JP2773787B2 - Driving method of solid-state imaging device and solid-state imaging device - Google Patents

Driving method of solid-state imaging device and solid-state imaging device

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JP2773787B2
JP2773787B2 JP3246281A JP24628191A JP2773787B2 JP 2773787 B2 JP2773787 B2 JP 2773787B2 JP 3246281 A JP3246281 A JP 3246281A JP 24628191 A JP24628191 A JP 24628191A JP 2773787 B2 JP2773787 B2 JP 2773787B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に関し、
特に光電変換素子数が多い高解像力の固体撮像装置の駆
動方法とその方法を実施する固体撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device,
In particular, the present invention relates to a driving method of a high-resolution solid-state imaging device having a large number of photoelectric conversion elements and a solid-state imaging device for implementing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、固体撮像装置はビデオカメラを中
心に著しい発展を遂げつつある。高解像度化はその1つ
の方向であり、ハイビジョンテレビ(HD−TV)、機
械計測、天体観測等の用途において、200万画素〜4
00万画素の固体撮像素子が開発されている。
2. Description of the Related Art In recent years, solid-state imaging devices have been remarkably developed mainly in video cameras. Higher resolution is one of the directions. For applications such as high-definition television (HD-TV), mechanical measurement, and astronomical observation, 2 million pixels to 4
A million-pixel solid-state imaging device has been developed.

【0003】しかし現在のところ、民生用途の主流であ
る垂直走査線525本系のカラーカメラ用として実用化
されているのは40万画素以下の撮像装置のみである。
At present, however, only an image pickup device having 400,000 pixels or less has been put into practical use for a color camera having 525 vertical scanning lines, which is the mainstream for consumer use.

【0004】スチル(静止画)ビデオカメラ、画像入力
装置、電子オーバーヘッドプロジェクタ(OHP)等の
用途を考慮すると、垂直走査線525本系において、よ
り多画素の装置が要求されている。
In consideration of applications such as a still (still image) video camera, an image input device, and an electronic overhead projector (OHP), a device having a larger number of pixels is required in a system of 525 vertical scanning lines.

【0005】本出願人は、理論計算、画像シミュレーシ
ョンに基づき、最適な画素数について検討した結果、8
0万画素程度の画素数であれば、上記用途に十分応じら
れるという結論を得た。この結論に基づき、80万画素
程度のCCDカラーセンサにつき、種々の提案を行なっ
ている。
The present applicant has studied the optimum number of pixels based on theoretical calculations and image simulations.
It has been concluded that the number of pixels of about 100,000 can be adequately used for the above-mentioned applications. Based on this conclusion, various proposals have been made for a CCD color sensor having about 800,000 pixels.

【0006】縦横のアスペクト比が約3:4である画像
について、80万画素を配置する好ましい形態は、垂直
方向に約1000、水平方向に約800の配置であるこ
とを解明した。
It has been clarified that a preferable mode of arranging 800,000 pixels in an image having an aspect ratio of about 3: 4 is about 1000 in the vertical direction and about 800 in the horizontal direction.

【0007】すなわち、ホトダイオードを垂直方向に約
1000、水平方向に約800、行列状に配置し、各列
に隣接させて垂直方向に電荷を転送させるための垂直C
CD(VCCD)列を設け、これらのVCCD列の出力
端に水平方向に電荷を転送させるための水平CCD(H
CCD)行を設ける。
That is, the photodiodes are arranged in a matrix of about 1000 in the vertical direction and about 800 in the horizontal direction, and the vertical C for transferring charges in the vertical direction adjacent to each column.
CD (VCCD) columns are provided, and horizontal CCDs (H) for transferring charges in the horizontal direction to the output terminals of these VCCD columns.
CCD) row.

【0008】垂直方向に配置された約1000の画素か
ら電荷を読み出すために、たとえば1行あたり2つの転
送セルを含むVCCDを配置する。
In order to read out electric charges from about 1000 pixels arranged vertically, for example, a VCCD including two transfer cells per row is arranged.

【0009】短時間で画像情報を読み出すためには、垂
直方向のホトダイオードを4種類に分類し、一度に2種
類のホトダイオードから電荷を読み出すことが提案され
た。すなわち、垂直走査期間をVとすると、2Vの期間
で全画素からの情報を読み出すことができる。この場
合、水平方向の電荷転送の制限から、HCCDを2本設
け、同時に2種類の電荷を2つのHCCDで転送する。
In order to read out image information in a short time, it has been proposed to classify the photodiodes in the vertical direction into four types and read out charges from two types of photodiodes at a time. That is, assuming that the vertical scanning period is V, information from all pixels can be read in the period of 2V. In this case, two HCCDs are provided and two types of charges are simultaneously transferred by the two HCCDs due to the limitation of charge transfer in the horizontal direction.

【0010】ところで、2本のHCCDを用いるシステ
ムによれば、いずれのHCCDによって転送されたかに
よって画像信号の強度に差が生じる。特に3板構成のカ
ラー撮像装置においては、画像信号のレベル差はフリッ
カ現象となって現れる。
According to the system using two HCCDs, the intensity of the image signal differs depending on which HCCD is used to transfer the image signal. In particular, in a color image pickup apparatus having a three-plate configuration, a level difference between image signals appears as a flicker phenomenon.

【0011】このような現象を防止するため、本出願人
はHCCDを1本用い、垂直走査期間Vの4倍の期間4
Vで全画像情報を読み出す方式を提案した。この方式に
よれば、高精度のスチル画面を再生することが可能とな
る。
In order to prevent such a phenomenon, the present applicant uses one HCCD and sets a period 4 which is four times the vertical scanning period V.
A method of reading all image information with V was proposed. According to this method, a high-precision still screen can be reproduced.

【0012】ところで、スチル画像を撮像する前のモニ
タ時(動画像を撮像するムービモードを含む)において
は、4Vの期間をかけて画像情報を取込み、さらに信号
処理を行なって画像を再生することは動解像度、処理時
間の点から好ましくない。そこで、画像再生を短期間に
行なうために、モニタ時においては、NTSC方式の画
像再生を行なうことが望まれる。
By the way, at the time of monitoring before capturing a still image (including a movie mode for capturing a moving image), it is necessary to take image information over a period of 4 V and to perform signal processing to reproduce the image. Is not preferred in terms of dynamic resolution and processing time. Therefore, in order to perform image reproduction in a short period of time, it is desired to perform NTSC system image reproduction during monitoring.

【0013】図2に従来の技術による高解像度固体撮像
装置を示す。図2(A)は、撮像デバイスの構成を概略
的に示す。多数個のホトダイオード3が行列状に配置さ
れている。たとえば、1行約800個のホトダイオード
を約1000行配置する。各列のホトダイオード3は、
上からA1、B1、A2、B2の4種類に分類されてい
る。
FIG. 2 shows a conventional high-resolution solid-state imaging device. FIG. 2A schematically illustrates a configuration of the imaging device. A large number of photodiodes 3 are arranged in a matrix. For example, about 800 photodiodes in one row are arranged in about 1000 rows. The photodiodes 3 in each column are
From the top, they are classified into four types, A1, B1, A2, and B2.

【0014】また、各列のホトダイオード3に隣接して
VCCD4が形成されている。VCCD4は、1行あた
り2つの転送セルを有し、4行8セルが1つのユニット
となっている。転送セルは半導体転送路上に絶縁電極を
配置することによって構成される。1ユニットのセルに
は、上からV1、V2、V3、V4、V5、V2、V
6、V4の制御信号が与えられている。
A VCCD 4 is formed adjacent to the photodiodes 3 in each column. The VCCD 4 has two transfer cells per row, and eight cells in four rows constitute one unit. The transfer cell is configured by arranging an insulating electrode on a semiconductor transfer path. V1, V2, V3, V4, V5, V2, V
6, the control signal of V4 is given.

