JP2011066684A - Solid-state imaging element, driving method thereof, and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、6画素加算が容易な構造を持つ固体撮像素子及びその駆動方法並びに撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device having a structure that can easily add 6 pixels, a driving method thereof, and an imaging apparatus.
デジタルスチルカメラに搭載されるCCD型の固体撮像素子は、近年では高精細な静止画像を撮影できるように多画素化が進展している。しかし、デジタルスチルカメラであっても、動画撮影機能を装備することが必要であり、このため、動画を撮影する場合には、出力画素数を減らして電荷転送に要する時間の短縮を図ってフレームレートを稼いでいる。 In recent years, CCD-type solid-state imaging devices mounted on digital still cameras have been increased in the number of pixels so that high-definition still images can be taken. However, even with a digital still camera, it is necessary to equip a movie shooting function. Therefore, when shooting a movie, the number of output pixels is reduced to shorten the time required for charge transfer. Earn rates.
しかるに、動画の場合、1枚1枚の撮像画像は極めて短時間の露光による信号しか得られないため、単に、画素間引き読み出しをして出力画素数を減らしただけでは、暗い画像になってしまう。そこで、明るい画像が得られる様に、画素加算して出力画素数を減らすことが行われている。 However, in the case of a moving image, each captured image can be obtained only by a signal for a very short time exposure. Therefore, simply reducing the number of output pixels by thinning out pixels results in a dark image. . Therefore, the number of output pixels is reduced by adding pixels so that a bright image can be obtained.
例えば、下記の特許文献1記載の固体撮像素子では、垂直電荷転送路の最終段に多段の独立電極構造を設け、4画素加算を行う様になっている。
For example, in the solid-state imaging device described in
近年では、動画像データを得るために同色4画素を加算して固体撮像素子から出力させるのが普通になってきているが、画素数が更に増え、1200万画素(縦3000画素×横4000画素)になると、4画素加算で、水平画素数は1000画素となり、平均的な動画のサイズであるVGA(480画素×640画素)に対し大きすぎてしまうという問題がある。 In recent years, in order to obtain moving image data, it has become common to add four pixels of the same color and output from a solid-state imaging device. However, the number of pixels has further increased to 12 million pixels (vertical 3000 pixels × horizontal 4000 pixels). ), The number of horizontal pixels is 1000 pixels by adding four pixels, which is too large for VGA (480 pixels × 640 pixels), which is the average size of moving images.
そこで、6画素加算にすると、水平画素数は667画素となり、VGAに対して過不足無く最適となる。また、固体撮像素子の構造が6画素加算駆動に対し容易な構造であれば、3画素加算も容易となるため、ハイビジョン動画(縦720×横1280)にも最適となる。 Therefore, when 6 pixels are added, the number of horizontal pixels is 667 pixels, which is optimal without excess or deficiency with respect to VGA. Also, if the structure of the solid-state imaging device is easy for 6-pixel addition driving, 3-pixel addition is also easy, which is optimal for high-definition video (720 × 1280).
しかし、従来の、例えば、特許文献1記載の固体撮像素子では、水平電荷転送路の転送段夫々に対して垂直電荷転送路が1本づつ対応する構造のため、複雑な駆動手順を開発しないと6画素加算が実現できず、また、フレームレートを落とさずに6画素加算を実現することが難しいという問題がある。
However, in the conventional solid-state imaging device described in
本発明の目的は、6画素加算を容易に実現することができる構造を備えた固体撮像素子及びその駆動方法並びに撮像装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having a structure capable of easily realizing 6-pixel addition, a driving method thereof, and an imaging device.
