JPH03147486A - 電荷転送型固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電荷転送素子を用いた固体撮像装置の駆動方
法に関するものである。

従来の技術 電荷転送型固体撮像装置は光を信号電荷に変換する光電
変換素子、信号電荷を転送する電荷転送素子、充電変換
素子で発生した信号電荷を電荷転送素子に読み出す読み
出しゲート領域と電荷転送素子で転送されてきた信号電
荷を出力する出力部から構成される。読み出しゲートは
電荷転送素子の転送ゲートの一部で兼用して用いられる
ことが多い。読み出しゲートが転送ゲート一部で兼用さ
れている場合は読み出し動作時に印加される電圧と転送
動作時に印加される電圧が異なるため、読み出しと転送
を印加電圧を変えることによって独立して行うことが出
来る。

第６図（ａ）　（ｂ）は従来の電荷転送型固体撮像装置
で読み出しゲートに印加される読み出しゲート電圧の時
間的変化と、読み出しゲート電圧の時間的変化に対応し
て光電変換素子に発生した信号電荷が転送される様子を
示す。また、第７図（ａ）　、　（ｂ）は第６図中にお
いて読み出しゲートに読み出しゲート電圧ＶＧＩ　、　
ＶＯ２を印加したときの、光電変換素子、読み出しゲー
ト、電荷転送素子内に発生する信号電荷のポテンシャル
エネルギーを示す図である。

第６図で光電変換素子内に入射した光によって発生した
信号電荷は、一定時間Ｔの開光電変換素子内に蓄積され
、その後電荷転送素子によって一定時間ＴＩを要して転
送され出力する。この時、Ｔを蓄積時間、ＴＩを転送時
間と呼ぶ。蓄積時間から転送時間を除いた残りの時間に
は電荷転送素子は転送動作を行なわない。フレームイン
ターライントランスファー型と呼ばれるタイプの電荷転
送型固体撮像装置では転送時間Ｔ＋は蓄槽時間Ｔに比べ
て非常に小さい。

以下に電荷転送素子の従来の駆動方法について詳しく説
明する。電荷転送素子が転送動作を行なう直前までの時
間Ｔ２の間、読み出しゲートには電圧ＶＧＩを印加して
読み出しゲートを閉じてお（。

この時、Ｔ１とＴ２の時間中、信号電荷は充電変換素子
に蓄積されている。電荷転送素子が転送動作を行う直前
の時間Ｔ３には読み出しゲートには電圧ＶＧ３が印加さ
れ、光電変換素子で光によって生じた信号電荷を電荷転
送素子へ全て読み出す。

Ｔ３はＴ２に比べて無視できるほど短いのが普通である
。こうして一定期間光電変換素子中で蓄積された信号電
荷を、電荷転送素子によって転送し出力する駆動方法が
用いられる。

第７図（ａ）は読み出しゲートにゲート電圧ＶＧＩを印
加すると読み出しゲート部直下のポテンシャルエネルギ
ーは光電変換素子を囲むポテンシャルの井戸が形成され
、この井戸内に信号重加が貯る。

この後読み出しゲートにゲート電圧ＶＧ３が印加される
と（第７図（ｂ））光電変換素子のポテンシャルが最も
高く、読み出しゲート領域、電荷転送素子の順に低くな
ってい（。光電変換素子に貯められた信号電荷はポテン
シャルエネルギーの低い方に移動し転送素子に読み出さ
れる。

発明が解決しようとする課題 光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量をＱＰＤ％電荷転
送装置の転送可能な最大電荷量をＱ　ＣＯＤとすると、
電荷転送型固体撮像装置では、光電変換素子に入射する
光の光量が大きい場合、過剰な電荷が光電変換素子に蓄
積されて印可電圧Ｖ旧によって閉じている読み出しゲー
トのポテンシャルエネルギーの障壁を越えて流れ出し、
別の光電変換素子の信号電荷を転送している電荷転送素
子中へ電荷が流れ込み、電荷転送素子中で信号電荷の混
合が起こる。この現象をブルーミングという。ブルーミ
ングの発生を防止するために、充電変換素子で過剰に蓄
積された電荷を吐き出すためのオーバーフロードレイン
が設けられている。

