JP5223448B2

JP5223448B2 - 固体撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法、並びにカメラ

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Publication number: JP5223448B2
Application number: JP2008124250A
Authority: JP
Inventors: 弘明田中
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2028-05-12
Also published as: US20090278968A1; TW200952477A; CN101582995B; CN101582995A; JP2009273075A; US8098315B2; TWI377839B

Description

本発明は固体撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法、並びにカメラに関する。詳しくは、暗信号の抑制を実現する固体撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法、並びにカメラに係るものである。

従来、デジタルスチルカメラや監視カメラ等ではインターライン転送方式のＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）型イメージセンサが広く採用されている。
図３はインターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサを説明するための模式図であり、ここで示すＣＣＤ型イメージセンサ１０１は、マトリクス状に配列された複数の受光部１０２と、この受光部に隣接して設けられ、受光部で取り込んだ信号電荷を読み出す読み出しゲート１０３と、読み出しゲートに隣接して設けられ、読み出しゲートによって読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部１０４、垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部１０５及び受光部の読み出しゲートとは逆側に設けられ、混色を抑制するチャネルストップ領域（図５には図示せず）が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。また、水平転送部１０５で水平方向に転送された信号電荷は出力部に設けられたフローティングディフュージョン（ＦＤ）部１０６に転送され、このＦＤ部の電位変動をＭＯＳトランジスタによって検出し、これを電気信号に変換、増幅することにより映像信号Ｖｏｕｔとして出力されることとなる。

上記の様に構成されるインターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサの動作は、［１］受光部（フォトダイオード）１０２における光電変換及び信号電荷の蓄積、［２］受光部１０２から垂直転送部１０４への信号電荷の転送（フィールドシフト）、［３］垂直転送部１０４での信号電荷の転送（垂直転送）、［４］垂直転送部１０４から水平転送部１０５への信号電荷の転送（ラインシフト）、［５］水平転送部１０５での信号電荷の転送（水平転送）、［６］ＦＤ部１０６での信号電荷の検出及び増幅、に分けられることとなる。以下、各動作について詳細に説明を行なう。

［１］受光部（フォトダイオード）における光電変換及び信号電荷の蓄積
ＣＣＤ型イメージセンサ１０１の表面側に配設された撮像レンズによって結像された光学像は、受光部１０２にて電荷像に変換される。即ち、各受光部１０２には、受けた光の強さと時間に応じて信号電荷が蓄積されていることとなる。

［２］フィールドシフト
各受光部１０２に蓄積された信号電荷は、所定のタイミングで一斉に垂直転送部１０４に読み出されることとなる。これをフィールドシフトと称している。
具体的には、先ず、奇数フィールドで垂直方向奇数番目と垂直方向偶数番目の画素（受光部１０２）の信号電荷を加算して読み出す。次の偶数フィールドでは、組み合わせを変えて、垂直方向偶数番目と垂直方向奇数番目の画素（受光部１０２）の信号電荷を加算して読み出す。即ち、上下に隣接する２画素を垂直転送部１０４で足し合わせて１つのフィールドを作成し、続いて足し合わせる画素の組み合わせを変えてもう１つのフィールドを作成することで１フレームを完成させる。なお、こうした読み出し方法はフィールド読み出しと称され、フレーム残像を残さないためにビデオカメラでは広く採用されている技術である。

［３］垂直転送
垂直転送部１０４にフィールドシフトされた信号電荷は垂直転送部１０４によって垂直方向に転送されることとなる。垂直転送部１０４による転送では、１ラインごとの信号電荷が並列に下方（水平転送部１０５）に向けて転送されることとなる。

［４］ラインシフト
垂直転送部１０４の最下段に転送されてきた１ライン分の信号電荷は、水平転送部１０５へと１ライン分まとめて並列に転送される。これをラインシフトと称している。

