JP4452259B2 - Solid-state image sensor and camera equipped with the same - Google Patents

Solid-state image sensor and camera equipped with the same Download PDF

Info

Publication number
JP4452259B2
JP4452259B2 JP2006206156A JP2006206156A JP4452259B2 JP 4452259 B2 JP4452259 B2 JP 4452259B2 JP 2006206156 A JP2006206156 A JP 2006206156A JP 2006206156 A JP2006206156 A JP 2006206156A JP 4452259 B2 JP4452259 B2 JP 4452259B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixels
vertical
transfer unit
pixel
transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006206156A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006320019A (en
Inventor
良一 永吉
啓二郎 板倉
剛 蓮香
明啓 河野
信一 田代
俊哉 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2006206156A priority Critical patent/JP4452259B2/en
Publication of JP2006320019A publication Critical patent/JP2006320019A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4452259B2 publication Critical patent/JP4452259B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Description

本発明は、受けた光を電気信号に変換し、映像信号として出力する固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device that converts received light into an electrical signal and outputs it as a video signal.

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

このような固体撮像素子において、映像信号の出力スピードを向上させるために、信号電荷を読み出す画素を間引くことにより出力映像信号中の画素数を減らす駆動方法が、従来から提案されている。例えば特許文献１（特開平１１−２３４６８８号公報）には、例えば水平方向３画素を１ブロックとして、各ブロックにおける中央画素を除く２画素（両端の２画素）の信号電荷を固体撮像素子内で混合すると共に、ブロックの中央の１画素の信号電荷を、隣接するブロックの中央の１画素の信号電荷と混合することにより、固体撮像素子からの出力映像信号における水平方向の画素数を削減する駆動方法が開示されている。
特開平１１−２３４６８８号公報 In such a solid-state imaging device, a driving method for reducing the number of pixels in the output video signal by thinning out pixels from which signal charges are read has been conventionally proposed in order to improve the output speed of the video signal. For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-234688), for example, signal charges of two pixels (two pixels at both ends) excluding a central pixel in each block are set in a solid-state imaging device, assuming three pixels in the horizontal direction as one block. Drive that reduces the number of pixels in the horizontal direction in the output video signal from the solid-state imaging device by mixing and mixing the signal charge of one pixel at the center of the block with the signal charge of one pixel at the center of the adjacent block A method is disclosed.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-234688

しかしながら、水平方向における１／３間引きの際に、全画素出力時のサンプリング周波数の３分の１の成分が信号のＤＣ成分に折り返されて加わるが、上述した従来の駆動方法による固体撮像素子では、サンプリング周波数の３分の１の成分が０ではない（図２７参照）。これにより、モワレの発生や、偽信号の発生などにより、出力映像信号の画質が劣化するという問題を有していた。   However, at the time of 1/3 decimation in the horizontal direction, a component of one third of the sampling frequency at the time of outputting all pixels is added back to the DC component of the signal. The one-third component of the sampling frequency is not 0 (see FIG. 27). Accordingly, there has been a problem that the image quality of the output video signal is deteriorated due to generation of moire or generation of a false signal.

本発明はこれらの問題を解決するために、少なくとも水平方向の画素数を削減できる固体撮像素子であって、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像素子を提供することを目的とする。   In order to solve these problems, the present invention provides a solid-state imaging device capable of reducing the number of pixels at least in the horizontal direction and capable of outputting a high-quality video signal at high speed without causing moire or false signals. The purpose is to do.

上記の目的を達成するために、本発明にかかる固体撮像素子は、２次元配列の画素から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直転送部と、前記垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを有し、前記垂直転送部における前記水平転送部に最も近い転送段である垂直最終段が、ｍ（ｍは２以上の整数）列毎に同じ転送電極構成を有し、前記ｍ列のうち、一つの列以外の垂直最終段あるいは全ての垂直最終段に、当該垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を、当該ｍ列における他の垂直最終段とは独立して制御するために、前記他の垂直最終段とは独立した転送電極が設けられたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention has a vertical transfer provided corresponding to each column of pixels in order to transfer signal charges read from pixels in a two-dimensional array in the vertical direction. And a horizontal transfer unit that horizontally transfers signal charges received from the vertical transfer unit, and a vertical final stage that is the transfer stage closest to the horizontal transfer unit in the vertical transfer unit is m (m Is an integer greater than or equal to 2) having the same transfer electrode configuration for each column, and among the m columns, the vertical final stage other than one column or all vertical final stages are connected to the horizontal transfer unit from the vertical final stage. In order to control the transfer operation independently of the other vertical final stages in the m columns, a transfer electrode independent of the other vertical final stages is provided.

以上に説明したように、本発明によれば、少なくとも水平方向の画素数を削減することにより、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像素子を提供できる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device capable of outputting a high-quality video signal at high speed without generating moire or false signals by reducing the number of pixels in the horizontal direction.

本発明にかかる固体撮像素子は、２次元配列の画素から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直転送部と、前記垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを有し、前記垂直転送部における前記水平転送部に最も近い転送段である垂直最終段が、ｍ（ｍは２以上の整数）列毎に同じ転送電極構成を有し、前記ｍ列のうち、一つの列以外の垂直最終段あるいは全ての垂直最終段に、当該垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を、当該ｍ列における他の垂直最終段とは独立して制御するために、前記他の垂直最終段とは独立した転送電極が設けられた構成である（第１の構成）。   A solid-state imaging device according to the present invention includes a vertical transfer unit provided corresponding to each column of pixels to transfer signal charges read from the pixels of a two-dimensional array in the vertical direction, and receiving from the vertical transfer unit A vertical transfer stage that is the transfer stage closest to the horizontal transfer part in the vertical transfer part, for each m (m is an integer of 2 or more) columns. Transfer operations from the vertical final stage to the horizontal transfer unit are transferred to the vertical final stage other than one column or all the vertical final stages other than one of the m columns. In order to control independently from the vertical final stage, a transfer electrode independent from the other vertical final stage is provided (first configuration).

本発明の固体撮像素子における垂直転送部は、２次元配列の画素に対応する例えばフォトダイオードなどの光電変換部と複数の垂直転送段からなる垂直ＣＣＤによって構成されていても良いし、受光機能を有し複数の垂直転送段からなる垂直ＣＣＤによって構成されていても良い。   The vertical transfer unit in the solid-state imaging device of the present invention may be configured by a photoelectric conversion unit such as a photodiode corresponding to a two-dimensional array of pixels and a vertical CCD including a plurality of vertical transfer stages, and has a light receiving function. It may be configured by a vertical CCD having a plurality of vertical transfer stages.

上述の第１の構成によれば、垂直最終段の全ての信号電荷は、ｍ回に分けて水平転送部へ転送される。また、垂直最終段から水平転送部への転送と、水平転送部による水平方向への転送とを組み合わせれば、画素出力の並べ替えや混合が任意に可能となる。なお、垂直転送部および水平転送部の転送動作は、これらにそれぞれ設けられた転送電極へ所定の制御信号を与えることにより制御される。この制御信号を送出するための手段（制御部）は、固体撮像素子の外部にあっても良いし、固体撮像素子と一体に設けられていても良い。   According to the first configuration described above, all signal charges in the vertical final stage are transferred to the horizontal transfer unit in m times. Further, if the transfer from the vertical final stage to the horizontal transfer unit and the transfer in the horizontal direction by the horizontal transfer unit are combined, the pixel outputs can be rearranged and mixed arbitrarily. Note that the transfer operations of the vertical transfer unit and the horizontal transfer unit are controlled by applying a predetermined control signal to transfer electrodes provided on each of them. The means (control unit) for transmitting the control signal may be provided outside the solid-state image sensor or may be provided integrally with the solid-state image sensor.

本発明にかかる固体撮像素子において、前記ｍを２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）としても良い（第２の構成）。さらに、この固体撮像素子において、水平方向において１画素おきの２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）個ずつを第１の混合画素群とし、前記第１の混合画素群以外の画素から、１画素おきの２ｎ＋１個ずつの画素であって、その画素重心が前記第１の混合画素群の画素重心の間で等間隔になる画素を第２の混合画素群として、第１、第２の混合画素群のそれぞれに含まれる画素の信号電荷を水平転送部内で加算することが好ましい（第３の構成）。   In the solid-state imaging device according to the present invention, the m may be 2n + 1 (n is an integer of 1 or more) (second configuration). Further, in this solid-state imaging device, every 2n + 1 (n is an integer of 1 or more) every other pixel in the horizontal direction is set as the first mixed pixel group, and every other pixel from the pixels other than the first mixed pixel group. 2n + 1 pixels each having a pixel centroid that is equidistant between the pixel centroids of the first mixed pixel group as a second mixed pixel group, the first and second mixed pixel groups It is preferable to add the signal charges of the pixels included in each of these in the horizontal transfer unit (third configuration).

この構成によれば、画素の信号電荷を捨てることなく、水平方向の画素数を１／（２ｎ＋１）に低減することができる。かつ、画素数を低減した後の混合画素間隔が均等なため、感度が高く、かつ、解像度が高くモワレが少ない画像信号を得ることができる。   According to this configuration, the number of pixels in the horizontal direction can be reduced to 1 / (2n + 1) without discarding the signal charges of the pixels. In addition, since the mixed pixel interval after reducing the number of pixels is uniform, an image signal with high sensitivity and high resolution and low moire can be obtained.

前記固体撮像素子において、さらに、垂直最終段における前記第１、第２の混合画素群のそれぞれについて、（ａ１）前記２ｎ＋１個の画素からなる各混合画素群のうち、前記水平転送部の出力側から最も遠い画素の信号電荷のみを、垂直最終段から水平転送部へ転送し、（ａ２）水平転送部の信号電荷を順方向に２画素分転送し、（ａ３）前記２ｎ＋１個の画素群のうち、垂直最終段に信号電荷が残っている画素であって前記水平転送部の出力側から最も遠い画素の信号電荷のみを、垂直最終段から水平転送部へ転送し、（ａ４）前記ａ２およびａ３の転送を、前記２ｎ＋１個の画素群の全ての信号電荷が垂直最終段から水平転送部へ転送されるまで繰り返して行うことが好ましい（第４の構成）。   In the solid-state imaging device, further, for each of the first and second mixed pixel groups in the vertical final stage, (a1) out of each of the 2n + 1 pixel mixed pixel groups, the output side of the horizontal transfer unit Only the signal charge of the pixel farthest from the pixel is transferred from the vertical final stage to the horizontal transfer unit, (a2) the signal charge of the horizontal transfer unit is transferred by two pixels in the forward direction, and (a3) the 2n + 1 pixel group Among them, only the signal charge of the pixel having the signal charge remaining in the vertical final stage and farthest from the output side of the horizontal transfer unit is transferred from the vertical final stage to the horizontal transfer unit, and (a4) the a2 and It is preferable to repeat the transfer of a3 until all signal charges of the 2n + 1 pixel group are transferred from the vertical final stage to the horizontal transfer unit (fourth configuration).

これにより、１画素おきの２ｎ＋１画素を混合することができ、さらに、その間の画素も同時に２ｎ＋１画素で混合できる。   As a result, every 2n + 1 pixels can be mixed every other pixel, and the pixels between them can also be mixed by 2n + 1 pixels at the same time.

前記固体撮像素子において、さらに、（ｂ１）前記ａ１〜ａ４の転送の最後として、前記２ｎ＋１個の画素群のうち最後の画素の信号電荷を垂直最終段から水平転送部へ転送した後、または転送すると同時に、全列の垂直転送部の信号電荷を１段転送し、（ｂ２）前記ｂ１により垂直最終段に転送された信号電荷について、ａ１〜ａ４の転送を行い、（ｂ３）前記ｂ１およびｂ２の転送を、２ｎ＋１段分の信号電荷が水平転送部へ転送されるまで繰り返して行うことが好ましい（第５の構成）。   In the solid-state imaging device, further, (b1) As the last of the transfer of a1 to a4, the signal charge of the last pixel in the 2n + 1 pixel group is transferred from the vertical final stage to the horizontal transfer unit or transferred At the same time, the signal charges of the vertical transfer units of all the columns are transferred by one stage, (b2) the signal charges transferred to the vertical final stage by b1 are transferred from a1 to a4, and (b3) b1 and b2 Is preferably repeated until signal charges of 2n + 1 stages are transferred to the horizontal transfer section (fifth configuration).

これにより、水平転送部に空転送段が生じないため、水平転送スピードを上げずに、水平画素数を１／（２ｎ＋１）に低減できる。   As a result, there is no empty transfer stage in the horizontal transfer unit, and the number of horizontal pixels can be reduced to 1 / (2n + 1) without increasing the horizontal transfer speed.

前記固体撮像素子において、前記垂直転送部における前記水平転送部に最も近い垂直最終段が、３列毎に同じ転送電極構成を有し、前記３列のうち、少なくとも水平転送部の出力側から第２および第３列の垂直最終段に、当該垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を、他の垂直最終段とはそれぞれ独立して制御するために、他の垂直最終段とは独立した転送電極が設けられたことが好ましい（第６の構成）。これにより、水平方向において３画素を混合することにより、水平画素数を１／３に低減できる。   In the solid-state imaging device, the vertical final stage closest to the horizontal transfer unit in the vertical transfer unit has the same transfer electrode configuration for every three columns, and at least from the output side of the horizontal transfer unit among the three columns. In order to control the transfer operation from the vertical final stage to the horizontal transfer unit in the vertical final stages of the second and third columns independently of the other vertical final stages. It is preferable that a transfer electrode is provided (sixth configuration). Thereby, the number of horizontal pixels can be reduced to 1/3 by mixing three pixels in the horizontal direction.

前記第６の構成にかかる固体撮像素子において、水平転送部の出力側から第１列の前記垂直最終段は、当該列における垂直最終段以外の段と同じ電極構成を有することが好ましい（第７の構成）。   In the solid-state imaging device according to the sixth configuration, it is preferable that the vertical final stage in the first column from the output side of the horizontal transfer unit has the same electrode configuration as the stages other than the vertical final stage in the column (seventh). Configuration).

前記第６の構成にかかる固体撮像素子において、水平方向において１画素おきの３個ずつを第１の混合画素群とし、前記第１の混合画素群以外の画素から、１画素おきの３個ずつの画素であって、その画素重心が前記第１の混合画素群の画素重心の間で等間隔になる画素を第２の混合画素群とすることが好ましい（第８の構成）。これにより、画素の信号電荷を捨てることなく、水平方向の画素数を１／３に低減することができ、かつ、画素数低減後の混合画素間隔を均等にすることができる。   In the solid-state imaging device according to the sixth configuration, every third pixel in the horizontal direction is taken as a first mixed pixel group, and every third pixel from the pixels other than the first mixed pixel group. It is preferable that the second mixed pixel group is a pixel whose pixel centroids are equally spaced between the pixel centroids of the first mixed pixel group (eighth configuration). Accordingly, the number of pixels in the horizontal direction can be reduced to 1/3 without discarding the signal charges of the pixels, and the mixed pixel intervals after the reduction in the number of pixels can be made uniform.

