JP5727824B2

JP5727824B2 - 固体撮像素子および固体撮像素子の駆動方法、電子情報機器

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Publication number: JP5727824B2
Application number: JP2011061747A
Authority: JP
Inventors: 一郎馬場
Original assignee: Sharp Corp
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Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: JP2012199702A

Description

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびこの固体撮像素子の駆動方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。

近年、デジタルスチルカメラの高画質化が急速に進んでおり、１００万画素以上の画素数を有する固体撮像装置、特に、ＣＣＤイメージセンサが、広く使われるようになっている。これらのＣＣＤイメージセンサにおいては、全画素の信号電荷を独立に読み出すことによって静止画を得るようにする駆動方法（スチルモード）と、液晶モニタなどに動画を映し出す駆動方法（モニタリングモード）を切り替えて用いることが一般的である。

モニタリングモードの機能を達成するためには、毎秒３０枚程度のフレームレートが必要である。しかしながら、ＣＣＤイメージセンサの駆動周波数特性の限界、または、低消費電力化を図るため、駆動周波数を高速にできず、ＣＣＤイメージセンサの多画素化に伴ってモニタリングモードでのフレームレートの確保が困難になっている。

これに対して、現在一般的に、１００万画素以上の画素数を有するＣＣＤイメージセンサにおいては、垂直方向の一部の画素からの信号電荷のみを読み出してライン数を間引くことにより、データ量を減少させてフレームレートを向上させることができる。

また、水平方向の画素のデータ量を減少させることによりフレームレートを向上させる方法もある。この水平方向の画素のデータ量を減少させる最も簡単な方法としては、垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤの接合部分に、データを間引く箇所に対応して掃き出しドレインを設けるという方法がある。また、これとは別に、垂直方向のデータ量を減少させる方法として、水平方向に複数配置された行ラインの電荷データを間引く方法が図６に示されている。

図６は、従来の固体撮像素子の転送構成例を模式的に示す平面図である。

図６において、従来の固体撮像素子１００は、４相駆動垂直転送レジスタを有するインターレース方式のＣＣＤイメージセンサである。このＣＣＤイメージセンサは、受光部としてのフォトダイオード１０１、トランスファゲート１０２、垂直転送レジスタ１０３、水平転送レジスタ１０４、電荷検出部１０５、出力アンプ１０６および掃き出しドレイン１０７を有している。

フォトダイオード１０１は、半導体基板上にマトリックス状に設けられており、その前面にベイヤー配列でＲＧＢのカラーフィルタが設けられている。

垂直転送レジスタ１０３は、フォトダイオード１０１の各列に隣接して設けられ、それぞれトランスファーゲート１０２を介してフォトダイオード１０１と接続されている。各垂直転送レジスタ１０３では、フォトダイオード１０１から読み出された信号電荷が、φＶ１〜φＶ４の４相駆動により垂直方向に転送される。

水平転送レジスタ１０４は、複数の垂直転送レジスタ１０３に対して垂直な方向に設けられている。この水平転送レジスタ１０４では、各垂直転送レジスタ１０３によって電荷転送されてきた信号電荷を、φＨ１およびφＨ２の２相駆動により水平方向に電荷転送する。水平転送レジスタ１０４によって転送された信号電荷は、電荷検出部１０５によって検出されて電圧に変換され、増幅された撮像信号が出力アンプ１０６から出力される。

掃き出しドレイン１０７は、水平転送レジスタ１０４の下部に隣接して設けられている。このＣＣＤイメージセンサでは、不要な電荷を行単位で掃き出しドレイン１０７に排出させることによって、水平方向に複数配置された行ラインの電荷データを間引くことができる。

一方、水平方向の全ての画素信号を読み出す場合には、全ての画素列の掃き出しドレイン１０７をオフの状態としておき、水平方向の任意の画素信号を間引く場合には、これに対応した画素列の掃き出しドレイン１０７をオンの状態とする。掃き出しドレイン１０７がオンの状態となっている画素列では垂直ＣＣＤから水平ＣＣＤへの信号転送は行われず、その信号電荷は掃き出しドレイン１０７へ流れていく。

