JP2009147553A - 固体撮像素子の駆動方法および撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動パルスの信号本数を増加させずに飽和信号量の低下と消費電力の増大を防ぎ、簡素な構造で高輝度撮像時におけるブルーミング現象を抑制する。
【解決手段】光電変換素子７１と、垂直電荷転送部７３と、水平電荷転送部７５と、水平電荷転送部７５から不要な信号電荷を取り除く水平ドレイン部８１と、オーバーフローバリア高さを設定する水平ドレインゲート部８３とを備えた固体撮像素子１００において、水平ドレインゲート部８３へ印加する信号を、水平ブランキング期間の少なくとも一部に対しては、垂直電荷転送部７３に印加する電荷転送パルス信号のうち、垂直電荷転送部７３に電位の井戸を形成する電圧の信号に設定し、水平転送期間に対しては、電荷転送パルス信号のうち、水平電荷転送部７５と水平ドレイン部８１との間の電荷移動を阻止するオーバーフローバリア高さが得られる電圧の信号に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水平ドレイン部を有する固体撮像素子の駆動方法および撮像装置に関する。

例えばデジタルカメラ用の固体撮像素子として、ＣＣＤ型固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮像素子が普及している。いずれも、光検出素子はフォトダイオードで構成され、フォトダイオードは入射した光の量に応じて電荷を発生する。光電変換された一方のキャリア（通常は電子）は、ＣＣＤやＭＯＳ回路からなる垂直転送経路を介して読み出される。ところで、フォトダイオードに強い光が入射すると、飽和電荷量以上の過剰電荷が発生する。この過剰電荷が、隣接するフォトダイオードや垂直転送経路等に漏れ込むと、撮像した画像の画質が損なわれる画素間ブルーミングが起きやすくなる。ブルーミングでは、一部の画素の余剰電荷が他の画素に流れ込み、その画素が電気的に飽和して画面が白く抜ける。

このブルーミングを回避するものに例えば特許文献１に開示される固体撮像素子がある。この固体撮像素子１は、図１０（ａ）に示すように、２次元に配列されたフォトダイオード、このフォトダイオードに蓄積された信号電荷を読み出すための読出しゲート、読出しゲートを介して読み出された信号電荷を垂直方向に転送するための垂直電荷転送部を画素領域３に備え、さらに、垂直方向に転送され信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部５と、水平方向の転送端の出力部７と、水平電荷転送部５の下部に設けられたオーバーフローバリア部９と、水平ドレイン部１１とにより構成される。

フォトダイオードに入射した光は光電変換され蓄積される。蓄積された信号電荷はφＶ１あるいはφＶ３に重畳された信号読出しパルスにより、読出しゲートを介して垂直電荷転送部のφＶ１あるいはφＶ３電極下に読み出される。垂直電荷転送部に読み出された信号電荷は、４相の垂直転送パルスφＶ１〜φＶ４により、１水平走査毎に１ラインずつ水平電荷転送部５に転送される。水平電荷転送部５に転送された信号電荷は、２相の水平転送パルスφＨ１，φＨ２により、順次出力部７に転送され、信号電荷が信号電圧に変換されて固体撮像素子１から外部に出力される。

この従来例においては、水平電荷転送部５下部に不要な余剰電荷を掃き出すための水平ドレイン部１１が形成され、垂直電荷転送部から水平電荷転送部５へ多量の信号電荷が流入しても、不要な余剰電荷を速やかに水平ドレイン部１１に排出し、必要な信号分のみを転送および出力することができる。その結果、高輝度撮像時において水平方向のブルーミング現象を抑制できる。

また、特許文献２に開示される固体撮像素子１３は、図１０（ｂ）に示すように、水平電荷転送部５および水平ドレイン部１１との間に水平ドレインゲート部１５が形成される。このような構成にすれば、水平電荷転送部による垂直転送期間において、適切なφＤＧ電圧を設定することにより、水平電荷転送部５から水平ドレイン部１１への信号電荷漏れを防ぎ、結果として、飽和信号出力時においても信号量の減少を防止することができた。
特開平１０−５０９７５号公報 特開平９−１２７４０２号公報

