(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にすくなくとも、受光エレメントと、前記受光エレメントに転送ゲートを介して隣接する垂直転送路と、前記受光エレメントに隣接するオーバーフロードレインとが形成され、
前記受光エレメントと前記オーバーフロードレインとの間のポテンシャル障壁及び前記転送ゲート下のチャネル障壁を共に高い状態に設定して前記受光エレメントによる露光を行うインターライントランスファ型ＣＣＤの固体撮像装置において、
前記チャネル障壁より前記ポテンシャル障壁を高い状態に設定して前記受光エレメントによる露光を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
半導体基板上にすくなくとも、受光エレメントと、前記受光エレメントに転送ゲートを介して隣接する垂直転送路と、前記受光エレメントに隣接するオーバーフロードレインとが形成され、
前記受光エレメントと前記オーバーフロードレインとの間のポテンシャル障壁及び前記転送ゲート下のチャネル障壁を共に高い状態に設定して前記受光エレメントによる露光を行うインターライントランスファ型ＣＣＤの固体撮像装置において、
被写体像を観察するためのモニターモードと、被写体像を静止画撮影するための本撮影モードとを有し、
前記モニターモードでは、前記ポテンシャル障壁を前記チャネル障壁より低い状態に設定して前記受光エレメントによる露光を行わせ、前記本撮影モードでは、前記ポテンシャル障壁を前記モニターモードでの露光時より高い状態に設定して前記受光エレメントによる露光を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ポテンシャル障壁を前記チャネル障壁より高い状態に設定して、前記本撮影モードでの前記受光エレメントによる露光を行わせることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像装置は、入射光を通過又は遮断させる切換え制御を行う光開閉手段と共に、前記入射光の光路上に併設され、
前記本撮影モードでは、前記光開閉手段が入射光を通過させるように切換わった状態下で前記受光エレメントによる露光を行った後、前記光開閉手段が入射光を遮断させるように切換わった状態下で、前記露光により受光エレメントに感光蓄積された信号電荷を前記垂直転送路で転送読み出しすることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記本撮影モードでは、前記チャネル障壁を高くした状態で前記垂直転送路による不要電荷の転送読み出しを行った後、前記露光により前記受光エレメントに感光蓄積された信号電荷を前記垂直転送路で転送読み出しすることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記オーバーフロードレインが前記半導体基板の深さ方向に形成され、前記制御手段が前記半導体基板への印加電圧を制御することにより前記ポテンシャル障壁の高さを設定することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記オーバーフロードレインが前記半導体基板の横方向に形成され、前記オーバーフロードレインと前記受光エレメント間のポテンシャル障壁の高さを調節する制御電圧が印加される転送ゲートが、前記オーバーフロードレインと前記受光エレメントとの間に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受光エレメントにおいて蓄積可能な信号電荷の飽和電荷量を増加させた固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の固体撮像装置として、電荷結合型固体撮像デバイス（以下、ＣＣＤ撮像デバイスという）が知られている。一例として、インターライン転送方式のＣＣＤ撮像デバイスでは、マトリクス状に配列された多数のフォトダイオードと、各フォトダイオードに生じた信号電荷を垂直転送方向へ転送する垂直転送路と、垂直転送路から転送されてくる信号電荷を水平転送方向へ転送する水平転送路、及び水平転送路から転送されてくる信号電荷を信号処理可能な電圧または電流の画素信号に変換して出力する出力回路を備えて構成されている。
【０００３】
上記の各フォトダイオードは、入射光を信号電荷に変換して蓄積する感光蓄積機能を有しており、画素の基本単位となる受光エレメントを構成している。
【０００４】
また、各フォトダイオードと垂直転送路との間に転送ゲートが設けられており、転送ゲート下のチャネル障壁の高さを制御することによって、各フォトダイオードにおける感光蓄積と、各フォトダイオードに蓄積された信号電荷の垂直転送路への移送を可能にしている。
【０００５】
すなわち、露光時には、転送ゲート下のチャネル障壁を高くすることによって各フォトダイオード中に被写体照度に応じた信号電荷を感光蓄積させ、露光完了後に信号電荷を読み出すときには、まず転送ゲート下のチャネル障壁を一時的に低くすることにより、各フォトダイオード中に蓄積されている信号電荷を垂直転送路へ移送させ、再びチャネル障壁を高い状態にして上記の垂直転送路と水平転送路により信号電荷の読み出しを行っている。
【０００６】
更に、転送ゲート下のチャネル障壁を制御するだけでは、いわゆるセンサブルーミング現象が起きる場合があるため、この現象を防止する手段として、各フォトダイオードの隣に、転送ゲート下のチャネル障壁とは異なるポテンシャル障壁を介してオーバーフロードレインが形成されている。
【０００７】
すなわち、仮にオーバーフロードレインが形成されていないものとすると、フォトダイオードに強い（過大な）光が入射して過剰な電荷が発生した場合に、この過剰電荷が転送ゲートのチャネル障壁を乗り越えて垂直転送路へ漏れ込むという現象が生じる。この現象がセンサブルーミング現象と呼ばれており、垂直・水平転送路を通して読み出された画素信号に基づいて画像再生を行うと、再生画像上に垂直方向の縦縞が生じて、画質悪化の原因となる。
【０００８】
そこで、各フォトダイオードの隣に上記のオーバーフロードレインを形成し、更に、各フォトダイオードとオーバーフロードレイン間に設けられた上記ポテンシャル障壁の高さＨOFDを転送ゲート下のチャネル障壁の高さＨTGより低く設定して露光を行うことにより、過剰な電荷をオーバーフロードレン側へ流して、垂直転送路には漏れ込まないようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のインターライン転送方式のＣＣＤ撮像デバイスでは、オーバーフロードレイン側のポテンシャル障壁の高さＨOFDを転送ゲート下のチャネル障壁の高さＨTGより低く設定した状態で露光が行われることによる問題があった。
【００１０】
すなわち、上記のチャネル障壁とポテンシャル障壁の高さを、ＨTG＞ＨOFDの関係に設定して露光を行うことは、センサブルーミング現象の発生防止にとって効果的ではあるが、ポテンシャル障壁の高さＨOFDとチャネル障壁の高さＨTGとの間の信号電荷が常にオーバーフロードレイン側へ廃棄されてしまうことから、フォトダイオードにおいて蓄積可能な最大の信号電荷量（以下、飽和電荷量という）がこれら障壁の高さの差｜ＨTG−ＨOFD｜の分だけ減ることとなり、結果的に飽和電荷量が小さくなってしまう。このため、広ダイナミックレンジで高感度等の、より特性の優れたＣＣＤ撮像デバイスを製造することが困難となっていた。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の課題を克服するためになされたものであり、受光エレメントにおいて蓄積可能な信号電荷の飽和電荷量を増加させた固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、半導体基板上にすくなくとも、受光エレメントと、前記受光エレメントに転送ゲートを介して隣接する垂直転送路と、前記受光エレメントに隣接するオーバーフロードレインとが形成され、前記受光エレメントと前記オーバーフロードレインとの間のポテンシャル障壁及び前記転送ゲート下のチャネル障壁を共に高い状態に設定して前記受光エレメントによる露光を行うインターライントランスファ型ＣＣＤの固体撮像装置において、前記チャネル障壁より前記ポテンシャル障壁を高い状態に設定して前記受光エレメントによる露光を行わせる制御手段を備える構成とした。
