子では、個々の電荷転送電極に印加する電圧の相対的な大小関係に応じて、相対的に高いレベルの電圧を印加した電極の下にはポテンシャル・ウェル領域（ウェル領域）が、相対的に低いレベルの電圧を印加した電極の下にはポテンシャル・バリア領域（バリア領域）が形成され、ウェル領域の上流側及び下流側にバリア領域を形成すれば、このウェル領域内に電荷を閉じこめることができる。
【０００４】
したがって、個々の電極に印加する電圧の高さを適宜制御することにより、２つのバリア領域によって挟まれたウェル領域を所望方向に順次移動させることができ、ウェル領域内の電荷を所望方向に転送することができる。
【０００５】
なお、本明細書においては、垂直転送部、水平転送部である電荷転送素子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。
【０００６】
以下の記載では、垂直転送部においては、１つの電荷転送電極とその下方に位置する電荷転送チャネルの一領域とによって構成される要素を、水平転送部においては、１つのｎ-型不純物添加領域型不純物添加領域とその下流側のｎ型不純物添加領域、及びそれらの上方に配置された電荷転送電極とによって構成される要素を、「電荷転送段」と記述する。
【０００７】
このような垂直転送部及び水平転送部を備えた固体撮像素子は、垂直転送部に読み出された信号電荷を水平転送部に転送し、水平転送部によって転送された信号電荷を電圧信号に変換して出力する。固体撮像素子によって静止画撮影を行う場合は、全ての光電変換素子からの信号電荷をそれぞれ画素信号として利用するが、固体撮像素子を用いた電子スチルカメラにおけるモニタモード（カメラのモニタに撮影画像を表示するモード）や、動画撮影モード（記録画素数が一般に少ない。）では、垂直方向及び水平方向に間引いた信号を得れば充分である。
【０００８】
垂直方向の間引きは、光電変換素子から垂直転送部への読み出しを間引いたり、垂直方向の複数の光電変換素子の電荷を垂直転送路で加算（混合）させたりすることによって実現される。また、水平方向の間引きは、垂直転送部と水平転送部との間に、信号電荷を一時蓄積するラインメモリを設け、垂直転送部から水平転送部への転送列を間引いたり、水平転送部で複数の垂直転送部から電荷を加算（混合）することによって実現される。信号電荷の加算を行うと、信号処理上１つの画素として扱われる信号量（電荷量）が増加しているので、撮影感度を向上させることができる。
【０００９】
水平転送部において信号電荷の加算を行う固体撮像素子は、特許文献１に示されている。図３は、水平転送部において信号電荷の加算を行う固体撮像素子を備えた固体撮像装置の概略構成例を平面的に示す構成図である。固体撮像素子１００は、半導体基板表面に複数行、複数列に亘って行列状に配設された複数の光電変換素子からなる光電変換部１０と、各光電変換部１０に隣接して設けられ、光電変換部１０で発生した信号電荷を列方向Ｙに転送する複数の垂直転送部２０と、垂直転送部２０の端部に設けられ、垂直転送部２０からの信号電荷を一時蓄積するラインメモリ３０と、ラインメモリ３０からの信号電荷を行方向Ｘに転送する水平転送部４０と、水平転送部４０によって転送される信号電荷に応じた信号を出力する出力部５０と、光電変換部１０の信号電荷を垂直転送部２０に読み出す電荷読み出し部６０とを含む。固体撮像素子１００に接続される駆動部７０は、固体撮像素子１００を動作させる電源電圧と、垂直転送部２０及び水平転送部４０の電荷転送駆動を行う駆動信号（駆動パルス）等が入力される。この固体撮像素子１００と駆動部７０が固体撮像装置２００を構成する。なお、図３では、光電変換部１０、ラインメモリ３０、電荷読み出し部６０は、一部のみに番号を付してある。
【００１０】
光電変換部１０は、埋込型のフォトダイオードで実現され、入射光量に応じた信号電荷を発生し蓄積する。各光電変換部１０の上方には、色フィルタ（図示せず）が設けられ、各光電変換部１０は、フィルタの色に対応した分光感度の信号電荷を発生し蓄積する。色フィルタは、例えば赤色（以下、単に「Ｒ」と記述する場合もある）、緑色（以下、単に「Ｇ」と記述する場合もある）、青色（以下、単に「Ｂ」と記述する場合もある）の３原色で構成される。
【００１１】
