JP5067414B2 - Solid-state image sensor driving apparatus, image input apparatus, and solid-state image sensor driving method - Google Patents

Solid-state image sensor driving apparatus, image input apparatus, and solid-state image sensor driving method Download PDF

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Description

本発明は、固体撮像素子の駆動装置、画像入力装置および固体撮像素子の駆動方法に関する。   The present invention relates to a solid-state image sensor driving apparatus, an image input device, and a solid-state image sensor driving method.

特許文献1には、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)について、ハイレベルとローレベルの2値の電圧値をもつ4相の転送パルスを用いて垂直転送レジスタを転送駆動する駆動方法が開示されている。   Patent Document 1 discloses a driving method for transferring and driving a vertical transfer register using a four-phase transfer pulse having a binary voltage value of a high level and a low level for a CCD (Charge Coupled Device). Has been.

図1(A)〜図1(D)に、特許文献1に記載されていると同様な4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4の波形図を示す。なお、ここではハイレベル電圧が0[V]、ローレベル電圧が負電圧値VLである場合を示す。
図1(A)〜図1(D)に示すように、垂直転送レジスタを駆動する4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4は、ハイレベル(たとえば0[V])の期間がローレベル(たとえば負電圧値VL)の期間よりも長いノーマリーハイ(normally high)の垂直転送パルスVφ1,Vφ2と、ローレベルの期間がハイレベルの期間よりも長いノーマリーロー(normally low)の垂直転送パルスVφ3,Vφ4とを含んでいる。
ここで「ノーマリーハイ」とは、受光時を含めた待機期間中はハイレベルであることを意味し、「ノーマリーロー」とは当該待機期間中はローレベルであることを意味する。
1A to 1D are waveform diagrams of the four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 similar to those described in Patent Document 1. FIG. Here, the case where the high level voltage is 0 [V] and the low level voltage is the negative voltage value VL is shown.
As shown in FIGS. 1A to 1D, the four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 for driving the vertical transfer register have a low level (for example, negative) during a high level (for example, 0 [V]) period. Normally high vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2 longer than the period of the voltage value VL), and normally low vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 whose low level period is longer than the high level period. Is included.
Here, “normally high” means that the level is high during the standby period including the time of light reception, and “normally low” means that the level is low during the standby period.

垂直転送電極の電位を負側にするほど、電荷転送チャネルとして機能するシリコン表面のポテンシャルが浅くなり、そこに正孔が蓄積されやすくなる。このため、シリコン表面の欠陥によって生じる表面準位の影響、すなわち、暗電流の支配的な発生原因である表面準位からの電子の発生が著しく抑制される。その結果、暗電流の増大を抑えることができる。この現象をピニング(pinning)と称する。
ピニングは、垂直転送レジスタの転送電極に、ハイレベルの電位を印加した状態から、当該転送電極にローレベルの電位を印加することで強く生じるが、その間の電位では、ハイレベル側ほどピニングが弱く、ローレベル側ほど強い。
As the potential of the vertical transfer electrode is set to the negative side, the potential of the silicon surface functioning as a charge transfer channel becomes shallower, and holes are more easily accumulated therein. For this reason, the influence of the surface level caused by defects on the silicon surface, that is, the generation of electrons from the surface level, which is the dominant cause of dark current, is significantly suppressed. As a result, an increase in dark current can be suppressed. This phenomenon is called pinning.
Pinning occurs strongly when a low-level potential is applied to the transfer electrode from a state in which a high-level potential is applied to the transfer electrode of the vertical transfer register. However, in the potential between them, pinning is weaker toward the high level side. The lower level is stronger.

また特許文献2には、暗電流に起因するノイズの低減技術として、垂直転送レジスタにおいて、ピニングが弱いハイレベルの期間が長いノーマリーハイのパルスで駆動される垂直転送電極数(蓄積ゲート数)を減らして暗電流の発生を抑制する技術が開示されている。   In Patent Document 2, as a technique for reducing noise caused by dark current, in the vertical transfer register, the number of vertical transfer electrodes (number of storage gates) driven by a normally high pulse with a long high level period in which pinning is weak is long. A technique for reducing the dark current and suppressing the generation of dark current is disclosed.

特開平06−014269号公報(第4図等と、その対応する明細書箇所参照)Japanese Patent Laid-Open No. 06-014269 (refer to FIG. 4 and the like and the corresponding specification part) 特開2004−221339号公報JP 2004-221339 A

ところが、たとえば図1の例において、ノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4が印加される転送電極では、負電位が印加される時間が長く、この長い時間、強い電界がゲート絶縁膜にかかるために、その絶縁膜質の劣化等によりデバイスの信頼性が低下する懸念がある。その結果、転送電極の転送チャネルに対する電界支配力が弱まり、垂直転送レジスタの転送効率が低下する。デバイスの信頼性低下を防止するには、負電位を小さくすれば(0[V]に近づければ)よいが、それではピニングが弱くなるために、暗電流が大幅に増大してしまう。   However, in the example of FIG. 1, for example, in the transfer electrode to which the normally low vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 are applied, the negative potential is applied for a long time, and a strong electric field is applied to the gate insulating film for this long time. There is a concern that the reliability of the device is lowered due to deterioration of the insulating film quality or the like. As a result, the electric field dominance of the transfer electrode on the transfer channel is weakened, and the transfer efficiency of the vertical transfer register is lowered. In order to prevent the reliability of the device from being lowered, it is sufficient to make the negative potential small (close to 0 [V]). However, since the pinning becomes weak, the dark current greatly increases.

一方、ノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2が印加される転送電極では、ハイレベル電位である0[V]が印加される時間が長い。したがって、このハイレベルを少しでも下げることができればピニングが強まり暗電流を減らすことができる。
しかしハイレベル電位を下げると、垂直転送パルスの振幅が小さくなり、垂直転送レジスタの転送効率が低下する。
On the other hand, in the transfer electrodes to which the normally high vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2 are applied, the time during which the high level potential 0 [V] is applied is long. Therefore, if this high level can be lowered as much as possible, pinning becomes stronger and dark current can be reduced.
However, when the high level potential is lowered, the amplitude of the vertical transfer pulse is reduced and the transfer efficiency of the vertical transfer register is lowered.

なお、特許文献2の例においては、ノーマリーローの水平駆動パルス数が2から3に増えているため、暗電流は減るが、たとえばゲート絶縁膜質が劣化する等の理由によって、デバイス動作の信頼性が低下する懸念がある電極数が増える。このため、転送効率がさらに低下する欠点を有する。   In the example of Patent Document 2, since the number of normally low horizontal drive pulses is increased from 2 to 3, the dark current is reduced, but the reliability of device operation is reduced due to, for example, deterioration of the gate insulating film quality. The number of electrodes that may be reduced increases. For this reason, there is a drawback that the transfer efficiency further decreases.

このように、垂直転送レジスタの転送効率(および信号読み出し)と、暗電流の発生を防止するピニングの強さとはトレードオフの関係にあり、暗電流の発生を抑制しながら効率良く撮像素子を動作させることは困難である。
よって、暗電流の発生を抑制しながら高い転送効率で、あるいは、転送効率低下の影響を軽減して撮像素子を動作させることが強く望まれている。
In this way, there is a trade-off between the transfer efficiency (and signal readout) of the vertical transfer register and the pinning strength that prevents the occurrence of dark current, and the image sensor can be operated efficiently while suppressing the occurrence of dark current. It is difficult to make it.
Therefore, it is strongly desired to operate the image sensor with high transfer efficiency while suppressing the occurrence of dark current or reducing the influence of transfer efficiency reduction.

本発明に係る固体撮像素子の駆動装置は、受光に応じて受光部に発生する信号電荷を、読み出しゲート部を介して電荷転送部に読み出し、読み出した信号電荷を前記電荷転送部内で転送し、撮像信号に変換して出力する固体撮像素子を駆動するための固体撮像素子の駆動装置であって、前記信号電荷が発生する受光時を含む待機期間中は正側電位であり、電荷転送時に負側電位のパルスとなる第1転送パルスと、前記待機期間中は負側電位であり、電荷転送時に正側電位のパルスとなる第2転送パルスとを前記電荷転送部の駆動パルスとして前記固体撮像素子に供給し、前記固体撮像素子からの前記撮像信号に基づいて、撮像画像が暗いと判断される場合は前記電荷転送部が取り扱う電荷量を低下させ、前記撮像画像が明るいと判断される場合は前記電荷量を維持するように、前記第1転送パルスと前記第2転送パルスのうち少なくとも一方の転送パルスの待機レベルを制御するフィードバック制御回路を有する。
本発明では好適に、前記フィードバック制御回路は、前記第1転送パルスと前記第2転送パルスを前記固体撮像素子に供給する転送パルス供給回路と、前記固体撮像素子から前記撮像信号を入力して増幅する可変利得アンプと、前記撮像信号に基づいて撮像画面の明るさを検出し、検出した明るさに応じたゲインを前記可変利得アンプに変更可能に供給する制御回路とを有し、前記転送パルス供給回路は、前記制御回路から前記ゲインを入力し、入力したゲインに基づいて前記待機レベルを変化させる。
The solid-state imaging device driving device according to the present invention reads the signal charge generated in the light receiving unit in response to light reception to the charge transfer unit through the read gate unit, and transfers the read signal charge in the charge transfer unit, A solid-state imaging device driving device for driving a solid-state imaging device that converts and outputs an imaging signal, and has a positive potential during a standby period including light reception when the signal charge is generated, and is negative during charge transfer. The solid-state imaging using a first transfer pulse that is a pulse of a side potential and a second transfer pulse that is a negative potential during the standby period and a pulse of a positive potential during charge transfer as a drive pulse of the charge transfer unit supplied to the device, based on the imaging signals from the previous SL solid-state imaging device, when the captured image is determined to be dark to reduce the amount of charge that the charge transfer section is dealt, the captured image is determined to bright Place Has a feedback control circuit for controlling the standby level of at least one of the transfer pulse of the so as to maintain the amount of charge, the said first transfer pulses second transfer pulse.
In the present invention, preferably, the feedback control circuit amplifies the transfer pulse supply circuit that supplies the first transfer pulse and the second transfer pulse to the solid-state image sensor, and the image signal is input from the solid-state image sensor. And a control circuit that detects brightness of the imaging screen based on the imaging signal and supplies a gain corresponding to the detected brightness to the variable gain amplifier in a changeable manner. The supply circuit inputs the gain from the control circuit, and changes the standby level based on the input gain.

