JP2009027579A - 撮像装置及び撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮影モードにかかわらず同じ垂直転送駆動によって垂直転送を行うことができ、高感度撮影モードによって暗電流の少ない良質な画像を得ることができる撮像装置及びその駆動方法を提供する。
【解決手段】撮像装置の駆動時に、複数の光電変換部２１の各々に対応させて垂直転送路２２に電位井戸を形成し、複数の光電変換部２１の各々に蓄積された信号電荷を電位井戸に読み出し、信号電荷を読み出した電位井戸を順次前記列方向に移動させ、水平転送路２２に信号電荷を転送し、該水平転送路２２の前記行方向に信号電荷を移動させ、出力部２４へ転送する駆動制御を行い、ここで、水平転送路２２によって信号電荷を転送するときに、垂直転送路２１の電位井戸の容量を水平転送路によって信号電荷を転送しないときよりも小さくする。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像素子を備えた撮像装置及びその駆動方法に関し、具体的には、撮像素子に設けられた光電変換部で発生した信号電荷を垂直転送路と水平転送路とで転送し、出力することで画像を生成する撮像装置及びその駆動方法に関する。

本発明は、半導体基板上の行方向とこれに直交する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部に蓄積された信号電荷を列方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路によって転送された信号電荷を前記行方向に転送する水平転送路と、前記行方向に転送された信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子によって被写体を撮像する撮像装置に関する。

一般に、固体撮像素子では、１つの光電変換部（例えば、フォトダイオード）に蓄積することのできる最大の信号電荷量（以下、飽和信号電荷量という）が転送できるように、垂直転送路や水平転送路が設計されている。例えば、図８（ａ）に示す全画素読み出しのＣＣＤでは、光電変換部８１から読み出した信号電荷を、光電変換部８１に対応する３つの垂直転送路のうち一番上の垂直転送路８２に形成された電位井戸に読み出して転送を行う。このため、垂直転送路８２に形成された電位井戸に溜めることのできる信号電荷量（以下、容量という）は、光電変換部８１の飽和信号電荷量と同等かそれ以上に設計されている。図８（ｂ）に示すインターレース駆動のＣＣＤでは、光電変換部８３から読み出した信号電荷を、光電変換部８３に対応する２つの垂直転送路８４，８５に形成された２つの電位井戸を結合した電位井戸に読み出して転送を行う。このため、２つの垂直転送路８４，８５の各々によって形成される電位井戸の容量の合計は、光電変換部８３の飽和信号電荷量と同等かそれ以上に設計されている。図８（ｃ）に示すハニカム型のＣＣＤでは、光電変換部８６から読み出した信号電荷を、光電変換部８６に対応する４つの垂直転送路のうち、下の２つの垂直転送路８７，８８によって形成される２つの電位井戸を結合した電位井戸に読み出して転送を行う。このため、２つの垂直転送路８７，８８の各々によって形成される電位井戸の容量の合計は、光電変換部８６の飽和信号電荷量と同等かそれ以上に設計されている。

従来、垂直転送路における電位が不安定な状態となると、暗電流が発生しやすいという問題があった。暗電流を抑える方法としては、例えば、下記特許文献１に示すものがある。

特開２００５−２８６４７０号公報 特開平５−６８２０９号公報

デジタルカメラは、撮像感度の設定が変更可能なものがある。例えば、フィルム感度でいえば、ＩＳＯ感度１００に相当する感度で撮影を行う低感度撮影モードど、ＩＳＯ感度４００以上で行う高感度撮影モードとを切り替え設定可能となっている。ＩＳＯ感度が高くなるにつれて入射光量が減少するため、光電変換部に蓄積される信号電荷量もＩＳＯ感度が高くなるにつれて減少し、それに応じて出力電圧も減少する。このため、同じ量の暗電流が発生するとしても、低感度撮影モード時は信号電荷量が多くなる一方で、高感度撮影モードでは逆に少なくなるため、ＳＮ比が劣化してしまう。

高感度撮影モードでは、信号電荷量は少なくてもよいため、垂直電荷転送電極に印加する駆動電圧を増やす高感度駆動を行うことや電位井戸の容量を変更することで暗電流を低減させ、画質の劣化を防止することができる。しかし、高感度撮影モードを実施する場合には、ＩＳＯ感度に応じて垂直転送駆動を切り替える必要があるため、暗電流に起因する点傷や線傷などの位置が駆動の垂直転送駆動によりずれてしまうことが懸念されている。

