(57)【要約】【課題】微細化によって光電変換素子の飽和容量に対して垂直電荷転送路の転送容量が小さく足りなくなる場合でも、正しく信号を読み出すことが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】複数の光電変換素子５１と複数の垂直電荷転送路５２が、ある光電変換素子５１に注目したときに、注目した光電変換素子５１の側部に２つの垂直電荷転送路５２が水平方向に並んで配置されるように半導体基板５０上に配設された固体撮像素子５を駆動する撮像素子駆動部１０は、光電変換素子５１で発生した電荷を、該光電変換素子５１の側部にある２つの垂直電荷転送路５２を用いて転送する駆動を行う第一の駆動モードと、該光電変換素子５１で発生した電荷を、該光電変換素子５１の側部にある２つの垂直電荷転送路５２のうちの該光電変換素子５１に隣接する垂直電荷転送路５２を用いて転送する駆動を行う第二の駆動モードで固体撮像素子５を駆動する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を半導体基板表面の垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の垂直電荷転送路の各々と交差する方向に延びた電極であって、前記複数の垂直電荷転送路の各々上方で前記垂直方向に配列された複数の電極とを含む固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備える撮像装置であって、
前記複数の光電変換素子と前記複数の垂直電荷転送路は、ある前記光電変換素子に注目したときに、前記注目した光電変換素子の側部に２つの前記垂直電荷転送路が前記水平方向に並んで配置されるように、前記半導体基板上に配設され、
前記駆動手段は、複数の駆動モードで前記固体撮像素子を駆動可能であり、
前記複数の駆動モードは、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記注目した光電変換素子の側部にある前記２つの垂直電荷転送路を用いて転送する駆動を行う第一の駆動モードと、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記注目した光電変換素子の側部にある前記２つの垂直電荷転送路のうちの前記注目した光電変換素子に隣接する垂直電荷転送路（以下、隣接垂直電荷転送路という）を用いて転送する駆動を行う第二の駆動モードとを含む撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子が、前記注目した光電変換素子と前記隣接垂直電荷転送路との間の領域に、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記隣接垂直電荷転送路に読み出すための、それぞれ独立に読み出し電圧を印加可能な２つの電荷読出し領域を備え、
前記駆動手段は、前記第一の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記２つの電荷読出し領域の一方のみを用いて前記隣接垂直電荷転送路に読み出す駆動を行い、前記第二の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記２つの電荷読出し領域を用いて前記隣接垂直電荷転送路に読み出す駆動を行う撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、
前記複数のパケット領域は、大パケット領域と小パケット領域を含み、
前記大パケット領域は、前記小パケット領域よりもその面積が大きく、
前記２つの電荷読出し領域は、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記小パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記大パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域であり、
前記２つの電荷読出し領域の一方とは、前記第一の電荷読出し領域である撮像装置。
【請求項４】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、
前記複数のパケット領域は、短パケット領域と長パケット領域を含み、
前記短パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に短く、
前記長パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に長く、
前記２つの電荷読出し領域は、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記短パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記長パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域であり、
前記２つの電荷読出し領域の一方とは、前記第一の電荷読出し領域である撮像装置。
【請求項５】
請求項４記載の撮像装置であって、
前記短パケット領域の面積が、前記長パケット領域の面積よりも小さい撮像装置。
【請求項６】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、
前記複数のパケット領域は、大パケット領域と小パケット領域を含み、
前記大パケット領域は、前記小パケット領域よりもその面積が大きく、
前記固体撮像素子が、前記注目した光電変換素子と前記隣接垂直電荷転送路との間の領域に、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記小パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記大パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域とを備え、
前記駆動手段は、前記第一の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記第一の電荷読出し領域を介して前記小パケット領域に読み出す駆動を行い、前記第二の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記第二の電荷読出し領域を介して前記大パケット領域に読み出す駆動を行う撮像装置。
【請求項７】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、
前記複数のパケット領域は、短パケット領域と長パケット領域を含み、
前記短パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に短く、
前記長パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に長く、
前記固体撮像素子が、前記注目した光電変換素子と前記隣接垂直電荷転送路との間の領域に、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記短パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記長パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域とを備え、
前記駆動手段は、前記第一の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記第一の電荷読出し領域を介して前記短パケット領域に読み出す駆動を行い、前記第二の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記第二の電荷読出し領域を介して前記長パケット領域に読み出す駆動を行う撮像装置。
【請求項８】
請求項７記載の撮像装置であって、
前記短パケット領域の面積が、前記長パケット領域の面積よりも小さい撮像装置。
【請求項９】
請求項３〜８のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記２つの垂直電荷転送路が点対称の関係となるように、前記パケット領域の形状及び配置が決められている撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記光電変換素子の数が４つ以上であり、
前記４つ以上の光電変換素子は、前記半導体基板表面の前記水平方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子行を前記垂直方向に複数配列した配置となっており、
隣接する前記光電変換素子行同士が、前記光電変換素子行の光電変換素子の配列ピッチの略１／２だけ前記水平方向にずれて配置されている撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子が、前記２つの垂直電荷転送路同士の間に設けられた素子分離領域と、前記素子分離領域に電圧を印加するための電圧印加用電極とを備え、
前記駆動手段は、前記第一の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記隣接垂直電荷転送路に読み出してから前記電荷の転送を開始するまでの間に、前記素子分離領域によって形成される電位障壁を押し下げるための電圧を前記電圧印加用電極に印加する撮像装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子が、前記２つの垂直電荷転送路同士の間に設けられた素子分離領域を備え、
前記素子分離領域は、前記水平方向に並ぶそれぞれポテンシャルの異なる複数の領域からなり、前記複数の領域の各々のポテンシャルは、前記隣接垂直電荷転送路から前記水平方向に遠ざかるにつれて高くなっている撮像装置。
【請求項１３】
半導体基板表面に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を半導体基板表面の垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の垂直電荷転送路の各々と交差する方向に延びた電極であって、前記複数の垂直電荷転送路の各々上方で前記垂直方向に配列された複数の電極とを含む固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換素子と前記複数の垂直電荷転送路は、ある前記光電変換素子に注目したときに、前記注目した光電変換素子の側部に２つの前記垂直電荷転送路が前記水平方向に並んで配置されるように、前記半導体基板上に配設され、
前記固体撮像素子が、前記注目した光電変換素子と前記隣接垂直電荷転送路との間の領域に、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記隣接垂直電荷転送路に読み出すための、それぞれ独立に読み出し電圧を供給可能な２つの電荷読出し領域を備え、
前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、
前記複数のパケット領域は、大パケット領域と小パケット領域を含み、
前記大パケット領域は、前記小パケット領域よりもその面積が大きく、
前記２つの電荷読出し領域は、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記小パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記大パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域である固体撮像素子。
【請求項１４】
