JP2003299110A - 固体撮像素子の駆動方法および撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラー撮影用のＣＣＤ型固体撮像素子を備え
た撮像装置では、ホワイトバランスのとれた赤色信号、
緑色信号、および青色信号を得るために、これら赤色信
号、緑色信号、および青色信号それぞれのアンプゲイン
を調整しているが、アンプゲインを増大させるとノイズ
レベルも増幅され、その結果として、赤色信号、緑色信
号、および青色信号それぞれのノイズレベルが互いに異
なることとなる。 【解決手段】 画素からの電荷の読出しを、当該画素の
色に応じて別個に制御することができ、かつ、電子シャ
ッタ動作を行うことができるカラー撮影用のＣＣＤ型固
体撮像素子によって１フレームの画像を撮影するにあた
って、前記電子シャッタ動作を間歇的に複数回行うと共
に、１回の電子シャッタ動作と該電子シャッタ動作の次
に行われる電子シャッタ動作との間の期間内に画素の色
に応じて選択的に電荷の読出しを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びこれを用いた撮像装置に係り、特に、カラー撮影用の
ＣＣＤ（電荷結合素子）型固体撮像素子およびこれを用
いた撮像装置に関する。本明細書では、ＣＣＤ型固体撮
像素子を用いて光学像を電気信号に変換し、この電気信
号に基づいて再生画像用の画素信号を生成することがで
きる装置を「撮像装置」という。

【０００２】

【従来の技術】今日では、ビデオカメラ、ディジタルス
チルカメラ、イメージスキャナ等の種々の装置におい
て、カラー撮影用のＣＣＤ型固体撮像素子がイメージセ
ンサとして利用されている。

【０００３】このＣＣＤ型固体撮像素子は、半導体基板
の一表面に複数行、複数列に亘って行列状に配置された
多数個の光電変換素子（例えばｐｎフォトダイオード）
を有し、これらの光電変換素子によって、光学像を電気
信号に変換する。

【０００４】単板式の撮像装置に利用されるカラー撮影
用のＣＣＤ型固体撮像素子では、一般に、カラー撮影に
必要な複数色の色フィルタによって構成された色フィル
タアレイが、上記多数個の光電変換素子の上方に配置さ
れる。１つの色フィルタが１つの光電変換素子に対応
し、１個の光電変換素子と、この光電変換素子の上方に
配置された１つの色フィルタとは、１個の画素を構成す
る。

【０００５】本明細書においては、個々の画素を、当該
画素が有している色フィルタの色に応じて、例えば赤色
画素、緑色画素、青色画素のように表記する。

【０００６】各画素（各光電変換素子）に蓄積された電
荷に基づいて電気信号（画素信号）を生成するために、
多くのＣＣＤ固体撮像素子では、画素信号を生成するた
めの出力信号生成部が光電変換素子と一緒に１つの半導
体基板に集積される。

【０００７】この出力信号生成部は、例えば１つの画素
列に１つずつ配置された第１電荷転送素子と、これら第
１電荷転送素子に電気的に電接続された１または複数の
電荷検出回路とを有する。

【０００８】個々の第１電荷転送素子は、ＣＣＤと、１
つの画素に１つずつ配置された読出しゲートとによって
構成されて、対応する画素の各々に蓄積された電荷の読
出し、および、読出した電荷の転送を行う。ＣＣＤは、
例えば、半導体基板の一表面に線状ないし帯状に形成さ
れたチャネル（以下、このチャネルを「電荷転送チャネ
ル」という。）と、この電荷転送チャネル上に電気的絶
縁膜を介して配置された複数の電極（以下、「転送電
極」という。）とを有する。

【０００９】電荷検出回路は、上記の電荷を検出し、そ
の大きさに応じた信号電圧を生成して出力する。

【００１０】エリア・イメージセンサとして利用される
ＣＣＤ型固体撮像素子では、第１電荷転送素子の他に第
２電荷転送素子が配置され、各第１電荷転送素子は第２
電荷転送素子へ電荷を転送する。電荷検出回路は、第２
電荷転送素子から電荷を受け取る。リニア・イメージセ
ンサとして利用されるＣＣＤ型固体撮像素子では、１つ
または２つの第１電荷転送素子に電荷検出回路１つずつ
接続される。いずれのタイプのＣＣＤ型固体撮像素子で
も、電荷検出回路からの出力信号が画素信号となる。

【００１１】カラー撮影用のＣＣＤ型固体撮像素子を備
えた撮像装置では、固体撮像素子から出力される画素信
号を用いて色分離を行い、光学像中の赤色光、緑色光、
および青色光それぞれの情報を表す電気信号、すなわ
ち、赤色信号、緑色信号、および青色信号を生成する。
そして、これらの色信号のホワイトバランスをとってか
ら補間処理、ガンマ（γ）変換等を行って、再生画像用
の画素信号（輝度信号および色差信号）を生成し、出力
する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】カラー撮影用のＣＣＤ
型固体撮像素子では、画素の色毎にその感度が異なる。
このため、カラー撮影用のＣＣＤ型固体撮像素子を備え
た撮像装置においてホワイトバランスのとれた赤色信
号、緑色信号、および青色信号を生成するためには、赤
色信号、緑色信号、および青色信号それぞれの利得を別
個に調整することが必要となる。

【００１３】この利得調整は、感度の低い画素に蓄積さ
れた電荷に基づいて生成された色信号の利得（アンプゲ
イン）を増大させることによって行われている。

【００１４】しかしながら、アンプゲインを増大させる
とノイズレベルも増幅される。その結果として、赤色信
号、緑色信号、および青色信号それぞれのノイズレベル
が互いに異なることとなる。

【００１５】本発明の目的は、ほぼホワイトバランスの
とれた画素信号を得ることが可能な固体撮像素子の駆動
方法を提供することである。

【００１６】本発明の他の目的は、赤色信号、緑色信
号、および青色信号それぞれの利得を調整しなくてもほ
ぼホワイトバランスのとれた色信号を得ることが可能な
撮像装置を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、カラー撮影に必要な複数色の画素を有し、前記複数
色の画素それぞれに蓄積された電荷の読出しを該画素の
色に応じて別個に制御することができると共に、電子シ
ャッタ動作、および、前記読出した電荷に基づいての出
力信号の生成を行うことができる固体撮像素子の駆動方
法であって、（Ａ）１フレームの露光期間中に、前記電
子シャッタ動作を間歇的に複数回行うと共に、１回の電
子シャッタ動作と該電子シャッタ動作の次に行われる電
子シャッタ動作との間の期間内に前記画素の色に応じて
選択的に前記電荷の読出しを行う工程と、（Ｂ）前記露
光期間の終了後に、前記読出した電荷に基づいて前記出
力信号を生成する工程とを含む固体撮像素子の駆動方法
が提供される。

【００１８】本発明の他の観点によれば、カラー撮影に
必要な複数色の画素を備え、前記複数色の画素それぞれ
に蓄積された電荷の読出しを該画素の色に応じて別個に
制御することができると共に、電子シャッタ動作、およ
び、前記読出した電荷に基づいての出力信号の生成を行
うことができる固体撮像素子と、１フレームの露光期間
中に、前記電子シャッタ動作の実施を指示する電子シャ
ッタパルスを間歇的に複数回生成することができると共
に、１回の電子シャッタ動作と該電子シャッタ動作の次
に行われる電子シャッタ動作との間の期間内に、前記電
荷の読出しを指示する読出しパルスを前記画素の色に応
じて選択的に生成することができる駆動信号生成部と、
前記出力信号に基づいて、再生画像用の画素信号を生成
することができる信号処理部とを有する撮像装置が提供
される。

