JP2003153087A - 固体撮像素子の駆動方法及び駆動装置並びに電子カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 増幅部のオン／オフに関係なく様々な原因で
半導体基板中に生じる不要電荷の、受光部への注入を抑
制する固体撮像素子の駆動方法及び駆動装置並びに電子
カメラを提供すること。 【解決手段】 フィールドシフトで受光部１１から読み
出された電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平
転送部１３へラインシフトされた時点から、次にフィー
ルドシフトが行われるまでの間、垂直転送時の垂直転送
用クロック信号よりも高速のクロック信号を垂直転送部
１２に供給する、あるいは垂直転送用クロック信号をロ
ーレベルに固定して垂直転送部１２に供給する垂直転送
部制御手段６を、電子カメラ１は備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受光部、垂直転送
部、水平転送部、増幅部が同一半導体基板上に形成され
た固体撮像素子の駆動方法及び駆動装置並びにこの固体
撮像素子を備えた電子カメラに関し、更に詳しくは、長
時間露光時における暗電流の抑制を図った固体撮像素子
の駆動方法及び駆動装置並びに電子カメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子の一例として、デジタルス
チルカメラや監視カメラ等で広く採用されているインタ
ーライン転送方式のＣＣＤ（Charge Coupled Device ）
の構成を図６に模式的に示す。ＣＣＤ４は、受光部１１
と、垂直転送部１２と、水平転送部１３と、増幅部１４
とが同一半導体基板（例えばシリコン基板）１０上に形
成されて構成される。

【０００３】受光部１１はマトリクス状に複数配列され
ている。各受光部１１は具体的にはフォトダイオードで
構成され、受けた光を光電変換し蓄積する。１つの受光
部１１が１画素を構成する。

【０００４】垂直転送部１２は、受光部１１の列方向に
隣接して複数列配置され、受光部１１から転送（フィー
ルドシフト）された電荷を列方向に垂直転送する。各垂
直転送部１２の終端には、１本の水平転送部１３が接続
され、垂直転送部１２を転送されてきた電荷をさらに水
平転送部１３にて行方向に水平転送する。

【０００５】水平転送部１３の終端には、増幅部１４が
接続されている。増幅部１４は、フローティングディフ
ュージョンアンプと、ソースフォロワ回路から構成され
る。フローティングディフュージョンアンプは、水平転
送部１３を転送されてきた電荷を電圧として検出し、ソ
ースフォロワ回路はその電圧を増幅して出力端子１５か
ら外部の信号処理回路などへ出力する。ソースフォロワ
回路は、具体的には複数段のＭＯＳ型トランジスタから
構成される。

【０００６】上記のように構成されるインターライン転
送方式ＣＣＤ４の動作は、 （１）受光部（フォトダイオード）１１における光電変
換及び信号電荷の蓄積 （２）受光部１１から垂直転送部１２への信号電荷の転
送（フィールドシフト） （３）垂直転送部１２での信号電荷の転送（垂直転送） （４）垂直転送部１２から水平転送部１３への信号電荷
の転送（ラインシフト） （５）水平転送部１３での信号電荷の転送（水平転送） （６）増幅部１４での信号電荷の検出及び増幅 に分けられる。

【０００７】以下、各動作について、図８のフローチャ
ートも参照して更に詳しく説明する。

【０００８】（１）光電変換及び電荷蓄積 ＣＣＤ４の表面側に配設された撮像レンズによって結像
された光学像は、受光部１１にて電荷像に変換される。
すなわち、各受光部１１には、受けた光の強さと時間に
応じて信号電荷が蓄積されていく。

【０００９】（２）フィールドシフト 各受光部１１に蓄積された信号電荷は、所定のタイミン
グで一斉に垂直転送部１２に読み出される。これをフィ
ールドシフトと呼ぶ。

【００１０】具体的には、先ず、奇数フィールドで垂直
方向奇数番目と偶数番目の画素（受光部１１）の信号電
荷を加算して読み出す。次の偶数フィールドでは、組み
合わせを変えて、偶数番目と奇数番目の画素（受光部１
１）の信号電荷を読み出す。すなわち、上下に隣接する
２画素を垂直転送部１２で足し合わせて１つのフィール
ドを作成し、上記とは足し合わせる画素の組み合わせを
変えてもう１つのフィールドを作成して、１フレームを
作成する。これは、フィールド読み出しと呼ばれ、フレ
ーム残像を残さないためビデオカメラでは広く採用され
ている。

【００１１】（３）垂直転送 垂直転送部１２にフィールドシフトされた信号電荷は垂
直転送１２を垂直転送される。垂直転送では、１ライン
ごとの信号電荷が並列に下方（水平転送部１３）に向け
て転送されていく。

【００１２】（４）ラインシフト 垂直転送部１２の最下段に転送されてきた１ライン分の
信号電荷は、水平転送部１３へと１ライン分まとめて並
列に転送される。これをラインシフトと呼ぶ。

【００１３】（５）水平転送 水平転送部１３にラインシフトされた１ライン分の信号
電荷は、図において左方向に水平転送部１３を水平転送
される。その１ライン分の水平転送が終了して水平転送
部１３の信号電荷が空になると（５ａ）、垂直転送部１
２から次の１ライン分の信号電荷がラインシフトされ
る。

【００１４】（６）信号電荷の検出及び増幅 水平転送部１３の左端（終端）に水平転送されてきた信
号電荷は、１画素ごとの単位で、増幅部１４にて電圧と
して検出されると共に増幅されて出力端子１５より出力
される。

【００１５】実際には、上記各動作は相互に関連付けら
れている。すなわち、垂直転送で最下段に垂直転送され
てきた１ライン分の信号電荷が水平転送部１３にライン
シフトされると、直ちに水平転送が始まり、信号電荷が
１画素ずつ順次、増幅部１５にて検出され読み出されて
いく。ラインシフトと垂直転送は同時に行われており、
１ライン分の信号電荷が水平転送部１３からすべて読み
出されると、垂直転送で最下段にまできていた次の１ラ
イン分の信号電荷が水平転送部１３にラインシフトさ
れ、水平転送される。これら動作の繰り返しで、１フィ
ールドすべての信号電荷が読み出されていく。

