JP2009049353A - Solid-state imaging device, imaging apparatus, and solid-state imaging device driving method - Google Patents
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Abstract
【課題】水平電荷転送路のサイズを拡大することなく多画素化を進めた場合でも、水平電荷転送路の電荷転送容量の減少、消費電力の増加、転送効率の劣化といった問題を解決することが可能な固体撮像素子を提供する。
【解決手段】光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向Yに転送する多数の垂直電荷転送路1と、垂直電荷転送路1を転送されてきた電荷を垂直方向Yと直交する水平方向Xに転送する水平電荷転送路2とを有する固体撮像素子であって、水平電荷転送路2は、印加電圧のレベルに応じてバリア領域又は蓄積領域として動作する複数の電荷転送段を含み、前記複数の電荷転送段の各々に、垂直電荷転送路1が2つ接続されている。
【選択図】図1Even when the number of pixels is increased without increasing the size of a horizontal charge transfer path, it is possible to solve problems such as a decrease in charge transfer capacity, an increase in power consumption, and a deterioration in transfer efficiency of the horizontal charge transfer path. A possible solid-state imaging device is provided.
A photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths 1 for transferring charges generated in the photoelectric conversion element in a vertical direction Y, and a charge transferred through the vertical charge transfer path 1 orthogonal to the vertical direction Y. And a horizontal charge transfer path 2 for transferring in the horizontal direction X. The horizontal charge transfer path 2 includes a plurality of charge transfer stages that operate as a barrier region or a storage region according to the level of an applied voltage. In addition, two vertical charge transfer paths 1 are connected to each of the plurality of charge transfer stages.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths for transferring charges generated in the photoelectric conversion element in the vertical direction, and a charge transferred through the vertical charge transfer path in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction. The present invention relates to a solid-state imaging device having a horizontal charge transfer path for transferring in a direction.
図29は、一般的な固体撮像素子の部分拡大図である。
図29に示す固体撮像素子は、半導体基板上に二次元状に配列された図示しない光電変換素子と、光電変換素子で発生した電荷を垂直方向Yに転送する多数の垂直電荷転送路11と、垂直電荷転送路11を転送されてきた電荷を垂直方向Yと直交する水平方向Xに転送する水平電荷転送路12と、垂直電荷転送路11と水平電荷転送路12とを結ぶ電荷蓄積領域16及び電荷蓄積領域16上方に形成されたメモリ電極13からなるラインメモリLMとを備える。垂直電荷転送路11、電荷蓄積領域16、及び水平電荷転送路12は、例えばn型の不純物層で構成されている。
FIG. 29 is a partially enlarged view of a general solid-state imaging device.
The solid-state imaging device shown in FIG. 29 includes a photoelectric conversion element (not shown) arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate, a number of vertical
水平電荷転送路12上方には、逆L字型の電極14と長方形の電極15とをこの順番で水平方向Xに配列した電極組が水平方向Xに複数配列されている。この電極組は、転送パルスφH1が印加される第一の電極組と、転送パルスφH2が印加される第二の電極組とを含み、これらが水平方向Xに交互に配列されている。転送パルスφH1がハイレベル、転送パルスφH2がローレベルになると、第一の電極組下方の水平電荷転送路12は電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、第二の電極組下方の水平電荷転送路12は電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。一方、転送パルスφH1がローレベル、転送パルスφH2がハイレベルになると、第二の電極組下方の水平電荷転送路12は電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、第一の電極組下方の水平電荷転送路12は電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。このように、水平電荷転送路12には、第一の電極組と第二の電極組とにより、印加電圧のレベルに応じてバリア領域又は電荷蓄積領域として動作する複数の電荷転送段が形成されている。
Above the horizontal
特許文献1には、垂直電荷転送路とラインメモリと水平電荷転送路とを有する固体撮像素子が開示されている。
図29に示した構成の固体撮像素子は、1つの垂直電荷転送路11に対して1つの電荷転送段が対応して設けられている。このため、多画素化に対応して、水平電荷転送路12の水平方向幅を変えずに画素サイズを縮小した場合に、電荷転送段の水平方向幅(図29中のAで示した部分)が縮小し、水平電荷転送路12の電荷転送容量が減少してしまう。電荷転送容量を確保するために、各電荷転送段の幅を拡大することも考えられるが、この場合は水平電荷転送路12全体の幅が水平方向に拡大するため、静電容量上昇に伴う消費電力増加が生じてしまう。又、多画素化に対応して電荷転送段の数も増えるため、高速駆動を行おうとした場合の転送効率の悪化も懸念される。
In the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 29, one charge transfer stage is provided corresponding to one vertical
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水平電荷転送路のサイズを拡大することなく多画素化を進めた場合でも、水平電荷転送路の電荷転送容量の減少、消費電力の増加、転送効率の劣化といった問題を解決することが可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and even when the number of pixels is increased without increasing the size of the horizontal charge transfer path, the charge transfer capacity of the horizontal charge transfer path is reduced and the power consumption is increased. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of solving problems such as deterioration of transfer efficiency.
本発明の固体撮像素子は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子であって、前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が複数接続されている。 The solid-state imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in the vertical direction, and charges transferred through the vertical charge transfer path in the vertical direction. A horizontal charge transfer path that transfers in a horizontal direction orthogonal to the horizontal charge transfer path, wherein the horizontal charge transfer path is a plurality of charge transfer stages that operate as a charge storage region or a barrier region according to the level of an applied voltage A plurality of the vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages.
本発明の固体撮像素子は、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、前記多数の電荷蓄積領域の各々の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、前記電荷転送段と前記複数の垂直電荷転送路とを結ぶ前記電荷蓄積領域の各々上方の前記メモリ電極には、それぞれ独立に電圧が印加可能となっている。 The solid-state imaging device according to the present invention is provided independently on each of the plurality of charge storage regions connecting each of the plurality of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path and above each of the plurality of charge storage areas. A line memory including a memory electrode is provided, and a voltage can be independently applied to each of the memory electrodes above each of the charge storage regions connecting the charge transfer stage and the plurality of vertical charge transfer paths. .
本発明の固体撮像素子は、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、それぞれ異なる前記電荷転送段に接続され、且つ、互いに隣接する2つの前記電荷蓄積領域の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含む。 In the solid-state imaging device of the present invention, two charge storage regions connecting each of the plurality of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path, and two adjacent charge transfer stages are connected to each other. A line memory including a memory electrode provided independently above the charge storage region is provided, and the memory electrode includes a first memory electrode and a second memory electrode to which a voltage can be applied independently.
本発明の固体撮像素子は、前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで前記水平方向に交互に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている。 In the solid-state imaging device of the present invention, the photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges, and the charge is accumulated in each of the multiple charge accumulation regions. The three types of photoelectric elements are arranged such that the charge arrangement is an arrangement in which the charge of the first color component and the charge of the second color component are alternately arranged in the horizontal direction with the charge of the third color component interposed therebetween. The arrangement of the conversion elements is determined.
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備え、前記電荷転送段には、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、前記駆動手段は、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う。 The image pickup apparatus of the present invention includes the solid-state image pickup device and a driving unit that drives the solid-state image pickup device, and the charge transfer stage is connected with the two vertical charge transfer paths, and the memory electrode includes A first memory electrode and a second memory electrode to which a voltage can be applied independently, and the driving means stores the charge in each of the plurality of charge storage regions, and then the first memory electrode And the voltage applied to the second memory electrode and the voltage applied to each of the plurality of charge transfer stages to control 4 of the same color component among the many charges accumulated in the charge accumulation region. A drive for mixing and transferring two charges on the horizontal charge transfer path is performed.
本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子と、前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備え、前記電荷転送段には、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、前記駆動手段は、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う。 The imaging apparatus of the present invention includes the solid-state imaging device and a driving unit that drives the solid-state imaging device, and the vertical transfer path is connected to the charge transfer stage, and the driving unit includes: A voltage applied to the first memory electrode and the second memory electrode and a voltage applied to each of the plurality of charge transfer stages after storing charges in each of the plurality of charge storage regions. By controlling, among the many charges stored in the charge storage region, four charges of the same color component are mixed and transferred on the horizontal charge transfer path.
本発明の撮像装置は、前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで前記水平方向に交互に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている。 In the imaging device of the present invention, the photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light of different wavelength ranges, and the charge is accumulated in each of the multiple charge accumulation regions. The three types of photoelectric conversion so that the first color component charge and the second color component charge are alternately arranged in the horizontal direction across the third color component charge. The arrangement of the elements is determined.
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、前記固体撮像素子が、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、前記多数の電荷蓄積領域の各々の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、前記電荷転送段とそこに接続される2つの前記垂直電荷転送路とを結ぶ前記電荷蓄積領域の各々上方の前記メモリ電極には、それぞれ独立に電圧が印加可能となっており、前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う。 The solid-state imaging device driving method according to the present invention includes a photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in a vertical direction, and a charge transferred through the vertical charge transfer path. A solid-state imaging device driving method having a horizontal charge transfer path for transferring in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction, wherein the horizontal charge transfer path operates as a charge accumulation region or a barrier region according to the level of an applied voltage Two vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages, and the solid-state imaging device is connected to each of the plurality of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer stage. A line memory comprising a large number of charge storage regions connecting charge transfer paths and a memory electrode provided independently above each of the large number of charge storage regions is provided, and is connected to the charge transfer stage. A voltage can be applied independently to each of the memory electrodes above each of the charge storage regions connecting the two vertical charge transfer paths, and each of the memory electrodes can be independently applied with a voltage. A plurality of memory electrodes and a voltage applied to the first memory electrode and the second memory electrode after storing charges in each of the plurality of charge storage regions; and Drive for controlling the voltage applied to each of the charge transfer stages to mix and transfer four charges of the same color component on the horizontal charge transfer path among a large number of charges stored in the charge storage region. Do.