【００１９】画素からの電荷の読出しを当該画素の色に
応じて別個に制御することができると共に、電子シャッ
タ動作を行うことができる固体撮像素子を上記のように
駆動させることにより、１フレームの露光期間中での実
効的な露光時間を画素の色に応じて調整することが可能
になる。換言すれば、画素の感度に応じて、１フレーム
の露光期間中での実効的な露光時間を調整することが可
能になる。

【００２０】その結果として、固体撮像素子からほぼホ
ワイトバランスのとれた画素信号を出力させることが可
能になる。

【００２１】ここで、本明細書でいう「ほぼホワイトバ
ランスのとれた画素信号」とは、色分離を行った段階で
ほぼホワイトバランスのとれた赤色信号、緑色信号、お
よび青色信号を得ることができる画素信号を意味する。

【００２２】固体撮像素子からほぼホワイトバランスの
とれた画素信号を出力させることができれば、この固体
撮像素子を備えた撮像装置では、ノイズレベルがほぼ同
じ赤色信号、緑色信号、および青色信号を得ることがで
きる。撮像装置において、高画質の再生画像が得られる
画素信号を生成することが容易になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、実施例による駆動方法に
よってＣＣＤ型固体撮像素子を駆動させるときの、１フ
レームの露光期間中での電子シャッタ動作および電荷読
出し動作の実施タイミングを示す。

【００２４】この駆動方法では、図示のように、電子シ
ャッタ動作の実施を指示する電子シャッタパルスＥＳ
が、１フレームの露光期間中に一定の周期Ｐ１で間歇的
にＣＣＤ型固体撮像素子に供給される。

【００２５】その一方で、赤色画素から電荷転送素子へ
の電荷読出しを指示する読出しパルスＲＰ_R 、緑色画素
から電荷転送素子への電荷読出しを指示する読出しパル
スＲＰ_G 、および、青色画素から電荷転送素子への電荷
読出しを指示する読出しパルスＲＰ_B が、それぞれ所定
の周期でＣＣＤ型固体撮像素子に供給される。

【００２６】図１は、赤色画素、緑色画素、および青色
画素それぞれの感度の比（赤色画素の感度）：（緑色画
素の感度）：（青色画素の感度）が概ね２：４：１であ
るとしたときの電子シャッタ動作および電荷読出し動作
の実施タイミングを示している。

【００２７】各画素の感度比が上記の値である場合、読
出しパルスＲＰ_R は上記の周期Ｐ１の２倍の周期で、読
出しパルスＲＰ_G は上記の周期Ｐ１の４倍の周期で、読
出しパルスＲＰ_B は上記の周期Ｐ１と同じ周期で、それ
ぞれ繰り返しＣＣＤ型固体撮像素子に供給される。

【００２８】これらの読出しパルスＲＰ_R 、ＲＰ_G 、Ｒ
Ｐ_B は、いずれも、１つの電子シャッタパルスＥＳが立
ち下がってから次の電子シャッタパルスＥＳが立ち上が
るまでの期間に供給される。その結果として、１つの読
出しパルスによって画素から読出される電荷の蓄積期間
は、この読出しパルスが供給される前に固体撮像素子に
供給された電子シャッタパルスＥＳのうちで当該読出し
パルスの供給時刻に最も近い時刻に供給されたものが立
ち下がった時をほぼ蓄積開始時刻とし、当該読出しパル
スが立ち上がった時をほぼ蓄積終了時刻とするものとな
る。

【００２９】したがって、１フレームの露光期間中での
赤色画素の実効的な露光時間は、上記の周期Ｐ１の２倍
の周期で繰り返し設定される露光期間ＥＰ_R の総和とな
り、緑色画素の実効的な露光時間は上記の周期Ｐ１の４
倍の周期で繰り返し設定される露光期間ＥＰ_G の総和と
なる。青色画素の実効的な露光時間は、上記の周期Ｐ１
と同じ周期で繰り返し設定される露光期間ＥＰ_B の総和
となる。

【００３０】なお、１フレームの露光期間中、各電荷転
送素子は電荷の読出しを行うのみで、読出した電荷の転
送は行わない。

【００３１】ＣＣＤ型固体撮像素子をこのように駆動す
ることによって、１フレームの露光期間中での赤色画
素、緑色画素、および青色画素それぞれの実効的な露光
時間を、画素の色に応じて別個に設定することが可能に
なる。換言すれば、画素の感度に応じて、１フレームの
露光期間中での実効的な露光時間を調整することが可能
になる。その結果として、ＣＣＤ型固体撮像素子からほ
ぼホワイトバランスのとれた画素信号を出力させること
が可能になる。

【００３２】これらの画素信号について色分離を行え
ば、当該色分離を行った段階で、ほぼホワイトバランス
のとれた赤色信号、緑色信号、および青色信号を得るこ
とができる。アンプゲインの調整という電気的な手法に
よらずに、ほぼホワイトバランスのとれた赤色信号、緑
色信号、および青色信号を得ることができるので、これ
らの色信号それぞれのノイズレベルをほぼ同じレベルに
維持することができる。

【００３３】上述した駆動方法は、(i) 各画素からの電
荷の読出しを、画素の色に応じて別個に制御することが
でき、かつ、(ii)電子シャッタ動作を行うことができる
ＣＣＤ型固体撮像素子に適用することができる。

【００３４】図２〜図４は、上記の駆動方法を適用する
ことができるＣＣＤ型固体撮像素子の一例を示す。これ
らの図に示したＣＣＤ型固体撮像素子１００は、エリア
・イメージセンサとして利用されるものである。

【００３５】図２は、ＣＣＤ型固体撮像素子１００にお
ける色フィルタアレイ８０を概略的に示す上面図であ
る。色フィルタアレイ８０と、その下の部材との位置関
係を判りやすくするために、同図には、光電変換素子１
０、第１電荷転送素子２０（以下、「垂直電荷転送素子
２０」という。）、第２電荷転送素子４０（以下、「水
平電荷転送素子４０」という。）、および電荷検出回路
５０を、それぞれ隠れ線によって併記してある。

【００３６】図示のように、色フィルタアレイ８０で
は、赤色フィルタ８０Ｒと青色フィルタ８０Ｂとが画素
行方向Ｖ_R に交互に繰り返し配置された第１色フィルタ
行ＣＦ１と、緑色フィルタ８０Ｇのみによって構成され
た第２色フィルタ行ＣＦ２とが、交互に繰り返し配置さ
れている。１つの第２色フィルタ行ＣＦ２を挟んで隣り
合う２つの第１色フィルタ行ＣＦ１では、赤色フィルタ
８０Ｒと青色フィルタ８０Ｂとの配置が互いに逆になっ
ている。

【００３７】固体撮像素子１００での個々の画素は、光
電変換素子１０と、その上方に配置された１つの色フィ
ルタ８０Ｒ、８０Ｇ、または８０Ｂとを含む。したがっ
て、固体撮像素子１００では、２５個の画素が７行、７
列に亘って画素ずらし配置されていることになる。

【００３８】ここで、本明細書でいう「画素ずらし配
置」とは、奇数番目にあたる画素列中の各画素に対し、
偶数番目に当たる画素列中の画素の各々が、画素列内で
の画素のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に
当たる画素行中の各画素に対し、偶数番目に当たる画素
行中の画素の各々が、画素行内での画素のピッチの約１
／２、行方向にずれ、画素列の各々が奇数行または偶数
行の画素のみを含むような、多数個の画素の配置を意味
する。「画素ずらし配置」は、多数個の画素を複数行、
複数列に亘って行列状に配置する際の一形態である。

【００３９】上記の「画素列内での画素のピッチの約１
／２」とは、１／２を含む他に、製造誤差、設計上もし
くはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因に
よって１／２から外れてはいるものの、得られる固体撮
像素子の性能およびその画像の画質からみて実質的に１
／２と同等とみなすことができる値をも含むものとす
る。上記の「画素行内での画素のピッチの約１／２」に
ついても同様である。

