(57)【要約】【課題】ダイナミックレンジを拡大した状態で白傷の発生を低減させる固体撮像素子の駆動方法およびこれにより駆動される撮像装置を提供する。【解決手段】  光電変換素子への露光期間中に、一部の光電変換素子に対して、読み出し電極となる垂直電荷転送電極に読み出しパルスを印加することで露光時間を制御して光電変換部から信号電荷を垂直電荷転送部に読み出す際、読み出しパルスによって読み出した信号電荷を垂直電荷転送チャネルに蓄積させる垂直電荷転送電極の数が、露光期間終了後の垂直電荷転送部による信号電荷の転送時に、信号電荷を垂直電荷転送チャネルに蓄積させる垂直電荷転送電極の数よりも少なくなるように駆動する。【選択図】図１
2009055507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向および垂直方向に所定ピッチで配置され、入射光に応じた信号電荷を発生する複数の光電変換部と、前記光電変換部から読み出した信号電荷をそれぞれ垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、該垂直電荷転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを備え、前記垂直電荷転送部は、前記光電変換部に近接して垂直方向に沿って形成され信号電荷を蓄積する垂直電荷転送チャネル、および該垂直電荷転送チャネルの上方に配置された複数の垂直電荷転送電極を有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子への露光期間中に、一部の前記光電変換素子に対して、読み出し電極となる垂直電荷転送電極に読み出しパルスを印加することで露光時間を制御して前記光電変換部から信号電荷を前記垂直電荷転送部に読み出す際、
前記読み出しパルスによって読み出した信号電荷を前記垂直電荷転送チャネルに蓄積させる前記垂直電荷転送電極の数が、前記露光期間終了後の前記垂直電荷転送部による信号電荷の転送時に、信号電荷を前記垂直電荷転送チャネルに蓄積させる垂直電荷転送電極の数よりも少なくなるように駆動する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
水平方向および垂直方向に所定ピッチで配置され、入射光に応じた信号電荷を発生する複数の光電変換部と、前記光電変換部から読み出した信号電荷をそれぞれ垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、該垂直電荷転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを備え、前記垂直電荷転送部は、前記光電変換部に近接して垂直方向に沿って形成され信号電荷を蓄積する垂直電荷転送チャネル、および該垂直電荷転送チャネルの上方に配置された複数の垂直電荷転送電極を有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子への露光期間中に、一部の前記光電変換素子に対して、読み出し電極となる垂直電荷転送電極に読み出しパルスを印加することで露光時間を制御して前記光電変換部から信号電荷を前記垂直電荷転送部に読み出す際、
前記読み出しパルスによって読み出した信号電荷を前記垂直電荷転送チャネルに蓄積させる前記垂直電荷転送電極の数が、１つになるように駆動する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子への露光期間中に、前記読み出しパルスが印加される垂直電荷転送電極を除く他の垂直電荷転送電極に対して、負電圧を印加する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子への露光期間中に、前記読み出しパルスが印加される垂直電荷転送電極に対して負電圧を印加する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換部は、高感度画素に対応する長時間露光用の第１の光電変換素子と低感度画素に対応する短時間露光用の第２の光電変換素子とが混在配置されてなり、前記第１の光電変換素子の露光開始後から前記第２の光電変換素子の実質的な露光開始までの間は、前記垂直電荷転送電極の全てに対して、負電圧を印加する固体撮像素子の駆動方法。
【請求項６】
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に光学像を結像させる光学系と、
