JPH08154207A - Solid-state image pickup element and its drive method - Google Patents

Solid-state image pickup element and its drive method

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JPH08154207A
JPH08154207A JP6294161A JP29416194A JPH08154207A JP H08154207 A JPH08154207 A JP H08154207A JP 6294161 A JP6294161 A JP 6294161A JP 29416194 A JP29416194 A JP 29416194A JP H08154207 A JPH08154207 A JP H08154207A
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transfer register
transferred
charge
vertical transfer
packet
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Yukiya Kawakami
幸也 川上
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE: To obtain a solid-state image pickup element and its drive method reading charges of all pixels without charging the order of them regardless of provision of two vertical transfer register electrodes per one photodiode. CONSTITUTION: Two electrodes of vertical transfer registers (VCCD) 3 are provided for one photodiode(PD) 4; the charges in odd number lines of PDs 4 are transferred to the VCCDs 3, received by a storage area 2; and the period of the transfer clock for VCCDs 8 in the storage area 23 is selected half a period T0 of the transfer clock for the VCCDs 3 in an image pickup area 1 (That is, the drive frequency is doubled). Thus, a charged packet and an idle packet are alternately transferred in the storage area 2 and the charged packet of an odd number line is saved and stored in a temporary save CCD 9. Similarly since the charged packets of an even number line with an idle packet in between are transferred similarly in the VCCD 8, after the charged packet of an odd number line read from the temporary save CCD 9 is moved to the position of the idle packet, the resulting charged packets are transferred to a horizontal transfer register (HCCD) 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子及びその駆
動方法に係り、特に半導体基板上の受光部により光電変
換して得られた電荷を垂直転送レジスタを介して水平転
送レジスタに転送し、更に水平転送レジスタよりアンプ
を介して撮像信号として出力する固体撮像素子及び上記
の垂直転送レジスタ及び水平転送レジスタを駆動する駆
動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device and a method of driving the same, and more particularly to transferring a charge obtained by photoelectric conversion by a light receiving section on a semiconductor substrate to a horizontal transfer register via a vertical transfer register. Furthermore, the present invention relates to a solid-state imaging device that outputs an image signal from a horizontal transfer register via an amplifier, and a driving method for driving the vertical transfer register and the horizontal transfer register.

【0002】[0002]

【従来の技術】電荷結合素子(CCD)による固体撮像
素子は、半導体基板上の受光部で入射光を光電変換して
得られた電荷を垂直転送レジスタを介して水平転送レジ
スタに転送し、更に水平転送レジスタよりアンプを介し
て撮像信号として出力する。しかし、光電変換による電
荷をそのままの順序で転送(フルフレーム転送)しよう
とすれば、撮像領域では受光部を構成するフォトダイオ
ード1個当たり垂直転送レジスタの電極が4個必要であ
り、フォトダイオードの光電面積と垂直及び水平の各転
送レジスタの転送容量を共に犠牲にしなければならなか
った。
2. Description of the Related Art In a solid-state imaging device using a charge-coupled device (CCD), a charge obtained by photoelectrically converting incident light at a light receiving portion on a semiconductor substrate is transferred to a horizontal transfer register via a vertical transfer register. It is output as an image signal from the horizontal transfer register via an amplifier. However, if the charge by photoelectric conversion is to be transferred in the same order (full frame transfer), four electrodes of the vertical transfer register are required for each photodiode constituting the light receiving section in the imaging region, and Both the photoelectric area and the transfer capacity of each of the vertical and horizontal transfer registers had to be sacrificed.

【0003】そこで、従来はフォトダイオード1個当た
り垂直転送レジスタの電極を2個とし、まず奇数行の電
荷を転送し、次に偶数行の電荷を転送するインターライ
ン転送方式の固体撮像素子が従来より知られている。
Therefore, conventionally, an interline transfer type solid-state image pickup device in which the number of electrodes of a vertical transfer register is two for each photodiode and charges of odd rows are transferred first and then charges of even rows are transferred is known. Better known.

【0004】図8はこの従来の固体撮像素子の一例の動
作説明図を示す。この固体撮像素子は、図8(a)〜
(f)に示すように、撮像領域1がマトリクス状に配列
された縦方向m個、横方向n個からなるフォトダイオー
ド(PD)4と、これらPD4のうち縦方向に配列され
たm個のPD4との間に配置された垂直転送レジスタ
(以下、VCCDという)3とより構成され、更に、上
記のVCCD3にそれぞれ接続されて電荷を水平方向に
転送する水平転送レジスタ(以下、HCCDという)5
と、HCCD5の出力電荷を増幅するアンプ6とを有す
る構成にされている。
FIG. 8 is a view for explaining the operation of an example of the conventional solid-state image pickup device. This solid-state imaging device is shown in FIGS.
As shown in (f), a photodiode (PD) 4 composed of m vertically and n horizontally arranged imaging regions 1 in a matrix, and m photodiodes PD arranged vertically in the PDs 4 are shown. A vertical transfer register (hereinafter, referred to as VCCD) 3 disposed between the PDCD 4 and a horizontal transfer register (hereinafter, referred to as HCCD) 5 which is connected to the VCCD 3 and transfers charges in a horizontal direction;
And an amplifier 6 for amplifying the output charge of the HCCD 5.