本発明の固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成され各々が受光量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素と、該画素で構成される複数の画素列に沿って形成され前記画素で検出された前記信号電荷を転送する複数の垂直電荷転送路と、複数の前記垂直電荷転送路の各々に対して前記信号電荷を受け取り一時保持するバッファ領域を有し複数の前記垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成されるラインメモリと、該ラインメモリに隣接して形成され該ラインメモリの前記バッファ領域から受け取った前記信号電荷を出力段に転送する水平電荷転送路であって前記垂直電荷転送路2本に対応する2つの前記バッファ領域に接続される水平転送段1段と前記垂直電荷転送路1本に対応する前記バッファ領域に接続される水平転送段1段とが交互に設けられた水平電荷転送路とを備えることを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of pixels that are formed in a two-dimensional array on the surface of a semiconductor substrate, each storing signal charges according to the amount of received light, and a plurality of pixel columns that are formed by the pixels. And a plurality of vertical charge transfer paths that transfer the signal charges detected along the pixels, and a buffer area that receives and temporarily holds the signal charges for each of the plurality of vertical charge transfer paths. A line memory formed along a transfer direction end of the vertical charge transfer path, and a horizontal line formed adjacent to the line memory and transferring the signal charge received from the buffer area of the line memory to an output stage. One horizontal transfer stage connected to the two buffer areas corresponding to the two vertical charge transfer paths and the buffer area corresponding to the one vertical charge transfer path. And a horizontal transfer stages one stage, characterized in that it comprises a horizontal charge transfer path provided alternately that.
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記ラインメモリの前記バッファ領域の1つ置きに保持された同色の前記信号電荷を前記水平電荷転送路に転送し該水平電荷転送路上で6画素加算することを特徴とする。 In the solid-state imaging device driving method of the present invention, the signal charges of the same color held in every other buffer area of the line memory are transferred to the horizontal charge transfer path, and 6 pixels are added on the horizontal charge transfer path. It is characterized by that.
本発明の撮像装置は、上記記載の固体撮像素子と、該固体撮像素子を駆動し同色画素の水平6画素加算駆動を行う撮像素子駆動手段とを備えることを特徴とする。 An image pickup apparatus according to the present invention includes the solid-state image pickup device described above and an image pickup device driving unit that drives the solid-state image pickup device and performs horizontal six-pixel addition driving of the same color pixels.
本発明によれば、水平転送段1段が平均して垂直電荷転送路1.5本に対応する様に水平電荷転送路を設けたので、容易に且つ高フレームレートで水平6画素加算が可能となる。 According to the present invention, since the horizontal charge transfer path is provided so that one horizontal transfer stage corresponds to 1.5 vertical charge transfer paths on average, it is possible to easily add 6 horizontal pixels at a high frame rate. It becomes.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る撮像装置(この例では動画撮影機能付きのデジタルスチルカメラ)の機能ブロック図である。この撮像装置20は、撮像部21と、撮像部21から出力されるアナログの画像データを自動利得調整(AGC)や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部22と、アナログ信号処理部22から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部(A/D)23と、後述のシステム制御部(CPU)29からの指示によってA/D23,アナログ信号処理部22,撮像部21の駆動制御を行う駆動部(タイミングジェネレータTGを含む)24と、CPU29からの指示によって発光するフラッシュライト25とを備える。
FIG. 1 is a functional block diagram of an imaging apparatus (a digital still camera with a moving image shooting function in this example) according to an embodiment of the present invention. The
撮像素子駆動部24は、後述する垂直転送パルスφV1〜φV3,水平転送パルスφH1〜φH8,読出パルス,ラインメモリ制御パルスφLM1,φLM2,電子シャッタパルス等をCPU29からの指示を受けて固体撮像素子35に出力する。
The image
