JP2006304248A - Solid-state imaging element and drive method therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element which reads a signal by higher frame rate, as compared with former in moving video imaging and can obtain a high definition motion picture, and to provide a drive method of the element. <P>SOLUTION: In the solid-state imaging element 10, when signal charges are read from a light-receiving element 12 in which a plurality of transfer shift gates 22 and 24 are established, respectively, to a plurality of vertical transfer paths 14, signal charges generated by a certain light-receiving element 12 and an adjoining light-receiving element 12 in which an identical color component is arranged as given correlation are read to the vertical transfer path 14, which is shared through the transfer shift gates 22 and 24 which face each other, and read signal charges of the same color are transmitted to a horizontal transfer path 18. The horizontal transfer path 18 shares the vertical transfer path 14, in a mode which photos motion picture as compared with a mode which photos a still image, so that it ends with half use, and transfer is performed by high-speed frame rate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像素子およびその駆動方法に関するものである。本発明の固体撮像素子は、とくに、画素を互いにその画素中心に対して1/2ピッチずつシフトさせた、いわゆるハニカム状に画素を配置した固体撮像素子に関し、電子スチルカメラ、画像入力装置、ムービカメラおよび携帯電話機等に適用して好適なものである。また、本発明の固体撮像素子の駆動方法は、固体撮像素子を動作させる静止画および動画モードにおける駆動方法に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a driving method thereof. The solid-state imaging device of the present invention particularly relates to a solid-state imaging device in which pixels are arranged in a so-called honeycomb shape in which pixels are shifted from each other by 1/2 pitch with respect to the pixel center, and relates to an electronic still camera, an image input device, a movie. It is suitable for application to cameras and mobile phones. The solid-state imaging device driving method of the present invention relates to a driving method in a still image and moving image mode for operating the solid-state imaging device.

従来、高画素な固体撮像素子を備える撮像装置において、高画質、高フレームレートの動画撮影を実現する場合、動画撮影は、画素間引き、垂直および水平走査方向の画素混合により固体撮像素子から読み出す画素数を低減させることで実現してきた。   2. Description of the Related Art Conventionally, in an imaging device including a high-pixel solid-state imaging device, when realizing moving image shooting with high image quality and high frame rate, the moving image shooting is a pixel that is read from the solid-state imaging device by pixel thinning and pixel mixing in the vertical and horizontal scanning directions This has been achieved by reducing the number.

特許文献1は、固体撮像装置の駆動方法、固体撮像装置、固体撮像素子、並びに撮像カメラを開示し、これは、ラインメモリを用いて水平方向の画素加算、すなわち画素を混合する例である。また、特許文献2は、固体撮像素子およびその駆動方法並びにカメラシステムを開示し、これは、隣り合う2つの転送段の各信号電荷を加算することにより斜め2画素の信号電荷を加算して読み出すことである。特許文献3の固体撮像素子およびその駆動方法並びにカメラシステムは、たとえば動画撮影モードにて垂直転送部内での垂直2画素および斜め2画素の信号電荷を加算し、加算した信号電荷をライン単位で水平転送部に移送し、この水平転送部内で必要に応じて複数ライン分の加算後、水平転送するものである。このように特許文献2および3は垂直転送路における画素加算に特徴がある。さらに、特許文献4の固体撮像素子およびこれを備えたカメラは、ラインメモリを用いて水平方向の画素を混合し、この水平方向の画素数を削減し、モアレや偽信号を生じさせることなく、良質な映像信号を高速に出力するものである。
特開2000−115643号公報 特開2001−85664号公報 特開2001−156281号公報 特開2004−180284号公報
Patent Document 1 discloses a driving method of a solid-state imaging device, a solid-state imaging device, a solid-state imaging device, and an imaging camera. This is an example of horizontal pixel addition, that is, mixing pixels using a line memory. Patent Document 2 discloses a solid-state imaging device, a driving method thereof, and a camera system, which adds and reads out signal charges of two diagonal pixels by adding signal charges of two adjacent transfer stages. That is. In the solid-state imaging device, the driving method thereof, and the camera system of Patent Document 3, for example, in the moving image shooting mode, signal charges of two vertical pixels and two diagonal pixels in the vertical transfer unit are added, and the added signal charges are horizontal in line units The data is transferred to the transfer unit, and in this horizontal transfer unit, horizontal transfer is performed after adding a plurality of lines as necessary. Thus, Patent Documents 2 and 3 are characterized by pixel addition in the vertical transfer path. Furthermore, the solid-state image sensor of Patent Document 4 and a camera equipped with the same mix pixels in the horizontal direction using a line memory, reduce the number of pixels in the horizontal direction, and without causing moire or false signals, It outputs high-quality video signals at high speed.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-115643 JP 2001-85664 A Japanese Patent Laid-Open No. 2001-156281 JP 2004-180284 JP

ところで、上述した特許文献1および4の水平方向の画素混合は、水平転送路にて水平ブランキング期間等において処理される。このように処理する期間または処理の所要時間が限定されることから、水平転送路の駆動速度は、静止画撮像時の通常駆動時とほぼ同等の速度となる。この結果、動画像撮像時における水平転送路の駆動速度をより高速化することが困難であった。また、特許文献2および3は、任意の垂直圧縮を可能にしながら、水平・垂直解像度のとれた動画撮像/静止画撮像を行なうことを目的としている。特許文献2および3は、垂直に圧縮する点で高速化を考慮しているとも言えるが、その主目的は水平・垂直解像度をバランスよく得ることにある。したがって、特許文献2および3は高速データ転送を意図したものではない。   By the way, the pixel mixing in the horizontal direction of Patent Documents 1 and 4 described above is processed in the horizontal blanking period or the like in the horizontal transfer path. Since the processing period or the time required for processing is limited in this way, the driving speed of the horizontal transfer path is almost the same as that during normal driving during still image capturing. As a result, it has been difficult to further increase the driving speed of the horizontal transfer path during moving image capturing. Further, Patent Documents 2 and 3 are intended to perform moving image / still image capturing with horizontal / vertical resolution while enabling arbitrary vertical compression. Although it can be said that Patent Documents 2 and 3 consider high speed in terms of vertical compression, the main purpose is to obtain a good balance between horizontal and vertical resolution. Therefore, Patent Documents 2 and 3 are not intended for high-speed data transfer.

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、動画撮像にて従来に比べて高フレームレートで信号を読み出し高画質な動画像を得ることのできる固体撮像素子およびその駆動方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a solid-state imaging device capable of solving such drawbacks of the prior art and obtaining a high-quality moving image by reading out a signal at a higher frame rate than that of the conventional video imaging and a driving method thereof. With the goal.