前記第６の構成にかかる固体撮像素子において、（ｃ１）前記３列のうち、水平転送部の出力側から第２列の垂直最終段の信号電荷のみを水平転送部へ転送し、（ｃ２）水平転送部の信号電荷を順方向に２画素分転送し、（ｃ３）前記３列のうち、水平転送部の出力側から第３列の垂直最終段の信号電荷のみを水平転送部へ転送し、（ｃ４）水平転送部の信号電荷を順方向に２画素分転送し、（ｃ５）前記３列のうち、水平転送部の出力側から第１列の垂直最終段の信号電荷を水平転送部へ転送することが好ましい（第９の構成）。これにより、１画素おきの３画素とその間の３画素とをそれぞれ混合でき、かつ、画素数低減後の混合画素間隔を均等にすることができる。   In the solid-state imaging device according to the sixth configuration, (c1) Of the three columns, only the signal charges of the vertical final stage of the second column are transferred from the output side of the horizontal transfer unit to the horizontal transfer unit, and (c2) Transfer the signal charges of the horizontal transfer unit for two pixels in the forward direction. (C3) Of the three columns, transfer only the signal charges of the vertical final stage of the third column from the output side of the horizontal transfer unit to the horizontal transfer unit. (C4) The signal charge of the horizontal transfer unit is transferred by two pixels in the forward direction. (C5) Among the three columns, the signal charge of the vertical final stage of the first column from the output side of the horizontal transfer unit is transferred to the horizontal transfer unit. (Ninth configuration). Thereby, every other 3 pixels and 3 pixels in between can be mixed, and the mixed pixel intervals after the number of pixels can be made uniform.

前記第９の構成にかかる固体撮像素子において、（ｄ１）前記ｃ５において第１列の垂直最終段の信号電荷を水平転送部へ転送した後、または転送すると同時に、全列の垂直転送部の信号電荷を１段転送し、（ｄ２）前記ｄ１の最後に垂直最終段に転送された信号電荷について、ｃ１〜ｃ５の転送を行い、ｃ５において第１列の垂直最終段の信号電荷を水平転送部へ転送した後、または転送すると同時に、全列の垂直転送部の信号電荷を１段転送し、（ｄ３）前記ｄ２の最後に垂直最終段に転送された信号電荷について、ｃ１〜ｃ５の転送を行うことが好ましい（第１０の構成）。これにより、水平方向における３画素混合を行っても、水平転送部に空転送段が生じないため、水平転送スピードを上げなくても、水平画素数を１／３に低減できる。   In the solid-state imaging device according to the ninth configuration, (d1) the signal of the vertical transfer unit of all columns is transferred after or simultaneously with transferring the signal charge of the vertical final stage of the first column to the horizontal transfer unit in c5. (D2) The signal charges transferred to the vertical final stage at the end of d1 are transferred c1 to c5. In c5, the signal charges of the vertical final stage of the first column are transferred to the horizontal transfer unit. Or simultaneously with the transfer, the signal charges of the vertical transfer units of all the columns are transferred by one stage. (D3) The transfer of c1 to c5 is performed on the signal charges transferred to the last vertical stage at the end of d2. It is preferable to carry out (tenth configuration). As a result, even when three pixels are mixed in the horizontal direction, no empty transfer stage is generated in the horizontal transfer unit, so the number of horizontal pixels can be reduced to 1/3 without increasing the horizontal transfer speed.

また、前記第３の構成にかかる固体撮像素子において、前記第１および第２の混合画素群のそれぞれの、垂直方向において１行おきの２ｎ＋１行分の合計（２ｎ＋１）×（２ｎ＋１）画素を、１つの混合画素群として、各列に含まれる２ｎ＋１行分の画素の信号電荷を垂直転送部内で加算することが好ましい（第１１の構成）。これにより、１画面のデータ数が、１／（（２ｎ＋１）×（２ｎ＋１））となるため、単位時間毎のフレーム数を増やせる。また、捨てる画素がないので、感度が向上する。   Further, in the solid-state imaging device according to the third configuration, a total of (2n + 1) × (2n + 1) pixels for every 2n + 1 rows in the vertical direction of each of the first and second mixed pixel groups, As one mixed pixel group, it is preferable to add signal charges of 2n + 1 rows of pixels included in each column in the vertical transfer unit (11th configuration). As a result, the number of data on one screen becomes 1 / ((2n + 1) × (2n + 1)), so that the number of frames per unit time can be increased. Further, since there are no pixels to be discarded, sensitivity is improved.

前記第１１の構成にかかる固体撮像素子において、水平方向において１画素おきの３画素の、垂直方向において１行おきの３行分の、合計９画素を、１つの混合画素群とすることが好ましい（第１２の構成）。これにより、１画面のデータ数が１／９になるため、単位時間毎のフレーム数を増やせる。また、捨てる画素がないので、感度が向上する。   In the solid-state imaging device according to the eleventh configuration, it is preferable that a total of nine pixels including three pixels every other pixel in the horizontal direction and three rows every other row in the vertical direction form one mixed pixel group. (Twelfth configuration). As a result, the number of data on one screen becomes 1/9, so the number of frames per unit time can be increased. Further, since there are no pixels to be discarded, sensitivity is improved.

前記第３の構成にかかる固体撮像素子において、水平方向において１画素おきの３画素を、垂直方向において３行間隔を空けた２行分、合計６画素を、１つの混合画素群とすることが好ましい（第１３の構成）。これにより、垂直方向に３行分の画素を混合する場合と比較して、リニアな信号範囲が広くなるという利点がある。   In the solid-state imaging device according to the third configuration, three pixels every other pixel in the horizontal direction and two rows with an interval of three rows in the vertical direction, a total of six pixels may be a mixed pixel group. Preferred (13th configuration). Thereby, there is an advantage that the linear signal range is wide as compared with the case of mixing pixels for three rows in the vertical direction.

前記第３の構成にかかる固体撮像素子において、水平方向において１画素おきの３画素を、垂直方向における３行毎に１行、合計３画素を、１つの混合画素群とすることが好ましい（第１４の構成）。これにより、垂直方向に３行分の画素を混合する場合と比較して、リニアな信号範囲がさらに広くなるという利点がある。   In the solid-state imaging device according to the third configuration, it is preferable that three pixels every other pixel in the horizontal direction, one row for every three rows in the vertical direction, and a total of three pixels constitute one mixed pixel group (first pixel). 14 configuration). Thereby, there is an advantage that the linear signal range is further widened as compared with the case where the pixels of three rows are mixed in the vertical direction.

前記第２の構成にかかる固体撮像素子において、前記２次元配列の画素に、水平方向において２画素、垂直方向において２画素の合計４画素を１単位としたカラーフィルタを配したことが好ましい（第１５の構成）。これにより、画素混合後も、水平２画素垂直２画素の合計４画素を１単位とした同一カラーフィルタ配列の画像が得られる。   In the solid-state imaging device according to the second configuration, it is preferable that a color filter having a total of four pixels of two pixels in the horizontal direction and two pixels in the vertical direction as one unit is arranged on the pixels in the two-dimensional array (first pixel). 15 configuration). Thereby, even after pixel mixing, an image of the same color filter array with a total of four pixels of two horizontal pixels and two vertical pixels as one unit is obtained.

前記第１５の構成にかかる固体撮像素子において、前記カラーフィルタが、前記４画素の一対角線上の２画素に第１の色のフィルタを配し、他の２画素に第２および第３の色のフィルタをそれぞれ配したことが好ましい（第１６の構成）。   In the solid-state imaging device according to the fifteenth configuration, the color filter arranges a filter of the first color in two pixels on the diagonal line of the four pixels, and the second and third colors in the other two pixels. These filters are preferably arranged (sixteenth configuration).

前記第３の構成にかかる固体撮像素子において、前記２次元配列の画素に、水平方向において２画素、垂直方向において４画素の合計８画素を１単位としたカラーフィルタを配し、垂直方向において隣接する２画素を垂直転送部内で混合することが好ましい（第１７の構成）。   In the solid-state imaging device according to the third configuration, the two-dimensional array of pixels is provided with a color filter having a total of 8 pixels, 2 pixels in the horizontal direction and 4 pixels in the vertical direction, as a unit, and adjacent in the vertical direction. Preferably, the two pixels to be mixed are mixed in the vertical transfer section (a seventeenth configuration).

また、本発明にかかる固体撮像素子において、垂直最終段に独立電極を少なくとも２枚設けた構成とすることが好ましい。   In the solid-state imaging device according to the present invention, it is preferable that at least two independent electrodes are provided in the vertical final stage.

例えば、前記垂直最終段の各列を６個の転送電極で構成する場合、（１）隣接する３列の垂直転送部の全てにおいて、前記６個の転送電極のうち、水平転送部側から２番目および４番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、１番目、３番目、５番目、および６番目が垂直転送部の他の段と共通した電極とした構成（第１８の構成）、（２）隣接する３列の垂直転送部のうちの２列において、前記６個の転送電極のうち、水平転送部側から２番目および４番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、１番目、３番目、５番目、および６番目が垂直転送部の他の段と共通した電極であり、隣接する３列の垂直転送部のうちの残りの１列において、１番目〜６番目の全ての転送電極が、垂直転送部の他の段と共通した電極である構成（第１９の構成）、（３）隣接する３列の垂直転送部の全てにおいて、前記６個の転送電極のうち、水平転送部側から２番目、４番目、および６番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、１番目、３番目、および５番目が垂直転送部の他の段と共通した電極である構成（第２０の構成）、（４）隣接する３列の垂直転送部のうちの２列において、前記６個の転送電極のうち、水平転送部側から２番目、４番目、および６番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、１番目、３番目、および５番目が垂直転送部の他の段と共通した電極であり、隣接する３列の垂直転送部のうちの残りの１列において、１番目〜６番目の全ての転送電極が、垂直転送部の他の段と共通した電極とした構成（第２１の構成）、（５）隣接する３列の垂直転送部のうち少なくとも２列において、前記６個の転送電極のうち、水平転送部側から２番目および４番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、隣接する３列の垂直転送部の全てにおいて、水平転送部側から１番目および３番目が、垂直転送部の他の段とは異なる構成（第２２の構成）、あるいは、（６）隣接する３列の垂直転送部のうち少なくとも２列において、前記６個の転送電極のうち、水平転送部側から２番目、４番目、および６番目が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、隣接する３列の垂直転送部の全てにおいて、水平転送部から１番目、３番目、および５番目が、垂直転送部の他の段とは異なる構成（第２３の構成）、のいずれかであることが好ましい。   For example, in the case where each column of the vertical final stage is composed of six transfer electrodes, (1) in all three adjacent vertical transfer units, two of the six transfer electrodes from the horizontal transfer unit side. The 4th and 4th are independent electrodes independent of the vertical final stage of the other columns, and the 1st, 3rd, 5th, and 6th electrodes are common electrodes with the other stages of the vertical transfer unit ( (18th Configuration), (2) In two columns of three adjacent vertical transfer units, among the six transfer electrodes, the second and fourth from the horizontal transfer unit side are vertical in other columns. Independent electrodes independent of the final stage, and the first, third, fifth, and sixth electrodes are common to the other stages of the vertical transfer unit, and the remaining ones of the adjacent three columns of vertical transfer units In the first row, all the first to sixth transfer electrodes are common to the other stages of the vertical transfer section. In the configuration of the electrodes (19th configuration), (3) in all three adjacent vertical transfer units, the second, fourth, and sixth from the horizontal transfer unit side among the six transfer electrodes are , An independent electrode independent of the vertical final stage of the other columns, and the first, third, and fifth electrodes common to the other stages of the vertical transfer unit (twentieth configuration), (4 ) In two of the three vertical transfer units adjacent to each other, among the six transfer electrodes, the second, fourth, and sixth from the horizontal transfer unit side are the vertical final stages of the other columns. Independent independent electrodes, the first, third, and fifth electrodes are common to the other stages of the vertical transfer unit, and the first in the remaining one column of the adjacent three vertical transfer units A configuration in which all of the sixth to sixth transfer electrodes are electrodes common to the other stages of the vertical transfer unit (second (5) In at least two of the three vertical transfer units adjacent to each other, the second and fourth of the six transfer electrodes from the horizontal transfer unit side are the vertical final stages of the other columns. Are independent electrodes. In all adjacent three columns of vertical transfer units, the first and third from the horizontal transfer unit side are different from the other stages of the vertical transfer unit (22nd configuration). (6) In at least two of the three vertical transfer units adjacent to each other, the second, fourth, and sixth from the horizontal transfer unit of the six transfer electrodes are the other columns. An independent electrode independent of the vertical final stage, and in all three adjacent vertical transfer units, the first, third, and fifth from the horizontal transfer unit are different from the other stages of the vertical transfer unit. (Twenty-third configuration) is preferable.

また、本発明の第１の構成にかかる固体撮像素子において、前記垂直転送部における各段が６個の転送電極で構成され、前記垂直転送部における垂直最終段以外の転送段は、水平転送部側から２番目、４番目、および６番目の転送電極が第１層の電極膜によって全列にわたる共通電極として形成され、水平転送部側から１番目、３番目、および５番目の転送電極が前記第１層より上層に形成される第２層の電極膜によって全列にわたる共通電極として形成され、垂直最終段においては、前記第２層の電極膜と同じ電極膜を、各列において島状に分離することによって、水平転送部側から２番目および４番目の電極が独立電極として形成された構成とすることも好ましい（第２４の構成）。この構成によれば、上層の電極膜を島状にすることにより、配線が容易となるという利点がある。   Further, in the solid-state imaging device according to the first configuration of the present invention, each stage in the vertical transfer unit is configured by six transfer electrodes, and transfer stages other than the vertical final stage in the vertical transfer unit are horizontal transfer units. The second, fourth, and sixth transfer electrodes from the side are formed as a common electrode across all columns by the first layer electrode film, and the first, third, and fifth transfer electrodes from the horizontal transfer unit side are Formed as a common electrode across all columns by the second layer electrode film formed above the first layer. In the vertical final stage, the same electrode film as the second layer electrode film is formed in an island shape in each column. It is also preferable that the second and fourth electrodes are formed as independent electrodes from the horizontal transfer portion side by separating them (24th configuration). According to this configuration, there is an advantage that wiring is facilitated by forming the upper electrode film into an island shape.

あるいは、本発明の第１の構成にかかる固体撮像素子において、前記垂直転送部が少なくとも３層の電極膜を有し、前記垂直最終段において他の列と独立して設けられた転送電極が、最上層を含む少なくとも一層の電極膜で形成された構成とすることも好ましい（第２５の構成）。最上層を用いて独立した転送電極を形成することにより、配線の後付けが不要となるという利点がある。   Alternatively, in the solid-state imaging device according to the first configuration of the present invention, the vertical transfer unit includes at least three layers of electrode films, and the transfer electrode provided independently of the other columns in the vertical final stage includes: It is also preferable to adopt a configuration formed of at least one electrode film including the uppermost layer (25th configuration). By forming an independent transfer electrode using the uppermost layer, there is an advantage that no retrofitting of wiring is required.

また、本発明の第１の構成にかかる固体撮像素子は、（ｅ１）水平方向においてｍ個の画素から選択的に１個以上ｍ−１個以下の画素の信号電荷を水平転送部へ転送し、（ｅ２）水平転送部の信号電荷を少なくとも１画素分転送し、（ｅ３）前記ｅ１およびｅ２の転送を繰り返すことにより、ｍ個の画素の信号電荷を水平転送部へすべて転送する構成とすることも好ましい（第２６の構成）。   In the solid-state imaging device according to the first configuration of the present invention, (e1) the signal charges of one or more and m−1 or less pixels are selectively transferred from the m pixels in the horizontal direction to the horizontal transfer unit. (E2) The signal charge of the horizontal transfer unit is transferred for at least one pixel, and (e3) the signal charges of m pixels are all transferred to the horizontal transfer unit by repeating the transfer of e1 and e2. It is also preferable (26th structure).

