JP2009117979A

Movatterモバイル変換

Info

Publication number: JP2009117979A
Application number: JP2007286373A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kobayashi; 誠小林
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】撮影状態に応じて、高速出力と高感度とを両立することができる固体撮像素子の駆動方法を提供する。
【解決手段】複数の色に対応するカラーフィルタが形成された撮像領域に垂直方向及び水平方向に画素ごとに設けられた光電変換部を備え、各光電変換部に入射した光に応じて信号電荷を生成し、出力することでカラー画像を得る固体撮像装置の駆動方法であって、光電変換部で生成された信号電荷を読み出して、垂直電荷転送領域によって垂直方向に転送するステップと、垂直電荷転送領域から転送された信号電荷を水平電荷転送領域によって水平方向に転送するステップと、水平電荷転送領域において、位置が近く且つ同じ色の画素同士の信号電荷を加算して出力するステップとを有する。
【選択図】図３A solid-state image sensor driving method capable of achieving both high-speed output and high sensitivity according to a shooting state.
A photoelectric conversion unit provided for each pixel in a vertical direction and a horizontal direction in an imaging region in which color filters corresponding to a plurality of colors are formed, and a signal charge according to light incident on each photoelectric conversion unit A solid-state imaging device driving method for obtaining a color image by generating and outputting a signal charge, wherein a signal charge generated by a photoelectric conversion unit is read and transferred in a vertical direction by a vertical charge transfer region, and a vertical charge A step of transferring the signal charge transferred from the transfer region in the horizontal direction by the horizontal charge transfer region; and a step of adding the signal charges of pixels of the same color that are close in position and output in the horizontal charge transfer region. .
[Selection] Figure 3

Description

Translated fromJapanese

本発明は、固体撮像素子の駆動方法に関する。 The present invention relates to a method for driving a solid-state imaging device.

図９は、従来の固体撮像素子の構成を模式的に示した図である。図１０は、図９の固体撮像素子のカラーフィルタの配列パターンを示した図である。固体撮像素子１は、格子状に複数配列された、入射光を光電変換することで信号電荷を生成するフォトダイオードＰＤを有している。複数のフォトダイオードＰＤから信号電荷を読み出しゲートで読み出して垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部（ＶＣＣＤ）を有している。複数の垂直電荷転送部によって転送された信号電荷はそれぞれ、垂直方向端部から水平電荷転送部（ＨＣＣＤ）に転送される。そして、水平電荷転送部で水平転送され、フローティングディフュージョンアンプＦＤなどの出力アンプから出力される。 FIG. 9 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional solid-state imaging device. FIG. 10 is a diagram showing an arrangement pattern of the color filters of the solid-state imaging device of FIG. The solid-state imaging device 1 includes photodiodes PD that are arranged in a lattice shape and generate signal charges by photoelectrically converting incident light. It has a plurality of vertical charge transfer units (VCCD) that read signal charges from a plurality of photodiodes PD by a read gate and transfer them in the vertical direction. The signal charges transferred by the plurality of vertical charge transfer units are respectively transferred from the vertical end to the horizontal charge transfer unit (HCCD). Then, the signal is horizontally transferred by the horizontal charge transfer unit and output from an output amplifier such as a floating diffusion amplifier FD.

現在、図１０に示すように、赤色画素Ｒ、緑色画素Ｇ、青色画素Ｂに加え、輝度情報を取得するためのホワイト画素を格子状に配列させることで、色情報と輝度情報を同時に得ることができ、広いダイナミックレンジを実現できる構成が提案されている。従来、このような、カラー配列を有する撮像素子としては、例えば、下記特許文献に示すものがある。 Currently, as shown in FIG. 10, in addition to the red pixel R, the green pixel G, and the blue pixel B, the white pixels for acquiring the luminance information are arranged in a grid pattern, thereby obtaining the color information and the luminance information at the same time. A configuration that can realize a wide dynamic range has been proposed. Conventionally, as such an image sensor having a color arrangement, for example, there are those shown in the following patent documents.

上記のような撮像素子の駆動手順としては、ＶＣＣＤを構成する各垂直電荷転送電極に駆動電圧供給部Ｖ１〜Ｖ４から所定の駆動パルスを印加すことで、フォトダイオードＰＤから読み出しだ信号電荷を順次垂直方向に転送している。例えば、図９に示す固体撮像素子１では、配列されたフォトダイオードＰＤのうち同じ（水平方向に並んだ）列に位置する画素の信号電荷が垂直電荷転送部ＶＣＣＤに常に同時に読み出されて水平電荷転送部に転送される。 As a procedure for driving the imaging device as described above, signal charges read from the photodiode PD are sequentially applied by applying predetermined drive pulses from the drive voltage supply units V1 to V4 to the vertical charge transfer electrodes constituting the VCCD. It is transferring vertically. For example, in the solid-state imaging device 1 shown in FIG. 9, the signal charges of the pixels located in the same (horizontally aligned) column among the arranged photodiodes PD are always simultaneously read out to the vertical charge transfer unit VCCD and horizontally. It is transferred to the charge transfer unit.