本発明は上述の課題を解決するために、互いに水平および垂直走査方向にほぼ1/2の間隔分ずらして半導体基板上に配列され、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光素子と、複数の受光素子に対応してそれぞれ設けられ、この複数の受光素子にて生成される信号電荷を読み出す対応した複数のゲート手段と、この複数のゲート手段によって複数の受光素子から読み出された信号電荷を垂直走査方向に転送する複数の垂直転送手段と、この複数の垂直転送手段から転送される信号電荷を水平走査方向に転送する水平転送手段と、入射光の到来する方向に受光素子ごとに対応して入射光を複数の色成分に色分離する色セグメントが所定のパターンに配設された色分離手段とを含み、複数のゲート手段は、複数の受光素子のそれぞれについて対角に配設されて、ゲート手段は、さらに、この受光素子の色セグメントと同一色の色セグメントを有する隣接する受光素子のゲート手段が垂直転送手段を挟んで対向する位置に配設され、第1の撮影モードでは、複数の受光素子のそれぞれについて同じ一方の側のゲート手段から信号電荷を複数の垂直転送手段のそれぞれに読み出し、水平転送手段に読み出した信号電荷を転送し、第2の撮影モードでは、垂直転送手段を挟んで配設されたゲート手段から同一色の色セグメントを有する受光素子で生成された信号電荷をこの垂直転送手段に読み出し、この垂直転送手段にて読み出した信号電荷を混合し、水平転送手段に混合した信号電荷を転送し、水平転送手段は、第1および第2の撮影モードそれぞれでの垂直転送手段の数に応じてこの垂直転送手段のそれぞれから供給された信号電荷を転送させることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a plurality of light receiving elements that are arranged on a semiconductor substrate and are shifted from each other by about a half interval in the horizontal and vertical scanning directions and photoelectrically convert incident light to generate signal charges. And a plurality of corresponding gate means for reading out signal charges generated by the plurality of light receiving elements, and reading from the plurality of light receiving elements by the plurality of gate means. A plurality of vertical transfer means for transferring the received signal charges in the vertical scanning direction, a horizontal transfer means for transferring the signal charges transferred from the plurality of vertical transfer means in the horizontal scanning direction, and receiving light in the direction in which the incident light comes Color separation means for color-separating incident light into a plurality of color components corresponding to each element, arranged in a predetermined pattern, and a plurality of gate means for each of the plurality of light receiving elements. The gate means is further arranged at a position where the gate means of the adjacent light receiving elements having the same color segment as the color segment of the light receiving element face each other across the vertical transfer means. In the first photographing mode, the signal charges are read from the gate means on the same side of each of the plurality of light receiving elements to each of the plurality of vertical transfer means, and the read signal charges are transferred to the horizontal transfer means. In this photographing mode, the signal charge generated by the light receiving element having the same color segment is read out from the gate means arranged with the vertical transfer means interposed therebetween, and the signal read out by the vertical transfer means The charge is mixed and the mixed signal charge is transferred to the horizontal transfer means. The horizontal transfer means depends on the number of vertical transfer means in each of the first and second imaging modes. A signal charge supplied from each of the vertical transfer means, characterized in that to transfer.

また、本発明は上述の課題を解決するために、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光素子がそれぞれ水平および垂直走査方向にほぼ1/2の間隔分ずらして半導体基板上に配列され、入射光の到来する方向に受光素子に対応して入射光を複数の色成分に色分離する色セグメントが所定のパターンに配設された色分離手段が配設され、受光素子に対応してこの受光素子にて生成される信号電荷を読み出す複数のゲート手段が前記複数の受光素子のそれぞれに設けられ、この複数のゲート手段によって受光素子から読み出される信号電荷を垂直走査方向に複数の垂直転送手段にて転送し、この複数の垂直転送手段から転送される信号電荷を水平走査方向に水平転送手段にて転送する固体撮像装置であって、ゲート手段は、複数の受光素子のそれぞれについて対角に配設され、ゲート手段は、さらに、この受光素子の色セグメントと同一色の色セグメントを有する隣接する受光素子のゲート手段が垂直転送手段を挟んで対向する位置に配設された固体撮像素子の駆動方法において、この方法は、第1の撮影モードでは、複数の受光素子のそれぞれについて同じ一方の側のゲート手段から信号電荷を複数の垂直転送手段それぞれに読み出し、水平転送手段に読み出した信号電荷を転送し、第2の撮影モードでは、垂直転送手段を挟んで配設されたゲート手段から同一色の色セグメントを有する受光素子で生成された信号電荷をこの垂直転送手段に読み出し、この垂直転送手段にて読み出した信号電荷を混合し、水平転送手段に混合した信号電荷を転送し、水平転送手段は、第1および第2の撮影モードのそれぞれが用いる垂直転送手段の数に応じてこの垂直転送手段のそれぞれから供給された信号電荷を転送させることを特徴とする。   Further, in order to solve the above-described problems, the present invention provides a plurality of light receiving elements that photoelectrically convert incident light to generate signal charges that are shifted by about a half interval in the horizontal and vertical scanning directions on the semiconductor substrate. Color separation means arranged in a predetermined pattern for color segments that color-separate incident light into a plurality of color components corresponding to the light receiving element in the direction in which the incident light arrives. Correspondingly, a plurality of gate means for reading signal charges generated by the light receiving elements are provided in each of the plurality of light receiving elements, and a plurality of signal charges read from the light receiving elements by the plurality of gate means in the vertical scanning direction. A solid-state imaging device that transfers signal charges transferred from the plurality of vertical transfer units in the horizontal scanning direction by the horizontal transfer unit, wherein the gate unit includes a plurality of light receiving elements. The gate means is further arranged at a position where the gate means of adjacent light receiving elements having the same color segment as the color segment of the light receiving element face each other across the vertical transfer means. In the first solid-state image sensor driving method, in the first imaging mode, this method reads out signal charges from the gate means on the same side of each of the plurality of light receiving elements to each of the plurality of vertical transfer means, and performs horizontal transfer. The signal charges read out are transferred to the means, and in the second photographing mode, the signal charges generated by the light receiving elements having the same color segment from the gate means arranged with the vertical transfer means interposed therebetween are transferred to the vertical transfer means. The signal charges read by the vertical transfer means are mixed, the mixed signal charges are transferred to the horizontal transfer means, and the horizontal transfer means Beauty respective second imaging mode according to the number of the vertical transfer means used is characterized in that for transferring the supplied signal charges from each of the vertical transfer means.

本発明によれば、第2のモードでそれぞれ複数のゲート手段が設けられた受光素子から信号電荷を複数の垂直転送手段に読み出す際に、ある受光素子と相関性として持たせた同一の色成分が配設された隣接する受光素子とで生成される信号電荷を互いに対向するゲート手段を介して共用する垂直転送手段に読み出し、この垂直転送手段にて読み出した同色の信号電荷を混合して、水平転送手段に転送し、水平転送手段は第1のモードに比べて第2のモードで垂直転送手段を共用することで半分の利用で済むことから、信号電荷を通常の読出しフレームレートよりも高速に転送して出力させることができる。これにより、第2のモードにおいて高フレームレートに信号を読み出すとともに、高画質な画像を得ることができる。   According to the present invention, when the signal charge is read out to the plurality of vertical transfer means from the light receiving element provided with the plurality of gate means in the second mode, the same color component given as a correlation with a certain light receiving element Read out the signal charges generated by the adjacent light receiving elements provided to the vertical transfer means shared through the gate means facing each other, mix the signal charges of the same color read by this vertical transfer means, Transfer to the horizontal transfer means, and since the horizontal transfer means can use half the vertical transfer means in the second mode compared to the first mode, the signal charge can be faster than the normal read frame rate. Can be transferred to and output. Thereby, in the second mode, a signal can be read at a high frame rate and a high-quality image can be obtained.

次に添付図面を参照して本発明による固体撮像素子の一実施例を詳細に説明する。   Next, an embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1を参照すると、本発明が適用された固体撮像素子の一実施例が示されている。同図には本固体撮像素子10の主として撮像面および水平転送路の要部を拡大した平面図である。固体撮像素子10は、CCD(Charge Coupled Device)型撮像素子である。受光素子12は光電変換機能を有するフォトダイオード(PD)である。受光素子12は互いに隣接する受光素子同士を相対的に1/2画素ピッチずらして水平および垂直方向に2次元的に配設される。このように受光素子12が配設されることから、受光素子12の間に形成される垂直転送路14のそれぞれは、垂直方向に見てCCDがジグザグ状に形成される。垂直転送路14には、それぞれ転送路分離用バリア16を介して水平転送路18が接続される。水平転送路18は水平方向に見てCCDが形成される。水平転送路の左方端部には転送された信号電荷をアナログの電圧信号として検出し出力する出力アンプ20が接続される。   FIG. 1 shows an embodiment of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. FIG. 2 is an enlarged plan view mainly showing an image pickup surface and a horizontal transfer path of the solid-state image pickup device 10. The solid-state imaging device 10 is a CCD (Charge Coupled Device) type imaging device. The light receiving element 12 is a photodiode (PD) having a photoelectric conversion function. The light receiving elements 12 are two-dimensionally arranged in the horizontal and vertical directions with the light receiving elements adjacent to each other being shifted by a 1/2 pixel pitch. Since the light receiving elements 12 are arranged in this manner, each of the vertical transfer paths 14 formed between the light receiving elements 12 has a CCD formed in a zigzag shape when viewed in the vertical direction. A horizontal transfer path 18 is connected to the vertical transfer path 14 via a transfer path separating barrier 16. A CCD is formed on the horizontal transfer path 18 when viewed in the horizontal direction. An output amplifier 20 that detects and outputs the transferred signal charge as an analog voltage signal is connected to the left end of the horizontal transfer path.

