JPH11168671A - 固体撮像装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 残像が発生する光検知部を持つ固体撮像装置
の残像を低減することができる固体撮像装置およびその
駆動方法を提供すること。 【解決手段】 第１のタイミングでは、光検知部１に隣
接する垂直電荷転送部１６に第１電位井戸を形成し、当
該光検知部に蓄積された電荷を、転送ゲート２を通し
て、第１電位井戸へ転送し、第２のタイミングでは、第
１電位井戸に転送された電荷を、第１電位井戸が形成さ
れた部分から他の部分へ転送し、第３のタイミングで
は、第１電位井戸が形成された部分に、再度、第２電位
井戸を形成し、前記光検知部１に残存している電荷を、
転送ゲート２を通して、垂直電荷転送部の第２電位井戸
へ転送し、第３のタイミングの後のタイミングで、第１
電位井戸および第２電位井戸に転送された電荷Ｐ１，Ｐ
１’を加え合わせるように、垂直電荷転送部１６に駆動
信号Φ１〜Φ７を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置およ
びその駆動方法に係り、さらに詳しくは、残像低減特性
に優れ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】テレビジョン用の撮像装置としては、光
電変換によって蓄積された信号を電子ビームで走査する
撮像管が良く用いられるが、汎用の電子カメラやビデオ
カメラなどには、撮像管に比べて小型化が容易な固体撮
像装置が搭載される。

【０００３】固体撮像装置としては、ＣＣＤ方式のもの
が良く知られているが、その走査方法により、いくつか
の種類に区分することができる。そのうちの一つとし
て、インタライン転送方式のＣＣＤが知られている。こ
の方式のＣＣＤでは、フォトダイオードなどから成る光
検知部で発生した電荷を、転送ゲートを通して垂直電荷
転送部に転送し、垂直電荷転送部では、電極に所定の電
圧を順次印加することで、電位井戸を順次形成し、その
電位井戸の移動により電荷を移動し、最終的には、水平
電荷転送部を通して、出力アンプから出力端子に出力す
るようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のイン
ターライン方式のＣＣＤでは、ＣＣＤの光検知部で発生
した電荷の全てを、光検知部から垂直電荷転送部へ移動
させることは困難であり、光検知部には電荷残りが生じ
ていた。たとえば１周期目の電荷の読み出し時には、Ｃ
ＣＤの１行目の光検知部に強い光が当たっており、次の
２周期目では、全く光が当たらなかったとすると、１周
期目において、光検知部で発生した電荷の全てを、光検
知部から垂直電荷転送部へ移動させることは不可能であ
り、たとえば５％程度の電荷が光検知部に残存する。そ
の残存電荷は、次の２周期目以降の電荷の読み出し時
に、残存電荷のうちの約８０％、すなわち１周期目の約
４％が残像として出力され、最後の１％は３周期目以降
に出力される。

【０００５】このような残像現象を低減するように、光
検知部から垂直電荷転送部へ完全転送するための方法の
一つとして、電荷が垂直電荷転送部に転送された時点
で、光検知部としてのフォトダイオードを全て空乏化さ
せる方法がある。たとえば、光検知部が、いわゆるＢＰ
Ｄと呼ばれる埋め込みフォトダイオードになっている場
合である。

【０００６】しかしながら、フォトダイオードが完全に
空乏化しないＰｔＳｉショットキーダイオードを光検知
部とする赤外線ＣＣＤや、アモルファスシリコンを積層
した積層型ＣＣＤ等は、残像が多いことが知られてい
る。

【０００７】また、非常に細長いフォトダイオードの光
検知部を持つリニアセンサなども転送部をＣＣＤにする
と、フォトダイオードのＣＣＤから遠い部分の電荷がＣ
ＣＤに転送されるまでに非常に長い時間を必要とし、通
常のスピードで動作させた場合には残像が発生するとい
う問題がある。

【０００８】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、残像が発生する光検知部を持つ固体撮像装置の残像
を低減することができる固体撮像装置およびその駆動方
法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る固体撮像装置は、複数の光検知部と前
記複数の光検知部で発生した電荷を読み出す駆動部とを
有する固体撮像装置であって、前記駆動部は、同じ光検
知部から２回以上に分けて電荷を取り出した後に、前記
同じ光検知部から取り出された１回目の電荷と２回目以
降の電荷とを加え合わせることを特徴とする。

【００１０】前記光検知部からの電荷を読み出すための
電位井戸が形成される電荷読み出し部分を有し、前記駆
動部は、前記同じ光検知部の電荷を、前記電荷読み出し
部分に形成される第１電位井戸と第２電位井戸とに転送
した後、前記第１電位井戸と前記第２電位井戸との電荷
を加え合わせるように、前記電荷読み出し部分を制御す
ることが好ましい。

