JP2012199702A - Solid state image sensor, driving method thereof, and electronic information apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】水平分割方式CCDの画質を向上させる駆動方法であって、VCCDからHCCDへの電荷転送を効率的に駆動しかつ、スチルモードや動画モードでの縦線を防止できて、高画質な映像を得る。
【解決手段】水平レジスタの水平転送ゲートH1、H2に隣接する垂直レジスタの垂直転送ゲート15がミドル電位で且つ水平転送ゲートH1、H2から2番目に近い垂直転送ゲート14A〜14Cのいずれかがロー電位のときの待期時間を他の通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間t0よりも長く構成している。
【選択図】図2A drive method for improving the image quality of a horizontal division CCD, which efficiently drives charge transfer from the VCCD to the HCCD and prevents vertical lines in the still mode and the moving image mode, thereby improving the image quality. Get a picture.
SOLUTION: A vertical transfer gate 15 of a vertical register adjacent to the horizontal transfer gates H1 and H2 of the horizontal register is at a middle potential, and one of the vertical transfer gates 14A to 14C closest to the horizontal transfer gates H1 and H2 is low. The waiting time at the time of the potential is configured to be longer than the switching time t0 of the vertical transfer clocks of the other normal pixel portions.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびこの固体撮像素子の駆動方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device composed of a semiconductor element that photoelectrically converts and captures image light from a subject, a method for driving the solid-state imaging device, and, for example, a digital that uses this solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit. The present invention relates to an electronic information device such as a digital camera such as a video camera and a digital still camera, an image input camera such as a surveillance camera, a scanner device, a facsimile device, a television phone device, and a camera-equipped mobile phone device.
近年、デジタルスチルカメラの高画質化が急速に進んでおり、100万画素以上の画素数を有する固体撮像装置、特に、CCDイメージセンサが、広く使われるようになっている。これらのCCDイメージセンサにおいては、全画素の信号電荷を独立に読み出すことによって静止画を得るようにする駆動方法(スチルモード)と、液晶モニタなどに動画を映し出す駆動方法(モニタリングモード)を切り替えて用いることが一般的である。 In recent years, the image quality of digital still cameras has been increasing rapidly, and solid-state imaging devices having a number of pixels of 1 million pixels or more, especially CCD image sensors, are widely used. In these CCD image sensors, a driving method (still mode) for obtaining a still image by independently reading out signal charges of all pixels and a driving method (monitoring mode) for displaying a moving image on a liquid crystal monitor or the like are switched. It is common to use.
モニタリングモードの機能を達成するためには、毎秒30枚程度のフレームレートが必要である。しかしながら、CCDイメージセンサの駆動周波数特性の限界、または、低消費電力化を図るため、駆動周波数を高速にできず、CCDイメージセンサの多画素化に伴ってモニタリングモードでのフレームレートの確保が困難になっている。 In order to achieve the function of the monitoring mode, a frame rate of about 30 frames per second is required. However, because the drive frequency characteristics of the CCD image sensor are limited or the power consumption is reduced, the drive frequency cannot be increased, and it is difficult to ensure the frame rate in the monitoring mode as the number of pixels of the CCD image sensor increases. It has become.
これに対して、現在一般的に、100万画素以上の画素数を有するCCDイメージセンサにおいては、垂直方向の一部の画素からの信号電荷のみを読み出してライン数を間引くことにより、データ量を減少させてフレームレートを向上させることができる。 On the other hand, in general, in a CCD image sensor having a number of pixels of 1 million pixels or more, the amount of data is reduced by reading out only the signal charges from some pixels in the vertical direction and thinning the number of lines. The frame rate can be improved by reducing the frame rate.
また、水平方向の画素のデータ量を減少させることによりフレームレートを向上させる方法もある。この水平方向の画素のデータ量を減少させる最も簡単な方法としては、垂直CCDと水平CCDの接合部分に、データを間引く箇所に対応して掃き出しドレインを設けるという方法がある。また、これとは別に、垂直方向のデータ量を減少させる方法として、水平方向に複数配置された行ラインの電荷データを間引く方法が図6に示されている。 There is also a method for improving the frame rate by reducing the data amount of pixels in the horizontal direction. As the simplest method for reducing the data amount of the pixel in the horizontal direction, there is a method of providing a discharge drain at the junction between the vertical CCD and the horizontal CCD corresponding to the portion where data is thinned out. In addition to this, FIG. 6 shows a method of thinning out charge data of a plurality of row lines arranged in the horizontal direction as a method of reducing the data amount in the vertical direction.
図6は、従来の固体撮像素子の転送構成例を模式的に示す平面図である。 FIG. 6 is a plan view schematically showing a transfer configuration example of a conventional solid-state imaging device.
図6において、従来の固体撮像素子100は、4相駆動垂直転送レジスタを有するインターレース方式のCCDイメージセンサである。このCCDイメージセンサは、受光部としてのフォトダイオード101、トランスファゲート102、垂直転送レジスタ103、水平転送レジスタ104、電荷検出部105、出力アンプ106および掃き出しドレイン107を有している。 In FIG. 6, a conventional solid-state imaging device 100 is an interlaced CCD image sensor having a four-phase drive vertical transfer register. The CCD image sensor includes a photodiode 101 as a light receiving unit, a transfer gate 102, a vertical transfer register 103, a horizontal transfer register 104, a charge detection unit 105, an output amplifier 106, and a discharge drain 107.
フォトダイオード101は、半導体基板上にマトリックス状に設けられており、その前面にベイヤー配列でRGBのカラーフィルタが設けられている。 The photodiodes 101 are provided in a matrix on a semiconductor substrate, and RGB color filters are provided on the front surface thereof in a Bayer arrangement.
垂直転送レジスタ103は、フォトダイオード101の各列に隣接して設けられ、それぞれトランスファーゲート102を介してフォトダイオード101と接続されている。各垂直転送レジスタ103では、フォトダイオード101から読み出された信号電荷が、φV1〜φV4の4相駆動により垂直方向に転送される。 The vertical transfer register 103 is provided adjacent to each column of the photodiodes 101 and is connected to the photodiodes 101 via the transfer gates 102. In each vertical transfer register 103, the signal charge read from the photodiode 101 is transferred in the vertical direction by four-phase driving of φV1 to φV4.