本実施例の固体撮像素子10は、各受光素子12の左下側に信号電荷を読み出すトランスファシフトゲート22が形成される。また、受光素子12は、受光素子12の右上側にもトランスファシフトゲート24が形成される。トランスファシフトゲート22および24に信号電荷読出し用のトランスファシフトゲートパルスが印加されると、隣接して配される垂直転送路14の一領域に信号電荷が読み出される。   In the solid-state imaging device 10 of the present embodiment, a transfer shift gate 22 that reads signal charges is formed on the lower left side of each light receiving device 12. In the light receiving element 12, a transfer shift gate 24 is also formed on the upper right side of the light receiving element 12. When a transfer shift gate pulse for reading out signal charges is applied to the transfer shift gates 22 and 24, signal charges are read out to a region of the vertical transfer path 14 arranged adjacent to the transfer shift gates 22 and 24.

このように本実施例における固体撮像素子10は、受光素子12において一方の対角位置に対しトランスファシフトゲート22および24を形成し、隣接形成された垂直転送路14に接続される。固体撮像素子10は後述するように動作モードに応じて受光素子12のトランスファシフトゲート22および24のいずれか一方をオン状態に制御し、受光素子12に生成した信号電荷を垂直転送路14の一領域に読み出す。   As described above, in the solid-state imaging device 10 in this embodiment, the transfer shift gates 22 and 24 are formed with respect to one diagonal position in the light receiving device 12 and connected to the adjacent vertical transfer path 14. As will be described later, the solid-state imaging device 10 controls one of the transfer shift gates 22 and 24 of the light receiving element 12 to be in an on state according to the operation mode, and the signal charge generated in the light receiving element 12 is transferred to one of the vertical transfer paths 14. Read to area.

次に固体撮像素子10をディジタルカメラに搭載した場合の駆動を図2に示す。ディジタルカメラは、静止画撮影モードおよび動画撮影モードを有する。固体撮像素子10における静止画撮影モードでは、たとえば画素それぞれに生成した信号電荷をトランスファシフトゲート24から垂直転送路14の一領域に読み出す全画素読出しである。読み出した信号電荷は水平転送路に向けて転送され、水平転送路にシフトされる。シフトした信号電荷は図1の出力アンプ20に供給される。出力アンプ20は、フローティング・ディフュージョン・アンプである。このアンプのリセットゲートに印加するリセットパルスφRSは、信号電荷がシフトされる各垂直転送路14に対応して交互にハイレベルおよびロウレベルの周期をとる。   Next, FIG. 2 shows driving when the solid-state imaging device 10 is mounted on a digital camera. The digital camera has a still image shooting mode and a moving image shooting mode. In the still image shooting mode in the solid-state imaging device 10, for example, all-pixel reading is performed in which the signal charge generated in each pixel is read from the transfer shift gate 24 to one region of the vertical transfer path 14. The read signal charges are transferred toward the horizontal transfer path and shifted to the horizontal transfer path. The shifted signal charge is supplied to the output amplifier 20 in FIG. The output amplifier 20 is a floating diffusion amplifier. The reset pulse φRS applied to the reset gate of this amplifier alternately takes cycles of high level and low level corresponding to each vertical transfer path 14 to which the signal charge is shifted.

図3に示す固体撮像素子10の動画撮影モードでは、左斜めに並ぶ2つの受光素子12において対向するトランスファシフトゲート22および24を介して矢印が示すように信号電荷を濃いドットで表わされる垂直転送路14の一領域に読み出す。この一領域に読み出した信号電荷は2画素分の加算したレベルになる。このような信号電荷の加算、すなわち画素加算は、混色しないように2つの受光素子12に相関性を持たせて配置されることが好ましい。   In the moving image shooting mode of the solid-state imaging device 10 shown in FIG. 3, the signal charges are vertically transferred as dark dots as indicated by arrows through the two transfer shift gates 22 and 24 facing each other in the two light receiving elements 12 arranged diagonally to the left. Read to one area of path 14. The signal charge read out in this one region has a level obtained by adding two pixels. Such signal charge addition, that is, pixel addition, is preferably arranged with a correlation between the two light receiving elements 12 so as not to mix colors.

このときリセットパルスφRSは、信号電荷が読み出される垂直転送路14と信号電荷が読み出されない垂直転送路14の2組、計4本に対して1組の転送路ごとに交互にハイレベルおよびロウレベルの周期をとる。したがって、周期が静止画モードに比べて2倍の2画素周期になる。このリセットパルスを与えることにより水平転送路の読み出し画素数を半減させ、1周期で4本分移動させることから転送速度を2倍に高速化することができる。すなわち、リセット信号の周波数を変更しない場合、水平に信号転送させる水平駆動周波数を倍にするのと同じ効果を発揮する。   At this time, the reset pulse φRS is alternately set to a high level and a low level for every one transfer path for a total of four sets of vertical transfer paths 14 from which signal charges are read and vertical transfer paths 14 from which signal charges are not read. The cycle is taken. Therefore, the cycle is two pixel cycles, which is twice that of the still image mode. By giving this reset pulse, the number of readout pixels in the horizontal transfer path is halved, and the transfer speed can be doubled because four pixels are moved in one cycle. That is, when the frequency of the reset signal is not changed, the same effect as doubling the horizontal drive frequency for horizontally transferring the signal is exhibited.

ここで、固体撮像素子10を時間差読み出しにて駆動した際の信号電荷の転送状態を図4〜図8を参照し、説明する。図4には説明のために、各受光素子12にて受光して信号電荷が生成された状態をハッチングにて示す。次に受光素子12のフィールドシフトゲート24に矢印で示す垂直駆動信号における一つの信号であるフィールドシフトゲートパルス(レベル“H”)TGを印加すると、図5に示すように、受光素子12に蓄積された信号電荷は矢印が示すフィールドシフトゲート24を介して隣接する垂直転送路14の一領域に読み出される。ここで、信号電荷はハッチングで表わす。   Here, a signal charge transfer state when the solid-state imaging device 10 is driven by time difference readout will be described with reference to FIGS. For the sake of explanation, FIG. 4 shows the state in which signal charges are generated by receiving light from each light receiving element 12 by hatching. Next, when a field shift gate pulse (level “H”) TG, which is one of the vertical drive signals indicated by arrows, is applied to the field shift gate 24 of the light receiving element 12, the light is accumulated in the light receiving element 12 as shown in FIG. 5. The signal charge thus read is read out to a region of the adjacent vertical transfer path 14 via the field shift gate 24 indicated by the arrow. Here, the signal charge is represented by hatching.