さらに、上記の第２６の構成において、（ｅ４）前記ｅ３の後、全列の信号電荷を水平転送部側へ一段転送し、（ｅ５）前記ｅ４の転送により垂直最終段に移動した信号電荷に対して、前記ｅ１〜ｅ３の転送を行い、前記ｅ４およびｅ５を繰り返すことにより、ｍ段分の信号電荷を水平転送部へすべて転送する構成とすることもより好ましい（第２７の構成）。   Further, in the twenty-sixth configuration, (e4) after e3, the signal charges of all columns are transferred to the horizontal transfer unit by one stage, and (e5) the signal charges moved to the vertical final stage by the transfer of e4 On the other hand, it is more preferable to transfer all the signal charges for m stages to the horizontal transfer section by transferring the e1 to e3 and repeating the e4 and e5 (a twenty-seventh configuration).

また、本発明の第１の構成にかかる固体撮像素子は、前記ｍ列のうち一つの列以外の垂直最終段あるいは全ての列の垂直最終段において、他の列とは独立して設けられた転送電極を当該他の列とは独立して駆動することにより水平ｍ個の画素混合を行うモードと、前記転送電極を他の列と同様に駆動することにより画素混合を行わないモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられることが好ましい（第２８の構成）。画素混合を行わずに高解像度な画像出力モードと、画素混合を行うことにより高感度かつ高フレームレートの画像出力モードとの切り替えが可能となるからである。   The solid-state imaging device according to the first configuration of the present invention is provided independently of the other columns in the vertical final stage other than one of the m columns or the vertical final stage of all the columns. At least a mode in which horizontal m pixel mixing is performed by driving the transfer electrode independently of the other columns, and a mode in which pixel mixing is not performed by driving the transfer electrodes in the same manner as the other columns. It is preferable that the operation mode can be selectively switched between the two modes (a twenty-eighth configuration). This is because it is possible to switch between a high-resolution image output mode without pixel mixing and a high-sensitivity and high-frame-rate image output mode by performing pixel mixing.

また、本発明にかかる固体撮像素子は、ｍがｍ1（ｍ1は２以上の整数）とｍ2（ｍ2は２以上の整数）との公倍数であり、水平ｍ1個の画素混合を行うモードと水平ｍ2個の画素混合を行うモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられる構成とすることも好ましい（第２９の構成）。 The solid-state imaging device according to the present invention, m is a common multiple of m 1 (m 1 is an integer of 2 or more) and m 2 (m 2 is an integer of 2 or more), the horizontal m 1 pixels mixing It is also preferable to adopt a configuration in which the operation mode can be selectively switched between at least two modes of a mode for performing and a mode for mixing horizontal m 2 pixels (29th configuration).

さらに、この第２９の構成において、３色のフィルタが垂直方向に２色、水平方向に２色配置された繰り返しパターンのカラーフィルタをさらに備え、前記カラーフィルタの同色フィルタに相当する水平ｍ1画素を混合するモードと、水平ｍ2画素を混合するモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられる態様としても良い（第３０の構成）。 Further, in the twenty-ninth configuration, a horizontal m 1 pixel corresponding to the same color filter of the color filter is further provided with a color filter of a repeating pattern in which three color filters are arranged in two colors in the vertical direction and two colors in the horizontal direction. The operation mode may be selectively switched between at least two modes of the mode for mixing the pixels and the mode for mixing the horizontal m 2 pixels (30th configuration).

あるいは、前記の第２９の構成において、３色のフィルタが垂直方向に２色、水平方向に２色配置された繰り返しパターンのカラーフィルタをさらに備え、前記カラーフィルタの同色フィルタに相当する水平２画素を混合するモードと、水平３画素を混合するモードと、水平４画素を混合するモードのうちの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられる態様としても良い（第３１の構成）。   Alternatively, in the twenty-ninth configuration, the color filter further includes a color filter of a repeating pattern in which three colors of filters are arranged in two colors in the vertical direction and two colors in the horizontal direction, and two horizontal pixels corresponding to the same color filter of the color filter The operation mode may be selectively switched between at least two modes of a mode in which the two are mixed, a mode in which three horizontal pixels are mixed, and a mode in which four horizontal pixels are mixed (31st configuration).

あるいは、前記第２９〜第３１の構成において、前記動作モードに、画素混合を行わないモードをさらに含む態様としても良い（第３２の構成）。画素混合を行わずに高解像度な画像出力モードと、画素混合を行うことにより高感度かつ高フレームレートの画像出力モードとの切り替えが可能となるからである。   Alternatively, in the 29th to 31st configurations, the operation mode may further include a mode in which pixel mixing is not performed (32nd configuration). This is because it is possible to switch between a high-resolution image output mode without pixel mixing and a high-sensitivity and high frame rate image output mode by performing pixel mixing.

また、前記第２６の構成において、ｍ個の画素が、水平方向において連続する画素であっても良い（第３３の構成）。あるいは、水平方向における前記ｍ個の画素の組み合わせを段毎に変更しても良い（第３４の構成）。画素の組み合わせを段毎に変更する場合、隣接する少なくとも二段において、前記ｍ個の画素の組み合わせの重心位置が水平方向に等間隔であることが好ましい（第３５の構成）。   In the twenty-sixth configuration, the m pixels may be pixels that are continuous in the horizontal direction (a thirty-third configuration). Alternatively, the combination of the m pixels in the horizontal direction may be changed for each stage (34th configuration). In the case of changing the pixel combination for each stage, it is preferable that the gravity center positions of the m pixel combinations are equidistant in the horizontal direction in at least two adjacent stages (35th configuration).

また、本発明のカメラは、前述のいずれかの固体撮像素子を備えたカメラであり、特に、水平方向において連続する画素を混合する固体撮像素子の場合は、３板式カラーカメラとすることが好ましい。さらに、３板式カラーカメラの場合、ｍ＝２として、画素混合を行わない第１のモードと、垂直方向に隣接する２画素および水平方向に隣接する２画素を混合する第２のモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられることが好ましい。   In addition, the camera of the present invention is a camera including any one of the above-described solid-state imaging devices, and in particular, in the case of a solid-state imaging device that mixes continuous pixels in the horizontal direction, a three-plate color camera is preferable. . Further, in the case of a three-plate color camera, at least m is set to 2 and at least a first mode in which pixel mixing is not performed and a second mode in which two pixels adjacent in the vertical direction and two pixels adjacent in the horizontal direction are mixed It is preferable that the operation mode can be selectively switched between the two modes.

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１に、本実施形態にかかる固体撮像素子の概略構成を示す。本実施形態の固体撮像素子１は、全画素同時独立読み出し方式を採用し、画素に対応して二次元状に配列された光電変換部２と、垂直転送部３と、水平転送部４とを備えている。垂直転送部３および水平転送部４のそれぞれは、ＣＣＤにより構成される。光電変換部２としては、フォトダイオードが用いられる。光電変換部２の各々には、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三色のカラーフィルタが配置されている。本実施形態では、垂直・水平方向共に２画素おきにＲＧＢのそれぞれのフィルタが周期的に配置されている。例えば、図１に示すように、垂直方向２画素×水平方向２画素の計４画素を単位とすれば、左下の画素がＲ、右下および左上の画素がＧ、右上の画素がＢとなるように、カラーフィルタが配置されている。なお、垂直転送部３および水平転送部４の転送電極へ、図示しない制御部から制御信号が送られることにより、固体撮像素子１の動作が制御される。前記の制御部は、固体撮像素子１の外部に設けられており、信号線により固体撮像素子１に接続されている。あるいは、固体撮像素子１と一体的に形成されていても良い。 (First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a solid-state imaging device according to the present embodiment. The solid-state imaging device 1 of the present embodiment employs an all-pixel simultaneous independent readout method, and includes a photoelectric conversion unit 2, a vertical transfer unit 3, and a horizontal transfer unit 4 that are two-dimensionally arranged corresponding to the pixels. I have. Each of the vertical transfer unit 3 and the horizontal transfer unit 4 is configured by a CCD. As the photoelectric conversion unit 2, a photodiode is used. In each of the photoelectric conversion units 2, three color filters of red (R), green (G), and blue (B) are arranged. In this embodiment, RGB filters are periodically arranged every two pixels in the vertical and horizontal directions. For example, as shown in FIG. 1, when a total of 4 pixels of 2 vertical pixels × 2 horizontal pixels is used as a unit, the lower left pixel is R, the lower right pixel and the upper left pixel are G, and the upper right pixel is B. As shown, color filters are arranged. The operation of the solid-state imaging device 1 is controlled by sending a control signal from a control unit (not shown) to the transfer electrodes of the vertical transfer unit 3 and the horizontal transfer unit 4. The control unit is provided outside the solid-state image sensor 1 and is connected to the solid-state image sensor 1 by a signal line. Alternatively, it may be formed integrally with the solid-state imaging device 1.

本実施形態では、垂直転送部３は、垂直方向における光電変換部２の３行分を、一つの転送段とする。このような構成とすることにより、垂直転送部３内で、１画素おきの３行分の画素を加算できる。また、転送段の容量を大きくできるという利点もある。   In the present embodiment, the vertical transfer unit 3 sets three rows of the photoelectric conversion units 2 in the vertical direction as one transfer stage. By adopting such a configuration, it is possible to add pixels for three rows every other pixel in the vertical transfer unit 3. There is also an advantage that the capacity of the transfer stage can be increased.

ここで、固体撮像素子１における水平方向の画素混合動作について説明する。   Here, the pixel mixing operation in the horizontal direction in the solid-state imaging device 1 will be described.

固体撮像素子１は、制御部（図示せず）が垂直転送部３および水平転送部４の転送動作を制御することにより、水平方向における１画素おきの３画素ごとの信号電荷を混合し、水平方向の画素数を１／３に削減する。図２に、信号電荷を混合する画素の組み合わせを示す。なお、混合される画素の組み合わせを、以下、混合画素群と称する。図２において、Ｒｘｙのように示した記号において、Ｒ、Ｇ、Ｂは当該画素のフィルタの色を表し、ｘは当該画素の垂直位置（水平転送部４に近い方から第１段，第２段，・・・とする）、ｙは混合画素群における当該画素の位置（水平転送部４の出力側に近い方から第１番目、第２番目、・・・とする）をそれぞれ表すものとする。   In the solid-state imaging device 1, the control unit (not shown) controls the transfer operation of the vertical transfer unit 3 and the horizontal transfer unit 4, thereby mixing the signal charges for every third pixel in the horizontal direction and horizontally. The number of pixels in the direction is reduced to 1/3. FIG. 2 shows a combination of pixels for mixing signal charges. The combination of pixels to be mixed is hereinafter referred to as a mixed pixel group. In FIG. 2, R, G, and B represent the filter color of the pixel, and x represents the vertical position of the pixel (from the side closer to the horizontal transfer unit 4, the first level, the second level, and the like) , Y) represents the position of the pixel in the mixed pixel group (first, second,... From the side closer to the output side of the horizontal transfer unit 4). To do.

図２に示すように、固体撮像素子１は、例えば、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３のように、１画素おきに３つずつの緑の画素を、第１の混合画素群とする。さらに、この第１の混合画素群によって生成される混合画素の重心と等間隔になるように、青の画素による混合画素群が決定されている。すなわち、第１の混合画素群のＧ１２とＧ１３との間のＢ１１と、このＧ１３と隣りの混合画素群のＧ１１との間の画素であるＢ１２と、隣の混合画素群のＧ１１とＧ１２との間の画素であるＢ１３との３つの画素を、第２の混合画素群とする。このように、水平方向において交互に配置された二色の画素を、１画素おきに３つずつ組み合わせて混合することにより、混合後の各色の画素重心が等間隔となるので、モワレや偽信号が生じない。   As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device 1 uses, for example, three green pixels every other pixel as the first mixed pixel group, such as G11, G12, and G13. Further, the mixed pixel group of blue pixels is determined so as to be equidistant from the center of gravity of the mixed pixel generated by the first mixed pixel group. That is, B11 between G12 and G13 of the first mixed pixel group, B12 which is a pixel between G13 and G11 of the adjacent mixed pixel group, and G11 and G12 of the adjacent mixed pixel group Three pixels with B13 between them are set as a second mixed pixel group. In this way, by combining two pixels of two colors alternately arranged in the horizontal direction and mixing them every other pixel, the pixel centroids of each color after mixing are equally spaced. Does not occur.

次に、図２に示す組み合わせで画素混合を行うための固体撮像素子１の駆動手順について、図３〜図１３の状態遷移図を用いて説明する。   Next, the driving procedure of the solid-state imaging device 1 for performing pixel mixing with the combination shown in FIG. 2 will be described with reference to the state transition diagrams of FIGS.

固体撮像素子１の垂直転送部３は、３列単位に構成されている。図３〜図１３では、水平転送部４の信号電荷は向かって左側に出力されるものとし、この３列単位の垂直転送部３のそれぞれを、水平転送部４の出力側に近い方から順に、第１列、第２列、第３列とする（図中では、１列、２列、３列と表記する）。また、垂直転送部３において、水平転送部４に最も近い転送段を、以下、垂直最終段と称する。   The vertical transfer unit 3 of the solid-state imaging device 1 is configured in units of three columns. In FIG. 3 to FIG. 13, the signal charges of the horizontal transfer unit 4 are output to the left side, and the vertical transfer units 3 in units of three columns are sequentially connected from the side closer to the output side of the horizontal transfer unit 4. , First column, second column, and third column (in the figure, they are expressed as one column, two columns, and three columns). In the vertical transfer unit 3, the transfer stage closest to the horizontal transfer unit 4 is hereinafter referred to as a vertical final stage.

上記３列単位に構成された垂直転送部３の垂直最終段のうち、第２列および第３列の垂直最終段は、同じ列の他の転送段並びに他の列の垂直最終段のいずれとも別個に独立して転送を行えるようにそれぞれ構成されている。すなわち、第１列および第３列の垂直最終段に信号電荷を保持したままで、第２列の垂直最終段の信号電荷のみを水平転送部４へ転送することができる。また、第１列および第２列の垂直最終段に信号電荷を保持したままで、第３列の垂直最終段の信号電荷のみを水平転送部４へ転送することができる。なお、このような転送を実現するための、垂直転送部３の具体的な電極構造例については後述する。   Among the vertical final stages of the vertical transfer unit 3 configured in units of three columns, the vertical final stages of the second column and the third column are both the other transfer stages of the same column and the vertical final stages of other columns. Each is configured to be able to transfer independently and independently. That is, it is possible to transfer only the signal charges of the vertical final stage of the second column to the horizontal transfer unit 4 while holding the signal charges in the vertical final stages of the first column and the third column. Further, only the signal charges at the vertical final stage of the third column can be transferred to the horizontal transfer unit 4 while the signal charges are held in the vertical final stages of the first and second columns. A specific electrode structure example of the vertical transfer unit 3 for realizing such transfer will be described later.

まず、図３に示すように、３列単位の垂直最終段のうち、第２列の垂直最終段のみを駆動することにより、図３中に矢印で表したように、この第２列の垂直最終段のみの信号電荷を、水平転送部４へ転送する。   First, as shown in FIG. 3, by driving only the vertical final stage of the second column among the vertical final stages of the unit of three columns, as shown by the arrow in FIG. The signal charge of only the final stage is transferred to the horizontal transfer unit 4.

次に、図４に示すように、水平転送部４の信号電荷を、順方向へ２画素分だけ転送する。   Next, as shown in FIG. 4, the signal charges of the horizontal transfer unit 4 are transferred by two pixels in the forward direction.