前記固体撮像素子を、請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の固体撮像素子の駆動方法に基づいて駆動する撮像素子駆動部と、
を備えた撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の駆動方法およびこれにより駆動される撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１に固体撮像素子の一例としてのＣＣＤ型固体撮像素子の概略構成図を示した。このＣＣＤ型固体撮像素子１は、半導体基板上で水平方向および垂直方向に所定ピッチで配置され、入射光に応じた信号電荷を発生する複数の光電変換部３と、光電変換部３から読み出した信号電荷をそれぞれ垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部５と、垂直電荷転送部５から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部７とを備えている。そして、水平電荷転送部７の電荷転送方向下流側にはフローティングデフュージョン部にて信号電荷を検出して、出力信号を生成する出力部９が接続されている。
【０００３】
図１２に一つの画素の拡大平面図を示すように、垂直電荷転送部５は、光電変換部３に近接して図中垂直方向に沿って形成され信号電荷を蓄積するｎ型半導体層からなる垂直電荷転送チャネル１１、および垂直電荷転送チャネル１１の上方に配置された複数の垂直電荷転送電極１３を有する。各垂直電荷転送電極１３には、電荷転送用の駆動パルス、例えばφＶ１〜φＶ４が印加される。ここで、φＶi（iは１〜４）が印加される電極をＶiと表記するが、場合により垂直電荷転送電極とも表記する。
【０００４】
図１３に図１２に示すＡ１−Ａ２断面図をポテンシャル電位分布図と併せて（ａ）に、Ｂ１−Ｂ２断面図をポテンシャル電位分布図と併せて（ｂ）に示した。図示したように、シリコン基板１５上にゲート絶縁膜１７を形成し、さらにゲート絶縁膜１７の上に垂直電荷転送電極（Ｖ３電極：読み出し電極、Ｖ４電極）１３を形成している。シリコン基板１５とゲート絶縁膜１７との界面にはダングリングボンドが存在し、これが発生−再結合することを中心として電子を発生させる。この発生した電子がフォトダイオードである光電変換部３に入ると、白傷の発生原因となる。そのため現在では、白傷を低減させるために、フォトダイオードの表面をＰ＋層で覆う構成にすることが多い。これにより、界面付近でのホール密度を増加させ、界面で発生した電子を速やかにホールと再結合させることが可能となる。したがって、光電変換部３表面のＰ＋層が十分に機能していれば、白傷を招く電子の主な発生源は光電変換部３と垂直電荷転送部５との間の領域（図中×印で示す）となる。なお、垂直電荷転送部５でも同様にダングリングボンドが存在するが、これについては、ここでは言及しない。
【０００５】
図１３（ａ）のポテンシャル電位図に示すように、Ｖ３電極にミディアムレベルの電圧ＶＭ（０Ｖ等）を印加する場合には、シリコン基板とゲート絶縁膜１７との界面でのダングリングボンドの発生−再結合を中心として発生した電子が光電変換部３に入り込み、白傷が発生しやすくなる。一方、図１３（ｂ）のポテンシャル電位図に示すように、Ｖ４電極に電圧ＶＭを印加しても、白傷の発生は特に問題とならない。
【０００６】
Ｖ４電極は読み出し電極ではないため、光電変換部３から離れて配置されており、そのために、読み出しゲート部１９に相当する部分の電位は低い。したがって、読み出しゲート部１９には若干のホールが蓄積された状態となり、この部分に存在するダングリングボンドから発生する電子はホールと再結合することで、白傷の発生がある程度抑制される。
【０００７】
図１４は、光電変換部３の露光時および垂直電荷転送時における固体撮像素子の駆動信号を示すチャート図である。このチャートは、ダイナミックレンジ（飽和信号量）を拡大するために、Ｖ１電極で読み出される画素を高感度画素として、また、Ｖ３電極で読み出される画素を低感度画素として用いた構成としている（特許文献１と同様の駆動）。メカシャッタの解放時で信号電荷の掃き捨てを行うφＯＦＤのシャッタパルス２１印加後から、メカシャッタを閉じるまでの間が高感度画素の露光期間ｔ１となる。この露光期間ｔ１では、垂直電荷転送電極１３への印加電圧信号、φＶ１〜φＶ４は、φＶ３，φＶ４をミディアムレベルの電圧ＶＭとし、他はローレベルの電圧ＶＬ（−８Ｖ等）としている。
【０００８】
