(57)【要約】  【課題】  基板電圧の制約を回避し、分光特性、感度、およびリニアリティを悪化させることなく、画素混合モードによる駆動を可能とした固体撮像装置を提供する。  【解決手段】  複数の光電変換部１と、蓄積された信号電荷を読み出す読み出し部２、４と、制御電圧により設定された飽和電荷量を超える過剰電荷を光電変換部から排出する過剰電荷排出部と、制御電圧を供給する制御電圧供給部９、１３とを備える。蓄積された信号電荷を各画素毎に個別に検出する全画素モードと、信号電荷を所定個数分加算混合して検出する画素混合モードとを選択的に適用可能である。制御電圧供給部は、過剰電荷排出部へ供給する制御電圧を、全画素モードによる駆動の場合には電荷蓄積期間と電荷移送期間とで同等とし、画素混合モードによる駆動の場合には電荷蓄積期間と電荷移送期間とで異ならせる。【選択図】  図１
2005086672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた信号電荷を蓄積する複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出す読み出し部と、制御電圧により設定される飽和電荷量を超えた過剰電荷を前記光電変換部から排出する過剰電荷排出部と、前記過剰電荷排出部に前記制御電圧を供給する制御電圧供給部とを備え、
前記光電変換部に蓄積された信号電荷を各画素毎に個別に検出する全画素モードと、信号電荷を所定個数分加算混合して検出する画素混合モードとを、選択的に適用して駆動することが可能な固体撮像装置において、
前記制御電圧供給部は、前記全画素モードによる駆動を行う場合の前記過剰電荷排出部へ供給する制御電圧を、前記光電変換素子への電荷蓄積期間と前記読み出し部への電荷移送期間とで同等とし、前記画素混合モードによる駆動を行う場合の前記過剰電荷排出部へ供給する制御電圧を、前記電荷蓄積期間と前記電荷移送期間とで異ならせることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記読み出し部は、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部により転送された信号電荷を検出する電荷検出部とを備え、
前記全画素モードでは、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を、各ライン毎に個別に前記電荷検出部に転送し、前記画素混合モードでは、信号電荷を、所定個数分加算混合して前記電荷検出部に転送することにより、垂直方向の所定間隔毎に一本分のラインの信号電荷を前記電荷検出部に転送するように駆動され、
前記画素混合モードで駆動される場合の前記電荷移送期間における前記飽和電荷量は、混合された信号電荷が、前記垂直転送部および前記水平転送部において実質的に溢れない範囲に設定される請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
信号電荷を混合する画素数に応じて、前記電荷移送期間における前記制御電圧を異ならせる請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記光電変換部が形成された基板に印加される基板電圧に応じて前記光電変換部に蓄積可能な飽和電荷量が決まるように構成されて、前記制御電圧は前記基板電圧として印加され、前記電荷移送期間の前記制御電圧は、前記電荷蓄積期間の前記制御電圧よりも高電圧である請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記電荷移送期間の開始前に、前記制御電圧を前記電荷蓄積期間の制御電圧よりも高電圧に変化させる請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記基板に標準電圧を印加する標準電圧供給部を備え、前記制御電圧は、そのＡＣ成分が前記標準電圧に重畳されて前記基板に印加される請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記制御電圧供給部は、電子シャッタパルスを供給する手段と共通の手段として構成されている請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
