JP2009225478A - Method of driving solid-state imaging device, solid-state imaging apparatus, and camera system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体を撮像しこの被写体像に応じた画像信号を出力する固体撮像素子(イメージセンサ)の駆動方法、並びに固体撮像素子と駆動装置とを備えた固体撮像装置や撮像装置モジュールなどのカメラシステムに関する。たとえば、電子スチルカメラなどに用いて好適な電荷転送型の固体撮像素子における垂直レジスタ(垂直CCD)の転送駆動技術に関する。 The present invention relates to a driving method of a solid-state imaging device (image sensor) that images a subject and outputs an image signal corresponding to the subject image, and a solid-state imaging device and an imaging device module including the solid-state imaging device and a driving device. The present invention relates to a camera system. For example, the present invention relates to a transfer driving technique of a vertical register (vertical CCD) in a charge transfer type solid-state imaging device suitable for use in an electronic still camera or the like.
近年、電子スチルカメラ(デジタルスチルカメラ)が急速に普及しつつある。この電子スチルカメラでは、高解像度の静止画撮影が要求されるため、全画素の信号を混合しないで独立に出力する仕組みが採られている。たとえば、撮像素子にCCD撮像素子を用いた場合、同一時刻に全画素を読み出し各画素の信号電荷を垂直CCD(垂直レジスタ)中で混合せずに独立に転送する、いわゆる全画素読出方式、あるいはメカニカルシャッタを使用するとともに奇数ラインと偶数ラインの信号電荷をフィールド毎に交互に垂直CCDに読み出し各画素の信号電荷を独立に転送する、いわゆるフレーム読出方式(図16〜図19参照)が用いられている。 In recent years, electronic still cameras (digital still cameras) have been rapidly spreading. Since this electronic still camera requires high-resolution still image shooting, a mechanism for independently outputting the signals of all the pixels without mixing them is adopted. For example, when a CCD image pickup device is used as the image pickup device, all pixels are read out at the same time, and signal charges of the respective pixels are transferred independently without being mixed in a vertical CCD (vertical register), or A so-called frame readout system (see FIGS. 16 to 19) is used in which the mechanical charge is used and the signal charges of the odd and even lines are alternately read out to the vertical CCD for each field and the signal charges of each pixel are transferred independently. ing.
また、静止画撮影時に、撮像素子の出力信号のデータレートを高くする方法の一例として、ライン間引き読出方式(図20〜図23参照)が提案されている。このライン間引き読出方式では、信号電荷Qsを含むパケットの後方に存在する信号電荷を含まない空パケットを水平レジスタ内で混合し無信号の期間を除去するため、水平ブランキング期間内に所定ライン(たとえば2ライン)分の垂直転送を行なう必要がある。ここで、2つの動作モード(フレーム読出と間引き読出)で垂直転送を行なう水平ブランキング期間を同一とした場合(図18および図22参照)、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を“x”としたとき、ライン間引き読出方式の場合には、図22に示すように、2ライン分の垂直転送を行なうため、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は“1/2x”となり転送効率が低下するとともに、フレーム読出方式の場合よりも高速な垂直転送駆動を行なう必要がある。 Further, as an example of a method for increasing the data rate of the output signal of the image sensor during still image shooting, a line thinning readout method (see FIGS. 20 to 23) has been proposed. In this line thinning readout method, empty packets that do not include signal charges existing behind the packet including signal charges Qs are mixed in the horizontal register to eliminate the no-signal period. For example, it is necessary to perform vertical transfer for 2 lines). Here, when the horizontal blanking period for performing vertical transfer is the same in the two operation modes (frame reading and thinning reading) (see FIGS. 18 and 22), the overlap period of the vertical transfer clock is set to “x”. In the case of the line thinning readout method, as shown in FIG. 22, since vertical transfer for two lines is performed, the overlap period of the vertical transfer clock becomes “1 / 2x” and the transfer efficiency is lowered and the frame is reduced. It is necessary to perform vertical transfer driving at a higher speed than in the reading method.
しかしながら、このような高速駆動を行なうと、垂直転送クロックの入力端子から遠い位置(たとえば図24(B)に示す片サイド入力時の反対側/図24(C)に示す両サイド入力時のデバイス中央部)では、電極抵抗に起因した駆動電圧の低下やドライブパルスの伝播遅延が生じ、実際の駆動波形が図24(A)に示すように鈍ってしまうなどの現象が生じる。この場合、垂直CCDの転送効率が劣化したり、取扱い電荷量が減少したりする問題が生じる。なお、図24(B)、図24(C)では、ドライバ42を割愛して示している。
However, when such high-speed driving is performed, a position far from the input terminal of the vertical transfer clock (for example, the opposite side at the time of one-side input shown in FIG. 24B / the device at the time of both-side input shown in FIG. 24C) In the central part), a decrease in drive voltage or drive pulse propagation delay due to electrode resistance occurs, and the actual drive waveform becomes dull as shown in FIG. In this case, there arises a problem that the transfer efficiency of the vertical CCD deteriorates or the amount of charge handled decreases. In FIG. 24B and FIG. 24C, the
そこで、本出願人は、この問題を解決する一手法を、たとえば特許文献1(この技術の概要を示した図25および図26参照)に提案している。この特許文献1に記載の技術によれば、図25に示すように、4相駆動の垂直転送中、互いに逆相の垂直転送クロック対の組合せによって垂直転送を行なうことで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くする。これにより、ライン間引き読出方式とする場合であっても、2フィールド/フレーム読出方式の場合と同様の長いオーバーラップ期間(図18と同一の“x”)をとった状態で垂直転送を行なうことで、垂直CCDの転送効率を向上できるようにしている。
Therefore, the present applicant has proposed a technique for solving this problem in, for example, Patent Document 1 (see FIGS. 25 and 26 showing an outline of this technique). According to the technique described in
ところで、最近では、高解像度化(多画素化)あるいは小型化のため、セルサイズが縮小化されており、フレーム読出方式においても、従来のような2つのフィールドに分けて読み出す2フィールド読出方式以外に、3フィールド読出方式(後述の図6,図7参照)や、4フィールド読出方式(後述の図10,図11参照)によるフレーム読出方式が実用化されている。 By the way, recently, the cell size has been reduced for higher resolution (multiple pixels) or miniaturization, and the frame readout method is also different from the conventional two-field readout method in which the reading is divided into two fields. In addition, a frame reading method based on a three-field reading method (see FIGS. 6 and 7 described later) and a four-field reading method (see FIGS. 10 and 11 described later) has been put into practical use.
しかしながら、3フィールド以上のフレーム読出方式にすると、ライン間引き読出動作時だけでなく、フレーム読出動作時にも、オーバーラップ期間が少なくなり、垂直転送効率が劣化するようになることが分かった。たとえば、垂直転送を行なう水平ブランキング期間を2フィールド読出方式と同一とした場合、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は、2フィールド読出方式(図18)の“x”に対して、図27および図28に示すような3フィールド読出方式では、“2/3x”となってしまう。また図示しないが、4フィールド読出方式では“1/4x”となってしまう。このため、垂直転送クロックに伝播遅延が生じ、クロックの入力端子から遠い位置で波形が図24(A)のように鈍ってしまい、垂直レジスタの転送効率が劣化したり、取扱い電荷量が減少したりする問題が生じる。なお、5フィールド以上の読出方式についても同様の問題点が生じる。 However, it has been found that when the frame reading method of three or more fields is used, the overlap period is reduced and the vertical transfer efficiency is deteriorated not only in the line thinning-out reading operation but also in the frame reading operation. For example, when the horizontal blanking period for performing vertical transfer is the same as that in the two-field read system, the overlap period of the vertical transfer clock is different from that of “x” in the two-field read system (FIG. 18). In the three-field reading system as shown in FIG. 28, “2 / 3x” is obtained. Although not shown, in the four-field readout method, “1 / 4x” is obtained. For this reason, a propagation delay occurs in the vertical transfer clock, and the waveform becomes dull as shown in FIG. 24A at a position far from the input terminal of the clock, so that the transfer efficiency of the vertical register deteriorates and the handling charge amount decreases. Problems occur. The same problem arises with a reading method of 5 fields or more.
ここで、3フィールド以上の読出方式の場合、垂直レジスタの取扱い電荷量については2フィールド読出方式よりも垂直レジスタのオン転送チャネル数が多いため、その減少の問題は比較的少ないが、転送効率の劣化については問題を許容できない。 Here, in the case of the readout method with three or more fields, the amount of charge handled by the vertical register is relatively small because the number of on-transfer channels of the vertical register is larger than that in the two-field readout method. The problem is not acceptable for degradation.
この転送効率の劣化の問題を解決する方法の一つとして、水平駆動周波数を高くすることで、フレームレートを保ちながら、垂直CCDの転送スピード(垂直転送クロックのオーバーラップ期間)を2フィールド読出方式と同様にする方法が考えられる。 As one method for solving the problem of transfer efficiency degradation, the vertical CCD transfer speed (vertical transfer clock overlap period) is set to a two-field readout system while maintaining the frame rate by increasing the horizontal drive frequency. The same method can be considered.
しかしながら、水平駆動周波数を高くするためには、水平CCDの転送効率の劣化を招く。加えて、周波数が高くなるのに伴って、水平CCDの消費電力の増大、使用部品のコストの上昇、S/Nの劣化などの新たな問題が生じることになる。したがって、水平駆動周波数を高くするのは、好ましい方法とは言えない。 However, in order to increase the horizontal drive frequency, the transfer efficiency of the horizontal CCD is degraded. In addition, as the frequency increases, new problems such as an increase in power consumption of the horizontal CCD, an increase in the cost of components used, and a deterioration in S / N occur. Therefore, it is not a preferable method to increase the horizontal driving frequency.
また、このような問題を解消する方法として、上記特許文献1に記載の技術を利用することが考えられる。しかしながら、特許文献1に記載の技術は、従前の2フィールド読出方式との対象におけるライン間引き読出方式に適用する上では有効な手法であるものの、3フィールド読出方式やそれ以上(たとえば4や5あるいはそれ以上)の読出方式における上記問題を解決する手法としては、互いに逆相(コンプリメンタリ)の垂直転送クロック対の組合せによって垂直転送を行なうという基本的な制約があるので、奇数の相数による駆動には適用できないなど、必ずしもあらゆるフィールド数や相数の駆動に適用可能とは限らず、様々な読出方式における垂直転送効率の劣化という問題を改善する手法としては万能でないことが分かった。
Further, as a method for solving such a problem, it is conceivable to use the technique described in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、様々なフィールド数や読出方式において、垂直転送駆動を行なう際に、転送効率の劣化という問題を改善し得るとともに、より汎用性のある固体撮像素子の駆動方法、並びに固体撮像装置および撮像装置モジュールなどのカメラシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can improve the problem of deterioration of transfer efficiency when performing vertical transfer driving in various field numbers and reading methods, and is more versatile. It is an object of the present invention to provide an imaging element driving method and a camera system such as a solid-state imaging device and an imaging device module.
本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、光電変換によって得た信号電荷を垂直転送する固体撮像素子の駆動方法であって、P(Pは5以上の正の整数)相の垂直転送パルスに基づく垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスによる連続してオンしたP−2個の転送チャネルの並びで形成される、信号電荷を転送するためのチャージパケットの1単位ごとに、垂直転送方向においてチャージパケットより前方にある1個分の転送チャネルをオンするとともに、チャージパケットの最後端にある1個分の転送チャネルをオフするように駆動することで、垂直転送方向に連続してオンしたP−2個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行なうこととした。好ましくは、チャージパケットより前方にある1個分の転送チャネルをオンするための垂直転送ドライブパルスとチャージパケットの最後端にある1個分の転送チャネルをオフするための垂直転送ドライブパルスのオン・オフの切替タイミングのずれの許容範囲を、チャージパケットの取扱い電荷量の変動分が1個の転送チャネルの蓄積電荷量分未満となるようにする。 The solid-state imaging device driving method according to the present invention is a solid-state imaging device driving method that vertically transfers a signal charge obtained by photoelectric conversion, and is a P (P is a positive integer of 5 or more) phase vertical transfer pulse. Vertical transfer direction for each unit of charge packet for transferring signal charge, formed by a sequence of P-2 transfer channels successively turned on by a vertical transfer drive pulse applied to a vertical transfer electrode based on On, the transfer channel for one packet ahead of the charge packet is turned on, and the transfer channel for one packet at the end of the charge packet is turned off to continuously turn on in the vertical transfer direction. The vertical transfer is performed in a state where the ON period overlaps the P-2 vertical transfer pulses. Preferably, the vertical transfer drive pulse for turning on one transfer channel in front of the charge packet and the vertical transfer drive pulse for turning off one transfer channel at the end of the charge packet are turned on The permissible range of the off switching timing is set such that the fluctuation amount of the charge amount handled in the charge packet is less than the accumulated charge amount of one transfer channel.