撮像部21は、被写界からの光を集光する光学レンズ系21aと、該光学レンズ系21aを通った光を絞る絞りやメカニカルシャッタ21bと、光学レンズ系21aによって集光され絞りによって絞られた光を受光し撮像画像データ(アナログ画像データ)を出力するCCD型固体撮像素子35とを備える。
The
本実施形態の撮像装置20は更に、A/D23から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正,RGB/YC変換処理等を行うデジタル信号処理部26と、画像データをJPEG形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮/伸長処理部27と、カメラ背面等に設けられメニュー画面やスルー画像,撮像画像を表示する液晶表示部28と、撮像装置全体を統括制御するシステム制御部(CPU)29と、フレームメモリ等の内部メモリ30と、JPEG画像データ等を格納する記録メディア32との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース(I/F)部31と、これらを相互に接続するバス34とを備え、また、システム制御部29には、ユーザからの指示入力を行う操作部33が接続されている。
The
図2は、図1に示すCCD型固体撮像素子35の表面模式図である。半導体基板41の表面部には、二次元アレイ状に、図示する例では正方格子状に、複数の画素(フォトダイオード:PD)42が配列形成されている。各画素42上には原色系のR(赤)G(緑)B(青)のカラーフィルタがベイヤ配列されている。
FIG. 2 is a schematic view of the surface of the CCD solid-
画素42で構成される複数の画素列の夫々に沿って垂直電荷転送路(VCCD)43が設けられ、各画素42と垂直電荷転送路43とは読出ゲート44で接続されている。また、各垂直電荷転送路43の転送方向端部に沿って例えば特開2009―49353号公報に記載されている様なラインメモリ(LM)45が設けられ、このラインメモリ45と並行に水平電荷転送路(HCCD)46が設けられている。水平電荷転送路46の出力端部には、転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ47が設けられている。
A vertical charge transfer path (VCCD) 43 is provided along each of a plurality of pixel columns composed of
ラインメモリ45は、垂直電荷転送路43毎に対応するバッファ領域(メモリ部)を備え、対応する垂直電荷転送路43から転送されてきた信号電荷を一時保持し、図1の撮像素子駆動部24から出力される2相のラインバッファ制御パルスφLM1,φLM2のタイミング制御により、保持している信号電荷を水平電荷転送路46に転送する様に制御される。
The
水平電荷転送路46は、本実施形態では、多数の直列の転送段で構成され、本実施形態では、撮像素子駆動部24から出力される8相の転送パルスφH1〜φH8によって転送制御される。
In this embodiment, the horizontal
なお、「水平」「垂直」という用語を用いて説明したが、これは半導体基板の表面に沿う「1方向」「この1方向に対して略直角の方向」という意味に過ぎない。 Although the terms “horizontal” and “vertical” have been described, this only means “one direction” along the surface of the semiconductor substrate and “a direction substantially perpendicular to the one direction”.
図3は、図2に示す矩形枠III内の詳細構成図であり、水平電荷転送路46側の4×4の計16個の部分の画素42と、垂直電荷転送路(VCCD)43と、ラインメモリ45と、水平電荷転送路46の要部拡大図である。
FIG. 3 is a detailed configuration diagram in the rectangular frame III shown in FIG. 2, and a total of 16
本実施形態の特徴とするところは、水平電荷転送路46の転送段1段と、この転送段1段に対応する垂直電荷転送路43の本数である。図示する例では、水平電荷転送路46の転送段の3段分を示しているが、左側の転送段1段が垂直電荷転送路43の2本に対応し、真ん中の転送段1段が垂直電荷転送路43の1本に対応し、右側の転送段1段が垂直電荷転送路43の2本に対応しており、これを繰り返している。
The feature of this embodiment is one transfer stage of the horizontal
即ち、本実施形態の水平電荷転送路46の各転送段は、垂直電荷転送路を「2本」「1本」「2本」「1本」……と交互に2本と1本に対応していることを特徴としている。
That is, each transfer stage of the horizontal
水平電荷転送路46の各転送段は、周知の様に、埋め込みチャネルの不純物濃度の違いによりバリア部とストレージ部との組合せでなり、転送段1段を構成するバリア部とストレージ部の水平転送電極に同一位相の転送パルスφHi(i=1〜8)が印加される。
As is well known, each transfer stage of the horizontal
本実施形態では、水平電荷転送路46の転送パルスを8相駆動としており、ある転送段に転送パルスφH1を印加し、次に隣接する転送段に転送パルスφH2を印加し、…次に隣接する転送段に転送パルスφH8を印加し、次に隣接する転送段に転送パルスφH1を印加し、…を繰り返す構成となっている。
In this embodiment, the transfer pulse of the horizontal
ラインメモリ45は、2相駆動の制御パルスφLM1,φLM2を印加する構成となっている。即ち、ラインメモリ45を構成する各メモリ部(基本的な構造は電荷転送部と同様であり、埋め込みチャネルとゲート絶縁膜を介した電極膜とで構成される。)の1つ置きに制御パルスφLM1を印加し、残りの1つ置きに制御パルスφLM2を印加する構成になっている。
The
図4は、図3と比較するための比較例を示す図であり、同色画素の水平4画素加算を容易に行える構造を備えた固体撮像素子を示している。この図4の構成と図3の構成との違いは、図4では、水平電荷転送路の各転送段が、夫々、垂直電荷転送路1本に対応している点であり、その他の構成は図3と同じである。 FIG. 4 is a diagram showing a comparative example for comparison with FIG. 3, and shows a solid-state imaging device having a structure that can easily add horizontal four pixels of the same color pixels. The difference between the configuration of FIG. 4 and the configuration of FIG. 3 is that in FIG. 4, each transfer stage of the horizontal charge transfer path corresponds to one vertical charge transfer path. It is the same as FIG.