これにより、必要な垂直ＣＣＤ列のみの信号を水平ＣＣＤへ読み出すという方法を得ることができる。ただし、このような方法では、水平方向の空間的な情報が間引かれてしまうため、このことによる弊害（ジャギ、偽色、もわれ等）が発生する場合もある。

これを解決する手段として、水平方向の空間的な情報を間引くことなく、水平方向の画素のデータ量を減少させる方法として、水平方向の複数の画素信号を加算する方法が提案されている。ただし、ＣＣＤイメージセンサで採用されているカラーフィルタ配列は、水平方向１画素毎に異なることが一般的であり、一旦垂直レジスタから水平レジスタへ信号電荷が読み出されれば、同じ色の信号を加算することができない。このため、同じ色の信号を加算するためには、垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しを複数回に分割し、垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しと、続く垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しに先立って、読み出した信号を同じ色成分の垂直列まで移動させる水平転送を繰り返し行うことが必要となる。

水平方向の同色の画素信号を加算するためのゲートレイアウトとその駆動方法は、下記のような発明がある。例えば、水平方向に２画素を加算する方法は、特許文献１に示されており、この方法によってカメラのフレームレートを向上させている。さらに、画素数が増大していった場合、同様のフレームレートを確保するためには、水平方向に３画素、水平方向に４画素と、加算画素数を増やしていく必要がある。

例えば、水平方向に３画素を加算する方法は、特許文献２の図４に示す方法が提案されている。この方法は、３列周期構成で、各々が独立した転送ゲートを有した転送部分が設けられており、電荷転送のコントロールを任意の３列周期で行うというものである。このように、水平読み出しを３回に分けて垂直ＣＣＤから水平ＣＣＤに信号電荷を読み出す方法としては特許文献３，４にも提案されている。

このような画素加算方法は水平３分割方式とも呼ばれ、フレーム画像を得るためには水平方向の画素信号を１／３づつ３回に分けて読み出しを行う必要がある。

図７は、従来の固体撮像素子における３列周期の転送駆動例を模式的に示すタイミング図である。図８は、図７の従来の固体撮像素子における３列周期の転送駆動信号の波形図である。

図７および図８において、３列周期の従来の固体撮像素子２００において、縦方向（列方向）に並ぶ各画素の下方位置にオプティカルブラック部の画素が４画素分設けられ、さらにその下に水平方向の画素信号を１／３づつ３回に分けて垂直ＣＣＤから水平ＣＣＤに信号電荷の読み出しを行うようになっている。３列周期の１３Ａ〜１３Ｃのラインに縦方向（列方向）先頭の各信号電荷が一端保持され、１４Ａ〜１４Ｃのラインを順次選択することによって１５のラインに信号電荷を読み出させるようになっている。要するに、第１フィールドの時間ｔ１で、３列周期の１３Ａ〜１３Ｃのラインに縦方向（列方向）先頭の各信号電荷が一端保持された後に、次の時間ｔ２で１３Ｃの信号電荷が次の１４Ｃに電荷転送され、さらに、時間ｔ３で１４Ｃの信号電荷が次の１５に電荷転送され、時間ｔ４で１５の信号電荷が水平電荷転送路に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平ＣＣＤを駆動させる。次の第２フィールドの時間ｔ５で１３Ｂの信号電荷が１４Ｂに電荷転送を開始し、次の時間ｔ６で１３Ｂの信号電荷が１４Ｂに電荷転送され、さらに、時間ｔ７で１４Ｂの信号電荷が１５に電荷転送され、時間ｔ８で１５の信号電荷が水平電荷転送路に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平ＣＣＤを駆動させる。さらに、第３フィールドの時間ｔ９で１３Ａの信号電荷が信号電荷が１４Ａに電荷転送を開始し、次の時間ｔ１０で１３Ａの信号電荷が１４Ａに電荷転送され、さらに、時間ｔ１１で１４Ａの信号電荷が１５に電荷転送され、時間ｔ１２で１５の信号電荷が水平電荷転送路に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平ＣＣＤを駆動させる。

