JP2008199419A - Solid-state imaging apparatus, driving method thereof and camera - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次元に配列された複数の受光素子と複数の垂直転送部と1つの水平転送部とを有し、画像信号として出力する固体撮像装置、固体撮像素子の駆動方法およびカメラに関し、特に静止画撮像モードと動画撮像モードとを有する固体撮像装置、固体撮像素子の駆動方法およびカメラに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a solid-state imaging device driving method, and a camera that have a plurality of light receiving elements, a plurality of vertical transfer units, and a horizontal transfer unit that are two-dimensionally arranged and output as image signals. In particular, the present invention relates to a solid-state imaging device having a still image capturing mode and a moving image capturing mode, a method for driving a solid-state image sensor, and a camera.
従来、受けた光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像素子が知られており、この固体撮像素子から得た映像信号を静止画像として表示するデジタルスチルカメラ等のカメラが知られている。近年では、このような固体撮像素子を用いたカメラは、画質および機能のさらなる向上が要望され、画素の高密度化が進んでいる。 Conventionally, a solid-state imaging device that converts received light into an electrical signal and outputs it as a video signal is known, and a camera such as a digital still camera that displays a video signal obtained from the solid-state imaging device as a still image is known. ing. In recent years, a camera using such a solid-state imaging device has been required to further improve image quality and function, and the density of pixels has been increasing.
このような固体撮像素子において、特にモニターモード等で出力スピードを向上させるために、信号電荷を読み出す画素を間引くことにより出力映像信号中の画素数を減らす駆動方法が、例えば特許文献1、2に開示されている。
In such a solid-state imaging device, a driving method for reducing the number of pixels in an output video signal by thinning out pixels from which signal charges are read out is particularly disclosed in
しかし、このような間引き駆動において、スミアや暗電流等のノイズ成分が問題となる。このことについて図11を用いて説明する。 However, in such thinning driving, noise components such as smear and dark current become a problem. This will be described with reference to FIG.
図11は特許文献3に開示された従来技術の課題を説明するための模式図である。図11の模式図において、白抜きの丸(○)は垂直転送部13上のノイズ成分を、黒塗りの丸(●)は水平ブランキング期間一回に転送されるノイズ成分を含む信号成分をそれぞれ示している。
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the problems of the prior art disclosed in
静止画撮像モード等で用いられる全画素読み出し駆動では、図11(a)に示すように、全画素の信号電荷(図中、黒塗りの四角で示す)を同一時刻に垂直転送部13に一斉に読み出し、当該垂直転送部101中で混合することなく独立に垂直方向に転送し、さらにその信号電荷を水平転送部14により水平方向に転送し、電荷検出部15を介して読み出すようにしている。
In the all-pixel readout drive used in the still image capturing mode or the like, as shown in FIG. 11A, the signal charges of all the pixels (indicated by black squares in the figure) are simultaneously transmitted to the
この全画素読み出し駆動(a)では、水平ブランキング期間当りの垂直転送部1本での転送画素数は1画素である。また、一回に出力される信号画素数は1画素であり、一回に出力されるノイズ量は垂直転送部1個分(1パケット分のノイズ量)である。なお、ここでは、全画素読み出しでも、メカシャッタを使わないことを前提としている。 In this all-pixel readout drive (a), the number of transfer pixels in one vertical transfer unit per horizontal blanking period is one pixel. Further, the number of signal pixels output at one time is one pixel, and the amount of noise output at one time is one vertical transfer unit (the amount of noise for one packet). Here, it is assumed that the mechanical shutter is not used for all pixel readout.
一方、モニターモード等で用いられる間引き読み出し駆動では、図11(b)に示すように、例えば垂直方向において1画素おきに間引く場合には、奇数行(図中、1,3,5,・・・)の画素の信号電荷のみを垂直転送部13に読み出す。このとき、垂直転送部13には空パケットが存在する。そして、信号パケットと空パケットを対にして垂直方向に転送し、さらにその2パケット分の電荷を水平転送部14中で混合して水平方向に転送し、電荷検出部15を介して読み出すようにしている。
On the other hand, in the thinning readout drive used in the monitor mode or the like, as shown in FIG. 11B, when thinning out every other pixel in the vertical direction, for example, odd rows (1, 3, 5,. Only the signal charge of the pixel of () is read out to the
この間引き読み出し駆動(b)では、水平ブランキング期間当りの垂直転送部1本での転送画素数は2画素である。また、一回に出力される信号画素数は1画素であり、一回に出力されるノイズ量は垂直転送部2個分(2パケット分のノイズ量)である。 In this thinning readout drive (b), the number of transfer pixels in one vertical transfer unit per horizontal blanking period is two pixels. Further, the number of signal pixels output at one time is one pixel, and the amount of noise output at one time is two vertical transfer units (the amount of noise for two packets).
上述した動作説明から明らかなように、間引き読み出しの駆動方法(b)でノイズが助長されるのは、信号電荷が読み出されない空パケットが存在し、しかもこの空パケットにも垂直転送部101上のノイズ成分が蓄積されることから、水平転送部14において垂直2画素(上下2パケット)間で混合を行うことにより、1画素分の信号成分に対して2パケット分のノイズ成分が加算され、S/Nが2倍(6dB)悪化することになるからである。
As is apparent from the above description of the operation, noise is promoted by the thinning readout driving method (b) because there is an empty packet from which no signal charge is read, and this empty packet is also on the vertical transfer unit 101. Therefore, by performing mixing between two vertical pixels (upper and lower two packets) in the
この問題を解決するための提案が従来よりなされており、上記特許文献3にその一手法が開示されている。この技術について以下に説明する。
Proposals for solving this problem have been made in the past, and one method is disclosed in
図12は従来技術に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。ここでは、例えば全画素読み出し駆動方式CCD撮像素子において、全画素読み出しモードの他に、垂直方向において例えば1画素おきに画素情報を間引く処理を行う間引き読み出しモードをとり得る場合を例に挙げて説明するものとする。 FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a solid-state image sensor according to the prior art. Here, for example, in the all-pixel readout driving type CCD image pickup device, a case where a thinning readout mode in which pixel information is thinned out every other pixel in the vertical direction can be taken as an example in addition to the all-pixel readout mode is described as an example. It shall be.
