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JP2006319640A - Solid-state imaging device - Google Patents

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JP2006319640A
JP2006319640A JP2005139935A JP2005139935A JP2006319640A JP 2006319640 A JP2006319640 A JP 2006319640A JP 2005139935 A JP2005139935 A JP 2005139935A JP 2005139935 A JP2005139935 A JP 2005139935A JP 2006319640 A JP2006319640 A JP 2006319640A
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JP
Japan
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transfer
vertical
imaging device
solid
state imaging
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2005139935A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Shimizu
靖之 清水
Hiroaki Uozumi
浩明 魚住
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 Holdings Corp
Original Assignee
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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2005139935A priority Critical patent/JP2006319640A/en
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Abstract

【課題】 フレームレートを劣化させることなく、モニタモード時の電荷転送不良を抑制することにより、高画質なモニタ表示を実現する固体撮像装置を提供する。
【解決手段】 2次元状に複数個配列された光電変換素子と、光電変換素子から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送部と、垂直転送部から信号電荷を受け水平方向に転送する水平転送部とを備え、前記光電変換素子を垂直方向に間引いて信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を水平ブランキング期間において前記垂直転送部から前記水平転送部へ複数段転送するモニタモードを、動作モードとして有する固体撮像装置に関する。モニタモードにおいて、前記垂直転送部によって1段の信号電荷転送が完了したとき(T2)から、次の段の信号電荷転送を開始するとき(T3)までの時間間隔を、垂直転送の1ステップに必要な時間(Vstep)よりも長くする。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device that realizes high-quality monitor display by suppressing charge transfer failure in a monitor mode without degrading a frame rate.
SOLUTION: A plurality of two-dimensionally arranged photoelectric conversion elements, a vertical transfer unit that reads out signal charges from the photoelectric conversion elements and transfers them in the vertical direction, and receives signal charges from the vertical transfer units and transfers them in the horizontal direction. A monitor mode for reading out signal charges by thinning out the photoelectric conversion elements in the vertical direction and transferring the read signal charges in a plurality of stages from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit in a horizontal blanking period, The present invention relates to a solid-state imaging device having an operation mode. In the monitor mode, the time interval from the time when the first stage signal charge transfer is completed by the vertical transfer unit (T2) to the time when the next stage signal charge transfer is started (T3) is set as one step of the vertical transfer. The time is longer than the required time (Vstep).
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に、動作モードとしてモニタモードを有する固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device having a monitor mode as an operation mode.

近年、家庭用ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像機器が一般に普及している。これらの撮像機器には、マトリクス状に配列された光電変換素子から電荷を読み出し、複数の垂直CCD及び1以上の水平CCDを用いて順に転送出力する固体撮像装置を用いたものがある。   In recent years, imaging devices such as home video cameras and digital still cameras have become popular. Some of these imaging devices use a solid-state imaging device that reads out charges from photoelectric conversion elements arranged in a matrix, and sequentially transfers and outputs them using a plurality of vertical CCDs and one or more horizontal CCDs.

従来の固体撮像装置の動作モードとしては、静止画を出力するスチルモードと、動画またはモニタ画像を出力するためのモニタモードとがある。スチルモードでは、高解像度の静止画を出力するために、全ての光電変換素子の電荷が垂直CCDへ読み出され、転送出力される。しかし、このように全ての光電変換素子の電荷を転送出力する駆動方法によるとフレームレートが低くなるため、スチルモードと同じ駆動方法をモニタモードに適用することはできない。そこで、モニタモードでは、電荷を読み出すべき光電変換素子を垂直方向において間引くことにより、フレームレートを向上させている。   As operation modes of the conventional solid-state imaging device, there are a still mode for outputting a still image and a monitor mode for outputting a moving image or a monitor image. In the still mode, in order to output a high-resolution still image, the charges of all the photoelectric conversion elements are read to the vertical CCD and transferred and output. However, according to the driving method for transferring and outputting the charges of all the photoelectric conversion elements as described above, the frame rate is lowered, so that the same driving method as the still mode cannot be applied to the monitor mode. Therefore, in the monitor mode, the frame rate is improved by thinning out photoelectric conversion elements from which charges are read out in the vertical direction.

