(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に二次元状に配列形成されたフォトダイオードと、該フォトダイオードの受光電荷をゲートを介して読み出し垂直方向に転送する垂直転送路と、該垂直転送路から受け取った前記受光電荷を水平方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路の転送中に前記垂直転送路の転送動作を停止させる転送制御部とを備えるＣＣＤ型固体撮像装置において、前記垂直転送路を構成する複数の連続する転送電極の下に形成される電位パケットであって前記受光電荷の転送を行う浅く広い電位パケットに収納されている前記受光電荷を、前記転送動作を停止させる前に、前記浅く広い電位パケットの両端の前記ゲートに接続されていない転送電極下に夫々狭く深い電位パケットを形成し、２つの該狭く深い電位パケット内に前記浅く広い電位パケット内の前記受光電荷を２分割し集めてから前記転送動作を停止させる転送制御手段を前記転送制御部に設けたことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像装置。
【請求項２】
前記狭く深い電位パケットが１電極幅の電位パケットであることを特徴とする請求項１に記載のＣＣＤ型固体撮像装置。
【請求項３】
半導体基板上に二次元状に配列形成されたフォトダイオードと、該フォトダイオードの受光電荷をゲートを介して読み出し垂直方向に転送する垂直転送路と、該垂直転送路から受け取った前記受光電荷を水平方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路の転送中に前記垂直転送路の転送動作を停止させる転送制御部とを備えるＣＣＤ型固体撮像装置の転送制御方法において、前記垂直転送路を構成する複数の連続する転送電極の下に形成される電位パケットであって前記受光電荷の転送を行う浅く広い電位パケットに収納されている前記受光電荷を、前記転送動作を停止させる前に、前記浅く広い電位パケットの両端の前記ゲートに接続されていない転送電極下に夫々狭く深い電位パケットを形成し、２つの該狭く深い電位パケット内に前記浅く広い電位パケット内の前記受光電荷を２分割し集めてから前記転送動作を停止させることを特徴とするＣＣＤ型固体撮像装置の転送制御方法。
【請求項４】
前記狭く深い電位パケットが１電極幅の電位パケットであることを特徴とする請求項３に記載のＣＣＤ型固体撮像装置の転送制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＣＤ（電荷結合素子）型固体撮像装置に係り、特に、信号電荷中に含まれる暗電流の低減を図ることができるＣＣＤ型固体撮像装置及びその転送制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型固体撮像装置は、例えば下記特許文献１記載の様に、フォトダイオードから読み出された受光電荷（信号電荷）を第１方向（これを、以下、垂直方向という。）に転送する垂直転送路（ＶＣＣＤ）と、垂直転送路によって転送されてきた前記受光電荷を受け取り第２方向（これを、以下、水平方向という。）に転送する水平転送路（ＨＣＣＤ）とを備える。
【０００３】
図５は、一般的なＣＣＤ型固体撮像装置の表面模式図である。図示する例のＣＣＤ型固体撮像装置の半導体基板上には、多数のフォトダイオード１（ＰＤ１〜ＰＤ８）が正方格子状に配列形成されており、フォトダイオード１の各列に沿って垂直転送路２が形成されている。
【０００４】
各垂直転送路２は、１つのフォトダイオード１に対して２枚の垂直転送電極を備え、図示する例では、垂直方向上側の垂直転送電極とフォトダイオード１とが読出ゲート３によって接続され、フォトダイオード１の受光電荷が読出ゲート３を通して対応の垂直転送電極下に形成される電位パケット内に読み出される。
【０００５】
図５に例示するＣＣＤ型固体撮像装置は、８相駆動するため、各垂直転送電極内に、Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖ８と記載してあり、各転送電極Ｖ１〜Ｖ８に垂直転送制御部８が転送パルスφＶ１〜φＶ８を供給することで、垂直転送制御が行われる。
【０００６】
半導体基板の下辺部には水平転送路４が設けられ、各垂直転送路２によって垂直方向に転送されてきた受光電荷を受け取り、この受光電荷を次に水平方向に転送し、出力段のアンプ５を通して受光電荷量に応じた画像信号が出力される。
【０００７】