【0015】各ホトダイオードに蓄積された電荷は、隣
接するVCCD4の対応するセルに高電圧を印加するこ
とによってホトダイオードからVCCD4に移送され
る。VCCD4に移送された電荷は、VCCD4の電極
に選択的に所定の電圧を順次印加することによって、V
CCD4内を垂直下方に転送される。
The electric charge stored in each photodiode is transferred from the photodiode to the VCCD 4 by applying a high voltage to a corresponding cell of the adjacent VCCD 4. The electric charge transferred to the VCCD 4 is applied to the electrodes of the VCCD 4 by selectively applying a predetermined voltage to the VCDC 4 sequentially.
It is transferred vertically downward in the CCD 4.

【0016】各VCCD4下端には、HCCD101が
共通に隣接して配置されている。各VCCD4を下方に
転送された電荷は、制御信号にしたがってHCCD10
1に転送される。
At the lower end of each VCCD 4, an HCCD 101 is commonly arranged adjacently. The electric charge transferred downward through each VCCD 4 is transferred to the HCCD 10 according to a control signal.
Transferred to 1.

【0017】このHCCD101に隣接して、電荷を選
択的に移送することのできるシフトゲートSG103が
配列され、さらにその下方にもう1つのHCCD102
が配列されている。
Adjacent to the HCCD 101, a shift gate SG103 capable of selectively transferring charges is arranged, and another HCCD 102 is further disposed below the shift gate SG103.
Are arranged.

【0018】なお、ホトダイオード3に蓄積された電荷
を4Vの期間で読み出す装置においては、シフトゲート
SG103および下に配置されたHCCD102は省略
される。
Incidentally, in a device for reading out the electric charge accumulated in the photodiode 3 in a period of 4 V, the shift gate SG103 and the HCCD 102 arranged below are omitted.

【0019】図2(B)は、全ホトダイオード3に蓄積
された電荷を2Vの期間で読み出すモードを示す。全ホ
トダイオード3のうち、A1とA2のホトダイオードの
電荷を同一V期間で読み出し、次のV期間においてB1
とB2の電荷を読み出す。このような読み出しを行なう
ことにより、2V期間に全ホトダイオード3の電荷を読
み出すことができる。
FIG. 2B shows a mode in which charges accumulated in all the photodiodes 3 are read out during a period of 2V. Of all the photodiodes 3, the charges of the photodiodes A1 and A2 are read out in the same V period, and B1 is read in the next V period.
And the charge on B2. By performing such reading, the charges of all the photodiodes 3 can be read during the 2 V period.

【0020】ただし、このモードの場合、ホトダイオー
ドA2とB2に蓄積された電荷は、ホトダイオードA1
とB1に蓄積された電荷と比較し、シフトゲートSG1
03を転送する際の転送ロス分の結果、減衰を受ける。
また、HCCD101と102との特性が異なる場合や
出力アンプFDA1、FDA2のアンプ特性が異なる場
合に、さらにこの特性の差が重畳される。
However, in the case of this mode, the electric charges accumulated in the photodiodes A2 and B2 are equal to those of the photodiodes A1 and B2.
And the charge stored in B1 and the shift gate SG1
03 is attenuated as a result of the transfer loss at the time of transfer.
Further, when the characteristics of the HCCDs 101 and 102 are different or when the amplifier characteristics of the output amplifiers FDA1 and FDA2 are different, the difference between the characteristics is further superimposed.

【0021】図2(C)は、4Vの期間でホトダイオー
ドの全電荷を読み出すモードを説明する。最初のVの期
間にホトダイオードA1の電荷を読み出し、次のV期間
においてホトダイオードA2の電荷を読み出し、次のV
期間にホトダイオードB1の電荷を読み出し、4番目の
V期間においてホトダイオードB2の電荷を読み出す。
FIG. 2C illustrates a mode in which all charges of the photodiode are read during a period of 4V. In the first V period, the charge of the photodiode A1 is read, and in the next V period, the charge of the photodiode A2 is read.
The charge of the photodiode B1 is read during the period, and the charge of the photodiode B2 is read during the fourth V period.

【0022】このような電荷読み出しモードによれば、
全ての電荷はHCCD101およびFDA1を介して読
み出されるため、電荷読み出し特性を均一に保つことが
容易になる。
According to such a charge reading mode,
Since all charges are read out through the HCCD 101 and the FDA 1, it is easy to maintain uniform charge readout characteristics.

【0023】ところで、スチル画像撮像の際はHD−T
V方式により画像を読み出す装置においても、構図を決
める際のモニタ時ないしは動画を撮像するムービ時には
簡便で迅速な撮像方式が望まれる。
When a still image is captured, the HD-T
In an apparatus for reading out an image by the V method, a simple and quick imaging method is desired at the time of monitoring for determining a composition or at the time of a movie for picking up a moving image.

【0024】図3は、4V読み出し方式におけるモニタ
モード(ムービモードを含む)を説明するための図であ
る。モニタモードにおいては、簡便迅速に画像を再生す
るためにNTSC方式のモニタを行なうことが望まれ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining a monitor mode (including a movie mode) in the 4V read system. In the monitor mode, it is desired to monitor in the NTSC system in order to easily and quickly reproduce an image.

【0025】図3(A)は、500本系モニタを用いて
NTSC方式のモニタを行なった場合を説明する。画像
信号として初めの2V期間にA1、A2のホトダイオー
ドからの信号が供給されると、形成される画像はホトダ
イオードA1、A2に対応するものとなる。次の2V期
間においては、ホトダイオードB1、B2からの電荷が
供給され、対応する画像が形成される。
FIG. 3A illustrates a case where the monitor of the NTSC system is performed by using a 500-line monitor. When signals from the photodiodes A1 and A2 are supplied as image signals during the first 2V period, the formed image corresponds to the photodiodes A1 and A2. In the next 2V period, charges are supplied from the photodiodes B1 and B2, and a corresponding image is formed.

【0026】ところで、ホトダイオードA1、A2に基
づく画像105aと、ホトダイオードB1、B2に基づ
く画像105bとは、1走査線分垂直方向の位置が異な
る。このため、500本系モニタを用い、スチル画像撮
像時と同様の4V読み出し方式による画像を再生する
と、縦方向のジッタが生じる。
The image 105a based on the photodiodes A1 and A2 and the image 105b based on the photodiodes B1 and B2 are different in position in the vertical direction by one scanning line. For this reason, when a 500-system monitor is used to reproduce an image by the 4V readout method similar to that used when capturing a still image, vertical jitter occurs.

【0027】図3(B)は、1000本系のモニタによ
って画像をモニタする場合を示す。1000本系モニタ
に4V読み出し方式による信号をそのまま供給すると、
ホトダイオードA1、A2、B1、B2による電荷が供
給されて1画面の画像106が形成される。
FIG. 3B shows a case where an image is monitored by a 1000-system monitor. If a signal of the 4V readout method is supplied as it is to the 1000 monitors,
Electric charges from the photodiodes A1, A2, B1, and B2 are supplied to form an image 106 of one screen.

【0028】この画像信号を収集するためには、4V期
間が必要であり、さらに全画像信号をHD−TV方式に
よって再生すると、信号を一旦記憶し、さらに処理する
時間が必要となる。このため、1000本系モニタによ
る場合、動解像度が低く、処理時間が長い問題が生じ
る。
In order to collect this image signal, a period of 4 V is required, and when all the image signals are reproduced by the HD-TV system, a time for temporarily storing the signal and further processing is required. Therefore, in the case of using 1000 monitors, there arises a problem that the dynamic resolution is low and the processing time is long.

【0029】モニタ時においては、簡便迅速に画像を再
生するために、500本系のNTSC方式によることが
望まれる。1000本系の撮像装置を用い、500本系
のNTSC方式画像を再生するためには、図3(C)、
(D)に示すような方式が提案されている。
At the time of monitoring, it is desirable to use the 500 NTSC system in order to easily and quickly reproduce an image. In order to use a 1000-line imaging device and reproduce a 500-line NTSC image, FIG.
A system as shown in (D) has been proposed.

