JP2005101752A - Solid-state imaging device and drive method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固体撮像素子及びその駆動方法に関する。詳しくは、同一の分光感度を要する2以上のセンサ列を有する固体撮像素子及びその駆動方法に係るものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a driving method thereof. Specifically, the present invention relates to a solid-state imaging device having two or more sensor rows that require the same spectral sensitivity and a driving method thereof.
入射光に応じた量の信号電荷を蓄積するフォトダイオードからなる画素が一次元的に配列され、これら画素からの信号電荷をCCD(Charge Coupled Device)の電荷転送方式によって出力部に転送する水平レジスタを有するCCDリニアセンサは、コピー、ファクシミリ、OCR、パターン認識及び各種計測など、多くの分野で使用されている。 A horizontal register in which pixels consisting of photodiodes that store signal charges in an amount corresponding to incident light are arranged one-dimensionally, and signal charges from these pixels are transferred to the output unit by a charge transfer method of a CCD (Charge Coupled Device) The CCD linear sensor having is used in many fields such as copying, facsimile, OCR, pattern recognition and various measurements.
ここで、CCDリニアセンサの主走査方向の読み取り解像度、即ち、CCDリニアセンサのチップにおける撮像素子の配列方向の読み取り解像度を向上させるためには、CCDリニアセンサのチップを構成する撮像素子の数を増やす必要がある。しかし、個々の素子の大きさが同じで数を増加させた場合にはCCDリニアセンサのチップが大型化し、その価格が上昇するという不都合がある。 Here, in order to improve the reading resolution in the main scanning direction of the CCD linear sensor, that is, the reading resolution in the arrangement direction of the imaging elements in the CCD linear sensor chip, the number of imaging elements constituting the CCD linear sensor chip is set to Need to increase. However, if the size of each element is the same and the number is increased, the CCD linear sensor chip becomes larger and its price increases.
また、それぞれの素子を小型化してCCDリニアセンサのチップを大型化せずに撮像素子の数を増やした場合には、CCDリニアセンサのチップの感度は単位画素当たりの受光面積に比例するため、受光量が減少してCCDリニアセンサのチップの感度が減少し読み取り速度やS/N比が低下するという不都合がある。 In addition, when each element is downsized and the number of image pickup elements is increased without increasing the size of the CCD linear sensor chip, the sensitivity of the CCD linear sensor chip is proportional to the light receiving area per unit pixel. There is a disadvantage in that the amount of received light decreases, the sensitivity of the chip of the CCD linear sensor decreases, and the reading speed and S / N ratio decrease.
上記の様な不都合に対して、コストを上昇させることなく、簡単な構成で高品質な画像を読み取ることができるカラー撮像素子として、従来、複数個の撮像素子を直線状に配列した撮像素子列を基板上に複数列互いに平行に配置してなる撮像素子群を複数色のそれぞれに対応して備え、各撮像素子列は撮像素子群内の他の撮像素子列に対して撮像素子の配列方向に個々の撮像素子の位置が一致するように配置されたカラー撮像素子が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, as a color image pickup device that can read a high-quality image with a simple configuration without increasing the cost, the image pickup device array in which a plurality of image pickup devices are linearly arranged. Are arranged in parallel with each other on a substrate, corresponding to each of a plurality of colors, and each imaging element column is arranged in the direction of arrangement of the imaging elements with respect to the other imaging element rows in the imaging element group. There has been proposed a color image sensor arranged so that the positions of the individual image sensors coincide with each other (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、上記した従来のカラー撮像素子では、各センサ列に対応する水平電荷転送部が形成された構成を採っているために、固体撮像素子の小型化を図ることが困難であるという不具合があった。 However, the conventional color image sensor described above has a problem in that it is difficult to reduce the size of the solid-state image sensor because the horizontal charge transfer unit corresponding to each sensor array is formed. It was.
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、感度を減少させることなく小型化を実現することができる固体撮像素子及びその駆動方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a driving method thereof that can realize downsizing without reducing sensitivity.
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子は、同一の分光感度を要する2以上のセンサ列を有する固体撮像素子において、第1のセンサ列と、該第1のセンサ列に隣接して設けられた第2のセンサ列と、少なくとも前記第2のセンサ列に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記第1のセンサ列に蓄積された信号電荷及び前記垂直電荷転送部によって転送された信号電荷を読み出す読み出しゲートと、該読み出しゲートによって読み出された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部を備える。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a first sensor row and a first sensor row in a solid-state imaging device having two or more sensor rows that require the same spectral sensitivity. A second sensor array provided adjacent thereto, a vertical charge transfer section for transferring at least a signal charge stored in the second sensor array in a vertical direction, and a signal charge stored in the first sensor array; And a read gate for reading the signal charge transferred by the vertical charge transfer unit, and a horizontal charge transfer unit for transferring the signal charge read by the read gate in the horizontal direction.
ここで、第1のセンサ列及び第1のセンサ列に隣接して設けられた第2のセンサ列によって、入射光を光電変換することにより入射光に応じた量の信号電荷を蓄積することができる。
また、少なくとも第2のセンサ列に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部によって、垂直電荷転送部に転送された信号電荷を読み出しゲートによって読み出しが可能な位置まで転送することができる。
更に、第1のセンサ列に蓄積された信号電荷及び垂直電荷転送部によって転送された信号電荷を読み出す読み出しゲートによって、第1のセンサ列に蓄積された信号電荷及び垂直電荷転送部によって転送された信号電荷を加算することができる。
また、読み出しゲートによって読み出された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部によって、読み出しゲートによって加算された信号電荷を出力部に転送することができる。
Here, the first sensor array and the second sensor array provided adjacent to the first sensor array can accumulate signal charges in an amount corresponding to the incident light by photoelectrically converting the incident light. it can.
Further, the signal charge transferred to the vertical charge transfer unit may be transferred to a position where it can be read out by the read gate by the vertical charge transfer unit that transfers at least the signal charge accumulated in the second sensor array in the vertical direction. it can.
Further, the signal charges accumulated in the first sensor column and the signal charges transferred by the vertical charge transfer unit are read out and read out by the signal charge and vertical charge transfer unit accumulated in the first sensor column. Signal charges can be added.
Further, the signal charge added by the read gate can be transferred to the output unit by the horizontal charge transfer unit that transfers the signal charge read by the read gate in the horizontal direction.
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、第1のセンサ列と、該第1のセンサ列に隣接して設けられた前記第1のセンサ列と同一の分光感度を要する第2のセンサ列と、少なくとも前記第2のセンサ列に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、前記第1のセンサ列に蓄積された信号電荷及び前記垂直電荷転送部によって転送された信号電荷を読み出す読み出しゲートと、該読み出しゲートによって読み出された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部を備える固体撮像素子の駆動方法であって、所定ラインを前記第2のセンサ列で撮像を行うステップと、前記第2のセンサ列で撮像を行うことによって第2のセンサ列に蓄積された信号電荷を前記垂直電荷転送部に転送するステップと、前記第2のセンサ列で撮像を行ったラインと同一ラインを前記第1のセンサ列で撮像を行うステップと、前記第1のセンサ列で撮像を行うことにより第1のセンサ列に蓄積された信号電荷及び前記垂直電荷転送部に転送された前記第2のセンサ列で撮像を行うことにより蓄積された信号電荷を読み出しゲートによって読み出すステップと、少なくとも前記第2のセンサ列に蓄積された信号電荷及び前記第1のセンサ列に蓄積された信号電荷を加算した信号電荷を前記読み出しゲートから前記水平電荷転送部に転送するステップとを備える。 In order to achieve the above object, a method for driving a solid-state imaging device according to the present invention includes a first sensor row, and the first sensor row provided adjacent to the first sensor row. A second sensor array that requires the same spectral sensitivity, a vertical charge transfer unit that transfers at least a signal charge stored in the second sensor array in a vertical direction, and a signal charge stored in the first sensor array And a driving method of the solid-state imaging device, comprising: a readout gate that reads out the signal charge transferred by the vertical charge transfer unit; and a horizontal charge transfer unit that transfers the signal charge read out by the readout gate in a horizontal direction, The step of imaging a predetermined line with the second sensor array, and the step of transferring the signal charge accumulated in the second sensor array to the vertical charge transfer unit by imaging with the second sensor array. And imaging the same line as the line imaged with the second sensor array with the first sensor array, and imaging the first sensor array with the first sensor array. Reading out the signal charges accumulated in the image sensor and the signal charges accumulated by performing imaging with the second sensor array transferred to the vertical charge transfer unit by a readout gate, and accumulating at least in the second sensor array Transferring the signal charge obtained by adding the signal charge and the signal charge accumulated in the first sensor array from the read gate to the horizontal charge transfer unit.
ここで、所定のラインを第2のセンサ列で撮像を行うことによって、第2のセンサ列に所定ラインの撮像を行うことに基づく信号電荷を蓄積することができる。
また、第2のセンサ列で撮像を行うことによって第2のセンサ列に蓄積された信号電荷を垂直電荷転送部に転送することによって、第2のセンサ列に蓄積された信号電荷を読み出しゲートによって読み出しが可能な位置まで転送することができる。
更に、第2のセンサ列で撮像を行ったラインと同一ラインを第1のセンサ列で撮像を行うことによって、第1のセンサ列に第2のセンサ列で撮像を行ったラインと同一ラインの撮像を行うことに基づく信号電荷を蓄積することができる。
また、第1のセンサ列で撮像を行うことにより第1のセンサ列に蓄積された信号電荷及び垂直電荷転送部に転送された第2のセンサ列で撮像を行うことにより蓄積された信号電荷を読み出しゲートによって読み出すことによって、第1のセンサ列に蓄積された信号電荷と第2のセンサ列に蓄積された信号電荷を加算することができる。
また、少なくとも所定ラインを第2のセンサ列で撮像を行うことによって第2のセンサ列に蓄積された信号電荷及び第2のセンサ列で撮像を行ったラインと同一ラインを第1のセンサ列で撮像を行うことによって第1のセンサ列に蓄積された信号電荷を加算した信号電荷を読み出しゲートから水平電荷転送部に転送することによって、少なくとも第1のセンサ列で撮像を行うことにより第1のセンサ列に蓄積された信号電荷及び第2のセンサ列で撮像を行うことにより蓄積された信号電荷を加算して出力部に出力することができる。
Here, by imaging a predetermined line with the second sensor array, signal charges based on imaging of the predetermined line can be accumulated in the second sensor array.
