JP2008306568A - Solid imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】画像のムラ等の品質劣化を生じさせることなく画素混合を行うことが可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】フォトダイオード200と、複数の垂直CCD210と、水平CCD220と、垂直CCD210による電荷転送を制御するVDr110とを備え、垂直CCD210は、印加電圧に応じてバリア領域及びウェル領域として動作する4段以上の電荷転送段を含み、VDr110は、垂直CCD210が、バリア領域で区切られる連続したウェル領域で転送される電荷であるパケットを複数個連続して転送し、かつ、複数個のパケットの区切りによって電荷転送が停止する待機期間が、パケットによる電荷転送が行われる転送期間よりも長くなり、かつ、待機期間においては、バリア領域として動作する電荷転送段が、4段以上の電荷転送段のうちの1段となるように垂直CCD210による電荷転送を制御する。
【選択図】図2AA solid-state imaging device capable of performing pixel mixing without causing quality deterioration such as image unevenness.
A photodiode 200, a plurality of vertical CCDs 210, a horizontal CCD 220, and a VDr 110 that controls charge transfer by the vertical CCD 210, the vertical CCD 210 operates as a barrier region and a well region according to an applied voltage. The VDr 110 includes a plurality of charge transfer stages, and the vertical CCD 210 continuously transfers a plurality of packets, which are charges transferred in a continuous well region separated by a barrier region, and separates a plurality of packets. The standby period in which the charge transfer is stopped by this becomes longer than the transfer period in which the charge transfer by the packet is performed, and in the standby period, the charge transfer stage operating as the barrier region is among four or more charge transfer stages. The charge transfer by the vertical CCD 210 is controlled to be one stage.
[Selection] Figure 2A
Description
本発明は、固体撮像装置に関し、特にCCD(Charge Coupled Device)型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 CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device.
一般的に、ビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ等の撮像装置を構成する固体撮像装置には、CCD型固体撮像装置が利用されている。CCD型固体撮像装置においては、光入射によりフォトダイオードで生成された信号電荷が垂直CCDに読み出され、垂直CCD及び水平CCDにより電荷検出部(FD部)まで転送される。 In general, a CCD solid-state imaging device is used as a solid-state imaging device constituting an imaging device such as a video camera and a digital still camera. In a CCD type solid-state imaging device, signal charges generated by a photodiode upon incidence of light are read to a vertical CCD and transferred to a charge detection unit (FD unit) by the vertical CCD and horizontal CCD.
このようなCCD型固体撮像装置に関し、画素混合を行って映像信号の出力スピードを向上させる技術が例えば特許文献1に開示されている。このCCD型固体撮像装置では、垂直CCDの最終段に、他の列の垂直CCDとは独立に駆動を制御できる転送部が設けられている。そして、垂直CCDから水平CCDへの信号電荷の読み出しが列毎に独立に制御され、水平方向に複数画素の信号電荷が水平CCD内で混合される。
ところで、固体撮像装置の小型化を実現するためにCCDの面積を縮小すると、CCDのゲート寸法の仕上がり、不純物プロファイルの微妙なばらつき、あるいはゲート絶縁膜の微妙なばらつきに起因してCCDのバリア領域に転送劣化箇所が発生する。例えば6相駆動の垂直CCDにおいて、図6(a)の垂直CCDにおけるポテンシャル分布に示されるように隣接する2つの駆動電極V5及びV6にローレベルの駆動パルスが印加され、該2つの駆動電極V5及びV6下のバリア領域に転送劣化箇所(図6(a)のA)が発生する。この転送劣化箇所には垂直転送されているパケット(バリア領域で区切られる連続したウェル領域で転送される信号電荷)400の一部がトラップされる。そして、垂直転送を停止すると、トラップされた信号電荷が放出され、ウェル領域に蓄積されているパケットに加算される。特許文献1に記載の固体撮像装置は、この現象の影響を受け、転送されるパケットの電荷量がばらつく。これについて図7の垂直CCDにおけるポテンシャル分布の変化図を用いて詳述する。