【００１６】なお、光電変換は、これらの信号電荷の転
送期間中も続けられ、フィールドシフトされた直後から
各受光部（フォトダイオード）１１では再び信号電荷の
蓄積が開始される。すなわち、フィールドシフトで垂直
転送部１２に信号電荷が転送された直後は各受光部（フ
ォトダイオード）１１は空になるが、光は各受光部（フ
ォトダイオード）に連続して当たっているので、再び、
電荷が蓄積されていく。そして、次のフィールドシフト
が行われて、再び、上記動作が繰り返される。

【００１７】次に、図７は、図６におけるラインＸ−Ｘ
部分の断面構造を模式的に示す。Ｎ型シリコン基板１０
に形成したＰ型ウェル領域１９の表面に、受光部１１を
構成するＮ型の信号電荷蓄積領域２６と、垂直転送部１
２を構成するＮ型の電荷転送領域２４と、Ｐ⁺ 型のチャ
ネルストッパ領域１８とが形成されている。

【００１８】更に、信号電荷蓄積領域２６の表面にはＰ
⁺⁺型の正電荷蓄積領域２７が形成されている。信号電荷
蓄積領域２６と電荷転送領域２４との間のＰ型領域は読
み出しゲート部１７を構成している。電荷転送領域２
４、読み出しゲート部１７、正電荷蓄積領域２７、チャ
ネルストッパ領域１８上には、例えばＳｉＯ₂ からなる
ゲート絶縁膜２３が形成されている。このゲート絶縁膜
２３を介して、電荷転送領域２４上には転送電極２５が
形成されている。

【００１９】また、同じＰ型ウェル領域１９には、増幅
部１４を構成するＭＯＳ型トランジスタ２８が形成され
ている。ＭＯＳ型トランジスタ２８は、Ｐ型ウェル領域
１９中にＮ型の不純物拡散領域として形成されたソース
２０及びドレイン２１と、Ｐ型ウェル領域１９上にゲー
ト絶縁膜２３を介して形成されたゲート２２から構成さ
れる。

【００２０】受光部１１に蓄積された信号電荷は、読み
出しゲート部１７を介して隣接する垂直転送部１２にフ
ィールドシフトされる。そして、垂直転送部１２からラ
インシフトされ水平転送部１３を水平転送された信号電
荷は、フローティングディフュージョンに流れ込み、蓄
積した電荷量に応じてフローティングディフュージョン
の電位が変化し、電荷を電圧として検出する。ここで、
検出される信号（電圧）は非常に小さいため、フローテ
ィングディフュージョンにソースフォロワ回路（複数段
のＭＯＳ型トランジスタ２８）が接続され、検出された
電荷（電圧）を増幅して外部に出力する。

【００２１】上記のようなＣＣＤ４は、監視カメラやＦ
Ａ（Factory Automation）用のカメラなどにも広く利用
されている。このようなカメラでは、長時間露光（低速
シャッターとも呼ばれる）モードを有している。通常
は、標準方式のテレビジョンへの適用を考えて、（１／
６０）秒ごとにフィールドシフトされる。すなわち、受
光部１１における信号電荷の蓄積時間が（１／６０）秒
となっている。しかし、長時間露光モードでは、１秒〜
２秒、あるいは長いものでは数秒の間、受光部１１から
の信号電荷の読み出し（フィールドシフト）を行わずに
蓄積し続ける。これは、特に、暗視状態での撮影に有効
なモードである。

【００２２】ところが、長時間露光モードでは、暗電流
による画質異常の問題がある。これは、受光部１１と同
じ半導体チップのＰ型ウェル領域１９上に形成されたＭ
ＯＳ型トランジスタ２８の動作時に、アバランシェ現象
などで生じたホットエレクトロン（高エネルギーの電
子）が、Ｐ型ウェル領域１９を伝って受光部１１に注入
されてしまう問題である。

【００２３】すなわち、受けた光に起因しない不要電荷
が受光部１１に蓄積され、上記動作により読み出されし
まう。この結果、撮像された画像の黒レベルを部分的に
押し上げてしまい、図９に示すように、増幅部１４（Ｍ
ＯＳ型トランジスタ２８）が配置される側の部分が明る
くなる現象（シェーディング）が生じてしまう。特に、
水平転送部１３側に接続される初段のＭＯＳ型トランジ
スタ２８側の部分で顕著に生じる。

【００２４】そこで、例えば、特開平９−１６３２１８
号公報、特開２００１−９４８８７号公報では、増幅部
を動作させる必要がないときには増幅部の動作を停止さ
せるようにして、暗電流の抑制を図っている。すなわ
ち、フィールドシフトで読み出された電荷を増幅部へ転
送し、増幅部で増幅を行うときのみ増幅部を動作させる
ようにしている。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、増幅部の動作
を停止させるということは、増幅部の動作を原因とする
不要電荷（ホットエレクトロン）の発生を抑制すること
であり、その他原因で生じる不要電荷に対しては何ら受
光部への注入抑制効果は得られない。近年のＣＣＤは単
位画素サイズが益々小型化し、チップサイズの縮小化、
多画素化、高速動作化が図られており、増幅部の動作を
停止させていても、チップの温度上昇などを原因とし
て、ホットエレクトロンが生じやすくなってきている。
このようなものに対しては、増幅部の動作を停止させた
ところで、受光部への注入を防ぐことにはならない。

【００２６】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、増幅
部のオン／オフに関係なく様々な原因で半導体基板中に
生じる不要電荷の、受光部への注入を抑制する固体撮像
素子の駆動方法及び駆動装置並びに電子カメラを提供す
ることを課題とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
固体撮像素子の駆動方法では、フィールドシフトで受光
部から読み出された電荷について、最後の１ライン分の
電荷が水平転送部へラインシフトされた時点から、次に
フィールドシフトが行われるまでの間、垂直転送時に垂
直転送部に供給される垂直転送用クロック信号よりも高
速のクロック信号を垂直転送部に供給する。

