(57)【要約】【課題】垂直転送期間が短縮されても電荷の転送効率の低下をできるだけ抑制する。【解決手段】垂直転送期間に、垂直転送路上に配設された複数の電極のそれぞれに、電極毎に定められた垂直転送信号の４種類のパルス信号Ｖ１〜Ｖ４を供給し、水平転送期間に、水平転送路上に配設された複数の電極のそれぞれに、電極毎に定められた水平転送信号の２種類のパルス信号Ｈ１、Ｈ２を供給する。水平転送期間にはパルス信号Ｈ１はレベルＨａとレベルＨｂとを交互に繰り返す。水平転送路の垂直転送路隣接部位上にある電極には、垂直転送期間にレベルＨｃが供給される。【選択図】図７
2009021877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードにより生成された電荷を垂直転送及び水平転送させる固体撮像装置の駆動方法であって、
垂直転送期間中の所定時期から前記垂直転送期間の終期まで、水平転送路の垂直転送路隣接部位上にある電極に、前記垂直転送路の水平転送路隣接部位の電位と前記水平転送路の垂直転送路隣接部位の電位との電位差が、前記水平転送期間に前記水平転送信号として供給されるどの電圧レベルを供給した場合よりも大きくなる電圧レベルを供給すること
を特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
前記所定時期は、前記垂直転送期間の始期であること
を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
前記垂直転送期間はその始期から終期まで第１、第２及び第３の期間をこの順に含み、
前記垂直転送信号供給部は、前記垂直転送路の水平転送路隣接部位上にある電極に、前記垂直転送信号として、前記第１の期間に第１の電圧レベルを供給し、前記第２の期間に前記第１の電圧レベルよりも高い第２の電圧レベルを供給し、前記第３の期間に前記第１の電圧レベルを供給し、
前記所定時期は、前記第２の期間に含まれていること
を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
フォトダイオードにより生成された電荷を垂直転送路と水平転送路とを通じて出力部まで転送させる固体撮像素子と、
垂直転送期間に、フォトダイオードにより生成された電荷が前記垂直転送路を通じて前記水平転送路まで転送されるように、前記垂直転送路上に配設された複数の電極のそれぞれに、電極毎に定められた垂直転送信号を供給する垂直転送信号供給部と、
水平転送期間に、前記垂直転送路により転送された電荷が前記水平転送路を通じて前記出力部まで転送されるように、前記水平転送路上に配設された複数の電極のそれぞれに、電極毎に定められた水平転送信号を供給する水平転送信号供給部と、
前記垂直転送期間中の所定時期から前記垂直転送期間の終期まで、前記水平転送路の垂直転送路隣接部位上にある電極に、前記垂直転送路の水平転送路隣接部位の電位と前記水平転送路の垂直転送路隣接部位の電位との電位差が、前記水平転送期間に前記水平転送信号として供給されるどの電圧レベルを供給した場合よりも大きくなる電圧レベルを供給する電位差拡大信号供給部と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトダイオードにより生成された電荷を垂直転送路と水平転送路とを通じて出力部まで転送させる固体撮像装置の駆動方法及び固体撮像装置に関し、特に、電荷の転送効率を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
CCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像素子は、デジタルカメラ等に広く利用されている。以下に従来技術に係る固体撮像素子及びその駆動信号について説明する。
図１は、CCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像素子の構成を示す図である。