By the way, if the area of the CCD is reduced in order to reduce the size of the solid-state imaging device, the CCD barrier region is caused by the finish of the CCD gate dimensions, subtle variations in the impurity profile, or subtle variations in the gate insulating film. In this case, a transfer deterioration point occurs. For example, in a vertical CCD of 6-phase drive, a low level drive pulse is applied to two adjacent drive electrodes V5 and V6 as shown in the potential distribution in the vertical CCD of FIG. And a transfer deterioration point (A in FIG. 6A) occurs in the barrier region under V6. A part of the vertically transferred packet 400 (signal charge transferred in a continuous well region delimited by a barrier region) 400 is trapped in this transfer deterioration portion. When the vertical transfer is stopped, the trapped signal charge is released and added to the packet accumulated in the well region. The solid-state imaging device described in
特許文献1に記載の固体撮像装置では、例えば、画素混合を行う場合(9画素の画素混合を行う場合)、1パケット(1画素分の信号電荷)では無く3パケット(3画素分の信号電荷)を水平CCDに転送した後に垂直転送が停止される待機期間となる(図7(a))。このとき、バリア領域の転送劣化箇所(図7のA)には、信号電荷がトラップされている。このトラップされた信号電荷は、垂直転送が停止されている間に、ウェル領域に蓄積されているパケットに加算される(図7(b))。そして、垂直転送が再開されると、転送劣化箇所を通過する次のパケットの一部が転送劣化箇所にトラップされる(図7(c))。このトラップされた信号電荷は、パケットを1段転送するのに要する時間(図7(d)から図7(e)に状態が変化するのに要する時間)よりも長い時間転送が停止さると放出され易くなるため、次の2パケットは転送劣化箇所の影響をほとんど受けずに連続して垂直転送される(図7(d)及び図7(e))。従って、一部のパケットについては信号電荷量が増加し、また一部のパケットについては信号電荷量が減少するので、転送される信号電荷量のばらつきが生じるのである。この信号電荷量のばらつきは、画像のムラ等の品質劣化を生じさせる。
In the solid-state imaging device described in
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、画像のムラ等の品質劣化を生じさせることなく画素混合を行うことが可能な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 capable of performing pixel mixing without causing quality deterioration such as image unevenness.
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、2次元状に配列された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部と、前記複数の垂直転送部によって転送された電荷を行方向に転送する水平転送部と、前記垂直転送部による電荷転送を制御する転送制御部とを備え、前記垂直転送部は、印加電圧に応じてバリア領域及びウェル領域として動作する4段以上の電荷転送段を含み、前記転送制御部は、前記垂直転送部が、前記バリア領域で区切られる連続した前記ウェル領域で転送される電荷であるパケットを複数個連続して転送し、かつ、前記複数個のパケットの区切りによって電荷転送が停止する待機期間が、前記パケットによる電荷転送が行われる転送期間よりも長くなり、かつ、前記待機期間においては、前記バリア領域として動作する電荷転送段が、前記4段以上の電荷転送段のうちの1段となるように前記垂直転送部による電荷転送を制御することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional manner, and a plurality of vertical transfer units that transfer charges generated in the photoelectric conversion elements in a column direction. A horizontal transfer unit that transfers the charges transferred by the plurality of vertical transfer units in a row direction, and a transfer control unit that controls charge transfer by the vertical transfer unit, the vertical transfer unit according to the applied voltage The transfer control unit is a packet in which the vertical transfer unit is a charge transferred in the continuous well region delimited by the barrier region. And a standby period in which charge transfer is stopped due to the separation of the plurality of packets is longer than a transfer period in which charge transfer is performed by the packets, and Wherein the waiting period, the charge transfer stage which operates as the barrier region, and controlling the charge transfer by the vertical transfer portions so that the first stage of the four or more stages of charge transfer stage.