【００２８】本発明の請求項２に係る固体撮像素子の駆
動方法では、フィールドシフトで受光部から読み出され
た電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平転送部
へラインシフトされた時点から、次にフィールドシフト
が行われるまでの間、垂直転送時に垂直転送部に供給さ
れる垂直転送用クロック信号をローレベルに固定して垂
直転送部に供給する。

【００２９】本発明の請求項３に係る固体撮像素子の駆
動方法では、フィールドシフトで受光部から読み出され
た電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平転送部
へラインシフトされた時点から、次にフィールドシフト
が行われるまでの間、垂直転送時に垂直転送部に供給さ
れる垂直転送用クロック信号よりも高速のクロック信号
を垂直転送部に供給し、且つ、フィールドシフトで受光
部から読み出された電荷の全てについて、増幅部での増
幅が終了した時点から、次にフィールドシフトが行われ
るまでの間、増幅部の動作を停止させる。

【００３０】本発明の請求項４に係る固体撮像素子の駆
動方法では、フィールドシフトで受光部から読み出され
た電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平転送部
へラインシフトされた時点から、次にフィールドシフト
が行われるまでの間、垂直転送時に垂直転送部に供給さ
れる垂直転送用クロック信号をローレベルに固定して垂
直転送部に供給し、且つ、フィールドシフトで受光部か
ら読み出された電荷の全てについて、増幅部での増幅が
終了した時点から、次にフィールドシフトが行われるま
での間、増幅部の動作を停止させる。

【００３１】本発明の請求項５に係る固体撮像素子の駆
動装置は、フィールドシフトで受光部から読み出された
電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平転送部へ
ラインシフトされた時点から、次にフィールドシフトが
行われるまでの間は、垂直転送時に垂直転送部に供給さ
れる垂直転送用クロック信号よりも高速のクロック信号
が垂直転送部に供給されるように制御する制御部が設け
られている。

【００３２】本発明の請求項６に係る固体撮像素子の駆
動装置は、フィールドシフトで受光部から読み出された
電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平転送部へ
ラインシフトされた時点から、次にフィールドシフトが
行われるまでの間は、垂直転送時に垂直転送部に供給さ
れる垂直転送用クロック信号がローレベルに固定されて
垂直転送部に供給されるように制御する制御部が設けら
れている。

【００３３】本発明の請求項７に係る電子カメラは、撮
像レンズを通して取り入れた光を電荷に変換し蓄積する
受光部と、垂直転送用クロック信号の制御に基づいて、
受光部よりフィールドシフトされた電荷を水平転送部へ
向けて垂直転送させる垂直転送部と、垂直転送部から１
ラインずつラインシフトされた電荷を増幅部に向けて水
平転送させる水平転送部と、水平転送部から電荷を受け
増幅する増幅部と、が同一の半導体基板上に形成されて
なる固体撮像素子を備え、更に、フィールドシフトで受
光部から読み出された電荷について、最後の１ライン分
の電荷が水平転送部へラインシフトされた時点から、次
にフィールドシフトが行われるまでの間、垂直転送部
に、垂直転送用クロック信号よりも高速のクロック信号
を供給する垂直転送部制御手段を備えている。

【００３４】本発明の請求項８に係る電子カメラは、撮
像レンズを通して取り入れた光を電荷に変換し蓄積する
受光部と、垂直転送用クロック信号の制御に基づいて、
受光部よりフィールドシフトされた電荷を水平転送部へ
向けて垂直転送させる垂直転送部と、垂直転送部から１
ラインずつラインシフトされた電荷を増幅部に向けて水
平転送させる水平転送部と、水平転送部から電荷を受け
増幅する増幅部と、が同一の半導体基板上に形成されて
なる固体撮像素子を備え、更に、フィールドシフトで受
光部から読み出された電荷について、最後の１ライン分
の電荷が水平転送部へラインシフトされた時点から、次
にフィールドシフトが行われるまでの間、垂直転送用ク
ロック信号をローレベルに固定して垂直転送部に供給す
る垂直転送部制御手段を備えている。

【００３５】本発明の請求項９に係る電子カメラは、撮
像レンズを通して取り入れた光を電荷に変換し蓄積する
受光部と、垂直転送用クロック信号の制御に基づいて、
受光部よりフィールドシフトされた電荷を水平転送部へ
向けて垂直転送させる垂直転送部と、垂直転送部から１
ラインずつラインシフトされた電荷を増幅部に向けて水
平転送させる水平転送部と、水平転送部から電荷を受け
増幅する増幅部と、が同一の半導体基板上に形成されて
なる固体撮像素子を備え、更に、フィールドシフトで受
光部から読み出された電荷について、最後の１ライン分
の電荷が水平転送部へラインシフトされた時点から、次
にフィールドシフトが行われるまでの間、垂直転送部
に、垂直転送用クロック信号よりも高速のクロック信号
を供給する垂直転送部制御手段と、フィールドシフトで
受光部から読み出された電荷の全てについて、増幅部で
の増幅が終了した時点から、次にフィールドシフトが行
われるまでの間、増幅部の動作を停止させる増幅部制御
手段とを備えている。

【００３６】本発明の請求項１０に係る電子カメラは、
撮像レンズを通して取り入れた光を電荷に変換し蓄積す
る受光部と、垂直転送用クロック信号の制御に基づい
て、受光部よりフィールドシフトされた電荷を水平転送
部へ向けて垂直転送させる垂直転送部と、垂直転送部か
ら１ラインずつラインシフトされた電荷を増幅部に向け
て水平転送させる水平転送部と、水平転送部から電荷を
受け増幅する増幅部と、が同一の半導体基板上に形成さ
れてなる固体撮像素子を備え、更に、フィールドシフト
で受光部から読み出された電荷について、最後の１ライ
ン分の電荷が水平転送部へラインシフトされた時点か
ら、次にフィールドシフトが行われるまでの間、垂直転
送用クロック信号をローレベルに固定して垂直転送部に
供給する垂直転送部制御手段と、フィールドシフトで受
光部から読み出された電荷の全てについて、増幅部での
増幅が終了した時点から、次にフィールドシフトが行わ
れるまでの間、増幅部の動作を停止させる増幅部制御手
段とを備えている。

