JPH11146282A - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一フィールド内でセンサ部に長時間蓄積し
た第１の信号電荷と短時間蓄積した第２の信号電荷とを
別々にセンサ部から読み出して出力するようにした固体
撮像素子（広ダイナミックレンジ撮像素子）において感
度の向上やスミアを原因とするノイズの低減を実現でき
るようにした駆動方法を提供する。 【解決手段】 第１の信号電荷を読み出す前に、第１の
信号電荷のうちセンサ部の蓄積容量を越える部分のうち
の少なくとも一部を排出し、その後第１の信号電荷の残
りの部分を読み出して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ撮像素子等
の固体撮像素子を駆動する方法に関し、特に、広ダイナ
ミックレンジ撮像素子において感度の向上やノイズの低
減を実現できるようにした駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ撮像素子において、画素サイズの
大型化を招くことなくダイナミックレンジの拡大を可能
にしたものに、いわゆる広ダイナミックレンジ撮像素子
と呼ばれるものが存在している。これは、全画素読み出
し方式ＣＣＤ撮像素子の特徴と電子シャッタ機能とを利
用したものであり、同一フィールド内でセンサ部に長時
間蓄積した信号電荷（以下「長時間蓄積電荷」と呼ぶ）
と短時間蓄積した信号電荷（以下「短時間蓄積電荷」と
呼ぶ）とを別々にセンサ部から読み出して垂直ＣＣＤ，
水平ＣＣＤ及び出力部を経て長時間蓄積信号と短時間蓄
積信号として別々に出力するようにしている。

【０００３】図８は、広ダイナミックレンジ撮像素子の
入出力特性（入射光量と出力信号レベルとの関係）の一
例を示す。長時間蓄積信号，短時間蓄積信号は、飽和出
力レベル自体は互いに等しくなっている（いずれも長時
間蓄積電荷，短時間蓄積電荷がフォトダイオードの蓄積
容量に一致した際のレベルである）。しかし、短時間蓄
積信号のほうは、蓄積時間に反比例した高い輝度まで飽
和しないので、高輝度の画像情報を含んでいる。

【０００４】そこで、図８に破線で表すようにこの長時
間蓄積信号と短時間蓄積信号とを合成して使う（例えば
長時間蓄積信号が飽和出力レベルに達する（即ち長時間
蓄積電荷がフォトダイオードの蓄積容量に一致する）入
射光量Ａまでの範囲については長時間蓄積信号を使い、
入射光量Ａを越える範囲については短時間蓄積信号を増
幅して使う、あるいは、この入射光量Ａの付近で重み付
け加算をしながら、使用する信号を長時間蓄積信号から
短時間蓄積信号に切り替える）ことにより、例えば逆光
撮影の場合に、輝度の低い被写体のいわゆる黒つぶれと
輝度の高い背景のいわゆる白飛びとの双方を防いだ画像
を得ることが可能になる。

【０００５】従来こうした広ダイナミックレンジ撮像素
子では、フォトダイオード内の長時間蓄積電荷を、全て
垂直ＣＣＤ，水平ＣＣＤ及び出力部を経て長時間蓄積信
号として出力するという駆動方法を採っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＣＣＤ撮像
素子におけるフォトダイオードの蓄積容量は、フォトダ
イオードに過剰に蓄積された信号電荷の排出先（オーバ
ーフロードレイン）（例えばＨＡＤセンサにおいてはフ
ォトダイオードの下方の基板）に信号電荷が僅かに排出
され始める（即ちオーバーフロー電流が僅かに流れ出
す）状態での容量として規定されているが、フォトダイ
オードへの入射光量が非常に多い場合には、多量のオー
バーフロー電流を原因としてフォトダイオードとオーバ
ーフロードレインとの間の電位障壁が浅くなることによ
り、この蓄積容量よりも多い量の信号電荷がフォトダイ
オードに蓄積されてしまう。

【０００７】従って、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量（垂
直ＣＣＤで転送可能な最大電荷量）をフォトダイオード
の蓄積容量と同程度にしておくと、フォトダイオードへ
の入射光量が非常に多い場合に、フォトダイオードから
読み出した蓄積電荷を垂直ＣＣＤで転送しきれなくな
る。その結果、取り残された信号電荷により、表示画面
上で高輝度の部分が移動する際に長く尾をひく現象（い
わゆるコメットテール）が生じるので、画質が劣化して
しまう。

