(57)【要約】【課題】光電変換素子に蓄積された電荷を読み出して転送する電荷転送装置において、電荷転送効率を向上させ、且つ、電荷読み出し時の混色を防ぐことが可能な電荷転送装置の駆動方法を提供する。【解決手段】電荷転送装置２０は、半導体基板１００に形成された電荷転送チャネル２０ａと、その上方に形成された多数の駆動電極Ｖ１〜Ｖ６とから構成され、多数の駆動電極Ｖ１〜Ｖ６の各々下方の電荷転送チャネル２０ａのポテンシャルは、多数の駆動電極Ｖ１〜Ｖ６の各々に所定パルスが供給された状態で電荷転送方向に向かって深く傾斜するスロープ状となっている。露光期間が終了すると、時刻ｔ１において駆動電極Ｖ３，V４に供給する駆動パルスφＶ３，φＶ４をＬにしてポテンシャルバリアを形成する。次に、時刻ｔ２において、駆動電極Ｖ１に読み出しパルスを供給すると同時に、駆動電極Ｖ３，Ｖ４の電荷転送方向下流側の隣にある駆動電極Ｖ５に供給する駆動パルスφＶ５をＬにして、駆動電極Ｖ５に相殺パルスを供給する。【選択図】図６
2007036516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子から、そこに蓄積された電荷を読み出して電荷転送方向である前記列方向に転送する電荷転送装置の駆動方法であって、
前記電荷転送装置は、前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、その上方に形成された多数の電極とから構成され、
前記多数の電極の各々下方の前記電荷転送チャネルのポテンシャルは、前記多数の電極の各々に所定パルスが供給された状態で前記電荷転送方向に向かって深く傾斜するスロープ状となっており、
前記多数の電極は、前記電荷の読み出し時において、前記電荷を読み出すための読み出しパルスが供給される第一電極と、前記電荷転送装置の電荷転送容量を決めるポテンシャルバリアを形成するためのバリア形成パルスが供給される第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極以外の第三電極とに分類され、
前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向上流側の前記第二電極との間には、少なくとも１つの前記第三電極が存在し、
前記バリア形成パルスを前記第二電極に供給後、前記読み出しパルスを前記第一電極に供給すると同時に、前記バリア形成パルスと同電圧のパルスを、前記第二電極の前記電荷転送方向下流側の隣にある前記第三電極に供給する電荷転送装置の駆動方法。
【請求項２】
請求項１記載の電荷転送装置の駆動方法であって、
前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向上流側の前記第二電極との間には、２つ以上の前記第三電極が存在する電荷転送装置の駆動方法。
【請求項３】
半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子から、そこに蓄積された電荷を読み出して電荷転送方向である前記列方向に転送する電荷転送装置の駆動方法であって、
前記電荷転送装置は、前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、その上方に形成された多数の電極とから構成され、
前記多数の電極の各々下方の前記電荷転送チャネルのポテンシャルは、前記多数の電極の各々に所定パルスが供給された状態で前記電荷転送方向に向かって深く傾斜するスロープ状となっており、
前記多数の電極は、前記電荷の読み出し時において、前記電荷を読み出すための読み出しパルスが供給される第一電極と、前記電荷転送装置の電荷転送容量を決めるポテンシャルバリアを形成するためのバリア形成パルスが供給される第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極以外の第三電極とに分類され、
前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向下流側の前記第二電極との間には、少なくとも２つの前記第三電極が存在し、
前記バリア形成パルスを前記第二電極に供給後、前記読み出しパルスを前記第一電極に供給すると同時に、前記バリア形成パルスと同電圧のパルスを、前記第二電極の前記電荷転送方向上流側の２つ隣にある前記第三電極に供給する電荷転送装置の駆動方法。
【請求項４】
請求項３記載の電荷転送装置の駆動方法であって、
前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向下流側の前記第二電極との間には、３つ以上の前記第三電極が存在する電荷転送装置の駆動方法。