半導体基板表面に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を半導体基板表面の垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の垂直電荷転送路の各々と交差する方向に延びた電極であって、前記複数の垂直電荷転送路の各々上方で前記垂直方向に配列された複数の電極とを含む固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換素子と前記複数の垂直電荷転送路は、ある前記光電変換素子に注目したときに、前記注目した光電変換素子の側部に２つの前記垂直電荷転送路が前記水平方向に並んで配置されるように、前記半導体基板上に配設され、
前記固体撮像素子が、前記注目した光電変換素子と前記隣接垂直電荷転送路との間の領域に、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記隣接垂直電荷転送路に読み出すための、それぞれ独立に読み出し電圧を供給可能な２つの電荷読出し領域を備え、
前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、
前記複数のパケット領域は、短パケット領域と長パケット領域を含み、
前記短パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に短く、
前記長パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に長く、
前記２つの電荷読出し領域は、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記短パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記長パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域である固体撮像素子。
【請求項１５】
請求項１４記載の固体撮像素子であって、
前記短パケット領域の面積が、前記長パケット領域の面積よりも小さい固体撮像素子。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記２つの垂直電荷転送路が点対称の関係となるように、前記パケット領域の形状及び配置が決められている固体撮像素子。
【請求項１７】
請求項１３〜１６のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記光電変換素子の数が４つ以上であり、
前記４つ以上の光電変換素子は、前記半導体基板上の前記水平方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子行を前記垂直方向に複数配列した配置となっており、
隣接する前記光電変換素子行同士が、前記光電変換素子行の光電変換素子の配列ピッチの略１／２だけ前記水平方向にずれて配置されている固体撮像素子。
【請求項１８】
請求項１３〜１７のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記２つの垂直電荷転送路同士の間に設けられた素子分離領域と、
前記素子分離領域に電圧を印加するための電極とを備える固体撮像素子。
【請求項１９】
請求項１３〜１７のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記２つの垂直電荷転送路同士の間に設けられた素子分離領域を備え、
前記素子分離領域は、前記水平方向に並ぶそれぞれポテンシャルの異なる複数の領域からなり、前記複数の領域の各々のポテンシャルは、前記隣接垂直電荷転送路から前記水平方向に遠ざかるにつれて高くなっている固体撮像素子。
【請求項２０】
半導体基板表面に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を半導体基板表面の垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の垂直電荷転送路の各々と交差する方向に延びた電極であって、前記複数の垂直電荷転送路の各々上方で前記垂直方向に配列された複数の電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記複数の光電変換素子と前記複数の垂直電荷転送路は、ある前記光電変換素子に注目したときに、前記注目した光電変換素子の側部に２つの前記垂直電荷転送路が前記水平方向に並んで配置されるように、前記半導体基板上に配設され、
前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記注目した光電変換素子の側部にある前記２つの垂直電荷転送路を用いて転送する駆動を行う第一の駆動ステップと、
前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記注目した光電変換素子の側部にある前記２つの垂直電荷転送路のうちの前記注目した光電変換素子に隣接する垂直電荷転送路を用いて転送する駆動を行う第二の駆動ステップとを備える固体撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板表面に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を半導体基板表面の垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の垂直電荷転送路の各々と交差する方向に延びた電極であって、前記複数の垂直電荷転送路の各々上方で前記垂直方向に配列された複数の電極とを含む固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、従来のＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像素子の平面模式図である。
図１５に示した固体撮像素子は、半導体基板５０表面の垂直方向とこれに直交する水平方向に配列された多数の光電変換素子５１と、多数の光電変換素子５１の各々で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路５２と、複数の垂直電荷転送路５２の各々を転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平電荷転送路５３と、水平電荷転送路５３を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部５４とを含んで構成される。
【０００３】
多数の光電変換素子５１は、水平方向に並ぶｎ個（ｎは２以上の自然数）の光電変換素子５１からなる光電変換素子行を垂直方向にｍ（ｍは２以上の自然数）個配列した構成、又は、垂直方向に並ぶｍ個の光電変換素子５１からなる光電変換素子列を水平方向にｎ個配列した構成となっている。奇数番目の光電変換素子行は、偶数番目の光電変換素子行に対して、各光電変換素子行の光電変換素子配列ピッチの略１／２だけ水平方向にずらして配置された、所謂、ハニカム配列となっている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
奇数番目の光電変換素子行を構成する光電変換素子５１は、緑色の波長域の光を検出するものとなっており、図１５では符号Ｇを記してある。
【０００５】
偶数番目の光電変換素子行には、青色の波長域の光を検出する光電変換素子５１（以下、Ｂ光電変換素子５１という。図１５では符号Ｂを記した）と、赤色の波長域の光を検出する光電変換素子５１（以下、Ｒ光電変換素子５１という。図１５では符号Ｒを記した）を、Ｂ光電変換素子５１を先頭にして水平方向に交互に配列したＢＲ光電変換素子行と、Ｒ光電変換素子５１を先頭にして水平方向に交互に配列したＲＢ光電変換素子行とが含まれ、これら２つの光電変換素子行が垂直方向に交互に配列されている。
【０００６】
各光電変換素子列には、１つの垂直電荷転送路５２が対応して設けられ、各垂直電荷転送路５２には、ここに対応する光電変換素子列に含まれるｍ個の光電変換素子５１から電荷が読み出されるようになっている。
【０００７】
各光電変換素子列の光電変換素子５１とそれに対応する垂直電荷転送路５２との間には、図中に破線で示した電荷読み出し領域５５が形成されており、この電荷読み出し領域５５を介して、露光期間中に光電変換素子５１で発生した電荷が、それに対応する垂直電荷転送路５２に読み出される。
【０００８】
半導体基板５０上の水平方向には、各光電変換素子５１を避けるように蛇行して複数の垂直転送電極（図示せず）が敷設されている。垂直電荷転送路５２と、この上に設けられ垂直方向に配列される複数の垂直転送電極とによって、ＶＣＣＤが構成される。
【０００９】
尚、「垂直」「水平」という用語を使用して説明したが、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」という意味である。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−１３６３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１５に示す固体撮像素子のように、ある光電変換素子５１に着目したときに、その着目した光電変換素子５１の側部に、２つの垂直電荷転送路５２が近接して存在するように、光電変換素子５１及び垂直電荷転送路５２の形状や配列が決定されている固体撮像素子においては、垂直電荷転送路５２の転送容量が光電変換素子５１の飽和容量よりも小さいと、光電変換素子５１から垂直電荷転送路５２に読み出された電荷が、垂直電荷転送路５２同士が近接する部分において隣の垂直電荷転送路５２に流れ込む現象（以下、Ｖ−Ｖブルーミングという）が発生してしまい、これが混色の原因となる。例えば、図１５中の太い破線の丸で囲った部分でＶ−Ｖブルーミングが発生すると、緑色成分の電荷が隣の赤色成分の電荷や青色成分の電荷と混ざってしまう。
【００１２】
このＶ−Ｖブルーミングは、光電変換素子の飽和容量に対して垂直電荷転送路の転送容量が十分に大きければ発生する心配はない。しかし、近年、セルピッチの微細化が進むにつれ、光電変換素子と垂直電荷転送路の面積を十分にとることが難しくなっている。このような状況下で高感度化に対応するために光電変換素子の面積を大きくしようとすると、垂直電荷転送路の面積が更に小さくなり、垂直電荷転送路の転送容量が十分に確保できなくなってしまう。この結果、Ｖ−Ｖブルーミングが発生する可能性が高くなってしまい、混色を招く恐れがある。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、微細化によって光電変換素子の飽和容量に対して垂直電荷転送路の転送容量が小さく足りなくなる場合でも、正しく信号を読み出すことが可能な撮像装置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】
【００１４】
本発明の撮像装置は、半導体基板表面に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を半導体基板表面の垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の垂直電荷転送路の各々と交差する方向に延びた電極であって、前記複数の垂直電荷転送路の各々上方で前記垂直方向に配列された複数の電極とを含む固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備える撮像装置であって、前記複数の光電変換素子と前記複数の垂直電荷転送路は、ある前記光電変換素子に注目したときに、前記注目した光電変換素子の側部に２つの前記垂直電荷転送路が前記水平方向に並んで配置されるように、前記半導体基板上に配設され、前記駆動手段は、複数の駆動モードで前記固体撮像素子を駆動可能であり、前記複数の駆動モードは、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記注目した光電変換素子の側部にある前記２つの垂直電荷転送路を用いて転送する駆動を行う第一の駆動モードと、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記注目した光電変換素子の側部にある前記２つの垂直電荷転送路のうちの前記注目した光電変換素子に隣接する垂直電荷転送路（以下、隣接垂直電荷転送路という）を用いて転送する駆動を行う第二の駆動モードとを含む。