光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量Ｑｐｏは、オーバ
ーフロードレインのしきい値の設定で決っている。

従来の駆動方法では撮像装置の飽和出力に対応する飽和
電荷量ＱＳＡＴが以下の式に示すような制約を受けてい
た。

（１）　　ＱＳＡＴ　”Ｑｐｏ　（ＱＰＤ＜ＱＣＣＤ　
）（２）　　ＱＳＡＴ″Ｑｃｃｏ　　（Ｑｐｏ　＞　Ｑ
ｃｃｏ　）すなわち、従来の駆動方法では、光電変換素
子数を増加させるために単位画素寸法が縮小されること
が要求され、光電変換素子や電荷転送素子の寸法を縮小
することによって、電荷転送素子の転送可能な最大電荷
量Ｑ　ｃｃｏが光電変換素子の蓄積可能な最大電荷ｊｉ
Ｑｐｏを越えてしまうと、上記（１）式に示したように
撮像素子の飽和電荷量Ｑ　ＳＡＴはＱｐｏから決ってし
まう。逆に、電荷転送素子寸法を光電変換素子寸法と比
較して必要以上に縮小してしまうと各電荷量Ｑｃｃｏ　
＜Ｑｐｏとなり、上記Ｃ）式に示したように撮像装置の
飽和電荷量ＱＳＡＴは電荷転送素子の転送可能な最大電
荷量ＱｃｃＤで決ってしまうため、電荷転送素子内で信
号電荷の転送残りが発生する。

従って、各素子の寸法を最適にするためには、光電変換
素子の蓄積可能な最大電荷量Ｑｐｏと電荷転送電荷素子
の転送可能な最大電荷量Ｑ　ｃｃｏをほぼ等しくするこ
とが望ましい。光電変換素子の蓄積可能な最大電荷量Ｑ
ＰＤは撮像装置がブルーミングを起こさないようにオー
バーフロードレインによってコントロールされている。

しかし実際には、従来のオーバーフロードレインはその
しきい値が設計とプロセスに左右され易いために、光電
変換素子の蓄積可能な最大電荷量をＱｐｏを所望の値に
設定するのが非常に困難であった。

第２図に、光電変換素子に蓄積時間Ｔの間に入射してい
る光の光量をＬＳＩＧとその光によって光電変換素子で
発生する信号電荷をＱｓｌａの関係を示す。照度が低く
、かつ光量Ｌｓｔｏは小さいため信号電荷量Ｑｓ＋ｏが
オーバーフロードレインによって設定された光電変換素
子の蓄積可能な最大電荷量Ｑｐｏに比べて小さい場合に
は、光電変換素子内の電位は信号電荷Ｑｓ＋ａにはほと
んど影響されず、信号電荷Ｑｓ＋ｏと光量ＬＳＩＧの間
には線形な関係が成り立つ。

しかし、照度が高いと光量ＬＳＩＧが大きくなるため信
号電荷量Ｑｓ＋ａが光電変換素子の蓄積可能な最大電荷
量Ｑｐｏに比べて無視できなくなると、光電変換素子内
の電位が蓄積された信号電荷Ｑｓ＋。