【００１１】前記電荷読み出し部分が、前記光検知部に
隣接して配置された第１電荷転送部であり、前記駆動部
は、前記複数の光検知部の内の少なくとも１の第１光検
知部に隣接する第１電荷転送部に、前記第１電位井戸を
形成し、この第１光検知部に蓄積された電荷を前記第１
電位井戸に転送し、前記第１電位井戸に転送された電荷
を、第１電位井戸が形成された部分から他の部分へ転送
し、前記第１光検知部に残存している電荷を、前記第１
電位井戸が形成された部分に別に形成された第２電位井
戸に転送し、前記第１電位井戸と前記第２電位井戸との
電荷を加え合わせるように、前記第１電荷転送部に駆動
信号を供給することが好ましい。

【００１２】前記光検知部と前記第１電荷転送部との接
続部には、前記各光検知部毎に転送ゲートが設けてあ
り、前記転送ゲートは、前記第１電荷転送部に電位井戸
を形成するための駆動信号に同期して、前記駆動部によ
り制御されることが好ましい。

【００１３】前記光検知部が、紫外光と赤外光との少な
くとも一方を検出するセンサであることが好ましい。

【００１４】前記光検知部が、マトリックス状に複数配
置され、第１方向に配置された前記光検知部の群毎に前
記第１電荷転送部が配置してあり、複数の前記第１電荷
転送部の少なくとも一方の端部を接続し、前記第１電荷
転送部を通して転送された電荷を、前記第１方向に対し
て垂直な第２方向に転送する第２電荷転送部をさらに有
することが好ましい。

【００１５】前記第２電荷転送部が、第１電位井戸と第
２井戸とに転送された電荷を加え合わせるように構成し
てあることが好ましい。または、前記第１電荷転送部と
第２電荷転送部との接続部には、前記第１電位井戸およ
び第２電位井戸に転送された電荷を加え合わせるための
蓄積部をさらに設けても良い。

【００１６】本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、
複数の光検知部で発生した電荷を読み出す固体撮像装置
の駆動方法であって、前記複数の検知部のうちの少なく
とも１つの光検知部の電荷を、２回以上に分けて取り出
した後に、前記光検知部から取り出された１回目の電荷
と２回目以降の電荷とを加え合わせることを特徴とす
る。

【００１７】前記光検知部の電荷を、電位井戸を形成す
ることにより転送することが好ましい。

【００１８】前記電位井戸を、光検知部の近くに配置さ
れた第１電荷転送部に形成し、最初に形成した第１電位
井戸へ、１回目の電荷の転送を行い、その後に形成した
第２電位井戸へ、２回目の電荷の転送を行い、前記第１
電位井戸と前記第２電位井戸との電荷を加え合わせるこ
とが好ましい。

【００１９】さらに具体的な本発明に係る固体撮像装置
の駆動方法は、複数の光検知部と、前記各光検知部毎に
隣接して配置された転送ゲートと、前記転送ゲートに隣
接して配置された第１電荷転送部とを有する固体撮像装
置を駆動する方法において、第１のタイミングでは、複
数の光検知部のうちの少なくとも１の光検知部に隣接す
る第１電荷転送部に第１電位井戸を形成し、当該１の光
検知部に蓄積された電荷を、前記転送ゲートを通して、
前記第１電位井戸へ転送し、第２のタイミングでは、前
記第１電位井戸に転送された電荷を、第１電位井戸が形
成された部分から他の部分へ転送し、第３のタイミング
では、前記第１電位井戸が形成された部分に第２電位井
戸を形成し、前記１の光検知部に残存している電荷を、
前記転送ゲートを通して、第２電位井戸へ転送し、前記
第３のタイミングよりも後のタイミングで、前記第１電
位井戸および第２電位井戸に転送された電荷を加え合わ
せる。

【００２０】

【作用】本発明に係る固体撮像装置およびその駆動方法
では、たとえば１の光検知部に光が照射されると、その
受光量に応じた信号電荷が発生する。本発明では、この
光検知部の電荷を、２回以上に分けて取り出した後に、
前記光検知部から取り出された１回目の電荷と２回目以
降の電荷とを加え合わせる。１回目の電荷の取り出しで
は、光検知部には、一部の電荷が転送されずに残るもの
とする。たとえば全体の５％程度の電荷が、残像として
残るとする。

【００２１】本発明では、光検知部に残存していた約５
％程度の電荷のうちの約８０％、すなわち全体の約４％
程度の電荷を、２回目の電荷の取り出しにより取り出す
ことができる。すなわち、従来の方法では、約５％程度
の電荷が光検知部に残存していたものが、本発明の方法
では、約１％程度にまで低減することができる。電荷の
取り出しを３回以上行えば、光検知部に残存している電
荷をさらに低減することができるが、２回でも十分に小
さくすることができる。

【００２２】その後、１回目の電荷と２回目以降の電荷
とを加え合わせ、１つの電荷パケットとする。このた
め、この電荷パケットは、前記１の光検知部で発生した
電荷のうちの約９９％以上の電荷を持ち、画像信号とし
て、良好に外部に転送することができる。