Further, the signal charges accumulated in the second sensor array are transferred to the vertical charge transfer unit by performing imaging with the second sensor array, and the signal charges accumulated in the second sensor array are read out by the read gate. Transfer to a position where reading is possible is possible.
Furthermore, by imaging the same line as the line imaged with the second sensor array with the first sensor array, the same line as the line imaged with the second sensor array is captured in the first sensor array. It is possible to accumulate signal charges based on imaging.
In addition, the signal charges accumulated in the first sensor array by imaging with the first sensor array and the signal charges accumulated by imaging with the second sensor array transferred to the vertical charge transfer unit are obtained. By reading out by the readout gate, the signal charge accumulated in the first sensor array and the signal charge accumulated in the second sensor array can be added.
Further, at least a predetermined line is imaged by the second sensor array, and the signal charge accumulated in the second sensor array and the same line as the line imaged by the second sensor array are captured by the first sensor array. A signal charge obtained by adding the signal charges accumulated in the first sensor array by performing imaging is transferred from the read gate to the horizontal charge transfer unit, whereby the first sensor array performs imaging by at least the first sensor array. The signal charges accumulated in the sensor array and the signal charges accumulated by performing imaging with the second sensor array can be added and output to the output unit.
本発明を適用した固体撮像素子及びその駆動方法では、感度を減少させることなく小型化を実現することができる。 In the solid-state imaging device to which the present invention is applied and the driving method thereof, downsizing can be realized without reducing the sensitivity.
図1は本発明を適用した固体撮像素子の一例であるCCDリニアセンサを説明するための模式的な平面図を示す。ここで示すCCDリニアセンサ1は、s1〜s10000で示す10000個の画素からなる第1のセンサ列2、t1〜t10000で示す10000個の画素からなり第1のセンサ列に隣接して設けられた第2のセンサ列3、第2のセンサ列の画素で蓄積した信号電荷を垂直方向に転送する垂直レジスタ4、第1のセンサ列に隣接して設けられた第1のセンサ列の画素で蓄積した信号電荷及び垂直レジスタによって転送された信号電荷を読み出す読み出しゲート5、読み出しゲートによって読み出された信号電荷をFD部6に転送する水平レジスタ7とを備える。
FIG. 1 is a schematic plan view for explaining a CCD linear sensor which is an example of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. The CCD
なお、水平レジスタは2相駆動であり、水平駆動パルスφ1、φ2が印加され、φ1及びφ2は各々ハイレベル(以下、Hレベルと言う)及びローレベル(以下、Lレベルと言う)の2値をとり、これらにより信号電荷の転送が行われる。
また、垂直レジスタの第1の電極(以下、Vφ1と言う)8には垂直駆動パルスV1が、垂直レジスタの第2の電極(以下、Vφ2と言う)9には垂直駆動パルスV2が印加され、V1及びV2は各々Hレベル及びLレベルの2値をとり、これらにより信号電荷の読み出し及び転送が行われる。
更に、読み出しゲートには読み出しパルスφROGが印加され、φROGはHレベル及びLレベルの2値をとり、読み出しパルスがHレベルの際に読み出しゲートに信号電荷が読み出される。
The horizontal register is a two-phase drive, and horizontal drive pulses φ1 and φ2 are applied, and φ1 and φ2 are two levels of high level (hereinafter referred to as H level) and low level (hereinafter referred to as L level), respectively. The signal charge is transferred by these.
A vertical drive pulse V1 is applied to the first electrode (hereinafter referred to as Vφ1) 8 of the vertical register, and a vertical drive pulse V2 is applied to the second electrode (hereinafter referred to as Vφ2) 9 of the vertical register. V1 and V2 take binary values of H level and L level, respectively, and signal charges are read and transferred by these values.
Further, a read pulse φROG is applied to the read gate, and φROG takes a binary value of H level and L level. When the read pulse is at the H level, the signal charge is read to the read gate.
