JP2011182245A - Solid-state imaging element, method of driving the same, and camera - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element, a method of driving the element which can reduce only a smear component while maintaining a total handling electric charge quantity and can improve an image quality by relatively reducing a smear signal, and to provide a camera using the element. <P>SOLUTION: The solid-state imaging element includes: a plurality of sensors 11 of a photoelectric conversion function arranged in a matrix; a plurality of vertical transmitting parts 12 arranged in association with columns of the sensors for transmitting signal electric charges read out from the sensors in a row array direction; a horizontal transmitting part 15 for transmitting the signal electric charges transmitted from the vertical transmitting parts in a column array direction; a charge discharging part 40 formed in the units of a plurality of columns of the vertical transmitting parts for selectively discharging the signal electric charges from the vertical transmitting parts to the horizontal transmitting parts; and a drive system for exerting control to change a saturation signal quantity of an image when the signal electric charges are discharged by the charge discharging part. Electrode pitches of the horizontal transmitting parts include a plurality of vertical transmitting part lines. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像素子、およびその駆動方法、並びにカメラに関し、特にオーバーフロードレイン(OFD)構造を持つCCD(Charge Coupled Device) 型固体撮像素子(以下、CCD撮像素子と称する)を用いた固体撮像素子およびその駆動方法、並びにカメラに関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device, a driving method thereof, and a camera, and in particular, a solid-state imaging using a CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device (hereinafter referred to as a CCD imaging device) having an overflow drain (OFD) structure. The present invention relates to an element, a driving method thereof, and a camera.

CCD固体撮像素子の撮像領域は、n型半導体基板を例にとると、このn型半導体基板にp型のウェル領域が形成され、このウェル領域の表面にn型の光電変換部、すなわち受光部が形成される。
撮像領域は、この受光部が複数のマトリクス状に配列されて構成される。
Taking an n-type semiconductor substrate as an example, the imaging region of the CCD solid-state imaging device is formed with a p-type well region on the n-type semiconductor substrate, and an n-type photoelectric conversion unit, that is, a light receiving unit on the surface of the well region Is formed.
The imaging region is configured by arranging the light receiving parts in a plurality of matrix shapes.

このようなCCD固体撮像素子において、光の入射によって受光部に蓄積される信号電荷eの許容量、いわゆる受光部の取り扱い電荷量について図1に関連付けて説明する。   In such a CCD solid-state imaging device, an allowable amount of signal charge e accumulated in the light receiving portion upon incidence of light, that is, a charge amount handled by the light receiving portion will be described with reference to FIG.

図1(A),(B)は、一般的な縦型オーバーフロードレイン構造を持つ固体撮像素子の光電変換を行う受光部のポテンシャル分布を示す図である。
図1(A)は基板バイアス電圧Vsub調整前のポテンシャル分布図であり、図1(B)は基板バイアス電圧Vsub調整後のポテンシャル分布図である。
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a potential distribution of a light receiving unit that performs photoelectric conversion of a solid-state imaging device having a general vertical overflow drain structure.
FIG. 1A is a potential distribution diagram before the substrate bias voltage Vsub is adjusted, and FIG. 1B is a potential distribution diagram after the substrate bias voltage Vsub is adjusted.

図1のポテンシャル分布図に示すように、いわゆる受光部の取り扱い電荷量はp型のウェル領域で構成されるオーバーフローバリアOFBのポテンシャル障壁φaの高さで決定される。
すなわち、受光部に蓄積される信号電荷eが取り扱い電荷量を超えた場合、その超えた分の電荷がオーバーフローバリアのポテンシャル障壁φaを超えてオーバーフロードレインOFDを構成するn型基板にあふれ、結果的に捨てられる。
なお、図1中の符号aは受光部上の酸化膜を示している。
As shown in the potential distribution diagram of FIG. 1, the amount of charge handled by the so-called light receiving portion is determined by the height of the potential barrier φa of the overflow barrier OFB formed of the p-type well region.
That is, when the signal charge e accumulated in the light receiving unit exceeds the handling charge amount, the excess charge exceeds the potential barrier φa of the overflow barrier and overflows to the n-type substrate constituting the overflow drain OFD. Thrown away.
Note that the symbol a in FIG. 1 indicates an oxide film on the light receiving portion.

この受光部の取り扱い電荷量、つまりオーバーフローバリアOFBのポテンシャル障壁φaの高さは、オーバーフロードレインとなる基板に印加するバイアス電圧、すなわちいわゆる基板バイアス電圧Vsubによって制御している。
しかし、この構造は、デバイスの製造ばらつきのために、オーバーフローバリアOFBのポテンシャル障壁φの高さが図1中破線で示すようにチップ毎、また同一チップでも受光部毎にばらつく。
固体撮像素子は受光部に蓄積される信号電荷の最大量(飽和信号量)を品質管理上一定の仕様値以上とする必要がある。
このため、あるチップの基板バイアス電圧Vsubの設定はチップ内の受光部全てが前記仕様を満たす飽和信号量となるような基板バイアス電圧Vsubとする。
The amount of charge handled by the light receiving unit, that is, the height of the potential barrier φa of the overflow barrier OFB is controlled by a bias voltage applied to the substrate serving as the overflow drain, that is, a so-called substrate bias voltage Vsub.
However, in this structure, the height of the potential barrier φ of the overflow barrier OFB varies from chip to chip as shown by a broken line in FIG.
In the solid-state imaging device, the maximum amount of signal charge (saturation signal amount) accumulated in the light receiving unit needs to be equal to or greater than a certain specification value for quality control.
For this reason, the substrate bias voltage Vsub of a certain chip is set to the substrate bias voltage Vsub so that all the light receiving parts in the chip have a saturation signal amount satisfying the above specifications.

たとえば、特許文献1および2には、信号電荷を排出する領域であるオーバーフロードレインを垂直転送部と水平転送部近辺に形成された固体撮像素子が開示されている。
また、たとえば特許文献3には、基板バイアス回路に関する技術が開示されている。
For example, Patent Documents 1 and 2 disclose solid-state imaging devices in which an overflow drain, which is a region for discharging signal charges, is formed in the vicinity of a vertical transfer unit and a horizontal transfer unit.
For example, Patent Document 3 discloses a technique related to a substrate bias circuit.

ところで、CCD固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラの動画撮影や、デジタルムービーカメラの大きな欠点として、高輝度被写体撮像時のスミアが挙げられる。   By the way, moving image shooting of a digital still camera using a CCD solid-state imaging device and a major drawback of a digital movie camera include smear during high-luminance subject imaging.

図2(A),(B)は、スミアについて説明するための図である。図2(A)はスミアの画像例を示し、図2(B)は水平方向の画素の簡略断面を示している。
図2において、1は高輝度被写体を、2は受光領域(フォトダイオード部)を、3は垂直転送レジスタを、4は転送電極を、5は酸化膜を、6は遮光膜を、それぞれ示している。
2A and 2B are diagrams for explaining smear. FIG. 2A shows a smear image example, and FIG. 2B shows a simplified cross section of a pixel in the horizontal direction.
In FIG. 2, 1 is a high-luminance object, 2 is a light receiving region (photodiode portion), 3 is a vertical transfer register, 4 is a transfer electrode, 5 is an oxide film, and 6 is a light shielding film. Yes.

太陽や車のヘッドライトなど、図2に示すように、高輝度被写体1を撮像した場合に、光が本来の受光領域(フォトダイオード部)2で捉えきれない。
その結果、光はポテンシャル領域を乗り越え、あるいは直接垂直転送レジスタ3に漏れこむことにより発生する画面上下方向の光の筋がスミアである。
これは、バックグランドの感度信号とスミア信号の比(スミア=スミア信号/感度信号)によって決まる。
As shown in FIG. 2, such as the sun or a car headlight, when a high-luminance subject 1 is imaged, light cannot be captured by the original light receiving region (photodiode portion) 2.
As a result, the streak of light in the vertical direction of the screen generated by light overcoming the potential area or directly leaking into the vertical transfer register 3 is smear.
This is determined by the ratio of the background sensitivity signal to the smear signal (smear = smear signal / sensitivity signal).

このスミアを改善させる為の一例として、次の2つの方法が考えられる。
第1の方法は、信号処理回路等のCCDの後段においてゲインを下げ、スミア信号を減らしつつ、さらに電子シャッタ低速化を組み合わせることで感度信号を維持しながら、相対的にスミア信号を減らし、画質を改善する方法である。
また、第2の方法は、単画素の飽和信号量を増加させることでカメラのダイナミックレンジ(Dレンジ)低下の弊害を抑制しつつ、信号処理回路等のCCDの後段においてゲインを下げ、さらに電子シャッタ低速化を組み合わせる。第2の方法は、これにより、感度信号を維持しながら、相対的にスミア信号を減らし、画質を改善させる方法である。
As an example for improving this smear, the following two methods can be considered.
The first method lowers the gain at the subsequent stage of the CCD such as a signal processing circuit, reduces the smear signal, and further reduces the smear signal while maintaining the sensitivity signal by combining the electronic shutter speed reduction. It is a method to improve.
The second method increases the saturation signal amount of a single pixel to suppress the adverse effect of lowering the dynamic range (D range) of the camera, while lowering the gain at the subsequent stage of the CCD, such as a signal processing circuit, and further Combine shutter speed reduction. The second method is a method of improving the image quality by relatively reducing the smear signal while maintaining the sensitivity signal.