によって変化し信号電荷の一部がオーバーフロードレイ
ンへ溢れ出し、Ｑｓ＋ｏはＬＳＩＧに比例しな（なる。

従って、信号電荷を光電変換素子に蓄積する従来の駆動
方法では、固体撮像装置に入射する光信号の光量ＬＳＩ
Ｇに比例した出力信号電荷量Ｑｓ＋。

を得るためには信号電荷量Ｑｓ＋ｏが光電変換素子に蓄
積可能な最大電荷量Ｑｐｏと比べて充分に小さい場合に
限られるという問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、光電変換
素子の飽和電荷量で制限を受けないように撮像装置の飽
和信号Ｑｓ＋ｏを増大し、光信号の光量Ｌ　５Ｉ（ｌと
信号電荷量Ｑｓ＋ａとの線形領域を拡大し、ＱｐｏξＱ
ｃｃｏなる状態を実現し各素子の寸法の無駄を最小にす
ることを目的さする。

課題を解決するための手段 電荷転送型固体撮像装置の光電変換素子に蓄積された信
号電荷を電荷転送素子へ読み出゛すための読み出しゲー
ト電圧を印加する第１の工程と、前記電荷転送素子を転
送させる前記読み出しゲート電圧より低いゲート電圧を
印加する第２の工程を備え、前記第１の工程と前記第２
の工程で読み出しゲート電圧を印加した時間の総和を一
周期とする。

また、前記第１の工程と前記第２の工程と、前記光電変
換素子に蓄積される過剰な信号電荷を前記電荷転送素子
に読み出すための前記第１の工程で印加された前記ゲー
ト電圧より低く前記第２の工程で印加された前記ゲート
電圧より高い読みだしゲート電圧を印加する第３の工程
を備え、前記第１の工程と前記第２の工程と前記第３の
工程で読みだしゲート電圧を印加した時間の総和を一周
期とし、かつ前記第３の工程の読みだしゲート電圧印加
した直後に連続的に前記第１の読みだしゲート電圧を印
加する。

さらに、前記第１の工程と前記第２の工程と前記第３の
工程と、前記第３の工程で読み出された電荷転送素子の
信号電荷を転送する前記第２の工程と同じゲート電圧を
印加する第４の工程を備え、前記第１の工程との信号電
荷を転送する前記第２の工程と同じゲート電圧を印加す
る第４の工程を備え、前記第１の工程と前記第２の工程
と前記第３の工程と前記第４の工程で読み出しゲート電
圧を印加した時間の総和を一周期とし、かつ前記第３の
工程の読み出しゲート電圧の印加が前記第２の工程の読
みだしゲート電圧の印加と前記第４工程の読みだしゲー
ト電圧の印加の間で行う。

作用 本発明の駆動方法では、光電変換素子で一定時間に光に
よって発生する信号電荷の全て、あるいは一定量を超え
る信号電荷を電荷転送素子で蓄積する。従って、充電変
換素子に蓄積する電荷量はオーバーフロードレインによ
って飽和しない。

そのため、従来の電荷転送型固体撮像装置では光電変換
素子の蓄積可能な最大電荷量が撮像装置の飽和出力信号
の大きさを制限する一因となっていたが、本発明の駆動
方法では電荷転送型固体撮像装置の飽和出力信号は主に
電荷転送素子の転送可能な最大電荷量だけにしか制限を
受けない。

また、充電変換素子に蓄積された電荷によって生じる光
電変換素子の電位の変化によって、光量と蓄積される信
号電荷量の線形関係が悪化することがない。

従って、撮像装置の飽和信号量が増大され、光量と信号
電荷量との線形領域を広げることを実現できる。

実施例 第１図（ａ）　（ｂ）は、本発明の第１の実施例をより
詳細に説明するための、電荷転送素子の転送動作パルス
の時間的変化および充電変換素子から電荷転送素子への
信号電荷を読み出すための読み出しゲート印加電圧の時
間的変化を示す模式図である。

Ｔ１は電荷転送素子が転送動作する時間、Ｔ３は電荷転
送素子が転送動作を行なわない時間である。

このように本実施例では電荷転送素子が転送動作を行わ
ないＴ３時間中、常に信号電荷が電荷転送素子に流れ込
むようにする点が従来と異なる。従って、本実施例の駆
動方法による飽和特性の改善は、電荷転送素子が転送動
作する期間Ｔ＋が転送動作を行わない期間Ｔ３に比べて
短い、フレームインターライントランスファー型の電荷
転送型固体撮像装置において特に有効である。