入射光量に応じた信号電荷を蓄積する複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出す読み出し部と、制御電圧により設定される飽和電荷量を超えた過剰電荷を前記光電変換部から排出する過剰電荷排出部とを備えた固体撮像装置を、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を各画素毎に個別に検出する全画素モードと、信号電荷を所定個数分加算混合して検出する画素混合モードとを、選択的に適用して駆動する駆動方法において、
前記全画素モードによる駆動を行う場合の前記過剰電荷排出部へ供給する制御電圧を、前記光電変換素子への電荷蓄積期間と前記読み出し部への電荷移送期間とで同等とし、前記画素混合モードによる駆動を行う場合の前記過剰電荷排出部へ供給する制御電圧を、前記電荷蓄積期間と前記電荷移送期間とで異ならせることを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
前記読み出し部は、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部により転送された信号電荷を検出する電荷検出部とを備え、
前記全画素モードでは、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を、各ライン毎に個別に前記電荷検出部に転送し、前記画素混合モードでは、信号電荷を、所定個数分加算混合して前記電荷検出部に転送することにより、垂直方向の所定間隔毎に一本分のラインの信号電荷を前記電荷検出部に転送するように駆動し、
前記画素混合モードで駆動される場合の前記電荷移送期間における前記飽和電荷量は、混合された信号電荷が、前記垂直転送部および前記水平転送部において実質的に溢れない範囲に設定される請求項８に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えたカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクス状に配列された複数の光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出して、二次元の画像信号を得るように構成された固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、ビデオカメラやデジタルカメラの撮像部、あるいはファックスやイメージスキャナの画像認識部を構成し、撮像素子としてはＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサが広く用いられている。
【０００３】
従来例のＣＣＤ型イメージセンサを用いた固体撮像装置の平面構造について、図５の概念図を参照して説明する。１は光電変換部を形成するフォトダイオードであり、マトリクス状に複数配列されている。フォトダイオード１の各列間に、垂直ＣＣＤ２が配列されて撮像領域３が形成されている。各フォトダイオード１に蓄積された電荷は垂直ＣＣＤ２へ移送され、垂直ＣＣＤ２により、水平ＣＣＤ４へ向けて垂直方向に並列転送される。従って水平ＣＣＤ４には、複数本の垂直ＣＣＤ２から１走査線に相当する信号電荷が順次転送される。水平ＣＣＤ４に達した電荷は水平方向へ転送されて、電荷検出部５により信号電圧に変換され、出力アンプ６で増幅された後、撮像出力ＯＵＴとして導出される。以上の要素がｎ型基板７上に形成されている。
【０００４】
垂直ＣＣＤ２は、タイミング発生回路８から供給される、例えば４相の転送クロックφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４によって転送駆動される。これにより、垂直ＣＣＤ２に読み出された信号電荷は、水平ブランキング期間に１走査線に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送される。水平ＣＣＤ４は、例えば２相の水平転送クロックφＨ１，φＨ２によって転送駆動される。これにより、１走査線分の信号電荷は、水平ブランキング期間後の水平走査期間において、順次水平方向に転送される。
【０００５】
ｎ型基板７は抵抗１１を介して接地されており、ｎ型基板７と抵抗１１の接続点に、標準電圧発生回路９がダイオード１０を介して接続されている。標準電圧発生回路９が発生する標準電圧は、基板電圧Ｖsubとしてｎ型基板７に印加される。基板電圧Ｖsubは、後述するように、フォトダイオード１に蓄積される信号電荷の飽和量を決定するために印加される電圧である。ＣＣＤ型イメージセンサの製造ばらつきに伴う、基板電圧Ｖsubにより形成されるポテンシャル障壁の高さのばらつきを考慮して、標準電圧は、個々の素子（チップ）ごとに最適値に設定されている。
【０００６】
