JP2007202212A - Solid-state imaging apparatus and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法に関し、特に全画素から独立に読み出した信号電荷を垂直転送レジスタ内で混合することなく順次に読み出すことが可能ないわゆる全画素読み出し方式のＣＣＤ固体撮像装置および当該固体撮像装置の駆動方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a driving method of the solid-state imaging device, and in particular, a so-called all-pixel readout type CCD capable of sequentially reading out signal charges independently read out from all pixels without mixing in a vertical transfer register. The present invention relates to a solid-state imaging device and a driving method of the solid-state imaging device.
全画素読み出し方式ＣＣＤ固体撮像装置は、露光周期ごとに全ての画素の信号電荷を独立に読み出させるために、垂直解像度が高いという優れた特長を持っている。したがって、静止画の分野などに用いると有効である。この全画素読み出し方式ＣＣＤ固体撮像装置では、水平転送レジスタが１本でかつ、その水平駆動周波数が通常のＣＣＤ固体撮像装置の水平駆動周波数と同一とした場合、フレームレート３０枚の画像出力となる（例えば、特許文献１参照）。 The all-pixel readout type CCD solid-state imaging device has an excellent feature that the vertical resolution is high in order to read out signal charges of all the pixels independently for each exposure cycle. Therefore, it is effective when used in the field of still images. In this all-pixel readout type CCD solid-state imaging device, when there is one horizontal transfer register and the horizontal driving frequency is the same as the horizontal driving frequency of a normal CCD solid-state imaging device, an image output with a frame rate of 30 sheets is obtained. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、フレームレート３０枚の画像出力の場合には、そのフレーム画像をそのまま用いて映像をモニタリングすることはできなく、例えば外部にフレームメモリおよびそのコントローラなどを設ける必要があり、コストの面で不利である。フレームレート３０枚の全画素読み出し方式ＣＣＤ固体撮像装置において、フレームメモリを用いないで映像のモニタリングを可能にするためには、フレームレート６０枚の画像出力を得るようにする必要がある。 However, in the case of outputting an image with a frame rate of 30 sheets, it is impossible to monitor the video using the frame image as it is, and it is necessary to provide a frame memory and its controller, for example, which is disadvantageous in terms of cost. It is. In order to enable video monitoring without using a frame memory in an all-pixel readout type CCD solid-state imaging device with a frame rate of 30 sheets, it is necessary to obtain an image output with a frame rate of 60 sheets.
フレームレート６０枚の画像を出力してモニタリングするために、従来は、水平転送レジスタ内で垂直２画素の信号電荷を混合する方法を採用していた。しかしながら、この方法は、白黒のＣＣＤ固体撮像装置や、ストライプのカラーフィルタを有するＣＣＤ固体撮像装置の場合には有効であるが、原色市松配列（ベイヤー配列）カラーコーディングのカラーフィルタを有するカラーＣＣＤ固体撮像装置においては、垂直２画素の信号電荷を混合することで、異なる色が混ざってしまうため、カラー信号処理ができないという問題があった。 In order to output and monitor images with a frame rate of 60 sheets, conventionally, a method of mixing signal charges of two vertical pixels in a horizontal transfer register has been adopted. However, this method is effective in the case of a monochrome CCD solid-state imaging device or a CCD solid-state imaging device having a striped color filter, but a color CCD solid having a primary color checkered array (Bayer array) color coding color filter. The imaging device has a problem that color signals cannot be processed because different colors are mixed by mixing signal charges of two vertical pixels.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、全画素読み出し方式において、フレームレート６０枚のインターレースされた画像出力を得ることが可能な固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a solid-state imaging capable of obtaining an interlaced image output with a frame rate of 60 in the all-pixel readout method. The object is to provide a method of driving the apparatus.
