JP2010193114A - Solid-state imaging apparatus, method of driving the same, and electronic information apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accelerate the transfer of signal charges in a VCCD part without inviting image quality degradation due to leaving the signal charges behind, to improve the transfer efficiency of a CCD and to reduce image defects such as vertical lines. <P>SOLUTION: Behind a VCCD transfer packet TPa for transferring the signal-read signal charges, a VCCD recovery packet TBa for recovering remaining charges left behind when transferring the signal charges by the VCCD transfer packet at an optional interval is generated. When the signal charge is left behind from the VCCD transfer packet of the transfer destination of the signal charges, it is recovered by the VCCD recovery packet behind and merged with the signal charges stored in the original VCCD transfer packet in an HCCD part 1b. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置およびその駆動方法、並びに電子情報機器に関し、特に、高いVCCD転送効率を有する固体撮像装置、固体撮像装置におけるVCCD転送効率を向上させる駆動方法、およびこのような固体撮像装置を用いた、ディジタルスチルカメラ(Digital Still Camera:DSC)などの電子情報機器に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device, a driving method thereof, and an electronic information device, and more particularly to a solid-state imaging device having high VCCD transfer efficiency, a driving method for improving VCCD transfer efficiency in a solid-state imaging device, and such a solid-state imaging device. The present invention relates to an electronic information device such as a digital still camera (DSC).

一般的な高画素DSCカメラには、固体撮像装置としてインターレース方式CCDイメージセンサ(以下、CCD素子ともいう。)が使われている(例えば、特許文献1)。   A general high-pixel DSC camera uses an interlaced CCD image sensor (hereinafter also referred to as a CCD element) as a solid-state imaging device (for example, Patent Document 1).

近年では、カメラの高解像度化や小型化の要望がさらに進んでおり、これに応えるために、CCD素子自体の高画素化と単位画素セルの縮小化が進んできた。   In recent years, there has been a further demand for higher resolution and smaller size of cameras, and in order to meet this demand, the number of pixels of the CCD element itself and the size of unit pixel cells have been reduced.

このような高画素化と単位画素セルの縮小化を実現させるために、CCD素子の面積をより有効に利用できるような面積効率の高い素子設計と駆動方法が求められるようになり、このような要求に応えて、電荷転送を多数フィールド駆動により行うCCDイメージセンサが開発されてきている。   In order to realize such an increase in the number of pixels and a reduction in unit pixel cells, an element design and driving method with high area efficiency that can more effectively use the area of the CCD element has been required. In response to demands, CCD image sensors that perform charge transfer by a large number of field drives have been developed.

つまり、CCD素子では、その表面領域のほとんどが、受光部(フォトダイオード部)と垂直電荷転送部(VCCD部)とで占有されており、CCD素子の表面領域でこれらの占める部分を効率よく配分することがより高効率の素子設計を実現可能とする。   That is, in the CCD element, most of the surface area is occupied by the light receiving part (photodiode part) and the vertical charge transfer part (VCCD part), and these occupied parts are efficiently distributed in the surface area of the CCD element. This makes it possible to realize a more efficient element design.

DSC用CCDイメージセンサについては、その開発当初は、画素数も少なく、単位セル面積も大きかったため、2フィールド読み出し方式が主流であった。   As for the CCD image sensor for DSC, since the number of pixels was small and the unit cell area was large at the beginning of development, the two-field readout method was mainly used.

この2フィールド読み出し方式のCCDイメージセンサでは、VCCD部の1つの電荷格納領域、つまり信号電荷を転送する電荷転送パケットは、受光画素の2画素分にわたって隣接する転送ゲート電極(以下、単に転送ゲートともいう。)を用いて形成される。この場合、2つの受光画素の信号電荷は、受光画素からVCCD部への信号電荷の読み出しとVCCD部での信号電荷の転送とをそれぞれ1サイクルの素子動作として、この素子動作を2回行うことで読み出される。つまり、この2サイクルの素子動作により1画面分の全ての受光画素の信号電荷が画素信号として読み出されることになる。   In this two-field readout type CCD image sensor, one charge storage region of the VCCD unit, that is, a charge transfer packet for transferring a signal charge, is a transfer gate electrode (hereinafter simply referred to as a transfer gate) adjacent to two light receiving pixels. ). In this case, the signal charges of the two light-receiving pixels are read twice from the light-receiving pixel to the VCCD unit and the signal charge is transferred from the VCCD unit, and each element operation is performed twice. Is read out. That is, the signal charges of all the light-receiving pixels for one screen are read out as pixel signals by this two-cycle element operation.

その後、カメラの小形化や高画素化に伴い単位セル面積の縮小化が必要になってくると、CCD素子の感度性能を保持するために、受光画素領域(つまりフォトダイオードの占める領域)はなるべく大きな面積を確保して、転送領域(VCCD部の占める領域)をなるべく細く設定する必要が生じてきた。   Thereafter, when the unit cell area needs to be reduced as the camera becomes smaller and the number of pixels is increased, the light receiving pixel region (that is, the region occupied by the photodiode) is as much as possible in order to maintain the sensitivity performance of the CCD element. It has become necessary to secure a large area and set the transfer area (area occupied by the VCCD portion) as thin as possible.

しかしながら、単純にVCCD部の幅を細くした場合には、VCCD部で取り扱う電荷量が減少してしまうため、カメラ性能として飽和出力レベルの低下、つまりダイナミックレンジの低下が発生するという問題があった。   However, if the width of the VCCD unit is simply narrowed, the amount of charge handled by the VCCD unit is reduced, so that there is a problem that the saturation output level is lowered as the camera performance, that is, the dynamic range is lowered. .

このような問題に対する対応策として、VCCD部の長さ方向に割当てられているサイズ、つまりVCCD部の長さ方向のスペースを有効活用する方法が考えられている。   As a countermeasure against such a problem, a method of effectively utilizing the size allocated in the length direction of the VCCD portion, that is, the space in the length direction of the VCCD portion is considered.

言い換えると、前述の2フィールド読み出し方式に代えて、VCCD部の長さ方向のスペースを有効に利用できる3フィールド読み出し方式と呼ばれる方式が用いられるようになってきている。   In other words, in place of the above-described two-field reading method, a method called a three-field reading method that can effectively use the space in the length direction of the VCCD unit has come to be used.

この3フィールド読み出し方式では、VCCD部の1つの電荷格納部(電荷転送パケット)は、受光画素の3画素分にわたって隣接するゲートを用いて形成される。この場合、隣接する3つの受光画素の画素信号は、3回の素子動作に分けて読み出される。   In this three-field readout method, one charge storage part (charge transfer packet) of the VCCD part is formed by using adjacent gates for three pixels of the light receiving pixels. In this case, the pixel signals of three adjacent light receiving pixels are read out in three element operations.

同様に、さらなる高画素化、単位セルの縮小化が進むにつれて、DSC用CCDイメージセンサの駆動方式は、4フィールド読み出し方式、5フィールド読み出し方式、6フィールド読み出し方式へと移行してきている(例えば、特許文献2、3)。   Similarly, as the number of pixels is further increased and the unit cell size is further reduced, the driving method of the CCD image sensor for DSC has shifted to a four-field reading method, a five-field reading method, and a six-field reading method (for example, Patent Documents 2 and 3).

図14は、従来の6フィールド読み出し方式のCCD素子(固体撮像装置)を説明する図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating a conventional 6-field readout type CCD element (solid-state imaging device).

図14に示すCCD素子20の撮像領域20aには、被写体からの入射光を光電変換する受光画素を配列してなる受光画素列50a〜50dと、該受光画素から読み出した信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部(VCCD部)500a〜500dとが交互に配置されている。   In the imaging region 20a of the CCD element 20 shown in FIG. 14, light receiving pixel columns 50a to 50d in which light receiving pixels that photoelectrically convert incident light from a subject are arranged, and signal charges read from the light receiving pixels are vertically aligned. Vertical charge transfer units (VCCD units) 500a to 500d for transfer are alternately arranged.

ここで、各受光画素列50a〜50dは、撮像画面の垂直方向に沿って一列に配列された受光画素PD1〜PD12からなり、各VCCD部500a〜500dは、対応する受光画素列の受光画素PD1〜PD12から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する転送ゲート電極(垂直転送ゲート)を有している。これらの垂直転送ゲートは、受光画素から読み出した信号電荷を垂直方向に転送する電荷転送パケットを形成するものである。   Here, each of the light receiving pixel columns 50a to 50d includes light receiving pixels PD1 to PD12 arranged in a line along the vertical direction of the imaging screen, and each of the VCCD units 500a to 500d includes the light receiving pixel PD1 of the corresponding light receiving pixel column. ~ Having a transfer gate electrode (vertical transfer gate) for reading out signal charges from the PD 12 and transferring them in the vertical direction. These vertical transfer gates form charge transfer packets for transferring the signal charges read from the light receiving pixels in the vertical direction.

また、上記撮像領域20aの一端側には、各VCCD部500a〜500dから転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部(HCCD部)20bが配置されている。   Further, a horizontal charge transfer unit (HCCD unit) 20b that transfers the signal charges transferred from the VCCD units 500a to 500d in the horizontal direction is disposed on one end side of the imaging region 20a.

具体的には、上記各受光画素列50a〜50dの受光画素PD1〜PD12は、フォトダイオードにより構成され、受光画素列50aにおける受光画素PD1、PD3、PD5、PD7、PD9、PD11には、それぞれが、G(グリーン)画素を構成するようその上に緑色カラーフィルタが配置されている。また、受光画素列50aにおける受光画素PD2、PD4、PD6、PD8、PD10、PD12には、それぞれが、B(ブルー)画素を構成するようその上に青色カラーフィルタが配置されている。   Specifically, the light receiving pixels PD1 to PD12 of each of the light receiving pixel rows 50a to 50d are configured by photodiodes, and each of the light receiving pixels PD1, PD3, PD5, PD7, PD9, and PD11 in the light receiving pixel row 50a includes , G (green) pixels are arranged on the green color filter. In addition, a blue color filter is disposed on each of the light receiving pixels PD2, PD4, PD6, PD8, PD10, and PD12 in the light receiving pixel row 50a so as to constitute a B (blue) pixel.

また、受光画素列50bにおける受光画素PD1、PD3、PD5、PD7、PD9、PD11には、それぞれが、R(レッド)画素を構成するようその上に赤色カラーフィルタが配置されている。また、受光画素列50bにおける受光画素PD2、PD4、PD6、PD8、PD10、PD12には、それぞれが、G(グリーン)画素を構成するようその上に緑色カラーフィルタが配置されている。   In addition, a red color filter is disposed on each of the light receiving pixels PD1, PD3, PD5, PD7, PD9, and PD11 in the light receiving pixel row 50b so as to constitute an R (red) pixel. Further, a green color filter is disposed on each of the light receiving pixels PD2, PD4, PD6, PD8, PD10, and PD12 in the light receiving pixel row 50b so as to constitute a G (green) pixel.

なお、図14に示す受光画素列50cにおけるカラーフィルタの配置は、上記受光画素列50aにおけるものと同一であり、図14に示す受光画素列50dにおけるカラーフィルタの配置は、上記受光画素列50bにおけるものと同一である。   The arrangement of the color filters in the light receiving pixel column 50c shown in FIG. 14 is the same as that in the light receiving pixel column 50a. The arrangement of the color filters in the light receiving pixel column 50d shown in FIG. Is the same.

また、図15は、上記撮像領域20aの受光画素列に対応するVCCD部での転送ゲートの配列を説明する図であり、この転送ゲートの配列とともに、VCCD部500aにて電荷転送パケットにより信号電荷が転送される様子を示している。   FIG. 15 is a diagram for explaining the arrangement of transfer gates in the VCCD unit corresponding to the light receiving pixel column in the imaging region 20a. Together with the arrangement of transfer gates, signal charges are transferred by the charge transfer packet in the VCCD unit 500a. Shows the state of being transferred.

ここでは、受光画素列50aの各受光画素PD1〜PD12に対して2つの転送ゲートが設けられている。   Here, two transfer gates are provided for each of the light receiving pixels PD1 to PD12 of the light receiving pixel row 50a.

例えば、受光画素PD1に対しては第1および第2の転送ゲート501および502が設けられており、同様に受光画素PD2、PD3、PD4、PD5、PD6に対しては、第3および第4の転送ゲート503および504、第5および第6の転送ゲート505および506、第7および第8の転送ゲート507および508、第9および第10の転送ゲート509および510、第11および第12の転送ゲート511および512が設けられている。   For example, first and second transfer gates 501 and 502 are provided for the light receiving pixel PD1, and similarly, the third and fourth transfer gates are provided for the light receiving pixels PD2, PD3, PD4, PD5, and PD6. Transfer gates 503 and 504, fifth and sixth transfer gates 505 and 506, seventh and eighth transfer gates 507 and 508, ninth and tenth transfer gates 509 and 510, eleventh and twelfth transfer gates 511 and 512 are provided.

さらに、受光画素列50aの受光素子PD7、PD8、PD9、PD10、PD11、PD12に対しては、第1および第2の転送ゲート513および514、第3および第4の転送ゲート515および516、第5および第6の転送ゲート517および518、第7および第8の転送ゲート519および520、第9および第10の転送ゲート521および522、第11および第12の転送ゲート523および524が設けられている。   Further, for the light receiving elements PD7, PD8, PD9, PD10, PD11, PD12 of the light receiving pixel column 50a, the first and second transfer gates 513 and 514, the third and fourth transfer gates 515 and 516, the first 5th and 6th transfer gates 517 and 518, 7th and 8th transfer gates 519 and 520, 9th and 10th transfer gates 521 and 522, 11th and 12th transfer gates 523 and 524 are provided. Yes.

また、他の受光画素列50b〜50dの各受光画素PD1〜PD12に対しても、上記受光画素列50aの受光素子PD1〜PD12と同様に、受光画素PD1〜PD6に対する第1〜第12の転送ゲート501〜512と、受光素子PD7〜PD12に対する第1〜第12の転送ゲート513〜524が設けられている。   Similarly to the light receiving elements PD1 to PD12 of the light receiving pixel column 50a, the first to twelfth transfers to the light receiving pixels PD1 to PD6 are performed for the light receiving pixels PD1 to PD12 of the other light receiving pixel columns 50b to 50d. Gates 501 to 512 and first to twelfth transfer gates 513 to 524 for the light receiving elements PD7 to PD12 are provided.

また、VCCD部500aのHCCD側端には、VCCD部500aからHCCD部20bへ信号電荷の転送が可能な状態と、VCCD部500aからHCCD部20bへの信号電荷の転送が不可能な状態とを切り替えるためのバリアゲート501aが設けられている。   Further, at the HCCD side end of the VCCD unit 500a, there are a state in which signal charges can be transferred from the VCCD unit 500a to the HCCD unit 20b and a state in which signal charges cannot be transferred from the VCCD unit 500a to the HCCD unit 20b. A barrier gate 501a for switching is provided.

ここでは、受光画素PD1〜PD6に対する第1〜第12の転送ゲート501〜512には、第1〜第12の駆動信号(以下CCD駆動信号ともいう。)ΦV1〜ΦV12が印加され、同様に、受光画素PD7〜PD12に対する第1〜第12の転送ゲート513〜524には、第1〜第12の駆動信号ΦV1〜ΦV12が印加され、バリアゲート501aには第12の駆動信号ΦV12が印加されるようになっている。   Here, the first to twelfth transfer gates 501 to 512 for the light receiving pixels PD1 to PD6 are applied with the first to twelfth drive signals (hereinafter also referred to as CCD drive signals) ΦV1 to ΦV12. The first to twelfth transfer gates 513 to 524 for the light receiving pixels PD7 to PD12 are applied with the first to twelfth drive signals ΦV1 to ΦV12, and the barrier gate 501a is applied with the twelfth drive signal ΦV12. It is like that.

次に、上記固体撮像装置の動作について説明する。   Next, the operation of the solid-state imaging device will be described.

上記各VCCD部500a〜500dの転送ゲートにCCD駆動信号ΦV1〜ΦV12が印加されると、以下のとおり、タイミングt’0〜t’23の間に、隣接する6つの受光画素のうちの1つの信号電荷、例えば受光画素PD1〜PD6のうちの受光画素PD1の信号電荷が、各VCCD部500a〜500dからHCCD部20bに転送され、さらにその後の期間に、VCCD部500a〜500dからHCCD部20bにて転送された信号電荷が、HCCD部20bにて水平方向に転送される。その後の同様のタイミング期間に、隣接する6つの受光画素のうちの1つの信号電荷、例えば受光画素PD7〜PD12のうちの受光画素PD7の信号電荷が各VCCD500a〜500dからHCCD部20bに転送され、さらに、VCCD部500a〜500dからの信号電荷がHCCD部20bにて水平方向に転送される。   When the CCD drive signals ΦV1 to ΦV12 are applied to the transfer gates of the VCCD units 500a to 500d, one of six adjacent light receiving pixels between timings t′0 to t′23 is as follows. The signal charge, for example, the signal charge of the light receiving pixel PD1 among the light receiving pixels PD1 to PD6 is transferred from the respective VCCD units 500a to 500d to the HCCD unit 20b, and in the subsequent period, from the VCCD units 500a to 500d to the HCCD unit 20b. The signal charges transferred in this way are transferred in the horizontal direction by the HCCD unit 20b. In the same timing period thereafter, one signal charge of the six adjacent light receiving pixels, for example, the signal charge of the light receiving pixel PD7 of the light receiving pixels PD7 to PD12 is transferred from each VCCD 500a to 500d to the HCCD unit 20b. Further, signal charges from the VCCD units 500a to 500d are transferred in the horizontal direction by the HCCD unit 20b.

具体的には、図15に示すように、6フィールド読み出しのゲート構成(12相駆動)の場合、転送ゲート501〜524は、駆動信号ΦV1〜ΦV12により、12枚の転送ゲートを1サイクル単位(1垂直転送周期)として、受光画素6画素分にまたがって、1つの電荷転送パケット(電荷蓄積領域)TPと、転送パケットバリア(電荷バリア領域)TBとが形成されるよう、転送ゲート下の電荷転送領域にポテンシャル分布を形成する。   Specifically, as shown in FIG. 15, in the case of a 6-field readout gate configuration (12-phase drive), the transfer gates 501 to 524 are configured to transfer 12 transfer gates in units of one cycle (by a drive signal ΦV1 to ΦV12). As one vertical transfer cycle), the charge under the transfer gate is formed so that one charge transfer packet (charge storage region) TP and transfer packet barrier (charge barrier region) TB are formed across six light receiving pixels. A potential distribution is formed in the transfer region.

このとき、例えば、VCCD部500aの転送ゲートのしたのポテンシャル状態は、図15に示すように、信号電荷を蓄積する領域としての電荷転送パケット(色塗りされた領域)TPと、隣接する蓄積領域間を分離するバリア領域(色塗されていない領域が)TBとが形成されている。   At this time, for example, the potential state of the transfer gate of the VCCD unit 500a is, as shown in FIG. 15, a charge transfer packet (colored region) TP as a region for storing signal charges and an adjacent storage region. A barrier region (a non-colored region) TB separating the gaps is formed.

ここで、初期状態はタイミングt’0で示されており、このときそのVCCD部の転送ゲート下のポテンシャルでは、駆動信号ΦV1〜ΦV6が印加される第1〜第6の転送ゲート下の領域が、電荷転送パケット(蓄積領域)TRとなっており、駆動信号ΦV7〜ΦV12が印加される第7〜第12の転送ゲート下の領域が、バリア領域TBとなっている。   Here, the initial state is indicated by timing t′0. At this time, the potential under the transfer gate of the VCCD unit includes the regions under the first to sixth transfer gates to which the drive signals ΦV1 to ΦV6 are applied. , A charge transfer packet (accumulation region) TR, and regions under the seventh to twelfth transfer gates to which the drive signals ΦV7 to ΦV12 are applied are barrier regions TB.