図12において、撮像部(撮像エリア)11は、半導体基板上にマトリクス状に配列され、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積するフォトダイオード等の複数個の受光素子(画素)12と、これら複数個の受光素子12の垂直列ごとにその配列方向に沿って設けられた複数本の垂直転送部13とから構成されている。
In FIG. 12, an imaging unit (imaging area) 11 is arranged in a matrix on a semiconductor substrate, and receives a plurality of light receiving elements such as photodiodes that convert incident light into signal charges having a charge amount corresponding to the amount of light. An element (pixel) 12 and a plurality of
複数本の垂直転送部13は、各画素に1:1の対応関係を持って設けられた信号パケットと、これら信号パケットの垂直転送方向前方側に1個ずつ配された空パケットの集合(パケット列)からなり、各パケットの転送チャネル上には3つの転送電極(図示せず)が転送方向に配列されている。ここで、パケットとは、信号電荷の転送路上において、信号を転送する単位を言う。そして、垂直転送部13は、例えば3相の垂直転送パルスVφ1,Vφ2,Vφ3によって転送駆動される。
The plurality of
すなわち、垂直転送部13は、水平ブランキング期間において、1行(1ライン)分の信号電荷を、3相の垂直転送パルスVφ1,Vφ2,Vφ3に応じて1ラインずつ転送(以下、これをラインシフトと称す)する動作を行う。ここで、垂直転送部13の転送電極の一部が読み出しゲート電極を兼ねていることから、垂直転送パルスVφ1,Vφ2,Vφ3のうちのいずれか1つは、低レベル、中間レベルおよび高レベルの3値レベルをとり、その3値目の高レベルのパルスが読み出しパルスとなる。
That is, in the horizontal blanking period, the
ただし、3相の垂直転送パルスVφ1,Vφ2,Vφ3の各パケットへの与え方は、間引き読み出しモードでは全画素読み出しモードと異なる。すなわち、信号電荷の読み出しが間引かれる画素については、当然のことながら、読み出しパルスが与えられないことになる。また、垂直転送部13において、全画素読み出しモードでは水平ブランキング期間に1回ラインシフトが行われるのに対して、1画素おきの間引き読み出し駆動では、水平ブランキング期間に2回ラインシフトが行われることになる。
However, how to apply the three-phase vertical transfer pulses Vφ1, Vφ2, and Vφ3 to each packet is different in the thinning-out reading mode from the all-pixel reading mode. That is, as a matter of course, no readout pulse is applied to a pixel from which signal charges are read out. In the
撮像部11の図面上の下側には、複数本の垂直転送部13の転送方向側端部に隣接して水平転送部14が配されている。この水平転送部14は、間引き読み出しモードでは、信号成分とノイズ成分を対にして転送する必要があるために、水平方向の画素数の2倍の数(倍密度)のパケットの配置(パケット列)からなる構成となっている。そして、互いに逆相の水平転送パルスHφ1,Hφ2によって転送駆動される。この水平転送パルスHφ1,Hφ2は、水平転送部14が倍密度で構成されていることから、その周波数も通常の2倍に設定されている。
On the lower side of the
水平転送部14の転送先側の端部には、この水平転送部14によって転送されてくる信号電荷を検出し、これを信号電圧に変換して出力する例えばフローティングディフュージョン・アンプ構成の電荷検出部15が配されている。この電荷検出部15は、水平転送部14の最終出力ゲート16に隣接して設けられたFD(フローティングディフュージョン)部17と、電荷を掃き出すRD(リセットドレイン)部18と、FD部17の電荷をRD部18へ排出するRG(リセットゲート)部19とから構成されている。
At the end of the
この電荷検出部15において、RD部18には、所定のドレイン電圧Vrdが与えられている。また、RG部19には、水平転送パルスHφ1,Hφ2と例えば同周期のリセットゲートパルスRGφが印加される。そして、FD部17からは、信号電荷を信号電圧に変換して得られる信号出力Voutが導出される。なお、垂直転送パルスVφ1〜Vφ3、水平転送パルスHφ1,Hφ2およびリセットゲートパルスRGφを含む各種のタイミング信号は、タイミング発生回路20で生成される。
In the
図13に、水平転送パルスHφ1,Hφ2、リセットゲートパルスRGφおよび信号出力Voutのタイミング関係を示す。信号出力Voutの波形において、P相はプリセット部、D相はデータ部であり、水平転送部14が2パケットを1単位とした倍密度構成であることから、水平方向前方側のパケットの情報がP相に、後方側のパケットの情報がD相として出力されることになる。
FIG. 13 shows the timing relationship between the horizontal transfer pulses Hφ1, Hφ2, the reset gate pulse RGφ, and the signal output Vout. In the waveform of the signal output Vout, the P phase is a preset part, the D phase is a data part, and the
次に、上記構成の全画素読み出し駆動方式のCCD撮像素子の各駆動モードの動作について、図14、図15の模式図を用いて説明する。なお、図14、図15の各模式図において、白抜きの丸(○)は垂直転送部13上のノイズ成分を、黒塗りの丸(●)は水平ブランキング期間一回に転送されるノイズ成分を含む信号成分をそれぞれ示している。
Next, the operation in each drive mode of the all-pixel readout drive type CCD image pickup device having the above configuration will be described with reference to the schematic diagrams of FIGS. 14 and 15, white circles (◯) represent noise components on the
先ず、モード切替え信号によって全画素読み出しモードが設定されると、タイミング発生回路20は、当該モードに対応したタイミングの垂直転送パルスVφ1〜Vφ3を出力する。これにより、図14の模式図において、全画素の信号電荷(図中、黒塗りの四角で示す)が同一時刻に垂直転送部13に一斉に読み出される(図14(a))。
First, when the all-pixel readout mode is set by the mode switching signal, the
続いて、垂直転送部13においてラインシフトが行われるのであるが、その前に、水平転送部14は2パケットを1単位としていることから、このパケット対のうちの水平転送方向後方側のパケットに信号電荷を供給するために、水平転送部14ではあらかじめ1ビット(1パケット)分のシフト(以下、これを1ビットシフトと称す)が行われる。その後、水平ブランキング期間内において1回ラインシフトが行われる。その結果、1ライン(1行)分の信号電荷が水平転送部14にシフトされる(図14(b))。
Subsequently, the line transfer is performed in the
このようにして、垂直転送部13から水平転送部14にシフトされた1ライン分の信号電荷は、水平転送パルスHφ1,Hφ2にて水平方向に転送され、電荷検出部15に画素単位で順に注入される。電荷検出部15においては、水平転送パルスHφ1,Hφ2と同周期でリセットゲートパルスRGφがRG部19に印加されることにより、FD部17の残留電荷をRD18に排出するリセット動作が行われる。
In this way, the signal charge for one line shifted from the
これにより、FD部17からは、図13に示す如き波形の信号出力Voutが導出される。なお、全画素読み出しモードにおいては、先述した動作説明から明らかなように、前方側のパケットには垂直転送部13から何ら情報が与えられないようになっている。したがって、信号出力Voutにおいて、P相には何ら情報は乗らず、このP相は後述する信号処理の際の基準となり、またD相には信号成分の情報が乗ることになる。
As a result, a signal output Vout having a waveform as shown in FIG. 13 is derived from the
一方、モード切替え信号によって間引き読み出しモードが設定されると、タイミング発生回路20は、当該モードに対応したタイミングの垂直転送パルスVφ1〜Vφ3を出力する。これにより、図15の模式図において、例えば偶数行(図中、2,4,……)の画素の信号電荷(図中、黒塗りの四角で示す)のみが垂直転送部13に読み出される(図15(a))。
On the other hand, when the thinning readout mode is set by the mode switching signal, the
続いて、垂直転送部13において、水平ブランキング期間内において1回目のラインシフトが行われる。これにより、水平転送部14のパケット対のうちの水平転送方向前方側のパケットに、垂直転送部13から1ライン分のノイズ成分の電荷が供給されることになる(図15(b))。その後引き続いて、水平転送部14において、1ビットシフトが行われる。
Subsequently, the
次に、垂直転送部13において、同じブランキング期間内において2回目のラインシフトが行われる。これにより、水平転送部14のパケット対のうちの水平転送方向後方側のパケットに、垂直転送部13から1ライン分の信号成分の電荷が供給されることになる(図15(c))。その結果、水平転送部14上において、パケット対の前方にノイズ成分の電荷が、後方に信号成分の電荷がそれぞれ蓄積されることになる。
Next, the
このようにして、水平ブランキング期間内においてラインシフトが2回行われることによって垂直転送部13から水平転送部14にシフトされたノイズ成分および信号成分の各電荷は対で水平方向に転送され、電荷検出部15に順に注入される。電荷検出部15では、水平転送パルスHφ1,Hφ2と同周期のリセットゲートパルスRGφによってリセット動作が行われ、その結果、図13に示す如き波形の信号出力Voutにおいて、P相にはノイズ成分の情報が乗り、D相には信号成分の情報が乗ることになる。
In this manner, the noise component and the signal component charges shifted from the
この電荷検出部15において、水平転送部14の転送周期と同周期でリセット動作が行われることにより、P相とD相の間でもリセット動作が行われることになる。その結果、P相には1パケット分のノイズ成分が乗り、D相には1パケット分の信号成分+ノイズ成分が乗ることになる。
In the
上述したように、全画素読み出し駆動方式のCCD撮像素子において、間引き読み出しモード時に、信号パケットと空パケットの各電荷を組(本例では、対)にして水平転送し、この水平転送される電荷を順に電気信号に変換して空パケットのノイズ成分をP相に乗せ、信号パケットの信号成分をD相に乗せて出力することにより、画素情報と同一画素列、即ち水平方向の同アドレスのノイズ情報をその画素情報と組で得ることができる。 As described above, in the CCD image pickup device of the all-pixel readout driving method, in the thinning readout mode, each charge of the signal packet and the empty packet is transferred horizontally as a pair (in this example, a pair), and this horizontally transferred charge Are sequentially converted into electrical signals, the noise component of the empty packet is put on the P phase, and the signal component of the signal packet is put on the D phase and output, so that the noise of the same pixel column as the pixel information, that is, the same address in the horizontal direction, is output. Information can be obtained in combination with the pixel information.