上記特許文献２に示すように、ＣＣＤを製造するメーカは、撮像素子の欠陥画素のアドレス情報をＣＣＤを搭載する機器を製造する他のメーカに情報提供し、該他のメーカ側でアドレス情報に基づいて欠陥画素の補正処理が行われる。上記のように、高感度撮影モード時に垂直転送駆動によって点傷などの位置がずれてしまうと、高感度及び低感度のそれぞれのモードを検査してアドレス情報を測定し、他のメーカに提供する必要があるため、検査にかかるコストが増大してしまう。例えば、垂直転送駆動が２モードであれば、検査コストは単純に約２倍となってしまう。

一方、ＩＳＯ感度により垂直転送駆動を変更する必要のない駆動電圧の値を変更する方法もあるが、駆動電圧を下げることで暗電流を低減させることができるものの、垂直転送振幅が減ってしまうため、転送効率が低下してしまうおそれがある。また、駆動電圧を上げると、暗電流を増大させてしまうことになり、画質が劣化してしまうため、暗電流を減らすことができなくなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、撮影モードにかかわらず同じ垂直転送駆動によって垂直転送を行うことができ、高感度撮影モードによって暗電流の少ない良質な画像を得ることができる撮像装置及びその駆動方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）半導体基板上の行方向と該行方向に直交する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部に蓄積された信号電荷を列方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路からの信号電荷を前記行方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路からの信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子によって被写体を撮像する撮像装置であって、
前記複数の光電変換部の各々に対応させて前記垂直転送路に電位井戸を形成し、前記複数の光電変換部の各々に蓄積された信号電荷を前記電位井戸に読み出し、前記信号電荷を読み出した電位井戸を順次前記列方向に移動させ、前記水平転送路に信号電荷を転送し、該水平転送路の前記行方向に信号電荷を移動させ、前記出力部へ転送する駆動制御を行う駆動制御手段を備え、
前記駆動制御手段が、前記水平転送路によって信号電荷を転送するときに、前記垂直転送路の前記電位井戸の容量を前記水平転送路によって信号電荷を転送しないときよりも小さくすることを特徴とする撮像装置。
（２）前記垂直転送路が前記列方向に並べられた複数の垂直電荷転送電極によって構成され、前記駆動制御手段が、前記垂直電荷転送電極のそれぞれに２つの異なるレベルの電圧からなる駆動パルスを印加することで前記電子井戸を形成し、前記水平転送路によって信号電荷を転送するときに、前記垂直電荷転送電極のうち、ハイレベルの電圧が印加されている電極の電圧をハイレベルより低く設定することを特徴とする上記（１）に記載の撮像装置。
（３）半導体基板上の行方向と該行方向に直交する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部に蓄積された信号電荷を列方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路からの信号電荷を前記行方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路からの信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子によって被写体を撮像する撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の光電変換部の各々に対応させて前記垂直転送路に電位井戸を形成し、前記複数の光電変換部の各々に蓄積された信号電荷を前記電位井戸に読み出し、前記信号電荷を読み出した電位井戸を順次前記列方向に移動させ、前記水平転送路に信号電荷を転送し、該水平転送路の前記行方向に信号電荷を移動させ、前記出力部へ転送する駆動制御を行うステップを有し、前記水平転送路によって信号電荷を転送するときに、前記垂直転送路の前記電位井戸の容量を前記水平転送路によって信号電荷を転送しないときよりも小さくすることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
（４）前記垂直転送路が前記列方向に並べられた複数の垂直電荷転送電極によって構成され、前記垂直電荷転送電極のそれぞれに２つの異なるレベルの電圧からなる駆動パルスを印加することで前記電子井戸を形成し、前記水平転送路によって信号電荷を転送するときに、前記垂直電荷転送電極のうち、ハイレベルの電圧が印加されている電極の電圧をハイレベルより低く設定することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置の駆動方法。