【0030】図3(C)による方式は、蓄積された電荷
読み出しはスチル画像撮像と同様に行なわれるが、再生
画像形成用には半分のホトダイオードA1、A2からの
電荷のみが用いられる。すなわち、CCDの出力は、A
1、A2、B1、B2の順に供給され、メモリへの書込
みもこの読み出した画像信号をそのまま書き込むことに
よって行なわれる。
In the method shown in FIG. 3C, the stored charges are read out in the same manner as in the case of still image capturing, but only half of the charges from the photodiodes A1 and A2 are used for forming a reproduced image. That is, the output of the CCD is A
1, A2, B1, and B2 are supplied in this order, and writing to the memory is performed by directly writing the read image signal.

【0031】ところが、モニタ信号は書き込まれた全て
の画像信号を用いず、ホトダイオードA1とA2からの
信号のみを繰り返し読み出すことによって行なわれる。
すなわち、ホトダイオードA1から画像信号を読み出
し、メモリに書き込む時、前回記憶された画像情報A2
をメモリから読み出し、次にホトダイオードA2の信号
をメモリに書き込む時、直前に書き込まれたA1の情報
をメモリから読み出す。
However, the monitor signal is performed by repeatedly reading out only the signals from the photodiodes A1 and A2 without using all the written image signals.
That is, when an image signal is read out from the photodiode A1 and written in the memory, the image information A2 stored previously is used.
Is read from the memory, and when writing the signal of the photodiode A2 to the memory next, the information of A1 written immediately before is read from the memory.

【0032】次に、画像信号B1とB2を読み出すべき
期間においても、画像信号A2とA1をメモリから読み
出すことによって、縦方向ジッタを防止した500本系
モニタ画像を再生する。
Next, even during the period in which the image signals B1 and B2 are to be read, the image signals A2 and A1 are read from the memory to reproduce a 500-line monitor image in which the vertical jitter is prevented.

【0033】なお、ホトダイオードA1からの画像信号
をメモリに書き込んでいる際、A2の信号を読み出し、
画像信号A2を書き込んでいる際、A1を読み出す場合
を説明したが、ホトダイオードA1、A2から画像信号
を読み出す際には、その信号をそのままモニタに供給
し、ホトダイオードB1、B2から画像信号を読み出す
際には、先に記憶した画像信号A1、A2をメモリから
読み出すようにしてもよい。
When the image signal from the photodiode A1 is being written into the memory, the signal of A2 is read out,
The case where A1 is read when the image signal A2 is written has been described. When the image signal is read from the photodiodes A1 and A2, the signal is supplied to a monitor as it is and the image signal is read from the photodiodes B1 and B2. Alternatively, the previously stored image signals A1 and A2 may be read from the memory.

【0034】この方式の場合、縦方向ジッタは防止する
ことができるが、動解像度を高くすることは困難であ
る。
In this system, vertical jitter can be prevented, but it is difficult to increase the dynamic resolution.

【0035】図3(D)は、画素混合型の読み出し方式
を説明する図である。第1のV期間である第1フィール
ドにおいては、ホトダイオードA1とB1からの画像信
号を読み出し、混合してモニタ信号を形成する。次のV
期間である第2フィールドにおいては、ホトダイオード
A2とB2からの画像情報を読み出し、混合してモニタ
信号を形成する。このようにして、2V期間に全画素の
情報を読み出す。
FIG. 3D is a diagram for explaining a pixel-mixing-type reading method. In the first field, which is the first V period, image signals from the photodiodes A1 and B1 are read and mixed to form a monitor signal. Next V
In the second field, which is a period, image information from the photodiodes A2 and B2 is read and mixed to form a monitor signal. Thus, information of all pixels is read out during the 2V period.

【0036】この方式によれば、縦方向ジッタがなく、
動解像度も高いモニタ画像を得ることができる。また、
2V期間に全蓄積電荷を読み出すため、電荷蓄積期間は
2Vであり、画素混合によって電荷量は2倍となるた
め、得られる電荷量は4V期間(蓄積期間4V)に各画
素からの画像情報を取り出す場合と同様となる。
According to this method, there is no vertical jitter,
A monitor image with a high moving resolution can be obtained. Also,
Since all the accumulated charges are read out during the 2 V period, the charge accumulation period is 2 V, and the charge amount is doubled due to the pixel mixing. Therefore, the obtained charge amount is the image information from each pixel during the 4 V period (accumulation period 4 V). It is the same as when taking out.

【0037】ところで、画素混合を行なって画像情報を
読み出す場合、2つのホトダイオードに蓄積された電荷
を合わせてHCCDで転送するため、HCCDの駆動電
圧は2倍の飽和電荷に対応するものでなくてはならな
い。
When image information is read out by performing pixel mixing, the charges accumulated in the two photodiodes are transferred together by the HCCD, so that the drive voltage of the HCCD does not correspond to twice the saturated charge. Not be.

【0038】すなわち、強い強度の光が照射している場
合、各ホトダイオードには飽和電荷に近い電荷が蓄積さ
れる。これらの電荷が混合される場合、飽和電荷の2倍
の電荷をHCCDで転送する必要がある。1つのホトダ
イオードの飽和電荷を転送できる駆動電圧でHCCDを
駆動すると、電荷の転送漏れが生じてしまう。
That is, when light of high intensity is irradiated, electric charges close to saturated electric charges are accumulated in each photodiode. When these charges are mixed, it is necessary to transfer charges twice as high as the saturated charges by the HCCD. If the HCCD is driven at a drive voltage capable of transferring the saturated charge of one photodiode, charge transfer leakage will occur.

【0039】したがって、HCCDの駆動電圧は、その
スイング電圧を、たとえば2倍にする必要が生じる。C
CD構造は、無視できない容量Cを有するため、スイン
グ電圧を2倍にし、かつ高速で電荷を転送しようとする
と、パワーロスは無視できないものとなってしまう。
Therefore, the swing voltage of the drive voltage of the HCCD needs to be doubled, for example. C
Since the CD structure has a capacitance C that cannot be ignored, power loss is not negligible when doubling the swing voltage and transferring charges at high speed.

【0040】[0040]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の1000本系撮像装置において、500本系モニ
タをNTSC方式によって行なおうとすると、縦方向ジ
ッタ、動解像度の低下、処理時間の長期化、パワーロス
等の問題が生じてしまう。
As described above,
In the conventional 1000-line imaging apparatus, if the 500-line monitor is to be operated by the NTSC system, problems such as a vertical jitter, a decrease in dynamic resolution, a prolonged processing time, and a power loss will occur.

【0041】本発明の目的は、高解像度のスチル画像を
再生することのできる撮像装置において、モニタ時には
縦方向ジッタが生ぜず、動解像度が高く、かつパワーロ
スの低い画像再生を可能とすることである。
An object of the present invention is to enable an image pickup apparatus capable of reproducing a high-resolution still image to reproduce an image having a high dynamic resolution and a low power loss without generating vertical jitter during monitoring. is there.

【0042】[0042]

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
駆動方法は、行列状に配置された4種類の多数個の光電
変換素子に蓄積された電荷を前記光電変換素子の各列に
対応して配置された複数列の垂直CCDに取込み、各垂
直CCD内の電荷を垂直CCDに共通に接続された水平
CCDに順次転送し、水平CCD内の電荷を順次転送し
て信号電荷を読み出す固体撮像装置の駆動方法であっ
て、モニタ時には、光電変換素子の飽和電荷量を約半分
に調整して電荷蓄積する工程と、モニタ時には、2種類
の光電変換素子の電荷を同時に垂直CCDに移す工程
と、モニタ時には、垂直CCDの電荷を垂直方向に転送
し、2種類の光電変換素子の電荷を混合して水平CCD
に転送する工程と、モニタ時には水平CCDに混合して
転送された電荷を水平方向に転送し、信号として読み出
す工程と、スチル撮像時には4種類の光電変換素子の電
荷を1種類ずつ垂直CCDに移す工程とを含む。
According to a method of driving a solid-state imaging device of the present invention, electric charges accumulated in a large number of four types of photoelectric conversion elements arranged in a matrix correspond to each column of the photoelectric conversion elements. A plurality of columns of vertical CCDs arranged in parallel, sequentially transferring the charges in the vertical CCDs to a horizontal CCD commonly connected to the vertical CCDs, sequentially transferring the charges in the horizontal CCDs, and reading out signal charges. A method of driving an imaging device, wherein during monitoring, a step of adjusting the saturated charge amount of the photoelectric conversion element to approximately half and storing the charge, and at the time of monitoring, a step of simultaneously transferring charges of the two types of photoelectric conversion elements to the vertical CCD. When monitoring, the charge of the vertical CCD is transferred in the vertical direction, and the charges of the two types of photoelectric conversion elements are mixed to mix the horizontal CCD.
Transferring the mixed charges to the horizontal CCD during monitoring, transferring the transferred charges in the horizontal direction and reading them out as signals, and transferring the charges of the four types of photoelectric conversion elements to the vertical CCD one by one during still imaging. And a step.

