JP2008131331A - Driving method of solid-state imaging element, and imaging device - Google Patents

Driving method of solid-state imaging element, and imaging device Download PDF

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Daisuke Kusuda
大輔 楠田
Hirokazu Kobayashi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element driving method which can achieve both high sensitivity and high S/N. <P>SOLUTION: The driving method of the solid-state imaging element 5 comprising photoelectric conversion elements 101 formed on the surface of a semiconductor substrate, vertical charge transfer paths 102 for transferring charges generated by the photoelectric conversion elements 101 vertically, and a charge read-out region 105 for reading out charges generated by the photoelectric conversion elements 101 into the vertical charge transfer paths 102 is provided. The driving method includes a step wherein a read-out pulse is supplied to the charge read-out region 105 several times and the charges are read out into charge accumulation packets formed in the vertical charge transfer paths 102 in several divided times. In this step, charges read out into the vertical charge transfer paths 102 by an arbitrary read-out pulse is transferred vertically by the time when a next read-out pulse is supplied after the arbitrary read-out pulse is supplied so that the charge accumulation packets may have been cleared out when the next read-out pulse is supplied. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板表面に形成された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記垂直電荷転送路に読み出すための電荷読出し領域とを含む固体撮像素子の駆動方法に関する。   The present invention provides a plurality of photoelectric conversion elements formed on the surface of a semiconductor substrate, a plurality of vertical charge transfer paths for transferring charges generated in each of the plurality of photoelectric conversion elements in a vertical direction, and the plurality of photoelectric conversion elements. And a charge readout region for reading out the charge generated in each of the above to the vertical charge transfer path.

固体撮像素子の高感度化を実現する方法としては、複数の光電変換素子で発生した電荷に応じた信号をゲイン増幅する方法や、光電変換素子から垂直電荷転送路に電荷を読み出す際にインパクトイオン化現象を発生させて電荷の段階で増幅してしまう方法等が知られている。前者は、アンプノイズ等も増幅されてしまうため、S/Nが劣化してしまう。これに対し、後者はアンプを通過する前の段階で増幅が行われるため、S/Nを向上させることができ、高感度化を実現する上で注目すべき技術である。   As a method for realizing high sensitivity of the solid-state imaging device, a method of gain amplification of signals corresponding to charges generated by a plurality of photoelectric conversion elements, or impact ionization when reading charges from the photoelectric conversion elements to the vertical charge transfer path A method of generating a phenomenon and amplifying at a charge stage is known. In the former case, amplifier noise and the like are also amplified, so that the S / N deteriorates. On the other hand, since the latter is amplified at a stage before passing through the amplifier, the S / N can be improved and is a technique to be noted in realizing high sensitivity.

インパクトイオン化現象に関する記述のある文献としては、例えば特許文献1〜3が挙げられる。   For example, Patent Documents 1 to 3 are cited as documents that describe the impact ionization phenomenon.

特開平8−340099号公報JP-A-8-340099 特開平7−153988号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-153888 特開2002−290836号公報JP 2002-290836 A

本発明は、上記従来技術とは異なる新規の方法を提案するものであり、インパクトイオン化現象を用いた電荷増倍により、高感度と高S/Nを両立することが可能な固体撮像素子の駆動方法を提供することを目的とする。   The present invention proposes a novel method that is different from the above-described conventional technology, and drives a solid-state imaging device capable of achieving both high sensitivity and high S / N by charge multiplication using an impact ionization phenomenon. It aims to provide a method.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板表面に形成された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記垂直電荷転送路に読み出すための電荷読出し領域とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、前記電荷読出し領域への読み出しパルスの供給を複数回行って、前記垂直電荷転送路に形成した電荷蓄積パケットに前記電荷を複数回に分けて読み出す駆動を行う電荷読み出しステップと、前記複数回の読み出しパルスのうちの任意の読み出しパルスの供給が完了してから、前記任意の読み出しパルスの次の読み出しパルスの供給を開始するまでの間に、前記次の読み出しパルスを供給したときに前記電荷蓄積パケットが空になるように、前記任意の読み出しパルスによって前記電荷蓄積パケットに読み出された電荷を前記垂直方向に転送する駆動を行う電荷転送ステップとを備える。   The solid-state imaging device driving method of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements formed on the surface of a semiconductor substrate, and a plurality of vertical charge transfer paths for transferring charges generated in each of the plurality of photoelectric conversion elements in a vertical direction. A solid-state imaging device including a charge readout region for reading out the charges generated in each of the plurality of photoelectric conversion elements to the vertical charge transfer path, and supplying a readout pulse to the charge readout region A charge reading step of performing a plurality of times to drive the charge accumulation packet formed in the vertical charge transfer path to read the charges in a plurality of times, and supplying an arbitrary read pulse of the plurality of read pulses. The charge storage is performed when the next read pulse is supplied during the period from completion until the start of supply of the next read pulse of the arbitrary read pulse. As packets is empty, and a charge transfer step of performing driving for transferring the arbitrary charge read to the charge storage packet by reading pulse to the vertical direction.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記複数回の読み出しパルスのうち、最後に供給する読み出しパルスを除く読み出しパルスの供給期間を、前記最後に供給する読み出しパルスの供給期間よりも短くする。   According to the solid-state imaging device driving method of the present invention, the supply period of the read pulse excluding the read pulse to be supplied last among the plurality of read pulses is shorter than the supply period of the read pulse to be supplied last.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記電荷読み出しステップにおける前記読み出しパルスの供給回数を撮影条件に応じて変更する。   In the solid-state imaging device driving method according to the present invention, the number of times of supply of the readout pulse in the charge readout step is changed according to imaging conditions.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量の電荷を転送するために最低限必要な前記電荷蓄積パケットの数をAとし、前記電荷読み出しステップにおける前記電荷蓄積パケットの数をBとしたとき、A>Bとする。   In the solid-state imaging device driving method according to the present invention, the minimum number of the charge accumulation packets required to transfer the maximum amount of charge that can be accumulated in the photoelectric conversion element is A, and the charge in the charge reading step is A. When the number of stored packets is B, A> B.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記Bの値を撮影条件に応じて変更する。   In the driving method of the solid-state imaging device of the present invention, the value B is changed according to the shooting conditions.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量の電荷を転送するために最低限必要な前記電荷蓄積パケットの数をAとし、前記電荷読み出しステップにおける前記電荷蓄積パケットの数をBとしたとき、A≧Bとなる条件を満たす範囲内で、前記Bの値を撮影条件に応じて変更する。   In the solid-state imaging device driving method according to the present invention, the minimum number of the charge accumulation packets required to transfer the maximum amount of charge that can be accumulated in the photoelectric conversion element is A, and the charge in the charge reading step is A. Assuming that the number of stored packets is B, the value of B is changed according to the shooting conditions within a range that satisfies the condition of A ≧ B.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記複数の光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子を含み、前記読み出しパルスの供給回数を、前記複数種類の光電変換素子毎に独立に制御する。   In the solid-state imaging device driving method of the present invention, the plurality of photoelectric conversion elements include a plurality of types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges, and the number of times of supply of the readout pulse is determined by the plurality of types of photoelectric conversion elements. Control is performed independently for each conversion element.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記複数の光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子を含み、前記読み出しパルスの供給回数と前記Bの値を、前記複数種類の光電変換素子毎に独立に制御する。   In the solid-state imaging device driving method according to the present invention, the plurality of photoelectric conversion elements each include a plurality of types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges, and the number of times of supplying the readout pulse and the value of B are calculated as follows: Control is performed independently for each of the plurality of types of photoelectric conversion elements.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板表面に形成された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記垂直電荷転送路に読み出すための電荷読出し領域とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、前記電荷読出し領域への読み出しパルスの供給を行って、前記垂直電荷転送路に形成した電荷蓄積パケットに前記電荷を読み出す駆動を行う電荷読み出しステップを備え、前記光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量の電荷を転送するために最低限必要な前記電荷蓄積パケットの数をAとし、前記電荷読み出しステップにおける前記電荷蓄積パケットの数をBとしたとき、A>Bとする。   The solid-state imaging device driving method of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements formed on the surface of a semiconductor substrate, and a plurality of vertical charge transfer paths for transferring charges generated in each of the plurality of photoelectric conversion elements in a vertical direction. A solid-state imaging device including a charge readout region for reading out the charges generated in each of the plurality of photoelectric conversion elements to the vertical charge transfer path, and supplying a readout pulse to the charge readout region And a charge read step for driving the charge storage packet formed in the vertical charge transfer path to read the charge, and at least necessary to transfer the maximum amount of charge that can be stored in the photoelectric conversion element. A> B, where A is the number of charge storage packets and B is the number of charge storage packets in the charge reading step.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記Bの値を撮影条件に応じて変更する。   In the driving method of the solid-state imaging device of the present invention, the value B is changed according to the shooting conditions.

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記複数の光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子を含み、前記Bの値を、前記複数種類の光電変換素子毎に独立に制御する。   In the solid-state imaging device driving method according to the present invention, the plurality of photoelectric conversion elements each include a plurality of types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges, and the value of B is set as the plurality of types of photoelectric conversion elements. Control each independently.

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子の駆動方法に基づく駆動を行う駆動手段と、前記固体撮像素子とを備える。   The imaging device of the present invention includes a driving unit that performs driving based on a driving method of the solid-state imaging device, and the solid-state imaging device.

本発明によれば、インパクトイオン化現象を用いた電荷増倍により、高感度と高S/Nを両立することが可能な固体撮像素子の駆動方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the drive method of the solid-state image sensor which can make high sensitivity and high S / N compatible by charge multiplication using an impact ionization phenomenon can be provided.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態の撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ1と、CCD型の固体撮像素子5と、この両者の間に設けられた絞り2と、赤外線カットフィルタ3と、光学ローパスフィルタ4とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a digital camera which is an example of an imaging apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The imaging system of the digital camera shown in the figure includes a photographic lens 1, a CCD type solid-state imaging device 5, a diaphragm 2 provided therebetween, an infrared cut filter 3, and an optical low-pass filter 4.

デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部11は、フラッシュ発光部12及び受光部13を制御し、レンズ駆動部8を制御して撮影レンズ1の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部9を介し絞り2の開口量を制御して露光量調整を行う。   A system control unit 11 that performs overall control of the electrical control system of the digital camera controls the flash light emitting unit 12 and the light receiving unit 13 and controls the lens driving unit 8 to adjust the position of the photographing lens 1 to the focus position and zoom. The exposure amount is adjusted by adjusting the aperture amount of the aperture 2 via the aperture drive unit 9.

又、システム制御部11は、撮像素子駆動部10を介して固体撮像素子5を駆動し、撮影レンズ1を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。システム制御部11には、操作部14を通してユーザからの指示信号が入力される。   Further, the system control unit 11 drives the solid-state imaging device 5 via the imaging device driving unit 10 and outputs a subject image captured through the photographing lens 1 as a color signal. An instruction signal from the user is input to the system control unit 11 through the operation unit 14.

デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子5の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部6と、このアナログ信号処理部6から出力されたRGBの色信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路7とを備え、これらはシステム制御部11によって制御される。   The electric control system of the digital camera further includes an analog signal processing unit 6 that performs analog signal processing such as correlated double sampling processing connected to the output of the solid-state imaging device 5, and RGB output from the analog signal processing unit 6. And an A / D conversion circuit 7 for converting the color signals into digital signals, which are controlled by the system control unit 11.

更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ16と、メインメモリ16に接続されたメモリ制御部15と、補間演算やガンマ補正演算,RGB/YC変換処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部17と、デジタル信号処理部17で生成された画像データをJPEG形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部18と、測光データを積算しデジタル信号処理部17が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部19と、着脱自在の記録媒体21が接続される外部メモリ制御部20と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部23が接続される表示制御部22とを備え、これらは、制御バス24及びデータバス25によって相互に接続され、システム制御部11からの指令によって制御される。   Furthermore, the electric control system of this digital camera generates image data by performing main memory 16, memory control unit 15 connected to main memory 16, interpolation calculation, gamma correction calculation, RGB / YC conversion processing, and the like. A digital signal processing unit 17, a compression / decompression processing unit 18 that compresses image data generated by the digital signal processing unit 17 into a JPEG format or decompresses compressed image data, and a digital signal processing unit 17 that integrates photometric data. The integration unit 19 for obtaining the gain of white balance correction performed by the camera, the external memory control unit 20 to which the removable recording medium 21 is connected, and the display control unit 22 to which the liquid crystal display unit 23 mounted on the back of the camera is connected. These are connected to each other by a control bus 24 and a data bus 25, and are controlled by commands from the system control unit 11. That.

図2は、固体撮像素子5の平面模式図である。
固体撮像素子5は、半導体基板表面の垂直方向とこれに直交する水平方向に配列された多数の光電変換素子101と、多数の光電変換素子101の各々で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路102(図2にでは1つだけ図示)と、複数の垂直電荷転送路102の各々を転送されてきた電荷を一時的に蓄積するラインメモリ105と、ラインメモリ105から出力された電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部(HCCD)103と、HCCD103を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部104とを含んで構成される。
FIG. 2 is a schematic plan view of the solid-state image sensor 5.
The solid-state imaging device 5 has a large number of photoelectric conversion elements 101 arranged in a vertical direction on the surface of the semiconductor substrate and a horizontal direction orthogonal thereto, and a plurality of charges that transfer charges generated in each of the large number of photoelectric conversion elements 101 in the vertical direction. Vertical charge transfer paths 102 (only one is shown in FIG. 2), a line memory 105 for temporarily storing charges transferred through each of the plurality of vertical charge transfer paths 102, and output from the line memory 105 A horizontal charge transfer unit (HCCD) 103 that transfers the charged charges in the horizontal direction, and an output unit 104 that outputs a signal corresponding to the charges transferred from the HCCD 103.

多数の光電変換素子101は、水平方向に並ぶn個(nは2以上の自然数)の光電変換素子101からなる光電変換素子行を垂直方向にm(mは1以上の自然数)個配列した構成、又は、垂直方向に並ぶm個の光電変換素子101からなる光電変換素子列を水平方向にn個配列した構成となっている。奇数番目の光電変換素子行は、偶数番目の光電変換素子行に対して、各光電変換素子行の光電変換素子配列ピッチの略1/2だけ水平方向にずらして配置された、所謂、ハニカム配列となっている。   A large number of photoelectric conversion elements 101 are configured by arranging m (m is a natural number of 1 or more) photoelectric conversion element rows including n photoelectric conversion elements 101 arranged in the horizontal direction (n is a natural number of 2 or more) in the vertical direction. Alternatively, n photoelectric conversion element arrays composed of m photoelectric conversion elements 101 arranged in the vertical direction are arranged in the horizontal direction. The odd-numbered photoelectric conversion element rows are arranged so as to be shifted in the horizontal direction by about 1/2 of the photoelectric conversion element arrangement pitch of each photoelectric conversion element row with respect to the even-numbered photoelectric conversion element rows, so-called honeycomb arrangement It has become.

奇数番目の光電変換素子行は、緑色の波長域の光を検出する光電変換素子101(以下、G光電変換素子101という。図2では符号Gを記した)を水平方向に配列した行である。   The odd-numbered photoelectric conversion element rows are rows in which the photoelectric conversion elements 101 (hereinafter referred to as G photoelectric conversion elements 101. Symbol G in FIG. 2) that detects light in the green wavelength range are arranged in the horizontal direction. .

偶数番目の光電変換素子行には、青色の波長域の光を検出する光電変換素子101(以下、B光電変換素子101という。図2では符号Bを記した)と、赤色の波長域の光を検出する光電変換素子101(以下、R光電変換素子101という。図2では符号Rを記した)を、B光電変換素子101を先頭にして水平方向に交互に配列したBR光電変換素子行と、R光電変換素子101を先頭にして水平方向に交互に配列したRB光電変換素子行とが含まれ、これら2つの行が垂直方向に交互に配列されている。   The even-numbered photoelectric conversion element rows include a photoelectric conversion element 101 that detects light in the blue wavelength range (hereinafter referred to as B photoelectric conversion element 101; reference numeral B is shown in FIG. 2), and light in the red wavelength range. The photoelectric conversion elements 101 (hereinafter referred to as R photoelectric conversion elements 101; denoted by reference symbol R in FIG. 2) are arranged in a row of BR photoelectric conversion elements alternately arranged in the horizontal direction with the B photoelectric conversion elements 101 at the head. , RB photoelectric conversion element rows alternately arranged in the horizontal direction with the R photoelectric conversion element 101 at the head, and these two rows are arranged alternately in the vertical direction.

各光電変換素子列には1つの垂直電荷転送路102が対応して設けられている。各垂直電荷転送路102には、ここに対応する光電変換素子列に含まれるm個の光電変換素子101から電荷が読み出されるようになっている。垂直電荷転送路102は、各光電変換素子列の側部に、光電変換素子101を避けるように垂直方向に蛇行して形成されている。   One vertical charge transfer path 102 is provided corresponding to each photoelectric conversion element array. In each vertical charge transfer path 102, charges are read from the m photoelectric conversion elements 101 included in the corresponding photoelectric conversion element array. The vertical charge transfer path 102 is formed by meandering in the vertical direction so as to avoid the photoelectric conversion element 101 at the side of each photoelectric conversion element array.

各光電変換素子列とそれに対応する垂直電荷転送路102との間には、図中に矢印で模式的に示した電荷読み出し領域105が形成されており、この電荷読み出し領域105を介して、露光期間中に光電変換素子101で発生した電荷が、垂直電荷転送路102に読み出される。   Between each photoelectric conversion element array and the corresponding vertical charge transfer path 102, a charge readout region 105 schematically shown by an arrow in the figure is formed, and exposure is performed via this charge readout region 105. Charge generated in the photoelectric conversion element 101 during the period is read out to the vertical charge transfer path 102.

半導体基板表面上の水平方向には、各光電変換素子101を避けるように蛇行して垂直転送電極V1,V2,…,V8が敷設されている。垂直電荷転送路102は、その上に設けられ垂直方向に配置される垂直転送電極V1〜V8に、撮像素子駆動部10から出力される転送パルスが印加されることで駆動される。   In the horizontal direction on the surface of the semiconductor substrate, vertical transfer electrodes V1, V2,..., V8 are laid to meander to avoid the photoelectric conversion elements 101. The vertical charge transfer path 102 is driven by applying a transfer pulse output from the image sensor driving unit 10 to vertical transfer electrodes V1 to V8 provided thereon and arranged in the vertical direction.

垂直転送電極V1〜V8に印加する転送パルスは、ハイ(H)レベルとミドル(M)レベルとロー(L)レベルの3つのレベルをとることができる。Hレベルの転送パルスは、光電変換素子101から垂直電荷転送路102へ電荷を読み出すための読み出しパルスとなる。   The transfer pulse applied to the vertical transfer electrodes V1 to V8 can take three levels: a high (H) level, a middle (M) level, and a low (L) level. The H level transfer pulse serves as a read pulse for reading out charges from the photoelectric conversion element 101 to the vertical charge transfer path 102.

垂直転送電極V3は、BR光電変換素子行に対応して、BR光電変換素子行の上側部に配置されている。   The vertical transfer electrode V3 is disposed on the upper side of the BR photoelectric conversion element row corresponding to the BR photoelectric conversion element row.

垂直転送電極V4は、BR光電変換素子行に対応して、BR光電変換素子行の下側部に配置されている。垂直転送電極V4は、BR光電変換素子行の各光電変換素子101と、それに対応する垂直電荷転送路102との間にある電荷読み出し領域105とも重なっており、撮像素子駆動部10から垂直転送電極V4に読み出しパルスを印加することで、BR光電変換素子行に含まれる各光電変換素子101で発生した電荷を、各光電変換素子101に対応する垂直電荷転送路102に読み出すことができる。   The vertical transfer electrode V4 is disposed on the lower side of the BR photoelectric conversion element row corresponding to the BR photoelectric conversion element row. The vertical transfer electrode V4 also overlaps with the charge readout region 105 between each photoelectric conversion element 101 in the BR photoelectric conversion element row and the corresponding vertical charge transfer path 102, and the vertical transfer electrode is transferred from the image sensor driving unit 10 to the vertical transfer electrode V4. By applying a read pulse to V4, the charge generated in each photoelectric conversion element 101 included in the BR photoelectric conversion element row can be read out to the vertical charge transfer path 102 corresponding to each photoelectric conversion element 101.

垂直転送電極V7は、RB光電変換素子行に対応して、RB光電変換素子行の上側部に配置されている。   The vertical transfer electrode V7 is disposed on the upper side of the RB photoelectric conversion element row corresponding to the RB photoelectric conversion element row.

垂直転送電極V8は、RB光電変換素子行に対応して、RB光電変換素子行の下側部に配置されている。垂直転送電極V8は、RB光電変換素子行の各光電変換素子101と、それに対応する垂直電荷転送路102との間にある電荷読み出し領域105とも重なっており、撮像素子駆動部10から垂直転送電極V8に読み出しパルスを印加することで、RB光電変換素子行に含まれる各光電変換素子101で発生した電荷を、各光電変換素子101に対応する垂直電荷転送路102に読み出すことができる。   The vertical transfer electrode V8 is disposed on the lower side of the RB photoelectric conversion element row corresponding to the RB photoelectric conversion element row. The vertical transfer electrode V8 also overlaps with the charge readout region 105 between each photoelectric conversion element 101 in the RB photoelectric conversion element row and the corresponding vertical charge transfer path 102, and the vertical transfer electrode is transferred from the imaging element driving unit 10 to the vertical transfer electrode. By applying a read pulse to V8, the charge generated in each photoelectric conversion element 101 included in the RB photoelectric conversion element row can be read out to the vertical charge transfer path 102 corresponding to each photoelectric conversion element 101.

