JP2011071890A - Method of driving ccd type solid-state image sensor, and imaging apparatus - Google Patents

Method of driving ccd type solid-state image sensor, and imaging apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To read out captured image signals at a high frame rate, without increasing a drive frequency of a vertical charge transfer path, when partially reading captured image signals from an image capturing area. <P>SOLUTION: A method of driving a CCD type solid-state image sensor includes a plurality of pixels formed in a two-dimensional array shape in an image capturing area of a semiconductor substrate and a vertical charge transfer path formed along pixel columns composed of the pixels. When performing interlaced readout of captured image signals from the image capturing area and using only captured image signals read from a partial area of the image capturing area, unwanted charges read from remaining areas of the image capturing area are transferred and discarded utilizing an empty packet which is formed when transferring signal charges read from the partial area through the vertical charge transfer path. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ＣＣＤ型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 method for driving a CCD solid-state imaging device and an imaging apparatus.

近年のＣＣＤ型固体撮像素子は多画素化が進展し、１千万画素以上を搭載するのが普通になってきている。このため、撮像素子チップ表面に占める光電変換素子（フォトダイオード）の受光面積を広げ、垂直電荷転送路の占める割合を減らすべく、個々の垂直電荷転送路の幅は狭くなってきている。   In recent years, CCD-type solid-state imaging devices have been increased in number of pixels, and it has become common to mount 10 million pixels or more. For this reason, the width of each vertical charge transfer path is becoming narrower in order to increase the light receiving area of the photoelectric conversion element (photodiode) on the surface of the image pickup element chip and reduce the ratio of the vertical charge transfer path.

垂直電荷転送路の幅が狭くなると、１回に転送できる電荷容量が減る。このため、従来はプログレッシブ読出（ノンインターレース読出）が主流であったが、近年では、マルチフィールド読出（インターレース読出）が主流になってきている。   When the width of the vertical charge transfer path is narrowed, the charge capacity that can be transferred at one time is reduced. For this reason, progressive reading (non-interlaced reading) has been mainstream in the past, but in recent years, multi-field reading (interlaced reading) has become mainstream.

つまり、近年のＣＣＤ型固体撮像素子は多画素化のために転送段数が多くなる一方、インターレース読出をせざるを得ないため、信号電荷の転送に時間がかかるようになってきている。   That is, in recent CCD type solid-state imaging devices, the number of transfer stages is increased due to the increase in the number of pixels, while interlaced reading is unavoidable, so that it takes time to transfer signal charges.

ＣＣＤ型固体撮像素子を搭載したデジタルカメラでは、被写体に合焦したか否かを判定して撮影レンズの合焦制御（ＡＦ（オートフォーカス）制御）を行うが、この判定で用いる画像データは、実際にＣＣＤ型固体撮像素子で受光した撮像画像データを用いる。   In a digital camera equipped with a CCD type solid-state imaging device, it is determined whether or not the subject is in focus, and focus control (AF (autofocus) control) of the photographing lens is performed. The captured image data actually received by the CCD type solid-state imaging device is used.

しかし、単に合焦したか否かの判定に用いるだけであるため、固体撮像素子の有効画素領域（撮像領域）全面で受光した撮像データを固体撮像素子から読み出す必要はなく、固体撮像素子の下半分、或いは上半分、或いは上中下に３等分した真ん中の撮像領域からだけ撮像画像データを部分読出すれば良い。   However, since it is merely used for determining whether or not the in-focus state has been achieved, it is not necessary to read out imaging data received over the effective pixel area (imaging area) of the solid-state image sensor from the solid-state image sensor. It is only necessary to partially read the captured image data only from the middle imaging region that is divided into three halves, or the upper half or upper, middle, and lower.

例えば、図２４に示すＣＣＤ型固体撮像素子１は、撮像領域のうち下半分を有効撮像領域２とし、上半分を無効撮像領域３として、有効撮像領域２の撮像画像データを取り出している。この例では、カラーフィルタ配列はベイヤ配列とする。   For example, the CCD solid-state imaging device 1 shown in FIG. 24 takes out captured image data of the effective imaging area 2 with the lower half of the imaging area as the effective imaging area 2 and the upper half as the invalid imaging area 3. In this example, the color filter array is a Bayer array.

デジタルカメラのユーザは、特に、ＡＦ動作の高速性を要求するため、上記の部分読出で対応することになる。このとき、ＡＦ動作に使用しない無効撮像領域３の信号電荷（不要電荷）をどの様に読み出して廃棄するかが問題となる。   Since the user of the digital camera particularly requires high-speed AF operation, the above-described partial reading is used. At this time, there is a problem of how to read and discard the signal charges (unnecessary charges) in the invalid imaging area 3 that is not used for the AF operation.

図２５は、図２４に示すＣＣＤ型固体撮像素子１の各画素から信号電荷をインターレース読み出し、転送する様子を示す図であり、垂直電荷転送路４を１本だけ例示する。この垂直電荷転送路４は４相駆動されるものとする。   FIG. 25 is a diagram showing how signal charges are interlaced read out and transferred from each pixel of the CCD type solid-state imaging device 1 shown in FIG. 24, and only one vertical charge transfer path 4 is illustrated. This vertical charge transfer path 4 is assumed to be driven in four phases.

先ず、垂直転送電極（読出電極兼用）Ｖ１Ａに読出パルスを印加することにより、第１フレームの画素の信号電荷を垂直電荷転送路４に読み出す。図２５の垂直電荷転送路４上には、信号電荷を「黒塗」５又は「○印」６で示している。黒塗６は、無効撮像領域３から読み出した信号電荷（不要電荷）を示し、○印６は有効撮像領域２から読み出した信号電荷を示している。   First, a signal pulse of a pixel in the first frame is read out to the vertical charge transfer path 4 by applying a read pulse to the vertical transfer electrode (also used as a read electrode) V1A. On the vertical charge transfer path 4 in FIG. 25, signal charges are indicated by “black paint” 5 or “◯” 6. The black paint 6 indicates the signal charge (unnecessary charge) read from the invalid imaging area 3, and the ◯ mark 6 indicates the signal charge read from the effective imaging area 2.

インターレース読出であるため、各信号電荷の間には、それぞれ空パケット７が１つできる。この状態で、第１フレームの転送と出力を行うと、図２６に示す様に、フレームの前半部分では有効撮像領域２の信号電荷６の転送及び信号出力（ＯＳ）が行われる。フレームの後半部分は、不要電荷５の転送及び信号出力（ＯＳ）が行われる。   Since interlaced reading is performed, one empty packet 7 is generated between each signal charge. When the transfer and output of the first frame are performed in this state, as shown in FIG. 26, the signal charge 6 of the effective imaging region 2 is transferred and signal output (OS) is performed in the first half of the frame. In the second half of the frame, transfer of unnecessary charges 5 and signal output (OS) are performed.

この不要電荷５の排出のための垂直転送を、有効撮像領域の信号電荷６の垂直転送と同じ速度で行うと、時間がかかるため、従来は、特許文献１，２に記載されている様に、不要電荷５の垂直転送は駆動周波数を高めることで行い、時間短縮を図っている。   If the vertical transfer for discharging the unnecessary charges 5 is performed at the same speed as the vertical transfer of the signal charges 6 in the effective imaging region, it takes time. Conventionally, as described in Patent Documents 1 and 2, The vertical transfer of the unnecessary charges 5 is performed by increasing the drive frequency in order to shorten the time.

特開２００１―３３９６４１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-339641 特開平１１―１９１８６３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-191863

ＣＣＤ型固体撮像素子から撮像画像データを部分読出する場合、撮像画像データを使用しない領域の不要電荷を、従来は垂直電荷転送路の高速駆動で掃き出し、フレームレートを向上させているが、転送速度を増加させると転送効率不良が発生するため、フレームレートの大幅な向上が見込めないという課題がある。   When partially reading captured image data from a CCD solid-state image sensor, unnecessary charges in areas where captured image data is not used are swept away by high-speed driving of the vertical charge transfer path, improving the frame rate. However, there is a problem that a significant improvement in the frame rate cannot be expected because a transfer efficiency defect occurs when the number of frames is increased.

本発明の目的は、撮像画像データを部分読出する場合に、垂直電荷転送路を高速駆動することなく不要電荷を掃き出すことができるＣＣＤ型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。   An object of the present invention is to provide a driving method and an imaging apparatus for a CCD type solid-state imaging device capable of sweeping out unnecessary charges without driving a vertical charge transfer path at a high speed when partially reading captured image data. .

本発明のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板の撮像領域に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素と、該画素で構成される画素列に沿って形成される垂直電荷転送路とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記撮像領域から撮像画像信号をインターレース読み出しして該撮像領域の一部領域から読み出した撮像画像信号だけを使用するに際し、該一部領域から読み出した信号電荷を前記垂直電荷転送路で転送するときに形成される空パケットを利用して前記撮像領域の残り領域から読み出した信号電荷（以下、不要電荷という。）を転送し廃棄することを特徴とする。   The method for driving a CCD solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array in an imaging region of a semiconductor substrate, and vertical charge transfer formed along a pixel column composed of the pixels. A CCD type solid-state imaging device comprising a path, wherein the captured image signal is interlaced read from the imaging area and only the captured image signal read from a partial area of the imaging area is used. The signal charge read from the remaining area of the imaging area (hereinafter referred to as unnecessary charge) is transferred and discarded using an empty packet formed when the signal charge read from the area is transferred through the vertical charge transfer path. It is characterized by that.

本発明の撮像装置は、上記載のＣＣＤ型固体撮像素子と、上記記載の駆動方法を実行する制御手段とを備えることを特徴とする。   An image pickup apparatus according to the present invention includes the above-described CCD solid-state image pickup device and control means for executing the drive method described above.