特開2008−193050号公報JP 2008-193050 A 特開2006−310655号公報JP 2006-310655 A 特許第4306701号Japanese Patent No. 4306701

上記した第1の方法の場合には、感度信号は図3に示すように電子シャッタ低速化で維持(元に戻す)ことが可能である。
しかし、第1の方法は、飽和信号量はゲイン低下により減少したままなので、図3に示すように、カメラのDレンジの減少を招くので、実用上は好ましい手法ではない。
In the case of the first method described above, the sensitivity signal can be maintained (returned to the original value) at a low electronic shutter speed as shown in FIG.
However, in the first method, since the saturation signal amount remains decreased due to the gain reduction, as shown in FIG. 3, the D range of the camera is reduced.

また、上記した第2の方法も、飽和信号量が増加し過ぎると、垂直レジスタ、水平レジスタ、フローティングディフュージョン部など、画素信号転送過程でのDレンジ不足の問題が生じる。
さらに、第2の方法は、CCD後段の信号処理回路においても、出力信号振幅(リセットフィードスルー込みのピーク to ピーク)が大きいことに伴い、絶対最大定格オーバーという問題が生じることになり、実用上は好ましい手法ではない。
Also, in the second method described above, when the saturation signal amount increases too much, there is a problem of insufficient D range in the pixel signal transfer process such as a vertical register, a horizontal register, and a floating diffusion unit.
Furthermore, the second method has a problem that the absolute maximum rating is exceeded due to the large output signal amplitude (peak-to-peak including reset feedthrough) in the signal processing circuit in the latter stage of the CCD. Is not a preferred technique.

また、動画モードにおいては、感度電子数確保を目的として、単画素の信号を複数加算する手法も用いられる。
このため、飽和信号量の増加がより顕著にもなり、垂直レジスタ、水平レジスタ、フローティングディフュージョン部など、画素信号転送過程でのDレンジ不足という問題が生じる。
また、信号処理回路においても、出力信号振幅(リセットフィードスルー込みのピーク to ピーク)が大きいことに伴い、絶対最大定格オーバーという問題が生じることになり、実用上の採用はより困難な手法となる。
In the moving image mode, a method of adding a plurality of single pixel signals is also used for the purpose of securing the number of sensitive electrons.
For this reason, the increase in the saturation signal amount becomes more remarkable, and there arises a problem that the D range is insufficient in the pixel signal transfer process such as the vertical register, the horizontal register, and the floating diffusion unit.
Also in signal processing circuits, the output signal amplitude (peak-to-peak with reset feedthrough) increases, causing a problem of absolute maximum rating over, which makes it more difficult to adopt in practice. .

本発明は、トータルの取扱い電荷量を維持しながら、スミア成分のみを減少させることができ、スミア信号を相対的に減少させることで画質改善を図ることが可能な固体撮像素子、およびその駆動方法、並びにカメラを提供することにある。   The present invention provides a solid-state imaging device capable of reducing only smear components while maintaining the total amount of charge handled, and capable of improving image quality by relatively reducing smear signals, and a driving method thereof And providing a camera.

本発明の第1の観点の固体撮像素子は、行列状に配置された光電変換機能を含む複数のセンサ部と、上記複数のセンサ部の列配列に対応して配列され、上記センサ部から読み出された信号電荷を行配列方向に転送する複数の垂直転送部と、上記垂直転送部から転送された信号電荷を列配列方向に転送する水平転送部と、上記垂直転送部の複数列単位で形成され、上記垂直転送部から上記水平転送部への信号電荷を選択的に排出可能な電荷排出部と、上記電荷排出部にて信号電荷を排出する際、画像の飽和信号量を可変させる制御を行う駆動系と、を有する。   A solid-state imaging device according to a first aspect of the present invention is arranged corresponding to a plurality of sensor units including photoelectric conversion functions arranged in a matrix and a column arrangement of the plurality of sensor units, and is read from the sensor unit. A plurality of vertical transfer units that transfer the signal charges output in the row arrangement direction, a horizontal transfer unit that transfers the signal charges transferred from the vertical transfer units in the column arrangement direction, and a plurality of columns of the vertical transfer units. And a charge discharging unit that can selectively discharge signal charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit, and a control that varies the saturation signal amount of the image when the signal charges are discharged by the charge discharging unit. And a drive system for performing

本発明の第2の観点の固体撮像素子の駆動方法は、行列状に配置された光電変換機能を含む複数のセンサ部と、上記複数のセンサ部の列配列に対応して配列され、上記センサ部から読み出された信号電荷を行配列方向に転送する複数の垂直転送部と、上記垂直転送部から転送された信号電荷を列配列方向に転送する水平転送部と、上記垂直転送部の複数列単位で形成され、上記垂直転送部から上記水平転送部への信号電荷を選択的に排出可能な電荷排出部と、を含む、固体撮像素子を駆動する際、上記電荷排出部にて信号電荷を排出する際、画像の飽和信号量を可変させる制御を行う。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a driving method for a solid-state imaging device, which is arranged corresponding to a plurality of sensor units including photoelectric conversion functions arranged in a matrix and a column arrangement of the plurality of sensor units. A plurality of vertical transfer units that transfer the signal charges read from the unit in the row arrangement direction, a horizontal transfer unit that transfers the signal charges transferred from the vertical transfer unit in the column arrangement direction, and a plurality of the vertical transfer units When driving a solid-state imaging device including a charge discharging unit that is formed in units of columns and that can selectively discharge a signal charge from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit, the signal charge in the charge discharging unit Is controlled to vary the saturation signal amount of the image.

本発明の第3の観点のカメラは、固体撮像素子と、上記固体撮像素子の受光領域に対して入射光を導く光学系と、前記固体撮像素子による画像に所定の処理を施す信号処理回路と、を含み、前記固体撮像素子は、行列状に配置された光電変換機能を含む複数のセンサ部と、上記複数のセンサ部の列配列に対応して配列され、上記センサ部から読み出された信号電荷を行配列方向に転送する複数の垂直転送部と、上記垂直転送部から転送された信号電荷を列配列方向に転送する水平転送部と、上記垂直転送部の複数列単位で形成され、上記垂直転送部から上記水平転送部への信号電荷を選択的に排出可能な電荷排出部と、上記電荷排出部にて信号電荷を排出する際、画像の飽和信号量を可変させる制御を行う駆動系と、を含む。   A camera according to a third aspect of the present invention includes a solid-state imaging device, an optical system that guides incident light to a light receiving region of the solid-state imaging device, and a signal processing circuit that performs predetermined processing on an image by the solid-state imaging device. The solid-state imaging device is arranged in correspondence with a plurality of sensor units including photoelectric conversion functions arranged in a matrix and a column arrangement of the plurality of sensor units, and is read from the sensor unit A plurality of vertical transfer units that transfer signal charges in the row arrangement direction, a horizontal transfer unit that transfers signal charges transferred from the vertical transfer units in the column arrangement direction, and a plurality of columns of the vertical transfer units, A charge discharging unit that can selectively discharge signal charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit, and a drive that controls the amount of saturation signal of an image when the signal charge is discharged by the charge discharging unit. And the system.

本発明によれば、トータルの取扱い電荷量(有効画素信号)を維持しながら、スミア成分のみを減少させることができ、スミア信号を相対的に減少させることで画質改善を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to reduce only the smear component while maintaining the total amount of charge handled (effective pixel signal), and it is possible to improve the image quality by relatively reducing the smear signal.

一般的な縦型オーバーフロードレイン構造を持つ固体撮像素子の光電変換を行う受光部のポテンシャル分布を示す図である。It is a figure which shows the potential distribution of the light-receiving part which performs photoelectric conversion of the solid-state image sensor with a general vertical overflow drain structure. スミアについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating a smear. 露光時間と信号出力との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between exposure time and a signal output. 本発明の実施形態に係る固体撮像素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the solid-state image sensor which concerns on embodiment of this invention. 水平転送部としての水平転送レジスタが2相駆動であり、隣り合う4つの垂直転送部としての垂直転送レジスタを1つのグループとした場合の電極の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an electrode when the horizontal transfer register as a horizontal transfer part is a two-phase drive, and the vertical transfer register as four adjacent vertical transfer parts is made into one group. 水平転送部としての水平転送レジスタが2相駆動であり、隣り合う3つの垂直転送部としての垂直転送レジスタを1つのグループとした場合の電極の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an electrode when the horizontal transfer register as a horizontal transfer part is a two-phase drive, and the vertical transfer register as three adjacent vertical transfer parts is made into one group. 水平画像1/2間引き駆動時の出力信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the output signal at the time of horizontal image 1/2 thinning drive. 図5および図7の動作モードにおける転送時の駆動タイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the drive timing chart at the time of the transfer in the operation mode of FIG. 5 and FIG. 図5および図7の動作モードにおける出力画素の転送イメージを示す図である。It is a figure which shows the transfer image of the output pixel in the operation mode of FIG. 5 and FIG. 水平画像1/3間引き駆動時の出力信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the output signal at the time of the horizontal image 1/3 thinning drive. 水平画像2/3間引き駆動時の出力信号の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the output signal at the time of the horizontal image 2/3 thinning drive. 図6および図10の動作モードにおける転送時の駆動タイミングチャートを示す図である。It is a figure which shows the drive timing chart at the time of the transfer in the operation mode of FIG. 6 and FIG. 図6および図10の動作モードにおける出力画素の転送イメージを示す図である。It is a figure which shows the transfer image of the output pixel in the operation mode of FIG. 6 and FIG. 図6および図11の動作モードにおける転送時の駆動タイミングチャートを示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a drive timing chart at the time of transfer in the operation modes of FIGS. 6 and 11. 図6および図11の動作モードにおける出力画素の転送イメージを示す図である。It is a figure which shows the transfer image of the output pixel in the operation mode of FIG. 6 and FIG. オーバーフロードレイン部のバリア電位φ2がホールドゲートの電位φ1より高い場合のオーバーフロードレイン近辺のポテンシャル状態を示す図である。It is a figure which shows the potential state of the overflow drain vicinity when barrier electric potential (phi) 2 of an overflow drain part is higher than electric potential (phi) 1 of a hold gate. オーバーフロードレイン部のバリア電位φ2がホールドゲートの電位φ1より低い場合のオーバーフロードレイン近辺のポテンシャル状態を示す図である。It is a figure which shows the potential state of the overflow drain vicinity when barrier electric potential (phi) 2 of an overflow drain part is lower than electric potential (phi) 1 of a hold gate. 局所的なポテンシャル欠陥による不具合例を示す図である。It is a figure which shows the malfunction example by a local potential defect. 本実施形態に係る基板バイアス変調による飽和信号量の調整例を示す図である。It is a figure which shows the example of adjustment of the saturation signal amount by the substrate bias modulation which concerns on this embodiment. 本実施形態による固体撮像素子を撮像デバイスとして用いた本発明の実施形態に係るカメラの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a camera according to an embodiment of the present invention in which a solid-state imaging device according to the present embodiment is used as an imaging device.