次に、タイミングt’1では、そのVCCD部の転送ゲート下のポテンシャルは、駆動信号ΦV1〜ΦV6、ΦV12が印加される第1〜第6、第12の転送ゲート下の領域が、電荷転送パケット(蓄積領域)となっており、駆動信号ΦV7〜ΦV11が印加される第7〜第11の転送ゲート下の領域がバリア領域となっている。   Next, at the timing t′1, the potential under the transfer gate of the VCCD portion is that the regions under the first to sixth and twelfth transfer gates to which the drive signals ΦV1 to ΦV6 and ΦV12 are applied are charge transfer packets. (Accumulation region), and regions under the seventh to eleventh transfer gates to which the drive signals ΦV7 to ΦV11 are applied are barrier regions.

さらにその後、時間の経過とともに、つまり、タイミングt’2、t’3・・・・t’23にて、第1〜第12の転送ゲート501〜512は、ゲート電圧を制御する駆動パルス(駆動信号)ΦV1〜ΦV12の印加によって、ゲート下ポテンシャルがコントロールされると、電荷転送パケット(蓄積領域)TPをHCCD部20bの方へ移動させていく。   Thereafter, as time elapses, that is, at timings t′2, t′3,... T′23, the first to twelfth transfer gates 501 to 512 drive pulses (drives) that control the gate voltage. When the potential under the gate is controlled by applying the signals ΦV1 to ΦV12, the charge transfer packet (accumulation region) TP is moved toward the HCCD unit 20b.

このような動作により、1フィールド分の信号電荷が固体撮像装置20から出力されると、続いて、残りの5フィールド分の信号電荷が同様にして順次固体撮像装置から出力される。このようにして6フィールド分の信号電荷が読み出されると、1画面分の信号電荷がすべて読み出されたこととなる。   With this operation, when signal charges for one field are output from the solid-state imaging device 20, the signal charges for the remaining five fields are successively output from the solid-state imaging device in the same manner. When the signal charges for six fields are read in this way, all the signal charges for one screen are read.

特開平10−327354号公報JP 10-327354 A 特開平10−136244号公報JP-A-10-136244 特許第4078741号公報Japanese Patent No. 4078741

ところで、上記のような多フィールド読み出し方式のメリットは、前述したとおりVCCD部(垂直転送部)の面積効率、つまりVCCD部の占有面積に対する、電荷転送に利用される面積の比率を向上できることであるが、その反面、デメリットとして1画面の全画素分の信号電荷(画素信号)を読み出すのに時間がかかる点が挙げられる。   By the way, as described above, the merit of the multi-field readout method is that the area efficiency of the VCCD unit (vertical transfer unit), that is, the ratio of the area used for charge transfer to the occupied area of the VCCD unit can be improved. However, as a disadvantage, it takes time to read out signal charges (pixel signals) for all pixels of one screen.

具体的には、VCCD部の転送ゲートを12相駆動信号により駆動して6フィールド読み出し動作を行うCCD素子では、1回の垂直方向の電荷転送と1回の水平方向の電荷転送のこれら一連の動作によって、全受光画素のうちの1/6の受光画素の画素信号が読み出されることとなる。したがって、全ての受光画素の画素信号を読み出すためには、同様な動作を、信号電荷を読み出す受光画素を替えて6回繰り返す必要がある。   Specifically, in a CCD device that performs a six-field read operation by driving the transfer gate of the VCCD section using a 12-phase drive signal, a series of these charge transfer in one vertical direction and charge transfer in one horizontal direction. By the operation, the pixel signal of 1/6 of the light receiving pixels out of all the light receiving pixels is read out. Therefore, in order to read out the pixel signals of all the light receiving pixels, it is necessary to repeat the same operation six times by changing the light receiving pixels from which the signal charges are read.

そこで、全ての受光画素の読出しにかかる時間を短くするめには、VCCD部での転送動作自体の高速化を行う必要があり、このようなVCCD部での電荷転送の高速化を図ると、VCCD部で形成される電荷転送パケットからの信号電荷の取り残し量が増大することとなり、転送劣化として縦線等の画質の劣化が発生するという問題があった。   Therefore, in order to shorten the time required for reading all the light receiving pixels, it is necessary to increase the speed of the transfer operation itself in the VCCD unit. As a result, the remaining amount of signal charges from the charge transfer packet formed in the portion increases, and there is a problem that image quality deterioration such as vertical lines occurs as transfer deterioration.

特に、信号電荷の全体量が少ない暗い画像の撮像時には、光電変換により発生した信号電荷の全体量に対する、転送途中での信号電荷の取り残し量に対する比率が大きくなり、画質劣化が顕著なものとなる。   In particular, when capturing a dark image with a small total amount of signal charge, the ratio of the total amount of signal charge generated by photoelectric conversion to the amount of signal charge left in the middle of transfer increases, and image quality degradation becomes significant. .

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、VCCD部での信号電荷の転送を、信号電荷の取り残しによる画質劣化を招くことなく高速化することができる固体撮像装置およびその駆動方法、並びにこのような固体撮像装置を搭載した電子情報機器を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of speeding up the transfer of signal charges in the VCCD unit without incurring image quality deterioration due to leaving of signal charges. It is an object of the present invention to obtain an apparatus, a driving method thereof, and an electronic information device equipped with such a solid-state imaging device.

本発明に係る固体撮像装置は、入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光画素と、該各受光画素から読み出された信号電荷を格納する電荷転送パケットを生成し、該電荷転送パケットの移動により該信号電荷を転送する電荷転送部と、該電荷転送部を駆動制御する駆動制御部とを備え、該駆動制御部は、該電荷転送部にて、該電荷転送パケットに続いて移動し、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送の際に取り残された取り残し電荷を回収する、少なくとも1以上の電荷回収パケットが発生し、決められたタイミングで、該電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、該電荷回収パケットにより回収された信号電荷とが合流するよう、該電荷転送部を駆動制御するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The solid-state imaging device according to the present invention generates a plurality of light receiving pixels that generate signal charges by photoelectric conversion of incident light, and generates a charge transfer packet that stores signal charges read from the light receiving pixels, and transfers the charges. A charge transfer unit that transfers the signal charge by movement of a packet; and a drive control unit that drives and controls the charge transfer unit. The drive control unit follows the charge transfer packet in the charge transfer unit. At least one or more charge recovery packet that moves and recovers the remaining charge left during the transfer of the signal charge by the charge transfer packet is generated and stored in the charge transfer packet at a predetermined timing The charge transfer unit is driven and controlled so that the signal charge and the signal charge collected by the charge collection packet are merged, thereby achieving the above object.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記複数の受光画素は行列状に配列されており、前記電荷転送部は、前記各受光画素列に対応して設けられ、対応する受光画素列の受光画素から読み出された信号電荷を該電荷転送パケットに格納して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、該垂直電荷転送部から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを備え、前記駆動制御部は、該垂直電荷転送部にて、該電荷転送パケットに続いて移動し、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送の際に取り残された取り残し電荷を回収する、少なくとも1以上の電荷回収パケットが発生するよう、該垂直電荷転送部を駆動制御することが好ましい。   According to the present invention, in the solid-state imaging device, the plurality of light receiving pixels are arranged in a matrix, and the charge transfer unit is provided corresponding to each light receiving pixel column, and the light receiving pixels of the corresponding light receiving pixel column A vertical charge transfer unit that stores the signal charge read from the packet in the charge transfer packet and transfers it in the vertical direction, and a horizontal charge transfer unit that transfers the signal charge transferred from the vertical charge transfer unit in the horizontal direction And the drive control unit moves in the vertical charge transfer unit following the charge transfer packet, and collects the remaining charge left when the signal charge is transferred by the charge transfer packet. It is preferable to drive and control the vertical charge transfer unit so that the above charge collection packet is generated.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動制御部は、該垂直電荷転送部にて生成された電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、その後続の電荷回収パケットにより回収された取り残し電荷とが、前記水平電荷転送部にて合流するよう、該垂直電荷転送部を駆動制御することが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the aspect of the invention, the drive control unit may include the signal charge stored in the charge transfer packet generated by the vertical charge transfer unit and the remaining charge collected by the subsequent charge collection packet. It is preferable to drive and control the vertical charge transfer unit so that the horizontal charge transfer unit merges.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動制御部は、該垂直電荷転送部にて生成された電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、その後続の電荷回収パケットにより回収された取り残し電荷とが、該垂直電荷転送部にて合流するよう、該垂直電荷転送部を駆動制御することが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the aspect of the invention, the drive control unit may include the signal charge stored in the charge transfer packet generated by the vertical charge transfer unit and the remaining charge collected by the subsequent charge collection packet. It is preferable to drive and control the vertical charge transfer unit so that the vertical charge transfer unit merges.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動制御部は、前記垂直電荷転送部の駆動制御により、前記電荷転送パケットに続く前記電荷回収パケットが該電荷転送パケットに追いつくよう、一定期間の間、該電荷転送パケットと該電荷回収パケットとの相対移動速度を特定の速度に保持することが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the drive control unit is configured to perform a certain period of time so that the charge recovery packet following the charge transfer packet catches up with the charge transfer packet by driving control of the vertical charge transfer unit. It is preferable to maintain the relative movement speed between the charge transfer packet and the charge collection packet at a specific speed.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動制御部は、前記垂直電荷転送部の駆動制御により、前記電荷転送パケットに続く前記電荷回収パケットが該電荷転送パケットに追いつくよう、一定期間の間、該電荷転送パケットの移動を停止させることが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the drive control unit is configured to perform a certain period of time so that the charge recovery packet following the charge transfer packet catches up with the charge transfer packet by driving control of the vertical charge transfer unit. It is preferable to stop the movement of the charge transfer packet.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動制御部は、前記垂直電荷転送部の駆動制御により、前記電荷転送パケットに続く前記電荷回収パケットが該電荷転送パケットに追いつくよう、一定期間の間、該電荷回収パケットの移動速度を該電荷転送パケットの移動速度より大きな速度に保持することが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the drive control unit is configured to perform a certain period of time so that the charge recovery packet following the charge transfer packet catches up with the charge transfer packet by driving control of the vertical charge transfer unit. It is preferable to keep the movement speed of the charge collection packet at a speed larger than the movement speed of the charge transfer packet.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記電荷転送部は、前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との間に設けられ、該垂直電荷転送部から転送されてきた信号電荷を一時的に蓄積する電荷転送バッファ部を備え、前記駆動制御部は、該垂直電荷転送部にて生成された電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、その後続の電荷回収パケットにより回収された取り残し電荷とが、該電荷転送バッファ部にて合流するよう、該電荷転送部を駆動制御することが好ましい。   According to the present invention, in the solid-state imaging device, the charge transfer unit is provided between the vertical charge transfer unit and the horizontal charge transfer unit, and temporarily receives a signal charge transferred from the vertical charge transfer unit. A charge transfer buffer unit for accumulating, the drive control unit comprising: a signal charge stored in a charge transfer packet generated by the vertical charge transfer unit; and a remaining charge recovered by a subsequent charge recovery packet; However, it is preferable to drive and control the charge transfer unit so that the charge transfer buffer unit merges.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記電荷転送部は、前記受光画素の信号電荷を垂直方向に転送する1回の垂直転送動作と、該受光画素の信号電荷を水平方向に転送する1回の水平転送動作とを1回の読み出し動作として、該読み出し動作を6回以上行って、全受光画素の信号電荷を読み出す6フィールド読み出し動作を行うものであり、該電荷転送部を構成する垂直電荷転送部は、各受光画素に対して2つの転送ゲート電極を割当て、隣接する6つの受光画素に対応する12個の転送ゲート電極を1垂直転送周期として、該1垂直転送周期内に前記電荷転送パケットとその後続の電荷回収パケットとを生成するよう構成されていることが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the charge transfer unit transfers the signal charge of the light receiving pixel in the vertical direction once, and transfers the signal charge of the light receiving pixel in the horizontal direction once. The horizontal transfer operation is a single read operation, and the read operation is performed six times or more to perform a six-field read operation for reading the signal charges of all the light receiving pixels, and the vertical charges constituting the charge transfer unit The transfer unit assigns two transfer gate electrodes to each light receiving pixel, and sets the 12 transfer gate electrodes corresponding to the six adjacent light receiving pixels as one vertical transfer period, and transfers the charge within the one vertical transfer period. Preferably, the packet and subsequent charge recovery packet are configured to be generated.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動制御部は、前記垂直電荷転送部にて生成された電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、その後続の電荷回収パケットにより回収された取り残し電荷とが、該垂直電荷転送部にて、最後の1垂直転送周期内で合流するよう、該垂直電荷転送部を駆動制御することが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the aspect of the invention, the drive control unit may include the signal charge stored in the charge transfer packet generated by the vertical charge transfer unit and the remaining charge recovered by the subsequent charge recovery packet. It is preferable to drive and control the vertical charge transfer unit so that the vertical charge transfer unit merges in the last one vertical transfer period.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記水平転送部から転送されてきた信号電荷を、電圧信号である画素信号に変換して出力する出力部を備え、前記駆動制御部は、該出力部から出力される画素信号に基づいて、前記垂直電荷転送部の動作モードが、前記受光画素で生成される信号電荷の量が多いときに、前記受光画素から読み出された信号電荷を転送する電荷転送パケットのみを発生する第1転送モードとなり、該受光画素で生成される信号電荷の量が少ないときに、該電荷転送パケットとともに、前記取り残し電荷を回収する電荷回収パケットを発生する第2の転送モードとなるよう、該垂直電荷転送部を制御することが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the aspect of the invention, the solid-state imaging device includes an output unit that converts the signal charge transferred from the horizontal transfer unit into a pixel signal that is a voltage signal and outputs the pixel signal. Charge transfer for transferring the signal charge read from the light receiving pixel when the operation mode of the vertical charge transfer unit is large in the amount of signal charge generated in the light receiving pixel based on the output pixel signal A second transfer mode for generating a charge recovery packet for recovering the remaining charge together with the charge transfer packet when the amount of signal charge generated by the light receiving pixel is small. It is preferable to control the vertical charge transfer unit so that

本発明は、上記固体撮像装置において、前記受光画素で生成される信号電荷の量を調整する信号電荷調整部を備えていることが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the aspect of the invention, it is preferable that the solid-state imaging device includes a signal charge adjusting unit that adjusts the amount of signal charge generated by the light receiving pixels.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記受光画素は、半導体基板の表面に形成され、入射光を光電変換するフォトダイオードを含み、前記信号電荷調整部は、該半導体基板の裏面側に形成され、該各フォトダイオードで生成された信号電荷を引き抜くためのオーバーフロードレイン部を有し、前記駆動制御部は、該オーバーフロードレイン部に印加する制御電圧を、前記該出力部から出力される画素信号に基づいて調整することが好ましい。   According to the present invention, in the solid-state imaging device, the light receiving pixel is formed on a surface of a semiconductor substrate, includes a photodiode that photoelectrically converts incident light, and the signal charge adjusting unit is formed on a back surface side of the semiconductor substrate. And an overflow drain portion for extracting signal charges generated by the photodiodes, and the drive control portion applies a control voltage applied to the overflow drain portion to a pixel signal output from the output portion. It is preferable to adjust based on this.

本発明は、上記固体撮像装置において、前記駆動制御部は、該垂直電荷転送部にて、該電荷転送パケットの後方に続いて移動し、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送の際に取り残された取り残し電荷を回収する、隣接した2つの電荷回収パケットが発生するよう、該垂直電荷転送部を駆動制御することが好ましい。   According to the present invention, in the solid-state imaging device, the drive control unit moves behind the charge transfer packet in the vertical charge transfer unit, and is left behind when the signal charge is transferred by the charge transfer packet. It is preferable to drive and control the vertical charge transfer unit so that two adjacent charge collection packets for collecting the remaining charges are generated.

本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光画素と、各受光画素から読み出された信号電荷を格納する電荷転送パケットを生成し、該電荷転送パケットの移動により該信号電荷を転送する電荷転送部とを備えた固体撮像装置を駆動する方法であって、該電荷転送部にて、該電荷転送パケットの後方に続いて移動し、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送の際に取り残された取り残し電荷を回収する、少なくとも1以上の電荷回収パケットが発生し、決められたタイミングで、該電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、該電荷回収パケットに格納されている信号電荷とが合流するよう、該電荷転送部を駆動するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   A driving method of a solid-state imaging device according to the present invention generates a plurality of light receiving pixels that generate signal charges by photoelectric conversion of incident light, and a charge transfer packet that stores signal charges read from each light receiving pixel, A solid-state imaging device including a charge transfer unit that transfers the signal charge by movement of a charge transfer packet, wherein the charge transfer unit moves behind the charge transfer packet, and At least one or more charge recovery packets for recovering the remaining charges left during the transfer of the signal charges by the charge transfer packets are generated, and at a determined timing, the signal charges stored in the charge transfer packets, The charge transfer unit is driven so that the signal charge stored in the charge recovery packet is merged, thereby achieving the above object.

本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明に係る固体撮像装置であり、そのことにより上記目的が達成される。   An electronic information device according to the present invention is an electronic information device including an imaging unit that captures an image of a subject, and the imaging unit is the above-described solid-state imaging device according to the present invention. Is done.

以下本発明の作用について説明する。   The operation of the present invention will be described below.

本発明においては、信号読出しした電荷を転送する電荷転送パケットの後方に、任意の間隔で、先の電荷転送パケットで取り残した信号電荷を回収する電荷回収パケットを発生させ、先の電荷転送パケットによる信号電荷の転送時に信号電荷の取り残しがあった場合、これを後方の電荷回収パケットで回収して、両パケットの信号電荷を合流させるので、信号電荷の取り残しによる転送効率の劣化を抑制することができる。   In the present invention, after the charge transfer packet for transferring the signal read-out charge, a charge recovery packet for collecting the signal charge left in the previous charge transfer packet is generated at an arbitrary interval. If signal charge is left behind during signal charge transfer, it is recovered by the back charge recovery packet and the signal charges of both packets are merged, thereby suppressing deterioration in transfer efficiency due to signal charge leftover. it can.

また、この発明においては、電荷転送パケットに蓄積された信号電荷と、電荷回収パケットで回収された信号電荷とを、垂直電荷転送部の端部に形成した電荷転送バッファ部で合流させるので、電荷転送パケットと電荷回収パケットとに分かれて転送されてくる1垂直転送周期に相当する信号電荷を、電荷転送バッファ部でまとめてHCCD部へ転送することができ、HCCD部での転送動作を、垂直転送タイミングとは独立して行うことができる。   In the present invention, the signal charge accumulated in the charge transfer packet and the signal charge collected by the charge collection packet are merged by the charge transfer buffer unit formed at the end of the vertical charge transfer unit. The signal charges corresponding to one vertical transfer period transferred separately in the transfer packet and the charge recovery packet can be collectively transferred to the HCCD unit by the charge transfer buffer unit, and the transfer operation in the HCCD unit can be performed vertically. This can be done independently of the transfer timing.

また、この発明においては、電荷転送パケットに格納された信号電荷と、電荷回収パケットで回収された信号電荷との合流は、垂直電荷転送部の転送最終段領域にて行うので、電荷転送パケットと電荷回収パケットとに分かれて転送されてくる1垂直転送周期に相当する信号電荷を、垂直電荷転送部の転送最終段領域にてまとめてHCCD部へ転送することができ、HCCD部での転送動作に余裕を持たせることができる。   In the present invention, the signal charge stored in the charge transfer packet and the signal charge collected by the charge collection packet are merged in the transfer final stage region of the vertical charge transfer unit. Signal charges corresponding to one vertical transfer cycle transferred separately in charge collection packets can be transferred to the HCCD unit collectively in the transfer final stage region of the vertical charge transfer unit, and the transfer operation in the HCCD unit Can be afforded.

