JP3050223B2 - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents

Solid-state imaging device and driving method thereof

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JP3050223B2
JP3050223B2 JP11035387A JP3538799A JP3050223B2 JP 3050223 B2 JP3050223 B2 JP 3050223B2 JP 11035387 A JP11035387 A JP 11035387A JP 3538799 A JP3538799 A JP 3538799A JP 3050223 B2 JP3050223 B2 JP 3050223B2
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transfer
imaging device
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智浩 川村
聡 打矢
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置及び
その駆動方法に関し、特に、単位画素の信号電荷を一括
して読み出す全画素読出し型の固体撮像素子を用いた固
体撮像装置とその駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device and a driving method thereof, and more particularly, to a solid-state imaging device using an all-pixel read-out solid-state imaging device that collectively reads out signal charges of unit pixels and a driving method thereof. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の固体撮像装置について、
図9及び図10を参照して説明する。図9は、従来の技
術による全画素読出し型固体撮像素子の全体構成を示す
図である。図9を参照して、この図に示す固体撮像素子
は、光を信号電荷に変換する光電変換領域(RGBベイ
ヤ配列型フィルタ)6と、画像の基準レベルとなる光学
的黒レベル領域7と、余剰電荷を掃き捨てるための垂直
余剰電荷掃出しドレイン1及び水平余剰電荷掃出しドレ
イン2と、信号を強制的に入力可能な入力ダイオード3
と、水平転送レジスタ5と、出力アンプ4と、図10
(a)に示す垂直転送レジスタ8とで構成されている。
2. Description of the Related Art A conventional solid-state imaging device of this type includes:
This will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a diagram showing the overall configuration of a conventional all-pixel readout solid-state imaging device. Referring to FIG. 9, the solid-state imaging device shown in FIG. 9 includes a photoelectric conversion region (RGB Bayer array type filter) 6 for converting light into signal charges, an optical black level region 7 serving as a reference level of an image, A vertical surplus charge sweeping drain 1 and a horizontal surplus charge sweeping drain 2 for sweeping out surplus charges, and an input diode 3 capable of forcibly inputting a signal
, Horizontal transfer register 5, output amplifier 4, and FIG.
The vertical transfer register 8 shown in FIG.

【0003】以下に、上述の固体撮像素子を用いて固体
撮像装置を構成した場合の動作について、図10を参照
して説明する。垂直転送レジスタ転送電極は、図10
(a)に示すように、各単位画素に対し電極φV1,φ
V2,φV3,φV4の4電極で構成される。そして、
単位画素の信号電荷をφV3で読み出し、4電極のうち
の2電極下に蓄積する構成となっている。図10(b)
は、上記4電極のそれぞれに印加される駆動パルスのタ
イミングチャートを示す。この固体撮像装置は、固体撮
像素子が4個の異なるパルスで駆動される、4相駆動と
なっている。しかし、各画素の信号電荷読出し電極につ
いてみれば、(φV1,φV2,φV3,φV4)とい
う同じ1種類のパルスの組合せで電荷読出しが行われる
画素が繰り返し配列されている、1相駆動であるといえ
る。尚、以下の説明では、理解を容易にするために、符
号φV1,φV2,…,φVnで、電極又はその電極に
一対一に対応して印加される駆動パルスを表すものとす
る。
The operation of a solid-state imaging device using the above-described solid-state imaging device will be described below with reference to FIG. The vertical transfer register transfer electrode is shown in FIG.
As shown in (a), the electrodes φV1 and φV
V2, φV3, and φV4. And
The signal charge of the unit pixel is read out at φV3 and stored under two of the four electrodes. FIG. 10 (b)
4 shows a timing chart of drive pulses applied to each of the four electrodes. This solid-state imaging device is a four-phase drive in which the solid-state imaging device is driven by four different pulses. However, regarding the signal charge readout electrode of each pixel, it is considered that the one-phase drive in which pixels in which charge readout is repeatedly performed by the combination of the same one kind of pulse (φV1, φV2, φV3, φV4) is performed. I can say. In the following description, for ease of understanding, reference numerals φV1, φV2,..., ΦVn represent electrodes or drive pulses applied to the electrodes in a one-to-one correspondence.

【0004】図10(c)は、単位画素から信号電荷を
読み出し、転送する時の電荷の移動の様子を、単位画素
に対応させて示している。ここで、時刻t1から時刻t
2はそれぞれ、図10(b)に対応している。単位画素
のフォトダイオードで光電変換された信号電荷は時刻t
1に電極φV3に読み出されると共に、電極φV3,φ
V4下に蓄積される。時刻t2でパルスφV1がオン
し、次に時刻t3でパルスφV3がオフすることによ
り、1電極分が転送される。この動作を繰り返すことに
より、信号電荷が順次転送され、時刻t9には単位画素
分が転送される。
FIG. 10 (c) shows how the charges move when reading and transferring the signal charges from the unit pixels, corresponding to the unit pixels. Here, from time t1 to time t
2 respectively correspond to FIG. The signal charge photoelectrically converted by the photodiode of the unit pixel is at time t.
1 and read out to the electrode φV3,
It is stored under V4. The pulse φV1 is turned on at time t2 and then turned off at time t3, whereby one electrode is transferred. By repeating this operation, the signal charges are sequentially transferred, and at time t9, the unit pixels are transferred.

