JP3416309B2 - Imaging device and driving method of imaging device - Google Patents

Imaging device and driving method of imaging device

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JP3416309B2
JP3416309B2 JP33365994A JP33365994A JP3416309B2 JP 3416309 B2 JP3416309 B2 JP 3416309B2 JP 33365994 A JP33365994 A JP 33365994A JP 33365994 A JP33365994 A JP 33365994A JP 3416309 B2 JP3416309 B2 JP 3416309B2
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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】本発明は撮像装置及び撮像素子の
駆動方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus and an image pickup element driving method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年撮像装置に多く使われる撮像素子は
インターライン型CCDであり、ムービービデオカメラ
の普及に伴い、ムービービデオカメラ用CCDの量産化
による低コスト化が進み多くの分野においてムービービ
デオカメラ用CCDが汎用的に使われるようになった。
2. Description of the Related Art In recent years, an image pickup device often used in an image pickup device is an interline CCD. With the spread of movie video cameras, mass production of CCDs for movie video cameras has led to cost reduction and movie video in many fields. CCDs for cameras have become widely used.

【0003】図13はムービービデオ用として一般化し
たインターライン型CCDの構成図である。図中20は
特定の波長域の光を透過し入射した光を電荷に変換する
光電変換部であって複数の光電変換要素(以下画素)か
らなる。21は各々の画素に蓄えられた電荷を垂直方向
に転送するための垂直転送部、22は垂直転送部より転
送されてきた電荷を水平ライン毎に転送する水平転送
部、23は水平転送部より転送されてきた電荷を電圧信
号に変換して出力するフローティングディヒュージョン
アンプである。
FIG. 13 is a block diagram of an interline type CCD generalized for movie video. In the figure, reference numeral 20 denotes a photoelectric conversion unit that transmits light in a specific wavelength range and converts incident light into electric charges, and includes a plurality of photoelectric conversion elements (hereinafter referred to as pixels). Reference numeral 21 is a vertical transfer unit for vertically transferring the charges accumulated in each pixel, 22 is a horizontal transfer unit for transferring the charges transferred from the vertical transfer unit for each horizontal line, and 23 is a horizontal transfer unit. It is a floating diffusion amplifier that converts the transferred charge into a voltage signal and outputs it.

【0004】図14に本撮像素子の画素部の断面構造と
ポテンシャルプロフィールを示す。図のようにアンチブ
ルーミング機構としては縦形オーバーフロードレインが
採用されている。このような撮像素子はたとえば補色市
松色差順次方式の色フィルタ構成が用いられており、ま
ず各画素で光電変換された信号は垂直ブランキング期間
中に垂直転送部の各転送段に転送され、ついで上下2画
素を加算して読み出されるように設計されている。そし
て一般には図13にフィールド読み出しとして示すよう
に奇数フィールドと偶数フィールドとで加算する画素を
1行ずらす擬似インタレース読み出しがなされる。
FIG. 14 shows a sectional structure and a potential profile of a pixel portion of the present image pickup device. As shown in the figure, a vertical overflow drain is used as the anti-blooming mechanism. Such an image pickup device uses, for example, a color filter configuration of a complementary color checkered color difference sequential system. First, a signal photoelectrically converted in each pixel is transferred to each transfer stage of the vertical transfer unit during the vertical blanking period, and then, It is designed so that the upper and lower two pixels are added and read. Then, generally, as shown as field reading in FIG. 13, pseudo interlaced reading is performed in which pixels to be added in the odd field and the even field are shifted by one row.

【0005】さて、さらに、近年のメモリ技術の向上に
よるメモリICの小型、高容量、低コスト化はムービー
ビデオカメラ、スチルビデオカメラのデジタル化を促進
した。また、マルチメディアのニーズはビデオ信号にと
らわれないデジタル画像データを求めている。ここにお
いて、ビデオ信号に規制されないデジタルカメラも、ま
た、世に出てきている。
Further, the recent trend of improving memory technology has made memory ICs smaller, higher in capacity and lower in cost, which has promoted digitalization of movie video cameras and still video cameras. In addition, the needs of multimedia demand digital image data that is not restricted by video signals. Here, digital cameras that are not regulated by video signals have also appeared in the world.

【0006】さて、このようなデジタルカメラに使用す
る撮像素子はビデオ信号に規制されないことから、自由
な構成にすることが可能なわけであるが、製品価格を低
くするためには、むしろ、ムービービデオカメラ用の撮
像素子をそのまま使用したほうが好ましい。ここにおい
て、ビデオムービーカメラ用撮像素子を用いて、ビデオ
ムービーカメラとは異なる駆動方法で動かすことによ
り、より高い画質の画像データを得ることの出来るデジ
タルカメラの工夫が重要になり、すでに出願人より特願
平6ー137318号(平成6年6月20日出願)のよ
うな発明が出願されている。
The image pickup device used in such a digital camera is not restricted by a video signal, and thus can be freely constructed. However, in order to reduce the product price, it is rather a movie. It is preferable to use the image pickup device for the video camera as it is. Here, it is important to devise a digital camera that can obtain image data of higher image quality by using an image sensor for video movie cameras and moving it with a driving method different from that of video movie cameras. Inventions such as Japanese Patent Application No. 6-137318 (filed on June 20, 1994) have been filed.

【0007】次に上記先願の発明の概念を示す。Next, the concept of the invention of the above-mentioned prior application will be shown.

【0008】図12は一般的なデジタルカメラの構成を
示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a general digital camera.

【0009】31は被写体からの反射光を結像するため
の光学レンズ、32は光学レンズから入射する光学像の
入射光量を制御するためのシャッタ、33は光学レンズ
により結像された被写体像を電気信号に変換するための
撮像素子で、ムービービデオで一般に用いられる、例え
ば補色市松色差順次方式インターライン型CCD、34
は撮像素子を動作させるために必要タイミング信号を発
生するタイミング信号発生回路(以下TG)、35は撮
像素子を駆動するための電圧を発生する駆動電圧設定回
路、36はTGからの信号を撮像素子駆動可能なレベル
に増幅する撮像素子駆動回路、37はCDS回路やAG
C回路を備えた前置処理回路、38は前置処理回路より
出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するため
のA/D変換器、39はデジタル化された信号を撮像信
号処理するための撮像処理回路、40は撮像処理回路に
より処理された信号を記録するための記録媒体、41は
記録媒体に信号を送るための記録媒体I/F,42はカ
メラの撮影開始や撮像素子の読み出し方式(フィールド
読み出し方式またはフレーム読み出し方式)を撮影者が
制御するための操作部、43は操作部により設定された
撮像方式の読み出し方式に応じて駆動電圧の切り換えの
制御信号とTGの信号タイミングの設定のための信号を
出力する設定切換回路、44は撮像信号をディスプレイ
に表示するEVF,45はバスコントローラ、46はデ
ジタル信号を一時記憶するバッファメモリである。
Reference numeral 31 is an optical lens for forming an image of reflected light from a subject, 32 is a shutter for controlling the amount of incident light of an optical image incident from the optical lens, and 33 is an image of the subject formed by the optical lens. An image sensor for converting into an electric signal, which is generally used in movie video, for example, a complementary color checkered color difference sequential system interline CCD, 34
Is a timing signal generation circuit (hereinafter referred to as TG) that generates a timing signal necessary for operating the image sensor, 35 is a drive voltage setting circuit that generates a voltage for driving the image sensor, and 36 is a signal from the TG An image sensor drive circuit for amplifying to a drivable level, 37 is a CDS circuit or an AG
A preprocessing circuit having a C circuit, 38 is an A / D converter for converting an analog signal output from the preprocessing circuit into a digital signal, and 39 is an image pickup signal for processing the digitized signal. Image pickup processing circuit, 40 is a recording medium for recording a signal processed by the image pickup processing circuit, 41 is a recording medium I / F for sending a signal to the recording medium, and 42 is a method of starting photographing of a camera and reading an image pickup element. An operation unit for the photographer to control the (field reading method or frame reading method), and 43 is a control signal for switching the drive voltage and setting of the TG signal timing according to the reading method of the imaging method set by the operation unit. A setting switching circuit for outputting a signal for, an EVF for displaying an image pickup signal on a display, a bus controller for 45, and a temporary digital signal for 46 A buffer memory for 憶.

【0010】ここで示すデジタルカメラはスチル画を撮
影するためのカメラである。このようなカメラでは通
常、フィールド読み出し駆動で1フィールドのみの画像
とりこみで画像を得ることから、本来撮像素子の持つ最
大解像度をはるかにしたまわる解像度の画像しか得るこ
とが出来ない。そこで一般に用いられるムービービデオ
用の補色市松色差順次方式インターライン型CCDを図
13のフレーム読み出しで示すように個々の画素を加算
することなく、例えば奇数行の信号を最初のフィールド
期間に読み出し、ついで偶数フィールドの信号を次のフ
ィールド期間に読み出しそれぞれの信号をそのままメモ
リに取り込み、メモリに記憶された各画素データを撮像
信号処理を行うと解像度の高い画像が得られる(以下で
は言葉の誤解をさけるために図13に示すフレーム読み
出しを全画素フレーム読み出し、または全画素読み出し
と呼ぶ)。
The digital camera shown here is a camera for taking a still image. In such a camera, an image is usually obtained by capturing an image in only one field by field reading drive, so that only an image having a resolution far exceeding the maximum resolution of the image pickup device is originally obtained. Therefore, a complementary color checkered color difference sequential system interline CCD for movie video, which is generally used, is read out without adding individual pixels as shown in the frame reading of FIG. An even field signal is read in the next field period, each signal is taken into the memory as it is, and an image signal with high resolution is obtained by performing image pickup signal processing on each pixel data stored in the memory (to avoid misunderstandings below). Therefore, the frame reading shown in FIG. 13 is called all-pixel frame reading or all-pixel reading).

【0011】しかし、全画素フレーム読み出しではダイ
ナミックレンジが半分程度になり、したがって撮像素子
の出力は通常の加算する読み出し(以下フィールド加算
読み出し、または単にフィールド読み出しと呼ぶ)での
AGCゲインより倍程度高くゲインをかけることにな
り、結果として画像のS/Nは著しく悪化することとな
る。
However, the dynamic range is reduced to about half in all-pixel frame reading, and therefore the output of the image pickup device is about twice as high as the AGC gain in the normal addition reading (hereinafter referred to as field addition reading or simply field reading). The gain is applied, and as a result, the S / N of the image is significantly deteriorated.

【0012】前記特願平6ー137318号では、デジ
タルカメラにおいてフィールド読み出しと全画素フレー
ム読み出しの切り替えを可能とするとともに、全画素フ
レーム読み出し時の撮像素子のダイナミックレンジを増
加させるための方法を提供するものであった。即ち、フ
ィールド読み出し時は撮像素子をムービービデオカメラ
通常使われると同じ条件で使い、全画素フレーム読み出
し時は光電変換部各セルの電荷蓄積容量を増加させるよ
うな条件にするものである。
[0012] In Japanese Patent Application No. Hei 6-137318, a method for increasing the dynamic range of an image pickup device at the time of reading all pixel frames while enabling switching between field reading and all pixel frame reading in a digital camera is provided. It was something to do. That is, the image pickup device is used under the same conditions as those normally used in a movie video camera during field reading, and the condition is such that the charge storage capacity of each cell of the photoelectric conversion unit is increased during all pixel frame reading.