また、この発明においては、信号電荷の発生量に応じて、電荷転送パケットとこれに続く電荷回収パケットとを発生させる第1の転送動作モードと、電荷転送パケットのみを発生させる第2の転送動作モードとを切り替えるので、露光量の少ないときは、電荷転送パケットとこれに続く電荷回収パケットとを発生させ、露光量の多いときには、電荷転送パケットのみを発生させることで、露光量の少ないときに顕著となる電荷取り残しによる画質劣化を抑えつつ、露光量の多いときには、多くの電荷を転送可能となるよう転送パケットの転送方向のサイズを大きくして、ダイナミックレンジを広げることができ、露光量に応じた信号電荷の転送により高品質の画質を得ることができる。   In the present invention, the first transfer operation mode for generating the charge transfer packet and the subsequent charge recovery packet according to the generation amount of the signal charge, and the second transfer operation for generating only the charge transfer packet. Since the mode is switched, a charge transfer packet and a subsequent charge recovery packet are generated when the exposure amount is small, and only the charge transfer packet is generated when the exposure amount is large. While suppressing image quality degradation due to significant charge retention, when the amount of exposure is large, the size of the transfer packet in the transfer direction can be increased so that a large amount of charge can be transferred, and the dynamic range can be expanded. High quality image quality can be obtained by transferring the corresponding signal charges.

本発明によれば、入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光画素と、該各受光画素から読み出された信号電荷を格納する電荷転送パケットを生成し、該電荷転送パケットの移動により該信号電荷を転送する電荷転送部とを備えた固体撮像装置において、該電荷転送部にて、該電荷転送パケットに続いて移動し、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送の際に取り残された取り残し電荷を回収する、少なくとも1以上の電荷回収パケットが発生し、決められたタイミングで、該電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、該電荷回収パケットにより回収された信号電荷とが合流するよう、該電荷転送部を駆動制御するので、例えば、多フィールド駆動方式CCDにおいて、VCCDの信号電荷をより効率よく転送動作を行うことができ、VCCD転送劣化等による縦線不良などの画質の劣化を起こさずに、全部の画素を読み出すために必要な時間を短縮(=フレームレート高速化)することができる。つまり、素子構成等を複雑にすることなく、容易にカメラの高性能化(高画質/高速)が実現できる。   According to the present invention, a plurality of light receiving pixels that generate a signal charge by photoelectric conversion of incident light, a charge transfer packet that stores a signal charge read from each light receiving pixel, and a movement of the charge transfer packet are generated. In the solid-state imaging device including the charge transfer unit that transfers the signal charge, the charge transfer unit moves following the charge transfer packet and is left behind when the signal charge is transferred by the charge transfer packet. At least one or more charge recovery packet for collecting the remaining charge is generated, and the signal charge stored in the charge transfer packet and the signal charge recovered by the charge recovery packet are merged at a predetermined timing. The charge transfer unit is driven and controlled so that, for example, in the multi-field drive CCD, the signal charge of the VCCD is transferred more efficiently. Bets can be, without causing deterioration of image quality, such as vertical line defects due to VCCD transfer deterioration, it is possible to shorten the time required to read all of the pixels (= frame rate faster). That is, it is possible to easily realize high performance (high image quality / high speed) of the camera without complicating the element configuration.

図1は、本発明の実施形態1による固体撮像装置を説明する図であり、この実施形態1の固体撮像装置であるCCDイメージセンサの概略構成を示している。FIG. 1 is a diagram for explaining a solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention, and shows a schematic configuration of a CCD image sensor which is the solid-state imaging device of Embodiment 1. FIG. 図2は、本発明の実施形態1によるCCDイメージセンサを説明する図であり、このCCDイメージセンサにおける撮像領域での各受光画素とこれに対応する転送ゲートの配列を示している。FIG. 2 is a diagram for explaining the CCD image sensor according to the first embodiment of the present invention, and shows the arrangement of each light receiving pixel and the corresponding transfer gate in the imaging region of this CCD image sensor. 図3は、本発明の実施形態1によるCCDイメージセンサを説明する図であり、受光画素列に対応するVCCD部での転送ゲートの配列とともに、該VCCD部にて信号電荷が転送される様子を示している。FIG. 3 is a diagram for explaining the CCD image sensor according to the first embodiment of the present invention. In addition to the arrangement of the transfer gates in the VCCD unit corresponding to the light receiving pixel column, the signal charges are transferred in the VCCD unit. Show. 図4は、本発明の実施形態2による固体撮像装置を説明する図であり、この実施形態2の固体撮像装置であるCCDイメージセンサの概略構成を示している。FIG. 4 is a diagram for explaining a solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention, and shows a schematic configuration of a CCD image sensor which is the solid-state imaging device of Embodiment 2. 図5は、本発明の実施形態2によるCCDイメージセンサを説明する図であり、このCCDイメージセンサにおける撮像領域での各受光画素とこれに対応する転送電極の配列、および該VCCD部での信号電荷の転送動作を、電荷回収パケットを用いる場合(図(a))とこれを用いない場合(図(b))とで対比させて示している。FIG. 5 is a diagram for explaining a CCD image sensor according to Embodiment 2 of the present invention. In this CCD image sensor, each light receiving pixel in the imaging region, an array of transfer electrodes corresponding thereto, and signals in the VCCD unit The charge transfer operation is shown by comparing the case where the charge recovery packet is used (FIG. (A)) and the case where this is not used (FIG. (B)). 図6は、本発明の実施形態3による固体撮像装置を説明する図であり、この実施形態3の固体撮像装置であるCCDイメージセンサの概略構成を示している。FIG. 6 is a diagram for explaining a solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention, and shows a schematic configuration of a CCD image sensor which is the solid-state imaging device of Embodiment 3. 図7は、本発明の実施形態3によるCCDイメージセンサを説明する図であり、このCCDイメージセンサにおける撮像領域での各受光画素とこれに対応する転送電極の配列を示している。FIG. 7 is a diagram for explaining a CCD image sensor according to Embodiment 3 of the present invention, and shows an arrangement of each light receiving pixel and a corresponding transfer electrode in an imaging region in this CCD image sensor. 図8は、本発明の実施形態3によるCCDイメージセンサを説明する図であり、受光画素列に対応するVCCD部での転送ゲートの配列とともに、該VCCD部にて信号電荷が転送される様子を示している。FIG. 8 is a diagram for explaining a CCD image sensor according to the third embodiment of the present invention. In addition to the arrangement of transfer gates in the VCCD unit corresponding to the light-receiving pixel column, how signal charges are transferred in the VCCD unit. Show. 図9は、本発明の実施形態4による固体撮像装置を説明する図であり、この実施形態4の固体撮像装置であるCCDイメージセンサの概略構成を示している。FIG. 9 is a diagram for explaining a solid-state imaging device according to Embodiment 4 of the present invention, and shows a schematic configuration of a CCD image sensor which is the solid-state imaging device of Embodiment 4. 図10は、本発明の実施形態4によるCCDイメージセンサを説明する図であり、このCCDイメージセンサにおける撮像領域での各受光画素とこれに対応する転送電極の配列を示している。FIG. 10 is a diagram for explaining a CCD image sensor according to Embodiment 4 of the present invention, and shows an array of light receiving pixels and corresponding transfer electrodes in an imaging region of the CCD image sensor. 図11は、本発明の実施形態4によるCCDイメージセンサを説明する図であり、受光画素列に対応するVCCD部での転送ゲートの配列とともに、該VCCD部にて信号電荷が転送される様子を示している。FIG. 11 is a diagram for explaining a CCD image sensor according to the fourth embodiment of the present invention. In addition to the arrangement of transfer gates in the VCCD unit corresponding to the light-receiving pixel column, how signal charges are transferred in the VCCD unit. Show. 図12は、本発明の実施形態5による固体撮像装置を説明する図であり、この実施形態5の固体撮像装置であるCCDイメージセンサの概略構成を示している。FIG. 12 is a diagram for explaining a solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention, and shows a schematic configuration of a CCD image sensor which is the solid-state imaging device of Embodiment 5. 図13は、本発明の実施形態6として、実施形態1ないし5のいずれかの固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using the solid-state imaging device according to any one of Embodiments 1 to 5 as an imaging unit as Embodiment 6 of the present invention. 図14は、従来の6フィールド読み出し方式のCCD素子(固体撮像装置)を説明する図であり、このCCDイメージセンサにおける撮像領域での各受光画素とこれに対応する転送電極の配列を示している。FIG. 14 is a diagram for explaining a conventional 6-field readout type CCD element (solid-state imaging device), and shows the arrangement of each light receiving pixel and its corresponding transfer electrode in the imaging region of this CCD image sensor. . 図15は、図14に示す従来のCCDイメージセンサの動作を説明する図であり、受光画素列に対応するVCCD部での転送ゲートの配列とともに、該VCCD部にて信号電荷が転送される様子を示している。FIG. 15 is a diagram for explaining the operation of the conventional CCD image sensor shown in FIG. 14, in which the signal charges are transferred in the VCCD section together with the arrangement of transfer gates in the VCCD section corresponding to the light receiving pixel column. Is shown.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1〜図3は、本発明の実施形態1による固体撮像装置を説明する図である。図1は、この実施形態1の固体撮像装置であるCCDイメージセンサの概略構成を示し、図2は、CCDイメージセンサにおける撮像領域での各受光画素とこれに対応する転送ゲートの配列を示している。
(Embodiment 1)
1-3 is a figure explaining the solid-state imaging device by Embodiment 1 of this invention. FIG. 1 shows a schematic configuration of a CCD image sensor which is a solid-state imaging device of the first embodiment, and FIG. 2 shows an arrangement of light receiving pixels in an imaging region and corresponding transfer gates in the CCD image sensor. Yes.

この実施形態1のCCDイメージセンサ1は、半導体基板(図示せず)上に形成され、被写体の撮像を行うための撮像領域1aを有し、該撮像領域1aには、被写体からの入射光を光電変換する受光画素PDがマトリクス状に配列されており、各受光画素列に沿って受光画素から読み出した信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部(VCCD部)100が配置されている。ここで、上記VCCD部100と対応する受光画素列10の各受光画素PDとの間には、読み出しゲートRgが配置されており、受光画素PDで生成された信号電荷は、該読み出しゲートRgを介してVCCD部100に読み出されるようになっている。   The CCD image sensor 1 according to the first embodiment is formed on a semiconductor substrate (not shown) and has an imaging area 1a for imaging a subject, and incident light from the subject is input to the imaging area 1a. The light receiving pixels PD that perform photoelectric conversion are arranged in a matrix, and a vertical transfer unit (VCCD unit) 100 that transfers signal charges read from the light receiving pixels in the vertical direction is arranged along each light receiving pixel column. Here, a readout gate Rg is arranged between the VCCD unit 100 and each of the light receiving pixels PD of the corresponding light receiving pixel row 10, and the signal charge generated by the light receiving pixel PD passes through the readout gate Rg. The data is read out to the VCCD unit 100 via the interface.

また、このCCDイメージセンサ100は、該撮像領域1aの一端側に配置され、VCCD部100から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部(HCCD部)1bと、該HCCD部1bの一端側に配置され、HCCD部1bからの信号電荷を電圧信号に変換して画素信号Spを出力する出力部1cと、VCCD部100の駆動信号ΦV1〜ΦV12およびHCCD部1bの駆動信号ΦH1およびΦH2を生成するタイミング生成部(CCD駆動部)11aと、該CCDイメージセンサ1を構成する半導体基板の裏面側に設けられ、受光画素で生成された信号電荷をイメージセンサ100の外部に排出するオーバーフロードレイン(図示せず)と、上記出力部1cからの画素信号Spに基づいて、上記タイミング生成部11aおよびオーバーフロードレイン(以下、OFD部ともいう。)を、それぞれ制御信号CtgおよびCofdにより制御する制御部11bとを有している。つまり、ここでは、上記オーバーフロードレイン部は、これに印加する制御電圧Cofdにより、各受光画素PDで生成された信号電荷を基板外部に引き抜くようになっている。   The CCD image sensor 100 is disposed on one end side of the imaging region 1a, and a horizontal charge transfer unit (HCCD unit) 1b that horizontally transfers signal charges transferred from the VCCD unit 100, and the HCCD unit. 1b, an output unit 1c that converts a signal charge from the HCCD unit 1b into a voltage signal and outputs a pixel signal Sp, a drive signal ΦV1 to ΦV12 of the VCCD unit 100, and a drive signal ΦH1 of the HCCD unit 1b And ΦH2 are generated on the back side of the semiconductor substrate constituting the CCD image sensor 1 and the signal charge generated by the light receiving pixels is discharged to the outside of the image sensor 100. Based on an overflow drain (not shown) and the pixel signal Sp from the output unit 1c, the timing generator 1 a and an overflow drain (hereinafter, also referred to as OFD portion.), and has a control unit 11b for controlling the respective control signals Ctg and Cofd. That is, here, the overflow drain portion draws out the signal charges generated in each light receiving pixel PD to the outside of the substrate by the control voltage Cofd applied thereto.

次に図2を用いて、撮像領域1aの構成について具体的に説明する。   Next, the configuration of the imaging region 1a will be specifically described with reference to FIG.

上記のように該撮像領域1aには、被写体からの入射光を光電変換する受光画素を配列してなる受光画素列10a〜10dと、受光画素から読み出した信号電荷を垂直方向に転送するVCCD部100a〜100dとが交互に配置されている。   As described above, in the imaging region 1a, the light receiving pixel arrays 10a to 10d in which light receiving pixels that photoelectrically convert incident light from the subject are arranged, and the VCCD unit that transfers the signal charges read from the light receiving pixels in the vertical direction. 100a to 100d are alternately arranged.

なお、ここでは、説明の簡略化のため、受光画素列として4つの受光画素列10a〜10d、垂直転送部として4つのVCCD部100a〜100dを挙げて説明する。また、奇数番目の受光画素列10a、10cと、偶数番目の受光画素列10b、10dとは、配置されているカラーフィルタの色の配列が異なるのみで、その他の点は同一の構成となっている。また、VCCD部100a〜100dについては、すべて同一構成となっている。   Here, for simplification of description, four light receiving pixel columns 10a to 10d as light receiving pixel columns and four VCCD units 100a to 100d as vertical transfer units will be described. The odd-numbered light receiving pixel columns 10a and 10c and the even-numbered light receiving pixel columns 10b and 10d differ only in the arrangement of the colors of the arranged color filters, and the other points have the same configuration. Yes. The VCCD units 100a to 100d all have the same configuration.

各受光画素列10a〜10dは、撮像画面の垂直方向に沿って一列に配列された受光画素PD1〜12からなり、各垂直CCD100a〜100dは、対応する受光画素列の受光画素PD1〜PD12から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する転送ゲート(以下、垂直転送ゲートともいう。)を有している。これらの垂直転送ゲートは、受光画素から読み出した信号電荷を垂直方向に転送する電荷転送パケット(以下、VCCDパケットともいう。)、およびこれに続いて移動し、該電荷転送パケットによる電荷転送の際に取り残された信号電荷である取り残し電荷を回収する電荷回収パケットを形成するものである。   Each of the light receiving pixel columns 10a to 10d includes light receiving pixels PD1 to PD12 arranged in a line along the vertical direction of the imaging screen, and each vertical CCD 100a to 100d receives a signal from the light receiving pixels PD1 to PD12 of the corresponding light receiving pixel column. It has a transfer gate (hereinafter also referred to as a vertical transfer gate) that reads out charges and transfers them in the vertical direction. These vertical transfer gates move in the charge transfer packet (hereinafter also referred to as VCCD packet) for transferring the signal charge read from the light receiving pixel in the vertical direction, and move to the charge transfer packet by the charge transfer packet. The charge collection packet for collecting the remaining charge, which is the signal charge left behind, is formed.

具体的には、奇数列の受光画素列10a、10cにおける受光画素PD1,PD3,PD5,PD7,PD9,PD11では、G(グリーン)画素が構成されるようカラーフィルタが配置されている。また、受光画素列10a、10cにおける受光画素PD2,PD4,PD6,PD8,PD10,PD12では、B(ブルー)画素が構成されるようカラーフィルタが配置されている。   Specifically, in the light receiving pixels PD1, PD3, PD5, PD7, PD9, and PD11 in the odd-numbered light receiving pixel rows 10a and 10c, color filters are arranged so that G (green) pixels are configured. In the light receiving pixels PD2, PD4, PD6, PD8, PD10, and PD12 in the light receiving pixel rows 10a and 10c, color filters are arranged so that B (blue) pixels are formed.

また、偶数列の受光画素列10b、10dにおける受光画素PD1,PD3,PD5,PD7,PD9,PD11では、R(レッド)画素が構成されるようカラーフィルタが配置されている。また、受光画素列10b、10dにおける受光画素PD2,PD4,PD6,PD8,PD10,PD12では、G(ブリ―ン)画素が構成されるようカラーフィルタが配置されている。   Further, in the light receiving pixels PD1, PD3, PD5, PD7, PD9, and PD11 in the light receiving pixel columns 10b and 10d of the even number columns, color filters are arranged so as to configure R (red) pixels. In the light receiving pixels PD2, PD4, PD6, PD8, PD10, and PD12 in the light receiving pixel rows 10b and 10d, color filters are arranged so that G (brown) pixels are formed.

そして、各受光画素列の受光画素PD1〜PD6に対しては、第1〜第12の転送ゲート101〜112が、各受光画素に、隣接する2つの転送ゲートが対応するよう設けられており、同様に、各受光画素列の受光画素PD7〜PD12に対しても、第1〜第12の転送ゲート113〜124が、各受光画素に、隣接する2つの転送ゲートが対応するよう設けられている。   For the light receiving pixels PD1 to PD6 of each light receiving pixel column, first to twelfth transfer gates 101 to 112 are provided so that two adjacent transfer gates correspond to each light receiving pixel, Similarly, the first to twelfth transfer gates 113 to 124 are provided for the light receiving pixels PD7 to PD12 of each light receiving pixel column so that two adjacent transfer gates correspond to each light receiving pixel. .

また、VCCD部100aのHCCD部側端には、VCCD部100aからHCCD部1bへ信号電荷の転送が可能な状態と、VCCD部100aからHCCD部1bへの信号電荷の転送が不可能な状態とを切り替えるためのバリアゲート101aが設けられている。   Further, at the end of the VCCD unit 100a on the side of the HCCD unit, a signal charge can be transferred from the VCCD unit 100a to the HCCD unit 1b, and a signal charge cannot be transferred from the VCCD unit 100a to the HCCD unit 1b. A barrier gate 101a is provided for switching between the two.

ここで、各受光画素に対応する2つの転送ゲートのうちの一方は、対応する受光画素PD1〜PD12で生成された信号電荷をVCCD部10に読み出す読み出しゲートRg(図1参照)も兼ねている。   Here, one of the two transfer gates corresponding to each light receiving pixel also serves as a read gate Rg (see FIG. 1) for reading the signal charges generated by the corresponding light receiving pixels PD1 to PD12 to the VCCD unit 10. .

さらに、受光画素PD1〜PD6に対する第1〜第12の転送ゲート101〜112には、第1〜第12の駆動信号(以下CCD駆動信号ともいう。)ΦV1〜ΦV12が印加され、受光画素PD7〜PD12に対する第1〜第12の転送ゲート113〜124には、第1〜第12の駆動信号ΦV1〜ΦV12が印加され、バリアゲート101aには第12の駆動信号ΦV12が印加されるようになっている。   Further, the first to twelfth transfer gates 101 to 112 for the light receiving pixels PD1 to PD6 are applied with first to twelfth drive signals (hereinafter also referred to as CCD drive signals) ΦV1 to ΦV12, respectively. The first to twelfth transfer gates 113 to 124 for the PD 12 are applied with the first to twelfth drive signals ΦV1 to ΦV12, and the barrier gate 101a is applied with the twelfth drive signal ΦV12. Yes.