【0005】ここで、駆動パルスを変更することによ
り、信号電荷数を、垂直方向に限って1/2だけ掃き捨
て1/2だけを信号電荷として使用して、垂直解像度を
1/2に変換する方法について説明する。図11は、全
画素と、垂直方向1/2の掃き捨てる画素領域11と、
1/2の信号電荷として使用する画素領域12とを示し
ている。図12(a),(b)は、垂直転送レジスタの
電極φV1,φV2,φV3,φV4にそれぞれ印加さ
れる駆動パルス及び、水平転送レジスタの電極φH1,
φH2にそれぞれ印加される駆動パルスを示す。
Here, by changing the driving pulse, the number of signal charges is swept away by っ て in the vertical direction and only 1 / is used as the signal charge to convert the vertical resolution to 1 /. A method for performing the above will be described. FIG. 11 shows all pixels, a pixel area 11 to be swept away in a vertical half,
2 shows a pixel region 12 used as 1/2 signal charge. FIGS. 12A and 12B show driving pulses applied to the electrodes φV1, φV2, φV3, φV4 of the vertical transfer register and the electrodes φH1, φH1 of the horizontal transfer register, respectively.
The drive pulses respectively applied to φH2 are shown.

【0006】先ず、図12(a),(b)中の時刻t1
において、信号電荷が読出しパルスで垂直転送レジスタ
に読み出される。次いで、時刻t2〜t3までの間に、
全画素を転送するための転送レートで、図11に示す垂
直方向1/2の信号電荷領域12までを水平転送レジス
タまで転送する。そして、図11の垂直方向1/2の掃
き捨てる領域11の信号電荷は、次のフレームが始まる
までの時間で、図12(b)の時刻t3〜t4に示す垂
直高速駆動パルスにより、水平転送レジスタに高速転送
される。高速転送された信号電荷は、水平転送レジスタ
下部に形成された余剰電荷掃出しドレイン2に、捨てら
れる。尚、電荷の掃出し先は、水平転送レジスタの下部
に形成された余剰電荷掃出しドレイン2に限らず、出力
回路4に水平転送レジスタで高速転送を行ってもよい。
この時使用しない信号電荷は、画像に使用されないこと
から、掃き捨てられたのと同じである。その他、垂直転
送レジスタ上部、水平転送レジスタとは反対側の余剰電
荷掃出しドレイン1に、垂直転送レジスタ内の使用しな
い信号電荷を高速逆転送して掃き捨ててもよい。
First, at time t1 in FIGS. 12 (a) and 12 (b)
In, the signal charge is read out to the vertical transfer register by a read pulse. Next, between time t2 and t3,
At a transfer rate for transferring all the pixels, the signal charge area 12 in the vertical direction 示 す shown in FIG. 11 is transferred to the horizontal transfer register. Then, the signal charges in the area 11 to be swept away in the vertical half in FIG. 11 are horizontally transferred by the vertical high-speed drive pulse shown at time t3 to t4 in FIG. 12B until the next frame starts. High-speed transfer to the register. The signal charges transferred at a high speed are discarded by a surplus charge discharging drain 2 formed below the horizontal transfer register. Note that the destination of discharging the electric charge is not limited to the surplus electric charge discharging drain 2 formed below the horizontal transfer register, and the high-speed transfer to the output circuit 4 may be performed by the horizontal transfer register.
At this time, the unused signal charges are not used for the image, and are the same as those that have been swept away. Alternatively, the unused signal charges in the vertical transfer register may be reversely transferred at high speed to the surplus charge discharging drain 1 on the upper side of the vertical transfer register and on the side opposite to the horizontal transfer register, and may be discarded.

