JP2007166112A - Drive method of solid-state imaging apparatus and solid-state imaging element, and electronic information equipment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduces a vertical transfer time in the vertical pixel interleaving read mode, with respect to a solid-state imaging element wherein its mode can be switched between a full pixel read mode and a vertical pixel interleaving read mode. <P>SOLUTION: The allocation of quadruple phase drive signals ϕ1 to ϕ4 supplied to vertical transfer gate electrodes is differentiated between the full pixel read mode (first mode) and the vertical pixel interleaving read mode (second mode). In the case of the first mode, the quadruple phase drive signal is allocated to each of four consecutive vertical transfer gates, and in the case of the second mode, the quadruple phase drive signal is allocated to four sets of the vertical transfer gates, each set comprising two consecutive gates so that the vertical transfer time in the second mode can be halved in comparison with the vertical transfer time in the first mode. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばインターライン・トランスファ方式CCDやフレームインターライン・トランスファ方式などの固体撮像素子を備えた固体撮像装置およびこの固体撮像素子の駆動方法、これを撮像部に用いた電子情報機器に関し、特に、全画素読み出しモードおよび垂直画素間引き読み出しモードなどの異なる読み出しモードによって光電変換手段から信号電荷を読み出すことを可能とする固体撮像素子を備えた固体撮像装置および固体撮像素子の駆動方法、これを撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device including a solid-state imaging device such as an interline transfer system CCD or a frame interline transfer system, a driving method of the solid-state imaging device, and an electronic information device using the solid-state imaging device in an imaging unit. In particular, a solid-state imaging device including a solid-state imaging device and a driving method for the solid-state imaging device capable of reading signal charges from the photoelectric conversion means in different readout modes such as an all-pixel readout mode and a vertical pixel thinning readout mode, The present invention relates to an electronic information device such as a digital video camera and a digital still camera used in an imaging unit, an image input camera, a scanner, a facsimile, a camera-equipped mobile phone device, and the like.

この種の従来のインターライン・トランスファ方式CCDなどの固体撮像素子では、受光した光(被写体光)を信号電荷に光電変換するためにフォトダイオードPDなどの光電変換手段(画素部)が2次元状でマトリックス状に複数配置され、垂直方向に並んだ各フォトダイオードPDに隣接して、各フォトダイオードPDからそれぞれ読み出された各信号電荷を垂直方向に順次電荷転送するための垂直転送部が設けられている。この垂直転送部によって垂直方向に電荷転送された各信号電荷は、この垂直転送部の端部に接続された水平転送部によって水平方向に電荷転送され、この水平転送部の端部に設けられた出力部から撮像信号として信号出力される。   In this type of conventional solid-state imaging device such as an interline transfer type CCD, photoelectric conversion means (pixel portion) such as a photodiode PD is two-dimensionally formed in order to photoelectrically convert received light (subject light) into signal charges. A vertical transfer unit for sequentially transferring each signal charge read from each photodiode PD in the vertical direction is provided adjacent to each photodiode PD arranged in a matrix and arranged in the vertical direction. It has been. Each signal charge transferred in the vertical direction by the vertical transfer unit is transferred in the horizontal direction by a horizontal transfer unit connected to the end of the vertical transfer unit, and provided at the end of the horizontal transfer unit. A signal is output from the output unit as an imaging signal.

このような従来の固体撮像素子において、全ての光電変換手段(画素部)から信号電荷を読み出すことによって、表示画面上に高精細なスチル(静止画)画像が得られるが、表示画面上に例えば動画画像などを表示させる場合には、さらに高速に読み出すことが要求される。このため、光電変換手段からの信号電荷を読み出す方法として、第1モードとしての全画素読み出しモードと、第2モードとしての垂直画素間引き読み出しモードとを切り替え可能とした固体撮像素子およびその駆動方法が、例えば特許文献1に開示されている。この垂直画素間引き読み出しモードとしては、例えば垂直方向に4画素並んだ各画素部中で、3画素を間引いて信号電荷を読み出す方法が挙げられる。例えばデジタルカメラにおいて、表示部の表示画素数が例えば36万画素とした場合に、表示部だけの表示であれば、36万画素分の撮像データでよい。この場合に、垂直画素間引き読み出しモードが用いられる。例えばシャッタが切られてスチル画像(静止画像)を得る場合には、画素数が多いほど高精細な画像となるので全画素読み出しモードが用いられる。   In such a conventional solid-state imaging device, a high-definition still (still image) image can be obtained on the display screen by reading signal charges from all the photoelectric conversion means (pixel units). When displaying a moving image or the like, it is required to read out at a higher speed. Therefore, as a method for reading signal charges from the photoelectric conversion means, there is a solid-state imaging device capable of switching between the all-pixel reading mode as the first mode and the vertical pixel thinning-out reading mode as the second mode, and a driving method thereof. For example, it is disclosed in Patent Document 1. As this vertical pixel thinning readout mode, for example, there is a method of reading out signal charges by thinning out three pixels in each pixel unit arranged in the vertical direction. For example, in a digital camera, if the number of display pixels of the display unit is, for example, 360,000 pixels, the imaging data for 360,000 pixels may be used if only the display unit is displayed. In this case, the vertical pixel thinning readout mode is used. For example, when the shutter is released to obtain a still image (still image), the higher the number of pixels, the higher the resolution of the image, and the all-pixel readout mode is used.

前述した全画素読み出しモードと垂直画素間引き読み出しモードを切り替え可能とした固体撮像素子の駆動方法を図5に示している。   FIG. 5 shows a driving method of the solid-state imaging device that can switch between the all-pixel reading mode and the vertical pixel thinning-out reading mode.

図5は、特許文献1に開示されている従来の固体撮像素子およびその駆動方法を説明するための図であって、(a)は、第1モードとして全画素読み出しモード時における固体撮像素子およびその駆動方法を示す模式図、(b)は、第2モードとして垂直画素間引き読み出しモード時における固体撮像素子およびその駆動方法を示す模式図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 and a driving method thereof. FIG. 5A is a diagram illustrating a solid-state imaging device in the all-pixel readout mode as a first mode. FIG. 5B is a schematic diagram showing the solid-state imaging device and the driving method thereof in the vertical pixel thinning readout mode as the second mode.

図5(a)および図5(b)において、従来の固体撮像素子はインターライン・トランスファ方式CCDであり、受光した光(被写体光)を信号電荷に変換するための光電変換手段(画素部)としてのフォトダイオードPDが2次元状でマトリックス状に複数配置され、垂直方向に並んだフォトダイオードPD1〜PD10にそれぞれ隣接して、各フォトダイオードPDから読み出された信号電荷を垂直方向に順次転送するための垂直転送部1が設けられている。この垂直転送部1には、垂直転送ゲート電極が垂直方向に並んでおり、各PDに対してそれぞれ連続する4枚の垂直転送ゲート電極V1、V2、V3およびV4が設けられている。この垂直転送部1によって電荷転送された信号電荷は、垂直転送部1の端部に接続された水平転送部2によって水平方向に転送され、水平転送部2の端部に設けられた出力部3から撮像信号が信号出力される。なお、図5では、フォトダイオードPDが垂直方向に10個しか並んでいないが、これは説明を簡略化するためであって通常は10個以上並んでいる。   5 (a) and 5 (b), the conventional solid-state imaging device is an interline transfer type CCD, and photoelectric conversion means (pixel unit) for converting received light (subject light) into signal charges. A plurality of photodiodes PD are arranged in a two-dimensional matrix, adjacent to the photodiodes PD1 to PD10 arranged in the vertical direction, and the signal charges read from the photodiodes PD are sequentially transferred in the vertical direction. For this purpose, a vertical transfer unit 1 is provided. In the vertical transfer portion 1, vertical transfer gate electrodes are arranged in the vertical direction, and four vertical transfer gate electrodes V1, V2, V3, and V4 are provided for each PD. The signal charge transferred by the vertical transfer unit 1 is transferred in the horizontal direction by the horizontal transfer unit 2 connected to the end of the vertical transfer unit 1, and the output unit 3 provided at the end of the horizontal transfer unit 2. The imaging signal is output from. In FIG. 5, only 10 photodiodes PD are arranged in the vertical direction, but this is for simplifying the description, and usually 10 or more photodiodes are arranged.

図5(a)に示す第1モードとしての全画素読み出しモード時には、垂直方向に並んだ全てのフォトダイオードPDで生成された各信号電荷が垂直転送部1に読み出される。   In the all-pixel readout mode as the first mode shown in FIG. 5A, each signal charge generated by all the photodiodes PD arranged in the vertical direction is read out to the vertical transfer unit 1.

この垂直転送部1では、連続する4枚の垂直転送ゲート電極V1、V2、V3およびV4に対して、それぞれ、垂直転送パルスφ1、φ2、φ3およびφ4という4相の垂直転送駆動クロック信号が割り当てられて駆動される。これにより、フォトダイオードPDから読み出された信号電荷が垂直方向に順次電荷転送されて水平転送部2へ電荷転送される。この水平転送部2では、信号電荷が水平方向に転送されて出力部3へ転送され、全画素の信号電荷が出力部3から順次出力される。この第1モードの全画素読み出しモードは、表示画面上に高精細なスチル画像を得る際に用いられる。   In the vertical transfer unit 1, four vertical transfer drive clock signals of vertical transfer pulses φ1, φ2, φ3, and φ4 are assigned to four consecutive vertical transfer gate electrodes V1, V2, V3, and V4, respectively. Driven. As a result, the signal charges read from the photodiode PD are sequentially transferred in the vertical direction and transferred to the horizontal transfer unit 2. In the horizontal transfer unit 2, the signal charges are transferred in the horizontal direction and transferred to the output unit 3, and the signal charges of all the pixels are sequentially output from the output unit 3. This all-pixel readout mode of the first mode is used when a high-definition still image is obtained on the display screen.

次に、図5(b)に示す第2モードとしての垂直画素間引き読み出しモード時には、垂直方向に並んだ全てのフォトダイオードPDのうち、4画素中の1画素であるフォトダイオードPD1、PD6およびPD9で生成された各信号電荷が垂直転送部1に読み出される。ここでは、説明を簡略化するために、垂直方向に並んだ4画素中、3画素を間引いて1画素部から信号電荷を読み出す場合を示しており、図5(b)ではフォトダイオードPD1、PD5およびPD9から信号電荷が読み出されている。   Next, in the vertical pixel thinning readout mode as the second mode shown in FIG. 5B, among all the photodiodes PD arranged in the vertical direction, the photodiodes PD1, PD6, and PD9 which are one pixel out of four pixels. Each signal charge generated in step (1) is read out to the vertical transfer unit 1. Here, in order to simplify the description, a case where signal charges are read out from one pixel portion by thinning out three pixels among four pixels arranged in the vertical direction is shown. In FIG. 5B, photodiodes PD1 and PD5 are read out. And the signal charge is read from PD9.