図7は、従来の固体撮像装置におけるモニタモードの動作例を示す模式図である。図7に示す従来の固体撮像装置は、1段あたりに6相の転送電極(V1〜V6)を備えた6相CCDである。また、この固体撮像装置は、光電変換素子上に、いわゆるベイヤ配列のカラーフィルタを備え、1段(垂直方向3画素)のうち1画素から電荷を読み出す。図7に示す固体撮像装置は、垂直方向6画素中同色2画素の電荷を読み出した後水平CCDで電荷を混合する構成となっており、1水平ブランキング期間に2段分の電荷を水平CCDへ送り込むよう動作する。図7において、カラーフィルタの色名(R,G,B)に丸印を付した画素が、各段において電荷が読み出される画素である。なお、図7に示した構成では、図8に示すように、4枚ないし5枚の転送電極に信号電荷を蓄積しながら、垂直方向に電荷を転送する。図7は、垂直CCDへ読み出された電荷が垂直方向へそれぞれ適宜転送された後の状態を示しており、図7中の矢印は、各画素から読み出された電荷が垂直CCDにおけるどの転送電極に蓄積されているかを示す。   FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an operation example of a monitor mode in a conventional solid-state imaging device. The conventional solid-state imaging device shown in FIG. 7 is a 6-phase CCD having 6-phase transfer electrodes (V1 to V6) per stage. In addition, this solid-state imaging device includes a so-called Bayer array color filter on the photoelectric conversion element, and reads out charges from one pixel in one stage (three pixels in the vertical direction). The solid-state imaging device shown in FIG. 7 is configured to read out charges of two pixels of the same color among six pixels in the vertical direction and then mix the charges in the horizontal CCD, and charge the two stages of charges in one horizontal blanking period. It works to send in. In FIG. 7, pixels in which the color name (R, G, B) of the color filter is circled are pixels from which charges are read out at each stage. In the configuration shown in FIG. 7, as shown in FIG. 8, charges are transferred in the vertical direction while signal charges are accumulated in four to five transfer electrodes. FIG. 7 shows a state after the charges read to the vertical CCD are appropriately transferred in the vertical direction, and the arrows in FIG. 7 indicate which transfer the charges read from each pixel are in the vertical CCD. Indicates whether it is accumulated on the electrode.

図8は、上記従来の固体撮像装置において、水平ブランキング期間に垂直CCDの転送電極V1〜V6へ与えられる駆動信号を示す波形図である。図8に示すように、従来の固体撮像装置では、水平ブランキング期間に2段分の電荷を水平CCDへ送り込むが、1段目の転送と2段目の転送とは、間隔を置かずに連続して行われる。すなわち、1段目の転送が完了した直後(時刻t2)に、2段目の転送が開始される。   FIG. 8 is a waveform diagram showing drive signals applied to the transfer electrodes V1 to V6 of the vertical CCD during the horizontal blanking period in the conventional solid-state imaging device. As shown in FIG. 8, in the conventional solid-state imaging device, charges of two stages are sent to the horizontal CCD in the horizontal blanking period, but the first-stage transfer and the second-stage transfer are not spaced from each other. It is done continuously. That is, the transfer of the second stage is started immediately after the transfer of the first stage is completed (time t2).

なお、モニタモードにおいて、1水平ブランキング期間に2段以上の電荷を水平CCDへ送り込む固体撮像装置の例は、例えば特許文献1等にも開示されている。特許文献1に開示された固体撮像装置は、ライン間引きモードの場合の水平ブランキング期間の長さを、高解像度を要するフィールド読み出しモードの場合よりも長くすることにより、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くして、転送効率を改善しようとするものである。
特開2002−152598号公報(第6頁、段落0049)
An example of a solid-state imaging device that sends two or more stages of charges to the horizontal CCD in one horizontal blanking period in the monitor mode is also disclosed in, for example, Patent Document 1. In the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1, the length of the horizontal blanking period in the line thinning mode is made longer than that in the field readout mode that requires high resolution, thereby overlapping the vertical transfer clocks. To improve the transfer efficiency.
JP 2002-152598 A (page 6, paragraph 0049)

しかしながら、図8に示したように駆動される従来の固体撮像装置では、モニタモードにおいて、垂直CCDにおいて局所的な電荷転送不良が発生し、単色光を撮像した際に着色した縦線が発生するという現象が見られた。これは、図9に示すように、垂直CCD内での電荷転送不良によって、複数段にわたる信号電荷が混合する「混色」が発生し、特定のラインにおいて色比率が異常値を示すことに起因する。なお、図9のグラフは、緑色の光を固体撮像装置へ照射してこれを撮像し、撮像された信号における色比率(R/G)を求めた結果である。   However, in the conventional solid-state imaging device driven as shown in FIG. 8, in the monitor mode, a local charge transfer failure occurs in the vertical CCD, and a colored vertical line is generated when imaging monochromatic light. The phenomenon was seen. This is because, as shown in FIG. 9, “color mixing” in which signal charges in a plurality of stages are mixed due to charge transfer failure in the vertical CCD, and the color ratio shows an abnormal value in a specific line. . The graph of FIG. 9 is a result of obtaining a color ratio (R / G) in the picked-up signal by irradiating the solid-state image pickup device with green light and picking it up.

この現象は、特許文献1に開示された方法のように、垂直転送クロックのオーバーラップ期間を長くすることによってある程度は改善される。しかし、特許文献1に開示された方法では、水平同期期間が長くなってしまい、フレームレートが劣化するという別の課題が生じる。   This phenomenon is improved to some extent by increasing the overlap period of the vertical transfer clocks, as in the method disclosed in Patent Document 1. However, the method disclosed in Patent Document 1 causes another problem that the horizontal synchronization period becomes long and the frame rate deteriorates.