【００１３】
かかる構成により、ポテンシャル障壁の高さをチャネル障壁の高さより低くして露光を行う場合に較べて、受光エレメントにおいて蓄積可能な信号電荷の飽和電荷量が増加する。
【００１４】
また、半導体基板上にすくなくとも、受光エレメントと、前記受光エレメントに転送ゲートを介して隣接する垂直転送路と、前記受光エレメントに隣接するオーバーフロードレインとが形成され、前記受光エレメントと前記オーバーフロードレインとの間のポテンシャル障壁及び前記転送ゲート下のチャネル障壁を共に高い状態に設定して前記受光エレメントによる露光を行うインターライントランスファ型ＣＣＤの固体撮像装置において、被写体像を観察するためのモニターモードと、被写体像を静止画撮影するための本撮影モードとを有し、前記モニターモードでは、前記ポテンシャル障壁を前記チャネル障壁より低い状態に設定して前記受光エレメントによる露光を行わせ、前記本撮影モードでは、前記ポテンシャル障壁を前記モニターモードでの露光時より高い状態に設定して前記受光エレメントによる露光を行わせる制御手段を備える構成とした。
【００１５】
かかる構成によれば、モニターモード時における露光では、ポテンシャル障壁の高さがチャネル障壁の高さより低くなることにより、過大な光が受光エレメントに入射して過剰な電荷が発生しても、この過剰電荷はオーバーフロードレインへ廃棄され、垂直転送路へは漏れ込まない。このため、ブルーミングやスメア等の無い鮮明な画像再生が実現される。一方、本撮影モードでは、ポテンシャル障壁の高さをモニターモードでの露光時より高くして露光を行うことで、受光エレメントにおいて蓄積可能な信号電荷の飽和電荷量が増加する。
【００１６】
また、前記本撮影モードでは、前記チャネル障壁を高くした状態で前記垂直転送路による不要電荷の転送読み出しを行った後、前記露光により前記受光エレメントに感光蓄積された信号電荷を前記垂直転送路で転送読み出しする構成とした。
【００１７】
かかる構成によれば、垂直転送路による不要電荷の転送読み出しを行った後、本撮影モード時に受光エレメントに感光蓄積された信号電荷を垂直転送路で転送読み出しすることにより、ブルーミングやスメア等の原因となる不要電荷が信号電荷に混入するのを防止して、鮮明な静止画像を再生することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固体撮像装置をインターライン転送方式のＣＣＤ撮像デバイスに適用した実施の形態について説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係るインターライン転送方式のＣＣＤ撮像デバイス（以下、ＩＬＣＣＤという）は、電子スチルカメラに適用されるものであり、更にその電子スチルカメラに設けられている光開閉手段（シャッター手段）の後方に配置されて、撮像動作を行うものである。
【００２０】
光開閉手段の具体例としては、フォーカルプレーンシャッター等の機械式シャッターや、入射光の透過を電気的にオン・オフ制御する液晶シャッター等の電気光学デバイスや、ＩＬＣＣＤの受光領域の前方に傾倒自在に設けられた反射鏡等が適用されている。なお、本実施の形態では、機械式シャッターを用いた場合について説明することとする。
【００２１】
図１は、本実施の形態に係るＩＬＣＣＤの概略構成を示す図、図２は、受光エレメントと垂直転送路の要部構造を示す図である。
【００２２】
図１（ａ）の平面図において、ＩＬＣＣＤ１は、半導体集積回路製造技術によって同一の半導体基板上に一体に形成されており、その受光領域２には、垂直転送方向ｉと水平転送方向ｊに沿ってマトリクス状に配列されたＩ×Ｊ個のｐｎ接合型フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jと、これらのフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jの横隣りに転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,Jを介して並設されたＪ本の垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJと、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJの終端に配設された水平転送路ＨＣＴと、水平転送路ＨＣＴの終端部に設けられた出力回路ＯＵＴとが備えられている。また、ＩＬＣＣＤ１の裏面に基板電圧制御信号ＶOFDを印加するための端子１２が設けられている。また、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jの光入射面（受光面）を除いて、受光領域２の全面がアルミ遮光膜で覆われることにより、不要な光電荷の発生が抑えられている。
【００２３】
フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jと転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,Jのうち、奇数列に位置するフォトダイオードと転送ゲートが奇数フィールド、偶数列に位置するフォトダイオードと転送ゲートが偶数フィールドに属しており、露光時にフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jに蓄積した１フレーム画相当の信号電荷が、奇数フィールド読み出しと偶数フィールド読み出しの２回に分けて読み出されるようになっている。
【００２４】
すなわち、奇数フィールド読み出し期間では、奇数フィールドに属するフォトダイオードに蓄積された信号電荷を、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJが４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４に同期して垂直転送方向ｉへ垂直転送し、更に１列分ずつ垂直転送されてくる信号電荷を、水平転送路ＨＣＴが２相駆動信号Ｈ１，Ｈ２に同期して水平転送方向ｊへ水平転送し、これら垂直転送と水平転送を繰り返しながら出力回路ＯＵＴから出力することにより、奇数フィールドの画素信号Ｖoutを読み出す。
【００２５】
一方、偶数フィールド読み出し期間では、偶数フィールドに該当するフォトダイオードに蓄積された信号電荷を、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJが４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４に同期して垂直転送方向ｉへ垂直転送し、更に１列分ずつ垂直転送されてくる信号電荷を、水平転送路ＨＣＴが２相駆動信号Ｈ１，Ｈ２に同期して水平転送方向ｊへ水平転送し、これら垂直転送と水平転送を繰り返しながら出力回路ＯＵＴから出力することにより、偶数フィールドの画素信号Ｖoutを読み出す。
【００２６】
図１（ｂ）は、奇数フィールドに位置するフォトダイオードＰＤi,jと偶数フィールドに位置するフォトダイオードＰＤi+1,j及びそれらに隣接する垂直転送路ＶＣＴjの構成を代表して示している。
【００２７】
同図（ｂ）において、垂直転送路ＶＣＴjには、４本を一組とするオーバーラッピングゲート構造の転送電極ＶＧ１〜ＶＧ４が垂直転送方向ｉに沿って繰り返して配設され、後述するタイミング発生回路１３で形成される４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４がそれぞれ対応付けて印加されている。４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４が所定電圧範囲内において所定タイミングに同期して変化することで、垂直転送路ＶＣＴj中にその電圧変化に応じたポテンシャル井戸が形成され、更に、ポテンシャル井戸の変化に乗じて信号電荷が画素単位に分離されて垂直転送方向ｉへ転送されるようになっている。
【００２８】