垂直転送部２０は、光電変換部１０から読み出された電荷を蓄積し、転送する垂直転送チャネルとその上方に設けられた垂直転送電極（図３においては、垂直転送チャネル領域に対応する領域を概略的に垂直転送部２０として記載してある。）を含む第１のタイプの電荷転送素子で構成される。光電変換部１０の信号電荷は、電荷読み出し部６０を介して垂直転送部２０に読み出される。光電変換部１０、垂直転送部２０、電荷読み出し部６０の形状及び配置、垂直転送電極（図示せず）の形状、配置等は、種々のものが周知であるので、詳細な記載は省略する。
【００１２】
ラインメモリ３０は、垂直転送部２０に続く１つの電荷転送段として構成される。ラインメモリ３０を構成する電荷転送段は、第２のタイプの電荷転送素子の電荷転送段と同様の構成を有し、上流の垂直転送部２０側にｎ-型不純物添加領域、下流の水平転送部４０側にｎ型不純物添加領域が形成されている。したがって、上流側に隣接する垂直転送部２０の電荷転送段に信号電荷を蓄積した後、その電荷転送段に相対的に低いレベルの電圧を印加し、ラインメモリに相対的に高いレベルの電圧を印加することにより、垂直転送部２０からの信号電荷をラインメモリ３０に転送し、蓄積することができる。
【００１３】
図４に、垂直転送部２０の転送段とそれに続くラインメモリ３０の関係を模式的に示す。図４においては、１つの光電変換部１０に対して電荷転送段が４段（それぞれの電荷転送段に対応する垂直転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４で示す。）形成され、その最下流に連続してラインメモリ３０（転送制御電極をＬＭで示す。）が設けられる。
【００１４】
水平転送部４０は、第２のタイプの電荷転送素子で構成され、１つの垂直転送部２０に対応して１つの電荷転送段を有する。そして、垂直転送部２０の下流端に設けられたラインメモリ３０に蓄積された信号電荷が対応する電荷転送段に転送され、蓄積され、出力部５０に転送される。
【００１５】
図５は、図３に示す固体撮像素子の、垂直転送部、ラインメモリ、及び水平転送部の構成を概略的に示す部分構成図であり、図６は、図５のＡ−Ａ断面を示す図である。なお、図６は、垂直転送部、ラインメモリ、水平転送部の各電極及び不純物領域相互の位置関係を示すもので、各要素の寸法（例えば、水平転送電極Ｈ１下方のｎ型不純物領域の寸法）は、正確ではない。
【００１６】
チャネルストップ領域２２（一部のみ番号を付してある。）に区画された垂直転送チャネル２１（一部のみ番号を付してある。）上には、最下流の光電変換素子に対応する垂直転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が設けられ、続いて転送制御電極ＬＭ（この例では、第１の転送制御電極ＬＭ１と第２の転送制御電極ＬＭ２が設けられるが、電圧が印加されるので、単に「ＬＭ」と記述する。）が設けられる。図６の断面図に示すように。垂直転送チャネル２１は、ｎ型不純物領域で形成され、垂直転送チャネル２１に続いてラインメモリ３０のｎ-型不純物領域３１、ｎ型不純物領域３２が設けられる。
【００１７】
水平転送部４０は、行方向に帯状に延在する１本の水平転送チャネル４１と、水平転送チャネル４１の上方に形成された多数個の第１水平転送電極Ｈａと第２水平転送電極Ｈｂ（図５では一部にのみ番号を付してある。）とを有する。第１水平転送電極Ｈａは、水平転送チャネルのｎ型不純物領域４３上方に設けられ、第２水平転送電極Ｈｂは、水平転送チャネルのｎ-型不純物領域４２上方に設けられる。第２水平転送電極Ｈｂは、ラインメモリの転送制御電極ＬＭと第１水平転送電極Ｈａとの間の領域に回り込んでおり、回り込んだ部分の下方もｎ-型不純物領域となっている。
【００１８】
垂直転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、４相の駆動パルスφＶ１〜φＶ４で駆動され、水平転送電極Ｈａ、Ｈｂは、８相の駆動パルスφＨ１〜φＨ８で駆動される。同じ電荷転送段を構成する水平転送電極Ｈａ、Ｈｂには、同一の駆動パルスが印加されるので、必要に応じて、水平転送電極ＨａとＨｂを、対応する印加される駆動パルスφＨ１〜φＨ８に合わせ、Ｈ１〜Ｈ８と記述する。
【００１９】
図７は、図６に示した部分の不純物領域の電位レベルを、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４、転送制御電極ＬＭ、及び水平転送電極Ｈ１、Ｈ７、Ｈ８に印加される駆動パルスのレベルの変化に対応させて示したものである。図７における「Ｈ」は、対応する電極に相対的に高いレベル（以下、単に「ハイレベル」と記述する。）の電圧が印加されている状態（以下、単に「ハイレベル」と記述する。）を示し、「Ｌ」は、対応する電極に相対的に低いレベルの電圧が印加されている状態（以下、単に「ローレベル」と記述する。）を示す。