【０００８】こうした現象の発生を防ぐために、ＣＣＤ
撮像素子では、垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量を、図９に
例示するように、長時間蓄積信号が飽和出力レベルに達
する（長時間蓄積電荷がフォトダイオードの蓄積容量Ｑ
１に一致する）入射光量Ａを越えた所定の入射光量Ｂ
（入射光量がそれ以下であればコメットテールが生じな
いことを保証する意味で「保証光量」と呼ぶ）における
ニー特性（図に破線で表した特性）を含んだ電荷量Ｑ２
に設定している。

【０００９】従来のようにフォトダイオード内の長時間
蓄積電荷を全て垂直ＣＣＤ等を経て長時間蓄積信号とし
て出力する駆動方法を採用した広ダイナミックレンジ撮
像素子においてもやはり例外ではなく、垂直ＣＣＤの取
り扱い電荷量が、この入射光量Ａを越えた保証光量にお
けるニー特性を含んだ電荷量に設定されることになる。

【００１０】しかし、広ダイナミックレンジ撮像素子以
外の通常のＣＣＤ撮像素子では実際にこうした保証光量
に達する範囲までの出力信号を使用して画像を得ている
のに対し、広ダイナミックレンジ撮像素子では、既に図
８を用いて説明したように、入射光量Ａまでの範囲（あ
るいはその付近までの範囲）については実際に画像を得
るために長時間蓄積信号が使用されるが、それを越えて
保証光量に至る範囲については、短時間蓄積信号が画像
を得るために使用され、長時間蓄積信号のほうは画像を
得るためには全く使用されない。

【００１１】このように、従来の広ダイナミックレンジ
撮像素子の駆動方法では、長時間蓄積信号のうち実際に
は画像を得るために使用しない不要な部分のために、垂
直ＣＣＤの取り扱い電荷量をいわば無用に大きく設定し
なければならなかった。周知の通り垂直ＣＣＤの取り扱
い電荷量は垂直ＣＣＤの幅に応じて大きくなるので、従
来の駆動方法では、垂直ＣＣＤの幅の増加分だけ画素の
開口率が小さくなることにより感度が低下するという不
都合や、垂直ＣＣＤと画素の開口部との間の距離が短く
なることにより遮光金属膜とシリコン基板表面との隙間
での光の多重反射を原因とするスミアが増大するという
不都合が生じてしまう。

【００１２】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、広ダイナミックレンジ撮像素子において感度の向上
やスミアを原因とするノイズの低減を実現できるように
した駆動方法を提供しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像素
子の駆動方法は、同一フィールド内でセンサ部に長時間
蓄積した第１の信号電荷と短時間蓄積した第２の信号電
荷とを別々にセンサ部から読み出して出力するようにし
た固体撮像素子（即ち広ダイナミックレンジ撮像素子）
の駆動方法において、第１の信号電荷（長時間蓄積電
荷）を読み出す前に、第１の信号電荷のうちセンサ部の
蓄積容量を越える部分のうちの少なくとも一部を排出
し、その後第１の信号電荷の残りの部分を読み出して出
力するようにしたことを特徴としている。

【００１４】この駆動方法によれば、広ダイナミックレ
ンジ撮像素子のセンサ部から長時間蓄積電荷が読み出さ
れる前に、長時間蓄積電荷のうちセンサ部の蓄積容量を
越える部分のうちの少なくとも一部が排出されることに
より、長時間蓄積電荷のうち少なくともセンサ部の蓄積
容量分の信号電荷がセンサ部に残される。そして、この
残された信号電荷が垂直ＣＣＤ等を経て長時間蓄積信号
として出力される。

【００１５】このように、センサ部内の全ての長時間蓄
積電荷ではなくそのうちの一部を排出した残りの信号電
荷だけが垂直ＣＣＤ等を経て長時間蓄積信号として出力
されるので、コメットテールの発生を防止するために必
要とされる垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量は従来よりも少
なくて足りるようになる。

【００１６】従って、例えば垂直ＣＣＤの取り扱い電荷
量を従来と同じに設定した場合には、コメットテールの
発生が一層よく防止されるので、入射光量が非常に多い
場合の画質を向上させることができるようになる。

