JP4695888B2 - Solid-state imaging device and driving method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device such as a digital still camera and a digital video camera.

従来、受けた光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像素子が知られており、この固体撮像素子から得た映像信号を静止画像として表示するデジタルスチルカメラ等のカメラが知られている。近年では、このような固体撮像素子を用いたカメラは、画質及び機能のさらなる向上が要望され、急速な高画素化が進んでいる。   Conventionally, a solid-state imaging device that converts received light into an electrical signal and outputs it as a video signal is known, and a camera such as a digital still camera that displays a video signal obtained from the solid-state imaging device as a still image is known. ing. In recent years, a camera using such a solid-state imaging device is required to further improve image quality and function, and the number of pixels is rapidly increasing.

例えば、約500万個の画素を有する固体撮像素子であれば、垂直方向の画素数が約1920画素、水平方向の画素数が約2560画素で、通常のNTSC用の固体撮像素子が有する画素数の16倍程度の画素数を有し、全画素出力時のフレームレートは従来の12MHz程度の画素クロックを用いると約1/2秒程度となる。このため、固体撮像素子から出力される映像信号を、カメラの表示装置(液晶モニタ等)にそのままのフレームレートで出力できない場合が多くなってきた。   For example, in the case of a solid-state imaging device having about 5 million pixels, the number of pixels in the vertical direction is about 1920 pixels, the number of pixels in the horizontal direction is about 2560 pixels, and the number of pixels that a normal NTSC solid-state imaging device has When the conventional pixel clock of about 12 MHz is used, the frame rate at the time of output of all pixels is about ½ second. For this reason, video signals output from a solid-state image sensor cannot be output to a camera display device (liquid crystal monitor or the like) at the same frame rate.

そこで、このような固体撮像素子において、画素クロックの高速化に加えて垂直方向において信号の読み出し対象とする画素を間引くことにより、動画の映像信号を高速に読み出す駆動方法が従来から用いられている。例えば、8ラインのうち2ラインの画素の信号のみを利用する方法が用いられている。   Therefore, in such a solid-state imaging device, a driving method for reading a video signal of a moving image at high speed by thinning out pixels to be read out in the vertical direction in addition to increasing the pixel clock speed has been conventionally used. . For example, a method using only the signals of the pixels of 2 lines out of 8 lines is used.

また、画素混合の手法により固体撮像素子の出力画素数を削減する技術も知られている(特許文献1を参照。)。
特開2001−36920号公報
In addition, a technique for reducing the number of output pixels of a solid-state imaging device by a pixel mixing method is also known (see Patent Document 1).
JP 2001-36920 A

しかしながら、上記のような画素間引き構成では、垂直方向に極端にリサンプリング(上記の例では1/4)されることになり、これに伴う、リサンプル時の垂直方向の空間LPFが存在していないため、映像信号の垂直方向に高周波信号が含まれる画像を撮像すると、垂直方向の高周波成分の低周波への折り返し成分が大量に発生し、輝度信号、色度信号共に偽信号が大量に発生するばかりでなく、水平方向と垂直方向の画素サンプリング密度の不均衡により水平解像度に対し垂直解像度が著しく低下するという課題が発生する。また、読み出さない行の画素の信号は廃棄されるため、実質的な感度が低下するという課題も発生する。上記の例での画素利用率は25%となる。   However, in the pixel thinning configuration as described above, resampling is extremely performed in the vertical direction (1/4 in the above example), and there is a space LPF in the vertical direction at the time of resampling. Therefore, when an image that includes a high-frequency signal in the vertical direction of the video signal is captured, a large amount of the folding component of the high-frequency component in the vertical direction to a low frequency is generated, and a large number of false signals are generated for both the luminance signal and the chromaticity signal. In addition, there is a problem in that the vertical resolution is significantly lowered with respect to the horizontal resolution due to the imbalance between pixel sampling densities in the horizontal and vertical directions. In addition, since the signal of the pixel in the row that is not read out is discarded, there arises a problem that the substantial sensitivity is lowered. The pixel utilization rate in the above example is 25%.

さらに、上記すべての課題は、従来の方式を用いれば、固体撮像素子の画素数が増加すればするほど、フレームレートを上げるための固体撮像素子の全行に対する垂直読み出し行の比率を下げる必要性から、課題はより顕著化するという性質を原理的に持つものである。   Furthermore, all of the above problems are related to the necessity of lowering the ratio of the vertical readout row to the entire row of the solid-state image sensor to increase the frame rate as the number of pixels of the solid-state image sensor increases with the use of the conventional method. Therefore, in principle, the problem has the property of becoming more prominent.

本発明は、上記の課題を解決し、超メガピクセル等の画素の多い固体撮像素子の出力画素信号数を画素加算手法によって削減し、インターレススキャン方式のシステムに適した超高画素固体撮像素子を備え、動画撮像が可能な固体撮像装置及びその駆動方法を実現できるようにすることを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and reduces the number of output pixel signals of a solid-state image pickup device having many pixels such as a super megapixel by a pixel addition method, and is an ultra-high pixel solid-state image pickup device suitable for an interless scan system. And a solid-state imaging device capable of capturing a moving image and a driving method thereof.

上記目的を達成するため、本発明は固体撮像装置を、固体撮像素子を備え、それぞれ複数の画素混合エリア単位に含まれる複数の画素の電荷を加算する第1フィールド及び第2フィールドの画素加算処理を行って、第1フィールド及び第2フィールドの画素加算処理で得られた画素の電荷の信号をインターレススキャン用の信号として交互に出力する構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a solid-state imaging device, a solid-state imaging device, and a pixel addition process for a first field and a second field for adding charges of a plurality of pixels each included in a plurality of pixel mixture area units. Thus, the pixel charge signal obtained by the pixel addition processing in the first field and the second field is alternately output as an interlace scan signal.

具体的に本発明の固体撮像装置は、固体撮像装置は、行列状に配列された複数の光電変換素子を有する固体撮像素子を備え、固体撮像素子の第1方向に配置されたq(qは2以上の自然数)個の画素と、第1方向と交差する第2方向に配置されたp(pは2以上の自然数)個の画素とが画素混合エリア単位を対象とし、複数の画素混合エリア単位に含まれる複数の画素の電荷を加算する第1フィールドの画素加算処理と、第1フィールドの画素加算処理で加算された画素混合エリア単位の組合せとは異なる組合せによる複数の画素混合エリア単位に含まれる複数の画素の電荷を加算する第2フィールドの画素加算処理とを行う画素加算処理手段と、第1フィールド及び第2フィールドの画素加算処理で得られた画素の電荷の信号をインターレススキャン用の信号として交互に出力する出力手段とを備えていることを特徴とする。   Specifically, in the solid-state imaging device of the present invention, the solid-state imaging device includes a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix, and q (q is q) arranged in the first direction of the solid-state imaging device. A plurality of pixel mixture areas, each of which is a pixel mixture area unit of two or more pixels) and p (p is a natural number of two or more) pixels arranged in the second direction intersecting the first direction. The pixel addition process of the first field for adding the charges of the plurality of pixels included in the unit and the pixel mixture area unit by a combination different from the combination of the pixel mixture area unit added by the pixel addition process of the first field Pixel addition processing means for performing pixel addition processing in a second field for adding charges of a plurality of included pixels, and interpolating signals of pixel charges obtained by pixel addition processing in the first field and second field. Characterized in that an output means for outputting alternately as a signal for the scan.

本発明の固体撮像装置によれば、複数の画素混合エリア単位に含まれる複数の画素の電荷を加算する第1フィールドの画素加算処理と、第1フィールドの画素加算処理で加算された画素混合エリア単位の組合せとは異なる組合せによる複数の画素混合エリア単位に含まれる複数の画素の電荷を加算する第2フィールドの画素加算処理とを行う手段を備えているため、読み出し対処とする画素を間引くことなく、映像信号を高速に読み出すことができる。従って、すべての画素の信号を廃棄することなく出力することが可能となり、感度が大幅に向上する。さらに、高周波成分の低周波への折り返し成分が大幅に低減されるので、輝度信号、色度信号共に偽信号が大幅に抑圧され、その結果、画質が向上する。   According to the solid-state imaging device of the present invention, the pixel mixture area added by the pixel addition process of the first field for adding the charges of the plurality of pixels included in the unit of the plurality of pixel mixture areas and the pixel addition process of the first field. Since there is a means for performing pixel addition processing in the second field for adding charges of a plurality of pixels included in a plurality of pixel mixture area units by a combination different from the unit combination, pixels to be read out are thinned out The video signal can be read at high speed. Therefore, it becomes possible to output the signals of all the pixels without discarding them, and the sensitivity is greatly improved. Further, since the aliasing component of the high frequency component to the low frequency is significantly reduced, the false signal is greatly suppressed for both the luminance signal and the chromaticity signal, and as a result, the image quality is improved.

本発明の固体撮像装置は、第1フィールドの画素加算処理及び第2フィールドの画素加算処理においてそれぞれ加算される複数の画素混合エリア単位は、それぞれが第1方向及び第2方向にオーバーラップする部分を持つように配置されていることが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the plurality of pixel mixture area units added in the first field pixel addition process and the second field pixel addition process overlap each other in the first direction and the second direction. It is preferable that it is arrange | positioned so that it may have.

本発明の固体撮像装置において、画素混合エリア単位における画素の第1方向の個数qはq=4m+1(mは自然数)で表され、第2方向の個数pはp=4n+1(nは自然数)で表され、画素混合エリア単位は、第2方向に(p+1)/2画素、第1方向に(q+1)/2画素ずれてオーバーラップしていることが好ましい。   In the solid-state imaging device of the present invention, the number q of pixels in the first direction in the pixel mixture area unit is represented by q = 4m + 1 (m is a natural number), and the number p in the second direction is p = 4n + 1 (n is a natural number). It is preferable that the pixel mixture area unit is overlapped with a shift of (p + 1) / 2 pixels in the second direction and (q + 1) / 2 pixels in the first direction.

また、画素混合エリア単位における画素の第1方向の個数qはq=4m−1で表され、第2方向の個数pはp=4n−1(nは自然数)で表され、画素混合エリア単位は、第2方向に(p−1)/2画素と(p+3)/2画素とのずれ量を交互に繰り返し、第1方向に(q−1)/2画素と(q+3)/2画素とのずれ量を交互に繰り返してずれてオーバーラップしていてもよい。   The number q of pixels in the first direction in the pixel mixture area unit is represented by q = 4m−1, and the number p in the second direction is represented by p = 4n−1 (n is a natural number). Alternately repeats the shift amount between (p-1) / 2 pixels and (p + 3) / 2 pixels in the second direction, and (q-1) / 2 pixels and (q + 3) / 2 pixels in the first direction. The amount of deviation may be repeated alternately to overlap.

また、第1方向においては、1つの画素混合エリア単位に含まれる複数の画素の電荷を加算し、第2方向においては、第1方向で加算されて転送される複数の画素混合エリアごとに加算された画素の電荷を加算してもよい。このような構成とすることにより、第1方向における画素の電荷を加算と第2方向における画素の電荷の加算を行う処理を明確に分離して、迅速な時系列処理を行うことが可能となる。   In the first direction, charges of a plurality of pixels included in one pixel mixture area unit are added, and in the second direction, addition is performed for each of the plurality of pixel mixture areas that are added and transferred in the first direction. You may add the electric charge of the selected pixel. With this configuration, it is possible to clearly separate the process of adding the pixel charges in the first direction and the process of adding the pixel charges in the second direction, and to perform a quick time-series process. .

また、画素加算処理手段は、複数の画素混合エリア単位のうち、第1方向に隣接して配置された2つの画素混合エリア単位に対して、2つの画素混合エリア単位にそれぞれ含まれる複数の画素の電荷同士を加算する複数のライン処理を行い、複数のライン処理のうち少なくとも一方は、第2方向に1画素以上ずれて配置された2つの画素混合エリア単位同士を処理するしてもよい。このような構成とすることにより、色が異なる画素の電荷を第2方向に沿って加算することが容易になる。   Further, the pixel addition processing means includes a plurality of pixels included in each of the two pixel mixture area units with respect to two pixel mixture area units arranged adjacent to each other in the first direction among the plurality of pixel mixture area units. A plurality of line processes for adding the charges of each other may be performed, and at least one of the plurality of line processes may process two pixel mixed area units arranged with a shift of one pixel or more in the second direction. With such a configuration, it becomes easy to add charges of pixels having different colors along the second direction.

さらに、複数のライン処理のうちの一のライン処理において処理される2つの画素混合エリア単位同士を合わせた第1の領域の重心位置は、複数のライン処理のうちの他のライン処理において処理される2つの画素混合エリア単位同士を合わせた第2の領域の重心位置と、第2の領域と同時に処理され且つ第2の領域と第2方向に隣接して配置された2つの画素混合エリア単位同士を合わせた第3の領域の重心位置との中心を通る第1方向に沿った線の線上に位置していてもよい。このような構成とすることにより、固体撮像装置から出力される画素信号の重心補正が簡単になり、動画像におけるフレーム残像を低減することができる。   Furthermore, the center-of-gravity position of the first region obtained by combining two pixel mixture area units processed in one line process among the plurality of line processes is processed in the other line process among the plurality of line processes. The center of gravity of the second region combining the two pixel mixture area units, and two pixel mixture area units processed simultaneously with the second region and arranged adjacent to the second region in the second direction You may be located on the line | wire of the line along the 1st direction which passes along the center with the gravity center position of the 3rd area | region which match | combined each other. With such a configuration, the correction of the center of gravity of the pixel signal output from the solid-state imaging device is simplified, and the afterimage in the moving image can be reduced.

本発明の固体撮像装置において、固体撮像素子は、それぞれ各光電変換素子の前面に付設されたカラーフィルタを備えていることが好ましく、この場合において、固体撮像装置のカラーフィルタの配列は、2行2列のベイヤ配列の組合せであり、画素加算処理手段は、各画素混合エリア単位ごとに複数の画素の電荷同士を第1方向に沿ってそれぞれ加算する第1方向転送段と、第1方向転送段において加算して得られた電荷同士を第2の方向に沿ってそれぞれ加算する第2方向転送段とを含み、第2方向転送段において加算して得られた各電荷は、補色フィルタ配列の表示用の各画素信号であっても、2行2列のシアン、イエロー、グリーン及びマゼンタの4色の組合せであってもよい。   In the solid-state imaging device of the present invention, each solid-state imaging device preferably includes a color filter attached to the front surface of each photoelectric conversion element. In this case, the arrangement of the color filters of the solid-state imaging device is two rows. A combination of two rows of Bayer arrays, wherein the pixel addition processing means adds a first direction transfer stage for adding charges of a plurality of pixels along a first direction for each pixel mixed area unit, and a first direction transfer And a second direction transfer stage that adds the charges obtained by adding in the stage along the second direction, and each charge obtained by adding in the second direction transfer stage is stored in the complementary color filter array. Each pixel signal for display may be a combination of four colors of cyan, yellow, green and magenta in 2 rows and 2 columns.

本発明の固体撮像装置において、画素加算処理を行う手段は、第1方向に沿って各画素の電荷を転送する複数のCCDからなる第1方向転送段と、第1方向転送段から転送された電荷を第2方向に沿って電荷を転送するCCDからなる第2方向転送段とを有していることが好ましい。このような構成にすることにより、CCDを利用した画素の電荷を加算する処理が可能となる。   In the solid-state imaging device of the present invention, the means for performing pixel addition processing is transferred from the first direction transfer stage composed of a plurality of CCDs that transfer the charge of each pixel along the first direction, and from the first direction transfer stage. It is preferable to have a second direction transfer stage composed of a CCD that transfers charges along the second direction. By adopting such a configuration, it is possible to perform processing for adding the charges of the pixels using the CCD.

この場合において、第2方向転送段は、第2方向転送段は、第1ゲートを有し電荷を保持するためのストレージ領域と、第2ゲートを有し電荷の転送に対する障壁となるバリア領域とを交互に配置して構成されており、第1ゲートと、第2ゲートとは、電気的に切り離されて個別のバイアスを受けることが好ましい。このような構成とすることにより、第2方向転送段における画素の電荷を順方向だけでなく逆方向に転送することが可能となり、画素加算処理を迅速に行うことができる。   In this case, the second direction transfer stage includes a storage region that has a first gate and holds charges, and a barrier region that has a second gate and serves as a barrier against charge transfer. Are preferably arranged alternately, and the first gate and the second gate are preferably electrically separated and individually biased. With such a configuration, it becomes possible to transfer the charge of the pixel in the second direction transfer stage not only in the forward direction but also in the reverse direction, and the pixel addition process can be performed quickly.

本発明の固体撮像装置の駆動方法は、行列状に配列された複数の光電変換素子を有する固体撮像素子を備え、固体撮像素子の第1方向に配置されたq(qは2以上の自然数)の画素と、第1方向と交差する第2方向に配置されたp(pは2以上の自然数)個の画素とを画素混合エリア単位としている固体撮像装置の駆動方法を対象とし、第1方向に沿って、各画素混合エリア単位内の各画素の電荷を加算して転送するステップ(a)と、第1方向で加算された後転送された画素の電荷を第2方向に沿って転送しつつ、複数の画素混合エリア単位からの画素の電荷を加算するステップ(b)と、ステップ(b)で加算された第1フィールドと第2フィールドとにおける画素の電荷についての信号をインターレススキャン用の信号として交互に出力するステップ(c)とを含むことを特徴とする。   The solid-state imaging device driving method of the present invention includes a solid-state imaging device having a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix, and q arranged in the first direction of the solid-state imaging device (q is a natural number of 2 or more). And a solid-state imaging device driving method in which a pixel mixture area unit is p (p is a natural number of 2 or more) pixels arranged in a second direction intersecting the first direction, and the first direction A step (a) of adding and transferring the charges of each pixel in each pixel mixed area unit along the direction, and transferring the charge of the pixel transferred after being added in the first direction along the second direction. On the other hand, signals for pixel charges in the first field and the second field added in step (b) and step (b) of adding pixel charges from a plurality of pixel mixed area units are used for interlace scanning. Alternately output as Characterized in that it comprises a step (c) to.

本発明の固体撮像装置の駆動方法によれば、第1方向に沿って、各画素混合エリア単位内の各画素の電荷を加算して転送するステップと、第1方向で加算された後転送された画素の電荷を第2方向に沿って転送しつつ、複数の画素混合エリア単位からの画素の電荷を加算するステップを含んでいるため、読み出し対象とする画素を間引くことなく、映像信号を高速に読み出すことができる。従って、すべての画素の信号を廃棄することなく出力することが可能となり、感度が大幅に向上する。さらに、高周波成分の低周波への折り返し成分が大幅に低減されるので、輝度信号、色度信号共に偽信号が大幅に抑圧され、その結果、画質が向上する。   According to the driving method of the solid-state imaging device of the present invention, the step of adding and transferring the charges of each pixel in each pixel mixed area unit along the first direction and the transfer after the addition in the first direction are performed. Transfer of the pixel charges along the second direction while adding the pixel charges from a plurality of pixel mixed area units, so that the video signal can be transferred at high speed without thinning out the pixels to be read out. Can be read out. Therefore, it becomes possible to output the signals of all the pixels without discarding them, and the sensitivity is greatly improved. Further, since the aliasing component of the high frequency component to the low frequency is significantly reduced, the false signal is greatly suppressed for both the luminance signal and the chromaticity signal, and as a result, the image quality is improved.

本発明の固体撮像装置の駆動方法は、上記第1フィールドの画素加算処理ステップ及び第2フィールドの画素加算処理ステップにおいてそれぞれ加算される上記複数の画素混合エリア単位を、それぞれが上記第1方向及び第2方向に互いにオーバーラップする部分を持つように配置することが好ましい。   The solid-state imaging device driving method according to the present invention includes the plurality of pixel mixture area units added in the pixel addition processing step in the first field and the pixel addition processing step in the second field, respectively, in the first direction and It is preferable to arrange so as to have overlapping portions in the second direction.

本発明の固体撮像装置の駆動方法は、ステップ(a)では、1つの画素混合エリア単位内の画素の電荷を第1方向において加算し、ステップ(b)では、第1方向で加算された画素の電荷を第2方向に沿って加算することが好ましい。また、ステップ(b)では、それぞれ、第1方向に相隣接している2つの画素混合エリア単位の画素の電荷を第2方向で加算するライン処理を、複数段に分けて行うことが好ましい。   In the driving method of the solid-state imaging device of the present invention, in step (a), the charges of the pixels in one pixel mixed area unit are added in the first direction, and in step (b), the pixels added in the first direction are added. Are preferably added along the second direction. Further, in step (b), it is preferable that line processing for adding the charges of the pixels in two pixel mixed area units adjacent to each other in the first direction in the second direction is performed in a plurality of stages.

本発明の固体撮像装置の駆動方法において、固体撮像素子は、光電変換素子の前面に付設されたカラーフィルタを有していることが好ましい。この場合において、固体撮像素子のカラーフィルタの配列が2行2列のベイヤ配列の組合せであり、ステップ(b)では、各画素混合エリア単位からの異なる色の画素の電荷を加算して、補色フィルタ配列用の画素信号を生成しても、固体撮像素子のカラーフィルタの配列が2行2列のシアン、イエロー、グリーン及びマゼンタの4色の組合せであってもよい。   In the solid-state imaging device driving method of the present invention, the solid-state imaging device preferably has a color filter attached to the front surface of the photoelectric conversion device. In this case, the arrangement of the color filters of the solid-state imaging device is a combination of 2 rows and 2 columns of Bayer arrangement, and in step (b), the charges of the pixels of different colors from each pixel mixture area unit are added to obtain complementary colors. Even if the pixel signal for the filter arrangement is generated, the arrangement of the color filters of the solid-state imaging device may be a combination of four colors of cyan, yellow, green and magenta in 2 rows and 2 columns.

本発明の固体撮像装置の駆動方法は、ステップ(a)では、第1方向に沿って各画素の電荷を転送する複数のCCDからなる第1方向転送段を用い、ステップ(b)では、第1方向転送段から転送された電荷を受けて、第2方向に沿って電荷を転送するCCDからなる第2方向転送段を用いることが好ましい。   In the driving method of the solid-state imaging device according to the present invention, in step (a), a first direction transfer stage including a plurality of CCDs for transferring charges of each pixel along the first direction is used, and in step (b), the first direction transfer stage is used. It is preferable to use a second direction transfer stage comprising a CCD that receives charges transferred from the one direction transfer stage and transfers the charges along the second direction.

本発明の固体撮像装置又はその駆動方法によると、超メガピクセル等の画素の多い固体撮像素子の出力画素信号数を画素加算手法によって削減し、インターレススキャン方式のシステムに適した,超高画素固体撮像素子の動画撮像を実現できる。   According to the solid-state imaging device of the present invention or the driving method thereof, the number of output pixel signals of a solid-state imaging device having many pixels such as a super megapixel is reduced by a pixel addition method, and the ultra-high pixel suitable for an interlace scan system The moving image imaging of the solid-state imaging device can be realized.

以下、本発明のカラー固体撮像装置に係る各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態ではCCD固体撮像素子を用いた場合を説明するが、固体撮像素子はMOS型固体撮像素子であっても構わない。従って、下記の各実施形態における電荷の混合とは、電荷の加算という操作の一種類を意味することになる。   Hereinafter, embodiments of the color solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, a case where a CCD solid-state imaging device is used will be described. However, the solid-state imaging device may be a MOS solid-state imaging device. Therefore, the charge mixing in the following embodiments means one kind of operation of charge addition.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るカラー固体撮像装置のCCD固体撮像素子中の素子配列を模式的に示す平面図である。固体撮像素子は、多数の画素11を、第1方向である垂直方向と第2方向である水平方向とに、行列状に配置して備えている。画素11は、光電変換素子とその前面に装着されるカラーフィルタとを含んでいる。画素11の種類としては、図中Bで表示される青色のフィルタを有するB画素と、図中Rで表示される赤色のフィルタを有するR画素と、図中Gr又はGbで表示される緑色のフィルタを有するGr画素又はGb画素とが含まれている。つまり、本実施形態の固体撮像素子は、原色カラーフィルタ配列,特に,ベイヤ配列構造を有している。ここで、Gr画素とGb画素とは実際には同色(緑色)のフィルタを有する画素であるが、動作の説明の便宜上、水平両サイドをR画素で挟まれる画素をGr画素、水平両サイドをB画素で挟まれる画素をGb画素と表記している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view schematically showing an element arrangement in a CCD solid-state imaging device of the color solid-state imaging device according to the first embodiment. The solid-state imaging device includes a large number of pixels 11 arranged in a matrix in a vertical direction that is a first direction and a horizontal direction that is a second direction. The pixel 11 includes a photoelectric conversion element and a color filter attached to the front surface thereof. The types of the pixels 11 include a B pixel having a blue filter displayed in B in the figure, an R pixel having a red filter displayed in R in the figure, and a green pixel displayed in Gr or Gb in the figure. Gr pixels or Gb pixels having a filter are included. That is, the solid-state imaging device of this embodiment has a primary color filter array, in particular, a Bayer array structure. Here, the Gr pixel and the Gb pixel are actually pixels having filters of the same color (green). However, for convenience of explanation of the operation, the pixel sandwiched between the R pixels on both horizontal sides is defined as the Gr pixel, and the horizontal both sides are illustrated. Pixels sandwiched between B pixels are denoted as Gb pixels.