【００２０】
図７（ａ）は、電極Ｖ１、Ｖ４、Ｈ１、Ｈ７がローレベル、電極Ｖ２、Ｖ３、ＬＭ、Ｈ８がハイレベルとなっており、垂直転送部２０の信号電荷が電極Ｖ２、Ｖ３の下方に蓄積されている状態を示す。この状態から、図７（ｂ）に示すように、電極Ｖ４をハイレベルにすると、電極Ｖ４下方のバリア領域がなくなるので、信号電荷は電極ＬＭ下方のラインメモリ３０に移動する。
【００２１】
次いで、図７（ｃ）に示すように、電極Ｖ４をローレベルにしてバリア領域を形成して垂直転送部２０への移動を禁止した後、電極Ｈ１をハイレベルにする。しかし、ラインメモリ３０と水平転送部４０との間にはｎ-不純物領域が存在するので、ラインメモリ３０の信号電荷は移動しない。図７（ｄ）に示すように電極ＬＭをローレベルにすると、信号電荷は電極Ｈ１下方に移動する。この状態が、垂直転送部２０から水平転送部４０に信号電荷が移動した状態である。
【００２２】
水平転送部４０における移動は、隣接する電極のレベルを変化させ、上流側をローレベルにすることによって行う。図７（ｅ）に示すように、電極Ｈ１、Ｈ８が共にローレベルの場合も、図７（ｄ）と同様信号電荷は移動しない。図７（ｄ）の状態から電極Ｈ１をローレベルにしたり、図７（ｅ）の状態から電極Ｈ８をハイレベルにしたりして、上流側の電極をローレベル、下流側の電極をハイレベルにすると、上流側に蓄積された信号電荷は下流側に移動する。
【００２３】
以上説明したラインメモリ３０から水平転送部４０及び水平転送部４０内の電荷移動を整理すると、電荷が移動する条件は、電荷が蓄積された領域に対応する電極の電圧レベルがローレベルで、その電極の次の電極の電圧レベルがハイレベルの場合のみであるので、転送制御電極ＬＭ及び水平転送電極Ｈ１〜Ｈ８に印加する電圧のレベルを制御することにより、電荷の移動を自由に制御できる。
【００２４】
次に、図３〜図９を用いて説明した従来の固体撮像素子の動作を説明する。図８及び図９は、全ての光電変換素子で発生し蓄積した信号電荷を読み出して転送し、各光電変換素子に対応した撮影画像信号を出力する場合の動作を示す説明図である。図８及び図９においては、便宜的に３２個の光電変換素子が、４行８列に配置されているものとして記載したが、実際には数十万個ないし数百万個の光電変換素子が設けられる。また、各光電変換素子上に配置される色フィルタは、Ｇを正方格子状、ＲとＢを斜め市松状に配列した一般的なＧストライプ配列とする。水平転送電極（図示せず）には、８相の水平転送パルスが印加される。
【００２５】
図８（ａ）は、光電変換部１０に各色フィルタに対応した分光感度の検出光に対応した信号電荷が発生し蓄積された状態を示す。なお、図８及び図９における「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」は、それぞれ赤、緑、青に対応した信号電荷を示す（蓄積される信号電荷が記載される他の図においても同様である。）。また、参照番号は、一部省略して付してある。
【００２６】
図８（ｂ）は、光電変換部１０に蓄積された信号電荷を垂直転送部２０に読み出した状態を示し、図８（ｃ）は、垂直転送を行って、最下流の光電変換素子行の信号電荷がラインメモリ３０に転送された状態を示す。垂直転送部２０への読み出し及び垂直転送部２０における転送は、垂直転送電極及び垂直転送電極と一体の読み出し電極（いずれも図示せず）に対する駆動パルスを制御することによって行われる。
【００２７】
ラインメモリ３０に蓄積された信号電荷を水平転送部４０に転送し、さらに水平転送部４０を出力部５０に向けて転送するには、ラインメモリ３０の転送制御電極ＬＭをローレベル、奇数番の水平転送電極Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７をハイレベル、偶数番の水平転送電極Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８をローレベルにする。各電極にこのような電圧を印加すると、奇数番列の信号電荷が、奇数番の水平転送電極Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７の下方の電荷転送段に転送される（図９（ａ）参照）。そして、ラインメモリ３０の転送制御電極ＬＭをハイレベルにした後、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ８に対する印加電圧をハイレベルとローレベルとで繰り返し反転させることにより、水平転送部４０の信号電荷を出力部５０に転送する。