【００１７】また、例えば垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量
を従来よりも少なく設定した場合には垂直ＣＣＤの幅を
従来よりも狭くすることが可能になるので、画素の開口
率を大きくすることにより撮像素子の感度を向上させる
ことや、垂直ＣＣＤと画素の開口部との間の距離を長く
することにより遮光金属膜とシリコン基板表面との隙間
での光の多重反射を原因とするスミアを低減することが
できるようになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】まず、図１を参照して、本発明を
適用する広ダイナミックレンジ撮像素子の動作（インタ
ーライントランスファ方式のＣＣＤ撮像素子の場合の動
作）の一例を説明する。

【００１９】１フィールド内で各画素のフォトダイオー
ド１に長時間（例えばＮＴＳＣ方式において１／６０−
１／１０００秒）蓄積した長時間蓄積電荷を垂直ＣＣＤ
２に読み出して隣り合う一対の画素のフォトダイオード
１からの長時間蓄積電荷を垂直ＣＣＤ２で混合した後、
同一フィールド内で各画素のフォトダイオード１に残り
の短時間（例えば１／１０００秒）蓄積した短時間蓄積
電荷を垂直ＣＣＤ２の別の箇所に読み出して隣り合う一
対の画素のフォトダイオード１からの短時間蓄積電荷を
垂直ＣＣＤ２で混合する。すると、図示するように同じ
対の画素からの長時間蓄積電荷と短時間蓄積電荷とが垂
直ＣＣＤ２に並存するようになるので、この長時間蓄積
電荷，短時間蓄積電荷を、垂直ＣＣＤ２内で独立して転
送した後に２チャンネルの水平ＣＣＤ３ａ，３ｂ及び出
力部４ａ，４ｂを経て長時間蓄積信号，短時間蓄積信号
として別々に出力する。

【００２０】次に、図２Ａは広ダイナミックレンジ撮像
素子の一画素の断面構造（ＨＡＤセンサの場合の構造）
の一例を示し、図２Ｂは図２Ａの各部のポテンシャルを
示す。Ｎ形シリコン基板５の表面付近に、Ｐ＋ＮＰＮ構
造のフォトダイオード１と、読み出しゲート（ＲＯＧ）
６と、垂直ＣＣＤ２とが順に形成されている。ＲＯＧ６
及び垂直ＣＣＤ２に対してはポリシリコンから成る共通
の転送電極７が設けられており、転送電極７の上側には
アルミニウムから成る遮光膜８が設けられている。この
遮光膜８により画素の開口部ＯＰが画されている。

【００２１】フォトダイオード１のＰ−Ｗｅｌｌの部分
はポテンシャルが隆起しており、Ｐ−Ｗｅｌｌのうちポ
テンシャルが極大点ΦＯＦよりも浅い箇所（Ｎ形シリコ
ン基板５の表面に近い側）で発生した信号電荷が、Ｎ形
領域のうちポテンシャルの極小点ΦＳに転がり落ちて蓄
積される。これにより、フォトダイオード１には、Ｐ−
Ｗｅｌｌの極大点ΦＯＦとＮ形領域の極小点ΦＳとの差
に応じた量の信号電荷を蓄積可能になっている（即ちこ
の極大点ΦＯＦと極小点ΦＳとの差によってフォトダイ
オード１の蓄積容量Ｑ１が規定される）。この極大点Φ
ＯＦと極小点ΦＳとの差の大きさは、Ｎ形シリコン基板
５への印加電圧Ｖｓｕｂのレベルによって決定されてい
る。

【００２２】フォトダイオード１の蓄積電荷を読み出す
際には、転送電極７への印加電圧φＶ１のレベルを図の
Ｈｉｇｈ（高レベル）にすることにより、ＲＯＧ６のポ
テンシャルΦＲＯＧをＮ形領域の極小点ΦＳよりも深く
する。これにより、フォトダイオード１からＲＯＧ６を
介して垂直ＣＣＤ２に信号電荷が読み出される。