【請求項５】
半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子から、そこに蓄積された電荷を読み出して電荷転送方向である前記列方向に転送する電荷転送装置の駆動方法であって、
前記電荷転送装置は、前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、その上方に形成された多数の電極とから構成され、
前記多数の電極の各々下方の前記電荷転送チャネルのポテンシャルは、前記多数の電極の各々に所定パルスが供給された状態で前記電荷転送方向に向かって深く傾斜するスロープ状となっており、
前記多数の電極は、前記電荷の読み出し時において、前記電荷を読み出すための読み出しパルスが供給される第一電極と、前記電荷転送装置の電荷転送容量を決めるポテンシャルバリアを形成するためのバリア形成パルスが供給される第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極以外の第三電極とに分類され、
前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向下流側の前記第二電極との間には、少なくとも１つの前記第三電極が存在し、
前記バリア形成パルスを前記第二電極に供給後、前記読み出しパルスを前記第一電極に供給すると同時に、前記第二電極の前記電荷転送方向上流側の隣にある前記第三電極に、前記読み出しパルス供給前に前記第三電極に供給するパルスよりも電圧が低く、前記第二電極に供給するパルスよりも電圧が高いパルスを供給する電荷転送装置の駆動方法。
【請求項６】
請求項５記載の電荷転送装置の駆動方法であって、
前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向下流側の前記第二電極との間には、２つ以上の前記第三電極が存在する電荷転送装置の駆動方法。
【請求項７】
行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子で発生した電荷を読み出して電荷転送方向である前記列方向に転送する電荷転送装置とを有する固体撮像素子と、
請求項１〜６のいずれか記載の駆動方法に基づく駆動を行うための駆動パルスを出力する駆動部とを備える固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子に蓄積された電荷を読み出して転送する電荷転送装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型固体撮像素子を搭載したデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置が急速に普及している。ＣＣＤ型固体撮像素子においては、半導体基板の一表面に多数個の光電変換素子が行方向とこれに直交する列方向に配列され、ＣＣＤ（電荷結合素子）によって構成される垂直電荷転送装置（ＶＣＣＤ）が、例えば列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列に１つずつ、この光電変換素子列に沿って配設される。また、ＣＣＤによって構成される水平電荷転送装置（ＨＣＣＤ）が、ＶＣＣＤそれぞれの出力端に配置されている。以下では、ＶＣＣＤによって転送される電荷の移動を１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定する。
【０００３】
ＶＣＣＤは、各光電変換素子に対応して設けられた複数の駆動電極と、この駆動電極下の電荷転送チャネルとによって構成される。又、電荷転送効率を上げるため、複数の駆動電極の各々に所定の駆動パルスを供給したときに、各駆動電極下の電荷転送チャネルのポテンシャルが、電荷転送方向に向かって深く傾斜したスロープ状となるポテンシャルスロープを有した構成のＶＣＣＤも存在する（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
上記のように光電変換素子列に対応して設けられた多数の駆動電極は、光電変換素子から電荷を読み出すときに、電荷を読み出すための読み出しパルスが供給される第一電極と、ＶＣＣＤの電荷転送容量を決めるポテンシャルバリアを形成するためのバリア形成パルスが供給される第二電極と、第一電極及び第二電極以外の第三電極とに分類される。一般に、ＶＣＣＤは、バリア形成パルスを第二電極に供給してポテンシャルバリアを形成後、読み出しパルスを第一電極に供給し、ポテンシャルバリアで囲まれたポテンシャル井戸の中に光電変換素子から電荷を読み出し、その後、多数の駆動電極に転送パルスを供給して、読み出した電荷を電荷転送方向へ転送するといった駆動方法で駆動される。