一方、電子シャッタ動作が可能なＣＣＤイメージセンサでは、タイミング発生回路８でシャッタパルスＳＰを生成し、このシャッタパルスＳＰがコンデンサ１２で直流カットされた後、ｎ型基板７に印加される。このとき、シャッタパルスＳＰの低レベルは、ダイオード１０によって標準電圧の直流レベルにクランプされる（例えば特許文献１を参照）。
【０００７】
図５のＡ−Ａ線に沿った素子断面図を、図６に示す。ｎ型基板７の上部にｐウェル領域１７が形成され、その中にフォトダイオード１、および垂直ＣＣＤチャンネル２ａが形成されている。その上に、垂直ＣＣＤの転送電極とフォトダイオード１からの信号電荷の移送を制御する電極を兼ねた電極１８が形成されている。１９は素子分離領域である。この構造の素子は、３値のパルスによって駆動され、最も高い電圧が印加された時に、フォトダイオード１から移送ゲート領域２４を通って、信号電荷が垂直ＣＣＤチャンネル２ａに移送される。
【０００８】
この素子における、ブルーミング抑制のための動作について、図６のＢ−Ｃ−Ｄ線に沿った電位分布を表わす図７を参照して説明する。同図における各領域は、対応するフォトダイオード１、移送ゲート領域２４、垂直ＣＣＤチャンネル２ａ、ｐウェル領域１７、ｎ型基板７と同一の参照番号を用いて示す。ｐウエル領域１７とｎ型基板７間には基板電圧Ｖsubが印加されているので、ｐｎ接合されたフォトダイオード１の下部のｐウェル領域１７は空乏化され、実線で示される電位分布において電位障壁が形成されている。また、移送ゲート領域２４の実線で示される電位は、信号電荷が移送されないときの状態を示す。信号電荷を移送するときは破線で示される電位になる。
【０００９】
移送ゲート領域２４が破線で示す電位になったときに、フォトダイオード１の電荷が垂直ＣＣＤチャンネル２ａへ移送されることにより、フォトダイオード１は電位２５ａで示す空の状態になる。移送期間が終了し蓄積期間が開始されると、入射する光により電荷が蓄積されるのに伴い、フォトダイオード１のポテンシャルの井戸は電位２５ｂに示すように浅くなっていく。電位２５ｂが、実線の電位分布におけるｐウェル領域１７の電位２６ａよりも下がると、過剰電荷がｐウェル領域１７を通過してｎ型基板７に排出される。このようにして、ｐウェル領域１７の電位障壁で決まる飽和電荷量を超えてフォトダイオード１に電荷が蓄積されたとき、過剰電荷がｎ型基板７に排出されることにより、ブルーミングが抑制される。基板電圧Ｖsubを高くすれば、電位分布は破線で示す状態になり、ｐウェル領域１７の電位２６ｂで示される飽和電荷量が低い値に設定される。基板電圧Ｖsubを適宜設定することにより、素子の特性に適合したブルーミング抑制効果を得ることができる。
【００１０】
しかしこのブルーミング抑制方法には次のような欠点がある。すなわち、図７に示す移送ゲート領域２４を破線で示す電位にして信号電荷を移送する期間中においては、フォトダイオード１で発生した電荷は、蓄積された電荷による電位２５ｂが、ｐウェル領域１７の電位２６ａよりも低くなる電荷量に達するまで、垂直ＣＣＤチャンネル２ａ、移送ゲート領域２４、フォトダイオード１に蓄積される。ところが、垂直ＣＣＤチャンネル２ａ内の隣接した領域とのバリヤーが電位２６ａよりも高いと、過剰電荷がｎ型基板７に溢れ始める前に、垂直ＣＣＤチャンネル２ａ内の隣接した領域に電荷が溢れ出す。即ち、フォトダイオード１から信号電荷を移送する期間中は、事実上ブルーミング抑制作用が機能しなくなる。
【００１１】
電荷移送期間中もブルーミング抑制作用を機能させるために、特許文献２には、フォトダイオードへの電荷蓄積期間と電荷移送期間とにｎ型基板７へ異なる電位を与える構成が記載されている。すなわち、信号電荷蓄積期間の殆んどはｐウェル領域１７を従来と同じ低レベルの電位２６ａの状態とし、移送期間中に、高レベルの電位２６ｂの状態とする。それにより、電荷移送期間には、過剰電荷を排出する電位２６ｂよりも浅い（低い）電荷は、フォトダイオード１に蓄積されずにｎ型基板７に排出され、ブルーミング抑制作用が機能する。但し、垂直ＣＣＤ２の隣接領域とのバリヤーは、電位２６ｂより低いことが必要である。
【特許文献１】特開平７−２８４０２６号公報
【特許文献２】特開昭６１−２６３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
例えばディジタルカメラ用途の高画素数ＣＣＤには、全画素の蓄積電荷を個別に検出して画像データを作成する全画素モード（例えば静止画モード）と、ラインを間引きつつ情報加算することで情報量を減らしフレームレートを高める画素混合モード（例えばモニタモード、動画モード）とがある。画素混合モードでは、同一の垂直ＣＣＤに読み出される同一色画素の信号電荷を、所定個数分加算混合して電荷検出部に転送することにより、垂直方向の所定間隔毎に一本のラインの画像信号を得るように駆動する。