本発明によれば、有効撮像領域から読み出した信号電荷の転送時に垂直電荷転送路上に形成される空パケットを利用して無効撮像領域から読み出した不要電荷を転送し廃棄してしまうため、垂直電荷転送路の転送駆動周波数を高めることなく、高速に不要電荷の廃棄が可能となり、転送効率悪化を招くことなく、フレームレートを向上させることが可能となる。   According to the present invention, the unnecessary charge read from the invalid imaging area is transferred and discarded using the empty packet formed on the vertical charge transfer path when the signal charge read from the effective imaging area is transferred. Unnecessary charges can be discarded at high speed without increasing the transfer drive frequency of the transfer path, and the frame rate can be improved without deteriorating transfer efficiency.

本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック構成図である。It is a functional block block diagram of the imaging device which concerns on one Embodiment of this invention. 図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。It is a surface schematic diagram of the CCD type solid-state imaging device shown in FIG. 図２に示すＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法の第１実施形態の説明図である。It is explanatory drawing of 1st Embodiment of the drive method of the CCD type solid-state image sensor shown in FIG. 第１実施形態の駆動方法による垂直電荷転送路上での信号電荷，不要電荷の並びを示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence of the signal charge and unnecessary charge on the vertical charge transfer path by the drive method of 1st Embodiment. 第１実施形態の駆動方法によるラインメモリ，水平電荷転送路での駆動手順を説明する図である。It is a figure explaining the drive procedure in the line memory by the drive method of 1st Embodiment, and a horizontal charge transfer path. 第１実施形態の駆動方法による全体動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of the whole operation by the drive method of a 1st embodiment. 本発明の第２実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法における部分読出領域の説明図である。It is explanatory drawing of the partial read-out area | region in the CCD type solid-state image sensor drive method which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態の駆動方法による垂直電荷転送路の駆動手順を説明する図である。It is a figure explaining the drive procedure of the vertical charge transfer path by the drive method of 2nd Embodiment. 第２実施形態の駆動方法による全体動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of the whole operation by the drive method of a 2nd embodiment. 本発明の第３実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法における部分読出領域の説明図である。It is explanatory drawing of the partial read-out area | region in the CCD type solid-state image sensor drive method concerning 3rd Embodiment of this invention. 第３実施形態の駆動方法による垂直電荷転送路の駆動手順を説明する図である。It is a figure explaining the drive procedure of the vertical charge transfer path by the drive method of 3rd Embodiment. 第３実施形態の駆動方法による全体動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of the whole operation by the drive method of a 3rd embodiment. 図２に代わる別実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。It is a surface schematic diagram of the CCD type solid-state image sensor concerning another embodiment replaced with FIG. 本発明の第４実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法による垂直電荷転送路の駆動手順を説明する図である。It is a figure explaining the drive procedure of the vertical charge transfer path by the CCD type solid-state image sensor drive method which concerns on 4th Embodiment of this invention. 第４実施形態の駆動方法による垂直電荷転送路上での信号電荷，不要電荷の並びを示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence of the signal charge and unnecessary charge on the vertical charge transfer path by the drive method of 4th Embodiment. 第４実施形態の駆動方法によるラインメモリ，水平電荷転送路での駆動手順を説明する図である。It is a figure explaining the drive procedure in the line memory by the drive method of 4th Embodiment, and a horizontal charge transfer path. 第４実施形態の駆動方法による全体動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of the whole operation by the drive method of a 4th embodiment. 本発明の第５実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法による垂直電荷転送路の駆動手順を説明する図である。It is a figure explaining the drive procedure of the vertical charge transfer path by the CCD type solid-state image sensor drive method which concerns on 5th Embodiment of this invention. 第５実施形態の駆動方法による全体動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of the whole operation by the drive method of a 5th embodiment. 本発明の第６実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法による垂直電荷転送路の駆動手順を説明する図である。It is a figure explaining the drive procedure of the vertical electric charge transfer path by the CCD type solid-state image sensor drive method concerning 6th Embodiment of this invention. 第６実施形態の駆動方法による全体動作のタイミングチャートである。It is a timing chart of the whole operation by the drive method of a 6th embodiment. 本発明の第７実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法による垂直電荷転送路上での信号電荷，不要電荷の並びを示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence of the signal charge and unnecessary charge on the vertical charge transfer path by the CCD type solid-state image sensor driving method according to the seventh embodiment of the present invention. 第７実施形態の駆動方法による水平電荷転送路での駆動手順を説明する図である。It is a figure explaining the drive procedure in the horizontal charge transfer path by the drive method of 7th Embodiment. ＣＣＤ型固体撮像素子から部分読出する例を説明する図である。It is a figure explaining the example which performs partial reading from a CCD type solid-state image sensor. 図２４の部分読出を行うときの垂直電荷転送路の信号電荷，不要電荷の並びの一例を示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating an example of an arrangement of signal charges and unnecessary charges on a vertical charge transfer path when performing partial reading in FIG. 24. 図２４の部分読出を行うときの全体動作のタイミングチャートである。FIG. 25 is a timing chart of the overall operation when performing partial reading of FIG. 24.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図である。この撮像装置２０は、撮像部２１と、撮像部２１から出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部２２と、アナログ信号処理部２２から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２３と、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によってＡ／Ｄ２３，アナログ信号処理部２２，撮像部２１の駆動制御を行う駆動部（タイミングジェネレータＴＧを含む）２４と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュライト２５とを備える。   FIG. 1 is a functional block diagram of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. The imaging apparatus 20 includes an imaging unit 21, an analog signal processing unit 22 that performs analog processing such as automatic gain adjustment (AGC) and correlated double sampling processing on analog image data output from the imaging unit 21, and analog signal processing. An analog / digital conversion unit (A / D) 23 that converts analog image data output from the unit 22 into digital image data, and an A / D 23 and an analog signal processing unit 22 in accordance with instructions from a system control unit (CPU) 29 described later. , A drive unit (including a timing generator TG) 24 that controls the drive of the imaging unit 21 and a flashlight 25 that emits light in response to an instruction from the CPU 29.

撮像部２１は、被写界からの光を集光する光学レンズ系２１ａと、該光学レンズ系２１ａを通った光を絞る絞りやメカニカルシャッタ２１ｂと、光学レンズ系２１ａによって集光され絞りによって絞られた光を受光し撮像画像データ（アナログ画像データ）を出力するＣＣＤ型固体撮像素子３５とを備える。   The imaging unit 21 collects light from the object field, a diaphragm or a mechanical shutter 21b that condenses the light that has passed through the optical lens system 21a, and a diaphragm that is condensed by the optical lens system 21a. A CCD type solid-state imaging device 35 that receives the received light and outputs captured image data (analog image data).

撮像素子駆動部２４は、垂直転送パルスφＶｉ，水平転送パルスφＨｉ，読出パルス，ラインメモリ制御パルスφＬＭｉ，電子シャッタパルス（ＯＦＤパルス）等をＣＰＵ２９からの指示を受けて固体撮像素子３５に出力する。   The image sensor driving unit 24 outputs a vertical transfer pulse φVi, a horizontal transfer pulse φHi, a read pulse, a line memory control pulse φLMi, an electronic shutter pulse (OFD pulse), and the like to the solid-state image sensor 35 in response to an instruction from the CPU 29.

本実施形態の撮像装置２０は更に、Ａ／Ｄ２３から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、カメラ背面等に設けられメニュー画面やスルー画像，撮像画像を表示する液晶表示部２８と、撮像装置全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス３４とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部３３が接続されている。   The imaging apparatus 20 of the present embodiment further includes a digital signal processing unit 26 that takes in digital image data output from the A / D 23 and performs interpolation processing, white balance correction, RGB / YC conversion processing, and the like, and image data as JPEG format or the like. A compression / decompression processing unit 27 that compresses or reversely decompresses the image data, a liquid crystal display unit 28 that is provided on the back side of the camera and displays a menu screen, a through image, and a captured image, and an overall control of the entire imaging apparatus. A system control unit (CPU) 29, an internal memory 30 such as a frame memory, and a media interface (I / F) unit 31 that performs interface processing between a recording medium 32 that stores JPEG image data and the like. The system controller 29 includes an operation unit 3 for inputting instructions from the user. There has been connected.

図２は、図１に示すＣＣＤ型固体撮像素子３５の表面模式図である。半導体基板４１の表面部には、二次元アレイ状に、図示する例では正方格子状に、複数の画素（フォトダイオード：ＰＤ）４２が配列形成されている。各画素４２上には原色系のＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）のカラーフィルタがベイヤ配列されている。   FIG. 2 is a schematic view of the surface of the CCD solid-state imaging device 35 shown in FIG. A plurality of pixels (photodiodes: PD) 42 are arrayed on the surface of the semiconductor substrate 41 in a two-dimensional array form, in the illustrated example, in a square lattice form. On each pixel 42, primary color R (red), G (green), and B (blue) color filters are arranged in a Bayer array.

画素４２で構成される複数の画素列の夫々に沿って垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）４３が設けられ、各画素４２と垂直電荷転送路４３とは読出ゲート４４で接続されている。また、各垂直電荷転送路４３の転送方向端部に沿って例えば特開２００２―１１２１１９号公報や特開２００９―４９３５３号公報に記載されている様なラインメモリ（ＬＭ）４５が設けられ、このラインメモリ４５と並行に水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）４６が設けられている。水平電荷転送路４６の出力端部には、転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ４７が設けられている。   A vertical charge transfer path (VCCD) 43 is provided along each of a plurality of pixel columns composed of pixels 42, and each pixel 42 and the vertical charge transfer path 43 are connected by a read gate 44. A line memory (LM) 45 as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-112119 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-49353 is provided along the transfer direction end of each vertical charge transfer path 43. A horizontal charge transfer path (HCCD) 46 is provided in parallel with the line memory 45. An amplifier 47 is provided at the output end of the horizontal charge transfer path 46 to output a voltage value signal corresponding to the amount of signal charge transferred as a picked-up image signal.