【００２３】本発明において、光検知部、転送ゲート、
第１電荷転送部および第１電荷転送部を駆動する駆動部
を有する固体撮像装置を駆動する場合には、光検知部、
転送ゲートおよび第１電荷転送部の構造自体を変更する
ことなく、駆動部の回路構成を変更するのみで、残像を
低減することができ、従来に比較して大幅な設計変更を
する必要がなく、経済的でもある。

【００２４】なお、このような本発明の作用効果は、光
検知部から電荷を第１電荷転送部へ転送する時間を、単
純に従来の２倍にしたとしても得られるものではない。
なぜなら、単純に転送時間を２倍にしても、転送される
べき電位井戸には、既にかなりの電荷が蓄積されるた
め、光検知部から電位井戸に向かう電位勾配がほとんど
なくなってしまい、一回の転送では約９５％以上の電荷
の移動が困難であるからである。

【００２５】これに対して、本発明では、電位井戸をい
ったん空にして（第１電位井戸と同じ部分に、空の第２
電位井戸を作り出し）、光検知部から電位井戸への電位
勾配を大きくし、そこに残存電荷を転送するため、光検
知部に残存している電荷を効率的に引き出すことができ
る。そのため、残像の低減を図ることができるのであ
る。

【００２６】特に、光検知部が、ＰｔＳｉショットキー
ダイオードやアモルファスシリコンの積層型受光部を持
つ紫外光および／または赤外光を検出するセンサである
場合には、ＢＰＤ型フォトダイオードと異なり、光検知
部に残存電荷が生じやすいので、本発明の効果が大き
い。

【００２７】本発明に係る固体撮像装置は、光検知部が
マトリックス状に二次元的に配置されたエリアセンサと
して応用することができるが、１次元的に配置されたリ
ニアセンサに応用することもできる。

【００２８】エリアセンサでは、垂直方向の電荷の転送
を行う第１電荷転送部と共に、水平方向の電荷の転送を
行う第２電荷転送部を有するので、この第２電荷転送部
を利用して、前記第１電位井戸および第２電位井戸に転
送された電荷を加え合わせることができる。なお、第１
電荷転送部と第２電荷転送部との接続部に、前記第１電
位井戸および第２電位井戸に転送された電荷を加え合わ
せるための蓄積部をさらに有しても良い。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施
形態に基づき説明する。

【００３０】図１は本発明の１実施形態に係る固体撮像
装置の概略平面図、図２（Ａ）は図１に示すIIＡ−IIＡ
線に沿う要部概略断面図、図２（Ｂ）は同図（Ａ）に対
応した電荷の移動を示すタイムチャート図、図３は図１
に示す垂直駆動回路の一部を示す回路図、図４（Ａ），
（Ｂ）は図３に示すドライバ回路を説明するための論理
回路とその真理値表、図５は本発明の他の実施形態に係
る固体撮像装置の概略平面図である。

【００３１】第１実施形態 図１に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、基本
的にはインタライン転送方式の固体撮像装置であるが、
駆動部としての垂直駆動回路４に特徴を有する。なお、
図１に示す固体撮像装置では、説明の容易化のために、
複数の光検知部１が３×３のマトリックス状に配置して
あるが、実際には、数百×数百程度である。また、図１
に示す固体撮像装置では、説明の容易化のために、駆動
パルス（駆動信号）の数をΦ１〜Φ７の７つとしてある
が、実際には画素の行の数は数１００行程度あるので、
駆動パルスの数も画素の行の数の２倍になる。

【００３２】本実施形態の固体撮像装置では、図１に示
すように、１列毎の光検知部１の群毎に、第１電荷転送
部としての垂直電荷転送部１６が垂直方向に隣接して配
置してある。また、各垂直電荷転送部１６の出力端に
は、タイミング調整用ゲート電極５を介して、第２電荷
転送部としての水平電荷転送部３が水平方向に配置して
ある。水平電荷転送部３の出力端には、出力アンプ６を
介して出力端子が接続してあり、出力端子７から、各光
検出部１で発生する電荷に相当する１行（１水平ライ
ン）毎の画像信号を出力するようになっている。

【００３３】各光検知部１と、各列毎の垂直電荷転送部
１６とは、転送ゲート２により接続してあり、ゲート電
極１１，１３，１５に印加される電圧に応じて、光検知
部１に発生する電荷が、垂直電荷転送部１６へと転送可
能になっている。

【００３４】垂直電荷転送部１６の長手方向に沿った断
面を図２に示す。図２に示すように、垂直電荷転送部１
６を含めて、光検知部１（図１参照）、転送ゲート２
（図１参照）およびその他の回路は、半導体基板２０上
に形成される。半導体基板２０は、たとえばシリコン基
板などで構成され、垂直電荷転送部１６では、図２に示
すように、基板２０の表面にイオン注入法などで不純物
拡散層２１が形成され、その上に熱酸化法などによる酸
化シリコン膜から成る絶縁膜２２が形成され、その上
に、たとえばポリシリコン膜などで構成される電極１０
〜１５が形成される。なお、タイミング調整用ゲート電
極５および水平電荷転送部３のための電極も、電極１０
〜１５と同様にして形成される。