次に、図５に示すように、３列単位の垂直最終段のうち、第３列の垂直最終段のみを駆動することにより、図５中に矢印で表したように、この第３列の垂直最終段のみの信号電荷を、水平転送部４へ転送する。   Next, as shown in FIG. 5, by driving only the vertical final stage in the third column among the vertical final stages in units of three columns, as indicated by the arrows in FIG. The signal charges of only the vertical final stage are transferred to the horizontal transfer unit 4.

これにより、図６に示すように、Ｇ１２とＧ１３、および、Ｂ１２とＢ１３の２画素ずつの信号電荷が、水平転送部４内でそれぞれ混合されることとなる。そして、さらに、図６に示すように、水平転送部４の信号電荷を、順方向へ２画素分だけ転送する。   As a result, as shown in FIG. 6, the signal charges of two pixels G12 and G13 and B12 and B13 are mixed in the horizontal transfer unit 4, respectively. Further, as shown in FIG. 6, the signal charges of the horizontal transfer unit 4 are transferred by two pixels in the forward direction.

次に、図７に示すように、全ての垂直転送部３に１段分の垂直転送を行わせることにより、図８に示すように、Ｇ１１とＧ１２とＧ１３の３画素の信号電荷、および、Ｂ１１とＢ１２とＢ１３の信号電荷が、水平転送部４内でそれぞれ混合される。このように、同じ段における二色の画素が、１画素おきに３画素ずつの組み合わせで混合されるので、水平方向における画素数が１／３に削減されることとなる。また、図８から分かるように、緑の混合画素と青の混合画素が等間隔になるので、モワレや偽信号が生じない。   Next, as shown in FIG. 7, by causing all the vertical transfer units 3 to perform vertical transfer for one stage, as shown in FIG. 8, the signal charges of the three pixels G11, G12, and G13, and The signal charges of B11, B12, and B13 are mixed in the horizontal transfer unit 4, respectively. In this way, since the two color pixels in the same stage are mixed in a combination of three pixels every other pixel, the number of pixels in the horizontal direction is reduced to 1/3. Further, as can be seen from FIG. 8, since the green mixed pixel and the blue mixed pixel are equally spaced, no moire or false signal occurs.

さらに、図８に示した状態から、図３〜図７に示した動作と同じ転送動作を繰り返すことにより、図８に示した状態において垂直最終段にあった信号電荷が、図９に示すように、１画素おきに３画素ずつの組み合わせで、水平転送部４内で混合される。   Further, by repeating the same transfer operation as the operation shown in FIGS. 3 to 7 from the state shown in FIG. 8, the signal charge in the vertical final stage in the state shown in FIG. 8 becomes as shown in FIG. In the horizontal transfer unit 4, 3 pixels are combined every other pixel.

さらに、図９に示した状態から、図３〜図７に示した動作と同じ転送動作を繰り返すことにより、図９に示した状態において垂直最終段にあった信号電荷が、図１０に示すように、１画素おきに３画素ずつの組み合わせで、水平転送部４内で混合される。これにより、図２にａで示した３段分の全画素の信号電荷が、水平転送部４へ転送されたこととなる。   Further, by repeating the same transfer operation as the operation shown in FIGS. 3 to 7 from the state shown in FIG. 9, the signal charge in the vertical final stage in the state shown in FIG. 9 becomes as shown in FIG. In the horizontal transfer unit 4, 3 pixels are combined every other pixel. As a result, the signal charges of all the pixels of the three stages shown by a in FIG. 2 are transferred to the horizontal transfer unit 4.

次に、図１１に示すように、水平転送部４内の信号電荷を順次出力することにより、固体撮像素子１から、３行分の信号電荷が、水平方向の画素数が１／３に削減された状態で出力される。   Next, as shown in FIG. 11, by sequentially outputting the signal charges in the horizontal transfer unit 4, the signal charges for three rows from the solid-state imaging device 1 are reduced to 1/3 the number of pixels in the horizontal direction. Is output in the processed state.

この後、上述と同様の転送動作を繰り返すことにより、図２にｂで示した３段分の全画素の信号電荷が、図１２に示すような状態で水平転送部４へ転送され、図１３に示すように、水平転送部４から順次出力される。   Thereafter, by repeating the same transfer operation as described above, the signal charges of all the pixels of the three stages shown in FIG. 2B are transferred to the horizontal transfer unit 4 in the state shown in FIG. As shown in FIG. 4, the signals are sequentially output from the horizontal transfer unit 4.

上述のように、固体撮像素子１の水平転送部４から出力される画像信号は、画素が１次元に配置されたものであるので、この信号を元の２次元配列に戻すために、固体撮像素子１の外部の画像処理装置において、水平転送部４からの出力信号を２次元的に再配置する処理が行われる。   As described above, since the image signal output from the horizontal transfer unit 4 of the solid-state imaging device 1 is one in which pixels are arranged one-dimensionally, in order to return this signal to the original two-dimensional array, solid-state imaging is performed. In the image processing apparatus outside the element 1, a process for two-dimensionally rearranging the output signals from the horizontal transfer unit 4 is performed.

例えば、図２にａおよびｂで示した３段分の画素が、それぞれ、図１４（ａ）に示すような順序で水平転送部４から出力されるものとする。なお、図１４（ａ）において、ダミーと表記されている部分は、垂直ＣＣＤ部３の周辺部に位置する画素であって、３画素分の信号電荷が混合されていないものを指す。また、図１４（ａ）および（ｂ）に示したａ７〜ａ１２、ａ１３〜ａ１８、ｂ７〜ｂ１２、ｂ１３〜ｂ１８は、図１１および図１３にそれぞれ示したａ１〜ａ６およびｂ１〜ｂ６の繰り返しであるが、２次元配置した後の位置を分かりやすくするために、添え字を変更したものである。また、図１４（ｂ）のように配置された混合画素の色を、図１４（ｃ）にＲＧＢの記号で示した。   For example, it is assumed that the three stages of pixels indicated by a and b in FIG. 2 are output from the horizontal transfer unit 4 in the order shown in FIG. In FIG. 14 (a), a portion described as a dummy indicates a pixel located in the peripheral portion of the vertical CCD unit 3 and in which signal charges for three pixels are not mixed. Further, a7 to a12, a13 to a18, b7 to b12, and b13 to b18 shown in FIGS. 14A and 14B are repetitions of a1 to a6 and b1 to b6 shown in FIGS. 11 and 13, respectively. However, the subscript is changed to make the position after the two-dimensional arrangement easy to understand. Further, the colors of the mixed pixels arranged as shown in FIG. 14B are indicated by RGB symbols in FIG. 14C.

図１４（ｃ）から分かるように、固体撮像素子１によれば、水平方向の画素数を１／３に削減した後も、画素の配置は元のとおりに保たれる。従って、画質を劣化させることなく、固体撮像素子１からの映像信号の出力スピードを向上させることができる。   As can be seen from FIG. 14 (c), according to the solid-state imaging device 1, the pixel arrangement is maintained as it is even after the number of pixels in the horizontal direction is reduced to 1/3. Therefore, the output speed of the video signal from the solid-state imaging device 1 can be improved without degrading the image quality.

なお、図１５に示すように、水平方向に１画素おきの３画素を、垂直方向に１行おきの３行分、合計９画素を一つの混合画素群とすれば、全てのフォトダイオードの信号画素を捨てずに混合できるので、感度を向上させることができ、好ましい。この場合、ＲＧＢのそれぞれについての混合画素群の重心は、図１５に示したように、等間隔となる。従って、解像度が高くモワレが少ない画像を得ることができる。   In addition, as shown in FIG. 15, if every third pixel in the horizontal direction is equivalent to three rows in every other row in the vertical direction, for a total of nine pixels as one mixed pixel group, all photodiode signals Since mixing can be performed without throwing away pixels, sensitivity can be improved, which is preferable. In this case, the centers of gravity of the mixed pixel group for each of RGB are equally spaced as shown in FIG. Therefore, it is possible to obtain an image with high resolution and little moire.

この場合、垂直方向において１行おきの３行分の信号電荷を混合する方法は、例えば、以下のとおりである。   In this case, a method of mixing signal charges for three rows every other row in the vertical direction is, for example, as follows.

（１）まず、２行おきの１／３の画素の信号電荷を垂直転送部３へ読み出し、２画素分垂直転送する。   (1) First, the signal charges of 1/3 pixels every two rows are read out to the vertical transfer unit 3 and vertically transferred by two pixels.

（２）次に、前回読み出した画素から順方向に２画素目の画素の信号電荷を垂直転送部３へ読み出し、前回読み出した画素と混合し、２画素分垂直転送する。   (2) Next, the signal charge of the pixel of the second pixel in the forward direction from the previously read pixel is read to the vertical transfer unit 3, mixed with the previously read pixel, and vertically transferred by two pixels.

（３）さらに、残りの画素の信号電荷を垂直転送部３へ読み出し、１画素おきの３画素の信号電荷を混合する。   (3) Further, the signal charges of the remaining pixels are read out to the vertical transfer unit 3, and the signal charges of three pixels every other pixel are mixed.

なお、垂直転送段を３画素分とする電極構造（６相）の場合、上記動作が可能である。また、垂直転送段を２画素分とする電極構造（４相）の場合、３段を１単位として、含まれる６画素に対応する読み出し電極をすべて独立にする必要があるため、電極の総数は８相必要である。   Note that the above operation is possible in the case of an electrode structure (six phases) with three vertical transfer stages. In addition, in the case of an electrode structure (four phases) in which the vertical transfer stage is for two pixels, it is necessary to make all the readout electrodes corresponding to the six pixels included independent of the three stages as one unit. Eight phases are required.

例えば、図１６に示すように、図１５に示した９画素から、垂直方向における真ん中の行を間引いた、合計６画素を一つの混合画素群としても良い。この場合も、ＲＧＢのそれぞれについての混合画素群の重心が等間隔となるので、解像度が高くモワレが少ない画像を得ることができる。   For example, as shown in FIG. 16, a total of 6 pixels obtained by thinning out the middle row in the vertical direction from the 9 pixels shown in FIG. 15 may be used as one mixed pixel group. Also in this case, since the center of gravity of the mixed pixel group for each of RGB is equally spaced, an image with high resolution and little moire can be obtained.

また、図１７に示すように、垂直方向における３行中の２行を間引き、水平方向における３画素のみを一つの混合画素群としても良い。   Further, as shown in FIG. 17, two of the three rows in the vertical direction may be thinned out, and only three pixels in the horizontal direction may be used as one mixed pixel group.

前述したように、行を間引くことによって垂直方向の画素数も削減することにより、さらに信号出力スピードを向上させることも可能である。垂直方向の画素数を削減する方法としては、例えば、画素を構成するフォトダイオードから垂直転送部３へ信号電荷を読み出す際に、不要な行の電荷を読み出さずにフォトダイオードに蓄積したままにしておくことにより、読み出さなかった行の画素を間引く方法がある。この場合、読み出されなかった信号電荷は、フォトダイオードから基板等に排出する構成とすれば良い。   As described above, the signal output speed can be further improved by reducing the number of pixels in the vertical direction by thinning out the rows. As a method for reducing the number of pixels in the vertical direction, for example, when signal charges are read from the photodiodes constituting the pixels to the vertical transfer unit 3, unnecessary rows of charges are not accumulated but are accumulated in the photodiodes. There is a method of thinning out pixels in a row that has not been read out. In this case, the signal charge that has not been read out may be discharged from the photodiode to the substrate or the like.

ここで、上述した駆動を実現するための電極構造の一例を、図１８に示す。図１８に示す電極構造は、垂直転送部３の垂直転送段の各々を、Ｖ１〜Ｖ６の６相の転送電極（共通電極）で構成したものである。ただし、垂直最終段のみは、他の垂直転送段と電極構造が異なっている。すなわち、垂直最終段の第２列は、他の垂直転送段並びに垂直最終段における他の列（第１列および第３列）のいずれとも独立して転送動作を行わせるために、第３相および第５相が、前述の共通電極とは異なる独立電極（ＶＣ１、ＶＣ２）により構成されている。また、垂直最終段の第３列は、他の垂直転送段並びに垂直最終段における他の列（第１列および第２列）のいずれとも独立して転送動作を行わせるために、第３相および第５相が、前述の共通電極並びに第２列の独立電極のいずれとも異なる独立電極（ＶＣ３、ＶＣ４）により構成されている。なお、垂直最終段の第１列は、他の垂直転送段と同様に、Ｖ１〜Ｖ６の共通電極により構成されている。   Here, an example of an electrode structure for realizing the above-described driving is shown in FIG. In the electrode structure shown in FIG. 18, each of the vertical transfer stages of the vertical transfer unit 3 is configured with six-phase transfer electrodes (common electrodes) of V1 to V6. However, only the vertical final stage is different in electrode structure from the other vertical transfer stages. That is, the second column of the vertical final stage performs the transfer operation independently of any of the other vertical transfer stages and the other columns (first column and third column) in the vertical final stage. And the 5th phase is comprised by the independent electrode (VC1, VC2) different from the above-mentioned common electrode. In addition, the third column of the vertical final stage has a third phase in order to perform the transfer operation independently of any of the other vertical transfer stages and the other columns (first column and second column) in the vertical final stage. The fifth phase includes independent electrodes (VC3, VC4) that are different from both the common electrode and the second row of independent electrodes. Note that the first column of the vertical final stage is composed of the common electrodes V1 to V6 as in the other vertical transfer stages.

このような電極構造をとることにより、３列ごとの垂直最終段の第２および第３列に独立して転送動作を行わせることが可能となり、図３〜図１３に示したような転送動作を実現できる。   By adopting such an electrode structure, it becomes possible to perform the transfer operation independently in the second and third columns of the vertical final stage every three columns, and the transfer operation as shown in FIGS. Can be realized.

あるいは、図１９に示すように、垂直最終段の第１列も、第３相および第５相を独立電極（ＶＣ５、ＶＣ６）により構成しても良い。この構成を採用した場合、図７に示した状態では全ての垂直転送部３に同時に転送動作を行わせたところを、第１列のみに転送動作を行わせてから、全垂直転送段による１段転送を行うようにしても良い。   Alternatively, as shown in FIG. 19, in the first column of the vertical final stage, the third phase and the fifth phase may be configured by independent electrodes (VC5, VC6). When this configuration is adopted, in the state shown in FIG. 7, all the vertical transfer units 3 perform the transfer operation at the same time. Step transfer may be performed.

なお、垂直転送部３が６相駆動の場合、垂直最終段の第２列および第３列（あるいは第１〜第３列の全て）における６枚の電極のうち、２枚あるいは３枚が、独立電極であることが好ましい。垂直最終段において３枚の転送電極を独立電極とする場合の構造例を、図２０および図２１に示す。これら２枚あるいは３枚の独立電極は、互いに隣接していてもかまわないが、製造プロセスを考慮すれば、独立電極間に少なくとも１枚の共通電極が介在している方が好ましい。   When the vertical transfer unit 3 is 6-phase driven, two or three of the six electrodes in the second and third columns (or all of the first to third columns) of the vertical final stage are: An independent electrode is preferred. 20 and 21 show structural examples in the case where the three transfer electrodes are independent electrodes in the vertical final stage. These two or three independent electrodes may be adjacent to each other, but in consideration of the manufacturing process, it is preferable that at least one common electrode is interposed between the independent electrodes.

従って、６相駆動の場合は、例えば図１８および図１９にそれぞれ示すように、水平転送部４側に近い方から２番目および４番目を独立電極とした構成、あるいは、例えば図２０および図２１にそれぞれ示すように、水平転送部４側に近い方から２番目、４番目、および６番目を独立電極とした構成が好ましい。ただし、垂直最終段の電極構造は、これらの具体例に限定されない。   Accordingly, in the case of 6-phase driving, for example, as shown in FIGS. 18 and 19, respectively, the second and fourth from the side closer to the horizontal transfer section 4 are independent electrodes, or, for example, FIGS. As shown in FIGS. 4A and 4B, a configuration in which the second, fourth, and sixth from the side closer to the horizontal transfer unit 4 are independent electrodes is preferable. However, the electrode structure of the vertical final stage is not limited to these specific examples.