そして、この実施形態1の固体撮像装置1では、駆動信号ΦV1〜ΦV12を生成するタイミング生成部11aは、制御部11bからのタイミング制御信号Ctgにより制御され、さらに、VCCD部100a〜100dは、CCD駆動部11aからの駆動信号ΦV1〜ΦV12により、受光画素から読み出された信号電荷を転送する電荷転送パケットTPa、TPbとともに、その直後に、該電荷転送パケットTPa、TPbが取り残した取り残し電荷を回収する電荷回収パケットRPa、RPbが生成されるよう駆動される。   In the solid-state imaging device 1 of the first embodiment, the timing generation unit 11a that generates the drive signals ΦV1 to ΦV12 is controlled by the timing control signal Ctg from the control unit 11b, and the VCCD units 100a to 100d are CCDs. In response to the drive signals ΦV1 to ΦV12 from the drive unit 11a, together with the charge transfer packets TPa and TPb for transferring the signal charges read from the light receiving pixels, immediately after that, the remaining charges left by the charge transfer packets TPa and TPb are collected. The charge recovery packets RPa and RPb to be generated are driven.

次に動作について説明する。   Next, the operation will be described.

この実施形態1のCCDイメージセンサ1では、撮像動作が開始すると、タイミング発生部11aは、制御部11bからの制御信号Ctgに基づいて、VCCD部100の駆動信号ΦV1〜ΦV12およびHCCD部1bの駆動信号ΦH1およびΦH2を生成して、VCCD部100およびHCCD部1bに出力する。   In the CCD image sensor 1 of the first embodiment, when the imaging operation starts, the timing generation unit 11a drives the driving signals ΦV1 to ΦV12 of the VCCD unit 100 and the driving of the HCCD unit 1b based on the control signal Ctg from the control unit 11b. Signals ΦH1 and ΦH2 are generated and output to VCCD unit 100 and HCCD unit 1b.

また、各受光画素PDでは入射光の光電変換により信号電荷が発生しており、受光画素PDから読み出しゲートRgを介してVCCD部100に読み出された信号電荷が、VCCD部100によりHCCD部1bへ垂直転送され、HCCD部1bではVCCD部100からの信号電荷が水平方向に転送される。出力部1は、HCCD部1bから転送されてきた信号電荷を電圧信号に変換して画素信号Spとして出力する。   In each light receiving pixel PD, signal charges are generated by photoelectric conversion of incident light, and the signal charges read from the light receiving pixels PD through the read gate Rg to the VCCD unit 100 are transferred by the VCCD unit 100 to the HCCD unit 1b. The signal charge from the VCCD unit 100 is transferred in the horizontal direction in the HCCD unit 1b. The output unit 1 converts the signal charge transferred from the HCCD unit 1b into a voltage signal and outputs it as a pixel signal Sp.

例えば、図3に示すように、例えばVCCD部100aでは、タイミングt0〜t23の間に、隣接する6つの受光画素のうちの1つの信号電荷、例えば受光画素PD1〜PD6のうちのPD1の信号電荷がHCCD部1bに転送され、さらにその後の期間に、VCCD部100aからHCCD部1bにて転送された信号電荷が、HCCD部1bにて水平方向に転送される。その後の同様のタイミング期間に、隣接する6つの受光画素のうちの1つの信号電荷、例えば受光画素PD7〜PD12のうちのPD7の信号電荷が各VCCD部100aからHCCD部1bに転送され、さらに、VCCD部100aからの信号電荷がHCCD部1bにて水平方向に転送される。   For example, as shown in FIG. 3, in the VCCD unit 100a, for example, between the timings t0 to t23, one signal charge of six adjacent light receiving pixels, for example, the signal charge of PD1 of the light receiving pixels PD1 to PD6. Is transferred to the HCCD unit 1b, and signal charges transferred from the VCCD unit 100a by the HCCD unit 1b are transferred in the horizontal direction by the HCCD unit 1b in the subsequent period. In the same timing period thereafter, one signal charge of the six adjacent light receiving pixels, for example, the signal charge of PD7 of the light receiving pixels PD7 to PD12 is transferred from each VCCD unit 100a to the HCCD unit 1b. The signal charge from the VCCD unit 100a is transferred in the horizontal direction by the HCCD unit 1b.

なお、説明の都合上、図3では、VCCD部100a〜100dのうちのVCCD部100aのみを示している。   For convenience of explanation, FIG. 3 shows only the VCCD unit 100a among the VCCD units 100a to 100d.

具体的には、図3に示すように、6フィールド読み出しのゲート構成では、VCCD部の転送ゲートの下のポテンシャル状態は、垂直転送ゲート(以下、VCCDゲートともいう。)101〜124に印加される駆動信号ΦV1〜ΦV12により、12枚のVCCDゲートを1サイクル単位として、受光画素6画素分にまたがって、1垂直転送周期に相当する領域に、電荷転送パケット(電荷蓄積領域)、転送パケットバリア、電荷回収パケット(回収領域)、および回収パケットバリアが形成された状態となっている。なお、図3では、色塗りされた領域が、電荷転送パケットが形成された電荷蓄積領域として、また、色塗されていない領域が、バリアが形成されたバリア領域として示され、さらに、ハッチングされた領域は、電荷回収パケットの形成領域として示されている。   Specifically, as shown in FIG. 3, in the six-field readout gate configuration, the potential state under the transfer gate of the VCCD unit is applied to vertical transfer gates (hereinafter also referred to as VCCD gates) 101 to 124. Drive signals [Phi] V1 to [Phi] V12, twelve VCCD gates in one cycle unit, spanning six pixels of light receiving pixels, charge transfer packets (charge storage regions), transfer packet barriers in an area corresponding to one vertical transfer period The charge collection packet (collection area) and the collection packet barrier are formed. In FIG. 3, a colored region is shown as a charge accumulation region where a charge transfer packet is formed, and a non-colored region is shown as a barrier region where a barrier is formed, and is further hatched. This area is shown as a charge collection packet forming area.

ここで初期状態はタイミングt0で示されており、このとき、第1〜第6の受光画素PD1〜PD6に跨った領域では、VCCDゲートの駆動信号ΦV1〜ΦV12により、該VCCDゲート下のポテンシャルは以下のように、電荷転送パケットと電荷回収パケットが形成されるものとなっている。   Here, the initial state is shown at timing t0. At this time, in the region extending from the first to sixth light receiving pixels PD1 to PD6, the potential under the VCCD gate is determined by the drive signals ΦV1 to ΦV12 of the VCCD gate. As described below, a charge transfer packet and a charge recovery packet are formed.

つまり、駆動信号ΦV1〜ΦV6が印加される第1〜第6ゲートに対応する領域は、電荷転送パケットTPaが形成された蓄積領域となり、駆動信号ΦV7〜ΦV8が印加された第7〜第8ゲートに対応する領域は、転送パケットのバリアTBaが形成されたバリア領域となり、駆動信号φV9〜φV10が印加された第9〜第10ゲートに対応する領域は、電荷回収パケットが形成された回収領域RPaとなり、駆動信号φV11〜φV12が印加された第11〜第12ゲートに対応する領域は、電荷回収パケットのバリアが形成されたバリア領域RBaとなる。   That is, regions corresponding to the first to sixth gates to which the drive signals ΦV1 to ΦV6 are applied become storage regions in which the charge transfer packets TPa are formed, and the seventh to eighth gates to which the drive signals ΦV7 to ΦV8 are applied. A region corresponding to the transfer packet barrier TBa is formed as a barrier region, and regions corresponding to the ninth to tenth gates to which the drive signals φV9 to φV10 are applied are recovery regions RPa in which the charge recovery packets are formed. Thus, the region corresponding to the 11th to 12th gates to which the drive signals φV11 to φV12 are applied becomes the barrier region RBa in which the barrier of the charge recovery packet is formed.

また、第7〜第12の受光画素PD7〜PD12に跨った領域では、VCCDゲートのの駆動信号ΦV1〜ΦV12により、該VCCDゲート下ポテンシャルは以下のように、電荷転送パケットと電荷回収パケットが形成されたものとなっている。   Further, in the region extending from the seventh to the twelfth light receiving pixels PD7 to PD12, the VCCD gate drive signals ΦV1 to ΦV12 form the charge transfer packet and the charge recovery packet as follows. It has been made.

つまり、駆動信号ΦV1〜ΦV6が印加された第1〜第6ゲートに対応する領域は、電荷転送パケットTPbが形成された蓄積領域となり、駆動信号ΦV7〜ΦV8が印加された第7〜第8ゲートに対応する領域は、転送パケットのバリアTBbが形成されたバリア領域となり、駆動信号φV9〜φV10が印加された第9〜第10ゲートに対応する領域は、電荷回収パケットRPbが形成された回収領域となり、駆動信号ΦV11〜ΦV12が印加される第11〜第12ゲートに対応する領域は、回収パケットのバリアRBbが形成されたバリア領域となっている。   That is, the regions corresponding to the first to sixth gates to which the drive signals ΦV1 to ΦV6 are applied become storage regions in which the charge transfer packets TPb are formed, and the seventh to eighth gates to which the drive signals ΦV7 to ΦV8 are applied. The region corresponding to the transfer packet barrier TBb is formed as a barrier region, and the region corresponding to the ninth to tenth gates to which the drive signals φV9 to φV10 are applied is the recovery region in which the charge recovery packet RPb is formed. Thus, the areas corresponding to the 11th to 12th gates to which the drive signals ΦV11 to ΦV12 are applied are the barrier areas where the barrier RBb of the collection packet is formed.

次に、タイミングt1では、そのVCCDゲート下ポテンシャルにより、駆動信号ΦV12、ΦV1〜ΦV6が印加された隣接する第12、第1〜第6のゲートに対応する領域は、電荷転送パケットが形成された蓄積領域となり、駆動信号ΦV7〜ΦV8が印加された隣接する第7〜第8のゲートに対応する領域は、電荷転送パケットのバリアが形成されたバリア領域となり、駆動信号φV8〜φV10が印加された隣接する第8〜第10のゲートに対応する領域は、電荷回収パケットが形成された回収領域となり、駆動信号φV11が印加された第11のゲートに対応する領域は、電荷回収パケットのバリアが形成されたバリア領域となっている。   Next, at the timing t1, the charge transfer packet is formed in the regions corresponding to the twelfth and first to sixth gates to which the drive signals ΦV12 and ΦV1 to ΦV6 are applied due to the potential under the VCCD gate. A region corresponding to the seventh to eighth gates adjacent to which the drive signals ΦV7 to ΦV8 are applied becomes a barrier region in which a barrier for the charge transfer packet is formed, and the drive signals φV8 to φV10 are applied. A region corresponding to the adjacent eighth to tenth gates is a recovery region where the charge recovery packet is formed, and a region corresponding to the eleventh gate to which the drive signal φV11 is applied is formed as a barrier for the charge recovery packet. This is a barrier area.

さらにその後、時間の経過とともに、つまり、タイミングt2、t3・・・・t23にて、駆動信号(駆動パルス)ΦV1〜ΦV12によりゲート下ポテンシャルがコントロールされる。これにより、電荷転送パケットTPaおよびTPbと電荷回収パケットRPaおよびRPbとが、電荷転送パケットの直後に電荷回収パケットが続くようにしてHCCD部1bへ移動する。   Thereafter, with the passage of time, that is, at timings t2, t3,..., T23, the gate potential is controlled by the drive signals (drive pulses) ΦV1 to ΦV12. As a result, the charge transfer packets TPa and TPb and the charge recovery packets RPa and RPb move to the HCCD unit 1b so that the charge recovery packet follows immediately after the charge transfer packet.

このように電荷転送パケットに続いて電荷回収パケットが移動することで、電荷転送パケットTPaおよびTPbで取り残した取り残し電荷が電荷回収パケットRPaおよびRPbにて回収されてHCCD部1bへ転送される。   Thus, the charge collection packet moves following the charge transfer packet, so that the remaining charge left in the charge transfer packets TPa and TPb is collected in the charge collection packets RPa and RPb and transferred to the HCCD unit 1b.

そして、このHCCD部1bでは、上記電荷転送パケット(元の信号電荷を転送するパケット)TPaおよびTPbと電荷回収パケット(前方からの取り残し電荷の入ったパケット)RPaおよびRPbが、タイミングt17〜t22で合流させられる。   In the HCCD unit 1b, the charge transfer packets (packets for transferring the original signal charges) TPa and TPb and the charge recovery packets (packets containing the remaining charges from the front) RPa and RPb are received at timings t17 to t22. Merged.

これにより、VCCD部での電荷取り残し量を大きく低減することが可能となる。   As a result, the amount of charge remaining in the VCCD unit can be greatly reduced.

例えば、従来の駆動方法で、12相駆動1サイクル当たり(つまり12相駆動における1垂直転送周期当たり)の電荷の取り残し量の、12相駆動1サイクル当たりの全転送電荷量に対する割合が(1/N)であるとすると、本発明の駆動方法では12相駆動1サイクル当たり2パケットにより電荷の転送を行うため、電荷の取り残し量は(1/N)となる。 For example, in the conventional driving method, the ratio of the charge remaining amount per cycle of 12-phase driving (that is, per vertical transfer period in 12-phase driving) to the total transfer charge amount per cycle of 12-phase driving is (1 / If N), in the driving method of the present invention, charge transfer is performed by two packets per cycle of 12-phase driving, so the amount of charge remaining is (1 / N) 2 .

従って、(1)式に示すように、転送電荷の取り残し量は低減される。   Therefore, as shown in the equation (1), the remaining amount of transfer charge is reduced.

(1/N) > (1/N) ・・・(1)
従来の駆動方法を用いた場合の電荷取り残し量 = (1/N)
本発明の駆動方法を用いた場合の電荷取り残し量 = (1/N)
つまり、12枚の転送ゲートを1垂直転送周期に対応する転送ゲートとして有するCCDイメージセンサでは、電荷転送パケットを形成する転送ゲート(蓄積ゲート)が6枚→7枚→6枚→7枚と変化し、電荷転送パケットのバリアを形成するバリアゲートが2枚→1枚→2枚→1枚と変化し、電荷回収パケットを形成する転送ゲートが2枚→3枚→2枚→3枚と変化し、電荷回収パケットのバリアを形成するバリアゲートが2枚→1枚→2枚→1枚と変化するようにVCCD部を駆動することにより、HCCD部で上記電荷転送パケットの信号電荷と電荷回収パケットの信号電荷とを合流させる。この場合、電荷転送パケットを形成する転送ゲートおよび電荷転送パケットのバリアを形成するバリアゲートの駆動は8相駆動となり、電荷回収パケットを形成する転送ゲートおよび電荷回収パケットのバリアを形成するバリアゲートの駆動は4相駆動となる。
(1 / N)> (1 / N) 2 (1)
Charge remaining amount when using the conventional driving method = (1 / N)
Charge remaining amount when using the driving method of the present invention = (1 / N) 2
In other words, in a CCD image sensor having 12 transfer gates as transfer gates corresponding to one vertical transfer period, the transfer gates (storage gates) forming the charge transfer packet change from 6 sheets → 7 sheets → 6 sheets → 7 sheets. Then, the barrier gate forming the barrier of the charge transfer packet changes from 2 → 1 → 2 → 1 and the transfer gate forming the charge collection packet changes from 2 → 3 → 2 → 3 Then, by driving the VCCD section so that the barrier gate forming the barrier of the charge collection packet changes from 2 sheets → 1 sheet → 2 sheets → 1 sheet, the signal charge and the charge collection of the charge transfer packet in the HCCD section The signal charge of the packet is merged. In this case, the drive of the transfer gate that forms the charge transfer packet and the barrier gate that forms the barrier of the charge transfer packet are driven in eight phases, and the transfer gate that forms the charge collection packet and the barrier gate that forms the barrier of the charge collection packet Driving is four-phase driving.

このように本実施形態1では、VCCD部100a〜100dの駆動信号ΦV1〜ΦV12を生成するタイミング生成部(CCD駆動部)11aと、タイミング生成部11aを制御する制御部11bとを備え、CCD駆動部11aからの駆動信号ΦV1〜ΦV12によりVCCD部100a〜100dを駆動し、該VCCD部100a〜100dでは、信号電荷を転送する電荷転送パケットTPaおよびTPbとともに、該電荷転送パケットが取り残した取り残し電荷を回収する電荷回収パケットRPaおよびRPbを移動させるようにしたので、VCCD部にて電荷転送パケットによる転送から取り残された取り残し電荷を低減させることができ、これにより転送効率を向上させ、縦線等の画像の劣化を低減できる。   As described above, the first embodiment includes the timing generation unit (CCD driving unit) 11a that generates the drive signals ΦV1 to ΦV12 of the VCCD units 100a to 100d, and the control unit 11b that controls the timing generation unit 11a, and is CCD driven. The VCCD units 100a to 100d are driven by the drive signals ΦV1 to ΦV12 from the unit 11a, and the VCCD units 100a to 100d receive the remaining charges left by the charge transfer packets together with the charge transfer packets TPa and TPb that transfer the signal charges. Since the charge collection packets RPa and RPb to be collected are moved, it is possible to reduce the remaining charges left from the transfer by the charge transfer packet in the VCCD unit, thereby improving the transfer efficiency and improving the vertical line and the like. Image deterioration can be reduced.

なお、上記実施形態1では、電荷転送パケットに続く電荷回収パケットが1つである場合を示したが、電荷転送パケットに続く電荷回収パケットは、2つ発生させても、あるいは3以上発生させるようにしてもよく、この場合、VCCD部での転送取り残しをより一層低減させることができる。
(実施形態2)
図4および図5は、本発明の実施形態2による固体撮像装置を説明する図である。
In the first embodiment, the case where there is one charge recovery packet following the charge transfer packet is shown. However, two charge recovery packets following the charge transfer packet are generated, or three or more are generated. In this case, it is possible to further reduce untransferred data in the VCCD unit.
(Embodiment 2)
4 and 5 are diagrams illustrating a solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention.

図4は、この実施形態2の固体撮像装置であるCCDイメージセンサの概略構成を示し、図5は、CCDイメージセンサにおける撮像領域での各受光画素とこれに対応する転送ゲートの配列を、該VCCD部にて信号電荷が転送される様子とともに示している。   FIG. 4 shows a schematic configuration of a CCD image sensor which is a solid-state imaging device of the second embodiment, and FIG. 5 shows an arrangement of each light receiving pixel and a corresponding transfer gate in an imaging region in the CCD image sensor. A signal charge is transferred together with the VCCD unit.

この実施形態2のCCDイメージセンサ2は、実施形態1のCCDイメージセンサ1における制御部11bおよびタイミング生成部11aに代わる、制御部12bおよびタイミング生成部12aを備えたものであり、この実施形態2のCCDイメージセンサ2では、制御部12bおよびタイミング生成部12aは、電荷転送パケットに続いて電荷回収パケットが移動するだけでなく、垂直転送動作における一定の期間の間は、電荷転送パケットの移動を停止し、これに続く電荷回収パケットのみ電荷転送パケットに合流するように移動させるよう構成されている。従って、この実施形態2では、実施形態1のように、HCCD部1bで、電荷転送パケットに格納されている信号電荷と電荷回収パケットにより回収された信号電荷とを合流させる動作は行われない。その他の構成は、実施形態1のCCDイメージセンサと同一である。   The CCD image sensor 2 according to the second embodiment includes a control unit 12b and a timing generation unit 12a in place of the control unit 11b and the timing generation unit 11a in the CCD image sensor 1 according to the first embodiment. In the CCD image sensor 2, the control unit 12 b and the timing generation unit 12 a not only move the charge collection packet following the charge transfer packet, but also move the charge transfer packet for a certain period in the vertical transfer operation. It stops, and it is comprised so that only the charge collection | recovery packet following this may be moved so that it may join a charge transfer packet. Therefore, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the HCCD unit 1b does not perform the operation of combining the signal charge stored in the charge transfer packet and the signal charge recovered by the charge recovery packet. Other configurations are the same as those of the CCD image sensor of the first embodiment.