【００２３】こうして垂直ＣＣＤ２に読み出された信号
電荷を垂直ＣＣＤ２内で転送する際には、転送電極７へ
の印加電圧φＶ１のレベルを図のＭｉｄ（中間レベル）
とＬｏｗ（低レベル）との間で変化させることにより、
垂直ＣＣＤ２の各部位のポテンシャルを制御する。尚、
垂直ＣＣＤ２内で隣り合う画素同士の信号電荷を混合す
ることも、印加電圧φＶ１のレベルをこのように変化さ
せることによって行われる。

【００２４】垂直ＣＣＤ２での信号電荷の転送時のポテ
ンシャルΦＲＯＧとＰ−Ｗｅｌｌの極大点ΦＯＦとの関
係は、Ｐ−Ｗｅｌｌで過剰に発生した信号電荷が垂直Ｃ
ＣＤ２のほうに漏れ出さないようにするために、ΦＯＦ
のほうを深く決定している。その結果、Ｐ−Ｗｅｌｌで
過剰に発生した信号電荷は、Ｐ−ＷｅｌｌからＮ形シリ
コン基板５に排出（オーバーフロー）される。

【００２５】また、１フィールド期間内の適宜の時間ま
でにフォトダイオード１に蓄積された信号電荷を、全て
垂直ＣＣＤ２に読み出して高速に掃き出したり、あるい
はＮ形シリコン基板５への印加電圧Ｖｓｕｂのレベルを
高くして極大点ΦＯＦと極小点ΦＳとの差をなくすこと
により全てＮ形シリコン基板５に排出したりした後、当
該フィールド期間内の残りの時間内にフォトダイオード
１に蓄積された信号電荷のみを垂直ＣＣＤ２に読み出し
て有効な信号として出力することが可能になっている
（電子シャッタ機能）。

【００２６】次に、こうした広ダイナミックレンジ撮像
素子に本発明に係る駆動方法を適用した場合の第１の例
を、図３乃至図５を参照して説明する。図３Ａに示すよ
うにフォトダイオード１への長時間蓄積電荷（白丸で表
した信号電荷と斜線を付した丸で表した信号電荷との両
方）の蓄積が終了すると、まず、図４Ａに示すように転
送電極７に印加電圧φＶ１として読み出し用のパルス電
圧ｐ１を印加してＲＯＧ６のポテンシャルΦＲＯＧ（図
２）を制御することにより、図３Ｂに示すように長時間
蓄積電荷のうちフォトダイオード１の蓄積容量Ｑ１を越
える部分（斜線を付した丸で表した信号電荷）（以下
「不要電荷」と呼ぶ）を垂直ＣＣＤ２に読み出す。

【００２７】こうして垂直ＣＣＤ２に読み出した不要電
荷は、図４Ｂに示すように転送電極７に印加電圧φＶ１
として掃き出し転送用のパルス電圧を印加することによ
り垂直ＣＣＤ２から水平ＣＣＤ３ａ（または３ｂ）（図
１）に高速に掃き出した後、当該水平ＣＣＤに隣接する
ドレインに排出するか、あるいは当該水平ＣＣＤから出
力部４ａ（または４ｂ）（図１）を経て撮像素子の外部
に出力した後で適宜の方法で本来の出力信号として扱わ
ない制御を行う（例えばゲート回路に入力させて当該ゲ
ート回路を通過させないようにする）ことにより排出す
る。

【００２８】続いて、図４Ａに示すように転送電極７に
印加電圧φＶ１として読み出し用のパルス電圧ｐ２（図
１のＨｉｇｈのレベルの電圧）を印加してＲＯＧ６のポ
テンシャルΦＲＯＧを制御することにより、図３Ｃに示
すようにフォトダイオード１に残る信号電荷（長時間蓄
積電荷のうちフォトダイオード１の蓄積容量Ｑ１分の信
号電荷）を全て垂直ＣＣＤ２に読み出す。そして、隣り
合う一対の画素のフォトダイオード１からのこの信号電
荷を垂直ＣＣＤ２で混合する。

【００２９】続いて、フォトダイオードに短時間蓄積電
荷を蓄積した後、転送電極７に印加電圧φＶ１としてパ
ルス電圧ｐ２と同じく図２のＨｉｇｈのレベルのパルス
電圧を印加することにより、この短時間蓄積電荷を全て
垂直ＣＣＤ２の別の箇所に読み出す。そして、隣り合う
一対の画素のフォトダイオード１からの短時間蓄積電荷
を垂直ＣＣＤ２で混合する。