【００３７】すなわち、本発明では、増幅部が動作して
いるか停止しているかに関係なく、垂直転送部が信号電
荷の垂直転送を行っているとき以外のときに、垂直転送
部に与える信号を制御して、半導体基板中で生じる不要
電荷について、基板縦方向への掃き捨てを促して、受光
部への不要電荷の注入を抑制する。

【００３８】もちろん、増幅部が動作を行う必要がない
ときには増幅部を停止させるようにすれば、増幅部の動
作を原因とする不要電荷の発生を防ぐことができるの
で、その分、よりいっそうの受光部への不要電荷の注入
を抑制することができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の各実施の形態の理
解を容易にするために、垂直転送部の駆動について詳細
に説明する。一例として、従来より一般的に広く採用さ
れている４相駆動方式について説明する。

【００４０】垂直転送部（なお、ここで説明する垂直転
送部は上述した垂直転送部１２に相当する）の基本構造
は、図２に示すように、半導体基板３０上に絶縁膜３１
を介して多数の電極（図７における転送電極２５に相
当）ａ、ｂ、ｃ、ｄ、・・・を配列させたものである。
これら電極に所定の電圧を印加すると、電極下に空乏層
ができ、このとき各電極に異なる電圧を加えるとポテン
シャル井戸（図中点線で示す）が形成される。このポテ
ンシャル井戸をつぎつぎに移動させると界面に蓄積され
た電荷（電子）が移動していくことになる。

【００４１】例えば、図３に示すような４相の駆動パル
ス波形が、垂直転送用クロック信号として、それぞれの
電極ａ、ｂ、ｃ、ｄに加えられる。ｔ＝ｔ１では電極
ａ、ｂに高電圧、電極ｃ、ｄに低電圧が加えられる。す
ると、図２Ａに示すように、電極ａ、ｂの下に深い井
戸、電極ｃ、ｄの下に浅い井戸ができ、電極ａ、ｂの下
に電荷が蓄積される。電極ｃ、ｄの下は障壁となり、信
号電荷の混入を防止している。

【００４２】次に、ｔ＝ｔ２では電極ｄはローレベルに
保って障壁を形成したまま、電極ａをハイレベルからロ
ーレベルに下げ、電極ｃをローレベルからハイレベルに
上げる。これにより、図２Ｂに示すように、信号電荷は
電極ａの下から電極ｂ、ｃの下に移動する。更に、ｔ＝
ｔ３では電極ｄ、ａが障壁になり、電極ｂ、ｃの下に信
号電荷が蓄積される（図２Ｃ）。

【００４３】以上は、信号電荷の垂直転送時における垂
直転送部の基本的な動作であり、実際には更に複雑な動
作をする。すなわち、電極ａ〜ｄのうち、２電極は受光
部からの信号電荷をオン／オフできるゲート電極も兼ね
ており、これら電極にはハイレベル、ミドルレベル、ロ
ーレベルの３値からなるクロック信号が与えられる。

【００４４】（第１の実施の形態）本実施の形態による
電子カメラ１の構成を図１に示す。電子カメラ１は、撮
像レンズ２と、光学系３と、ＣＣＤ４と、信号処理回路
５と、ＣＣＤ４に各種クロック信号を供給してＣＣＤ４
を駆動させる駆動装置（本発明に係る垂直転送部制御手
段としての機能も有する）６とを備えている。

【００４５】光学系３は、撮像レンズ２で取り入れた光
学像をＣＣＤ４で電気信号に変換しやすいように光学的
処理を行う。信号処理回路５は、ＣＣＤ４のアナログ出
力を受け、ノイズ除去を行ったり、デジタル信号に変換
したり、その他様々な画像処理を行う。

【００４６】垂直転送部制御手段６は、同期信号発生器
６ａと、タイミング発生器６ｂと、ドライバ６ｃと、こ
れらの動作を制御する制御部（ＣＰＵ）６ｄを備えてい
る。同期信号発生器６ａは、例えば水晶発振器からの発
振出力による基準クロック信号を出力し、タイミング発
生器６ｂは、基準クロック信号を分周及び論理合成し
て、垂直転送用クロック信号や水平転送用クロック信号
などの各種駆動信号を生成する。タイミング発生器６ｂ
から出力された垂直転送用クロック信号、水平転送用ク
ロック信号は、ドライバ６ｃを介して、それぞれ垂直転
送部、水平転送部に供給される。

【００４７】そして、本実施の形態では、垂直転送部が
信号電荷の垂直転送を行わないときには、その垂直転送
時に垂直転送部に供給される垂直転送用クロック信号
（図３）よりも高速のクロック信号（一例を図５に示
す）を供給する。この高速クロック信号を供給する期間
は、具体的には、１回のフィールドシフトで受光部から
読み出された信号電荷について、最後の１ライン分の信
号電荷が水平転送部へラインシフトされた時点から、次
にフィールドシフトが行われるまでの間である。なお、
従来は、常に垂直転送部には、図３に示すような所望の
垂直転送用クロック信号が供給され続けていた。

【００４８】垂直転送部に供給される高速のクロック信
号により、垂直転送部の下の電界を高速に変化させて、
垂直転送部近傍でＰ型ウェル領域１９に浮遊している不
要電荷に基板縦方向に沿うような動きを与えて、基板縦
方向への掃き捨てを促すことができ、受光部１１への注
入を抑制できる。

【００４９】ＭＯＳ型トランジスタ２８が停止していて
も生じてしまう不要電荷についても受光部１１への注入
を抑制できる。もちろん、ＭＯＳ型トランジスタ２８の
動作を起因として生じた不要電荷についても、受光部１
１に至る前に基板側に排除することができる。これによ
り、不要電荷を原因とする画像の不均一性（シェーディ
ング）が抑制され、良好な画質が得られる。特に、不要
電荷の影響をより受けやすい長時間露光モードで駆動さ
れる監視カメラ、暗視カメラなどで顕著な効果が得られ
る。