［５］水平転送
水平転送部１０５にラインシフトされた１ライン分の信号電荷は、水平転送部１０５によって水平方向に転送されることとなる。なお、１ライン分の水平転送が終了して水平転送部１０５内の信号電荷が空の状態になると、垂直転送部１０４から次の１ライン分の信号電荷がラインシフトされることとなる。

［６］信号電荷の検出及び増幅
水平転送部１０５の左端（終端）に水平転送されてきた信号電荷は、１画素単位でＦＤ部１０６にて電圧として検出されると共に増幅されて出力端子より出力されることとなる。

ここで、上記［１］〜［６］の各動作は相互に関連付けられており、垂直転送部１０４で最下段の垂直転送されてきた１ライン分の信号電荷が水平転送部１０５にラインシフトされると直ちに水平転送が始まり、信号電荷が１画素ずつ順次ＦＤ部１０６にて検出されて読み出されていくこととなる。また、ラインシフトと垂直転送は同時に行なわれており、１ライン分の信号電荷が水平転送部１０５から全て読み出されると、垂直転送で最下段まできていた次の１ライン分の信号電荷が水平転送部１０５にラインシフトされて水平転送される。こうした動作の繰り返しによって１フィールド全ての信号電荷が読み出されることとなる。

なお、光電変換は、こうした信号電荷の転送期間中も続けられており、フィールドシフトされた直後から各受光部（フォトダイオード）１０２では再び信号電荷の蓄積が開始される。即ち、フィールドシフトで垂直転送部１０４に信号電荷が転送された直後は各受光部（フォトダイオード）１０２は空になるが、光は各受光部（フォトダイオード）に連続して当たっているので、再び電荷が蓄積されていることとなる。

図４は図３におけるＸ−Ｘ部分の断面構造を説明するための模式図であり、Ｎ型シリコン基板１１０に形成したＰ型ウェル領域１１９の表面に、受光部１０２を構成するＮ型の信号電荷蓄積領域１２６と、垂直転送部１０４を構成するＮ型の電荷転送領域１２４と、Ｐ^＋型のチャネルストップ領域１１８とが形成されている。

また、信号電荷蓄積領域１２６の表面にはＰ^＋＋型の正電荷蓄積領域１２７が形成されており、信号電荷蓄積領域１２６と電荷転送領域１２４との間のＰ型領域は読み出しゲート１０３を構成している。電荷転送領域１２４、読み出しゲート部１０３、正電荷蓄積領域１２７、チャネルストップ領域１１８上には、例えばＳｉＯ_２からなるゲート絶縁膜１２３が形成されており、このゲート絶縁膜１２３を介して電荷転送領域１２４上には転送電極１２５が形成されている。

そして、受光部１０２に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート１０３を介して隣接する垂直転送部１０４にフィールドシフトされ、垂直転送部１０４からラインシフトされ水平転送部１０５を水平転送された信号電荷は、ＦＤ部１０６に流れ込み、蓄積した信号電荷の電荷量に応じてＦＤ部１０６の電位が変化することとなる。なお、ＦＤ部で検出される信号（電圧）は非常に小さいために、ＦＤ部１０６にソースフォロワ回路（複数段のＭＯＳ型トランジスタ）が接続され、ＦＤ部１０６で検出された信号（電圧）を増幅して外部に出力する。

ところで、近年のデジタルスチルカメラは高解像度化（多画素化）が進むと共に画素サイズが縮小する傾向にあり、画素サイズが縮小すると、（１）感度や飽和信号量といった出力信号が低下したり、（２）出力信号確保のためにノイズ成分が増加したりすることに起因して、ＳＮ比（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）が悪化することとなり、画質が低下してしまっている。
なお、ノイズ成分の増加を伴わない感度向上技術や、飽和信号量の向上、ノイズの低減のための各種技術開発が進められており、中でもノイズの低減という観点から、固体撮像素子のノイズ成分の多くを占める暗信号の低減が重要となっている。