本発明は、垂直転送路から水平転送路に信号電荷を転送し、水平転送路によって信号電荷を転送するときに、垂直転送路の電位井戸の容量を小さくすることで、暗電流が垂直転送路に不測に流れ込んだ場合に、垂直転送路に蓄積されてしまうことを抑制することができる。こうすることで、暗電流を減少させることができるとともに、高感度撮影モードにおいても、ＩＳＯ感度に応じて垂直転送駆動を切りかえる必要がないため、撮影モードにかかわらず、点傷などのアドレス情報を共通に用いることができ、撮影モードごとに欠陥画素の検査を行う必要がなく、検査にかかるコストを低減させることができる。
また、水平転送路で信号電荷を転送しているときに垂直転送路の電位井戸の容量を変化させているため、水平転送路の転送効率に影響を与えることがない。

本発明によれば、撮影モードにかかわらず同じ垂直転送駆動によって垂直転送を行うことができ、高感度撮影モードによって暗電流の少ない良質な画像を得ることができる撮像装置及びその駆動方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明の実施形態の撮像装置の概略構成を示す図である。なお、本実施形態では、撮像装置の一例としてデジタルカメラの構成を用いて説明する。図１の撮像装置は、撮像部１と、アナログ信号処理部２と、Ａ／Ｄ変換部３と、駆動部４と、ストロボ５と、デジタル信号処理部６と、圧縮／伸張処理部７と、表示部８と、システム制御部９と、内部メモリ１０と、メディアインタフェース１１と、記録メディア１２と、操作部１３とを備える。デジタル信号処理部６、圧縮／伸張処理部７、表示部８、システム制御部９、内部メモリ１０、及びメディアインタフェース１１は、システムバス１４に接続されている。

撮像部１は、撮影レンズ等の光学系及び後述する固体撮像素子２０によって被写体の撮影を行うものであり、アナログの撮像信号を出力する。撮像部１には、固体撮像素子２０への光の入射の遮断制御を行うメカニカルシャッタも含まれている。アナログ信号処理部２は、撮像部１で得られた撮像信号に所定のアナログ信号処理を施す。Ａ／Ｄ変換部３は、アナログ信号処理部２で処理後のアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部３の出力は、いわゆるＲＡＷ画像データとしてデジタル信号処理部６に送られる。ＲＡＷ画像データは、撮像部１からの撮像信号の形式のままデジタル化したデジタル画像データである。

撮影に際しては、駆動部４を介して光学系、メカニカルシャッタ、及び固体撮像素子２０の制御が行われる。固体撮像素子２０は、操作部１３の一部である２段レリーズボタン（図示せず）の操作による２段レリーズスイッチ（図示せず）のＳ２オンを契機として、所定のタイミングで、駆動部４に含まれるタイミングジェネレータ（図１ではＴＧと記載）からの駆動信号によって駆動される。駆動部４は、システム制御部９によって所定の駆動信号を出力する。

デジタル信号処理部６は、Ａ／Ｄ変換部３からのデジタル画像データに対して、操作部１３によって設定された動作モードに応じたデジタル信号処理を行う。デジタル信号処理部６が行う処理には、黒レベル補正処理（ＯＢ処理）、リニアマトリクス補正処理、ホワイトバランス調整処理、ガンマ補正処理、画像合成処理、同時化処理、及びＹ／Ｃ変換処理等が含まれる。デジタル信号処理部６は、例えばＤＳＰで構成される。

圧縮／伸張処理部７は、デジタル信号処理部６で得られたＹ／Ｃデータに対して圧縮処理を施すとともに、記録メディア１２から得られた圧縮画像データに対して伸張処理を施す。

表示部８は、例えばＬＣＤ表示装置を含んで構成され、撮影されてデジタル信号処理を経た画像データに基づく画像を表示する。記録メディア１２に記録された圧縮画像データを伸張処理して得た画像データに基づく画像の表示も行う。また、撮影時のスルー画像、デジタルカメラの各種状態、操作に関する情報の表示等も可能である。

内部メモリ１０は、例えばＤＲＡＭであり、デジタル信号処理部６やシステム制御部９のワークメモリとして利用される他、記録メディアに１２に記録される撮影画像データを一時的に記憶するバッファメモリや表示部８への表示画像データのバッファメモリとしても利用される。メディアインタフェース１１は、メモリカード等の記録メディア１２との間のデータの入出力を行うものである。