【００３０】これにより、既に図１を参照して説明した
のと同様に、同じ一対の画素からの長時間蓄積電荷のう
ちのフォトダイオード１の蓄積容量Ｑ１分の信号電荷と
短時間蓄積電荷とが垂直ＣＣＤ２に並存するようになる
ので、これらの信号電荷を、垂直ＣＣＤ２内で独立して
転送した後に２チャンネルの水平ＣＣＤ３ａ，３ｂ及び
出力部４ａ，４ｂを経て長時間蓄積信号，短時間蓄積信
号として別々に出力する。以下、各フィールド毎に同じ
動作を繰り返す。

【００３１】尚、長時間蓄積電荷のうちの不要電荷を垂
直ＣＣＤ２に読み出すために転送電極７に印加するパル
ス電圧ｐ１のレベルは、図２のＨｉｇｈとＭｉｄとの間
のレベルであるが、具体的には、例えばちょうどフォト
ダイオード１の蓄積容量Ｑ１分の信号電荷を越える部分
が垂直ＣＣＤ２に読み出されるようにＲＯＧ６のポテン
シャルΦＲＯＧを制御するレベルであってもよい。しか
し、実際に印加されるパルス電圧ｐ１のレベルにバラツ
キがあってもフォトダイオード１の蓄積容量Ｑ１分の信
号電荷がフォトダイオード１に残されることを確保する
ために、パルス電圧ｐ１のレベルを、フォトダイオード
１の蓄積容量Ｑ１分の信号電荷を越える部分よりもこの
バラツキを考慮したマージン分だけ少ない量の信号電荷
が垂直ＣＣＤ２に読み出されるようにＲＯＧ６のポテン
シャルΦＲＯＧを制御するレベルに決定することが一層
好適である。

【００３２】パルス電圧ｐ１のレベルをこうしたマージ
ンを加味して決定した場合に、その後に垂直ＣＣＤ２等
を経て長時間蓄積信号として出力される信号電荷量（パ
ルス電圧ｐ１のレベルに全くバラツキがないときの電荷
量）Ｑ３は、図５に示すように、フォトダイオード１の
蓄積容量Ｑ１よりも幾分高くなっているが、従来のＣＣ
Ｄ撮像素子のような保証光量Ｂにおけるニー特性を含ん
だ電荷量Ｑ２よりも低くなっている。

【００３３】従って、コメットテールの発生を防止する
ために必要とされる垂直ＣＣＤ２の取り扱い電荷量は、
従来よりも少なくて足りるようになる。

【００３４】次に、図１及び図２に示したような広ダイ
ナミックレンジ撮像素子に本発明に係る駆動方法を適用
した場合の第２の例を図６及び図７を参照して説明す
る。第１の例において図３Ａに示したのと同様にしてフ
ォトダイオード１への長時間蓄積電荷の蓄積が終了する
と（図６Ａ）、まず、図７Ｂに示すように、Ｎ形シリコ
ン基板５に印加電圧Ｖｓｕｂとして通常よりも高いレベ
ルの電圧パルスｐ３を印加してＰ−Ｗｅｌｌの極大点Φ
ＯＦとＮ形領域の極小点ΦＳとの差（図２）を制御する
ことにより、図６Ｂに示すように長時間蓄積電荷のうち
の不要電荷をＮ形シリコン基板５に排出する。

【００３５】続いて、図７Ａに示すように転送電極７に
印加電圧φＶ１として読み出し用のパルス電圧ｐ４（図
１のＨｉｇｈのレベルの電圧）を印加してＲＯＧ６のポ
テンシャルΦＲＯＧを制御することにより、第１の例に
おいて図３Ｃに示したのと同様にしてフォトダイオード
１に残る信号電荷（長時間蓄積電荷のうちフォトダイオ
ード１の蓄積容量Ｑ１分の信号電荷）を全て垂直ＣＣＤ
２に読み出す（図６Ｃ）。そして、隣り合う一対の画素
のフォトダイオード１からのこの信号電荷を垂直ＣＣＤ
２で混合する。