なお、上記本発明に係る固体撮像素子の駆動方法を実施する駆動装置を発明として抽出することも可能である。この駆動装置は、P(Pは5以上の正の整数)相の垂直転送パルスに基づく垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスによる連続してオンしたP−2個の転送チャネルの並びで形成される、信号電荷を転送するためのチャージパケットの1単位ごとに、垂直転送方向においてチャージパケットより前方にある1個分の転送チャネルをオンするとともに、チャージパケットの最後端にある1個分の転送チャネルがオフするように垂直転送パルスを生成することで、垂直転送方向に連続してオンしたP−2個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行ない、かつ、チャージパケットより前方にある1個分の転送チャネルをオンするための垂直転送ドライブパルスとチャージパケットの最後端にある1個分の転送チャネルをオフするための垂直転送ドライブパルスのオン・オフの切替タイミングのずれの許容範囲を、チャージパケットの取扱い電荷量の変動分が1個の転送チャネルの蓄積電荷量分未満となるようにするタイミング信号生成部を備えるものとする。 In addition, it is also possible to extract the drive apparatus which implements the drive method of the solid-state image sensor which concerns on the said invention as said invention. This drive device is an array of P-2 transfer channels that are successively turned on by a vertical transfer drive pulse applied to a vertical transfer electrode based on a vertical transfer pulse of P (P is a positive integer of 5 or more) phase. For each unit of formed charge packet for transferring a signal charge, one transfer channel in front of the charge packet in the vertical transfer direction is turned on and one charge packet at the end of the charge packet is turned on. The vertical transfer pulse is generated so that the transfer channel is turned off, and the vertical transfer is performed in a state where the ON period overlaps the P-2 vertical transfer pulses that are continuously turned on in the vertical transfer direction. Also, a vertical transfer drive pulse for turning on one transfer channel ahead of the charge packet and one at the end of the charge packet. The allowable shift range of the ON / OFF switching timing of the vertical transfer drive pulse for turning off the transfer channel is set so that the fluctuation amount of the charge amount handled in the charge packet is less than the accumulated charge amount of one transfer channel. A timing signal generation unit is provided.
本発明に係る固体撮像装置は、上記本発明に係る固体撮像素子の駆動方法を実施する駆動装置を備えるとともに、固体撮像素子も備えてなるものである。つまり、駆動装置は専ら上述のようなタイミングの垂直転送クロックを生成する機能を有するもので足り、いわゆるタイミングジェネレータと言われるものであってよい。これに対して、本発明に係る固体撮像装置は、駆動装置の機能に加えて、固体撮像素子をも備えたものである。また、本発明に係るカメラシステムは、上記本発明に係る固体撮像装置の構成に加えて、被写体の光学像を固体撮像素子の撮像面に結像させる撮像レンズ、あるいは信号処理部なども備えたものである。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a driving device that implements the driving method of the solid-state imaging device according to the present invention, and also includes a solid-state imaging device. In other words, the driving device only needs to have a function of generating the vertical transfer clock having the timing as described above, and may be a so-called timing generator. On the other hand, the solid-state imaging device according to the present invention is provided with a solid-state imaging device in addition to the function of the driving device. In addition to the configuration of the solid-state imaging device according to the present invention, the camera system according to the present invention also includes an imaging lens that forms an optical image of a subject on the imaging surface of the solid-state imaging device, or a signal processing unit. Is.
本発明に係る上記構成においては、垂直転送時に、転送方向のチャージパケットの前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時にチャージパケットの後方転送チャネルをオフするように垂直転送部を駆動することで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くとった状態で垂直転送が行なわれるようにする。 In the above configuration according to the present invention, during vertical transfer, the vertical transfer unit is driven so as to turn off the forward transfer channel of the charge packet in the transfer direction at the same time as turning on the rear transfer channel of the charge packet. Vertical transfer is performed in a state where the overlap period of the transfer clock is long.
このような駆動タイミングは、4相駆動方式にも適用可能であるが、特に、4相駆動方式における特許文献1に記載の技術では必ずしも適用し得ていない、より多相(たとえば6相・8相・あるいはそれ以上の多相)の垂直転送部の駆動への適用に好適である。
Such drive timing can be applied to a four-phase drive method, but in particular, it is not always applicable with the technique described in
本発明によれば、垂直転送時におけるチャージパケットの1単位ごとに、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という駆動タイミングによって垂直転送駆動を行なうようにしたので、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くとった状態で垂直転送を行なうことができ、垂直転送部の転送効率を向上できる。 According to the present invention, vertical transfer driving is performed for each unit of charge packet during vertical transfer at a driving timing of “turning off the backward transfer channel almost simultaneously with turning on the forward transfer channel in the vertical transfer direction”. Thus, vertical transfer can be performed in a state where the overlap period of the vertical transfer clock is long, and the transfer efficiency of the vertical transfer unit can be improved.
また、このような駆動タイミングの適用は、それをなさない通常の駆動タイミングに対して容易に適用可能なものであり、その適用範囲は広く、汎用性のある駆動方法を実現することができた。 In addition, the application of such drive timing can be easily applied to normal drive timing that does not, and the application range is wide and a versatile drive method could be realized. .
また、ライン間引き動作に適用すれば、水平駆動周波数を高めるという手法に依らず高速読出動作を実現でき、水平レジスタの転送効率の劣化や水平レジスタの消費電力の増加などの他の問題点を招くこともなく、高速な撮像信号を得ることができるとともに転送効率を改善することもできる。 In addition, when applied to line thinning operation, high-speed read operation can be realized regardless of the method of increasing the horizontal drive frequency, which causes other problems such as deterioration of transfer efficiency of the horizontal register and increase of power consumption of the horizontal register. In addition, a high-speed image pickup signal can be obtained and the transfer efficiency can be improved.
<デジタルスチルカメラの構成>
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<Configuration of digital still camera>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係るカメラシステムの一実施形態である撮像装置を示す概略構成図である。この図1で示す撮像装置(カメラシステム)は、CCD固体撮像素子10、撮像レンズ50、およびCCD固体撮像素子10を駆動する駆動制御部96を有する撮像装置モジュール3と、撮像装置モジュール3により得られる撮像信号に基づいて映像信号を生成しモニタ出力したり所定の記憶メディアに画像を格納したりする本体ユニット4とを備えてなるデジタルスチルカメラ1として構成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an imaging apparatus which is an embodiment of a camera system according to the present invention. The imaging device (camera system) shown in FIG. 1 is obtained by the
撮像装置モジュール3内の駆動制御部96には、CCD固体撮像素子10を駆動するための各種のパルス信号を生成するタイミング信号生成部40と、このタイミング信号生成部40からのパルス信号を受けて、CCD固体撮像素子10を駆動するためのドライブパルスに変換するドライバ(駆動部)42と、CCD固体撮像素子10やドライバ42などに電源供給する駆動電源46が設けられている。撮像装置モジュール3内のCCD固体撮像素子10と駆動制御部96とにより固体撮像装置2が構成される。固体撮像装置2は、CCD固体撮像素子10と駆動制御部96とが、1枚の回路基板上に配されたもの、あるいは1つの半導体基板上に形成されたものとして提供されるものであるのがよい。
The
また、このデジタルスチルカメラ1の処理系統は、大別して、光学系5、信号処理系6、記録系7、表示系8、および制御系9から構成されている。なお、撮像装置モジュール3および本体ユニット4が、図示しない外装ケースに収容されて、実際の製品(完成品)が仕上がるのは言うまでもない。
The processing system of the digital
光学系5は、シャッタ52、被写体の光画像を集光するレンズ54、および光画像の光量を調整する絞り56を有する撮像レンズ50と、集光された光画像を光電変換して電気信号に変換するCCD固体撮像素子10とから構成されている。被写体Zからの光Lは、シャッタ52およびレンズ54を透過し、絞り56により調整されて、適度な明るさでCCD固体撮像素子10に入射する。このとき、レンズ54は、被写体Zからの光Lからなる映像が、CCD固体撮像素子10上で結像されるように焦点位置を調整する。
The
信号処理系6は、CCD固体撮像素子10からのアナログ撮像信号を増幅する増幅アンプや、増幅された撮像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるCDS(Correlated Double Sampling:相関2重サンプリング)回路などを有するプリアンプ部62、プリアンプ部62が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D(Analog/Digital)変換部64、A/D変換部64から入力されるデジタル信号に所定の画像処理を施すDSP(Digital Signal Processor)で構成された画像処理部66から構成される。
The
記録系7は、画像信号を記憶するフラッシュメモリなどのメモリ(記録媒体)72と、画像処理部66が処理した画像信号を符号化してメモリ72に記録し、また、読み出して復号し画像処理部66に供給するCODEC(Compression/Decompression )74とから構成されている。
The
表示系8は、画像処理部66が処理した画像信号をアナログ化するD/A(Digital/Analog)変換回路82、入力されるビデオ信号に対応する画像を表示することによりファインダとして機能する液晶(LCD;Liquid Crystal Display)などよりなるビデオモニタ84、およびアナログ化された画像信号を後段のビデオモニタ84に適合する形式のビデオ信号にエンコードするビデオエンコーダ86から構成されている。
The
制御系9は、先ず、図示しないドライブ(駆動装置)を制御して磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリに記憶されている制御用プログラムを読み出し、読み出した制御用プログラム、あるいはユーザからのコマンドなどに基づいてデジタルスチルカメラ1の全体を制御するCPU(Central Processing Unit )などよりなる中央制御部92を備える。
First, the
また制御系9は、画像処理部66に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにシャッタ52や絞り56を制御する露出コントローラ94、CCD固体撮像素子10から画像処理部66までの各機能部の動作タイミングを制御するタイミング信号生成部(タイミングジェネレータ;TG)40を具備した駆動制御部96、ユーザがシャッタタイミングやその他のコマンドを入力する操作部98を有する。 中央制御部92は、デジタルスチルカメラ1のバス99に接続された画像処理部66、CODEC74、メモリ72、露出コントローラ94、およびタイミング信号生成部40を制御している。
The
このデジタルスチルカメラ1では、オートフォーカス(AF)、オートホワイトバランス(AWB)、自動露光(AE)などの自動制御装置を備えている。これらの制御は、CCD固体撮像素子10から得られる出力信号を使用して処理する。たとえば、露出コントローラ94は、画像処理部66に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値が中央制御部92により設定され、その制御値に従って絞り56を制御する。具体的には、中央制御部92が画像処理部66に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、その平均値があらかじめ定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り56の制御値を設定する。
The digital
本実施形態のデジタルスチルカメラ1における特徴部分であるタイミング信号生成部40は、中央制御部92により制御され、CCD固体撮像素子10、プリアンプ部62、A/D変換部64、および画像処理部66の動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、各部に供給する。操作部98は、ユーザが、デジタルスチルカメラ1を動作させるとき操作される。
The timing
図示した例は、信号処理系6のプリアンプ部62およびA/D変換部64を撮像装置モジュール3に内蔵しているが、このような構成に限らず、プリアンプ部62やA/D変換部64を本体ユニット4内に設ける構成を採ることもできる。またD/A変換部を画像処理部66内に設ける構成を採ることもできる。