【００５０】なお、通常、垂直転送用クロック信号は１
５ｋＨｚ程度であり、これよりも高速の（周波数の高
い）クロック信号を、ＣＰＵ６ｄの制御に基づいて、タ
イミング発生器６ｂからドライバ６ｃを介して垂直転送
部に供給する。

【００５１】あるいは、タイミング発生器６ｂでは、水
平転送部を駆動するための例えば２相の水平転送用クロ
ック信号も生成され、やはりドライバ６ｃを介して水平
転送部に供給されている。水平転送用クロック信号は、
通常、垂直転送用クロック信号よりも非常に高速（例え
ば１４．３ＭＨｚ）であるので、これをそのまま、やは
りＣＰＵ６ｄの制御の基、上記期間、垂直転送部に供給
するようにしてもよい。

【００５２】（第２の実施の形態）本実施の形態では、
垂直転送部が信号電荷の垂直転送を行わないときには、
垂直転送用クロック信号（図３）をローレベルに固定し
て、垂直転送部に供給する。具体的には、１回のフィー
ルドシフトで受光部から読み出された信号電荷につい
て、最後の１ライン分の信号電荷が水平転送部へライン
シフトされた時点（例えば図４においてｔ）から、各ク
ロック信号を強制的にローレベルに落として、これを、
次にフィールドシフトが行われるまでの間保持する。

【００５３】一定電位とされている基板１０に対して、
垂直転送部がローレベルに落ちることで、垂直転送部下
の電界が基板方向に強まり、垂直転送部近傍でＰ型ウェ
ル領域１９に浮遊している不要電荷の基板１０側への掃
き捨てを促すことができ、受光部１１への注入を抑制で
きる。ＭＯＳ型トランジスタ２８が停止していても生じ
てしまう不要電荷についても受光部１１への注入を抑制
できる。もちろん、ＭＯＳ型トランジスタ２８の動作を
起因として生じた不要電荷についても、受光部１１に至
る前に基板側に排除することができる。

【００５４】これにより、第１の実施の形態と同様、不
要電荷を原因とする画像の不均一性（シェーディング）
が抑制され、良好な画質が得られる。特に、不要電荷の
影響をより受けやすい長時間露光モードで駆動される監
視カメラ、暗視カメラなどで顕著な効果が得られる。

【００５５】なお、ローレベルへの切り換えや、その解
除は、ＣＰＵ６ｄの制御に基づいて行われる。

【００５６】（第３の実施の形態）本実施の形態では、
上記第１の実施の形態の構成に加えて、増幅部１４（Ｍ
ＯＳ型トランジスタ２８）の制御も行うようにしてい
る。すなわち、図６に示すように、増幅部１４と、この
増幅部１４に電力を供給する電源ＶＤＤとの間に、スイ
ッチ１６を設けている。スイッチ１６は、本発明に係る
増幅部制御手段を構成する。

【００５７】そして、本実施の形態では、第１の実施の
形態と同様、１回のフィールドシフトで受光部から読み
出された信号電荷について、最後の１ライン分の信号電
荷が水平転送部へラインシフトされた時点から、次にフ
ィールドシフトが行われるまでの間、垂直転送用クロッ
ク信号よりも高速のクロック信号を供給すると共に、１
回のフィールドシフトで受光部から読み出された信号電
荷の全てについて、増幅部１４での増幅が終了した時点
から、次にフィールドシフトが行われるまでの間、スイ
ッチ１６を開にして、増幅部１４への電力供給を遮断す
る。

【００５８】具体的には、図７に示すＭＯＳ型トランジ
スタ２８の、ドレイン２１とソース２０間の電圧を０Ｖ
にする。あるいは、ゲート電圧を制御して（０Ｖにする
ことも含む）、ソース２０とドレイン２１間の電荷の移
動を遮断してもよい。両方を組み合わせればなおさらよ
い。そして、次のフィールドシフトが行われると、スイ
ッチ１６を閉にして、増幅部１４に電源ＶＤＤから電力
供給を供給して増幅部１４を動作させる。

【００５９】以上のことにより、増幅部１４の動作を原
因として発生する不要電荷を抑制できるので、上記第１
の実施の形態による不要電荷の基板側への掃き捨て効果
と合わせて、受光部１１への不要電荷の注入をよりいっ
そう抑制できる。

【００６０】（第４の実施の形態）本実施の形態では、
上記第２の実施の形態の構成に加えて、増幅部１４（Ｍ
ＯＳ型トランジスタ２８）の制御も行うようにしてい
る。すなわち、図６に示すように、増幅部１４と、この
増幅部１４に電力を供給する電源ＶＤＤとの間に、スイ
ッチ１６を設けている。スイッチ１６は、本発明に係る
増幅部制御手段を構成する。

【００６１】そして、本実施の形態では、第１の実施の
形態と同様、１回のフィールドシフトで受光部から読み
出された信号電荷について、最後の１ライン分の信号電
荷が水平転送部へラインシフトされた時点から、次にフ
ィールドシフトが行われるまでの間、垂直転送用クロッ
ク信号をローレベルに固定して垂直転送部に供給すると
共に、１回のフィールドシフトで受光部から読み出され
た信号電荷の全てについて、増幅部１４での増幅が終了
した時点から、次にフィールドシフトが行われるまでの
間、スイッチ１６を開にして、増幅部１４への電力供給
を遮断する。

【００６２】具体的には、図７に示すＭＯＳ型トランジ
スタ２８の、ドレイン２１とソース２０間の電圧を０Ｖ
にする。あるいは、ゲート電圧を制御して（０Ｖにする
ことも含む）、ソース２０とドレイン２１間の電荷の移
動を遮断してもよい。両方を組み合わせればなおさらよ
い。そして、次のフィールドシフトが行われると、スイ
ッチ１６を閉にして、増幅部１４に電源ＶＤＤから電力
供給を供給して増幅部１４を動作させる。

【００６３】以上のことにより、増幅部１４の動作を原
因として発生する不要電荷を抑制できるので、上記第２
の実施の形態による不要電荷の基板側への掃き捨て効果
と合わせて、受光部１１への不要電荷の注入をよりいっ
そう抑制できる。