ラインメモリ４５は、垂直電荷転送路４３に対応するバッファ領域（メモリ部）を備え、対応する垂直電荷転送路４３から転送されてきた信号電荷を一時保持し、図１の撮像素子駆動部２４から出力される単相のラインバッファ制御パルスφＬＭのタイミング制御により、保持している信号電荷を水平電荷転送路４６に転送する様に制御される。   The line memory 45 includes a buffer region (memory unit) corresponding to the vertical charge transfer path 43, temporarily holds the signal charge transferred from the corresponding vertical charge transfer path 43, and the image memory drive unit 24 of FIG. Control is performed so that the held signal charge is transferred to the horizontal charge transfer path 46 by timing control of the output single-phase line buffer control pulse φLM.

水平電荷転送路４６は、本実施形態では、多数の直列の転送段で構成され、本実施形態では、撮像素子駆動部２４から出力される４相の転送パルスφＨ１〜φＨ４によって転送制御される。   In this embodiment, the horizontal charge transfer path 46 is constituted by a number of serial transfer stages. In this embodiment, transfer is controlled by four-phase transfer pulses φH1 to φH4 output from the image sensor driving unit 24.

なお、「水平」「垂直」という用語を用いて説明したが、これは半導体基板の表面に沿う「１方向」「この１方向に対して略直角の方向」という意味に過ぎない。   Although the terms “horizontal” and “vertical” have been described, this only means “one direction” along the surface of the semiconductor substrate and “a direction substantially perpendicular to the one direction”.

図３〜図６は、本発明の第１実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法の説明図であり、図３，図４は垂直電荷転送路４３の転送状態、図５はラインメモリ（ＬＭ）４５から水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）４６への転送状態、図６は全体のタイミングチャートを夫々示す。本実施形態では、図２４に示した様に、ＣＣＤ型固体撮像素子３５の下半分を有効撮像領域、上半分を無効撮像領域とする。   3 to 6 are explanatory views of the CCD type solid-state imaging device driving method according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 3 and 4 are transfer states of the vertical charge transfer path 43, and FIG. (LM) 45 to a horizontal charge transfer path (HCCD) 46, FIG. 6 shows an overall timing chart. In the present embodiment, as shown in FIG. 24, the lower half of the CCD solid-state imaging device 35 is an effective imaging region, and the upper half is an invalid imaging region.

固体撮像素子３５からは、Ｒ（赤）信号，Ｇ（緑）信号，Ｂ（青）信号が出力されるが、被写体に合焦しているか否かの判定は、Ｇ信号だけを用いて被写体のコントラストを算出し、ＡＦ動作を行うため、Ｒ信号，Ｂ信号については、正確な信号量を読み出す必要がない。   An R (red) signal, a G (green) signal, and a B (blue) signal are output from the solid-state imaging device 35. Whether or not the subject is in focus is determined using only the G signal. Since the contrast is calculated and the AF operation is performed, it is not necessary to read out an accurate signal amount for the R signal and the B signal.

先ず、図３に示す（１）で垂直転送電極（読出電極兼用）Ｖ１Ａに高電圧の読出パルスを印加する。これにより、第１フレームの画素の信号電荷が垂直電荷転送路に読み出される。この状態は、図２５と同じであり、垂直電荷転送路上には、信号電荷を入れた信号パケットと空パケットとが垂直方向に交互に並んでいる。図３では、有効撮像領域の画素から読み出された信号電荷に○印を付し、不要電荷（無効撮像領域から読み出し信号電荷）は黒塗りにしている。   First, in (1) shown in FIG. 3, a high voltage read pulse is applied to the vertical transfer electrode (also used as a read electrode) V1A. Thereby, the signal charges of the pixels of the first frame are read out to the vertical charge transfer path. This state is the same as that in FIG. 25, and signal packets containing signal charges and empty packets are alternately arranged in the vertical direction on the vertical charge transfer path. In FIG. 3, the signal charges read from the pixels in the effective imaging area are marked with a circle, and unnecessary charges (read signal charges from the invalid imaging area) are blackened.

次に、図３の（２）で、垂直電荷転送路の転送を１／２画面分実施する。これにより、第１フレームの有効撮像領域の信号電荷が水平電荷転送路側に転送されると共に、第１フレームの無効撮像領域から読み出された不要電荷が有効撮像領域内に入る。   Next, in (2) of FIG. 3, the transfer of the vertical charge transfer path is performed for 1/2 screen. As a result, the signal charge in the effective imaging area of the first frame is transferred to the horizontal charge transfer path side, and unnecessary charges read from the invalid imaging area of the first frame enter the effective imaging area.

次の（３）で、垂直転送電極（読出電極兼用）Ｖ１Ｂに高電圧の読出パルスを印加すると、第２フレームの画素の信号電荷が垂直電荷転送路に読み出されるが、このとき、第１フレームの、不要電荷の間に設けられている空パケット部分に信号電荷が読み出されるため、有効撮像領域の信号電荷が、無効撮像領域の不要電荷と混ざり合うことはない。   In the next (3), when a high voltage read pulse is applied to the vertical transfer electrode (also used as a read electrode) V1B, the signal charges of the pixels of the second frame are read out to the vertical charge transfer path. Since the signal charge is read out to the empty packet portion provided between the unnecessary charges, the signal charge in the effective image pickup region is not mixed with the unnecessary charge in the invalid image pickup region.

次に（４）で、垂直転送動作を１／２画面分実施する。これにより、第２フレームの有効撮像領域の信号電荷が水平電荷転送路側に出力されるが、これと平行して第１フレームの不要電荷も垂直電荷転送路から排出される。以降は（５）〜（８）のように、上記と同様の動作を繰り返す。   Next, in (4), the vertical transfer operation is performed for 1/2 screen. As a result, the signal charge in the effective imaging region of the second frame is output to the horizontal charge transfer path, and in parallel with this, unnecessary charge of the first frame is also discharged from the vertical charge transfer path. Thereafter, the same operation as described above is repeated as in (5) to (8).

図４は、上述したような読出パルスの印加と垂直電荷転送路の転送動作とを繰り返すことで、垂直電荷転送路の転送方向端部側に転送されてきた信号電荷の様子を示す図である。ＲＧＲＧＲＧ…は、有効撮像領域から読み出された信号電荷の行であり、その間の行５１は、不要電荷が入っている行である。   FIG. 4 is a diagram showing the state of signal charges transferred to the end of the vertical charge transfer path in the transfer direction by repeating the application of the readout pulse and the transfer operation of the vertical charge transfer path as described above. . RGRRGRG... Is a row of signal charges read from the effective imaging region, and a row 51 therebetween is a row containing unnecessary charges.

この信号電荷行，不要電荷行の並びが順にラインメモリ（ＬＭ）４５，水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）４６に進んでくると、先ず図５の（１）に示す様に、信号電荷行ＲＧＲＧ…がラインメモリ４５に入ってくる。この信号電荷行がラインメモリ４５から水平電荷転送路４６に転送された状態が（２）であり、次の（３）で不要電荷のラインが垂直電荷転送路からラインメモリ４５に転送されてくる。   When the arrangement of the signal charge row and the unnecessary charge row proceeds to the line memory (LM) 45 and the horizontal charge transfer path (HCCD) 46 in order, first, as shown in FIG. 5 (1), the signal charge row RGRG. Enters the line memory 45. The state in which the signal charge row is transferred from the line memory 45 to the horizontal charge transfer path 46 is (2). In the next (3), a line of unnecessary charges is transferred from the vertical charge transfer path to the line memory 45. .

次に、ラインメモリ４５上の不要電荷を水平電荷転送路４６に転送するのであるが、全ての不要電荷を転送するのではなく、Ｒ信号が入っている水平転送段に対応するラインメモリのバッファ内にある不要電荷だけを水平電荷転送路４６に転送する（図５の（４）の状態）。これにより、不要電荷とＲ信号とが混ざってしまうが、上述した様に、ＡＦ動作で用いるのはＧ信号だけのため、本実施形態ではＲ信号（Ｂ信号）を入れたパケットを利用して不要電荷を廃棄してしまう。   Next, the unnecessary charges on the line memory 45 are transferred to the horizontal charge transfer path 46. Instead of transferring all unnecessary charges, the line memory buffer corresponding to the horizontal transfer stage containing the R signal is transferred. Only the unnecessary charge inside is transferred to the horizontal charge transfer path 46 (state (4) in FIG. 5). As a result, the unnecessary charge and the R signal are mixed. However, as described above, only the G signal is used in the AF operation. In this embodiment, a packet containing the R signal (B signal) is used. Unnecessary charges are discarded.

次の図５の（５）では、水平電荷転送路を１段だけ転送する。これにより、（４）でラインメモリに残った不要電荷の位置と水平電荷転送路上の不要電荷の位置とが整列するため、残りの不要電荷を水平電荷転送路に転送する（図５の（６））。これにより、水平電荷転送路上には、Ｇ信号，不要電荷，Ｇ信号，不要電荷，…と並ぶことになる。これを転送し、アンプ４７から出力することになる。   In (5) of FIG. 5, the horizontal charge transfer path is transferred by one stage. As a result, the position of the unwanted charge remaining in the line memory in (4) and the position of the unwanted charge on the horizontal charge transfer path are aligned, so that the remaining unwanted charge is transferred to the horizontal charge transfer path ((6 in FIG. 5). )). As a result, the G signal, unnecessary charge, G signal, unnecessary charge,... Are arranged on the horizontal charge transfer path. This is transferred and output from the amplifier 47.

以上述べた動作の全体を示す図が図６である。第１フレームで読み出す画素と、第２フレームで読み出す画素の２種類を切り替えながら、１／２画面分ずつ出力動作を行う。ＡＦ動作ではＧ信号のみを用いるため、無効撮像領域で発生する不要電荷を、本来はＲ信号，Ｂ信号が入る水平電荷転送路上のパケットに足し込んでも、ＡＦ動作に支障は来さない。   FIG. 6 shows the entire operation described above. An output operation is performed for each ½ screen while switching between two types of pixels to be read in the first frame and pixels to be read in the second frame. Since only the G signal is used in the AF operation, even if unnecessary charges generated in the invalid imaging area are added to the packet on the horizontal charge transfer path where the R signal and the B signal are originally input, the AF operation is not hindered.

