JP2005191640A - Solid-state image pickup apparatus, driving method thereof and camera - Google Patents

Solid-state image pickup apparatus, driving method thereof and camera Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup apparatus capable of realizing a high frame rate and reducing power consumption at the time of using a monitoring mode, and to provide a driving method thereof and a camera. <P>SOLUTION: The apparatus is provided with a plurality of photoelectric converting elements to be arranged in a matrix, a vertical transfer means arranged so as to correspond to each column of the photoelectric converting elements and transferring electric charges read from the photoelectric converting elements in a column direction, and a two-phase driving horizontal transfer means for transferring the electric charges transferred by the vertical transfer means in a row direction. The vertical transfer means is grouped into a plurality of columns, only the vertical transfer means selected from the plurality of columns transfer the electric charges, and the two-phase driving horizontal transfer means has a structure corresponding to each of the plurality of columns of the vertical transfer means. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラに関するものであり、特に、動画と静止画の撮像が可能な固体撮像装置およびその駆動方法並びにカメラに関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device, a driving method thereof, and a camera, and more particularly to a solid-state imaging device capable of capturing moving images and still images, a driving method thereof, and a camera.

固体撮像装置は、撮像デバイスとして、入射光の光量に応じた電荷を蓄積する光電変換素子と、光電変換素子から読み出された電荷を転送する手段としてのCharge Coupled Deviceセンサー(以下、「CCDセンサー」と記す。)とを用いることにより画像を得ている。すなわち、固体撮像装置内の基板上に、光電変換素子が行列状に配置され、各光電変換素子と、各光電変換素子に対応するように配置された各CCDセンサーとを接続する読出しゲートが光電変換素子から蓄積電荷を読み出し、CCDセンサーにより構成される垂直転送手段が読み出した電荷を水平転送手段に向けて転送する。さらに垂直転送手段と同様、CCDセンサーにより構成される水平転送手段は、列単位で垂直転送手段から転送されてきた電荷を、出力部に向けて転送する。出力部は、転送されてきた電荷を電圧に変換し、電圧出力をする。このような作業により、固体撮像装置は画像を得ている。   A solid-state imaging device is an imaging device that includes a photoelectric conversion element that accumulates charges according to the amount of incident light, and a charge coupled device sensor (hereinafter referred to as a “CCD sensor”) that transfers charges read from the photoelectric conversion elements. The image is obtained. That is, photoelectric conversion elements are arranged in a matrix on a substrate in the solid-state imaging device, and a readout gate that connects each photoelectric conversion element and each CCD sensor arranged so as to correspond to each photoelectric conversion element is photoelectric. The accumulated charge is read from the conversion element, and the charge read by the vertical transfer means constituted by the CCD sensor is transferred toward the horizontal transfer means. Further, similar to the vertical transfer means, the horizontal transfer means constituted by the CCD sensor transfers the charges transferred from the vertical transfer means in units of columns toward the output unit. The output unit converts the transferred charge into a voltage and outputs a voltage. Through such operations, the solid-state imaging device obtains an image.

ところで、最近、固体撮像装置により撮像された画像に対する高解像度化のニーズが高まっており、この高解像度化のニーズに応えるために、画素に対応する多数の光電変換素子と、光電変換素子から読み出された電荷を転送する多数のCCDセンサーとが、固体撮像装置に搭載される。しかし、画素数が増えるに従い転送する電荷の数が増えるため、画像内容を読み出す作業に時間を要するようになり、また、画像内容の読み出し作業に消費される電力が大きくなる。   Recently, there has been a growing need for higher resolution for images captured by solid-state imaging devices, and in order to meet this need for higher resolution, a large number of photoelectric conversion elements corresponding to pixels and reading from the photoelectric conversion elements are required. A large number of CCD sensors that transfer the emitted charges are mounted on the solid-state imaging device. However, since the number of charges to be transferred increases as the number of pixels increases, it takes time to read the image content, and the power consumed for the image content reading operation increases.

一方、撮像時に画像内容を確認するためや、静止画像以外の画像、すなわち動画像の撮像を可能にするため、モニターに動画を映し出し、このモニターを確認しながら撮像を行うモニタリングモードが設定される固体撮像装置が多くなってきている。ところが、固体撮像装置のハードウェアの制約等により、フレームレートを上げることができず、動画の描写速度を高速にすることができない場合がある。この場合、画素数が増えると、モニタリングモードにおいてさらにフレームレートが低下し、動画の描写速度が遅くなる問題が発生する。また、多画素化により、モニタリングモードを使用することによる消費電力も大きくなる。   On the other hand, in order to check the image contents at the time of imaging, or to enable imaging of images other than still images, that is, moving images, a monitoring mode is set in which a moving image is displayed on the monitor and imaging is performed while checking this monitor. There are an increasing number of solid-state imaging devices. However, due to hardware limitations of the solid-state imaging device, the frame rate cannot be increased, and the moving image rendering speed may not be increased. In this case, when the number of pixels increases, the frame rate further decreases in the monitoring mode, and there is a problem that the drawing speed of the moving image becomes slow. Further, the increase in the number of pixels increases the power consumption due to the use of the monitoring mode.

このような多画素化に伴うフレームレートの低下、消費電力の増大という問題に対し、従来は以下のような改善策がとられていた。すなわち、多画素を有する固定撮像装置において、モニタリングモード時やフレームレートを上げたいときに、全ての画素の蓄積電荷を読み出すのではなく、蓄積電荷を読み出す画素を水平方向の行単位で間引く技術である(例えば、特許文献1、2参照。)。   Conventionally, the following improvement measures have been taken with respect to the problems of a decrease in frame rate and an increase in power consumption due to the increase in the number of pixels. In other words, in a fixed imaging device with multiple pixels, when monitoring mode or when you want to increase the frame rate, instead of reading the accumulated charge of all the pixels, it is a technique that thins out the pixels that read the accumulated charge in units of rows in the horizontal direction. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2.)

特開平5−236354号公報(第3頁右欄第17行目から第4頁左欄第41行目、第1図)JP-A-5-236354 (page 3, right column, line 17 to page 4, left column, line 41, FIG. 1) 特開2001−186418公報(第4頁右欄第47行目から第5ページ右欄第33行目、第5図、第6図)JP 2001-186418 (4th page, right column, line 47 to 5th page, right column, line 33, FIGS. 5 and 6)

上記のような、行単位で電荷の読み出しを間引く方法を採用すると、モニタリングモードにおける表示画像の画素数が間引いた分だけ小さくなるので、フレームレートを上げる効果を得ることができる。しかし、垂直転送手段の列単位に対応している水平転送手段の構造自体は変わらない。したがって、行単位で電荷の読出しを間引く方法を採用しても、水平転送手段における電荷の転送回数、および転送周波数は大きく変わらないため、消費電力の削減の効果はそれほど大きくない。   Employing the method of thinning out the readout of charges in units of rows as described above reduces the number of pixels of the display image in the monitoring mode by the thinning out, so that the effect of increasing the frame rate can be obtained. However, the structure of the horizontal transfer means corresponding to the column unit of the vertical transfer means does not change. Therefore, even if a method of thinning out the reading of charges in units of rows is adopted, the number of charges transferred in the horizontal transfer means and the transfer frequency do not change greatly, so the effect of reducing power consumption is not so great.

この発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、モニタリングモード時やフレームレートを上げる場合の消費電力を削減することを目的としたものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to reduce power consumption in the monitoring mode and when the frame rate is increased.