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を垂直方向に転送する多数の垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路を転送されてきた電荷を前記垂直方向と直交する水平方向に転送する水平電荷転送路とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、前記固体撮像素子が、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、それぞれ異なる前記電荷転送段に接続された互いに隣接する2つの前記電荷蓄積領域毎にその上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、前記メモリ電極は、それぞれ異なる電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する。 The solid-state imaging device driving method according to the present invention includes a photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in a vertical direction, and a charge transferred through the vertical charge transfer path. A solid-state imaging device driving method having a horizontal charge transfer path for transferring in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction, wherein the horizontal charge transfer path operates as a charge accumulation region or a barrier region according to the level of an applied voltage Two vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages, and the solid-state imaging device is connected to each of the plurality of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer stage. A plurality of charge storage regions connecting the charge transfer paths, and memory electrodes provided independently above each of the two adjacent charge storage regions connected to the different charge transfer stages. A line memory, wherein the memory electrode includes a first memory electrode and a second memory electrode to which different voltages can be applied, and after the charge is accumulated in each of the plurality of charge accumulation regions, The voltage applied to the memory electrode and the second memory electrode and the voltage applied to each of the plurality of charge transfer stages are controlled so as to have the same color among the many charges accumulated in the charge accumulation region. The four charges of the components are mixed and transferred on the horizontal charge transfer path.
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで交互に前記水平方向に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている。 In the solid-state imaging device driving method of the present invention, the photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges, and charges are accumulated in each of the multiple charge accumulation regions. The charge arrangement is such that the charge of the first color component and the charge of the second color component are alternately arranged in the horizontal direction across the charge of the third color component. The arrangement of the types of photoelectric conversion elements is determined.
本発明によれば、水平電荷転送路のサイズを拡大することなく多画素化を進めた場合でも、水平電荷転送路の電荷転送容量の減少、消費電力の増加、転送効率の劣化といった問題を解決することが可能な固体撮像素子を提供することができる。 According to the present invention, even when the number of pixels is increased without increasing the size of the horizontal charge transfer path, problems such as a decrease in charge transfer capacity, an increase in power consumption, and a decrease in transfer efficiency of the horizontal charge transfer path are solved. It is possible to provide a solid-state imaging device that can be used.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す部分平面模式図である。
図1に示す固体撮像素子は、半導体基板上に水平方向Xとこれに直交する垂直方向Yに二次元状に配列された図示しない光電変換素子と、光電変換素子で発生した電荷を垂直方向Yに転送する水平方向Xに並べられた多数の垂直電荷転送路1と、多数の垂直電荷転送路1の各々を転送されてきた電荷を水平方向Xに転送する水平電荷転送路2と、多数の垂直電荷転送路1の各々と水平電荷転送路2とを結ぶ電荷蓄積領域5及び電荷蓄積領域5上方に独立して設けられたメモリ電極3(3a,3b)からなるラインメモリLMとを備える。垂直電荷転送路1、電荷蓄積領域5、及び水平電荷転送路2は、例えばn型半導体基板上に形成されるpウェル層内に形成されたn型の不純物層で構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic partial plan view showing a schematic configuration of a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
The solid-state imaging device shown in FIG. 1 includes a photoelectric conversion element (not shown) arranged two-dimensionally in a horizontal direction X and a vertical direction Y orthogonal thereto on a semiconductor substrate, and charges generated by the photoelectric conversion element in the vertical direction Y. A plurality of vertical
水平電荷転送路2上方には、逆L字型の電極4aと長方形の電極4bとをこの順番で水平方向Xに配列した電極組が水平方向Xに複数配列されている。この電極組は、転送パルスφH2が印加される電極組D1と、転送パルスφH1が印加される電極組D2とを含み、これらが水平方向Xに交互に配列されている。
Above the horizontal
転送パルスφH2がハイレベル、転送パルスφH1がローレベルになると、電極組D1下方の水平電荷転送路2は電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、電極組D2下方の水平電荷転送路2は該電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。一方、転送パルスφH2がローレベル、転送パルスφH1がハイレベルになると、電極組D2下方の水平電荷転送路2は電荷を蓄積可能な電荷蓄積領域として動作し、電極組D1下方の水平電荷転送路2は該電荷蓄積領域同士のバリア領域として動作する。このように、水平電荷転送路2には、電極組D1と電極組D2との重なる部分により、印加電圧のレベルに応じてバリア領域又は電荷蓄積領域として動作する複数の電荷転送段が形成される。
When the transfer pulse φH2 becomes high level and the transfer pulse φH1 becomes low level, the horizontal
水平電荷転送路2の各電荷転送段には、隣接する2つの垂直電荷転送路1の各々が電荷蓄積領域5を介して接続されている。各電荷転送段に接続される2つの電荷蓄積領域5のうち、水平電荷転送路2の電荷転送方向上流側(図中右側)にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM1が印加されるメモリ電極3aが形成され、水平電荷転送路2の電荷転送方向下流側(図中左側)にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM2が印加されるメモリ電極3bが形成されている。ラインメモリパルスφLM1,φLM2は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。
Each of the adjacent vertical
図2は、第一実施形態の固体撮像素子の全体構成の一例を示す平面模式図である。図3は、図2に示す固体撮像素子の部分拡大図である。 FIG. 2 is a schematic plan view illustrating an example of the entire configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment. FIG. 3 is a partially enlarged view of the solid-state imaging device shown in FIG.
図2に示す固体撮像素子100は、垂直方向Yと水平方向Xに正方格子状に配列された多数の光電変換素子10を備える。垂直方向Yに並ぶ光電変換素子からなる光電変換素子列には、その側部に、垂直電荷転送路1とその上方の転送電極V1〜V4からなる垂直電荷転送装置20が対応して設けられている。光電変換素子列を構成する各光電変換素子10と、該光電変換素子列に対応する垂直電荷転送路1との間には、光電変換素子10に蓄積された電荷を該垂直電荷転送路1に読み出すための電荷読出し部60が形成されている。
A solid-
垂直電荷転送装置20の終端には、電荷蓄積領域5とメモリ電極3a,3bからなるラインメモリLMが接続され、このラインメモリLMには、水平電荷転送路2と電極4a,4bからなる水平電荷転送装置40が接続されている。水平電荷転送装置40には、水平電荷転送路2を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部50が接続されている。
The end of the vertical
固体撮像素子を搭載する撮像装置200には駆動部70が設けられ、この駆動部70が、垂直電荷転送装置20の転送電極V1〜V4に転送パルスφV1〜φV4を供給し、水平電荷転送装置40の電極組D1,D2に転送パルスφH1,φH2を供給して、固体撮像素子100を駆動する。
The
図4は、第一実施形態の固体撮像素子の全体構成の別例を示す平面模式図である。図5は、図4に示す固体撮像素子の部分拡大図である。
図4に示す固体撮像素子100と図2に示す固体撮像素子100との違いは、光電変換素子10の配置と、垂直電荷転送装置20の形状である。
図4に示す固体撮像素子100は、垂直方向Yと水平方向Xに正方格子状に光電変換素子10を並べた第一の光電変換素子群と、垂直方向Yと水平方向Xに正方格子状に光電変換素子10を並べた第二の光電変換素子群とを、各光電変換素子群の光電変換素子10の配列ピッチの1/2だけ垂直方向Yと水平方向Xにずらして配置したものとなっている。そして、垂直電荷転送装置20は、垂直方向Yに並ぶ光電変換素子10からなる光電変換素子列の間を、光電変換素子10を避けるように垂直方向Yに蛇行して形成されている。
FIG. 4 is a schematic plan view showing another example of the overall configuration of the solid-state imaging device of the first embodiment. FIG. 5 is a partially enlarged view of the solid-state imaging device shown in FIG.
The difference between the solid-
A solid-
図5に示すように、垂直電荷転送装置20は、蛇行形状の垂直電荷転送路1と、この上方に垂直方向Yに配列された蛇行形状の転送電極Va,Vbとから構成されている。この転送電極Va,Vbに図示しない駆動部から4相の転送パルスφV1〜φV4が供給されることで、垂直電荷転送装置20の電荷転送動作が制御される。
As shown in FIG. 5, the vertical
本実施形態の固体撮像素子は、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子(例えば、赤色(R)の波長域の光を検出するR光電変換素子、緑色(G)の波長域の光を検出するG光電変換素子、青色(B)の波長域の光を検出するB光電変換素子の3種類)を含み、全ての電荷蓄積領域5に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分(R成分)の電荷と第二の色成分(B成分)の電荷とを第三の色成分(G成分)の電荷を挟んで水平方向Xに交互に並べた配列となるように、上記3種類の光電変換素子の配列が決められている。
The solid-state imaging device of this embodiment includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges (for example, an R photoelectric conversion element that detects light in the red (R) wavelength range, and a green (G) wavelength. G photoelectric conversion element for detecting light in the region, and B photoelectric conversion element for detecting light in the blue (B) wavelength region), in a state where charges are accumulated in all the
図6は、第一実施形態の固体撮像素子の光電変換素子の配列例を示す図である。図6において“R”はR光電変換素子、“G”はG光電変換素子、“B”はB光電変換素子をそれぞれ示している。 FIG. 6 is a diagram illustrating an arrangement example of photoelectric conversion elements of the solid-state imaging element according to the first embodiment. In FIG. 6, “R” indicates an R photoelectric conversion element, “G” indicates a G photoelectric conversion element, and “B” indicates a B photoelectric conversion element.