次に動作について説明する。   Next, the operation will be described.

この実施形態2のCCDイメージセンサ2では、撮像動作が開始すると、タイミング発生部12aでは、制御部12bからの制御信号Ctgに基づいて、タイミング生成部12aが、VCCD部100の駆動信号ΦV1〜ΦV12およびHCCD部1bの駆動信号ΦH1およびΦH2を生成して、VCCD部100およびHCCD部1bに出力する。   In the CCD image sensor 2 of the second embodiment, when the imaging operation is started, in the timing generation unit 12a, the timing generation unit 12a generates the drive signals ΦV1 to ΦV12 of the VCCD unit 100 based on the control signal Ctg from the control unit 12b. The drive signals ΦH1 and ΦH2 of the HCCD unit 1b are generated and output to the VCCD unit 100 and the HCCD unit 1b.

また、各受光画素PDでは入射光の光電変換により信号電荷が発生しており、受光画素PDから読み出しゲートRgを介してVCCD部100に読み出された信号電荷が、VCCD部100によりHCCD部1bへ垂直転送され、HCCD部1bではVCCD部100からの信号電荷が水平方向に転送される。   In each light receiving pixel PD, signal charges are generated by photoelectric conversion of incident light, and the signal charges read from the light receiving pixels PD through the read gate Rg to the VCCD unit 100 are transferred by the VCCD unit 100 to the HCCD unit 1b. The signal charge from the VCCD unit 100 is transferred in the horizontal direction in the HCCD unit 1b.

例えば、図3に示すように、信号電荷の垂直転送中は、VCCD部100a〜100dでは、電荷転送パケットTPaおよびTPbと、電荷回収パケットRPaおよびRPbとがそれぞれ、所定の間隔を隔ててHCCD部1bへ移動する。   For example, as shown in FIG. 3, during the vertical transfer of signal charges, in the VCCD units 100a to 100d, the charge transfer packets TPa and TPb and the charge recovery packets RPa and RPb are respectively separated by a predetermined interval. Move to 1b.

そして、この実施形態2では、このような垂直転送動作中の所定期間タイミングt”0〜t”8の間は、電荷転送パケットTPaおよびTPbの移動が停止し、これに続く電荷回収パケットRPaおよびRPbのみ電荷転送パケットTPaおよびTPbに結合するように移動する。   In the second embodiment, the movement of the charge transfer packets TPa and TPb is stopped during a predetermined period timing t ″ 0 to t ″ 8 during such a vertical transfer operation, and the subsequent charge recovery packets RPa and Only RPb moves so as to be coupled to the charge transfer packets TPa and TPb.

具体的には、図5(a)に示すように6フィールド読み出しのゲート構成では、VCCD部の転送ゲート下のポテンシャル状態は、転送ゲート(以下、VCCDゲートともいう。)101〜124に印加される駆動信号ΦV1〜ΦV12により、12枚のVCCDゲートを1サイクル単位として、受光画素6画素分にまたがって、1垂直転送周期に相当する領域に、電荷転送パケット(電荷蓄積領域)、転送パケットバリア、電荷回収パケット(回収領域)、および回収パケットバリアが形成された状態となっている。   Specifically, as shown in FIG. 5A, in the six-field readout gate configuration, the potential state under the transfer gate of the VCCD unit is applied to the transfer gates (hereinafter also referred to as VCCD gates) 101-124. Drive signals [Phi] V1 to [Phi] V12, twelve VCCD gates in one cycle unit, spanning six pixels of light receiving pixels, charge transfer packets (charge storage regions), transfer packet barriers in an area corresponding to one vertical transfer period The charge collection packet (collection area) and the collection packet barrier are formed.

なお、図5では、色塗りされた領域が、電荷転送パケットが形成された電荷蓄積領域として、また、色塗されていない領域が、バリアが形成されたバリア領域として示され、さらに、ハッチングされた領域は、電荷回収パケットの形成領域として示されている。   In FIG. 5, a colored region is shown as a charge storage region where a charge transfer packet is formed, and a non-colored region is shown as a barrier region where a barrier is formed, and is further hatched. This area is shown as a charge collection packet forming area.

ここで初期状態はタイミングt”0で示されており、このとき、第1〜第6の受光画素PD1〜PD6に跨った領域では、そのVCCDゲート下のポテンシャルにより、駆動信号ΦV1〜ΦV6が印加される転送ゲート下の領域は、電荷転送パケットが形成された電荷蓄積領域TPaとなり、駆動信号ΦV7〜ΦV8が印加される転送ゲート下の領域は、転送パケットのバリアTBaが形成されたバリア領域TBaとなり、駆動信号φV9〜φV10が印加される転送ゲート下の領域は、電荷回収パケットRPaが形成された回収領域RPaとなり、駆動信号φV11〜φV12が印加される転送ゲート下の領域は、電荷回収パケットのバリアRBaが形成されたバリア領域となっている。第7〜第12の受光画素PD7〜PD12に跨った領域においても、同様に、電荷転送パケット(電荷蓄積領域)TPb、転送パケットバリアTBb、電荷回収パケット(回収領域)RPb、および回収パケットバリアRBbが形成されている。   Here, the initial state is indicated by the timing t ″ 0. At this time, in the region straddling the first to sixth light receiving pixels PD1 to PD6, the drive signals ΦV1 to ΦV6 are applied by the potential under the VCCD gate. The region under the transfer gate is the charge storage region TPa in which the charge transfer packet is formed, and the region under the transfer gate to which the drive signals ΦV7 to ΦV8 are applied is the barrier region TBa in which the barrier TBa of the transfer packet is formed. Thus, the region under the transfer gate to which the drive signals φV9 to φV10 are applied becomes the recovery region RPa in which the charge recovery packet RPa is formed, and the region under the transfer gate to which the drive signals φV11 to φV12 is applied is the charge recovery packet. The barrier region RBa is formed in a region straddling the seventh to twelfth light receiving pixels PD7 to PD12. Similarly, a charge transfer packet (charge storage region) TPb, a transfer packet barrier TBb, a charge recovery packet (recovery region) RPb, and a recovery packet barrier RBb are formed.

つぎにタイミングt”1では、そのVCCDゲート下ポテンシャルにより、駆動信号ΦV1〜ΦV6が印加される転送ゲートに対応する領域は、蓄積領域TPa、TPbとなり、駆動信号ΦV7が印加される転送ゲートに対応する領域が転送バリア領域となり、駆動信号φV8〜φV9が印加される転送ゲートに対応する領域が回収パケット領域となり、駆動信号φV10〜φV12が印加される転送ゲートに対応する領域が回収バリア領域となっている。   Next, at timing t ″ 1, due to the potential under the VCCD gate, the regions corresponding to the transfer gates to which the drive signals ΦV1 to ΦV6 are applied become the storage regions TPa and TPb and correspond to the transfer gates to which the drive signal ΦV7 is applied. The area corresponding to the transfer gate to which the drive signals φV8 to φV9 are applied becomes the recovery packet area, and the area corresponding to the transfer gate to which the drive signals φV10 to φV12 is applied becomes the recovery barrier area. ing.

さらにその後、時間の経過とともに、タイミングt”2、t”3・・・・t”8のようにゲート下ポテンシャルをコントロールする。   Thereafter, with the passage of time, the potential under the gate is controlled at timings t ″ 2, t ″ 3... T ″ 8.

なお、図5(b)は、図5(a)に示すこの実施形態2のCCDイメージセンサにおける、垂直転送期間のうちの所定の期間、電荷転送パケットの移動を停止し、これに続く電荷回収パケットのみ移動させる動作と対比させて、従来のCCDイメージセンサにおいて、電荷転送パケットの移動を、垂直転送動作における一定の期間の間は停止している状態を示している。   In FIG. 5B, the CCD image sensor according to the second embodiment shown in FIG. 5A stops the movement of the charge transfer packet for a predetermined period of the vertical transfer period, and subsequently recovers the charge. In contrast to the operation of moving only the packet, in the conventional CCD image sensor, the movement of the charge transfer packet is stopped for a certain period in the vertical transfer operation.

これにより、停止している転送パケットの後方に続く回収パケットが、該転送パケットに近づくように移動して該転送パケットに結合する。   As a result, the recovered packet that follows the stopped transfer packet moves so as to approach the transfer packet and is coupled to the transfer packet.

このように本実施形態2では、VCCD部100a〜100dは、CCD駆動部11aからの駆動信号ΦV1〜ΦV12により、信号電荷を転送する電荷転送パケットとともに、該電荷転送パケットが取り残した取り残し電荷を回収する電荷回収パケットを生成し、電荷転送パケットおよび電荷回収パケットを、電荷回収パケットが電荷転送パケットの直後に続くようして、VCCD部の電荷転送チャンネル内で移動させ、さらに、垂直転送動作における一定の期間の間は、電荷転送パケットの移動を停止し、これに続く電荷回収パケットのみ電荷転送パケットに合流するように移動させるようにしたので、VCCD転送中に電荷転送パケットで信号電荷の取り残しが発生した場合でも、取り残された信号電荷を電荷回収パケットにより回収して電荷転送パケットへ戻すことができ、転送取り残しを低減させることができる。   As described above, in the second embodiment, the VCCD units 100a to 100d collect the remaining charge left by the charge transfer packet together with the charge transfer packet for transferring the signal charge by the drive signals ΦV1 to ΦV12 from the CCD drive unit 11a. The charge transfer packet is generated, and the charge transfer packet and the charge recovery packet are moved within the charge transfer channel of the VCCD unit so that the charge recovery packet immediately follows the charge transfer packet. During this period, the movement of the charge transfer packet is stopped, and only the subsequent charge recovery packet is moved so as to join the charge transfer packet, so that the signal charge is not left in the charge transfer packet during the VCCD transfer. Even if it occurs, the remaining signal charge is recovered by the charge recovery packet. Thus, it is possible to return to the charge transfer packet and to reduce the remaining transfer.

なお、上記実施形態2では、CCDイメージセンサとして、電荷転送パケットおよび電荷回収パケットを、電荷回収パケットが電荷転送パケットの直後に続くようして、VCCD部内で移動させ、さらに、垂直転送動作における一定の期間の間は、電荷転送パケットの移動を停止し、これに続く電荷回収パケットのみ電荷転送パケットに合流するように移動させるものを示したが、必ずしも、電荷転送パケットの移動を停止させる必要はない。例えば、垂直転送動作における一定期間毎に、電荷回収パケットの移動速度を、電荷転送パケットの移動速度より大きくし、電荷転送パケットに続く電荷回収パケットが、電荷転送パケットに追いつくようにしてもよい。この場合、電荷回収パケットは電荷転送パケットに追いついた時点で消滅するので、その後、新たに、電荷転送パケットの後に電荷回収パケットを発生させるようにする。
(実施形態3)
図6〜図8は、本発明の実施形態3による固体撮像装置を説明する図である。
In the second embodiment, as the CCD image sensor, the charge transfer packet and the charge recovery packet are moved within the VCCD unit so that the charge recovery packet follows immediately after the charge transfer packet, and further, in the vertical transfer operation, the charge transfer packet and the charge recovery packet are constant. In this period, the movement of the charge transfer packet is stopped, and the subsequent charge recovery packet is moved so as to join the charge transfer packet. However, it is not always necessary to stop the movement of the charge transfer packet. Absent. For example, the movement speed of the charge collection packet may be made larger than the movement speed of the charge transfer packet at regular intervals in the vertical transfer operation so that the charge collection packet following the charge transfer packet catches up with the charge transfer packet. In this case, since the charge collection packet disappears when it catches up with the charge transfer packet, a charge collection packet is newly generated after the charge transfer packet.
(Embodiment 3)
6 to 8 are diagrams illustrating a solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention.

図6は、この実施形態3の固体撮像装置であるCCDイメージセンサの概略構成を示し、図7は、CCDイメージセンサにおける撮像領域での各受光画素とこれに対応する転送ゲートの配列を示している。   FIG. 6 shows a schematic configuration of a CCD image sensor which is a solid-state imaging device of the third embodiment, and FIG. 7 shows an arrangement of light receiving pixels in the imaging region and a transfer gate corresponding to the CCD image sensor. Yes.

この実施形態3のCCDイメージセンサ3は、半導体基板(図示せず)上に形成され、被写体の撮像を行うための撮像領域3aを有し、該撮像領域3aには、被写体からの入射光を光電変換する受光画素PDがマトリクス状に配列されており、各受光画素列30に沿って受光画素PDから読み出した信号電荷を垂直方向に転送する垂直CCD(VCCD部)300が配置されている。ここで、上記VCCD部300と対応する受光画素列30の各受光画素PDとの間には、読み出しゲートRgが配置されており、受光画素PDで生成された信号電荷は、該読み出しゲートRgを介してVCCD部300に読み出されるようになっている。   The CCD image sensor 3 of the third embodiment is formed on a semiconductor substrate (not shown) and has an imaging area 3a for imaging a subject, and incident light from the subject is input to the imaging area 3a. The light receiving pixels PD for photoelectric conversion are arranged in a matrix, and a vertical CCD (VCCD unit) 300 for transferring the signal charges read from the light receiving pixels PD in the vertical direction is arranged along each light receiving pixel column 30. Here, a readout gate Rg is arranged between the VCCD section 300 and each of the light receiving pixels PD of the corresponding light receiving pixel row 30, and the signal charge generated by the light receiving pixel PD passes through the readout gate Rg. The data is read out to the VCCD unit 300 via the interface.

また、このCCDイメージセンサ3は、該撮像領域1aの一端側に配置され、VCCD部300から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平CCD(HCCD部)1bと、該HCCD部1bの一端側に配置され、HCCD部1bからの信号電荷を電圧信号に変換して画素信号Spを出力する出力部1cと、VCCD部300の駆動信号VΦ1〜VΦ12、SCCD1、およびSCCD2、並びにHCCD部1bの駆動信号ΦH1およびΦH2を生成するタイミング生成部(CCD駆動部)13aと、該CCDイメージセンサ3を構成する半導体基板の裏面側に設けられ、受光画素PDで生成された信号電荷をイメージセンサ3の外部に排出するオーバーフロードレイン(図示せず)と、上記出力部1cからの画素信号Spに基づいて、上記タイミング生成部13aおよびオーバーフロードレイン(以下、OFD部ともいう。)を、それぞれ制御信号CtgおよびCofdにより制御する制御部13bとを有している。なお、オーバーフロードレイン部は、実施形態1のものと同一のものである。   The CCD image sensor 3 is disposed on one end side of the imaging region 1a, and a horizontal CCD (HCCD unit) 1b that horizontally transfers signal charges transferred from the VCCD unit 300, and the HCCD unit 1b An output unit 1c that is arranged on one end side and converts a signal charge from the HCCD unit 1b into a voltage signal and outputs a pixel signal Sp, drive signals VΦ1 to VΦ12, SCCD1, and SCCD2, and an HCCD unit 1b of the VCCD unit 300 The timing generator (CCD driver) 13a for generating the drive signals ΦH1 and ΦH2 and the signal charges generated by the light receiving pixels PD are provided on the back side of the semiconductor substrate constituting the CCD image sensor 3. Based on the overflow drain (not shown) discharged to the outside of the pixel and the pixel signal Sp from the output unit 1c The timing generator 13a, and an overflow drain (hereinafter, also referred to as OFD portion.), And has a control unit 13b for controlling the respective control signals Ctg and Cofd. The overflow drain part is the same as that of the first embodiment.

そして、この実施形態3のCCDイメージセンサ3では、制御部13bおよびタイミング生成部13aは、上記実施形態1のCCDイメージセンサ1と同様に、電荷転送パケットと電荷回収パケットとが形成され、電荷回収パケットが電荷転送パケットの直後を移動するよう転送ゲートを駆動するだけでなく、VCCD300の終端側に設けられているCCDバッファ部で、電荷転送パケットの信号電荷と電荷回収パケットの信号電荷とを足し合わせるものである。   In the CCD image sensor 3 according to the third embodiment, the control unit 13b and the timing generation unit 13a form the charge transfer packet and the charge recovery packet as in the CCD image sensor 1 according to the first embodiment. In addition to driving the transfer gate so that the packet moves immediately after the charge transfer packet, the CCD buffer unit provided on the terminal side of the VCCD 300 adds the signal charge of the charge transfer packet and the signal charge of the charge recovery packet. It is to match.

次に図7および図8を用いて、撮像領域3aおよびCCDバッファ部3cの構成について具体的に説明する。   Next, the configuration of the imaging region 3a and the CCD buffer unit 3c will be specifically described with reference to FIGS.

上記撮像領域3aには、被写体からの入射光を光電変換する受光画素を配列してなる受光画素列30a〜30dと、受光画素から読み出した信号電荷を垂直方向に転送するVCCD部300a〜300dとが交互に配置されている。   In the imaging region 3a, light receiving pixel rows 30a to 30d in which light receiving pixels that photoelectrically convert incident light from a subject are arranged, and VCCD units 300a to 300d that transfer signal charges read from the light receiving pixels in the vertical direction, and Are arranged alternately.

なお、ここでは、説明の簡略化のため、受光画素列として4つの受光画素列30a〜30d、垂直転送部として4つのVCCD部300a〜300dを挙げて説明する。なお、図8では、説明の都合上、VCCD部300aのみ示している。   Here, for simplification of description, four light receiving pixel columns 30a to 30d as light receiving pixel columns and four VCCD units 300a to 300d as vertical transfer units will be described. In FIG. 8, only the VCCD unit 300a is shown for convenience of explanation.

この実施形態においても、奇数番目の受光素子列30a、30cと、偶数番目の受光素子列30b、30dとは、配置されているカラーフィルタの色の配列が異なるのみで、その他の点は同一の構成となっている。また、VCCD部300a〜300dについては、すべて同一構成となっている。   Also in this embodiment, the odd-numbered light receiving element arrays 30a and 30c and the even-numbered light receiving element arrays 30b and 30d differ only in the color arrangement of the arranged color filters, and the other points are the same. It has a configuration. The VCCD units 300a to 300d all have the same configuration.

各受光画素列30a〜30dは、撮像画面の垂直方向に沿って一列に配列された受光画素PD1〜12からなり、各垂直CCD300a〜300dは、対応する受光画素列の受光画素PD1〜PD12から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する転送ゲート電極(以下、単に転送ゲートという。)を有している。これらの転送ゲートは、受光画素から読み出した信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送パケット(以下、VCCDパケットともいう。)を形成するものである。   Each of the light receiving pixel columns 30a to 30d includes light receiving pixels PD1 to 12 arranged in a line along the vertical direction of the imaging screen, and each vertical CCD 300a to 300d receives a signal from the light receiving pixels PD1 to PD12 of the corresponding light receiving pixel column. It has a transfer gate electrode (hereinafter simply referred to as a transfer gate) for reading out charges and transferring them in the vertical direction. These transfer gates form a vertical transfer packet (hereinafter also referred to as a VCCD packet) for transferring the signal charges read from the light receiving pixels in the vertical direction.

具体的には、奇数列の受光画素列30a、30cは、実施形態1における受光画素列10a、10cと同一のものであり、偶数列の受光画素列30b、30dは、実施形態1における受光画素列10b、10dと同一のものである。   Specifically, the odd-numbered light-receiving pixel rows 30a and 30c are the same as the light-receiving pixel rows 10a and 10c in the first embodiment, and the even-numbered light-receiving pixel rows 30b and 30d are the light-receiving pixels in the first embodiment. It is the same as the columns 10b and 10d.

