JPH10271395A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度の低下および飽和信号電荷量の減少を防
止し、飽和信号電荷量の減少によるＳ／Ｎやダイナミッ
クレンジ等の特性の悪化を防ぐ。 【解決手段】 固体撮像装置１は、縦型オーバーフロー
ドレイン構造を持ちかつ行列状に配列された光電変換を
なす多数のセンサ部１１と、これらセンサ部１１から信
号電荷を読み出す読み出しゲート部１２と、読み出しゲ
ート部１２によって読み出された信号電荷を垂直転送す
る垂直転送部１３とを有する固体撮像素子１０と、セン
サ部１１への入射光を遮断して露光の終了時間を決定す
る遮光手段であるメカニカルシャッタ２０と、露光の終
了直後から所定の放置時間が経過した後にセンサ部１１
より信号電荷が読み出されるように読み出しゲート部１
２にタイミング信号を与えるタイミング信号発生手段で
あるタイミング信号発生回路３０とを備えて構成されて
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、固体撮像装置およ
びその駆動方法に関し、特に縦型オーバーフロードレイ
ン構造を持つＣＣＤ（Charge Coupled Device)型固体撮
像素子（以下、ＣＣＤ撮像素子と記す）を用いた固体撮
像装置およびその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体撮像装置としては、例えば図
２に示すような縦型オーバーフロードレイン構造を持つ
ＣＣＤ撮像素子を用いたものが知られている。すなわ
ち、このＣＣＤ撮像素子では、Ｎ型の基板５０の表面に
Ｐ型のウエル領域５１が形成されており、このウエル領
域５１の表面に入射光をその光量に応じた電荷量の信号
電荷に光電変換して蓄積するセンサ部１１が形成されて
いる。センサ部１１は、ウエル領域５１の表面側に形成
されたＮ⁺ 型の信号電荷蓄積領域５２と、この上層に形
成されたＰ⁺ 型の正孔蓄積領域５３とからなっている。
センサ部１１の横方向には、Ｐ型の読出しチャネル領域
５４を介してＮ⁺ 型の信号電荷転送領域５５およびＰ⁺
型のチャネルストッパ領域５６が形成されている。さら
に信号電荷転送領域５５の下層には、Ｐ⁺ 型の不純物拡
散領域５７が形成されている。

【０００３】上記信号電荷転送領域５５および読出しチ
ャネル領域５４の上方には、ゲート絶縁膜５８を介して
転送電極５９が設けられている。そして、読出しチャネ
ル領域５４とその上の転送電極５９の一部によって、セ
ンサ部１１に蓄積された信号電荷を読みだす読み出しゲ
ート部１２が構成され、信号電荷転送領域５５およびそ
の上の転送電極５９によって、読み出しゲート部１２を
介して読みだされた信号電荷を垂直転送する垂直電荷転
送部（以下、垂直転送部と記す）１３が構成されてい
る。また転送電極５９の上には絶縁膜６０が形成され、
この絶縁膜６０上は、センサ部１１の開口部１１ａを除
いてアルミニウム遮光膜６１によって覆われている。

【０００４】このようなＣＣＤ撮像素子においてセンサ
部１１に蓄積される信号電荷の電荷量Ｑは、図７のポテ
ンシャル分布に示すように、Ｐ型のウエル領域５１で構
成されるオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルバ
リアの高さによって決定される。すなわち、このオーバ
ーフローバリアＯＦＢはセンサ部１１に蓄積される飽和
信号電荷量Ｑ_S を決めるものである。そして、センサ部
１１に入射する光量が増えて蓄積信号電荷量が飽和信号
電荷量Ｑ_S を越えた場合に、その越えた信号電荷がオー
バーフローバリアＯＦＢを越え、基板５０に掃き出され
る。なお、オーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル
は、オーバーフロードレインバイアス、つまり基板５０
に与える基板バイアスＶsub によって制御可能となって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した縦
型オーバーフロードレイン構造のＣＣＤ撮像素子では、
センサ部の蓄積信号電荷が飽和信号電荷量を越えたオー
バーフロー状態でも、センサ部が入射光に対して感度特
性を持つ、いわゆるニー（Ｋｎｅｅ）特性を有してい
る。すなわち、信号電荷がオーバーフローバリアＯＦＢ
を越え、これに伴ってオーバーフロー電流が流れること
でオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャルバリアの
高さが高くなっていくため、ニー特性を持つのである。
したがって、ニー特性を有するＣＣＤ撮像素子では、セ
ンサ部のニー部分の蓄積信号電荷量Ｑ _kneeが増大してし
まい、例えば飽和信号電荷量Ｑ_S の２倍程度にもなって
いる。そして、これに伴って垂直転送部の取り扱い電荷
量もセンサ部の飽和信号電荷量Ｑ_S の２倍以上必要にな
るため、構造的に垂直転送部の幅を大きく形成しなけれ
ばならないという不都合が生じている。