この構成によれば、固体撮像素子からの映像信号は撮像画面の明るさ情報を含むことから、撮像画面の明るさを検出し、検出した明るさに応じてゲイン制御する際のゲインに基づいて、前記転送パルス供給回路が待機レベルを変化させることが可能である。この場合、より影響が小さい場合にのみ駆動能力を下げることによって、ピニングを強化または維持しながら駆動能力低下の影響を最小限にすることができる。   According to this configuration, since the video signal from the solid-state imaging device includes the brightness information of the imaging screen, the brightness of the imaging screen is detected, and the gain is controlled based on the detected brightness. The transfer pulse supply circuit can change the standby level. In this case, by lowering the driving ability only when the influence is smaller, the influence of the lowering of the driving ability can be minimized while enhancing or maintaining the pinning.

本発明に係る画像入力装置は、受光に応じて受光部に発生する信号電荷を、読み出しゲート部を介して電荷転送部に読み出し、読み出した信号電荷を前記電荷転送部内で転送する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の駆動回路と、前記固体撮像素子の撮像面上に被写体からの像光を導く光学系と、前記固体撮像素子の信号電荷の量に応じて変化する撮像信号を出力可能な手段と、を備え、前記駆動回路は、前記信号電荷が発生する受光時を含む待機期間中は正側電位であり、電荷転送時に負側電位のパルスとなる第1転送パルスと、前記待機期間中は負側電位であり、電荷転送時に正側電位のパルスとなる第2転送パルスとを前記電荷転送部の駆動パルスとして前記固体撮像素子に供給し、前記固体撮像素子からの前記撮像信号に基づいて、撮像画像が暗いと判断される場合は前記電荷転送部が取り扱う電荷量を低下させ、前記撮像画像が明るいと判断される場合は前記電荷量を維持するように、前記第1転送パルスと前記第2転送パルスのうち少なくとも一方の転送パルスの待機レベルを制御する転送パルス供給回路を有する。 An image input apparatus according to the present invention includes: a solid-state imaging device that reads a signal charge generated in a light receiving unit in response to light reception to a charge transfer unit through a read gate unit, and transfers the read signal charge in the charge transfer unit; The solid-state image sensor driving circuit, an optical system for guiding image light from a subject onto the imaging surface of the solid-state image sensor, and an image signal that changes in accordance with the amount of signal charge of the solid-state image sensor can be output. And a first transfer pulse that is a positive potential during a standby period including a time of light reception when the signal charge is generated and becomes a negative potential pulse during charge transfer, and the standby period. among is negative potential, and a second transfer pulse to be the positive potential pulse is supplied to the solid-state imaging device as a driving pulse of the charge transfer portion during charge transfer, the imaging signal from the previous SL solid-state imaging device on the basis of, If the image image is determined to be dark reduces the amount of charge that the charge transfer section is dealt, the case where the captured image is determined to bright so as to maintain the charge amount, the said first transfer pulse first A transfer pulse supply circuit that controls a standby level of at least one of the two transfer pulses is provided.

本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、受光に応じて受光部に発生する信号電荷を、読み出しゲート部を介して電荷転送部に読み出し、読み出した信号電荷を前記電荷転送部内で転送し撮像信号に変換して出力する固体撮像素子を駆動するための固体撮像素子の駆動方法であって、前記信号電荷が発生する受光時を含む待機期間中は正側電位であり、電荷転送時に負側電位のパルスとなる第1転送パルスと、前記待機期間中は負側電位であり、電荷転送時に正側電位のパルスとなる第2転送パルスとを生成する第1ステップと、生成した前記第1転送パルスと前記第2転送パルスを前記固体撮像素子の電荷転送部に供給して駆動する第2ステップと、前記第1転送パルスと前記第2転送パルスを生成して供給している最中に、記固体撮像素子からの前記撮像信号に基づいて、撮像画像が暗いと判断される場合は前記電荷転送部が取り扱う電荷量を低下させ、前記撮像画像が明るいと判断される場合は前記電荷量を維持するように、前記第1転送パルスと前記第2転送パルスのうち少なくとも一方の転送パルスの待機レベルを制御する第3ステップと、を含む。 In the solid-state imaging device driving method according to the present invention, the signal charge generated in the light receiving unit in response to the received light is read out to the charge transfer unit through the readout gate unit, and the read signal charge is transferred in the charge transfer unit. A solid-state imaging device driving method for driving a solid-state imaging device that converts to a signal and outputs the signal, wherein the potential is positive during a standby period including light reception when the signal charge is generated, and is negative during charge transfer A first step of generating a first transfer pulse that becomes a potential pulse and a second transfer pulse that is a negative potential during the waiting period and becomes a positive potential pulse during charge transfer; and the generated first step During the second step of supplying and driving the transfer pulse and the second transfer pulse to the charge transfer unit of the solid-state imaging device, while generating and supplying the first transfer pulse and the second transfer pulse , before Symbol solid-state imaging Based on the imaging signals from the child, if the captured image is determined to be dark to reduce the amount of charge that the charge transfer section is dealt, the case where the captured image is determined to bright to maintain the charge amount And a third step of controlling a standby level of at least one of the first transfer pulse and the second transfer pulse .

本発明によれば、暗電流の発生を抑制しながら高い転送効率で、あるいは、転送効率低下の影響を軽減して撮像素子を動作させることができる。   According to the present invention, it is possible to operate an image sensor with high transfer efficiency while suppressing generation of dark current or with reduced influence of transfer efficiency reduction.

一般的な4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing general four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4. 第1〜第4実施形態で用いることができるCCDと、その駆動回路の概略構成図である。It is a schematic block diagram of CCD which can be used in 1st-4th embodiment, and its drive circuit. 図2のA−A線に沿った要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part along the AA line of FIG. (A)〜(D)は、第1実施形態に関わる4相の垂直転送パルスを示す波形図である。(A)-(D) is a wave form diagram which shows the 4-phase vertical transfer pulse in connection with 1st Embodiment. (A)〜(D)は、第2実施形態に関わる4相の垂直転送パルスを示す波形図である。(A)-(D) is a wave form diagram which shows the vertical transfer pulse of 4 phases in connection with 2nd Embodiment. 第3実施形態のフィードバック制御回路を含む駆動装置のブロックを、CCDとともに示す図である。It is a figure which shows the block of the drive device containing the feedback control circuit of 3rd Embodiment with CCD. 信号処理回路の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of a signal processing circuit. (A)と(B)は、第3実施形態において、撮像画面が比較的明るい場合と暗い場合の垂直転送パルス波形図である。(A) and (B) are vertical transfer pulse waveform diagrams when the imaging screen is relatively bright and dark in the third embodiment. 正側電位調整(第3実施形態)の効果を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the effect of positive side electric potential adjustment (3rd Embodiment). 第4実施形態に係る画像入力装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the image input device which concerns on 4th Embodiment. (A)〜(C)は、CCD出力回路の構成例を示す回路図である。(A)-(C) are circuit diagrams which show the structural example of a CCD output circuit.

以下、本発明の実施の形態について固体撮像素子がCCDの場合を例として、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking a case where the solid-state imaging device is a CCD as an example.

《第1実施形態》
図2は、実施形態に係るCCDと、その駆動回路の概略構成図である。
<< First Embodiment >>
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the CCD and its drive circuit according to the embodiment.

図2に図解したCCD1は、撮像部1Aと、出力回路、入出力端子、バス等が配置されている周辺部1Bとを備える。   The CCD 1 illustrated in FIG. 2 includes an imaging unit 1A and a peripheral unit 1B in which an output circuit, input / output terminals, a bus, and the like are arranged.

撮像部1Aは、半導体基板に行列状に2次元配置され、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換する複数の受光部(画素)12と、これら受光部12の行列状配列に対して列ごとに配置され、受光部12の各々で光電変換され、これら受光部12から読出ゲート部13を介して読み出された信号電荷を列単位で垂直方向(図の上下方向)に転送する「垂直転送部」としての複数の垂直転送レジスタ14とを有する。
垂直転送レジスタ14と隣接画素列の各受光部12との間に、チャネルストップ領域29が配置されている。チャネルストップ領域29は、転送信号に異なる画素の電荷が混入することを防止する。とくに図示しないが、各受光部12の垂直方向においても配置され、画素信号の混入を防止している。
The imaging unit 1A is two-dimensionally arranged in a matrix on a semiconductor substrate, and a plurality of light receiving units (pixels) 12 that convert incident light into signal charges having a charge amount corresponding to the amount of light, and a matrix arrangement of the light receiving units 12 The signal charges that are photoelectrically converted by each of the light receiving sections 12 and read out from the light receiving sections 12 through the readout gate section 13 are arranged in the vertical direction (vertical direction in the figure) in units of columns. And a plurality of vertical transfer registers 14 as “vertical transfer units” for transfer.
A channel stop region 29 is disposed between the vertical transfer register 14 and each light receiving unit 12 in the adjacent pixel column. The channel stop region 29 prevents charges of different pixels from being mixed into the transfer signal. Although not particularly shown, it is also arranged in the vertical direction of each light receiving portion 12 to prevent mixing of pixel signals.

撮像部1Aの上下の一方側には、「水平転送部」として水平転送レジスタ15が設けられている。
この水平転送レジスタ15は、複数の垂直転送レジスタ14から順に行単位でシフトされる信号電荷を順に水平方向(図の左右方向)に転送する。
A horizontal transfer register 15 is provided as a “horizontal transfer unit” on one of the upper and lower sides of the imaging unit 1A.
The horizontal transfer register 15 sequentially transfers signal charges shifted in units of rows sequentially from the plurality of vertical transfer registers 14 in the horizontal direction (left and right direction in the figure).

水平転送レジスタ15の転送先側の端部には出力部16が設けられている。
出力部16は、たとえばフローティングディフュージョンアンプによって構成されており、水平転送レジスタ15によって順に転送されてくる信号電荷を信号電圧に変換し、出力信号S1として出力端子17を介してCCD1の外へ出力する。
An output unit 16 is provided at the end of the horizontal transfer register 15 on the transfer destination side.
The output unit 16 is constituted by, for example, a floating diffusion amplifier, converts the signal charges sequentially transferred by the horizontal transfer register 15 into a signal voltage, and outputs the signal voltage to the outside of the CCD 1 via the output terminal 17 as the output signal S1. .