このとき、垂直転送部1において、連続する垂直転送ゲート電極V1、V2、V3およびV4には、それぞれ、φ1、φ2、φ3およびφ4という4相の垂直転送駆動クロック信号が順次割り当てられて駆動される。これにより、フォトダイオードPDから読み出された信号電荷が垂直方向に順次電荷転送されて水平転送部2へ電荷転送される。この水平転送部2では、信号電荷が水平方向に順次電荷転送されて出力部3へ電荷転送され、各信号電荷が出力部3から順次信号出力される。この第2モードは、画角を変えずに第1モードよりも少ない画素数で、表示画面上に高いフレームレートで表示させる場合に用いられ、例えば動画画像として1フィールド画像当たり1/30秒〜1/60秒程度の高速で読み出すことが要求される場合などに用いられる。   At this time, in the vertical transfer unit 1, the four vertical transfer drive clock signals φ1, φ2, φ3, and φ4 are sequentially assigned to the continuous vertical transfer gate electrodes V1, V2, V3, and V4, respectively, and driven. The As a result, the signal charges read from the photodiode PD are sequentially transferred in the vertical direction and transferred to the horizontal transfer unit 2. In the horizontal transfer unit 2, signal charges are sequentially transferred in the horizontal direction and transferred to the output unit 3, and each signal charge is sequentially output from the output unit 3. This second mode is used when displaying at a high frame rate on the display screen with a smaller number of pixels than the first mode without changing the angle of view. For example, as a moving image, 1/30 second per field image is used. This is used when reading at a high speed of about 1/60 seconds is required.

以上のように、従来の固体撮像素子は、第1モード時と第2モード時のいずれにおいても、同じ4電極4相駆動方法により駆動されている。   As described above, the conventional solid-state imaging device is driven by the same four-electrode four-phase driving method in both the first mode and the second mode.

次に、上記4電極4相駆動方法による信号電荷の電荷転送状態について説明する。   Next, the charge transfer state of signal charges by the above four-electrode four-phase driving method will be described.

図6は、図5の固体撮像素子において、4相の垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ4を、連続する垂直転送ゲート電極V1〜V4に割り当てた場合について、信号電荷の電荷転送状態を説明するための図であって、(a)はその4相垂直転送駆動クロック信号のタイミングチャート、(b)はその垂直転送部のポテンシャル遷移図である。なお、図6(a)では、ある転送パルスと他の転送パルスの重なり時間を単位時間として、横軸に時間tを示し、縦軸に信号波形を示している。また、図6(b)では、縦軸に上記時間tを示し、横軸に垂直転送部の垂直位置とそのポテンシャルを示している。   FIG. 6 is a diagram for explaining the charge transfer state of signal charges when the four-phase vertical transfer drive clock signals φ1 to φ4 are assigned to the continuous vertical transfer gate electrodes V1 to V4 in the solid-state imaging device of FIG. (A) is a timing chart of the four-phase vertical transfer drive clock signal, and (b) is a potential transition diagram of the vertical transfer unit. In FIG. 6A, the time t is plotted on the horizontal axis and the signal waveform is plotted on the vertical axis, where the overlapping time of a certain transfer pulse and another transfer pulse is a unit time. In FIG. 6B, the vertical axis indicates the time t, and the horizontal axis indicates the vertical position of the vertical transfer unit and its potential.

例えば、フォトダイオードPD1〜PD10はそれぞれ、図5に示すように、垂直方向に配列されて一つの垂直転送部1にそれぞれ接続されている。垂直転送部1には、一つのフォトダイオードPD毎に4枚の垂直転送ゲート電極V1〜V4が設けられ、水平転送部2側の方向に連続して順にV1〜V4の4枚の垂直転送ゲート電極が設けられている。   For example, the photodiodes PD1 to PD10 are each arranged in the vertical direction and connected to one vertical transfer unit 1 as shown in FIG. The vertical transfer unit 1 is provided with four vertical transfer gate electrodes V1 to V4 for each photodiode PD, and four vertical transfer gates V1 to V4 are sequentially arranged in the direction of the horizontal transfer unit 2 side. An electrode is provided.

この4枚の垂直転送ゲート電極V1〜V4には、垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ4が供給されている。図6(b)では、ポテンシャルが低いところに信号電荷が蓄積され、ポテンシャルの遷移に従って、垂直転送部1において信号電荷4が順次電荷転送されていく様子をハッチングで示している。   Vertical transfer drive clock signals φ1 to φ4 are supplied to the four vertical transfer gate electrodes V1 to V4. In FIG. 6B, signal charges are accumulated at a low potential, and the state in which the signal charges 4 are sequentially transferred in the vertical transfer unit 1 according to the potential transition is indicated by hatching.

時間t=0において、信号電荷4は、フォトダイオードPD5に隣接する垂直転送部1に位置している。時間の経過と共に、信号電荷4は、垂直方向(図6の左方向)に電荷転送されて行く。   At time t = 0, the signal charge 4 is located in the vertical transfer unit 1 adjacent to the photodiode PD5. As time passes, the signal charge 4 is transferred in the vertical direction (left direction in FIG. 6).

時間t=32において、信号電荷4は、フォトダイオードPD1に隣接する垂直転送部1に位置している。したがって、フォトダイオードPD5に隣接する位置からフォトダイオードPD1に隣接する位置まで信号電荷4を電荷転送するために要する時間は、32サイクルであることが分かる。   At time t = 32, the signal charge 4 is located in the vertical transfer unit 1 adjacent to the photodiode PD1. Therefore, it can be seen that the time required for charge transfer of the signal charge 4 from the position adjacent to the photodiode PD5 to the position adjacent to the photodiode PD1 is 32 cycles.

上述したように、垂直方向に並んだ4画素中、3画素を間引いて1画素から信号電荷を読み出す第2モードでは、4画素分の垂直電荷転送するのに32サイクルが必要であり、時間が長くかかる。さらに高画素化された固体撮像素子では、垂直方向に並んだ画素数が多くなることから転送段数が多くなるため、その電荷転送に時間が長くかかることになる。よって、1フィールドの画像をより早く読み出すためには、この転送時間を減らす必要がある。特に、全画素読み出しモード時よりも高いフレームレートが要求される垂直画素間引き読み出しモード時には、高画素化された固体撮像素子ほど、垂直電荷転送時間の高速化が要求される。   As described above, in the second mode in which signal charges are read out from one pixel by thinning out three pixels out of four pixels arranged in the vertical direction, 32 cycles are required to transfer vertical charges for four pixels, It takes a long time. Further, in a solid-state imaging device with higher pixels, the number of pixels arranged in the vertical direction increases, and thus the number of transfer stages increases, so that the charge transfer takes a long time. Therefore, in order to read out one field image earlier, it is necessary to reduce the transfer time. In particular, in the vertical pixel thinning readout mode in which a higher frame rate is required than in the all-pixel readout mode, the faster the vertical charge transfer time is required for a solid-state imaging device with higher pixels.

上記垂直電荷転送に必要なサイクル時間を減らすための従来技術が、例えば特許文献2に開示されている。   A conventional technique for reducing the cycle time required for the vertical charge transfer is disclosed in Patent Document 2, for example.

図7は、特許文献2に開示されている従来の固体撮像装置について説明するための図であって、(a)は第1モード時を示し、(b)は第2モード時を示す模式図である。   7A and 7B are diagrams for explaining a conventional solid-state imaging device disclosed in Patent Document 2, in which FIG. 7A is a schematic diagram illustrating the first mode, and FIG. 7B is a schematic diagram illustrating the second mode. It is.

図7(a)および図7(b)において、従来の固体撮像装置は、CCDチップ11の垂直転送部1の各垂直転送ゲート電極に供給される垂直転送駆動クロック信号を生成するために、垂直電荷転送制御部12が設けられている。この垂直転送制御部12は、4相垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ4を出力する4相駆動制御部12aと、16相垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ16を出力する16相駆動制御部12bとを有しており、これらはモード信号に応じて切り替えられる。   7A and 7B, the conventional solid-state imaging device uses a vertical transfer drive clock signal to be supplied to each vertical transfer gate electrode of the vertical transfer unit 1 of the CCD chip 11 in order to generate a vertical transfer drive clock signal. A charge transfer control unit 12 is provided. The vertical transfer control unit 12 includes a 4-phase drive control unit 12a that outputs 4-phase vertical transfer drive clock signals φ1 to φ4, and a 16-phase drive control unit 12b that outputs 16-phase vertical transfer drive clock signals φ1 to φ16. These are switched according to the mode signal.

図7(a)に示す第1モード時には、CCDチップ11および垂直転送制御部12に第1モード信号M1が供給されている。垂直転送部1に4相駆動制御部12aが接続され、連続する4枚の垂直転送ゲート電極V1〜V4のそれぞれに4相垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ4がそれぞれ供給される。   In the first mode shown in FIG. 7A, the first mode signal M1 is supplied to the CCD chip 11 and the vertical transfer control unit 12. The four-phase drive control unit 12a is connected to the vertical transfer unit 1, and the four-phase vertical transfer drive clock signals φ1 to φ4 are supplied to the four consecutive vertical transfer gate electrodes V1 to V4, respectively.

図7(b)に示す第2モード時には、CCDチップ11および垂直駆動制御部12に第2モード信号M2が供給されている。垂直転送部1に16相駆動制御部12bが接続され、連続する16枚の垂直転送ゲート電極V1〜V16のそれぞれに16相垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ16が供給される。   In the second mode shown in FIG. 7B, the second mode signal M2 is supplied to the CCD chip 11 and the vertical drive control unit 12. A 16-phase drive control unit 12b is connected to the vertical transfer unit 1, and 16-phase vertical transfer drive clock signals φ1 to φ16 are supplied to each of the 16 consecutive vertical transfer gate electrodes V1 to V16.

このように、第2モード時に垂直転送ゲート電極V1〜V16に16相垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ16を供給することによって、電荷転送時間の高速化を図り、上記図6に示した従来技術では32サイクル必要とされていた垂直転送サイクル時間を16サイクルと半分にすることができて、高速電荷転送することができる。
特開平9−298755号公報 特開平11−164206号公報
As described above, the charge transfer time is increased by supplying the 16-phase vertical transfer drive clock signals φ1 to φ16 to the vertical transfer gate electrodes V1 to V16 in the second mode, and the conventional technique shown in FIG. The vertical transfer cycle time required for 32 cycles can be halved to 16 cycles, and high-speed charge transfer can be performed.
JP-A-9-298755 JP-A-11-164206

しかしながら、上記従来の技術では、以下のような問題がある。   However, the conventional technique has the following problems.

固体撮像素子が高画素数化すると、スチル画像が高精細化して画像を引き伸ばして大きくしたときにも画像が荒れないことから、固体撮像素子は益々高画素数化する傾向にある。固体撮像素子が高画素数化すると、垂直転送段数も増えて、より遠くから水平転送部に信号電荷を転送する必要から垂直転送時間が遅くなる。したがって、従来と同様の電荷転送時間しか確保できない場合(例えば装置の表示部に表示する場合)には、水平転送部までの垂直転送部の電荷転送時間を短縮しなければならない。   When the number of pixels of the solid-state imaging device is increased, the solid-state imaging device tends to have a higher number of pixels because the still image becomes higher definition and the image is not roughened when the image is enlarged and enlarged. When the number of pixels of the solid-state imaging device is increased, the number of vertical transfer stages is also increased, and the vertical transfer time is delayed because it is necessary to transfer the signal charge from a further distance to the horizontal transfer unit. Therefore, when only the charge transfer time similar to the conventional one can be secured (for example, when displaying on the display unit of the apparatus), the charge transfer time of the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit must be shortened.