【０００６】垂直転送部の幅を大きく形成すると、セル
面積を一定とした場合、必然的にセンサ部の面積を縮小
化せざるを得なくなることから、感度の低下を招く。ま
た、センサ部の面積の縮小化はセンサ部の飽和信号電荷
量Ｑ_S の減少につながり、結果としてＳ／Ｎやダイナミ
ックレンジ等の特性を悪化させる。したがって、感度の
低下および飽和信号電荷量Ｑ_S の減少を防止でき、飽和
信号電荷量Ｑ_S の減少によるＳ／Ｎやダイナミックレン
ジ等の特性の悪化を防ぐことができる固体撮像装置およ
びその駆動方法の技術の開発が切望されている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る固体撮像装置は、縦型オーバーフロード
レイン構造を持ちかつ行列状に配列された光電変換をな
す多数のセンサ部と、これらセンサ部から信号電荷を読
み出す読み出しゲート部と、読み出しゲート部によって
読み出された信号電荷を転送する電荷転送部とを有する
固体撮像素子と、センサ部への入射光を遮断して露光の
終了時間を決定する遮光手段と、露光の終了直後から所
定の放置時間が経過した後にセンサ部より信号電荷が読
み出されるように読み出しゲート部にタイミング信号を
与えるタイミング信号発生手段とを備えた構成となって
いる。

【０００８】本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、
縦型オーバーフロードレイン構造を持ちかつ行列状に配
列された光電変換をなす多数のセンサ部から信号電荷を
読み出し、電荷転送部によってこの読み出された信号電
荷を転送する固体撮像素子を備えた固体撮像装置を駆動
する方法であって、センサ部への入射光を遮断すること
により露光を終了し、この露光の終了直後から所定の時
間が経過した後に前記センサ部からの信号電荷の読み出
しを行うようにする。

【０００９】本発明の固体撮像装置では、遮光手段によ
ってセンサ部への入射光が遮断されることで露光が終了
する。露光終了後はセンサ部に光が入射されないため光
電変換が行われず、したがって露光終了後、所定の放置
時間が経過した後にオーバーフローバリアを越える信号
電荷の量が、露光の終了直後にオーバーフローバリアを
越える信号電荷の量よりも減少する。このため、所定の
放置時間が経過した後に、オーバーフローバリアを越え
る信号電荷によりオーバーフローバリアのポテンシャル
バリアの高さが高くなる現象が抑えられ、センサ部に蓄
積されている信号電荷においてニー部分の蓄積信号電荷
量が低減する。よって、所定の放置時間が経過した後に
タイミング信号発生手段から読み出しゲート部にタイミ
ング信号を与え、センサ部から信号電荷の読み出しを行
うことで、ニー部分の蓄積信号電荷量の少ない信号電荷
が得られる。

【００１０】本発明の固体撮像装置の駆動方法では、セ
ンサ部への入射光を遮断することにより露光を終了させ
るため、露光終了後にセンサ部が光電変換を行うことが
防止される。そして、露光の終了直後から所定の放置時
間が経過した後にセンサ部から信号電荷を読み出すこと
から、上記発明と同様の理由により、ニー部分の蓄積信
号電荷量が低減した信号電荷が得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る固体撮像装置
およびその駆動方法の実施形態を図面に基づいて説明す
る。なお、本実施形態ではインターライン転送（ＩＴ）
方式のＣＣＤ撮像素子を用いた固体撮像装置およびその
駆動方法に本発明を適用した例を説明する。