本発明による固体撮像装置は、全画素から独立に読み出した信号電荷を混合することなく、かつ１本の水平転送レジスタを介して順次に読み出すことが可能な全画素読み出し方式の固体撮像装置であって、水平転送レジスタのイメージ部と反対側に当該水平転送レジスタに隣接して設けられて当該水平転送レジスタ中の信号電荷を選択的に掃き捨てる電荷排出手段と、水平転送レジスタに転送されてくる信号電荷を電荷排出手段に掃き捨てる処理と水平転送する処理とをライン単位で繰り返すとともに、電荷排出手段に掃き捨てるラインをフィールドごとに入れ換える駆動手段とを備え、前記電荷排出手段は、掃き出し用電極およびドレイン部からなり、前記掃き出し用電極に印加される掃き出しクロックは、低レベル、中間レベルおよび高レベルの３値をとり、前記掃き捨てる処理のとき、高レベルから中間レベル、中間レベルから低レベルに順に変化する構成となっている。 The solid-state imaging device according to the present invention is an all-pixel readout type solid-state imaging device which can sequentially read out signal charges read from all pixels independently through one horizontal transfer register. The charge transfer means is provided adjacent to the horizontal transfer register on the opposite side of the image portion of the horizontal transfer register and selectively sweeps away signal charges in the horizontal transfer register, and is transferred to the horizontal transfer register. A process for sweeping signal charges to the charge discharging means and a process for horizontal transfer are repeated for each line, and driving means for switching the lines to be swept away by the charge discharging means for each field, the charge discharging means comprising the discharge electrode The sweep clock applied to the sweep electrode comprises a low level, an intermediate level, and a high level. It takes 3 values of the bell, when the sweep discard processing, has a configuration that varies from the high-level intermediate level, in order from the intermediate level to the low level.
本発明によれば、全画素読み出し方式の固体撮像装置において、水平転送レジスタに転送されてくる信号電荷を掃き捨てる処理と水平転送する処理とをライン単位で繰り返すとともに、掃き捨てるラインをフィールドごとに入れ換えるようにしたことにより、フレームレート６０枚のインターレースされた画像出力を得ることができるため、外部にフレームメモリを持たなくても映像をモニタリングでき、また、電荷排出手段の掃き出し用電極に印加される掃き出しクロックが前記掃き捨てる処理のときに高レベルから中間レベル、中間レベルから低レベルに順に変化することにより、掃き出し用電極の下に残留していた僅かな電荷も全てドレイン部に掃き捨てることができるため、画素部に偽信号電荷を生じ難く、撮像時には高い垂直解像度のスチル画像を得ることができる。 According to the present invention, in the solid-state imaging device of the all-pixel readout method, the process of sweeping away the signal charge transferred to the horizontal transfer register and the process of horizontally transferring are repeated for each line, and the line to be swept away is set for each field. Since the interlaced image output with a frame rate of 60 sheets can be obtained by switching, the image can be monitored without having an external frame memory, and applied to the discharge electrode of the charge discharging means. When the sweeping clock that is swept away changes from the high level to the intermediate level and from the middle level to the low level in this order, all the small charges remaining under the sweeping electrode are swept away to the drain. Therefore, it is difficult to generate false signal charge in the pixel area, and high vertical resolution is possible during imaging. It can be obtained in the still image.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、例えばインターライン転送方式のＣＣＤ固体撮像装置に適用された本発明の一実施形態を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention applied to, for example, an interline transfer type CCD solid-state imaging device.
