JP2009302946A

JP2009302946A - Solid-state image pickup element, driving method for solid-state image pickup element and image pickup device

Info

Publication number: JP2009302946A
Application number: JP2008155583A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Koshiba; 賢明小柴
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-12-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state image pickup element, a method for driving the solid-state image pickup element and an image pickup element achieved in high-speed driving in an auto-focus mode or a moving image mode, and also achieved a high frame rate. <P>SOLUTION: An image pickup region in which a plurality of photoelectric conversion parts are arrayed in lines and columns is divided into a plurality of areas by a first region and a second region, and when the charge of a prescribed area is outputted by one frame, the charge read by the vertical charge transfer part of the first region of the prescribed area is transferred, and only the charge read by the vertical charge transfer part of the second region of the prescribed area is outputted, and the charge of the other vertical charge transfer part is ejected. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像素子，固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a driving method for a solid-state imaging device, and an imaging apparatus.

固体撮像素子は、半導体基板の受光領域に複数の行及び複数の列にわたって多数の光電変換素子が配列され、光電変換素子で生成された電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部と、垂直電荷転送部によって転送された電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部を備えた構成である。 The solid-state imaging device includes a vertical charge transfer unit in which a large number of photoelectric conversion elements are arranged in a light receiving region of a semiconductor substrate across a plurality of rows and a plurality of columns, and charges generated by the photoelectric conversion elements are transferred in a vertical direction; This is a configuration including a horizontal charge transfer unit that transfers the charges transferred by the transfer unit in the horizontal direction.

このような構成の固体撮像素子を備えた撮像装置としては、例えばデジタルビデオカメラや、動画撮像機能を有するデジタルスチルカメラがある。近年、固体撮像素子は、高い解像度の画像を得るために画素数が増加している。多画素の固体撮像素子では、各光電変換素子から電荷を読み出し、垂直電荷転送部及び水平電荷転送部を転送して、出力する駆動処理に時間がかかる。固体撮像素子の高速駆動を実現するため、従来では、例えば下記特許文献に示すような方法が提案されている。 As an image pickup apparatus including the solid-state image pickup device having such a configuration, for example, there are a digital video camera and a digital still camera having a moving image pickup function. In recent years, the number of pixels of a solid-state imaging device has increased in order to obtain a high-resolution image. In a multi-pixel solid-state imaging device, it takes time to drive to read out charges from each photoelectric conversion element, transfer the vertical charge transfer unit and the horizontal charge transfer unit, and output them. In order to realize high-speed driving of the solid-state imaging device, conventionally, for example, a method as shown in the following patent document has been proposed.

特許文献１は、動画を出力する撮像装置に関し、該撮像装置は、切り出し領域の光電変換素子から垂直電荷転送部への電荷読み出しを独立して行い、切り出し領域以外の垂直電荷転送部に読み出された電荷のみをドレイン手段に排出する構成を有することで、実用的なデータレートで動画を出力可能としている。しかし、切り出し領域は、撮像領域の中心部に限られている。 Patent Document 1 relates to an imaging device that outputs a moving image, and the imaging device independently performs charge reading from a photoelectric conversion element in a cutout region to a vertical charge transfer unit, and reads out to a vertical charge transfer unit other than the cutout region. By having a configuration in which only the generated charges are discharged to the drain means, a moving image can be output at a practical data rate. However, the cutout area is limited to the center of the imaging area.

特許文献２に記載された撮像装置は、垂直電荷転送部から水平電荷転送部への電荷の転送を水平方向の一部の領域において選択的に禁止する転送制御部を備えることにより、高速撮像を実現している。しかし、この撮像装置も、高速撮像可能な領域は、撮像領域の中心部に限られている。 The imaging apparatus described in Patent Document 2 includes a transfer control unit that selectively prohibits charge transfer from a vertical charge transfer unit to a horizontal charge transfer unit in a partial region in the horizontal direction, thereby performing high-speed imaging. Realized. However, also in this imaging apparatus, the area where high-speed imaging is possible is limited to the center of the imaging area.

特許文献３に記載された撮像装置は、垂直電荷転送部を構成する複数の垂直転送段の最終転送段から水平転送部への転送動作を制御する独立電極と、該独立電極の電荷を選択的に排出可能なドレインとを有し、かつ、水平転送部で電荷の混合を行うことで、オートフォーカスの撮像処理の高速化を図るものである。 An imaging device described in Patent Document 3 includes an independent electrode that controls a transfer operation from the final transfer stage of a plurality of vertical transfer stages constituting a vertical charge transfer unit to a horizontal transfer unit, and selectively charges on the independent electrode. And a drain that can be discharged, and charge is mixed in the horizontal transfer section, thereby speeding up the autofocus imaging process.

特開２００７−２６７３３３号公報JP 2007-267333 A 特開２００７−３２４６２２号公報JP 2007-324622 A 特開２００７−１８１１０７号公報JP 2007-181107 A

しかし、上記特許文献１から３に記載された固体撮像素子では、撮像領域において、中央部など予め設定されたエリアのみを切り出し領域として電荷を読み出すものであり、撮像領域における切り出し領域以外のエリアで撮像した場合には高速の駆動を行うことができないうえ、切り出し領域で撮像するには撮影者が撮像の目的となる被写体を切り出した領域に自身で合わせる必要があるため使いづらい点で改善の余地があった。 However, in the solid-state imaging device described in Patent Documents 1 to 3, charges are read out using only a preset area such as a central portion in the imaging region as a clipping region, and in areas other than the clipping region in the imaging region. When imaged, high-speed driving cannot be performed, and in order to capture an image in the cutout area, the photographer needs to adjust the subject to be imaged by himself / herself, so there is room for improvement in terms of difficulty in use. was there.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、オートフォーカスモードや動画モードにおいて更なる高速駆動が可能で、かつ、高いフレームレートを実現できる固体撮像素子，固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to drive a solid-state imaging device and a solid-state imaging device that can be driven at a higher speed in the autofocus mode and the moving image mode and can realize a high frame rate. A method and an imaging apparatus are provided.

