JP2007295073A - Solid-state image pickup device and imaging method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup device capable of maintaining the miniaturization of an imager, even if expanding the area of a light receiver to expand a dynamic range, and to provide a method. <P>SOLUTION: A digital still camera 10 includes: a plurality of light receivers for storing charge obtained by converting incident light photoelectrically, a vertical transfer path for transferring stored charge read from the light receiver, and a transfer gate for transferring the stored charge from the light receiver to the vertical transfer path. In the digital still camera 10, a drive signal generator 10C applies a transfer gate voltage to the transfer gate to read the stored charge from the receiver to the vertical transfer path. The transfer gate voltage can read the stored charge from the light receiver to the vertical transfer path a plurality of times. The vertical transfer path performs transfer operation each time when the stored charge is read. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電荷結合素子(CCD)等を用いた固体撮像装置および方法に係り、とくに、ダイナミックレンジの広い固体撮像装置および方法に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device and method using a charge coupled device (CCD) or the like, and more particularly to a solid-state imaging device and method having a wide dynamic range.

固体撮像装置を用いて被写体を撮像する場合、撮像画像中の高輝度部分が白飛びしたり低輝度部分が黒つぶれしないことが望ましい。すなわち、低輝度から高輝度にわたる撮像を可能にするため、固体撮像装置において広いダイナミックレンジを実現する必要がある。そこで、固体撮像装置のダイナミックレンジを拡大する方法が従来から種々提案されている。   When a subject is imaged using a solid-state imaging device, it is desirable that the high-luminance portion in the captured image does not fly out and the low-luminance portion does not become black. That is, in order to enable imaging from low luminance to high luminance, it is necessary to realize a wide dynamic range in the solid-state imaging device. Therefore, various methods for expanding the dynamic range of the solid-state imaging device have been proposed.

しかし、受光部面積の拡大による感度や飽和電荷量の増大(ダイナミックレンジの拡大)は、垂直転送路の幅も広げる必要が生じ、装置の小型化と逆行することとなる。一方で、装置の小型化を維持するために、画素の微細化による画素数増大という要求があり、受光部面積を逆に小さくする必要がある。これにより、信号電荷量は小さくなり、高感度化(ダイナミックレンジの拡大)と逆行するという問題がある。このように、固体撮像装置、とくに、当該装置に含まれる固体撮像素子の高感度/多画素/小型化の両立は困難である。   However, an increase in sensitivity and saturation charge amount (expansion of dynamic range) due to an increase in the area of the light-receiving portion necessitates an increase in the width of the vertical transfer path, which goes against the miniaturization of the apparatus. On the other hand, in order to maintain the miniaturization of the device, there is a demand for an increase in the number of pixels due to the miniaturization of the pixels, and it is necessary to reduce the area of the light receiving portion. As a result, the amount of signal charge is reduced, and there is a problem that it goes against high sensitivity (dynamic range expansion). As described above, it is difficult to achieve both high sensitivity / multiple pixels / miniaturization of a solid-state imaging device, particularly a solid-state imaging device included in the device.

これを解決する1つの方法として、例えば、特許文献1に記載された従来技術では、電荷転送路の幅を拡大せずに、取り扱い可能な飽和電荷容量を増大させ、ダイナミックレンジを拡大できる固体撮像装置を開示する。すなわち、各受光部に、入射光量に応じた信号電荷を蓄積する第1信号電荷蓄積部と、第1信号電荷蓄積部の蓄積電荷が第1信号電荷蓄積部の飽和電荷量を超えたとき飽和電荷量を超えた過剰電荷の一部を捕獲し蓄積する第2信号電荷蓄積部とを設ける。この構成により、1画素(受光部)における飽和電荷量を、電荷転送路の幅を増大させずに、増大させる。
特開2004−335802号公報
As one method for solving this problem, for example, in the prior art described in Patent Document 1, solid-state imaging that can increase the saturation charge capacity that can be handled without expanding the width of the charge transfer path and expand the dynamic range. An apparatus is disclosed. That is, the first signal charge accumulation unit that accumulates signal charges corresponding to the amount of incident light in each light receiving unit, and saturation when the accumulated charge in the first signal charge accumulation unit exceeds the saturation charge amount of the first signal charge accumulation unit A second signal charge accumulating unit that captures and accumulates a part of the excess charge exceeding the charge amount; With this configuration, the saturation charge amount in one pixel (light receiving unit) is increased without increasing the width of the charge transfer path.
JP 2004-335802 A

上記の従来技術は、各受光部に、第1信号電荷蓄積部と、第1信号電荷蓄積部より感度の低い第2信号電荷蓄積部とを設けており、受光部面積を拡大することなく、したがって、電荷転送路の幅を拡大せずに、ダイナミックレンジを拡大している。しかし、第1信号電荷蓄積部において光電変換によって得られた電荷の一部を、利用することなく廃棄している。   In the above prior art, each light receiving unit is provided with a first signal charge storage unit and a second signal charge storage unit having a lower sensitivity than the first signal charge storage unit, and without increasing the area of the light receiving unit, Therefore, the dynamic range is expanded without increasing the width of the charge transfer path. However, a part of the electric charge obtained by photoelectric conversion in the first signal charge accumulating unit is discarded without being used.

本発明は、受光部面積を拡大してダイナミックレンジを拡大したときでも、撮像素子の小型化を維持することができる、すなわち、高感度/多画素/小型化の両立が可能な固体撮像装置および方法を提供することを目的とする。   The present invention is capable of maintaining the downsizing of the image sensor even when the dynamic range is expanded by enlarging the light receiving area, that is, a solid-state imaging device capable of achieving both high sensitivity / multiple pixels / miniaturization and It aims to provide a method.

本発明は上述の課題を解決するために、入射光を光電変換して得られた電荷を蓄積する複数の受光部と、受光部から読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路と、蓄積電荷を受光部から垂直転送路に転送するための転送ゲートとを含む固体撮像装置において、受光部から垂直転送路に蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を転送ゲートに印加する印加手段を含み、転送ゲート電圧は、蓄積電荷を複数回に分けて、受光部から垂直転送路に読み出すことが可能なものであり、垂直転送路は、蓄積電荷の読み出しが行われるごとに、転送動作を行なうことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a plurality of light receiving units for accumulating charges obtained by photoelectric conversion of incident light, a vertical transfer path for transferring accumulated charges read from the light receiving unit, and accumulation. In a solid-state imaging device including a transfer gate for transferring charge from the light receiving unit to the vertical transfer path, including an applying unit that applies a transfer gate voltage to the transfer gate in order to read the accumulated charge from the light receiving unit to the vertical transfer path The transfer gate voltage allows the accumulated charge to be divided into a plurality of times and read out from the light receiving unit to the vertical transfer path, and the vertical transfer path performs a transfer operation every time the accumulated charge is read out. It is characterized by that.

これによれば、受光部の拡大に伴い、垂直転送路を細くしても、電荷転送が可能な固体撮像装置が提供できる。受光部を拡大できるため、開口率が高まり、感度、飽和出力を向上できる。   According to this, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of charge transfer even if the vertical transfer path is narrowed as the light receiving unit is enlarged. Since the light receiving portion can be enlarged, the aperture ratio is increased, and sensitivity and saturation output can be improved.