【００３５】電極１０〜１５、絶縁膜２２および不純物
拡散層２１が、電荷結合素子（ＣＣＤ）から成る垂直電
荷転送部１６を構成し、電極１０〜１５に順次、駆動電
圧パルスを印加することで、電荷の移動が可能になる。
また、水平電荷転送部３も、電荷結合素子（ＣＣＤ）で
構成してあり、その長手方向に沿って電荷の移動が可能
になっている。なお、本実施形態では、垂直電荷転送部
１６における一つ置きの電極１１，１３，１５が転送ゲ
ート２を開くためのゲート電極を兼ねており、一つの光
検出部１に対して二つの電極１０，１１または１２，１
３または１４，１５が配置してある。

【００３６】本実施形態において、光検知部としては、
特に限定されないが、たとえば、通常の可視光を検出す
るフォトセンサ、あるいはＰｔＳｉショットキーダイオ
ードやアモルファスシリコンの積層型受光部を持つ紫外
光および／または赤外光を検出するセンサで構成してあ
る。

【００３７】本実施形態に係る固体撮像装置の垂直電荷
転送部１６を構成する電極１０〜１５およびゲート電極
５には、駆動部としての垂直駆動回路４から、それぞれ
Φ１〜Φ７の駆動パルスが印加される。これら駆動パル
スを生成するための垂直駆動回路４の一例を図３に示
す。

【００３８】本実施形態の垂直駆動回路４は、シフトレ
ジスタ２１を有し、シフトレジスタ２１には、スタート
パルスＳＴとクロック信号ＣＬＫとが外部から入力され
るようになっている。このシフトレジスタ２１の出力
は、３×３の光検知部１の垂直電荷転送部１６を駆動す
るための出力信号であるため、本実施形態では、３段で
あるが、実際には、光検知部１の行数に応じた数百段と
なる。本実施形態では、このシフトレジスタ２１の出力
は、３つのＡＮＤ回路２２にそれぞれ入力され、ゲート
パルスとの論理積が個別に取られる。

【００３９】ＡＮＤ回路２２からの各出力ＳＲ１〜ＳＲ
３は、３つのドライバ２３の一方の入力端子ＩＮ２へと
入力される。これらドライバ２３の他方の入力端子ＩＮ
１には、外部同期信号Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６が入力される。
外部同期信号Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７は、それぞれ駆動
信号Φ１，Φ３，Φ５，Φ７を発生し、その駆動信号
は、図１に示す電極１０，１２，１４，５へと供給さ
れ、これらを駆動する。他の駆動信号Φ２，Φ４，Φ６
は、転送ゲート２を開閉するためのゲート電極を兼ねた
電極１１，１３，１５を駆動するものであり、ゲートパ
ルスＧＴとの同期が図られると共に、図２（Ｂ）に示す
タイミングで電位井戸を形成するために、外部同期信号
Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６との同期が図られる。このような目的
で、図３に示すドライバ２３は、たとえば図４に示す回
路となっている。

【００４０】図４に示すように、ドライバ２３は、二つ
のＮＡＮＤ回路２５，２６と、ＮＯＲ回路２７と、二つ
のＮＯＴ回路２８，３０と、ＣＭＯＳ回路を構成する一
方のＰＭＯＳ２９およびＮＭＯＳ３１と、ＰＭＯＳ３２
およびＮＭＯＳ３３とを有する。ドライバの入力端子Ｉ
Ｎ１は、二つのＮＡＮＤ回路２５の第１入力端子に接続
してあると共に、ＮＯＲ回路２７の第１入力端子に接続
してある。入力端子ＩＮ２は、ＡＮＤ回路２５の第２入
力端子およびＮＯＲ回路２７の第２入力端子に接続して
あると共に、ＮＯＴ回路２８を介してＮＡＮＤ回路２６
の第２入力端子に接続してある。

【００４１】ＮＡＮＤ回路２５の出力端子は、ＰＭＯＳ
３２のゲート電極に接続してある。ＰＭＯＳ３２のソー
ス端子は定電圧源ＶＨに接続してあり、ドレイン端子は
出力端子ＯＵＴに接続してある。

【００４２】ＮＡＮＤ回路２６の出力端子はＰＭＯＳ２
９のゲート電極に接続してあると共に、ＮＯＴ回路３０
を介してＮＭＯＳ３１のゲート電極に接続してある。Ｐ
ＭＯＳ２９およびＮＭＯＳ３１から成るＣＭＯＳのソー
ス端子は定電圧源ＶＭに接続してあり、ドレイン端子は
出力端子ＯＵＴに接続してある。ＮＯＲ回路２７の出力
端子はＮＭＯＳ３３のゲート電極に接続してある。ＮＭ
ＯＳ３３のソース端子は定電圧源ＶＬに接続してあり、
ドレイン端子は出力端子ＯＵＴに接続してある。