固体撮像装置は、ゲートV1〜V6を直列に接続して構成される6相の垂直転送段12(12A,12B,…)(第1方向転送段)と、ゲートH1,H2,H3,H4で構成される4相の転送ゲート部W1,W2,…を直列に接続して構成される水平転送段W(第2方向転送段)と、水平転送段Wに蓄積された電荷を出力するための出力アンプ14と、垂直転送の最終段に独立に駆動できるゲート(V3,V3R,V3L,V5,V5R,V5L)を有する垂直−水平転送つなぎ部15とを備えている。上記垂直転送段12,垂直−水平転送つなぎ部15及び水平転送段Wにより、後述する第1フィールドの画素混合処理と第2フィールドの画素混合処理とを行う手段が構成されている。また、出力アンプ14は、第1,第2フィールドの画素混合処理で得られた画素の信号をインターレススキャン用の信号として出力する手段として機能する。   The solid-state imaging device includes six-phase vertical transfer stages 12 (12A, 12B,...) (First direction transfer stage) configured by connecting gates V1 to V6 in series, and gates H1, H2, H3, and H4. A horizontal transfer stage W (second-direction transfer stage) configured by serially connecting the four-phase transfer gate portions W1, W2,... Configured to output charges accumulated in the horizontal transfer stage W. An output amplifier 14 and a vertical-horizontal transfer linking portion 15 having gates (V3, V3R, V3L, V5, V5R, V5L) that can be driven independently are provided in the final stage of the vertical transfer. The vertical transfer stage 12, the vertical-horizontal transfer linking unit 15, and the horizontal transfer stage W constitute means for performing a first field pixel mixing process and a second field pixel mixing process, which will be described later. The output amplifier 14 functions as means for outputting the pixel signal obtained by the pixel mixing process in the first and second fields as a signal for interlace scanning.

ここで、各垂直転送段12A,12B,…中のゲートV1,V3,…などの奇数番号が付されたゲートは、各画素内の光電変換素子に接続されており、各画素からの電荷を読み出し、読み出された電荷は、ゲートV1〜V6により転送される。   Here, the gates with odd numbers such as the gates V1, V3,... In each of the vertical transfer stages 12A, 12B,... Are connected to the photoelectric conversion elements in each pixel, and charge from each pixel is transferred. The read and read charges are transferred by the gates V1 to V6.

また、水平転送段W中の各転送ゲート部W1,W2,…の各ゲートH1,H3は、垂直−水平転送つなぎ部15から転送された電荷を保持する機能を有し、ゲートH2,H4は、各ゲートH1,H3の電荷の移動に対する障壁として機能する。ここで、後に説明するように、水平転送段W中の各転送ゲート部W1,W2,…の各ゲートH1,H2,H3.H4は独立に配線されている。   Further, the gates H1, H3 of the transfer gate portions W1, W2,... In the horizontal transfer stage W have a function of holding the charges transferred from the vertical-horizontal transfer joint portion 15, and the gates H2, H4 are The gates H1 and H3 function as a barrier against charge movement. Here, as will be described later, the gates H1, H2, H3... Of the transfer gate portions W1, W2,. H4 is wired independently.

行列状に配置された画素11は、互いにオーバーラップする多数の画素混合エリア単位に群別される。本実施形態においては、それぞれ5×5画素で構成される画素混合エリアの基本単位Aに群別され、中心位置にある画素のフィルタの色が当該画素混合エリア単位において混合される色を代表している。第1の実施形態は、画素混合エリアが5行5列の場合である。   The pixels 11 arranged in a matrix are grouped into a large number of pixel mixture area units that overlap each other. In the present embodiment, the basic unit A of the pixel mixture area each composed of 5 × 5 pixels is grouped, and the color of the filter of the pixel at the center position represents the color mixed in the pixel mixture area unit. ing. The first embodiment is a case where the pixel mixture area has 5 rows and 5 columns.

図1に示すように、本実施形態においては、第1フィールドにおける画素混合エリア単位として、Gbの画素混合エリア単位A1と、Bの画素混合エリア単位A2と、Grの画素混合エリア単位A3と、Rの画素混合エリア単位A4と、Gbの画素混合エリア単位A5と、Bの画素混合エリア単位A6と、Rの画素混合エリア単位A7と、Grの画素混合エリア単位A8とが設定されている。なお、本出願書類における「画素混合エリア単位」という用語は、MOS型固体撮像素子における電荷の加算操作を行うエリア単位も含んで定義されている。   As shown in FIG. 1, in this embodiment, as a pixel mixture area unit in the first field, a Gb pixel mixture area unit A1, a B pixel mixture area unit A2, a Gr pixel mixture area unit A3, An R pixel mixture area unit A4, a Gb pixel mixture area unit A5, a B pixel mixture area unit A6, an R pixel mixture area unit A7, and a Gr pixel mixture area unit A8 are set. Note that the term “pixel mixed area unit” in this application document is defined to include an area unit for performing charge addition operation in a MOS type solid-state imaging device.

この例では、各画素混合エリア単位は垂直方向及び水平方向にそれぞれ2画素ずつオーバーラップしている。そして、図1には表示されていないが、画素混合エリア単位A1〜A8は、垂直方向及び水平方向にオーバーラップしながら繰り返し表れるように設定されている。   In this example, each pixel mixed area unit overlaps two pixels in the vertical direction and in the horizontal direction. Although not shown in FIG. 1, the pixel mixed area units A1 to A8 are set to repeatedly appear while overlapping in the vertical direction and the horizontal direction.

[第1フィールドにおける画素混合]
次に、本実施形態における第1フィールドの画素混合処理の手順について、図1に示す画素混合エリア単位A1,A2,…,A8内の各画素を混合する場合を例にとって、図2を参照しながら説明する。
[Pixel mixture in the first field]
Next, with respect to the procedure of the pixel mixing process in the first field in the present embodiment, referring to FIG. 2, taking as an example the case of mixing the pixels in the pixel mixing area units A1, A2,. While explaining.

−画素混合エリア単位内の画素の電荷の混合処理−
初めに垂直転送段12のゲートV3に読み出しパルスを印加することにより、画素混合エリア単位中の上方の電荷が読み出される。この電荷をゲートV3からゲートV1まで転送して、その後、ゲートV1に読み出しパルスを印加することにより画素混合エリア単位中の中央の電荷が読み出され、最初に読み出された上方の電荷と混合される。
-Charge mixing process for pixels in the pixel mixing area unit-
First, by applying a read pulse to the gate V3 of the vertical transfer stage 12, the upper charge in the pixel mixed area unit is read. This charge is transferred from the gate V3 to the gate V1, and then a readout pulse is applied to the gate V1 to read out the central charge in the pixel mixture area unit and mix it with the upper charge read out first. Is done.

この2画素混合された電荷をゲートV1からゲートV5へ転送して、その後、ゲートV5に読み出しパルスを印加することにより、画素混合エリア単位中の下方の電荷が読み出され、3画素が混合される。   The charge mixed in the two pixels is transferred from the gate V1 to the gate V5, and then a readout pulse is applied to the gate V5, whereby the lower charge in the pixel mixture area unit is read out and the three pixels are mixed. The

このようにして、画素混合エリア単位中の垂直方向の3画素の電荷が混合される。このとき、画素混合エリア単位A1〜A8…の垂直3画素の電荷が同時に混合される。   In this way, the charges of the three pixels in the vertical direction in the pixel mixture area unit are mixed. At this time, the charges of the three vertical pixels of the pixel mixing area units A1 to A8... Are mixed at the same time.

ただし、垂直3画素の電荷の混合方法は、本実施形態及び後述する第2,第3の実施形態において示す方法以外にも幾通りも可能であり、他の方法を用いてもよい。   However, the charge mixing method for the vertical three pixels can be various in addition to the method shown in this embodiment and the second and third embodiments described later, and other methods may be used.

このように、3画素混合された電荷は垂直方向に順次送られ、垂直転送段12と水平転送段Wとの間に配置された垂直−水平転送つなぎ部15の各ゲートに蓄積される。   In this way, the charge mixed with the three pixels is sequentially sent in the vertical direction and accumulated in each gate of the vertical-horizontal transfer linking portion 15 disposed between the vertical transfer stage 12 and the horizontal transfer stage W.

図2は、第1フィールドにおいて、垂直転送段12で3画素混合された1つの画素混合エリア単位内の電荷が水平転送段Wに転送された後、各ラインごとに水平転送段Wで2つの画素混合エリア単位内の電荷を混合する手順を説明する図である。また、水平1ラインの出力は、垂直3ライン分の出力に当たるため、同図は、2つの画素混合エリア内で混合された電荷を垂直3ライン分一括して転送するという手順を説明する図でもある。   FIG. 2 shows that in the first field, after charges in one pixel mixed area unit mixed with three pixels in the vertical transfer stage 12 are transferred to the horizontal transfer stage W, two lines are transferred in the horizontal transfer stage W for each line. It is a figure explaining the procedure which mixes the charge in a pixel mixing area unit. In addition, since the output of one horizontal line corresponds to the output of three vertical lines, this figure is also a diagram for explaining the procedure of transferring charges mixed in two pixel mixed areas for three vertical lines all at once. is there.

同図の横軸は水平転送段Wにおける転送ゲート部の位置を表しており、同図の縦軸は時間を表している。以下、図2に沿って、各ラインにおける画素混合処理について説明する。なお、図2及び後に説明する図6,図10においては、垂直−水平転送つなぎ部15から水平転送段Wに引き出された電荷しか表示されていないが、各ラインの2列目以降では、水平転送段W内で転送された電荷と垂直−水平転送つなぎ部15から水平転送段Wに引き出された電荷が順次混合されている。   The horizontal axis in the figure represents the position of the transfer gate portion in the horizontal transfer stage W, and the vertical axis in the figure represents time. Hereinafter, the pixel mixing process in each line will be described with reference to FIG. Note that in FIG. 2 and FIGS. 6 and 10 described later, only the charges drawn from the vertical-horizontal transfer connecting portion 15 to the horizontal transfer stage W are displayed, but in the second and subsequent columns of each line, horizontal charges are displayed. The charges transferred in the transfer stage W and the charges drawn out from the vertical-horizontal transfer connecting portion 15 to the horizontal transfer stage W are sequentially mixed.

また、本実施形態においては、垂直転送段12と垂直−水平転送つなぎ部15とを、共通のバイアス信号によって制御するようにしているが、第2,第3の実施形態においては、垂直転送段12と垂直−水平転送つなぎ部15とを、個別に制御している。   In this embodiment, the vertical transfer stage 12 and the vertical-horizontal transfer linking part 15 are controlled by a common bias signal. However, in the second and third embodiments, the vertical transfer stage 12 12 and the vertical-horizontal transfer link 15 are individually controlled.

本実施形態においては、電荷C1c〜C6c,C1d〜C6d,D1c〜D6c,D1d〜D6d,E1c〜E6c,E1d〜E6dの混合処理についてのみ説明するが、図2に示すように、電荷C1e〜C6e,D1e〜D6e,E1e〜E6eなどの他の電荷についても同様の手順で混合処理が行われる。   In the present embodiment, only the mixing process of charges C1c to C6c, C1d to C6d, D1c to D6c, D1d to D6d, E1c to E6c, and E1d to E6d will be described. However, as shown in FIG. , D1e to D6e, and other charges such as E1e to E6e are mixed in the same procedure.

−1ライン目の処理−
まず、垂直−水平転送つなぎ部15中のゲートに保持されている画素混合エリア単位の中の垂直方向に3画素混合された電荷のうち、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15D,15G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7(各ゲートH1)に引き出され、電荷C1c,C1dとして保持される。以下、図2においては、垂直転送段から引き出された電荷のみを表示しているが、各垂直転送段から引き出された電荷が順次混合されている。
-Line 1 processing-
First, among the charges mixed in three pixels in the vertical direction in the pixel mixture area unit held by the gate in the vertical-horizontal transfer connecting portion 15, the gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. The charges mixed in the transfer stages (15D, 15G) are drawn out to the transfer gate portions W4, W7 (each gate H1) and held as charges C1c, C1d. Hereinafter, in FIG. 2, only the charges extracted from the vertical transfer stages are displayed, but the charges extracted from the vertical transfer stages are sequentially mixed.

次に、各電荷C1c,C1dは、逆方向に2段(ゲートH1〜H4からなる転送ゲート部の2段を意味する)転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15F,15I)で混合された電荷が転送ゲートW6,W9に引き出され、電荷C1c+C2c,C1d+C2dとして保持される。   Next, after the charges C1c and C1d are transferred in two stages in the opposite direction (meaning the two stages of the transfer gate portion including the gates H1 to H4), gates V3R and V5R that can be independently driven are arranged. The charges mixed in the vertical transfer stages (15F, 15I) are drawn out to the transfer gates W6, W9 and held as charges C1c + C2c, C1d + C2d.

さらに、電荷C1c+C2c,C1d+C2dが、逆方向に2段転送された後、ゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15H,15K)で混合された電荷が転送ゲート部W8,W11に引き出され、電荷C1c+C2c+C3c,C1d+C2d+C3dとして保持される。   Further, after the charges C1c + C2c and C1d + C2d are transferred in two stages in the reverse direction, the charges mixed in the vertical transfer stages (15H, 15K) in which the gates V3, V5 are arranged are transferred to the transfer gate portions W8, It is extracted to W11 and held as charges C1c + C2c + C3c, C1d + C2d + C3d.

上記の電荷C1c+C2c+C3cは、画素混合エリア単位A1のGb画素9個が混合されたものであり、また、電荷C1d+C2d+C3dは、画素混合エリア単位A2のB画素9個が混合されたものである。以下の説明でも、電荷C1c+C2c+C3c及び電荷C1d+C2d+C3dのさらなる混合処理についてのみ説明する。   The charge C1c + C2c + C3c is a mixture of nine Gb pixels in the pixel mixture area unit A1, and the charge C1d + C2d + C3d is a mixture of nine B pixels in the pixel mixture area unit A2. It has been done. In the following description, only the further mixing process of the charges C1c + C2c + C3c and the charges C1d + C2d + C3d will be described.

さらに、電荷C1c+C2c+C3c,C1d+C2d+C3dが順方向に1段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15G,15J)で混合された電荷が転送ゲート部W7,W10に引き出され、電荷C1c+C2c+C3c+C4c,C1d+C2d+C3d+C4dとして保持される。   Furthermore, after the charges C1c + C2c + C3c and C1d + C2d + C3d are transferred one stage in the forward direction, they are mixed in the vertical transfer stage (15G, 15J) in which gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. The charges are drawn to the transfer gate portions W7 and W10 and held as charges C1c + C2c + C3c + C4c and C1d + C2d + C3d + C4d.

次に、電荷C1c+C2c+C3c+C4c,C1d+C2d+C3d+C4dが順方向に4段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15C,15F)で混合された電荷が転送ゲート部W3,W6に引き出され、電荷C1c+C2c+C3c+C4c+C5c,C1d+C2d+C3d+C4d+C5dとして保持される。   Next, after the charges C1c + C2c + C3c + C4c and C1d + C2d + C3d + C4d are transferred in four stages in the forward direction, the vertical transfer stages (15C, 15F) in which gates V3R and V5R that can be independently driven are arranged. ) Are extracted to the transfer gate portions W3 and W6 and held as charges C1c + C2c + C3c + C4c + C5c, C1d + C2d + C3d + C4d + C5d.

次に、電荷C1c+C2c+C3c+C4c+C5c,C1d+C2d+C3d+C4d+C5dが逆方向に2段転送された後、ゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15E,15H)で混合された電荷が転送ゲート部W5、W8に引き出され、電荷C1c+C2c+C3c+C4c+C5c+C6c,C1d+C2d+C3d+C4d+C5d+C6dとして保持される。   Next, after the charges C1c + C2c + C3c + C4c + C5c and C1d + C2d + C3d + C4d + C5d are transferred in two reverse directions, the vertical transfer stages (15E, 15H in which the gates V3, V5 are arranged) ) Is extracted to the transfer gates W5 and W8 and held as charges C1c + C2c + C3c + C4c + C5c + C6c, C1d + C2d + C3d + C4d + C5d + C6d.

電荷C4c+C5c+C6cは、画素混合エリア単位A3のGr画素9個の電荷が混合されたものであり、電荷C1c+C2c+C3c+C4c+C5c+C6cは、画素混合エリア単位A1+A3の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷CTcとなる。また、電荷C4d+C5d+C6dは、画素混合エリア単位A4のR画素9個が混合されたものであり、電荷C1d+C2d+C3d+C4d+C5d+C6dは、画素混合エリア単位A2+A4の18個の画素の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷CTdとなる。   The charge C4c + C5c + C6c is a mixture of nine Gr pixels in the pixel mixture area unit A3, and the charge C1c + C2c + C3c + C4c + C5c + C6c is 18 in the pixel mixture area unit A1 + A3. The charges are mixed, and this becomes the output charge CTc. The charge C4d + C5d + C6d is a mixture of 9 R pixels in the pixel mixture area unit A4, and the charge C1d + C2d + C3d + C4d + C5d + C6d is 18 pixels in the pixel mixture area unit A2 + A4. The charges of the pixels are mixed, and this becomes the output charge CTd.

−2ライン目の処理−
まず、1ライン目の電荷混合処理で生成された出力電荷CTc,CTdが順方向に2段転送されて転送ゲート部W3,W6に保持された後、垂直−水平転送つなぎ部15中のゲート下に保持されている画素混合エリア単位の中の垂直方向に3画素混合された電荷のうち、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15D,15G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7(各ゲートH1)に引き出され、電荷D1c,D1dとして保持される。
-Line 2 processing-
First, the output charges CTc and CTd generated by the charge mixing process on the first line are transferred in two stages in the forward direction and held in the transfer gate parts W3 and W6, and then the gates in the vertical-horizontal transfer connecting part 15 Among the charges mixed in the vertical direction in the pixel mixing area unit held in the above, the charges mixed in the vertical transfer stage (15D, 15G) in which the gates V3L, V5L that can be driven independently are arranged Is extracted to the transfer gate portions W4 and W7 (each gate H1) and held as charges D1c and D1d.

その後、1ライン目の処理で生成された出力電荷CTc,CTdは、2ライン目の電荷混合処理の際に、順次混合,転送される電荷とともに転送される。   Thereafter, the output charges CTc and CTd generated in the processing of the first line are transferred together with the charges to be mixed and transferred in the charge mixing processing of the second line.

次に、各電荷D1c,D1dは、逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15F,15I)で混合された電荷が転送ゲートW6,W9に引き出され、電荷D1c+D2c,D1d+D2dとして保持される。   Next, the charges D1c and D1d are transferred in two stages in the opposite direction and then mixed in the vertical transfer stage (15F, 15I) in which the gates V3R and V5R that can be independently driven are arranged. , W9 and are held as charges D1c + D2c, D1d + D2d.

さらに、電荷D1c+D2c,D1d+D2dが、順方向に4段転送された後、ゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15B,15E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷D1c+D2c+D3c,D1d+D2d+D3dとして保持される。   Further, after the charges D1c + D2c and D1d + D2d are transferred in four stages in the forward direction, the charges mixed in the vertical transfer stages (15B, 15E) in which the gates V3, V5 are arranged are transferred to the transfer gate portions W2, W2. It is extracted to W5 and held as charges D1c + D2c + D3c, D1d + D2d + D3d.

上記の電荷D1c+D2c+D3cは、画素混合エリア単位A5のGb画素9個が混合されたものであり、また、電荷D1d+D2d+D3dは、画素混合エリア単位A6のB画素9個が混合されたものである。以下の説明でも、電荷D1c+D2c+D3c及び電荷D1d+D2d+D3dのさらなる混合処理についてのみ説明する。   The charge D1c + D2c + D3c is a mixture of nine Gb pixels in the pixel mixture area unit A5, and the charge D1d + D2d + D3d is a mixture of nine B pixels in the pixel mixture area unit A6. It has been done. In the following description, only the further mixing process of charges D1c + D2c + D3c and charges D1d + D2d + D3d will be described.

さらに、電荷D1c+D2c+D3c,D1d+D2d+D3dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15D,15G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7に引き出され、電荷D1c+D2c+D3c+D4c,D1d+D2d+D3d+D4dとして保持される。   Further, after the charges D1c + D2c + D3c and D1d + D2d + D3d are transferred in the reverse direction, they are mixed in the vertical transfer stage (15D, 15G) in which the gates V3L, V5L that can be driven independently are arranged. The charges are drawn to the transfer gate portions W4 and W7 and held as charges D1c + D2c + D3c + D4c and D1d + D2d + D3d + D4d.

次に、電荷D1c+D2c+D3c+D4c,D1d+D2d+D3d+D4dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15F,15I)で混合された電荷が転送ゲート部W6,W9に引き出され、電荷D1c+D2c+D3c+D4c+D5c,D1d+D2d+D3d+D4d+D5dとして保持される。   Next, after the charges D1c + D2c + D3c + D4c and D1d + D2d + D3d + D4d are transferred in the reverse direction in two stages, the vertical transfer stages (15F, 15I) in which the gates V3R and V5R that can be driven independently are arranged. ) Are extracted to the transfer gates W6 and W9, and held as charges D1c + D2c + D3c + D4c + D5c, D1d + D2d + D3d + D4d + D5d.

次に、電荷D1c+D2c+D3c+D4c+D5c,D1d+D2d+D3d+D4d+D5dが順方向に4段転送された後、ゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15B,15E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷D1c+D2c+D3c+D4c+D5c+D6c,D1d+D2d+D3d+D4d+D5d+D6dとして保持される。   Next, the charges D1c + D2c + D3c + D4c + D5c, D1d + D2d + D3d + D4d + D5d are transferred in four stages in the forward direction, and then the vertical transfer stages (15B, 15E in which the gates V3, V5 are arranged. ) Are extracted to the transfer gates W2 and W5 and held as charges D1c + D2c + D3c + D4c + D5c + D6c, D1d + D2d + D3d + D4d + D5d + D6d.

電荷D4c+D5c+D6cは、画素混合エリア単位A7のR画素9個が混合されたものであり、電荷D1c+D2c+D3c+D4c+D5c+D6cは、画素混合エリア単位A5+A7の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷DTcとなる。また、電荷D4d+D5d+D6dは、画素混合エリア単位A8のGr画素9個が混合されたものであり、電荷D1d+D2d+D3d+D4d+D5d+D6dは、画素混合エリア単位A6+A8の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷DTdとなる。このとき、1ライン目の電荷混合処理で生成された出力電荷CTc,CTdは、2ライン目の混合処理で生成された出力電荷DTc,DTdよりも1段だけ順方向側に保持されている。   The charge D4c + D5c + D6c is a mixture of 9 R pixels in the pixel mixing area unit A7, and the charge D1c + D2c + D3c + D4c + D5c + D6c is 18 charges in the pixel mixing area unit A5 + A7. Are mixed, and this becomes the output charge DTc. The charge D4d + D5d + D6d is a mixture of 9 Gr pixels in the pixel mixture area unit A8, and the charge D1d + D2d + D3d + D4d + D5d + D6d is 18 pixels in the pixel mixture area unit A6 + A8. Are mixed, and this becomes the output charge DTd. At this time, the output charges CTc and CTd generated by the charge mixing process of the first line are held on the forward direction side by one stage from the output charges DTc and DTd generated by the mixing process of the second line.

−3ライン目の処理−
まず、1ライン目,2ライン目の電荷混合処理で生成された出力電荷CTc,CTd,DTc,DTdが順方向に2段転送されて転送ゲート部W-1(図2には図示されていないが、転送ゲート部W1よりも2段だけ順方向側に配置されている),W2,W0(図2には図示されていないが、転送ゲート部W1よりも1段だけ順方向側に配置されている),W3に保持された後、垂直−水平転送つなぎ部15中のゲート下に保持されている画素混合エリア単位の中の垂直方向に3画素混合した電荷のうち、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15A、15D)で混合された電荷が転送ゲート部W1,W4(各ゲートH1)に引き出され、電荷E1c,E1dとして保持される。
-3rd line processing
First, the output charges CTc, CTd, DTc, DTd generated by the charge mixing process for the first line and the second line are transferred in two stages in the forward direction to transfer gate unit W-1 (not shown in FIG. 2). Are arranged on the forward direction side by two stages from the transfer gate part W1), W2 and W0 (not shown in FIG. 2, but arranged on the forward direction side by one stage from the transfer gate part W1). The gate which can be independently driven out of the charges mixed in the vertical direction in the pixel mixed area unit held below the gate in the vertical-horizontal transfer joint 15 after being held in W3. The charges mixed in the vertical transfer stages (15A, 15D) in which V3L and V5L are arranged are drawn out to the transfer gate portions W1 and W4 (each gate H1) and held as charges E1c and E1d.

その後、1ライン目,2ライン目の電荷混合処理で生成された出力電荷CTc,CTd,DTc,DTdは、3ライン目の電荷混合処理の際に、順次混合,転送される電荷とともに転送される。   Thereafter, the output charges CTc, CTd, DTc, and DTd generated by the charge mixing process for the first line and the second line are transferred together with the charges that are sequentially mixed and transferred during the charge mixing process for the third line. .

次に、各電荷E1c,E1dは、逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15C,15F)で混合された電荷が転送ゲートW3,W6に引き出され、電荷E1c+E2c,E1d+E2dとして保持される。   Next, the charges E1c and E1d are transferred in two stages in the opposite direction and then mixed in the vertical transfer stages (15C and 15F) in which the gates V3R and V5R that can be driven independently are arranged. , W6 and are held as electric charges E1c + E2c, E1d + E2d.

さらに、電荷E1c+E2c,E1d+E2dが、逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15E,15H)で混合された電荷が転送ゲート部W5,W8に引き出され、電荷E1c+E2c+E3c,E1d+E2d+E3dとして保持される。   Furthermore, after the charges E1c + E2c and E1d + E2d are transferred in two stages in the reverse direction, the mixed charges are transferred in the vertical transfer stages (15E, 15H) in which gates V3 and V5 that can be driven independently are arranged. It is drawn out to the gate portions W5 and W8 and held as charges E1c + E2c + E3c, E1d + E2d + E3d.

上記の電荷E1c+E2c+E3cは、画素混合エリア単位A1のGb画素9個が混合されたものであり、また、電荷E1d+E2d+E3dは、画素混合エリア単位A2のB画素9個が混合されたものである。以下の説明においても、電荷E1c+E2c+E3c及び電荷E1d+E2d+E3dのさらなる混合処理についてのみ説明する。   The charge E1c + E2c + E3c is a mixture of nine Gb pixels in the pixel mixture area unit A1, and the charge E1d + E2d + E3d is a mixture of nine B pixels in the pixel mixture area unit A2. It has been done. In the following description, only further mixing processing of the charges E1c + E2c + E3c and the charges E1d + E2d + E3d will be described.