本発明は、上記の問題に鑑み、フレームレートを劣化させることなく、モニタモード時の電荷転送不良を抑制することにより、高画質なモニタ表示を実現する固体撮像装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that realizes high-quality monitor display by suppressing charge transfer defects in the monitor mode without degrading the frame rate. .

上記の目的を達成するために、本発明にかかる固体撮像装置は、マトリクス状に配列され光電変換した信号電荷を蓄積する光電変換素子と、前記光電変換素子から蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け水平方向に転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置であって、前記光電変換素子を垂直方向に間引いて信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を水平ブランキング期間において前記垂直転送部から前記水平転送部へ複数段転送するモニタモードを、動作モードとして有し、前記モニタモードにおいて、前記垂直転送部によって1段の信号電荷転送が完了した後、次の段の信号電荷転送を開始するまでの時間が、垂直転送クロックの周期よりも長くなるように、前記垂直転送部へ駆動信号を供給する駆動部を備え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 includes a photoelectric conversion element arranged in a matrix and storing photoelectrically converted signal charges, and a signal charge stored from the photoelectric conversion elements. A solid-state imaging device comprising: a vertical transfer unit that transfers in a direction; and a horizontal transfer unit that receives a signal charge from the vertical transfer unit and transfers the signal charge in a horizontal direction. A monitor mode for transferring a plurality of stages of readout and readout signal charges from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit in a horizontal blanking period is provided as an operation mode. In the monitor mode, a single-stage signal is transmitted by the vertical transfer unit. After the charge transfer is completed, the vertical charge clock signal is transferred so that the time from the start of the next stage signal charge transfer becomes longer than the period of the vertical transfer clock. Characterized by comprising a driving unit for supplying a driving signal to the feed unit.

上記の構成によれば、モニタモードにおいて、垂直転送時に1段の信号電荷転送が完了した後、次の段の信号電荷転送を開始するまでの時間が、垂直転送の1ステップに必要な時間の周期よりも長くなるように、前記垂直転送部へ駆動信号を供給することにより、垂直転送部下に配置されたpウェルの電位変動が抑制される。これにより、上記の特許文献1に開示されたように水平ブランキング期間を長くする方法と比較して、フレームレートを劣化させることなく、信号電荷の転送不良を効果的に防止することが可能となる。この結果、高画質なモニタ表示を実現する固体撮像装置を提供できる。   According to the above configuration, in the monitor mode, the time required for starting one stage of signal charge transfer after the completion of one stage of signal charge transfer during vertical transfer is the time required for one step of vertical transfer. By supplying a drive signal to the vertical transfer unit so as to be longer than the period, the potential fluctuation of the p-well arranged under the vertical transfer unit is suppressed. As a result, it is possible to effectively prevent a signal charge transfer failure without degrading the frame rate, as compared with the method of extending the horizontal blanking period as disclosed in Patent Document 1 above. Become. As a result, it is possible to provide a solid-state imaging device that realizes high-quality monitor display.

上記の構成において、前記垂直転送部によって1段の信号電荷転送が完了した後、次の段の信号電荷転送を開始するまでの時間が、垂直転送の1ステップに必要な時間の3倍以上であることが好ましい。   In the above configuration, the time from the completion of one stage of signal charge transfer by the vertical transfer unit to the start of the next stage of signal charge transfer is more than three times the time required for one step of vertical transfer. Preferably there is.

また、前記垂直転送部によって1段の信号電荷転送が完了した後、次の段の信号電荷転送を開始するまでの期間、垂直転送部へ供給される駆動信号が、水平転送期間に垂直転送部へ供給される駆動信号と同じであることが好ましい。垂直転送部下に配置されたpウェルの電位変動をより効果的に抑制できるからである。   The drive signal supplied to the vertical transfer unit during the period from the completion of one-stage signal charge transfer by the vertical transfer unit to the start of the next-stage signal charge transfer is the vertical transfer unit during the horizontal transfer period. Preferably, the drive signal is the same as the drive signal supplied to. This is because the potential fluctuation of the p-well arranged under the vertical transfer portion can be more effectively suppressed.