【０００５】
上述した駆動方法では、読み出しパルスを第一電極に供給したときに、読み出しパルスによって形成される深いポテンシャルに第二電極下のポテンシャルが引きずられてしまい、ポテンシャルバリアの位置が深い方向に下がってしまう。この結果、ポテンシャル井戸に溜まった電荷が隣のポテンシャル井戸に流れてしまい、混色が発生してしまう。ポテンシャルスロープを有するＶＣＣＤの場合は、電荷が電荷転送方向に流れやすくなっているため、混色の発生が特に懸念される。
【０００６】
読み出しパルスを供給したことによるポテンシャルの変動を相殺するために、光電変換素子からの電荷読み出し時、読み出し電極へ読み出しパルスを供給すると共に、読み出し電極の電荷転送方向上流側の隣にある非読み出し電極に、読み出しパルスとは逆変調のパルスを供給する駆動方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−７４３４４号公報
【特許文献２】特開平７−３２２１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換素子に蓄積された電荷を読み出して転送する電荷転送装置において、電荷転送効率を向上させ、且つ、電荷読み出し時の混色を防ぐことが可能な電荷転送装置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】
【０００９】
本発明の電荷転送装置の駆動方法は、半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子から、そこに蓄積された電荷を読み出して電荷転送方向である前記列方向に転送する電荷転送装置の駆動方法であって、前記電荷転送装置は、前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、その上方に形成された多数の電極とから構成され、前記多数の電極の各々下方の前記電荷転送チャネルのポテンシャルは、前記多数の電極の各々に所定パルスが供給された状態で前記電荷転送方向に向かって深く傾斜するスロープ状となっており、前記多数の電極は、前記電荷の読み出し時において、前記電荷を読み出すための読み出しパルスが供給される第一電極と、前記電荷転送装置の電荷転送容量を決めるポテンシャルバリアを形成するためのバリア形成パルスが供給される第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極以外の第三電極とに分類され、前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向上流側の前記第二電極との間には、少なくとも１つの前記第三電極が存在し、前記バリア形成パルスを前記第二電極に供給後、前記読み出しパルスを前記第一電極に供給すると同時に、前記バリア形成パルスと同電圧のパルスを、前記第二電極の前記電荷転送方向下流側の隣にある前記第三電極に供給する。
【００１０】
本発明の電荷転送装置の駆動方法は、前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向上流側の前記第二電極との間には、２つ以上の前記第三電極が存在する。
【００１１】
本発明の電荷転送装置の駆動方法は、半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子から、そこに蓄積された電荷を読み出して電荷転送方向である前記列方向に転送する電荷転送装置の駆動方法であって、前記電荷転送装置は、前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、その上方に形成された多数の電極とから構成され、前記多数の電極の各々下方の前記電荷転送チャネルのポテンシャルは、前記多数の電極の各々に所定パルスが供給された状態で前記電荷転送方向に向かって深く傾斜するスロープ状となっており、前記多数の電極は、前記電荷の読み出し時において、前記電荷を読み出すための読み出しパルスが供給される第一電極と、前記電荷転送装置の電荷転送容量を決めるポテンシャルバリアを形成するためのバリア形成パルスが供給される第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極以外の第三電極とに分類され、前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向下流側の前記第二電極との間には、少なくとも２つの前記第三電極が存在し、前記バリア形成パルスを前記第二電極に供給後、前記読み出しパルスを前記第一電極に供給すると同時に、前記バリア形成パルスと同電圧のパルスを、前記第二電極の前記電荷転送方向上流側の２つ隣にある前記第三電極に供給する。