【００１２】図１は第１実施形態の固体撮像装置を示す
概略構成図である。図１に示すようにこの固体撮像装置
１は、ＣＣＤ撮像素子１０と、メカニカルシャッタ２０
と、タイミング信号発生回路３０とを備えて構成されて
いる。ＣＣＤ撮像素子１０は、入射光をその光量に応じ
た電荷量の信号電荷に光電変換して蓄積するセンサ部１
１を多数有しており、これらセンサ部１１がシリコン等
の半導体からなる基板５０に、行（垂直）方向および列
（水平）方向にマトリクスク状に多数配列されている。

【００１３】また基板５０には、これらセンサ部１１の
垂直列毎にライン状の垂直電荷転送部（以下、垂直転送
部と記す）１３が設けられ、この垂直転送部１３とセン
サ部１１の垂直列との間に読み出しゲート部１２が形成
されている。読み出しゲート部１２はこれに後述するタ
イミング信号が印加されることにより、センサ部１１に
蓄積された信号電荷を読み出すものである。また垂直転
送部１３は、読み出しゲート部１２によって読み出され
た信号電荷を垂直転送するものであり、例えば４相の垂
直転送クロックφＶ１〜φＶ４によって転送駆動され、
読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部に
て１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方
向に後述する水平電荷転送部へと転送するようになって
いる。

【００１４】このようにセンサ部１１、読み出しゲート
部１２および垂直転送部１３を備えたＣＣＤ撮像素子１
０のユニットセルは、例えば先に図２を用いて説明した
従来のＣＣＤ撮像素子のユニットセルと同様の断面構
造、すなわち縦型オーバーフロードレイン構造を有して
いる。したがって、センサ部１１は、例えばＮ型の基板
５０表面にＰ型のウエル５１を介して形成されたＮ⁺ 型
の信号電荷蓄積領域５２と、この上層に形成されたＰ⁺
型の正孔蓄積領域５３とからなるフォトダイオードで構
成されている。

【００１５】このセンサ部１１に蓄積される信号電荷の
電荷量は、Ｐ型のウエル領域５１で構成されるオーバー
フローバリアＯＦＢのポテンシャルバリアの高さによっ
て決定される。すなわち、このオーバーフローバリアＯ
ＦＢは、センサ部１１に蓄積される飽和信号電荷量Ｑ_S
を決めるものであり、蓄積電荷量がこの飽和信号電荷量
Ｑ_S を越えた場合に、その越えた信号電荷がポテンシャ
ルバリアを越えて基板５０側に掃き出されるようになっ
ている。

【００１６】また、センサ部１１の横方向にはＰ型の読
出しチャネル領域５４が形成されており、この読出しチ
ャネル領域５４と、読出しチャネル領域５４上にゲート
絶縁膜５８を介して形成された転送電極５９の一部によ
って読み出しゲート部１２が形成されている。さらに、
読出しチャネル領域５４の横方向にＮ⁺ 型の信号電荷転
送領域５５が形成されており、この信号電荷転送領域５
５と信号電荷転送領域５５上にゲート絶縁膜５８を介し
て形成された転送電極５９とから垂直転送部１３が形成
されている。つまり転送電極５９は、読出しチャネル領
域５４の上方に位置する部分が読み出しゲート部１２の
ゲート電極を兼ねている。

【００１７】なお、前述したように垂直転送部１３が４
相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によって転送駆動
されるように構成されている場合、垂直転送部１３にお
いて１相目と３相目の転送電極５９が読み出しゲート部
１２のゲート電極を兼ねたものとなる。このことから、
４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４のうち、１相目
の転送クロックφＶ１と３相目の転送クロックφＶ３と
が、低レベル、中間レベルおよび高レベルの３値をとる
ように設定されており、その３値目の高レベルのパルス
が読み出しゲート部１２に与えられるタイミング信号、
すなわち読み出しパルスになる。

【００１８】また基板５０において、垂直転送部１３の
信号電荷の転送方向の端部側、つまり図１において垂直
転送部１３の下側には、水平電荷転送部（以下、水平転
送部と記す）１４が垂直転送部１３のライン方向に直交
するように配置されている。この水平転送部１４は、例
えば２相の水平転送クロックφＨ１、φＨ２によって転
送駆動されるように構成されている。そして、複数本の
垂直転送部１３から１ラインに相当する信号電荷が順次
転送されると、その１ライン分の信号電荷を水平ブラン
キング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転
送するようになっている。

【００１９】基板５０上でかつ水平転送部１４の転送先
の端部には、水平転送部１４によって水平転送されてき
た信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する電荷電圧
変換部１５が設けられている。そして、その電荷電圧変
換部１５の出力側には、変換された電圧信号を外部に導
出するための出力端子１６が設けられている。さらに基
板５０には、従来と同様に、センサ部１１に蓄積される
信号電荷の電荷量を決める、すなわちオーバーフローバ
リアＯＦＢのポテンシャルバリアの高さを決めるオーバ
ーフロードレインバイアス（基板バイアス）Ｖsub が基
板バイアス電圧発生部４１から印加されるようになって
いる。

【００２０】このようなＩＴ方式のＣＣＤ撮像素子１０
を用いた固体撮像装置１は、上記の４相の垂直転送クロ
ックφＶ１〜φＶ４と、２相の水平転送クロックφＨ
１、φＨ２とを発生するタイミング信号発生手段である
タイミング信号発生回路３０を備えている。このタイミ
ング信号発生回路３０は、この他にセンサ部１１に蓄積
された信号電荷を基板５０に掃き出すためのパルス等の
各種タイミング信号も発生するようになっている。

【００２１】また固体撮像装置１は、センサ部１１に入
射する光を遮断して露光の終了時間を決定する遮光手段
としてメカニカルシャッタ２０を備えている。メカニカ
ルシャッタ２０には、このシャッタ２０の開閉制御を行
う第１コントロール部２１が接続されている。また第１
コントロール部２１は、タイミング信号発生回路３０に
も接続されてこの回路３０の制御も行うようになってい
る。

【００２２】上記のごとく構成された固体撮像装置１の
駆動にあたっては、図３のタイミングチャートに示すよ
うに、露光中においてメカニカルシャッタ２０が開いて
いる状態にあり、ある一定の露光時間が経過するとメカ
ニカルシャッタ２０が閉じて露光が終了する。そして、
例えばフィールド読み出しによって全画素の信号電荷を
読み出す読み出し期間に入る。

【００２３】この読み出し期間では、メカニカルシャッ
タ２０が閉じて露光が終了した直後から所定の放置時間
ｔ₁ が経過した後に、垂直転送クロックφＶ１、φＶ３
に読み出しパルスが立つ。なお、前述したように垂直転
送部１３が４相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４によ
って転送駆動されるＣＣＤ撮像素子１０では、１相目の
転送クロックφＶ１と３相目の転送クロックφＶ３と
が、低レベル、中間レベルおよび高レベルの３値をとる
ように設定されているが、図３では読み出しゲート部１
２に与えられる３値目の読み出しパルスのみを示してい
る。

【００２４】そして、垂直転送クロックφＶ１、φ３に
読み出しパルスが立つことにより、奇数フィールドで
は、水平転送部１４に近い画素から奇数番目の画素の信
号電荷とこの画素に垂直方向にて隣接する偶数番目の画
素の信号電荷とを読み出して垂直転送部１３中にて加算
し、垂直転送する。また偶数フィールドでは加算の組み
合わせを変え、水平転送部１４に近い画素から偶数番目
の画素の信号電荷とこの画素に垂直方向にて隣接する奇
数番目の画素の信号電荷とを読み出して垂直転送部１３
中にて加算し、垂直転送する。この際、全画素の信号を
１フィールド毎に読み出していく。