この発明は、
行列状に配置される複数の光電変換素子と、
当該光電変換素子の各列に対応して配置され、前記光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
前記垂直転送手段により転送された前記電荷を行方向に転送する2相駆動の水平転送手段と
を備え、
前記垂直転送手段は複数列毎に組分けされ、
当該複数列の中から選択された垂直転送手段のみが、前記光電変換素子から読み出された電荷を転送するとともに、
前記2相駆動の水平転送手段は、前記垂直転送手段の複数列毎に対応した構造であることとしたものである。
This invention
A plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix;
A vertical transfer means arranged corresponding to each column of the photoelectric conversion elements, and transferring charges read from the photoelectric conversion elements in a column direction;
Two-phase driving horizontal transfer means for transferring the charges transferred by the vertical transfer means in a row direction;
The vertical transfer means is grouped into a plurality of columns,
Only the vertical transfer means selected from the plurality of columns transfers charges read from the photoelectric conversion elements,
The two-phase driving horizontal transfer means has a structure corresponding to each of a plurality of columns of the vertical transfer means.

この発明は、モニタモード使用時において、フレームレートを上げながら消費電力を削減することが可能となる。   The present invention can reduce power consumption while increasing the frame rate when using the monitor mode.

実施の形態1.
この発明に係る固体撮像装置は、行列状に配置された光電変換素子を複数列毎に組分けし、2相駆動の水平転送手段をこの複数列に対応する構造とするものである。
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
Embodiment 1 FIG.
In the solid-state imaging device according to the present invention, photoelectric conversion elements arranged in a matrix are grouped into a plurality of columns, and a two-phase driving horizontal transfer unit has a structure corresponding to the plurality of columns.
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.

図1は実施の形態1における固体撮像装置を駆動するためのシステムの構成を示すブロック図、図2は実施の形態1における固体撮像装置の構造を示す図である。図1及び図2を用いて、固体撮像装置、及びその駆動方法の概略について説明する。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a system for driving the solid-state imaging device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of the solid-state imaging device according to the first embodiment. An outline of a solid-state imaging device and a driving method thereof will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1において、タイミングジェネレータ(以下、「TG」と記す。)11は、固体撮像素子1を駆動する駆動パルスを発生する機能を有している。TG11で発生された駆動パルスのうち、固体撮像素子1を直接駆動することができる水平駆動パルスH1、H2は、そのまま固体撮像素子1に入力される。一方、TG11で発生された駆動パルスのうち、高い電圧や負の電圧が必要な、垂直駆動パルスVI1からVI4、読出しパルスTGI1からTGI3、オーバーフロードレインパルスOFDパルスOFDIは、一旦、垂直転送用ドライバ(以下、「Vドライバ」と記す。)12に入力され、必要な電圧に変換され、それぞれ垂直駆動パルスV1からV4、読出しパルスTG1からTG3、オーバーフロードレインパルスOFDパルスOFDに変換された後、固体撮像素子1に入力される。   In FIG. 1, a timing generator (hereinafter referred to as “TG”) 11 has a function of generating a driving pulse for driving the solid-state imaging device 1. Of the drive pulses generated by the TG 11, horizontal drive pulses H 1 and H 2 that can directly drive the solid-state image sensor 1 are input to the solid-state image sensor 1 as they are. On the other hand, among the drive pulses generated by TG11, vertical drive pulses VI1 to VI4, read pulses TGI1 to TGI3, and overflow drain pulse OFD pulse OFDI, which require a high voltage or a negative voltage, are once transferred to a vertical transfer driver ( (Hereinafter referred to as “V driver”) 12, converted into necessary voltages, converted into vertical drive pulses V 1 to V 4, read pulses TG 1 to TG 3, overflow drain pulse OFD pulse OFD, and then solid-state imaging Input to element 1.

図2に示すように、固体撮像素子1内の基板上には、被写体からの入射光量に応じた電荷を蓄積する光電変換素子2が、水平の行方向にN行、垂直の列方向にM列の行列状に配置されている。この光電変換素子2の各々が、固体撮像素子1のそれぞれの画素に対応する。各光電変換素子2と、電荷を垂直方向に転送する垂直転送手段4とは、読出しゲート3により接続されている。読出しゲート3は、読出し用配線9を介して印加される読出しパルスTG1からTG3により駆動され、光電変換素子2に蓄積された電荷を垂直転送手段4に読み出す。垂直転送手段4は、垂直駆動用配線7を介して印加される垂直駆動パルスV1からV4により駆動され、読み出された電荷を水平転送手段5に転送する。水平転送手段5は、水平駆動用配線8を介して印加される水平駆動パルスH1、H2により駆動され、電荷を出力部6に転送する。出力部6は、転送されてきた電荷を電流から電圧に変換し、電圧出力する。   As shown in FIG. 2, on the substrate in the solid-state imaging device 1, a photoelectric conversion element 2 that accumulates electric charges according to the amount of incident light from the subject has N rows in the horizontal row direction and M in the vertical column direction. Arranged in a matrix of columns. Each of the photoelectric conversion elements 2 corresponds to each pixel of the solid-state imaging element 1. Each photoelectric conversion element 2 and the vertical transfer means 4 for transferring charges in the vertical direction are connected by a read gate 3. The readout gate 3 is driven by readout pulses TG 1 to TG 3 applied via the readout wiring 9, and reads out the charges accumulated in the photoelectric conversion element 2 to the vertical transfer means 4. The vertical transfer means 4 is driven by vertical drive pulses V 1 to V 4 applied via the vertical drive wiring 7, and transfers the read charges to the horizontal transfer means 5. The horizontal transfer means 5 is driven by horizontal drive pulses H 1 and H 2 applied via the horizontal drive wiring 8, and transfers charges to the output unit 6. The output unit 6 converts the transferred charge from current to voltage and outputs the voltage.

実施の形態1における固体撮像装置及びその駆動方法の第1の動作モードを、図3から図8を用いて詳細に説明する。本実施の形態における第1の動作モードは、電荷を読み出す光電変換素子の列を間引くものである。すなわち、複数列からなる光電変換素子の組のなかから、1列のみの電荷を読み出す動作モードである。なお、本実施の形態では、光電変換素子2を3列単位で組分けし、それぞれを光電変換素子2a、2b、2cとする。また、それぞれの光電変換素子に対応する読出しゲート、垂直転送手段、読出し用配線も、それぞれ読出しゲート3a、3b、3c、垂直転送手段4a、4b、4c、読出し用配線9a、9b、9cとする。   The first operation mode of the solid-state imaging device and the driving method thereof according to Embodiment 1 will be described in detail with reference to FIGS. The first operation mode in this embodiment is to thin out columns of photoelectric conversion elements that read out electric charges. In other words, this is an operation mode in which charges in only one column are read out from a set of photoelectric conversion elements including a plurality of columns. In the present embodiment, the photoelectric conversion elements 2 are grouped in units of three columns, and are referred to as photoelectric conversion elements 2a, 2b, and 2c. The readout gate, vertical transfer means, and readout wiring corresponding to each photoelectric conversion element are also designated as readout gates 3a, 3b, 3c, vertical transfer means 4a, 4b, 4c, and readout wirings 9a, 9b, 9c, respectively. .

また、2相駆動の水平転送手段5は、3列単位で組分けされた垂直転送手段4に対応した構造となっており、水平転送手段5aには水平駆動パルスH1が、水平転送手段5bには水平駆動パルスH2が、それぞれ印加される。そして、垂直転送手段4a、4bから読み出された電荷は、水平駆動パルスH1が印加される水平転送手段5aに転送され、垂直転送手段4cから読み出された電荷は、水平駆動パルスH2が印加される水平転送手段5bに転送される。すなわち、2相駆動である水平転送手段5は、3列の垂直転送手段に対し、2つの転送部を有する構造となる。   The two-phase driving horizontal transfer means 5 has a structure corresponding to the vertical transfer means 4 grouped in units of three columns, and the horizontal transfer means 5a receives a horizontal drive pulse H1 and the horizontal transfer means 5b. The horizontal drive pulse H2 is applied respectively. The charges read from the vertical transfer means 4a and 4b are transferred to the horizontal transfer means 5a to which the horizontal drive pulse H1 is applied, and the charges read from the vertical transfer means 4c are applied to the horizontal drive pulse H2. Is transferred to the horizontal transfer means 5b. That is, the horizontal transfer means 5 which is a two-phase drive has a structure having two transfer units with respect to the three columns of vertical transfer means.