本発明によれば、フレームレートを劣化させることなく、モニタモード時の電荷転送不良を抑制することにより、高画質なモニタ表示を実現する固体撮像装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid-state imaging device which implement | achieves a high-quality monitor display can be provided by suppressing the charge transfer defect at the time of monitor mode, without degrading a frame rate.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2は、本実施形態の固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。図2において、固体撮像素子1の出力は前処理回路20により、CDS(相関二重サンプリング)やADC(アナログ・ディジタル変換)の処理を施される。前処理回路20の出力は、ディジタル信号処理(DSP)回路30により、画素補間や輝度・色差処理などが行われて映像信号として出力される。タイミングジェネレータ(TG)40は、固体撮像素子1の駆動に用いられるタイミングパルスPH1,PH2,PV1〜PV6を生成する。クロックドライバ50(駆動部)は、タイミングジェネレータ40で生成されたタイミングパルスに基づいて駆動信号φV1〜φV6を生成し、固体撮像素子1へ供給する。 FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of the solid-state imaging device of the present embodiment. In FIG. 2, the output of the solid-state imaging device 1 is subjected to CDS (correlated double sampling) and ADC (analog / digital conversion) processing by a preprocessing circuit 20. The output of the preprocessing circuit 20 is subjected to pixel interpolation, luminance / color difference processing, and the like by a digital signal processing (DSP) circuit 30 and is output as a video signal. The timing generator (TG) 40 generates timing pulses P H1 , P H2 , and P V1 to P V6 that are used for driving the solid-state imaging device 1. The clock driver 50 (drive unit) generates drive signals φV1 to φV6 based on the timing pulse generated by the timing generator 40 and supplies the drive signals φV1 to φV6 to the solid-state imaging device 1.

タイミングジェネレータ40は、ディジタル信号処理回路30から水平同期信号HD、垂直同期信号VDおよびクロック信号の各パルスの供給を受け、上記タイミングパルスを生成すると共に、信号処理パルスPROCを前処理回路20及びディジタル信号処理回路30へ供給する。ただし、水平同期信号および垂直同期信号をタイミングジェネレータ40が生成する構成とする場合もある。   The timing generator 40 receives the pulses of the horizontal synchronizing signal HD, the vertical synchronizing signal VD, and the clock signal from the digital signal processing circuit 30, generates the timing pulse, and generates the signal processing pulse PROC from the preprocessing circuit 20 and the digital signal. The signal is supplied to the signal processing circuit 30. However, the timing generator 40 may be configured to generate the horizontal synchronization signal and the vertical synchronization signal.

図3に、本実施形態にかかる固体撮像素子1の概略構成を示す。本実施形態の固体撮像素子1は、マトリクス状に配列された光電変換素子2と、垂直転送部3と、水平転送部4と、電荷検出部5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(Charge Coupled Device)により構成される。図3に示した例では、垂直転送部3は、V1〜V6の6相の転送電極を有し、水平転送部4は、H1,H2の2相の転送電極を有するが、本発明はこの構成にのみ限定されるものではない。なお、図3では、撮像領域(光電変換素子2が設けられている領域)の垂直転送部3のみを図示したが、垂直転送部3と水平転送部4との間に蓄積領域が設けられた構成としても良い。   FIG. 3 shows a schematic configuration of the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment. The solid-state imaging device 1 of the present embodiment includes photoelectric conversion elements 2 arranged in a matrix, a vertical transfer unit 3, a horizontal transfer unit 4, and a charge detection unit 5. Each of the vertical transfer unit 3 and the horizontal transfer unit 4 is configured by a CCD (Charge Coupled Device). In the example shown in FIG. 3, the vertical transfer unit 3 has six-phase transfer electrodes V1 to V6, and the horizontal transfer unit 4 has two-phase transfer electrodes H1 and H2. It is not limited only to the configuration. In FIG. 3, only the vertical transfer unit 3 in the imaging region (the region where the photoelectric conversion element 2 is provided) is illustrated, but an accumulation region is provided between the vertical transfer unit 3 and the horizontal transfer unit 4. It is good also as a structure.

光電変換素子2としては、例えばフォトダイオードが用いられる。光電変換素子2の各々には、図3に示すように、赤(R)、緑(G)、青(B)の三色のカラーフィルタが規則的に配置されている。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、いわゆるベイヤ配列を構成している。すなわち、図3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。   For example, a photodiode is used as the photoelectric conversion element 2. In each of the photoelectric conversion elements 2, three color filters of red (R), green (G), and blue (B) are regularly arranged as shown in FIG. 3. In the present embodiment, the RGB filters constitute a so-called Bayer array every two pixels in the vertical and horizontal directions. That is, as shown in FIG. 3, if 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.