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）行方向及び列方向に２次元配置された複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子に隣接して設けられ、前記光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記複数の光電変換素子と前記垂直転送部との間に設けられ、前記光電変換素子で発生した電荷を前記垂直転送部に読み出す電荷読み出し部と、
前記垂直転送部によって転送される電荷を、行方向に転送する水平転送部と、
前期垂直転送部に隣接して設けられ、前記垂直転送部によって転送される電荷を排出する垂直ドレイン部と、とを備え、
前記光電変換素子が配列される撮像領域は、前記列方向に分割された複数の第１領域と、前記行方向に分割された複数の第２領域を有しており、
前記電荷読み出し部は、前記第１の領域毎に独立駆動可能であり、
前記垂直ドレイン部は、前記第２の領域毎に独立駆動可能である固体撮像素子。
（２）前記複数の第１領域それぞれの前記列方向の大きさが同一である上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記複数の第２領域それぞれの前記行方向の大きさが同一である上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子。
（４）上記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子を備えた撮像装置。
（５）行方向及び列方向に２次元配置された複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子に隣接して設けられ、前記光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記複数の光電変換素子と前記垂直転送部との間に設けられ、前記光電変換素子で発生した電荷を前記垂直転送部に読み出す電荷読み出し部と、
前記垂直転送部によって転送される電荷を、行方向に転送する水平転送部と、
前期垂直転送部に隣接して設けられ、前記垂直転送部によって転送される電荷を排出する垂直ドレイン部と、とを備え、
前記光電変換素子が配列される撮像領域は、前記列方向に分割された複数の第１領域と、前記行方向に分割された複数の第２領域を有しており、
前記電荷読み出し部は、前記第１の領域毎に独立駆動可能であり、
前記垂直ドレイン部は、前記第２の領域毎に独立駆動可能である固体撮像素子の駆動方法であって、
前記電荷読み出し部を制御して、前記複数の第１領域のうちいずれかの領域に含まれる前記光電変換部で生成された電荷を読み出し、読み出した電荷のうち前記複数の第２領域のうちいずれかの領域に含まれる前記垂直電荷転送部の電荷のみを出力し、その他の前記垂直電荷転送部の電荷を前記垂直ドレイン部によって排出する固体撮像素子の駆動方法。
（６）前記複数の第１領域それぞれの前記列方向の大きさが同一である上記（５）に記載の固体撮像素子の駆動方法。
（７）前記複数の第２領域それぞれの前記行方向の大きさが同一である上記（５）又は（６）に記載の固体撮像素子の駆動方法。
（８）前記水平電荷転送部に読み出された電荷を、読み出された前記第２領域に含まれる前記垂直電荷転送部の列の分だけ転送した後、該水平電荷転送部での転送を一旦停止し、前記第１領域の電荷を列方向に転送する上記（５）から（７）のいずれかに記載の固体撮像素子の駆動方法。
（９）前記第１領域に含まれる前記光電変換部の行と同じ行数だけ前記垂直電荷転送部によって転送した後、次のフレームの読み出しを行う上記（５）又は（８）に記載の固体撮像素子。
（１０）前記撮像領域のおいて前記第１領域と前記第２領域とによって分割された複数のエリアのうち、所定のエリアが選択され、該エリアの電荷を１フレームで出力する上記（６）から（９）のいずれかに記載の固体撮像素子の駆動方法。
（１１）前記所定のエリアがオートフォーカス処理される上記（１０）に記載の固体撮像素子の駆動方法。
（１２）前記撮像領域の電荷を１フレームの画像で表示するときに、当該１フレームの画像の一部に合成される画像を生成するため、前記所定のエリアの電荷が複数回読み出される上記（１０）に記載の固体撮像素子の駆動方法。 The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in the row direction and the column direction;
A plurality of vertical transfer units that are provided adjacent to the photoelectric conversion elements and transfer charges generated in the photoelectric conversion elements in a column direction;
A charge reading unit that is provided between the plurality of photoelectric conversion elements and the vertical transfer unit, and reads the charge generated in the photoelectric conversion element to the vertical transfer unit;
A horizontal transfer unit that transfers charges transferred by the vertical transfer unit in a row direction;
A vertical drain portion provided adjacent to the vertical transfer portion in the previous period and discharging charges transferred by the vertical transfer portion, and
The imaging region in which the photoelectric conversion elements are arranged has a plurality of first regions divided in the column direction and a plurality of second regions divided in the row direction,
The charge readout unit can be independently driven for each of the first regions,
The vertical drain portion is a solid-state imaging device that can be independently driven for each of the second regions.
(2) The solid-state imaging device according to (1), wherein each of the plurality of first regions has the same size in the column direction.
(3) The solid-state imaging device according to (1) or (2), wherein each of the plurality of second regions has the same size in the row direction.
(4) An imaging device including the solid-state imaging device according to any one of (1) to (3).
(5) a plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in the row direction and the column direction;
A plurality of vertical transfer units that are provided adjacent to the photoelectric conversion elements and transfer charges generated in the photoelectric conversion elements in a column direction;
A charge reading unit that is provided between the plurality of photoelectric conversion elements and the vertical transfer unit, and reads the charge generated in the photoelectric conversion element to the vertical transfer unit;
A horizontal transfer unit that transfers charges transferred by the vertical transfer unit in a row direction;
A vertical drain portion provided adjacent to the vertical transfer portion in the previous period and discharging charges transferred by the vertical transfer portion, and
The imaging region in which the photoelectric conversion elements are arranged has a plurality of first regions divided in the column direction and a plurality of second regions divided in the row direction,
The charge readout unit can be independently driven for each of the first regions,
The vertical drain portion is a driving method of a solid-state imaging device that can be independently driven for each of the second regions,
The charge readout unit is controlled to read out the charge generated by the photoelectric conversion unit included in any one of the plurality of first regions, and any of the plurality of second regions out of the read charges A solid-state imaging device driving method for outputting only the charges of the vertical charge transfer unit included in the region and discharging the charges of the other vertical charge transfer units by the vertical drain unit.
(6) The solid-state imaging device driving method according to (5), wherein the plurality of first regions have the same size in the column direction.
(7) The solid-state imaging device driving method according to (5) or (6), wherein the plurality of second regions have the same size in the row direction.
(8) The charges read to the horizontal charge transfer unit are transferred by the columns of the vertical charge transfer units included in the read second area, and then transferred by the horizontal charge transfer unit. The solid-state imaging device driving method according to any one of (5) to (7), wherein the driving is temporarily stopped and the charge in the first region is transferred in a column direction.
(9) The solid according to (5) or (8), wherein the next frame is read after being transferred by the vertical charge transfer unit by the same number of rows as the photoelectric conversion unit included in the first region. Image sensor.
(10) In the imaging area, a predetermined area is selected from a plurality of areas divided by the first area and the second area, and the charge of the area is output in one frame (6) To (9). The method for driving a solid-state imaging device according to any one of (9) to (9).
(11) The method for driving a solid-state imaging device according to (10), wherein the predetermined area is subjected to autofocus processing.
(12) The charge of the predetermined area is read a plurality of times in order to generate an image to be combined with a part of the image of the one frame when the charge of the imaging region is displayed as an image of one frame. 10) The driving method of the solid-state imaging device according to 10).

上記構成によれば、撮像領域が、垂直電荷転送部の複数の第１領域と水平電荷転送部の複数の第２領域とによって複数のエリアに分割されており、第１領域及び第２領域に独立して電圧を印加することで、撮像領域における任意のエリアを選択して、そのエリアを１フレームとして出力することができる。このとき、垂直ドレイン部に印加するドレイン電圧を制御することで、任意のエリアの電荷のみを水平電荷転送部で転送させるとともに、任意のエリア以外のエリアの電荷を排出することができ、全部のエリアの電荷を読み出す時間に対してより早く任意のエリアの電荷のみを高速読み出しすることが可能となる。 According to the above configuration, the imaging region is divided into a plurality of areas by the plurality of first regions of the vertical charge transfer unit and the plurality of second regions of the horizontal charge transfer unit, and the first region and the second region are divided. By independently applying a voltage, an arbitrary area in the imaging region can be selected and the area can be output as one frame. At this time, by controlling the drain voltage applied to the vertical drain portion, only the charges in an arbitrary area can be transferred by the horizontal charge transfer portion, and the charges in the areas other than the arbitrary area can be discharged. Only the charge in an arbitrary area can be read at high speed earlier than the time for reading out the charge in the area.

本発明によれば、オートフォーカスモードや動画モードにおいて高速駆動が可能で、かつ、高いフレームレートを実現できる固体撮像素子，固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device, a solid-state imaging device driving method, and an imaging apparatus that can be driven at high speed in an autofocus mode and a moving image mode and can realize a high frame rate.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、第１実施形態の固体撮像素子を備えた撮像装置の概略構成を示す図である。なお、固体撮像素子を備えた撮像装置としては、例えば、動画モードを有するデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどであり、本実施形態の説明では、デジタルカメラを例に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus including the solid-state imaging device according to the first embodiment. Note that the imaging apparatus including the solid-state imaging device is, for example, a digital camera or a digital video camera having a moving image mode. In the description of the present embodiment, a digital camera will be described as an example.

図１に示すように、撮像装置は、撮影レンズ１と、固体撮像素子５と、該撮影レンズ１と固体撮像素子５との間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備えている。 As shown in FIG. 1, the imaging apparatus includes a photographic lens 1, a solid-state imaging device 5, a diaphragm 2 provided between the photographic lens 1 and the solid-state imaging device 5, an infrared cut filter 3, and an optical low-pass. And a filter 4.

また、撮像装置は、電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１を備えている。システム制御部１１は、フラッシュの発光部１２及び受光部１３の制御、レンズ駆動部８、絞り制御部９、撮像素子駆動部１０の制御を行う。レンズ駆動部８は、撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりするものであり、絞り駆動部９は、絞り２の開口量を制御して露光量の調整を行うものである。また、撮像素子駆動部１０は、固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して入射した光に基づく撮像信号を出力させるものである。さらに、システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。 The imaging apparatus also includes a system control unit 11 that performs overall control of the entire electric control system. The system control unit 11 controls the light emitting unit 12 and the light receiving unit 13 of the flash, the lens driving unit 8, the aperture control unit 9, and the image sensor driving unit 10. The lens driving unit 8 adjusts the position of the photographing lens 1 to the focus position or performs zoom adjustment, and the diaphragm driving unit 9 controls the opening amount of the diaphragm 2 to adjust the exposure amount. It is. The image sensor driving unit 10 drives the solid-state image sensor 5 and outputs an image signal based on light incident through the photographing lens 1. Further, an instruction signal from the user is input to the system control unit 11 through the operation unit 14.

また、撮像装置は、アナログ信号処理部６、Ａ／Ｄ変換回路７を備えており、これらもシステム制御部１１によって制御される。アナログ信号処理部６は、固体撮像素子５から出力される撮像信号をアナログ処理するものであり、アナログ信号処理部６と、該アナログ信号処理部６から撮像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備えている。アナログ信号処理部６と、Ａ／Ｄ変換回路７とはシステム制御部１１によって制御される。なお、固体撮像素子５は、ＲＧＢの原色フィルタを有するものであるので、Ａ／Ｄ変換回路７は、それぞれの色信号を示すデジタル信号である。 The imaging apparatus also includes an analog signal processing unit 6 and an A / D conversion circuit 7, which are also controlled by the system control unit 11. The analog signal processing unit 6 performs analog processing on the imaging signal output from the solid-state imaging device 5. The analog signal processing unit 6 and the A / D that converts the imaging signal from the analog signal processing unit 6 into a digital signal. And a conversion circuit 7. The analog signal processing unit 6 and the A / D conversion circuit 7 are controlled by the system control unit 11. Since the solid-state imaging device 5 includes RGB primary color filters, the A / D conversion circuit 7 is a digital signal indicating each color signal.

さらに、撮像装置は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、補間演算やガンマ補正演算、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、測光データ（画像データ）を積算しデジタル信号処理部１７が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備えており、これらは、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。 Further, the imaging apparatus includes a main memory 16, a memory control unit 15 connected to the main memory 16, and a digital signal processing unit 17 that generates image data by performing interpolation calculation, gamma correction calculation, RGB / YC conversion processing, and the like. The compression / decompression processing unit 18 that compresses the image data generated by the digital signal processing unit 17 into the JPEG format or decompresses the compressed image data, and the digital signal processing unit 17 integrates the photometric data (image data). An integration unit 19 for obtaining a gain of white balance correction to be performed, an external memory control unit 20 to which a detachable recording medium 21 is connected, and a display control unit 22 to which a liquid crystal display unit 23 mounted on the back of the camera or the like is connected These are connected to each other by a control bus 24 and a data bus 25, and are controlled by a command from the system control unit 11. That.