図１において、行方向（垂直方向）および列方向（水平方向）にマトリクス状に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して蓄積する複数個のセンサ部（光電変換部）１と、これらセンサ部１の垂直列ごとに配列されて各センサ部１から読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直転送レジスタ２，２，……とにより、イメージ部３が構成されている。
In FIG. 1, a plurality of sensor units are two-dimensionally arranged in a matrix in the row direction (vertical direction) and the column direction (horizontal direction), and convert incident light into signal charges having a charge amount corresponding to the amount of light, and accumulate them. (Photoelectric conversion unit) 1 and a plurality of
このイメージ部３において、センサ部１は例えばＰＮ接合のフォトダイオードからなり、複数本の垂直転送レジスタ２，２，……はＣＣＤによって構成されている。センサ部１に蓄積された信号電荷は、図示せぬ読み出しゲートを介して垂直転送レジスタ２に読み出される。垂直転送レジスタ２は、例えば３相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３によって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直転送する。
In this image portion 3, the sensor portion 1 is composed of, for example, a PN junction photodiode, and a plurality of
イメージ部３の図面上の下側には、複数本の垂直転送レジスタ２，２，……から信号電荷がライン単位で順次転送されるＣＣＤからなる水平転送レジスタ４が配置されている。この水平転送レジスタ４は２相の水平転送クロックφＨ１，φＨ２によって転送駆動され、イメージ部３から移された１ライン分の信号電荷を水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平転送する。
On the lower side of the image portion 3 in the drawing, there is arranged a
水平転送レジスタ４の転送先の端部には、例えばフローティング・ディフュージョン・アンプ（ＦＤＡ；Floating Diffusion Amplifier）構成の電荷検出部５が配されている。この電荷検出部５は、水平転送レジスタ４によって水平転送された信号電荷を検出し、これを信号電圧に変換する。この信号電圧は、出力アンプ６を経た後、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力として出力端子７から外部へ導出される。
At the end of the transfer destination of the
水平転送レジスタ４のイメージ部３と反対側には、水平転送レジスタ４の転送方向に沿って掃き出し用電極８およびドレイン部９が隣接して設けられている。この掃き出し用電極８およびドレイン部９は、水平転送レジスタ４中の信号電荷を選択的に掃き捨てるための電荷排出部１０を構成しており、掃き出し用電極８に掃き出しクロックφＨＨＧが印加されることにより、水平転送レジスタ４中の１ライン分の信号電荷をドレイン部９に掃き捨てる。ドレイン部９には、所定の直流電圧Ｖｄｄが印加されている。
On the opposite side of the
また、イメージ部３上には、原色市松配列カラーコーディングのカラーフィルタ（図示せず）が配置されている。このカラーフィルタは、図２に示すように、Ｇ（緑）市松Ｒ（赤），Ｂ（青）線順次のカラーコーディングとなっている。以上により、全てのセンサ部（画素）１から独立に読み出した信号電荷を垂直転送レジスタ２内で混合することなく、かつ１本の水平転送レジスタ４を介して順次に読み出すことが可能な全画素読み出し方式のカラーＣＣＤエリアセンサ１１が構成されている。
A color filter (not shown) of primary color checkered array color coding is arranged on the image portion 3. As shown in FIG. 2, this color filter is color-coded in the order of G (green) checkered R (red) and B (blue) lines. As described above, all the pixels that can be read sequentially through one
この全画素読み出し方式のカラーＣＣＤエリアセンサ１１は、駆動回路１２によって駆動される。この駆動回路１２は、タイミングジェネレータやドライバなどによって構成され、水平同期パルスＨＤなどの基準信号に基づいて３相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３、２相の水平転送クロックφＨ１，φＨ２、掃き出しクロックφＨＨＧなどの各種の駆動信号を生成し、これらの駆動信号をＣＣＤエリアセンサ１２に供給する。
The all-pixel readout type color
そして、駆動回路１２は、外部から与えられるモード切換え信号に基づいて、静止画等を得る通常モード時には、イメージ部３から水平転送レジスタ４に転送された信号電荷を順次水平転送することによってフレームレート３０枚のノンインターレース出力を得、画像をモニタリングするモニタリングモード時には、イメージ部３から水平転送レジスタ４に転送された信号電荷を電荷排出部１０に掃き捨てる処理と水平転送する処理とをライン単位で繰り返すとともに、掃き捨てるラインをフィールドごとに入れ換えることによってフレームレート６０枚のインターレースされ出力を得るべく駆動する。