最後に、特許文献５において、容量の大きいゲートをゆっくりとした時間で動かし、容量の小さいゲートを早い時間で動かすことにより、信号電荷の電荷転送を効率よく行って信号電荷の電荷転送を電荷残りなくスムーズに行うことが記載されている。

特開２００５−３９５６１号公報特開２００６−３１０６５５号公報特開２０００−１１５６４３号公報特開平１１−５４７４１号公報特開２００２−２６２１８３号公報

上記従来の構成では、電荷転送経路での信号電荷の取り残しがあった場合に、通常、画素部では、図９（ａ）のように電荷転送取り残しは毎回次の信号電荷に繰越しされるため大きな画像劣化とならないが、加算部で信号電荷の取り残しがあった場合には、図９（ｂ）のように隣の列に信号電荷が取り残されて常に隣の列に信号電荷が混入するため、２つの縦ラインに跨る線欠陥が発生してしまう。このように、加算部では、非常に微少な信号電荷の取り残しがあってもシビアに画像の画質を劣化させてしまう。

一般に、転送効率を向上させる駆動タイミングはゲート負荷の大きい端子に印加されるパルスの切り替わり時間を延ばすものである（特許文献５）。

ところが、加算部ゲートの負荷容量は非常に小さく（例えば１／１０００）、時定数も小さいために従来の加算部ゲートの駆動では転送タイミングは全く考慮されていなかった（特許文献１〜５）。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、水平分割方式ＣＣＤの画質を向上させる駆動方法であって、ＶＣＣＤからＨＣＣＤへの電荷転送を効率的に駆動しかつ、スチルモードや動画モードでの縦線を防止できて、高画質な映像を得ることができる固体撮像素子およびこの固体撮像素子の駆動方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像素子は、垂直レジスタから水平レジスタへの電荷転送の読み出しを複数回に分けて周期的に行う水平分割方式の固体撮像素子において、該水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する該垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ該水平転送ゲートから２番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待期時間を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間よりも長く構成しているものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における待期時間は、前記常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間の１．１倍〜５倍長く維持する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における待期時間は、前記常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間の３倍〜５倍長く維持する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における待期時間は、１フィールド時間を各処理時間で均等割りした期間よりも長く、該１フィールド時間全体が長くならないように設定可能な期間である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における待期時間は、信号電荷が完全に転送し終わる期間である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における待期時間は、前記水平転送ゲートから２番目に近い垂直転送ゲートの電位をロー電位にし、当該垂直転送ゲートの信号電荷を前記ミドル電位の垂直転送ゲートに電荷転送する期間である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記水平転送ゲートへの水平転送クロックをハイレベル電位の＋３Ｖにし、該水平転送ゲートに最も近い垂直転送ゲートへの垂直転送クロックをミドル電位の０Ｖにし、該水平転送ゲートに対して２番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックをロー電位の−７Ｖにする。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるミドル電位の０Ｖを＋電圧側に増加しかつ前記＋３Ｖよりも低い電圧にする。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における垂直転送ゲート毎に、電荷転送方向に高濃度とする複数種類の不純物濃度領域を形成し、信号電荷がスムーズに転送されるように該垂直転送ゲート下のポテンシャルに傾斜を付けている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における水平分割方式は、前記垂直レジスタから前記水平レジスタへの電荷転送の読み出しを２回〜５回のうちのいずれかに分けて周期的に行う水平２〜５分割方式である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における水平転送ゲートから３番目に近いｎ（ｎは複数）列周期のｎ個の垂直転送ゲートにそれぞ列方向先頭の各信号電荷が一端保持され、該水平転送ゲートから２番目に近いｎ列周期のｎ個の垂直転送ゲートを順次選択することによって、該水平転送ゲートから最も近い一つの垂直転送ゲートに信号電荷を順次読み出させるようになっている。

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、垂直レジスタから水平レジスタへの電荷転送の読み出しを複数回に分けて周期的に行う水平分割方式を有する固体撮像素子の駆動方法において、該水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する該垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ該水平転送ゲートから２番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待期時間を通常画素の垂直転送クロックの切り替わり時間よりも長くするものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。