フォトダイオードＰＤi,jと垂直転送路ＶＣＴjの間に設けられた転送ゲートＴＧi,jは、第１の転送電極ＶＧ１の一端部がゲート電極となって構成されている。駆動信号Ｖ１に所定のしきい値電圧Ｖthより高い移送パルスを重畳させて転送電極ＶＧ１に印加することで、転送ゲートＴＧi,j下のチャネル障壁が低くなり、フォトダイオードＰＤi,jと垂直転送路ＶＣＴjとの間が導通状態となる。
【００２９】
フォトダイオードＰＤi,jと垂直転送路ＶＣＴjの間に設けられた転送ゲートＴＧi,jについても同様に、第３の転送電極ＶＧ３の一端部がゲート電極となって構成されている。駆動信号Ｖ３に所定のしきい値電圧Ｖthより高い移送パルスを重畳させて転送電極ＶＧ３に印加することで、転送ゲートＴＧi,j下のチャネル障壁が低くなり、フォトダイオードＰＤi,jと垂直転送路ＶＣＴjとの間が導通状態となる。
【００３０】
図２（ａ）は、図１（ｂ）中の一点鎖線Ｘ−Ｘに沿った垂直転送路ＶＣＴjと転送ゲートＴＧi,jとフォトダイオードＰＤi,j及びそれらの周辺部分のコラム構造を示す縦断面図である。
【００３１】
同図（ａ）において、ｎ型半導体基板３上に積層されたｐ型ウェル領域４内に、フォトダイオードＰＤi,jとなるｎ型半導体層５とｐ+型半導体層６とが形成されている。これらの半導体層５，６の横には、転送ゲートＴＧi,jとなる隙間領域７を介して、垂直転送路ＶＣＴjとなるｎ型半導体層８が形成されている。
【００３２】
更に、ｐ型ウェル領域４内には、上記の半導体層５，６，８と隙間領域７を囲むｐ型半導体から成るチャンネルストッパ９が形成され、これによりフォトダイオードＰＤi,jと垂直転送路ＶＣＴj及び転送ゲートＴＧi,j中に存在する信号電荷の漏れ防止が果されている。
【００３３】
ｎ型半導体層８と隙間領域７上には、層間絶縁膜１０を介して、ポリシリコンから成る転送電極ＶＧ１が配設されると共に、ｐ+型半導体層６の所定領域を除く受光領域２の全面がアルミ遮光膜１１で覆われ、更に、ｎ型半導体基板２の裏面に金属蒸着が施されて端子１２に接続されている。
【００３４】
図２（ｂ）は、同図（ａ）中に示す一点鎖線Ｙ−Ｙに沿った部分のポテンシャルプロファイルを示している。すなわち、垂直転送路ＶＣＴjと転送ゲートＴＧi,j及びフォトダイオードＰＤi,jの一部までの基板水平方向と、フォトダイオードＰＤi,jからｎ型半導体基板３までの基板深さ方向に沿ったポテンシャルプロファイルを示している。
【００３５】
同図（ｂ）において、ｐ型半導体のチャンネルストッパ９によって最も高く且つ固定化されたポテンシャル障壁Ｐ１が形成され、フォトダイオードＰＤi,j下のｐ型ウェル領域４によってポテンシャル障壁Ｐ２が形成されている。これらのポテンシャル障壁Ｐ１，Ｐ２の間に、垂直転送路ＶＣＴjのポテンシャル井戸Ｐ３と、転送ゲートＴＧi,j下のチャネル障壁Ｐ４と、ｎ型半導体層５及びｐ+型半導体層６によるｐｎ接合Ｐ５が形成されている。
【００３６】
ここで、駆動信号Ｖ１が所定のしき値電圧Ｖth以下のときは、転送ゲートＴＧi,j下のチャネル障壁Ｐ４が図示のように高くなる。駆動信号Ｖ１にしき値Ｖthより高い移送パルスが重畳したときには、図示の点線で示すように、転送ゲートＴＧi,j下のチャネル障壁Ｐ４がｐｎ接合Ｐ５のポテンシャルより低くなり、フォトダイオードＰＤi,j中の信号電荷がこの低いチャネル障壁Ｐ４を通って垂直転送路ＶＣＴjへ移送される。
【００３７】
また、ポテンシャル障壁Ｐ２の高さは、基板電圧制御信号ＶOFDの電圧が高いほど低くなり、基板電圧制御信号ＶOFDの電圧が低いほど高くなる。
【００３８】
また、駆動信号Ｖ１が上記のしき値電圧Ｖth以下の所定電圧範囲内で変化することにより、垂直転送路ＶＣＴj内に信号電荷を転送するためのポテンシャル井戸が形成される。
【００３９】
そして、フォトダイオードＰＤi,jと転送ゲートＴＧi,jを除く他のフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jと転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J及び垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJも同様のポテンシャルプロファイルを有している。
【００４０】
本実施の形態では、これらの駆動信号Ｖ１〜Ｖ４と基板電圧制御信号ＶOFDの電圧を制御して、転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下の各チャネル障壁Ｐ４とフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jに付随する各ポテンシャル障壁Ｐ２の高さを調節することにより、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jに残存している不要電荷をｎ型半導体基板３へ廃棄したり、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jによる露光を行わせたり、露光時にフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に蓄積した信号電荷を垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ移送させたり、更に、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJによる垂直転送動作を行わせる等の処理を行っている。
【００４１】
次に、図３（ａ）を参照して、ＩＬＣＣＤ１に垂直・水平電荷転送を行わせるための回路と、基板電圧制御信号ＶOFDを形成するための基板電圧制御回路の構成を説明する。
【００４２】
図３（ａ）において、垂直・水平電荷転送を行わせるための回路が、タイミング発生回路１３と駆動回路１４で構成され、上記基板電圧制御回路が、電子ボリウム調整器１５と電子シャッター用タイミング発生回路１６、駆動回路１７と整流ダイオード１８及び結合コンデンサ１９で構成されている。
【００４３】
タイミング発生回路１３からは、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴjを駆動するための４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４と、水平転送路ＨＣＴを駆動するための２相駆動信号Ｈ１，Ｈ２と、出力回路ＯＵＴのセット／リセット動作を制御するためのタイミング信号ＳRSとが出力され、更に、駆動回路１４が４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４を電力増幅して垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴj上の転送電極ＶＧ１〜ＶＧ４に供給している。
【００４４】
電子ボリウム調整回路１５は、本電子スチルカメラに内蔵されているマイクロプロセッサ（図示略）の指示に従って、図３（ｂ）に示すような直流電圧ＶOFD1またはＶOFD2のいずれかの電圧からなる基準電圧信号ＶBIASを出力する。
【００４５】
電子シャッター用タイミング発生回路１６は、上記マイクロプロセッサの指示に同期して、図３（ｂ）に示すような、３個の矩形波信号を１組とする電子シャッター信号ＯＦＤを出力する。ここで、この矩形波信号は、１水平期間（１Ｈ期間）に同期して高レベルと低レベルに変化し、高レベルの振幅がφOFDに設定されている。
【００４６】
駆動回路１７は、タイミング発生回路１３から供給される開閉タイミング信号Ｗに同期して、電子シャッター信号ＯＦＤを有効または無効にして出力するための切換え動作を行う。すなわち、本電子スチルカメラに設けられた前記の機械式シャッターが開成状態のときには、開閉タイミング信号Ｗが論理“Ｌ”となり、機械式シャッターが閉成状態のときには、開閉タイミング信号Ｗが論理“Ｈ”となる。そして、駆動回路１７に論理“Ｌ”の開閉タイミング信号Ｗが供給されると、電子シャッター信号ＯＦＤ中の上記矩形波信号を有効にし、論理“Ｈ”の開閉タイミング信号Ｗが供給されると、電子シャッター信号ＯＦＤ中の上記矩形波信号を無効にする。この切換え動作により、駆動回路１７からは、前記機械式シャッターの開成期間中だけ上記の矩形波信号が含まれた電子シャッター信号ＯＦＤが出力されるようになっている。