米国特許出願公開第２００７／００２４９３１号明細書US Patent Application Publication No. 2007/0024931特開２００２−１１２１１９号公報JP 2002-112119 A

ところで、上記固体撮像素子のように、同じ列のＲ，Ｇ，Ｂ画素とＷ画素との信号電荷を同時に読み出すと、静止画撮像時に高い感度で撮像を行うことができる一方で、動画撮像時のように高速出力を行うができない点で改善の余地があった。このため、ＲＧＢ画素及びＷ画素から信号電荷を取得して撮像を行う構成の撮像素子において、高速出力と高感度とを両立させた撮像を行うことができるように駆動したいという要求があった。
また、上記構成の撮像素子では、静止画撮像時に出力信号が「Ｇ画素、Ｗ画素、Ｒ画素、Ｗ画素」や、「Ｗ画素、Ｇ画素、Ｗ画素、Ｒ画素」というように、各出力信号が隣接する出力信号と異なる色情報であり、水平電荷転送部ＨＣＣＤにおいて転送不良が生じた場合に、異なる色情報の出力信号同士が混ざり合うことで画質が劣化する要因となる点で改善の余地があった。By the way, when the signal charges of the R, G, B pixels and W pixels in the same column are read simultaneously as in the above solid-state imaging device, it is possible to perform imaging with high sensitivity during still image capturing, while capturing moving images. There is room for improvement in that it cannot perform high-speed output. For this reason, there has been a demand for driving an image pickup device configured to acquire signal charges from RGB pixels and W pixels so that high-speed output and high sensitivity can be achieved.
In the imaging device having the above-described configuration, the output signal is “G pixel, W pixel, R pixel, W pixel” or “W pixel, G pixel, W pixel, R pixel” when the still image is captured. When the signal is different color information from the adjacent output signal and a transfer failure occurs in the horizontal charge transfer unit HCCD, the output signals of different color information are mixed together, which causes deterioration in image quality. There was room.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、撮影状態に応じて、高速出力と高感度とを両立することができる固体撮像素子の駆動方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a driving method of a solid-state imaging device capable of achieving both high-speed output and high sensitivity in accordance with a shooting state.

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）複数の色に対応するカラーフィルタが形成された撮像領域に垂直方向及び水平方向に画素ごとに設けられた光電変換部を備え、各光電変換部に入射した光に応じて信号電荷を生成し、出力することでカラー画像を得る固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出して、垂直電荷転送領域によって垂直方向に転送するステップと、
前記垂直電荷転送領域から転送された信号電荷を水平電荷転送領域によって水平方向に転送するステップと、
前記水平電荷転送領域において、位置が近く且つ同じ色の画素同士の信号電荷を加算して出力するステップとを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
（２）複数の色に対応するカラーフィルタが形成された撮像領域に垂直方向及び水平方向に画素ごとに設けられた光電変換部を備え、各光電変換部に入射した光に応じて信号電荷を生成し、出力することでカラー画像を得る固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出して、垂直電荷転送領域によって垂直方向に転送するステップと、
前記垂直電荷転送領域から転送された信号電荷を水平電荷転送領域によって水平方向に転送するステップと、
前記水平電荷転送領域において同じ色の画素同士の信号電荷からなる出力信号群を形成し、色ごとに前記出力信号群を出力するステップとを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
（３）前記カラーフィルタが、赤の波長の光を透過するフィルタと、緑の波長の光を透過するフィルタと、青の波長の光を透過するフィルタと、全ての波長の光を透過するフィルタとからなることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の固体撮像装置の駆動方法。The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) A photoelectric conversion unit provided for each pixel in a vertical direction and a horizontal direction is provided in an imaging region in which color filters corresponding to a plurality of colors are formed, and a signal charge is generated according to light incident on each photoelectric conversion unit. A method of driving a solid-state imaging device that obtains and outputs a color image by generating and outputting,
Reading out the signal charge generated by the photoelectric conversion unit and transferring it in the vertical direction by the vertical charge transfer region;
Transferring the signal charge transferred from the vertical charge transfer region in a horizontal direction by a horizontal charge transfer region;
A method of driving a solid-state imaging device, comprising: adding and outputting signal charges of pixels of the same color that are close to each other in the horizontal charge transfer region.
(2) A photoelectric conversion unit provided for each pixel in a vertical direction and a horizontal direction is provided in an imaging region in which color filters corresponding to a plurality of colors are formed, and a signal charge is generated according to light incident on each photoelectric conversion unit. A method of driving a solid-state imaging device that obtains and outputs a color image by generating and outputting,
Reading out the signal charge generated by the photoelectric conversion unit and transferring it in the vertical direction by the vertical charge transfer region;
Transferring the signal charge transferred from the vertical charge transfer region in a horizontal direction by a horizontal charge transfer region;
And a step of forming an output signal group including signal charges of pixels of the same color in the horizontal charge transfer region and outputting the output signal group for each color.
(3) The color filter is a filter that transmits light of red wavelength, a filter that transmits light of green wavelength, a filter that transmits light of blue wavelength, and a filter that transmits light of all wavelengths. The method for driving a solid-state imaging device according to (1) or (2), wherein:

本発明は、撮像時に光電変換部で生成された、色画素に対応する信号電荷を垂直電荷転送領域に読み出し、垂直電荷転送領域によって垂直転送し、その最終段から水平電荷転送領域に転送する。そして、水平電荷転送領域によって水平転送し、該水平電荷転送領域の端部から出力することでカラー画像を生成する。固体撮像装置を駆動させる際に、水平電荷転送領域によって撮像領域における配置位置が近い、同じ色の画素同士の信号電荷を加算して出力する。こうすれば、動画撮像時には、赤，緑，青の画素に対応した色信号のみを信号加算して出力することができるため、信号処理数を減らして高速出力することができる。
また、撮像駆動時に水平電荷転送領域において転送不良が生じた場合に、水平電荷転送領域において同じ色の画素同士の信号電荷からなる出力信号群を出力する手順を行うことで、画素単位で赤，緑，青及び白の画素に応じた信号電荷を転送する手順に比べて、信号電荷同士が混ざり合うことを抑制することができる。このため、転送不良に起因する画質の低下を抑えることでより高い画質の画像を得やすくなる。In the present invention, the signal charge corresponding to the color pixel generated by the photoelectric conversion unit at the time of imaging is read out to the vertical charge transfer region, vertically transferred by the vertical charge transfer region, and transferred from the final stage to the horizontal charge transfer region. Then, horizontal transfer is performed by the horizontal charge transfer region, and a color image is generated by outputting from the end of the horizontal charge transfer region. When the solid-state imaging device is driven, the signal charges of pixels of the same color whose arrangement positions in the imaging region are close by the horizontal charge transfer region are added and output. In this way, only the color signals corresponding to the red, green, and blue pixels can be added and output during moving image capturing, so that the number of signal processing can be reduced and output at high speed.
In addition, when a transfer failure occurs in the horizontal charge transfer region at the time of image pickup driving, a procedure for outputting an output signal group composed of signal charges of pixels of the same color in the horizontal charge transfer region is performed. Compared with the procedure of transferring signal charges corresponding to green, blue, and white pixels, mixing of signal charges can be suppressed. For this reason, it becomes easy to obtain a higher quality image by suppressing the deterioration of the image quality due to the transfer failure.

本発明によれば、撮影状態に応じて、高速出力と高感度とを両立することができる固体撮像素子の駆動方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for driving a solid-state imaging device capable of achieving both high-speed output and high sensitivity according to a shooting state.

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる固体撮像装置の概略的な構成を示す図である。
固体撮像装置１０は、シリコンなどの半導体基板上に、撮像領域が区画され、該撮像領域の垂直方向（図１中の上下方向）及び水平方向（図１中の左右方向）に複数の光電変換部ＰＤが配列されている。光電変換部ＰＤは、被写界からの入射光を光電変換し、該入射光に応じた信号電荷を生成する構成で、例えば、フォトダイオードなどによって構成することができる。Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device according to the present invention.
In the solid-state imaging device 10, an imaging region is partitioned on a semiconductor substrate such as silicon, and a plurality of photoelectric conversions are performed in the vertical direction (up and down direction in FIG. 1) and the horizontal direction (left and right direction in FIG. 1) of the imaging region. The parts PD are arranged. The photoelectric conversion unit PD is configured to photoelectrically convert incident light from the object scene and generate a signal charge corresponding to the incident light, and can be configured by, for example, a photodiode.

撮像領域の光入射側の面には、図示しないカラーフィルタが設けられている。カラーフィルタは、図１０に示すカラーフィルタと同様に、赤色，緑色，青色の波長の光を透過するフィルタと、輝度情報を所得するため、全ての波長の光を透過する輝度フィルタとを所定のパターンで配列した構成を有している。図１において、赤色のフィルタの位置に対応する光電変換部ＰＤを「Ｒ」で示し、緑色のフィルタの位置に対応する光電変換部ＰＤを「Ｇ」で示し、青色のフィルタの位置に対応する光電変換部ＰＤを「Ｂ」で示し、輝度フィルタの位置に対応する光電変換部ＰＤを「Ｗ」で示している。本実施形態では、カラーフィルタと、そのカラーフィルタに対応する光電変換部とを総称して画素とし、色ごとに赤（Ｒ）画素，緑（Ｇ）画素，青（Ｂ）画素，白（Ｗ）画素と区別する。 A color filter (not shown) is provided on the light incident side surface of the imaging region. Similar to the color filter shown in FIG. 10, the color filter includes a filter that transmits light of red, green, and blue wavelengths and a luminance filter that transmits light of all wavelengths in order to obtain luminance information. It has a configuration arranged in a pattern. In FIG. 1, the photoelectric conversion part PD corresponding to the position of the red filter is indicated by “R”, the photoelectric conversion part PD corresponding to the position of the green filter is indicated by “G”, and the position corresponds to the position of the blue filter. The photoelectric conversion unit PD is indicated by “B”, and the photoelectric conversion unit PD corresponding to the position of the luminance filter is indicated by “W”. In this embodiment, a color filter and a photoelectric conversion unit corresponding to the color filter are collectively referred to as a pixel, and a red (R) pixel, a green (G) pixel, a blue (B) pixel, and a white (W ) Differentiate from pixels.

垂直方向に並んだ光電変換素子ＰＤの列同士の間には、垂直方向に延設された垂直電荷転送部１１がそれぞれ設けられている。それぞれの垂直電荷転送部１１の垂直方向の転送側の端部が共通の水平電荷転送部２１に接続されている。垂直電荷転送部１１の半導体基板表面には垂直電荷転送チャネル１２が形成され、水平電荷転送部２１の半導体基板表面には水平電荷転送チャネル２２が形成されている。 Between the columns of photoelectric conversion elements PD arranged in the vertical direction, verticalcharge transfer units 11 extending in the vertical direction are provided. Ends on the vertical transfer side of the verticalcharge transfer units 11 are connected to a common horizontalcharge transfer unit 21. A verticalcharge transfer channel 12 is formed on the surface of the semiconductor substrate of the verticalcharge transfer unit 11, and a horizontalcharge transfer channel 22 is formed on the surface of the semiconductor substrate of the horizontalcharge transfer unit 21.