Then, the
以下に、モニタリングモード時の処理の概念について、図３を参照して説明する。図２に示す如きカラーコーディングのカラーフィルタを有する全画素読み出し方式のカラーＣＣＤエリアセンサ１１において、当該カラーフィルタが垂直２ライン、水平２ラインの４画素分を基本単位としていることから、水平転送レジスタ４中の信号電荷の電荷排出部１０への掃き捨て処理および水平転送処理を２ラインごとに繰り返すことになる。
Hereinafter, the concept of processing in the monitoring mode will be described with reference to FIG. In the all pixel readout type color
すなわち、第１フィールド（Ａ）では、１，２，５，６，……の各ラインの信号電荷を水平転送レジスタ４にて水平転送して出力し、３，４，７，８，……の各ラインの信号電荷を水平転送レジスタ４を介して電荷排出部１０へ掃き捨てる処理を行う。第２フィールド（Ｂ）では逆に、１，２，５，６，……の各ラインの信号電荷を水平転送レジスタ４を介して電荷排出部１０へ掃き捨て、３，４，７，８，……の各ラインの信号電荷を水平転送レジスタ４にて水平転送して出力する処理を行う。
That is, in the first field (A), the signal charges of
上述したように、原色市松配列カラーコーディングのカラーフィルタを有する全画素読み出し方式のカラーＣＣＤエリアセンサ１１において、通常モード時には、全画素から独立に読み出された信号電荷を垂直転送レジスタ２内で混合することなくライン単位で水平転送レジスタ４に移し、かつ水平転送レジスタ４で順次水平転送することにより、フレームレート３０枚のノンインターレースの信号出力が得られる。その結果、高い垂直解像度の画像を得ることができる。
As described above, in the all-pixel readout type color
一方、モニタリングモード時には、水平転送レジスタ４に読み出された信号電荷を電荷排出部１０に掃き捨てる処理と水平転送レジスタ４で水平転送する処理とを２ラインごとに繰り返すとともに、電荷排出部１０に信号電荷を掃き捨てるラインをフィールドごとに入れ換えることにより、フレームレート６０枚のインターレースされた信号出力が得られる。その結果、外部にフレームメモリを設けなくても映像をモニタリングすることができる。
On the other hand, in the monitoring mode, the process of sweeping out the signal charges read to the
次に、一例として、垂直方向に隣り合う２ライン分の信号電荷を電荷排出部１０に掃き捨て、１ライン分の信号電荷を水平転送レジスタ４で水平転送して出力する場合の動作について、図４のタイミングチャートに基づいて図５〜図７のポテンシャル図を参照しつつ説明する。
Next, as an example, an operation in the case where signal charges for two lines adjacent in the vertical direction are swept away by the charge discharging unit 10 and signal charges for one line are horizontally transferred by the
この処理動作は、水平ブランキング信号Ｈ‐ＢＬＫが低レベル（以下、“Ｌ”レベルと称する）でかつ水平ウィンドウ信号Ｈ‐Ｗｉｎｄｏｗが“Ｌ”レベルの期間において行われる。この期間においては、水平転送クロックφＨ１が“Ｌ”レベルに、φＨ２が高レベル（以下、“Ｈ”レベルと称する）にそれぞれ固定となっている。なお、図５〜図７において、図の上下方向がポテンシャルの深さを表わすものとし、又図１の掃き出し用電極８に印加される掃き出しクロックφＨＨＧは、“Ｌ”レベル、中間レベル（以下、“Ｍ”レベルと称する）および高レベルの３値をとるものとする。
This processing operation is performed during a period in which the horizontal blanking signal H-BLK is at a low level (hereinafter referred to as “L” level) and the horizontal window signal H-Window is at “L” level. During this period, the horizontal transfer clock φH1 is fixed at the “L” level, and φH2 is fixed at the high level (hereinafter referred to as “H” level). 5 to 7, the vertical direction of the figure represents the depth of the potential, and the sweep clock φHHG applied to the
時点ｔ１では、掃き出しクロックφＨＨＧが“Ｌ”レベルであることから、掃き出し用電極８の下のポテンシャルは浅くなっている。また、３相の垂直転送クロックφＶ１〜φＶ３のうち、２相目の垂直転送クロックφＶ２のみが高レベルとなっており、２相目の転送電極の下のポテンシャルが深くなっているため、信号電荷は２相目の転送電極の下に蓄積されている。
At time t1, since the sweep clock φHHG is at the “L” level, the potential below the