垂直転送電極V5は、奇数番目の光電変換素子行のうちの垂直転送電極V4と垂直転送電極V7の間に配置される光電変換素子行に対応して、この光電変換素子行の上側部に配置されている。   The vertical transfer electrode V5 is arranged on the upper side of the photoelectric conversion element row corresponding to the photoelectric conversion element row arranged between the vertical transfer electrode V4 and the vertical transfer electrode V7 in the odd-numbered photoelectric conversion element rows. Has been.

垂直転送電極V6は、奇数番目の光電変換素子行のうちの垂直転送電極V4と垂直転送電極V7の間に配置される光電変換素子行に対応して、この光電変換素子行の下側部に配置されている。垂直転送電極V6は、この光電変換素子行の各光電変換素子101と、それに対応する垂直電荷転送路102との間にある電荷読み出し領域105とも重なっており、撮像素子駆動部10から垂直転送電極V6に読み出しパルスを印加することで、この光電変換素子行に含まれる各光電変換素子101で発生した電荷を、各光電変換素子101に対応する垂直電荷転送路102に読み出すことができる。   The vertical transfer electrode V6 corresponds to the photoelectric conversion element row disposed between the vertical transfer electrode V4 and the vertical transfer electrode V7 among the odd-numbered photoelectric conversion element rows, and is provided on the lower side of the photoelectric conversion element row. Has been placed. The vertical transfer electrode V6 also overlaps with the charge readout region 105 between each photoelectric conversion element 101 in this photoelectric conversion element row and the corresponding vertical charge transfer path 102, and the vertical transfer electrode is transferred from the image sensor driving unit 10 to the vertical transfer electrode V6. By applying a read pulse to V6, the charge generated in each photoelectric conversion element 101 included in this photoelectric conversion element row can be read out to the vertical charge transfer path 102 corresponding to each photoelectric conversion element 101.

垂直転送電極V1は、奇数番目の光電変換素子行のうちの垂直転送電極V3と垂直転送電極V8の間に配置される光電変換素子行に対応して、この光電変換素子行の上側部に配置されている。   The vertical transfer electrode V1 is arranged on the upper side of the photoelectric conversion element row corresponding to the photoelectric conversion element row arranged between the vertical transfer electrode V3 and the vertical transfer electrode V8 in the odd-numbered photoelectric conversion element rows. Has been.

垂直転送電極V2は、奇数番目の光電変換素子行のうちの垂直転送電極V3と垂直転送電極V8の間に配置される光電変換素子行に対応して、この光電変換素子行の下側部に配置されている。垂直転送電極V2は、この光電変換素子行の各光電変換素子101と、それに対応する垂直電荷転送路102との間にある電荷読み出し領域105とも重なっており、撮像素子駆動部10から垂直転送電極V2に読み出しパルスを印加することで、この光電変換素子行に含まれる各光電変換素子101で発生した電荷を、各光電変換素子101に対応する垂直電荷転送路102に読み出すことができる。   The vertical transfer electrode V2 corresponds to the photoelectric conversion element row arranged between the vertical transfer electrode V3 and the vertical transfer electrode V8 among the odd-numbered photoelectric conversion element rows, and is arranged on the lower side of the photoelectric conversion element row. Has been placed. The vertical transfer electrode V2 also overlaps with the charge readout region 105 between each photoelectric conversion element 101 in the photoelectric conversion element row and the corresponding vertical charge transfer path 102, and the vertical transfer electrode is transferred from the image sensor driving unit 10 to the vertical transfer electrode V2. By applying a read pulse to V2, charges generated in each photoelectric conversion element 101 included in this photoelectric conversion element row can be read out to the vertical charge transfer path 102 corresponding to each photoelectric conversion element 101.

ラインメモリ105は、各VCCD102に対応するn個の電荷蓄積領域とその上方に設けられた駆動電極とで構成され、各電荷蓄積領域には、これに対応するVCCD102から転送された電荷が一時的に蓄積される。ラインメモリ105の駆動電極には、撮像素子駆動部10から出力される駆動パルスφLMが供給され、ラインメモリ105は、この駆動パルスφLMによって駆動される。   The line memory 105 is composed of n charge storage regions corresponding to each VCCD 102 and drive electrodes provided thereabove, and the charges transferred from the corresponding VCCD 102 are temporarily stored in the charge storage regions. Accumulated in. The drive electrodes of the line memory 105 are supplied with a drive pulse φLM output from the image sensor driving unit 10, and the line memory 105 is driven by this drive pulse φLM.

尚、「垂直」「水平」という用語を使用して説明したが、これは、半導体基板表面に沿う「1方向」「この1方向に対して略直角の方向」という意味である。   Although the terms “vertical” and “horizontal” have been used, this means “one direction” along the surface of the semiconductor substrate and “a direction substantially perpendicular to the one direction”.

撮像素子駆動部10は、光電変換素子101で発生した電荷を、インパクトイオン化現象を利用して増倍させて読み出す電荷増倍駆動モードで固体撮像素子5を駆動可能である。   The image sensor drive unit 10 can drive the solid-state image sensor 5 in a charge multiplication drive mode in which charges generated in the photoelectric conversion element 101 are multiplied using an impact ionization phenomenon and read.

電荷増倍駆動モード時、撮像素子駆動部10は、読み出し対象となる光電変換素子101で発生した電荷を、その光電変換素子101に対応する垂直電荷転送路102に読み出す際、電荷読出し領域105への読み出しパルスの供給を複数回行って、垂直電荷転送路102に形成した電荷蓄積パケットに電荷を複数回に分けて読み出す駆動を行う。以下では、静止画撮影時に4フィールドに分けて全ての光電変換素子101から電荷を読み出す場合を例にして、電荷増倍駆動モード時の撮像素子駆動部10の動作を説明する。   In the charge multiplication drive mode, the image sensor driving unit 10 reads the charge generated in the photoelectric conversion element 101 to be read out to the vertical charge transfer path 102 corresponding to the photoelectric conversion element 101 to the charge reading region 105. The read pulse is supplied a plurality of times to drive the charge accumulation packet formed in the vertical charge transfer path 102 to be read out in a plurality of times. Hereinafter, the operation of the image sensor drive unit 10 in the charge multiplication drive mode will be described by taking as an example a case where charges are read from all the photoelectric conversion elements 101 in four fields at the time of still image shooting.

図3は、第一実施形態の固体撮像素子5の電荷増倍駆動モード時の1フィールド目の動作を説明するための図である。図3において、T1〜T10は時刻を示し、T1〜T10の各々の下に図示された図は、図2に示す固体撮像素子5の光電変換素子列のうち、G光電変換素子101が並ぶ光電変換素子列の一部を拡大したものであり、各時刻での垂直電荷転送路102の状態を示した図である。図3において図2と同じ構成には同一符号を付してある。図4は、図3に示した各時刻における垂直転送電極V1〜V8の波形を示した図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the first field in the charge multiplication drive mode of the solid-state imaging device 5 of the first embodiment. In FIG. 3, T1 to T10 indicate times, and the diagram illustrated below each of T1 to T10 is a photoelectric in which the G photoelectric conversion elements 101 are arranged in the photoelectric conversion element array of the solid-state imaging element 5 illustrated in FIG. FIG. 5 is an enlarged view of a part of a conversion element array, and shows a state of a vertical charge transfer path 102 at each time. In FIG. 3, the same components as those in FIG. FIG. 4 is a diagram showing waveforms of the vertical transfer electrodes V1 to V8 at each time shown in FIG.

露光期間中、垂直転送電極V1〜V8にはLレベルの転送パルスが印加されているものとする。露光期間終了後、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V8,V1,V2,V3にMレベルの転送パルスを印加して、電荷転送チャネルに4つの電荷蓄積パケットを形成し、その後、垂直転送電極V2に読み出しパルスを印加して、この4つの電荷蓄積パケットに電荷を読み出す(時刻T1)。ここでは、4つの電荷蓄積パケットを形成しているが、ここで形成する電荷蓄積パケットの数は、読み出し対象となる光電変換素子101に蓄積可能な最大電荷量の電荷を転送するために最低限必要な数とすれば良い。つまり、電荷蓄積パケットの総容量が、読み出し対象となる光電変換素子101に蓄積可能な最大電荷量と同じであれば良い。尚、読み出し対象となる光電変換素子101に蓄積可能な最大電荷量の電荷を、1回の読み出し動作で垂直電荷転送路102に全て読み出すことを可能とする読み出しパルスの印加期間を“1”とすると、時刻T1における読み出しパルスの印加期間は、“1”よりも短い期間、例えば1/3とする。   It is assumed that an L level transfer pulse is applied to the vertical transfer electrodes V1 to V8 during the exposure period. After the exposure period, the image sensor driving unit 10 applies M-level transfer pulses to the vertical transfer electrodes V8, V1, V2, and V3 to form four charge accumulation packets in the charge transfer channel, and then performs vertical transfer. A read pulse is applied to the electrode V2 to read out charges from these four charge storage packets (time T1). Here, four charge storage packets are formed, but the number of charge storage packets formed here is the minimum in order to transfer the maximum amount of charge that can be stored in the photoelectric conversion element 101 to be read. What is necessary is just to make it a necessary number. That is, it is sufficient that the total capacity of the charge storage packet is the same as the maximum charge amount that can be stored in the photoelectric conversion element 101 to be read. It is to be noted that the application period of the read pulse that enables reading of all charges of the maximum charge amount that can be accumulated in the photoelectric conversion element 101 to be read to the vertical charge transfer path 102 by one read operation is “1”. Then, the read pulse application period at time T1 is set to a period shorter than “1”, for example, 1/3.

次に、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V8にLレベル、垂直転送電極V4〜V6にMレベルの転送パルスを印加し(時刻T2)、その後、垂直転送電極V1〜V4にLレベルの転送パルスを印加して、時刻T1で読み出した電荷を垂直方向に転送する(時刻T3)。   Next, the image sensor driving unit 10 applies the L level transfer pulse to the vertical transfer electrode V8 and the M level transfer pulse to the vertical transfer electrodes V4 to V6 (time T2), and then the L level to the vertical transfer electrodes V1 to V4. A transfer pulse is applied to transfer the charges read at time T1 in the vertical direction (time T3).

次に、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V8,V1,V2,V3にMレベルの転送パルスを印加して、電荷転送チャネルに4つの電荷蓄積パケットを形成する(時刻T4)。その後、垂直転送電極V2に読み出しパルスを印加して、この4つの電荷蓄積パケットに電荷を読み出す(時刻T5)。時刻T5における読み出しパルスの印加時間は、時刻T1のときよりも長く且つ“1”よりも短い期間、例えば1/2とする。   Next, the image sensor driving unit 10 applies M-level transfer pulses to the vertical transfer electrodes V8, V1, V2, and V3 to form four charge accumulation packets in the charge transfer channel (time T4). Thereafter, a read pulse is applied to the vertical transfer electrode V2 to read out charges from these four charge accumulation packets (time T5). The application time of the readout pulse at time T5 is longer than that at time T1 and shorter than “1”, for example, 1/2.