【００１３】
画素混合モードでは、複数画素の電荷を混合するため、加算された電荷量が大きくなるので、垂直あるいは水平ＣＣＤにおける転送能力を超えないように、転送すべき電荷量を制限する必要がある。そのため、画素混合モードの場合は基板電圧Ｖsubを高くして、フォトダイオードに蓄積される電荷を制限し、加算された電荷量が転送に支障を生じない範囲になるように制御している。
【００１４】
電荷を加算する画素数が多い程、基板電圧Ｖsubを高くして飽和電荷量を低下させる必要があるが、設定可能な電圧は素子として制約を受ける。すなわち、電荷を加算する画素数が多過ぎると、基板電圧Ｖsubを対応する高い電圧に設定することが不可能になる。
【００１５】
また、電荷蓄積時に高い基板電圧Ｖsubを印加して、フォトダイオードの固有の電荷蓄積能力に対して極めて低い飽和電荷量となるように制御すると、個別転送モードの場合に比べて分光特性、および感度が変化し、またリニアリティが劣化する。特許文献２に記載の方法においては、画素混合モードによる駆動は想定されていないため、信号電荷移送期間中のブルーミングを一律に抑制することのみが考慮され、画素混合モードによる駆動における上述のような問題を解決するものではない。
【００１６】
本発明は、基板電圧として印加可能な電圧の制約を回避し、分光特性、感度、およびリニアリティを悪化させることなく、画素混合モードによる駆動を可能とした固体撮像装置およびその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】
【００１７】
本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた信号電荷を蓄積する複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出す読み出し部と、制御電圧により設定される飽和電荷量を超えた過剰電荷を前記光電変換部から排出する過剰電荷排出部と、前記過剰電荷排出部に前記制御電圧を供給する制御電圧供給部とを備える。そして、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を各画素毎に個別に検出する全画素モードと、信号電荷を所定個数分加算混合して検出する画素混合モードとを、選択的に適用して駆動することが可能である。
【００１８】
上記課題を解決するために、前記制御電圧供給部は、前記全画素モードによる駆動を行う場合の前記過剰電荷排出部へ供給する制御電圧を、前記光電変換素子への電荷蓄積期間と前記読み出し部への電荷移送期間とで同等とし、前記画素混合モードによる駆動を行う場合の前記過剰電荷排出部へ供給する制御電圧を、前記電荷蓄積期間と前記電荷移送期間とで異ならせる。
【００１９】
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、入射光量に応じた信号電荷を蓄積する複数の光電変換部と、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出す読み出し部と、制御電圧により設定される飽和電荷量を超えた過剰電荷を前記光電変換部から排出する過剰電荷排出部とを備えた固体撮像装置を、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を各画素毎に個別に検出する全画素モードと、信号電荷を所定個数分加算混合して検出する画素混合モードとを、選択的に適用して駆動する駆動方法である。
【００２０】
上記課題を解決するために、前記全画素モードによる駆動を行う場合の前記過剰電荷排出部へ供給する制御電圧を、前記光電変換素子への電荷蓄積期間と前記読み出し部への電荷移送期間とで同等とし、前記画素混合モードによる駆動を行う場合の前記過剰電荷排出部へ供給する制御電圧を、前記電荷蓄積期間と前記電荷移送期間とで異ならせる。
【発明の効果】
【００２１】