【００３６】続いて、フォトダイオードに短時間蓄積電
荷を蓄積した後、転送電極７に印加電圧φＶ１としてパ
ルス電圧ｐ４と同じく図２のＨｉｇｈのレベルのパルス
電圧を印加することにより、この短時間蓄積電荷を全て
垂直ＣＣＤ２の別の箇所に読み出す。そして、隣り合う
一対の画素のフォトダイオード１からの短時間蓄積電荷
を垂直ＣＣＤ２で混合する。

【００３７】これにより、既に図１を参照して説明した
のと同様に、同じ一対の画素からの長時間蓄積電荷のう
ちのフォトダイオード１の蓄積容量Ｑ１分の信号電荷と
短時間蓄積電荷とが垂直ＣＣＤ２に並存するようになる
ので、これらの信号電荷を、垂直ＣＣＤ２内で独立して
転送した後に２チャンネルの水平ＣＣＤ３ａ，３ｂ及び
出力部４ａ，４ｂを経て長時間蓄積信号，短時間蓄積信
号として別々に出力する。以下、各フィールド毎に同じ
動作を繰り返す。

【００３８】尚、長時間蓄積電荷のうちの不要電荷をＮ
形シリコン基板５に排出するためにＮ形シリコン基板５
に印加する電圧パルスｐ３のレベルは、電子シャッタ機
能を発揮させる際よりも低いレベルであるが、具体的に
は、実際に印加される電圧Ｖｓｕｂのレベルにバラツキ
があってもフォトダイオード１の蓄積容量Ｑ１分の信号
電荷がフォトダイオード１に残されることを確保するた
めに、やはりフォトダイオード１の蓄積容量Ｑ１分の信
号電荷を越える部分よりもこのバラツキを考慮したマー
ジン分だけ少ない量の信号電荷がＮ形シリコン基板５に
排出されるようにＰ−Ｗｅｌｌの極大点ΦＯＦとＮ形領
域の極小点ΦＳとの差を制御するレベルに決定すること
が好適である。

【００３９】こうしたマージンを加味した場合に、その
後に長時間蓄積信号として出力される信号電荷量（電圧
Ｖｓｕｂのレベルに全くバラツキがないときの電荷量）
は、第１の例において図５にＱ３として示したのと同じ
く、フォトダイオード１の蓄積容量Ｑ１よりも幾分高く
なっているが、従来のＣＣＤ撮像素子のような保証光量
におけるニー特性を含んだ電荷量Ｑ２よりも低くなる。
従って、やはりコメットテールの発生を防止するために
必要とされる垂直ＣＣＤ２の取り扱い電荷量が従来より
も少なくて足りるようになる。

【００４０】以上のように、第１の例，第２の例のいず
れにおいても、フォトダイオード１内の全ての長時間蓄
積電荷ではなくそのうちのフォトダイオード１の蓄積容
量Ｑ１分の信号電荷のみが垂直ＣＣＤ２等を経て長時間
蓄積信号として出力されるので、コメットテールの発生
を防止するために必要とされる垂直ＣＣＤ２の取り扱い
電荷量が従来よりも少なくて足りるようになる。

【００４１】従って、例えば垂直ＣＣＤ２の取り扱い電
荷量を従来と同じに設定した場合には、コメットテール
の発生が一層よく防止されるので、入射光量が非常に多
い場合の画質を向上させることができるようになる。

【００４２】また、例えば垂直ＣＣＤ２の取り扱い電荷
量を従来よりも少なく設定した場合には垂直ＣＣＤ２の
幅を従来よりも狭くすることが可能になる（従って転送
電極７やその上側の遮光膜８の面積を小さくすることが
できる）ので、画素の開口部ＯＰの面積を大きくする
（開口率を大きくする）ことにより撮像素子の感度を向
上させることや、垂直ＣＣＤ２と画素の開口部ＯＰとの
間の距離を長くすることにより遮光膜８とＮ形シリコン
基板５の表面との隙間での光の多重反射を原因とするス
ミアを低減することができるようになる。

【００４３】尚、以上の各例では長時間蓄積電荷を読み
出す前に長時間蓄積電荷のうちフォトダイオード１の蓄
積容量Ｑ１を越える部分（厳密には印加電圧のバラツキ
を考慮して蓄積容量Ｑ１を越える部分よりも幾分少ない
部分）を全て排出するようにしているが、これに限ら
ず、長時間蓄積電荷を読み出す前に長時間蓄積電荷のう
ち蓄積容量Ｑ１を越える部分のうちの一部のみを排出す
るようにしてもよい。その場合にも、長時間蓄積電荷か
らこの一部を排出した残りの信号電荷だけが垂直ＣＣＤ
等を経て長時間蓄積信号として出力されるので、やはり
コメットテールの発生を防止するために必要とされる垂
直ＣＣＤの取り扱い電荷量が従来よりも少なくて足りる
ようになる。