さらに、電荷E1c+E2c+E3c,E1d+E2d+E3dが順方向に1段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15D,15G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7に引き出され、電荷E1c+E2c+E3c+E4c,E1d+E2d+E3d+E4dとして保持される。   Further, after the charges E1c + E2c + E3c and E1d + E2d + E3d are transferred one stage in the forward direction, they are mixed in the vertical transfer stage (15D, 15G) in which gates V3L and V5L that can be independently driven are arranged. The charges are drawn to the transfer gate portions W4 and W7 and held as charges E1c + E2c + E3c + E4c and E1d + E2d + E3d + E4d.

次に、電荷E1c+E2c+E3c+E4c,E1d+E2d+E3d+E4dが順方向に4段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15X(垂直転送段15Aに順方向側で隣接する転送段であるが、図2には図示せず),15C)で混合された電荷が転送ゲート部W0(転送ゲート部W1に順方向側で隣接する転送ゲート部であるが、図2には図示せず),W3に引き出され、電荷E1c+E2c+E3c+E4c+E5c,E1d+E2d+E3d+E4d+E5dとして保持される。   Next, after charges E1c + E2c + E3c + E4c, E1d + E2d + E3d + E4d are transferred in four stages in the forward direction, gates V3R and V5R that can be independently driven are arranged in a vertical transfer stage (15X (vertical The transfer stage is adjacent to the transfer stage 15A on the forward direction side but is not shown in FIG. 2, and the charge mixed in 15C) is transferred adjacent to the transfer gate part W0 (the transfer gate part W1 on the forward direction side). Although it is a gate part (not shown in FIG. 2), it is drawn out to W3 and held as charges E1c + E2c + E3c + E4c + E5c, E1d + E2d + E3d + E4d + E5d.

次に、電荷E1c+E2c+E3c+E4c+E5c,E1d+E2d+E3d+E4d+E5dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15B,15E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷E1c+E2c+E3c+E4c+E5c+E6c,E1d+E2d+E3d+E4d+E5d+E6dとして保持される。   Next, after the charges E1c + E2c + E3c + E4c + E5c, E1d + E2d + E3d + E4d + E5d are transferred in two reverse directions, the vertical transfer stages in which gates V3 and V5 that can be driven independently are arranged The charges mixed at (15B, 15E) are drawn out to the transfer gate portions W2 and W5 and held as charges E1c + E2c + E3c + E4c + E5c + E6c, E1d + E2d + E3d + E4d + E5d + E6d.

電荷E4c+E5c+E6cは、画素混合エリア単位A3のGr画素9個が混合されたものであり、電荷E1c+E2c+E3c+E4c+E5c+E6cは、画素混合エリア単位A1+A3の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷ETcとなる。また、電荷+E4d+E5d+E6dは、画素混合エリア単位A4のR画素9個が混合されたものであり、電荷E1d+E2d+E3d+E4d+E5d+E6dは、画素混合エリア単位A2+A4の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷ETdとなる。   The charge E4c + E5c + E6c is a mixture of 9 Gr pixels in the pixel mixture area unit A3, and the charge E1c + E2c + E3c + E4c + E5c + E6c is 18 charges in the pixel mixture area unit A1 + A3. Are mixed, and this becomes the output charge ETc. The charge + E4d + E5d + E6d is a mixture of 9 R pixels in the pixel mixture area unit A4, and the charge E1d + E2d + E3d + E4d + E5d + E6d is 18 in the pixel mixture area unit A2 + A4. The charges are mixed, and this becomes the output charge ETd.

そして、3ライン目の処理が終了した時点では、水平転送部Wの転送ゲート部W0(転送ゲート部W1に順方向側で隣接する転送ゲート部であるが、図2には図示せず),W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7,W8,W9,W10,W11,W12,…に、出力電荷CTc(転送ゲート部W0に配置されているが、図2には図示せず),DTc,ETc,CTd,DTd,ETc,CTd,DTd,ETd,CTe,DTe,ETe,CTf,DTf,ETf,…が保持されている。そして、これらの電荷が順次出力アンプ14から外部に出力される。そして、出力電荷CTcは、原色フィルタ配列表示のGb画素の電荷とGr画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のG画素の電荷に変換され、出力電荷DTcは、原色フィルタ配列表示のGb画素の電荷とR画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のYe画素の電荷に変換され、出力電荷ETcは、原色フィルタ配列表示のGb画素の電荷とGr画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のG画素の電荷に変換され、出力電荷CTdは、原色フィルタ配列表示のB画素の電荷とR画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のMg画素の電荷に変換され、電荷DTdは、原色フィルタ配列表示のB画素の電荷とGr画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のCy画素の電荷に変換され、電荷ETdは、原色フィルタ配列表示のB画素の電荷とR画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のMg画素の電荷に変換される。   When the processing on the third line is completed, the transfer gate unit W0 of the horizontal transfer unit W (the transfer gate unit adjacent to the transfer gate unit W1 on the forward direction side, not shown in FIG. 2), W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9, W10, W11, W12,... Output charge CTc (disposed in the transfer gate portion W0 but not shown in FIG. 2) , DTc, ETc, CTd, DTd, ETc, CTd, DTd, ETd, CTe, DTe, ETe, CTf, DTf, ETf,. These charges are sequentially output from the output amplifier 14 to the outside. The output charge CTc is converted into the charge of the G pixel of the complementary color filter array display by mixing the charge of the Gb pixel of the primary color filter array display and the charge of the Gr pixel, and the output charge DTc is converted to the Gb pixel of the primary color filter array display. And the charge of the R pixel are converted into the charge of the Ye pixel in the complementary color filter array display, and the output charge ETc is converted into the complementary color filter array by the mixture of the charge of the Gb pixel and the charge of the Gr pixel in the primary color filter array display. The output charge CTd is converted into the charge of the G pixel of the complementary color filter array display by the mixture of the charge of the B pixel of the primary color filter array display and the charge of the R pixel, and the charge DTd is converted into the charge of the G pixel of the display. The charge of the B pixel in the primary color filter array display and the charge of the Gr pixel are converted into the charge of the Cy pixel in the complementary color filter array display, and the charge ETd is converted into the primary color filter array display. It is converted into a charge of Mg pixel of a complementary color filter array display by mixing with Viewing the B pixel charge and R pixel charge.

以上の画素の電荷の混合処理において、水平転送段Wにおいて、順方向だけでなく逆方向にも電荷を転送する点が、本実施形態の特徴の一つである。このために、後に詳しく説明するように、本実施形態においては、水平転送段に配置される電荷転送素子(CCD)であるゲートH1〜H4のゲートバイアス用配線を互いに切り離している。   One of the features of this embodiment is that in the above-described pixel charge mixing process, charges are transferred not only in the forward direction but also in the reverse direction in the horizontal transfer stage W. Therefore, as will be described in detail later, in the present embodiment, the gate bias wirings of the gates H1 to H4 that are charge transfer elements (CCDs) arranged in the horizontal transfer stage are separated from each other.

図3は、図1,図2に示す第1フィールドにおける画素混合の概略を説明するための図である。図3においては、ゲートの図示を省略し、カラーフィルタのパターンのみを示している。   FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of pixel mixing in the first field shown in FIGS. 1 and 2. In FIG. 3, the gate is not shown, and only the color filter pattern is shown.

図3及び上述の説明から明らかなように、第1フィールドの1ライン目,3ライン目の処理により、Gb画素が中央にある画素混合エリア単位A1内のGb画素の電荷のすべて(9個)と、Gr画素が中央にある画素混合エリア単位A3内のGr画素の電荷のすべて(9個)とが混合されて、補色フィルタ配列表示に用いられるG画素の電荷が生成される(出力電荷CTc,ETc)。また、B画素が中央にある画素混合エリア単位A2内のB画素の電荷のすべて(9個)と、R画素が中央にある画素混合エリア単位A4内のR画素の電荷のすべて(9個)とが混合されて、補色フィルタ配列表示に用いられるMg画素の電荷が生成される(出力電荷CTd,ETd)。   As is apparent from FIG. 3 and the above description, all the charges of the Gb pixels in the pixel mixed area unit A1 in which the Gb pixel is in the center by the processing of the first line and the third line in the first field (9). And all (9) charges of the Gr pixels in the pixel mixture area unit A3 having the Gr pixel in the center are mixed to generate the charge of the G pixel used for the complementary color filter array display (output charge CTc). , ETc). Further, all the charges of the B pixels in the pixel mixture area unit A2 with the B pixel in the center (9) and all the charges of the R pixels in the pixel mixture area unit A4 with the R pixel in the center (9). Are mixed to generate the charge of the Mg pixel used for complementary color filter array display (output charges CTd, ETd).

また、第1フィールドの2ライン目の処理により、画素混合エリア単位A5内のGb画素の電荷のすべて(9個)と、画素混合エリア単位A7内のR画素の電荷のすべて(9個)とが混合されて、補色フィルタ配列表示に用いられるYe画素の電荷が生成される(出力電荷DTc)。画素混合エリア単位A6内のB画素の電荷のすべて(9個)と、画素混合エリア単位A8内のGr画素の電荷のすべて(9個)とが混合されて、補色フィルタ配列表示に用いられるCy画素の電荷が生成される(出力電荷DTd)。   Further, the processing of the second line of the first field causes all of the charges of the Gb pixels in the pixel mixture area unit A5 (9) and all of the charges of the R pixels in the pixel mixture area unit A7 (9). Are mixed to generate the charge of the Ye pixel used for the complementary color filter array display (output charge DTc). All of the charges of the B pixels in the pixel mixture area unit A6 (9) and all of the charges of the Gr pixels in the pixel mixture area unit A8 (9) are mixed and used for complementary color filter array display. Pixel charge is generated (output charge DTd).

そして、G画素の出力電荷CTc,Ye画素の出力電荷DTc,G画素の出力電荷ETc,Mg画素の出力電荷CTd,Cy画素の出力電荷DTd,Mg画素の出力電荷ETdが順次外部に出力されることになる。   Then, the output charge CTc of the G pixel, the output charge DTc of the Ye pixel, the output charge ETc of the G pixel, the output charge CTd of the Mg pixel, the output charge DTd of the Cy pixel, and the output charge ETd of the Mg pixel are sequentially output to the outside. It will be.

ただし、第1フィールドの画素混合処理において、水平転送段W内における電荷の転送の順序は、この実施形態で示す順序以外にも幾通りも可能であり、いずれの手順を用いてもよい。   However, in the pixel mixing process in the first field, the charge transfer order in the horizontal transfer stage W is not limited to the order shown in this embodiment, and any procedure may be used.

[第2フィールドの画素混合]
次に、第2フィールドの画素混合について説明する。ここでは、図1,図2に相当する図は省略する。図4は、第2フィールドにおける画素混合の概略を説明するための図である。図4においては、ゲートの図示を省略し、カラーフィルタのパターンのみを示している。
[Second-field pixel mixture]
Next, pixel mixing in the second field will be described. Here, diagrams corresponding to FIGS. 1 and 2 are omitted. FIG. 4 is a diagram for explaining an outline of pixel mixture in the second field. In FIG. 4, the illustration of the gate is omitted, and only the color filter pattern is shown.

図4に示すように、第2フィールドにおける画素混合エリア単位A'1,A'2,A'3,A'4,A'5,A'6,A'7,A'8は、第1フィールドにおける画素混合エリア単位A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,A8からそれぞれ3画素ずつ図中上方にずれるように設定されている。   As shown in FIG. 4, the pixel mixed area units A′1, A′2, A′3, A′4, A′5, A′6, A′7, and A′8 in the second field are the first The pixel mixing area units A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, and A8 in the field are set so as to be shifted upward in the figure by 3 pixels.

各画素混合エリア単位A'1,A'2,A'3,A'4,A'5,A'6,A'7,A'8から各画素の電荷を垂直転送段に引き出して、3画素混合する手順は第1フィールドと同じである。また、水平転送段Wにおける電荷の混合手順は、基本的には図2に示すとおりであり、最終的に1〜3ライン目で混合して生成された6個の電荷を出力アンプから出力することになる。   From each pixel mixed area unit A′1, A′2, A′3, A′4, A′5, A′6, A′7, A′8, the charge of each pixel is extracted to the vertical transfer stage, and 3 The procedure for mixing pixels is the same as in the first field. The charge mixing procedure in the horizontal transfer stage W is basically as shown in FIG. 2, and finally, six charges generated by mixing in the first to third lines are output from the output amplifier. It will be.

1ライン目の処理においては、画素混合エリア単位A'1のR画素(9個)の電荷と画素混合エリア単位A'3のB画素(9個)の電荷とを混合して、補色フィルタ配列表示のMg画素の出力電荷C'Tcを生成し、画素混合エリア単位A'2のGr画素(9個)の電荷と画素混合エリア単位A'4のGb画素(9個)の電荷とを混合して、補色フィルタ配列表示のG画素の出力電荷C'Tdを生成する。   In the processing of the first line, the charge of the R pixel (9) of the pixel mixture area unit A′1 and the charge of the B pixel (9) of the pixel mixture area unit A′3 are mixed to form a complementary color filter array. An output charge C′Tc of the display Mg pixel is generated, and the charge of the Gr pixel (9) in the pixel mixture area unit A′2 and the charge of the Gb pixel (9) in the pixel mixture area unit A′4 are mixed. Then, the output charge C′Td of the G pixel in the complementary color filter array display is generated.

2ライン目の処理においては、画素混合エリア単位A'5のR画素(9個)の電荷と画素混合エリア単位A'7のGb画素(9個)の電荷とを混合して、補色フィルタ配列表示のYe画素の出力電荷D'Tcを生成し、画素混合エリア単位A'6のGr画素(9個)の電荷と画素混合エリア単位A'8のB画素(9個)の電荷とを混合して、補色フィルタ配列表示のCy画素の出力電荷D'Tdを生成する。   In the processing of the second line, the charge of the R pixel (9) of the pixel mixture area unit A′5 and the charge of the Gb pixel (9) of the pixel mixture area unit A′7 are mixed to form a complementary color filter array. The output charge D′ Tc of the display Ye pixel is generated, and the charge of the Gr pixel (9) in the pixel mixed area unit A′6 and the charge of the B pixel (9) in the pixel mixed area unit A′8 are mixed. Then, the output charge D′ Td of the Cy pixel in the complementary color filter array display is generated.

3ライン目の処理においては、1ライン目の処理と同様に、画素混合エリア単位A'1のR画素(9個)の電荷と画素混合エリア単位A'3のB画素(9個)の電荷とを混合して、補色フィルタ配列表示のMg画素の出力電荷E'Tcを生成し、画素混合エリア単位A'2のGr画素の電荷と画素混合エリア単位A'4のGb画素(9個)の電荷とを混合して、補色フィルタ配列表示のG画素の出力電荷E'Tdを生成する。   In the process of the third line, as in the process of the first line, the charge of the R pixel (9) in the pixel mixture area unit A′1 and the charge of the B pixel (9) in the pixel mixture area unit A′3. To generate an output charge E′Tc of the Mg pixel of the complementary color filter array display, and the Gr pixel charge of the pixel mixture area unit A′2 and the Gb pixel (9) of the pixel mixture area unit A′4 The output charges E′Td of the G pixels in the complementary color filter array display are generated.

そして、第1フィールドの画素混合処理において生成された出力電荷CTc,DTc,ETc,CTd,DTd,ETdが順次外部に出力された後に、Mg画素の出力電荷C'Tc,Ye画素の出力電荷D'Tc,Mg画素の出力電荷E'Tc,G画素の出力電荷C'Td,Cy画素の出力電荷D'Td,G画素の出力電荷E'Tdが順次外部に出力されることになる。つまり、第1フィールドの画素の電荷と、第2フィールドの画素の電荷とがインターレススキャン方式によって、出力アンプ14から外部に転送されることになる。   Then, after the output charges CTc, DTc, ETc, CTd, DTd, ETd generated in the pixel mixing process of the first field are sequentially output to the outside, the output charge C′Tc of the Mg pixel, the output charge D of the Ye pixel 'Tc, Mg pixel output charge E'Tc, G pixel output charge C'Td, Cy pixel output charge D'Td, G pixel output charge E'Td are sequentially output to the outside. That is, the charge of the pixel in the first field and the charge of the pixel in the second field are transferred from the output amplifier 14 to the outside by the interlace scan method.

本実施形態及び後述する第2,第3の実施形態では、第1フィールドの画素混合処理及び第2フィールドの画素混合処理において、それぞれ、すべての画素が混合される。つまり、第1フィールドの画素混合処理及び第2フィールドの画素混合処理のいずれにおいても、画素利用率は100%である。ただし、第1フィールドの画素混合処理又は第2フィールドの画素混合処理とにおいて、画素利用率が100%でなくても、以下の効果を発揮することは可能である。   In the present embodiment and second and third embodiments described later, all pixels are mixed in the first field pixel mixing process and the second field pixel mixing process. In other words, the pixel utilization rate is 100% in both the pixel mixing process in the first field and the pixel mixing process in the second field. However, in the first field pixel mixing process or the second field pixel mixing process, the following effects can be exhibited even if the pixel utilization rate is not 100%.

本実施形態の固体撮像装置によると、第1フィールドの画素混合処理と、第2フィールドの画素混合処理との双方において、画素利用率がそれぞれ100%であるので、画素の電荷量を増やすことなくよりフレーム残像の小さい動画像を得ることができる。そして、インターレススキャン方式を用いた各種システムに適合しうる動画像を出力することができる。   According to the solid-state imaging device of the present embodiment, the pixel utilization rate is 100% in both the first field pixel mixing process and the second field pixel mixing process, so that the charge amount of the pixel is not increased. A moving image with a smaller frame afterimage can be obtained. Then, it is possible to output a moving image that can be adapted to various systems using the interless scanning method.

なお、固体撮像装置は、静止画像は通常の処理で行って原色フィルタ配列(ベイヤ配列)で表示し、動画像のみ本実施形態あるいは後述する第2の実施形態の画素混合処理を行うのが一般的である。   In the solid-state imaging device, still images are generally processed and displayed in a primary color filter array (Bayer array), and only a moving image is subjected to pixel mixing processing of the present embodiment or a second embodiment described later. Is.

(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係るカラー固体撮像装置のCCD固体撮像素子中の素子配列を模式的に示す平面図である。固体撮像素子の構造は第1の実施形態において説明したとおりである。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a plan view schematically showing an element arrangement in a CCD solid-state imaging device of a color solid-state imaging apparatus according to the second embodiment. The structure of the solid-state imaging device is as described in the first embodiment.

図5に示すように、行列状に配置された画素11は、撮像データの処理法に応じて画素混合エリア単位に群別される。本実施形態においては、それぞれ5×5画素で構成される画素混合エリアの基本単位Fに群別され、中心位置にある画素のフィルタの色が当該画素混合エリア単位において混合される色を代表している。第2の実施形態は、画素混合エリアが5行5列の場合である。   As shown in FIG. 5, the pixels 11 arranged in a matrix are grouped in units of pixel mixture areas according to the processing method of the imaging data. In the present embodiment, the basic unit F of the pixel mixture area composed of 5 × 5 pixels is grouped, and the color of the filter of the pixel at the center position is representative of the color mixed in the pixel mixture area unit. ing. The second embodiment is a case where the pixel mixture area has 5 rows and 5 columns.

本実施形態においては、第1フィールドにおける画素混合エリア単位として、Bの画素混合エリア単位F1と、Gbの画素混合エリア単位F2と、Rの画素混合エリア単位F3と、Grの画素混合エリア単位F4と、Gbの画素混合エリア単位F5と、Bの画素混合エリア単位F6と、Rの画素混合エリア単位F7と、Grの画素混合エリア単位F8とが設定されている。   In the present embodiment, as the pixel mixture area unit in the first field, the B pixel mixture area unit F1, the Gb pixel mixture area unit F2, the R pixel mixture area unit F3, and the Gr pixel mixture area unit F4. Gb pixel mixture area unit F5, B pixel mixture area unit F6, R pixel mixture area unit F7, and Gr pixel mixture area unit F8 are set.

この例では、各画素混合エリア基本単位は垂直方向及び水平方向にそれぞれ2画素ずつオーバーラップしている。図5には表示されていないが、画素混合単位F1〜F8は、垂直方向及び水平方向にオーバーラップしながら繰り返し表れるように設定されている。   In this example, each pixel mixed area basic unit overlaps two pixels in the vertical direction and the horizontal direction. Although not shown in FIG. 5, the pixel mixing units F1 to F8 are set so as to repeatedly appear while overlapping in the vertical direction and the horizontal direction.

本実施形態における垂直転送段12(12A,12B,…)や、水平転送段Wの構造は、第1の実施形態と同じである。ただし、本実施形態においては、垂直転送段12と垂直−水平転送つなぎ部15とを、個別に制御している。   The vertical transfer stage 12 (12A, 12B,...) And the horizontal transfer stage W in this embodiment are the same as those in the first embodiment. However, in this embodiment, the vertical transfer stage 12 and the vertical-horizontal transfer linking unit 15 are individually controlled.

[第1フィールドにおける画素混合]
本実施形態においては、各画素混合エリア単位F1〜F8の画素の電荷を引き出す垂直転送段12の番号が異なるだけで、基本的には第1の実施形態と同じ方法によって各画素混合エリア単位F1〜F8の電荷が、垂直転送段12の各ゲートに引き出された後、下方に転送されるとともに、3画素の電荷が混合される。そして、各々垂直−水平転送つなぎ部15に転送される。その転送,混合の手順は第1の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
[Pixel mixture in the first field]
In the present embodiment, only the number of the vertical transfer stage 12 that draws out the charges of the pixels of the pixel mixture area units F1 to F8 is different, but basically each pixel mixture area unit F1 by the same method as in the first embodiment. The charges of .about.F8 are drawn out to the gates of the vertical transfer stage 12 and then transferred downward, and the charges of the three pixels are mixed. Then, the data is transferred to the vertical-horizontal transfer connecting portion 15. Since the transfer and mixing procedures are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

図6は、第1フィールドにおける8個の画素混合エリア単位内の電荷同士を混合する手順を説明する図である。同図の横軸は水平転送段Wにおける転送ゲート部の位置を表しており、同図の縦軸は時間を表している。   FIG. 6 is a diagram for explaining a procedure for mixing charges in eight pixel mixed area units in the first field. The horizontal axis in the figure represents the position of the transfer gate portion in the horizontal transfer stage W, and the vertical axis in the figure represents time.

本実施形態においては、電荷C1c〜C6c,C1d〜C6d,D1c〜D6c,D1d〜D6d,E1c〜E6c,E1d〜E6dの混合処理についてのみ説明するが、図6に示すように、電荷C1e〜C6e,D1e〜D6e,E1e〜E6eなどの他の電荷についても同様の手順で混合処理が行われる。   In the present embodiment, only the mixing process of charges C1c to C6c, C1d to C6d, D1c to D6c, D1d to D6d, E1c to E6c, and E1d to E6d will be described, but as shown in FIG. 6, charges C1e to C6e , D1e to D6e, and other charges such as E1e to E6e are mixed in the same procedure.

−1ライン目の処理−
まず、垂直−水平転送つなぎ部15中のゲート下に保持されている画素混合エリア単位の中の垂直方向に3画素混合された電荷のうち、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15C、15F)で混合された電荷が転送ゲート部W3,W6(各ゲートH1)に引き出され、電荷C1c,C1dとして保持される。以下、図6においては、垂直転送段から引き出された電荷のみを表示しているが、各垂直ラインから引き出された電荷が順次混合されている。
-Line 1 processing-
First, gates V3R and V5R that can be independently driven out of charges mixed in three pixels in the vertical direction in the pixel mixture area unit held under the gate in the vertical-horizontal transfer connecting portion 15 are arranged. The charges mixed in the vertical transfer stages (15C, 15F) are drawn out to the transfer gate portions W3, W6 (each gate H1) and held as charges C1c, C1d. In the following, in FIG. 6, only the charges extracted from the vertical transfer stage are displayed, but the charges extracted from each vertical line are sequentially mixed.

次に、各電荷C1c,C1dは、逆方向に2段(ゲートH1〜H4からなる転送ゲート部の2段を意味する)転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15E,15H)で混合された電荷が転送ゲートW5,W8に引き出され、電荷C1c+C2c,C1d+C2dとして保持される。   Next, the respective charges C1c and C1d are transferred in two stages in the opposite direction (meaning two stages of the transfer gate part including the gates H1 to H4), and then gates V3 and V5 that can be independently driven are arranged. The charges mixed in the vertical transfer stages (15E and 15H) are drawn out to the transfer gates W5 and W8 and held as charges C1c + C2c and C1d + C2d.

さらに、電荷C1c+C2c,C1d+C2dが、逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15G,15J)で混合された電荷が転送ゲート部W7,W10に引き出され、電荷C1c+C2c+C3c,C1d+C2d+C3dとして保持される。   Furthermore, after the charges C1c + C2c and C1d + C2d are transferred in two stages in the reverse direction, the mixed charges are transferred in the vertical transfer stage (15G, 15J) in which the gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. It is drawn out to the gate portions W7 and W10 and held as charges C1c + C2c + C3c and C1d + C2d + C3d.

上記の電荷C1c+C2c+C3cは、画素混合エリア単位F1のB画素9個が混合されたものであり、また、電荷C1d+C2d+C3dは、画素混合エリア単位F2のGb画素9個が混合されたものである。以下の説明においても、電荷C1c+C2c+C3c及び電荷C1d+C2d+C3dのさらなる混合処理についてのみ説明する。   The charge C1c + C2c + C3c is a mixture of nine B pixels in the pixel mixing area unit F1, and the charge C1d + C2d + C3d is a mixture of nine Gb pixels in the pixel mixing area unit F2. It has been done. In the following description, only further mixing processing of the charges C1c + C2c + C3c and the charges C1d + C2d + C3d will be described.

さらに、電荷C1c+C2c+C3c,C1d+C2d+C3dが順方向に1段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15F,15I)で混合された電荷が転送ゲート部W6,W9に引き出され、電荷C1c+C2c+C3c+C4c,C1d+C2d+C3d+C4dとして保持される。   Further, after the charges C1c + C2c + C3c and C1d + C2d + C3d are transferred one stage in the forward direction, they are mixed in the vertical transfer stage (15F, 15I) in which gates V3R and V5R that can be independently driven are arranged. The charges are drawn to the transfer gate portions W6 and W9 and held as charges C1c + C2c + C3c + C4c and C1d + C2d + C3d + C4d.

次に、電荷C1c+C2c+C3c+C4c,C1d+C2d+C3d+C4dが順方向に4段転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15B,15E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷C1c+C2c+C3c+C4c+C5c,C1d+C2d+C3d+C4d+C5dとして保持される。   Next, after the charges C1c + C2c + C3c + C4c and C1d + C2d + C3d + C4d are transferred in four stages in the forward direction, the vertical transfer stages (15B and 15E) in which gates V3 and V5 that can be driven independently are arranged. ) Are extracted to the transfer gates W2 and W5 and held as charges C1c + C2c + C3c + C4c + C5c, C1d + C2d + C3d + C4d + C5d.

次に、電荷C1c+C2c+C3c+C4c+C5c,C1d+C2d+C3d+C4d+C5dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15D,15G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7に引き出され、電荷C1c+C2c+C3c+C4c+C5c+C6c,C1d+C2d+C3d+C4d+C5d+C6dとして保持される。   Next, after the charges C1c + C2c + C3c + C4c + C5c and C1d + C2d + C3d + C4d + C5d are transferred in two reverse directions, the gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. The charges mixed at (15D, 15G) are drawn out to the transfer gates W4, W7 and held as charges C1c + C2c + C3c + C4c + C5c + C6c, C1d + C2d + C3d + C4d + C5d + C6d.

電荷C4c+C5c+C6cは、画素混合エリア単位F3のR画素9個が混合されたものであり、電荷C1c+C2c+C3c+C4c+C5c+C6cは、画素混合エリア単位F1+F3の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷CTcとなる。また、電荷+C4d+C5d+C6dは、画素混合エリア単位F4のGr画素9個が混合されたものであり、電荷C1d+C2d+C3d+C4d+C5d+C6dは、画素混合エリア単位F2+F4の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷CTdとなる。   The charge C4c + C5c + C6c is a mixture of 9 R pixels in the pixel mixture area unit F3, and the charge C1c + C2c + C3c + C4c + C5c + C6c is 18 charges in the pixel mixture area unit F1 + F3. Are mixed, and this becomes the output charge CTc. The charge + C4d + C5d + C6d is a mixture of nine Gr pixels in the pixel mixture area unit F4, and the charge C1d + C2d + C3d + C4d + C5d + C6d is 18 in the pixel mixture area unit F2 + F4. These charges are mixed, and this becomes the output charge CTd.

−2ライン目の処理−
まず、1ライン目の電荷混合処理で生成された出力電荷CTc,CTdが順方向に1段転送されて転送ゲート部W3,W6に保持された後、垂直−水平転送つなぎ部15中のゲート下に保持されている画素混合エリア単位の中の垂直方向に3画素混合された電荷のうち、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15D,15G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7(各ゲートH1)に引き出され、電荷D1c,D1dとして保持される。
-Line 2 processing-
First, the output charges CTc and CTd generated by the charge mixing process on the first line are transferred one stage in the forward direction and held in the transfer gate parts W3 and W6, and then the gates in the vertical-horizontal transfer connecting part 15 Among the charges mixed in the vertical direction in the pixel mixing area unit held in the above, the charges mixed in the vertical transfer stage (15D, 15G) in which the gates V3L, V5L that can be driven independently are arranged Is extracted to the transfer gate portions W4 and W7 (each gate H1) and held as charges D1c and D1d.

その後、1ライン目の処理で生成された出力電荷CTc,CTdは、2ライン目の電荷混合処理の際に、順次混合,転送される電荷とともに転送される。   Thereafter, the output charges CTc and CTd generated in the processing of the first line are transferred together with the charges to be mixed and transferred in the charge mixing processing of the second line.

次に、各電荷D1c,D1dは、逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15F,15I)で混合された電荷が転送ゲートW6,W9に引き出され、電荷D1c+D2c,D1d+D2dとして保持される。   Next, the charges D1c and D1d are transferred in two stages in the opposite direction and then mixed in the vertical transfer stage (15F, 15I) in which the gates V3R and V5R that can be independently driven are arranged. , W9 and are held as charges D1c + D2c, D1d + D2d.

さらに、電荷D1c+D2c,D1d+D2dが、順方向に4段転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15B,15E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷D1c+D2c+D3c,D1d+D2d+D3dとして保持される。   Furthermore, after the charges D1c + D2c and D1d + D2d are transferred in four stages in the forward direction, the mixed charges are transferred in the vertical transfer stages (15B, 15E) in which gates V3 and V5 that can be independently driven are arranged. It is drawn out to the gate portions W2 and W5 and held as charges D1c + D2c + D3c and D1d + D2d + D3d.

上記の電荷D1c+D2c+D3cは、画素混合エリア単位F5のGb画素9個が混合されたものであり、また、電荷D1d+D2d+D3dは、画素混合エリア単位F6のB画素9個が混合されたものである。以下の説明においても、電荷D1c+D2c+D3c及び電荷D1d+D2d+D3dのさらなる混合処理についてのみ説明する。   The charge D1c + D2c + D3c is a mixture of nine Gb pixels in the pixel mixture area unit F5, and the charge D1d + D2d + D3d is a mixture of nine B pixels in the pixel mixture area unit F6. It has been done. In the following description, only further mixing processing of the charges D1c + D2c + D3c and the charges D1d + D2d + D3d will be described.

さらに、電荷D1c+D2c+D3c,D1d+D2d+D3dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15D、15G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7に引き出され、電荷D1c+D2c+D3c+D4c,D1d+D2d+D3d+D4dとして保持される。   Further, after charges D1c + D2c + D3c and D1d + D2d + D3d are transferred in two opposite directions, they are mixed in vertical transfer stages (15D, 15G) in which gates V3L and V5L that can be independently driven are arranged. The charges are drawn to the transfer gate portions W4 and W7 and held as charges D1c + D2c + D3c + D4c and D1d + D2d + D3d + D4d.

次に、電荷D1c+D2c+D3c+D4c,D1d+D2d+D3d+D4dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15F,15I)で混合された電荷が転送ゲート部W6,W9に引き出され、電荷D1c+D2c+D3c+D4c+D5c,D1d+D2d+D3d+D4d+D5dとして保持される。   Next, after the charges D1c + D2c + D3c + D4c and D1d + D2d + D3d + D4d are transferred in the reverse direction in two stages, the vertical transfer stages (15F, 15I) in which the gates V3R and V5R that can be driven independently are arranged. ) Are extracted to the transfer gates W6 and W9, and held as charges D1c + D2c + D3c + D4c + D5c, D1d + D2d + D3d + D4d + D5d.

次に、電荷D1c+D2c+D3c+D4c+D5c,D1d+D2d+D3d+D4d+D5dが順方向に4段転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15B,15E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷D1c+D2c+D3c+D4c+D5c+D6c,D1d+D2d+D3d+D4d+D5d+D6dとして保持される。   Next, after the charges D1c + D2c + D3c + D4c + D5c and D1d + D2d + D3d + D4d + D5d are transferred in four stages in the forward direction, the vertical transfer stage in which gates V3 and V5 that can be driven independently are arranged. The charges mixed at (15B, 15E) are drawn out to the transfer gates W2 and W5, and are held as charges D1c + D2c + D3c + D4c + D5c + D6c, D1d + D2d + D3d + D4d + D5d + D6d.

電荷D4c+D5c+D6cは、画素混合エリア単位F7のR画素9個が混合されたものであり、電荷D1c+D2c+D3c+D4c+D5c+D6cは、混合エリア単位F5+F7の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷DTcとなる。また、電荷D4d+D5d+D6dは、画素混合エリア単位F8のGr画素9個が混合されたものであり、電荷D1d+D2d+D3d+D4d+D5d+D6dは、画素混合エリア単位F6+F8の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷DTdとなる。   The charge D4c + D5c + D6c is a mixture of 9 R pixels in the pixel mixed area unit F7, and the charge D1c + D2c + D3c + D4c + D5c + D6c is obtained by 18 charges in the mixed area unit F5 + F7. These are mixed, and this becomes the output charge DTc. The charge D4d + D5d + D6d is a mixture of nine Gr pixels in the pixel mixture area unit F8, and the charge D1d + D2d + D3d + D4d + D5d + D6d is eighteen in the pixel mixture area unit F6 + F8. Are mixed, and this becomes the output charge DTd.

−3ライン目の処理−
まず、1ライン目,2ライン目の電荷混合処理で生成された出力電荷CTc,CTd,DTc,DTdが転送ゲート部W1,W4,W2,W5にそれぞれ保持された後、垂直−水平転送つなぎ部15中のゲートに保持されている画素混合エリア単位の中の垂直方向に3画素混合した電荷のうち、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15C,15F)で混合された電荷が転送ゲート部W3,W6(各ゲートH1)に引き出され、電荷E1c,E1dとして保持される。
-Line 3 processing-
First, after the output charges CTc, CTd, DTc, DTd generated by the charge mixing process for the first line and the second line are held in the transfer gate parts W1, W4, W2, W5, respectively, the vertical-horizontal transfer joint part Among the charges mixed in the vertical direction in the pixel mixture area unit held in the gate of 15 in the vertical direction, mixing is performed in the vertical transfer stage (15C, 15F) in which the gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. The charged charges are drawn out to the transfer gate portions W3 and W6 (each gate H1) and held as charges E1c and E1d.

その後、1ライン目,2ライン目の電荷混合処理で生成された出力電荷CTc,CTd,DTc,DTdは、3ライン目の電荷混合処理の際に、順次混合,転送される電荷とともに転送される。   Thereafter, the output charges CTc, CTd, DTc, and DTd generated by the charge mixing process for the first line and the second line are transferred together with the charges that are sequentially mixed and transferred during the charge mixing process for the third line. .

次に、各電荷E1c,E1dは、逆方向に2段(ゲートH1〜H4からなる転送ゲート部の2段を意味する)転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15E,15H)で混合された電荷が転送ゲートW5,W8に引き出され、電荷E1c+E2c,E1d+E2dとして保持される。   Next, after the charges E1c and E1d are transferred in two stages in the opposite direction (meaning two stages of the transfer gate portion including the gates H1 to H4), gates V3 and V5 that can be independently driven are arranged. The charges mixed in the vertical transfer stages (15E, 15H) are drawn out to the transfer gates W5, W8 and held as charges E1c + E2c, E1d + E2d.

さらに、電荷E1c+E2c,E1d+E2dが、逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15G,15J)で混合された電荷が転送ゲート部W7,W10に引き出され、電荷E1c+E2c+E3c,E1d+E2d+E3dとして保持される。   Further, after the charges E1c + E2c and E1d + E2d are transferred in two stages in the reverse direction, the mixed charges are transferred in the vertical transfer stage (15G, 15J) in which the gates V3L and V5L that can be independently driven are arranged. It is drawn out to the gate parts W7 and W10 and held as charges E1c + E2c + E3c and E1d + E2d + E3d.

上記の電荷E1c+E2c+E3cは、画素混合エリア単位F1のB画素9個が混合されたものであり、また、電荷E1d+E2d+E3dは、画素混合エリア単位F2のGb画素9個が混合されたものである。以下の説明においても、電荷E1c+E2c+E3c及び電荷E1d+E2d+E3dのさらなる混合処理についてのみ説明する。   The charge E1c + E2c + E3c is a mixture of nine B pixels in the pixel mixture area unit F1, and the charge E1d + E2d + E3d is a mixture of nine Gb pixels in the pixel mixture area unit F2. It has been done. In the following description, only further mixing processing of the charges E1c + E2c + E3c and the charges E1d + E2d + E3d will be described.

さらに、電荷E1c+E2c+E3c,E1d+E2d+E3dが順方向に1段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(15F,15I)で混合された電荷が転送ゲート部W6,W9に引き出され、電荷E1c+E2c+E3c+E4c,E1d+E2d+E3d+E4dとして保持される。   Further, after the charges E1c + E2c + E3c and E1d + E2d + E3d are transferred one stage in the forward direction, they are mixed in the vertical transfer stage (15F, 15I) in which gates V3R and V5R that can be driven independently are arranged. The charges are drawn to the transfer gate portions W6 and W9 and held as charges E1c + E2c + E3c + E4c and E1d + E2d + E3d + E4d.

次に、電荷E1c+E2c+E3c+E4c,E1d+E2d+E3d+E4dが順方向に4段転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(15B,15E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷E1c+E2c+E3c+E4c+E5c,E1d+E2d+E3d+E4d+E5dとして保持される。   Next, after the charges E1c + E2c + E3c + E4c, E1d + E2d + E3d + E4d are transferred in four stages in the forward direction, the vertical transfer stages (15B, 15E in which gates V3, V5 that can be driven independently are arranged. ) Are extracted to the transfer gate portions W2 and W5, and held as charges E1c + E2c + E3c + E4c + E5c, E1d + E2d + E3d + E4d + E5d.

次に、電荷E1c+E2c+E3c+E4c+E5c,E1d+E2d+E3d+E4d+E5dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(15D,15G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7に引き出され、電荷E1c+E2c+E3c+E4c+E5c+E6c,E1d+E2d+E3d+E4d+E5d+E6dとして保持される。   Next, after the charges E1c + E2c + E3c + E4c + E5c, E1d + E2d + E3d + E4d + E5d are transferred in two reverse directions, gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. The charges mixed at (15D, 15G) are drawn out to the transfer gates W4, W7 and held as charges E1c + E2c + E3c + E4c + E5c + E6c, E1d + E2d + E3d + E4d + E5d + E6d.

電荷E4c+E5c+E6cは、画素混合エリア単位F3のR画素9個が混合されたものであり、電荷E1c+E2c+E3c+E4c+E5c+E6cは、画素混合エリア単位F1+F3の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷ETcとなる。また、電荷+E4d+E5d+E6dは、画素混合エリア単位F4のGr画素9個が混合されたものであり、電荷E1d+E2d+E3d+E4d+E5d+E6dは、画素混合エリア単位F2+F4の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷ETdとなる。   The charge E4c + E5c + E6c is a mixture of 9 R pixels in the pixel mixture area unit F3, and the charge E1c + E2c + E3c + E4c + E5c + E6c is 18 charges in the pixel mixture area unit F1 + F3. Are mixed, and this becomes the output charge ETc. The charge + E4d + E5d + E6d is a mixture of nine Gr pixels in the pixel mixture area unit F4, and the charge E1d + E2d + E3d + E4d + E5d + E6d is 18 in the pixel mixture area unit F2 + F4. The charges are mixed, and this becomes the output charge ETd.

そして、3ライン目の処理が終了した時点では、各電荷が2段だけ順方向側に転送されて水平転送段Wの転送ゲート部W0(転送ゲート部W1に順方向側で隣接する転送ゲート部であるが、図6には図示せず),W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7,W8,W9,W10,W11,W12,…に、出力電荷CTc(転送ゲート部W0に配置されているが、図6には図示せず),DTc,ETc,CTd,DTd,ETd,CTe,DTe,ETe,CTf,DTf,ETf,…が保持されている。そして、これらの電荷が順次出力アンプ14から外部に出力される。そして、出力電荷CTcは、原色フィルタ配列表示のB画素の電荷とR画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のMg画素の電荷に変換され、出力電荷DTcは、原色フィルタ配列表示のGb画素の電荷とR画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のYe画素の電荷に変換され、出力電荷ETcは、原色フィルタ配列表示のB画素の電荷とR画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のMg画素の電荷に変換され、出力電荷CTdは、原色フィルタ配列表示のGb画素の電荷とGr画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のG画素の電荷に変換され、電荷DTdは、原色フィルタ配列表示のB画素の電荷とGr画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のCy画素の電荷に変換され、電荷ETdは、原色フィルタ配列表示のGb画素の電荷とGr画素の電荷との混合により補色フィルタ配列表示のG画素の電荷に変換される。   When the processing on the third line is completed, each charge is transferred to the forward direction side by two stages, and the transfer gate part W0 of the horizontal transfer stage W (the transfer gate part adjacent to the transfer gate part W1 on the forward direction side). (Not shown in FIG. 6), W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9, W10, W11, W12,..., And output charge CTc (arranged in the transfer gate portion W0). Although not shown in FIG. 6, DTc, ETc, CTd, DTd, ETd, CTe, DTe, ETe, CTf, DTf, ETf,. These charges are sequentially output from the output amplifier 14 to the outside. The output charge CTc is converted into the charge of the Mg pixel of the complementary color filter array display by mixing the charge of the B pixel of the primary color filter array display and the charge of the R pixel, and the output charge DTc is converted to the Gb pixel of the primary color filter array display. And the charge of the R pixel are converted to the charge of the Ye pixel of the complementary color filter array display, and the output charge ETc is converted to the complementary color filter array by the mixture of the charge of the B pixel and the charge of the R pixel of the primary color filter array display. The output charge CTd is converted into the charge of the G pixel of the primary color filter array display and the charge of the Gr pixel by the mixture of the charge of the Gb pixel of the primary color filter array display, and the charge DTd The charge of the B pixel in the primary color filter array display and the charge of the Gr pixel are converted to the charge of the Cy pixel in the complementary color filter array display, and the charge ETd is converted into the primary color filter array table. Mixed with the Gb pixel charge and Gr pixel charge is converted to charge the G pixel of a complementary color filter array displayed by.

以上の画素の電荷の混合処理において、水平転送段Wにおいて、順方向だけでなく逆方向にも電荷を転送する点が、本実施形態の特徴の一つである。このために、後に詳しく説明するように、本実施形態においては、水平転送段に配置される電荷転送素子(CCD)であるゲートH1〜H4のゲートバイアス用配線を互いに切り離している。   One of the features of this embodiment is that in the above-described pixel charge mixing process, charges are transferred not only in the forward direction but also in the reverse direction in the horizontal transfer stage W. Therefore, as will be described in detail later, in the present embodiment, the gate bias wirings of the gates H1 to H4 that are charge transfer elements (CCDs) arranged in the horizontal transfer stage are separated from each other.

[第2フィールドの画素混合]
次に、第2フィールドの画素混合について説明する。ここでは、図5,図6に相当する図は省略する。図8は、第2フィールドにおける画素混合の概略を説明するための図である。図8においては、ゲートの図示を省略し、カラーフィルタのパターンのみを示している。
[Second-field pixel mixture]
Next, pixel mixing in the second field will be described. Here, diagrams corresponding to FIGS. 5 and 6 are omitted. FIG. 8 is a diagram for explaining an outline of pixel mixture in the second field. In FIG. 8, the gate is not shown, and only the color filter pattern is shown.

図8に示すように、第2フィールドにおける画素混合エリア単位F'1,F'2,F'3,F'4,F'5,F'6,F'7,F'8は、第1フィールドにおける画素混合エリア単位F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8からそれぞれ3画素ずつ図中上方にずれるように設定されている。   As shown in FIG. 8, the pixel mixed area units F′1, F′2, F′3, F′4, F′5, F′6, F′7, and F′8 in the second field are the first Each pixel is set to be shifted upward by three pixels from the pixel mixed area units F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, and F8 in the field.

各画素混合エリア単位F'1,F'2,F'3,F'4,F'5,F'6,F'7,F'8から各画素の電荷を垂直転送段に引き出して、最下部のゲート12で3画素混合する手順は第1フィールドと同じである。また、水平転送段Wにおける電荷の混合手順は、基本的には図6に示すとおりであり、最終的に1〜3ライン目で混合して生成された6個の電荷を出力アンプから出力することになる。   The charge of each pixel is extracted from each pixel mixed area unit F′1, F′2, F′3, F′4, F′5, F′6, F′7, F′8 to the vertical transfer stage, The procedure for mixing three pixels at the lower gate 12 is the same as in the first field. The charge mixing procedure in the horizontal transfer stage W is basically as shown in FIG. 6, and finally, six charges generated by mixing in the first to third lines are output from the output amplifier. It will be.

図8及び上述の説明から明らかなように、第2フィールドの1ライン目,3ライン目の処理により、Grの画素混合エリア単位F'1内のGr画素の電荷のすべて(9個)と、Gbの画素混合エリア単位F'3内のGb画素の電荷のすべて(9個)とが混合されて、補色フィルタ配列表示に用いられるG画素の電荷が生成される(出力電荷C'Tc,E'Tc)。また、Rの画素混合エリア単位F'2内のR画素の電荷のすべて(9個)と、Bの画素混合エリア単位F'4内のB画素の電荷のすべて(9個)とが混合されて、補色フィルタ配列表示に用いられるMg画素の電荷が生成される(出力電荷C'Td,E'Td)。   As is apparent from FIG. 8 and the above description, all the charges (9) of the Gr pixels in the Gr pixel mixture area unit F′1 are obtained by the processing of the first line and the third line of the second field, All (9) charges of the Gb pixels in the Gb pixel mixture area unit F′3 are mixed to generate the charges of the G pixels used for the complementary color filter array display (output charges C′Tc, E 'Tc). Further, all (9) charges of the R pixels in the R pixel mixture area unit F′2 are mixed with all (9) charges of the B pixels in the B pixel mixture area unit F′4. Thus, the charges of the Mg pixels used for the complementary color filter array display are generated (output charges C′Td, E′Td).

また、第2フィールドの2ライン目の処理により、Rの画素混合エリア単位F'5内のR画素の電荷のすべて(9個)と、Gbの画素混合エリア単位F'7内のGb画素の電荷のすべて(9個)とが混合されて、補色フィルタ配列表示に用いられるYe画素の電荷が生成される(出力電荷D'Tc)。Grの画素混合エリア単位F'6内のGr画素の電荷のすべて(9個)と、Bの画素混合エリア単位F'8内のB画素の電荷のすべて(9個)とが混合されて、補色フィルタ配列表示に用いられるCy画素の電荷が生成される(出力電荷D'Td)。   Further, by the processing of the second line of the second field, all (9) charges of the R pixels in the R pixel mixture area unit F′5 and the Gb pixels in the Gb pixel mixture area unit F′7 are processed. All of the charges (nine) are mixed to generate the charge of the Ye pixel used for the complementary color filter array display (output charge D′ Tc). All of the charges of the Gr pixels in the Gr pixel mixture area unit F′6 (9) and all of the charges of the B pixels in the B pixel mixture area unit F′8 are mixed (9), The charge of the Cy pixel used for complementary color filter array display is generated (output charge D′ Td).

そして、第1フィールドの画素混合処理において生成された出力電荷CTc,DTc,ETc,CTd,DTd,ETdが順次外部に出力された後に、G画素の出力電荷C'Tc,Ye画素の出力電荷D'Tc,G画素の出力電荷E'Tc,Mg画素の出力電荷C'Td,Cy画素の出力電荷D'Td,Mg画素の出力電荷E'Tdが順次外部に出力されることになる。つまり、第1フィールドの画素の電荷と、第2フィールドの画素の電荷とがインターレススキャン方式によって、出力アンプ14から外部に転送されることになる。   Then, after the output charges CTc, DTc, ETc, CTd, DTd, ETd generated in the pixel mixing process of the first field are sequentially output to the outside, the output charge C′Tc of the G pixel, the output charge D of the Ye pixel 'Tc, G pixel output charge E'Tc, Mg pixel output charge C'Td, Cy pixel output charge D'Td, Mg pixel output charge E'Td are sequentially output to the outside. That is, the charge of the pixel in the first field and the charge of the pixel in the second field are transferred from the output amplifier 14 to the outside by the interlace scan method.

本実施形態の固体撮像装置によると、第1フィールドの画素混合処理と、第2フィールドの画素混合処理との双方において、画素利用率がそれぞれ100%であるので、画素の電荷量を増やすことなくよりフレーム残像の小さい動画像を得ることができる。そして、インターレススキャン方式を用いた各種システムに適合しうる動画像を出力することができる。   According to the solid-state imaging device of the present embodiment, the pixel utilization rate is 100% in both the first field pixel mixing process and the second field pixel mixing process, so that the charge amount of the pixel is not increased. A moving image with a smaller frame afterimage can be obtained. Then, it is possible to output a moving image that can be adapted to various systems using the interless scanning method.

(第3の実施形態)
図9は、第3の実施形態に係るカラー固体撮像装置のCCD固体撮像素子中の素子配列を模式的に示す平面図である。固体撮像素子は、多数の画素51を行列状に配置して備えている。画素51は、光電変換素子とその前面に装着されるカラーフィルタとを含んでいる。画素51の種類としては、図中Gで表示される緑色のフィルタを有するG画素と、図中Cyで表示されるシアンのフィルタを有するCy画素と、図中Mgで表示されるマゼンタのフィルタを有するMg画素と、図中Yeで表示される黄色のフィルタを有するYe画素とが含まれている。つまり、本実施形態の固体撮像素子は、補色市松配列構造を有している。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a plan view schematically showing an element arrangement in a CCD solid-state image pickup device of a color solid-state image pickup device according to the third embodiment. The solid-state imaging device includes a large number of pixels 51 arranged in a matrix. The pixel 51 includes a photoelectric conversion element and a color filter attached to the front surface thereof. As the types of the pixels 51, there are a G pixel having a green filter displayed by G in the figure, a Cy pixel having a cyan filter displayed by Cy in the figure, and a magenta filter displayed by Mg in the figure. Mg pixels having a yellow pixel and a yellow pixel having a yellow filter indicated by Ye in the drawing are included. That is, the solid-state imaging device of this embodiment has a complementary color checkered arrangement structure.

固体撮像装置は、ゲートV1〜V6を直列に接続して構成される6相の垂直転送段52(52A,52B,…)(第1方向転送段)と、ゲートH1,H2,H3,H4で構成される4相の転送ゲート部W1,W2,…を直列に接続して構成される水平転送段W(第2方向転送段)と、水平転送段Wに蓄積された電荷を出力するための出力アンプ54と、垂直転送の最終段に独立に駆動できるゲート(V3,V3R,V3L,V5,V5R,V5L)を有する垂直−水平転送つなぎ部55とを備えている。上記垂直転送段52,垂直−水平転送つなぎ部55及び水平転送段Wにより、後述する第1フィールドの画素混合処理と第2フィールドの画素混合処理とを行う手段が構成されている。また、出力アンプ54は、第1,第2フィールドの画素混合処理で得られた画素の信号をインターレススキャン用の信号として出力する手段として機能する。   The solid-state imaging device includes a six-phase vertical transfer stage 52 (52A, 52B,...) (First direction transfer stage) configured by connecting gates V1 to V6 in series, and gates H1, H2, H3, and H4. A horizontal transfer stage W (second-direction transfer stage) configured by serially connecting the four-phase transfer gate portions W1, W2,... Configured to output charges accumulated in the horizontal transfer stage W. An output amplifier 54 and a vertical-horizontal transfer connecting portion 55 having gates (V3, V3R, V3L, V5, V5R, V5L) that can be independently driven are provided in the final stage of the vertical transfer. The vertical transfer stage 52, the vertical-horizontal transfer linking part 55, and the horizontal transfer stage W constitute means for performing pixel mixing processing in the first field and pixel mixing processing in the second field, which will be described later. The output amplifier 54 functions as means for outputting the pixel signal obtained by the pixel mixing process in the first and second fields as a signal for interlace scanning.

ここで、各垂直転送段52A,52B,…中のゲートV1,V3,…などの奇数番号が付されたゲートは、各画素内の光電変換素子に接続されており、各画素からの電荷を読み出し、読み出された電荷は、ゲートV1〜V6で転送される。   Here, the gates with odd numbers such as the gates V1, V3,... In each of the vertical transfer stages 52A, 52B,... Are connected to the photoelectric conversion elements in each pixel, and charge from each pixel is transferred. The read and read charges are transferred by the gates V1 to V6.

また、水平転送段W中の各転送ゲート部W1,W2,…の各ゲートH1,H3は、垂直−水平転送つなぎ部55から転送された電荷を保持する機能を有し、ゲートH2,H4は、各ゲートH1,H3の電荷の移動に対する障壁として機能する。ここで、後に説明するように、水平転送段W中の各転送ゲート部W1,W2,…の各ゲートH1,H2,H3.H4は独立配線されている。   Further, the gates H1, H3 of the transfer gate portions W1, W2,... In the horizontal transfer stage W have a function of holding the charges transferred from the vertical-horizontal transfer joint portion 55, and the gates H2, H4 are The gates H1 and H3 function as a barrier against charge movement. Here, as will be described later, the gates H1, H2, H3... Of the transfer gate portions W1, W2,. H4 is independently wired.

行列状に配置された画素51は、撮像データの処理法に応じて画素混合エリア単位に群別される。本実施形態においては、それぞれ5×5画素で構成される画素混合エリアの基本単位Jに群別され、中心位置にある画素のフィルタの色が当該画素混合エリア単位において混合される色を代表している。第3の実施形態は、画素混合エリアが5行5列の場合である。   The pixels 51 arranged in a matrix are grouped in units of pixel mixture areas according to the processing method of the imaging data. In the present embodiment, the pixel unit area of the pixel mixture area composed of 5 × 5 pixels is grouped into the basic unit J, and the color of the filter of the pixel at the center position represents the color mixed in the pixel mixture area unit. ing. The third embodiment is a case where the pixel mixture area has 5 rows and 5 columns.

図9に示すように、本実施形態においては、第1フィールドにおける画素混合エリア単位として、Mgの画素混合エリア単位J1と、Gの画素混合エリア単位J2と、Cyの画素混合エリア単位J3と、Yeの画素混合エリア単位J4と、Gの画素混合エリア単位J5と、Mgの画素混合エリア単位J6と、Cyの画素混合エリア単位J7と、Yeの画素混合エリア単位J8とが設定されている。   As shown in FIG. 9, in the present embodiment, as the pixel mixture area unit in the first field, Mg pixel mixture area unit J1, G pixel mixture area unit J2, Cy pixel mixture area unit J3, The pixel mixture area unit J4 for Ye, the pixel mixture area unit J5 for G, the pixel mixture area unit J6 for Mg, the pixel mixture area unit J7 for Cy, and the pixel mixture area unit J8 for Ye are set.

この例では、各画素混合エリア基本単位は垂直方向及び水平方向にそれぞれ2画素ずつオーバーラップしている。図9には表示されていないが、画素混合単位J1〜J8は、垂直方向及び水平方向にオーバーラップしながら繰り返し表れるように設定されている。   In this example, each pixel mixed area basic unit overlaps two pixels in the vertical direction and the horizontal direction. Although not displayed in FIG. 9, the pixel mixing units J1 to J8 are set so as to repeatedly appear while overlapping in the vertical direction and the horizontal direction.

垂直転送段52A,52B,…は6相モードの基本転送を行う。ただし、画素混合の都合上、各垂直転送段52A,52B,…は12相の独立配線を有している。   The vertical transfer stages 52A, 52B,... Perform basic transfer in the 6-phase mode. However, for the sake of pixel mixing, each vertical transfer stage 52A, 52B,... Has 12-phase independent wiring.

また、本実施形態においては、垂直転送段52と垂直−水平転送つなぎ部55とを、個別に制御している。   In the present embodiment, the vertical transfer stage 52 and the vertical-horizontal transfer linking unit 55 are individually controlled.

[第1フィールドにおける画素混合]
本実施形態においては、各画素混合エリア単位J1〜J8の画素の電荷を引き出す垂直転送段の番号が異なるだけで、基本的には第1の実施形態と同じ方法によって各画素混合エリア単位J1〜J8の電荷が、垂直転送段の各ゲートに引き出された後、下方に転送されるとともに3画素の電荷が混合される。その転送,混合の手順は第1の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
[Pixel mixture in the first field]
In the present embodiment, the pixel mixture area units J1 to J8 are basically obtained by the same method as that of the first embodiment except that the numbers of the vertical transfer stages for extracting the charges of the pixels of the pixel mixture area units J1 to J8 are different. After the charge of J8 is drawn to each gate of the vertical transfer stage, it is transferred downward and the charge of three pixels is mixed. Since the transfer and mixing procedures are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

図10は、第1フィールドにおける8個の画素混合エリア単位内の電荷同士を混合する手順を説明する図である。同図の横軸は水平転送段Wにおける転送ゲート部の位置を表しており、同図の縦軸は時間を表している。   FIG. 10 is a diagram for explaining a procedure for mixing charges in eight pixel mixed area units in the first field. The horizontal axis in the figure represents the position of the transfer gate portion in the horizontal transfer stage W, and the vertical axis in the figure represents time.

本実施形態においては、電荷X1c〜X6c,X1d〜X6d,Y1c〜Y6c,Y1d〜Y6d,Z1c〜Z6c,Z1d〜Z6dの混合処理についてのみ説明するが、図10に示すように、電荷X1e〜X6e,Y1e〜Y6e,Z1e〜Z6eなどの他の電荷についても同様の手順で混合処理が行われる。   In this embodiment, only the mixing process of the charges X1c to X6c, X1d to X6d, Y1c to Y6c, Y1d to Y6d, Z1c to Z6c, Z1d to Z6d will be described, but as shown in FIG. 10, the charges X1e to X6e , Y1e to Y6e, Z1e to Z6e, and other charges are mixed in the same procedure.

−1ライン目の処理−
まず、垂直−水平転送つなぎ部55中のゲート下に保持されている画素混合エリア単位の中の垂直方向に3画素混合された電荷のうち、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(55C、55F)で混合された電荷が転送ゲート部W3,W6(各ゲートH1)に引き出され、電荷X1c,X1dとして保持される。以下、図10においては、垂直転送段から引き出された電荷のみを表示しているが、各垂直ラインから引き出された電荷が順次混合されている。
-Line 1 processing-
First, gates V3R and V5R that can be independently driven out of charges mixed in the vertical direction in the pixel mixing area unit held under the gate in the vertical-horizontal transfer connecting portion 55 are arranged. The charges mixed in the vertical transfer stages (55C and 55F) are drawn out to the transfer gate portions W3 and W6 (each gate H1) and held as charges X1c and X1d. In the following, in FIG. 10, only the charges extracted from the vertical transfer stage are displayed, but the charges extracted from each vertical line are sequentially mixed.

次に、各電荷X1c,X1dは、逆方向に2段(ゲートH1〜H4からなる転送ゲート部の2段を意味する)転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(55E,55H)で混合された電荷が転送ゲートW5,W8に引き出され、電荷X1c+X2c,X1d+X2dとして保持される。   Next, after the charges X1c and X1d are transferred in two stages in the opposite direction (meaning two stages of the transfer gate portion including the gates H1 to H4), gates V3 and V5 that can be driven independently are arranged. The charges mixed in the vertical transfer stages (55E and 55H) are drawn out to the transfer gates W5 and W8 and held as charges X1c + X2c and X1d + X2d.

さらに、電荷X1c+X2c,X1d+X2dが、逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(55G,55J)で混合された電荷が転送ゲート部W7,W10に引き出され、電荷X1c+X2c+X3c,X1d+X2d+X3dとして保持される。   Furthermore, after the charges X1c + X2c and X1d + X2d are transferred in two stages in the opposite direction, the mixed charges are transferred in the vertical transfer stage (55G, 55J) in which the gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. It is drawn out to the gate portions W7 and W10 and held as charges X1c + X2c + X3c, X1d + X2d + X3d.

上記の電荷X1c+X2c+X3cは、画素混合エリア単位J1のMg画素9個が混合されたものであり、また、電荷X1d+X2d+X3dは、画素混合エリア単位J2のG画素9個が混合されたものである。以下の説明においても、電荷X1c+X2c+X3c及び電荷X1d+X2d+X3dのさらなる混合処理についてのみ説明する。   The charge X1c + X2c + X3c is a mixture of nine Mg pixels in the pixel mixing area unit J1, and the charge X1d + X2d + X3d is a mixture of nine G pixels in the pixel mixing area unit J2. It has been done. In the following description, only the further mixing process of the charges X1c + X2c + X3c and the charges X1d + X2d + X3d will be described.

さらに、電荷X1c+X2c+X3c,X1d+X2d+X3dが順方向に1段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(55F,55I)で混合された電荷が転送ゲート部W6,W9に引き出され、電荷X1c+X2c+X3c+X4c,X1d+X2d+X3d+X4dとして保持される。   Further, after the charges X1c + X2c + X3c, X1d + X2d + X3d are transferred one stage in the forward direction, they are mixed in the vertical transfer stage (55F, 55I) in which gates V3R, V5R that can be driven independently are arranged. The charges are extracted to the transfer gate portions W6 and W9 and held as charges X1c + X2c + X3c + X4c, X1d + X2d + X3d + X4d.

次に、電荷X1c+X2c+X3c+X4c,X1d+X2d+X3d+X4dが順方向に4段転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(55B,55E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷X1c+X2c+X3c+X4c+X5c,X1d+X2d+X3d+X4d+X5dとして保持される。   Next, after the charges X1c + X2c + X3c + X4c, X1d + X2d + X3d + X4d are transferred in four stages in the forward direction, the vertical transfer stages (55B, 55E) in which gates V3, V5 that can be independently driven are arranged. ) Are extracted to the transfer gates W2 and W5 and held as charges X1c + X2c + X3c + X4c + X5c, X1d + X2d + X3d + X4d + X5d.

次に、電荷X1c+X2c+X3c+X4c+X5c,X1d+X2d+X3d+X4d+X5dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(55D,55G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7に引き出され、電荷X1c+X2c+X3c+X4c+X5c+X6c,X1d+X2d+X3d+X4d+X5d+X6dとして保持される。   Next, after the charges X1c + X2c + X3c + X4c + X5c, X1d + X2d + X3d + X4d + X5d are transferred in two reverse directions, the gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. The charges mixed at (55D, 55G) are drawn out to the transfer gate portions W4 and W7 and held as charges X1c + X2c + X3c + X4c + X5c + X6c, X1d + X2d + X3d + X4d + X5d + X6d.

電荷X4c+X5c+X6cは、画素混合エリア単位J3のCy画素9個が混合されたものであり、電荷X1c+X2c+X3c+X4c+X5c+X6cは、画素混合エリア単位J1+J3の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷XTcとなる。また、電荷X4d+X5d+X6dは、画素混合エリア単位J4のYe画素9個が混合されたものであり、電荷X1d+X2d+X3d+X4d+X5d+X6dは、画素混合エリア単位J2+J4の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷XTdとなる。   The charge X4c + X5c + X6c is a mixture of 9 Cy pixels in the pixel mixing area unit J3, and the charge X1c + X2c + X3c + X4c + X5c + X6c is 18 charges in the pixel mixing area unit J1 + J3. Are mixed, and this becomes the output charge XTc. The charge X4d + X5d + X6d is a mixture of nine Ye pixels in the pixel mixture area unit J4, and the charge X1d + X2d + X3d + X4d + X5d + X6d is 18 pixels in the pixel mixture area unit J2 + J4. Are mixed, and this becomes the output charge XTd.

−2ライン目の処理−
まず、1ライン目の電荷混合処理で生成された出力電荷XTc,XTdが順方向に1段転送されて転送ゲート部W3,W6に保持された後、垂直−水平転送つなぎ部55中のゲート下に保持されている画素混合エリア単位の中の垂直方向に3画素混合された電荷のうち、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(55D,55G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7(各ゲートH1)に引き出され、電荷Y1c,Y1dとして保持される。
-Line 2 processing-
First, the output charges XTc and XTd generated by the charge mixing process on the first line are transferred one stage in the forward direction and held in the transfer gate parts W3 and W6, and then the gates in the vertical-horizontal transfer connecting part 55 Among the charges mixed in the vertical direction in the pixel mixing area unit held in the vertical direction, the charges mixed in the vertical transfer stage (55D, 55G) in which the gates V3L, V5L that can be driven independently are arranged Is extracted to the transfer gate portions W4 and W7 (each gate H1) and held as charges Y1c and Y1d.

その後、1ライン目の処理で生成された出力電荷XTc,XTdは、2ライン目の電荷混合処理の際に、順次混合,転送される電荷とともに転送される。   Thereafter, the output charges XTc and XTd generated in the first line processing are transferred together with the charges that are sequentially mixed and transferred in the charge mixing processing for the second line.

次に、各電荷Y1c,Y1dは、逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(55F,55I)で混合された電荷が転送ゲートW6,W9に引き出され、電荷Y1c+Y2c,Y1d+Y2dとして保持される。   Next, the charges Y1c and Y1d are transferred in two stages in the opposite direction and then mixed in the vertical transfer stage (55F, 55I) in which the gates V3R and V5R that can be independently driven are arranged. , W9 and are held as charges Y1c + Y2c, Y1d + Y2d.

さらに、電荷Y1c+Y2c,Y1d+Y2dが、順方向に4段転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(55B,55E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷Y1c+Y2c+Y3c,Y1d+Y2d+Y3dとして保持される。   Furthermore, after the charges Y1c + Y2c and Y1d + Y2d are transferred in four stages in the forward direction, the mixed charges are transferred in the vertical transfer stages (55B, 55E) in which gates V3 and V5 that can be independently driven are arranged. It is drawn out to the gate portions W2 and W5 and held as charges Y1c + Y2c + Y3c and Y1d + Y2d + Y3d.

上記の電荷Y1c+Y2c+Y3cは、画素混合エリア単位J5のG画素9個が混合されたものであり、また、電荷Y1d+Y2d+Y3dは、画素混合エリア単位J6のMg画素9個が混合されたものである。以下の説明においても、電荷Y1c+Y2c+Y3c及び電荷Y1d+Y2d+Y3dのさらなる混合処理についてのみ説明する。   The charge Y1c + Y2c + Y3c is a mixture of nine G pixels in the pixel mixing area unit J5, and the charge Y1d + Y2d + Y3d is a mixture of nine Mg pixels in the pixel mixing area unit J6. It has been done. Also in the following description, only further mixing processing of the charges Y1c + Y2c + Y3c and the charges Y1d + Y2d + Y3d will be described.

さらに、電荷Y1c+Y2c+Y3c,Y1d+Y2d+Y3dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(55D、55G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7に引き出され、電荷Y1c+Y2c+Y3c+Y4c,Y1d+Y2d+Y3d+Y4dとして保持される。   Further, after the charges Y1c + Y2c + Y3c and Y1d + Y2d + Y3d are transferred in the opposite direction, they are mixed in the vertical transfer stage (55D, 55G) in which the gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. The charges are drawn to the transfer gate portions W4 and W7 and held as charges Y1c + Y2c + Y3c + Y4c and Y1d + Y2d + Y3d + Y4d.

次に、電荷Y1c+Y2c+Y3c+Y4c,Y1d+Y2d+Y3d+Y4dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(55F,55I)で混合された電荷が転送ゲート部W6,W9に引き出され、電荷Y1c+Y2c+Y3c+Y4c+Y5c,Y1d+Y2d+Y3d+Y4d+Y5dとして保持される。   Next, after the charges Y1c + Y2c + Y3c + Y4c and Y1d + Y2d + Y3d + Y4d are transferred in the reverse direction in two stages, the vertical transfer stages (55F, 55I) in which the gates V3R and V5R that can be driven independently are arranged. ) Is extracted to the transfer gates W6 and W9 and held as charges Y1c + Y2c + Y3c + Y4c + Y5c, Y1d + Y2d + Y3d + Y4d + Y5d.

次に、電荷Y1c+Y2c+Y3c+Y4c+Y5c,Y1d+Y2d+Y3d+Y4d+Y5dが順方向に4段転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(55B,55E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷Y1c+Y2c+Y3c+Y4c+Y5c+Y6c,Y1d+Y2d+Y3d+Y4d+Y5d+Y6dとして保持される。   Next, after the charges Y1c + Y2c + Y3c + Y4c + Y5c, Y1d + Y2d + Y3d + Y4d + Y5d are transferred in four stages in the forward direction, the vertical transfer stage in which gates V3, V5 that can be driven independently are arranged. The charges mixed at (55B, 55E) are drawn out to the transfer gate portions W2 and W5, and are held as charges Y1c + Y2c + Y3c + Y4c + Y5c + Y6c, Y1d + Y2d + Y3d + Y4d + Y5d + Y6d.

電荷Y4c+Y5c+Y6cは、画素混合エリア単位J7のCy画素9個が混合されたものであり、電荷Y1c+Y2c+Y3c+Y4c+Y5c+Y6cは、混合エリア単位J5+J7の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷YTcとなる。また、電荷Y4d+Y5d+Y6dは、画素混合エリア単位J8のYe画素9個が混合されたものであり、電荷Y1d+Y2d+Y3d+Y4d+Y5d+Y6dは、画素混合エリア単位J6+J8の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷YTdとなる。   The charge Y4c + Y5c + Y6c is a mixture of 9 Cy pixels in the pixel mixing area unit J7, and the charge Y1c + Y2c + Y3c + Y4c + Y5c + Y6c is obtained by 18 charges in the mixing area unit J5 + J7. These are mixed, and this becomes the output charge YTc. The charge Y4d + Y5d + Y6d is a mixture of nine Ye pixels in the pixel mixture area unit J8, and the charge Y1d + Y2d + Y3d + Y4d + Y5d + Y6d is 18 pixels in the pixel mixture area unit J6 + J8. Are mixed, and this becomes the output charge YTd.

−3ライン目の処理−
まず、1ライン目,2ライン目の電荷混合処理で生成された出力電荷XTc,XTd,YTc,YTdが順方向に2段転送されて転送ゲート部W1,W4,W2,W5にそれぞれ保持された後、垂直−水平転送垂直−水平転送つなぎ部55中のゲート下に保持されている画素混合エリア単位の中の垂直方向に3画素混合した電荷のうち、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(55C,55F)で混合された電荷が転送ゲート部W3,W6(各ゲートH1)に引き出され、電荷Z1c,Z1dとして保持される。
-3rd line processing
First, the output charges XTc, XTd, YTc, YTd generated by the charge mixing process for the first line and the second line are transferred in two stages in the forward direction and held in the transfer gate portions W1, W4, W2, W5, respectively. Thereafter, gates V3R and V5R that can be independently driven out of the charges mixed in the vertical direction in the pixel mixed area unit held under the gate in the vertical-horizontal transfer connecting portion 55 are arranged. The charges mixed in the vertical transfer stages (55C, 55F) are drawn out to the transfer gate portions W3, W6 (each gate H1) and held as charges Z1c, Z1d.

その後、1ライン目,2ライン目の電荷混合処理で生成された各出力電荷XTc,XTd,YTc及びYTdは、3ライン目の電荷混合処理の際に、順次混合,転送される電荷とともに転送される。   Thereafter, the output charges XTc, XTd, YTc and YTd generated by the charge mixing process for the first line and the second line are transferred together with the charges to be mixed and transferred in the charge mixing process for the third line. The

次に、各電荷Z1c,Z1dは、逆方向に2段(ゲートH1〜H4からなる転送ゲート部の2段を意味する)転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(55E,55H)で混合された電荷が転送ゲートW5,W8に引き出され、電荷Z1c+Z2c及び電荷Z1d+Z2dとして保持される。   Next, after the charges Z1c and Z1d are transferred in two stages in the opposite direction (meaning two stages of the transfer gate portion including the gates H1 to H4), gates V3 and V5 that can be independently driven are arranged. The charges mixed in the vertical transfer stages (55E and 55H) are drawn out to the transfer gates W5 and W8 and held as charges Z1c + Z2c and charges Z1d + Z2d.

さらに、電荷Z1c+Z2c,Z1d+Z2dが、逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(55G,55J)で混合された電荷が転送ゲート部W7,W10に引き出され、電荷Z1c+Z2c+Z3c及び電荷Z1d+Z2d+Z3dとして保持される。   Furthermore, after the charges Z1c + Z2c and Z1d + Z2d are transferred in two stages in the reverse direction, the mixed charges are transferred in the vertical transfer stage (55G, 55J) in which the gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. It is extracted to the gate portions W7 and W10 and held as charges Z1c + Z2c + Z3c and charges Z1d + Z2d + Z3d.

上記の電荷Z1c+Z2c+Z3cは、画素混合エリア単位J1のMg画素9個が混合されたものであり、また、電荷Z1d+Z2d+Z3dは、画素混合エリア単位J2のG画素9個が混合されたものである。以下の説明においても、電荷Z1c+Z2c+Z3c及びZ1d+Z2d+Z3dのさらなる混合処理についてのみ説明する。   The charge Z1c + Z2c + Z3c is a mixture of 9 Mg pixels in the pixel mixing area unit J1, and the charge Z1d + Z2d + Z3d is a mixture of 9 G pixels in the pixel mixing area unit J2. It has been done. In the following description, only further mixing processing of the charges Z1c + Z2c + Z3c and Z1d + Z2d + Z3d will be described.

さらに、電荷Z1c+Z2c+Z3c,Z1d+Z2d+Z3dが順方向に1段転送された後、独立に駆動できるゲートV3R,V5Rが配置されている垂直転送段(55F,55I)で混合された電荷が転送ゲート部W6,W9に引き出され、電荷Z1c+Z2c+Z3c+Z4c,Z1d+Z2d+Z3d+Z4dとして保持される。   Further, after the charges Z1c + Z2c + Z3c and Z1d + Z2d + Z3d are transferred one stage in the forward direction, they are mixed in the vertical transfer stage (55F, 55I) in which gates V3R and V5R that can be independently driven are arranged. The charges are drawn to the transfer gate portions W6 and W9 and held as charges Z1c + Z2c + Z3c + Z4c and Z1d + Z2d + Z3d + Z4d.

次に、電荷Z1c+Z2c+Z3c+Z4c,Z1d+Z2d+Z3d+Z4dが順方向に4段転送された後、独立に駆動できるゲートV3,V5が配置されている垂直転送段(55B,55E)で混合された電荷が転送ゲート部W2,W5に引き出され、電荷Z1c+Z2c+Z3c+Z4c+Z5c,Z1d+Z2d+Z3d+Z4d+Z5dとして保持される。   Next, after the charges Z1c + Z2c + Z3c + Z4c and Z1d + Z2d + Z3d + Z4d are transferred in four stages in the forward direction, the vertical transfer stages (55B and 55E) in which gates V3 and V5 that can be driven independently are arranged. ) Are extracted to the transfer gates W2 and W5 and held as charges Z1c + Z2c + Z3c + Z4c + Z5c, Z1d + Z2d + Z3d + Z4d + Z5d.

次に、電荷Z1c+Z2c+Z3c+Z4c+Z5c,Z1d+Z2d+Z3d+Z4d+Z5dが逆方向に2段転送された後、独立に駆動できるゲートV3L,V5Lが配置されている垂直転送段(55D,55G)で混合された電荷が転送ゲート部W4,W7に引き出され、電荷Z1c+Z2c+Z3c+Z4c+Z5c+Z6c,Z1d+Z2d+Z3d+Z4d+Z5d+Z6dとして保持される。   Next, after the charges Z1c + Z2c + Z3c + Z4c + Z5c and Z1d + Z2d + Z3d + Z4d + Z5d are transferred in two reverse directions, the gates V3L and V5L that can be driven independently are arranged. The charges mixed at (55D, 55G) are drawn out to the transfer gates W4, W7 and held as charges Z1c + Z2c + Z3c + Z4c + Z5c + Z6c, Z1d + Z2d + Z3d + Z4d + Z5d + Z6d.

電荷Z4c+Z5c+Z6cは、画素混合エリア単位J3のCy画素9個が混合されたものであり、電荷Z1c+Z2c+Z3c+Z4c+Z5c+Z6cは、画素混合エリア単位J1+J3の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷ZTcとなる。また、電荷Z4d+Z5d+Z6dは、画素混合エリア単位J4のYe画素9個が混合されたものであり、電荷Z1d+Z2d+Z3d+Z4d+Z5d+Z6dは、画素混合エリア単位J2+J4の18個の電荷が混合されたものであって、これが出力電荷ZTdとなる。   The charge Z4c + Z5c + Z6c is a mixture of 9 Cy pixels in the pixel mixing area unit J3, and the charge Z1c + Z2c + Z3c + Z4c + Z5c + Z6c is 18 charges in the pixel mixing area unit J1 + J3. Are mixed, and this becomes the output charge ZTc. The charge Z4d + Z5d + Z6d is a mixture of nine Ye pixels in the pixel mixture area unit J4, and the charge Z1d + Z2d + Z3d + Z4d + Z5d + Z6d is 18 pixels in the pixel mixture area unit J2 + J4. Are mixed, and this becomes the output charge ZTd.