しかしながら、特許文献１に開示される固体撮像素子１は、飽和光量時において水平方向にシェーディング特性を持ち、飽和信号量の減少が発生する。これは、水平電荷転送部による水平転送期間において、水平電荷転送部５から水平ドレイン部１１へ信号電荷が少しずつ漏れてしまうため、右側画面の信号量が本来の左端画面の信号量に比べて小さくなるものである。このため、信号量が最も小さくなる右端の飽和出力でも所定仕様の信号出力以上を確保する必要がある。その施策として、例えば水平電荷転送部５のチャネル幅を大きくして、取扱い電荷量を大きくさせることが考えられるが、水平電荷転送部５の負荷容量を大きくすることになり、結果として、消費電力の増大を招くこととなった。
また、特許文献２に開示される固体撮像素子１３は、当然であるが、水平ドレインゲート電圧を制御するためのφＤＧパルスが必要となる。このことは、例えばケーブル細径化が求められる内視鏡用途の固体撮像素子においては、制御配線が増え、ケーブルが肥大化する問題を生じた。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、駆動パルスの信号本数を増加させずに飽和信号量の低下と消費電力の増大を防ぐことのできる固体撮像素子の駆動方法および撮像装置を提供し、もって、簡素な構造で高輝度撮像時におけるブルーミング現象の抑制を図ることを目的とする。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） マトリクス状に配列された光電変換素子と、前記光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から信号電荷を受けて水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から不要な信号電荷を取り除く水平ドレイン部と、前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン部との間でオーバーフローバリア高さを設定する水平ドレインゲート部と、を備えた固体撮像素子の駆動方法であって、
前記水平ドレインゲート部へ印加する信号を、
前記固体撮像素子の水平ブランキング期間の少なくとも一部に対しては、前記垂直電荷転送部に印加する電荷転送パルス信号のうち、前記垂直電荷転送部に電位の井戸を形成する電圧の信号に設定し、
前記固体撮像素子の水平転送期間に対しては、前記電荷転送パルス信号のうち、前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン部との間の電荷移動を阻止するオーバーフローバリア高さが得られる電圧の信号に設定する固体撮像素子の駆動方法。

この固体撮像素子の駆動方法によれば、水平電荷転送部に転送された信号電荷のうち、過剰電荷が水平ドレイン部へ排出されるとともに、水平電荷転送部での水平電荷転送時には水平ドレインゲート部で高い電位障壁が形成され、水平電荷転送部から水平ドレイン部への信号電荷の漏れがなくなる。

（２） （１）記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記水平ドレインゲート部へ印加する信号は、前記垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段に印加される信号とする固体撮像素子の駆動方法。

この固体撮像素子の駆動方法によれば、垂直電荷転送部から水平電荷転送部へ信号電荷を転送開始するとき、垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段の印加電位がハイレベルとなり、同時に、水平ドレインゲート部の印加電位もハイレベルとなって、最終段における信号電荷の転送タイミングと同期して水平ドレインゲート部を所望のバリア高さに設定できる。また、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への信号電荷の転送が完了した後は、垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段における信号電位がローレベルとなるタイミングで、水平ドレインゲート部の印加電位もローレベルとなり、水平ドレインゲート部のバリア高さが水平電荷転送時に電荷漏れが生じない高さにできる。

（３） マトリクス状に配列された光電変換素子と、前記光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から信号電荷を受けて水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から不要な信号電荷を取り除く水平ドレイン部と、前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン部との間でオーバーフローバリア高さを設定する水平ドレインゲート部と、を備えた固体撮像素子、および該固体撮像素子を駆動して画像信号を出力させる駆動部を備えた撮像装置であって、
前記固体撮像素子の垂直電荷転送部における電荷転送電極のうち、水平ブランキング期間の少なくとも一部に対しては前記垂直電荷転送部に電位の井戸を形成する電圧の信号が印加され、水平転送期間に対しては前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン部との間の電荷移動を阻止するオーバーフローバリア高さが得られる電圧の信号が印加される電極が、前記水平ドレインゲート部に接続されている撮像装置。