時点ｔ２では、掃き出しクロックφＨＨＧが“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルに遷移し、掃き出し用電極８の下のポテンシャルが深くなる。そして、２相目の垂直転送クロックφＶ２と共に、１相目の垂直転送クロックφＶ１が“Ｈ”レベルとなり、１相目の転送電極の下のポテンシャルも深くなるため、２相目の転送電極の下の信号電荷は１相目の転送電極の下に流れ込む。時点ｔ３では、２相目の垂直転送クロックφＶ２が“Ｌ”レベルとなり、２相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、２相目の転送電極の下の信号電荷が完全に１相目の転送電極の下に移され、ここに蓄積される。
At time t2, the sweep clock φHHG changes from the “L” level to the “H” level, and the potential below the
時点ｔ４では、３相目の垂直転送クロックφＶ３が“Ｈ”レベルとなり、３相目の転送電極の下のポテンシャルが深くなるため、１相目の転送電極の下の信号電荷は３相目の転送電極の下に流れ込み、さらに水平転送レジスタ４の２相目の転送電極の下および掃き出し用電極８の下を通ってドレイン部９へ捨てられる。時点ｔ５では、１相目の垂直転送クロックφＶ１が“Ｌ”レベルとなり、１相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、１相目の転送電極の下の信号電荷は３相目の転送電極の下に完全に移され、さらにドレイン部９へ掃き捨てられる。このとき、１ライン前の３相目の転送電極の下には、次のラインの信号電荷が蓄積される。
At time t4, the vertical transfer clock φV3 of the third phase becomes “H” level, and the potential below the transfer electrode of the third phase becomes deep. Therefore, the signal charge under the transfer electrode of the first phase becomes the third phase. It flows under the transfer electrode, and further passes under the transfer electrode of the second phase of the
時点ｔ６では、２相目の垂直転送クロックφＶ２が“Ｈ”レベルになり、２相目の転送電極の下のポテンシャルが深くなるため、１ライン前の３相目の転送電極の下に蓄積されていた次のラインの信号電荷が２相目の転送電極の下に流れ込む。時点ｔ７では、３相目の垂直転送クロックφＶ３が“Ｌ”レベルになり、３相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、次のラインの信号電荷が２相目の転送電極の下に蓄積される。 At time t6, the vertical transfer clock φV2 of the second phase becomes “H” level, and the potential below the transfer electrode of the second phase becomes deep, so that it is stored under the transfer electrode of the third phase one line before. The signal charge of the next line that has flowed flows under the transfer electrode of the second phase. At time t7, the vertical transfer clock φV3 of the third phase becomes “L” level and the potential below the transfer electrode of the third phase becomes shallow, so that the signal charge of the next line is below the transfer electrode of the second phase. Accumulated in.
時点ｔ８では、１相目の垂直転送クロックφＶ１が“Ｈ”レベルとなり、１相目の転送電極の下のポテンシャルが深くなるため、２相目の転送電極の下の信号電荷は１相目の転送電極の下に流れ込む。時点ｔ９では、２相目の垂直転送クロックφＶ２が“Ｌ”レベルとなり、２相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、２相目の転送電極の下の信号電荷が完全に１相目の転送電極の下に移され、ここに蓄積される。 At time t8, the vertical transfer clock φV1 of the first phase becomes “H” level, and the potential below the transfer electrode of the first phase becomes deep. Therefore, the signal charge below the transfer electrode of the second phase is It flows under the transfer electrode. At time t9, the vertical transfer clock φV2 of the second phase becomes “L” level, and the potential under the transfer electrode of the second phase becomes shallow, so that the signal charge under the transfer electrode of the second phase is completely one phase. It is transferred under the transfer electrode of the eye and accumulated there.