したがって、後段の信号処理系において、D相の信号成分とP相のノイズ成分との差分をとる処理を行うことで、信号成分に含まれるノイズ成分をキャンセルすることができる。ここで、空パケットのノイズ成分とは、スミアや暗電流等の垂直転送と同方向に乗るノイズのことを言う。 Therefore, the noise component included in the signal component can be canceled by performing the process of obtaining the difference between the D-phase signal component and the P-phase noise component in the subsequent signal processing system. Here, the noise component of the empty packet means noise that rides in the same direction as vertical transfer such as smear and dark current.
また、特許文献4には読み出し画素から読み出された信号成分+スミア成分と、空パケットに含まれるスミア成分とを後段回路で差分してスミア成分を除去すること及び垂直転送路の最終部に転送阻止ゲートを設けることで垂直方向の間引きだけでなく水平方向の間引きにも対応できることが開示されている。
しかし、特許文献3、4に開示された上述の方法では以下に示す問題が生じる。
第1に特許文献3に開示された方法では水平方向で画素を間引く駆動方法に対応できない。例えば、水平方向に1画素おきに画素を読み出す場合を考えてみる。上述の駆動方法によれば、垂直転送部から水平転送部に信号電荷を転送した後、水平転送部で電荷を1ビット分シフトし、次に空パケットのノイズ成分を垂直転送部から水平転送部における電荷の入ったパケットの後段のパケットに送ってノイズ成分と信号成分との分離を図るものである。しかし、水平方向に画素を間引く場合には、信号が読み出された同一行に信号パケットと空パケットが交互に存在し、さらに信号が読み出されない間引き行はすべて空パケットという配列になる。よって、この方法のように垂直転送部から水平転送部に信号を転送した後、ビットシフトを行ったとしても信号パケットと空パケットとの分離がうまく行われない。
However, the above-described methods disclosed in
First, the method disclosed in
第2に特許文献3に開示された方法では水平転送部を水平方向の画素数の倍密度のパケット列からなる構成とする必要があるため、垂直転送路の1列に対する水平転送路の面積が大きくなってしまい、素子の微細化に適さない。また、飽和電荷量に対し大きすぎる容量を持つことになるため、高速転送時に信号なまりを生じるおそれがある。
Secondly, in the method disclosed in
第3に特許文献3に開示された方法では水平転送部の駆動周波数を通常の2倍に設定する必要があるため、駆動回路が複雑化するだけでなく消費電力の増大にもつながる。
Thirdly, in the method disclosed in
第4に、特許文献4に開示された方法では信号パケットと空パケットを別々に水平転送する必要があり、水平転送数の削減による高速駆動が不可能である。また、水平転送パケットを倍密度にする方法は、特許文献3と同様の課題を有する。
Fourth, in the method disclosed in
また、水平方向の間引き数に応じて転送阻止ゲートを設け、同一垂直転送列の信号パケットと空パケットを分離する技術が開示されているが、転送阻止ゲートに阻止された電荷を排出するための技術については開示が無く、この電荷の排出ができなければ水平方向の間引きは実現できない。例えば、転送阻止ゲートの近傍に排出用のドレインを設けるか、阻止された電荷を別に水平転送して排出することが考えられるが、前者では構造的に微細化に対応困難であること、後者では、不要電荷排出のための水平転送が別に必要になるため高速化に不向きであることから現実的な方法ではない。また、転送阻止ゲートによって水平転送部に送られない信号成分はそのまま捨てられるため、この信号成分を画質向上等のために有効利用することもできない。 In addition, a technique for providing a transfer blocking gate according to the number of thinning out in the horizontal direction and separating a signal packet and an empty packet in the same vertical transfer string has been disclosed, but the charge blocked by the transfer blocking gate is discharged. There is no disclosure about the technology, and if this charge cannot be discharged, horizontal thinning cannot be realized. For example, it is conceivable to provide a drain for discharge near the transfer blocking gate, or horizontally transfer the blocked charge separately and discharge it, but the former is structurally difficult to cope with miniaturization, and the latter is This is not a realistic method because it is not suitable for high speed because horizontal transfer for discharging unnecessary charges is required separately. Further, since the signal component that is not sent to the horizontal transfer unit by the transfer blocking gate is discarded as it is, the signal component cannot be effectively used for improving the image quality.
そこで、本発明は、水平方向で画素を間引く駆動モードにおいても大幅にスミア等のノイズを低減して高画質の画像が得られる固体撮像装置およびその駆動方法を提供とすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a driving method thereof capable of obtaining a high-quality image by greatly reducing noise such as smear even in a driving mode in which pixels are thinned out in the horizontal direction.