また、本実施形態では、６相駆動の電極構造を例示したが、３相または４相であっても構わない。ただし、３相または４相駆動の場合、独立電極の数は２枚となる。   Further, in the present embodiment, the six-phase driving electrode structure is illustrated, but three-phase or four-phase may be used. However, in the case of three-phase or four-phase driving, the number of independent electrodes is two.

なお、図２２は、図１８および図１９に示すような電極構造におけるゲート電極の具体的配置の一例を示す図である。図２２において、チャネルストップ５１の間に形成された転送路５２が、垂直転送部３となる。図２２の例では、垂直転送部３における垂直最終段以外の転送段は、Ｖ２、Ｖ４、およびＶ６の３枚の転送電極が、同一層の電極膜（第１層目電極）によって全列にわたる共通電極として形成されている。同様に、Ｖ１、Ｖ３、およびＶ５の３枚の転送電極も、前記第１層目電極よりも上層に形成される同一層の電極膜（第２層目電極）により、全列にわたる共通電極として形成されている。一方、垂直最終段においては、前記第２層目電極と同じ電極膜を、各列において島状に分離したパターン形状とすることにより、第３相および第５相の転送電極（水平転送部４に近い側から２番目および４番目の電極）が、φＶ３Ａ〜φＶ３ＣおよびφＶ５Ａ〜φＶ５Ｃの独立電極として形成される。なお、図１８に示すように、垂直最終段の第１列を独立して駆動させない場合は、図２２に示すφＶ３ＡおよびφＶ５Ａを、φＶ３およびφＶ５と同じ端子に接続すれば良い。   FIG. 22 is a diagram showing an example of a specific arrangement of the gate electrodes in the electrode structure as shown in FIGS. 18 and 19. In FIG. 22, the transfer path 52 formed between the channel stops 51 is the vertical transfer unit 3. In the example of FIG. 22, in the transfer stage other than the vertical final stage in the vertical transfer unit 3, three transfer electrodes V2, V4, and V6 cover the entire column by the same layer electrode film (first layer electrode). It is formed as a common electrode. Similarly, the three transfer electrodes V1, V3, and V5 are also used as a common electrode across all the columns by the same layer of electrode film (second layer electrode) formed above the first layer electrode. Is formed. On the other hand, in the vertical final stage, the same electrode film as that of the second layer electrode is formed into a pattern shape separated into islands in each column, so that third-phase and fifth-phase transfer electrodes (horizontal transfer section 4) are formed. (Second and fourth electrodes from the side close to) are formed as independent electrodes of φV3A to φV3C and φV5A to φV5C. As shown in FIG. 18, if the first column of the vertical final stage is not driven independently, φV3A and φV5A shown in FIG. 22 may be connected to the same terminal as φV3 and φV5.

なお、図２２のゲート電極構造は、ゲート電極が第１層目または第２層目の転送電極で形成される一例として示したが、図２９に示すように、転送電極を第１層目〜第３層目の電極膜のいずれかで形成しても良い。図２９の例では、垂直転送部３における垂直最終段以外の転送段では、Ｖ２、Ｖ４、およびＶ６の３枚の転送電極が、同一層の電極膜（第１層目電極）によって全列にわたる共通電極として形成されている。同様に、Ｖ１、Ｖ３、およびＶ５の３枚の転送電極も、前記第１層目電極よりも上層に形成される同一層の電極膜（第２層目電極）により、全列にわたる共通電極として形成されている。一方、垂直最終段においては、Ｖ１、Ｖ３Ｃ、Ｖ５Ａ、Ｖ５Ｂの転送電極は第３層目の転送電極で形成され、Ｖ３Ａ、Ｖ３Ｂ、Ｖ５Ｃの転送電極は第２層目の転送電極で形成され、Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６は第１層目の転送電極で形成される。   The gate electrode structure in FIG. 22 is shown as an example in which the gate electrode is formed of the first layer or the second layer transfer electrode. However, as shown in FIG. You may form with either of the electrode films of the 3rd layer. In the example of FIG. 29, in the transfer stages other than the vertical final stage in the vertical transfer unit 3, the three transfer electrodes V2, V4, and V6 cover the entire column by the same layer of electrode film (first layer electrode). It is formed as a common electrode. Similarly, the three transfer electrodes V1, V3, and V5 are also used as a common electrode across all the columns by the same layer of electrode film (second layer electrode) formed above the first layer electrode. Is formed. On the other hand, in the vertical final stage, the transfer electrodes V1, V3C, V5A, and V5B are formed by the third-layer transfer electrodes, and the transfer electrodes V3A, V3B, and V5C are formed by the second-layer transfer electrodes, V2, V4, and V6 are formed of the first-layer transfer electrodes.

この構成により、第３相および第５相の転送電極（水平転送部４に近い側から２番目および４番目の電極）が、φＶ３Ａ〜φＶ３ＣおよびφＶ５Ａ〜φＶ５Ｃの独立電極として形成される。なお、図１８に示すように、垂直最終段の第１列を独立して駆動させない場合は、図２９に示すφＶ３ＡおよびφＶ５Ａを、φＶ３およびφＶ５と同じ端子に接続すれば良い。   With this configuration, third-phase and fifth-phase transfer electrodes (second and fourth electrodes from the side close to the horizontal transfer unit 4) are formed as independent electrodes of φV3A to φV3C and φV5A to φV5C. As shown in FIG. 18, when the first column of the vertical final stage is not driven independently, φV3A and φV5A shown in FIG. 29 may be connected to the same terminals as φV3 and φV5.

なお、図２９の例ではＶ１、Ｖ３Ｃ、Ｖ５Ａ、Ｖ５Ｂを第３層目の電極膜で形成したが、各転送電極の電極膜を限定するものではない。なお、図２９のゲート電極構造は、ゲート電極を第１層目〜第３層目のいずれかの電極膜で形成したが、第４層目以上の電極膜を使用してもよい。なお、図２２のゲート電極構造においては転送電極が２層で済むため、電極膜形成が比較的容易であるが、独立電極が島状に分離したパターンとなるため、同一ゲートの独立電極同士を繋ぐための別配線が必要である。これに対し、第３層目以上の電極膜で転送電極を形成した場合は、同一ゲートの独立電極同士が同じ電極膜で繋がっているため、別配線が不要になるメリットがある。   In the example of FIG. 29, V1, V3C, V5A, and V5B are formed by the third-layer electrode film, but the electrode film of each transfer electrode is not limited. In the gate electrode structure of FIG. 29, the gate electrode is formed of any one of the first to third electrode films, but an electrode film of the fourth or higher layer may be used. In the gate electrode structure of FIG. 22, since the transfer electrode only needs two layers, it is relatively easy to form an electrode film. However, since the independent electrodes are separated into islands, the independent electrodes of the same gate are connected to each other. Separate wiring is required for connection. On the other hand, when the transfer electrode is formed of an electrode film of the third layer or higher, there is an advantage that separate wiring is unnecessary because independent electrodes of the same gate are connected by the same electrode film.

ここで、図１８に示した電極構造を例にとり、制御部（図示せず）から垂直転送部３および水平転送部４の各転送電極へ与えられる制御信号のタイミングチャートと、このタイミングチャートに応じた転送電荷の様子を、図２３に示す。なお、この電極構造の場合、図２４に示すように、光電変換部２から読み出された信号電荷は、転送電極のＶ３およびＶ４に蓄積されるようになっている。   Here, taking the electrode structure shown in FIG. 18 as an example, a timing chart of a control signal given from the control section (not shown) to each transfer electrode of the vertical transfer section 3 and the horizontal transfer section 4, and according to this timing chart The state of the transferred charges is shown in FIG. In the case of this electrode structure, as shown in FIG. 24, signal charges read from the photoelectric conversion unit 2 are accumulated in the transfer electrodes V3 and V4.

図２３において、Ｖ１〜Ｖ６、および、ＶＣ１〜ＶＣ４のそれぞれに与えられる駆動パルスが高レベルの場合に、当該電極はストレージ部となる。また、駆動パルスが低レベルの場合に、当該電極はバリア部となる。   In FIG. 23, when the drive pulses applied to V1 to V6 and VC1 to VC4 are at a high level, the electrode serves as a storage unit. Further, when the drive pulse is at a low level, the electrode serves as a barrier portion.

図２３に示すタイミングチャートに従って、垂直転送部３および水平転送部４を駆動することにより、本実施形態で説明したような画素混合が実現できる。なお、図２３に示すように、φＶ４を低レベルにするタイミング（ｔ２）よりも前に、φＶ２を高レベルにする（ｔ１）ことが好ましい。時刻ｔ１でφＶ２を高レベルとすることにより、信号電荷の蓄積電極が時刻ｔ１以前においてはφＶ３、φＶ４となり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間においてはφＶ２、φＶ３（φＶＣ３）、φＶ４となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間においてはφＶ２、φＶ３（φＶＣ３）となる。これにより、水平転送部４へ信号電荷を移動する期間に、転送しない垂直転送段の信号電荷の損失を防止できるという利点がある。   By driving the vertical transfer unit 3 and the horizontal transfer unit 4 in accordance with the timing chart shown in FIG. 23, pixel mixing as described in the present embodiment can be realized. As shown in FIG. 23, it is preferable to set φV2 to a high level (t1) before timing (t2) to set φV4 to a low level. By setting φV2 to the high level at time t1, the signal charge storage electrodes become φV3 and φV4 before time t1, and become φV2, φV3 (φVC3), φV4 during times t1 to t2, and times t2 to t3. In this period, φV2 and φV3 (φVC3). Accordingly, there is an advantage that loss of signal charges in a vertical transfer stage that is not transferred can be prevented during a period in which the signal charges are moved to the horizontal transfer unit 4.

なお、図２５は隣接する３列の垂直最終段のうち２列において、水平転送部側から２番目および４番目の転送電極が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、隣接する３列の垂直最終段の全てにおいて、水平転送部側から１番目、３番目および５番目の転送電極が、垂直転送部の他の段とは異なる実施例である。各転送電極へ与えられる制御信号のタイミングチャートと、このタイミングチャートに応じた転送電荷の様子を、図２６に示す。図２３に示す動作と異なる点は、垂直最終段で１列目と２列目の電荷を選択的に水平ＣＣＤに転送する際には、垂直最終段の電極のうちＶＣ１〜ＶＣ４、Ｖ２’、Ｖ４’、Ｖ６’のみを駆動し、３列目の電荷を選択的に水平ＣＣＤに転送するときのみ、全画面に共通なＶ１〜Ｖ６も含めた電極にパルスを印加し、電荷転送する。このことにより図２３に示した構成例よりも、消費電力を削減することができる。   In FIG. 25, the second and fourth transfer electrodes from the horizontal transfer unit side are independent electrodes independent of the vertical final stage of the other columns in two of the three vertical vertical stages adjacent to each other. In all of the adjacent three columns of vertical final stages, the first, third, and fifth transfer electrodes from the horizontal transfer unit side are different from the other stages of the vertical transfer unit. FIG. 26 shows a timing chart of the control signal applied to each transfer electrode and the state of the transfer charge according to this timing chart. The difference from the operation shown in FIG. 23 is that when the charges in the first and second columns are selectively transferred to the horizontal CCD in the vertical final stage, VC1 to VC4, V2 ′, Only when V4 ′ and V6 ′ are driven and the charges in the third column are selectively transferred to the horizontal CCD, a pulse is applied to the electrodes including V1 to V6 common to the entire screen to transfer the charges. Thus, power consumption can be reduced as compared with the configuration example shown in FIG.

なお、図２５の垂直最終段の電極Ｖ２‘は垂直転送部の他の段の電極Ｖ２と同じであっても良い。   25 may be the same as the electrode V2 at the other stage of the vertical transfer unit.

図２７は、水平空間周波数応答を示したグラフであり、ｇ１は画素混合をしない全画素の場合の周波数応答である。全画素ナイキスト周波数Ｆは、全画素サンプリング周波数ｆと、Ｆ＝１／２×ｆの関係がある。間引き等により通常の１／３の周波数でサンプリングする場合、ナイキスト周波数１／３Ｆを境に高域成分が折り返されるため、２／３Ｆの成分がＤＣ成分に加わる。図２７のｇ２は、前述した特許文献１のように水平３画素の両端の２画素を混合する場合の周波数応答である。この場合、ナイキスト周波数は１／３Ｆとなり、２／３Ｆの成分が約０．２５のため、ＤＣへ折り返り偽信号を発生する。図２７のｇ３は、本発明における１画素おきの３画素混合の場合の周波数応答である。ナイキスト周波数は、１／３Ｆとなるが、２／３Ｆの成分が０であるため、ＤＣへの折り返し成分はほとんどない。図２７に示すように、固体撮像素子１によれば、モワレや偽信号が少ない高品質な画像信号を得ることができる。   FIG. 27 is a graph showing a horizontal spatial frequency response, and g1 is a frequency response in the case of all pixels without pixel mixing. The all-pixel Nyquist frequency F has a relationship of F = 1/2 × f with the all-pixel sampling frequency f. When sampling at a normal frequency of 1/3 by thinning or the like, the high frequency component is folded back at the Nyquist frequency 1 / 3F, so that the 2 / 3F component is added to the DC component. G2 in FIG. 27 is a frequency response when two pixels at both ends of three horizontal pixels are mixed as in Patent Document 1 described above. In this case, the Nyquist frequency is 1 / 3F, and since the 2 / 3F component is about 0.25, a false signal is generated by folding back to DC. G3 in FIG. 27 is a frequency response in the case of mixing three pixels every other pixel in the present invention. The Nyquist frequency is 1 / 3F, but since the 2 / 3F component is 0, there is almost no aliasing component to DC. As shown in FIG. 27, according to the solid-state imaging device 1, a high-quality image signal with little moire and false signals can be obtained.

なお、上述の実施形態では、水平方向に３画素を混合するための構成および駆動方法について説明したが、本発明は、３画素以上の奇数画素の混合に適用することが可能であり、５画素以上の混合を実現するための構成および駆動方法については、当業者であれば本実施形態の説明から理解できるであろう。   In the above-described embodiment, the configuration and driving method for mixing three pixels in the horizontal direction have been described. However, the present invention can be applied to mixing odd-numbered pixels of three or more pixels, and five pixels. A person skilled in the art will understand the configuration and driving method for realizing the above mixing from the description of the present embodiment.

また、本発明は、図１に示したようなフィルタ配列の固体撮像素子に限定されるものではなく、他の配列にも適用可能である。さらに、カラーフィルタを用いないモノクロ画像の固体撮像素子にも適用できる。   Further, the present invention is not limited to the solid-state imaging device having the filter arrangement as shown in FIG. 1, and can be applied to other arrangements. Furthermore, the present invention can also be applied to a monochrome image solid-state imaging device that does not use a color filter.