時点ｔ１０では、３相目の垂直転送クロックφＶ３が“Ｈ”レベルとなり、３相目の転送電極の下のポテンシャルが深くなるため、１相目の転送電極の下の信号電荷は３相目の転送電極の下に流れ込み、さらに水平転送レジスタ４および掃き出し用電極８の下を通ってドレイン部９へ捨てられる。時点ｔ１１では、１相目の垂直転送クロックφＶ１が“Ｌ”レベルとなり、１相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、１相目の転送電極の下の信号電荷は３相目の転送電極の下に完全に移され、さらにドレイン部９へ掃き捨てられる。このとき、１ライン前の３相目の転送電極の下には、次のラインの信号電荷が蓄積される。
At time t10, the vertical transfer clock φV3 of the third phase becomes “H” level, and the potential below the transfer electrode of the third phase becomes deep. Therefore, the signal charge under the transfer electrode of the first phase becomes the third phase. It flows under the transfer electrode, passes through the
時点ｔ１２では、２相目の垂直転送クロックφＶ２が“Ｈ”レベルになり、２相目の転送電極の下のポテンシャルが深くなるため、１ライン前の３相目の転送電極の下に蓄積されていた次のラインの信号電荷が、２相目の転送電極の下に流れ込む。時点ｔ１３では、３相目の垂直転送クロックφＶ３が“Ｌ”レベルになり、３相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、次のラインの信号電荷が２相目の転送電極の下に蓄積される。 At time t12, the vertical transfer clock φV2 of the second phase becomes “H” level, and the potential below the transfer electrode of the second phase becomes deep. Therefore, the potential is stored under the transfer electrode of the third phase one line before. The signal charge of the next line that has flowed flows under the transfer electrode of the second phase. At time t13, the vertical transfer clock φV3 of the third phase becomes “L” level and the potential below the transfer electrode of the third phase becomes shallow, so that the signal charge of the next line is below the transfer electrode of the second phase. Accumulated in.
時点ｔ１４では、掃き出しクロックφＨＨＧが“Ｍ”レベルになるとともに、それまで“Ｈ”レベルに固定であった水平転送クロックφＨ２が“Ｌ”レベルになる。これにより、水平転送レジスタ４の２相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなり、掃き出し用電極８の下のポテンシャルが中間レベルとなる。その結果、水平転送レジスタ４内に残留している信号電荷のうち、若干は掃き出し用電極８の下の残留するものの、殆どがドレイン部９に掃き捨てられる。
At time t14, the sweep-out clock φHHG becomes “M” level, and the horizontal transfer clock φH2 that has been fixed at “H” level until then becomes “L” level. As a result, the potential under the second phase transfer electrode of the
そして、時点ｔ１５では、掃き出しクロックφＨＨＧが“Ｌ”レベルになり、掃き出し用電極８の下のポテンシャルが浅くなるため、掃き出し用電極８の下に残留していた僅かな信号電荷も全てドレイン部９に掃き捨てられることになる。以上により、２ライン分の信号電荷を電荷排出部１０へ掃き捨てるための処理が完了する。
At time t15, the sweep clock φHHG becomes “L” level, and the potential under the
続いて、時点ｔ１６では、水平転送クロックφＨ２が再び“Ｈ”レベルになるとともに、１相目の垂直転送クロックφＶ１が“Ｈ”レベルになり、１相目の転送電極の下のポテンシャルが深くなるため、２相目の転送電極の下の信号電荷は１相目の転送電極の下に流れ込む。そして、時点ｔ１７では、２相目の垂直転送クロックφＶ２が“Ｌ”レベルとなり、２相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、２相目の転送電極の下の信号電荷が完全に１相目の転送電極の下に移される。 Subsequently, at time t16, the horizontal transfer clock φH2 becomes “H” level again, the first phase vertical transfer clock φV1 becomes “H” level, and the potential below the first phase transfer electrode becomes deeper. Therefore, the signal charge under the second-phase transfer electrode flows under the first-phase transfer electrode. At time t17, the vertical transfer clock φV2 of the second phase becomes “L” level, and the potential below the transfer electrode of the second phase becomes shallow, so that the signal charge under the transfer electrode of the second phase is completely It is transferred under the transfer electrode of the first phase.