また、本発明は上述の課題を解決するために、入射光を光電変換して得られた電荷を蓄積する複数の受光部と、受光部から読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路と、蓄積電荷を受光部から垂直転送路に転送するための転送ゲートとを含む固体撮像装置において、受光部から垂直転送路に蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を転送ゲートに印加する印加手段を含み、転送ゲートは、受光部ごとに複数設けられ、印加手段は、複数の転送ゲートに転送ゲート電圧を印加し、垂直転送路は、印加後に転送動作を行ない、一群の蓄積電荷を、複数の転送ゲートを介して読み出すことにより、複数群の電荷に分離して、受光部から垂直転送路に読み出すことが可能なことを特徴とする。この場合も、受光部の拡大に伴い、垂直転送路を細くしても、電荷転送が可能な固体撮像装置が提供できる。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a plurality of light receiving units that accumulate charges obtained by photoelectric conversion of incident light, and a vertical transfer path that transfers accumulated charges read from the light receiving units. Applying means for applying a transfer gate voltage to the transfer gate in order to read the accumulated charge from the light receiving portion to the vertical transfer path in a solid-state imaging device including a transfer gate for transferring the accumulated charge from the light receiving portion to the vertical transfer path A plurality of transfer gates are provided for each light-receiving unit, the application means applies a transfer gate voltage to the plurality of transfer gates, and the vertical transfer path performs a transfer operation after the application, thereby transferring a group of accumulated charges to the plurality of transfer gates. By reading through the transfer gate, the charge can be separated into a plurality of groups of charges and read out from the light receiving portion to the vertical transfer path. Also in this case, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of charge transfer even if the vertical transfer path is narrowed as the light receiving unit is enlarged.

この際に、印加手段は、複数の転送ゲートに転送ゲート電圧を、印加するタイミングおよび電圧の大きさのうち少なくとも一方を異ならせて印加することができる。   At this time, the applying means can apply the transfer gate voltage to the plurality of transfer gates by changing at least one of the application timing and the magnitude of the voltage.

なお、垂直転送路は、受光部ごとに1つ以上設けることができ、受光部ごとに複数設けたときは、1つの受光部に含まれる異なる転送ゲートは、異なる垂直転送路に接続し、一群の蓄積電荷を、複数の転送ゲートおよび複数の垂直転送路を介して、複数群の電荷に分離して、受光部から複数の垂直転送路に読み出すことができる。   One or more vertical transfer paths can be provided for each light receiving unit. When a plurality of vertical transfer paths are provided for each light receiving unit, different transfer gates included in one light receiving unit are connected to different vertical transfer paths to form a group. Can be separated into a plurality of groups of charges via a plurality of transfer gates and a plurality of vertical transfer paths, and read out from the light receiving section to the plurality of vertical transfer paths.

さらに、垂直転送路を転送された電荷を受け取り、さらに転送する水平転送路を含み、水平転送路において、同一の受光部から読み出された電荷を混合することとしてもよい。   Further, it may include a horizontal transfer path that receives and transfers the charges transferred through the vertical transfer path, and the charges read from the same light receiving unit may be mixed in the horizontal transfer path.

また、本発明の撮像方法は上述の課題を解決するために、複数の受光部により、入射光を光電変換して電荷を得て、電荷を蓄積し、蓄積電荷を受光部から垂直転送路に、転送ゲートを介して転送し、受光部から読み出された蓄積電荷を垂直転送路上を転送し、受光部から垂直転送路に蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を転送ゲートに印加し、転送ゲート電圧は、蓄積電荷を複数回に分けて、受光部から垂直転送路に読み出すことが可能なものである工程と、蓄積電荷の読み出しが行われるごとに、垂直転送路上で転送動作を行なう工程とを含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the imaging method of the present invention photoelectrically converts incident light by a plurality of light receiving units to obtain charges, accumulates the charges, and transfers the accumulated charges from the light receiving unit to the vertical transfer path. The transfer gate voltage is applied to the transfer gate to transfer the accumulated charge read from the light receiving unit on the vertical transfer path and to read the accumulated charge from the light receiving unit to the vertical transfer path. The transfer gate voltage is a process in which the accumulated charge can be divided into a plurality of times and read from the light receiving unit to the vertical transfer path, and a transfer operation is performed on the vertical transfer path each time the accumulated charge is read. And a process.

さらに、本発明の方法は、受光部から垂直転送路に蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を、受光部ごとに複数設けられた前記転送ゲートに印加する工程と、印加後に垂直転送路上で転送動作を行なう工程とを含み、一群の蓄積電荷を、複数の転送ゲートを介して読み出すことにより、複数群の電荷に分離して、受光部から垂直転送路に読み出すことが可能なことを特徴とする。   Furthermore, the method of the present invention includes a step of applying a transfer gate voltage to a plurality of transfer gates provided for each light receiving unit in order to read accumulated charges from the light receiving unit to the vertical transfer path, Including a step of performing a transfer operation, wherein a group of accumulated charges can be read out through a plurality of transfer gates to be separated into a plurality of groups of charges and read out from the light receiving portion to the vertical transfer path. And

本発明によれば、受光部面積を拡大してダイナミックレンジを拡大するとともに、撮像素子の小型化を維持することができる、すなわち、高感度/多画素/小型化の両立を図った固体撮像装置および方法を提供できる。また、受光部面積を従来技術と同じ大きさとした場合は、垂直転送路の幅を、従来技術のものよりも狭くすることができるため、ダイナミックレンジが従来技術と同等である場合は、撮像素子が、従来技術の撮像素子よりも小さくなる。   According to the present invention, the area of the light receiving portion is expanded to increase the dynamic range, and the downsizing of the image sensor can be maintained. That is, the solid-state imaging device that achieves both high sensitivity / multiple pixels / downsizing And can provide a method. In addition, when the light receiving area is the same size as the conventional technology, the width of the vertical transfer path can be made narrower than that of the conventional technology. However, it becomes smaller than the image sensor of the prior art.

次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置および撮像方法の実施例を詳細に説明する。本実施例は、デジタルスチルカメラに本発明を適用したものであり、図1は、デジタルスチルカメラのブロック図である。図1を参照すると、本発明によるデジタルスチルカメラ10の実施例は、撮像系10A、前処理部(AFE) 10F、信号処理系10B、駆動信号生成部10Cおよびシステム制御部12が備えられている。なお、以下の説明では、本発明に直接関係のない部分の説明は省略する。   Next, embodiments of a solid-state imaging device and an imaging method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a digital still camera, and FIG. 1 is a block diagram of the digital still camera. Referring to FIG. 1, an embodiment of a digital still camera 10 according to the present invention includes an imaging system 10A, a preprocessing unit (AFE) 10F, a signal processing system 10B, a drive signal generation unit 10C, and a system control unit 12. . In the following description, descriptions of parts not directly related to the present invention are omitted.

撮像系10Aには、撮像レンズ102、CCD型撮像素子104が備えられている。撮像レンズ102は、被写界からの入射光を撮像素子104の受光面上に焦点を結ぶように集光する光学系である。撮像素子104では、入射光を光電変換する受光素子20a、20bが受光面を形成しており、図2に示すように受光素子20a、20bは行方向および列方向に2次元配列されている。撮像素子104は、後述する駆動信号生成部10Cから出力される駆動信号に応動して、電荷の蓄積および読出しを行う。   The imaging system 10A includes an imaging lens 102 and a CCD type imaging device 104. The imaging lens 102 is an optical system that condenses incident light from the object scene so as to focus on the light receiving surface of the imaging element 104. In the imaging element 104, light receiving elements 20a and 20b that photoelectrically convert incident light form a light receiving surface, and as shown in FIG. 2, the light receiving elements 20a and 20b are two-dimensionally arranged in the row direction and the column direction. The image sensor 104 accumulates and reads out charges in response to a drive signal output from a drive signal generation unit 10C described later.