【００１２】
本発明の電荷転送装置の駆動方法は、前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向下流側の前記第二電極との間には、３つ以上の前記第三電極が存在する。
【００１３】
本発明の電荷転送装置の駆動方法は、半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子から、そこに蓄積された電荷を読み出して電荷転送方向である前記列方向に転送する電荷転送装置の駆動方法であって、前記電荷転送装置は、前記半導体基板に形成された電荷転送チャネルと、その上方に形成された多数の電極とから構成され、前記多数の電極の各々下方の前記電荷転送チャネルのポテンシャルは、前記多数の電極の各々に所定パルスが供給された状態で前記電荷転送方向に向かって深く傾斜するスロープ状となっており、前記多数の電極は、前記電荷の読み出し時において、前記電荷を読み出すための読み出しパルスが供給される第一電極と、前記電荷転送装置の電荷転送容量を決めるポテンシャルバリアを形成するためのバリア形成パルスが供給される第二電極と、前記第一電極及び前記第二電極以外の第三電極とに分類され、前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向下流側の前記第二電極との間には、少なくとも１つの前記第三電極が存在し、前記バリア形成パルスを前記第二電極に供給後、前記読み出しパルスを前記第一電極に供給すると同時に、前記第二電極の前記電荷転送方向上流側の隣にある前記第三電極に、前記読み出しパルス供給前に前記第三電極に供給するパルスよりも電圧が低く、前記第二電極に供給するパルスよりも電圧が高いパルスを供給する。
【００１４】
本発明の電荷転送装置の駆動方法は、前記第一電極と、それに最も近い前記電荷転送方向下流側の前記第二電極との間には、２つ以上の前記第三電極が存在する。
【００１５】
本発明の固体撮像装置は、行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子と、前記多数の光電変換素子で発生した電荷を読み出して電荷転送方向である前記列方向に転送する電荷転送装置とを有する固体撮像素子と、前記駆動方法に基づく駆動を行うための駆動パルスを出力する駆動部とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光電変換素子に蓄積された電荷を読み出して転送する電荷転送装置において、電荷転送効率を向上させ、且つ、電荷読み出し時の混色を防ぐことが可能な電荷転送装置の駆動方法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】
【００１７】
以下、本発明に係る電荷転送装置の駆動方法及び固体撮像装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態を説明するための固体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ブロック図である。
図１に示すデジタルカメラは、撮像部１と、アナログ信号処理部２と、Ａ／Ｄ変換部３と、駆動部４と、デジタル信号処理部６と、圧縮／伸張処理部７と、表示部８と、システム制御部９と、内部メモリ１０と、メディアインタフェース１１と、記録メディア１２と、操作部１３とを備える。デジタル信号処理部６、圧縮／伸張処理部７、表示部８、システム制御部９、内部メモリ１０、及びメディアインタフェース１１は、システムバス１４に接続されている。
【００１９】
撮像部１は、撮影レンズ１ａを含む光学系と、ＣＣＤ型固体撮像素子１ｂとによって被写体を撮像するものであり、アナログの撮像信号を出力する。アナログ信号処理部２は、撮像部１で得られた撮像信号に所定のアナログ信号処理を施す。Ａ／Ｄ変換部３は、アナログ信号処理部２で処理後のアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００２０】
駆動部４は、デジタルカメラが撮影モード（被写体を撮影して撮影画像データの記録が可能なモード）に設定されると、システム制御部９から供給される駆動パルスによって、固体撮像素子１ｂ、アナログ信号処理部２、及びＡ／Ｄ変換部３を駆動する。
【００２１】
デジタル信号処理部６は、Ａ／Ｄ変換部３からのデジタル信号に対して、操作部１３によって設定された動作モードに応じたデジタル信号処理を行って撮影画像データを生成する。デジタル信号処理部６が行う処理には、黒レベル補正処理（ＯＢ処理）、リニアマトリクス補正処理、ホワイトバランス調整処理、ガンマ補正処理、同時化処理、及びＹ／Ｃ変換処理等が含まれる。デジタル信号処理部６は、例えばＤＳＰで構成される。