【0043】[0043]

【作用】モニタ時には2種類の光電変換素子からの電荷
を同時に読み出すため、2V期間で全電荷を読み出すこ
とができるので、動解像度は高い。
Since the charges from the two types of photoelectric conversion elements are simultaneously read during monitoring, all the charges can be read in a 2 V period, so that the dynamic resolution is high.

【0044】また、モニタ時には電荷蓄積期間等により
感度が1/2とされているので、読み出した2種類の光
電変換素子からの電荷を画素混合することによってスチ
ルモードの場合の感度と等しくなる。
In monitoring, the sensitivity is halved due to the charge accumulation period and the like. Therefore, by mixing the read charges from the two types of photoelectric conversion elements into pixels, the sensitivity becomes equal to that in the still mode.

【0045】また、飽和電荷量が半分にされているた
め、画素混合後HCCDによって転送する電荷は、スチ
ル画像撮像時と同一の飽和電荷量を有する。このため、
CCD駆動電圧を高くする必要がなく、パワーロスを防
止することができる。
Since the amount of the saturated charge is halved, the charge transferred by the HCCD after pixel mixing has the same amount of the saturated charge as when the still image was captured. For this reason,
There is no need to increase the CCD drive voltage, and power loss can be prevented.

【0046】また、画像再生には2種類の混合信号を交
互に用いるため、縦方向ジッタは生じない。
Since two types of mixed signals are used alternately for image reproduction, no vertical jitter occurs.

【0047】[0047]

【実施例】図1は、本発明の基本実施例を示す。図1
(A)は、固体撮像デバイスの構成を概略的に示す。多
数のホトダイオード3が行列状に配置され、各列に配置
されたホトダイオード3は、A1、B1、A2、B2の
4種類に分類されている。ホトダイオード3の各列に隣
接して対応するVCCD4が配置されている。VCCD
4には、ホトダイオードの一行あたり2つの転送セルが
形成されている。
FIG. 1 shows a basic embodiment of the present invention. FIG.
(A) schematically shows a configuration of a solid-state imaging device. A large number of photodiodes 3 are arranged in a matrix, and the photodiodes 3 arranged in each column are classified into four types, A1, B1, A2, and B2. A corresponding VCCD 4 is arranged adjacent to each column of the photodiodes 3. VCCD
In FIG. 4, two transfer cells are formed per row of photodiodes.

【0048】VCCD4の下端には、HCCD5が接続
され、VCCDを垂直方向に転送された電荷を水平方向
に転送することができる。HCCD5の出力端にはアン
プ8が接続されている。
An HCCD 5 is connected to the lower end of the VCCD 4 so that charges transferred vertically in the VCCD can be transferred horizontally. An amplifier 8 is connected to an output terminal of the HCCD 5.

【0049】飽和電荷量設定手段6は、ホトダイオード
3の蓄積する電荷に関して、モニタモード(ムービモー
ドを含む)とスチルモードとで異なる飽和電荷量を設定
でき、モニタモードではスチルモードの半分に設定す
る。
The saturated charge amount setting means 6 can set different saturated charge amounts in the monitor mode (including the movie mode) and the still mode with respect to the charge stored in the photodiode 3, and in the monitor mode, set it to half of the still mode. .

【0050】図1(B)、(C)は、このような電荷読
み出し方式を概略的に示している。すなわち、モニタモ
ードでのホトダイオードからVCCDへの読み出しにお
いては、第1のV期間にホトダイオードA1とA2から
の電荷が読み出され、次のV期間にはホトダイオードB
1とB2からの電荷が読み出される。
FIGS. 1B and 1C schematically show such a charge readout system. That is, in the reading from the photodiode to the VCCD in the monitor mode, the charges from the photodiodes A1 and A2 are read in the first V period, and the photodiode B is read in the next V period.
The charges from 1 and B2 are read.

【0051】このようにして、2Vを周期として全ホト
ダイオードからの電荷がVCCD4に読み出される。な
お、A1とB1を同時に読み出し、A2とB2とを次の
V期間に読みだしてもよい。
In this way, the charges from all the photodiodes are read out to the VCCD 4 at a cycle of 2V. Note that A1 and B1 may be read at the same time, and A2 and B2 may be read in the next V period.

【0052】スチルモードにおいては、最初のV期間で
ホトダイオードA1が読み出され、次のV期間でホトダ
イオードA2が読み出され、次のV期間でホトダイオー
ドB1が読み出され、4番目のV期間でホトダイオード
B2が読み出される。
In the still mode, the photodiode A1 is read in the first V period, the photodiode A2 is read in the next V period, the photodiode B1 is read in the next V period, and the photodiode A1 is read in the fourth V period. The photodiode B2 is read.

【0053】ところで、モニタモードにおいてVCCD
4に読み出された2種類の電荷は、スチルモードと比
べ、飽和電荷量が半分なので、混合された時の飽和電荷
量はスチルモードと同一になる。
In the monitor mode, the VCCD
Since the two kinds of charges read out in No. 4 have half the amount of saturated charges as compared with the still mode, the amount of saturated charges when mixed is the same as in the still mode.

【0054】このため、スチル画像撮像時とモニタ時に
おいて、HCCDで転送すべき電荷の飽和電荷量は等し
くなる。このため、HCCD5の駆動電圧を高くする必
要がなく、パワーロスを防止することができる。VCC
Dで電荷混合が行われる場合は、VCCDにおいても同
様の事情である。
For this reason, the saturated charge amount of the electric charge to be transferred by the HCCD becomes equal between the time of capturing a still image and the time of monitoring. Therefore, it is not necessary to increase the drive voltage of the HCCD 5 and power loss can be prevented. VCC
In the case where charge mixing is performed in D, the same is true for VCCD.

【0055】また、モニタ時の感度はスチル画像撮像時
の感度の半分であるが、画素混合によって感度も等しく
なる。
Although the sensitivity at the time of monitoring is half of the sensitivity at the time of capturing a still image, the sensitivity becomes equal due to pixel mixing.

【0056】また、2種類の混合電荷を用いてモニタ画
像を構成するため、縦方向ジッタは生じない。また、2
V期間で1フレームの画像を構成するため、動解像度を
高く保つことができる。
Further, since a monitor image is formed by using two types of mixed charges, no vertical jitter occurs. Also, 2
Since one frame of image is composed in the V period, the dynamic resolution can be kept high.

【0057】以下、本発明のより具体的な実施例につい
て説明する。図4は、本発明の実施例による撮像装置の
カメラヘッド部を示すブロック図である。
Hereinafter, more specific embodiments of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a camera head unit of the imaging device according to the embodiment of the present invention.

【0058】カメラヘッド部1は、CCD撮像デバイス
11と、このCCD撮像デバイスからの出力信号をノイ
ズを低減させつつ、増幅するための相関二重サンプリン
グ用プリアンプ12、プリアンプ12からの信号を信号
出力として図5に示すカメラ制御部に供給するための7
5Ω駆動回路13を含む。
The camera head unit 1 includes a CCD imaging device 11, a correlated double sampling preamplifier 12 for amplifying an output signal from the CCD imaging device while reducing noise, and outputting a signal from the preamplifier 12 as a signal. 7 to be supplied to the camera control unit shown in FIG.
5 Ω drive circuit 13 is included.