In the illustrated example, the
また、タイミング信号生成部40を撮像装置モジュール3に内蔵しているが、このような構成に限らず、タイミング信号生成部40を本体ユニット4内に設ける構成を採ることもできる。またタイミング信号生成部40とドライバ42とが別体のものとしているが、このような構成に限らず、両者を一体化させたもの(ドライバ内蔵のタイミングジェネレータ)としてもよい。こうすることで、よりコンパクトな(小型の)デジタルスチルカメラ1を構成できる。
Further, although the timing
また、タイミング信号生成部40やドライバ42は、それぞれ個別のディスクリート部材で回路構成されたものでもよいが、1つの半導体基板上に回路形成されたIC(Integrated Circuit)として提供されるものであるのがよい。こうすることで、コンパクトにできるだけなく、部材の取扱いが容易になるし、両者を低コストで実現できる。また、デジタルスチルカメラ1の製造が容易になる。また、使用するCCD固体撮像素子10との関わりの強い部分であるタイミング信号生成部40やドライバ42をCCD固体撮像素子10と共通の基板に搭載することで一体化させる、あるいは撮像装置モジュール3内に搭載することで一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、これらがモジュールとして一体となっているので、デジタルスチルカメラ1(の完成品)の製造も容易になる。なお、撮像装置モジュール3は、光学系5からのみ構成されていても構わない。
Further, the
なお、このデジタルスチルカメラ1は、具体的には、フレーム読出方式を用いた静止画撮像動作時にカラー画像を撮像し得るカメラとして適用されるようになっている。なお、本実施形態のデジタルスチルカメラ1の特徴部分として、フレーム読出方式としては、CCD固体撮像素子10と組み合わせることで、一般的な2フィールド読出方式に限らず、3フィールド、4フィールド、あるいは5フィールド、さらにはそれ以上など様々フィールド数の態様の読出方式を適用可能に構成されている。また、静止画撮像モードに限らず、間引き読みを利用して30フレーム/秒に近いフレームレート(たとえば10フレーム以上/秒)での動画撮影モードも用意されている。
The digital
<CCD固体撮像素子と周辺部の概要>
図2は、CCD固体撮像素子10と、このCCD固体撮像素子10を駆動する駆動制御部96の一実施形態とから構成された固体撮像装置2の概略図である。本実施形態では、インターライン転送(IT)方式のCCD固体撮像素子10を6相もしくは8相で駆動する場合を例に採って説明する。
<Outline of CCD solid-state imaging device and peripheral part>
FIG. 2 is a schematic diagram of the solid-state
図2において、CCD固体撮像素子10には、駆動電源46から、ドレイン電圧VDDおよびリセットドレイン電圧VRDが印加され、ドライバ42にも所定の電圧が供給されるようになっている。
In FIG. 2, the drain voltage VDD and the reset drain voltage VRD are applied to the CCD solid-
固体撮像装置2を構成するCCD固体撮像素子10は、半導体基板21上に、画素(ユニットセル)に対応して受光素子の一例であるフォトダイオードなどからなるセンサ部(感光部;フォトセル)11が多数、垂直(列)方向および水平(行)方向において2次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部11は、受光面から入射した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。
The CCD solid-
またCCD固体撮像素子10は、センサ部11の垂直列ごとに6相もしくは8相駆動に対応する複数本(本例では1ユニットセル当たり6本もしくは8本)の垂直転送電極24(24-1〜24-6もしくは24-1〜24-8)が設けられる垂直CCD(Vレジスタ部、垂直転送部)13が配列されている。
The CCD solid-
垂直CCD13の転送方向は図中縦方向であり、この方向に垂直CCD13が設けられ、この方向に直交する方向(水平方向)に垂直転送電極24が複数本並べられる。さらに、これら垂直CCD13と各センサ部11との間には読出ゲート(ROG)12が介在している。また各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップCSが設けられている。これらセンサ部11の垂直列ごとに設けられ、各センサ部11から読出ゲート部12によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直CCD13によって撮像エリア14が構成されている。
The transfer direction of the
センサ部11に蓄積された信号電荷は、読出ゲート部12に読出パルスXSGに対応するドライブパルスが印加されることにより垂直CCD13に読み出される。垂直CCD13は、6相(8相)の垂直転送クロックV1〜V6(V8)に基づくドライブパルスφV1〜φV6(φV8)よって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて1走査線(1ライン)に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この1ラインずつの垂直転送を、特にラインシフトという。
The signal charges accumulated in the
また、CCD固体撮像素子10には、複数本の垂直CCD13の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直CCD13に隣接して、図の左右方向に延在する水平CCD15(Hレジスタ部、水平転送部)15が1ライン分設けられている。この水平CCD15は、たとえば2相の水平転送クロックH1,H2に基づくドライブパルスφH1,φH2によって転送駆動され、複数本の垂直CCD13から移された1ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため2相駆動に対応する複数本(2本)の水平転送電極29(29-1,29-2)が設けられる。
Further, the CCD solid-
水平CCD15の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ(FDA)構成の電荷電圧変換部16が設けられている。この電荷電圧変換部16は、水平CCD15によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたCCD出力(VOUT)として導出される。以上により、インターライン転送方式のCCD固体撮像素子10が構成されている。
At the end of the transfer destination of the
また固体撮像装置2は、本実施形態の固体撮像装置2の特徴部分として、CCD固体撮像素子10を駆動するための種々のパルス信号(“L”レベルと“H”レベルの2値)を生成するタイミング信号生成部40と、タイミング信号生成部40から供給された種々のパルスを所定レベルのドライブパルスにしてCCD固体撮像素子10に供給するドライバ42とを備えている。たとえば、タイミング信号生成部40は、水平同期信号(HD)や垂直同期信号(VD)に基づいて、CCD固体撮像素子10のセンサ部11に蓄積された信号電荷を読み出すための読出パルスXSG、読み出した信号電荷を垂直方向に転送駆動し水平CCD15に渡すための垂直転送クロックV1〜Vn(nは駆動時の相数を示す;たとえば6相駆動時にはV6、8相駆動時にはV8)、垂直CCD13から渡された信号電荷を水平方向に転送駆動し電荷電圧変換部16に渡すための水平転送クロックH1,H2、およびリセットパルスRGなどを生成し、ドライバ42に供給する。
Further, the solid-
ドライバ42は、タイミング信号生成部40から供給された種々のクロックパルスを所定レベルの電圧信号(ドライブパルス)に変換し、あるいは別の信号に変換しCCD固体撮像素子10に供給する。たとえば、タイミング信号生成部40から発せられたn相の垂直転送クロックV1〜V6(V8)は、ドライバ42を介してドライブパルスφV1〜φV6(φV8)とされ、CCD固体撮像素子10内の対応する所定の垂直転送電極(24-1〜24-6もしくは24-1〜24-8)に印加されるようになっている。同様に、2相の水平転送クロックH1,H2は、ドライバ42を介してドライブパルスφH1,φH2とされ、CCD固体撮像素子10内の対応する所定の水平転送電極(29-1,29-2)に印加されるようになっている。
The
ここで、ドライバ42は、読出パルスXSGについては、6相もしくは8相の垂直転送クロックV1〜V6(V8)のうちのV1,V3,V5(,V7)に重畳することで、3値レベルを採る垂直ドライブパルスφV1,φV3,φV5(,φV7)として、CCD固体撮像素子10に供給する。つまり、垂直ドライブパルスφV1,φV3,φV5(,φV7)は、本来の垂直転送動作だけでなく、信号電荷の読出しにも兼用されるようにする(後述する図7,図11参照)。
Here, the
このような構成のCCD固体撮像素子10の一連の動作を概説すれば以下の通りである。先ず、タイミング信号生成部40は、垂直転送用の転送クロックV1〜V6(V8)や読出パルスXSGなどの種々のパルス信号を生成する。これらのパルス信号は、ドライバ42により所定電圧レベルのドライブパルスに変換された後に、CCD固体撮像素子10の所定端子に入力される。
An outline of a series of operations of the CCD solid-
センサ部11の各々に蓄積された信号電荷は、タイミング信号生成部40から発せられた読出パルスXSGが読出ゲート部12の転送チャネル端子電極に印加され、転送チャネル端子電極下のポテンシャルが深くなることにより、当該読出ゲート部12を通して垂直CCD13に読み出される。そして、6相(8相)の垂直ドライブパルスφV1〜φV6(φV8)に基づいて垂直CCD13が駆動されることで、順次水平CCD15へ転送される。
The signal charges accumulated in each of the
水平CCD15は、タイミング信号生成部40から発せられドライバ42により所定電圧レベルの変換された2相の水平ドライブパルスφH1,φH2に基づいて、複数本の垂直CCD13の各々から垂直転送された1ラインに相当する信号電荷を順次電荷電圧変換部16側に水平転送する。
The
電荷電圧変換部16は、水平CCD15から順に注入される信号電荷を図示しないフローティングディフュージョンに蓄積し、この蓄積した信号電荷を信号電圧に変換して、たとえば図示しないソースフォロア構成の出力回路を介して、タイミング信号生成部40から発せられたリセットパルスRGの制御の元に撮像信号(CCD出力信号)VOUTとして出力する。
The charge-voltage converter 16 accumulates signal charges sequentially injected from the
すなわち上記CCD固体撮像素子10においては、センサ部11を縦横に2次元状に配置してなる撮像エリア14で検出した信号電荷を、各センサ部11の垂直列に対応して設けられた垂直CCD13により水平CCD15まで垂直転送し、この後、2相の水平転送パルスH1,H2に基づいて、信号電荷を水平CCD15により水平方向に転送するようにしている。そして、電荷電圧変換部16にて水平CCD15からの信号電荷に対応した電位に変換してから出力するという動作を繰り返す。
That is, in the CCD solid-
<撮像エリアの具体的な構成>
図3は、撮像エリア14の具体的な構成の一例を示す平面パターン図である。また、図4は、そのX‐X’矢視断面を示す図である。なお、ここでは、垂直転送電極24-1〜24-4についての2画素分についてのみ示すが、垂直転送電極24-5〜24-8についても、垂直方向に同様の配置が繰り返される。
<Specific configuration of imaging area>
FIG. 3 is a plan pattern diagram illustrating an example of a specific configuration of the
先ず、垂直CCD13は、N型基板21上にP型ウェル22を介して形成されたN型不純物からなる転送チャネル23と、この転送チャネル23の上方にその転送方向に繰り返して配列された4相の転送電極24-1〜24-4とから構成されている。この転送電極24-1〜24-4の配線形態(配線パターン)は、基本的には、従前のものと変わりがない。
First, the
これらの転送電極24-1〜24-4において、2相目の転送電極24-2と4相目との転送電極24-4が1層目のポリシリコン(図中、一点鎖線で示す)によって形成され、1相目の転送電極24-1と3相目の転送電極24-3が2層目のポリシリコン(図中、二点鎖線で示す)によって形成された2層電極構造となっている。なお、転送電極24-1〜24-4の材質は、必ずしもポリシリコンに限定されるものではない。 Among these transfer electrodes 24-1 to 24-4, the second-phase transfer electrode 24-2 and the fourth-phase transfer electrode 24-4 are formed by the first layer of polysilicon (indicated by a one-dot chain line in the figure). A two-layer electrode structure is formed, in which the first-phase transfer electrode 24-1 and the third-phase transfer electrode 24-3 are formed of second-layer polysilicon (indicated by a two-dot chain line in the figure). Yes. The material of the transfer electrodes 24-1 to 24-4 is not necessarily limited to polysilicon.
また、1相目,3相目の転送電極24-1,24-3の下方の領域において、信号電荷の転送方向(図3の左側から右側への方向)の上流側の略半分の領域の基板表面側にはP−型の不純物層25が形成されている。これにより、1相目と3相目の転送電極24-1,24-3の下方の領域に形成される転送チャネル23には、信号電荷の転送方向に向けて下る傾斜のポテンシャル勾配が形成される。その結果、転送電極24-1,24-3の下に転送された信号電荷は、そのポテンシャル勾配によって転送電極24-2,24-4の下に徐々に移動する。こうしておくことで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くすることと組み合わせることで転送効率を良好なものとする。
Further, in the region below the first-phase and third-phase transfer electrodes 24-1 and 24-3, approximately half of the region upstream of the signal charge transfer direction (from left to right in FIG. 3). A P−
転送電極24-1〜24-4を形成する1層目と2層目のポリシリコン層には、センサ部11上において、ポリシリコン開口部26が設けられている。また、転送電極24-1〜24-4の上方は、アルミニウムからなる遮光膜27によって覆われている。この遮光膜27には、センサ部11上において、ポリシリコン開口部26よりも内側にセンサ開口28が形成されている。この遮光膜27の材質としては、アルミニウム以外の材質が用いられる場合もある。
A
<垂直転送電極の配線パターン>
図5は、垂直CCD13における転送電極の配線パターン図であって、図5(A)は6相駆動の場(24-1〜24-6)を示し、図5(B)は8相駆動の場(24-1〜24-8)を示す。本配線系においては、1相目〜6相目(8相目)の垂直転送ドライブパルスφV1〜φV6(φV8)が用意され、さらに垂直転送クロックを伝送するために計6本(8本)のバスライン31〜36(38)が配線されている。
<Vertical transfer electrode wiring pattern>
FIG. 5 is a wiring pattern diagram of transfer electrodes in the
そして、垂直転送ドライブパルスφV1を伝送するバスライン31には1相目の転送電極24-1が5画素(7画素)おきに接続されている。以下同様にして、垂直転送ドライブパルスφV2〜φV6(φV8)を伝送するバスライン32〜36(38)には2相目〜6相目(8相目)の転送電極24-2〜24-6(24-8)が、それぞれ5画素(7画素)おきに接続されている。
A first-phase transfer electrode 24-1 is connected to the
垂直CCD13によって形成される垂直方向の転送チャネル23は、図中矢指する方向に、信号電荷が順次転送されるよう、転送電極24-1〜24-6(24-8)に所定パターンを持つタイミングのドライブパルスφV1〜φV6(φV8)が印加される。
The
次に、本実施形態の特徴部分であるタイミング信号生成部40によりCCD固体撮像素子10を駆動する手法の具体例について説明する。先ず、3フィールド読出方式について説明する。
Next, a specific example of a method of driving the CCD solid-
<3フィールド読出方式>
図6、図7、図8、および図9は、3フィールド読出方式の動作を説明する図である。ここで、図6は、その概要を示し、図7は、垂直レートの各垂直転送ドライブパルスφV1〜φV6のタイミングチャートである。また図8および図9は、3フィールド読出方式におけるフレーム読出方式の動作モードを説明する垂直転送ドライブパルスφV1〜φV6のタイミングチャートおよび電荷転送状態を示す図である。
<3-field readout method>
6, 7, 8, and 9 are diagrams for explaining the operation of the three-field reading method. Here, FIG. 6 shows an outline thereof, and FIG. 7 is a timing chart of the vertical transfer drive pulses φV1 to φV6 at the vertical rate. 8 and 9 are timing charts and charge transfer states of vertical transfer drive pulses φV1 to φV6 for explaining the operation mode of the frame reading method in the three-field reading method.