【００２２】
圧縮／伸張処理部７は、デジタル信号処理部６で生成された撮影画像データに対して圧縮処理を施すとともに、記録メディア１２から得られた圧縮画像データに対して伸張処理を施す。
【００２３】
表示部８は、例えばＬＣＤ表示装置を含んで構成され、撮影されてデジタル信号処理を経た撮影画像データに基づく画像を表示する。記録メディア１２に記録された圧縮画像データを伸張処理して得た画像データに基づく画像の表示も行う。また、撮影モード時のスルー画像、デジタルカメラの各種状態、操作に関する情報の表示等も可能である。
【００２４】
システム制御部９は、所定のプログラムによって動作するプロセッサを主体に構成され、撮影動作を含むデジタルカメラ全体の統括制御を行う。
【００２５】
内部メモリ１０は、例えばＤＲＡＭであり、デジタル信号処理部６やシステム制御部９のワークメモリとして利用される他、記録メディア１２に記録される撮影画像データを一時的に記憶するバッファメモリや表示部８への表示用画像データのバッファメモリとしても利用される。メディアインタフェース１１は、メモリカード等の記録メディア１２との間のデータの入出力を行うものである。
【００２６】
操作部１３は、デジタルカメラ使用時の各種操作を行うものであり、撮影指示を行うためのレリーズボタン（図示せず）を含む。
【００２７】
図２は、図１に示す固体撮像素子１ｂの概略構成を示す平面模式図である。
固体撮像素子１ｂは、ｎ型シリコン基板１００上の行方向とこれに直交する列方向に配列された多数の光電変換素子３０と、多数の光電変換素子３０の各々から電荷読み出し領域６０を介して読み出された電荷を列方向に転送する垂直電荷転送装置２０と、垂直電荷転送装置２０を転送されてきた電荷を行方向に転送する水平電荷転送装置４０と、水平電荷転送装置４０から転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部５０とを備える。なお、本明細書においては、垂直電荷転送装置２０によって転送される電荷の移動を１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定する。
【００２８】
図３は、図２に示す固体撮像素子の垂直電荷転送装置の概略構成を模式的に示す部分拡大図である。
図３に示すように、垂直電荷転送装置２０は、シリコン基板１００に形成された電荷転送チャネル２０ａと、その上に絶縁膜を介して形成されたポリシリコン等からなる多数の駆動電極Ｖ１〜Ｖ６とを備える。
【００２９】
垂直電荷転送装置２０は、１つの駆動電極と、その下方に形成された電荷転送チャネル２０ａの一領域とによって１つの垂直転送段が構成される。図３の例では、駆動電極Ｖ１〜Ｖ６のそれぞれによって６つの垂直転送段が構成され、垂直電荷転送装置２０に電荷が読み出される多数の光電変換素子３０の各々に対し、この６つの垂直転送段が対応して設けられた構成となっている。
【００３０】
又、駆動電極Ｖ１下方の電荷転送チャネル２０ａと光電変換素子３０との間には、図２に示した電荷読み出し領域６０が形成されており、駆動電極Ｖ１に高電圧の読み出しパルスを供給することで、光電変換素子３０で発生して蓄積された電荷が電荷転送チャネル２０ａに読み出される。電荷転送チャネル２０ａに読み出された電荷は、図３に示す電荷転送方向に向かって転送され、水平電荷転送装置４０まで転送される。
【００３１】
駆動電極Ｖ１〜Ｖ６に駆動部４から駆動パルスφＶ１〜φＶ６が供給されることで、垂直電荷転送装置２０は６相駆動される。駆動パルスφＶ１〜φＶ６は、それぞれＬ（ローレベル：−８Ｖ）、Ｍ（ミドルレベル：０Ｖ）、Ｈ（ハイレベル：１６Ｖ）の３つの状態をとることができる。
【００３２】
図４は、図３に示す各駆動電極に所定パルスが供給されたときの、各駆動電極下方の電荷転送チャネルのポテンシャルを示す図である。
図４に示すように、駆動電極Ｖ１〜Ｖ６の各々下方の電荷転送チャネル２０ａのポテンシャルは、駆動電極Ｖ１〜Ｖ６の各々に所定パルス（例えばＭのパルス）が供給された状態で、電荷転送方向に向かって深く傾斜するスロープ状となっている。これにより、電荷転送効率の向上が図られる。
【００３３】
駆動電極Ｖ１〜Ｖ６は、光電変換素子３０からの電荷の読み出し時において、読み出しパルスが供給される第一電極である駆動電極Ｖ１と、垂直電荷転送装置２０の電荷転送容量を決めるポテンシャルバリアを形成するためのバリア形成パルスが供給される第二電極と、第一電極及び前記第二電極以外の第三電極とに分類される。本実施形態において、電荷の読み出し時とは、光電変換素子３０から垂直電荷転送装置２０に電荷が読み出される時点のことを示す。
