JP2004173132A - Solid-state image pickup device and its driving method - Google Patents

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JP2004173132A JP2002338869A JP2002338869A JP2004173132A JP 2004173132 A JP2004173132 A JP 2004173132A JP 2002338869 A JP2002338869 A JP 2002338869A JP 2002338869 A JP2002338869 A JP 2002338869A JP 2004173132 A JP2004173132 A JP 2004173132A
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charges
solid
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color
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JP2002338869A
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Toshiji Tsutsui
俊至 筒井
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure a sufficient margin in a sampling frequency and to prevent colors from being mixed at the time of CDS processing, even when the formation of multiple pixels in an imaging area progresses. <P>SOLUTION: A solid-state image pickup device is provided with: a plurality of photoelectric converters 1 arrayed two-dimensionally in a matrix shape; vertical transfer registers 2 arranged for each column of the two-dimensional array and for transferring electric charge to the two-dimensional array vertically; one horizontal transfer register 3 for receiving the electric charge from the vertical transfer registers 2 and transferring the electric charge to the two-dimensional array horizontally; and color filters respectively provided in each of the photoelectric converters 1, wherein color filters corresponding to the same color component are arranged on the same row in the two-dimensional array. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサに代表される電荷転送型の固体撮像装置およびその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、カラー画像を撮像するための固体撮像装置としては、マトリクス状に二次元配列された複数の光電変換素子を備え、各光電変換素子に蓄積された電荷を垂直転送レジスタおよび水平転送レジスタによって転送する、という電荷転送型のものが知られている。そして、マトリクス状に二次元配列された各光電変換素子には、カラー画像の撮像を可能にするために、R(赤),G(緑),B(青)といった各色成分に対応したカラーフィルタ(例えばオンチップカラーフィルタ)が付設されている。
【0003】
従来、二次元配列上におけるカラーフィルタの配置は、例えば図4に示すように、G色成分に対応したものが市松状に配されるとともに、R色成分およびB色成分に対応したものがそれぞれ垂直方向および水平方向の一画素おきに配されるという、いわゆるベイヤー方式が用いられている(例えば、特許文献1参照)。これにより、固体撮像装置の撮像領域では、各色成分のカラーフィルタが水平・垂直方向に2×2画素または2×4画素の繰り返し周期を持って配されることになる。なお、G色成分のみが市松状に配されるのは、分光特性の中でG色成分が略中央に位置するからであり、G色成分が輝度信号を生成する際の基準となる色成分だからである。
【0004】
また、このような固体撮像装置からの信号出力は、通常、相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling;以下「CDS」と略す)処理を経た後に、アナログ/ディジタル変換等による量子化処理が施されることが多い(例えば、特許文献2参照)。CDS処理は、一回目のサンプリングの後、時間をずらした二回目のサンプリングを行うことで位相合わせを行うとともに、複数のサンプリングデータに係る相関性を利用した演算処理を行うもので、ノイズの除去や抑圧等を目的として用いられる。例えば、CDS処理では、図5(a)に示すような固体撮像装置からの信号出力CCD−outに対して、プリチャージ(Precharge)相サンプリング用のサンプルホールド信号SHP(図5(b)参照)と、データ(Data)相サンプリング用のサンプルホールド信号SHD(図5(c)参照)とを用いてサンプリングし、その結果から図6(a)に示すようなCDS出力S/H−outを得る。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−307095号公報