そして、各受光画素列の受光画素PD1〜PD6に対しては、第1〜第12の転送ゲート301〜312が、各受光画素に隣接する2つの転送ゲートが対応するよう設けられており、同様に、各受光画素列の受光画素PD7〜PD12に対しても、第1〜第12の転送ゲート313〜324が各受光画素に隣接する2つの転送ゲートが対応するよう設けられている。   For the light receiving pixels PD1 to PD6 in each light receiving pixel column, first to twelfth transfer gates 301 to 312 are provided so that two transfer gates adjacent to each light receiving pixel correspond to each other. In addition, the first to twelfth transfer gates 313 to 324 are also provided for the light receiving pixels PD7 to PD12 of each light receiving pixel column so as to correspond to the two transfer gates adjacent to each light receiving pixel.

また、VCCD部300aのHCCD部側端には、VCCD部300aからHCCD部1bへ信号電荷の転送が可能な状態と、VCCD部300aからHCCD部1bへの信号電荷の転送が不可能な状態とを切り替えるためのバリアゲート301aが設けられ、さらに、このバリアゲート301aとHCCD部1bとの間には、電荷転送パケットの信号電荷と電荷回収パケットの信号電荷とを足し合わせる電荷保持パケットを形成する電荷保持ゲート301sおよび302sが設けられている。   Further, at the end of the VCCD unit 300a on the side of the HCCD unit, a signal charge can be transferred from the VCCD unit 300a to the HCCD unit 1b, and a signal charge cannot be transferred from the VCCD unit 300a to the HCCD unit 1b. The barrier gate 301a for switching between the charge transfer packet and the charge collection packet is formed between the barrier gate 301a and the HCCD unit 1b. Charge holding gates 301s and 302s are provided.

ここで、各受光画素に対応する2つの転送ゲートのうちの一方は、対応する受光画素PD1〜PD12で生成された信号電荷をVCCD部30に読み出す読み出しゲートRgも兼ねている。   Here, one of the two transfer gates corresponding to each light receiving pixel also serves as a read gate Rg for reading the signal charges generated by the corresponding light receiving pixels PD1 to PD12 to the VCCD unit 30.

さらに、受光画素PD1〜PD6に対する第1〜第12の転送ゲート301〜312には、第1〜第12の駆動信号(以下CCD駆動信号ともいう。)ΦV1〜ΦV12が印加され、受光画素PD7〜PD12に対する第1〜第12の転送ゲート313〜324には、第1〜第12の駆動信号ΦV1〜ΦV12が印加され、バリアゲート301aには第12の駆動信号ΦV12が印加され、電荷保持ゲート301sおよび302sには、駆動信号SCCD1およびSCCD2が印加されるようになっている。   Further, the first to twelfth transfer gates 301 to 312 for the light receiving pixels PD1 to PD6 are applied with first to twelfth drive signals (hereinafter also referred to as CCD drive signals) ΦV1 to ΦV12, respectively. The first to twelfth transfer gates 313 to 324 for the PD 12 are applied with the first to twelfth drive signals ΦV1 to ΦV12, the twelfth drive signal ΦV12 is applied to the barrier gate 301a, and the charge holding gate 301s. And 302s are applied with drive signals SCCD1 and SCCD2.

そして、この実施形態3の固体撮像装置3では、VCCD部300a〜300dは、CCD駆動部13aからの駆動信号ΦV1〜ΦV12により、読み出された信号電荷を転送する電荷転送パケットとともに、その直後に、該電荷転送パケットが取り残した取り残し電荷を回収する電荷回収パケットが生成されるよう駆動される。   In the solid-state imaging device 3 according to the third embodiment, the VCCD units 300a to 300d are immediately after the charge transfer packet for transferring the read signal charges by the drive signals ΦV1 to ΦV12 from the CCD drive unit 13a. The charge transfer packet is recovered so as to collect the remaining charge left by the charge transfer packet.

次に動作について説明する。   Next, the operation will be described.

この実施形態3のCCDイメージセンサ3では、撮像動作が開始すると、制御部13bからの制御信号Ctgに基づいて、タイミング生成部13aが、VCCD部300の駆動信号ΦV1〜ΦV12、SCCD1およびSCCD2、並びにHCCD部1bの駆動信号ΦH1およびΦH2を生成して、VCCD部300およびHCCD部1bに出力する。   In the CCD image sensor 3 of the third embodiment, when the imaging operation is started, the timing generation unit 13a performs driving signals ΦV1 to ΦV12 of the VCCD unit 300, SCCD1 and SCCD2, and the like based on the control signal Ctg from the control unit 13b. Drive signals ΦH1 and ΦH2 of the HCCD unit 1b are generated and output to the VCCD unit 300 and the HCCD unit 1b.

また、各受光画素PDでは入射光の光電変換により信号電荷が発生しており、受光画素PDから読み出しゲートRgを介してVCCD部300に読み出された信号電荷が、VCCD部300によりHCCD部1bへ垂直転送され、HCCD部1bではVCCD部100からの信号電荷が水平方向に転送される。   In each light receiving pixel PD, signal charge is generated by photoelectric conversion of incident light, and the signal charge read from the light receiving pixel PD to the VCCD unit 300 via the read gate Rg is transferred to the HCCD unit 1b by the VCCD unit 300. The signal charge from the VCCD unit 100 is transferred in the horizontal direction in the HCCD unit 1b.

例えば、図8に示すように、VCCD部300aでは、タイミングt'''0〜t'''23の繰り返し周期、つまり、VCCD部での1垂直転送周期内に、隣接する6つの受光画素のうちの1つの信号電荷、例えば受光画素PD1〜PD6のうちのPD1の信号電荷が、6受光画素に相当する距離だけ垂直方向に転送される。   For example, as shown in FIG. 8, in the VCCD unit 300a, six adjacent light receiving pixels are included in a repetition cycle of timings t ′ ″ 0 to t ′ ″ 23, that is, in one vertical transfer cycle in the VCCD unit. One of the signal charges, for example, the signal charge of PD1 among the light receiving pixels PD1 to PD6, is transferred in the vertical direction by a distance corresponding to six light receiving pixels.

このような隣接する6つの受光画素のうちの第1の受光画素の信号電荷を読み出す動作が、1フィールド期間内で繰り返し行われて、1フィールド分の信号電荷が順次VCCD部からHCCD部を経由して、画素信号としてCCDイメージセンサの外部に出力される。また、1フィールド分の信号電荷の読み出し動作は、6フィールド分繰り返されることで、撮像画像の1画面分の信号電荷が出力されることとなる。   The operation of reading the signal charge of the first light receiving pixel among the six adjacent light receiving pixels is repeatedly performed within one field period, and the signal charge for one field sequentially passes from the VCCD part to the HCCD part. Then, it is output to the outside of the CCD image sensor as a pixel signal. Further, the signal charge reading operation for one field is repeated for six fields, so that the signal charge for one screen of the captured image is output.

また、この実施形態3のCCDイメージセンサ3では、実施形態1のCCDイメージセンサ1と同様に、受光画素から読み出された信号電荷が電荷転送パケットTPa、TPbにより転送され、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送中に転送し残した取り残した信号電荷は、該電荷転送パケットの直後につづく電荷回収パケットRPa、RPbにより回収されて転送される。   In the CCD image sensor 3 of the third embodiment, similarly to the CCD image sensor 1 of the first embodiment, the signal charges read from the light receiving pixels are transferred by the charge transfer packets TPa and TPb, and the charge transfer packets are used. The remaining signal charge transferred during signal charge transfer is recovered and transferred by the charge recovery packets RPa and RPb immediately after the charge transfer packet.

そして、この実施形態3のCCDイメージセンサ3では、VCCD部のHCCD部側端に設けられているCCDバッファ部3cには、上記電荷転送パケットおよび電荷回収パケットの信号電荷を結合するための結合パケットCPが形成されており、垂直転送動作中の所定のタイミングt'''0〜t'''23の間に、該結合パケットCPには、垂直方向に電荷転送パケットにより転送されてきた信号電荷と、その直後の電荷回収パケットにより転送されてきた取り残し電荷とが混入されて足しあわされることとなる。なお、バリア領域CBは結合パケットCPと電荷転送パケットTPaとを電気的に分離する領域である。   In the CCD image sensor 3 of the third embodiment, a combined packet for combining the charge transfer packet and the signal charge of the charge recovery packet is connected to the CCD buffer unit 3c provided at the end of the VCCD unit on the HCCD unit side. CP is formed, and during the predetermined timing t ′ ″ 0 to t ′ ″ 23 during the vertical transfer operation, the combined packet CP includes a signal charge transferred by the charge transfer packet in the vertical direction. Then, the remaining charge transferred by the charge collection packet immediately after that is mixed and added. The barrier region CB is a region that electrically separates the combined packet CP and the charge transfer packet TPa.

具体的には、図8に示すように6フィールド読み出しのゲート構成では、VCCD部の転送ゲート下のポテンシャル状態は、VCCD転送ゲート301〜324(図8参照)に印加される駆動信号ΦV1〜ΦV12により、12枚のゲートを1サイクル単位として、受光画素6画素分にまたがって1垂直転送周期に相当する領域に、電荷転送パケット(蓄積領域)TPa、TPb、そのバリア領域TBa、TBb、電荷回収パケット(回収領域)RPa、RPb、およびそのバリア領域RBa、RBbが形成された状態となっている。   Specifically, as shown in FIG. 8, in the 6-field readout gate configuration, the potential state under the transfer gate of the VCCD unit is the drive signals ΦV1 to ΦV12 applied to the VCCD transfer gates 301 to 324 (see FIG. 8). Thus, charge transfer packets (accumulation regions) TPa and TPb, their barrier regions TBa and TBb, and charge recovery are provided in an area corresponding to one vertical transfer period across 6 light receiving pixels, with 12 gates as one cycle unit. Packets (collection areas) RPa and RPb and their barrier areas RBa and RBb are formed.

また、CCDバッファ部3cには、駆動信号SCCD1およびSCCD2により、結合パケットCPおよびそのバリア領域CBが形成され、また、結合パケットCPとVCCD部との間には、分離バリアSBが形成されている。   In the CCD buffer unit 3c, the combined packet CP and its barrier region CB are formed by the drive signals SCCD1 and SCCD2, and a separation barrier SB is formed between the combined packet CP and the VCCD unit. .

なお、図8では、色塗りされた領域が、電荷転送パケットが形成された電荷蓄積領域として、また、色塗されていない領域が、バリアが形成されたバリア領域として示され、さらに、ハッチングされた領域は、電荷回収パケットの形成領域として示されている。   In FIG. 8, a colored region is shown as a charge accumulation region where a charge transfer packet is formed, and a non-colored region is shown as a barrier region where a barrier is formed, and is further hatched. This area is shown as a charge collection packet forming area.

ここで初期状態はタイミングt’’’0で示されており、このとき、第1〜第6の受光画素PD1〜PD6に跨った領域では、そのVCCDゲート下ポテンシャルは、駆動信号ΦV1〜ΦV6が印加された転送ゲートに対応する領域は、電荷転送パケットが形成された電荷蓄積領域TPa、TPbとなり、駆動信号ΦV7〜ΦV8が印加された転送ゲートに対応する領域に転送バリアTBaおよびTBbが形成され、駆動信号φV9〜φV10が印加される転送ゲートに対応する領域に、電荷回収パケットRPa、RPbが形成され、駆動信号φV11〜φV12が印加される転送ゲートに対応する領域に、回収パケットのバリアRBa、RBbが形成されている。   Here, the initial state is indicated by the timing t ″ ′ 0. At this time, in the region extending from the first to the sixth light receiving pixels PD1 to PD6, the VCCD gate potential is expressed by the drive signals ΦV1 to ΦV6. The regions corresponding to the applied transfer gates are the charge storage regions TPa and TPb in which the charge transfer packet is formed, and the transfer barriers TBa and TBb are formed in the region corresponding to the transfer gate to which the drive signals ΦV7 to ΦV8 are applied. The charge recovery packets RPa and RPb are formed in the region corresponding to the transfer gate to which the drive signals φV9 to φV10 are applied, and the recovery packet barrier RBa is formed in the region corresponding to the transfer gate to which the drive signals φV11 to φV12 are applied. , RBb is formed.

つぎにタイミングt’’’1では、そのVCCDゲート下ポテンシャルは、駆動信号ΦV12、ΦV1〜ΦV6が印加された転送ゲートに対応する領域に電荷転送パケットが形成され、駆動信号ΦV7が印加された転送ゲートに対応する領域には、転送領域バリアが形成され、駆動信号φV8〜φV10が印加された転送ゲートに対応する領域に、電荷回収パケットが形成され、駆動信号φV11が印加された転送ゲートに対応する領域に回収パケットバリアが形成される。   Next, at the timing t ′ ″ 1, the potential under the VCCD gate is such that the charge transfer packet is formed in the region corresponding to the transfer gate to which the drive signals ΦV12 and ΦV1 to ΦV6 are applied, and the transfer to which the drive signal ΦV7 is applied. A transfer region barrier is formed in a region corresponding to the gate, and a charge recovery packet is formed in a region corresponding to the transfer gate to which the drive signals φV8 to φV10 are applied, and corresponds to the transfer gate to which the drive signal φV11 is applied. A collection packet barrier is formed in the area to be used.

さらにその後、時間の経過とともに、タイミングt’’’2、t’’’3・・・・t’’’23のようにゲート下ポテンシャルをコントロールする。   Thereafter, as the time elapses, the under-gate potential is controlled at timings t ″ ″ 2, t ″ ″ 3... T ″ ″ 23.

これにより、そのVCCD転送ゲート下の電荷転送パケットと電荷回収パケットはVCCD部300とHCCD部1bの間に形成されたCCDバッファ部3cの方へ移動して行く。   As a result, the charge transfer packet and the charge recovery packet under the VCCD transfer gate move toward the CCD buffer unit 3c formed between the VCCD unit 300 and the HCCD unit 1b.

そして、このCCDバッファ部1cに形成されている保持パケットCP内で、上記電荷転送パケット(元の信号電荷を転送するパケット)に格納されている信号電荷と、電荷回収パケット(前方からの取り残し電荷の入ったがパケット)に格納されている信号電荷とが合流する。   In the holding packet CP formed in the CCD buffer unit 1c, the signal charge stored in the charge transfer packet (packet for transferring the original signal charge) and the charge recovery packet (remaining charge from the front) However, the signal charge stored in the packet) merges.

さらに、この合流した信号電荷は、VCCD部での駆動に合わせて、任意の時間にCCDバッファ部3cの保持パケットCPからHCCD部1bへ移動させられる。つまり、すなわち、転送時の取り残し電荷を低減させた信号電荷をHCCD部へ転送させることができる。   Further, the combined signal charges are moved from the holding packet CP of the CCD buffer unit 3c to the HCCD unit 1b at an arbitrary time in accordance with the driving in the VCCD unit. That is, it is possible to transfer the signal charge in which the remaining charge during transfer is reduced to the HCCD unit.

このように本実施形態3では、VCCD部300a〜300dは、CCD駆動部13aからの駆動信号ΦV1〜ΦV12、SCCD1、SCCD2により、読み出された信号電荷を転送する電荷転送パケットTPa、TPbとともに、該電荷転送パケットが取り残した取り残し電荷を回収する電荷回収パケットRPa、RPbを生成し、電荷転送パケットおよび電荷回収パケットを、電荷回収パケットが電荷転送パケットの直後に続くようして、VCCD部の電荷転送チャンネル内で移動させ、さらに、VCCD部300のHCCD部1b側端に配置されたCCDバッファ部3cに形成されている結合パケット(保持パケット)CPにて、電荷転送パケットに蓄積された信号電荷と、これに続く電荷回収パケットで回収された信号電荷とを足し合わせてHCCD部1bに転送するので、VCCD転送中に電荷転送パケットによる信号電荷の取り残しが発生した場合でも、電荷転送パケットによる転送から取り残された取り残し電荷を、電荷回収パケットが回収して転送することとなり、これによりVCCD部での転送取り残しを低減させることができる。この結果、転送効率を向上させ、縦線等の画像不良を低減できる。   As described above, in the third embodiment, the VCCD units 300a to 300d, together with the charge transfer packets TPa and TPb for transferring the signal charges read by the drive signals ΦV1 to ΦV12, SCCD1, and SCCD2 from the CCD drive unit 13a, The charge transfer packets RPa and RPb for collecting the remaining charge left by the charge transfer packet are generated, and the charge transfer packet and the charge recovery packet are set to follow the charge transfer packet immediately after the charge transfer packet. The signal charge accumulated in the charge transfer packet is moved in the transfer channel, and is further combined by a combined packet (holding packet) CP formed in the CCD buffer unit 3c disposed at the end of the VCCD unit 300 on the HCCD unit 1b side. And the signal charge recovered in the subsequent charge recovery packet. In addition, since the signal charges are transferred to the HCCD unit 1b, even if the signal charges are left behind by the charge transfer packet during the VCCD transfer, the charge collection packet collects and transfers the remaining charges left from the transfer by the charge transfer packet. As a result, it is possible to reduce untransferred data in the VCCD unit. As a result, transfer efficiency can be improved and image defects such as vertical lines can be reduced.

また、この実施形態では、電荷転送パケットに蓄積された信号電荷と、電荷回収パケットで回収された信号電荷との加算は、HCCD部ではなく、VCCD部の端部に形成した結合パケットで行うので、電荷転送パケットと電荷回収パケットとに分かれて転送されてくる1垂直転送周期に相当する信号電荷を結合パケットにてまとめてHCCD部へ転送することができ、HCCD部での転送動作を、垂直転送タイミングとは独立して行うことができる。
(実施形態4)
図9〜図11は、本発明の実施形態4による固体撮像装置を説明する図である。
Further, in this embodiment, the addition of the signal charge accumulated in the charge transfer packet and the signal charge collected by the charge collection packet is performed not by the HCCD unit but by the combined packet formed at the end of the VCCD unit. The signal charges corresponding to one vertical transfer period transferred separately into the charge transfer packet and the charge recovery packet can be collectively transferred to the HCCD unit by the combined packet, and the transfer operation in the HCCD unit can be performed vertically. This can be done independently of the transfer timing.
(Embodiment 4)
9 to 11 are diagrams illustrating a solid-state imaging device according to Embodiment 4 of the present invention.

図9は、この実施形態4の固体撮像装置であるCCDイメージセンサの概略構成を示し、図10は、このCCDイメージセンサにおける撮像領域での各受光画素とこれに対応する転送電極の配列を示している。図11は、このCCDイメージセンサにおける、受光画素列に対応するVCCD部での転送ゲートの配列とともに、該VCCD部にて信号電荷が転送される様子を示している。   FIG. 9 shows a schematic configuration of a CCD image sensor which is a solid-state imaging device of the fourth embodiment, and FIG. 10 shows an arrangement of light receiving pixels and transfer electrodes corresponding thereto in an imaging region in the CCD image sensor. ing. FIG. 11 shows an arrangement of transfer gates in the VCCD section corresponding to the light-receiving pixel row in this CCD image sensor and how signal charges are transferred in the VCCD section.

この実施形態4のCCDイメージセンサ4は、半導体基板(図示せず)上に形成され、被写体の撮像を行うための撮像領域4aを有し、該撮像領域4aには、被写体からの入射光を光電変換する受光画素PDがマトリクス状に配列されており、各受光画素列40に沿って受光画素PDから読み出した信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部(VCCD部)400が配置されている。ここで、上記VCCD部400と対応する受光画素列40の各受光画素PDとの間には、読み出しゲートRgが配置されており、受光画素PDで生成された信号電荷は、該読み出しゲートRgを介してVCCD部400に読み出されるようになっている。   The CCD image sensor 4 of the fourth embodiment is formed on a semiconductor substrate (not shown), and has an imaging area 4a for imaging a subject, and incident light from the subject is input to the imaging area 4a. The light receiving pixels PD for photoelectric conversion are arranged in a matrix, and a vertical charge transfer unit (VCCD unit) 400 for transferring the signal charges read from the light receiving pixels PD in the vertical direction is arranged along each light receiving pixel column 40. Yes. Here, a readout gate Rg is disposed between the VCCD section 400 and each of the light receiving pixels PD of the corresponding light receiving pixel row 40, and the signal charge generated in the light receiving pixel PD is transferred to the readout gate Rg. The data is read out to the VCCD unit 400 via the interface.