固体撮像素子1において、光電変換素子2のそれぞれには、垂直転送部3の転送電極が2つずつ接続されている。各光電変換素子2に接続された2つの転送電極のいずれか一方が、フォトダイオードに蓄積された信号電荷を読み出すシフトゲートである。例えば、図3では、V1〜V6の6つの転送電極のうち、奇数番号の転送電極がシフトゲートであるものとする。図3において、同一種の転送電極は共通に電気接続するよう配線され、他の転送電極とは独立して駆動される。例えば、V1と表示された転送電極は、全て共通の配線がなされており、V2〜V6の転送電極とは独立して駆動される。ただし、モニタモードにおいて垂直方向に画素を間引くために、V3AとV3B、V5AとV5Bとは、互いに分離して配線されており、互いに独立に駆動される。つまり、モニタモードにおいては、V3A,V5Aに読み出し電圧を印加することにより、V3A,V5Aが接続されているフォトダイオードのみから信号電荷が読み出される。なお、図3において、モニタモードにおいて信号電荷が読み出される光電変換素子2にハッチングを付した。   In the solid-state imaging device 1, two transfer electrodes of the vertical transfer unit 3 are connected to each of the photoelectric conversion devices 2. One of the two transfer electrodes connected to each photoelectric conversion element 2 is a shift gate for reading the signal charge accumulated in the photodiode. For example, in FIG. 3, it is assumed that among the six transfer electrodes V1 to V6, the odd-numbered transfer electrode is a shift gate. In FIG. 3, transfer electrodes of the same type are wired so as to be electrically connected in common, and are driven independently of other transfer electrodes. For example, the transfer electrodes labeled V1 are all wired in common, and are driven independently of the transfer electrodes V2 to V6. However, in order to thin out pixels in the vertical direction in the monitor mode, V3A and V3B and V5A and V5B are wired separately from each other and are driven independently of each other. That is, in the monitor mode, by applying a read voltage to V3A and V5A, signal charges are read only from the photodiodes to which V3A and V5A are connected. In FIG. 3, the photoelectric conversion element 2 from which signal charges are read out in the monitor mode is hatched.

これにより、例えば図3の左下に示すように、モニタモードの場合、V1〜V6の6相の転送電極からなる転送電極群31aにおいては、V5Aが接続されているRの光電変換素子2から信号電荷が読み出される。同じくV1〜V6の6相の転送電極からなる転送電極群31bにおいては、V3Aが接続されているRの光電変換素子2から信号電荷が読み出される。そして、1水平ブランキング期間内に、転送電極群31aにおいて読み出された1画素分の信号電荷(Rの信号電荷)が1段目として転送され、転送電極群31bにおいて読み出された1画素分の信号電荷(Rの信号電荷)が2段目として転送される。そして、これら同色の2段分の信号電荷は、水平転送部4で混合される。同様に、図3に示す転送電極群31において読み出された2段分の信号電荷が、それぞれ水平転送部4で混合されることとなる。   Accordingly, for example, as shown in the lower left of FIG. 3, in the monitor mode, in the transfer electrode group 31a composed of the six-phase transfer electrodes V1 to V6, a signal is output from the R photoelectric conversion element 2 to which V5A is connected. The charge is read out. Similarly, in the transfer electrode group 31b composed of six-phase transfer electrodes V1 to V6, signal charges are read from the R photoelectric conversion element 2 to which V3A is connected. Then, within one horizontal blanking period, the signal charge for one pixel (R signal charge) read by the transfer electrode group 31a is transferred as the first stage, and one pixel read by the transfer electrode group 31b. Minute signal charge (R signal charge) is transferred as the second stage. The two-stage signal charges of the same color are mixed by the horizontal transfer unit 4. Similarly, the two-stage signal charges read in the transfer electrode group 31 shown in FIG.

図1は、本実施形態にかかる固体撮像素子1において、水平ブランキング期間に転送電極V1〜V6へ与えられる駆動信号(φV1〜φV6)を示す波形図である。図1に示すように、本実施形態にかかる固体撮像素子1では、水平転送期間では、転送電極V1,V2,V3,V4にミドルレベルの電圧(VM)が印加され、転送電極V5,V6にローレベルの電圧(VL)が印加されているが、水平ブランキング期間に入った後、時刻T1において、転送電極V5への印加電圧がミドルレベル(VM)に立ち上がることにより、垂直転送が開始される。なお、ミドルレベルの電圧(VM)は、光電変換素子2から信号電荷を読み出す際に転送電極V3A,V5Aへ印加されるハイレベルの電圧(VH)よりも低い電圧である。 FIG. 1 is a waveform diagram showing drive signals (φV1 to φV6) applied to the transfer electrodes V1 to V6 in the horizontal blanking period in the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, in the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, a middle level voltage (V M ) is applied to the transfer electrodes V1, V2, V3, and V4 during the horizontal transfer period, and the transfer electrodes V5 and V6 are transferred. Although the low level voltage (V L ) is applied to the vertical voltage, the vertical transfer is performed by the voltage applied to the transfer electrode V5 rising to the middle level (V M ) at time T1 after the horizontal blanking period starts. Is started. The middle level voltage (V M ) is lower than the high level voltage (V H ) applied to the transfer electrodes V3A and V5A when the signal charge is read from the photoelectric conversion element 2.