【００３４】
以下、上記のように構成された垂直電荷転送装置２０の駆動方法を説明する。
（第１の駆動方法）
図５は、第１の駆動方法で垂直電荷転送装置を駆動するときに駆動電極に供給される駆動パルスのタイミングチャートである。図６は、図５に示す時刻ｔ１〜ｔ３での各駆動電極下のポテンシャルを示す図である。第１の駆動方法では、上記第二電極を駆動電極Ｖ３，Ｖ４とし、上記第三電極を駆動電極Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６として垂直電荷転送装置２０を駆動する。
【００３５】
露光期間中、駆動パルスφＶ１〜φＶ６は、それぞれＭになっている。そして、露光期間が終了すると、時刻ｔ１においてφＶ３とφＶ４をＬにしてポテンシャルバリアを形成する。この状態で、駆動電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６下にポテンシャル井戸が形成され、このポテンシャル井戸の容量が、垂直電荷転送装置２０の転送容量となる。
【００３６】
次に、時刻ｔ２（電荷読み出し時に相当）において、φＶ１をＨにして駆動電極Ｖ１に読み出しパルスを供給する。このとき、駆動電極Ｖ３，Ｖ４下に形成されたポテンシャルバリアは、駆動電極Ｖ１下のポテンシャルによって深い方向に下がってしまう。そこで、第１の駆動方法では、このポテンシャルバリアの変動を相殺するために、読み出しパルスの供給と同時に、駆動電極Ｖ３，Ｖ４の電荷転送方向下流側の隣にある駆動電極Ｖ５に供給する駆動パルスφＶ５をＬにして、駆動電極Ｖ５に相殺パルスを供給する。
【００３７】
このようにすることで、駆動電極Ｖ３，Ｖ４下のポテンシャルバリアは、駆動電極Ｖ５下のポテンシャルに引きずられて浅い方向に上がるため、読み出しパルスによって深い方向に下がったポテンシャルバリアの変動分を相殺することが可能となる。この結果、ポテンシャル井戸に読み出された電荷が、そのポテンシャル井戸の電荷転送方向下流側隣にあるポテンシャル井戸に流れ込んでしまうのを防ぐことができ、混色の発生を抑制することができる。
【００３８】
次に、時刻ｔ３において、φＶ１をＭにすると共に、φＶ５をＭにする。その後、φＶ３をＭ→φＶ５をＬ→φＶ４をＭ→φＶ６をＬ→φＶ５をＭ→φＶ１をＬといった具合に、電荷を順次転送していく。
【００３９】
以上のように、第１の駆動方法によれば、読み出しパルスの供給と同時に相殺パルスを供給することで、ポテンシャルスロープによって電荷転送効率を向上させながら、電荷読み出し時の混色を防ぐことが可能となる。
【００４０】
尚、本駆動方法では、駆動電極Ｖ１と、それに最も近い電荷転送方向上流側の第二電極との間に、駆動電極Ｖ５と駆動電極Ｖ６の２つの第三電極が存在するものとしたが、この間には少なくとも１つの第三電極が存在していれば良い。
【００４１】
例えば、駆動電極Ｖ４，Ｖ５を第二電極として、読み出しパルス供給と同時に、駆動電極Ｖ６に供給する駆動パルスφＶ６をＬにして、駆動電極Ｖ６に相殺パルスを供給することでも、駆動電極Ｖ４，Ｖ５下のポテンシャルバリアの変動を抑えることは可能である。但し、この場合は、駆動電極Ｖ１の隣の駆動電極に相殺パルスが供給されるため、ブレークダウンが発生する恐れがある。したがって、駆動電極Ｖ１と、それに最も近い電荷転送方向上流側の第二電極との間には、２つ以上の第三電極が存在することが特に好ましい。
【００４２】
又、以上の説明では、６相駆動される垂直電荷転送装置を例にしたが、本駆動方法は、垂直電荷転送装置に含まれる多数の駆動電極が第一電極、第二電極、及び第三電極に分類され、第一電極と、それに最も近い電荷転送方向上流側の第二電極との間に少なくとも１つの第三電極を存在させることが可能な構成の垂直電荷転送装置であれば適用可能である。
【００４３】
（第２の駆動方法）
図７は、第２の駆動方法で垂直電荷転送装置を駆動するときに駆動電極に供給される駆動パルスのタイミングチャートである。図８は、図７に示す時刻ｔ１〜ｔ３での各駆動電極下のポテンシャルを示す図である。第２の駆動方法では、上記第二電極を駆動電極Ｖ５，Ｖ６とし、上記第三電極を駆動電極Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４として垂直電荷転送装置２０を駆動する。
【００４４】
露光期間中、駆動パルスφＶ１〜φＶ６は、それぞれＭになっている。そして、露光期間が終了すると、時刻ｔ１においてφＶ５とφＶ６をＬにしてポテンシャルバリアを形成する。この状態で、駆動電極Ｖ１〜Ｖ４下にポテンシャル井戸が形成され、このポテンシャル井戸の容量が、垂直電荷転送装置２０の転送容量となる。
