(57)【要約】【課題】光電変換素子で発生した電荷を場所によらず均一の増倍率で安定的に増倍して画像ムラを防ぐことが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】光電変換素子１１０及び光電変換素子１１０から読み出された電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送路１２０を含む受光部１００と、垂直電荷転送路１２に接続され、垂直電荷転送路１２０から転送されてきた電荷を蓄積する電荷蓄積領域２１０及び電荷蓄積領域２１０上方に設けられた電荷蓄積領域２１０での電荷蓄積動作を制御するための蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８を含む蓄積部２００とを含む撮像素子５と、光電変換素子１１０で発生した電荷を垂直電荷転送路１２０により転送して電荷蓄積領域２１０に蓄積させた状態で、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８のいずれかに所定の電圧を印加して、電荷蓄積領域２１０においてアバランシェ増倍を生じさせて該電荷を増倍する駆動を行う撮像素子駆動部１０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷転送型の撮像素子を有する撮像装置であって、
前記撮像素子は、被写体からの光を受光する光電変換素子及び前記光電変換素子から読み出された電荷を転送する電荷転送路を含む受光部と、前記電荷転送路に接続され、前記電荷転送路から転送されてきた電荷を蓄積する電荷蓄積領域及び前記電荷蓄積領域上方に設けられた前記電荷蓄積領域での電荷蓄積動作を制御するための複数の蓄積制御電極を含む蓄積部とを含み、
前記光電変換素子で発生した電荷を前記電荷転送路により転送して前記電荷蓄積領域に蓄積させた後、一部の前記蓄積制御電極に所定の電圧を印加して、前記電荷蓄積領域においてアバランシェ増倍を生じさせて該電荷を増倍する駆動を行う駆動手段を備える撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記受光部が、前記電荷転送路上方に設けられ、前記電荷転送路での電荷転送動作を制御するための複数の転送電極を含み、
前記蓄積制御電極の前記電荷の転送方向の幅が、前記転送電極の前記電荷の転送方向の幅よりも大きくなっている撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の撮像装置であって、
前記複数の蓄積制御電極の形状がそれぞれ同一となっている撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記駆動手段が、撮影条件に応じて前記所定の電圧を変更する撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記複数の蓄積制御電極のうち、少なくとも前記所定の電圧が印加される電極には、該電極上方から、該電圧を印加するための配線が、該電極の長手方向に一定間隔で接続されている撮像装置。
【請求項６】
電荷転送型の撮像素子の駆動方法であって、
前記撮像素子は、被写体からの光を受光する光電変換素子及び前記光電変換素子から読み出された電荷を転送する電荷転送路を含む受光部と、前記電荷転送路に接続され、前記電荷転送路から転送されてきた電荷を蓄積する電荷蓄積領域及び前記電荷蓄積領域上方に設けられた前記電荷蓄積領域での電荷蓄積動作を制御するための複数の蓄積制御電極を含む蓄積部とを含み、
前記光電変換素子で発生した電荷を前記電荷蓄積領域に蓄積させた後、一部の前記蓄積制御電極に所定の電圧を印加して、前記電荷蓄積領域においてアバランシェ増倍を生じさせて該電荷を増倍する駆動を行う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、電荷転送型の撮像素子を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の電荷転送型の撮像素子において、従来、ＣＣＤの電荷転送チャネル内でアバランシェ増倍を生じさせて、電荷転送時に電荷の増倍を行うことで、感度を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）
【０００３】
【特許文献１】特許第２６０９３６３号公報
【特許文献２】特許第３４８３２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２には、水平ＣＣＤと垂直ＣＣＤのどちらにおいてアバランシェ増倍を生じさせるかは明記されていないが、垂直ＣＣＤにてアバランシェ増倍を生じさせることが設計上容易であると考えられる。一般にＣＣＤイメージセンサでは、ｎ型半導体基板上にｐウェル層を形成し、このｐウェル層にｎ型不純物を打ち込むことで垂直ＣＣＤの電荷転送チャネルを形成する。そして、電荷転送チャネルの形成後、電荷転送チャネル周辺のｐウェル層にｎ型不純物を打ち込んでフォトダイオードを形成するといった製造工程が行われる。