図6の概要図において、各フィールドのR,G,B(それぞれ色分離フィルタの色)で示されている四角形が画素を示す。そして、垂直CCD13を挟んで左側に垂直方向のライン番号を示し(下部の水平CCD15側が1番目)、そのラインに対する読出パルスを括弧内に示している。読出対象ラインは、四角形で示す画素から垂直CCD13へ矢印で示唆されているものである。
In the schematic diagram of FIG. 6, squares indicated by R, G, and B (each color of the color separation filter) of each field indicate pixels. A vertical line number is shown on the left side of the vertical CCD 13 (the lower
ここで、従来の2フィールド読出方式(フレーム読出方式)では、図16に示すように、1つのフィールドでは2画素中の1画素しか読み出しをしないため、図19のように2画素(φV1〜φV4)に対して、垂直CCD(垂直レジスタ)のパケットを構成していた。 Here, in the conventional two-field readout method (frame readout method), as shown in FIG. 16, only one pixel out of two pixels is read out in one field, so two pixels (φV1 to φV4 as shown in FIG. 19). ) For a vertical CCD (vertical register) packet.
これに対して、3フィールド読出方式では、図6に示すように、1つのフィールドでは3画素中の1画素しか読み出しをしないため、図28にも示すように3画素(V1〜V6)に対して、垂直CCDのパケットを構成すればよい。つまり、垂直方向において2画素おきにセンサ部11から信号電荷が垂直CCD13に読み出される。このため、垂直CCDのオン転送チャネル数は、2フィールド読出方式(フレーム読出方式)時には2チャネルであったのに対して、3フィールド読出方式(フレーム読出方式)時には4チャネルとすることができ、垂直CCDの取扱い電荷量を増加させることが可能となる。
On the other hand, in the three-field reading method, as shown in FIG. 6, only one pixel out of three pixels is read out in one field, so that three pixels (V1 to V6) are also shown in FIG. Thus, a vertical CCD packet may be configured. That is, signal charges are read from the
ここで、図7に示すように、垂直CCD13において、1相目と3相目と5相目の転送電極24は、読出ゲート部12の電極を兼ねている。このことから、6相の垂直転送ドライブパルスφV1〜φV6のうち、1相目、3相目、および5相目の各転送クロックV1,V3,V5に基づく各ドライブパルスφV1,φV3,φV5が低レベル(以下“L”レベルと称す)、中間レベル(以下“M”レベルと称す)、および高レベル(以下“H”レベルと称す)の3値を採るように設定されており、その3値目の“H”レベルのドライブパルスが読出パルスXSGに対応した読出ゲート部12のドライブパルスとなる。このように、垂直転送用のドライブパルスφV1,φV3,φV5は、その3値目の“H”レベルのパルスがセンサ部11から信号電荷を読み出すときに読出ゲート部12を駆動する読出パルスとなる。
Here, as shown in FIG. 7, in the
なお、3つのフィールドの繰返し単位を規定するべく、1相目(2相目)と3相目(4相目)のドライブパルスφV1(φV2),φV3(φV4)はほぼ位相が異なるだけであるが、最後の5相目(6相目)のドライブパルスφV5(φV6)は、L,M,Hの各レベルの関係が1相目〜4相目とは異なるものとしてある。なお、前記において括弧内は残りのドライブパルスφV2,φV4,φV6の対になるものを示し、それぞれは、“M”レベルおよび“L”レベルの2値を採るように設定される。 Note that the drive pulses φV1 (φV2) and φV3 (φV4) of the first phase (second phase) and the third phase (fourth phase) are substantially different in phase so as to define the repeating unit of the three fields. However, the drive pulse φV5 (φV6) of the final fifth phase (sixth phase) is different from the first to fourth phases in the relationship between the L, M, and H levels. In the above description, the parentheses indicate pairs of the remaining drive pulses φV2, φV4, and φV6, and each is set to take a binary value of “M” level and “L” level.
なお、フレーム読出動作モードのときには、図6に示すように、垂直転送ドライブパルスφV3の読出パルスは第1フィールドで発生され、垂直転送ドライブパルスφV1の読出パルスは第2フィールドで発生され、垂直転送ドライブパルスφV5の読出パルスは第3フィールドで発生される。また、ライン間引き動作モードのときには、第1,第2,第3フィールドともに垂直転送ドライブパルスφV1,φV3,φV5に読出パルスが立つ。 In the frame read operation mode, as shown in FIG. 6, the read pulse of vertical transfer drive pulse φV3 is generated in the first field, the read pulse of vertical transfer drive pulse φV1 is generated in the second field, and vertical transfer is performed. A read pulse of drive pulse φV5 is generated in the third field. In the line thinning-out operation mode, a read pulse is generated in the vertical transfer drive pulses φV1, φV3, and φV5 in the first, second, and third fields.
次に、3フィールド読出方式におけるフレーム読出動作時の信号電荷の読み出しおよび垂直転送の各動作について、図8および図9を参照して説明する。なお、図9において、右側から左側への方向を電荷転送方向とする。 Next, signal charge readout and vertical transfer operations during a frame readout operation in the three-field readout method will be described with reference to FIGS. In FIG. 9, the direction from the right side to the left side is the charge transfer direction.
本実施形態の駆動方法における特徴部分は、図8に示すように、垂直転送時におけるチャージパケットの1単位ごとに、垂直転送方向においてチャージパケットより前方にある転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、チャージパケットの後端にある転送チャネルをオフする点にある。たとえば、今回の転送直前のチャージパケットの直ぐ前方にある(直前に位置する)転送チャネルの1つをオンするのとほぼ同時に、この転送直前のチャージパケットの後端に位置する1つの転送チャネル、すなわち最後端に位置する転送チャネルをオフする。以下具体的に説明する。 As shown in FIG. 8, the characteristic part of the driving method of the present embodiment is that, for each unit of charge packet in vertical transfer, almost simultaneously with turning on the transfer channel ahead of the charge packet in the vertical transfer direction, The transfer channel at the rear end of the charge packet is turned off. For example, one transfer channel located at the rear end of the charge packet immediately before the transfer, almost simultaneously with turning on one of the transfer channels immediately preceding (positioned immediately before) the charge packet immediately before the current transfer, That is, the transfer channel located at the end is turned off. This will be specifically described below.
各センサ部11からの信号電荷の読み出しに際し、第1フィールドでは、3相目の転送電極24-3に対して、図7に示す垂直転送ドライブパルスφV3を印加する。これにより、1相目の読出ゲート部12に対して読出パルスが与えられるため、垂直方向において2画素おきにセンサ部11から信号電荷が垂直CCD13に読み出される。
When reading the signal charges from each
この読み出された信号電荷は、垂直CCD13の転送動作により、水平ブランキング期間に1ラインずつ垂直転送される。このラインシフト期間に移行する直前の時点t0では、図8に示すように、1相目、2相目、3相目、および4相目の各垂直転送クロックに基づくドライブパルスφV1,φV2,φV3,φV4がともに“M”レベルである。このため、図9に示すように、1相目、2相目、3相目、および4相目の各転送電極24-1,24-2,24-3,24-4の下のポテンシャルが深くなって、チャージパケット(=転送パケット)の1単位が形成され、このパケットに各信号電荷Qsが蓄積されている。
The read signal charges are vertically transferred line by line in the horizontal blanking period by the transfer operation of the
そして、ラインシフト動作が開始され、5相目の垂直転送ドライブパルスφV5が“L”レベルから“M”レベルに遷移すると(時点t1)、5相目の転送電極24-5の下のポテンシャルが深くなる。これにより、1相目、2相目、3相目、および4相目の転送電極24-1,24-2,24-3,24-4の下のパケットの信号電荷Qsが5相目の転送電極24-5の下まで移動可能になる。 When the line shift operation is started and the fifth-phase vertical transfer drive pulse φV5 transitions from the “L” level to the “M” level (time point t1), the potential below the fifth-phase transfer electrode 24-5 is Deepen. As a result, the signal charge Qs of the packet below the first-phase, second-phase, third-phase, and fourth-phase transfer electrodes 24-1, 24-2, 24-3, 24-4 is changed to the fifth phase. It becomes possible to move under the transfer electrode 24-5.
ここで、本実施形態特有の駆動制御方法として、このt0の期間からt1の期間への移行時に、転送方向の前方の転送チャネルを形成するドライブパルスφV5を“L”→“M”(タイミング信号生成部40の出力としては“L”→“H”;以下同様)へ変化させる(垂直レジスタのポテンシャルは深くなり、蓄積状態となる)と同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφV1を“M”→“L”(タイミング信号生成部40の出力としては“H”→“L”;以下同様)へと変化(垂直レジスタのポテンシャルは浅くなり、次の転送チャネルへの転送状態となる)させる。
Here, as a drive control method peculiar to the present embodiment, at the time of transition from the period t0 to the period t1, the drive pulse φV5 that forms the forward transfer channel in the transfer direction is changed from “L” to “M” (timing signal). The output of the
これにより、t0時点では転送電極24-1,24-2,24-3,24-4の下に形成されていたパケットの信号電荷Qsが、t1時点では転送電極24-2,24-3,24-4,24-5の下に形成されるパケットに転送される。 As a result, the signal charge Qs of the packet formed under the transfer electrodes 24-1, 24-2, 24-3, and 24-4 at the time point t0 becomes the transfer electrode 24-2, 24-3,. It is transferred to a packet formed under 24-4 and 24-5.
続いて、6相目の垂直転送ドライブパルスφV6が“L”レベルから“M”レベルに遷移すると(時点t2)、6相目の転送電極24-6の下のポテンシャルが深くなる。これにより、2相目、3相目、4相目、および5相目の各転送電極24-2,24-3,24-4,24-5の下のパケットの信号電荷Qsが6相目の転送電極24-6の下まで移動可能になる。 Subsequently, when the sixth-phase vertical transfer drive pulse φV6 transitions from the “L” level to the “M” level (time point t2), the potential below the sixth-phase transfer electrode 24-6 becomes deeper. As a result, the signal charges Qs of the packets under the transfer electrodes 24-2, 24-3, 24-4, and 24-5 of the second phase, the third phase, the fourth phase, and the fifth phase are changed to the sixth phase. It becomes possible to move to below the transfer electrode 24-6.
ここで、本実施形態特有の駆動制御方法として、このt1の期間からt2の期間への移行時に、転送方向の前方の転送チャネルを形成するドライブパルスφV6を“L”→“M”へ変化させるとほぼ同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφV2を“M”→“L”へと変化させる。 Here, as a drive control method peculiar to the present embodiment, the drive pulse φV6 that forms the forward transfer channel in the transfer direction is changed from “L” to “M” at the transition from the period t1 to the period t2. At substantially the same time, the drive pulse φV2 forming the rear transfer channel in the transfer direction is changed from “M” to “L”.
これにより、t1時点では転送電極24-2,24-3,24-4,24-5の下に形成されていたパケットの信号電荷Qsが、t2時点では転送電極24-3,24-4,24-5,24-6の下に形成されるパケットに転送される。 As a result, the signal charge Qs of the packet formed under the transfer electrodes 24-2, 24-3, 24-4, and 24-5 at the time t1 becomes the transfer electrodes 24-3, 24-4, and 24-5 at the time t2. It is transferred to a packet formed under 24-5 and 24-6.
以下同様の動作を繰り返す。すなわち、転送方向の前方の転送チャネルである1相目の垂直転送ドライブパルスφV1が“L”レベルから“M”レベルに遷移するときには(時点t3)、その変化とほぼ同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφV3を“M”→“L”へと変化させることで、t2時点では転送電極24-3,24-4,24-5,24-6の下に形成されていたパケットの信号電荷Qsが、t3時点では転送電極24-4,24-5,24-6,24-1の下に形成されるパケットに転送される。 The same operation is repeated thereafter. That is, when the vertical transfer drive pulse φV1 of the first phase, which is the forward transfer channel in the transfer direction, transitions from the “L” level to the “M” level (time point t3), almost simultaneously with the change, By changing the drive pulse φV3 forming the transfer channel from “M” to “L”, it was formed below the transfer electrodes 24-3, 24-4, 24-5, 24-6 at the time t2. The signal charge Qs of the packet is transferred to the packet formed under the transfer electrodes 24-4, 24-5, 24-6, 24-1 at time t3.