【００４０】エリア・イメージセンサとして利用される
実際のＣＣＤ型固体撮像素子では、例えば数１０万〜１
５００万個程度の画素が画素ずらし位置されるか、また
は、正方行列状（ただし、行数と列数とが異なるものを
含む。）に配置される。

【００４１】以下の説明においては、赤色フィルタ８０
Ｒを有する画素を「赤色画素Ｒ」、緑色フィルタ８０Ｇ
を有する画素を「緑色画素Ｇ」、青色フィルタ８０Ｂを
有する画素を「青色画素Ｂ」と表記する。

【００４２】図３は、図２に示したＣＣＤ型固体撮像素
子１００での光電変換素子１０、垂直電荷転送素子２
０、水平電荷転送素子４０、および電荷検出回路５０の
平面配置を概略的に示す。

【００４３】光電変換素子１０の各々は、例えば、半導
体基板１の一表面に形成された埋込み型のｐｎフォトダ
イオードによって構成され、平面視上、例えば八角形を
呈す。光電変換素子１０に光が入射すると、この光電変
換素子１０に電荷が蓄積される。

【００４４】図３においては、個々の光電変換素子１０
が何色の画素を構成しているのかを判りやすくするため
に、赤色画素Ｒを構成する光電変換素子１０には参照符
号Ｒを併記し、緑色画素Ｇを構成する光電変換素子１０
には参照符号Ｇを併記し、青色画素Ｂを構成する光電変
換素子１０には参照符号Ｂを併記している。

【００４５】個々の画素（光電変換素子１０）に蓄積さ
れた電荷を電荷検出回路５０へ転送するために、１つの
光電変換素子列（画素列）に１つずつ、この光電変換素
子列に沿って垂直電荷転送素子２０が配置される。

【００４６】垂直電荷転送素子２０の各々はＣＣＤによ
って構成され、それぞれ、半導体基板１に形成されたｎ
型の電荷転送チャネル２３（以下、「垂直電荷転送チャ
ネル２３」という。）と、半導体基板１上に第１の電気
的絶縁層（図示せず。）を介して形成されて垂直電荷転
送チャネル２３を平面視上横切る５種類の転送電極２５
ａ〜２５ｅ（以下、「第１〜第５垂直転送電極２５ａ〜
２５ｅ」という。）とを有する。

【００４７】垂直電荷転送チャネル２３は、平面視上、
対応する光電変換素子列に沿った蛇行形状を有する。

【００４８】第１垂直転送電極２５ａは各光電変換素子
行の下流側に１本ずつ配置され、第２垂直転送電極２５
ｂは各光電変換素子行の上流側に１本ずつ配置される。
これらの第１〜第２垂直転送電極２５ａ〜２５ｂは、対
応する光電変換素子行に沿った蛇行形状を有する。１行
の光電変換素子行に対応する第１〜第２垂直転送電極２
５ａ〜２５ｂは、対応する光電変換素子行中の各光電変
換素子１０を平面視上ほぼ取り囲む。

【００４９】第３〜第５垂直転送電極２５ｃ〜２５ｅ
は、最も下流の第１垂直転送電極２５ａの下流側にこの
順番で並列に配置される。

【００５０】第１〜第５垂直転送電極２５ａ〜２５ｅの
各々は、各垂直電荷転送チャネル２３を平面視上横切
り、全ての垂直電荷転送素子２０について、その一部を
構成する。

【００５１】なお、本明細書では、光電変換素子１０か
ら電荷検出回路５０へ転送される電荷の移動を１つの流
れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に
応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定
するものとする。

【００５２】光電変換素子１０からの電荷の読出しを制
御するために、各垂直電荷転送素子２０は、対応する光
電変換素子１０それぞれに１つずつ、読出しゲートを有
する。図３においては、赤色画素Ｒを構成する光電変換
素子１０に対応する読出しゲートを参照符号３０ｒで示
し、緑色画素Ｇを構成する光電変換素子１０に対応する
読出しゲートを参照符号３０ｇで示し、青色画素Ｂを構
成する光電変換素子１０に対応する読出しゲートを参照
符号３０ｂで示し、それぞれにハッチングを付してあ
る。

【００５３】個々の読出しゲート３０ｒ、３０ｇ、３０
ｂは、半導体基板１に形成された読出しゲート用チャネ
ル領域（図示せず。）と、この読出しゲート用チャネル
上に前述した第１の電気的絶縁層を介して配置されたゲ
ート電極とを有する。各ゲート電極は、第１または第２
垂直転送電極２５ａ、２５ｂの一領域からなる。各読出
しゲート３０ｒ、３０ｇ、および３０ｂの動作について
は、後述する。

【００５４】各垂直電荷転送素子２０へ読出された電荷
は、これらの垂直電荷転送素子２０によって水平電荷転
送素子４０へ転送される。このとき、垂直電荷転送素子
２０の各々は、例えば４相の垂直駆動信号φＶ１〜φＶ
４によって駆動されて、電荷転送を行う。図３には、４
相の垂直駆動信号Ｖ１〜φＶ４を各垂直転送電極２５ａ
〜２５ｅに供給するための配線ＷＬ_V1〜ＷＬ_V4の例を併
記してある。

【００５５】水平電荷転送素子４０もＣＣＤによって構
成される。この水平電荷転送素子４０は、半導体基板１
に形成されて光電変換素子行方向に延在するｎ型の電荷
転送チャネル４３（以下、「水平電荷転送チャネル４
３」という。）と、半導体基板１上に前述した第１の電
気的絶縁層を介して形成されて水平電荷転送チャネル４
３を平面視上横切る複数本の転送電極（以下、「水平転
送電極」という。）とを有する。

【００５６】図示の水平電荷転送素子４０は、水平駆動
信号φＨ１〜φＨ２によって駆動される２相駆動型ＣＣ
Ｄによって構成されている。水平電荷転送チャネル４３
は、例えば、ｎ型不純物添加領域とｎ^- 型不純物添加領
域とを下流側から上流側に向かってこの順番で繰り返し
配置した構成を有する。ｎ型不純物添加領域におけるｎ
型不純物の濃度は、ｎ^- 型不純物添加領域におけるｎ型
不純物の濃度よりも高い。

【００５７】１個の垂直電荷転送素子２０に、ｎ型不純
物添加領域とｎ^- 型不純物添加領域とが２つずつ対応す
る。各ｎ型不純物添加領域上および各ｎ^- 型不純物添加
領域上に、水平転送電極が１本ずつ配置される。１個の
垂直電荷転送素子２０に対応する４本の水平転送電極の
うち、下流側の２本が配線ＷＬ_H2に共通結線されて水平
駆動信号φＨ２の供給を受け、上流側の２本が配線ＷＬ
_H1に共通結線されて水平駆動信号φＨ１の供給を受け
る。図３においては、個々の水平転送電極の図示を省略
し、水平転送電極全体の輪郭形状を水平電荷転送チャネ
ル４３上に概略的に示してある。

【００５８】水平電荷転送素子４０は、水平駆動信号φ
Ｈ１〜φＨ２によって駆動されて、各垂直電荷転送素子
２０から受け取った電荷を電荷検出回路５０へ転送す
る。

【００５９】電荷検出回路５０は、水平電荷転送素子４
０から転送されてくる電荷を順次検出して信号電圧を生
成すると共にこの信号電圧を順次増幅して、画素信号を
生成する。

【００６０】この電荷検出回路５０は、例えば、水平電
荷転送素子４０の出力端に電気的に接続された出力ゲー
ト５１と、出力ゲート５１に隣接して半導体基板１に形
成されたフローティングディフュージョン領域５２（以
下、「ＦＤ領域５２」と略記する。）と、このＦＤ領域
５２に電気的に接続されたフローティングディフュージ
ョンアンプ５３（以下、「ＦＤＡ５３」と略記する。）
とを有する。