図２は、第１実施形態の固体撮像素子の構成を概略的に示す平面図である。図３は、本実施形態の固体撮像素子の構成の一部を概略的に示す図である。
図２に示すように、固体撮像素子５は、半導体基板５１の２次元平面に、複数の行（図中の左右方向）と複数の列（図中の上下方向）にわたって複数の光電変換部ＰＤが配列されている。複数の光電変換部ＰＤが配列されている領域が撮像領域を構成し、また、配列された複数の光電変換部ＰＤそれぞれが入射光に応じて電荷を生成し、該電荷を固体撮像素子５から出力信号として出力し、該出力信号に基づいて撮影画像を生成する。 FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the solid-state imaging device of the first embodiment. FIG. 3 is a diagram schematically showing a part of the configuration of the solid-state imaging device of the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device 5 includes a plurality of photoelectric conversion units PD on a two-dimensional plane of a semiconductor substrate 51 across a plurality of rows (horizontal direction in the figure) and a plurality of columns (vertical direction in the figure). Are arranged. The region where the plurality of photoelectric conversion units PD are arranged constitutes an imaging region, and each of the plurality of arranged photoelectric conversion units PD generates charges according to incident light. An output signal is output, and a captured image is generated based on the output signal.

固体撮像素子５は、各光電変換部ＰＤの上方に図示しないカラーフィルタが配置され、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の分光感度を有する。
光電変換部ＰＤは、半導体基板５１に構成されたフォトダイオードであり、それぞれの光電変換部ＰＤの光電変換領域に入射した光の強さと露光時間の長さとで定まる光量に応じた電荷を生成する。 In the solid-state imaging device 5, a color filter (not shown) is arranged above each photoelectric conversion unit PD, and has red (R), green (G), and blue (B) spectral sensitivities, respectively.
The photoelectric conversion unit PD is a photodiode configured on the semiconductor substrate 51, and generates a charge corresponding to the amount of light determined by the intensity of light incident on the photoelectric conversion region of each photoelectric conversion unit PD and the length of the exposure time. .

半導体基板５１には、垂直方向に並べられた光電変換部ＰＤの各列の間に延設され、各光電変換部ＰＤから読み出された電荷を垂直方向に転送するための垂直電荷転送部５２が設けられている。また、固体撮像素子５は、垂直電荷転送部５２によって転送されてきた電荷を水平方向に転送するための水平電荷転送部５６と、水平電荷転送部５４を転送されてきた電荷を電圧信号に変換する電荷検出部５５と電圧信号を出力する出力アンプ５８とを備えている。垂直電荷転送部５２と水平電荷転送部５６との間には、垂直電荷転送部５２に転送する電荷を選択的に排出可能な垂直ドレイン部５３が設けられている。 The semiconductor substrate 51 is extended between the columns of the photoelectric conversion units PD arranged in the vertical direction, and a vertical charge transfer unit 52 for transferring charges read from the photoelectric conversion units PD in the vertical direction. Is provided. Further, the solid-state imaging device 5 converts the charges transferred by the vertical charge transfer unit 52 in the horizontal direction and the charges transferred by the horizontal charge transfer unit 54 into voltage signals. And an output amplifier 58 that outputs a voltage signal. Between the vertical charge transfer unit 52 and the horizontal charge transfer unit 56, a vertical drain unit 53 capable of selectively discharging charges transferred to the vertical charge transfer unit 52 is provided.

なお、本実施形態では、光電変換部ＰＤの配列は、光電変換部ＰＤの各列が隣り合う列に対して垂直方向に１／２ピッチづつずらして配置された構成である。しかし、光電変換部ＰＤの配列はこれに限定されず、光電変換部ＰＤが半導体基板５１表面に略正方向子状に配置されていてもよい。 In the present embodiment, the arrangement of the photoelectric conversion units PD is a configuration in which each column of the photoelectric conversion units PD is arranged with a ½ pitch shift in the vertical direction with respect to adjacent columns. However, the arrangement of the photoelectric conversion parts PD is not limited to this, and the photoelectric conversion parts PD may be arranged on the surface of the semiconductor substrate 51 in a substantially positive direction.

各垂直電荷転送部５２は、光電変換部ＰＤと隣り合う位置に、列方向に延設されており、１列分の光電変換部ＰＤのそれぞれから読み出された信号を、各垂直電荷転送部５２の列毎に電荷を列方向に転送する。図３に示すように、垂直電荷転送部５２はそれぞれ、半導体基板５１に形成された垂直電荷転送チャネル５２ｎと、半導体基板５１上にゲート絶縁膜を介して形成された複数の垂直電荷転送電極５２ａ，５２ｂとを備えている。複数の垂直電荷転送電極５２ａ，５２ｂに所定の電圧を印加して各垂直電荷転送チャネル５２ｎに所定の電位分布を形成し、各電極５２ａ，５２ｂに印加する電圧を順次に切り替えることで、垂直電荷転送部５２それぞれが、各画素の信号電圧を列方向に順次に転送する。複数の垂直電荷転送電極が、読み出し電圧が印加されることで、光電変換部ＰＤで生成された電荷を垂直電荷転送チャネル５２ｎに読み出す読み出し電極を兼ねた構成としてもよい。垂直電荷転送部５２の各列の読み出し電極に読み出し電圧を印加することで、一行分の光電変換部ＰＤの電荷を同時に読み出す。複数の垂直電荷転送電極５２ａ，５２ｂには、配置された位置に応じて４相や８相などの垂直転送制御信号φＶが入力される。 Each vertical charge transfer unit 52 extends in the column direction at a position adjacent to the photoelectric conversion unit PD, and a signal read from each of the photoelectric conversion units PD for one column is transmitted to each vertical charge transfer unit. Charge is transferred in the column direction for every 52 columns. As shown in FIG. 3, each of the vertical charge transfer units 52 includes a vertical charge transfer channel 52n formed on the semiconductor substrate 51 and a plurality of vertical charge transfer electrodes 52a formed on the semiconductor substrate 51 via a gate insulating film. , 52b. By applying a predetermined voltage to the plurality of vertical charge transfer electrodes 52a and 52b to form a predetermined potential distribution in each vertical charge transfer channel 52n, and sequentially switching the voltage applied to each electrode 52a and 52b, Each transfer unit 52 sequentially transfers the signal voltage of each pixel in the column direction. A plurality of vertical charge transfer electrodes may also serve as a read electrode that reads charges generated by the photoelectric conversion unit PD to the vertical charge transfer channel 52n when a read voltage is applied. By applying a read voltage to the read electrodes in each column of the vertical charge transfer unit 52, the charges of the photoelectric conversion units PD for one row are read simultaneously. A plurality of vertical charge transfer electrodes 52a and 52b are supplied with a vertical transfer control signal φV such as four-phase or eight-phase depending on the position where they are arranged.

垂直電荷転送部５２の出力側には電荷蓄積部として機能するラインメモリＬＭが配置されている。ラインメモリＬＭは垂直電荷転送部５２から出力される１行分の電荷を一時的に蓄積する。ラインメモリＬＭに蓄積された１行分の電荷は、ラインメモリＬＭから水平電荷転送部５６に転送され、その結果、水平電荷転送部５６に１行分の電荷が保持される。水平電荷転送部５６は、保持する１行分の電荷を１画素単位で行方向に順次に転送する。そして、水平電荷転送部５６で転送された電荷を電荷検出部５５に電圧に変換し、出力アンプ５８から信号を出力する。 A line memory LM that functions as a charge storage unit is disposed on the output side of the vertical charge transfer unit 52. The line memory LM temporarily accumulates charges for one row output from the vertical charge transfer unit 52. The charge for one row stored in the line memory LM is transferred from the line memory LM to the horizontal charge transfer unit 56, and as a result, the charge for one row is held in the horizontal charge transfer unit 56. The horizontal charge transfer unit 56 sequentially transfers the charge for one row to be held in the row direction in units of one pixel. Then, the charge transferred by the horizontal charge transfer unit 56 is converted into a voltage by the charge detection unit 55, and a signal is output from the output amplifier 58.