【００６４】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、
本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能であ
る。

【００６５】増幅部１４を構成するＭＯＳ型トランジス
タ２８は単段であってもよい。更には、ＭＯＳ型以外の
トランジスタで増幅部１４を構成してもよい。垂直転送
部の駆動方式も４相駆動方式に限らない。また、２画素
混合方式の読み出しに限らず、画素独立方式の読み出し
にも本発明は適用可能である。更には、インターライン
転送方式のＣＣＤに限らず、フレームインターライン転
送方式のＣＣＤにも本発明は適用可能である。

【００６６】

【発明の効果】本発明の請求項１に係る固体撮像素子の
駆動方法によれば、フィールドシフトで受光部から読み
出された電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平
転送部へラインシフトされた時点から、次にフィールド
シフトが行われるまでの間、垂直転送時に垂直転送部に
供給される垂直転送用クロック信号よりも高速のクロッ
ク信号を垂直転送部に供給することで、不要電荷の基板
側への掃き捨てを促して受光部への注入を抑制して良好
な画像を得ることができる。

【００６７】本発明の請求項２に係る固体撮像素子の駆
動方法によれば、フィールドシフトで受光部から読み出
された電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平転
送部へラインシフトされた時点から、次にフィールドシ
フトが行われるまでの間、垂直転送時に垂直転送部に供
給される垂直転送用クロック信号をローレベルに固定し
て垂直転送部に供給することで、不要電荷の基板側への
掃き捨てを促して受光部への注入を抑制して良好な画像
を得ることができる。

【００６８】本発明の請求項３に係る固体撮像素子の駆
動方法によれば、フィールドシフトで受光部から読み出
された電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平転
送部へラインシフトされた時点から、次にフィールドシ
フトが行われるまでの間、垂直転送時に垂直転送部に供
給される垂直転送用クロック信号よりも高速のクロック
信号を垂直転送部に供給し、且つ、フィールドシフトで
受光部から読み出された電荷の全てについて、増幅部で
の増幅が終了した時点から、次にフィールドシフトが行
われるまでの間、増幅部の動作を停止させることで、不
要電荷の基板側への掃き捨てを促すと共に、増幅部の動
作を起因とした不要電荷の発生を抑制して、不要電荷の
受光部への注入をよりいっそう抑制して良好な画像を得
ることができる。

【００６９】本発明の請求項４に係る電子カメラによれ
ば、フィールドシフトで受光部から読み出された電荷に
ついて、最後の１ライン分の電荷が水平転送部へライン
シフトされた時点から、次にフィールドシフトが行われ
るまでの間、垂直転送時に垂直転送部に供給される垂直
転送用クロック信号をローレベルに固定して垂直転送部
に供給し、且つ、フィールドシフトで受光部から読み出
された電荷の全てについて、増幅部での増幅が終了した
時点から、次にフィールドシフトが行われるまでの間、
増幅部の動作を停止させることで、不要電荷の基板側へ
の掃き捨てを促すと共に、増幅部の動作を起因とした不
要電荷の発生を抑制して、不要電荷の受光部への注入を
よりいっそう抑制して良好な画像を得ることができる。

【００７０】本発明の請求項５に係る固体撮像素子の駆
動装置によれば、フィールドシフトで受光部から読み出
された電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平転
送部へラインシフトされた時点から、次にフィールドシ
フトが行われるまでの間は、垂直転送時に垂直転送部に
供給される垂直転送用クロック信号よりも高速のクロッ
ク信号が垂直転送部に供給されるように制御する制御部
が設けられているので、不要電荷の基板側への掃き捨て
を促して受光部への注入を抑制して良好な画像を得るこ
とができる。

【００７１】本発明の請求項６に係る固体撮像素子の駆
動装置によれば、フィールドシフトで受光部から読み出
された電荷について、最後の１ライン分の電荷が水平転
送部へラインシフトされた時点から、次にフィールドシ
フトが行われるまでの間は、垂直転送時に垂直転送部に
供給される垂直転送用クロック信号がローレベルに固定
されて垂直転送部に供給されるように制御する制御部が
設けられているので、不要電荷の基板側への掃き捨てを
促して受光部への注入を抑制して良好な画像を得ること
ができる。

【００７２】本発明の請求項７に係る電子カメラによれ
ば、フィールドシフトで受光部から読み出された電荷に
ついて、最後の１ライン分の電荷が水平転送部へライン
シフトされた時点から、次にフィールドシフトが行われ
るまでの間、垂直転送用クロック信号をローレベルに固
定して垂直転送部に供給する垂直転送部制御手段を備え
ているので、不要電荷の基板側への掃き捨てを促して受
光部への注入を抑制して良好な画像を得ることができ
る。

【００７３】本発明の請求項８に係る電子カメラによれ
ば、フィールドシフトで受光部から読み出された電荷に
ついて、最後の１ライン分の電荷が水平転送部へライン
シフトされた時点から、次にフィールドシフトが行われ
るまでの間、垂直転送用クロック信号をローレベルに固
定して垂直転送部に供給する垂直転送部制御手段を備え
ているので、不要電荷の基板側への掃き捨てを促して受
光部への注入を抑制して良好な画像を得ることができ
る。

【００７４】本発明の請求項９に係る電子カメラによれ
ば、フィールドシフトで受光部から読み出された電荷に
ついて、最後の１ライン分の電荷が水平転送部へライン
シフトされた時点から、次にフィールドシフトが行われ
るまでの間、垂直転送部に、垂直転送用クロック信号よ
りも高速のクロック信号を供給する垂直転送部制御手段
と、フィールドシフトで受光部から読み出された電荷の
全てについて、増幅部での増幅が終了した時点から、次
にフィールドシフトが行われるまでの間、増幅部の動作
を停止させる増幅部制御手段とを備えているので、不要
電荷の基板側への掃き捨てを促すと共に、増幅部の動作
を起因とした不要電荷の発生を抑制して、不要電荷の受
光部への注入をよりいっそう抑制して良好な画像を得る
ことができる。