【００６１】出力ゲート５１は、直流電圧Ｖ_OGの供給を
受けて、水平電荷転送素子４０からＦＤ領域５２への電
荷転送を行う。ＦＤ領域５２の電位は、当該ＦＤ領域５
２内の電荷量に応じて変化する。

【００６２】ＦＤＡ５３は、ＦＤ領域５２の電位変動を
検出、増幅して、画素信号を生成する。この画素信号
が、固体撮像素子１００からの出力となる。

【００６３】ＦＤ領域５２に隣接してリセットゲート５
４が配置され、このリセットゲート５４に隣接して、リ
セットドレイン領域５５が半導体基板１に形成される。
ＦＤ領域５２と、リセットゲート５４と、リセットドレ
イン領域５５とは、リセットトランジスタを構成する。

【００６４】ＦＤＡ５３によって検出された後の電荷、
あるいは、ＦＤＡ５３によって検出する必要のない電荷
は、リセットゲート５４を介してリセットドレイン領域
５５へ掃出され、例えば電源電圧Ｖ_DDに吸収される。リ
セットゲート５４の動作は、駆動信号φＲＳによって制
御される。

【００６５】電荷検出回路５０は、垂直電荷転送素子２
０の各々および水平電荷転送素子４０と共に、出力信号
生成部を構成する。

【００６６】上述した構成を有するＣＣＤ型固体撮像素
子１００では、読出しゲート３０ｒでのゲート電極が、
垂直駆動信号φＶ１の供給を受ける第２垂直転送電極２
５ｂによって構成され、読出しゲート３０ｇでのゲート
電極が、垂直駆動信号φＶ４の供給を受ける第１垂直転
送電極２５ａによって構成されている。そして、読出し
ゲート３０ｂでのゲート電極が、垂直駆動信号φＶ２の
供給を受ける第１垂直転送電極２５ａによって構成され
ている。

【００６７】したがって、垂直駆動信号φＶ１の供給を
受ける第２垂直転送電極２５ｂにのみ読出しパルスを供
給すれば、読出しゲート３０ｒのみが開になり、赤色画
素Ｒを構成する光電変換素子１０に蓄積された電荷のみ
を垂直電荷転送素子２０に読出すことができる。垂直駆
動信号φＶ４の供給を受ける第１垂直転送電極２５ａに
のみ読出しパルスを供給すれば、読出しゲート３０ｇの
みが開になり、緑色画素Ｇを構成する光電変換素子１０
に蓄積された電荷のみを垂直電荷転送素子２０に読出す
ことができる。そして、垂直駆動信号φＶ２の供給を受
ける第１垂直転送電極２５ａにのみ読出しパルスを供給
すれば、読出しゲート３０ｂのみが開になり、青色画素
Ｂを構成する光電変換素子１０に蓄積された電荷のみを
垂直電荷転送素子２０に読出すことができる。

【００６８】すなわち、各画素からの電荷の読出しを、
画素の色に応じて、それぞれ別個に制御することができ
る。

【００６９】なお、１フレームの露光期間中、垂直駆動
信号φ３はローレベル（例えば−８Ｖ）に維持され、他
の垂直駆動信号φＶ１、φＶ２、およびφＶ４はハイレ
ベル（例えば０Ｖ）に維持される。

【００７０】前述した実施例による駆動方法によってＣ
ＣＤ型固体撮像素子１００を駆動させるためには、この
ＣＣＤ型固体撮像素子１００は、電子シャッタ動作を行
うことができるものであることが必要である。以下、Ｃ
ＣＤ型固体撮像素子１００での電子シャッタの構成例
を、図４を参照しつつ、ＣＣＤ型固体撮像素子１００の
断面構造と併せて説明する。

【００７１】図４は、図２に示したIV−IV線に沿ったＣ
ＣＤ型固体撮像素子１００の断面を概略的に示す。同図
には、色フィルタアレイ８０上に必要に応じて配置され
るマイクロレンズアレイ９０も示してある。

【００７２】図４に示した構成要素のうち、既に図３に
示した構成要素については図３で用いた参照符号と同じ
参照符号を付してその説明を省略する。

【００７３】図示のように、半導体基板１は、例えばｎ
型シリコン基板３の一表面にｐ^- 型不純物添加領域５、
ｎ^- 型不純物添加領域６、およびｐ^- 型不純物添加領域
７がこの順番で順次形成された層構成を有する。

【００７４】ｐ^- 型不純物添加領域５は、例えば、ｎ型
シリコン基板３の一表面から所定の深さ離れた位置にｐ
型不純物をイオン注入し、その後に熱処理を施すことに
よって形成することができる。ｎ^- 型不純物添加領域６
は、例えばｎ型シリコン基板３の一部からなる。ｐ^- 型
不純物添加領域７は、例えば、ｎ型シリコン基板３の一
表面にｐ型不純物をイオン注入し、その後に熱処理を施
すことによって形成される。

【００７５】本明細書においては、同じ導電型を有する
不純物添加領域間での不純物濃度の大小を区別するため
に、不純物濃度が相対的に低いものから順番に、ｐ^- 型
不純物添加領域、ｐ型不純物添加領域、ｐ⁺ 型不純物添
加領域、あるいはｎ^- 型不純物添加領域、ｎ型不純物添
加領域、ｎ⁺ 型不純物添加領域と表記する。

【００７６】光電変換素子１０は、例えば、ｐ^- 型不純
物添加領域７の所定箇所にｎ型不純物添加領域１０ａを
形成し、さらに、このｎ型不純物添加領域１０ａ上にｐ
⁺ 型不純物添加領域１０ｂを形成することによって作製
された埋込み型のフォトダイオードによって構成され
る。ｎ型不純物添加領域１０ａは電荷蓄積領域として機
能し、このｎ型不純物添加領域１０ａの下にはｎ^- 型不
純物添加領域６が続いている。

【００７７】垂直電荷転送チャネル２３はｐ^- 型不純物
添加領域７に形成されたｎ型不純物添加領域からなる。

【００７８】水平電荷転送チャネル４３（図３参照）
は、前述のように、例えばｐ^- 型不純物添加領域７に交
互に繰り返し形成されたｎ型不純物添加領域とｎ^- 型不
純物添加領域とによって構成される。

【００７９】読出しゲート３０ｒ、３０ｇ、３０ｂの各
々は、前述のように、読出しゲート用チャネル領域３１
を有する。このチャネル領域３１は、例えば、対応する
光電変換素子１０（ｎ型不純物添加領域１０ａ）の所定
箇所と垂直電荷転送チャネル２３との間においてｐ^- 型
不純物添加領域７に形成されたｐ型不純物添加領域から
なる。

【００８０】チャネル領域３１の形成箇所を除き、各光
電変換素子１０の平面視上の周囲、各垂直電荷転送チャ
ネル２３の平面視上の周囲、および水平電荷転送チャネ
ル４３の平面視上の周囲には、チャネルストップ領域Ｃ
Ｓが設けられる。このチャネルストップ領域ＣＳは、例
えばｐ⁺ 型不純物添加領域からなる。

【００８１】第１の電気的絶縁層１５が半導体基板１上
に形成され、その上に第１〜第５垂直転送電極２５ａ〜
２５ｅ、水平転送電極、および電荷検出回路５０を構成
する各種の電極が配置される。図４には、第１垂直転送
電極２５ａおよび第２垂直転送電極２５ｂがそれぞれ１
本ずつ示されている。

【００８２】各光電変換素子１０上には、第１の電気的
絶縁層１５として、例えばシリコン酸化膜（例えば熱酸
化膜）が配置される。光電変換素子１０上の領域を除い
た他の領域上には、第１の電気的絶縁層１５として、例
えばＯＮＯ膜やＯＮ膜が配置される。