また、本実施形態で説明した固体撮像素子をディジタルカメラに適用すれば、固体撮像素子から高速にデータが出力されるので、高速動作が可能であり、かつ、画質に優れたディジタルカメラを実現できる。本発明の高速動作と通常の全画素読み出し動作を切り替えて使用することができるため、動画（高速動作）モードと静止画（全画素読み出し動作）モードを兼ね備えたディジタルカメラを実現できる。図２８に、本発明にかかるディジタルカメラの構成例を示す。本ディジタルカメラは、被写体からの入射光を固体撮像素子１の撮像面に結像するためのレンズなどを含む光学系３１と、固体撮像素子１の駆動を制御する制御部３２と、固体撮像素子１からの出力信号に対して様々な信号処理を施す画像処理部３３とを備えている。   In addition, if the solid-state image sensor described in this embodiment is applied to a digital camera, data is output from the solid-state image sensor at high speed, so that a digital camera capable of high-speed operation and excellent image quality can be realized. . Since the high-speed operation and the normal all-pixel reading operation of the present invention can be switched and used, a digital camera having both a moving image (high-speed operation) mode and a still image (all-pixel reading operation) mode can be realized. FIG. 28 shows a configuration example of a digital camera according to the present invention. The digital camera includes an optical system 31 including a lens for imaging incident light from a subject on the imaging surface of the solid-state imaging device 1, a control unit 32 that controls driving of the solid-state imaging device 1, and a solid-state imaging device. 1 and an image processing unit 33 that performs various signal processing on the output signal from 1.

なお、本発明にかかるディジタルカメラは、固体撮像素子にカラーフィルタを設けず、水平方向において連続する画素を混合する場合は、ダイクロイックミラー等を用いることによってカラー化することができる（いわゆる３板式カラーカメラ）。さらに、３板式カラーカメラの場合、ｍ＝２として、画素混合を行わない第１のモードと、垂直方向に隣接する２画素および水平方向に隣接する２画素を混合する第２のモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられることが好ましい。   The digital camera according to the present invention can be colored by using a dichroic mirror or the like when a solid pixel is not provided with a color filter and continuous pixels are mixed in the horizontal direction (so-called three-plate color). camera). Further, in the case of a three-plate color camera, at least m is set to 2 and at least a first mode in which pixel mixing is not performed and a second mode in which two pixels adjacent in the vertical direction and two pixels adjacent in the horizontal direction are mixed It is preferable that the operation mode can be selectively switched between the two modes.

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像素子について、以下に説明する。 (Second Embodiment)
A solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention will be described below.

本実施形態にかかる固体撮像素子の基本的な構造は、第１の実施形態にかかる固体撮像素子（図２２参照）とほぼ同様である。ただし、垂直転送部３および水平転送部４の駆動方法が、第１の実施形態と異なっている。   The basic structure of the solid-state image sensor according to this embodiment is substantially the same as that of the solid-state image sensor according to the first embodiment (see FIG. 22). However, the driving method of the vertical transfer unit 3 and the horizontal transfer unit 4 is different from that of the first embodiment.

また、本実施形態の固体撮像素子は、垂直最終段がｍ（ｍは２以上の整数）列毎に同じ転送電極構造を有し、上記ｍ列の全ての垂直最終段に、水平転送部４への転送動作を他の列とは独立して制御するために、垂直最終段の他の列から独立した転送電極が設けられた構成である。ここで、ｍ＝３である場合を具体例としてあげて、本実施形態の固体撮像素子の構成および動作について説明する。ｍ＝３の場合、本固体撮像素子の構成は、第１の実施形態において図２２に示したものと同様である。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the vertical final stage has the same transfer electrode structure for every m (m is an integer of 2 or more) columns, and the horizontal transfer unit 4 is included in all the vertical final stages of the m columns. In order to control the transfer operation to the column independently of the other columns, a transfer electrode independent of the other columns of the vertical final stage is provided. Here, taking the case of m = 3 as a specific example, the configuration and operation of the solid-state imaging device of the present embodiment will be described. When m = 3, the configuration of the solid-state imaging device is the same as that shown in FIG. 22 in the first embodiment.

ここで、図３０〜図４７を参照し、本実施形態の固体撮像素子の動作について説明する。図３０〜図４７では、垂直転送部３へ読み出された信号電荷のそれぞれに番号を付し、この番号によって信号電荷の移動を示した。なお、図３０等では８×８画素のみを示したが、番号１８，２８，…８８の列の右側に、番号１９，２９，…８９の列があり、さらにその右側に番号１１０，２１０，…８１０の列、さらにその右側に番号１１１，２１１，…８１１の列が続いているものとする。   Here, with reference to FIGS. 30 to 47, the operation of the solid-state imaging device of the present embodiment will be described. 30 to 47, each signal charge read out to the vertical transfer unit 3 is numbered, and the movement of the signal charge is indicated by this number. In FIG. 30 and the like, only 8 × 8 pixels are shown, but there are columns of numbers 19, 29,... 89 on the right side of the columns of numbers 18, 28,. ... 810, and the columns 1111, 211,.

図３０は、光電変換部２の各画素から、垂直転送部３へ信号電荷が読み出された状態を示す。この状態から、まず、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極を、３列毎に１列だけ転送動作させることにより、図３１に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、３列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。次に、図３２に示すように、水平転送部４内の信号電荷を、順方向へ１画素分だけ水平転送する。   FIG. 30 shows a state in which signal charges are read from each pixel of the photoelectric conversion unit 2 to the vertical transfer unit 3. From this state, first, the transfer electrode of the vertical final stage of the vertical transfer unit 3 is transferred by one column every three columns, so that the signal charges of the vertical final stage of the vertical transfer unit 3 are shown in FIG. Among them, one column of signal charges is transferred to the horizontal transfer unit 4 every three columns. Next, as shown in FIG. 32, the signal charge in the horizontal transfer unit 4 is horizontally transferred by one pixel in the forward direction.

さらに、図３３に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極を、３列毎に１列（図３１において転送した列とは異なる列）だけ転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、３列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。これにより、水平転送部４において、３列毎に２列分の信号電荷が混合されることとなる。次に、図３４に示すように、水平転送部４内の信号電荷を、順方向へ１画素分だけ水平転送する。   Furthermore, as shown in FIG. 33, the vertical transfer unit 3 is operated by transferring the transfer electrode of the vertical final stage of the vertical transfer unit 3 by one column every three columns (a column different from the column transferred in FIG. 31). Of the three signal charges in the vertical final stage, one column of signal charges is transferred to the horizontal transfer unit 4 every three columns. Thereby, in the horizontal transfer unit 4, signal charges for two columns are mixed every three columns. Next, as shown in FIG. 34, the signal charge in the horizontal transfer unit 4 is horizontally transferred by one pixel in the forward direction.

次に、図３５に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極を、３列毎に１列（図３１、図３３において転送した列とは異なる列）だけ転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、３列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。以上の転送動作により、図３５に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷が、３列毎に、水平転送部４で混合されることとなる。   Next, as shown in FIG. 35, the transfer electrode of the vertical final stage of the vertical transfer unit 3 is transferred by one column every three columns (a column different from the column transferred in FIGS. 31 and 33). Of the signal charges at the final vertical stage of the vertical transfer unit 3, one column of signal charges is transferred to the horizontal transfer unit 4 every three columns. As a result of the above transfer operation, as shown in FIG. 35, the signal charges in the vertical final stage of the vertical transfer unit 3 are mixed by the horizontal transfer unit 4 every three columns.

次に、図３６に示すように、垂直転送部３の全ての転送段に、垂直最終段へ向けて１段分の垂直転送を行わせる。   Next, as shown in FIG. 36, all the transfer stages of the vertical transfer unit 3 are caused to perform one stage of vertical transfer toward the vertical final stage.

そして、図３６において垂直最終段に位置する信号電荷（２１〜２８）について、上記と同様の手順で垂直転送と水平転送とを繰り返すことにより（図３７〜図４１）、これらの信号電荷を３列毎に水平転送部４で混合する。   Then, the signal charges (21 to 28) located in the vertical final stage in FIG. 36 are repeated by repeating vertical transfer and horizontal transfer in the same procedure as described above (FIGS. 37 to 41). The horizontal transfer unit 4 mixes each column.

さらに、図４２に示すように、垂直転送部３の全ての転送段に、垂直最終段へ向けて１段分の垂直転送を行わせ、上記と同様の手順で垂直最終段に位置する信号電荷（３１〜３８）について垂直転送と水平転送とを繰り返すことにより（図４２〜図４７）、これらの信号電荷を３列毎に水平転送部４で混合する。   Further, as shown in FIG. 42, all the transfer stages of the vertical transfer unit 3 perform vertical transfer for one stage toward the vertical final stage, and the signal charges positioned in the vertical final stage are performed in the same procedure as described above. By repeating vertical transfer and horizontal transfer for (31 to 38) (FIGS. 42 to 47), these signal charges are mixed by the horizontal transfer unit 4 every three columns.

図４７に示すとおりに水平転送部４で混合された３段分の信号電荷は、この後、水平転送部４から順次出力される。   As shown in FIG. 47, the signal charges for three stages mixed in the horizontal transfer unit 4 are sequentially output from the horizontal transfer unit 4 thereafter.

以上のように、本実施形態の固体撮像素子によれば、３画素混合を実現することができる。   As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, three-pixel mixing can be realized.

なお、本実施形態では、水平方向に隣接する３画素ずつを水平転送部４内で混合する例を示したが、混合される画素は必ずしも隣接していなくとも良い。例えば、カラーフィルタが設けられている場合は、同色フィルタの画素同士を混合することが好ましい。逆に、カラーフィルタを用いない固体撮像素子の場合は、隣接画素を混合する方が、空間周波数特性が劣化しない点で好ましい。   In the present embodiment, an example in which three pixels adjacent in the horizontal direction are mixed in the horizontal transfer unit 4 has been described, but the pixels to be mixed are not necessarily adjacent. For example, when a color filter is provided, it is preferable to mix pixels of the same color filter. Conversely, in the case of a solid-state imaging device that does not use a color filter, it is preferable to mix adjacent pixels in that the spatial frequency characteristics do not deteriorate.

本実施形態では、ｍ＝３の例を説明したが、ｍ＝２の場合あるいはｍが４以上の場合であっても、ｍ列中の１列の信号電荷の垂直転送と水平転送とを繰り返すことによってｍ画素混合を実現できることは、当業者であれば容易に理解できるであろう。   In this embodiment, an example of m = 3 has been described. However, even when m = 2 or when m is 4 or more, vertical transfer and horizontal transfer of signal charges in one column in m columns are repeated. Those skilled in the art will readily understand that m-pixel mixing can be realized.

また、例えばｍ＝６の場合、すなわち、垂直最終段の転送電極が６列毎に同じ転送電極構造を有し、前記６列中の５列あるいは全列が、他の列とは独立に水平転送部への転送動作が行えるように、他の列から独立した転送電極として構成されている場合、垂直転送部３および水平転送部４への制御信号のパターンを切り替えることにより、６画素混合、３画素混合、２画素混合、画素混合なし、の４種類のモードでの動作が可能である。すなわち、理論的には、垂直最終段の転送電極のうち、同じ構造をとる単位（本数）の約数に相当する画素を混合するモードを、任意に実現することができる。   For example, in the case of m = 6, that is, the transfer electrodes in the vertical final stage have the same transfer electrode structure for every six columns, and five or all of the six columns are horizontal independently of the other columns. When configured as transfer electrodes independent of other columns so that the transfer operation to the transfer unit can be performed, by switching the pattern of the control signal to the vertical transfer unit 3 and the horizontal transfer unit 4, It is possible to operate in four types of modes of mixing three pixels, mixing two pixels, and not mixing pixels. That is, theoretically, a mode in which pixels corresponding to divisors of units (numbers) having the same structure among the transfer electrodes in the vertical final stage can be arbitrarily realized.

上述の複数混合モードについて、例えば、図４８に示すような、いわゆるベイヤ配列のカラーフィルタが設けられている場合を例にあげて説明する。図４８において、Ｒ，Ｇ，Ｂの記号が各画素に対応するフィルタの色を表す。この場合、ｍ＝１２、すなわち、垂直最終段の転送電極が１２列毎に同じ転送電極構造を有し、前記１２列中の１１列あるいは全列が、他の列とは独立に水平転送部への転送動作が行えるように、他の列から独立した転送電極として構成されている固体撮像素子を用いて、９画素混合モードと４画素混合モードを実現できる。９画素混合モードでは、水平方向に１画素おきに３画素分、垂直方向に１段おきに３段分の合計９画素を混合することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの色別に９画素ずつが混合されることとなる。一方、４画素混合モードでは、水平方向に１画素おきに２画素分、垂直方向に１段おきに２段分の合計４画素を混合することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの色別に４画素ずつが混合されることとなる。   For example, a case where a so-called Bayer color filter is provided as shown in FIG. In FIG. 48, the symbols R, G, and B represent the color of the filter corresponding to each pixel. In this case, m = 12, that is, the transfer electrodes in the vertical final stage have the same transfer electrode structure every 12 columns, and 11 or all of the 12 columns are horizontal transfer units independent of other columns. A 9-pixel mixed mode and a 4-pixel mixed mode can be realized by using a solid-state imaging device that is configured as a transfer electrode independent of other columns so that the transfer operation can be performed. In the 9-pixel mixing mode, 9 pixels are mixed for each of the R, G, and B colors by mixing 3 pixels for every other pixel in the horizontal direction and 3 pixels for every other step in the vertical direction. Will be. On the other hand, in the 4-pixel mixing mode, a total of 4 pixels of 2 pixels every other pixel in the horizontal direction and 2 pixels every other stage in the vertical direction are mixed, so that 4 pixels each for R, G, and B colors. Will be mixed.

なお、上述の場合において、垂直方向の画素混合は、垂直転送段内で行っても良いし、水平転送部内で行っても良い。   In the above case, pixel mixing in the vertical direction may be performed in the vertical transfer stage or in the horizontal transfer unit.

（第３の実施形態）
本発明のさらに他の実施形態にかかる固体撮像素子について説明する。 (Third embodiment)
A solid-state imaging device according to still another embodiment of the present invention will be described.

本実施形態の固体撮像素子は、第２の実施形態と同様の構成を有するが、混合される画素の組み合わせが各段において異なっている点において、第２の実施形態と異なっている。   The solid-state imaging device of the present embodiment has the same configuration as that of the second embodiment, but differs from the second embodiment in that the combination of mixed pixels is different in each stage.

ここで、ｍ＝２の場合について、図４９〜図５７を参照しながら、具体的な動作を説明する。図４９〜図５７においても、垂直転送部３へ読み出された信号電荷のそれぞれに番号を付し、この番号によって信号電荷の移動を示した。なお、図４９等では８×８画素のみを示したが、番号１８，２８，…８８の列の右側に、番号１９，２９，…８９の列があり、さらにその右側に番号１１０，２１０，…８１０の列が続いているものとする。   Here, a specific operation in the case of m = 2 will be described with reference to FIGS. 49 to 57, each signal charge read out to the vertical transfer unit 3 is numbered, and the movement of the signal charge is indicated by this number. In FIG. 49 and the like, only 8 × 8 pixels are shown, but there are columns of numbers 19, 29,... 89 on the right side of the columns of numbers 18, 28,. ... it is assumed that 810 columns follow.

図４９は、光電変換部２の各画素から、垂直転送部３へ信号電荷が読み出された状態を示す。この状態から、まず、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極のうち、図５０に示すように、偶数列の転送電極だけを転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、２列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。次に、図５１に示すように、水平転送部４内の信号電荷を、順方向へ１画素分だけ水平転送する。   FIG. 49 shows a state in which signal charges are read from each pixel of the photoelectric conversion unit 2 to the vertical transfer unit 3. From this state, first, only the transfer electrodes of the even-numbered columns among the transfer electrodes of the vertical final stage of the vertical transfer unit 3 are transferred, so that the signals of the vertical final stage of the vertical transfer unit 3 are operated. Among the charges, one column of signal charges is transferred to the horizontal transfer unit 4 every two columns. Next, as shown in FIG. 51, the signal charges in the horizontal transfer unit 4 are horizontally transferred by one pixel in the forward direction.