以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.固体撮像素子の構成例
2.基板バイアス切替回路の構成例
3.本固体撮像素子の特徴的な構成および機能
4.本固体撮像素子の特徴的な構成および機能の具体的な説明
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The description will be given in the following order.
1. 1. Configuration example of solid-state imaging device 2. Configuration example of substrate bias switching circuit 3. Characteristic configuration and function of the solid-state imaging device Specific description of characteristic configuration and function of the solid-state imaging device

<1.固体撮像素子の構成例>
図4は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の構成例を示す図である。
<1. Configuration Example of Solid-State Image Sensor>
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.

図4の固体撮像素子10は、行(垂直)方向および列(水平)方向にマトリクス状に配列されて、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する複数のセンサ部(光電変換素子)11を有する。
固体撮像素子10は、これらセンサ部11の垂直列ごとに設けられ、各センサ部11から読み出しゲート部12を介して読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直転送レジスタ13を有する。
固体撮像素子10は、センサ部11と垂直転送レジスタ13とによって撮像エリア14が構成されている。
The solid-state imaging device 10 of FIG. 4 is arranged in a matrix in a row (vertical) direction and a column (horizontal) direction, and converts a plurality of sensors that convert incident light into signal charges having a charge amount corresponding to the amount of light. Part (photoelectric conversion element) 11.
The solid-state imaging device 10 is provided for each vertical column of the sensor units 11 and includes a plurality of vertical transfer registers 13 that vertically transfer signal charges read from the sensor units 11 via the read gate unit 12.
In the solid-state imaging device 10, an imaging area 14 is configured by the sensor unit 11 and the vertical transfer register 13.

この撮像エリア14において、センサ部11はたとえばPN接合のフォトダイオードから構成されている。
このセンサ部11に蓄積された信号電荷は、読み出しパルスが印加されることにより、読み出しゲート部12を介し、垂直レジスタに読み出される。
垂直転送レジスタ13は、たとえば8相の垂直転送クロックφV1〜φV8によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて1走査線(1ライン)に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。
In the imaging area 14, the sensor unit 11 is composed of a PN junction photodiode, for example.
The signal charges accumulated in the sensor unit 11 are read out to the vertical register via the read gate unit 12 when a read pulse is applied.
The vertical transfer register 13 is driven to transfer by, for example, eight-phase vertical transfer clocks φV1 to φV8, and the read signal charges are sequentially arranged in portions corresponding to one scanning line (one line) in a part of the horizontal blanking period. Transfer vertically.

撮像エリア14の図面上の下側には、水平転送レジスタ15が配置されている。この水平転送レジスタ15には、複数本の垂直転送レジスタ13から1ラインに相当する信号電荷が順次転送される。
水平転送レジスタ15は、たとえば2相の水平転送クロックφH1,φH2によって転送駆動され、複数本の垂直転送レジスタ13から移された1ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。
A horizontal transfer register 15 is disposed below the imaging area 14 in the drawing. Signal charges corresponding to one line are sequentially transferred from the plurality of vertical transfer registers 13 to the horizontal transfer register 15.
The horizontal transfer register 15 is driven to transfer by, for example, two-phase horizontal transfer clocks φH1 and φH2, and the signal charge for one line transferred from the plurality of vertical transfer registers 13 is transferred in the horizontal scanning period after the horizontal blanking period. Transfer sequentially in the horizontal direction.

水平転送レジスタ15の転送先の端部には、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ構成の電荷電圧変換部16が配置されている。
この電荷電圧変換部16は、水平転送レジスタ15によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。
この電圧信号は、出力回路(図示せず)を経た後、被写体からの光の入射量に応じたCCD出力OUTとして、出力端子17から外部に出力される。
At the transfer destination end of the horizontal transfer register 15, for example, a charge-voltage converter 16 having a floating diffusion amplifier configuration is disposed.
The charge-voltage converter 16 sequentially converts the signal charges transferred horizontally by the horizontal transfer register 15 into voltage signals and outputs the voltage signals.
This voltage signal passes through an output circuit (not shown), and then is output to the outside from the output terminal 17 as a CCD output OUT corresponding to the amount of incident light from the subject.

上述したセンサ部11、読み出しゲート部12、垂直転送レジスタ13、水平転送レジスタ15および電荷電圧変換部16等は半導体基板(以下、単に基板と称す)18上に形成され、CCD撮像素子10IMGが形成される。
また、後で説明するように、垂直転送レジスタ13と水平転送レジスタ15との接続部近辺(電荷受け渡し領域)に電荷排出部としてのオーバーフロードレインOFDが形成されている。
本実施形態においては、水平転送レジスタ15の電極ピッチは複数ラインの垂直転送レジスタ13を含む電極構成として形成される。
The sensor unit 11, the read gate unit 12, the vertical transfer register 13, the horizontal transfer register 15, the charge voltage conversion unit 16, and the like described above are formed on a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) 18 to form the CCD image sensor 10 IMG. Is done.
Further, as will be described later, an overflow drain OFD as a charge discharging portion is formed in the vicinity (charge transfer region) of the connection portion between the vertical transfer register 13 and the horizontal transfer register 15.
In this embodiment, the electrode pitch of the horizontal transfer register 15 is formed as an electrode configuration including a plurality of lines of vertical transfer registers 13.

また、本実施形態の固体撮像素子10は、CCD撮像素子10IMGの駆動制御系とし、タイミング発生回路19および基板バイアス切替回路20を有する。
さらに、本実施形態の固体撮像素子10は、CCD撮像素子10IMGの読み出し信号に対して信号処理を施す信号処理回路(PRC)30が設けられる。
The solid-state imaging device 10 of this embodiment is a drive control system for the CCD imaging device 10 IMG, and includes a timing generation circuit 19 and a substrate bias switching circuit 20.
Furthermore, the solid-state imaging device 10 of the present embodiment is provided with a signal processing circuit (PRC) 30 that performs signal processing on the readout signal of the CCD imaging device 10IMG.

固体撮像素子10において、垂直方向および水平方向の転送読み出しを駆動するための8相の垂直転送クロックφV1〜φV8および2相の水平転送クロックφH1,φH2は、タイミング発生回路19から発生される。   In the solid-state imaging device 10, eight-phase vertical transfer clocks φV 1 to φV 8 and two-phase horizontal transfer clocks φH 1 and φH 2 for driving transfer reading in the vertical direction and the horizontal direction are generated from the timing generation circuit 19.

8相の垂直転送クロックφV1〜φV8は、基板18上に形成された端子(パッド)21−1〜21−8を介して垂直転送レジスタ13に供給される。
また、各種転送タイミング信号φST1,φST2,φVHLD1,φVHLD2,φLV、およびφVOGが端子22−1〜22−6を介して垂直転送レジスタ13に供給される。
2相の水平転送クロックφH1,φH2は、端子23−1,23−2を介して水平転送レジスタ15に供給される。
また、タイミング発生回路19は、基板バイアス切替回路20における基板バイアス切替処理を制御する基板バイアス制御信号Vsub Cont1,Vsub Cont2を発生する。
The 8-phase vertical transfer clocks φV1 to φV8 are supplied to the vertical transfer register 13 via terminals (pads) 21-1 to 21-8 formed on the substrate 18.
Various transfer timing signals φST1, φST2, φVHLD1, φVHLD2, φLV, and φVOG are supplied to the vertical transfer register 13 via terminals 22-1 to 22-6.
The two-phase horizontal transfer clocks φH1 and φH2 are supplied to the horizontal transfer register 15 via terminals 23-1 and 23-2.
Further, the timing generation circuit 19 generates substrate bias control signals Vsub Cont1 and Vsub Cont 2 for controlling the substrate bias switching process in the substrate bias switching circuit 20.