時刻T1の直後は、転送電極V1,V2,V3,V4,V5にミドルレベルの電圧(VM)が印加され、転送電極V6にローレベルの電圧(VL)が印加されることにより、転送電極V1,V2,V3,V4,V5の5枚に信号電荷が蓄積されている。そして、時刻T1の次の垂直転送クロックにより、転送電極V1への印加電圧がミドルレベル(VM)からローレベル(VL)へ切り替わる。これにより、転送電極V2,V3,V4,V5の4枚に信号電荷が蓄積される。さらに、次の垂直転送クロックにより、転送電極V6への印加電圧がローレベル(VL)からミドルレベル(VM)へ切り替わる。これにより、転送電極V2,V3,V4,V5,V6の5枚に信号電荷が蓄積される。 Immediately after time T1, the middle level voltage (V M ) is applied to the transfer electrodes V1, V2, V3, V4, and V5, and the low level voltage (V L ) is applied to the transfer electrode V6. Signal charges are accumulated on the five electrodes V1, V2, V3, V4 and V5. Then, the voltage applied to the transfer electrode V1 is switched from the middle level (V M ) to the low level (V L ) by the next vertical transfer clock at time T1. As a result, signal charges are accumulated on the four transfer electrodes V2, V3, V4, and V5. Further, the voltage applied to the transfer electrode V6 is switched from the low level (V L ) to the middle level (V M ) by the next vertical transfer clock. As a result, signal charges are accumulated on the five transfer electrodes V2, V3, V4, V5, and V6.

このように、垂直転送クロック毎に、4枚ないし5枚の転送電極に蓄積された信号電荷を垂直方向に転送する。そして、図1に示す時刻T2において、1段目の信号電荷が、水平転送部4へ送り込まれる。   As described above, the signal charges accumulated in the four to five transfer electrodes are transferred in the vertical direction for each vertical transfer clock. Then, the signal charge of the first stage is sent to the horizontal transfer unit 4 at time T2 shown in FIG.

固体撮像素子1は、時刻T2において1段目の信号電荷の転送が完了すると、時刻T3まで、垂直転送を停止する。図1の例では、時刻T2からT3までの時間は、垂直転送の1ステップに必要な時間(図1に示すVstep)の3倍に相当する。なお、時刻T2からT3までの間、垂直転送部3の各転送電極に印加される電圧は、水平転送期間と同様に、転送電極V1,V2,V3,V4に対してミドルレベル(VM)、転送電極V5,V6に対してローレベル(VL)である。時刻T3になると、時刻T1と同様に、転送電極V5への印加電圧がミドルレベル(VM)に立ち上がることにより、2段目の信号電荷の垂直転送が開始される。以降、1段目の転送と同様に、4枚ないし5枚の転送電極に蓄積された信号電荷を垂直方向に順次転送することにより、時刻T4において、2段目の信号電荷が水平転送部4へ送り込まれる。 When the transfer of the first stage signal charge is completed at time T2, the solid-state imaging device 1 stops the vertical transfer until time T3. In the example of FIG. 1, the time from time T2 to T3 corresponds to three times the time required for one step of vertical transfer (Vstep shown in FIG. 1). Note that the voltage applied to each transfer electrode of the vertical transfer unit 3 from time T2 to T3 is the middle level (V M ) with respect to the transfer electrodes V1, V2, V3, and V4 as in the horizontal transfer period. The transfer electrodes V5 and V6 are at a low level (V L ). At time T3, as in time T1, the voltage applied to the transfer electrode V5 rises to the middle level (V M ), whereby vertical transfer of the second stage signal charge is started. Thereafter, similarly to the first-stage transfer, the signal charges accumulated in the four to five transfer electrodes are sequentially transferred in the vertical direction, so that the second-stage signal charges are transferred to the horizontal transfer section 4 at time T4. It is sent to.

以上のように、本実施形態の固体撮像素子1では、水平ブランキング期間において複数段の電荷転送を行う際に、1段の電荷転送が完了した後、次の段の電荷転送を開始するまでの時間が、垂直転送の1ステップに必要な時間(Vstep)よりも長く確保されている。これにより、局所的な転送不良の発生が防止される。その結果、図4に示すように、色比率が一定となり、縦線が生じない高画質のモニタ画像を得ることができる。   As described above, in the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, when a plurality of stages of charge transfer are performed in the horizontal blanking period, after one stage of charge transfer is completed, the next stage of charge transfer is started. Is secured longer than the time required for one step of vertical transfer (Vstep). This prevents the occurrence of local transfer failures. As a result, as shown in FIG. 4, a high-quality monitor image can be obtained in which the color ratio is constant and no vertical lines are generated.

このように、本実施形態にかかる固体撮像素子1において局所的な転送不良を抑制できる理由は、次のとおりである。   As described above, the reason why the local transfer failure can be suppressed in the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment is as follows.