水平電荷転送部５６は、図３中矢印Ｘの方向に帯状に延在する１本の水平電荷転送チャネル５６ｎと、この水平電荷転送チャネル５６ｎの上方に形成された一対の水平転送電極５６ａ，５６ｂを有している。一対の水平転送電極５６ａ，５６ｂはそれぞれ、水平電荷転送チャネル５６ｎの長手方向に交互に配設されている。一対の水平転送電極５６ａ，５６ｂのうち、互いに隣り合う、一方の水平転送電極５６ａと他方の水平転送電極５６ｂとの対が電気的に共通に接続され、これら水平転送電極５６ａ，５６ｂが水平電荷転送チャネル５６ｎの長手方向に交互に配設されている。水平転送電極５６ａ，５６ｂは、それら対の位置に応じて位相が異なる４相の水平転送制御信号φＨが入力される。水平電荷転送チャネル５６ｎは、不純物濃度が相対的に高い領域（ｎ型不純物添加領域）と相対的に低い領域（ｎ−型不純物添加領域）とが交互に形成されている。ｎ型不純物添加領域はｎ−型不純物添加領域に対して常にポテンシャル・ウェル領域となり、ポテンシャル・ウェル領域内の電荷はポテンシャル・バリア領域によって移動が禁止される。したがって、水平転送電極５６ａ，５６ｂに印加する電圧の高さを制御することによって、ポテンシャル・バリア領域からポテンシャル・ウェル領域に向かう方向に電荷を転送することができる。 The horizontal charge transfer unit 56 includes one horizontal charge transfer channel 56n extending in a band shape in the direction of arrow X in FIG. 3 and a pair of horizontal transfer electrodes 56a and 56b formed above the horizontal charge transfer channel 56n. have. The pair of horizontal transfer electrodes 56a and 56b are alternately arranged in the longitudinal direction of the horizontal charge transfer channel 56n. Of the pair of horizontal transfer electrodes 56a and 56b, the pair of one horizontal transfer electrode 56a and the other horizontal transfer electrode 56b which are adjacent to each other are electrically connected in common, and these horizontal transfer electrodes 56a and 56b are connected to the horizontal charge. The transfer channels 56n are alternately arranged in the longitudinal direction. The horizontal transfer electrodes 56a and 56b receive a four-phase horizontal transfer control signal φH having different phases depending on the position of the pair. In the horizontal charge transfer channel 56n, regions having a relatively high impurity concentration (n-type impurity added regions) and regions having a relatively low impurity concentration (n− type impurity added regions) are alternately formed. The n-type impurity doped region is always a potential well region with respect to the n-type impurity doped region, and the charge in the potential well region is prohibited from moving by the potential barrier region. Therefore, by controlling the voltage applied to the horizontal transfer electrodes 56a and 56b, charges can be transferred in the direction from the potential barrier region to the potential well region.

垂直電荷転送制御信号φＶ，水平電荷転送制御信号φＨはそれぞれ、印加する電圧を規定するハイ（Ｈｉｇｈ）レベルの信号とロー（Ｌｏｗ）レベルの信号とを含む駆動パルスを用いる。 Each of the vertical charge transfer control signal φV and the horizontal charge transfer control signal φH uses a driving pulse including a high level signal and a low level signal that define a voltage to be applied.

垂直電荷転送部５２に垂直電荷転送制御信号φＶが入力され、水平電荷転送部５６に水平電荷転送制御信号φＨが入力される。垂直電荷転送制御信号φＶ，水平電荷転送制御信号φＨはそれぞれ、固体撮像素子駆動部１０に設けられた所定のタイミング信号発生回路によって生成される。 A vertical charge transfer control signal φV is input to the vertical charge transfer unit 52, and a horizontal charge transfer control signal φH is input to the horizontal charge transfer unit 56. Each of the vertical charge transfer control signal φV and the horizontal charge transfer control signal φH is generated by a predetermined timing signal generation circuit provided in the solid-state image sensor driving unit 10.

本実施形態の固体撮像素子は、垂直電荷転送部５２から水平電荷転送部５６に転送する電荷を選択的に排出可能な垂直ドレイン部５３を備えている。垂直ドレイン部５３は、各垂直電荷転送部５２ごとに設けられており、本実施形態では、垂直電荷転送部５２のＹ方向の端部近傍に位置するラインメモリＬＭに隣り合う位置に設けられている。垂直ドレイン部５３の位置は特に限定されず、垂直電荷転送部５２から転送される電荷を排出することができる範囲で変更することができる。 The solid-state imaging device according to this embodiment includes a vertical drain portion 53 that can selectively discharge charges transferred from the vertical charge transfer portion 52 to the horizontal charge transfer portion 56. The vertical drain portion 53 is provided for each vertical charge transfer portion 52. In this embodiment, the vertical drain portion 53 is provided at a position adjacent to the line memory LM located near the end portion of the vertical charge transfer portion 52 in the Y direction. Yes. The position of the vertical drain part 53 is not particularly limited, and can be changed within a range in which the charges transferred from the vertical charge transfer part 52 can be discharged.

次に、垂直ドレイン部５３の構成について説明する。図３に示すように、垂直ドレイン部５３は、電荷を半導体基板から排出するためのドレイン５３ａと、ドレイン５３ａに排出される電荷を取り出すためのドレイン電圧が印加される制御電極５３ｂとを備えている。電荷の排出を行う際には、制御電極５３ｂをオン状態に設定して、ゲートを開き、図３中破線の矢印で示すように垂直電荷転送部５２（図ではラインメモリＬＭ）から電荷をドレイン５３ａへ取り出し、取り出された電荷をドレイン５３で排出する。制御電極５３ｂがオフ状態に設定されている場合には、ラインメモリＬＭから排出されず、保持された電荷は水平電荷転送部５６へ電荷転送される。 Next, the configuration of the vertical drain part 53 will be described. As shown in FIG. 3, the vertical drain part 53 includes a drain 53a for discharging charges from the semiconductor substrate, and a control electrode 53b to which a drain voltage for extracting charges discharged to the drain 53a is applied. Yes. When discharging the charge, the control electrode 53b is set to the on state, the gate is opened, and the charge is drained from the vertical charge transfer unit 52 (the line memory LM in the figure) as shown by the broken line arrow in FIG. The extracted charge is discharged to the drain 53a. When the control electrode 53b is set to the off state, the retained charge is not discharged from the line memory LM, but is transferred to the horizontal charge transfer unit 56.

図４は、本実施形態の固体撮像素子の制御系を示す図である。
固体撮像素子５は、光電変換素子が配列される撮像領域は、前記列方向に分割された複数の第１領域と、前記行方向に分割された複数の第２領域を有している。固体撮像素子５は、撮像領域の、複数の第１領域と複数の第２領域とで分割される複数のエリアのうち、任意のエリアを１フレームとして出力することができる。なお、図４に示すように、本実施形態では一例として、撮像領域が４つの第１領域と４つの第２領域とによって１６（４行×４列）のエリアに分割されている構成を説明する。第１領域及び第２領域の分割される数や、撮像領域を分割するエリアの数は、本実施形態の構成に限定されない。また、出力されるフレームは、１つのエリアでなくてもよく、例えば互いに隣接する矩形のエリア（２×２のエリアなど）で構成されていてもよい。 FIG. 4 is a diagram illustrating a control system of the solid-state imaging device of the present embodiment.
The solid-state imaging device 5 has an imaging region in which photoelectric conversion elements are arranged, having a plurality of first regions divided in the column direction and a plurality of second regions divided in the row direction. The solid-state imaging device 5 can output an arbitrary area as one frame among a plurality of areas divided by the plurality of first regions and the plurality of second regions in the imaging region. As shown in FIG. 4, in the present embodiment, as an example, a configuration in which the imaging region is divided into 16 (4 rows × 4 columns) areas by four first regions and four second regions will be described. To do. The number of divisions of the first region and the second region and the number of areas into which the imaging region is divided are not limited to the configuration of the present embodiment. The output frame may not be one area, and may be composed of rectangular areas (2 × 2 areas, etc.) adjacent to each other, for example.

固体撮像素子には、撮像領域を分割する複数の第１領域のそれぞれの領域に独立して読み出し電圧を印加可能な電荷読み出し部として機能する読み出し電圧制御部６２が接続されている。読み出し電圧制御部６２によって読み出し電圧が印加されると、読み出し電圧が印加された第１領域に含まれる光電変換部ＰＤから電荷が垂直電荷転送部５２へ読み出される。一方で、読み出し電圧が印加されていない第１領域に含まれる光電変換部ＰＤからは、電荷が読み出されない。 The solid-state imaging device is connected to a read voltage control unit 62 that functions as a charge read unit that can apply a read voltage independently to each of the plurality of first regions that divide the imaging region. When the read voltage is applied by the read voltage control unit 62, the charge is read from the photoelectric conversion unit PD included in the first region to which the read voltage is applied to the vertical charge transfer unit 52. On the other hand, no charge is read from the photoelectric conversion unit PD included in the first region to which no read voltage is applied.

また、固体撮像素子には、撮像領域を行方向に分割する複数の第２領域のそれぞれの領域に独立してドレイン電圧を印加可能な垂直ドレイン部として機能するドレイン電圧制御部６４が接続されている。ドレイン電圧制御部６２によってドレイン電圧が印加されると、ドレイン電圧が印加された第２領域に含まれる垂直電荷転送部５２を転送される電荷が垂直ドレイン部５３によって排出される。一方で、ドレイン電圧が印加されていない第２領域に含まれる垂直電荷転送部５２の列からは電荷が水平電荷転送部５４に転送される。 In addition, a drain voltage control unit 64 that functions as a vertical drain unit capable of applying a drain voltage independently is connected to each of the plurality of second regions that divide the imaging region in the row direction. Yes. When the drain voltage is applied by the drain voltage control unit 62, the charges transferred through the vertical charge transfer unit 52 included in the second region to which the drain voltage is applied are discharged by the vertical drain unit 53. On the other hand, charges are transferred to the horizontal charge transfer unit 54 from the column of the vertical charge transfer units 52 included in the second region to which no drain voltage is applied.