本発明においては、垂直レジスタから水平レジスタへの電荷転送の読み出しを複数回に分けて周期的に行う水平分割方式の固体撮像素子において、水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ水平転送ゲートから２番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待期時間を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間よりも長く構成している。

これによって、垂直レジスタから水平レジスタへの信号電荷の取り残しを防止することが可能となって、電荷転送を効率的に駆動しかつ、スチルモードや動画モードでの縦線が防止されて、高画質な映像が得られる。

以上により、本発明によれば、水平転送ゲートに隣接する垂直転送ゲートがミドル電位であり且つ水平転送ゲートから２番目に近い垂直転送ゲートがロー電位のときの待期時間を他の垂直転送クロック切り替わり時間よりも長くするため、垂直レジスタから水平レジスタへの信号電荷の取り残しを防止することができて、これにより、スチルモードや動画モードでのＣＣＤ画像は縦線のない高画質の画像を得ることができる。

本発明の実施形態１における固体撮像素子の転送構成例を模式的に示す平面図である。図１の固体撮像素子における３列周期の転送駆動信号の波形図である。垂直転送ゲートの信号電荷をロー電位にし、ミドル電位の垂直転送ゲートからハイレベル電位の水平転送ゲートに電荷転送する場合を模式的に示すポテンシャル図である。垂直転送ゲート毎に２種類の不純物濃度を用いて、信号電荷がスムーズに転送されるように垂直転送ゲート下のポテンシャルに傾斜を付ける場合を模式的に示す要部平面図である。本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。従来の固体撮像素子の転送構成例を模式的に示す平面図である。従来の固体撮像素子における３列周期の転送駆動例を模式的に示すタイミング図である。図７の従来の固体撮像素子における３列周期の転送駆動信号の波形図である。（ａ）は、電荷転送経路での信号電荷の取り残しがあった場合について説明すための模式図であり、（ｂ）は、加算部での信号電荷の取り残しがあった場合について説明すための模式図である。

以下に、本発明の固体撮像素子およびその駆動方法の実施形態１および、この固体撮像素子の実施形態１を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態２について図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における固体撮像素子の転送構成例を模式的に示す平面図である。

図１において、本実施形態１の固体撮像素子１において、水平方向の空間的な情報を間引くことなく、水平方向の画素のデータ量を減少させてフレームレートを向上させる方法として、水平方向の複数の画素信号を加算しているが、同じ色の信号を加算するためには、垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しを複数回に分割し、垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しと、続く垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しに先立って、読み出した信号を同じ色成分の垂直列まで移動させる水平転送を繰り返し行う必要がある。本実施形態１の固体撮像素子１では、信号電荷の水平読み出しを複数回（ここでは３回）に分けて垂直レジスタから水平レジスタに信号電荷を読み出す画素加算方法は水平分割方式（ここでは水平３分割方式）とも呼ばれ、水平方向の各信号電荷を３列周期で垂直レジスタから水平レジスタに読み出している。

この固体撮像素子１において、縦方向（列方向）に複数の垂直転送ゲートが並ぶ各画素の下方位置にオプティカルブラック部の垂直転送ゲート２の画素が４画素分の設けられ、さらにその下に水平方向の信号電荷を３列周期で垂直レジスタから水平レジスタに読み出しを行っている。３列周期の垂直転送ゲート１３Ａ〜１３Ｃにそれぞれ縦方向（列方向）先頭の各信号電荷が一端保持され、垂直転送ゲート１４Ａ〜１４Ｃを順次選択することによって垂直転送ゲート１５（垂直転送ゲート１４Ａ〜１４Ｃで共有のゲート）に信号電荷を読み出させるようになっている。

図２は、図１の固体撮像素子１における３列周期の転送駆動信号の波形図である。

図１および図２に示すように、第１フィールドの時間ｔ１では、垂直レジスタの３列周期の垂直転送ゲート１３Ａ〜１３Ｃに各縦方向（列方向）先頭の各信号電荷が一端保持された後に、次の時間ｔ２で垂直レジスタの垂直転送ゲート１３Ｃの信号電荷が垂直レジスタの次の垂直転送ゲート１４Ｃに電荷転送され、さらに、時間ｔ３で垂直レジスタの垂直転送ゲート１４Ｃの信号電荷が次の垂直レジスタの垂直転送ゲート１５に電荷転送される。さらに、時間ｔ４で垂直転送ゲート１５の信号電荷が水平レジスタの水平転送ゲートＨ１、Ｈ２に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平レジスタの水平転送クロックφＨを駆動させる。