【特許文献2】
特開2000−13811号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなベイヤー方式による固体撮像装置では、各色成分のカラーフィルタが水平・垂直方向に2×2画素または2×4画素の繰り返し周期を持って配されることから、その信号出力CCD−outが水平方向に2画素繰り返しで変調される。これは、均一な色・明るさの光が照射された状況であっても、各色成分のカラーフィルタが異なる分光透過特性を持つためである。したがって、その信号出力CCD−outがCDS処理を経ると、連続する2画素の信号が互いに干渉して、例えば図6(b)中に破線で示すように、CDS出力S/H−outに混色状態が発生してしまい、その結果ラインクロールと呼ばれる画質の低下を招いてしまうおそれがある。
【0007】
特に、撮像領域の多画素化が強く求められている近年では、多画素化により画素サイズが縮小し、また多画素化に伴って信号周波数も高くなるため、CDS処理時に混色が発生する可能性が高くなっている。多画素化・高周波数化等が進むと、CDS処理に用いるサンプルホールド信号SHP,SHDも短周期化するが、これに信号出力CCD−outのレベル変化の急峻さが追い付かないからである。
【0008】
これに対しては、混色を防止するという観点から例えば各光電変換素子への入射光を制御するオンチップレンズを設けたり、色フィルタの配置を光の入射経路を考慮して調整したりすることも考えられる。ところが、これらの技術では、撮像領域の多画素化によって画素サイズが縮小すると、十分な精度での配置や調整等が困難になり、必ずしも十分な混色防止効果が得られるとは限らない。また、多画素化によって信号周波数が高くなり、さらに色フィルタは補色から原色へと変調度が高くなる傾向にあるため、CDS処理での混色改善には効果が期待できない。
【0009】
そこで、本発明は、撮像領域の多画素化が進展した場合であっても、サンプリング周波数に十分なマージンを確保することができ、CDS処理時における混色防止に非常に有効である固体撮像装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【0010】
【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に案出された固体撮像装置で、マトリクス状に二次元配列された複数の光電変換素子と、前記二次元配列の列毎に配されて当該二次元配列の垂直方向へ電荷を転送する垂直転送レジスタと、前記垂直転送レジスタから電荷を受け取って前記二次元配列の水平方向へ転送する一つの水平転送レジスタと、各光電変換素子のそれぞれに付設されているとともに、前記二次元配列における同一行上に同一の色成分に対応するものが並ぶように配されたカラーフィルタとを備えることを特徴とするものである。
【0011】
上記構成の固体撮像装置および上記手順の固体撮像装置の駆動方法によれば、同一の色成分のカラーフィルタが二次元配列における同一行上、すなわち二次元配列の水平方向に並んでいるため、水平転送レジスタは、各垂直転送レジスタが光電変換素子から読み出した電荷をそれぞれ受け取って水平方向へ転送する際に、これら垂直転送レジスタの数分だけ同じ色成分についての電荷を連続して転送することになる。したがって、水平転送レジスタからの信号出力に対して、例えばCDS処理を行う場合であっても、同一色成分の信号が連続することから、混色が発生し難くなる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係る固体撮像装置について説明する。なお、当然のことではあるが、本発明は、以下に述べる実施の形態に限定されるものではない。
【0013】
ここでは、カラー画像(静止画または動画)を撮像するカメラシステムに搭載される固体撮像装置を例に挙げて説明する。図1は、本発明に係る固体撮像装置の概略構成の一例を示す模式図である。図例のように、ここで説明する固体撮像装置は、その撮像領域に、マトリクス状に二次元配列された複数の光電変換素子1を備えている。そして、各光電変換素子1には、カラー画像の撮像を可能にするために、R,G,Bの各色成分に対応したカラーフィルタ(例えばオンチップカラーフィルタ)が付設されている。
【0014】
図2は、カラーフィルタの配置例を示す模式図である。カラーフィルタは、従来のようなベイヤー方式で配置されているのではなく、各色成分別にそれぞれ異なる行上に並ぶ、いわゆる横ストライプのカラー配列を用いて配されている。具体的には、図例のように、G色成分に対応したカラーフィルタが二次元配列の水平方向に並び、その隣(例えば二次元配列の下方隣)ではR色成分に対応したカラーフィルタが二次元配列の水平方向に並び、さらにその隣ではB色成分に対応したカラーフィルタが二次元配列の水平方向に並ぶ、といった具合である。
【0015】
また、図1に示すように、固体撮像装置の撮像領域には、各光電変換素子1の二次元配列の列毎に、垂直転送レジスタ2が配設されている。これらの垂直転送レジスタ2は、光電変換素子1に蓄積された電荷を、二次元配列の垂直方向へ転送するものである。そのために、垂直転送レジスタ2には電極V1,V2,V3が付設されており、これらに所定のタイミングで順次電圧を印加することによって、各光電変換素子1からの電荷の読み出しおよび読み出した電荷の垂直方向への転送を行い得るようになっている。ただし、電極V2については、カラーフィルタの色成分別、すなわち二次元配列の行別に電荷の読み出しを行い得るように、各色成分別に電荷を印加するための電極V2R,V2G,V2Bが設けられている。