【００１５】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記注目した光電変換素子と前記隣接垂直電荷転送路との間の領域に、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記隣接垂直電荷転送路に読み出すための、それぞれ独立に読み出し電圧を印加可能な２つの電荷読出し領域を備え、前記駆動手段は、前記第一の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記２つの電荷読出し領域の一方のみを用いて前記隣接垂直電荷転送路に読み出す駆動を行い、前記第二の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記２つの電荷読出し領域を用いて前記隣接垂直電荷転送路に読み出す駆動を行う。
【００１６】
本発明の撮像装置は、前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、前記複数のパケット領域は、大パケット領域と小パケット領域を含み、前記大パケット領域は、前記小パケット領域よりもその面積が大きく、前記２つの電荷読出し領域は、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記小パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記大パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域であり、前記２つの電荷読出し領域の一方とは、前記第一の電荷読出し領域である。
【００１７】
本発明の撮像装置は、前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、前記複数のパケット領域は、短パケット領域と長パケット領域を含み、前記短パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に短く、前記長パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に長く、前記２つの電荷読出し領域は、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記短パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記長パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域であり、前記２つの電荷読出し領域の一方とは、前記第一の電荷読出し領域である。
【００１８】
本発明の撮像装置は、前記短パケット領域の面積が、前記長パケット領域の面積よりも小さい。
【００１９】
本発明の撮像装置は、前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、前記複数のパケット領域は、大パケット領域と小パケット領域を含み、前記大パケット領域は、前記小パケット領域よりもその面積が大きく、前記固体撮像素子が、前記注目した光電変換素子と前記隣接垂直電荷転送路との間の領域に、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記小パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記大パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域とを備え、前記駆動手段は、前記第一の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記第一の電荷読出し領域を介して前記小パケット領域に読み出す駆動を行い、前記第二の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記第二の電荷読出し領域を介して前記大パケット領域に読み出す駆動を行う。
【００２０】
本発明の撮像装置は、前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、前記複数のパケット領域は、短パケット領域と長パケット領域を含み、前記短パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に短く、前記長パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に長く、前記固体撮像素子が、前記注目した光電変換素子と前記隣接垂直電荷転送路との間の領域に、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記短パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記長パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域とを備え、前記駆動手段は、前記第一の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記第一の電荷読出し領域を介して前記短パケット領域に読み出す駆動を行い、前記第二の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記第二の電荷読出し領域を介して前記長パケット領域に読み出す駆動を行う。
【００２１】
本発明の撮像装置は、前記短パケット領域の面積が、前記長パケット領域の面積よりも小さい。
【００２２】
本発明の撮像装置は、  前記２つの垂直電荷転送路が点対称の関係となるように、前記パケット領域の形状及び配置が決められている。
【００２３】
本発明の撮像装置は、前記光電変換素子の数が４つ以上であり、前記４つ以上の光電変換素子は、前記半導体基板表面の前記水平方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子行を前記垂直方向に複数配列した配置となっており、隣接する前記光電変換素子行同士が、前記光電変換素子行の光電変換素子の配列ピッチの略１／２だけ前記水平方向にずれて配置されている。
【００２４】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記２つの垂直電荷転送路同士の間に設けられた素子分離領域と、前記素子分離領域に電圧を印加するための電圧印加用電極とを備え、前記駆動手段は、前記第一の駆動モード時、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記隣接垂直電荷転送路に読み出してから前記電荷の転送を開始するまでの間に、前記素子分離領域によって形成される電位障壁を押し下げるための電圧を前記電圧印加用電極に印加する。
【００２５】
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記２つの垂直電荷転送路同士の間に設けられた素子分離領域を備え、前記素子分離領域は、前記水平方向に並ぶそれぞれポテンシャルの異なる複数の領域からなり、前記複数の領域の各々のポテンシャルは、前記隣接垂直電荷転送路から前記水平方向に遠ざかるにつれて高くなっている。
【００２６】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を半導体基板表面の垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の垂直電荷転送路の各々と交差する方向に延びた電極であって、前記複数の垂直電荷転送路の各々上方で前記垂直方向に配列された複数の電極とを含む固体撮像素子であって、前記複数の光電変換素子と前記複数の垂直電荷転送路は、ある前記光電変換素子に注目したときに、前記注目した光電変換素子の側部に２つの前記垂直電荷転送路が前記水平方向に並んで配置されるように、前記半導体基板上に配設され、前記固体撮像素子が、前記注目した光電変換素子と前記隣接垂直電荷転送路との間の領域に、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記隣接垂直電荷転送路に読み出すための、それぞれ独立に読み出し電圧を供給可能な２つの電荷読出し領域を備え、前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、前記複数のパケット領域は、大パケット領域と小パケット領域を含み、前記大パケット領域は、前記小パケット領域よりもその面積が大きく、前記２つの電荷読出し領域は、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記小パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記大パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域である。
【００２７】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を半導体基板表面の垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の垂直電荷転送路の各々と交差する方向に延びた電極であって、前記複数の垂直電荷転送路の各々上方で前記垂直方向に配列された複数の電極とを含む固体撮像素子であって、前記複数の光電変換素子と前記複数の垂直電荷転送路は、ある前記光電変換素子に注目したときに、前記注目した光電変換素子の側部に２つの前記垂直電荷転送路が前記水平方向に並んで配置されるように、前記半導体基板上に配設され、前記固体撮像素子が、前記注目した光電変換素子と前記隣接垂直電荷転送路との間の領域に、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記隣接垂直電荷転送路に読み出すための、それぞれ独立に読み出し電圧を供給可能な２つの電荷読出し領域を備え、前記垂直電荷転送路のうち前記複数の電極の各々と平面視上重なる領域をパケット領域とし、前記複数のパケット領域は、短パケット領域と長パケット領域を含み、前記短パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に短く、前記長パケット領域は、そこに隣接する前記垂直電荷転送路と対向する辺の長さが相対的に長く、前記２つの電荷読出し領域は、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記短パケット領域に読み出すための第一の電荷読出し領域と、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を前記長パケット領域に読み出すための第二の電荷読出し領域である。
【００２８】
本発明の固体撮像素子は、前記短パケット領域の面積が、前記長パケット領域の面積よりも小さい。
【００２９】
本発明の固体撮像素子は、前記２つの垂直電荷転送路が点対称の関係となるように、前記パケット領域の形状及び配置が決められている。
【００３０】
本発明の固体撮像素子は、記光電変換素子の数が４つ以上であり、前記４つ以上の光電変換素子は、前記半導体基板上の前記水平方向に配列された複数の光電変換素子からなる光電変換素子行を前記垂直方向に複数配列した配置となっており、隣接する前記光電変換素子行同士が、前記光電変換素子行の光電変換素子の配列ピッチの略１／２だけ前記水平方向にずれて配置されている。
【００３１】
本発明の固体撮像素子は、前記２つの垂直電荷転送路同士の間に設けられた素子分離領域と、前記素子分離領域に電圧を印加するための電極とを備える。
【００３２】
本発明の固体撮像素子は、前記２つの垂直電荷転送路同士の間に設けられた素子分離領域を備え、前記素子分離領域は、前記水平方向に並ぶそれぞれポテンシャルの異なる複数の領域からなり、前記複数の領域の各々のポテンシャルは、前記隣接垂直電荷転送路から前記水平方向に遠ざかるにつれて高くなっている。