水平転送レジスタ104は、複数の垂直転送レジスタ103に対して垂直な方向に設けられている。この水平転送レジスタ104では、各垂直転送レジスタ103によって電荷転送されてきた信号電荷を、φH1およびφH2の2相駆動により水平方向に電荷転送する。水平転送レジスタ104によって転送された信号電荷は、電荷検出部105によって検出されて電圧に変換され、増幅された撮像信号が出力アンプ106から出力される。 The horizontal transfer register 104 is provided in a direction perpendicular to the plurality of vertical transfer registers 103. In the horizontal transfer register 104, the signal charges transferred by the vertical transfer registers 103 are transferred in the horizontal direction by two-phase driving of φH1 and φH2. The signal charge transferred by the horizontal transfer register 104 is detected by the charge detection unit 105 and converted into a voltage, and an amplified imaging signal is output from the output amplifier 106.
掃き出しドレイン107は、水平転送レジスタ104の下部に隣接して設けられている。このCCDイメージセンサでは、不要な電荷を行単位で掃き出しドレイン107に排出させることによって、水平方向に複数配置された行ラインの電荷データを間引くことができる。 The sweep-out drain 107 is provided adjacent to the lower part of the horizontal transfer register 104. In this CCD image sensor, unnecessary charge is swept out in units of rows and discharged to the drain 107, whereby the charge data of a plurality of row lines arranged in the horizontal direction can be thinned out.
一方、水平方向の全ての画素信号を読み出す場合には、全ての画素列の掃き出しドレイン107をオフの状態としておき、水平方向の任意の画素信号を間引く場合には、これに対応した画素列の掃き出しドレイン107をオンの状態とする。掃き出しドレイン107がオンの状態となっている画素列では垂直CCDから水平CCDへの信号転送は行われず、その信号電荷は掃き出しドレイン107へ流れていく。 On the other hand, when all pixel signals in the horizontal direction are read out, the drains 107 of all the pixel columns are turned off, and when arbitrary pixel signals in the horizontal direction are thinned out, The sweep-out drain 107 is turned on. In the pixel column in which the discharge drain 107 is turned on, signal transfer from the vertical CCD to the horizontal CCD is not performed, and the signal charge flows to the discharge drain 107.
これにより、必要な垂直CCD列のみの信号を水平CCDへ読み出すという方法を得ることができる。ただし、このような方法では、水平方向の空間的な情報が間引かれてしまうため、このことによる弊害(ジャギ、偽色、もわれ等)が発生する場合もある。 As a result, it is possible to obtain a method of reading a signal of only a necessary vertical CCD column to the horizontal CCD. However, in such a method, since spatial information in the horizontal direction is thinned out, there are cases in which adverse effects (jaggies, false colors, cracks, etc.) due to this occur.
これを解決する手段として、水平方向の空間的な情報を間引くことなく、水平方向の画素のデータ量を減少させる方法として、水平方向の複数の画素信号を加算する方法が提案されている。ただし、CCDイメージセンサで採用されているカラーフィルタ配列は、水平方向1画素毎に異なることが一般的であり、一旦垂直レジスタから水平レジスタへ信号電荷が読み出されれば、同じ色の信号を加算することができない。このため、同じ色の信号を加算するためには、垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しを複数回に分割し、垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しと、続く垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しに先立って、読み出した信号を同じ色成分の垂直列まで移動させる水平転送を繰り返し行うことが必要となる。 As means for solving this, a method of adding a plurality of horizontal pixel signals has been proposed as a method of reducing the amount of horizontal pixel data without thinning out spatial information in the horizontal direction. However, the color filter array employed in the CCD image sensor is generally different for each pixel in the horizontal direction. Once signal charges are read from the vertical register to the horizontal register, signals of the same color are added. I can't. For this reason, in order to add signals of the same color, the signal reading from the vertical register to the horizontal register is divided into multiple times, the signal reading from the vertical register to the horizontal register, and the subsequent signal from the vertical register to the horizontal register. Prior to reading, it is necessary to repeatedly perform horizontal transfer for moving the read signal to a vertical column of the same color component.
水平方向の同色の画素信号を加算するためのゲートレイアウトとその駆動方法は、下記のような発明がある。例えば、水平方向に2画素を加算する方法は、特許文献1に示されており、この方法によってカメラのフレームレートを向上させている。さらに、画素数が増大していった場合、同様のフレームレートを確保するためには、水平方向に3画素、水平方向に4画素と、加算画素数を増やしていく必要がある。 The gate layout for adding pixel signals of the same color in the horizontal direction and the driving method thereof have the following inventions. For example, a method of adding two pixels in the horizontal direction is shown in Patent Document 1, and the frame rate of the camera is improved by this method. Furthermore, when the number of pixels increases, in order to ensure the same frame rate, it is necessary to increase the number of added pixels to 3 pixels in the horizontal direction and 4 pixels in the horizontal direction.
例えば、水平方向に3画素を加算する方法は、特許文献2の図4に示す方法が提案されている。この方法は、3列周期構成で、各々が独立した転送ゲートを有した転送部分が設けられており、電荷転送のコントロールを任意の3列周期で行うというものである。このように、水平読み出しを3回に分けて垂直CCDから水平CCDに信号電荷を読み出す方法としては特許文献3,4にも提案されている。 For example, as a method for adding three pixels in the horizontal direction, a method shown in FIG. This method has a three-column period configuration, each of which has a transfer portion having an independent transfer gate, and controls charge transfer in an arbitrary three-column period. As described above, Patent Documents 3 and 4 propose a method of reading signal charges from a vertical CCD to a horizontal CCD by dividing horizontal reading into three times.
このような画素加算方法は水平3分割方式とも呼ばれ、フレーム画像を得るためには水平方向の画素信号を1/3づつ3回に分けて読み出しを行う必要がある。 Such a pixel addition method is also called a horizontal three-division method, and in order to obtain a frame image, it is necessary to read out the pixel signal in the horizontal direction by dividing it into 1/3 times.
図7は、従来の固体撮像素子における3列周期の転送駆動例を模式的に示すタイミング図である。図8は、図7の従来の固体撮像素子における3列周期の転送駆動信号の波形図である。 FIG. 7 is a timing chart schematically showing a transfer driving example of a three-column cycle in a conventional solid-state imaging device. FIG. 8 is a waveform diagram of a transfer drive signal having a three-column period in the conventional solid-state imaging device of FIG.