CCD1の外には、CCD1の駆動回路2とタイミング発生回路(TG:Timing Generator)3が配置されている。
駆動回路2は、タイミング発生回路3からの各種信号に基づいて、垂直転送レジスタ14と水平転送レジスタ15の駆動パルスを生成する回路である。
具体的に駆動回路2は、垂直転送レジスタ14の駆動パルスを生成する垂直ドライバ2Aと、水平転送レジスタ15の駆動パルスを生成する水平ドライバ2Bとを有する。このうち垂直ドライバ2Aが本発明の「転送パルス供給回路」の一例に該当する。
Outside the CCD 1, a drive circuit 2 for the CCD 1 and a timing generation circuit (TG: Timing Generator) 3 are arranged.
The drive circuit 2 is a circuit that generates drive pulses for the vertical transfer register 14 and the horizontal transfer register 15 based on various signals from the timing generation circuit 3.
Specifically, the drive circuit 2 includes a vertical driver 2A that generates a drive pulse for the vertical transfer register 14 and a horizontal driver 2B that generates a drive pulse for the horizontal transfer register 15. Of these, the vertical driver 2A corresponds to an example of the “transfer pulse supply circuit” of the present invention.

タイミング発生回路3は各種信号、すなわち垂直同期信号VSYNC、水平同期信号HSYNCおよびマスタクロックMCKに基づいて、垂直転送レジスタ14や水平転送レジスタ15等を駆動するための各種のタイミング信号を生成する。
これにより垂直ドライバ2Aは、垂直転送レジスタ14の駆動パルスとして、たとえば4相の垂直転送パルスVφ1,Vφ2,Vφ3,Vφ4を生成する。
また、水平ドライバ2Bは、水平転送レジスタ15の駆動パルスとして、たとえば2相の水平転送パルスHφ1,Hφ2を生成する。
The timing generation circuit 3 generates various timing signals for driving the vertical transfer register 14 and the horizontal transfer register 15 based on various signals, that is, the vertical synchronization signal VSYNC, the horizontal synchronization signal HSYNC, and the master clock MCK.
Accordingly, the vertical driver 2A generates, for example, four-phase vertical transfer pulses Vφ1, Vφ2, Vφ3, and Vφ4 as drive pulses for the vertical transfer register 14.
Further, the horizontal driver 2B generates, for example, two-phase horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2 as drive pulses for the horizontal transfer register 15.

4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4は、垂直転送レジスタ14の対応する転送電極(不図示)と電気的に接続されている端子21−1〜21−4を介して、垂直ドライバ2Aから供給される。
なお、垂直転送パルスVφ1〜Vφ4は、当該パルスを転送する配線の抵抗や寄生容量に起因する伝搬遅延を防止するために、垂直転送レジスタ14の各々の転送電極に対して撮像部1Aの左右両側から供給することが望ましい。
一方、2相の水平転送パルスHφ1,Hφ2は、水平転送レジスタ15の対応する転送電極と電気的に接続されている端子22−1,22−2を介して、水平ドライバ2Bから供給される。
Four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 are supplied from the vertical driver 2A via terminals 21-1 to 21-4 electrically connected to corresponding transfer electrodes (not shown) of the vertical transfer register 14. The
Note that the vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 are both left and right of the imaging unit 1A with respect to each transfer electrode of the vertical transfer register 14 in order to prevent a propagation delay due to resistance and parasitic capacitance of a wiring for transferring the pulse. It is desirable to supply from.
On the other hand, the two-phase horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2 are supplied from the horizontal driver 2B via terminals 22-1 and 22-2 that are electrically connected to the corresponding transfer electrodes of the horizontal transfer register 15.

本実施形態では、垂直転送レジスタ14を転送駆動する4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4について、その電位の設定に特徴があり、詳細については後述する。   In the present embodiment, the potentials of the four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 for driving the vertical transfer register 14 are characteristically set, and details will be described later.

図3は、図2のA−A線に沿った要部の断面図である。
図3において、たとえばN型半導体基板21にオーバーフローバリア(OFB)不純物領域として機能するPウェル領域22が形成され、当該Pウェル領域22にP型半導体層23が形成され、当該P型半導体層23に、受光部12、読出ゲート部13および垂直転送レジスタ14を構成する各種不純物領域が形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part taken along line AA of FIG.
In FIG. 3, for example, a P well region 22 that functions as an overflow barrier (OFB) impurity region is formed in an N type semiconductor substrate 21, a P type semiconductor layer 23 is formed in the P well region 22, and the P type semiconductor layer 23 is formed. In addition, various impurity regions constituting the light receiving portion 12, the read gate portion 13, and the vertical transfer register 14 are formed.

具体的に受光部12は、P型半導体層23と、当該P型半導体層23内に形成されているN型不純物領域24とによってPN接合を形成するフォトダイオードを有する。また、受光部12は、N型不純物領域24内の表面側部分にP型の不純物領域からなる正孔蓄積領域25を有する。   Specifically, the light receiving unit 12 includes a photodiode that forms a PN junction by the P-type semiconductor layer 23 and the N-type impurity region 24 formed in the P-type semiconductor layer 23. In addition, the light receiving unit 12 has a hole accumulation region 25 made of a P-type impurity region on the surface side portion in the N-type impurity region 24.

垂直転送レジスタ14は、P型半導体層23の表層部に形成されているN型不純物領域からなる転送チャネル26と、当該転送チャネル26上にゲート絶縁膜27を介して形成されているポリシリコンからなる転送電極28とを有する。転送チャネル26に沿って、高濃度のP型不純物領域からなるチャネルストップ領域29が形成されている。   The vertical transfer register 14 includes a transfer channel 26 formed of an N-type impurity region formed in the surface layer portion of the P-type semiconductor layer 23 and polysilicon formed on the transfer channel 26 via a gate insulating film 27. And a transfer electrode 28. A channel stop region 29 made of a high concentration P-type impurity region is formed along the transfer channel 26.

読出ゲート部13は、垂直転送レジスタ14の転送電極28の一部をゲート電極として兼用しており、当該ゲート電極とその下のゲート絶縁膜27およびP型半導体層23とによって形成されているMIS(metal-insulator-semiconductor)構造を有する。ゲート絶縁膜27は、単層の絶縁膜、あるいはONO(oxide-nitride-oxide)構造等の多層膜により形成する。
また、受光部12を除いて垂直転送レジスタ14の各々を覆うように、層間絶縁膜30を介してアルミニウムやタングステン等からなる遮光膜31が形成されている。
The read gate unit 13 also uses a part of the transfer electrode 28 of the vertical transfer register 14 as a gate electrode, and is formed by the gate electrode, the gate insulating film 27 and the P-type semiconductor layer 23 thereunder. (metal-insulator-semiconductor) structure. The gate insulating film 27 is formed of a single layer insulating film or a multilayer film such as an ONO (oxide-nitride-oxide) structure.
A light shielding film 31 made of aluminum, tungsten, or the like is formed through an interlayer insulating film 30 so as to cover each of the vertical transfer registers 14 except for the light receiving portion 12.

つぎに、本実施形態の特徴である4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4の電位設定について説明する。
図4(A)〜図4(D)は、本実施形態に関わる4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4を示す波形図である。
図示のように、4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4は、正側電位(本例では、0[V])の期間が負側電位(本例では、負電圧値VL)の期間よりも長いノーマリーハイの転送パルス(本例では、垂直転送パルスVφ1,Vφ2)と、負側電位の期間が正側電位の期間よりも長いノーマリーローの転送パルス(本例では、垂直転送パルスVφ3,Vφ4)とを含んでいる。
Next, potential setting of the four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4, which is a feature of the present embodiment, will be described.
4A to 4D are waveform diagrams showing four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 according to the present embodiment.
As shown in the figure, in the four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4, the period of the positive potential (0 [V] in this example) is longer than the period of the negative potential (negative voltage value VL in this example). Normally high transfer pulses (in this example, vertical transfer pulses Vφ1, Vφ2) and normally low transfer pulses in which the negative potential period is longer than the positive potential period (vertical transfer pulses Vφ3, Vφ4 in this example) Including.

垂直転送パルスVφ1,Vφ2は、図2の垂直転送レジスタ14を駆動する垂直転送時には、期間T1に示す波形変化を繰り返すことによって垂直転送レジスタ14から水平転送レジスタ15の側に信号電荷の転送を行う。
図4(A)〜図4(D)では模式的に示しているが、その前の期間T0、その後の期間において波形変化がない期間を「待機時」と称する。
The vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2 transfer signal charges from the vertical transfer register 14 to the horizontal transfer register 15 by repeating the waveform change shown in the period T1 during the vertical transfer for driving the vertical transfer register 14 of FIG. .
Although schematically shown in FIGS. 4A to 4D, a period in which the waveform does not change in the preceding period T0 and the subsequent period is referred to as “standby time”.

待機時には、図2の受光部12で受光によって発生した信号電荷を蓄積する受光期間、当該蓄積された信号電荷を、読出ゲート部13を介して垂直転送レジスタ14に排出する読み出し期間を少なくとも含む。
これは、図3に示す構造では、転送電極28が読出ゲート部13のゲート電極を兼ねており、垂直転送と受光および電荷読み出しを同時にできないからである。
よって、図4(A)および図4(B)に示す垂直転送パルスVφ1,Vφ2は待機レベルが正側電位、図4(C)および図4(D)に示す垂直転送パルスVφ3,Vφ4は、待機レベルが負側電位で、それぞれ一定となっている。
At the time of standby, it includes at least a light receiving period for accumulating signal charges generated by light reception by the light receiving unit 12 in FIG. 2 and a reading period for discharging the accumulated signal charges to the vertical transfer register 14 via the reading gate unit 13.
This is because, in the structure shown in FIG. 3, the transfer electrode 28 also serves as the gate electrode of the read gate section 13, and vertical transfer, light reception, and charge reading cannot be performed simultaneously.
Therefore, the vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2 shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B) have a standby level of positive potential, and the vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 shown in FIGS. 4 (C) and 4 (D) are Each of the standby levels is a negative potential and is constant.

垂直転送パルスVφ1,Vφ2が本発明の「第1転送パルス」、垂直転送パルスVφ3,Vφ4が本発明の「第2転送パルス」の例に該当する。   The vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2 correspond to the “first transfer pulse” of the present invention, and the vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 correspond to the “second transfer pulse” of the present invention.