この撮像装置によれば、垂直電荷転送部から水平電荷転送部に信号電荷が転送されるタイミングで、水平ドレインゲート部の印加電位もハイレベルとなり、水平電荷転送部に転送された信号電荷のうち、過剰な信号電荷が水平ドレインゲート部を介して水平ドレイン部に排出される。また、水平電荷転送部での水平電荷転送時には、水平ドレインゲート部の印加電位もローレベルとなり、水平ドレインゲート部で高い電位障壁が形成され、水平ドレイン部への信号電荷の漏れが阻止される。

（４） （３）記載の撮像装置であって、
前記水平ドレインゲート部に、前記垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段の転送電極が接続されている撮像装置。

この撮像装置によれば、垂直電荷転送部の最終段と水平ドレインゲート部とを接続することで、最短の結線にでき、構造を簡素化できる。

（５） マトリクス状に配列された光電変換素子と、前記光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から信号電荷を受けて水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から不要な信号電荷を取り除く水平ドレイン部と、前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン部との間でオーバーフローバリア高さを設定する水平ドレインゲート部と、を備えた固体撮像素子、および該固体撮像素子を駆動して画像信号を出力させる駆動部を備えた撮像装置であって、
前記駆動部は、前記水平ドレインゲート部へ印加する信号と、前記垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段の転送電極へ印加する信号を共通にして出力する撮像装置。

この撮像装置によれば、固体撮像素子内で垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段の転送電極と水平ドレインゲート部とを接続した場合と同等の回路が構成可能となる。

（６） （３）〜（５）のいずれか１項記載の撮像装置であって、
屈曲性を有する内視鏡挿入部の先端部に前記固体撮像素子が内蔵された撮像装置。

この撮像装置によれば、水平ドレインゲート部が垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段における転送電極印加パルスで駆動され、従来例で必要とされた専用の水平ドレインゲート用駆動パルスが不要となり、駆動パルスの信号本数が低減される。これより、固体撮像素子に接続される信号配線を屈曲性を有する内視鏡挿入部内において増やすことなく、内視鏡挿入部の細径化に寄与できる。

本発明に係る固体撮像素子の駆動方法および撮像装置によれば、水平ドレインゲート部へ印加する信号を、水平ブランキング期間の一部に対しては、垂直電荷転送部に電位の井戸を形成する電圧の信号に設定し、水平転送期間に対しては、水平電荷転送部と水平ドレイン部との間の電荷移動を阻止するオーバーフローバリア高さが得られる電圧の信号に設定するので、水平電荷転送部に転送した信号電荷のうち、過剰な信号電荷が水平ドレイン部へ排出できる。また、水平電荷転送部での水平電荷転送時には水平ドレインゲート部で高い電位障壁が形成され、信号電荷の漏れを生じさせず、シェーディングの発生を防止できる。また、駆動パルスの信号本数を増加させずに簡単な構成で高輝度撮像時におけるブルーミング現象を抑制できる。

以下、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法および撮像装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る撮像装置の要部構成図、図２は図１に示した撮像装置の全体構成を表すブロック図である。
本実施の形態は、図１に示す固体撮像素子１００が、撮像装置である図２に示すデジタルカメラ２００に搭載される。デジタルカメラ２００は、撮影レンズ２１と、上記した固体撮像素子１００と、この両者の間に設けられた絞り２３と、赤外線カットフィルタ２５と、光学ローパスフィルタ２７とを光学系として備える。デジタルカメラの全体を統括制御するＣＰＵ２９は、フラッシュ発光部３１および受光部３３を制御し、レンズ駆動部３５を制御して撮影レンズ２１の位置をフォーカス位置に調整し、絞り駆動部３７を介し絞り２３の開口量を制御して露光量調整を行う。