【００４７】
そして、電子ボリウム調整器１５から出力される基準電圧信号ＶBIASと駆動回路１７から出力される電子シャッター信号ＯＦＤとが、整流ダイオード１８と結合コンデンサ１９によって加算されることにより、図３（ｂ）に示すような基板電圧制御信号ＶOFDが形成され、端子１２に供給される。
【００４８】
なお、直流電圧ＶOFD1とＶOFD2は、ＶOFD1＜ＶOFD2の電圧関係に設定され、電子シャッター信号ＯＦＤ中の矩形波信号の振幅φOFDは、φOFD＞ＶOFD2−ＶOFD1に設定されている。したがって、基準電圧信号ＶBIASが直流電圧ＶOFD2に切り換えられた場合には、基板電圧制御信号ＶOFDの基底電圧レベルがＶOFD2となり、電子シャッター信号ＯＦＤの重畳した部分での最大振幅ＶOFD3がＶOFD2＋φOFDとなる。また、基準電圧信号ＶBIASが直流電圧ＶOFD1に切り換えられた場合には、基板電圧制御信号ＶOFDの基底電圧レベルがＶOFD1となり、電子シャッター信号ＯＦＤの重畳した部分での最大振幅ＶOFD4がＶOFD1＋φOFD（ただし、ＶOFD2＜ＶOFD1＋φOFD＜ＶOFD3）となる。
【００４９】
次に、図４に示すタイミングチャートを参照して、ＩＬＣＣＤ１を内蔵した電子スチルカメラの撮影動作について説明する。
【００５０】
図４において、本電子スチルカメラには、実際の撮影を行うことなく単に被写体を観察するためのモニターモードと、被写体像を静止画撮影するための本撮影モードが備えられている。
【００５１】
モニターモード期間Ｔmonでは、前記の機械式シャッターが開成状態のまま保持され、偶数フィールド読み出しと奇数フィールド読み出しが交互に繰り返されることにより、フィールド撮影が行われる。また、機械式シャッターが開成状態となるのに伴って開閉タイミング信号Ｗが論理“Ｌ”となり、電子スチルカメラに設けられたシャッター釦スイッチが押下されるまでは電子ボリウム調整器１５の基準電圧信号ＶBIASが電圧ＶOFD2となる。
【００５２】
更に、モニターモード期間Ｔmonにおける偶数フィールド読み出し期間τEVENでは、まず垂直ブランキング期間において、水平４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４のうちの駆動信号Ｖ３にしきい値電圧Ｖth以上の移送パルスＰＬ１が重畳され（時点ｔ１参照）、その後、偶数フィールド読み出し期間τEVENが終わるまでは、４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４がしきい値電圧Ｖth以下の所定電圧範囲内で変化することにより、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJの垂直転送が行われ、更にこの垂直転送と共に水平転送路ＨＣＴによる水平転送が行われて画素信号Ｖoutが出力される。
【００５３】
また、上記時点ｔ１の経過後の一定期間τST内において電子シャッター用タイミング発生回路１６から電子シャッター信号ＯＦＤが出力される。したがって、基板電圧制御信号ＶOFDが、電圧ＶOFD2に電子シャッター信号ＯＦＤが重畳した波形となる。
【００５４】
かかる状態で偶数フィールド読み出し期間τEVENにおける読み出し処理が行われると、まず時点ｔ１では、図５（ａ）に示すように、しきい値電圧Ｖthより高電圧の移送パルスＰＬ３により、偶数フィールドに属する転送ゲート下のチャネル障壁Ｐ４が低くなり、偶数フィールドのフォトダイオードに蓄積された信号電荷が垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ移送される。
【００５５】
次に、この信号電荷の移送後、しきい値電圧Ｖth以下の４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４に同期して垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJが垂直転送を開始する。この垂直転送時には全ての転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４が高くなるため、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jと垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJの間が完全に遮断された状態となる。
【００５６】
次に、期間τSTにおいて、基板電圧制御信号ＶOFD中の電子シャッター信号ＯＦＤがｎ型半導体基板３に印加される。これにより、図５（ｂ）に示すように、その電圧ＶOFD3に応じてフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jに付随する全てのポテンシャル障壁Ｐ２が低くなり、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に残留している不要電荷がｎ型半導体基板３へ廃棄される。
【００５７】
次に、期間τST後、基板電圧制御信号ＶOFDが再び電圧ＶOFD2になり、図６（ａ）に示すように、ポテンシャル障壁Ｐ２が電圧ＶOFD2に応じた高さとなる。ここで、ポテンシャル障壁Ｐ２の高さは、転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４より若干低くなる。そして、偶数フィールド読み出し期間τEVENが終わるまでの期間τPD中、図６（ａ）に示すポテンシャルプロファイルが保持される。
【００５８】
このように、偶数フィールド読み出し期間τEVENでは、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に感光蓄積された信号電荷のうち偶数フィールドに属する信号電荷が時点ｔ１で垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ移送されて偶数フィールド読み出しが開始され、次に、ｎ型半導体基板３に電子シャッター信号ＯＦＤが印加されることにより不要電荷が廃棄された後の期間τPDが露光期間となる。
【００５９】
ここで、露光期間τPDでは、図６（ａ）に示したように、チャネル障壁Ｐ４よりポテンシャル障壁Ｐ２の方が低くなるため、強い（過大な）光が入射してフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に過剰な電荷が発生しても、その過剰電荷はポテンシャル障壁Ｐ２を超えてｎ型半導体基板３側へ流出する。このため、垂直電荷転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ過剰電荷が漏れることがなく、センサブルーミング現象の発生が防止される。
【００６０】
一方、モニターモード期間Ｔmonにおける奇数フィールド読み出し期間τODDにおいても偶数フィールド読み出し期間τEVENと同様の処理が行われる。すなわち、まず偶数フィールド読み出し期間τEVENの開始時点ｔ２で、図５（ａ）に示すのと同様に、駆動信号Ｖ１に重畳した移送パルスＰＬ１により奇数フィールドに属する転送ゲート下のチャネル障壁Ｐ４が低くなり、奇数フィールドのフォトダイオードに蓄積された信号電荷が垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ移送される。
【００６１】
次に、この信号電荷の移送後、しきい値電圧Ｖth以下の電圧範囲内で変化する４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４に同期して、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJが垂直転送を開始する。この垂直転送時には全ての転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４が高くなるため、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jと垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJの間は完全に遮断された状態となる。