本実施形態では、ノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4(第2転送パルス)の負側電位VL′を、ノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2(第1転送パルス)の負側電位VLよりも絶対値で小さく設定する(0[V]に近づける)ことを特徴としている。
一例として、垂直転送パルスVφ1,Vφ2の負側電位VLよりも当該電位VLの5%程度の電圧値だけ、垂直転送パルスVφ3,Vφ4の負側電位VL′を小さく設定するとよい。
In the present embodiment, the negative side potential VL ′ of the normally low vertical transfer pulses Vφ3, Vφ4 (second transfer pulse) is set to be higher than the negative side potential VL of the normally high vertical transfer pulses Vφ1, Vφ2 (first transfer pulse). It is characterized by being set to a small absolute value (closer to 0 [V]).
As an example, the negative side potential VL ′ of the vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 may be set smaller than the negative side potential VL of the vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2 by about 5% of the potential VL.

この垂直転送パルスVφ3,Vφ4の負側電位VL′は、垂直ドライバ2A内において、タイミング発生回路3から供給される“0[V]−VL”振幅の垂直転送パルスを、たとえば抵抗分圧回路によって分圧することで容易に設定することができる。これによれば、負側電位VL′のための電源を別に設ける必要がない。   The negative potential VL ′ of the vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 is obtained by applying a vertical transfer pulse of “0 [V] −VL” amplitude supplied from the timing generation circuit 3 in the vertical driver 2A, for example, by a resistance voltage dividing circuit. It can be easily set by dividing the pressure. According to this, it is not necessary to provide a separate power source for the negative side potential VL ′.

ただし、転送パルス供給回路としては、垂直ドライバ2A内の抵抗分圧回路に限られるものではなく、たとえば抵抗分圧回路を半導体基板21(図3)上に設け、垂直ドライバ2Aから供給される“0[V]−VL”振幅の垂直転送パルスを基に“0[V]−VL′”振幅の垂直転送パルスVφ3,Vφ4を生成するようにすることも可能である。   However, the transfer pulse supply circuit is not limited to the resistance voltage dividing circuit in the vertical driver 2A. For example, a resistance voltage dividing circuit is provided on the semiconductor substrate 21 (FIG. 3) and supplied from the vertical driver 2A. It is also possible to generate the vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 having the amplitude of “0 [V] −VL ′” based on the vertical transfer pulse having the amplitude of 0 [V] −VL ”.

このように、ノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4の負側電位VL′を、ノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2の負側電位VLよりも絶対値で小さく設定し、当該垂直転送パルスVφ3,Vφ4を含む4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4によって垂直転送レジスタ14を転送駆動することで、次のような作用効果を得ることができる。   In this way, the negative side potential VL ′ of the normally low vertical transfer pulses Vφ3, Vφ4 is set to be smaller in absolute value than the negative side potential VL of the normally high vertical transfer pulses Vφ1, Vφ2, and the vertical transfer pulses Vφ3, By driving the vertical transfer register 14 with the four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 including Vφ4, the following operational effects can be obtained.

垂直転送レジスタ14における暗電流は、主にノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2が印加される転送電極の下の部分で発生する。それは、ノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2では、負側電位の期間が短く、ピニング時間が短いためである。したがって、ノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2に比べて暗電流の発生が非常に少ないノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4の負側電位VL′をある程度絶対値として小さくしても、暗電流の増大に影響は殆どない。   The dark current in the vertical transfer register 14 is mainly generated in the lower part of the transfer electrode to which the normally high vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2 are applied. This is because the normally high vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2 have a short negative potential period and a short pinning time. Therefore, even if the negative side potential VL ′ of the normally low vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 is reduced to some extent as an absolute value, the dark current is not generated much compared with the normally high vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2. There is almost no effect on the increase.

一方、ゲート酸化膜37(図3参照)に電界が強くかかっているのはノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4が印加される転送電極であるために、ノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4の負側電位VL′の絶対値を小さくすることは、ゲート酸化膜37にかかる電界の緩和につながる。   On the other hand, the field applied to the gate oxide film 37 (see FIG. 3) is a transfer electrode to which normally-low vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 are applied, and therefore, the negative side of normally-low vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4. Decreasing the absolute value of the potential VL ′ leads to relaxation of the electric field applied to the gate oxide film 37.

その結果、ノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4の負側電位VL′を、ノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2の負側電位VLよりも絶対値で小さく設定することで、暗電流の増大の影響を抑えつつ、ゲート絶縁膜37にかかる電界を緩和できるために、暗電流を増大させることなく、デバイスの信頼性の向上、ひいては垂直転送レジスタ14の転送効率の向上を図ることができる。   As a result, the negative side potential VL ′ of the normally low vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 is set to be smaller in absolute value than the negative side potential VL of the normally high vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2, thereby increasing the dark current. Since the electric field applied to the gate insulating film 37 can be relaxed while suppressing the influence, the reliability of the device can be improved and the transfer efficiency of the vertical transfer register 14 can be improved without increasing the dark current.

《第2実施形態》
本実施形態では、転送パルスのレベル変化を断続的に行う。図2および図3は本実施形態でも共通である。
<< Second Embodiment >>
In this embodiment, the level of the transfer pulse is intermittently changed. 2 and 3 are common to this embodiment.

図5(A)〜図5(D)は、第2実施形態に係る4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4を示す波形図である。
図示のように、4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4は、第1実施形態の場合と同様に、正側電位(本例では、0[V])の期間が負側電位(負の電圧値VL)の期間よりも長いノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2と、負側電位の期間が正側電位の期間よりも長いノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4とを含んでいる。
FIG. 5A to FIG. 5D are waveform diagrams showing four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 according to the second embodiment.
As shown in the figure, the four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 have a negative potential (negative voltage value) during the period of the positive potential (in this example, 0 [V]), as in the first embodiment. Normally high vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2 longer than the period of VL), and normally low vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 of which the negative potential period is longer than the positive potential period.

ただし本実施形態では、ノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4(第2転送パルス)の負側電位VL′を、ノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2(第1転送パルス)の負側電位VLよりも絶対値で断続的に小さくする(0[V]に近づける)。
すなわち、第1実施形態のように、ノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4の負側電位VL′を常時、ノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2の負側電位VLよりも絶対値で小さくするのではなく断続的に小さくして、残りの期間では負側電位VLとする。
一例として、垂直転送パルスVφ1,Vφ2の負側電位VLよりも当該電位VLの5%程度の電圧値だけ、垂直転送パルスVφ3,Vφ4の負側電位VL′を断続的に小さくする。
However, in the present embodiment, the negative side potential VL ′ of the normally low vertical transfer pulses Vφ3, Vφ4 (second transfer pulse) is more than the negative side potential VL of the normally high vertical transfer pulses Vφ1, Vφ2 (first transfer pulse). Is also intermittently reduced in absolute value (closer to 0 [V]).
That is, as in the first embodiment, the negative side potential VL ′ of the normally low vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 is always made smaller in absolute value than the negative side potential VL of the normally high vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2. Instead, the voltage is intermittently reduced to the negative potential VL for the remaining period.
As an example, the negative side potential VL ′ of the vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 is intermittently reduced by about 5% of the potential VL of the negative side potential VL of the vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2.

ピニングは負側電位への変化で強くなり、その効果はしばらく残る。したがって、第2転送パルスの負側電位を断続的に変化させる場合、そうでない場合と比べピニングの効果は変わらないが、駆動能力は高くなる。
以上の理由から、本実施形態のパルス制御法は、第1実施形態に比べ、暗電流が生じてしまう場合に、ピニングによって界面準位から電子が生じにくくする効果を維持できる。
Pinning becomes stronger with a change to the negative potential, and the effect remains for a while. Therefore, when the negative potential of the second transfer pulse is intermittently changed, the pinning effect is not changed as compared with the case where it is not, but the driving capability is increased.
For the above reasons, the pulse control method of the present embodiment can maintain the effect of making it difficult for electrons to be generated from the interface state by pinning when dark current is generated, as compared with the first embodiment.

一方、ノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4の負側電位VL′を、ノーマリーハイの垂直転送パルスVφ1,Vφ2の負側電位VLよりも絶対値で断続的に小さくすることで、ゲート絶縁膜37に電界が強くかかる時間は、ノーマリーローの垂直転送パルスVφ3,Vφ4が常時負側電位VLである従来例に比べて短いために、垂直転送レジスタ14の転送効率の悪化については従来よりも緩和される。   On the other hand, the negative side potential VL ′ of the normally low vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 is intermittently made smaller in absolute value than the negative side potential VL of the normally high vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2, so that the gate insulating film 37 Is shorter than the conventional example in which the normally low vertical transfer pulses Vφ3 and Vφ4 are always at the negative potential VL, and the deterioration of the transfer efficiency of the vertical transfer register 14 is mitigated as compared with the conventional example. .

《第3実施形態》
以上の2つの実施形態では、転送パルスの待機レベルの違いによってレベル変化の有無を制御している。
これに対し、本実施形態では、図2のCCD1から出力される撮像信号S1に基づくフィードバックにより、転送パルスのレベル変化の有無を制御する。
<< Third Embodiment >>
In the above two embodiments, the presence or absence of a level change is controlled by the difference in the standby level of the transfer pulse.
On the other hand, in this embodiment, the presence or absence of a change in the level of the transfer pulse is controlled by feedback based on the imaging signal S1 output from the CCD 1 in FIG.

図6は、フィードバック制御回路を含む駆動装置のブロックを、CCD1とともに示す図である。
図解した駆動装置は、破線で囲まれたフィードバック制御回路20内に、駆動回路2、タイミング発生回路3、信号処理回路4および制御回路5を有する。
このうち駆動回路2とタイミング発生回路3は、それらの基本的な機能と動作も第1実施形態(図2およびその説明)と共通する。またCCD1も第1実施形態と同じである。
FIG. 6 is a diagram showing a block of the driving device including the feedback control circuit together with the CCD 1.
The illustrated driving device includes a driving circuit 2, a timing generation circuit 3, a signal processing circuit 4, and a control circuit 5 in a feedback control circuit 20 surrounded by a broken line.
Among them, the drive circuit 2 and the timing generation circuit 3 have the same basic functions and operations as those in the first embodiment (FIG. 2 and the description thereof). The CCD 1 is the same as that in the first embodiment.