また、転送方向の前方の転送チャネルである2相目の垂直転送ドライブパルスφV2が“L”レベルから“M”レベルに遷移するときには(時点t4)、その変化とほぼ同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφV4を“M”→“L”へと変化させることで、t3時点では転送電極24-4,24-5,24-6,24-1の下に形成されていたパケットの信号電荷Qsが、t4時点では転送電極24-5,24-6,24-1,24-2の下に形成されるパケットに転送される。 When the vertical transfer drive pulse φV2 of the second phase, which is the forward transfer channel in the transfer direction, transitions from the “L” level to the “M” level (time point t4), almost simultaneously with the change, By changing the drive pulse φV4 forming the transfer channel from “M” to “L”, it was formed below the transfer electrodes 24-4, 24-5, 24-6, 24-1 at time t3. The signal charge Qs of the packet is transferred to the packet formed under the transfer electrodes 24-5, 24-6, 24-1, 24-2 at time t4.
また、転送方向の前方の転送チャネルである3相目の垂直転送ドライブパルスφV3が“L”レベルから“M”レベルに遷移するときには(時点t5)、その変化とほぼ同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφV5を“M”→“L”へと変化させることで、t4時点では転送電極24-5,24-6,24-1,24-2の下に形成されていたパケットの信号電荷Qsが、t5時点では転送電極24-6,24-1,24-2,24-3の下に形成されるパケットに転送される。 When the third-phase vertical transfer drive pulse φV3, which is the forward transfer channel in the transfer direction, transits from the “L” level to the “M” level (time point t5), almost simultaneously with the change, By changing the drive pulse φV5 forming the transfer channel from “M” to “L”, it was formed below the transfer electrodes 24-5, 24-6, 24-1, 24-2 at time t4. The signal charge Qs of the packet is transferred to the packet formed below the transfer electrodes 24-6, 24-1, 24-2, and 24-3 at time t5.
また、転送方向の前方の転送チャネルである4相目の垂直転送ドライブパルスφV4が“L”レベルから“M”レベルに遷移するときには(時点t6)、その変化とほぼ同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφV6を“M”→“L”へと変化させることで、t5時点では転送電極24-6,24-1,24-2,24-3の下に形成されていたパケットの信号電荷Qsが、t6時点では転送電極24-1,24-2,24-3,24-4の下に形成されるパケットに転送される。 When the fourth-phase vertical transfer drive pulse φV4, which is the forward transfer channel in the transfer direction, transitions from the “L” level to the “M” level (time point t6), almost simultaneously with the change, By changing the drive pulse φV6 forming the transfer channel from “M” to “L”, it was formed below the transfer electrodes 24-6, 24-1, 24-2, 24-3 at time t5. The signal charge Qs of the packet is transferred to the packet formed below the transfer electrodes 24-1, 24-2, 24-3, and 24-4 at time t6.
以上のラインシフト期間における一連の垂直転送動作により、センサ部11の各々から読み出され、かつ1相目〜6相目の転送電極24-1〜24-6の下のパケットに蓄積された信号電荷Qsが、1ラインだけシフトされて次の1相目〜6相目の転送電極24-1〜24-6の下のパケットに順に蓄積される。
Through a series of vertical transfer operations in the above-described line shift period, signals read from each of the
このとき、撮像エリア14の最下端の1ライン分の信号電荷は水平CCD15に転送される。そして、水平CCD15に移された1ライン分の信号電荷は、水平ブランキング期間後の水平走査期間において、水平CCD15の転送駆動によって順次水平方向に転送される。
At this time, the signal charge for one line at the lowermost end of the
なお、上述した動作説明では、第1フィールドの場合について説明したが、第2(第3)フィールドの場合は、1相目(5相目)の転送電極24-1(24-5)に対して、図7に示す垂直転送ドライブパルスφV1(φV5)を印加することで、1相目(5相目)の読出ゲート部12に対して読出パルスが与えられ、垂直方向において1画素おきに、第1フィールドの場合とは異なるセンサ部11から信号電荷が垂直CCD13に読み出される。そして、以降の垂直転送動作は第1フィールドの場合と同様にして行なわれる。
In the above description of the operation, the case of the first field has been described. However, in the case of the second (third) field, the transfer electrode 24-1 (24-5) of the first phase (fifth phase) is used. By applying the vertical transfer drive pulse φV1 (φV5) shown in FIG. 7, a read pulse is given to the read
このように、垂直転送時におけるチャージパケット単位ごとに、転送方向の前方の転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方の転送チャネルをオフするようにすれば、垂直転送周期は、図27のt0〜t12に対して、図8のようにt0〜t6へと削減することができる。また、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は、図27に示す従前の“2/3x”から、図8に示す“4/3x”へと長く(2倍に)することが可能になる。これにより、垂直転送クロックの伝播遅延に、その分だけの余裕が生まれる。 As described above, when the forward transfer channel in the transfer direction is turned on at the same time as the forward transfer channel is turned on for each charge packet unit in the vertical transfer, the vertical transfer period is t0 in FIG. Can be reduced to t0 to t6 as shown in FIG. Also, the overlap period of the vertical transfer clock can be increased (doubled) from the previous “2 / 3x” shown in FIG. 27 to “4 / 3x” shown in FIG. As a result, there is a margin for the propagation delay of the vertical transfer clock.
したがって、本実施形態のような転送タイミングとすることで、V1〜V6の6相駆動の3フィールド読出方式においても、垂直転送クロックに伝播遅延(ここでは物理的に同じ時間軸で考える)が生じても、それが問題となることを防止することができ、撮像エリア14における、ドライブパルスの入力端子から遠い位置であるデバイス中央部や入力端の反対側でも、転送効率の低下という問題を回避することができる。つまり、1単位の垂直転送周期で見た場合(つまり相対的な時間軸で考えると)、所定の波形の垂直転送パルスがタイミング信号生成部40からドライバ42を介してCCD固体撮像素子10の転送電極に印加されたとき、その転送電極を駆動するドライブパルスの波形が、撮像エリア14の中央部や入力端の反対側においても、図24のように鈍ることが無くなり、垂直CCD13の転送効率が改善されることを意味している。
Therefore, by adopting the transfer timing as in the present embodiment, a propagation delay (in this case, physically considered on the same time axis) occurs in the vertical transfer clock even in the three-field read method of the six-phase driving of V1 to V6. However, it can be prevented that it becomes a problem, and the problem of a decrease in transfer efficiency is avoided even in the center of the device that is far from the input terminal of the drive pulse in the
たとえば、従前の駆動タイミングでは、各クロックのオーバーラップ期間が短く“2/3x”になってしまう。ここで、垂直CCD13の各転送電極24-1〜24-6には、撮像エリア14の片側もしくは両側から垂直転送ドライブパルスφV1〜φV6が伝送されることから、撮像エリア14の中央部分では配線抵抗によって垂直転送ドライブパルスφV1〜φV6の振幅が低下したり、容量成分との関係で生じる伝搬遅延によって垂直転送ドライブパルスφV1〜φV6の波形が図24のように鈍ってしまい、垂直CCD13の取扱い電荷量が減少したり、転送効率が劣化してしまうことになる。
For example, at the conventional drive timing, the overlap period of each clock is short and becomes “2 / 3x”. Here, since the vertical transfer drive pulses φV1 to φV6 are transmitted from one side or both sides of the
これに対して、本実施形態のように、チャージパケット単位ごとに、転送方向の前方転送チャネルをオンするとともに後方転送チャネルをオフすることにより、両クロックのオーバーラップ期間が従前の駆動タイミングの場合(“2/3x”)の2倍の“4/3x”となる。特許文献1などにも述べたように、この垂直転送クロックのオーバーラップ期間が長い方が、信号電荷の転送にとって有利であり、本実施形態の駆動タイミングの方が、従前の駆動タイミングの場合よりも転送効率を改善できることとなる。
On the other hand, as in this embodiment, when the forward transfer channel in the transfer direction is turned on and the backward transfer channel is turned off for each charge packet unit, the overlap period of both clocks is the previous drive timing. It becomes "4 / 3x" which is twice ("2 / 3x"). As described in
また、垂直レジスタの取扱い電荷量については、前述のように、垂直レジスタのオン転送チャネル数が多く、3フィールド読出方式/フレーム読出方式の動作では、6つの垂直転送電極を1単位とした転送1サイクル当たりにおける、垂直転送時のチャージパケットサイズは、6つの垂直転送電極中の4つの垂直転送電極分だけ確保でき、有利である。したがって、3フィールド読出方式/フレーム読出方式の動作における本実施形態の垂直転送タイミングによっても、セルサイズを縮小しても垂直レジスタの取扱い電荷量を確保できるので、高解像度化(多画素化)や小型化に有利となる。
Regarding the amount of charge handled by the vertical register, as described above, the number of on-transfer channels of the vertical register is large, and in the operation of the three-field reading method / frame reading method,
なお、上記のように“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という垂直転送時の駆動方法は、上記説明のようにフレーム読出方式に適用することに限らず、ライン間引き動作時にも適用可能であることは、容易に理解されよう。 Note that, as described above, the driving method at the time of vertical transfer of “turning off the rear transfer channel almost simultaneously with turning on the front transfer channel in the vertical transfer direction” is applied to the frame reading method as described above. It will be easily understood that the present invention can be applied to the line thinning operation.
すなわち、3フィールド読出方式の場合には、垂直転送ドライブパルスφV1,φV3,φV5は、先述したように、その3値目の“H”レベルのパルスがセンサ部11から信号電荷を読み出すときに読出ゲート部12を駆動する読出パルスとなる。そして、フレーム読出方式の際には、垂直転送ドライブパルスφV1,φV3,φV5における読出パルスの立つフィールドが順次切り替るのに対して、ライン間引き方式のときには、2フィールド読出方式の図21と同様にして、第1、第2、および第3フィールドをそれぞれ2系統に分け、その一方の系統の第1、第2、および第3フィールドともに垂直転送ドライブパルスφV1,φV3,φV5に読出パルスが立ち、他方の系統の第1、第2、および第3フィールドには読出パルスが立たないようにする。
That is, in the case of the three-field readout method, the vertical transfer drive pulses φV1, φV3, and φV5 are read when the third “H” level pulse reads the signal charge from the
さらに、ライン間引き方式時には、信号電荷Qsを含むパケットの後方に存在する信号電荷を含まない空パケットを水平レジスタ内で混合し無信号の期間を除去するため、水平ブランキング期間内に所定ライン数分の垂直転送を行なうが、基本的な垂直転送自体は、上述したフレーム読出方式の場合と同様でよい。ここでは、本実施形態特有の駆動タイミングをライン間引き動作に適用した事例は図示を割愛する。 Further, in the line thinning method, empty packets that do not include signal charges existing behind the packet including the signal charge Qs are mixed in the horizontal register and the no-signal period is removed. However, the basic vertical transfer itself may be the same as that in the frame reading method described above. Here, an example in which the drive timing peculiar to the present embodiment is applied to the line thinning operation is omitted from the illustration.
ライン間引き動作に上記実施形態の駆動方法を適用すれば、固体撮像素子の駆動系のタイミングを従前と同様のようにして変更するのみでライン間引き動作、すなわち出力する撮像信号のライン数を減らしてより高速の撮像信号を得る動作を行なうことにより、データレートを高速にせずに、より高速の撮像信号たとえばNTSC方式に対応した出力信号を得る動作モードを実現できる。このような高速読出動作を、水平駆動周波数を高めるという手法に依らず実現できるので、水平レジスタの転送効率の劣化や水平レジスタの消費電力の増加などの他の問題点を招くこともない。しかもその際に、フレーム読出方式における上記実施形態と同様の垂直駆動タイミングを適用することで、高速な撮像信号を得ることができるとともに転送効率を改善することもできる。これにより、通常のテレビジョンモニタに撮像画像を表示する際や、自動焦点制御、自動アイリス制御、あるいは自動ホワイトバランス制御などの自動制御に際しても、高速な撮像信号を得ることで、スムーズな動画表示や、的確な自動制御を実現することができる。 If the driving method of the above embodiment is applied to the line thinning operation, the line thinning operation, that is, the number of lines of the imaging signal to be output can be reduced only by changing the timing of the driving system of the solid-state imaging device in the same manner as before. By performing an operation for obtaining a higher-speed imaging signal, it is possible to realize an operation mode for obtaining a higher-speed imaging signal, for example, an output signal corresponding to the NTSC system, without increasing the data rate. Since such a high-speed reading operation can be realized without using a method of increasing the horizontal drive frequency, other problems such as deterioration in transfer efficiency of the horizontal register and increase in power consumption of the horizontal register are not caused. In addition, by applying the same vertical drive timing as in the above-described embodiment in the frame readout method at that time, it is possible to obtain a high-speed imaging signal and improve transfer efficiency. This enables smooth video display by obtaining high-speed imaging signals when displaying captured images on a normal television monitor, or when performing automatic control such as automatic focus control, automatic iris control, or automatic white balance control. In addition, accurate automatic control can be realized.