また、ＣＰＵ２９は、撮像素子駆動部３９を介して固体撮像素子１００を駆動し、撮影レンズ２１を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。ＣＰＵ２９には、操作部４１を通してユーザからの指示信号が入力され、ＣＰＵ２９はこの指示に従って各種制御を行う。

デジタルカメラ２００の電気制御系は、固体撮像素子１００の出力に接続されたアナログ信号処理部４３と、このアナログ信号処理部４３から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路４５とを備え、これらはＣＰＵ２９によって制御される。

さらに、このデジタルカメラ２００の電気制御系は、メインメモリ（フレームメモリ）４７に接続されたメモリ制御部４９と、ガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理，画像合成処理等の画像処理を行うデジタル信号処理部５１と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部５３と、測光データを積算しデジタル信号処理部５１が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部５５と、着脱自在の記録媒体５７が接続される外部メモリ制御部５９と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部６１が接続される表示制御部６３とを備え、これらは、制御バス６５およびデータバス６７によって相互に接続され、ＣＰＵ２９からの指令によって制御される。

本実施の形態によるデジタルカメラ２００で被写体画像を撮像する場合、図１に示す固体撮像素子１００は次のように動作する。
固体撮像素子１００は、多数の光電変換素子７１が平面上に行方向（矢印Ｘの方向）および列方向（矢印Ｙの方向）に沿って並ぶようにマトリクス配置された撮像部７７を有している。各々の光電変換素子７１は、通常は半導体で構成されるフォトダイオードであり、各々の受光面に入射した光の強さと露光時間の長さとで定まる光量に応じた信号電荷を生成する。

この固体撮像素子１００には、二次元配置された多数の光電変換素子７１のそれぞれが出力する信号電荷を固体撮像素子１００の出力端子ＯＵＴから適切な順番に従って時系列のフレーム毎の信号として読み出すために、複数の垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）７３と、水平電荷転送部（ＨＣＣＤ）７５とが備わっている。

各光電変換素子７１に蓄積された信号電荷は、垂直電荷転送部７３にそれぞれ読み出される。この垂直電荷転送部７３の出力側では、垂直電荷転送部７３からそれぞれ出力される１行分の信号電荷が、水平電荷転送部７５に転送され、その結果、水平電荷転送部７５に１行分の信号電荷が保持される。水平電荷転送部７５は、それ自身が保持している１行分の信号電荷を１画素単位で水平方向（矢印Ｘ方向）に順次に転送する。水平電荷転送部７５から出力される信号電荷は、出力増幅器７９で増幅され、出力端子ＯＵＴに送られる。

ここで、本構成の固体撮像素子１００においては、上記の水平電荷転送部７５に沿って、不要な余剰電荷を掃き出すための水平ドレイン部８１が、水平電荷転送部７５の垂直電荷転送部７３の接合側とは反対側に配置され、垂直電荷転送部７３から水平電荷転送部７５へ多量の信号電荷が流入した場合に、余剰電荷を速やかに水平ドレイン部８１に排出する構成となっている。水平ドレイン部８１に排出する信号電荷の量は、水平電荷転送部７５と水平ドレイン部８１との間に形成された水平ドレインゲート部８３に印加される信号によって決定される。

そして、出力端子ＯＵＴからは被写体の画像信号が出力され、デジタル信号処理部５１は、この画像信号に基づいて被写体画像データを生成する。

このような信号電荷の読み出し動作を実現するために必要な制御信号、すなわち、垂直転送制御信号φＶ１〜φＶ４と、水平転送制御信号φＨ１、φＨ２等がそれぞれ上記した撮像素子駆動部３９によって生成され、固体撮像素子１００の垂直電荷転送部７３、水平電荷転送部７５にそれぞれ印加される。

