(57)【要約】【課題】電子増倍駆動時間の短時間化を図り高Ｓ／Ｎの撮像画像信号を得る。【解決手段】受光量に応じた信号電荷を電荷転送路に読み出し、信号電荷を蓄積した電荷転送路上の電位井戸１より深い電位井戸３を電位障壁４を介して電荷転送路上に形成し、電位井戸１内の信号電荷を電位障壁４を消失させて電位井戸内３に落とし込んで電子増倍を行うと共に該電子増倍の駆動終了前に電位井戸３と同じ深さの少なくとも１つの連続電子増倍用電位井戸５を電位障壁６を介して電荷転送路上に形成し、前記電子増倍の駆動終了後に電位井戸３の深さを電位井戸１の深さに戻してから連続して電位障壁６を消失させ電位井戸３内の信号電荷を連続電子増倍用電位井戸５内に落とし込んで電子増倍を行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光量に応じた信号電荷を電荷転送路に読み出し、該信号電荷を蓄積した前記電荷転送路上の第１の電位井戸より深い第２の電位井戸を電位障壁を介して前記電荷転送路上に形成し、前記第１の電位井戸内の前記信号電荷を前記電位障壁を消失させて前記第２の電位井戸内に落とし込んで電子増倍を行うと共に該電子増倍の駆動終了前に前記第２の電位井戸と同じ深さの少なくとも１つの連続電子増倍用電位井戸を電位障壁を介して前記電荷転送路上に形成し、前記電子増倍の駆動終了後に前記第２の電位井戸の深さを前記第１の電位井戸の深さに戻してから連続して前記第２の電位井戸と前記連続電子増倍用電位井戸との間の前記電位障壁を消失させ該第２の電位井戸内の前記信号電荷を前記連続電子増倍用電位井戸内に落とし込んで電子増倍を行うＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記第２の電位井戸と少なくとも１つの前記連続電子増倍用電位井戸とを同時に形成するＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記第２の電位井戸と前記連続電子増倍用電位井戸とを時間差を持って形成し、該第２の電位井戸を用いた電子増倍駆動中に前記連続電子増倍用電位井戸を形成するＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記第２の電位井戸及び前記連続電子増倍用電位井戸を用いて電子増倍を行うときに少なくとも該連続電子増倍用電位井戸に電位障壁を介して次の連続電子増倍用電位井戸を形成し該連続電子増倍用電位井戸も用いて少なくとも３回連続して電子増倍を行うＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法により連続して少なくとも２回の電子増倍を行う駆動方法と、請求項４に記載の駆動方法により連続して少なくとも３回の電子増倍を行う駆動方法とを、撮像装置のＩＳＯ感度に応じて切り換えるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記深い電位井戸を形成するために該電位井戸に対応する電極に高電圧パルスを印加する時、該高電圧パルス印加と同タイミングで前記電極と異なる別電極に前記高電圧パルスと逆極性の電圧パルスを印加するＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記深い電位井戸を形成するために該電位井戸に対応する電極に高電圧パルスを印加した時、該高電圧パルス印加終了と同タイミングで前記電極と異なる別電極に次の電子増倍を行う深い電位井戸を形成する高電圧パルスを印加するＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記深い電位井戸を形成するために該電位井戸に対応する電極に高電圧パルスを印加する時、該高電圧パルス印加と同タイミングで前記電極と異なる別電極に前記高電圧パルスと逆極性の電圧パルスを印加し、更に、該高電圧パルス印加終了と同タイミングで前記電極，前記別電極と異なる他の電極に次の電子増倍を行う深い電位井戸を形成する高電圧パルスを印加するＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。
【請求項９】