上記課題を解決するため本発明の固体撮像装置は行列状に配列された複数の受光素子と、前記受光素子の列に対応して設けられ、動画撮像モードにおいて前記複数の受光素子から間引き読み出された信号電荷を含む複数の信号パケットと、信号パケット以外のダミーパケットとを垂直転送する複数の垂直転送部と、前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の最終段に位置し、上流からの垂直転送とは独立に、信号パケットおよびダミーパケットの信号電荷を混合、保持および垂直転送可能な複数の保持部と、前記複数の保持部または前記M列に対応する垂直転送部から転送される信号電荷を混合、保持および水平転送する水平転送部と、前記垂直転送部、前記保持部および前記水平転送部を駆動する駆動部とを備え、前記駆動部は、前記動画撮像モードにおいて、前記水平転送部において第1混合パケットおよび第2混合パケットを生成するように、前記複数の保持部から前記水平転送部への垂直転送を駆動し、前記第1混合パケットには、水平転送部の所定段において同一列内の同色の2以上の信号パケットが混合され、前記第2混合パケットには、水平転送部の前記所定段以外の段において同一列内の同色の2以上の信号パケットと、2以上のダミーパケットとが混合される。この構成によれば、固体撮像装置から第2混合パケットおよび第1混合パケットが出力されるので、固体撮像装置後段の信号処理において、第2混合パケットと第1混合パケットとの減算処理に基づいて、第1混合パケットからノイズ成分除去を可能にする。これによりスミア等のノイズを低減することにより画質を向上させることができる。 In order to solve the above problems, a solid-state imaging device of the present invention is provided corresponding to a plurality of light receiving elements arranged in a matrix and a row of the light receiving elements, and performs thinning-out reading from the plurality of light receiving elements in a moving image capturing mode. A plurality of vertical transfer units that vertically transfer a plurality of signal packets including the signal charges and dummy packets other than the signal packets, and a final stage of columns other than M columns in every N columns of the plurality of vertical transfer units A plurality of holding units capable of mixing, holding and vertically transferring signal charges of the signal packet and the dummy packet independently of the vertical transfer from the upstream, and the vertical corresponding to the plurality of holding units or the M columns A horizontal transfer unit that mixes, holds, and horizontally transfers signal charges transferred from the transfer unit; and a drive unit that drives the vertical transfer unit, the holding unit, and the horizontal transfer unit, and the drive unit includes: In the moving image capturing mode, the vertical transfer from the plurality of holding units to the horizontal transfer unit is driven so as to generate the first mixed packet and the second mixed packet in the horizontal transfer unit, and the first mixed packet is transmitted to the horizontal transfer unit. Are mixed with two or more signal packets of the same color in the same column in a predetermined stage of the horizontal transfer unit, and the second mixed packet includes 2 of the same color in the same column in a stage other than the predetermined stage of the horizontal transfer unit. The above signal packet and two or more dummy packets are mixed. According to this configuration, since the second mixed packet and the first mixed packet are output from the solid-state imaging device, based on the subtraction process between the second mixed packet and the first mixed packet in the signal processing at the subsequent stage of the solid-state imaging device. The noise component can be removed from the first mixed packet. As a result, image quality can be improved by reducing noise such as smear.
ここで、前記第2混合パケットに混合されるダミーパケットの個数は、前記第2混合パケットに混合される信号パケットの個数以上であるようにしてもよい。この構成によれば、第2混合パケットにおけるダミーパケットの個数が信号パケットの個数以上なので、上記の減算処理におけるノイズ成分量の方が有効な信号成分量よりも多いので、ノイズ成分量の算出の精度をより良くすることができる。 Here, the number of dummy packets mixed with the second mixed packet may be greater than or equal to the number of signal packets mixed with the second mixed packet. According to this configuration, since the number of dummy packets in the second mixed packet is equal to or greater than the number of signal packets, the noise component amount in the subtraction process is larger than the effective signal component amount. The accuracy can be improved.
ここで、前記第2混合パケットに混合される信号パケットの個数は、前記第1混合パケットに混合される信号パケットの個数と同じであるようにしてもよい。この構成によれば、第1混合パケットに係数を乗じる必要がなく、第2混合パケットから第1混合パケットを単純に引き算すれば、ノイズ成分量の算出でき、つまり上記減算処理を簡単にすることができる。 Here, the number of signal packets mixed with the second mixed packet may be the same as the number of signal packets mixed with the first mixed packet. According to this configuration, it is not necessary to multiply the first mixed packet by a coefficient, and by simply subtracting the first mixed packet from the second mixed packet, the noise component amount can be calculated, that is, the subtraction process is simplified. Can do.
ここで、前記第2混合パケットに混合される信号パケットと、前記第1混合パケットに混合される信号パケットとは、同じ行内かつ最も近い列内の同色の受光素子から読み出されるようにしてもよい。この構成によれば、第1混合パケットと第2混合パケットの信号成分の誤差を小さくすることができ、ノイズ成分量の算出の精度をより良くすることができる。 Here, the signal packet mixed with the second mixed packet and the signal packet mixed with the first mixed packet may be read from light receiving elements of the same color in the same row and in the nearest column. . According to this configuration, it is possible to reduce the error between the signal components of the first mixed packet and the second mixed packet, and it is possible to improve the accuracy of calculating the noise component amount.
ここで、前記複数の保持部は、前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の、垂直転送部の最終転送段であり、N列離れた列毎に独立した転送電極を有するようにしてもよい。この構成によれば、毎N列中のM列以外の垂直転送部の最終転送段に、独立した転送電極を設け、独立して駆動することにより、スミア等のノイズを低減する上記の混合を実現することができる。 Here, the plurality of holding units are final transfer stages of the vertical transfer unit in columns other than the M columns in the N columns of the plurality of vertical transfer units, and are independent transfer electrodes for columns separated by N columns. You may make it have. According to this configuration, the above-mentioned mixing that reduces noise such as smear is provided by providing independent transfer electrodes in the final transfer stage of the vertical transfer unit other than M columns in every N columns and driving them independently. Can be realized.
ここで、前記複数の保持部は、前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の、垂直転送部と水平転送部の間に設けられ、N列離れた列毎に独立して信号電荷を保持および転送するようにしてもよい。この構成によれば、毎N列中のM列以外の垂直転送部と水平転送部の間に独立して保持および転送する保持部を設けるので、転送駆動が簡単になり、フレームレートの高速化に適している。 The plurality of holding units are provided between the vertical transfer unit and the horizontal transfer unit in columns other than the M columns in the N columns of the plurality of vertical transfer units, and are independent for each column separated by N columns. Thus, the signal charge may be held and transferred. According to this configuration, since the holding unit for independently holding and transferring is provided between the vertical transfer unit and the horizontal transfer unit other than the M columns in every N columns, transfer driving is simplified and the frame rate is increased. Suitable for
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、請求項1記載の前記固体撮像装置の駆動方法であって、前記水平転送部から第1混合パケットおよび第2混合パケットを順次出力し、第2混合パケットと第1混合パケットとの差分に基づいてノイズ成分量を算出し、前記ノイズ成分量を用いて第1混合パケットに内在するノイズ成分を除去する。
The solid-state imaging device driving method of the present invention is the solid-state imaging device driving method according to
また、本発明のカメラは、上記固体撮像装置を備えることを特徴とする。 Moreover, the camera of this invention is equipped with the said solid-state imaging device, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の固体撮像装置、その駆動方法およびカメラによれば、スミア等のノイズを低減することにより画質を向上させることができる。 According to the solid-state imaging device, the driving method thereof, and the camera of the present invention, it is possible to improve image quality by reducing noise such as smear.
(実施の形態1)
本実施の形態における固体撮像装置は、複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の最終段に位置し、上流からの垂直転送とは独立に、信号パケットおよびダミーパケットの信号電荷を混合、保持および垂直転送可能な複数の保持部を備え、動画撮像モードにおいて、水平転送部において第1混合パケットおよび第2混合パケットを生成するように、複数の保持部から前記水平転送部への垂直転送を駆動する。ここで、第1混合パケットには、水平転送部の所定段において同一列内の同色の2以上の信号パケットが混合される。第2混合パケットには、水平転送部の前記所定段以外の段において同一列内の同色の2以上の信号パケットと2以上のダミーパケットとが混合される。また、信号パケットは、複数の受光素子から間引き読み出された信号電荷を含む複数の垂直転送段をいう。ダミーパケットは、受光素子から信号電荷を読み出されないで本来空きの複数の垂直転送段をいう。
(Embodiment 1)
The solid-state imaging device according to the present embodiment is located at the last stage of columns other than the M columns in every N columns of the plurality of vertical transfer units, and independently of the vertical transfer from the upstream, the signal packet and the dummy packet signal The horizontal transfer unit includes a plurality of holding units capable of mixing, holding, and vertically transferring electric charges, and generating the first mixed packet and the second mixed packet in the horizontal transfer unit in the moving image capturing mode. Drive vertical transfer to. Here, in the first mixed packet, two or more signal packets of the same color in the same column are mixed in a predetermined stage of the horizontal transfer unit. In the second mixed packet, two or more signal packets of the same color and two or more dummy packets in the same column are mixed in a stage other than the predetermined stage of the horizontal transfer unit. A signal packet refers to a plurality of vertical transfer stages including signal charges thinned out and read from a plurality of light receiving elements. A dummy packet refers to a plurality of vertical transfer stages that are originally empty without reading signal charges from a light receiving element.