読み出した信号電荷は、図6に示すように、図示しない垂直駆動信号を印加することにより垂直転送路14のパケットを一段階水平転送路18の方向に転送シフトされる。次いで図7に示すように、さらに一段階垂直転送路14の下方に転送シフトされる。ここで、図7の状態において、図8に示すように、再び、矢印のトランスファゲートパルスTGが受光素子12のフィールドシフトゲート22に印加されると、受光素子12に蓄積された信号電荷は、フィールドシフトゲート22介して垂直転送路14の一領域に読み出される。これによって、読み出された信号電荷は、垂直転送路14内に転送されてきた信号電荷と混合される。このようにして信号電荷が混合される際には、混合元の受光素子12には、混合する受光素子と同一の色成分を有する色フィルタセグメントが各受光素子12上に配設される。すなわち、斜め2画素は、それぞれ同色にある。   As shown in FIG. 6, the read signal charges are transferred and shifted in the direction of the one-step horizontal transfer path 18 in the packets of the vertical transfer path 14 by applying a vertical drive signal (not shown). Next, as shown in FIG. 7, the transfer shift is further performed below the one-step vertical transfer path 14. Here, in the state of FIG. 7, as shown in FIG. 8, when the transfer gate pulse TG indicated by the arrow is applied again to the field shift gate 22 of the light receiving element 12, the signal charge accumulated in the light receiving element 12 is Data is read out to a region of the vertical transfer path 14 via the field shift gate 22. As a result, the read signal charge is mixed with the signal charge transferred into the vertical transfer path 14. When the signal charges are mixed in this way, the color filter segment having the same color component as the light receiving element to be mixed is disposed on each light receiving element 12 in the light receiving element 12 of the mixing source. That is, the two diagonal pixels have the same color.

次に固体撮像素子10における色属性を考慮した色フィルタセグメントR, GおよびBの配置パターンを図9に示す。図9(a)のパターンは、受光素子12を左斜めに同色の2画素の組で垂直方向に見て色Rと色Bが交互に配され、隣接する2画素の組を垂直方向に色Gが配される。図示するように色Rの色フィルタが配置された互いに左上方の受光素子12と右下方の受光素子12、すなわち左斜めに並ぶ2画素から動画撮像モードにて混合読み出しされる画素である。この配列パターンは、左斜め方向の2画素を一組、一列相当に扱い、色Rと色Bとを列方向に配し、隣接する一組の画素には色Gを配する。したがって、信号電荷の読み出される垂直転送路16は、一列おきになる。垂直転送路16には、2画素分の色Rと2画素分の色Bの信号電荷をそれぞれ読み出して、混合される。一つ隔てた垂直転送路16には、2画素分の色Gと2画素分の色Gの信号電荷がそれぞれ読み出されて、混合される。   Next, FIG. 9 shows an arrangement pattern of the color filter segments R, G, and B in consideration of the color attributes in the solid-state imaging device 10. In the pattern of FIG. 9 (a), colors R and B are alternately arranged when the light receiving element 12 is obliquely viewed to the left and viewed in the vertical direction with a pair of two pixels of the same color, and the adjacent pair of pixels is colored in the vertical direction. G is placed. As shown in the drawing, the light receiving element 12 on the upper left side and the light receiving element 12 on the lower right side where color filters of color R are arranged, that is, pixels that are mixedly read out in the moving image capturing mode from two pixels arranged diagonally to the left. In this arrangement pattern, two pixels in the diagonally left direction are treated as one set corresponding to one column, color R and color B are arranged in the column direction, and color G is arranged in an adjacent set of pixels. Accordingly, the vertical transfer paths 16 from which signal charges are read out are every other column. The vertical transfer path 16 reads and mixes the signal charges of the color R for two pixels and the color B for two pixels, respectively. The signal charges of the color G for two pixels and the color G for two pixels are respectively read out and mixed in the vertical transfer path 16 separated by one.

図9(b)のパターンは、受光素子12を2画素の組で垂直方向に見て色Rと色Gが交互に配され、隣接する2画素の組を垂直方向に色Gと色Bが交互に配される。さらに、図9(c)のパターンは、受光素子12を2画素の組で縦ストライプに配される。この配列パターンは、左斜め方向の2画素を一組、一列相当に扱い、色RGBの順に配する。動画撮像モードでは、左斜めに並ぶ2画素から信号電荷を読み出す。垂直転送路16には、色R, GおよびBの信号電荷が読み出されて、混合される。このように色フィルタセグメントをパターン配列すると、信号電荷を垂直転送路16に読出しても、混色させることなく転送させることができる。   In the pattern of FIG. 9 (b), when the light receiving element 12 is viewed in the vertical direction as a set of two pixels, the color R and the color G are alternately arranged, and the set of two adjacent pixels is the color G and the color B in the vertical direction. Allocated alternately. Further, in the pattern of FIG. 9C, the light receiving elements 12 are arranged in a vertical stripe in a group of two pixels. In this arrangement pattern, two pixels in the diagonally left direction are treated as one set, corresponding to one column, and arranged in the order of color RGB. In the moving image capturing mode, signal charges are read from two pixels arranged diagonally to the left. In the vertical transfer path 16, the signal charges of the colors R, G and B are read and mixed. When the color filter segments are arranged in this manner, signal charges can be transferred without being mixed even if they are read out to the vertical transfer path 16.

また、図10の固体撮像素子10は、右斜めに同色の2画素の組とするようにしてもよい。2画素の組における駆動方法を図10(a)に示す。色B1の受光素子12においてフィールドシフトゲート24をオン状態にする。この組における一方の受光素子12に蓄積した色B1の信号電荷は矢印26の方向に垂直転送路14に読み出される。この後、垂直転送路14に読み出した色B1の信号電荷はこの組における他方の受光素子12、矢印28が示す位置まで転送される。他方の受光素子12は、フィールドシフトゲート22をオン状態にする。この駆動により、受光素子12は、色B2の蓄積した信号電荷を垂直転送路16に読み出す。この信号電荷読出しを矢印30が示す。この読出しにより色B1と色B2の信号電荷が垂直転送路16において混合される。   Further, the solid-state imaging device 10 of FIG. 10 may be a group of two pixels of the same color diagonally to the right. FIG. 10 (a) shows a driving method in a set of two pixels. In the light receiving element 12 of the color B1, the field shift gate 24 is turned on. The signal charges of color B1 accumulated in one light receiving element 12 in this set are read out to the vertical transfer path 14 in the direction of the arrow 26. Thereafter, the signal charge of the color B1 read out to the vertical transfer path 14 is transferred to the position indicated by the other light receiving element 12 and arrow 28 in this set. The other light receiving element 12 turns the field shift gate 22 on. By this driving, the light receiving element 12 reads the signal charge accumulated in the color B2 to the vertical transfer path 16. This signal charge readout is indicated by an arrow 30. By this reading, the signal charges of the colors B1 and B2 are mixed in the vertical transfer path 16.

図10(b)のパターンは、受光素子12を右斜めに同色の2画素の組で垂直方向に見て色B(B1,B2)と色R(R1,R2)が交互に配され、隣接する2画素の組を垂直方向に色G(G1,G2)が配される。図10(c)のパターンは、受光素子12を2画素の組で垂直方向に見て色B(B1,B2)と色G(G1,G2)が交互に配され、隣接する2画素の組を垂直方向に色G(G1,G2)と色R(R1,R2)が交互に配される。信号電荷の読出しは、図10(a)の駆動を基本にして、混色なく同色同士を混合する。   In the pattern of Fig. 10 (b), color B (B1, B2) and color R (R1, R2) are alternately arranged adjacent to each other when the light-receiving element 12 is viewed diagonally to the right in a pair of two pixels of the same color. A color G (G1, G2) is arranged in the vertical direction of the set of two pixels. The pattern in FIG. 10 (c) shows that the light receiving element 12 is viewed in the vertical direction as a set of two pixels, and color B (B1, B2) and color G (G1, G2) are alternately arranged to form a set of two adjacent pixels. In the vertical direction, color G (G1, G2) and color R (R1, R2) are alternately arranged. The signal charges are read based on the driving shown in FIG. 10 (a) by mixing the same colors without mixing colors.