【００８３】上記のＯＮＯ膜は、半導体基板１側から順
番にシリコン酸化膜（熱酸化膜）、シリコン窒化膜、お
よびシリコン酸化膜をこの順番で堆積させた層構成を有
し、上記のＯＮ膜は、半導体基板１側から順番にシリコ
ン酸化膜（熱酸化膜）およびシリコン窒化膜をこの順番
で堆積させた層構成を有する。

【００８４】第１の電気的絶縁層１５上に配置される各
電極は、例えばポリシリコンによって形成される。

【００８５】第１〜第５垂直転送電極２５ａ〜２５ｅの
各々は、所謂重ね合わせ構造をなす。第２垂直転送電極
２５ｂの各々、第３垂直転送電極２５ｃ、および第５垂
直転送電極２５ｅそれぞれの線幅方向の縁部が、光電変
換素子１０上の領域を除いた領域上において隣り合う他
の垂直転送電極の線幅方向の縁部に重なる。個々の第１
〜第５垂直転送電極２５ａ〜２５ｅは、例えば熱酸化膜
等の電気的絶縁膜ＩＦによって覆われる。これらのこと
は、水平転送電極についても同様である。

【００８６】第２の電気的絶縁層６０が、各光電変換素
子１０、第１〜第５垂直転送電極２５ａ〜２５ｅ、およ
び水平電荷転送素子４０（図３参照）を覆い、その上に
光遮蔽膜６４、層間絶縁膜６８、パッシベーション膜７
０、および第１の平坦化膜７５がこの順番で順次配置さ
れる。

【００８７】第２の電気的絶縁層６０は、例えばシリコ
ン酸化物によって形成されて、光遮蔽膜６４とその下の
各種の電極との電気的な分離を十分なものとする。

【００８８】光遮蔽膜６４は、個々の光電変換素子１０
の上方を除いて、これらの光電変換素子１０が配置され
ている領域を覆い、光電変換素子１０以外の領域で無用
の光電変換が行われるのを防止する。この光遮蔽膜６４
は、各光電変換素子１０へ光が入射するように、個々の
光電変換素子１０の上方に当該光電変換素子１０よりも
平面視上の大きさが小さい開口部６４ａを１つずつ有す
る。個々の光電変換素子１０表面において開口部６４ａ
内に平面視上位置する領域が、この光電変換素子１０に
おける受光面となる。

【００８９】光遮蔽膜６４は、タングステン、アルミニ
ウム、クロム、チタン、モリブデン等の金属や、これら
の金属の２種以上からなる合金、前記の金属の化合物等
によって形成される。

【００９０】層間絶縁膜６８は例えばシリコン酸化物に
よって形成されて、垂直電荷転送素子２０、水平電荷転
送素子４０、および電荷検出回路５０へそれぞれ所定の
信号を供給するための配線と、光遮蔽膜６４との導通を
防止する。

【００９１】パッシベーション膜７０は、例えばシリコ
ン窒化膜等によって構成されて、その下の部材を保護す
る。

【００９２】第１の平坦化膜７５はフォトレジスト等の
有機材料や、シリコン酸化物、ＰＳＧ（フォスホシリケ
ートガラス）、ＢＰＳＧ（ボロフォスホシリケートガラ
ス）、シリコン窒化物等の無機材料によって形成され
て、色フィルタアレイ８０を形成するための平坦面を提
供する。第１の平坦化膜７５を無機材料によって形成す
る場合には、パッシベーション膜７０を省略することも
可能である。

【００９３】色フィルタアレイ８０は、例えば、所望色
の顔料または染料を含有した樹脂によって形成される。

【００９４】色フィルタアレイ８０の上方にマイクロレ
ンズアレイを配置する場合には、当該色フィルタアレイ
８０上に第２の平坦化膜８５が形成され、その上にマク
ロレンズアレイ９０が形成される。

【００９５】第２の平坦化膜８５はフォトレジスト等の
有機材料によって形成されて、マイクロレンズアレイ９
０を形成するための平坦面を提供する。

【００９６】マイクロレンズアレイ９０は多数個のマイ
クロレンズ９０ａによって構成され、１つの光電変換素
子１０に１つのマイクロレンズ９０ａが対応する。これ
らのマイクロレンズ９０ａは、例えば、透明樹脂（フォ
トレジストを含む。）層をフォトリソグラフィ法等によ
って所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透
明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ま
せた後に冷却することによって形成される。１つの区画
から１つのマイクロレンズ９０ａが形成される。

【００９７】上述した構造を有するＣＣＤ型固体撮像素
子１００においては、図４に示すようにｐ^- 型不純物添
加領域５が接地される。ｎ型シリコン基板３に例えば２
３Ｖ程度の電位を有する電子シャッタパルスＥＳを供給
すると、パンチスルーによってｎ型不純物添加領域１０
ａとｐ^- 型不純物添加領域５とが導通し、ｎ型不純物添
加領域１０ａに蓄積されていた電荷が排出される。すな
わち、電子シャッタ動作が行われる。

【００９８】前述した実施例による駆動方法によってＣ
ＣＤ型固体撮像素子１００を駆動させるためには、図１
に示したように、１フレームの露光期間中に電子シャッ
タパルスＥＳ、および読出しパルスＲＰ_R 、ＲＰ_G 、Ｒ
Ｐ_B をそれぞれ所定回数、ＣＣＤ型固体撮像素子１００
に供給することが必要となる。ＣＣＤ型固体撮像素子１
００を備えた撮像装置では、これらのパルスを所定のタ
イミングで生成することが必要となる。

【００９９】図５は、実施例による撮像装置（例えばデ
ィジタルスチルカメラ）を概略的に示すブロック図であ
る。

【０１００】同図に示す撮像装置２００は、上述したＣ
ＣＤ型固体撮像素子１００（図５においては「固体撮像
素子１００」と略記している。）をエリア・イメージセ
ンサとして用いた撮像装置であり、固体撮像素子１００
の他に、撮像光学系１１０、駆動信号生成部１３０、信
号処理部１４０、モードセレクタ１５０、制御部１６
０、表示部１７０、記録部１８０、およびシャッタボタ
ン１９０を備える。

【０１０１】ＣＣＤ型固体撮像素子１００については既
に説明したので、ここではその説明を省略する。

【０１０２】撮像光学系１１０は、ＣＣＤ型固体撮像素
子１００上に光学像を結像させる。この撮像光学系１１
０は、例えば、複数枚の光学レンズ、光学レンズを光軸
方向に移動させるための光学レンズ駆動機構、光学絞
り、光学絞りを開閉する光学絞り開閉機構、オプティカ
ルローパスフィルタ、赤外線カットフィルタ、メカニカ
ルシャッタ等を含んで構成される。図５においては、１
枚の光学レンズ１１２によって撮像光学系１１０を代表
して示す。図中の矢印Ｌは光を示す。

【０１０３】駆動信号生成部１３０は、タイミング信号
発生器１２０と、駆動回路１２５とを含む。

【０１０４】タイミング信号発生器１２０は、水平電荷
転送素子４０（図３参照）用の駆動信号φＨ１〜φＨ２
や電荷検出回路５０（図３参照）用の信号を生成し、こ
れらの信号をＣＣＤ型固体撮像素子１００に供給する。
また、撮像装置２００内の種々の回路の動作タイミング
の統一をとるためのタイミング信号を生成し、このタイ
ミング信号を各回路に供給する。

【０１０５】駆動回路１２５は、タイミング信号発生器
１２０から供給されるタイミング信号に基づいて垂直駆
動信号φＶ１〜φＶ４、電子シャッタパルスＥＳ、読出
しパルスＲＰ_R 、ＲＰ_G 、ＲＰ_B 等の信号を生成し、固
体撮像素子１００に供給する。この駆動回路１２５は例
えば垂直ドライバ、ＤＣ電源等を含んで構成される。