【００２５】ここで、露光の終了直後から読み出しパル
スが立つまでの所定の放置時間ｔ₁は、例えば２ｍｓ以
下が好ましく、さらに好ましくは１ｍｓ以下となる。こ
れは、以下の知見による。すなわち、メカニカルシャッ
タ２０を閉じてからの放置時間ｔ₁ と、センサ部１１に
蓄積された信号電荷量Ｑと、オーバーフロー電流Ｉとは
下記に示す（１）式、（２）式の関係が成り立つ。な
お、（２）式中のｋは定数であり、デバイス毎に異なる
値をとる。

【００２６】

【数１】 （１）式、（２）式の関係より、ｔ₁ ＝０のときのセン
サ部１１に蓄積された蓄積信号電荷量をＱ₀ とすると、

【数２】 となる。

【００２７】そこで、ｋの実際の値としてｋ＝９．７７
×１０^-2を用い、上記（３）式に代入してメカニカルシ
ャッタ２０を閉じた後のセンサ部１１に蓄積される信号
電荷量Ｑを異なる放置時間ｔ₁ 毎（ｔ₁ ＝０、１００ｎ
ｓ、５００ｎｓ、１ｍｓ、２ｍｓ）に演算すると、図４
に示す結果が得られる。ここで、図４の縦軸はセンサ部
１１の蓄積信号電荷量Ｑであり、Ｑ_S は飽和信号電荷量
である。また横軸は光量を示してある。

【００２８】図４から明らかなように、いずれの放置時
間ｔ₁ の場合も光量が大きくなるにつれて蓄積信号電荷
量Ｑが増加する傾向にあるが、露光終了直後のｔ₁ ＝０
のときに蓄積信号電荷量Ｑの増加の傾きが最も大きく、
放置時間ｔ₁ が最も長い２ｍｓのときに蓄積信号電荷量
Ｑの増加の傾きが最も小さくなる。

【００２９】このことから、本実施形態に係るＣＣＤ撮
像素子１０ではニー特性が見られるものの、メカニカル
シャッタ２０によるセンサ部１１への入射光の遮断によ
り、オーバーフローバリアＯＦＢを越える信号電荷の量
が露光終了直後よりも放置時間ｔ₁ が長い程減少し、こ
れに伴ってオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル
バリアの高さが高くなる現象が抑えられて、露光終了直
後よりも２ｍｓ後においてニー部分における蓄積信号電
荷量Ｑ_Kneeが低減されていることが知見される。ただ
し、センサ部１１の飽和信号電荷の一部が時間の経過と
ともに放出されることにより飽和信号電荷量Ｑ_S が減少
することから、露光の終了直後から信号電荷を読み出す
までの放置時間ｔ₁ を２ｍｓ以下、好ましくは１ｍｓ以
下としているのである。

【００３０】放置時間ｔ₁ を１ｍｓ以下とすると、図４
から飽和信号電荷量Ｑ_S が９２％程度に減少するのに対
して、ニー部分における蓄積信号電荷量Ｑ_Kneeが例えば
×１０００倍光量時に６３％まで減少することが確認さ
れる。そして、ニー部分における蓄積信号電荷量Ｑ_Knee
は、露光終了直後に２であったのが露光終了から１ｍｓ
後には１．２５に低減するのが認められる。

【００３１】以上のように第１実施形態では、メカニカ
ルシャッタ２０を用いてセンサ部１１への入射光を遮断
することにより露光を終了させるため、露光終了後のセ
ンサ部１１による光電変換を防止することができる。ま
た露光終了直後から２ｍｓ以下の放置時間ｔ₁ が経過し
た後にセンサ部１１から蓄積された信号電荷を読み出す
ので、オーバーフローバリアＯＦＢを越える信号電荷の
量が減少して、オーバーフローバリアＯＦＢのポテンシ
ャルバリアの高さが高くなる現象が抑えられ、結果とし
てセンサ部１１に蓄積されている信号電荷においてニー
部分の蓄積信号電荷量Ｑ_Kneeを低減できる。