上記構成の固体撮像装置あるいはその駆動方法によれば、電荷蓄積期間には、フォトダイオードの固有の電荷蓄積能力を活かして、分光特性、感度、およびリニアリティを損なうことなく電荷蓄積を行うことが可能であり、電荷移送期間には、不要な電荷を排出し電荷量を減らして移送することにより、印加可能な電圧の制約を回避して画素混合モードによる良好な駆動が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の固体撮像装置において、前記読み出し部は、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部により転送された信号電荷を検出する電荷検出部とを備えた構成とすることができる。そして、前記全画素モードでは、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を、各ライン毎に個別に前記電荷検出部に転送し、前記画素混合モードでは、信号電荷を、所定個数分加算混合して前記電荷検出部に転送することにより、垂直方向の所定間隔毎に一本分のラインの信号電荷を前記電荷検出部に転送するように駆動される。前記画素混合モードで駆動される場合の前記電荷移送期間における前記飽和電荷量は、混合された信号電荷が、前記垂直転送部および前記水平転送部において実質的に溢れない範囲に設定される。
【００２３】
好ましくは、信号電荷を混合する画素数に応じて、前記電荷移送期間における前記制御電圧を異ならせる。
【００２４】
また好ましくは、前記光電変換部が形成された基板に印加される基板電圧に応じて前記光電変換部に蓄積可能な飽和電荷量が決まるように構成されて、前記制御電圧は前記基板電圧として印加され、前記電荷移送期間の前記制御電圧は、前記電荷蓄積期間の前記制御電圧よりも高電圧である。また好ましくは、前記電荷移送期間の開始前に、前記制御電圧を前記電荷蓄積期間の制御電圧よりも高電圧に変化させる。また好ましくは、前記基板に標準電圧を印加する標準電圧供給部を備え、前記制御電圧は、そのＡＣ成分が前記標準電圧に重畳されて前記基板に印加される。また好ましくは、前記制御電圧供給部は、電子シャッタパルスを供給する手段と共通の手段として構成される。
【００２５】
本発明の固体撮像装置の駆動方法は、前記読み出し部が、前記光電変換部から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部により転送された信号電荷を検出する電荷検出部とを備えた構成である場合に、以下のような駆動方法とすることができる。すなわち、前記全画素モードでは、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を、各ライン毎に個別に前記電荷検出部に転送し、前記画素混合モードでは、信号電荷を、所定個数分加算混合して前記電荷検出部に転送することにより、垂直方向の所定間隔毎に一本分のラインの信号電荷を前記電荷検出部に転送するように駆動する。前記画素混合モードで駆動される場合の前記電荷移送期間における前記飽和電荷量は、混合された信号電荷が、前記垂直転送部および前記水平転送部において実質的に溢れない範囲に設定される。
【００２６】
以下に、本発明の一実施の形態における固体撮像装置およびその駆動方法について、図面を参照して具体的に説明する。図１は、固体撮像装置の平面構造を示す概念図である。基本的な構造は図５に示した固体撮像装置と同様であるので、同様の構成要素については、各々同一の参照番号を付して具体的な説明に代える。素子の断面構造は、図６に示した従来例と同様であり、また、フォトダイオード１の周辺の電位分布は図７と同様であるので、図６および図７も参照して説明する。
【００２７】
本実施の形態における固体撮像装置は、駆動モードとして、上述のような全画素モードと画素混合モードを備える。駆動モードに応じてｎ型基板７に印加する基板電圧Ｖsubを異ならせて、フォトダイオード１における飽和電荷量を制御するために、タイミング発生回路８とコンデンサ１２の間に、切替回路１３が接続されている。タイミング発生回路８は、ｎ型基板７に印加するパルス電圧として、シャッタパルスＳＰに加えて、制御パルスＣＯＮも供給する。切替回路１３は、コンデンサ１２に接続された端子１４に対して、シャッタパルスＳＰが供給される端子１５、および制御パルスＣＯＮが供給される端子１６を選択的に切替えて接続する。従って、シャッタパルスＳＰまたは制御パルスＣＯＮのいずれかが、コンデンサ１２を介して、標準電圧に重畳されて基板電圧Ｖsubとしてｎ型基板７に印加される。基板電圧Ｖsubは、図７に示されるように、フォトダイオード１における飽和電荷量を制御する制御電圧として機能する。
【００２８】
切替回路１３による上記の選択は、図示されていない駆動モード選択部による選択に応じて供給されるモード選択信号Ｓｍにより切替えられる。制御パルスＣＯＮは、駆動モードが画素混合モードのときに、標準電圧発生回路９により供給される標準電圧に重畳されてｎ型基板７に印加される。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態における駆動パルス例を示す。図２（ａ）に示すクロックパルス２０は、垂直ＣＣＤ２の転送電極とフォトダイオード１からの信号電荷の移送を制御する電極を兼ねた電極１８へ印加される。電圧２０ａ、２０ｂが交互に印加されることにより垂直ＣＣＤ２内を電荷が転送される。電圧２０ｃが印加されている期間が、電荷の移送期間である。これは従来と同じである。