φV1〜φV8は垂直転送電極V1〜V8を駆動するための信号である。
φST1,φST2はストレージゲートST1,ST2を駆動するための信号である。
φVHLD1,φVHLD2はホールドゲートHLDを駆動するための信号である。
φLVは最終垂直転送電極LVを駆動するための信号である。
φVOGは電荷蓄積制御電極VOGのゲートを駆動するための信号である。
φH1,φH2は水平転送電極H1,H2を駆動するための信号である。
これらの電極やゲートの配置については後述する。
φV1 to φV8 are signals for driving the vertical transfer electrodes V1 to V8.
φST1 and φST2 are signals for driving the storage gates ST1 and ST2.
φVHLD1 and φVHLD2 are signals for driving the hold gate HLD.
φLV is a signal for driving the final vertical transfer electrode LV.
φVOG is a signal for driving the gate of the charge accumulation control electrode VOG.
φH1 and φH2 are signals for driving the horizontal transfer electrodes H1 and H2.
The arrangement of these electrodes and gates will be described later.

また、基板18上には、この基板18をバイアスするバイアス電圧(以下、基板バイアスと称する)Vsubが印加される。この基板バイアスを発生する回路GVSは、基板18に形成される。
基板18には、基板バイアスVsubを変調するために基板バイアスを切り替える基板バイアス切替回路20が端子24を介して接続されている。
A bias voltage (hereinafter referred to as substrate bias) Vsub for biasing the substrate 18 is applied on the substrate 18. The circuit GVS for generating the substrate bias is formed on the substrate 18.
A substrate bias switching circuit 20 that switches the substrate bias in order to modulate the substrate bias Vsub is connected to the substrate 18 via a terminal 24.

<2.基板バイアス切替回路の構成例>
基板バイアス切替回路20は、npn型トランジスタQ1,Q2、抵抗素子R1,R2,R3,R4、信号端子25−1,25−2、およびノードND1を有する。
基板バイアス切替回路20は、ノードND1が基板18の端子24に接続されている。
トランジスタQ1のコレクタが抵抗素子R1の一端に接続され、抵抗素子R1の他端がノードND1に接続されている。トランジスタQ1のエミッタが接地され、ゲートが抵抗素子R3の一端に接続され、抵抗素子R3の他端が第1の基板バイアス制御信号Vsub Cont1が供給される端子25−1に接続されている。
トランジスタQ2のコレクタが抵抗素子R2の一端に接続され、抵抗素子R2の他端がノードND1に接続されている。トランジスタQ2のエミッタが接地され、ゲートが抵抗素子R4の一端に接続され、抵抗素子R4の他端が第2の基板バイアス制御信号Vsub Cont2が供給される端子25−2に接続されている。
<2. Configuration example of substrate bias switching circuit>
The substrate bias switching circuit 20 includes npn transistors Q1, Q2, resistance elements R1, R2, R3, R4, signal terminals 25-1, 25-2, and a node ND1.
In the substrate bias switching circuit 20, the node ND <b> 1 is connected to the terminal 24 of the substrate 18.
The collector of the transistor Q1 is connected to one end of the resistor element R1, and the other end of the resistor element R1 is connected to the node ND1. The emitter of the transistor Q1 is grounded, the gate is connected to one end of the resistor element R3, and the other end of the resistor element R3 is connected to the terminal 25-1 to which the first substrate bias control signal Vsub Cont1 is supplied.
The collector of the transistor Q2 is connected to one end of the resistance element R2, and the other end of the resistance element R2 is connected to the node ND1. The emitter of the transistor Q2 is grounded, the gate is connected to one end of the resistor element R4, and the other end of the resistor element R4 is connected to the terminal 25-2 to which the second substrate bias control signal Vsub Cont2 is supplied.

基板バイアス切替回路20は、タイミング生成回路19から供給される第1の基板バイアス制御信号Vsub Cont1および第2の基板バイアス制御信号Vsub Cont2によりトランジスタQ1,Q2が個別にオン、オフ制御される。
これにより、基板18の基板バイアスVsubが変調される。
In the substrate bias switching circuit 20, the transistors Q1 and Q2 are individually controlled to be turned on and off by the first substrate bias control signal Vsub Cont1 and the second substrate bias control signal Vsub Cont2 supplied from the timing generation circuit 19.
As a result, the substrate bias Vsub of the substrate 18 is modulated.

図4において、基板バイアス切替回路20のブロックに、その回路構成に併せて基板バイアス変調例が示されている。   In FIG. 4, an example of substrate bias modulation is shown in the block of the substrate bias switching circuit 20 together with the circuit configuration.

図4の例では、まず、第1の基板バイアス制御信号Vsub Cont1および第2の基板バイアス制御信号Vsub Cont2がハイレベルでトランジスタQ1,Q2のベースに供給される。
この場合、2つのトランジスタQ1,Q2は共にオフ(OFF)に保持される。
これにより、基板バイアスVsubは変調されず、基準設定のままに保持される。
In the example of FIG. 4, first, the first substrate bias control signal Vsub Cont1 and the second substrate bias control signal Vsub Cont2 are supplied to the bases of the transistors Q1 and Q2 at a high level.
In this case, the two transistors Q1 and Q2 are both held off.
As a result, the substrate bias Vsub is not modulated and is maintained at the reference setting.

次に、第1の基板バイアス制御信号Vsub Cont1がハイレベル、第2の基板バイアス制御信号Vsub Cont2がローレベルでトランジスタQ1,Q2のベースに供給される。
この場合、トランジスタQ1がオン(ON)し、トランジスタQ2はオフ(OFF)に保持される。
これにより、1ステップだけ基板バイアスVsubが高くなるように変調され、飽和信号量が1ステップ大きくなるように制御される。
Next, the first substrate bias control signal Vsub Cont1 is supplied to the bases of the transistors Q1 and Q2 at the high level and the second substrate bias control signal Vsub Cont2 is at the low level.
In this case, the transistor Q1 is turned on (ON), and the transistor Q2 is held off (OFF).
As a result, the substrate bias Vsub is modulated so as to increase by one step, and the saturation signal amount is controlled to increase by one step.

次に、第1の基板バイアス制御信号Vsub Cont1がローレベル、第2の基板バイアス制御信号Vsub Cont2がハイレベルでトランジスタQ1,Q2のベースに供給される。
この場合、トランジスタQ1がオフ(OFF)し、トランジスタQ2がオン(ON)する。
これにより、さらに1ステップだけ基板バイアスVsubが高くなるように変調され、飽和信号量がさらに1ステップ小さくなるように制御される。
Next, the first substrate bias control signal Vsub Cont1 is supplied to the bases of the transistors Q1 and Q2 at the low level and the second substrate bias control signal Vsub Cont2 is at the high level.
In this case, the transistor Q1 is turned off (OFF) and the transistor Q2 is turned on (ON).
As a result, the substrate bias Vsub is modulated to be further increased by one step, and the saturation signal amount is controlled to be further decreased by one step.

このような変調制御は、ある垂直ラインの信号をオーバーフロードレインOFDに掃き出すときに、同時並列的に、画素の飽和信号量を可変させるときに行われる。
なお、並列に駆動するトランジスタ数を増やして個別に駆動制御することも可能であり、これにより、さらに精細な変調制御を実現することが可能となる。
Such modulation control is performed when the signal of a certain vertical line is swept out to the overflow drain OFD and the saturation signal amount of the pixel is varied simultaneously in parallel.
Note that it is also possible to individually control the drive by increasing the number of transistors that are driven in parallel, and thereby, it is possible to realize finer modulation control.

本実施形態において、駆動系は少なくともタイミング発生回路19、基板バイアス切替回路20を含んで構成される。   In the present embodiment, the drive system includes at least a timing generation circuit 19 and a substrate bias switching circuit 20.

<3.本固体撮像素子の特徴的な構成および機能>
以上の構成を有する固体撮像素子10は、以下の特徴をもつ。
前述したように、固体撮像素子10は、垂直転送レジスタ13と水平転送レジスタ15の接続部近辺にオーバーフロードレインOFDを有し、水平転送レジスタ15の電極ピッチが垂直転送レジスタ13の複数ラインを含む電極構成を有している。
そして、固体撮像素子10は、ある垂直ラインの信号をオーバーフロードレインに掃き出し、かつ画素の飽和信号量を可変させる制御を行う駆動系を有する。
この駆動系は、タイミング発生回路19、基板バイアス切替回路20、および図示しない制御系により構成される。
<3. Characteristic configuration and function of the solid-state image sensor>
The solid-state imaging device 10 having the above configuration has the following characteristics.
As described above, the solid-state imaging device 10 has the overflow drain OFD in the vicinity of the connection portion between the vertical transfer register 13 and the horizontal transfer register 15, and the electrode pitch of the horizontal transfer register 15 includes the plurality of lines of the vertical transfer register 13. It has a configuration.
The solid-state imaging device 10 has a drive system that performs control to sweep a signal of a certain vertical line to the overflow drain and vary the saturation signal amount of the pixel.
This drive system includes a timing generation circuit 19, a substrate bias switching circuit 20, and a control system (not shown).

固体撮像素子10は、垂直ラインの信号電荷をオーバーフロードレインOFDに排出(掃き出す)列数(水平方向の画素間引き率)を、被写体に応じて、あるいは、選択可能な画素の飽和信号量に応じて選択する機能を有する。   The solid-state imaging device 10 discharges (sweeps) the signal charges of the vertical line to the overflow drain OFD (the pixel thinning rate in the horizontal direction) according to the subject or the saturation signal amount of the selectable pixel. Has a function to select.