これにより、通常の水平電荷転送路の連続転送によって、Ｇ信号出力と不要電荷の排出を同時に行うことができる。そのため、不要電荷を排出するために垂直電荷転送路を高速駆動する必要がなく、垂直電荷転送路の駆動周波数を通常のモニタモード（全画面を出力）などと同じに設定することができる。   Thereby, the G signal output and the discharge of unnecessary charges can be simultaneously performed by continuous transfer of a normal horizontal charge transfer path. Therefore, it is not necessary to drive the vertical charge transfer path at high speed in order to discharge unnecessary charges, and the drive frequency of the vertical charge transfer path can be set to the same as in the normal monitor mode (full screen output).

この結果、本実施形態では、転送効率の悪化を招くことがない。本実施形態のフレームレートは、通常のモニタモードのほぼ倍となる。例えば、６０ｆｐｓで動作する撮像素子の場合には、本実施形態の駆動方法を適用することで、１２０ｆｐｓを実現することが可能となる。これは、第１フレームと第２フレームのデータを転送完了するのに要する時間が、通常のモニタモードの１画面転送時間とほぼ同等であるためである。   As a result, in this embodiment, transfer efficiency is not deteriorated. The frame rate of this embodiment is almost double that of the normal monitor mode. For example, in the case of an image sensor that operates at 60 fps, 120 fps can be realized by applying the driving method of the present embodiment. This is because the time required to complete the transfer of the data of the first frame and the second frame is substantially equal to the transfer time of one screen in the normal monitor mode.

図７〜図９は、本発明の第２の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法の説明図である。本実施形態で対象とするＣＣＤ型固体撮像素子は、図２で説明した画素が正方格子配列され、カラーフィルタがベイヤ配列された固体撮像素子である。本実施形態では、図７に示す様に、有効画素領域の上半分を有効撮像領域５３とし、下半分を無効撮像領域５４としている。   7 to 9 are explanatory diagrams of a CCD solid-state image sensor driving method according to the second embodiment of the present invention. The CCD solid-state image pickup device targeted in the present embodiment is a solid-state image pickup device in which the pixels described in FIG. 2 are arranged in a square lattice and color filters are arranged in a Bayer array. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the upper half of the effective pixel region is the effective imaging region 53 and the lower half is the invalid imaging region 54.

この第２の実施形態の動作も基本的には第１の実施形態と同様である。先ず図８の（１）で、読出電極Ｖ１Ａに読出パルスを印加し、有効撮像領域から信号電荷（○印を付してある。）を垂直電荷転送路に読み出し、無効撮像領域から不要電荷（黒塗り）を垂直電荷転送路に読み出す。信号電荷間や不要電荷間に空パケットが１つづつ形成されている。   The operation of the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment. First, in (1) of FIG. 8, a readout pulse is applied to the readout electrode V1A, signal charges (marked with a circle) are read out from the effective imaging area to the vertical charge transfer path, and unnecessary charges ( Black) is read out to the vertical charge transfer path. One empty packet is formed between signal charges and unnecessary charges.

次の（２）で１／２画面分だけ垂直転送を行うと、下半分の不要電荷が水平電荷転送路側に出力され、上半分の信号電荷が無効撮像領域５４内に入ってくる。そして、図８の（３）で、読出電極Ｖ１Ｂに読出パルスを印加すると、第２フレームの画素から垂直電荷転送路に信号電荷，不要電荷が読み出される。このとき、不要電荷は、（２）で転送されてきた信号電荷間の空パケット内に読み出されるため、信号電荷と不要電荷とが混ざることはない。   When vertical transfer is performed for ½ screen in the next (2), the unnecessary charge of the lower half is output to the horizontal charge transfer path side, and the signal charge of the upper half enters the invalid imaging area 54. Then, when a read pulse is applied to the read electrode V1B in (3) of FIG. 8, signal charges and unnecessary charges are read from the pixels of the second frame to the vertical charge transfer path. At this time, since the unnecessary charge is read in the empty packet between the signal charges transferred in (2), the signal charge and the unnecessary charge are not mixed.

以上の動作を繰り返すことで、第１実施形態と同様に、垂直電荷転送路の転送駆動周波数を高めることなく、不要電荷の掃き出しを高速に行うことが可能となる。   By repeating the above operation, unnecessary charges can be swept out at high speed without increasing the transfer drive frequency of the vertical charge transfer path, as in the first embodiment.

本実施形態では、図９に示す様に、最初に不要電荷が連続して出力されるが、以後は、「不要電荷，Ｇ信号，不要電荷，Ｇ信号，…」が出力される。   In this embodiment, as shown in FIG. 9, unnecessary charges are continuously output first, but thereafter, “unnecessary charges, G signal, unnecessary charges, G signal,...” Are output.

図１０〜図１２は、本発明の第３の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法の説明図である。本実施形態で対象とするＣＣＤ型固体撮像素子は、図２で説明した画素が正方格子配列され、カラーフィルタがベイヤ配列された固体撮像素子である。本実施形態では、図１０に示す様に、有効画像領域を垂直方向に上中下に３等分し、真ん中を有効撮像領域５５とし、上下を無効撮像領域５６，５７としている。   10 to 12 are explanatory diagrams of a CCD solid-state imaging device driving method according to the third embodiment of the present invention. The CCD solid-state image pickup device targeted in the present embodiment is a solid-state image pickup device in which the pixels described in FIG. 2 are arranged in a square lattice and color filters are arranged in a Bayer array. In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the effective image area is divided into three equal parts in the vertical direction, and the middle is the effective imaging area 55 and the upper and lower areas are the invalid imaging areas 56 and 57.

まず図１１の（１）で読出電極Ｖ１Ａに読出パルスを印加し、第１フレームの画素の信号電荷を垂直電荷転送路に読み出す。なお、有効撮像領域から読み出された信号電荷に○印を付し、無効撮像領域から読み出された不要電荷は黒塗りとしている。   First, in (1) of FIG. 11, a read pulse is applied to the read electrode V1A, and the signal charges of the pixels of the first frame are read out to the vertical charge transfer path. The signal charge read from the effective imaging area is marked with a circle, and the unnecessary charge read from the invalid imaging area is black.

このとき、垂直電荷転送路には、垂直方向に１つ置きに空パケットができる。次の（２）で、垂直転送を１／３画面分だけ実施する。これにより、下側の無効撮像領域５７から読み出された不要電荷だけが水平電荷転送路側に出力される。   At this time, every other vertical packet is formed in the vertical charge transfer path in the vertical direction. In the next step (2), vertical transfer is performed for 1/3 screen. As a result, only unnecessary charges read from the lower invalid imaging region 57 are output to the horizontal charge transfer path side.

次の（３）で、読出電極Ｖ１Ｂに読出パルスを印加すると、第２フレームの画素の信号電荷，不要電荷が垂直電荷転送路に読み出される。この読出時には、第１フレームの空パケット部分に電荷を読み出すので、信号電荷が不要電荷と混ざり合うことはない。   In the next (3), when a read pulse is applied to the read electrode V1B, the signal charges and unnecessary charges of the pixels in the second frame are read out to the vertical charge transfer path. At the time of reading, since the charge is read to the empty packet portion of the first frame, the signal charge is not mixed with the unnecessary charge.

次に（４）で垂直転送を１／３画面分だけ実施する。これにより、第１フレームの有効撮像領域の信号電荷が水平電荷転送路側に出力される。以降は、（５）〜（８）のように、上記と同様の動作を繰り返す。   Next, in (4), vertical transfer is performed for 1/3 screen. As a result, the signal charge in the effective imaging area of the first frame is output to the horizontal charge transfer path side. Thereafter, the same operation as described above is repeated as in (5) to (8).

水平電荷転送路の動作などは第１の実施形態と同様であるため、説明と図示は省略する。以上述べた動作全体を示す図が図１２であり、第１フレームで読み出す画素と、第２フレームで読み出す画素の２種類を切り替えながら、１／３画面分ずつ出力動作を行う。   Since the operation of the horizontal charge transfer path is the same as in the first embodiment, description and illustration are omitted. FIG. 12 is a diagram showing the entire operation described above, and the output operation is performed for each 1/3 screen while switching between two types of pixels to be read in the first frame and pixels to be read in the second frame.

本実施形態におけるフレームレートは、通常のモニタモードのほぼ３倍となる。例えば６０ｆｐｓで動作する撮像素子の場合、本実施形態の駆動方法で駆動させると、１８０ｆｐｓを実現することができる。これは、３フレーム分のデータを転送完了するのに要する時間が、通常のモニタモードの１画面転送時間とほぼ同等であるためである。   The frame rate in this embodiment is almost three times that of the normal monitor mode. For example, in the case of an image sensor that operates at 60 fps, 180 fps can be realized when driven by the driving method of the present embodiment. This is because the time required to complete the transfer of the data for 3 frames is almost equal to the transfer time for one screen in the normal monitor mode.

本実施形態によれば、フレームレートが通常のモニタモードのほぼ３倍となる一方で、不要電荷を排出するために垂直電荷転送路を高速転送する必要がなく、垂直転送パルスの駆動周波数を通常モニタモード（全画面を出力）などと同じに設定することができ、転送効率の悪化を招くことがない。   According to the present embodiment, the frame rate is almost three times that of the normal monitor mode, but it is not necessary to transfer the vertical charge transfer path at high speed in order to discharge unnecessary charges, and the drive frequency of the vertical transfer pulse is set to normal. It can be set in the same manner as in the monitor mode (full screen output), and transfer efficiency is not deteriorated.

図１３は、図２とは画素配列，カラーフィルタ配列が異なるＣＣＤ型固体撮像素子の表面模式図である。   FIG. 13 is a schematic view of the surface of a CCD solid-state imaging device having a pixel arrangement and a color filter arrangement different from those in FIG.

半導体基板の表面部には複数の画素（光電変換素子：フォトダイオードＰＤ）１０１が二次元アレイ状に配列形成されている。そして、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチずらして形成されている。   A plurality of pixels (photoelectric conversion elements: photodiodes PD) 101 are arranged in a two-dimensional array on the surface portion of the semiconductor substrate. Then, even-numbered pixel rows are formed with a 1/2 pixel pitch shift with respect to odd-numbered pixel rows.

偶数行（又は奇数行）の画素（第１画素群）だけを見てみれば、各画素（光電変換素子）は正方格子配列されており、この正方格子配列に対して、カラーフィルタ（Ｒ＝赤，Ｇ＝緑，Ｂ＝青）がベイヤ配列されている。また、奇数行（又は偶数行）の画素（第２画素群）だけ見れば、各画素は正方格子配列されており、この正方格子配列に対して、カラーフィルタ（ｒ＝赤，ｇ＝緑，ｂ＝青）がベイヤ配列されている。   If only the pixels (first pixel group) in even rows (or odd rows) are viewed, each pixel (photoelectric conversion element) is arranged in a square lattice, and a color filter (R = Red, G = green, B = blue) are arranged in a Bayer array. If only the pixels (second pixel group) in the odd-numbered rows (or even-numbered rows) are viewed, each pixel is arranged in a square lattice, and a color filter (r = red, g = green, b = blue) is arranged in a Bayer array.

大文字のＲＧＢと小文字のｒｇｂは、色として同じであるが、第１画素群と第２画素群とを区別しやすくするために使い分けているだけである。この様に、本実施形態の固体撮像素子１００のカラーフィルタ配列は、第１画素群と第２画素群とが半導体基板の表面部の同じ領域に重ねてかつ斜め方向に１画素分だけずらして配列される。   The upper case RGB and the lower case rgb are the same in color, but are only used properly in order to easily distinguish the first pixel group and the second pixel group. As described above, the color filter array of the solid-state imaging device 100 of the present embodiment is such that the first pixel group and the second pixel group overlap each other on the same region of the surface portion of the semiconductor substrate and are shifted by one pixel in the oblique direction. Arranged.

なお、図１３では、Ｇフィルタが右斜め上方向に延びる配列となっているが、第１画素群と第２画素群とを重ね合わせ１／２画素ピッチだけ水平方向，垂直方向にずらす方向を変えると、Ｇフィルタは左斜め上方向に延びる配列となる。この配列でも、本発明の各実施形態は適用可能である。   In FIG. 13, the G filter is arranged in an obliquely upward right direction. However, the first pixel group and the second pixel group are overlapped, and the direction in which the G pixel is shifted in the horizontal and vertical directions by a ½ pixel pitch is shown. In other words, the G filters are arranged in an obliquely upward left direction. Even in this arrangement, each embodiment of the present invention is applicable.

図１３の固体撮像素子１００は、各画素列に沿って、垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）１０２が各画素１０１を避けるように蛇行して形成され、各垂直電荷転送路１０２の転送方向端部に沿って、水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）１０３が設けられ、水平電荷転送路１０３の出力部に、転送されてきた電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像データとして出力するアンプ１０４が設けられている。   In the solid-state imaging device 100 of FIG. 13, a vertical charge transfer path (VCCD) 102 meanders along each pixel column so as to avoid each pixel 101, and the vertical charge transfer path 102 has an end in the transfer direction. A horizontal charge transfer path (HCCD) 103 is provided, and an amplifier 104 is provided at the output portion of the horizontal charge transfer path 103 to output a voltage value signal corresponding to the transferred charge amount as imaging data. ing.

本実施形態も図２の固体撮像素子と同様に、各垂直電荷転送路１０２の転送方向端部と水平電荷転送路１０３との間に、各垂直電荷転送路対応のバッファ領域を持つラインメモリ１０５が設けられている。   Similarly to the solid-state imaging device of FIG. 2, this embodiment also has a line memory 105 having a buffer area corresponding to each vertical charge transfer path between the transfer direction end of each vertical charge transfer path 102 and the horizontal charge transfer path 103. Is provided.

図１４〜図１７は、図１３のＣＣＤ型固体撮像素子１００を用い、図２４に示す様に、有効画素領域の下半分を有効撮像領域としてＡＦ動作用の信号を読み出す本発明の第４の実施形態の説明図である。   FIGS. 14 to 17 show a fourth embodiment of the present invention that reads out signals for AF operation using the CCD solid-state imaging device 100 of FIG. 13 and using the lower half of the effective pixel region as the effective imaging region, as shown in FIG. It is explanatory drawing of embodiment.

図１４は、垂直電荷転送路の駆動タイミングを示す図である。図１３では、垂直電荷転送路は蛇行して配置されるが、図１４では、これをストレートな形状で示している。垂直電荷転送路の奇数列と偶数列では、画素（フォトダイオード）から信号電荷を読み出す際に読出パルスを印加する電極が異なる。このため、図１４では、垂直電荷転送路の奇数列と偶数列を別々に表記している。   FIG. 14 is a diagram illustrating the drive timing of the vertical charge transfer path. In FIG. 13, the vertical charge transfer path is arranged in a meandering manner, but in FIG. 14, this is shown in a straight shape. The odd-numbered and even-numbered columns of the vertical charge transfer path have different electrodes to which a readout pulse is applied when signal charges are read from the pixels (photodiodes). For this reason, in FIG. 14, the odd-numbered columns and the even-numbered columns of the vertical charge transfer path are shown separately.

先ず、（１）で読出電極Ｖ１Ａに読出パルスを印加し、第１フレームの画素の信号電荷を垂直電荷転送路に読み出す。この読み出しにより、奇数列の垂直電荷転送路の各パケットは信号電荷と不要電荷とで全て埋まってしまう。有効撮像領域から読み出された信号電荷を○印を付して示し、無効撮像領域から読み出された不要電荷を黒塗りで示している。   First, in (1), a readout pulse is applied to the readout electrode V1A, and the signal charges of the pixels in the first frame are read out to the vertical charge transfer path. By this reading, each packet of the odd-numbered vertical charge transfer paths is completely filled with signal charges and unnecessary charges. A signal charge read from the effective imaging region is indicated by a circle, and an unnecessary charge read from the invalid imaging region is indicated by black.

一方、偶数列の垂直電荷転送路上の各パケットは、全て空パケットである。次の（２）で垂直転送を１／２画面分だけ実施する。これにより、第１フレームの有効撮像領域の信号電荷が水平電荷転送路側に出力される。   On the other hand, all the packets on the vertical charge transfer paths in the even columns are all empty packets. In the next step (2), vertical transfer is performed for 1/2 screen. As a result, the signal charge in the effective imaging area of the first frame is output to the horizontal charge transfer path side.

次の（３）で読出電極Ｖ１Ｂに読出パルスを印加すると、第２フレームの画素の信号電荷，不要電荷が垂直電荷転送路に読み出される。この読出動作では、偶数列の垂直電荷転送路に信号電荷，不要電荷が読み出されるので、信号電荷と不要電荷とが混ざり合うことはない。   When a read pulse is applied to the read electrode V1B in the next (3), the signal charges and unnecessary charges of the pixels in the second frame are read out to the vertical charge transfer path. In this reading operation, signal charges and unnecessary charges are read out to the even-numbered vertical charge transfer paths, so that the signal charges and the unnecessary charges are not mixed.

次の（４）で、垂直転送を１／２画面分だけ実施する。これにより、第２フレームの有効撮像領域の信号電荷と第１フレームの無効撮像領域の不要電荷とが水平電荷転送路側に出力される。以降は、（５）〜（８）に示す様に、上記と同様の動作を繰り返す。   In the next (4), the vertical transfer is performed for 1/2 screen. As a result, the signal charges in the effective imaging area of the second frame and the unnecessary charges in the invalid imaging area of the first frame are output to the horizontal charge transfer path side. Thereafter, as shown in (5) to (8), the same operation as described above is repeated.

図１５は、水平電荷転送路側，ラインメモリ側に転送された垂直電荷転送路上の信号電荷，不要電荷の状態を示す図である。図１４で説明した様に、奇数列の垂直電荷転送路が信号電荷ＲＧＢを転送しているときは、偶数列の垂直電荷転送路は不要電荷を転送しているため、図１５に示す様に、ある列には信号電荷だけが転送され、隣の列には不要電荷だけが転送されてくることになる。   FIG. 15 is a diagram illustrating a state of signal charges and unnecessary charges on the vertical charge transfer path transferred to the horizontal charge transfer path side and the line memory side. As shown in FIG. 14, when the vertical charge transfer paths in the odd columns transfer the signal charges RGB, the vertical charge transfer paths in the even columns transfer unnecessary charges. Only signal charges are transferred to a certain column, and only unnecessary charges are transferred to an adjacent column.

図１６は、ラインメモリ１０５と水平電荷転送路１０３の転送駆動方法を示す図である。先ず（１）で、垂直電荷転送路からラインメモリへと信号を１ライン（１行分）転送する。これにより、ラインメモリの各バッファ内には１つ置きに信号電荷が、残りの１つ置きに不要電荷が入る。信号電荷だけみると、ＲＧＲＧ…と交互配列になっている。   FIG. 16 is a diagram illustrating a transfer driving method of the line memory 105 and the horizontal charge transfer path 103. First, in (1), a signal is transferred from the vertical charge transfer path to the line memory by one line (one row). Thus, every other signal charge enters each buffer of the line memory, and unnecessary charge enters every other buffer. When only the signal charge is seen, it alternates with RGRG.

次の（２）では、そのうちの一部の信号（図示する例では、Ｒ信号とこれに連続する不要電荷）を水平電荷転送路に転送する。次の（３）（４）では水平電荷転送路上の不要電荷だけを水平方向に転送して水平電荷転送路上のＲ信号と加算してしまい、（５）で、水平電荷転送路上の不要電荷の位置がラインメモリ上の不要電荷と整列する位置まで水平転送して電荷位置の調整を行う。   In the next (2), a part of the signals (in the example shown, the R signal and unnecessary electric charges continuous thereto) are transferred to the horizontal charge transfer path. In the following (3) and (4), only unnecessary charges on the horizontal charge transfer path are transferred in the horizontal direction and added to the R signal on the horizontal charge transfer path. The charge position is adjusted by horizontal transfer to a position where the position aligns with the unnecessary charge on the line memory.