撮像素子104には、受光素子20a、20bごとに読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路22と、蓄積電荷を受光素子20a、20bから垂直転送路22に転送するための転送ゲート(トランスファゲート)24a、24bとがある。転送ゲート24a、24bは、受光素子20a、20bと、受光素子20a、20bに隣接配設された垂直転送路22の転送素子、すなわち垂直転送素子V1〜V8のうち、垂直転送素子V1、V5との間に形成されている。   The image sensor 104 has a vertical transfer path 22 for transferring the accumulated charge read out for each of the light receiving elements 20a and 20b, and a transfer gate (transfer) for transferring the accumulated charge from the light receiving elements 20a and 20b to the vertical transfer path 22. Gate) There are 24a and 24b. The transfer gates 24a and 24b are the light receiving elements 20a and 20b and the transfer elements of the vertical transfer path 22 disposed adjacent to the light receiving elements 20a and 20b, that is, the vertical transfer elements V1 to V8 among the vertical transfer elements V1 to V8. Is formed between.

垂直転送路22は、電荷結合素子(CCD)で構成されている。転送ゲート24a、24bの電極は、垂直転送素子V1、V5の電極と電気的に接続されており、これらの電極を介して、転送ゲート24a、24bへの印加電圧が供給される。すなわち、垂直転送素子V1、V5に印加される電圧と、転送ゲート24a、24bに印加される電圧は同一である。以下では、垂直転送素子V1〜V8と垂直転送素子V1〜V8の電極、および転送ゲート24a、24bと転送ゲート24a、24bの電極とを、同一の参照符号で呼ぶ。すなわち、電極V1〜V8、電極24a、24bと呼ぶ。   The vertical transfer path 22 is composed of a charge coupled device (CCD). The electrodes of the transfer gates 24a and 24b are electrically connected to the electrodes of the vertical transfer elements V1 and V5, and applied voltages to the transfer gates 24a and 24b are supplied through these electrodes. That is, the voltage applied to the vertical transfer elements V1 and V5 and the voltage applied to the transfer gates 24a and 24b are the same. Hereinafter, the electrodes of the vertical transfer elements V1 to V8 and the vertical transfer elements V1 to V8, and the electrodes of the transfer gates 24a and 24b and the transfer gates 24a and 24b are referred to by the same reference numerals. That is, they are referred to as electrodes V1 to V8 and electrodes 24a and 24b.

転送ゲート24a、24bは、電極V1、V5を介して電極24a、24bに供給されるフィールドシフトパルスにより、信号電荷を受光素子20a、20bから垂直転送路22に転送する。垂直転送路22は、読み出した信号電荷を列方向、すなわち垂直方向26に順次転送する。垂直転送により、信号電荷のラインシフトが行われ、最終的に行方向の転送素子、すなわち水平転送路28に供給される。水平転送路28は、駆動信号に応動して、この信号電荷を、AFE 10Fを介して信号処理系10Bに出力する。   The transfer gates 24a and 24b transfer signal charges from the light receiving elements 20a and 20b to the vertical transfer path 22 by a field shift pulse supplied to the electrodes 24a and 24b via the electrodes V1 and V5. The vertical transfer path 22 sequentially transfers the read signal charges in the column direction, that is, the vertical direction 26. By vertical transfer, the signal charge is line-shifted and finally supplied to the transfer element in the row direction, that is, the horizontal transfer path. In response to the drive signal, the horizontal transfer path 28 outputs this signal charge to the signal processing system 10B via the AFE 10F.

本実施例では、インタレースで全画素を読み出す。たとえば、第1フィールドでは、垂直転送素子V1に接続された受光素子20aから読み出し、第2フィールドでは、垂直転送素子V5に接続された受光素子20bから読み出す。次に、第1フィールドについて読出しの詳細を説明する。なお、第2フィールドでも、同様に読出しが行われる。   In this embodiment, all pixels are read out in an interlaced manner. For example, in the first field, reading is performed from the light receiving element 20a connected to the vertical transfer element V1, and in the second field, reading is performed from the light receiving element 20b connected to the vertical transfer element V5. Next, details of reading the first field will be described. Note that reading is performed in the same manner in the second field.

蓄積された信号電荷を第1フィールドにおいて、各受光素子20aから読み出す場合、図3(a)のタイミングチャートに示す信号が、信号発生部120で生成される。すなわち、信号発生部120では、転送素子V1〜V8に供給する垂直駆動信号V1〜V8および転送ゲート24aに供給する転送ゲート電圧TG1が生成される。転送ゲート電圧TG1は、転送素子V1を介して転送ゲート24aに供給される。図3(a)においては、転送ゲート電圧TG1と、垂直駆動信号V1とを別々に示すが、実際には、転送ゲート電圧TG1と、垂直駆動信号V1とを加算したものが転送ゲート24aに供給される。 When the accumulated signal charge is read from each light receiving element 20a in the first field, a signal shown in the timing chart of FIG. That is, the signal generator 120, the transfer gate voltage TG1 supplied to the vertical drive signal V 1 ~V 8 and the transfer gate 24a is supplied to the transfer device V1~V8 is generated. The transfer gate voltage TG1 is supplied to the transfer gate 24a via the transfer element V1. In FIG. 3 (a), the transfer gate voltage TG1, but showing the vertical drive signal V 1 separately, in practice, the transfer gate voltage TG1, the result of the addition of the vertical drive signal V 1 is the transfer gate 24a To be supplied.

なお、第2フィールドの場合は、転送ゲート電圧TG1は、転送素子V5を介して転送ゲート24bに供給される。この際に、転送ゲート電圧TG1と、垂直駆動信号V5とを加算したものが転送ゲート24bに供給される。 In the second field, the transfer gate voltage TG1 is supplied to the transfer gate 24b via the transfer element V5. At this time, the transfer gate voltage TG1, is the result of the addition of the vertical drive signal V 5 is supplied to the transfer gate 24b.

転送ゲート電圧TG1は、第1フィールド期間中の最初の時刻t1と時刻t5にハイになり、その後は、1フィールド期間中、ロウである。転送ゲート電圧TG1と、垂直駆動信号V1とを加算した実際の信号を図4に示す。時刻t1に印加される転送ゲート電圧TG1の最大値30は、時刻t5に印加される転送ゲート電圧TG1の最大値32より低い。2回目に、より高い電圧を印加することにより、1回目の読出しで受光素子20aに残された電荷があったとしても、2回目に読み出すことができる。電圧値34は、垂直駆動信号V1の電圧を示す。 Transfer gate voltage TG1 is the first time t 1 and time t 5 during the first field period becomes high, then during one field period, is low. A transfer gate voltage TG1, showing the actual signal obtained by adding the vertical drive signal V 1 in FIG. The maximum value of the transfer gate voltage TG1 applied at time t 1 30 is lower than the maximum value 32 of the transfer gate voltage TG1 applied at time t 5. By applying a higher voltage at the second time, even if there is an electric charge left in the light receiving element 20a by the first reading, it can be read at the second time. Voltage value 34 indicates the voltage of the vertical drive signal V 1.

垂直駆動信号V1〜V8は、8相駆動のための信号であり、ハイとロウとを交互に繰り返しながら、1フィールド期間中、各転送素子V1〜V8に供給される。垂直駆動信号V1〜V8は全体としてみると、時刻t8が経過すると、同じものが繰り返される。このような転送ゲート電圧TG1および垂直駆動信号V1〜V8を印加することにより、信号電荷は以下のように読み出される。 The vertical drive signals V 1 to V 8 are signals for 8-phase drive, and are supplied to the transfer elements V 1 to V 8 during one field while alternately repeating high and low. When the vertical drive signal V 1 ~V 8 viewed as a whole, the time t 8 elapses, same is repeated. By applying such a transfer gate voltage TG1 and vertical drive signals V 1 to V 8 , signal charges are read as follows.