図6(a)に示した配列は、図4に示した固体撮像素子100におけるR光電変換素子とG光電変換素子とB光電変換素子の配置例を示したものであり、正方格子状に並ぶ第一の光電変換素子群をR光電変換素子とB光電変換素子で構成し、正方格子状に並ぶ第二の光電変換素子群をG光電変換素子で構成しており、第一の光電変換素子群の光電変換素子配列は、R光電変換素子とB光電変換素子を市松状に配置したものとなっている。
The arrangement shown in FIG. 6A shows an arrangement example of the R photoelectric conversion elements, the G photoelectric conversion elements, and the B photoelectric conversion elements in the solid-
この配列によれば、全ての電荷蓄積領域5に電荷を蓄積させた状態(2ライン分の光電変換素子からの電荷を電荷蓄積領域5に蓄積させた状態)で、その電荷の色成分の並びが、RGBGRGBG・・・、又は、BGRGBGRG・・・・となり、R電荷とB電荷がG電荷を挟んで水平方向Xに交互に並んだものとなるため、上述した配列条件を満たすことができる。 According to this arrangement, in a state where charges are accumulated in all the charge accumulation regions 5 (a state where charges from the photoelectric conversion elements for two lines are accumulated in the charge accumulation region 5), the arrangement of the color components of the charges is arranged. Are RGBGRGBG... Or BGRGBGRG..., And R charges and B charges are alternately arranged in the horizontal direction X with the G charges interposed therebetween, so that the above-described arrangement condition can be satisfied.
図6(b)に示した配列は、図2に示した固体撮像素子100におけるR光電変換素子とG光電変換素子とB光電変換素子の配置例を示したものであり、垂直方向Yに並べたB光電変換素子からなるB光電変換素子列と、垂直方向Yに並べたR光電変換素子からなるR光電変換素子列とを、垂直方向Yに並べたG光電変換素子からなるG光電変換素子列を挟んで水平方向Xに交互に並べた配列となっている。
The arrangement shown in FIG. 6B shows an arrangement example of the R photoelectric conversion element, the G photoelectric conversion element, and the B photoelectric conversion element in the solid-
この配列によれば、全ての電荷蓄積領域5に電荷を蓄積させた状態(1ライン分の光電変換素子からの電荷を電荷蓄積領域5に蓄積させた状態)で、その電荷の色成分の並びが、RGBGRGBG・・・、又は、BGRGBGRG・・・となり、R電荷とB電荷がG電荷を挟んで水平方向Xに交互に並んだものとなるため、上述した配列条件を満たすことができる。 According to this arrangement, in a state where charges are accumulated in all charge accumulation regions 5 (a state where charges from one line of photoelectric conversion elements are accumulated in the charge accumulation region 5), the arrangement of the color components of the charges is arranged. Are RGBGRGBG... Or BGRGBGRG... And the R charges and B charges are alternately arranged in the horizontal direction X with the G charges interposed therebetween, so that the arrangement condition described above can be satisfied.
尚、図6では原色の光を検出する光電変換素子配列を示したが、補色の光を検出する光電変換素子配列とすることも可能である。 Although FIG. 6 shows a photoelectric conversion element array for detecting primary color light, a photoelectric conversion element array for detecting complementary color light may be used.
以下、このような構成の固体撮像素子の動作について説明する。
図7は、図1に示した固体撮像素子のラインメモリから水平電荷転送路への電荷転送動作を説明するための図である。図7においては、左側に転送パルスφH1,φH2、ラインメモリパルスφLM1,φLM2のタイミングチャートを示し、右側に、左側に示した各タイミングにおける電荷の様子を図示してある。ここでは、固体撮像素子に含まれる光電変換素子の配列が、図6に示したような配列となっている場合を例にして説明する。
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device having such a configuration will be described.
FIG. 7 is a diagram for explaining the charge transfer operation from the line memory of the solid-state imaging device shown in FIG. 1 to the horizontal charge transfer path. In FIG. 7, the timing chart of the transfer pulses φH1 and φH2 and the line memory pulses φLM1 and φLM2 is shown on the left side, and the state of charge at each timing shown on the left side is shown on the right side. Here, the case where the arrangement of the photoelectric conversion elements included in the solid-state imaging element is the arrangement shown in FIG. 6 will be described as an example.
図7(a)は、多数の電荷蓄積領域5に、固体撮像素子の2ライン分の光電変換素子から得られた電荷を蓄積した状態を示している。この状態では、φH1,φH2はローレベル、φLM1,φLM2はハイレベルとなっており、電荷蓄積領域5に電位井戸が形成され、水平電荷転送路2の各電荷転送段がこの電位井戸のバリアを形成している。
FIG. 7A shows a state where charges obtained from the photoelectric conversion elements for two lines of the solid-state imaging element are accumulated in a large number of
次に、図7(b)に示すように、φLM2をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5にある電荷“R”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“R”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“R”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
Next, as shown in FIG. 7B, φLM2 is set to the low level and φH2 is set to the high level, and the charge storage region below the
電荷“R”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図7(a)の状態にした後、図7(c)に示すように、φLM1をローベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G1”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“G1”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G1”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “R” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 7A, then φLM1 is set to the low level and φH2 is set to the high level as shown in FIG. Thus, the charge “G1” in the
電荷“G1”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図7(a)の状態にした後、図7(d)に示すように、φLM2をローベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5にある電荷“B”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“B”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“B”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “G1” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 7A, then φLM2 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. Thus, the charge “B” in the
電荷“B”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図7(a)の状態にした後、図7(e)に示すように、φLM1をローベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G2”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“G2”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G2”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “B” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 7A, then φLM1 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. Thus, the charge “G2” in the
このような動作により、2ライン分の電荷の転送が完了する。 With this operation, the transfer of charges for two lines is completed.
以上のように、本実施形態の固体撮像素子によれば、1つの電荷転送段に2つの垂直電荷転送路1を接続し、この2つの垂直電荷転送路1に接続された電荷蓄積領域5上方のメモリ電極3a,3bにそれぞれ独立に電圧を印加可能とすることで、ラインメモリLMで水平電荷転送路2へ転送する電荷を選択することができる。
As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, two vertical
このため、図29と同じ画素ピッチを実現した場合でも、水平電荷転送路2の水平方向の幅を維持したまま、電荷転送段の水平方向幅(図1中のA’)を図29に示したものよりも拡大することができる。この結果、消費電力を増加させることなく、水平電荷転送路2の電荷転送容量を増加することができる。又、電荷転送段数を減少させることができるため、転送効率の劣化を防ぐこともできる。
Therefore, even when the same pixel pitch as that in FIG. 29 is realized, the horizontal width (A ′ in FIG. 1) of the charge transfer stage is shown in FIG. 29 while maintaining the horizontal width of the horizontal
又、本実施形態の固体撮像素子によれば、ラインメモリLMのメモリ電極が、それぞれ独立に電圧を印加可能なメモリ電極3aとメモリ電極3bとに分割されているため、ラインメモリパルスφLM1,φLM2を制御することで、ラインメモリLMから水平電荷転送路2への電荷の振り分けを行うことができる。
Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the memory electrodes of the line memory LM are divided into the
図29に示した構成で多フィールド読みを行う場合、垂直電荷転送路11の駆動が複雑になってしまうが、図1に示した構成によれば、垂直電荷転送路1の駆動を複雑にすることなく、ラインメモリパルスφLM1,φLM2の制御のみで多フィールド読みを実現することができる。又、ラインメモリパルスφLM1,φLM2を制御することで、間引き駆動等を容易に実現することもできる。このように、メモリ電極を複数種類設けることで、様々な駆動方法を容易に実現することができる。
When multi-field reading is performed with the configuration shown in FIG. 29, the driving of the vertical
尚、以上の説明では、水平電荷転送路2の各電荷転送段に2つの垂直電荷転送路1が接続されるものとしているが、各電荷転送段に接続される垂直電荷転送路1の数は、3つ以上であっても、上述した効果を得ることができる。以下では、各電荷転送段に接続される垂直電荷転送路1の数を4つにした場合を例にして説明する。
In the above description, two vertical
図8は、本発明の第一実施形態である固体撮像素子の変形例の概略構成を示す部分平面模式図である。図8において図1と同様の構成には同一符号を付してある。
図8に示す固体撮像素子において図1に示した固体撮像素子と異なる点は、水平電荷転送路2の各電荷転送段に4つの垂直電荷転送路1が接続されている点である。
FIG. 8 is a schematic partial plan view showing a schematic configuration of a modified example of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same components as those of FIG.
The solid-state imaging device shown in FIG. 8 is different from the solid-state imaging device shown in FIG. 1 in that four vertical
図8に示すように、水平電荷転送路2の各電荷転送段には、電荷蓄積領域5を介して4つの垂直電荷転送路1が接続されており、この4つの垂直電荷転送路1の各々に接続された4つの電荷蓄積領域5のうち、水平電荷転送路2による電荷転送方向の最も下流側(図8中の一番左)にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM1が印加されるメモリ電極3fが形成され、図8中の左から2番目にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM2が印加されるメモリ電極3eが形成され、図8中の左から3番目にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM3が印加されるメモリ電極3dが形成され、図8中の左から4番目にある電荷蓄積領域5上方には、ラインメモリパルスφLM4が印加されるメモリ電極3cが形成されている。ラインメモリパルスφLM1〜φLM4は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。
As shown in FIG. 8, four vertical
以下、このような構成の固体撮像素子の動作について説明する。
図9は、図8に示した固体撮像素子のラインメモリから水平電荷転送路への電荷転送動作を説明するための図である。図9においては、左側に転送パルスφH1,φH2、ラインメモリパルスφLM1〜φLM4のタイミングチャートを示し、右側に、左側に示した各タイミングにおける電荷の様子を図示してある。ここでは、固体撮像素子に含まれる光電変換素子の配列が、図6に示したような配列となっている場合を例にして説明する。
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device having such a configuration will be described.