以下、上記の様に構成されたCCDリニアセンサの駆動方法について説明する。即ち、本発明を適用した固体撮像素子の駆動方法の一例を、CCD固体撮像素子の単位蓄積時間、即ち、先発の読み出しパルスの印加時から後発の読み出しパルスの印加時までの時間に、第1のセンサ列及び第2のセンサ列の幅と等しい距離であるdだけ副走査方向に移動し、図2中符号aで示す撮像領域をスキャンするCCDリニアセンサの駆動方法を例に挙げて、図1中符号s3、s4、t3及びt4で示す画素で蓄積した信号電荷の転送状態を示す図を参酌しながら固体撮像素子の駆動方法の一例を説明する。なお、図2中符号(1)〜(3)は、撮像領域を距離d毎に区切った領域を表しており、図2中符号bは第1のセンサ列でスキャンできる領域を示し、符号cは第2のセンサ列でスキャンできる領域を示している。 Hereinafter, a method for driving the CCD linear sensor configured as described above will be described. That is, an example of a driving method of the solid-state imaging device to which the present invention is applied is the unit storage time of the CCD solid-state imaging device, that is, the time from the application of the first readout pulse to the application of the subsequent readout pulse. An example of a driving method of a CCD linear sensor that moves in the sub-scanning direction by a distance d equal to the width of the sensor row and the second sensor row and scans the imaging region indicated by reference symbol a in FIG. An example of a method for driving a solid-state imaging device will be described with reference to a diagram illustrating a transfer state of signal charges accumulated in pixels indicated by reference numerals s3, s4, t3, and t4 in FIG. Note that reference numerals (1) to (3) in FIG. 2 represent areas obtained by dividing the imaging area for each distance d, and reference numeral b in FIG. 2 indicates an area that can be scanned by the first sensor array, and reference numeral c. Indicates an area that can be scanned by the second sensor array.
本発明を適用したCCDリニアセンサの駆動方法の一例では、時刻t1に、図3で示す様に、φROG及びV1がLレベル、V2がHレベルの状態であり、この状態において、図2(a)で示す様に、第1のセンサ列で図2中符号(1)で示す領域、第2のセンサ列で図2中符号(2)で示す領域のスキャンを行うことにより、図4(t1)で示す様に、第1のセンサ列にQ11で表す信号電荷が蓄積されると共に、第2のセンサ列にQ12で表す信号電荷が蓄積される。また、Vφ2には時刻t1以前の時刻である時刻t0において第2のセンサ列で蓄積したQ01が蓄えられている。 In an example of a method for driving a CCD linear sensor to which the present invention is applied, at time t1, as shown in FIG. 3, φROG and V1 are at an L level and V2 is at an H level. In this state, FIG. As shown in FIG. 4 (t), by scanning the area indicated by reference numeral (1) in FIG. 2 in the first sensor array and the area indicated by reference numeral (2) in FIG. 2 in the second sensor array, FIG. as shown in 1), together with the signal charges represented by Q 11 to the first sensor array is accumulated signal charges represented by Q 12 is accumulated in the second sensor array. Also, Q 01 is stored for at time t1 time t0 is earlier time accumulated by the second sensor array to V.phi.2.
ここで、Qxyは時刻xにおいて(y)で示す領域をスキャンすることによって蓄積された信号電荷を示している。なお、センサ列では入射光に応じて常に光電変換が行われているために、実際はQxyはセンサ列から信号電荷を読み出すための先発のパルスが印加された後、センサ列から信号電荷を読み出すための後発のパルスが印加されるまでの間に蓄積されるのであるが、本明細書では説明の便宜のために、先発のパルスが印加された後後発のパルスが印加されるまでの間に蓄積される信号電荷がある時刻において蓄積されるものとして説明を行っている。 Here, Q xy indicates the signal charge accumulated by scanning the area indicated by (y) at time x. Since photoelectric conversion is always performed in the sensor array in accordance with incident light, actually, Q xy reads the signal charge from the sensor array after the first pulse for reading the signal charge from the sensor array is applied. For the convenience of explanation, in this specification, for the convenience of explanation, the first pulse is applied and the second pulse is applied. The description is made assuming that the accumulated signal charges are accumulated at a certain time.
次に、時刻t2において、φROGをHレベルにすることにより、図4(t2)で示す様に、第1のセンサ列に蓄積されていたQ11が読み出しゲートに読み出される。 Then, at time t2, by the φROG to H level, as shown in FIG. 4 (t 2), Q 11 accumulated in the first sensor array is read out to the readout gate.
次に、時刻t3において、V2をLレベルとすることにより、図4(t3)で示す様に、Vφ2に蓄えられていたQ01が読み出しゲートに読み出され、時刻t2で読み出されたQ11とQ01とが読み出しゲートで加算される。 Then, at time t3, by the V2 at the L level, as shown in FIG. 4 (t 3), Q 01 accumulated in the Vφ2 is read to the read gate, read at time t2 and Q 11 and Q 01 are added by the read-out gate.
次に、時刻t4において、V1をHレベルとすることにより、図4(t4)で示す様に、第1のセンサ列に蓄積されていたQ12がVφ1に転送される。 Next, at time t4, by the V1 and H level, as shown in FIG. 4 (t 4), Q 12 accumulated in the first sensor array is transferred to V.phi.1.
次に、時刻t5において、φROGをLレベルとすることにより、図4(t5)で示す様に、Q11とQ01とが水平レジスタに転送される。
水平レジスタに転送された信号電荷はφ1とφ2とを交互にHレベル、Lレベルとする通常のCCDレジスタ転送を行い、時刻t0及び時刻t1において図2中符号(1)で示す領域をスキャンした際に蓄積された信号電荷を加算して水平レジスタによってFD部に転送され、出力される。
Then, at time t5, by the φROG the L level, as shown in FIG. 4 (t 5), and the Q 11 and Q 01 are transferred to the horizontal register.