そして、3ライン目の処理が終了した時点では、各出力電荷が順方向側に2段転送されて、水平転送部Wの転送ゲート部W0(転送ゲート部W1に順方向側で隣接する転送ゲート部であるが、図10には図示せず),W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7,W8,W9,W10,W11,W12,…に、出力電荷XTc(転送ゲート部W0に配置されているが、図10には図示せず),YTc,ZTc,XTd,YTd,ZTc,XTd,YTd,ZTd,XTe,YTe,ZTe,XTf,YTf,ZTf,…が保持されている。   When the processing on the third line is completed, each output charge is transferred in two stages in the forward direction, and the transfer gate W0 of the horizontal transfer unit W (the transfer gate adjacent to the transfer gate W1 in the forward direction). Part, not shown in FIG. 10), W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7, W8, W9, W10, W11, W12,. Although not shown in FIG. 10, YTc, ZTc, XTd, YTd, ZTc, XTd, YTd, ZTd, XTe, YTe, ZTe, XTf, YTf, ZTf,.

そして、これらの電荷が順次出力アンプ14から外部に出力される。そして、出力電荷XTcは、補色フィルタ配列表示のMg画素の電荷とCy画素の電荷とが混合されたものであり、出力電荷YTcは、補色フィルタ配列表示のG画素の電荷とCy画素の電荷とが混合されたものであり、出力電荷ZTcは、補色フィルタ配列表示のMg画素の電荷とCy画素の電荷とが混合されたものであり、出力電荷XTdは、補色フィルタ配列表示のG画素の電荷とYe画素の電荷とが混合されたものであり、電荷YTdは、補色フィルタ配列表示のMg画素の電荷とYe画素の電荷とが混合されたものであり、電荷ZTdは、補色フィルタ配列表示のG画素の電荷とYe画素の電荷とが混合されたものである。   These charges are sequentially output from the output amplifier 14 to the outside. The output charge XTc is a mixture of the charge of the Mg pixel of the complementary color filter array display and the charge of the Cy pixel, and the output charge YTc is the charge of the G pixel of the complementary color filter array display and the charge of the Cy pixel. The output charge ZTc is a mixture of the charge of the Mg pixel of the complementary color filter array display and the charge of the Cy pixel, and the output charge XTd is the charge of the G pixel of the complementary color filter array display. And the charge of the Ye pixel are mixed, the charge YTd is a mixture of the charge of the Mg pixel of the complementary color filter array display and the charge of the Ye pixel, and the charge ZTd is the charge of the complementary color filter array display. The charge of the G pixel and the charge of the Ye pixel are mixed.

以上の画素の電荷の混合処理において、水平転送段Wにおいて、順方向だけでなく逆方向にも電荷を転送する点が、本実施形態の特徴の一つである。このために、後に詳しく説明するように、本実施形態においては、水平転送段に配置される電荷転送素子(CCD)であるゲートH1〜H4のゲートバイアス用配線を互いに切り離している。   One of the features of this embodiment is that in the above-described pixel charge mixing process, charges are transferred not only in the forward direction but also in the reverse direction in the horizontal transfer stage W. Therefore, as will be described in detail later, in the present embodiment, the gate bias wirings of the gates H1 to H4 that are charge transfer elements (CCDs) arranged in the horizontal transfer stage are separated from each other.

[第2フィールドの画素混合]
次に、第2フィールドの画素混合について説明する。ここでは、図9,図10に相当する図は省略する。図12は、第2フィールドにおける画素混合の概略を説明するための図である。図12においては、ゲートの図示を省略し、カラーフィルタのパターンのみを示している。
[Second-field pixel mixture]
Next, pixel mixing in the second field will be described. Here, diagrams corresponding to FIGS. 9 and 10 are omitted. FIG. 12 is a diagram for explaining an outline of pixel mixture in the second field. In FIG. 12, the gate is not shown, and only the color filter pattern is shown.

図12に示すように、第2フィールドにおける画素混合エリア単位J'1,J'2,J'3,J'4,J'5,J'6,J'7,J'8は、第1フィールドにおける画素混合エリア単位J1,J2,J3,J4,J5,J6,J7,J8からそれぞれ3画素ずつ図中上方にずれるように設定されている。   As shown in FIG. 12, pixel mixed area units J′1, J′2, J′3, J′4, J′5, J′6, J′7, and J′8 in the second field are the first The pixel mixing area units J1, J2, J3, J4, J5, J6, J7, and J8 in the field are set so as to be shifted upward by three pixels.

各画素混合エリア単位J'1,J'2,J'3,J'4,J'5,J'6,J'7,J'8から各画素の電荷を垂直転送段12に引き出して、最下部のゲートで3画素混合する手順は第1フィールドと同じである。また、水平転送段Wにおける電荷の混合手順は、基本的には図10に示すとおりであり、最終的に1〜3ライン目で混合して生成された6個の電荷を出力アンプから出力することになる。   From each pixel mixed area unit J′1, J′2, J′3, J′4, J′5, J′6, J′7, J′8, the charge of each pixel is drawn to the vertical transfer stage 12, The procedure for mixing three pixels at the bottom gate is the same as in the first field. The charge mixing procedure in the horizontal transfer stage W is basically as shown in FIG. 10, and finally, six charges generated by mixing in the first to third lines are output from the output amplifier. It will be.

図12及び上述の説明から明らかなように、第2フィールドの1ライン目,3ライン目の処理により、Yeの画素混合エリア単位J'1内のYe画素の電荷のすべて(9個)と、Gの画素混合エリア単位J'3内のG画素の電荷のすべて(9個)とが混合される(出力電荷Ye+G)。また、Cyの画素混合エリア単位J'2内のCy画素の電荷のすべて(9個)と、Mgの画素混合エリア単位J'4内のMg画素の電荷のすべて(9個)とが混合される(出力電荷Cy+Mg)。   As is apparent from FIG. 12 and the above description, all the charges of the Ye pixels in the Ye pixel mixture area unit J′1 (9) are obtained by the processing of the first line and the third line of the second field, All (9) charges of the G pixel in the G pixel mixing area unit J′3 are mixed (output charge Ye + G). In addition, all of the charges of the Cy pixels in the Cy pixel mixture area unit J′2 (9) and all of the charges of the Mg pixels in the Mg pixel mixture area unit J′4 (9) are mixed. (Output charge Cy + Mg).

また、第2フィールドの2ライン目の処理により、Cyの画素混合エリア単位J'5内のCy画素の電荷のすべて(9個)と、Gの画素混合エリア単位J'7内のG画素の電荷のすべて(9個)とが混合される(出力電荷Cy+G)。Yeの画素混合エリア単位J'6内のYe画素の電荷のすべて(9個)と、Mgの画素混合エリア単位J'8内のMg画素の電荷のすべて(9個)とが混合される(出力電荷Ye+Mg)。   Further, by the processing of the second line of the second field, all (9) charges of the Cy pixels in the Cy pixel mixture area unit J′5 and the G pixels in the G pixel mixture area unit J′7 are processed. All (9) charges are mixed (output charge Cy + G). All (9) charges of Ye pixels in the pixel mixing area unit J′6 of Ye and all (9) charges of Mg pixels in the pixel mixing area unit J′8 of Mg are mixed ( Output charge Ye + Mg).

そして、第1フィールドの画素混合処理において生成された出力電荷XTc,YTc,ZTc,XTd,YTd,ZTdが順次外部に出力された後に、Ye+G画素の出力電荷X'Tc,Cy+G画素の出力電荷Y'Tc,Ye+G画素の出力電荷Z'Tc,Cy+Mg画素の出力電荷X'Td,Mg+Ye画素の出力電荷Y'Td,Mg+Cy画素の出力電荷Z'Tdが順次外部に出力されることになる。つまり、第1フィールドの画素の電荷と、第2フィールドの画素の電荷とがインターレススキャン方式によって、出力アンプ14から外部に転送されることになる。   Then, after the output charges XTc, YTc, ZTc, XTd, YTd, ZTd generated in the pixel mixing process of the first field are sequentially output to the outside, the output charges X′Tc, Cy + G pixels of the Ye + G pixel are output Y The output charge Z′Tc of the “Tc, Ye + G pixel, the output charge X′Td of the Cy + Mg pixel, the output charge Y′Td of the Mg + Ye pixel, and the output charge Z′Td of the Mg + Cy pixel are sequentially output to the outside. That is, the charge of the pixel in the first field and the charge of the pixel in the second field are transferred from the output amplifier 14 to the outside by the interlace scan method.

本実施形態の固体撮像装置によると、第1フィールドの画素混合処理と、第2フィールドの画素混合処理との双方において、画素利用率がそれぞれ100%であるので、画素の電荷量を増やすことなくよりフレーム残像の小さい動画像を得ることができる。そして、インターレススキャン方式を用いた各種システムに適合しうる動画像を出力することができる。   According to the solid-state imaging device of the present embodiment, the pixel utilization rate is 100% in both the first field pixel mixing process and the second field pixel mixing process, so that the charge amount of the pixel is not increased. A moving image with a smaller frame afterimage can be obtained. Then, it is possible to output a moving image that can be adapted to various systems using the interless scanning method.

なお、本実施形態においては、画素混合処理が行われた後の信号を補色フィルタ用の電荷信号としたが、原色フィルタ用の電荷信号にしてもよい。   In this embodiment, the signal after the pixel mixing process is the charge signal for the complementary color filter, but may be the charge signal for the primary color filter.

[固体撮像装置のシステム]
図13は、第1〜第3の実施形態に共通する固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
[Solid-state imaging device system]
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device common to the first to third embodiments.

固体撮像素子101は、各実施形態における固体撮像素子であり、受けた光を電気信号に変換し、電気信号を信号変換部113に出力する。固体撮像素子駆動部112は、制御用信号を出力することにより、固体撮像素子101を制御する。   The solid-state imaging device 101 is a solid-state imaging device in each embodiment, converts received light into an electrical signal, and outputs the electrical signal to the signal conversion unit 113. The solid-state image sensor driving unit 112 controls the solid-state image sensor 101 by outputting a control signal.

信号変換部113は、固体撮像素子101の水平転送段につながる出力アンプから入力された各画素の電荷である電気信号に対し、CDS(Correlated Double Sampling)、AGC(Auto Gain Control)、A/D(Analog/Digital)変換の各処理を施す。CDSでは、固体撮像素子101から出力された電気信号のノイズ除去を行う。AGCでは、CDS処理によるノイズ除去後の信号の出力レベルを調整する。A/D変換は、AGC後のレベル調整された固体撮像データを、デジタル信号に変換する。   The signal conversion unit 113 performs CDS (Correlated Double Sampling), AGC (Auto Gain Control), A / D with respect to an electrical signal that is an electric charge of each pixel input from an output amplifier connected to the horizontal transfer stage of the solid-state imaging device 101. Each process of (Analog / Digital) conversion is performed. In the CDS, noise removal of the electric signal output from the solid-state image sensor 101 is performed. In AGC, the output level of a signal after noise removal by CDS processing is adjusted. A / D conversion converts solid-state imaging data after AGC level adjustment to a digital signal.

信号変換部113は、変換後のデジタル信号を3ライン分一括して再配列部115に対し出力する。   The signal conversion unit 113 outputs the converted digital signals for three lines at a time to the rearrangement unit 115.

SSG(Sync Signal Generator)114は、固体撮像素子101及び信号処理部119の駆動タイミングを決める基準信号を生成する。つまり、図1などに示す垂直転送段,延長段,水平転送段の各ゲートに印加する信号のタイミングを決定するのである。SSG114は、フィールド(画面)の開始と水平ラインの開始のタイミングを決める基準信号を再配列部115に対し出力する。   An SSG (Sync Signal Generator) 114 generates a reference signal that determines the drive timing of the solid-state imaging device 101 and the signal processing unit 119. That is, the timing of the signal applied to each gate of the vertical transfer stage, extension stage, and horizontal transfer stage shown in FIG. The SSG 114 outputs a reference signal that determines the start timing of the field (screen) and the start of the horizontal line to the rearrangement unit 115.

DRAM(Dynamic Random Access Memory)116は、再配列部115によって再配列されたデジタルデータを保持する。   A DRAM (Dynamic Random Access Memory) 116 holds the digital data rearranged by the rearrangement unit 115.

DRAM制御部117は、DRAM116から、並び替え後の画素の電荷に関するデータを読み出し、出力信号生成部118に出力する。   The DRAM control unit 117 reads out data related to the charges of the rearranged pixels from the DRAM 116 and outputs the data to the output signal generation unit 118.

出力信号生成部118は、並び替えブロックを通過後の電荷に関するデータを入力として、輝度信号を生成・出力するY信号処理と、色差信号を生成・出力するC信号処理とを行う。出力信号生成部118は、Y信号処理において輝度信号を生成・出力するが、画素の電荷に関するデータからY信号への変換後の映像は、画像の鮮明感にかける場合があるので、さらに輪郭補正を行うことにより、輪郭強調を行う。   The output signal generation unit 118 receives Y-related data after passing through the rearrangement block, and performs Y signal processing for generating and outputting a luminance signal and C signal processing for generating and outputting a color difference signal. The output signal generation unit 118 generates and outputs a luminance signal in the Y signal processing, but the image after conversion from the data related to the charge of the pixel to the Y signal may give a clear image, so further contour correction By performing the above, contour enhancement is performed.

再配列部115は、SSG114から出力された基準信号に従い、信号変換部113から出力されるデジタル信号の再配列処理を行う。例えば、図2に示すように、固体撮像素子101の水平転送部から出力され、信号変換部113により処理されたデジタル信号は、画素の電荷(図2においては、画素の電荷E6a,C6a,D6a,E6b,C6b,D6bが直列に出力される)についての信号が1次元に配置されたものに対応し、そこで、当該信号を元の2次元配列に戻す処理が再配列処理である。   The rearrangement unit 115 performs rearrangement processing on the digital signal output from the signal conversion unit 113 according to the reference signal output from the SSG 114. For example, as shown in FIG. 2, the digital signal output from the horizontal transfer unit of the solid-state imaging device 101 and processed by the signal conversion unit 113 is a pixel charge (in FIG. 2, pixel charges E6a, C6a, D6a , E6b, C6b, and D6b are output in series), and the processing for returning the signals to the original two-dimensional array is the rearrangement processing.

また、上記各実施形態では、中心画素の垂直転送段がずれている複数の画素混合エリア基本単位A1〜A8の画素を混合するいわゆるジグザグの混合処理を行っているので、再配列部115において、画像信号を再生する際に、後述するように、重心の補正もあわせて行っている。   Further, in each of the above embodiments, since the so-called zigzag mixing process is performed in which the pixels of the plurality of pixel mixing area basic units A1 to A8 whose vertical transfer stages of the center pixel are shifted are performed, in the rearrangement unit 115, When the image signal is reproduced, the center of gravity is also corrected as will be described later.

図14(a)〜(c)は、それぞれ順に、各実施形態に共通の構成である水平転送段における転送ゲート部の断面図,従来の転送ゲート部の断面図、及び従来の転送ゲート部のp+層151及びn型半導体層150を横断する断面におけるポテンシャル状態を示す図である。 14A to 14C are respectively a cross-sectional view of a transfer gate portion in a horizontal transfer stage having a configuration common to the embodiments, a cross-sectional view of a conventional transfer gate portion, and a conventional transfer gate portion. 3 is a diagram showing a potential state in a cross section that crosses a p + layer 151 and an n-type semiconductor layer 150. FIG.

図14(a)に示すように、固体撮像素子の各転送ゲート部は、半導体基板上の絶縁膜152中に埋め込まれたポリシリコン電極153を有する電荷保持用のゲートH1,H3と、半導体基板上に絶縁膜152を挟んで設けられたAl電極154を有する障壁用のゲートH2,H4とを交互に直列に配置して構成されている。電荷保持用のゲートH1,H3の下方は比較的低濃度のn型不純物を含むn型半導体層150であり、障壁用のゲートH2,H4の下方は高濃度のp型不純物を含むP+層151である。そして、Al電極154に接続される配線157と、ポリシリコン電極153に接続される配線158とは互いに切り離されている。 As shown in FIG. 14A, each transfer gate portion of the solid-state imaging device includes charge holding gates H1 and H3 each having a polysilicon electrode 153 embedded in an insulating film 152 on a semiconductor substrate, and a semiconductor substrate. Barrier gates H2 and H4 each having an Al electrode 154 provided thereon with an insulating film 152 interposed therebetween are alternately arranged in series. Below the charge holding gates H1 and H3 is an n-type semiconductor layer 150 containing a relatively low concentration n-type impurity, and below the barrier gates H2 and H4 is a P + layer containing a high concentration p-type impurity. 151. The wiring 157 connected to the Al electrode 154 and the wiring 158 connected to the polysilicon electrode 153 are separated from each other.

従来の固体撮像素子における転送ゲート部においては、ゲートH1,H2及び半導体基板内の構造は、図14(a)に示す構造と同じであるが、それぞれ逆相のバイアスφH1,φH2を受ける配線157と配線158とが互いに接続されている。そして、図14(c)に示すように、1つの転送ゲート部において、Al電極154とポリシリコン電極153とには共通のバイアス(φH1又はφH2)が与えられるので、ゲートH1の下方のn型半導体領域150と、ゲートH2の下方のP+層151とのポテンシャル差は、ほぼ一定である。従って、図14(c)に示すポテンシャル関係の場合、左方には電荷が転送されるが、右方には電荷が転送されないことになる。 In the transfer gate section in the conventional solid-state imaging device, the structure of the gate H1, H2 and the semiconductor substrate is the same as the structure shown in FIG. 14 (a), the bias phi H1 reverse phase respectively, undergo phi H2 The wiring 157 and the wiring 158 are connected to each other. Then, as shown in FIG. 14C, since a common bias (φ H1 or φ H2 ) is applied to the Al electrode 154 and the polysilicon electrode 153 in one transfer gate portion, The potential difference between the n-type semiconductor region 150 and the P + layer 151 below the gate H2 is substantially constant. Therefore, in the case of the potential relationship shown in FIG. 14C, the charge is transferred to the left side, but the charge is not transferred to the right side.

それに対し、図14(a)に示す本実施形態のCCDの構造によると、Al電極154に接続される配線157と、ポリシリコン電極153に接続される配線158とが互いに切り離されているので、ゲートH1の下方のn型半導体領域150とゲートH2の下方のp+層151とのポテンシャルの高低が、共通のバイアスを受けていたときとは逆転するので、逆方向(図中右方)にも電荷を転送することが可能になる。従って、本実施形態により、水平転送段Wにおいて電荷を出力アンプ14(又は54)に向かう側である順方向だけでなく、出力アンプ14(又は54)から遠ざかる方向である逆方向にも移動させることができる。その結果、以下のような制御が可能となった。 On the other hand, according to the structure of the CCD of this embodiment shown in FIG. 14A, the wiring 157 connected to the Al electrode 154 and the wiring 158 connected to the polysilicon electrode 153 are separated from each other. Since the potential levels of the n-type semiconductor region 150 below the gate H1 and the p + layer 151 below the gate H2 are reversed from those when receiving a common bias, they are in the opposite direction (right side in the figure). Can also transfer charge. Therefore, according to this embodiment, in the horizontal transfer stage W, the charge is moved not only in the forward direction toward the output amplifier 14 (or 54) but also in the reverse direction away from the output amplifier 14 (or 54). be able to. As a result, the following control became possible.

図20(a),(b)は、それぞれ順に、水平転送の転送ゲート部における電荷の順方向及び逆方向転送を行う際の各バイアスφH1〜φH4とチャンネル電位とを説明するための図である。 FIGS. 20A and 20B are diagrams for explaining the respective biases φ H1 to φ H4 and channel potentials in the forward and backward transfer of charges in the transfer gate portion of the horizontal transfer in order. It is.

図20(a)に示されるように、φH1=φH2,φH3=φH4,φH1<φH4とすることにより、ゲートH3,ゲートH4,ゲートH1,ゲートH2の順にチャンネルのポテンシャルが低くなるので、電荷は順方向に転送される。 As shown in FIG. 20A, by setting φ H1 = φ H2 , φ H3 = φ H4 , φ H1H4 , the channel potential is in the order of gate H3, gate H4, gate H1, and gate H2. As it goes low, the charge is transferred in the forward direction.

図20(b)に示されるように、φH1=φH4,φH2=φH3,φH1<φH2とすることにより、ゲートH3,ゲートH4,ゲートH1,ゲートH2の順にチャンネルのポテンシャルが高くなるので、電荷は逆方向に転送される。 As shown in FIG. 20B, by setting φ H1 = φ H4 , φ H2 = φ H3 , φ H1H2 , the channel potential is changed in the order of gate H3, gate H4, gate H1, and gate H2. As it becomes higher, the charge is transferred in the opposite direction.

図21は、水平転送段W及び垂直−水平転送つなぎ部15の各ゲートに印加されるバイアスの時間的変化を示すタイミングチャートである。図21において、水平転送段Wの各パルスの上端はLレベル(0V)を、下端はHレベル(3.3V)をそれぞれ示し、垂直−水平転送つなぎ部15の各パルスの上端はLレベル(−8V)を、下端はHレベル(0V)をそれぞれ示す。図21においては、パルスの個数と転送される段数とをわかりやすく説明するために、順方向転送の場合のパルス形状のみを示したものであり、常にφH1=φH2,φH3=φH4となっているが、逆方向転送の場合には、φH1=φH4,φH2=φH3となるので、実際のパルスの形状は図21とは異なったものとなる。図21は、図2に示される,第1の実施形態における第1フィールドの1ライン目から3ライン目までの電荷の混合処理を例にとっているが、他の実施形態の混合処理においても、水平転送段と垂直−水平転送つなぎ部の各バイアスを適宜変更するだけで、混合処理を容易に行うことができる。以下、図21を参照しながら、図2における電荷混合処理の際のバイアスと、電荷の混合動作との関係について説明する。 FIG. 21 is a timing chart showing temporal changes in bias applied to the gates of the horizontal transfer stage W and the vertical-horizontal transfer linking portion 15. In FIG. 21, the upper end of each pulse of the horizontal transfer stage W indicates the L level (0 V), the lower end indicates the H level (3.3 V), and the upper end of each pulse of the vertical-horizontal transfer connecting portion 15 is the L level ( −8V), and the lower end indicates the H level (0V). In FIG. 21, only the pulse shape in the case of forward transfer is shown for easy understanding of the number of pulses and the number of transferred stages, and φ H1 = φ H2 and φ H3 = φ H4 are always shown. However, in the case of reverse transfer, φ H1 = φ H4 and φ H2 = φ H3 , so the actual pulse shape is different from that in FIG. FIG. 21 shows the charge mixing process from the first line to the third line of the first field in the first embodiment shown in FIG. 2 as an example. The mixing process can be easily performed only by appropriately changing the respective biases of the transfer stage and the vertical-horizontal transfer connecting portion. Hereinafter, the relationship between the bias in the charge mixing process in FIG. 2 and the charge mixing operation will be described with reference to FIG.

まず、タイミングt0〜t1においては、V3L,V4に保持されている電荷が水平転送段Wに引き出される(図2における電荷C1b,C1c,C1d,C1e)。   First, at timings t0 to t1, charges held at V3L and V4 are drawn to the horizontal transfer stage W (charges C1b, C1c, C1d, and C1e in FIG. 2).

そして、タイミングt1の後に、図20(b)に示す高低関係を有するバイアスφH1〜φH4のパルスを2回供給することにより、水平転送段の電荷を逆方向に2段転送する(図2における電荷C1b,C1c,C1d,C1e参照)。その後、水平転送段のバイアスφH1〜φH4を固定した状態で(つまり電荷を固定させた状態で)、ゲートV3R,V4に保持されている電荷が水平転送段Wに引き出され(図2における電荷C2b,C2c,C2d,C2e)、水平転送段内を転送されてきた電荷と混合される。 Then, after the timing t1, by supplying twice the pulses of the bias φ H1 to φ H4 having the elevation relationship shown in FIG. 20B, the charges in the horizontal transfer stage are transferred in two stages in the reverse direction (FIG. 2). Charge C1b, C1c, C1d, C1e). Thereafter, with the horizontal transfer stage biases φ H1 to φ H4 fixed (that is, with the charges fixed), the charges held in the gates V3R and V4 are extracted to the horizontal transfer stage W (in FIG. 2). Charges C2b, C2c, C2d, C2e) are mixed with the charges transferred in the horizontal transfer stage.

その後は、上記と同様の動作により、タイミングt2〜t6の間において、水平転送段において、電荷の逆方向2段転送,順方向1段転送,順方向4段転送,逆方向2段転送と、垂直−水平転送つなぎ部から引き出された電荷との混合処理とが行われる。この間の処理が、図2に示す1ライン目の電荷混合処理である。   Thereafter, by the same operation as described above, during the timing t2 to t6, in the horizontal transfer stage, reverse two-stage transfer, forward one-stage transfer, forward four-stage transfer, reverse two-stage transfer, A mixing process with the charges drawn from the vertical-horizontal transfer joint is performed. The process during this period is the charge mixing process for the first line shown in FIG.

次に、タイミングt6の後で、1ライン目で混合された電荷(第1の実施形態における出力電荷CTc,CTdなど)を順方向に2段転送することにより、図2に示す2ライン目の開始時に垂直−水平転送つなぎ部から転送される電荷よりも1段だけ順方向側に位置させておく。   Next, after timing t6, the charges mixed in the first line (the output charges CTc, CTd, etc. in the first embodiment) are transferred in two stages in the forward direction, whereby the second line shown in FIG. At the start, one stage is positioned on the forward direction side from the charge transferred from the vertical-horizontal transfer joint.