FIG. 9 is a diagram for explaining the charge transfer operation from the line memory to the horizontal charge transfer path of the solid-state imaging device shown in FIG. In FIG. 9, a timing chart of the transfer pulses φH1 and φH2 and the line memory pulses φLM1 to φLM4 is shown on the left side, and the state of charge at each timing shown on the left side is shown on the right side. Here, the case where the arrangement of the photoelectric conversion elements included in the solid-state imaging element is the arrangement shown in FIG. 6 will be described as an example.
図9(a)は、多数の電荷蓄積領域5に、固体撮像素子の2ライン分の光電変換素子から得られた電荷を蓄積した状態を示している。この状態では、φH1,φH2はローレベル、φLM1〜φLM4はハイレベルとなっており、電荷蓄積領域5に電位井戸が形成され、水平電荷転送路2の各電荷転送段がこの電位井戸のバリアを形成している。
FIG. 9A shows a state where charges obtained from the photoelectric conversion elements for two lines of the solid-state imaging device are accumulated in a large number of
次に、図9(b)に示すように、φLM1をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3f下方の電荷蓄積領域5にある電荷“R”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“R”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“R”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
Next, as shown in FIG. 9B, φLM1 is set to the low level and φH2 is set to the high level, and the charge storage region below the
電荷“R”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(c)に示すように、φLM2をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3e下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G1”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“G1”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G1”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “R” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM2 is set to the low level and φH2 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “G1” in the
電荷“G1”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(d)に示すように、φLM3をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3d下方の電荷蓄積領域5にある電荷“B”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“B”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“B”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “G1” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM3 is set to the low level and φH2 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “B” in the
電荷“B”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(e)に示すように、φLM4をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3c下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G2”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“G2”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G2”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “B” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM4 is set to the low level and φH2 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “G2” in the
電荷“G2”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(f)に示すように、φLM1をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3f下方の電荷蓄積領域5にある電荷“R”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“R”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“R”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “G2” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM1 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “R” in the
電荷“R”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(g)に示すように、φLM2をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3e下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G1”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“G1”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G1”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “R” is output, after φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state of FIG. 9A, φLM2 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “G1” in the
電荷“G1”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(h)に示すように、φLM3をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3d下方の電荷蓄積領域5にある電荷“B”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“B”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“B”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “G1” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM3 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “B” in the
電荷“B”に応じた信号の出力後は、φLM1〜φLM4,φH1,φH2を図9(a)の状態にした後、図9(i)に示すように、φLM4をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に対応するメモリ電極3c下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G2”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“G2”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G2”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “B” is output, φLM1 to φLM4, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 9A, and then φLM4 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “G2” in the
このような動作により、2ライン分の電荷の転送が完了する。 With this operation, the transfer of charges for two lines is completed.
以上のように、水平電荷転送路2の各電荷転送段に4つの垂直電荷転送路1を接続することで、第一実施形態の固体撮像素子に比べて電荷転送段の水平方向幅A”を2倍にすることができ、転送容量をより増加させることができる。本実施形態の構成によれば、例えば図9(e)の時点で駆動を終了させることで、水平方向の間引き読出しも可能となる。
As described above, by connecting the four vertical
(第二実施形態)
図10は、本発明の第二実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す部分平面模式図である。図10において図1と同様の構成には同一符号を付してある。
図10に示す固体撮像素子は、図1に示す固体撮像素子において、それぞれ異なる電荷転送段に接続され、且つ、互いに隣接する2つの電荷蓄積領域5の各々の上方のメモリ電極3a,3bを一体化した構成となっている。
(Second embodiment)
FIG. 10 is a schematic partial plan view showing a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same components as those in FIG.
The solid-state imaging device shown in FIG. 10 is the same as the solid-state imaging device shown in FIG. 1, but the
図10に示すように、それぞれ異なる電荷転送段に接続された隣接する2つの電荷蓄積領域5上方には、この2つの電荷蓄積領域5を覆う1枚構成のメモリ電極6a又はメモリ電極6bが形成されている。メモリ電極6aとメモリ電極6bは、水平方向Xに交互に並べて配列されている。メモリ電極6aにはラインメモリパルスφLM2が印加され、メモリ電極6bにはラインメモリパルスφLM1が印加されるようになっている。ラインメモリパルスφLM1,φLM2は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。
As shown in FIG. 10, a single-
以下、このような構成の固体撮像素子の動作について説明する。
図11は、図10に示した固体撮像素子のラインメモリから水平電荷転送路への電荷転送動作を説明するための図である。図11においては、左側に転送パルスφH1,φH2、ラインメモリパルスφLM1,φLM2のタイミングチャートを示し、右側に、左側に示した各タイミングにおける電荷の様子を図示してある。ここでは、固体撮像素子に含まれる光電変換素子の配列が、図6に示したような配列となっている場合を例にして説明する。
Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device having such a configuration will be described.
FIG. 11 is a diagram for explaining the charge transfer operation from the line memory of the solid-state imaging device shown in FIG. 10 to the horizontal charge transfer path. In FIG. 11, the timing chart of the transfer pulses φH1 and φH2 and the line memory pulses φLM1 and φLM2 is shown on the left side, and the state of charge at each timing shown on the left side is shown on the right side. Here, the case where the arrangement of the photoelectric conversion elements included in the solid-state imaging element is the arrangement shown in FIG. 6 will be described as an example.
図11(a)は、多数の電荷蓄積領域5に、固体撮像素子の2ライン分の光電変換素子から得られた電荷を蓄積した状態を示している。この状態では、φH1,φH2はローレベル、φLM1,φLM2はハイレベルとなっており、電荷蓄積領域5に電位井戸が形成され、水平電荷転送路2の各電荷転送段がこの電位井戸のバリアを形成している。
FIG. 11A shows a state where charges obtained from the photoelectric conversion elements for two lines of the solid-state imaging element are accumulated in a large number of
次に、図11(b)に示すように、φLM2をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に接続された2つの電荷蓄積領域5のうち、メモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5にある電荷“R”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“R”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“R”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
Next, as shown in FIG. 11B, φLM2 is set to a low level and φH2 is set to a high level, so that two
電荷“R”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図11(a)の状態にした後、図11(c)に示すように、φLM1をローレベル、φH2をハイレベルにして、電極組D1下方の電荷転送段に、この電荷転送段に接続された2つの電荷蓄積領域5のうち、メモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G1”を移動させる。その後は、φH2をローレベル、φH1をハイレベルにして電荷“G1”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G1”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “R” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 11A, and then φLM1 is set to the low level and φH2 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “G1” in the
電荷“G1”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図11(a)の状態にした後、図11(d)に示すように、φLM1をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に接続された2つの電荷蓄積領域5のうち、メモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5にある電荷“B”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“B”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“B”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “G1” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 11A, then φLM1 is set to the low level and φH1 is set to the high level as shown in FIG. At a level, the charge “B” in the
電荷“B”に応じた信号の出力後は、φLM2,φLM1,φH1,φH2を図11(a)の状態にした後、図11(e)に示すように、φLM2をローレベル、φH1をハイレベルにして、電極組D2下方の電荷転送段に、この電荷転送段に接続された2つの電荷蓄積領域5のうち、メモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5にある電荷“G2”を移動させる。その後は、φH1をローレベル、φH2をハイレベルにして電荷“G2”を隣の電荷転送段に転送し、このような転送動作を繰り返すことで、電荷“G2”に応じた信号が水平電荷転送路2端部に接続された出力アンプから出力される。
After the signal corresponding to the charge “B” is output, φLM2, φLM1, φH1, and φH2 are set to the state shown in FIG. 11A, then φLM2 is set low and φH1 is set high as shown in FIG. At a level, the charge “G2” in the
このような動作により、2ライン分の電荷の転送が完了する。 With this operation, the transfer of charges for two lines is completed.
以上のように、本実施形態の固体撮像素子によれば、1つの電荷転送段に2つの垂直電荷転送路1を接続し、この2つの垂直電荷転送路1に接続された電荷蓄積領域5上方のメモリ電極6a,6bにそれぞれ独立に電圧を印加可能とすることで、ラインメモリLMで水平電荷転送路2へ転送する電荷を選択することができる。
As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, two vertical
このため、図29と同じ画素ピッチを実現した場合でも、水平電荷転送路2の水平方向の幅を維持したまま、電荷転送段の水平方向幅(図10中のA’)を図29に示したものよりも拡大することができる。この結果、消費電力を増加させることなく、水平電荷転送路2の電荷転送容量を増加することができる。又、電荷転送段数を減少させることができるため、転送効率の劣化を防ぐこともできる。
Therefore, even when the same pixel pitch as in FIG. 29 is realized, the horizontal width (A ′ in FIG. 10) of the charge transfer stage is shown in FIG. 29 while maintaining the horizontal width of the horizontal
又、本実施形態の固体撮像素子によれば、図1に示す固体撮像素子と比べて、メモリ電極の数が半分となるため、各メモリ電極に接続する配線を減らすことができ、配線形成のためのマスクパターンの設計に余裕を持たせることができる。又、メモリ電極同士の隙間も半分となるため、メモリ電極形成のためのマスクパターンの設計についても余裕を持たせることができる。 Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the number of memory electrodes is halved compared to the solid-state imaging device shown in FIG. Therefore, a margin can be given to the design of the mask pattern. Further, since the gap between the memory electrodes is also halved, it is possible to provide a margin for the design of the mask pattern for forming the memory electrode.