【００３２】そのため、ニー部分の蓄積信号電荷量Ｑ
_Kneeが低減した信号電荷がセンサ部１１から読み出され
ることから、垂直転送部１３の取り扱い電荷量を減少さ
せることができ、これにより垂直転送部１３の幅を狭め
ることができる。したがって、セル面積を従来と同じと
した場合、センサ部１１の面積を拡大できるため、感度
を向上させることができる。一方、垂直転送部１３の幅
を従来と同じにした場合、蓄積信号電荷量Ｑ_Kneeを低減
できた分だけ取り扱える飽和信号電荷量Ｑ_S を増大させ
ることができ、これによりＳ／Ｎやダイナミックレンジ
等の特性を向上させることができる。

【００３３】次に、第２実施形態の固体撮像装置を図５
に示す概略構成図を用いて説明する。この第２実施形態
の固体撮像装置２において第１実施形態と相違するとこ
ろは、露光の終了直後からセンサ部１１の読み出しまで
の所定の放置時間中に、ＣＣＤ撮像素子１０のオーバー
フロードレインバイアス、つまり基板バイアスＶsubを
下げるように駆動する駆動手段４０を備えていることに
ある。駆動手段４０は、基板バイアスＶsub を発生する
基板バイアス電圧発生部４１と、上記のごとく基板バイ
アスＶsub を下げるように基板バイアス電圧発生部４１
を制御する第２コントロール部４２とから構成される。
そしてこの駆動手段４０は、例えば第１コントロール部
２１によって制御されるようになっている。

【００３４】このような固体撮像装置２においては、図
６のタイミングチャートに示すように、ある一定の露光
時間が経過するとメカニカルシャッタ２０が閉じて露光
が終了し、例えば第１実施形態で述べたようなフィール
ド読み出しによって全画素の信号電荷を読み出す読み出
し期間に入る。この読み出し期間では、第１実施形態の
場合と同様にメカニカルシャッタ２０が閉じて露光が終
了した直後から所定の放置時間ｔ₂ が経過した後に、垂
直転送クロックφＶ１、φ３に読み出しパルスが立つ
が、その放置時間ｔ₂ 中に基板バイアスＶsub を下げ
る。

【００３５】具体的には、露光の終了直後から第１の放
置時間ｔ₃ が経過した後、第２の放置時間ｔ₄ の範囲に
て基板バイアスＶsub を下げる。その後、読み出しパル
スを立てて各画素から信号電荷を読み出す。ここで、第
１の放置時間ｔ₃ は、第１実施形態の放置時間ｔ₁ と同
様に例えば例えば２ｍｓ以下が好ましく、さらに好まし
くは１ｍｓ以下となる。また、例えば第２の放置時間ｔ
₄ としては１ｍｓ以下の短時間が好ましい。

【００３６】上記第２実施形態によれば、この第２の放
置時間ｔ₄ の範囲にて基板バイアスＶsub を下げること
により、メカニカルシャッタ２０を閉じた後の放置時間
ｔ₂中での飽和信号電荷量Ｑ_S の減少を補うことができ
る。よって、飽和信号電荷量Ｑ_S の減少によるＳ／Ｎや
ダイナミックレンジ等の特性の悪化を防止することがで
きる。また放置時間ｔ₂ を第１の放置時間ｔ₃ と第２の
放置時間ｔ₄ との和として第２の放置時間ｔ₄ の直後に
信号電荷の読み出しを行うことができるとともに、放置
時間ｔ₃ から読み出しパルスを立てるまでの間に高速転
送駆動によって垂直転送部１３中のスミア等の成分の掃
き出し等を行える放置時間ｔ₅ を設けることもできる。

【００３７】なお、第１実施形態および第２実施形態に
おいては、フィールド読み出し方式を例にとって説明し
たが、信号電荷の読み出し方式はフレーム読み出し方式
や全画素読み出し方式であってもよい。また遮光手段と
してメカニカルシャッタ２０を用いたが、センサ部１１
への入射光を遮断できるものであればよく、この例に限
定されない。例えば液晶シャッタ等の遮光手段を用いる
ことも可能である。この場合、液晶シャッタをオンチッ
プ化してもよい。