そして、低感度画素の露光期間は、高感度画素の不要信号を垂直電荷転送部５に排出する排出パルス２３の印加が終了してからメカシャッタを閉じるまでの期間ｔ２である。図示例では、露光期間の比ｔ１／ｔ２を３としており、ダイナミックレンジを３倍に拡大している。メカシャッタを閉じた後は、高感度画素から排出された信号を水平電荷転送部７を介して出力部９まで転送する高速掃き出し動作を行う。その後、低感度画素から読み出し（Ｖ３電極にＶＨパルス２５の印加）を行う。この場合には、水平電荷転送部７を動作させ、出力部９から信号を出力する期間中に、高感度画素の読み出し電極に負電圧ＶＬを印加する構成としているため、図１３（ａ）に示す状態とは異なり、読み出しゲート部１９にホールが蓄積され、発生する電子がホールと再結合する。これにより、高感度画素には白傷が発生しにくくなっている。
【特許文献１】特開２００５−７２９６６号公報
【特許文献２】特許第２５０７０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の低感度画素に対しては、露光期間ｔ２の間は負電圧よりも高い０Ｖまたは正電圧のＶＭが読み出し電極に印加されるので、図１３（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１７とシリコン基板との界面で発生した電子が光電変換部３に入り込み、白傷が発生しやすくなってしまう問題があった。
つまり、読み出し電極にローレベルの電圧ＶＬが印加されると白傷は発生しにくくなるが、ＶＬ以上の０Ｖまたは正電圧ＶＭが印加されると、不要電荷が光電変換部３に入り込み、白傷が発生しやすくなる。したがって、ＶＭ以上の電圧が印加される電極の数（面積）が増える程、白傷が発生しやすくなる。図１５は露光期間における垂直電荷転送電極の印加電圧の状態を示す模式図で、（ａ）は４相駆動の場合、（ｂ）は８相駆動の場合を示す。図１５（ａ）に示す４相駆動の場合は、図１４に４相駆動の波形例を示すように、露光期間においてはＶ３、Ｖ４電極にＶＭが印加される。また、図１５（ｂ）に示す８相駆動の場合は、Ｖ２〜Ｖ７電極にＶＭが印加される。したがって、図中斜線部分で示されるＶＭの印加電極の数、つまりはＶＭの印加される総電極面積が増加して、白傷の発生頻度が増大してしまう。
【００１０】
また、特許文献２では、垂直電荷転送部の全ての転送電極に負電圧を印加し、電荷転送チャネルの表面を非空乏状態とすることで、暗電流の発生を低減する方法が提案されている。この方法によれば、垂直電荷転送部の暗電流発生の低減のみならず、画素の白傷の低減にも効果がある。しかし、垂直電荷転送部内に電位段差を設けるという特殊な構成であるため、製造工程数の増加や垂直電荷転送部の最大電荷蓄積量が減少するなどの問題がある。垂直電荷転送部内に電位段差を設けない構成とした場合は、ダイナミックレンジを拡大する駆動を行った場合に、低感度画素の不要電荷を蓄積するための電極にＶＭ電圧を印加する必要がある。そのため、全ての電荷転送電極に負電圧を印加することはできない。このように、ダイナミックレンジ拡大駆動と、特許文献２の暗電流発生の低減方法とを同時に行うことができなかった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、ダイナミックレンジを拡大した状態で白傷の発生を低減させる固体撮像素子の駆動方法およびこれにより駆動される撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
（１）  水平方向および垂直方向に所定ピッチで配置され、入射光に応じた信号電荷を発生する複数の光電変換部と、前記光電変換部から読み出した信号電荷をそれぞれ垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、該垂直電荷転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを備え、前記垂直電荷転送部は、前記光電変換部に近接して垂直方向に沿って形成され信号電荷を蓄積する垂直電荷転送チャネル、および該垂直電荷転送チャネルの上方に配置された複数の垂直電荷転送電極を有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子への露光期間中に、一部の前記光電変換素子に対して、読み出し電極となる垂直電荷転送電極に読み出しパルスを印加することで露光時間を制御して前記光電変換部から信号電荷を前記垂直電荷転送部に読み出す際、
前記読み出しパルスによって読み出した信号電荷を前記垂直電荷転送チャネルに蓄積させる前記垂直電荷転送電極の数が、前記露光期間終了後の前記垂直電荷転送部による信号電荷の転送時に、信号電荷を前記垂直電荷転送チャネルに蓄積させる垂直電荷転送電極の数よりも少なくなるように駆動する固体撮像素子の駆動方法。