次に、水平ドレイン部８１について詳細に説明する。
図３は図１の要部拡大図、図４は図３に示した水平ドレイン部の詳細構成図である。
本構成の固体撮像素子１００は、水平電荷転送部７５の垂直電荷転送部７３側とは反対側に、水平ドレイン部８１およびそれらの間の電位を専用に制御するための専用ゲート電極を有する水平ドレインゲート部８３を備えている。水平ドレインゲート部８３は、垂直電荷転送部７３を駆動させるための印加パルスで制御される。つまり、専用ゲート電極の印加電位をハイレベルにして、水平電荷転送部７５に転送される信号電荷の一部を、水平ドレイン部８１に排出できるようになっている。また、水平電荷転送部による水平転送期間において、専用ゲート電極の印加電位をローレベルにして、水平ドレイン部８１と水平電荷転送部７５との間に高い電位障壁を形成して、水平電荷転送部７５から水平ドレイン部８１への電荷の移動を防げるようになっている。

なお、図１０（ａ）に示した従来の固体撮像素子１は、水平電荷転送部と水平ドレイン部との間に不純物注入で形成したオーバフローバリアを備えるが、水平ドレインゲート部が存在せず、垂直電荷転送部７３を駆動するための印加パルスでは制御されない構成となっている。また、図１０（ｂ）に示した従来の固体撮像素子１３は、水平ドレインゲート部は専用のパルスで駆動されており、垂直電荷転送部７３や水平電荷転送部７５の駆動パルスの他に新たに駆動信号を導入した構成となっている。

これらに対して本実施形態の固体撮像素子１００は、垂直電荷転送部７３の駆動信号であるφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４の４相パルスの一部を用いて水平ドレインゲート部８３を駆動している。つまり、水平ドレイン部８１は、新たに専用の駆動信号を導入することなく、垂直電荷転送部７３の駆動信号を共用して駆動される構成となっている。水平ドレインゲート部８３の専用ゲート電極には、バスライン８５が接続されており、このバスライン８５は、アルミなどの金属材料、あるいはポリシリコン等で形成されている。バスライン８５は、撮像部７７の領域から外れた垂直電荷転送部７３の各電荷転送電極に沿った側方で、各電荷転送電極と同様にして共通結線される。水平ドレインゲート部８３の駆動信号としては、垂直電荷転送用駆動パルスのうち、垂直電荷転送部７３の最終段である転送電極８７に印加する駆動信号φＶ４が好適に利用できる。最終段の転送電極８７に印加する駆動信号と水平ドレインゲート部８３の駆動信号を共通にすることで、垂直電荷転送部７３から信号電荷が水平電荷転送部７５に転送されたときに、水平ドレインゲート部８３が所望のバリア高さに設定され、オーバーフローする信号電荷が直ちに水平ドレイン部８１に掃き出される。これにより、高輝度撮像時において水平方向のブルーミング現象を抑制できる。

ここで、水平ドレインゲート部８３の駆動信号として利用できる信号の条件を説明する。
図５は図１に示した固体撮像素子の水平ブランキング期間辺りのタイミングチャート、図６は水平ドレインゲート部の動作説明図である。なお、図６中の断面は、図４のＡ−Ｂ断面を表す。
水平ドレインゲート部８３の駆動信号として垂直電荷転送部７３の駆動信号φＶ４を用いる場合、図５のｔ＝ｔｌにおいて、φＶ４がハイレベル（例えば−７．５Ｖから０Ｖ）となり、垂直電荷転送部７３から水平電荷転送部７５に電荷が転送される。その時、同時に水平ドレインゲート部８３の印加電位も同様にハイレベルとなるので、水平電荷転送部７５内に流入した信号電荷のうち、水平ドレインゲート部８３のバリア高さを超えてオーバーフローする過剰電荷が、図６（ｃ）に示すように、水平ドレインゲート部８３を介して水平ドレイン部８１に排出される。このときの水平電荷転送部７５の隣接する転送段に対しては、バリア高さが水平度ラインゲート部８３のバリア高さより高く設定されているので、水平電荷転送部７５の電荷転送方向に信号電荷が溢れ出すことはない。これにより、高輝度撮像時における水平方向のブルーミング現象を抑制できる。

