JP2004112304A - Solid-state image pickup device, its drive method, and image pickup system - Google Patents

Solid-state image pickup device, its drive method, and image pickup system Download PDF

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近藤 健一
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize thinning-out in the line, reduction of pixel information by addition, and shortening the time for reading one line corresponding to it in a moving image read drive, and to realize moving image display in a sensor with a high pixel number by increasing the number of read lines. <P>SOLUTION: A CCD image pickup element is provided with a plurality of two-dimensionally arranged photo diodes (PD) 1, a VCCD 2 to transfer the respective signal charges of a plurality of the photo diodes (PD) 1 in a columnar direction, a first HCCD 3 to transfer the respective charges in a row direction transferred by the VCCD 2 in a columnar direction, a second HCCD 5 arranged in parallel to the first HCCD 3 and constituted with less transfer stages than the first HCCD 3, a transfer gate 7 between the HCCDs to transfer the signal charges from the first HCCD 3 to the second HCCD 5, a first output amplifier 4 to output the charges transferred from the first HCCD 3 by converting them to a voltage, and a second output amplifier 6 to output the charges transferred from the second HCCD 5 by converting them to a voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置、その駆動方法、及び撮像システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、コンピュータで画像を扱う用途が飛躍的に増大している。ここにおいて、コンピュータに画像を取り込むためのデジタルカメラの製品化が活発になっている。このようなデジタルカメラの撮像素子の発展動向として、静止画像を扱うデジタルスチールカメラ(DSC)は多画素化への方向性を追求しており、通常、動画像用(ビデオムービー)カメラの撮像素子の画素数が25万から40万画素で標準化されているのに対し、デジタルスチールカメラでは130万から500万画素といった高画素撮像素子を用いたカメラが製品化されており、画素数競争はとどまる様相を見せないでいる。
【0003】
DSCの多くは、ファインダーとしては静止画撮影に用いる撮像素子(CCDセンサ、CMOSセンサ)を動画駆動させ、これを画像処理して、電子ビューファインダ(EVF)表示する方法を採用している。光学ファインダーも併用されるが、DSCというとEVFによる撮影が当然というようなスタイルが浸透している。また、このようなEVFをもつDSCはビデオ出力をも有し、NTSC、PALなどのテレビジョン規格に対応するビデオ信号を出力するようになっている。
【0004】
さて、このようなEVF動画、NTSC・PALビデオ信号の画像表示のために必要な画像信号の画素数は、静止画像よりもはるかに少ないものとなる。
【0005】
まず、表示の規格の明確である表示ライン数と表示サイクルをみると、EVFでは表示するライン数は220〜240本程度、NTSCで240本、PALで280本程度である。また、画像の表示サイクルは、EVFでは規定がないが、25か30Frame(フレーム)/Sec(秒)で表示されることが多く、NTSCでは30Frame/Sec、PALでは25Frame/Secが必要になる。EVF表示のための液晶表示装置(LCD)は、通常、NTSCかPALのビデオ信号を得てLCD表示のための信号に変換する前段回路を有している。したがって、EVFのために必要な信号ライン数は、PALかNTSCのライン数ということになる。
【0006】
さて、DSCで用いる撮像素子では、総画素数が200万から500万の場合、1200ラインから2000ラインとなる。また、全画素を読み出す時間は、100〜250ms、4〜10Frame/Sec程度となる。これは撮像素子の読み出し速度を1画素を50nsで読み出すものとした場合である。現状のCCD撮像素子の読み出し周波数は、20MHz前後であるので、この程度になる。
【0007】
仮に、ハイビジョン放送用のカメラなみにこの倍の速度で駆動したとしても8〜20Frame/Secであり、撮像素子から全画素読み出しを繰り返すのではEVF表示、ファインダー画像のビデオ出力、動画像記録に必要とされる駒数がでない。また、読み出し駆動周波数を高くするとカメラの消費電力が増大することとなり、またこのために自己発生する熱により撮像素子の暗電流を増加させ、画質を劣化させることともなる。
【0008】
そこで、EVF、あるいはビデオ表示のための画像のために必要なライン数に対して撮像素子のライン数がはるかに多いのだから、撮像素子は、読み出すライン数を減じて読み出す動画読み出し方法ができるような構造にされ、動画像読み出し駆動方法が提供されることとなる。このような動画像読み出し駆動により出力される1フレーム中のライン数は200〜300ライン程度とされるが、それは、間引き(読み出しをしないラインの信号電荷はセンサ内で除去される)か、ライン加算(2ライン程度のラインの同列の画素を転送CCD内などで加え合わす)か、その併用により出力ライン数を減らす手段によりなされている。
【0009】
DSCに用いられる撮像素子としては、インターライン型CCD(電荷結合素子)撮像素子(以下、「IT−CCD」)が多く用いられる。このIT−CCDの概略の構成図を図5に示す。
【0010】
図5において、1は、イメージエリア内に結像された光情報を電荷に変換するためのホトダイオード(PD)であり、イメージエリア内に縦横に配列される。
また、PD1は、上部に各色成分の光を透過するためのカラーフィルターが形成される。このカラーフィルターは、DSCでは、原色(赤R、緑G、青B)を2×2画素内に配列し、これを基本単位として繰り返し配列する、所謂ベイヤー配列に構成されることが多い(図5は、ベイヤー配列で図示される)。
【0011】
また、2は、PD1からの信号電荷を受けて、垂直方向に転送するための垂直転送CCD(VCCD)で、PD1の列毎に隣接して構成される。通常、VCCD2は、4相駆動方式にされ、1画面を奇数行によるフィールドと偶数行によるフィールドとして、別々に2フィールドで1フレーム画像の読み出しを行う2フィールド読み出し方式で画像信号がよみだされる。
【0012】
図5のV1、V2、V3、V4は、VCCD2の4相の電極のそれぞれである。通常、電極V1は、RとGのラインのPDからVCCD2(隣接するV1ゲート下)への読み出し機能も併設される。電極V3は、BGのラインのPD1からの電荷読み出しが併設される。
【0013】
また、3は、VCCD2の1ライン毎の電荷を受け、水平方向に転送するための水平転送CCD(HCCD)であり、これは、通常2相駆動に構成される。
【0014】
さらに、4は、HCCD3から転送される信号電荷を電圧信号に変換して出力する出力アンプである。
【0015】
上にも述べたが、従来、このような撮像素子は、奇数、偶数ラインによる2フィールドを順じに読み出すフィールド読み出し駆動される。
【0016】
図5に示すセンサの場合、最初のフィールドでRGラインによりなる第1のフィールドの読み出しが行われる。V1ゲートに高電圧を加えると、RGラインの各電荷はVCCD2のV1電極下に転送される、その後、電極V1、V2、V3、V4を位相を変えて、中間電圧−低電圧のパルスを加えることで、HCCD3に転送し、HCCD3から1ライン毎に出力アンプに転送され出力される。VCCD2は、HCCD3が1ラインの信号読み出しを終了する毎に1ライン分の電荷がHCCD3に転送されるように駆動される。
【0017】
第1のフィールド(RGラインにより構成される1フィールド画面分)の電荷の読み出しが終了すると(VCCD2内の電荷がすべて読み出されると)、次に、GBラインにより構成される1フィールド画面分の信号電荷の全てが、VCCD2に転送される。これは、電極V3に高電圧を加えることで行われる。VCCD2に転送された電荷は、RGラインによる第1フィールドと同様にして駆動されることで出力される。
【0018】
さて、先に述べたように、DSCでは、このようなIT−CCDが主に用いられているわけであるが、画素数が大きくなることで、動画時のフレーム読み出し速度をいかに確保するかということが問題となってきた。
【0019】
そこで、1フレームの読み出しライン数を動画時において減ずる方法が考案されるところとなった。現在、実際の製品で用いられている方式としては、電極V1、V3をそれぞれ2つに分けて、電極V1、V1’、V3、V3’として、全画素読み出し時は、電極V1とV1’、電極V3とV3’は同一の駆動パルスを加えて動かし、動画時には、電極V1とV3にはPDからV−CCDへの読み出しのための高電圧を加えるが、電極V1’とV3’には読み出しの高電圧を加えないことで、電極V1’、V3’につながるPDの電荷は読み出さない方法である。
【0020】
この方法において、読み出されなかったPDの信号電荷は、IT−CCDでは通常設けられる電子シャッターとアンチブルーミングのための縦型オーバーフロードレイン(VOD)構造による電子シャッター動作により、センサーチップの深さ方向に、はき捨てられる。この方法は、現在、製品化されているDSC用CCD撮像素子に実際に採用されているところであるが、特許としては特開平10−256552号公報の第5の実施例(第39図、請求項19)にみることができる。なお、製品における実施例としては、こうして間引かれて残ったラインで、水平CCD内で連続する2ラインの電荷を加算している。
【0021】
さて、このようにして動画のために出される信号電荷は、200〜300ラインくらいの特定数となる。これはセンサの構成上できまってしまう。一方、DSCとしては、先に述べたようにEVF、ビデオ(NTSC、PAL等)など複数の動画駆動モードを有するが、それぞれ必要なライン数が異なる。このため、撮像素子から動画用に出力される信号は、一旦メモリーに取り込まれ、信号処理の過程で、必要なライン数に補間処理などによるリサイズ処理をして、それぞれの出力端より出力されることになる。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のDSC用の固体撮像素子においては、以下の問題がある。
【0023】
1)画素数が大きくなると、動画時の間引き率が増加して動画画質の劣化も大きくなる。
【0024】
2)画素数が大きくなると、動画時の出力ライン数が少なくなる。
【0025】
この2点の問題に関して、以下説明する。
【0026】
撮像素子の出力ライン数をへらす場合、間引きよりも加算の方が画質的には好ましい。間引きをすると輝度・色のモアレが増加し、斜めのエッジ部のギザギザ感は間引き量が多いほど増加する。しかしながら、市場に出ているDSC用CCD製品での30Frame/Secを実現する駆動の実施例としては以下のようになる。