【0059】また、カメラヘッド部1は、図5に示すカ
メラ制御部2からの水平駆動信号HD、垂直駆動信号V
Dを受け、同期信号を発生させるためのPLL回路1
5、これらの同期信号HD、VDおよびカメラ制御部2
からのモード選択信号MODEを受け、水平駆動パル
ス、垂直駆動パルス、シフトゲート信号を作成するため
の制御部16、水平駆動パルスを受け、HCCD駆動用
の水平駆動信号を発生させるための水平駆動回路17、
垂直駆動パルスを受け、VCCDを駆動するための垂直
駆動信号を発生するための垂直駆動回路18、モード信
号によって基板バイアスを変更設定する基板電圧コント
ロール回路19を含む。
The camera head unit 1 is provided with a horizontal drive signal HD and a vertical drive signal V from the camera control unit 2 shown in FIG.
PLL circuit 1 for receiving D and generating a synchronization signal
5. These synchronization signals HD and VD and the camera control unit 2
, A control unit 16 for generating a horizontal drive pulse, a vertical drive pulse, and a shift gate signal, a horizontal drive circuit for receiving a horizontal drive pulse and generating a horizontal drive signal for HCCD drive 17,
It includes a vertical drive circuit 18 for receiving a vertical drive pulse and generating a vertical drive signal for driving the VCCD, and a substrate voltage control circuit 19 for changing and setting a substrate bias by a mode signal.

【0060】なお、制御部16には、タイミング発生
器、制御用CPU等が含まれる。さらにカメラヘッド部
1は、カメラヘッド部1に含まれる各回路に電力を供給
するための電源部20を含む。
The control section 16 includes a timing generator, a control CPU, and the like. Further, the camera head unit 1 includes a power supply unit 20 for supplying power to each circuit included in the camera head unit 1.

【0061】図5は、カメラ制御部2を示すブロック図
である。カメラヘッド部1から供給される信号出力は、
ゲインコントロールアンプ21に供給され、設定された
ゲインの増幅を行なう。ゲインコントロールアンプ21
の出力は、ガンマ処理回路22を介して、A/D変換回
路23に供給され、デジタル信号になってメモリ部24
に供給される。
FIG. 5 is a block diagram showing the camera control unit 2. The signal output supplied from the camera head unit 1 is
The gain is supplied to the gain control amplifier 21 to amplify the set gain. Gain control amplifier 21
Is supplied to an A / D conversion circuit 23 through a gamma processing circuit 22 to be converted into a digital signal,
Supplied to

【0062】メモリ部24は供給されたデジタル信号を
記憶する。メモリ部24から読み出された画像信号は、
D/A変換回路25を介してアナログ信号に変換され、
出力される。
The memory section 24 stores the supplied digital signal. The image signal read from the memory unit 24 is
The signal is converted to an analog signal via the D / A conversion circuit 25,
Is output.

【0063】タイミング発生器29は、所定タイミング
の水平駆動パルスHD、垂直駆動パルスVDおよびその
他の制御信号を発生し、メインCPU28、ガンマ処理
回路22にも制御信号を発生する。
The timing generator 29 generates a horizontal drive pulse HD, a vertical drive pulse VD and other control signals at predetermined timings, and also generates control signals for the main CPU 28 and the gamma processing circuit 22.

【0064】メインCPU28は、外部スイッチ32か
らのスイッチ信号を受け、モード信号をメモリ制御部2
7およびカメラヘッド部に供給する。メモリ制御部27
は、モード信号を受け、メモリ部24に画像信号を記憶
する際のバンク切換モードを変更する。メインCPU2
8は、またモードにより所定のゲインを与えるためのゲ
イン切換信号をゲインコントロールアンプ21に供給す
る。
The main CPU 28 receives a switch signal from the external switch 32 and sends a mode signal to the memory controller 2.
7 and the camera head. Memory control unit 27
Receives the mode signal and changes the bank switching mode when the image signal is stored in the memory unit 24. Main CPU2
8 supplies a gain control signal to the gain control amplifier 21 for giving a predetermined gain according to the mode.

【0065】なお、電源30は、カメラ制御部2内の諸
回路に電源電圧を供給する。図4、図5に示す回路によ
って、スチル画像撮像時にはCCDデバイス11で蓄積
した画像信号は、4V期間で読み取られ、メモリ部24
に蓄積される。また、モニタモードにおいては、ホトダ
イオードの飽和電荷量が約半分になるように基板電圧が
変更され、CCDデバイス11に蓄積された電荷を同時
に2種類ずつ読み出し、混合してCCD出力として供給
し、モニタ31に表示する。
The power supply 30 supplies a power supply voltage to various circuits in the camera control unit 2. 4 and 5, the image signal accumulated by the CCD device 11 at the time of capturing a still image is read in a 4 V period,
Is accumulated in In the monitor mode, the substrate voltage is changed so that the amount of saturated charge of the photodiode is reduced to about half, and two kinds of charges stored in the CCD device 11 are simultaneously read out, mixed and supplied as a CCD output. 31 is displayed.

【0066】以下、図4、図5に示す撮像装置の各部分
についてより詳細に説明する。図6は、CCDデバイス
の構成を示す。図6(A)は平面図、図6(B)は部分
断面図である。図6(A)において、CCDデバイス1
1は、行列状に配列されたホトダイオード35とホトダ
イオード35からの電荷を取込み、垂直方向に転送する
ためのVCCD36、複数のVCCD36から転送され
る電荷を水平方向に転送するためのHCCD37を含
む。
Hereinafter, each part of the imaging apparatus shown in FIGS. 4 and 5 will be described in more detail. FIG. 6 shows the configuration of the CCD device. FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a partial cross-sectional view. In FIG. 6A, the CCD device 1
Reference numeral 1 denotes a photodiode 35 arranged in a matrix and a VCCD 36 for taking in charges from the photodiodes 35 and transferring the charges in the vertical direction, and an HCCD 37 for transferring the charges transferred from the plurality of VCCDs 36 in the horizontal direction.

【0067】ホトダイオード35の各列は、図示のよう
に上から順にA1、B1、A2、B2の4種類に分けら
れ、各種類のホトダイオードが1フィールドの画像に対
応している。各ホトダイオード列に隣接して、VCCD
36が配列され、VCCD36はホトダイオードの1行
に対し、2転送セルを有する。VCCD36は、φVA
1、φV2、φVB1、φV4、φVA2、φVB2の
6相駆動によって電荷を転送する。
Each row of the photodiodes 35 is divided into four types of A1, B1, A2, and B2 in order from the top as shown, and each type of photodiode corresponds to an image of one field. VCCD adjacent to each photodiode row
The VCCD 36 has two transfer cells for one row of photodiodes. VCCD 36 is φVA
1. Charges are transferred by six-phase driving of φV2, φVB1, φV4, φVA2, φVB2.

【0068】複数のVCCD36は、その一端において
HCCD37に接続されている。すなわち、ホトダイオ
ード35からVCCD36に取り込まれた電荷は、VC
CD36を縦方向に転送され、HCCD37に移された
後、HCCD37内を水平方向に転送される。HCCD
37は、4相の駆動信号φH1、φH2、φH3、φH
4によって駆動される。HCCD37の出力は、アンプ
39を介して出力される。
The plurality of VCCDs 36 are connected at one end to the HCCD 37. That is, the charge taken into the VCCD 36 from the photodiode 35 is
After the CD 36 is transferred in the vertical direction and transferred to the HCCD 37, the CD 36 is transferred in the HCCD 37 in the horizontal direction. HCCD
37 is a four-phase drive signal φH1, φH2, φH3, φH
4 driven. The output of the HCCD 37 is output via an amplifier 39.