図5は、垂直転送部3の転送方向に沿った断面図である。図5に示すように、垂直転送部3は、n型の半導体基板11上に、pウェル12と、n型の埋め込みチャネル13が形成され、その表面に、転送電極V1〜V6が設けられた構成である。pウェル12はGND接続されているが、画素領域周辺でGND配線と接続されていること、および高抵抗であることから、転送電極V1〜V6へ印加されるパルスの影響を受けやすい。このため、水平ブランキング期間に複数段の垂直転送を連続して行う場合、従来のように1段目の転送完了直後に続けて2段目の転送を行うと、図6(a)に示すように、転送電極V1〜V6へ印加されるパルスに影響されてpウェル12の電位が揺らぎ、かつ、そのゆらぎの振幅が徐々に大きくなると考えられる。このようにpウェル12の電位が揺らぐと、垂直転送部3内で垂直方向へ転送されるべき信号電荷の一部が残ってしまい、混色が生じることとなる。   FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the transfer direction of the vertical transfer unit 3. As shown in FIG. 5, in the vertical transfer unit 3, a p-well 12 and an n-type buried channel 13 are formed on an n-type semiconductor substrate 11, and transfer electrodes V1 to V6 are provided on the surface thereof. It is a configuration. Although the p-well 12 is GND-connected, it is easily affected by pulses applied to the transfer electrodes V1 to V6 because it is connected to the GND wiring around the pixel region and has high resistance. For this reason, in the case where a plurality of stages of vertical transfer are continuously performed during the horizontal blanking period, if the second stage transfer is performed immediately after the completion of the first stage transfer as in the prior art, as shown in FIG. Thus, it is considered that the potential of the p-well 12 fluctuates due to the pulse applied to the transfer electrodes V1 to V6, and the amplitude of the fluctuation gradually increases. When the potential of the p-well 12 fluctuates in this way, part of the signal charge that should be transferred in the vertical direction in the vertical transfer unit 3 remains, and color mixing occurs.

一方、本実施形態にかかる固体撮像素子1では、1段の電荷転送が完了した後、次の段の電荷転送を開始するまでの時間を、垂直転送クロックの周期よりも長く確保することにより、図6(b)に示すように、1段目の転送によって発生したpウェル12の電位の揺らぎが、2段目の転送開始時までに収束する。これにより、信号電荷の転送不良による混色を効果的に防止することができる。   On the other hand, in the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, after the charge transfer of one stage is completed, the time until the charge transfer of the next stage is started is secured longer than the period of the vertical transfer clock, As shown in FIG. 6B, the fluctuation of the potential of the p-well 12 generated by the first-stage transfer converges by the start of the second-stage transfer. Thereby, color mixing due to poor transfer of signal charges can be effectively prevented.

発明者らの実験によれば、1段の電荷転送が完了してから次の段の電荷転送を開始するまでの時間を、垂直転送クロックの周期の少なくとも3倍とすることが、モニタモードにおける局所的な転送不良を解消する上で効果的であることが分かった。また、1段の電荷転送が完了してから次の段の電荷転送を開始するまでの時間の上限については、モニタモードの水平ブランキング期間がスチルモードの場合よりも長くならないことを条件として決定すれば良い。水平ブランキング期間が長くなると、前述したように、フレームレートが劣化するからである。   According to the experiments by the inventors, the time from the completion of one-stage charge transfer to the start of the next-stage charge transfer is set to at least three times the period of the vertical transfer clock in the monitor mode. It was found to be effective in eliminating local transfer failures. The upper limit of the time from the completion of one-stage charge transfer to the start of the next-stage charge transfer is determined on condition that the horizontal blanking period in the monitor mode is not longer than that in the still mode. Just do it. This is because as the horizontal blanking period becomes longer, the frame rate deteriorates as described above.

なお、本実施形態では、1水平ブランキング期間に垂直方向3画素分を1段として、2段転送を行う例を示したが、1水平ブランキング期間に3段以上の転送を行う場合にも本発明を適用できる。この場合、1段の電荷転送が完了してから次の段の電荷転送を開始するまでの時間間隔は、一定であっても良いし、一定でなくても良い。例えば後の転送になるほど、前の転送完了時からの時間間隔を長くすることも考えられる。   In this embodiment, an example is shown in which three pixels in the vertical direction are set to one stage in one horizontal blanking period and two-stage transfer is performed. However, even when three or more stages are transferred in one horizontal blanking period. The present invention can be applied. In this case, the time interval from the completion of the first stage charge transfer to the start of the next stage charge transfer may or may not be constant. For example, the time interval from the completion of the previous transfer may be increased as the later transfer is performed.

なお、上記の実施形態では、ベイヤ配列のカラーフィルタを有する固体撮像素子を例示した。しかし、これはあくまで一例であって、本発明は、任意のカラーフィルタを備えた固体撮像素子に適用できる。   In the above embodiment, a solid-state imaging device having a Bayer array color filter is illustrated. However, this is merely an example, and the present invention can be applied to a solid-state imaging device having an arbitrary color filter.

本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に適用できる固体撮像装置として利用可能である。   The present invention can be used as a solid-state imaging device applicable to a video camera, a digital still camera, or the like.