以上の実施形態で説明した固体撮像素子は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に搭載して用いることができる。撮像装置に搭載した場合には、撮像装置内に設けた撮像素子駆動部が、撮影モードに応じてラインメモリパルスを制御することで、間引き読出し駆動や多フィールド読出し駆動等の様々な駆動を行うことができ、垂直電荷転送路1の駆動を複雑にすることなく様々な撮影シーンに合わせた撮影が可能となる。以下の実施形態では、上述した構成の固体撮像素子を駆動する駆動方法について詳細に説明する。
The solid-state imaging device described in the above embodiments can be used by being mounted on an imaging apparatus such as a digital camera or a digital video camera. When mounted in an image pickup apparatus, an image sensor driving unit provided in the image pickup apparatus performs various driving such as thinning-out reading driving and multi-field reading driving by controlling line memory pulses in accordance with the shooting mode. Therefore, it is possible to perform shooting according to various shooting scenes without complicating the driving of the vertical
(第三実施形態)
本実施形態では、図1に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を転送パルスφH1〜φH6で6相駆動する方法について説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a method of driving the horizontal
図12は、図1に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を6相駆動するために必要な配線例を示した図である。図12において図1と同様の構成には同一符号を付してある。
図1に示した固体撮像素子の水平電荷転送路2上方には複数の電極組が設けられるが、図12に示す固体撮像素子は、この電極組が、図示しない撮像装置に搭載される撮像素子駆動部から転送パルスφH1が印加される電極組H1と、撮像素子駆動部から転送パルスφH2が印加される電極組H2と、撮像素子駆動部から転送パルスφH3が印加される電極組H3と、撮像素子駆動部から転送パルスφH4が印加される電極組H4と、撮像素子駆動部から転送パルスφH5が印加される電極組H5と、撮像素子駆動部から転送パルスφH6が印加される電極組H6とを含む構成となっている。転送パルスφH1〜φH6は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。
FIG. 12 is a diagram showing an example of wiring necessary for driving the horizontal
A plurality of electrode sets are provided above the horizontal
これらの電極組は、電極組H1,H2,H3,H4,H5,H6,H3,H4をこの順番に並べた電極組群を、水平方向に繰り返し並べた配置となっている。 These electrode groups are arranged in such a manner that an electrode group group in which electrode groups H1, H2, H3, H4, H5, H6, H3, and H4 are arranged in this order is repeatedly arranged in the horizontal direction.
次に、図12に示した固体撮像素子の駆動方法について説明する。以下では、固体撮像素子の光電変換素子の配列を、図6(b)に示したものとして説明する。 Next, a method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 12 will be described. Hereinafter, the arrangement of the photoelectric conversion elements of the solid-state imaging element will be described as shown in FIG.
<第一の駆動方法>
図13〜図15は、図12に示す固体撮像素子を駆動する第一の駆動方法を説明するための図であり、図12に示す固体撮像素子に供給するラインメモリパルスφLM1,φLM2及び転送パルスφH1〜φH6のタイミングチャートと、時刻t1〜t42における電極組H1〜H6の下方の水平電荷転送路2のポテンシャルとを併せて示した図である。
<First driving method>
FIGS. 13 to 15 are diagrams for explaining a first driving method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 12. Line memory pulses φLM1, φLM2 and transfer pulses supplied to the solid-state imaging device shown in FIG. It is the figure which showed together the timing chart of (phi) H1- (phi) H6, and the potential of the horizontal
時刻t3でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を、該電荷転送段に転送する。
At time t3, φLM1 is set to the low level, and the
次に、時刻t4〜t8の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t3で水平電荷転送路2に転送されたR電荷のうち、隣接する3つのR電荷を水平電荷転送路2上で混合する。この混合された電荷を、時刻t9で、電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t4 and t8, and among the R charges transferred to the horizontal
次に、時刻t11でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t11, φLM1 is set to a low level, and among the
次に、時刻t12〜t17の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t11で水平電荷転送路2に転送されたB電荷のうち、隣接する3つのB電荷を水平電荷転送路2上で混合する。
Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t12 and t17, and among the B charges transferred to the horizontal
次に、時刻t19でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのR電荷が存在しているため、時刻t19の時点で、4つのR電荷の混合が完了する。
Next, at time t19, φLM1 is set to the low level, and the
次に、時刻t20〜t23の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御して、混合した4つのR電荷を電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送し、混合した3つのB電荷を電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, during the time t20 to t23, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure to transfer the four mixed R charges to the horizontal
次に、時刻t25でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのB電荷が存在しているため、時刻t25の時点で、4つのB電荷の混合が完了する。
Next, at time t25, φLM1 is set to the low level, and the
次に、時刻t28でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t28, φLM2 is set to low level, and the
次に、時刻t30で、電極組H4下方の水平電荷転送路2にあるG電荷を、電極組H3下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, at time t30, the G charge in the horizontal
次に、時刻t32でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t32, φLM2 is set to the low level, and the
次に、時刻t34で、電極組H3下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、電極組H2又は電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, at time t34, the two mixed G charges existing in the horizontal
次に、時刻t36でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t36, φLM2 is set to a low level, and among the
次に、時刻t38で、電極組H2下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H1下方の水平電荷転送路2に転送し、電極組H6下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H5下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, at time t38, the mixed three G charges in the horizontal
次に、時刻t40でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのG電荷が存在しているため、時刻t40の時点で、4つのG電荷の混合が完了する。
Next, at time t40, φLM2 is set to a low level, and among the
これ以降は、転送パルスφH1〜φH6を制御することで、混合したR電荷、G電荷、B電荷を水平方向Xに順次転送して、1ライン分の電荷に応じた信号の出力を完了する。このような処理を全ライン分行うことで、全ての光電変換素子から信号を取得することができる。 Thereafter, by controlling the transfer pulses φH1 to φH6, the mixed R charge, G charge, and B charge are sequentially transferred in the horizontal direction X, and the output of the signal corresponding to the charge for one line is completed. By performing such processing for all lines, signals can be acquired from all photoelectric conversion elements.
以上のように、図12に示した構成の固体撮像素子によれば、電荷蓄積領域5から水平電荷転送路2への電荷の転送処理を、ラインメモリパルスφLM1,φLM2と転送パルスφH1〜φH6の組み合わせによって細かく制御することができる。このため、全ての電荷蓄積領域5に蓄積された電荷のうち同一色成分の4つの電荷を水平電荷転送路2で混合する処理を、わずか40回のパルス変化で実現することができ、従来の構成で4つの電荷を混合する処理を行う場合に比べて、その処理時間を大幅に短縮することができる。この結果、動画撮影モード等でこの4画素混合処理を採用することで、多画素化が進んだ場合でも、高フレームレートを達成することが可能となる。
As described above, according to the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 12, the charge transfer process from the
又、第一の駆動方法によれば、電荷の混合処理後も電荷の並びが変わらないため、特別な信号処理を行うことなく、画像データを生成することが可能となり、この点からも高フレームレートを実現することができる。 In addition, according to the first driving method, since the charge arrangement does not change even after the charge mixing process, it is possible to generate image data without performing special signal processing. Rate can be realized.
<第二の駆動方法>
次に、図12に示す構成の固体撮像素子の駆動方法の別の例について説明する。
<Second driving method>
Next, another example of the driving method of the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 12 will be described.
図16〜図18は、図12に示す固体撮像素子を駆動する第二の駆動方法を説明するための図であり、図12に示す固体撮像素子に供給するラインメモリパルスφLM1,φLM2及び転送パルスφH1〜φH6のタイミングチャートと、時刻t1〜t46における電極組H1〜H6の下方の水平電荷転送路2のポテンシャルとを併せて示した図である。
16 to 18 are diagrams for explaining a second driving method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 12. Line memory pulses φLM1 and φLM2 and transfer pulses supplied to the solid-state imaging device shown in FIG. It is the figure which showed together the timing chart of (phi) H1- (phi) H6, and the potential of the horizontal
時刻t3でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を、該電荷転送段に転送する。
At time t3, φLM1 is set to the low level, and the
次に、時刻t4〜t8の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t3で水平電荷転送路2に転送されたR電荷のうち、隣接する3つのR電荷を水平電荷転送路2上で混合する。この混合された電荷を、時刻t9で、電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t4 and t8, and among the R charges transferred to the horizontal
次に、時刻t11でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t11, φLM1 is set to a low level, and among the
次に、時刻t12〜t18の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t11で水平電荷転送路2に転送されたB電荷のうち、隣接する3つのB電荷を水平電荷転送路2上で混合する。
Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between times t12 and t18, and among the B charges transferred to the horizontal
尚、図13〜図15に示した第一の駆動方法では、時刻t12→t13にかけて、電極組H2下方にある3つのR電荷を隣の電極組H1下方に転送する際、電極組H2下方の水平電荷転送路2のポテンシャルがローレベルからハイレベルになりながら転送されてしまう。この場合、R電荷が他の電荷転送段に流れ込む可能性がある。そこで、第二の駆動方法では、R電荷が蓄積されているパケットのポテンシャルを時刻t13でハイレベルにしてから、該パケット内のR電荷を隣の電極組H1下方に転送するようにしている。このようにすることで、上述した転送漏れを防ぐことが可能となる。
In the first driving method shown in FIGS. 13 to 15, when the three R charges below the electrode set H2 are transferred below the adjacent electrode set H1 from time t12 to t13, The potential of the horizontal
次に、時刻t20でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのR電荷が存在しているため、時刻t20の時点で、4つのR電荷の混合が完了する。
Next, at time t20, φLM1 is set to the low level, and the
次に、時刻t21〜t24の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御して、混合した4つのR電荷を電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送し、混合した3つのB電荷を電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, between the times t21 and t24, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure to transfer the four mixed R charges to the horizontal
次に、時刻t26でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極3a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのB電荷が存在しているため、時刻t26の時点で、4つのB電荷の混合が完了する。
Next, at time t26, φLM1 is set to the low level, and the
次に、時刻t29でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t29, φLM2 is set to low level, and the
次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t31で電極組H6及び電極組H2下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルする。次に、時刻t32で、電極組H4下方の水平電荷転送路2にあるG電荷を、電極組H3下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, in order to prevent charge leakage as described above, the potential of the horizontal
次に、時刻t34でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t34, φLM2 is set to the low level, and the
次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t36で電極組H5及び電極組H1下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルにする。次に、時刻t37で、電極組H3下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、電極組H2又は電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, in order to prevent the charge leakage as described above, the potential of the horizontal
次に、時刻t39でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t39, φLM2 is set to the low level, and among the
次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t41で電極組H4下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルにする。次に、時刻t42で、電極組H2下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H1下方の水平電荷転送路2に転送し、電極組H6下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H5下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, in order to prevent charge leakage as described above, the potential of the horizontal
次に、時刻t44でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極3b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのG電荷が存在しているため、時刻t44の時点で、4つのG電荷の混合が完了する。
Next, at time t44, φLM2 is set to a low level, and among the
これ以降は、転送パルスφH1〜φH6を制御することで、混合したR電荷、G電荷、B電荷を水平方向Xに順次転送して、1ライン分の電荷に応じた信号の出力を完了する。このような処理を全ライン分行うことで、全ての光電変換素子から信号を取得することができる。 Thereafter, by controlling the transfer pulses φH1 to φH6, the mixed R charge, G charge, and B charge are sequentially transferred in the horizontal direction X, and the output of the signal corresponding to the charge for one line is completed. By performing such processing for all lines, signals can be acquired from all photoelectric conversion elements.