また、上述したＣＣＤ型イメージセンサは、監視カメラやＦＡ（ＦａｃｔｏｒｙＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ）用のカメラ等にも広く利用されているのであるが、こうしたカメラでは、長時間露光（低速シャッターと称されることもある）モードを有していることが多い。なお、「長時間露光モード」とは、「通常モード」が標準方式のテレビジョンへの適用を考慮して１／６０秒ごとにフィールドシフトされる、換言すると、受光部１０２における信号電荷の蓄積時間が１／６０秒となっているのに対して、受光部１０２における信号電荷の蓄積時間が１秒〜２秒、あるいは長いものでは数秒の間、受光部１０２からの信号電荷の読み出し（フィールドシフト）を行なわずに蓄積をし続けるモードのことである。ここで、長時間露光モードは、特に暗視状態での撮影に有効なモードであるものの、暗信号による画質異常の問題が顕著に表れてしまう。

ここで、暗信号の低減技術として、垂直転送部へのクロック電圧やタイミングを制御する方法が提案されている。以下、従来の暗信号の低減技術について図面を参照して説明を行なう。

先ず、図５（ａ）に暗信号の低減技術を用いていない通常の場合における露光期間〜信号出力期間に垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφを示したものであり、現在商品化されているＣＣＤ型イメージセンサの多くは、垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）は露光期間〜信号出力期間の全期間において０［Ｖ］とされている。なお、「ミドルバイアス（ＶＭ）」とは、垂直転送部における信号電荷の垂直転送のために印加されるクロックのハイレベル電位を意味しており、読み出し電圧を考慮しない場合のハイレベル電位のことである。また、図５（ａ）中の符合Ｄで示す期間は露光時の不要信号の掃き捨て期間である。

これに対して、暗信号の低減技術の一例としては、図５（ｂ）で示す様に、露光期間〜信号出力期間の全期間において垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）を負バイアス化（例えばＶＭ＝−０．５［Ｖ］）する技術が提案されている。
ここで、垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）と暗信号との関係を図６（ａ）に示しているが、垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）を負バイアス化することによって暗信号が低減することとなるために、垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）を露光期間〜信号出力期間の全期間において負バイアス化することによって、暗信号の低減を図ることができるのである。

また、暗信号の低減技術の他の一例としては、図５（ｃ）で示す様に、垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφを露光期間のみローレベルに固定する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１０−１４４９０７号公報特開２００３−１５３０８７号公報

しかしながら、上記した暗信号の低減技術の一例では、垂直転送部の取扱電荷量が減少したり、垂直転送部の転送効率が悪化したりする恐れがある。
即ち、垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）と垂直転送部の取扱電荷量との関係を図６（ｂ）に示しているが、垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）を負バイアス化することによって垂直転送部の取扱電荷量が減少することとなる。また、垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）と垂直転送効率との関係を図６（ｃ）に示しているが、垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）を負バイアス化することによって垂直転送部の転送効率が悪化する恐れがある。

そのために、上記した暗信号の低減技術の一例では、暗信号を低減することができたとしても、垂直転送部の取扱電荷量の減少に伴って飽和信号量が減少したり、垂直転送不良が発生し易くなったりするために、結果的にはＳＮ比の改善にはつながりにくい。なお、露光期間〜信号出力期間の全期間において垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）を負バイアス化するために、垂直転送部の高速な転送を必要とする液晶モニタ表示や動画撮影用途時等に垂直転送不良を生じてしまう恐れもある。

これに対して、上記した暗信号の低減技術の他の一例では、露光期間のみ垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφをローレベルに固定しているが故に、暗信号の低減効果を得ることができると共に、信号出力期間における垂直転送部の取扱電荷量や垂直転送効率の影響はないと考えられる。そのために、特に暗信号が問題視される長時間露光モード時に採用されている技術である。