次に、ｔ＝ｔ２において、φＶ４がローレベル（例えば０Ｖから−７．５Ｖ）となり、垂直電荷転送部７３から水平電荷転送部７５への信号電荷の転送が完了する。同時に、水平ドレインゲート部８３も同様にローレベルとなる。その後、ｔ＝ｔ３において、信号電荷は水平電荷転送部７５内を高速転送し、出力部から画像信号として出力される。φＶ４がローレベルになった後は、図６（ｂ）に示すように、水平ドレインゲート部８３で高い電位障壁ｅＷが形成される。そのため、水平電荷転送部７５から水平ドレイン部８１への信号電荷の漏れが無くなり、これによって、飽和出力信号の減少がなくなって、シェーディングの発生を防止できる。

また、本構成の固体撮像素子１００によれば、所定仕様の飽和信号量以上が確保できる最小限の電荷蓄積容量が確保できれば良く、従来例と比較して転送路のチャネル幅を小さくすることができる。その結果、水平電荷転送部の負荷容量を低減でき、低消費電力化が図れる。

したがって、水平ドレインゲート部８３への駆動信号の条件としては、水平ドレインゲート部８３へ印加する信号を、水平ブランキング期間の一部に対しては、垂直電荷転送部７３に電位の井戸を形成する電圧の信号に設定し、水平転送期間に対しては、水平電荷転送部７５と水平ドレイン部８１との間の電荷移動を阻止するオーバーフローバリア高さが得られる電圧の信号に設定する。そのような信号を用いることで、水平電荷転送部７５に信号電荷を転送するときに、転送された信号電荷のうち、過剰な信号電荷が水平ドレイン部８１へ排出されるとともに、水平電荷転送部７５での水平電荷転送時には水平ドレインゲート部８３で高い電位障壁ｅＷが形成される。これにより、従来素子と比べ駆動パルスの信号本数を増加させずに簡単な構成で、高輝度撮像時におけるブルーミング現象を抑制できる。また、飽和信号量の低下あるいは消費電力の増大を防ぐことができる。

また、固体撮像素子１００では、水平電荷転送部７５へ最も近接配置されている垂直電荷転送部７３の電荷転送方向最終段が水平ドレインゲート部８３に接続されることで、バスライン８５（図４参照）を最短で形成できる。しかし、これに限らず、例えば、上記の水平ドレインゲート部８３への駆動信号の条件はφＶ３も満足しているので、φＶ３に接続される電極を水平ドレインゲート部８３に接続してもよい。

図７は変形例に係る撮像装置の要部構成図である。
なお、上記の実施の形態では、固体撮像素子１００にて水平ドレインゲート部８３がバスライン８５にて垂直電荷転送部７３の最終段の転送電極８７と接続されたが、本発明に係る撮像装置は、図７に示すように、固体撮像素子１００Ａ、およびこの固体撮像素子１００Ａを駆動して画像信号を出力させる駆動部３９Ａを備えた撮像装置２００Ａにおいて、駆動部３９Ａが、水平ドレインゲート部８３へ印加する信号と、垂直電荷転送部７３の電荷転送方向最終段の転送電極へ印加する信号を共通にして出力するものであってもよい。すなわち、このような構成では、駆動部３９Ａに転送電極と水平ドレインゲート部８３を接続するバスライン８５Ａが設けられることとなる。

このような変形例によれば、固体撮像素子１００Ａと駆動部３９Ａとが離間される構成において、固体撮像素子１００Ａ内で垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段の転送電極と水平ドレインゲート部８３を接続した場合と同等の回路が構成可能となる。また、水平ドレインゲート部８３にφＶ４に接続する以外にもφＶ３に接続する構成としてもよい。