図7は、信号処理回路4の構成例を示すブロック図である。
図解した信号処理回路4は、相関二重サンプリング(CDS)回路41、可変利得アンプを含む自動ゲイン制御(AGC)回路42、ガンマ(γ)補正回路43、同期出力(Sync.)回路44および自動アイリス制御(AIC)回路45を有する。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of the signal processing circuit 4.
The illustrated signal processing circuit 4 includes a correlated double sampling (CDS) circuit 41, an automatic gain control (AGC) circuit 42 including a variable gain amplifier, a gamma (γ) correction circuit 43, a synchronous output (Sync.) Circuit 44, and an automatic. An iris control (AIC) circuit 45 is included.

CDS回路41は、CCD1からの撮像信号S1を入力し、撮像信号S1に重畳されている誘導雑音、とくにリセット雑音を効果的に除去するための回路である。   The CDS circuit 41 is a circuit for inputting the imaging signal S1 from the CCD 1 and effectively removing induced noise superimposed on the imaging signal S1, particularly reset noise.

AGC回路42は、図6の制御回路5からのゲイン制御信号S5を入力し、内部の可変利得アンプのゲインを調整する。これによって、AGC回路42にCDS回路41から入力された撮像信号S41のゲイン調整が行われる。
図6の制御回路5は、CDS回路41から撮像信号S41を入力可能となっており、その撮像信号が示す画面(撮像画面)の明るさを検出する。
とくに図示しないが、制御回路5は、フレーム単位で撮像信号を記憶するメモリ、平均化(または積分)する回路と、CPU等を有するように構成できる。これによって、制御回路5は、撮像画面の明るさを求め、この明るさに適したAGC回路42のゲインを算出し、そのゲインの情報をゲイン制御信号S5としてAGC回路42に出力する。なお、本実施形態では、ゲイン制御信号S5と制御回路5が「信号電荷の量に応じて変化する信号」と「それを出力する手段」の例に該当する。
The AGC circuit 42 receives the gain control signal S5 from the control circuit 5 in FIG. 6 and adjusts the gain of the internal variable gain amplifier. As a result, the gain of the imaging signal S41 input from the CDS circuit 41 to the AGC circuit 42 is adjusted.
The control circuit 5 in FIG. 6 can receive the image pickup signal S41 from the CDS circuit 41, and detects the brightness of the screen (image pickup screen) indicated by the image pickup signal.
Although not particularly illustrated, the control circuit 5 can be configured to include a memory for storing an imaging signal in units of frames, a circuit for averaging (or integration), a CPU, and the like. Thereby, the control circuit 5 calculates the brightness of the imaging screen, calculates the gain of the AGC circuit 42 suitable for this brightness, and outputs the gain information to the AGC circuit 42 as the gain control signal S5. In the present embodiment, the gain control signal S5 and the control circuit 5 correspond to examples of “a signal that changes according to the amount of signal charge” and “means for outputting it”.

γ補正回路43は入力信号を出力に接続される機器等に適合させるための輝度補正を行う回路である。
同期出力回路44は、同期信号SYNCを入力し、この信号に同期して出力信号S44を、後段の回路やICに送る回路である。同期出力回路44に信号増幅の機能を持たせる場合もある。
AIC回路45は、アイリス調整を自動で行うための回路である。このためAIC回路45には撮像画面の明るさを検出する機能を有する場合もある。ただし、本例では図6の制御回路5に明るさ検出の機能があるため、そこからの明るさ情報を取得して、これを基にアイリス制御信号S45を生成して出力する。
なお、これらのγ補正回路43、同期出力回路44およびAIC回路45、ならびに、先に説明したCDS回路41は必須の構成ではない。
The γ correction circuit 43 is a circuit that performs luminance correction for adapting an input signal to a device or the like connected to the output.
The synchronization output circuit 44 is a circuit that receives a synchronization signal SYNC and sends the output signal S44 to a subsequent circuit or IC in synchronization with this signal. The synchronous output circuit 44 may have a signal amplification function.
The AIC circuit 45 is a circuit for automatically performing iris adjustment. For this reason, the AIC circuit 45 may have a function of detecting the brightness of the imaging screen. However, in this example, since the control circuit 5 of FIG. 6 has a brightness detection function, brightness information is acquired from the function, and an iris control signal S45 is generated and output based on the brightness information.
Note that the γ correction circuit 43, the synchronous output circuit 44, the AIC circuit 45, and the CDS circuit 41 described above are not essential components.

つぎに、図8(A)および図8(B)の波形図を用いて、撮像画面の明るさに応じたレベル調整を説明する。
この調整は、図2の垂直ドライバ2Aが行う。このレベル調整はノーマリーハイの転送パルス、すなわち待機レベルが正側電位の垂直転送パルスVφ1,Vφ2に対して行われる。
Next, level adjustment according to the brightness of the imaging screen will be described with reference to the waveform diagrams of FIGS. 8 (A) and 8 (B).
This adjustment is performed by the vertical driver 2A shown in FIG. This level adjustment is performed for normally high transfer pulses, that is, vertical transfer pulses Vφ1 and Vφ2 whose standby level is the positive potential.

図8は、垂直転送パルスVφ1を代表して示すものであり、とくに図示しないが、垂直転送パルスVφ2も同様に制御される。
図8(A)に、撮像画面が比較的明るい場合の垂直転送パルスVφ1の波形を、図8(B)に、撮像画面が比較的暗い場合の垂直転送パルスVφ1の波形を示す。
撮像画面が比較的明るい場合は、図7のAGC回路42に与えられるゲイン制御信号S5において、ゲインが比較的小さく設定されている。一方、撮像画面が比較的暗い場合は、逆に、ゲイン制御信号S5においてゲインが大きく設定されている。AGC回路42は、このように自動ゲイン制御を行うことによって、後段に接続される回路や映像表示部の取り扱うことができる信号量を制限し、あるいは、ノイズを目立たなくすることができる。
FIG. 8 shows the vertical transfer pulse Vφ1 as a representative, and although not particularly shown, the vertical transfer pulse Vφ2 is similarly controlled.
FIG. 8A shows the waveform of the vertical transfer pulse Vφ1 when the imaging screen is relatively bright, and FIG. 8B shows the waveform of the vertical transfer pulse Vφ1 when the imaging screen is relatively dark.
When the imaging screen is relatively bright, the gain is set to be relatively small in the gain control signal S5 provided to the AGC circuit 42 in FIG. On the other hand, when the imaging screen is relatively dark, the gain is set to be large in the gain control signal S5. By performing automatic gain control in this way, the AGC circuit 42 can limit the amount of signal that can be handled by a circuit connected to the subsequent stage or the video display unit, or can make noise inconspicuous.

このゲインが比較的小さい場合(撮像画面が明るい場合)は、CCD1で発生する信号電荷の量が比較的大きいため、暗電流が多少あっても信号対ノイズ比(S/N)は低下しない。よって、図8(A)に示すように、待機レベルである正側電位(本例では、0[V])をそのまま維持する。これにより、垂直転送時に取り扱う電荷量が小さくならないため、転送する信号電荷量が大きい場合に転送効率を下げない。つまり、転送時の電荷積み残し等の発生が防止できる。   When this gain is relatively small (when the imaging screen is bright), the amount of signal charge generated by the CCD 1 is relatively large, so that the signal-to-noise ratio (S / N) does not decrease even if there is some dark current. Therefore, as shown in FIG. 8A, the positive potential (0 [V] in this example) that is the standby level is maintained as it is. As a result, the amount of charge handled at the time of vertical transfer is not reduced, so that the transfer efficiency is not lowered when the amount of signal charge to be transferred is large. That is, it is possible to prevent the occurrence of uncharged charges during transfer.

一方、ゲインが比較的大きい場合(撮像画面が暗い場合)は、転送すべき信号電荷量が比較的小さいため、転送パルスの波高値を小さくしても電荷積み残し等がなく効率がよい転送が可能である。よって、図8(B)に示すように、正側電位を0[V]から若干下げる制御を行う。
この下げ幅は、転送すべき平均的な信号電荷量(画面の明るさ)と、暗電流が増加する程度とに応じて最適値が存在する。本例では、負側電位を0[V]から−1[V]に下げている。
なお、この下げ幅(レベル変化量)は任意であり、また、画像の明るさを検出する閾値を変えて、その閾値に応じてゲインを調整する場合、ゲインごとに、または、ゲイン幅ごとにレベル変化量を変えることもできる。一例を挙げると、0[V]から、−0.5[V]、−1[V]、−1.5[V]または−2[V]に調整することができる。
On the other hand, when the gain is relatively large (when the imaging screen is dark), the amount of signal charge to be transferred is relatively small, so even if the peak value of the transfer pulse is reduced, there is no charge accumulation and efficient transfer is possible. It is. Therefore, as shown in FIG. 8B, control is performed to slightly lower the positive potential from 0 [V].
The amount of decrease has an optimum value according to the average signal charge amount (screen brightness) to be transferred and the extent to which the dark current increases. In this example, the negative potential is lowered from 0 [V] to −1 [V].
Note that this reduction width (level change amount) is arbitrary, and when changing the threshold value for detecting the brightness of the image and adjusting the gain according to the threshold value, for each gain or for each gain width The amount of level change can also be changed. As an example, the voltage can be adjusted from 0 [V] to -0.5 [V], -1 [V], -1.5 [V], or -2 [V].

なお、図8(A)と図8(B)で、負側電位(本例では負電圧値VL=−7.5[V])は同じである。
ただし、負側電位をレベル変化させる第1および第2実施形態を、組み合わせて実行することも可能である。
In FIGS. 8A and 8B, the negative potential (the negative voltage value VL = −7.5 [V] in this example) is the same.
However, the first and second embodiments for changing the level of the negative potential can also be executed in combination.

つぎに、図9を用いて、正側電位調整の効果を説明する。
図9は、表示画面における白キズの程度(任意単位:a.u.)の、正側電位(VH)依存性を示すグラフである。
白キズの程度は、実際の表示画面では一様な映像信号を入力したときに白キズとなる向きの電圧変化をランク付けして、各ランクにおける許容数と、全ランクトータルでの総数とで管理している。
Next, the effect of positive side potential adjustment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a graph showing the positive potential (VH) dependence of the degree of white scratches (arbitrary unit: au) on the display screen.
The degree of white scratches is determined by ranking the voltage change in the direction that causes white scratches when a uniform video signal is input on the actual display screen, and the allowable number in each rank and the total number in all ranks. I manage.

このグラフでは3個のCCDに対応する3本の折れ線を示している。
このグラフから分かるように、正側電位(VH)を0[V]から−1[V]にすることによってキズが減少している。
In this graph, three broken lines corresponding to three CCDs are shown.
As can be seen from this graph, scratches are reduced by changing the positive potential (VH) from 0 [V] to -1 [V].

以上より、本実施形態によれば、垂直転送に影響を与えない信号増幅ゲインが大きいときに、第1転送パルス(垂直転送パルスVφ1,Vφ2)の正側電位(VH)を、波高値が小さくなるように変化させる。このため、転送効率が低下することなくピニングを強め、暗電流を減らすことができる。
このため、暗い画面を撮像したときのS/Nを改善できる。また、このとき転送電荷の波高値を下げることができるので、その分、消費電力が低減する。
As described above, according to the present embodiment, when the signal amplification gain that does not affect the vertical transfer is large, the positive potential (VH) of the first transfer pulse (vertical transfer pulses Vφ1, Vφ2) is reduced. Change to be. For this reason, pinning can be strengthened and dark current can be reduced without lowering transfer efficiency.
For this reason, S / N when a dark screen is imaged can be improved. At this time, the peak value of the transfer charge can be lowered, so that the power consumption is reduced accordingly.

《第4実施形態》
上記実施形態に係るCCDの駆動装置は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の画像入力装置において、その撮像デバイスを駆動するIC等として好適である。
<< 4th Embodiment >>
The CCD driving device according to the above-described embodiment is suitable as an IC or the like for driving the imaging device in an image input device such as a digital still camera or a video camera.

ここに、画像入力装置とは、撮像デバイスとしての固体撮像素子、当該固体撮像素子の撮像面(受光面)上に被写体の像光を結像させる光学系および当該固体撮像素子の信号処理回路を含むカメラモジュール(たとえば、携帯電話等の電子機器に搭載されて用いられる)、当該カメラモジュールを搭載したデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムを言う。   Here, the image input device includes a solid-state imaging device as an imaging device, an optical system that forms image light of a subject on an imaging surface (light-receiving surface) of the solid-state imaging device, and a signal processing circuit of the solid-state imaging device. A camera system including a camera module (for example, used in an electronic device such as a mobile phone) and a digital still camera or a video camera equipped with the camera module.

図10は、本発明に係る画像入力装置の構成の一例を示すブロック図である。以下、図6および図7と共通する構成および信号は同一符号を付して説明を省略する。
図10に示す画像入力装置50は、レンズ6、絞り7および絞り駆動手段8を含む光学系、撮像デバイス(例えばCCD1)、駆動回路2、信号処理回路4および制御回路5等によって構成されている。
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration of the image input apparatus according to the present invention. In the following, the same components and signals as those in FIG. 6 and FIG.
An image input apparatus 50 shown in FIG. 10 includes an optical system including a lens 6, a diaphragm 7, and a diaphragm driving unit 8, an imaging device (for example, CCD 1), a driving circuit 2, a signal processing circuit 4, a control circuit 5, and the like. .

光学系は、被写体からの像光の面積を絞り7によって制限し、レンズ6で集光して撮像デバイス(例えばCCD1)の撮像面上に結像する。撮像デバイス(例えばCCD1)は、駆動回路2による駆動の下に、レンズ6によって撮像面上に結像された像光を画素単位で電気信号に変換して得られる1フレームの撮像信号S1をたとえばフィールド単位で出力する。
このとき絞り7に、その絞り駆動手段8が接続されている。絞り駆動手段8は、信号処理回路4内のAIC回路45からアイリス制御信号S45を入力し、絞り7の絞り量を制御する機械的な駆動手段である。
The optical system limits the area of the image light from the subject by the diaphragm 7, collects it with the lens 6, and forms an image on the imaging surface of the imaging device (for example, CCD 1). The imaging device (for example, CCD 1), for example, outputs an imaging signal S1 of one frame obtained by converting image light imaged on the imaging surface by the lens 6 into an electrical signal in units of pixels under the driving of the driving circuit 2. Output in field units.
At this time, the diaphragm driving means 8 is connected to the diaphragm 7. The diaphragm driving unit 8 is a mechanical driving unit that receives the iris control signal S45 from the AIC circuit 45 in the signal processing circuit 4 and controls the diaphragm amount of the diaphragm 7.

本実施形態では、このアイリス制御信号S45を、制御回路5を介して駆動回路2に入力させ、これにより「信号電荷の量や画像の明るさに応じて変化する信号」として、アイリス制御信号S45を駆動回路2が入力する。そして、このアイリス制御信号S45に応じて、第4実施形態の正側電位の調整を行う。
また、図示していないが、第3実施形態のゲインに基づく正側電位の調整を行うこともできる。
In the present embodiment, the iris control signal S45 is input to the drive circuit 2 via the control circuit 5, and thereby the iris control signal S45 is used as a “signal that changes according to the amount of signal charge and the brightness of the image”. Is input by the drive circuit 2. Then, in accordance with the iris control signal S45, the positive side potential of the fourth embodiment is adjusted.
Although not shown, the positive side potential can be adjusted based on the gain of the third embodiment.

このような画像入力装置50において、光学系、その撮像デバイスとしてのCCD1と、その駆動回路駆動回路2、ならびに、フィードバック制御に必要な信号処理回路4および制御回路5を搭載することによって、暗電流を増大させることなく、デバイスの信頼性または転送効率を向上できることから、高画質の撮像画像を得ることができる。   In such an image input device 50, the dark current is provided by mounting the optical system, the CCD 1 as the imaging device, the drive circuit drive circuit 2, and the signal processing circuit 4 and the control circuit 5 necessary for feedback control. Since the reliability or transfer efficiency of the device can be improved without increasing the image quality, a high-quality captured image can be obtained.

最後に、第3実施形態のゲインや本実施形態のアイリス制御に基づいて、さらに、出力回路の消費電力を低減して、これにより、さらにノイズを低減する手法と、そのための構成を説明する。
ここで「出力回路」は、たとえば、図2のCCD1(ただし、本例ではCMOSセンサでもよい)の周辺部1Bに形成される回路である。
Finally, based on the gain of the third embodiment and the iris control of the present embodiment, a technique for further reducing the power consumption of the output circuit, thereby further reducing the noise, and the configuration for that purpose will be described.
Here, the “output circuit” is, for example, a circuit formed in the peripheral portion 1B of the CCD 1 in FIG. 2 (in this example, it may be a CMOS sensor).

白キズなどを発生させるノイズは、前述したCCD1自身が発生する暗電流のほかに消費電力の増大による回路部分(とくに出力回路)における発熱、すなわち熱雑音によっても増大する。したがって、暗電流だけでなく、この熱雑音も抑圧することが重要である。とくに夜景を撮影する場合のような、露光時間を数百[msec]〜数秒と長くする場合に、出力回路の低ノイズ化は必須となる。   In addition to the dark current generated by the CCD 1 itself, noise that generates white flaws increases due to heat generation in a circuit portion (particularly, an output circuit) due to an increase in power consumption, that is, thermal noise. Therefore, it is important to suppress not only the dark current but also this thermal noise. In particular, when the exposure time is increased to several hundreds [msec] to several seconds, such as when shooting a night view, it is essential to reduce the noise of the output circuit.

また、出力回路を大きなデータレートに応じて最適化するためには、出力回路の周波数特性をより高域まで伸ばす必要がある。しかし、高い周波数の信号が入力されて高周波で駆動された出力回路は、消費電力が増えて熱雑音を発生しやすい。つまり、回路自身のS/Nが低下する。また、出力回路での発熱が撮像デバイス全体に伝播し、撮像部1Aを加熱するため、その分、暗電流も増える。
したがって、ここでは出力回路の消費電流を制限することによって、発熱により発生する熱雑音とともに高周波のノイズ成分を抑圧し、かつ、暗電流も発生しにくくする。
Further, in order to optimize the output circuit according to a large data rate, it is necessary to extend the frequency characteristic of the output circuit to a higher range. However, an output circuit that is driven at a high frequency with a high-frequency signal input is likely to generate power noise due to increased power consumption. That is, the S / N of the circuit itself decreases. Further, since heat generated in the output circuit propagates to the entire imaging device and heats the imaging unit 1A, the dark current increases accordingly.
Therefore, here, by limiting the current consumption of the output circuit, the high-frequency noise component is suppressed together with the thermal noise generated by heat generation, and the dark current is hardly generated.

ところでCCDは、その駆動方法としてデータレートが高い動画撮像モードと、データレートが低い静止画撮像モードの2通りの動作モードがある。
とくに、デジタルスチルカメラ(DSC)に使用されるCCDは、記録保存される静止画を撮影するモードと、静止画の撮影に先立ってピント合わせやフレーミングを行うためにモニタ画面に動画を表示するモニタリングモードとが必須で、そのほか動画撮影が可能なカメラでは動画撮像モードが存在する。
CCDにオンチップで搭載されている出力回路は、最大能力を発揮する必要があるデータレートが高い動画モードに最適に設計されている。モニタリングモードも一種の動画モードであるため、静止画撮像モードよりは高いデータレートが要求される。
By the way, the CCD has two operation modes as a driving method: a moving image capturing mode with a high data rate and a still image capturing mode with a low data rate.
In particular, a CCD used in a digital still camera (DSC) has a mode for capturing a still image that is recorded and stored, and a monitoring that displays a moving image on a monitor screen for focusing and framing prior to capturing a still image. Mode is essential, and other cameras capable of shooting moving images have a moving image capturing mode.
The output circuit mounted on-chip in the CCD is optimally designed for a moving image mode with a high data rate that needs to exhibit its maximum capacity. Since the monitoring mode is also a kind of moving image mode, a higher data rate is required than in the still image capturing mode.

ところが、静止画を撮影する場合は、動画に比べてデータレートは遅くできることから、動画撮像モードに対し最適化されている出力回路はオーバースペックとなってしまい、無駄な電力消費と発熱、これに伴うS/Nの低下を招いている。   However, when shooting still images, the data rate can be slower than with moving images, so the output circuit optimized for the moving image capture mode becomes overspec, resulting in unnecessary power consumption and heat generation. This leads to a decrease in S / N.

以下、この無駄な電力消費とそれに伴う不必要なダイナミックレンジ拡大をなくし、これにより発熱を抑え、S/Nを改善する手法と、そのための構成を説明する。
なお、この説明ではDSCを前提としたモニタリングモードと静止画撮像モードにおける回路構成の切り替えについて述べる。ただし、以下の説明で「モニタリングモード」を「動画撮像モード」と置き換えてもよい。
また、CCDの構成は図2および図3と同じとし、CCD以外の部分は図6、図7および図10を適用できる。
Hereinafter, a technique for eliminating this wasteful power consumption and unnecessary dynamic range expansion associated therewith, thereby suppressing heat generation and improving the S / N, and a configuration for the same will be described.
In this description, switching of the circuit configuration in the monitoring mode and the still image capturing mode based on DSC will be described. However, “monitoring mode” may be replaced with “moving image capturing mode” in the following description.
Further, the configuration of the CCD is the same as that in FIGS. 2 and 3, and FIGS. 6, 7 and 10 can be applied to portions other than the CCD.

モード切替を行うのは、たとえば図6の制御回路5であるとし、モード切替信号S5mが点線により示すように、制御回路5からCCD1の出力回路に与えられる。
制御回路5は、たとえば、電源投入等を契機としてモニタリングモードを設定する。そして、ピント合わせ等が終了し、たとえば被写体に照準が合ったことを契機に瞬時に静止画撮像モードに移行する。
For example, it is assumed that the mode switching is performed by the control circuit 5 in FIG. 6, and the mode switching signal S5m is applied from the control circuit 5 to the output circuit of the CCD 1 as indicated by a dotted line.
For example, the control circuit 5 sets the monitoring mode when power is turned on. Then, the focusing and the like are completed, and for example, when the subject is aimed, the mode immediately shifts to the still image capturing mode.

図11(A)〜図11(C)は、出力回路の構成例を示す。
これらの出力回路は2段のソースフォロワ回路で構成されている。具体的には、ソースフォロワで接続されている2つのNMOSトランジスタQ1,Q2を有する。信号入力トランジスタQ1は、そのゲートに入力信号Sinが入力され、そのドレインが電源電圧Vddの供給線に接続されている。信号出力トランジスタQ2は、そのゲートが信号入力トランジスタQ1のソースに接続され、そのドレインが電源電圧Vddの供給線に接続され、そのソースから出力信号Soutが出力されるようになっている。
11A to 11C show configuration examples of the output circuit.
These output circuits are composed of a two-stage source follower circuit. Specifically, it has two NMOS transistors Q1 and Q2 connected by a source follower. An input signal Sin is input to the gate of the signal input transistor Q1, and its drain is connected to the supply line of the power supply voltage Vdd. The signal output transistor Q2 has a gate connected to the source of the signal input transistor Q1, a drain connected to the supply line of the power supply voltage Vdd, and an output signal Sout from the source.

図11(A)と図11(B)では、入力アンプトランジスタQ1のソースと接地電圧GNDとの間に、NMOSトランジスタからなる負荷トランジスタQ3が接続され、信号出力トランジスタQ2のソースと接地電圧GNDとの間に、NMOSトランジスタからなる負荷トランジスタQ4と、抵抗R(可変抵抗でもよい)が縦続接続されている。そして、抵抗Rと並列にスイッチが接続されている。負荷トランジスタQ3,Q4はバイアス電圧VGGで決まる抵抗として働く。よってバイアス電圧VGGを変化させれば、電流値を最適化するための可変抵抗となる。
図11(B)では、このスイッチをバイポーラトランジスタQ5により形成している。図11(A)は、一般的なスイッチSWで表すことによって、このスイッチの種類を限定していない。
11A and 11B, a load transistor Q3 made of an NMOS transistor is connected between the source of the input amplifier transistor Q1 and the ground voltage GND, and the source of the signal output transistor Q2 and the ground voltage GND are connected. A load transistor Q4 made of an NMOS transistor and a resistor R (which may be a variable resistor) are connected in cascade. A switch is connected in parallel with the resistor R. The load transistors Q3 and Q4 function as resistors determined by the bias voltage VGG. Therefore, changing the bias voltage VGG provides a variable resistor for optimizing the current value.
In FIG. 11B, this switch is formed by a bipolar transistor Q5. In FIG. 11A, the type of this switch is not limited by the general switch SW.

いずれの場合も、スイッチSWおよびバイポーラトランジスタQ5を、たとえば図6の制御回路5から与えられるモード切替信号S5mによって制御する。
具体的には、ゲインアップされていないモニタリングモードではスイッチSWまたはバイポーラトランジスタQ5をオンし、ゲインアップされている静止画撮像モードではオフする。
モニタリングモードでは、小さいモニタ画面で見るため画質は落としてもよいためゲインアップされていない。したがって、出力回路の周波数応答性も高くなくてもよいため、抵抗に流す電流をバイパスして発熱を抑えている。このとき信号入力トランジスタQ1および負荷トランジスタQ4に流れる電流は、最適値から外れ、その消費電力も低減する。
一方、静止画撮像モードでは、記録のために画質を落とせないことからゲインアップされている。したがって、出力回路の周波数応答性も最高性能に設定する必要がある。このため抵抗を回路に入れて、バイアス電圧VGGによって最適化されているバイアス条件を設定する。これにより、抵抗Rに電流が流れ、その発熱が生じるとともに回路の消費電力も上がる。
In any case, the switch SW and the bipolar transistor Q5 are controlled by a mode switching signal S5m supplied from the control circuit 5 of FIG. 6, for example.
Specifically, the switch SW or the bipolar transistor Q5 is turned on in the monitoring mode in which the gain is not increased, and is turned off in the still image capturing mode in which the gain is increased.
In the monitoring mode, the image quality may be reduced for viewing on a small monitor screen, so the gain is not increased. Therefore, the frequency response of the output circuit does not have to be high, and the current flowing through the resistor is bypassed to suppress heat generation. At this time, the currents flowing through the signal input transistor Q1 and the load transistor Q4 deviate from the optimum values, and the power consumption is also reduced.
On the other hand, in the still image capturing mode, the gain is increased because the image quality cannot be lowered for recording. Therefore, it is necessary to set the frequency response of the output circuit to the highest performance. For this reason, a resistor is inserted into the circuit, and a bias condition optimized by the bias voltage VGG is set. As a result, a current flows through the resistor R, heat is generated, and power consumption of the circuit increases.

このような動作によって、とくにモニタリングモードで無駄な発熱、電力消費を削減し、これによりS/Nの向上を図ることができる。   Such an operation can reduce wasteful heat generation and power consumption, particularly in the monitoring mode, thereby improving the S / N ratio.

一方、図11(C)に示す出力回路は、抵抗Rが省略され、その代わりにキャパシタCと、バイポーラトランジスタQ6とが、出力ノードと接地電圧GNDとの間に接続されている。バイポーラトランジスタQ6は、図11(B)のバイポーラトランジスタQ5と同様、モード切替信号S5mにより制御される。
モニタリングモードではバイポーラトランジスタQ6がオン、静止画撮像モードではオフされる。
よって、モニタリングモードでは、入力信号Sinに対する出力信号Soutの周波数応答性が低くなり帯域制限によってノイズが低下する。ただし、キャパシタCを充放電するため消費電力や発熱量は余り変わらない。
以上のような制御を、第1から第4実施形態に付加することによって、さらにS/Nの向上が図れるという利点がある。
On the other hand, in the output circuit shown in FIG. 11C, the resistor R is omitted, and instead, the capacitor C and the bipolar transistor Q6 are connected between the output node and the ground voltage GND. The bipolar transistor Q6 is controlled by the mode switching signal S5m, similarly to the bipolar transistor Q5 of FIG.
The bipolar transistor Q6 is turned on in the monitoring mode, and turned off in the still image capturing mode.
Therefore, in the monitoring mode, the frequency response of the output signal Sout with respect to the input signal Sin is low, and noise is reduced due to band limitation. However, since the capacitor C is charged / discharged, the power consumption and the heat generation amount are not changed much.
By adding the control as described above to the first to fourth embodiments, there is an advantage that the S / N can be further improved.

なお、第1から第4実施形態では、垂直転送レジスタ14を4相の垂直転送パルスVφ1〜Vφ4で駆動する4相駆動の場合を例に挙げて説明したが、本発明は4相駆動への適用に限られるものではなく、3相駆動や6相駆動等、複数相駆動全般に適用可能である。   In the first to fourth embodiments, the case of four-phase driving in which the vertical transfer register 14 is driven by four-phase vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ4 has been described as an example. However, the present invention is not limited to four-phase driving. The present invention is not limited to application, and can be applied to general multi-phase driving such as three-phase driving and six-phase driving.

また、上記実施形態では、本発明の駆動対象の電荷転送部として垂直転送レジスタ14を例に挙げたが、正側電位の期間が負側電位の期間よりも長いノーマリーハイの転送パルスと、負側電位の期間が正側電位の期間よりも長いノーマリーローの転送パルスとを含む複数相の転送パルスによって水平転送レジスタ15を転送駆動する構成を採る場合には、当該水平転送レジスタ15にも適用可能である。   In the above embodiment, the vertical transfer register 14 is exemplified as the charge transfer unit to be driven according to the present invention. However, a normally high transfer pulse in which the positive potential period is longer than the negative potential period; In the case of adopting a configuration in which the horizontal transfer register 15 is driven to transfer by a plurality of phase transfer pulses including a normally low transfer pulse in which the negative potential period is longer than the positive potential period, the present invention is also applied to the horizontal transfer register 15. Is possible.

1…CCD、2…駆動回路、2A…垂直ドライバ、2B…水平ドライバ、3…タイミング発生回路、4…信号処理回路、5…制御回路、6…レンズ、7…絞り、8…絞り駆動手段、12…受光部、13…読出ゲート部、14…垂直転送レジスタ、15…水平転送レジスタ、16…出力部、42…AGC回路、45…AIC回路、S1…撮像信号、S5…ゲイン制御信号、S45…アイリス制御信号。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... CCD, 2 ... Drive circuit, 2A ... Vertical driver, 2B ... Horizontal driver, 3 ... Timing generation circuit, 4 ... Signal processing circuit, 5 ... Control circuit, 6 ... Lens, 7 ... Diaphragm, 8 ... Diaphragm drive means, DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Light-receiving part, 13 ... Reading gate part, 14 ... Vertical transfer register, 15 ... Horizontal transfer register, 16 ... Output part, 42 ... AGC circuit, 45 ... AIC circuit, S1 ... Imaging signal, S5 ... Gain control signal, S45 ... Iris control signal.

Claims (9)

受光に応じて受光部に発生する信号電荷を、読み出しゲート部を介して電荷転送部に読み出し、読み出した信号電荷を前記電荷転送部内で転送し、撮像信号に変換して出力する固体撮像素子を駆動するための固体撮像素子の駆動装置であって、
前記信号電荷が発生する受光時を含む待機期間中は正側電位であり、電荷転送時に負側電位のパルスとなる第1転送パルスと、前記待機期間中は負側電位であり、電荷転送時に正側電位のパルスとなる第2転送パルスとを前記電荷転送部の駆動パルスとして前記固体撮像素子に供給し、前記固体撮像素子からの前記撮像信号に基づいて、撮像画像が暗いと判断される場合は前記電荷転送部が取り扱う電荷量を低下させ、前記撮像画像が明るいと判断される場合は前記電荷量を維持するように、前記第1転送パルスと前記第2転送パルスのうち少なくとも一方の転送パルスの待機レベルを制御するフィードバック制御回路を有する
固体撮像素子の駆動装置。
A solid-state imaging device that reads out signal charges generated in the light receiving unit in response to light reception to the charge transfer unit via the read gate unit, transfers the read signal charges in the charge transfer unit, converts them into imaging signals, and outputs them. A driving device for a solid-state imaging device for driving,
The first transfer pulse that is a positive potential during a standby period including the time of light reception when the signal charge is generated and becomes a negative potential pulse during charge transfer; and the negative transfer potential during the standby period; and a second transfer pulse to be the positive potential pulse is supplied to the solid-state imaging device as a driving pulse of the charge transfer section, based on the imaging signals from the previous SL solid-state imaging device, it is determined that the captured image is dark At least one of the first transfer pulse and the second transfer pulse so that the charge amount handled by the charge transfer unit is reduced and the charge amount is maintained when the captured image is determined to be bright. A solid-state image sensor driving device having a feedback control circuit for controlling a standby level of a transfer pulse of the solid-state imaging device.
前記フィードバック制御回路は、前記第2転送パルスの待機レベルを変化させる場合、その負側電位の絶対値を待機時に断続的に変化させる
請求項1に記載の固体撮像素子の駆動装置。
The solid-state imaging device driving device according to claim 1, wherein when the standby level of the second transfer pulse is changed, the feedback control circuit intermittently changes the absolute value of the negative potential during standby.
前記フィードバック制御回路は、
前記第1転送パルスと前記第2転送パルスを前記固体撮像素子に供給する転送パルス供給回路と、
前記固体撮像素子から前記撮像信号を入力して増幅する可変利得アンプと、
前記撮像信号に基づいて撮像画面の明るさを検出し、検出した明るさに応じたゲインを前記可変利得アンプに変更可能に供給する制御回路と、
を有し、
前記転送パルス供給回路は、前記制御回路から前記ゲインを入力し、入力したゲインに基づいて前記待機レベルを変化させる
請求項1または2に記載の固体撮像素子の駆動装置。
The feedback control circuit includes:
A transfer pulse supply circuit for supplying the first transfer pulse and the second transfer pulse to the solid-state imaging device;
A variable gain amplifier for inputting and amplifying the imaging signal from the solid-state imaging device;
A control circuit that detects the brightness of the imaging screen based on the imaging signal and supplies a gain corresponding to the detected brightness to the variable gain amplifier in a changeable manner;
Have
The solid-state imaging device driving device according to claim 1, wherein the transfer pulse supply circuit receives the gain from the control circuit and changes the standby level based on the input gain.
受光に応じて受光部に発生する信号電荷を、読み出しゲート部を介して電荷転送部に読み出し、読み出した信号電荷を前記電荷転送部内で転送する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の駆動回路と、
前記固体撮像素子の撮像面上に被写体からの像光を導く光学系と、
前記固体撮像素子の信号電荷の量に応じて変化する撮像信号を出力可能な手段と、
を備え、
前記駆動回路は、前記信号電荷が発生する受光時を含む待機期間中は正側電位であり、電荷転送時に負側電位のパルスとなる第1転送パルスと、前記待機期間中は負側電位であり、電荷転送時に正側電位のパルスとなる第2転送パルスとを前記電荷転送部の駆動パルスとして前記固体撮像素子に供給し、前記固体撮像素子からの前記撮像信号に基づいて、撮像画像が暗いと判断される場合は前記電荷転送部が取り扱う電荷量を低下させ、前記撮像画像が明るいと判断される場合は前記電荷量を維持するように、前記第1転送パルスと前記第2転送パルスのうち少なくとも一方の転送パルスの待機レベルを制御する転送パルス供給回路を有する
画像入力装置。
A solid-state imaging device that reads the signal charge generated in the light receiving unit in response to light reception to the charge transfer unit via the read gate unit, and transfers the read signal charge in the charge transfer unit;
A driving circuit for the solid-state imaging device;
An optical system for guiding image light from a subject onto the imaging surface of the solid-state imaging device;
Means capable of outputting an imaging signal that changes in accordance with the amount of signal charge of the solid-state imaging device;
With
The drive circuit is at a positive potential during a standby period including the time of light reception when the signal charge is generated, and at a negative potential during the standby period and a first transfer pulse that becomes a negative potential pulse during charge transfer. There, a second transfer pulse as a pulse of positive potential during the charge transfer is supplied to the solid-state imaging device as a driving pulse of the charge transfer section, based on the imaging signals from the previous SL solid-captured image The first transfer pulse and the second transfer so as to reduce the amount of charge handled by the charge transfer unit when it is determined to be dark, and to maintain the amount of charge when the captured image is determined to be bright. An image input apparatus having a transfer pulse supply circuit for controlling a standby level of at least one of the pulses .
前記転送パルス供給回路は、前記第2転送パルスの待機レベルを変化させる場合、その負側電位の絶対値を待機時に断続的に変化させる
請求項4に記載の画像入力装置。
The image input device according to claim 4, wherein, when the standby level of the second transfer pulse is changed, the transfer pulse supply circuit intermittently changes the absolute value of the negative potential during standby.
前記駆動回路は、
前記固体撮像素子から前記撮像信号を入力して増幅する可変利得アンプと、
前記撮像信号に基づいて撮像画面の明るさを検出し、検出した明るさに応じたゲインを前記可変利得アンプに変更可能に供給する制御回路と、
を有し、
前記転送パルス供給回路は、前記制御回路からの前記ゲインに基づいて前記待機レベルを変化させる
請求項4または5に記載の画像入力装置。
The drive circuit is
A variable gain amplifier for inputting and amplifying the imaging signal from the solid-state imaging device;
A control circuit that detects the brightness of the imaging screen based on the imaging signal and supplies a gain corresponding to the detected brightness to the variable gain amplifier in a changeable manner;
Have
The image input device according to claim 4, wherein the transfer pulse supply circuit changes the standby level based on the gain from the control circuit.
前記光学系に可変絞りを有し、
前記駆動回路は、
前記撮像信号に基づいて撮像画面の明るさを検出する回路と、
前記撮像画面の明るさに基づいて可変絞りの絞り量を制御するアイリス制御回路と、
を含み、
前記転送パルス供給回路は、前記アイリス制御回路からの前記絞り量に基づいて前記待機レベルを制御する
請求項4または5に記載の画像入力装置。
A variable aperture in the optical system;
The drive circuit is
A circuit for detecting the brightness of the imaging screen based on the imaging signal;
An iris control circuit for controlling the aperture amount of the variable aperture based on the brightness of the imaging screen;
Including
The image input device according to claim 4, wherein the transfer pulse supply circuit controls the standby level based on the aperture amount from the iris control circuit.
受光に応じて受光部に発生する信号電荷を、読み出しゲート部を介して電荷転送部に読み出し、読み出した信号電荷を前記電荷転送部内で転送し撮像信号に変換して出力する固体撮像素子を駆動するための固体撮像素子の駆動方法であって、
前記信号電荷が発生する受光時を含む待機期間中は正側電位であり、電荷転送時に負側電位のパルスとなる第1転送パルスと、前記待機期間中は負側電位であり、電荷転送時に正側電位のパルスとなる第2転送パルスとを生成する第1ステップと、
生成した前記第1転送パルスと前記第2転送パルスを前記固体撮像素子の電荷転送部に供給して駆動する第2ステップと、
前記第1転送パルスと前記第2転送パルスを生成して供給している最中に、記固体撮像素子からの前記撮像信号に基づいて、撮像画像が暗いと判断される場合は前記電荷転送部が取り扱う電荷量を低下させ、前記撮像画像が明るいと判断される場合は前記電荷量を維持するように、前記第1転送パルスと前記第2転送パルスのうち少なくとも一方の転送パルスの待機レベルを制御する第3ステップと、
を含む固体撮像素子の駆動方法。
Drives the solid-state image sensor that reads the signal charge generated in the light receiving unit in response to light reception to the charge transfer unit through the readout gate unit, transfers the read signal charge in the charge transfer unit, converts it into an imaging signal, and outputs it. A method of driving a solid-state imaging device for performing
The first transfer pulse that is a positive potential during a standby period including the time of light reception when the signal charge is generated and becomes a negative potential pulse during charge transfer; and the negative transfer potential during the standby period; A first step of generating a second transfer pulse that is a positive potential pulse;
A second step of supplying and driving the generated first transfer pulse and the second transfer pulse to a charge transfer unit of the solid-state imaging device;
While being supplied to generate the second transfer pulse to the first transfer pulse, based on the imaging signals from the previous SL solid-state imaging device, the charge transfer when the captured image is determined to be dark The standby level of at least one of the first transfer pulse and the second transfer pulse so as to maintain the charge amount when it is determined that the captured image is bright when the charge amount handled by the unit is reduced A third step of controlling
A method for driving a solid-state imaging device including:
前記第3ステップでは、前記第2転送パルスの待機レベルである前記負側電位の絶対値を待機時に断続的に変化させる
請求項8に記載の固体撮像素子の駆動方法。
The solid-state imaging device driving method according to claim 8, wherein in the third step, the absolute value of the negative potential, which is the standby level of the second transfer pulse, is intermittently changed during standby.
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