垂直電荷転送部１１は、光電変換素子ＰＤから信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する。垂直電荷転送部１１は、複数段からなる垂直電荷転送電極１３，１４を垂直方向に対して並列し、垂直方向端部には、補助転送電極１５，１６が形成され、補助転送電極の転送側にはラインメモリ１７が形成されている。信号電荷を転送する際には、各垂直電荷転送電極１３，１４及び補助転送電極１５，１６に所定のタイミングで垂直転送信号Ｖ１〜４を入力することで、信号電荷を垂直電荷転送部１１に沿って転送し、ラインメモリ１７で一旦蓄積した後で、該ラインモリ１７から水平電荷転送部２１へ転送する。 The verticalcharge transfer unit 11 reads the signal charge from the photoelectric conversion element PD and transfers it in the vertical direction. The verticalcharge transfer unit 11 has a plurality of stages of verticalcharge transfer electrodes 13 and 14 arranged in parallel with respect to the vertical direction, andauxiliary transfer electrodes 15 and 16 are formed at the ends of the vertical direction. Is formed with aline memory 17. When transferring the signal charge, the vertical charge transfer signals V1 to 4 are input to the verticalcharge transfer electrodes 13 and 14 and theauxiliary transfer electrodes 15 and 16 at a predetermined timing, so that the signal charge is transferred to the verticalcharge transfer unit 11. Then, after being temporarily stored in theline memory 17, it is transferred from theline memory 17 to the horizontalcharge transfer unit 21.

垂直電荷転送電極１３，１４のそれぞれには、駆動時に光電変換部ＰＤから信号電荷を読み出すための読み出し部１８が形成されている。本実施形態の固体撮像装置１０は、垂直電荷転送電極１３の読み出し部１８が、Ｒ画素、Ｂ画素、Ｇ画素に対応する光電変換部ＰＤから信号電荷を読み出し、垂直電荷転送電極１４の読み出し部１８が、Ｗ画素に対応する光電変換部ＰＤから信号電荷を読み出す構成である。読み出し部１８の半導体基板表面には、図示しない読み出し領域が形成されている。 Each of the verticalcharge transfer electrodes 13 and 14 is formed with areadout unit 18 for reading out signal charges from the photoelectric conversion unit PD during driving. In the solid-state imaging device 10 of this embodiment, thereadout unit 18 of the verticalcharge transfer electrode 13 reads out signal charges from the photoelectric conversion unit PD corresponding to the R pixel, B pixel, and G pixel, and the readout unit of the verticalcharge transfer electrode 14.Reference numeral 18 denotes a configuration for reading signal charges from the photoelectric conversion unit PD corresponding to the W pixel. A readout region (not shown) is formed on the surface of the semiconductor substrate of thereadout unit 18.

水平電荷転送部２１は、ポリシリコンによって形成された第１ゲート電極２３と第２ゲート電極２４とからなる水平電荷転送電極を備え、第１ゲート電極２３と第２ゲート電極２４とを水平方向に対して交互に配置した構成である。第１ゲート電極２３と第２ゲート電極２４とのうち、一方がストレージ電極として機能し、他方がバリア電極として機能する。本実施形態では、第１ゲート電極２３及び第２ゲート電極２４には２相の水平転送信号Ｈ１，Ｈ２が入力され、信号電荷が水平電荷転送部の転送方向端部に設けられたフローティングディフュージョンアンプなどの出力アンプへ水平転送され、出力アンプで電圧変換されて出力信号として出力される。 The horizontalcharge transfer unit 21 includes a horizontal charge transfer electrode composed of afirst gate electrode 23 and asecond gate electrode 24 formed of polysilicon, and thefirst gate electrode 23 and thesecond gate electrode 24 are arranged in the horizontal direction. On the other hand, the configuration is arranged alternately. One of thefirst gate electrode 23 and thesecond gate electrode 24 functions as a storage electrode, and the other functions as a barrier electrode. In the present embodiment, two-phase horizontal transfer signals H1 and H2 are input to thefirst gate electrode 23 and thesecond gate electrode 24, and the signal charge is provided at the transfer direction end of the horizontal charge transfer unit. Is horizontally transferred to the output amplifier, and the voltage is converted by the output amplifier and output as an output signal.