光電変換素子内に光によって発生する信号電荷は一定期
間電荷転送素子に蓄積され、電荷転送素子によって転送
され、出力される。

光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量をＱｐｏ、電荷転
送素子の転送可能な最大電荷量をＱＣＣＤとすると、こ
のような駆動を行うことによって、撮像装置の飽和電荷
’１Ｑｓｈｒは以下の式に示すように電荷転送素子の転
送可能な最大電荷量Ｑ　ｃｃｏによる制約を受けるだけ
となる。

（２）　　ＱＳＡＴ　”　Ｑｃｃｏ　　（Ｑｐｏ　＞　
Ｑｃｃｏ　）（３）　　ＱＳＡＴ　”　Ｑｃｃｏ　　（
Ｑｐｏ＜　ＱＣＣＤ、　）すなわち、（３）式のように
、光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量Ｑｐｏが少な（
、電荷転送装置の転送可能な最大電荷量Ｑ　ｃｃｏが大
きければ、撮像装置の飽和特性を駆動方法の変更のみに
よって改善することができる。

光電変換素子に蓄積時間Ｔの間に入射する光の光量をＬ
ＳＩＧ　、その光によって光電変換素子で発生する信号
電荷をＱｓ＋ａとする。従来の駆動方法では、照度が高
く光量ＬＳＩＧが大きい場合、信号電荷量Ｑｓ＋ａが光
電変換素子の飽和電荷量ＱＰＤに比べて無視できな（な
ると、光電変換素子内の電位が蓄積された信号電荷Ｑｓ
＋ａ自身によって変化し、信号電荷量がオーバーフロー
ドレインへ溢れ出し、信号電荷ＱｓＩａと光量Ｌ　ＳＩ
Ｇとの線形性が悪くなる。しかし、本実施例の駆動方法
では信号電荷の蓄積が電荷転送素子で行われるため、信
号電荷がオーバーフロードレインへ溢れ出しはじめる信
号電荷量Ｑｓ＋ｏの値が従来のものよりも太き（、信号
電荷量Ｑｓ＋ａと光量ＬＳＩＧの間に線形な関数関係が
成り立つ範囲が広（なる。本実施例の駆動方法で期待さ
れる光量Ｌ　ＳｒＧと信号電荷量ＱＳＩ（１との関係を
第２図の実線で示した。すなわち、信号電荷を電荷転送
素子に蓄積する本実施例の駆動方法では、固体撮像装置
に入射する光の光量Ｌｓ＋ａに比例した出力信号が得ら
れる範囲が従来よりも広くなる。電荷転送素子が転送動
作を行っており、信号電荷が光電変換素子に蓄積されて
いる時間Ｔ１はオーバーフロードレインは従来通りブル
ーミングを抑える動作を行なう。

なお、信号電荷を電荷転送素子に蓄積するために読み出
しゲートに電圧ＶＧ３を印加する時間は、時間Ｔ３の間
継続的に印加されてなくとも、その時間中の内−時的な
時間であっても上記実施例の効果が得られるのは明らか
である。この場合、−定光量が光電変換素子に入射して
おれば読み出しゲートに電圧ＶＯ３を印加する時間の長
さを変えることによって電荷転送素子に蓄積される電荷
量を自由に変えることができる。

従って、電荷転送素子に蓄積される電荷量が、電荷転送
素子の転送可能な最大電荷量を超えないよう最適量に調
整することが可能である。

第１図中の読み出しゲート電圧Ｖ（１１およびＶＯ２を
印加したときの光電変換素子、読み出しゲート、電荷転
送素子内に発生する信号電荷に対するポテンシャルエネ
ルギーは図７　（ａ）　、　（ｂ）に示した通りである
。第７図のポテンシャルエネルギーは固体撮像素子を形
成する場合、一般に光電変換素子のポテンシャルエネル
ギーの方が電荷転送素子のポテンシャルエネルギーより
高（なるように素子形成の段階で各拡散濃度を変えて形
成しである。