以上のように、第二の駆動方法によれば、第一の駆動方法で起こりうる電荷転送漏れを防ぐことができ、高フレームレート且つ高画質の動画撮影が可能となる。 As described above, according to the second driving method, it is possible to prevent charge transfer leakage that may occur in the first driving method, and it is possible to shoot a moving image with a high frame rate and high image quality.
(第四実施形態)
本実施形態では、図10に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を転送パルスφH1〜φH6で6相駆動する方法について説明する。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, a method of driving the horizontal
図19は、図10に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を6相駆動するために必要な配線例を示した図である。図19において図10と同様の構成には同一符号を付してある。
図10に示した固体撮像素子の水平電荷転送路2上方には複数の電極組が設けられるが、図19に示す固体撮像素子は、この電極組が、図示しない撮像装置に搭載される撮像素子駆動部から転送パルスφH1が印加される電極組H1と、撮像素子駆動部から転送パルスφH2が印加される電極組H2と、撮像素子駆動部から転送パルスφH3が印加される電極組H3と、撮像素子駆動部から転送パルスφH4が印加される電極組H4と、撮像素子駆動部から転送パルスφH5が印加される電極組H5と、撮像素子駆動部から転送パルスφH6が印加される電極組H6とを含む構成となっている。転送パルスφH1〜φH6は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。
FIG. 19 is a diagram showing an example of wiring necessary for driving the horizontal
A plurality of electrode sets are provided above the horizontal
これらの電極組は、電極組H1,H2,H3,H4,H5,H6,H3,H4をこの順番に並べた電極組群を、水平方向に繰り返し並べた配置となっている。 These electrode groups are arranged in such a manner that an electrode group group in which electrode groups H1, H2, H3, H4, H5, H6, H3, and H4 are arranged in this order is repeatedly arranged in the horizontal direction.
次に、図19に示した固体撮像素子の駆動方法について説明する。以下では、固体撮像素子の光電変換素子の配列を、図6(b)に示したものとして説明する。 Next, a method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 19 will be described. Hereinafter, the arrangement of the photoelectric conversion elements of the solid-state imaging element will be described as shown in FIG.
<第一の駆動方法>
図20〜図22は、図19に示す固体撮像素子を駆動する第一の駆動方法を説明するための図であり、図19に示す固体撮像素子に供給するラインメモリパルスφLM1,φLM2及び転送パルスφH1〜φH6のタイミングチャートと、時刻t1〜t42における電極組H1〜H6の下方の水平電荷転送路2のポテンシャルとを併せて示した図である。
<First driving method>
20 to 22 are diagrams for explaining a first driving method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 19. Line memory pulses φLM1 and φLM2 and transfer pulses supplied to the solid-state imaging device shown in FIG. It is the figure which showed together the timing chart of (phi) H1- (phi) H6, and the potential of the horizontal
時刻t3でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を、該電荷転送段に転送する。
At time t3, φLM1 is set to low level, and the
次に、時刻t4〜t8の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t3で水平電荷転送路2に転送されたR電荷のうち、隣接する3つのR電荷を水平電荷転送路2上で混合する。この混合された電荷を、時刻t9で、電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t4 and t8, and among the R charges transferred to the horizontal
次に、時刻t11でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t11, φLM2 is set to a low level, and among the
次に、時刻t12〜t17の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t11で水平電荷転送路2に転送されたB電荷のうち、隣接する3つのB電荷を水平電荷転送路2上で混合する。
Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t12 and t17, and among the B charges transferred to the horizontal
次に、時刻t19でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのR電荷が存在しているため、時刻t19の時点で、4つのR電荷の混合が完了する。
Next, at time t19, φLM1 is set to the low level, and the
次に、時刻t20〜t24の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御して、混合した4つのR電荷を電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送し、混合した3つのB電荷を電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, during the time t20 to t24, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure to transfer the four mixed R charges to the horizontal
次に、時刻t25でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのB電荷が存在しているため、時刻t25の時点で、4つのB電荷の混合が完了する。
Next, at time t25, φLM2 is set to a low level, and the
次に、時刻t28でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t28, φLM1 is set to the low level, and the
次に、時刻t30で、電極組H4下方の水平電荷転送路2にあるG電荷を、電極組H3下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, at time t30, the G charge in the horizontal
次に、時刻t32でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t32, φLM2 is set to a low level, and the
次に、時刻t34で、電極組H3下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、電極組H2又は電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, at time t34, the two mixed G charges existing in the horizontal
次に、時刻t36でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t36, φLM1 is set to a low level, and among the
次に、時刻t38で、電極組H2下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H1下方の水平電荷転送路2に転送し、電極組H6下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H5下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, at time t38, the mixed three G charges in the horizontal
次に、時刻t40でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのG電荷が存在しているため、時刻t40の時点で、4つのG電荷の混合が完了する。
Next, at time t40, φLM2 is set to a low level, and among the
これ以降は、転送パルスφH1〜φH6を制御することで、混合したR電荷、G電荷、B電荷を水平方向Xに順次転送して、1ライン分の電荷に応じた信号の出力を完了する。このような処理を全ライン分行うことで、全ての光電変換素子から信号を取得することができる。 Thereafter, by controlling the transfer pulses φH1 to φH6, the mixed R charge, G charge, and B charge are sequentially transferred in the horizontal direction X, and the output of the signal corresponding to the charge for one line is completed. By performing such processing for all lines, signals can be acquired from all photoelectric conversion elements.
以上のように、図19に示した構成の固体撮像素子によれば、電荷蓄積領域5から水平電荷転送路2への電荷の転送処理を、ラインメモリパルスφLM1,φLM2と転送パルスφH1〜φH6の組み合わせによって細かく制御することができる。このため、全ての電荷蓄積領域5に蓄積された電荷のうち同一色成分の4つの電荷を水平電荷転送路2で混合する処理を、わずか40回のパルス変化で実現することができ、従来の構成で4つの電荷を混合する処理を行う場合に比べて、その処理時間を大幅に短縮することができる。この結果、動画撮影モード等でこの4画素混合処理を採用することで、多画素化が進んだ場合でも、高フレームレートを達成することが可能となる。
As described above, according to the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 19, the charge transfer process from the
又、本駆動方法によれば、電荷の混合処理後も電荷の並びが変わらないため、特別な信号処理を行うことなく、画像データを生成することが可能となり、この点からも高フレームレートを実現することができる。 In addition, according to this driving method, the charge arrangement does not change even after the charge mixing process, so that it is possible to generate image data without performing special signal processing. Can be realized.