【０００５】
このように、電荷転送チャネルの形成後にフォトダイオード形成のための工程が行われると、この工程の影響によって電荷転送チャネルの特性の均一性が損なわれてしまう。電荷転送チャネルの特性の均一性が損なわれてしまうと、電荷転送チャネルにてアバランシェ増倍を生じさせた場合に、電荷転送チャネルの位置によって増倍率にばらつきが生じてしまい、画像にムラが出てしまう。
【０００６】
又、近年の微細化により、電荷転送チャネルの幅は小さくなってきている。このため、電荷転送チャネルには電界が強くかかりにくくなっており、アバランシェ増倍を安定的に行うことが難しい。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換素子で発生した電荷を場所によらず均一の増倍率で安定的に増倍して画像ムラを防ぐ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】
【０００８】
本発明の撮像装置は、電荷転送型の撮像素子を有する撮像装置であって、前記撮像素子は、被写体からの光を受光する光電変換素子及び前記光電変換素子から読み出された電荷を転送する電荷転送路を含む受光部と、前記電荷転送路に接続され、前記電荷転送路から転送されてきた電荷を蓄積する電荷蓄積領域及び前記電荷蓄積領域上方に設けられた前記電荷蓄積領域での電荷蓄積動作を制御するための複数の蓄積制御電極を含む蓄積部とを含み、前記光電変換素子で発生した電荷を前記電荷転送路により転送して前記電荷蓄積領域に蓄積させた後、一部の前記蓄積制御電極に所定の電圧を印加して、前記電荷蓄積領域においてアバランシェ増倍を生じさせて該電荷を増倍する駆動を行う駆動手段を備える。
【０００９】
この構成により、光電変換素子が存在しない蓄積部において電荷の増倍が行われる。蓄積部は、電荷を蓄積できる構成であれば良いため、受光部のように構造が複雑とはならず、製造工程において特性にばらつきが生じにくい。したがって、蓄積部内のどの位置においても電荷の増倍率をほぼ均一にすることができ、画像ムラの発生を抑えることができる。又、蓄積部には光電変換素子を設ける必要がないため、電荷蓄積領域の幅を電荷転送路の幅よりも大きくすることが可能となる。このため、電荷蓄積領域には、アバランシェ増倍を生じさせるために必要な電圧が電荷転送路よりもかかりやすくなり、電荷転送路においてアバランシェ増倍を行うときと比べて、増倍を安定的に行うことができる。
【００１０】
本発明の撮像装置は、前記受光部が、前記電荷転送路上方に設けられ、前記電荷転送路での電荷転送動作を制御するための複数の転送電極を含み、前記蓄積制御電極の前記電荷の転送方向の幅が、前記転送電極の前記電荷の転送方向の幅よりも大きくなっている。
【００１１】
この構成により、１つの光電変換素子に対応して電荷転送路上に形成される電荷蓄積パケットの容量を、電荷蓄積領域上において大きくすることができる。このため、電荷の増倍動作により発生した電荷のオーバーフローを防止することができる。又、蓄積制御電極の面積が転送電極よりも大きくなるため、蓄積制御電極の抵抗を下げることも可能となる。
【００１２】
本発明の撮像装置は、前記複数の蓄積制御電極の形状がそれぞれ同一となっている。
【００１３】
この構成により、いずれの蓄積制御電極下でも増倍動作を安定的に行うことができる。
【００１４】
本発明の撮像装置は、前記駆動手段が、撮影条件に応じて前記所定の電圧を変更する。
【００１５】
この構成により、撮影状況に応じて最適な増倍率を設定することができる。
【００１６】
本発明の撮像装置は、前記複数の蓄積制御電極のうち、少なくとも前記所定の電圧が印加される電極には、該電極上方から、該電圧を印加するための配線が、該電極の長手方向に一定間隔で接続されている。
【００１７】
この構成により、蓄積制御電極の全体に渡って均等に電圧が印加されるため、電荷の増倍率をより均一化することができる。
【００１８】
本発明の撮像素子の駆動方法は、電荷転送型の撮像素子の駆動方法であって、前記撮像素子は、被写体からの光を受光する光電変換素子及び前記光電変換素子から読み出された電荷を転送する電荷転送路を含む受光部と、前記電荷転送路に接続され、前記電荷転送路から転送されてきた電荷を蓄積する電荷蓄積領域及び前記電荷蓄積領域上方に設けられた前記電荷蓄積領域での電荷蓄積動作を制御するための複数の蓄積制御電極を含む蓄積部とを含み、前記光電変換素子で発生した電荷を前記電荷蓄積領域に蓄積させた後、一部の前記蓄積制御電極に所定の電圧を印加して、前記電荷蓄積領域においてアバランシェ増倍を生じさせて該電荷を増倍する駆動を行う。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光電変換素子で発生した電荷を均一の増倍率で安定的に増倍して画像ムラを防ぐ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】
【００２０】
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。
【００２１】