【0027】
200万画素では、4ライン中、1ライン読み出し、3ライン除去により、
300万画素では、6ライン中、2ライン加算読み出し、4ライン除去により、
400万画素では、8ライン中、2ライン加算読み出し、6ライン除去により、
500万画素では、8ライン中、2ライン加算読み出し、6ライン除去により、
それぞれ実現される。
【0028】
ここで、センサの読み出しクロック周波数は、200万から400万画素までは同じであるが、500万画素では周波数を上げている(400万と500万の画素比程度)。通常、電荷の加算をする場合、DSC用のCCDセンサではHCCDで加算する。そして加算する画素数として実現されるのは2画素分くらいであり、それ以上はその他の問題も生じることからあまり行われない。そこで、これ以上加算ラインを増やせないことから、画素数が増えると間引きライン数を増やさざるを得ないのである。
【0029】
通常、動画読み出し駆動では1フィールドがベイヤー配列で出力されるように読み出される。これは、使用用途として、EVFなど即時性が求められる用途に使用されるためである。EVFでは、1フィールドの読み出しの連続を表示するのである。(静止画の場合、1フレームの情報をメモリに一旦蓄えた上で処理するので、第1フィールドでは、RGのみのライン、次のフィールドではGBのみのラインを読み出すという、信号処理に必要な情報を逐次に読み出すことは、かならずしも必要ではない。しかし、EVFは即時性がもとめられるので、RBのラインの次は、GBのラインを読み出し、この段階で画像処理と表示ができるようにするわけである。)
このようにするため、ベイヤー配列で2フィールド読み出し方式のCCDセンサの場合の、間引きの基本単位は2の倍数となるので、たとえば8ラインを間引きの基本サイクルとする場合の上は10ラインの間引きサイクルとなる。
【0030】
500万画素センサのライン数は約2000ラインだから、8ライン単位だと出力は250ライン、10ライン単位だと出力は200ラインとなるのである。
【0031】
同じ駆動周波数であれば、単純に見積もっても、同一の画像表示サイクルを実現するためには、画素数に比例して間引き率を増やさねばならない。上の各画素数でみても、200万画素は1/4ライン(4倍速)、画素数1.5倍の300万画素数で1/6ライン(6倍速)、2倍の400万画素で1/8ライン(8倍速)としている。
【0032】
ただし、500万画素では1/10ライン(10倍速)が必要となるのであるが、この場合、出力ライン数は200ラインとなり、先に説明した動画表示に必要なライン数240〜250本よりはるかに少ないライン数となることから、センサの駆動速度を早くすることで、間引き率を変えないようにしているわけである。
【0033】
仮に、間引き率を上げた場合、200ラインの画像を240〜250ラインにリサイズすることが必要となる。しかし、その場合、もともと1/8ラインにすることで、画質が劣化している上に、これを拡大することで、さらに画質を劣化させることとなる。また、ライン数拡大の処理はライン数縮小よりも、処理がはるかに煩雑となる。
【0034】
ちなみに、上の画素数の撮像素子のもともとのライン数と動画時ライン数は、おおよそ、以下のとおりである。
【0035】
200万画素では、ライン数1200本、動画時ライン数300本、
300万画素では、ライン数1500本、動画時ライン数250本、
400万画素では、ライン数1700本、動画時ライン数210本、
500万画素では、ライン数2000本、動画時ライン数250本、
となっている。
【0036】
従って、400万画素では、動画表示ラインより少ないライン数ではあるが、わずかではあるので、表示上の画角がわずかに減るだけであることからそのままとしているのである。これよりもライン数が減れば、拡大のリサイズは必須となる。ただし、ライン数が減りすぎると、ファインダーの画質としては情報にものたりなさを感じてくるようになり、減りすぎると、被写体の認識が難しくなってくる。EVF画像として望まれる画像おしては、やはり240本ほしいところである。
【0037】
画質面からは、動画に必要なライン数以上の情報からの縮小リサイズの方(実行的な間引き率を下げる)が好ましいわけであるが、300万画素以上の撮像素子では、必要ラインを確保するのがやっとの状況なのである。加算ライン数を増やすことは実効的な間引き率を下げることとはなるが、先にも述べたが、センサ製造上の制約がある。
【0038】
さて、このように間引きライン数を増やすことで、500万画素までは、EVF(またはビデオ)動画を可能としてきたが、これ以上の画素数のエリアセンサを実現するためには、間引き率を変更することが困難となる。なぜなら、画素数増加に応じて、1ラインの画素数が増加し、したがって1ラインの読み出し時間が長くなるからである。
【0039】
このため、同一駆動周波数で、かつ、30Frame/Sec速度を実現する場合にライン数は200本以下になってくる。ライン数を減らさないためには、駆動周波数を早くするしかないこととなるが、高速駆動すれば、それだけ消費電力を増加させることとなる。また、駆動速度と読み出しライン数(画素数)は単純に比例関係になく高速化するほど効率がおちる欠点もある。すなわち、センサ1ラインの読み出し時間は、1ライン中の画素電荷を読み出す時間とVCCDからHCCDに転送する時間とで構成されており、前者は画素数に比例するが、後者は一定時間であるため、高速化するほど後者の時間の比率が増え、高速化しても1ラインの読み出し時間はあまり増えないこととなるのである。
【0040】
しからば、駒速を落とすかということになるが、表示サイクルが減ると画像が間欠に表示される感じはいなめず、シャッターチャンスを見失うこととなる。
【0041】
現状、600万画素くらいまでは従来の方法で何とか実現できるが、それ以上の画素数の撮像素子では、EVF(またはビデオ)動画が実現できなくなるといえる。
【0042】
また、再々述べるが、実効的な間引き率が大きいと画質劣化も大きくなることから、上の300〜600万画素のセンサでも、実効的な間引き率を低くすることが好ましいのであり、読み出しライン数を増やすことは望まれることなのである。
【0043】
本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、例えば動画読み出し駆動等において、ラインでの間引き、加算による画素情報の低減と、それに応じた1ライン読み出し時間の短縮を可能とし、読み出しライン数を増やし、例えば高画素センサにおける動画表示を実現することを目的とする。
【0044】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、以下の固体撮像装置、その駆動方法、及び撮像システムにより実現される。
【0045】
すなわち、複数の光電変換手段と複数の転送手段を有する固体撮像装置において、該複数の転送手段のうちの1転送手段は、該複数の光電変換手段の全数又は所定数の信号電荷を読み出すものであり、他の転送手段は該1転送手段より少ない数の該光電変換手段の信号電荷を読み出す出力線であることを特徴とする固体撮像装置において実現される。
【0046】
また、2次元的に配列された複数の光電変換手段と複数の転送手段を有する2次元固体撮像装置において、該複数の転送手段の出力段数が互いに異なることを特徴とする固体撮像装置において実現される。
【0047】
また、2次元的に配列された複数の光電変換手段と、該複数の光電変換手段のそれぞれの信号電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、該垂直転送手段より転送された行方向のそれぞれの電荷を転送する第1の水平転送手段と、該第1の水平転送手段に並列してもうけられ、第1の水平転送段数より転送段数が少なく構成される第2の水平転送手段と、該第1の水平転送手段から該第2の水平転送手段へ信号電荷を転送するための水平転送手段間転送手段と、該第1の水平転送手段より転送された電荷を電圧に変換して出力する第1の出力手段と、該第2の水平転送手段より転送された電荷を電圧に変換して出力する第2の出力手段とにより構成される固体撮像装置において実現される。
【0048】
また、上記の固体撮像装置で、該垂直転送手段より転送される行方向のそれぞれの電荷の一部を除去するための水平電荷間引きドレインを有する固体撮像装置において実現される。
【0049】
また、上記の固体撮像装置で、該垂直転送手段より転送される行方向のそれぞれの電荷の一部を加算するための手段を有する固体撮像装置において実現される。
【0050】
また、2次元的に配列された複数の光電変換手段と、該複数の光電変換手段のそれぞれの信号電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、該垂直転送手段より転送された行方向のそれぞれの電荷を転送する第1の水平転送手段と、該第1の水平転送手段に並列してもうけられ、第1の水平転送段数より転送段が少ない転送段数に構成される第2の水平転送手段と、該第1の水平転送手段から該第2の水平転送手段へ信号電荷を転送するための水平転送手段間転送手段と、該第1の水平転送手段より転送された電荷を電圧に変換して出力する第1の出力手段と、該第2の水平転送手段より転送された電荷を電圧に変換して出力する第2の出力手段とにより構成される固体撮像装置において、該垂直転送手段からの行のそれぞれの電荷は、該第1の水平転送手段に転送され、その後に、該垂直転送手段より転送された行方向のそれぞれの電荷を加算、あるいは間引き、あるいは加算と間引き転送するように駆動して、該水平転送手段間転送手段手段を通して、該第2の水平転送手段に転送する駆動方法において実現される。
【0051】
また、2次元的に配列された複数の光電変換手段と、該複数の光電変換手段のそれぞれの信号電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、該垂直転送手段より転送された行方向のそれぞれの電荷を転送する第1の水平転送手段と、該第1の水平転送手段に並列してもうけられ、第1の水平転送段数より転送段数が少なく構成される第2の水平転送手段と、該第1の水平転送手段から該第2の水平転送手段へ信号電荷を転送するための水平転送手段間転送手段と、該第1の水平転送手段より転送された電荷を電圧に変換して出力する第1の出力手段と、該第2の水平転送手段より転送された電荷を電圧に変換して出力する第2の出力手段とにより構成される固体撮像素子を有する固体撮像装置であり、該固体撮像装置は該撮像素子の全画素電荷を読み出して画像を形成する第1のモードと、該固体撮像装置は該撮像素子の全画素を加算、あるいは間引き、あるいは加算と間引きをすることにより画素数を減じて連続的に出力して動画像を生成する第2のモードとを有し、該第1のモード時には、該固体撮像素子の信号電荷は該第1の水平転送手段を介して第1の出力手段より出力され、該第2のモード時には、該固体撮像素子の信号電荷は該第2の水平転送手段を介して第2の出力手段より出力されることを特徴とする固体撮像装置において実現される。
【0052】
また、上記の固体撮像装置と、該固体撮像装置へ光を結像する光学系と、該固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを有することを特徴とする撮像システムにおいて実現される。
【0053】
以上の手段により、本発明では、動画読み出し駆動等において、ラインでの間引き、加算による画素情報の低減と、それに応じた1ライン読み出し時間の短縮を可能とし、読み出しライン数を増やすことができ、例えば高画素センサにおける動画表示を実現するものである。
【0054】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0055】
[第1実施例]
図1は、本発明の第1実施例に係るCCD撮像素子(固体撮像装置)の構成を示すものである。第1実施例のCCD撮像素子は、インターライン型CCD(IT−CCD)に適用したものである。なお、図1において、従来例と同様のIT−CCD構成については同一符号を付し、その説明を簡略又は省略する。
【0056】
図1に示すCCD撮像素子において、1は、イメージエリア内に結像された光情報を電荷に変換するための光電変換素子としてのホトダイオード(PD)であり、イメージエリア内に縦横に配列される。また、このPD1は、上部に各色成分の光を透過するためのカラー(色)フィルターが形成され、記号R、G、Bは、色フィルターの種類であり、ベイヤー配列にされている。
【0057】