そして、タイミングt6〜t12の間において、水平転送段において、電荷の逆方向2段転送,順方向4段転送,逆方向2段転送,逆方向2段転送,順方向4段転送と、垂直−水平転送つなぎ部から引き出された電荷との混合処理とが行われる。この間の処理が、図2に示す2ライン目の電荷混合処理である。その間、1ライン目で混合処理された電荷(第1の実施形態における出力電荷CTc,CTdなど)は、2ライン目で混合処理された電荷よりも1段だけ順方向側に位置しながら移動することになる。   Then, during the timing t6 to t12, in the horizontal transfer stage, the reverse two-stage transfer, the forward four-stage transfer, the reverse two-stage transfer, the reverse two-stage transfer, the forward four-stage transfer, and the vertical − A mixing process with the charges extracted from the horizontal transfer joint is performed. The process during this period is the charge mixing process for the second line shown in FIG. Meanwhile, the charge mixed in the first line (the output charges CTc, CTd, etc. in the first embodiment) moves while being positioned one step ahead of the charge mixed in the second line. It will be.

次に、タイミングt12の後で、1ライン目,2ライン目で混合された電荷(第1の実施形態における出力電荷CTc,CTd,DTc,DTdなど)を順方向に2段転送することにより、図2に示す3ライン目の開始時に垂直−水平転送つなぎ部から転送される電荷よりも1段だけ順方向側に位置させておく。   Next, after the timing t12, the charges mixed in the first line and the second line (output charges CTc, CTd, DTc, DTd, etc. in the first embodiment) are transferred in two stages in the forward direction. At the start of the third line shown in FIG. 2, it is positioned one stage forward from the charge transferred from the vertical-horizontal transfer joint.

そして、タイミングt12〜t18の間において、水平転送段において、電荷の逆方向2段転送,逆方向2段転送,順方向1段転送,順方向4段転送,逆方向2段転送と、垂直−水平転送つなぎ部から引き出された電荷との混合処理とが行われる。この間の処理が、図2に示す3ライン目の電荷混合処理である。その間、1ライン目,2ライン目で混合処理された電荷(第1の実施形態における出力電荷CTc,CTd,DTc,DTdなど)は、3ライン目で混合処理された電荷よりも1段だけ順方向側に位置しながら移動することになる。   Then, during the timing t12 to t18, in the horizontal transfer stage, the reverse two-stage transfer, the reverse two-stage transfer, the forward one-stage transfer, the forward four-stage transfer, the reverse two-stage transfer, and the vertical − A mixing process with the charges extracted from the horizontal transfer joint is performed. This process is the charge mixing process on the third line shown in FIG. Meanwhile, the charges mixed in the first line and the second line (the output charges CTc, CTd, DTc, DTd, etc. in the first embodiment) are one order higher than the charges mixed in the third line. It moves while being located on the direction side.

そして、タイミングt18の直後には、各出力電荷が図2の最下段に示すように整列していることになる。   Immediately after the timing t18, the output charges are aligned as shown in the lowermost stage of FIG.

(第1,第2の実施形態における混合方法の比較)
図15(a),(b)は、第1の実施形態における第1フィールド及び第2フィールドの垂直1ライン目(奇数ライン)及び垂直2ライン目(偶数ライン)の画素混合における重心位置関係を説明する図である。図16(a),(b)は、第2の実施形態における第1フィールド及び第2フィールドの垂直1ライン目(奇数ライン)及び垂直2ライン目(偶数ライン)の画素混合における重心位置関係を説明する図である。
(Comparison of mixing methods in the first and second embodiments)
FIGS. 15A and 15B show the centroid position relationship in the pixel mixture of the vertical first line (odd line) and vertical second line (even line) in the first field and the second field in the first embodiment. It is a figure explaining. FIGS. 16A and 16B show the centroid positional relationship in the pixel mixture of the vertical first line (odd line) and vertical second line (even line) in the first field and the second field in the second embodiment. It is a figure explaining.

図15(a)において、重心B1は、第1フィールドの垂直1ライン目の画素混合エリア単位A1,A3間の画素混合の重心であり、重心B2は、第1フィールドの垂直1ライン目の画素混合エリア単位A2,A4間の画素混合の重心であり、重心B3は、第1フィールドの垂直2ライン目の画素混合エリア単位A5,A7間の画素混合の重心であり、重心B4は、第1フィールドの垂直2ライン目の画素混合エリア単位A6,A8間の画素混合の重心である。図15(b)において、重心B'1は、第2フィールドの垂直1ライン目の画素混合エリア単位A'1,A'3間の画素混合の重心であり、重心B'2は、第2フィールドの垂直1ライン目の画素混合エリア単位A'2,A'4間の画素混合の重心であり、重心B'3は、第2フィールドの垂直2ライン目の画素混合エリア単位A'5,A'7間の画素混合の重心であり、重心B'4は、第2フィールドの垂直2ライン目の画素混合エリア単位A'6,A'8間の画素混合の重心である。   In FIG. 15A, the centroid B1 is the centroid of pixel mixture between the pixel mixture area units A1 and A3 in the first vertical line of the first field, and the centroid B2 is the pixel in the vertical first line of the first field. The center of gravity of the pixel mixture between the mixed area units A2 and A4, the center of gravity B3 is the center of gravity of the pixel mixture between the pixel mixed area units A5 and A7 of the vertical second line of the first field, and the center of gravity B4 is the first center of gravity. This is the center of gravity of pixel mixing between the pixel mixing area units A6 and A8 on the second vertical line of the field. In FIG. 15B, the centroid B′1 is the centroid of pixel mixture between the pixel mixture area units A′1 and A′3 in the vertical first line of the second field, and the centroid B′2 is the second centroid. This is the centroid of pixel mixing between the pixel mixing area units A′2 and A′4 of the vertical first line of the field, and the centroid B′3 is the pixel mixing area unit A′5 of the vertical second line of the second field. The center of gravity of the pixel mixture between A′7, and the center of gravity B′4 is the center of gravity of the pixel mixture between the pixel mixture area units A′6 and A′8 of the second vertical line in the second field.

図16(a)において、重心G1は、第1フィールドの垂直1ライン目の画素混合エリア単位F1,F3間の画素混合の重心であり、重心G2は、第1フィールドの垂直1ライン目の画素混合エリア単位F2,F4間の画素混合の重心であり、重心G3は、第1フィールドの垂直2ライン目の画素混合エリア単位F5,F7間の画素混合の重心であり、重心G4は、第1フィールドの垂直2ライン目の画素混合エリア単位F6,F8間の画素混合の重心である。図16(b)において、重心G'1は、第2フィールドの垂直1ライン目の画素混合エリア単位F'1,F'3間の画素混合の重心であり、重心G'2は、第2フィールドの垂直1ライン目の画素混合エリア単位F'2,F'4間の画素混合の重心であり、重心G'3は、第2フィールドの垂直2ライン目の画素混合エリア単位F'5,F'7間の画素混合の重心であり、重心G'4は、第2フィールドの垂直2ライン目の画素混合エリア単位F'6,F'8間の画素混合の重心である。   In FIG. 16A, the centroid G1 is the centroid of the pixel mixture between the pixel mixture area units F1 and F3 in the first vertical line of the first field, and the centroid G2 is the pixel in the vertical first line of the first field. The center of gravity of the pixel mixture between the mixed area units F2 and F4, the center of gravity G3 is the center of gravity of the pixel mixture between the pixel mixed area units F5 and F7 of the vertical second line of the first field, and the center of gravity G4 is the first center of gravity. This is the center of gravity of pixel mixing between the pixel mixing area units F6 and F8 on the second vertical line of the field. In FIG. 16B, the centroid G′1 is the centroid of pixel mixture between the pixel mixture area units F′1 and F′3 of the vertical first line of the second field, and the centroid G′2 is the second centroid G′2. This is the centroid of pixel mixing between the pixel mixing area units F′2 and F′4 in the vertical first line of the field, and the centroid G′3 is the pixel mixing area unit F′5 in the vertical second line of the second field. The center of gravity of the pixel mixture between F′7, and the center of gravity G′4 is the center of gravity of the pixel mixture between the pixel mixture area units F′6 and F′8 of the second vertical line in the second field.

図15(a)に示すように、水平方向において、第1フィールドの垂直1ライン目(奇数ライン)の画素混合における重心B1の位置は、垂直2ライン目(偶数ライン)の画素混合における重心B3,B4の中点位置にあり、垂直2ライン目(偶数ライン)の画素混合における重心B4の位置は、垂直1ライン目(奇数ライン)の画素混合における重心B1,B2の中点位置にある。つまり、垂直1ライン目の画素混合における重心位置B1,B2,…と、垂直2ライン目の画素混合における重心位置B3,B4,…とは、水平方向の座標において、順に等間隔位置で整列することになる。垂直3ライン目の画素混合における重心の水平方向位置は垂直1ライン目の画素混合における重心位置と同じである。図15(b)に示すように、第2フィールドにおける画素混合についても同様である。   As shown in FIG. 15A, in the horizontal direction, the position of the center of gravity B1 in the pixel mixture of the first vertical line (odd line) in the first field is the center of gravity B3 in the pixel mixture of the second vertical line (even line). , B4 at the midpoint position, and the position of the centroid B4 in the pixel mixture of the vertical second line (even number line) is at the midpoint position of the centroids B1 and B2 in the pixel mixture of the vertical first line (odd line). In other words, the centroid positions B1, B2,... In the pixel mixture of the vertical first line and the centroid positions B3, B4,... In the pixel mixture of the vertical second line are sequentially aligned at equal intervals in the horizontal coordinate. It will be. The horizontal position of the center of gravity in the pixel mixture of the third vertical line is the same as the position of the center of gravity in the pixel mixture of the first vertical line. As shown in FIG. 15B, the same applies to the pixel mixture in the second field.

一方、図16(a)に示すように、第1フィールドの垂直1ライン目(奇数ライン)の画素混合における重心G1の水平方向位置は、垂直2ライン目(偶数ライン)の画素混合における重心G3,G4の中点位置とはずれた位置にあり、垂直2ライン目の画素混合における重心G4の水平方向位置は、垂直1ライン目の画素混合における重心G1,G2の中点位置とはずれた位置にある。図16(b)に示すように、第2フィールドにおける画素混合についても同様である。   On the other hand, as shown in FIG. 16A, the horizontal position of the center of gravity G1 in the pixel mixture of the first vertical line (odd line) in the first field is the center of gravity G3 in the pixel mixture of the second vertical line (even line). , G4 are deviated from the midpoint position, and the horizontal position of the centroid G4 in the pixel mixture of the vertical second line is deviated from the midpoint position of the centroids G1 and G2 in the pixel mixture of the vertical first line. is there. As shown in FIG. 16B, the same applies to the pixel mixture in the second field.

図17(a),(b)は、それぞれ順に、図15(a),(b)に示す場合と、図16(a),(b)に示す場合とにおける,垂直1ライン目の画素混合による重心位置と、垂直2ライン目の画素混合による重心位置の関係を説明するための図である。図17(a)に示すように、図15(a),(b)に示す画素混合処理が行われた場合には、垂直1ライン目の画素混合における重心位置B1,B2,…と、垂直2ライン目の画素混合における重心位置B3,B4,…とは、水平方向の座標において、順に等間隔位置で整列していることがわかる。一方、図17(b)に示すように、図16(a),(b)に示す画素混合処理が行われた場合には、垂直1ライン目の画素混合における重心位置G1,G2,…と、垂直2ライン目の画素混合における重心位置G3,G4,…とは、水平方向の座標において、いびつな間隔で並んでいる。   17 (a) and 17 (b) show the pixel mixture of the first vertical line in the case shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b) and the case shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b), respectively. FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the center of gravity position due to and the center of gravity position due to pixel mixture in the second vertical line. As shown in FIG. 17A, when the pixel mixing process shown in FIGS. 15A and 15B is performed, the centroid positions B1, B2,... It can be seen that the center-of-gravity positions B3, B4,... In the pixel mixture on the second line are aligned at equal intervals in order in the horizontal coordinate. On the other hand, as shown in FIG. 17B, when the pixel mixing process shown in FIGS. 16A and 16B is performed, the gravity center positions G1, G2,... The center-of-gravity positions G3, G4,... In the pixel mixture of the second vertical line are arranged at irregular intervals in the horizontal coordinate.

図18は、重心位置補正用回路の構成を簡略的に示すブロック回路図である。図19(a),(b)は、それぞれ順に、図15(a),(b)に示す場合と図16(a),(b)に示す場合とにおける,画素混合エリア単位の電荷信号を加算して輝度信号を生成する処理を例示する図である。   FIG. 18 is a block circuit diagram schematically showing the configuration of the center-of-gravity position correction circuit. 19 (a) and 19 (b) show the charge signals in units of pixel mixture areas in the cases shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b) and in the cases shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b), respectively. It is a figure which illustrates the process which adds and produces | generates a luminance signal.

図18に示すように、重心位置補正用回路は、(1+z-1)/2の演算を行う演算回路121と、スイッチング回路123とを備えている。そして、相隣接する画素混合エリア単位同士の電荷信号を加算して得られる輝度信号SAを受けたとき、その輝度信号SAが基準となるライン(奇数ライン又は偶数ライン)の輝度信号であるときには、制御信号LSに応じて、スイッチング回路123が図中下側の端子に接続するように切り換えられて、演算回路121をバイパスした信号が出力信号Soutとして出力される。一方、その輝度信号SAが基準ではないライン(偶数ライン又は奇数ライン)の輝度信号であるときには、制御信号LSに応じてスイッチング回路123が図中上側の端子に接続するように切り換えられて、演算回路121で重心位置補正用の演算処理(1+z-1)/2が施された信号が出力信号Soutとして出力される。この演算処理(1+z-1)/2は、輝度信号同士の中点位置に新たな輝度信号を補間する処理である。 As shown in FIG. 18, the center-of-gravity position correction circuit includes an arithmetic circuit 121 that performs an operation of (1 + z −1 ) / 2, and a switching circuit 123. When the luminance signal SA obtained by adding the charge signals of adjacent pixel mixed area units is received, when the luminance signal SA is a luminance signal of a reference line (odd line or even line), In accordance with the control signal LS, the switching circuit 123 is switched so as to connect to the lower terminal in the figure, and a signal bypassing the arithmetic circuit 121 is output as the output signal Sout. On the other hand, when the luminance signal SA is a luminance signal of a non-reference line (even number line or odd number line), the switching circuit 123 is switched to connect to the upper terminal in the figure in accordance with the control signal LS, and the calculation is performed. A signal that has undergone arithmetic processing (1 + z −1 ) / 2 for correcting the center of gravity in the circuit 121 is output as an output signal Sout. This calculation process (1 + z −1 ) / 2 is a process of interpolating a new luminance signal at the midpoint position between the luminance signals.

本実施形態においては、固体撮像素子において、画素混合処理が行われた場合、補色フィルタ配列の画素信号が出力される。そして、図19(a),(b)の上段側に例として示されているような色の画素信号が奇数ラインと偶数ラインとの画素信号として入力されたとする。このとき、奇数ラインでは、相隣接する画素混合エリア単位の画素信号であるCy画素信号とYe画素信号とが混合されて輝度信号SA1が生成され、相隣接する画素混合エリア単位の画素信号であるYe画素信号とCy画素信号とが混合されて輝度信号SA2が生成される。偶数ラインでは、相隣接する画素混合エリア単位の画素信号であるMg画素の電荷信号とG画素の電荷信号とが混合されて輝度信号SA3が生成され、相隣接する画素混合エリア単位の画素信号であるG画素信号とMg画素信号とが混合されて輝度信号SA4が生成される。   In the present embodiment, when pixel mixing processing is performed in the solid-state imaging device, a pixel signal of a complementary color filter array is output. Then, it is assumed that pixel signals of colors as shown as examples on the upper side of FIGS. 19A and 19B are input as pixel signals of odd lines and even lines. At this time, in the odd lines, the Cy pixel signal, which is a pixel signal in adjacent pixel mixing area units, and the Ye pixel signal are mixed to generate a luminance signal SA1, and the pixel signal is in adjacent pixel mixing area units. The Ye pixel signal and the Cy pixel signal are mixed to generate the luminance signal SA2. In the even line, the luminance signal SA3 is generated by mixing the charge signal of the Mg pixel and the charge signal of the G pixel, which are pixel signals of adjacent pixel mixing area units, and the pixel signal of the adjacent pixel mixing area unit A certain G pixel signal and Mg pixel signal are mixed to generate a luminance signal SA4.

そして、奇数ラインを基準にする場合について説明すると、スイッチング回路123の切り換え制御により、奇数ラインの輝度信号SA1,SA2は演算回路121をバイパスして出力信号Soutとして出力され、重心位置の補正処理は行われない。一方、偶数ラインの輝度信号SA3,SA4は、演算回路121に入力されて、重心位置の補正処理が行われた後、出力信号Soutとして出力される。その場合、図15(a),(b)に示すように、水平座標方向において、奇数ラインにおける画素混合エリア単位の混合後の電荷信号の重心位置と、偶数ラインにおける画素混合エリア単位の混合後の電荷信号の重心位置とが互いに他方の中点位置にある場合には、図19(a)に示すように、奇数ラインにおける輝度信号SA1,SA2と、偶数ラインの輝度信号SA3,SA4とが、互いに他方の中心位置にある。従って、演算回路121における演算処理(1+z-1)/2により、偶数ラインの輝度信号SA3,SA4の重心位置は、奇数ラインの輝度信号SA1,SA2の重心位置に一致するように、容易に補正される。偶数ラインを基準ラインとする場合には、上述と逆の処理が行われ、やはり、容易に重心位置の補正が行われる。 Then, the case where the odd line is used as a reference will be described. By the switching control of the switching circuit 123, the luminance signals SA1 and SA2 of the odd line bypass the arithmetic circuit 121 and are output as the output signal Sout. Not done. On the other hand, the luminance signals SA3 and SA4 of the even lines are input to the arithmetic circuit 121 and subjected to correction processing of the center of gravity, and then output as the output signal Sout. In that case, as shown in FIGS. 15A and 15B, in the horizontal coordinate direction, the position of the center of gravity of the charge signal after mixing in the pixel mixed area unit in the odd line and after mixing in the pixel mixed area unit in the even line. When the charge signal centroid positions are at the other midpoint position, as shown in FIG. 19A, the luminance signals SA1 and SA2 in the odd lines and the luminance signals SA3 and SA4 in the even lines are obtained. , In the center position of the other. Therefore, by the arithmetic processing (1 + z −1 ) / 2 in the arithmetic circuit 121, the gravity center positions of the even line luminance signals SA3 and SA4 are easily corrected so as to coincide with the odd line luminance signals SA1 and SA2. Is done. When the even-numbered line is used as the reference line, the process opposite to that described above is performed, and the center-of-gravity position is easily corrected.

ところが、図16(a),(b)に示すように、水平座標方向において、奇数ラインにおける画素混合エリア単位の混合後の電荷信号の重心位置と、偶数ラインにおける画素混合エリア単位の混合後の電荷信号の重心位置とが互いに他方の中点位置にない場合には、図19(b)に示すように、奇数ラインにおける輝度信号SA1,SA2と、偶数ラインの輝度信号SA3,SA4とが、互いに他方の中心位置からずれた位置にある。従って、偶数ラインの輝度信号SA3,SA4の重心位置を、奇数ラインの輝度信号SA1,SA2の重心位置に一致するように補正するには、図18に示す回路そのものを用いるのではなく、より複雑な処理を行う回路構成にする必要がある。   However, as shown in FIGS. 16A and 16B, in the horizontal coordinate direction, the barycentric position of the charge signal after mixing in the pixel mixture area unit in the odd-numbered line and the pixel mixture area unit in the even-numbered line after mixing. When the center of gravity of the charge signal is not located at the other midpoint position, as shown in FIG. 19B, the luminance signals SA1 and SA2 in the odd lines and the luminance signals SA3 and SA4 in the even lines are They are at a position deviated from the other center position. Therefore, in order to correct the center of gravity of the luminance signals SA3 and SA4 of the even lines so as to coincide with the center of gravity of the luminance signals SA1 and SA2 of the odd lines, the circuit shown in FIG. It is necessary to have a circuit configuration that performs an appropriate process.

従って、例えば垂直1ライン目(奇数ライン)の画素混合において混合される2つの画素混合エリア単位が、互いに水平方向に1画素ずれた位置に設けられた、いわゆるジグザグに混合される2つの画素混合エリア単位であり、垂直2ライン目(偶数ライン)の画素混合において混合される2つの画素混合エリア単位が、水平方向に同一の位置に設けられた、非ジグザグに混合される2つの画素混合エリア単位である場合には、ジグザグに混合される2つの画素混合エリア単位を、非ジグザグに混合される2つの画素混合エリア単位に対して水平方向に1画素ずらせた位置に設ければよい。   Accordingly, for example, two pixel mixture areas that are mixed in the pixel mixture of the first vertical line (odd line) are mixed in a so-called zigzag manner in which two pixel mixture area units mixed in the horizontal direction are shifted by one pixel from each other. Two pixel mixture areas that are non-zigzag mixed in which two pixel mixture area units that are mixed in the pixel mixture of the second vertical line (even line) are provided in the same position in the horizontal direction. In the case of the unit, the two pixel mixed area units mixed zigzag may be provided at a position shifted by one pixel in the horizontal direction with respect to the two pixel mixed area units mixed non-zigzag.

言い換えると、画素混合エリア単位の配置の基本となる繰り返し単位が、2つずつ加算される垂直方向に配置された4つの画素混合エリア単位である場合、1つの画素混合エリア単位の位置を水平方向に1画素ずらせ、もう1つの画素混合エリア単位の位置を水平方向に2画素ずらせて配置することが好ましい。   In other words, when the repetition unit that is the basis of the arrangement of the pixel mixture area units is four pixel mixture area units arranged in the vertical direction in which two pixel additions are added, the position of one pixel mixture area unit is set in the horizontal direction. It is preferable to shift the position of one pixel mixing area unit and another pixel mixed area unit by shifting two pixels in the horizontal direction.

上記各実施形態によると、2行2列を単位配列とするカラーフィルタ配列の超高画素固体撮像素子を用いた動画撮像において、映像信号の水平・垂直方向共に高周波信号が含まれる画像を撮像した場合であっても、高周波成分の低周波への折り返し成分が大幅に低減され、輝度信号、色度信号共に偽信号が大幅に抑圧されるばかりでなく、水平方向と垂直方向の画素サンプリング密度の完全な均衡化が図れ、水平解像度と垂直解像度を同一とすることが可能となり、また、すべての画素を廃棄することなく出力することが可能となるので、固体撮像素子の感度が大幅に向上するという効果がある。さらに、固体撮像素子の画素数が増加しても、フレームレートを上げるための画素混合エリアを垂直水平方向の各々を目的に応じ拡大設定することにより、インターレススキャン方式において最適な出力画素数の選択が可能となる。   According to each of the above embodiments, in moving image capturing using a color filter array ultra-high pixel solid-state image sensor having a unit arrangement of 2 rows and 2 columns, an image including a high-frequency signal is captured in both the horizontal and vertical directions of the video signal. Even in this case, the return component of the high frequency component to the low frequency is greatly reduced, and not only the false signal is greatly suppressed for both the luminance signal and the chromaticity signal, but also the pixel sampling density in the horizontal and vertical directions is reduced. Since perfect balancing can be achieved, the horizontal resolution and the vertical resolution can be made the same, and since all pixels can be output without being discarded, the sensitivity of the solid-state imaging device is greatly improved. There is an effect. Furthermore, even if the number of pixels of the solid-state image sensor increases, the optimum pixel count in the interlace scan method can be obtained by enlarging the pixel mixing area for increasing the frame rate in the vertical and horizontal directions according to the purpose. Selection becomes possible.

(その他の実施形態)
上記各実施形態においては、CCDによる電荷の転送を行う垂直転送段と水平転送段を設けた固体撮像装置について開示したが、本発明は、斯かる実施形態に限定されるものではなく、MOSFETによる電荷信号の加算処理を行う固体撮像装置を利用した場合にも本発明を適用することができる。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, a solid-state imaging device provided with a vertical transfer stage and a horizontal transfer stage for transferring charges by a CCD has been disclosed. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and is based on a MOSFET. The present invention can also be applied when using a solid-state imaging device that performs charge signal addition processing.

また、固体撮像素子がカラーフィルタを付設している必要は必ずしもなく、白黒の画像を処理する場合にも本発明を適用することができる。さらに、カラーフィルタを用いる場合においても、2行2列の色配列を繰り返しの基本単位として具備している必要はなく、例えば5色以上の多色のフィルタを具備していてもよい。   In addition, the solid-state imaging device is not necessarily provided with a color filter, and the present invention can be applied to processing a monochrome image. Further, even when a color filter is used, it is not necessary to have a 2 × 2 color array as a basic unit of repetition, and for example, a multicolor filter having 5 or more colors may be provided.

上記各実施形態においては、画素混合エリア単位を5×5画素で構成したが、本発明は斯かる実施形態に限定されるものではなく、より多数あるいは小数の画素によって構成される画素混合エリア単位を設定しておいて、画素混合処理を行ってもよい。   In each of the above embodiments, the pixel mixture area unit is configured by 5 × 5 pixels, but the present invention is not limited to such an embodiment, and the pixel mixture area unit configured by a larger number or a smaller number of pixels. May be set and the pixel mixing process may be performed.

本明細書においては、第1の実施形態を補色フィルタ配列構造の固体撮像素子に適用した例については、開示していないが、第2の実施形態のフィルタ配列構造を補色フィルタ配列構造にした第3の実施形態が成立するの同様に、第1の実施形態のフィルタ構造を補色フィルタ構造にすることができる。   In this specification, an example in which the first embodiment is applied to a solid-state imaging device having a complementary color filter array structure is not disclosed, but a filter color structure according to the second embodiment is a complementary color filter array structure. Similarly to the case where the third embodiment is established, the filter structure of the first embodiment can be a complementary color filter structure.

上記各実施形態においては、画素混合エリア単位における画素の垂直方向の個数qをq=4m+1(mは自然数)で表し、水平方向の個数pをp=4n+1(nは自然数)で表したときに、m=n=1とし、各画素混合エリア単位は、第2方向に(p+1)/2画素、第1方向に(q+1)/2画素ずれてオーバーラップしながら二次元の繰り返し配列を構成している構造を示したが、本発明の画素混合エリア単位の画素数やオーバーラップ量は上記各実施形態に限定されるものではない。   In each of the embodiments described above, when the number q of pixels in the pixel mixing area unit is represented by q = 4m + 1 (m is a natural number) and the number p in the horizontal direction is represented by p = 4n + 1 (n is a natural number). , M = n = 1, and each pixel mixed area unit forms a two-dimensional repetitive array while overlapping with a shift of (p + 1) / 2 pixels in the second direction and (q + 1) / 2 pixels in the first direction. However, the number of pixels and the amount of overlap in the pixel mixture area unit of the present invention are not limited to the above embodiments.