固体撮像素子10は、電荷排出部であるオーバーフロードレイン部のバリア電位に対して、水平画素間引き動作中のホールドゲートの電位が浅くなるように構成される。
また、固体撮像素子10は、被写体の明るさに応じて、水平間引き駆動、電子シャッタスピード、画素の飽和信号量を可変させる機能を有している。
The solid-state imaging device 10 is configured such that the potential of the hold gate during the horizontal pixel thinning operation is shallower than the barrier potential of the overflow drain portion that is a charge discharging portion.
Further, the solid-state imaging device 10 has a function of varying the horizontal thinning drive, the electronic shutter speed, and the saturation signal amount of the pixel according to the brightness of the subject.

固体撮像素子10は、低輝度の被写体を撮像する際には、水平方向の間引き「無し」とし、高輝度の被写体を撮像する際には、水平方向の間引き「有り」とする機能を有する。   The solid-state imaging device 10 has a function of “no” horizontal thinning when imaging a low-luminance subject and “existing” horizontal thinning when imaging a high-luminance subject.

固体撮像素子10は、水平間引き駆動を行う際に、基板バイアス切替回路20により飽和信号量を変化させ、かつ信号処理回路30のゲイン設定を変化させる機能を有する。   The solid-state imaging device 10 has a function of changing the saturation signal amount by the substrate bias switching circuit 20 and changing the gain setting of the signal processing circuit 30 when performing horizontal thinning driving.

固体撮像素子10は、明るさを追従することで得られる、NDのON/OFFやシャッタ速度の情報をフィードバックさせることで被写体情報、ここでは低輝度であるか高輝度であるかを検出する機能を有する。   The solid-state imaging device 10 has a function of detecting subject information, in this case, whether the brightness is low or high by feeding back information on ND ON / OFF and shutter speed obtained by following the brightness. Have

固体撮像素子10は、駆動モード切り替え時の基板バイアス変調期間にデジタルゲインを変化させる機能を有する。   The solid-state imaging device 10 has a function of changing the digital gain during the substrate bias modulation period when the drive mode is switched.

固体撮像素子10は、独立した色再現パラメータを保持し、モードに適応したパラメータを反映させ、たとえばモード毎にホワイトバランスを調整する機能を有する。   The solid-state imaging device 10 has a function of holding independent color reproduction parameters, reflecting parameters adapted to the modes, and adjusting white balance for each mode, for example.

このような特徴を含む本実施形態に係る固体撮像素子10は、水平画素間引きと単画素の飽和信号量増、電子シャッタの低速化を組み合わせることにより、トータルの取扱い電荷量(有効画素信号)を維持しながら、スミア成分のみを減少させる。
すなわち、固体撮像素子10は、スミア信号を相対的に減少させることで画質改善を図ることが可能に構成されている。
これにより、固体撮像素子10は、垂直転送レジスタ13、水平転送レジスタ15、フローティングディフュージョン部など、画素信号転送過程でのダイナミックレンジ不足が生じることを防止している。
さらに、固体撮像素子10は、CCD撮像素子10IMGの後段の信号処理回路30においても、出力信号振幅(リセットフィードスルー込みのピーク to ピーク)が大きいことに伴い、絶対最大定格オーバーすることを防止している。
これにより、スミア信号量のみを減少させることが可能となり、画質改善が図られる。
また、画素水平間引き駆動を行う場合、低照度被写体撮像時の感度不足が課題となるケースも考えられる。
そのような場合には、固体撮像素子10は、必要に応じ、被写体の明るさによって、水平画素間引き有無の切り替えを行う。
たとえば高輝度時には水平画素間引き“有り”でスミアを減少させて画質を改善し、低輝度には水平画素間引き“無し”で感度確保を行う。
このような制御機能を有する固体撮像素子10は、被写体の明るさに応じて最適な画質を提供することも可能となっている。
The solid-state imaging device 10 according to the present embodiment including such a feature combines the total pixel charge (effective pixel signal) by combining horizontal pixel thinning, single pixel saturation signal amount increase, and electronic shutter speed reduction. While maintaining, reduce only the smear component.
That is, the solid-state imaging device 10 is configured to improve image quality by relatively reducing the smear signal.
As a result, the solid-state imaging device 10 prevents the dynamic range from being insufficient in the pixel signal transfer process, such as the vertical transfer register 13, the horizontal transfer register 15, and the floating diffusion unit.
Further, the solid-state imaging device 10 prevents the absolute maximum rating from being exceeded due to the large output signal amplitude (peak to peak including reset feedthrough) in the signal processing circuit 30 subsequent to the CCD imaging device 10IMG. ing.
As a result, only the smear signal amount can be reduced, and the image quality can be improved.
In addition, when performing horizontal pixel thinning driving, there may be a case where insufficient sensitivity during low-illuminance subject imaging becomes a problem.
In such a case, the solid-state imaging device 10 switches whether or not the horizontal pixels are thinned out according to the brightness of the subject as necessary.
For example, when high luminance is used, horizontal pixel thinning is “present” to reduce smear to improve image quality, and for low luminance, horizontal pixel thinning is “no” to ensure sensitivity.
The solid-state imaging device 10 having such a control function can also provide optimum image quality according to the brightness of the subject.

<4.本固体撮像素子の特徴的な構成および機能の具体的な説明>
以下、上記した本実施形態の固体撮像素子10の特徴的な構成および機能について具体的に説明する。
<4. Specific description of characteristic configuration and function of the solid-state imaging device>
Hereinafter, the characteristic configuration and function of the solid-state imaging device 10 of the present embodiment described above will be specifically described.

[水平画素間引きの方法]
まず、水平画素間引きの方法について説明する。
列単位で画素信号およびスミア信号を掃き捨てる方法として、垂直転送部としての垂直転送レジスタ13と水平転送部としての水平転送レジスタ15近辺に信号電荷を排出する領域(オーバーフロードレイン)を設ける方法を採用可能である。
このオーバーフロードレインを設けた垂直転送部としての垂直転送レジスタ13および水平転送部としての水平転送レジスタ15の電極構成例を図5および図6に示す。
これらの例では、水平転送レジスタ15の電極ピッチが垂直転送レジスタ13の複数ラインを含む電極構成を有している。
[Horizontal pixel decimation method]
First, a horizontal pixel thinning method will be described.
As a method of sweeping out pixel signals and smear signals in units of columns, a method of providing a vertical transfer register 13 as a vertical transfer unit and a region (overflow drain) for discharging signal charges in the vicinity of the horizontal transfer register 15 as a horizontal transfer unit is adopted. Is possible.
FIG. 5 and FIG. 6 show electrode configuration examples of the vertical transfer register 13 as a vertical transfer unit provided with the overflow drain and the horizontal transfer register 15 as a horizontal transfer unit.
In these examples, the horizontal transfer register 15 has an electrode configuration in which the electrode pitch includes a plurality of lines of the vertical transfer register 13.

図5は、水平転送部としての水平転送レジスタ15が2相駆動であり、隣り合う4つの垂直転送部としての垂直転送レジスタ13を1つのグループとした場合の電極の構成例を示している。
図6は、水平転送部としての水平転送レジスタ15が2相駆動であり、隣り合う3つの垂直転送部としての垂直転送レジスタ13を1つのグループとした場合の電極の構成例を示している。
水平転送部は一例として2相駆動を用いているが、水平駆動相数に制約は無い。
FIG. 5 shows a configuration example of electrodes when the horizontal transfer register 15 as a horizontal transfer unit is two-phase driven and the vertical transfer registers 13 as four adjacent vertical transfer units are grouped.
FIG. 6 shows a configuration example of electrodes when the horizontal transfer register 15 as the horizontal transfer unit is two-phase driven and the vertical transfer registers 13 as three adjacent vertical transfer units are grouped into one group.
The horizontal transfer unit uses two-phase driving as an example, but there is no restriction on the number of horizontal driving phases.

図5および図6において、40が電荷排出部としてのオーバーフロードレイン部を示している。
また、図5および図6において、R、G、Bで示す領域はセンサ部11である。
V7は7番目の垂直転送電極を示している。
V8は8番目(8相駆動の最終段目)の垂直転送電極を示している。
ST,ST1,ST2はストレージゲートを示している。
HLDはホールドゲートを示している。
LV,LV1,LV2は最終垂直転送電極を示している。
VOG、VOG1,VOG2は電荷蓄積制御電極を示している。
H1,H2は水平転送電極を示している。
5 and 6, reference numeral 40 denotes an overflow drain part as a charge discharging part.
5 and 6, the region indicated by R, G, and B is the sensor unit 11.
V7 represents the seventh vertical transfer electrode.
V8 represents the eighth vertical transfer electrode (the final stage of the 8-phase drive).
ST, ST1, ST2 indicate storage gates.
HLD indicates a hold gate.
Reference numerals LV, LV1 and LV2 denote final vertical transfer electrodes.
VOG, VOG1, and VOG2 indicate charge accumulation control electrodes.
H1 and H2 indicate horizontal transfer electrodes.