<第二の駆動方法>
図23〜図25は、図19に示す固体撮像素子を駆動する第二の駆動方法を説明するための図であり、図19に示す固体撮像素子に供給するラインメモリパルスφLM1,φLM2及び転送パルスφH1〜φH6のタイミングチャートと、時刻t1〜t46における電極組H1〜H6の下方の水平電荷転送路2のポテンシャルとを併せて示した図である。
<Second driving method>
23 to 25 are diagrams for explaining a second driving method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 19. Line memory pulses φLM1 and φLM2 and transfer pulses supplied to the solid-state imaging device shown in FIG. It is the figure which showed together the timing chart of (phi) H1- (phi) H6, and the potential of the horizontal
時刻t3でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を、該電荷転送段に転送する。
At time t3, φLM1 is set to low level, and the
次に、時刻t4〜t8の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t3で水平電荷転送路2に転送されたR電荷のうち、隣接する3つのR電荷を水平電荷転送路2上で混合する。この混合された電荷を、時刻t9で、電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between time t4 and t8, and among the R charges transferred to the horizontal
次に、時刻t11でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t11, φLM2 is set to a low level, and among the
次に、時刻t12〜t18の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御し、時刻t11で水平電荷転送路2に転送されたB電荷のうち、隣接する3つのB電荷を水平電荷転送路2上で混合する。
Next, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure between times t12 and t18, and among the B charges transferred to the horizontal
尚、第一の駆動方法では、時刻t12→t13にかけて、電極組H2下方にある3つのR電荷を隣の電極組H1下方に転送する際、電極組H2下方の水平電荷転送路2のポテンシャルがローレベルからハイレベルになりながら転送されてしまう。この場合、R電荷が他の電荷転送段に流れ込む可能性がある。そこで、第二の駆動方法では、R電荷が蓄積されているパケットのポテンシャルを時刻t13でハイレベルにしてから、該パケット内のR電荷を隣の電極組H1下方に転送するようにしている。このようにすることで、上述した転送漏れを防ぐことが可能となる。
In the first driving method, when the three R charges below the electrode set H2 are transferred below the adjacent electrode set H1 from time t12 to t13, the potential of the horizontal
次に、時刻t20でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのR電荷が存在しているため、時刻t20の時点で、4つのR電荷の混合が完了する。
Next, at time t20, φLM1 is set to the low level, and the
次に、時刻t21〜t24の間で転送パルスφH1〜φH6を図示のように制御して、混合した4つのR電荷を電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送し、混合した3つのB電荷を電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, between the times t21 and t24, the transfer pulses φH1 to φH6 are controlled as shown in the figure to transfer the four mixed R charges to the horizontal
次に、時刻t26でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのB電荷が存在しているため、時刻t26の時点で、4つのB電荷の混合が完了する。
Next, at time t26, φLM2 is set to low level, and the
次に、時刻t29でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t29, φLM1 is set to low level, and the
次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t31で電極組H6及び電極組H2下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルする。次に、時刻t32で、電極組H4下方の水平電荷転送路2にあるG電荷を、電極組H3下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, in order to prevent charge leakage as described above, the potential of the horizontal
次に、時刻t34でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t34, φLM2 is set to the low level, and the
次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t36で電極組H5及び電極組H1下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルする。次に、時刻t37で、電極組H3下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、電極組H2又は電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, in order to prevent charge leakage as described above, the potential of the horizontal
次に、時刻t39でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t39, φLM1 is set to the low level, and among the
次に、上述したような電荷漏れを防ぐために、時刻t41で電極組H4下方の水平電荷転送路2のポテンシャルをハイレベルにする。次に、時刻t42で、電極組H2下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H1下方の水平電荷転送路2に転送し、電極組H6下方の水平電荷転送路2にあった混合された3つのG電荷を、隣の電極組H5下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, in order to prevent charge leakage as described above, the potential of the horizontal
次に、時刻t44でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。該電荷転送段には、混合された3つのG電荷が存在しているため、時刻t44の時点で、4つのG電荷の混合が完了する。
Next, at time t44, φLM2 is set to a low level, and among the
これ以降は、転送パルスφH1〜φH6を制御することで、混合したR電荷、G電荷、B電荷を水平方向Xに順次転送して、1ライン分の電荷に応じた信号の出力を完了する。このような処理を全ライン分行うことで、全ての光電変換素子から信号を取得することができる。 Thereafter, by controlling the transfer pulses φH1 to φH6, the mixed R charge, G charge, and B charge are sequentially transferred in the horizontal direction X, and the output of the signal corresponding to the charge for one line is completed. By performing such processing for all lines, signals can be acquired from all photoelectric conversion elements.
以上のように、第二の駆動方法によれば、第一の駆動方法で起こりうる電荷転送漏れを防ぐことができ、高フレームレート且つ高画質の動画撮影が可能となる。 As described above, according to the second driving method, it is possible to prevent charge transfer leakage that may occur in the first driving method, and it is possible to shoot a moving image with a high frame rate and high image quality.
(第五実施形態)
本実施形態では、図10に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を転送パルスφH1〜φH8で8相駆動する方法について説明する。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, a method of driving the horizontal
図26は、図10に示した構成の固体撮像素子の水平電荷転送路2を8相駆動するために必要な配線例を示した図である。図26において図10と同様の構成には同一符号を付してある。
図1に示した固体撮像素子の水平電荷転送路2上方には複数の電極組が設けられるが、図26に示す固体撮像素子は、この電極組が、図示しない撮像装置に搭載される撮像素子駆動部から転送パルスφH1が印加される電極組H1と、撮像素子駆動部から転送パルスφH2が印加される電極組H2と、撮像素子駆動部から転送パルスφH3が印加される電極組H3と、撮像素子駆動部から転送パルスφH4が印加される電極組H4と、撮像素子駆動部から転送パルスφH5が印加される電極組H5と、撮像素子駆動部から転送パルスφH6が印加される電極組H6と、撮像素子駆動部から転送パルスφH7が印加される電極組H7と、撮像素子駆動部から転送パルスφH8が印加される電極組H8とを含む構成となっている。転送パルスφH1〜φH8は、それぞれハイレベルとローレベルの状態をとることができる。
FIG. 26 is a diagram showing an example of wiring necessary for driving the horizontal
A plurality of electrode sets are provided above the horizontal
これらの電極組は、電極組H1,H2,H3,H4,H5,H6,H7,H8をこの順番に並べた電極組群を、水平方向に繰り返し並べた配置となっている。 These electrode sets are arranged in such a manner that an electrode set group in which electrode sets H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, and H8 are arranged in this order is repeatedly arranged in the horizontal direction.
次に、図26に示した固体撮像素子の駆動方法について説明する。以下では、固体撮像素子の光電変換素子の配列を、図6(b)に示したものとして説明する。 Next, a method for driving the solid-state imaging device shown in FIG. 26 will be described. Hereinafter, the arrangement of the photoelectric conversion elements of the solid-state imaging element will be described as shown in FIG.
図27〜図28は、図26に示す固体撮像素子の駆動方法を説明するための図であり、図26に示す固体撮像素子に供給するラインメモリパルスφLM1,φLM2及び転送パルスφH1〜φH8のタイミングチャートと、時刻t1〜t30における電極組H1〜H8の下方の水平電荷転送路2のポテンシャルとを併せて示した図である。
27 to 28 are diagrams for explaining a method of driving the solid-state imaging device shown in FIG. 26. Timings of the line memory pulses φLM1 and φLM2 and the transfer pulses φH1 to φH8 supplied to the solid-state imaging device shown in FIG. It is the figure which combined and showed the chart and the potential of the horizontal
時刻t3でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3、H5、及びH7下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を、該電荷転送段に転送する。
At time t3, φLM1 is set to a low level, and among the
次に、時刻t4〜t7の間で転送パルスφH1〜φH8を図示のように制御し、時刻t3で水平電荷転送路2に転送されたR電荷のうち、隣接する3つのR電荷を水平電荷転送路2上で混合する。この混合された電荷を、時刻t8で、電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, the transfer pulses φH1 to φH8 are controlled as shown in the figure between time t4 and t7, and among the R charges transferred to the horizontal
次に、時刻t9でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H3、H6、及びH8下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷又はG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t9, φLM2 is set to a low level, and among the
次に、時刻t10〜t12の間で転送パルスφH1〜φH8を図示のように制御し、時刻t9で水平電荷転送路2に転送されたB電荷のうち、隣接する2つのB電荷を水平電荷転送路2上で混合する。
Next, the transfer pulses φH1 to φH8 are controlled as shown in the drawing between times t10 and t12, and two adjacent B charges transferred among the B charges transferred to the horizontal
次に、時刻t14でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4及びH8下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t14, φLM1 is set to low level, and among the
次に、時刻t15〜t16の間で転送パルスφH1〜φH8を図示のように制御して、電極組H3,H4下方にある2つのG電荷を水平電荷転送路2上で混合する。
Next, between the times t15 and t16, the transfer pulses φH1 to φH8 are controlled as shown in the figure to mix the two G charges below the electrode sets H3 and H4 on the horizontal
次に、時刻t17で、電極組H5下方の水平電荷転送路2にあるB電荷を、電極組H4下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, at time t17, the B charges in the horizontal
次に、時刻t18でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H4下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送し、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H7下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t18, φLM2 is set to low level, and the
次に、時刻t20で、電極組H3下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、隣の電極組H2下方の水平電荷転送路2に転送し、電極組H7下方の水平電荷転送路2にあった混合された2つのG電荷を、隣の電極組H6下方の水平電荷転送路2に転送する。
Next, at time t20, the mixed two G charges in the horizontal
次に、時刻t21でφLM1をローレベルにして、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2及びH6下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送し、φLM1が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているR電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t21, φLM1 is set to a low level, and among the
次に、時刻t23〜t25の間で転送パルスφH1〜φH8を図示のように制御して、電極組H1下方にあった4つのR電荷を電極組H7下方まで転送し、電極組H2下方にあった3つのG電荷を隣の電極組H1下方まで転送し、電極組H6下方にあった3つのG電荷を隣の電極組H5下方まで転送し、電極組H4下方にあった3つのB電荷を隣の電極組H3下方まで転送する。 Next, during the time t23 to t25, the transfer pulses φH1 to φH8 are controlled as shown in the figure to transfer the four R charges below the electrode set H1 to below the electrode set H7, and below the electrode set H2. The three G charges are transferred to the lower side of the adjacent electrode set H1, the three G charges that are below the electrode set H6 are transferred to the lower side of the adjacent electrode set H5, and the three B charges that are below the electrode set H4 are transferred. Transfer to the lower side of the adjacent electrode set H3.
次に、時刻t26でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6a下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H1及びH5下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているG電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t26, φLM2 is set to low level, and among the
次に、時刻t27〜t28の間で転送パルスφH1〜φH8を図示のように制御して、電極組H7下方にあった4つのR電荷を隣の電極組H6下方まで転送し、電極組H1下方にあった4つのG電荷を隣の電極組H8下方まで転送し、電極組H5下方にあった4つのG電荷を隣の電極組H4下方まで転送し、電極組H3下方にあった3つのB電荷を隣の電極組H2下方まで転送する。 Next, during the time t27 to t28, the transfer pulses φH1 to φH8 are controlled as shown in the figure to transfer the four R charges below the electrode set H7 to below the adjacent electrode set H6, and below the electrode set H1. 4 G charges were transferred to the lower side of the adjacent electrode set H8, and the four G charges existing below the electrode set H5 were transferred to the lower side of the adjacent electrode set H4, and the three B charges located below the electrode set H3 were transferred. The charge is transferred to the lower side of the adjacent electrode set H2.