水平電荷転送路の各転送段の長さ(水平転送方向の長さ)は等しいため、図3の垂直電荷転送路の間隔と、図4の垂直電荷転送路の間隔とが等しければ、図3の本実施形態の固体撮像素子の水平電荷転送路の各転送段長さは、図4の比較例に比べて1.5倍となっている。 Since the length of each transfer stage of the horizontal charge transfer path (the length in the horizontal transfer direction) is equal, if the interval between the vertical charge transfer paths in FIG. 3 is equal to the interval between the vertical charge transfer paths in FIG. Each transfer stage length of the horizontal charge transfer path of the solid-state imaging device of this embodiment is 1.5 times that of the comparative example of FIG.
つまり、図3に示す実施形態では、水平電荷転送路46の2つの転送段で3本の垂直電荷転送路43に対応する構造とすることで、同色画素の水平6画素加算を容易にしている。
That is, in the embodiment shown in FIG. 3, it is easy to add six pixels of the same color horizontally by adopting a structure corresponding to three vertical
図5は、図3に示す固体撮像素子35で同色画素の水平6画素加算を行う駆動手順を示す図である。以下、図6,図7を使って転送及び画素加算について説明する。なお、図6,図7は、図5と同じ図である。
FIG. 5 is a diagram showing a driving procedure for performing horizontal 6-pixel addition of the same color pixels in the solid-
図6の上段に示す様に、各垂直電荷転送路のラインメモリ直前に並ぶ信号電荷行には、「R1」「G1」「R1」「G1」…と並んでおり、R1が1個置き、G1も1個置きに並んでいる。図6の上段にG1について○印を付けている。これら信号電荷の各々が、垂直電荷転送路1本に対して1つのバッファ領域に転送され保存される。なお、R1,G1の「1」は信号電荷が1個分であることを示している。 As shown in the upper part of FIG. 6, the signal charge rows arranged immediately before the line memory of each vertical charge transfer path are arranged with “R1”, “G1”, “R1”, “G1”. G1 is also lined up every other line. In the upper part of FIG. Each of these signal charges is transferred and stored in one buffer area for one vertical charge transfer path. Note that “1” in R1 and G1 indicates that there is one signal charge.
ラインメモリ45内でも、信号電荷R1は1つ置きに収納され、信号電荷G1も残りの1つ置きに収納される。ラインメモリ45は2相の制御パルスφLM1,φLM2で駆動されるため、信号電荷G1収納位置のラインメモリ電極に制御パルスを印加することで、信号電荷G1だけが、図6に示すラインメモリからの矢印に従って水平電荷転送路46上に読み出される。ラインメモリバッファ領域は、3個分が水平電荷転送路45の2つの転送段に対応するため、信号電荷G1は、連続する3つの水平転送段に収納され、1つの水平転送段を空けて次の3つの水平転送段に収納され、…となる。
Even in the
最初の3つの信号電荷G1を収納した水平転送段の水平電極はH2,H3,H4であり、次の3つの信号電荷G1を収納した水平転送段の水平電極はH6,H7,H8である。水平転送パルスは8相パルスであり、夫々別々に印加できるため、先ず、水平電極H3,H4に転送パルスを印加して一段づつ進め、水平電極H7,H8に転送パルスを印加して1段づつ進めると、水平電極H2下の信号電荷は2電荷分となってG2(2は2電荷分を示す)となり(符号51で示す)、水平電極H6下の信号電荷も2電荷分となってG2となる(符号52で示す)。 The horizontal electrodes of the horizontal transfer stage storing the first three signal charges G1 are H2, H3 and H4, and the horizontal electrodes of the horizontal transfer stage storing the next three signal charges G1 are H6, H7 and H8. Since the horizontal transfer pulse is an 8-phase pulse and can be applied separately, first, the transfer pulse is applied to the horizontal electrodes H3 and H4 to advance step by step, and the transfer pulse is applied to the horizontal electrodes H7 and H8 to step by step. When proceeding, the signal charge under the horizontal electrode H2 becomes 2 charges and becomes G2 (2 indicates 2 charges) (indicated by reference numeral 51), and the signal charge under the horizontal electrode H6 also becomes 2 charges and becomes G2. (Indicated by reference numeral 52).