図5の電極構成での水平画素間引きを行う場合、次のような処理を行う。
なお、図7は、水平画像1/2間引き駆動時の出力信号の例を示す図である。
図8は、図5および図7の動作モードにおける転送時の駆動タイミングチャートを示す図である。
図9は、図5および図7の動作モードにおける出力画素の転送イメージを示す図である。図9はポイントとなる転送箇所のみ示している。
When performing horizontal pixel thinning with the electrode configuration of FIG. 5, the following processing is performed.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an output signal at the time of horizontal image 1/2 thinning driving.
FIG. 8 is a diagram showing a drive timing chart at the time of transfer in the operation modes of FIG. 5 and FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a transfer image of output pixels in the operation modes of FIGS. 5 and 7. FIG. 9 shows only transfer points as points.

オーバーフロードレイン部40に隣接する最終垂直転送電極LV2および電荷蓄積制御電極VOG2のゲートに固定バイアスを印加し、定電位に保つ。
これにより、最終垂直転送電極LV2を有する列の信号を水平転送レジスタ15に転送することなく、全てオーバーフロードレイン部40に排出し、水平方向に1/2に画素信号を間引いて出力することが可能となる。
この場合、図7に示すように、2列毎に出力される画素信号と出力されない画素信号を設けることが可能となる。
A fixed bias is applied to the gates of the final vertical transfer electrode LV2 and the charge accumulation control electrode VOG2 adjacent to the overflow drain part 40, and is kept at a constant potential.
As a result, all the signals of the column having the final vertical transfer electrode LV2 can be discharged to the overflow drain section 40 without being transferred to the horizontal transfer register 15, and the pixel signals can be thinned out to ½ in the horizontal direction and output. It becomes.
In this case, as shown in FIG. 7, it is possible to provide pixel signals that are output every two columns and pixel signals that are not output.

図6の電極構成での水平画素間引きを行う場合、次のような処理を行う。
図10は、水平画像1/3間引き駆動時の出力信号の例を示す図である。
図11は、水平画像2/3間引き駆動時の出力信号の例を示す図である。
図12は、図6および図10の動作モードにおける転送時の駆動タイミングチャートを示す図である。
図13は、図6および図10の動作モードにおける出力画素の転送イメージを示す図である。図13はポイントとなる転送箇所のみ示している。
図14は、図6および図11の動作モードにおける転送時の駆動タイミングチャートを示す図である。
図15は、図6および図11の動作モードにおける出力画素の転送イメージを示す図である。図15はポイントとなる転送箇所のみ示している。
When performing horizontal pixel thinning with the electrode configuration of FIG. 6, the following processing is performed.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an output signal at the time of horizontal image 1/3 thinning driving.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an output signal at the time of horizontal image 2/3 thinning driving.
FIG. 12 is a diagram showing a drive timing chart at the time of transfer in the operation modes of FIG. 6 and FIG.
FIG. 13 is a diagram illustrating a transfer image of output pixels in the operation modes of FIGS. 6 and 10. FIG. 13 shows only transfer points as points.
FIG. 14 is a diagram showing a drive timing chart at the time of transfer in the operation modes of FIGS. 6 and 11.
FIG. 15 is a diagram showing a transfer image of output pixels in the operation modes of FIGS. 6 and 11. FIG. 15 shows only transfer points as points.

図6では3つの垂直転送部としての垂直転送レジスタ13を1つのグループとしている。
この場合、オーバーフロードレイン部40に隣接するストレージゲートST1、ST2を駆動若しくはバイアス固定のいずれかを選択する。
ストレージゲートST1のみを駆動し、ストレージゲートST2を固定バイアスを与え、ストレージゲートST2の列の信号を全てオーバーフロードレイン部40に掃き捨てた場合は、水平方向の画素間引き率は2/3となる。
ストレージゲートST1、ST2共にバイアスで固定し、両列ともオーバーフロードレイン部40に掃き捨てた場合は、水平方向の画素間引き率は1/3となる。
このように図6の電極構成では任意に間引き率を選択することが可能となる。
これにより、図10および図11に示すように、出力される画素信号と出力されない画素信号を設けることが可能となる。
In FIG. 6, the vertical transfer registers 13 as three vertical transfer units are grouped into one group.
In this case, either driving or fixing the bias of the storage gates ST1 and ST2 adjacent to the overflow drain section 40 is selected.
When only the storage gate ST1 is driven, the storage gate ST2 is given a fixed bias, and all the signals in the column of the storage gate ST2 are swept away to the overflow drain section 40, the horizontal pixel decimation rate becomes 2/3.
When both the storage gates ST1 and ST2 are fixed with a bias and both columns are swept away to the overflow drain section 40, the pixel thinning rate in the horizontal direction becomes 1/3.
In this way, the thinning rate can be arbitrarily selected in the electrode configuration of FIG.
As a result, as shown in FIGS. 10 and 11, it is possible to provide pixel signals that are output and pixel signals that are not output.

図16は、オーバーフロードレイン部のバリア電位φ2がホールドゲートの電位φ1より高い場合のオーバーフロードレイン近辺のポテンシャル状態を示す図である。
図17は、オーバーフロードレイン部のバリア電位φ2がホールドゲートの電位φ1より低い場合のオーバーフロードレイン近辺のポテンシャル状態を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing a potential state in the vicinity of the overflow drain when the barrier potential φ2 of the overflow drain portion is higher than the potential φ1 of the hold gate.
FIG. 17 is a diagram illustrating a potential state in the vicinity of the overflow drain when the barrier potential φ2 of the overflow drain portion is lower than the potential φ1 of the hold gate.

上記した水平画素間引き動作時の留意事項として、図16に示したように、垂直転送部と水平転送部近辺に設けられたオーバーフロードレイン部40のバリア電位φ2に対して、水平画素間引き動作中のホールドゲートHLDの電位φ1を浅くする必要が有る。
逆に、図17に示したように、そのバリア電位関係が逆転してしまうと(φ1>φ2)、水平画素間引きにより出力しないはずの信号電荷が水平レジスタ等へ漏れこんでしまい、正常信号と混色することになってしまい、問題となる。
As noted in the horizontal pixel thinning operation described above, as shown in FIG. 16, the horizontal pixel thinning operation is performed with respect to the barrier potential φ2 of the overflow drain portion 40 provided in the vicinity of the vertical transfer portion and the horizontal transfer portion. It is necessary to reduce the potential φ1 of the hold gate HLD.
On the other hand, as shown in FIG. 17, when the barrier potential relationship is reversed (φ1> φ2), signal charges that should not be output due to horizontal pixel thinning leak into the horizontal register or the like, and normal signals and Color mixing will be a problem.

図18は、局所的なポテンシャル欠陥による不具合例を示す図である。
図19(A)および(B)は、本実施形態に係る基板バイアス変調による飽和信号量の調整例を示す図である。
FIG. 18 is a diagram illustrating a failure example due to a local potential defect.
19A and 19B are diagrams showing examples of adjusting the saturation signal amount by the substrate bias modulation according to the present embodiment.

また、通常の画素列が正常であっても、ポテンシャル欠陥等により水平画素数1000段に対して、1画素分の局所的にバリア電位関係が逆転する場合でも、正常信号との混色により、図18に示すように、局所的な縦筋が発生するので、問題となる。
このため、オーバーフロードレイン部40のバリア電位と水平画素間引き動作中のホールドゲートHLDの電位の関係には十分に留意して設計する必要が有る。
Even if the normal pixel row is normal, even if the barrier potential relationship is locally reversed for one pixel with respect to the number of horizontal pixels of 1000 due to a potential defect or the like, color mixing with the normal signal causes As shown in FIG. 18, a problem arises because local vertical stripes are generated.
Therefore, it is necessary to design with careful attention to the relationship between the barrier potential of the overflow drain section 40 and the potential of the hold gate HLD during the horizontal pixel thinning operation.

このように水平画素間引き率を1/nとした場合に、同時に図19に示すように、基板バイアスを変調し、飽和信号量をn倍に設定する。
さらに、この基板変調に電子シャッタの低速化を組み合わせることで、画素の出力信号量(感度)を保ったまま、スミア成分のみを1/nに低減することができる。
When the horizontal pixel thinning rate is 1 / n as described above, the substrate bias is modulated and the saturation signal amount is set to n times as shown in FIG.
Further, by combining the substrate modulation with the speed reduction of the electronic shutter, it is possible to reduce only the smear component to 1 / n while maintaining the output signal amount (sensitivity) of the pixel.

また、飽和信号量の増加分についてはn倍に限定する必要は無く、微小でも画素の飽和信号量を増加させることができればよい。
この場合、画素信号:スミアの比率を改善したまま、信号処理回路30にてゲイン処理(必要画素信号量分、ゲインを増加させる)を行うことで、スミア画質の改善が可能である。
たとえば、スミア信号:飽和出力信号の比が、1/2:1(あるいは1:2)の図9の場合には、スミアが6dB改善することになる。
これに対して、スミア信号:飽和出力信号の比が2/3:1(あるいは1:1.5)の図13の場合には、スミアが3.5dB改善することになる。
ただし、図13において単画素の飽和信号量の増加が1.2倍にしか増加できない場合でも、スミア信号:飽和出力信号の比が1:1.2となるので、スミアが1.6dB(1.2倍)に改善することが可能となる。
Further, it is not necessary to limit the increase of the saturation signal amount to n times, and it is sufficient that the saturation signal amount of the pixel can be increased even if it is minute.
In this case, it is possible to improve the smear image quality by performing gain processing (increasing the gain by the necessary pixel signal amount) in the signal processing circuit 30 while improving the ratio of pixel signal: smear.
For example, in the case of FIG. 9 where the ratio of smear signal: saturation output signal is 1/2: 1 (or 1: 2), the smear is improved by 6 dB.
On the other hand, in the case of FIG. 13 where the ratio of smear signal: saturation output signal is 2/3: 1 (or 1: 1.5), the smear is improved by 3.5 dB.
However, even when the increase in the saturation signal amount of a single pixel in FIG. 13 can only increase by a factor of 1.2, the smear signal: saturation output signal ratio is 1: 1.2, so that the smear is 1.6 dB (1 .2).