そして、図５２に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極のうち、奇数列の転送電極だけを転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、２列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。これにより、水平転送部４内で、垂直最終段の信号電荷が２列毎に混合されることとなる。   Then, as shown in FIG. 52, among the transfer electrodes in the vertical final stage of the vertical transfer unit 3, only the transfer electrodes in the odd-numbered columns are operated to transfer, among the signal charges in the vertical final stage of the vertical transfer unit 3, One column of signal charge is transferred to the horizontal transfer unit 4 every two columns. As a result, the signal charges at the vertical final stage are mixed every two columns in the horizontal transfer unit 4.

次に、図５３に示すように、垂直転送部３の全ての転送段に、垂直最終段へ向けて１段分の垂直転送を行わせる。そして、図５４に示すように、水平転送部４内の信号電荷を順方向へ１画素分だけ水平転送した後、図５５に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極のうち、奇数列の転送電極だけを転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、２列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。そして、図５６に示すように、水平転送部４内の信号電荷を、順方向へ１画素分だけ水平転送する。次に、図５７に示すように、垂直転送部３の垂直最終段の転送電極のうち、偶数列の転送電極だけを転送動作させることにより、垂直転送部３の垂直最終段の信号電荷のうち、２列毎に１列の信号電荷を、水平転送部４へ転送する。これにより、水平転送部４内で、垂直最終段の信号電荷が２列毎に混合されることとなる。   Next, as shown in FIG. 53, all the transfer stages of the vertical transfer unit 3 are caused to perform one stage of vertical transfer toward the vertical final stage. Then, as shown in FIG. 54, after the signal charge in the horizontal transfer unit 4 is horizontally transferred by one pixel in the forward direction, as shown in FIG. 55, among the transfer electrodes of the vertical final stage of the vertical transfer unit 3 By transferring only the odd-numbered transfer electrodes, the signal charge of one column is transferred to the horizontal transfer unit 4 every two columns out of the signal charges of the vertical final stage of the vertical transfer unit 3. Then, as shown in FIG. 56, the signal charge in the horizontal transfer unit 4 is horizontally transferred by one pixel in the forward direction. Next, as shown in FIG. 57, among the transfer electrodes in the vertical final stage of the vertical transfer unit 3, only the transfer electrodes in the even-numbered columns are operated to transfer out the signal charges in the vertical final stage of the vertical transfer unit 3. One column of signal charge is transferred to the horizontal transfer unit 4 every two columns. As a result, the signal charges at the vertical final stage are mixed every two columns in the horizontal transfer unit 4.

以下、図４９〜図５７と同様の動作を繰り返す。   Thereafter, the same operation as in FIGS. 49 to 57 is repeated.

この手順により、本実施形態では、奇数段の信号電荷（図４９に示した番号ｘ１〜ｘ８の信号電荷であって、ｘが奇数のもの）は、番号ｘ１と番号ｘ２、番号ｘ３と番号ｘ４、番号ｘ５と番号ｘ６、番号ｘ７と番号ｘ８の組み合わせで２画素毎に混合される。一方、偶数段の信号電荷（図４９に示した番号ｘ１〜ｘ８の信号電荷であって、ｘが偶数のもの）は、番号ｘ２と番号ｘ３、番号ｘ４と番号ｘ５、番号ｘ６と番号ｘ７、番号ｘ８と番号ｘ９の組み合わせで２画素毎に混合される。   According to this procedure, in this embodiment, the odd-numbered signal charges (numbers x1 to x8 shown in FIG. 49, where x is an odd number) are number x1 and number x2, number x3 and number x4. The number x5 and the number x6 and the combination of the number x7 and the number x8 are mixed every two pixels. On the other hand, even-numbered signal charges (signal charges of numbers x1 to x8 shown in FIG. 49 where x is an even number) are number x2 and number x3, number x4 and number x5, number x6 and number x7, The combination of number x8 and number x9 is mixed every two pixels.

これにより、図５８に丸印で示すように、奇数段で混合される２画素の重心位置と、偶数段で混合される２画素の重心位置とが、交互にバランス良く配置されることとなる。このように、混合される画素群の重心位置が水平方向に等間隔になるようにすることで、視覚的な解像度が向上し、より鮮明な画像が得られるという利点がある。   As a result, as indicated by a circle in FIG. 58, the barycentric positions of the two pixels mixed in the odd-numbered stages and the barycentric positions of the two pixels mixed in the even-numbered stages are alternately arranged in a well-balanced manner. . As described above, by setting the barycentric positions of the pixel groups to be mixed at equal intervals in the horizontal direction, there is an advantage that the visual resolution is improved and a clearer image can be obtained.

なお、第１の実施形態にかかる固体撮像素子と同様に、第２および第３の実施形態にかかる固体撮像素子をディジタルカメラに適用すれば（図２８参照）、固体撮像素子から高速にデータが出力されるので、高速動作が可能であり、かつ、画質に優れたディジタルカメラを実現できる。また、本発明の高速動作と通常の全画素読み出し動作を切り替えて使用することができるため、動画（高速動作）モードと静止画（全画素読み出し動作）モードを兼ね備えたディジタルカメラを実現できる。   As in the case of the solid-state imaging device according to the first embodiment, if the solid-state imaging device according to the second and third embodiments is applied to a digital camera (see FIG. 28), data can be quickly transmitted from the solid-state imaging device. Since it is output, it is possible to realize a digital camera capable of high-speed operation and excellent in image quality. In addition, since the high-speed operation of the present invention and the normal all-pixel reading operation can be switched and used, a digital camera having both a moving image (high-speed operation) mode and a still image (all-pixel reading operation) mode can be realized.

なお、第１〜第３の実施形態にかかる固体撮像素子であって、画素混合を行わずに全画素の信号電荷を出力するモードと、４画素混合を行うモードとを切り替え可能な固体撮像素子を用いてディジタルカメラを構成することも好ましい。このようなディジタルカメラでは、例えば、画素混合を行わないモードではＨＤＴＶ動画モード（垂直方向１０００画素×水平方向２０００画素）での画像出力、４画素混合を行うモードではＳＤＴＶ動画モード（垂直方向５００画素×水平方向１０００画素）での画像出力が可能となる。ＨＤＴＶ動画モードでは高解像度な画像を出力でき、ＳＤＴＶ動画モードでは高感度かつ高フレームレートの画像出力が可能である。   In addition, it is a solid-state image sensor concerning 1st-3rd embodiment, Comprising: The solid-state image sensor which can switch between the mode which outputs the signal charge of all the pixels, without performing pixel mixing, and the mode which performs 4 pixel mixing It is also preferable to configure a digital camera using In such a digital camera, for example, image output in the HDTV moving image mode (vertical direction 1000 pixels × horizontal direction 2000 pixels) is performed in a mode in which pixel mixing is not performed, and SDTV moving image mode (vertical direction 500 pixels) in a mode in which four pixels are mixed. X Image output at 1000 pixels in the horizontal direction) is possible. High-definition images can be output in the HDTV moving image mode, and high-sensitivity and high-frame-rate image output is possible in the SDTV moving image mode.

また、８００万画素相当以上の固体撮像素子において、より具体的には垂直の画素数が２１６０画素以上、水平の画素数が３８４０画素以上有する固体撮像素子において、垂直３画素×水平３画素の合計９画素を混合することによる走査線数が７２０本のＴＶフォーマットの撮像モードと、垂直２画素×水平２画素の４画素を混合することによる走査線が１０８０本のＴＶフォーマットの撮像モードとの少なくとも２モードを選択的に切り替えられるように構成することにより、高解像度な画像出力モードと高感度かつ高フレームレートの画像出力モードの切り替えが可能である。   Further, in a solid-state imaging device equivalent to 8 million pixels or more, more specifically, in a solid-state imaging device having 2160 or more vertical pixels and 3840 or more horizontal pixels, a total of 3 vertical pixels × 3 horizontal pixels. At least a TV format imaging mode with 720 scanning lines by mixing 9 pixels and a TV format imaging mode with 1080 scanning lines by mixing 4 pixels of 2 vertical pixels × 2 horizontal pixels By configuring so that the two modes can be selectively switched, it is possible to switch between a high-resolution image output mode and a high-sensitivity and high-frame-rate image output mode.

さらに、垂直４画素×水平４画素の１６画素を混合する撮像モードを有することにより、走査線数が４８０本のＮＴＳＣ方式あるいは５７５本のＰＡＬ方式の走査線数の撮像モードを実現することができる。   Furthermore, by having an imaging mode in which 16 pixels of vertical 4 pixels × horizontal 4 pixels are mixed, an imaging mode with the number of scanning lines of 480 scanning lines or 575 PAL systems can be realized. .

なお、このようなディジタルカメラは、固体撮像素子にカラーフィルタが設けられた構成であっても良いし、固体撮像素子にはカラーフィルタを設けずに、ダイクロイックミラーを用いて分光することによりカラー映像を得る、いわゆる三板式カメラであっても良い。前述したように、固体撮像素子にカラーフィルタが設けられている場合は、同色フィルタの画素同士を混合することが好ましく、三板式カメラの場合は、互いに隣接する複数画素を混合することが好ましい。   Note that such a digital camera may have a configuration in which a color filter is provided in a solid-state image sensor, or a color image is obtained by performing spectroscopy using a dichroic mirror without providing a color filter in the solid-state image sensor. A so-called three-plate camera may be used. As described above, when the solid-state image sensor is provided with a color filter, it is preferable to mix pixels of the same color filter, and in the case of a three-plate camera, it is preferable to mix a plurality of adjacent pixels.

本発明は、少なくとも水平方向の画素数を削減することにより、モワレや偽信号を生じることなく良質な映像信号を高速に出力できる固体撮像素子に利用可能である。   The present invention can be used for a solid-state imaging device capable of outputting a high-quality video signal at high speed without causing moire or false signals by reducing the number of pixels in the horizontal direction.

本発明の一実施形態の固体撮像素子の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子によって混合される画素の組み合わせを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the combination of the pixel mixed by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。(A)-(c) is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子において混合される画素の組み合わせ（混合画素群）の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the combination (mixed pixel group) of the pixel mixed in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子において混合される画素の組み合わせ（混合画素群）の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the combination (mixed pixel group) of the pixel mixed in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子において混合される画素の組み合わせ（混合画素群）の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the combination (mixed pixel group) of the pixel mixed in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子における電極構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the electrode structure in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子における電極構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the electrode structure in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子における電極構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the electrode structure in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子における電極構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the electrode structure in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子におけるゲート電極の具体的配置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the specific arrangement | positioning of the gate electrode in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子における制御信号のタイミングチャートと、このタイミングチャートに応じた転送電荷の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the timing chart of the control signal in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention, and the mode of the transfer electric charge according to this timing chart. 本発明の一実施形態の固体撮像素子における信号電荷の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mode of the signal charge in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子における電極構造の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the electrode structure in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子における制御信号のタイミングチャートと、このタイミングチャートに応じた転送電荷の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the timing chart of the control signal in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention, and the mode of the transfer electric charge according to this timing chart. 本発明の一実施形態の固体撮像素子の空間周波数応答を示すグラフである。It is a graph which shows the spatial frequency response of the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかるカメラの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the camera concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子におけるゲート電極の具体的配置の他の例を示す平面図である。It is a top view which shows the other example of the specific arrangement | positioning of the gate electrode in the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子に適用されるカラーフィルタの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the color filter applied to the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の固体撮像素子による画素混合動作の一手順を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one procedure of the pixel mixing operation | movement by the solid-state image sensor of one Embodiment of this invention. 図４９〜図５７に示す手順の繰り返しによって混合される画素の重心位置を示す説明図である。FIG. 58 is an explanatory diagram showing barycentric positions of pixels mixed by repeating the procedure shown in FIGS. 49 to 57;

符号の説明Explanation of symbols

１ 固体撮像素子
２ 光電変換部
３ 垂直転送部
４ 水平転送部
３１ 光学系
３２ 制御部
３３ 画像処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state image sensor 2 Photoelectric conversion part 3 Vertical transfer part 4 Horizontal transfer part 31 Optical system 32 Control part 33 Image processing part

Claims (21)