また、2は、PD1からの信号電荷を受けて、垂直方向に転送するための垂直転送手段としての垂直転送CCD(以下、「VCCD」)で、PD1の列毎に隣接して構成され、これも従来例と同様に4相駆動構成である。図1では、4つの電極、V1、V2、V3、V4の配線は、省略したが、これらは図5に示す従来例と同様の構成である。
【0058】
また、3は、VCCD2の1ライン毎の電荷を受け、水平方向に転送するための第1の水平転送手段としての従来と同様の水平転送CCD(以下、「第1HCCD」)であり、2相駆動に構成されている。配線は、これも略したが、従来例と同様の構成である。
【0059】
また、4も、第1の出力手段としての従来例と同様の出力アンプ(以下、「第1出力アンプ」)で、第1HCCD3から転送される信号電荷を電圧信号(CCD出力1)に変換して出力するものである。
【0060】
図1において、本発明の特徴をなす構成要素として、第1の水平出力系(第1HCCD3とCCD出力1)に沿って走る第2の水平出力系が設けられる。すなわち、5は、第2の水平出力系をなす第2の水平転送手段としての水平転送CCD(以下、「第2HCCD」)であり、第1HCCD3と同様に2相駆動に構成されるが、その転送段数は、第1HCCD3の1/3段にされる。第2HCCD5により読み出される信号電荷は、第2の出力手段としての出力アンプ(以下、「第2出力アンプ」)6にて、電圧信号に変換されてCCD出力2として読み出される。
【0061】
また、7は、第1HCCD3から第2HCCD5へ電荷を転送するための水平転送手段間転送手段としてのHCCD間トランスファゲートである。このHCCD間トランスファゲート7は、第1HCCD3の3段(電極H1、H2の一組を1段と呼ぶ。これは、1カラム(列)の電荷が次のカラムの位置に移動するということである)に1経路、設けられる(すなわち、第2HCCD5の1段に1経路)。このHCCD間トランスファゲート7上の電極にパルス加えると、このHCCD間トランスファゲート7に隣接する第1HCCD3のセル内の信号電荷が、このHCCD間トランスファゲート7に隣接する第2HCCD5のセル内に転送されるように内部電位は構成される。
【0062】
また、8は、3カラム中の1カラムの電荷を排除するための水平電荷間引きドレインである。図1ではVCCD2の図中左側のカラムから数えて、2、5、8、…カラムと、中2カラム置きのVCCD2下の第1HCCD3のセルに対応して設けられる。これにより、間引かれるVCCD2の電荷が、そのVCCD2に隣接する第1HCCD3のセル内に入ったあと、不図示の第1HCCD3のドレインに接するセルと水平電荷間引きドレイン8の間に設けられるドレインゲートを開けることで、間引くべき信号電荷は、この水平電荷間引きドレイン8に掃き捨てられる。
【0063】
ここで、第1の実施例のCCD撮像素子の読み出し動作を説明する。この読み出し動作は、静止画を読み出すモードと、動画を読み出すモードとに応じて個別に実行される。
【0064】
まず、静止画の読み出し(全画素読み出し)時には、従来例と同様の動作をさせて、第1の出力系、すなわち第1HCCD3、第1出力アンプ4により信号電荷の読み出しがされる。このとき、HCCD間トランスファゲート7とドレインゲートは、壁となる電位に固定される。また、第2HCCD5は停止状態とされる。
【0065】
次いで、動画の読み出し時には、以下の動作が行われる。
【0066】
まず、VCCD2からの1ライン分の信号電荷は、従来例のCCD撮像素子、あるいは本実施例のCCD撮像素子の静止画読み出しモードと同様に、第1HCCD3に転送される。この第1HCCD3に1ライン分の信号電荷が転送された後、ドレインゲートがこれに隣接した第1HCCD3のセル内の電荷を間引きドレイン8に掃き捨てるように駆動され、これと同時に、HCCD間トランスファーゲート7は、これに隣接する第1HCCD3のセル内の信号電荷を、これに隣接する第2HCCD5のセル内に転送するように駆動される。
【0067】
このとき、第1HCCD3においては、電荷が蓄積されているセル内の電極(この電極を従来例の配線と同様にH1と呼ぶ)はこの転送を行うために駆動されるが、VCCD2と接していない側の電極(H2と呼ぶ)は壁となる電位に固定される。
【0068】
また、第2HCCD5も、同様でHCCD間トランスファーゲート7に接するセル内の電極(HH1と呼ぶ)は、HCCD間トランスファーゲート7を介して転送される電荷を受け取るように駆動される(なお、HCCD間トランスファーゲート7に接していない側の電極は、HH2と呼ぶ)。
【0069】
このように動作することで、第1HCCD3に転送された1ラインの電荷中、1、4、7…カラムの信号電荷は第2HCCD5に転送され(図1中の矢印a1参照)、2、5、8…カラムの電荷は、水平電荷間引きドレイン8に排除され(図1中の点線矢印a2参照)、3、6、9…カラムの電荷は第1HCCD3のVCCD2に接するセル内に蓄積されたままとなる。
【0070】
次に、第1HCCD3の3、6、9…カラムのVCCD2に接したセル内の電荷が、HCCD間トランスファーゲート7に接したセル内まで転送するように(図1中の矢印a3参照)、第1HCCD3が駆動され、引き続き、HCCD間トランスファーゲート7を介して第2HCCD5のHCCD間トランスファーゲート7に接しているセル内に転送するように(図1中の矢印a4参照)、第1HCCD3の電極H1、第2HCCD5の電極HH1、HCCD間トランスファーゲート7が駆動される(このとき、第1HCCD3の電極H2、第2HCCD5の電極HH2は、壁となる電位状態に固定される)。
【0071】
ここで、第2HCCD5のHCCD間トランスファーゲート7に接するセル内には、カラム1と3の両電荷、カラム4と6の両電荷、カラム7と9の両電荷、…の両電荷が互いに加算されて蓄積されることとなる。
【0072】
こうして、CCD撮像素子の横側情報が1/3にされた信号電荷は、第2HCCD5を駆動することで、第2出力アンプ6から順次出力される。このとき、第2HCCD5は、第1HCCD3の1/3の段数であり、第1HCCD3から読み出す場合の1/3の時間で1ラインの情報を出力することとなる。なお、第2HCCD5駆動時のライン出力駆動中は、第1HCCD3が停止していることはいうまでもない。
【0073】
さて、このような方法で、1ラインの読み出し時間は1/3に短縮されるわけであるが、第1HCCD3から第2HCCD5への移動と電荷加算のための時間の増加はあるが、HCCD、HCCD間トランスファーゲート7の容量は軽いため、この駆動時間はきわめて短く、HCCDで数段分の転送をする時間程度ですみ、1ライン読み出し時間に対してきわめて微量な時間にしかすぎない。
【0074】
このようにして、横側の間引き加算をし、かつ、EVF時専用の読み出し系をもうけることで読み出し時間を間引き加算で縮小した分の読み出し時間を短縮することができるようになり、これまで、読み出し時間短縮のための加算間引きを縦側にのみに負わせていたのを横側にも振り分けることとなり、縦側の間引き率を下がることができ、横側もそれと同程度の間引きをすることで、バランスのとれた縦横の間引き率となることで、EVF、ビデオ駆動時の画質劣化の低減がはかれる。これにより、従来例では成立しなかった600万画素以上のエリアセンサにおいても、EVFやビデオのための動画駆動を可能にすることができる。また、補足として、上の横側の間引き加算では同色の加算で同色間の別の色を間引き、CCD出力としてはベイヤー配列になるので、その出力に対する信号処理の構成を変える必要もない。
【0075】
すなわち、本実施例によれば、静止画読み出し用のHCCDと動画読み出し用のHCCDを別々にもつことにより、動画読み出しおける、ライン内の間引き、加算による画素情報の縮小と、それに応じた1ライン読み出し時間の短縮が可能となる。これにより、動画時の読み出しライン数を増やすことができ、従来方式では600万画素以上の高画素センサにおいてきわめて困難であったおける動画表示を容易に実現できるようになり、600万画素以上のDSCにおいてもEVF機能つきの製品を可能とするのである。また、600万画素以下のセンサにおいても、従来、縦側のみに負わせていた間引きを横側とで配分することで、動画での画質の劣化を低減することができるのである。
【0076】
[第2実施例]
図2は、本発明の第2実施例に係るCCD撮像素子(固体撮像装置)の構成を示すものである。図2において、1〜8で示す構成要素は、図1に示す第1実施例の構成と同様であり、相違するところは、3、6、9…カラムの電荷も、水平電荷間引きドレイン8に排除する(図2中の点線矢印a5参照)構造になっていることである。従って、この第2実施例の構造によれば、図1の構成で必要とされている1、4、7…カラムの電荷と3、6、9…カラムの電荷をそれぞれ加算する時間が不要となる。
【0077】
図1に示す第1実施例の構造を選ぶか、図2に示す第2実施例の構造を選ぶかは、EVF時に必要な感度により決めればよい。図1に示す第1実施例の構造では、横同色2画素加算をすることで、図2に示す第2実施例の構造と比べ感度は倍になる。
【0078】
また、図2に示す第2実施例の構成でも、不図示のドレインゲートを2、5、8、…カラムのためのものと、3、6、9…カラムのものを別々にして、2画素加算時は、3、6、9…カラムのためのドレインゲートは壁電位に固定して、他の電極は第1実施例と同様に駆動し、加算しない場合は、2、5、8…カラムのためのドレインゲートと、3、6、9…カラムのためのドレインゲートとを同じに駆動することで使い分けることも可能である。
【0079】
なお、言うまでもないことであるが、この第2実施例の構造でも、出力画像はベイヤー配列で出力され、1ラインの読み出し時間は1/3に短縮される。
【0080】
[第3実施例]
図3は、本発明の第3実施例に係るCCD撮像素子(固体撮像装置)の構成を示すものである。図3において、1〜8で示す構成要素は、図1、図2の構成と同様であり、相違するところは、2カラム読み出し(図3中の矢印a6、a7参照)、2カラム間引き(図3中の矢印a8、a9参照)の構造になっていることである。すなわち、図3において、1、2、5、6、9、10…カラムの各信号電荷は、それぞれ第2HCCD5に転送され、3、4、7、8、11、12…カラムの各信号電荷は、それぞれ間引きドレイン8に掃き捨てられる。
【0081】
よって、第3実施例の構造によれば、第2HCCD5の転送段数は、第1HCCD3の1/2とされることで、1ラインの読み出し時間は1/2に短縮される。
【0082】
なお、上記第1実施例では、1ラインの隣接する3カラムのうち、2カラム加算、1カラム間引きにより、1ラインの読み出し時間が全画素読み出し時よりも1/3に短縮され、上記第2実施例では、1ラインの隣接する3カラムのうち、2カラム間引き(2画素加算時は、第1実施例と同様に2カラム加算、1カラム間引き)により、1ラインの読み出し時間が全画素読み出し時よりも1/3に短縮され、上記第3実施例では、1ラインの隣接する4カラムのうち、2カラム間引きにより、1ラインの読み出し時間が全画素読み出し時よりも1/2に短縮されるが、本発明は、これらの構成及び駆動方法に限らず、読み出し対象カラム、間引き対象カラム、及び加算対象カラムの構成及び駆動方法は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜変形して実施可能である。
【0083】
次に、上記第1〜第3実施例のCCD撮像素子(固体撮像装置)を用いた撮像システム(撮像装置)について説明する。図4に基づいて、本発明の固体撮像装置をデジタルカメラに適用した場合の一実施例について詳述する。図4は、本発明の固体撮像装置をデジタルカメラに適用した場合を示すブロック図である。
【0084】
図4において、101はレンズのプロテクトとメインスイッチを兼ねるバリア、102は被写体の光学像を固体撮像素子104に結像させるレンズ、103はレンズ102を通った光量を可変するための絞り、104はレンズ102で結像された被写体を画像信号として取り込むための固体撮像素子、106は固体撮像素子104より出力される画像信号のアナログ−ディジタル変換を行うA/D変換器、107はA/D変換器106より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータを圧縮する信号処理部、108は固体撮像素子104、撮像信号処理回路105、A/D変換器106、信号処理部107に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、109は各種演算とスチルビデオカメラ全体を制御する全体制御・演算部、110は画像データを一時的に記憶するためのメモリ部、111は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、112は画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体、113は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部である。