【0007】図13〜図20には、他の信号電荷掃捨て
方法を示す。図13は、図11に対して、垂直方向の上
1/2の信号電荷を使用し、下1/2を掃き捨てる場合
を示す。これに対し、図14は、水平方向の左1/2の
信号電荷を使用し、右1/2を掃き捨てる場合を示す。
図15は、水平方向の右1/2を使用し、左1/2を掃
き捨てる場合を示す。この他に、これら水平方向と垂直
方向とを組み合わせてもよく、図16は、垂直方向の上
1/4と下1/4とを掃き捨てると共に、水平方向の左
1/4と右1/4とを掃き捨てることにより、全画素の
中心部分を信号電荷として使用する場合を示す。図17
は、垂直方向の上1/2と水平方向の右1/2とを掃き
捨てて全画素の左下を信号電荷として使用する場合を示
す。図18は、垂直方向の上1/2と左1/2とを掃き
捨てて全画素の右下を信号電荷として使用する場合を示
す。図19は、垂直方向の下1/2と水平方向の右1/
2とを掃き捨てて全画素の左上を信号電荷として使用す
る場合を示す。図20は、垂直方向の下1/2と水平方
向の左1/2とを掃き捨てて全画素の右上を信号電荷と
して使用する場合を表す。
FIGS. 13 to 20 show another method of sweeping out signal charges. FIG. 13 shows a case in which the upper half signal charges are used in the vertical direction and the lower half is swept away. On the other hand, FIG. 14 shows a case where the left half signal charge in the horizontal direction is used and the right half is swept away.
FIG. 15 shows a case where the right half in the horizontal direction is used and the left half is swept away. In addition, the horizontal direction and the vertical direction may be combined. FIG. 16 shows that the upper 1/4 and the lower 1/4 in the vertical direction are swept away, and the left 1/4 and the right 1/4 in the horizontal direction are removed. 4 shows a case in which the central portion of all pixels is used as signal charges by sweeping away 4 and 4. FIG.
Shows a case where the upper half of the vertical direction and the right half of the horizontal direction are swept away and the lower left of all pixels is used as signal charges. FIG. 18 shows a case in which the upper half and the left half in the vertical direction are swept away, and the lower right of all pixels is used as signal charges. FIG. 19 shows the lower half of the vertical direction and the lower right half of the horizontal direction.
2 shows a case where 2 is swept away and the upper left of all pixels is used as signal charges. FIG. 20 shows a case where the lower half of the vertical direction and the left half of the horizontal direction are swept away and the upper right of all the pixels is used as the signal charge.

【0008】いずれの方法も基本的には同じで、使用す
る信号電荷は垂直および水平転送レジスタにおいて高速
転送を行うことにより、信号電荷を掃出しドレインに掃
き捨てるか、又は使用しないという処理がなされる。
Both methods are basically the same, and the signal charges to be used are transferred at high speed in the vertical and horizontal transfer registers, so that the signal charges are swept out to the drain or are not used. .

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の固体撮
像装置の駆動方法においては、選択した必要信号電荷以
外は掃き捨てなければならない。従って、信号が無駄に
なってしまう。又、全画素の一部しか信号電荷として使
用しないので、全画素使用時の画像の大きさよりも小さ
くなってしまい、画角が変わってしまう。更に、信号電
荷の掃捨てに伴う高速転送のために、駆動回路の能力を
高くしなければならず、固体撮像装置としての低消費電
力化ができない、撮像素子自体を高速転送時に転送不良
が発生しないようにしなければならず、素子の設計に負
担がかかり、良品率が低下してしまうという問題があっ
た。
In the conventional driving method of the solid-state image pickup device described above, it is necessary to sweep out the signal charges other than the selected necessary signal charges. Therefore, the signal is wasted. Further, since only a part of all pixels is used as signal charges, the size of the image becomes smaller than that when all pixels are used, and the angle of view changes. In addition, the drive circuit must have a high capacity for high-speed transfer due to the sweeping out of signal charges, and power consumption cannot be reduced as a solid-state imaging device. Therefore, there is a problem that a load is imposed on the design of the element, and the yield rate is reduced.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、第1,第2,
第3、第4の順に並んで設けられた第1乃至第4の画素
と、第1乃至第4の画素に隣接して設けられた第1の転
送レジスタと、第1乃至第4の画素の電荷をこの画素に
隣接した第1の転送レジスタの第1乃至第4の位置にそ
れぞれ読み出す転送電極とを有し、第1の転送レジスタ
に読み出された電荷は第4の位置から第1の位置に向か
って転送される固体撮像装置の駆動方法において、第1
のタイミングで第3の画素の電荷を第3の位置に読み出
し、第2のタイミングで第3の画素の電荷を第3の位置
から第2の位置に転送しさらに第1の画素の電荷を第1
の位置に読み出しかつ第4の画素の電荷を第4の位置に
読み出し、第3のタイミングで第3の画素の電荷を第2
の位置から第1の位置に転送しかつ第4の画素の電荷を
第4の位置から第3の位置に転送しさらに第2の画素の
電荷を第2の位置に読み出すことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides first, second, and third aspects.
A first transfer register provided adjacent to the first to fourth pixels, a first transfer register provided adjacent to the first to fourth pixels, and a first transfer register provided adjacent to the first to fourth pixels. A transfer electrode for reading out electric charges at first to fourth positions of a first transfer register adjacent to the pixel, and the electric charges read out to the first transfer register are transferred from the fourth position to the first position. In a method for driving a solid-state imaging device transferred toward a position,
At the timing, the charge of the third pixel is read out to the third position, the charge of the third pixel is transferred from the third position to the second position at the second timing, and the charge of the first pixel is transferred to the third position. 1
And the electric charge of the fourth pixel is read to the fourth position, and the electric charge of the third pixel is read at the third timing to the second position.
And the charge of the fourth pixel is transferred from the fourth position to the third position, and the charge of the second pixel is read to the second position.