【００１２】
この固体撮像素子の駆動方法によれば、読み出しパルスによって読み出した信号電荷を垂直電荷転送チャネルに蓄積させる垂直電荷転送電極の数が、露光期間終了後の垂直電荷転送部による信号電荷の転送時に、信号電荷を垂直電荷転送チャネルに蓄積させる垂直電荷転送電極の数よりも少なくなるように駆動される。これにより、ダイナミックレンジ拡大と、白傷の発生の低減とを両立させることができる。
【００１３】
（２）  水平方向および垂直方向に所定ピッチで配置され、入射光に応じた信号電荷を発生する複数の光電変換部と、前記光電変換部から読み出した信号電荷をそれぞれ垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、該垂直電荷転送部から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを備え、前記垂直電荷転送部は、前記光電変換部に近接して垂直方向に沿って形成され信号電荷を蓄積する垂直電荷転送チャネル、および該垂直電荷転送チャネルの上方に配置された複数の垂直電荷転送電極を有する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子への露光期間中に、一部の前記光電変換素子に対して、読み出し電極となる垂直電荷転送電極に読み出しパルスを印加することで露光時間を制御して前記光電変換部から信号電荷を前記垂直電荷転送部に読み出す際、
前記読み出しパルスによって読み出した信号電荷を前記垂直電荷転送チャネルに蓄積させる前記垂直電荷転送電極の数が、１つになるように駆動する固体撮像素子の駆動方法。
【００１４】
この固体撮像素子の駆動方法によれば、ダングリングボンドにより発生する電子の影響を受けることを、必要最小限の電極のみに限定でき、負電圧を印加する電極数を増加させることができる。その結果、白傷の発生を大幅に低減することができる。
【００１５】
（３）  （１）または（２）記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子への露光期間中に、前記読み出しパルスが印加される垂直電荷転送電極を除く他の垂直電荷転送電極に対して、負電圧を印加する固体撮像素子の駆動方法。
【００１６】
この固体撮像素子の駆動方法によれば、電荷蓄積を行う必要最小限の垂直電荷転送電極に負電圧より高い０Ｖまたは正電圧を印加し、読み出し電極以外の垂直電荷転送電極に負電圧を印加することで、白傷の発生をより低減することができる。
【００１７】
（４）  （１）または（２）記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子への露光期間中に、前記読み出しパルスが印加される垂直電荷転送電極に対して負電圧を印加する固体撮像素子の駆動方法。
【００１８】
この固体撮素子の駆動方法によれば、負電圧より高い電圧を印加しても読み出しゲート部にホールが蓄積される垂直電荷転送電極、すなわち、読み出しパルスが印加されない垂直電荷転送電極に対して、負電圧より高い０Ｖまたは正電圧を印加するので、読み出し電極において不要電荷が光電変換部に流れ込むことを防止できる。
【００１９】
（５）  （１）または（２）記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換部は、高感度画素に対応する長時間露光用の第１の光電変換素子と低感度画素に対応する短時間露光用の第２の光電変換素子とが混在配置されてなり、前記第１の光電変換素子の露光開始後から前記第２の光電変換素子の実質的な露光開始までの間は、前記垂直電荷転送電極の全てに対して、負電圧を印加する固体撮像素子の駆動方法。
【００２０】
この固体撮像素子の駆動方法によれば、第１の光電変換素子の露光開始後から第２の光電変換素子の実質的な露光開始までの期間内は、垂直電荷転送電極の全てに対して負電圧が印加されるので、その期間内に不要電荷が光電変換部に流れ込むことを防止できる。
【００２１】
（６）  固体撮像素子と、
前記固体撮像素子に光学像を結像させる光学系と、
前記固体撮像素子を、（１）〜（５）のいずれか１項記載の固体撮像素子の駆動方法に基づいて駆動する撮像素子駆動部と、
を備えた撮像装置。
【００２２】