固体撮像素子１０は、フォトダイオード１、垂直転送路２、水平転送路３及び出力部４を備えている。垂直転送路２上には複数の電極が配設されており、各電極には電極毎に定められた垂直転送信号が供給される。図１の垂直転送路２に表記された記号Ｖ１〜Ｖ４は、各電極に供給される垂直転送信号の種別を示している。同様に水平転送路３上には複数の電極が配設されており、各電極には電極毎に定められた水平転送信号が供給される。図１の水平転送路３に表記された記号Ｈ１、Ｈ２は、各電極に供給される水平転送信号の種別を示している。
【０００３】
図２は、従来技術に係る固体撮像素子の駆動信号を示すタイミング図である。また図３は、垂直転送期間の各時刻ｔ１〜ｔ９における図１に示されたＡ−Ａ´部の電位を示す図である。
図２の垂直転送信号の４種類のパルス信号Ｖ１〜Ｖ４は、図１の垂直転送路２に表記された記号Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ対応している。同様に図２の水平転送信号の２種類のパルス信号Ｈ１、Ｈ２は、図１の水平転送路３に表記されたＨ１、Ｈ２にそれぞれ対応している。図２及び図３に示すように、垂直転送期間に電荷Ｑ１が垂直転送路２から水平転送路３に転送される。
【特許文献１】特開平6-121235号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年CCD型の固体撮像素子では、高画素化に伴い高速駆動化が進み、垂直転送期間が短縮される傾向にある。このまま垂直転送期間が短縮されていけば、以下に説明するように電荷の転送効率が低下するおそれがある。
図４は、図２の符号Ｂで示す部分の拡大図である。また図５は、時刻ｔ１０における図１に示されたＡ−Ａ´部の電位を示す図である。
【０００５】
垂直転送路２上に配された電極はインピーダンスをもつため、パルス信号Ｖ４のレベルは一定の時定数をもって変化する。そのため垂直転送期間が短縮されれば、水平転送が開始される時刻ｔ１０においてパルス信号Ｖ４がレベルＶａに到達しない場合がある。このような場合、垂直転送路２の水平転送路隣接部位（図５の符号Ｃで示す部位）に電荷が残留してしまい、電荷の転送効率が低下してしまう。電荷の転送効率の低下は画質劣化の原因となるため、できるだけ抑制するのが望ましい。
【０００６】
そこで本発明は、垂直転送期間が短縮されても電荷の転送効率の低下をできるだけ抑制することができる固体撮像装置の駆動方法及び固体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】
【０００７】
本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、フォトダイオードにより生成された電荷を垂直転送及び水平転送させる固体撮像装置の駆動方法であって、垂直転送期間中の所定時期から前記垂直転送期間の終期まで、水平転送路の垂直転送路隣接部位上にある電極に、前記垂直転送路の水平転送路隣接部位の電位と前記水平転送路の垂直転送路隣接部位の電位との電位差が、前記水平転送期間に前記水平転送信号として供給されるどの電圧レベルを供給した場合よりも大きくなる電圧レベルを供給する。
【０００８】
本発明に係る固体撮像装置は、フォトダイオードにより生成された電荷を垂直転送路と水平転送路とを通じて出力部まで転送させる固体撮像素子と、垂直転送期間に、フォトダイオードにより生成された電荷が前記垂直転送路を通じて前記水平転送路まで転送されるように、前記垂直転送路上に配設された複数の電極のそれぞれに、電極毎に定められた垂直転送信号を供給する垂直転送信号供給部と、水平転送期間に、前記垂直転送路により転送された電荷が前記水平転送路を通じて前記出力部まで転送されるように、前記水平転送路上に配設された複数の電極のそれぞれに、電極毎に定められた水平転送信号を供給する水平転送信号供給部と、前記垂直転送期間中の所定時期から前記垂直転送期間の終期まで、前記水平転送路の垂直転送路隣接部位上にある電極に、前記垂直転送路の水平転送路隣接部位の電位と前記水平転送路の垂直転送路隣接部位の電位との電位差が、前記水平転送期間に前記水平転送信号として供給されるどの電圧レベルを供給した場合よりも大きくなる電圧レベルを供給する電位差拡大信号供給部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成によれば、垂直転送期間中の所定時期から垂直転送期間の終期まで、垂直転送路の水平転送路隣接部位の電位と水平転送路の垂直転送路隣接部位の電位との電位差が大きくなる。電位差を大きくするほど電荷の転送効率を高めることができるので、垂直転送期間が短縮されても電荷の転送効率の低下をできるだけ抑制することができる。