【0011】また、上述の固体撮像装置は第1の転送レ
ジスタの第1の位置から出力される電荷を受ける第2の
転送レジスタをさらに有し、第3のタイミングにおいて
第3の画素の電荷が第2の転送レジスタに保持されてい
ることを特徴とする。
Further, the above-mentioned solid-state imaging device further has a second transfer register for receiving charges output from the first position of the first transfer register, and charges of the third pixel are discharged at a third timing. It is characterized by being held in a second transfer register.

【0012】さらに、本発明の好適な実施態様によれ
ば、第1の画素の電荷と第3の画素の電荷および第2の
画素の電荷と第4の画素の電荷は第2の転送レジスタで
それぞれ加算される。
Further, according to a preferred embodiment of the present invention, the charge of the first pixel, the charge of the third pixel, the charge of the second pixel, and the charge of the fourth pixel are stored in the second transfer register. Each is added.

【0013】また、本発明による固体撮像装置は、第1
のカラーを示す第1の画素と、この第1の画素に隣接し
て設けられた第2のカラーを示す第2の画素と、この第
2の画素に隣接して設けられた第1のカラーを示す第3
の画素と、第1乃至第3の画素の電荷を隣接して設けら
れた第1乃至第3の位置にそれぞれ蓄積する転送レジス
タと、第1の駆動パルスが第1のレベルとなったときに
第3の画素の電荷を転送レジスタの第3の位置に読み出
す第1の転送電極と、第2の駆動パルスが第1のレベル
となったときに第1の画素の電荷を転送レジスタの第1
の位置に読み出す第2の転送電極とを有し、第2の駆動
パルスは第1の駆動パルスが第1のレベルから第2のレ
ベルに変化した後に第2のレベルから第1のレベルに変
化し、転送レジスタは第1の駆動パルスが第1のレベル
から第2のレベルに変化したときに第3の位置に蓄積し
た第3の画素の電荷を第2の位置に転送することを特徴
とする。
Further, the solid-state imaging device according to the present invention has a first
A first pixel that is provided adjacent to the first pixel, a second pixel that is provided adjacent to the first pixel, and a first color that is provided adjacent to the second pixel. Third
Pixel, a transfer register that accumulates the charges of the first to third pixels at the first to third positions provided adjacent to each other, and the first drive pulse becomes the first level. A first transfer electrode for reading the charge of the third pixel to a third position of the transfer register; and a charge of the first pixel when the second drive pulse goes to the first level.
And a second transfer electrode to be read out at a position of the second drive pulse, wherein the second drive pulse changes from the second level to the first level after the first drive pulse changes from the first level to the second level The transfer register transfers the charge of the third pixel accumulated at the third position to the second position when the first drive pulse changes from the first level to the second level. I do.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、第1の実施の形
態による固体撮像装置における垂直転送レジスタの電極
構成を示す。図2(a)は、垂直転送レジスタの各電極
に印加される駆動パルスのタイミング図を示し、図2
(b)は、信号電荷が読み出され、並べ替えられる様子
を示す。図3は、元画像が垂直解像度1/2に変換され
る様子をそれぞれ表す。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an electrode configuration of a vertical transfer register in the solid-state imaging device according to the first embodiment. FIG. 2A shows a timing chart of driving pulses applied to each electrode of the vertical transfer register.
(B) shows how signal charges are read and rearranged. FIG. 3 shows how the original image is converted to a vertical resolution of そ れ ぞ れ.

【0015】図1を参照して、本実施例に用いられる固
体撮像素子は、カラーフィルタ構成がRGBベイヤ配列
型で、φV1,φV2,φV3A,φV3B,φV3
C,φV4の6相のパルスで駆動される。但し、フォト
ダイオード9から電荷転送部への信号電荷の読出しにつ
いてみれば、図示するように、(φV1,φV2,φV
3A,φV4)というパルスの組合せで電荷読出しがな
される画素、(φV1,φV2,φV3B,φV4)と
いうパルスの組合せで電荷読出しがなされる画素、(φ
V1,φV2,φV3C,φV4)というパルスの組合
せで電荷読出しがなされる画素の3種類の画素が、周期
的、に配列されていることになる。つまり、信号読出し
のためのパルスの組合せが3種類の、3相駆動であると
いえる。
Referring to FIG. 1, the solid-state imaging device used in this embodiment has a color filter configuration of an RGB Bayer array type, and has φV1, φV2, φV3A, φV3B, φV3.
It is driven by six-phase pulses of C and φV4. However, when reading the signal charge from the photodiode 9 to the charge transfer unit, as shown in the figure, (φV1, φV2, φV
3A, φV4), a pixel from which charge reading is performed by a combination of pulses, (φV1, φV2, φV3B, φV4), a pixel from which charge reading is performed,
V1, φV2, φV3C, φV4), three types of pixels from which charge is read out by a combination of pulses are periodically arranged. In other words, it can be said that the combination of the pulses for signal reading is three types of three-phase driving.