第1フィールドでは、時刻t1、t5に、転送ゲート24aがオンになり、転送素子V1に対応する位置の受光素子20aだけから信号電荷を2回に分けて読み出す。すなわち1フィールド期間中に2回のフィールドシフトを行ない、次の垂直同期信号が供給されるまでフィールドシフトが行われない。転送素子V1〜V8には、垂直駆動信号V1〜V8がそれぞれ供給され、この供給により、垂直転送路22にシフトされた信号電荷が水平転送路28に向かって転送されていく。 In the first field, at times t 1 and t 5 , the transfer gate 24a is turned on, and the signal charge is read out twice only from the light receiving element 20a at the position corresponding to the transfer element V1. That is, the field shift is performed twice during one field period, and the field shift is not performed until the next vertical synchronizing signal is supplied. The vertical drive signals V 1 to V 8 are supplied to the transfer elements V 1 to V 8 , respectively, and by this supply, the signal charges shifted to the vertical transfer path 22 are transferred toward the horizontal transfer path 28.

第2フィールドでは、転送素子V5に対応する位置の受光素子20bだけから信号電荷を読み出すように、転送ゲート24bのみをオンにする。転送素子V1〜V8には、垂直駆動信号V1〜V8がそれぞれ供給される。転送ゲート電圧TG1が第1フィールドでは転送素子V1に印加され、第2フィールドでは転送素子V5に印加される点を除けば、転送ゲート電圧TG1および垂直駆動信号V1〜V8は、第1フィールドおよび第2フィールドにおいて同じである。 In the second field, only the transfer gate 24b is turned on so that the signal charge is read only from the light receiving element 20b at the position corresponding to the transfer element V5. Vertical drive signals V 1 to V 8 are supplied to the transfer elements V 1 to V 8 , respectively. Transfer gate voltage TG1 is in the first field is applied to the transfer element V1, if the second field except which is applied to the transfer element V5, the transfer gate voltage TG1 and vertical drive signals V 1 ~V 8 is first field And in the second field.

転送素子には、8個おきに同一の駆動電圧が印加される。すなわち、図2において、8個おきの転送素子は共通接続される。垂直駆動信号V1〜V8が印加されたときに、信号電荷が垂直転送素子V1〜V8により、どのように運ばれるかを、図3(b)に示す。図3(b)は、第1フィールドにおいて、時刻t1、t5でフィールドシフトが行われたとき、およびその直後の垂直転送素子V1〜V8の状態を示す。ハッチングされた部分が、信号電荷がある場所であり、この部分は、信号電荷が保持されるポテンシャルが形成される場所である。図3(b)は、各時刻t1、t2、t3、...、t8における垂直転送素子V1〜V8のポテンシャルを、図2に示す垂直転送路22の1列分について示す。 The same drive voltage is applied to every eight transfer elements. That is, in FIG. 2, every eight transfer elements are connected in common. When the vertical drive signal V 1 ~V 8 is applied, the signal charge vertical transfer element V 1 through V 8, how conveyed to, shown in FIG. 3 (b). FIG. 3B shows the state of the vertical transfer elements V1 to V8 when the field shift is performed at times t 1 and t 5 in the first field and immediately after that. The hatched part is a place where there is a signal charge, and this part is a place where a potential for holding the signal charge is formed. FIG. 3 (b), each time t 1, t 2, t 3, ..., the potential of the vertical transfer element V1~V8 at t 8, shown for one row of the vertical transfer path 22 shown in FIG.

第1フィールドにおいては垂直転送路22の垂直転送素子V1にのみフィールドシフトパルスが印加される。時刻t1における垂直転送素子V1のポテンシャルは、転送ゲート電圧TG1が印加されることにより生成されるものであり、転送ゲート電圧TG1分の加算があるため、図3(a)に示す垂直駆動信号V1〜V8が印加されたときよりも深いポテンシャルが形成される。垂直転送路22にシフトされた信号電荷が水平転送路28に向かって転送されていくことが、図3(b)よりわかる。 In the first field, a field shift pulse is applied only to the vertical transfer element V1 of the vertical transfer path 22. Potential of the vertical transfer elements V1 at time t 1 is for the transfer gate voltage TG1 is generated by being applied, because of the addition of the transfer gate voltage TG1 minutes, vertical drive signal shown in FIG. 3 (a) A deeper potential is formed than when V 1 to V 8 are applied. It can be seen from FIG. 3B that the signal charge shifted to the vertical transfer path 22 is transferred toward the horizontal transfer path.

時刻t1に受光素子20aから垂直転送素子V1に読み出された信号電荷は、垂直転送されて、時刻t1に最下段の垂直転送素子V1に達する。続く時刻t2に、ラインシフトを施されて、水平転送路(HCCD)28に転送される。時刻t5に受光素子20aから垂直転送素子V1に読み出された信号電荷は、垂直転送されて、時刻t5に最下段の垂直転送素子V1に達する。続く時刻t6に、ラインシフトを施されて、水平転送路28に転送されて、すでに水平転送路28にある受光素子20aの信号と混合される。その後、時刻t8に、水平転送路28に2相の水平駆動信号を印加して、高速で水平転送路28上を順次転送させて、図1のAFE 10Fに出力する。 The signal charges read out to the vertical transfer element V1 from the light receiving element 20a to the time t 1 is the vertical transfer, the time t 1 reaches the bottom of the vertical transfer element V1. At subsequent time t 2 , the line is shifted and transferred to the horizontal transfer path (HCCD) 28. The signal charges read out to the vertical transfer element V1 from the light receiving element 20a to the time t 5 can be vertically transferred, at time t 5 reaches the bottom of the vertical transfer element V1. At subsequent time t 6 , line shift is performed, the line is transferred to the horizontal transfer path 28, and is mixed with the signal of the light receiving element 20 a already in the horizontal transfer path 28. Thereafter, at time t 8 , a two-phase horizontal drive signal is applied to the horizontal transfer path 28 to sequentially transfer on the horizontal transfer path 28 at a high speed and output to the AFE 10F in FIG.

この出力により、水平転送路28が空になった後、続く時刻t2に、ラインシフトが施されて、水平転送路28に、水平転送が終了した受光素子20aよりもさらに上に位置する受光素子20aから信号電荷が転送されてくる。このような動作を、第1、第2フィールドについて繰り返し、撮像部104から全画素の信号電荷を所定の時間内に読み出して、図1のAFE 10Fに出力する。 The output, after becoming the horizontal transfer path 28 to the air, followed by time t 2, the are decorated with line shift, to the horizontal transfer path 28, the light receiving located above further than the light receiving element 20a of the horizontal transfer completed Signal charges are transferred from the element 20a. Such an operation is repeated for the first and second fields, and the signal charges of all the pixels are read out from the imaging unit 104 within a predetermined time and output to the AFE 10F in FIG.