【００３３】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板表面に配設された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を半導体基板表面の垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の垂直電荷転送路の各々と交差する方向に延びた電極であって、前記複数の垂直電荷転送路の各々上方で前記垂直方向に配列された複数の電極とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、前記複数の光電変換素子と前記複数の垂直電荷転送路は、ある前記光電変換素子に注目したときに、前記注目した光電変換素子の側部に２つの前記垂直電荷転送路が前記水平方向に並んで配置されるように、前記半導体基板上に配設され、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記注目した光電変換素子の側部にある前記２つの垂直電荷転送路を用いて転送する駆動を行う第一の駆動ステップと、前記注目した光電変換素子で発生した電荷を、前記注目した光電変換素子の側部にある前記２つの垂直電荷転送路のうちの前記注目した光電変換素子に隣接する垂直電荷転送路を用いて転送する駆動を行う第二の駆動ステップとを備える。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、微細化によって光電変換素子の飽和容量に対して垂直電荷転送路の転送容量が小さく足りなくなる場合でも、正しく信号を読み出すことが可能な撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３６】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ１と、ＣＣＤ型の固体撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備える。
【００３７】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御し、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部９を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００３８】
又、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００３９】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、このアナログ信号処理部６から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。
【００４０】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、測光データを積算しデジタル信号処理部１７が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備え、これらは、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００４１】
固体撮像素子５の平面模式図は、図１５に示したものと同様であるため、これを援用する。
【００４２】
図２は、固体撮像素子５の平面模式図における部分拡大図である。
図２に示すように、半導体基板５０上の水平方向には、各光電変換素子５１を避けるように蛇行して垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８が敷設されている。垂直電荷転送路５２は、この上に設けられ垂直方向に配列される垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に撮像素子駆動部１０から８相の駆動パルスが供給されることで駆動される。以下では、垂直電荷転送路５２のうち、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８と重なる領域をそれぞれパケット領域ｖ１〜ｖ８という。尚、本実施形態では、パケット領域ｖ１〜ｖ８の各々の大きさは同じであり、各々に蓄積することのできる電荷量（以下、パケット容量という）は、光電変換素子５１に蓄積することのできる電荷量（以下、蓄積容量という）よりも少ない（例えば半分）とする。
【００４３】
垂直転送電極Ｖ１は、ＢＲ光電変換素子行に対応して、ＢＲ光電変換素子行の上側部に配置されている。垂直転送電極Ｖ１は、ＢＲ光電変換素子行の各光電変換素子５１と垂直電荷転送路５２との間にある電荷読み出し領域５５の一部とも重なっており、撮像素子駆動部１０から垂直転送電極Ｖ１に読み出しパルスを印加することで、ＢＲ光電変換素子行に含まれる各光電変換素子５１で発生した電荷を、各光電変換素子５１に対応する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ１に読み出すことができる。
【００４４】
垂直転送電極Ｖ２は、ＢＲ光電変換素子行に対応して、ＢＲ光電変換素子行の下側部に配置されている。垂直転送電極Ｖ２は、ＢＲ光電変換素子行の各光電変換素子５１と垂直電荷転送路５２との間にある電荷読み出し領域５５の一部とも重なっており、撮像素子駆動部１０から垂直転送電極Ｖ２に読み出しパルスを印加することで、ＢＲ光電変換素子行に含まれる各光電変換素子５１で発生した電荷を、各光電変換素子５１に対応する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ２に読み出すことができる。
【００４５】
垂直転送電極Ｖ５は、ＲＢ光電変換素子行に対応して、ＲＢ光電変換素子行の上側部に配置されている。垂直転送電極Ｖ５は、ＲＢ光電変換素子行の各光電変換素子５１と垂直電荷転送路５２との間にある電荷読み出し領域５５の一部とも重なっており、撮像素子駆動部１０から垂直転送電極Ｖ５に読み出しパルスを印加することで、ＲＢ光電変換素子行に含まれる各光電変換素子５１で発生した電荷を、各光電変換素子５１に対応する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ５に読み出すことができる。
【００４６】
垂直転送電極Ｖ６は、ＲＢ光電変換素子行に対応して、ＲＢ光電変換素子行の下側部に配置されている。垂直転送電極Ｖ６は、ＲＢ光電変換素子行の各光電変換素子５１と垂直電荷転送路５２との間にある電荷読み出し領域５５の一部とも重なっており、撮像素子駆動部１０から垂直転送電極Ｖ６に読み出しパルスを印加することで、ＲＢ光電変換素子行に含まれる各光電変換素子５１で発生した電荷を、各光電変換素子５１に対応する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ６に読み出すことができる。
【００４７】
垂直転送電極Ｖ３は、偶数番目の光電変換素子行のうちの垂直転送電極Ｖ２と垂直転送電極Ｖ５の間に配置される光電変換素子行に対応して、この光電変換素子行の上側部に配置されている。垂直転送電極Ｖ３は、この光電変換素子行の各光電変換素子５１と垂直電荷転送路５２との間にある電荷読み出し領域５５の一部とも重なっており、撮像素子駆動部１０から垂直転送電極Ｖ３に読み出しパルスを印加することで、この光電変換素子行に含まれる各光電変換素子５１で発生した電荷を、各光電変換素子５１に対応する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ３に読み出すことができる。
【００４８】
垂直転送電極Ｖ４は、偶数番目の光電変換素子行のうちの垂直転送電極Ｖ２と垂直転送電極Ｖ５の間に配置される光電変換素子行に対応して、この光電変換素子行の下側部に配置されている。垂直転送電極Ｖ４は、この光電変換素子行の各光電変換素子５１と垂直電荷転送路５２との間にある電荷読み出し領域５５の一部とも重なっており、撮像素子駆動部１０から垂直転送電極Ｖ４に読み出しパルスを印加することで、この光電変換素子行に含まれる各光電変換素子５１で発生した電荷を、各光電変換素子５１に対応する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ４に読み出すことができる。
【００４９】
垂直転送電極Ｖ７は、偶数番目の光電変換素子行のうちの垂直転送電極Ｖ１と垂直転送電極Ｖ６の間に配置される光電変換素子行に対応して、この光電変換素子行の上側部に配置されている。垂直転送電極Ｖ７は、この光電変換素子行の各光電変換素子５１と垂直電荷転送路５２との間にある電荷読み出し領域５５の一部とも重なっており、撮像素子駆動部１０から垂直転送電極Ｖ７に読み出しパルスを印加することで、この光電変換素子行に含まれる各光電変換素子５１で発生した電荷を、各光電変換素子５１に対応する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ７に読み出すことができる。
【００５０】
垂直転送電極Ｖ８は、偶数番目の光電変換素子行のうちの垂直転送電極Ｖ１と垂直転送電極Ｖ６の間に配置される光電変換素子行に対応して、この光電変換素子行の下側部に配置されている。垂直転送電極Ｖ８は、この光電変換素子行の各光電変換素子５１と垂直電荷転送路５２との間にある電荷読み出し領域５５の一部とも重なっており、撮像素子駆動部１０から垂直転送電極Ｖ８に読み出しパルスを印加することで、この光電変換素子行に含まれる各光電変換素子５１で発生した電荷を、各光電変換素子５１に対応する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ８に読み出すことができる。
【００５１】
以下の説明では、電荷読み出し領域５５のうち、垂直転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８と重なる領域を第一の電荷読み出し領域５５といい、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７と重なる領域を第二の電荷読み出し領域５５という。
【００５２】
次に、撮像素子駆動部１０が行う固体撮像素子５の駆動方法を説明する。
撮像素子駆動部１０は、第一の駆動モードと、第二の駆動モードとを含む複数の駆動モードで固体撮像素子２５を駆動可能である。以下、第一の駆動モードと第二の駆動モードの詳細について説明する。
【００５３】
＜第一の駆動モード＞
第一の駆動モードは、光電変換素子５１で発生した電荷を、光電変換素子５１の側部にある２つの垂直電荷転送路５２を用いて転送する駆動を行うモードである。
【００５４】
例えば、撮像素子駆動部１０は、第一の駆動モード時、まず、垂直転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加して、奇数番目の光電変換素子行の光電変換素子５１で発生した電荷を、第一の電荷読出し領域を介してパケット領域ｖ２，ｖ６に読み出す駆動を行う。このときの状態を表した図が図３（ａ）である。
【００５５】
垂直転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスが印加されると、図３（ａ）の太い白抜きの矢印で示すようにパケット領域ｖ２，ｖ６に電荷が読み出される。パケット領域ｖ２，ｖ６に読み出された電荷がパケット領域ｖ２，ｖ６のパケット容量よりも多かった場合、Ｖ−Ｖブルーミングが発生し、この電荷は、図中の細い白抜き矢印で示したように、隣接する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ２，ｖ６に流れ込む。