次に、本発明に係る撮像装置の他の実施の形態を説明する。
図８は他の実施の形態に係る撮像装置の外観図、図９は図８に示した撮像装置の光学系を側面視（ａ）、平面視（ｂ）で表した模式図である。なお、図１〜図７に示した部材・部位と同等の部材・部位には同一の符号を付して説明し、重複する説明は省略する。
本実施の形態は、発明に係る撮像装置が光学拡大電子スコープ（内視鏡）３００となる。内視鏡３００の先端部は、例えば、約φ１０ｍｍのほぼ円形状に形成され、光源９１、観察光学系９３、ノズル９５および鉗子口９７を含んで構成される。図に光源９１と示してあるのは、発光源、導光体（ファイバ）、出射口を含む光源の出射口である。

光源９１は、複数（本実施形態では２箇所）形成され、例えば赤外線領域の光をカットした白色光を出射し、例えば生体内部の患部に光を照射する。観察光学系９３は、上記した固体撮像素子１００を含んで構成され、光源９１から出射され、患部で反射された光を主に受けて像を形成し、観察者に送信する。ノズル９５は、気体または液体、例えば患部観察を容易にするための洗浄液や染色液を噴き出す噴き出し口である。鉗子口９７は、患部の細胞を採取したり、患部の切除を行ったりする鉗子９７ａの出し入れ口である。

光源９１（の出射口）、観察光学系９３、ノズル９５及び鉗子口９７（鉗子９７ａ）は、内視鏡挿入部であるチューブ９９の先端部付近に備えられる。チューブ９９自体を屈曲可能に作製することで、観察光学系９３等をより患部に接近させたり、スコープの操作性を向上させることができる。なお、チューブ９９には、観察光学系９３等が設けられている側とは反対側の端部に操作装置が備わっており、光源９１、観察光学系９３、ノズル９５、及び鉗子９７ａの操作を行うことが可能である。また、観察光学系９３からの画像データはチューブ９９の内部を伝って送信される。このようなチューブ９９は、機械的、電気的な伝送管として機能する。

観察光学系９３は、図９（ａ）に示すように、対物レンズ１０１、プリズム１０３、半導体チップ１０５及び配線基板１０７を含んで構成される。光源９１から出射され、患部で反射された光１０９が、対物レンズ１０１に入射し、プリズム１０３で進行方向をほぼ直角方向に変化させられて、半導体チップ１０５に入射する。半導体チップ１０５には、固体撮像素子１００及びパッド１１１ａが形成されている。駆動回路等、配線が形成されている配線基板１０７のパッド１１１ｂと、半導体チップ１０５のパッド１１１ａとはワイヤーボンディングされている。配線基板１０７のパッド１１１ｂにはリード１１３が接続されている。リード１１３は、チューブ９９の内部を、チューブ９９の延在方向に沿って配置されている。なお、半導体チップ１０５及び配線基板１０７は、支持板１１５上に支持されている。

対物レンズ１０１に入射し、プリズム１０３で直角に進行方向を変えられた光１０９は半導体チップ１０５の固体撮像素子１００の撮像部７７にある複数の各光電変換素子７１に入射する。これにより蓄積された信号電荷は、固体撮像素子１００内部を転送された後、画像データとして出力され、その画像データは、リード１１３によって外部に取り出される。

この内視鏡３００によれば、固体撮像素子１００が用いられることで、水平ドレインゲート部８３が垂直電荷転送部７３の電荷転送方向最終段における転送電極印加パルスで駆動され、従来必要とされた水平ドレインゲート用駆動パルスφＤＧ（図１０（ｂ）参照）が不要となり、駆動パルスの信号本数が低減される。これより、固体撮像素子１００と駆動部を接続するチューブ９９内においてリード数を低減でき、チューブ細径化が求められる内視鏡用途のイメージセンサに対して本発明の固体撮像素子１００を好適に適用できる。