また、前記所定時期は、前記垂直転送期間の始期であることとしてもよい。
【００１０】
上記構成によれば、電荷の転送効率の低下を抑制するという効果を確保しつつ、駆動装置の回路構成を簡易にすることができる。
また、前記垂直転送期間はその始期から終期まで第１、第２及び第３の期間をこの順に含み、前記垂直転送信号供給部は、前記垂直転送路の水平転送路隣接部位上にある電極に、前記垂直転送信号として、前記第１の期間に第１の電圧レベルを供給し、前記第２の期間に前記第１の電圧レベルよりも高い第２の電圧レベルを供給し、前記第３の期間に前記第１の電圧レベルを供給し、前記所定時期は、前記第２の期間に含まれていることとしてもよい。
【００１１】
上記構成によれば、電荷の転送効率の低下を抑制するという効果を確保しつつ、消費電力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】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図６は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子の駆動装置の構成を示す図である。
なお本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、後述する固体撮像素子と駆動装置とを
備えている。
【００１３】
駆動装置２０は、垂直転送信号生成部２１、水平転送信号生成部２２、電位差拡大信号生成部２３、電源部２４及びトランジスタ２５を備える。以下、駆動装置２０は、図１に示される固体撮像素子１０を駆動するものとして説明する。
垂直転送信号生成部２１は、水平駆動信号ＨＤに同期して垂直転送信号を生成する。この例では、垂直転送信号は４種類のパルス信号Ｖ１〜Ｖ４からなる。垂直転送信号生成部２１は、クロック信号ＣＬＫを累積カウントし、パルス信号毎に定められたカウント値でレベルＶａを出力するかレベルＶｂを出力するかを切り替えることにより、パルス信号Ｖ１〜Ｖ４を生成する。生成された垂直転送信号は固体撮像素子１０に供給される。
【００１４】
水平転送信号生成部２２は、水平駆動信号ＨＤに同期して水平転送信号を生成する。この例では、水平転送信号は２種類のパルス信号Ｈ１、Ｈ２からなる。水平転送信号生成部２２は、クロック信号ＣＬＫを累積カウントし、パルス信号毎に定められたカウント値でレベルＨａを出力するかレベルＨｂを出力するかを切り替えることで、パルス信号Ｈ１、Ｈ２を生成する。生成された水平転送信号は固体撮像素子１０に供給される。
【００１５】
電位差拡大信号生成部２３は、水平駆動信号ＨＤに同期して電位差拡大信号を生成する。この例では、電位差拡大信号は１種類のパルス信号Ｐ１からなる。電位差拡大信号生成部２３は、クロック信号ＣＬＫを累積カウントし、パルス信号毎に定められたカウント値でレベルＶａを出力するかレベルＶｂを出力するかを切り替えることで、パルス信号Ｐ１を生成する。生成された電位差拡大信号はトランジスタ２５のベースに供給される。
【００１６】
電源部２４は、レベルＨａ、Ｈｂよりも高いレベルＨｃを供給する電源である。レベルＨｃは、レベルＨｂに対して少しでも高ければよい。電源レベルの公差を考慮してもなおレベルＨｃをレベルＨｂよりも高くするには、レベルＨｂと公差との和よりもレベルＨｃが高ければよい。例えば、レベルＨｂが３．０±０．５Ｖである場合、レベルＨｃは３．５Ｖよりも高ければよい。
【００１７】
トランジスタ２５は、電源部２４と固体撮像素子１０のＨ１端子とを結ぶ配線に設けられており、電位差拡大信号がレベルＶａのときオフ状態になり電位差拡大信号がレベルＶｂのときオン状態となる。