ここで、長時間露光モード時には太陽光の様な非常に強い光が入射することがないので問題にはなりにくいものの、通常露光時においては太陽光の様な非常に強い光が入射した場合に、露光期間終了後に垂直転送部に蓄積された不要電荷を充分に掃き捨てきれない恐れが生じる。
即ち、露光期間のみ垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφをローレベルに固定し、換言すると、露光期間に垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφは停止してローレベルに固定されているために、露光期間中は垂直転送を行なうことができずに垂直転送部に大信号が留まることとなる。そのために、信号出力開始の際の信号電荷の掃き捨て期間中に垂直転送部内の信号電荷を完全に掃き捨てきれない恐れが生じるのである。

また、露光期間に垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφを停止してローレベルに固定した場合には、露光期間に垂直転送が全く行なえないこととなり、液晶モニタ表示のモード等の対応はできないこととなってしまう。

本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、垂直転送部の取扱電荷量及び垂直転送効率を悪化させることなく暗信号の低減を図ることができる個体撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法、並びにカメラを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、マトリクス状に配列された受光部と、該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、該垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を有する固体撮像素子と、前記垂直転送部に印加するクロック信号を制御する制御回路とを備える固体撮像装置であって、前記制御回路は、前記受光部から先発の信号電荷が読み出される直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始後、前記先発の信号電荷が前記垂直転送部を介して前記水平転送部に転送されるまでの期間に前記信号電荷の転送のために印加される第１のクロック信号と、先発の信号電荷が前記水平転送部に転送された後、前記受光部から後発の信号電荷の読み出しを開始する直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始前の期間に印加される第２のクロック信号を略同一の振幅にすると共に、前記第１のクロック信号のハイレベル電位を前記第２のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位に制御する。

また、上記の目的を達成するために、本発明のカメラは、マトリクス状に配列された受光部と、該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、該垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を有する固体撮像素子と、該固体撮像素子の撮像エリアに入射光を導く光学系と、前記垂直転送部に印加するクロック信号を制御する制御回路とを備えるカメラであって、前記制御回路は、前記受光部から先発の信号電荷が読み出される直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始後、前記先発の信号電荷が前記垂直転送部を介して前記水平転送部に転送されるまでの期間に前記信号電荷の転送のために印加される第１のクロック信号と、先発の信号電荷が前記水平転送部に転送された後、前記受光部から後発の信号電荷の読み出しを開始する直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨ての開始前の期間に印加される第２のクロック信号を略同一の振幅にすると共に、前記第１のクロック信号のハイレベル電位は前記第２のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位に制御する。

ここで、第１のクロック信号のハイレベル電位を第２のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位に制御することによって、垂直転送部の取扱電荷量や垂直転送効率に悪影響を及ぼすことなく暗信号を低減することができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明の固体撮像素子の駆動方法は、マトリクス状に配列された受光部と、該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、該垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を有する固体撮像素子の駆動方法において、前記受光部から先発の信号電荷が読み出される直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始後、前記先発の信号電荷が前記垂直転送部を介して前記水平転送部に転送されるまでの期間に前記信号電荷の転送のために前記垂直転送部に第１のクロック信号を印加し、先発の信号電荷が前記水平転送部に転送された後、前記受光部から後発の信号電荷の読み出しを開始する直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始前の期間に前記垂直転送部に第２のクロック信号を印加する工程を備え、前記第１のクロック信号は前記第２のクロック信号と略同一の振幅であると共に、前記第１のクロック信号のハイレベル電位は前記第２のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位である。

ここで、第１のクロック信号のハイレベル電位は第２のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位であることによって、垂直転送部の取扱電荷量や垂直転送効率に悪影響を及ぼすことなく暗信号を低減することができる。

本発明の固体撮像装置及び固体撮像素子の駆動方法、並びにカメラでは、垂直転送部の取扱電荷量及び垂直転送効率を悪化させることなく暗信号の低減を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明を適用したカメラの一例であるＣＣＤ型カメラを説明するための模式図であり、ここで示すＣＣＤ型カメラ１０は、入射光を集光するレンズ１１と、レンズ１１で集光された光を所定時間だけ通過させるメカニカルシャッタ１２と、レンズ１１及びメカニカルシャッタ１２を介して入射される被写体の画像を撮像するＣＣＤ型イメージセンサ１とを備える。