例えば、画素混合エリア単位における画素の第1方向の個数qをq=4m−1で表し、第2方向の個数pをp=4n−1(nは自然数)で表し、画素混合エリア単位を、第2方向に(p−1)/2画素と(p+3)/2画素とのずれ量を交互に繰り返し、第1方向に(q−1)/2画素と(q+3)/2画素とのずれ量を繰り返してずれてオーバーラップしながら二次元の繰り返し配列を構成しているものでもよい。   For example, the number q of pixels in the first direction in the pixel mixture area unit is represented by q = 4m−1, the number p in the second direction is represented by p = 4n−1 (n is a natural number), and the pixel mixture area unit is represented by The shift amount between (p-1) / 2 pixels and (p + 3) / 2 pixels is alternately repeated in the second direction, and the shift between (q-1) / 2 pixels and (q + 3) / 2 pixels in the first direction. A two-dimensional repetitive array may be formed while overlapping by shifting the amount repeatedly.

また、画素混合エリア単位が、例えば6×6画素のように、偶数個×偶数個の画素を含んでいたり、奇数個×偶数個の画素を含んでいてもよい。   Further, the pixel mixture area unit may include an even number × even number of pixels, for example, 6 × 6 pixels, or may include an odd number × even number of pixels.

以上のように本発明の固体撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等に利用することができる。   As described above, the solid-state imaging device of the present invention can be used for a digital still camera, a digital video camera, and the like.

本発明の固体撮像装置は、超メガピクセル等の画素の多い固体撮像素子の出力画素信号数を画素加算手法によって削減し、インターレススキャン方式のシステムに適した,超高画素固体撮像素子の動画撮像を実現できるため、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどに利用することができる。   The solid-state imaging device of the present invention reduces the number of output pixel signals of a solid-state imaging device having many pixels, such as a super megapixel, by a pixel addition method, and is a moving image of an ultra-high-pixel solid-state imaging device suitable for an interless scan system Since imaging can be realized, it can be used for a digital still camera, a digital video camera, and the like.

第1の実施形態に係るカラー固体撮像装置のCCD固体撮像素子中の素子配列を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the element arrangement | sequence in the CCD solid-state image sensor of the color solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態における第1フィールドの画素混合処理の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the pixel mixing process of the 1st field in 1st Embodiment. 第1の実施形態における第1フィールドにおける画素混合の概略を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline of the pixel mixture in the 1st field in 1st Embodiment. 第1の実施形態における第2フィールドにおける画素混合の概略を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline of the pixel mixture in the 2nd field in 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るカラー固体撮像装置のCCD固体撮像素子中の素子配列を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the element arrangement | sequence in the CCD solid-state image sensor of the color solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態における第1フィールドの画素混合処理の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the pixel mixing process of the 1st field in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における第1フィールドにおける画素混合の概略を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline of the pixel mixture in the 1st field in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における第2フィールドにおける画素混合の概略を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline of the pixel mixture in the 2nd field in 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るカラー固体撮像装置のCCD固体撮像素子中の素子配列を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the element arrangement | sequence in the CCD solid-state image sensor of the color solid-state imaging device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態における第1フィールドの画素混合処理の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the pixel mixing process of the 1st field in 3rd Embodiment. 第3の実施形態における第1フィールドにおける画素混合の概略を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline of the pixel mixture in the 1st field in 3rd Embodiment. 第3の実施形態における第2フィールドにおける画素混合の概略を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline of the pixel mixture in the 2nd field in 3rd Embodiment. 第1〜第3の実施形態に共通する固体撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the solid-state imaging device common to 1st-3rd embodiment. (a)〜(c)は、それぞれ順に、各実施形態に共通の構成である水平転送段における転送ゲート部の断面図,従来の転送ゲート部の断面図、及び従来の転送ゲート部のp+層及びp型半導体層を横断する断面におけるポテンシャル状態を示す図である。(A) to (c) are, respectively, a cross-sectional view of a transfer gate portion in a horizontal transfer stage, a cross-sectional view of a conventional transfer gate portion, and a p + It is a figure which shows the potential state in the cross section which cross | intersects a layer and a p-type semiconductor layer. (a),(b)は、第1の実施形態における第1フィールド及び第2フィールドの垂直1ライン目及び垂直2ライン目の画素混合における重心位置関係を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the gravity center position relationship in the pixel mixture of the 1st vertical line of the 1st field and 2nd field in 1st Embodiment, and the 2nd vertical line. (a),(b)は、第2の実施形態における第1フィールド及び第2フィールドの垂直1ライン目及び垂直2ライン目の画素混合における重心位置関係を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the gravity center positional relationship in the pixel mixture of the 1st vertical line of the 1st field and 2nd field in 2nd Embodiment, and the 2nd vertical line. (a),(b)は、それぞれ順に、図15(a),(b)に示す場合と、図16(a),(b)に示す場合とにおける,垂直1ライン目の画素混合による重心位置と、垂直2ライン目の画素混合による重心位置の関係を説明するための図である。(A) and (b) are the centroids due to pixel mixture of the first vertical line in the cases shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b) and in the cases shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b), respectively. It is a figure for demonstrating the relationship between a position and the gravity center position by the pixel mixing of the 2nd vertical line. 重心位置補正用回路の構成を簡略的に示すブロック回路図である。It is a block circuit diagram which shows simply the structure of the circuit for gravity center position correction | amendment. (a),(b)は、それぞれ順に、図15(a),(b)に示す場合と図16(a),(b)に示す場合とにおける,画素混合エリア単位の電荷信号を加算して輝度信号を行う処理を例示する図である(A) and (b) sequentially add charge signals in units of pixel mixing areas in the cases shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b) and in the cases shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b), respectively. It is a figure which illustrates the process which performs a luminance signal (a),(b)は、それぞれ順に、水平転送の転送ゲート部における電荷の順方向及び逆方向転送を行う際の各バイアスとチャンネル電位とを説明するための図である。(A), (b) is a figure for demonstrating each bias and channel potential at the time of performing the forward direction and the reverse direction transfer of the electric charge in the transfer gate part of a horizontal transfer, respectively. 第1の実施形態の図2に示す電荷混合処理を実現するために各ゲートに印加されるバイアスの時間的変化を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing a temporal change in bias applied to each gate in order to realize the charge mixing process shown in FIG. 2 of the first embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

11 画素
12 垂直転送段(第1方向転送段)
W 水平転送段(第2方向転送段)
W1〜W12 転送ゲート部
14 出力アンプ
15 垂直−水平転送つなぎ部
15A〜15L 延長段
V1〜V6 ゲート
H1〜H4 ゲート
A1〜A8 画素混合エリア単位
A'1〜A'8 画素混合エリア単位
B1〜B4 重心
B'1〜B'4 重心
C〜E 電荷
F1〜F8 画素混合エリア単位
F'1〜F'8 画素混合エリア単位
G1〜G4 重心
G'1〜G'4 重心
J1〜J8 画素混合エリア単位
J'1〜J'8 画素混合エリア単位
51 画素
52 垂直転送段(第1方向転送段)
53 水平転送段(第2方向転送段)
53A〜53L 転送ゲート部
54 出力アンプ
55 垂直−水平転送つなぎ部
55A〜55L 延長段
101 固体撮像素子
112 固体撮像素子駆動部
113 信号変換部
114 SSG
115 再配列部
116 DRAM
117 DRAM制御部
118 出力信号生成部
119 信号処理部
121 演算回路
123 スイッチング回路
150 n型半導体層
151 p+
152 絶縁膜
153 ポリシリコン電極
154 Al電極
157 配線
158 配線
11 pixels 12 vertical transfer stage (first direction transfer stage)
W Horizontal transfer stage (second direction transfer stage)
W1 to W12 Transfer gate section 14 Output amplifier 15 Vertical-horizontal transfer connection section 15A to 15L Extension stage V1 to V6 Gate H1 to H4 Gate A1 to A8 Pixel mixed area unit A'1 to A'8 Pixel mixed area unit B1 to B4 Center of gravity B'1 to B'4 Center of gravity C to E Charge F1 to F8 Pixel mixed area unit F'1 to F'8 Pixel mixed area unit G1 to G4 Center of gravity G'1 to G'4 Center of gravity J1 to J8 Pixel mixed area unit J′1 to J′8 Pixel mixed area unit 51 pixels 52 vertical transfer stage (first direction transfer stage)
53 Horizontal transfer stage (second direction transfer stage)
53A to 53L Transfer gate section 54 Output amplifier 55 Vertical-horizontal transfer connection section 55A to 55L Extension stage 101 Solid-state image sensor 112 Solid-state image sensor drive section 113 Signal conversion section 114 SSG
115 Rearrangement part 116 DRAM
117 DRAM control unit 118 output signal generation unit 119 signal processing unit 121 arithmetic circuit 123 switching circuit 150 n-type semiconductor layer 151 p + layer 152 insulating film 153 polysilicon electrode 154 Al electrode 157 wiring 158 wiring

Claims (19)

それぞれが行列状に配列された光電変換素子からなる複数の画素と、2行2列の繰り返し周期を有するカラーフィルタとを有する固体撮像素子を備え、
上記固体撮像素子の第1方向に配置されたq(qは2以上の自然数)個の画素と、上記第1方向と交差する第2方向に配置されたp(pは2以上の自然数)個の画素とによってそれぞれが構成された複数の画素混合エリア単位にそれぞれ含まれる複数の画素の電荷同士を加算する第1フィールドの画素加算処理と、上記第1フィールドの画素加算処理で加算した上記複数の画素混合エリア単位とは異なる複数の画素混合エリア単位にそれぞれ含まれる複数の画素の電荷同士を加算する第2フィールドの画素加算処理とを行う画素加算処理手段と、
上記第1フィールド及び第2フィールドの画素加算処理においてそれぞれ加算された複数の画素の電荷の信号をインタレーススキャン用の信号として交互に出力する出力手段とを備え、
上記第1フィールド及び第2フィールドのそれぞれにおいて行われる加算処理は、上記第1方向の奇数ラインの加算処理及び上記第1方向の偶数ラインの加算処理を有し、
上記奇数ラインの加算処理及び偶数ラインの加算処理のうちの一方の加算処理は、上記第2方向にずれた画素混合エリアが選択され、上記奇数ラインの加算処理及び上記偶数ラインの加算処理のうちの他方の加算処理は、上記第2方向にずれていない画素混合エリアが選択され、
上記奇数ラインの加算処理及び偶数ラインの加算処理のうちの一方の加算処理における2つの上記画素混合エリア単位同士を合わせた第1の領域の重心位置は、上記奇数ラインの加算処理及び偶数ラインの加算処理のうちの他方の加算処理における2つの上記画素混合エリア単位同士を合わせた第2の領域の重心位置と、上記第2の領域と同時に処理され且つ上記第2の領域と上記第2方向に隣接して配置された2つの上記画素混合エリア単位同士を合わせた第3の領域の重心位置との中心を通る上記第1方向に沿った線の線上に位置することを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device having a plurality of pixels each composed of photoelectric conversion elements arranged in a matrix and a color filter having a repetition period of 2 rows and 2 columns,
Q (q is a natural number of 2 or more) pixels arranged in the first direction of the solid-state imaging device, and p (p is a natural number of 2 or more) arranged in the second direction intersecting the first direction. And the plurality of pixels added by the pixel addition processing of the first field and the pixel addition processing of the first field. Pixel addition processing means for performing pixel addition processing in a second field for adding charges of a plurality of pixels respectively included in a plurality of pixel mixture area units different from the pixel mixture area unit;
Output means for alternately outputting signals of charges of a plurality of pixels added in the pixel addition processing of the first field and the second field as interlace scan signals,
The addition process performed in each of the first field and the second field includes the addition process of the odd lines in the first direction and the addition process of the even lines in the first direction ,
One of the addition processing of the odd lines and the addition processing of the even lines is performed by selecting a pixel mixture area shifted in the second direction, and adding the odd lines and the even lines. In the other addition processing, a pixel mixture area that is not shifted in the second direction is selected,
The barycentric position of the first region of the two pixel mixture area units in one of the addition processing of the odd lines and the addition processing of the even lines is the sum of the odd lines and the processing of the even lines. The barycentric position of the second region combining the two pixel mixture area units in the other addition processing of the addition processing, and the second region and the second direction processed simultaneously with the second region Solid-state imaging characterized by being positioned on a line along the first direction passing through the center of the center of gravity of a third region that is a combination of the two pixel mixture area units arranged adjacent to each other apparatus.
請求項1記載の固体撮像装置において、
上記第1フィールドの画素加算処理及び第2フィールドの画素加算処理においてそれぞれ加算される上記複数の画素混合エリア単位は、それぞれが上記第1方向及び第2方向に互いにオーバーラップする部分を持つように配置されている固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The plurality of pixel mixture area units added in the first field pixel addition process and the second field pixel addition process respectively have portions overlapping each other in the first direction and the second direction. Solid-state imaging device that is arranged.
請求項2記載の固体撮像装置において、
上記各画素混合エリア単位における画素の上記第1方向の個数qはq=4m+1(mは自然数)で表され、上記第2方向の個数pはp=4n+1(nは自然数)で表され、
上記各画素混合エリア単位は、第2方向に(p+1)/2画素、第1方向に(q+1)/2画素ずれてオーバーラップしている固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 2,
The number of pixels in the first direction q in each pixel mixture area unit is represented by q = 4m + 1 (m is a natural number), and the number p in the second direction is represented by p = 4n + 1 (n is a natural number),
Each pixel mixed area unit is a solid-state imaging device that overlaps with a shift of (p + 1) / 2 pixels in the second direction and (q + 1) / 2 pixels in the first direction.
請求項2記載の固体撮像装置において、
上記各画素混合エリア単位における画素の上記第1方向の個数qはq=4m−1で表され、上記第2方向の個数pはp=4n−1(nは自然数)で表され、
上記各画素混合エリア単位は、第2方向に(p−1)/2画素と(p+3)/2画素とのずれ量を交互に繰り返し、第1方向に(q−1)/2画素と(q+3)/2画素とのずれ量を交互に繰り返してずれてオーバーラップしている固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 2,
The number q of the pixels in each pixel mixed area unit in the first direction is represented by q = 4m−1, the number p in the second direction is represented by p = 4n−1 (n is a natural number),
Each pixel mixed area unit repeats the shift amount between (p−1) / 2 pixels and (p + 3) / 2 pixels in the second direction alternately, and (q−1) / 2 pixels in the first direction ( q + 3) A solid-state imaging device in which the amount of deviation from the pixel is repeated alternately and is shifted and overlapped.
請求項2記載の固体撮像装置において、
上記第1方向においては、上記各画素混合エリア単位に含まれる各画素の電荷同士をそれぞれ加算しつつ転送し、
上記第2方向においては、上記第1方向において上記各画素混合エリア単位ごとに加算された上記各画素の電荷同士をそれぞれ加算する固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 2,
In the first direction, the charge of each pixel included in each pixel mixed area unit is transferred while adding each other,
In the second direction, a solid-state imaging device that adds the charges of the pixels added in units of the pixel mixing areas in the first direction.
請求項1〜5のうちいずれか1つに記載の固体撮像装置において、
上記カラーフィルタは、各光電変換素子の前面に付設されている固体撮像装置。
In the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5,
The color filter is a solid-state imaging device attached to the front surface of each photoelectric conversion element.
請求項6記載の固体撮像装置において、
上記カラーフィルタの配列は、2行2列のベイヤ配列であり、
上記画素加算処理手段は、上記各画素混合エリア単位ごとに上記複数の画素の電荷同士を上記第1方向に沿ってそれぞれ加算する第1方向転送段と、上記第1方向転送段において加算して得られた電荷同士を上記第2方向に沿ってそれぞれ加算する第2方向転送段とを含み、
上記第2方向転送段において加算して得られた各電荷は、補色フィルタ配列の表示用の各画素信号である固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 6.
The array of the color filters is a 2-by-2 Bayer array,
The pixel addition processing means performs addition in a first direction transfer stage that adds charges of the plurality of pixels along the first direction for each pixel mixing area unit, and in the first direction transfer stage. the resulting charge each other and a second direction transfer stage for adding respectively along the second way direction above,
The solid-state imaging device in which each charge obtained by addition in the second direction transfer stage is each pixel signal for display of a complementary color filter array.
請求項6記載の固体撮像装置において、
上記固体撮像素子のカラーフィルタの配列が2行2列のシアン、イエロー、グリーン及びマゼンタの4色の組合せである固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 6.
A solid-state imaging device in which the array of color filters of the solid-state imaging device is a combination of four colors of cyan, yellow, green, and magenta in 2 rows and 2 columns.
請求項1〜5のうちいずれか1つに記載の固体撮像装置において、
上記画素加算処理手段は、上記第1方向に沿って上記各画素の電荷を転送する複数のCCDからなる第1方向転送段と、上記第1方向転送段から転送された電荷を上記第2方向に沿って電荷を転送するCCDからなる第2方向転送段とを有している固体撮像装置。
In the solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5,
The pixel addition processing means includes a first direction transfer stage including a plurality of CCDs for transferring the charges of the pixels along the first direction, and charges transferred from the first direction transfer stage in the second direction. A solid-state imaging device having a second direction transfer stage composed of a CCD that transfers electric charges along the line.
請求項9記載の固体撮像装置において、
上記第2方向転送段は、第1ゲートを有し電荷を保持するためのストレージ領域と、第2ゲートを有し電荷の転送に対する障壁となるバリア領域とを交互に配置して構成されており、
上記第1ゲートと、上記第2ゲートとは、電気的に切り離されて個別のバイアスを受ける固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 9, wherein
The second direction transfer stage is configured by alternately arranging a storage region having a first gate for holding charges and a barrier region having a second gate and serving as a barrier against charge transfer. ,
The solid-state imaging device in which the first gate and the second gate are electrically separated and receive individual biases.
それぞれが行列状に配列された光電変換素子からなる複数の画素と、2×2の繰り返し周期を有するカラーフィルタとを有する固体撮像素子の第1方向に配置されたq(qは2以上の自然数)個の画素と、上記第1方向と交差する第2方向に配置されたp(pは2以上の自然数)個の画素とによってそれぞれが構成された複数の画素混合エリア単位にそれぞれ含まれる複数の画素の電荷同士を加算する第1フィールドの画素加算処理ステップと、
上記第1フィールドの画素加算処理で加算した上記複数の画素混合エリア単位とは異なる複数の画素混合エリア単位にそれぞれ含まれる複数の画素の電荷同士を加算する第2フィールドの画素加算処理ステップと
上記第1フィールドの画素加算処理ステップ及び第2フィールドの画素加算処理ステップにおいてそれぞれ加算された複数の画素の電荷についての信号をインタレーススキャン用の信号として交互に出力するステップとを備え、
上記第1フィールド及び第1フィールドのそれぞれにおいて行われる加算処理は、上記第1方向の奇数ラインの加算処理及び上記第1方向の偶数ラインの加算処理を有し、
上記奇数ラインの加算処理及び偶数ラインの加算処理のうちの一方の加算処理は、上記第2方向にずれた画素混合エリアが選択され、上記奇数ラインの加算処理及び偶数ラインの加算処理のうち他方の加算処理は、上記第2方向にずれていない画素混合エリアが選択され、
上記奇数ラインの加算処理及び偶数ラインの加算処理のうちの一方の加算処理における2つの上記画素混合エリア単位同士を合わせた第1の領域の重心位置は、上記奇数ラインの加算処理及び偶数ラインの加算処理のうちの他方の加算処理における2つの上記画素混合エリア単位同士を合わせた第2の領域の重心位置と、上記第2の領域と同時に処理され且つ上記第2の領域と上記第2方向に隣接して配置された2つの上記画素混合エリア単位同士を合わせた第3の領域の重心位置との中心を通る上記第1方向に沿った線の線上に位置すことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
Q (q is a natural number of 2 or more) arranged in the first direction of a solid-state imaging device having a plurality of pixels each composed of photoelectric conversion elements arranged in a matrix and a color filter having a 2 × 2 repetition period. ) Pixels and a plurality of pixel mixed area units each composed of p (p is a natural number of 2 or more) pixels arranged in a second direction intersecting the first direction. Pixel addition processing step of the first field for adding the charges of the pixels of
A second field pixel addition processing step of adding charges of a plurality of pixels respectively included in a plurality of pixel mixture area units different from the plurality of pixel mixture area units added in the first field pixel addition processing; Alternately outputting signals about the charges of the plurality of pixels added in the pixel addition processing step in the first field and the pixel addition processing step in the second field as interlace scan signals,
The addition processing performed in each of the first field and the first field includes addition processing of the odd lines in the first direction and addition processing of the even lines in the first direction ,
One of the addition processing of the odd lines and the addition processing of the even lines is performed by selecting the pixel mixture area shifted in the second direction, and the other of the addition processing of the odd lines and the addition processing of the even lines. In the addition process, a pixel mixture area that is not shifted in the second direction is selected,
The barycentric position of the first region of the two pixel mixture area units in one of the addition processing of the odd lines and the addition processing of the even lines is the sum of the odd lines and the processing of the even lines. The barycentric position of the second region combining the two pixel mixture area units in the other addition processing of the addition processing, and the second region and the second direction processed simultaneously with the second region Solid-state imaging characterized by being located on a line along the first direction passing through the center of the center of gravity of a third region that is a combination of the two pixel mixture area units arranged adjacent to each other Device driving method.
請求項11記載の固体撮像装置の駆動方法において、
上記第1フィールドの画素加算処理ステップ及び第2フィールドの画素加算処理ステップにおいてそれぞれ加算される上記複数の画素混合エリア単位を、それぞれが上記第1方向及び第2方向に互いにオーバーラップする部分を持つように配置する固体撮像装置の駆動方法。
The method for driving a solid-state imaging device according to claim 11,
The plurality of pixel mixed area units added in the pixel addition processing step in the first field and the pixel addition processing step in the second field respectively have portions that overlap each other in the first direction and the second direction. A method for driving a solid-state imaging device arranged as described above.
請求項11記載の固体撮像装置の駆動方法において、
上記第1フィールドの画素加算処理ステップ及び第2フィールドの画素加算処理ステップは、
上記各画素混合エリア単位にそれぞれ含まれる複数の画素の電荷同士を上記第1方向に沿って加算しつつ転送するステップ(a)と、
上記ステップ(a)においてそれぞれ加算された複数の画素の電荷を、上記第2方向に沿って加算しつつ転送するステップ(b)とをそれれ含んでいる固体撮像装置の駆動方法。
The method for driving a solid-state imaging device according to claim 11,
The pixel addition processing step of the first field and the pixel addition processing step of the second field are:
Transferring the charges of a plurality of pixels included in each pixel mixing area unit while adding the charges along the first direction (a);
The driving method of the solid-state imaging device that a plurality of pixels of charge respectively added in step (a), and step (b) to be transferred while adding along the second direction include, respectively.
請求項11〜13のうちいずれか1つに記載の固体撮像装置の駆動方法において、
上記カラーフィルタは、上記光電変換素子の前面に付設されている固体撮像装置の駆動方法。
The method for driving a solid-state imaging device according to any one of claims 11 to 13 ,
The color filter is a driving method of a solid-state imaging device attached to the front surface of the photoelectric conversion element.
請求項13記載の固体撮像装置の駆動方法において、
上記カラーフィルタは、上記光電変換素子の前面に付設されており、
上記カラーフィルタの配列は、2行2列のベイヤ配列であり、
上記ステップ(b)では、上記各画素混合エリア単位からの異なる色の画素の電荷を加算して、補色フィルタ配列用の画素信号を生成する固体撮像装置の駆動方法。
The solid-state imaging device driving method according to claim 13 ,
The color filter is attached to the front surface of the photoelectric conversion element,
The array of the color filters is a 2-by-2 Bayer array,
In the step (b), the solid-state imaging device driving method for generating the pixel signal for the complementary color filter array by adding the charges of the pixels of different colors from each pixel mixing area unit.
請求項14記載の固体撮像装置の駆動方法において、
上記固体撮像素子のカラーフィルタの配列が2行2列のシアン、イエロー、グリーン及びマゼンタの4色の組合せである固体撮像装置の駆動方法。
The method for driving a solid-state imaging device according to claim 14 ,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein the arrangement of the color filters of the solid-state imaging device is a combination of four colors of cyan, yellow, green and magenta in 2 rows and 2 columns.
請求項13に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
上記ステップ(a)では、上記第1方向に沿って上記各画素の電荷を転送する複数のCCDからなる第1方向転送段を用い、
上記ステップ(b)では、上記第1方向転送段から転送された電荷を受けて、上記第2方向に沿って電荷を転送するCCDからなる第2方向転送段を用いる固体撮像装置の駆動方法。
The solid-state imaging device driving method according to claim 13 ,
In the step (a), a first direction transfer stage including a plurality of CCDs for transferring the charges of the pixels along the first direction is used.
In the step (b), the solid-state imaging device driving method using the second direction transfer stage including the CCD that receives the charge transferred from the first direction transfer stage and transfers the charge along the second direction.
請求項6記載の固体撮像装置において、
上記固体撮像素子のカラーフィルタの配列が2行2列のレッド、グリーン、ブルーの3色の組み合わせである固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 6.
A solid-state imaging device in which the arrangement of the color filters of the solid-state imaging device is a combination of three colors of red, green, and blue in 2 rows and 2 columns.
請求項14記載の固体撮像装置の駆動方法において、
上記固体撮像素子のカラーフィルタの配列が2行2列のレッド、グリーン、ブルーの3色の組み合わせである固体撮像装置の駆動方法。
The method for driving a solid-state imaging device according to claim 14 ,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein the arrangement of the color filters of the solid-state imaging device is a combination of three colors of red, green, and blue in 2 rows and 2 columns.
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