システム制御部９は、所定のプログラムによって動作するプロセッサを主体に構成され、撮影動作を含むデジタルカメラ全体の制御を行う。

操作部１３は、デジタルカメラ使用時の各種操作を行うものであり、レリーズボタン等を含んでいる。

図１に示すデジタルカメラは、撮影感度の設定が変更可能となっている。例えばフィルム感度でいえば、ＩＳＯ感度１００に相当する感度で撮影を行う低感度撮影モードと、ＩＳＯ感度２００、４００、８００に相当する感度で撮影を行う高感度撮影モードとを切換設定可能となっている。図１に示すデジタルカメラでは、例えば、露光時間等の撮像条件を変えることでＩＳＯ感度を変えており、ＩＳＯ感度が低いほど露光時間を長く設定し、ＩＳＯ感度が高いほど露光時間を短く設定している。

図２は、本発明の実施形態の撮像装置に搭載される固体撮像素子の概略構成を示す図である。図２に示すように、固体撮像素子２０は、半導体基板上の行方向（図２のＸ方向）とこれに直交する列方向（図２のＹ方向）にマトリクス状に配列された複数の光電変換部（例えば、フォトダイオード）２１と、これら光電変換部２１から列毎に読み出された信号電荷をＹ方向に転送するＹ方向に延在する垂直転送路（ＶＣＣＤ）２２と、垂直転送路２２の出力に接続され、垂直転送路２２から移された信号電荷を各々Ｘ方向に転送する水平転送路（ＨＣＣＤ）２３と、水平転送路２３の出力に接続され、転送されてきた信号電荷に応じた電圧信号を出力する出力部２４とを備える。

垂直転送路２２は、垂直転送路２２は、Ｘ方向に並べられた複数の垂直電荷転送電極によって構成されている。垂直電荷転送電極には、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４を印加するための配線がＸ方向に順番に接続されている。垂直転送時には 垂直転送路２２は、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によって四相駆動されるようになっている。水平転送路２３は、水平転送クロックφＨ１，φＨ２により二相駆動されるようになっている。なお、垂直転送路２２は、四相駆動に限定されず、８つの垂直転送クロックを用いて八相駆動としてもよい。

出力部２４は、例えばフローティングディフュージョンアンプからなるが、フローティングディフュージョン構造ではなく、フローティングゲート構造等であってもよい。

固体撮像素子２０では、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４および水平転送クロックφＨ１，φＨ２の発生タイミングの制御により、後述する第１の読み出しモードと、第２の読み出しモードとに対応できるようになっている。上記垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４および水平転送クロックφＨ１，φＨ２の発生タイミングの制御は、図１に示す駆動部４がシステム制御部９の指示に応じて行う。

図３は、図２に示す固体撮像素子２０の破線で囲った領域２５の拡大図である。固体撮像素子２０の光電変換部２１には、２つの垂直電荷転送電極が対応しており、列方向に隣接する２つの光電変換部２１に対応する４つの垂直電荷転送電極に、それぞれ垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４が印加されるようになっている。奇数行の光電変換部２１の読み出しゲートは、垂直転送クロックφＶ１が印加される垂直電荷転送電極に対応する位置に設けられる。偶数行の光電変換部２１の読み出しゲートは、垂直転送クロックφＶ３が印加される垂直電荷転送電極に対応する位置に設けられる。なお、各光電変換部２１の飽和信号電荷量は、１つの垂直転送路２２によって形成される電位井戸のうち、容量の最も大きい電位井戸に溜めることのできる信号電荷量の２倍となるように設計されている。飽和信号電荷量は、光電変換部２１の大きさによって決まる値である。

また、各光電変換部２１には、オーバーフロードレインが設けられている。このオーバーフロードレインの電位レベルは、各光電変換部２１に飽和信号電荷量を越える信号電荷が発生した場合に、その信号電荷を半導体基板上に掃き出すことができる値（以下、この値をデフォルト値とする）になっている。オーバーフロードレインの電位レベルは、必要に応じて、駆動部４からのＯＦＤパルスにより制御される。