AFE 10Fには、CDS部108、A/D変換部112が備えられている。CDS部108は、タイミング信号等を発生させる信号発生部120からのクロック信号120aを用いて、供給される信号に対して相関二重サンプリング(CDS)処理を施して雑音の低減を図り、この信号をA/D変換部112に出力する。A/D変換部112は、クロック信号120aを用いて、CDS部108から供給されるアナログ信号をサンプリングし、量子化することによってデジタル信号に変換する。変換したデジタル信号は信号処理系10Bに供給される。   The AFE 10F includes a CDS unit 108 and an A / D conversion unit 112. The CDS unit 108 performs correlated double sampling (CDS) processing on the supplied signal using the clock signal 120a from the signal generation unit 120 that generates a timing signal and the like to reduce noise. Is output to the A / D converter 112. The A / D converter 112 samples the analog signal supplied from the CDS unit 108 using the clock signal 120a, and converts the sampled signal into a digital signal by quantization. The converted digital signal is supplied to the signal processing system 10B.

信号処理系10Bには、信号処理部114およびメモリ116が備えられている。信号処理部114は、得られた信号に、ノイズ低減処理、オフセット補正、白バランス(WB)補正等を行った後、得られた静止画データをメモリ116に取り込む。   The signal processing system 10B includes a signal processing unit 114 and a memory 116. The signal processing unit 114 performs noise reduction processing, offset correction, white balance (WB) correction, and the like on the obtained signal, and then takes the obtained still image data into the memory 116.

タイミング信号等を発生させる駆動信号生成部10Cは、信号発生部(TG)120およびドライバ部(駆動部)122を含む。信号発生部120は、たとえば、原発振のクロックを基にクロック信号120aを生成して信号処理部114に供給する。信号発生部120は、CDS部108、A/D変換部112にもクロック信号120aを供給する。   A drive signal generation unit 10C that generates a timing signal and the like includes a signal generation unit (TG) 120 and a driver unit (drive unit) 122. For example, the signal generator 120 generates a clock signal 120a based on the original oscillation clock and supplies the clock signal 120a to the signal processor 114. The signal generator 120 also supplies the clock signal 120a to the CDS unit 108 and the A / D converter 112.

信号発生部120は、原発振のクロックから各種のタイミング信号を生成している。生成されるタイミング信号には、撮像素子104で得られた信号電荷の読出しに用いるタイミング信号、たとえば、垂直転送路の駆動タイミングを供給する垂直タイミング信号、水平転送路の駆動タイミングを供給する水平タイミング信号、フィールドシフトやラインシフトを行わせるタイミング信号等がある。また、このように各種の信号を前述した各部に出力するとともに、信号発生部120は、垂直タイミング信号、水平タイミング信号等をドライバ部122に供給する。ドライバ部122は、供給されるタイミング信号にしたがって、既述の8相の垂直駆動信号V1〜V8および2相の水平駆動信号等を生成し、信号線122aから出力する。図1においては、簡略化のために信号線122aは1本のみを表示するが、実際には8本の垂直駆動信号線および2本の水平駆動信号線その他の信号線等からなる。 The signal generator 120 generates various timing signals from the original oscillation clock. The generated timing signal includes a timing signal used for reading the signal charge obtained by the image sensor 104, for example, a vertical timing signal for supplying driving timing for the vertical transfer path, and a horizontal timing for supplying driving timing for the horizontal transfer path. There are signals, timing signals for performing field shift and line shift. In addition, various signals are output to the above-described units as described above, and the signal generation unit 120 supplies a vertical timing signal, a horizontal timing signal, and the like to the driver unit 122. The driver unit 122 generates the aforementioned 8-phase vertical drive signals V 1 to V 8 and the 2-phase horizontal drive signal according to the supplied timing signal, and outputs them from the signal line 122a. In FIG. 1, for simplification, only one signal line 122a is displayed, but actually, it includes eight vertical drive signal lines, two horizontal drive signal lines, and other signal lines.

垂直駆動信号V1〜V8には、既述のように、受光素子20a、20bから垂直転送路に蓄積電荷を読み出すための、転送ゲートに印加される転送ゲート電圧を含み、転送ゲート電圧は、蓄積電荷を複数回に分けて、受光素子20a、20bから垂直転送路に読み出すことが可能なものである。駆動信号生成部10Cは、垂直駆動信号線により転送ゲート電圧を転送ゲートに印加し、垂直転送路に転送動作を行なわせて、蓄積電荷を複数回に分けて、受光素子20a、20bから22垂直転送路に読み出すことを可能にする。 As described above, the vertical drive signals V 1 to V 8 include the transfer gate voltage applied to the transfer gate for reading the accumulated charge from the light receiving elements 20a and 20b to the vertical transfer path, and the transfer gate voltage is The accumulated charges can be read out to the vertical transfer path from the light receiving elements 20a and 20b in a plurality of times. The drive signal generation unit 10C applies the transfer gate voltage to the transfer gate through the vertical drive signal line, causes the transfer operation to be performed on the vertical transfer path, and divides the accumulated charge into a plurality of times, so that the light receiving elements 20a, 20b to 22 Enables reading to the transfer path.

システム制御部12は、カメラ全体の動作を制御するコントローラである。システム制御部12には、中央演算装置(CPU)が含まれている。システム制御部12は、図示しないレリーズシャッタからの入力信号により撮影の開始を検知する。システム制御部12は、検知された情報に基づいて、駆動信号生成部10Cの動作を制御する。   The system control unit 12 is a controller that controls the operation of the entire camera. The system control unit 12 includes a central processing unit (CPU). The system control unit 12 detects the start of shooting based on an input signal from a release shutter (not shown). The system control unit 12 controls the operation of the drive signal generation unit 10C based on the detected information.

このように構成したデジタルスチルカメラ10の動作について説明する。デジタルスチルカメラ10は、通常、全画素読出しを行える撮像素子104を有するカメラであり、静止画撮影の指定がレリーズシャッタから供給された場合、受光素子の各々では、受光した光を光電変換することによって信号電荷が蓄積される。   The operation of the digital still camera 10 configured as described above will be described. The digital still camera 10 is usually a camera having an image sensor 104 that can read all pixels. When a still image shooting designation is supplied from a release shutter, each light receiving element photoelectrically converts received light. As a result, signal charges are accumulated.

蓄積された信号電荷を各受光素子20a、20bから読み出す場合、信号発生部120では垂直同期信号が生成される。また、信号発生部120では、垂直同期信号に同期させて垂直転送路22の転送素子に供給する垂直駆動信号および転送ゲート24a、24bに供給する転送ゲート電圧が生成される。転送ゲート電圧は、転送素子を介して転送ゲート24a、24bに供給される。転送ゲート電圧は、垂直同期信号に同期して信号電荷を読み出すように生成されている。   When the accumulated signal charges are read from the light receiving elements 20a and 20b, the signal generator 120 generates a vertical synchronization signal. Further, the signal generator 120 generates a vertical drive signal supplied to the transfer elements of the vertical transfer path 22 and a transfer gate voltage supplied to the transfer gates 24a and 24b in synchronization with the vertical synchronization signal. The transfer gate voltage is supplied to the transfer gates 24a and 24b via the transfer element. The transfer gate voltage is generated so as to read the signal charge in synchronization with the vertical synchronization signal.

垂直駆動信号が供給され、この供給により、垂直転送路22にシフトされた信号電荷が水平転送路28に向かって転送されていく。垂直転送された信号電荷にラインシフトを施して、水平転送路28に転送した後、水平転送路28を順次転送させて、撮像素子104から全画素の信号電荷を所定の時間内に読み出している。   A vertical drive signal is supplied, and by this supply, the signal charge shifted to the vertical transfer path 22 is transferred toward the horizontal transfer path 28. The vertically transferred signal charge is line-shifted and transferred to the horizontal transfer path 28, and then the horizontal transfer path 28 is sequentially transferred to read out the signal charges of all the pixels from the image sensor 104 within a predetermined time. .