次に固体撮像素子10は、図11に示すように、受光素子12および32を画素ずらしさせて配置される。画素ずらしは、互いに隣接する受光素子12の行同士において、一方の行に位置する受光素子の配列が他方の行に位置する受光素子12および32の配列に対する配列間隔を1/2だけ相対的にずらされる。受光素子12および32はこの配置により稠密に配置される。前述したように通常、CCDの場合には、受光素子12および32の間に垂直転送路14が形成される。   Next, as shown in FIG. 11, the solid-state imaging device 10 is arranged by shifting the light receiving elements 12 and 32 by pixels. In the pixel shift, in the rows of the light receiving elements 12 adjacent to each other, the arrangement of the light receiving elements located in one row is relative to the arrangement interval of the light receiving elements 12 and 32 located in the other row by 1/2. It is shifted. The light receiving elements 12 and 32 are densely arranged by this arrangement. As described above, in the case of a CCD, the vertical transfer path 14 is usually formed between the light receiving elements 12 and 32.

開口部34は、カラーフィルタセグメントと遮光部材とのいずれかに覆われる。カラーフィルタセグメントの配列パターンには、2ラインの右斜めの2画素を同色に配色し2ラインを水平方向に見て色RGRG・・・、次の2ラインを色GBGB・・・とする順番に配色するパターンが用いられる。この配列パターンは、斜め2画素を一組として見た場合、色RR/BBと色GGGGの斜めストライプパターンとも言える(図13を参照)。   The opening 34 is covered with either the color filter segment or the light shielding member. In the color filter segment arrangement pattern, two diagonal pixels on the right of the two lines are arranged in the same color, and the two lines are viewed in the horizontal direction as color RGRG ..., and the next two lines as color GBGB ... A color scheme is used. This arrangement pattern can be said to be an oblique stripe pattern of color RR / BB and color GGGG when two oblique pixels are viewed as one set (see FIG. 13).

カラーフィルタセグメントに覆われた受光素子12が実際の画素に対応する。また、受光素子32は、受光素子12の開口部34が有する感光領域と同じ面積を有し、遮光部材に覆われる。図11の場合、受光素子32は、水平転送路18から上方の4ラインに設けられる。   The light receiving element 12 covered with the color filter segment corresponds to an actual pixel. The light receiving element 32 has the same area as the photosensitive region of the opening 34 of the light receiving element 12, and is covered with a light shielding member. In the case of FIG. 11, the light receiving elements 32 are provided on the four lines above the horizontal transfer path 18.

受光素子12は、蓄積した信号電荷を垂直転送路14に読み出すフィールドシフトゲート22を一つ設ける。また、受光素子14は、蓄積した信号電荷を垂直転送路14に読み出すフィールドシフトゲート36および38とを2つ対角位置に設ける。図11の固体撮像素子10は、フィールドシフトゲート22を通常右斜め下方側に設け、フィールドシフトゲート36および38を右斜め上方側および左斜め下方側の対角位置に設けられる。受光素子32におけるフィールドシフトゲートの配設位置は、上述した位置に限定されるものではなく、任意に設定することができる。   The light receiving element 12 is provided with one field shift gate 22 for reading the accumulated signal charge to the vertical transfer path 14. The light receiving element 14 is provided with two field shift gates 36 and 38 for reading the accumulated signal charges to the vertical transfer path 14 at diagonal positions. In the solid-state imaging device 10 of FIG. 11, the field shift gate 22 is normally provided on the diagonally lower right side, and the field shift gates 36 and 38 are provided at diagonal positions on the diagonally upper right side and the diagonally lower left side. The position of the field shift gate in the light receiving element 32 is not limited to the position described above, and can be set arbitrarily.

垂直転送路16は、構成要素のCCDに転送電極が配設される。垂直転送路14には、色R, GおよびBの信号電荷が垂直方向に混色しないように読み出される。読み出された信号電荷は通常の転送により水平転送路18に向けて転送される。   In the vertical transfer path 16, transfer electrodes are disposed on the CCD as a component. On the vertical transfer path 14, the signal charges of the colors R, G, and B are read so as not to be mixed in the vertical direction. The read signal charges are transferred toward the horizontal transfer path 18 by normal transfer.

ただし、垂直転送路14に読み出された信号電荷は、受光素子32が配設された領域の転送電極に印加するフィールドシフトゲートパルスの供給に応じて受光素子32に戻すことも可能である。受光素子32に配設されるフィールドシフトゲート36および38は、受光素子12のフィールドシフトゲート22のゲート制御と異なり、独立となる。この結果、任意であるが矢印A, B, CおよびDに示すように、通常の垂直転送では有り得ない斜め方向に転送することができる。矢印Dの転送には、図示しないが図1のフィールドシフトゲート36および38を、もう一方の対角側だけに配して動作させた場合に可能である。この転送は、水平転送路18を駆動させることなく、水平方向の転送を含むラインシフトを実現する点で相対的に有利である。   However, the signal charge read to the vertical transfer path 14 can be returned to the light receiving element 32 in response to the supply of the field shift gate pulse applied to the transfer electrode in the region where the light receiving element 32 is provided. Unlike the gate control of the field shift gate 22 of the light receiving element 12, the field shift gates 36 and 38 disposed in the light receiving element 32 are independent. As a result, as indicated by arrows A, B, C, and D, it is possible to transfer in an oblique direction that is not possible with normal vertical transfer. Although not shown, the transfer of the arrow D is possible when the field shift gates 36 and 38 in FIG. 1 are operated only on the other diagonal side. This transfer is relatively advantageous in that a line shift including a horizontal transfer can be realized without driving the horizontal transfer path 18.

垂直転送路14は、受光素子12が配設される領域40に比べて受光素子32が配設される領域42では形成されるポテンシャル井戸の容量を多くすることが好ましい(図13を参照)。これは、信号電荷を混合しても、信号電荷が溢れないように転送路の幅を広げたりポテンシャル井戸をより一層深くしたりするとよい。   The vertical transfer path 14 preferably has a larger potential well capacity in the region 42 in which the light receiving element 32 is disposed than in the region 40 in which the light receiving element 12 is disposed (see FIG. 13). This may be achieved by increasing the width of the transfer path or making the potential well deeper so that the signal charge does not overflow even when the signal charge is mixed.

固体撮像素子10は、複数の垂直転送路14と直交する方向に水平転送路18を有する。水平転送路18は、一方向に駆動させ任意の方向に駆動することは難しい。固体撮像素子10は、水平転送路18からの信号電荷を電圧に変換するアンプ20を含む。アンプ20は、フローティングディフュージョンアンプである。   The solid-state imaging device 10 has a horizontal transfer path 18 in a direction orthogonal to the plurality of vertical transfer paths 14. It is difficult to drive the horizontal transfer path 18 in one direction by driving it in one direction. The solid-state imaging device 10 includes an amplifier 20 that converts the signal charge from the horizontal transfer path 18 into a voltage. The amplifier 20 is a floating diffusion amplifier.

固体撮像素子10において、受光素子32の配設は、図11のような水平転送路18の直近に限定されるものでなく、図12のように画面の中央付近に一行設けてもよい。図12のように受光素子32が一行だけ設ける場合、一つの受光素子32の周囲に位置する2ないし4画素の画素データから補間することができる。これらの位置での画素データは混合させず読み出すことが好ましい。このように読み出せば、従来の仮想画素の算出やキズ補正算出の手法と同じに受光素子32の画素データが得られる。   In the solid-state imaging device 10, the arrangement of the light receiving elements 32 is not limited to the immediate vicinity of the horizontal transfer path 18 as shown in FIG. 11, but may be provided in a line near the center of the screen as shown in FIG. When only one row of light receiving elements 32 is provided as shown in FIG. 12, interpolation can be performed from pixel data of 2 to 4 pixels located around one light receiving element 32. It is preferable to read out the pixel data at these positions without mixing them. By reading out in this way, pixel data of the light receiving element 32 can be obtained in the same manner as conventional methods of calculating virtual pixels and calculating flaw correction.