図４は、固体撮像素子２０におけるＩＳＯ感度に対する出力電圧の関係を示す図である。
図４に示すように、ＩＳＯ感度１００のときに固体撮像素子２０に入射する入射光量は符号Ａの範囲で示す量となり、ＩＳＯ感度２００のときに固体撮像素子２０に入射する入射光量はＡの半分の符号Ｂの範囲で示す量となり、ＩＳＯ感度４００のときに固体撮像素子２０に入射する入射光量はＡの１／４の符号Ｃの範囲で示す量となり、ＩＳＯ感度８００のときに固体撮像素子２０に入射する入射光量はＡの１／８の符号Ｄの範囲で示す量となる。ＩＳＯ感度が高くなるにつれて入射光量が減少するため、各光電変換部２１に蓄積される信号電荷量もＩＳＯ感度が高くなるにつれて減少し、それに応じて出力電圧も減少する。

以下、固体撮像素子２０の駆動方法について説明する。
図５は、固体撮像素子２０の駆動時における垂直転送路２２の電圧のポテンシャルを示す図である。本実施形態では、固体撮像素子２０の駆動方法の一例として奇数行と偶数行とに分けて信号電荷の読み出しを行うインターレース駆動を行うが、低感度撮影モードで撮影が行われたときは、図５（ａ）に示す第１の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動し、高感度撮影モードで撮影が行われたときは、図５（ｂ）に示す第２の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動する。

図５（ａ）に示すように、デジタルカメラにおける露光時間は、通常は、電子シャッタを開いた状態（このときメカニカルシャッタは開状態）から、メカニカルシッャタを閉じた状態までの間である。インターレース読み出しでは、露光により、固体撮像素子２０の各光電変換部２１に信号電荷が蓄積される。この信号電荷の蓄積後、直ぐに信号電荷を読み出すのではなく、その前に、掃き出しパルスで垂直転送路２２を高速駆動する。これにより、垂直転送路２２に残っている電荷やノイズ電荷が掃き出される。掃き出し期間の終了後、時刻ｔ１でφＶ１，φＶ２の電位をハイレベルＶＨにすると共に、奇数行の光電変換部２１の読み出しゲートに読み出しパルスを印加する。これにより、奇数行の光電変換部２１に対応する２つの垂直電荷転送電極に電位井戸Ｌ１が形成され、その電位井戸Ｌ１に信号電荷が読み出される。次に、時刻ｔ２でφＶ３の電位をハイレベルＶＨにし、時刻ｔ３でφＶ１の電位をローレベルＶＬにすることで、信号電荷を蓄積した電位井戸Ｌ１が列方向に転送される。偶数行の光電変換部２１に蓄積された信号電荷も同様に、奇数行の光電変換部２１に蓄積された信号電荷の転送後に掃き出し期間が設けられ、この掃き出し期間の終了後、偶数行の光電変換部２１に対応する２つの垂直電荷転送電極に電位井戸Ｌ１が形成され、その電位井戸Ｌ１に信号電荷が読み出されて順次転送される。

図５（ｂ）に示すインターレース読み出しでは、掃き出し期間の終了後、時刻ｔ１でφＶ１の電位をハイレベルＶＨにするとともに、奇数行の光電変換部２１の読み出しゲートに読み出しパルスを印加する。これにより、奇数行の光電変換部２１の読み出しゲートに対応する１つの垂直電荷転送電極に電位井戸Ｌ２が形成され、その電位井戸Ｌ２に信号電荷が読み出される。次に、時刻ｔ２でφＶ２の電位をハイレベルＶＨにし、時刻ｔ３でφＶ１の電位をローレベルＶＬにすることで、信号電荷が蓄積された電位井戸Ｌ２が列方向に転送される。偶数行の光電変換部２１に蓄積された信号電荷も同様に、奇数行の光電変換部２１に蓄積された信号電荷の転送後に掃き出し期間が設けられ、この掃き出し期間の終了後、偶数行の光電変換部２１の読み出しゲートに対応する１つの垂直電荷転送電極に電位井戸Ｌ２が形成され、その電位井戸Ｌ２に信号電荷が読み出されて順次転送される。