また、このCCDイメージセンサ4は、該撮像領域1aの一端側に配置され、VCCD部400から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部(HCCD部)1bと、該HCCD部1bの一端側に配置され、HCCD部1bからの信号電荷を電圧信号に変換して画素信号Spを出力する出力部1cと、VCCD部400の駆動信号ΦV1〜ΦV12、およびΦV1a〜ΦV12a、並びにHCCD部1bの駆動信号ΦH1およびΦH2を生成するタイミング生成部(CCD駆動部)14aと、該CCDイメージセンサ4を構成する半導体基板の裏面側に設けられ、受光画素PDで生成された信号電荷をイメージセンサ1の外部に排出するオーバーフロードレイン(図示せず)と、上記出力部1cからの画素信号Spに基づいて、上記タイミング生成部14aおよびオーバーフロードレイン(以下、OFD部ともいう。)を、それぞれ制御信号CtgおよびCofdにより制御する制御部14bとを有している。   The CCD image sensor 4 is disposed on one end side of the imaging region 1a, and a horizontal charge transfer unit (HCCD unit) 1b that horizontally transfers signal charges transferred from the VCCD unit 400, and the HCCD unit. 1b, an output unit 1c that converts a signal charge from the HCCD unit 1b into a voltage signal and outputs a pixel signal Sp, drive signals ΦV1 to ΦV12, ΦV1a to ΦV12a of the VCCD unit 400, and HCCD A timing generation unit (CCD driving unit) 14a that generates the driving signals ΦH1 and ΦH2 of the unit 1b and a signal charge generated by the light receiving pixel PD provided on the back side of the semiconductor substrate constituting the CCD image sensor 4 are imaged. Based on an overflow drain (not shown) discharged to the outside of the sensor 1 and the pixel signal Sp from the output unit 1c. The timing generation unit 14a and the overflow drain (hereinafter, also referred to as OFD portion.), And has a control unit 14b for controlling the respective control signals Ctg and Cofd.

なお、この実施形態4のCCDイメージセンサ4における、受光画素PD、HCCD部1b、出力部1c、オーバーフロードレインは、実施形態1のCCDイメージセンサにおけるものと同一のものである。   In the CCD image sensor 4 of the fourth embodiment, the light receiving pixels PD, the HCCD unit 1b, the output unit 1c, and the overflow drain are the same as those in the CCD image sensor of the first embodiment.

そして、この実施形態4では、VCCD部400における、HCCD部1bに隣接する1垂直転送周期に相当する転送ゲート401〜412には、その他の転送ゲート413〜424に印加する駆動信号ΦV1〜ΦV12とは独立した駆動信号ΦV1a〜ΦV12aが印加されるようになっており、制御部14bおよびタイミング生成部14aは、上記実施形態1のCCDイメージセンサ1と同様に、電荷転送パケットと電荷回収パケットとが形成され、電荷回収パケットが電荷転送パケットの直後を移動するよう転送ゲートを駆動するだけでなく、VCCD部における、HCCD部に隣接する1垂直転送周期に相当する転送領域では、電荷回収パケットRPaの移動速度を電荷転送パケットTPaの移動速度より高めてこれらのパケットに格納されている信号電荷と取り残し電荷とを足し合わせるものである。   In the fourth embodiment, in the VCCD unit 400, the transfer gates 401 to 412 corresponding to one vertical transfer period adjacent to the HCCD unit 1b are connected to the drive signals ΦV1 to ΦV12 applied to the other transfer gates 413 to 424. Independent drive signals ΦV1a to ΦV12a are applied, and the control unit 14b and the timing generation unit 14a receive the charge transfer packet and the charge recovery packet as in the CCD image sensor 1 of the first embodiment. In addition to driving the transfer gate so that the charge recovery packet is moved immediately after the charge transfer packet, the charge recovery packet RPa of the VCCD part is transferred in a transfer region corresponding to one vertical transfer period adjacent to the HCCD part. The movement speed is made higher than the movement speed of the charge transfer packet TPa so that these packets are stored. In which adding the signal charges and left behind charge that is.

次に図11を用いて、撮像領域4aおよびCCDバッファ部4cの構成について具体的に説明する。   Next, the configuration of the imaging region 4a and the CCD buffer unit 4c will be specifically described with reference to FIG.

上記のように該撮像領域4aには、被写体からの入射光を光電変換する受光画素を配列してなる受光画素列40a〜40dと、受光画素から読み出した信号電荷を垂直方向に転送するVCCD部400a〜400dとが交互に配置されている。   As described above, in the imaging region 4a, the light receiving pixel rows 40a to 40d in which the light receiving pixels for photoelectrically converting the incident light from the subject are arranged, and the VCCD unit for transferring the signal charges read from the light receiving pixels in the vertical direction. 400a to 400d are alternately arranged.

なお、ここでは、説明の簡略化のため、受光画素列として4つの受光画素列40a〜40d、垂直転送部として4つのVCCD部400a〜400dを挙げて説明する。また、受光素子列40a〜40dおよびVCCD部400a〜400dは、実施形態1におけるものと同一構造となっている。ただし、この実施形態4のVCCD部400a〜400には、駆動信号ΦV1〜ΦV12に加えて、これらの駆動信号とは独立した駆動信号ΦV1a〜ΦV12aが供給される。   Here, for simplification of description, four light receiving pixel columns 40a to 40d as light receiving pixel columns and four VCCD units 400a to 400d as vertical transfer units will be described. The light receiving element arrays 40a to 40d and the VCCD sections 400a to 400d have the same structure as that in the first embodiment. However, in addition to the drive signals ΦV1 to ΦV12, drive signals ΦV1a to ΦV12a independent of these drive signals are supplied to the VCCD units 400a to 400 of the fourth embodiment.

例えば、VCCD部400aを例に挙げて説明すると、HCCD部1bに隣接する受光画素PD1〜PD6に対する第1〜第12の転送ゲート401〜412には、第1〜第12の電荷加算駆動信号ΦV1a〜ΦV12aが印加され、受光画素PD7〜PD12に対する第1〜第12の転送ゲート413〜424には、第1〜第12の画素転送駆動信号ΦV1〜ΦV12が印加され、バリアゲート401aには第12の画素転送駆動信号ΦV12が印加されるようになっている。   For example, taking the VCCD unit 400a as an example, the first to twelfth charge addition drive signals ΦV1a are supplied to the first to twelfth transfer gates 401 to 412 for the light receiving pixels PD1 to PD6 adjacent to the HCCD unit 1b. To ΦV12a are applied, the first to twelfth pixel transfer drive signals ΦV1 to ΦV12 are applied to the first to twelfth transfer gates 413 to 424 for the light receiving pixels PD7 to PD12, and the twelfth to the barrier gate 401a. The pixel transfer drive signal ΦV12 is applied.

なお、この実施形態4における第1〜第12の画素転送駆動信号ΦV1〜ΦV12は、実施形態1における第1〜第12の駆動信号ΦV1〜ΦV12と同一のものである。   The first to twelfth pixel transfer drive signals ΦV1 to ΦV12 in the fourth embodiment are the same as the first to twelfth drive signals ΦV1 to ΦV12 in the first embodiment.

次に動作について説明する。   Next, the operation will be described.

この実施形態4のCCDイメージセンサ4では、撮像動作が開始すると、制御部14bからの制御信号Ctgに基づいて、タイミング生成部14aが、VCCD部400の駆動信号ΦV1〜ΦV12、ΦV1a〜ΦV12a、並びにHCCD部1bの駆動信号ΦH1およびΦH2を生成して、VCCD部400およびHCCD部1bに出力する。   In the CCD image sensor 4 of the fourth embodiment, when the imaging operation is started, the timing generation unit 14a generates the drive signals ΦV1 to ΦV12, ΦV1a to ΦV12a of the VCCD unit 400 based on the control signal Ctg from the control unit 14b. Drive signals ΦH1 and ΦH2 of the HCCD unit 1b are generated and output to the VCCD unit 400 and the HCCD unit 1b.

また、各受光画素PDでは入射光の光電変換により信号電荷が発生しており、受光画素PDから読み出しゲートRgを介してVCCD部400に読み出された信号電荷が、VCCD部400によりHCCD部1bへ垂直転送され、HCCD部1bではVCCD部400からの信号電荷が水平方向に転送される。   In each light receiving pixel PD, signal charge is generated by photoelectric conversion of incident light, and the signal charge read from the light receiving pixel PD to the VCCD unit 400 via the read gate Rg is transferred by the VCCD unit 400 to the HCCD unit 1b. The signal charge from the VCCD unit 400 is transferred in the horizontal direction in the HCCD unit 1b.

例えば、図11に示すように、VCCD部400aでは、タイミングt0〜t23の繰り返し周期、つまり、VCCD部での1垂直転送周期内に、隣接する6つの受光画素のうちの1つの信号電荷、例えば受光画素PD1〜PD6のうちのPD1の信号電荷が、6受光画素に相当する距離だけ垂直方向に転送される。   For example, as shown in FIG. 11, in the VCCD unit 400a, within one cycle of timing t0 to t23, that is, one vertical transfer cycle in the VCCD unit, one signal charge of six adjacent light receiving pixels, for example, The signal charges of PD1 among the light receiving pixels PD1 to PD6 are transferred in the vertical direction by a distance corresponding to the six light receiving pixels.

このような隣接する6つの受光画素のうちの第1の受光画素の信号電荷を読み出す動作が、1フィールド期間内で繰り返し行われて、1フィールド分の信号電荷が順次VCCD部からHCCD部を経由して、画素信号としてCCDイメージセンサの外部に出力される。また、1フィールド分の信号電荷の読み出し動作は、6フィールド分繰り返されることで、撮像画像の1画面分の信号電荷が出力されることとなる。   The operation of reading the signal charge of the first light receiving pixel among the six adjacent light receiving pixels is repeatedly performed within one field period, and the signal charge for one field sequentially passes from the VCCD part to the HCCD part. Then, it is output to the outside of the CCD image sensor as a pixel signal. Further, the signal charge reading operation for one field is repeated for six fields, so that the signal charge for one screen of the captured image is output.

また、この実施形態4のCCDイメージセンサ4では、実施形態1のCCDイメージセンサ1と同様に、受光画素から読み出された信号電荷が電荷転送パケットTPa、TPbにより転送され、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送中に転送し残した取り残した信号電荷は、該電荷転送パケットの直後につづく電荷回収パケットRPa、RPbにより回収されて転送される。   Further, in the CCD image sensor 4 of the fourth embodiment, similarly to the CCD image sensor 1 of the first embodiment, the signal charges read from the light receiving pixels are transferred by the charge transfer packets TPa and TPb, and the charge transfer packets are used. The remaining signal charge transferred during signal charge transfer is recovered and transferred by the charge recovery packets RPa and RPb immediately after the charge transfer packet.

そして、この実施形態4のCCDイメージセンサ4では、VCCD部のHCCD部側端の1垂直転送周期に対応する最終転送領域に、上記電荷転送パケットTPaおよび電荷回収パケットRPaが移動してきたとき、この領域に設けられているゲート電極に印加される駆動信号ΦV1a〜ΦV12aにより、電荷回収パケットRPaの移動速度が、これに先行する電荷転送パケットRPaの移動速度より高められ、この最終転送領域で、電荷回収パケットRPaが電荷転送パケットTPaに追いついて、信号電荷と取り残し電荷とが加算される(タイミングt3)。その後は、加算された信号電荷と取り残し電荷とが、1つの転送パケットによりHCCD部1bへ転送される(タイミングt4〜t12)。   In the CCD image sensor 4 of the fourth embodiment, when the charge transfer packet TPa and the charge recovery packet RPa move to the final transfer area corresponding to one vertical transfer cycle at the end of the VCCD side of the HCCD unit, Due to the drive signals ΦV1a to ΦV12a applied to the gate electrodes provided in the region, the movement speed of the charge recovery packet RPa is increased from the movement speed of the charge transfer packet RPa preceding this, and in this final transfer area, the charge The collection packet RPa catches up with the charge transfer packet TPa, and the signal charge and the remaining charge are added (timing t3). Thereafter, the added signal charge and the remaining charge are transferred to the HCCD unit 1b by one transfer packet (timing t4 to t12).

その後のタイミングt13〜t23の間に、次の電荷転送パケットTPbと電荷回収パケットRPbの組が、上記転送最終段領域に移動してくる。   During subsequent timings t13 to t23, the next set of charge transfer packet TPb and charge recovery packet RPb moves to the transfer final stage region.

このように本実施形態4では、VCCD部400a〜400dは、CCD駆動部14aからの駆動信号ΦV1〜ΦV12、ΦV1a〜ΦV12aにより、読み出された信号電荷を転送する電荷転送パケットTPa、TPbとともに、該電荷転送パケットが取り残した取り残し電荷を回収する電荷回収パケットRPa、RPbを生成し、しかも、VCCD部における、HCCD部に隣接する1垂直転送周期に相当する転送領域では、電荷回収パケットRPa、RPbの移動速度を電荷転送パケットTPa、TPbの移動速度より高めてこれらのパケットに格納されている信号電荷と取り残し電荷とを足し合わせるので、VCCD転送中に電荷転送パケットによる信号電荷の取り残しが発生した場合でも、電荷転送パケットによる転送から取り残された取り残し電荷を、電荷回収パケットが回収して転送することとなり、これによりVCCD部での転送取り残しを低減させることができる。この結果転送効率を向上させ、縦線等の画像不良を低減できる。   As described above, in the fourth embodiment, the VCCD units 400a to 400d, together with the charge transfer packets TPa and TPb for transferring the read signal charges by the drive signals ΦV1 to ΦV12 and ΦV1a to ΦV12a from the CCD drive unit 14a, Charge collection packets RPa and RPb for collecting the remaining charges left by the charge transfer packet are generated, and in the transfer area corresponding to one vertical transfer period adjacent to the HCCD unit in the VCCD unit, the charge collection packets RPa and RPb are generated. Of the charge transfer packets TPa and TPb and the signal charges stored in these packets are added together with the remaining charges, so that the signal charges are left behind during the VCCD transfer. Even if left out of transfer by charge transfer packet Was left behind charge, it will be charge collecting packet and transfers the recovered, thereby reducing the leftover transfer in VCCD portion. As a result, transfer efficiency can be improved and image defects such as vertical lines can be reduced.

また、この実施形態では、電荷転送パケットに格納された信号電荷と、電荷回収パケットで回収された信号電荷との加算は、HCCD部ではなく、VCCD部の転送最終段領域にて行うので、電荷転送パケットと電荷回収パケットとに分かれて転送されてくる1垂直転送周期に相当する信号電荷を、VCCD部の転送最終段領域にてまとめてHCCD部へ転送することができ、HCCD部での転送動作に余裕を持たせることができる。
(実施形態5)
図12は、本発明の実施形態5による固体撮像装置を説明する図であり、この実施形態5の固体撮像装置であるCCDイメージセンサの概略構成を示している。
In this embodiment, the addition of the signal charge stored in the charge transfer packet and the signal charge recovered by the charge recovery packet is performed not in the HCCD unit but in the final transfer region of the VCCD unit. Signal charges corresponding to one vertical transfer period transferred separately in transfer packets and charge recovery packets can be transferred together to the HCCD unit in the final transfer region of the VCCD unit, and transferred in the HCCD unit. A margin can be given to operation.
(Embodiment 5)
FIG. 12 is a diagram for explaining a solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention, and shows a schematic configuration of a CCD image sensor which is the solid-state imaging device of Embodiment 5.

この実施形態5のCCDイメージセンサ5は、実施形態1のCCDイメージセンサ1における制御部11bおよびタイミング生成部11aに代わる、制御部15bおよびタイミング生成部15aを備えたものであり、この実施形態5のCCDイメージセンサ5では、制御部15bおよびタイミング生成部15aは、受光画素で発生した信号電荷の量に応じて、電荷転送パケットとこれに続く電荷回収パケットとを発生させる第1の転送動作モードと、電荷転送パケットのみを発生させる第2の転送動作モードとを切り替えるようにしたものである。   The CCD image sensor 5 according to the fifth embodiment includes a control unit 15b and a timing generation unit 15a in place of the control unit 11b and the timing generation unit 11a in the CCD image sensor 1 according to the first embodiment. In the CCD image sensor 5, the control unit 15b and the timing generation unit 15a generate a charge transfer packet and a subsequent charge recovery packet in accordance with the amount of signal charge generated in the light receiving pixel. And the second transfer operation mode for generating only the charge transfer packet.

ここで、第1の転送動作モードは、実施形態1で説明した、CCDイメージセンサ1の該VCCD部100a〜100dで、信号電荷を転送する電荷転送パケットTPaおよびTPbとともに、該電荷転送パケットが取り残した取り残し電荷を回収する電荷回収パケットRPaおよびRPbを移動させる転送動作と同一のものである。   Here, in the first transfer operation mode, the charge transfer packet is left together with the charge transfer packets TPa and TPb for transferring signal charges in the VCCD units 100a to 100d of the CCD image sensor 1 described in the first embodiment. This is the same as the transfer operation for moving the charge collection packets RPa and RPb for collecting the remaining charges.

また、第2の転送動作モードは、図15を用いて説明した、従来のCCDイメージセンサにおける垂直電荷転送パケットのみによる信号電荷の転送動作と同一のものである。   The second transfer operation mode is the same as the signal charge transfer operation using only the vertical charge transfer packet in the conventional CCD image sensor described with reference to FIG.

また、タイミング生成部15aは、第1の転送動作モードで垂直転送動作が行われるようVCCD部100を駆動する駆動信号を生成する第1の駆動信号生成回路151と、第2の転送動作モードで垂直転送動作が行われるようVCCD部100を駆動する駆動信号を生成する第2の駆動信号生成回路152とを有し、制御部15bからの制御信号Ctgに基づいて、いずれか一方の駆動信号生成回路からVCCD部に駆動信号を供給するよう構成されている。   The timing generation unit 15a includes a first drive signal generation circuit 151 that generates a drive signal for driving the VCCD unit 100 so that a vertical transfer operation is performed in the first transfer operation mode, and a second transfer operation mode. A second drive signal generation circuit 152 that generates a drive signal for driving the VCCD unit 100 so that the vertical transfer operation is performed, and generates one of the drive signals based on the control signal Ctg from the control unit 15b. A drive signal is supplied from the circuit to the VCCD unit.

具体的には、制御部15bは、タイミング生成部15aを、撮像領域の受光画素で生成される信号電荷の量の少ないときは、電荷転送パケットとこれに続く電荷回収パケットとを発生させる第1の垂直転送モードでVCCD部100が駆動され、該信号電荷の量の多いときには、電荷転送パケットのみを発生させる第2の垂直転送モードでVCCD部100が駆動されるように制御する構成となっている。   Specifically, the control unit 15b causes the timing generation unit 15a to generate a charge transfer packet and a subsequent charge recovery packet when the amount of signal charge generated by the light receiving pixels in the imaging region is small. The VCCD unit 100 is driven in the vertical transfer mode, and when the amount of the signal charge is large, the VCCD unit 100 is controlled to be driven in the second vertical transfer mode in which only the charge transfer packet is generated. Yes.

その他の構成は、実施形態1のCCDイメージセンサ1と同一である。   Other configurations are the same as those of the CCD image sensor 1 of the first embodiment.