【００４３】定電圧源ＶＨによりＰＭＯＳ３２を通して
選択的に出力端子ＯＵＴから印加される電圧ＶＨは、た
とえば約１０〜１５Ｖ程度であり、図１，２に示す電極
１１，１３，１５に作用することにより、転送ゲート２
を開ける電圧に相当する。転送ゲート２を開ける電圧が
出力端子ＯＵＴに作用するのは、図４（Ｂ）に示す真理
値表から明らかなように、入力端子ＩＮ１，ＩＮ２が共
にハイ（Ｈ）となった場合である。

【００４４】定電圧源ＶＭによりＣＭＯＳを通して選択
的に出力端子ＯＵＴから印加される電圧ＶＭは、たとえ
ば約０〜２Ｖ程度であり、図１，２に示す電極１１，１
３，１５に作用することにより、垂直電荷転送部１６に
電位井戸を形成する電圧に相当する。垂直電荷転送部１
６に電位井戸を形成する電圧ＶＭが出力端子ＯＵＴに作
用するのは、図４（Ｂ）に示す真理値表から明らかなよ
うに、入力端子ＩＮ１がハイ（Ｈ）で、入力端子ＩＮ２
がロー（Ｌ）となった場合である。なお、電極１０，１
２，１４にも、図２（Ｂ）に示すように、電極１１，１
３，１５にＶＭが作用するタイミングで、ＶＭが作用
し、電位井戸が形成される。

【００４５】定電圧源ＶＬによりＮＭＯＳ３３を通して
選択的に出力端子ＯＵＴから印加される電圧ＶＬは、た
とえば約−１５〜−１０Ｖ程度であり、図１，２に示す
電極１１，１３，１５に作用することにより、垂直電荷
転送部１６に電位障壁が形成される電圧に相当する。垂
直電荷転送部１６に電位障壁を形成する電圧ＶＬが出力
端子ＯＵＴに作用するのは、図４（Ｂ）に示す真理値表
から明らかなように、入力端子ＩＮ１およびＩＮ２が共
にロー（Ｌ）となった場合である。なお、電極１０，１
２，１４にも、図２（Ｂ）に示すように、電極１１，１
３，１５にＶＬが作用するタイミングで、ＶＬが作用
し、電位障壁が形成される。

【００４６】次に、垂直駆動回路４からの駆動出力信号
に基づき、垂直電荷転送部１６に形成される電位井戸お
よび電位障壁のタイミングを、図２に示すチャートを用
いて説明する。まず、図１に示す固体撮像装置の３×３
の光検知部１の全体に、所定パターンの光が照射された
ものとする。その結果、その光パターンに対応して、各
光検知部１には、光量に対応する電荷が発生する。ある
いは、光が当たらない光検知部１では、電荷が発生しな
い。

【００４７】たとえば電極１４，１５に対応する１行目
の光検知部１に光照射の結果、電荷が発生したとする。
図２（Ｂ）に示すように、第１のタイミングである時刻
Ｔ１では、垂直駆動回路４からの駆動信号Φ５，Φ６と
して、電極１４，１５に電位井戸を形成するための電圧
ＶＭが供給され、且つ電極１５に、転送ゲート２を開け
るための電圧ＶＨが供給されることで、光検知部１に発
生していた電荷が、垂直電荷転送部１６の電位井戸（第
１電位井戸）の中に転送される。転送された結果の電荷
をＰ１とする。このとき、一部の電荷が転送されずに光
検知部１に残存すると仮定する。たとえば全体の５％程
度の電荷が、光検知部１の中に残像として残るとする。
なお、時刻Ｔ１では、電極１０〜１３には、駆動信号Φ
１〜Φ４として、電圧ＶＬが供給され、電位障壁が形成
してある。また、電極５にも、駆動信号Φ７として、電
圧ＶＬが供給され、電位障壁が形成してある。水平電荷
転送部３には空の電位井戸が形成してある。なお、水平
電荷転送部３の駆動は、垂直電荷転送部４の駆動信号に
同期した駆動信号を発する水平駆動回路（図示省略）に
より行われる。

【００４８】次に、図２（Ｂ）に示す第２のタイミング
である時刻Ｔ２では、垂直駆動回路４から駆動信号を、
第１電荷転送部１６へ送り、電極１４，１５に対応する
部分に電位障壁を形成し、同時に、電極５を開き、水平
電荷転送部３に形成された電位井戸へ電荷を転送する。

【００４９】その後、第３のタイミングである時刻Ｔ３
では、垂直駆動回路４から駆動信号を垂直電荷転送部１
６へ送り、電極１４，１５に相当する第１電位井戸が形
成された部分に、再度、第２電位井戸を形成し、転送ゲ
ート２を通して、前記光検知部１に残存している電荷
を、第２電位井戸へ電荷Ｐ１’として転送する。そのた
め、前記光検知部１に残存していた約５％程度の電荷の
うちの約８０％、すなわち全体の約４％程度の電荷Ｐ
１’が、第２電位井戸へ転送され、前記光検知部１に残
存している電荷は、全体に対して約１％程度に低減する
ことができる。すなわち、従来の方法では、約５％程度
の電荷が光検知部に残存していたものが、本実施形態の
方法では、約１％程度にまで低減することができる。