【0085】
ここで、前述の構成における撮影時のデジタルカメラの動作について、説明する。
【0086】
まず、バリア101がオープンされるとメイン電源がオンされ、次にコントロール系の電源がオンし、さらに、A/D変換器106などの撮像系回路の電源がオンされる。
【0087】
それから、露光量を制御するために、全体制御・演算部109は絞り103を開放にし、固体撮像素子4から出力された信号はA/D変換器106で変換された後、信号処理部107に入力される。そのデータを基に露出の演算を全体制御・演算部109で行う。この測光を行った結果により明るさを判断し、その結果に応じて全体制御・演算部109は絞りを制御する。
【0088】
次いで、固体撮像素子104から出力された信号をもとに、高周波成分を取り出し被写体までの距離の演算を全体制御・演算部109で行う。その後、レンズを駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断したときは、再びレンズを駆動し測距を行う。
【0089】
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像素子104から出力された画像信号はA/D変換器106でA−D変換され、信号処理部107を通り全体制御・演算109によりメモリ部に書き込まれる。その後、メモリ部110に蓄積されたデータは、全体制御・演算部109の制御により記録媒体制御I/F部を通り半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体112に記録される。又外部I/F部113を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
【0090】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ラインでの間引き、加算による画素情報の低減と、それに応じた1ライン読み出し時間の短縮を可能とし、読み出しライン数を増やすことができ、例えば高画素センサにおける動画表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る固体撮像装置(CCD撮像素子)を示す構成図である。
【図2】本発明の第2実施例に係る固体撮像装置(CCD撮像素子)を示す構成図である。
【図3】本発明の第2実施例に係る固体撮像装置(CCD撮像素子)を示す構成図である。
【図4】本発明の第1〜第3実施例の固体撮像装置(CCD撮像素子)をデジタルカメラ(撮像装置)に適用した場合を示すブロック図である。
【図5】従来例の固体撮像装置(CCD撮像素子)を示す構成図である。
【符号の説明】
1 ホトダイオード(PD)
2 垂直転送CCD(VCCD)
3 第1水平転送CCD(第1HCCD)
4 第1出力アンプ
5 第2水平転送CCD(第2HCCD)
6 第2出力アンプ
7 HCCD間トランスファゲート
8 水平電荷間引きドレイン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device, a driving method thereof, and an imaging system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, applications for handling images on a computer have been dramatically increased. Here, the commercialization of digital cameras for capturing images into computers has become active. As a development trend of such an image sensor of a digital camera, a digital still camera (DSC) handling a still image is pursuing a direction toward increasing the number of pixels, and usually an image sensor of a moving image (video movie) camera. Has been standardized at 250,000 to 400,000 pixels, whereas digital still cameras have commercialized cameras using high-pixel imaging devices with 1.3 to 5 million pixels, and competition in the number of pixels will remain. He is not showing his appearance.
[0003]
Many DSCs adopt a method in which an image sensor (CCD sensor, CMOS sensor) used for photographing a still image is driven as a moving image, the image is processed, and the image is displayed on an electronic viewfinder (EVF). An optical viewfinder is also used, but the style that DSCs are taken naturally by EVF has permeated. A DSC having such an EVF also has a video output, and outputs a video signal corresponding to a television standard such as NTSC or PAL.
[0004]
The number of pixels of an image signal required for displaying such an EVF moving image or NTSC / PAL video signal is far smaller than that of a still image.
[0005]
First, looking at the number of display lines and the display cycle, for which the display standard is clear, the number of lines to be displayed is about 220 to 240 for EVF, about 240 for NTSC, and about 280 for PAL. The display cycle of an image is not specified in EVF, but is often displayed at 25 or 30 frames (frames) / sec (seconds). NTSC requires 30 frames / sec, and PAL requires 25 frames / sec. A liquid crystal display (LCD) for EVF display usually has a pre-stage circuit that obtains an NTSC or PAL video signal and converts it into a signal for LCD display. Therefore, the number of signal lines required for EVF is the number of PAL or NTSC lines.
[0006]
Now, in the image sensor used in the DSC, when the total number of pixels is 2,000,000 to 5,000,000, the number becomes 1200 to 2000 lines. The time for reading all the pixels is about 100 to 250 ms, and about 4 to 10 Frame / Sec. This is the case where the readout speed of the image sensor is set to read out one pixel in 50 ns. The readout frequency of the current CCD image sensor is about 20 MHz, which is about this level.
[0007]
Even if driven at twice the speed of a high-definition broadcast camera, the speed is 8 to 20 Frame / Sec, and repeated reading of all pixels from the image sensor is necessary for EVF display, video output of viewfinder images, and video recording. Is not the number of pieces. In addition, if the read drive frequency is increased, the power consumption of the camera increases, and the heat generated by the camera increases the dark current of the image sensor, thereby deteriorating the image quality.
[0008]
Therefore, since the number of lines of the image sensor is much larger than the number of lines required for an image for EVF or video display, the image sensor can perform a moving image reading method in which the number of lines to be read is reduced. Thus, a moving image reading driving method is provided. The number of lines in one frame output by such a moving image readout drive is about 200 to 300 lines, which is determined by thinning (signal charges of lines not to be read out are removed in the sensor) or by lines. This is done by means of adding (two or more lines of the same column of pixels are added together in the transfer CCD or the like) or by using them together to reduce the number of output lines.
[0009]
As an image sensor used for the DSC, an interline type CCD (charge coupled device) image sensor (hereinafter, “IT-CCD”) is often used. FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of this IT-CCD.