次の（６）では、ラインメモリに残っているＧ信号と不要電荷を水平電荷転送路に転送する。これにより、Ｇ信号は水平電荷転送路に移り、不要電荷は、水平電荷転送路上の不要電荷と加算される。   In the next (6), the G signal and unnecessary charges remaining in the line memory are transferred to the horizontal charge transfer path. As a result, the G signal moves to the horizontal charge transfer path, and the unnecessary charge is added to the unnecessary charge on the horizontal charge transfer path.

その後（７）で、次行の信号電荷（Ｂ信号）と不要電荷がラインメモリ１０５に転送されると共に水平電荷転送路を転送し、（８）で、ラインメモリ上のＢ信号とこれに隣接する不要電荷を水平電荷転送路に転送する。この不要電荷は、水平電荷転送路上の不要電荷と加算される。   Thereafter, in (7), the signal charges (B signal) and unnecessary charges in the next row are transferred to the line memory 105 and transferred through the horizontal charge transfer path. In (8), the B signal on the line memory is adjacent to this. Unnecessary charges to be transferred are transferred to the horizontal charge transfer path. This unnecessary charge is added to the unnecessary charge on the horizontal charge transfer path.

その後、（９）で水平転送を２段行い、（１０）でラインメモリ上に残っているＧ信号と不要電荷とを水平電荷転送路に転送すると、不要電荷が加算され、水平電荷転送路上には、「Ｇ信号，Ｇ信号，不要電荷，不要電荷，Ｇ信号，Ｇ信号，不要電荷，不要電荷，…」と、ＡＦ動作で用いる２つのＧ信号と、２つの不要電荷とが交互に並んだ状態となる。   Thereafter, horizontal transfer is performed in two stages in (9), and when the G signal and unnecessary charges remaining in the line memory are transferred to the horizontal charge transfer path in (10), the unnecessary charges are added to the horizontal charge transfer path. Are “G signal, G signal, unnecessary charge, unnecessary charge, G signal, G signal, unnecessary charge, unnecessary charge,...”, Two G signals used in the AF operation, and two unnecessary charges are alternately arranged. It becomes a state.

その後は、水平電荷転送路を連続転送することで、Ｇ信号と不要電荷とを交互に連続的に固体撮像素子の外部に出力する。以上述べた動作の全体を示す図が図１７である。   Thereafter, by continuously transferring the horizontal charge transfer path, the G signal and unnecessary charges are alternately and continuously output to the outside of the solid-state imaging device. FIG. 17 shows the entire operation described above.

本実施形態によれば、不要電荷を垂直電荷転送路から排出するために垂直電荷転送路を高周波駆動する必要がなく、垂直電荷転送路の駆動周波数を通常のモニタモード（全画面を出力）などと同じに設定することができ、転送効率を悪化させることがない。   According to the present embodiment, it is not necessary to drive the vertical charge transfer path at high frequency in order to discharge unnecessary charges from the vertical charge transfer path, and the drive frequency of the vertical charge transfer path is set to the normal monitor mode (full screen output). Can be set to the same value as the transfer efficiency without deteriorating the transfer efficiency.

本実施形態におけるフレームレートは、通常のモニタモードのほぼ倍となる。例えば６０ｆｐｓで動作する撮像素子の場合は、上記実施形態を適用することで、１２０ｆｐｓを実現することができる。これは、第１実施形態と同様に、第１フレームと第２フレームのデータを転送完了するのに要する時間が、通常のモニタモードの１画面転送時間とほぼ同等であるからである。   The frame rate in the present embodiment is almost double that of the normal monitor mode. For example, in the case of an image sensor that operates at 60 fps, 120 fps can be realized by applying the above embodiment. This is because, as in the first embodiment, the time required to complete the transfer of the data of the first frame and the second frame is almost equal to the one-screen transfer time in the normal monitor mode.

図１８，図１９は、本発明の第５の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法の説明図である。本実施形態で用いるＣＣＤ型固体撮像素子を図１３の撮像素子であり、本実施形態では、第４の実施形態とは逆に、図７に示す様に、有効画素領域の上半分を有効撮像領域、下半分を無効撮像領域としている。   18 and 19 are explanatory views of a CCD type solid-state imaging device driving method according to the fifth embodiment of the present invention. The CCD solid-state image sensor used in this embodiment is the image sensor shown in FIG. 13. In this embodiment, the upper half of the effective pixel region is effectively imaged, as shown in FIG. 7, contrary to the fourth embodiment. The area and the lower half are designated as invalid imaging areas.

図１８に垂直電荷転送路の状態変化を示す様に、本実施形態の動作は、第４の実施形態と基本的には同じであり、まず（１）で読出電極Ｖ１Ａに読出パルスを印加し、第１フレームの画素から電荷を奇数列目の垂直電荷転送路に読み出す。このとき、本実施形態では、第４の実施形態とは逆に、下半分が不要電荷（黒塗り）となり、上半分が信号電荷（○印を付す）となる。   As shown in FIG. 18 showing the change in state of the vertical charge transfer path, the operation of this embodiment is basically the same as that of the fourth embodiment. First, in (1), a read pulse is applied to the read electrode V1A. The charge is read from the pixels of the first frame to the vertical charge transfer path in the odd-numbered columns. At this time, in this embodiment, contrary to the fourth embodiment, the lower half is an unnecessary charge (black painting) and the upper half is a signal charge (marked with a circle).

次に（２）で垂直転送を１／２画面分だけ実施すると、（１）で読み出された不要電荷の部分が水平電荷転送路側に掃き出され、（１）で読み出された信号電荷の部分が無効撮像領域内に入ってくる。次に（３）で読出電極Ｖ１Ｂに読出パルスを印加すると、第２フレームの画素から電荷が偶数列目の垂直電荷転送路に読み出される。無効撮像領域内の信号電荷は奇数列目にあり、読み出される不要電荷は偶数列目であるため、両者が混合されることはない。   Next, when the vertical transfer is performed for 1/2 screen in (2), the unnecessary charge portion read in (1) is swept out to the horizontal charge transfer path side, and the signal charge read in (1). This part enters the invalid imaging area. Next, when a read pulse is applied to the read electrode V1B in (3), charges are read from the pixels of the second frame to the vertical charge transfer path in the even-numbered columns. Since the signal charges in the invalid imaging region are in the odd-numbered columns and the unnecessary charges to be read out are in the even-numbered columns, both are not mixed.

次に（４）で、垂直転送を１／２画面分だけ実施すると、第１フレームの有効撮像領域の信号電荷と、第２フレームの無効撮像領域の不要電荷とが水平電荷転送路側に出力される。以下、（５）〜（８）の様に上記と同様の動作を繰り返し、ラインメモリ，水平電荷転送路を第４実施形態と同様に駆動することで、図１９の全体動作のタイミングチャートに示される様に、２つのＧ信号と２つの不要電荷とが交互に出力されることになる。   Next, in (4), when the vertical transfer is performed for ½ screen, the signal charge of the effective imaging area of the first frame and the unnecessary charge of the invalid imaging area of the second frame are output to the horizontal charge transfer path side. The Thereafter, the same operation as described above is repeated as in (5) to (8), and the line memory and the horizontal charge transfer path are driven in the same manner as in the fourth embodiment. Thus, two G signals and two unnecessary charges are output alternately.

本実施形態は、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。   This embodiment can obtain the same effects as those of the fourth embodiment.

図２０，図２１は、本発明の第６の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法の説明図である。本実施形態で用いるＣＣＤ型固体撮像素子は図１３の撮像素子であり、本実施形態では、図１０に示す様に、有効画素領域を垂直方向に上中下と３分割し、真ん中の領域を有効撮像領域、上下領域を無効撮像領域としている。   20 and 21 are explanatory diagrams of a CCD solid-state imaging device driving method according to the sixth embodiment of the present invention. The CCD type solid-state imaging device used in this embodiment is the imaging device shown in FIG. 13. In this embodiment, as shown in FIG. 10, the effective pixel region is vertically divided into upper, middle, and lower, and the middle region is divided. The effective imaging area and the upper and lower areas are set as invalid imaging areas.

本実施形態では、まず図２０の（１）で読出電極Ｖ１Ａに読出パルスを印加し、第１フレームの画素から電荷を奇数列の垂直電荷転送路に読み出す。次に、（２）で垂直転送を１／３画面分だけ行うと、不要電荷が水平電荷転送路側に出力される。   In the present embodiment, first, a read pulse is applied to the read electrode V1A in (1) of FIG. 20, and charges are read from the pixels of the first frame to the vertical charge transfer paths in the odd columns. Next, when vertical transfer is performed for 1/3 screen in (2), unnecessary charges are output to the horizontal charge transfer path side.

次の（３）で読出電極Ｖ１Ｂに読出パルスを印加すると、偶数列目の垂直電荷転送路に第２フレームの画素から電荷が読み出されることになる。このとき、有効撮像領域内には第１フレームの不要電荷が来ているが、それは奇数列目の垂直電荷転送路であるため、有効撮像領域の信号電荷が不要電荷と混じることはない。   In the next (3), when a read pulse is applied to the read electrode V1B, charges are read from the pixels of the second frame to the vertical charge transfer path in the even-numbered column. At this time, the unnecessary charge of the first frame comes in the effective imaging area, but since it is the vertical charge transfer path in the odd-numbered columns, the signal charge in the effective imaging area is not mixed with the unnecessary charge.

次の（４）で、垂直転送を１／３画面分だけ実施して下１／３の電荷を水平電荷転送路側に出力させ、次の（５）で第１フレームの画素から電荷を奇数列目の垂直電荷転送路に読み出す。このとき、奇数列目の下１／３の垂直電荷転送路には上１／３の無効撮像領域の不要電荷が来ているため、下１／３の無効撮像領域の不要電荷と混合されることになる。しかし、有効撮像領域から読み出される信号電荷は、偶数列目の不要電荷と混合されることはない。   In the next (4), the vertical transfer is carried out for 1/3 screen to output the lower 1/3 charge to the horizontal charge transfer path side, and in the next (5), the charge is odd-numbered from the pixels of the first frame. Read to the vertical charge transfer path of the eye. At this time, since unnecessary charges in the upper 1/3 invalid imaging region come to the lower third vertical charge transfer path in the odd-numbered columns, they are mixed with unnecessary charges in the lower 1/3 invalid imaging region. Become. However, the signal charge read from the effective imaging region is not mixed with the unnecessary charge in the even-numbered columns.