【0016】以下に、本実施の形態における信号電荷の
加算について、説明する。図2を参照して、時刻t1に
垂直転送レジスタ内に読み出された信号電荷R31は、
時刻t2に単位画素G21の位置まで転送される。それ
と同時に、信号電荷R11,G41が読み出される。時
刻t3で、信号電荷R11,R31,G41が単位画素
OB,R11,R31の位置までそれぞれ転送されると
同時に、信号電荷G21が読み出される。下から、R1
1,G21,R31,G41の順だった画素は、この読
出しおよび転送方法によって、図3に示すように、垂直
方向の信号データR11,R31,G21,G41の順
に並べ替えられる。すなわち、1画素隔てて配置された
同一種類のカラーフィルタの画素の信号が、お互いに隣
接するように並べ替えられたことになる。
Hereinafter, addition of signal charges in the present embodiment will be described. Referring to FIG. 2, signal charge R31 read into the vertical transfer register at time t1 is:
At time t2, the data is transferred to the position of the unit pixel G21. At the same time, the signal charges R11 and G41 are read. At time t3, the signal charges R11, R31, and G41 are respectively transferred to the positions of the unit pixels OB, R11, and R31, and at the same time, the signal charges G21 are read. From below, R1
The pixels in the order of 1, G21, R31, and G41 are rearranged by the read and transfer method, as shown in FIG. 3, in the order of vertical signal data R11, R31, G21, and G41. That is, the signals of the pixels of the same type of color filter arranged at a distance of one pixel are rearranged so as to be adjacent to each other.

【0017】又、図4に示すように、並べ替えた信号電
荷を水平ブランキング周期内で2ライン分転送して、R
11+R31,G21+G41のように同一種フィルタ
の画素の信号電荷が水平転送レジスタで加算されるよう
にすると共に、水平方向の画素についても外部回路また
は画像処理ソフトで、1画素分隔てた画素の信号が互い
に隣接するように並べ替え、同一種類のフィルタの画素
信号の和を取ることにより、垂直および水平の解像度が
1/2の画像を得ることができる。この一連の様子を、
図5に、分図(a),(b),(c)の順に示す。
Further, as shown in FIG. 4, the rearranged signal charges are transferred by two lines within a horizontal blanking period, and
11 + R31, G21 + G41, so that the signal charges of the pixels of the same type of filter are added by the horizontal transfer register, and the signals of the pixels separated by one pixel in the horizontal direction are also determined by an external circuit or image processing software. By rearranging them so that they are adjacent to each other and taking the sum of the pixel signals of the same type of filter, an image having a vertical and horizontal resolution of で き る can be obtained. This series of situations,
FIG. 5 shows division diagrams (a), (b), and (c) in this order.

【0018】このとき、前述した従来の技術による固体
撮像装置の駆動方法とは異なって、全画素の或る領域を
掃き捨てていないので、画角は全く変化せずに解像度が
1/2に変換される。すなわち、画角を変えずに垂直お
よび水平画素数が共に1/2の固体撮像素子を用いたの
と同じことになり、例えばコンピュータディスプレイ規
格のVGAとSIFとの変換を容易に行えることにな
る。この場合、元の4画素を加算して1画素として扱っ
ているので、感度は4倍で且つ飽和出力も4倍となる。
従って、切替え時の画像での標準出力設定を元の画像と
同じにすれば、ダイナミックレンジは元の画像の4倍に
なる。電子シャッタを併用し、フォトダイオードの蓄積
時間を1/4にしておけば、元の画像と同様に取り扱う
こともできる。
At this time, unlike the conventional method of driving the solid-state imaging device according to the conventional technique, since a certain area of all pixels is not swept away, the resolution is reduced to に without changing the angle of view at all. Is converted. In other words, this is the same as using a solid-state imaging device having both vertical and horizontal pixels of 1/2 without changing the angle of view. For example, conversion between VGA and SIF of the computer display standard can be easily performed. . In this case, since the original four pixels are added and treated as one pixel, the sensitivity is four times and the saturation output is also four times.
Therefore, if the standard output setting in the image at the time of switching is the same as that of the original image, the dynamic range becomes four times the original image. If an electronic shutter is used in combination and the accumulation time of the photodiode is reduced to 1/4, it can be handled in the same manner as the original image.

【0019】次に、本発明の第2の実施の形態につい
て、図6〜図8を参照して説明する。図6は、第2の実
施の形態による固体撮像素子における垂直転送レジスタ
の電極構成を示す。図7は、垂直転送レジスタの各電極
に印加される駆動パルスノタイミング図を上部に示し、
信号電荷が読み出され、並べ替えられる様子を紙面下部
に示す。図8は、元画像が垂直解像度1/3に変換され
る様子を示す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows an electrode configuration of a vertical transfer register in a solid-state imaging device according to the second embodiment. FIG. 7 shows a timing chart of driving pulses applied to each electrode of the vertical transfer register at the top,
The manner in which signal charges are read and rearranged is shown at the bottom of the page. FIG. 8 shows how the original image is converted to a vertical resolution of 1/3.