図２は、本実施形態の固体撮像装置の駆動時に、垂直電荷転送部及び水平電荷転送部に印加される転送信号のタイミングチャートである。図３は、駆動時に信号電荷が転送される状態を説明する図である。なお、図３において、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素それぞれから読み出された信号電荷をそれぞれ丸で囲うことで示している。
固体撮像装置１０の駆動時には、先ず、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の各光電変換部ＰＤで生成された信号電荷を読み出し部１８を介して垂直電荷転送部１１に読み出す。そして、垂直電荷転送部１１の垂直電荷転送電極１３，１４に垂直転送信号Ｖ１〜４を入力し、信号電荷を垂直電荷転送部１１に沿って垂直方向に転送する。垂直電荷転送部１１で転送された信号電荷は、該垂直電荷転送部１１の転送方向端部の補助転送電極１５，１６を介してラインメモリ１７に蓄積される。図２に示すように、ラインメモリ１７には、所定のタイミングで読み出しパルス信号ＬＭが入力され、ラインメモリ１７にLowレベルの電圧が印加され、かつ、水平電荷転送部にHighレベルの電圧が印加ている場合に、該ラインメモリ１７から水平電荷転送部２１に信号電荷が転送される。FIG. 2 is a timing chart of transfer signals applied to the vertical charge transfer unit and the horizontal charge transfer unit when the solid-state imaging device of this embodiment is driven. FIG. 3 is a diagram illustrating a state where signal charges are transferred during driving. In FIG. 3, the signal charges read from the R, G, and B pixels are indicated by circles.
When the solid-state imaging device 10 is driven, first, signal charges generated by the photoelectric conversion units PD of the R, G, and B pixels are read out to the verticalcharge transfer unit 11 via thereading unit 18. Then, the vertical transfer signals V1 to V4 are input to the verticalcharge transfer electrodes 13 and 14 of the verticalcharge transfer unit 11, and the signal charges are transferred along the verticalcharge transfer unit 11 in the vertical direction. The signal charges transferred by the verticalcharge transfer unit 11 are accumulated in theline memory 17 via theauxiliary transfer electrodes 15 and 16 at the transfer direction ends of the verticalcharge transfer unit 11. As shown in FIG. 2, a read pulse signal LM is input to theline memory 17 at a predetermined timing, a low level voltage is applied to theline memory 17, and a high level voltage is applied to the horizontal charge transfer unit. If so, the signal charge is transferred from theline memory 17 to the horizontalcharge transfer unit 21.

水平電荷転送部１１に信号電荷が転送された後、第１ゲート電極２３及び第２ゲート電極２４に水平転送信号Ｈ１，Ｈ２が入力され、信号電荷が水平転送される。本実施形態では、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の光電変換部ＰＤのみから信号電荷を読み出し、Ｗ画素の光電変換部ＰＤからは信号電荷を読み出しを行わない。本実施形態の固体撮像装置１０の構成では、静止画撮像時には、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素から色情報を取得し、Ｗ画素から輝度情報を所得することで、高画質のカラー画像を生成することが可能である。一方で、動画撮像時には、上記の駆動タイミングとすることで、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素のみを読み出し、かつ、位置の最も近い画素同士を加算して出力することができるため、出力する信号数を削減することができ、高速読み出しを実現することができる。また、信号加算することで、感度が倍となるため、Ｗ画素を用いないことでの感度低下を補うことができる。 After the signal charge is transferred to the horizontalcharge transfer unit 11, horizontal transfer signals H1 and H2 are input to thefirst gate electrode 23 and thesecond gate electrode 24, and the signal charge is transferred horizontally. In this embodiment, signal charges are read from only the photoelectric conversion units PD of R, G, and B pixels, and signal charges are not read from the photoelectric conversion units PD of W pixels. In the configuration of the solid-state imaging device 10 of the present embodiment, when capturing a still image, color information is acquired from R, G, and B pixels, and luminance information is acquired from W pixels, thereby generating a high-quality color image. Is possible. On the other hand, at the time of moving image capturing, it is possible to read out only the R, G, and B pixels and to add and output the pixels with the closest positions by using the above drive timing. It can be reduced and high-speed reading can be realized. Moreover, since the sensitivity is doubled by adding the signals, it is possible to compensate for the decrease in sensitivity caused by not using the W pixel.

本実施形態では、撮像領域において互いの配置の位置が近い、同色の画素の信号電荷を水平電荷転送部２１において信号加算している。具体的には、複数の垂直電荷転送部１１のうち、第１垂直電荷転送列と該第１垂直電荷転送列に隣り合う第２垂直電荷転送列からＢ画素及びＧ画素の信号電荷が水平電荷転送部２１に読み出され、該第２垂直電荷転送列に隣り合う第３，４垂直電荷転送列からＧ画素及びＲ画素が水平電荷転送部２１に読み出される。そして、水平電荷転送部２１において第１垂直電荷転送列と第２垂直電荷転送列とから読み出したＧ画素同士の信号電荷を信号加算し、また、Ｂ画素同士の信号電荷を信号加算する。同様に、水平電荷転送部２１において第３垂直電荷転送列と第４垂直電荷転送列とから読み出したＧ画素同士の信号電荷を信号加算し、また、Ｒ画素同士の信号電荷を信号加算する。信号加算した後、出力アンプから信号出力する。このため、出力される信号は、同色の画素同士が加算された信号電荷からなる出力信号となる。 In the present embodiment, the horizontalcharge transfer unit 21 performs signal addition on signal charges of pixels of the same color that are close to each other in the imaging region. Specifically, among the plurality of verticalcharge transfer units 11, the signal charges of the B pixel and the G pixel from the first vertical charge transfer column and the second vertical charge transfer column adjacent to the first vertical charge transfer column are the horizontal charges. The G pixel and the R pixel are read out to the horizontalcharge transfer unit 21 from the third and fourth vertical charge transfer columns adjacent to the second vertical charge transfer column. The horizontalcharge transfer unit 21 adds the signal charges of the G pixels read from the first vertical charge transfer column and the second vertical charge transfer column, and adds the signal charges of the B pixels. Similarly, the horizontalcharge transfer unit 21 adds the signal charges of the G pixels read from the third vertical charge transfer column and the fourth vertical charge transfer column, and adds the signal charges of the R pixels. After signal addition, the signal is output from the output amplifier. Therefore, the output signal is an output signal composed of signal charges obtained by adding pixels of the same color.