The signal charge transferred to the horizontal register is subjected to normal CCD register transfer in which φ1 and φ2 are alternately set to H level and L level, and the region indicated by reference numeral (1) in FIG. 2 is scanned at time t0 and time t1. The signal charges accumulated at this time are added, transferred to the FD unit by the horizontal register, and output.
次に、時刻t6において、V2をHレベルとすることによって、図4(t6)で示す様に、Vφ1に蓄えられたQ12がVφ2に転送される。 Then, at time t6, by the V2 and H level, as shown in FIG. 4 (t 6), Q 12 stored in Vφ1 it is transferred to V.phi.2.
その後、CCDリニアセンサを距離dだけ副走査方向に移動すると共にV1をLレベルにすることによって、φROG及びV1がLレベル、V2がHレベルの状態となり、この状態において、図2(b)で示す様に、第1のセンサ列で図2中符号(2)で示す領域、第2のセンサ列で図2中符号(3)で示す領域のスキャンを行うことにより第1のセンサ列にQ62で表す信号電荷が蓄積されると共に、第2のセンサ列にQ63で表す信号電荷が蓄積される。また、Vφ2には時刻t1において第2のセンサ列で蓄積したQ12が蓄えられている。
即ち、時刻t6の後にV1をLレベルにした状態は、時刻t1の状態とCCDリニアセンサの位置が異なるだけの関係であり、時刻t1〜t6までの動作を繰り返し行うことによって、第1のセンサ列及び第2のセンサ列によって同一ラインのスキャンを行い、各々のセンサ列でスキャンを行うことにより蓄積された信号電荷を加算することができる。
Thereafter, the CCD linear sensor is moved in the sub-scanning direction by a distance d and V1 is set to L level, whereby φROG and V1 are set to L level and V2 is set to H level. In this state, FIG. As shown, the first sensor array scans the area indicated by reference numeral (2) in FIG. 2, and the second sensor array scans the area indicated by reference numeral (3) in FIG. The signal charge represented by 62 is accumulated, and the signal charge represented by Q 63 is accumulated in the second sensor array. Also, Q 12 is stored for at time t1 accumulated in the second sensor array to V.phi.2.
That is, the state in which V1 is set to the L level after time t6 is a relationship in which the position of the CCD linear sensor is different from the state at time t1, and the first sensor is obtained by repeatedly performing the operation from time t1 to t6. The same line is scanned by the column and the second sensor column, and the accumulated signal charges can be added by scanning each sensor column.
図5は本発明を適用した固体撮像素子の他の一例であるCCDリニアセンサを説明するための模式的な平面図を示す。ここで示すCCDリニアセンサ1は、s1〜s10000で示す10000個の画素からなる第1のセンサ列2、t1〜t10000で示す10000個の画素からなり第1のセンサ列に隣接して設けられた第2のセンサ列3、u1〜u10000で示す10000個の画素からなり第2のセンサ列に隣接して設けられた第3のセンサ列10、第2のセンサ列の画素で蓄積した信号電荷及び第3のセンサ列で蓄積した信号電荷を垂直方向に転送する垂直レジスタ4、第1のセンサ列に隣接して設けられた第1のセンサ列の画素で蓄積した信号電荷及び垂直レジスタによって転送された信号電荷を読み出す読み出しゲート5、読み出しゲートによって読み出された信号電荷をFD部6に転送する水平レジスタ7とを備える。
FIG. 5 is a schematic plan view for explaining a CCD linear sensor which is another example of the solid-state imaging device to which the present invention is applied. The CCD
ここで、垂直レジスタの第1の電極(以下、Vφ1と言う)8には垂直駆動パルスV1が、垂直レジスタの第2の電極(以下、Vφ2と言う)9には垂直駆動パルスV2が、垂直レジスタの第3の電極(以下、Vφ3と言う)11には垂直駆動パルスV3が、垂直レジスタの第4の電極(以下、Vφ4と言う)12には垂直駆動パルスV1が、垂直レジスタの第5の電極(以下、Vφ5と言う)13には垂直駆動パルスV2が、垂直レジスタの第6の電極(以下、Vφ6と言う)14には垂直駆動パルスV3が、垂直レジスタの第7の電極(以下、Vφ7と言う)15には垂直駆動パルスV4が印加され、V2、V3及びV4は各々Hレベル及びLレベルの2値をとり、V1はHレベル、ミドルレベル(以下、Mレベルと言う)及びLレベルの3値をとり、これらにより信号電荷の読み出し及び転送が行われる。
Here, the vertical drive pulse V1 is applied to the first electrode (hereinafter referred to as Vφ1) 8 of the vertical register, and the vertical drive pulse V2 is applied to the second electrode (hereinafter referred to as Vφ2) 9 of the vertical register. A vertical drive pulse V3 is applied to the third electrode (hereinafter referred to as Vφ3) 11 of the register, and a vertical drive pulse V1 is applied to the fourth electrode (hereinafter referred to as Vφ4) 12 of the vertical register. The vertical drive pulse V2 is applied to the electrode 13 (hereinafter referred to as Vφ5), the vertical drive pulse V3 is applied to the sixth electrode (hereinafter referred to as Vφ6) 14 of the vertical register, and the seventh electrode (hereinafter referred to as Vφ6). , Vφ7) 15 is applied with a vertical drive pulse V4, V2, V3 and V4 take H level and L level, respectively, V1 is H level, middle level (hereinafter referred to as M level) and