さらに、第2混合パケットと第1混合パケットの減算処理によって、第1混合パケットからスミアや暗電流に起因するノイズ成分除去を可能にする。これにより画質を向上させることができる。 Further, the noise component caused by smear or dark current can be removed from the first mixed packet by the subtraction process of the second mixed packet and the first mixed packet. Thereby, the image quality can be improved.
また、本実施の形態における保持部は、前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の、垂直転送部の最終転送段であり、N列離れた列毎に独立した転送電極を有している。この独立の転送電極に印加される駆動パルスにより、N列離れた列毎に独立に垂直転送すること、上流からの垂直転送された、信号パケットおよびダミーパケットの信号電荷を混合すること、混合されたパケットを保持することができるように構成されている。 The holding unit in the present embodiment is the final transfer stage of the vertical transfer unit in columns other than the M columns in the N columns of the plurality of vertical transfer units, and is independent for each column separated by N columns. It has an electrode. By the drive pulse applied to this independent transfer electrode, the vertical transfer is performed independently for each column separated by N columns, the signal charges of the signal packet and the dummy packet transferred from the upstream are mixed, and mixed. It is configured to be able to hold packets.
図1は、本発明の実施の形態1における固体撮像装置の構成を示すブロック図である。同図の固体撮像装置は、静止画撮像モードの他に動画撮像モードで動作する。動画撮像モードでは、垂直方向および水平方向にN(例えば3)画素中のM(例えば2)画素を間引いた解像度の動画を撮像する。この動画撮像モードでは、信号パケットと、ノイズを含むダミーパケットとを交互(必ずしも1対1の交互ではない)に垂直転送する駆動が含まれる。同図の固体撮像装置は、複数の受光素子12と、複数の垂直転送部13と、水平転送部14と、電荷検出部15と、タイミング発生回路20とを備える。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the solid-state imaging device according to
複数の受光素子12は、行列状に配置され、例えばベイヤー配列などでカラーフィルタが配置されている。
The plurality of light receiving
複数の垂直転送部13は、複数の受光素子12の各列に対応して設けられ、動画撮像モードにおいて前記複数の受光素子から間引き読み出された信号電荷を含む複数の信号パケットと、信号パケット以外のダミーパケットとを垂直転送する。
The plurality of
前記複数の垂直転送部の毎N(ここでは3)列中のM(ここでは1)列以外の列の各最終段21は、上記の保持部として機能し、上流からの垂直転送とは独立に、信号パケットおよびダミーパケットの信号電荷を混合、保持および垂直転送可能になっている。同図の左側の垂直転送部13から順に1列(またはR列)、2列(L列)、3列(B列)、1列(R列)、2列(L列)、3列(B列)・・・と呼ぶものとする。本実施の形態では各R列および各L列の最終転送段は、それぞれの上流側の全転送段とは独立して駆動される転送電極を有している。各B列の最終転送段は、その上流側の全転送段とは共通に駆動される転送電極を有する。つまり、各R列および各L列の最終転送段は独立に駆動可能になっている。 Each final stage 21 in columns other than M (here, 1) in the N (here, 3) columns of the plurality of vertical transfer units functions as the holding unit, and is independent of vertical transfer from upstream. In addition, the signal charges of the signal packet and the dummy packet can be mixed, held and vertically transferred. 1 column (or R column), 2 columns (L column), 3 columns (B column), 1 column (R column), 2 columns (L column), 3 columns ( B column)... In the present embodiment, the final transfer stages of each R column and each L column have transfer electrodes that are driven independently from all the upstream transfer stages. The final transfer stage of each B column has a transfer electrode that is driven in common with all the upstream transfer stages. That is, the final transfer stages of each R column and each L column can be driven independently.
水平転送部14は、複数の垂直転送部13から転送される信号電荷を混合、保持および水平転送する。
The
電荷検出部15は、水平転送部14から水平転送された信号電荷を電圧に変換するために、水平転送部14最終段から信号電荷を取り出す出力ゲート16、出力ゲート16からの信号電荷を保持するFD(フローティングディフュージョン)部17、FD部17をリセット時に掃きだすRD(リセットドレイン)部18、リセット電圧をFD部17に印加するためのRG(リセットゲート)部19を有している。
The
タイミング発生回路20は、複数の垂直転送部13、水平転送部14を駆動する。特に、タイミング発生回路20は、動画撮像モードにおいて各最終段21において同一列内の信号パケットおよび複数のダミーパケットを1つのパケットに混合し、混合したパケットの信号電荷を各最終段に保持させ、さらに、同じ色に対応する信号電荷信号を保持する他の最終段のパケットを水平転送部14で混合するように水平転送部14および最終段を駆動する。
The
図2は、実施の形態1における固体撮像装置の電極構成例を示すブロック図である。同図において、6相の転送電極V1〜V6は、各垂直転送部上に設けられ、6相の駆動信号が印加される。偶数相の電極V2、V4、V6は、垂直転送用の駆動信号が印加される転送電極である。奇数相の電極V1、V3、V4は、垂直転送用の駆動信号が印加される転送電極であるとともに、受光素子からの読み出し電極をも兼用している。 FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrode configuration example of the solid-state imaging device according to the first embodiment. In the figure, six-phase transfer electrodes V1 to V6 are provided on each vertical transfer unit, and a six-phase drive signal is applied. The even-phase electrodes V2, V4, and V6 are transfer electrodes to which a drive signal for vertical transfer is applied. The odd-phase electrodes V1, V3, and V4 are transfer electrodes to which a drive signal for vertical transfer is applied, and also serve as readout electrodes from the light receiving elements.
垂直最終段以外の垂直転送段および3列(B列)の垂直最終段の6相の転送電極には、6相の共通の駆動信号が印加される。1列(L列)の電極V31、V51には、電極V3、V5とは独立した駆動信号を印加することができる。2列(R列)の電極V32、V52にも、電極V3、V5とは独立した駆動信号を印加することができる。これにより各1列および各2列の最終転送段は独立に駆動可能になっている。 Six-phase common drive signals are applied to the six-phase transfer electrodes of the vertical transfer stage other than the vertical final stage and the three columns (B columns) of the vertical final stage. A drive signal independent of the electrodes V3 and V5 can be applied to the electrodes V31 and V51 in one row (L row). A drive signal independent of the electrodes V3 and V5 can also be applied to the two rows (R rows) of electrodes V32 and V52. As a result, the final transfer stages of each one column and each two columns can be driven independently.
図3は、実施の形態1におけるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。本デジタルカメラは、被写体からの入射光を固体撮像素子1の撮像面に結像するためのレンズ31などを含む光学系と、固体撮像素子1の駆動を制御する制御部32と、固体撮像素子1からの出力信号に対して様々な信号処理を施す画像処理部33とを備えている。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the digital camera according to the first embodiment. The digital camera includes an optical system including a
画像処理部33は、メモリを備え、第2混合パケットと第1混合パケットとを用いたノイズ減算処理によって、第1混合パケットからスミアや暗電流に起因するノイズ成分を除する。
The
以上のように構成された本実施の形態における固体撮像装置について、その動作を説明する。 The operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment configured as described above will be described.