【０１０６】信号処理部１４０は、相関二重サンプリン
グ（ＣＤＳ）回路１４１、自動利得調整（ＡＧＣ）回路
１４２、Ａ／Ｄ変換回路１４３、映像信号生成回路１４
５、オートホワイトバランス回路１４７等を含み、ＣＣ
Ｄ型固体撮像素子１００から出力された画素信号に基づ
いて再生画像用の画素信号を生成する。

【０１０７】ＣＤＳ回路１４１は、固体撮像素子１００
からの画素信号に含まれる雑音信号を低減させる。ＡＧ
Ｃ回路１４２は、ＣＤＳ回路１４１からの出力信号のレ
ベルを適正範囲に保つ。Ａ／Ｄ変換回路１４３は、ＡＧ
Ｃ回路１４２からの出力信号をディジタル信号に変換す
る。このＡ／Ｄ変換回路１４３から出力されたディジタ
ル信号が、映像信号生成回路１４５へ供給される。

【０１０８】映像信号生成回路１４５は、供給されたデ
ィジタル信号を赤色信号、緑色信号、および青色信号に
色分離し、これらの色信号を用いて補間処理、ガンマ
（γ）変換等の処理を行った後に、再生画像用の画素信
号（輝度信号および色差信号）を生成する。

【０１０９】オートホワイトバランス回路１４７は、例
えば動画を撮影する際に映像信号生成回路１４５から赤
色信号、緑色信号、および青色信号の供給を受け、これ
らの色信号それぞれの利得を調整してホワイトバランス
をとる。静止画を撮影する際には、ＣＣＤ型固体撮像素
子１００を前述した方法で駆動させ、オートホワイトバ
ランス回路１４７によってホワイトバランスの微調整を
行うことが好ましい。

【０１１０】モードセレクタ１５０は、撮像装置２００
の動作モードを選択するための選択スイッチである。撮
像装置２００は、例えば、自動露出（ＡＥ）モード、自
動合焦（ＡＦ）モード、デジタルズームモード、静止画
モード、動画モード、連写モード等の動作モードを有し
ている。モードセレクタ１５０は、撮像装置２００の使
用者によって操作される。

【０１１１】制御部１６０は、モードセレクタ１５０に
よって選択された動作モードに応じて、タイミング信号
発生器１２０、ＡＧＣ回路１４２、映像信号生成部１４
５等の動作を制御する。また、映像信号生成部１４５か
ら供給される輝度信号に基づいて撮像光学系１１０中の
光学絞り開閉機構の動作を制御し、測距信号に基づいて
光学レンズ駆動機構の動作を制御する。この制御部１６
０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）によって構成
される。

【０１１２】表示部１７０は、映像信号生成部１４５か
ら供給される画素信号に基づいて、静止画または動画を
表示する。この表示部１７０は、例えば液晶ディスプレ
イ等の表示装置によって構成される。

【０１１３】記録部１８０は、映像信号生成部１４５か
ら供給される画素信号を、例えばメモリカード等の記録
媒体に記録する。

【０１１４】シャッタボタン１９０は、例えば半押しに
すると自動露出や自動測距等の動作の開始スイッチとし
て機能する。全押しにすると、メカニカルシャッタが動
作し、一定時間、撮像光学系１１０からＣＣＤ型固体撮
像素子１００への光の入射を遮断する。

【０１１５】上述した構成を有する撮像装置２００で
は、モードセレクタによって例えば静止画モードが選択
されるときにシャッタボタン１９０が全押しにされる
と、前述した実施例による駆動方法によってＣＣＤ型固
体撮像素子１００を駆動させて当該固体撮像素子１００
から１フレーム分の画素信号を出力させるのに必要な種
々の信号が、駆動信号生成部１３０によって生成され
る。

【０１１６】その結果として、前述した方法によってＣ
ＣＤ型固体撮像素子１００が駆動し、ほぼホワイトバラ
ンスのとれた画素信号を出力する。これらの画素信号が
信号処理部１４０に供給されるので、信号処理部１４０
においては、オートホワイトバランス回路１４８によっ
てホワイトバランスを微調整するだけでホワイトバラン
スのとれた赤色信号、緑色信号、および青色信号を得る
ことができ、これらの色信号を用いて再生画像用の画素
信号を生成することができる。赤色信号、緑色信号、お
よび青色信号それぞれのノイズレベルがほぼ同じレベル
に維持されているので、高画質の再生画像が得られる画
素信号を生成しやすい。

【０１１７】以上、実施例による固体撮像素子および撮
像装置について説明したが、本発明は上述した実施例に
限定されるものではない。

【０１１８】例えば、前述した実施例による駆動方法を
適用することができるＣＣＤ型固体撮像素子は、多数個
の画素が画素ずらし配置されたものに限定されるもので
はなく、多数個の画素が正方行列状に配置されたＣＣＤ
型固体撮像素子に適用することもできる。

【０１１９】図６は、多数個の画素が正方行列状に配置
されたエリア・イメージセンサ用のＣＣＤ型固体撮像素
子での光電変換素子１０と垂直電荷転送素子２０との平
面配置の一例を概略的に示す。他の構成は図２〜図４に
示したＣＣＤ型固体撮像素子１００の構成と同様にする
ことができるので、ここではその図示および説明を省略
する。また、同図に示した構成要素についても、図３に
示した構成要素と機能上共通するものには、垂直転送電
極を除き、図３で用いた参照符号と同じ参照符号を付し
てその説明を省略する。

【０１２０】図示のＣＣＤ型固体撮像素子１００Ａで
は、平面形状がほぼ矩形を呈する多数個の光電変換素子
１０が正方行列状に配置され、垂直電荷転送チャネル２
３の各々は、対応する画素列（光電変換素子列）に沿っ
て直線状に延在する。

【０１２１】電荷の読出しを画素の色に応じて別個に制
御するために、１つの画素行（光電変換素子行）につき
４本の垂直転送電極２５Ａ〜２５Ｄが配置される。これ
ら４本の垂直転送電極２５Ａ〜２５Ｄのうち、第１垂直
転送電極２５Ａおよび第２垂直転送電極２５Ｂは、それ
ぞれ、所定の読出しゲート３０ｒ、３０ｇ、または３０
ｂのゲート電極を兼ねる。第３垂直転送電極２５Ｃおよ
び第４垂直転送電極２５Ｅは、いずれも、読出しゲート
のゲート電極を兼ねない。

【０１２２】例えば図示のように、各第３垂直転送電極
２５Ｃには配線ＷＬ_V11 を介して垂直駆動信号φＶ１が
供給され、各第４垂直転送電極２５Ｄには配線ＷＬ_V14
を介して垂直駆動信号φＶ４が供給される。

【０１２３】全ての第１垂直転送電極２５Ａの中から１
本おきに選択された第１垂直転送電極２５Ａには配線Ｗ
Ｌ_V12 を介して垂直駆動信号φＶ２ａが供給され、他の
１本おきに選択された第１垂直転送電極２５Ａには配線
ＷＬ_V15 を介して垂直駆動信号φＶ２ｂが供給される。

【０１２４】全ての第２垂直転送電極２５Ｂの中から１
本おきに選択された第２垂直転送電極２５Ｂには配線Ｗ
Ｌ_V13 を介して垂直駆動信号φＶ３ａが供給され、他の
１本おきに選択された第２垂直転送電極２５Ｂには配線
ＷＬ_V16 を介して垂直駆動信号φＶ２ｂが供給される。

【０１２５】垂直駆動信号φＶ２ａと垂直駆動信号φＶ
２ｂとは、読出しパルスが重畳されるか否かが異なるの
みで、各垂直電荷転送素子２０によって電荷を転送する
際には、互いに同じ位相を有する。垂直駆動信号φＶ３
ａ、φＶ３ｂは、重畳される読出しパルスが図１に示し
た読出しパルスＲＰ_G であるかＲＰ_B であるかが互いに
異なるのみで、各垂直電荷転送素子２０によって電荷を
転送する際には、互いに同じ位相を有する。