水平駆動信号ＨＤ及びクロック信号ＣＬＫは、駆動装置２０の外部から供給されている。
【００１８】
図７は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子の駆動信号を示すタイミング図である。
垂直転送信号の４種類のパルス信号Ｖ１〜Ｖ４は、図１の垂直転送路２に表記された記号Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ対応している。同様に水平転送信号の２種類のパルス信号Ｈ１、Ｈ２は、図１の水平転送路３に表記されたＨ１、Ｈ２にそれぞれ対応している。
【００１９】
実施の形態１では、電位差拡大信号生成部２３は、垂直転送期間にレベルＶｂとなり水平転送期間にレベルＶａとなるようにパルス信号Ｐ１を生成する。また水平転送信号生成部２２は、水平転送期間に交互にレベルＨａとレベルＨｂとになるようにパルス信号Ｈ１を生成する。そうすると垂直転送期間にはトランジスタ２５がオン状態となって固体撮像素子１０のＨ１端子にレベルＨｃが供給され、水平転送期間にはトランジスタ２５がオフ状態となって固体撮像素子１０のＨ１端子にレベルＨａとレベルＨｂとが交互に供給される。
【００２０】
図８は、垂直転送期間の各時刻ｔ１〜ｔ９における図１に示されたＡ−Ａ´部の電位を示す図である。
図８に示すように垂直転送期間に電荷Ｑ１が垂直転送路２から水平転送路３に転送される。実施の形態１では、垂直転送期間に、水平転送路３の垂直転送路隣接部位上の電極にレベルＨｃが供給され、水平転送路３の垂直転送路隣接部位の電位はψＨｃとなる。そのため、電荷Ｑ１が垂直転送路２から水平転送路３まで転送される期間（時刻ｔ４から時刻ｔ８まで）、水平転送路３の垂直転送路隣接部位の電位と垂直転送路２の水平転送路隣接部位の電位との電位差ΔＶは（ψＨｃ−ψＶｂ）となる。
【００２１】
一方、従来技術では、電荷Ｑ１が垂直転送路２から水平転送路３まで転送される期間、水平転送路３の垂直転送路隣接部位の電位と垂直転送路２の水平転送路隣接部位の電位との電位差ΔＶは（ψＨｂ−ψＶｂ）となる。
レベルＨｃはレベルＨｂよりも高いので電位ψＨｃは電位ψＨｂよりも高い。そのため実施の形態１では、従来技術に比べて、水平転送路３の垂直転送路隣接部位の電位と垂直転送路２の水平転送路隣接部位の電位との電位差ΔＶが大きい。以下に示すように電位差ΔＶが大きいほど電荷の転送速度が速くなるので、実施の形態１は従来技術に比べて電荷の転送速度が速く、その結果、垂直転送期間の短縮に伴う電荷の転送効率の低下を抑制することができる。
【００２２】
垂直転送路２の水平転送路隣接部位と水平転送路３の垂直転送路隣接部位との間に生じる電界Ｅは、以下の関係を満たす。
電界Ｅ＝電位差ΔＶ／距離ΔＸ
ここで、距離ΔＸは、垂直転送路２の水平転送路隣接部位と水平転送路３の垂直転送路隣接部位との距離である。
【００２３】
電荷（電子）に働くクーロン力Ｆは、以下の関係を満たす。
クーロン力Ｆ＝素電荷ｅ×電界Ｅ
電荷（電子）の加速度ａは、以下の関係を満たす。
加速度ａ＝クーロン力Ｆ／有効質量ｍ
これらを整理すると、加速度ａは電位差ΔＶに比例することがわかる。すなわち電位差ΔＶが大きいほど電荷の転送速度が速くなる。
【００２４】
このように実施の形態１は垂直転送期間の短縮に伴う電荷の転送効率の低下を抑制することができる。さらに実施の形態１では、電位差拡大信号生成部２３は、垂直転送期間と水平転送期間とで出力レベルを切り替えている。そのため水平転送信号生成部２２と一部の回路を共通に利用することができ、回路構成を簡易にすることができる。
（実施の形態２）
実施の形態２は、パルス信号Ｐ１が実施の形態１と異なる。それ以外については、実施の形態１と同様なので説明を省略する。
【００２５】
図９は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像素子の駆動信号を示すタイミング図である。