【００２８】
続いて、ラインメモリ３０に残された偶数番列の信号電荷を水平転送部４０に転送するため、ラインメモリ３０の転送制御電極ＬＭをローレベル、偶数番の水平転送電極Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８をハイレベル、奇数番の水平転送電極Ｈ１、Ｈ３、Ｈ５、Ｈ７をローレベルにする。各電極にこのような電圧を印加すると、図９（ｂ）に示すように、偶数番列の信号電荷が水平転送部４０に転送される。そして、奇数番列の信号電荷の転送と同様、ラインメモリ３０の転送制御電極ＬＭをハイレベルにした後、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ８に対する印加電圧をハイレベルとローレベルとで繰り返し反転させることにより、水平転送部４０の信号電荷を出力部５０に転送することができる。
【００２９】
【特許文献１】特開２００２−１１２１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
ところで、上記のような基本動作に基づいて信号電荷を移動する際、水平画素加算動作を伴う場合に、次に示すような不具合を生じることがある。
図１０、図１１を用いて水平画素加算動作を説明する。
図１０は、ラインメモリ３０の転送制御電極ＬＭ、及び水平転送部４０の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ８に印加される駆動パルスの状態に対応した水平転送部４０のポテンシャル分布状態、及び駆動パルスφＨ１〜φＨ６のタイミングチャートを示す説明図（ｔ０〜ｔ７）、図１１は、図１０の続きの説明図でｔ８〜ｔ１７までを示している。ここで、水平転送電極Ｈ６，Ｈ７，Ｈ８に対しては、入力する駆動パルスが他の電極と共通化を図るため、水平転送電極Ｈ６には駆動パルスφＨ２，Ｈ７には駆動パルスφＨ６，Ｈ８には駆動パルスφＨ４を印加する。
【００３１】
図中の水平転送部は、６相駆動（８電極１周期）である。時刻ｔ０においてＲ，Ｇ１，Ｂ，Ｇ２，Ｒ（ここでは、異なる行のＧ信号電荷をＧ１とＧ２と区別して表す）の順でラインメモリ３０に蓄積されている信号電荷のうち、時刻ｔ２でＲ，Ｂの信号電荷が水平転送部（Ｈ５，Ｈ６）へと読み出される。図中の塗りつぶした矢印がラインメモリ３０→水平転送部４０への読み出しを表している。次に、読み出したＲ，Ｂの信号電荷をそれぞれ転送し、時刻ｔ８においてＧ２の信号電荷を読み出す。その後、時刻ｔ１２でＲの信号電荷を加算して、時刻ｔ１４，１６でそれぞれＧ，Ｂの信号電荷を加算して、出力アンプ方向へ２相駆動で全色の信号電荷を転送する。上記動作中、Ｒの信号電荷は時刻ｔ２にて読み出されるが、ラインメモリ３０中に電荷の取り残しが発生した場合、時刻ｔ１２において、ラインメモリ３０からの読み出しを行うと、Ｈ５電極下のＢ信号パケットにはＲの取り残し電荷の混入が発生する。図中点線の矢印が電荷の混入のあったＢ信号パケットを示している。このようにして異なる色信号の電荷が混入した場合は、混入した電荷が、形成される画面に縦線となって現れる。そして上記同様に、時刻ｔ１４においてもＧの取り残し電荷が発生する危惧があり、ｔ１６でもＲの取り残し電荷が発生する危惧がある。
【００３２】
上記のように、従来の固体撮像素子の駆動方法では、水平転送部４０の駆動効率を重視して、必要な所だけ取り残し電荷の影響を考慮した制御方式を採用していた。しかし、電荷取り出し後、電荷が空となったはずのラインメモリから、取り残しの電荷が水平転送部に導入されてしまうことが判明し、この電荷が空となったはずの位置に対しても、電荷取り残しの影響を考慮する必要のあることがわかった。