本発明に係る撮像装置の要部構成図である。 図１に示した撮像装置の全体構成を表すブロック図である。 図１の要部拡大図である。 図３に示した水平ドレイン部の詳細構成図である。 図１に示した固体撮像素子の水平ブランキング期間辺りのタイミングチャートである。 水平ドレインゲート部の動作説明図である。 変形例に係る撮像装置の要部構成図である。 他の実施の形態に係る撮像装置の外観図である。 図８に示した撮像装置の光学系を側面視（ａ）、平面視（ｂ）で表した模式図である。 オーバーフローバリア部を備える従来の固体撮像素子を（ａ）、水平ドレインゲート電圧を制御するためのφＤＧパルスが必要となる従来の固体撮像素子を（ｂ）に表した構成図である。

符号の説明

７１ 光電変換素子
７３ 垂直電荷転送部
７５ 水平電荷転送部
８１ 水平ドレイン部
８３ 水平ドレインゲート部
８７ 垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段の転送電極
９７ａ 鉗子
１００ 固体撮像素子
２００，３００ 撮像装置
ｅ 信号電荷

Claims (6)

1. マトリクス状に配列された光電変換素子と、前記光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から信号電荷を受けて水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から不要な信号電荷を取り除く水平ドレイン部と、前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン部との間でオーバーフローバリア高さを設定する水平ドレインゲート部と、を備えた固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記水平ドレインゲート部へ印加する信号を、
   前記固体撮像素子の水平ブランキング期間の少なくとも一部に対しては、前記垂直電荷転送部に印加する電荷転送パルス信号のうち、前記垂直電荷転送部に電位の井戸を形成する電圧の信号に設定し、
   前記固体撮像素子の水平転送期間に対しては、前記電荷転送パルス信号のうち、前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン部との間の電荷移動を阻止するオーバーフローバリア高さが得られる電圧の信号に設定する固体撮像素子の駆動方法。
2. 請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記水平ドレインゲート部へ印加する信号は、前記垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段に印加される信号とする固体撮像素子の駆動方法。
3. マトリクス状に配列された光電変換素子と、前記光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から信号電荷を受けて水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から不要な信号電荷を取り除く水平ドレイン部と、前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン部との間でオーバーフローバリア高さを設定する水平ドレインゲート部と、を備えた固体撮像素子、および該固体撮像素子を駆動して画像信号を出力させる駆動部を備えた撮像装置であって、
   前記固体撮像素子の垂直電荷転送部における電荷転送電極のうち、水平ブランキング期間の少なくとも一部に対しては前記垂直電荷転送部に電位の井戸を形成する電圧の信号が印加され、水平転送期間に対しては前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン部との間の電荷移動を阻止するオーバーフローバリア高さが得られる電圧の信号が印加される電極が、前記水平ドレインゲート部に接続されている撮像装置。
4. 請求項３記載の撮像装置であって、
   前記水平ドレインゲート部に、前記垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段の転送電極が接続されている撮像装置。
5. マトリクス状に配列された光電変換素子と、前記光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記垂直電荷転送部から信号電荷を受けて水平方向に転送する水平電荷転送部と、前記水平電荷転送部から不要な信号電荷を取り除く水平ドレイン部と、前記水平電荷転送部と前記水平ドレイン部との間でオーバーフローバリア高さを設定する水平ドレインゲート部と、を備えた固体撮像素子、および該固体撮像素子を駆動して画像信号を出力させる駆動部を備えた撮像装置であって、
   前記駆動部は、前記水平ドレインゲート部へ印加する信号と、前記垂直電荷転送部の電荷転送方向最終段の転送電極へ印加する信号を共通にして出力する撮像装置。
6. 請求項３〜請求項５のいずれか１項記載の撮像装置であって、
   屈曲性を有する内視鏡挿入部の先端部に前記固体撮像素子が内蔵された撮像装置。

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