【0005】この固体撮像素子の動作について説明する
に、図8(a)に示すように、すべてのPD4に電荷が
蓄積されているものとすると、まず同図(b)に示すよ
うに、白丸で示す奇数行のPD4の蓄積電荷がVCCD
3に読み出される。続いて、図8(c)に示すように、
読み出された電荷パケット15がVCCD3をHCCD
5に転送され、更にHCCD5を転送されてアンプ6で
増幅されて出力される。これにより、図8(d)に示す
ように、偶数行のPD4にのみ黒丸で示す蓄積電荷が残
る。
To explain the operation of this solid-state image pickup device, if it is assumed that charges are accumulated in all PDs 4 as shown in FIG. 8A, first, as shown in FIG. The charge accumulated in the PD4 in the odd row indicated by is VCCD
3 is read. Subsequently, as shown in FIG.
The read charge packet 15 converts the VCCD 3 to the HCCD.
5 and further transferred to the HCCD 5 where it is amplified by the amplifier 6 and output. As a result, as shown in FIG. 8D, the accumulated charges indicated by black circles remain only in the PDs 4 in the even-numbered rows.

【0006】次に、図8(e)に示すように、偶数行の
PD4の蓄積電荷がVCCD3に読み出された後、同図
(f)に示すように、読み出された電荷パケット16が
VCCD3をHCCD5に転送され、更にHCCD5を
転送されてアンプ6で増幅されて出力される。
[0008] Next, as shown in FIG. 8 (e), after the accumulated charges of the PD 4 in the even-numbered row are read out to the VCCD 3, as shown in FIG. The VCCD 3 is transferred to the HCCD 5, further transferred to the HCCD 5, amplified by the amplifier 6, and output.

【0007】このインターライン転送方式の固体撮像素
子によれば、奇数行の蓄積電荷と偶数行の蓄積電荷とが
交互に転送出力されるため、NTSC方式等のインター
レース方法により画像を表示するテレビジョン信号用の
表示装置に表示するのには適している。
According to the interline transfer type solid-state imaging device, since the stored charges in the odd rows and the stored charges in the even rows are alternately transferred and output, a television for displaying an image by an interlace method such as the NTSC system. It is suitable for displaying on a signal display device.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、インターレ
ース方法により画像を表示するテレビジョン信号用の表
示装置の表示は、ちらつきは少ないが解像度が落ちるの
で、コンピュータなどに用いる表示装置にはインターレ
ースでなく、飛び越し走査をすることなく高速に全画素
を描画するノンインターレース方式が求められている。
However, the display of a display device for a television signal for displaying an image by the interlacing method has little flicker but lower resolution, so that a display device used for a computer or the like is not an interlaced display. There is a need for a non-interlaced system that draws all pixels at high speed without performing interlaced scanning.

【0009】そのため、固体撮像素子においても、光電
変換により得られた電荷をそのままの順序で転送(フル
フレーム転送)することが要求される。この要求を満た
すために、従来は撮像領域1のHCCD5側に奇数行の
電荷パケットと偶数行の電荷パケットを蓄積する領域を
作り、固体撮像素子の出力の後に、奇数行と偶数行を交
互に並べ替えていたが、外部にメモリが必要となり、処
理系が複雑になってしまうという問題がある。
Therefore, it is required that the charge obtained by the photoelectric conversion be transferred in the same order (full frame transfer) even in the solid-state imaging device. In order to satisfy this requirement, conventionally, an area for storing the odd-numbered charge packets and the even-numbered charge packets is formed on the HCCD 5 side of the imaging area 1, and after the output of the solid-state imaging device, the odd-numbered rows and the even-numbered rows are alternately arranged. Although the sorting is performed, there is a problem that an external memory is required and the processing system becomes complicated.

【0010】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
フォトダイオード1個当たり垂直転送レジスタの電極が
2個でありながら、全画素をそのままの順序で読み出し
動作し得る固体撮像素子及びその駆動方法を提供するこ
とを目的とする。
[0010] The present invention has been made in view of the above points,
It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of reading out all pixels in the same order and a driving method thereof, even though each photodiode has two electrodes of a vertical transfer register.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、入射光を電荷に変換する複数のマトリクス
上に配列されたフォトダイオードと、複数のフォトダイ
オードのうち縦方向に配列されたフォトダイオードに隣
接してそれぞれ設けられ、隣接するフォトダイオードか
ら読み出した電荷を垂直方向に転送する第1の垂直転送
レジスタよりなる撮像領域と、第1の転送レジスタより
入力された電荷パケットを空パケットを挟みながら垂直
方向に転送する第2の垂直転送レジスタと、第2の垂直
転送レジスタに隣接して設けられ、第2の垂直転送レジ
スタを転送される電荷パケットのうち先行して転送され
る所定数の電荷パケットを一時退避蓄積し、後続して読
み出されたフォトダイオードからの電荷パケットを挟み
ながら第2の垂直転送レジスタを転送される空パケット
の位置に、蓄積した電荷パケットを読み出して移動する
一時退避記憶部とよりなる蓄積領域と、第2の垂直転送
レジスタからの電荷パケットを水平方向に転送する水平
転送レジスタとを有する構成としたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a photodiode arrayed on a plurality of matrices for converting incident light into electric charges, and a photodiode arrayed in a vertical direction among the plurality of photodiodes. An imaging region including a first vertical transfer register that is provided adjacent to each of the photodiodes and transfers charges read from the adjacent photodiode in the vertical direction, and a charge packet input from the first transfer register. A second vertical transfer register that transfers the packet in the vertical direction while sandwiching the packet; and a charge packet that is provided adjacent to the second vertical transfer register and that is transferred in advance of the charge packets transferred through the second vertical transfer register. A predetermined number of charge packets are temporarily evacuated and stored, and the second vertical packet is interposed between the subsequently read charge packets from the photodiode. An accumulation area including a temporary evacuation storage unit that reads and moves the accumulated charge packet to the position of the empty packet to be transferred to the transfer register, and a horizontal transfer that transfers the charge packet from the second vertical transfer register in the horizontal direction. And a register.