このように本実施例によれば、1つの受光素子に蓄積された電荷を2回に分けて垂直転送路を転送するため、1つの受光素子に蓄積された電荷を、1回で垂直転送路上を転送する従来技術の場合と比べて、垂直転送路の幅を狭くすることができる。したがって、感度を高くするために受光素子を大きくしても、撮像素子全体としてのサイズを大きくすることがない。なお、本実施例では、2回に分けて電荷を読み出しているが、本発明はこれに限られるものではなく、3回以上に分けて読み出して、転送することも可能である。   As described above, according to the present embodiment, since the charge accumulated in one light receiving element is transferred twice through the vertical transfer path, the charge accumulated in one light receiving element is transferred to the vertical transfer path once. The width of the vertical transfer path can be made narrower than in the case of the prior art for transferring the data. Therefore, even if the light receiving element is increased in order to increase the sensitivity, the size of the entire imaging element is not increased. In this embodiment, the electric charges are read out twice, but the present invention is not limited to this, and it is possible to read out and transfer the data divided into three times or more.

次に、別の実施例を図5により説明する。図2の実施例では、受光素子20a、20bごとに1つの転送ゲート24a、24bが設けられていた。本実施例では、受光素子20a、20bごとに2つの転送ゲート36a、36b、38a、38bを設ける。転送ゲート36a、36b、38a、38bは、それぞれ、垂直転送素子V8、V1、V4、V5に接続されている。受光素子20aの蓄積電荷は、転送ゲート36a、36bを介して、受光素子20bの蓄積電荷は、転送ゲート38a、38bを介して、それぞれ垂直転送路22に読み出される。本実施例でも、インタレースで全画素を読み出す。第1フィールドでは、受光素子20aの蓄積電荷が、第2フィールドでは、受光素子20bの蓄積電荷が読み出される。   Next, another embodiment will be described with reference to FIG. In the embodiment of FIG. 2, one transfer gate 24a, 24b is provided for each light receiving element 20a, 20b. In this embodiment, two transfer gates 36a, 36b, 38a, 38b are provided for each light receiving element 20a, 20b. The transfer gates 36a, 36b, 38a, and 38b are connected to the vertical transfer elements V8, V1, V4, and V5, respectively. The accumulated charge of the light receiving element 20a is read out to the vertical transfer path 22 via the transfer gates 36a and 36b, and the accumulated charge of the light receiving element 20b is read out to the vertical transfer path 22 via the transfer gates 38a and 38b, respectively. Also in this embodiment, all pixels are read out by interlace. In the first field, the accumulated charge of the light receiving element 20a is read out, and in the second field, the accumulated charge of the light receiving element 20b is read out.

第1フィールドでは、最初に、転送ゲート36aを介して、受光素子20aの蓄積電荷が垂直転送路22の転送素子V1に読み出されて、垂直転送路22を転送された後、転送ゲート36bを介して、受光素子20aの残りの蓄積電荷が垂直転送路22の転送素子V8に読み出されて、垂直転送路22を転送される。転送ゲート36aに印加される転送ゲート電圧TG1よりも高い転送ゲート電圧TG8が転送ゲート36bに印加される。第2フィールドでも同様にして、受光素子20bの蓄積電荷が垂直転送路22の転送素子V5、V4に読み出される。   In the first field, first, the accumulated charge of the light receiving element 20a is read out to the transfer element V1 of the vertical transfer path 22 through the transfer gate 36a, transferred to the vertical transfer path 22, and then transferred to the transfer gate 36b. Accordingly, the remaining accumulated charge of the light receiving element 20a is read out to the transfer element V8 of the vertical transfer path 22 and transferred through the vertical transfer path 22. A transfer gate voltage TG8 higher than the transfer gate voltage TG1 applied to the transfer gate 36a is applied to the transfer gate 36b. Similarly, in the second field, the accumulated charge of the light receiving element 20b is read out to the transfer elements V5 and V4 of the vertical transfer path 22.

本実施例における転送ゲート電圧TG1、TG8を図6(a)に示す。図6(a)には、垂直駆動信号V1〜V8もあわせて示す。図6(a)は、上述の図3(a)に対応するものであり、垂直駆動信号V1〜V8は、両方の実施例において同じである。転送ゲート電圧TG1は、第1フィールドの最初の時刻t1においてのみハイであり、転送ゲート電圧TG8は、最初の時刻t4においてのみハイである。転送ゲート電圧TG1、TG8と、垂直駆動信号V1、V8とを加算した実際の信号を図7に示す。図7(a)は、時刻t1に印加される実際の転送ゲート電圧TG1を示し、その最大値30は、時刻t4に印加される転送ゲート電圧TG8の最大値32より低い。図7(b)は、時刻t4に印加される実際の転送ゲート電圧TG8を示す。2回目に、より高い電圧を印加することにより、1回目の読出しで残された電荷があったとしても、2回目に読み出すことができる。 FIG. 6 (a) shows the transfer gate voltages TG1 and TG8 in this embodiment. FIG. 6A also shows vertical drive signals V 1 to V 8 . FIG. 6 (a) corresponds to FIG. 3 (a) described above, and the vertical drive signals V 1 to V 8 are the same in both embodiments. Transfer gate voltage TG1 is only high in the first time t 1 of the first field, the transfer gate voltage TG8 is only high in the first time t 4. An actual signal obtained by adding the transfer gate voltages TG1 and TG8 and the vertical drive signals V 1 and V 8 is shown in FIG. 7 (a) shows an actual transfer gate voltage TG1 applied at time t 1, the maximum value 30 is less than the maximum value 32 of the transfer gate voltage TG8 applied at time t 4. Figure 7 (b) shows the actual transfer gate voltage TG8 applied at time t 4. By applying a higher voltage at the second time, even if there is a charge remaining in the first reading, it can be read out at the second time.

図6(b)は、第1フィールドにおいて、時刻t1、t4でフィールドシフトが行われたとき、およびその直後の垂直転送の様子を示す。図6(b)は、各時刻t1、t2、t3、...、t8における垂直転送素子V1〜V8のポテンシャルを、垂直転送路22の1列分について示す。本実施例においても、既述の実施例と同様に、水平転送路において、信号電荷の混合を行っている。 FIG. 6B shows the state of vertical transfer when field shift is performed at times t 1 and t 4 in the first field, and immediately after that. FIG. 6B shows the potential of the vertical transfer elements V1 to V8 at one time t 1 , t 2 , t 3 ,..., T 8 for one column of the vertical transfer path 22. Also in this embodiment, signal charges are mixed in the horizontal transfer path as in the above-described embodiments.

このように本実施例によれば、1つの受光素子に2つの転送ゲートを設けて、蓄積された電荷を、2つの転送ゲートを用いて2回に分けて垂直転送路を転送する。このため、1つの受光素子に蓄積された電荷を、1回で垂直転送路上を転送する従来技術の場合と比べて、垂直転送路の幅を狭くすることができる。したがって、感度を高くするために受光素子を大きくしても、撮像素子全体としてのサイズを大きくすることがない。   As described above, according to the present embodiment, two transfer gates are provided in one light receiving element, and the accumulated charges are transferred to the vertical transfer path in two using the two transfer gates. For this reason, the width of the vertical transfer path can be made narrower than in the case of the prior art in which charges accumulated in one light receiving element are transferred on the vertical transfer path at a time. Therefore, even if the light receiving element is increased in order to increase the sensitivity, the size of the entire imaging element is not increased.