図６，図７は、従来の転送制御方法を示すタイミングチャートであり、垂直転送制御部が各垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ８に図７に示す転送パルスφＶ１〜φＶ８を印加することで、信号電荷は、図６に示す様に、垂直転送路に沿って転送される。
【０００８】
フォトダイオード１から読み出された信号電荷は、例えば時刻ｔ４においては、電極Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ１の下に形成される６電極幅の電位パケット内に収められ、次の時刻ｔ５で、電極Ｖ４の転送電位が高レベル（例えば０Ｖ）から低レベル（例えば−８Ｖ）に変化されることで電位パケット幅がＶ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ１の５電極分に狭められ、次の時刻ｔ６で、転送方向側の電極Ｖ２の転送電位が低レベルから高レベルに変化されることで電位パケット幅がＶ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ１，Ｖ２の６電極分に広げられ、…という動作が繰り返され、信号電荷が垂直方向に転送される。
【０００９】
この様にして、垂直転送路の端まで転送されてきた信号電荷は、今度は水平転送路に移される。そして、次に水平転送路に沿って転送されることになるが、水平転送路が信号電荷を転送している最中は、垂直転送路の動作は停止させなければならない。
【００１０】
図６，図７に示す時間ｓ１は、水平転送路による転送中を示す時間であり、垂直転送路を停止させる待機時間でもある。この待機時間ｓ１中は、垂直転送路上にある信号電荷を垂直転送路上に保持し移動させない様にする。図示する従来例では、待機時間ｓ１の間、電極Ｖ１，Ｖ８に印加する転送電位を低レベルに維持してバリアを形成し、隣接する電位パケットの信号電荷と混ざらない様にしている。そして、電極Ｖ２〜Ｖ７を高レベルに維持することで、電極Ｖ２〜Ｖ７の下に６電極幅の電位パケットを形成し、ここに信号電荷を保持している。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００―１９６０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＣＣＤ型固体撮像装置で画像を撮像する場合、各フォトダイオードの受光電荷を垂直転送路に読み出し、垂直転送路，水平転送路と順に転送して画像信号を固体撮像装置から出力させるが、転送中の電荷に受光電荷以外の電荷が混入すると、高画質の画像データを得ることができない。
【００１３】
フォトダイオードは、受光していない状態でも、例えば熱励起によって電荷を発生しており、この電荷すなわち暗電流が待機時間ｓ１中に電位パケット内の信号電荷に混入すると、画質劣化が生じる。高画質の画像データを得るには、待機中の信号電荷に混入する暗電流を低減する必要がある。
【００１４】
本発明の目的は、垂直転送路上で待機中の信号電荷に混入する暗電流を低減できるＣＣＤ型固体撮像装置及びその転送制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のＣＣＤ型固体撮像装置及びその転送制御方法は、半導体基板上に二次元状に配列形成されたフォトダイオードと、該フォトダイオードの受光電荷をゲートを介して読み出し垂直方向に転送する垂直転送路と、該垂直転送路から受け取った前記受光電荷を水平方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路の転送中に前記垂直転送路の転送動作を停止させる転送制御部とを備えるＣＣＤ型固体撮像装置において、前記垂直転送路を構成する複数の連続する転送電極の下に形成される電位パケットであって前記受光電荷の転送を行う浅く広い電位パケットに収納されている前記受光電荷を、前記転送動作を停止させる前に、前記浅く広い電位パケットの両端の前記ゲートに接続されていない転送電極下に夫々狭く深い電位パケットを形成し、２つの該狭く深い電位パケット内に前記浅く広い電位パケット内の前記受光電荷を２分割し集めてから前記転送動作を停止させる転送制御手段を前記転送制御部に設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明のＣＣＤ型固体撮像装置及びその転送制御方法は、前記狭く深い電位パケットが１電極幅の電位パケットであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、待機中の信号電荷を保持している電位パケットがフォトダイオードの読出ゲートと遮断されるため、信号電荷に暗電流が混入することがなくなり、高画質の画像を撮像することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１，図２は、本発明の第１の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置の転送制御方法を示すタイミングチャートである。