まず、被写体からの入射光量に応じた電荷21が、光電変換素子2に蓄積される。なお図3において、光電変換素子2上に記載されているR、G、Bはそれぞれ赤、緑、青のカラーフィルタの色を意味している。したがって、それぞれの光電変換素子2において、各色に対応した電荷21が光電変換素子2に蓄積される。   First, the charge 21 corresponding to the amount of incident light from the subject is accumulated in the photoelectric conversion element 2. In FIG. 3, R, G, and B described on the photoelectric conversion element 2 mean colors of red, green, and blue color filters, respectively. Accordingly, in each photoelectric conversion element 2, charges 21 corresponding to the respective colors are accumulated in the photoelectric conversion element 2.

次に、読出しゲート3のうち、読出し配線用配線9aと接続された読出しゲート3aに、この読出し用配線9aを介して読出しパルスTG1が印加される。これにより、光電変換素子2aに蓄積されている電荷21が垂直転送手段4aに読み出される。この動作を図4に示す。なお、垂直転送手段4は、各光電変換素子2に対応するCCDにより構成されているが、垂直転送手段4の構造は本発明の内容と直接的な関係がないので、その詳細については省略している。   Next, the readout pulse TG1 is applied to the readout gate 3a connected to the readout wiring 9a in the readout gate 3 through the readout wiring 9a. As a result, the charge 21 accumulated in the photoelectric conversion element 2a is read out to the vertical transfer means 4a. This operation is shown in FIG. Although the vertical transfer means 4 is constituted by a CCD corresponding to each photoelectric conversion element 2, the structure of the vertical transfer means 4 is not directly related to the contents of the present invention, and the details thereof are omitted. ing.

光電変換素子2aに蓄積されていた電荷21が垂直転送手段4aに読み出された後、垂直駆動用配線7を介し垂直転送手段4に垂直駆動パルスV1からV4がそれぞれ印加され、電荷21が水平転送手段5aに順次転送されていく。この動作を図5に示す。なお、垂直駆動パルスV1からV4は、全ての列の垂直転送手段4aから4cに印加されるが、光電変換素子2b、および2cからは蓄積電荷21が読み出されていない。したがって、垂直転送手段4b、および4cは空の転送を行うだけであり、これらに垂直駆動パルスV1からV4が印加されても、光電変換素子2aから読み出された電荷21の転送には影響を与えない。   After the charge 21 accumulated in the photoelectric conversion element 2a is read out to the vertical transfer means 4a, the vertical drive pulses V1 to V4 are respectively applied to the vertical transfer means 4 through the vertical drive wiring 7 so that the charges 21 are horizontal. The data is sequentially transferred to the transfer means 5a. This operation is shown in FIG. Note that the vertical drive pulses V1 to V4 are applied to the vertical transfer units 4a to 4c of all the columns, but the accumulated charges 21 are not read from the photoelectric conversion elements 2b and 2c. Accordingly, the vertical transfer means 4b and 4c only perform empty transfer, and even if the vertical drive pulses V1 to V4 are applied to them, the transfer of the electric charges 21 read from the photoelectric conversion element 2a is affected. Don't give.

1行分の電荷21が水平転送手段5aに転送された後、水平駆動配線8a、8bを介し水平転送手段出力部5a、5bに水平駆動パルスH1、H2がそれぞれ印加され、電荷21が出力部6に転送される。出力部6は、転送されてきた電荷21を電圧に変換し、出力する。この動作を図6に示す。   After the charge 21 for one row is transferred to the horizontal transfer means 5a, the horizontal drive pulses H1 and H2 are respectively applied to the horizontal transfer means output portions 5a and 5b via the horizontal drive wirings 8a and 8b, and the charge 21 is output to the output portion. 6 is transferred. The output unit 6 converts the transferred charge 21 into a voltage and outputs it. This operation is shown in FIG.

1行分の電荷21の転送が終了した後、再度、垂直駆動パルスV1からV4が垂直転送手段4に印加され、さらに1行分の電荷21が水平転送手段5aに転送される。そして、電荷21が水平転送手段5から出力部6に転送される。この動作を繰り返すことにより、図7に示すように、光電変換素子2aから読み出された電荷21がすべて出力部6に転送される。読み出したすべての電荷21の転送が終了した後、基板にオーバーフロードレインパルスOFDパルス10が印加される。これにより、光電変換素子2b及び2cに残された電荷21が基板上から排出され、すべての光電変換素子2aから2cから電荷21が失われる。   After the transfer of the charge 21 for one row is completed, the vertical drive pulses V1 to V4 are again applied to the vertical transfer means 4, and the charge 21 for one row is transferred to the horizontal transfer means 5a. Then, the charge 21 is transferred from the horizontal transfer means 5 to the output unit 6. By repeating this operation, all the charges 21 read from the photoelectric conversion element 2a are transferred to the output unit 6 as shown in FIG. After the transfer of all the read charges 21 is completed, an overflow drain pulse OFD pulse 10 is applied to the substrate. As a result, the charge 21 left in the photoelectric conversion elements 2b and 2c is discharged from the substrate, and the charge 21 is lost from all the photoelectric conversion elements 2a to 2c.

図8に、フレームごとに出力されるVD信号、出力される画像データDATA、及び読出しパルスTGとの関係を示す。図8に示すように、各VD信号間、すなわち各フレームにおいて、読出しパルスTG1の印加され、光電変換素子2aに蓄積されていた電荷を読み出すことにより、1フレームの画像データが形成される。したがって、全画素の電荷を読み出した場合と比較して、画像データの大きさ消費電力が約1/3となり、フレームレートは3倍となる。つまり、画像サイズが小さくてもよい場合や、高いフレームレートが必要となるモニタリングモードの場合は、本実施の形態における第1の動作モードを用いることにより、これらの要求に対応した撮像、モニタが可能となる。また、水平転送手段5を1列ごとの垂直転送手段に対応する構造ではなく、3列毎の垂直転送手段に対応する構造にしたので、水平転送手段における電荷の転送回数、および転送周波数が減り、消費電力を削減することが可能となる。   FIG. 8 shows the relationship between the VD signal output for each frame, the output image data DATA, and the readout pulse TG. As shown in FIG. 8, between each VD signal, that is, in each frame, a readout pulse TG1 is applied, and the charges accumulated in the photoelectric conversion element 2a are read out to form one frame of image data. Therefore, compared with the case where the charges of all the pixels are read, the power consumption of the image data is about 1/3, and the frame rate is tripled. In other words, when the image size may be small or when the monitoring mode requires a high frame rate, the first operation mode according to the present embodiment is used to capture and monitor these requirements. It becomes possible. In addition, since the horizontal transfer means 5 is structured not to correspond to the vertical transfer means for every column but to the vertical transfer means for every three columns, the number of charges transferred in the horizontal transfer means and the transfer frequency are reduced. It becomes possible to reduce power consumption.

すなわち、従来の固定撮像素子では、M列の垂直転送手段に対し、各列毎に2つの転送部を備えた2相の水平転送手段を有する構造となっていたので、全体として2Mの転送部が必要であった。しかし、本実施の形態で説明した構造であれば、全体として2/3*Mの転送部でよいので、電荷の転送回数等を減らすことができる。   In other words, the conventional fixed imaging device has a structure having two-phase horizontal transfer means provided with two transfer units for each column with respect to M columns of vertical transfer means. Was necessary. However, if the structure described in this embodiment mode is used, a transfer unit of 2/3 * M is sufficient as a whole, so that the number of times of charge transfer can be reduced.

次に、実施の形態1に係る固体撮像装置及びその駆動方法における第2の動作モードを、図9から図18を用いて詳細に説明する。第2の動作モードは、光電変換素子2に蓄積された電荷をすべて読み出すモードである。   Next, the second operation mode in the solid-state imaging device and the driving method thereof according to Embodiment 1 will be described in detail with reference to FIGS. The second operation mode is a mode for reading all charges accumulated in the photoelectric conversion element 2.