【００７５】本発明の請求項１０に係る電子カメラによ
れば、フィールドシフトで受光部から読み出された電荷
について、最後の１ライン分の電荷が水平転送部へライ
ンシフトされた時点から、次にフィールドシフトが行わ
れるまでの間、垂直転送用クロック信号をローレベルに
固定して垂直転送部に供給する垂直転送部制御手段と、
フィールドシフトで受光部から読み出された電荷の全て
について、増幅部での増幅が終了した時点から、次にフ
ィールドシフトが行われるまでの間、増幅部の動作を停
止させる増幅部制御手段とを備えているので、不要電荷
の基板側への掃き捨てを促すと共に、増幅部の動作を起
因とした不要電荷の発生を抑制して、不要電荷の受光部
への注入をよりいっそう抑制して良好な画像を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による電子カメラの構成を
示すブロック図である。

【図２】信号電荷の垂直転送を説明する垂直転送部の模
式断面図である。

【図３】垂直転送時に垂直転送部に供給される垂直転送
用クロック信号を示す。

【図４】垂直転送用クロック信号をローレベルに固定し
た波形を示す。

【図５】図３に示す垂直転送用クロック信号よりも高速
のクロック信号を示す。

【図６】ＣＣＤの模式図である。

【図７】図６におけるラインＸ−Ｘ部分の模式断面図で
ある。

【図８】インターライン転送方式ＣＣＤの動作を示すフ
ローチャートである。

【図９】暗電流の発生による画像のシェーディングを示
す図である。

【符号の説明】

１……電子カメラ、２……撮像レンズ、３……光学系、
４……固体撮像素子（ＣＣＤ）、５……信号処理回路、
６……垂直転送部制御手段、１０……半導体基板（シリ
コン基板）、１１……受光部（フォトダイオード）、１
２……垂直転送部、１３……水平転送部、１４……増幅
部、１５……出力端子、１６……増幅部制御手段（スイ
ッチ）、１７……読み出しゲート部、１８……チャネル
ストッパ領域、１９……Ｐ型ウェル領域、２０……ソー
ス、２１……ドレイン、２２……ゲート、２３……ゲー
ト絶縁膜、２４……Ｎ型電荷転送領域、２５……転送電
極、２６……Ｎ型電荷蓄積領域、２７……Ｐ⁺⁺領域、２
８……ＭＯＳ型トランジスタ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光部で光電変換され蓄積された電荷を
   垂直転送部にフィールドシフトさせ、 前記垂直転送部に垂直転送用クロック信号を供給して、
   前記電荷を水平転送部に向けて前記垂直転送部を垂直転
   送させ、 前記垂直転送部から前記電荷を１ラインずつ前記水平転
   送部にラインシフトさせ、 前記ラインシフトされた電荷を増幅部に向けて前記水平
   転送部を水平転送させる固体撮像素子の駆動方法におい
   て、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
   記電荷について、最後の１ライン分の電荷が前記水平転
   送部へ前記ラインシフトされた時点から、次に前記フィ
   ールドシフトが行われるまでの間、前記垂直転送部に、
   前記垂直転送用クロック信号よりも高速のクロック信号
   を供給することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
2. 【請求項２】 受光部で光電変換され蓄積された電荷を
   垂直転送部にフィールドシフトさせ、 前記垂直転送部に垂直転送用クロック信号を供給して、
   前記電荷を水平転送部に向けて前記垂直転送部を垂直転
   送させ、 前記垂直転送部から前記電荷を１ラインずつ前記水平転
   送部にラインシフトさせ、 前記ラインシフトされた電荷を増幅部に向けて前記水平
   転送部を水平転送させる固体撮像素子の駆動方法におい
   て、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
   記電荷について、最後の１ライン分の電荷が前記水平転
   送部へ前記ラインシフトされた時点から、次に前記フィ
   ールドシフトが行われるまでの間、前記垂直転送用クロ
   ック信号をローレベルに固定して前記垂直転送部に供給
   することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
3. 【請求項３】 受光部で光電変換され蓄積された電荷を
   垂直転送部にフィールドシフトさせ、 前記垂直転送部に垂直転送用クロック信号を供給して、
   前記電荷を水平転送部に向けて前記垂直転送部を垂直転
   送させ、 前記垂直転送部から前記電荷を１ラインずつ前記水平転
   送部にラインシフトさせ、 前記ラインシフトされた電荷を増幅部に向けて前記水平
   転送部を水平転送させる固体撮像素子の駆動方法におい
   て、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
   記電荷について、最後の１ライン分の電荷が前記水平転
   送部へ前記ラインシフトされた時点から、次に前記フィ
   ールドシフトが行われるまでの間、前記垂直転送部に、
   前記垂直転送用クロック信号よりも高速のクロック信号
   を供給し、 且つ、前記フィールドシフトで前記受光部から読み出さ
   れた前記電荷の全てについて、前記増幅部での増幅が終
   了した時点から、次に前記フィールドシフトが行われる
   までの間、前記増幅部の動作を停止させることを特徴と
   する固体撮像素子の駆動方法。
4. 【請求項４】 受光部で光電変換され蓄積された電荷を
   垂直転送部にフィールドシフトさせ、 前記垂直転送部に垂直転送用クロック信号を供給して、
   前記電荷を水平転送部に向けて前記垂直転送部を垂直転
   送させ、 前記垂直転送部から前記電荷を１ラインずつ前記水平転
   送部にラインシフトさせ、 前記ラインシフトされた電荷を増幅部に向けて前記水平
   転送部を水平転送させる固体撮像素子の駆動方法におい
   て、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
   記電荷について、最後の１ライン分の電荷が前記水平転
   送部へ前記ラインシフトされた時点から、次に前記フィ
   ールドシフトが行われるまでの間、前記垂直転送用クロ
   ック信号をローレベルに固定して前記垂直転送部に供給
   し、 且つ、前記フィールドシフトで前記受光部から読み出さ
   れた前記電荷の全てについて、前記増幅部での増幅が終
   了した時点から、次に前記フィールドシフトが行われる
   までの間、前記増幅部の動作を停止させることを特徴と
   する固体撮像素子の駆動方法。