（第一実施形態）
図１は、本発明の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。
【００２２】
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。
【００２３】
又、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して撮像素子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。
【００２４】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、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。
【００２５】
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。
【００２６】
図２は、図１に示すデジタルカメラの撮像素子５の概略構成を示す平面模式図である。
撮像素子５は、多数の光電変換素子１１０及び光電変換素子１１０から読み出された電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路１２０を含む受光部１００と、複数の垂直電荷転送路１２０に接続され、垂直電荷転送路１２０から転送されてきた電荷を蓄積する複数の電荷蓄積領域２１０を含む蓄積部２００と、複数の電荷蓄積領域２１０から転送されてくる１行分の電荷を、垂直方向に直交する水平方向に転送する水平電荷転送路３００と、水平電荷転送路３００を転送されてきた電荷をその電荷量に応じた電圧信号に変換して出力する出力部４００とを備える。
【００２７】
光電変換素子１１０及び垂直電荷転送路１２０は、半導体基板内に形成されている。光電変換素子１１０の配列は、それぞれ同一ピッチで正方格子状に配列された多数の光電変換素子１１０からなる２つの光電変換素子群を、各光電変換素子群の配列ピッチの略１／２だけ垂直方向及び水平方向にずらして配置した、いわゆるハニカム配列となっている。以下では、垂直方向に並んだ複数の光電変換素子１１０からなる列を光電変換素子列といい、水平方向に並んだ複数の光電変換素子１１０からなる行を光電変換素子行という。
【００２８】
垂直電荷転送路１２０は、各光電変換素子列に対応させてその右側部に形成されている（図２では一部のみ図示してある）。垂直電荷転送路１２０は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層内に注入されたｎ型不純物によって形成されている。
【００２９】
受光部１００は、更に、垂直電荷転送路１２０上方に垂直方向に配列して設けられた複数種類（本実施形態では８種類とする）の転送電極Ｖ１〜Ｖ８を備える。転送電極Ｖ１〜Ｖ８は、それぞれ、各光電変換素子行の間を、これらを構成する光電変換素子１１０を避けるように水平方向に蛇行して配設されている。
【００３０】
転送電極Ｖ１〜Ｖ８には、垂直電荷転送路１２０に読み出された電荷の転送を制御するための８相の転送パルスが撮像素子駆動部１０に含まれる第一のドライバによって印加される。
【００３１】
受光部１００には、更に、各光電変換素子１１０と、それに対応する垂直電荷転送路１２０との間に、各光電変換素子１１０で発生した電荷を該垂直電荷転送路１２０に読み出すための電荷読出し部１４０が設けられている。電荷読出し部１４０は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層の一部分によって形成されている。図２の例では、電荷読出し部１４０は、各光電変換素子１１０に対して同一の方向（図中の斜め右下方向）に設けられている。
【００３２】
受光部１００には、更に、素子分離領域１３０が形成されており、これにより、光電変換素子１１０と、それに対応しない垂直電荷転送路１２０とが分離されている。
【００３３】
転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８は、それぞれ電荷読出し部１４０も覆うように形成されており、光電変換素子１１０から垂直電荷転送路１２０に電荷を読みだすための読み出し電極としても機能する。
【００３４】
転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８には、それぞれ、垂直電荷転送路１２０に電荷を蓄積する電荷蓄積パケットを形成するためのミドルレベル（以下Ｍという，例えば０Ｖ）の転送パルスと、垂直電荷転送路１２０に該電荷蓄積パケットのバリアを形成するためのＭよりもレベルの低いローレベル（以下Ｌという，例えば−８Ｖ）の転送パルスと、各光電変換素子１１０から垂直電荷転送路１２０に電荷を読み出すためのパルスであってＭよりも高いレベル（例えば１５Ｖ）の読み出しパルスとが印加可能となっている。転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８以外の転送電極Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７には、ＬとＭの転送パルスが印加可能となっている。