【0012】また、本発明の駆動方法は、蓄積領域では
第2の垂直転送レジスタを撮像領域の第1の垂直転送レ
ジスタの第1の転送クロックの2倍の周波数の第2の転
送クロックで駆動して電荷を転送し、蓄積領域では、第
1の垂直転送レジスタから入力された奇数行又は偶数行
のフォトダイオードからの電荷パケットがすべて第2の
垂直転送レジスタに転送入力された時に、一時退避記憶
部に奇数行又は偶数行のフォトダイオードからの電荷パ
ケットを蓄積するための蓄積信号を入力し、偶数行又は
奇数行のフォトダイオードからの電荷パケットがすべて
第2の垂直転送レジスタに転送入力された時に復帰信号
を入力して一時退避記憶部から読み出した電荷パケット
を第2の垂直転送レジスタに移動して時系列的に合成す
るようにしたものである。
In the driving method according to the present invention, the second vertical transfer register is driven by the second transfer clock having a frequency twice as high as the first transfer clock of the first vertical transfer register in the imaging region in the storage region. In the accumulation region, when all the charge packets from the photodiodes of the odd-numbered rows or even-numbered rows input from the first vertical transfer register are transferred and input to the second vertical transfer register, they are temporarily saved. An accumulation signal for accumulating charge packets from the odd-numbered row or even-numbered row photodiodes is input to the storage unit, and all the charge packets from the even-numbered row or odd-numbered row photodiodes are transferred and input to the second vertical transfer register. When the return signal is input when the charge packet is read from the temporary save storage unit, the charge packet is moved to the second vertical transfer register and synthesized in time series. A.

【0013】[0013]

【作用】本発明では、従来の撮像領域と水平転送レジス
タとの間に蓄積領域を設け、その蓄積領域では、蓄積電
荷のあるパケットと空パケットとが交互に転送されるよ
うにし、先行してフォトダイオードから読み出された所
定数の電荷パケットを一時退避記憶部に一時蓄積し、そ
の後に後続してフォトダイオードから読み出された電荷
パケットが空パケットを挟んで第2の垂直転送レジスタ
に転送される際に、空パケットの位置に一時退避記憶部
に蓄積した電荷パケットを読み出して移動するようにし
たため、先行する電荷パケットを後続の電荷パケットに
時系列的に合成することができる。
According to the present invention, a storage area is provided between the conventional image pickup area and the horizontal transfer register, and packets having accumulated charges and empty packets are alternately transferred in the storage area. A predetermined number of charge packets read from the photodiode are temporarily stored in the temporary save storage unit, and subsequently the charge packets read from the photodiode are transferred to the second vertical transfer register with an empty packet sandwiched therebetween. At this time, since the charge packet stored in the temporary storage unit is read and moved to the position of the empty packet, the preceding charge packet can be combined with the subsequent charge packet in time series.

【0014】従って、特に第1の垂直転送レジスタから
入力された奇数行又は偶数行のフォトダイオードからの
電荷パケットを空パケットを挟んで第2の垂直転送レジ
スタに転送させて、一時退避記憶部にその転送電荷パケ
ットを蓄積した後、偶数行又は奇数行のフォトダイオー
ドからの電荷パケットを空パケットを挟んで第2の垂直
転送レジスタに転送させると共に、空パケットの位置に
一時退避記憶部から読み出した電荷パケットを移動して
時系列的に合成することにより、複数のマトリクス状に
配列されたフォトダイオードからの電荷を、奇数行と偶
数行とで並べ替えるためのメモリを用いなくとも、奇数
行と偶数行の電荷パケットを交互にすべて転送すること
ができる。
Therefore, in particular, the charge packets from the photodiodes in the odd-numbered or even-numbered rows input from the first vertical transfer register are transferred to the second vertical transfer register with an empty packet interposed therebetween, and are stored in the temporary save storage unit. After accumulating the transfer charge packets, the charge packets from the photodiodes in the even-numbered rows or the odd-numbered rows are transferred to the second vertical transfer register with the empty packets interposed therebetween, and read out from the temporary save storage unit at the positions of the empty packets. By moving the charge packets and synthesizing them in chronological order, the charges from the photodiodes arranged in a plurality of matrices can be changed to odd rows without using a memory for rearranging the charges in odd rows and even rows. All even-numbered charge packets can be transferred alternately.

【0015】また、本発明の駆動方法では、蓄積領域で
は第2の垂直転送レジスタを撮像領域の第1の垂直転送
レジスタの第1の転送クロックの2倍の周波数の第2の
転送クロックで駆動して電荷を転送するようにしたた
め、空パケットを形成することができ、奇数行と偶数行
のフォトダイオードの電荷パケットを混合させることな
く、交互にすべて水平転送レジスタに転送するという制
御ができる。
Further, in the driving method according to the present invention, the second vertical transfer register is driven by the second transfer clock having a frequency twice as high as the first transfer clock of the first vertical transfer register in the imaging region in the accumulation region. Since charges are transferred in such a manner, empty packets can be formed, and control can be performed such that charge packets of the odd-numbered and even-numbered photodiodes are alternately transferred to the horizontal transfer register without being mixed.