このように、上記実施形態のような“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という垂直転送時の駆動方法は、フレーム読出方式に限らずライン間引き動作にも同様に適用可能なものであり、汎用性のある駆動方式となっている。 As described above, the driving method at the time of vertical transfer such as “turning the rear transfer channel off at almost the same time as turning on the front transfer channel in the vertical transfer direction” as in the above embodiment is not limited to the frame readout method, and line thinning is performed. It can be applied to the operation as well, and has a versatile drive system.
<4フィールド読出方式>
次に、タイミング信号生成部40による駆動制御の元での4フィールド読出方式について、説明する。
<4-field readout method>
Next, a four-field reading method under the drive control by the
図10、図11、図12、および図13は、4フィールド読出方式の動作を説明する図である。ここで、図10は、その概要を示し、図11は、垂直レートの各垂直転送ドライブパルスφV1〜φV8のタイミングチャートである。また図12および図13は、4フィールド読出方式におけるフレーム読出方式の動作モードを説明する垂直転送ドライブパルスφV1〜φV8のタイミングチャートおよび電荷転送状態を示す図である。各図の示し方は、3フィールド読出方式の場合と同様である。 10, FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13 are diagrams for explaining the operation of the four-field reading method. Here, FIG. 10 shows the outline, and FIG. 11 is a timing chart of the vertical transfer drive pulses φV1 to φV8 at the vertical rate. FIGS. 12 and 13 are timing charts and charge transfer states of vertical transfer drive pulses φV1 to φV8 for explaining an operation mode of the frame reading method in the four-field reading method. Each figure is shown in the same manner as in the three-field reading method.
3フィールド読出方式の場合との比較で分かるように、1つのフィールドでは4画素中の1画素しか読み出しをしないため、4画素(V1〜V8)に対して、垂直CCDのパケットを構成すればよい。つまり、垂直方向において3画素おきにセンサ部11から信号電荷が垂直CCD13に読み出される。このため、垂直CCDのオン転送チャネル数は、4フィールド読出方式(フレーム読出方式)時には6転送チャネルとすることができ、3フィールド読出方式(フレーム読出方式)時よりもさらに垂直CCDの取扱い電荷量を増加させることが可能となる。
As can be seen from the comparison with the case of the three-field readout method, only one of the four pixels is read out in one field, so that a vertical CCD packet may be configured for four pixels (V1 to V8). . That is, signal charges are read from the
ここで、図11に示すように、垂直CCD13において、1相目と3相目と5相目と7相目の転送電極24は、読出ゲート部12の電極を兼ねている。このことから、8相の垂直転送ドライブパルスφV1〜φV8のうち、1相目、3相目、5相目、および7相目の各転送クロックV1,V3,V5,V7に基づく各ドライブパルスφV1,φV3,φV5,φV7が低レベル(以下“L”レベルと称す)、中間レベル(以下“M”レベルと称す)、および高レベル(以下“H”レベルと称す)の3値を採るように設定されており、その3値目の“H”レベルのドライブパルスが読出パルスXSGに対応した読出ゲート部12のドライブパルスとなる。
Here, as shown in FIG. 11, in the
なお、4つのフィールドの繰返し単位を規定するべく、1相目と3相目と5相目のドライブパルスφV1,φV3,φV5はほぼ位相が異なるだけであるが、最後の7相目のドライブパルスφV7は、L,M,Hの各レベルの関係が1相目、3相目、および5相目とは異なるものとしてある。対になる残りのドライブパルスφV2,φV4,φV6,φV8は、“M”レベルおよび“L”レベルの2値を採るように設定される。 Note that the drive pulses φV1, φV3, and φV5 of the first, third, and fifth phases are substantially different in phase to define the repetition unit of the four fields, but the last seven-phase drive pulse In φV7, the relationship between each level of L, M, and H is different from that of the first phase, the third phase, and the fifth phase. The remaining drive pulses φV2, φV4, φV6, and φV8 to be paired are set to take two values of “M” level and “L” level.
このように、垂直転送用のドライブパルスφV1,φV3,φV5,φV7は、その3値目の“H”レベルのパルスがセンサ部11から信号電荷を読み出すときに読出ゲート部12を駆動する読出パルスとなる。なお、図10に示すように、フレーム読出動作モードのときには、垂直転送ドライブパルスφV5の読出パルスは第1フィールドで発生され、垂直転送ドライブパルスφV3の読出パルスは第2フィールドで発生され、垂直転送ドライブパルスφV1の読出パルスは第3フィールドで発生され、垂直転送ドライブパルスφV7の読出パルスは第4フィールドで発生される。また、ライン間引き動作モードのときには、第1〜第4の各フィールドともに垂直転送ドライブパルスφV1,φV3,φV5,φV7に読出パルスが立つ。
As described above, the vertical transfer drive pulses φV1, φV3, φV5, and φV7 are read pulses that drive the
次に、4フィールド読出方式におけるフレーム読出動作時の信号電荷の読み出しおよび垂直転送の各動作について、図12および図13を参照して説明する。なお、図13において、右側から左側への方向を電荷転送方向とする。 Next, signal charge readout and vertical transfer operations during a frame readout operation in the four-field readout method will be described with reference to FIGS. In FIG. 13, the direction from the right side to the left side is the charge transfer direction.
4フィールド読出方式においても、図12に示すように、垂直転送時におけるチャージパケットの1単位ごとに、転送方向の前方の転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方の転送チャネルをオフする点に、本実施形態の駆動方法における特徴部分がある。以下具体的に説明する。 Also in the 4-field readout method, as shown in FIG. 12, the backward transfer channel is turned off almost simultaneously with the forward transfer channel in the transfer direction being turned on for each unit of the charge packet in the vertical transfer. There is a characteristic part in the driving method of the present embodiment. This will be specifically described below.
各センサ部11からの信号電荷の読み出しに際し、第1フィールドでは、5相目の転送電極24-5に対して、図11に示す垂直転送ドライブパルスφV5を印加する。これにより、5相目の読出ゲート部12に対して読出パルスが与えられるため、垂直方向において3画素おきにセンサ部11から信号電荷が垂直CCD13に読み出される。
When reading the signal charges from each
この読み出された信号電荷は、垂直CCD13の転送動作により、水平ブランキング期間に1ラインずつ垂直転送される。このラインシフト期間に移行する直前の時点t0では、図12に示すように、1相目〜6相目の各垂直転送パルスに基づくドライブパルスφV1〜φV6がともに“M”レベルである。このため、図13に示すように、1相目〜6相目の各転送電極24-1〜24-6の下のポテンシャルが深くなって、チャージパケット(=転送パケット)の1単位が形成され、このパケットに各信号電荷Qsが蓄積されている。
The read signal charges are vertically transferred line by line in the horizontal blanking period by the transfer operation of the
そして、ラインシフト動作が開始され、7相目の垂直転送ドライブパルスφV7が“L”レベルから“M”レベルに遷移すると(時点t1)、7相目の転送電極24-7の下のポテンシャルが深くなる。これにより、1相目〜6相目の転送電極24-1〜24-6の下のパケットの信号電荷Qsが7相目の転送電極24-7の下まで移動可能になる。 When the line shift operation is started and the seventh-phase vertical transfer drive pulse φV7 changes from the “L” level to the “M” level (time point t1), the potential below the seventh-phase transfer electrode 24-7 is Deepen. As a result, the signal charge Qs of the packet below the first-phase to sixth-phase transfer electrodes 24-1 to 24-6 can move to below the seventh-phase transfer electrode 24-7.
ここで、本実施形態特有の駆動制御方法として、このt0の期間からt1の期間への移行時に、転送方向の前方の転送チャネルを形成するドライブパルスφV7を“L”→“M”(タイミング信号生成部40の出力としては“L”→“H”;以下同様)へ変化させる(垂直レジスタのポテンシャルは深くなり、蓄積状態となる)と同時に、転送方向の後方の転送チャネルを形成するドライブパルスφV1を“M”→“L”(タイミング信号生成部40の出力としては“H”→“L”;以下同様)へと変化(垂直レジスタのポテンシャルは浅くなり、次の転送チャネルへの転送状態となる)させる。
Here, as a drive control method peculiar to the present embodiment, at the time of transition from the period t0 to the period t1, the drive pulse φV7 that forms the forward transfer channel in the transfer direction is changed from “L” to “M” (timing signal). The output of the
これにより、t0時点では転送電極24-1〜24-6の下に形成されていたパケットの信号電荷Qsが、t1時点では転送電極24-2〜24-7の下に形成されるパケットに転送される。このように、転送動作中のチャージパケットサイズは最初のパケットサイズとほぼ一致している。 Thereby, the signal charge Qs of the packet formed under the transfer electrodes 24-1 to 24-6 at time t0 is transferred to the packet formed under the transfer electrodes 24-2 to 24-7 at time t1. Is done. As described above, the charge packet size during the transfer operation substantially matches the initial packet size.
以下、3フィールド読出方式の場合もそうであったように、同様にt0→t1時と同様の動作を繰り返す。これにより、t1時点で転送電極24-2〜24-7の下に形成される転送チャネルに蓄積されていた信号電荷は、t1→t2時には転送電極24-3〜24-8の下へ、t2→t3時には転送電極24-4〜24-1の下へ、t3→t4時には転送電極24-5〜24-2の下へ、t4→t5時には転送電極24-6〜24-3の下へ、t5→t6時には転送電極24-7〜24-4の下へ、t6→t7時には転送電極24-8〜24-5の下へ、t7→t8時には転送電極24-1〜24-6の下へと、順次転送されていく。 Hereinafter, as in the case of the three-field reading method, the same operation as at t0 → t1 is repeated. As a result, the signal charge accumulated in the transfer channel formed below the transfer electrodes 24-2 to 24-7 at the time point t1 is transferred to the bottom of the transfer electrodes 24-3 to 24-8 from t1 to t2. → At t3, below transfer electrodes 24-4 to 24-1, at t3 → t4, below transfer electrodes 24-5 to 24-2, and at t4 → t5, below transfer electrodes 24-6 to 24-3, From t5 to t6, below transfer electrodes 24-7 to 24-4, from t6 to t7, below transfer electrodes 24-8 to 24-5, and from t7 to t8, below transfer electrodes 24-1 to 24-6. Then, it is transferred sequentially.
以上のラインシフト期間における一連の垂直転送動作により、センサ部11の各々から読み出され、かつ1相目〜8相目の転送電極24-1〜24-8の下のパケットに蓄積された信号電荷Qsが、1ラインだけシフトされて次の1相目〜8相目の転送電極24-1〜24-8の下のパケットに順に蓄積される。また、撮像エリア14の最下端の1ライン分の信号電荷は水平CCD15に転送される。そして、水平CCD15に移された1ライン分の信号電荷は、水平ブランキング期間後の水平走査期間において、水平CCD15の転送駆動によって順次水平方向に転送される。
Through a series of vertical transfer operations in the above line shift period, signals read from each of the
なお、上述した動作説明では、第1フィールドの場合について説明したが、第2(第3、第4)フィールドの場合は、3相目(1相目,7相目)の転送電極24-3(24-1,24-7)に対して、図11に示す垂直転送ドライブパルスφV3(φV1,φV7)を印加することで、3相目(1相目,7相目)の読出ゲート部12に対して読出パルスが与えられ、垂直方向において1画素おきに、第1フィールドの場合とは異なるセンサ部11から信号電荷が垂直CCD13に読み出される。そして、以降の垂直転送動作は第1フィールドの場合と同様にして行なわれる。
In the above description of the operation, the case of the first field has been described. However, in the case of the second (third, fourth) field, the transfer electrode 24-3 of the third phase (first phase, seventh phase) is used. By applying the vertical transfer drive pulse φV3 (φV1, φV7) shown in FIG. 11 to (24-1, 24-7), the
このように、4フィールド読出方式の場合にも、垂直転送時におけるチャージパケット単位ごとに、転送方向の前方の転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方の転送チャネルをオフするようにすれば、垂直転送周期は、図12のようにt0〜t8となり、また、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は、図12に示すように、x(=4/4x)とすることができる。ここで、図示を割愛するが、従前の8相駆動の転送タイミングでは、t0〜t16の周期が必要であって、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は、“1/4x”となるものである。よって、本実施形態のような転送タイミングとすることで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を従来よりも長くすることが可能になり、垂直転送クロックの伝播遅延に、その分だけの余裕が生まれる。 As described above, even in the case of the 4-field readout method, if the forward transfer channel in the transfer direction is turned on almost simultaneously with the turn-on of the forward transfer channel for each charge packet unit in the vertical transfer, The vertical transfer period is t0 to t8 as shown in FIG. 12, and the overlap period of the vertical transfer clock can be x (= 4 / 4x) as shown in FIG. Here, although not shown in the figure, at the transfer timing of the conventional 8-phase drive, the period from t0 to t16 is necessary, and the overlap period of the vertical transfer clock is “1 / 4x”. Therefore, by adopting the transfer timing as in this embodiment, it is possible to make the overlap period of the vertical transfer clock longer than that in the conventional case, and a margin is provided for the propagation delay of the vertical transfer clock.