本実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置は、図５に例示したものと同じであり、垂直転送制御部８が図２に示す転送パルスφＶ１〜φＶ８を生成し転送電極Ｖ１〜Ｖ８に供給する。
【００２１】
図６に示す従来技術は、待機時間ｓ１中に、６電極分（Ｖ２〜Ｖ７）の幅を持つ電位パケット内に信号電荷を保持している。暗電流は、主として、読出ゲート３（図５参照）を通してフォトダイオードから垂直転送路の電位パケット内に流れ込むため、６電極分Ｖ２〜Ｖ７の幅を持つ電位パケットには、Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７の３箇所、読出ゲート３が接続されることになる。
【００２２】
そこで、読出ゲート３が接続されない位置に深い電位パケットを生成し、６電極幅の電位パケット内に収納されている信号電荷を待機時間ｓ１の開始前にこの深い電位パケット内に集めてしまえば、待機中の信号電荷に暗電流が混入することを回避できることになる。
【００２３】
電極Ｖ１〜Ｖ８のうち、読出ゲート３が接続されていない電極は、Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８である。このため、本実施形態では、電極Ｖ２の下に、１電極幅の狭く深い電位パケットを生成し、ここに信号電荷を集める。
【００２４】
例えば、図１，図２に示す時刻ｔ１２までは、通常の電荷転送が行われており、電極Ｖ３，Ｖ４に転送電位−８Ｖが印加されてバリアが形成され、電極Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ１，Ｖ２に転送電位０Ｖが印加されているため、電極Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ１，Ｖ２下に６電極幅の広く浅い電位パケットが形成されている。
【００２５】
この時刻ｔ１２の次の時刻ｔ１３で、本実施形態では、転送方向一番端の電極Ｖ２の印加電圧を０Ｖ→＋１５Ｖと変化させる。これにより、広く浅い電位パケットの端（電極Ｖ２下）に深く狭い電位パケットが生成される。
【００２６】
そして、時刻ｔ１４，ｔ１５，ｔ１６，ｔ１７，ｔ１８と経過する毎に、電極Ｖ５→Ｖ６→Ｖ７→Ｖ８→Ｖ１の順にその印加電圧を０Ｖ→−８Ｖに変化させる。これにより、信号電荷を保持している６電極幅の広く浅い電位パケットの浅い部分が、５電極幅→４電極幅→３電極幅→２電極幅→１電極幅と狭められ、最後に電極Ｖ２下の１電極幅の深い電位パケットに信号電荷が集められる。
【００２７】
その後に待機時間ｓ１に入ることで、待機中の信号電荷と読出ゲートとは遮断され、暗電流の信号電荷への混入が回避される。
【００２８】
待機時間ｓ１が終了した時刻ｔ１では、電極Ｖ２に対して転送方向に隣接する電極Ｖ３の転送電位を−８Ｖ→０Ｖに変化させる。これにより、深い電位パケットに浅い電位パケットが繋げられて計２電極幅の電位パケットとなる。
【００２９】
次の時刻ｔ２で電極Ｖ４の転送電位も０Ｖにし、これにより、１電極幅の深い電位パケットに繋げられる浅い電位パケットが２電極幅に広げられ、…という動作を繰り返し、時刻ｔ５で、深い電位パケットに繋げられる浅い電位パケット幅が５電極分、計６電極幅の電位パケットになった後、時刻ｔ６で深い電位パケットを形成している電極Ｖ２の転送電位を＋１５Ｖから０Ｖにし、電位パケットの深さを全て浅くする。
【００３０】
以下、広く浅い電位パケット幅を、６電極幅→５電極幅→６電極幅→…とする本来の電荷転送を行う。そして、時刻ｔ１３に来たとき、上述したように、再び狭く深い電位パケットを生成してこの電位パケット内に信号電荷を集める転送制御を行う。
【００３１】