ＣＣＤ型固体撮像素子と、該ＣＣＤ型固体撮像素子に請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の駆動方法でパルス電圧を印加し前記電位井戸の形成と前記電位障壁の消失を行う制御手段とを備える撮像装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷転送路上で電子増倍駆動を行うＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）型固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のＣＣＤ型固体撮像素子は、搭載する画素数が１０００万画素を超えるのが普通となり、１画素１画素が微細化され、１画素で検出できる信号電荷量が少なくなっている。
【０００３】
信号電荷量が少なければ、撮像素子後段のアンプで信号増幅すれば良いが、アンプによる増幅ではノイズ成分も一緒に増幅されてしまうため、Ｓ／Ｎを高めることができない。そこで、下記の特許文献１，２に記載されている様に、信号電荷を電荷転送路上で電子増倍させ、信号電荷量だけ増幅することが行われる。
【０００４】
図１０は、従来の電子増倍駆動の説明図である。図１０（ａ）に示すような垂直転送パルスを垂直電荷転送路の転送電極に印加することで、図１０（ｂ）に示す様な電位井戸が形成される。
【０００５】
図１０において、時刻ｔ０では、電極Ｖ２，Ｖ３下の電位井戸１内に増幅対象の信号電荷２が蓄積されている。時刻ｔ１で２電極先の電極Ｖ５に高電圧を印加すると、電極Ｖ５下に深い電位井戸３が形成される。そこで、時刻ｔ４で電極Ｖ４下の電位障壁４を消失させると、電位井戸１内の信号電荷２が深い電位井戸３内に落ち込み、電子増倍現象が起きる。
【０００６】
１回の電子増倍駆動で増幅する電子増倍率は、例えば“１．０１”程度と小さいため、５０回，１００回と電子増倍駆動を繰り返すことになる。１回の電子像倍率が１．０１倍であっても、１００回繰り返すと、２．７倍になる。図１０（ｂ）は、電子増倍駆動を連続して２回行う例を示しており、この動作を５０回繰り返すことになる。
【０００７】
電荷転送路上で電子増倍駆動を行うには、それだけ長い時間に渡って信号電荷を電荷転送路上に置いておく必要が生じる。しかし、電位井戸内に蓄積された信号電荷を電荷転送路上に長く存在させると、それだけ暗電流（ノイズ成分）が多くなってＳ／Ｎが劣化するため、電子増倍駆動を行う時間をなるべく短くしたいという要請がある。
【０００８】
図１０（ｂ）に示す深い電位井戸３は、電極Ｖ５に高電圧を印加した瞬間に形成される訳ではなく、図１１に示す様に、高電圧を時刻ｔ１に電極Ｖ５に印加しても、時刻ｔ２，ｔ３と或る程度の時間が経過しないと深い電位井戸３は形成されない。これが、図１０（ａ）の最下段に記載した「増倍前待機期間」となり、深い電位井戸形成のために必要な時間となり、電子増倍駆動時間の短時間化の障害となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７―１７６７２１号公報
【特許文献２】特開２００７―３２５１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、電子増倍駆動時間の短時間化を図り高Ｓ／Ｎの撮像画像信号を得ることができるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、受光量に応じた信号電荷を電荷転送路に読み出し、該信号電荷を蓄積した前記電荷転送路上の第１の電位井戸より深い第２の電位井戸を電位障壁を介して前記電荷転送路上に形成し、前記第１の電位井戸内の前記信号電荷を前記電位障壁を消失させて前記第２の電位井戸内に落とし込んで電子増倍を行うと共に該電子増倍の駆動終了前に前記第２の電位井戸と同じ深さの少なくとも１つの連続電子増倍用電位井戸を電位障壁を介して前記電荷転送路上に形成し、前記電子増倍の駆動終了後に前記第２の電位井戸の深さを前記第１の電位井戸の深さに戻してから連続して前記第２の電位井戸と前記連続電子増倍用電位井戸との間の前記電位障壁を消失させ該第２の電位井戸内の前記信号電荷を前記連続電子増倍用電位井戸内に落とし込んで電子増倍を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明の撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像素子と、該ＣＣＤ型固体撮像素子に上記記載の駆動方法でパルス電圧を印加し前記電位井戸の形成と前記電位障壁の消失を行う制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電子増倍駆動時間の短時間化を図ることができるため、高Ｓ／Ｎの撮像画像信号を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラ（撮像装置）の機能ブロック図である。