図7および図8において、3列周期の従来の固体撮像素子200において、縦方向(列方向)に並ぶ各画素の下方位置にオプティカルブラック部の画素が4画素分設けられ、さらにその下に水平方向の画素信号を1/3づつ3回に分けて垂直CCDから水平CCDに信号電荷の読み出しを行うようになっている。3列周期の13A〜13Cのラインに縦方向(列方向)先頭の各信号電荷が一端保持され、14A〜14Cのラインを順次選択することによって15のラインに信号電荷を読み出させるようになっている。要するに、第1フィールドの時間t1で、3列周期の13A〜13Cのラインに縦方向(列方向)先頭の各信号電荷が一端保持された後に、次の時間t2で13Cの信号電荷が次の14Cに電荷転送され、さらに、時間t3で14Cの信号電荷が次の15に電荷転送され、時間t4で15の信号電荷が水平電荷転送路に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平CCDを駆動させる。次の第2フィールドの時間t5で13Bの信号電荷が14Bに電荷転送を開始し、次の時間t6で13Bの信号電荷が14Bに電荷転送され、さらに、時間t7で14Bの信号電荷が15に電荷転送され、時間t8で15の信号電荷が水平電荷転送路に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平CCDを駆動させる。さらに、第3フィールドの時間t9で13Aの信号電荷が信号電荷が14Aに電荷転送を開始し、次の時間t10で13Aの信号電荷が14Aに電荷転送され、さらに、時間t11で14Aの信号電荷が15に電荷転送され、時間t12で15の信号電荷が水平電荷転送路に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平CCDを駆動させる。 7 and 8, in the conventional solid-state imaging device 200 having a three-column period, four pixels of the optical black portion are provided below the pixels arranged in the vertical direction (column direction), and further horizontally below the pixels. The signal signal is read from the vertical CCD to the horizontal CCD by dividing the pixel signal in the direction by 1/3 three times. Each signal charge at the head in the vertical direction (column direction) is held at one end in lines 13A to 13C having a three-column period, and signal charges are read out to 15 lines by sequentially selecting the lines 14A to 14C. ing. In short, at the time t1 of the first field, after the signal charges at the head in the vertical direction (column direction) are once held in the lines 13A to 13C of the three-column period, the signal charges of 13C are transferred at the next time t2. Then, the signal charge of 14C is transferred to the next 15 at time t3, and the signal charge of 15 is transferred to the horizontal charge transfer path at time t4. The horizontal CCD is driven to the next addition point of the same color. The signal charge of 13B starts to be transferred to 14B at time t5 in the next second field, the signal charge of 13B is transferred to 14B at the next time t6, and further, the signal charge of 14B becomes 15 at time t7. Charge transfer is performed, and 15 signal charges are transferred to the horizontal charge transfer path at time t8. The horizontal CCD is driven to the next addition point of the same color. Further, the signal charge of 13A starts to be transferred to the signal charge of 14A at the time t9 in the third field, the signal charge of 13A is transferred to the charge of 14A at the next time t10, and further the signal charge of 14A at the time t11. Is transferred to 15 and at time t12, 15 signal charges are transferred to the horizontal charge transfer path. The horizontal CCD is driven to the next addition point of the same color.
最後に、特許文献5において、容量の大きいゲートをゆっくりとした時間で動かし、容量の小さいゲートを早い時間で動かすことにより、信号電荷の電荷転送を効率よく行って信号電荷の電荷転送を電荷残りなくスムーズに行うことが記載されている。 Finally, in Patent Document 5, by moving a gate having a large capacity in a slow time and moving a gate having a small capacity in an early time, the charge transfer of the signal charge is efficiently performed, and the charge transfer of the signal charge is performed as the charge remaining. It is described that it is performed smoothly.
上記従来の構成では、電荷転送経路での信号電荷の取り残しがあった場合に、通常、画素部では、図9(a)のように電荷転送取り残しは毎回次の信号電荷に繰越しされるため大きな画像劣化とならないが、加算部で信号電荷の取り残しがあった場合には、図9(b)のように隣の列に信号電荷が取り残されて常に隣の列に信号電荷が混入するため、2つの縦ラインに跨る線欠陥が発生してしまう。このように、加算部では、非常に微少な信号電荷の取り残しがあってもシビアに画像の画質を劣化させてしまう。 In the above-described conventional configuration, when signal charge is left behind in the charge transfer path, normally, in the pixel portion, the charge transfer leftover is carried over to the next signal charge every time as shown in FIG. Although there is no image degradation, if there is any signal charge left in the adder, the signal charge is left in the adjacent column as shown in FIG. 9B, and the signal charge is always mixed in the adjacent column. A line defect straddling two vertical lines will occur. As described above, the adding unit severely deteriorates the image quality even if a very small signal charge is left behind.
一般に、転送効率を向上させる駆動タイミングはゲート負荷の大きい端子に印加されるパルスの切り替わり時間を延ばすものである(特許文献5)。 In general, the drive timing for improving transfer efficiency extends the switching time of pulses applied to a terminal having a large gate load (Patent Document 5).
ところが、加算部ゲートの負荷容量は非常に小さく(例えば1/1000)、時定数も小さいために従来の加算部ゲートの駆動では転送タイミングは全く考慮されていなかった(特許文献1〜5)。 However, since the load capacity of the adding unit gate is very small (for example, 1/1000) and the time constant is also small, transfer timing is not considered at all in the conventional driving of the adding unit gate (Patent Documents 1 to 5).
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、水平分割方式CCDの画質を向上させる駆動方法であって、VCCDからHCCDへの電荷転送を効率的に駆動しかつ、スチルモードや動画モードでの縦線を防止できて、高画質な映像を得ることができる固体撮像素子およびこの固体撮像素子の駆動方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and is a driving method for improving the image quality of a horizontal division CCD, which efficiently drives charge transfer from the VCCD to the HCCD, and in a still mode or a moving image mode. A solid-state imaging device capable of preventing a vertical line of the image and obtaining a high-quality image, a method for driving the solid-state imaging device, a mobile phone device with a camera using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit, etc. The purpose is to provide electronic information equipment.