【0016】
さらに、固体撮像装置は、各垂直転送レジスタ2から電荷を受け取って二次元配列の水平方向へ転送するために、一つの水平転送レジスタ3を備えている。この水平転送レジスタ3には電極H1,H2が付設されており、これらに所定のタイミングで順次電圧を印加することによって、各垂直転送レジスタ2から受け取った電荷の水平方向への転送を行い得るようになっている。なお、水平転送レジスタ3の後段には、例えばCDS回路やA/D変換回路といった信号処理回路(ただし不図示)が設けられており、その信号処理回路が水平転送レジスタ3から出力される信号電荷に対してCDS処理等の信号処理を行うようになっている。
【0017】
このような構成の固体撮像装置では、各光電変換素子1に電荷が蓄積されると、所定のタイミングでその電荷が垂直転送レジスタ2へ読み出され、各列の垂直転送レジスタ2が揃って垂直方向への電荷の転送を行う。そして、水平転送レジスタ3が各垂直転送レジスタ2から電荷を受け取って、その電荷を水平方向へ転送する。
【0018】
このとき、撮像領域では、同一の色成分のカラーフィルタが二次元配列における同一行上、すなわち二次元配列の水平方向に並んでいる。そのため、水平転送レジスタ3では、各垂直転送レジスタ2から電荷を受け取って水平方向へ転送する際に、これら垂直転送レジスタ2の数分だけ同じ色成分についての電荷を連続して転送することになる。例えば、G色成分のカラーフィルタが並ぶ行の各光電変換素子1からは、蓄積電荷が略同時にそれぞれに対応する垂直転送レジスタ2へ読み出される。そして、G色成分についての電荷を受け取った各垂直転送レジスタ2は、それぞれが同期して垂直方向への電荷転送を行う。したがって、水平転送レジスタ3では、各垂直転送レジスタ2からG色成分についての電荷を略同時に受け取る。これにより、水平転送レジスタ3は、各垂直転送レジスタ2の数分だけ同一色成分についての電荷を連続して転送することになるのである。
【0019】
その後は、水平転送レジスタ3の後段の処理回路が、その水平転送レジスタ3から出力される信号電荷に対する処理を行う。このとき、水平転送レジスタ3からは垂直転送レジスタ2の数分だけ同じ色成分についての信号電荷が連続して出力される。したがって、後段の処理回路では、例えばCDS回路がCDS処理を行う場合であっても、混色が発生し難くなる。
【0020】
具体的には、例えばCDS処理であれば、図3に示すような信号処理を行うことになる。図3は、本発明に係る固体撮像装置からの出力信号に対する信号処理の一例を示す模式図である。上述したように、水平転送レジスタ3からは、各垂直転送レジスタ2の数分だけ同一色成分についての信号電荷が連続して出力される。すなわち、水平転送レジスタ3からの信号出力CCD−outは、図3(a)に示すように、G色成分についてのもの(図中の実線参照)、あるいはR色成分若しくはB色成分についてのもの(図中の破線参照)が連続する。
【0021】
そのために、その信号出力CCD−outに対して、サンプルホールド信号SHP(図3(b)参照)とサンプルホールド信号SHD(図3(c)参照)とを用いてサンプリングしても、その結果から図3(d)に示すような同一の出力レベルが連続するCDS出力S/H−outを得られるようになる。つまり、従来のようにサンプルホールド信号SHP,SHDの周期毎に異なる出力レベルが交互に繰り返されることがない。
【0022】
したがって、本実施形態で説明した固体撮像装置を用いれば、サンプルホールド信号SHP,SHDが短周期化しても、CDS出力S/H−outに混色状態が発生してしまうのを回避することができ、結果としてラインクロールと呼ばれる画質の低下を招いてしまうこともなくなる。つまり、信号出力CCD−outの変調が抑制されるため、CDS回路起因のラインクロールが低減されることになる。しかも、カラーフィルタを横ストライプ状に配置するだけでよいため、混色防止のために十分な精度での配置や特別な調整等を要することもない。
【0023】
これらのことから、本実施形態における固体撮像装置では、カラー画像を撮像するカメラシステムに搭載した場合であっても、そのカメラシステムを構成するCDS回路に要求されるサンプリング周波数のマージンに余裕ができる。そのため、撮像領域の多画素化が進展しても、サンプリング周波数に十分なマージンを確保することができ、CDS処理時における混色防止に非常に有効なものとなる。
【0024】
ところで、本実施形態における固体撮像装置では、上述したように、横ストライプ状に配置された各色成分別に電極V2R,V2G,V2Bが設けられている。そのため、例えば各電極V2R,V2G,V2Bに略同時に電圧を印加して、R,G,Bの各色成分についての電荷を全て垂直転送レジスタ2へ読み出すようにすれば、いわゆる全画素読み出しに対応することが可能となる。この場合であっても、水平転送レジスタ3は、各垂直転送レジスタ2の数分だけ同一色成分についての電荷を連続して転送することになるので、CDS出力S/H−outに混色状態が発生してしまうのを回避することができる。
【0025】
また、これとは別に、各色成分別に電極V2R,V2G,V2Bが設けられていることから、これらのうちのいずれかに選択的に電圧を印加することも可能である。すなわち、光電変換素子1から垂直転送レジスタ2への電荷の読み出しを、特定の色成分に対応するカラーフィルタが配された行についてのみ行うこともできる。この場合には、選択された同一色成分についての電荷のみ転送することになるので、いうまでもなく混色状態の発生を回避することができる。