【００５６】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ２，ｖ６に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路５３及び出力部５４を駆動して、パケット領域ｖ２，ｖ６に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【００５７】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスを印加して、偶数番目の光電変換素子行の光電変換素子５１で発生した電荷を、第一の電荷読出し領域を介してパケット領域ｖ４，ｖ８に読み出す駆動を行う。
【００５８】
パケット領域ｖ４，ｖ８に読み出された電荷がパケット領域ｖ４，ｖ８のパケット容量よりも多かった場合、Ｖ−Ｖブルーミングが発生し、この電荷は、隣接する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ４，ｖ８に流れ込む。
【００５９】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ４，ｖ８に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路５３及び出力部５４を駆動して、パケット領域ｖ４，ｖ８に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【００６０】
このような駆動によって、固体撮像素子５からは、各光電変換素子５１で発生した電荷に応じた信号が２つに分割されて出力されてくるため、固体撮像素子５の後段において、この分割された信号同士を加算する処理を行うことで、通常の撮像と同様に、各光電変換素子５１から１つの信号を得ることができる。尚、水平電荷転送路５３において、各光電変換素子５１で発生して２つに分割された電荷を水平方向で加算したり、出力部５４のフローティングディフュージョン領域にて電荷を加算したりする駆動を行うことでも、同様に、各光電変換素子５１から１つの信号を得ることができる。
【００６１】
以上のように、第一の駆動モードでは、１つの光電変換素子５１で発生した電荷を、Ｖ−Ｖブルーミングを積極的に利用して、２つの垂直電荷転送路５２で転送するようにしているため、光電変換素子５１から１つのパケット領域のパケット容量以上の電荷が読み出された場合でも、混色の発生を防ぐことができ、高画質化を実現することができる。
【００６２】
尚、第一の駆動モードでは、カラー画像を生成するために、信号を２フィールドに分けて読み出す必要があるため、高速処理が必要な撮影モード（オートフォーカスを行うための撮影モードや、動画撮影モード）よりも、高速処理があまり要求されない静止画撮影モードに適している。このため、撮像素子駆動部１０は、静止画撮影モードにおいて第一の駆動モードを実施する。
【００６３】
＜第二の駆動モード＞
第二の駆動モードは、光電変換素子５１で発生した電荷を、光電変換素子５１の側部にある２つの垂直電荷転送路５２のうちの該光電変換素子５１に隣接する垂直電荷転送路５２を用いて転送する駆動を行うモードである。
【００６４】
例えば、撮像素子駆動部１０は、第二の駆動モード時、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ７，Ｖ８に読み出しパルスを印加して、偶数番目の光電変換素子行の光電変換素子５１で発生した電荷を、第一の電荷読出し領域５５及び第二の電荷読み出し領域５５を介してパケット領域ｖ７，ｖ８に読み出し、ＢＲ光電変換素子行の光電変換素子５１で発生した電荷を、第一の電荷読出し領域５５及び第二の電荷読み出し領域５５を介してパケット領域ｖ１，ｖ２に読み出す駆動を行う。このときの状態を表した図が図３（ｂ）である。
【００６５】
垂直転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ７，Ｖ８に読み出しパルスが印加されると、図３（ｂ）の太い白抜きの矢印で示すように、電荷がパケット領域ｖ１，ｖ２，ｖ７，ｖ８に読み出される。パケット領域ｖ１，ｖ２のパケット容量の合計とパケット領域ｖ７，ｖ８のパケット容量の合計は、それぞれ光電変換素子５１の蓄積容量と同じになっているため、第一の駆動モードのときに比べてＶ−Ｖブルーミングの発生は抑制される。
【００６６】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ１，ｖ２，ｖ７，ｖ８に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路５３及び出力部５４を駆動して、パケット領域ｖ１，ｖ２，ｖ７，ｖ８に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【００６７】
このような駆動によって、固体撮像素子５からは、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ７，Ｖ８に対応する光電変換素子５１から信号を得ることができ、垂直１／２間引き読み出しを実現することができる。又、第二の駆動モードによれば、光電変換素子５１で発生した電荷を、第一の電荷読み出し領域５５と第二の電荷読み出し領域５５の２箇所から垂直電荷転送路５２に読み出しているため、第一の電荷読み出し領域５５又は第二の電荷読み出し領域５５のみから垂直電荷転送路５２に電荷を読み出す場合に比べてＶ−Ｖブルーミングが発生する可能性を低くすることができる。
【００６８】
以上のように、第二の駆動モードでは、１つの光電変換素子５１で発生した電荷を、１つの垂直電荷転送路５２内の２つのパケット領域で転送するようにしているため、Ｖ−Ｖブルーミングの発生を防いで混色を防ぐことができ、高画質化を実現することができる。尚、第二の駆動モードでは、カラー画像を生成するために、信号を２フィールドに分けて読み出す必要がない。このため、第二の駆動モードは、高速処理が必要な動画撮影モードやオートフォーカスレンズの合焦位置決定のために必要な撮影を行うＡＦモードに適している。このため、撮像素子駆動部１０は、動画撮影モードやＡＦモードでは第二の駆動モードを実施する。
【００６９】
このように、本実施形態のデジタルカメラでは、撮像素子駆動部１０が、撮影モードによって第一の駆動モードと第二の駆動モードを切り替えて実施するため、撮影モードによって最適な駆動を実現することができる。
【００７０】
（第二実施形態）
本実施形態では第一実施形態で説明した固体撮像素子５の変形例を説明する。本実施形態の固体撮像素子は、第一実施形態で説明した固体撮像素子５において、パケット領域ｖ１〜ｖ８の形状を変えた点と、撮像素子駆動部１０による駆動方法を変更した点とが異なる。以下、この異なる点について説明する。
【００７１】
図４は、第二実施形態の固体撮像素子の部分拡大平面模式図である。図４において図２と同じ構成には同一符号を付してある。又、図４では、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８の図示は省略し、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８と垂直電荷転送路５２とが重なる部分の領域であるパケット領域ｖ１〜ｖ８と、光電変換素子５１と、電荷読み出し領域５５のみを図示してある。
【００７２】
図４に示す固体撮像素子は、図２に示した固体撮像素子５において、各光電変換素子５１の電荷読み出し領域５５に隣接する２つのパケット領域の面積に差を持たせた構成となっている。パケット領域は、面積を変えることで、そのパケット容量を変化させることができる。
【００７３】
例えば、ＢＲ光電変換素子行に含まれる光電変換素子５１の電荷読み出し領域５５に隣接するパケット領域ｖ１，ｖ２は、パケット領域ｖ１の方がパケット領域ｖ２よりもその面積が大きくなるように垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の形状が決められている。
【００７４】
垂直転送電極Ｖ１は、光電変換素子５１で発生した電荷が、この光電変換素子５１に隣接するパケット領域ｖ１にのみ移動できるように、電荷読み出し領域５５の一部と重なるように配置されている。垂直転送電極Ｖ２は、光電変換素子５１で発生した電荷が、この光電変換素子５１に隣接するパケット領域ｖ２にのみ移動できるように、電荷読み出し領域５５の一部と重なるように配置されている。又、このパケット領域ｖ１のパケット容量は、例えば光電変換素子５１の蓄積容量と同じであり、このパケット領域ｖ２のパケット容量は、例えば光電変換素子５１の蓄積容量の半分であるものとする。
【００７５】
同様に、ＲＢ光電変換素子行に含まれる光電変換素子５１の電荷読み出し領域５５に隣接するパケット領域ｖ５，ｖ６は、パケット領域ｖ５の方がパケット領域ｖ６よりもその面積が大きくなるように垂直転送電極Ｖ５及びＶ６の形状が決められている。
【００７６】
垂直転送電極Ｖ５は、光電変換素子５１で発生した電荷が、この光電変換素子５１に隣接するパケット領域ｖ５にのみ移動できるように、電荷読み出し領域５５の一部と重なるように配置されている。垂直転送電極Ｖ６は、光電変換素子５１で発生した電荷が、この光電変換素子５１に隣接するパケット領域ｖ６にのみ移動できるように、電荷読み出し領域５５の一部と重なるように配置されている。又、このパケット領域ｖ５のパケット容量は、例えば光電変換素子５１の蓄積容量と同じであり、このパケット領域ｖ６のパケット容量は、例えば光電変換素子５１の蓄積容量の半分であるものとする。
【００７７】
同様に、偶数番目の光電変換素子行に含まれる光電変換素子５１の電荷読み出し領域５５に隣接するパケット領域ｖ３，ｖ４は、パケット領域ｖ４の方がパケット領域ｖ３よりもその面積が大きくなるように垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の形状が決められている。
【００７８】
垂直転送電極Ｖ３は、光電変換素子５１で発生した電荷が、この光電変換素子５１に隣接するパケット領域ｖ３にのみ移動できるように、電荷読み出し領域５５の一部と重なるように配置されている。垂直転送電極Ｖ４は、光電変換素子５１で発生した電荷が、この光電変換素子５１に隣接するパケット領域ｖ４にのみ移動できるように、電荷読み出し領域５５の一部と重なるように配置されている。又、このパケット領域ｖ４のパケット容量は、例えば光電変換素子５１の蓄積容量と同じであり、このパケット領域ｖ３のパケット容量は、例えば光電変換素子５１の蓄積容量の半分であるものとする。
【００７９】
同様に、偶数番目の光電変換素子行に含まれる光電変換素子５１の電荷読み出し領域５５に隣接するパケット領域ｖ７，ｖ８は、パケット領域ｖ８の方がパケット領域ｖ７よりもその面積が大きくなるように垂直転送電極Ｖ７及びＶ８の形状が決められている。
【００８０】
垂直転送電極Ｖ７は、光電変換素子５１で発生した電荷が、この光電変換素子５１に隣接するパケット領域ｖ７にのみ移動できるように、電荷読み出し領域５５の一部と重なるように配置されている。垂直転送電極Ｖ８は、光電変換素子５１で発生した電荷が、この光電変換素子５１に隣接するパケット領域ｖ８にのみ移動できるように、電荷読み出し領域５５の一部と重なるように配置されている。又、このパケット領域ｖ８のパケット容量は、例えば光電変換素子５１の蓄積容量と同じであり、このパケット領域ｖ７のパケット容量は、例えば光電変換素子５１の蓄積容量の半分であるものとする。
【００８１】
又、図４に示す固体撮像素子では、隣接する２つの垂直電荷転送路５２同士が点対称の関係となるように、該２つの垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ１〜ｖ８の形状及び配置が決まっている。
【００８２】
次に、本実施形態の撮像素子駆動部１０の動作を説明する。
撮像素子駆動部１０は、第一の駆動モード時、まず、垂直転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加して、奇数番目の光電変換素子行の光電変換素子５１で発生した電荷を、第一の電荷読出し領域５５を介してパケット領域ｖ２，ｖ６に読み出す駆動を行う。このときの状態を表した図が図５（ａ）である。
【００８３】