この撮像装置によれば、ダイナミックレンジが拡大され、白傷の発生が低減されることにより、高品位の画像を撮像できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の固体撮像素子の駆動方法およびこれにより駆動される撮像装置によれば、ダイナミックレンジを拡大した状態で、白傷の発生を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法およびこれにより駆動される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。
＜第１実施形態＞
本実施形態の固体撮像素子は、図１１、図１２に示す構成と同様であって、このＣＣＤ型固体撮像素子１は、半導体基板上で水平方向および垂直方向に所定ピッチで配置され、入射光に応じた信号電荷を発生する複数の光電変換部３と、光電変換部３から読み出した信号電荷をそれぞれ垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部５と、垂直電荷転送部５から転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部７とを備えている。そして、水平電荷転送部７の電荷転送方向下流側にはフローティングデフュージョン部にて信号電荷を検出して、出力信号を生成する出力部９が接続されている。
【００２５】
また、垂直電荷転送部５は、図１２に示すように、光電変換部３に近接して図中垂直方向に沿って形成され信号電荷を蓄積するｎ型半導体層からなる垂直電荷転送チャネル１１、および垂直電荷転送チャネル１１の上方に配置された複数の垂直電荷転送電極１３を有する。各垂直電荷転送電極１３には、電荷転送用の駆動パルス、例えばφＶ１〜φＶ４が印加される。
【００２６】
図１は本実施形態の光電変換部の露光時および垂直電荷転送時における固体撮像素子の駆動信号を示すチャート図である。
本駆動信号は、長時間露光を行う高感度画素（第１の光電変換素子）と短時間露光を行う低感度画素（第２の光電変換素子）とが混在配置された固体撮像素子から、低感度画素からの信号を第１フレーム、高感度画素からの信号を第２フレームに取り込む場合の駆動信号である。高感度画素は、垂直電荷転送電極Ｖ１を読み出し電極として信号電荷が垂直電荷転送部５に読み出され、低感度画素は、垂直電荷転送電極Ｖ３を読み出し電極として信号電荷が垂直電荷転送部５に読み出される。
【００２７】
メカシャッタを開いた後、φＯＦＤにシャッタパルス２１が印加されると、各光電変換部３の蓄積電荷がリセットされて、露光が開始される。ここで、垂直電荷転送電極Ｖ３には電圧ＶＭが印加され、他の電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４には負電圧ＶＬが印加される。垂直電荷転送電極Ｖ１を介して信号電荷が読み出される高感度画素は、メカシャッタが閉じるまでの期間ｔ１が露光期間となる。また、垂直電荷転送電極Ｖ３を介して信号電荷が読み出される低感度画素は、φＶ３の排出パルス２３を印加した後に露光が開始され、ｔ２が露光期間となる。したがって、露光期間ｔ１においては１電極に対して信号電荷が蓄積され、垂直転送期間中は２電極に対して信号電荷が蓄積されることになる。
【００２８】
ここで、露光期間における垂直電荷転送電極の印加電圧の状態を示す模式図を図２に示した。図２に示すように、露光期間において、負電圧ＶＬより高い電圧ＶＭが印加される垂直電荷転送電極はＶ３のみであり、他のＶ１、Ｖ２，Ｖ４には負電圧ＶＬが印加される。
【００２９】
図３は、前述の図１２に示すＡ１−Ａ２断面図をポテンシャル電位分布図と併せて（ａ）に、Ｂ１−Ｂ２断面図をポテンシャル電位分布図と併せて（ｂ）に示す説明図である。図示したように、シリコン基板１５上にゲート絶縁膜１７を形成し、さらにゲート絶縁膜１７の上に垂直電荷転送電極（Ｖ３電極：読み出し電極、Ｖ４電極）１３を形成している。
図３（ａ）に示すように、光電変換部３と垂直電荷転送部５との間の領域（図中×印で示す）でタングリングボンドにより発生する電子は、その領域、すなわちゲート部１９に蓄積されるホール（図中に＋印で示す）と再結合して、タングリングボンドにより発生した電子が光電変換部に入り込むことがなくなる。これにより、白傷の発生は抑制される。
【００３０】
一方、図３（ｂ）に示すように、読み出し電極ではないＶ４電極では、光電変換部３がＶ４電極と離れて形成されているため、ゲート部１９に相当する部分の電位は低く、若干のホールが蓄積している状態にある。そのため、ダングリングボンドにより発生した電子はホールと再結合するため、白傷の発生が抑制される。また、Ｖ４電極には負電圧ＶＬが印加されるため、ホールが蓄積されやすくなり、より白傷の発生が抑制される。