次に、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V8にLレベル、垂直転送電極V4にMレベルの転送パルスを印加し(時刻T6)、その後、垂直転送電極V1〜V4にLレベルの転送パルスを印加して、時刻T5で読み出した電荷を垂直方向に転送する(時刻T7)。   Next, the image sensor drive unit 10 applies the L level transfer pulse to the vertical transfer electrode V8 and the M level transfer pulse to the vertical transfer electrode V4 (time T6), and then the L level transfer pulse to the vertical transfer electrodes V1 to V4. And the charge read at time T5 is transferred in the vertical direction (time T7).

次に、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V8,V1,V2,V3にMレベルの転送パルスを印加して、電荷転送チャネルに4つの電荷蓄積パケットを形成する(時刻T8)。その後、垂直転送電極V2に読み出しパルスを印加して、この4つの電荷蓄積パケットに電荷を読み出す(時刻T9)。時刻T9における読み出しパルスの印加時間は、時刻T5のときよりも長い期間、例えば1とする。   Next, the image sensor driving unit 10 applies M-level transfer pulses to the vertical transfer electrodes V8, V1, V2, and V3 to form four charge accumulation packets in the charge transfer channel (time T8). Thereafter, a read pulse is applied to the vertical transfer electrode V2 to read out charges from these four charge storage packets (time T9). The application time of the readout pulse at time T9 is set to a longer period than that at time T5, for example, 1.

次に、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V8にLレベル、垂直転送電極V4にMレベルの転送パルスを印加して、時刻T9で読み出した電荷と、垂直転送電極V5,V6下にある時刻T1,T5で読み出した電荷とを混合する(時刻T10)。そして、その後は、垂直転送電極V1〜V8に所定パターンの転送パルスを印加することで、読み出した電荷を垂直方向に順次転送する。   Next, the image sensor drive unit 10 applies the L level transfer pulse to the vertical transfer electrode V8 and the M level transfer pulse to the vertical transfer electrode V4, and the charges read at time T9 and the vertical transfer electrodes V5 and V6 are below. The charges read at times T1 and T5 are mixed (time T10). After that, by applying a transfer pulse of a predetermined pattern to the vertical transfer electrodes V1 to V8, the read charges are sequentially transferred in the vertical direction.

このように、光電変換素子101からの電荷の読み出しを3回に分けて行うと共に、その3回の電荷読み出し時に垂直電荷転送路102に形成される電荷蓄積パケットが常に空の状態となるようにすることで、多数の電子からなる電荷を1回で読み出す場合に比べて、該多数の電子の各々が移動する際の電位差(電子が最初にあった位置の電位と、移動後の位置の電位との差)の平均を大きくすることができる。この結果、インパクトイオン化現象を発生させることができ、電荷を増倍することができる。   As described above, the charge is read out from the photoelectric conversion element 101 in three times, and the charge accumulation packet formed in the vertical charge transfer path 102 is always empty at the time of the three times of charge reading. Thus, as compared with the case where the charges made up of a large number of electrons are read out at a time, the potential difference (the potential at the position where the electrons were first and the potential at the position after the movement) when each of the large number of electrons moves The average of the difference can be increased. As a result, an impact ionization phenomenon can be generated and the charge can be multiplied.

この駆動方法では、電荷を3回に分けて読み出す必要があるため、1回目の電荷読み出し時に、読み出しパルスの印加時間を“1”としてしまうと、その時点で、光電変換素子101に蓄積されている全ての電荷が読み出されてしまい、2回目、3回目の電荷読み出し時には電荷が移動せず、電荷増倍効果を得られない可能性がある。本実施形態では、3回の電荷読み出しの各々における読み出しパルスの印加時間を、1回目と2回目では“1”よりも短くし、最後の読み出しでは“1”としている、つまり、最後の読み出し以外の読み出し時の読み出しパルスの印加時間を、最後の読み出し時のそれよりも短くしている。このため、次の電荷読み出し時に、光電変換素子101に電荷が残らないという状況を確実に防ぐことができる。又、最後の読み出し時には全ての電荷が読み出せるだけの時間、読み出しパルスが印加されるため、光電変換素子101に蓄積された全ての電荷をもれなく読み出すことができる。   In this driving method, since it is necessary to read out the charge in three steps, if the read pulse application time is set to “1” during the first charge read-out, the charge is accumulated in the photoelectric conversion element 101 at that time. All the charges that have been read out are read out, and the charges do not move during the second and third charge readings, and the charge multiplication effect may not be obtained. In the present embodiment, the application time of the read pulse in each of the three charge reads is shorter than “1” in the first and second times, and is set to “1” in the last read. The read pulse application time at the time of reading is made shorter than that at the time of the last reading. For this reason, it is possible to reliably prevent a situation in which no charge remains in the photoelectric conversion element 101 at the time of the next charge reading. In addition, since the readout pulse is applied for a time that allows all charges to be read at the time of the last readout, all the charges accumulated in the photoelectric conversion element 101 can be read out without fail.

又、電荷を出力部104で信号に変換してから増幅する方法では、電荷に含まれるノイズ成分も増幅されるため、S/Nが劣化してしまうが、本駆動方法によれば、インパクトイオン化現象を利用して電荷増倍を行っているため、S/N劣化を防ぐことができる。   Further, in the method of amplifying the charge after converting it into a signal at the output unit 104, the noise component contained in the charge is also amplified, so that the S / N is deteriorated. Since charge multiplication is performed using the phenomenon, S / N deterioration can be prevented.

尚、ここでは電荷の読み出しを3回に分けて行うものとしたが、3回に限らず、2回以上であれば効果を得ることができる。電荷の読み出しの回数を変えることで、電荷の増倍率を調整することも可能であるため、このことを利用して撮影ISO感度を変更することも可能である。例えば、内部メモリに、複数の撮影ISO感度の各々に応じた読み出し回数の情報を記憶しておき、撮像素子駆動部10が、設定された撮影ISO感度に応じた読み出し回数で固体撮像素子5を駆動するようにすれば良い。   Here, the charge is read out in three steps, but not limited to three times, the effect can be obtained as long as it is two or more times. Since the charge multiplication factor can be adjusted by changing the number of times of charge reading, it is also possible to change the photographing ISO sensitivity by using this fact. For example, information on the number of readings corresponding to each of a plurality of shooting ISO sensitivities is stored in the internal memory, and the image sensor driving unit 10 loads the solid-state imaging device 5 with the number of readings corresponding to the set shooting ISO sensitivity. What is necessary is just to drive.

又、高輝度の被写体を撮影するときに上述した電荷増倍駆動モードで駆動を行ってしまうと、電荷増倍による感度のばらつき、即ち、固定パターンノイズが発生してしまう。このため、電荷増倍駆動モードで常に固体撮像素子5を駆動することは好ましくない。そこで、本実施形態では、撮像素子駆動部10が、撮影ISO感度が所定値より低い場合は、光電変換素子101から1回で電荷を読み出す公知の駆動を行い、撮影ISO感度が所定値より高い場合は、設定された撮影ISO感度に応じて、上述した電荷増倍駆動モードで駆動を行うようにすることで、固定パターンのノイズの発生を抑えることができる。   In addition, when driving in the above-described charge multiplication drive mode when photographing a high-luminance subject, sensitivity variations due to charge multiplication, that is, fixed pattern noise occurs. For this reason, it is not preferable to always drive the solid-state imaging device 5 in the charge multiplication drive mode. Therefore, in the present embodiment, when the imaging element driving unit 10 has a photographing ISO sensitivity lower than a predetermined value, the imaging element sensitivity is higher than the predetermined value by performing known driving for reading out charges from the photoelectric conversion element 101 once. In this case, it is possible to suppress the occurrence of fixed pattern noise by performing driving in the above-described charge multiplication driving mode in accordance with the set photographing ISO sensitivity.

(第二実施形態)
第一実施形態で説明した電荷増倍駆動モードでは、電荷を複数回に分けて読み出すため、1回の電荷読み出し時に垂直電荷転送路102に形成する電荷蓄積パケットの容量を、読み出し対象となる光電変換素子101に蓄積可能な最大電荷量より小さくしても問題はない。例えば、3回の電荷読み出し時の各々で垂直電荷転送路102に読み出される最大電荷量が、2つの電荷蓄積パケットの総容量と同じであるとすると、図3の時刻T1,T5,T9において、垂直転送電極V3,V8に印加する転送パルスをLレベルとしても問題はない。
(Second embodiment)
In the charge multiplication drive mode described in the first embodiment, since the charge is read out in a plurality of times, the capacity of the charge storage packet formed in the vertical charge transfer path 102 at the time of one charge read is set as the photoelectric to be read. There is no problem even if it is smaller than the maximum charge amount that can be stored in the conversion element 101. For example, assuming that the maximum charge amount read to the vertical charge transfer path 102 at each of the three charge reading times is the same as the total capacity of two charge storage packets, at times T1, T5, and T9 in FIG. There is no problem even if the transfer pulse applied to the vertical transfer electrodes V3 and V8 is set to the L level.

図5は、ある光電変換素子とそこから電荷が読み出される垂直電荷転送路とのポテンシャルを示した図である。
光電変換素子101のポテンシャルは、その周辺のポテンシャルが低いほど、その低いポテンシャルに引っ張られて、表面電位が上昇することが知られている。例えば、図3の時刻T1,T5,T9において、垂直転送電極V3,V8に相殺パルス(Lレベルの転送パルス)を印加して電荷蓄積パケットを4つから2つに減らすと、光電変換素子101周辺でポテンシャルが低くなる部分が増加するため、光電変換素子101のポテンシャルは、図5の破線で示すように表面電位が上昇する。相殺パルスを印加した状態で、垂直転送電極V2に読み出しパルスを印加すると、図5に示すように、相殺パルスを印加しない場合に比べ、光電変換素子101に蓄積された電荷が移動する際の電位差が大きくなる。このため、電荷増倍効果が得られ、相殺パルスを印加しない場合に比べて増倍率を大きくすることが可能となる。相殺パルスに起因する増倍率は、相殺パルスを印加する電極数が多い程、即ち電荷蓄積パケットの数が少ない程、大きくなる。
FIG. 5 is a diagram illustrating the potential of a certain photoelectric conversion element and a vertical charge transfer path from which charges are read.
It is known that the potential of the photoelectric conversion element 101 is pulled by the lower potential and the surface potential increases as the peripheral potential is lower. For example, at time T1, T5, T9 in FIG. 3, if a canceling pulse (L level transfer pulse) is applied to the vertical transfer electrodes V3, V8 to reduce the number of charge accumulation packets from four to two, the photoelectric conversion element 101 Since the portion where the potential decreases around the periphery increases, the surface potential of the potential of the photoelectric conversion element 101 increases as shown by the broken line in FIG. When a read pulse is applied to the vertical transfer electrode V2 in a state where a cancel pulse is applied, as shown in FIG. 5, compared to a case where no cancel pulse is applied, a potential difference at the time when charges accumulated in the photoelectric conversion element 101 move. Becomes larger. For this reason, the charge multiplication effect is obtained, and the multiplication factor can be increased as compared with the case where no cancellation pulse is applied. The multiplication factor resulting from the cancellation pulse increases as the number of electrodes to which the cancellation pulse is applied increases, that is, as the number of charge storage packets decreases.