【００３５】
蓄積部２００には、電荷蓄積領域２１０上方に、電荷蓄積領域２１０での電荷蓄積動作を制御するための複数種類（図２の例では８種類）の蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８が垂直方向に配列して設けられている。蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８は、それぞれ、水平方向に延びる直線状のものであり、全て同一形状となっている。又、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８の垂直方向の幅は、転送電極Ｖ１〜Ｖ８の垂直方向の幅よりも大きくなっている。又、１つの電荷蓄積領域２１０に対応して設けられる蓄積制御電極の数は、１つの垂直電荷転送路１２０に対応して設けられる転送電極の数と同じかそれ以上となっている。
【００３６】
蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８には、電荷蓄積領域２１０での電荷蓄積動作を制御するための８相の制御パルスが撮像素子駆動部１０に含まれる第二のドライバによって印加される。尚、第一のドライバと第二のドライバはそれぞれ独立にパルスの印加を行う。
【００３７】
蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８には、それぞれ、電荷蓄積領域２１０に電荷を蓄積する電荷蓄積パケットを形成するための上述したＭの制御パルスと、該電荷蓄積パケットのバリアを形成するための上述したＬの制御パルスとが印加可能となっている。更に、蓄積制御電極Ｓ１，Ｓ５には、それぞれ、電荷蓄積領域２１０においてアバランシェ増倍を生じさせるために必要なＭよりも高いレベルの増倍パルスが印加可能となっている。
【００３８】
尚、蓄積部２００は遮光膜によって遮光されており、光が入らない構成となっている。又、蓄積部２００にも、受光部１００と同様に素子分離領域１３０が設けられており、これにより、隣接する電荷蓄積領域２１０同士の分離が図られている。
【００３９】
このように、撮像素子５は、ＦＩＴ（Frame Interline Transfer）方式の撮像素子とほぼ同様の構成であり、受光部１００の転送電極Ｖ１〜Ｖ８と、蓄積部２００の蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８とがそれぞれ独立に制御可能となっている点、それぞれの電極の垂直方向の幅が異なる点が、ＦＩＴ方式の撮像素子と異なる点である。
【００４０】
以下、このように構成された撮像素子５の駆動方法について説明する。以下では、撮像素子５から２フィールドに分けて信号を読み出す２フィールド読み出し時の駆動方法を例にして説明する。
【００４１】
露光期間終了後、第一のドライバは、転送電極Ｖ２〜Ｖ７にＭの転送パルスを印加し、転送電極Ｖ１，Ｖ８にＬの転送パルスを印加して、転送電極Ｖ２〜Ｖ７下方の垂直電荷転送路１２０に電荷蓄積パケットを形成する。その後、転送電極Ｖ２と転送電極Ｖ４にそれぞれ読み出しパルスを印加し、転送電極Ｖ２及び転送電極Ｖ４に対応する光電変換素子１１０から、該光電変換素子１１０に対応する垂直電荷転送路１２０に電荷を読み出す。
【００４２】
電荷を読み出した後、第一のドライバと第二のドライバは、それぞれ、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加する転送パルスと、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８に印加する制御パルスを制御して、電荷蓄積パケット内の電荷を垂直方向に転送し、上記読み出された全ての電荷を、蓄積部２００内の電荷蓄積領域２１０に一時的に蓄積させる。
【００４３】
尚、第一のドライバと第二のドライバは、蓄積部２００に全ての電荷を蓄積するまでの期間では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８のそれぞれに印加するパルスパターンが、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８のそれぞれに印加するパルスパターンと同じになるようにパルスを印加する。つまり、垂直電荷転送路１２０とそこに接続される電荷蓄積領域２１０とを併せた１本のチャネル領域を８相のパルスで駆動することで、光電変換素子１１０から読み出した電荷を電荷蓄積領域２１０まで転送して、ここに蓄積させる。ここまでは、ＦＩＴ方式の撮像素子と同様の駆動である。
【００４４】
図３は、図２に示す撮像素子の第一フィールドにおいて電荷の増倍を行う際の電荷蓄積領域２１０のポテンシャルの変化を示した図である。図３において“Ｓ１”〜“Ｓ８”の文字を付したブロックは、それぞれ蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８を表している。