【００６２】
次に、期間τSTにおいて、基板電圧制御信号ＶOFD中の電子シャッター信号ＯＦＤがｎ型半導体基板３に印加され、これにより、図５（ｂ）に示すのと同様に、その電圧ＶOFD3に応じてフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jに付随する全てのポテンシャル障壁Ｐ２が低くなり、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に残留していた不要電荷がｎ型半導体基板３へ廃棄される。
【００６３】
そして、基板電圧制御信号ＶOFDが再び電圧ＶOFD2になり、図６（ａ）に示すのと同様に、ポテンシャル障壁Ｐ２が電圧ＶOFD2に応じた高さとなる。ここで、電圧ＶOFD2によって生じるポテンシャル障壁Ｐ２の高さは、転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４の高さより若干低くなり、奇数フィールド読み出し期間τODDが終わるまでの期間τPD中、図６（ａ）に示すポテンシャルプロファイルが保持される。
【００６４】
ここで、期間τPDが露光期間となり、図６（ａ）に示したように、チャネル障壁Ｐ４よりポテンシャル障壁Ｐ２の方が低くなる。したがって、強い（過大な）光が入射してフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に過剰な電荷が発生しても、その過剰電荷はポテンシャル障壁Ｐ２を超えてｎ型半導体基板３側へ流出し、垂直電荷転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ漏れることがないため、センサブルーミング現象の発生が防止される。
【００６５】
このように、モニターモード期間Ｔmonでは、各フィールド読み出し期間τEVEN，τODDにおいて、電子シャッター信号ＯＦＤによる不要電荷の廃棄を行った後に露光期間τSPが設定されるので雑音成分の抑えられた信号電荷が得られ、この信号電荷に基づいて出力される画素信号Ｖoutを本電子スチルカメラに設けられた液晶モニター等に供給することにより、高品質の再生画像をモニター表示させることができる。
【００６６】
更に、露光期間τSP中は、チャネル障壁Ｐ４よりポテンシャル障壁Ｐ２が若干低く設定されているので、過剰電荷が垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ漏れ込むことがないため、上記液晶モニター等に再生画像を表示した場合に、再生画像中に縦縞が生じるセンサブルーミング現象が生じることがなく、高品質の再生画像をモニター表示することができる。
【００６７】
次に、上記モニターモード期間Ｔmon中の任意の時点、たとえば図４中の時点ｔ３において、電子スチルカメラに設けられているシャッター釦スイッチが押下されると、それに同期して電子ボリウム調整器１５の基準電圧信号ＶBIASが電圧ＶOFD1に切り替えられた後、次のフィールド読み出し期間τEXPに同期して、本撮影モード期間ＴEXとなる。
【００６８】
なお、このフィールド読み出し期間τEXPは、前記シャッター釦スイッチが押下された時点ｔ３が奇数フィールド読み出し期間τODD内であれば、偶数フィールド読み出し期間が該当し、逆に、前記シャッター釦スイッチが押下された時点ｔ３が偶数フィールド読み出し期間τEVEN内であれば、奇数フィールド読み出し期間が該当することになる。
【００６９】
このフィールド読み出し期間τEXPでは、基板電圧制御信号ＶOFDの基底電圧レベルがＶOFD1となり、これに電子シャッター信号ＯＦＤが重畳した部分の最大振幅ＶOFD4が、ＶOFD1＋φOFDとなる。更に、電子シャッター信号ＯＦＤは、前記モニターモード期間Ｔmonの各フィールド読み出し期間τEVEN，τODDの場合と同じタイミングで電子シャッター用タイミング回路１６から出力される。
【００７０】
この電子シャッター信号ＯＦＤがｎ型半導体基板３に印加されると、図５（ａ）に示したのと同様に、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jに付随する全てのポテンシャル井戸Ｐ２が低くなり、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に残存する不要な電荷がｎ型半導体基板３側へ廃棄される。
【００７１】
そして、電子シャッター信号ＯＤＦの終了後、本電子スチルカメラに設定されているシャッター速度に対応する期間τONの経過直後に、前記機械式シャッターが閉成される。したがって、期間τONが静止画撮影のための露光期間となる。
【００７２】
なお、この露光期間τONでは、基板電圧制御信号ＶOFDが電圧ＶOFD1となっているため、図６（ｂ）に示すのと同様に、ポテンシャル障壁Ｐ２が高くなる。ただし、このときのポテンシャル障壁Ｐ２の高さは、転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧi,j下のチャネル障壁Ｐ４よりも高くなるため、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に蓄積可能な最大電荷量、すなわち飽和電荷量が転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４の高さによって決まる。したがって、ポテンシャル障壁Ｐ２の高さを転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧi,j下のチャネル障壁Ｐ４よりも低く設定した場合と較べて、飽和電荷量の増加が実現される。
【００７３】
次に、所定期間τBにおいて、４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４及び２相駆動信号をＨ１，Ｈ２を通常の読み出し期間のときより高速化させることにより、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ及び水平転送路ＨＣＴによる高速読み出しを行う。また、４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４に代えて、２相の駆動信号に同期して垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴjを駆動することにより、高速読み出しを行わせる。
【００７４】
かかる高速読み出しを行うと、露光期間τON中に垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJに漏れ込んだ不要電荷等が外部へ掃き出され、図６（ｃ）に示すように、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ及び水平転送路ＨＣＴから不要電荷が一掃される。
【００７５】
次に、この不要電荷の掃き出し処理の後、奇数フィールド読み出し期間τODDとなり、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jのうち奇数フィールドに属するフォトダイオードに蓄積されている信号電荷が読み出される。
【００７６】
次に、奇数フィールド読み出し期間τODD後、再び不要電荷の掃き出し期間τBとなり、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ及び水平転送路ＨＣＴによる高速読み出しが行われることにより、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ及び水平転送路ＨＣＴ中の不要電荷が一掃される。
【００７７】
次に、偶数フィールド読み出し期間τEVENとなり、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jのうち偶数フィールドに属するフォトダイオードに蓄積されている信号電荷が読み出される。
【００７８】