図4A〜図4Dは、動画撮像モードにおける信号パケットおよびダミーパケットの転送および混合の具体例を示す図である。ここでは、縦2画素を混合する間引き読み出しのケースについて記す。 4A to 4D are diagrams illustrating specific examples of transfer and mixing of signal packets and dummy packets in the moving image capturing mode. Here, a case of thinning readout in which two vertical pixels are mixed will be described.
図4Aにおいて、上段の123123・・・はそれぞれRLBRLB・・・列を表している。複数の垂直転送部13のうち、9行12列までの一部分のみを示している。R(1、1)は、下から第1行目、左から第1列目の赤色を示す信号電荷を保持する信号パケットを表している。D(9、1)は、第9行目、第1列目の有効な信号電荷を持たないダミーパケットを表している。G、Bは緑色、青色に対応する信号パケットを表す。なお、図4B〜図4Dでも図4Aにおける元の転送パケットの座標を記してある。
In FIG. 4A, 123123 in the upper stage represents RLBRLB. Of the plurality of
図4Dは、図4Aの状態から、転送と混合によって、水平転送部14において第1混合パケットおよび第2混合パケットを生成した状態を示す。図4B、図4Cは、途中の状態を示している。
FIG. 4D shows a state where the first mixed packet and the second mixed packet are generated in the
図中、実線○印を付与してあるR(1、3)、R(2、3)は、1つの第1混合パケットに混合される信号パケットの一例を示している。破線○印を付与してあるR(1、5)、R(2、5)、D(0、5)、D(3、3)は、1つの第2混合パケットに混合される信号パケットまたはダミーパケットの一例を示している。 In the figure, R (1, 3) and R (2, 3) to which a solid line ○ is given indicate an example of a signal packet to be mixed into one first mixed packet. R (1, 5), R (2, 5), D (0, 5), D (3, 3) to which a broken-line mark is given are signal packets to be mixed into one second mixed packet or An example of a dummy packet is shown.
図4Dに示すように、水平転送部14中の二重丸を付与した段は、それぞれ第1混合パケットを、三角印を付与した段は、それぞれ第2混合パケットを示している。×印を付与した段は、動画モードでは不要な混合パケットを示している。第2混合パケットの信号電荷量から第1混合パケットの信号電荷量を引き算することにより、ダミーパケット2個分のノイズ量を算出することができる。なぜなら、第2混合パケット中の信号パケットと第1混合パケット中の信号パケットが同じ行内の最近傍の列なのでほぼ近似した信号電荷量であり、誤差が小さいとみなせるからである。
As shown in FIG. 4D, each stage in the
図4Dでは、第2混合パケットに混合されるダミーパケットの個数は、前記第2混合パケットに混合される信号パケットの個数と同数の2であるが、前者が後者以上であることが望ましい。第2混合パケットにおけるダミーパケットの個数が信号パケットの個数以上あるいは多いほど、ノイズ成分量の方が有効な信号成分量よりも多いので、ノイズ成分量の算出の精度をより良くすることができる。なぜなら、ノイズ成分量の方が有効な信号成分量よりも多くすれば、ノイズ成分量に対する、有効な信号成分量の誤差を相対的に小さくできるからである。 In FIG. 4D, the number of dummy packets mixed with the second mixed packet is two, which is the same as the number of signal packets mixed with the second mixed packet, but the former is preferably greater than or equal to the latter. As the number of dummy packets in the second mixed packet is greater than or equal to the number of signal packets, the noise component amount is larger than the effective signal component amount, and therefore the accuracy of calculation of the noise component amount can be improved. This is because if the noise component amount is larger than the effective signal component amount, the error of the effective signal component amount relative to the noise component amount can be made relatively small.
図5は、図4A〜図4Dの転送を駆動するタイミング発生回路20の動作を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the
図5のステップS5Aにおいてタイミング発生回路20は、複数の受光素子12から垂直転送部13へ読み出しを行う。これにより図4Aの状態となる。図4Aでは水平転送部14の全段はまだ空の状態である。第0行目に相当するD(0、1)、D(0、2)等のダミーパケットは、光学的黒画素またはダミー画素から読み出されたダミー信号とする。
In step S <b> 5 </ b> A of FIG. 5, the
ステップS5Bにおいてタイミング発生回路20は、最終段も含めRLB全列を1段垂直転送するよう駆動する。これにより図4Bの状態となる。図4Bでは、最終段の信号パケットとダミーパケットとが水平転送部14に転送されている。
In step S5B, the
ステップS5Cにおいてタイミング発生回路20は、最終段も含めRLB全列を1段垂直転送するよう駆動する。これにより、水平転送部14の各段に、垂直最終段からの信号パケットが垂直加算される。これにより図4Cの状態となる。
In step S5C, the
ステップS5Dにおいてタイミング発生回路20は、水平転送部14を2段水平転送するように駆動する。さらに、ステップS5Eにおいてタイミング発生回路20は、B列を垂直1段転送し、R、L列は最終段で垂直混合するよう駆動する。これにより図4Dの状態となる。
In step S5D, the
さらに、ステップS5F、S5Gにおいてタイミング発生回路20は、水平転送部14を1行分順次水平転送するよう駆動し、複数の垂直転送部13に未転送の信号パケットが残っていれば、ステップS2Bに戻って、上記動作を繰り返す。
Furthermore, in steps S5F and S5G, the
図6は、画像処理部33におけるノイズ減算処理を示すフローチャート図である。同図のノイズ減算処理は、図5のステップS5Fにおける1行分の水平転送により出力される第1混合パケットおよび第2混合パケットを用いてなされる。
FIG. 6 is a flowchart showing noise subtraction processing in the
まず、画像処理部33は、第1混合パケットの信号レベルを検出し(S81)、その第1混合パケットに直近の第2混合パケットの信号レベルを検出する(S82)。
First, the
画像処理部33は、第1混合パケットの信号レベルと、第2混合パケットの信号レベルとを減算することにより、第1混合パケットに含まれるノイズレベルを検出する(S83)。図4Dの例では、第2混合パケットは、信号パケット2つとダミーパケット2つからなるので、パケット2つ分の有効な信号と、パケット4つ分のノイズ成分を含むことになる。また、第1混合パケットは、信号パケット2つからなるので、パケット2つ分の有効な信号と、パケット2つ分のノイズ成分を含むことになる。この第1混合パケットと第2混合パケットとが直近のパケットである場合には、第1、第2混合パケットの1パケット当たりの有効な信号レベルはほぼ同じとみなせるし、1パケット当たりのノイズ成分レベルもほぼ同じとみなせる。それゆえ、両者の差分は2パケット分のノイズ成分を表しているとみなせる。さらに、画像処理部33は、第1混合パケットの信号レベルから、ノイズ成分レベルを減算する(S84)。
The
以上のように、固体撮像装置から出力される第2混合パケットと第1混合パケットとを用いたノイズ減算処理によって、第1混合パケットからスミアや暗電流に起因するノイズ成分を除去することができ、画質を向上させることができる。 As described above, noise components due to smear and dark current can be removed from the first mixed packet by the noise subtraction process using the second mixed packet and the first mixed packet output from the solid-state imaging device. , Image quality can be improved.