次に固体撮像素子10の駆動について説明する。固体撮像素子10を図13に示す。図13の固体撮像素子10は受光素子12の画素領域40と受光素子32の遮光領域42を有する。画素領域40のカラーフィルタセグメントは、たとえば、1/2画素ずらしされたハニカム配列において色RR/BBと色GGGGの斜めストライプパターンを用いる。具体的には一つの右斜めラインを色Gに配色し隣接する次の右斜めラインを色RRBB・・・が繰り返される。別の見方をすれば、この2ライン斜めストライプパターンは、水平転送路18側の最初の2ラインを水平方向に色GBGB・・・とし、次の2ラインにおいて水平方向に見て色RGRG・・・の順に繰り返されるパターンが用いられる。   Next, driving of the solid-state image sensor 10 will be described. A solid-state imaging device 10 is shown in FIG. The solid-state imaging device 10 in FIG. 13 includes a pixel region 40 of the light receiving element 12 and a light shielding region 42 of the light receiving element 32. The color filter segment of the pixel region 40 uses, for example, an oblique stripe pattern of the colors RR / BB and the colors GGGG in a honeycomb arrangement shifted by 1/2 pixel. Specifically, one right diagonal line is colored in color G, and the next adjacent right diagonal line is repeated with colors RRBB. From another point of view, this two-line diagonal stripe pattern shows the first two lines on the horizontal transfer path 18 side as the color GBGB in the horizontal direction and the color RGRG ... A pattern repeated in the order of is used.

次に固体撮像素子10が露光される。受光素子12には、入射光の強さに応じたカラーフィルタセグメントの色属性を有する信号電荷が蓄積される。信号電荷の色属性、すなわち色R, BおよびGを図14に示す。信号電荷の色属性は、それぞれ、左斜めのハッチング、右斜めハッチングおよびドットで表す。この露光にともなう信号電荷の蓄積状態が図15のタイミングT1である。図15において垂直駆動信号V1, V2, V3, V4および電圧バリア信号VBの信号レベルは、それぞれレベル“M”,“M”,“L”,“L”および“L”である。   Next, the solid-state image sensor 10 is exposed. In the light receiving element 12, signal charges having a color attribute of a color filter segment corresponding to the intensity of incident light are accumulated. FIG. 14 shows the color attributes of the signal charges, that is, the colors R, B, and G. The color attributes of signal charges are represented by left diagonal hatching, right diagonal hatching, and dots, respectively. The accumulation state of the signal charge accompanying this exposure is the timing T1 in FIG. In FIG. 15, the signal levels of the vertical drive signals V1, V2, V3, V4 and the voltage barrier signal VB are levels “M”, “M”, “L”, “L” and “L”, respectively.

次に図15に示すように、受光素子12に蓄積した信号電荷を同時にすべて垂直転送路14に読み出す。図示しないが、この信号電荷の読出しは垂直駆動信号V1をレベル“H”にすることによりフィールドシフトゲート22をオン状態にすることにより該当する色RGRG・・・, 色GBGB・・・が一行おきに読み出される。   Next, as shown in FIG. 15, all the signal charges accumulated in the light receiving element 12 are simultaneously read out to the vertical transfer path 14. Although not shown, this signal charge is read by setting the vertical drive signal V1 to the level “H” to turn on the field shift gate 22 so that the corresponding colors RGRG..., GBGB. Is read out.

次にタイミングT2にて垂直駆動信号V3がレベル“H”になり、この結果、該当するフィールドシフトゲート22をオン状態にする。この信号電荷の読出し状態を図16に示す。この後、図15のタイミングT3が示すように、垂直駆動信号V1, V2, V3およびV4がレベル“M”,“M”,“L”および“L”になる。垂直駆動信号V1およびV2のレベル“M”変化により、ポテンシャル井戸、すなわちパケットが形成される。このとき垂直駆動信号V3のレベルが“M”から“L”に変化してパケットの深さを浅くする。この一連のパケット形成にともない垂直駆動信号V3により読み出された信号電荷が、図17に示すように、垂直駆動信号V1およびV2の位置に移動する。これにより、信号電荷が1ライン上に並ぶことになる。   Next, at timing T2, the vertical drive signal V3 becomes level “H”, and as a result, the corresponding field shift gate 22 is turned on. FIG. 16 shows the readout state of this signal charge. Thereafter, as indicated by timing T3 in FIG. 15, the vertical drive signals V1, V2, V3, and V4 become levels “M”, “M”, “L”, and “L”. A potential well, that is, a packet is formed by the level “M” change of the vertical drive signals V1 and V2. At this time, the level of the vertical drive signal V3 changes from “M” to “L”, and the depth of the packet is reduced. As shown in FIG. 17, the signal charge read by the vertical drive signal V3 is moved to the positions of the vertical drive signals V1 and V2 along with this series of packet formation. As a result, the signal charges are arranged on one line.

垂直転送路14に読み出した信号電荷は、図18のタイミングT4にて図19に示すように、垂直転送路14における2パケット分の同一ラインとして水平転送路20に向けて転送される。このとき、垂直駆動信号V3およびV4は、レベル“H”になる。このため遮光された受光素子32に配設されたフィールドシフトゲート36および38が、オン状態になる。図19は、受光素子32を挟んで同色の信号電荷が混ざった状態を示す。   The signal charge read out to the vertical transfer path 14 is transferred toward the horizontal transfer path 20 as the same line for two packets in the vertical transfer path 14 as shown in FIG. 19 at timing T4 in FIG. At this time, the vertical drive signals V3 and V4 are at level "H". Therefore, the field shift gates 36 and 38 disposed in the light-receiving element 32 that is shielded from light are turned on. FIG. 19 shows a state where signal charges of the same color are mixed with the light receiving element 32 interposed therebetween.

次に図18のタイミングT5では2画素分の信号電荷を一方の垂直転送路14に集めて、垂直駆動信号V1およびV2に対応する位置に移動させる。この信号電荷の移動した状態を図20に示す。電圧バリアVBはレベル“L”にあって、水平転送路18への転送阻止状態にある。   Next, at timing T5 in FIG. 18, signal charges for two pixels are collected in one vertical transfer path 14 and moved to a position corresponding to the vertical drive signals V1 and V2. FIG. 20 shows a state in which this signal charge has moved. The voltage barrier VB is at the level “L” and is in a state of preventing transfer to the horizontal transfer path 18.

次に図18のタイミングT6にて垂直転送路14の信号電荷を水平転送路18に向けて転送するとともに受光素子32において同色の信号電荷を集める。そして、電圧バリアVBには信号レベル“H”の信号が供給される。これにより、電圧バリアVBは導通状態になる。したがって、電圧バリアVBの直前にある信号電荷は、図21に示すように、水平転送路18にシフトされる。このように動作させることにより、水平転送路18には、混色しないように、1パケットおきに各色の信号電荷が垂直転送路14から転送される。このように信号電荷が読み出される位置および色属性の対応規則はあらかじめわかる。   Next, at timing T6 in FIG. 18, the signal charges on the vertical transfer path 14 are transferred toward the horizontal transfer path 18 and the signal charges of the same color are collected in the light receiving element 32. Then, a signal level “H” signal is supplied to the voltage barrier VB. As a result, the voltage barrier VB becomes conductive. Therefore, the signal charge immediately before the voltage barrier VB is shifted to the horizontal transfer path 18 as shown in FIG. By operating in this way, the signal charges of each color are transferred from the vertical transfer path 14 to the horizontal transfer path 18 every other packet so as not to mix colors. Thus, the correspondence rule between the position where the signal charge is read out and the color attribute is known in advance.