【００４５】
光電変換素子１１０から読み出された全ての電荷を電荷蓄積領域２１０に蓄積させた時点で、電荷蓄積領域２１０下方のポテンシャルは、例えば図３の時刻ｔ１に示すように、蓄積制御電極Ｓ２〜Ｓ７下方に電荷蓄積パケットが形成され、蓄積制御電極Ｓ１，Ｓ８下方にバリアが形成された状態となっている。
【００４６】
この状態から、第二のドライバは、蓄積制御電極Ｓ５に短期間だけ増倍パルスを印加する。これにより、電荷蓄積領域２１０下方のポテンシャルは、図３の時刻ｔ２に示すように、蓄積制御電極Ｓ５下方のポテンシャルだけが高くなり、この高くなった部分に、蓄積制御電極Ｓ２〜Ｓ７下方の電荷蓄積パケットにあった電荷が流れ込み、アバランシェ増倍が生じて電荷の増倍が行われる。
【００４７】
蓄積制御電極Ｓ５への増倍パルスの印加が終了すると、電荷蓄積領域２１０下方のポテンシャルは、図３の時刻ｔ３に示すように、時刻ｔ１の状態と同じ状態に戻る。
【００４８】
第二のドライバは、時刻ｔ１〜ｔ３の駆動を複数回繰り返すことで、設定された増倍率で電荷を増倍する。
【００４９】
電荷の増倍が終了すると、第二のドライバは、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８を８相のパルスで制御して、１行分の電荷を水平電荷転送路３００に転送する。そして、転送された電荷は、撮像素子駆動部１０に含まれるＨドライバの駆動によって出力部４００まで転送され、ここから電圧信号に変換されて出力される。
【００５０】
第二のドライバは、１行分の電荷に応じた電圧信号の出力が終了すると、次の１行分の電荷を水平電荷転送路３００に転送するといった駆動を、蓄積部２００内にある電荷がなくなるまで繰り返し行う。読み出された全ての電荷に応じた電圧信号が出力されると、第一フィールドが終了する。
【００５１】
第二のフィールドが開始されると、第一のドライバは、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８にＭの転送パルスを印加し、転送電極Ｖ４，Ｖ５にＬの転送パルスを印加して、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８下方の垂直電荷転送路１２０に電荷蓄積パケットを形成する。その後、転送電極Ｖ６と転送電極Ｖ８にそれぞれ読み出しパルスを印加し、転送電極Ｖ６及び転送電極Ｖ８に対応する光電変換素子１１０から、該光電変換素子１１０に対応する垂直電荷転送路１２０に電荷を読み出す。
【００５２】
電荷を読み出した後、第一のドライバと第二のドライバは、それぞれ、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加する転送パルスと、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８に印加する制御パルスを制御して、電荷蓄積パケット内の電荷を垂直方向に転送し、上記読み出された全ての電荷を、蓄積部２００内の電荷蓄積領域２１０に一時的に蓄積させる。
【００５３】
図４は、図２に示す撮像素子の第二フィールドにおいて電荷の増倍を行う際の電荷蓄積領域２１０のポテンシャルの変化を示した図である。図４において“Ｓ１”〜“Ｓ８”の文字を付したブロックは、それぞれ蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８を表している。
【００５４】
光電変換素子１１０から読み出された全ての電荷を電荷蓄積領域２１０に蓄積させた時点で、電荷蓄積領域２１０下方のポテンシャルは、例えば図４の時刻ｔ１に示すように、蓄積制御電極Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８下方に電荷蓄積パケットが形成され、蓄積制御電極Ｓ４，Ｓ５下方にバリアが形成された状態となっている。
【００５５】
この状態から、第二のドライバは、蓄積制御電極Ｓ１に短期間だけ増倍パルスを印加する。これにより、電荷蓄積領域２１０下方のポテンシャルは、図４の時刻ｔ２に示すように、蓄積制御電極Ｓ１下方のポテンシャルだけが高くなり、この高くなった部分に、蓄積制御電Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８下方の電荷蓄積パケットにあった電荷が流れ込み、アバランシェ増倍が生じて電荷の増倍が行われる。
【００５６】
蓄積制御電極Ｓ１への増倍パルスの印加が終了すると、電荷蓄積領域２１０下方のポテンシャルは、図４の時刻ｔ３に示すように、時刻ｔ１の状態と同じ状態に戻る。
【００５７】
第二のドライバは、時刻ｔ１〜ｔ３の駆動を複数回繰り返すことで、設定された増倍率で電荷を増倍する。
【００５８】
電荷の増倍が終了すると、第二のドライバは、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８を８相のパルスで制御して、１行分の電荷を水平電荷転送路３００に転送する。そして、転送された電荷はＨドライバの駆動によって出力部４００まで転送され、ここから電圧信号に変換されて出力される。