次に、時刻t29でφLM2をローレベルにして、φLM2が印加されるメモリ電極6b下方の電荷蓄積領域5のうち、電極組H2下方の電荷転送段に接続されている電荷蓄積領域5に蓄積されているB電荷を該電荷転送段に転送する。
Next, at time t29, φLM2 is set to the low level, and the
これ以降は、転送パルスφH1〜φH8を制御することで、混合したR電荷、G電荷、B電荷を水平方向Xに順次転送して、1ライン分の電荷に応じた信号の出力を完了する。このような処理を全ライン分行うことで、全ての光電変換素子から信号を取得することができる。 Thereafter, by controlling the transfer pulses φH1 to φH8, the mixed R charge, G charge, and B charge are sequentially transferred in the horizontal direction X, and the output of the signal corresponding to the charge for one line is completed. By performing such processing for all lines, signals can be acquired from all photoelectric conversion elements.
以上のように、図26に示した構成の固体撮像素子によれば、電荷蓄積領域5から水平電荷転送路2への電荷の転送処理を、ラインメモリパルスφLM1,φLM2と転送パルスφH1〜φH8の組み合わせによって細かく制御することができる。このため、全ての電荷蓄積領域5に蓄積された電荷のうち同一色成分の4つの電荷を水平電荷転送路2で混合する処理を、わずか29回のパルス変化で実現することができ、従来の構成で4つの電荷を混合する処理を行う場合に比べて、その処理時間を大幅に短縮することができる。この結果、動画撮影モード等でこの4画素混合処理を採用することで、多画素化が進んだ場合でも、高フレームレートを達成することが可能となる。
As described above, according to the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 26, the charge transfer process from the
又、本駆動方法によれば、電荷の混合処理後も電荷の並びが変わらないため、特別な信号処理を行うことなく、画像データを生成することが可能となり、この点からも高フレームレートを実現することができる。 In addition, according to this driving method, the charge arrangement does not change even after the charge mixing process, so that it is possible to generate image data without performing special signal processing. Can be realized.
1 垂直電荷転送路
2 水平電荷転送路
3,3a,3b メモリ電極
LM ラインメモリ
5 電荷蓄積領域
4a,4b 転送電極
D1,D2 電極組
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、
前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が複数接続されている固体撮像素子。 A photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in the vertical direction, and a charge transferred through the vertical charge transfer path is transferred in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction. A solid-state imaging device having a horizontal charge transfer path,
The horizontal charge transfer path includes a plurality of charge transfer stages that operate as a charge accumulation region or a barrier region according to the level of an applied voltage,
A solid-state imaging device in which a plurality of the vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages.
前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、前記多数の電荷蓄積領域の各々の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、
前記電荷転送段と前記複数の垂直電荷転送路とを結ぶ前記電荷蓄積領域の各々上方の前記メモリ電極には、それぞれ独立に電圧が印加可能となっている固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
A line memory comprising a number of charge storage regions connecting each of the number of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path, and a memory electrode provided independently above each of the number of charge storage areas; Prepared,
A solid-state imaging device in which a voltage can be independently applied to each of the memory electrodes above each of the charge storage regions connecting the charge transfer stage and the plurality of vertical charge transfer paths.
前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、それぞれ異なる前記電荷転送段に接続され、且つ、互いに隣接する2つの前記電荷蓄積領域の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、
前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含む固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
A large number of charge storage regions connecting each of the large number of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path, and connected to the different charge transfer stages and independently above the two charge storage regions adjacent to each other. A line memory composed of memory electrodes provided as
The memory electrode is a solid-state imaging device including a first memory electrode and a second memory electrode to which a voltage can be applied independently.
前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、
前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで前記水平方向に交互に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 2 or 3,
The photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges,
In a state where charges are accumulated in each of the plurality of charge accumulation regions, the charge arrangement includes the charge of the first color component and the charge of the second color component sandwiching the charge of the third color component. A solid-state imaging device in which the arrangement of the three types of photoelectric conversion elements is determined so as to be arranged alternately in the horizontal direction.
前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備え、
前記電荷転送段には、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、
前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、
前記駆動手段は、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う撮像装置。 A solid-state imaging device according to claim 2;
Driving means for driving the solid-state imaging device,
Two vertical charge transfer paths are connected to the charge transfer stage,
The memory electrode includes a first memory electrode and a second memory electrode to which a voltage can be applied independently,
The driving means accumulates charges in each of the plurality of charge accumulation regions, and then applies a voltage to the first memory electrode and the second memory electrode and to each of the plurality of charge transfer stages. An image pickup apparatus that performs driving for mixing and transferring four charges of the same color component on the horizontal charge transfer path among a large number of charges stored in the charge storage region.
前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備え、
前記電荷転送段には、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、
前記駆動手段は、前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う撮像装置。 A solid-state imaging device according to claim 3;
Driving means for driving the solid-state imaging device,
Two vertical charge transfer paths are connected to the charge transfer stage,
The driving means accumulates charges in each of the plurality of charge accumulation regions, and then applies a voltage to the first memory electrode and the second memory electrode and to each of the plurality of charge transfer stages. An image pickup apparatus that performs driving for mixing and transferring four charges of the same color component on the horizontal charge transfer path among a large number of charges stored in the charge storage region.
前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、
前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで前記水平方向に交互に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている撮像装置。 The imaging device according to claim 5 or 6,
The photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges,
In a state where charges are accumulated in each of the plurality of charge accumulation regions, the charge arrangement includes the charge of the first color component and the charge of the second color component sandwiching the charge of the third color component. An imaging apparatus in which the arrangement of the three types of photoelectric conversion elements is determined so as to be arranged alternately in the horizontal direction.
前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、
前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、
前記固体撮像素子が、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、前記多数の電荷蓄積領域の各々の上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、
前記電荷転送段とそこに接続される2つの前記垂直電荷転送路とを結ぶ前記電荷蓄積領域の各々上方の前記メモリ電極には、それぞれ独立に電圧が印加可能となっており、
前記メモリ電極は、それぞれ独立に電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、
前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する駆動を行う固体撮像素子の駆動方法。 A photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in a vertical direction, and a charge that has been transferred through the vertical charge transfer path is transferred in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction. A method for driving a solid-state imaging device having a horizontal charge transfer path,
The horizontal charge transfer path includes a plurality of charge transfer stages that operate as a charge accumulation region or a barrier region according to the level of an applied voltage,
Two vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages,
The solid-state imaging device includes a large number of charge accumulation regions connecting each of the large number of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path, and a memory electrode provided independently above each of the large number of charge accumulation areas. Line memory consisting of
A voltage can be applied independently to each of the memory electrodes above each of the charge storage regions connecting the charge transfer stage and the two vertical charge transfer paths connected thereto,
The memory electrode includes a first memory electrode and a second memory electrode to which a voltage can be applied independently,
Controlling the voltage applied to the first memory electrode and the second memory electrode and the voltage applied to each of the plurality of charge transfer stages after storing charges in each of the plurality of charge storage regions. Then, the solid-state imaging device driving method for driving to mix and transfer four charges of the same color component on the horizontal charge transfer path among a large number of charges stored in the charge storage region.
前記水平電荷転送路は、印加電圧のレベルに応じて電荷蓄積領域又はバリア領域として動作する複数の電荷転送段を含み、
前記複数の電荷転送段の各々に、前記垂直電荷転送路が2つ接続されており、
前記固体撮像素子が、前記多数の垂直電荷転送路の各々と前記水平電荷転送路とを結ぶ多数の電荷蓄積領域と、それぞれ異なる前記電荷転送段に接続された互いに隣接する2つの前記電荷蓄積領域毎にその上方に独立して設けられたメモリ電極とからなるラインメモリを備え、
前記メモリ電極は、それぞれ異なる電圧を印加可能な第一のメモリ電極と第二のメモリ電極を含み、
前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた後、前記第一のメモリ電極及び前記第二のメモリ電極に印加する電圧と、前記複数の電荷転送段の各々に印加する電圧とを制御して、前記電荷蓄積領域に蓄積された多数の電荷のうち、同一色成分の4つの電荷を前記水平電荷転送路上で混合して転送する固体撮像素子の駆動方法。 A photoelectric conversion element, a number of vertical charge transfer paths that transfer charges generated in the photoelectric conversion element in the vertical direction, and a charge transferred through the vertical charge transfer path is transferred in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction. A method for driving a solid-state imaging device having a horizontal charge transfer path,
The horizontal charge transfer path includes a plurality of charge transfer stages that operate as a charge accumulation region or a barrier region according to the level of an applied voltage,
Two vertical charge transfer paths are connected to each of the plurality of charge transfer stages,
The solid-state imaging device includes a plurality of charge storage regions connecting each of the plurality of vertical charge transfer paths and the horizontal charge transfer path, and two adjacent charge storage areas connected to different charge transfer stages. A line memory comprising a memory electrode provided independently above each of the line memories,
The memory electrode includes a first memory electrode and a second memory electrode to which different voltages can be applied,
Controlling the voltage applied to the first memory electrode and the second memory electrode and the voltage applied to each of the plurality of charge transfer stages after storing charges in each of the plurality of charge storage regions. Then, a solid-state imaging device driving method for transferring four charges of the same color component among a large number of charges stored in the charge storage region on the horizontal charge transfer path.
前記光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する3種類の光電変換素子を含み、
前記多数の電荷蓄積領域の各々に電荷を蓄積させた状態で、該電荷の配列が第一の色成分の電荷と第二の色成分の電荷とを第三の色成分の電荷を挟んで交互に前記水平方向に並べた配列となるように、前記3種類の光電変換素子の配列が決められている固体撮像素子の駆動方法。 A method for driving a solid-state imaging device according to claim 8 or 9,
The photoelectric conversion element includes three types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges,
With the charges accumulated in each of the multiple charge accumulation regions, the charge arrangement alternates between the charge of the first color component and the charge of the second color component across the charge of the third color component. The solid-state imaging device driving method in which the arrangement of the three types of photoelectric conversion elements is determined so as to be arranged in the horizontal direction.
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