図４は、駆動時において、信号電荷が転送される別の状態を説明する図である。本実施形態の固体撮像装置１０の構成では、白黒（モノクロ）画像で撮像する機能や、静止画撮像時などに焦点位置を確定するためのオートフォーカス機能（ＡＦ）を有するデジタルカメラ等の撮像装置に搭載される場合に、Ｗ画素によって輝度情報のみを取得することができる。このとき、輝度情報のみからなる画像を形成したうえで、焦点位置情報を決定し、その後で、通常の静止画撮像を開始する処理が実行可能である。なお、輝度情報のみを取得する処理は、オートフォーカス機能の処理に限定されず、他の機能においても使用することもできる。 FIG. 4 is a diagram illustrating another state in which signal charges are transferred during driving. In the configuration of the solid-state imaging device 10 of the present embodiment, an imaging device such as a digital camera having a function of capturing a monochrome image or an autofocus function (AF) for determining a focal position at the time of capturing a still image or the like. In the case of being mounted on, only luminance information can be acquired by the W pixel. At this time, it is possible to execute a process of determining the focal position information after forming an image consisting only of luminance information and then starting normal still image capturing. Note that the process of acquiring only luminance information is not limited to the process of the autofocus function, and can be used in other functions.

図４に示す駆動状態では、先ず、Ｗ画素の各光電変換部ＰＤで生成された信号電荷を読み出し部１８を介して垂直電荷転送部１１に読み出す。そして、垂直電荷転送部１１の垂直電荷転送電極１３，１４に垂直転送信号Ｖ１〜４を入力し、信号電荷を垂直電荷転送部１１に沿って垂直方向に転送する。垂直電荷転送部１１で転送された信号電荷は、該垂直電荷転送部１１の転送方向端部の補助転送電極１５，１６を介してラインメモリ１７に蓄積される。図２に示すように、ラインメモリ１７には、所定のタイミングで読み出しパルス信号ＬＭが入力され、蓄積された信号電荷が水平電荷転送部１１に転送される。 In the driving state shown in FIG. 4, first, the signal charge generated by each photoelectric conversion unit PD of the W pixel is read to the verticalcharge transfer unit 11 via thereading unit 18. Then, the vertical transfer signals V1 to V4 are input to the verticalcharge transfer electrodes 13 and 14 of the verticalcharge transfer unit 11, and the signal charges are transferred along the verticalcharge transfer unit 11 in the vertical direction. The signal charges transferred by the verticalcharge transfer unit 11 are accumulated in theline memory 17 via theauxiliary transfer electrodes 15 and 16 at the transfer direction ends of the verticalcharge transfer unit 11. As shown in FIG. 2, a read pulse signal LM is input to theline memory 17 at a predetermined timing, and the accumulated signal charge is transferred to the horizontalcharge transfer unit 11.

水平電荷転送部１１に信号電荷が転送された後、第１ゲート電極２３及び第２ゲート電極２４に水平転送信号Ｈ１，Ｈ２が入力され、信号電荷が水平転送される。本実施形態では、Ｗ画素の光電変換部ＰＤのみから信号電荷を読み出す。水平電荷転送部２１において第１垂直電荷転送列と第２垂直電荷転送列とから読み出したＷ画素同士の信号電荷を信号加算する。同様に、水平電荷転送部２１において第３垂直電荷転送列と第４垂直電荷転送列とから読み出したＷ画素同士の信号電荷を信号加算する。信号加算した後、信号電荷を出力アンプから信号出力する。このため、出力される信号は、画素の位置が近いＷ画素がそれぞれ同色同士が加算された信号電荷からなる出力信号となる。 After the signal charge is transferred to the horizontalcharge transfer unit 11, horizontal transfer signals H1 and H2 are input to thefirst gate electrode 23 and thesecond gate electrode 24, and the signal charge is transferred horizontally. In the present embodiment, signal charges are read out only from the photoelectric conversion unit PD of the W pixel. The horizontalcharge transfer unit 21 adds the signal charges of the W pixels read from the first vertical charge transfer column and the second vertical charge transfer column. Similarly, the signal charges of the W pixels read out from the third vertical charge transfer column and the fourth vertical charge transfer column in the horizontalcharge transfer unit 21 are added. After signal addition, the signal charge is output from the output amplifier. For this reason, the output signal is an output signal composed of signal charges obtained by adding the same colors to the W pixels whose pixels are close to each other.

図５は、図３の駆動状態で信号電荷を転送した場合の信号加算について模式的に示す図である。信号加算した場合に、加算されたＲ画素，Ｇ画素，Ｂ画素の色配列がベイヤー配列になるため、加算後においても高い解像度を得ることができる。 FIG. 5 is a diagram schematically showing signal addition when signal charges are transferred in the driving state of FIG. When signals are added, the color arrangement of the added R, G, and B pixels becomes a Bayer arrangement, so that a high resolution can be obtained even after addition.