水平転送路18から出力される信号電荷はアナログ電圧信号に変換され、さらにこの信号をディジタル化した後の画素データから確実に一つの画像を生成させることができる。遮光領域42を増やすと、固体撮像素子10は水平ブランキング期間以外の期間に信号電荷の転送を可能にする。この転送により、これまで水平画素混合で用いたラインメモリを不要にできる。また、この転送は水平ブランキングも不要にして、高速読出しを可能にする。   The signal charge output from the horizontal transfer path 18 is converted into an analog voltage signal, and one image can be reliably generated from the pixel data after the signal is digitized. When the light shielding area 42 is increased, the solid-state imaging device 10 enables signal charges to be transferred during a period other than the horizontal blanking period. This transfer eliminates the need for a line memory that has been used for horizontal pixel mixing. This transfer also eliminates horizontal blanking and enables high-speed reading.

以上説明したように静止画撮像モードと動画撮像モードとでは、転送ゲートへの駆動方法を切り替えて受光素子から信号電荷を読み出しているので、使用する垂直転送路を減少させることができる。   As described above, in the still image capturing mode and the moving image capturing mode, since the signal charge is read from the light receiving element by switching the driving method to the transfer gate, the vertical transfer path to be used can be reduced.

また同一色成分にて近隣する受光素子の相関性を持たせた画素からタイミングを調節して信号電荷を垂直転送路に読み出して垂直転送することにより、転送路にて混色なく、信号電荷を混合させることができる。この場合、画素混合を後段に行う場合よりもノイズ等が発生せず、また画素混合により感度も上昇する。   Also, by adjusting the timing from the pixels with the correlation of neighboring light receiving elements with the same color component and reading the signal charge to the vertical transfer path and transferring it vertically, the signal charge is mixed in the transfer path without color mixing. Can be made. In this case, noise or the like is not generated as compared with the case where pixel mixing is performed in the subsequent stage, and sensitivity is also increased by pixel mixing.

さらに上述のような切替制御に連動して水平転送路に対する駆動を高速に切り替えることにより、信号電荷を読み出す時間を高速化することができる。このように高速および高画質の動画撮影が実現される。   Furthermore, the time for reading the signal charge can be increased by switching the driving for the horizontal transfer path at a high speed in conjunction with the switching control as described above. Thus, high-speed and high-quality moving image shooting is realized.

本発明が適用された実施例における固体撮像素子の構成例の要部を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the principal part of the structural example of the solid-state image sensor in the Example with which this invention was applied. 図1の固体撮像素子における静止画撮影モード時における信号電荷の転送状態を示す図である。It is a figure which shows the transfer state of the signal charge at the time of the still image imaging | photography mode in the solid-state image sensor of FIG. 図1の固体撮像素子における動画撮影モード時における信号電荷の転送状態を示す図である。It is a figure which shows the transfer state of the signal charge at the time of the video recording mode in the solid-state image sensor of FIG. 時間差読み出し方式にて信号電荷を読み出す前の蓄積した信号電荷の状態を説明する図である。It is a figure explaining the state of the accumulated signal charge before reading a signal charge by a time difference reading method. 図4に蓄積した信号電荷の一部を読み出した状態を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which a part of the signal charge accumulated in FIG. 4 is read out. 図5に示した読出し信号電荷の転送を説明する図である。It is a figure explaining transfer of the read signal electric charge shown in FIG. 図6に示した読出し信号電荷の転送を説明する図である。It is a figure explaining transfer of the read-out signal charge shown in FIG. 図7に示した読出し信号電荷と受光素子からの読み出す信号電荷との混合を説明する図である。It is a figure explaining mixing of the read signal charge shown in Drawing 7, and the signal charge read from a photo acceptance unit. 図1の固体撮像素子における色フィルタセグメントの配列パターンおよび信号電荷の読出し方向を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement pattern of color filter segments and a signal charge reading direction in the solid-state imaging device of FIG. 1. 図1の固体撮像素子における色フィルタセグメントの配列パターンおよび固体撮像素子の基本的な駆動手順を説明する図である。It is a figure explaining the basic drive procedure of the arrangement pattern of the color filter segment in the solid-state image sensor of FIG. 1, and a solid-state image sensor. 通常の受光素子と遮光用の受光素子とを有する固体撮像素子の要部構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of a principal part structure of the solid-state image sensor which has a normal light receiving element and the light receiving element for light shielding. 図11の固体撮像素子における他の要部構成例を示す平面図である。FIG. 12 is a plan view showing another configuration example of the main part of the solid-state imaging device of FIG. 図10に対応する固体撮像素子における色フィルタセグメントの配列パターンを示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an arrangement pattern of color filter segments in the solid-state imaging device corresponding to FIG. 図13の固体撮像素子における露光による信号電荷の色属性を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing color attributes of signal charges due to exposure in the solid-state imaging device of FIG. 図14の固体撮像素子から信号電荷を読み出す駆動を説明するタイミングチャートである。FIG. 15 is a timing chart illustrating driving for reading signal charges from the solid-state imaging device in FIG. 図14の固体撮像素子においてタイミングT2における読み出した信号電荷の位置を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the position of a read signal charge at timing T2 in the solid-state imaging device of FIG. 図14の固体撮像素子においてタイミングT3における読み出した信号電荷の位置を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the position of a read signal charge at timing T3 in the solid-state imaging device of FIG. 図14の固体撮像素子において読み出した信号電荷の転送駆動を説明するタイミングチャートである。FIG. 15 is a timing chart for explaining transfer driving of signal charges read in the solid-state imaging device of FIG. 図14の固体撮像素子においてタイミングT4における読み出した信号電荷の転送位置を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a transfer position of a read signal charge at timing T4 in the solid-state imaging device of FIG. 図14の固体撮像素子においてタイミングT5における読み出した信号電荷の転送位置を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a transfer position of a read signal charge at timing T5 in the solid-state imaging device of FIG. 図14の固体撮像素子においてタイミングT6における読み出した信号電荷の転送位置を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a transfer position of a read signal charge at timing T6 in the solid-state imaging device of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 固体撮像素子
12、32 受光素子
14 垂直転送路
16 転送路分離用バリア
18 水平転送路
20 出力アンプ
22、36、38 フィールドシフトゲート
10 Solid-state image sensor
12, 32 Photo detector
14 Vertical transfer path
16 Transfer path separation barrier
18 Horizontal transfer path
20 Output amplifier
22, 36, 38 Field shift gate

Claims (8)