【００５９】
第二のドライバは、１行分の電荷に応じた電圧信号の出力が終了すると、次の１行分の電荷を水平電荷転送路３００に転送するといった駆動を、蓄積部２００内にある電荷がなくなるまで繰り返し行う。読み出された全ての電荷に応じた電圧信号が出力されると、第二フィールドが終了する。
【００６０】
以上のように、本実施形態のデジタルカメラでは、光電変換素子１１０が存在しない蓄積部２００において電荷の増倍が行われる。蓄積部２００は、電荷を蓄積できる構成であれば良いため、受光部１００のように構造が複雑とはならず、製造工程において特性にばらつきが生じにくい。つまり、受光部１００では、垂直電荷転送路１２０を形成後に、光電変換素子１１０を形成する工程を行う必要があるため、垂直電荷転送路１２０の特性にばらつきが生じてしまうが、蓄積部２００は、電荷蓄積領域２１０のみを形成すれば良いため、電荷蓄積領域２１０の特性を均一にすることができる。したがって、蓄積部２００内のどの位置においても電荷の増倍率をほぼ均一にすることができ、画像ムラの発生を抑えることができる。
【００６１】
又、本実施形態の撮像素子５では、電荷蓄積領域２１０の水平方向の幅が垂直電荷転送路１２０の水平方向の幅よりも大きくなっている。このため、電荷蓄積領域２１０には、垂直電荷転送路１２０よりも増倍パルスがかかりやすくなっており、垂直電荷転送路１２０においてアバランシェ増倍を行うときと比べて、電荷の増倍を安定的に行うことができる。
【００６２】
又、本実施形態の撮像素子５では、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８の垂直方向の幅が、転送電極Ｖ１〜Ｖ８の垂直方向の幅よりも大きくなっている。このため、電荷蓄積領域２１０に形成される１つの電荷蓄積パケットの容量を、垂直電荷転送路１２０に形成される１つの電荷蓄積パケットの容量よりも大きくすることができる。したがって、電荷の増倍動作により発生した電荷のオーバーフローを防止することができる。
【００６３】
又、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８の面積が転送電極Ｖ１〜Ｖ８よりも大きくなるため、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８の抵抗を下げることも可能となる。
【００６４】
更に、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８の垂直方向の幅と転送電極Ｖ１〜Ｖ８の垂直方向の幅が同じ場合と比較すると、図３や図４に示したような、電荷増倍時のバリアの垂直方向の長さを大きくすることができる。このため、図３及び図４の時刻ｔ２の状態から時刻ｔ３の状態に戻す際に、隣の電荷蓄積パケットまで電荷が飛び越えてしまうのを抑制することができ、混色等を防ぐことも可能となる。
【００６５】
又、本実施形態の撮像素子５によれば、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８の形状がそれぞれ同一となっているため、いずれの蓄積制御電極下でも増倍動作を安定的に行うことができる。
【００６６】
尚、以上の説明では、転送電極Ｖ１〜Ｖ８と、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８とにそれぞれ独立にパルスが印加されるものとしている。しかし、増倍パルスが印加される蓄積制御電極Ｓ１，Ｓ５以外の蓄積制御電極Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８は、それぞれ転送電極Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８と同じパルスパターンが印加されるため、これらを共通配線で第一のドライバに接続し、蓄積制御電極Ｓ１，Ｓ５だけを第二のドライバによって独立にパルスを印加するようにしても良い。
【００６７】
又、以上の説明では、図３及び図４の時刻ｔ１の状態から、蓄積制御電極Ｓ１，Ｓ５にそれぞれ増倍パルスを印加するものとしたが、これに限らない。例えば、図３を例にすると、蓄積制御電極Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７のいずれかに増倍パルスを印加するようにしても良いし、蓄積制御電極Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７のうちの複数個（但し、５個以下）の電極に増倍パルスを印加するようにしても良いし、蓄積制御電極Ｓ８又はＳ１に増倍パルスを印加するようにしても良い。
【００６８】
又、第二のドライバが、増倍パルスを印加する回数や、増倍パルスを印加する電極数等を、撮影条件（被写体の明るさや、設定された撮影感度）等に応じて変更するようにしても良い。このようにすることで、増倍率が低くても良いときには消費電力を削減したり、撮影完了までの時間を短くしたりすることができ、効率的な制御が可能となる。
【００６９】