【００５０】その後、本実施形態では、時刻Ｔ４におい
て、垂直駆動回路４から駆動信号を、垂直電荷転送部１
６へ送り、電極１４，１５に電圧ＶＬを印加し、電位障
壁を形成し、同時に電極５を開き、電荷Ｐ１’を、水平
電荷転送部の電位井戸へ転送し、前記電荷Ｐ１と加え合
わせ、１つの電荷パケットとする。なお、時刻Ｔ４で
は、同時に電極１２，１３に対応する垂直電荷転送部１
６にも電位井戸（第１電位井戸）を形成し、時刻Ｔ１の
場合と同様にして、転送ゲート２から、２行目の光検知
部１に発生している電荷を電位井戸へ転送する。転送さ
れた電荷をＰ２とする。転送された電荷Ｐ２は、前記電
荷Ｐ１に対応する。なお、時刻Ｔ２〜Ｔ４の動作は、水
平電荷転送部３での転送動作が中断する水平帰線期間中
に行われる。

【００５１】次に、時刻Ｔ５では、垂直駆動回路４から
垂直電荷転送部１６に駆動信号を供給することにより、
電荷Ｐ２を、電極１４，１５に対応する電位井戸へ移
し、同時に、水平電荷転送部３を駆動し、加算された電
荷Ｐ１＋Ｐ１’を、１水平走査期間をかけて、図１に示
す出力端子７から外部に読み出す。

【００５２】時刻Ｔ６では、時刻Ｔ２の場合と同様にし
て、電荷Ｐ２を水平電荷転送部３へ転送し、同時に、時
刻Ｔ３の場合と同様にして、電極１２，１３に対応する
２行目の光検知部１に残存している電荷を電位井戸（第
２電位井戸）へ転送する。転送された電荷をＰ２’とす
る。この場合にも、１行目の場合と同様にして、２行目
の光検知部１に残存している電荷は、全体に対して約１
％程度に低減することができる。

【００５３】時刻Ｔ７では、前記と同様にして、電荷Ｐ
２’を電極１４，１５に対応する垂直電荷転送部１６へ
と転送し、同時に、電極１０，１１に対応する部分に電
位井戸（第１電位井戸）を形成し、３行目の光検知部１
から転送ゲート２を通して電荷を転送する。転送された
電荷をＰ３とする。

【００５４】時刻Ｔ８では、電荷Ｐ１＋Ｐ１’の場合と
同様にして、水平電荷転送部３にて、電荷Ｐ２と電荷Ｐ
２’とを加え合わせ、１つの電荷パケットとする。同時
に、電荷Ｐ３を隣に形成された電位井戸へ転送する。な
お、時刻Ｔ６〜Ｔ８の動作は、水平帰線期間中に行われ
る。

【００５５】時刻Ｔ９では、電荷Ｐ１＋Ｐ１’の場合と
同様にして、２行目の加え合わされた電荷Ｐ２＋Ｐ２’
を、１水平走査期間をかけて水平電荷転送部３から外部
に読み出す。同時に、電荷Ｐ３を、さらに隣の電位井戸
へ転送する。また同時に、時刻Ｔ３の場合と同様にし
て、電極１０，１１に対応する部分に再度、電位井戸
（第２電位井戸）を形成し、そこに、３行目の光検知部
１に残存している電荷を転送する。転送された電荷をＰ
３’とする。この場合にも、１行目の場合と同様にし
て、３行目の光検知部１に残存している電荷は、全体に
対して約１％程度に低減することができる。

【００５６】時刻Ｔ１０では、前記と同様にして、電荷
Ｐ３を水平電荷転送部３へ転送すると共に、電荷Ｐ３’
を隣の電位井戸へと転送する。

【００５７】時刻Ｔ１１では、電荷Ｐ３’を、さらに隣
の電位井戸へと転送する。

【００５８】時刻Ｔ１２では、電荷Ｐ１＋Ｐ１’の場合
と同様にして、水平電荷転送部３において、電荷Ｐ３と
電荷Ｐ３’とを加え合わせ、一つの電荷パケットとす
る。なお、時刻Ｔ１０〜Ｔ１３の動作は、水平帰線期間
中に行われる。

【００５９】時刻Ｔ１３では、電荷Ｐ１＋Ｐ１’の場合
と同様にして、２行目の加え合わされた電荷Ｐ２＋Ｐ
２’を、１水平走査期間をかけて水平電荷転送部３から
外部に読み出す。