【0020】図6を参照して、本実施の形態における固
体撮像素子もカラーフィルタ構成がRGBベイヤ配列型
で、φV1,φV2,φV3A,φV3B,φB3C,
φV3D,φV4の7相のパルスで駆動される。但し、
フォトダイオードから電荷転送部への信号電荷の読み出
し似付いてみれば、(φV1,φV2,φV3A,φV
4)というパルスの組合せで電荷読出しがなされる画
素、(φV1,φV2,φV3B,φV4)というパル
スの組合せで電荷読出しがなされる画素、(φV1,φ
V2,φV3C,φV4)というパルスの組合せで電荷
読出しがなされる画素の3種類の画素、(φV1,φV
2,φV3D,φV4)というパルスの組合せで電荷読
出しなされる画素が、周期的、に配列されていることに
なる。つまり、信号読出しのためのパルスの組合せが4
種類の、3相駆動であるといえる。
Referring to FIG. 6, the solid-state imaging device according to the present embodiment also has a color filter configuration of an RGB Bayer array type, and includes φV1, φV2, φV3A, φV3B, φB3C,
It is driven by seven-phase pulses of φV3D and φV4. However,
The reading of the signal charge from the photodiode to the charge transfer unit is similar to (φV1, φV2, φV3A, φV
4) a pixel from which charge reading is performed by a combination of pulses, (φV1, φV2, φV3B, φV4), a pixel from which charge reading is performed, and (φV1, φ
V2, φV3C, φV4), and three types of pixels (φV1, φV4) from which charge is read out by a combination of pulses
2, .phi.V3D, .phi.V4), the pixels from which the electric charge is read out by the combination of the pulses are periodically arranged. That is, the combination of pulses for signal reading is 4
It can be said that this is a three-phase drive.

【0021】以下に、本実施の形態における信号電荷の
加算について、説明する。図7を参照して、時刻t1に
おいて垂直転送レジスタ内に読み出された信号電荷R5
1は、時刻t2に単位画素G41の位置まで転送され
る。それと同時に、信号電荷R31,G61が読み出さ
れる。時刻t3までに電荷R31,R51,G61が単
位画素G21,R31,R51の位置までそれぞれ転送
されると同時に、信号電荷R11が読み出される。更
に、時刻t4までに電荷R11,R31,R51,G6
1が単位画素OB,OB,R11,R31の位置までそ
れぞれ転送されると同時に、信号電荷G41,G21が
それぞれ読み出される。下からR11,G21,R3
1,G41,R51,G61の順であった画素は、この
読出し及び転送により、R11,R31,R51,G2
1,G61,G41の順に並べ替えられる。これを図8
に示すように、水平ブランキング期間内に垂直方向へ3
ライン分転送し、水平転送レジスタでR11,R31,
R51を加算し、又、G21,G41,G61を加算す
ることにより、画角の変化無しに垂直方向の解像度が1
/3に変換される。
Hereinafter, addition of signal charges in the present embodiment will be described. Referring to FIG. 7, signal charge R5 read into the vertical transfer register at time t1
1 is transferred to the position of the unit pixel G41 at time t2. At the same time, the signal charges R31 and G61 are read. By the time t3, the charges R31, R51, and G61 are respectively transferred to the positions of the unit pixels G21, R31, and R51, and at the same time, the signal charges R11 are read. Further, the charges R11, R31, R51, and G6 by time t4.
1 is transferred to the positions of the unit pixels OB, OB, R11, R31, respectively, and at the same time, the signal charges G41, G21 are read, respectively. R11, G21, R3 from below
The pixels in the order of 1, G41, R51, and G61 are read out and transferred to R11, R31, R51, and G2.
1, G61, and G41. This is shown in FIG.
As shown in the figure, 3 times in the vertical direction during the horizontal blanking period.
Lines are transferred, and R11, R31,
By adding R51 and adding G21, G41, and G61, the resolution in the vertical direction becomes 1 without changing the angle of view.
/ 3.

【0022】尚、これまではカラーの例についてのべた
が、白黒の場合であっても、画角が変わらずに解像度を
切り替えられることは、言うまでもない。
It should be noted that, although the example of color has been described so far, the resolution can be switched without changing the angle of view even in the case of black and white.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、全画素
読み出し型固体撮像素子を用い、読出し電極を3相以上
とし、固体撮像装置として各各の読出し電極に印加され
る駆動パルスを3相以上として、駆動により垂直方向の
信号電荷を並べ替える。これにより、画角を変えずに解
像度の切替えが可能になる。
As described above, the present invention uses an all-pixel readout type solid-state imaging device, has three or more readout electrodes, and applies three drive pulses to each readout electrode as a solid-state imaging device. As the phase or more, the signal charges in the vertical direction are rearranged by driving. Thus, the resolution can be switched without changing the angle of view.