なお、前述のように、スミア改善効果を、スミア信号:飽和出力信号で表現しているのは、感度信号に関しては、電子シャッタ低速化により維持する(元に戻す)ことが可能なためである。   As described above, the smear improvement effect is expressed by the smear signal: saturation output signal because the sensitivity signal can be maintained (returned) by reducing the speed of the electronic shutter. .

以上により、固体撮像素子10は、垂直転送レジスタ13、水平転送レジスタ15、フローティングディフュージョン部など、画素信号転送過程でのダイナミックレンジ不足が生じることを防止している。
さらに、固体撮像素子10は、CCD撮像素子10IMGの後段の信号処理回路30においても、出力信号振幅(リセットフィードスルー込みのピーク to ピーク)が大きいことに伴い、絶対最大定格オーバーすることを防止している。
これにより、スミア信号量のみを減少させることが可能となり、画質改善を図ることが可能である。
As described above, the solid-state imaging device 10 prevents the dynamic range from being insufficient in the pixel signal transfer process such as the vertical transfer register 13, the horizontal transfer register 15, and the floating diffusion unit.
Further, the solid-state imaging device 10 prevents the absolute maximum rating from being exceeded due to the large output signal amplitude (peak to peak including reset feedthrough) in the signal processing circuit 30 subsequent to the CCD imaging device 10IMG. ing.
As a result, only the amount of smear signal can be reduced, and the image quality can be improved.

[水平画素間引き有無の切り替え]
次に、被写体の輝度情報に応じた制御、被写体の明るさによって、水平画素間引き有無の切り替えを行う(高輝度時:水平画素間引き“有り”でスミア画質改善、低輝度:水平画素間引き“無し”で感度確保)ようにする応用例について説明する。
[Toggle horizontal pixel thinning]
Next, control according to the luminance information of the subject, and switching of horizontal pixel thinning presence / absence depending on the brightness of the subject (high luminance: horizontal pixel thinning “Yes” improves smear image quality, low luminance: horizontal pixel thinning “No” An application example in which “sensitivity is secured” will be described.

図20は、本実施形態による固体撮像素子を撮像デバイスとして用いたカメラの概略構成図である。   FIG. 20 is a schematic configuration diagram of a camera using the solid-state imaging device according to the present embodiment as an imaging device.

このカメラ100においては、上記したCCD撮像素子10IMG、基板バイアス切替回路20、信号処理回路30に加えて次の構成要素を含む。
カメラ100は、CCD撮像素子10IMGの光入射側にレンズ51および絞り52を含む光学系50、タイミング発生回路19を含むCCD駆動回路60、および動作モード設定部70を有する。
本実施形態において、駆動系は、タイミング発生回路19を含むCCD駆動回路60、および動作モード設定部70を含んで構成される。
The camera 100 includes the following components in addition to the CCD image sensor 10IMG, the substrate bias switching circuit 20, and the signal processing circuit 30 described above.
The camera 100 includes an optical system 50 including a lens 51 and a diaphragm 52, a CCD drive circuit 60 including a timing generation circuit 19, and an operation mode setting unit 70 on the light incident side of the CCD image sensor 10 IMG.
In the present embodiment, the drive system includes a CCD drive circuit 60 including the timing generation circuit 19 and an operation mode setting unit 70.

被写体が低輝度の場合(画素出力信号>>スミア信号)に水平画素間引き駆動を行うと、元々微小であるスミア量はほぼ変わらず、必要とされる画素信号が大きく減少し、S/Nが劣化する結果となる。
そのため、図20に示す動作モード設定部70にて、被写体の輝度情報(高輝度または 低輝度)に応じて水平画素間引き駆動のON/OFFの制御を行う。
When horizontal pixel thinning driving is performed when the subject has low luminance (pixel output signal >> smear signal), the originally small amount of smear does not change substantially, the required pixel signal is greatly reduced, and S / N is reduced. It will result in deterioration.
For this reason, the operation mode setting unit 70 shown in FIG. 20 performs ON / OFF control of the horizontal pixel thinning drive according to the luminance information (high luminance or low luminance) of the subject.

この被写体情報を検出する方法として、NDフィルタのON/OFFや、レンズのF値(絞り)や、シャッタ速度の情報をフィードバックする方法が適用可能である。   As a method of detecting this subject information, a method of feeding back information on ON / OFF of the ND filter, F value (aperture) of the lens, and shutter speed can be applied.

このように、被写体情報を感知し、暗い被写体を撮像する場合には、水平画素間引き動作”無し”で感度を確保し、明るい被写体を撮像する場合には、水平画素間引き”有り”かつ基板バイアス変調で飽和信号量増加を行う。
これと並行して、動作モード設定部70にて、被写体の明るさに応じた電子シャッタスピードを設定することで、必要信号量を確保する。
電子シャッタスピードの設定では、低輝度および水平画素間引き無しの場合は低速とし、高輝度および水平画素間引き有りの場合には低速に設定する。
In this way, when sensing subject information and imaging a dark subject, the horizontal pixel thinning operation is “none” to ensure sensitivity, and when shooting a bright subject, horizontal pixel thinning is “present” and the substrate bias is applied. The saturation signal amount is increased by modulation.
In parallel with this, the operation mode setting unit 70 sets the electronic shutter speed according to the brightness of the subject, thereby securing the necessary signal amount.
The electronic shutter speed is set to a low speed when low luminance and horizontal pixel thinning are not set, and to a low speed when high luminance and horizontal pixel thinning are set.

また、前述のようなモード切り替えは、基板バイアス変調を伴うことが殆どである。
ただし、基板バイアス変調に時間を必要とする場合、十分に基板バイアスが変調していない状態(十分な飽和信号量に達しない状態)で出力を行うと低ダイナミックレンジに伴う色つきが発生する可能性がある。
そのため、モード切替時にゲイン(信号処理回路30で設定)も変更し、色つきを防止することも有効である。
Further, the mode switching as described above is mostly accompanied by substrate bias modulation.
However, if time is required for modulation of the substrate bias, if the output is performed in a state where the substrate bias is not sufficiently modulated (a state where a sufficient saturation signal amount is not reached), coloring associated with a low dynamic range may occur. There is sex.
Therefore, it is also effective to change the gain (set by the signal processing circuit 30) at the time of mode switching and prevent coloring.

また、基板バイアス変調時には分光感度特性が変化するため、独立した色再現パラメータ(信号処理回路30で設定)を保持し、駆動モードの切り替え制御に合わせて反映させることで、最適なホワイトバランス調整が可能となる。   Also, since the spectral sensitivity characteristic changes during substrate bias modulation, an independent white reproduction parameter (set by the signal processing circuit 30) is held and reflected in accordance with the drive mode switching control, so that the optimum white balance adjustment can be performed. It becomes possible.

以上の機能を組み合わせることで、被写体の明るさに応じた、最適な画質を提供することも可能となる。   By combining the above functions, it is possible to provide optimum image quality according to the brightness of the subject.

以上のように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
水平画素間引き動作と同時に単画素の飽和信号量を増加させ、さらに低速電子シャッタを組み合わせることで、必要な画素信号量はそのままに、スミア信号のみを減少させることができる。
これにより、垂直レジスタ、水平レジスタ、フローティングディフュージョン部など、画素信号転送過程でのダイナミックレンジ不足の問題を解消することができる。
そして、CCD後段の信号処理回路においても、出力信号振幅(リセットフィードスルー込みのピーク to ピーク)が大きいことに伴い、絶対最大定格オーバーという問題が生じることが無くなる。そして、スミア信号量のみを減少させることが可能となり、画質改善を図ることが可能となる。
また、被写体の明るさに応じて水平画素間引きの有無、電子シャッタスピードを切り替えることにより被写体の明るさ毎に最適な画質を提供することも可能となる。
駆動モード切り替え時の基板バイアス変調に時間を要する場合、デジタルゲインを調整することで色つきを防止することも可能となる。
駆動モード毎に分光特性が異なる場合、独立した色再現パラメータを保持し、駆動モードに合わせて反映させることで、最適なホワイトバランス調整も可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
Simultaneously with the horizontal pixel thinning operation, the saturation signal amount of a single pixel is increased, and further, by combining a low-speed electronic shutter, only the smear signal can be reduced while maintaining the necessary pixel signal amount.
This can solve the problem of insufficient dynamic range in the pixel signal transfer process, such as a vertical register, a horizontal register, and a floating diffusion unit.
Also in the signal processing circuit at the rear stage of the CCD, the problem of the absolute maximum rating over does not occur due to the large output signal amplitude (peak to peak including reset feedthrough). Only the smear signal amount can be reduced, and the image quality can be improved.
It is also possible to provide optimum image quality for each subject brightness by switching the presence or absence of horizontal pixel thinning and the electronic shutter speed according to the subject brightness.
When time is required for substrate bias modulation when switching the drive mode, it is possible to prevent coloring by adjusting the digital gain.
When the spectral characteristics are different for each drive mode, an optimum white balance adjustment can be performed by holding independent color reproduction parameters and reflecting them in accordance with the drive mode.