したがって、垂直転送時におけるチャージパケット単位ごとに、転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に後方転送チャネルをオフするような転送タイミングとすることで、V1〜V8の8相駆動の4フィールド読出方式においても、垂直転送クロックに伝播遅延が生じ難くなり、転送電極を駆動するドライブパルスの波形が、撮像エリア14の中央部においても、図24のように鈍ることが無くなり、垂直CCD13の転送効率が改善される。 Therefore, for each charge packet unit in the vertical transfer, the transfer timing is such that the forward transfer channel in the transfer direction is turned on almost at the same time as the backward transfer channel is turned off. Even in the readout method, a propagation delay hardly occurs in the vertical transfer clock, and the waveform of the drive pulse for driving the transfer electrode does not become dull as shown in FIG. Efficiency is improved.
なお、3フィールド読出方式の場合と同様に、上記のような垂直転送駆動のタイミングは、フレーム読出方式に適用することに限らず、ライン間引き動作時にも適用可能である。 As in the case of the three-field reading method, the vertical transfer driving timing as described above is not limited to being applied to the frame reading method, but can also be applied to the line thinning operation.
なお、4フィールド読出方式と3フィールド読出方式とを比べた場合、先にも述べたように、垂直CCDのオン転送チャネル数は、4フィールド読出方式(フレーム読出方式)時には6転送チャネルとすることができ、3フィールド読出方式(フレーム読出方式)時よりもさらに垂直CCDの取扱い電荷量を増加させることができ、セルサイズ縮小の上で利点があり、より小型あるいは多画素化したCCD撮像素子とする場合には、4フィールド読出方式の方が有利である。 When comparing the 4-field readout system and the 3-field readout system, as described above, the number of on-transfer channels of the vertical CCD is 6 transfer channels in the 4-field readout system (frame readout system). The amount of charge handled by the vertical CCD can be further increased than in the case of the three-field readout method (frame readout method), and there is an advantage in reducing the cell size. In this case, the 4-field readout method is more advantageous.
ところで、上述した3フィールド読出方式もしくは4フィールド読出方式の各フレーム読出動作時の説明において、転送方向の前方転送チャネルをオンすると“ほぼ同時”に後方転送チャネルをオフすると説明した際の“ほぼ同時”は、上述したと同様の目的であれば、必ずしも厳格に“同時”であることを要するものではなく、たとえばクロック間の僅かな遅延などの相違が生じていた場合であっても構わないことを意味する。要は、垂直転送クロックの伝播遅延による垂直CCD13の転送効率を改善し得るだけの余裕があればよい。以下、垂直CCDの取扱い電荷量と合わせて、その意義を簡単に説明する。
By the way, in the description of each frame reading operation in the above-described three-field reading method or four-field reading method, “almost simultaneous” when it is described that turning on the forward transfer channel in the transfer direction turns “almost simultaneous” and turning off the rear transfer channel. "Is not necessarily strictly" simultaneous "for the same purpose as described above, and may be a case where, for example, a slight delay between clocks has occurred. Means. In short, it is sufficient if there is enough room to improve the transfer efficiency of the
<駆動パルス遅延と取扱い電荷量との関係>
図14は、駆動パルス遅延との関わりにおける、垂直CCDの取扱い電荷量を説明する図である。なおここでは、3フィールド読出方式かつフレーム読出動作時の場合で説明するが、4フィールド読出方式かつフレーム読出動作時、さらには間引き読出動作時でも同様である。
<Relationship between drive pulse delay and handling charge amount>
FIG. 14 is a diagram for explaining the amount of charge handled by the vertical CCD in relation to the drive pulse delay. Here, the case of the three-field reading method and the frame reading operation will be described, but the same applies to the case of the four-field reading method and the frame reading operation, and further, the thinning-out reading operation.
図9にも示したが、t0時点では、転送電極24-1,24-2,24-3,24-4の下に形成されていたパケットに信号電荷Qsが蓄積される。この状態を図14(A)に示す。 As shown in FIG. 9, the signal charge Qs is accumulated in the packet formed under the transfer electrodes 24-1, 24-2, 24-3, 24-4 at time t0. This state is shown in FIG.
この後、本実施形態の転送タイミングとしては、転送方向の前方転送チャネルをオンすると“ほぼ同時”に後方転送チャネルをオフするので、信号電荷Qsを蓄積しているパケットの両隣のポテンシャルが同時に動くことになる。たとえば、t0→t1の電荷転送過程では、転送電極24-5の下に電荷井戸が形成されるとともに、転送電極24-1の下の電荷井戸が消失するので、クロック間の僅かな遅延などの相違が生じなければ図14(B)に示すように、転送電極24-5の下に電荷井戸が形成され始めると同時に、それ以前に存在していた転送電極24-1の下の電荷井戸が浅くなるような状態が一時的に生じる。このときには、取扱い電荷量(電荷蓄積量)は、理論的には変わらないものの、タイミングずれが生じると多少減少する傾向が生じる。 Thereafter, as the transfer timing of the present embodiment, when the forward transfer channel in the transfer direction is turned on, the backward transfer channel is turned off “substantially simultaneously”, so the potentials on both sides of the packet storing the signal charge Qs move simultaneously. It will be. For example, in the charge transfer process from t0 to t1, a charge well is formed under the transfer electrode 24-5 and the charge well under the transfer electrode 24-1 disappears. If the difference does not occur, as shown in FIG. 14B, the charge well starts to be formed under the transfer electrode 24-5, and at the same time, the charge well under the transfer electrode 24-1 existing before that A shallow state temporarily occurs. At this time, the amount of charge to be handled (charge accumulation amount) does not change theoretically, but tends to decrease somewhat when a timing shift occurs.
たとえば、相違が生じて、ドライブパルスφV5が“L”レベル→“M”レベルへと変化する(垂直レジスタのポテンシャルは深くなり、蓄積状態となる)よりも、ドライブパルスφV1が“H”レベル→“L”レベルへと変化(垂直レジスタのポテンシャルは浅くなり、次の転送チャネルへの転送状態となる)方が僅かに速いと、図14(C)に示すように、それ以前に存在していた転送電極24-1の下の電荷井戸がかなり浅くなってから、転送電極24-5の下に電荷井戸が形成され始めるような状態が一時的に生じる。このときには、取扱い電荷量は、多少減少する。 For example, the drive pulse φV1 changes from “L” level to “M” level (the potential of the vertical register becomes deep and becomes an accumulation state) rather than the drive pulse φV5 changes from “L” level to “M” level. If the change to the “L” level (the potential of the vertical register becomes shallower and the transfer state to the next transfer channel becomes slightly faster), as shown in FIG. After the charge well under the transfer electrode 24-1 becomes considerably shallow, a state temporarily occurs where a charge well starts to be formed under the transfer electrode 24-5. At this time, the amount of charge handled decreases slightly.
また、ドライブパルスφV5が“L”レベル→“M”レベルへと変化するよりも、ドライブパルスφV1が“H”レベル→“L”レベルへと変化する方が遙かに速いと、図14(D)に示すように、それ以前に存在していた転送電極24-1の下の電荷井戸が完全に消失してから、転送電極24-5の下に電荷井戸が形成され始めるような状態が生じる。このときには、転送電極24-1の下の転送チャネルが電荷蓄積に寄与し得ず、一時的に3つの転送チャネル(電荷井戸)にしか電荷を蓄積しない状態となり、転送チャネル1個分の垂直レジスタの取扱い電荷量の減少が生じてしまう。 Further, when the drive pulse φV1 changes from “H” level to “L” level much faster than the drive pulse φV5 changes from “L” level to “M” level, FIG. As shown in (D), after the charge well under the transfer electrode 24-1 that existed before completely disappears, the charge well starts to be formed under the transfer electrode 24-5. Arise. At this time, the transfer channel under the transfer electrode 24-1 cannot contribute to charge accumulation, and temporarily accumulates charge in only three transfer channels (charge wells). This reduces the amount of charge handled.
ただし、図では示さないが、ライン間引き動作の場合には、信号電荷Qsを含むパケットAの後方に空パケットBがあるので、パケットAで信号電荷Qsが溢れても、後ろの空パケットBで溢れなければ、最終的に各パケットA,Bの電荷を水平CCD15において混合するため問題とはならず、よって垂直CCD13の取扱い電荷量が減少することはない。
However, although not shown in the figure, in the line thinning operation, there is an empty packet B behind the packet A including the signal charge Qs, so even if the signal charge Qs overflows in the packet A, the empty packet B behind If it does not overflow, the charges of the packets A and B are finally mixed in the
このようなドライブパルスの切替タイミングのずれは、タイミング信号生成部40から出力される転送クロックV1〜V6(V8)には存在しておらず、適正に転送電極の入力点に印加されたとしても、転送電極を通ることで、図24に示したように、伝搬遅延が生じ、しかも電極間でその遅延量が必ず揃っているとは言えないので、デバイス上で切替タイミングのずれが生じることは避けられないことである。また、タイミング信号生成部40の回路構成によっては、タイミング信号生成部40から出力される転送クロックV1〜V6(V8)自体にずれが存在することもあり得る。
Such a shift in the drive pulse switching timing does not exist in the transfer clocks V1 to V6 (V8) output from the timing
しかしながら、たとえ図24に示したような伝搬遅延に起因したずれがあっても、またタイミング信号生成部40からの出力自体にずれがあっても、その遅延差の程度がある程度の範囲内であれば、上記説明から分かるように、問題となることは事実上ない。
However, even if there is a deviation due to the propagation delay as shown in FIG. 24 or there is a deviation in the output from the
以上のように、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という垂直転送時の駆動方法について、3フィールドあるいは4フィールド読出方式(フレーム読出方式/間引き読出方式を問わず)への適用事例を具体的に例示したが、このような駆動方法は、3フィールドあるいは4フィールド読出方式に限らず、それ以上のフィールド数、たとえば10相駆動(φV1〜φV10)の5フィールド読出方式などにも適用可能である。これによって、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くし、垂直レジスタの転送効率を改善することができることは、上記3フィールドあるいは4フィールド読出方式の説明から容易に理解されよう。なお、この場合においても、フレーム読出方式に限らず、間引き読出方式にも適用可能である。 As described above, the three-field or four-field read method (frame read method / decimation method) is used for the vertical transfer driving method of “turning off the rear transfer channel almost simultaneously with turning on the forward transfer channel in the vertical transfer direction”. Although a specific example of application to any reading method is illustrated, such a driving method is not limited to a three-field or four-field reading method, and more than that, for example, 10-phase driving (φV1 to φV10) It can also be applied to the five-field readout method of FIG. It can be easily understood from the above description of the three-field or four-field reading method that the overlap period of the vertical transfer clock can be increased thereby improving the transfer efficiency of the vertical register. In this case as well, the present invention can be applied not only to the frame reading method but also to the thinning reading method.
また、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という垂直転送時の駆動方法は、3フィールド以上のフレーム読出方式や間引き読出方式に限らず、2フィールドのフレーム読出方式や間引き読出方式にも適用可能である。この場合、間引き読出動作においては、一見すると、特許文献1に記載の技術と類似する。ただし、その意義やそれによる効果は異なる。以下、この点について説明する。
Further, the driving method at the time of the vertical transfer of “turning off the rear transfer channel almost simultaneously with turning on the forward transfer channel in the vertical transfer direction” is not limited to the frame reading method or the thinning reading method of 3 fields or more. The present invention can also be applied to a field frame reading method and a thinning reading method. In this case, the thinning readout operation is similar to the technique described in
<2フィールド読出方式における本実施形態と特許文献1の各技術の差>
図15は、2フィールド読出方式かつ2/8ラインの間引き読出方式の動作を説明する図である。ここで、図15(A)は、図22と同様のもので従来例(基本形)による駆動タイミングを示す。また、図15(B)は、本実施形態による駆動タイミングを示し、図15(C)は、特許文献1によるコンプリメンタリ駆動を適用した駆動タイミングを示す。図15(D)は、本実施形態と特許文献1の各技術の差を説明するための、タイミング信号生成部40から出力される転送クロック切替時の拡大図である。
<Difference between each technology of this embodiment and
FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the 2-field readout method and the 2/8 line thinning-out readout method. Here, FIG. 15 (A) is the same as FIG. 22 and shows the drive timing according to the conventional example (basic form). FIG. 15B shows the drive timing according to the present embodiment, and FIG. 15C shows the drive timing to which the complementary drive according to
図15(A)に示すように、従来の基本的な駆動タイミングでは、2ライン分の転送を行なうために、16サイクル(t1〜t16)を要している。また図18に示すフレーム読出動作時に1ライン分の転送を行なうための垂直転送クロックのオーバーラップ期間を“x”としたとき、図15(A)に示す従来の基本的な駆動タイミングでは2ライン分の垂直転送を行なうため、垂直転送クロックのオーバーラップ期間は“1/2x”となる。 As shown in FIG. 15A, in the conventional basic driving timing, 16 cycles (t1 to t16) are required to transfer two lines. When the overlap period of the vertical transfer clock for transferring one line during the frame reading operation shown in FIG. 18 is “x”, two lines are used in the conventional basic driving timing shown in FIG. Therefore, the vertical transfer clock overlap period is “1 / 2x”.