図５（ａ）の第１の読み出しモードでは、電位井戸Ｌ２の２倍の容量を持つ電位井戸Ｌ１に光電変換部２１の信号電荷を読み出すため、光電変換部２１の飽和信号電荷量の信号電荷を全て読み出して転送することができる。低感度撮影モードで撮影が行われた場合には、光電変換部２１に蓄積される信号電荷量が飽和信号電荷量に到達することもあり得るため、低感度撮影モード時には第１の読み出しモードで固体撮像素子２０を駆動することが有効である。
一方、図５（ｂ）の第２の読み出しモードでは、電位井戸Ｌ１の１／２の容量を持つ電位井戸Ｌ２に光電変換部２１の信号電荷を読み出すため、光電変換部２１の飽和信号電荷量の半分の信号電荷しか読み出すことができない。ところが、高感度撮影モードで撮影が行われた場合には、光電変換部２１に蓄積される信号電荷は、図４に示したように飽和信号電荷量の半分以下となる。このため、図５（ｂ）のように、１つの垂直電荷転送電極に形成される電位井戸Ｌ２で信号電荷の読み出し及び転送を充分に行うことが可能である。垂直転送路２２における暗電流は、電位井戸が形成された状態で発生しやすくなるが、図５（ｂ）の場合では、垂直転送路２２に形成される電位井戸の大きさの占める割合が図５（ａ）の場合よりも少なくなるため、図５（ａ）の場合より暗電流の発生を抑えることができる。図５（ａ）の場合では、暗電流が発生しやすくなってしまうが、低感度撮影モード時は信号電荷量が多くなるため、暗電流が発生してもＳＮ比は大きく劣化しない。一方、高感度撮影モード時は信号電荷量が少なくなるため、暗電流が発生するとＳＮ比が大きく劣化してしまう。そこで、このＳＮ比の劣化を防ぐために、高感度撮影モード時には次に説明するように固体撮像素子２０を駆動制御することが有効である。

図６は、駆動時の固体撮像素子の駆動パルスの波形を示す図である。
固体撮像素子の駆動時には、各光電変換部の信号電荷を対応する垂直電荷転送電極に読み出した後、垂直転送期間ｔ１〜ｔ５ごとに、所定のレベルの電圧に設定された垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４を印加する。こうして、垂直転送部に形成された電位井戸に信号電荷が蓄積された状態で、該電位井戸が列方向に沿って移動する。そして、垂直転送部の転送方向における最端部から水平転送部に信号電荷が転送される。次に、水平転送期間ｔ６，ｔ７において、水平転送クロックφＨ１，φＨ２が印加されることで、水平転送部に沿って信号電荷が水平転送される。

本実施形態では、水平転送時に、垂直電荷転送電極のうち、ハイレベルＶＨに設定された垂直電荷転送電極（待機電極）の電圧を、ＶＨより低い電圧ＶＭに設定するように制御する。

図７は、垂直電荷転送電極に印加する電圧に対する暗電流の関係を示すグラフである。
暗電流は、低い電圧に対しては一定に低い電流量となるが、ピニング電圧Ｐを起点として、該ピニング電圧Ｐより高い電圧を印加すると、比例して増大する。

図７に示すように、ハイレベルの電圧ＶＨを印加した場合に生じる暗電流Ｉ_Ｈは、ローレベルの電圧ＶＬを印加した場合に生じる大きい暗電流Ｉ_Ｌより大きい。本実施形態のようにハイレベルの電圧ＶＨより低い電圧ＶＭを印加する場合の暗電流Ｉ_Ｍは、ハイレベルの電圧ＶＨのときの暗電流Ｉ_Ｈより小さくなる。