また、光電変換素子のポテンシャルエネルギーは他の領
域のポテンシャルエネルギーの基準エネルギーになって
おり、ここでは基盤を接地した時の光電変換素子のポテ
ンシャルエネルギーを基準にしている。この場合、必ず
しも接地する必要はなく適当な電圧を基盤に与えて基準
となるポテンシャルエネルギーを設定してもよい。

また光電変換素子のポテンシャルエネルギーは基盤にバ
ックバイアスすることで変動するが、変動したポテンシ
ャルエネルギーの値が電荷転送素子のポテンシャルエネ
ルギーより低（なることはない。

第２の実施例について第３図を参照しながら説明する。

第３図（ａ）　（ｂ）は、本発明の第２の実施例をより
詳細に説明するための、電荷転送素子の転送動作パルス
の時間的変化および光電変換素子から電荷転送素子への
信号電荷を読み出すための読み出しゲート印加電圧の時
間的変化を示す模式図である。

また、第４図は第３図中に示した電圧ＶＧ２を読み出し
ゲートに印加したときの、光電変換素子、読み出しゲー
ト、電荷転送素子内に存在する信号電荷のポテンシャル
エネルギーを示す図である。

第３図中の読み出しゲート電圧ＶＧＩおよびＶＯ２を印
加したときの光電変換素子、読み出しゲート、電荷転送
素子内に存在する信号電荷のポテンシャルエネルギーは
第４図に示した通りである。

また、光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量をＱｐｏ、
電荷転送装置の転送可能な最大電荷量をＱｃｃｏ　、撮
像装置の飽和電荷量ＱＳＡＴ　、特に読み出しゲートに
電圧ＶＧ２を印加した状態で光電変換素子に蓄積可能な
信号電荷量をＱ’ｐｏとする。

このように本実施例では電荷転送素子が転送動作を行わ
ない期間中、一定量Ｑ’ｐｏを超えて光電変換素子で蓄
積された信号電荷を電荷転送素子で補助的に蓄積する。

光電変換素子内に光によって発生する信号電荷は時間Ｔ
２にわたって光電変換素子と電荷転送素子に蓄積され、
時間Ｔ２の終りに全て電荷転送素子に読み出され、時間
Ｔ＋で電荷転送素子によって転送し出力する。

ここではＴＩがＴ２に比べて充分小さい場合について示
した。

このような駆動を行うことにより第１の実・流側と同様
の効果が得られる。また、さらに光電変換素子と電荷転
送素子で発生する各暗電流によって生じるバックグラウ
ンドノイズを比較して、光電変換素子のバックグラウン
ドノイズよりも電荷転送素子のバックグランドの方がＳ
／Ｎ比が小さくなる場合、本実施例で示した駆動方法で
は、照度が低く蓄積時間中に発生する信号電荷量がＱ’
ｐ。

よりも少なくすると、信号電荷はバックグラウンドノイ
ズの少ない光電変換素子に蓄積される。

光電変換素子よりもバックグラウンドノイズの多い電荷
転送素子に信号電荷が蓄積するためには、照度が高（信
号電荷量がＱ’ｐｏよりも多（なる場合に限られる。従
って、照度が低い場合に素子特性に要求される低ノイズ
と、照度が高い場合に要求される高飽和信号量を得るこ
とが実現でき、ダイナミックレンジが大きくなる。

なお、信号電荷を電荷転送素子に蓄積するために読み出
しゲートに電圧ＶＯ２を印加する時間は、時間Ｔ２の間
継続的に印加しなくとも、その時間中の一部の時間であ
っても上記実施例の効果が得られる。この場合には、読
み出しゲートに電圧ＶＯ２を印加する時間の長さを変え
ることによって電荷転送素子に蓄積される電荷量を自由
に変えることができる。ただし、光電変換素子に入射す
る光の光量は一定であるとする。