以下、上記の様に構成されたCCDリニアセンサの駆動方法について説明する。即ち、本発明を適用した固体撮像素子の駆動方法の他の一例を、CCD固体撮像素子の単位蓄積時間に第1のセンサ列、第2のセンサ列及び第3のセンサ列の幅と等しい距離であるdだけ副走査方向に移動を行い、図6中符号aで示す撮像領域をスキャンするCCDリニアセンサの駆動方法を例に挙げて、図5中符号s3、s4、t3、t4、u3及びu4で示す画素で蓄積した信号電荷の転送状態を示す図を参酌しながら固体撮像素子の駆動方法の他の一例を説明する。なお、図6中符号(1)〜(4)は、撮像領域を距離d毎に区切った領域を表しており、図6中符号bは第1のセンサ列でスキャンできる領域を示し、図6中符号cは第2のセンサ列でスキャンできる領域を示し、図6中符号eは第3のセンサ列でスキャンできる領域を示している。 Hereinafter, a method for driving the CCD linear sensor configured as described above will be described. That is, another example of the driving method of the solid-state imaging device to which the present invention is applied is a distance equal to the width of the first sensor row, the second sensor row, and the third sensor row in the unit accumulation time of the CCD solid-state imaging device. As an example, a driving method of the CCD linear sensor that moves in the sub-scanning direction by d and scans the imaging region indicated by symbol a in FIG. 6, s3, s4, t3, t4, u3 in FIG. Another example of the method for driving the solid-state imaging device will be described with reference to the diagram showing the transfer state of the signal charge accumulated in the pixel indicated by u4. Note that reference numerals (1) to (4) in FIG. 6 represent areas obtained by dividing the imaging area for each distance d, and reference numeral b in FIG. 6 indicates an area that can be scanned by the first sensor array. The middle symbol c indicates a region that can be scanned by the second sensor array, and the symbol e in FIG. 6 indicates a region that can be scanned by the third sensor array.
本発明を適用したCCDリニアセンサの駆動方法の他の一例では、時刻t2に、図7で示す様に、φROG、V1及びV3がLレベル、V2及びV4がHレベルの状態であり、この状態において、図6(a)で示す様に、第1のセンサ列で図6中符号(1)で示す領域、第2のセンサ列で図6中符号(2)で示す領域、第3のセンサ列で図6中符号(3)で示す領域のスキャンを行うことにより、図8(t2)で示す様に、第1のセンサ列にQ21で表す信号電荷が蓄積され、第2のセンサ列にQ22で表す信号電荷が蓄積されると共に、第3のセンサ列にQ23表す信号電荷が蓄積される。また、Vφ2には時刻t2以前の時刻である時刻t1において第3のセンサ列で蓄積したQ12が蓄えられ、Vφ5には時刻t1において第2のセンサ列で蓄積したQ11が蓄えられ、Vφ7には時刻t1以前の時刻である時刻t0において第3のセンサ列で蓄積したQ01が蓄えられている。 In another example of the driving method of the CCD linear sensor to which the present invention is applied, at time t2, as shown in FIG. 7, φROG, V1 and V3 are in the L level, and V2 and V4 are in the H level. 6A, in the first sensor row, the region indicated by reference numeral (1) in FIG. 6, in the second sensor row, the region indicated by reference numeral (2) in FIG. 6, the third sensor by performing scanning in the region indicated by the reference numeral in FIG. 6 column (3), as shown in FIG. 8 (t 2), the signal charges represented by Q 21 are accumulated in the first sensor array, a second sensor together with the signal charges represented by Q 22 is accumulated in the column, the signal charges are accumulated representing Q 23 to the third sensor array. Further, V.phi.2 Q 12 accumulated in the third sensor array at time t2 the time t1 is earlier time is stored in, Q 11 accumulated in the second sensor array at time t1 is stored in Vφ5, Vφ7 Q 01 stored in the third sensor array at time t 0, which is a time before time t 1, is stored.
次に、時刻t3において、φROGをHレベルにすると共にV4をLレベルにすることにより、図8(t3)で示す様に、第1のセンサ列に蓄積されていたQ21及びVφ7に蓄えられていたQ01が読み出しゲートに読み出され、読み出しゲートでQ21及びQ01が加算される。 Then, at time t3, by the V4 to L level while the φROG to H level, as shown in FIG. 8 (t 3), stored in Q 21 and Vφ7 accumulated in the first sensor array The read Q 01 is read to the read gate, and Q 21 and Q 01 are added at the read gate.
次に、時刻t4において、V2をLレベルにすると共にV3をHレベルにすることにより、図8(t4)で示す様に、Vφ2に蓄えられていたQ12がVφ3に転送され、Vφ5に蓄えられていたQ11がVφ6に転送される。 Next, at time t4, by the H level V3 with the V2 to L level, as shown in FIG. 8 (t 4), Q 12 accumulated in the Vφ2 is transferred to V.phi.3, the Vφ5 The stored Q 11 is transferred to Vφ6.