次に、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法を説明する。なお、以下の駆動方法の説明において、固体撮像素子の構成は、上述した図１から図４に示す固体撮像素子の構成と同じであるものとし、必要に応じて適宜参照する。
図５は、固体撮像素子において選択された第１領域の電荷を読み出す手順を示す図である。図６は、固体撮像素子において選択された第２領域の電荷のみを水平電荷転送部（HCCD）によって転送する状態を示す図である。図５及び図６において、「Ｖ１」〜「Ｖ４」は複数の第１領域を示し、「ＶＤＲ１」〜「ＶＤＲ４」は垂直ドレイン部５３に選択的にドレイン電圧が印加される複数の第２領域を示している。また、垂直電荷転送部と水平電荷転送部との間のラインメモリは表記せず、省略する。なお、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、撮像領域の分割された複数のエリアのうち、右上のエリア（図中太線で囲んだエリア。以下、出力エリアともいう。）を１フレームで出力する際の動作を説明する。Ａ０，Ａ１，…は、出力エリアに読み出された電荷を表している。本実施形態では、複数の第１領域それぞれの前記列方向の大きさが同一であり、かつ、複数の第２領域それぞれの前記行方向の大きさが同一であるものとする。つまり、各エリアの寸法、つまり、各エリア同士の光電変換部の行の数が等しく、かつ、各エリア同士の光電変換部の列の数は等しいものとする。 Next, a method for driving the solid-state imaging device of this embodiment will be described. In the following description of the driving method, the configuration of the solid-state imaging device is assumed to be the same as the configuration of the solid-state imaging device shown in FIGS. 1 to 4 described above, and will be referred to as necessary.
FIG. 5 is a diagram illustrating a procedure for reading the charge in the first region selected in the solid-state imaging device. FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which only the charges in the second region selected in the solid-state imaging device are transferred by the horizontal charge transfer unit (HCCD). 5 and 6, “V1” to “V4” indicate a plurality of first regions, and “VDR1” to “VDR4” indicate a plurality of second regions where a drain voltage is selectively applied to the vertical drain portion 53. Is shown. Further, the line memory between the vertical charge transfer unit and the horizontal charge transfer unit is not shown and is omitted. In the present embodiment, as shown in FIG. 5A, an upper right area (area surrounded by a thick line in the figure, hereinafter also referred to as an output area) among a plurality of divided areas of the imaging region. The operation when outputting in one frame will be described. A0, A1,... Represent the charges read to the output area. In the present embodiment, it is assumed that each of the plurality of first regions has the same size in the column direction, and each of the plurality of second regions has the same size in the row direction. That is, the size of each area, that is, the number of rows of photoelectric conversion units in each area is equal, and the number of columns of photoelectric conversion units in each area is equal.

最初に、図５（ａ）に示すように、分割された複数の第１領域Ｖ１〜Ｖ４のうち、第１領域Ｖ４に読み出し電圧を印加する。すると、第１領域Ｖ４に含まれる垂直電荷転送部５２の読み出し電極の駆動によって光電変換部ＰＤから電荷がそれぞれの垂直電荷転送部５２に読み出される。つまり、図５（ａ）に示す固体撮像素子５の撮像領域において、第１領域Ｖ４に並列された４つのエリアでのみ電荷が読み出される。 First, as shown in FIG. 5A, a read voltage is applied to the first region V4 among the plurality of divided first regions V1 to V4. Then, charges are read from the photoelectric conversion units PD to the respective vertical charge transfer units 52 by driving the read electrodes of the vertical charge transfer units 52 included in the first region V4. That is, in the imaging region of the solid-state imaging device 5 shown in FIG. 5A, charges are read out only in four areas arranged in parallel with the first region V4.

図５（ｂ）に示すように、垂直電荷転送部５２を転送駆動し、第１領域Ｖ４の垂直電荷転送部５２に読み出された電荷Ａ０を、第１領域Ｖ４の垂直電荷転送部５２の行の数と同じ行数だけ列の方向に転送する。こうすることで、第１領域Ｖ４の電荷Ａ０を第１領域Ｖ３へ転送することができる。 As shown in FIG. 5B, the vertical charge transfer unit 52 is driven to transfer, and the charge A0 read to the vertical charge transfer unit 52 in the first region V4 is transferred to the vertical charge transfer unit 52 in the first region V4. Transfer in the direction of the column as many rows as there are rows. In this way, the charge A0 in the first region V4 can be transferred to the first region V3.

次に、図５（ｃ）に示すように、出力エリアの電荷Ａ０を第１領域Ｖ３に転送した後、第１領域Ｖ４に読み出し電圧を印加することで、出力エリアに電荷Ａ１を読み出す。電荷Ａ１は、出力の際には、電荷Ａ０のフレームに対して次のフレームに相当する。その後、図５（ｄ）に示すように、垂直電荷転送部５２を転送駆動し、第１領域Ｖ４の電荷Ａ１と第１領域Ｖ３の電荷Ａ０とを、それぞれ出力エリアの行の数と同じ数だけ列の方向に転送する。そして、出力エリアに電荷Ａ２を読み出す。電荷Ａ２は、電荷Ａ１のフレームの次のフレームに相当する。 Next, as shown in FIG. 5C, after the charge A0 in the output area is transferred to the first region V3, the read voltage is applied to the first region V4, thereby reading the charge A1 in the output area. The charge A1 corresponds to the next frame with respect to the frame of the charge A0 at the time of output. Thereafter, as shown in FIG. 5D, the vertical charge transfer unit 52 is driven to transfer, and the charge A1 in the first region V4 and the charge A0 in the first region V3 are respectively equal to the number of rows in the output area. Only transfer in the column direction. Then, the charge A2 is read out to the output area. The charge A2 corresponds to the next frame after the frame of the charge A1.

図６（ａ）に示すように、垂直電荷転送部５２を転送駆動し、第１領域Ｖ４〜Ｖ２の電荷Ａ２〜Ａ０をそれぞれ１エリア分だけ列の方向に転送する。こうすることで、第１領域Ｖ４の電荷Ａ２が第１領域Ｖ３へ移動し、第１領域Ｖ３の電荷Ａ１が第１領域Ｖ２へ移動し、第１領域Ｖ２の電荷Ａ０が第１領域Ｖ１へ移動する。その後、出力エリアに電荷Ａ３を読み出す。 As shown in FIG. 6A, the vertical charge transfer unit 52 is driven to transfer, and the charges A2 to A0 in the first regions V4 to V2 are transferred in the column direction by one area, respectively. Thus, the charge A2 in the first region V4 moves to the first region V3, the charge A1 in the first region V3 moves to the first region V2, and the charge A0 in the first region V2 moves to the first region V1. Moving. Thereafter, the charge A3 is read out to the output area.

次に、図６（ｂ）に示すように、出力エリアに読み出された電荷をラインメモリに転送する。ここで、第２領域ＶＤＲ１〜ＶＤＲ４のうち、第２領域ＶＤＲ１〜３に含まれる各垂直電荷転送部５２に対応する垂直ドレイン部にドレイン電圧を印加することで、第２領域ＶＤＲ１〜３に含まれる垂直電荷転送部５２の電荷が排出される。一方で、垂直ドレイン電圧が印加されない第２領域ＶＤＲ４に存在し、かつ、垂直電荷転送部５２の転送方向において最終エリアに相当する第１領域Ｖ１に存在する電荷Ａ０の一部がラインメモリから水平電荷転送部５６に転送される。垂直電荷転送部５２から水平電荷転送部５６への１回の転送で、第２領域ＶＤＲ４の垂直電荷転送部５２の列の数に相等する電荷が転送される。 Next, as shown in FIG. 6B, the charges read to the output area are transferred to the line memory. Here, among the second regions VDR1 to VDR4, the drain voltage is applied to the vertical drain portions corresponding to the vertical charge transfer units 52 included in the second regions VDR1 to VDR3, thereby being included in the second regions VDR1 to VDR3. The charge of the vertical charge transfer unit 52 is discharged. On the other hand, a part of the charge A0 that exists in the second region VDR4 to which no vertical drain voltage is applied and that exists in the first region V1 corresponding to the final area in the transfer direction of the vertical charge transfer unit 52 is horizontal from the line memory. The charge is transferred to the charge transfer unit 56. In one transfer from the vertical charge transfer unit 52 to the horizontal charge transfer unit 56, a charge equivalent to the number of columns of the vertical charge transfer unit 52 in the second region VDR4 is transferred.

図６（ｃ）に示すように、水平電荷転送部５６に読み出された電荷を、該電荷が読み出された出力エリアの第２領域に含まれる垂直電荷転送部５２の列の分（つまり、第２領域の１領域分）だけ、水平方向に転送する。このとき、電荷Ａ０を転送した分だけ電荷Ａ１〜Ａ３も転送される。そして、図６（ｄ）のように水平転送を繰り返すことで、第１領域Ｖ１及び第２領域ＶＤＲ４のエリアの電荷Ａ０を出力する。その後、水平電荷転送部５６に読み出された電荷を、読み出された第２領域に含まれる垂直電荷転送部５２の列の分だけ転送した後、該水平電荷転送部５６での転送を一旦停止し、第１領域の電荷を列方向に転送する動作を繰り返すことで、電荷Ａ１〜Ａ３を順次に転送し、出力する。 As shown in FIG. 6C, the charges read out by the horizontal charge transfer unit 56 are divided into the columns of the vertical charge transfer units 52 included in the second area of the output area from which the charges are read out (that is, , One area of the second area) is transferred in the horizontal direction. At this time, charges A1 to A3 are transferred as much as the charge A0 is transferred. Then, by repeating the horizontal transfer as shown in FIG. 6D, the charges A0 in the areas of the first region V1 and the second region VDR4 are output. After that, the charges read to the horizontal charge transfer unit 56 are transferred by the amount of the columns of the vertical charge transfer units 52 included in the read second area, and then the transfer by the horizontal charge transfer unit 56 is temporarily performed. By stopping and repeating the operation of transferring the charge in the first region in the column direction, the charges A1 to A3 are sequentially transferred and output.