[0010]
In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a photodiode (PD) for converting optical information imaged in the image area into electric charges, which are arranged vertically and horizontally in the image area.
In addition, a color filter for transmitting light of each color component is formed on the upper part of the PD 1. In a DSC, this color filter is often configured in a so-called Bayer array in which primary colors (red R, green G, and blue B) are arranged in 2 × 2 pixels and are repeatedly arranged using these as basic units (see FIG. 5 is shown in a Bayer arrangement).
[0011]
Reference numeral 2 denotes a vertical transfer CCD (VCCD) for receiving a signal charge from the PD 1 and transferring the signal charge in the vertical direction. Normally, the VCCD 2 is of a four-phase driving system, and an image signal is read out in a two-field reading system in which one screen is a field of odd-numbered rows and a field of even-numbered rows, and one frame image is read out in two fields separately. .
[0012]
V1, V2, V3, and V4 in FIG. 5 are the four-phase electrodes of the VCCD 2, respectively. Normally, the electrode V1 is also provided with a function of reading from the PD on the R and G lines to the VCCD2 (below the adjacent V1 gate). The electrode V3 is provided with charge reading from the PD1 of the BG line.
[0013]
Reference numeral 3 denotes a horizontal transfer CCD (HCCD) for receiving charges of each line of the VCCD 2 and transferring the charges in a horizontal direction, which is normally configured for two-phase driving.
[0014]
Reference numeral 4 denotes an output amplifier that converts a signal charge transferred from the HCCD 3 into a voltage signal and outputs the voltage signal.
[0015]
As described above, in the related art, such an image sensor is driven by field readout in which two fields of odd and even lines are sequentially read.
[0016]
In the case of the sensor shown in FIG. 5, reading of the first field composed of RG lines is performed in the first field. When a high voltage is applied to the V1 gate, each charge on the RG line is transferred under the V1 electrode of the VCCD2. Thereafter, the phase of the electrodes V1, V2, V3, and V4 is changed, and a pulse of intermediate voltage-low voltage is applied. Thus, the signal is transferred to the HCCD 3 and transferred from the HCCD 3 to the output amplifier line by line to be output. The VCCD 2 is driven such that one line of electric charge is transferred to the HCCD 3 each time the HCCD 3 finishes reading one line of signal.
[0017]
When the reading of the charges in the first field (for one field screen composed of the RG lines) is completed (when all the charges in the VCCD 2 are read), the signal for one field screen composed of the GB lines is next. All of the charges are transferred to VCCD2. This is performed by applying a high voltage to the electrode V3. The electric charge transferred to the VCCD 2 is output by being driven in the same manner as in the first field by the RG line.
[0018]
By the way, as described above, such an IT-CCD is mainly used in DSC, but how to secure a frame reading speed at the time of a moving image by increasing the number of pixels is important. That has been a problem.
[0019]
Therefore, a method has been devised for reducing the number of read lines of one frame during a moving image. At present, as a method used in actual products, the electrodes V1 and V3 are divided into two, and the electrodes V1, V1 ', V3, and V3' are used. The electrodes V3 and V3 'are moved by applying the same drive pulse. At the time of moving images, a high voltage for reading from the PD to the V-CCD is applied to the electrodes V1 and V3, but the electrodes V1' and V3 'are read. By not applying the high voltage, the charge of the PD connected to the electrodes V1 ′ and V3 ′ is not read.
[0020]
In this method, the signal charge of the PD that has not been read is transferred to the sensor chip in the depth direction by an electronic shutter normally provided in an IT-CCD and an electronic shutter operation by a vertical overflow drain (VOD) structure for anti-blooming. , Is thrown away. This method is currently being used in a CCD image pickup device for DSC which has been commercialized, but as a patent, a fifth embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-256552 (FIG. 19). In the embodiment of the product, the electric charges of two consecutive lines in the horizontal CCD are added to the lines thinned out and left.
[0021]
By the way, the signal charges output for a moving image in this way have a specific number of about 200 to 300 lines. This is due to the configuration of the sensor. On the other hand, the DSC has a plurality of moving image drive modes such as EVF and video (NTSC, PAL, etc.) as described above, but the required number of lines is different. For this reason, a signal output for a moving image from the image sensor is once taken into a memory, and in a signal processing process, a necessary number of lines is resized by an interpolation process or the like, and output from each output terminal. Will be.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional solid-state imaging device for DSC has the following problems.
[0023]
1) As the number of pixels increases, the thinning rate at the time of moving images increases, and the deterioration of moving image quality also increases.
[0024]
2) As the number of pixels increases, the number of output lines during a moving image decreases.
[0025]
The two problems will be described below.
[0026]
When reducing the number of output lines of the image sensor, addition is more preferable in terms of image quality than thinning. When thinning is performed, moire of luminance and color increases, and the jaggedness of the oblique edge portion increases as the thinning amount increases. However, a driving example for realizing 30 frames / sec in a DSC CCD product on the market is as follows.
[0027]
In 2 million pixels, one line is read out of four lines, and three lines are removed.
With 3 million pixels, 2 lines are added and read out of 6 lines, and by removing 4 lines,
With 4 million pixels, 2 lines out of 8 lines are read out by adding and removing 6 lines.
With 5 million pixels, 2 lines out of 8 lines are read out and 6 lines are removed,
Each is realized.
[0028]
Here, the read clock frequency of the sensor is the same from 2,000,000 to 4,000,000 pixels, but the frequency is increased at 5,000,000 pixels (about 4,000,000 to 5,000,000 pixel ratio). Normally, when adding charges, the CCD sensor for DSC uses a CCDC to add charges. Only about two pixels are realized as the number of pixels to be added, and more than that is rarely performed because other problems also occur. Therefore, since the number of addition lines cannot be increased any more, the number of thinned lines must be increased as the number of pixels increases.
[0029]
Normally, in the moving image read drive, data is read so that one field is output in a Bayer array. This is because they are used for applications requiring immediacy, such as EVF. In the EVF, continuous reading of one field is displayed. (In the case of a still image, since information of one frame is temporarily stored in a memory and then processed, information necessary for signal processing is to read out only RG lines in the first field and read out only GB lines in the next field. It is not always necessary to sequentially read out. However, since EVF requires immediacy, after the RB line, the GB line is read out so that image processing and display can be performed at this stage. is there.)
For this reason, in the case of a Bayer array 2-field readout CCD sensor, the basic unit of thinning is a multiple of 2, so for example, when 8 lines are used as the basic cycle of thinning, 10 lines are thinned. It is a cycle.
[0030]
Since the number of lines of the 5 million pixel sensor is about 2000 lines, the output is 250 lines in units of 8 lines and 200 lines in units of 10 lines.
[0031]
With the same driving frequency, even if it is simply estimated, in order to realize the same image display cycle, the thinning rate must be increased in proportion to the number of pixels. Looking at the number of pixels above, 2 million pixels are 1/4 line (4 times speed), 3 million pixels with 1.5 times the number of pixels and 1/6 lines (6 times speed) with 2 times 4 million pixels. It is 1/8 line (8 times speed).
[0032]
However, 5 million pixels require 1/10 line (10 times speed). In this case, the number of output lines is 200 lines, which is far more than the 240 to 250 lines required for moving image display described above. Since the number of lines is extremely small, the thinning rate is not changed by increasing the driving speed of the sensor.
[0033]
If the thinning rate is increased, it is necessary to resize an image of 200 lines to 240 to 250 lines. However, in this case, the image quality is deteriorated by originally using 1/8 line, and further, the image quality is further deteriorated by enlarging the line. Further, the process of expanding the number of lines is much more complicated than the process of reducing the number of lines.
[0034]
Incidentally, the original number of lines and the number of lines at the time of moving images of the image sensor having the number of pixels above are approximately as follows.
[0035]
For 2 million pixels, 1200 lines, 300 lines for moving images,
With 3 million pixels, the number of lines is 1500, the number of lines at the time of movie is 250,
With 4 million pixels, the number of lines is 1700, the number of lines during movie is 210,
With 5 million pixels, the number of lines is 2,000, the number of lines during movie is 250,
It has become.
[0036]
Therefore, although the number of lines at 4 million pixels is smaller than the number of moving image display lines, it is small, and the angle of view on display is only slightly reduced, so that it is not changed. If the number of lines is smaller than this, resizing for enlargement is indispensable. However, if the number of lines is excessively reduced, the image quality of the viewfinder becomes less informative, and if the number of lines is decreased excessively, recognition of the subject becomes difficult. As for an image desired as an EVF image, 240 images are desired.
[0037]
From the viewpoint of image quality, it is preferable to reduce the size of the information from the information more than the number of lines necessary for the moving image (reduce the effective thinning rate), but in the case of an image sensor having 3 million pixels or more, the necessary lines are secured. That is the situation at last. Increasing the number of addition lines lowers the effective thinning rate. However, as described above, there are restrictions on sensor production.
[0038]
By increasing the number of thinning lines in this way, EVF (or video) moving images have been made possible up to 5 million pixels, but in order to realize an area sensor with more pixels, the thinning rate must be changed. It will be difficult to do. This is because the number of pixels in one line increases in accordance with the increase in the number of pixels, and thus the readout time of one line increases.
[0039]
For this reason, the number of lines is reduced to 200 or less when the same drive frequency is used and a 30 Frame / Sec speed is realized. The only way to reduce the number of lines is to increase the driving frequency. However, driving at a higher speed increases power consumption. There is also a disadvantage that the drive speed and the number of readout lines (the number of pixels) are not simply proportional, and the higher the speed is, the lower the efficiency is. That is, the reading time for one line of the sensor is composed of the time for reading out the pixel charges in one line and the time for transferring from the VCCD to the HCCD. The former is proportional to the number of pixels, while the latter is a fixed time. The higher the speed, the greater the ratio of the latter time, and even if the speed is increased, the reading time for one line will not increase much.