【0026】
いずれの場合であっても、光電変換素子1から垂直転送レジスタ2への電荷の読み出しについては、各色成分別の電極V2R,V2G,V2Bによって、同一の色成分に対応する行別に独立して制御することが可能である。つまり、撮像領域を色成分毎の複数フィールドに分割して、例えば信号蓄積時間をフィールド単位で可変制御したり、特定の色成分についての信号電荷に対してのみ所定の信号処理を行ったりすることが、容易に実現可能となる。
【0027】
したがって、本実施形態における固体撮像装置では、フィールド毎に色信号を分離することが、固体撮像装置単体の状態で可能になる。そのため、例えば信号処理を用いずに色別画像を取り出すカメラシステムに搭載して非常に好適である。
【0028】
さらには、特定の色成分に対応する行についてのみ電荷の読み出しを行う場合であれば、その電荷を水平転送レジスタ3内で混合するといったことも可能となる。具体的には、通常は垂直転送レジスタ2に与えるラインシフトパルス数1発に対して水平転送レジスタ3による電荷転送が1H(水平)ライン分行われるが、例えば垂直転送レジスタ2のラインシフトパルス数発に対して水平転送レジスタ3による電荷転送が1Hライン分行われるようにする。このようにすれば、水平転送レジスタ3内での電荷の混合機能が実現されるので、感度向上と出力画素数をバランスさせた可変出力が可能になる。
【0029】
したがって、本実施形態における固体撮像装置では、読み出しを色毎に独立して制御した上で、水平転送レジスタ3内での加算を行うことで、出力画素数と感度を適切なところでバランスさせることが可能になる。そのため、例えばレジスタ内での電荷混合により出力データ数を減らした高速度撮像カメラシステムに搭載して非常に好適である。
【0030】
なお、本実施形態では、CCDイメージセンサに代表される電荷転送型のものに本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はそのCCD型固体撮像装置に限らず、MOS型固体撮像装置や増幅型固体撮像装置等であっても、カラーフィルタを色分解に用いたものであれば、全く同様に適用することが可能である。
【0031】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る固体撮像装置およびその駆動方法によれば、水平転送レジスタからの信号出力に対してCDS処理を行う場合であっても、同一色成分の信号が連続することから混色状態が発生してしまうのを回避することができ、ラインクロールと呼ばれる画質の低下を招いてしまうこともない。したがって、撮像領域の多画素化が進展しても、サンプリング周波数に十分なマージンを確保することができ、CDS処理時における混色防止に非常に有効なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る固体撮像装置の概略構成の一例を示す模式図である。
【図2】本発明に係る固体撮像装置におけるカラーフィルタの配置例を示す模式図である。
【図3】本発明に係る固体撮像装置からの出力信号に対する信号処理の一例を示す模式図であり、(a)は水平転送レジスタからの信号出力を示す図、(b)はプリチャージ相サンプリング用のサンプルホールド信号を示す図、(c)はデータ相サンプリング用のサンプルホールド信号を示す図、(d)はCDS処理後におけるCDS出力を示す図である。
【図4】従来の固体撮像装置におけるカラーフィルタの配置例を示す模式図である。
【図5】従来の固体撮像装置からの出力信号の一例を示す模式図であり、(a)は水平転送レジスタからの信号出力を示す図、(b)はプリチャージ相サンプリング用のサンプルホールド信号を示す図である。
【図6】従来の固体撮像装置からの出力信号に対する信号処理の一例を示す模式図であり、(a)はCDS処理後におけるCDS出力を示す図、(b)はCDS出力に混色が発生した状態を示す図である。
【符号の説明】
1…光電変換素子、2…垂直転送レジスタ、3…水平転送レジスタ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charge transfer type solid-state imaging device represented by a CCD (Charge Coupled Device) image sensor and a driving method thereof.
[0002]
[Prior art]
In general, a solid-state imaging device for capturing a color image includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a matrix, and transfers charges accumulated in each photoelectric conversion element by a vertical transfer register and a horizontal transfer register. Is known. Each of the photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a matrix has a color filter corresponding to each color component such as R (red), G (green), and B (blue) in order to enable a color image to be captured. (For example, an on-chip color filter).