【００３１】
上記のように、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法では、読み出しパルスによって読み出した信号電荷を垂直電荷転送チャネルに蓄積させる垂直電荷転送電極の数が、露光期間終了後の垂直電荷転送部による信号電荷の転送時に、信号電荷を垂直電荷転送チャネルに蓄積させる垂直電荷転送電極の数よりも少なくなるように駆動される。これにより、ダングリングボンドにより発生する電子をホールに再結合させることができ、ダイナミックレンジ拡大と、白傷の発生の低減とを両立させることができる。
また、読み出しパルスが印加される垂直電荷転送電極を除く他の垂直電荷転送電極に対して、負電圧を印加し、読み出しパルスによって読み出した信号電荷を垂直電荷転送チャネルに蓄積させる垂直電荷転送電極の数が、１つになるように駆動するので、ダングリングボンドにより発生する電子の影響を受けることを、必要最小限の電極のみに限定することでき、画像全体として白傷を大幅に低減することができる。
【００３２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法の第２実施形態を説明する。
図４は本実施形態の光電変換部の露光時および垂直電荷転送時における固体撮像素子の駆動信号を示すチャート図である。
第１実施形態の図１との相違点は、φＶ３の排出パルス２３Ａを階段状とするとともに排出パルス２３Ａ印加前の電圧をＶＭからＶＬにして、φＶ４の電圧をＶＬからＶＭとした点である。本駆動例では、図５にＶ３、Ｖ４電極の信号電荷の様子を示すように、Ｖ３電極の電圧をＶＬとした状態（ａ）からＶＨ（＋１５Ｖ等）として信号電荷を読み出し（ｂ）、その後にＶ３電極をＶＭにしてＶ４電極と同電位とする（ｃ）。この状態で信号電荷はＶ３とＶ４の位置に蓄積される。そして、Ｖ３電極をＶＬとすることで、信号電荷はＶ４電極による電位ポケットに蓄積されて、（ｂ）の状態から信号電荷が転送されることになる（ｄ）。
【００３３】
この場合の露光期間における垂直電荷転送電極の印加電圧の状態は、図６のようになる。すなわち、露光期間において、負電圧ＶＬより高い電圧ＶＭが印加される垂直電荷転送電極はＶ４のみであり、他のＶ１、Ｖ２，Ｖ３には負電圧ＶＬが印加される。したがって、読み取り電極ではない垂直電荷転送電極Ｖ４のみに電圧ＶＭが印加されるので、先述の図１３（ｂ）にも示すように、光電変換部３と垂直電荷転送部５との間の領域（図中×印で示す）でタングリングボンドにより発生する電子は、その領域、すなわちゲート部（電位ポテンシャル図に示す）１９に蓄積されるホール（図中に＋印で示す）と再結合して、タングリングボンドにより発生した電子が光電変換部に入り込むことがなくなる。これにより、白傷の発生は抑制される。
【００３４】
また、読み出し電極ではないＶ４電極では、光電変換部３がＶ４電極と離れて形成されているため、ゲート部１９に相当する部分の電位は低く、若干のホールが蓄積している状態にある。そのため、ダングリングボンドにより発生した電子はホールと再結合するため、白傷の発生が抑制される。
このように、光電変換素子への露光期間中に、読み出しパルスが印加される垂直電荷転送電極に対して負電圧を印加することにより、負電圧より高い電圧を印加しても読み出しゲート部にホールが蓄積される垂直電荷転送電極、すなわち、読み出しパルスが印加されない垂直電荷転送電極に対して、負電圧より高い０Ｖまたは正電圧を印加するので、読み出し電極において不要電荷が光電変換部に流れ込むことを防止できる。
【００３５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法の第３実施形態を説明する。
図７は本実施形態の光電変換部の露光時および垂直電荷転送時における固体撮像素子の駆動信号を示すチャート図である。
第２実施形態の図４との相違点は、φＶ４の電位をＶＭからＶＬとした点である。本駆動例では、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、Ｖ３電極の電圧ＶＨ印加までの間は、Ｖ４電極に対しては電位パケットを形成できればよく、ＶＭに保持する必要はない。そこで、Ｖ４電極の電位をＶＬにして信号電荷を読み込むようにしている。
【００３６】
つまり、高感度画素に対応する長時間露光用の第１の光電変換素子と低感度画素に対応する短時間露光用の第２の光電変換素子とが混在配置された場合に、第１の光電変換素子の露光開始後から第２の光電変換素子の実質的な露光開始までの間は、垂直電荷転送電極の全てに対して、負電圧を印加する。