【0069】図6(B)は、基板表面部上に形成された
ホトダイオードとその下に形成された縦型オーバフロー
ドレインの構成を示す。n型半導体基板41の表面部分
に、pウェル42が形成される。このpウェル42に
は、深さの浅い第1pウェル1pwと、深さの深い第2
pウェル2pwが分布している。
FIG. 6B shows the structure of the photodiode formed on the surface of the substrate and the vertical overflow drain formed thereunder. A p-well 42 is formed on the surface of n-type semiconductor substrate 41. The p-well 42 has a first p-well 1pw having a small depth and a second p-well 42 having a large depth.
2pw of p wells are distributed.

【0070】第1pウェル1pwの上に、n型領域43
が形成され、ホトダイオードを形成する。このn型領域
43に近接して所定間隔をおいてn- 型領域44が形成
され、VCCDの電荷転送路を形成している。p+ 型領
域48はチャネルストップ領域である。電荷転送路を形
成するn- 型領域44の上には、絶縁電極45および遮
光マスク46が形成されている。
On the first p well 1pw, an n-type region 43 is formed.
Are formed to form a photodiode. An n -type region 44 is formed at a predetermined interval close to the n-type region 43 to form a charge transfer path of the VCCD. The p + type region 48 is a channel stop region. An insulating electrode 45 and a light-shielding mask 46 are formed on the n -type region 44 forming the charge transfer path.

【0071】入射光はホトダイオードを形成するn型領
域43に入射する。pウェル領域42とn型基板41と
の間には、基板電圧コントロール回路19によって制御
される可変直流電源50によって逆バイアス電圧が印加
されている。
The incident light enters the n-type region 43 forming a photodiode. A reverse bias voltage is applied between the p-well region 42 and the n-type substrate 41 by a variable DC power supply 50 controlled by the substrate voltage control circuit 19.

【0072】光入射によって電荷が溜まり過ぎると、n
型領域43から電子はn型基板41にオーバフローする
ようになる。基板電圧を変更すると、オーバフローする
電位が変化し、ホトダイオードの飽和電荷量が変更され
る。モニタモードにおいては、スチルモードの飽和電荷
量の半分の飽和電荷量になるように基板電圧が設定され
る。ホトダイオードをオーバフローする電荷は基板41
に吸い出される。
If the charge is excessively accumulated due to the incidence of light, n
Electrons from the mold region 43 overflow to the n-type substrate 41. When the substrate voltage is changed, the potential at which the overflow occurs changes, and the saturated charge amount of the photodiode changes. In the monitor mode, the substrate voltage is set so that the saturation charge is half the saturation charge in the still mode. The charge overflowing the photodiode is the substrate 41
It is sucked out.

【0073】図7は、構図を決定するために画像をモニ
タするモニタモードにおける制御信号のタイミングチャ
ートを示す。フィールド切換信号FIは、1フィールド
毎に交互に変化するパルス状の波形を有する。外部スイ
ッチ信号は、モニタモードにおいてはシャッターが押さ
れていないため、常に“0”の値を保つ。
FIG. 7 is a timing chart of control signals in a monitor mode for monitoring an image to determine a composition. The field switching signal FI has a pulse-like waveform that changes alternately for each field. The external switch signal always keeps a value of “0” because the shutter is not pressed in the monitor mode.

【0074】また、モード信号はモニタモードの時
“0”、スチルモードの時“1”である。SUB切換信
号は、モニタモードにおいて“0”、スチルモードにお
いて“1”の値を有する。
The mode signal is "0" in the monitor mode and "1" in the still mode. The SUB switching signal has a value of “0” in the monitor mode and a value of “1” in the still mode.

【0075】モニタモードにおいては、2V期間で全画
素の電荷を読み出すため、カメラ駆動信号は交互にフィ
ールドIとフィールドIIに切り換わる。また、モニタ
モードにおいては、記録を行なわないため、記録信号R
ECは“0”である。
In the monitor mode, since the charges of all the pixels are read out during the 2V period, the camera drive signal switches between field I and field II alternately. In the monitor mode, since recording is not performed, the recording signal R
EC is “0”.

【0076】図8は、フィールドIにおける画像信号取
込みを行なうための駆動信号の波形を示す。VCCDの
ホトダイオードに隣接する転送セルの電圧が所定の高さ
に設定されると、ホトダイオードからVCCDに蓄積電
荷が取り込まれる。
FIG. 8 shows a waveform of a drive signal for capturing an image signal in field I. When the voltage of the transfer cell adjacent to the photodiode of the VCCD is set to a predetermined height, the accumulated charge is taken into the VCCD from the photodiode.

【0077】図8上部には、VCCD駆動の6相信号の
波形が示されている。時間t2において、駆動信号φV
B1が高いレベルとなるので、この時ホトダイオードB
1からVCCDに蓄積電荷が移送される。また、時刻t
4においては、駆動信号φVA1が高いレベルとなるの
で、ホトダイオードA1から蓄積電荷が取り込まれる。
The upper part of FIG. 8 shows the waveform of the six-phase signal driven by the VCCD. At time t2, drive signal φV
At this time, the photodiode B
1 to the VCCD. Time t
In No. 4, since the drive signal φVA1 is at a high level, the accumulated charge is taken in from the photodiode A1.

【0078】すなわち、1V期間に2種類のホトダイオ
ードA1、B1から電荷がVCCDに取り込まれ、各水
平ブランク期間にVCCD中を順次垂直方向に転送さ
れ、2種類の電荷が混合されて次の水平走査期間中にH
CCD中を高速に転送される。
That is, charges are taken into the VCCD from the two types of photodiodes A1 and B1 during the 1V period, and sequentially transferred in the vertical direction through the VCCD during each horizontal blank period, and the two types of charges are mixed to perform the next horizontal scan. H during the period
High-speed transfer through the CCD.

【0079】図9は、図8の破線に示す部分を拡大して
示す波形図である。VCCD駆動信号φVA1、φVA
2、φV2、φVB1、φVB2、φV4は、図示のよ
うに変化し、電荷をVCCD中垂直方向に転送させる。
FIG. 9 is an enlarged waveform diagram showing a portion indicated by a broken line in FIG. VCCD drive signals φVA1, φVA
2, .phi.V2, .phi.VB1, .phi.VB2, and .phi.V4 change as shown to cause the charge to be transferred vertically in the VCCD.

【0080】なお、図8、図9に示した時刻t1〜t1
0におけるVCCD中のポテンシャルを、図11に示
す。
Note that the times t1 to t1 shown in FIGS.
The potential in the VCCD at 0 is shown in FIG.

【0081】時刻t2において、駆動電圧φVB1が高
いレベルとなるので、ホトダイオードB1からの電荷が
VCCDに取り込まれる。この取り込まれた電荷は、時
刻t4においては、VCCDの1セル分図中右方向に転
送されている。この時刻t4において、駆動電圧φVA
1が高いレベルとなり、ホトダイオードA1の電荷が同
じVCCDに取り込まれる。
At time t2, drive voltage φVB1 attains a high level, so that charges from photodiode B1 are taken into VCCD. At time t4, the fetched charges are transferred rightward in the drawing for one cell of the VCCD. At this time t4, the drive voltage φVA
1 becomes a high level, and the charge of the photodiode A1 is taken into the same VCCD.

【0082】次の時刻t5においては、取り込まれた各
電荷は3転送セル分に広がり、各電荷の間には1セル分
のバリアが形成される。その後、時刻t6からt11に
かけて取り込まれた電荷は、後方を1セル分縮め、次に
前方に1セル分延び、再び後方を1セル分縮め、同様の
動作を繰り返し尺取り虫方式で図中右側に転送される。
HCCDでは2種類ずつの電荷が混合される。
At the next time t5, each of the captured charges spreads over three transfer cells, and a barrier for one cell is formed between the charges. Thereafter, the electric charge taken in from time t6 to time t11 is reduced by one cell at the rear, then extended by one cell at the front, reduced by one cell again at the rear, and the same operation is repeated and transferred to the right side in the drawing by the scale insect method. Is done.
In HCCD, two types of charges are mixed.