[0003]
Conventionally, the arrangement of color filters on a two-dimensional array is such that, for example, as shown in FIG. 4, ones corresponding to G color components are arranged in a checkered pattern, and ones corresponding to R color components and B color components, respectively. A so-called Bayer method is used in which pixels are arranged every other pixel in the vertical direction and the horizontal direction (for example, see Patent Document 1). As a result, in the imaging region of the solid-state imaging device, the color filters of the respective color components are arranged with a repetition period of 2 × 2 pixels or 2 × 4 pixels in the horizontal and vertical directions. The reason that only the G color component is arranged in a checkered pattern is that the G color component is located substantially at the center in the spectral characteristics, and the G color component is a color component that serves as a reference when generating a luminance signal. That's why.
[0004]
A signal output from such a solid-state imaging device is usually subjected to a correlated double sampling (hereinafter abbreviated as “CDS”) process, and then subjected to a quantization process by analog / digital conversion or the like. (See, for example, Patent Document 2). The CDS process performs a phase adjustment by performing a second sampling with a time shift after the first sampling, and performs an arithmetic process using a correlation related to a plurality of sampling data. It is used for the purpose of, for example, suppression. For example, in the CDS process, a sample-and-hold signal SHP for precharge (Precharge) phase sampling is applied to a signal output CCD-out from the solid-state imaging device as shown in FIG. 5A (see FIG. 5B). And a sample hold signal SHD for data (Data) phase sampling (see FIG. 5C), and a CDS output S / H-out as shown in FIG. 6A is obtained from the result. .
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-307095 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-13811
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the solid-state imaging device based on the Bayer method as described above, since the color filters of each color component are arranged with a repetition period of 2 × 2 pixels or 2 × 4 pixels in the horizontal and vertical directions, the signal output CCD thereof is used. −out is modulated by repeating two pixels in the horizontal direction. This is because the color filters of the respective color components have different spectral transmission characteristics even in a situation where light of uniform color and brightness is irradiated. Therefore, when the signal output CCD-out undergoes the CDS processing, the signals of two consecutive pixels interfere with each other, and for example, as shown by a broken line in FIG. 6B, the color is mixed with the CDS output S / H-out. A state may occur, and as a result, a decrease in image quality called line crawl may be caused.
[0007]
In particular, in recent years, where the number of pixels in the imaging area is strongly required, the pixel size is reduced due to the increase in the number of pixels, and the signal frequency is increased with the increase in the number of pixels, so that color mixing may occur during CDS processing. Is high. As the number of pixels increases and the frequency increases, the sample-and-hold signals SHP and SHD used in the CDS processing also become shorter, but the level change of the signal output CCD-out cannot keep up with this.
[0008]
On the other hand, from the viewpoint of preventing color mixing, for example, providing an on-chip lens for controlling incident light to each photoelectric conversion element, or adjusting the arrangement of color filters in consideration of the light incident path. Is also conceivable. However, in these techniques, when the pixel size is reduced by increasing the number of pixels in the imaging region, it is difficult to arrange and adjust with sufficient accuracy, and a sufficient effect of preventing color mixing is not always obtained. Further, since the signal frequency is increased by increasing the number of pixels and the modulation degree of the color filter is increased from the complementary color to the primary color, no effect can be expected to improve the color mixture in the CDS processing.
[0009]
Therefore, the present invention provides a solid-state imaging device that can secure a sufficient margin for the sampling frequency even when the number of pixels in the imaging region has advanced, and is very effective in preventing color mixing during CDS processing. It is an object to provide a driving method thereof.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a solid-state imaging device devised to achieve the above object, a plurality of photoelectric conversion elements two-dimensionally arranged in a matrix, and the two-dimensional array is arranged for each column of the two-dimensional array , A vertical transfer register that transfers charges in the vertical direction, a horizontal transfer register that receives charges from the vertical transfer registers and transfers the charges in the horizontal direction of the two-dimensional array, and a photoelectric conversion element. And a color filter arranged such that color filters corresponding to the same color component are arranged on the same row in the two-dimensional array.