【００６０】このようにして、全ての行の光検知部に発
生した電荷を、水平電荷転送部３の出力端子７から高効
率で時系列に読み出すことができる。時刻Ｔ１からＴ１
３までが、１周期であり、その後は、時刻Ｔ１に戻り、
同様な動作が繰り返され、２周期以降でも、Ｐ１＋Ｐ
１’、Ｐ２＋Ｐ２’、Ｐ３＋Ｐ３’が時系列に読み出さ
れる。

【００６１】したがって、本実施形態では、それぞれの
電極に対応する光検知部１で発生した電荷のうちの約９
９％の電荷Ｐ１＋Ｐ１’、Ｐ２＋Ｐ２’、Ｐ３＋Ｐ３’
を、水平電荷転送部３の出力端子７から、画像信号とし
て、良好に外部に転送することができる。

【００６２】しかも、本実施形態では、光検知部１、転
送ゲート２、垂直電荷転送部１６および水平電荷転送部
３の構造自体を変更することなく、垂直駆動回路４の回
路構成を変更するのみで、残像を低減することができ、
従来に比較して大幅な設計変更をする必要がなく、経済
的でもある。

【００６３】第２実施形態 本実施形態では、図５に示すように、垂直電荷転送部１
６と垂直電荷転送部３との接続部に、転送された電荷を
加え合わせるための蓄積部１７をさらに有している。蓄
積部１７はＰＮ接合を用いたダイオード、もしくはＣＣ
Ｄのポテンシャル井戸を用いる事で電荷を蓄積すること
ができる。蓄積部１７としてＰＮダイオードを用いる場
合は、不純物拡散層２１における蓄積部１７に対応する
位置の濃度をイオン注入法などを用いて高濃度にし、ポ
テンシャルを十分深くすることで電荷の蓄積を行う。ま
た蓄積部１７としてＣＣＤのポテンシャル井戸を用いる
場合には、不純物拡散層２１における蓄積部１７に対応
する位置の濃度は変えないが、図５には図示していない
ＣＣＤ電極をゲート電極１８と１９の間に配置し、その
電極の電圧を電荷蓄積時にはＶＭに、非蓄積時にはＶＬ
にする事で電荷の蓄積と放出を行う。

【００６４】蓄積部１７の前後には、垂直電荷転送部１
６から蓄積部１７へ転送するタイミングを調節するため
のゲート電極１８と、蓄積部１７で加え合わされた電荷
Ｐ１＋Ｐ１’、Ｐ２＋Ｐ２’、Ｐ３＋Ｐ３’を、水平電
荷転送部３へ転送するタイミングを調節するゲート電極
１９が形成してある。また、ゲート電極１８，１９を駆
動制御するための信号が必要となることから、垂直駆動
回路４ａからは、Φ１〜Φ８の駆動信号が出力される。
その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。

【００６５】本実施形態では、蓄積部１７で、電荷を加
え合わせる以外は、前記第１実施形態と同様な作用を有
する。蓄積部１７で電荷を加え合わせることにより、加
え合わされた電荷を水平電荷転送部３へ転送するタイミ
ングの調節が確実なものとなる。

【００６６】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。

【００６７】たとえば、図３，４に示す垂直駆動回路４
の回路構成は、あくまでも一例であり、これに限定され
ず、図２（Ａ）に示すような電荷の移動を実現するため
の駆動回路であれば、どのような回路であっても良い。

【００６８】また、前記第１実施形態において、垂直電
荷転送部１６と水平電荷転送部３との接続部に、転送の
タイミングの確実性を上げるために、電極５を配置した
が、これら転送部１６，３の駆動タイミングは、通常は
同期してあるので、必ずしもなくても良い。

【００６９】さらに、上記実施形態では、光検知部を２
次元的に配置したエリアセンサについて説明したが、１
次元のリニアセンサに適用するのも容易である。また、
上記実施形態では、同じ光検知部１から、２回に分けて
垂直電荷転送部に電荷を転送したが、３回以上に分けて
転送を行えば、さらに効果があるのは言うまでもない。
ただし、２回に分けて転送を行うのみでも、上述したよ
うに、光検知部には、ほとんど残存電荷がなくなる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、固体撮像装置を構成する基本的な構造自体を変更す
ることなく、駆動部の回路構成を変更するのみで、残像
が発生する光検知部を持つ固体撮像装置の残像を、大幅
に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の１実施形態に係る固体撮像装置
の概略平面図である。

【図２】図２（Ａ）は図１に示すIIＡ−IIＡ線に沿う要
部概略断面図、図２（Ｂ）は同図（Ａ）に対応した電荷
の移動を示すタイムチャート図である。

【図３】図３は図１に示す垂直駆動回路の一部を示す回
路図である。

【図４】図４は図３に示すドライバ回路を説明するため
の論理回路である。

【図５】図５は本発明の他の実施形態に係る固体撮像装
置の概略平面図である。

【符号の説明】

１… 光検知部 ２… 転送ゲート ３… 水平電荷転送部（第２電荷転送部） ４，４ａ… 垂直駆動回路（駆動部） ５，１０〜１５，１８，１９… 電極 １６… 垂直電荷転送部（第１電荷転送部） １７… 蓄積部