以上述べた実施形態によれば、待機中の信号電荷に暗電流が混入するのを回避できるため、高画質の画像データを撮像することが可能となる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図３，図４は、本発明の第２の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置の転送制御方法を示すタイミングチャートである。本実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置も、図５に例示したものと同じであり、垂直転送制御部８が図４に示す転送パルスφＶ１〜φＶ８を生成し転送電極Ｖ１〜Ｖ８に供給する。
【００３３】
図１，図２に示す第１の実施形態では、待機中に１電極幅の狭く深い電位パケットに信号電荷を集め保持したが、ＣＣＤ型固体撮像装置の構成上、垂直転送路の面積を広くとれない場合には、１電極幅の深く狭い電位パケット１個だけでは、信号電荷がこの電位パケットから溢れてしまう虞がある。
【００３４】
そこで、本実施形態では、１電極幅の深く狭い電位パケットを２つ生成し、浅い６電極幅の電位パケット内に収納されている信号電荷を、この２つの深く狭い電位パケットに分割して集め保持する。
【００３５】
上述した様に、電極Ｖ２〜Ｖ７の６電極幅内で、読出ゲートに接続されていない電極はＶ２，Ｖ４，Ｖ６である。そこで、離れた２つの電極Ｖ２，Ｖ６の下に夫々深い電位パケットを生成し、６電極Ｖ２〜Ｖ７下の広く浅い電位パケット内の信号電荷を２つの狭く深い電位パケットに分割して集め、保持する。
【００３６】
本実施形態では、本来の６電極幅→５電極幅→６電極幅→５電極幅→…、と広く浅い電位パケットを使って電荷転送を行っている途中で、電位パケット幅が５電極幅になった時刻ｔ１８の次の時刻ｔ１９で、電極Ｖ２，Ｖ６の転送電位を０Ｖ→＋１５Ｖに変化させる。これにより、５電極幅の広く浅い電位パケットの両端の１電極幅だけ深い電位パケットが形成される。
【００３７】
次の時刻ｔ２０では、電極Ｖ２と電極Ｖ６の中間の電極Ｖ４に印加する転送電位を０Ｖ→−８Ｖと変化させる。これにより、５電極幅の電位パケットは、電極Ｖ２，Ｖ３下の電位パケットと、電極Ｖ５，Ｖ６下の電位パケットとに２分割される。
【００３８】
そして、次の時刻ｔ２１で、電極Ｖ３，Ｖ５の転送電位を０Ｖ→−８Ｖとする。これにより、２つの狭く深い電位パケットに信号電荷が集められることになり、待機中の信号電荷が読出ゲートから遮断され、信号電荷に暗電流が混入するのが回避される。
【００３９】
待機時間ｓ１が終了した次の時刻ｔ１で、電極Ｖ３，Ｖ５の電位を−８Ｖ→０Ｖに変化させて２つの深い電位パケットに夫々１電極幅の浅い電位パケットを繋げ、次の時刻ｔ２で、電極Ｖ４，Ｖ７の電位を−８Ｖ→０Ｖに変化させると、２つの深い電位パケットが電極Ｖ４下の浅い電位パケットを介して繋がり、次の時刻ｔ３で、電極Ｖ２，Ｖ６の電位を＋１５Ｖ→０Ｖと変化させて６電極幅の電位パケットを全て浅い電位パケットにする。以後、広く浅い電位パケットを６電極幅→５電極幅→６電極幅→…と変化させ、本来の電荷転送を行う。
【００４０】
以上述べた実施形態でも、待機中の信号電荷に暗電流が混入するのを回避できるため、高品質の画像を撮像することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係るＣＣＤ型固体撮像装置は、待機中の信号電荷に暗電流が混入するのを回避できるため、高画質な画像を撮像するデジタルカメラに搭載するＣＣＤ型固体撮像装置及び転送制御方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置の転送説明図である。
【図２】図１に示す転送を実施する転送パルスのタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像装置の転送説明図である。
【図４】図３に示す転送を実施する転送パルスのタイミングチャートである。
【図５】一般的なＣＣＤ型固体撮像装置の表面模式図である。
【図６】従来の垂直転送路における転送の様子を説明する図である。
【図７】図６に示す転送を実施する転送パルスのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１（ＰＤ１〜ＰＤ８）  フォトダイオード
２  垂直転送路
３  読出ゲート
４  水平転送路
５  出力アンプ
８  垂直転送制御部
Ｖ１〜Ｖ８  転送電極
φＶ１〜φＶ８  転送電位
ｓ１  垂直転送路の待機時間（水平転送路の転送中の時間）
【図１】
0004461073.tif 000002
【図２】
0004461073.tif 000003
【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】
0004461073.tif 000008