これに対して、本実施形態の駆動タイミングは、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”というものであり、図15(B)に示すように、2ライン分の転送を行なうためには8サイクル(t1〜t8)でよくなり、高速転送を可能にする。また、このように垂直転送を行なうことで、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くし、従来の基本的な駆動タイミングと同一の“x”とすることが可能となる。 On the other hand, the drive timing of this embodiment is “turning off the rear transfer channel almost simultaneously with turning on the front transfer channel in the vertical transfer direction”, as shown in FIG. In order to perform transfer for two lines, eight cycles (t1 to t8) are sufficient, and high-speed transfer is possible. In addition, by performing vertical transfer in this way, it is possible to lengthen the overlap period of the vertical transfer clock and set the same “x” as the conventional basic drive timing.
ところで、このような本実施形態の駆動タイミングや垂直転送クロックのオーバーラップ期間は、図15(C)に示す特許文献1のものとほぼ同じになっている。すなわち、駆動パルスタイミングを比較する限りでは、一見、似通っている。しかしながら、各々の技術的な意味合いの本質は全く異なる。
By the way, the drive timing and the overlap period of the vertical transfer clock in this embodiment are substantially the same as those in
すなわち、図15(D2)に示すように、ライン間引き動作時に互いに逆相(コンプリメンタリ)の垂直転送クロック対の組合せによって垂直転送を行なうという特許文献1の方法では、タイミング信号生成部40から出力される転送クロックV1〜V6(V8)における、組となるパルス間での立下りと立上り(図のt1〜t8の各々の時点)とには、ずれがないことを原則とする。これが“互いに逆相(コプリメンタリ)”の意味だからである。ずれが存在するとすれば、それは、せいぜい回路を構成する論理ゲート(たとえばANDゲートやORゲート)の“ゲート遅延差”程度と考えるべきものである。
That is, as shown in FIG. 15 (D2), in the method of
これに対して、本実施形態の方法では、図15(D1)に示すように、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのと『ほぼ同時』に、後方転送チャネルをオフする”というものであり、対応するパルス間での立下りと立上りとにある程度のずれが存在しても、上記図14の説明から分かるように、問題としないものである。偶々ずれが存在しない状態が、波形的には、“互いに逆相(コプリメンタリ)”の状態と同一になっている、ということに過ぎない。対応するパルス間での立下りと立上りにおける『ずれ』に対する適用範囲の考え方が全く異なるものである。 On the other hand, in the method of this embodiment, as shown in FIG. 15 (D1), “turning on the forward transfer channel in the vertical transfer direction and turning off the backward transfer channel“ almost at the same time ”. Even if there is a certain amount of deviation between falling and rising between corresponding pulses, as will be understood from the explanation of FIG. 14, it does not matter. The state where there is no accidental shift is merely that the waveform is the same as the “opposite phase” state. The concept of the application range with respect to the “deviation” at the falling edge and the rising edge between the corresponding pulses is completely different.
このように、本実施形態の駆動方法と特許文献1の駆動方法とでは、2フィールド読出方式かつラインの間引き読出方式について比較してみると、駆動タイミングや垂直転送クロックのオーバーラップ期間は一見すれば似通っているが、その技術的な意味合いが異なる。また、特許文献1の駆動方法を実現するには組となる転送クロックについては“互いに逆相(コプリメンタリ)”にしなければならないという回路設計上の制約が存在するのに対して、本実施形態の駆動方法では、そのような制約はなく、対応するパルス間での立下りと立上りとが『ほぼ同時』になされるような回路構成とすればよく、回路設計上の自由度が大きいという利点がある。電極間での遅延差を考慮して、タイミング信号生成部40から出力される転送パルスに積極的にずれを持たせ、全体としての転送効率のバランスを採るという使い方も可能となる。
As described above, when the driving method of the present embodiment and the driving method of
なお、上記実施形態では、駆動の相数が偶数である場合を示したが、上記説明から分かるように、従前の駆動方式が奇数(たとえば3相や5相、あるいはそれ以上)である場合にも、“垂直転送方向の前方転送チャネルをオンするのとほぼ同時に、後方転送チャネルをオフする”という駆動方式を適用可能であり、それによって、上述したと同様の効果が得られることは理解されることである。 In the above embodiment, the case where the number of driving phases is an even number is shown. However, as can be seen from the above description, when the conventional driving method is an odd number (for example, three phases, five phases, or more). However, it is understood that the driving method of “turning off the rear transfer channel almost simultaneously with turning on the front transfer channel in the vertical transfer direction” can be applied, and the same effect as described above can be obtained. Is Rukoto.
また、上記実施形態では、インターライン転送方式のCCD固体撮像素子に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、インターライン転送方式以外の方式のCCD固体撮像素子、さらにはCCD以外を用いた固体撮像素子にも同様に適用可能である。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an interline transfer type CCD solid-state image pickup device has been described. However, the present invention is not limited to this, and a CCD solid-state image pickup device other than the interline transfer type. Further, the present invention can be similarly applied to a solid-state imaging device using other than a CCD.
1…デジタルスチルカメラ、2…固体撮像装置、3…撮像装置モジュール、10…CCD固体撮像素子、11…センサ部、13…垂直CCD、14…撮像エリア、15…水平CCD、16…電荷電圧変換部、40…タイミング信号生成部、42…ドライバ、46…駆動電源、50…撮像レンズ、96…駆動制御部、24_1〜24_8…垂直転送電極
DESCRIPTION OF
Claims (8)
P(Pは5以上の正の整数)相の垂直転送パルスに基づく垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスによる連続してオンしたP−2個の転送チャネルの並びで形成される、前記信号電荷を転送するためのチャージパケットの1単位ごとに、垂直転送方向において前記チャージパケットより前方にある1個分の転送チャネルをオンするとともに、前記チャージパケットの最後端にある1個分の転送チャネルをオフするように駆動することで、垂直転送方向に連続してオンしたP−2個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行なう
固体撮像素子の駆動方法。 A method for driving a solid-state imaging device that vertically transfers signal charges obtained by photoelectric conversion,
Formed of an array of P-2 transfer channels successively turned on by a vertical transfer drive pulse applied to a vertical transfer electrode based on a vertical transfer pulse of P (P is a positive integer of 5 or more) phase, For each unit of charge packet for transferring signal charge, one transfer channel in front of the charge packet is turned on in the vertical transfer direction, and one charge packet at the end of the charge packet is transferred. A method for driving a solid-state imaging device, in which vertical transfer is performed with P-2 vertical transfer pulses continuously turned on in the vertical transfer direction being overlapped in the ON period by driving the channel to be turned off.
請求項1に記載の固体撮像素子の駆動方法。 The method for driving a solid-state imaging device according to claim 1, wherein line thinning operation is performed.
請求項1に記載の固体撮像素子の駆動方法。 The method for driving a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the vertical transfer is performed by vertical transfer driving with an even number of phases of six or more phases.
請求項1に記載の固体撮像素子の駆動方法。 The method for driving a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the vertical transfer is performed by a frame reading operation with three or more fields.
請求項2に記載の固体撮像素子の駆動方法。 The method for driving a solid-state imaging device according to claim 2, wherein the vertical transfer is performed by a line thinning-out reading operation with three or more fields.
前記チャージパケットより前方にある1個分の転送チャネルをオンするための垂直転送ドライブパルスと前記チャージパケットの最後端にある1個分の転送チャネルをオフするための垂直転送ドライブパルスのオン・オフの切替タイミングのずれの許容範囲を、前記チャージパケットの取扱い電荷量の変動分が1個の転送チャネルの蓄積電荷量分未満となるようにする
請求項1〜5の内の何れか一項に記載の固体撮像素子の駆動方法。 Performing vertical transfer with P-2 vertical transfer pulses continuously turned on in the vertical transfer direction, with the ON period overlapping, and
ON / OFF of a vertical transfer drive pulse for turning on one transfer channel ahead of the charge packet and a vertical transfer drive pulse for turning off one transfer channel at the end of the charge packet 6. The allowable range of deviation in switching timing of the charge packet is set such that the fluctuation amount of the handling charge amount of the charge packet is less than the accumulated charge amount of one transfer channel. A driving method of the solid-state imaging device described.
P(Pは5以上の正の整数)相による垂直転送駆動時に、前記垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスによる連続してオンしたP−2個の転送チャネルの並びで形成される、前記信号電荷を転送するためのチャージパケットの1単位ごとに、垂直転送方向において前記チャージパケットより前方にある1個分の転送チャネルをオンするとともに、前記チャージパケットの最後端にある1個分の転送チャネルがオフするように垂直転送パルスを生成することで、垂直転送方向に連続してオンしたP−2個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行なうタイミング信号生成部と、
前記タイミング信号生成部により生成された前記垂直転送パルスに基づく垂直転送ドライブパルスを前記固体撮像素子の前記垂直転送電極に入力する駆動部と
を備えている固体撮像装置。 A vertical transfer unit that vertically transfers signal charges obtained by photoelectric conversion based on a vertical transfer drive pulse applied to a vertical transfer electrode that vertically transfers signal charges, and a signal charge transferred from the vertical transfer unit is applied to a horizontal transfer electrode. A solid-state imaging device comprising a horizontal transfer unit that performs horizontal transfer based on a horizontal transfer drive pulse, and an output unit that outputs an imaging signal corresponding to the signal charge that has been horizontally transferred;
In the vertical transfer driving by the P (P is a positive integer of 5 or more) phase, it is formed by an array of P-2 transfer channels that are continuously turned on by the vertical transfer drive pulse applied to the vertical transfer electrode. For each unit of the charge packet for transferring the signal charge, one transfer channel in front of the charge packet is turned on in the vertical transfer direction, and one charge packet at the end of the charge packet is turned on. A timing signal for performing vertical transfer with P-2 vertical transfer pulses continuously turned on in the vertical transfer direction being overlapped with the ON period by generating vertical transfer pulses so that the transfer channel is turned off A generator,
A solid-state imaging device comprising: a drive unit that inputs a vertical transfer drive pulse based on the vertical transfer pulse generated by the timing signal generation unit to the vertical transfer electrode of the solid-state image sensor.
前記撮像レンズにより取り込まれた前記被写体の光学像が結像される複数のセンサ部からなる撮像エリア、前記センサ部において光電変換によって得た信号電荷を垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスに基づいて垂直転送する垂直転送部、前記垂直転送部から転送された信号電荷を水平転送電極に印加される水平転送ドライブパルスに基づいて水平転送する水平転送部、および前記水平転送された前記信号電荷に対応する撮像信号を出力する出力部を具備する固体撮像素子と、
P(Pは5以上の正の整数)相による垂直転送駆動時に、前記垂直転送電極に印加される垂直転送ドライブパルスによる連続してオンしたP−2個の転送チャネルの並びで形成される、前記信号電荷を転送するためのチャージパケットの1単位ごとに、垂直転送方向において前記チャージパケットより前方にある1個分の転送チャネルをオンするとともに、前記チャージパケットの最後端にある1個分の転送チャネルがオフするように垂直転送パルスを生成することで、垂直転送方向に連続してオンしたP−2個の垂直転送パルスにオン期間のオーバーラップをとった状態で垂直転送を行なうタイミング信号生成部と、
前記タイミング信号生成部により生成された前記垂直転送パルスに基づく垂直転送ドライブパルスを前記固体撮像素子の前記垂直転送電極に入力する駆動部と
を備えているカメラシステム。 An imaging lens that captures an optical image of the subject;
An imaging area composed of a plurality of sensor units on which optical images of the subject captured by the imaging lens are formed, and a signal charge obtained by photoelectric conversion in the sensor unit as a vertical transfer drive pulse applied to a vertical transfer electrode A vertical transfer unit that vertically transfers the signal charge, a horizontal transfer unit that horizontally transfers the signal charge transferred from the vertical transfer unit based on a horizontal transfer drive pulse applied to a horizontal transfer electrode, and the horizontally transferred signal charge A solid-state imaging device having an output unit that outputs an imaging signal corresponding to
In the vertical transfer driving by the P (P is a positive integer of 5 or more) phase, it is formed by an array of P-2 transfer channels that are continuously turned on by the vertical transfer drive pulse applied to the vertical transfer electrode. For each unit of the charge packet for transferring the signal charge, one transfer channel in front of the charge packet is turned on in the vertical transfer direction, and one charge packet at the end of the charge packet is turned on. A timing signal for performing vertical transfer with P-2 vertical transfer pulses continuously turned on in the vertical transfer direction being overlapped with the ON period by generating vertical transfer pulses so that the transfer channel is turned off A generator,
And a driving unit that inputs a vertical transfer drive pulse based on the vertical transfer pulse generated by the timing signal generation unit to the vertical transfer electrode of the solid-state imaging device.
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