【０１２６】垂直駆動信号φＶ２ｂの供給を受ける第１
垂直転送電極２５Ａにのみ読出しパルスを供給すれば、
読出しゲート３０ｒのみが開になり、赤色画素Ｒを構成
する光電変換素子１０に蓄積された電荷のみを垂直電荷
転送素子２０に読出すことができる。垂直駆動信号φＶ
３ａの供給を受ける第２垂直転送電極２５Ｂにのみ読出
しパルスを供給すれば、読出しゲート３０ｇのみが開に
なり、緑色画素Ｇを構成する光電変換素子１０に蓄積さ
れた電荷のみを垂直電荷転送素子２０に読出すことがで
きる。そして、垂直駆動信号φＶ３ｂの供給を受ける第
２垂直転送電極２５Ｂにのみ読出しパルスを供給すれ
ば、読出しゲート３０ｂのみが開になり、青色画素Ｂを
構成する光電変換素子１０に蓄積された電荷のみを垂直
電荷転送素子２０に読出すことができる。

【０１２７】前述したように、ＣＣＤ型固体撮像素子１
００Ａでの光電変換素子１０と垂直電荷転送素子２０と
の平面配置を除いた構成は、図２〜図４に示したＣＣＤ
型固体撮像素子１００の構成と同様である。ＣＣＤ型固
体撮像素子１００Ａは、電子シャッタ動作を行うことが
できる。

【０１２８】したがって、ＣＣＤ型固体撮像素子１００
Ａは、前述した実施例による駆動方法によって駆動させ
ることができる。

【０１２９】前述した実施例による駆動方法によって駆
動させるＣＣＤ型固体撮像素子は、エリア・イメージセ
ンサとして利用される固体撮像素子に限定されるもので
はなく、リニア・イメージセンサとして利用されるＣＣ
Ｄ型固体撮像素子にも適用することができる。

【０１３０】図７は、リニア・イメージセンサとして利
用されるＣＣＤ型固体撮像素子での光電変換素子、電荷
転送素子、および電荷検出回路の平面配置の一例を概略
的に示す。同図に示した構成要素のうちで図３に示した
構成要素と機能上共通するものについては、図３で用い
た参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略す
る。

【０１３１】図示のＣＣＤ型固体撮像素子３００は、白
黒撮影およびカラー撮影が共に可能なリニア・イメージ
センサとして利用される固体撮像素子であり、このＣＣ
Ｄ型固体撮像素子３００では、半導体基板１の一表面に
多数個の光電変換素子１０が４列に亘って配置される。

【０１３２】紙面中、最も手前に描かれている光電変換
素子列ＰＣ１中の各光電変換素子１０は白黒撮影用の画
素を構成し、手前から２番目の光電変換素子列ＰＣ２中
の各光電変換素子１０は青色画素を構成する。手前から
３番目の光電変換素子列ＰＣ３中の各光電変換素子１０
は緑色画素を構成し、最も奥の光電変換素子列ＰＣ４中
の各光電変換素子１０は赤色画素を構成する。

【０１３３】１つの光電変換素子列に１つずつ、この光
電変換素子列に沿って電荷転送素子３２０が配置され、
各電荷転送素子３２０の出力端に１つずつ、電荷検出回
路５０が接続される。

【０１３４】個々の電荷転送素子３２０は、例えば、
(i) 図３に示した水平電荷転送素子４０と同様の構造を
有する２相駆動型のＣＣＤ３２１と、(ii)対応する光電
変換素子１０それぞれとの間に１つずつ配置された読出
しゲート３０ｍ、３０ｂ、３０ｇ、または３０ｒとによ
って構成される。読出しゲート３０ｍは、白黒撮影用の
画素から電荷を読出すための読出しゲートである。

【０１３５】１つの光電変換素子列とこの光電変換素子
列に対応するＣＣＤ３２１との間に１本の読出しゲート
用電極線３３５が配置されて、１つの光電変換素子列に
対応する読出しゲートそれぞれのゲート電極を構成す
る。

【０１３６】赤色画素から電荷を読出すための読出しパ
ルスＲＰ_R 、緑色画素から電荷を読出すための読出しパ
ルスＲＰ_G 、青色画素から電荷を読出すための読出しパ
ルスＲＰ_B 、および白黒撮影用の画素から電荷を読出す
ための読出しパルスＲＰ_m は、それぞれ、所定の１本の
読出しゲート用電極線３３５に供給される。

【０１３７】したがって、赤色画素からの電荷の読出
し、緑色画素からの電荷の読出し、および青色画素から
の電荷の読出しを、それぞれ別個に制御することができ
る。

【０１３８】光電変換素子列ＰＣ２に対応する電荷転送
素子３２０、光電変換素子列ＰＣ３に対応する電荷転送
素子３２０、光電変換素子列ＰＣ４に対応する電荷転送
素子３２０、およびこれらの電荷転送素子３２０に接続
された各電荷検出回路５０は、１つの出力信号生成部を
構成する。

【０１３９】１列の光電変換素子列に１つずつ、この光
電変換素子列に沿ってドレイン領域３６０が配置され
る。個々のドレイン領域３６０は、例えば、半導体基板
１に形成されたｎ⁺ 型不純物添加領域によって構成され
る。１つのドレイン領域３６０と、これに対応する光電
変換素子列との間には、チャネル領域が介在する。この
チャネル領域は、半導体基板１上に電気的絶縁膜を介し
て配置された１本の掃出しゲート用電極線３６５によっ
て平面視上覆われて、掃出しゲートを構成する。

【０１４０】光電変換素子列ＰＣ２、ＰＣ３、またはＰ
Ｃ４に対応する掃出しゲート用電極線３６５には第１電
子シャッタパルスＥＳ１が供給され、光電変換素子列Ｐ
Ｃ１に対応する掃出しゲート用電極線３６５には第２電
子シャッタパルスＥＳ２が供給される。掃出しゲート用
電極線３６５に第１または第２電子シャッタパルスＥＳ
１またはＥＳ２が供給されると、この掃出しゲート用電
極線３６５に対応する光電変換素子１０の各々に蓄積さ
れていた電荷が、当該掃出しゲート用電極線３６５に対
応するドレイン領域３６０に掃出される。すなわち、電
子シャッタ動作を行うことができる。

【０１４１】このように、ＣＣＤ型固体撮像素子３００
は、(i) 赤色画素からの電荷の読出し、緑色画素からの
電荷の読出し、および青色画素からの電荷の読出しを、
それぞれ別個に制御することができ、かつ、(ii)電子シ
ャッタ動作を行うことができるＣＣＤ型固体撮像素子で
あるので、カラー撮影に際しては、前述した実施例によ
る駆動方法によって駆動させることが可能である。

【０１４２】上述したＣＣＤ型固体撮像素子１００、１
００Ａ、３００についての説明から容易に理解されるよ
うに、前述した実施例による駆動方法は、(A) 画素から
の電荷の読出しを画素の色に応じて別個に制御すること
ができ、かつ、(B) 電子シャッタ動作を行うことができ
るＣＣＤ型固体撮像素子であれば、その構造に拘わらず
適用可能である。

【０１４３】画素の配置、電荷転送素子の構造、電荷転
送素子に読出した電荷を当該電荷転送素子によって転送
する際の駆動信号の相数、電子シャッタ動作を行うため
の構造、電荷検出回路の構成等は、上記(A) および(B)
の条件を満たす範囲内で種々選定可能である。

【０１４４】同様に、上記(A) および(B) の条件を満た
すＣＣＤ型固体撮像素子を利用した撮像装置の構成も、
当該ＣＣＤ型固体撮像素子を前述した実施例による駆動
法の下に駆動させることができさえすれば、その用途や
グレード等に応じて適宜選定可能である。