【００３３】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、水平画素加算して画像を取り込む際に、ラインメモリからの取り残し電荷に起因する画像品質の劣化を確実に防止できる固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  複数行、複数列に亘って行列状に配列された各光電変換素子が発生する信号電荷を、前記光電変換素子の並びの列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向一端側に配置され該垂直転送部から転送されてくる前記信号電荷を一旦蓄積するラインメモリと、前記ラインメモリから選択的に前記信号電荷を読み出して行方向に転送する水平転送部と、を有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記水平転送部が、電荷転送方向上流側のバリア領域と下流側のウェル領域とを含む電荷転送段を複数有し、前記電荷転送段に蓄積される信号電荷を、前記電荷転送段それぞれに相対的に高レベルの電圧又は相対的に低レベルの電圧を印加することによって転送するに際して、前記ラインメモリの所定列から水平転送部への電荷読み出しが行われるときに、前記所定列に対応する水平転送部の電荷転送段に高レベルの電圧を印加するとともに、前記所定列以外の水平転送部の電荷転送段に低レベルの電圧を印加することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【００３５】
この固体撮像素子の駆動方法によれば、ラインメモリの所定列から水平転送部への電荷読み出しが行われるときに、所定列に対応する水平転送部の電荷転送段に高レベルの電圧を印加し、所定列以外の水平転送部の電荷転送段に低レベルの電圧を印加することで、水平転送部の所定列以外の位置で取り残し電荷が混入することを防止して、ラインメモリからの取り残し電荷に起因する画像品質の低下を確実に防止できる。
【００３６】
（２）  （１）記載の固体撮像素子の駆動方法であって、前記ラインメモリの一部から選択的に、前記水平転送部へ前記信号電荷を転送するステップと、前記水平転送部に転送された信号電荷の一部を、前記水平転送部内で電荷転送方向下流側に転送するステップと、前記ラインメモリの残部から選択的に前記水平転送部内に前記信号電荷を転送し、前記水平転送部内で転送された前記信号電荷の少なくとも一部に対して加算するステップとを含む固体撮像素子の駆動方法。
【００３７】
この固体撮像素子の駆動方法によれば、ラインメモリの一部から選択的に水平転送部へ信号電荷を転送し、水平転送部に転送された電荷の一部を、水平転送部内で下流側に転送し、ラインメモリの残部から選択的に水平転送部内に信号電荷を転送することで、水平転送部内で転送された信号電荷の少なくとも一部に対して水平画素加算動作を行うことができる。
【００３８】
（３）  複数行、複数列に亘って行列状に配列された各光電変換素子が発生する信号電荷を、前記光電変換素子の並びの列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向一端側に配置され該垂直転送部から転送されてくる前記信号電荷を一旦蓄積するラインメモリと、前記ラインメモリから選択的に前記信号電荷を読み出して行方向に転送する水平転送部と、を有する固体撮像素子、及び該固体撮像素子に駆動信号を入力する駆動部とを備えた固体撮像装置であって、前記水平転送部が、電荷転送方向上流側のバリア領域と下流側のウェル領域とを含む電荷転送段を複数有し、前記電荷転送段に蓄積される信号電荷を、前記電荷転送段それぞれに相対的に高レベルの電圧又は相対的に低レベルの電圧を印加することによって転送するに際して、前記ラインメモリの所定列から水平転送部への電荷読み出しが行われるときに、前記所定列に対応する水平転送部の電荷転送段に高レベルの電圧を印加するとともに、前記所定列以外の水平転送部の電荷転送段に低レベルの電圧を印加する駆動信号を生成することを特徴とする固体撮像装置。
【００３９】
この固体撮像装置によれば、駆動部が、ラインメモリの所定列から水平転送部への電荷読み出しが行われるときに、所定列に対応する水平転送部の電荷転送段に高レベルの電圧を印加し、所定列以外の水平転送部の電荷転送段に低レベルの電圧を印加する駆動信号を生成することで、水平転送部の所定列以外の位置で取り残し電荷が混入することを防止して、ラインメモリからの取り残し電荷に起因する画像品質の低下を確実に防止できる。
【００４０】
