JP2000050168A - Full-frame transfer type solid-state image pickup device and its driving method - Google Patents

Full-frame transfer type solid-state image pickup device and its driving method

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JP2000050168A
JP2000050168A JP10215728A JP21572898A JP2000050168A JP 2000050168 A JP2000050168 A JP 2000050168A JP 10215728 A JP10215728 A JP 10215728A JP 21572898 A JP21572898 A JP 21572898A JP 2000050168 A JP2000050168 A JP 2000050168A
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JP
Japan
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signal charges
pixels
imaging device
full
image area
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Kenichi Kondo
健一 近藤
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize AF(automatic focusing), AE(automatic iris) due to an outputted signal of an imaging device itself without degrading release time lag characteristics and to further prevent the degradation of the AE and AF characteristics when an object with low luminance is photographed in a digital camera with a full-frame transfer type CCD imaging device. SOLUTION: This device is constituted by providing a storage area 2 to store an optional column in (n) columns of an image area 1 so that rows about a several percent of (n) are stored. Furthermore, the device is provided with a horizontal CCD(HCCD) 3 to receive signal electric charges which are photoelectrically converted by the image area 1 column by column and to output them to an output amplifier 4, an output amplifier to convert the signal electric charges of each pixel, to be transferred from the HCCD 3 into voltage signals and a horizontal drain 5 to sweep off unnecessary electric charges to be formed by holding it between the HCCD 3 and a channel stop.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主に多画素で高感
度が要求される静止画撮影用デジタルカメラに用いられ
るフルフレームトランファー型固体撮像装置及びその駆
動方法に関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a full frame transfer type solid-state image pickup device mainly used for a digital camera for photographing a still image requiring high sensitivity with a large number of pixels and a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピュータで画像を扱う用途が
飛躍的に増大している。ここで、コンピュータに画像を
取り込むためのデジタルカメラの製品化が活発になって
いる。このようなデジタルカメラに使用する固体撮像素
子としては、インターライントランスファ型CCD、フ
レームトランスファ型CCD撮像素子、フルフレームト
ランスファ型CCD撮像素子が主に用いられる。このう
ち、フルフレーム型CCDは多画素で高感度が要求され
る静止画撮影用デジタルカメラに用いられることが多
く、大面積参画素センサーとしての用途に供される。
2. Description of the Related Art In recent years, applications for handling images on a computer have been dramatically increased. Here, the commercialization of digital cameras for capturing images into computers has become active. As a solid-state imaging device used in such a digital camera, an interline transfer CCD, a frame transfer CCD imaging device, and a full frame transfer CCD imaging device are mainly used. Of these, full-frame CCDs are often used in digital cameras for photographing still images that require high sensitivity with multiple pixels, and are used for applications as large area reference pixel sensors.

【0003】このようなデジタルカメラの発展動向とし
て、静止画像を扱うカメラは多画素化への方向性をより
鮮明にしており、通常、動画像用カメラの撮像素子の画
素数が25万から40万画素であるのに対し、70万画
素を超える撮像素子を搭載するカメラが多く実用化され
てきており、更にメガピクセル、例えば、100万画
素、150万画素、200万画素、400万画素、60
0万画素といった高画素撮像素子を用いたカメラも製品
化されるに至っている。このようにセンサの多画素化が
進むことにより、CCDの製品動向が二つの方向に分か
れつつある。
As a development trend of such digital cameras, cameras handling still images have sharpened the direction to increase the number of pixels, and the number of pixels of an image sensor of a moving image camera is usually 250,000 to 40,000. Many pixels, whereas many cameras equipped with an imaging element exceeding 700,000 pixels have been put into practical use, further mega pixels, for example, 1 million pixels, 1.5 million pixels, 2 million pixels, 4 million pixels, 60
Cameras using a high-pixel image sensor such as 100,000 pixels have also been commercialized. As the number of pixels of the sensor increases, the trend of CCD products is being divided into two directions.

【0004】その一方は撮像エリアの面積を広げないで
画素数のみを増やす方向であり、この方向では画素サイ
ズの低面積化にともなう感度低下を減少することが課題
となる。インターライン型CCD撮像素子は、多くこの
方向に進んでいる。他方で、多画素と同時に高感度も要
求する方向があり、従来の銀塩スチールカメラの置換え
としてデジタルスチールカメラを求めるものである。こ
の方面のニーズにはインターライン型CCD撮像素子よ
りも工程が簡単であるフルフレームトランスファ型CC
D撮像素子が多く用いられる。
One is to increase the number of pixels without increasing the area of the image pickup area. In this direction, it is a problem to reduce the decrease in sensitivity due to the reduction in pixel size. Many interline CCD imaging devices are moving in this direction. On the other hand, there is a direction in which high sensitivity is required at the same time as a large number of pixels, and a digital still camera is required as a replacement for the conventional silver halide still camera. In this area, full-frame transfer type CCs are simpler in process than inter-line type CCD image sensors.
D imaging devices are often used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
高画素センサにおいては以下の問題がある。従来の27
万画素から60万画素程度のCCDでは、通常、オート
フォーカス(AF)の方法としては、レンズのフォーカ
スをスキャンしながら通常CCDをビデオ同様にムービ
ー駆動を行い、これにより読み出されるフレーム画像信
号の高周波成分の出力レベルがピークとなるフォーカス
位置の検出を行うテレビオートフォーカス(TV−A
F)制御が行われ、露出制御としては、フレーム画像信
号の特定領域の画像信号の積分値が適正値となるよう絞
り、あるいはをシャッター秒時を制御するオートアイリ
ス(AE)制御を行うことが多くなされている。しか
し、メガピクセルのセンサでは全画素の読み出しの時間
が長くなり、このような読み出しを行うことでなされる
AF,AEは極めて長い時間を要し、このため、カメラ
のレリーズタイムラグは実用上許容し難いほどに長くな
る。このためこのようなメガピクセルのセンサをもつデ
ジタルスチールカメラは、センサのイメージ領域中の必
要とされる領域のみの信号電荷の読み出しを繰り返すこ
とができるようにすることが必要となる。
However, the above high pixel sensor has the following problems. Conventional 27
In the case of a CCD having about 10,000 to 600,000 pixels, usually, as a method of autofocus (AF), a movie is driven in the same manner as a video while normally scanning a focus of a lens, and a high frequency of a frame image signal to be read out is read. TV auto focus (TV-A) that detects the focus position where the output level of the component peaks
F) Control is performed, and as the exposure control, auto iris (AE) control for controlling the aperture or the shutter time so that the integral value of the image signal of the specific area of the frame image signal becomes an appropriate value is often performed. It has been done. However, in the case of a megapixel sensor, the readout time of all pixels is long, and AF and AE performed by performing such readout require an extremely long time. Therefore, the release time lag of the camera is practically acceptable. It will be too long. Therefore, a digital still camera having such a megapixel sensor needs to be able to repeatedly read out signal charges only in a required area in an image area of the sensor.

【0006】さて、上記したように、メガピクセル高感
度撮像素子としては通常フルフレームトランスファ型C
CD撮像素子が用いられる。しかしながら、この撮像素
子は電荷読み出し時に入射光を遮断するためのシャッタ
ーを閉じておくことが必須であり、全領域、または特定
部分領域の繰り返し(動画的)読み出しを行うことは極
めて困難となる。このため、通常、この撮像素子を有す
るデジタルスチールカメラは撮影用の撮像素子とは別に
AFのためのラインセンサとAEのための測光センサを
持つことになる。
As described above, a full-frame transfer type C is usually used as a megapixel high-sensitivity image sensor.
A CD imaging device is used. However, in this image sensor, it is essential to close a shutter for blocking incident light at the time of reading charges, and it is extremely difficult to repeatedly (movingly read) the entire area or a specific partial area. For this reason, a digital still camera having this image sensor usually has a line sensor for AF and a photometric sensor for AE separately from the image sensor for photographing.

【0007】本発明は以上の問題点を鑑みてなされたも
のであり、高画素CCD、特に、フルフレームトランス
ファ型CCD撮像素子の特定部分の繰り返し読み出しを
可能とする構造と駆動方法を提供し、これにより、従来
のフルフレームトランスファ型CCD撮像素子を有する
デジタルカメラでは極めて困難であった、撮像素子自身
の出力信号によるAF,AEをレリーズタイムラグ特性
を劣化させることなく実現することを目的とする。ま
た、低輝度被写体の撮影時のAE,AF特性の劣化を防
止することも目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a structure and a driving method which enable repeated reading of a specific portion of a high pixel CCD, particularly a full frame transfer type CCD image pickup device. Accordingly, an object of the present invention is to realize AF and AE by an output signal of the image sensor itself without deteriorating the release time lag characteristic, which was extremely difficult with a digital camera having a conventional full frame transfer type CCD image sensor. Another object is to prevent AE and AF characteristics from deteriorating when a low-luminance subject is photographed.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明のフルフレームト
ランファー型固体撮像装置(以下、単に撮像装置と記
す。)は、結像された被写体の光情報を信号電荷に変換
し蓄積すると共に各画素の信号電荷を垂直方向に転送す
る複数の垂直光電変換素子を有するイメージ領域と、前
記イメージ領域から転送される信号電荷のうち、任意の
一部領域の画素に対応する信号電荷のみを蓄積可能とす
るストレージ領域と、前記ストレージ領域より転送され
る信号電荷を水平方向に転送して1ラインずつ読み出す
ための水平光電変換素子とを備える。
SUMMARY OF THE INVENTION A full-frame transfer type solid-state imaging device (hereinafter simply referred to as an imaging device) of the present invention converts optical information of an imaged subject into signal charges, accumulates the signals, and stores each signal. An image area having a plurality of vertical photoelectric conversion elements for transferring pixel signal charges in the vertical direction, and among signal charges transferred from the image area, only signal charges corresponding to pixels in an arbitrary partial area can be stored And a horizontal photoelectric conversion element for transferring the signal charges transferred from the storage region in the horizontal direction and reading out one line at a time.

【0009】本発明の撮像装置の一態様においては、前
記ストレージ領域の各画素の電荷蓄積容量が、前記イメ
ージ領域の画素の電荷蓄積容量よりも大きい。
In one aspect of the imaging device of the present invention, the charge storage capacity of each pixel in the storage area is larger than the charge storage capacity of a pixel in the image area.

【0010】本発明の撮像装置の一態様においては、前
記イメージ領域及び前記ストレージ領域の各々に駆動電
極が設けられている。
In one aspect of the imaging apparatus of the present invention, a drive electrode is provided in each of the image area and the storage area.

【0011】本発明の撮像装置の一態様においては、前
記任意の一部領域は、前記イメージ領域内の複数の領域
である。
In one aspect of the imaging apparatus of the present invention, the arbitrary partial area is a plurality of areas in the image area.

【0012】本発明の撮像装置の一態様においては、前
記任意の一部領域が異なるように、前記ストレージ領域
が繰り返し動作する。
In one aspect of the imaging apparatus of the present invention, the storage area operates repeatedly so that the arbitrary partial area differs.