時点ｔ１８では、３相目の垂直転送クロックφＶ３が“Ｈ”レベルとなり、３相目の転送電極の下のポテンシャルが深くなるため、１相目の転送電極の下の信号電荷は、３相目の転送電極の下に流れ込み、さらに水平転送レジスタ４の２相目の転送電極の下および掃き出し用電極８の下を通ってドレイン部９へ掃き捨てられる。時点ｔ１９では、１相目の垂直転送クロックφＶ１が“Ｌ”レベルとなり、１相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、１相目の転送電極の下の信号電荷は、３相目の転送電極の下、さらに水平転送レジスタ４の２相目の転送電極の下に移される。このとき、１ライン前の３相目の転送電極の下には、次のラインの信号電荷が蓄積される。
At time t18, the vertical transfer clock φV3 of the third phase becomes “H” level, and the potential below the transfer electrode of the third phase becomes deep. Therefore, the signal charge under the transfer electrode of the first phase becomes the third phase. Then, it is swept down to the
時点ｔ２０では、２相目の垂直転送クロックφＶ２が“Ｈ”レベルになり、２相目の転送電極の下のポテンシャルが深くなるため、１ライン前の３相目の転送電極の下に蓄積されていた次のラインの信号電荷が２相目の転送電極の下に流れ込む。そして、時点ｔ２１では、３相目の垂直転送クロックφＶ３が“Ｌ”レベルになり、３相目の転送電極の下のポテンシャルが浅くなるため、３相目の転送電極の下の信号電荷が完全に水平転送レジスタ４の２相目の転送電極の下に移されるとともに、次のラインの信号電荷が２相目の転送電極の下に蓄積される。
At time t20, the vertical transfer clock φV2 of the second phase becomes “H” level, and the potential below the transfer electrode of the second phase becomes deep, so that it is stored under the transfer electrode of the third phase one line before. The signal charge of the next line that has flowed flows under the transfer electrode of the second phase. At time t21, the third-phase vertical transfer clock φV3 becomes “L” level, and the potential under the third-phase transfer electrode becomes shallow, so that the signal charge under the third-phase transfer electrode is completely Are transferred below the second phase transfer electrode of the
以上により、１ライン分の信号電荷を水平転送レジスタ４にシフトするための処理が完了する。そして、それまで“Ｌ”レベル，“Ｈ”レベルに固定されていた水平転送クロックφＨ１，φＨ２が発生し、水平転送レジスタ４の水平転送駆動が開始される。これにより、水平転送レジスタ４にシフトされた１ライン分の信号電荷が順次水平転送され、電荷検出部５で信号電圧に変換されてＣＣＤ出力として外部へ導出される。
Thus, the processing for shifting the signal charge for one line to the
なお、電荷排出部１０への信号電荷の掃き捨てを行わず、１ライン分の信号電荷を水平転送レジスタ４にシフトし、水平転送して出力する場合には、図８のタイミングチャートに示すように、上述した２ライン掃き捨て期間および１ラインシフト期間において、１ライン分の信号電荷の水平転送レジスタ４へのシフト処理が行われる。
In the case where the signal charge for the charge discharging unit 10 is not swept away and the signal charge for one line is shifted to the
１…センサ部、２…垂直転送レジスタ、３…イメージ部、４…水平転送レジスタ、５…電荷検出部、８…掃き出し用電極、９…ドレイン部、１０…電荷排出部、１１…ＣＣＤエリアセンサ、１２…駆動回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor part, 2 ... Vertical transfer register, 3 ... Image part, 4 ... Horizontal transfer register, 5 ... Charge detection part, 8 ... Sweep electrode, 9 ... Drain part, 10 ... Charge discharge part, 11 ... CCD area sensor , 12 ... Driving circuit
Claims (6)
前記水平転送レジスタの前記イメージ部と反対側に当該水平転送レジスタに隣接して設けられて前記水平転送レジスタ中の信号電荷を選択的に掃き捨てる電荷排出手段と、
前記水平転送レジスタに転送されてくる信号電荷を前記電荷排出手段に掃き捨てる処理と水平転送する処理とをライン単位で繰り返すとともに、前記電荷排出手段に掃き捨てるラインをフィールドごとに入れ換える駆動手段とを備え、
前記電荷排出手段は、掃き出し用電極およびドレイン部からなり、
前記掃き出し用電極に印加される掃き出しクロックは、低レベル、中間レベルおよび高レベルの３値をとり、前記掃き捨てる処理のとき、高レベルから中間レベル、中間レベルから低レベルに順に変化する
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device capable of sequentially reading out a signal charge read independently from each pixel of the image portion without mixing, and via one horizontal transfer register,
Charge discharging means provided adjacent to the horizontal transfer register on the opposite side of the image portion of the horizontal transfer register and selectively sweeping out signal charges in the horizontal transfer register;
A process for sweeping signal charges transferred to the horizontal transfer register to the charge discharging means and a process for horizontal transfer are repeated for each line, and a driving means for replacing the lines to be swept to the charge discharging means for each field. Prepared,
The charge discharging means comprises a sweeping electrode and a drain part,
The sweeping clock applied to the sweeping electrode takes three values of low level, intermediate level and high level, and changes in order from high level to intermediate level and from intermediate level to low level during the sweeping process. A solid-state imaging device.