【図２】図１に示すＣＣＤ型の固体撮像素子の表面模式図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電子増倍駆動方法の説明図である。
【図４】図３に示す原理説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電子増倍駆動方法の説明図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る電子増倍駆動方法の説明図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る電子増倍駆動方法の説明図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る電子増倍駆動方法の説明図である。
【図９】本発明の第６実施形態に係る電子増倍駆動方法の説明図である。
【図１０】従来の電子増倍駆動方法の説明図である。
【図１１】図１０の電子増倍用の電位井戸の形成過程の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置（デジタルカメラ）の機能ブロック図である。この撮像装置２０は、被写体光像を電気信号の撮像画像データに変換するＣＣＤ型の固体撮像素子２１と、固体撮像素子２１から出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部２２と、アナログ信号処理部２２から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２３と、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によってＡ／Ｄ２３，アナログ信号処理部２２，固体撮像素子２１の駆動制御を行う駆動制御部（タイミングジェネレータを含む）２４と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュ２５とを備える。
【００１７】
本実施形態のデジタルカメラは更に、Ａ／Ｄ２３から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部２８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス４０とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部３３が接続されている。
【００１８】
図２は、図１に示すＣＣＤ型の固体撮像素子２１の表面模式図である。半導体基板（のｐウェル層）に形成される固体撮像素子２１は、複数のフォトダイオード（画素）２２が二次元アレイ状に配列形成される。本実施形態では、奇数行の画素行が偶数行の画素行に対して１／２画素ピッチづつずらして形成される所謂ハニカム画素配列となっている。そして、各画素列に沿って各画素を避けるように垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）２３が蛇行して形成されている。
【００１９】
垂直電荷転送路２３は、各画素列に沿って半導体基板に形成された埋め込みチャネルと、その上に図示しないゲート酸化膜を介して形成された転送電極膜２３ａとによって形成される。各垂直電荷転送路２３の同一垂直段位置の転送電極膜２３ａは同一転送パルス電圧Ｖｉ（ｉ＝１〜１６）が印加される様に水平方向に電気的に接続されている。図示する例では、１６段毎に同じ転送パルスが印加される構成となっており、この実施形態の固体撮像素子２１は１６相駆動される。 
各垂直電荷転送路２３の転送方向端部に沿って水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）２４が形成され、各垂直電荷転送路２３に沿って転送されてきた信号電荷は水平電荷転送路２４に転送される。水平電荷転送路２４の転送方向端部には、水平方向に転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するンプ２５が形成されている。
【００２０】
本実施形態の固体撮像素子２１では、各画素が受光量に応じて蓄積した信号電荷をマルチフィールド読み出しするが、その最中に、垂直電荷転送路に読み出された信号電荷を電子増倍駆動する。この駆動は、図１のＣＰＵ２９が、駆動制御部２４を介して、垂直電荷転送路に所要の電子増倍駆動パルスを印加することで行う。
【００２１】
なお、図２の各画素２２の上に記載されているＲ，Ｇ，Ｂはカラーフィルタの色（Ｒ＝赤、Ｇ＝緑、Ｂ＝青）を表しており、各画素から右下方向に延びる矢印はそれぞれ信号電荷を読み出す方向（読出電極の方向）を示している。
【００２２】
また、上述した実施形態では、所謂ハニカム画素配列を持つ固体撮像素子２１を説明したが、勿論、各画素が正方格子配列された固体撮像素子にも本発明を適用可能である。更に、「垂直」「水平」という用語を用いて説明したが、これは、半導体基板表面に沿う「１方向」「この１方向に対して略直角の方向」という意味に過ぎない。
【００２３】
図３は、本実施形態に係る電子増倍駆動を説明する図であり、図３（ａ）は垂直転送電極２３ａに印加される垂直転送パルス（この例では垂直方向への転送とは別に電子増倍を行うため、電子増倍パルスという。）を示し、図３（ｂ）は電子増倍駆動パルスにより形成される電位井戸の変化と蓄積電荷の移動の様子を示した図である。
【００２４】
本実施形態では、電極Ｖ２，Ｖ３下の電位井戸１内に信号電荷が蓄積されている状態で、２電極先の電極Ｖ５と４電極先の電極Ｖ７に時刻ｔ１に高電圧を印加して２つの深い電位井戸３，５を形成する。そして、時刻ｔ４で電極Ｖ４下の電位障壁４を消失させて電位井戸１内の信号電荷を電位井戸３内に落として電子増倍を行い、時刻ｔ８で信号電荷を入れた電位井戸３を浅い電位井戸に戻す。
【００２５】
次の時刻ｔ９で電位井戸３と電位井戸５との間の電極Ｖ６下の電位障壁６を消失させると、電位井戸３内の信号電荷が電位井戸（連続電子増倍用電位井戸）５内に落ち込み、２回目の電子増倍が行われる。
【００２６】
電極Ｖ５に高電圧を印加して深い電位井戸３を形成し、この電位井戸３内に電位井戸１内の信号電荷を落とし込んで電子増倍するまでの図３の実施形態の増倍前待機期間は、図１０で説明した従来技術と同じである。しかし、本実施形態では、電位井戸３と同時に電位井戸５も形成してしまうため、電位井戸５内に信号電荷を落として２回目の電子増倍を行うまでの待機期間が省略でき、全体として短時間に電子増倍駆動を行うことが可能となる。
【００２７】
図１０で説明した従来の電子増倍駆動と、図３の実施形態の電子増倍駆動について更に詳述する。
【００２８】
電子増倍駆動は、図１０（ａ）の最下段に記載している通り、増倍前待機期間と増倍期間の２つの期間からなる。時刻ｔ１において電極に高電圧を印加することにより、基板側のＧＮＤにあたるｐウェル層の電位が過渡的に上昇する。そして時間の経過により、元の電位に収束する。
【００２９】
垂直電荷転送路の電位はｐウェル層電位を基準として決まるため、このｐウェル層電位の変動に伴い、垂直電荷転送路の電位も変動してしまう。そのため、ｐウェル層電位が変動している期間中に電子増倍を行ってしまうと、所望の増倍率を得られない不具合が発生する。これは、図１１を用いて説明した通りである。
【００３０】
これを防ぐために増倍前待機期間を設け、電位井戸が所要深さになるまで待機する。図１０は、２回の増倍動作を行う例であり、２回の高電圧印加（時刻ｔ１，時刻ｔ９）を行っている。そのためｐウェル層電位の変動は２回発生し、それぞれの変動を抑えるための待機期間を合計２回設けている。しかしこの待機期間を設ける副作用として、電子増倍動作が完了するまでに必要な時間が伸び、垂直電荷転送路で発生する暗電流が増加し、信号のＳ／Ｎが劣化してしまう。
【００３１】
これに対し、本実施形態（図３）では、電子増倍を行う２つの電極への高電圧の印加を、時刻ｔｌにおいて同時に開始する。これによりｐウェル層電位の変動を１回のみとすることができ、待機期間は１回のみとなり、電子増倍動作が完了するまでの時間（前述したように、全体で５０回とか１００回の電子増倍回数が必要となる）を短くすることができる。
【００３２】
この結果、垂直電荷転送路で発生する暗電流を従来例よりも減少させることができ、出力信号のＳ／Ｎを改善することが可能となる。
【００３３】
ｐウェル層電位の変動が収まるのに要する時間について検討する。ｐウェル層電位の変動が収まる様子を検討する簡易モデルとして、図４のようなＲＣ回路を考える。
【００３４】
「Ｃ」はｐウェル層のキャパシタンス、「Ｒ」はｐウェル層の抵抗を表す。ｐウェル層は基板（ＯＦＤ端子：オーバーフロードレイン端子）と容量結合している。深い電位井戸を形成するために高電圧パルスが印加されることで、ｐウェル層には電荷Ｑがチャージされる。これにより、点Ａに電圧Ｖ0が発生する。
【００３５】
点Ａの電圧の時間依存は、
Ｖ_A＝Ｖ0＊ｅｘｐ（-R*C*t）
で表される。増倍率に影響を与えないためには、点Ａの電位がＶs以下（ここでＶs＜Ｖ0）になる必要があると仮定する。この状態に到達するまでに要する時間＝収束時間Ｔは、
Ｔ＝１／（Ｒ＊Ｃ）＊ｌｎ（Ｖ0／Ｖs）
で表される。
【００３６】
一方、本実施形態の様に、複数の電極に高電圧パルスを印加した場合は、電荷Ｑ’（Ｑ’＞Ｑ）がチャージされ、点Ａには電圧Ｖ0’（Ｖ0’＞Ｖ0）が発生する。この場合の点Ａの電圧の時間依存は、
Ｖ_A’＝Ｖ0’＊ｅｘｐ（-R*C*t）
で表される。先の計算と同様に収束時間Ｔ’を計算すると、
Ｔ’＝１／（Ｒ＊Ｃ）＊ｌｎ（Ｖ0’／Ｖs）
となるため、
Ｔ’／Ｔ＝ｌｎ（Ｖ0’／Ｖs）／ｌｎ（Ｖ0／Ｖs）
となる。
【００３７】
例えば、Ｖ0’＝２＊Ｖ0の場合（２電極に高電圧パルスを印加した場合，Ｑ’＝２Ｑ）を考えると、
Ｔ’／Ｔ＝１＋ｌｎ（２）／ｌｎ（Ｖ0／Ｖs）
となる。これが２より小さくなる範囲を求めると、
Ｖs＜Ｖ0／２
となる。
【００３８】
言い換えると、増倍率に影響を与えない電圧Ｖsは、１電極に高電圧パルスを印加した場合の初期ｐウェル層電位の半分以下である。例えば、増倍パルス印加回数を増やしたり、増倍パルス電圧を上げたりする方法により、増倍率を高めようとする場合、増倍率に影響を与えない電圧Ｖｓは、より低いものが求められる。そのため、本実施形態の様な増倍駆動方法は、効果的である。
【００３９】
この様に、本実施形態によれば、ｐウェル層電位を変動させる回数を減らすことで、電子増倍動作が完了するまでの時間を短縮することができ、垂直電荷転送路で発生する暗電流を従来よりも減少させることができ、出力信号のＳ／Ｎを向上させることが可能となる。
【００４０】
図５は、本発明の第２の実施形態の説明図であり、図５（ａ）は電子増倍パルスのタイミングチャート、図５（ｂ）は電位井戸形成及び電子増倍の様子を示す図である。
【００４１】
図３の実施形態との違いは電子増倍の回数であり、本実施形態では、時刻ｔ１で電極Ｖ５，Ｖ７，Ｖ９に高電圧を印加して深い電位井戸３，５，７を形成し、電子増倍を３回連続して行っている。本実施形態では、電位井戸５と電位井戸７とが連続電子増倍用電位井戸となる。このため、図３の実施形態よりも高い増倍率とＳ／Ｎを得ることができる。
【００４２】
ただし増倍率が高いために、垂直電荷転送路の取り扱い可能最大電荷量を超えないように、初期の入力電荷量を図３の実施形態よりも少なく設定する必要がある。
【００４３】
そのため、カメラ（撮像装置２０）のＩＳＯ感度設定に応じて増倍回数を切り替えることで、Ｓ／Ｎとダイナミックレンジを最適化することができる。例えば、図３の実施形態を比較的に低ＩＳＯ感度に設定された場合における電子増倍駆動とし、図５の実施形態を、比較的に高ＩＳＯ感度に設定された場合における電子増倍駆動とするのが良い。
【００４４】
この様に、カメラのＩＳＯ感度設定に応じて、連続して行う増倍回数を切り替えることで、Ｓ／Ｎとダイナミックレンジを最適化することができる。なお、図５の実施形態では、連続する３つの深い電位井戸を用いて電子増倍を３回連続して行ったが、電荷転送上に空きがあれば、４回連続しても５回連続しても良い。
【００４５】
図６は、本発明の第３の実施形態の説明図であり、図６（ａ）は電子増倍パルスのタイミングチャート、図６（ｂ）は電位井戸形成及び電子増倍の様子を示す図である。
【００４６】
図３の実施形態との違いは、時刻ｔ１に高電圧（例えば＋１５Ｖ）を電極Ｖ５，Ｖ７に印加して深い電位井戸３，５を形成すると同時に、電極Ｖ９に高電圧と逆極性の電圧（例えば−８Ｖ）を印加する点にある。
【００４７】
これにより、プラス側へ変極する増倍パルスがｐウェル層に与える影響を、一部でもキャンセルすることができる。そのため、ｐウェル層電位の変動をより短い時間で抑えることができ、これにより電子増倍駆動全体に必要な時間を短くすることができ、Ｓ／Ｎをより改善することができる。
【００４８】
図７は、本発明の第４の実施形態の説明図であり、図７（ａ）は電子増倍パルスのタイミングチャート、図７（ｂ）は電位井戸形成及び電子増倍の様子を示す図である。
【００４９】
本実施形態では、図３の実施形態と異なり、８相駆動の固体撮像素子における電子増倍駆動の一例を挙げている。この実施形態の狙いは、垂直電荷転送路の繰り返し周期以上の範囲において電子増倍を（時間的な観点から）効率的に行うことにある。
【００５０】
本実施形態では、時刻ｔ１２において、２回目の電子増倍パルスの立ち下げを電極Ｖ７に印加すると同時に、後続の電極Ｖ１，Ｖ３に印加する電子増倍パルスを立ち上げている。これにより、電子増倍パルスの立ち上がりがｐウェル層に与える影響を一部キャンセルすることができ、ｐウェル層電位の変動をより短い時間で抑えることができ、これにより電子増倍駆動全体に必要な時間を短くすることが可能となる。
【００５１】
しかも、時刻ｔ９で電子増倍した信号電荷を、増倍前待機時間無しに次の深い電位井戸９内に落とし込んで電子増倍することが可能となり、垂直電荷転送路の繰り返し周期（この例では８相駆動であるため、８枚の転送電極毎の周期）以上の範囲で電子増倍を効率的に行うことが可能となる。
【００５２】
本実施形態によれば、垂直電荷転送路の繰り返し周期以上の範囲においても、ｐウェル層電位の変動をより短い時間で効率的に抑えながら電子増倍の回数を増やすことができ、Ｓ／Ｎをより改善することが可能となる。
【００５３】
図８は、本発明の第５の実施形態の説明図であり、図８（ａ）は電子増倍パルスのタイミングチャート、図８（ｂ）は電位井戸形成及び電子増倍の様子を示す図である。
【００５４】
本実施形態の特徴は、時刻ｔ１１にある。本実施形態では、電極Ｖ７に印加する２回目の電子増倍パルスの立ち下げと同時に、後続の電極Ｖ９，Ｖ１１の電子増倍パルスを立ち上げており、更に電極Ｖ４の電子増倍パルスも立ち下げている。
【００５５】
本実施形態では、図６の実施形態と同様に、電子増倍パルスの立ち上がりがｐウェル層に与える影響をキャンセルすることができる。そのためｐウェル層電位の変動をより短い時間で抑えることができ、これにより、電子増倍駆動全体に必要な時間を短くすることができ、Ｓ／Ｎをより改善することができる。
【００５６】
図９は、本発明の第６の実施形態の説明図であり、図９（ａ）は電子増倍パルスのタイミングチャート、図９（ｂ）は電位井戸形成及び電子増倍の様子を示す図である。
【００５７】
本実施形態は、図７の実施形態と同様に、８相駆動の実施形態である。この実施形態の狙いも、垂直電荷転送路の繰り返し周期以上の範囲において電子増倍を（時間的な観点から）効率的に行うことにある。
【００５８】
今までの実施形態では、電子増倍用の連続する深い電位井戸を少なくとも２つ同時に形成したが、本実施形態では、少なくとも２つの電子増倍用の連続する深い電位井戸を、時間差を持って形成している点が異なる。
【００５９】
即ち、時刻ｔ１における電子増倍パルスの印加はＶ５電極のみに行い、そして時刻ｔ６において、１回目の電子増倍パルスの印加中に２回目の電子増倍パルスの印加を電極Ｖ７に行った。つまり、電子増倍期間と増倍前待機期間をオーバーラップさせる構成としている。これにより、電子増倍駆動全体に必要な電子増倍前待機期間を短縮することができる。
【００６０】
図５の実施形態と同様に連続する３つの深い電位井戸を用いて電子増倍を行う場合に本実施形態を適用するには、２回目の電子増倍パルスを印加中に３回目の電子増倍パルスを印加して電子増倍期間と増倍前待機期間とをオーバーラップさせれば良い。
【００６１】
本実施形態によれば、垂直電荷転送路の繰り返し周期以上の範囲においても、電子増倍駆動全体に必要な電子増倍前待機期間を効率よく短縮することができる。
【００６２】
以上述べた様に、本発明実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、受光量に応じた信号電荷を電荷転送路に読み出し、該信号電荷を蓄積した前記電荷転送路上の第１の電位井戸より深い第２の電位井戸を電位障壁を介して前記電荷転送路上に形成し、前記第１の電位井戸内の前記信号電荷を前記電位障壁を消失させて前記第２の電位井戸内に落とし込んで電子増倍を行うと共に該電子増倍の駆動終了前に前記第２の電位井戸と同じ深さの少なくとも１つの連続電子増倍用電位井戸を電位障壁を介して前記電荷転送路上に形成し、前記電子増倍の駆動終了後に前記第２の電位井戸の深さを前記第１の電位井戸の深さに戻してから連続して前記第２の電位井戸と前記連続電子増倍用電位井戸との間の前記電位障壁を消失させ該第２の電位井戸内の前記信号電荷を前記連続電子増倍用電位井戸内に落とし込んで電子増倍を行うことを特徴とする。
【００６３】