本発明の一実施形態にかかる固体撮像装置において、水平ブランキング期間に垂直転送部の転送電極へ与えられる駆動信号を示す波形図である。In the solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, it is a waveform diagram showing a drive signal applied to the transfer electrode of the vertical transfer unit in the horizontal blanking period. 本発明の一実施形態にかかる固体撮像装置の概略構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかる固体撮像装置が備える固体撮像素子の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the solid-state image sensor with which the solid-state imaging device concerning one Embodiment of this invention is provided. 本発明の一実施形態にかかる固体撮像装置における撮像信号の色比率分布を示すグラフである。It is a graph which shows the color ratio distribution of the imaging signal in the solid-state imaging device concerning one Embodiment of this invention. 垂直転送部の転送方向に沿った断面図である。It is sectional drawing along the transfer direction of a vertical transfer part. 水平ブランキング期間のpウェル電位の変遷を示す概念図であり、(a)は、従来の固体撮像装置におけるpウェル電位、(b)は本発明の一実施形態にかかる固体撮像装置におけるpウェル電位を示す。It is a conceptual diagram which shows transition of p well electric potential in a horizontal blanking period, (a) is p well electric potential in the conventional solid-state imaging device, (b) is p well in the solid-state imaging device concerning one Embodiment of this invention. Indicates potential. 従来の固体撮像装置におけるモニタモードの動作例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation example of the monitor mode in the conventional solid-state imaging device. 従来の固体撮像装置において、水平ブランキング期間に垂直転送部の転送電極へ与えられる駆動信号を示す波形図である。In the conventional solid-state imaging device, it is a wave form diagram which shows the drive signal given to the transfer electrode of a vertical transfer part in a horizontal blanking period. 従来の固体撮像装置における撮像信号の色比率分布を示すグラフである。It is a graph which shows the color ratio distribution of the imaging signal in the conventional solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体撮像素子
2 光電変換素子
3 垂直転送部
4 水平転送部
5 電荷検出部
11 n型半導体基板
12 pウェル
13 n型埋め込みチャネル
20 前処理回路
30 ディジタル信号処理回路
40 タイミングジェネレータ
50 クロックドライバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state image sensor 2 Photoelectric conversion element 3 Vertical transfer part 4 Horizontal transfer part 5 Charge detection part 11 n-type semiconductor substrate 12 p well 13 n-type buried channel 20 Pre-processing circuit 30 Digital signal processing circuit 40 Timing generator 50 Clock driver

Claims (3)

マトリクス状に配列され光電変換した信号電荷を蓄積する光電変換素子と、前記光電変換素子から蓄積された信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直転送部と、前記垂直転送部から信号電荷を受け水平方向に転送する水平転送部とを備えた固体撮像装置であって、
前記光電変換素子を垂直方向に間引いて信号電荷を読み出し、読み出した信号電荷を水平ブランキング期間において前記垂直転送部から前記水平転送部へ複数段転送するモニタモードを、動作モードとして有し、
前記モニタモードにおいて、前記垂直転送部によって1段の信号電荷転送が完了した後、次の段の信号電荷転送を開始するまでの時間が、垂直転送クロックの周期よりも長くなるように、前記垂直転送部へ駆動信号を供給する駆動部を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
A photoelectric conversion element that stores signal charges photoelectrically converted arranged in a matrix, a vertical transfer unit that reads the signal charges stored from the photoelectric conversion element and transfers them in the vertical direction, and receives a signal charge from the vertical transfer unit A solid-state imaging device including a horizontal transfer unit for transferring in a horizontal direction,
A monitor mode for thinning out the photoelectric conversion element in the vertical direction to read out signal charges and transferring the read signal charges in a plurality of stages from the vertical transfer unit to the horizontal transfer unit in a horizontal blanking period is provided as an operation mode.
In the monitor mode, the vertical transfer unit completes the vertical transfer clock so that the time from the completion of one stage of signal charge transfer to the start of the next stage of signal charge transfer is longer than the period of the vertical transfer clock. A solid-state imaging device comprising a drive unit that supplies a drive signal to a transfer unit.
前記垂直転送部によって1段の信号電荷転送が完了した後、次の段の信号電荷転送を開始するまでの時間が、垂直転送の1ステップに必要な時間の3倍以上である、請求項1に記載の固体撮像装置。   2. The time from the completion of one stage of signal charge transfer by the vertical transfer section to the start of signal charge transfer of the next stage is at least three times the time required for one step of vertical transfer. The solid-state imaging device described in 1. 前記垂直転送部によって1段の信号電荷転送が完了した後、次の段の信号電荷転送を開始するまでの期間、垂直転送部へ供給される駆動信号が、水平転送期間に垂直転送部へ供給される駆動信号と同じである、請求項1に記載の固体撮像装置。

The drive signal supplied to the vertical transfer unit is supplied to the vertical transfer unit during the horizontal transfer period after the signal transfer of one stage is completed by the vertical transfer unit until the signal charge transfer of the next stage is started. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is the same as a drive signal to be transmitted.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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