図２（ａ）は本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ型イメージセンサを説明するための模式図であり、ここで示すＣＣＤ型イメージセンサ１は、上記した従来のＣＣＤ型イメージセンサと同様に、マトリクス状に配列された複数の受光部２と、この受光部に隣接して設けられ、受光部で取り込んだ信号電荷を読み出す読み出しゲート３と、読み出しゲートに隣接して設けられ、読み出しゲートによって読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部４と、垂直転送部により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部５及び受光部の読み出しゲートとは逆側に設けられ、混色を抑制するチャネルストップ領域（図２には図示せず）が形成されている。また、水平転送部５で水平方向に転送された信号電荷は出力部に設けられたＦＤ部６に転送され、このＦＤ部の電位変動をＭＯＳトランジスタによって検出し、これを電気信号に変換、増幅することにより映像信号Ｖｏｕｔとして出力されることとなる。

また、垂直転送部４に印加する垂直転送クロックＶφを制御する垂直転送クロック電源切替回路７が設けられており、この垂直転送クロック電源切替回路によってタイミング発生回路８から入力される垂直転送クロックＶφ_０のミドルレベル（ＶＭ）を負バイアス化して垂直転送部４に印加する垂直転送クロックＶφを生成することができる。

具体的には、垂直転送クロック電源切替回路は、垂直転送クロックＶφ_０を印加する入力端子がコンデンサＣを介して出力端子と接続されており、更に出力端子は第１のスイッチングトランジスタ（Ｔｒ１）を介して第１の電源Ｖ_１（例えばＶＭ＝０［Ｖ］用の電源としてＶ１＝−７．５［Ｖ］）に接続されると共に、第２のスイッチングトランジスタ（Ｔｒ２）を介して第２の電源Ｖ_２（例えばＶＭ＝−１．０［Ｖ］用の電源としてＶ２＝−９．５［Ｖ］）に接続されている。なお、第１のスイッチングトランジスタのゲート電極に第１のコントロール端子Ｃｏｎｔ１が接続され、第２のスイッチングトランジスタのゲート電極に第２のコントロール端子Ｃｏｎｔ２が接続されている。この様に構成された垂直転送クロック電源切替回路では、第１のコントロール端子Ｃｏｎｔ１にハイレベル電位が印加されると第１のスイッチングトランジスタが導通状態となることで出力端子からはミドルレベル（ＶＭ）が０［Ｖ］の垂直転送クロックＶφが出力され、第２のコントロール端子Ｃｏｎｔ２にハイレベル電位が印加されると第２のスイッチングトランジスタが導通状態となることで出力端子からはミドルレベル（ＶＭ）が−１．０［Ｖ］の垂直転送クロックＶφが出力されることとなる。

なお、垂直転送クロック電源切替回路のコントロール端子（第１のコントロール端子及び第２のコントロール端子）に印加される電位はタイミング信号発生回路によって制御されており、信号出力期間（受光部から先発の信号電荷が読み出される直前に行われる垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始後、前記先発の信号電荷が垂直転送部を介して水平転送部に転送されるまでの期間）は第１のコントロール端子Ｃｏｎｔ１にハイレベル電位、第２のコントロール端子Ｃｏｎｔ２にローレベル電位を印加し、露光期間（先発の信号電荷が水平転送部に転送された後、受光部から後発の信号電荷の読み出しを開始する直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始前の期間）は第１のコントロール端子Ｃｏｎｔ１にローレベル電位を印加し、第２のコントロール端子Ｃｏｎｔ２にハイレベル電位を印加する様に構成されている。

ここで、本実施例では、タイミング発生回路で生成される垂直転送クロックＶφ_０を垂直転送クロック電源切替回路に入力し、垂直転送クロック電源切替回路によって制御された垂直転送クロックＶφをＣＣＤ型イメージセンサに入力する場合を例に挙げて説明を行なっているが、露光期間のみミドルバイアス（ＶＭ）が負バイアス化した垂直転送クロックＶφをＣＣＤ型イメージセンサに印加することができれば充分であり、垂直転送クロック電源切替回路はタイミング発生回路に内蔵されても良いし、ＣＣＤ型イメージセンサに内蔵されても良い。