以下、同様に（６）（７）（８）と繰り返し、図１６で説明したラインメモリ，水平電荷転送路での同様の転送駆動を行うことにより、有効撮像領域の信号電荷のうちＧ信号を不要電荷と混ぜることなく出力させる。   Thereafter, similarly, (6), (7), and (8) are repeated, and by performing the same transfer drive in the line memory and horizontal charge transfer path described in FIG. Output without mixing with unnecessary charge.

本実施形態によれば、不要電荷を排出するために垂直電荷転送路を高周波駆動する必要が無く、垂直電荷転送路の駆動周波数を通常モニタモード（全画面を出力）などと同じに設定することができ、転送効率悪化を招来することがない。また、本実施形態におけるフレームレートは、通常のモニタモードのほぼ３倍となるため、例えば６０ｆｐｓで動作する撮像素子の場合は、上述した駆動方法を適用することで１８０ｆｐｓを実現することができる。   According to the present embodiment, it is not necessary to drive the vertical charge transfer path at high frequency in order to discharge unnecessary charges, and the drive frequency of the vertical charge transfer path is set to be the same as that in the normal monitor mode (full screen output). And transfer efficiency will not be degraded. In addition, since the frame rate in the present embodiment is almost three times that in the normal monitor mode, for example, in the case of an image sensor that operates at 60 fps, 180 fps can be realized by applying the above-described driving method.

上述した第１〜第６の実施形態では、ラインメモリを搭載したＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法を説明したが、ラインメモリを持たないＣＣＤ型固体撮像素子でも同様の駆動を実現することができる。   In the above-described first to sixth embodiments, the driving method of the CCD solid-state imaging device equipped with the line memory has been described. However, the same driving can be realized even with a CCD solid-state imaging device having no line memory. .

図２２，図２３は、本発明の第７の実施形態に係るＣＣＤ型固体撮像素子駆動方法の説明図である。本実施形態では、ラインメモリを持たないＣＣＤ型固体撮像素子が対象となっており、図２２には、垂直電荷転送路に転送されてきた信号電荷，不要電荷を示している。図４に対応する図であるが、本実施形態では、ラインメモリ（図４の符号４５の部分）が無い。   22 and 23 are explanatory diagrams of a CCD solid-state imaging device driving method according to the seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, a CCD solid-state imaging device having no line memory is an object, and FIG. 22 shows signal charges and unnecessary charges transferred to the vertical charge transfer path. Although it is a figure corresponding to FIG. 4, in this embodiment, there is no line memory (portion 45 in FIG. 4).

図２２に示す様に、不要電荷だけの行と、信号電荷だけの行とが交互に垂直電荷転送路によって転送されてきている。図２３の（１）の初期状態では水平電荷転送路の直前の垂直電荷転送路の転送段に不要電荷が並んでいる。   As shown in FIG. 22, rows of only unnecessary charges and rows of only signal charges are alternately transferred by the vertical charge transfer path. In the initial state of (1) in FIG. 23, unnecessary charges are arranged in the transfer stage of the vertical charge transfer path immediately before the horizontal charge transfer path.

次の（２）で、１行分だけ垂直方向に転送すると、不要電荷が垂直電荷転送路の各転送段に移ることになる。次の（３）では、図２２に示す転送電極Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４に転送パルスを印加することで、水平電荷転送路の転送電極Ｈ１下に、不要電荷を集めてしまう。   In the next (2), when the data is transferred in the vertical direction by one row, the unnecessary charge is transferred to each transfer stage of the vertical charge transfer path. In the next (3), by applying a transfer pulse to the transfer electrodes H2, H3, and H4 shown in FIG. 22, unnecessary charges are collected under the transfer electrode H1 in the horizontal charge transfer path.

そして、次の（４）で、垂直電荷転送路の最終段にある次行の信号電荷を水平電荷転送路に転送すると、Ｇ信号だけが不要電荷と混じることなく水平電荷転送路に転送され、Ｒ信号は水平電荷転送路上の不要電荷と混合される。   Then, in the next (4), when the signal charge of the next row in the final stage of the vertical charge transfer path is transferred to the horizontal charge transfer path, only the G signal is transferred to the horizontal charge transfer path without being mixed with unnecessary charges, The R signal is mixed with unwanted charges on the horizontal charge transfer path.

これにより、水平電荷転送路上には、Ｇ信号，不要電荷，Ｇ信号，不要電荷，…と並び、ＡＦ動作に必要なＧ信号を得ることができると共に、不要電荷を通常の転送動作によって排出することが可能となる。   As a result, a G signal necessary for the AF operation can be obtained along with the G signal, unnecessary charge, G signal, unnecessary charge,... On the horizontal charge transfer path, and the unnecessary charge is discharged by a normal transfer operation. It becomes possible.

この第７の実施形態によれば、第１〜第６の実施形態と同様の効果が得られる他に、ラインメモリが不要なためＣＣＤ型固体撮像素子の構成が簡単化されて製造コストが低減され、また、駆動に必要なパルスの種類も少なくて済み、開発コストも低減する。   According to the seventh embodiment, the same effects as those of the first to sixth embodiments can be obtained, and the configuration of the CCD type solid-state imaging device is simplified because the line memory is unnecessary, so that the manufacturing cost is reduced. In addition, the number of types of pulses required for driving is reduced, and the development cost is reduced.

上述した実施形態では、有効画素領域（撮像領域）の上半分領域，下半分領域，３等分した真ん中領域を有効撮像領域にした例について説明したが、同様の動作により、４等分した一番上の領域，２番目の領域，…などとすることも可能であり、どの領域を有効撮像領域とするかは、焦点合わせをする被写***置によって適宜変更し部分読出する位置を切り替える制御を、図１のシステム制御部２９が行うのが良い。   In the above-described embodiment, the example in which the upper half area, the lower half area, and the middle area divided into three equal parts in the effective pixel area (imaging area) has been described as the effective imaging area. The upper area, the second area, etc. can be used, and which area is set as the effective imaging area is appropriately changed depending on the subject position to be focused, and the control for switching the position for partial reading is performed. The system control unit 29 in FIG.

以上述べた様に、実施形態によるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板の撮像領域に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素と、該画素で構成される画素列に沿って形成される垂直電荷転送路とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記撮像領域から撮像画像信号をインターレース読み出しして該撮像領域の一部領域から読み出した撮像画像信号だけを使用するに際し、該一部領域から読み出した信号電荷を前記垂直電荷転送路で転送するときに形成される空パケットを利用して前記撮像領域の残り領域から読み出した信号電荷（以下、不要電荷という。）を転送し廃棄することを特徴とする。   As described above, the CCD solid-state imaging device driving method according to the embodiment is performed along a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array in the imaging region of the semiconductor substrate, and a pixel column composed of the pixels. A method for driving a CCD type solid-state imaging device having a formed vertical charge transfer path, wherein the captured image signal is interlaced read from the imaging area and only the captured image signal read from a partial area of the imaging area is used. In doing so, a signal charge read from the remaining area of the imaging area using the empty packet formed when the signal charge read from the partial area is transferred through the vertical charge transfer path (hereinafter referred to as unnecessary charge). ) Is transferred and discarded.

また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板の撮像領域に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素と、該画素で構成される画素列に沿って形成される垂直電荷転送路とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子の前記撮像領域の垂直方向の１／ｎの一部領域を有効撮像領域とし残り領域を無効撮像領域として該無効撮像領域の各画素から読み出した信号電荷（以下、不要電荷という。）と前記有効撮像領域の各画素から前記垂直電荷転送路に読み出した信号電荷とを該ＣＣＤ型固体撮像素子から出力させるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、１画面分の前記信号電荷及び前記不要電荷を少なくとも第１フレームと第２フレームとに分けて前記ＣＣＤ型固体撮像素子の各画素から前記垂直電荷転送路にインターレース読み出しするに当たり、第１フレームで前記垂直電荷転送路に読み出した前記信号電荷及び前記不要電荷を垂直方向に１／ｎ画面分だけ垂直転送した後に前記垂直電荷転送路の空パケット内に前記第２フレームの前記信号電荷及び前記不要電荷を読み出し、前記第１フレームの前記信号電荷又は前記不要電荷と前記第２フレームの前記信号電荷又は前記不要電荷とを並行して転送することを特徴とする。   The CCD solid-state imaging device driving method according to the embodiment includes a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array in the imaging region of the semiconductor substrate, and a vertical formed along a pixel column composed of the pixels. A signal charge read from each pixel of the invalid imaging area with a 1 / n partial area in the vertical direction of the imaging area of the CCD type solid-state imaging device having a charge transfer path as an effective imaging area and the remaining area as an invalid imaging area. (Hereinafter, referred to as “unnecessary charge”) and a signal charge read out from each pixel in the effective imaging region to the vertical charge transfer path from the CCD solid-state imaging device, The signal charge and the unnecessary charge for one screen are divided into at least a first frame and a second frame, and interlaced reading is performed from each pixel of the CCD solid-state imaging device to the vertical charge transfer path. In the output, the signal charge and the unnecessary charge read out to the vertical charge transfer path in the first frame are vertically transferred by 1 / n screen in the vertical direction, and then the second charge is inserted into the second packet in the empty packet of the vertical charge transfer path. The signal charge and unnecessary charge of the frame are read out, and the signal charge or unnecessary charge of the first frame and the signal charge or unnecessary charge of the second frame are transferred in parallel.

また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法の前記垂直電荷転送路には、前記信号電荷と前記不要電荷とが交互に配置され転送されることを特徴とする。   Further, the signal charge and the unnecessary charge are alternately arranged and transferred to the vertical charge transfer path in the driving method of the CCD type solid-state imaging device of the embodiment.