【０１４５】勿論、前述した実施例による駆動方法自体
も、ほぼホワイトバランスのとれた画素信号をＣＣＤ型
固体撮像素子から出力させることができさえすれば、種
々変更可能である。

【０１４６】例えば、１フレームの露光期間中にＣＣＤ
型固体撮像素子に供給する電子シャッタパルスＥＳの数
は、概ね６４〜２５６の範囲内で適宜選定可能である。

【０１４７】１フレームの露光期間中にＣＣＤ型固体撮
像素子に供給する読出しパルスＲＰ _R 、ＲＰ_G 、ＲＰ_B
の数は、赤色画素の感度Ｓ_R 、緑色画素の感度Ｓ_G 、お
よび青色画素の感度Ｓ_B に応じて適宜選択可能である。

【０１４８】例えば、上記の各感度の比Ｓ_R ：Ｓ_G ：Ｓ
_B が概ね４：２：１であれば、１フレームの露光期間中
での赤色画素の露光時間Ｔ_R 、緑色画素の露光時間Ｔ
_G 、および青色画素の露光時間Ｔ_B の比Ｔ_R ：Ｔ_G ：Ｔ
_B を概ね１：２：４とすることにより、ほぼホワイトバ
ランスのとれた画素信号をＣＣＤ型固体撮像素子から出
力させることが可能となる。

【０１４９】補色系の色フィルタを用いて画素を構成す
ることも可能である。この場合でも、ＣＣＤ型固体撮像
素子から出力された画素信号を基に色分離を行ったとき
に得られる赤色信号、緑色信号、および青色信号がほぼ
ホワイトバランスのとれた色信号となるように、画素の
色毎にその露光時間を選定する。

【０１５０】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能であることは、当業者に自明であろう。

【０１５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＣＣＤ型固体撮像素子からほぼホワイトバランスのとれ
た画素信号を出力させることが可能になる。

【０１５２】アンプゲインの調整という電気的な手法に
よらずに、ほぼホワイトバランスのとれた赤色信号、緑
色信号、および青色信号を得ることができるので、これ
らの色信号それぞれのノイズレベルをほぼ同じレベルに
維持することができる。高画質の再生画像が得られる撮
像装置を提供することが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例による駆動方法によってＣＣＤ型固体撮
像素子を駆動させるときの、１フレームの露光期間中で
の電子シャッタ動作および電荷読出し動作の実施タイミ
ングの一例を示すタイミングチャートである。

【図２】実施例による駆動方法を適用することができる
ＣＣＤ型固体撮像素子での色フィルタアレイの一例を概
略的に示す上面図である。

【図３】図２に示したＣＣＤ型固体撮像素子での光電変
換素子、垂直電荷転送素子、水平電荷転送素子、および
電荷検出回路の平面配置を示す概略図である。

【図４】図２に示したＣＣＤ型固体撮像素子のIV−IV線
に沿った断面を示す概略図である。

【図５】実施例による撮像装置を概略的に示すブロック
図である。

【図６】実施例による駆動方法を適用することができる
他のＣＣＤ型固体撮像素子での光電変換素子と垂直電荷
転送素子との平面配置の一例を示す概略図である。

【図７】実施例による駆動方法を適用することができる
他のＣＣＤ型固体撮像素子での光電変換素子、電荷転送
素子、および電荷検出回路の平面配置の一例を示す概略
図である。

【符号の説明】

１…半導体基板、 １０…光電変換素子、 ２０…垂直
電荷転送素子、 ３０ｒ、３０ｇ、３０ｂ…読出しゲー
ト、 ４０…水平電荷転送素子、 ５０…電荷検出回
路、 ８０…色フィルタアレイ、 ８０Ｒ…赤色フィル
タ、 ８０Ｇ…緑色フィルタ、 ８０Ｂ…青色フィル
タ、 １００、１００Ａ、３００…ＣＣＤ型固体撮像素
子、 １３０…駆動信号生成部、 １４０…信号処理
部、 ２００…撮像装置、 ３２０…電荷転送素子、
ＲＰ_R …赤色画素からの電荷読出しを指示する読出しパ
ルス、 ＲＰ_G …緑色画素からの電荷読出しを指示する
読出しパルス、 ＲＰ_B …青色画素からの電荷読出しを
指示する読出しパルス、 ＥＳ…電子シャッタパルス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇家 眞司 宮城県黒川郡大和町松坂平１丁目６番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会社内 (72)発明者 金 勇寛 宮城県黒川郡大和町松坂平１丁目６番地 富士フイルムマイクロデバイス株式会社内 Ｆターム(参考） 4M118 AA05 AA10 AB01 BA13 CA04 DA03 DA12 DB06 DB08 DB09 DB15 DD04 DD12 FA03 FA06 FA26 FA35 FA45 GB03 GB11 GC08 GD04 GD07 5C024 CX03 CY34 GY02 5C065 AA01 BB02 DD02 5F049 MA01 NA20 NB05 UA01 UA14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラー撮影に必要な複数色の画素を有
   し、前記複数色の画素それぞれに蓄積された電荷の読出
   しを該画素の色に応じて別個に制御することができると
   共に、電子シャッタ動作、および、前記読出した電荷に
   基づいての出力信号の生成を行うことができる固体撮像
   素子の駆動方法であって、（Ａ）１フレームの露光期間
   中に、前記電子シャッタ動作を間歇的に複数回行うと共
   に、１回の電子シャッタ動作と該電子シャッタ動作の次
   に行われる電子シャッタ動作との間の期間内に前記画素
   の色に応じて選択的に前記電荷の読出しを行う工程と、
   （Ｂ）前記露光期間の終了後に、前記読出した電荷に基
   づいて前記出力信号を生成する工程とを含む固体撮像素
   子の駆動方法。
2. 【請求項２】 前記複数色の画素が、赤色画素、緑色画
   素、および青色画素に分類される請求項１に記載の固体
   撮像素子の駆動方法。
3. 【請求項３】 前記複数色の画素が複数行、複数列に亘
   って行列状に配置され、前記固体撮像素子が、さらに、
   １つの画素列に１つずつ配置されて前記電荷の読出し、
   および該読み出した電荷の転送を行う第１電荷転送素子
   と、前記第１電荷転送素子の各々に電気的に接続可能な
   第２電荷転送素子と、該第２電荷転送素子に接続された
   電荷検出回路とを有する請求項１または請求項２に記載
   の固体撮像素子の駆動方法。
4. 【請求項４】 カラー撮影に必要な複数色の画素を備
   え、前記複数色の画素それぞれに蓄積された電荷の読出
   しを該画素の色に応じて別個に制御することができると
   共に、電子シャッタ動作、および、前記読出した電荷に
   基づいての出力信号の生成を行うことができる固体撮像
   素子と、 １フレームの露光期間中に、前記電子シャッタ動作の実
   施を指示する電子シャッタパルスを間歇的に複数回生成
   することができると共に、１回の電子シャッタ動作と該
   電子シャッタ動作の次に行われる電子シャッタ動作との
   間の期間内に、前記電荷の読出しを指示する読出しパル
   スを前記画素の色に応じて選択的に生成することができ
   る駆動信号生成部と、 前記出力信号に基づいて、再生画像用の画素信号を生成
   することができる信号処理部とを有する撮像装置。
5. 【請求項５】 前記複数色の画素が、赤色画素、緑色画
   素、および青色画素に分類される請求項４に記載の撮像
   装置。
6. 【請求項６】 前記複数色の画素が複数行、複数列に亘
   って行列状に配置され、前記固体撮像素子が、さらに、
   １つの画素列に１つずつ配置されて前記電荷の読出し、
   および該読み出した電荷の転送を行う第１電荷転送素子
   と、前記第１電荷転送素子の各々に電気的に接続可能な
   第２電荷転送素子と、該第２電荷転送素子に接続された
   電荷検出回路とを有する請求項４または請求項５に記載
   の撮像装置。