本発明の固体撮像素子は、垂直レジスタから水平レジスタへの電荷転送の読み出しを複数回に分けて周期的に行う水平分割方式の固体撮像素子において、該水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する該垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ該水平転送ゲートから2番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待期時間を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間よりも長く構成しているものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device of the present invention is a horizontal division type solid-state imaging device that periodically reads out charge transfer from a vertical register to a horizontal register in a plurality of times, and the vertical register adjacent to the horizontal transfer gate of the horizontal register. The waiting time when the vertical transfer clock of the vertical transfer gate of the register is the middle potential and the vertical transfer clock of the second vertical transfer gate closest to the horizontal transfer gate is the low potential is the switching time of the vertical transfer clock of the normal pixel portion The object is achieved by that.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における待期時間は、前記常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間の1.1倍〜5倍長く維持する。 Preferably, the waiting time in the solid-state imaging device of the present invention is maintained 1.1 to 5 times longer than the switching time of the vertical transfer clock of the normal pixel portion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における待期時間は、前記常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間の3倍〜5倍長く維持する。 Further preferably, the waiting time in the solid-state imaging device of the present invention is maintained 3 to 5 times longer than the switching time of the vertical transfer clock of the normal pixel portion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における待期時間は、1フィールド時間を各処理時間で均等割りした期間よりも長く、該1フィールド時間全体が長くならないように設定可能な期間である。 Furthermore, it is preferable that the waiting time in the solid-state imaging device of the present invention is longer than a period in which one field time is equally divided by each processing time, and is a period that can be set so that the entire one field time does not become longer.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における待期時間は、信号電荷が完全に転送し終わる期間である。 Further preferably, the waiting time in the solid-state imaging device of the present invention is a period in which the signal charges are completely transferred.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における待期時間は、前記水平転送ゲートから2番目に近い垂直転送ゲートの電位をロー電位にし、当該垂直転送ゲートの信号電荷を前記ミドル電位の垂直転送ゲートに電荷転送する期間である。 More preferably, the waiting time in the solid-state imaging device of the present invention is such that the potential of the vertical transfer gate that is second closest to the horizontal transfer gate is set to a low potential, and the signal charge of the vertical transfer gate is transferred vertically to the middle potential. This is the period during which charges are transferred to the gate.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記水平転送ゲートへの水平転送クロックをハイレベル電位の+3Vにし、該水平転送ゲートに最も近い垂直転送ゲートへの垂直転送クロックをミドル電位の0Vにし、該水平転送ゲートに対して2番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックをロー電位の−7Vにする。 Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, a horizontal transfer clock to the horizontal transfer gate is set to a high level potential of +3 V, and a vertical transfer clock to a vertical transfer gate closest to the horizontal transfer gate is set to 0 V of a middle potential. The vertical transfer clock of the vertical transfer gate that is the second closest to the horizontal transfer gate is set to -7 V having a low potential.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるミドル電位の0Vを+電圧側に増加しかつ前記+3Vよりも低い電圧にする。 Further, preferably, the middle potential of 0 V in the solid-state imaging device of the present invention is increased to the + voltage side and is set to a voltage lower than the +3 V.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における垂直転送ゲート毎に、電荷転送方向に高濃度とする複数種類の不純物濃度領域を形成し、信号電荷がスムーズに転送されるように該垂直転送ゲート下のポテンシャルに傾斜を付けている。 Furthermore, preferably, for each vertical transfer gate in the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of types of impurity concentration regions having a high concentration in the charge transfer direction are formed, and the vertical transfer gate is configured so that signal charges are smoothly transferred. The lower potential is sloped.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における水平分割方式は、前記垂直レジスタから前記水平レジスタへの電荷転送の読み出しを2回〜5回のうちのいずれかに分けて周期的に行う水平2〜5分割方式である。 Further preferably, in the horizontal division system in the solid-state imaging device of the present invention, horizontal 2 in which charge transfer reading from the vertical register to the horizontal register is periodically performed in any of 2 to 5 times. ~ 5 division method.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における水平転送ゲートから3番目に近いn(nは複数)列周期のn個の垂直転送ゲートにそれぞ列方向先頭の各信号電荷が一端保持され、該水平転送ゲートから2番目に近いn列周期のn個の垂直転送ゲートを順次選択することによって、該水平転送ゲートから最も近い一つの垂直転送ゲートに信号電荷を順次読み出させるようになっている。 Further preferably, each of the signal charges at the head in the column direction is held at one end by n vertical transfer gates of n (n is a plurality) column period third closest to the horizontal transfer gate in the solid-state imaging device of the present invention, By sequentially selecting n vertical transfer gates of the second closest n column period from the horizontal transfer gate, signal charges are sequentially read out from the horizontal transfer gate to the closest vertical transfer gate. Yes.
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、垂直レジスタから水平レジスタへの電荷転送の読み出しを複数回に分けて周期的に行う水平分割方式を有する固体撮像素子の駆動方法において、該水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する該垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ該水平転送ゲートから2番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待期時間を通常画素の垂直転送クロックの切り替わり時間よりも長くするものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device driving method according to the present invention is a solid-state imaging device driving method having a horizontal division method in which reading of charge transfer from a vertical register to a horizontal register is periodically performed in a plurality of times. The waiting time when the vertical transfer clock of the vertical transfer gate of the vertical register adjacent to the transfer gate is the middle potential and the vertical transfer clock of the vertical transfer gate closest to the horizontal transfer gate is the low potential is the normal pixel The switching time of the vertical transfer clock is longer than that, thereby achieving the above object.
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The electronic information device of the present invention uses the solid-state imaging device of the present invention as an image input device in an imaging unit, and thereby achieves the above object.
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。 With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.
本発明においては、垂直レジスタから水平レジスタへの電荷転送の読み出しを複数回に分けて周期的に行う水平分割方式の固体撮像素子において、水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ水平転送ゲートから2番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待期時間を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間よりも長く構成している。 In the present invention, in a horizontal division type solid-state imaging device that periodically reads out charge transfer from a vertical register to a horizontal register in a plurality of times, the vertical transfer gate of the vertical register adjacent to the horizontal transfer gate of the horizontal register The waiting time when the vertical transfer clock is the middle potential and the vertical transfer clock of the second vertical transfer gate closest to the horizontal transfer gate is the low potential is configured to be longer than the switching time of the normal pixel vertical transfer clock. Yes.
これによって、垂直レジスタから水平レジスタへの信号電荷の取り残しを防止することが可能となって、電荷転送を効率的に駆動しかつ、スチルモードや動画モードでの縦線が防止されて、高画質な映像が得られる。 As a result, it is possible to prevent signal charges from remaining from the vertical register to the horizontal register, drive charge transfer efficiently, and prevent vertical lines in the still mode and moving image mode. Can be obtained.