【００３８】さらに第１実施形態および第２実施形態で
は、インターライン転送（ＩＴ）方式のＣＣＤ撮像素子
を用いた固体撮像装置およびその駆動方法に本発明を適
用したが、その他、フレーム転送（ＦＴ）方式やフレー
ムインターライン転送（ＦＩＴ）方式のＣＣＤ撮像素子
を用いた固体撮像装置およびその駆動方法に適用できる
のはもちろんである。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る固体撮
像装置では、遮光手段によって露光を終了させ、かつ露
光の終了から所定の放置時間が経過した後にセンサ部か
ら信号電荷を読み出すようにしたことにより、ニー部分
の蓄積信号電荷量が低減した信号電荷を得ることができ
るので、垂直転送部の取り扱い電荷量を減少させること
ができる。また本発明の固体撮像装置の駆動方法では、
センサ部への入射光を遮断して露光を終了させ、露光の
終了から所定の放置時間が経過した後にセンサ部から信
号電荷を読み出すので、上記発明と同様に、センサ部か
らの信号電荷よりニー部分の蓄積信号電荷量を低減で
き、垂直転送部の取り扱い電荷量を減少させることがで
きる。よって本発明装置および本発明方法によれば、垂
直転送部の幅を狭めることができるので、センサ部の面
積を拡大でき、感度を向上させることができる。また、
垂直転送部の幅を従来と同じとした場合には、取り扱え
る飽和信号電荷量を増大させることができるため、これ
によりＳ／Ｎやダイナミックレンジ等の特性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施形態を示
す概略構成図である。

【図２】第１実施形態に係るＣＣＤ撮像素子のユニット
セルの断面構造図である。

【図３】本発明に係る固体撮像装置の駆動方法の第１実
施形態を示すタイミングチャートである。

【図４】メカニカルシャッタを閉じた後のセンサ部の蓄
積信号電荷量と放置時間との相関関係を示す図である。

【図５】本発明に係る固体撮像装置の第２実施形態を示
す概略構成図である。

【図６】本発明に係る固体撮像装置の駆動方法の第２実
施形態を示すタイミングチャートである。

【図７】センサ部の基板深さ方向のポテンシャル分布図
である。

【符号の説明】

１、２ 固体撮像装置 １０ ＣＣＤ撮像素子 １
１ センサ部 １２ 読み出しゲート部 １３ 垂直転送部 １４
水平転送部 ２０ メカニカルシャッタ ３０ タイミング発生回
路 ４０ 駆動手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦型オーバーフロードレイン構造を持ち
   かつ行列状に配列された光電変換をなす多数のセンサ部
   と、これらセンサ部から信号電荷を読み出す読み出しゲ
   ート部と、該読み出しゲート部によって読み出された信
   号電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像素子
   と、 前記センサ部への入射光を遮断して露光の終了時間を決
   定する遮光手段と、 露光の終了直後から所定の放置時間が経過した後に前記
   センサ部より信号電荷が読み出されるように前記読み出
   しゲート部にタイミング信号を与えるタイミング信号発
   生手段とを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記所定の放置時間中に前記固体撮像素
   子のオーバーフロードレインバイアスを下げるように駆
   動する駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１
   記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 縦型オーバーフロードレイン構造を持ち
   かつ行列状に配列された光電変換をなす多数のセンサ部
   から信号電荷を読み出し、電荷転送部によってこの読み
   出された信号電荷を転送する固体撮像素子を備えた固体
   撮像装置を駆動する方法であって、 前記センサ部への入射光を遮断することにより露光を終
   了し、 この露光の終了直後から所定の時間が経過した後に前記
   センサ部からの信号電荷の読み出しを行うことを特徴と
   する固体撮像装置の駆動方法。
4. 【請求項４】 前記所定の放置時間中に前記固体撮像素
   子のオーバーフロードレインバイアスを下げることを特
   徴とする請求項３記載の固体撮像装置の駆動方法。