垂直転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスが印加されると、図５（ａ）の太い白抜きの矢印で示すように電荷がパケット領域ｖ２，ｖ６に読み出される。パケット領域ｖ２，ｖ６のパケット容量は光電変換素子５１の蓄積容量よりも少ないため、Ｖ−Ｖブルーミングが発生しやすくなっている。パケット領域ｖ２，ｖ６に読み出された電荷が、パケット領域ｖ２，ｖ６のパケット容量よりも多かった場合、Ｖ−Ｖブルーミングが発生し、この電荷は、図中の細い白抜き矢印で示したように、隣接する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ２，ｖ６に流れ込む。隣接する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ２，ｖ６は、パケット容量が光電変換素子５１の蓄積容量と同じになっているため、ここから電荷が溢れてしまうことはない。
【００８４】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ２，ｖ６に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路５３及び出力部５４を駆動して、パケット領域ｖ２，ｖ６に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【００８５】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ３，Ｖ７に読み出しパルスを印加して、偶数番目の光電変換素子行の光電変換素子５１で発生した電荷を、第二の電荷読出し領域を介してパケット領域ｖ３，ｖ７に読み出す駆動を行う。
【００８６】
パケット領域ｖ３，ｖ７に読み出された電荷が、パケット領域ｖ３，ｖ７のパケット容量よりも多かった場合、Ｖ−Ｖブルーミングが発生し、この電荷は、隣接する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ３，ｖ７に流れ込む。隣接する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ３，ｖ７は、パケット容量が光電変換素子５１の蓄積容量と同じになっているため、ここから電荷が溢れてしまうことはない。
【００８７】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ３，ｖ７に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路５３及び出力部５４を駆動して、パケット領域ｖ３，ｖ７に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【００８８】
このような駆動によって、固体撮像素子５からは、各光電変換素子５１で発生した電荷に応じた信号が２つに分割されて出力されてくるため、固体撮像素子５２の後段において、この分割された信号同士を加算する処理を行うことで、通常の撮像と同様に、各光電変換素子５１から１つの信号を得ることができる。
【００８９】
撮像素子駆動部１０は、第二の駆動モード時、垂直転送電極Ｖ１に読み出しパルスを印加して、垂直転送電極Ｖ１に対応する光電変換素子５１で発生した電荷を、第二の電荷読み出し領域５５を介してパケット領域ｖ１に読み出すと共に、垂直転送電極Ｖ４に読み出しパルスを印加して、垂直転送電極Ｖ４に対応する光電変換素子５１で発生した電荷を、第一の電荷読み出し領域５５を介してパケット領域ｖ４に読み出す駆動を行う。このときの状態を表した図が図５（ｂ）である。
【００９０】
垂直転送電極Ｖ１，Ｖ４に読み出しパルスが印加されると、図５（ｂ）の太い白抜きの矢印で示すように、電荷がパケット領域ｖ１，ｖ４に読み出される。パケット領域ｖ１，ｖ４の各々のパケット容量は、光電変換素子５１の蓄積容量と同じであるため、第一の駆動モードのときに比べてＶ−Ｖブルーミングの発生は抑制される。
【００９１】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ１，ｖ４に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路５３及び出力部５４を駆動して、パケット領域ｖ１，ｖ４に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【００９２】
このような駆動によって、固体撮像素子５からは、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ４に対応する光電変換素子５１から信号を得ることができ、垂直１／２間引き読み出しを実現することができる。
【００９３】
以上のように、本実施形態によれば、第一の駆動モードで電荷が読み出されるパケット領域と、第二の駆動モードで電荷が読み出されるパケット領域とで面積を異ならせることで、第一の駆動モード時にはＶ−Ｖブルーミングの発生を促進することができ、第二の駆動モード時には、Ｖ−Ｖブルーミングの発生を抑制することができる。このため、第一の駆動モード及び第二の駆動モードを良好に実施することができる。
【００９４】
図２に示すＧ光電変換素子５１の蓄積容量を例えば１００とし、このＧ光電変換素子５１に隣接するパケット領域ｖ３，ｖ４の各々のパケット容量を例えば８０としたときに、第一の駆動モードと第二の駆動モードを問題なく（電荷を漏らすことなく）実施可能であるものとすると、図４に示した固体撮像素子では、Ｇ光電変換素子５１に隣接するパケット領域ｖ３のパケット容量を例えば５０とし、パケット領域ｖ４のパケット容量を例えば１００としても、第一の駆動モードと第二の駆動モードを実施可能である。このため、図４に示した固体撮像素子の方が、図２に示した固体撮像素子５よりも素子面積を縮小することができる。
【００９５】
尚、本実施形態では、第二の駆動モード時の撮像素子駆動部１０の動作を第一実施形態で説明したものと同じにしても良い。
【００９６】
（第三実施形態）
本実施形態では第一実施形態で説明した固体撮像素子５の変形例を説明する。本実施形態の固体撮像素子は、第一実施形態で説明した固体撮像素子において、パケット領域ｖ１〜ｖ８の形状を変えた点と、撮像素子駆動部１０による駆動方法を変えた点が異なる。以下、この異なる点について説明する。
【００９７】
図６は、第三実施形態の固体撮像素子の部分拡大平面模式図である。図６において図２と同じ構成には同一符号を付してある。又、図６では、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８の図示は省略し、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８と垂直電荷転送路５２とが重なる部分の領域であるパケット領域ｖ１〜ｖ８と、光電変換素子５１と、電荷読み出し領域５５のみを図示してある。
【００９８】
図６に示す固体撮像素子は、図２に示した固体撮像素子において、パケット領域ｖ１〜ｖ８の各々の面積は同一のままとし、各光電変換素子５１の電荷読み出し領域５５に隣接する２つのパケット領域の各々の、そこに隣接する垂直電荷転送路５２に対向する辺の長さに差を持たせた構成となっている。
【００９９】
例えば、ＢＲ光電変換素子行に含まれる光電変換素子５１の電荷読み出し領域５５に隣接するパケット領域ｖ１，ｖ２は、それぞれ、そこに隣接する垂直電荷転送路５２に対向する辺の長さが、パケット領域ｖ１の方がパケット領域ｖ２よりも大きくなるように垂直転送電極Ｖ１及びＶ２の形状が決められている。
【０１００】
同様に、ＲＢ光電変換素子行に含まれる光電変換素子５１の電荷読み出し領域５５に隣接するパケット領域ｖ５，ｖ６は、それぞれ、そこに隣接する垂直電荷転送路５２に対向する辺の長さが、パケット領域ｖ５の方がパケット領域ｖ６よりも大きくなるように垂直転送電極Ｖ５及びＶ６の形状が決められている。
【０１０１】
同様に、偶数番目の光電変換素子行に含まれる光電変換素子５１の電荷読み出し領域５５に隣接するパケット領域ｖ３，ｖ４は、それぞれ、そこに隣接する垂直電荷転送路５２に対向する辺の長さが、パケット領域ｖ３の方がパケット領域ｖ４よりも大きくなるように垂直転送電極Ｖ３及びＶ４の形状が決められている。
【０１０２】
同様に、偶数番目の光電変換素子行に含まれる光電変換素子５１の電荷読み出し領域５５に隣接するパケット領域ｖ７，ｖ８は、それぞれ、そこに隣接する垂直電荷転送路５２に対向する辺の長さが、パケット領域ｖ７の方がパケット領域ｖ８よりも大きくなるように垂直転送電極Ｖ７及びＶ８の形状が決められている。
【０１０３】
又、図６に示す固体撮像素子では、隣接する２つの垂直電荷転送路５２同士が線対称の関係となるように、該２つの垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ１〜ｖ８の形状及び配置が決まっている。
【０１０４】
垂直電荷転送路５２は、半導体基板５０に不純物をドープすることで形成する。垂直電荷転送路５２は、半導体基板５０内に同じ深さ（加速電圧）で不純物をドープして形成しても、不純物がドープされる領域が広くなっているところほどポテンシャルが深くなり、その領域が狭くなっているところほどポテンシャルが浅くなるといった特性を持つ。つまり、例えば、正三角形の形に不純物をドープした場合、その三角形の中心部が最もポテンシャルが深く、各頂点に近づくほどポテンシャルは浅くなる。
【０１０５】
このため、図６に示した固体撮像素子では、垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ２，ｖ４，ｖ６，ｖ８が、それに隣接する垂直電荷転送路５２に近づくほど、そのポテンシャルが浅くなっており、Ｖ−Ｖブルーミングが発生しやすい構造となっており、第一の駆動モード時のＶ−Ｖブルーミングの発生を促進することができる。
【０１０６】
次に、図６に示した固体撮像素子の駆動方法を説明する。
第一の駆動モード時の撮像素子駆動部１０の動作は、第一実施形態と同様であるため説明を省略する。
【０１０７】
撮像素子駆動部１０は、第二の駆動モード時、垂直転送電極Ｖ１に読み出しパルスを印加して、垂直転送電極Ｖ１に対応する光電変換素子５１で発生した電荷を、第二の電荷読み出し領域５５を介してパケット領域ｖ１に読み出すと共に、垂直転送電極Ｖ３に読み出しパルスを印加して、垂直転送電極Ｖ３に対応する光電変換素子５１で発生した電荷を、第二の電荷読み出し領域５５を介してパケット領域ｖ３に読み出す駆動を行う。
【０１０８】
垂直転送電極Ｖ１，Ｖ３に読み出しパルスが印加されると、パケット領域ｖ１，ｖ３に電荷が読み出されるが、パケット領域ｖ１，ｖ３は、Ｖ−Ｖブルーミングが発生しにくい構造となっているため、第一の駆動モードのときに比べてＶ−Ｖブルーミングの発生は抑制される。
【０１０９】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ１，ｖ３に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路５３及び出力部５４を駆動して、パケット領域ｖ１，ｖ３に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【０１１０】
このような駆動によって、固体撮像素子５からは、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ３に対応する光電変換素子５１から信号を得ることができ、垂直１／２間引き読み出しを実現することができる。
【０１１１】
尚、本実施形態においては、第二実施形態のように、第一の駆動モードで電荷が読み出されるパケット領域と、第二の駆動モードで電荷が読み出されるパケット領域とで面積を異ならせる構成を適用することも可能である。つまり、図６において、パケット領域ｖ２，ｖ４，ｖ６，ｖ８の面積を、パケット領域ｖ１，ｖ３，ｖ５，ｖ７の面積よりも小さくし、第一の駆動モードではパケット領域ｖ２，ｖ４，ｖ６，ｖ８に電荷を読み出し、第二の駆動モードではパケット領域ｖ１，ｖ３，ｖ５，ｖ７に電荷を読み出す駆動を行うことで、第二実施形態で説明したような効果を得ることもできる。