更に、上記と同時に、水平電極H3,H7に水平転送パルスを印加して夫々1段づつ進めると、電極H2下と電極H6下の信号電荷は3電荷分に纏まり、G3(3は3電荷分を示す)となる(符号53で示す)。次に、電極H2下の信号電荷G3は動かさずに、電極H6下の信号電荷を電極H2下まで転送させると、符号54の位置で、G1信号電荷が6画素分混合されて水平6画素加算された信号となる。以後のこの6画素加算されたG6(6は6電荷分を示す)がそのまま転送される。
Further, at the same time as described above, when the horizontal transfer pulse is applied to the horizontal electrodes H3 and H7 and advanced one step at a time, the signal charges under the electrodes H2 and H6 are combined into three charges, and G3 (3 is the three charges). (Denoted by reference numeral 53). Next, when the signal charge G3 under the electrode H2 is not moved and the signal charge under the electrode H6 is transferred to the position under the electrode H2, the G1 signal charge is mixed by 6 pixels at the
次に、図7に示す様に、信号電荷R1の水平6画素加算を行う。図7の上段には、水平方向に並ぶ12個の信号電荷R1が○印を付した様にある。最初の6個を加算し、次の6個を加算するのであるが、先ず、6個づつの後半4個の信号電荷R1だけを水平電荷転送路46に矢印で示すように読み出す。
Next, as shown in FIG. 7, horizontal 6-pixel addition of the signal charge R1 is performed. In the upper part of FIG. 7, twelve signal charges R1 arranged in the horizontal direction are marked with a circle. The first six are added and the next six are added. First, only six signal charges R1 of the latter half are read out to the horizontal
そして、これら4個づつの信号電荷R1を、上述した信号電荷G1の転送混合と同様にして水平電荷転送路上の符号55で示す位置で混合し信号電荷R4(4は4電荷分を示す)を得る。次に、これら信号電荷R4を電極H2下まで転送した後、残りの2個の信号電荷R1を水平電荷転送路に、矢印に示す様に読み出し、1段分転送を行うと、符号56に示す位置で6画素加算した信号電荷R6が得られる。
Then, these four signal charges R1 are mixed at the position indicated by
以下、次段の信号電荷g1(Rと並ぶG1と区別するため小文字gとしている),B1,g1,…についても同様に6画素加算して、同色6画素の水平加算を完了し、アンプ47から出力する。
In the following, 6 pixels are similarly added to the signal charges g1 in the next stage (lower case letter g is distinguished from G1 aligned with R), B1, g1,... To complete the horizontal addition of 6 pixels of the same color, and the
なお、図5〜図7の説明では最終的に6画素加算したが、加算途中の3画素加算で止めてアンプ47から出力させることで、ハイビジョン動画のサイズが得られることになる。
In the description of FIGS. 5 to 7, 6 pixels are finally added. However, by stopping the addition of 3 pixels during the addition and outputting from the
図8は、図4に示す固体撮像素子で同色画素の水平4画素加算する動作手順を示す図であり、図5の6画素加算の実施形態と比較する図である。加算の方法は、図6,図7で説明したのと同様であるため、説明は省略するが、水平4画素加算が完了するまでの時間は、図6,図7で説明した本実施形態の水平6画素加算と同程度である。 FIG. 8 is a diagram showing an operation procedure for adding four horizontal pixels of the same color pixel in the solid-state imaging device shown in FIG. 4, and is a diagram for comparison with the embodiment of 6-pixel addition in FIG. The addition method is the same as that described with reference to FIGS. 6 and 7, and will not be described. However, the time until the horizontal 4-pixel addition is completed is the same as that of the present embodiment described with reference to FIGS. 6 and 7. This is equivalent to the horizontal 6 pixel addition.
しかし、図4に示す固体撮像素子の構造のまま、6画素加算する場合には、図8に示すより複雑な動作手順を工夫しなくてはならず、6画素加算が完了するまで更に時間を要することになり、フレームレート的に厳しくなる。 However, when adding 6 pixels with the structure of the solid-state imaging device shown in FIG. 4, the more complicated operation procedure shown in FIG. 8 must be devised, and more time is required until the 6-pixel addition is completed. As a result, the frame rate becomes severe.