なお、図4Dでは、第2混合パケットは、信号パケット2つとダミーパケット2つからなり、第2混合パケットは、信号パケット2つからなる場合を示したが、第2混合パケット含まれるダミーパケットの個数は、第2混合パケットに含まれる信号パケットの個数よりも多い方が望ましい。例えば、第2混合パケットが、信号パケット3つとダミーパケット6つからなる場合には、信号3つ分と、ノイズ9つ分を含むことになる。また、第1混合パケットが、信号パケット3つからなる場合には、信号3パケット分と、ノイズ2パケット分を含む。この第1混合パケットと第2混合パケットとが直近のパケットである場合には、第1、第2混合パケットの有効な信号3つ分はほぼ同じとみなせる。この場合、両者の差分はノイズ6パケット分を表すとみなせる。この場合、S83の減算処理におけるノイズ成分量の方が有効な信号成分量よりも多いので、第1、第2混合パケットの信号パケット間の有効な信号量が相対的に小さくなり、ノイズ成分量の算出の精度をより良くすることができる。 In FIG. 4D, the second mixed packet includes two signal packets and two dummy packets, and the second mixed packet includes two signal packets. However, the second mixed packet includes the dummy packets included in the second mixed packet. The number is preferably larger than the number of signal packets included in the second mixed packet. For example, when the second mixed packet includes three signal packets and six dummy packets, it includes three signals and nine noises. Further, when the first mixed packet is composed of three signal packets, it includes three signal packets and two noise packets. When the first mixed packet and the second mixed packet are the most recent packets, the three valid signals of the first and second mixed packets can be regarded as substantially the same. In this case, the difference between the two can be regarded as representing 6 packets of noise. In this case, since the amount of noise component in the subtraction process in S83 is larger than the amount of effective signal component, the effective amount of signal between the signal packets of the first and second mixed packets becomes relatively small, and the amount of noise component The accuracy of calculation of can be improved.
また、第2混合パケットに混合される信号パケットと、第1混合パケットに混合される信号パケットとは、図4Aの状態で同じ行内かつ最も近い列内の同色の受光素子から読み出された信号パケットであることが望ましい。こうすれば、第1、第2混合パケットの信号パケット間の有効な信号量の誤差が小さくなり、ノイズ成分量の算出の精度をより良くすることができる。 Further, the signal packet mixed with the second mixed packet and the signal packet mixed with the first mixed packet are signals read from the light receiving elements of the same color in the same row and the nearest column in the state of FIG. 4A. Preferably it is a packet. By doing so, the error of the effective signal amount between the signal packets of the first and second mixed packets is reduced, and the accuracy of calculation of the noise component amount can be improved.
さらに、第2混合パケットに混合される信号パケットの個数は、前記第1混合パケットに混合される信号パケットの個数と同じであることが望ましい。こうすれば、第1混合パケットに係数を乗じることなく、第2混合パケットから第1混合パケットを単純に引き算すれば、ノイズ成分量の算出でき、つまり上記減算処理を簡単にすることができる。 Furthermore, it is preferable that the number of signal packets mixed with the second mixed packet is the same as the number of signal packets mixed with the first mixed packet. In this way, if the first mixed packet is simply subtracted from the second mixed packet without multiplying the first mixed packet by a coefficient, the noise component amount can be calculated, that is, the subtraction process can be simplified.
(実施の形態2)
本実施の形態では、垂直転送部13の最終段が何れも独立した転送電極を持たず、前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の、垂直転送部と水平転送部の間に設けられ、N列離れた列毎に独立して信号電荷を保持および転送するホールド部を、上記の保持部として備える構成について説明する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, none of the final stages of the
図7は、本発明の実施の形態2における固体撮像装置の構成を示すブロック図である。同図は、図1と比較して、全垂直転送部13の最終段21が独立した転送電極を持たない点と、複数のホールド部21aが追加されている点が異なる。以下、同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the solid-state imaging device according to
複数のホールド部21aは、複数の垂直転送部13の毎N列中のM列以外の列の垂直転送部13と水平転送部14の間に設けられ、N列離れた列毎に独立して信号電荷を保持および転送する。機能的には、図1の最終段21もホールド部21aもほぼ同じである。
The plurality of hold units 21a are provided between the
タイミング発生回路20は、複数の垂直転送部13、水平転送部14の駆動に加えて複数のホールド部21aも駆動する。特に、タイミング発生回路20は、動画撮像モードにおいて、水平転送部14において第1混合パケットおよび第2混合パケットを生成するように、複数のホールド部から水平転送部への垂直転送を駆動する。
In addition to driving the plurality of
図8は、実施の形態2における固体撮像装置の電極構成例を示すブロック図である。同図は、図2と比較して、垂直転送部13の最終段21の上の6相電極の代わりに、ホールド部21a上の電極VS1、VB2を備える点が異なる。以下、同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
FIG. 8 is a block diagram illustrating an electrode configuration example of the solid-state imaging device according to the second embodiment. 2 is different from FIG. 2 in that the electrodes VS1 and VB2 on the hold unit 21a are provided instead of the six-phase electrodes on the final stage 21 of the
電極VS1は、ストレージ電極であり、ホールド部に信号電荷を保持するか否かを制御するための駆動信号が印加される。電極VB2はバリア電極であり、ホールド部から水平転送部14に信号電荷を転送するか否かを制御するための駆動信号が印加される。
The electrode VS1 is a storage electrode, and a drive signal for controlling whether or not the signal charge is held in the hold unit is applied. The electrode VB2 is a barrier electrode, and a drive signal for controlling whether or not the signal charge is transferred from the hold unit to the
また、本実施の形態におけるカメラの構成は、図3と同様であるので説明を省略する。
以上のように構成された本実施の形態における固体撮像装置について、その動作を説明する。
The configuration of the camera in the present embodiment is the same as that in FIG.
The operation of the solid-state imaging device according to the present embodiment configured as described above will be described.
図9A〜図9Eは、動画撮像モードにおける信号パケットおよびダミーパケットの転送および混合の具体例を示す図である。 9A to 9E are diagrams illustrating specific examples of transfer and mixing of signal packets and dummy packets in the moving image capturing mode.
図9Aにおいて、図4Aと同様に、上段の123123・・・はそれぞれRLBRLB・・・列を表している。垂直転送部とともにホールド部21aの様子も図示している。なお、図9B〜図9Eでも図9Aにおける元の座標を記してある。 In FIG. 9A, as in FIG. 4A, the upper 123123... Represent RLBRLB. The state of the hold unit 21a as well as the vertical transfer unit is also illustrated. 9B to 9E also show the original coordinates in FIG. 9A.
図9Eは、図4Aの状態から、転送と混合によって、水平転送部14において第1混合パケットおよび第2混合パケットを生成した状態を示す。図9B〜図9Dは、途中の状態を示している。
FIG. 9E shows a state where the first mixed packet and the second mixed packet are generated in the
図中、実線○印を付与してあるR(1、3)、R(2、3)は、1つの第1混合パケットに混合される信号パケットの一例を示している。破線○印を付与してあるR(1、5)、R(2、5)、D(0、5)、D(3、3)は、1つの第2混合パケットに混合される信号パケットまたはダミーパケットの一例を示している。 In the figure, R (1, 3) and R (2, 3) to which a solid line ○ is given indicate an example of a signal packet to be mixed into one first mixed packet. R (1, 5), R (2, 5), D (0, 5), D (3, 3) to which a broken-line mark is given are signal packets to be mixed into one second mixed packet or An example of a dummy packet is shown.