次に、本発明の第3の実施例を説明する。図8は、本実施例における撮像部の構成を示す。各受光素子20a、20bの両側に転送ゲート40a、40b、42a、42bおよび垂直転送路44a、44bを設ける。各受光素子20a、20bに蓄積された電荷は、その両側にある転送ゲート40a、40b、42a、42bを介して、2回に分けて垂直転送路44a、44bに読み出されて転送される。本実施例でも、インタレースで全画素を読み出す。第1フィールドでは、受光素子20aの蓄積電荷が、第2フィールドでは、受光素子20bの蓄積電荷が読み出される。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows the configuration of the imaging unit in the present embodiment. Transfer gates 40a, 40b, 42a, 42b and vertical transfer paths 44a, 44b are provided on both sides of each light receiving element 20a, 20b. The charges accumulated in the respective light receiving elements 20a and 20b are read out and transferred to the vertical transfer paths 44a and 44b in two steps through the transfer gates 40a, 40b, 42a and 42b on both sides thereof. Also in this embodiment, all pixels are read out by interlace. In the first field, the accumulated charge of the light receiving element 20a is read out, and in the second field, the accumulated charge of the light receiving element 20b is read out.

第1フィールドでは、最初に、転送ゲート40a、40bを介して、受光素子20aの蓄積電荷が垂直転送路44a、44bの転送素子V1a、V1bに読み出されて、垂直転送路44a、44bを転送された後、転送ゲート40a、40bを介して、受光素子20aの残りの蓄積電荷が垂直転送路44a、44bの転送素子V1a、V1bに読み出されて、垂直転送路44a、44bを転送される。第2フィールドでも同様にして、受光素子20bの蓄積電荷が垂直転送路44a、44bの転送素子V5a、V5bに読み出される。   In the first field, first, the accumulated charge of the light receiving element 20a is read to the transfer elements V1a and V1b of the vertical transfer paths 44a and 44b via the transfer gates 40a and 40b, and transferred through the vertical transfer paths 44a and 44b. After that, the remaining accumulated charge of the light receiving element 20a is read to the transfer elements V1a and V1b of the vertical transfer paths 44a and 44b via the transfer gates 40a and 40b, and transferred to the vertical transfer paths 44a and 44b. . Similarly, in the second field, the accumulated charges in the light receiving element 20b are read out to the transfer elements V5a and V5b in the vertical transfer paths 44a and 44b.

本実施例において用いられる転送ゲート電圧および垂直駆動信号V1〜V8は、図3(a)に示すものと同一である。すなわち、転送素子V1a、V1bに印加される転送ゲート電圧TG1は、第1フィールド期間中の最初の時刻t1と時刻t5にハイになり、その後は、1フィールド期間中、ロウである。また、垂直転送路44a、44bを信号電荷が転送されていく様子は、図3(b)に示すものと同一である。 The transfer gate voltage and the vertical drive signals V 1 to V 8 used in this embodiment are the same as those shown in FIG. In other words, the transfer element V1a, the transfer gate voltage TG1 applied to V1b is the first time t 1 and time t 5 during the first field period becomes high, then during one field period, is low. The state in which signal charges are transferred through the vertical transfer paths 44a and 44b is the same as that shown in FIG.

垂直転送路44a、44bを転送されてきた電荷が、水平転送路46に転送される部分を図9に示す。垂直転送路44a、44bは、結合部48を介して水平転送路本体50と連結している。1つの受光素子に蓄積されて垂直転送路44a、44bにより別々に転送されてきた電荷は、結合部48により1つにまとめられて、水平転送路本体50に送られて混合される。   FIG. 9 shows a portion where the charges transferred through the vertical transfer paths 44a and 44b are transferred to the horizontal transfer path 46. The vertical transfer paths 44a and 44b are connected to the horizontal transfer path main body 50 through the coupling portion 48. The charges accumulated in one light receiving element and transferred separately by the vertical transfer paths 44a and 44b are combined into one by the coupling portion 48, and sent to the horizontal transfer path main body 50 to be mixed.

このように本実施例によれば、1つの受光素子に2つの転送ゲートを設け、これに対応させて2つの垂直転送路を設けて、蓄積された電荷を、2つの転送ゲートと2つの垂直転送路を用いて、2回に分けて垂直転送路を転送する。本実施例では、第1、第2の実施例と比べて、1つの垂直転送路の幅をさらに狭くすることができる。たとえば、1/2とすることができる。このため、1つの受光素子の両側に垂直転送路を設けているが、2つの垂直転送路の幅を加算したものが、第1、第2の実施例の1つの垂直転送路の幅に等しくなる。   As described above, according to the present embodiment, two transfer gates are provided in one light receiving element, and two vertical transfer paths are provided corresponding to the two transfer gates. Using the transfer path, the vertical transfer path is transferred in two steps. In this embodiment, the width of one vertical transfer path can be further reduced as compared with the first and second embodiments. For example, it can be set to 1/2. For this reason, vertical transfer paths are provided on both sides of one light receiving element, but the sum of the widths of the two vertical transfer paths is equal to the width of one vertical transfer path in the first and second embodiments. Become.

したがって、本実施例によっても、1つの受光素子に蓄積された電荷を、1回で垂直転送路上を転送する従来技術の場合と比べて、垂直転送路の幅を狭くすることができる。したがって、感度を高くするために受光素子を大きくしても、撮像素子全体としてのサイズを大きくすることがない。   Therefore, also in this embodiment, the width of the vertical transfer path can be made narrower than in the case of the prior art in which charges accumulated in one light receiving element are transferred on the vertical transfer path at a time. Therefore, even if the light receiving element is increased in order to increase the sensitivity, the size of the entire imaging element is not increased.

本発明の第1の実施例に係る固体撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した際の概略的な構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration when a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention is applied to a digital still camera. 受光素子、転送ゲート、および垂直転送路の配置を簡略化して示す模式図である。It is a schematic diagram which simplifies and shows arrangement | positioning of a light receiving element, a transfer gate, and a vertical transfer path. 第1の実施例における転送ゲート電圧、垂直駆動信号、および垂直転送路を転送される電荷の関係を示すタイミングチャートである。6 is a timing chart showing the relationship between the transfer gate voltage, the vertical drive signal, and the charge transferred through the vertical transfer path in the first embodiment. 転送ゲート電圧の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of a transfer gate voltage. 本発明の第2の実施例に係る受光素子、転送ゲート、および垂直転送路の配置を簡略化して示す模式図である。It is a schematic diagram which simplifies and shows arrangement | positioning of the light receiving element which concerns on the 2nd Example of this invention, a transfer gate, and a vertical transfer path. 第2の実施例における転送ゲート電圧、垂直駆動信号、および垂直転送路を転送される電荷の関係を示すタイミングチャートである。12 is a timing chart showing a relationship between a transfer gate voltage, a vertical drive signal, and charges transferred through a vertical transfer path in the second embodiment. 第2の実施例における転送ゲート電圧の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of the transfer gate voltage in a 2nd Example. 本発明の第3の実施例における撮像部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the imaging part in the 3rd Example of this invention. 本発明の第3の実施例における水平転送路と垂直転送路との結合部を示す構成図である。It is a block diagram which shows the coupling | bond part of the horizontal transfer path and the vertical transfer path in the 3rd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 デジタルスチルカメラ
12 システム制御部
10A 撮像系
10B 信号処理系
10C 駆動信号生成部
104 撮像部
20a、20b 受光素子
24a、24b、36a、36b、40a、40b、42a、42b 転送ゲート
22、44a、44b 垂直転送路
28、46 水平転送路
V1〜V8、V1a〜V8a、V1b〜V8b 転送素子
10 Digital still camera
12 System controller
10A imaging system
10B signal processing system
10C drive signal generator
104 Imaging unit
20a, 20b Photo detector
24a, 24b, 36a, 36b, 40a, 40b, 42a, 42b Transfer gate
22, 44a, 44b Vertical transfer path
28, 46 Horizontal transfer path
V1 ~ V8, V1a ~ V8a, V1b ~ V8b Transfer elements