そして、これら奇数フィールド読み出しと偶数フィールド読み出しが完了すると、本撮影モード期間ＴEXが終了（時点ｔ４参照）し、それと同時に機械式シャッターが開成されて、再びモニターモード期間Ｔmonの処理に移行する。
【００７９】
このように、本実施の形態のＩＬＣＣＤ１によれば、本撮影モード期間ＴEX中の露光期間τONにおいて、ポテンシャル障壁Ｐ２の高さを転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４より高くしたので、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jにおいて蓄積可能な飽和電荷量を増加させることができる。
【００８０】
なお、図７は、基板電圧制御信号ＶOFDに対する飽和電荷量Ｖsatの実験結果を示しており、基板電圧制御信号ＶOFDを電圧ＶOFD1にすることでポテンシャル障壁Ｐ２をチャネル障壁Ｐ２より高くして露光を行った場合の飽和電荷量の方が、基板電圧制御信号ＶOFDを電圧ＶOFD2にすることでポテンシャル障壁Ｐ２をチャネル障壁Ｐ２より低くして露光を行った場合の飽和電荷量に比べて、明らかにΔＶsatの電荷量の増加が達成されることが確認された。
【００８１】
また、露光期間τONにおいて蓄積された信号電荷を読み出す前に、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ及び水平転送路ＨＣＴ中に残存する不要電荷を掃き出す（期間τB参照）ので、ブルーミングやスメアの原因となる雑音成分が抑えられた高品質な静止画像を提供することができる。
【００８２】
また、露光期間τONにおいて、ポテンシャル障壁Ｐ２を転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４より高くして露光を行うこととした結果、過大な光の入射に伴って生じる過剰電荷が垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ漏れ込む場合があるが、前記不要電荷の掃き出し期間τBにおいて不要電荷を一掃した後に、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中の信号電荷を読み出すので、雑音成分の抑えられ静止画像を得ることができる。
【００８３】
このように、本実施の形態によれば、モニターモードでは、ポテンシャル障壁Ｐ２よりチャネル障壁Ｐ４の方を高くして露光することでセンサブルーミング現象の発生を防止することができるので、鮮明なモニター表示用の画像が得られる。一方、静止画撮影のときには、チャネル障壁Ｐ４よりポテンシャル障壁Ｐ２の方を高くして露光することで飽和電荷量を増加させることができるので、広ダイナミックレンジの静止画像が得られる。更に、静止画撮影のときには、垂直転送路中の不要電荷を一掃した後、信号電荷を転送読み出しするので、ブルーミングやスメアの無い鮮明な静止画像が得られる。
【００８４】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態のＩＬＣＣＤについて、図８と図９を参照して説明する。なお、図８、図９において、図１〜図７と同一または相当する部分を同一符号で示している。
【００８５】
本実施の形態は、他の構成の基板電圧制御回路を備えたＩＬＣＣＤに関するものであり、基板電圧制御回路を除く部分は第１の実施の形態と同様の構成となっている。
【００８６】
図８において、本実施の形態に係る基板電圧制御回路は、電子ボリウム調整器２０と、アナログスイッチ２１、電子シャッター用タイミング発生回路２２、駆動回路２３、Ｄ型フリップフロップ（以下、ＤＦＦという）２４、整流ダイオード２５，２６及び結合コンデンサ２７を備えて構成されている。
【００８７】
電子ボリウム調整器２０は、電子スチルカメラに内蔵されているマイクロプロセッサ（図示略）で指定された値の直流電圧ＶOFD2を出力する可変電圧源で構成されている。
【００８８】
電子シャッター用タイミング発生回路２２は、図８（ｂ）に示すように、電子スチルカメラに設けられているシャッター釦スイッチが押下された時点ｔ３と、機械式シャッターが開成状態から閉成状態に切り替わった時点ｔ４で論理“Ｈ”となるタイミングパルス信号ＸONを発生する。
【００８９】
また、電子シャッター用タイミング発生回路２２は、上記マイクロプロセッサからの指示に同期して、図８（ｂ）に示すような、３個の矩形波信号を１組とする電子シャッター信号ＯＦＤを出力する。ここで、この矩形波信号は、１水平期間（１Ｈ期間）に同期して高レベルと低レベルに変化し、高レベルの振幅がφOFDに設定されている。また、駆動回路２３は、電子シャッター用タイミング発生回路２２から出力される電子シャッター信号ＯＦＤを電力増幅して結合コンデンサ２７へ供給する。
【００９０】
ＤＦＦ２４は、タイミングパルス信号ＸONに同期して出力Ｑの論理レベルを交互に反転させ、整流ダイオード２６を介してアナログスイッチ２１に切り替え制御信号として供給する。なお、上記マイクロプロセッサからＤＦＦ２４のリセット端子Ｒに、機械式シャッターが開成状態から閉成状態に切り替わった時点ｔ４に同期したリセット信号ＲＥＳが供給されることで、機械式シャッターの開閉動作に同期した出力Ｑが発生する。
【００９１】
アナログスイッチ２１は、２入力１出力のアナログスイッチからなり、一方の入力接点には固定化された直流電圧ＶOFD1、他方の入力接点には電子ボリウム調整器２０の直流電圧ＶOFD2がそれぞれ供給されている。そして、ＤＦＦ２４から供給される上記出力Ｑに同期してアナログスイッチ２１が切り替え動作することにより、図８（ｂ）に示すような、電圧ＶOFD1又はＶOFD2のいずれかの電圧からなる基準電圧信号ＶBIASを出力する。
【００９２】
そして、アナログスイッチ２１から出力される基準電圧信号ＶBIASと駆動回路２３から出力される電子シャッター信号ＯＦＤとが、整流ダイオード２５と結合コンデンサ２７によって加算されることにより、図８（ｂ）に示すような基板電圧制御信号ＶOFDが形成され、ＩＬＣＣＤ１の基板電圧制御用の端子１２に供給される。
【００９３】
なお、基準電圧信号ＶBIASが直流電圧ＶOFD2に切り換えられた場合には、基板電圧制御信号ＶOFDの基底電圧レベルがＶOFD2となり、電子シャッター信号ＯＦＤの重畳した部分での最大振幅ＶOFD3がＶOFD2＋φOFDとなる。また、基準電圧信号ＶBIASが直流電圧ＶOFD1に切り換えられた場合には、電子シャッター信号ＯＦＤが無効となって重畳しないため、基準電圧信号ＶBIASは直流電圧ＶOFD1と等しくなる。
【００９４】
次に、図９に示すタイミングチャートを参照して、本実施の形態のＩＬＣＣＤを内蔵した電子スチルカメラの動作を説明する。本電子スチルカメラも第１の実施の形態と同様に、モニターモードと本撮影モードが備えられている。
【００９５】
モニターモード期間Ｔmonでは、電子スチルカメラに設けられている機械式シャッターが開成状態に設定されると共に、基板電圧制御信号ＶOFDと４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４及び２相駆動信号Ｈ１，Ｈ２が第１の実施の形態と同様のタイミングで発生することにより、偶数フィールド読み出し期間τEVENと奇数フィールド読み出し期間τODDが繰り返される。
【００９６】
各々の読み出し期間τEVEN，τODDにおいては、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に感光蓄積されていた信号電荷を、各垂直ブランキング期間中に、所定のしき値電圧Ｖthより高い電圧の移送パルスＰＬ１，ＰＬ３に同期して垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ移送した後、垂直・水平転送による読み出しが行われる。更に、期間τST中に、直流電圧ＶOFD2に振幅φOFDの電子シャッター信号ＯＦＤの重畳した基板電圧制御信号ＶOFDがＩＬＣＣＤ１のｎ型半導体基板３に印加されることにより不要電荷の廃棄が行われ、更に、期間τPD中に、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jによる露光が行われる。