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光検知部と前記複数の光検知部で
   発生した電荷を読み出す駆動部とを有する固体撮像装置
   であって、 前記駆動部は、同じ光検知部から２回以上に分けて電荷
   を取り出した後に、前記同じ光検知部から取り出された
   １回目の電荷と２回目以降の電荷とを加え合わせること
   を特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記光検知部からの電荷を読み出すため
   の電位井戸が形成される電荷読み出し部分を有し、 前記駆動部は、前記同じ光検知部の電荷を、前記電荷読
   み出し部分に形成される第１電位井戸と第２電位井戸と
   に転送した後、前記第１電位井戸と前記第２電位井戸と
   の電荷を加え合わせるように、前記電荷読み出し部分を
   制御する請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 前記電荷読み出し部分が、前記光検知部
   に隣接して配置された第１電荷転送部であり、 前記駆動部は、前記複数の光検知部の内の少なくとも１
   の第１光検知部に隣接する第１電荷転送部に、前記第１
   電位井戸を形成し、この第１光検知部に蓄積された電荷
   を前記第１電位井戸に転送し、 前記第１電位井戸に転送された電荷を、第１電位井戸が
   形成された部分から他の部分へ転送し、 前記第１光検知部に残存している電荷を、前記第１電位
   井戸が形成された部分に別に形成された第２電位井戸に
   転送し、 前記第１電位井戸と前記第２電位井戸との電荷を加え合
   わせるように、前記第１電荷転送部に駆動信号を供給す
   る請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】 前記光検知部と前記第１電荷転送部との
   接続部には、前記各光検知部毎に転送ゲートが設けてあ
   り、 前記転送ゲートは、前記第１電荷転送部に電位井戸を形
   成するための駆動信号に同期して、前記駆動部により制
   御される請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記光検知部が、紫外光と赤外光との少
   なくとも一方を検出するセンサである請求項１〜４のい
   ずれかに記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】 前記光検知部が、マトリックス状に複数
   配置され、第１方向に配置された前記光検知部の群毎に
   前記第１電荷転送部が配置してあり、 複数の前記第１電荷転送部の少なくとも一方の端部を接
   続し、前記第１電荷転送部を通して転送された電荷を、
   前記第１方向に対して垂直な第２方向に転送する第２電
   荷転送部をさらに有する請求項３〜５のいずれかに記載
   の固体撮像装置。
7. 【請求項７】 前記第２電荷転送部が、第１電位井戸と
   第２井戸とに転送された電荷を加え合わせるように構成
   してある請求項６に記載の固体撮像装置。
8. 【請求項８】 前記第１電荷転送部と第２電荷転送部と
   の接続部には、前記第１電位井戸および第２電位井戸に
   転送された電荷を加え合わせるための蓄積部をさらに有
   する請求項６に記載の固体撮像装置。
9. 【請求項９】 複数の光検知部で発生した電荷を読み出
   す固体撮像装置の駆動方法であって、 前記複数の検知部のうちの少なくとも１つの光検知部の
   電荷を、２回以上に分けて取り出した後に、 前記光検知部から取り出された１回目の電荷と２回目以
   降の電荷とを加え合わせることを特徴とする固体撮像装
   置の駆動方法。
10. 【請求項１０】 前記光検知部の電荷を、電位井戸を形
    成することにより転送する請求項９に記載の固体撮像装
    置の駆動方法。
11. 【請求項１１】 前記電位井戸を、光検知部の近くに配
    置された第１電荷転送部に形成し、 最初に形成した第１電位井戸へ、１回目の電荷の転送を
    行い、 その後に形成した第２電位井戸へ、２回目の電荷の転送
    を行い、 前記第１電位井戸と前記第２電位井戸との電荷を加え合
    わせる請求項１０に記載の固体撮像装置の駆動方法。
12. 【請求項１２】 複数の光検知部と、前記各光検知部毎
    に隣接して配置された転送ゲートと、前記転送ゲートに
    隣接して配置された第１電荷転送部とを有する固体撮像
    装置を駆動する方法において、 第１のタイミングでは、複数の光検知部のうちの少なく
    とも１の光検知部に隣接する第１電荷転送部に第１電位
    井戸を形成し、当該１の光検知部に蓄積された電荷を、
    前記転送ゲートを通して、前記第１電位井戸へ転送し、 第２のタイミングでは、前記第１電位井戸に転送された
    電荷を、第１電位井戸が形成された部分から他の部分へ
    転送し、 第３のタイミングでは、前記第１電位井戸が形成された
    部分に第２電位井戸を形成し、前記１の光検知部に残存
    している電荷を、前記転送ゲートを通して、第２電位井
    戸へ転送し、 前記第３のタイミングよりも後のタイミングで、前記第
    １電位井戸および第２電位井戸に転送された電荷を加え
    合わせる固体撮像装置の駆動方法。