5. 【請求項５】 受光部で光電変換され蓄積された電荷を
   垂直転送部にフィールドシフトさせ、 前記垂直転送部に垂直転送用クロック信号を供給して、
   前記電荷を水平転送部に向けて前記垂直転送部を垂直転
   送させ、 前記垂直転送部から前記電荷を１ラインずつ前記水平転
   送部にラインシフトさせ、 前記ラインシフトされた電荷を増幅部に向けて前記水平
   転送部を水平転送させて固体撮像素子を駆動させる固体
   撮像素子の駆動装置であって、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
   記電荷について、最後の１ライン分の電荷が前記水平転
   送部へ前記ラインシフトされた時点から、次に前記フィ
   ールドシフトが行われるまでの間は、前記垂直転送用ク
   ロック信号よりも高速のクロック信号が前記垂直転送部
   に供給されるように制御する制御部が設けられているこ
   とを特徴とする固体撮像素子の駆動装置。
6. 【請求項６】 受光部で光電変換され蓄積された電荷を
   垂直転送部にフィールドシフトさせ、 前記垂直転送部に垂直転送用クロック信号を供給して、
   前記電荷を水平転送部に向けて前記垂直転送部を垂直転
   送させ、 前記垂直転送部から前記電荷を１ラインずつ前記水平転
   送部にラインシフトさせ、 前記ラインシフトされた電荷を増幅部に向けて前記水平
   転送部を水平転送させて固体撮像素子を駆動させる固体
   撮像素子の駆動装置であって、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
   記電荷について、最後の１ライン分の電荷が前記水平転
   送部へ前記ラインシフトされた時点から、次に前記フィ
   ールドシフトが行われるまでの間は、前記垂直転送用ク
   ロック信号がローレベルに固定されて前記垂直転送部に
   供給されるように制御する制御部が設けられていること
   を特徴とする固体撮像素子の駆動装置。
7. 【請求項７】 撮像レンズを通して取り入れた光を電荷
   に変換し蓄積する受光部と、 垂直転送用クロック信号の制御に基づいて、前記受光部
   よりフィールドシフトされた前記電荷を水平転送部へ向
   けて垂直転送させる垂直転送部と、 前記垂直転送部から１ラインずつラインシフトされた前
   記電荷を増幅部に向けて水平転送させる水平転送部と、 前記水平転送部から前記電荷を受け増幅する増幅部と、 が同一の半導体基板上に形成されてなる固体撮像素子を
   備えた電子カメラにおいて、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
   記電荷について、最後の１ライン分の電荷が前記水平転
   送部へ前記ラインシフトされた時点から、次に前記フィ
   ールドシフトが行われるまでの間、前記垂直転送部に、
   前記垂直転送用クロック信号よりも高速のクロック信号
   を供給する垂直転送部制御手段を設けたことを特徴とす
   る電子カメラ。
8. 【請求項８】 撮像レンズを通して取り入れた光を電荷
   に変換し蓄積する受光部と、 垂直転送用クロック信号の制御に基づいて、前記受光部
   よりフィールドシフトされた前記電荷を水平転送部へ向
   けて垂直転送させる垂直転送部と、 前記垂直転送部から１ラインずつラインシフトされた前
   記電荷を増幅部に向けて水平転送させる水平転送部と、 前記水平転送部から前記電荷を受け増幅する増幅部と、 が同一の半導体基板上に形成されてなる固体撮像素子を
   備えた電子カメラにおいて、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
   記電荷について、最後の１ライン分の電荷が前記水平転
   送部へ前記ラインシフトされた時点から、次に前記フィ
   ールドシフトが行われるまでの間、前記垂直転送用クロ
   ック信号をローレベルに固定して前記垂直転送部に供給
   する垂直転送部制御手段を設けたことを特徴とする電子
   カメラ。
9. 【請求項９】 撮像レンズを通して取り入れた光を電荷
   に変換し蓄積する受光部と、 垂直転送用クロック信号の制御に基づいて、前記受光部
   よりフィールドシフトされた前記電荷を水平転送部へ向
   けて垂直転送させる垂直転送部と、 前記垂直転送部から１ラインずつラインシフトされた前
   記電荷を増幅部に向けて水平転送させる水平転送部と、 前記水平転送部から前記電荷を受け増幅する増幅部と、 が同一の半導体基板上に形成されてなる固体撮像素子を
   備えた電子カメラにおいて、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
   記電荷について、最後の１ライン分の電荷が前記水平転
   送部へ前記ラインシフトされた時点から、次に前記フィ
   ールドシフトが行われるまでの間、前記垂直転送部に、
   前記垂直転送用クロック信号よりも高速のクロック信号
   を供給する垂直転送部制御手段と、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
   記電荷の全てについて、前記増幅部での増幅が終了した
   時点から、次に前記フィールドシフトが行われるまでの
   間、前記増幅部の動作を停止させる増幅部制御手段とを
   設けたことを特徴とする電子カメラ。
10. 【請求項１０】 撮像レンズを通して取り入れた光を電
    荷に変換し蓄積する受光部と、 垂直転送用クロック信号の制御に基づいて、前記受光部
    よりフィールドシフトされた前記電荷を水平転送部へ向
    けて垂直転送させる垂直転送部と、 前記垂直転送部から１ラインずつラインシフトされた前
    記電荷を増幅部に向けて水平転送させる水平転送部と、 前記水平転送部から前記電荷を受け増幅する増幅部と、 が同一の半導体基板上に形成されてなる固体撮像素子を
    備えた電子カメラにおいて、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
    記電荷について、最後の１ライン分の電荷が前記水平転
    送部へ前記ラインシフトされた時点から、次に前記フィ
    ールドシフトが行われるまでの間、前記垂直転送用クロ
    ック信号をローレベルに固定して前記垂直転送部に供給
    する垂直転送部制御手段と、 前記フィールドシフトで前記受光部から読み出された前
    記電荷の全てについて、前記増幅部での増幅が終了した
    時点から、次に前記フィールドシフトが行われるまでの
    間、前記増幅部の動作を停止させる増幅部制御手段とを
    設けたことを特徴とする電子カメラ。