以上により、本発明によれば、水平転送ゲートに隣接する垂直転送ゲートがミドル電位であり且つ水平転送ゲートから2番目に近い垂直転送ゲートがロー電位のときの待期時間を他の垂直転送クロック切り替わり時間よりも長くするため、垂直レジスタから水平レジスタへの信号電荷の取り残しを防止することができて、これにより、スチルモードや動画モードでのCCD画像は縦線のない高画質の画像を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the waiting time when the vertical transfer gate adjacent to the horizontal transfer gate is at the middle potential and the second vertical transfer gate from the horizontal transfer gate is at the low potential is set to the other vertical transfer clock. Since it is longer than the switching time, it is possible to prevent signal charges from being left from the vertical register to the horizontal register. As a result, a CCD image in the still mode or moving image mode obtains a high-quality image without vertical lines. be able to.
以下に、本発明の固体撮像素子およびその駆動方法の実施形態1および、この固体撮像素子の実施形態1を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態2について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, Embodiment 1 of the solid-state imaging device and the driving method thereof according to the present invention and implementation of an electronic information device such as a mobile phone device with a camera using Embodiment 1 of the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit will be described below. Form 2 will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1における固体撮像素子の転送構成例を模式的に示す平面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view schematically showing a transfer configuration example of a solid-state imaging device in Embodiment 1 of the present invention.
図1において、本実施形態1の固体撮像素子1において、水平方向の空間的な情報を間引くことなく、水平方向の画素のデータ量を減少させてフレームレートを向上させる方法として、水平方向の複数の画素信号を加算しているが、同じ色の信号を加算するためには、垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しを複数回に分割し、垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しと、続く垂直レジスタから水平レジスタへの信号読み出しに先立って、読み出した信号を同じ色成分の垂直列まで移動させる水平転送を繰り返し行う必要がある。本実施形態1の固体撮像素子1では、信号電荷の水平読み出しを複数回(ここでは3回)に分けて垂直レジスタから水平レジスタに信号電荷を読み出す画素加算方法は水平分割方式(ここでは水平3分割方式)とも呼ばれ、水平方向の各信号電荷を3列周期で垂直レジスタから水平レジスタに読み出している。 In FIG. 1, in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment, as a method for improving the frame rate by reducing the data amount of pixels in the horizontal direction without thinning out spatial information in the horizontal direction, a plurality of horizontal directions are used. In order to add signals of the same color, signal readout from the vertical register to the horizontal register is divided into multiple times, signal readout from the vertical register to the horizontal register, and subsequent vertical Prior to signal reading from the register to the horizontal register, it is necessary to repeatedly perform horizontal transfer in which the read signal is moved to a vertical column of the same color component. In the solid-state imaging device 1 of the first embodiment, the pixel addition method for reading the signal charge from the vertical register to the horizontal register by dividing the signal charge horizontal readout a plurality of times (here, three times) is a horizontal division method (here, horizontal 3). This is also called a division method, and each signal charge in the horizontal direction is read from the vertical register to the horizontal register in a period of three columns.
この固体撮像素子1において、縦方向(列方向)に複数の垂直転送ゲートが並ぶ各画素の下方位置にオプティカルブラック部の垂直転送ゲート2の画素が4画素分の設けられ、さらにその下に水平方向の信号電荷を3列周期で垂直レジスタから水平レジスタに読み出しを行っている。3列周期の垂直転送ゲート13A〜13Cにそれぞれ縦方向(列方向)先頭の各信号電荷が一端保持され、垂直転送ゲート14A〜14Cを順次選択することによって垂直転送ゲート15(垂直転送ゲート14A〜14Cで共有のゲート)に信号電荷を読み出させるようになっている。 In the solid-state imaging device 1, four pixels of the vertical transfer gate 2 of the optical black portion are provided at a position below each pixel in which a plurality of vertical transfer gates are arranged in the vertical direction (column direction), and further horizontally below that. The signal charge in the direction is read from the vertical register to the horizontal register at a period of three columns. The vertical transfer gates 13A to 13C having a period of three columns each hold one end of each signal charge in the vertical direction (column direction), and the vertical transfer gates 14A to 14C are sequentially selected by sequentially selecting the vertical transfer gates 14A to 14C. The signal charge is read out by a common gate at 14C.
図2は、図1の固体撮像素子1における3列周期の転送駆動信号の波形図である。 FIG. 2 is a waveform diagram of a transfer drive signal having a three-column period in the solid-state imaging device 1 of FIG.
図1および図2に示すように、第1フィールドの時間t1では、垂直レジスタの3列周期の垂直転送ゲート13A〜13Cに各縦方向(列方向)先頭の各信号電荷が一端保持された後に、次の時間t2で垂直レジスタの垂直転送ゲート13Cの信号電荷が垂直レジスタの次の垂直転送ゲート14Cに電荷転送され、さらに、時間t3で垂直レジスタの垂直転送ゲート14Cの信号電荷が次の垂直レジスタの垂直転送ゲート15に電荷転送される。さらに、時間t4で垂直転送ゲート15の信号電荷が水平レジスタの水平転送ゲートH1、H2に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平レジスタの水平転送クロックφHを駆動させる。 As shown in FIGS. 1 and 2, at the time t1 of the first field, after the signal charges at the beginning of each vertical direction (column direction) are held at one end by the vertical transfer gates 13A to 13C of the three column periods of the vertical register. At the next time t2, the signal charge of the vertical transfer gate 13C of the vertical register is transferred to the next vertical transfer gate 14C of the vertical register, and at the time t3, the signal charge of the vertical transfer gate 14C of the vertical register is transferred to the next vertical transfer. Charges are transferred to the vertical transfer gate 15 of the register. Further, at time t4, the signal charge of the vertical transfer gate 15 is transferred to the horizontal transfer gates H1 and H2 of the horizontal register. The horizontal transfer clock φH of the horizontal register is driven to the next addition position of the same color.
次の第2フィールドの時間t5において、垂直レジスタの垂直転送ゲート13Bの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート14Bに電荷転送を開始し、次の時間t6で垂直レジスタの垂直転送ゲート13Bの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート14Bに電荷転送され、さらに、時間t7で垂直レジスタの垂直転送ゲート14Bの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート15に電荷転送され、さらに、時間t8で垂直レジスタの垂直転送ゲート15の信号電荷が水平レジスタの水平転送ゲートH1、H2に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平レジスタの水平転送クロックφHを駆動させる。 At time t5 of the next second field, the signal charge of the vertical transfer gate 13B of the vertical register starts to be transferred to the vertical transfer gate 14B of the vertical register, and at the next time t6, the signal charge of the vertical transfer gate 13B of the vertical register. Is transferred to the vertical transfer gate 14B of the vertical register, and the signal charge of the vertical transfer gate 14B of the vertical register is transferred to the vertical transfer gate 15 of the vertical register at time t7. The signal charge of the transfer gate 15 is transferred to the horizontal transfer gates H1 and H2 of the horizontal register. The horizontal transfer clock φH of the horizontal register is driven to the next addition position of the same color.