【0083】なお、A1、B1のホトダイオードから電
荷を取り込むフィールドIの駆動について説明したが、
フィールドIIにおいても同様の電荷取込み、転送が行
なわれる。図10は、フィールドIIにおける画像デー
タ取込み用の駆動信号波形を示す。
The driving of the field I for taking in electric charges from the photodiodes A1 and B1 has been described.
In field II, similar charge taking-in and transfer are performed. FIG. 10 shows a drive signal waveform for capturing image data in field II.

【0084】図12は、静止画像を撮像するためにシャ
ッターが駆動され、図5に示す外部スイッチ32がオン
した時の信号波形を示す。外部スイッチ32は所定期間
“1”となる外部スイッチ信号を発生する。外部スイッ
チ信号が“0”から“1”に変化すると、その信号立ち
上がりの次のフィールドにおいてカメラ駆動の信号を変
換するモード切換が行なわれる。このモード切換は、1
V期間で終了する。なお、モード切換の開始と同時に、
モード信号が立ち上がり、スチルモードを表示する。
FIG. 12 shows a signal waveform when the shutter is driven to capture a still image and the external switch 32 shown in FIG. 5 is turned on. The external switch 32 generates an external switch signal that becomes “1” for a predetermined period. When the external switch signal changes from "0" to "1", the mode switching for converting the camera driving signal is performed in the next field after the signal rise. This mode switching is
It ends in V period. At the same time as the start of mode switching,
The mode signal rises to indicate the still mode.

【0085】また、モード信号と同時に基板電圧(SU
B)切換信号も立ち上がり、図4に示す基板電圧コント
ロール回路19を介して、図6(B)に示す基板電圧用
可変直流電源50を調整する。すなわち、スチルモード
においては、一度に1種類のホトダイオードが読みださ
れ、2種類のホトダイオードを同時に読み出すモニタモ
ードと較べ、そのままでは飽和電荷量が半分となる。こ
の飽和電荷量の差を基板電圧で調整する。
Also, at the same time as the mode signal, the substrate voltage (SU
B) The switching signal also rises, and adjusts the substrate voltage variable DC power supply 50 shown in FIG. 6B via the substrate voltage control circuit 19 shown in FIG. That is, in the still mode, one type of photodiode is read at a time, and the saturation charge amount becomes half as it is in the monitor mode in which two types of photodiodes are read at the same time. This difference in the amount of saturated charge is adjusted by the substrate voltage.

【0086】モード切換が終了した後、CCD中の電荷
を掃き捨てるため、少なくとも4V(または4nV)の
クリアが行なわれる。図示の場合、4Vのクリア動作の
後、記録モードが開始している。記録モードにおいて
は、記録信号RECに従ってホトダイオードA1、A
2、B1、B2の電荷が順次4Vの期間で読み出され、
メモリに記録される。
After the mode switching is completed, at least 4 V (or 4 nV) is cleared in order to sweep out the charge in the CCD. In the case shown, the recording mode has been started after the clear operation of 4V. In the recording mode, the photodiodes A1 and A1
2, B1, and B2 are sequentially read out during a period of 4 V,
Recorded in memory.

【0087】図13は、最初のV期間においてホトダイ
オードA1の電荷を読み出すための駆動信号波形を示
す。
FIG. 13 shows a drive signal waveform for reading out the charge of the photodiode A1 in the first V period.

【0088】時刻S1において、駆動信号φA1が高い
レベルとなり、ホトダイオードA1からの電荷がVCC
Dに取り込まれ、その後の各水平ブランク期間中にVC
CD中を垂直方向に転送される。
At time S1, drive signal φA1 attains a high level, and the charge from photodiode A1 becomes VCC.
D during each subsequent horizontal blanking period.
It is transferred vertically in the CD.

【0089】図14は、ホトダイオードA2を読み出す
フィールドの制御信号を示す。時刻S8において、駆動
信号φA2が高いレベルとなり、ホトダイオードA2か
らの電荷を取り込む。ホトダイオードA2からVCCD
に取り込まれた電荷は、各水平ブランク期間にVCCD
中を垂直方向に転送される。また、水平走査期間中はV
CCD中の電荷は停止され、HCCD中の電荷が高速で
水平方向に転送される。
FIG. 14 shows a field control signal for reading out the photodiode A2. At time S8, the drive signal φA2 goes to a high level, and takes in the charge from the photodiode A2. Photodiode A2 to VCCD
The electric charge taken into each horizontal blank period is VCCD
It is transferred vertically inside. Also, during the horizontal scanning period, V
The charge in the CCD is stopped, and the charge in the HCCD is transferred at high speed in the horizontal direction.

【0090】図15、図16は、それぞれホトダイオー
ドB1、B2から電荷を取り出すフィールドにおける駆
動信号の波形を示す。
FIG. 15 and FIG. 16 show the waveforms of the driving signals in the fields for extracting the electric charges from the photodiodes B1 and B2, respectively.

【0091】図15においては、時刻S6において駆動
信号φB1が高いレベルとなり、ホトダイオードB1か
ら蓄積電荷を取り込む。また、図16においては、時刻
S10において駆動信号φB2が高いレベルとなり、ホ
トダイオードB2からVCCDに蓄積電荷を取り込む。
これらの電荷の転送は、前述と同様である。
In FIG. 15, at time S6, the drive signal φB1 goes high, and the accumulated charge is taken in from the photodiode B1. Further, in FIG. 16, at time S10, the drive signal φB2 becomes high level, and the accumulated charge is taken into the VCCD from the photodiode B2.
The transfer of these charges is the same as described above.

【0092】以上説明したように、A1、A2、B1、
B2の4種類のホトダイオードを多数含むCCDデバイ
スにおいて、スチルモードにおいては全電荷を4V期間
で読み出し、高解像度の画像を形成し、モニタモードに
おいては飽和電荷量を約半分に設定して一度に2種類ず
つ、全電荷を2V期間で取込み、VCCDを転送し、混
合してHCCDを転送するので、パワーロスを防止し、
同一感度、同一飽和電荷量で動解像度の高いモニタ画像
を得ることができる。
As described above, A1, A2, B1,
In a CCD device including a large number of four types of photodiodes of B2, in the still mode, all charges are read out in a 4 V period to form a high-resolution image, and in the monitor mode, the amount of saturated charges is set to about half and two times at a time. Each kind of charge is taken in 2V period, VCCD is transferred, HCCD is mixed and transferred, preventing power loss,
A monitor image with high dynamic resolution can be obtained with the same sensitivity and the same saturation charge amount.

【0093】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0094】[0094]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モニタモードにおいては、各光電変換素子の感度がスチ
ルモードの1/2であるが、画素混合を行なって、スチ
ルモードと同一感度を得る。また、モニタモードにおい
ては光電変換素子の飽和電荷量を約半分に設定すること
により、HCCDで転送すべき最大電荷量も同一とでき
る。
As described above, according to the present invention,
In the monitor mode, the sensitivity of each photoelectric conversion element is half that of the still mode, but the same sensitivity as in the still mode is obtained by performing pixel mixing. In the monitor mode, the maximum charge to be transferred by the HCCD can be the same by setting the saturation charge of the photoelectric conversion element to about half.

【0095】このため、HCCD駆動用信号はスチルモ
ードとモニタモードにおいて同一の条件となる。このた
め、パワーロスを防止することができる。
For this reason, the HCCD drive signal has the same condition in the still mode and the monitor mode. Therefore, power loss can be prevented.

【0096】また、モニタモードにおいては、画像信号
の取込みが2V周期で行なわれるため、動解像度を高く
保つことができる。
In the monitor mode, the image signal is taken in at a cycle of 2 V, so that the dynamic resolution can be kept high.