【０１１２】
又、本実施形態では、第二の駆動モード時の撮像素子駆動部１０の動作を、第一実施形態で説明したものと同じにしても良い。
【０１１３】
（第四実施形態）
本実施形態では第一実施形態で説明した固体撮像素子５の変形例を説明する。本実施形態の固体撮像素子は、第三実施形態で説明した固体撮像素子において、パケット領域ｖ１〜ｖ８の形状を変えた点と、撮像素子駆動部１０による駆動方法を変更した点とが異なる。以下、この異なる点について説明する。
【０１１４】
図７は、第四実施形態の固体撮像素子の部分拡大平面模式図である。図７において図６と同じ構成には同一符号を付してある。又、図７では、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８の図示は省略し、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８と垂直電荷転送路５２とが重なる部分の領域であるパケット領域ｖ１〜ｖ８と、光電変換素子５１と、電荷読み出し領域５５のみを図示してある。
【０１１５】
図７に示す固体撮像素子は、図６に示した固体撮像素子において、隣接する２つの垂直電荷転送路５２同士が点対称の関係となるように、該２つの垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ１〜ｖ８の形状及び配置を変更したものである。
【０１１６】
例えば、図７に示す固体撮像素子は、図６に示した固体撮像素子の垂直電荷転送路５２のうち、左から数えて２番目と４番目の垂直電荷転送路５２の構成はそのままとし、左から数えて１番目と３番目の垂直電荷転送路５２を、２番目と４番目の垂直電荷転送路５２を１８０度回転させた形状とすることで実現可能である。
【０１１７】
次に、本実施形態の撮像素子駆動部１０の動作を説明する。
撮像素子駆動部１０は、第一の駆動モード時、まず、垂直転送電極Ｖ２，Ｖ６に読み出しパルスを印加して、奇数番目の光電変換素子行の光電変換素子５１で発生した電荷を、第一の電荷読出し領域５５を介してパケット領域ｖ２，ｖ６に読み出す駆動を行う。パケット領域ｖ２，ｖ６は、上述したように隣接する垂直電荷転送路５２に近づくほどポテンシャルが浅くなっているため、Ｖ−Ｖブルーミングの発生が促進される。
【０１１８】
パケット領域ｖ２，ｖ６に読み出された電荷が、パケット領域ｖ２，ｖ６のパケット容量よりも多かった場合、Ｖ−Ｖブルーミングが発生し、この電荷は、隣接する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ２，ｖ６に流れ込む。隣接する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ２，ｖ６は、電荷が読み出された垂直電荷転送路５２に対向する辺の長さが、電荷が読み出されたパケット領域ｖ３，ｖ７の辺よりも大きくなっているため、図６に示した構成に比べて、Ｖ−Ｖブルーミングによる電荷移動先のパケット領域の容量が大きくなる。
【０１１９】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ２，ｖ６に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路５３及び出力部５４を駆動して、パケット領域ｖ２，ｖ６に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【０１２０】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ３，Ｖ７に読み出しパルスを印加して、偶数番目の光電変換素子行の光電変換素子５１で発生した電荷を、第二の電荷読出し領域５５を介してパケット領域ｖ３，ｖ７に読み出す駆動を行う。パケット領域ｖ３，ｖ７は、上述したように隣接する垂直電荷転送路５２に近づくほどポテンシャルが浅くなっているため、Ｖ−Ｖブルーミングの発生が促進される。
【０１２１】
パケット領域ｖ３，ｖ７に読み出された電荷が、パケット領域ｖ３，ｖ７のパケット容量よりも多かった場合、Ｖ−Ｖブルーミングが発生し、この電荷は、隣接する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ３，ｖ７に流れ込む。隣接する垂直電荷転送路５２のパケット領域ｖ３，ｖ７は、電荷が読み出された垂直電荷転送路５２に対向する辺の長さが、電荷が読み出されたパケット領域ｖ３，ｖ７の辺よりも大きくなっているため、図６に示した構成に比べて、Ｖ−Ｖブルーミングによる電荷移動先のパケット領域の容量が大きくなる。
【０１２２】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ３，ｖ７に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路５３及び出力部５４を駆動して、パケット領域ｖ３，ｖ７に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【０１２３】
このような駆動によって、固体撮像素子５からは、各光電変換素子５１で発生した電荷に応じた信号が２つに分割されて出力されてくるため、固体撮像素子５の後段において、この分割された信号同士を加算する処理を行うことで、通常の撮像と同様に、各光電変換素子５１から１つの信号を得ることができる。
【０１２４】
撮像素子駆動部１０は、第二の駆動モード時、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ４に読み出しパルスを印加して、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ４に対応する光電変換素子５１で発生した電荷をパケット領域ｖ１，ｖ４に読み出す駆動を行う。パケット領域ｖ１，ｖ４は、上述したように隣接する垂直電荷転送路５２に近づくほどポテンシャルが深くなっているため、Ｖ−Ｖブルーミングの発生は抑制される。
【０１２５】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ１，ｖ４に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路５３及び出力部５４を駆動して、パケット領域ｖ１，ｖ４に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【０１２６】
このような駆動によって、固体撮像素子５からは、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ４に対応する光電変換素子５１から信号を得ることができ、垂直１／２間引き読み出しを実現することができる。
【０１２７】
尚、本実施形態においては、第二実施形態のように、第一の駆動モードで電荷読み出されるパケット領域と、第二の駆動モードで電荷読み出されるパケット領域とで面積を異ならせる構成を適用することも可能である。
【０１２８】
つまり、図７において、隣接する垂直電荷転送路５２と対向する辺の長さが相対的に短いパケット領域の面積を、隣接する垂直電荷転送路５２と対向する辺の長さが相対的に長いパケット領域の面積よりも小さくすることで、第二実施形態で説明したような効果を得ることもできる。
【０１２９】
又、本実施形態では、第二の駆動モード時の撮像素子駆動部１０の動作を、第一実施形態で説明したものと同じにしても良い。
【０１３０】
以上のように、本実施形態によれば、図６に示した構成において、隣接する２つの垂直電荷転送路５２同士が点対称の関係となるようにすることで、光電変換素子５１から電荷が読み出されるパケット領域の面積が小さい場合でも、Ｖ−Ｖブルーミングによる電荷の移動先のパケット領域の飽和を確保することができるため、第一の駆動モード及び第二の駆動モードを良好に実施することができる。
【０１３１】
（第五実施形態）
ある光電変換素子に着目したときに、その着目した光電変換素子の側部に、２つの垂直電荷転送路が近接して存在するように、光電変換素子及び垂直電荷転送路の形状や配列が決定されているといった条件を満たす固体撮像素子であれば、本発明は適用可能である。そこで、本実施形態では、上記のような条件を満たす固体撮像素子の別の例を説明する。
【０１３２】
図８は、第五実施形態の固体撮像素子の平面模式図である。
図８に示す固体撮像素子は、半導体基板７０上の垂直方向とこれに直交する水平方向に配列された多数の光電変換素子７０と、多数の光電変換素子７０の各々で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路７２と、複数の垂直電荷転送路７２の各々を転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平電荷転送路７３と、水平電荷転送路７３を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部７４とを含んで構成される。
【０１３３】
多数の光電変換素子７１は、水平方向に並ぶＮ個（Ｎは２以上の自然数）の光電変換素子７１からなる光電変換素子行を垂直方向にＭ（Ｍは１以上の自然数）個配列した構成、又は、垂直方向に並ぶＭ個の光電変換素子７１からなる光電変換素子列を水平方向にＮ個配列した構成となっている。
【０１３４】
Ｎ個の光電変換素子列には、緑色の波長域の光を検出する光電変換素子７１（以下、Ｇ光電変換素子７１という。図８では符号Ｇを記してある）と、赤色の波長域の光を検出する光電変換素子７１（以下、Ｒ光電変換素子７１という。図８では符号Ｒを記してある）をこの順に交互に垂直方向に配列したＧＲ光電変換素子行と、青色の波長域の光を検出する光電変換素子７１（以下、Ｂ光電変換素子７１という。図８では符号Ｂを記してある）とＧ光電変換素子７１をこの順に交互に垂直方向に配列したＢＧ光電変換素子列とが含まれる。ＧＲ光電変換素子列とＢＧ光電変換素子列は、水平方向に交互に配列されている。
【０１３５】
光電変換素子列同士の間の領域には、１領域おきに２本の垂直電荷転送路７２が設けられ、各垂直電荷転送路７２には、ここに隣接する光電変換素子列に含まれるＭ個の光電変換素子７１から電荷が読み出されるようになっている。
【０１３６】
図９は、図８に示した固体撮像素子の部分拡大平面模式図である。
図９に示すように、半導体基板７０上の水平方向には、各光電変換素子７１を避けるようにして垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４が敷設されている。垂直電荷転送路７２は、この上に設けられ垂直方向に配列される垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に、図１に示す撮像素子駆動部１０から４相の駆動パルスが供給されることで駆動される。以下では、垂直電荷転送路７２のうち、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４と重なる領域をそれぞれパケット領域ｖ１〜ｖ４という。尚、本実施形態では、パケット領域ｖ１〜ｖ４の各々のパケット容量は同じであり、各々のパケット容量は、例えば光電変換素子７１の蓄積容量の半分とする。
【０１３７】
垂直転送電極Ｖ１は、各光電変換素子行に対応して、各光電変換素子行の上側部に配置されている。垂直転送電極Ｖ１は、ＢＧ光電変換素子列の各光電変換素子７１と、それに隣接する垂直電荷転送路７２との間にある電荷読み出し領域７６とも重なっており、撮像素子駆動部１０から垂直転送電極Ｖ１に読み出しパルスを印加することで、ＢＧ光電変換素子列に含まれる各光電変換素子７１で発生した電荷を、各光電変換素子７１に隣接する垂直電荷転送路７２のパケット領域ｖ１に読み出すことができる。
【０１３８】
垂直転送電極Ｖ２は、各光電変換素子行に対応して、各光電変換素子行の下側部に配置されている。垂直転送電極Ｖ２は、ＧＲ光電変換素子列の各光電変換素子７１と、それに隣接する垂直電荷転送路７２との間にある電荷読み出し領域７６とも重なっており、撮像素子駆動部１０から垂直転送電極Ｖ２に読み出しパルスを印加することで、ＧＲ光電変換素子列に含まれる各光電変換素子７１で発生した電荷を、各光電変換素子７１に隣接する垂直電荷転送路７２のパケット領域ｖ２に読み出すことができる。