このように、水平転送路２２によって信号電荷を転送するときに、垂直転送路２２の電位井戸の容量を小さくすることで、発生する暗電流を減少させることができる。

本発明は、垂直転送路２２から水平転送路２３に信号電荷を転送し、水平転送路２３によって信号電荷を転送するときに、垂直転送路２２の電位井戸の容量を小さくすることで、暗電流が垂直転送路２２に不測に流れ込んだ場合に、垂直転送路２２に蓄積されてしまうことを抑制することができる。こうすることで、暗電流を減少させることができるとともに、高感度撮影モードにおいても、ＩＳＯ感度に応じて垂直転送駆動を切りかえる必要がないため、撮影モードにかかわらず点傷などのアドレス情報を共通に用いることができ、撮影モードごとに欠陥画素の検査を行う必要がなく、検査にかかるコストを低減させることができる。
また、水平転送路２３で信号電荷を転送しているときに垂直転送路２２の電位井戸の容量を変化させているため、水平転送路２２の転送効率に影響を与えることがない。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
上記実施形態では、複数の光電変換部が略正方格子状に配列された画素配列の構成を例に説明したが、画素配列はこれに限定されない。例えば、複数の光電変換部のうち、行方向に配列された光電変換部が、隣接する列の光電変換部に対して１／２ピッチづつずらして配置された、いわゆるハニカム状の画素配列を有する固体撮像素子にも適用することができる。

本発明にかかる撮像装置の概略構成を示す図である。 撮像装置に搭載される固体撮像素子の概略構成を示す図である。 固体撮像素子の拡大図である。 固体撮像素子におけるＩＳＯ感度に対する出力電圧の関係を示す図である。 固体撮像素子の駆動時における垂直転送路の電圧のポテンシャルを示す図である。 駆動時の固体撮像素子の駆動パルスの波形を示す図である。 垂直電荷転送電極に印加する電圧に対する暗電流の関係を示すグラフである。 固体撮像素子の信号電荷の読み出し動作を説明する図である。

符号の説明

２０ 固体撮像素子
２１ 光電変換部
２２ 垂直転送部
２３ 水平転送部

Claims (4)

1. 半導体基板上の行方向と該行方向に直交する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部に蓄積された信号電荷を列方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路からの信号電荷を前記行方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路からの信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子によって被写体を撮像する撮像装置であって、
   前記複数の光電変換部の各々に対応させて前記垂直転送路に電位井戸を形成し、前記複数の光電変換部の各々に蓄積された信号電荷を前記電位井戸に読み出し、前記信号電荷を読み出した電位井戸を順次前記列方向に移動させ、前記水平転送路に信号電荷を転送し、該水平転送路の前記行方向に信号電荷を移動させ、前記出力部へ転送する駆動制御を行う駆動制御手段を備え、
   前記駆動制御手段が、前記水平転送路によって信号電荷を転送するときに、前記垂直転送路の前記電位井戸の容量を前記水平転送路によって信号電荷を転送しないときよりも小さくすることを特徴とする撮像装置。
2. 前記垂直転送路が前記列方向に並べられた複数の垂直電荷転送電極によって構成され、前記駆動制御手段が、前記垂直電荷転送電極のそれぞれに２つの異なるレベルの電圧からなる駆動パルスを印加することで前記電子井戸を形成し、前記水平転送路によって信号電荷を転送するときに、前記垂直電荷転送電極のうち、ハイレベルの電圧が印加されている電極の電圧をハイレベルより低く設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 半導体基板上の行方向と該行方向に直交する列方向に配設された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部に蓄積された信号電荷を列方向に転送する垂直転送路と、前記垂直転送路からの信号電荷を前記行方向に転送する水平転送路と、前記水平転送路からの信号電荷に応じた信号を出力する出力部とを有する固体撮像素子によって被写体を撮像する撮像装置の駆動方法であって、
   前記複数の光電変換部の各々に対応させて前記垂直転送路に電位井戸を形成し、前記複数の光電変換部の各々に蓄積された信号電荷を前記電位井戸に読み出し、前記信号電荷を読み出した電位井戸を順次前記列方向に移動させ、前記水平転送路に信号電荷を転送し、該水平転送路の前記行方向に信号電荷を移動させ、前記出力部へ転送する駆動制御を行うステップを有し、前記水平転送路によって信号電荷を転送するときに、前記垂直転送路の前記電位井戸の容量を前記水平転送路によって信号電荷を転送しないときよりも小さくすることを特徴とする撮像装置の駆動方法。
4. 前記垂直転送路が前記列方向に並べられた複数の垂直電荷転送電極によって構成され、前記垂直電荷転送電極のそれぞれに２つの異なるレベルの電圧からなる駆動パルスを印加することで前記電子井戸を形成し、前記水平転送路によって信号電荷を転送するときに、前記垂直電荷転送電極のうち、ハイレベルの電圧が印加されている電極の電圧をハイレベルより低く設定することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置の駆動方法。

Images