[0011]
According to the solid-state imaging device having the above configuration and the method for driving the solid-state imaging device having the above-described procedure, the color filters of the same color component are arranged on the same row in the two-dimensional array, that is, in the horizontal direction of the two-dimensional array. When each of the vertical transfer registers receives the charge read from the photoelectric conversion element and transfers the charge in the horizontal direction, the transfer register continuously transfers the charges for the same color component by the number of the vertical transfer registers. Become. Therefore, even when, for example, the CDS process is performed on the signal output from the horizontal transfer register, since signals of the same color component are continuous, color mixing hardly occurs.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that, needless to say, the present invention is not limited to the embodiments described below.
[0013]
Here, a solid-state imaging device mounted on a camera system that captures a color image (still image or moving image) will be described as an example. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of a solid-state imaging device according to the present invention. As shown in the example, the solid-state imaging device described here includes a plurality of photoelectric conversion elements 1 two-dimensionally arranged in a matrix in an imaging region thereof. Each photoelectric conversion element 1 is provided with a color filter (for example, an on-chip color filter) corresponding to each of the R, G, and B color components in order to enable a color image to be captured.
[0014]
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the arrangement of color filters. The color filters are not arranged in the Bayer system as in the related art, but are arranged using a so-called horizontal stripe color arrangement arranged on different rows for each color component. Specifically, as shown in the figure, color filters corresponding to the G color component are arranged in the horizontal direction of the two-dimensional array, and a color filter corresponding to the R color component is located next to the color filter (for example, below the two-dimensional array). The color filters corresponding to the B color components are arranged in the horizontal direction of the two-dimensional array, and the color filters corresponding to the B color components are arranged in the horizontal direction of the two-dimensional array.
[0015]
Also, as shown in FIG. 1, a vertical transfer register 2 is provided in the imaging region of the solid-state imaging device for each column of the two-dimensional array of the photoelectric conversion elements 1. These vertical transfer registers 2 transfer charges accumulated in the photoelectric conversion elements 1 in a two-dimensional array in the vertical direction. For this purpose, the vertical transfer register 2 is provided with electrodes V1, V2, and V3, and by applying a voltage to these sequentially at a predetermined timing, electric charges are read from each photoelectric conversion element 1 and the read electric charges are read out. The transfer in the vertical direction can be performed. However, the electrode V2 is provided with electrodes V2R, V2G, and V2B for applying charges for each color component so that charges can be read for each color component of the color filter, that is, for each row of the two-dimensional array. .
[0016]
Further, the solid-state imaging device includes one horizontal transfer register 3 for receiving charges from each vertical transfer register 2 and transferring the charges in a two-dimensional array in the horizontal direction. The horizontal transfer register 3 is provided with electrodes H1 and H2. By sequentially applying voltages to these electrodes at a predetermined timing, charges received from each vertical transfer register 2 can be transferred in the horizontal direction. It has become. At the subsequent stage of the horizontal transfer register 3, a signal processing circuit (not shown) such as a CDS circuit or an A / D conversion circuit is provided, and the signal processing circuit outputs a signal charge output from the horizontal transfer register 3. Are subjected to signal processing such as CDS processing.
[0017]
In the solid-state imaging device having such a configuration, when electric charge is accumulated in each photoelectric conversion element 1, the electric charge is read out to the vertical transfer register 2 at a predetermined timing, and the vertical transfer registers 2 in each column are aligned vertically. The charge is transferred in the direction. Then, the horizontal transfer register 3 receives charges from each of the vertical transfer registers 2 and transfers the charges in the horizontal direction.
[0018]
At this time, in the imaging region, color filters of the same color component are arranged on the same row in the two-dimensional array, that is, in the horizontal direction of the two-dimensional array. Therefore, when the horizontal transfer register 3 receives charges from each of the vertical transfer registers 2 and transfers the charges in the horizontal direction, charges of the same color component are continuously transferred by the number of the vertical transfer registers 2. . For example, from each of the photoelectric conversion elements 1 in the row in which the color filters of the G color component are arranged, the accumulated charges are read out almost simultaneously to the corresponding vertical transfer registers 2. Then, each of the vertical transfer registers 2 receiving the charge for the G color component performs the charge transfer in the vertical direction in synchronization with each other. Therefore, the horizontal transfer register 3 receives the charges for the G color component from each vertical transfer register 2 substantially simultaneously. As a result, the horizontal transfer registers 3 continuously transfer charges of the same color component by the number of the vertical transfer registers 2.
[0019]
Thereafter, the processing circuit at the subsequent stage of the horizontal transfer register 3 performs a process on the signal charges output from the horizontal transfer register 3. At this time, signal charges for the same color component are continuously output from the horizontal transfer register 3 by the number of vertical transfer registers 2. Therefore, in the subsequent processing circuit, for example, even when the CDS circuit performs the CDS processing, color mixing hardly occurs.