【0016】[0016]

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。図
1乃至図3は、本発明の一実施例の構成及び動作説明図
を示す。本実施例は図1乃至図3に示すように、撮像領
域1、蓄積領域2、水平転送レジスタ(HCCD)5及
びアンプ6より構成されている。撮像領域1は従来と同
一の構成で、マトリクス状に配列された縦方向m個、横
方向n個からなるフォトダイオード(PD)4と、これ
らPD4のうち縦方向に配列されたm個のPD4との間
に配置された垂直転送レジスタ(VCCD)3とより構
成されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described. 1 to 3 show the configuration and operation of the embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 1 to 3, this embodiment includes an imaging area 1, an accumulation area 2, a horizontal transfer register (HCCD) 5, and an amplifier 6. The imaging area 1 has the same configuration as that of the related art, and includes m (n) vertical photodiodes (n) and n (n) horizontal photodiodes arranged in a matrix, and m PDs 4 arranged in the vertical direction among the PDs 4. And a vertical transfer register (VCCD) 3 arranged between the two.

【0017】また、蓄積領域2は本実施例の特徴とする
領域で、上記のVCCD3にそれぞれ接続されてVCC
D3よりの電荷を垂直方向に転送してHCCD5に入力
する垂直転送レジスタ(VCCD)8と、VCCD8の
転送電荷を一時退避して蓄積する一時退避領域部(一時
退避CCD)9とを有する構成とされている。
The storage area 2 is a characteristic area of the present embodiment.
A structure including a vertical transfer register (VCCD) 8 for transferring the charge from D3 in the vertical direction and inputting the charge to the HCCD 5; and a temporary save area (temporary save CCD) 9 for temporarily saving and storing the transfer charge of the VCCD 8. Have been.

【0018】次に、本実施例の動作について図1乃至図
3と共に説明する。図1(a)はすべてのPD4に蓄積
電荷7が存在する状態を示す。この状態で、まず図1
(b)に示すように、撮像領域1の奇数行のPD4の、
白丸で模式的に示した蓄積電荷7がVCCD3に転送さ
れ、その後VCCD3を垂直方向に転送されてVCCD
8に入力され、更に図1(c)に示すように空パケット
11を挟みながら奇数行の電荷パケット10がVCCD
8を垂直方向に転送される。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1A shows a state in which accumulated charges 7 exist in all PDs 4. In this state, first, FIG.
As shown in (b), the PDs 4 in the odd rows of the imaging region 1
The accumulated charges 7 schematically shown by white circles are transferred to the VCCD 3, and then the VCCD 3 is transferred in the vertical direction to the VCCD 3.
The charge packets 10 in the odd rows are input to the VCCD while the empty packets 11 are interposed therebetween, as shown in FIG.
8 are transferred vertically.

【0019】続いて、奇数行の電荷パケット10のすべ
てがVCCD8に転送されてきた状態から図2(d)に
示すように、電荷パケット10が一時退避CCD9に移
動されて同図(e)に示すように蓄積される。次に、撮
像領域1の偶数行のPD4の、黒丸で模式的に示した蓄
積電荷7がVCCD3に転送され、その後VCCD3を
垂直方向に転送されてVCCD8に入力され、更に図2
(f)に示すように空パケット13を挟みながら偶数行
の電荷パケット12がVCCD8を垂直方向に転送され
る。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, the charge packets 10 are moved to the temporary save CCD 9 as shown in FIG. 2D from the state in which all of the odd-numbered charge packets 10 have been transferred to the VCCD 8, and as shown in FIG. Stored as shown. Next, the accumulated charges 7 of the PDs 4 in the even-numbered rows of the imaging region 1 which are schematically shown by black circles are transferred to the VCCD 3, and then the VCCDs 3 are transferred in the vertical direction and input to the VCCD 8, and furthermore, FIG.
As shown in (f), the even numbered rows of charge packets 12 are vertically transferred through the VCCD 8 while sandwiching the empty packet 13.

【0020】続いて、偶数行の電荷パケット12のすべ
てがVCCD8に転送されてきた状態から図3(g)に
示すように、一時退避CCD9に蓄積されていた偶数行
の電荷パケット10が読み出されてVCCD8の空パケ
ット13の位置に移動される。これにより、VCCD8
において、奇数行の電荷パケット10と偶数行の電荷パ
ケット12とが交互に時系列的に合成される。
Subsequently, as shown in FIG. 3 (g), the even-numbered charge packets 10 stored in the temporary save CCD 9 are read out from the state in which all of the even-numbered charge packets 12 have been transferred to the VCCD 8. Then, it is moved to the position of the empty packet 13 of the VCCD 8. This allows the VCCD8
, The odd-numbered charge packets 10 and the even-numbered charge packets 12 are alternately synthesized in time series.

【0021】次に、図3(h)に示す如く、VCCD8
に垂直方向に転送され、最初の奇数行の電荷パケット1
0がHCCD5に入力されると、今度は水平方向に転送
されていく。続いて、図3(i)に示す如く、次の偶数
行の電荷パケット12がHCCD5に入力された後、水
平方向に転送されていく。以下、上記と同様の動作が繰
り返されていき、アンプ6より全画素の蓄積電荷がその
ままの順序で時系列的に合成された撮像信号として出力
される。
Next, as shown in FIG. 3 (h), the VCCD 8
And the first odd-numbered charge packet 1
When 0 is input to the HCCD 5, it is transferred in the horizontal direction. Subsequently, as shown in FIG. 3I, after the next even-numbered charge packet 12 is input to the HCCD 5, it is transferred in the horizontal direction. Hereinafter, the same operation as described above is repeated, and the accumulated charges of all the pixels are output from the amplifier 6 as an image pickup signal synthesized in time series in the same order.