同様に、露光期間のみミドルバイアス（ＶＭ）が負バイアス化した垂直転送クロックＶφをＣＣＤ型イメージセンサに印加することができれば、垂直転送クロック電源切替回路の回路構成はいかなるものであっても良く、図２（ａ）に例示したものに限らない。

更に、本実施例では、信号出力期間におけるミドルバイアス（ＶＭ）が０［Ｖ］であり、露光期間におけるミドルバイアス（ＶＭ）が−１．０［Ｖ］の場合を例に挙げて説明を行なっているが、露光期間におけるミドルバイアス（ＶＭ）が信号出力期間におけるミドルバイアス（ＶＭ）よりも低電位であれば充分である。なお、一般に信号出力期間におけるミドルバイアス（ＶＭ）として０［Ｖ］が採用されていることに鑑みると共に、垂直転送クロックのミドルバイアス（ＶＭ）と暗信号との関係を示す図６（ａ）から、露光期間におけるミドルバイアス（ＶＭ）は−０．５［Ｖ］よりも低電位である方が好ましいと考えられる。

上記の様に構成されたＣＣＤ型カメラでは、タイミング信号発生回路によって信号出力期間は第１のコントロール端子Ｃｏｎｔ１にハイレベル電位を印加して垂直転送クロック電源切替回路の出力端子からはＶＭ＝−１．０［Ｖ］の垂直転送クロックＶφ（第１のクロック信号）が出力されることとなり、一方、露光期間は第２のコントロール端子Ｃｏｎｔ２にハイレベル電位を印加して垂直転送クロック電源切替回路の出力端子からはＶＭ＝０［Ｖ］の垂直転送クロックＶφ（第２のクロック信号）が出力されることとなるために（図２（ｂ）参照。）、垂直転送部の取扱電荷量や垂直転送効率に悪影響を及ぼすことなく暗信号を低減することができる。

即ち、図５（ｂ）で示す従来の暗信号低減技術の一例の様に、露光期間〜信号出力期間の全期間において垂直転送クロックＶφの負バイアス化を行なった場合には、信号出力期間における垂直転送部の取扱電荷量が減少したり、垂直転送効率が悪化したりする恐れがあるものの、垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）の負バイアス化を行なう期間を露光期間のみに限定することによって、信号出力期間における垂直転送部の取扱電荷量や垂直転送効率には影響を及ぼすことがなく、暗信号低減によるＳＮ比の向上を期待することができる。

なお、従来の暗信号低減技術においては、垂直転送部の取扱電荷量や垂直転送効率に悪影響を及ぼすことを考慮して、垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）は−０．５［Ｖ］程度までしか負バイアス化することができなかったが、垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）の負バイアス化を行なう期間を露光期間のみに限定することで垂直転送部の取扱電荷量や垂直転送効率への影響を考慮する必要がなくなるために、例えば垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）を−１．０［Ｖ］等に負バイアス化を行なうことが可能となる。

また、図５（ｃ）で示す従来の暗信号低減技術の一例に様に、露光期間において垂直転送クロックＶφをローレベルに固定した場合には、露光期間中は垂直転送を行なうことができなかったが、本発明を適用したＣＣＤ型カメラでは、露光期間中においても垂直転送クロックＶφはハイレベルとローレベルの２値を採るために通常露光時において太陽光の様な非常に強い光が入射した場合であっても、露光期間終了後の所定期間（露光時の不要信号電荷掃き捨て期間）中に垂直転送部内の信号電荷を充分に掃き捨てることができる。

以上の通り、本発明を適用したＣＣＤ型カメラでは、暗信号の低減と露光期間終了後の信号電荷の掃き捨てを両立することが可能となり、長時間露光モードだけではなく通常露光モードにも適用することが可能となる。
また、露光期間中に信号電荷の垂直転送を行なうことができるために、静止画用途のみならず、垂直転送部の高速な転送を必要とする液晶モニタ表示や動画撮影モードにも適用することが可能となる。