図10は、図9A〜図9Eの転送を駆動するタイミング発生回路20の動作を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the
図10のステップS8Aにおいてタイミング発生回路20は、複数の受光素子12から垂直転送部13へ読み出しを行う。これにより図9Aの状態となる。図9Aでは水平転送部14の全段はまだ空の状態である。ホールド部中の第0行目に相当するD(0、1)、D(0、2)等のダミーパケットは、光学的黒画素またはダミー画素から読み出されたダミー信号とする。
In step S <b> 8 </ b> A of FIG. 10, the
ステップS8Bにおいてタイミング発生回路20は、ホールド部21aから水平転送部14へ信号電荷を転送するよう駆動する。これにより図9Bの状態となる。図4Bでは、最終段の信号パケットとダミーパケットとが水平転送部14に転送されている。
In step S8B, the
ステップS8Cにおいてタイミング発生回路20は、ホールド部にホールドさせずにRLB全列を1段垂直転送するよう駆動する。これにより図9Cの状態となる。図9Cでは、垂直転送部13からホールド部21aを介して信号パケットとダミーパケットとが水平転送部14に転送された結果を示している。
In step S8C, the
ステップS8Dにおいてタイミング発生回路20は、ホールド部にホールドさせずにRLB全列を1段垂直転送するよう駆動する。これにより図9Dの状態となる。図9Dでは、垂直転送部13からホールド部21aを介して信号パケットとダミーパケットとが水平転送部14に転送された結果を示している。
In step S8D, the
ステップS8Eにおいてタイミング発生回路20は、水平転送部14を2段水平転送するように駆動する。さらに、ステップS8Fにおいてタイミング発生回路20は、R、L列をホールドしたままでB列を垂直1段転送するよう駆動する。これにより図9Eの状態となる。
In step S8E, the
さらに、ステップS8F、S8Gにおいてタイミング発生回路20は、水平転送部14を1行分順次水平転送するよう駆動し、複数の垂直転送部13に未転送の信号パケットが残っていれば、ステップS2Bに戻って、上記動作を繰り返す。
Further, in steps S8F and S8G, the
ステップS8Fの1行分の水平転送の期間、画像処理部33はノイズ減算処理を行う。このノイズ減算処理は、実施の形態1に示した図6と同じである。
During the horizontal transfer period for one row in step S8F, the
以上説明してきたように、本実施の形態の固体撮像装置は、毎N列中のM列以外の垂直転送部と水平転送部の間に独立して保持および転送するホールド部を有するので、実施の形態1と同様に、動画撮像モードにおいて、スミア等のノイズを低減でき、しかも、ノイズ低減処理により画質を向上させることができる。加えて、転送駆動が簡単になり、フレームレートの高速化に適している。
As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment has a holding unit that holds and transfers independently between the vertical transfer unit and the horizontal transfer unit other than the M columns in every N columns. Similarly to
本発明は、半導体基板上に形成された複数の受光素子を有する固体撮像装置、その固体撮像装置を有するカメラに適しており、例えば、CCDイメージセンサ、デジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機、監視カメラ、ノートパソコンに内蔵のカメラ、情報処理機器に接続されるカメラユニット等に適している。 The present invention is suitable for a solid-state imaging device having a plurality of light-receiving elements formed on a semiconductor substrate and a camera having the solid-state imaging device. For example, a CCD image sensor, a digital still camera, a mobile phone with a camera, and a surveillance camera Suitable for cameras built into notebook computers, camera units connected to information processing equipment, and the like.
1 固体撮像素子
12 受光素子
13 垂直転送部
14 水平転送部
15 電荷検出部
16 出力ゲート
17 FD(フローティングディフュージョン)部
18 RD(リセットドレイン)部
19 RG(リセットゲート)部
20 タイミング発生回路
21 最終段
21a ホールド部
31 レンズ
32 制御部
33 画像処理部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記受光素子の列に対応して設けられ、前記複数の受光素子から読み出された信号電荷を含む複数の信号パケットと、信号パケット以外のダミーパケットとを垂直転送する複数の垂直転送部と、
前記複数の垂直転送部の毎N列中のM列以外の列の最終段に位置し、上流からの垂直転送とは独立に、信号パケットおよびダミーパケットの信号電荷を混合、保持および垂直転送可能な複数の保持部と、
前記複数の保持部または前記M列に対応する垂直転送部から転送される信号電荷を混合、保持および水平転送する水平転送部と、
前記垂直転送部、前記保持部および前記水平転送部を駆動する駆動部とを備え、
前記駆動部は、動画撮像モードにおいて、前記水平転送部において第1混合パケットおよび第2混合パケットを生成するように、前記複数の保持部から前記水平転送部への垂直転送を駆動し、
前記第1混合パケットには、水平転送部の所定段において同一列内の同色の2以上の信号パケットが混合され、
前記第2混合パケットには、水平転送部の前記所定段以外の段において同一列内の同色の2以上の信号パケットと、2以上のダミーパケットとが混合される
ことを特徴とする固体撮像装置。 A plurality of light receiving elements arranged in a matrix;
A plurality of vertical transfer units that are provided corresponding to the columns of the light receiving elements, and that vertically transfer a plurality of signal packets including signal charges read from the plurality of light receiving elements, and dummy packets other than the signal packets;
Located in the last stage of columns other than the M columns in the N columns of the plurality of vertical transfer units, the signal charges of the signal packet and the dummy packet can be mixed, held and vertically transferred independently of the vertical transfer from the upstream. A plurality of holding parts,
A horizontal transfer unit that mixes, holds, and horizontally transfers signal charges transferred from the plurality of holding units or the vertical transfer unit corresponding to the M columns;
A drive unit that drives the vertical transfer unit, the holding unit, and the horizontal transfer unit;
The driving unit drives vertical transfer from the plurality of holding units to the horizontal transfer unit so as to generate a first mixed packet and a second mixed packet in the horizontal transfer unit in the moving image capturing mode;
In the first mixed packet, two or more signal packets of the same color in the same column are mixed in a predetermined stage of the horizontal transfer unit,
In the second mixed packet, two or more signal packets of the same color in the same column and two or more dummy packets are mixed in a stage other than the predetermined stage of the horizontal transfer unit. .
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the number of dummy packets mixed with the second mixed packet is equal to or greater than the number of signal packets mixed with the second mixed packet.
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the number of signal packets mixed with the second mixed packet is the same as the number of signal packets mixed with the first mixed packet.
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 The signal packet mixed with the second mixed packet and the signal packet mixed with the first mixed packet are read from the light receiving elements of the same color in the same row and in the nearest column. The solid-state imaging device described.
ことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の固体撮像装置。 The plurality of holding units are final transfer stages of the vertical transfer unit in columns other than the M columns in the N columns of the plurality of vertical transfer units, and have independent transfer electrodes for columns separated by N columns. The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の固体撮像装置。 The plurality of holding units are provided between the vertical transfer unit and the horizontal transfer unit in columns other than the M columns in the N columns of the plurality of vertical transfer units, and independently signal for each column separated by N columns. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein charge is held and transferred.
前記水平転送部から第1混合パケットおよび第2混合パケットを順次出力し、
第2混合パケットと第1混合パケットとの差分に基づいてノイズ成分量を算出し、
前記ノイズ成分量を用いて第1混合パケットに内在するノイズ成分を除去する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 The method for driving the solid-state imaging device according to claim 1,
The first mixed packet and the second mixed packet are sequentially output from the horizontal transfer unit,
Calculating a noise component amount based on a difference between the second mixed packet and the first mixed packet;
A method for driving a solid-state imaging device, wherein noise components inherent in the first mixed packet are removed using the noise component amount.
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