従って、電荷転送素子に蓄積する電荷量が、電荷転送素
子の転送可能な最大電荷量を超えないよう最適量に調整
することができる。

第３の実施例について第５図を参照しながら説明する。

第５図（ａ）　（ｂ）は、本発明の第３の実施例をより
詳細に説明するための、電荷転送素子の転送動作パルス
の時間的変化および光電変換素子から電荷転送素子への
信号電荷を読み出すための読み出しゲート印加電圧の時
間的変化を示す模式図である。

第５図中の読み出しゲート電圧ＶＧＩ　Ｎ　ＶＯ２およ
びＶＯ２を印加したときに光電変換素子、読み出しゲー
ト、電荷転送素子内に発生する信号電荷に対するポテン
シャルエネルギーは第７図（ａ）　、　（ｂ）に示した
通りである。

Ｔ１は光電変換素子に蓄積した信号電荷を出力するため
に電荷転送素子が転送動作する時間、Ｔ２は電荷転送素
子が転送動作をしていない時間、Ｔ４は電荷転送素子が
時間Ｔ２が終了するまでに電荷転送素子に蓄積された信
号電荷の過剰分を排出するよう電荷転送素子を転送動作
させる時間、Ｔ３は時間Ｔ４が終了するまでに光電変換
素子に蓄積された信号電荷を電荷転送素子内に読み出す
時間である。

また、第２の実施例と同様に、光電変換素子に蓄積可能
な最大電荷量をＱｐｏ、電荷転送装置の転送可能な最大
電荷量をＱｃｃＤ、撮像装置の飽和電荷ｊＩＱｓＡＴ、
特に読み出しゲートに電圧ＶＧ２を印加した状態で光電
変換素子に蓄積可能な信号電荷量をＱＰＤとする。

従来のオーバーフロードレインはそのしきい値が設計と
プロセスに左右され易いために、光電変換素子に蓄積可
能な最大電荷量をＱｐｏを所望の値に設定するのが非常
に困難であった。しかし、本実施例の駆動方法では、光
電変換素子でＱｐｏ’以上に発生した電荷は時間Ｔ４で
排出するので、電荷転送素子が一種のオーバーフロード
レインの働きをする。従って、従来のように設計段階で
用意され電荷転送型固体撮像装置では光電変換素子にオ
ーバーフロードレインを組込むことが必要となる。また
、本実施例の駆動方法では、時間Ｔ２の間読み出しゲー
トに印加する電圧ＶＧ２でそのしきい値が決まるため、
ＶＯ２を調整することによって電荷転送素子に蓄積可能
な信号電荷量をＱｐｏ’を自由かつ容易に制御すること
ができる。またしきい値自体が、光電変換素子や電荷転
送素子に蓄積される電荷量の変化に対して安定である。

そこで、従来型のオーバーフロードレインを省略し、読
み出しゲートを閉じた状態で光電変換素子に蓄積可能な
最大電荷量を電荷転送素子の転送可能な最大電荷量Ｑ　
ｃｃｏに比べて太き（なるように撮像装置を製造してお
けば、読み出しゲートに印加する電圧Ｖ（１２を調整し
て光電変換素子に蓄積可能な信号電荷量Ｑｐｏ”を電荷
転送素子の転送可能な最大電荷量Ｑ　ＣＣＤと均しく設
定すると、電荷転送素子が転送可能な最大の電荷量を電
荷転送型固体撮像装置の飽和出力として取り出すことが
できる。