また、本実施形態は、図３に示す読み出し手順を用いて第１フィールドの読み出しを行い、かつ、図４に示す読み出し手順を用いて第２フィールドの読み出しを行うことで画素を間引いた高速連射の静止画モードを実現することができる。図６は、信号配列を模式的に示す図である。図６に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素がベイヤー配列となり、また、Ｗ画素はベイヤー配列された各Ｒ，Ｇ，Ｂ画素に対応して配置されるため、高解像度と高感度を両立した静止画撮像を実行することができる。 Further, in the present embodiment, high-speed continuous shooting in which pixels are thinned out by reading out the first field using the reading procedure shown in FIG. 3 and reading out the second field using the reading procedure shown in FIG. 4. The still image mode can be realized. FIG. 6 is a diagram schematically showing a signal arrangement. As shown in FIG. 6, since the R, G, and B pixels are arranged in a Bayer array and the W pixel is arranged corresponding to each of the R, G, and B pixels arranged in the Bayer array, both high resolution and high sensitivity are achieved. Still image capturing can be executed.

次に、本発明にかかる固体撮像装置の駆動方法の第２実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。なお、本実施形態の固体撮像装置の構成は、上記第１実施形態の構成と同じである。 Next, a second embodiment of the driving method of the solid-state imaging device according to the present invention will be described. In the embodiments described below, members having the same configuration / action as those already described are denoted by the same or corresponding reference numerals in the drawings, and description thereof is simplified or omitted. Note that the configuration of the solid-state imaging device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment.

図７は、本実施形態の固体撮像装置の駆動時に、垂直電荷転送部及び水平電荷転送部に印加される転送信号のタイミングチャートである。図８は、駆動時に信号電荷が転送される状態を説明する図である。
固体撮像装置１０の駆動時には、先ず、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の各光電変換部ＰＤで生成された信号電荷を読み出し部１８を介して垂直電荷転送部１１に読み出す。そして、垂直電荷転送部１１の垂直電荷転送電極１３，１４に垂直転送信号Ｖ１〜４を入力し、信号電荷を垂直電荷転送部１１に沿って垂直方向に転送する。垂直電荷転送部１１で転送された信号電荷は、該垂直電荷転送部１１の転送方向端部の補助転送電極１５，１６を介してラインメモリ１７に蓄積される。ラインメモリ１７には、所定のタイミングで読み出しパルス信号ＬＭが入力されることで、該ラインメモリ１７から水平電荷転送部２１に信号電荷が転送される。FIG. 7 is a timing chart of transfer signals applied to the vertical charge transfer unit and the horizontal charge transfer unit when the solid-state imaging device of the present embodiment is driven. FIG. 8 is a diagram for explaining a state where signal charges are transferred during driving.
When the solid-state imaging device 10 is driven, first, signal charges generated by the photoelectric conversion units PD of the R, G, and B pixels are read out to the verticalcharge transfer unit 11 via thereading unit 18. Then, the vertical transfer signals V1 to V4 are input to the verticalcharge transfer electrodes 13 and 14 of the verticalcharge transfer unit 11, and the signal charges are transferred along the verticalcharge transfer unit 11 in the vertical direction. The signal charges transferred by the verticalcharge transfer unit 11 are accumulated in theline memory 17 via theauxiliary transfer electrodes 15 and 16 at the transfer direction ends of the verticalcharge transfer unit 11. When the read pulse signal LM is input to theline memory 17 at a predetermined timing, the signal charge is transferred from theline memory 17 to the horizontalcharge transfer unit 21.

水平電荷転送部１１に信号電荷が転送された後、第１ゲート電極２３及び第２ゲート電極２４に水平転送信号Ｈ１，Ｈ２が入力され、信号電荷が水平転送される。本実施形態では、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の光電変換部ＰＤのみから信号電荷を読み出し、Ｗ画素の光電変換部ＰＤからは信号電荷を読み出しを行わない。 After the signal charge is transferred to the horizontalcharge transfer unit 11, horizontal transfer signals H1 and H2 are input to thefirst gate electrode 23 and thesecond gate electrode 24, and the signal charge is transferred horizontally. In this embodiment, signal charges are read from only the photoelectric conversion units PD of R, G, and B pixels, and signal charges are not read from the photoelectric conversion units PD of W pixels.

本実施形態では、上記の駆動タイミングで信号電荷の読み出した場合に、フィールドの１ラインにおいて出力される信号電荷が同色の画素の信号電荷のみからなる出力信号群を形成する。そして、色ごとに出力信号群を出力する。従来では、転送不良に起因して水平電荷転送部の転送効率が悪い場合には、異なる画素同士の信号電荷が水平電荷転送部において混ざり合うことで混色が発生していた。そこで、本実施形態の駆動方法によれば、転送不良が発生しても、水平電荷転送部において混ざり合うことを抑制することができ、画質の劣化を抑えた、高画質の画像を得ることが可能となる。なお、図４に示す駆動方法を用いたフィールドにおいては、全ての出力信号がホワイトとなるため、駆動タイミングは本実施形態のものに限定されない。 In the present embodiment, when the signal charge is read out at the above driving timing, an output signal group is formed in which the signal charge output in one line of the field is composed only of the signal charges of pixels of the same color. Then, an output signal group is output for each color. Conventionally, when the transfer efficiency of the horizontal charge transfer unit is poor due to a transfer failure, color mixture occurs because signal charges of different pixels are mixed in the horizontal charge transfer unit. Therefore, according to the driving method of the present embodiment, even if a transfer failure occurs, mixing in the horizontal charge transfer unit can be suppressed, and a high-quality image with reduced image quality can be obtained. It becomes possible. In the field using the driving method shown in FIG. 4, since all output signals are white, the driving timing is not limited to that of this embodiment.