[0020]
Specifically, for example, in the case of CDS processing, signal processing as shown in FIG. 3 is performed. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of signal processing for an output signal from the solid-state imaging device according to the present invention. As described above, the horizontal transfer registers 3 continuously output signal charges for the same color component by the number of the vertical transfer registers 2. That is, as shown in FIG. 3A, the signal output CCD-out from the horizontal transfer register 3 is for the G color component (see the solid line in the figure), or for the R color component or the B color component. (See the broken line in the figure) are continuous.
[0021]
Therefore, even if the signal output CCD-out is sampled using the sample-and-hold signal SHP (see FIG. 3B) and the sample-and-hold signal SHD (see FIG. 3C), the result is obtained from the result. The CDS output S / H-out having the same output level as shown in FIG. 3D can be obtained. That is, different output levels are not alternately repeated for each cycle of the sample and hold signals SHP and SHD as in the related art.
[0022]
Therefore, if the solid-state imaging device described in the present embodiment is used, it is possible to prevent a color mixture state from occurring in the CDS output S / H-out even if the sample hold signals SHP and SHD are shortened. As a result, a decrease in image quality called line crawl does not occur. That is, since the modulation of the signal output CCD-out is suppressed, the line crawl caused by the CDS circuit is reduced. In addition, since it is only necessary to arrange the color filters in the form of horizontal stripes, there is no need for arrangement with sufficient accuracy or special adjustment for preventing color mixing.
[0023]
For these reasons, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, even when the solid-state imaging device is mounted on a camera system that captures a color image, a margin of a sampling frequency required for a CDS circuit included in the camera system can be provided. . Therefore, even if the number of pixels in the imaging area increases, a sufficient margin can be secured for the sampling frequency, which is very effective in preventing color mixing during CDS processing.
[0024]
Meanwhile, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, as described above, the electrodes V2R, V2G, and V2B are provided for each color component arranged in a horizontal stripe. Therefore, for example, by applying a voltage to the electrodes V2R, V2G, and V2B substantially simultaneously and reading out all the charges for the R, G, and B color components to the vertical transfer register 2, it corresponds to so-called all-pixel reading. It becomes possible. Even in this case, the horizontal transfer register 3 continuously transfers the charges of the same color component by the number of the vertical transfer registers 2, so that the CDS output S / H-out has a mixed color state. This can be avoided.
[0025]
In addition, since the electrodes V2R, V2G, and V2B are provided for each color component, it is also possible to selectively apply a voltage to any of these. That is, the reading of the electric charge from the photoelectric conversion element 1 to the vertical transfer register 2 can be performed only for the row in which the color filter corresponding to the specific color component is arranged. In this case, since only the charges of the selected same color component are transferred, it is needless to say that the occurrence of a mixed color state can be avoided.
[0026]
In any case, the reading of the electric charge from the photoelectric conversion element 1 to the vertical transfer register 2 is independently controlled for each row corresponding to the same color component by the electrodes V2R, V2G, V2B for each color component. It is possible to do. That is, the imaging area is divided into a plurality of fields for each color component, and for example, the signal accumulation time is variably controlled in units of fields, or a predetermined signal processing is performed only on signal charges of a specific color component. Can be easily realized.
[0027]
Therefore, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, it is possible to separate color signals for each field in a state of the solid-state imaging device alone. Therefore, for example, it is very suitable to be mounted on a camera system that extracts an image for each color without using signal processing.
[0028]
Furthermore, if the electric charges are read only from the rows corresponding to the specific color components, the electric charges can be mixed in the horizontal transfer register 3. Specifically, charge transfer by the horizontal transfer register 3 is performed for 1H (horizontal) lines for one line shift pulse normally given to the vertical transfer register 2. In this case, charge transfer by the horizontal transfer register 3 is performed for 1H lines. In this way, the function of mixing the charges in the horizontal transfer register 3 is realized, so that a variable output in which the sensitivity is improved and the number of output pixels is balanced can be realized.
[0029]
Therefore, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the readout is independently controlled for each color, and the addition is performed in the horizontal transfer register 3, so that the number of output pixels and the sensitivity can be appropriately balanced. Will be possible. Therefore, it is very suitable to be mounted on a high-speed imaging camera system in which the number of output data is reduced by, for example, charge mixing in a register.