また、電荷転送素子をオーバーフロードレインとして用
いると、オーバーフロードレインのしきい値が読み出し
ゲートの印加電圧で決まるため安定した動作が行える。

そのため、光電変換素子に入射する光の光量ＬＳＩＧと
その光によって光電変換素子に発生する信号電荷Ｑｓ＋
ａとの線形関係はＱｓ＋ａが光電変換素子の飽和電荷量
Ｑｐｏ’に比べて無視できない程度に太き（なってもそ
の直線性は充分保たれる。その結果、飽和信号量の増大
とは別に、信号電荷ｆｉＱｓ＋ｏと光量ＬＳＩ（＋との
線形領域が拡大する。

なお、第３の実施例において時間Ｔ２の間、常に読み出
しゲートに電圧ＶＧ２を印加する場合を説明したが、過
剰な電荷を時間Ｔ４に電荷転送素子が排出するためには
、時間Ｔ２の内−時的に電圧Ｖ（ＩＩを印加し、読み出
しゲートを閉じておいてその直後に読み出しゲートに電
圧ＶＧ２を印加しても良いことは明らかである。

また、第１の実施例、第２の実施例、・第３の実施例に
おいて、いずれも電荷転送素子と独立した読み出しゲー
トがある場合について説明したが、読み出しゲートは電
荷転送素子の転送ゲートの一部で兼用することが多（、
この場合は読み出し動作と転送動作で印加電圧レベルが
異なるため、読み出しと転送を独立して行うことができ
るので、読み出しゲートは電荷転送素子と独立していな
くてもよい。

すなわち、ここでは電荷転送素子と読み出しゲートのポ
テンシャルエネルギー差は固体撮像素子形成時の拡散層
濃度差によって生じているが、読み出しゲートが電荷転
送ゲートと兼用することによって印加された読み出しゲ
ート電圧は読み出しゲートと電荷転送素子のポテンシャ
ルエネルギーを低くするが、最初の不純物濃度差による
両者のポテンシャルエネルギー差はほぼ保たれた状態で
ポテンシャルの大きさぶんだけ両者のポテンシャルエネ
ルギーはシフトする。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、従来の駆動方法では光
電変換素子に蓄積可能な最大電荷量で制限を受けている
電荷転送型固体撮像装置の、飽和出力信号の大きさを更
に大きくし、撮像装置のダイナミックレンジを拡大する
ことが可能である。

また、電荷転送素子の転送可能な最大電荷量が充分でな
くその結果撮像装置の飽和出力信号が従来の駆動方法を
用いた場合よりも増加しなかった場合にも、従来、光電
変換素子で信号電荷を蓄積していたために出力信号が飽
和出力に達する前に光電変換素子への入射光量との線形
関係からはずれることがなくなる。