【0022】図4は本発明の一実施例の平面図と要部の
断面図を示す。同図中、図1乃至図3と同一構成部分に
は同一符号を付し、その説明を省略する。図4におい
て、VCCD3の領域31〜34のうち領域31及び3
3は第一層電極21に対する転送クロックφI1及びφ
I3により駆動され、領域32及び34は第二層電極2
2に対する転送クロックφI2及びφI4により駆動さ
れる。
FIG. 4 shows a plan view and a sectional view of a main part of an embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIGS. 1 to 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In FIG. 4, regions 31 and 3 of regions 31 to 34 of VCCD 3 are shown.
3 are transfer clocks φI1 and φI for the first layer electrode 21.
Driven by I3, regions 32 and 34 are second layer electrodes 2
It is driven by transfer clocks φI2 and φI4 for 2.

【0023】また、VCCD3の領域35及び36は第
一層電極21及び第二層電極22に対する接続信号φT
1及びφT2により駆動される。更にVCCD8の領域
37〜51その他のうち、連続する4つの領域(例えば
37,38,39,40、あるいは41,42,43,
44など)が電極21又は22に対する転送クロックφ
S3、φS4、φS1及びφS2により駆動される。更
に、一次退避CCD9に隣接する領域41及び42、4
9及び50などに対応する位置に、第三層電極23が設
けられている。この第三層電極23は、転送クロックφ
T3が印加される。
The areas 35 and 36 of the VCCD 3 are connected to a connection signal φT for the first layer electrode 21 and the second layer electrode 22.
1 and φT2. Further, among the areas 37 to 51 of the VCCD 8 and other four areas (for example, 37, 38, 39, 40, or 41, 42, 43,
44) is the transfer clock φ for the electrode 21 or 22.
It is driven by S3, φS4, φS1 and φS2. Further, areas 41 and 42 and 4 adjacent to the primary retract CCD 9
Third layer electrodes 23 are provided at positions corresponding to 9 and 50, for example. This third layer electrode 23 is connected to a transfer clock φ.
T3 is applied.

【0024】次に、本実施例の駆動方法について図4乃
至図7と共に説明する。図4において、奇数行のPD4
からの電荷読み出しは、クロックφI4が印加される第
二層電極22において、クロックφI4のレベルが通常
転送時よりも大にされることで行われる。また、偶数行
のPD4からの電荷読み出しは、クロックφI2が印加
される第二層電極22において、クロックφI2のレベ
ルが通常転送時よりも大にされることで行われる。
Next, the driving method of this embodiment will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, the odd-numbered rows of PD4
The charge is read out from the second layer electrode 22 to which the clock φI4 is applied by setting the level of the clock φI4 higher than that during normal transfer. Further, the charge reading from the PDs 4 on even-numbered rows is performed by making the level of the clock φI2 higher than that at the normal transfer in the second layer electrode 22 to which the clock φI2 is applied.

【0025】次に、図1(b)及び(c)、あるいは図
2(e)及び(f)に示したVCCD3及び8の電荷転
送時の動作について図4及び図5と共に説明する。図5
(a)、(b)及び(c)は、前記転送クロックφI1
〜φI2、接続信号φT1及びφT2、蓄積領域2の四
相倍速の転送クロックφS1〜φS4を、同図(d)の
時間軸で表す。また、図5(e)は同図(d)の時間軸
における電荷の転送位置を示し、縦軸の数字は図4の領
域を示す。ここで、図5(d)のT0は、撮像領域1の
四相駆動の転送クロックφI1〜φI4の周期を示す。
Next, the operation of the VCCDs 3 and 8 shown in FIGS. 1B and 1C or FIGS. 2E and 2F at the time of charge transfer will be described with reference to FIGS. Figure 5
(A), (b) and (c) show the transfer clock φI1
.Phi.I2, the connection signals .phi.T1 and .phi.T2, and the four-phase double-speed transfer clocks .phi.S1 to .phi.S4 of the storage area 2 are represented by the time axis in FIG. Further, FIG. 5E shows the charge transfer position on the time axis of FIG. 5D, and the numbers on the vertical axis show the regions of FIG. Here, T0 in FIG. 5D indicates the cycle of the transfer clocks φI1 to φI4 for four-phase driving of the imaging region 1.

【0026】図5(d)及び(e)に示すように、図4
に示した領域31及び32、35及び36、43及び4
4にそれぞれ電荷パケットがT=0の時に存在するもの
とすると、1/8T0後には、領域31及び32の電荷
パケットは領域32及び33に転送され、領域35及び
36の電荷パケットは領域36及び37に転送され、領
域43及び44の電荷パケットは領域44及び45に転
送される。また、この時領域39及び40と領域47及
び48の空パケットが領域40及び41、領域48及び
49へ転送される。
As shown in FIGS. 5D and 5E, FIG.
Regions 31 and 32, 35 and 36, 43 and 4 shown in FIG.
Assuming that a charge packet exists in T = 0 at T = 0, after 1/8 T0, the charge packets in the regions 31 and 32 are transferred to the regions 32 and 33, and the charge packets in the regions 35 and 36 are transferred to the regions 36 and 37, the charge packets in regions 43 and 44 are transferred to regions 44 and 45. At this time, empty packets in the areas 39 and 40 and the areas 47 and 48 are transferred to the areas 40 and 41 and the areas 48 and 49.