互いに水平および垂直走査方向にほぼ1/2の間隔分ずらして半導体基板上に配列され、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光素子と、
前記複数の受光素子に対応してそれぞれ設けられ、該複数の受光素子にて生成される信号電荷を読み出す対応した複数のゲート手段と、
該複数のゲート手段によって前記複数の受光素子から読み出された信号電荷を垂直走査方向に転送する複数の垂直転送手段と、
該複数の垂直転送手段から転送される信号電荷を水平走査方向に転送する水平転送手段と、
前記入射光の到来する方向に前記受光素子ごとに対応して前記入射光を複数の色成分に色分離する色セグメントが所定のパターンに配設された色分離手段とを含み、
前記複数のゲート手段は、前記複数の受光素子のそれぞれについて対角に配設されて、
前記ゲート手段は、さらに、該受光素子の前記色セグメントと同一色の色セグメントを有する隣接する受光素子のゲート手段が前記垂直転送手段を挟んで対向する位置に配設され、
第1の撮影モードでは、前記複数の受光素子のそれぞれについて同じ一方の側のゲート手段から信号電荷を前記複数の垂直転送手段のそれぞれに読み出し、前記水平転送手段に読み出した信号電荷を転送し、
第2の撮影モードでは、前記垂直転送手段を挟んで配設されたゲート手段から同一色の色セグメントを有する受光素子で生成された信号電荷を該垂直転送手段に読み出し、該垂直転送手段にて読み出した信号電荷を混合し、前記水平転送手段に混合した信号電荷を転送し、
前記水平転送手段は、第1および第2の撮影モードそれぞれでの前記垂直転送手段の数に応じて該垂直転送手段のそれぞれから供給された信号電荷を転送させることを特徴とする固体撮像素子。
A plurality of light receiving elements that are arranged on a semiconductor substrate and are shifted by about a half interval in the horizontal and vertical scanning directions, and photoelectrically convert incident light to generate signal charges;
A plurality of corresponding gate means provided corresponding to each of the plurality of light receiving elements, and corresponding to reading signal charges generated by the plurality of light receiving elements;
A plurality of vertical transfer means for transferring signal charges read from the plurality of light receiving elements by the plurality of gate means in a vertical scanning direction;
Horizontal transfer means for transferring signal charges transferred from the plurality of vertical transfer means in a horizontal scanning direction;
Color separation means in which color segments for color-separating the incident light into a plurality of color components corresponding to each light receiving element in a direction in which the incident light arrives are arranged in a predetermined pattern;
The plurality of gate means are arranged diagonally for each of the plurality of light receiving elements,
The gate means is further disposed at a position where the gate means of the adjacent light receiving element having the same color segment as the color segment of the light receiving element is opposed to the vertical transfer means.
In the first imaging mode, for each of the plurality of light receiving elements, the signal charge is read from the gate means on the same side to each of the plurality of vertical transfer means, and the read signal charge is transferred to the horizontal transfer means,
In the second photographing mode, the signal charges generated by the light receiving elements having the same color segment are read out from the gate means arranged with the vertical transfer means interposed therebetween, and the vertical transfer means Mixing the read signal charges, transferring the mixed signal charges to the horizontal transfer means,
The horizontal transfer unit transfers a signal charge supplied from each of the vertical transfer units according to the number of the vertical transfer units in each of the first and second imaging modes.
請求項1に記載の固体撮像素子において、該固体撮像素子は、第1の撮影モードで前記水平転送手段に供給される信号電荷を通常のレートにて水平転送し、
第2の撮影モードで前記水平転送手段に供給される信号電荷を前記通常のレートのほぼ2倍の転送速度にて水平転送することを特徴とする固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device horizontally transfers the signal charge supplied to the horizontal transfer means in the first imaging mode at a normal rate,
A solid-state imaging device, wherein a signal charge supplied to the horizontal transfer means in the second photographing mode is horizontally transferred at a transfer rate that is approximately twice the normal rate.
請求項2に記載の固体撮像素子において、第2の撮影モードでは、前記水平転送手段の後段にて2画素周期で電荷リセットを行なうことを特徴とする固体撮像素子。   3. The solid-state image pickup device according to claim 2, wherein, in the second imaging mode, charge reset is performed at a cycle of two pixels after the horizontal transfer means. 請求項1、2または3に記載の固体撮像素子において、第1の撮影モードは静止画像を撮影するモードであり、第2の撮影モードは動画像を撮影するモードであることを特徴とする固体撮像素子。   4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first shooting mode is a mode for shooting a still image, and the second shooting mode is a mode for shooting a moving image. Image sensor. 入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光素子がそれぞれ水平および垂直走査方向にほぼ1/2の間隔分ずらして半導体基板上に配列され、前記入射光の到来する方向に前記受光素子に対応して前記入射光を複数の色成分に色分離する色セグメントが所定のパターンに配設された色分離手段が配設され、前記受光素子に対応して該受光素子にて生成される信号電荷を読み出す複数のゲート手段が前記複数の受光素子のそれぞれに設けられ、該複数のゲート手段によって前記受光素子から読み出される信号電荷を垂直走査方向に複数の垂直転送手段にて転送し、該複数の垂直転送手段から転送される信号電荷を水平走査方向に水平転送手段にて転送する固体撮像装置であって、前記ゲート手段は、前記複数の受光素子のそれぞれについて対角に配設され、前記ゲート手段は、さらに、該受光素子の前記色セグメントと同一色の色セグメントを有する隣接する受光素子のゲート手段が前記垂直転送手段を挟んで対向する位置に配設された固体撮像素子の駆動方法において、該方法は、
第1の撮影モードでは、前記複数の受光素子のそれぞれについて同じ一方の側のゲート手段から信号電荷を前記複数の垂直転送手段それぞれに読み出し、前記水平転送手段に読み出した信号電荷を転送し、
第2の撮影モードでは、前記垂直転送手段を挟んで配設されたゲート手段から同一色の色セグメントを有する受光素子で生成された信号電荷を該垂直転送手段に読み出し、該垂直転送手段にて読み出した信号電荷を混合し、前記水平転送手段に混合した信号電荷を転送し、
前記水平転送手段は、第1および第2の撮影モードのそれぞれが用いる前記垂直転送手段の数に応じて該垂直転送手段のそれぞれから供給された信号電荷を転送させることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
A plurality of light-receiving elements that photoelectrically convert incident light to generate signal charges are arranged on a semiconductor substrate at intervals of approximately ½ in the horizontal and vertical scanning directions, respectively, and receive the light in the direction in which the incident light arrives Color separation means is provided in which color segments for color-separating the incident light into a plurality of color components corresponding to the elements are arranged in a predetermined pattern, and are generated by the light-receiving elements corresponding to the light-receiving elements. A plurality of gate means for reading the signal charges are provided in each of the plurality of light receiving elements, and the signal charges read from the light receiving elements by the plurality of gate means are transferred in the vertical scanning direction by the plurality of vertical transfer means, A solid-state imaging device for transferring signal charges transferred from the plurality of vertical transfer means in a horizontal scanning direction by a horizontal transfer means, wherein the gate means is provided for each of the plurality of light receiving elements. The gate means is further arranged at a position where the gate means of adjacent light receiving elements having the same color segment as the color segment of the light receiving element face each other across the vertical transfer means. In the solid-state image sensor driving method, the method includes:
In the first imaging mode, for each of the plurality of light receiving elements, the signal charges are read from the same one side gate means to each of the plurality of vertical transfer means, and the read signal charges are transferred to the horizontal transfer means,
In the second photographing mode, the signal charges generated by the light receiving elements having the same color segment are read out from the gate means arranged with the vertical transfer means interposed therebetween, and the vertical transfer means Mixing the read signal charges, transferring the mixed signal charges to the horizontal transfer means,
The horizontal transfer unit transfers a signal charge supplied from each of the vertical transfer units according to the number of the vertical transfer units used in each of the first and second photographing modes. Driving method.
請求項5に記載の方法において、該方法は、第1の撮影モードで前記水平転送手段に供給される信号電荷を通常のレートにて水平転送し、
第2の撮影モードで前記水平転送手段に供給される信号電荷を前記通常のレートのほぼ2倍の転送速度にて水平転送することを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
6. The method according to claim 5, wherein the method horizontally transfers signal charges supplied to the horizontal transfer means in a first imaging mode at a normal rate,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein the signal charge supplied to the horizontal transfer means in the second photographing mode is horizontally transferred at a transfer rate substantially twice the normal rate.
請求項6に記載の方法において、第2の撮影モードでは、前記水平転送手段の後段にて2画素周期で電荷リセットを行なうことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。   7. The method of driving a solid-state imaging device according to claim 6, wherein, in the second imaging mode, charge reset is performed at a two-pixel cycle after the horizontal transfer means. 請求項5、6または7に記載の方法において、第1の撮影モードは静止画像を撮影するモードであり、第2の撮影モードは動画像を撮影するモードであることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。   8. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the first shooting mode is a mode for shooting a still image, and the second shooting mode is a mode for shooting a moving image. Driving method.
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