このような構成の実施形態5のCCDイメージセンサ5では、信号電荷の発生量に応じて、電荷転送パケットとこれに続く電荷回収パケットとを発生させる第1の転送動作モードと、電荷転送パケットのみを発生させる第2の転送動作モードとが切り替えられる。具体的には、VCCD部100は、撮像領域の受光画素で生成される信号電荷の量の少ないときは、電荷転送パケットとこれに続く電荷回収パケットとを発生させる第1の垂直転送モードで駆動され、該信号電荷の量の多いときには、電荷転送パケットのみを発生させる第2の垂直転送モードで駆動される。   In the CCD image sensor 5 according to the fifth embodiment having such a configuration, only the charge transfer packet and the first transfer operation mode in which the charge transfer packet and the subsequent charge recovery packet are generated according to the generation amount of the signal charge. Is switched to the second transfer operation mode for generating. Specifically, the VCCD unit 100 is driven in the first vertical transfer mode that generates a charge transfer packet and a subsequent charge recovery packet when the amount of signal charge generated by the light receiving pixels in the imaging region is small. When the amount of the signal charge is large, the signal is driven in the second vertical transfer mode in which only the charge transfer packet is generated.

これにより、露光量の少ないときに顕著となる電荷取り残しによる画質劣化を抑えつつ、露光量の多いときには、多くの電荷を転送可能となるよう転送パケットの転送方向のサイズを大きくして、ダイナミックレンジを広げることができ、露光量に応じた信号電荷の転送により高品質の画質を得ることができる。   As a result, the image quality deterioration due to charge remaining that becomes noticeable when the exposure amount is small is suppressed, and the size of the transfer packet in the transfer direction is increased so that a large amount of charge can be transferred when the exposure amount is large. And high-quality image quality can be obtained by transferring signal charges according to the exposure amount.

さらに、上記実施形態1〜5では、特に説明しなかったが、上記実施形態1〜5の固体撮像装置の少なくともいずれかを撮像部に用いた、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。
(実施形態6)
図13は、本発明の実施形態6として、実施形態1〜5のいずれかの固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
Furthermore, although not specifically described in the first to fifth embodiments, a digital camera such as a digital video camera or a digital still camera using at least one of the solid-state imaging devices of the first to fifth embodiments as an imaging unit. An electronic information device having an image input device, such as an image input camera, a scanner, a facsimile machine, or a camera-equipped mobile phone, will be briefly described below.
(Embodiment 6)
FIG. 13 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using the solid-state imaging device according to any one of Embodiments 1 to 5 as an imaging unit as Embodiment 6 of the present invention.

図13に示す本発明の実施形態6による電子情報機器90は、本発明の上記実施形態1〜5のいずれかの固体撮像装置を、被写体の撮影を行う撮像部91として備えたものである。この電子情報機器90はさらに、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部92と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部93と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部94と、この画像データを印刷(印字)して出力(プリントアウト)する画像出力部95とのうちの少なくともいずれかを有している。   An electronic information device 90 according to Embodiment 6 of the present invention illustrated in FIG. 13 includes the solid-state imaging device according to any of Embodiments 1 to 5 of the present invention as an imaging unit 91 that captures a subject. The electronic information device 90 further includes a memory unit 92 such as a recording medium for recording data after high-quality image data obtained by photographing by such an imaging unit is subjected to predetermined signal processing for recording, and the image data. A display unit 93 such as a liquid crystal display device that displays a predetermined signal processing for display on a display screen such as a liquid crystal display screen, and a transmission / reception device that performs communication processing after performing predetermined signal processing of the image data for communication Communication unit 94 and image output unit 95 for printing (printing) and outputting (printing out) the image data.

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

本発明は、固体撮像装置、その駆動方法、および電子情報機器の分野において、受光画素からの信号電荷を転送する電荷転送パケットの後方に、任意の間隔で、電荷転送パケットが取り残した信号電荷を回収する電荷回収パケットを発生させ、先行する電荷転送パケットによる信号電荷の取り残しがあった場合、これを後方の電荷回収パケットで回収して、元の電荷転送パケットに格納されている信号電荷と合流させることにより、垂直電荷転送効率を向上させ、縦線等の画像不良を低減できるものであり、垂直電荷転送部での信号電荷の高速転送を必要とされる場合に有用なものである。   In the field of solid-state imaging device, driving method thereof, and electronic information equipment, the present invention provides signal charges left by charge transfer packets at arbitrary intervals behind charge transfer packets for transferring signal charges from light receiving pixels. If a charge collection packet is generated and signal charge is left behind by the preceding charge transfer packet, it is collected by the back charge collection packet and merged with the signal charge stored in the original charge transfer packet. Thus, vertical charge transfer efficiency can be improved and image defects such as vertical lines can be reduced. This is useful when high-speed transfer of signal charges in the vertical charge transfer unit is required.

1〜5 固体撮像装置(CCDイメージセンサ)
1a、3a、4a 撮像領域
1b 水平電荷転送部(HCCD部)
1c 出力部
3c CCDバッファ部
10、10a〜10d、30、30a〜30d、40、40a〜40d 受光画素列
11a、12a、13a、14a、15a タイミング生成部(CCD駆動部)
11b、12b、13b、14b、15b 制御部
90 電子情報機器
91 撮像部
92 メモリ部
93 表示手段
94 通信手段
95 画像出力手段
100、100a〜100d、300、300a〜300d、400、400a〜400d 垂直電荷転送部(VCCD部)
101〜124、101a、301〜324、301a、401〜424、401a 転送ゲート
151、152 第1、第2のタイミング生成回路
301s、302s 蓄積ゲート
CP 電荷蓄積パケット
CB 蓄積パケットバリア
Ctg タイミング制御信号
Cofd OFD制御信号
PD、PD1〜PD12 受光画素
Rg 読出しゲート
RBa、RBb 回収パケットバリア
RPa、Rpb 電荷回収パケット
SB 分離バリア
Sp 画素信号
TBa、TBb 転送パケットバリア
TPa、TPb 電荷転送パケット
SCCD1、SCCD2 バッファゲート駆動信号
ΦH1、ΦH2 水平駆動信号(水平駆動パルス)
ΦV1〜ΦV12、ΦV1a〜ΦV12a 垂直駆動信号(垂直駆動パルス)
1-5 Solid-state imaging device (CCD image sensor)
1a, 3a, 4a Imaging region 1b Horizontal charge transfer unit (HCCD unit)
1c Output unit 3c CCD buffer unit 10, 10a to 10d, 30, 30a to 30d, 40, 40a to 40d Light receiving pixel row 11a, 12a, 13a, 14a, 15a Timing generation unit (CCD driving unit)
11b, 12b, 13b, 14b, 15b Control unit 90 Electronic information device 91 Imaging unit 92 Memory unit 93 Display unit 94 Communication unit 95 Image output unit 100, 100a to 100d, 300, 300a to 300d, 400, 400a to 400d Vertical charge Transfer part (VCCD part)
101-124, 101a, 301-324, 301a, 401-424, 401a Transfer gates 151, 152 First and second timing generation circuits 301s, 302s Storage gate CP Charge storage packet CB Storage packet barrier Ctg Timing control signal Cofd OFD Control signal PD, PD1 to PD12 Light receiving pixel Rg Read gate RBa, RBb Recovery packet barrier RPa, Rpb Charge recovery packet SB Separation barrier Sp Pixel signal TBa, TBb Transfer packet barrier TPa, TPb Charge transfer packet SCCD1, SCCD2 Buffer gate drive signal ΦH1 , ΦH2 Horizontal drive signal (Horizontal drive pulse)
ΦV1 to ΦV12, ΦV1a to ΦV12a Vertical drive signal (vertical drive pulse)

Claims (16)

入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光画素と、
該各受光画素から読み出された信号電荷を格納する電荷転送パケットを生成し、該電荷転送パケットの移動により該信号電荷を転送する電荷転送部と、
該電荷転送部を駆動制御する駆動制御部とを備え、
該駆動制御部は、
該電荷転送部にて、該電荷転送パケットに続いて移動し、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送の際に取り残された取り残し電荷を回収する、少なくとも1以上の電荷回収パケットが発生し、決められたタイミングで、該電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、該電荷回収パケットにより回収された信号電荷とが合流するよう、該電荷転送部を駆動制御する固体撮像装置。
A plurality of light receiving pixels that generate signal charges by photoelectric conversion of incident light; and
Generating a charge transfer packet for storing the signal charge read from each light receiving pixel, and transferring the signal charge by movement of the charge transfer packet; and
A drive control unit for driving and controlling the charge transfer unit,
The drive control unit
In the charge transfer unit, at least one charge recovery packet is generated, which moves following the charge transfer packet and recovers a remaining charge left when the signal charge is transferred by the charge transfer packet. A solid-state imaging device that drives and controls the charge transfer unit so that the signal charge stored in the charge transfer packet and the signal charge collected by the charge collection packet merge at a given timing.
請求項1に記載の固体撮像装置において、
前記複数の受光画素は行列状に配列されており、
前記電荷転送部は、
前記各受光画素列に対応して設けられ、対応する受光画素列の受光画素から読み出された信号電荷を該電荷転送パケットに格納して垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、
該垂直電荷転送部から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部とを備え、
前記駆動制御部は、
該垂直電荷転送部にて、該電荷転送パケットに続いて移動し、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送の際に取り残された取り残し電荷を回収する、少なくとも1以上の電荷回収パケットが発生するよう、該垂直電荷転送部を駆動制御する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The plurality of light receiving pixels are arranged in a matrix.
The charge transfer unit
A vertical charge transfer unit that is provided corresponding to each of the light receiving pixel columns and stores the signal charges read from the light receiving pixels of the corresponding light receiving pixel columns in the charge transfer packet and transfers them in the vertical direction;
A horizontal charge transfer unit that horizontally transfers the signal charge transferred from the vertical charge transfer unit,
The drive control unit
In the vertical charge transfer unit, at least one charge recovery packet is generated that moves following the charge transfer packet and recovers the remaining charge left when the signal charge is transferred by the charge transfer packet. A solid-state imaging device that drives and controls the vertical charge transfer unit.
請求項2に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、
該垂直電荷転送部にて生成された電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、その後続の電荷回収パケットにより回収された取り残し電荷とが、前記水平電荷転送部にて合流するよう、該垂直電荷転送部を駆動制御する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 2,
The drive control unit
The signal charge stored in the charge transfer packet generated by the vertical charge transfer unit and the remaining charge collected by the subsequent charge collection packet are merged in the vertical charge transfer unit so as to merge. A solid-state imaging device that drives and controls a charge transfer unit.
請求項2に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、
該垂直電荷転送部にて生成された電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、その後続の電荷回収パケットにより回収された取り残し電荷とが、該垂直電荷転送部にて合流するよう、該垂直電荷転送部を駆動制御する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 2,
The drive control unit
The vertical charge transfer unit is configured so that the signal charge stored in the charge transfer packet generated by the vertical charge transfer unit and the remaining charge collected by the subsequent charge collection packet merge at the vertical charge transfer unit. A solid-state imaging device that drives and controls a charge transfer unit.
請求項4に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、
前記垂直電荷転送部の駆動制御により、前記電荷転送パケットに続く前記電荷回収パケットが該電荷転送パケットに追いつくよう、一定期間の間、該電荷転送パケットと該電荷回収パケットとの相対移動速度を特定の速度に保持する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 4,
The drive control unit
By controlling the driving of the vertical charge transfer unit, the relative movement speed of the charge transfer packet and the charge recovery packet is specified for a certain period so that the charge recovery packet following the charge transfer packet catches up with the charge transfer packet. Solid-state imaging device that maintains the speed of
請求項5に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、
前記垂直電荷転送部の駆動制御により、前記電荷転送パケットに続く前記電荷回収パケットが該電荷転送パケットに追いつくよう、一定期間の間、該電荷転送パケットの移動を停止させる固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 5,
The drive control unit
A solid-state imaging device that stops movement of the charge transfer packet for a certain period so that the charge recovery packet following the charge transfer packet catches up with the charge transfer packet by driving control of the vertical charge transfer unit.
請求項5に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、
前記垂直電荷転送部の駆動制御により、前記電荷転送パケットに続く前記電荷回収パケットが該電荷転送パケットに追いつくよう、一定期間の間、該電荷回収パケットの移動速度を該電荷転送パケットの移動速度より大きな速度に保持する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 5,
The drive control unit
Due to the drive control of the vertical charge transfer unit, the charge collection packet following the charge transfer packet catches up with the charge transfer packet. A solid-state imaging device that maintains a high speed.
請求項2に記載の固体撮像装置において、
前記電荷転送部は、
前記垂直電荷転送部と前記水平電荷転送部との間に設けられ、該垂直電荷転送部から転送されてきた信号電荷を一時的に蓄積する電荷転送バッファ部を備え、
前記駆動制御部は、
該垂直電荷転送部にて生成された電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、その後続の電荷回収パケットにより回収された取り残し電荷とが、該電荷転送バッファ部にて合流するよう、該電荷転送部を駆動制御する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 2,
The charge transfer unit
A charge transfer buffer unit that is provided between the vertical charge transfer unit and the horizontal charge transfer unit and temporarily accumulates signal charges transferred from the vertical charge transfer unit;
The drive control unit
The charge is stored so that the signal charge stored in the charge transfer packet generated by the vertical charge transfer unit and the remaining charge collected by the subsequent charge collection packet merge at the charge transfer buffer unit. A solid-state imaging device that drives and controls the transfer unit.
請求項2に記載の固体撮像装置において、
前記電荷転送部は、
前記受光画素の信号電荷を垂直方向に転送する1回の垂直転送動作と、該受光画素の信号電荷を水平方向に転送する1回の水平転送動作とを1回の読み出し動作として、該読み出し動作を6回以上行って、全受光画素の信号電荷を読み出す6フィールド読み出し動作を行うものであり、
該電荷転送部を構成する垂直電荷転送部は、
各受光画素に対して2つの転送ゲート電極を割当て、隣接する6つの受光画素に対応する12個の転送ゲート電極を1垂直転送周期として、該1垂直転送周期内に前記電荷転送パケットとその後続の電荷回収パケットとを生成するよう構成されている固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 2,
The charge transfer unit
The readout operation includes one vertical transfer operation for transferring the signal charge of the light receiving pixel in the vertical direction and one horizontal transfer operation for transferring the signal charge of the light receiving pixel in the horizontal direction as one readout operation. Is performed 6 times or more to perform a 6-field read operation for reading the signal charges of all the light receiving pixels.
The vertical charge transfer unit constituting the charge transfer unit is:
Two transfer gate electrodes are assigned to each light receiving pixel, and 12 transfer gate electrodes corresponding to six adjacent light receiving pixels are defined as one vertical transfer period, and the charge transfer packet and the subsequent packets are included in the one vertical transfer period. A solid-state imaging device configured to generate a charge recovery packet.
請求項9に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、
前記垂直電荷転送部にて生成された電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、その後続の電荷回収パケットにより回収された取り残し電荷とが、該垂直電荷転送部にて、最後の1垂直転送周期内で合流するよう、該垂直電荷転送部を駆動制御する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 9,
The drive control unit
The signal charge stored in the charge transfer packet generated by the vertical charge transfer unit and the remaining charge collected by the subsequent charge collection packet are transferred to the last one vertical transfer by the vertical charge transfer unit. A solid-state imaging device that drives and controls the vertical charge transfer unit so as to merge within a cycle.
請求項2に記載の固体撮像装置において、
前記水平転送部から転送されてきた信号電荷を、電圧信号である画素信号に変換して出力する出力部を備え、
前記駆動制御部は、該出力部から出力される画素信号に基づいて、前記垂直電荷転送部の動作モードが、前記受光画素で生成される信号電荷の量が多いときに、前記受光画素から読み出された信号電荷を転送する電荷転送パケットのみを発生する第1転送モードとなり、該受光画素で生成される信号電荷の量が少ないときに、該電荷転送パケットとともに、前記取り残し電荷を回収する電荷回収パケットを発生する第2の転送モードとなるよう、該垂直電荷転送部を制御する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 2,
An output unit that converts the signal charge transferred from the horizontal transfer unit into a pixel signal that is a voltage signal and outputs the pixel signal;
Based on the pixel signal output from the output unit, the drive control unit reads from the light receiving pixel when the operation mode of the vertical charge transfer unit is large in the amount of signal charge generated in the light receiving pixel. Charge for recovering the remaining charge together with the charge transfer packet when the amount of signal charge generated in the light receiving pixel is small and the first transfer mode generates only the charge transfer packet for transferring the issued signal charge. A solid-state imaging device that controls the vertical charge transfer unit to be in a second transfer mode for generating a collection packet.
請求項11に記載の固体撮像装置において、
前記受光画素で生成される信号電荷の量を調整する信号電荷調整部を備えた固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 11,
A solid-state imaging device including a signal charge adjusting unit that adjusts the amount of signal charge generated by the light receiving pixels.
請求項12に記載の固体撮像装置において、
前記受光画素は、半導体基板の表面に形成され、入射光を光電変換するフォトダイオードを含み、
前記信号電荷調整部は、該半導体基板の裏面側に形成され、該各フォトダイオードで生成された信号電荷を引き抜くためのオーバーフロードレイン部を有し、
前記駆動制御部は、該オーバーフロードレイン部に印加する制御電圧を、前記該出力部から出力される画素信号に基づいて調整する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 12,
The light receiving pixel includes a photodiode formed on a surface of a semiconductor substrate and photoelectrically converting incident light;
The signal charge adjusting unit is formed on the back surface side of the semiconductor substrate, and has an overflow drain unit for extracting signal charges generated by the photodiodes,
The solid-state imaging device, wherein the drive control unit adjusts a control voltage applied to the overflow drain unit based on a pixel signal output from the output unit.
請求項2に記載の固体撮像装置において、
前記駆動制御部は、
該垂直電荷転送部にて、該電荷転送パケットの後方に続いて移動し、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送の際に取り残された取り残し電荷を回収する、隣接した2つの電荷回収パケットが発生するよう、該垂直電荷転送部を駆動制御する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 2,
The drive control unit
In the vertical charge transfer unit, two adjacent charge recovery packets are generated that move behind the charge transfer packet and collect the remaining charge left when the signal charge is transferred by the charge transfer packet. A solid-state imaging device that drives and controls the vertical charge transfer unit.
入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光画素と、各受光画素から読み出された信号電荷を格納する電荷転送パケットを生成し、該電荷転送パケットの移動により該信号電荷を転送する電荷転送部とを備えた固体撮像装置を駆動する方法であって、
該電荷転送部にて、該電荷転送パケットの後方に続いて移動し、該電荷転送パケットによる信号電荷の転送の際に取り残された取り残し電荷を回収する、少なくとも1以上の電荷回収パケットが発生し、決められたタイミングで、該電荷転送パケットに格納されている信号電荷と、該電荷回収パケットに格納されている信号電荷とが合流するよう、該電荷転送部を駆動する固体撮像装置の駆動方法。
A plurality of light receiving pixels that generate signal charges by photoelectric conversion of incident light and a charge transfer packet that stores signal charges read from each light receiving pixel are generated, and the signal charges are transferred by movement of the charge transfer packets A method of driving a solid-state imaging device including a charge transfer unit,
In the charge transfer unit, at least one charge recovery packet is generated that moves behind the charge transfer packet and recovers the remaining charge left when the signal charge is transferred by the charge transfer packet. The solid-state imaging device driving method for driving the charge transfer unit so that the signal charge stored in the charge transfer packet and the signal charge stored in the charge recovery packet merge at a determined timing .
被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
該撮像部は、請求項1ないし請求項14のいずれかに記載の固体撮像装置である電子情報機器。
An electronic information device having an imaging unit for imaging a subject,
The electronic information device is the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 14.
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