本実施形態では、第一実施形態で説明した電荷を複数回に分けて読み出す方法と、相殺パルスを印加する方法とを組み合わせて、電荷の増倍率を大きくする駆動を、撮像素子駆動部10が行うものとしている。以下、電荷を複数回に分けて読み出す方法と相殺パルスを印加する方法とを組み合わせた駆動方法について説明する。以下では、静止画撮影時に4フィールドに分けて全ての光電変換素子101から電荷を読み出す場合を例にして、電荷増倍駆動モード時の撮像素子駆動部10の動作を説明する。   In the present embodiment, the image sensor driving unit 10 performs driving for increasing the multiplication factor of the charge by combining the method of reading the charge described in the first embodiment in a plurality of times and the method of applying the cancellation pulse. To do. Hereinafter, a driving method combining a method of reading out charges in multiple times and a method of applying a canceling pulse will be described. Hereinafter, the operation of the image sensor drive unit 10 in the charge multiplication drive mode will be described by taking as an example a case where charges are read from all the photoelectric conversion elements 101 in four fields at the time of still image shooting.

図6は、第二実施形態の固体撮像素子の電荷増倍駆動モード時の1フィールド目の動作を説明するための図である。図6において、T1〜T10は時刻を示し、T1〜T10の各々の下に図示された図は、図2に示す固体撮像素子5の光電変換素子列のうち、G光電変換素子101が並ぶ光電変換素子列の一部を拡大したものであり、各時刻での垂直電荷転送路102の状態を示した図である。図6において図2と同じ構成には同一符号を付してある。図7は、図6に示した各時刻における垂直転送電極V1〜V8の波形を示した図である。   FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the first field in the charge multiplication drive mode of the solid-state imaging device according to the second embodiment. In FIG. 6, T1 to T10 indicate times, and the diagram illustrated below each of T1 to T10 is a photoelectric in which the G photoelectric conversion elements 101 are arranged in the photoelectric conversion element array of the solid-state imaging element 5 illustrated in FIG. FIG. 5 is an enlarged view of a part of a conversion element array, and shows a state of a vertical charge transfer path 102 at each time. In FIG. 6, the same components as those in FIG. FIG. 7 is a diagram showing waveforms of the vertical transfer electrodes V1 to V8 at each time shown in FIG.

図6において図3と異なる点は、時刻T1,T5,T9において、読み出しパルスを印加する前に、垂直転送電極V3,V8に相殺パルス(Lレベルの転送パルス)を印加して、ここで形成する電荷蓄積パケットの数を4つから2つに減らした点である。それ以外の動作は第一実施形態と同様である。   6 differs from FIG. 3 in that, at time T1, T5, T9, before applying the readout pulse, a canceling pulse (L-level transfer pulse) is applied to the vertical transfer electrodes V3, V8, and is formed here. The number of charge accumulation packets to be reduced is reduced from four to two. Other operations are the same as those in the first embodiment.

このような駆動方法によれば、電荷を複数回に分けて読み出すことによって得られる電荷増倍効果に加え、相殺パルスを印加したことによる電荷増倍効果を得ることができるため、第一実施形態の駆動方法に比べて電荷増倍率を大きくすることができる。又、電荷の読み出し回数(=2以上の自然数)と、相殺パルスを印加する電極数(=0以上の自然数)との組み合わせで電荷増倍率を決めることができるため、第一実施形態よりも細かい電荷増倍率の設定が可能となる。   According to such a driving method, in addition to the charge multiplication effect obtained by reading out charges in multiple times, the charge multiplication effect obtained by applying the cancellation pulse can be obtained, so the first embodiment The charge multiplication factor can be increased as compared with the driving method. In addition, since the charge multiplication factor can be determined by a combination of the number of charge readouts (= 2 or more natural number) and the number of electrodes to which the cancellation pulse is applied (= 0 or more natural number), it is finer than the first embodiment. The charge multiplication factor can be set.

尚、本駆動方法によれば、電荷の読み出し回数と、電荷読み出し時に形成する電荷蓄積パケットの数との組み合わせで電荷の増倍率が決まるため、この組み合わせを変えることで、撮影ISO感度を変更することが可能である。撮影ISO感度が設定された場合、撮像素子駆動部10は、電荷の読み出し回数と電荷蓄積パケットの数を、設定された撮影ISO感度に応じて変更するようにすれば良い。   According to the present driving method, the charge multiplication factor is determined by the combination of the number of times of charge reading and the number of charge storage packets formed at the time of charge reading. By changing this combination, the imaging ISO sensitivity is changed. It is possible. When the shooting ISO sensitivity is set, the image sensor driving unit 10 may change the number of charge readouts and the number of charge accumulation packets according to the set shooting ISO sensitivity.

又、本実施形態では、撮像素子駆動部10が、電荷増倍駆動モード時に、電荷を複数回に分けて読み出す駆動方法と、相殺パルスを印加する駆動方法とを組み合わせて実行するものとしたが、もちろん、相殺パルスを印加する駆動方法のみを実行するようにしても、電荷増倍効果を得ることは可能である。この場合は、撮像素子駆動部10が、光電変換素子101から1回で電荷を読み出す公知の駆動を行うものとし、この駆動時に形成する電荷蓄積パケットの数を、設定された撮影ISO感度に必要な増倍率が得られるだけの数に設定して、固体撮像素子5を駆動するようにすれば良い。   In the present embodiment, the image sensor driving unit 10 executes a combination of a driving method for reading out charges in multiple times and a driving method for applying a cancellation pulse in the charge multiplication driving mode. Of course, it is possible to obtain the charge multiplication effect even if only the driving method of applying the cancellation pulse is executed. In this case, the imaging element driving unit 10 performs a known driving for reading out charges from the photoelectric conversion element 101 at one time, and the number of charge accumulation packets formed at the time of driving is necessary for the set photographing ISO sensitivity. The solid-state imaging device 5 may be driven by setting the number so that a sufficient multiplication factor can be obtained.

相殺パルスを印加する駆動方法のみを実行する場合でも、この駆動方法を高輝度の被写体を撮影するときに実行してしまうと、固定パターンノイズが発生してしまう。そこで、この場合でも、撮像素子駆動部10が、撮影ISO感度が所定値より低い場合は、相殺パルスを印加しない公知の駆動を行い、撮影ISO感度が所定値より高い場合は、設定された撮影ISO感度に応じて、相殺パルスを印加する電極数を設定した駆動を行うようにすることで、固定パターンのノイズの発生を抑えることができる。   Even when only the driving method for applying the cancellation pulse is executed, if this driving method is executed when photographing a high-luminance object, fixed pattern noise is generated. Therefore, even in this case, when the imaging ISO sensitivity is lower than the predetermined value, the imaging element driving unit 10 performs known driving without applying the cancellation pulse, and when the imaging ISO sensitivity is higher than the predetermined value, the set imaging is performed. Generation of fixed pattern noise can be suppressed by performing driving in which the number of electrodes to which the cancellation pulse is applied is set according to the ISO sensitivity.

(第三実施形態)
第一実施形態と第二実施形態では、固体撮像素子5の光電変換素子101の配列がハニカム配列である例を説明したが、本発明は、光電変換素子101の配列が正方配列である場合でも、もちろん適用可能である。本実施形態では、固体撮像素子5を正方配列型にしたものに、本発明の電荷増倍駆動方法を適用した場合について説明する。
(Third embodiment)
In the first embodiment and the second embodiment, the example in which the arrangement of the photoelectric conversion elements 101 of the solid-state imaging element 5 is a honeycomb arrangement has been described. However, the present invention can be applied even when the arrangement of the photoelectric conversion elements 101 is a square arrangement. Of course, it is applicable. In the present embodiment, a case where the charge multiplication driving method of the present invention is applied to a solid-state imaging device 5 of a square array type will be described.

図8は、第三実施形態の固体撮像素子の平面模式図である。
図8に示す固体撮像素子は、半導体基板50表面の垂直方向とこれに直交する水平方向に配列された多数の光電変換素子51を備える。多数の光電変換素子51は、水平方向に並ぶn個(nは2以上の自然数)の光電変換素子51からなる光電変換素子行を垂直方向にm(mは1以上の自然数)個配列した構成、又は、垂直方向に並ぶm個の光電変換素子51からなる光電変換素子列を水平方向にn個配列した構成となっている。
FIG. 8 is a schematic plan view of the solid-state imaging device of the third embodiment.
The solid-state imaging device shown in FIG. 8 includes a large number of photoelectric conversion elements 51 arranged in a vertical direction on the surface of the semiconductor substrate 50 and in a horizontal direction perpendicular thereto. A large number of photoelectric conversion elements 51 are configured by arranging m (m is a natural number of 1 or more) photoelectric conversion element rows composed of n photoelectric conversion elements 51 arranged in the horizontal direction (n is a natural number of 2 or more) in the vertical direction. Alternatively, n photoelectric conversion element arrays composed of m photoelectric conversion elements 51 arranged in the vertical direction are arranged in the horizontal direction.

奇数番目の光電変換素子行は、緑色の波長域の光を検出するG光電変換素子51と、青色の波長域の光を検出するB光電変換素子51とを交互に配列したものとなっている。偶数番目の光電変換素子行は、赤色の波長域の光を検出するR光電変換素子51と、G光電変換素子51とを交互に配列したものとなっている。   The odd-numbered photoelectric conversion element rows are formed by alternately arranging G photoelectric conversion elements 51 that detect light in the green wavelength range and B photoelectric conversion elements 51 that detect light in the blue wavelength range. . In the even-numbered photoelectric conversion element rows, the R photoelectric conversion elements 51 that detect light in the red wavelength region and the G photoelectric conversion elements 51 are alternately arranged.

各光電変換素子列の側部には、各光電変換素子列に対応して垂直電荷転送路52が形成されている。垂直電荷転送路52は、それに対応する光電変換素子列の光電変換素子51で発生した電荷を垂直方向に転送する。   A vertical charge transfer path 52 is formed on the side of each photoelectric conversion element array corresponding to each photoelectric conversion element array. The vertical charge transfer path 52 transfers charges generated in the photoelectric conversion elements 51 of the corresponding photoelectric conversion element array in the vertical direction.