【0013】以下図14、15、22によってこれを具
体的に説明する。図14(a)は画素部の断面構造図、
(b)は光電変換セルの基板深さ方向のポテンシャル
と、垂直転送部(VCCD)の水平方向のポテンシャル
を示したものである。図15は上からみた画素の構造図
である。図22は撮像素子のVCCDの4つの電荷に加
えるパルスを示すタイムチャートでフィールド読み出し
のタイミングを示す。
This will be specifically described below with reference to FIGS. FIG. 14A is a cross-sectional structure diagram of the pixel portion,
(B) shows the potential of the photoelectric conversion cell in the substrate depth direction and the potential of the vertical transfer unit (VCCD) in the horizontal direction. FIG. 15 is a structural diagram of a pixel viewed from above. FIG. 22 is a time chart showing pulses applied to four charges of the VCCD of the image pickup device, and shows the timing of field reading.

【0014】光電変換セルの容量は、縦形オーバーフロ
ードレインのポテンシャルと読み出しゲート電極下のポ
テンシャルとで決まる。すなわち、深さ方向のポテンシ
ャルの壁は図14(b)に示されるpー層中に形成さ
れ、シリコン基板に加えるバイアス電圧Vsubの値に
より壁の高さが決まり、Vsub値が高いほどポテンシ
ャルの壁は低くなる。一方読み出しゲート電極は垂直転
送部の転送電極の一極と共通になっており(通常図15
ではV1ゲートとV3ゲート)、このV1ゲート、V3
ゲートはしたがって図22のように、光電変換セルから
垂直転送電極下へ信号電荷を読み出すための電圧Vhと
電荷の垂直転送のためのVm、Vlが加えられるが、V
m値が電荷蓄積期間の読み出しゲートのポテンシャルの
壁の高さの最小レベルを決め、Vm値が低いほど電荷蓄
積期間の読み出しゲートのポテンシャルの壁の高さは高
くなる。前記特願平6ー137318号はここに着目
し、全画素読み出し時はフィールド読み出し時よりも、
Vsub値を下げると共に、Vm値を下げることにより
フレーム蓄積時光電変換セルの飽和容量を通常使用時の
それよりも増加させたものである。
The capacity of the photoelectric conversion cell is determined by the potential of the vertical overflow drain and the potential under the read gate electrode. That is, the potential wall in the depth direction is formed in the p-layer shown in FIG. 14B, the height of the wall is determined by the value of the bias voltage Vsub applied to the silicon substrate, and the higher the Vsub value, the higher the potential. The walls are low. On the other hand, the read gate electrode is common to one electrode of the transfer electrode of the vertical transfer portion (normally, FIG.
Then V1 gate and V3 gate), this V1 gate, V3
Therefore, as shown in FIG. 22, the gate is applied with the voltage Vh for reading out the signal charges from the photoelectric conversion cell to below the vertical transfer electrodes and Vm and Vl for the vertical transfer of the charges.
The m value determines the minimum level of the potential wall of the read gate during the charge storage period, and the lower the Vm value, the higher the potential wall height of the read gate during the charge storage period. The above-mentioned Japanese Patent Application No. 6-137318 pays attention to this, and when reading all pixels, rather than when reading fields,
By lowering the Vsub value and the Vm value, the saturation capacity of the photoelectric conversion cell at the time of frame accumulation is increased more than that at the time of normal use.

【0015】次に図12で上記発明の実施例のデジタル
カメラの動作の一例を説明する。
Next, an example of the operation of the digital camera according to the embodiment of the invention will be described with reference to FIG.

【0016】まず撮影者が操作部42の第1スイッチを
オンすることによりファインダモードでの撮像動作を開
始し、シャッタ32が不図示の絞りとタイミング信号発
生器34からの電子シャッタ制御用パルスにより撮像素
子の露光制御を行い、撮像素子の出力を読み出す。読み
だした撮像出力に対して前置処理回路37でCDS処理
やゲインコントロール等の信号処理を行う。この際ゲイ
ンコントロール回路のゲインは撮像素子の感度によって
決まるので撮像装置製造時に設定される。前置処理回路
37の出力はA/D変換器38にてデジタル信号に変換
されてバスコントローラ45を通って撮像信号処理回路
39に入力される。撮像信号処理回路39で処理された
信号はEVF44に出力され撮影者は撮像範囲や被写体
の状況を確認することが出来る。
First, the photographer turns on the first switch of the operation unit 42 to start the image pickup operation in the finder mode, and the shutter 32 is operated by a diaphragm (not shown) and an electronic shutter control pulse from the timing signal generator 34. The exposure of the image sensor is controlled and the output of the image sensor is read. The preprocessing circuit 37 performs signal processing such as CDS processing and gain control on the read imaging output. At this time, the gain of the gain control circuit is determined at the time of manufacturing the image pickup device because it is determined by the sensitivity of the image pickup device. The output of the preprocessing circuit 37 is converted into a digital signal by the A / D converter 38, and is input to the imaging signal processing circuit 39 through the bus controller 45. The signal processed by the image pickup signal processing circuit 39 is output to the EVF 44, and the photographer can confirm the image pickup range and the condition of the subject.

【0017】このファインダモードでの動作では撮像信
号の読み出しレートをより短くするためにフィールド読
み出しで行うことが好ましい。したがって、撮像素子の
基板電位Vsub、および、垂直転送ゲートのパルスの
中間電位Vmは図14で示したポテンシャルがレベル1
の電位になるようにする。ここで、Vsub値、Vm値
は通常ビデオムービカメラ等で使われると同じに設定す
るのが望ましいが、必ずしもこれに限られるものではな
い。
In the operation in the finder mode, it is preferable to perform field reading in order to shorten the reading rate of the image pickup signal. Therefore, the substrate potential Vsub of the image sensor and the intermediate potential Vm of the pulse of the vertical transfer gate have the potential shown in FIG. 14 at level 1.
So that the potential becomes. Here, it is desirable that the Vsub value and the Vm value are set to be the same as those used in a normal video movie camera or the like, but it is not necessarily limited to this.

【0018】続いて操作部の第2スイッチがオンされる
と撮像装置は全画素読み出し撮影のモードに入る。
Subsequently, when the second switch of the operation unit is turned on, the image pickup device enters the all-pixel read-out photographing mode.

【0019】フレーム撮影モードに入るとまず撮像素子
に露光を開始する。露光時間の開始は撮像素子の基板電
位にVsubパルスとして高電圧であるレベル0を一旦
供給することにより、それまで画素に蓄積されていた信
号電荷を基板に排出することにより始まる。露光開始
後、基板電位Vsubと垂直転送パルスの中間電位Vm
はそれぞれ第14図で示したポテンシャルがレベル2に
なるように変更される。ここで、レベル2の電極電位の
設定はレベル1の電極電位の設定よりも低い電位に設定
される。従って各画素に蓄積可能な電荷量はフィールド
読み出しモードの時より増える。
When the frame photographing mode is entered, first the exposure of the image pickup device is started. The exposure time starts by temporarily supplying a level 0, which is a high voltage, as a Vsub pulse to the substrate potential of the image sensor, and discharging the signal charges accumulated in the pixels up to that point to the substrate. After the exposure starts, the substrate potential Vsub and the intermediate potential Vm of the vertical transfer pulse
Are changed so that the potentials shown in FIG. 14 become level 2. Here, the level 2 electrode potential is set lower than the level 1 electrode potential. Therefore, the amount of charge that can be accumulated in each pixel is larger than that in the field read mode.

【0020】このように、全画素読み出しの時にはVs
ub電位、および、Vm電位を低く(レベル2に)設定
することで撮像素子の光電変換セルの飽和容量を増大さ
せ、これにより撮像信号の飽和レベルを増大することが
できる。
As described above, when all pixels are read out, Vs
By setting the ub potential and the Vm potential to be low (to level 2), the saturation capacity of the photoelectric conversion cell of the image sensor can be increased, and thus the saturation level of the image signal can be increased.

【0021】ここで注意を要するのは、Vm値をレベル
2に下げたとき、読み出しゲートを兼ねるV1電極とV
3電極のみのVm値をさげれることは困難である点であ
る。即ち図15に示されるようにV2、V4電極下の光
電変換セルとの分離領域は必ずしも全面的にチャネルス
トップで分離されているとは限らないことから全電極
(V1、V2、V3、V4)とも下げた方がよい。
Here, it should be noted that when the Vm value is lowered to the level 2, the V1 electrode also serving as the read gate and the V1 electrode.
It is difficult to reduce the Vm value of only three electrodes. That is, as shown in FIG. 15, since the isolation region under the V2 and V4 electrodes and the photoelectric conversion cell is not necessarily entirely isolated by the channel stop, all the electrodes (V1, V2, V3, V4). It is better to lower both.

【0022】さて、ここで、このような方法の前提とな
っている要素として、垂直転送部(以下VCCD)の飽
和容量が充分に高いことがある。すなわち、2画素加算
のフィールド読み出しに対して全画素読み出しでは1画
素分の電荷しか扱わないことが、この条件を成り立たせ
ている。
As a precondition for such a method, the saturation capacity of the vertical transfer unit (hereinafter referred to as VCCD) may be sufficiently high. In other words, this condition is satisfied in that all pixels are read and only charges for one pixel are handled in contrast to the field reading in which two pixels are added.

【0023】図23を用いて動作の説明を続ける。図2
3は全画素フレーム読み出し時の撮像素子のVCCDの
電極に加えるパルスのタイムチャートである。
The description of the operation will be continued with reference to FIG. Figure 2
3 is a time chart of pulses applied to the electrodes of the VCCD of the image sensor when reading out all pixel frames.

【0024】全画素読み出しでの撮影が前述のごとく開
始され、所望の露光量をえるとシャッタは閉じられる。
したがって、レベル0の電子シャッタパルスVsubを
一旦供給した後、メカニカルシャッタの閉じるまでが全
画素読み出しの露光時間となる。
Shooting in the all-pixel reading is started as described above, and the shutter is closed when the desired exposure amount is obtained.
Therefore, the exposure time for reading all pixels is from the time the electronic shutter pulse Vsub of level 0 is once supplied until the mechanical shutter is closed.

【0025】メカニカルシャッタが閉じられると、ま
ず、例えばV3ゲート電極にVh電位をくわえることに
より図13のようなカラーフィルタが配置されたCCD
からCy、Yeのラインの信号が垂直転送部に読みださ
れる。以下図23のタイミングパルスのようにを第1か
ら第4の電極に読み出しパルスを加えることで、この信
号を順次出力する。
When the mechanical shutter is closed, first, for example, the Vh potential is added to the V3 gate electrode to place a color filter as shown in FIG. 13 on the CCD.
Signals from the lines Cy to Ye are read out to the vertical transfer unit. This signal is sequentially output by applying a read pulse to the first to fourth electrodes as in the timing pulse of FIG. 23.

【0026】読みだした撮像出力に対して前置処理回路
37でCDS処理やゲインコントロール等の信号処理を
行う。ゲインコントロールは撮像素子の飽和電圧が増大
したことから、フィールド読み出しのときと同じ設定
か、わずかに高めのゲインに設定される。前置処理回路
37の出力はA/D変換器38にてデジタル信号に変換
されてバスコントローラ45によってバッファメモリ4
6に記憶される。バッファメモリ46には図21(1)
のような概念で、1ライン記憶したら次のアドレス領域
からは1ライン分空けて、その後のアドレス領域に1ラ
イン分記憶していくというように、とびとびにメモリマ
ップ上に記憶していく。こうして撮像素子の奇数ライン
の信号電荷をすべて出力すると、次にG,Mgラインの
信号がV1ゲートにより読みだされ、同様に前置処理、
A/Dの後バッファメモリを介して、メモリに図21
(2)のように空白となっているアドレス領域に1ライ
ン毎記憶される。
The preprocessing circuit 37 performs signal processing such as CDS processing and gain control on the read image output. Since the saturation voltage of the image sensor has increased, the gain control is set to the same setting as that for field reading or a slightly higher gain. The output of the preprocessing circuit 37 is converted into a digital signal by the A / D converter 38 and the buffer memory 4 is converted by the bus controller 45.
6 is stored. The buffer memory 46 is shown in FIG.
With such a concept, when one line is stored, one line is vacated from the next address area, and one line is stored in the subsequent address area, and so on. When all the signal charges of the odd-numbered lines of the image sensor are output in this manner, the signals of the G and Mg lines are read out by the V1 gate, and the preprocessing is similarly performed.
After the A / D, the data is stored in the memory via the buffer memory.
Each line is stored in the blank address area as in (2).

【0027】メモリへの書き込みが終わると、所定の手
順でメモリの画像データは読みだされ、撮像信号処理回
路で処理されて、記憶媒体I/F41を介して記憶媒体
40に記憶される。
When the writing to the memory is completed, the image data in the memory is read out in a predetermined procedure, processed by the image pickup signal processing circuit, and stored in the storage medium 40 via the storage medium I / F 41.

【0028】[0028]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら上記
の従来のデジタルスチル電子カメラにおいては、撮像素
子の出力が特定の値をこえると出力値にムラが生ずる現
象が生じ、画像を著しく劣化させる問題があった。この
ムラはVm値を下げるほど、出力電圧が低いレベルで発
生するようになり、とくに前記全画素読み出しでは無視
できない問題となる。そして、この現象の発生するVm
値と撮像素子出力値との関係は撮像素子の造り込みのば
らつきで大きく異なることが解っている。
However, in the above-mentioned conventional digital still electronic camera, there is a problem that when the output of the image pickup device exceeds a specific value, the output value becomes uneven and the image is remarkably deteriorated. It was As the Vm value is lowered, this unevenness occurs at a lower level of the output voltage, which is a problem that cannot be ignored particularly in the all-pixel reading. And Vm where this phenomenon occurs
It has been found that the relationship between the value and the output value of the image sensor greatly differs due to variations in the fabrication of the image sensor.

【0029】以下、本現象の発生するメカニズムを説明
する。
The mechanism by which this phenomenon occurs will be described below.

【0030】インターライン型の固体撮像素子の飽和容
量を決める主な要因としては以下の4点が上げられる。 1.光電変換セルの飽和容量。これはVsub値とVm
値に依存し、ともに電位が低いほうが飽和量は大きくな
る。 2.VCCDの飽和量。これはVCCDの最大転送容量
によって決まり、したがって、Vm値が高いほうが飽和
量が大きくなる。 3.水平転送部(以下HCCD)の飽和量。HCCDの
最大転送容量で決まる。 4.フローティングディフュージョンキャパシタの容
量。これらのうち3と4は1と2の飽和容量に比べて充
分に高くつくられること、また、上述のムラの発生に関
与していないことから、ここでは除外する。
The following four points are listed as the main factors that determine the saturation capacity of the interline solid-state image pickup device. 1. Saturation capacity of photoelectric conversion cell. This is Vsub value and Vm
Depending on the value, the lower the potential, the larger the saturation amount. 2. Saturation amount of VCCD. This is determined by the maximum transfer capacity of the VCCD. Therefore, the higher the Vm value, the larger the saturation amount. 3. The amount of saturation of the horizontal transfer unit (hereinafter HCCD). Determined by the maximum transfer capacity of the HCCD. 4. The capacitance of the floating diffusion capacitor. Of these, 3 and 4 are excluded here because they are made sufficiently higher than the saturation capacities of 1 and 2 and are not involved in the occurrence of the above-mentioned unevenness.

【0031】そこで、残った1と2の要因に関して説明
する前に、光電変換セルからVCCDへの読み出しとV
CCDの電荷転送の動作をいま少し詳しく説明する。
Therefore, before explaining the remaining factors 1 and 2, reading from the photoelectric conversion cell to the VCCD and V
The charge transfer operation of the CCD will be described in a little more detail.

【0032】図17(A)、(B)は従来の、フィール
ド読み出し時における、各画素からVCCDへの読み出
し動作、その後の最初のVCCDの1ライン分の電荷転
送動作完了までのVCCDのポテンシャルプロフィール
である。
FIGS. 17A and 17B show the conventional VCCD potential profile from the read operation from each pixel to the VCCD in the field read operation and the completion of the charge transfer operation for the first VCCD line after that. Is.

【0033】図16は従来用いられているフィールド読
み出し時の光電変換セルからVCCDへの読み出し前後
のVCCDの各電極に加えるパルスのタイミングチャー
トで、第1フィールドと第2フィールドは、通常ムービ
ービデオで用いられるインターレースのための駆動タイ
ミングである。
FIG. 16 is a timing chart of a pulse applied to each electrode of the VCCD before and after the reading from the photoelectric conversion cell to the VCCD during the field reading which is conventionally used, and the first field and the second field are normal movie videos. This is the drive timing for the interlace used.

【0034】デジタルスチルカメラでは、どちらか一方
のタイミングのみで1フィールド分だけの読み出しを行
えばよい。したがって、ここでは、図17に第1フィー
ルドのタイミングで駆動した場合のポテンシャルプロフ
ィールの変化を示した(第2フィールドでは加算する画
素が異なるだけで基本的には差はないこと、また、全画
素フレーム読み出しの両フィールドのポテンシャルプロ
フィール図を参照にして加算画素を変える方法は確認出
来るのでここでは説明は省略する。)。
In the digital still camera, it is sufficient to read only one field at only one timing. Therefore, here, FIG. 17 shows a change in the potential profile when the driving is performed at the timing of the first field (in the second field, the added pixels are different but there is basically no difference, and all pixels are Since the method of changing the added pixel can be confirmed by referring to the potential profile diagrams of both fields of frame reading, the description is omitted here.).

【0035】そして、図19は全画素フレーム読み出し
の第1フィールドの読み出し時のポテンシャルプロフィ
ール図であり、図20は全画素フレーム読み出し時の第
2フィールドのポテンシャルプロフィール図であり、各
々従来の光電変換セルからVCCDへの読み出しから最
初のVCCDの電荷転送動作動作までのVCCDのポテ
ンシャルプロフィールを示している。
FIG. 19 is a potential profile diagram at the time of reading the first field of all pixel frame reading, and FIG. 20 is a potential profile diagram of the second field at the time of reading all pixel frames. The potential profile of the VCCD from the reading from the cell to the VCCD to the charge transfer operation of the first VCCD is shown.

【0036】図18(1)は全画素フレーム読み出し時
の第1フィールドの、図18(2)は全画素フレーム読
み出し時の第2フィールドの、各々従来用いられている
光電変換セルからVCCDへの読み出し前後のタイミン
グチャートである。
FIG. 18 (1) shows the first field at the time of reading all pixel frames, and FIG. 18 (2) shows the second field at the time of reading all pixel frames. It is a timing chart before and after reading.

【0037】これらの図からVCCDの最大転送電荷容
量はVCCDの4電極中の2電極下の半導体表面が空乏
化する時の最大電荷蓄積容量であることがわかる。
From these figures, it is understood that the maximum transfer charge capacity of the VCCD is the maximum charge storage capacity when the semiconductor surface under two electrodes of the four electrodes of the VCCD is depleted.

【0038】次に光電変換セルの最大電荷蓄積容量であ
るが、これについては先に述べたように、図14におけ
る光電変換セルの縦形オーバーフロードレインのポテン
シャル(即ち図14のpー領域に形成されるバリアの高
さ)と読み出しゲート電極下のポテンシャル(即ちVC
CDと画素部としてのPDの間のバリアの高さ)とで決
まる。すなわち、深さ方向のポテンシャルの壁はシリコ
ン基板に加えるバイアス電圧Vsubの値により決ま
り、Vsub値が高いほどポテンシャルの壁は低くな
る。読み出しゲート電極は垂直転送部の転送電極の一極
と共通になっており(通常図15ではV1ゲートとV3
ゲート)、このV1ゲート、V3ゲートはしたがって図
18のように、光電変換セルから垂直転送電極下へ信号
電荷を読み出すための電圧Vhと電荷の垂直転送のため
のVm、Vlが加えられるが、Vm値が電荷蓄積期間の
読み出しゲートのポテンシャルの壁の高さの最小レベル
を決め、Vm値が低いほど電荷蓄積期間の読み出しゲー
トのポテンシャルの壁の高さは高くなる。
Next, regarding the maximum charge storage capacity of the photoelectric conversion cell, as described above, the potential of the vertical overflow drain of the photoelectric conversion cell in FIG. 14 (that is, it is formed in the p-region of FIG. 14). Barrier height) and the potential under the read gate electrode (ie VC
The height of the barrier between the CD and the PD as the pixel portion). That is, the potential wall in the depth direction is determined by the value of the bias voltage Vsub applied to the silicon substrate, and the higher the Vsub value, the lower the potential wall. The readout gate electrode is shared with one electrode of the transfer electrode of the vertical transfer unit (normally, in FIG. 15, V1 gate and V3 gate are used).
Therefore, as shown in FIG. 18, the voltage Vh for reading out the signal charges from the photoelectric conversion cell to below the vertical transfer electrodes and the voltages Vm, Vl for vertical transfer of the charges are added to the V1 gate and the V3 gate. The Vm value determines the minimum level of the potential wall of the read gate during the charge storage period, and the lower the Vm value, the higher the potential wall height of the read gate during the charge storage period.

【0039】通常、撮像素子では、この垂直駆動パルス
の電位Vh,Vm,Vlはあらかじめ設定された固定し
た電位で駆動できるように設計され、造りこまれる。
Normally, in the image pickup device, the potentials Vh, Vm, and Vl of the vertical drive pulse are designed and built so that they can be driven at a preset fixed potential.

【0040】したがって、規定のばらつき内で電位がば
らつくことはあるが、これを規定値以外に変えて動かす
ことはされない。
Therefore, although the electric potential may fluctuate within the specified fluctuation, it is not moved by changing it to a value other than the specified value.

【0041】基板電位Vsub値は、深さ方向のポテン
シャルの壁が、Vm値で決まる読み出しゲート電極下の
ポテンシャルの壁よりも低くなるような電位に設定され
る。これは、撮像素子に撮像素子の出力が標準的な値と
なる光量の100倍近くの光をあてておいて、光電変換
セルからVCCDへのもれ電荷がなくなるようにVsu
b値を調整することできめられる。
The substrate potential Vsub value is set to a potential such that the potential wall in the depth direction is lower than the potential wall below the read gate electrode determined by the Vm value. This is because Vsu is applied to the image sensor so that light leaking from the photoelectric conversion cell to the VCCD is eliminated by irradiating the image sensor with light having a light output of about 100 times the standard value.
The b value can be adjusted.

【0042】さて、このように光電変換セルの飽和電荷
量とVCCDの飽和転送電荷量がもとまるが、この二つ
の飽和量の関係は、VCCDの飽和転送電荷量が光電変
換セルの飽和電荷量よりも大きくないとVCCD転送時
にVCCDの飽和転送電荷量よりも多い電荷分が転送経
路の前後にあふれ、所謂ブルーミングを発生する。そこ
で、前記の標準光の100倍程度の光量下でブルーミン
グが起きないようにVsub値をさらに調整することと
なる。
The saturation charge amount of the photoelectric conversion cell and the saturation transfer charge amount of the VCCD are obtained in this way. The relationship between the two saturation amounts is that the saturation transfer charge amount of the VCCD is the saturation charge amount of the photoelectric conversion cell. If it is not larger, the amount of charges larger than the saturation transfer charge amount of VCCD overflows before and after the transfer path during VCCD transfer, so-called blooming occurs. Therefore, the Vsub value is further adjusted so that blooming does not occur under the light amount of about 100 times the standard light.

【0043】さて、これが通常行われるところのVsu
b値の調整であるがこのように撮像素子の駆動電圧を決
めた時に撮像素子の出力として問題なく使える電荷量=
出力値はどこまでになるか考えてみる。一見、上記の調
整方法できめられたVsub値のときの光電変換セルの
飽和電荷量であり、それは、ほぼ、VCCDの最大電荷
転送量とほぼ等しいとかんがえやすい。
Now, the Vsu where this is normally done
As for the adjustment of the b value, the amount of charge that can be used without any problem as the output of the image sensor when the drive voltage of the image sensor is determined in this way =
Think about what the output value will be. At first glance, this is the saturated charge amount of the photoelectric conversion cell at the Vsub value obtained by the above adjustment method, and it is easy to think that this is almost equal to the maximum charge transfer amount of the VCCD.

【0044】ここで、図19、20の全画素フレーム読
み出しのポテンシャルプロフィール図と図18の全画素
フレーム読み出しのタイムチャート、図17のフィール
ド読み出しのポテンシャルプロフィール図、図16のフ
ィールド読み出しのタイムチャートにもどって説明を続
ける。
Here, the potential profile diagram of all pixel frame reading in FIGS. 19 and 20, the time chart of all pixel frame reading in FIG. 18, the potential profile diagram of field reading in FIG. 17, and the time chart of field reading in FIG. 16 are shown. Go back and continue the explanation.

【0045】これらの図で注意しなければならないの
は、t1からt4までの間、つまり、光電変換セルから
VCCDへの信号電荷読み出し動作である。
What should be noted in these figures is from t1 to t4, that is, the signal charge reading operation from the photoelectric conversion cell to the VCCD.

【0046】まず、光電変換セルからの読み出し直前は
読み出しゲートをかねたVCCDの奇数セル(V1,V
3の下)は空乏化された状態(以下ポテンシャルの井戸
とも呼ぶ、ポテンシャルの高い状態、ゲート電極はVm
値)にあり、電荷転送エレメントの偶数セル(V2,V
4の下)は反転層にされた状態(以下ポテンシャルの壁
とも呼ぶ、ポテンシャルの低い状態、ゲート電極はVl
値)にある(以上t1)。ここで読み出しゲートを兼ね
る電荷転送エレメントの第1電極V1か第3電極V3に
Vh電位を加える。ここでVCCDの第1セルに接する
光電変換セルかVCCDの第3セルに接する光電変換セ
ルの信号電荷がそれぞれ対応するVCCDのセルに読み
出される(以上t2)。
Immediately before reading from the photoelectric conversion cell, odd-numbered cells (V1, V
3) is a depleted state (hereinafter also referred to as a potential well, a high potential state, the gate electrode is Vm).
Value), the even cells (V2, V
4 (below) is an inversion layer (hereinafter also referred to as a potential wall, a low potential state, the gate electrode is Vl).
Value) (above t1). Here, a Vh potential is applied to the first electrode V1 or the third electrode V3 of the charge transfer element that also serves as the read gate. Here, the signal charge of the photoelectric conversion cell in contact with the first cell of the VCCD or the photoelectric conversion cell in contact with the third cell of the VCCD is read out to the corresponding cell of the VCCD (t2).

【0047】読み出し終了後再びt1と同様の状態にさ
れ、しばらく保持される(t3)。フィールド読み出し
であれば、先に読み出しを行わなかったもう一方の電極
が同様に隣接する電荷転送エレメントの1セルに信号電
荷を読み出すようにパルスがくわえられる(t2′、t
3′)。
After the reading is completed, the same state as t1 is set again and the state is held for a while (t3). In the case of field reading, a pulse is added so that the other electrode, which has not been previously read, similarly reads out the signal charge to one cell of the adjacent charge transfer element (t2 ′, t).
3 ').

【0048】各画素の信号電荷がそれぞれ隣接する1電
荷転送セルにうつされ、しばらくすると、前後の信号電
荷の蓄積された電荷転送セルをさえぎる第2電極下か第
4電極下のポテンシャルの壁をさげるように電極電位が
VlからVmにきりかえられる。
The signal charge of each pixel is transferred to the adjacent one charge transfer cell, and after a while, the potential wall below the second electrode or below the fourth electrode that interrupts the charge transfer cells in which the signal charges before and after the pixel are accumulated is blocked. The electrode potential is switched from Vl to Vm so as to be lowered.

【0049】ここで隣接する3つの電荷転送セルによる
電荷蓄積空間が形成され、フィールド読み出しであれば
2つの光電変換セルの信号電荷が混合される。ここで、
図17(A)のt4において第2電極を空けるか、第4
電極を空けるかは、第1フィールドと第2フィールドと
で疑似インターレースを行うために切り換えている。
Here, a charge storage space is formed by three adjacent charge transfer cells, and in the case of field reading, signal charges of two photoelectric conversion cells are mixed. here,
At t4 in FIG. 17A, the second electrode is opened or the second electrode is opened.
Whether to leave the electrode is switched to perform pseudo interlacing in the first field and the second field.

【0050】この後はt5以降に示すようにして水平1
ライン毎にHCCDに送り逐次信号電荷を読み出す。
After this, as shown at t5 and thereafter, the horizontal 1
It is sent to the HCCD line by line and the signal charges are sequentially read out.

【0051】ここで、先程撮像素子の飽和レベルをきめ
るのはVCCDの最大電荷転送量、すなわちVCCDの
隣接する2つの電荷転送セルが空乏化されるときに蓄え
ることの出来る最大電荷容量であるとしたが、第1セ
ル、第3セルそれぞれが空乏化されたときに蓄えられる
最大蓄積電荷量といったほうが正しいことがわかる。
The saturation level of the image pickup device is determined by the maximum charge transfer amount of the VCCD, that is, the maximum charge capacity that can be stored when two adjacent charge transfer cells of the VCCD are depleted. However, it is understood that the maximum accumulated charge amount stored when the first cell and the third cell are depleted is more correct.

【0052】もう少し正確にのべると、フィールド加算
読み出しでは、Vm値で決まる、第1セルの最大蓄積電
荷量と第2セルの最大蓄積電荷量を加算した電荷量であ
り、全画素フレーム読み出しでは、Vm値で決まる各々
の第1セルの最大蓄積電荷量と第2セルの最大蓄積電荷
量である。
To be more precise, in the field addition reading, it is the charge quantity obtained by adding the maximum accumulated charge quantity of the first cell and the maximum accumulated charge quantity of the second cell, which is determined by the Vm value. The maximum accumulated charge amount of each first cell and the maximum accumulated charge amount of each second cell determined by the Vm value.

【0053】ここで注意がいる。即ち、図17(A)の
t3’における(第1セルの最大蓄積電荷容量)+(第
3セルの最大蓄積電荷容量)と、同図のt4における第
1セルと第2セルを同時に空乏化したときの合計の最大
蓄積電荷容量はイコールとならないことであり、通常は
後者の方が容量が大きい。
Attention is paid here. That is, (maximum accumulated charge capacity of the first cell) + (maximum accumulated charge capacity of the third cell) at t3 ′ in FIG. 17A and the first cell and the second cell at t4 in the figure are simultaneously depleted. That is, the total maximum accumulated charge capacity does not become equal, and the latter usually has a larger capacity.

【0054】いま、t3の状態で読み出しの行われたほ
うの電荷転送セルに飽和量一杯の電荷が蓄えられた状況
を考えてみよう。この時の飽和量は第2セルと第4セル
のポテンシャルの壁の高さによって決まる。ここで問題
になるのはこれらのポテンシャル壁の高さが個々にばら
つくことである。また、エリアセンサの場合垂直転送ゲ
ートは細いアルミ層で長く引き回されることから、イメ
ージエリアの周辺部と中央部では電極に加わる電位が異
なる。そこで、読み出しをする電極にVhのパルスを加
え終わった直後、つまりVhからVmにもどされた直
後、半導体表面のポテンシャルはポテンシャルプロフィ
ール図のt1からt2への動的な変化中にあり、t3の
電極電位条件がたもたれているとポテンシャルプロフィ
ール図t3の状態に安定してくるが、同時に第2セル、
第4セルのポテンシャルの壁の高さのムラにより、一部
の電荷は前後の空乏化された空の電荷転送セルか飽和に
達していない電荷転送セルに流れ込む。そして読み出し
パルスが加えられ、電極電位がVhからVmにもどった
直後から隣接のポテンシャルの井戸の状態にある電荷転
送セルへの電荷の流れ込みがほぼ止むまでは数百ナノ秒
かかる。
Now, let's consider the situation where the charge transfer cell, which has been read out in the state of t3, has a full amount of charge stored therein. The saturation amount at this time is determined by the height of the potential walls of the second cell and the fourth cell. The problem here is that the heights of these potential walls vary individually. Further, in the case of the area sensor, since the vertical transfer gate is extended around a thin aluminum layer, the potential applied to the electrodes is different between the peripheral portion and the central portion of the image area. Therefore, immediately after the pulse of Vh is applied to the electrode for reading, that is, immediately after Vh is returned to Vm, the potential of the semiconductor surface is in the dynamic change from t1 to t2 in the potential profile diagram, and t3 of When the electrode potential condition is leaned, the state becomes stable as shown in the potential profile chart t3, but at the same time, the second cell,
Due to the unevenness of the height of the potential wall of the fourth cell, some charges flow into the depleted empty charge transfer cells in the front and back or the charge transfer cells that have not reached saturation. Then, it takes several hundred nanoseconds from immediately after the electrode potential returns from Vh to Vm after the read pulse is applied until the flow of charges into the charge transfer cell in the state of the adjacent potential well almost stops.

【0055】ここで見られるムラは、Vm値を低くする
と、ポテンシャルの壁のばらつきは変化せず、電荷転送
セルの最大蓄積電荷量は減少することから、出力電圧の
低いレベルからムラが発生するようになり、かつ、ムラ
レベルは増大する。これがさきに述べたムラの発生メカ
ニズムであり、Vsub値、Vm値をさげて光電変換セ
ルの最大蓄積電荷容量を増加させても、Vmを下げるこ
とで電荷転送エレメントの1セルの最大電荷容量をさげ
てしまい、かつ、ムラを大きな出力ムラを発生させてし
まい、期待する効果をえることが出来なかった。
As for the unevenness seen here, when the Vm value is lowered, the fluctuation of the potential wall does not change and the maximum accumulated charge amount of the charge transfer cell decreases, so that the unevenness occurs from the low output voltage level. And the unevenness level increases. This is the unevenness generation mechanism described above. Even if the Vsub value and the Vm value are reduced to increase the maximum accumulated charge capacity of the photoelectric conversion cell, the maximum charge capacity of one cell of the charge transfer element is reduced by decreasing Vm. However, it was not possible to obtain the expected effect because the output was reduced and large output unevenness was generated.

【0056】ムラの発生を抑える単純な方法は、読み出
しゲートを兼ねる電荷転送セルの最大蓄積電荷容量より
も光電変換セルの飽和電荷量を充分に少なくすることで
ある。しかしこのような方法では、全画素フレーム読み
出し時にVsub値、Vm値をさげて光電変換セルの最
大蓄積電荷容量を増加させることにより全画素フレーム
読み出しの出力飽和電圧を上げるという当初の目的は得
られず、むしろ悪化させることとなる。また通常のフィ
ールド読み出しにおいても、撮像素子の飽和出力は読み
出しゲートを兼ねる電荷転送セルの最大蓄積電荷容量の
最小のものによって決定されることから、VCCDの最
大駆動電荷容量よりもかなり低いレベルが撮像素子とし
ての飽和電荷量、ひいては飽和出力値となってしまう。
A simple method of suppressing the occurrence of unevenness is to make the saturated charge amount of the photoelectric conversion cell sufficiently smaller than the maximum accumulated charge capacity of the charge transfer cell which also serves as the read gate. However, in such a method, the initial purpose of increasing the output saturation voltage of all-pixel frame reading by reducing the Vsub value and Vm value at the time of all-pixel frame reading to increase the maximum accumulated charge capacity of the photoelectric conversion cell can be obtained. Instead, it will make it worse. Further, even in normal field reading, the saturation output of the image pickup device is determined by the minimum of the maximum accumulated charge capacities of the charge transfer cells which also serve as the read gates, and therefore, a level much lower than the maximum drive charge capacity of the VCCD is imaged. The saturated charge amount as an element, and eventually, the saturated output value will be obtained.

【0057】[0057]

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、従
来の撮像素子ではVCCDの読み出しゲートを兼ねる電
荷転送エレメントの1セルの飽和電荷量によって規制さ
れていた撮像素子の飽和量を向上することを目的として
いる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to improve the saturation amount of an image pickup device which is regulated by the saturation charge amount of one cell of a charge transfer element which also serves as a readout gate of a VCCD in the conventional image pickup device. It is an object.

【0058】また、VCCDの隣接する2つの電荷転送
セルの飽和電荷量、すなわち、VCCDの最大転送電荷
量に規制されるように撮像素子を動作させることで、フ
ィールド読み出しにおいても、フレーム全画素読み出し
においても、高い撮像素子の飽和出力レベルが得られる
ようにするものであり、また、こうして撮像素子のダイ
ナミックレンジをあげることでS/Nの少ない画像を得
ることが出来る撮像装置を提供するものである。
Further, by operating the image pickup device so that the saturation charge amount of two adjacent charge transfer cells of the VCCD, that is, the maximum transfer charge amount of the VCCD is regulated, all the frame pixels are read even in the field reading. Also in the above, a high saturation output level of the image pickup device is obtained, and an image pickup apparatus capable of obtaining an image with a small S / N by increasing the dynamic range of the image pickup device is provided. is there.

【0059】そして、特に、現在主流になっているイン
ターライン型CCD等の加算型のCCDにおいて、全画
素フレーム読み出しをおこなった場合の飽和電荷量を増
加させ、撮像素子としてのダイナミックレンジを向上さ
せるものである。
In particular, in the addition type CCD such as the interline type CCD which is currently mainstream, the saturated charge amount when all pixel frame reading is performed is increased, and the dynamic range as the image pickup device is improved. It is a thing.

【0060】本発明の第1の発明の撮像装置は、上記の
目的を達成するために、複数の光電変換セルと、前記
電変換セルより多い数の電荷転送セルを有する電荷転
送手段と、前記光電変換セルの信号を前記電荷転送手段
に転送する際に、対応する位置の電荷転送セルにポテン
シャル井戸を形成し、読み出しパルスを加えることによ
り、各光電変換セルの信号を、対応する位置のポテンシ
ャル井戸に転送し、対応する位置のポテンシャル井戸に
信号が転送された後であって、かつ前記読み出しパルス
を加え終わってから数百ナノ秒以内に該ポテンシャル井
戸に隣接する転送セルに所定の電圧を印加することによ
り前記ポテンシャル井戸の容量を増大させる制御手段
と、を有する撮像装置である。
The image pickup apparatus according to the first aspect of the present invention is the above-mentioned image pickup apparatus .
In order to achieve the object, a plurality of photoelectric conversion cells, a charge transfer means having a number of charge transfer cells is greater than the light <br/> photoelectric conversion cells, the signal of the photoelectric conversion cells to said charge transfer means At the time of transfer, a potential well is formed in the charge transfer cell at the corresponding position, and the signal of each photoelectric conversion cell is transferred to the potential well at the corresponding position by applying a read pulse to the potential well at the corresponding position. To
The capacity of the potential well is increased by applying a predetermined voltage to the transfer cell adjacent to the potential well within a few hundred nanoseconds after the signal is transferred and within a few hundred nanoseconds after the read pulse has been applied. And a control unit.

【0061】本発明の第2の発明の方法によれば、複数
の光電変換セルと、前記光電変換セルより多い数の電
荷転送セルを有する電荷転送手段とを有する撮像素子の
駆動方法であって、前記光電変換セルの信号を前記電荷
転送手段に転送する際に、対応する位置の電荷転送セル
にポテンシャル井戸を形成し、読み出しパルスを加える
ことにより、各光電変換セルの信号を、対応する位置の
ポテンシャル井戸に転送し、対応する位置のポテンシャ
ル井戸に信号が転送された後であって、かつ前記読み出
しパルスを加え終わってから数百ナノ秒以内に該ポテン
シャル井戸に隣接する転送セルに所定の電圧を印加する
ことにより前記ポテンシャル井戸の容量を増大させるこ
とを特徴とする撮像素子の駆動方法である。
According to the method of the second aspect of the [0061] present invention, there a plurality of the photoelectric conversion cell, the driving method of the imaging device having a charge transfer means having a charge-transfer cell number greater than said photoelectric conversion cells Then, when the signal of the photoelectric conversion cell is transferred to the charge transfer means, a potential well is formed in the charge transfer cell at a corresponding position, and a read pulse is applied, so that the signal of each photoelectric conversion cell Transfer to the potential well at the position and turn the potentiometer at the corresponding position.
Capacitance of the potential well by applying a predetermined voltage to a transfer cell adjacent to the potential well within a few hundred nanoseconds after the signal is transferred to the well and within a few hundred nanoseconds after the read pulse is added. Is a method of driving an image sensor.

【0062】[0062]

【0063】[0063]

【0064】[0064]

【0065】[0065]

【実施例】以下、本発明の第1の実施例について図1か
ら図3を参照して説明する。ここで図1は第1の実施例
による全画素フレーム読み出しの光電変換セルからVC
CDへの読み出し時の各ゲートに加えるパルスのタイミ
ングチャートで、図1(1)は第1フィールドの読み出
しタイミング、図1(2)は第2フィールドの読み出し
タイミングを示すものである。図2は図1(1)に対応
するポテンシャルプロフィール図、図3は図1(2)に
対応するポテンシャルプロフィール図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Here, FIG. 1 shows a case where a photoelectric conversion cell for all pixel frame reading according to the first embodiment
FIG. 1 (1) shows the read timing of the first field, and FIG. 1 (2) shows the read timing of the second field in the timing chart of the pulse applied to each gate when reading to the CD. 2 is a potential profile diagram corresponding to FIG. 1 (1), and FIG. 3 is a potential profile diagram corresponding to FIG. 1 (2).

【0066】第1フィールドでは、まずCy、Yeの並
ぶラインが読み出される。読み出し前にt1では第1ゲ
ート電極(V1)、第2ゲート電極(V2)には転送時
の低電位にあたるVl電位が加えられ、第3ゲート電極
(V3)、第4ゲート電極(V4)には転送時の高電位
にあたる中間電位Vm電位が加えられる。このときのそ
れぞれの電極下の半導体表面にはV3、V4下に合成さ
れたポテンシャルの井戸が形成され、V1、V2下にポ
テンシャルの壁が形成される。すなわち、電荷転送セル
2つ分の容量をもつポテンシャルの井戸が形成される。
In the first field, first, the line in which Cy and Ye are lined up is read out. Prior to reading, at t1, the first gate electrode (V1) and the second gate electrode (V2) are applied with a Vl potential, which is a low potential at the time of transfer, to the third gate electrode (V3) and the fourth gate electrode (V4). Is applied with an intermediate potential Vm which is a high potential at the time of transfer. At this time, a potential well formed under V3 and V4 is formed on the semiconductor surface under each electrode, and a potential wall is formed under V1 and V2. That is, a potential well having a capacity of two charge transfer cells is formed.

【0067】次にCy、Yeの光電変換セルに蓄積され
ている信号電荷をVCCDに転送するために、Cy(シ
アン)、Ye(イエロー)に隣接する読み出しゲートを
兼ね備えたV3に高電位がくわえられるとV3下のポテ
ンシャルがあげられCy、Yeの光電変換セルの信号電
荷はV3下の半導体表面に移動される(t2)。
Next, in order to transfer the signal charges accumulated in the photoelectric conversion cells of Cy and Ye to VCCD, a high potential is added to V3 which also has a read gate adjacent to Cy (cyan) and Ye (yellow). Then, the potential under V3 is raised and the signal charges of the photoelectric conversion cells of Cy and Ye are moved to the semiconductor surface under V3 (t2).

【0068】光電変換セルからV3下への信号電荷の移
動が終了して後にV3の電位はVmにもどされること
で、信号電荷はV3、V4下に形成されるポテンシャル
の井戸に蓄えられる(t3)。この状態でしばらく保持
された後に最初の1ライン分の転送がVCCD内で行わ
れる(t4からt7)。
When the transfer of the signal charge from the photoelectric conversion cell to V3 below is completed and the potential of V3 is returned to Vm later, the signal charge is stored in the potential well formed below V3 and V4 (t3). ). After being held for a while in this state, the transfer for the first one line is performed in the VCCD (t4 to t7).

【0069】第2フィールドでは、G(グリーン)、M
g(マゼンタ)の光電変換セルの信号電荷がV1、V2
下に読み出されるように、駆動電極は変わるが、第1フ
ィールド時と同様にして2つの電荷転送セルに信号電荷
が読み出される。つまり、第1フィールドと同様の読み
出し方式による読み出しが行われる。
In the second field, G (green), M
The signal charges of the g (magenta) photoelectric conversion cell are V1 and V2.
Although the drive electrodes are changed so as to be read out downward, the signal charges are read out to the two charge transfer cells in the same manner as in the first field. That is, reading is performed by the same reading method as in the first field.

【0070】さて、このような読み出し方法にすること
で、従来の読み出し方法では電荷転送セル1つの容量に
より制限をうけていた撮像素子の飽和容量は電荷転送セ
ル2つの容量分までは制限を受けないことになる。ここ
で、従来は1つの光電変換セルの飽和容量より充分低く
なるように調整されていた撮像素子のサブストレート電
位Vsub値は、読み出しゲートがVm値のときに過剰
電荷がVCCD側に流れ込まないレベルまで下げること
ができ、これによって光電変換セルの飽和電荷量を増加
させることができる。
By adopting such a reading method, the saturation capacity of the image pickup element, which is limited by the capacity of one charge transfer cell in the conventional reading method, is limited to the capacity of two charge transfer cells. There will be no. Here, the substrate potential Vsub value of the image sensor, which has been conventionally adjusted to be sufficiently lower than the saturation capacity of one photoelectric conversion cell, is a level at which excess charges do not flow into the VCCD side when the read gate is at the Vm value. It is possible to increase the saturated charge amount of the photoelectric conversion cell.

【0071】また、このときの光電変換セルの飽和電荷
量がVCCDの最大転送電荷容量(電荷転送セル2つに
よるポテンシャルの井戸の容量)よりも低いのであれ
ば、Vm値をさげることで読み出しゲートのポテンシャ
ルの壁を高くして、同時にVsub電位を下げて深さ方
向のポテンシャルの壁を高くすることでさらに撮像素子
の飽和電荷量を増加させることもできる。ただし、Vm
値の下げる量は電荷転送効率を下げない範囲でなければ
ならない。
If the saturation charge amount of the photoelectric conversion cell at this time is lower than the maximum transfer charge capacity of the VCCD (capacity of the potential well by the two charge transfer cells), the Vm value is reduced to reduce the read gate. It is also possible to further increase the saturation charge amount of the image pickup device by raising the potential wall of (1) and simultaneously lowering the Vsub potential to raise the potential wall in the depth direction. However, Vm
The amount to be reduced must be within a range that does not reduce the charge transfer efficiency.

【0072】さて、ここでは光電変換セルからの電荷を
最初に蓄積する状態をV1とV2、V3とV4の組み合
わせとしたが、V1とV4、V2とV3の組み合わせに
してもよい。もちろんその場合のt4以降のタイミング
はそれに応じて変えられねばならない。
Although the state in which the charge from the photoelectric conversion cell is first stored is a combination of V1 and V2, V3 and V4 here, it may be a combination of V1 and V4 and V2 and V3. Of course, the timing after t4 in that case must be changed accordingly.

【0073】以上のようにすることで全画素フレーム読
み出し時の撮像素子の飽和電荷量、すなわち、撮像素子
の飽和出力値を大幅に増やすことができ、したがって従
来は全画素フレーム読み出しにすると飽和出力値がフィ
ールド読み出し時の半分近くになるためにアンプゲイン
をあげることでS/Nを下げていたのが、フィールド蓄
積と同程度のS/Nとすることができ、フィールド読み
出しでも、フレーム読み出しでも高品位の画像をとるこ
との出来るビデオカメラを実現することが出来る。もち
ろんこの発明はスチルビデオカメラだけでなくムービー
ビデオカメラにも適用できることは言うまでもない。
By doing so, the saturated charge amount of the image sensor, that is, the saturated output value of the image sensor at the time of reading all pixel frames can be significantly increased. The S / N was lowered by increasing the amplifier gain because the value is close to half of that in field reading, but it is possible to make the S / N similar to that of field accumulation. It is possible to realize a video camera capable of taking high-quality images. Needless to say, the present invention can be applied not only to still video cameras but also movie video cameras.

【0074】即ち、全画素フレーム読み出し時には特に
飽和容量を上げることが望ましいので本願発明の効果は
大きいが、通常のフィールド読み出しにおいてもやはり
画素の飽和容量が大きくなるのでフィールド読み出しし
か行わないシステムであっても、撮像装置のダイナミッ
クレンジを広げることができる。
That is, since it is desirable to increase the saturation capacity particularly when reading all pixel frames, the effect of the present invention is great. However, even in normal field reading, the saturation capacity of the pixel also becomes large, so only the field reading is performed. However, the dynamic range of the imaging device can be expanded.

【0075】次に第2の実施例を図4から図6を参照し
て説明する。ここで図4は第2の実施例による全画素フ
レーム読み出しの光電変換セルからVCCDへの読み出
し時の各ゲートに加えるパルスのタイミングチャート
で、図4(1)は第1フィールドの読み出しタイミン
グ、図4(2)は第2フィールドの読み出しタイミング
を示すものである。図5は図4(1)に対応するポテン
シャルプロフィール図、図6は図4(2)に対応するポ
テンシャルプロフィール図である。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 6. Here, FIG. 4 is a timing chart of the pulse applied to each gate at the time of reading from the photoelectric conversion cell of the all pixel frame reading according to the second embodiment to the VCCD, and FIG. 4 (1) shows the reading timing of the first field. Reference numeral 4 (2) indicates the read timing of the second field. 5 is a potential profile diagram corresponding to FIG. 4 (1), and FIG. 6 is a potential profile diagram corresponding to FIG. 4 (2).

【0076】第1フィールドでは、まずCy、Yeの並
ぶラインが読み出される。読み出し前にt1では電極V
1にはVl電位が加えられ、V2、V3、V4にはVm
電位が加えられる。このときのそれぞれの電極下の半導
体表面はV2、V3、V4下にポテンシャルの井戸が形
成され、V1下にポテンシャルの壁が形成される。すな
わち、電荷転送セル3つ分の容量をもつポテンシャルの
井戸が形成される。
In the first field, the line in which Cy and Ye are lined up is first read. Electrode V at t1 before reading
Vl potential is applied to 1 and Vm is applied to V2, V3 and V4.
An electric potential is applied. At this time, on the semiconductor surface under each electrode, potential wells are formed under V2, V3, and V4, and potential walls are formed under V1. That is, a potential well having a capacity of three charge transfer cells is formed.

【0077】次にCy、Yeの光電変換セルに蓄積され
ている信号電荷を読み出すべく、Cy、Yeに隣接する
読み出しゲートを兼ね備えたV3に高電位が加えられる
とV3下のポテンシャルがあげられCy、Yeの光電変
換セルの信号電荷はV3下の半導体表面に移動される
(t2)。光電変換セルからV3下への信号電荷の移動
が終了した後にV3の電位はVmにもどされることで、
信号電荷はV2、V3、V4下に形成されるポテンシャ
ルの井戸に蓄えられる(t3)。この状態でしばらく保
持された後に最初の1ライン分の転送がVCCD内で行
われる(t4からt8)。
Next, in order to read out the signal charges accumulated in the photoelectric conversion cells of Cy and Ye, when a high potential is applied to V3 which also has a read gate adjacent to Cy and Ye, the potential below V3 is raised. , Ye, the signal charges of the photoelectric conversion cells are moved to the semiconductor surface under V3 (t2). The potential of V3 is returned to Vm after the movement of the signal charge from the photoelectric conversion cell to below V3 is completed,
The signal charges are stored in potential wells formed under V2, V3, and V4 (t3). After being held in this state for a while, the transfer of the first one line is performed in the VCCD (t4 to t8).

【0078】第2フィールドでは、G、Mgの光電変換
セルの信号電荷がV1、V2、V4下に読み出されるよ
うに、動かす電極は変わるが、第1フィールド時と同様
に3つの電荷転送セルに信号電荷が読み出される。つま
り、第1フィールドと同様の読み出し方式による読み出
しが行われるのである。
In the second field, the electrodes to be moved are changed so that the signal charges of the G and Mg photoelectric conversion cells are read below V1, V2, and V4, but as in the first field, three charge transfer cells are formed. The signal charge is read. That is, reading is performed by the same reading method as in the first field.

【0079】このようにすることで、撮像素子の飽和電
荷量を制限する要因は実施例1と同様に電荷転送セル2
つ分(VCCDの最大転送電荷量)によるまでゆるめら
れる。
By doing so, the factor limiting the saturated charge amount of the image pickup device is the same as in the first embodiment.
It is loosened up to one (the maximum transfer charge amount of VCCD).

【0080】さて、ここでは光電変換セルからの電荷を
最初に蓄積する状態をV1読み出しに対してV1とV2
とV4、V3読み出しに対してV2とV3とV4の組み
合わせとしたが、V1読み出しに対してV1とV2とV
3、V3読み出しに対してV1とV3とV4の組み合わ
せ、あるいはV1読み出しに対してV1とV3とV4、
V3読み出しに対してV1とV2とV3の組み合わせに
してもよい。もちろんその場合のt4以降のタイミング
はそれに応じて変えられねばならない。
Now, here, the state in which the charge from the photoelectric conversion cell is first accumulated is set to V1 and V2 for V1 reading.
And V4, and V2, V3, and V4 are combined for V3 read, but V1, V2, and V for V1 read.
3, a combination of V1, V3 and V4 for V3 reading, or V1, V3 and V4 for V1 reading,
A combination of V1, V2, and V3 may be used for V3 reading. Of course, the timing after t4 in that case must be changed accordingly.

【0081】次に第3の実施例を図7、図19、図20
により説明する。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 7, 19 and 20.
Will be described.

【0082】ここで図7は第3の実施例による全画素フ
レーム読み出しの光電変換セルからVCCDへの読み出
し時の各ゲートに加えるパルスのタイミングチャート
で、図7(1)は第1フィールドの読み出しタイミン
グ、図7(2)は第2フィールドの読み出しタイミング
を示すものである。図19は図7(1)に対応するポテ
ンシャルプロフィール図、図20は図7(2)に対応す
るポテンシャルプロフィール図であり、この図は先に従
来例に用いたことからもわかるように、本実施例の基本
的なポテンシャルプロフィールの推移は従来例と異なら
ない。
Here, FIG. 7 is a timing chart of pulses applied to each gate at the time of reading from the photoelectric conversion cell for all pixel frame reading according to the third embodiment to the VCCD, and FIG. 7 (1) shows reading of the first field. Timing, FIG. 7B shows the read timing of the second field. FIG. 19 is a potential profile diagram corresponding to FIG. 7 (1), and FIG. 20 is a potential profile diagram corresponding to FIG. 7 (2). This diagram, as can be seen from the previous use in the conventional example, The transition of the basic potential profile of the embodiment is not different from that of the conventional example.

【0083】図18の従来例との差は従来例におけるt
3の状態を保つ時間twが本実施例では極めて短いこと
である。
The difference from the conventional example of FIG. 18 is t in the conventional example.
The time tw for maintaining the state of 3 is extremely short in this embodiment.

【0084】先に従来例で、twの期間中に電荷転送セ
ルの1セルに蓄えられた信号電荷が電荷転送セルの飽和
前後となる量である場合、前後段の飽和以下の信号量の
ポテンシャルの井戸に流れ込む余剰電荷があること、さ
らに、このような余剰電荷の流れ込みは光電変換セルか
らVCCDへの読み出しパルス終了後から数百ナノ秒後
に起こることを述べた。このことは、逆に言えばtwが
数百ナノ秒以内であれば、過剰電荷分の前後段へのもれ
はないことを意味している。
In the prior art example, if the signal charge stored in one cell of the charge transfer cell during the period of tw is the amount before and after the saturation of the charge transfer cell, the potential of the signal amount below the saturation of the preceding and following stages. It has been described that there is an excess charge flowing into the well of the above, and that such an excess charge inflow occurs several hundreds of nanoseconds after the end of the read pulse from the photoelectric conversion cell to the VCCD. This means that, conversely, if tw is within a few hundred nanoseconds, excess charges will not leak to the front and rear stages.

【0085】また、もう少し詳しくみると、この間はポ
テンシャル図、図19、図20のt2のポテンシャル状
態からt3のポテンシャル状態への動的な変化の過程に
あることを示している。したがって、この過渡期間であ
るうちに電荷転送セルの隣接する2セルまたは3セルに
よるポテンシャルの井戸を形成すれば、電荷の蓄積飽和
容量は1セルのそれよりも実質的に増加する。また、従
来例にみられた、特定出力値以上で発生するムラは生じ
なくなる。
Further, looking a little more closely, it is shown that during this period, there is a process of dynamic change from the potential state of t2 in FIGS. 19 and 20 to the potential state of t3. Therefore, if a potential well is formed by two or three cells adjacent to the charge transfer cell during this transition period, the charge storage saturation capacity is substantially increased over that of one cell. In addition, the unevenness which occurs in the conventional output and which exceeds the specific output value does not occur.

【0086】なお、以上のような原理からわかるように
twは数百ナノ秒以下で、短ければ短いほど効果が高い
ことは明らかである。
As can be seen from the above principle, tw is several hundred nanoseconds or less, and it is clear that the shorter the tw, the higher the effect.

【0087】ここでは、光電変換セルからVCCDへの
読み出しパルス終了後ただちに3つの電荷転送セルによ
るポテンシャルの井戸を形成する方法をのべたが、2つ
の電荷転送セルによるポテンシャルの井戸を形成しても
同様の効果が得られることは言うまでもない。
Here, the method of forming the potential well by the three charge transfer cells immediately after the end of the read pulse from the photoelectric conversion cell to the VCCD is described, but even if the potential well by the two charge transfer cells is formed. It goes without saying that the same effect can be obtained.

【0088】以上に全画素フレーム読み出し時の撮像素
子の飽和電荷量を増加するための実施例を説明した。以
上のような実施例によって、全画素フレーム読み出し時
の撮像素子の飽和電荷量、すなわち、撮像素子の飽和出
力値を大幅に増やすことができ、したがって従来は全画
素フレーム読み出しにすると飽和出力値がフィールド読
み出し時の半分近くになるためにアンプゲインをあげる
ことでS/Nを下げていたのが、フィールド蓄積と同程
度のS/Nとすることができ、フィールド読み出しで
も、フレーム読み出しでも高品位の画像をとることの出
来るデジタルスチールカメラを実現することが出来る。
The embodiment for increasing the saturated charge amount of the image pickup device at the time of reading all pixel frames has been described above. According to the embodiment as described above, it is possible to significantly increase the saturated charge amount of the image sensor, that is, the saturated output value of the image sensor at the time of reading all pixel frames. The S / N was lowered by increasing the amplifier gain because it is close to half that in field reading, but it is possible to achieve S / N similar to field accumulation, and high quality in both field reading and frame reading. It is possible to realize a digital still camera that can take images of.

【0089】次ににフィールド読み出しでの撮像素子で
の電荷飽和量の増加のための第4実施例を説明する。
Next, a fourth embodiment for increasing the amount of charge saturation in the image sensor during field reading will be described.

【0090】第4の実施例を図8と図9を参照して説明
する。ここで図8は第4の実施例による全画素フレーム
読み出しの光電変換セルからVCCDへの読み出し時の
各ゲートに加えるパルスのタイミングチャートで、図8
(1)は第1フィールドの読み出しタイミング、図8
(2)は第2フィールドの読み出しタイミングを示すも
のである。図9は図8(1)に対応するポテンシャルプ
ロフィール図である。第1フィールドも第2フィールド
も本実施例の要点である基本的な動作は全画素フレーム
読み出し同様であるので第2フィールドのポテンシャル
プロフィール図は省くこととする(以下フィールド読み
出しの実施例では同様に第2フィールドの実施例は省く
ものとする)。
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9. Here, FIG. 8 is a timing chart of pulses applied to the respective gates at the time of reading from the photoelectric conversion cell for all pixel frame reading according to the fourth embodiment to the VCCD, and FIG.
(1) is the read timing of the first field, as shown in FIG.
(2) shows the read timing of the second field. FIG. 9 is a potential profile diagram corresponding to FIG. 8 (1). The basic operation of both the first field and the second field, which is the main point of this embodiment, is the same as that for reading all pixel frames, so the potential profile diagram of the second field will be omitted. The second field example will be omitted).

【0091】なお、ビデオムービーカメラでは第1フィ
ールドと第2フィールドが繰り返されることで擬似イン
タレースを実現しており、スチルカメラでは通常第1フ
ィールドか第2フィールドの片方のみの読み出しが行わ
れる。
The video movie camera realizes the pseudo interlace by repeating the first field and the second field, and the still camera normally reads only one of the first field and the second field.

【0092】さて、本実施例は全画素フレーム読み出し
の第3の実施例の原理を応用したものである。Cy、Y
e側の信号電荷とG、Mg側の信号電荷を光電変換セル
の各々から各々に隣接する読み出しゲートを兼ねるV
1、V3に読み出し、読み出し終了後直ちにに前段と後
段の信号電荷を加算するようにV2かV4を空乏化し信
号電荷を混合加算し隣接する3つの電荷転送セルに蓄積
するものである。そして、従来例の読み出しでは、V
1、V3の光電変換セルからVCCDへの読み出しパル
スは順次に加えられていたが、ここでは順次に加えるよ
うにすると最初にパルスを加える方の電極側は読み出し
パルス終了から最初にできる加算のためのポテンシャル
井戸空間形成までの時間twを数百ナノ秒以内とするこ
とが出来ないことから、V1とV3に加えられる読み出
しパルスは同相のパルスが加えられる。
Now, the present embodiment is an application of the principle of the third embodiment of reading all pixel frames. Cy, Y
The signal charge on the e side and the signal charge on the G side and the Mg side are connected from each of the photoelectric conversion cells to V, which also serves as a read gate adjacent to each.
1, V2 or V4 is depleted so that the signal charges of the preceding stage and the following stage are added immediately after the reading is finished, and the signal charges are mixed and added and accumulated in three adjacent charge transfer cells. Then, in the reading of the conventional example, V
The read pulses from the photoelectric conversion cells 1 and V3 to the VCCD were sequentially applied, but here, if they are applied sequentially, the electrode side that first applies the pulse is the addition that can be performed first after the end of the read pulse. Since the time tw until the formation of the potential well space can be set within several hundred nanoseconds, the in-phase pulse is added to the read pulses applied to V1 and V3.

【0093】このようにすることでフィールド加算読み
出しにおいても撮像素子の飽和電荷量は個々の電荷転送
セルの飽和電荷量によって制限されるのではなく、VC
CDの最大電荷転送電荷量により制限されることとな
り、撮像素子の飽和電荷量を増加させることが出来る。
By doing so, the saturated charge amount of the image pickup device is not limited by the saturated charge amount of the individual charge transfer cells even in the field addition read,
This is limited by the maximum charge transfer charge amount of the CD, and the saturation charge amount of the image pickup device can be increased.

【0094】次に本願の第5の実施例を図10と図11
を参照して説明する。ここで図10は第5の実施例によ
る全画素フレーム読み出しの光電変換セルからVCCD
への読み出し時の各ゲートに加えるパルスのタイミング
チャートで、図10(1)は第1フィールドの読み出し
タイミング、図10(2)は第2フィールドの読み出し
タイミングを示すものである。図11は図10(1)に
対応するポテンシャルプロフィール図である。
Next, a fifth embodiment of the present application will be described with reference to FIGS.
Will be described with reference to. Here, FIG. 10 shows a photoelectric conversion cell for all-pixel frame reading according to the fifth embodiment, which is converted from a photoelectric conversion cell to a VCCD.
10A and 10B are timing charts of pulses applied to the respective gates at the time of reading from the first field, and FIG. 10A shows the timing of reading the first field, and FIG. FIG. 11 is a potential profile diagram corresponding to FIG. 10 (1).

【0095】本実施例は第1と第2の実施例と原理を同
じくするものである。個々の光電変換セルの電荷は3つ
の電荷転送セルによるポテンシャルの井戸に入るように
読み出される。このことにより、撮像素子の飽和電荷容
量は電荷転送セル1つの飽和容量で制限されることはな
くなる。ただし、この読み出し方法で注意がいるのはポ
テンシャルプロフィール図のt4から明らかなように、
このt4の期間に1電荷転送セルに2光電変換セルの信
号が入ることである。撮像素子の構造によっては、撮像
素子の飽和電荷量は、この状態の第2読み出し側の光電
変換セルのVh電位が加わった状況での最大電荷蓄積量
に制限されることもありうる。したがって、この実施例
の効果は第4の実施例までのように確実に得られるもの
とは言いがたい面があり、使用する撮像素子の構造を充
分に確認したうえで実施することが望まれる。
The present embodiment has the same principle as the first and second embodiments. The charges of the individual photoelectric conversion cells are read so as to enter the potential wells of the three charge transfer cells. As a result, the saturation charge capacity of the image sensor is not limited by the saturation capacity of one charge transfer cell. However, as is clear from t4 of the potential profile diagram, attention should be paid to this reading method.
The signal of 2 photoelectric conversion cells is input to 1 charge transfer cell during the period of t4. Depending on the structure of the image pickup device, the saturated charge amount of the image pickup device may be limited to the maximum charge storage amount in the situation where the Vh potential of the photoelectric conversion cell on the second readout side in this state is added. Therefore, it is difficult to say that the effects of this embodiment can be obtained reliably as in the fourth embodiment, and it is desirable to carry out the operation after sufficiently confirming the structure of the image sensor to be used. .

【0096】本実施例ではV1での読み出しもV3での
読み出しもともに3つの電荷転送セルによるポテンシャ
ルの井戸に信号電荷が入るように駆動しているが、初め
の電荷読み出しによる電荷は2つの電荷転送セルによる
ポテンシャルの井戸に読み出されるようにしてもよい
(たとえば、t1、t3におけるV3をポテンシャルの
壁にしておく)。
In the present embodiment, both the read at V1 and the read at V3 are driven so that the signal charges enter the potential wells of the three charge transfer cells, but the charge obtained by the first charge read is two charges. The data may be read into the potential well of the transfer cell (for example, V3 at t1 and t3 is set as a potential wall).

【0097】以上第4の実施例、第5の実施例を実施す
ることで、フィールド読み出し時においても撮像素子の
飽和電荷量を増加させることが出来る。
By carrying out the fourth and fifth embodiments as described above, the saturated charge amount of the image pickup device can be increased even during field reading.

【0098】次に第6の実施例を図示せずに説明する。Next, a sixth embodiment will be described without showing it.

【0099】上記の実施例におけるカメラは、第一回目
の撮影でフィールド読み出しを、続く第2回目の撮影を
フレーム全画素読み出しする一連の撮影が行われる。
The camera in the above embodiment carries out a series of photographing in which field reading is performed in the first photographing and subsequent frame photographing is performed in the second photographing.

【0100】第6実施例のカメラでの第1回目の撮影は
従来例のフィールド読み出しか、あるいは、本発明の第
4か第5の実施例による読み出しがなされ、第2回目の
撮影は本発の第1か第2か第3の実施例による読み出し
がなされる。そして第2回めの撮影のはじめにVm値、
Vsub値は第1回目の撮影時よりも電荷転送効率をそ
こなわない範囲で下げる。もちろん、第2回目の電荷読
み出し時は、メカニカルシャッタによって撮像素子には
光は入射しない。
The first photographing by the camera of the sixth embodiment is the field reading of the conventional example or the reading by the fourth or fifth embodiment of the present invention, and the second photographing is the actual photographing. The reading is performed according to the first, second, or third embodiment. And at the beginning of the second shooting, Vm value,
The Vsub value lowers the charge transfer efficiency in a range that does not impair the charge transfer efficiency as compared with the first shooting. Of course, at the time of the second charge reading, light does not enter the image sensor due to the mechanical shutter.

【0101】このような撮像素子の駆動方法をとること
で、本発明のデジタルカメラは第1回目と第2回目の撮
影で撮像素子からの出力信号のゲインを同じにする事が
でき、第1回目も第2回目もともにS/Nの少ない高品
位の画像を得ることが出来る。
By adopting such a driving method of the image pickup device, the digital camera of the present invention can make the gain of the output signal from the image pickup device the same in the first and second photographing, and It is possible to obtain high-quality images with low S / N both in the second time and in the second time.

【0102】なお、以上の実施例では色差線順次方式の
カラーフィルタを前提として説明をしたが、本願発明は
上記のタイプのカラーフィルタに限定されるものではな
い。即ち、カラーフィルタがなくてもかまわないし、奇
数行の情報と偶数行の情報を別々に読み出すいわゆる全
画素フレーム読み出し方式、奇数行の情報と偶数行の情
報とを転送レジスタ内で加算してから読み出すフィール
ド読み出し方式、あるいはノンインターレースで各行の
信号を順次読み出す方式等いずれの読み出し方式でも適
用可能である。要は画素信号を転送レジスタにより読み
出す際に転送レジスタのポテンシャル井戸により飽和容
量が制限されることがなくなるものであればどのような
ものであってもよいことは言うまでもない。
Although the above embodiments have been described on the premise of the color difference line-sequential color filter, the present invention is not limited to the color filter of the above type. That is, it does not matter if there is no color filter, the so-called all-pixel-frame reading method in which the information of the odd-numbered rows and the information of the even-numbered rows are read separately, after adding the information of the odd-numbered rows and the information of the even-numbered rows in the transfer register. Any reading method such as a field reading method for reading or a method for sequentially reading the signals of each row by non-interlace can be applied. The point is, of course, any type may be used as long as the saturation capacitance is not limited by the potential well of the transfer register when the pixel signal is read by the transfer register.

【0103】[0103]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、撮
像素子の飽和電荷容量を増加させる読み出しが可能とな
る。この効果はとくに、現在主流となっている色差順次
方式のセンサにおける全画素フレーム読み出しにおいて
大きな効果を有する。従って、特にデジタルカメラにお
いて、ビデオムービー用の低価格の撮像素子を使って解
像度の高いデジタルスチル画像を得ることができるもの
である。
As described above, according to the present invention, it is possible to perform readout for increasing the saturated charge capacity of the image pickup device. This effect is particularly great in all-pixel frame reading in the color difference sequential system sensor, which is currently the mainstream. Therefore, particularly in a digital camera, a high-resolution digital still image can be obtained using a low-cost image pickup device for video movies.

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

【図1】 第1の実施例のパルスタイミング図である。FIG. 1 is a pulse timing chart of the first embodiment.

【図2】 第1の実施例のポテンシャルプロフィール図
である。
FIG. 2 is a potential profile diagram of the first embodiment.

【図3】 第1の実施例のポテンシャルプロフィール図
である。
FIG. 3 is a potential profile diagram of the first embodiment.

【図4】 第2の実施例のパルスタイミング図である。FIG. 4 is a pulse timing chart of the second embodiment.

【図5】 第2の実施例のポテンシャルプロフィール図
である。
FIG. 5 is a potential profile diagram of the second embodiment.

【図6】 第2の実施例のポテンシャルプロフィール図
である。
FIG. 6 is a potential profile diagram of the second embodiment.

【図7】 第3の実施例のパルスタイミング図である。FIG. 7 is a pulse timing chart of the third embodiment.

【図8】 第4の実施例のパルスタイミング図である。FIG. 8 is a pulse timing chart of the fourth embodiment.

【図9】 第4の実施例のポテンシャルプロフィール図
である。
FIG. 9 is a potential profile diagram of the fourth embodiment.

【図10】 第5の実施例のパルスタイミング図であ
る。
FIG. 10 is a pulse timing chart of the fifth embodiment.

【図11】 第5の実施例のポテンシャルプロフィール
図である。
FIG. 11 is a potential profile diagram of the fifth example.

【図12】 デジタルカメラの構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a digital camera.

【図13】 撮像素子の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of an image sensor.

【図14】 撮像素子の断面構造図とそのポテンシャル
プロフィール図である。
FIG. 14 is a cross-sectional structural view of an image sensor and its potential profile diagram.

【図15】 撮像素子の構造図である。FIG. 15 is a structural diagram of an image sensor.

【図16】 従来例のパルスタイミング図である。FIG. 16 is a pulse timing chart of a conventional example.

【図17】 従来例のポテンシャルプロフィール図であ
る。
FIG. 17 is a potential profile diagram of a conventional example.

【図18】 従来例のパルスタイミング図である。FIG. 18 is a pulse timing chart of a conventional example.

【図19】 従来例のポテンシャルプロフィール図であ
る。
FIG. 19 is a potential profile diagram of a conventional example.

【図20】 従来例のポテンシャルプロフィール図であ
る。
FIG. 20 is a potential profile diagram of a conventional example.

【図21】 バッファメモリへの記憶のデータ配置の概
念図である。
FIG. 21 is a conceptual diagram of data arrangement of storage in a buffer memory.

【図22】 撮像素子の駆動パルスのタイミング図であ
る。
FIG. 22 is a timing chart of drive pulses of the image sensor.

【図23】 撮像素子の駆動パルスのタイミング図であ
る。
FIG. 23 is a timing diagram of drive pulses for an image sensor.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の光電変換セルと、前記 光電変換セルより多い数の電荷転送セルを有する
電荷転送手段と、 前記光電変換セルの信号を前記電荷転送手段に転送する
際に、対応する位置の電荷転送セルにポテンシャル井戸
を形成し、読み出しパルスを加えることにより、各光電
変換セルの信号を、対応する位置のポテンシャル井戸に
転送し、対応する位置のポテンシャル井戸に信号が転送
された後であって、かつ前記読み出しパルスを加え終わ
ってから数百ナノ秒以内に該ポテンシャル井戸に隣接す
る転送セルに所定の電圧を印加することにより前記ポテ
ンシャル井戸の容量を増大させる制御手段と、 を有する撮像装置。
And 1. A plurality of photoelectric conversion cells, a charge transfer means having a charge-transfer cell number greater than said photoelectric conversion cells, when transferring the signal of the photoelectric conversion cells to said charge transfer means, the corresponding By forming a potential well in the charge transfer cell at the position and applying a read pulse, the signal of each photoelectric conversion cell is transferred to the potential well at the corresponding position, and the signal is transferred to the potential well at the corresponding position.
And a control means for increasing the capacitance of the potential well by applying a predetermined voltage to the transfer cell adjacent to the potential well within a few hundred nanoseconds after the application of the read pulse. An imaging device having:
【請求項2】 複数の光電変換セルと、前記光電変換セ
ルより多い数の電荷転送セルを有する電荷転送手段と
を有する撮像素子の駆動方法であって、 前記光電変換セルの信号を前記電荷転送手段に転送する
際に、対応する位置の電荷転送セルにポテンシャル井戸
を形成し、読み出しパルスを加えることにより、各光電
変換セルの信号を、対応する位置のポテンシャル井戸に
転送し、対応する位置のポテンシャル井戸に信号が転送
された後であって、かつ前記読み出しパルスを加え終わ
ってから数百ナノ秒以内に該ポテンシャル井戸に隣接す
る転送セルに所定の電圧を印加することにより前記ポテ
ンシャル井戸の容量を増大させることを特徴とする撮像
素子の駆動方法。
2. A plurality of photoelectric conversion cells, a driving method of an image sensor having a charge transfer means having a number of charge transfer cells is greater than the photoelectric conversion cell, the charge signals of the photoelectric conversion cell When transferring to the transfer means, a potential well is formed in the charge transfer cell at the corresponding position and a read pulse is applied to transfer the signal of each photoelectric conversion cell to the potential well at the corresponding position. Signal is transferred to the potential well of
And increasing the capacitance of the potential well by applying a predetermined voltage to a transfer cell adjacent to the potential well within a few hundred nanoseconds after the read pulse is added. And a method for driving an image sensor.
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