【0097】また、読みだされる2種類の混合画像信号
は固定した位置から取り込むことができるため、ジッタ
を防止することができる。
Further, since the two types of mixed image signals to be read can be taken in from a fixed position, jitter can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の基本実施例を示す。図1(A)は構成
を示す概略図、図1(B)、(C)はモニタモード、ス
チルモードにおける蓄積電荷の読出状態を説明するため
の概略図である。
FIG. 1 shows a basic embodiment of the present invention. FIG. 1A is a schematic diagram showing a configuration, and FIGS. 1B and 1C are schematic diagrams for explaining a state of reading stored charges in a monitor mode and a still mode.

【図2】従来の技術を示す。図2(A)は構成を示す概
略平面図、図2(B)、(C)は電荷読出を説明するた
めの概念図である。
FIG. 2 shows a conventional technique. FIG. 2A is a schematic plan view showing a configuration, and FIGS. 2B and 2C are conceptual diagrams for explaining charge reading.

【図3】従来技術における4V読出方式のモニタモード
を説明する図である。図3(A)は500本系モニタの
再生画像を説明するための概略図、図3(B)は100
0本系モニタの再生画像を説明する概略図、図3(C)
は二重読出を説明するための概念図、図3(D)は画素
混合読出を説明するための概念図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a monitor mode of a 4V readout method according to the related art. FIG. 3A is a schematic diagram for explaining a reproduced image of a 500-line monitor, and FIG.
FIG. 3C is a schematic diagram for explaining a reproduced image of the zero-system monitor.
Is a conceptual diagram for explaining double reading, and FIG. 3D is a conceptual diagram for explaining pixel mixed reading.

【図4】本発明の実施例による撮像装置のカメラヘッド
部のブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of a camera head unit of the imaging device according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例による撮像装置のカメラ制御部
を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a camera control unit of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図6】図5に示すCCDデバイスの構成をより詳細に
示す。図6(A)は概略平面図、図6(B)は部分断面
図である。
FIG. 6 shows the configuration of the CCD device shown in FIG. 5 in more detail. FIG. 6A is a schematic plan view, and FIG. 6B is a partial cross-sectional view.

【図7】モニタモードにおける制御信号波形を示す波形
図である。
FIG. 7 is a waveform diagram showing a control signal waveform in a monitor mode.

【図8】モニタモードにおける画像信号取込みを説明す
るための波形図である。
FIG. 8 is a waveform chart for explaining image signal capture in a monitor mode.

【図9】モニタモードにおける画像データ転送を説明す
るための波形図である。
FIG. 9 is a waveform chart for explaining image data transfer in a monitor mode.

【図10】モニタモードにおける他のフィールドの制御
信号を示す波形図である。
FIG. 10 is a waveform chart showing a control signal of another field in the monitor mode.

【図11】モニタモードにおけるVCCD内の画像デー
タ取込み、転送を説明するためのポテンシャル図であ
る。
FIG. 11 is a potential diagram for explaining capture and transfer of image data in the VCCD in the monitor mode.

【図12】スチルモードにおける制御信号波形を示す波
形図である。
FIG. 12 is a waveform diagram showing a control signal waveform in a still mode.

【図13】スチルモードにおけるA1フィールドの駆動
信号波形図である。
FIG. 13 is a drive signal waveform diagram of an A1 field in a still mode.

【図14】スチルモードにおけるA2フィールドの駆動
信号波形図である。
FIG. 14 is a drive signal waveform diagram of an A2 field in a still mode.

【図15】スチルモードにおけるB1フィールドの駆動
信号波形図である。
FIG. 15 is a drive signal waveform diagram of a B1 field in the still mode.

【図16】スチルモードにおけるB2フィールドの駆動
信号波形図である。
FIG. 16 is a drive signal waveform diagram of a B2 field in the still mode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 カメラヘッド部 2 カメラ制御部 3 ホトダイオード 4 VCCD 5 HCCD 6 飽和電荷設定手段 8 アンプ 11 CCDデバイス 12 プリアンプ 13 駆動回路 15 PLL回路 16 制御部 17、18 駆動回路 19 基板電圧コントロール回路 20 電源 21 ゲインコントロールアンプ 22 ガンマ処理回路 23 A/D変換回路 24 メモリ部 25 D/A変換回路 27 メモリ制御部 28 メインCPU 29 タイミング発生器 30 電源 31 モニタ Reference Signs List 1 camera head unit 2 camera control unit 3 photodiode 4 VCCD 5 HCCD 6 saturated charge setting means 8 amplifier 11 CCD device 12 preamplifier 13 drive circuit 15 PLL circuit 16 control unit 17, 18 drive circuit 19 substrate voltage control circuit 20 power supply 21 gain control Amplifier 22 Gamma processing circuit 23 A / D conversion circuit 24 Memory unit 25 D / A conversion circuit 27 Memory control unit 28 Main CPU 29 Timing generator 30 Power supply 31 Monitor

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 行列状に配置された4種類の多数個の光
電変換素子に蓄積された電荷を前記光電変換素子の各列
に対応して配置された複数列の垂直CCDに取込み、各
垂直CCD内の電荷を垂直CCDに共通に接続された水
平CCDに順次転送し、水平CCD内の電荷を順次転送
して信号電荷を読み出す固体撮像装置の駆動方法であっ
て、 モニタ時には、光電変換素子の飽和電荷量を約半分に調
整して電荷蓄積する工程と、 モニタ時には、2種類の光電変換素子の電荷を同時に垂
直CCDに移す工程と、 モニタ時には、垂直CCDの電荷を垂直方向に転送し、
2種類の光電変換素子の電荷を混合して水平CCDに転
送する工程と、 モニタ時には、水平CCDに混合して転送された電荷を
水平方向に転送し、信号として読み出す工程と、 スチル撮像時には4種類の光電変換素子の電荷を1種類
ずつ垂直CCDに移す工程とを含む固体撮像装置の駆動
方法。
An electric charge accumulated in a large number of four types of photoelectric conversion elements arranged in a matrix is taken into a plurality of columns of vertical CCDs arranged corresponding to each column of the photoelectric conversion elements, and each of the vertical CCDs is taken up. A method for driving a solid-state imaging device in which charges in a CCD are sequentially transferred to a horizontal CCD commonly connected to a vertical CCD, and charges in the horizontal CCD are sequentially transferred to read out signal charges. Adjusting the saturated charge amount to about half and accumulating the charge; transferring the charge of the two types of photoelectric conversion elements to the vertical CCD at the time of monitoring; and transferring the charge of the vertical CCD in the vertical direction at the time of monitoring. ,
Mixing the charges of the two types of photoelectric conversion elements and transferring the mixed charges to the horizontal CCD; monitoring, transferring the charges mixed and transferred to the horizontal CCD in the horizontal direction, and reading them out as a signal; Transferring a charge of each type of photoelectric conversion element to the vertical CCD one by one.
【請求項2】 行列状に配置された4種類の多数個の光
電変換素子と、 前記光電変換素子の各列に対応して配置された複数列の
垂直CCDと、 前記複数列の垂直CCDの各一端に共通に接続された1
行の水平CCDと、 4種類の光電変換素子のうち2種類の光電変換素子の電
荷を混合して読み出すモニタモードの時、光電変換素子
の飽和電荷量を4種類の光電変換素子の電荷を1種類ず
つ読み出すスチルモードの時の飽和電荷量の約半分に設
定する飽和電荷量設定手段とを含む固体撮像装置。
2. A plurality of four types of photoelectric conversion elements arranged in a matrix, a plurality of columns of vertical CCDs arranged corresponding to respective columns of the photoelectric conversion elements, and a plurality of columns of vertical CCDs. 1 commonly connected to each end
In the horizontal CCD in the row and in the monitor mode in which charges of two types of photoelectric conversion elements among the four types of photoelectric conversion elements are mixed and read, the amount of saturation charge of the four types of photoelectric conversion elements is reduced by one. A solid-state imaging device including: a saturation charge amount setting unit that sets the saturation charge amount to about half of the saturation charge amount in the still mode in which each type is read.
【請求項3】 前記飽和電荷量設定手段が、基板バイア
ス変更手段を含む請求項2記載の固体撮像装置。
3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein said saturation charge amount setting unit includes a substrate bias changing unit.
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