【0024】本発明によれば、解像度切替えを行った場
合に、並べ替えた信号電荷の和を取ることで、感度およ
び飽和出力を飛躍的に向上させることが可能である。
又、電子シャッタを併用すれば、感度およびダイナミッ
クレンジを変えずに画像画角と解像度の切替えも可能で
ある。
According to the present invention, the sensitivity and the saturation output can be significantly improved by taking the sum of the rearranged signal charges when the resolution is switched.
When an electronic shutter is used together, it is possible to switch the image angle of view and the resolution without changing the sensitivity and the dynamic range.

【0025】本発明は、あらゆる方式の全画素読出し型
固体撮像素子搭載の固体撮像装置に適用可能である。
The present invention is applicable to all types of solid-state imaging devices equipped with an all-pixel readout type solid-state imaging device.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態における固体撮像素
子の垂直転送レジスタの電極構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an electrode configuration of a vertical transfer register of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態の駆動パルスのタイミング図
および、信号電荷の転送状態を示す図である。
FIGS. 2A and 2B are a timing chart of a driving pulse according to the first embodiment and a diagram showing a transfer state of signal charges.

【図3】第1の実施の形態において、元画像が垂直解像
度1/2に変換される様子を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing how an original image is converted to a vertical resolution of に お い て in the first embodiment.

【図4】第1の実施の形態の駆動パルスのタイミング図
および信号電荷の転送状態を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a timing diagram of a driving pulse and a transfer state of a signal charge according to the first embodiment.

【図5】第1の実施の形態において、垂直および水平の
解像度が1/2に変換される様子を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing how vertical and horizontal resolutions are converted to 1 / in the first embodiment.

【図6】本発明の第2の実施の形態における固体撮像素
子の垂直転送レジスタの電極構成を表す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an electrode configuration of a vertical transfer register of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】第2の実施の形態における駆動パルスのタイミ
ング図および、信号電荷の転送状態を示す図である。
FIGS. 7A and 7B are a timing chart of a driving pulse and a diagram showing a transfer state of a signal charge in the second embodiment.

【図8】第2の実施の形態において、元画像が垂直解像
度1/3に変換される様子を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a state in which an original image is converted to a vertical resolution of 1/3 in the second embodiment.

【図9】従来の技術による固体撮像装置における固体撮
像素子の一例の構成を示す図および、垂直転送レジスタ
の電極構成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an example of a solid-state imaging device in a solid-state imaging device according to a conventional technique, and a diagram illustrating an electrode configuration of a vertical transfer register.

【図10】従来の固体撮像装置を駆動するパルスのタイ
ミング図および、信号電荷の転送状態を示す図である。
10A and 10B are a timing chart of a pulse for driving a conventional solid-state imaging device and a diagram showing a transfer state of signal charges.

【図11】従来の固体撮像装置における解像度切替えの
第1の方法を説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining a first method of resolution switching in a conventional solid-state imaging device.

【図12】解像度切替えの第1の方法における駆動パル
スのタイミング図および、信号電荷の転送状態を示す図
である。
FIG. 12 is a timing chart of driving pulses and a diagram showing a transfer state of signal charges in a first method of resolution switching.

【図13】従来の固体撮像装置における解像度切替えの
第2の方法を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a second method of resolution switching in a conventional solid-state imaging device.

【図14】従来の固体撮像装置における解像度切替えの
第3の方法を説明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining a third method of resolution switching in a conventional solid-state imaging device.

【図15】従来の固体撮像装置における解像度切替えの
第4の方法を説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining a fourth method of resolution switching in a conventional solid-state imaging device.

【図16】従来の固体撮像装置における解像度切替えの
第5の方法を説明するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining a fifth method of resolution switching in a conventional solid-state imaging device.

【図17】従来の固体撮像装置における解像度切替えの
第6の方法を説明するための図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining a sixth method of resolution switching in a conventional solid-state imaging device.

【図18】従来の固体撮像装置における解像度切替えの
第7の方法を説明するための図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining a seventh method of resolution switching in a conventional solid-state imaging device.

【図19】従来の固体撮像装置における解像度切替えの
第8の方法を説明するための図である。
FIG. 19 is a diagram for explaining an eighth method of resolution switching in a conventional solid-state imaging device.

【図20】従来の固体撮像装置における解像度切替えの
第9の方法を説明するための図である。
FIG. 20 is a diagram for explaining a ninth method of resolution switching in a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 垂直余剰電荷掃出しドレイン 2 水平余剰電荷掃出しドレイン 3 入力ダイオード 4 出力アンプ 5 水平転送レジスタ 6 光電変換領域 7 光学的黒レベル領域 8 垂直転送レジスタ 9 フォトダイオード 11 掃き捨てる領域 12 信号電荷として使用する領域 REFERENCE SIGNS LIST 1 Vertical excess charge drain 2 Horizontal excess charge drain 3 Input diode 4 Output amplifier 5 Horizontal transfer register 6 Photoelectric conversion area 7 Optical black level area 8 Vertical transfer register 9 Photodiode 11 Area to be discarded 12 Area to be used as signal charge