【００４５】
次に、時刻ｔ２（電荷読み出し時に相当）において、φＶ１をＨにして駆動電極Ｖ１に読み出しパルスを供給する。このとき、駆動電極Ｖ５，Ｖ６下に形成されたポテンシャルバリアは、駆動電極Ｖ１下のポテンシャルによって深い方向に下がってしまう。そこで、第２の駆動方法では、このポテンシャルバリアの変動を相殺するために、読み出しパルスの供給と同時に、駆動電極Ｖ５，Ｖ６の電荷転送方向上流側の２つ隣にある駆動電極Ｖ３に供給する駆動パルスφＶ３をＬにして、駆動電極Ｖ３に相殺パルスを供給する。
【００４６】
このようにすることで、駆動電極Ｖ５，Ｖ６下のポテンシャルバリアは、駆動電極Ｖ３下のポテンシャルに引きずられて浅い方向に上がるため、読み出しパルスによって深い方向に下がったポテンシャルバリアの変動分を相殺することが可能となる。この結果、ポテンシャル井戸に読み出された電荷が、そのポテンシャル井戸の電荷転送方向下流側隣にあるポテンシャル井戸に流れ込んでしまうのを防ぐことができ、混色の発生を抑制することができる。
【００４７】
次に、時刻ｔ３において、φＶ１をＭにすると共に、φＶ３をＭにする。その後、φＶ５をＭ→φＶ１をＬ→φＶ６をＭ→φＶ２をＬ→φＶ１をＭ→φＶ３をＬといった具合に、電荷を順次転送していく。
【００４８】
以上のように、第２の駆動方法によれば、読み出しパルスの供給と同時に相殺パルスを供給することで、ポテンシャルスロープによって電荷転送効率を向上させながら、電荷読み出し時の混色を防ぐことが可能となる。
【００４９】
尚、本駆動方法では、駆動電極Ｖ１と、それに最も近い電荷転送方向下流側の第二電極との間に、駆動電極Ｖ２〜Ｖ４の３つの第三電極が存在するものとしたが、この間には少なくとも２つの第三電極が存在していれば良い。
【００５０】
例えば、駆動電極Ｖ４，Ｖ５を第二電極として、読み出しパルス供給と同時に、駆動電極Ｖ２に供給する駆動パルスφＶ２をＬにして、駆動電極Ｖ２に相殺パルスを供給することでも、駆動電極Ｖ４，Ｖ５下のポテンシャルバリアの変動を抑えることは可能である。但し、この場合は、駆動電極Ｖ１の隣の駆動電極に相殺パルスが供給されるため、ブレークダウンが発生する恐れがある。したがって、駆動電極Ｖ１と、それに最も近い電荷転送方向下流側の第二電極との間には、３つ以上の第三電極が存在することが特に好ましい。
【００５１】
又、以上の説明では、６相駆動される垂直電荷転送装置を例にしたが、本駆動方法は、垂直電荷転送装置に含まれる多数の駆動電極が第一電極、第二電極、及び第三電極に分類され、第一電極と、それに最も近い電荷転送方向下流側の第二電極との間に少なくとも２つの第三電極を存在させることが可能な構成の垂直電荷転送装置であれば適用可能である。
【００５２】
（第３の駆動方法）
図９は、第３の駆動方法で垂直電荷転送装置を駆動するときに駆動電極に供給される駆動パルスのタイミングチャートである。図１０は、図９に示す時刻ｔ１〜ｔ３での各駆動電極下のポテンシャルを示す図である。第３の駆動方法では、上記第二電極を駆動電極Ｖ４，Ｖ５とし、上記第三電極を駆動電極Ｖ２，Ｖ３，Ｖ６として垂直電荷転送装置２０を駆動する。
【００５３】
露光期間中、駆動パルスφＶ１〜φＶ６は、それぞれＭになっている。そして、露光期間が終了すると、時刻ｔ１においてφＶ４とφＶ５をＬにしてポテンシャルバリアを形成する。この状態で、駆動電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ６下にポテンシャル井戸が形成され、このポテンシャル井戸の容量が、垂直電荷転送装置２０の転送容量となる。
【００５４】
次に、時刻ｔ２（電荷読み出し時に相当）において、φＶ１をＨにして駆動電極Ｖ１に読み出しパルスを供給する。このとき、駆動電極Ｖ４，Ｖ５下に形成されたポテンシャルバリアは、駆動電極Ｖ１下のポテンシャルによって深い方向に下がってしまう。そこで、第３の駆動方法では、このポテンシャルバリアの変動を相殺するために、読み出しパルスの供給と同時に、駆動電極Ｖ４，Ｖ５の電荷転送方向上流側の隣にある駆動電極Ｖ３に供給する駆動パルスφＶ３を、Ｌよりも高くＭよりも低い値であるＶＬ２にして、駆動電極Ｖ３に相殺パルスを供給する。
【００５５】
このようにすることで、駆動電極Ｖ４，Ｖ５下のポテンシャルバリアは、駆動電極Ｖ３下のポテンシャルに引きずられて浅い方向に上がるため、読み出しパルスによって深い方向に下がったポテンシャルバリアの変動分を相殺することが可能となる。
【００５６】
駆動パルスφＶ３の値をＶＬ２ではなくＬにしてしまうと、φＶ１がＭからＨに変化する間にポテンシャル井戸に読み出されて駆動電極Ｖ３下のポテンシャルと駆動電極Ｖ４下のポテンシャルとの境界部分に溜まった電荷が、熱拡散等によってポテンシャルバリアを超えて電荷転送方向下流に移動してしまう。