図9は、本発明の別実施形態に係るCCD型固体撮像素子60の要部構成図である。この固体撮像素子60では、半導体基板表面に複数の画素42が二次元アレイ状に配列形成され、また、奇数行の画素行が偶数行の画素行に対して1/2画素ピッチだけずれて形成され、所謂ハニカム画素配列となっている。
FIG. 9 is a configuration diagram of a main part of a CCD solid-
偶数行の画素は正方格子配列されており、これをA面を構成する画素群としてRGBのカラーフィルタをベイヤ配列する。同様に、奇数行の画素も正方格子配列されており、これをB面を構成する画素群としてRGBのカラーフィルタをベイヤ配列する。 Pixels in even rows are arranged in a square lattice, and RGB color filters are arranged in a Bayer array using the pixels as a group of pixels constituting the A plane. Similarly, the pixels in the odd-numbered rows are also arranged in a square lattice, and RGB color filters are arranged in a Bayer array using this as a pixel group constituting the B surface.
そして、画素列2列に対して1本の垂直電荷転送路43を設け、画素列2列が1本の垂直電荷転送路を共用する構成としている。この構成により、1本の垂直電荷転送路43には、信号電荷Rと信号電荷Gだけが転送され、しかも、RRGGRRGG…と同色2画素づつ連続することになる。次の1本の垂直電荷転送路43には、信号電荷Gと信号電荷Bだけが転送され、しかも、GGBBGGBB…と同色2画素づつ連続することになる。
Then, one vertical
従って、この固体撮像素子60では、垂直電荷転送路43上で同色2画素の画素加算が可能となる。
Therefore, in this solid-
この固体撮像素子60に、図3の固体撮像素子35と同様に、ラインメモリ45及び水平電荷転送路46を設け、水平転送段2段で垂直電荷転送路3本に対応させる。
Similar to the solid-
これにより、垂直電荷転送路上で2画素加算、水平電荷転送路上で6画素加算することで、計12画素加算が可能となる。 Thereby, a total of 12 pixels can be added by adding 2 pixels on the vertical charge transfer path and adding 6 pixels on the horizontal charge transfer path.
なお、図3,図9の画素配列,カラーフィルタ配列だけを述べたが、別のカラーフィルタ配列であっても、水平方向に1つ置きに同色信号電荷が並び残りの1つ置きに別の同色信号電荷が並ぶ構成であれば、図3,図9に示すラインメモリ,水平電荷転送路を適用することで、同様に水平6画素加算が容易となる。 Although only the pixel arrangement and the color filter arrangement in FIGS. 3 and 9 have been described, even in another color filter arrangement, the same color signal charges are arranged every other horizontal direction, and every other remaining one. In the configuration in which the same color signal charges are arranged, the horizontal memory addition and the horizontal charge transfer path shown in FIGS.
上述した各実施形態では、水平電荷転送路の1つの水平転送段が平均して垂直電荷転送路の1.5本に対応する様にして同色画素の水平6画素加算を容易にしたが、水平電荷転送路の1つの水平転送段を垂直電荷転送路の2本に対応させると、同色画素の水平8画素加算が容易となる。固体撮像素子の搭載画素数が更に多画素化したとき、この水平8画素加算が有効となる。 In each of the above-described embodiments, one horizontal transfer stage of the horizontal charge transfer path corresponds to 1.5 vertical charge transfer paths on average to facilitate the horizontal 6-pixel addition of the same color pixels. If one horizontal transfer stage of the charge transfer path is made to correspond to two vertical charge transfer paths, it is easy to add 8 horizontal pixels of the same color. When the number of mounted pixels of the solid-state imaging device is further increased, this horizontal 8-pixel addition becomes effective.