[0040]
In this case, the frame speed is reduced. However, if the display cycle is reduced, the feeling that the image is displayed intermittently is lost, and the photographer loses the chance to take a picture.
[0041]
At present, up to about 6 million pixels can be realized by a conventional method, but it can be said that an EVF (or video) moving image cannot be realized with an image sensor having more pixels.
[0042]
Also, as will be described again, since the image quality deteriorates when the effective thinning rate is large, it is preferable to lower the effective thinning rate even with the above sensor of 3 to 6 million pixels. It is desirable to increase the number.
[0043]
The present invention has been made to solve such a conventional problem. For example, in a moving image readout drive, etc., pixel information is reduced by thinning out and adding lines, and the time required to read one line is reduced accordingly. And to increase the number of readout lines, for example, to realize moving image display on a high pixel sensor.
[0044]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is realized by the following solid-state imaging device, a driving method thereof, and an imaging system.
[0045]
That is, in a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion units and a plurality of transfer units, one of the plurality of transfer units reads out all or a predetermined number of signal charges of the plurality of photoelectric conversion units. The other transfer means is realized in a solid-state imaging device characterized in that it is an output line for reading out signal charges of the photoelectric conversion means in a smaller number than the one transfer means.
[0046]
Further, in a two-dimensional solid-state imaging device having a plurality of two-dimensionally arranged photoelectric conversion units and a plurality of transfer units, the solid-state imaging device is characterized in that the output stages of the plurality of transfer units are different from each other. You.
[0047]
Also, a plurality of two-dimensionally arranged photoelectric conversion means, a vertical transfer means for transferring respective signal charges of the plurality of photoelectric conversion means in a column direction, and a row direction transferred from the vertical transfer means, respectively. A first horizontal transfer means for transferring the charge of the first horizontal transfer means, a second horizontal transfer means provided in parallel with the first horizontal transfer means, and having a smaller number of transfer stages than the first number of horizontal transfer stages; Transfer means for transferring signal charges from the first horizontal transfer means to the second horizontal transfer means; and transfer means for converting the charges transferred from the first horizontal transfer means into a voltage for output. The present invention is realized in a solid-state imaging device including a first output unit and a second output unit that converts a charge transferred from the second horizontal transfer unit into a voltage and outputs the voltage.
[0048]
Further, the solid-state imaging device described above is realized in a solid-state imaging device having a horizontal charge thinning drain for removing a part of each charge in the row direction transferred by the vertical transfer means.
[0049]
Further, the above-mentioned solid-state imaging device is realized in a solid-state imaging device having a unit for adding a part of each electric charge in the row direction transferred by the vertical transfer unit.
[0050]
Also, a plurality of two-dimensionally arranged photoelectric conversion means, a vertical transfer means for transferring respective signal charges of the plurality of photoelectric conversion means in a column direction, and a row direction transferred from the vertical transfer means, respectively. And a second horizontal transfer means provided in parallel with the first horizontal transfer means and having fewer transfer stages than the first horizontal transfer stage. Transfer means for transferring signal charges from the first horizontal transfer means to the second horizontal transfer means; and transfer means for converting the charges transferred from the first horizontal transfer means into a voltage. And a second output means for converting the electric charge transferred from the second horizontal transfer means into a voltage and outputting the voltage. Of the first row is the first The horizontal transfer means are transferred to the flat transfer means, and thereafter, the respective charges in the row direction transferred from the vertical transfer means are driven to be added, thinned, or added and thinned to transfer the horizontal transfer means. Through the second horizontal transfer means.
[0051]
Also, a plurality of two-dimensionally arranged photoelectric conversion means, a vertical transfer means for transferring respective signal charges of the plurality of photoelectric conversion means in a column direction, and a row direction transferred from the vertical transfer means, respectively. A first horizontal transfer means for transferring the charge of the first horizontal transfer means, a second horizontal transfer means provided in parallel with the first horizontal transfer means, and having a smaller number of transfer stages than the first number of horizontal transfer stages; Transfer means for transferring signal charges from the first horizontal transfer means to the second horizontal transfer means; and transfer means for converting the charges transferred from the first horizontal transfer means into a voltage for output. A solid-state imaging device including a solid-state imaging device including a first output unit and a second output unit configured to convert a charge transferred from the second horizontal transfer unit into a voltage and output the voltage; The imaging device removes all pixel charges of the imaging device. A first mode in which an image is formed by extruding an image, and the solid-state imaging device continuously outputs the moving image by reducing the number of pixels by adding or thinning out all the pixels of the image sensor or by adding and thinning out. And a second mode for generating an image. In the first mode, the signal charge of the solid-state imaging device is output from the first output means via the first horizontal transfer means, and In this mode, the signal charges of the solid-state imaging device are output from the second output means via the second horizontal transfer means, thereby realizing the solid-state imaging device.
[0052]
Further, the present invention is realized in an imaging system including the above-described solid-state imaging device, an optical system that forms light on the solid-state imaging device, and a signal processing circuit that processes an output signal from the solid-state imaging device. You.
[0053]
According to the above-described means, in the present invention, in moving image readout driving and the like, it is possible to reduce pixel information by thinning out and adding lines and to shorten the one-line readout time accordingly, thereby increasing the number of readout lines. For example, it realizes moving image display in a high pixel sensor.
[0054]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0055]
[First embodiment]
FIG. 1 shows a configuration of a CCD imaging device (solid-state imaging device) according to a first embodiment of the present invention. The CCD imaging device of the first embodiment is applied to an interline type CCD (IT-CCD). In FIG. 1, the same reference numerals are given to the same IT-CCD configuration as in the conventional example, and the description thereof will be simplified or omitted.
[0056]
In the CCD image sensor shown in FIG. 1, reference numeral 1 denotes a photodiode (PD) as a photoelectric conversion element for converting light information imaged in an image area into electric charges, and is arranged vertically and horizontally in the image area. . In addition, a color (color) filter for transmitting light of each color component is formed in the upper part of the PD 1, and symbols R, G, and B are types of color filters, and are arranged in a Bayer array.
[0057]
Reference numeral 2 denotes a vertical transfer CCD (hereinafter, “VCCD”) as a vertical transfer means for receiving a signal charge from the PD 1 and transferring the signal charge in the vertical direction. Also has a four-phase drive configuration as in the conventional example. In FIG. 1, the wirings of the four electrodes, V1, V2, V3, and V4 are omitted, but they have the same configuration as the conventional example shown in FIG.
[0058]
Reference numeral 3 denotes a horizontal transfer CCD (hereinafter, referred to as a "first HCCD") as a conventional horizontal transfer CCD as first horizontal transfer means for receiving charges of each line of the VCCD 2 and transferring the charges in a horizontal direction. It is configured for driving. Although the wiring is also omitted, it has the same configuration as the conventional example.
[0059]
Reference numeral 4 denotes an output amplifier (hereinafter, referred to as a "first output amplifier") as a first output means, which converts signal charges transferred from the first HCCD 3 into a voltage signal (CCD output 1). Output.
[0060]
In FIG. 1, a second horizontal output system that runs along a first horizontal output system (first HCCD 3 and CCD output 1) is provided as a constituent element of the present invention. That is, reference numeral 5 denotes a horizontal transfer CCD (hereinafter, "second HCCD") as a second horizontal transfer means constituting a second horizontal output system, which is configured for two-phase driving similarly to the first HCCD 3. The number of transfer stages is set to 1 / of that of the first HCCD 3. The signal charge read by the second HCCD 5 is converted into a voltage signal by an output amplifier (hereinafter, “second output amplifier”) 6 as a second output means, and is read as the CCD output 2.
[0061]
Reference numeral 7 denotes a transfer gate between HCCDs as transfer means between horizontal transfer means for transferring charges from the first HCCD 3 to the second HCCD 5. The HCCD transfer gate 7 has three stages of the first HCCD 3 (a set of electrodes H1 and H2 is called one stage. This means that one column (column) of charges moves to the position of the next column. ) Is provided for one path (that is, one path for one stage of the second HCCD 5). When a pulse is applied to the electrode on the inter-HCCD transfer gate 7, the signal charges in the cells of the first HCCD 3 adjacent to the inter-HCCD transfer gate 7 are transferred to the cells of the second HCCD 5 adjacent to the inter-HCCD transfer gate 7. The internal potential is configured as follows.
[0062]
Reference numeral 8 denotes a horizontal charge thinning drain for eliminating charges in one of three columns. In FIG. 1, columns 2, 5, 8,... Are counted from the left column in the figure of the VCCD 2 and are provided corresponding to the cells of the first HCCD 3 below the VCCD 2 every other two columns. Thereby, after the charge of the VCCD 2 to be thinned enters the cell of the first HCCD 3 adjacent to the VCCD 2, the drain gate provided between the cell in contact with the drain of the first HCCD 3 (not shown) and the horizontal charge thinning drain 8 is changed. By opening, the signal charges to be thinned are swept away by the horizontal charge thinning drain 8.
[0063]
Here, the reading operation of the CCD image pickup device of the first embodiment will be described. This read operation is executed individually according to the mode for reading a still image and the mode for reading a moving image.
[0064]
First, at the time of reading a still image (reading of all pixels), signal charges are read out by the first output system, that is, the first HCCD 3 and the first output amplifier 4, by performing the same operation as in the conventional example. At this time, the transfer gate 7 between HCCD and the drain gate are fixed to a potential serving as a wall. Further, the second HCCD 5 is stopped.
[0065]
Next, at the time of reading a moving image, the following operation is performed.