【0027】以下、上記と同様にして1/8T0経過す
る毎に図5(a)〜(c)に示した各信号に基づいて、
図5(e)に示すように、電荷パケット及び空パケット
が転送されていく。
In the same manner as described above, each time 1 / 8T0 elapses, based on the signals shown in FIGS.
As shown in FIG. 5E, the charge packet and the empty packet are transferred.

【0028】次に、図2(d)に示した一次退避CCD
9への電荷蓄積動作について図4及び図6と共に説明す
る。図6(a)は前記第三の電極23に印加される信号
φT3を、図6(b)は蓄積領域2の四相倍速の転送ク
ロックφS1〜φS4を、それぞれ同図(c)の時間軸
で表す。また、図6(d)は同図(c)の時間軸におけ
る電荷の転送位置を示す。
Next, the primary retraction CCD shown in FIG.
9 will be described with reference to FIGS. 4 and 6. FIG. FIG. 6A shows the signal φT3 applied to the third electrode 23, FIG. 6B shows the four-phase double-speed transfer clocks φS1 to φS4 of the storage region 2, and the time axis of FIG. Expressed by FIG. 6D shows the charge transfer position on the time axis of FIG.

【0029】図6(c)及び(d)に示すように、図4
に示した領域39及び40、47及び48にそれぞれ電
荷パケットがT=0の時に存在し、領域39及び40の
電荷パケットは奇数行の最終電荷パケットであるものと
する。この直後に図6(a)に示すように、第三の電極
23に印加される信号φT3のレベルが蓄積時よりも大
にされ、転送クロックφI1〜φI4の周期T0の半分
の周期の転送クロックφS4が立下る時に蓄積時の電圧
がかかる。
As shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d), FIG.
It is assumed that charge packets exist in the regions 39 and 40, 47 and 48 shown in FIG. 4 when T = 0, respectively, and the charge packets in the regions 39 and 40 are the last charge packets in the odd rows. Immediately thereafter, as shown in FIG. 6 (a), the level of the signal φT3 applied to the third electrode 23 is made higher than that at the time of accumulation, and the transfer clock having a cycle half the cycle T0 of the transfer clocks φI1 to φI4. When φS4 falls, the voltage at the time of accumulation is applied.

【0030】これにより、その直後の1/8T0後に
は、図6(d)に示すように、領域39及び40の電荷
パケットは領域40及び41に転送され、領域47及び
48の電荷パケットは領域48及び49に転送され、そ
の後一時退避CCD9に転送蓄積される。また、この時
領域44及び45の空パケットは、移動しないままであ
る。
Thus, immediately after 1 / T0, the charge packets in the regions 39 and 40 are transferred to the regions 40 and 41 and the charge packets in the regions 47 and 48 are transferred to the regions 40 and 41, as shown in FIG. Are transferred to the evacuation CCD 9 and then stored. At this time, the empty packets in the areas 44 and 45 remain unmoved.

【0031】次に、図3(g)に示した一時退避CCD
9に蓄積されている電荷を読み出す場合の動作について
図4及び図7と共に説明する。図7(a)は前記第三の
電極23に印加される信号φT3を、図7(b)は蓄積
領域2の四相倍速の転送クロックφS1〜φS4を、そ
れぞれ同図(c)の時間軸で表す。また、図7(d)は
同図(c)の時間軸における電荷の転送位置を示す。
Next, the temporary retract CCD shown in FIG.
The operation for reading out the charges stored in the memory 9 will be described with reference to FIGS. 7A shows the signal φT3 applied to the third electrode 23, and FIG. 7B shows the four-phase double speed transfer clocks φS1 to φS4 of the storage region 2, respectively, on the time axis of FIG. 7C. It is represented by. FIG. 7D shows the charge transfer position on the time axis of FIG.

【0032】図7(c)及び(d)に示すように、図4
に示した領域43及び44に奇数行の最後より一つ前の
偶数行の電荷パケットP3がT=0の時に存在し、1/
8T0後に図4に示した領域37に奇数行の最後の電荷
パケットP4が入ってきたものとする。
As shown in FIGS. 7C and 7D, FIG.
In the areas 43 and 44 shown in FIG. 3, the charge packet P3 of the even-numbered row immediately before the end of the odd-numbered row exists when T = 0, and 1 /
Assume that the last charge packet P4 of the odd-numbered row has entered the area 37 shown in FIG. 4 after 8T0.

【0033】すると、この直後に図7(a)に示すよう
に、第三の電極23に印加される信号φT3のレベルが
小にされ、かつ、同図(b)に示すように転送クロック
φI1〜φI4の周期T0の半分の周期の転送クロック
φS4が通常転送時よりも大なる信号(復帰信号)とさ
れる。
Then, immediately after that, as shown in FIG. 7 (a), the level of the signal φT3 applied to the third electrode 23 is reduced, and as shown in FIG. 7 (b), the transfer clock φI1 A transfer clock φS4 having a period half the period T0 of φI4 is a signal (return signal) larger than that during normal transfer.

【0034】これにより、その直後に図7(d)に示す
ように、一時退避CCD9から電荷P1、P2が読み出
されて領域49及び50、領域41及び42にそれぞれ
転送されてくる。ここで、電荷P1は奇数行の最後より
一つ前の電荷パケットであり、電荷P2は奇数行の最後
の電荷パケットである。この動作により、すべての奇数
行の電荷がVCCD8に復帰し、偶数行の電荷と時系列
的に合成される。
As a result, as shown in FIG. 7D, charges P1 and P2 are read out from the temporary save CCD 9 and transferred to the areas 49 and 50 and the areas 41 and 42, respectively, immediately after that. Here, the charge P1 is the charge packet immediately before the end of the odd row, and the charge P2 is the last charge packet of the odd row. With this operation, all the charges in the odd rows return to the VCCD 8 and are combined with the charges in the even rows in a time-series manner.

【0035】このように、本実施例によれば、フォトダ
イオード1個当りVCCD3の電極を2個として、奇数
行のフォトダイオードの電荷を読み出してVCCD3を
転送して蓄積領域2に入力する。そして、蓄積領域2で
のVCCD8の転送クロックφS1〜φS4の周期を撮
像領域1のVCCD3の転送クロックφI1〜φI4の
周期T0の半分とする(駆動周波数を2倍とする)こと
で、蓄積領域2では奇数行の電荷パケットと空パケット
とをそれぞれ交互に転送させて、奇数行の電荷パケット
を一時退避CCD9に退避蓄積する。その後、上記と同
様にして撮像領域1からVCCD8に転送されてきた偶
数行の電荷パケットをVCCD8では空パケットを挟ん
で転送し、その当該空パケットの位置に一時退避CCD
9から読み出した奇数行の電荷を移動させることで電荷
パケットを時系列的に合成する。その後これらをHCD
D5を転送させるようにしたため、簡単な構成でフルフ
レーム転送ができる。
As described above, according to the present embodiment, with two electrodes of the VCCD 3 per photodiode, the charges of the photodiodes in the odd rows are read out, transferred to the VCCD 3 and input to the storage region 2. Then, the cycle of the transfer clocks φS1 to φS4 of the VCCD 8 in the accumulation area 2 is set to half (the driving frequency is doubled) the cycle T0 of the transfer clocks φI1 to φI4 of the VCCD 3 in the imaging area 1. Then, the odd-numbered charge packets and the empty packets are alternately transferred, and the odd-numbered charge packets are temporarily saved and stored in the evacuation CCD 9. After that, in the same manner as described above, the even-numbered row charge packets transferred from the imaging region 1 to the VCCD 8 are transferred across the empty packet in the VCCD 8, and the temporary save CCD is placed at the position of the empty packet.
By moving the charges in the odd rows read from 9, the charge packets are combined in time series. After that, these are HCD
Since D5 is transferred, full frame transfer can be performed with a simple configuration.

【0036】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば、最初に偶数行のフォトダイオー
ドの電荷をすべて転送して一時退避CCD9に退避蓄積
した後、奇数行のフォトダイオードの電荷を転送してV
CCD8において一時退避CCD9から読み出した電荷
パケットを奇数行の電荷パケット間の空パケットの位置
に移動するようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, first, all the charges of the photodiodes in the even rows are transferred and temporarily stored in the CCD 9, and then the photodiodes in the odd rows are stored. Transfer the electric charge of V
In the CCD 8, the charge packet read from the temporary save CCD 9 may be moved to the position of the empty packet between the charge packets in the odd rows.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
撮像領域においてマトリクス状に配列された複数のフォ
トダイオードからの電荷を、奇数行と偶数行とで並べ替
えるためのメモリを用いなくとも、奇数行と偶数行のフ
ォトダイオードの電荷パケットを混合させることなく、
交互にすべて水平転送レジスタに転送するという制御が
できるため、従来に比べて簡単な制御により、画像の高
解像化に必要なフルフレーム転送ができる。
As described above, according to the present invention,
Mixing the charge packets of the photodiodes in the odd and even rows without using a memory for rearranging the charges from the plurality of photodiodes arranged in a matrix in the imaging area into the odd and even rows Without
Since control can be performed such that all data are alternately transferred to the horizontal transfer register, full-frame transfer required for high-resolution images can be performed with simpler control than in the related art.

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

【図1】本発明の一実施例の動作説明図である(その
1)。
FIG. 1 is an operation explanatory diagram of one embodiment of the present invention (part 1).

【図2】本発明の一実施例の動作説明図である(その
2)。
FIG. 2 is an operation explanatory diagram of one embodiment of the present invention (part 2).

【図3】本発明の一実施例の動作説明図である(その
3)。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the embodiment of the present invention (No. 3).

【図4】本発明の一実施例の平面図及び要部の断面図で
ある。
FIG. 4 is a plan view and a sectional view of a main part of an embodiment of the present invention.

【図5】図4の動作説明図である(その1)。FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of FIG. 4 (No. 1).

【図6】図4の動作説明図である(その2)。FIG. 6 is an operation explanatory diagram of FIG. 4 (part 2).

【図7】図4の動作説明図である(その3)。FIG. 7 is an operation explanatory diagram of FIG. 4 (part 3).