２次元配列の画素から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直転送部と、
前記垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを有し、
前記垂直転送部における前記水平転送部に最も近い転送段である垂直最終段が、ｍ（ｍは２ｎ＋１（ｎは１以上の整数））列毎に同じ転送電極構成を有し、
前記ｍ列のうち、少なくとも水平転送部の出力側に近いほうの一つの列以外の垂直最終段に、当該垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を、当該ｍ列における他の列とは独立して制御するために、前記他の列とは独立した転送電極が設けられ、
前記垂直最終段の各列は、ｎ個の転送電極で構成され、
隣接するｍ列の垂直転送部の全てにおいて、前記ｎ個の転送電極のうち、少なくとも２個が、他の列の垂直最終段とは独立した独立電極であり、
水平方向において１画素おきの２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）個ずつを第１の混合画素群とし、
前記第１の混合画素群以外の画素から、１画素おきの２ｎ＋１個ずつの画素であって、その画素重心が前記第１の混合画素群の画素重心の間で等間隔になる画素を第２の混合画素群として、
第１、第２の混合画素群のそれぞれに含まれる画素の信号電荷を水平転送部内で加算することを特徴とする固体撮像素子。 A vertical transfer unit provided corresponding to each column of the pixels in order to transfer signal charges read from the pixels of the two-dimensional array in the vertical direction;
A horizontal transfer unit that horizontally transfers the signal charge received from the vertical transfer unit,
The vertical final stage, which is the transfer stage closest to the horizontal transfer unit in the vertical transfer unit, has the same transfer electrode configuration for each m (m is 2n + 1 (n is an integer of 1 or more) ) column,
Transfer operation from the vertical final stage to the horizontal transfer unit to the vertical final stage other than at least one column closer to the output side of the horizontal transfer unit among the m columns, and other columns in the m column. In order to control independently, a transfer electrode independent from the other columns is provided,
Each column of the vertical final stage is composed of n transfer electrodes,
In all of the vertical transfer portion of adjacent m columns of said n transfer electrodes, at least two are Ri separate independent electrode der of those of vertical last stages of the other columns,
In the horizontal direction, every 2n + 1 (n is an integer of 1 or more) every other pixel is defined as a first mixed pixel group,
A pixel that is 2n + 1 pixels every other pixel from pixels other than the first mixed pixel group, and whose pixel centroids are equally spaced between the pixel centroids of the first mixed pixel group. As a mixed pixel group of
A solid-state imaging device , wherein signal charges of pixels included in each of the first and second mixed pixel groups are added in a horizontal transfer unit . ２次元配列の画素から読み出した信号電荷を垂直方向へ転送するために前記画素の各列に対応して設けられた垂直転送部と、
前記垂直転送部から受け取った信号電荷を水平方向に転送する水平転送部とを有し、
前記垂直転送部における前記水平転送部に最も近い転送段である垂直最終段が、ｍ（ｍは２ｎ＋１（ｎは１以上の整数））列毎に同じ転送電極構成を有し、
前記ｍ列のうち、一つの列以外の垂直最終段あるいは全ての列の垂直最終段に、当該垂直最終段から前記水平転送部への転送動作を、当該ｍ列における他の列とは独立して制御するために、前記他の列とは独立した転送電極が設けられ、
前記垂直転送部における各段がｎ個の転送電極で構成され、前記垂直転送部における垂直最終段以外の転送段は、転送電極が第１層の電極膜によって全列にわたる第１の共通電極と、前記第１の共通電極と交互に配され、前記第１層より上層に形成される第２層の電極膜によって全列にわたる第２の共通電極とで構成され、
前記垂直最終段においては、前記第２層の電極膜と同じ電極膜を、各列において島状に分離することによって、前記独立電極を形成し、
水平方向において１画素おきの２ｎ＋１（ｎは１以上の整数）個ずつを第１の混合画素群とし、
前記第１の混合画素群以外の画素から、１画素おきの２ｎ＋１個ずつの画素であって、その画素重心が前記第１の混合画素群の画素重心の間で等間隔になる画素を第２の混合画素群として、
第１、第２の混合画素群のそれぞれに含まれる画素の信号電荷を水平転送部内で加算することを特徴とする固体撮像素子。 A vertical transfer unit provided corresponding to each column of the pixels in order to transfer signal charges read from the pixels of the two-dimensional array in the vertical direction;
A horizontal transfer unit that horizontally transfers the signal charge received from the vertical transfer unit,
The vertical final stage, which is the transfer stage closest to the horizontal transfer unit in the vertical transfer unit, has the same transfer electrode configuration for each m (m is 2n + 1 (n is an integer of 1 or more) ) column,
Transfer operations from the vertical final stage to the horizontal transfer unit in the vertical final stage other than one column or the vertical final stage of all columns of the m columns are independent of other columns in the m columns. In order to control, a transfer electrode independent from the other columns is provided,
Each stage in the vertical transfer section is composed of n transfer electrodes, and the transfer stages other than the vertical final stage in the vertical transfer section are the same as the first common electrode extending over the entire column by the electrode film of the first layer. The second common electrode is arranged alternately with the first common electrode, and extends over the entire row by the second layer electrode film formed above the first layer,
In the vertical final stage, the same electrode film as the electrode film of the second layer is separated into islands in each row, thereby forming the independent electrodes ,
In the horizontal direction, every 2n + 1 (n is an integer of 1 or more) every other pixel is defined as a first mixed pixel group,
A pixel that is 2n + 1 pixels every other pixel from pixels other than the first mixed pixel group, and whose pixel centroids are equally spaced between the pixel centroids of the first mixed pixel group. As a mixed pixel group of
A solid-state imaging device , wherein signal charges of pixels included in each of the first and second mixed pixel groups are added in a horizontal transfer unit . 垂直最終段における前記第１、第２の混合画素群のそれぞれについて、
（ａ１）前記２ｎ＋１個の画素からなる各混合画素群のうち、前記水平転送部の出力側から最も遠い画素の信号電荷のみを、垂直最終段から水平転送部へ転送し、
（ａ２）水平転送部の信号電荷を順方向に２画素分転送し、
（ａ３）前記２ｎ＋１個の画素群のうち、垂直最終段に信号電荷が残っている画素であって前記水平転送部の出力側から最も遠い画素の信号電荷のみを、垂直最終段から水平転送部へ転送し、
（ａ４）前記ａ２およびａ３の転送を、前記２ｎ＋１個の画素群の全ての信号電荷が垂直最終段から水平転送部へ転送されるまで繰り返して行う、請求項１または２に記載の固体撮像素子。 For each of the first and second mixed pixel groups in the vertical final stage,
(A1) Of the mixed pixel group composed of 2n + 1 pixels, only the signal charge of the pixel farthest from the output side of the horizontal transfer unit is transferred from the vertical final stage to the horizontal transfer unit,
(A2) The signal charge of the horizontal transfer unit is transferred for two pixels in the forward direction,
(A3) Among the 2n + 1 pixel groups, only the signal charge of the pixel farthest from the output side of the horizontal transfer unit that is the signal charge remaining in the vertical final stage is transferred from the vertical final stage to the horizontal transfer unit. Forward to
(A4) The solid-state imaging device according to claim 1 or 2 , wherein the transfer of the a2 and a3 is repeatedly performed until all signal charges of the 2n + 1 pixel groups are transferred from a vertical final stage to a horizontal transfer unit. . （ｂ１）前記ａ１〜ａ４の転送の最後として、前記２ｎ＋１個の画素群のうち最後の画素の信号電荷を垂直最終段から水平転送部へ転送した後、または転送すると同時に、全列の垂直転送部の信号電荷を１段転送し、
（ｂ２）前記ｂ１により垂直最終段に転送された信号電荷について、ａ１〜ａ４の転送を行い、
（ｂ３）前記ｂ１およびｂ２の転送を、２ｎ＋１段分の信号電荷が水平転送部へ転送されるまで繰り返して行う、請求項３に記載の固体撮像素子。 (B1) As the last of the transfer of a1 to a4, the signal charge of the last pixel in the 2n + 1 pixel group is transferred to the horizontal transfer unit from the vertical final stage or simultaneously with the transfer. Part of the signal charge is transferred,
(B2) The signal charges transferred to the vertical final stage by b1 are transferred a1 to a4,
(B3) The solid-state imaging device according to claim 3 , wherein the transfer of b1 and b2 is repeated until 2n + 1 stages of signal charges are transferred to the horizontal transfer unit. 水平転送部の出力側から第１列の前記垂直最終段は、当該列における垂直最終段以外の段と同じ電極構成を有する、請求項１または２に記載の固体撮像素子。   3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the vertical final stage of the first column from the output side of the horizontal transfer unit has the same electrode configuration as the stages other than the vertical final stage in the column. 前記第１および第２の混合画素群のそれぞれの、垂直方向において１行おきの２ｎ＋１行分の合計（２ｎ＋１）×（２ｎ＋１）画素を、１つの混合画素群として、各列に含まれる２ｎ＋１行分の画素の信号電荷を垂直転送部内で加算する、請求項１または２に記載の固体撮像素子。 A total of (2n + 1) × (2n + 1) pixels for every 2n + 1 rows in the vertical direction of each of the first and second mixed pixel groups is defined as 2n + 1 rows included in each column as one mixed pixel group. 3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the signal charges of the pixels are added in the vertical transfer unit. 前記２次元配列の画素に、水平方向において２画素、垂直方向において２画素の合計４画素を１単位としたカラーフィルタを配した、請求項１または２に記載の固体撮像素子。 Wherein the pixels of the two-dimensional array, two pixels in the horizontal direction, a total of four pixels of two pixels arranged color filters as one unit in the vertical direction, the solid-state imaging device according to claim 1 or 2. 前記カラーフィルタが、前記４画素の一対角線上の２画素に第１の色のフィルタを配し、他の２画素に第２および第３の色のフィルタをそれぞれ配した、請求項７に記載の固体撮像素子。 The color filter, arranged of a first color filter 2 pixels on one diagonal line of the four pixels, arranged respectively the second and third color filters for other two pixels, according to claim 7 Solid-state image sensor. 前記垂直転送部が少なくとも３層の電極膜を有し、
前記垂直最終段において他の列と独立して設けられた転送電極が、最上層を含む少なくとも一層の電極膜で形成された、請求項１に記載の固体撮像素子。 The vertical transfer section has at least three electrode layers;
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the transfer electrode provided independently of the other columns in the vertical final stage is formed of at least one electrode film including the uppermost layer. （ｅ１）水平方向においてｍ個の画素から選択的に１個以上ｍ−１個以下の画素の信号電荷を水平転送部へ転送し、
（ｅ２）水平転送部の信号電荷を少なくとも１画素分転送し、
（ｅ３）前記ｅ１およびｅ２の転送を繰り返すことにより、ｍ個の画素の信号電荷を水平転送部へすべて転送する、請求項１または２に記載の固体撮像素子。 (E1) The signal charges of one or more and m−1 or less pixels are selectively transferred from the m pixels in the horizontal direction to the horizontal transfer unit,
(E2) transferring the signal charge of the horizontal transfer unit for at least one pixel,
(E3) The solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein all the signal charges of m pixels are transferred to a horizontal transfer unit by repeating the transfer of e1 and e2. （ｅ４）前記ｅ３の後、全列の信号電荷を水平転送部側へ一段転送し、
（ｅ５）前記ｅ４の転送により垂直最終段に移動した信号電荷に対して、前記ｅ１〜ｅ３の転送を行い、
前記ｅ４およびｅ５を繰り返すことにより、ｍ段分の信号電荷を水平転送部へすべて転送する、請求項１０に記載の固体撮像素子。 (E4) After e3, the signal charges of all the columns are transferred to the horizontal transfer unit side by one stage,
(E5) The transfer of e1 to e3 is performed on the signal charge moved to the vertical final stage by the transfer of e4,
The solid-state imaging device according to claim 10 , wherein signal charges for m stages are all transferred to a horizontal transfer unit by repeating e4 and e5. 前記ｍ列のうち一つの列以外の垂直最終段あるいは全ての列の垂直最終段において、他の列とは独立して設けられた転送電極を当該他の列とは独立して駆動することにより水平ｍ個の画素混合を行うモードと、前記転送電極を他の列と同様に駆動することにより画素混合を行わないモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられる、請求項１または２に記載の固体撮像素子。   By driving the transfer electrodes provided independently of the other columns independently of the other columns in the vertical final stage other than one of the m columns or the vertical final stages of all the columns. The operation mode can be selectively switched between at least two modes of a mode in which horizontal m pixel mixing is performed and a mode in which pixel transfer is not performed by driving the transfer electrode in the same manner as other columns. Or the solid-state image sensor of 2. ｍがｍ1（ｍ1は２以上の整数）とｍ2（ｍ2は２以上の整数）との公倍数であり、水平ｍ1個の画素混合を行うモードと水平ｍ2個の画素混合を行うモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられる、請求項１または２に記載の固体撮像素子。 m is a common multiple of m 1 (m 1 is an integer greater than or equal to 2 ) and m 2 (m 2 is an integer greater than or equal to 2), and a mode that performs horizontal m 1 pixel mixing and horizontal m 2 pixel mixing. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the operation mode can be selectively switched between at least two modes with the mode to be performed. ３色のフィルタが垂直方向に２色、水平方向に２色配置された繰り返しパターンのカラーフィルタをさらに備え、
前記カラーフィルタの同色フィルタに相当する水平ｍ1画素を混合するモードと、水平ｍ2画素を混合するモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられる、請求項１３に記載の固体撮像素子。 A color filter having a repeating pattern in which three color filters are arranged in two colors in the vertical direction and two colors in the horizontal direction;
The solid state according to claim 13 , wherein the operation mode can be selectively switched between at least two modes of a mode in which horizontal m 1 pixels corresponding to the same color filter of the color filter are mixed and a mode in which horizontal m 2 pixels are mixed. Image sensor. 前記動作モードに、画素混合を行わないモードをさらに含む、請求項１３または１４に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 13 , wherein the operation mode further includes a mode in which pixel mixing is not performed. 前記ｍ個の画素が、水平方向において連続する画素である、請求項１０に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 10 , wherein the m pixels are pixels that are continuous in a horizontal direction. 水平方向における前記ｍ個の画素の組み合わせを、段毎に変更する、請求項１０に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 10 , wherein a combination of the m pixels in the horizontal direction is changed for each stage. 隣接する少なくとも二段において、前記ｍ個の画素の組み合わせの重心位置が水平方向に等間隔である、請求項１７に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 17 , wherein the gravity center positions of the combination of the m pixels are equally spaced in the horizontal direction in at least two adjacent stages. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の固体撮像素子を備えたカメラ。 Camera having a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 18. 請求項１６に記載の固体撮像素子を備えた３板式カラーカメラ。 A three-plate color camera comprising the solid-state imaging device according to claim 16 . ｍ＝２として、画素混合を行わない第１のモードと、垂直方向に隣接する２画素および水平方向に隣接する２画素を混合する第２のモードとの少なくとも２モード間で動作モードを選択的に切り替えられる、請求項２０に記載の３板式カラーカメラ。
When m = 2, the operation mode is selectively selected between at least two modes: a first mode in which pixel mixture is not performed and a second mode in which two pixels adjacent in the vertical direction and two pixels adjacent in the horizontal direction are mixed. The three-plate color camera according to claim 20 , wherein
JP2006206156A 2002-11-12 2006-07-28 Solid-state image sensor and camera equipped with the same Expired - Fee Related JP4452259B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006206156A JP4452259B2 (en) 2002-11-12 2006-07-28 Solid-state image sensor and camera equipped with the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002328868 2002-11-12
JP2006206156A JP4452259B2 (en) 2002-11-12 2006-07-28 Solid-state image sensor and camera equipped with the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003377163A Division JP3848650B2 (en) 2002-11-12 2003-11-06 Solid-state image sensor and camera equipped with the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006320019A JP2006320019A (en) 2006-11-24
JP4452259B2 true JP4452259B2 (en) 2010-04-21

Family

ID=37540179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006206156A Expired - Fee Related JP4452259B2 (en) 2002-11-12 2006-07-28 Solid-state image sensor and camera equipped with the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4452259B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4658470B2 (en) * 2003-11-28 2011-03-23 パナソニック株式会社 Solid-state imaging device, solid-state imaging device, and camera
JP5107799B2 (en) * 2007-06-14 2012-12-26 パナソニック株式会社 Imaging device
WO2010137207A1 (en) * 2009-05-28 2010-12-02 パナソニック株式会社 Solid-state image pickup device, digital camera, and electric charge mixing method
JP2011030181A (en) * 2009-06-23 2011-02-10 Panasonic Corp Solid-state image pickup apparatus, image pickup module and image pickup system
WO2011048760A1 (en) * 2009-10-21 2011-04-28 パナソニック株式会社 Solid state image capture element, drive method thereof, and camera
JP2011091561A (en) * 2009-10-21 2011-05-06 Panasonic Corp Solid-state image pickup device, method for driving the same and camera
WO2011086622A1 (en) * 2010-01-12 2011-07-21 パナソニック株式会社 Solid-state image pickup device, driving method thereof, and camera

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006320019A (en) 2006-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3848650B2 (en) Solid-state image sensor and camera equipped with the same
JP4140077B2 (en) Solid-state image sensor driving method, solid-state image sensor, and camera
JP4452259B2 (en) Solid-state image sensor and camera equipped with the same
JP4487351B2 (en) Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera system
US7148926B2 (en) Image sensing apparatus and signal processing method therefor
KR20060042014A (en) Solid state imaging device with increased vertical resolution in interlace scanning method
JP4658470B2 (en) Solid-state imaging device, solid-state imaging device, and camera
JP4354346B2 (en) Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera equipped with the same
JP2006014075A5 (en)
JP2011077939A (en) Solid-state imaging device and camera with the same
JP4178621B2 (en) Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera system
JP3948042B2 (en) Camera system, imaging apparatus, and imaging method
JP3880374B2 (en) Method for driving solid-state imaging device and imaging apparatus
JP2005191943A (en) Solid-state imaging device and camera equipped with the same
JP4321620B2 (en) Solid-state imaging device and driving method of solid-state imaging device
CN1330172C (en) Solid-state image pickup element and camera having the same
JP2003060185A (en) Solid-state image pickup device and control method therefor
JP2000308075A (en) Image pickup element and driving method of the same
JP3698604B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP3660915B2 (en) Imaging apparatus and signal processing method thereof
JP4347981B2 (en) Driving method of solid-state imaging device
JP4778079B2 (en) Solid-state imaging device
JP2008042737A (en) Solid-state imaging device and camera
JP2000308078A (en) Image pickup element
JP2000152093A (en) Solid-state image pickup device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20061101

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091013

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091209

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100107

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100129

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4452259

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130205

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130205

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140205

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees