JP4055051B2 - 固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法に関する。詳しくは、第1フィールド及び第2フィールドにおける電荷の読み出しの際、一方の読み出し電極電圧がハイレベルの時に他方の読み出し電極を含む他の電極電圧がローレベルとなる期間を有する固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、固体撮像素子を用いた色分解手法の1つに、1枚の固体撮像素子上に配置した3色または4色のオンチップカラーフィルタで色分解する単板方式がある。
ここで、単板方式は、図9に示すようなR(レッド)、G(グリーン)及びB(ブルー)の3色に色分解する原色系と、図10に示すようなCy(シアン)、Mg(マゼンダ)、Ye(イエロー)及びGの4色に色分解する補色系とがあり、原色系は入射光の波長選択性が高く色再現性が良いが光の利用効率が低いのに対し、補色系は入射光の波長を広い範囲で有効に利用できるために光の利用効率を高くとることができる。
なお、図9は原色系の代表としてベイヤ型配列を、図10は補色系の代表として色差順次型配列をそれぞれ示している。
【0003】
上記補色系の色差順次型配列フィルタを用いたCCD(charge coupled device)固体撮像素子では、図11に示すように第1フィールドと第2フィールドのそれぞれで画素混合がなされ、信号電荷が水平方向において読み出される。
即ち、CCDから出力された信号電荷は、図11中符号Aで示す第1フィールドにおけるnラインではYeのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量+Mgのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量及びCyのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量+Gのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量の各混合信号電荷量、図11中符号Bで示す第1フィールドにおける(n+1)ラインではYeのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量+Gのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量及びCyのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量+Mgのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量の各混合信号電荷量が読み出され、図11中符号Cで示す第2フィールドにおけるn'ラインではGのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量+Yeのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量及びMgのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量+Cyのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量の各混合信号電荷量、図11中符号Dで示す第2フィールドにおける(n+1)'ラインではMgのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量+Yeのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量及びGのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量+Cyのフィルタを有する画素に蓄積された信号電荷量の各混合信号電荷量が読み出される。
【0004】
図12は補色系の色差順次型配列フィルタを用いた固体撮像素子におけるG,Ye,Mg,Ye列の任意画素についての垂直電極(V1)〜(V4)の配列構造(図12に示す例では4相駆動)を示している。
【0005】
ここで、図13(a)は第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの一例を示し、図13(b)は第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの一例を示したものであり、垂直電極(V1)101には第1フィールドの読み出し時に図13(a)中符号Eで示す動作タイミング、第2フィールドの読み出し時に図13(b)中符号Eで示す動作タイミングで垂直転送クロックを与え、垂直電極(V2)102には第1フィールドの読み出し時に図13(a)中符号Fで示す動作タイミング、第2フィールドの読み出し時に図13(b)中符号Fで示す動作タイミングで垂直転送クロックを与え、垂直電極(V3)103には第1フィールドの読み出し時に図13(a)中符号Gで示す動作タイミング、第2フィールドの読み出し時に図13(b)中符号Gで示す動作タイミングで垂直転送クロックを与え、垂直電極(V4)104には第1フィールドの読み出し時に図13(a)中符号Hで示す動作タイミング、第2フィールド読み出し時に図13(b)中符号Hで示す動作タイミングで垂直転送クロックを与える。
【0006】
また、図14(a)は図13(a)で示すタイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図であり、図14(b)は図13(b)で示すタイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図である。
なお、図13(a)、図13(b)、図14(a)及び図14(b)中符号(1)〜(13)は従来の垂直転送クロックのタイミングの一例及び電荷の転送状態の説明の便宜を考慮して付したものである。
【0007】
ここで示す従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの一例では、垂直電極(V1)及び垂直電極(V3)が読み出し電極として構成され、垂直電極(V1)に印加する垂直転送クロックφV1及び垂直電極(V3)に印加する垂直転送クロックφV3は3値レベルをとる。即ち、ハイレベル(以下、Hレベルと言う)、ミドルレベル(以下、Mレベルと言う)及びローレベル(以下、Lレベルと言う)の3値をとり、Hレベルで信号電荷が読み出され、Mレベル及びLレベルの2値で電荷の転送が行われる。これに対して垂直電極(V2)に印加する垂直転送クロックφV2及び垂直電極(V3)に印加する垂直転送クロックφV4はMレベル及びLレベルの2値をとり、これらにより電荷の転送が行われる。
【0008】
ここで、第1フィールドの信号電荷の読み出し時には、先ず図13(a)中符号(6)及び符号(7)で示すタイミングで垂直電極(V1)に隣接する画素の信号電荷を読み出し、次いで図13(a)中符号(9)〜(12)で示すタイミングで垂直電極(V3)に隣接する画素の信号電荷を読み出して混合し、垂直転送部及び水平転送部を介して出力部へ転送する。
一方、第2フィールドの信号電荷の読み出し時には、先ず図13(b)中符号(6)及び符号(7)で示すタイミングで垂直電極(V3)に隣接する画素の信号電荷を読み出し、次いで図13(b)中符号(9)〜(12)で示すタイミングで垂直電極(V1)に隣接する画素の信号電荷を読み出して混合し、垂直転送部及び水平転送部を介して出力部へ転送する。
【0009】
この際、第1フィールドでは、図13(a)中符号(7)で示すように、垂直転送クロックφV1がHレベルの時に垂直転送クロックφV2、垂直転送クロックφV3及び垂直転送クロックφV4が一定期間Lレベルとなると共に、図13(a)中符号(11)で示すように、垂直転送クロックφV3がHレベルの時に垂直転送クロックφV1、垂直転送クロックφV2及び垂直転送クロックφV4が一定期間Lレベルとなるようなタイミングで各垂直電極に垂直転送クロックを印加することによって読み出し電圧を低減し、低消費電力化を図っている。
同様に、第2フィールドでは、図13(b)中符号(7)で示すように、垂直転送クロックφV3がHレベルの時に垂直転送クロックφV1、垂直転送クロックφV2及び垂直転送クロックφV4が一定期間Lレベルとなると共に、図13(b)中符号(11)で示すように、垂直転送クロックφV1がHレベルの時に垂直転送クロックφV2、垂直転送クロックφV3及び垂直転送クロックφV4が一定期間Lレベルとなるようなタイミングで各垂直電極に垂直転送クロックを印加することによって読み出し電圧を低減し、低消費電力化を図っている。
【0010】
また、図15(a)は第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの他の一例を示し、図15(b)は第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの他の一例を示したものであり、垂直電極(V1)には第1フィールド読み出し時に図15(a)中符号Iで示す動作タイミング、第2フィールドの読み出し時に図15(b)中符号Iで示す動作タイミングで垂直転送クロックを与え、垂直電極(V2)には第1フィールドの読み出し時に図15(a)中符号Jで示す動作タイミング、第2フィールド読み出し時に図15(b)中符号Jで示す動作タイミングで垂直転送クロックを与え、垂直電極(V3)には第1フィールドの読み出し時に図15(a)中符号Kで示す動作タイミング、第2フィールド読み出し時に図15(b)中符号Kで示す動作タイミングで垂直転送クロックを与え、垂直電極(V4)には第1フィールドの読み出し時に図15(a)中符号Lで示す動作タイミング、第2フィールド読み出し時に図15(b)中符号Lで示す動作タイミングで垂直転送クロックを与える。
【0011】
また、図16(a)は図15(a)で示すタイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図であり、図16(b)は図15(b)で示すタイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図である。
なお、図15(a)、図15(b)、図16(a)及び図16(b)中符号(1)〜(12)は従来の垂直転送クロックのタイミングの他の一例及び電荷の転送状態の説明の便宜を考慮して付したものである。
【0012】
ここで示す従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの他の一例では、上記した従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの一例と同様に垂直電極(V1)及び垂直電極(V3)が読み出し電極として構成され、垂直転送クロックφV1及び垂直転送クロックφV3は3値レベルをとり、Hレベルで信号電荷が読み出され、MレベルとLレベルの2値で電荷の転送が行われる。
また、垂直転送クロックφV2及び垂直転送クロックφV4がMレベル及びLレベルの2値をとり、これらにより電荷の転送が行われる点も上記した従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの一例と同様である。
【0013】
ここで、第1フィールドの信号電荷の読み出し時には、先ず図15(a)中符号(6)及び符号(7)で示すタイミングで垂直電極(V3)に隣接する画素の信号電荷を読み出し、次いで図15(a)中符号(9)〜(11)で示すタイミングで垂直電極(V1)に隣接する画素の信号電荷を読み出して混合し、垂直転送部及び水平転送部を介して出力部へ転送する。
一方、第2フィールドの信号電荷の読み出し時には、先ず図15(b)中符号(6)及び符号(7)で示すタイミングで垂直電極(V1)に隣接する画素の信号電荷を読み出し、次いで図15(b)中符号(9)〜(11)で示すタイミングで垂直電極(V3)に隣接する画素の信号電荷を読み出して混合し、垂直転送部及び水平転送部を介して出力部へ転送する。
【0014】
この際、第1フィールドでは、図15(a)中符号(7)で示すように、垂直転送クロックφV3がHレベルの時に垂直転送クロックφV1、垂直転送クロックφV2及び垂直転送クロックφV4が一定期間Lレベルとなると共に、図15(a)中符号(10)で示すように、垂直転送クロックφV1がHレベルの時に垂直転送クロックφV2、垂直転送クロックφV3及び垂直転送クロックφV4が一定期間Lレベルとなるようなタイミングで各垂直電極に垂直転送クロックを印加することによって読み出し電圧を低減し、低消費電力化を図っている。
同様に、第2フィールドでは、図15(b)中符号(7)で示すように、垂直転送クロックφV1がHレベルの時に垂直転送クロックφV2、垂直転送クロックφV3及び垂直転送クロックφV4が一定期間Lレベルとなると共に、図15(b)中符号(10)で示すように、垂直転送クロックφV3がHレベルの時に垂直転送クロックφV1、垂直転送クロックφV2及び垂直転送クロックφV4が一定期間Lレベルとなるようなタイミングで各垂直電極に垂直転送クロックを印加することによって読み出し電圧を低減し、低消費電力化を図っている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の固体撮像装置の駆動方法では、第1フィールド及び第2フィールドの間で出力差が生じ、CRT、LCD等で出力される出力画面上での明暗のちらつきであるフリッカが発生するという問題がある。
【0016】
以下、垂直電極(V1)〜(V4)の配列が図12で示すような構造の固体撮像装置に図13(a)及び図13(b)で示す動作タイミングで垂直転送クロックを印加する固体撮像装置の駆動方法を例に挙げ、図17を参照してフリッカの発生について説明する。
ここで、G及びMgのフィルタと比較して光の透過率が高い(感度が高い)Yeのフィルタを有する画素は、G及びMgのフィルタを有する画素と比較してフィルタからの透過光量が多いために光電変換され発生する信号電荷も多くなる。即ち、簡単のためにYeのフィルタとG及びMgのフィルタとの透過率(感度)の比を2:1として考え、ある一定の光量を照射してYeのフィルタを有する画素に蓄積した信号電荷量が飽和した場合に蓄積した信号電荷量を100とすると、G及びMgのフィルタを有する画素に蓄積した信号電荷量は50となる。
【0017】
さて、第1フィールドの読み出し時は、垂直電極(V1)に隣接する画素、即ちG及びMgのフィルタを有する画素に蓄積した信号電荷が先に読み出され、その間の一定期間他の垂直電極(V2)〜(V4)はLレベルに保たれているために、待機中のYeのフィルタを有する画素のポテンシャルがMレベルとLレベルとのレベル差に相当する分だけ小さくなり(図17中符号Mで示す位置に上限が低下)、蓄積信号電荷量が例えば90に減少し、結果として第1フィールドの読み出し信号電荷量は、図17中符号Nで示すGのフィルタを有する画素に蓄積した50の信号電荷量(以下、G(50)と言う)+図17中符号Oで示すYeのフィルタを有する画素に蓄積した90の信号電荷量(以下、Ye(90)と言う)及び図17中符号Pで示すMgのフィルタを有する画素に蓄積した50の信号電荷量(以下Mg(50)と言う)+図17中符号Qで示すYe(90)となる。
【0018】
一方、第2フィールドの読み出し時には、垂直電極(V3)に隣接する画素、即ちYeのフィルタを有する画素に蓄積した信号電荷が先に読み出され、その間の一定期間他の垂直電極(V1)、(V2)及び(V4)はLレベルに保たれているが、待機中のG及びMgのフィルタを有する画素に蓄積した信号電荷量は電圧の印加レベルの低下による影響を受け難く、結果として第2フィールドの読み出し信号電荷量は、図17中符号Rで示すYeのフィルタを有する画素に蓄積した100の信号電荷量(以下、Ye(100)と言う)+図17中符号Sで示すMg(50)及び図17中符号Tで示すYe(100)+図17中符号Uで示すG(50)となる。
【0019】
即ち、第1フィールドの読み出し時にYeのフィルタを有する画素のポテンシャルが小さくなり蓄積信号電荷量が90に減少することにより読み出し信号電荷量の総計が第1フィールドよりも第2フィールドの方が大きくなることによって、CRT、LCD等で出力される出力画面上での明暗のちらつきであるフリッカが発生する。
【0020】
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、第1フィールド及び第2フィールドの間での出力差を低減し、フリッカの発生を抑制することが可能である固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法を提供することを目的とするものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置では、マトリクス状に配列された感度の異なる複数の受光部と、垂直近隣の受光部から読み出された電荷を混合して転送する垂直転送部と、該垂直転送部より電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、該水平転送部より電荷が転送され、転送された電荷を出力する出力部とを備えると共に、第1フィールド及び第2フィールドにおける電荷の読み出しの際、一方の読み出し電極電圧がハイレベルの時に他方の読み出し電極を含む他の電極電圧がローレベルとなる期間を有する固体撮像装置において、前記受光部に蓄積された電荷の読み出し前に、後に読み出される受光部の電極電圧をミドルレベルに設定し、先に読み出される受光部の電極を含む他の電極電圧をローレベルに設定すると共に、前記受光部から垂直転送部に読み出された電荷を順転送させるように電極電圧を印加した。
【0022】
ここで、受光部に蓄積された電荷の読み出し前に、後に読み出される受光部の電極電圧をミドルレベルに設定し、先に読み出される受光部の電極を含む他の電極電圧をローレベルに設定することによって、高感度の画素に蓄積した信号電荷が電荷の読み出し前に減少する。
また、受光部から垂直転送部に読み出された電荷を、水平転送部への転送であり本来の読み出し方向への転送である順転送させるように電極電圧を印加したことによって、スミア成分の分割、逆転送の発生が抑制される。
【0023】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法では、マトリクス状に配列された感度の異なる複数の受光部と、垂直近隣の受光部から読み出された電荷を混合して転送する垂直転送部と、該垂直転送部より電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、該水平転送部より電荷が転送され、転送された電荷を出力する出力部とを備えると共に、第1フィールド及び第2フィールドにおける電荷の読み出しの際、一方の読み出し電極電圧がハイレベルの時に他方の読み出し電極を含む他の電極電圧がローレベルとなる期間を与える固体撮像装置の駆動方法において、前記受光部に蓄積された電荷の読み出し前に、後に読み出される受光部の電極電圧をミドルレベルに設定し、先に読み出される受光部の電極を含む他の電極電圧をローレベルに設定すると共に、前記受光部から垂直転送部に読み出された電荷を順転送させるように電極電圧を印加する。
【0024】
ここで、受光部に蓄積された電荷の読み出し前に、後に読み出される受光部の電極電圧をミドルレベルでに設定し、先に読み出される受光部の電極を含む他の電極電圧をローレベルに設定することによって、高感度の画素に蓄積した信号電荷を読み出し前に減少することができる。
また、受光部から垂直転送部に読み出された電荷を順転送させるように電極電圧を印加することによって、スミア成分の分割、逆転送の発生を抑制することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参酌しながら説明し、本発明の理解に供する。
なお、以下の本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例及び本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の他の一例では、垂直電極(V1)〜(V4)の配列が図12で示すような構造の固体撮像装置の駆動方法について説明する。
【0026】
図1(a)は本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例の第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートを示し、図1(b)は本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例の第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートを示したものであり、図1(a)及び図1(b)中符号aは垂直電極(V1)に印加する垂直転送クロックの動作タイミング、図1(a)及び図1(b)中符号bは垂直電極(V2)に印加する垂直転送クロックの動作タイミング、図1(a)及び図1(b)中符号cは垂直電極(V3)に印加する垂直転送クロックの動作タイミングであり、図1(a)及び図1(b)中符号dは垂直電極(V4)に印加する垂直転送クロックの動作タイミングである。
なお、図1(a)に示す動作タイミングは第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの一例である図13(a)中符号(4)と符号(5)の間に図1(a)中符号(5)〜(9)で示す動作タイミングを挿入したものであり、図1(b)に示す動作タイミングは第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの一例である図13(b)中符号(4)と符号(5)の間に図1(b)中符号(5)〜(9)で示す動作タイミングを挿入したものである。
【0027】
また、図2(a)は図1(a)で示す動作タイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図であり、図2(b)は図1(b)で示す動作タイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図である。
なお、図1(a)、図1(b)、図2(a)及び図2(b)中符号(1)〜(18)は本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例における垂直転送クロックの動作タイミング及び電荷の転送状態の説明の便宜を考慮して付したものである。
【0028】
ここで、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例の第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートでは、符号(8)で示すタイミングで垂直転送クロックφV3がMレベルとなり、垂直転送クロックφV1、垂直転送クロックφV2及び垂直転送クロックφV4がLレベルとなっている(以下、この状態をφV3Mレベル状態と言う)が、φV3Mレベル状態を形成するタイミングは受光部に蓄積した信号電荷の読み出しタイミングの前であれば良く、必ずしも符号(8)で示すタイミングである必要は無い。
また、第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの一例に挿入された図1(a)中符号(5)、(6)、(7)及び(9)の動作タイミングは、垂直転送部に読み出された電荷が順転送を行うことができれば充分であり、順転送を行うことができるのであれば、必ずしも図1(a)に示す動作タイミングに限定される必要は無く、いかなる動作タイミングであっても良く、例えば、図3に示すような図1(a)中符号(8)及び符号(9)の間に垂直転送クロックφV1及び垂直転送クロックφV4をLレベルとし、垂直転送クロックφV2及び垂直転送クロックφV3をMレベルとする図3中符号(8')で示すタイミングを挿入した動作タイミングであっても構わない。
【0029】
また、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例の第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートでは、符号(8)で示すタイミングで垂直転送クロックφV1がMレベルとなり、垂直転送クロックφV2、垂直転送クロックφV3及び垂直転送クロックφV4がLレベルとなっている(以下、この状態をφV1Mレベル状態と言う)が、φV1Mレベル状態を形成するタイミングは受光部に蓄積した信号電荷の読み出しタイミングの前であれば良く、必ずしも符号(8)で示すタイミングである必要は無い。
また、第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの一例に挿入された図1(b)中符号(5)、(6)、(7)及び(9)の動作タイミングは、垂直転送部に読み出された電荷が順転送を行うことができれば充分であり、順転送を行うことができるのであれば、必ずしも図1(b)に示す動作タイミングに限定される必要は無く、いかなる動作タイミングであっても良く、例えば、図4に示すような図1(b)中符号(8)及び符号(9)の間に垂直転送クロックφV1及び垂直転送クロックφV4をMレベルとし、垂直転送クロックφV2及び垂直転送クロックφV3をLレベルとする図4中符号(8')で示すタイミングを挿入した動作タイミングであっても構わない。
【0030】
本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法では、第2フィールドの読み出し時にφV1Mレベル状態を形成することで高感度の画素に蓄積した信号電荷を図1(b)中符号(11)及び符号(12)で示す垂直電極(V3)による読み出しタイミングの前に減少することができ、第1フィールド及び第2フィールドの間での出力差を低減しフリッカの発生を抑制することができる。
【0031】
以下、図5を参照して本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法によるフリッカの抑制について説明する。なお、簡単のためにYeのフィルタとG及びMgのフィルタとの透過率(感度)の比を2:1として考え、ある一定の光量を照射してYeのフィルタを有する画素に蓄積した信号電荷量が飽和した場合に蓄積した信号電荷量を100とすると、G及びMgのフィルタを有する画素に蓄積した信号電荷量は50となる。
【0032】
ここで、第1フィールドの読み出し時は、図1(a)中符号(11)及び符号(12)で示すタイミングで垂直電極(V1)に隣接する画素、即ちG及びMgのフィルタを有する画素に蓄積した信号電荷を読み出し、その間の一定期間他の垂直電極(V2)〜(V4)はLレベルに保たれており、待機中のYeのフィルタを有する画素のポテンシャルがMレベルとLレベルとのレベル差に相当する分だけ小さくなり(図5中符号eで示す位置に上限が低下)、蓄積信号電荷量が例えば90に減少する。従って図1(a)中符号(14)〜(17)で示すタイミングで垂直電極(V3)に隣接する画素、即ちYeのフィルタを有する画素に蓄積した信号電荷の読み出しを行うと90の信号電荷が読み出される。
即ち、結果として第1フィールドの読み出し信号電荷量は、図5中符号fで示すG(50)+図5中符号gで示すYe(90)及び図5中符号hで示すMg(50)+図5中符号iで示すYe(90)となる。
なお、φV3Mレベル状態では垂直電極(V1)、垂直電極(V2)及び垂直電極(V4)がLレベルに保たれているが、かかる状態によってG及びMgのフィルタを有する画素の蓄積信号電荷量が変化することは無い。
【0033】
一方、第2フィールドの読み出し時には、図1(b)中符号(11)及び符号(12)で示すタイミングで垂直電極(V3)に隣接する画素、即ちYeのフィルタを有する画素に蓄積した信号電荷を読み出す前に、図1(b)中符号(8)で示すタイミングでφV1Mレベル状態を形成することにより、垂直電極(V3)に隣接するYeのフィルタを有する画素に蓄積した蓄積信号電荷量が例えば90に減少する。従って、図1(b)中符号(11)及び符号(12)で示すタイミングで垂直電極(V3)に隣接する画素に蓄積した信号電荷の読み出しを行うと90の信号電荷が読み出される。
即ち、結果として第2フィールドの読み出し信号電荷量は図5中符号jで示すYe(90)+図5中符号kで示すMg(50)及び図5中符号lで示すYe(90)+図5中符号mで示すG(50)となる。
【0034】
上記のように、第1フィールドと第2フィールドの間での出力差を低減することができるために、上述した如く本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法ではフリッカの発生を抑制することができる。
【0035】
また、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法では、第1フィールドの読み出し時に垂直転送クロックを図1(a)中符号(5)、(6)及び(7)で示すタイミングで各垂直電極(V1)〜(V4)に印加することで、第1フィールド読み出し時にφV3Mレベル状態を形成したとしても逆転送の発生を抑制することができる。
【0036】
以下、図6(a)及び図6(b)を用いて、逆転送の発生の抑制について説明する。
ここで、図6(a)に示す動作タイミングは第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの一例である図13(a)中符号(4)と符号(5)の間に図1中符号(8)及び(9)で示す動作タイミングを挿入したものであり、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例の第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートである図1(a)から、図1(a)中符号(5)、(6)及び(7)で示す動作タイミングを削除したものである。
また、図6(b)は図6(a)で示す動作タイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図である。
なお、図6(a)及び図6(b)中符号(1)〜(15)は図6(a)で示す垂直転送クロックの動作タイミング及び電荷の転送状態の説明の便宜を考慮して付したものである。
【0037】
さて、第1フィールドの読み出し時に垂直転送クロックを図1(a)中符号(5)、(6)及び(7)で示すタイミングで各垂直電極(V1)〜(V4)に印加を行わなかった場合、即ち、第1フィールドの読み出し時に垂直転送クロックを図6(a)で示すタイミングで各垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合には、図6(a)中符号(4)で示すタイミングである垂直転送クロックφV1及び垂直転送クロックφV2がLレベルであり垂直転送クロックφV3及び垂直転送クロックφV4がMレベルという状態から、図6(a)中符号(5)で示すタイミングであるφV3Mレベル状態へと移る過程ににおいて逆転送が発生してしまう。
従って、上述のように第1フィールドの読み出し時に垂直転送クロックを図1(a)中符号(5)、(6)及び(7)で示すタイミングで各垂直電極(V1)〜(V4)に印加することで、第1フィールド読み出し時にφV3Mレベル状態を形成したとしても逆転送の発生を抑制することができる。
【0038】
同様に、第2フィールドの読み出し時に垂直転送クロックを図1(b)中符号(5)、(6)及び(7)で示すタイミングで各垂直電極(V1)〜(V4)に印加することで、第2フィールド読み出し時にφV1Mレベル状態を形成したとしても逆転送の発生を抑制することができる。
【0039】
なお、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例では、垂直転送クロックの動作タイミングとして従来の垂直転送クロックの動作タイミングに所定の動作タイミングを挿入したが、垂直転送クロックの動作タイミングは、第1フィールドではφV3Mレベル状態を形成すると共に受光部から垂直転送部に読み出された電荷が順転送を行うことが可能であり、第2フィールドではφV1Mレベル状態を形成すると共に受光部から垂直転送部に読み出された電荷が順転送を行うことが可能であれば充分であり、必ずしも従来の垂直転送クロックの動作タイミングに所定の動作タイミングを挿入した垂直転送クロックの動作タイミングである必要は無く、従来の垂直転送クロックの動作タイミングとは無関係な垂直転送クロックの動作タイミングであっても構わない。
また、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例では、第1フィールドでφV3Mレベル状態を形成し、第2フィールドでφV1Mレベル状態を形成したが、第1フィールドでφV3Mレベル状態を形成したのは、第1フィールドと第2フィールドに読み出しタイミングの対称性を持たせる観点から設定したものであり、必ずしも第1フィールドにφV3Mレベル状態を形成する必要は無く、本質的には高感度の画素に蓄積した信号電荷を先に読み出すフィールドに高感度の画素に蓄積した信号電荷を減少させる状態、即ち、高感度の画素に蓄積した信号電荷の読み出しの前に後に読み出される受光部の電極電圧がMレベルであり、先に読み出される受光部の電極電圧を含む他の電極電圧がLレベルである状態を形成すれば充分である。
更に、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例では、垂直電極(V1)〜(V4)の配列が図12で示すような構造の固体撮像装置の駆動方法について説明したが、垂直電極(V1)〜(V4)の配列は図12に示す配列に限る必要が無いのは勿論である。
【0040】
図7(a)は本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の他の一例の第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートを示し、図7(b)は本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の他の一例の第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートを示したものであり、図7(a)及び図7(b)中符号nは垂直電極(V1)に印加する垂直転送クロックの動作タイミング、図7(a)及び図7(b)中符号oは垂直電極(V2)に印加する垂直転送クロックの動作タイミング、図7(a)及び図7(b)中符号pは垂直電極(V3)に印加する垂直転送クロックの動作タイミングであり、図7(a)及び図7(b)中符号qは垂直電極(V4)に印加する垂直転送クロックの動作タイミングである。
なお、図7(a)に示す動作タイミングは第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの他の一例である図15(a)中符号(4)と符号(5)の間に図7(a)中符号(5)〜(10)で示す動作タイミングを挿入したものであり、図7(b)に示す動作タイミングは第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの他の一例である図15(b)中符号(4)と符号(5)の間に図7(b)中符号(5)〜(10)で示す動作タイミングを挿入したものである。
【0041】
また、図8(a)は図7(a)で示す動作タイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図であり、図8(b)は図7(b)で示す動作タイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図である。
なお、図7(a)、図7(b)、図8(a)及び図8(b)中符号(1)〜(18)は本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の他の一例における垂直転送クロックの動作タイミング及び電荷の転送状態の説明の便宜を考慮して付したものである。
【0042】
ここで、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の他の一例の第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートでは、符号(8)で示すタイミングでφV1Mレベル状態を形成しているが、φV1Mレベル状態を形成するタイミングは受光部に蓄積した信号電荷の読み出しタイミングの前であれば良く、必ずしも符号(8)で示すタイミングである必要は無い。
また、第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの他の一例に挿入された図7(a)中符号(5)、(6)、(7)、(9)及び(10)の動作タイミングは、垂直転送部に読み出された電荷が順転送を行うことができれば充分であり、順転送を行うことができるのであれば、必ずしも図7(a)に示す動作タイミングに限定される必要は無く、いかなる動作タイミングであっても良く、例えば、図7(a)中符号(9)で示すタイミングを削除した動作タイミングであっても構わない。
【0043】
また、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の他の一例の第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートでは、符号(8)で示すタイミングでφV3Mレベル状態を形成しているが、φV3Mレベル状態を形成するタイミングは受光部に蓄積した信号電荷の読み出しタイミングの前であれば良く、必ずしも符号(8)で示すタイミングである必要は無い。
また、第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する従来の垂直転送クロックのタイミングチャートの他の一例に挿入された図7(b)中符号(5)、(6)、(7)、(9)及び(10)の動作タイミングは、垂直転送部に読み出された電荷が順転送を行うことができれば充分であり、順転送を行うことができるのであれば、必ずしも図7(b)に示す動作タイミングに限定される必要は無く、いかなる動作タイミングであっても良く、例えば図7(b)中符号(9)で示すタイミングを削除した動作タイミングであっても構わない。
【0044】
本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法では、第1フィールドの読み出し時にφV1Mレベル状態を形成することで高感度の画素に蓄積した信号電荷を図7(a)中符号(12)及び符号(13)で示す垂直電極(V3)による読み出しタイミングの前に減少することができ、第1フィールド及び第2フィールドの間での出力差を低減しフリッカの発生を抑制することができる。
【0045】
また、本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法では、第1フィールドの読み出し時に垂直転送クロックを図7(a)中符号(5)、(6)及び(7)で示すタイミングで各垂直電極(V1)〜(V4)に印加することで、第1フィールド読み出し時にφV1Mレベル状態を形成したとしても逆転送の発生を抑制することができる。
同様に、第2フィールドの読み出し時に垂直転送クロックを図7(b)中符号(5)、(6)及び(7)で示すタイミングで各垂直電極(V1)〜(V4)に印加することで、第2フィールド読み出し時にφV3Mレベル状態を形成したとしても逆転送の発生を抑制することができる。
【0046】
なお、必ずしも従来の垂直転送クロックの動作タイミングに所定の動作タイミングを挿入した垂直転送クロックの動作タイミングである必要は無く、従来の垂直転送クロックの動作タイミングとは無関係な垂直転送クロックの動作タイミングであっても構わない点、高感度の画素に蓄積した信号電荷を先に読み出すフィールドに高感度の画素に蓄積した信号電荷を減少させる状態を形成すれば充分である点及び垂直電極(V1)〜(V4)の配列は図12に示す配列に限る必要が無い点は上記した本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例と同様である。
【0047】
【発明の効果】
以上述べてきた如く、本発明の固体撮像装置及び固体撮像装置の駆動方法によれば、第1フィールド及び第2フィールドの間での出力差を低減しフリッカの発生を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例の読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートである。
【図2】図1に示す動作タイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図である。
【図3】本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例の第1フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートの一変形例である。
【図4】本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の一例の第2フィールドの読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートの一変形例である。
【図5】フリッカの抑制を説明する図である。
【図6】逆転送の発生の抑制を説明する図である。
【図7】本発明を適用した固体撮像装置の駆動方法の他の一例の読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートである。
【図8】図7に示す動作タイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図である。
【図9】ベイヤ型配列を説明する図である。
【図10】色差順次型配列を説明する図である。
【図11】色差順次型配列の信号電荷の読み出しを説明する模式図である。
【図12】色差順次型配列フィルタを用いた固体撮像素子におけるG,Ye,Mg,Ye列の任意画素についての垂直電極(V1)〜(V4)の配列構造を示す模式図である。
【図13】従来の固体撮像装置の駆動方法の読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートの一例である。
【図14】図13に示す動作タイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図である。
【図15】従来の固体撮像装置の駆動方法の読み出し時における各垂直電極(V1)〜(V4)に印加する垂直転送クロックのタイミングチャートの他の一例である。
【図16】図15に示す動作タイミングで垂直転送クロックを垂直電極(V1)〜(V4)に印加した場合における電荷の転送状態を示す模式図である。
【図17】フリッカの発生を説明する図である。
Claims (2)
- マトリクス状に配列された感度の異なる複数の受光部と、垂直近隣の受光部から読み出された電荷を混合して転送する垂直転送部と、該垂直転送部より電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、該水平転送部より電荷が転送され、転送された電荷を出力する出力部とを備えると共に、第1フィールド及び第2フィールドにおける電荷の読み出しの際、一方の読み出し電極電圧がハイレベルの時に他方の読み出し電極を含む他の電極電圧がローレベルとなる期間を有する固体撮像装置において、
前記受光部に蓄積された電荷の読み出し前に、後に読み出される受光部の電極電圧をミドルレベルに設定し、先に読み出される受光部の電極を含む他の電極電圧をローレベルに設定すると共に、
前記受光部から垂直転送部に読み出された電荷を順転送させるように電極電圧を印加した
ことを特徴とする固体撮像装置。 - マトリクス状に配列された感度の異なる複数の受光部と、垂直近隣の受光部から読み出された電荷を混合して転送する垂直転送部と、該垂直転送部より電荷が転送され、転送された電荷を水平方向に転送する水平転送部と、該水平転送部より電荷が転送され、転送された電荷を出力する出力部とを備えると共に、第1フィールド及び第2フィールドにおける電荷の読み出しの際、一方の読み出し電極電圧がハイレベルの時に他方の読み出し電極を含む他の電極電圧がローレベルとなる期間を与える固体撮像装置の駆動方法において、
前記受光部に蓄積された電荷の読み出し前に、後に読み出される受光部の電極電圧をミドルレベルに設定し、先に読み出される受光部の電極を含む他の電極電圧をローレベルに設定すると共に、
前記受光部から垂直転送部に読み出された電荷を順転送させるように電極電圧を印加する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
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