本発明にかかる固体撮像装置の概略的な構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the solid-state imaging device concerning this invention.本実施形態の固体撮像装置の駆動時に、垂直電荷転送部及び水平電荷転送部に印加される転送信号のタイミングチャートである。6 is a timing chart of transfer signals applied to the vertical charge transfer unit and the horizontal charge transfer unit when the solid-state imaging device of the present embodiment is driven.駆動時に信号電荷が転送される状態を説明する図である。It is a figure explaining the state to which a signal charge is transferred at the time of a drive.駆動時において、信号電荷が転送される別の状態を説明する図である。It is a figure explaining another state in which a signal charge is transferred at the time of a drive.図３の駆動状態で信号電荷を転送した場合の信号加算について模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing signal addition when signal charges are transferred in the driving state of FIG. 3.信号配列を模式的に示す図である。It is a figure which shows a signal sequence typically.本実施形態の固体撮像装置の駆動時に、垂直電荷転送部及び水平電荷転送部に印加される転送信号のタイミングチャートである。6 is a timing chart of transfer signals applied to the vertical charge transfer unit and the horizontal charge transfer unit when the solid-state imaging device of the present embodiment is driven.駆動時に信号電荷が転送される状態を説明する図である。It is a figure explaining the state to which a signal charge is transferred at the time of a drive.従来の固体撮像素子の構成を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the structure of the conventional solid-state image sensor.図９の固体撮像素子のカラーフィルタの配列パターンを示した図である。It is the figure which showed the arrangement pattern of the color filter of the solid-state image sensor of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０固体撮像装置
１１垂直電荷転送部
１３，１４垂直電荷転送電極
２１水平電荷転送部
２３，２４水平電荷転送電極
ＰＤ光電変換部DESCRIPTION OFSYMBOLS 10 Solid-state imaging device 11 Verticalcharge transfer part 13,14 Verticalcharge transfer electrode 21 Horizontalcharge transfer part 23,24 Horizontal charge transfer electrode PD Photoelectric conversion part

Claims

Translated fromJapanese

複数の色に対応するカラーフィルタが形成された撮像領域に垂直方向及び水平方向に画素ごとに設けられた光電変換部を備え、各光電変換部に入射した光に応じて信号電荷を生成し、出力することでカラー画像を得る固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出して、垂直電荷転送領域によって垂直方向に転送するステップと、
前記垂直電荷転送領域から転送された信号電荷を水平電荷転送領域によって水平方向に転送するステップと、
前記水平電荷転送領域において、位置が近く且つ同じ色の画素同士の信号電荷を加算して出力するステップとを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。A photoelectric conversion unit provided for each pixel in a vertical direction and a horizontal direction in an imaging region in which color filters corresponding to a plurality of colors are formed, generates a signal charge according to light incident on each photoelectric conversion unit, A solid-state imaging device driving method for obtaining a color image by outputting,
Reading out the signal charge generated by the photoelectric conversion unit and transferring it in the vertical direction by the vertical charge transfer region;
Transferring the signal charge transferred from the vertical charge transfer region in a horizontal direction by a horizontal charge transfer region;
A method of driving a solid-state imaging device, comprising: adding and outputting signal charges of pixels of the same color that are close to each other in the horizontal charge transfer region.

複数の色に対応するカラーフィルタが形成された撮像領域に垂直方向及び水平方向に画素ごとに設けられた光電変換部を備え、各光電変換部に入射した光に応じて信号電荷を生成し、出力することでカラー画像を得る固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出して、垂直電荷転送領域によって垂直方向に転送するステップと、
前記垂直電荷転送領域から転送された信号電荷を水平電荷転送領域によって水平方向に転送するステップと、
前記水平電荷転送領域において同じ色の画素同士の信号電荷からなる出力信号群を形成し、色ごとに前記出力信号群を出力するステップとを有することを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。A photoelectric conversion unit provided for each pixel in a vertical direction and a horizontal direction in an imaging region in which color filters corresponding to a plurality of colors are formed, generates a signal charge according to light incident on each photoelectric conversion unit, A solid-state imaging device driving method for obtaining a color image by outputting,
Reading out the signal charge generated by the photoelectric conversion unit and transferring it in the vertical direction by the vertical charge transfer region;
Transferring the signal charge transferred from the vertical charge transfer region in a horizontal direction by a horizontal charge transfer region;
And a step of forming an output signal group including signal charges of pixels of the same color in the horizontal charge transfer region and outputting the output signal group for each color.

前記カラーフィルタが、赤の波長の光を透過するフィルタと、緑の波長の光を透過するフィルタと、青の波長の光を透過するフィルタと、全ての波長の光を透過する輝度フィルタとからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置の駆動方法。 The color filter includes a filter that transmits light of red wavelength, a filter that transmits light of green wavelength, a filter that transmits light of blue wavelength, and a luminance filter that transmits light of all wavelengths. The method for driving a solid-state imaging device according to claim 1, wherein: