(57)【要約】【課題】ノイズが混在しない時点で電子増幅を発生させてS/N比を向上すること。【解決手段】固体撮像装置10は、操作部12、制御部14、タイミング発生部16、撮像駆動部18、撮像部20、光学系駆動部22、光学系24、アナログ信号処理部26、AD変換部28、ディジタル信号処理部30、圧縮伸長処理部32、記録部34および表示部36を含み、撮像駆動部18が、露光中に読み出しパルスを撮像部20に供給して、1回の撮像で形成される信号電荷を複数回に分けて読み出す。これにより、読み出す際に電子を加速することが可能になって電子増幅を発生させることが可能になり、S/N比を向上することが可能になる。【選択図】図１
2008113113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光によって入射する光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子から、該信号電荷を読出パルスによって垂直転送路へ読み出して該垂直転送路で垂直方向に転送し、該転送した信号電荷を電気信号として読み出す固体撮像素子の駆動方法において、該方法は、
前記露光開始から該露光終了までの間に前記読出パルスを１回以上印加して、前記信号電荷を２回以上に分けて読み出すことを特徴とする駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、該方法は、前記読出パルスによって読み出された第１の信号電荷を、次に読み出される第２の信号電荷を読み出す前に、該読出パルスが印加される第１の転送電極とは異なる第２の転送電極下の前記垂直転送路へ移動させることを特徴とする駆動方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、該方法は、前記移動させた第１の信号電荷を、第２の信号電荷を読み出すのと実質的に同じタイミングで、第１の転送電極下の前記垂直転送路へ戻すことを特徴とする駆動方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載の方法において、該方法は、前記信号電荷を前記垂直転送路に読み出す前に、第２の電極に供給する駆動信号の電位を、インパクトイオン化を発生させる程度に変えることを特徴とする駆動方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、該方法は、ISO感度に応じて前記読出パルスを印加する回数を変えることを特徴とする駆動方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、該方法は、前記すべての受光素子から実質的に同じタイミングで信号電荷を読み出す全画素読み出しであることを特徴とする駆動方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、該方法は、前記電気信号を元にして静止画を形成することを特徴とする駆動方法。
【請求項８】
露光によって入射する光を光電変換して信号電荷を生成する受光素子から、該信号電荷を読出パルスによってフィールド毎に垂直転送路へ読み出して該垂直転送路で垂直方向に転送し、該転送した信号電荷を電気信号として読み出す固体撮像素子の駆動方法において、該方法は、
前記露光開始から露光終了までの間に、第１の読出パルスを1回以上印加して、第１のフィールドにおける第１の信号電荷を２回以上に分けて読み出して増幅し、
第２の読出パルスによって第２フィールドにおける第２の信号電荷を読み出し、
読み出した第２の信号電荷を第１の信号電荷と実質的に同じ増幅率になるまで増幅することを特徴とする駆動方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、該方法は、ISO感度に応じて第１の読出パルスを印加する回数を変えることを特徴とする駆動方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法において、該方法は、前記読み出した第２の信号電荷を、第２の読出パルスが印加される第１の転送電極とは異なる第２の転送電極下の前記垂直転送路へ移動し、その後第１の転送電極下の前記垂直転送路に戻すことによって増幅することを特徴とする駆動方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、該方法は、第２の転送電極下の前記垂直転送路に移動した信号電荷を第１の転送電極下の前記垂直転送路に戻す前に、第２の転送電極に供給する駆動信号の電位を変えることを特徴とする駆動方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法において、前記受光素子は、前記被写界からの入射光を色フィルタで複数の色に色分解して、該色フィルタから赤緑青の３原色のいずれかを示す該入射光を得て、赤色、緑色、および青色の前記信号電荷に光電変換し、
第１の信号電荷は、該緑色の信号電荷であり、
第２の信号電荷は、前記赤色および青色の信号電荷であることを特徴とする駆動方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法において、前記受光素子は、前記被写界からの入射光を色フィルタで複数の色に色分解して、該色フィルタから赤緑青の３原色のいずれかを示す該入射光を得て、赤色、緑色、および青色の前記信号電荷に光電変換し、
第１の信号電荷は、該赤色および青色の信号電荷であり、
第２の信号電荷は、前記緑色の信号電荷であることを特徴とする駆動方法。
【請求項１４】
請求項８ないし１３のいずれかに記載の方法において、該方法は、前記電気信号を元にして静止画を形成することを特徴とする駆動方法。
【請求項１５】
露光によって入射する光から信号電荷を生成する受光素子、および転送電極を介して供給される駆動信号に応じて該受光素子から読出パルスによって読み出された該信号電荷を転送する垂直転送手段を含み、該信号電荷から電気信号を形成する撮像手段と、
該撮像手段を駆動する駆動手段と、
前記電気信号を処理して画像信号を形成する信号処理手段とを含む固体撮像装置において、該装置は、
前記露光開始から該露光終了までの間に、前記読出パルスを１回以上印加して、前記信号電荷を２回以上に分けて読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の撮像装置において、該装置は、前記読み出した第１の信号電荷を、次に読み出される第２の信号電荷を読み出す前に、前記読出パルスが印加される第１の転送電極とは異なる第２の転送電極下の前記垂直転送手段へ移動させることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置において、該装置は、前記移動させた第１の信号電荷を、第２の信号電荷を読み出すのと実質的に同じタイミングで第１の転送電極下の前記垂直転送手段へ戻すことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の装置において、該装置は、前記信号電荷を読み出す前に、第２の転送電極に供給する駆動信号の電位を、イオンインパクト化を発生させる程度に変えることを特徴とする撮像装置。
【請求項１９】
請求項１５ないし１８のいずれかに記載の装置において、該装置は、ISO感度に応じて前記読出パルスを印加する回数を変えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２０】
請求項１５ないし１９のいずれかに記載の装置において、該装置は、前記すべての受光素子から実質的に同じタイミングで信号電荷を読み出す全画素読み出しを行うことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２１】
露光によって入射する光から信号電荷を生成する受光素子、および転送電極を介して供給される駆動信号に応じて該受光素子から読出パルスによって読み出された該信号電荷を転送する垂直転送手段を含み、該信号電荷から電気信号を形成する撮像手段と、
該撮像手段を駆動する駆動手段と、
前記電気信号を処理して画像信号を形成する信号処理手段とを含み、
前記駆動手段は、第１の読出パルスによって第１フィールドにおける第１の信号電荷を垂直転送手段へ読み出し、第２の読出パルスによって第２フィールドにおける第２の信号電荷を該垂直転送手段へ読み出す固体撮像装置において、該装置は、
前記露光開始から該露光終了までの間に第１の読出パルスを１回以上印加して、第１の信号電荷を２回以上に分けて読み出して増幅し、
前記読み出した第２の信号電荷を、第１の信号電荷と実質的に同じ増幅率になるまで増幅することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置において、該装置は、ISO感度に応じて第１の読出パルスを印加する回数を変えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２３】
請求項２１に記載の装置において、該装置は、前記読み出した第２の信号電荷を、第２の読出パルスが印加される第１の転送電極とは異なる第２の転送電極下の前記垂直転送手段へ移動した後に、第１の転送電極下の前記垂直転送手段に戻すことによって増幅することを特徴とする駆動固体撮像装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置において、該装置は、前記移動した第２の信号電荷を第１の転送電極下の前記垂直転送手段に戻す前に、第２の転送電極に供給する駆動信号の電位を変えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２５】
請求項２１に記載の装置において、前記撮像手段は、前記被写界からの入射光を色フィルタで複数の色に色分解して、該色フィルタから赤緑青の３原色のいずれかを示す該入射光を得て、赤色、緑色、および青色の前記信号電荷に光電変換し、
前記駆動手段は、第１フィールドで該緑色の信号電荷を読み出し、第２フィールドで前記赤色および青色の信号電荷を読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２６】
請求項２１に記載の装置において、前記撮像手段は、前記被写界からの入射光を色フィルタで複数の色に色分解して、該色フィルタから赤緑青の３原色のいずれかを示す該入射光を得て、赤色、緑色、および青色の前記信号電荷に光電変換し、
前記駆動手段は、第１フィールドで該赤色および青色の信号電荷を読み出し、第２フィールドで前記緑色の信号電荷を読み出す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、固体撮像装置に関し、とくに電子増幅を利用して信号電荷を増やす固体撮像装置および駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、固体撮像装置において電子増幅、すなわちインパクトイオン化について触れている例は多くある。なおインパクトイオン化とは、電界により加速された電子が結晶格子のつなぎ役になっている最外郭電子をはじき出して自由電子を発生させる現象である。
【０００３】
例えば特許文献１には、暗電流が増幅した結果生じるいわゆる白傷を解消するために、固体撮像装置の電荷蓄積部と読み出し部との間の半導体不純物濃度を調整し、これによって電解を緩和し、電子増幅を抑制する固体撮像装置が開示されている。
【０００４】
また例えば特許文献２には、電子増幅を積極的に発生させて感度を向上させる固体撮像素子が開示されている。具体的には、固体撮像素子に増幅部を設け、垂直転送されてきた信号電荷をこの増幅部で増幅している。
【特許文献１】特開平８−３４００９９号公報
【特許文献２】特開２００２−２９０８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、信号電荷のみを増幅することができればS/N比を向上させることが可能になるため、例えば特許文献１のように電子増幅を抑制するやり方は有益なやり方ではない。また特許文献２のように垂直転送後に電荷を増幅するやり方では、電荷を増幅すると共にノイズも増幅してしまうという問題を有している。なぜなら、垂直転送路では暗電流がかなり多く発生しするため、増幅する信号電荷にノイズが混在しているからである。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、ノイズが混在しない時点で電子増幅を発生させてS/N比を向上させる撮像装置、および駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために本発明は、受光素子から垂直転送路へ信号電荷を読み出す時点で電子増幅を発生させる。より具体的には、露光開始から露光終了までの間に読出パルスを複数回印加して受光素子から垂直転送路へ電荷を少しずつ読み出すことによって、電子を加速し、これによって自由電子を発生させる。また本発明では、読み出された電荷を、読出パルスが印加される転送電極とは異なる転送電極下の垂直転送路に退避させることによって、電子が常に一定の加速度で加速されるようにして増幅率を一定にする。
【０００８】
さらに本発明では、別の転送電極下の垂直転送路に退避させた電荷を、再度元の転送電極下、すなわち読出パルスが印加される転送電極下の垂直転送路に戻すことによって電子増幅を発生させる。また読出パルスが印加される第１の転送電極とは異なる第２の転送電極へ供給する駆動信号の電位を変化させて、電子が移動する際の加速度を大きくする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、読み出し時というノイズの混入が少ない時点で電子増幅を発生させるため、S/N比を向上させることが可能である。また、電子増幅を読出パルスの印加によって発生させるため、信号電荷を、余計な素子を必要とせずに、また効率よく増幅させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の実施例を詳細に説明する。図１は、本発明による固体撮像装置の実施例の構成を表すブロック図である。図１において、固体撮像装置10は、操作部12、制御部14、タイミング発生部16、撮像駆動部18、撮像部20、光学系駆動部22、光学系24、アナログ信号処理部26、AD変換部28、ディジタル信号処理部30、圧縮伸長処理部32、記録部34および表示部36を含み、被写界からの入射光を基にしてディジタル画像データを形成する装置である。
【００１１】
より具体的に説明すると、被写界からの入射光を光学系24において取り込むとともに、操作部12で操作されることにより制御部14、撮像駆動部18および光学系駆動部22が制御されて撮像部20でこの被写界像を撮像し、得られたアナログ電気信号をアナログ信号処理部26およびAD変換部28で処理してディジタル画像データを形成し、このディジタル画像データをディジタル信号処理部30で処理して記録部34に記憶したり、表示部36に表示する装置である。なお、本発明の理解に直接関係のない部分は、図示を省略し冗長な説明を避ける。また以下の説明において各信号はその現れる接続線の参照番号で特定する。
【００１２】
操作部12は、操作者の指示を入力する手操作装置であり、操作者の手操作状態、例えばシャッタボタン（図示せず）のストローク操作に応じて、操作信号40を制御部14に供給する機能を有する。本実施例において、このシャッタボタンは、２段押し機能を備えた押しボタンである。具体的に説明すると、シャッタボタンが押されていない状態がスタンバイ状態であり、第１段の半押し状態では予備撮像を指示する操作信号40を制御部14に供給し、また第２段の全押し状態では本撮像を指示する操作信号40を制御部14に供給する。
【００１３】
制御部14は、例えば中央演算処理装置（Central Processing Unit：CPU）を有し、操作部12から供給される操作信号40に応動して、固体撮像装置10全体の動作を制御、統括する制御機能部である。例えば本実施例の制御部14は、操作信号40に応じて制御信号42、44および46を生成し、制御信号42、および44を、タイミング発生器16、および光学系駆動部22にそれぞれ供給してこれらを制御する。また制御信号46をバス48に供給し、このバス48を介してこれに接続されている各部を制御する。本実施例では、バス48には、AD変換部28、ディジタル信号処理部30、圧縮伸長処理部32、記録部34、および表示部36が接続している。
【００１４】
光学系駆動部22は、後段の光学系24における図示しないレンズの移動を制御するズーム機構で、制御部14からの制御信号44に応じてレンズを駆動する駆動信号52を出力してAF調整を実現するものである。
【００１５】
光学系24は、図示しないがレンズおよび絞りなどを含み、所望の被写界像を取り込んで撮像部20に入射する光入射機構である。光学系24は、図示しないが、さらにシャッタ機構、赤外線（Infrared Rays：IR）カットフィルタおよび光学ローパスフィルタ（Low Pass Filter：LPF）などを含んでいてもよい。
【００１６】
タイミング発生器16は、固体撮像装置10を動作させる基本クロック（システムクロック）を発生する発振器を有し、この基本クロックを各部に供給する。例えば本実施例ではタイミング発生器16は、制御部14から供給される制御信号42に基づいてタイミング信号54、および56を生成して撮像駆動部18、アナログ信号処理部26にそれぞれ供給し、撮像駆動部18、アナログ信号処理部26それぞれの駆動を制御する。
【００１７】
撮像駆動部18は、本実施例では、図示しないが、垂直駆動部、水平駆動部、出力回路駆動部およびシャッタ駆動部などを含み、撮像部20を駆動させる機能を有している。例えば本実施例では、撮像駆動部18は、タイミング発生器16からのタイミング信号58に応じて、垂直駆動部、水平駆動部、出力回路駆動部およびシャッタ駆動部が、垂直駆動信号、水平駆動信号、リセットパルスおよび電子シャッタパルスなどをそれぞれ生成して、撮像部20が有する固体撮像素子における水平転送路、垂直転送路、出力回路およびシャッタ部にそれぞれ供給する。
【００１８】
撮像部20は、固体撮像素子70を含んでいる。図２は、固体撮像素子70において、被写界からの入射光が照射される面、すなわち、撮像面を概念的に示した図である。固体撮像素子70は、受光素子72、トランスファーゲート74、垂直転送路76、水平転送路78、および出力回路80を含んでいる。なお本実施例では、撮像面は複数の領域に分割されていないが、本発明はこれに限定するわけではなく、撮像面は複数の領域に分割されていてもよい。
【００１９】
受光素子72は、本実施例ではフォトダイオード（Photo Diode : PD）であり、２次元マトリックス状に配置され、露光によってフォトダイオードに入射される入射光を信号電荷に変換する機能を有する。なお、固体撮像素子70は、入射光が入射される側に、受光素子72の配設位置に対応して図示しない色フィルタを含んでいてもよく、この色フィルタを含んでいる場合は、固体撮像素子70は、入射光を色フィルタで色分解し、この分解された色成分の光を受光素子72で信号電荷に変換する。本実施例では、受光素子46は正方格子配列であるが、本発明はこれに限定するわけではなく、例えばハニカム配列を採用することも可能である。また色フィルタも任意の配列を採用することが可能であり、例えばベイヤー配列などを採用することが可能である。
【００２０】
受光素子72の一方の側にはトランスファーゲート74がそれぞれ設けられている。このトランスファーゲート74は、撮像駆動部18から供給される垂直駆動信号に含まれている読出パルスに応じて、受光素子72で形成された信号電荷の読み出しを制御する機能を有する。トランスファーゲート74の受光素子72と対向する側には垂直転送路76がそれぞれ設けられている。各垂直転送路76に対応して複数の転送電極V1〜V4が配設されている。各転送電極には撮像駆動部18から垂直駆動信号φV1〜V4がそれぞれ供給され、垂直転送路76はこの垂直駆動信号φV1〜V4に応じて、トランスファーゲート74から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する機能を有する。なお本実施例では、4層駆動であるが、本発明はこれに限定するわけではなく、例えば固体撮像素子に応じて任意であり、例えば6層や8層駆動であってもよい。
【００２１】
水平転送路78は、撮像駆動部18から水平駆動信号が入力されて、垂直転送路76で転送されてきた信号電荷を、出力回路へ向けて、さらに水平方向へ転送する機能を有する。出力回路80は、本実施例ではフローティングディフュージョンアンプであって、水平転送路78で転送されてきた信号電荷をアナログ電圧信号90に変換する。以上のようにして撮像部20は、露光によって受光素子72に蓄積した信号電荷が変換されることによって形成されたアナログ電気信号90を出力する。
【００２２】
アナログ信号処理部26は、タイミング発生部16から供給されるタイミング信号56に応動して、撮像部20から供給されるアナログ電気信号90にアナログ信号処理を施す機能を有す。例えば本実施例では、アナログ信号処理部26は、相関二重サンプリング回路（Correlated Double Sampling：CDS）およびゲインコントロールアンプ（Gain Controlled Amplifier：GCA）などの回路によってアナログ信号処理を実行し、その結果、アナログ画像信号92を生成して出力する。
【００２３】
A/D変換部28は、アナログ信号処理部26からのアナログ画像信号92にアナログ・ディジタル変換処理を施す機能を有する。本実施例では、A/D変換部28は、制御部14によって制御されて、アナログ画像信号92を変換してディジタル画像信号94を生成し、バス48を介してこれに接続している各部に供給する。
【００２４】
ディジタル信号処理部30は、制御部14に制御されて、バス48を介してA/D変換器28から供給されたディジタル画像信号94にディジタル信号処理を施す機能を有する。例えば本実施例ではディジタル信号処理部30は、ディジタル画像信号94に対して、オフセット補正処理、ホワイトバランス（White Balance：WB）補正処理、同時化処理部、補間処理、リニアマトリクス（Linear Matrix：LMTX）処理、ガンマ（γ）補正処理およびYC変換などの処理をし、処理によって形成されたディジタル画像信号96を、バス48を介して圧縮伸長処理部32に供給する。
【００２５】
圧縮伸長処理部32は、ディジタル信号処理部30から供給されたディジタル画像信号96を圧縮処理する機能を有している。本実施例では圧縮伸長処理部32は、バス48を介して供給されたディジタル画像信号96を圧縮処理し、処理後のディジタル画像信号98を記録部34などに供給する。
【００２６】
記録部34は、圧縮伸長処理部32などからバス48を介して供給されるディジタル画像信号100を記録する部分である。例えば本実施例では記録部34は、半導体メモリが搭載されたメモリカードや光磁気ディスクなどの情報記録媒体であって、ディジタル画像信号100を記録する。なお記録部34は着脱可能であってもよい。
【００２７】
表示部36は、ディジタル信号処理部30などからバス48を介して供給されるディジタル画像信号102を表示する部分である。本実施例では、表示部36は、液晶表示（Liquid Crystal Display: LCD）パネルなどである。
【００２８】
以上のような構成の固体撮像装置10には、撮像部20を含み被写界像を撮像してディジタル画像信号を形成する装置が該当し、たとえば、ディジタルカメラ、電子スチルカメラ、画像入力装置、ムービーカメラ、カメラが設けられた携帯電話、または、被写体を撮像してシール等に印刷する装置等が挙げられるが、本発明はこれらに限定するわけではない。また本発明では、各部の構成を本実施例に限定するわけではなく、固体撮像装置10に応じて任意の構成を採用することが可能である。
【００２９】
このような固体撮像装置10において、従来の本撮像では、本撮像における露光、すなわち本露光の終了後に読出パルスを印加して、この本露光によって形成された信号電荷を１回で読み出していた。しかし、信号電荷を１回で読み出してしまうやり方は、読み出しが進むにつれて電子増幅が発生し難くなって電子が増えないという問題を有していた。なぜなら読み出し直後では、読み出された信号電荷が垂直転送路におけるポテンシャル井戸の底へ移動するため、電位勾配が急になり、その結果電子は加速されて電子増幅が発生するが、読み出されるにつれて、読み出された信号電荷は既に読み出された信号電荷の上に移動するようになるために電位勾配が緩やかになってしまい、その結果電子が加速され難くなって電子増幅が発生し難くなるからである。そこで本実施例では、本露光中からから信号電荷の読み出しを開始して、信号電荷を常にポテンシャル井戸の底へ、すなわちポテンシャル井戸の深い位置へ読み出し、加速度を大きくして電子増幅を発生させる。以下、詳細に説明する。
【００３０】
図３は図２に示す固体撮像装置10を駆動する信号の一例を概念的に示すタイミングチャートである。図３において、（a）は、垂直駆動信号を、（b）は、オーバーフロードレイン（Over-Flow Drain :OFD）、および電子シャッタパルスを、（c）はメカニカルシャッタの信号をそれぞれ概念的に示し、（d）は各駆動信号に応じて固体撮像装置10で行われる動作を概念的に示した図である。また図４は、図３に示す各時刻において、図２に示す各部に形成されるポテンシャル井戸と、それに伴う信号電荷の転送を概念的に示したポテンシャル図である。図４は、図２に示す撮像面を直線A1によって水平方向に切断した際の断面を同直線A1に添付の矢印方向から見た状態を概念的に示している。図４において図２と同じ参照符号は同様の構成要素を示す。
【００３１】
図３において固体撮像装置10は、操作者によって操作部12におけるシャッタボタンが半押しされると予備撮像、例えばAE調整や、AF調整や、被写界を表示部に表示するなどを行う。その後操作者によってシャッタボタンが全押しされると、それまでの予備撮像によって受光素子に蓄積した信号電荷を読み出して廃棄する、いわゆる掃出しを行う。固体撮像装置10は掃出しが終了した時点から、本撮像により１枚のディジタル画像を形成するための露光、いわゆる本露光を行う。従来では、この本露光が終了してメカニカルシャッタが閉じた後に読出パルスを印加して、本露光中に受光素子が形成した信号電荷を一度に読み出していた。しかし本実施例では、本露光が開始されてから終了するまでの間、すなわち光電変換中に読出パルスを少なくとも1回印加して、1回の本露光で形成される信号電荷を複数回に分けて読み出す。以下、詳細に説明する。
【００３２】
図３、および図４において、固体撮像装置10のメカニカルシャッタが開いて本露光が開始されると、図４（a）に示すように受光素子72が光電変換を開始して信号電荷110が形成される。その後本実施例では、撮像駆動部18が予め定められた一定時間経過後の時刻t=2で読出パルス112を印加する。時刻t=2にて読出パルス112が印加されると、図４（b）に示すように、本露光を開始してから時刻t=2までの間に受光素子が形成した信号電荷110が転送電極V1の直下の垂直転送路、すなわち垂直転送路V1へ読み出される。
【００３３】
このとき読み出された信号電荷110は、その数が少ないために垂直転送路V1におけるポテンシャル井戸の深い位置へ読み出されるようになる。よって、電子の加速エネルギーが大きい状態を維持することが可能になるため、読み出しの間中電子増幅を発生させることが可能になり、その結果、電子の増幅率を上げることが可能になる。なおこのとき読出パルス112の電位を上げて、より深いポテンシャル井戸が垂直転送路V1に形成されるようにしてもよい。また予めトランスファーゲートの幅Wを、信号電荷の移動に支障が出ない程度に狭くしておいてもよい。トランスファーゲートの幅Wを狭くしておくことによって、電位勾配をより急にすることが可能になって、電子増幅をより発生させることが可能になるため好ましい。なお本発明はこれらに限定するわけではなく、例えばトランスファーゲート74の幅Wは、通常の大きさであってもよい。
【００３４】
図３に戻って、読出パルス112が印加された後、トランスファーゲート74は元の状態、すなわち電位が高い状態に戻る。このとき例えば図４（c）に示すように、撮像駆動部18が、転送電極V1と隣り合う転送電極V2に中間レベルの電圧を印加して、転送電極V2の直下の垂直転送路に浅めのポテンシャル井戸を形成してもよい。このように転送電極V2の直下の垂直転送路、すなわち垂直転送路V2にポテンシャル井戸を形成しておくと、時刻t=3に示すように、トランスファーゲート74が元の状態に戻った際に、垂直転送路V1に読み出された信号電荷110を垂直転送路V2、すなわち、読出パルスが印加されない転送電極下の垂直転送路へ移動させることが可能になるため、次に読み出される信号電荷116を、垂直転送路V1のポテンシャル井戸における深い位置へ落とすことが可能になり、増幅率を向上することが可能になる。
【００３５】
その後、撮像駆動部18は本露光中である時刻t=4に読出パルス114を印加して、時刻t=2から時刻t=4の間に受光素子が形成した信号電荷116を読み出す。なお図４（d）に示すように、時刻t=4では、垂直転送路V2へ移動していた信号電荷も垂直転送路V1へ移動するため、この移動によっても電子増幅を発生させることが可能になり、増幅率をより向上させることが可能になる。
【００３６】
その後撮像駆動部18は、本露光中である時刻t=5、およびt=6にも同様に、読出パルス118、および120をそれぞれ印加して信号電荷を読み出す。この読み出しの様子は、時刻t=3および4、すなわち図４（c）および（d）と同様であるため図示を省略する。時刻t=5、およびt=6における読み出しの場合も、読み出された信号電荷を垂直転送路V1におけるポテンシャル井戸の深い位置へ落とすことが可能になり、電子の加速エネルギーを大きくして電子増幅をより多く発生させることが可能になる。
【００３７】
本露光が終了してメカニカルシャッタが閉じた時刻t=7に、撮像駆動部18は、読出パルス122を印加して、この本露光によって形成された信号電荷を完全に読み出す。この読み出しも、図４（d）と同様である。その後、各読出パルスによって読み出された信号電荷は、1回の本露光で形成された信号電荷としてまとめられ、垂直転送路76によって水平転送路78へ向けて転送されてゆく。
【００３８】
以上のようにして固体撮像装置10では、撮像駆動部18が本露光中に読出パルスを少なくとも1回印加し、1回の本露光で生成される信号電荷を複数回に分けて、例えば本実施例では5回に分けて読み出す。よってそれぞれの読み出しの際には信号電荷をポテンシャル井戸の深い位置へと読み出すことが可能になるため、読み出しの間中、加速エネルギーが大きい状態を維持することが可能になり、その結果より多くの信号電荷を得ることが可能になる。
【００３９】
また読み出しの際に発生する暗電流は少ないため、ノイズの混入をできるだけ防いで信号電荷のみを増幅することが可能であり、S/N比を向上することが可能になる。さらに読出パルスを印加すること、すなわち撮像駆動部18によって固体撮像素子70を制御することによって、信号電荷を増幅するため、効率よく信号電荷を増幅することが可能になる。このように信号電荷を複数回に分けて読み出す読み出し方は、1枚の静止画を形成する撮像で行ってもよいし、また動画を形成する撮像で行ってもよい。
【００４０】
なお本発明では、1回の本露光によって形成された信号電荷を読み出すために、読出パルスを5回印加しているが、本発明はこれに限定するわけではなく、印加する読出パルスの数は任意の数を採用することが可能である。また例えばISO感度などの撮影状況に応じて、読出パルスの印加回数を1回にするのか、それとも複数回にするのかを決めることも可能である。
【００４１】
より具体的に説明すると、例えばISO感度が低い撮影状況では、電子増幅を発生させなくても十分な量の信号電荷を得ることが可能である。よって、固体撮像装置10は、低ISO感度の場合は電子増幅を発生させない駆動を行い、逆に高ISO感度、例えばISO感度が400以上の場合などに、読出パルスを複数回印加して電子増幅を発生させる駆動を行うようにしてもよい。
【００４２】
図５は、固体撮像装置10の制御部14において、ISO感度に応じて読み出す回数を決める処理の一例を示すフローチャートである。図５において、制御部14は、例えば操作パネルにおけるシャッタボタンが半押しの状態になって予備撮像が行われると、高感度、例えばISO感度が400以上での駆動か否かを判断する（ステップS1）。その結果、高感度での駆動の場合では、制御部14は、読出パルスを複数回印加して信号電荷を読み出す駆動を行うようにタイミング発生部を制御し（ステップS2）、処理を終了する。逆に高感度ではない場合、すなわち低感度の場合は、読出パルスを1回だけ印加して信号電荷を読み出す駆動を行うように、タイミング発生部を制御し（ステップS3）、処理を終了する。
【００４３】
なお図５に示す処理では制御部14は、高感度での駆動か否かを判断しているだけであるが、本発明はこれに限定するわけではなく、例えば制御部14に感度を特定させて、その感度に応じて印加する読出パルスの回数を決めさせてもよい。具体的に説明すると、例えば制御部14は、そのISO感度が400以上で1600よりも低い場合は、読出パルスを例えば4回印加すると決定し、またISO感度が1600以上である場合には、読出パルスを例えば8回印加すると決定してもよい。なお本発明はこれに限定するわけではない。
【００４４】
図６は図２に示す固体撮像装置を駆動する信号の別の一例を示すタイミングチャートである。また図７は、図６に示す各時刻において、図２に示す各部に形成されるポテンシャル井戸と、それに伴う信号電荷の転送を概念的に示したポテンシャル図である。図７では、図４に示す垂直転送路76を直線A2によって水平方向に切断し、その断面を同直線A2に添付の矢印方向から概念的に示している。また図７において、時刻t=1における処理は、図４に示す時刻t=1における処理と同様であるため省略する。
【００４５】
図６に示す例では、固体撮像装置は、読出パルスが印加される転送電極に隣接する転送電極下の垂直転送路でポテンシャル障壁を形成して、読み出された信号電荷を、読出パルスが印加される転送電極およびこの転送電極と隣接する転送電極とは異なる転送電極下の垂直転送路に移動させる。よって、次の信号電荷を読み出す際は、読出パルスが印加されて信号電荷が読み出される転送電極下の垂直転送路には信号電荷が存在しないため、常に一定の電位を確保することが可能になり、電子増幅を安定して発生させることが可能になる。以下、詳細に説明する。
【００４６】
図６、図７において、本露光中の時刻t=2で転送電極V1に読出パルス112が印加されて、本露光開始から時刻t=2までの間に受光素子72が形成した信号電荷110が垂直転送路V1へ読み出される。その後、図７（b）に示すように読み出された信号電荷110が垂直転送路V2へ移動すると、撮像駆動部18は、時刻t=8にて、すなわち次の読み出し信号114が印加される前に、転送電極V2に駆動信号140を印加して垂直転送路V2にポテンシャル障壁を形成し、信号電荷110を垂直転送路V2から、転送電極V3の直下の垂直転送路、すなわち垂直転送路V3へ移動、すなわち一時的に退避させる。
【００４７】
垂直転送路V3に移動した信号電荷110は、転送電極V2がバリア電極として機能しているため、転送電極V2の解除、すなわち垂直転送路V2によるポテンシャル障壁をなくさない限り、垂直転送路V1には移動しない。よって次の読み出し信号114が印加される際は、図７（d）に示すように、垂直転送路V1におけるポテンシャル井戸に信号電荷が存在しない状態を形成することが可能になる。その結果、安定した増幅率で信号電荷を増幅することが可能になる。なお本実施例では、読み出した信号電荷110を垂直転送路V3に移動させているが、本発明はこれに限定するわけではなく、任意の転送電極下の垂直転送路に移動することが可能である。
【００４８】
信号電荷110を垂直転送路V3に退避させた後、撮像駆動部18は、同様の処理、すなわち信号電荷の読み出しと、読み出した信号電荷の退避を繰り返し行う。その後メカニカルシャッタが閉じ、読出パルス122が印加されて、この本露光によって形成された信号電荷が完全に読み出されると共に、撮像駆動部18は垂直転送路V2におけるポテンシャル障壁を解除する駆動信号を転送電極V2に供給し、垂直転送路V3に移動させていた信号電荷を元の垂直転送路V1へと戻す。垂直転送路76はこれらの信号電荷を、受光素子が1回の本露光で形成した信号電荷として水平転送路78へ向けて転送する。
【００４９】
以上のようにして図６、および図７に示す例では、信号電荷を複数回に分けて読み出すと共に、読み出した信号電荷を、転送電極を１つ介した別の転送電極下の垂直転送路へ移動させる。なお図６および図７に示す実施例の場合も、図３、図４に示す例と同様に、読出パルスを任意の回数印加することが可能であり、またISO感度に応じて読み出す回数を変更することが可能である。
【００５０】
図８は、図２に示す固体撮像装置を駆動する駆動信号の別の一例を示すタイミングチャートである。図８において図３と同じ参照符号は同様の構成要素を示す。また図８において、（b）は、（a）に示す垂直駆動信号φVのうち、転送電極V2に供給される垂直駆動信号φV2を具体的に示した図である。図９は、図８に示す各時刻において、図２に示す各部に形成されるポテンシャル井戸と、それに伴う信号電荷の転送を概念的に示したポテンシャル図である。図９において、時刻t=1における処理は、図４に示す時刻t=1における処理と同様であり、時刻t=2、およびt=3における処理は、図７に示す時刻t=2、およびt=3における処理とそれぞれ同様であるため省略する。
【００５１】
図８、および図９に示す例では、読出パルスが印加される転送電極とは異なる転送電極下の垂直転送路に一時的に移動させた信号電荷を、次の読出パルスが印加される度に、読出パルスが印加される元の転送電極下の垂直転送路に戻し、その後再び読出パルスが印加される転送電極とは異なる転送電極下の垂直転送路に移動させる。このように信号電荷を転送電極間で動かすことによって、元の転送電極に戻す際に、信号電荷を加速することが可能になって電子増幅を発生させることが可能になるため、信号電荷をより増幅させることが可能になる。以下詳細に説明する。
【００５２】
図８、および図９おいて、時刻t=8における処理は、図７に示す時刻t=8における処理と同様である。撮像駆動部18は、読み出した信号電荷116を垂直転送路V3に移動させると、時刻t=10にて、次の読出パルス114を印加するのと実質的に同じタイミングで、転送電極V2の電位を下げて垂直転送路V2におけるポテンシャル障壁を解除する。すると、図９（b）に矢印180で示すように時刻t=2からt=10までの間に受光素子72が形成した信号電荷116が垂直転送路V1へ読み出され、またこれと共に、図９（b）に矢印182で示すように垂直転送路V3に退避していた信号電荷110が垂直転送路V1へ移動する。よって、信号電荷116が読み出される際に発生する信号増幅に加えて、信号電荷110が垂直転送路V1へ移動する際にも信号増幅を発生させることが可能になり、増幅率をより向上させることが可能になる。
【００５３】
その後撮像駆動部18は、次の読出パルスを印加する前の時刻t=12にて、垂直転送路V2のポテンシャル電位を上げて垂直転送路V2にポテンシャル障壁を形成し、信号電荷110、116を垂直転送路V3に移動させる。移動後は同様に、次の読出パルス118が印加されて次の信号電荷が垂直転送路V1に読み出されるのと実質的に同じタイミングで、垂直転送路V2のポテンシャル障壁が解除されて、垂直転送路V3に退避していた信号電荷110、116が垂直転送路V1へ移動する。よって信号電荷をポテンシャル井戸の深い位置へ読み出す際、および信号電荷を移動させる際の両方で電子増幅が発生する。このようにして固体撮像装置10は、信号電荷の読み出しと同時にバリア電極V2の解除、および読み出した信号電荷の垂直転送路V3への移動を繰り返し行う。
【００５４】
メカニカルシャッタが閉じた後は、図７と同様に、この本露光における最後の読出パルス122が固体撮像素子70に印加される。またこの最後の読出パルス122の印加と実質的に同じタイミングでバリア電極V2を解除する駆動信号φV2が固体撮像素子70に印加されて、垂直転送路V2のポテンシャル障壁がなくなる。よって垂直転送路V1には、最後に読み出された信号電荷と、垂直転送路V3に退避していた信号電荷とがまとめられ、このまとめられた信号電荷が、受光素子72が1回の本露光で形成した信号電荷として水平転送路78へ向けて転送される。
【００５５】
以上のようにして図８および図９に示す例では、固体撮像装置10は、信号電荷を複数回に分けて読み出すのに加えて、既に読み出した信号電荷を垂直転送路内で移動させるため、電子増幅が発生する回数を増やすことを可能にし、その結果、増幅率をより向上させることを可能にする。なお図８および図９に示す実施例の場合も、図３、図４に示す例と同様に、読出パルスを任意の回数印加することが可能であり、またISO感度に応じて読み出す回数を変更することが可能である。
【００５６】
図10は、図２に示す固体撮像装置を駆動する駆動信号の別の一例を示すタイミングチャート、および図２に示す各部のポテンシャル井戸の時間的な変化と、それに伴う信号電荷の転送を概念的に示したポテンシャル図である。図10において、（a）は、転送電極に供給される駆動信号φVを概念的に示し、（b）は、駆動信号φVのうち、転送電極V2に供給される駆動信号φV2を具体的に示した図である。また図10（a）および（b）は、共に、本露光中の駆動信号φV、およびφV2を示している。
【００５７】
また図10（c）は、図10（a）、および（b）における時刻t=14における、図２に示す各部に形成されるポテンシャル井戸と、それに伴う信号電荷の転送を概念的に示したポテンシャル図である。時刻t=14における処理は、図８に示す時刻t=10と同様の処理であり、図10（c）において、図９（b）と同じ参照符号は同様の構成要素を示す。図10に示す例では、読出パルス112を印加する直前に、電位を変化させて、異なる垂直転送路に移動していた信号電荷が垂直転送路V1に戻る際の加速エネルギーをより大きくする。以下詳細に説明する。
【００５８】
図10において撮像駆動部18は、読出パルス112を印加する直前に垂直駆動信号の電位のミドルレベルを、垂直転送路V2と垂直転送路V1との間の電位勾配が急になってインパクトイオン化を発生させる程度にローレベル側へ変化させる。例えば本実施例では、図10（a）および（b）に示すように、表面電位側へα分変化させる。なお本発明は電位のミドルレベルを変化する事に限定するわけではなく、ローレベルやハイレベルを変化させることも可能である。
【００５９】
このようにミドルレベルの電位を変化させると、垂直転送路V2およびV3電位で形成されるポテンシャル井戸が電位α分浅くなるため、垂直転送路V2と垂直転送路V1との間の電位勾配を急にすることが可能になる。その結果、垂直転送路V3に退避していた信号電荷が垂直転送路V1に戻る際の加速エネルギーをより大きくすることが可能になり、増幅率をより向上させることが可能になる。
【００６０】
このような電位の変化は、図３、図６、図８に示した任意の実施例と組み合わせることが可能である。例えば、図３に示した例と組み合わせると、信号電荷が垂直転送路V2から垂直転送路V1に戻る際に加速エネルギーが大きなって増幅率がより上げることが可能になる。また例えば感度などの撮影状況に応じて制御部14が電位を変化するか否かを判断してもよく、任意のやり方を採用することが可能である。
【００６１】
以上のように、本露光中に読出パルスを少なくとも1回印加して、1回の本露光によって形成される信号電荷を複数回に分けて読み出す駆動方法は、例えば全ての画素を同時に読み出す全画素読み出しなど、任意の読み出し方に採用することが可能である。なお、信号電荷を走査に応じたフィールド毎に読み出す場合では、第２フィールドでは本露光が既に終了しているために、読出パルスを1回印加するとすべての信号電荷が一度に読み出されてしまう。そこで例えば図11に示すように、複数回に分けて読み出すことによる増幅と、垂直転送路で移動させることによる増幅とを組み合わせて行うとよい。なお、本発明はこれに限定するわけではない。
【００６２】
図11は、図２に示す固体撮像装置10を駆動する駆動信号の別の一例を示すタイミングチャートである。図11ではフィールド読み出しの場合に各部に供給される信号を示し、図11（a）は、各転送電極に供給される駆動信号φVを概念的に示した図であり、（b）は転送電極V2、および転送電極V4に供給される駆動信号φV2、φV4を具体的に示した図である。また図11において（c）および（d）は、オーバーフロードレインと電子シャッタの信号、およびメカニカルシャッタの信号をそれぞれ概念的に示した図であり、（e）は固体撮像装置10が各信号に応じて行う動作を概念的に示した図である。
【００６３】
図11に示す例では、信号電荷をフィールド毎に、すなわち垂直方向1つおきに読み出す。例えば本実施例では、第１フィールドでは、偶数番目の受光素子、すなわち図２に示す受光素子βから信号電荷を読み出し、第２フィールドでは、奇数番目の受光素子、すなわち図２に示す受光素子γから信号電荷を読み出す。この第１フィールドにおける信号電荷を読み出す際、固体撮像装置10は、本露光中、すなわち本露光開始から本露光終了までの間に読出パルスを少なくとも1回印加して、1回の本露光で形成される信号電荷を複数に分けて読み出す。また第２フィールドでは、読出パルスを１回印加して信号電荷をいっぺんに読み出す。なぜなら第２フィールドでは本露光が終了しているからである。その後、読み出した第２フィールドの信号電荷を、読出パルスが印加される転送電極とは異なる転送電極下の垂直転送路へ移動させた後に、読出パルスが印加された元の転送電極下の垂直転送路に戻すという、垂直転送路内の移動による電子増幅の発生を利用して、第１フィールドの信号電荷と実質的に同じ増幅率になるまで増やす。以下、詳細に説明する。
【００６４】
図11において、予備撮像が終了して垂直転送路76に残っている信号電荷の掃出しが終了すると、固体撮像装置10は本露光を開始する。このとき撮像駆動部18は図11（a）に示すように、本露光中に読み出し信号210、212、214、216、218をそれぞれ印加して、第１フィールドにおける信号電荷、すなわち本実施例では受光素子βにおける信号電荷を複数回に分けて、例えば本実施例では5回に分けて垂直転送路V1に読み出し、電子増幅を発生させて信号電荷を増幅する。
【００６５】
この読み出しの際、撮像駆動部18は、例えば転送電極V2に、図11（b）の前段220に示す駆動信号、すなわち図８（b）と同様の駆動信号φV2を供給し、図８と同様の処理を行ってもよい。しかし、本発明はこれに限定するわけではなく、撮像駆動部18は、例えば図３に示すように、垂直転送路V3ではなく、垂直転送路V2に退避させてもよいし、また例えば図６に示すように垂直転送路V3への退避のみ行って、最後の読出パルス218の印加と実質的に同じタイミングで垂直転送路V2によるポテンシャル障壁を解除するようにしてもよいし、さらに例えば図10に示すように駆動信号φV2、およびφV3電位を変更してもよく、任意の読み出し方を採用することが可能である。
【００６６】
このようにして複数回の読出パルスの印加によって第１フィールドにおける信号電荷がすべて読み出されると、垂直転送路76は第１フィールドの信号電荷を水平転送路へ向けて転送する。その後固体撮像装置10は、第２フィールドにおける信号電荷、すなわち本実施例では受光素子γにおける信号電荷の読み出しを行う。
【００６７】
図12は、図11に示す各時刻において、図２に示す各部に形成されるポテンシャル井戸と、それに伴う信号電荷の転送を概念的に示したポテンシャル図である。図12において、第２フィールドでは既に本露光が終了しているため、読出パルス232を１回印加することによって、本露光で形成された信号電荷が一度に垂直転送路V3に読み出される。このとき、例えば図12（a）に矢印230で示すように、読み出しが進むにつれて、信号電荷は既に読み出された信号電荷の上に読み出されるため、電位勾配が緩やかになって電子増幅が発生し難くなる。そこで固体撮像装置10は、垂直転送路内で電位勾配の形成、および信号電荷の移動を繰り返し行い、第２フィールドにおける信号電荷を、第１フィールドにおける信号電荷と実質的に同じ量になるまで増やす。
【００６８】
具体的には撮像駆動部18が時刻t=22にて転送電極V4に図11（b）の後段234に示す駆動信号、すなわち図８（b）と同様の駆動信号φV4を供給し、図12（c）に示すように垂直転送路V3に読み出された信号電荷を、一旦垂直転送路V1へと移動させる。なお本発明はこれに限定するわけではなく、例えば転送電極V4に駆動信号φV4を供給せずに、図３と同様に、転送電極V3と隣接する転送電極下の垂直転送路、すなわち本実施例では垂直転送路V4に退避させることも可能である。その後、撮像駆動部18は時刻t=23にて、転送電極V3に読出パルス236を印加して垂直転送路V3にポテンシャル井戸を形成すると共に、垂直転送路V4が形成するポテンシャル障壁を解除して垂直転送路V1に移動した信号電荷を、矢印238で示すように再び垂直転送路V3へと戻す。この垂直転送路V1から垂直転送路V3へ移動してくる際に電子は加速されて電子増幅を発生する。
【００６９】
なおこのとき撮像駆動部18は、例えば図12（d）に点線で示すように転送電極V3およびV4に供給する駆動信号の電位を変えて、垂直転送路V4および垂直転送路V3間の電位勾配が大きくなるようにしてもよい。撮像駆動部18は、垂直転送路V3へ信号電荷を移動させた後は、再び垂直転送路V4にポテンシャル障壁を形成して信号電荷を垂直転送路V1へ移動させる。
【００７０】
このようにして撮像駆動部18は、垂直転送路V3への読出パルスの印加と、垂直転送路V1への移動とを繰り返し、例えば本実施例では5回繰り返し、第２フィールドにおける信号電荷の増幅率を、第１フィールドにおける信号電荷の増幅率と実質的に同じにする。なお繰り返す回数は、任意の数を採用することが可能であり、また例えば事前にタイミング発生部16や制御部14などに設定しておくことが可能である。第２フィールドの信号電荷を増幅した後は、第２フィールドの信号電荷を水平転送路へ向けて転送して、フィールド毎の読み出しを終了する。このような増幅を行うフィールド読み出しも、図５に示すように例えば撮像状況に応じて行うことが可能である。
【００７１】
なおフィールド毎に読み出す場合、一方のフィールドの信号電荷を読み出している最中は、他方のフィールドの信号電荷は読み出されないため、駆動数を増やす、例えば図13に示すように6層駆動にすることによって、移動させるための転送電極の数を増やすことが可能になる。その結果、より多くの信号電荷を移動させることが可能になるため、より多くの信号電荷を得ることが可能になり、また信号量が多い低ISO感度であっても電子増幅を行うことが可能になる。
【００７２】
図13（a）は、6層駆動の場合の固体撮像素子を概念的に示した図である。図13（a）において、受光素子240、242、トランスファーゲート244、246、および垂直転送路248は、図３に示す受光素子72、トランスファーゲート74および垂直転送路76と同様である。図13（b）は、読み出した信号電荷を一時的に退避させる際に、図13（a）に示す各部に形成されるポテンシャル井戸を概念的に示した図である。図13（b）では、図13（a）に示す垂直転送路76を直線A3によって水平方向に切断した際の断面を、同直線A3に添付の矢印方向から見た状態を概念的に示している。
【００７３】
図13において、受光素子240は第１フィールドで読み出しが行われ、受光素子242は第２フィールドで読み出しが行われるとすると、受光素子240が読み出されている最中では、受光素子242の読み出しが行われない。よって例えば、受光素子240における信号電荷を複数に分けて読み出す際に転送電極V2をバリア電極として用いると、垂直転送路V3に加えて垂直転送路V4、およびV5を移動用に用いることが可能になる。よって、電子増幅を多数発生させて信号電荷を大量に増やした場合であっても、増えた信号電荷が他の転送電極下の垂直転送路に漏れ出すことを防ぐことが可能になる。その結果、信号電荷をより増やすこと可能になり、また低ISO感度での駆動のように本露光で形成される信号電荷の量が多い場合であっても電子増幅を行うことが可能になる。なお第２フィールドにおける信号電荷を増幅する場合も同様である。
【００７４】
以上のようにしてフィールド毎に読み出す場合には、本露光中の読み出しによる増幅と、垂直転送路内の移動による増幅とを組み合わせることによって、それぞれのフィールドにおける信号電荷の増幅率を実質的に等しくすることが可能になる。なお受光素子が色フィルタを含む場合には、フィールド毎に読み出す際に、色毎の信号電荷の増幅率が実質的に同じになるように転送電極を配置することが好ましい。
【００７５】
例えばハニカム配列の場合では、図14に示すように転送電極を配置するのが好ましい。このように配列することによって、第１フィールドでは、緑色の信号電荷または、青色および赤色の信号電荷のうちのどちらか一方を読み出すようになり、第２フィールドでは、第１フィールドで緑色の信号電荷が読み出される場合は赤色および青色の信号電荷が読み出され、第１フィールドで赤色および青色の信号電荷が読み出される場合は緑色の信号電荷が読み出されるようになる。
【００７６】
またベイヤー配列の場合では、例えば図15に示すように、トランスファーゲートの位置を変えて配置するのが好ましい。このように配置して、例えば第１フィールドで転送電極V1、および転送電極V3に読出パルスを供給し、第２フィールドで転送電極V2、および転送電極V4に読出パルスを供給すると、第１フィールドでは、青色および赤色の信号電荷が読み出され、第２フィールドでは緑色の信号電荷が読み出される。なお信号電荷を読み出す転送電極を、第１フィールドおよび第２フィールドで入れ替えても同様である。
【００７７】
よって、緑色の信号電荷の増幅率と、青色および赤色の信号電荷の増幅率とを厳密に合わせ込む必要がなくなるため、例えばディジタル信号処理部30においてホワイトバランス補正などの微調整を行うだけで良好な画像を得ることが可能になる。なお本発明はこれに限定するわけではなく、色フィルタを用いる際であっても任意の配列を採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明による固体撮像装置の実施例の構成を表すブロック図である。
【図２】固体撮像素子の撮像面を概念的に示した図である。
【図３】固体撮像装置を駆動する信号の一例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図４】図３に示す各時刻における、信号電荷の転送を概念的に示したポテンシャル図である。
【図５】ISO感度に応じて読み出す回数を決める処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】固体撮像装置を駆動する信号の別の一例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図７】図６に示す各時刻における、信号電荷の転送を概念的に示したポテンシャル図である。
【図８】固体撮像装置を駆動する信号の別の一例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図９】図８に示す各時刻における、信号電荷の転送を概念的に示したポテンシャル図である。
【図１０】固体撮像装置を駆動する信号の別の一例を概念的に示すタイミングチャートである。
【図１１】固体撮像装置を駆動する駆動信号の別の一例を示すタイミングチャートである。
【図１２】図11に示す各時刻における、信号電荷の転送を概念的に示したポテンシャル図である。
【図１３】図13（a）は、6層駆動の場合の固体撮像素子を概念的に示した図、（b）は（a）に示す各部に形成されるポテンシャル井戸を概念的に示した図である。
【図１４】ハニカム配列の一例を概念的に示した図である。
【図１５】ベイヤー配列の一例を概念的に示した図である。
【符号の説明】
【００７９】
10  固体撮像装置
12  操作部
14  制御部
16  タイミング発生部16
18  撮像駆動部18
20  撮像部
【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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【図１４】
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【図１５】
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