【００９７】
ここで、モニターモード期間Ｔmon中の露光期間τPDでは、基板電圧制御信号ＶOFDが電圧ＶOFD2になるため、図６（ａ）に示したのと同様に、転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４よりポテンシャル障壁Ｐ２が若干低くなり、過大な光がフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jに入射して過剰な電荷が発生したとしても、過剰電荷はポテンシャル障壁Ｐ２を通してｎ型半導体基板３側へ廃棄され、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ漏れ込むことがない。このため、電子スチルカメラに設けられている液晶モニター等に再生画像を表示した場合に、再生画像中に縦縞が生じるセンサブルーミング現象が生じることがなく、高品質の再生画像をモニター表示することができる。
【００９８】
モニターモード期間Ｔmon中の任意の時点に、電子スチルカメラに設けられているシャッター釦スイッチが押下されると、そのシャッター釦スイッチが押されたときのフィールド読み出し期間の次のフィールド読み出し期間τEXPにおいて、電子シャッター信号ＯＦＤに同期した不要電荷の廃棄処理（期間τST）が行われ、その廃棄処理完了直後（時点ｔ３参照）にタイミングパルス信号ＸONが発生する。
【００９９】
そして、本電子スチルカメラに設定されているシャッター速度に対応する期間τONの経過直後に、前記機械式シャッターが閉成される。したがって、期間τONが静止画撮影のための露光期間となる。
【０１００】
なお、この露光期間τONでは、基板電圧制御信号ＶOFDが電圧ＶOFD1となり、この電圧ＶOFD1により、図６（ｂ）に示すのと同様に、ポテンシャル障壁Ｐ２が高くなる。ただし、このポテンシャル障壁Ｐ２の高さは、転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧi,j下のチャネル障壁Ｐ４よりも高くなる。したがって、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に蓄積可能な最大電荷量、すなわち飽和電荷量は転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４の高さによって決まるため、飽和電荷量の増加が実現される。
【０１０１】
そして、露光期間τONが完了すると、期間τBにおいて垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ及び水平転送路ＨＣＴ中の不要電荷が一掃された後、偶数フィールド読み出し期間τODDにおいて偶数フィールド読み出しが行われ、更に次の期間τBにおいて垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ及び水平転送路ＨＣＴ中の不要電荷が一掃された後、偶数フィールド読み出し期間τEVENに偶数フィールド読み出しが行われることにより、静止画撮影が完了する。
【０１０２】
静止画撮影が完了すると（時点ｔ４参照）、再び機械式シャッターが開成され、これと同時にタイミングパルス信号ＸONが発生して、再びモニターモード期間Ｔmonの処理に移行する。
【０１０３】
このように、本実施の形態のＩＬＣＣＤ１によれば、本撮影モード期間ＴEX中の露光期間τONにおいて、ポテンシャル障壁Ｐ２の高さを転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４より高くしたので、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jにおいて蓄積可能な飽和電荷量を増加させることができる。
【０１０４】
また、露光期間τONにおいて蓄積された信号電荷を読み出す前に、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ及び水平転送路ＨＣＴによる不要電荷の掃き出し処理を行うので、雑音成分の抑えられた高品質な静止画像を提供することができる。
【０１０５】
また、露光期間τONにおいて、ポテンシャル障壁Ｐ２を転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁Ｐ４より高くして露光を行うと、過大な光の入射に伴って生じる過剰電荷が垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ漏れ込む場合があるが、前記不要電荷の掃き出し期間τBにおいて不要電荷を一掃した後に、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中の信号電荷を読み出すので、雑音成分の抑えられた静止画像が得られる。
【０１０６】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態のＩＬＣＣＤについて、図１０と図１１を参照して説明する。なお、図１０において、図１及び図２と同一または相当する部分を同一符号で示している。
【０１０７】
上記第１，第２の実施の形態のＩＬＣＣＤでは、図２に示したように、基板電圧制御信号ＶOFDをｎ型半導体基板３に印加して、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J下のポテンシャル障壁Ｐ２の高さを制御することにより、不要な電荷をｎ型半導体基板３側へ廃棄する縦方向のオーバーフロードレイン構造が採用されている。
【０１０８】
これに対し、本実施の形態のＩＬＣＣＤでは、半導体基板に制御電圧を印加するのではなく、図１０（ａ）に示すように、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jの横隣りに、垂直転送方向ｉに延びる転送ゲートＴＤ1〜ＴＤJとオーバーフロードレインＯＤ1〜ＯＤJを設けることにより、不要な電荷をオーバーフロードレインＯＤ1〜ＯＤJ側へ廃棄する横方向のオーバーフロードレイン構造が採用されている。また、半導体基板に制御電圧を印加するための端子は設けられていない。
【０１０９】
そして、転送ゲートＴＤ1〜ＴＤJに印加する制御電圧ＶODを可変制御することによって、転送ゲートＴＤ1〜ＴＤJ下のポテンシャル障壁の高さを調節し、これにより、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中の不要電荷をオーバーフロードレインＯＤ1〜ＯＤJへ廃棄したり、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中に蓄積可能な飽和電荷量を設定する。
【０１１０】
図１０（ｂ）は、任意のフォトダイオードＰＤi,jとそれに隣接する垂直転送路ＶＣＴj、転送ゲートＴＧi,j，ＴＤj及びオーバーフロードレンＯＤjのセル構造を代表して示す縦断面図である。
【０１１１】
同図（ｂ）において、ｐ型半導体基板２８内に、フォトダイオードＰＤi,jとなるｎ型半導体層２９と、垂直転送路ＶＣＴjとなるｎ型半導体層３０が形成され、これらｎ型半導体層２９，３０の間に、転送ゲートＴＧi,jとなる隙間領域３１が設けられている。ｎ型半導体層２９の横には、転送ゲートＯＤjとなる薄いｎ型半導体領域３２と、オーバーフロードレインＯＤjとなるｎ+型半導体層３３が形成されている。更に、ｎ型半導体層３０とｎ+型半導体層３３の両側には、ｐ型半導体から成るチャンネルストッパ３４が形成されている。
【０１１２】
ｎ型半導体層３０と隙間領域３１上には、４相駆動信号Ｖ１〜Ｖ４が印加される転送電極３６が層間絶縁膜３５を介して配設され、ｎ型半導体領域３２上には、制御電圧ＶODが印加される転送電極３７が層間絶縁膜３５を介して配設されている。ｎ型半導体層２９の所定領域を除く受光領域２の全面がアルミ遮光膜３９で覆われている。また、転送電極３７とｎ+型半導体層３３が電気的に接続されて、制御電圧ＶＯＤを印加するための端子３９に接続されている。
【０１１３】
そして、フォトダイオードＰＤi,jとそれに隣接する垂直転送路ＶＣＴj、転送ゲートＴＧi,j，ＴＤj及びオーバーフロードレンＯＤjを除く他の部分についても、同様の構造となっている。