（４）  （３）記載の固体撮像装置であって、前記駆動部が、前記ラインメモリの一部から選択的に、前記水平転送部へ前記信号電荷を転送させ、前記水平転送部に転送された信号電荷の一部を、前記水平転送部内で電荷転送方向下流側に転送させ、前記ラインメモリの残部から選択的に前記水平転送部内に前記信号電荷を転送し、前記水平転送部内で転送された前記信号電荷の少なくとも一部に対して加算させることを特徴とする固体撮像装置。
【００４１】
この固体撮像装置によれば、駆動部が、ラインメモリの一部から選択的に水平転送部へ信号電荷を転送し、水平転送部に転送された電荷の一部を、水平転送部内で下流側に転送し、ラインメモリの残部から選択的に水平転送部内に信号電荷を転送する駆動信号を生成することで、水平転送部内で転送された信号電荷の少なくとも一部に対して水平画素加算動作を行うことができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置によれば、水平画素加算して画像を取り込む際に、ラインメモリからの取り残し電荷に起因する画質劣化を確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態の駆動方法が適用される固体撮像素子は、図３〜図９を用いて説明した従来の固体撮像素子と同様の構成を有するものである。
【００４４】
図１、図２は、本発明の駆動方法の実施の形態を説明する図であり、信号電荷を加算して間引いた画像信号を得る場合の動作について説明するものである。図１，図２は、従来の技術で示した図１０、図１１と同様に、ラインメモリの転送制御電極ＬＭ及び水平転送部４０の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ８に印加される駆動パルスφＬＭとφＨ１〜φＨ８のタイミングチャート、及び駆動パルスの状態に対応したラインメモリ３０及び水平転送部４０の状態を示すものである。なお、図１、図２の記載方法は、図１０，図１１と同様である。
【００４５】
図１において、時刻ｔ０〜ｔ１０までは、図１０、図１１に示す駆動パターンと同様である。時刻ｔ１１では、ｔ１２のラインメモリ３０からの読み出しに備えて、水平転送電極Ｈ５をローレベルに設定しておく。これにより、時刻ｔ１２におけるラインメモリ３０からのＲの読み出し時に、水平転送電極Ｈ５にＢの取り残し電荷があっても、電荷転送段のポテンシャル井戸が深くなっていないために、このタイミングで水平転送電極Ｈ５に電荷が混入することはなくなる。
【００４６】
次いで、水平方向に電荷転送を行い、時刻ｔ１５においては、ｔ１６のラインメモリ３０からの読み出しに備えて、水平転送電極Ｈ４，Ｈ８をローレベルに設定しておく。ここでは、駆動パルスφＨ４がローレベルにされる。これにより、時刻ｔ１５におけるラインメモリ３０からのＧ１読み出し時に、水平転送電極Ｈ４，Ｈ８にＧ２の取り残し電荷があっても、電荷転送段のポテンシャル井戸が深くなっていないために、このタイミングで水平転送電極Ｈ４，Ｈ８に電荷が混入することがなくなる。
【００４７】
次いで、水平方向に電荷転送を行い、時刻ｔ１９においては、ｔ２０のラインメモリ３０からの読み出しに備えて、水平転送電極Ｈ１，Ｈ５，Ｈ７をローレベルに設定しておく。ここでは、駆動パルスφＨ１，φＨ５，φＨ６がＬｏレベルにされる。これにより、時刻ｔ２０におけるラインメモリ３０からのＢ読み出し時に、水平転送電極Ｈ１，Ｈ５，Ｈ７にＲやＢの取り残し電荷があっても、電荷転送段のポテンシャル井戸が深くなっていないために、このタイミングで水平転送電極Ｈ１，Ｈ５，Ｈ７に電荷が混入することがなくなる。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法によれば、ラインメモリ３０の所定列から水平転送部４０への電荷読み出しが行われるときに、所定列に対応する水平転送部４０の電荷転送段にハイレベルの電圧を印加するとともに、所定列以外の水平転送部４０の電荷転送段にローレベルの電圧を印加するので、水平画素加算して画像を取り込む際に、取り残し電荷が生じた場合であっても、水平転送部４０に形成された異色のパケットに混入することがなくなり、最終的に形成される画像に、取り残し電荷に起因する縦線が出現することを防止できる。なお、取り残された電荷は、垂直転送部２０からラインメモリ３０へ次に転送されてくる同色の電荷と混合されることになるが、この場合は画像欠陥として殆ど目立つことはない。