水平転送段1段に垂直電荷転送路を2本づつ対応させると、図5の上段の図から分かる通り、水平電極Hi(i=1〜8)の各々がラインバッファ電極L1,L2の2電極に対応する。このため、6画素加算時には、図6に示される様に、信号電荷G1が3個づつ読み出され、1水平電極分が空いた状態となるが、水平転送段1段に垂直電荷転送路を2本づつ対応させると、信号電荷G1は空き水平電極部分が無く全て連続して読み出され、8画素加算が容易となる。 When two vertical charge transfer paths are associated with one horizontal transfer stage, each of the horizontal electrodes Hi (i = 1 to 8) is two electrodes of line buffer electrodes L1 and L2, as can be seen from the upper diagram of FIG. Corresponding to For this reason, when adding 6 pixels, as shown in FIG. 6, three signal charges G1 are read out and one horizontal electrode is vacant, but a vertical charge transfer path is provided in one horizontal transfer stage. When two are made to correspond to each other, the signal charge G1 is continuously read out without an empty horizontal electrode portion, and the addition of 8 pixels becomes easy.
以上述べた様に、実施形態による固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成され各々が受光量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素と、該画素で構成される複数の画素列に沿って形成され前記画素で検出された前記信号電荷を転送する複数の垂直電荷転送路と、複数の前記垂直電荷転送路の各々に対して前記信号電荷を受け取り一時保持するバッファ領域を有し複数の前記垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成されるラインメモリと、該ラインメモリに隣接して形成され該ラインメモリの前記バッファ領域から受け取った前記信号電荷を出力段に転送する水平電荷転送路であって前記垂直電荷転送路2本に対応する2つの前記バッファ領域に接続される水平転送段1段と前記垂直電荷転送路1本に対応する前記バッファ領域に接続される水平転送段1段とが交互に設けられた水平電荷転送路とを備えることを特徴とする。
As described above, the solid-state imaging device according to the embodiment includes a plurality of pixels that are arranged in a two-dimensional array on the surface of the semiconductor substrate and each store signal charges corresponding to the amount of received light, and the pixels. A plurality of vertical charge transfer paths that are formed along a plurality of pixel columns and transfer the signal charges detected by the pixels, and the signal charges are received and temporarily held in each of the plurality of vertical charge transfer paths. A line memory having a buffer area and formed along the transfer direction ends of the plurality of vertical charge transfer paths; and the signal charges received from the buffer area of the line memory formed adjacent to the line memory. A horizontal charge transfer path for transferring to the output stage, and one horizontal transfer stage connected to the two buffer areas corresponding to the two vertical charge transfer paths and the front corresponding to the one vertical charge transfer path. Characterized in that it comprises a horizontal charge transfer path and the
また、実施形態の固体撮像素子は、前記ラインメモリが2相駆動されることを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the embodiment, the line memory is driven in two phases.
また、実施形態の固体撮像素子は、前記水平電荷転送路が8相駆動されることを特徴とする。 In the solid-state imaging device of the embodiment, the horizontal charge transfer path is driven in eight phases.
また、実施形態の固体撮像素子は、前記複数の画素が前記半導体基板の表面部に正方格子状に配列形成されカラーフィルタ配列がベイヤ配列されることを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the embodiment is characterized in that the plurality of pixels are arrayed in a square lattice pattern on the surface portion of the semiconductor substrate, and a color filter array is Bayer array.
また、実施形態の固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成される複数の画素の奇数行の画素行が偶数行の画素行に対して1/2画素ピッチずらして形成され、奇数行の画素に対してカラーフィルタがベイヤ配列されると共に偶数行の画素に対してもカラーフィルタがベイヤ配列され、前記画素の画素列2列毎に1本の共用の前記垂直電荷転送路が設けられることを特徴とする。 In the solid-state imaging device according to the embodiment, the odd-numbered pixel rows of the plurality of pixels arranged in a two-dimensional array on the surface portion of the semiconductor substrate are shifted by 1/2 pixel pitch with respect to the even-numbered pixel rows. The color filters are formed in a Bayer array for the pixels in the odd rows and the color filters are also Bayer arrayed in the pixels in the even rows, and one common vertical charge is provided for every two pixel columns of the pixels. A transfer path is provided.
また、実施形態の固体撮像素子の駆動方法は、前記ラインメモリの前記バッファ領域の1つ置きに保持された同色の前記信号電荷を前記水平電荷転送路に転送し該水平電荷転送路上で6画素加算することを特徴とする。 In the solid-state imaging device driving method according to the embodiment, the signal charges of the same color held in every other buffer area of the line memory are transferred to the horizontal charge transfer path, and 6 pixels are formed on the horizontal charge transfer path. It is characterized by adding.