[0066]
First, the signal charge for one line from the VCCD 2 is transferred to the first HCCD 3 in the same manner as in the still image reading mode of the conventional CCD image sensor or the CCD image sensor of the present embodiment. After the signal charge for one line is transferred to the first HCCD 3, the drain gate is driven so as to sweep out the charges in the cells of the first HCCD 3 adjacent to the signal charge to the drain 8, and at the same time, the transfer gate between the HCCDs is transferred. 7 is driven so as to transfer the signal charges in the cells of the first HCCD 3 adjacent thereto to the cells of the second HCCD 5 adjacent thereto.
[0067]
At this time, in the first HCCD 3, the electrode in the cell in which the electric charge is stored (this electrode is referred to as H1 like the conventional wiring) is driven to perform this transfer, but is not in contact with the VCCD 2. The side electrode (referred to as H2) is fixed at a potential to be a wall.
[0068]
Similarly, in the second HCCD 5, an electrode (referred to as HH1) in the cell which is in contact with the inter-HCCD transfer gate 7 is driven so as to receive the electric charge transferred through the inter-HCCD transfer gate 7 (note that the inter-HCCD transfer gate 7). The electrode on the side not in contact with the transfer gate 7 is called HH2).
[0069]
By operating in this manner, among the charges of one line transferred to the first HCCD 3, the signal charges of 1, 4, 7,... Columns are transferred to the second HCCD 5 (see the arrow a1 in FIG. 1), 2, 5,. The charge of the column 8 is eliminated by the horizontal charge thinning drain 8 (see the dotted arrow a2 in FIG. 1), and the charge of the column 3, 6, 9,... Remains stored in the cells of the first HCCD 3 which are in contact with the VCCD 2. Become.
[0070]
Next, the charges in the cells in contact with the VCCD 2 of the 3, 6, 9... Columns of the first HCCD 3 are transferred to the cells in contact with the inter-HCCD transfer gate 7 (see arrow a3 in FIG. 1). The first HCCD 3 is driven such that it is transferred through the inter HCCD transfer gate 7 into the cell in contact with the inter HCCD transfer gate 7 of the second HCCD 5 (see arrow a4 in FIG. 1). The electrode HH1 of the second HCCD 5 and the transfer gate 7 between the HCCDs are driven (at this time, the electrode H2 of the first HCCD 3 and the electrode HH2 of the second HCCD 5 are fixed to a potential state to be a wall).
[0071]
Here, in the cell in contact with the HCCD transfer gate 7 of the second HCCD 5, both charges of columns 1 and 3, both charges of columns 4 and 6, both charges of columns 7 and 9, are added together. Will be accumulated.
[0072]
The signal charges in which the lateral information of the CCD image sensor is reduced to 1 / are sequentially output from the second output amplifier 6 by driving the second HCCD 5. At this time, the second HCCD 5 has one-third the number of stages of the first HCCD 3 and outputs one line of information in one-third of the time when data is read from the first HCCD 3. Needless to say, the first HCCD 3 is stopped during the line output driving when the second HCCD 5 is driven.
[0073]
By the above method, the reading time for one line is reduced to 1/3. However, although there is an increase in the time required for the movement from the first HCCD 3 to the second HCCD 5 and the charge addition, HCCD, HCCD Since the capacity of the inter-transfer gate 7 is light, the driving time is extremely short, which is about the time for transferring data for several stages by the HCCD, which is only a very small time for one line reading time.
[0074]
In this manner, by performing the thinning-out addition on the horizontal side and providing a reading system dedicated to EVF, the reading time can be reduced by the reduced reading time by the thinning-out addition. In order to reduce the reading time, the thinning was added only to the vertical side, but it is now also allocated to the horizontal side, so the thinning rate on the vertical side can be reduced, and the thinning on the horizontal side should be about the same. With the balanced thinning ratio in the vertical and horizontal directions, it is possible to reduce the deterioration of the image quality during EVF and video driving. As a result, even in an area sensor having 6 million pixels or more, which has not been established in the conventional example, it is possible to drive a moving image for EVF or video. As a supplement, in the horizontal thinning-out addition, another color between the same colors is thinned out by adding the same color, and the output of the CCD becomes a Bayer array, so that it is not necessary to change the configuration of the signal processing for the output.
[0075]
That is, according to the present embodiment, by separately providing the HCCD for reading a still image and the HCCD for reading a moving image, it is possible to reduce pixel information by thinning out and adding in a line in reading a moving image, and one line corresponding to the thinning. The reading time can be reduced. This makes it possible to increase the number of readout lines for moving images, and to easily realize moving image display in a conventional method, which is extremely difficult with a high-pixel sensor of 6 million pixels or more, and a DSC of 6 million pixels or more. This enables a product with an EVF function. Further, even in a sensor having 6 million pixels or less, the thinning that has conventionally been imposed only on the vertical side is distributed to the horizontal side, so that it is possible to reduce the deterioration of image quality in moving images.
[0076]
[Second embodiment]
FIG. 2 shows a configuration of a CCD imaging device (solid-state imaging device) according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the components indicated by 1 to 8 are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and the difference is that the charges of 3, 6, 9... (See the dotted arrow a5 in FIG. 2). Therefore, according to the structure of the second embodiment, it is not necessary to add the charges of the columns 1, 4, 7,... And the charges of the columns 3, 6, 9,. Become.
[0077]
Whether the structure of the first embodiment shown in FIG. 1 is selected or the structure of the second embodiment shown in FIG. 2 is selected may be determined according to the sensitivity required at the time of EVF. In the structure of the first embodiment shown in FIG. 1, by adding two pixels of the same color in the horizontal direction, the sensitivity is doubled as compared with the structure of the second embodiment shown in FIG.
[0078]
Also, in the configuration of the second embodiment shown in FIG. 2, a drain gate (not shown) for two, five, eight,... Columns and a three, six, nine,. At the time of addition, the drain gates for the columns 3, 6, 9,... Are fixed at the wall potential, and the other electrodes are driven in the same manner as in the first embodiment. , And the drain gates for the columns 3, 6, 9,... Can be selectively used by driving the same.
[0079]
Needless to say, even in the structure of the second embodiment, the output image is output in the Bayer array, and the read time of one line is reduced to 1/3.
[0080]
[Third embodiment]
FIG. 3 shows a configuration of a CCD imaging device (solid-state imaging device) according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 3, the components indicated by 1 to 8 are the same as those in FIGS. 1 and 2 except for two-column reading (see arrows a6 and a7 in FIG. 3) and two-column thinning (FIG. 3 (see arrows a8 and a9). That is, in FIG. 3, the signal charges in the 1, 2, 5, 6, 9, 10,... Columns are respectively transferred to the second HCCD 5, and the signal charges in the 3, 4, 7, 8, 11, 12,. , Respectively, are swept away by the thinning drain 8.
[0081]
Therefore, according to the structure of the third embodiment, the number of transfer stages of the second HCCD 5 is set to の of that of the first HCCD 3, so that the read time of one line is reduced to 1 /.
[0082]
In the first embodiment, the readout time of one line is reduced to one third of that in the case of reading out all pixels by adding two columns and thinning out one column among three columns adjacent to one line. In the embodiment, of the three columns adjacent to one line, two columns are thinned out (when two pixels are added, two columns are added and one column is thinned out as in the first embodiment), so that the read time of one line is read out by all pixels. In the third embodiment, of the four columns adjacent to one line, the readout time of one line is reduced to half that of the case of reading out all the pixels by thinning out two columns. However, the present invention is not limited to these configurations and driving methods, and the configurations and driving methods of the columns to be read, the columns to be thinned out, and the columns to be added are within the scope of the present invention. Yibin be modified and carried out.
[0083]
Next, an imaging system (imaging device) using the CCD imaging device (solid-state imaging device) of the first to third embodiments will be described. An embodiment in which the solid-state imaging device of the present invention is applied to a digital camera will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing a case where the solid-state imaging device of the present invention is applied to a digital camera.
[0084]
In FIG. 4, reference numeral 101 denotes a barrier that serves both as protection of the lens and as a main switch; 102, a lens for forming an optical image of a subject on the solid-state imaging device 104; 103, a diaphragm for varying the amount of light passing through the lens 102; A solid-state imaging device for capturing a subject formed by the lens 102 as an image signal, an A / D converter 106 for performing analog-digital conversion of an image signal output from the solid-state imaging device 104, and an A / D converter 107 A signal processing unit for performing various corrections on the image data output from the unit 106 and compressing the data; a solid-state imaging device 104, an imaging signal processing circuit 105, an A / D converter 106, a signal processing unit 107; A timing generation unit that outputs a timing signal, 109 is various operations and a total control / operation that controls the entire still video camera. , 110 is a memory unit for temporarily storing image data, 111 is an interface unit for recording or reading on a recording medium, and 112 is a detachable semiconductor memory or the like for recording or reading image data. A recording medium 113 is an interface unit for communicating with an external computer or the like.
[0085]
Here, the operation of the digital camera at the time of shooting in the above-described configuration will be described.
[0086]
First, when the barrier 101 is opened, the main power is turned on, then the power of the control system is turned on, and further, the power of the imaging system circuit such as the A / D converter 106 is turned on.
[0087]
Then, in order to control the amount of exposure, the overall control / arithmetic unit 109 opens the aperture 103, and the signal output from the solid-state imaging device 4 is converted by the A / D converter 106 and then sent to the signal processing unit 107. Is entered. Exposure calculation is performed by the overall control / calculation unit 109 based on the data. The brightness is determined based on the result of the photometry, and the overall control / calculation unit 109 controls the aperture according to the result.
[0088]
Next, based on the signal output from the solid-state imaging device 104, high-frequency components are extracted, and the distance to the subject is calculated by the overall control / calculation unit 109. Thereafter, the lens is driven to determine whether or not the lens is in focus. If it is determined that the lens is not in focus, the lens is driven again to measure the distance.