次の第２フィールドの時間ｔ５において、垂直レジスタの垂直転送ゲート１３Ｂの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート１４Ｂに電荷転送を開始し、次の時間ｔ６で垂直レジスタの垂直転送ゲート１３Ｂの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート１４Ｂに電荷転送され、さらに、時間ｔ７で垂直レジスタの垂直転送ゲート１４Ｂの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート１５に電荷転送され、さらに、時間ｔ８で垂直レジスタの垂直転送ゲート１５の信号電荷が水平レジスタの水平転送ゲートＨ１、Ｈ２に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平レジスタの水平転送クロックφＨを駆動させる。

次の第３フィールドの時間ｔ９で垂直レジスタの垂直転送ゲート１３Ａの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート１４Ａに電荷転送を開始し、次の時間ｔ１０で垂直レジスタの垂直転送ゲート１３Ａの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート１４Ａに電荷転送され、さらに、時間ｔ１１で垂直レジスタの垂直転送ゲート１４Ａの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート１５に電荷転送され、時間ｔ１２で垂直レジスタの垂直転送ゲート１５の信号電荷が水平レジスタの水平転送ゲートＨ１、Ｈ２に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平レジスタの水平転送クロックφＨを駆動させる。

この場合、本実施形態１の固体撮像素子１では、水平レジスタの水平転送ゲートＨ１、Ｈ２に隣接する垂直レジスタの垂直転送ゲート１５がミドル電位（中間電位Ｍ）で且つ水平転送ゲートＨ１、Ｈ２から２番目に近い垂直転送ゲート１４Ａ〜１４Ｃのいずれかがロー電位（低電位Ｌ）のときの待期時間を他の通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間ｔ０よりも長く構成（図２の○で囲ったＡ〜Ｃ部分）して、信号電荷の取り残しを防止している。

加算部ゲートである垂直転送ゲート１３Ａ〜１３Ｃおよび１４Ａ〜１４Ｃ、垂直転送ゲート１５の負荷容量は非常に小さく（例えば他の通常画素の垂直転送ゲートに比べて１／１０００程度）で時定数も小さく軽いために従来ではこの加算部ゲートの駆動タイミングを長く構成することはなかったが、本実施形態１の固体撮像素子１では、この加算部ゲートの駆動タイミングを時間的に長く構成している。要するに、図３に示すように、水平転送ゲートＨ１、Ｈ２への水平転送クロックをハイレベル電位Ｈにし、水平転送ゲートＨ１、Ｈ２に最も近い垂直転送ゲート１５への垂直転送クロックＶ１５を中間電位Ｍにし、水平転送ゲートＨ１、Ｈ２に対して２番目に近い垂直転送ゲート１４Ａ〜１４Ｃのいずれかへの垂直転送クロックＶ１４Ａ〜Ｖ１４Ｃのいずれかを低電位Ｌにした状態を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間ｔ０（電荷転送時間）を超え、Ａ〜Ｃ部のように１．１倍〜５倍（更に好ましくは３倍〜５倍）程度長く維持する。この３倍〜５倍程度長く維持する待機時間は、水平分割方式で最大限に取り得る最大の時間である。要するに、１秒間に何コマあるかによって１フィールド時間が決定されるが、その１フィールド時間内に時間ｔ１〜ｔ４の各期間が存在し、垂直転送ゲート１４Ｃの信号電荷を次の垂直転送ゲート１５に電荷転送する時間ｔ３の期間を長くとっている。この時間ｔ３の期間（待機時間）は、１フィールド時間を時間ｔ１〜ｔ４で均等割りした期間（基準クロックで２０クロック程度）よりも長く、１フィールド時間全体が長くならない期間である。また、この時間ｔ３の期間（待機時間）は、信号電荷が完全に転送し終わる期間であればよい。いずれにしても１フィールド時間全体を伸ばすことは全体の時間が長くなって意味がなく、１フィールド時間全体を効率よく使って、垂直転送ゲート１４Ｃの信号電荷を次の垂直転送ゲート１５に電荷転送する時間ｔ３の期間を長くとっている。