本発明を適用したカメラの一例であるＣＣＤ型カメラを説明するための模式図である。本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＣＤ型イメージセンサを説明するための模式図である。垂直転送クロックＶφを説明するための模式図である。インターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサを説明するための模式図である。図３におけるＸ−Ｘ部分の断面構造を説明するための模式図である。垂直転送クロックＶφを説明するための模式図（１）である。垂直転送クロックＶφを説明するための模式図（２）である。垂直転送クロックＶφを説明するための模式図（３）である。垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）と暗信号との関係を示すグラフである。垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）と垂直転送部の取扱電荷量との関係を示すグラフである。垂直転送部に印加する垂直転送クロックＶφのミドルバイアス（ＶＭ）と垂直転送効率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ＣＣＤ型イメージセンサ
２受光部
３読み出しゲート
４垂直転送部
５水平転送部
６ＦＤ部
７垂直転送クロック電源切替回路
８タイミング発生回路
１０ＣＣＤ型カメラ
１１レンズ
１２メカニカルシャッタ

Claims

マトリクス状に配列された受光部と、
該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
該垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を有する固体撮像素子と、
前記垂直転送部に印加するクロック信号を制御する制御回路とを備える固体撮像装置であって、
前記制御回路は、前記受光部から先発の信号電荷が読み出される直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始後、前記先発の信号電荷が前記垂直転送部を介して前記水平転送部に転送されるまでの期間に前記信号電荷の転送のために印加される第１のクロック信号と、先発の信号電荷が前記水平転送部に転送された後、前記受光部から後発の信号電荷の読み出しを開始する直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始前の期間に印加される第２のクロック信号を略同一の振幅にすると共に、
前記第１のクロック信号のハイレベル電位を前記第２のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位に制御する
固体撮像装置。
前記制御回路は、前記第１のクロック信号のハイレベル電位を０Ｖとし、前記第２のクロック信号のハイレベル電位を−０．５Ｖ以下に制御する
請求項１に記載の固体撮像装置。
マトリクス状に配列された受光部と、
該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
該垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を有する固体撮像素子の駆動方法において、
前記受光部から先発の信号電荷が読み出される直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始後、前記先発の信号電荷が前記垂直転送部を介して前記水平転送部に転送されるまでの期間に前記信号電荷の転送のために前記垂直転送部に第１のクロック信号を印加し、先発の信号電荷が前記水平転送部に転送された後、前記受光部から後発の信号電荷の読み出しを開始する直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始前の期間に前記垂直転送部に第２のクロック信号を印加する工程を備え、
前記第１のクロック信号は前記第２のクロック信号と略同一の振幅であると共に、
前記第１のクロック信号のハイレベル電位は前記第２のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位である
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
マトリクス状に配列された受光部と、
該受光部の垂直列毎に設けられると共に同受光部から信号電荷が読み出され、読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部と、
該垂直転送部から信号電荷が転送され、転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送部を有する固体撮像素子と、
該固体撮像素子の撮像エリアに入射光を導く光学系と、
前記垂直転送部に印加するクロック信号を制御する制御回路とを備えるカメラであって、
前記制御回路は、前記受光部から先発の信号電荷が読み出される直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始時、前記先発の信号電荷が前記垂直転送部を介して前記水平転送部に転送されるまでの期間に前記信号電荷の転送のために印加される第１のクロック信号と、先発の信号電荷が前記水平転送部に転送された後、前記受光部から後発の信号電荷の読み出しを開始する直前に行われる前記垂直転送部の不要電荷の掃き捨て開始前の期間に印加される第２のクロック信号を略同一の振幅にすると共に、
前記第１のクロック信号のハイレベル電位は前記第２のクロック信号のハイレベル電位よりも高電位に制御する
カメラ。