又、以上の説明では、受光部１００にある光電変換素子１１０の配列をハニカム配列としているが、これに限らず、公知の様々な配列を採用することができる。例えば、図５に示すように、光電変換素子１１０を正方格子状に配列した構成であっても良い。
【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撮像素子５の蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８にパルスを印加するための配線の接続の仕方について説明する。
【００７１】
図６は、本発明の第二実施形態の撮像素子の概略構成を示す図である。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。
蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８の各々と第二のドライバとを接続する場合、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８の各々の端部に配線を接続するのが一般的である。しかし、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８は水平方向に細長い形状となっているため、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８の中央部では、端部と比べて抵抗が高くなってしまう。この結果、同じ蓄積制御電極下であっても、増倍パルスのかかり具合が中央に行くほど悪くなり、場所によって増倍率が変化して画像ムラが発生してしまう。
【００７２】
そこで、本実施形態では、図６に示すように、増倍パルスが印加される蓄積制御電極Ｓ１，Ｓ５については、その電極上方から、制御パルス及び増倍パルスを印加するための配線２２０，２３０を、その電極の長手方向（水平方向）に一定間隔で接続するものとしている。蓄積制御電極Ｓ１，Ｓ５以外の蓄積制御電極については、従来同様、端部に配線を接続するものとしている。
【００７３】
図６に示すように、配線２２０は、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８とその上の遮光膜との間に設けられており、水平方向に延びる配線２２０ａと、この配線２２０ａから分岐された垂直方向に延びる配線２２０ｂとから構成されている。配線２２０ｂは、各電荷蓄積領域２１０の上を這うように設けられており、各電荷蓄積領域２１０の上方にある蓄積制御電極Ｓ１と重なる部分で、この蓄積制御電極Ｓ１と電気的に接続されている。
【００７４】
又、配線２３０は、蓄積制御電極Ｓ１〜Ｓ８と遮光膜との間に設けられており、水平方向に延びる配線２３０ａと、この配線２３０ａから分岐された垂直方向に延びる配線２３０ｂとから構成されている。配線２３０ｂは、各電荷蓄積領域２１０の上を這うように設けられており、各電荷蓄積領域２１０の上方にある蓄積制御電極Ｓ５と重なる部分で、この蓄積制御電極Ｓ５と電気的に接続されている。
【００７５】
以上のように、本実施形態の撮像素子５によれば、増倍パルスを印加する蓄積制御電極に、水平方向で均一に増倍パルスを印加することが可能となる。このため、画像ムラの発生を防止することができる。又、蓄積部２００は、受光部１００のように光電変換素子１１０が存在しないため、配線２２０，２３０の引き回しが容易となる。又、光電変換素子１１０が存在しない分、配線２２０，２３０の太さを確保することができるため、配線２２０，２３０の低抵抗化を実現することもできる。
【００７６】
尚、以上の説明では、増倍パルスが印加される蓄積制御電極のみに、その上方から長手方向に一定間隔で配線を接続する構成としたが、他の蓄積制御電極についても同様の方法で配線を接続するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の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に示すデジタルカメラの撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図３】図２に示す撮像素子の第一フィールドにおいて電荷の増倍を行う際の電荷蓄積領域のポテンシャルの変化を示した図
【図４】図２に示す撮像素子の第二フィールドにおいて電荷の増倍を行う際の電荷蓄積領域のポテンシャルの変化を示した図
【図５】図１に示す撮像素子の光電変換素子配列の別の例を示した図
【図６】本発明の第二実施形態の撮像素子の概略構成を示す図
【符号の説明】
【００７８】
５          撮像素子
１０        撮像素子駆動部
１００      受光部
１１０      光電変換素子
１２０      垂直電荷転送路
２００      蓄積部
２１０      電荷蓄積領域
Ｓ１〜Ｓ８  蓄積制御電極
【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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