【００３０】
図２（ｂ）は、全画素モードの場合にｎ型基板７に印加される基板電圧２１を示す。電圧２１ａは、標準電圧発生回路９から供給される標準電圧に対応し、電荷蓄積期間および電荷移送期間を通して一定である。但し、切替回路１３を介してタイミング発生回路８から供給されるシャッタパルスＳＰについては、説明の簡略化のため図示を省略する。電圧２１ａは、図７に示した過剰電荷を排出する閾値、すなわち飽和電荷量を規定する電位２６ａに対応する。すなわち、電圧２１ａがｎ型基板７に印加されたときに、ｐウェル領域１７における電位障壁は電位２６ａに設定される。このように、全画素モードの場合には、電荷蓄積期間および電荷移送期間を通して一定の、図７に示した低い電位２６ａにより飽和電荷量が規定される。
【００３１】
図２（ｃ）には、画素混合モードの場合にｎ型基板７に印加される基板電圧２２を示す。電圧２１ｂは、タイミング発生回路８から供給される制御パルスＣＯＮに対応する。すなわち基板電圧２２は、標準電圧発生回路９から供給される標準電圧に、制御パルスＣＯＮが重畳された波形を有する。基板電圧２２は、クロックパルス２０における電荷移送期間に対応して、高レベルの電圧２１ｂになり、その他の期間には低レベルの電圧２１ａである。電圧２１ｂは、図７に示した飽和電荷量を規定する電位２６ｂに対応する。このように、画素混合モードの場合の飽和電荷量は、電荷蓄積期間には大きく設定され、電荷移送期間には小さく設定される。それにより、電荷蓄積期間には、フォトダイオード１の固有の電荷蓄積能力を活かして、分光特性、感度、およびリニアリティを損なうことなく電荷蓄積を行うことができる。しかも、電荷移送期間には、不要な電荷を排出し電荷量を減らして移送することにより、印加可能な電圧の制約を回避して画素混合モードによる良好な駆動が可能となる。
【００３２】
次に、図２（ａ）のクロックパルス２０と、図２（ｃ）の基板電圧２２における高レベルの電圧２１ｂの位相関係について、図３を参照して説明する。図２（ａ）のクロックパルス２０、および図２（ｃ）の基板電圧２２について、そのＥ期間を拡大して、それぞれ図３（ａ）および（ｂ）に模式的に示す。また、基板電圧２２の他の例を図３（ｃ）および（ｄ）に示す。
【００３３】
図３（ｂ）に示す基板電圧２２の電圧２１ｂの期間は、図３（ａ）のクロックパルス２０の電圧２０ａの期間と重なりを持つ。すなわち信号電荷蓄積期間の殆んどは、従来と同様の低レベルの電圧２１ａが印加され、移送期間中に、高レベルの電圧２１ｂが印加される。それにより、過剰電荷を排出する電位２６ｂよりも浅い（低い）電荷はフォトダイオード１に蓄積されずにｎ型基板７に排出される。
【００３４】
高レベルの電圧２１ｂの立上りの位相は、図３（ａ）のクロックパルス２０と図３（ｂ）制御パルス２１に示すように、電圧２０Ｃの立上り、すなわち移送期間の開始と同位相が望ましい。しかし、過剰電荷を排出する作用が若干低くなるが、図３（ｄ）に示す制御パルス２４のように、少し遅れても構わない。ただし図３（ｃ）に示すように、移送期間になる前にｎ型基板７に高レベル２１ｂが印加されると、フォトダイオード１に蓄積された信号電荷が図７の電位２６ｂまで排出されるため、フォトダイオード１のダイナミックレンジが低下する。ｎ型基板７へ印加する高レベルの電圧２１ｂの立ち下がりの位相は移送期間の終了と同時でもよいが、同期性の容易さからは、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように若干遅れた方がよい。
【００３５】
以上の説明では、画素混合モードの場合の電荷移送期間に印加する基板電圧Ｖsubとして、単一の電圧のみが供給される例を示したが、電荷が混合される画素数に応じて電荷移送期間に印加する基板電圧Ｖsubを異ならせて、各々の場合に最適の飽和電荷量に設定することができる。例えば、デジタルカメラにおいては、全画素モードである静止画モードに対して、画素混合モードとしてモニターモードと動画モードがある。モニターモードでは２画素の電荷を混合し、動画モードでは９画素の電荷を混合する。静止画モードの場合に飽和電荷量を適切に設定するためには、基板電圧ＶsubとしてＤＣ４Ｖを印加する。これに対して、画素混合モードでは、混合後の電荷量を転送能力内に制限するために、モニターモードでは基板電圧ＶsubとしてＤＣ６Ｖを印加し、動画モードでは基板電圧ＶsubとしてＤＣ１４Ｖを印加する必要がある。従って、本実施の形態を適用した画素混合モードの場合、電荷蓄積期間には基板電圧Ｖsubとして４Ｖを印加し、電荷移送期間には、６Ｖあるいは１４Ｖの基板電圧Ｖsubを印加する。