【００５７】
そこで、本駆動方法のように、この熱拡散によって電荷がポテンシャルバリアを超えず、且つ、ポテンシャルバリアの変動分を相殺できる程度にφＶ３の電圧をＬとＭの間で設定しておくことで、ポテンシャル井戸に読み出された電荷が、そのポテンシャル井戸の電荷転送方向下流側隣にあるポテンシャル井戸に流れ込んでしまうのを防ぐことができ、混色の発生を抑制することができる。
【００５８】
次に、時刻ｔ３において、φＶ１をＭにすると共に、φＶ３をＭにする。その後、φＶ４をＭ→φＶ６をＬ→φＶ５をＭ→φＶ１をＬ→φＶ６をＭ→φＶ２をＬといった具合に、電荷を順次転送していく。
【００５９】
以上のように、第３の駆動方法によれば、読み出しパルスの供給と同時に相殺パルスを供給することで、ポテンシャルスロープによって電荷転送効率を向上させながら、電荷読み出し時の混色を防ぐことが可能となる。
【００６０】
尚、本駆動方法では、駆動電極Ｖ１と、それに最も近い電荷転送方向下流側の第二電極との間に、駆動電極Ｖ２と駆動電極Ｖ３の２つの第三電極が存在するものとしたが、この間には少なくとも１つの第三電極が存在していれば良い。
【００６１】
例えば、駆動電極Ｖ３，Ｖ４を第二電極として、読み出しパルス供給と同時に、駆動電極Ｖ２に供給する駆動パルスφＶ２をＶＬ２にして、駆動電極Ｖ２に相殺パルスを供給することでも、駆動電極Ｖ３，Ｖ４下のポテンシャルバリアの変動を抑え、混色を抑制することは可能である。但し、この場合は、駆動電極Ｖ１の隣の駆動電極に相殺パルスが供給されるため、ブレークダウンが発生する恐れがある。したがって、駆動電極Ｖ１と、それに最も近い電荷転送方向下流側の第二電極との間には、２つ以上の第三電極が存在することが特に好ましい。
【００６２】
又、以上の説明では、６相駆動される垂直電荷転送装置を例にしたが、本駆動方法は、垂直電荷転送装置に含まれる多数の駆動電極が第一電極、第二電極、及び第三電極に分類され、第一電極と、それに最も近い電荷転送方向下流側の第二電極との間に少なくとも１つの第三電極を存在させることが可能な構成の垂直電荷転送装置であれば適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態を説明するための固体撮像装置の概略構成を示すブロック図
【図２】図１に示す固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図３】図２に示す固体撮像素子の垂直電荷転送装置の概略構成を模式的に示す部分拡大図
【図４】図３に示す各駆動電極に所定パルスが供給されたときの、各駆動電極下方の電荷転送チャネルのポテンシャルを示す図
【図５】第１の駆動方法で垂直電荷転送装置を駆動するときに駆動電極に供給される駆動パルスのタイミングチャート
【図６】図５に示す時刻ｔ１〜ｔ３での各駆動電極下のポテンシャルを示す図
【図７】第２の駆動方法で垂直電荷転送装置を駆動するときに駆動電極に供給される駆動パルスのタイミングチャート
【図８】図７に示す時刻ｔ１〜ｔ３での各駆動電極下のポテンシャルを示す図
【図９】第３の駆動方法で垂直電荷転送装置を駆動するときに駆動電極に供給される駆動パルスのタイミングチャート
【図１０】図９に示す時刻ｔ１〜ｔ３での各駆動電極下のポテンシャルを示す図
【符号の説明】
【００６４】
１  撮像部
１ａ  撮影レンズ
１ｂ  固体撮像素子
２  アナログ信号処理部
３  Ａ／Ｄ変換部
４  駆動部
６  デジタル信号処理部
７  圧縮／伸張処理部
８  表示部
９  システム制御部
１０  内部メモリ
１１  メディアインタフェース
１２  記録メディア
１３  操作部
１４  システムバス
２０  垂直電荷転送装置
２０ａ  電荷転送チャネル
３０  光電変換素子
４０  水平電荷転送装置
５０  出力部
６０  電荷読み出し領域
１００  半導体基板
Ｖ１〜Ｖ６  駆動電極
【図１】
2007036516.tif 000003
【図２】
2007036516.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007036516.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007036516.tif 000008
【図７】
2007036516.tif 000009
【図８】
2007036516.tif 000010
【図９】
2007036516.tif 000011
【図１０】
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