10・・・固体撮像装置、10IMG・・・CCD撮像素子、11・・・センサ部、12・・・読み出しゲート部、13・・・垂直転送レジスタ(垂直転送部)、14・・・撮像エリア、15・・・水平転送レジスタ(水平転送部)、16・・・電荷電圧変換部、18・・・半導体基板、19・・・タイミング発生回路、20・・・基板バイアス切替回路、30・・・信号処理回路、40・・・オーバーフロードレイン部(電荷排出部)、50・・・光学系、60・・・CCD駆動回路、70・・・動作モード設定部、100・・・カメラ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Solid-state imaging device, 10IMG ... CCD image sensor, 11 ... Sensor part, 12 ... Read-out gate part, 13 ... Vertical transfer register (vertical transfer part), 14 ... Imaging area , 15 ... Horizontal transfer register (horizontal transfer unit), 16 ... Charge voltage conversion unit, 18 ... Semiconductor substrate, 19 ... Timing generation circuit, 20 ... Substrate bias switching circuit, 30 ... Signal processing circuit, 40 ... overflow drain part (charge discharging part), 50 ... optical system, 60 ... CCD drive circuit, 70 ... operation mode setting part, 100 ... camera.

Claims (13)

行列状に配置された光電変換機能を含む複数のセンサ部と、
上記複数のセンサ部の列配列に対応して配列され、上記センサ部から読み出された信号電荷を行配列方向に転送する複数の垂直転送部と、
上記垂直転送部から転送された信号電荷を列配列方向に転送する水平転送部と、
上記垂直転送部の複数列単位で形成され、上記垂直転送部から上記水平転送部への信号電荷を選択的に排出可能な電荷排出部と、
上記電荷排出部にて信号電荷を排出する際、画像の飽和信号量を可変させる制御を行う駆動系と、を有する
固体撮像素子。
A plurality of sensor units including photoelectric conversion functions arranged in a matrix;
A plurality of vertical transfer units arranged corresponding to the column arrangement of the plurality of sensor units, and transferring signal charges read from the sensor units in a row arrangement direction;
A horizontal transfer unit that transfers the signal charges transferred from the vertical transfer unit in a column arrangement direction;
A charge discharging unit formed in units of a plurality of columns of the vertical transfer unit and capable of selectively discharging signal charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit;
A solid-state imaging device having a drive system for performing control to vary a saturation signal amount of an image when the signal charge is discharged by the charge discharging unit.
上記垂直転送部ラインの信号を上記電荷排出部に排出する列数が被写体に応じて選択される
請求項1記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the number of columns for discharging the signal of the vertical transfer unit line to the charge discharging unit is selected according to a subject.
上記垂直転送部ラインの信号を上記電荷排出部に排出する列数が選択可能な画素の飽和信号量に応じて選択される
請求項1記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the number of columns for discharging the signal of the vertical transfer unit line to the charge discharging unit is selected according to a saturation signal amount of a selectable pixel.
上記電荷排出部は、
オーバーフロードレイン部を含み、
上記オーバーフロードレイン部のバリア電位に対して、水平画素間引き動作中のホールドゲートの電位を浅くしてある
請求項1から3のいずれか一に記載の固体撮像素子。
The charge discharging part is
Including overflow drain,
4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a potential of a hold gate during a horizontal pixel thinning operation is set lower than a barrier potential of the overflow drain portion.
上記駆動系は、
被写体の明るさに応じて、水平間引き駆動、電子シャッタスピード、画素の飽和信号量を可変せる
請求項1から4のいずれか一に記載の固体撮像素子。
The drive system is
5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the horizontal thinning drive, the electronic shutter speed, and the saturation signal amount of the pixel can be changed according to the brightness of the subject.
上記駆動系は、
低輝度の被写体を撮像する際には、水平方向の間引き無しとし、高輝度の被写体を撮像する際には、水平方向の間引きを行うように駆動する
請求項5に記載の固体撮像素子。
The drive system is
The solid-state imaging device according to claim 5, wherein driving is performed such that no thinning is performed in the horizontal direction when imaging a low-luminance subject, and thinning out is performed in the horizontal direction when imaging a high-luminance subject.
上記水平転送部により転送された信号に対して少なくともゲイン処理を行う信号処理回路を有し、
上記駆動系は、
水平間引き駆動を行う際に、飽和信号量を変化させ、かつ信号処理回路のゲイン設定を変化させる
請求項5または6記載の固体撮像素子。
A signal processing circuit that performs at least gain processing on the signal transferred by the horizontal transfer unit;
The drive system is
The solid-state imaging device according to claim 5, wherein when performing horizontal thinning driving, the saturation signal amount is changed and the gain setting of the signal processing circuit is changed.
上記駆動系は、
明るさを追従することで得られる情報をフィードバックさせることで被写体情報を検出する
請求項5から7のいずれか一に記載の固体撮像素子。
The drive system is
The solid-state imaging device according to any one of claims 5 to 7, wherein the subject information is detected by feeding back information obtained by following the brightness.
上記センサ部、垂直転送部、水平転送部、および電荷排出部は半導体基板に形成され、
上記半導体基板には基板バイアス電圧が印加され、
上記駆動系は、
上記基板バイアス電圧を変調する機能を有する
請求項1から8のいずれか一に記載の固体撮像素子。
The sensor unit, the vertical transfer unit, the horizontal transfer unit, and the charge discharge unit are formed on a semiconductor substrate,
A substrate bias voltage is applied to the semiconductor substrate,
The drive system is
The solid-state imaging device according to claim 1, having a function of modulating the substrate bias voltage.
上記水平転送部により転送された信号に対して少なくともゲイン処理を行う信号処理回路を有し、
駆動モード切り替え時の基板バイアス変調期間にデジタルゲインを変化させる
請求項9記載の固体撮像装置。
A signal processing circuit that performs at least gain processing on the signal transferred by the horizontal transfer unit;
The solid-state imaging device according to claim 9, wherein the digital gain is changed during a substrate bias modulation period when the drive mode is switched.
上記水平転送部により転送された信号に対して信号処理を行う信号処理回路を有し、
上記信号処理回路は、
独立した色再現パラメータを保持し、モードに適応したパラメータを反映させる機能を有する
請求項1から10のいずれか一に記載の固体撮像素子。
A signal processing circuit that performs signal processing on the signal transferred by the horizontal transfer unit;
The signal processing circuit is
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging element has a function of holding independent color reproduction parameters and reflecting a parameter adapted to a mode.
行列状に配置された光電変換機能を含む複数のセンサ部と、
上記複数のセンサ部の列配列に対応して配列され、上記センサ部から読み出された信号電荷を行配列方向に転送する複数の垂直転送部と、
上記垂直転送部から転送された信号電荷を列配列方向に転送する水平転送部と、
上記垂直転送部の複数列単位で形成され、上記垂直転送部から上記水平転送部への信号電荷を選択的に排出可能な電荷排出部と、を含む、固体撮像素子を駆動する際、
上記電荷排出部にて信号電荷を排出する際、画像の飽和信号量を可変させる制御を行う
固体撮像素子の駆動方法。
A plurality of sensor units including photoelectric conversion functions arranged in a matrix;
A plurality of vertical transfer units arranged corresponding to the column arrangement of the plurality of sensor units, and transferring signal charges read from the sensor units in a row arrangement direction;
A horizontal transfer unit that transfers the signal charges transferred from the vertical transfer unit in a column arrangement direction;
When driving a solid-state imaging device, including a charge discharging unit that is formed in units of a plurality of columns of the vertical transfer unit and can selectively discharge signal charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit,
A method for driving a solid-state imaging device that performs control to vary a saturation signal amount of an image when signal charges are discharged by the charge discharging unit.
固体撮像素子と、
上記固体撮像素子の受光領域に対して入射光を導く光学系と、
前記固体撮像素子による画像に所定の処理を施す信号処理回路と、を含み、
前記固体撮像素子は、
行列状に配置された光電変換機能を含む複数のセンサ部と、
上記複数のセンサ部の列配列に対応して配列され、上記センサ部から読み出された信号電荷を行配列方向に転送する複数の垂直転送部と、
上記垂直転送部から転送された信号電荷を列配列方向に転送する水平転送部と、
上記垂直転送部の複数列単位で形成され、上記垂直転送部から上記水平転送部への信号電荷を選択的に排出可能な電荷排出部と、
上記電荷排出部にて信号電荷を排出する際、画像の飽和信号量を可変させる制御を行う駆動系と、を含む
カメラ。
A solid-state image sensor;
An optical system for guiding incident light to the light receiving region of the solid-state imaging device;
A signal processing circuit that performs predetermined processing on an image by the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device is
A plurality of sensor units including photoelectric conversion functions arranged in a matrix;
A plurality of vertical transfer units arranged corresponding to the column arrangement of the plurality of sensor units, and transferring signal charges read from the sensor units in a row arrangement direction;
A horizontal transfer unit that transfers the signal charges transferred from the vertical transfer unit in a column arrangement direction;
A charge discharging unit formed in units of a plurality of columns of the vertical transfer unit and capable of selectively discharging signal charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit;
A drive system that performs control to vary a saturation signal amount of the image when the signal charge is discharged by the charge discharging unit.
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