特許文献1に開示されている従来技術では、垂直方向に並んだ4画素中、3画素を間引いて1画素から信号電荷を読み出す場合に、第2モード時に32サイクル必要となり、前述した垂直転送部の電荷転送時間の短縮化の要請から、時間が長くかかるという問題がある。したがって、1フィールドの画像をより速く読み出すためには、この垂直転送時間を減らす必要がある。   In the prior art disclosed in Patent Document 1, when the signal charge is read from one pixel by thinning out three pixels out of four pixels arranged in the vertical direction, 32 cycles are required in the second mode. There is a problem that it takes a long time from the request for shortening the charge transfer time. Therefore, in order to read out one field image faster, it is necessary to reduce the vertical transfer time.

この問題を解決するために、特許文献2に開示されている従来技術では、第1モード時に用いられる4相駆動制御部に加えて、第2モード時に用いられる16相駆動制御部が設けられている。このため、その分、固体撮像装置(撮像モジュール)が大きくなり、製造コストおよび全消費電力の増大を招くという問題がある。さらに、固体撮像素子(CCD)についても、16枚の電極に駆動制御部を接続する必要があるため、内部配線が増大し、電極パッド数が増加するため、チップサイズが大きくなるという問題がある。   In order to solve this problem, the conventional technique disclosed in Patent Document 2 includes a 16-phase drive control unit used in the second mode in addition to the 4-phase drive control unit used in the first mode. Yes. For this reason, there is a problem that the solid-state imaging device (imaging module) is increased correspondingly, resulting in an increase in manufacturing cost and total power consumption. Furthermore, the solid-state imaging device (CCD) also has a problem that the chip size increases because the drive control unit needs to be connected to the 16 electrodes, so that the internal wiring increases and the number of electrode pads increases. .

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、チップサイズ、製造コストおよび消費電力の増大を招くことなく、垂直画素間引き読み出しモード時に垂直電荷転送時間を短縮化することができる固体撮像装置および固体撮像素子の駆動方法、これを撮像部に用いた電子情報機器を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and a solid-state imaging device capable of shortening the vertical charge transfer time in the vertical pixel thinning readout mode without increasing the chip size, manufacturing cost and power consumption, and It is an object of the present invention to provide a method for driving a solid-state imaging device and an electronic information device using the method for an imaging unit.

本発明の固体撮像装置は、受光した光を信号電荷に変換する複数の光電変換手段および、該複数の光電変換手段からそれぞれ読み出された各信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送手段を有する固体撮像素子と、該所定方向と平行に並んだ光電変換手段からの各信号電荷の読み出し方が互いに異なる第1モード時と第2モード時とに応じて、該電荷転送手段を構成する各電荷転送ゲート電極に対する複数相駆動信号の出力割り当てを変えて、該各電荷転送ゲート電極を駆動する複数相駆動信号を出力する複数相駆動制御手段とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   A solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion units that convert received light into signal charges, and a charge transfer unit that transfers each signal charge read from the plurality of photoelectric conversion units in a predetermined direction. Each of the charge transfer means constituting the charge transfer means according to the first mode and the second mode in which the signal charges are read from the solid-state imaging device and the photoelectric conversion means arranged in parallel with the predetermined direction. And a multi-phase drive control means for outputting a multi-phase drive signal for driving each charge transfer gate electrode by changing the output assignment of the multi-phase drive signal to the charge transfer gate electrode. Achieved.

また、好ましくは、本発明の固体撮像装置における出力割り当ては、前記第1モード時に、互いに連続するn(n;2以上の自然数)枚の電荷転送ゲート電極毎の該電荷転送ゲート電極それぞれに対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当て、前記第2モード時に、m×n枚(mは2以上の自然数、nは3以上の自然数)の互いに連続する電荷転送ゲート電極毎の連続するm枚ずつをn組として各組に対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当てる。   Preferably, the output allocation in the solid-state imaging device of the present invention is performed for each of the charge transfer gate electrodes for each of n (n; a natural number of 2 or more) consecutive charge transfer gate electrodes in the first mode. Each of the n-phase drive signals is allocated, and in the second mode, m × n (m is a natural number of 2 or more, n is a natural number of 3 or more) consecutive m pieces for each successive charge transfer gate electrode Each of the n-phase drive signals is assigned to each set, where n is a set.

本発明の固体撮像装置は、受光した光を信号電荷に変換する複数の光電変換手段および、該複数の光電変換手段からそれぞれ読み出された各信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送手段を有する固体撮像素子と、該電荷転送手段を構成する各電荷転送ゲート電極を駆動する複数相駆動信号を出力する複数相駆動制御手段と、該所定方向に平行に並んだ光電変換手段からの各信号電荷の読み出し方が互いに異なる第1モード時と第2モード時とに応じて、該複数相駆動信号の該各電荷転送ゲート電極に対する割り当てを切り替える切り替えスイッチ手段とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   A solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion units that convert received light into signal charges, and a charge transfer unit that transfers each signal charge read from the plurality of photoelectric conversion units in a predetermined direction. A solid-state image pickup device, a multi-phase drive control means for outputting a multi-phase drive signal for driving each charge transfer gate electrode constituting the charge transfer means, and signals from the photoelectric conversion means arranged in parallel in the predetermined direction. Changeover means for switching the allocation of the multi-phase drive signals to the respective charge transfer gate electrodes in accordance with the first mode and the second mode, which are different from each other in how the charge is read. The above objective is achieved.

また、好ましくは、本発明の固体撮像装置における切り替えスイッチ手段は、前記第1モード時に、互いに連続するn(n;2以上の自然数)枚の電荷転送ゲート電極毎の該電荷転送ゲート電極それぞれに対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当て、前記第2モード時に、m×n枚(mは2以上の自然数、nは3以上の自然数)の互いに連続する電荷転送ゲート電極毎の連続するm枚ずつをn組として各組に対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当てるように切り替える。   Preferably, the change-over switch means in the solid-state imaging device according to the present invention provides each of the charge transfer gate electrodes for each of n (n; a natural number of 2 or more) consecutive charge transfer gate electrodes in the first mode. Each of n-phase drive signals is assigned to each of them, and in the second mode, m × n (m is a natural number of 2 or more, n is a natural number of 3 or more) consecutive m of consecutive charge transfer gate electrodes. Switching is made so that each of the n-phase drive signals is assigned to each set, with n sets each.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における複数相駆動信号の前記各電荷転送ゲート電極に対する割り当ては、電荷転送速度が通常速度と高速度のいずれかになるように割り当てられる。   Further, preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the multi-phase drive signal is assigned to each of the charge transfer gate electrodes so that the charge transfer speed is either a normal speed or a high speed.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるnは3または4である。   Further preferably, n in the solid-state imaging device of the present invention is 3 or 4.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置におけるmは2または3である。   Further preferably, m in the solid-state imaging device of the present invention is 2 or 3.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第1モードは全画素読み出しモードで電荷転送速度が通常速度モードであり、前記第2モードは垂直画素間引き読み出しモードで該電荷転送速度が高速度モードである。   Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the first mode is the all-pixel readout mode and the charge transfer speed is the normal speed mode, and the second mode is the vertical pixel thinning readout mode and the charge transfer speed is the high-speed mode. It is.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における第2モード時に、垂直方向に並んだ光電変換手段の4画素毎に3画素を間引いて前期信号電荷を読み出す。   More preferably, in the second mode in the solid-state imaging device of the present invention, the previous signal charge is read out by thinning out three pixels for every four pixels of the photoelectric conversion means arranged in the vertical direction.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における電荷転送手段は垂直電荷転送手段および水平電荷転送手段の少なくともいずれかであり、該電荷転送手段が該垂直電荷転送手段の場合に前記所定方向は垂直電荷転送方向であり、該電荷転送手段が該水平電荷転送手段の場合に前記所定方向は水平電荷転送方向であり、該電荷転送手段が該垂直電荷転送手段および該水平電荷転送手段の場合に前記所定方向は該垂直電荷転送方向および該水平電荷転送方向である。   Further preferably, the charge transfer means in the solid-state imaging device of the present invention is at least one of a vertical charge transfer means and a horizontal charge transfer means, and the predetermined direction is vertical when the charge transfer means is the vertical charge transfer means. A charge transfer direction, and when the charge transfer means is the horizontal charge transfer means, the predetermined direction is a horizontal charge transfer direction, and when the charge transfer means is the vertical charge transfer means and the horizontal charge transfer means, The predetermined directions are the vertical charge transfer direction and the horizontal charge transfer direction.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における固体撮像素子は、インターライン・トランスファ方式CCDまたはフレームインターライン・トランスファ方式CCDである。   Further preferably, the solid-state imaging device in the solid-state imaging device of the present invention is an interline transfer type CCD or a frame interline transfer type CCD.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、受光した光を光電変換手段により信号電荷に変換し、該光電変換手段から読み出された信号電荷を、複数相駆動信号を用いて電荷転送手段により所定方向に電荷転送する固体撮像素子の駆動方法であって、該所定方向に平行に並んだ光電変換手段からの各信号電荷の読み出し方が異なる第1モード時と第2モード時とに応じて、該電荷転送手段を構成する各電荷転送ゲート電極に対する複数相駆動信号の割り当てを切り替えるものであり、そのことにより上記目的が達成される。   In the solid-state imaging device driving method of the present invention, the received light is converted into signal charges by the photoelectric conversion means, and the signal charges read from the photoelectric conversion means are predetermined by the charge transfer means using a plurality of phase drive signals. A method of driving a solid-state imaging device that transfers charges in a direction, depending on whether in a first mode or in a second mode, how to read out each signal charge from photoelectric conversion means arranged in parallel in the predetermined direction, The assignment of the multi-phase drive signal to each charge transfer gate electrode constituting the charge transfer means is switched, whereby the above object is achieved.

また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の駆動方法における第1モード時に、互いに連続するn(n;2以上の自然数)枚の電荷転送ゲート電極毎の該電荷転送ゲート電極それぞれに対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当て、前記第2モード時に、m×n枚(mは2以上の自然数、nは3以上の自然数)の互いに連続する電荷転送ゲート電極毎の連続するm枚ずつをn組として各組に対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当てる。   Preferably, in the first mode of the driving method of the solid-state imaging device of the present invention, n for each of the charge transfer gate electrodes for every n (n; a natural number of 2 or more) consecutive charge transfer gate electrodes. In the second mode, m × n sheets (m is a natural number of 2 or more and n is a natural number of 3 or more) are consecutive m for each consecutive charge transfer gate electrode. Each of n-phase drive signals is assigned to each set as n sets.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の駆動方法におけるnは3または4である。   Further preferably, n is 3 or 4 in the driving method of the solid-state imaging device of the present invention.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の駆動方法におけるmは2または3である。   Further preferably, m is 2 or 3 in the driving method of the solid-state imaging device of the present invention.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の駆動方法における第1モードは全画素読み出しモードで電荷転送速度が通常速度モードであり、前記第2モードは垂直画素間引き読み出しモードで該電荷転送速度が高速度モードである。   Further preferably, in the solid-state imaging device driving method of the present invention, the first mode is an all-pixel readout mode and the charge transfer speed is a normal speed mode, and the second mode is a vertical pixel thinning readout mode and the charge transfer speed is High speed mode.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の駆動方法における第2モード時に、垂直方向に並んだ光電変換手段の4画素毎に3画素を間引いて前記信号電荷を読み出す。   Further preferably, in the second mode of the driving method of the solid-state imaging device of the present invention, the signal charges are read by thinning out three pixels for every four pixels of the photoelectric conversion means arranged in the vertical direction.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の駆動方法における電荷転送手段は垂直電荷転送手段および水平電荷転送手段の少なくともいずれかであり、該電荷転送手段が該垂直電荷転送手段の場合に前記所定方向は垂直電荷転送方向であり、該電荷転送手段が該水平電荷転送手段の場合に前記所定方向は水平電荷転送方向であり、該電荷転送手段が該垂直電荷転送手段および該水平電荷転送手段の場合に前記所定方向は該垂直電荷転送方向および該水平電荷転送方向である。   Further preferably, in the solid-state imaging device driving method of the present invention, the charge transfer means is at least one of a vertical charge transfer means and a horizontal charge transfer means, and the predetermined transfer when the charge transfer means is the vertical charge transfer means. The direction is a vertical charge transfer direction, and when the charge transfer means is the horizontal charge transfer means, the predetermined direction is a horizontal charge transfer direction, and the charge transfer means is connected to the vertical charge transfer means and the horizontal charge transfer means. In this case, the predetermined directions are the vertical charge transfer direction and the horizontal charge transfer direction.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の駆動方法における固体撮像素子はインターライン・トランスファ方式CCDまたはフレームインターライン・トランスファ方式CCDである。   Further preferably, the solid-state image sensor in the driving method of the solid-state image sensor of the present invention is an interline transfer type CCD or a frame interline transfer type CCD.