各光電変換素子列の光電変換素子51とそれ対応する垂直電荷転送路52との間には、光電変換素子51で発生した電荷をそれに対応する垂直電荷転送路52に読み出すための電荷読み出し領域53が設けられている。   Between the photoelectric conversion element 51 of each photoelectric conversion element array and the corresponding vertical charge transfer path 52, a charge read region 53 for reading out the charge generated in the photoelectric conversion element 51 to the corresponding vertical charge transfer path 52. Is provided.

半導体基板50表面上の水平方向には、各光電変換素子51を避けるように図示しない垂直転送電極V1,V2,…,V8が敷設されている。垂直電荷転送路52は、その上に設けられ垂直方向に配置される垂直転送電極V1〜V8に、撮像素子駆動部10から出力される転送パルスが印加されることで駆動される。垂直転送電極V1〜V4は、奇数番目の光電変換素子行の光電変換素子51に対応し、垂直転送電極V5〜V8は、偶数番目の光電変換素子行の光電変換素子51に対応している。   Vertical transfer electrodes V1, V2,..., V8 (not shown) are laid in the horizontal direction on the surface of the semiconductor substrate 50 so as to avoid the photoelectric conversion elements 51. The vertical charge transfer path 52 is driven by applying a transfer pulse output from the image sensor driving unit 10 to vertical transfer electrodes V1 to V8 provided thereon and arranged in the vertical direction. The vertical transfer electrodes V1 to V4 correspond to the photoelectric conversion elements 51 in the odd-numbered photoelectric conversion element rows, and the vertical transfer electrodes V5 to V8 correspond to the photoelectric conversion elements 51 in the even-numbered photoelectric conversion element rows.

垂直転送電極V1は、奇数番目の光電変換素子行の光電変換素子51とそれに対応する垂直電荷転送路52との間の電荷読み出し領域53とも重なっており、垂直転送電極V1に読み出しパルスを印加することで、奇数番目の光電変換素子行の光電変換素子51で発生した電荷を、その光電変換素子51に対応する垂直電荷転送路52に読み出すことができる。   The vertical transfer electrode V1 also overlaps the charge readout region 53 between the photoelectric conversion element 51 in the odd-numbered photoelectric conversion element row and the corresponding vertical charge transfer path 52, and applies a read pulse to the vertical transfer electrode V1. Thus, the charges generated in the photoelectric conversion elements 51 in the odd-numbered photoelectric conversion element rows can be read out to the vertical charge transfer paths 52 corresponding to the photoelectric conversion elements 51.

垂直転送電極V5は、偶数番目の光電変換素子行の光電変換素子51とそれに対応する垂直電荷転送路52との間の電荷読み出し領域53とも重なっており、垂直転送電極V5に読み出しパルスを印加することで、偶数番目の光電変換素子行の光電変換素子51で発生した電荷を、その光電変換素子51に対応する垂直電荷転送路52に読み出すことができる。   The vertical transfer electrode V5 also overlaps the charge readout region 53 between the photoelectric conversion element 51 of the even-numbered photoelectric conversion element row and the corresponding vertical charge transfer path 52, and applies a read pulse to the vertical transfer electrode V5. Thus, the charges generated in the photoelectric conversion elements 51 in the even-numbered photoelectric conversion element rows can be read out to the vertical charge transfer paths 52 corresponding to the photoelectric conversion elements 51.

次に、電荷増倍駆動モード時の撮像素子駆動部10の動作について説明する。以下では、静止画撮影時に2フィールドに分けて全ての光電変換素子51から電荷を読み出す場合を例にして、電荷増倍駆動モード時の撮像素子駆動部10の動作を説明する。   Next, the operation of the image sensor drive unit 10 in the charge multiplication drive mode will be described. Hereinafter, the operation of the image sensor drive unit 10 in the charge multiplication drive mode will be described by taking as an example a case where charges are read from all the photoelectric conversion elements 51 in two fields at the time of still image shooting.

図9は、第三実施形態の固体撮像素子の1フィールド目における動作を説明するための図である。図9において、T1〜T10は時刻を示し、T1〜T10の各々の下に図示された図は、図8に示す固体撮像素子の光電変換素子列のうち、G光電変換素子51とR光電変換素子51が並ぶ光電変換素子列の一部を拡大したものであり、各時刻での垂直電荷転送路52の状態を示した図である。図9において図8と同じ構成には同一符号を付してある。図10は、図9に示した各時刻における垂直転送電極V1〜V8の波形を示した図である。   FIG. 9 is a diagram for explaining the operation in the first field of the solid-state imaging device of the third embodiment. In FIG. 9, T1 to T10 indicate times, and the diagram illustrated below each of T1 to T10 is the G photoelectric conversion element 51 and the R photoelectric conversion in the photoelectric conversion element array of the solid-state imaging element illustrated in FIG. FIG. 5 is an enlarged view of a part of a photoelectric conversion element array in which elements 51 are arranged, and shows a state of a vertical charge transfer path 52 at each time. 9, the same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals. FIG. 10 is a diagram showing waveforms of the vertical transfer electrodes V1 to V8 at each time shown in FIG.

露光期間中、垂直転送電極V1〜V8にはLレベルの転送パルスが印加されているものとする。露光期間終了後、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V8,V1,V2,V3にMレベルの転送パルスを印加して、電荷転送チャネルに4つの電荷蓄積パケットを形成し、その後、垂直転送電極V1に読み出しパルスを印加して、この4つの電荷蓄積パケットに電荷を読み出す(時刻T1)。ここでは、4つの電荷蓄積パケットを形成しているが、ここで形成する電荷蓄積パケットの数は、読み出し対象となる光電変換素子51に蓄積可能な最大電荷量の電荷を転送するために最低限必要な数とすれば良い。つまり、電荷蓄積パケットの総容量が、読み出し対象となる光電変換素子51に蓄積可能な最大電荷量と同じであれば良い。尚、読み出し対象となる光電変換素子51に蓄積可能な最大電荷量の電荷を、1回の読み出し動作で垂直電荷転送路52に全て読み出すことを可能とする読み出しパルスの供給期間を“1”とすると、時刻T1における読み出しパルスの印加期間は、“1”よりも短い期間、例えば1/3とする。   It is assumed that an L level transfer pulse is applied to the vertical transfer electrodes V1 to V8 during the exposure period. After the exposure period, the image sensor driving unit 10 applies M-level transfer pulses to the vertical transfer electrodes V8, V1, V2, and V3 to form four charge accumulation packets in the charge transfer channel, and then performs vertical transfer. A read pulse is applied to the electrode V1 to read out charges from these four charge storage packets (time T1). Here, four charge storage packets are formed, but the number of charge storage packets formed here is the minimum in order to transfer the maximum charge amount that can be stored in the photoelectric conversion element 51 to be read. What is necessary is just to make it a necessary number. That is, it is sufficient that the total capacity of the charge storage packet is the same as the maximum charge amount that can be stored in the photoelectric conversion element 51 to be read. Note that the supply period of the read pulse that enables reading of all charges of the maximum charge amount that can be accumulated in the photoelectric conversion element 51 to be read to the vertical charge transfer path 52 by one read operation is “1”. Then, the read pulse application period at time T1 is set to a period shorter than “1”, for example, 1/3.

次に、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V4〜V6にMレベルの転送パルスを印加し(時刻T2)、その後、垂直転送電極V1〜V4,V8にLレベルの転送パルスを印加して、時刻T1で読み出した電荷を垂直方向に転送する(時刻T3)。   Next, the image sensor driving unit 10 applies an M level transfer pulse to the vertical transfer electrodes V4 to V6 (time T2), and then applies an L level transfer pulse to the vertical transfer electrodes V1 to V4 and V8. The charges read at time T1 are transferred in the vertical direction (time T3).

次に、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V8,V1,V2,V3にMレベルの転送パルスを印加して、電荷転送チャネルに4つの電荷蓄積パケットを形成する(時刻T4)。その後、垂直転送電極V1に読み出しパルスを印加して、この4つの電荷蓄積パケットに電荷を読み出す(時刻T5)。時刻T5における読み出しパルスの印加時間は、時刻T1のときよりも長く且つ“1”よりも短い期間、例えば1/2とする。   Next, the image sensor driving unit 10 applies M-level transfer pulses to the vertical transfer electrodes V8, V1, V2, and V3 to form four charge accumulation packets in the charge transfer channel (time T4). Thereafter, a read pulse is applied to the vertical transfer electrode V1 to read out charges from these four charge storage packets (time T5). The application time of the readout pulse at time T5 is longer than that at time T1 and shorter than “1”, for example, 1/2.

次に、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V4にMレベルの転送パルスを印加し(時刻T6)、その後、垂直転送電極V1〜V4,V8にLレベルの転送パルスを印加して、時刻T5で読み出した電荷を垂直方向に転送する(時刻T7)。   Next, the image sensor driving unit 10 applies an M level transfer pulse to the vertical transfer electrode V4 (time T6), and then applies an L level transfer pulse to the vertical transfer electrodes V1 to V4 and V8. The charges read at T5 are transferred in the vertical direction (time T7).

次に、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V8,V1,V2,V3にMレベルの転送パルスを印加して、電荷転送チャネルに4つの電荷蓄積パケットを形成する(時刻T8)。その後、垂直転送電極V1に読み出しパルスを印加して、この4つの電荷蓄積パケットに電荷を読み出す(時刻T9)。時刻T9における読み出しパルスの印加時間は、時刻T5のときよりも長い期間、例えば“1”とする。   Next, the image sensor driving unit 10 applies M-level transfer pulses to the vertical transfer electrodes V8, V1, V2, and V3 to form four charge accumulation packets in the charge transfer channel (time T8). Thereafter, a read pulse is applied to the vertical transfer electrode V1 to read out charges from these four charge storage packets (time T9). The application time of the readout pulse at time T9 is longer than that at time T5, for example, “1”.

次に、撮像素子駆動部10は、垂直転送電極V4にMレベルの転送パルスを印加して、時刻T9で読み出した電荷と、垂直転送電極V5,V6下にある時刻T1,T5で読み出した電荷とを混合する(時刻T10)。そして、その後は、垂直転送電極V1〜V8に所定パターンの転送パルスを印加することで、読み出した電荷を垂直方向に順次転送する。   Next, the image sensor drive unit 10 applies an M-level transfer pulse to the vertical transfer electrode V4, and charges read at time T9 and charges read at times T1 and T5 below the vertical transfer electrodes V5 and V6. Are mixed (time T10). After that, by applying a transfer pulse of a predetermined pattern to the vertical transfer electrodes V1 to V8, the read charges are sequentially transferred in the vertical direction.

このように、固体撮像素子が正方配列型であっても、本発明を適用可能である。   Thus, the present invention can be applied even if the solid-state imaging device is a square array type.

(第四実施形態)
第四実施形態では、第三実施形態の駆動方法に相殺パルスを印加する方法を組み合わせた駆動方法を説明する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, a driving method in which a method of applying a cancellation pulse is combined with the driving method of the third embodiment will be described.