水平転送ゲートＨ１、Ｈ２への水平転送クロックをハイレベル電位Ｈ例えば＋３Ｖにし、水平転送ゲートＨ１、Ｈ２に最も近い垂直転送ゲート１５への垂直転送クロックＶ１５を中間電位Ｍの０Ｖにし、水平転送ゲートＨ１、Ｈ２に対して２番目に近い垂直転送ゲート１４Ａ〜１４Ｃのいずれかへの垂直転送クロックＶ１４Ａ〜Ｖ１４Ｃのいずれかを低電位Ｌの−７Ｖにした待機状態（待機時間）を通常の画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間ｔ０（電荷転送時間）を超え例えば３倍〜５倍程度長く維持する場合に対して、垂直転送ゲート１５への垂直転送クロックＶ１５を中間電位Ｍの０Ｖ以外の＋１Ｖにした方が電荷転送効率が向上するが、電源をグランド電位（０Ｖ）の他に別途＋１Ｖの電位を持たなければならないというデメリットがある。何れにせよ、ミドル電位Ｍの０Ｖ（グランド電位）は、＋電圧側に増加しかつハイレベル電位Ｈの＋３Ｖよりも低い電圧を用いれば、電荷転送効率が向上する。

また、図４に示すように、電荷転送方向を矢印の方向とした場合に、垂直転送ゲート毎に複数種類の不純物濃度、例えば２種類の不純物濃度Ｎ＋、Ｎ−としている。これによって、垂直転送ゲートに所定のゲート電圧が印加されたときに、垂直転送ゲート下のポテンシャルに傾斜が付いて、信号電荷がその転送方向にスムーズに電荷転送され得る。この場合、より信号電荷の取り残しが低減され得る。

以上により、本実施形態１によれば、固体撮像素子１は、水平レジスタの水平転送ゲートＨ１、Ｈ２に隣接する垂直レジスタの垂直転送ゲート１５がミドル電位で且つ水平転送ゲートＨ１、Ｈ２から２番目に近い垂直転送ゲート１４Ａ〜１４Ｃのいずれかがロー電位のときの待期時間を他の通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間ｔ０よりも長く構成している。

これによって、垂直レジスタ（ＶＣＣＤ）から水平レジスタ（ＨＣＣＤ）への信号電荷の取り残しを防止することができる。ＶＣＣＤからＨＣＣＤへの電荷転送を効率的に駆動できるため、スチルモードや動画モードの縦線などを防止でき、高画質な映像を得ることができる。したがって、ＣＣＤ画像は縦線等のない高画質の画像を得ることができる。

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の固体撮像素子１を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。

図５において、本実施形態２の電子情報機器９０は、上記実施形態１の固体撮像素子１からの撮像信号に対して所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。

この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。

したがって、本実施形態３によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。

なお、本実施形態１では、水平分割方式は水平３分割方式で説明したが、これに限らず、垂直レジスタから水平レジスタへの電荷転送の読み出しを２回、４回または５回に分けて周期的に行う水平２分割方式、水平４分割方式または水平５分割方式であってもよく、さらに、それ以上の水平複数分割方式であってもよい。