【００４９】
また、水平画素加算動作としては、ラインメモリ３０の一部から選択的に、水平転送部４０へ信号電荷を転送するステップと、水平転送部４０に転送された電荷の一部を、水平転送部４０内で下流側に転送するステップと、ラインメモリ３０の残部から選択的に水平転送部４０内に信号電荷を転送し、水平転送部４０内で転送された信号電荷の少なくとも一部に対して加算するステップとを含んで構成される。
【００５０】
このような固体撮像素子の駆動方法によって駆動される固体撮像装置においては、水平画素加算処理を行いつつ、常に安定して高品位な画像を得ることができる。
【００５１】
なお、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法では、水平画素加算動作時のラインメモリ３０から水平転送部４０への電荷読み出し回数を、５回を１周期としているが、これに限らず、３〜９回等の任意の回数にすることができる。また、本実施形態では、色フィルタの配置をＧストライプ配列としているが、これに限らず、ベイヤー配列等、他の配列であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の水平転送部における電荷加算動作を説明する図（その１）である。
【図２】本発明の水平転送部における電荷加算動作を説明する図（その２）である。
【図３】水平転送部において信号電荷の加算を行う固体撮像素子を備えた固体撮像装置の概略構成例を平面的に示す構成図である。
【図４】垂直転送部の転送段とそれに続くラインメモリの関係を模式的に示す説明図である。
【図５】図３に示す固体撮像素子の、垂直転送部、ラインメモリ、及び水平転送部の構成を概略的に示す部分構成図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図７】図６に示した部分の不純物領域の電位レベルを、垂直転送電極、転送制御電極、水平転送電極に印加される駆動パルスのレベルの変化（ａ）〜（ｆ）に対応させて示す図である。
【図８】全ての光電変換素子で発生し蓄積した信号電荷を読み出して転送し、各光電変換素子に対応した撮影画像信号を出力する場合の動作（ａ）〜（ｃ）を示す説明図である。
【図９】全ての光電変換素子で発生し蓄積した信号電荷を読み出して転送し、各光電変換素子に対応した撮影画像信号を出力する場合の動作（ａ）、（ｂ）を示す説明図である。
【図１０】ラインメモリの転送制御電極、及び水平転送部の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ８に印加される駆動パルスの状態に対応した水平転送部のポテンシャル分布状態、及び駆動パルスφＨ１〜φＨ６のタイミングチャートを示す説明図（その１）である。
【図１１】ラインメモリの転送制御電極、及び水平転送部の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ８に印加される駆動パルスの状態に対応した水平転送部のポテンシャル分布状態、及び駆動パルスφＨ１〜φＨ６のタイミングチャートを示す説明図（その２）である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  光電変換部
２０  垂直転送部
３０  ラインメモリ
４０  水平転送部
５０  出力部
６０  電荷読み出し部
７０  駆動部
１００  固体撮像素子
２００  固体撮像装置
Ｈ１-Ｈ８  水平転送電極
Ｈａ  水平転送電極
Ｈｂ  水平転送電極
ＬＭ  転送制御電極（ラインメモリ）
Ｖ１-Ｖ４  垂直転送電極
Ｘ  行方向
Ｙ  列方向
φＨ１〜φＨ８  駆動パルス
φＬＭ  駆動パルス
φＶ１〜φＶ４  駆動パルス
【図１】
2006333364.tif 000003
【図２】
2006333364.tif 000004
【図３】
2006333364.tif 000005
【図４】
2006333364.tif 000006
【図５】
2006333364.tif 000007
【図６】
2006333364.tif 000008
【図７】
2006333364.tif 000009
【図８】
2006333364.tif 000010
【図９】
2006333364.tif 000011
【図１０】
2006333364.tif 000012
【図１１】
2006333364.tif 000013