また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記信号電荷のうちＡＦ動作に不要な信号電荷を前記不要電荷と混合することを特徴とする。   In addition, the driving method of the CCD solid-state imaging device according to the embodiment is characterized in that a signal charge unnecessary for AF operation is mixed with the unnecessary charge among the signal charges.

また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記垂直電荷転送路から転送されてきた前記信号電荷及び前記不要電荷の転送を受けて水平方向に転送する水平電荷転送路上で、前記信号電荷と前記不要電荷とを交互に配列して転送することを特徴とする。   Further, the CCD solid-state imaging device driving method according to the embodiment is configured such that the signal is transferred on the horizontal charge transfer path that transfers the signal charge transferred from the vertical charge transfer path and the unnecessary charge in a horizontal direction. The charge and the unnecessary charge are alternately arranged and transferred.

また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記ＡＦ動作に不要な信号電荷は赤色フィルタ又は青色フィルタを搭載した前記画素から読み出された信号電荷であり、前記ＡＦ動作で用いる信号電荷が緑色フィルタを搭載した前記画素から読み出された信号電荷であることを特徴とする。   In the driving method of the CCD solid-state imaging device according to the embodiment, the signal charge unnecessary for the AF operation is a signal charge read from the pixel on which a red filter or a blue filter is mounted, and a signal used in the AF operation. The charge is a signal charge read from the pixel on which the green filter is mounted.

また、実施形態のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、前記一部領域とする位置を合焦対象とする被写体の位置によって切り替えることを特徴とする。   The CCD solid-state image sensor driving method according to the embodiment is characterized in that the position as the partial area is switched depending on the position of the subject to be focused.

また、実施形態の撮像装置は、上記記載の固体撮像素子と、上記のいずれかに記載の駆動方法を実行する制御手段とを備えることを特徴とする。   An imaging apparatus according to the embodiment includes the solid-state imaging element described above and a control unit that executes any one of the driving methods described above.

以上述べた実施形態によれば、撮像領域の各画素の信号をインターレース読み出しして前記撮像領域の一部領域の画素からの信号だけを利用するに際し、該一部領域から読み出した信号を転送するときの空きパケットを利用して前記撮像領域の残りの領域の画素から読み出した信号（不要電荷）を転送し廃棄するため、転送駆動周波数を高めることなく、不要電荷の廃棄を高速に行うことが可能となる。   According to the embodiment described above, when the signals of the pixels in the imaging region are interlaced read and only the signals from the pixels in the partial region of the imaging region are used, the signals read from the partial region are transferred. Since signals (unnecessary charges) read from the pixels in the remaining area of the imaging area are transferred and discarded using empty packets at the time, unnecessary charges can be discarded at a high speed without increasing the transfer drive frequency. It becomes possible.

本発明に係るＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法は、部分読出するときに垂直電荷転送路を高周波駆動しなくても高速に不要電荷の掃き出し可能となって転送効率の悪化を招かないため、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、カメラ付携帯電話機、ＰＤＡやノートパソコン等のカメラ付電子装置、内視鏡等の撮像装置一般に適用すると有用である。   The method for driving a CCD solid-state imaging device according to the present invention is capable of sweeping out unnecessary charges at high speed without causing high-frequency driving of the vertical charge transfer path during partial reading, and does not cause deterioration in transfer efficiency. It is useful when applied to general imaging devices such as still cameras, digital video cameras, camera-equipped mobile phones, electronic devices with cameras such as PDAs and notebook computers, and endoscopes.

２０ 撮像装置
２４ 撮像素子駆動手段を含む駆動部
３５，１００ ＣＣＤ型固体撮像素子
４２，１０１ 画素（フォトダイオード）
４３，１０２ 垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）
４５，１０５ ラインメモリ（ＬＭ）
４６，１０３ 水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）
Ｒ 赤色フィルタ，赤色信号電荷
Ｇ 緑色フィルタ，緑色信号電荷
Ｂ 青色フィルタ，青色信号電荷 20 Image pickup device 24 Drive unit 35 including image pickup element drive means, 100 CCD type solid-state image pickup element 42, 101 pixel (photodiode)
43,102 Vertical charge transfer path (VCCD)
45,105 line memory (LM)
46,103 Horizontal charge transfer path (HCCD)
R Red filter, red signal charge G Green filter, green signal charge B Blue filter, blue signal charge

Claims (8)

半導体基板の撮像領域に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素と、該画素で構成される画素列に沿って形成される垂直電荷転送路とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記撮像領域から撮像画像信号をインターレース読み出しして該撮像領域の一部領域から読み出した撮像画像信号だけを使用するに際し、該一部領域から読み出した信号電荷を前記垂直電荷転送路で転送するときに形成される空パケットを利用して前記撮像領域の残り領域から読み出した信号電荷（以下、不要電荷という。）を転送し廃棄するＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。   A method for driving a CCD solid-state imaging device, comprising a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array in an imaging region of a semiconductor substrate, and a vertical charge transfer path formed along a pixel column composed of the pixels. When the captured image signal is interlaced read from the imaging region and only the captured image signal read from the partial region of the imaging region is used, the signal charge read from the partial region is transmitted through the vertical charge transfer path. A method for driving a CCD type solid-state imaging device that transfers and discards signal charges (hereinafter referred to as unnecessary charges) read from the remaining area of the imaging area by using empty packets formed at the time of transfer. 半導体基板の撮像領域に二次元アレイ状に配列形成された複数の画素と、該画素で構成される画素列に沿って形成される垂直電荷転送路とを備えるＣＣＤ型固体撮像素子の前記撮像領域の垂直方向の１／ｎの一部領域を有効撮像領域とし残り領域を無効撮像領域として該無効撮像領域の各画素から読み出した不要電荷と前記有効撮像領域の各画素から前記垂直電荷転送路に読み出した信号電荷とを該ＣＣＤ型固体撮像素子から出力させるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、１画面分の前記信号電荷及び前記不要電荷を少なくとも第１フレームと第２フレームとに分けて前記ＣＣＤ型固体撮像素子の各画素から前記垂直電荷転送路にインターレース読み出しするに当たり、第１フレームで前記垂直電荷転送路に読み出した前記信号電荷及び前記不要電荷を垂直方向に１／ｎ画面分だけ垂直転送した後に前記垂直電荷転送路の空パケット内に前記第２フレームの前記信号電荷及び前記不要電荷を読み出し、前記第１フレームの前記信号電荷又は前記不要電荷と前記第２フレームの前記信号電荷又は前記不要電荷とを並行して転送するＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。   The imaging region of a CCD type solid-state imaging device comprising a plurality of pixels arranged in a two-dimensional array in an imaging region of a semiconductor substrate and a vertical charge transfer path formed along a pixel column composed of the pixels The 1 / n partial area in the vertical direction is an effective imaging area, and the remaining area is an invalid imaging area. Unnecessary charges read from each pixel of the invalid imaging area and each pixel of the effective imaging area to the vertical charge transfer path A method for driving a CCD solid-state imaging device that outputs a read signal charge from the CCD solid-state imaging device, wherein the signal charge and unnecessary charges for one screen are divided into at least a first frame and a second frame. When the interlaced readout from each pixel of the CCD type solid-state imaging device to the vertical charge transfer path is performed, the signal charges read to the vertical charge transfer path in the first frame And the unnecessary charge is vertically transferred by 1 / n screen in the vertical direction, and then the signal charge and the unnecessary charge of the second frame are read into an empty packet of the vertical charge transfer path, and the signal of the first frame is read out. A method for driving a CCD type solid-state imaging device, wherein charges or unnecessary charges and the signal charges or unnecessary charges in the second frame are transferred in parallel. 請求項１又は請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記垂直電荷転送路には、前記信号電荷と前記不要電荷とが交互に配置され転送されるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。   3. The method of driving a CCD solid-state imaging device according to claim 1, wherein the signal charge and the unnecessary charge are alternately arranged and transferred on the vertical charge transfer path. Device driving method. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記信号電荷のうちＡＦ動作に不要な信号電荷を前記不要電荷と混合するＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。   4. The method of driving a CCD solid-state imaging device according to claim 1, wherein a signal charge unnecessary for AF operation is mixed with the unnecessary charge among the signal charges. Driving method. 請求項４に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記垂直電荷転送路から転送されてきた前記信号電荷及び前記不要電荷の転送を受けて水平方向に転送する水平電荷転送路上で、前記信号電荷と前記不要電荷とを交互に配列して転送するＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。   5. The method of driving a CCD solid-state imaging device according to claim 4, wherein the signal charge transferred from the vertical charge transfer path and the unnecessary charge are transferred and transferred in a horizontal direction on the horizontal charge transfer path. A method for driving a CCD solid-state imaging device, wherein the signal charges and the unnecessary charges are alternately arranged and transferred. 請求項４又は請求項５に記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記ＡＦ動作に不要な信号電荷は赤色フィルタ又は青色フィルタを搭載した前記画素から読み出された信号電荷であり、前記ＡＦ動作で用いる信号電荷が緑色フィルタを搭載した前記画素から読み出された信号電荷であるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。   6. The method of driving a CCD solid-state imaging device according to claim 4 or 5, wherein the signal charge unnecessary for the AF operation is a signal charge read from the pixel equipped with a red filter or a blue filter. A method for driving a CCD solid-state imaging device, wherein the signal charge used in the AF operation is a signal charge read from the pixel on which a green filter is mounted. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法であって、前記一部領域とする位置を合焦対象とする被写体の位置によって切り替えるＣＣＤ型固体撮像素子の駆動方法。   7. The method for driving a CCD solid-state image pickup device according to claim 1, wherein the CCD solid-state image pickup device is switched according to the position of a subject to be focused on. Method. 請求項１又は請求項２に記載の固体撮像素子と、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の駆動方法を実行する制御手段とを備える撮像装置。   An imaging apparatus comprising: the solid-state imaging device according to claim 1; and a control unit that executes the driving method according to any one of claims 1 to 7.
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