即ち、水平転送ゲートから３番目に近い３列周期の３個の垂直転送ゲート１３Ａ〜１３Ｃにそれぞ列方向先頭の各信号電荷が一端保持され、水平転送ゲートから２番目に近い３列周期の３個の垂直転送ゲート１４Ａ〜１４Ｃを順次選択することによって、水平転送ゲートから最も近い一つの垂直転送ゲート１５に信号電荷を順次読み出させるようになっている場合について説明したが、これに限らず、水平転送ゲートから３番目に近いｎ（ｎは複数）列周期のｎ個の垂直転送ゲートにそれぞ列方向先頭の各信号電荷が一端保持され、水平転送ゲートから２番目に近いｎ列周期のｎ個の垂直転送ゲートを順次選択することによって、水平転送ゲートから最も近い一つの垂直転送ゲートに信号電荷を順次読み出させるようになっている場合であっても、水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ水平転送ゲートから２番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待期時間を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間ｔ０よりも長く設定して、信号電荷が完全に転送し終わるようにした本発明を適用することができる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態１、２を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１、２に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１、２の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびこの固体撮像素子の駆動方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、水平分割方式ＣＣＤの画質を向上させる駆動方法であって、ＶＣＣＤからＨＣＣＤへの電荷転送を効率的に駆動しかつ、スチルモードや動画モードでの縦線を防止できて、高画質な映像を得ることができる。

１固体撮像素子
２オプティカルブラック部の垂直転送ゲート
１３Ａ〜１３Ｃ、１４Ａ〜１４Ｃ、１５加算部の垂直転送ゲート
Ｈ１、Ｈ２水平転送ゲート
φＨ水平転送クロック
Ｖ１３Ａ〜Ｖ１３Ｃ、Ｖ１４Ａ〜Ｖ１４Ｃ、Ｖ１５垂直転送クロック
Ｍミドル電位（中間電位）
Ｌロー電位（低電位）
Ｈハイレベル電位

Claims

垂直レジスタから水平レジスタへの電荷転送の読み出しを複数回に分けて周期的に行う画素加算方法が水平分割方式の固体撮像素子において、
該水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する該垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ該水平転送ゲートから２番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待機時間を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間よりも長く構成しており、
該待機時間は、該通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間の３倍〜５倍長く維持する固体撮像素子。
前記待機時間は、１フィールド時間を各処理時間で均等割りした期間よりも長く、該１フィールド時間全体が長くならないように設定可能な期間である請求項１に記載の固体撮像素子。
前記待機時間は、信号電荷が完全に転送し終わる期間である請求項１に記載の固体撮像素子。
前記待機時間は、前記水平転送ゲートから２番目に近い垂直転送ゲートの電位をロー電位にし、当該垂直転送ゲートの信号電荷を前記ミドル電位の垂直転送ゲートに電荷転送する期間である請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像素子。
前記水平転送ゲートへの水平転送クロックをハイレベル電位の＋３Ｖにし、該水平転送ゲートに最も近い垂直転送ゲートへの垂直転送クロックをミドル電位の０Ｖにし、該水平転送ゲートに対して２番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックをロー電位の−７Ｖにする請求項１に記載の固体撮像素子。
前記ミドル電位の０Ｖを＋電圧側に増加しかつ前記＋３Ｖよりも低い電圧にする請求項５に記載の固体撮像素子。
前記垂直転送ゲート毎に、電荷転送方向に高濃度とする複数種類の不純物濃度領域を形成し、信号電荷がスムーズに転送されるように該垂直転送ゲート下のポテンシャルに傾斜を付けている請求項１に記載の固体撮像素子。
前記水平分割方式は、前記垂直レジスタから前記水平レジスタへの電荷転送の読み出しを２回〜５回のうちのいずれかに分けて周期的に行う水平２〜５分割方式である請求項１に記載の固体撮像素子。
前記水平転送ゲートから３番目に近いｎ（ｎは複数）列周期のｎ個の垂直転送ゲートにそれぞれ列方向先頭の各信号電荷が一端保持され、該水平転送ゲートから２番目に近いｎ列周期のｎ個の垂直転送ゲートを順次選択することによって、該水平転送ゲートから最も近い一つの垂直転送ゲートに信号電荷を順次読み出させるようになっている請求項１に記載の固体撮像素子。
垂直レジスタから水平レジスタへの電荷転送の読み出しを複数回に分けて周期的に行う画素加算方法として水平分割方式を有する固体撮像素子の駆動方法において、
該水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する該垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ該水平転送ゲートから２番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待機時間を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間よりも長くし、該待機時間は、該通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間の３倍〜５倍長く維持する固体撮像素子の駆動方法。
請求項１〜９のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。