この場合の露光期間における垂直電荷転送電極の印加電圧の状態は、排出パルス２３Ａの印加前で図８のようになる。すなわち、露光処理はピニング露光となり、殆どの露光期間において、負電圧ＶＬより高い電圧ＶＭが印加される垂直電荷転送電極は存在しなくなる。その結果、露光期間内に不要電荷が光電変換部に流れ込むことを防止でき、白傷発生の抑制効果が増大する。
【００３７】
以上の説明では４相駆動の場合で説明してきたが、次に垂直電荷転送部が８相駆動の場合を説明する。
図９は８相駆動時の露光期間における垂直電荷転送電極の印加電圧の状態を示す模式図で、（ａ）はＶ２電極にのみＶＭ電圧を印加した場合、（ｂ）はＶ２，Ｖ４，Ｖ６電極の３電極にＶＭ電圧を印加した場合を示している。
図９（ａ）に示す場合は、露光期間中はＶ２電極にのみＶＭ電圧を印加し、不要電荷をＶ２電極下へ蓄積する。これにより、画素に発生するＶ２，Ｖ５，Ｖ７電極に隣接する光電変換部の白傷を最小限にすることができ、また、Ｖ２電極に隣接する光電変換部の白傷は先述の図１５（ｂ）に示す場合と比べて大幅に軽減することができる。
【００３８】
図９（ｂ）に示す場合は、読み出し電極ではない電極のうち、Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６電極の３電極にＶＭ電圧を印加する。これにより、図９（ａ）に示す場合と比べて、不要電荷を保持する面積が大きくなるため、不要電荷が光電変換部に逆流しにくい構成となる。光電変換部で発生する白傷については図９（ａ）に比べて大きくなるが、読み出し電極（Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７電極）には全てＶＬ電圧を印加しているため、図１５（ｂ）に示す場合と比べて白傷を大幅に軽減することができる。
【００３９】
＜第４実施形態＞
次に、上記の固体撮像素子の駆動方法を用いた撮像装置の実施形態を説明する。
図１０は本発明に係る撮像装置のブロック構成図である。
図示する撮像装置としてのデジタルカメラ２００は、撮像レンズ４１と、上記した固体撮像素子１００と、この両者の間に設けられた絞り４３と、赤外線カットフィルタ４５と、光学ローパスフィルタ４７とを備える。撮像レンズ４１、絞り４３、赤外線カットフィルタ４５、光学ローパスフィルタ４７は固体撮像素子１００に光学像を結像させる光学系として機能する。デジタルカメラの全体を統括制御するＣＰＵ４９は、フラッシュ発光部５１および受光部５３を制御し、レンズ駆動部５５を制御して撮像レンズ４１の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部５７を介し絞り４３の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００４０】
また、ＣＰＵ４９は、撮像素子駆動部５９を介して固体撮像素子１００を駆動し、撮像レンズ４１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。ＣＰＵ４９には、操作部６１を通してユーザからの指示信号が入力され、ＣＰＵ４９はこの指示にしたがって各種制御を行う。
【００４１】
デジタルカメラ２００の電気制御系は、固体撮像素子１００の出力に接続されたアナログ信号処理部６７と、このアナログ信号処理部６７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６９とを備え、これらはＣＰＵ４９によって制御される。
【００４２】
さらに、このデジタルカメラ２００の電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）７１に接続されたメモリ制御部７３と、ガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理，画像合成処理等の画像処理を行うデジタル信号処理部７５と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部７７と、測光データを積算しデジタル信号処理部７５が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部７９と、着脱自在の記録媒体８１が接続される外部メモリ制御部８３と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部８５が接続される表示制御部８７とを備え、これらは、制御バス８９およびデータバス９１によって相互に接続され、ＣＰＵ４９からの指令によって制御される。