図５及び図６に示す手順を繰り返し、撮像時に出力エリアで得られた電荷Ａ０〜Ａ３をそれぞれ１フレームで出力する駆動を行うことで、撮像領域全体の電荷を１フレームで読み出す駆動を行うことに比較して、駆動時間を約１６倍高速にすることができる。言い換えると、図５及び図６に示す手順によれば、電荷の出力にかかる時間を約１／１６に短縮することができる。 The procedure shown in FIG. 5 and FIG. 6 is repeated, and driving for outputting the charges A0 to A3 obtained in the output area at the time of imaging in one frame is performed to read out the charges in the entire imaging region in one frame. Compared to the above, the driving time can be increased about 16 times. In other words, according to the procedure shown in FIGS. 5 and 6, the time required to output the charge can be reduced to about 1/16.

上記構成によれば、撮像領域が、垂直電荷転送部５２の複数の第１領域と水平電荷転送部５６の複数の第２領域とによって複数のエリアに分割されており、第１領域及び第２領域に独立して電圧を印加することで、撮像領域における任意のエリアを選択して、そのエリアを１フレームとして出力することができる。このとき、垂直ドレイン部に印加するドレイン電圧を制御することで、任意のエリアの電荷のみを水平電荷転送部で転送させるとともに、任意のエリア以外のエリアの電荷を排出することができ、全部のエリアの電荷を読み出す時間に対してより早く任意のエリアの電荷のみを高速読み出しすることが可能となる。 According to the above configuration, the imaging region is divided into a plurality of areas by the plurality of first regions of the vertical charge transfer unit 52 and the plurality of second regions of the horizontal charge transfer unit 56, and the first region and the second region. By independently applying a voltage to the area, an arbitrary area in the imaging area can be selected and the area can be output as one frame. At this time, by controlling the drain voltage applied to the vertical drain portion, only the charges in an arbitrary area can be transferred by the horizontal charge transfer portion, and the charges in the areas other than the arbitrary area can be discharged. Only the charge in an arbitrary area can be read at high speed earlier than the time for reading out the charge in the area.

複数の第１領域Ｖ１〜Ｖ４それぞれの列方向の大きさが同一で、かつ、第２領域ＶＤＲ１〜ＶＤＲ４それぞれの行方向の大きさが同一とすれば、垂直転送時に電荷を隣接する第１領域へ転送する時間を全て等しくでき、また、水平転送時に電荷を隣接する第２領域へ転送する時間を全て等しくできる。このため、駆動制御が行いやすくなる。第１領域Ｖ１〜Ｖ４それぞれの列方向の大きさか、または、第２領域ＶＤＲ１〜ＶＤＲ４それぞれの行方向の大きさを同一としてもよい。
上記実施形態では、第１領域Ｖ１と第２領域ＶＤＲ４とに区画された１つのエリアを出力エリアとしたが、互いに隣接する複数のエリアで形成される矩形エリアを出力エリアとしてもよい。こうすれば、撮影者の任意の大きさのエリアの撮像信号を高速に得ることができる。 If the size in the column direction of each of the plurality of first regions V1 to V4 is the same and the size in the row direction of each of the second regions VDR1 to VDR4 is the same, the first region adjacent to the charge during vertical transfer The time for transferring to all the time can be made equal, and the time for transferring the charge to the adjacent second region at the time of horizontal transfer can be made all equal. This facilitates drive control. The size in the column direction of each of the first regions V1 to V4 or the size in the row direction of each of the second regions VDR1 to VDR4 may be the same.
In the above embodiment, one area divided into the first area V1 and the second area VDR4 is used as the output area, but a rectangular area formed by a plurality of areas adjacent to each other may be used as the output area. By so doing, it is possible to obtain an imaging signal of an area of an arbitrary size of the photographer at high speed.

次に、本発明にかかる固体撮像素子の駆動方法の第２実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。 Next, a second embodiment of the solid-state image sensor driving method according to the present invention will be described. In the embodiments described below, members having the same configuration / action as those already described are denoted by the same or corresponding reference numerals in the drawings, and description thereof is simplified or omitted.

図７は、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法の手順の一部を説明する図である。図８は、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態では、撮像領域のうち第１領域と前記第２領域とによって分割された複数のエリアのうち所定のエリアを選択し、該所定のエリアをオートフォーカスエリア（以下、ＡＦエリアという。）に設定し、ＡＦエリアのみを上記第１実施形態の駆動方法において高速処理する。 FIG. 7 is a diagram for explaining a part of the procedure of the method for driving the solid-state imaging device of the present embodiment. FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of the method for driving the solid-state imaging device of the present embodiment. In the present embodiment, a predetermined area is selected from a plurality of areas divided by the first area and the second area in the imaging area, and the predetermined area is referred to as an autofocus area (hereinafter referred to as an AF area). In the driving method of the first embodiment, only the AF area is processed at high speed.

最初に、固体撮像素子は、ＡＦエリアを指定するモードか否かを判別し、ＡＦエリアを指定するモードではないときには、通常の撮影モードに設定する。通常の撮影モードでは、撮像領域の全てで電荷の読み出しを行い、１フレームとして出力する。 First, the solid-state imaging device determines whether or not it is a mode for designating an AF area, and when it is not a mode for designating an AF area, it is set to a normal photographing mode. In the normal shooting mode, the charge is read out in the entire imaging area and output as one frame.

ＡＦエリアを指定するモードであると判別すると、ＡＦエリアを選択するステップに移る。このステップでは、ユーザーがオートフォーカス処理を実行したい領域を選択する。図７に示すように、本実施形態では、撮像領域における人物の顔の位置に基づいて、第１領域Ｖと第２領域ＶＤＲ３とによって区画されるエリアをＡＦ動作を行うエリアに選択した。本実施形態では、このＡＦ動作を行うエリアの電荷Ａ０を１フレームで出力する。このとき、顔認識処理などを用いることで、撮像装置側がＡＦエリアを自動で選択してもよい。 If it is determined that the mode is an AF area designation mode, the process proceeds to an AF area selection step. In this step, the user selects an area where autofocus processing is desired. As shown in FIG. 7, in this embodiment, based on the position of the person's face in the imaging area, the area divided by the first area V and the second area VDR3 is selected as the area for performing the AF operation. In the present embodiment, the charge A0 of the area where the AF operation is performed is output in one frame. At this time, by using face recognition processing or the like, the imaging apparatus side may automatically select the AF area.

ＡＦ動作を行うエリアを選択した後、撮像装置の表示部２３に撮像領域全体のスルー画をムービーモード（ＭＶモード）で表示する動作を実行する。そして、ユーザーの所定の操作が行われると、先に選択されたＡＦ動作を行うエリアについてＡＦ処理が実行される。ここで、ユーザーの所定の操作とは、例えば、レリーズボタンの半押しなどの操作である。 After selecting the area where the AF operation is to be performed, an operation of displaying a through image of the entire imaging region in the movie mode (MV mode) on the display unit 23 of the imaging device is executed. Then, when a predetermined operation of the user is performed, the AF process is executed for the area where the previously selected AF operation is performed. Here, the predetermined operation by the user is, for example, an operation such as half-pressing a release button.

選択されたＡＦ動作を行うエリアについてＡＦ処理では、上記第１実施形態の駆動方法の手順と同様に、選択されたＡＦ動作を行うエリアを出力エリアとして１フレームで高速に出力する動作が実行される。具体的には、第１領域Ｖ３に対応する行と第２領域ＶＤＲ３に対応する列に含まれる光電変換部ＰＤで生成された電荷を１フレームで出力する。このとき、選択された第１領域Ｖ３の光電変換部ＰＤの電荷を転送し、選択された第２領域ＶＤＲ２の垂直電荷転送部５２の電荷のみを出力し、第２領域ＶＤＲ１，２及び４の垂直ドレイン部５３をオン状態とすることで、第２領域ＶＤＲ１，２及び４の垂直電荷転送部５２の電荷を排出する。こうすることで、選択されたＡＦ動作を行うエリアを１フレームで高速に出力する。 In the AF process for the area where the selected AF operation is performed, an operation for outputting the selected AF operation as an output area at a high speed in one frame is executed in the same manner as the procedure of the driving method of the first embodiment. The Specifically, the charges generated by the photoelectric conversion units PD included in the row corresponding to the first region V3 and the column corresponding to the second region VDR3 are output in one frame. At this time, the charge of the photoelectric conversion unit PD of the selected first region V3 is transferred, and only the charge of the vertical charge transfer unit 52 of the selected second region VDR2 is output, and the second regions VDR1, 2, and 4 By turning on the vertical drain portion 53, the charges of the vertical charge transfer portions 52 in the second regions VDR1, 2 and 4 are discharged. In this way, the area where the selected AF operation is performed is output at high speed in one frame.