次に、時刻t5において、V1をMレベル、V3をLレベルにすると共にV4をHレベルにすることにより、図8(t5)で示す様に、Vφ3に蓄えられていたQ12がVφ4に転送され、Vφ6に蓄えられていたQ11がVφ7に転送される。 Then, at time t5, M level V1, by the H level V4 while the V3 to the L level, as shown in FIG. 8 (t 5), Q 12 accumulated in the Vφ3 within Vφ4 is transferred, Q 11 accumulated in the Vφ6 is transferred to Vfai7.
次に、時刻t6において、V1をLレベル、V2をHレベルにすると共にV4をLレベルにすることにより、図8(t6)で示す様に、Vφ4に蓄えられていたQ12がVφ5に転送されると共に、Vφ7に蓄えられていたQ11が読み出しゲートに読み出され、時刻t3で読み出されたQ21及びQ01とQ11とが読み出しゲートで加算される。 Then, at time t6, the V1 L level, by the L level V4 while the V2 to H level, as shown in FIG. 8 (t 6), Q 12 accumulated in the Vφ4 within Vφ5 while being transferred, Q 11 accumulated in the Vφ7 is read to the read gate, and Q 21 and Q 01 and Q 11 read at time t3 is added at the readout gate.
次に、時刻t7において、V1をHレベル、V2をLレベルにすると共にV3をHレベルにすることにより、図8(t7)で示す様に、第3のセンサ列で蓄積されていたQ23がVφ1に転送され、第2のセンサ列で蓄積されていたQ22がVφ4に転送されると共に、Vφ5に蓄えられていたQ12がVφ6に転送される。 Next, at time t7, by setting V1 to H level, V2 to L level, and V3 to H level, as shown in FIG. 8 (t 7 ), Q accumulated in the third sensor array 23 is transferred to V.phi.1, with Q 22 that has been stored in the second sensor row is transferred to V.phi.4, Q 12 accumulated in the Vφ5 is transferred to V.phi.6.
次に時刻t8において、φROG及びV3をLレベル、V1をMレベルにすると共にV4をHレベルにすることにより、図8(t8)で示す様に、Vφ6に蓄えられていたQ12がVφ7に転送されると共に、読み出しゲートに蓄えられていたQ21、Q01及びQ11が水平転送レジスタに転送される。
水平レジスタに転送された信号電荷はφ1とφ2とを交互にHレベル、Lレベルとする通常のCCDレジスタ転送を行い、時刻t0、時刻t1及び時刻t2において図6中符号(1)で示す領域をスキャンした際に蓄積された信号電荷が加算され、水平レジスタによってFD部に転送され、出力される。
Then, at time t8, .phi.ROG and V3 the L level, by the H level V4 while the V1 to M level, as shown in FIG. 8 (t 8), Q 12 accumulated in the Vφ6 is Vφ7 Q 21 , Q 01 and Q 11 stored in the read gate are transferred to the horizontal transfer register.
The signal charge transferred to the horizontal register performs normal CCD register transfer in which φ1 and φ2 are alternately set to H level and L level, and the area indicated by reference numeral (1) in FIG. 6 at time t0, time t1, and time t2. The signal charges accumulated at the time of scanning are added, transferred to the FD section by the horizontal register, and output.
その後、CCDリニアセンサを距離dだけ副走査方向に移動すると共にV1をLレベル、V2をHレベルにすることによって、Vφ1に蓄えられていたQ23がVφ2に転送されると共に、φROG、V1及びV3がLレベル、V2及びV4がHレベルの状態となり、この状態において、図6(b)で示す様に、第1のセンサ列で図6中符号(2)で示す領域、第2のセンサ列で図6中符号(3)で示す領域、第3のセンサ列で図6中符号(4)で示す領域のスキャンを行うことにより第1のセンサ列にQ82で表す信号電荷が蓄積され、第2のセンサ列にQ83で表す信号電荷が蓄積され、第3のセンサ列にQ84で表す信号電荷が蓄積される。また、Vφ1には時刻t2において第3のセンサ列で蓄積したQ23が蓄えられ、Vφ5には時刻t2において第2のセンサ列で蓄積したQ22が蓄えられ、Vφ7には時刻t1において第3のセンサ列で蓄積したQ12が蓄えられている。
即ち、時刻t8の後にV1をLレベル、V2をHレベルにした状態は、時刻t2の状態とCCDリニアセンサの位置が異なるだけの関係であり、時刻t2〜t8までの動作を繰り返し行うことによって、第1のセンサ列、第2のセンサ列及び第3のセンサ列によって同一ラインのスキャンを行い、各々のセンサ列でスキャンを行うことにより得られた信号電荷を加算することができる。
Then, L level V1 while moving the CCD linear sensor distance d in the sub-scanning direction, by the V2 to H level, the Q 23 accumulated in the Vφ1 is transferred to V.phi.2, .phi.ROG, V1 and In this state, V3 is at the L level, and V2 and V4 are at the H level. In this state, as shown in FIG. 6 (b), the region indicated by the reference numeral (2) in FIG. area indicated by reference numeral in FIG. 6 column (3), a third signal charge represented by the sensor column Q 82 to the first sensor column by performing scanning in the region indicated by the reference numeral (4) in FIG. 6 is accumulated The signal charge represented by Q 83 is accumulated in the second sensor array, and the signal charge represented by Q 84 is accumulated in the third sensor array. Further, V.phi.1 Q 23 accumulated in the third sensor array at time t2 is stored in, Vφ5 Q 22 accumulated in the second sensor array at time t2 is stored in the third at time t1 in Vφ7 Q 12 is stored accumulated in the sensor array.
That is, the state in which V1 is set to the L level and V2 is set to the H level after time t8 is the only difference between the state at time t2 and the position of the CCD linear sensor, and by repeating the operation from time t2 to t8. It is possible to scan the same line with the first sensor row, the second sensor row, and the third sensor row, and add the signal charges obtained by scanning with each sensor row.
上記した本発明を適用したCCDリニアセンサの駆動方法では、同一ラインを異なるセンサ列で2回或いは3回スキャンを行い、各々のスキャンによって得られた信号電荷を加算して出力信号を得るために、感度を減少させることなく、また、複数回のスキャンによってセンサ列に蓄積された信号電荷は全て同一の水平レジスタによって転送を行う構造を採っているために、CCDリニアセンサの小型化を図ることができる。 In the above-described CCD linear sensor driving method to which the present invention is applied, the same line is scanned twice or three times with different sensor arrays, and the signal charge obtained by each scan is added to obtain an output signal. The CCD linear sensor can be miniaturized without reducing the sensitivity and by adopting a structure in which all the signal charges accumulated in the sensor array by a plurality of scans are transferred by the same horizontal register. Can do.
1 CCDリニアセンサ
2 第1のセンサ列
3 第2のセンサ列
4 垂直レジスタ
5 読み出しゲート
6 FD部
7 水平レジスタ
8 第1の電極
9 第2の電極
10 第3のセンサ列
11 第3の電極
12 第4の電極
13 第5の電極
14 第6の電極
15 第7の電極
DESCRIPTION OF
Claims (2)
第1のセンサ列と、
該第1のセンサ列に隣接して設けられた第2のセンサ列と、
少なくとも前記第2のセンサ列に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、
前記第1のセンサ列に蓄積された信号電荷及び前記垂直電荷転送部によって転送された信号電荷を読み出す読み出しゲートと、
該読み出しゲートによって読み出された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部を備える
ことを特徴とする固体撮像素子。 In a solid-state imaging device having two or more sensor rows that require the same spectral sensitivity,
A first sensor row;
A second sensor row provided adjacent to the first sensor row;
A vertical charge transfer unit that transfers at least the signal charge accumulated in the second sensor array in the vertical direction;
A readout gate for reading out the signal charges accumulated in the first sensor array and the signal charges transferred by the vertical charge transfer unit;
A solid-state imaging device, comprising: a horizontal charge transfer unit that transfers a signal charge read by the read gate in a horizontal direction.
所定ラインを前記第2のセンサ列で撮像を行うステップと、
前記第2のセンサ列で撮像を行うことによって第2のセンサ列に蓄積された信号電荷を前記垂直電荷転送部に転送するステップと、
前記第2のセンサ列で撮像を行ったラインと同一ラインを前記第1のセンサ列で撮像を行うステップと、
前記第1のセンサ列で撮像を行うことにより第1のセンサ列に蓄積された信号電荷及び前記垂直電荷転送部に転送された前記第2のセンサ列で撮像を行うことにより蓄積された信号電荷を読み出しゲートによって読み出すステップと、
少なくとも前記第2のセンサ列に蓄積された信号電荷及び前記第1のセンサ列に蓄積された信号電荷を加算した信号電荷を前記読み出しゲートから前記水平電荷転送部に転送するステップとを備える
ことを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。 The first sensor array, the second sensor array that is adjacent to the first sensor array and requires the same spectral sensitivity as the first sensor array, and at least the second sensor array are accumulated. A vertical charge transfer unit that transfers the signal charge in the vertical direction, a read gate that reads the signal charge accumulated in the first sensor array and the signal charge transferred by the vertical charge transfer unit, and a read gate that reads the signal charge. A method for driving a solid-state imaging device including a horizontal charge transfer unit that transfers a signal charge that has been output in a horizontal direction,
Imaging a predetermined line with the second sensor array;
Transferring signal charges accumulated in the second sensor array to the vertical charge transfer section by performing imaging with the second sensor array;
Imaging the same line as the line imaged with the second sensor array with the first sensor array;
The signal charge accumulated in the first sensor array by imaging with the first sensor array and the signal charge accumulated by imaging with the second sensor array transferred to the vertical charge transfer unit Reading through the readout gate;
Transferring at least the signal charge accumulated in the second sensor array and the signal charge accumulated in the first sensor array from the read gate to the horizontal charge transfer section. A method for driving a solid-state imaging device.
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