【０１１４】
なお、端子３８には、図３（ａ）又は図８（ａ）に示した基板電圧制御回路と同様の回路構成から成るドレイン電圧制御回路（図示略）が接続されており、前記基板電圧制御回路から出力される基板電圧制御信号ＶOFDと同じ波形のドレイン電圧制御信号ＶODが端子３８に印加されている。
【０１１５】
次に、本実施の形態のＩＬＣＣＤ１を電子スチルカメラに適用した場合の動作を説明する。本実施の形態の電子スチルカメラにおいても、図４または図９に示したのと同様のタイミングに基づいて、モニターモードと静止画撮影が行われる。ただし、図４または図９において、基板電圧制御信号ＶOFDはドレイン電圧制御信号ＶODとなっている。
【０１１６】
これらの図４、図９のタイミングにおいて、モニターモード期間Ｔmon中の露光期間τPDでは、電圧ＶOFD2のドレイン電圧制御信号ＶODが転送ゲートＴＤ1〜ＴＤJに印加されることにより、図１１（ａ）に示すように、オーバーフロードレインＯＤ1〜ＯＤJ側の転送ゲートＴＤ1〜ＴＤJ下のポテンシャル障壁が、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ側の転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁より若干低くなる。このため、この露光期間τPD中に過大な光がフォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jに入射することによる過剰電荷が発生した場合には、この過剰電荷はポテンシャル障壁を通してオーバーフロードレインＯＤ1〜ＯＤJへ廃棄されることとなり、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJへ漏れ込むことがない。よって、電子スチルカメラに設けられている液晶モニター等に再生画像を表示した場合に、再生画像中に縦縞が生じるセンサブルーミング現象が生じることがなく、高品質の再生画像をモニター表示することができる。
【０１１７】
また、本撮影モード期間ＴEX中の静止画撮影のための露光期間τONでは、電圧ＶOFD1のドレイン電圧制御信号ＶODが転送ゲートＴＤ1〜ＴＤJに印加されることにより、図１１（ｂ）に示すように、オーバーフロードレインＯＤ1〜ＯＤJ側の転送ゲートＴＤ1〜ＴＤJ下のポテンシャル障壁が、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ側の転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁よりも高くなる。このため、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jにおいて蓄積可能な飽和電荷量を増加させることができる。
【０１１８】
また、露光期間τONにおいて蓄積された信号電荷を読み出す前に、垂直転送路ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ及び水平転送路ＨＣＴによる不要電荷の掃き出し処理（期間τB参照）を行うことにより、図１１（ｃ）に示すように、不要電荷を一掃した後に、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,J中の信号電荷を読み出すので、雑音成分の抑えられた静止画像を得ることができる。
【０１１９】
このように本実施の形態によれば、フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jの横に転送ゲートＴＤ1〜ＴＤJを介してオーバーフロードレインＯＤ1〜ＯＤJを設け、転送ゲートＴＤ1〜ＴＤJ下のポテンシャル障壁の高さを転送ゲートＴＧ1,1〜ＴＧI,J下のチャネル障壁より高くして静止画撮影のための露光を行うようにしたので、
フォトダイオードＰＤ1,1〜ＰＤI,Jにおける信号電荷の飽和蓄積量を増加させることができる。
【０１２０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、チャネル障壁よりポテンシャル障壁を高い状態に設定して露光を行うので、ポテンシャル障壁の高さをチャネル障壁の高さより低くして露光を行う従来の技術に較べて、受光エレメントにおいて蓄積可能な信号電荷の飽和電荷量を増加させることができる。この結果、広ダイナミックレンジで高感度等の、より特性の優れた固体撮像装置を製造することができる。
【０１２１】
特に、より画素数の多い固体撮像装置を製造することとすると、各受光エレメントの受光面が小さくなり信号電荷量が小さくなるという問題が生じることとなるが、本発明により、飽和電荷量を増加させることができるため、画素数の多い固体撮像装置の実現に大きな効果を発揮する。
【０１２２】
また、モニターモードと本撮影モードを備える固体撮像装置においては、モニターモードでは、ポテンシャル障壁をチャネル障壁の高さより低くして露光を行うので、過大な光が受光エレメントに入射して過剰な電荷が発生しても、その過剰電荷はオーバーフロードレインへ廃棄されて、垂直転送路へは漏れ込まない。このため、受光エレメントで感光蓄積された信号電荷を垂直転送路で転送読み出しする際に、この信号電荷にブルーミングやスメア等の原因となる上記過剰電荷に起因する不要電荷が混入することは無く、鮮明なモニター表示用の再生画像を得ることができる。一方、本撮影モードでは、モニターモードでの露光時よりもポテンシャル障壁を高い状態に設定して露光を行うので、受光エレメントにおいて蓄積可能な信号電荷の飽和電荷量が増加して鮮明な画像が得られる。よって、鮮明なモニター表示と高品質な静止画撮像との両者を巧みに実現する固体撮像装置を提供することができる。
【０１２３】
また、モニターモードと本撮影モードを備える固体撮像装置において、垂直転送路による不要電荷の転送読み出しを行った後、本撮影モード時に受光エレメントに感光蓄積された信号電荷を垂直転送路で転送読み出しすることとしたので、ブルーミングやスメア等の原因となる不要電荷が信号電荷に混入するのを防止して、鮮明な静止画像を再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るＩＬＣＣＤの構成を示す説明図である。
【図２】図１のＩＬＣＣＤのコラム構造及びポテンシャルプロファイルを示す説明図である。
【図３】図１のＩＬＣＣＤに接続する基板電圧制御回路の構成及び動作を示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態のＩＬＣＣＤを適用した電子スチルカメラの動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】第１の実施の形態のＩＬＣＣＤの動作を説明するためのポテンシャルプロファイルを示す説明図である。
【図６】第１の実施の形態のＩＬＣＣＤの動作を更に説明するためのポテンシャルプロファイルを示す説明図である。
【図７】飽和電荷量が増加することを示す特性図である。
【図８】第２の実施の形態に係る基板電圧制御回路の構成及び動作を示す説明図である。
【図９】第２の実施の形態のＩＬＣＣＤを適用した電子スチルカメラの動作を説明するタイミングチャートである。
【図１０】第３の実施の形態に係るＩＬＣＣＤの構成及びコラム構造を示す説明図である。
【図１１】第３の実施の形態のＩＬＣＣＤの動作を説明するためのポテンシャルプロファイルを示す説明図である。
【符号の説明】
ＰＤ1,1〜ＰＤI,J…フォトダイオード
ＴＧ1,1〜ＴＧI,J…転送ゲート
ＶＣＴ1〜ＶＣＴJ…垂直転送路
ＨＣＴ…水平転送路
ＴＤ1〜ＴＤJ…転送ゲート
ＯＤ1〜ＯＤJ…オーバーフロードレイン
１２，３８…端子
１５，２０…電子ボリウム調整器
１６，２２…電子シャッター用タイミング発生回路
１７，２３…駆動回路
１８，２５，２６…整流ダイオード
１９，２７…結合コンデンサ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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