【００３６】
また、画素混合モードでは、同一色の画素、あるいは垂直方向に並んだ画素どうしに限らず、種々の態様で信号電荷を混合する場合があり得るが、本実施の形態は、どのような形態で画素を混合する場合にも適用可能である。
【００３７】
また、図１に示した構成では、標準電圧発生回路９から供給される標準電圧に対して、制御パルスＣＯＮをＡＣ結合で重畳することにより所定の基板電圧Ｖsubを印加するが、このような構成に限定されず、所定の絶対値を持つ基板電圧ＶsubをＤＣ結合により印加する構成としてもよい。但し、図１に示した構成であれば、基板電圧Ｖsubの低レベルが標準電圧の直流レベルにクランプされるので、個々のチップごとに最適値に設定された標準電圧の値を反映した状態で、基板電圧Ｖsubを変化させることが可能となる利点がある。
【００３８】
標準電圧発生回路９は、図４に示す一例のように構成することができる。この回路は、電源端子φｐと接地（ＧＮＤ）間に、複数の抵抗を直列に接続した抵抗分割回路である。多数の抵抗Ｒ、Ｒ１およびＲ２の各接続点にパッドＰ1 〜Ｐ１０が形成されている。各接続点はまた、それぞれフューズＦを介して標準電圧供給用のパッドＰ１１と接続されている。また、各フューズとパッドＰ１１とを接続する配線の途中に共通パッドＰ１２が形成されている。各フューズは、パッドＰ1 〜Ｐ１０にうち対応するものと共通パッドＰ１２の間に電圧を印加することにより切断される。不要なフューズＦを選択的に切断することにより所定の電圧を発生させ、その電圧をパッドＰ１１から供給する。それにより、チップ個々の製造ばらつきを補償して、最適な標準電圧を設定することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、電荷排出部がｐウェル構造の例について説明したが、これに限定されるものではなく、フォトダイオードから過剰電荷を排出する機能を有するものであれば何でもよい。例えば、フォトダイオードに隣接してオーバーフローコントロールゲート及びオーバーフロードレインを有したいわゆる「オーバーフロードレイン構造」のものでも、オーバーフローコントロールゲートに制御パルスを印加することによって同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の固体撮像装置は、電荷蓄積期間には、分光特性、感度、およびリニアリティを損なうことなく電荷蓄積を行うことが可能であり、電荷移送期間に不要な電荷を排出し電荷量を減らして移送することにより、印加可能な電圧の制約を回避して画素混合モードによる良好な駆動が可能となるので、一体型ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、医療用内視鏡のイメージセンサとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態における固体撮像装置の平面構造を示す概念図
【図２】同固体撮像装置の駆動用のパルス波形を示す波形図
【図３】同パルス波形を詳細に示す波形図
【図４】標準電圧供給部の一例を示す回路図
【図５】従来例の固体撮像装置の平面構造を示す概念図
【図６】同固体撮像装置のフォトダイオード周辺部の構造を示す図１のＡ−Ａ’断面図
【図７】図６のフォトダイオード周辺部の各部における電位分布を示す図
【符号の説明】
【００４２】
１  フォトダイオード
２  垂直ＣＣＤ
２ａ  垂直ＣＣＤチャンネル
３  撮像領域
４  水平ＣＣＤ
５  電荷検出部
６  出力アンプ
７  ｎ型基板
８  タイミング発生回路
９  標準電圧発生回路
１０  ダイオード
１１  抵抗
１２  コンデンサ
１３  切替回路
１４、１５、１６  端子
１７  ｐウェル領域
１８  電極
１９  素子分離領域
２０  クロックパルス
２０ａ、２０ｂ  電圧
２１、２２、２３  基板電圧
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  電圧
２４  移送ゲート領域
２５ａ、２５ｂ  電位
２６ａ、２６ｂ  電位
【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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