【０１３９】
垂直転送電極Ｖ３，Ｖ４は、垂直転送電極Ｖ１とＶ２の間に垂直方向に並べて配置されている。
【０１４０】
半導体基板７０表面には、隣接する垂直電荷転送路７２同士の間と、隣接する光電変換素子７１同士の間に、これらを分離するための素子分離領域７５が形成されている。
【０１４１】
次に、図８に示した固体撮像素子の駆動方法を説明する。
第一の駆動モード時、撮像素子駆動部１０は、光電変換素子７１で発生した電荷を、光電変換素子７１の側部にある２つの垂直電荷転送路７２を用いて転送する駆動を行う。
【０１４２】
例えば、撮像素子駆動部１０は、第一の駆動モード時、まず、垂直転送電極Ｖ２に読み出しパルスを印加して、ＧＲ光電変換素子列の光電変換素子７１で発生した電荷をパケット領域ｖ２に読み出す駆動を行う。このときの状態を表した図が図１０（ａ）である。
【０１４３】
垂直転送電極Ｖ２に読み出しパルスが印加されると、図１０（ａ）の太い白抜きの矢印で示すように電荷がパケット領域ｖ２に読み出される。パケット領域ｖ２に読み出された電荷がそのパケット領域ｖ２のパケット容量よりも多かった場合、Ｖ−Ｖブルーミングが発生し、この電荷は、図中の細い白抜き矢印で示したように、隣接する垂直電荷転送路７２のパケット領域ｖ２に流れ込む。
【０１４４】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ２に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路７３及び出力部７４を駆動して、パケット領域ｖ２に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【０１４５】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１に読み出しパルスを印加して、ＢＧ光電変換素子列の光電変換素子７１で発生した電荷をパケット領域ｖ１に読み出す駆動を行う。このときの状態を表した図が図１０（ｂ）である。
【０１４６】
垂直転送電極Ｖ１に読み出しパルスが印加されると、図１０（ｂ）の太い白抜きの矢印で示すように電荷がパケット領域ｖ１に読み出される。パケット領域ｖ１に読み出された電荷がそのパケット領域ｖ１のパケット容量よりも多かった場合、Ｖ−Ｖブルーミングが発生し、この電荷は、図中の細い白抜き矢印で示したように、隣接する垂直電荷転送路７２のパケット領域ｖ１に流れ込む。
【０１４７】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ１に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路７３及び出力部７４を駆動して、パケット領域ｖ１に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【０１４８】
このような駆動によって、固体撮像素子５からは、各光電変換素子７１で発生した電荷に応じた信号が２つに分割されて出力されてくるため、固体撮像素子５の後段において、この分割された信号同士を加算する処理を行うことで、通常の撮像と同様に、各光電変換素子７１から１つの信号を得ることができる。
【０１４９】
ここで、Ｖ−Ｖブルーミングの発生原理について簡単に説明する。
図１１は、図９に示す光電変換素子７１周辺のポテンシャルを示した図である。図１１には、光電変換素子（ＰＤ）７１と、光電変換素子７１に隣接する電荷読み出し領域（ＴＧ）７６と、その電荷読み出し領域７６に隣接する隣接垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）７２と、隣接垂直電荷転送路７２の水平方向隣にある垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）７２と、これら２つの垂直電荷転送路７２の間の素子分離領域（ＬＣＳ）７５の各々のポテンシャルを示した。
【０１５０】
電荷読み出しに際し、ＴＧに読み出しパルスが供給されると、図中の破線で示したように、ＴＧとＶＣＣＤが高電位となり、ＰＤから電荷が読み出される。しかし、このとき、ＬＣＳにも同様の読み出し電圧が供給されるため、このＬＣＳによる電位障壁の意味は低くなり、Ｖ−Ｖブルーミングが発生しやすくなるのである。
【０１５１】
駆動の説明に戻り、第二の駆動モード時、撮像素子駆動部１０は、光電変換素子７１で発生した電荷を、光電変換素子７１の側部にある２つの垂直電荷転送路７２のうちのその光電変換素子７１に隣接する垂直電荷転送路７２を用いて転送する駆動を行う。
【０１５２】
例えば、撮像素子駆動部１０は、第二の駆動モード時、垂直転送電極Ｖ１，Ｖ２に読み出しパルスを印加して、ＢＧ光電変換素子列の光電変換素子７１で発生した電荷をパケット領域ｖ１に読み出し、ＧＲ光電変換素子列の光電変換素子７１で発生した電荷をパケット領域ｖ２に読み出す駆動を行う。このときの状態を表した図が図１２である。
【０１５３】
垂直転送電極Ｖ１，Ｖ２に読み出しパルスが印加されると、図１２の太い白抜きの矢印で示すように、電荷読み出し領域７６に隣接するパケット領域ｖ１，ｖ２に電荷が読み出される。ここに読み出された電荷は、図中の格子ハッチで示すように、このパケット領域ｖ１，ｖ２に隣接するパケット領域ｖ１，ｖ２にも蓄積される。パケット領域ｖ１とパケット領域ｖ２のパケット容量の合計は、光電変換素子５１の蓄積容量と同じになっているため、第一の駆動モードのときに比べてＶ−Ｖブルーミングの発生は抑制される。
【０１５４】
次に、撮像素子駆動部１０は、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４に所定パターンの転送パルスを印加して、パケット領域ｖ１，ｖ２に蓄積された電荷を垂直方向に転送する駆動を行う。そして、水平電荷転送路７３及び出力部７４を駆動して、パケット領域ｖ１，ｖ２に蓄積された電荷に応じた信号を出力させる。
【０１５５】
このような駆動によって、固体撮像素子５からは、全ての光電変換素子７１からの信号を得ることができ、全画素読み出しを実現することができる。尚、図８に示すような構成の固体撮像素子においても、垂直転送電極の数を増やせば、第二の駆動モードにおいて垂直間引き読み出しを行うことが可能である。
【０１５６】
以上のように、本実施形態によれば、固体撮像素子５が図８に示すような構成であっても、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、図８に示したような構成だと、光電変換素子７１の対称性が崩れてしまうという問題があるが、微細化が進めばこのような問題は無視できるようになるため、このような構成も有用である。
【０１５７】
（第六実施形態）
第一実施形態〜第五実施形態で説明した固体撮像素子は、ある光電変換素子に注目したときに、その光電変換素子の側部に２つの垂直電荷転送路が水平方向に並んで配置されている構成であるため、この２つの垂直電荷転送路の間には、これらを分離するための素子分離領域が設けられる。本実施形態では、第一実施形態〜第五実施形態で説明した固体撮像素子の素子分離領域上方に、この素子分離領域に電圧を印加するための電極を設けるものとしている。
【０１５８】
図１３は、本実施形態の固体撮像素子の光電変換素子周辺のポテンシャルを示した図である。図１３には、第一実施形態〜第五実施形態のいずれかで説明した固体撮像素子の光電変換素子（ＰＤ）と、その光電変換素子に隣接する電荷読み出し領域（ＴＧ）と、その電荷読み出し領域に隣接する隣接垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）と、隣接垂直電荷転送路の水平方向隣にある垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）と、これら２つの垂直電荷転送路の間の素子分離領域（ＬＣＳ）の各々のポテンシャルを示した。
【０１５９】
図１３に示すように、ＬＣＳ上方には、このＬＣＳに電圧を供給するための電極８０が設けられる。第一の駆動モード時、撮像素子駆動部１０によってＴＧに読み出しパルスが印加されると、図中の実線で示したポテンシャルが、太い破線で示したポテンシャルに変化して、ＰＤからＶＣＣＤへ電荷が移動する。このとき、撮像素子駆動部１０が、ＬＣＳによって形成される電位障壁を押し下げるための電圧を電極８０に印加すれば、ＬＣＳのポテンシャルは図中の細い破線で示したようになり、Ｖ−Ｖブルーミングの発生を促進することができる。
【０１６０】
尚、電極８０に電圧を印加するタイミングは、少なくとも、ＶＣＣＤに電荷が読み出されてからこの電荷の転送が開始されるまでの間とすれば、このような効果を得ることができる。又、第二の駆動モード時には電極８０に電圧を印加しないようにすることで、第二の駆動モード時にはＶ−Ｖブルーミングの発生を抑制することができる。
【０１６１】
（第七実施形態）
第六実施形態の固体撮像素子では、素子分離領域に電圧を印加することで、Ｖ−Ｖブルーミングの発生を促進するものとしたが、本実施形態では、素子分離領域のポテンシャルを調整することで、Ｖ−Ｖブルーミングの発生を促進するものとしている。
【０１６２】
図１４は、本実施形態の固体撮像素子の光電変換素子周辺のポテンシャルを示した図である。図１４には、第一実施形態〜第五実施形態のいずれかで説明した固体撮像素子の光電変換素子（ＰＤ）と、その光電変換素子に隣接する電荷読み出し領域（ＴＧ）と、その電荷読み出し領域に隣接する隣接垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）と、隣接垂直電荷転送路の水平方向となりにある垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）と、これら２つの垂直電荷転送路の間の素子分離領域（ＬＣＳ）の各々のポテンシャルを示した。
【０１６３】
図１４に示すように、素子分離領域ＬＣＳは、水平方向に並ぶそれぞれポテンシャルの異なる複数（図１４では２つ）の領域からなり、複数の領域の各々のポテンシャルが、隣接垂直電荷転送路から水平方向に遠ざかるにつれて高くなっている。このようにすることで、隣接垂直電荷転送路に読み出された電荷が、その隣の垂直電荷転送路に移動しやすくなり、Ｖ−Ｖブルーミングの発生を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図
【図２】図１に示す固体撮像素子の平面模式図における部分拡大図
【図３】第五実施形態の固体撮像素子の第一の駆動モードと第二の駆動モードによる電荷読み出し時の状態を示した図
【図４】第二実施形態の固体撮像素子の平面模式図
【図５】第二実施形態の固体撮像素子の第一の駆動モードと第二の駆動モードによる電荷読み出し時の状態を示した図
【図６】第三実施形態の固体撮像素子の平面模式図
【図７】第四実施形態の固体撮像素子の平面模式図
【図８】第五実施形態の固体撮像素子の平面模式図
【図９】図８に示した固体撮像素子の平面模式図における部分拡大図
【図１０】第五実施形態の固体撮像素子の第一の駆動モードによる電荷読み出し時の状態を示した図
【図１１】図９に示す光電変換素子周辺のポテンシャルを示した図
【図１２】第五実施形態の固体撮像素子の第二の駆動モードによる電荷読み出し時の状態を示した図
【図１３】第六実施形態の固体撮像素子の光電変換素子周辺のポテンシャルを示した図
【図１４】第七実施形態の固体撮像素子の光電変換素子周辺のポテンシャルを示した図
【図１５】従来のＣＣＤ型固体撮像素子の平面模式図
【符号の説明】
【０１６５】
５  固体撮像素子
１０  撮像素子駆動部
５１  光電変換素子
５２  垂直電荷転送路
５３  水平電荷転送路
５４  出力部
５５  電荷読み出し領域
【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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