実施の形態２では、電位差拡大信号生成部２３は、垂直転送期間中の時刻ｔ７と時刻ｔ８との間の時期から時刻ｔ１０までレベルＶｂとなり、垂直転送期間中のそれ以外の期間にレベルＶａとなるようにパルス信号Ｐ１を生成する。そうすると時刻ｔ７と時刻ｔ８との間の時期から時刻ｔ１０までトランジスタ２５がオン状態となって固体撮像素子１０のＨ１端子にレベルＨｃが供給され、垂直転送期間中のそれ以外の期間にはトランジスタ２５がオフ状態となって固体撮像素子１０のＨ１端子にレベルＨｂが供給される。
【００２６】
図１０は、垂直転送期間の各時刻ｔ１〜ｔ９における図１に示されたＡ−Ａ´部の電位を示す図である。
図１０に示すように垂直転送期間に電荷Ｑ１が垂直転送路２から水平転送路３に転送される。実施の形態２では、垂直転送期間中の時刻ｔ７と時刻ｔ８との間の時期から時刻ｔ１０まで、水平転送路３の垂直転送路隣接部位上の電極にレベルＨｃが供給され、この期間に水平転送路３の垂直転送路隣接部位の電位はψＨｃとなる。そのため電荷Ｑ１が垂直転送路２から水平転送路３まで転送される期間の一部期間、水平転送路３の垂直転送路隣接部位の電位と垂直転送路２の水平転送路隣接部位の電位との電位差ΔＶは（ψＨｃ−ψＶｂ）となる。
【００２７】
実施の形態２では、従来技術に比べて、水平転送路３の垂直転送路隣接部位の電位と垂直転送路２の水平転送路隣接部位の電位との電位差ΔＶが大きいので、実施の形態１と同様、垂直転送期間の短縮に伴う電荷の転送効率の低下を抑制することができる。さらに実施の形態２では、レベルＨｃは、電荷Ｑ１が垂直転送路２から水平転送路３まで転送される期間の一部期間だけ供給されている。そのため消費電力を極力低減することができる。
【００２８】
以上、本発明に係る固体撮像素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
（１）実施の形態では、垂直転送信号を４種類のパルス信号とし、水平転送信号を２種類のパルス信号として説明しているが、本発明は、これに限られない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、例えばデジタルカメラ等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】CCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像素子の構成を示す図である。
【図２】従来技術に係る固体撮像素子の駆動信号を示すタイミング図である。
【図３】垂直転送期間の各時刻ｔ１〜ｔ９における図１に示されたＡ−Ａ´部の電位を示す図である。
【図４】図２の符号Ｂで示す部分の拡大図である。
【図５】時刻ｔ１０における図１に示されたＡ−Ａ´部の電位を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子の駆動装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る固体撮像素子の駆動信号を示すタイミング図である。
【図８】垂直転送期間の各時刻ｔ１〜ｔ９における図１に示されたＡ−Ａ´部の電位を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る固体撮像素子の駆動信号を示すタイミング図である。
【図１０】垂直転送期間の各時刻ｔ１〜ｔ９における図１に示されたＡ−Ａ´部の電位を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    フォトダイオード
２    垂直転送路
３    水平転送路
４    出力部
１０    固体撮像素子
２０    駆動装置
２１    垂直転送信号生成部
２２    水平転送信号生成部
２３    電位差拡大信号生成部
２４    電源部
２５    トランジスタ
【図１】
2009021877.tif 000003
【図２】
2009021877.tif 000004
【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】
2009021877.tif 000009
【図８】
2009021877.tif 000010
【図９】
2009021877.tif 000011
【図１０】
2009021877.tif 000012