[0030]
In the present embodiment, the case where the present invention is applied to a charge transfer type device represented by a CCD image sensor has been described as an example. However, the present invention is not limited to the CCD type solid-state imaging device, but may be a MOS type. The same applies to solid-state imaging devices and amplification-type solid-state imaging devices as long as they use color filters for color separation.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the solid-state imaging device and the method of driving the solid-state imaging device according to the present invention, even when the signal output from the horizontal transfer register is subjected to the CDS processing, the signal of the same color component is continuous. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of the mixed color state, and it is possible to prevent the deterioration of the image quality called line crawl. Therefore, even if the number of pixels in the imaging area increases, a sufficient margin can be secured for the sampling frequency, which is very effective in preventing color mixing during CDS processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of a solid-state imaging device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of color filters in the solid-state imaging device according to the present invention.
3A and 3B are schematic diagrams illustrating an example of signal processing on an output signal from a solid-state imaging device according to the present invention, in which FIG. 3A illustrates a signal output from a horizontal transfer register, and FIG. FIG. 3C is a diagram showing a sample hold signal for data phase sampling, FIG. 4C is a diagram showing a sample hold signal for data phase sampling, and FIG. 4D is a diagram showing a CDS output after CDS processing.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of the arrangement of color filters in a conventional solid-state imaging device.
5A and 5B are schematic diagrams illustrating an example of an output signal from a conventional solid-state imaging device. FIG. 5A illustrates a signal output from a horizontal transfer register, and FIG. 5B illustrates a sample-hold signal for precharge phase sampling. FIG.
6A and 6B are schematic diagrams illustrating an example of signal processing on an output signal from a conventional solid-state imaging device. FIG. 6A is a diagram illustrating a CDS output after CDS processing, and FIG. 6B is a diagram in which color mixing occurs in the CDS output. It is a figure showing a state.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photoelectric conversion element, 2 ... Vertical transfer register, 3 ... Horizontal transfer register

Claims (4)

マトリクス状に二次元配列された複数の光電変換素子と、
前記二次元配列の列毎に配されて当該二次元配列の垂直方向へ電荷を転送する垂直転送レジスタと、
前記垂直転送レジスタから電荷を受け取って前記二次元配列の水平方向へ転送する一つの水平転送レジスタと、
各光電変換素子のそれぞれに付設されているとともに、前記二次元配列における同一行上に同一の色成分に対応するものが並ぶように配されたカラーフィルタと
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a matrix,
A vertical transfer register arranged for each column of the two-dimensional array and transferring charges in a vertical direction of the two-dimensional array;
One horizontal transfer register for receiving charges from the vertical transfer register and transferring the charges in the horizontal direction of the two-dimensional array;
A solid-state imaging device, comprising: a color filter attached to each of the photoelectric conversion elements and arranged so that those corresponding to the same color component are arranged on the same row in the two-dimensional array. .
前記光電変換素子から前記垂直転送レジスタへの電荷の読み出しを、同一の色成分に対応するカラーフィルタが配された行別に行うための読み出し電極を備える
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: a read electrode for reading charges from the photoelectric conversion element to the vertical transfer register for each row on which a color filter corresponding to the same color component is arranged. 3. apparatus.
マトリクス状に二次元配列された複数の光電変換素子と、
前記二次元配列の列毎に配されて当該二次元配列の垂直方向へ電荷を転送する垂直転送レジスタと、
前記垂直転送レジスタから電荷を受け取って前記二次元配列の水平方向へ転送する一つの水平転送レジスタと、
各光電変換素子のそれぞれに付設されているとともに、前記二次元配列における同一行上に同一の色成分に対応するものが並ぶように配されたカラーフィルタとを備える固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換素子から前記垂直転送レジスタへの電荷の読み出しを、同一の色成分に対応するカラーフィルタが配された行別に行う
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
A plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a matrix,
A vertical transfer register arranged for each column of the two-dimensional array and transferring charges in a vertical direction of the two-dimensional array;
One horizontal transfer register for receiving charges from the vertical transfer register and transferring the charges in the horizontal direction of the two-dimensional array;
A method for driving a solid-state imaging device, comprising: a color filter attached to each of the photoelectric conversion elements and arranged so that color filters corresponding to the same color component are arranged on the same row in the two-dimensional array. hand,
A method for driving a solid-state imaging device, comprising: reading charges from the photoelectric conversion element to the vertical transfer register for each row in which color filters corresponding to the same color component are arranged.
前記垂直転送レジスタから受け取った電荷を前記水平転送レジスタ内で混合する
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置の駆動方法。
4. The method according to claim 3, wherein the electric charges received from the vertical transfer registers are mixed in the horizontal transfer registers.
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