【図8】従来の一例の動作説明図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an operation of an example of the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 撮像領域 2 蓄積領域 3 第1の垂直転送レジスタ(VCCD) 4 フォトダイオード(PD) 5 水平転送レジスタ(HCCD) 6 アンプ 7 蓄積電荷 8 第2の垂直転送レジスタ(VCCD) 9 一時退避CCD 10、12 電荷パケット 11、13 空パケット 21 第一層電極 22 第二層電極 23 第三層電極 Reference Signs List 1 imaging area 2 accumulation area 3 first vertical transfer register (VCCD) 4 photodiode (PD) 5 horizontal transfer register (HCCD) 6 amplifier 7 accumulated charge 8 second vertical transfer register (VCCD) 9 temporary save CCD 10, 12 Charge packet 11, 13 Empty packet 21 First layer electrode 22 Second layer electrode 23 Third layer electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光を電荷に変換する複数のマトリク
ス上に配列されたフォトダイオードと、該複数のフォト
ダイオードのうち縦方向に配列されたフォトダイオード
に隣接してそれぞれ設けられ、隣接するフォトダイオー
ドから読み出した電荷を垂直方向に転送する第1の垂直
転送レジスタとよりなる撮像領域と、 前記第1の転送レジスタより入力された電荷パケットを
空パケットを挟みながら垂直方向に転送する第2の垂直
転送レジスタと、該第2の垂直転送レジスタに隣接して
設けられ、該第2の垂直転送レジスタを転送される電荷
パケットのうち先行して転送される所定数の電荷パケッ
トを一時退避蓄積し、後続して読み出されたフォトダイ
オードからの電荷パケットを挟みながら該第2の垂直転
送レジスタを転送される空パケットの位置に該蓄積した
電荷パケットを読み出して移動する一時退避記憶部とよ
りなる蓄積領域と、 前記第2の垂直転送レジスタからの電荷パケットを水平
方向に転送する水平転送レジスタとを有することを特徴
とする固体撮像素子。
1. A photodiode arrayed on a plurality of matrices for converting incident light into an electric charge, and a photodiode arrayed adjacent to a photodiode arrayed vertically in the plurality of photodiodes. An imaging region including a first vertical transfer register for vertically transferring the charges read from the diode, and a second for vertically transferring the charge packet input from the first transfer register while sandwiching an empty packet. A vertical transfer register and a second vertical transfer register are provided adjacent to the second vertical transfer register, and temporarily store and store a predetermined number of charge packets that are transferred in advance of the charge packets transferred through the second vertical transfer register. , An empty packet transferred through the second vertical transfer register while sandwiching a charge packet from the photodiode that is read out subsequently. A storage area including a temporary save storage unit that reads and moves the stored charge packet to a position, and a horizontal transfer register that horizontally transfers the charge packet from the second vertical transfer register. Solid-state image sensor.
【請求項2】 前記撮像領域では、前記複数のフォトダ
イオードのうち偶数行及び奇数行のうち一方の行に配列
された各フォトダイオードからの電荷を前記第1の垂直
転送レジスタに移動してから垂直方向に転送し、その後
に他方の行に配列された各フォトダイオードからの電荷
を前記第1の垂直転送レジスタに移動してから垂直方向
に転送し、 前記蓄積領域では、前記第1の垂直転送レジスタから入
力された前記一方の行のフォトダイオードからの電荷パ
ケットを空パケットを挟んで前記第2の垂直転送レジス
タに転送させ、前記一時退避記憶部に該一方の行のフォ
トダイオードからの電荷パケットを蓄積した後、前記他
方の行のフォトダイオードからの電荷パケットを空パケ
ットを挟んで前記第2の垂直転送レジスタに転送させる
と共に、該空パケットの位置に前記一時退避記憶部から
読み出した電荷パケットを移動して時系列的に合成する
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。
2. In the imaging region, after moving the charges from the photodiodes arranged in one of the even-numbered row and the odd-numbered row of the plurality of photodiodes to the first vertical transfer register, The charges are transferred in the vertical direction, and then the charges from the photodiodes arranged in the other row are transferred to the first vertical transfer register and then transferred in the vertical direction. The charge packet from the photodiode of the one row input from the transfer register is transferred to the second vertical transfer register with an empty packet interposed, and the charge from the photodiode of the one row is stored in the temporary save storage unit. After accumulating the packets, the charge packets from the photodiodes in the other row are transferred to the second vertical transfer register with an empty packet sandwiched between them. Solid-state imaging device according to claim 1, wherein the time series synthesized moving the charge packets said read from temporary saving memory unit in the position of the air packet.
【請求項3】 前記蓄積領域では前記第2の垂直転送レ
ジスタを前記撮像領域の前記第1の垂直転送レジスタの
第1の転送クロックの2倍の周波数の第2の転送クロッ
クで駆動して電荷を転送し、前記蓄積領域では、前記第
1の垂直転送レジスタから入力された奇数行又は偶数行
のフォトダイオードからの電荷パケットがすべて前記第
2の垂直転送レジスタに転送入力された時に、前記一時
退避記憶部に該奇数行又は偶数行のフォトダイオードか
らの電荷パケットを蓄積するための蓄積信号を入力し、
偶数行又は奇数行のフォトダイオードからの電荷パケッ
トがすべて前記第2の垂直転送レジスタに転送入力され
た時に復帰信号を入力して前記一時退避記憶部から読み
出した電荷パケットを該第2の垂直転送レジスタに移動
して時系列的に合成することを特徴とする請求項1記載
の固体撮像素子を駆動する固体撮像素子の駆動方法。
3. In the storage area, the second vertical transfer register is driven by a second transfer clock having a frequency twice that of the first transfer clock of the first vertical transfer register in the imaging area to charge the second vertical transfer register. In the storage region, when all the charge packets from the photodiodes in the odd-numbered rows or even-numbered rows input from the first vertical transfer register are transferred and input to the second vertical transfer register, An accumulation signal for accumulating charge packets from the photodiodes of the odd-numbered rows or even-numbered rows is input to the save storage unit,
When all the charge packets from the photodiodes of the even-numbered or odd-numbered rows are transferred to the second vertical transfer register, a return signal is input to transfer the charge packets read from the temporary save storage unit to the second vertical transfer register. 2. The method for driving a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the data is moved to a register and synthesized in chronological order.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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