Claims (7)

入射光を光電変換して得られた電荷を蓄積する複数の受光部と、該受光部から読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路と、該蓄積電荷を該受光部から該垂直転送路に転送するための転送ゲートとを含む固体撮像装置において、該装置は、
前記受光部から前記垂直転送路に前記蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を前記転送ゲートに印加する印加手段を含み、
該転送ゲート電圧は、前記蓄積電荷を複数回に分けて、前記受光部から前記垂直転送路に読み出すことが可能なものであり、
前記垂直転送路は、蓄積電荷の読み出しが行われるごとに、転送動作を行なうことを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of light receiving units for accumulating charges obtained by photoelectric conversion of incident light, a vertical transfer path for transferring accumulated charges read from the light receiving unit, and the vertical transfer paths for transferring the accumulated charges from the light receiving unit In a solid-state imaging device including a transfer gate for transferring to the device, the device includes:
Application means for applying a transfer gate voltage to the transfer gate in order to read the accumulated charge from the light receiving unit to the vertical transfer path;
The transfer gate voltage can be read from the light receiving unit to the vertical transfer path by dividing the accumulated charge into a plurality of times.
The vertical transfer path performs a transfer operation each time the stored charge is read out.
入射光を光電変換して得られた電荷を蓄積する複数の受光部と、該受光部から読み出された蓄積電荷を転送する垂直転送路と、該蓄積電荷を該受光部から該垂直転送路に転送するための転送ゲートとを含む固体撮像装置において、該装置は、
前記受光部から前記垂直転送路に前記蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を前記転送ゲートに印加する印加手段を含み、
前記転送ゲートは、前記受光部ごとに複数設けられ、
該印加手段は、前記複数の転送ゲートに前記転送ゲート電圧を印加し、
前記垂直転送路は、印加後に転送動作を行ない、
前記一群の蓄積電荷を、前記複数の転送ゲートを介して読み出すことにより、複数群の電荷に分離して、前記受光部から前記垂直転送路に読み出すことが可能なことを特徴とする固体撮像装置。
A plurality of light receiving units for accumulating charges obtained by photoelectric conversion of incident light, a vertical transfer path for transferring accumulated charges read from the light receiving unit, and the vertical transfer paths for transferring the accumulated charges from the light receiving unit In a solid-state imaging device including a transfer gate for transferring to the device, the device includes:
Application means for applying a transfer gate voltage to the transfer gate in order to read the accumulated charge from the light receiving unit to the vertical transfer path;
A plurality of the transfer gates are provided for each light receiving unit,
The applying means applies the transfer gate voltage to the plurality of transfer gates,
The vertical transfer path performs a transfer operation after application,
A solid-state imaging device characterized in that the group of accumulated charges can be read through the plurality of transfer gates to be separated into a plurality of groups of charges and read out from the light receiving unit to the vertical transfer path. .
請求項2に記載の固体撮像装置において、前記印加手段は、前記複数の転送ゲートに前記転送ゲート電圧を、印加するタイミングおよび電圧の大きさのうち少なくとも一方を異ならせて印加することを特徴とする固体撮像装置。   3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the application unit applies the transfer gate voltage to the plurality of transfer gates with at least one of application timing and voltage magnitude different. Solid-state imaging device. 請求項2または3に記載の固体撮像装置において、前記垂直転送路は、前記受光部ごとに複数設けられ、1つの該受光部に含まれる異なる前記転送ゲートは、異なる該垂直転送路に接続しており、
前記一群の蓄積電荷を、前記複数の転送ゲートおよび複数の垂直転送路を介して、複数群の電荷に分離して、前記受光部から前記垂直転送路に読み出すことが可能なことを特徴とする固体撮像装置。
4. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a plurality of the vertical transfer paths are provided for each of the light receiving units, and different transfer gates included in one light receiving unit are connected to the different vertical transfer paths. And
The group of accumulated charges can be separated into a plurality of groups of charges via the plurality of transfer gates and a plurality of vertical transfer paths, and read out from the light receiving unit to the vertical transfer path. Solid-state imaging device.
請求項1から4までのいずれかに記載の固体撮像装置において、該装置は、前記垂直転送路を転送された電荷を受け取り、さらに転送する水平転送路を含み、該水平転送路において、前記同一の受光部から読み出された電荷は混合されることを特徴とする固体撮像装置。   5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the device includes a horizontal transfer path that receives and further transfers the charge transferred through the vertical transfer path, and the same is the same in the horizontal transfer path. The solid-state imaging device, wherein charges read from the light receiving unit are mixed. 複数の受光部により、入射光を光電変換して電荷を得て、該電荷を蓄積し、該蓄積電荷を該受光部から垂直転送路に、転送ゲートを介して転送し、該受光部から読み出された蓄積電荷を垂直転送路上を転送する撮像方法において、該方法は、
前記受光部から前記垂直転送路に前記蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を前記転送ゲートに印加し、該転送ゲート電圧は、該蓄積電荷を複数回に分けて、前記受光部から前記垂直転送路に読み出すことが可能なものである工程と、
蓄積電荷の読み出しが行われるごとに、前記垂直転送路上で転送動作を行なう工程とを含むことを特徴とする撮像方法。
Incident light is photoelectrically converted by a plurality of light receiving units to obtain electric charge, the electric charge is accumulated, the accumulated charge is transferred from the light receiving unit to a vertical transfer path via a transfer gate, and read from the light receiving unit. In an imaging method for transferring the accumulated charge that has been taken out on a vertical transfer path, the method includes:
In order to read the accumulated charge from the light receiving portion to the vertical transfer path, a transfer gate voltage is applied to the transfer gate. A process that is readable to the transfer path; and
And a step of performing a transfer operation on the vertical transfer path each time the accumulated charge is read.
複数の受光部により、入射光を光電変換して電荷を得て、該電荷を蓄積し、該蓄積電荷を該受光部から垂直転送路に、転送ゲートを介して転送し、該受光部から読み出された蓄積電荷を垂直転送路上を転送する撮像方法において、該方法は、
前記受光部から前記垂直転送路に前記蓄積電荷を読み出すために、転送ゲート電圧を、前記受光部ごとに複数設けられた前記転送ゲートに印加する工程と、
印加後に前記垂直転送路上で転送動作を行なう工程とを含み、
前記一群の蓄積電荷を、前記複数の転送ゲートを介して読み出すことにより、複数群の電荷に分離して、前記受光部から前記垂直転送路に読み出すことが可能なことを特徴とする撮像方法。
Incident light is photoelectrically converted by a plurality of light receiving units to obtain electric charge, the electric charge is accumulated, the accumulated charge is transferred from the light receiving unit to a vertical transfer path via a transfer gate, and read from the light receiving unit. In an imaging method for transferring the accumulated charge that has been taken out on a vertical transfer path, the method includes:
Applying a transfer gate voltage to the plurality of transfer gates provided for each of the light receiving units in order to read the accumulated charge from the light receiving unit to the vertical transfer path;
Performing a transfer operation on the vertical transfer path after application,
An imaging method, wherein the group of accumulated charges can be read through the plurality of transfer gates to be separated into a plurality of groups of charges and read out from the light receiving unit to the vertical transfer path.
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