【００４３】
本実施の形態によるデジタルカメラ２００で被写体画像を撮像する場合、図１１に示す固体撮像素子１の各光電変換部３が受光量に応じた信号電荷を蓄積し、この信号電荷を先ず垂直電荷転送部５に読み出し、垂直電荷転送部５に沿って水平電荷転送部７の方向に転送する。
【００４４】
各信号電荷を垂直電荷転送部５に読み出す直前のタイミングでは、各垂直電荷転送部５や水平電荷転送部７は掃き出し動作によって空の状態になっている。注入された所定電荷量の上記読出処理後に、各光電変換部３の受光量に応じた信号電荷を固体撮像素子１００から読み出し、デジタル信号処理部７５は、被写体画像データを生成する。
【００４５】
このデジタルカメラ２００によれば、ダイナミックレンジが拡大され高コントラストの画像が得られるとともに、白傷の影響のない高品位な画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ＣＣＤ型の固体撮像素子に対して、ダイナミックレンジを拡大した状態で、白傷の発生を低減させる駆動方法として適用でき、高品位が画像の取得を可能とし、例えば、電子カメラやビデオカメラ、或いは携帯端末などへの利用に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】光電変換部の露光時および垂直電荷転送時における固体撮像素子の駆動信号を示すチャート図である。
【図２】図１に示す露光期間における垂直電荷転送電極の印加電圧の状態を示す模式図である。
【図３】図１２に示すＡ１−Ａ２断面図をポテンシャル電位分布図と併せて（ａ）に、Ｂ１−Ｂ２断面図をポテンシャル電位分布図と併せて（ｂ）に示す説明図である
【図４】光電変換部の露光時および垂直電荷転送時における固体撮像素子の駆動信号を示すチャート図である。
【図５】Ｖ３、Ｖ４電極の信号電荷の様子を（ａ）〜（ｄ）の段階毎に示す説明図である。
【図６】図５に示す露光期間における垂直電荷転送電極の印加電圧の状態を示す模式図である。
【図７】光電変換部の露光時および垂直電荷転送時における固体撮像素子の駆動信号を示すチャート図である。
【図８】図７に示す露光期間における垂直電荷転送電極の印加電圧の状態を示す模式図である。
【図９】８相駆動時の露光期間における垂直電荷転送電極の印加電圧の状態を示す模式図で、（ａ）はＶ２電極にのみＶＭ電圧を印加した場合、（ｂ）はＶ２，Ｖ４，Ｖ６電極の３電極にＶＭ電圧を印加した場合を示す模式図である。
【図１０】撮像装置のブロック構成図である。
【図１１】固体撮像素子の一例としてのＣＣＤ型固体撮像素子の概略構成図である。
【図１２】図１１に示す一つの画素の拡大平面図である。
【図１３】図１２に示すＡ１−Ａ２断面図をポテンシャル電位分布図と併せて（ａ）に、Ｂ１−Ｂ２断面図をポテンシャル電位分布図と併せて（ｂ）に示した説明図である。
【図１４】従来の光電変換部の露光時および垂直電荷転送時における固体撮像素子の駆動信号を示すチャート図である。
【図１５】従来の露光期間における垂直電荷転送電極の印加電圧の状態を示す模式図で、（ａ）は４相駆動の場合、（ｂ）は８相駆動の場合を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  固体撮像素子
３  光電変換部
５  垂直電荷転送部
７  水平電荷転送部
９  出力部
１１  垂直電荷転送チャネル
１３  垂直電荷転送電極
１７  ゲート絶縁膜
１９  読み出しゲート部
２１  シャッタパルス
２３，２３Ａ  排出パルス
２５  ＶＨパルス
１００  固体撮像素子
２００  デジタルカメラ（撮像装置）
【図１】
2009055507.tif 000003
【図２】
2009055507.tif 000004
【図３】
2009055507.tif 000005
【図４】
2009055507.tif 000006
【図５】
2009055507.tif 000007
【図６】
2009055507.tif 000008
【図７】
2009055507.tif 000009
【図８】
2009055507.tif 000010
【図９】
2009055507.tif 000011
【図１０】
2009055507.tif 000012
【図１１】
2009055507.tif 000013
【図１２】
2009055507.tif 000014
【図１３】
2009055507.tif 000015
【図１４】
2009055507.tif 000016
【図１５】
2009055507.tif 000017