図11は、第四実施形態の固体撮像素子の1フィールド目における動作を説明するための図である。図11において、T1〜T10は時刻を示し、T1〜T10の各々の下に図示された図は、図8に示す固体撮像素子の光電変換素子列のうち、G光電変換素子51とR光電変換素子51とが並ぶ光電変換素子列の一部を拡大したものであり、各時刻での垂直電荷転送路52の状態を示した図である。図11において図8と同じ構成には同一符号を付してある。図12は、図11に示した各時刻における垂直転送電極V1〜V8の波形を示した図である。   FIG. 11 is a diagram for explaining the operation in the first field of the solid-state imaging device of the fourth embodiment. In FIG. 11, T1 to T10 indicate times, and the figure shown below each of T1 to T10 is a G photoelectric conversion element 51 and an R photoelectric conversion in the photoelectric conversion element array of the solid-state imaging element shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged view of a part of a photoelectric conversion element array in which the elements 51 are arranged, and is a diagram illustrating a state of the vertical charge transfer path 52 at each time. 11, the same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals. FIG. 12 is a diagram showing waveforms of the vertical transfer electrodes V1 to V8 at each time shown in FIG.

図11において図9と異なる点は、時刻T1,T5,T9において、読み出しパルスを印加する前に、垂直転送電極V3,V8に相殺パルス(Lレベルの転送パルス)を印加して、ここで形成する電荷蓄積パケットの数を4つから2つに減らした点である。それ以外の動作は第三実施形態と同様である。このように、固体撮像素子が正方配列型であっても、本発明を適用可能である。   11 differs from FIG. 9 in that, at time T1, T5, T9, before applying the readout pulse, a canceling pulse (L level transfer pulse) is applied to the vertical transfer electrodes V3, V8, and is formed here. The number of charge accumulation packets to be reduced is reduced from four to two. Other operations are the same as in the third embodiment. Thus, the present invention can be applied even if the solid-state imaging device is a square array type.

(第五実施形態)
本実施形態では、第一実施形態〜第四実施形態において、固体撮像素子の構成を、異なる波長域の光を検出する光電変換素子毎に独立に電荷を読み出せるものとし、異なる波長域の光を検出する光電変換素子毎で、電荷増倍率を独立に制御できるようにした例について説明する。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, in the first embodiment to the fourth embodiment, the solid-state imaging device is configured such that charges can be read independently for each photoelectric conversion element that detects light in different wavelength regions, and light in different wavelength regions is used. An example in which the charge multiplication factor can be independently controlled for each photoelectric conversion element that detects the above will be described.

図13は、第五実施形態の固体撮像素子の平面模式図である。図13において図8と同じ構成には同一符号を付してある。
図13に示す固体撮像素子では、多数の光電変換素子51の配列を、R光電変換素子51が水平方向に配列されたR光電変換素子行と、G光電変換素子51が水平方向に配列されたG光電変換素子行と、B光電変換素子51が水平方向に配列されたB光電変換素子行とをこの順に垂直方向に並べたパターンを垂直方向に繰り返し配列したものとしている。
FIG. 13 is a schematic plan view of the solid-state imaging device of the fifth embodiment. In FIG. 13, the same components as those in FIG.
In the solid-state imaging device shown in FIG. 13, a large number of photoelectric conversion elements 51 are arranged in an R photoelectric conversion element row in which the R photoelectric conversion elements 51 are arranged in the horizontal direction and a G photoelectric conversion element 51 in the horizontal direction. A pattern in which the G photoelectric conversion element rows and the B photoelectric conversion element rows in which the B photoelectric conversion elements 51 are arranged in the horizontal direction is arranged in this order in the vertical direction is repeatedly arranged in the vertical direction.

又、R光電変換素子51に隣接する電荷読み出し領域53と、G光電変換素子51に隣接する電荷読み出し領域53と、B光電変換素子51に隣接する電荷読み出し領域53とは、それぞれ独立に読み出しパルスを印加できるように、垂直転送電極が設けられている。   The charge readout region 53 adjacent to the R photoelectric conversion element 51, the charge readout region 53 adjacent to the G photoelectric conversion element 51, and the charge readout region 53 adjacent to the B photoelectric conversion element 51 are independently read pulses. Is provided with a vertical transfer electrode.

このような構成の固体撮像素子では、電荷増倍駆動モード時、撮像素子駆動部10が、1フィールド目でR光電変換素子51から電荷を読み出し、2フィールド目でG光電変換素子51から電荷を読み出し、3フィールド目でB光電変換素子51から電荷を読み出して、全ての光電変換素子51から電荷を読み出すようにする。各フィールドにおける駆動方法は、第一実施形態や第二実施形態で説明した方法を採用する。そして、電荷増倍率(電荷の読み出し回数、又は、電荷の読み出し回数及び相殺パルスを印加する電極数の組み合わせ)を各フィールドで独立に制御する。例えば、ある撮影条件において、感度が落ちる光電変換素子51と感度が上がる光電変換素子51とがあった場合には、感度が落ちる光電変換素子51から電荷を読み出すフィールド時の電荷増倍率を相対的に高くし、感度が上がる光電変換素子51から電荷を読み出すフィールド時の電荷増倍率を相対的に低くするといった駆動を行う。   In the solid-state imaging device having such a configuration, in the charge multiplication drive mode, the imaging device driving unit 10 reads charges from the R photoelectric conversion element 51 in the first field, and charges from the G photoelectric conversion element 51 in the second field. In the third field, charges are read from the B photoelectric conversion elements 51, and the charges are read from all the photoelectric conversion elements 51. The driving method in each field employs the method described in the first embodiment or the second embodiment. Then, the charge multiplication factor (the number of charges read out or the combination of the number of charges read out and the number of electrodes to which a cancel pulse is applied) is controlled independently in each field. For example, when there are a photoelectric conversion element 51 with a reduced sensitivity and a photoelectric conversion element 51 with a higher sensitivity under a certain photographing condition, the charge multiplication factor at the time of reading a charge from the photoelectric conversion element 51 with a lower sensitivity is relatively set. The charge multiplication factor in the field for reading out charges from the photoelectric conversion element 51, which increases the sensitivity, is relatively lowered.

図14は、第五実施形態の固体撮像素子の駆動方法を説明するためのフローチャートである。
撮影モードに設定され、事前撮像によって得られた画像データや受光部13からの測光データによって、積算部19により被写体の色温度が算出される(ステップS1)。システム制御部11は、検出された色温度が第一の所定値(例えば2500K)よりも小さい場合(ステップS2:YES)、この場合は、B光電変換素子51の感度がR光電変換素子51の感度に比べて低くなるため、B光電変換素子51の電荷増倍率をR光電変換素子51の電荷増倍率よりも大きくするような駆動パターン1で固体撮像素子を駆動するように撮像素子駆動部10に指示を出す(ステップS3)。
FIG. 14 is a flowchart for explaining a driving method of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment.
The color temperature of the subject is calculated by the integrating unit 19 based on the image data set in the photographing mode and the image data obtained by the pre-imaging and the photometric data from the light receiving unit 13 (step S1). When the detected color temperature is lower than a first predetermined value (for example, 2500 K) (step S2: YES), the system control unit 11 determines that the sensitivity of the B photoelectric conversion element 51 is that of the R photoelectric conversion element 51. Since the sensitivity is lower than the sensitivity, the image sensor driving unit 10 drives the solid-state image sensor with the drive pattern 1 that makes the charge multiplication factor of the B photoelectric conversion element 51 larger than the charge multiplication factor of the R photoelectric conversion element 51. (Step S3).

一方、検出された色温度が第一の所定値(例えば2500K)よりも大きい場合(ステップS2:NO)、更に色温度が第二の所定値(例えば9000K)よりも大きいか否かが判定される(ステップS4)。色温度が第二の所定値よりも大きい場合(ステップS4:YES)、この場合は、R光電変換素子51の感度がB光電変換素子51の感度に比べて低くなるため、R光電変換素子51の電荷増倍率をB光電変換素子51の電荷増倍率よりも大きくするような駆動パターン2で固体撮像素子を駆動するように撮像素子駆動部10に指示を出す(ステップS5)。色温度が第二の所定値よりも小さい場合(ステップS4:NO)は、R光電変換素子51とG光電変換素子51とB光電変換素子51とで電荷増倍率を同一とした駆動パターン3で固体撮像素子を駆動するように撮像素子駆動部10に指示を出す(ステップS6)。   On the other hand, when the detected color temperature is higher than a first predetermined value (for example, 2500K) (step S2: NO), it is further determined whether or not the color temperature is higher than a second predetermined value (for example, 9000K). (Step S4). When the color temperature is higher than the second predetermined value (step S4: YES), in this case, the sensitivity of the R photoelectric conversion element 51 is lower than the sensitivity of the B photoelectric conversion element 51. The image sensor drive unit 10 is instructed to drive the solid-state image sensor with the drive pattern 2 that makes the charge multiplication factor of the image sensor larger than the charge multiplication factor of the B photoelectric conversion element 51 (step S5). When the color temperature is smaller than the second predetermined value (step S4: NO), the drive pattern 3 in which the R photoelectric conversion element 51, the G photoelectric conversion element 51, and the B photoelectric conversion element 51 have the same charge multiplication factor is used. An instruction is given to the image sensor drive unit 10 to drive the solid-state image sensor (step S6).

ステップS3,S5,S6の後で撮影指示がなされると、撮像素子駆動部10はシステム制御部11から指示された駆動パターンで固体撮像素子を駆動する(ステップS7)。   When a shooting instruction is issued after steps S3, S5, and S6, the image sensor drive unit 10 drives the solid-state image sensor with the drive pattern instructed by the system control unit 11 (step S7).

このように、異なる波長域の光を検出する光電変換素子毎で独立に電荷増倍率を制御することで、色温度が極端に低い場合や極端に高い場合に、感度が低くなる光電変換素子から得られる信号に高いゲインをかけてホワイトバランス調整を行う必要がなくなり、S/N劣化を防ぐことができる。   In this way, by controlling the charge multiplication factor independently for each photoelectric conversion element that detects light in different wavelength ranges, it is possible to reduce the sensitivity when the color temperature is extremely low or extremely high. It is not necessary to perform white balance adjustment by applying a high gain to the obtained signal, and S / N deterioration can be prevented.