まず、被写体からの入射光量に応じた電荷21が、光電変換素子2に蓄積される動作は第1の動作モードと同じである。また、図9に示すように、読出しゲート3aに読出し用配線9aを介してTG1が印加され、光電変換素子2aに蓄積されている電荷21が垂直転送手段4aに読み出される動作も、第1の動作モードと同じである。さらに、図10、図11に示すように、垂直転送手段4に垂直駆動パルスV1からV4がそれぞれ印加され、1行分の電荷21が水平転送手段5aに順次転送される動作、水平転送手段5a、5bに水平駆動パルスH1、H2がそれぞれ印加され、電荷21が出力部6に転送される動作、出力部6において電荷21を電圧に変換し出力する動作、さらに、これら一連の動作を繰り返し、光電変換素子2aから読み出した電荷21のすべてが転送する動作も、第1の動作モードと同様である。   First, the operation in which the charge 21 corresponding to the amount of incident light from the subject is accumulated in the photoelectric conversion element 2 is the same as in the first operation mode. Further, as shown in FIG. 9, TG1 is applied to the readout gate 3a via the readout wiring 9a, and the operation in which the charge 21 stored in the photoelectric conversion element 2a is read out to the vertical transfer means 4a is also the first operation. It is the same as the operation mode. Further, as shown in FIGS. 10 and 11, the vertical transfer pulses V1 to V4 are respectively applied to the vertical transfer means 4 and the charges 21 for one row are sequentially transferred to the horizontal transfer means 5a, the horizontal transfer means 5a. The horizontal drive pulses H1 and H2 are respectively applied to 5b and the operation of transferring the charge 21 to the output unit 6, the operation of converting the charge 21 into a voltage at the output unit 6 and outputting, and the series of operations are repeated. The operation of transferring all the charges 21 read from the photoelectric conversion element 2a is the same as in the first operation mode.

次に、光電変換素子2bに蓄積された電荷21を読み出す。すなわち、読出し配線用配線9bと接続された読出しゲート3bに、この読出し用配線9bを介して読出しパルスTG2が印加される。これにより、光電変換素子2bに蓄積されている電荷21が垂直転送手段4bに転送される。この動作を図12に示す。さらに、垂直転送手段4に垂直駆動パルスV1からV4がそれぞれ印加され、垂直転送手段4bに読み出された電荷21が水平転送手段5aに順次転送されていく。この動作を図13に示す。1行分の電荷21が水平転送手段5aに転送された後、水平転送手段出力部5に水平駆動パルスH1、H2がそれぞれ印加され、電荷21が出力部6に転送される。出力部6は、転送されてきた電荷21を電圧に変換し、出力する。1行分の電荷21の転送が終了した後、これら一連の動作を繰り返し、光電変換素子2bから読み出した電荷21のすべてを出力部6に転送し、出力部6から電圧出力される。図14に、光電変換素子2bから読み出された電荷21が、すべて転送された状態を示す。   Next, the charge 21 accumulated in the photoelectric conversion element 2b is read out. That is, the readout pulse TG2 is applied to the readout gate 3b connected to the readout wiring 9b through the readout wiring 9b. Thereby, the electric charge 21 accumulated in the photoelectric conversion element 2b is transferred to the vertical transfer means 4b. This operation is shown in FIG. Further, vertical drive pulses V1 to V4 are respectively applied to the vertical transfer means 4, and the charges 21 read out to the vertical transfer means 4b are sequentially transferred to the horizontal transfer means 5a. This operation is shown in FIG. After the charge 21 for one row is transferred to the horizontal transfer means 5 a, horizontal drive pulses H 1 and H 2 are applied to the horizontal transfer means output section 5, and the charges 21 are transferred to the output section 6. The output unit 6 converts the transferred charge 21 into a voltage and outputs it. After the transfer of the charge 21 for one row is completed, a series of these operations are repeated, and all of the charge 21 read from the photoelectric conversion element 2 b is transferred to the output unit 6, and a voltage is output from the output unit 6. FIG. 14 shows a state where all the charges 21 read from the photoelectric conversion element 2b have been transferred.

さらに、上記で説明した作業と同様、図15、図16に示すように、光電変換素子2cからの電荷21の読出し、垂直転送手段4cによる水平転送手段5bへの電荷21の転送、水平転送手段5による電荷21の転送、出力部6による電圧出力が行われる。図17に、光電変換素子2cから読み出された電荷21が、全て転送された状態を示す。なお、光電変換素子2cから電荷21を読み出す前に、すでに光電変換素子2a、2bから電荷21が読み出されているので、図17に示す状態では、すべての光電変換素子2において電荷21は存在しない。   Further, as in the work described above, as shown in FIGS. 15 and 16, the reading of the charge 21 from the photoelectric conversion element 2c, the transfer of the charge 21 to the horizontal transfer means 5b by the vertical transfer means 4c, and the horizontal transfer means 5 is transferred, and the output unit 6 outputs a voltage. FIG. 17 shows a state where all the charges 21 read from the photoelectric conversion element 2c have been transferred. In addition, since the charge 21 has already been read from the photoelectric conversion elements 2a and 2b before the charge 21 is read from the photoelectric conversion element 2c, the charge 21 is present in all the photoelectric conversion elements 2 in the state shown in FIG. do not do.

図18に、フレームごとに出力される映像信号のVD信号と、出力されるデータ信号DATAとの関係を示す。VD信号間、すなわち1フレームにおいて、まず、読出しパルスTG1が印加されることにより、光電変換素子2aに蓄積されていた電荷が読み出され、全画面データの1/3の画像データを得る。次に、読出しパルスTG2が印加され光電変換素子2bに蓄積されていた電荷が読み出され、最後に読出しパルスTG3が印加され光電変換素子2cに蓄積されていた電荷が読み出される。そして、読み出された各画像データを用い、全画面の画像データを得ることができる。   FIG. 18 shows the relationship between the video signal VD signal output for each frame and the output data signal DATA. First, a read pulse TG1 is applied between the VD signals, that is, in one frame, whereby the charges accumulated in the photoelectric conversion element 2a are read, and image data that is 1/3 of the entire screen data is obtained. Next, the read pulse TG2 is applied and the charge accumulated in the photoelectric conversion element 2b is read out. Finally, the read pulse TG3 is applied and the charge accumulated in the photoelectric conversion element 2c is read out. Then, it is possible to obtain full-screen image data using each read image data.

このように、本実施の形態1に係る固体撮像装置は、第2の動作モードを用いることにより、全画面サイズを得ることも可能となる。すなわち、第1の動作モードと第2の動作モードを使い分けることにより、高いフレームレートが要求されるモニタリングモード時の撮像と、高精細画像の撮像とが可能となる。   As described above, the solid-state imaging device according to the first embodiment can obtain the full screen size by using the second operation mode. That is, by properly using the first operation mode and the second operation mode, it is possible to perform imaging in the monitoring mode where a high frame rate is required and imaging of a high-definition image.

さらに、第1の動作モードの使用時には、高いフレームレートの撮像が可能となるとともに、消費電力を抑制した撮像を行うことができる。   Furthermore, when the first operation mode is used, imaging at a high frame rate is possible, and imaging with reduced power consumption can be performed.

なお、本実施の形態では、垂直転送手段4bは、水平転送手段5aに電荷21を転送していたが、水平転送手段5bに電荷を転送する構造としてもよい。
また、水平転送手段を3列の垂直転送手段に対応した構造としたが、これに限られるものではない。すなわち、電荷を読み出す垂直転送手段の間引き数を変え、例えば2列毎、または4列以上毎に1列とし、水平転送手段の構造をこの間引き数に対応させることも可能である。
さらに、本実施の形態では、垂直転送手段は垂直駆動パルスV1からV4の4相により駆動されているが、これに限られるものではなく、3相以下、または5相以上であってもよい。
In the present embodiment, the vertical transfer means 4b transfers the charge 21 to the horizontal transfer means 5a, but it may have a structure for transferring the charge to the horizontal transfer means 5b.
Further, although the horizontal transfer means has a structure corresponding to three columns of vertical transfer means, the present invention is not limited to this. That is, it is possible to change the thinning number of the vertical transfer means for reading out charges, for example, one column every two columns or every four or more columns, and the structure of the horizontal transfer means can correspond to this thinning number.
Furthermore, in the present embodiment, the vertical transfer means is driven by four phases of vertical drive pulses V1 to V4, but is not limited to this, and may be three phases or less, or five phases or more.

実施の形態2.
本実施の形態では、実施の形態1で説明した固体撮像装置と比較して、以下の2点が異なる固体撮像装置およびその駆動方法について説明する。すなわち、実施の形態1では、垂直駆動用配線7は、すべての垂直駆動手段4に接続されていたが、本実施の形態では、垂直駆動用配線が、各列の光電変換素子2a、2b、2cに対応するように、それぞれ垂直駆動用配線7a、7b、7cとして構成されている。また、実施の形態1では、読出し用配線9が各列の読出しゲート3a、3b、3cに対応するように読出し用配線9a、9b、9cとして構成され、それぞれ各列の読出しゲート3a、3b、3cに接続されていたが、本実施の形態では、すべての読出しゲート3に接続されている。
Embodiment 2. FIG.
In the present embodiment, a solid-state imaging device and a driving method thereof that are different from the solid-state imaging device described in the first embodiment in the following two points will be described. That is, in the first embodiment, the vertical drive wiring 7 is connected to all the vertical drive means 4, but in this embodiment, the vertical drive wiring is connected to the photoelectric conversion elements 2a, 2b, The vertical drive wirings 7a, 7b, and 7c are configured to correspond to 2c, respectively. In the first embodiment, the readout wiring 9 is configured as the readout wirings 9a, 9b, 9c so as to correspond to the readout gates 3a, 3b, 3c in each column, and the readout gates 3a, 3b, 9c in each column, respectively. Although connected to 3c, in the present embodiment, it is connected to all the read gates 3.

次に、図19、図20を用いて、本実施の形態に係る固体撮像装置、及びその駆動方法の概略について説明する。図19は、実施の形態2における固体撮像装置を駆動するためのシステムの構成図、図20は、実施の形態2における固体撮像装置の構造を示す図である。   Next, the outline of the solid-state imaging device according to the present embodiment and the driving method thereof will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a configuration diagram of a system for driving the solid-state imaging device according to the second embodiment, and FIG. 20 is a diagram illustrating a structure of the solid-state imaging device according to the second embodiment.

図19において、実施の形態1と同様、TG11は、固体撮像素子1を駆動する駆動パルスを発生する機能を有している。TG11で発生された駆動パルスのうち、固体撮像素子1を直接駆動することができる水平駆動パルスH1、H2は、そのまま固体撮像素子1に入力される。一方、TG11で発生された駆動パルスのうち、高い電圧や負の電圧が必要な、垂直駆動パルスVAI1からVAI4、VBI1からVBI4、及びVCI1からVCI4、読出しパルスTGIは、一旦、Vドライバ12に入力され、必要な電圧に変換され、それぞれ垂直駆動パルスVA1からVA4、VB1からVB4、VCI1からVCI4、読出しパルスTG1となった後、固体撮像素子1に入力される。   In FIG. 19, the TG 11 has a function of generating a driving pulse for driving the solid-state imaging device 1 as in the first embodiment. Of the drive pulses generated by the TG 11, horizontal drive pulses H 1 and H 2 that can directly drive the solid-state image sensor 1 are input to the solid-state image sensor 1 as they are. On the other hand, among the drive pulses generated by TG11, vertical drive pulses VAI1 to VAI4, VBI1 to VBI4, VCI1 to VCI4, and read pulse TGI, which require a high voltage or a negative voltage, are once input to V driver 12. After being converted into necessary voltages and converted into vertical drive pulses VA1 to VA4, VB1 to VB4, VCI1 to VCI4, and a readout pulse TG1, respectively, they are input to the solid-state imaging device 1.

図20に示す固体撮像素子1内の構造は、上記で説明したように、垂直駆動配線7と読出し用配線9の構造が異なる以外、実施の形態1と同じであるので、詳細な説明は省略する。以下、実施の形態2における固体撮像装置及びその駆動方法の第1の動作モードを、図21から図27を用いて詳細に説明する。なお、実施の形態1と同様、本実施の形態における第1の動作モードも、電荷を読み出す光電変換素子の列を間引くものである。すなわち、複数列からなる光電変換素子の組のなかから、1列のみの電荷を読み出す動作モードである。   The structure in the solid-state imaging device 1 shown in FIG. 20 is the same as that of the first embodiment except that the structures of the vertical drive wiring 7 and the readout wiring 9 are different as described above. To do. Hereinafter, the first operation mode of the solid-state imaging device and the driving method thereof according to Embodiment 2 will be described in detail with reference to FIGS. Note that, as in the first embodiment, the first operation mode in this embodiment also thins out the columns of photoelectric conversion elements from which charges are read. In other words, this is an operation mode in which charges in only one column are read out from a set of photoelectric conversion elements including a plurality of columns.

まず、被写体からの入射光量に応じた電荷21が、光電変換素子2に蓄積される。電荷21が光電変換素子2に蓄積された状態を図21に示す。   First, the charge 21 corresponding to the amount of incident light from the subject is accumulated in the photoelectric conversion element 2. FIG. 21 shows a state where the charges 21 are accumulated in the photoelectric conversion element 2.

次に、読出し用配線9を介して、読出しゲート3に読出しパルスTGが印加される。これにより、すべての光電変換素子2に蓄積されている電荷21が垂直転送手段4に読み出される。この動作を図22に示す。   Next, a read pulse TG is applied to the read gate 3 via the read wiring 9. Thereby, the charges 21 accumulated in all the photoelectric conversion elements 2 are read out to the vertical transfer means 4. This operation is shown in FIG.

光電変換素子2に蓄積されていた電荷21が垂直転送手段4に読み出された後、垂直駆動用配線7aを介し、垂直転送手段4aに垂直駆動パルスVA1からVA4がそれぞれ印加され、垂直転送手段4aに読み出されていた電荷21が水平転送手段5aに順次転送されていく。この動作を図23に示す。   After the charges 21 accumulated in the photoelectric conversion element 2 are read out to the vertical transfer means 4, the vertical drive pulses VA1 to VA4 are respectively applied to the vertical transfer means 4a via the vertical drive wiring 7a. The charges 21 read out to 4a are sequentially transferred to the horizontal transfer means 5a. This operation is shown in FIG.

1行分の電荷21が水平転送手段5aに転送された後、水平駆動配線8a、8bを介し水平転送手段出力部5a、5bに水平駆動パルスH1、H2がそれぞれ印加され、電荷21が出力部6に転送される。出力部6は、転送されてきた電荷21を電圧に変換し、出力する。この動作を図24に示す。   After the charge 21 for one row is transferred to the horizontal transfer means 5a, the horizontal drive pulses H1 and H2 are respectively applied to the horizontal transfer means output portions 5a and 5b via the horizontal drive wirings 8a and 8b, and the charge 21 is output to the output portion. 6 is transferred. The output unit 6 converts the transferred charge 21 into a voltage and outputs it. This operation is shown in FIG.

1行分の電荷21の転送が終了した後、再度、さらに垂直駆動パルスVA1からVA4が垂直転送手段4aに印加され、さらに1行分の電荷21が水平転送手段5aに転送される。そして、電荷21が水平転送手段5から出力部6に転送される。この動作を繰り返すことにより、図25に示すように、光電変換素子2aから読み出された電荷21がすべて出力部6に転送される。第1の動作モードでは、光電変換素子2aから読み出された電荷により画像データが形成される。   After the transfer of the charge 21 for one row is completed, the vertical drive pulses VA1 to VA4 are again applied to the vertical transfer means 4a, and the charge 21 for one row is transferred to the horizontal transfer means 5a. Then, the charge 21 is transferred from the horizontal transfer means 5 to the output unit 6. By repeating this operation, all the charges 21 read from the photoelectric conversion element 2a are transferred to the output unit 6, as shown in FIG. In the first operation mode, image data is formed by the charges read from the photoelectric conversion element 2a.

次に、光電変換素子2b、2cから読み出された電荷の転送について説明する。光電変換素子2b、2cから読み出された電荷は、画像データの形成には用いられない。まず、垂直駆動用配線7b、7cを介し、垂直転送手段4bに垂直駆動パルスVB1からVB4が、垂直転送手段4cに垂直駆動パルスVC1からVBCが、それぞれ印加される。そして、垂直転送手段4bに読み出されていた電荷21が水平転送手段5aに、垂直転送手段4cに読み出されていた電荷21が水平転送手段5bにそれぞれ順次転送されていく。この動作を図26に示す。   Next, transfer of charges read from the photoelectric conversion elements 2b and 2c will be described. The charges read from the photoelectric conversion elements 2b and 2c are not used for forming image data. First, the vertical drive pulses VB1 to VB4 are applied to the vertical transfer means 4b and the vertical drive pulses VC1 to VCC are applied to the vertical transfer means 4c via the vertical drive wirings 7b and 7c, respectively. Then, the charges 21 read out to the vertical transfer means 4b are sequentially transferred to the horizontal transfer means 5a, and the charges 21 read out to the vertical transfer means 4c are sequentially transferred to the horizontal transfer means 5b. This operation is shown in FIG.

図26に示すように、水平転送手段5には2列の垂直転送手段4b、4cから読み出された電荷が同じタイミングで転送されてくる。したがって、水平転送手段5a、5bに電荷が存在することとなり、それぞれの垂直転送手段から転送されてきた電荷が混合してしまう混色という現象を起こしてしまう。しかし、画像データを形成する際、垂直転送手段4b、4cにより転送された電荷は用いられないので、特に問題とはならない。   As shown in FIG. 26, the charges read from the two vertical transfer means 4b and 4c are transferred to the horizontal transfer means 5 at the same timing. Therefore, charges are present in the horizontal transfer means 5a and 5b, causing a phenomenon of color mixing in which the charges transferred from the respective vertical transfer means are mixed. However, when the image data is formed, the charges transferred by the vertical transfer means 4b and 4c are not used, so that there is no particular problem.

図27に、フレームごとに出力されるVD信号、出力される画像データDATA、及び読出しパルスTGとの関係を示す。図27に示すように、各VD信号間、すなわち各フレームにおいて、まず、読出しパルスTGが印加され、光電変換素子2に蓄積されていた電荷を読み出す。次に、垂直転送手段4aにのみ垂直駆動パルスVA1からVA4を印加することにより、1フレームの画像データが形成される。この画像データは、全画素の電荷を読み出した場合の約1/3の大きさとなる。したがって、画像サイズが小さくてもよい場合や、高いフレームレートが必要となるモニタリングモードの場合は、本実施の形態における第1の動作モードを用いることにより、これらの要求に対応した撮像が可能となる。また、水平転送手段5を1列ごとの垂直転送手段に対応する構造ではなく、3列毎の垂直転送手段に対応する構造にしたので、水平転送手段における電荷の転送回数、および転送周波数が減り、消費電力を削減することが可能となる。   FIG. 27 shows the relationship between the VD signal output for each frame, the output image data DATA, and the readout pulse TG. As shown in FIG. 27, between each VD signal, that is, in each frame, first, a read pulse TG is applied to read out charges accumulated in the photoelectric conversion element 2. Next, by applying vertical drive pulses VA1 to VA4 only to the vertical transfer means 4a, one frame of image data is formed. This image data has a size of about 1/3 when the charges of all the pixels are read out. Therefore, when the image size may be small or in the monitoring mode that requires a high frame rate, the first operation mode in the present embodiment can be used to perform imaging corresponding to these requirements. Become. In addition, since the horizontal transfer means 5 is structured not to correspond to the vertical transfer means for every column but to the vertical transfer means for every three columns, the number of charges transferred in the horizontal transfer means and the transfer frequency are reduced. It becomes possible to reduce power consumption.

つまり、垂直転送手段4b、4cから転送された電荷は画像データとして用いられないので、これらをまとめて転送することにより、全画面データを読み出した場合と比較して電荷読出し時間が約2/3となる。   That is, since the charges transferred from the vertical transfer means 4b and 4c are not used as image data, the charge read time is about 2/3 as compared with the case of reading the full screen data by transferring them together. It becomes.

次に、実施の形態2に係る固体撮像装置及びその駆動方法における第2の動作モードを、図28から図35を用いて詳細に説明する。第2の動作モードは、光電変換素子2に蓄積された電荷をすべて読み出すモードである。   Next, the second operation mode in the solid-state imaging device and the driving method thereof according to Embodiment 2 will be described in detail with reference to FIGS. The second operation mode is a mode for reading all charges accumulated in the photoelectric conversion element 2.

まず、被写体からの入射光量に応じた電荷21が光電変換素子2に蓄積される動作は、第1の動作モードと同じである。また、図28に示すように、読出しゲート3に読出し用配線9を介してTGが印加され、光電変換素子2に蓄積されている電荷21が垂直転送手段4に読み出される動作も、第1の動作モードと同じである。さらに、図29、図30に示すように、垂直転送手段4aに垂直駆動パルスVA1からVA4がそれぞれ印加され、1行分の電荷21が水平転送手段5に順次転送される動作、水平転送手段出力部5a、5bに水平駆動パルスH1、H2がそれぞれ印加され、電荷21が出力部6に転送される動作、出力部6において電荷21を電圧に変換し出力する動作、さらに、これら一連の動作を繰り返し、垂直転送手段4aに読み出された電荷21のすべてが転送する動作も、第1の動作モードと同様である。 First, the operation in which the electric charge 21 corresponding to the amount of incident light from the subject is accumulated in the photoelectric conversion element 2 is the same as in the first operation mode. As shown in FIG. 28, the operation in which TG is applied to the readout gate 3 via the readout wiring 9 and the charge 21 stored in the photoelectric conversion element 2 is read out to the vertical transfer means 4 is also the first operation. It is the same as the operation mode. Further, as shown in FIGS. 29 and 30, the vertical drive pulses VA1 to VA4 are respectively applied to the vertical transfer means 4a, and the charge 21 for one row is sequentially transferred to the horizontal transfer means 5, and the horizontal transfer means output. The horizontal drive pulses H1 and H2 are respectively applied to the units 5a and 5b, and the operation of transferring the charge 21 to the output unit 6, the operation of converting the charge 21 into a voltage at the output unit 6 and outputting, and the series of operations The operation of repeatedly transferring all the charges 21 read to the vertical transfer means 4a is the same as in the first operation mode.

次に、垂直転送手段4bに読み出された電荷21を水平転送手段5aに転送する。すなわち、垂直駆動用配線7bと接続された垂直転送手段4bに、この垂直駆動用配線7bを介して垂直駆動パルスVB1からVB4が印加される。これにより、垂直転送手段4bに読み出されていた電荷21が水平転送手段5aに順次転送されていく。この動作を図31に示す。1行分の電荷21が水平転送手段5aに転送された後、水平転送手段出力部5に水平駆動パルスH1、H2がそれぞれ印加され、電荷21が出力部6に転送される。出力部6は、転送されてきた電荷21を電圧に変換し、出力する。1行分の電荷21の転送が終了した後、これら一連の動作を繰り返し、光電変換素子2bから読み出した電荷21のすべてを出力部6に転送し、出力部6から電圧出力される。図32に、垂直転送手段4bに読み出されていた電荷21が、すべて転送された状態を示す。   Next, the electric charges 21 read by the vertical transfer means 4b are transferred to the horizontal transfer means 5a. That is, the vertical drive pulses VB1 to VB4 are applied to the vertical transfer means 4b connected to the vertical drive wiring 7b through the vertical drive wiring 7b. As a result, the charges 21 read out to the vertical transfer means 4b are sequentially transferred to the horizontal transfer means 5a. This operation is shown in FIG. After the charge 21 for one row is transferred to the horizontal transfer means 5 a, horizontal drive pulses H 1 and H 2 are applied to the horizontal transfer means output section 5, and the charges 21 are transferred to the output section 6. The output unit 6 converts the transferred charge 21 into a voltage and outputs it. After the transfer of the charge 21 for one row is completed, a series of these operations are repeated, and all of the charge 21 read from the photoelectric conversion element 2 b is transferred to the output unit 6, and a voltage is output from the output unit 6. FIG. 32 shows a state where all the charges 21 read out to the vertical transfer means 4b are transferred.

さらに、上記で説明した作業と同様、図33に示すように、垂直転送手段4cによる水平転送手段5bへの電荷21の転送、水平転送手段5による電荷21の転送、出力部6による電圧出力が行われる。図34に、垂直転送手段4cに読み出されていた電荷21が、全て転送された状態を示す。なお、垂直転送手段4cに読み出されていた電荷21を転送する前に、すでに垂直転送手段4a、4bに読み出されていた電荷21も転送されているので、図34に示す状態では、すべての垂直転送手段4において電荷21は存在しない。   Further, as in the operation described above, as shown in FIG. 33, the transfer of charges 21 to the horizontal transfer means 5b by the vertical transfer means 4c, the transfer of charges 21 by the horizontal transfer means 5, and the voltage output by the output unit 6 Done. FIG. 34 shows a state where all the charges 21 that have been read out to the vertical transfer means 4c have been transferred. Incidentally, since the charges 21 that have already been read out to the vertical transfer means 4a and 4b are also transferred before transferring the charges 21 that have been read out to the vertical transfer means 4c, in the state shown in FIG. There is no charge 21 in the vertical transfer means 4.

図35に、フレームごとに出力されるVD信号、出力される画像データDATA、及び読出しパルスTGとの関係を示す。図35に示すように、各VD信号間、すなわち各フレームにおいて、まず、読出しパルスTGが印加され、光電変換素子2に蓄積されていた電荷を読み出す。次に、垂直転送手段4aにのみ垂直駆動パルスVA1からVA4を印加することにより、全画面データの1/3の画像データを得る。次に、垂直駆動パルスVB1からVB4が印加され垂直転送手段4bに読み出されていた電荷が転送され、最後に垂直駆動パルスVC1からVC4が印加され垂直転送手段4cに読み出されていた電荷が転送される。そして、読み出された各画像データを用い、全画面の画像データを得ることができる。1フレームの画像データが形成される。   FIG. 35 shows the relationship between the VD signal output for each frame, the output image data DATA, and the readout pulse TG. As shown in FIG. 35, between each VD signal, that is, in each frame, first, a read pulse TG is applied, and the charge accumulated in the photoelectric conversion element 2 is read. Next, by applying vertical drive pulses VA1 to VA4 only to the vertical transfer means 4a, image data that is 1/3 of the entire screen data is obtained. Next, the charges read out to the vertical transfer means 4b are applied by applying the vertical drive pulses VB1 to VB4, and finally the charges read out to the vertical transfer means 4c are applied by applying the vertical drive pulses VC1 to VC4. Transferred. Then, it is possible to obtain full-screen image data using each read image data. One frame of image data is formed.

このように、本実施の形態2に係る固体撮像装置は、第2の動作モードを用いることにより、全画面サイズの撮像も可能となる。すなわち、第1の動作モードと第2の動作モードを使い分けることにより、高いフレームレートが要求されるモニタリングモード時の撮像と、高精細画像の撮像とが可能となる。   As described above, the solid-state imaging device according to the second embodiment can also capture a full screen size by using the second operation mode. That is, by properly using the first operation mode and the second operation mode, it is possible to perform imaging in the monitoring mode where a high frame rate is required and imaging of a high-definition image.

以上説明したように、本実施の形態に係る固体撮像装置も、垂直転送手段4に読み出す電荷21を列方向に間引き、水平転送手段を複数列の垂直転送手段に対応した構造とすることにより、消費電力を抑制した、高いフレームレートの撮像が可能となる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment also has a structure in which the charges 21 to be read out to the vertical transfer unit 4 are thinned out in the column direction, and the horizontal transfer unit has a structure corresponding to a plurality of columns of vertical transfer units. High frame rate imaging with reduced power consumption is possible.

なお、水平転送手段の構造、垂直転送手段の間引き方法、垂直転送手段の駆動方法が説明したものには限られない実施の形態1と同様である。   The structure of the horizontal transfer unit, the thinning method of the vertical transfer unit, and the driving method of the vertical transfer unit are not limited to those described in the first embodiment.

実施の形態3.
本実施の形態では、実施の形態1及び2で説明した固体撮像装置を備えるカメラについて説明する。図36は、実施の形態3におけるカメラの構成を示すブロック図である。
Embodiment 3 FIG.
In this embodiment, a camera including the solid-state imaging device described in Embodiments 1 and 2 will be described. FIG. 36 is a block diagram showing the configuration of the camera in the third embodiment.

この実施の形態3に係るカメラは、実施の形態1、2で説明したTG11、Vドライバ12、固体撮像素子1を備える。また、光学系30は固体撮像素子1上に被写体からの入射光を結像させる機能を有しており、信号処理回路31は、固体撮像素子1から出力された信号を処理し、処理後の信号を画像記録手段32と画像表示手段33とに出力する。また、モード設定手段34はこの実施の形態3に係るカメラ全体のタイミング制御を行うとともに、TG11に対し撮像モードの設定を行う。 The camera according to the third embodiment includes the TG 11, the V driver 12, and the solid-state imaging device 1 described in the first and second embodiments. Further, the optical system 30 has a function of forming incident light from a subject on the solid-state image sensor 1, and the signal processing circuit 31 processes a signal output from the solid-state image sensor 1, The signal is output to the image recording means 32 and the image display means 33. The mode setting unit 34 controls the timing of the entire camera according to the third embodiment and sets the imaging mode for the TG 11.

すなわち、モード設定手段34は、ユーザ、その他装置内部や外部からの指令により、静止画を撮像するモードと、撮像中の画像をモニターに映し出すモニタリングモードとが適宜選択され設定される。そしてモニタリングモードが設定された場合は、実施の形態1および2で説明した第1の動作モードにて固定撮像装置を動作させる。   That is, the mode setting unit 34 appropriately selects and sets a mode for capturing a still image and a monitoring mode for displaying the image being captured on a monitor in accordance with commands from the user and other devices inside and outside. When the monitoring mode is set, the fixed imaging device is operated in the first operation mode described in the first and second embodiments.

これにより、モニタリングモードにおいてフレームレートを落とすことなく、固定撮像装置を動作させることができ、さらに消費電力の削減が可能となる。   As a result, the fixed imaging device can be operated without reducing the frame rate in the monitoring mode, and the power consumption can be further reduced.

さらに、第2の動作モードを用いることにより、高精細な画像データを得ることが可能となる。   Furthermore, high-definition image data can be obtained by using the second operation mode.

実施の形態1における固体撮像装置を駆動するためのシステムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration of a system for driving a solid-state imaging device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における固体撮像装置の構造を示す図である。1 is a diagram illustrating a structure of a solid-state imaging device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における第1の動作モードを説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a first operation mode in the first embodiment. 実施の形態1における第1の動作モードを説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a first operation mode in the first embodiment. 実施の形態1における第1の動作モードを説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a first operation mode in the first embodiment. 実施の形態1における第1の動作モードを説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a first operation mode in the first embodiment. 実施の形態1における第1の動作モードを説明する説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a first operation mode in the first embodiment. 実施の形態1の第1の動作モードにおける各信号のタイミングを示す図である。6 is a diagram illustrating timing of each signal in the first operation mode of the first embodiment. FIG. 実施の形態1における第2の動作モードを説明する説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における第2の動作モードを説明する説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における第2の動作モードを説明する説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における第2の動作モードを説明する説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における第2の動作モードを説明する説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における第2の動作モードを説明する説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における第2の動作モードを説明する説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における第2の動作モードを説明する説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における第2の動作モードを説明する説明図である。6 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の第2の動作モードにおける各信号のタイミングを示す図である。6 is a diagram illustrating timing of each signal in the second operation mode of the first embodiment. FIG. 実施の形態2における固体撮像装置を駆動するためのシステムの構成を示すブロック図である。6 is a block diagram illustrating a configuration of a system for driving a solid-state imaging apparatus according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における固体撮像装置の構造を示す図である。6 is a diagram illustrating a structure of a solid-state imaging device according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における第1の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram for explaining a first operation mode in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における第1の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram for explaining a first operation mode in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における第1の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram for explaining a first operation mode in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における第1の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram for explaining a first operation mode in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における第1の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram for explaining a first operation mode in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における第1の動作モードを説明する説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a first operation mode in the second embodiment. 実施の形態2の第1の動作モードにおける各信号のタイミングを示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the timing of each signal in the first operation mode of the second embodiment. 実施の形態2における固体撮像装置の構造を示す図である。6 is a diagram illustrating a structure of a solid-state imaging device according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における第2の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode in the second embodiment. FIG. 実施の形態2における第2の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode in the second embodiment. FIG. 実施の形態2における第2の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode in the second embodiment. FIG. 実施の形態2における第2の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode in the second embodiment. FIG. 実施の形態2における第2の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode in the second embodiment. FIG. 実施の形態2における第2の動作モードを説明する説明図である。10 is an explanatory diagram illustrating a second operation mode in the second embodiment. FIG. 実施の形態2の第2の動作モードにおける各信号のタイミングを示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the timing of each signal in the second operation mode of the second embodiment. 実施の形態3におけるカメラの構成を示すブロック図である。10 is a block diagram illustrating a configuration of a camera according to Embodiment 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体撮像素子、2 光電変換素子、3 読出しゲート、4 垂直転送手段、5 水平転送手段、6 出力部、7 垂直駆動用配線、8 水平駆動用配線、9 読出し用配線、10 オーバーフロードレインパルス、11 タイミングジェネレータ、12 垂直転送用ドライバ、21 電荷   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state image sensor, 2 Photoelectric conversion element, 3 Read gate, 4 Vertical transfer means, 5 Horizontal transfer means, 6 Output part, 7 Vertical drive wiring, 8 Horizontal drive wiring, 9 Read wiring, 10 Overflow drain pulse, 11 Timing generator, 12 Vertical transfer driver, 21 Charge

Claims (9)

行列状に配置される複数の光電変換素子と、
当該光電変換素子の各列に対応して配置され、前記光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
前記垂直転送手段により転送された前記電荷を行方向に転送する2相駆動の水平転送手段と
を備え、
前記垂直転送手段は複数列毎に組分けされ、
当該複数列の中から選択された垂直転送手段のみが、前記電荷を転送するとともに、
前記2相駆動の水平転送手段は、前記垂直転送手段の複数列毎に対応した構造であること
を特徴とする固体撮像装置。
A plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix;
A vertical transfer means arranged corresponding to each column of the photoelectric conversion elements, and transferring charges read from the photoelectric conversion elements in a column direction;
Two-phase driving horizontal transfer means for transferring the charges transferred by the vertical transfer means in a row direction;
The vertical transfer means is grouped into a plurality of columns,
Only the vertical transfer means selected from the plurality of columns transfers the charge,
The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the two-phase driving horizontal transfer means has a structure corresponding to each of a plurality of columns of the vertical transfer means.
選択された垂直転送手段は、複数列毎に1列であること
を特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the selected vertical transfer means is one column for every plurality of columns.
水平転送手段による電荷の転送終了後、選択される垂直転送手段の列が切り替わること
を特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the column of the selected vertical transfer means is switched after the charge transfer by the horizontal transfer means is completed.
光電変換素子と、当該光電変換素子に対応する垂直転送手段とを接続する複数の読み出しゲートを備え、
複数列の中から選択された垂直転送手段に対応する読出しゲートのみに読出しパルスが印加され、当該読出しパルスが印加された読出しゲートに接続された光電変換素子のみから電荷が読み出されること
を特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
A plurality of readout gates for connecting the photoelectric conversion element and the vertical transfer means corresponding to the photoelectric conversion element,
A readout pulse is applied only to a readout gate corresponding to a vertical transfer means selected from a plurality of columns, and charges are read out only from photoelectric conversion elements connected to the readout gate to which the readout pulse is applied. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3.
複数列の中から選択された垂直転送手段にのみ、電荷を転送する垂直駆動パルスが印加されること
を特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a vertical drive pulse for transferring charges is applied only to a vertical transfer unit selected from a plurality of columns. 5.
行列状に配置される複数の光電変換素子と、
当該光電変換素子の各列に対応して配置され、前記光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
当該垂直転送手段の複数列毎に対応した構造であり、前記電荷を行方向に転送する2相駆動の水平転送手段と
を備える固体撮像装置を駆動する方法であって、
前記垂直転送手段を複数列毎に組分けする組分けステップと、
当該複数列の中から1列の垂直転送手段を選択する選択ステップと、
当該選択された垂直転送手段の列に対応する前記光電変換素子の列から電荷を読み出す読出しステップと
を備え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 elements arranged in a matrix;
A vertical transfer means arranged corresponding to each column of the photoelectric conversion elements, and transferring charges read from the photoelectric conversion elements in a column direction;
A method of driving a solid-state imaging device having a structure corresponding to each of a plurality of columns of the vertical transfer means, and a two-phase drive horizontal transfer means for transferring the charge in a row direction,
A grouping step of grouping the vertical transfer means into a plurality of columns;
A selection step of selecting one column of vertical transfer means from the plurality of columns;
And a reading step of reading out electric charges from the column of photoelectric conversion elements corresponding to the column of the selected vertical transfer means.
行列状に配置される複数の光電変換素子と、
当該光電変換素子の各列に対応して配置され、前記光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直転送手段と、
当該垂直転送手段の複数列毎に対応した構造であり、前記電荷を行方向に転送する2相駆動の水平転送手段と
を備える固体撮像装置を駆動する方法であって、
全ての前記光電変換素子から電荷を読み出す読出しステップと、
前記垂直転送手段を複数列毎に組分けする組分けステップと、
当該複数列の中から1列の垂直転送手段を選択する選択ステップと、
当該選択された垂直転送手段の列にのみ前記読み出された電荷を転送する垂直駆動パルスが印加される電荷転送ステップと
を備え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 elements arranged in a matrix;
A vertical transfer means arranged corresponding to each column of the photoelectric conversion elements, and transferring charges read from the photoelectric conversion elements in a column direction;
A method of driving a solid-state imaging device having a structure corresponding to each of a plurality of columns of the vertical transfer means, and a two-phase drive horizontal transfer means for transferring the charge in a row direction,
A reading step of reading charges from all the photoelectric conversion elements;
A grouping step of grouping the vertical transfer means into a plurality of columns;
A selection step of selecting one column of vertical transfer means from the plurality of columns;
And a charge transfer step in which a vertical drive pulse for transferring the read charges is applied only to the selected column of the vertical transfer means.
水平転送手段による電荷の転送終了後、選択される垂直転送手段の列を切り替える切替ステップ
を備えることを特徴とする請求項6または7に記載の固体撮像装置の駆動方法。
8. The method for driving a solid-state imaging device according to claim 6, further comprising a switching step of switching a column of the selected vertical transfer means after completion of charge transfer by the horizontal transfer means.
請求項1から5に記載の固体撮像装置を備えるカメラ。 A camera provided with the solid-state imaging device according to claim 1.
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