[0089]
Then, after the focus is confirmed, the main exposure starts. When the exposure is completed, the image signal output from the solid-state imaging device 104 is A / D converted by the A / D converter 106, passes through the signal processing unit 107, and is written in the memory unit by the overall control / operation 109. Thereafter, the data stored in the memory unit 110 is recorded on a removable recording medium 112 such as a semiconductor memory through a recording medium control I / F unit under the control of the overall control / arithmetic unit 109. Further, the image may be processed by directly inputting it to a computer or the like through the external I / F unit 113.
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the pixel information by thinning out and adding lines, and to shorten the one-line reading time accordingly, and to increase the number of reading lines. A moving image can be displayed on the sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a solid-state imaging device (CCD imaging device) according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a solid-state imaging device (CCD imaging device) according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a solid-state imaging device (CCD imaging device) according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a case where the solid-state imaging device (CCD imaging device) of the first to third embodiments of the present invention is applied to a digital camera (imaging device).
FIG. 5 is a configuration diagram showing a conventional solid-state imaging device (CCD imaging device).
[Explanation of symbols]
1 Photodiode (PD)
2 Vertical transfer CCD (VCCD)
3 First horizontal transfer CCD (first HCCD)
4 First output amplifier
5 Second horizontal transfer CCD (second HCCD)
6 second output amplifier
7 HCCD transfer gate
8 Horizontal charge thinning drain

Claims (8)

入射される光信号を信号電荷に変換する複数の光電変換手段と、該光電変換手段により変換された信号電荷を転送する複数の転送手段とを有する固体撮像装置において、
該複数の転送手段のうちの1転送手段は、該複数の光電変換手段の全数又は所定数の信号電荷を読み出すものであり、
該複数の転送手段のうちの他の転送手段は、該1転送手段よりも少ない数の該複数の光電変換手段の信号電荷を読み出すものであることを特徴とする固体撮像装置。
In a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion means for converting an incident optical signal into signal charges, and a plurality of transfer means for transferring the signal charges converted by the photoelectric conversion means,
One transfer means of the plurality of transfer means reads out all or a predetermined number of signal charges of the plurality of photoelectric conversion means,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the other transfer means of the plurality of transfer means reads out a smaller number of signal charges of the plurality of photoelectric conversion means than the one transfer means.
2次元的に配列され、入射される光信号を信号電荷に変換する複数の光電変換手段と、該光電変換手段により変換された行方向のそれぞれの信号電荷を転送する複数の転送手段とを有する固体撮像装置において、
該複数の転送手段は、互いに異なる転送段数で構成されていることを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of two-dimensionally arranged photoelectric conversion means for converting an incident optical signal into a signal charge, and a plurality of transfer means for transferring each signal charge in the row direction converted by the photoelectric conversion means. In a solid-state imaging device,
The solid-state imaging device, wherein the plurality of transfer units are configured with different numbers of transfer stages.
2次元的に配列され、入射される光信号を信号電荷に変換する複数の光電変換手段と、
該複数の光電変換手段により変換された信号電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
該垂直転送手段により列方向に転送された行方向のそれぞれの信号電荷を転送する第1の水平転送手段と、
該第1の水平転送手段に並列して設けられ、該第1の水平転送手段よりも転送段数が少なく構成される第2の水平転送手段と、
該第1の水平転送手段から該第2の水平転送手段へ信号電荷を転送するための水平転送手段間転送手段と、
該第1の水平転送手段により転送された電荷を電圧に変換して出力する第1の出力手段と、
該第2の水平転送手段により転送された電荷を電圧に変換して出力する第2の出力手段とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of photoelectric conversion means arranged two-dimensionally and converting incident optical signals into signal charges;
Vertical transfer means for transferring the signal charges converted by the plurality of photoelectric conversion means in a column direction,
First horizontal transfer means for transferring respective signal charges in the row direction transferred in the column direction by the vertical transfer means;
A second horizontal transfer means provided in parallel with the first horizontal transfer means and having a smaller number of transfer stages than the first horizontal transfer means;
Transfer means between horizontal transfer means for transferring signal charges from the first horizontal transfer means to the second horizontal transfer means;
First output means for converting the electric charge transferred by the first horizontal transfer means into a voltage and outputting the voltage;
A solid-state imaging device comprising: a second output unit that converts the electric charge transferred by the second horizontal transfer unit into a voltage and outputs the voltage.
請求項3記載の固体撮像装置において、
該垂直転送手段により転送される行方向のそれぞれの電荷の一部を除去するための水平電荷間引きドレインをさらに有することを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 3,
A solid-state imaging device further comprising a horizontal charge thinning drain for removing a part of each charge in the row direction transferred by the vertical transfer means.
請求項3記載の固体撮像装置において、
該垂直転送手段により転送される行方向のそれぞれの電荷の一部を加算するための手段をさらに有することを特徴とする固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 3,
A solid-state imaging device further comprising means for adding a part of each of the electric charges in the row direction transferred by the vertical transfer means.
2次元的に配列され、入射される光信号を信号電荷に変換する複数の光電変換手段と、
該複数の光電変換手段の行方向のそれぞれの信号電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
該垂直転送手段により転送された行方向のそれぞれの電荷を転送する第1の水平転送手段と、
該第1の水平転送手段に並列して設けられ、第1の水平転送段数より転送段数が少なく構成される第2の水平転送手段と、
該第1の水平転送手段から該第2の水平転送手段へ信号電荷を転送するための水平転送手段間転送手段と、
該第1の水平転送手段により転送された信号電荷を電圧に変換して出力する第1の出力手段と、
該第2の水平転送手段により転送された信号電荷を電圧に変換して出力する第2の出力手段とから構成される固体撮像素子を有する固体撮像装置であって、
該固体撮像素子の全画素の信号電荷を読み出して画像を形成する第1のモードと、
該固体撮像素子の全画素の信号電荷を加算、または間引き、あるいは加算と間引きをすることによりその画素数を減じて連続的に出力して動画像を生成する第2のモードとを備え、
該第1のモード時には該固体撮像素子の信号電荷を該第1の水平転送手段を介して該第1の出力手段から出力させ、該第2のモード時には該固体撮像素子の信号電荷を該第2の水平転送手段を介して該第2の出力手段から出力させることを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of photoelectric conversion means arranged two-dimensionally and converting incident optical signals into signal charges;
Vertical transfer means for transferring the signal charges in the row direction of the plurality of photoelectric conversion means in the column direction;
First horizontal transfer means for transferring respective charges in the row direction transferred by the vertical transfer means;
A second horizontal transfer means provided in parallel with the first horizontal transfer means and having a smaller number of transfer stages than the first horizontal transfer stage;
Transfer means between horizontal transfer means for transferring signal charges from the first horizontal transfer means to the second horizontal transfer means;
First output means for converting the signal charge transferred by the first horizontal transfer means into a voltage and outputting the voltage;
A solid-state imaging device comprising: a second output unit that converts a signal charge transferred by the second horizontal transfer unit into a voltage and outputs the voltage;
A first mode of reading out signal charges of all pixels of the solid-state imaging device to form an image,
A second mode of adding the signal charges of all pixels of the solid-state imaging device, or thinning out, or reducing the number of pixels by performing addition and thinning out to continuously output and generate a moving image,
In the first mode, the signal charge of the solid-state imaging device is output from the first output means via the first horizontal transfer means, and in the second mode, the signal charge of the solid-state imaging device is converted to the signal charge of the solid-state imaging device. 2. A solid-state imaging device, wherein the output from the second output unit is performed via the second horizontal transfer unit.
2次元的に配列され、入射される光信号を信号電荷に変換する複数の光電変換手段と、
該複数の光電変換手段の行方向のそれぞれの信号電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
該垂直転送手段により列方向に転送された行方向のそれぞれの電荷を転送する第1の水平転送手段と、
該第1の水平転送手段に並列して設けられ、該第1の水平転送手段よりも転送段が少なく構成される第2の水平転送手段と、
該第1の水平転送手段から該第2の水平転送手段へ信号電荷を転送するための水平転送手段間転送手段と、
該第1の水平転送手段により転送された信号電荷を電圧に変換して出力する第1の出力手段と、
該第2の水平転送手段により転送された信号電荷を電圧に変換して出力する第2の出力手段とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
該垂直転送手段により転送された行方向のそれぞれの電荷を該第1の水平転送手段に転送し、
その後に、該行方向のそれぞれの電荷を、加算、または間引き、あるいは加算と間引きをして転送するように駆動して、該水平転送手段間転送手段を通して該第2の水平転送手段に転送することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
A plurality of photoelectric conversion means arranged two-dimensionally and converting incident optical signals into signal charges;
Vertical transfer means for transferring the signal charges in the row direction of the plurality of photoelectric conversion means in the column direction;
First horizontal transfer means for transferring respective charges in the row direction transferred in the column direction by the vertical transfer means;
A second horizontal transfer means provided in parallel with the first horizontal transfer means and having fewer transfer stages than the first horizontal transfer means;
Transfer means between horizontal transfer means for transferring signal charges from the first horizontal transfer means to the second horizontal transfer means;
First output means for converting the signal charge transferred by the first horizontal transfer means into a voltage and outputting the voltage;
A second output means for converting a signal charge transferred by the second horizontal transfer means into a voltage and outputting the voltage, and comprising:
Transferring each electric charge in the row direction transferred by the vertical transfer means to the first horizontal transfer means;
Thereafter, each of the charges in the row direction is driven to be transferred by adding or thinning out, or adding and thinning out, and transferred to the second horizontal transferring means through the horizontal transferring means transferring means. A method for driving a solid-state imaging device, comprising:
請求項1から6のいずれか1項に記載の固体撮像装置と、
該固体撮像装置へ光を結像する光学系と、該固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを有することを特徴とする撮像システム。
A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 6,
An imaging system comprising: an optical system that forms light on the solid-state imaging device; and a signal processing circuit that processes an output signal from the solid-state imaging device.
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