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1,第2,第3、第4の順に並んで設
けられた第1乃至第4の画素と、前記第1乃至第4の画
素に隣接して設けられた第1の転送レジスタと、前記第
1乃至第4の画素の電荷をこの画素に隣接した前記第1
の転送レジスタの第1乃至第4の位置にそれぞれ読み出
す転送電極とを有し、前記第1の転送レジスタに読み出
された電荷は前記第4の位置から前記第1の位置に向か
って転送される固体撮像装置の駆動方法であって、 第1のタイミングで前記第3の画素の電荷を前記第3の
位置に読み出し、 第2のタイミングで前記第3の画素の電荷を前記第3の
位置から前記第2の位置に転送しさらに前記第1の画素
の電荷を前記第1の位置に読み出しかつ前記第4の画素
の電荷を前記第4の位置に読み出し、 第3のタイミングで前記第3の画素の電荷を前記第2の
位置から前記第1の位置に転送しかつ前記第4の画素の
電荷を前記第4の位置から前記第3の位置に転送しさら
に前記第2の画素の電荷を前記第2の位置に読み出すこ
とを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
1. A first to a fourth pixel provided side by side in a first, second, third, and fourth order, and a first pixel provided adjacent to the first to fourth pixels. A transfer register, and transferring the charge of the first to fourth pixels to the first pixel adjacent to the pixel.
And a transfer electrode to be read out at each of the first to fourth positions of the transfer register, and the charge read out to the first transfer register is transferred from the fourth position toward the first position. A method for driving a solid-state imaging device, comprising reading out the charge of the third pixel at a first timing to the third position, and reading the charge of the third pixel at a second timing at the third position. From the first pixel to the second position, and further reads the charge of the first pixel to the first position and reads the charge of the fourth pixel to the fourth position. Transfer the charge of the pixel from the second position to the first position and transfer the charge of the fourth pixel from the fourth position to the third position, and further transfer the charge of the second pixel Read out to the second position. The driving method of the image device.
【請求項2】 前記固体撮像装置は前記第1の転送レジ
スタの第1の位置から出力される電荷を受ける第2の転
送レジスタをさらに有し、前記第3のタイミングにおい
て前記第3の画素の電荷が前記第2の転送レジスタに保
持されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像
装置の駆動方法。
2. The solid-state imaging device further includes a second transfer register that receives a charge output from a first position of the first transfer register, and the second transfer register receives the charge at the third timing. 2. The method according to claim 1, wherein electric charges are held in the second transfer register.
【請求項3】 前記第1の画素の電荷と前記第3の画素
の電荷および前記第2の画素の電荷と前記第4の画素の
電荷は前記第2の転送レジスタでそれぞれ加算されるこ
とを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置の駆動方
法。
3. The charge of the first pixel and the charge of the third pixel, and the charge of the second pixel and the charge of the fourth pixel are added by the second transfer register, respectively. 3. The driving method for a solid-state imaging device according to claim 2, wherein:
【請求項4】 第1のカラーを示す第1の画素と、この
第1の画素に隣接して設けられた第2のカラーを示す第
2の画素と、この第2の画素に隣接して設けられた前記
第1のカラーを示す第3の画素と、前記第1乃至第3の
画素の電荷を隣接して設けられた第1乃至第3の位置に
それぞれ蓄積する転送レジスタと、第1の駆動パルスが
第1のレベルとなったときに前記第3の画素の電荷を前
記転送レジスタの第3の位置に読み出す第1の転送電極
と、第2の駆動パルスが第1のレベルとなったときに前
記第1の画素の電荷を前記転送レジスタの第1の位置に
読み出す第2の転送電極とを有する固体撮像装置におい
て、 前記第2の駆動パルスは前記第1の駆動パルスが前記第
1のレベルから第2のレベルに変化した後に第2のレベ
ルから前記第1のレベルに変化し、前記転送レジスタは
前記第1の駆動パルスが前記第1のレベルから前記第2
のレベルに変化したときに前記第3の位置に蓄積した前
記第3の画素の電荷を前記第2の位置に転送することを
特徴とする固体撮像装置。
4. A first pixel indicating a first color, a second pixel indicating a second color provided adjacent to the first pixel, and an adjacent pixel adjacent to the second pixel. A third pixel provided for displaying the first color, a transfer register for accumulating electric charges of the first to third pixels at first to third positions provided adjacent to each other, A first transfer electrode for reading out the electric charge of the third pixel to a third position of the transfer register when the drive pulse of the first level is at the first level, and the second drive pulse is at the first level. And a second transfer electrode for reading out the charge of the first pixel to a first position of the transfer register when the first drive pulse is applied. After changing from the first level to the second level, the second level changes to the second level. Changes to the level of the transfer register and the second the first drive pulse from the first level
Wherein the charge of the third pixel accumulated at the third position is transferred to the second position when the level changes to the second position.
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