また、実施形態の固体撮像素子の駆動方法は、前記垂直電荷転送路上で連続する同色2画素の信号電荷を加算し、前記ラインメモリの前記バッファ領域の1つ置きに保持された同色の前記信号電荷を前記水平電荷転送路に転送し該水平電荷転送路上で6画素加算することで計12画素加算を行うことを特徴とする。 In the solid-state imaging device driving method according to the embodiment, the signal charges of two pixels of the same color that are continuous on the vertical charge transfer path are added, and the signals of the same color held in every other buffer region of the line memory are added. A total of 12 pixels are added by transferring charges to the horizontal charge transfer path and adding 6 pixels on the horizontal charge transfer path.
また、実施形態の撮像装置は、上記記載の固体撮像素子と、該固体撮像素子を駆動し同色画素の水平6画素加算駆動を行う撮像素子駆動手段とを備えることを特徴とする。 An imaging apparatus according to the embodiment includes the solid-state imaging device described above and imaging device driving means that drives the solid-state imaging device and performs horizontal six-pixel addition driving of pixels of the same color.
以上述べた実施形態によれば、水平6画素加算が容易となり、VGAサイズの動画像を高フレームレートで得ることが可能となる。 According to the embodiment described above, horizontal 6-pixel addition is facilitated, and a VGA size moving image can be obtained at a high frame rate.
また、実施形態の固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成され各々が受光量に応じた信号電荷を蓄積する複数の画素と、該画素で構成される複数の画素列に沿って形成され前記画素で検出された前記信号電荷を転送する複数の垂直電荷転送路と、複数の前記垂直電荷転送路の各々に対して前記信号電荷を受け取り一時保持するバッファ領域を有し複数の前記垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成されるラインメモリと、該ラインメモリに隣接して形成され該ラインメモリの前記バッファ領域から受け取った前記信号電荷を出力段に転送する水平電荷転送路であって水平転送段1段が前記垂直電荷転送路2本に対応する2つの前記バッファ領域に接続される水平電荷転送路とを備えることを特徴とする。 In addition, the solid-state imaging device according to the embodiment includes a plurality of pixels that are formed in a two-dimensional array on the surface portion of the semiconductor substrate and each store signal charges corresponding to the amount of received light, and a plurality of pixels configured by the pixels. A plurality of vertical charge transfer paths that are formed along a column and transfer the signal charges detected by the pixels, and a buffer area that receives and temporarily holds the signal charges for each of the plurality of vertical charge transfer paths. A line memory formed along a transfer direction end of the plurality of vertical charge transfer paths, and the signal charge formed adjacent to the line memory and received from the buffer area of the line memory to the output stage. And a horizontal charge transfer path connected to the two buffer regions corresponding to the two vertical charge transfer paths.
この構成により、固体撮像素子の搭載画素数が増えた場合でも水平8画素加算が容易となり、VGAサイズの動画像を高フレームレートで読み出すことが可能となる。 With this configuration, even when the number of mounted pixels of the solid-state imaging device is increased, horizontal 8-pixel addition is facilitated, and a VGA size moving image can be read at a high frame rate.
本発明に係るCCD型固体撮像素子は、6画素加算が容易且つ迅速に可能となるため、フレームレートを落とさずに動画像を得ることができ、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、カメラ付携帯電話機、PDAやノートパソコン等のカメラ付電子装置、内視鏡等の撮像装置一般に適用すると有用である。 The CCD type solid-state imaging device according to the present invention can easily and quickly add 6 pixels, so that a moving image can be obtained without reducing the frame rate, and a digital still camera, a digital video camera, a camera-equipped mobile phone can be obtained. It is useful when applied to camera-equipped electronic devices such as PDAs and notebook computers, and imaging devices such as endoscopes in general.
20 撮像装置
21 撮像部
24 撮像素子駆動手段を含む駆動部
26 デジタル信号処理部(DSP)
29 システム制御部(CPU)
35,60 CCD型固体撮像素子
42 画素
43 垂直電荷転送路
44 読出ゲート
45 ラインメモリ
46 水平電荷転送路
DESCRIPTION OF
29 System Controller (CPU)
35, 60 CCD type solid-
Claims (9)
Priority Applications (1)
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| JP2009215608A JP2011066684A (en) | 2009-09-17 | 2009-09-17 | Solid-state imaging element, driving method thereof, and imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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