ＡＦ処理された画像のＡＦ値を評価し、ＡＦエリアの合焦の度合いを判別する。ここで、ＡＦエリアの合焦が不適正等の理由によって再度ＡＦ処理が必要な場合には、レンズ駆動部８によってレンズ１の位置を調整し、再度、選択されたＡＦエリアについて、１フレームで高速に出力する動作が実行される。ＡＦエリアの合焦が適性であると判定されると、ＡＦ完了となる。
本実施形態によれば、撮像領域の所定のエリアのみを高速にＡＦ処理することが可能となる。 The AF value of the AF-processed image is evaluated to determine the degree of focus of the AF area. Here, when the AF process is necessary again because the AF area is out of focus or the like, the position of the lens 1 is adjusted by the lens driving unit 8, and the selected AF area is once again in one frame. The operation of outputting at high speed is executed. When it is determined that the focus of the AF area is appropriate, AF is completed.
According to the present embodiment, it is possible to perform AF processing only on a predetermined area of the imaging area at high speed.

次に、本発明にかかる固体撮像素子の駆動方法の第３実施形態を説明する。
図９は、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法の手順の一部を説明する図である。図１０は、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態では、撮像領域全体の電荷を１フレームで出力して画像を表示し、撮像領域における第１領域と前記第２領域とによって分割された複数のエリアのうち所定のエリアを選択し、該所定のエリアを上記第１実施形態の駆動方法を用いて高速処理することで、撮像領域全体の表示する際に、所定のエリアを高速に更新して表示する。 Next, a third embodiment of the driving method of the solid-state imaging device according to the present invention will be described.
FIG. 9 is a diagram for explaining a part of the procedure of the method for driving the solid-state imaging device of the present embodiment. FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the method for driving the solid-state imaging device of the present embodiment. In this embodiment, the charge of the entire imaging region is output in one frame to display an image, a predetermined area is selected from a plurality of areas divided by the first region and the second region in the imaging region, By processing the predetermined area at high speed using the driving method of the first embodiment, the predetermined area is updated and displayed at high speed when the entire imaging area is displayed.

最初に、固体撮像素子は、撮像領域に表示されるムービーの一部を高速で表示するモード（例えば、部分高速ＭＶモードという。）か否かを判別し、部分高速ＭＶモードではないときには、通常の撮影モードに設定する。通常の撮影モードでは、撮像領域の全てで電荷の読み出しを行い、１フレームとして出力する。ムービーモードでは、垂直方向及び水平方向に間引いた信号電荷を得ている。垂直方向の間引きは、光電変換素子から垂直電荷転送部への読み出しを間引いたり、垂直方向の複数の光電変換素子の電荷を垂直電荷転送部で加算（混合）させたりすることによって実現される。また、水平方向の間引きは、ラインメモリによって垂直電荷転送部から水平電荷転送部への転送列を間引いたり、水平電荷転送部において複数の垂直電荷転送部からの電荷を加算（混合）することによって実現される。 First, the solid-state imaging device determines whether or not it is a mode for displaying a part of a movie displayed in the imaging area at a high speed (for example, a partial high-speed MV mode). Set to the shooting mode. In the normal shooting mode, the charge is read out in the entire imaging area and output as one frame. In the movie mode, signal charges thinned out in the vertical direction and the horizontal direction are obtained. The thinning out in the vertical direction is realized by thinning out reading from the photoelectric conversion element to the vertical charge transfer unit or adding (mixing) charges of a plurality of photoelectric conversion elements in the vertical direction in the vertical charge transfer unit. Further, thinning out in the horizontal direction is performed by thinning out a transfer column from the vertical charge transfer unit to the horizontal charge transfer unit using a line memory, or by adding (mixing) charges from a plurality of vertical charge transfer units in the horizontal charge transfer unit. Realized.

部分高速ＭＶモードであると判別すると、高速表示エリアを選択するステップに移る。このステップでは、ユーザーが撮像領域において高速に表示したいエリアを選択する。図９（ａ）に示すように、撮像領域に人物の画像を表示する場合には、撮像領域を構成する複数のエリアと人物の顔の位置とを比較し、図９（ｂ）に示すように第１領域Ｖ１〜Ｖ４と第２領域ＶＤＲ１〜ＶＤＲ４とによって区画される複数のエリアから所定のエリアを高速表示エリアに選択する。本実施形態では、高速表示エリアの電荷Ａｎを１フレームで繰り返して出力する。なお、高速表示エリアの選択は、顔認識処理などを用いることで、撮像装置側が自動で処理されてもよい。 If it is determined that the partial high-speed MV mode is selected, the process proceeds to a step of selecting a high-speed display area. In this step, the user selects an area to be displayed at high speed in the imaging area. As shown in FIG. 9A, when a person image is displayed in the imaging area, a plurality of areas constituting the imaging area are compared with the position of the person's face, as shown in FIG. 9B. A predetermined area is selected as a high-speed display area from a plurality of areas partitioned by the first area V1 to V4 and the second area VDR1 to VDR4. In the present embodiment, the charge An in the high-speed display area is repeatedly output in one frame. The selection of the high-speed display area may be automatically processed on the imaging device side by using a face recognition process or the like.

部分高速エリアを選択した後、撮像装置の表示部２３に撮像領域全体のスルー画をムービーを表示する動作を開始する。 After selecting the partial high-speed area, an operation of displaying a movie of a through image of the entire imaging area on the display unit 23 of the imaging apparatus is started.

図９（ｃ）に示すように、撮像領域の全体で撮像された画像のムービーを表示するため、該撮像領域に含まれる全てのエリアａ１〜ａ１６の電荷が１回読み出しされ、出力される。このとき、固体撮像素子の駆動動作は、通常モードの動作と同じである。 As shown in FIG. 9C, in order to display a movie of an image captured in the entire imaging region, the charges in all the areas a1 to a16 included in the imaging region are read once and output. At this time, the driving operation of the solid-state imaging device is the same as the operation in the normal mode.

続いて、上記第１実施形態の駆動方法の手順と同様に、選択された高速表示を出力エリアとして１フレームで高速に出力する動作が実行される。具体的には、第１領域Ｖ３に対応する行と第２領域ＶＤＲ３に対応する列に含まれる光電変換部ＰＤで生成された電荷を１フレームで出力する。このとき、選択された第１領域Ｖ３の光電変換部ＰＤの電荷を転送し、選択された第２領域ＶＤＲ２の垂直電荷転送部５２の電荷のみを出力し、第２領域ＶＤＲ１，２及び４の垂直ドレイン部５３をオン状態とすることで、第２領域ＶＤＲ１，２及び４の垂直電荷転送部５２の電荷を排出する。こうすることで、選択された高速表示エリアを１フレームで出力する。 Subsequently, similarly to the procedure of the driving method of the first embodiment, an operation of outputting at a high speed in one frame using the selected high-speed display as an output area is executed. Specifically, the charges generated by the photoelectric conversion units PD included in the row corresponding to the first region V3 and the column corresponding to the second region VDR3 are output in one frame. At this time, the charge of the photoelectric conversion unit PD of the selected first region V3 is transferred, and only the charge of the vertical charge transfer unit 52 of the selected second region VDR2 is output, and the second regions VDR1, 2, and 4 By turning on the vertical drain portion 53, the charges of the vertical charge transfer portions 52 in the second regions VDR1, 2 and 4 are discharged. By doing so, the selected high-speed display area is output in one frame.

本実施形態では、一例として、全エリアの電荷を１回読み出し、通常の１つのフレームを出力し、高速表示エリアのみの電荷を１６回読み出し、１６のフレームを出力する。 In the present embodiment, as an example, the charges in all the areas are read once, one normal frame is output, the charges in only the high-speed display area are read 16 times, and 16 frames are output.

表示部２３に全エリアのフレームに基づいて生成された画像を表示するとともに、当該画像に合成される画像を生成するために高速表示エリアについて電荷を複数回読み出す。こうして、撮像領域のうち高速表示エリアは連続するフレームによって高速で表示を更新し、更新された高速表示エリアのフレームを全エリアのフレームに合成することで生成された画像を表示することができる。撮影終了の指示があるまでの間、所定の感覚で全エリアの電荷の読み出し、転送、出力を繰り返すと共に、全エリアのうち高速表示エリアについては、同様に複数回読み出して、フレームを逐次出力し、表示される画像を更新する。 The display unit 23 displays an image generated based on the frames of the entire area, and reads out charges from the high-speed display area a plurality of times in order to generate an image to be combined with the image. Thus, the high-speed display area of the imaging area can be updated at high speed with successive frames, and an image generated by combining the frames of the updated high-speed display area with the frames of all areas can be displayed. Until the end of shooting is instructed, the readout, transfer and output of charges in all areas are repeated in a predetermined manner, and the high-speed display area of all areas is similarly read multiple times and the frames are output sequentially. , Update the displayed image.

本実施形態では、全エリアのフレームを１／３０秒で出力し、続いて高速表示エリアのフレームを１／３０秒で１６回出力し、再び全エリアのフレームを１／３０秒で出力する、といった手順を繰り返すことで、ムービーモードの場合に重要な部分のみを高いフレームレートで表示することが可能となる。撮像領域において、人物と背景とが撮像領域に含まれる場合には、人物の特定の部分を高速表示エリアに選択することで、背景のフレームレートを１５ｆｐｓとすると、人物の特定の部分のみのフレームレートを１５×１６ｆｐｓにすることができる。 In this embodiment, the frames of the entire area are output in 1/30 seconds, then the frames of the high-speed display area are output 16 times in 1/30 seconds, and the frames of the entire area are output again in 1/30 seconds. By repeating such a procedure, it becomes possible to display only an important part at a high frame rate in the movie mode. In the imaging area, when the person and the background are included in the imaging area, a specific part of the person is selected as the high-speed display area, and the frame rate of the background is 15 fps. The rate can be 15 × 16 fps.