次の第3フィールドの時間t9で垂直レジスタの垂直転送ゲート13Aの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート14Aに電荷転送を開始し、次の時間t10で垂直レジスタの垂直転送ゲート13Aの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート14Aに電荷転送され、さらに、時間t11で垂直レジスタの垂直転送ゲート14Aの信号電荷が垂直レジスタの垂直転送ゲート15に電荷転送され、時間t12で垂直レジスタの垂直転送ゲート15の信号電荷が水平レジスタの水平転送ゲートH1、H2に電荷転送される。次の同色の加算箇所まで水平レジスタの水平転送クロックφHを駆動させる。 At time t9 in the next third field, the signal charge of the vertical transfer gate 13A of the vertical register starts to be transferred to the vertical transfer gate 14A of the vertical register, and at the next time t10, the signal charge of the vertical transfer gate 13A of the vertical register is changed. The charge is transferred to the vertical transfer gate 14A of the vertical register, and further, the signal charge of the vertical transfer gate 14A of the vertical register is transferred to the vertical transfer gate 15 of the vertical register at time t11, and the vertical transfer gate 15 of the vertical register is transferred at time t12. Are transferred to the horizontal transfer gates H1 and H2 of the horizontal register. The horizontal transfer clock φH of the horizontal register is driven to the next addition position of the same color.
この場合、本実施形態1の固体撮像素子1では、水平レジスタの水平転送ゲートH1、H2に隣接する垂直レジスタの垂直転送ゲート15がミドル電位(中間電位M)で且つ水平転送ゲートH1、H2から2番目に近い垂直転送ゲート14A〜14Cのいずれかがロー電位(低電位L)のときの待期時間を他の通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間t0よりも長く構成(図2の○で囲ったA〜C部分)して、信号電荷の取り残しを防止している。 In this case, in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment, the vertical transfer gate 15 of the vertical register adjacent to the horizontal transfer gates H1 and H2 of the horizontal register is at the middle potential (intermediate potential M) and from the horizontal transfer gates H1 and H2. The waiting time when any of the second closest vertical transfer gates 14A to 14C is at the low potential (low potential L) is configured to be longer than the switching time t0 of the vertical transfer clocks of the other normal pixel portions (circle in FIG. 2). A portion of A to C surrounded by) prevents signal charges from being left behind.
加算部ゲートである垂直転送ゲート13A〜13Cおよび14A〜14C、垂直転送ゲート15の負荷容量は非常に小さく(例えば他の通常画素の垂直転送ゲートに比べて1/1000程度)で時定数も小さく軽いために従来ではこの加算部ゲートの駆動タイミングを長く構成することはなかったが、本実施形態1の固体撮像素子1では、この加算部ゲートの駆動タイミングを時間的に長く構成している。要するに、図3に示すように、水平転送ゲートH1、H2への水平転送クロックをハイレベル電位Hにし、水平転送ゲートH1、H2に最も近い垂直転送ゲート15への垂直転送クロックV15を中間電位Mにし、水平転送ゲートH1、H2に対して2番目に近い垂直転送ゲート14A〜14Cのいずれかへの垂直転送クロックV14A〜V14Cのいずれかを低電位Lにした状態を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間t0(電荷転送時間)を超え、A〜C部のように1.1倍〜5倍(更に好ましくは3倍〜5倍)程度長く維持する。この3倍〜5倍程度長く維持する待機時間は、水平分割方式で最大限に取り得る最大の時間である。要するに、1秒間に何コマあるかによって1フィールド時間が決定されるが、その1フィールド時間内に時間t1〜t4の各期間が存在し、垂直転送ゲート14Cの信号電荷を次の垂直転送ゲート15に電荷転送する時間t3の期間を長くとっている。この時間t3の期間(待機時間)は、1フィールド時間を時間t1〜t4で均等割りした期間(基準クロックで20クロック程度)よりも長く、1フィールド時間全体が長くならない期間である。また、この時間t3の期間(待機時間)は、信号電荷が完全に転送し終わる期間であればよい。いずれにしても1フィールド時間全体を伸ばすことは全体の時間が長くなって意味がなく、1フィールド時間全体を効率よく使って、垂直転送ゲート14Cの信号電荷を次の垂直転送ゲート15に電荷転送する時間t3の期間を長くとっている。 The load capacity of the vertical transfer gates 13A to 13C and 14A to 14C and the vertical transfer gate 15 which are adder gates is very small (for example, about 1/1000 compared to the vertical transfer gates of other normal pixels) and the time constant is also small. Conventionally, the driving timing of the adding unit gate is not configured to be long because it is light, but in the solid-state imaging device 1 of the first embodiment, the driving timing of the adding unit gate is configured to be long in time. In short, as shown in FIG. 3, the horizontal transfer clock to the horizontal transfer gates H1 and H2 is set to the high level potential H, and the vertical transfer clock V15 to the vertical transfer gate 15 closest to the horizontal transfer gates H1 and H2 is set to the intermediate potential M. The vertical transfer clock of the normal pixel portion is a state in which any one of the vertical transfer clocks V14A to V14C to any one of the vertical transfer gates 14A to 14C that is the second closest to the horizontal transfer gates H1 and H2 is set to the low potential L. The switching time t0 (charge transfer time) is exceeded, and it is maintained as long as 1.1 to 5 times (more preferably 3 to 5 times) as in the A to C portions. The standby time that is maintained about 3 to 5 times longer is the maximum time that can be taken by the horizontal division method. In short, one field time is determined by the number of frames per second, and each period of time t1 to t4 exists within the one field time, and the signal charge of the vertical transfer gate 14C is transferred to the next vertical transfer gate 15. The period of time t3 during which charges are transferred to is long. This period of time t3 (standby time) is a period longer than the period (approximately 20 clocks of the reference clock) obtained by equally dividing one field time by the times t1 to t4, so that the entire one field time does not become longer. Further, the period of time t3 (standby time) may be a period in which the signal charges are completely transferred. In any case, it is meaningless to extend the whole field time because the whole time becomes long, and the entire one field time is efficiently used to transfer the signal charge of the vertical transfer gate 14C to the next vertical transfer gate 15. The period of time t3 to take is long.
水平転送ゲートH1、H2への水平転送クロックをハイレベル電位H例えば+3Vにし、水平転送ゲートH1、H2に最も近い垂直転送ゲート15への垂直転送クロックV15を中間電位Mの0Vにし、水平転送ゲートH1、H2に対して2番目に近い垂直転送ゲート14A〜14Cのいずれかへの垂直転送クロックV14A〜V14Cのいずれかを低電位Lの−7Vにした待機状態(待機時間)を通常の画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間t0(電荷転送時間)を超え例えば3倍〜5倍程度長く維持する場合に対して、垂直転送ゲート15への垂直転送クロックV15を中間電位Mの0V以外の+1Vにした方が電荷転送効率が向上するが、電源をグランド電位(0V)の他に別途+1Vの電位を持たなければならないというデメリットがある。何れにせよ、ミドル電位Mの0V(グランド電位)は、+電圧側に増加しかつハイレベル電位Hの+3Vよりも低い電圧を用いれば、電荷転送効率が向上する。 The horizontal transfer clock to the horizontal transfer gates H1 and H2 is set to the high level potential H, for example, + 3V, the vertical transfer clock V15 to the vertical transfer gate 15 closest to the horizontal transfer gates H1 and H2 is set to 0V of the intermediate potential M, and the horizontal transfer gate A normal pixel portion in a standby state (standby time) in which one of the vertical transfer clocks V14A to V14C to any of the vertical transfer gates 14A to 14C that is the second closest to H1 and H2 is set to -7V of a low potential L. The vertical transfer clock V15 to the vertical transfer gate 15 is set to +1 V other than 0V of the intermediate potential M, for example, when the vertical transfer clock is maintained longer than the vertical transfer clock switching time t0 (charge transfer time), for example, about 3 to 5 times longer. The charge transfer efficiency is improved, but the power supply must have a potential of +1 V in addition to the ground potential (0 V). There is Tsu door. In any case, if 0V (ground potential) of the middle potential M increases to the + voltage side and a voltage lower than + 3V of the high level potential H is used, the charge transfer efficiency is improved.
また、図4に示すように、電荷転送方向を矢印の方向とした場合に、垂直転送ゲート毎に複数種類の不純物濃度、例えば2種類の不純物濃度N+、N−としている。これによって、垂直転送ゲートに所定のゲート電圧が印加されたときに、垂直転送ゲート下のポテンシャルに傾斜が付いて、信号電荷がその転送方向にスムーズに電荷転送され得る。この場合、より信号電荷の取り残しが低減され得る。 As shown in FIG. 4, when the charge transfer direction is the direction of the arrow, a plurality of types of impurity concentrations, for example, two types of impurity concentrations N + and N− are set for each vertical transfer gate. As a result, when a predetermined gate voltage is applied to the vertical transfer gate, the potential under the vertical transfer gate is inclined, and the signal charge can be smoothly transferred in the transfer direction. In this case, the remaining signal charge can be further reduced.
以上により、本実施形態1によれば、固体撮像素子1は、水平レジスタの水平転送ゲートH1、H2に隣接する垂直レジスタの垂直転送ゲート15がミドル電位で且つ水平転送ゲートH1、H2から2番目に近い垂直転送ゲート14A〜14Cのいずれかがロー電位のときの待期時間を他の通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間t0よりも長く構成している。 As described above, according to the first embodiment, in the solid-state imaging device 1, the vertical transfer gate 15 of the vertical register adjacent to the horizontal transfer gates H1 and H2 of the horizontal register has the middle potential and is second from the horizontal transfer gates H1 and H2. The waiting time when any of the vertical transfer gates 14A to 14C close to is low is configured to be longer than the switching time t0 of the vertical transfer clocks of the other normal pixel portions.
これによって、垂直レジスタ(VCCD)から水平レジスタ(HCCD)への信号電荷の取り残しを防止することができる。VCCDからHCCDへの電荷転送を効率的に駆動できるため、スチルモードや動画モードの縦線などを防止でき、高画質な映像を得ることができる。したがって、CCD画像は縦線等のない高画質の画像を得ることができる。 Thereby, it is possible to prevent the signal charges from being left from the vertical register (VCCD) to the horizontal register (HCCD). Since the charge transfer from the VCCD to the HCCD can be driven efficiently, vertical lines in the still mode and the moving image mode can be prevented, and a high-quality image can be obtained. Therefore, the CCD image can obtain a high-quality image without vertical lines.
(実施形態2)
図5は、本発明の実施形態2として、本発明の実施形態1の固体撮像素子1を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using the solid-state imaging device 1 according to Embodiment 1 of the present invention as an imaging unit as Embodiment 2 of the present invention.
図5において、本実施形態2の電子情報機器90は、上記実施形態1の固体撮像素子1からの撮像信号に対して所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置91と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部92と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部93と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部94と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部95とを有している。なお、この電子情報機器90として、これに限らず、固体撮像装置91の他に、メモリ部92と、表示部93と、通信部94と、プリンタなどの画像出力部95とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。 In FIG. 5, an electronic information device 90 according to the second embodiment includes a solid-state image pickup device 91 that obtains a color image signal by performing predetermined signal processing on the image pickup signal from the solid-state image pickup device 1 according to the first embodiment. A memory unit 92 such as a recording medium capable of recording data after processing a color image signal from the solid-state imaging device 91 for recording, and a predetermined signal for displaying the color image signal from the solid-state imaging device 91 The display unit 93 such as a liquid crystal display device that can be displayed on a display screen such as a liquid crystal display screen after processing, and the color image signal from the solid-state imaging device 91 can be subjected to communication processing after predetermined signal processing for communication. A communication unit 94 such as a transmission / reception device, and a printer that can perform print processing after performing a predetermined print signal processing for color image signals from the solid-state imaging device 91 for printing. And an image output unit 95. The electronic information device 90 is not limited to this, but in addition to the solid-state imaging device 91, at least one of a memory unit 92, a display unit 93, a communication unit 94, and an image output unit 95 such as a printer. You may have.
この電子情報機器90としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置(PDA)などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。 As described above, the electronic information device 90 includes, for example, a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera, an in-vehicle camera such as a surveillance camera, a door phone camera, and an in-vehicle rear surveillance camera, and a video phone camera. An electronic device having an image input device such as an image input camera, a scanner device, a facsimile device, a camera-equipped mobile phone device, and a portable terminal device (PDA) is conceivable.
したがって、本実施形態3によれば、この固体撮像装置91からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部95により良好にプリントアウト(印刷)したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部92に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。 Therefore, according to the third embodiment, based on the color image signal from the solid-state imaging device 91, it can be displayed on the display screen, or can be printed out on the paper by the image output unit 95. (Printing), communicating this as communication data in a wired or wireless manner, performing a predetermined data compression process in the memory unit 92 and storing it in a good manner, or performing various data processings satisfactorily Can do.
なお、本実施形態1では、水平分割方式は水平3分割方式で説明したが、これに限らず、垂直レジスタから水平レジスタへの電荷転送の読み出しを2回、4回または5回に分けて周期的に行う水平2分割方式、水平4分割方式または水平5分割方式であってもよく、さらに、それ以上の水平複数分割方式であってもよい。 In the first embodiment, the horizontal division method is described as the horizontal three division method. However, the present invention is not limited to this, and reading of charge transfer from the vertical register to the horizontal register is divided into two, four, or five times. Alternatively, the horizontal division method, the horizontal division method, the horizontal division method, or the horizontal division method may be used.
即ち、水平転送ゲートから3番目に近い3列周期の3個の垂直転送ゲート13A〜13Cにそれぞ列方向先頭の各信号電荷が一端保持され、水平転送ゲートから2番目に近い3列周期の3個の垂直転送ゲート14A〜14Cを順次選択することによって、水平転送ゲートから最も近い一つの垂直転送ゲート15に信号電荷を順次読み出させるようになっている場合について説明したが、これに限らず、水平転送ゲートから3番目に近いn(nは複数)列周期のn個の垂直転送ゲートにそれぞ列方向先頭の各信号電荷が一端保持され、水平転送ゲートから2番目に近いn列周期のn個の垂直転送ゲートを順次選択することによって、水平転送ゲートから最も近い一つの垂直転送ゲートに信号電荷を順次読み出させるようになっている場合であっても、水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ水平転送ゲートから2番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待期時間を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間t0よりも長く設定して、信号電荷が完全に転送し終わるようにした本発明を適用することができる。 That is, each of the three vertical transfer gates 13A to 13C having a period of three columns closest to the horizontal transfer gate holds one end of each signal charge in the column direction, and has a period of three columns closest to the horizontal transfer gate. Although the case where the signal charges are sequentially read from the horizontal transfer gate to the one vertical transfer gate 15 by sequentially selecting the three vertical transfer gates 14A to 14C has been described, the present invention is not limited thereto. First, each signal charge at the head in the column direction is held once by n vertical transfer gates of the n (n is a plurality) column period that is the third closest to the horizontal transfer gate, and the n columns that are the second closest to the horizontal transfer gate. This is the case where the signal charges are sequentially read out from the horizontal transfer gate to the one vertical transfer gate by sequentially selecting n vertical transfer gates with a period. The waiting time when the vertical transfer clock of the vertical transfer gate of the vertical register adjacent to the horizontal transfer gate of the horizontal register is at the middle potential and the vertical transfer clock of the second vertical transfer gate closest to the horizontal transfer gate is at the low potential. Is set longer than the switching time t0 of the vertical transfer clock of the normal pixel portion, and the present invention can be applied so that the signal charge is completely transferred.
以上のように、本発明の好ましい実施形態1、2を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1、2に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1、2の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention was illustrated using preferable Embodiment 1, 2 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1,2. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge, from the description of specific preferred embodiments 1 and 2 of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびこの固体撮像素子の駆動方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、水平分割方式CCDの画質を向上させる駆動方法であって、VCCDからHCCDへの電荷転送を効率的に駆動しかつ、スチルモードや動画モードでの縦線を防止できて、高画質な映像を得ることができる。 The present invention relates to a solid-state imaging device composed of a semiconductor element that photoelectrically converts and captures image light from a subject, a method for driving the solid-state imaging device, and, for example, a digital that uses this solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit. In the field of digital information cameras such as video cameras and digital still cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, mobile phone devices with cameras, etc. This is a driving method for improving the image quality, which can efficiently drive the charge transfer from the VCCD to the HCCD and prevent vertical lines in the still mode and the moving image mode, thereby obtaining a high-quality image.
1 固体撮像素子
2 オプティカルブラック部の垂直転送ゲート
13A〜13C、14A〜14C、15 加算部の垂直転送ゲート
H1、H2 水平転送ゲート
φH 水平転送クロック
V13A〜V13C、V14A〜V14C、V15 垂直転送クロック
M ミドル電位(中間電位)
L ロー電位(低電位)
H ハイレベル電位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state image sensor 2 Vertical transfer gate of optical black part 13A-13C, 14A-14C, 15 Vertical transfer gate of addition part H1, H2 Horizontal transfer gate φH Horizontal transfer clock V13A-V13C, V14A-V14C, V15 Vertical transfer clock M Middle potential (intermediate potential)
L Low potential (low potential)
H High level potential
Claims (13)
該水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する該垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ該水平転送ゲートから2番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待期時間を通常画素部の垂直転送クロックの切り替わり時間よりも長く構成している固体撮像素子。 In a horizontal division type solid-state imaging device that periodically reads out charge transfer from a vertical register to a horizontal register in multiple times,
The waiting period when the vertical transfer clock of the vertical transfer gate of the vertical register adjacent to the horizontal transfer gate of the horizontal register is at the middle potential and the vertical transfer clock of the vertical transfer gate closest to the horizontal transfer gate is at the low potential A solid-state imaging device in which the time is configured to be longer than the switching time of the vertical transfer clock of the normal pixel unit.
該水平レジスタの水平転送ゲートに隣接する該垂直レジスタの垂直転送ゲートの垂直転送クロックがミドル電位で且つ該水平転送ゲートから2番目に近い垂直転送ゲートの垂直転送クロックがロー電位のときの待期時間を通常画素の垂直転送クロックの切り替わり時間よりも長くする固体撮像素子の駆動方法。 In a method for driving a solid-state imaging device having a horizontal division system that periodically reads out charge transfer from a vertical register to a horizontal register in a plurality of times,
The waiting period when the vertical transfer clock of the vertical transfer gate of the vertical register adjacent to the horizontal transfer gate of the horizontal register is at the middle potential and the vertical transfer clock of the vertical transfer gate closest to the horizontal transfer gate is at the low potential A method of driving a solid-state imaging device, wherein the time is longer than the switching time of the normal pixel vertical transfer clock.
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