なお、本発明は１次元、２次元いずれの構成の電荷転送
型固体撮像装置にも応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図牟；母は本発明の第１の実施例の読み出しゲート
電圧を示す図および電荷転送パルスを示す図、第２図は
本発明の第１．第２の実施例の光信号量と信号電荷量の
関係を示すための図、第３図＃；＃は本発明の第２の実
施例の読み出しゲート電圧を示す図および電荷転送パル
スを示す図、第４図は本発明の駆動方法で印加されるゲ
ート電圧での信号電荷に対するポテンシャルエネルギー
の図、第５図＝＝動は本発明の第３の実施例の読み出し
ゲート電圧を示す図および電荷転送パルスを示す図、第
６図≠；＃は従来の読み出しゲート電圧を示す図および
電荷転送パルスを示す図、第７図鯰二鯰は従来の駆動方
法で印加されるゲート電圧Ｖ旧での信号電荷のポテンシ
ャルエネルギーの図およびゲート電圧Ｖ（１３での信号
電荷のポテンシャルエネルギーの図である。 ＶＧＩ・・・・・・読み出しゲートを閉じるゲート電圧
、ＶＯ２・・・・・・第２の実施例でＴ２の期間中読み
出しゲートに印加するゲート電圧、ＶＯ２・・・・・・
信号電荷を光電変換素子から電荷転送素子へ読み出すと
きのゲート電圧、ＴＩ・・・・・・転送期間、Ｔ２・・
・・・・第２の実施例で読み出しゲートに電圧ＶＧ２を
印加する期間、Ｔ３・・・・・・光電変換素子に蓄積し
た信号電荷を電荷転送素子に読み出す期間、Ｔ４・・・
・・・光電変換素子に蓄積した信号電荷を電荷、転送素
子Ａ・・・・・・光電変換素子領域、Ｂ・・・・・・読
み出しゲート領域、Ｃ・・・・・・電荷転送素子領域、
ＬＳＩＧ・・・・・・充電変換素子に入射する光信号の
光量、Ｑｓ＋ｏ・・・・・・光信号が光電変換素子に入
射したときに電荷転送型固体撮像装置で出力できる信号
電荷量、Ｑｐｏ・・・・・・光電変換素子で蓄積可能な
最大電荷量、Ｑ’ｐｏ・・・・・・光電変換素子で蓄積
可能な最大電荷量、Ｑ　ｃｃｏ・・・・・・電荷転送素
子で転送可能な最大電荷量、ＶＧＩ’・・・・・読み出
しゲートを閉じるゲート電圧、ＶＯ２・・・・・・第２
の実施例でＴ２の期間中読み出しゲートに印加するゲー
ト電圧、ＶＯ２・・・・・・電荷転送素子へ読み出すと
きのゲート電圧、Ｔ１・・・・・・転送期間、Ｔ２・・
・・・・電荷転送素子が転送動作を行わない期間、Ｔ３
・・・・・・光電変換素子に蓄積した信号電荷を電荷転
送素子に読み出す期間。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）読み出しゲート電極に光電変換部に蓄積された信
   号電荷を電荷転送部へ読み出す、信号読み出し用の第１
   のゲート電圧を印加し、さらに前記読み出しゲート電極
   に前記第１のゲート電圧よりも低い第２のゲート電圧を
   印加するとともに、前記第１、第２のゲート電圧の印加
   時間の総和を一周期に設定したことを特徴とする電荷転
   送型固体撮像装置の駆動方法。
2. （２）読み出しゲート電極に光電変換部に蓄積された信
   号電荷を電荷転送部へ読み出す、信号読み出し用の第１
   のゲート電圧を印加し、さらに前記読み出しゲート電極
   に前記第１のゲート電圧よりも低い第２のゲート電圧を
   印加するとともに、前記光電変換部に蓄積される過剰な
   信号電荷を前記電荷転送部に読み出すための前記第１の
   ゲート電圧より低く、前記第２のゲート電圧より高い第
   ３のゲート電圧に印加するとともに、前記第１、第２、
   第３のゲート電圧の印加時間の総和を一周期に設定し、
   かつ前記第３のゲート電圧を印加直後に連続的に前記第
   １のゲート電圧を印加することを特徴とする電荷転送型
   固体撮像装置の駆動方法。
3. （３）読み出しゲート電極に光電変換部に蓄積された信
   号電荷を電荷転送部へ読み出す、信号読み出し用の第１
   のゲート電圧を印加し、さらに前記読み出しゲート電極
   に前記第１のゲート電圧より低い第２のゲート電圧を印
   加し、前記第１のゲート電圧より低く、前記第２のゲー
   ト電圧より高い第３のゲート電圧を印加し、また、前記
   第３のゲート電圧で読み出された電荷転送素子部の信号
   電荷を信号掃き出し部へ向けて転送するための第２のゲ
   ート電圧と同電圧の第４のゲート電圧を印加するととも
   に前記第１、第２、第３、第４のゲート電圧の印加時間
   の総和を一周期に設定し、かつ前記第３のゲート電圧の
   印加が前記第２のゲート電圧と前記第４のゲート電圧の
   印加間で行われることを特徴とする電荷転送型固体撮像
   装置の駆動方法。