【0013】本発明の撮像装置の一態様においては、前
記ストレージ領域は、前記イメージ領域から転送される
信号電荷のうち、任意の隣接する少なくとも2ラインの
画素に対応する信号電荷を蓄積する。
In one aspect of the imaging apparatus of the present invention, the storage area stores signal charges corresponding to pixels of at least two adjacent lines among signal charges transferred from the image area.

【0014】本発明の撮像装置の一態様においては、任
意の隣接する少なくとも2ラインの画素に対応する信号
電荷の加算が、前記ストレージ領域の前記イメージ領域
に隣接する最初段で行われる。
In one aspect of the imaging apparatus of the present invention, the addition of signal charges corresponding to pixels of at least two adjacent lines is performed in a first stage of the storage area adjacent to the image area.

【0015】本発明の撮像装置の一態様においては、任
意の隣接する少なくとも2ラインの画素に対応する信号
電荷の加算が、前記水平光電変換素子で行われる。
In one aspect of the image pickup apparatus of the present invention, the addition of signal charges corresponding to pixels on at least two adjacent lines is performed by the horizontal photoelectric conversion element.

【0016】本発明の撮像装置の一態様は、前記イメー
ジ領域は、前記各垂直光電変換素子に隣接する信号電荷
掃き捨てのためのドレインと、前記垂直光電変換素子と
前記ドレインとの間に設けられ、電圧制御により高さが
可変とされたバリアとを更に有する。
In one aspect of the image pickup apparatus of the present invention, the image area is provided between a drain adjacent to each of the vertical photoelectric conversion elements and for draining off signal charges, and between the vertical photoelectric conversion element and the drain. And a barrier whose height is made variable by voltage control.

【0017】本発明の撮像装置の一態様においては、前
記バリアの高さは、前記イメージ領域の全画素の信号電
荷を読み出す時と、前記イメージ領域の任意の一部領域
の画素に対応する信号電荷のみを読み出す時とで異なる
ように制御される。
In one aspect of the image pickup apparatus of the present invention, the height of the barrier is determined when the signal charges of all the pixels in the image area are read and the height of the signal corresponding to the pixels in an arbitrary partial area of the image area. Control is performed differently when reading out only the electric charge.

【0018】本発明の撮像装置の一態様は、前記垂直光
電変換素子の前段に入射光を遮断するシャッターを有
し、前記シャッターは、前記イメージ領域の全画素の信
号電荷を読み出す時には遮光のために閉じられ、前記イ
メージ領域の任意の一部領域の画素に対応する信号電荷
のみを読み出す時には開かれるように構成されており、
前記バリアの高さが、前記垂直光電変換素子の飽和電荷
量が前記全画素の信号電荷の読み出し時の方が前記任意
の一部領域の画素に対応する信号電荷のみの読み出し時
より大きくなるように制御される。
One embodiment of the image pickup apparatus according to the present invention has a shutter in front of the vertical photoelectric conversion element for blocking incident light, and the shutter is used to shield light when reading signal charges of all pixels in the image area. It is configured to be closed when reading out only signal charges corresponding to pixels in an arbitrary part of the image area,
The height of the barrier is such that the saturation charge amount of the vertical photoelectric conversion element is larger when reading out the signal charges of all the pixels than when reading out only the signal charges corresponding to the pixels in the arbitrary partial region. Is controlled.

【0019】本発明の撮像装置の一態様においては、前
記ストレージ領域は、前記イメージ領域から転送される
任意の一部領域の画素に対応する信号電荷をそのまま
か、又は前記信号電荷に前記一部領域の画素の前後の少
なくとも1画素に対応する信号電荷を加算して蓄積し、
画素の加算数に応じて、前記バリアの高さを変える。
In one aspect of the image pickup apparatus of the present invention, the storage area may be a signal charge corresponding to a pixel in an arbitrary partial area transferred from the image area, or may be the signal charge. Adding and accumulating signal charges corresponding to at least one pixel before and after a pixel in the region;
The height of the barrier is changed according to the number of pixels to be added.

【0020】本発明の撮像装置の一態様においては、前
記バリアの高さは、前記垂直光電変換素子の飽和電荷量
が前記加算数に反比例するように調整される。
In one aspect of the imaging device of the present invention, the height of the barrier is adjusted such that the amount of saturated charge of the vertical photoelectric conversion element is inversely proportional to the number of additions.

【0021】本発明の撮像装置の駆動方法は、結像され
た被写体の光情報を信号電荷に変換し蓄積すると共に各
画素の信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直光電変
換素子を有するイメージ領域から転送される信号電荷の
うち、任意の一部領域の画素に対応する信号電荷のみを
ストレージ領域に蓄積可能とし、水平光電変換素子によ
って前記ストレージ領域から転送される信号電荷を水平
方向に転送して1ラインずつ読み出す。
According to the method of driving an image pickup apparatus of the present invention, an image having a plurality of vertical photoelectric conversion elements for converting optical information of an imaged subject into signal charges and storing the signal charges and transferring the signal charges of each pixel in a vertical direction is provided. Of the signal charges transferred from the region, only the signal charges corresponding to the pixels in an arbitrary partial region can be stored in the storage region, and the signal charges transferred from the storage region are horizontally transferred by the horizontal photoelectric conversion element. And read out one line at a time.

【0022】本発明の撮像装置の駆動方法の一態様にお
いては、前記ストレージ領域の各画素の電荷蓄積容量
を、前記イメージ領域の画素の電荷蓄積容量よりも大き
くする。
In one aspect of the driving method of the image pickup apparatus according to the present invention, the charge storage capacity of each pixel in the storage area is made larger than the charge storage capacity of the pixel in the image area.

【0023】本発明の撮像装置の駆動方法の一態様にお
いては、前記任意の一部領域を、前記イメージ領域内の
複数の領域とする。
In one aspect of the driving method of the imaging apparatus according to the present invention, the arbitrary partial area is a plurality of areas in the image area.

【0024】本発明の撮像装置の駆動方法の一態様にお
いては、前記任意の一部領域が異なるように、前記スト
レージ領域を繰り返し動作させる。
In one aspect of the driving method of the image pickup apparatus of the present invention, the storage area is repeatedly operated so that the arbitrary partial area is different.

【0025】本発明の撮像装置の駆動方法の一態様にお
いては、前記イメージ領域から転送される信号電荷のう
ち、任意の隣接する少なくとも2ラインの画素に対応す
る信号電荷を前記ストレージ領域に蓄積させる。
In one aspect of the driving method of the image pickup apparatus according to the present invention, of the signal charges transferred from the image area, signal charges corresponding to pixels of at least two adjacent lines are stored in the storage area. .

【0026】本発明の撮像装置の駆動方法の一態様にお
いては、任意の隣接する少なくとも2ラインの画素に対
応する信号電荷の加算を、前記ストレージ領域の前記イ
メージ領域に隣接する最初段で行う。
In one aspect of the driving method of the image pickup apparatus according to the present invention, the addition of signal charges corresponding to pixels of at least two adjacent arbitrary lines is performed in a first stage of the storage area adjacent to the image area.

【0027】本発明の撮像装置の駆動方法の一態様にお
いては、任意の隣接する少なくとも2ラインの画素に対
応する信号電荷の加算を、前記水平光電変換素子で行
う。
In one embodiment of the driving method of the image pickup apparatus according to the present invention, the horizontal photoelectric conversion elements add signal charges corresponding to pixels of at least two adjacent lines.

【0028】本発明の撮像装置の駆動方法の一態様にお
いては、前記垂直光電変換素子と前記各垂直光電変換素
子に隣接する信号電荷掃き捨てのためのドレインとの間
に設けられ、電圧制御により高さが可変とされたバリア
を用いて、前記バリアの高さを、前記イメージ領域の全
画素の信号電荷を読み出す時と、前記イメージ領域の任
意の一部領域の画素に対応する信号電荷のみを読み出す
時とで異なるように制御する。
In one aspect of the driving method of the image pickup apparatus according to the present invention, the driving circuit is provided between the vertical photoelectric conversion element and a drain adjacent to each of the vertical photoelectric conversion elements for sweeping out signal charges. Using a variable-height barrier, the height of the barrier is determined by reading the signal charges of all the pixels in the image area, and only the signal charges corresponding to pixels in an arbitrary part of the image area. Is controlled so as to be different from the time of reading.

【0029】本発明の撮像装置の駆動方法の一態様にお
いては、前記イメージ領域の全画素の信号電荷を読み出
す時には遮光のために閉じられ、前記イメージ領域の任
意の一部領域の画素に対応する信号電荷のみを読み出す
時には開かれるように構成されたシャッターを用いて、
前記バリアの高さを、前記垂直光電変換素子の飽和電荷
量が前記全画素の信号電荷の読み出し時の方が前記任意
の一部領域の画素に対応する信号電荷のみの読み出し時
より大きくなるように制御する。
In one embodiment of the driving method of the image pickup apparatus according to the present invention, when reading out the signal charges of all the pixels of the image area, the signal charges are closed for light shielding and correspond to pixels of an arbitrary partial area of the image area. When reading only the signal charge, use a shutter that is configured to be opened,
The height of the barrier is such that the amount of saturation charge of the vertical photoelectric conversion element is larger when reading out signal charges of all the pixels than when reading out only signal charges corresponding to pixels in the arbitrary partial region. To control.

【0030】本発明の撮像装置の駆動方法の一態様にお
いては、前記垂直光電変換素子と前記各垂直光電変換素
子に隣接する信号電荷掃き捨てのためのドレインとの間
に設けられ、電圧制御により高さが可変とされたバリア
を用いて、前記ストレージ領域に、前記イメージ領域か
ら転送される任意の一部領域の画素に対応する信号電荷
をそのままか、又は前記信号電荷に前記一部領域の画素
の前後の少なくとも1画素に対応する信号電荷を加算し
て蓄積し、画素の加算数に応じて、前記バリアの高さを
変える。
In one embodiment of the driving method of the image pickup apparatus according to the present invention, the driving circuit is provided between the vertical photoelectric conversion element and a drain adjacent to each of the vertical photoelectric conversion elements for sweeping out signal charges, and is controlled by voltage control. Using a barrier with a variable height, the storage area may be used as it is for the signal charges corresponding to the pixels of any partial area transferred from the image area, The signal charges corresponding to at least one pixel before and after the pixel are added and accumulated, and the height of the barrier is changed according to the number of added pixels.

【0031】本発明の撮像装置の駆動方法の一態様にお
いては、前記バリアの高さを、前記垂直光電変換素子の
飽和電荷量が前記加算数に反比例するように調整する。
In one aspect of the driving method of the image pickup apparatus according to the present invention, the height of the barrier is adjusted so that the saturation charge of the vertical photoelectric conversion element is inversely proportional to the number of additions.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて詳細に説明する。図1は本実施形態の主要
構成要素であるフルフレームトランスファ型CCD撮像
素子(以下、本例の撮像素子と記す。)の構造図であ
る。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a structural diagram of a full frame transfer type CCD image pickup device (hereinafter, referred to as an image pickup device of the present example) which is a main component of the present embodiment.

【0033】1は、m行×n列(以下、縦の並びを列、
横の並びを行)画素のイメージ領域であり、フレームト
ランスファ型CCD撮像素子でも同様に、感光するn本
の垂直CCD(VCCD)により構成される。ここで、
VCCDは通常、2〜4相駆動、あるいはバーチャルフ
ェーズのような疑似1相駆動CCDが構成されるが、前
者は画素部全面をポリシリコンゲートが覆うこととな
り、青領域の波長の光に対する感度が悪くなる。バーチ
ャルフェーズの場合、転送のためのクロックゲートは1
相分でよく、バーチャルケート部分はゲート電極が存在
しないために青領域の波長の光を充分に吸収し電荷に変
換することが可能となる。また、バーチャルフェーズは
駆動のためのパルスが少なく、動作させるのが簡単であ
る。以下、本発明のセンサは、便宜上バーチャルフェー
ズCCDで説明を進める。この領域のCCDの転送のた
めのパルスがφVIである。
1 is m rows × n columns (hereinafter, a vertical arrangement is a column,
An image area of pixels in the horizontal arrangement is also constituted by n vertical CCDs (VCCDs) that are exposed in a frame transfer type CCD image sensor. here,
The VCCD is generally configured as a two- or four-phase drive or a quasi-one-phase drive CCD such as a virtual phase. In the former, a polysilicon gate covers the entire pixel portion, and the sensitivity to light having a wavelength in the blue region is reduced. become worse. In the case of the virtual phase, the clock gate for the transfer is 1
Since the virtual gate portion does not have a gate electrode, the virtual gate portion can sufficiently absorb light having a wavelength in the blue region and convert it into electric charge. In addition, the virtual phase has a small number of driving pulses and is easy to operate. Hereinafter, the sensor of the present invention will be described using a virtual phase CCD for convenience. A pulse for the CCD transfer in this area is φVI.

【0034】2は、イメージ領域1のn列中の任意の列
を蓄積するためのストレージ領域である。oはnの数パ
ーセント程度の行が蓄積できるように構成される。した
がって、このメモリ部による撮像素子のチップ面積の増
加分は極めて微量である。この領域のCCDの転送のた
めのパルスがΦVSである。そして、この領域には上部
に遮光のためのアルミ層が形成される。
Reference numeral 2 denotes a storage area for storing an arbitrary column in the n columns of the image area 1. o is configured such that rows of about several percent of n can be stored. Therefore, the increase in the chip area of the image sensor due to the memory unit is extremely small. The pulse for the CCD transfer in this area is ΦVS. In this region, an aluminum layer for shielding light is formed on the upper portion.

【0035】3は、イメージ領域1で光電変換された信
号電荷の一行ずつを受け取り出力アンプ4に出力するた
めの水平CCD(HCCD)であり、ΦSはこのHCC
D3の転送パルスである。
Reference numeral 3 denotes a horizontal CCD (HCCD) for receiving each row of signal charges photoelectrically converted in the image area 1 and outputting the received signal charges to an output amplifier 4.
D3 is a transfer pulse.

【0036】4はHCCD3から転送されてくる各画素
の信号電荷を電圧信号に変換するための出力アンプであ
り、通常フローティングディフュージョンアンプで構成
される。
Reference numeral 4 denotes an output amplifier for converting the signal charge of each pixel transferred from the HCCD 3 into a voltage signal, and is usually constituted by a floating diffusion amplifier.

【0037】5は、HCCD3と不図示のチャネルスト
ップ(ドレインバリア)を挟んで形成される不要電荷の
掃き捨てのための水平ドレインであり、部分読み出し時
における不要領域画素の信号電荷はHCCD3からチャ
ネルストップを越えてこの水平ドレイン5に排出され
る。
Reference numeral 5 denotes a horizontal drain formed between the HCCD 3 and a channel stop (drain barrier) (not shown) for sweeping out unnecessary charges. Signal charges of unnecessary area pixels at the time of partial readout are transferred from the HCCD 3 to the channel. The liquid is discharged to the horizontal drain 5 beyond the stop.

【0038】なお、HCCD3と水平ドレイン5の間の
ドレインバリア上に電極を設け、これに与える電圧を変
えることで不要電荷の掃き捨てを効率的にすることもな
される。
An electrode is provided on the drain barrier between the HCCD 3 and the horizontal drain 5, and the voltage applied to the electrode is changed to make it possible to efficiently sweep out unnecessary charges.

【0039】基本的に、この構成は通常のフルフレーム
トランスファ型CCD撮像素子に僅かのストレージ領域
を設けたものであり、これにより任意の場所の部分読み
出しが可能となる。
Basically, in this configuration, a small storage area is provided in a normal full frame transfer type CCD image pickup device, so that partial reading can be performed at an arbitrary place.

【0040】図12にイメージ領域の画素構造を示す。
図12(a)は上部からみた平面図であり、図12
(b)はI−I’断面の構造とポテンシャルプロフィー
ルである。
FIG. 12 shows the pixel structure of the image area.
FIG. 12A is a plan view seen from above, and FIG.
(B) is the structure and potential profile of the II ′ cross section.

【0041】201は、光透過性のあるポリシリコンで
形成されるクロックゲート電極であり、このクロックゲ
ート電極201下の半導体表面がクロックフェーズ領域
である。クロックフェーズ領域はイオンの打ち込みによ
り2領域に分けられ、一方がクロックバリア領域202
であり、他方がクロックバリアよりもポテンシャルが高
くなるようにイオンを打ち込むことで形成されるクロッ
クウエル領域203である。204は、半導体表面にP
+ 層を形成することでチャネルポテンシャルを固定する
ためのバーチャルゲートであり、この領域がバーチャル
フェーズ領域である。この領域もまた、P+ 層より深い
層にN型イオンを打ち込むことで2領域に分けられ、一
方がバーチャルバリア領域205、他方がバーチャルウ
エル領域206である。207は、電極と半導体の間に
設けられる酸化膜などによる絶縁層である。208は、
各VCCDのチャネルを分離するためのチャネルストッ
プである。
Reference numeral 201 denotes a clock gate electrode made of light transmissive polysilicon, and a semiconductor surface below the clock gate electrode 201 is a clock phase region. The clock phase region is divided into two regions by ion implantation, one of which is a clock barrier region 202.
The other is a clock well region 203 formed by implanting ions so as to have a higher potential than the clock barrier. 204 is P on the semiconductor surface.
This is a virtual gate for fixing a channel potential by forming a + layer, and this region is a virtual phase region. This region is also divided into two regions by implanting N-type ions into a layer deeper than the P + layer. One is a virtual barrier region 205 and the other is a virtual well region 206. Reference numeral 207 denotes an insulating layer such as an oxide film provided between the electrode and the semiconductor. 208 is
This is a channel stop for separating the channels of each VCCD.

【0042】なお、ここでは図示しなかったが、強い光
が入射した場合に電荷が隣接画素にあふれて擬似信号と
なるブルーミング現象の防止機能が付加される。その代
表的な方法は横形オーバーフロードレインを設ける方法
である。すなわち、各VCCDに接してN+ 層よりなる
ドレインが設けられ、オーバーフロードレインと電荷転
送チャネルとの問にはオーバーフロードレインバリアが
設けられる。オーバーフロードレインバリアの高さを超
える電荷はドレインに掃き捨てられることになるのであ
る。ドレインバリアの高さはイオンの打ち込みにより固
定されるか、オーバーフロードレインバリア上に電極
(オーバードレインバリア電極)を構成することで、ド
レイン電極に加える電圧(VOD)の値の制御によりド
レインバリアの高さを変えるようにされる(以下ではオ
ーバーフロードレイン電極を有する撮像素子で説明を進
める。)。
Although not shown here, a function of preventing a blooming phenomenon in which electric charges overflow into adjacent pixels and generate a pseudo signal when strong light enters is added. A typical method is to provide a horizontal overflow drain. That is, a drain made of an N + layer is provided in contact with each VCCD, and an overflow drain barrier is provided between the overflow drain and the charge transfer channel. Charges that exceed the height of the overflow drain barrier will be swept to the drain. The height of the drain barrier is fixed by ion implantation, or by forming an electrode (over drain barrier electrode) on the overflow drain barrier, the height of the drain barrier is controlled by controlling the value of the voltage (VOD) applied to the drain electrode. (Hereinafter, the description will proceed with an imaging device having an overflow drain electrode.)

【0043】VCCDの転送は、クロック電極202に
任意のパルスを加えることでクロックフェーズ相のポテ
ンシャルをバーチャル層のポテンシャルに対して上下に
動かすことで電荷をHCCD3の方向へ転送する(図1
2(b)内において○で電荷の移動の概念を示す。)。
In the transfer of the VCCD, an electric charge is transferred in the direction of the HCCD 3 by applying an arbitrary pulse to the clock electrode 202 to move the potential of the clock phase up and down with respect to the potential of the virtual layer (FIG. 1).
In FIG. 2 (b), the concept of charge transfer is indicated by a circle. ).

【0044】以上はイメージ領域の画素構造であるが、
ストレージ領域の画素構造もこれに準ずる。但し、この
領域は、画素上部がアルミ遮光されているため、ブルー
ミングを防御する必要がないのでオーバーフロードレイ
ンは省かれる。HCCDもまた、バーチャルフェーズ構
造とされるがVCCDからの電荷を受け取り、かつそれ
を水平に転送することができるようにクロック相領域と
バーチャルフェーズ相領域のレイアウトを構成する。イ
メージ領域、ストレージ領域、HCCD領域の各画素の
電荷飽和量は、 イメージ領域<ストレージ領域<HCCD領域 (条件
1) とされる。これは、仮に各進行方向の領域の画素の電荷
飽和容量の方が小さくなっていると、進行方向の画素の
電荷飽和容量を超える電荷が転送残りの状態となって擬
似信号となることを防止するためである。通常、HCC
Dの電荷飽和容量はイメージ領域の電荷飽和容量の2倍
以上に設計される。イメージ領域とストレージ領域の画
素の電荷飽和容量の差は少なくしておくほうが、ストレ
ージ領域の面積を小さくできる。そして、センサ使用時
にイメージ領域の電荷飽和容量がストレージ領域の電荷
飽和容量よりも小さくなるように、イメージ領域のオー
バーフロードレイン電極の電圧値(VOD)をコントロ
ールすることでオーバープロパリアの障壁の高さをコン
トロールして調整される。これにより、確実に上記の条
件を実現することができ、イメージ領域とストレージ領
域で画素面積の差を大きくする必要はなくなる。
The above is the pixel structure of the image area.
The pixel structure of the storage area also follows this. However, in this region, since the upper part of the pixel is shielded from aluminum, it is not necessary to prevent blooming, so that the overflow drain is omitted. The HCCD also has a virtual phase structure, but arranges a layout of a clock phase region and a virtual phase phase region so that electric charges from the VCCD can be received and transferred horizontally. The charge saturation amount of each pixel in the image area, the storage area, and the HCCD area is as follows: image area <storage area <HCCD area (condition 1). This prevents the charge exceeding the charge saturation capacity of the pixels in the traveling direction from remaining in the remaining transfer state and becoming a pseudo signal if the charge saturation capacity of the pixels in the respective traveling directions is smaller. To do that. Usually HCC
The charge saturation capacity of D is designed to be at least twice the charge saturation capacity of the image area. The area of the storage area can be reduced by reducing the difference between the charge saturation capacities of the pixels in the image area and the storage area. Then, by controlling the voltage value (VOD) of the overflow drain electrode in the image area so that the charge saturation capacity of the image area becomes smaller than the charge saturation capacity of the storage area when the sensor is used, the height of the barrier of the overflow barrier is controlled. Is controlled and adjusted. As a result, the above condition can be reliably realized, and it is not necessary to increase the difference in pixel area between the image area and the storage area.

【0045】先ず、図1のCCD撮像素子を用いたデジ
タルカメラにおける通常読み出しを図2のタイミング図
を用いて説明する。図1のCCD撮像素子を用いた通常
の撮影では、最初、撮像素子の前面に設けられるメカニ
カルシャッターは閉じられており、ΦVI、ΦVS、Φ
Sに高速パルスを加え、かつ、このとき、VODはHC
CDの電荷がクリアドレイン6に掃き捨てられるように
開いておく(VODがハイレベル)ことでイメージ領
域、ストレージ領域の電荷を掃き捨てるクリア動作が行
われる(Tclear )。このときのΦVI、ΦVS、ΦS
のパルス数はVCCDの転送段数n+o以上のパルスが
加えられ、イメージ領域、ストレージ領域内の電荷をH
CCDをどうして、水平ドレイン及びフローティングデ
ィフュージョンアンプの先の水平ドレインに排出され
る。HCCDと水平ドレインの間にゲートが存する撮像
素子であれば、このクリア期間中のみゲートを開けるよ
うにしておけばより効率的な不要電荷排出を行うことが
できる。
First, normal reading in a digital camera using the CCD image pickup device of FIG. 1 will be described with reference to the timing chart of FIG. In the normal photographing using the CCD image pickup device of FIG. 1, the mechanical shutter provided on the front surface of the image pickup device is closed at first, and ΦVI, ΦVS, Φ
A high-speed pulse is applied to S, and at this time, VOD becomes HC
By opening the CD so that the electric charge of the CD is swept away by the clear drain 6 (VOD is at a high level), a clear operation of sweeping out the electric charge of the image area and the storage area is performed (Tclear). ΦVI, ΦVS, ΦS at this time
The number of pulses is equal to or greater than the number n + o of transfer stages of the VCCD, and charges in the image area and the storage area are changed to H
The CCD is discharged to the horizontal drain and the horizontal drain beyond the floating diffusion amplifier. If the image pickup device has a gate between the HCCD and the horizontal drain, the gate can be opened only during the clear period, whereby more efficient unnecessary charge discharge can be performed.

【0046】クリア動作が終了すると、直ちに、メカニ
カルシャッターは開かれ適正露光量を得るための時間に
達するとメカニカルシャッターはとじられる。この期間
を露光時間(または蓄積時間)とする(Tstorage )。
蓄積時間中VCCDは停止状態とされる(ΦVI,ΦV
Sはロウレベル)。
Immediately after the clear operation is completed, the mechanical shutter is opened, and when the time for obtaining an appropriate exposure amount has been reached, the mechanical shutter is closed. This period is defined as an exposure time (or accumulation time) (Tstorage).
During the accumulation time, the VCCD is stopped (ΦVI, ΦV
S is low level).

【0047】CCD撮像素子のセンサー面に入射する光
(センサー前面の結像レンズを通過してセンサー表面に
結像される像光)に応じて発生する信号電荷は各画素内
のバーチャルウエルに集積される。そして、オーバーフ
ロードレインバリアの障壁の高さをこえる電荷量になる
と、それ以上発生する電荷はオーバーフロードレインに
捨てられる。ストレージ領域は遮光されているので、各
画素は信号電荷のない空の状態である。
Signal charges generated in response to light incident on the sensor surface of the CCD image sensor (image light passing through the imaging lens in front of the sensor and being imaged on the sensor surface) are integrated in virtual wells in each pixel. Is done. Then, when the amount of charge exceeds the height of the overflow drain barrier, the charge generated further is discarded by the overflow drain. Since the storage area is shielded from light, each pixel is empty with no signal charge.

【0048】メカニカルシャッターが閉じられると、ま
ず、oライン分の垂直転送がなされる(Tcm)。この
動作によりイメージ領域の最初のライン(ストレージ領
域と隣接するライン)はストレージ領域の先頭(HCC
Dに隣接するライン)に転送される。この最初のライン
転送は連続的になされる。次にイメージ領域の最初のラ
インをHCCDに転送する前にHCCDを電荷クリアの
ために一度、HCCDの全段数分の転送をしておくこと
になる(Tch)。これにより先のイメージ領域、ストレ
ージ領域のクリア時(Tstorage )にHCCDに残った
不要電荷分とストレージ領域のクリア(Tcm)により
HCCDに集められたストレージ領域の暗電流分の電荷
が排出される。
When the mechanical shutter is closed, first, vertical transfer for o lines is performed (Tcm). By this operation, the first line of the image area (the line adjacent to the storage area) is moved to the head of the storage area (HCC
D). This first line transfer is performed continuously. Next, before the first line of the image area is transferred to the HCCD, the HCCD is transferred once for all the stages of the HCCD in order to clear the charges (Tch). As a result, unnecessary charges remaining in the HCCD at the time of clearing the image area and the storage area (Tstorage) and charges of the dark current of the storage area collected in the HCCD by clearing the storage area (Tcm) are discharged.

【0049】さて、ストレージ領域のクリア(これはイ
メージ領域の最初のラインの信号がHCCDに接するV
CCDの最終段まで進められる読み出しセット動作でも
ある。)、及び、HCCDのクリアが終了するとすぐ
に、イメージ領域の信号電荷は1ライン目から、順次H
CCDに転送され、逐次ライン毎の信号が読み出される
(Tread)。このようにして読み出された信号電荷はC
DS回路、アンプ回路、A/D変換回路よりなる前段処
理回路により、デジタル信号に変換されて画像信号処理
される。
Now, clear the storage area (this is because the signal of the first line in the image area is
This is also a read set operation that proceeds to the final stage of the CCD. ), And as soon as the HCCD clear is completed, the signal charges in the image area are sequentially changed to H from the first line.
The signal is transferred to the CCD, and the signal for each line is sequentially read (Tread). The signal charge read out in this way is C
The signal is converted into a digital signal by a pre-processing circuit including a DS circuit, an amplifier circuit, and an A / D conversion circuit, and the image signal is processed.

【0050】次に、本例の撮像素子を用いたデジタルカ
メラのAF,AEのための繰り返し部分読み出しについ
て図4以降を用いて説明する。通常、フルフレームトラ
ンスファ型CCD撮像素子は、転送時にはシャッターを
閉じておかなければならないことから、AF,AE用の
撮像素子を別に設ける。それに対して、このCCD撮像
素子では、シャッターを開放したままでイメージ領域の
一部分を繰り返し読み出すことができる。
Next, repetitive partial reading for AF and AE of a digital camera using the image pickup device of this embodiment will be described with reference to FIG. Normally, a full frame transfer type CCD image sensor requires a shutter to be closed at the time of transfer. Therefore, an image sensor for AF and AE is separately provided. On the other hand, in this CCD image pickup device, a part of the image area can be repeatedly read out with the shutter kept open.

【0051】先ず、イメージ領域内の任意の場所のoラ
イン(noライン)の信号電荷をストレージ領域に蓄積
し、かつ、蓄積する任意のoラインの前段のイメージ領
域(nf )の信号電荷を排出するためのo+nf ライン
分の電荷掃き捨てのための前段クリア転送が行われる
(Tcf)。これにより、前段クリアTcfの前の蓄積期間
(Ts )においてnoラインに蓄積された信号電荷はス
トレージ領域に蓄積される。その直後、HCCD内に残
る前段クリアTcfの残り電荷分を掃き捨てるHCCDの
クリアを行う(Tch)。この後、ストレージ領域のno
ラインの信号電荷は1ライン毎にHCCDに移され、逐
次出力アンプから読み出される(Tr )。続いて、no
ラインの信号の読み出しが終了すると撮像素子の全段の
クリア動作が行われる(Tcr)。そして、再び蓄積期間
Tsの後に、前段クリア動作、noライン信号読み出し
Tr、そして再び、全段クリアTcrが同様に繰り返され
る。
First, the signal charge of the o line (no line) at an arbitrary position in the image area is accumulated in the storage area, and the signal charge of the image area (nf) preceding the arbitrary o line to be accumulated is discharged. A pre-clear transfer for sweeping out the charge of the o + nf lines is performed (Tcf). As a result, the signal charges accumulated in the no line in the accumulation period (Ts) before the previous-stage clear Tcf are accumulated in the storage area. Immediately thereafter, the HCCD is cleared (Tch), which sweeps away the remaining charge of the previous clear Tcf remaining in the HCCD. After this, the storage area no
The signal charges of the lines are transferred to the HCCD line by line, and are sequentially read from the output amplifier (Tr). Then, no
When the reading of the line signal is completed, the clear operation of all stages of the image sensor is performed (Tcr). Then, after the accumulation period Ts again, the previous stage clear operation, the no line signal read Tr, and again the all stage clear Tcr are repeated in the same manner.

【0052】このようにして特定領域の信号のムービー
駆動が行われる最中、AFのためのフォーカスレンズは
少しずつ移動させられ、特定領域の信号の特定周波数帯
の信号レベルがピークに至る位置でフォーカスレンズを
止める、いわゆるテレビAF動作が行われる。もちろ
ん、テレビAF方式にこのようなCCD撮像素子の部分
読み出しが利用されるばかりではなく、CCD撮像素子
の前段に位相差レンズを設け、結像の位相差を測定する
ことでAFを行う位相差AFにも用いられる。そして、
これらのAFの読み出しのためには、イメージ領域内の
3個所程度を、例えば、第1回の1シーケンス(Tcr−
Ts −Tcf−Tr )でHCCD側、第2回目の1シーケ
ンスで中問位置、HCCD側、第3回の1シーケンスで
HCCDの逆側の信号を読み出し、この3段の読み出し
を繰り返すことで、3個所のピント位置の差を測定し、
重み付けをすることも行われる。また、AEのために
は、任意のnoラインの信号の積分値から露光条件を制
御することになる。
During the movie drive of the signal in the specific area, the focus lens for AF is moved little by little, and the signal level in the specific frequency band of the signal in the specific area reaches the peak. A so-called television AF operation for stopping the focus lens is performed. Of course, such a partial readout of the CCD image pickup device is not only used in the TV AF system, but also a phase difference lens is provided in front of the CCD image pickup device, and the phase difference for performing AF by measuring the phase difference of the image formation. Also used for AF. And
In order to read these AFs, about three places in the image area are read, for example, in the first sequence (Tcr-
Ts-Tcf-Tr), the signal on the HCCD side is read in one sequence of the second time, the signal on the opposite side of the HCCD is read in one sequence of the HCCD, and one sequence of the third time, and the reading of these three stages is repeated. Measure the difference between the three focus positions,
Weighting is also performed. For AE, the exposure condition is controlled from the integrated value of the signal of an arbitrary no line.

【0053】このようにすれば、本例の撮像素子におい
ては特定のnoラインのムービー駆動ができ、また、特
定ライン以外は高速に捨てることができるので短時問で
動作を完了する必要があるAF,AEを行うのに十分な
速度の駆動が可能となる。また、高速転送による、前段
クリアと必要信号電荷読み出し後の全段クリアをするこ
とで、必要なnoラインの信号のスミア成分は極めて少
なく、AF,AEのために問題とならないレベルに押さ
えられる。
In this way, in the image pickup device of this embodiment, movie driving of a specific no line can be performed, and other than the specific line can be discarded at a high speed, so that the operation needs to be completed in a short time. Driving at a speed sufficient for performing AF and AE becomes possible. In addition, by performing the pre-stage clearing and the all-stage clearing after reading the necessary signal charges by the high-speed transfer, the smear component of the signal of the required no line is extremely small, and is suppressed to a level that does not cause a problem due to AF and AE.

【0054】以上、部分読み出しの1サイクルの動作毎
で読み出し場所を変える方法を説明したが、1サイクル
で複数個所の信号を読み出す(ストレージ領域に蓄積)
することも可能である。たとえば、ストレージ領域にo
/2ラインを入れた直後、ストレージ領域の電極の電圧
をハイとしておき(すなわち、イメージ領域からの信号
電荷の転送を止める壁を作る)、次に必要なラインまで
の電荷をイメージ領域のVCCDの最終段のバーチャル
ウエルに転送するべく、次に必要な信号までの段数分の
パルスをイメージ領域の電極に加える。これにより、次
に必要な信号までの間の電荷は最終段のバーチャルウエ
ル転送され、オーバーフローバリアを越える電荷分はオ
ーバーフロードレインに排除される。
As described above, the method of changing the read location in each cycle of the partial read operation has been described. The signals at a plurality of locations are read in one cycle (accumulation in the storage area).
It is also possible. For example, o
Immediately after inserting the / 2 line, the voltage of the electrode in the storage area is set to high (that is, a wall for stopping the transfer of the signal charge from the image area is formed), and the charge up to the next required line is transferred to the VCCD of the image area. In order to transfer to the virtual well of the last stage, pulses for the number of stages up to the next required signal are applied to the electrodes in the image area. As a result, the charges until the next necessary signal are transferred to the virtual well in the final stage, and the charges exceeding the overflow barrier are removed to the overflow drain.

【0055】次に、イメージ領域及びストレージ領域に
それぞれ設けられた駆動電極に転送パルスとしてo/2
パルスを加えると、ストレージ領域には最初のo/2ラ
インの次に中間部のクリア残りの無効ライン後に第2の
領域の(o/2)一1ライン分の信号ラインの信号が蓄
積されることになる。更にこれを3領域取り込むのであ
れば、第2の信号の取り込み後に第2の中問クリアを行
って第3の領域の信号を取り込めばよい。言うまでもな
いが、取り込み領域が増えれば、各箇所の取り込みライ
ン数は減ることになる。このように1サイクルで複数箇
所のデーターが読み出されば、先の1サイクル毎に別の
箇所を読み出すよりも早い速度でのAF,AEを行うこ
とが可能となる。
Next, o / 2 is applied as a transfer pulse to drive electrodes provided in the image area and the storage area, respectively.
When the pulse is applied, the signal of the signal line of (o / 2) 11 lines in the second area is accumulated in the storage area after the first o / 2 line and after the remaining invalid line in the middle part after clearing. Will be. Further, if these signals are to be captured in three regions, the second intermediate signal may be cleared after capturing the second signal to capture the signals in the third region. Needless to say, if the capture area increases, the number of capture lines at each location decreases. If data at a plurality of locations are read in one cycle in this way, AF and AE can be performed at a faster speed than when another location is read out in each previous cycle.

【0056】さて、このようにイメージ領域とHCCD
との間にイメージ領域の有するライン数よりはるかに少
ないストレージ領域を設けることで、AF,AEのため
の特定ラインのムービー読み出し動作が可能になる。そ
して、この場合、極めて少ないストレージ領域の増加で
あるため、CCD撮像素子のチップサイズはそれほどに
変わらないので、コスト的にも通常のフルフレームCC
D撮像素子と変わらないことになる。また、従来のフル
フレームCCD撮像素子を用いたデジタルカメラで必要
であった、AF,AEの双方にCCD撮像素子を設ける
ことが不要となり、回路規模、カメラ本体の大きさの低
減とコストの低下をもたらすことができる。更に、CC
D撮像素子の結像信号そのものをAF,AEに使用する
ことで、極めて精度の高いフォーカス調整及びアイリス
調整が可能となる。
Now, as described above, the image area and the HCCD
By providing a storage area far less than the number of lines in the image area, the movie read operation of a specific line for AF and AE can be performed. In this case, since the storage area is extremely small, the chip size of the CCD image pickup device does not change so much.
This is no different from the D imaging device. Further, it is not necessary to provide a CCD image pickup device in both AF and AE, which is necessary for a digital camera using a conventional full frame CCD image pickup device. This reduces the circuit scale, the size of the camera body, and the cost. Can be brought. Furthermore, CC
By using the imaging signal itself of the D image sensor for AF and AE, it is possible to perform extremely accurate focus adjustment and iris adjustment.

【0057】ところで、AFは暗所の撮影においても明
所と同様の精度が必要となる。但し、前記と同じ駆動方
法としたのでは、信号電荷量が少なくなり、信号とノイ
ズの比が悪化し十分なAF精度が得られない。このこと
を回避するために被写体の輝度が下がってくると蓄積期
間Ts が伸ばされる。ただし、Ts があまりに長くなり
すぎると信号読み出しの繰り返しの周期が低くなり、A
Fの動作が遅くなり、デジタルカメラの機動性を損なう
こととなる。
By the way, AF requires the same accuracy in photographing in a dark place as in a bright place. However, if the same driving method as described above is used, the amount of signal charge decreases, the ratio of signal to noise deteriorates, and sufficient AF accuracy cannot be obtained. To avoid this, when the brightness of the subject decreases, the accumulation period Ts is extended. However, if Ts becomes too long, the cycle of signal readout becomes shorter, and A
The operation of F becomes slow, and the mobility of the digital camera is impaired.

【0058】また、アンプゲインを上げることもなされ
るが、ゲイン増加分だけノイズも増加することからS/
Nの改善にはならず、AF精度の改善量も少ない。この
ために、輝度が低下し、かつ、Ts が規定値内で最大で
あるのに撮像素子からの出力が低いと判断された場合に
は、撮像素子の複数ラインの加算がなされる。
Although the amplifier gain is increased, the noise also increases by the gain increase, so that S / S
N is not improved, and the amount of improvement in AF accuracy is small. For this reason, when it is determined that the output from the image sensor is low although the luminance is lowered and Ts is the maximum within the specified value, the addition of a plurality of lines of the image sensor is performed.

【0059】以下、図4〜図10を用いて繰り返し部分
読み出しにおける複数ラインの加算駆動の様子を説明す
る。図3のTcf期間のΦV1、ΦVS、ΦSのo+nf
パルスのうち最後のパルスでストレージ領域に蓄積され
るべき必要信号電荷が当該ストレージ領域に蓄積され
る。この、最後に必要信号電荷がイメージ領域からスト
レージ領域に転送される期間をTt として図4に示す。
図3で説明した非加算繰返し部分読み出し駆動方法での
Tc とTt 期間のパルスを詳しく示したのが図5であ
る。TcfとTt とも同じパルスが加えられる。
Hereinafter, a description will be given of a state of the addition driving of a plurality of lines in the repeated partial reading with reference to FIGS. O + nf of ΦV1, ΦVS, and ΦS during the Tcf period in FIG.
The required signal charges to be stored in the storage area in the last pulse of the pulses are stored in the storage area. FIG. 4 shows the period during which the last necessary signal charge is transferred from the image area to the storage area as Tt.
FIG. 5 shows the pulses in the Tc and Tt periods in the non-addition repetitive partial read driving method described in FIG. 3 in detail. The same pulse is applied to both Tcf and Tt.

【0060】図6は2ライン加算の場合の駆動タイミン
グである。Tt 期間におけるΦVS、ΦSのパルスが、
1パルスおきに欠けている。この駆動タイミングでの画
素加算動作を説明するのが図7のポテンシャル図であ
る。ここで801は信号電荷塊である。図6のT1,T
2,T3,T4,T5それぞれの時点のポテンシャルプ
ロフィールが図7の太い黒線で示される。ΦV−ハイレ
ベルとは、垂直転送電極ΦVI、または、ΦVSにハイ
電位が加えられた場合のチャネルポテンシャル、ΦV−
Lowレベルとは、垂直転送電極ΦVI、または、ΦV
Sにロウ電位が加えられた場合のチャネルポテンシャル
を示すものである。図7に示すように、画素の加算はス
トレージ領域のクロックフェーズをバリアとして利用し
て、イメージ領域のストレージ領域に隣接するバーチャ
ルウエルでなされる。
FIG. 6 shows the drive timing in the case of two-line addition. The pulses of ΦVS and ΦS during the Tt period are as follows:
Missing every other pulse. FIG. 7 is a potential diagram illustrating the pixel addition operation at this drive timing. Here, reference numeral 801 denotes a signal charge lump. T1, T in FIG.
The potential profiles at the time points 2, 3, T4, and T5 are indicated by thick black lines in FIG. ΦV-high level means a channel potential when a high potential is applied to the vertical transfer electrode ΦVI or ΦVS,
Low level means vertical transfer electrode ΦVI or ΦV
It shows a channel potential when a low potential is applied to S. As shown in FIG. 7, pixel addition is performed in a virtual well adjacent to the storage area in the image area using the clock phase of the storage area as a barrier.

【0061】図7中破線は、イメージ領域内に設けられ
る横形オーバーフロードレインのバリアのポテンシャル
である。信号電荷量がこのレベルを超えると過剰電荷分
がドレインに排出される。一点鎖線はチャネルストップ
のポテンシャルを示す。イメージ領域の電荷飽和量はク
ロックウエルのポテンシャルとオーバーフローバリアの
ポテンシャルにより決まる。しかしながら、ストレージ
領域の電荷飽和容量は、バーチャルウエルとバーチャル
バリアのポテンシャルにより決まるバーチャルウエル容
量、又はロックウエルとクロックバリアのポテンシャル
により決まるクロックウエル容量により決まる。ここ
で、ストレージ領域の1画素(1エレメント)に、バー
チャルウエル容量又はクロックウエル容量により決まる
電荷飽和量をこえる電荷量がイメージ領域より注入され
ると、電荷飽和量を越える電荷分は電荷転送時に転送さ
れず元のエレメントに残されることになる。しかし、こ
のように電荷の加算が、ストレージ領域のクロックフェ
ーズをバリアとして利用して、イメージ領域のストレー
ジ領域に隣接するバーチャルウエルでなされると、加算
したときにイメージ領域の飽和電荷量を越える電荷はオ
ーバーフローバリアを越えてドレインに排出される。
The broken line in FIG. 7 indicates the potential of the barrier of the horizontal overflow drain provided in the image area. If the signal charge exceeds this level, excess charge is discharged to the drain. The dashed line indicates the potential of the channel stop. The amount of charge saturation in the image area is determined by the potential of the clock well and the potential of the overflow barrier. However, the charge saturation capacity of the storage region is determined by the virtual well capacity determined by the potentials of the virtual well and the virtual barrier, or by the clock well capacity determined by the potentials of the rock well and the clock barrier. Here, when a charge exceeding the charge saturation determined by the virtual well capacitance or the clock well capacitance is injected into one pixel (one element) of the storage region from the image region, the charge exceeding the charge saturation is transferred during charge transfer. It is not transferred and remains in the original element. However, if the addition of the charges is performed in the virtual well adjacent to the storage area of the image area using the clock phase of the storage area as a barrier as described above, the charge exceeding the saturation charge of the image area when added is obtained. Is discharged to the drain across the overflow barrier.

【0062】そして、条件1として示したように、イメ
ージ領域の飽和電荷量はストレージ領域の飽和電荷量よ
り小さくなるようにオーバーフローバリアの高さを設定
されていることから、ストレージ領域の電荷転送中に電
荷残りは起こらない(説明するまでもないことだが、ス
トレージ領域は表面をアルミ層で遮光されることから、
光による電荷発生がないので、イメージ領域の飽和容量
よりも飽和容量が高くなっていれば電荷残りの現象は起
こり得ない。)。
As shown in the condition 1, the height of the overflow barrier is set so that the saturation charge in the image area is smaller than the saturation charge in the storage area. There is no charge remaining in the storage area. (It goes without saying that the storage area is shielded from light by the aluminum layer,
Since there is no charge generation due to light, if the saturation capacity is higher than the saturation capacity of the image area, the phenomenon of remaining charges cannot occur. ).

【0063】さて、ここでオーバーフローバリアの設定
値について、このような部分読み出し駆動をするときに
条件1に追加されるべき条件が発生する。すなわち、メ
カニカルシャッタが閉じているときに電荷転送が行われ
る通常読み出しであれば、条件1を満たすのみでよく、
したがって、イメージ領域のオーバーフローバリアのポ
テンシャルがクロックバリアと同位、または、バリアの
高さが低い(ポテンシャルが高い)状態であってもかま
わない。
Now, with respect to the set value of the overflow barrier, a condition to be added to the condition 1 when such a partial read driving is performed occurs. That is, in the case of normal reading in which charge transfer is performed when the mechanical shutter is closed, only condition 1 needs to be satisfied.
Therefore, the potential of the overflow barrier in the image area may be at the same level as the clock barrier, or the height of the barrier may be low (high potential).

【0064】しかし、AF,AEのための部分読み出し
繰返し駆動では、メカニカルシャッタは開放にされる。
したがって、高速クリアTcr、必要なラインの電荷のス
トレージ領域ヘの転送(兼必要ライン前段の不要信号電
荷のクリア)Tcf中にも光に入射による電荷発生分があ
ることになる。このような電荷転送中の発生信号電荷に
より、イメージ領域の画素電荷がクロックバリアを越え
ると、越えた分の電荷が転送残りとなりブルーミング現
象を起こすこととなる。したがって、オーバーフローバ
リアの高さは、このような転送中の発生電荷分がブルー
ミングとならないように、クロックバリアよりも幾分低
く調整される。この調整レベルは対ブルーミング能力を
どの程度必要とするかにより設定値が異なることとなる
が、通常、飽和電荷量に達する光量の数百倍の光量を対
ブルーミングの限界値として調整される。
However, in the partial read repetitive drive for AF and AE, the mechanical shutter is opened.
Therefore, during the high-speed clear Tcr and the transfer of the charge of the necessary line to the storage area (and the clearing of the unnecessary signal charge in the preceding stage of the necessary line) Tcf, there is a charge generated due to the incident light. When the pixel charges in the image area cross the clock barrier due to the signal charges generated during such charge transfer, the excess charges are left untransferred and cause blooming. Therefore, the height of the overflow barrier is adjusted to be somewhat lower than that of the clock barrier so that the generated charges during such transfer do not cause blooming. The setting level of this adjustment level varies depending on the required level of the blooming ability. Usually, the light quantity several hundred times the light quantity reaching the saturated charge amount is adjusted as the limit value for the blooming.

【0065】オーバーフローバリアで決まる飽和電荷量
(Vsatim )とクロックバリアで決まる飽和電荷量(V
sat )と対ブルーミング余裕電荷量(Vab)は以下の関
係とされる。 Vsatim =Vsat −Vab (条件2) メカニカルシャッターの閉時に電荷転送が行われる通常
の全画素読み出しではVabは0で良く、部分読み出しで
は必要な対ブルーミング能力を確保するための電荷量と
なる。そこで、本実施形態のCCD撮像素子を用いたデ
ジタルカメラでは、オーバーフロードレイン電極の電圧
は、メカニカルシャッターが開いているときに電荷の転
送が行われるAF,AEのための部分繰返し読み出し駆
動時と、メカニカルシャッタが閉じられているときに電
荷転送が行われる全画素読み出し駆動時とでオーバーフ
ローバリアの高さが切り換えられる(すなわち、オーバ
ーフローバリア上部の電極の電圧VODの値が変更され
る。)。このようにすることで、静止画全画素取り込み
時は飽和電荷を高く設定することにより、ダイナミック
レンジが高い画像を得ることができ、かつAF,AEの
ための繰返し部分読み出し駆動ではブルーミングのよう
な偽信号でデータに誤りが生じないようにすることがで
きる。
The saturation charge (Vsatim) determined by the overflow barrier and the saturation charge (Vsatim) determined by the clock barrier
sat) and blooming surplus charge (Vab) have the following relationship. Vsatim = Vsat-Vab (Condition 2) Vab may be 0 in normal all-pixel readout in which charge transfer is performed when the mechanical shutter is closed, and is a charge amount for securing necessary blooming capability in partial readout. Therefore, in the digital camera using the CCD image pickup device of the present embodiment, the voltage of the overflow drain electrode is set at the time of the partial repetitive read driving for AF and AE in which the electric charge is transferred when the mechanical shutter is opened. The height of the overflow barrier is switched between the readout driving of all pixels in which charge transfer is performed when the mechanical shutter is closed (that is, the value of the voltage VOD of the electrode above the overflow barrier is changed). In this way, an image with a high dynamic range can be obtained by setting the saturation charge high when all pixels of a still image are captured, and the repetitive partial readout drive for AF and AE can be performed like blooming. It is possible to prevent an error from occurring in data due to a false signal.

【0066】図8は同様の方式で4画素加算を行うとき
のタイミング図である。このようにΦVS、ΦSの間引
くパルス数を変えることで加算画素数を変えることがで
きる。
FIG. 8 is a timing chart when four pixels are added in the same manner. As described above, the number of pixels to be added can be changed by changing the number of pulses thinned out from ΦVS and ΦS.

【0067】このように、画素加算することで複数ライ
ンの加算ラインの情報、すなわち、実質、感度アップさ
れたデータによることで、AF,AEのための時間を増
やすことなく、低輝度被写体においても高い精度でA
F,AEを行うことができる(仮にライン加算を行わず
にアンプゲインを増加させた場合、この方法で行えばノ
イズ成分を増加させることになり、AF,AEの精度を
制限することになる。)。
As described above, by adding information of a plurality of lines by adding pixels, that is, data having substantially increased sensitivity, the time for AF and AE can be increased without increasing the time for AF and AE. A with high accuracy
F and AE can be performed. (If the amplifier gain is increased without performing line addition, the noise component is increased by this method, and the accuracy of AF and AE is limited. ).

【0068】図9は、画素加算をストレージ領域で行う
駆動タイミング図であり、図10は、この駆動タイミン
グにおける画素加算動作を明らかにするポテンシャル図
である。ここに示されるように画素はストレージ領域の
最初の段のクロックウエルでなされる。この画素加算方
法において注意を要すことは、イメージ領域の画素飽和
容量をストレージ領域の画素飽和領域の半分以下となる
ようにVODの電圧を調整しておかなければならないと
いうことである。
FIG. 9 is a drive timing diagram for performing pixel addition in the storage area, and FIG. 10 is a potential diagram for clarifying the pixel addition operation at this drive timing. As shown, the pixels are made in the first stage clock well of the storage area. It should be noted that in this pixel addition method, the voltage of VOD must be adjusted so that the pixel saturation capacity of the image area is equal to or less than half of the pixel saturation area of the storage area.

【0069】画素加算した電荷量がストレージ領域の画
素飽和容量を越えるとブルーミングをおこすことは、前
に述べた通りである。
As described above, blooming occurs when the pixel-added charge exceeds the pixel saturation capacity of the storage area.

【0070】図11は、ストレージ領域での加算方法に
よる4画素加算のタイミング図である。VODはイメー
ジ領域の電荷飽和容量がストレージ領域のそれより1/
4以下となるように調整される。このように、この加算
方式では条件3が加わることになる。すなわち、画素加
算段数nのときに、イメージ領域の飽和電荷容量Vsati
m はストレージ領域の電荷飽和容量Vsatsに対して以下
となるように調整される必要がある。 Vsatim >(n・Vsats) (条件3) すなわち、このような加算方式を用いるカメラでは、条
件3を満たすべく、加算段数に応じてVODが変えられ
るのである。
FIG. 11 is a timing chart of 4-pixel addition by the addition method in the storage area. VOD indicates that the charge saturation capacity of the image area is 1/1 that of the storage area.
It is adjusted to be 4 or less. Thus, condition 3 is added in this addition method. That is, when the number of pixel addition stages is n, the saturation charge capacity Vsati
m needs to be adjusted so that the charge saturation capacity Vsats of the storage region becomes as follows. Vsatim> (n · Vsats) (Condition 3) That is, in a camera using such an addition method, the VOD can be changed according to the number of addition stages in order to satisfy Condition 3.

【0071】このように、フルフレームトランスファ型
CCD撮像素子に僅かのストレージ領域を設けること
で、従来のものでは困難であった、画像取り込み用の撮
像素子そのものを使ったAF,AE(すなわちTTL)
が可能となる。また、このようなセンサで電荷加算駆動
を行うことでAF,AEを低輝度化においても精度高く
行うことができる。なお、ここで説明した画素加算方式
はフルフレームトランスファ型CCD撮像素子に限ら
ず、フレームトランスファ型CCD撮像素子、あるい
は、フレームインターライン型CCD撮像素子において
も有効である。
As described above, by providing a small storage area in the full frame transfer type CCD image pickup device, AF, AE (that is, TTL) using the image pickup image pickup device itself, which has been difficult with the conventional device.
Becomes possible. Further, by performing the charge addition driving with such a sensor, AF and AE can be performed with high accuracy even in the case of low luminance. Note that the pixel addition method described here is not limited to a full frame transfer type CCD imaging device, but is also effective in a frame transfer type CCD imaging device or a frame interline type CCD imaging device.

【0072】さて、以上にイメージ領域のVCCDの最
終段での電荷加算とストレージ領域のVCCDの最初段
での画素加算を説明したが、HCCDでの画素加算も可
能であることを述べておく。この場合には、ストレージ
領域の複数ラインが加算されるので、加算後に出力され
る信号ライン数は加算段数が増加すると減少することに
なる。すなわち、2画素加算であれば信号ラインは1/
2に、3画素加算であれば信号ラインは1/3になる
(イメージ領域のVCCDの最終段での電荷加算、スト
レージ領域のVCCDの最初段での画素加算では加算後
の0ラインがストレージ領域に蓄積されることになるの
で、加算後の0ラインが出力されることとなる。)。
In the above description, the charge addition at the final stage of the VCCD in the image area and the pixel addition at the first stage of the VCCD in the storage area have been described. It should be noted that pixel addition at the HCCD is also possible. In this case, since a plurality of lines in the storage area are added, the number of signal lines output after the addition decreases as the number of addition stages increases. That is, if two pixels are added, the signal line is 1 /
In the case of adding two or three pixels, the signal line becomes 1/3 (the charge addition at the last stage of the VCCD in the image area and the pixel addition at the first stage of the VCCD in the storage area result in 0 lines after the addition. , So that the 0 line after the addition is output.)

【0073】なお、本実施形態のCCD撮像素子をつか
ったカメラでは、AF,AE時はメカニカルシャッター
が開放された状態で行われ、AF,AE終了後にメカニ
カルシャッターが閉じられ、CCD撮像素子内の不要電
荷のクリア後に再度メカニカルシャッターが開けられ、
適正光量が入射するような時間でシャッタが閉じられ、
CCD撮像素子の全画素の読み出しが行われる。そし
て、先にも述べたが、AF,AE時と全画素読み出し時
でVODの値が変えられる。
In the camera using the CCD image pickup device according to the present embodiment, the operation is performed with the mechanical shutter opened during AF and AE, and after the completion of AF and AE, the mechanical shutter is closed and the inside of the CCD image pickup device is removed. After clearing the unnecessary charges, the mechanical shutter is opened again,
The shutter is closed in such a time that the appropriate amount of light enters,
The reading of all the pixels of the CCD image sensor is performed. As described above, the value of VOD can be changed between AF and AE and when all pixels are read.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明によれば、フルフレームトランス
ファ型CCD撮像素子に僅かのラインを蓄積するための
ストレージ領域を設けることで、メカニカルシャッター
を開放した状態で、特定部分の繰り返し読み出しが可能
なる。これにより、従来のフルフレームトランスファ型
CCD撮像素子を有するデジタルカメラでは極めて困難
であった、当該撮像素子自身の出力信号によるAF,A
Eをレリーズタイムラグ特性を劣化させることなく実現
する。また、イメージ領域の複数部分の信号を出力する
駆動方法により、AE,AFの重み付け(被写体の複数
領域からのデーターに基づいて比較演算する)ことによ
って、より高精度のAE,AF制御を行うことができ
る。
According to the present invention, by providing a storage area for accumulating a small number of lines in a full frame transfer type CCD image pickup device, a specific portion can be repeatedly read out with a mechanical shutter opened. . This makes it extremely difficult for a digital camera having a conventional full frame transfer type CCD image pickup device to achieve AF, A based on the output signal of the image pickup device itself.
E is realized without deteriorating the release time lag characteristic. In addition, by performing AE and AF weighting (comparison operation based on data from a plurality of areas of a subject) by a driving method of outputting signals of a plurality of parts of an image area, more accurate AE and AF control is performed. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るフルフレームトランファー型固体
撮像装置(以下、単に撮像装置と記す。)の一実施形態
の構造を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a structure of an embodiment of a full-frame transfer solid-state imaging device (hereinafter, simply referred to as an imaging device) according to the present invention.

【図2】本発明に係る撮像素子の一実施形態における駆
動タイミング図である。
FIG. 2 is a drive timing chart in an embodiment of the imaging device according to the present invention.

【図3】本発明に係る撮像素子の一実施形態における駆
動タイミング図である。
FIG. 3 is a drive timing chart in one embodiment of the image sensor according to the present invention.

【図4】本発明に係る撮像素子の一実施形態における駆
動タイミング図である。
FIG. 4 is a drive timing chart in an embodiment of the imaging device according to the present invention.

【図5】本発明に係る撮像素子の一実施形態における駆
動タイミング図である。
FIG. 5 is a drive timing chart in an embodiment of the image sensor according to the present invention.

【図6】本発明に係る撮像素子の一実施形態における駆
動タイミング図である。
FIG. 6 is a drive timing chart in an embodiment of the image sensor according to the present invention.

【図7】本発明に係る撮像素子の一実施形態における駆
動ポテンシャル図である。
FIG. 7 is a driving potential diagram in an embodiment of the imaging device according to the present invention.

【図8】本発明に係る撮像素子の一実施形態における駆
動タイミング図である。
FIG. 8 is a drive timing chart in an embodiment of the imaging device according to the present invention.

【図9】本発明に係る撮像素子の一実施形態における駆
動タイミング図である。
FIG. 9 is a drive timing chart in an embodiment of the image sensor according to the present invention.

【図10】本発明に係る撮像素子の一実施形態における
駆動ポテンシャル図である。
FIG. 10 is a driving potential diagram in an embodiment of the imaging device according to the present invention.

【図11】本発明に係る撮像素子の一実施形態における
駆動タイミング図である。
FIG. 11 is a drive timing chart in one embodiment of the image sensor according to the present invention.

【図12】本発明に係る撮像素子の一実施形態における
画素構造を示す模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a pixel structure in an embodiment of an imaging device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 イメージ領域 2 ストレージ領域 3 水平CCD(HCCD) 4 出力アンプ 5 水平ドレイン 201 クロックゲート電極 202 クロックバリア領域 203 クロックウエル領域 204 バーチャルゲート 205 バーチャルバリア領域 206 バーチャルウエル領域 207 絶縁層 208 チャネルストップ Reference Signs List 1 image area 2 storage area 3 horizontal CCD (HCCD) 4 output amplifier 5 horizontal drain 201 clock gate electrode 202 clock barrier area 203 clock well area 204 virtual gate 205 virtual barrier area 206 virtual well area 207 insulating layer 208 channel stop

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M118 AA10 AB01 BA12 BA13 CB14 DA23 DB01 DB05 DB06 DB07 DB08 FA06 FA14 FA40 FA45 GB11 5C024 AA01 BA01 CA00 EA01 FA01 FA11 GA11 GA15 GA43 GA48 JA10 JA21  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M118 AA10 AB01 BA12 BA13 CB14 DA23 DB01 DB05 DB06 DB07 DB08 FA06 FA14 FA40 FA45 GB11 5C024 AA01 BA01 CA00 EA01 FA01 FA11 GA11 GA15 GA43 GA48 JA10 JA21

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 結像された被写体の光情報を信号電荷に
変換し蓄積すると共に各画素の信号電荷を垂直方向に転
送する複数の垂直光電変換素子を有するイメージ領域
と、 前記イメージ領域から転送される信号電荷のうち、任意
の一部領域の画素に対応する信号電荷のみを蓄積可能と
するストレージ領域と、 前記ストレージ領域より転送される信号電荷を水平方向
に転送して1ラインずつ読み出すための水平光電変換素
子とを備えることを特徴とするフルフレームトランファ
ー型固体撮像装置。
1. An image area having a plurality of vertical photoelectric conversion elements for converting optical information of an imaged subject into signal charges, accumulating the signal charges, and transferring the signal charges of each pixel in a vertical direction, and transferring the image charges from the image area. A storage area capable of storing only signal charges corresponding to pixels in an arbitrary part of signal charges to be transferred, and a signal charge transferred from the storage area is transferred in a horizontal direction and read out line by line. A full-frame transfer type solid-state imaging device comprising:
【請求項2】 前記ストレージ領域の各画素の電荷蓄積
容量が、前記イメージ領域の画素の電荷蓄積容量よりも
大きいことを特徴とする請求項1に記載のフルフレーム
トランファー型固体撮像装置。
2. The full-frame transfer solid-state imaging device according to claim 1, wherein a charge storage capacity of each pixel in the storage area is larger than a charge storage capacity of a pixel in the image area.
【請求項3】 前記イメージ領域及び前記ストレージ領
域の各々に駆動電極が設けられていることを特徴とする
請求項1又は2に記載のフルフレームトランファー型固
体撮像装置。
3. The full frame transfer type solid-state imaging device according to claim 1, wherein a drive electrode is provided in each of the image area and the storage area.
【請求項4】 前記任意の一部領域は、前記イメージ領
域内の複数の領域であることを特徴とする請求項1〜3
のいずれか1項に記載のフルフレームトランファー型固
体撮像装置。
4. The apparatus according to claim 1, wherein the arbitrary partial area is a plurality of areas in the image area.
The full-frame transfer type solid-state imaging device according to any one of the above.
【請求項5】 前記任意の一部領域が異なるように、前
記ストレージ領域が繰り返し動作することを特徴とする
請求項1〜3のいずれか1項に記載のフルフレームトラ
ンファー型固体撮像装置。
5. The full-frame transfer type solid-state imaging device according to claim 1, wherein the storage area operates repeatedly so that the arbitrary partial area is different.
【請求項6】 前記ストレージ領域は、前記イメージ領
域から転送される信号電荷のうち、任意の隣接する少な
くとも2ラインの画素に対応する信号電荷を蓄積するこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のフ
ルフレームトランファー型固体撮像装置。
6. The storage area according to claim 1, wherein the storage area stores signal charges corresponding to at least two adjacent pixels of the signal charges transferred from the image area. The full-frame transfer-type solid-state imaging device according to any one of the preceding claims.
【請求項7】 任意の隣接する少なくとも2ラインの画
素に対応する信号電荷の加算が、前記ストレージ領域の
前記イメージ領域に隣接する最初段で行われることを特
徴とする請求項6に記載のフルフレームトランファー型
固体撮像装置。
7. The full according to claim 6, wherein the addition of the signal charges corresponding to the pixels of at least two adjacent lines is performed in the first stage of the storage area adjacent to the image area. Frame transfer type solid-state imaging device.
【請求項8】 任意の隣接する少なくとも2ラインの画
素に対応する信号電荷の加算が、前記水平光電変換素子
で行われることを特徴とする請求項6に記載のフルフレ
ームトランファー型固体撮像装置。
8. The full-frame transfer solid-state imaging device according to claim 6, wherein addition of signal charges corresponding to pixels of at least two adjacent lines is performed by the horizontal photoelectric conversion element. .
【請求項9】 前記イメージ領域は、前記各垂直光電変
換素子に隣接する信号電荷掃き捨てのためのドレイン
と、前記垂直光電変換素子と前記ドレインとの間に設け
られ、電圧制御により高さが可変とされたバリアとを更
に有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項
に記載のフルフレームトランファー型固体撮像装置。
9. The image area is provided with a drain adjacent to each of the vertical photoelectric conversion elements for sweeping out signal charges, and between the vertical photoelectric conversion element and the drain, and has a height controlled by voltage control. The full-frame transfer type solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8, further comprising a variable barrier.
【請求項10】 前記バリアの高さは、前記イメージ領
域の全画素の信号電荷を読み出す時と、前記イメージ領
域の任意の一部領域の画素に対応する信号電荷のみを読
み出す時とで異なるように制御されることを特徴とする
請求項9に記載のフルフレームトランファー型固体撮像
装置。
10. The height of the barrier differs between when reading out signal charges of all pixels in the image area and when reading out only signal charges corresponding to pixels in an arbitrary part of the image area. The full-frame transfer type solid-state imaging device according to claim 9, wherein:
【請求項11】 前記垂直光電変換素子の前段に入射光
を遮断するシャッターを有し、 前記シャッターは、前記イメージ領域の全画素の信号電
荷を読み出す時には遮光のために閉じられ、前記イメー
ジ領域の任意の一部領域の画素に対応する信号電荷のみ
を読み出す時には開かれるように構成されており、 前記バリアの高さが、前記垂直光電変換素子の飽和電荷
量が前記全画素の信号電荷の読み出し時の方が前記任意
の一部領域の画素に対応する信号電荷のみの読み出し時
より大きくなるように制御されることを特徴とする請求
項10に記載のフルフレームトランファー型固体撮像装
置。
11. A shutter for blocking incident light at a stage preceding the vertical photoelectric conversion element, wherein the shutter is closed to block light when reading out signal charges of all pixels in the image area, and the shutter is closed. It is configured to be opened when only the signal charges corresponding to the pixels in an arbitrary partial area are read out, and the height of the barrier is set so that the saturation charge amount of the vertical photoelectric conversion element is read out of the signal charges of all the pixels. 11. The full-frame transfer type solid-state imaging device according to claim 10, wherein the time is controlled so as to be larger than the time of reading out only the signal charges corresponding to the pixels in the arbitrary partial region.
【請求項12】 前記ストレージ領域は、前記イメージ
領域から転送される任意の一部領域の画素に対応する信
号電荷をそのままか、又は前記信号電荷に前記一部領域
の画素の前後の少なくとも1画素に対応する信号電荷を
加算して蓄積し、 画素の加算数に応じて、前記バリアの高さを変えること
を特徴とする請求項9に記載のフルフレームトランファ
ー型固体撮像装置。
12. The storage area may include a signal charge corresponding to a pixel in an arbitrary partial area transferred from the image area, or may include at least one pixel before and after a pixel in the partial area in the signal charge. 10. The full-frame transfer type solid-state imaging device according to claim 9, wherein the signal charges corresponding to the pixel values are added and accumulated, and the height of the barrier is changed according to the number of pixels to be added.
【請求項13】 前記バリアの高さは、前記垂直光電変
換素子の飽和電荷量が前記加算数に反比例するように調
整されることを特徴とする請求項12に記載のフルフレ
ームトランファー型固体撮像装置。
13. The full frame transfer type solid according to claim 12, wherein a height of the barrier is adjusted such that a saturation charge amount of the vertical photoelectric conversion element is inversely proportional to the addition number. Imaging device.
【請求項14】 結像された被写体の光情報を信号電荷
に変換し蓄積すると共に各画素の信号電荷を垂直方向に
転送する複数の垂直光電変換素子を有するイメージ領域
から転送される信号電荷のうち、任意の一部領域の画素
に対応する信号電荷のみをストレージ領域に蓄積可能と
し、水平光電変換素子によって前記ストレージ領域から
転送される信号電荷を水平方向に転送して1ラインずつ
読み出すことを特徴とするフルフレームトランファー型
固体撮像装置の駆動方法。
14. The signal charge transferred from an image area having a plurality of vertical photoelectric conversion elements for converting optical information of an imaged subject into signal charges, accumulating the signal charges, and transferring the signal charges of each pixel in a vertical direction. Of these, it is possible to store only signal charges corresponding to pixels in an arbitrary partial region in the storage region, and transfer the signal charges transferred from the storage region by the horizontal photoelectric conversion element in the horizontal direction and read out one line at a time. A method for driving a full-frame transfer type solid-state imaging device.
【請求項15】 前記ストレージ領域の各画素の電荷蓄
積容量を、前記イメージ領域の画素の電荷蓄積容量より
も大きくすることを特徴とする請求項14に記載のフル
フレームトランファー型固体撮像装置の駆動方法。
15. The full-frame transfer type solid-state imaging device according to claim 14, wherein a charge storage capacity of each pixel in the storage area is larger than a charge storage capacity of a pixel in the image area. Drive method.
【請求項16】 前記任意の一部領域を、前記イメージ
領域内の複数の領域とすることを特徴とする請求項14
又は15に記載のフルフレームトランファー型固体撮像
装置の駆動方法。
16. The apparatus according to claim 14, wherein the arbitrary partial area is a plurality of areas within the image area.
Or the driving method of the full frame transfer type solid-state imaging device according to 15.
【請求項17】 前記任意の一部領域が異なるように、
前記ストレージ領域を繰り返し動作させることを特徴と
する請求項14又は15に記載のフルフレームトランフ
ァー型固体撮像装置の駆動方法。
17. The method according to claim 17, wherein the arbitrary partial areas are different.
16. The driving method for a full-frame transfer type solid-state imaging device according to claim 14, wherein the storage area is repeatedly operated.
【請求項18】 前記イメージ領域から転送される信号
電荷のうち、任意の隣接する少なくとも2ラインの画素
に対応する信号電荷を前記ストレージ領域に蓄積させる
ことを特徴とする請求項14に記載のフルフレームトラ
ンファー型固体撮像装置の駆動方法。
18. The storage device according to claim 14, wherein, of the signal charges transferred from the image area, signal charges corresponding to pixels of at least two adjacent lines are stored in the storage area. A method for driving a frame transfer type solid-state imaging device.
【請求項19】 任意の隣接する少なくとも2ラインの
画素に対応する信号電荷の加算を、前記ストレージ領域
の前記イメージ領域に隣接する最初段で行うことを特徴
とする請求項18に記載のフルフレームトランファー型
固体撮像装置の駆動方法。
19. The full frame according to claim 18, wherein the addition of signal charges corresponding to at least two adjacent lines of pixels is performed in a first stage of the storage area adjacent to the image area. A method for driving a transfer-type solid-state imaging device.
【請求項20】 任意の隣接する少なくとも2ラインの
画素に対応する信号電荷の加算を、前記水平光電変換素
子で行うことを特徴とする請求項18に記載のフルフレ
ームトランファー型固体撮像装置の駆動方法。
20. The solid-state imaging device according to claim 18, wherein addition of signal charges corresponding to pixels of at least two adjacent lines is performed by the horizontal photoelectric conversion element. Drive method.
【請求項21】 前記垂直光電変換素子と前記各垂直光
電変換素子に隣接する信号電荷掃き捨てのためのドレイ
ンとの間に設けられ、電圧制御により高さが可変とされ
たバリアを用いて、 前記バリアの高さを、前記イメージ領域の全画素の信号
電荷を読み出す時と、前記イメージ領域の任意の一部領
域の画素に対応する信号電荷のみを読み出す時とで異な
るように制御することを特徴とする請求項14〜20の
いずれか1項に記載のフルフレームトランファー型固体
撮像装置の駆動方法。
21. A barrier provided between the vertical photoelectric conversion element and a drain adjacent to each of the vertical photoelectric conversion elements for sweeping away signal charges, and having a height variable by voltage control, The height of the barrier is controlled so as to be different when reading signal charges of all pixels in the image area and when reading only signal charges corresponding to pixels in an arbitrary part of the image area. The driving method of a full-frame transfer type solid-state imaging device according to any one of claims 14 to 20, wherein:
【請求項22】 前記イメージ領域の全画素の信号電荷
を読み出す時には遮光のために閉じられ、前記イメージ
領域の任意の一部領域の画素に対応する信号電荷のみを
読み出す時には開かれるように構成されたシャッターを
用いて、 前記バリアの高さを、前記垂直光電変換素子の飽和電荷
量が前記全画素の信号電荷の読み出し時の方が前記任意
の一部領域の画素に対応する信号電荷のみの読み出し時
より大きくなるように制御することを特徴とする請求項
21に記載のフルフレームトランファー型固体撮像装置
の駆動方法。
22. It is configured to be closed for light shielding when reading signal charges of all pixels in the image area, and to be opened when reading only signal charges corresponding to pixels in an arbitrary part of the image area. Using a shutter, the height of the barrier, the amount of saturation charge of the vertical photoelectric conversion element when reading out the signal charge of all the pixels is better for only the signal charge corresponding to the pixel in the arbitrary partial area 22. The driving method of a full-frame transfer type solid-state imaging device according to claim 21, wherein control is performed so as to be larger than at the time of reading.
【請求項23】 前記垂直光電変換素子と前記各垂直光
電変換素子に隣接する信号電荷掃き捨てのためのドレイ
ンとの間に設けられ、電圧制御により高さが可変とされ
たバリアを用いて、 前記ストレージ領域に、前記イメージ領域から転送され
る任意の一部領域の画素に対応する信号電荷をそのまま
か、又は前記信号電荷に前記一部領域の画素の前後の少
なくとも1画素に対応する信号電荷を加算して蓄積し、 画素の加算数に応じて、前記バリアの高さを変えること
を特徴とする請求項14〜20のいずれか1項に記載の
フルフレームトランファー型固体撮像装置の駆動方法。
23. A barrier provided between the vertical photoelectric conversion element and a drain adjacent to each of the vertical photoelectric conversion elements for sweeping away signal charges, and having a height variable by voltage control, In the storage area, a signal charge corresponding to a pixel in an arbitrary partial area transferred from the image area may be used as it is, or a signal charge corresponding to at least one pixel before and after a pixel in the partial area may be added to the signal charge. 21. The full-frame transfer solid-state imaging device according to claim 14, wherein the height of the barrier is changed according to the number of pixels to be added. Method.
【請求項24】 前記バリアの高さを、前記垂直光電変
換素子の飽和電荷量が前記加算数に反比例するように調
整することを特徴とする請求項23に記載のフルフレー
ムトランファー型固体撮像装置の駆動方法。
24. The full-frame transfer type solid-state imaging device according to claim 23, wherein the height of the barrier is adjusted so that a saturation charge amount of the vertical photoelectric conversion element is inversely proportional to the addition number. How to drive the device.
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