【００４４】また、以上の各例ではインターライントラ
ンスファ方式のＣＣＤ撮像素子を用いた広ダイナミック
レンジ撮像素子に本発明を適用しているが、それ以外の
転送方式（例えばフレームインターライントランスファ
方式）のＣＣＤ撮像素子を用いた広ダイナミックレンジ
撮像素子に本発明を適用してもよい。

【００４５】また、以上の各例ではＨＡＤセンサを用い
た広ダイナミックレンジ撮像素子に本発明を適用してい
るが、それ以外の画素構造のＣＣＤ撮像素子を用いた広
ダイナミックレンジ撮像素子に本発明を適用してもよ
い。また、本発明は、以上の実施例に限らず、本発明の
要旨を逸脱することなく、その他様々の構成をとりうる
ことはもちろんである。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る固体撮像素
子の駆動方法によれば、センサ部内の全ての長時間蓄積
電荷ではなくそのうちの一部を排出した残りの信号電荷
だけが垂直ＣＣＤ等を経て長時間蓄積信号として出力さ
れるので、コメットテールの発生を防止するために必要
とされる垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量が従来よりも少な
くて足りるようになる。

【００４７】従って、例えば垂直ＣＣＤの取り扱い電荷
量を従来と同じに設定した場合には、コメットテールの
発生が一層よく防止されるので、入射光量が非常に多い
場合の画質を向上させることができるようになる。

【００４８】また、例えば垂直ＣＣＤの取り扱い電荷量
を従来よりも少なく設定した場合には垂直ＣＣＤの幅を
従来よりも狭くすることが可能になるので、画素の開口
率を大きくすることにより撮像素子の感度を向上させる
ことや、垂直ＣＣＤと画素の開口部との間の距離を長く
することにより遮光金属膜とシリコン基板表面との隙間
での光の多重反射を原因とするスミアを低減することが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】広ダイナミックレンジ撮像素子の動作の説明に
供する平面図である。

【図２】ＣＣＤ撮像素子の一画素の断面構造の一例を示
す図及びそのポテンシャル図である。

【図３】図２の各部のポテンシャルの変化の一例を示す
図である。

【図４】読み出し用・転送用の印加電圧の一例を示す図
である。

【図５】長時間蓄積信号として出力される信号電荷量の
一例を示す図である。

【図６】図２の各部のポテンシャルの変化の一例を示す
図である。

【図７】読み出し用・排出用の印加電圧の一例を示す図
である。

【図８】広ダイナミックレンジ撮像素子の入出力特性の
一例を示す図である。

【図９】従来の撮像素子における垂直ＣＣＤの取り扱い
電荷量の一例を示す図である。

【符号の説明】

１…フォトダイオード、２…垂直ＣＣＤ、３ａ，３ｂ…
水平ＣＣＤ、４ａ，４ｂ…出力部、５…Ｎ形シリコン基
板、６…読み出しゲート、７…転送

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一フィールド内でセンサ部に長時間蓄
   積した第１の信号電荷と短時間蓄積した第２の信号電荷
   とを別々に前記センサ部から読み出して出力するように
   した固体撮像素子の駆動方法において、 前記第１の信号電荷を読み出す前に、前記第１の信号電
   荷のうち前記センサ部の蓄積容量を越える部分のうちの
   少なくとも一部を排出し、その後前記第１の信号電荷の
   残りの部分を読み出して出力するようにしたことを特徴
   とする固体撮像素子の駆動方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方
   法において、前記第１の信号電荷のうち前記センサ部の
   蓄積容量を越える部分のうちの少なくとも一部を、垂直
   ＣＣＤに読み出して排出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】 請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方
   法において、前記第１の信号電荷のうち前記センサ部の
   蓄積容量を越える部分のうちの少なくとも一部を、前記
   センサ部に過剰に蓄積された信号電荷の排出先に排出す
   ることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。