また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記第２の電位井戸と少なくとも１つの前記連続電子増倍用電位井戸とを同時に形成することを特徴とする。
【００６４】
また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記第２の電位井戸と前記連続電子増倍用電位井戸とを時間差を持って形成し、該第２の電位井戸を用いた電子増倍駆動中に前記連続電子増倍用電位井戸を形成することを特徴とする。
【００６５】
また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記第２の電位井戸及び前記連続電子増倍用電位井戸を用いて電子増倍を行うときに少なくとも該連続電子増倍用電位井戸に電位障壁を介して次の連続電子増倍用電位井戸を形成し該連続電子増倍用電位井戸も用いて少なくとも３回連続して電子増倍を行うことを特徴とする。
【００６６】
また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、上記記載の駆動方法により連続して少なくとも２回の電子増倍を行う駆動方法と、上記記載の駆動方法により連続して少なくとも３回の電子増倍を行う駆動方法とを、撮像装置のＩＳＯ感度に応じて切り換えることを特徴とする。
【００６７】
また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記深い電位井戸を形成するために該電位井戸に対応する電極に高電圧パルスを印加する時、該高電圧パルス印加と同タイミングで前記電極と異なる別電極に前記高電圧パルスと逆極性の電圧パルスを印加することを特徴とする。
【００６８】
また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記深い電位井戸を形成するために該電位井戸に対応する電極に高電圧パルスを印加した時、該高電圧パルス印加終了と同タイミングで前記電極と異なる別電極に次の電子増倍を行う深い電位井戸を形成する高電圧パルスを印加することを特徴とする。
【００６９】
また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記深い電位井戸を形成するために該電位井戸に対応する電極に高電圧パルスを印加する時、該高電圧パルス印加と同タイミングで前記電極と異なる別電極に前記高電圧パルスと逆極性の電圧パルスを印加し、更に、該高電圧パルス印加終了と同タイミングで前記電極，前記別電極と異なる他の電極に次の電子増倍を行う深い電位井戸を形成する高電圧パルスを印加することを特徴とする。
【００７０】
また、実施形態の撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像素子と、該ＣＣＤ型固体撮像素子に上記のいずれかに記載の駆動方法でパルス電圧を印加し前記電位井戸の形成と前記電位障壁の消失を行う制御手段とを備えることを特徴とする。
【００７１】
以上述べた実施形態によれば、電子増倍駆動時間の短時間化を図ることができ、高Ｓ／Ｎの撮像画像信号を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、短時間に所要回数の電子増倍を行うことができ、高Ｓ／Ｎの画像信号を得ることができるため、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、カメラ付携帯電話機、ＰＤＡやノートパソコン等のカメラ付電子装置、内視鏡等の撮像装置一般に適用すると有用である。
【符号の説明】
【００７３】
３，５，７，９  電子増倍用の深い電位井戸
２  信号電荷
４，６  電位障壁
２０  撮像装置
２１  ＣＣＤ型の固体撮像素子
２２  画素（光電変換素子：フォトダイオード）
２３  垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）
２３ａ  垂直転送電極
２４  水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）
２６  デジタル信号処理部
２９  システム制御部（ＣＰＵ）
【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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