本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the digital camera which is an example of the imaging device for demonstrating 1st embodiment of this invention. 第一実施形態の固体撮像素子の平面模式図Plane schematic diagram of the solid-state imaging device of the first embodiment 第一実施形態の固体撮像素子の電荷増倍駆動モード時の1フィールド目の動作を説明するための図The figure for demonstrating operation | movement of the 1st field at the time of the charge multiplication drive mode of the solid-state image sensor of 1st embodiment. 第一実施形態の固体撮像素子の電荷増倍駆動モード時の1フィールド目における転送パルスのタイミングチャートTiming chart of transfer pulse in first field in charge multiplication drive mode of solid-state imaging device of first embodiment 相殺パルスによる電荷増倍効果を説明するための図Diagram for explaining charge multiplication effect by cancellation pulse 第二実施形態の固体撮像素子の電荷増倍駆動モード時の1フィールド目の動作を説明するための図The figure for demonstrating operation | movement of the 1st field at the time of the charge multiplication drive mode of the solid-state image sensor of 2nd embodiment. 第二実施形態の固体撮像素子の電荷増倍駆動モード時の1フィールド目における転送パルスのタイミングチャートTransfer pulse timing chart in the first field in the charge multiplication drive mode of the solid-state imaging device of the second embodiment 第三実施形態の固体撮像素子の平面模式図Planar schematic diagram of the solid-state imaging device of the third embodiment 第三実施形態の固体撮像素子の1フィールド目にける動作を説明するための図The figure for demonstrating the operation | movement in the 1st field of the solid-state image sensor of 3rd embodiment. 第三実施形態の固体撮像素子の電荷増倍駆動モード時の1フィールド目における転送パルスのタイミングチャートTransfer pulse timing chart in the first field in the charge multiplication drive mode of the solid-state imaging device of the third embodiment 第四実施形態の固体撮像素子の1フィールド目にける動作を説明するための図The figure for demonstrating the operation | movement in the 1st field of the solid-state image sensor of 4th embodiment. 第四実施形態の固体撮像素子の電荷増倍駆動モード時の1フィールド目における転送パルスのタイミングチャートTiming chart of transfer pulses in the first field in the charge multiplication drive mode of the solid-state imaging device of the fourth embodiment 第五実施形態の固体撮像素子の平面模式図Planar schematic diagram of the solid-state imaging device of the fifth embodiment 第五実施形態の固体撮像素子の駆動方法を説明するためのフローチャートFlowchart for explaining the driving method of the solid-state image sensor of the fifth embodiment

符号の説明Explanation of symbols

5 固体撮像素子
101 光電変換素子
102 垂直電荷転送路
105 電荷読み出し領域
V1〜V8 垂直転送電極
5 Solid-state imaging device 101 Photoelectric conversion device 102 Vertical charge transfer path 105 Charge readout region V1 to V8 Vertical transfer electrode

Claims (12)

半導体基板表面に形成された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記垂直電荷転送路に読み出すための電荷読出し領域とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記電荷読出し領域への読み出しパルスの供給を複数回行って、前記垂直電荷転送路に形成した電荷蓄積パケットに前記電荷を複数回に分けて読み出す駆動を行う電荷読み出しステップと、
前記複数回の読み出しパルスのうちの任意の読み出しパルスの供給が完了してから、前記任意の読み出しパルスの次の読み出しパルスの供給を開始するまでの間に、前記次の読み出しパルスを供給したときに前記電荷蓄積パケットが空になるように、前記任意の読み出しパルスによって前記電荷蓄積パケットに読み出された電荷を前記垂直方向に転送する駆動を行う電荷転送ステップとを備える固体撮像素子の駆動方法。
A plurality of photoelectric conversion elements formed on the surface of the semiconductor substrate, a plurality of vertical charge transfer paths for transferring charges generated in each of the plurality of photoelectric conversion elements in a vertical direction, and generated in each of the plurality of photoelectric conversion elements A solid-state imaging device including a charge readout region for reading out the generated charge into the vertical charge transfer path,
A charge reading step of performing a drive for reading the charge in a plurality of times by supplying the read pulse to the charge reading region a plurality of times, and charging the charge accumulation packet formed in the vertical charge transfer path in a plurality of times;
When the next read pulse is supplied between the completion of the supply of an arbitrary read pulse of the plurality of read pulses and the start of the supply of the next read pulse after the arbitrary read pulse A solid-state image sensor driving method comprising: a charge transfer step of driving to transfer the charge read to the charge storage packet by the arbitrary read pulse in the vertical direction so that the charge storage packet is empty .
請求項1記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記複数回の読み出しパルスのうち、最後に供給する読み出しパルスを除く読み出しパルスの供給期間を、前記最後に供給する読み出しパルスの供給期間よりも短くする固体撮像素子の駆動方法。
A method for driving a solid-state imaging device according to claim 1,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein a supply period of a read pulse excluding a read pulse supplied last among the plurality of read pulses is shorter than a supply period of a read pulse supplied last.
請求項1又は2記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記電荷読み出しステップにおける前記読み出しパルスの供給回数を撮影条件に応じて変更する固体撮像素子の駆動方法。
A method for driving a solid-state imaging device according to claim 1 or 2,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein the number of times of supply of the readout pulse in the charge readout step is changed according to imaging conditions.
請求項1〜3のいずれか1項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量の電荷を転送するために最低限必要な前記電荷蓄積パケットの数をAとし、前記電荷読み出しステップにおける前記電荷蓄積パケットの数をBとしたとき、A>Bとする固体撮像素子の駆動方法。
It is a drive method of the solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 3,
When the minimum number of the charge storage packets necessary for transferring the maximum amount of charge that can be stored in the photoelectric conversion element is A, and the number of the charge storage packets in the charge reading step is B, A A method for driving the solid-state imaging device, where> B.
請求項4記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記Bの値を撮影条件に応じて変更する固体撮像素子の駆動方法。
A method for driving a solid-state imaging device according to claim 4,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein the value of B is changed according to imaging conditions.
請求項1〜3のいずれか1項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量の電荷を転送するために最低限必要な前記電荷蓄積パケットの数をAとし、前記電荷読み出しステップにおける前記電荷蓄積パケットの数をBとしたとき、A≧Bとなる条件を満たす範囲内で、前記Bの値を撮影条件に応じて変更する固体撮像素子の駆動方法。
It is a drive method of the solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 3,
When the minimum number of the charge storage packets necessary for transferring the maximum amount of charge that can be stored in the photoelectric conversion element is A, and the number of the charge storage packets in the charge reading step is B, A A method for driving a solid-state imaging device, wherein the value of B is changed in accordance with imaging conditions within a range that satisfies a condition of ≧ B.
請求項1〜3のいずれか1項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記複数の光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子を含み、
前記読み出しパルスの供給回数を、前記複数種類の光電変換素子毎に独立に制御する固体撮像素子の駆動方法。
It is a drive method of the solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 3,
The plurality of photoelectric conversion elements include a plurality of types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges,
A method for driving a solid-state imaging element, wherein the number of times of supplying the readout pulse is controlled independently for each of the plurality of types of photoelectric conversion elements.
請求項4〜6のいずれか1項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記複数の光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子を含み、
前記読み出しパルスの供給回数と前記Bの値を、前記複数種類の光電変換素子毎に独立に制御する固体撮像素子の駆動方法。
It is a drive method of the solid-state image sensing device according to any one of claims 4 to 6,
The plurality of photoelectric conversion elements include a plurality of types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein the number of read pulses supplied and the value B are independently controlled for each of the plurality of types of photoelectric conversion devices.
半導体基板表面に形成された複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送路と、前記複数の光電変換素子の各々で発生した電荷を前記垂直電荷転送路に読み出すための電荷読出し領域とを含む固体撮像素子の駆動方法であって、
前記電荷読出し領域への読み出しパルスの供給を行って、前記垂直電荷転送路に形成した電荷蓄積パケットに前記電荷を読み出す駆動を行う電荷読み出しステップを備え、
前記光電変換素子に蓄積可能な最大電荷量の電荷を転送するために最低限必要な前記電荷蓄積パケットの数をAとし、前記電荷読み出しステップにおける前記電荷蓄積パケットの数をBとしたとき、A>Bとする固体撮像素子の駆動方法。
A plurality of photoelectric conversion elements formed on the surface of the semiconductor substrate, a plurality of vertical charge transfer paths for transferring charges generated in each of the plurality of photoelectric conversion elements in a vertical direction, and generated in each of the plurality of photoelectric conversion elements A solid-state imaging device including a charge readout region for reading out the generated charge into the vertical charge transfer path,
A charge reading step of supplying a read pulse to the charge reading region to drive the charge storage packet formed in the vertical charge transfer path to read the charge;
When the minimum number of the charge storage packets necessary for transferring the maximum amount of charge that can be stored in the photoelectric conversion element is A, and the number of the charge storage packets in the charge reading step is B, A A method for driving the solid-state imaging device, where> B.
請求項9記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記Bの値を撮影条件に応じて変更する固体撮像素子の駆動方法。
A method for driving a solid-state imaging device according to claim 9,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein the value of B is changed according to imaging conditions.
請求項9又は10記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記複数の光電変換素子が、それぞれ異なる波長域の光を検出する複数種類の光電変換素子を含み、
前記Bの値を、前記複数種類の光電変換素子毎に独立に制御する固体撮像素子の駆動方法。
It is a drive method of the solid-state image sensing device according to claim 9 or 10,
The plurality of photoelectric conversion elements include a plurality of types of photoelectric conversion elements that detect light in different wavelength ranges,
A method for driving a solid-state imaging element, wherein the value of B is controlled independently for each of the plurality of types of photoelectric conversion elements.
請求項1〜11のいずれか1項記載の固体撮像素子の駆動方法に基づく駆動を行う駆動手段と、
前記固体撮像素子とを備える撮像装置。
Driving means for performing driving based on the driving method of the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 11,
An imaging apparatus comprising the solid-state imaging device.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03153194A (en) * 1989-11-10 1991-07-01 Fuji Photo Film Co Ltd Image pickup device
JPH0425034A (en) * 1990-05-21 1992-01-28 Mitsubishi Electric Corp Device of charge coupled device
JPH05260391A (en) * 1992-03-11 1993-10-08 Sony Corp Solid-state image pickup element
JP2005064828A (en) * 2003-08-12 2005-03-10 Sony Corp Solid-state image pickup device, drive method therefor, and image pickup device
JP2005252410A (en) * 2004-03-01 2005-09-15 Sanyo Electric Co Ltd Imaging apparatus, and control device for imaging apparatus
JP2006060250A (en) * 2005-10-20 2006-03-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state imaging apparatus and its manufacturing method
JP2006254494A (en) * 2006-05-02 2006-09-21 Canon Inc Imaging apparatus

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03153194A (en) * 1989-11-10 1991-07-01 Fuji Photo Film Co Ltd Image pickup device
JPH0425034A (en) * 1990-05-21 1992-01-28 Mitsubishi Electric Corp Device of charge coupled device
JPH05260391A (en) * 1992-03-11 1993-10-08 Sony Corp Solid-state image pickup element
JP2005064828A (en) * 2003-08-12 2005-03-10 Sony Corp Solid-state image pickup device, drive method therefor, and image pickup device
JP2005252410A (en) * 2004-03-01 2005-09-15 Sanyo Electric Co Ltd Imaging apparatus, and control device for imaging apparatus
JP2006060250A (en) * 2005-10-20 2006-03-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state imaging apparatus and its manufacturing method
JP2006254494A (en) * 2006-05-02 2006-09-21 Canon Inc Imaging apparatus

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