また、録画モード（RECモード）の場合には、人物像を撮影する際に、目を開けているフレームや笑顔のフレームだけを選択して合成することや、複数のフレームを合成して、例えば、移動体の軌跡を同一の静止画中に表示することも可能である。 In the recording mode (REC mode), when shooting a human image, select and combine only open frames or smiling frames, or combine multiple frames. It is also possible to display the trajectory of the moving object in the same still image.

本発明にかかる固体撮像素子を備えた撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the imaging device provided with the solid-state image sensor concerning this invention. 第１実施形態の固体撮像素子の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the solid-state image sensor of 1st Embodiment. 第１実施形態の固体撮像素子の構成の一部を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically a part of structure of the solid-state image sensor of 1st Embodiment. 第１実施形態の固体撮像素子の制御系を示す図である。It is a figure which shows the control system of the solid-state image sensor of 1st Embodiment. 第１実施形態の固体撮像素子において選択された第１領域の電荷を読み出す手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure which reads the electric charge of the 1st area | region selected in the solid-state image sensor of 1st Embodiment. 固体撮像素子において選択された第２領域の電荷のみを水平電荷転送部（HCCD）によって転送する状態を示す図である。It is a figure which shows the state which transfers only the charge of the 2nd area | region selected in the solid-state image sensor by a horizontal charge transfer part (HCCD). 第２実施形態の固体撮像素子の駆動方法の手順の一部を説明する図である。It is a figure explaining a part of procedure of the drive method of the solid-state image sensor of 2nd Embodiment. 第２実施形態の固体撮像素子の駆動方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the drive method of the solid-state image sensor of 2nd Embodiment. 第３実施形態の固体撮像素子の駆動方法の手順の一部を説明する図である。It is a figure explaining a part of procedure of the drive method of the solid-state image sensor of 3rd Embodiment. 第３実施形態の固体撮像素子の駆動方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the drive method of the solid-state image sensor of 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

５固体撮像素子
５２垂直電荷転送部
５３垂直ドレイン部
５６水平電荷転送部
ＰＤ光電変換部
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４第１領域
ＶＤＲ１，ＶＤＲ２，ＶＤＲ３，ＶＤＲ４第２領域 5 Solid-state image sensor 52 Vertical charge transfer unit 53 Vertical drain unit 56 Horizontal charge transfer unit PD Photoelectric conversion unit V1, V2, V3, V4 First region VDR1, VDR2, VDR3, VDR4 Second region

Claims

行方向及び列方向に２次元配置された複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子に隣接して設けられ、前記光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記複数の光電変換素子と前記垂直転送部との間に設けられ、前記光電変換素子で発生した電荷を前記垂直転送部に読み出す電荷読み出し部と、
前記垂直転送部によって転送される電荷を、行方向に転送する水平転送部と、
前期垂直転送部に隣接して設けられ、前記垂直転送部によって転送される電荷を排出する垂直ドレイン部と、とを備え、
前記光電変換素子が配列される撮像領域は、前記列方向に分割された複数の第１領域と、前記行方向に分割された複数の第２領域を有しており、
前記電荷読み出し部は、前記第１の領域毎に独立駆動可能であり、
前記垂直ドレイン部は、前記第２の領域毎に独立駆動可能である固体撮像素子。 A plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction;
A plurality of vertical transfer units that are provided adjacent to the photoelectric conversion elements and transfer charges generated in the photoelectric conversion elements in a column direction;
A charge reading unit that is provided between the plurality of photoelectric conversion elements and the vertical transfer unit, and reads the charge generated in the photoelectric conversion element to the vertical transfer unit;
A horizontal transfer unit that transfers charges transferred by the vertical transfer unit in a row direction;
A vertical drain portion provided adjacent to the vertical transfer portion in the previous period and discharging charges transferred by the vertical transfer portion, and
The imaging region in which the photoelectric conversion elements are arranged has a plurality of first regions divided in the column direction and a plurality of second regions divided in the row direction,
The charge readout unit can be independently driven for each of the first regions,
The vertical drain portion is a solid-state imaging device that can be independently driven for each of the second regions.

前記複数の第１領域それぞれの前記列方向の大きさが同一である請求項１に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the plurality of first regions have the same size in the column direction.

前記複数の第２領域それぞれの前記行方向の大きさが同一である請求項１又は２に記載の固体撮像素子。 3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein each of the plurality of second regions has the same size in the row direction.

上記請求項１から３のいずれかに記載の固体撮像素子を備えた撮像装置。 The imaging device provided with the solid-state image sensor in any one of the said Claim 1 to 3.

行方向及び列方向に２次元配置された複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子に隣接して設けられ、前記光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記複数の光電変換素子と前記垂直転送部との間に設けられ、前記光電変換素子で発生した電荷を前記垂直転送部に読み出す電荷読み出し部と、
前記垂直転送部によって転送される電荷を、行方向に転送する水平転送部と、
前期垂直転送部に隣接して設けられ、前記垂直転送部によって転送される電荷を排出する垂直ドレイン部と、とを備え、
前記光電変換素子が配列される撮像領域は、前記列方向に分割された複数の第１領域と、前記行方向に分割された複数の第２領域を有しており、
前記電荷読み出し部は、前記第１の領域毎に独立駆動可能であり、
前記垂直ドレイン部は、前記第２の領域毎に独立駆動可能である固体撮像素子の駆動方法であって、
前記電荷読み出し部を制御して、前記複数の第１領域のうちいずれかの領域に含まれる前記光電変換部で生成された電荷を読み出し、読み出した電荷のうち前記複数の第２領域のうちいずれかの領域に含まれる前記垂直電荷転送部の電荷のみを出力し、その他の前記垂直電荷転送部の電荷を前記垂直ドレイン部によって排出する固体撮像素子の駆動方法。 A plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally in a row direction and a column direction;
A plurality of vertical transfer units that are provided adjacent to the photoelectric conversion elements and transfer charges generated in the photoelectric conversion elements in a column direction;
A charge reading unit that is provided between the plurality of photoelectric conversion elements and the vertical transfer unit, and reads the charge generated in the photoelectric conversion element to the vertical transfer unit;
A horizontal transfer unit that transfers charges transferred by the vertical transfer unit in a row direction;
A vertical drain portion provided adjacent to the vertical transfer portion in the previous period and discharging charges transferred by the vertical transfer portion, and
The imaging region in which the photoelectric conversion elements are arranged has a plurality of first regions divided in the column direction and a plurality of second regions divided in the row direction,
The charge readout unit can be independently driven for each of the first regions,
The vertical drain portion is a driving method of a solid-state imaging device that can be independently driven for each of the second regions,
The charge readout unit is controlled to read out the charge generated by the photoelectric conversion unit included in any one of the plurality of first regions, and any of the plurality of second regions out of the read charges A method for driving a solid-state imaging device that outputs only the charges of the vertical charge transfer unit included in the region and discharges the charges of the other vertical charge transfer units by the vertical drain unit.

前記複数の第１領域それぞれの前記列方向の大きさが同一である請求項５に記載の固体撮像素子の駆動方法。 The method for driving a solid-state imaging element according to claim 5, wherein each of the plurality of first regions has the same size in the column direction.

前記複数の第２領域それぞれの前記行方向の大きさが同一である請求項５又は６に記載の固体撮像素子の駆動方法。 The method for driving a solid-state imaging device according to claim 5, wherein each of the plurality of second regions has the same size in the row direction.

前記水平電荷転送部に読み出された電荷を、読み出された前記第２領域に含まれる前記垂直電荷転送部の列の分だけ転送した後、該水平電荷転送部での転送を一旦停止し、前記第１領域の電荷を列方向に転送する請求項５から７のいずれかに記載の固体撮像素子の駆動方法。 After the charge read to the horizontal charge transfer unit is transferred by the column of the vertical charge transfer unit included in the read second area, the transfer at the horizontal charge transfer unit is temporarily stopped. The method for driving a solid-state imaging device according to claim 5, wherein charges in the first region are transferred in a column direction.

前記第１領域に含まれる前記光電変換部の行と同じ行数だけ前記垂直電荷転送部によって転送した後、次のフレームの読み出しを行う請求項５又は８に記載の固体撮像素子。 9. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the next frame is read after being transferred by the vertical charge transfer unit by the same number of rows as the photoelectric conversion unit included in the first region.

前記撮像領域のおいて前記第１領域と前記第２領域とによって分割された複数のエリアのうち、所定のエリアが選択され、該エリアの電荷を１フレームで出力する請求項６から９のいずれかに記載の固体撮像素子の駆動方法。 10. The device according to claim 6, wherein a predetermined area is selected from a plurality of areas divided by the first area and the second area in the imaging area, and charges in the area are output in one frame. A driving method of the solid-state imaging device according to claim 1.

前記所定のエリアがオートフォーカス処理される請求項１０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 10, wherein the predetermined area is subjected to autofocus processing.

前記撮像領域の電荷を１フレームの画像で表示するときに、当該１フレームの画像の一部に合成される画像を生成するため、前記所定のエリアの電荷が複数回読み出される請求項１０に記載の固体撮像素子の駆動方法。 The charge of the predetermined area is read out a plurality of times in order to generate an image to be combined with a part of the image of the one frame when displaying the charge of the imaging region as a frame image. Driving method for a solid-state image sensor.