前記駆動手段は、前記電荷排出手段に掃き捨てる処理と水平転送する処理とを２ラインごとに繰り返す
ことを特徴とする固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1 is a color solid-state imaging device having a color filter of primary color checkered array color coding,
The solid-state imaging device, wherein the driving unit repeats a process of sweeping away to the charge discharging unit and a process of horizontal transfer every two lines.
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the horizontal transfer register has a potential gradient so that the signal charge in the horizontal transfer register is deepened in a direction in which the charge discharging unit sweeps it out.
前記掃き捨てる処理は、前記２相の水平転送クロックのうちの片方の水平転送クロックが印加される転送電極の下および前記掃き出し用電極の下を通って前記ドレイン部へ掃き捨てる処理である
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 The horizontal transfer register is driven to transfer by a two-phase horizontal transfer clock,
The sweeping process is a process of sweeping to the drain part under the transfer electrode to which one of the two-phase horizontal transfer clocks is applied and under the sweeping electrode. The solid-state imaging device according to claim 1, characterized in that:
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the one horizontal transfer clock is at a low level during the sweeping process.
前記水平転送レジスタの前記イメージ部と反対側に当該水平転送レジスタに隣接して設けられて前記水平転送レジスタ中の信号電荷を選択的に掃き捨てる電荷排出手段を備え、
前記電荷排出手段は、掃き出し用電極およびドレイン部からなり、
前記掃き出し用電極に印加される掃き出しクロックは、低レベル、中間レベルおよび高レベルの３値をとり、前記掃き捨てる処理のとき、高レベルから中間レベル、中間レベルから低レベルに順に変化する
固体撮像装置の駆動方法であって、
前記水平転送レジスタに転送されてくる信号電荷を前記電荷排出手段に掃き捨てる処理と水平転送する処理とをライン単位で繰り返すとともに、前記電荷排出手段に掃き捨てるラインをフィールドごとに入れ換える
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 It is possible to sequentially read out the signal charges independently read from each pixel of the image portion without mixing them and through one horizontal transfer register,
A charge discharging means provided adjacent to the horizontal transfer register on the opposite side of the image portion of the horizontal transfer register and selectively sweeping away signal charges in the horizontal transfer register;
The charge discharging means comprises a sweeping electrode and a drain part,
The sweeping clock applied to the sweeping electrode takes three values of low level, intermediate level and high level, and changes in order from high level to intermediate level and from intermediate level to low level during the sweeping process. A method for driving an apparatus, comprising:
The process of sweeping signal charges transferred to the horizontal transfer register to the charge discharging means and the process of horizontal transfer are repeated for each line, and the lines to be swept to the charge discharging means are replaced for each field. For driving a solid-state imaging device.
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| US11019365B2 (en) | 2015-07-30 | 2021-05-25 | Zhejiang Dahua Technology Co., Ltd. | Methods and systems for image compression |
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