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。   An electronic information device according to the present invention uses the solid-state imaging device according to the present invention as an imaging unit, thereby achieving the object.

上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。   The operation of the present invention will be described below with the above configuration.

本発明にあっては、第1モードとしての全画素読み出しモード時と、第2モードとしての垂直画素間引き読み出しモード時とで、電荷転送ゲート電極としての垂直転送ゲート電極が、複数相駆動信号、例えば従来と同じ4相駆動信号により駆動される。   In the present invention, the vertical transfer gate electrode as the charge transfer gate electrode in the all-pixel read mode as the first mode and the vertical pixel thinning-out read mode as the second mode is a multi-phase drive signal, For example, it is driven by the same four-phase drive signal as in the prior art.

第1モード時と第2モード時とに応じて、例えば4相駆動信号の各垂直転送ゲート電極への割り当てが切り替えられる。第1モード時には、例えば、連続する4枚の垂直転送ゲート電極毎の各々に対して4相の駆動信号の各々が割り当てられる。また、第2モード時には、例えば、8枚の連続する垂直転送ゲート電極毎の連続する2枚ずつを4組として各組に対して4相の駆動信号の各々が割り当てられる。   For example, the assignment of a four-phase drive signal to each vertical transfer gate electrode is switched according to the first mode and the second mode. In the first mode, for example, each of four-phase drive signals is assigned to each of the four consecutive vertical transfer gate electrodes. Further, in the second mode, for example, each of the four-phase drive signals is assigned to each set, with two sets each including eight consecutive vertical transfer gate electrodes as four sets.

第2読み出しモード時には、連続する2枚の垂直転送ゲート電極を一組として4相駆動信号により垂直転送が行われるため、1枚の垂直転送ゲート電極毎に4相駆動信号により垂直転送が行われる特許文献1の従来技術に比べて、電荷転送段数が半分になり、電荷転送時間を半分にすることが可能となる。   In the second read mode, vertical transfer is performed by a four-phase drive signal with a set of two continuous vertical transfer gate electrodes as a set, and therefore vertical transfer is performed by a four-phase drive signal for each vertical transfer gate electrode. Compared with the prior art of Patent Document 1, the number of charge transfer stages is halved, and the charge transfer time can be halved.

また、全画素読み出しモード時と垂直画素間引き読み出しモード時とで、同じ4相垂直転送駆動制御部が使用されるため、特許文献2の従来技術のように、垂直電荷転送制御のために別途多層駆動制御部を必要としない。   In addition, since the same four-phase vertical transfer drive control unit is used in the all-pixel read mode and the vertical pixel thinning-out read mode, multiple layers are separately provided for vertical charge transfer control as in the prior art of Patent Document 2. No drive controller is required.

以上により、本発明によれば、高速読み出しが必要とされる垂直画素間引き読み出しモードにおいて、連続する2枚の垂直転送ゲート電極を一組として4相駆動信号により垂直転送が行われるため、特許文献1の従来技術に比べて、垂直電荷転送時間を短縮化することができる。   As described above, according to the present invention, in the vertical pixel thinning readout mode in which high-speed readout is required, vertical transfer is performed by a four-phase drive signal with two continuous vertical transfer gate electrodes as a set. Compared with the first prior art, the vertical charge transfer time can be shortened.

また、全画素読み出しモード時と垂直画素間引き読み出しモード時とで、従来と同じ4相垂直転送駆動制御部を使用するため、特許文献2の従来技術のような4相駆動制御部および16相駆動制御部の二つの駆動制御部が必要なくなり、また、垂直転送制御部と垂直転送ゲート電極とを接続するための内部配線および電極パッド数も少なくてよいことから、固体撮像素子および固体撮像装置の製造コストの低コスト化、チップサイズの縮小化および低消費電力化を図ることができる。   In addition, since the same 4-phase vertical transfer drive controller as in the prior art is used in the all-pixel readout mode and the vertical pixel thinning readout mode, the 4-phase drive controller and the 16-phase drive as in the prior art of Patent Document 2 are used. The two drive control units of the control unit are no longer necessary, and the number of internal wirings and electrode pads for connecting the vertical transfer control unit and the vertical transfer gate electrode can be reduced. Manufacturing cost can be reduced, chip size can be reduced, and power consumption can be reduced.

以下に、本発明の固体撮像装置および固体撮像素子の駆動方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、従来技術と比較するため、光電変換手段としてのフォトダイオードPDから信号電荷を読み出す方法として、第1モードの全画素読み出しモードと、垂直方向に並んだ4画素中、3画素を間引いて1画素から信号を読み出す第2モードの垂直画素間引き読み出しモードとを切り替え可能とした事例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Embodiments of a solid-state imaging device and a solid-state imaging element driving method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiment, for comparison with the prior art, as a method of reading the signal charge from the photodiode PD as the photoelectric conversion means, the all-pixel reading mode in the first mode and the four pixels arranged in the vertical direction are: An example will be described in which the vertical pixel thinning readout mode of the second mode in which signals are read from one pixel by thinning out three pixels can be switched. However, the present invention is not limited to this.

図1は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子およびその駆動方法を説明するための図であって、(a)は、第1モードとして全画素読み出しモード時における固体撮像素子およびその駆動方法を示す模式図、(b)は、第2モードとして垂直画素間引き読み出しモード時における固体撮像素子およびその駆動方法を示す模式図である。   FIG. 1 is a diagram for explaining a solid-state imaging device and a driving method thereof according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a diagram illustrating a solid-state imaging device and a driving method thereof in an all-pixel readout mode as a first mode. FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a solid-state imaging device and a driving method thereof in the vertical pixel thinning readout mode as the second mode.

図1(a)および図1(b)において、本実施形態の固体撮像素子10は、インターライン・トランスファ方式CCDであり、受光した光(被写体光)を信号電荷に変換するための光電変換手段としてのフォトダイオードPDが2次元状でマトリックス状に複数配置され、垂直方向に並んだフォトダイオードPD1〜PD10に隣接して、フォトダイオードPDから読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送するための電荷転送手段を構成する垂直転送部1が設けられている。フォトダイオードPDと垂直転送部1との間には、図示しない読み出しゲート電極が設けられており、その読み出しゲート電極に供給される駆動電圧を制御することによって、各フォトダイオードPD(画素部)からの信号電荷の読み出しが制御される。   1A and 1B, the solid-state imaging device 10 of this embodiment is an interline transfer type CCD, and photoelectric conversion means for converting received light (subject light) into signal charges. A plurality of photodiodes PD are arranged in a two-dimensional matrix and adjacent to the photodiodes PD1 to PD10 arranged in the vertical direction to transfer the signal charges read from the photodiode PD in the vertical direction. A vertical transfer unit 1 constituting the charge transfer means is provided. A read gate electrode (not shown) is provided between the photodiode PD and the vertical transfer unit 1, and the drive voltage supplied to the read gate electrode is controlled to control each photodiode PD (pixel unit). The reading of the signal charge is controlled.

垂直転送部1には、電荷転送ゲート電極としての垂直転送ゲート電極が垂直方向に並んでおり、各フォトダイオードPD毎に4枚の垂直転送ゲート電極V1〜V4またはV5〜V8が設けられている。垂直転送ゲート電極V1〜V8は、電荷転送手段を構成する水平転送部2へ向かう方向に順にV1〜V8の順に並んでおり、二つのフォトダイオードPDにまたがって連続する8枚のゲートに順に垂直転送ゲート電極V1〜V8が割り当てられている。この垂直転送ゲート電極V1〜V8に供給される駆動制御電圧(複数相駆動信号;ここでは4相)を駆動制御することによって、各垂直転送部1での電荷転送が制御されるようになっている。   In the vertical transfer unit 1, vertical transfer gate electrodes as charge transfer gate electrodes are arranged in the vertical direction, and four vertical transfer gate electrodes V1 to V4 or V5 to V8 are provided for each photodiode PD. . The vertical transfer gate electrodes V1 to V8 are arranged in the order of V1 to V8 in the direction toward the horizontal transfer unit 2 constituting the charge transfer means, and are vertically perpendicular to the eight gates extending across the two photodiodes PD. Transfer gate electrodes V1 to V8 are assigned. By controlling the drive control voltage (multiple phase drive signal; here four phases) supplied to the vertical transfer gate electrodes V1 to V8, the charge transfer in each vertical transfer unit 1 is controlled. Yes.

垂直転送部1によって電荷転送された信号電荷は、垂直転送部1の端部に接続された水平転送部2によって水平方向に電荷転送され、水平転送部2の端部に設けられた出力部3から撮像信号として信号出力される。なお、図1では、説明を簡略化すると共に従来技術と比較するために、フォトダイオードPDが垂直方向に10個並んでいる事例について説明したが、フォトダイオードPDがそれ以上並んでいてもよい。   The signal charge transferred by the vertical transfer unit 1 is transferred in the horizontal direction by the horizontal transfer unit 2 connected to the end of the vertical transfer unit 1, and the output unit 3 provided at the end of the horizontal transfer unit 2. Is output as an imaging signal. In FIG. 1, in order to simplify the description and compare with the prior art, an example in which ten photodiodes PD are arranged in the vertical direction has been described. However, more photodiodes PD may be arranged.

上記構成により、まず、第1モードとしての全画素読み出しモードについて説明する。   With the above configuration, first, the all-pixel readout mode as the first mode will be described.

図1(a)に示す第1モードとしての全画素読み出しモード時には、4相駆動により、垂直に並んだ全てのフォトダイオードPDで生成された信号電荷が垂直転送部1に読み出される。   In the all-pixel readout mode as the first mode shown in FIG. 1A, signal charges generated by all the photodiodes PD arranged in the vertical direction are read out to the vertical transfer unit 1 by the four-phase driving.

この垂直転送部1では、連続する4枚の垂直転送ゲート電極V1、V2、V3およびV4と、連続する4枚の垂直転送ゲート電極V5、V6、V7およびV8とに対して、それぞれ、垂直転送パルスφ1、φ2、φ3およびφ4という4相の垂直転送駆動クロック信号が割り当てられて駆動制御される。これにより、全てのフォトダイオードPDから読み出された信号電荷が垂直方向に電荷転送されて水平転送部2へ電荷転送される。この水平転送部2では、信号電荷が水平方向に転送されて出力部3へ電荷転送され、全画素の信号電荷が出力部3から撮像信号として、順次、信号出力される。この第1モードの全画素読み出しモードは、高精細なスチル画像を得る際に用いられる。   In the vertical transfer unit 1, vertical transfer is performed on four consecutive vertical transfer gate electrodes V1, V2, V3, and V4 and on four consecutive vertical transfer gate electrodes V5, V6, V7, and V8, respectively. Drive control is performed by assigning four-phase vertical transfer drive clock signals of pulses φ1, φ2, φ3, and φ4. As a result, the signal charges read from all the photodiodes PD are transferred in the vertical direction and transferred to the horizontal transfer unit 2. In the horizontal transfer unit 2, signal charges are transferred in the horizontal direction and transferred to the output unit 3, and signal charges of all the pixels are sequentially output from the output unit 3 as imaging signals. This all-pixel readout mode of the first mode is used when obtaining a high-definition still image.

この全画素読み出しモードは、垂直転送ゲート電極がV1〜V8と8個あるものの、4個の垂直転送ゲート電極を設けた従来技術と、垂直転送パルスφ1〜φ4の割当て状態は同じであるため、電荷転送方式は実質上、従来技術と同じである。   In this all-pixel readout mode, although there are eight vertical transfer gate electrodes V1 to V8, the allocation state of the vertical transfer pulses φ1 to φ4 is the same as the prior art in which four vertical transfer gate electrodes are provided. The charge transfer method is substantially the same as the prior art.

次に、第2モードとしての垂直画素間引き読み出しモードについて説明する。   Next, the vertical pixel thinning readout mode as the second mode will be described.

図1(b)に示す第2モードとしての垂直画素間引き読み出しモード時には、垂直に並んだ全てのフォトダイオードPDのうちフォトダイオードPD1、PD5およびPD9で生成された信号電荷が垂直転送部1に読み出される。ここでは、説明を簡略化するために、垂直方向に並んだ4画素中、3画素を間引いて1画素から信号電荷を読み出す場合を示しており、図1(b)ではフォトダイオードPD1、PD5およびPD9から信号電荷が読み出される。   In the vertical pixel thinning readout mode as the second mode shown in FIG. 1B, signal charges generated by the photodiodes PD1, PD5, and PD9 among all the photodiodes PD arranged in the vertical direction are read out to the vertical transfer unit 1. It is. Here, in order to simplify the description, a case where signal charges are read from one pixel by thinning out three pixels among four pixels arranged in the vertical direction is shown. In FIG. 1B, photodiodes PD1, PD5, and The signal charge is read from PD9.

このとき、垂直転送部1において、8枚の連続する垂直転送ゲート電極の連続する2枚ずつを4組として、各組の垂直転送ゲート電極V1とV2、V3とV4、V5とV6、V7とV8に、それぞれ、φ1、φ2、φ3およびφ4という4相の垂直転送駆動クロック信号が割り当てられて駆動制御される。これにより、各フォトダイオードPDから読み出された信号電荷が垂直方向に電荷転送されて水平転送部2へ電荷転送される。この水平転送部2では、信号電荷が水平方向に電荷転送されて出力部3へ電荷転送され、各信号電荷が出力部3から、順次、撮像信号として信号出力される。この第2モードは、画角を変えずに第1モードよりも少ない画素数で、高いフレームレートで表示させる場合に用いられ、例えば動画画像として1フィールド画像当たり1/30秒〜1/60秒程度の高速で読み出すことが要求される場合などに用いられる。   At this time, in the vertical transfer unit 1, two sets of eight continuous vertical transfer gate electrodes are divided into four sets, and the vertical transfer gate electrodes V1 and V2, V3 and V4, V5 and V6, V7 Four-phase vertical transfer drive clock signals of φ1, φ2, φ3, and φ4 are assigned to V8 and controlled for driving. As a result, the signal charge read from each photodiode PD is transferred in the vertical direction and transferred to the horizontal transfer unit 2. In the horizontal transfer unit 2, signal charges are transferred in the horizontal direction and transferred to the output unit 3, and each signal charge is sequentially output as an imaging signal from the output unit 3. This second mode is used when displaying at a high frame rate with a smaller number of pixels than the first mode without changing the angle of view, and for example, as a moving image, 1/30 seconds to 1/60 seconds per field image. It is used when it is required to read at a high speed.

以上のように、本実施形態の固体撮像素子10は、第1モードと第2モードとに応じて、8枚の垂直転送ゲート電極V1〜V8に対する4相転送駆動クロック信号φ1〜φ4の割り当てが切り替えられている。   As described above, in the solid-state imaging device 10 of the present embodiment, the four-phase transfer drive clock signals φ1 to φ4 are assigned to the eight vertical transfer gate electrodes V1 to V8 according to the first mode and the second mode. It has been switched.

図2は、図1の固体撮像素子とこれを駆動制御する垂直転送制御部とを備えた固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図であって、(a)は第1モード時を示すブロック図、(b)は第2モード時を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a main part of a solid-state imaging device including the solid-state imaging device of FIG. 1 and a vertical transfer control unit that drives and controls the solid-state imaging device. FIG. Block diagram (b) is a block diagram showing the second mode.

図2(a)および図2(b)において、本実施形態の固体撮像装置20は、CCDチップ11の垂直転送部1の各垂直転送ゲート電極V1〜V8にそれぞれ供給される各垂直転送駆動クロック信号(複数相駆動信号;n相の駆動信号、ここではn=4)を生成するために、複数相駆動制御手段としての垂直転送制御部12Aが設けられている。この垂直転送制御部12Aは、4相垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ4を出力する4相駆動制御部12aと、第1モード時と第2モード時とのモードに応じて、4層垂直転送駆動クロック信号の各垂直転送ゲート電極V1〜V8への割り当てを切り替える切り替えスイッチ手段13とを有している。   2A and 2B, the solid-state imaging device 20 according to the present embodiment includes each vertical transfer drive clock supplied to each vertical transfer gate electrode V1 to V8 of the vertical transfer unit 1 of the CCD chip 11. In order to generate a signal (multi-phase drive signal; n-phase drive signal, here n = 4), a vertical transfer control unit 12A is provided as multi-phase drive control means. This vertical transfer control unit 12A has a four-phase vertical transfer drive according to the four-phase drive control unit 12a that outputs the four-phase vertical transfer drive clock signals φ1 to φ4 and the first mode and the second mode. And a changeover switch means 13 for switching the allocation of the clock signal to the vertical transfer gate electrodes V1 to V8.

図3は、図2の切り替えスイッチ手段を含む垂直電荷転送制御部の構成例を説明するための回路図であって、(a)は第1モード時の動作状態を示す回路図、(b)は第2モード時の動作状態を示す回路図である。   FIG. 3 is a circuit diagram for explaining a configuration example of a vertical charge transfer control unit including the changeover switch means of FIG. 2, wherein (a) is a circuit diagram showing an operation state in the first mode, and (b). These are the circuit diagrams which show the operation state at the time of 2nd mode.

図2(a)および図3(a)に示す第1モード時には、CCDチップ11および垂直転送制御部12Aに第1モード信号M1が供給される。このとき、切り替えスイッチ13によって、垂直転送部1の連続する4枚の垂直転送ゲート電極V1、V2、V3およびV4と、連続する4枚の垂直転送ゲート電極V5、V6、V7およびV8とに対して、それぞれ、4相垂直転送駆動クロック信号φ1、φ2、φ3およびφ4が割り当てられる。   In the first mode shown in FIGS. 2A and 3A, the first mode signal M1 is supplied to the CCD chip 11 and the vertical transfer control unit 12A. At this time, the changeover switch 13 causes the four vertical transfer gate electrodes V1, V2, V3 and V4 of the vertical transfer unit 1 and the four vertical transfer gate electrodes V5, V6, V7 and V8 to be continuous. Thus, four-phase vertical transfer drive clock signals φ1, φ2, φ3, and φ4 are assigned, respectively.

図2(b)および図3(b)に示す第2モード時には、CCDチップ11および駆動制御部12Aに第2モード信号M2が供給される。このとき、切り替えスイッチ13によって、8枚の連続する垂直転送ゲート電極の連続する2枚ずつを4組として、各組の垂直転送ゲート電極V1とV2、V3とV4、V5とV6、V7とV8に、それぞれ、垂直転送駆動クロック信号φ1、φ2、φ3およびφ4が割り当てられる。   In the second mode shown in FIGS. 2B and 3B, the second mode signal M2 is supplied to the CCD chip 11 and the drive control unit 12A. At this time, the changeover switch 13 makes four sets of eight consecutive vertical transfer gate electrodes into four sets, and sets the vertical transfer gate electrodes V1 and V2, V3 and V4, V5 and V6, and V7 and V8. Are assigned vertical transfer drive clock signals φ1, φ2, φ3 and φ4, respectively.

次に、上記8電極4相駆動方法による信号電荷の転送状態について説明する。   Next, the signal charge transfer state by the above-mentioned 8-electrode 4-phase driving method will be described.

図4は、図2の固体撮像素子の駆動方法において、第2モード時に、上記4相の垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ4を、8枚の連続する各垂直転送ゲート電極の連続する2枚ずつを4組として割り当てた場合について、信号電荷の転送状態を説明するための図であって、(a)はその4相垂直転送駆動クロック信号のタイミングチャート、(b)はその垂直転送部のポテンシャル遷移図である。なお、図4(a)では、ある電荷転送パルスと他の電荷転送パルスとの重なり時間を単位時間として、横軸に時間tを示し、縦軸に信号波形を示し、図4(b)では、縦軸に上記時間tを示し、横軸に垂直転送部の垂直位置とそのポテンシャルを示している。   FIG. 4 shows the driving method of the solid-state imaging device shown in FIG. 2, in which the four-phase vertical transfer driving clock signals φ1 to φ4 are supplied in succession for each of the eight continuous vertical transfer gate electrodes in the second mode. 4A and 4B are diagrams for explaining the transfer state of signal charges in the case where four sets are assigned, wherein FIG. 4A is a timing chart of the four-phase vertical transfer drive clock signal, and FIG. 4B is the potential of the vertical transfer unit. It is a transition diagram. In FIG. 4A, the horizontal axis indicates time t, the vertical axis indicates the signal waveform, and the vertical axis indicates the signal waveform, with the overlap time of one charge transfer pulse and another charge transfer pulse as a unit time. The vertical axis indicates the time t, and the horizontal axis indicates the vertical position of the vertical transfer unit and its potential.

例えばフォトダイオードPD1〜PD10は、図1に示すように、垂直方向に配列されて一つの垂直転送部1に接続されている。垂直転送部1には、一つのフォトダイオードPD毎に4枚の垂直転送ゲート電極が設けられ、水平転送部2の方向に連続して順にV1〜V8の8枚の垂直転送ゲート電極が設けられている。その8枚の垂直転送ゲート電極には、垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ4が供給されている。図4(b)では、ポテンシャルが低いところに信号電荷が蓄積され、ポテンシャルの遷移に従って、垂直転送部1において信号電荷4が電荷転送されていく様子をハッチングで示している。   For example, the photodiodes PD1 to PD10 are arranged in the vertical direction and connected to one vertical transfer unit 1 as shown in FIG. In the vertical transfer unit 1, four vertical transfer gate electrodes are provided for each photodiode PD, and eight vertical transfer gate electrodes V1 to V8 are sequentially provided in the direction of the horizontal transfer unit 2. ing. Vertical transfer drive clock signals φ1 to φ4 are supplied to the eight vertical transfer gate electrodes. In FIG. 4B, signal charges are accumulated at a low potential, and the state in which the signal charges 4 are transferred in the vertical transfer unit 1 according to the potential transition is indicated by hatching.

時間t=0において、電荷電荷4は、フォトダイオードPD5に隣接する垂直転送部1に位置している。時間の経過と共に、電荷電荷4は、垂直方向(図の左方向)に電荷転送される。   At time t = 0, the charge 4 is located in the vertical transfer unit 1 adjacent to the photodiode PD5. With the passage of time, the charge 4 is transferred in the vertical direction (left direction in the figure).

時間t=16において、電荷電荷4は、フォトダイオードPD1に隣接する垂直転送部1に位置している。したがって、フォトダイオードPD5に隣接する位置からフォトダイオードPD1に隣接する位置まで信号電荷4を電荷転送するために要する時間は、16サイクルとなる。   At time t = 16, the charge 4 is located in the vertical transfer unit 1 adjacent to the photodiode PD1. Therefore, the time required for charge transfer of the signal charge 4 from the position adjacent to the photodiode PD5 to the position adjacent to the photodiode PD1 is 16 cycles.

上述したように、第2モードとして、従来技術と同様に垂直方向に並んだ4画素中、3画素を間引いて1画素から信号電荷を読み出す垂直画素間引き読み出しモードについて比較すると、フォトダイオードPD5に隣接する位置からフォトダイオードPD1に隣接する位置に信号電荷4を電荷転送するために必要とされる時間は、特許文献1に開示されている従来技術では32サイクルであった。これに対して、本実施形態では16サイクルとなり、従来技術に比べて垂直転送時間を半分にすることができる。   As described above, in the second mode, when compared with the vertical pixel thinning readout mode in which signal charges are read from one pixel by thinning out three pixels out of four pixels arranged in the vertical direction as in the prior art, it is adjacent to the photodiode PD5. The time required to transfer the signal charge 4 from the position to the position adjacent to the photodiode PD1 is 32 cycles in the prior art disclosed in Patent Document 1. On the other hand, in this embodiment, the number of cycles is 16 and the vertical transfer time can be halved compared to the prior art.

さらに、本実施形態によれば、特許文献2に開示されている従来技術と同等に垂直転送時間の短縮化を図ることができる。また、本実施形態によれば、図2に示すように垂直転送制御部12Aにおいて、4相駆動制御部12aのみで、特許文献2に開示されているような16相駆動制御部が不要であり、固体撮像素子の電極数についても、特許文献2に開示されているような16枚の垂直転送ゲート電極は不要で本実施形態では8枚であることから、固体撮像素子と垂直転送制御部を含む固体撮像装置において、製造コストの低コスト化、チップサイズの縮小化および低消費電力化を図る上で有利である。   Furthermore, according to the present embodiment, the vertical transfer time can be shortened in the same manner as the prior art disclosed in Patent Document 2. Further, according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the vertical transfer control unit 12A includes only the four-phase drive control unit 12a and does not require the 16-phase drive control unit disclosed in Patent Document 2. As for the number of electrodes of the solid-state imaging device, the 16 vertical transfer gate electrodes as disclosed in Patent Document 2 are not necessary and are 8 in this embodiment. In the solid-state imaging device including this, it is advantageous in reducing the manufacturing cost, reducing the chip size, and reducing the power consumption.

なお、上記実施形態の垂直転送制御部12Aでは、電荷転送手段としての垂直転送部1を構成する各垂直転送ゲート電極を駆動する4相駆動信号を出力する4相駆動制御部12aと、垂直方向に並んだ光電変換手段としてのフォトダイオードPDからの各信号電荷の読み出し方が互いに異なる第1モード時と第2モード時とに応じて、4相駆動信号の各垂直転送ゲート電極に対する割り当てを切り替える切り替えスイッチ手段13とを有する 構成としたが、これに限らず、切り替えスイッチ手段13の切り替え機能を4相駆動制御部12aの内部に含めることもできる。例えば、4相駆動信号をφ1〜φ4とし、各垂直転送ゲート電極をV1〜V8とした場合に、4相駆動制御部から各垂直転送ゲート電極V1〜V8に配線接続されていればよい。上記第1モード時に、4相駆動信号φ1が垂直転送ゲート電極V1,V5に、4相駆動信号φ2が垂直転送ゲート電極V2,V6に、4相駆動信号φ3が垂直転送ゲート電極V3,V7に、4相駆動信号φ4が垂直転送ゲート電極V4,V8に印加されるように、4相駆動制御部が4相駆動信号φ1〜φ4を出力制御すればよい。また、上記第2モード時には、4相駆動信号φ1が垂直転送ゲート電極V1,V2に、4相駆動信号φ2が垂直転送ゲート電極V3,V4に、4相駆動信号φ3が垂直転送ゲート電極V5,V6に、4相駆動信号φ4が垂直転送ゲート電極V7,V8に印加されるように、4相駆動制御部が4相駆動信号φ1〜φ4を出力制御すればよい。   In the vertical transfer control unit 12A of the above embodiment, a four-phase drive control unit 12a that outputs a four-phase drive signal for driving each vertical transfer gate electrode constituting the vertical transfer unit 1 as a charge transfer unit, and a vertical direction The allocation of the four-phase drive signal to each vertical transfer gate electrode is switched in accordance with the first mode and the second mode in which the readout of each signal charge from the photodiode PD as the photoelectric conversion means arranged in a row is different from each other However, the present invention is not limited to this, and the switching function of the changeover switch means 13 can be included in the four-phase drive control unit 12a. For example, when the four-phase drive signal is φ1 to φ4 and each vertical transfer gate electrode is V1 to V8, the four-phase drive control unit may be wired to each vertical transfer gate electrode V1 to V8. In the first mode, the 4-phase drive signal φ1 is applied to the vertical transfer gate electrodes V1 and V5, the 4-phase drive signal φ2 is applied to the vertical transfer gate electrodes V2 and V6, and the 4-phase drive signal φ3 is applied to the vertical transfer gate electrodes V3 and V7. The four-phase drive controller may control the output of the four-phase drive signals φ1 to φ4 so that the four-phase drive signal φ4 is applied to the vertical transfer gate electrodes V4 and V8. In the second mode, the 4-phase drive signal φ1 is applied to the vertical transfer gate electrodes V1 and V2, the 4-phase drive signal φ2 is applied to the vertical transfer gate electrodes V3 and V4, and the 4-phase drive signal φ3 is applied to the vertical transfer gate electrode V5. The four-phase drive control unit may control the output of the four-phase drive signals φ1 to φ4 so that the four-phase drive signal φ4 is applied to the vertical transfer gate electrodes V7 and V8 at V6.

即ち、複数相駆動制御手段としての4相駆動制御手段(4相駆動制御部)は、垂直方向に並んだ光電変換手段としてのフォトダイオードPDからの各信号電荷の読み出し方が互いに異なる上記第1モード時と上記第2モード時とに応じて、複数相駆動信号としての4相駆動信号φ1〜φ4の各電荷転送ゲート電極V1〜V8に対する出力割り当てを変えて、垂直転送部1を構成する各電荷転送ゲート電極V1〜V8を駆動する4相駆動信号φ1〜φ4を出力制御するものである。このモードに応じた、4相駆動信号φ1〜φ4の各電荷転送ゲート電極V1〜V8に対する出力割り当ては、第1モード時に互いに連続するn(n;2以上の自然数)枚の電荷転送ゲート電極毎の電荷転送ゲート電極それぞれに対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当て、第2モード時に2n枚の互いに連続する電荷転送ゲート電極毎の連続する2枚ずつをn組として各組に対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当てる。   That is, the four-phase drive control means (four-phase drive control unit) as the multi-phase drive control means is different from each other in how to read each signal charge from the photodiode PD as the photoelectric conversion means arranged in the vertical direction. Depending on the mode and the second mode, the output allocation of the four-phase drive signals φ1 to φ4 as the multi-phase drive signals to the charge transfer gate electrodes V1 to V8 is changed, and each of the components constituting the vertical transfer unit 1 is changed. The output of the four-phase drive signals φ1 to φ4 for driving the charge transfer gate electrodes V1 to V8 is controlled. According to this mode, the output assignment of the four-phase drive signals φ1 to φ4 to the charge transfer gate electrodes V1 to V8 is performed for each of n (n; a natural number of 2 or more) charge transfer gate electrodes consecutive in the first mode. Each of the n-phase drive signals is assigned to each of the charge transfer gate electrodes, and in the second mode, each of the 2n consecutive charge transfer gate electrodes is divided into n sets, and n sets for each set. Assign each of the phase drive signals.

また、上記実施形態では、垂直転送部1を制御する複数相制御手段を4相駆動制御部12aとし、4相駆動信号をφ1〜φ4とし、各垂直転送ゲート電極をV1〜V8とした4電極4相垂直駆動方式の場合について説明したが、これに限らず、3電極3相垂直駆動方式でもよく、信号電荷を読み出した場合に信号電荷の前後にバリアができる必要から3相あればよい。よって、複数相制御手段を3相駆動制御部とし、3相駆動信号をφ1〜φ3とし、各垂直転送ゲート電極をV1〜V6としてもよい。この場合には、上記第1モード時に、3相駆動信号φ1が垂直転送ゲート電極V1,V4に、3相駆動信号φ2が垂直転送ゲート電極V2,V5に、3相駆動信号φ3が垂直転送ゲート電極V3,V6に印加されるように、切り替えスイッチ手段13が切り替え制御されるかまたは、相駆動制御部が3相駆動信号φ1〜φ3を出力制御すればよい。また、上記第2モード時には、3相駆動信号φ1が垂直転送ゲート電極V1,V2に、3相駆動信号φ2が垂直転送ゲート電極V3,V4に、3相駆動信号φ3が垂直転送ゲート電極V5,V6に印加されるように、切り替えスイッチ手段13が切り替え制御されるかまたは、3相駆動制御部が3相駆動信号φ1〜φ3を出力制御すればよい。   In the above embodiment, the four-phase drive control unit 12a is a multi-phase control unit that controls the vertical transfer unit 1, the four-phase drive signals are φ1 to φ4, and the vertical transfer gate electrodes are V1 to V8. Although the case of the four-phase vertical drive method has been described, the present invention is not limited to this, and a three-electrode three-phase vertical drive method may be used, and three phases may be used because a barrier must be formed before and after the signal charge when the signal charge is read. Therefore, the multi-phase control means may be a three-phase drive control unit, the three-phase drive signal may be φ1 to φ3, and each vertical transfer gate electrode may be V1 to V6. In this case, in the first mode, the three-phase drive signal φ1 is applied to the vertical transfer gate electrodes V1 and V4, the three-phase drive signal φ2 is applied to the vertical transfer gate electrodes V2 and V5, and the three-phase drive signal φ3 is applied to the vertical transfer gate. The changeover switch means 13 may be controlled to be applied to the electrodes V3 and V6, or the phase drive control unit may control the output of the three-phase drive signals φ1 to φ3. In the second mode, the three-phase drive signal φ1 is applied to the vertical transfer gate electrodes V1 and V2, the three-phase drive signal φ2 is applied to the vertical transfer gate electrodes V3 and V4, and the three-phase drive signal φ3 is applied to the vertical transfer gate electrode V5. The changeover switch means 13 may be controlled to be applied to V6, or the three-phase drive control unit may control the output of the three-phase drive signals φ1 to φ3.

さらに、上記実施形態では、第2モードとして、垂直方向に並んだ4画素中、3画素を間引いて1画素から信号電荷を読み出す垂直画素間引き読み出しモードを一例に挙げて説明したが、どのような垂直間引き率でも垂直間引き方法でも、従来の4電極4相垂直駆動方式と比べて垂直転送時間を大幅に削減することができる。さらに、読み出される画素を間引いた後で水平転送部または別途設けられた加算部にて画素加算する場合についても、同様に、垂直転送時間を削減することができる。   Furthermore, in the above embodiment, as the second mode, the vertical pixel thinning readout mode in which signal charges are read from one pixel by thinning out three pixels out of four pixels arranged in the vertical direction has been described as an example. In both the vertical thinning rate and the vertical thinning method, the vertical transfer time can be greatly reduced as compared with the conventional four-electrode four-phase vertical driving method. Further, when the pixels to be read are thinned out and then subjected to pixel addition by a horizontal transfer unit or an adder provided separately, the vertical transfer time can be similarly reduced.

さらに、上記実施形態では、上記第1モード時に互いに連続する4枚の垂直転送ゲート電極毎の垂直転送ゲート電極それぞれに対して4相の駆動信号のそれぞれを割り当て、上記第2モード時に8枚の互いに連続する電荷転送ゲート電極毎の連続する2枚ずつを4組として各組に対して4相の駆動信号φ1〜φ4のそれぞれを割り当てる場合について説明したが、これに限らず、上記第2モード時に、3×4枚の互いに連続する電荷転送ゲート電極毎の連続する3枚ずつを4組として各組に対して4相の駆動信号φ1〜φ4のそれぞれを割り当てる場合にも本発明を適用できて、垂直転送部1において、高速電荷転送することができる。即ち、一般化すると、上記第2モード時に、m×n枚(mは2以上の自然数、nは3以上の自然数)の互いに連続する電荷転送ゲート電極毎の連続するm枚ずつをn組として各組に対してn相の駆動信号φ1〜φnのそれぞれを割り当てる場合にも本発明を適用することができる。上記実施形態では、垂直転送ゲート電極を2枚ずつを1組としたが、何枚ずつ1組にするかは、垂直間引き率との関係から限界値がある。   Further, in the above-described embodiment, four-phase drive signals are assigned to the vertical transfer gate electrodes for each of the four vertical transfer gate electrodes that are continuous with each other in the first mode, and eight sheets are assigned in the second mode. Although a case has been described in which each of the two consecutive charge transfer gate electrodes is assigned to four sets, and each of the four-phase drive signals φ1 to φ4 is assigned to each set, the present invention is not limited to this, but the second mode In some cases, the present invention can also be applied to a case in which each of 3 × 4 consecutive charge transfer gate electrodes is assigned to each of four sets of four-phase drive signals φ1 to φ4. Thus, high-speed charge transfer can be performed in the vertical transfer unit 1. In other words, in general, in the second mode, m × n (m is a natural number of 2 or more, n is a natural number of 3 or more) n consecutive sets of m consecutive each charge transfer gate electrodes. The present invention can also be applied when each of the n-phase drive signals φ1 to φn is assigned to each set. In the above embodiment, two vertical transfer gate electrodes are used as one set. However, the number of the vertical transfer gate electrodes used as one set has a limit value in relation to the vertical thinning rate.

さらに、上記実施形態では、固体撮像素子として、インターライン・トランスファ方式CCDを一例に挙げて説明したが、蓄積領域があるフレームインターライン・トランスファ方式CCDについても同様に、上記効果を期待することができることは言うまでもない。   Furthermore, in the above-described embodiment, the interline transfer type CCD is described as an example of the solid-state imaging device. However, the above effect can be similarly expected for a frame interline transfer type CCD having a storage area. Needless to say, you can.

さらに、上記実施形態では、垂直転送ゲート電極を2枚ずつを1組としたが、これに限らず、垂直転送ゲート電極の場合と同様に、水平転送ゲート電極を2枚ずつを1組としてもよいし、垂直転送ゲート電極および水平転送ゲート電極(電荷転送ゲート電極)をそれぞれ2枚ずつを1組としてもよく、電荷転送速度を早くすることができる。   Furthermore, in the above embodiment, two vertical transfer gate electrodes are used as one set. However, the present invention is not limited to this, and as in the case of the vertical transfer gate electrodes, two horizontal transfer gate electrodes may be used as one set. Alternatively, two sets of vertical transfer gate electrodes and horizontal transfer gate electrodes (charge transfer gate electrodes) may be used as one set, and the charge transfer speed can be increased.

なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固体撮像装置20を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像装置20の少なくともいずれかを撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷(印字)して出力(プリントアウト)する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。   Although not particularly described in the above embodiment, a digital camera such as a digital video camera or a digital still camera using the solid-state imaging device 20 of the above embodiment as an imaging unit, an image input camera, a scanner, a facsimile, An electronic information device such as a camera-equipped mobile phone device will be described. The electronic information apparatus of the present invention is a recording that records data after performing predetermined signal processing for recording high-quality image data obtained by using at least one of the solid-state imaging device 20 of the above-described embodiment of the present invention as an imaging unit. A memory unit such as a medium; display means such as a liquid crystal display device that displays the image data on a display screen such as a liquid crystal display screen after performing predetermined signal processing for display; and a predetermined signal for communication of the image data It has at least one of communication means such as a transmission / reception device that performs communication processing after processing and image output means for printing (printing) and outputting (printing out) the image data.

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。   As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明は、インターライン・トランスファ方式CCDやフレームインターライン・トランスファ方式などの固体撮像素子を備え、全画素読み出しモードおよび垂直画素間引き読み出しモードなどの異なる読み出しモードによって光電変換手段から電荷を読み出すことができる固体撮像装置および固体撮像素子の駆動方法において、特許文献1の従来技術に比べて、高速読み出しが必要とされる垂直画素間引き読み出しモードにおいて、垂直転送時間を短縮化することができる。   The present invention includes a solid-state imaging device such as an interline transfer type CCD or a frame interline transfer type, and reads out charges from the photoelectric conversion means in different readout modes such as an all pixel readout mode and a vertical pixel thinning readout mode. In the solid-state imaging device and the solid-state imaging element driving method that can be performed, the vertical transfer time can be shortened in the vertical pixel thinning readout mode that requires high-speed readout, as compared with the prior art disclosed in Patent Document 1.

さらに、特許文献2の従来技術に比べて、垂直転送制御部において4相駆動制御部のみで16相駆動制御部が不要となり、また、垂直転送制御部と垂直転送ゲート電極とを接続するための内部配線および電極パッド数が少なくて良いことから、固体撮像素子および固体撮像装置の製造コストの低コスト化、縮小化および低消費電力化を図ることができる。   Furthermore, compared with the prior art of Patent Document 2, the vertical transfer control unit does not require a 16-phase drive control unit with only a 4-phase drive control unit, and is used to connect the vertical transfer control unit and the vertical transfer gate electrode. Since the number of internal wirings and electrode pads may be small, the manufacturing cost of the solid-state imaging device and the solid-state imaging device can be reduced, reduced, and power consumption can be reduced.

本発明の実施形態に係る固体撮像素子およびその駆動方法を説明するための図であって、(a)は、第1モードとして全画素読み出しモード時における固体撮像素子およびその駆動方法を示す模式図、(b)は、第2モードとして垂直画素間引き読み出しモード時における固体撮像素子およびその駆動方法を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure for demonstrating the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention, and its drive method, Comprising: (a) is a schematic diagram which shows the solid-state image sensor and its drive method in the all-pixel read-out mode as 1st mode. (B) is a schematic diagram showing a solid-state imaging device and a driving method thereof in the vertical pixel thinning readout mode as the second mode. 図1の固体撮像素子とこれを駆動制御する垂直転送制御部とを備えた固体撮像装置の要部構成例を示すブロック図であって、(a)は第1モード時を示すブロック図、(b)は第2モード時を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a main part of a solid-state imaging device including the solid-state imaging device of FIG. 1 and a vertical transfer control unit that drives and controls the solid-state imaging device, wherein FIG. b) is a block diagram showing the second mode. 図2の切り替えスイッチ手段を含む垂直電荷転送制御部の構成例を説明するための回路図であって、(a)は第1モード時の動作状態を示す回路図、(b)は第2モード時の動作状態を示す回路図である。FIGS. 3A and 3B are circuit diagrams for explaining a configuration example of a vertical charge transfer control unit including the changeover switch unit of FIG. 2, wherein FIG. 3A is a circuit diagram illustrating an operation state in a first mode, and FIG. It is a circuit diagram which shows the operation state at the time. 図2の固体撮像素子の駆動方法において、第2モード時に、上記4相の垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ4を、8枚の連続する各垂直転送ゲート電極の連続する2枚ずつを4組として割り当てた場合について、信号電荷の転送状態を説明するための図であって、(a)はその4相垂直転送駆動クロック信号のタイミングチャート、(b)はその垂直転送部のポテンシャル遷移図である。In the solid-state imaging device driving method of FIG. 2, in the second mode, the four-phase vertical transfer drive clock signals φ1 to φ4 are set to four sets of eight consecutive vertical transfer gate electrodes. FIG. 4 is a diagram for explaining a signal charge transfer state in the case of assignment, where (a) is a timing chart of the four-phase vertical transfer drive clock signal, and (b) is a potential transition diagram of the vertical transfer unit. . 特許文献1に開示されている従来の固体撮像素子およびその駆動方法を説明するための図であって、(a)は、第1モードとして全画素読み出しモード時における固体撮像素子およびその駆動方法を示す模式図、(b)は、第2モードとして垂直画素間引き読み出しモード時における固体撮像素子およびその駆動方法を示す模式図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 and a driving method thereof; FIG. 5A illustrates a solid-state imaging device and a driving method thereof in an all-pixel readout mode as a first mode. FIG. 5B is a schematic diagram illustrating a solid-state imaging device and a driving method thereof in the vertical pixel thinning readout mode as the second mode. 図5の固体撮像素子において、4相の垂直転送駆動クロック信号φ1〜φ4を、連続する垂直転送ゲート電極V1〜V4に割り当てた場合について、信号電荷の電荷転送状態を説明するための図であって、(a)はその4相垂直転送駆動クロック信号のタイミングチャート、(b)はその垂直転送部のポテンシャル遷移図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the charge transfer state of signal charges when the four-phase vertical transfer drive clock signals φ1 to φ4 are assigned to the continuous vertical transfer gate electrodes V1 to V4 in the solid-state imaging device of FIG. (A) is a timing chart of the four-phase vertical transfer drive clock signal, and (b) is a potential transition diagram of the vertical transfer unit. 特許文献2に開示されている従来の固体撮像装置について説明するための図であって、(a)は第1モード時を示し、(b)は第2モード時を示す模式図である。It is a figure for demonstrating the conventional solid-state imaging device disclosed by patent document 2, Comprising: (a) shows the time of 1st mode, (b) is a schematic diagram which shows the time of 2nd mode.

符号の説明Explanation of symbols

1 垂直転送部
2 水平転送部
3 出力部
4 信号電荷
10 固体撮像素子
11 CCDチップ
12A 垂直転送制御部
12a 4相駆動制御部
13 切り替えスイッチ
20 固体撮像装置
PD フォトダイオード
φ1〜φ4 4相駆動信号
M1 第1モード信号
M2 第2モード信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vertical transfer part 2 Horizontal transfer part 3 Output part 4 Signal charge 10 Solid-state image sensor 11 CCD chip 12A Vertical transfer control part 12a Four-phase drive control part 13 Changeover switch 20 Solid-state imaging device PD Photodiode φ1-φ4 Four-phase drive signal M1 1st mode signal M2 2nd mode signal

Claims (20)

受光した光を信号電荷に変換する複数の光電変換手段および、該複数の光電変換手段からそれぞれ読み出された各信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送手段を有する固体撮像素子と、
該所定方向と平行に並んだ光電変換手段からの各信号電荷の読み出し方が互いに異なる第1モード時と第2モード時とに応じて、該電荷転送手段を構成する各電荷転送ゲート電極に対する複数相駆動信号の出力割り当てを変えて、該各電荷転送ゲート電極を駆動する複数相駆動信号を出力する複数相駆動制御手段とを有する固体撮像装置。
A solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion means for converting received light into signal charges, and a charge transfer means for transferring each signal charge read from the plurality of photoelectric conversion means in a predetermined direction;
A plurality of charge transfer gate electrodes constituting the charge transfer means are provided in accordance with the first mode and the second mode in which the respective signal charges are read out from the photoelectric conversion means arranged in parallel with the predetermined direction. A solid-state imaging device comprising: a plurality of phase drive control means for outputting a plurality of phase drive signals for driving the charge transfer gate electrodes by changing the output assignment of the phase drive signals.
前記出力割り当ては、前記第1モード時に、互いに連続するn(n;2以上の自然数)枚の電荷転送ゲート電極毎の該電荷転送ゲート電極それぞれに対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当て、前記第2モード時に、m×n枚(mは2以上の自然数、nは3以上の自然数)の互いに連続する電荷転送ゲート電極毎の連続するm枚ずつをn組として各組に対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当てる請求項1に記載の固体撮像装置。   In the first mode, each of the n-phase drive signals is assigned to each of the charge transfer gate electrodes for each of n (n: a natural number of 2 or more) consecutive charge transfer gate electrodes in the first mode, In the second mode, m × n (m is a natural number of 2 or more, n is a natural number of 3 or more) n consecutive groups for each of the consecutive charge transfer gate electrodes, n for each set. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein each of the phase drive signals is assigned. 受光した光を信号電荷に変換する複数の光電変換手段および、該複数の光電変換手段からそれぞれ読み出された各信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送手段を有する固体撮像素子と、
該電荷転送手段を構成する各電荷転送ゲート電極を駆動する複数相駆動信号を出力する複数相駆動制御手段と、
該所定方向に平行に並んだ光電変換手段からの各信号電荷の読み出し方が互いに異なる第1モード時と第2モード時とに応じて、該複数相駆動信号の該各電荷転送ゲート電極に対する割り当てを切り替える切り替えスイッチ手段とを有する固体撮像装置。
A solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion means for converting received light into signal charges, and a charge transfer means for transferring each signal charge read from the plurality of photoelectric conversion means in a predetermined direction;
Multi-phase drive control means for outputting a multi-phase drive signal for driving each charge transfer gate electrode constituting the charge transfer means;
Allocation of the plurality of phase driving signals to the charge transfer gate electrodes in accordance with the first mode and the second mode in which the reading methods of the signal charges from the photoelectric conversion means arranged in parallel in the predetermined direction are different from each other. A solid-state imaging device having changeover switch means for switching between.
前記切り替えスイッチ手段は、前記第1モード時に、互いに連続するn(n;2以上の自然数)枚の電荷転送ゲート電極毎の該電荷転送ゲート電極それぞれに対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当て、前記第2モード時に、m×n枚(mは2以上の自然数、nは3以上の自然数)の互いに連続する電荷転送ゲート電極毎の連続するm枚ずつをn組として各組に対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当てるように切り替える請求項3に記載の固体撮像装置。   The change-over switch means assigns each of n-phase drive signals to each of the charge transfer gate electrodes for each of n (n; a natural number of 2 or more) continuous in the first mode. In the second mode, m × n (m is a natural number greater than or equal to 2 and n is a natural number greater than or equal to 3) n consecutive m for each of the consecutive charge transfer gate electrodes is set for each set. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein switching is performed so as to assign each of the n-phase drive signals. 前記複数相駆動信号の前記各電荷転送ゲート電極に対する割り当ては、電荷転送速度が通常速度と高速度のいずれかになるように割り当てられる請求項1〜4のいずれかに記載の固体撮像装置。   5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the multi-phase drive signal is assigned to each of the charge transfer gate electrodes so that a charge transfer speed is a normal speed or a high speed. 前記nは3または4である請求項2または4に記載の固体撮像装置。   5. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein n is 3 or 4. 前記mは2または3である請求項2または4に記載の固体撮像装置。   5. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein m is 2 or 3. 前記第1モードは全画素読み出しモードで電荷転送速度が通常速度モードであり、前記第2モードは垂直画素間引き読み出しモードで該電荷転送速度が高速度モードである請求項1〜5のいずれかに記載の固体撮像装置。   6. The first mode is an all-pixel readout mode in which a charge transfer speed is a normal speed mode, and the second mode is a vertical pixel thinning readout mode in which the charge transfer speed is a high speed mode. The solid-state imaging device described. 前記第2モード時に、垂直方向に並んだ光電変換手段の4画素毎に3画素を間引いて前期信号電荷を読み出す請求項8に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 8, wherein in the second mode, the signal charges are read out by thinning out three pixels for every four pixels of the photoelectric conversion means arranged in the vertical direction. 前記電荷転送手段は垂直電荷転送手段および水平電荷転送手段の少なくともいずれかであり、該電荷転送手段が該垂直電荷転送手段の場合に前記所定方向は垂直電荷転送方向であり、該電荷転送手段が該水平電荷転送手段の場合に前記所定方向は水平電荷転送方向であり、該電荷転送手段が該垂直電荷転送手段および該水平電荷転送手段の場合に前記所定方向は該垂直電荷転送方向および該水平電荷転送方向である請求項1、3、8および9のいずれかに記載の固体撮像装置。   The charge transfer means is at least one of a vertical charge transfer means and a horizontal charge transfer means. When the charge transfer means is the vertical charge transfer means, the predetermined direction is a vertical charge transfer direction, and the charge transfer means is In the case of the horizontal charge transfer means, the predetermined direction is a horizontal charge transfer direction. When the charge transfer means is the vertical charge transfer means and the horizontal charge transfer means, the predetermined direction is the vertical charge transfer direction and the horizontal charge transfer direction. The solid-state imaging device according to claim 1, which is in a charge transfer direction. 前記固体撮像素子は、インターライン・トランスファ方式CCDまたはフレームインターライン・トランスファ方式CCDである請求項1または3に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is an interline transfer type CCD or a frame interline transfer type CCD. 受光した光を光電変換手段により信号電荷に変換し、該光電変換手段から読み出された信号電荷を、複数相駆動信号を用いて電荷転送手段により所定方向に電荷転送する固体撮像素子の駆動方法であって、
該所定方向に平行に並んだ光電変換手段からの各信号電荷の読み出し方が異なる第1モード時と第2モード時とに応じて、該電荷転送手段を構成する各電荷転送ゲート電極に対する複数相駆動信号の割り当てを切り替える固体撮像素子の駆動方法。
A solid-state imaging device driving method in which received light is converted into signal charges by photoelectric conversion means, and signal charges read from the photoelectric conversion means are transferred in a predetermined direction by charge transfer means using a plurality of phase drive signals Because
A plurality of phases with respect to each charge transfer gate electrode constituting the charge transfer means according to the first mode and the second mode, which differ in how the signal charges are read from the photoelectric conversion means arranged in parallel in the predetermined direction. A method for driving a solid-state imaging device that switches assignment of drive signals.
前記第1モード時に、互いに連続するn(n;2以上の自然数)枚の電荷転送ゲート電極毎の該電荷転送ゲート電極それぞれに対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当て、前記第2モード時に、m×n枚(mは2以上の自然数、nは3以上の自然数)の互いに連続する電荷転送ゲート電極毎の連続するm枚ずつをn組として各組に対してn相の駆動信号のそれぞれを割り当てる請求項12に記載の固体撮像素子の駆動方法。   In the first mode, an n-phase drive signal is assigned to each of the n (n: a natural number greater than or equal to 2) charge transfer gate electrodes that are continuous with each other, and an n-phase drive signal is assigned to each of the charge transfer gate electrodes. , M × n (m is a natural number of 2 or more, n is a natural number of 3 or more) n consecutive sets of m consecutive charge transfer gate electrodes for each set, and an n-phase drive signal for each set The method for driving a solid-state imaging device according to claim 12, wherein each is assigned. 前記nは3または4である請求項13に記載の固体撮像装置の駆動方法。   The method of driving a solid-state imaging device according to claim 13, wherein n is 3 or 4. 前記mは2または3である請求項13に記載の固体撮像装置の駆動方法。   The method of driving a solid-state imaging device according to claim 13, wherein the m is 2 or 3. 前記第1モードは全画素読み出しモードで電荷転送速度が通常速度モードであり、前記第2モードは垂直画素間引き読み出しモードで該電荷転送速度が高速度モードである請求項12または13に記載の固体撮像素子の駆動方法。   The solid state according to claim 12 or 13, wherein the first mode is an all-pixel readout mode and a charge transfer speed is a normal speed mode, and the second mode is a vertical pixel thinning readout mode and the charge transfer speed is a high-speed mode. Driving method of image sensor. 前記第2モード時に、垂直方向に並んだ光電変換手段の4画素毎に3画素を間引いて前記信号電荷を読み出す請求項16に記載の固体撮像素子の駆動方法。   The solid-state imaging device driving method according to claim 16, wherein in the second mode, the signal charges are read out by thinning out three pixels for every four pixels of the photoelectric conversion means arranged in the vertical direction. 前記電荷転送手段は垂直電荷転送手段および水平電荷転送手段の少なくともいずれかであり、該電荷転送手段が該垂直電荷転送手段の場合に前記所定方向は垂直電荷転送方向であり、該電荷転送手段が該水平電荷転送手段の場合に前記所定方向は水平電荷転送方向であり、該電荷転送手段が該垂直電荷転送手段および該水平電荷転送手段の場合に前記所定方向は該垂直電荷転送方向および該水平電荷転送方向である請求項12、16および17のいずれかに記載の固体撮像装置の駆動方法。   The charge transfer means is at least one of a vertical charge transfer means and a horizontal charge transfer means. When the charge transfer means is the vertical charge transfer means, the predetermined direction is a vertical charge transfer direction, and the charge transfer means is In the case of the horizontal charge transfer means, the predetermined direction is a horizontal charge transfer direction. When the charge transfer means is the vertical charge transfer means and the horizontal charge transfer means, the predetermined direction is the vertical charge transfer direction and the horizontal charge transfer direction. The solid-state imaging device driving method according to claim 12, wherein the driving direction is a charge transfer direction. 前記固体撮像素子はインターライン・トランスファ方式CCDまたはフレームインターライン・トランスファ方式CCDである請求項12に記載の固体撮像素子の駆動方法。   The solid-state imaging device driving method according to claim 12, wherein the solid-state imaging device is an interline transfer type CCD or a frame interline transfer type CCD. 請求項1〜11のいずれかに記載の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器。   An electronic information device using the solid-state imaging device according to claim 1 for an imaging unit.
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