これにより、待機期間中はバリア領域として動作する電荷転送段が1段となるように、つまり1ゲートバリアとなるように制御される。従って、フリンジ電界が強くなり、転送劣化箇所にトラップされた信号電荷がフリンジ電界によりパケットを1段転送するのに要する時間よりも短い時間で放出されるため、特許文献1に記載の固体撮像装置のように、転送される信号電荷の量がばらつくことがない。その結果、画像のムラ等の品質劣化を生じさせることなく画素混合を行うことが可能となる。 As a result, during the standby period, control is performed so that the charge transfer stage operating as the barrier region is one stage, that is, one gate barrier. Therefore, the fringe electric field becomes strong, and the signal charge trapped at the transfer degradation point is released in a time shorter than the time required to transfer one packet by the fringe electric field. Thus, the amount of signal charge to be transferred does not vary. As a result, pixel mixing can be performed without causing quality degradation such as image unevenness.
ここで、前記垂直転送部は、前記4段以上の電荷転送段のそれぞれに設けられた、前記電荷転送段に電圧を印加する電極を有し、前記4以上の電極には、相対的に、電荷の転送方向に長い電極と短い電極が含まれ、前記転送制御部は、前記待機期間においては、前記バリア領域として動作する電荷転送段が、長い電極が設けられた電荷転送段となるように前記垂直転送部による電荷転送を制御してもよい。 Here, the vertical transfer unit includes an electrode for applying a voltage to the charge transfer stage provided in each of the four or more charge transfer stages, and relatively to the four or more electrodes, The transfer control unit includes a long electrode and a short electrode in a charge transfer direction, and the transfer control unit is configured such that, during the standby period, the charge transfer stage operating as the barrier region is a charge transfer stage provided with a long electrode. The charge transfer by the vertical transfer unit may be controlled.
これにより、電荷転送におけるウェル領域の面積の増大を最小限に抑えることができるので、暗電流の増大を最小限に抑えることができる。 As a result, an increase in the area of the well region in charge transfer can be minimized, so that an increase in dark current can be minimized.
また、前記長い電極が設けられた電荷転送段は、電荷の転送方向にポテンシャルが傾斜したバリア領域及びウェル領域として動作してもよい。 The charge transfer stage provided with the long electrode may operate as a barrier region and a well region whose potential is inclined in the charge transfer direction.
これにより、転送劣化箇所に信号電荷がトラップされ難くなるかトラップされなくなるので、さらに信号電荷量のばらつきを低くすることができる。 As a result, the signal charge is less likely to be trapped or not trapped at the transfer deterioration portion, and hence the variation in the signal charge amount can be further reduced.
また、前記転送制御部は、前記待機期間においては、前記バリア領域として動作する電荷転送段のうちの前記水平転送部に最も近い電荷転送段と前記水平転送部との間に位置する電荷転送段が、前記バリア領域として動作した後にウェル領域として動作するように前記垂直転送部による電荷転送を制御してもよい。 In addition, the transfer control unit is configured such that, during the standby period, the charge transfer stage located between the charge transfer stage closest to the horizontal transfer part among the charge transfer stages operating as the barrier region and the horizontal transfer part However, the charge transfer by the vertical transfer unit may be controlled to operate as a well region after operating as the barrier region.
これにより、水平転送部と垂直転送部の最終段との間の電位差を大きくすることができるので、転送残りを発生させること無くパケットを水平転送部に転送することができ、水平転送部と垂直転送部との間での転送効率の劣化を防止できる。 As a result, the potential difference between the horizontal transfer unit and the final stage of the vertical transfer unit can be increased, so that the packet can be transferred to the horizontal transfer unit without causing a transfer residue, It is possible to prevent deterioration in transfer efficiency with the transfer unit.
本発明によれば、画像のムラ等の品質劣化を生じさせることなく画素混合を行うことが可能な固体撮像装置を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a solid-state imaging device capable of performing pixel mixing without causing quality deterioration such as image unevenness.
以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, solid-state imaging devices according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は本実施の形態の撮像装置(カメラ)の概略構成を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus (camera) according to the present embodiment.
このカメラは、入射光を光電変換し、光電変換することにより生じた信号電荷を転送するCCD型の固体撮像素子100と、クロックドライバ(VDr)110と、CDS(相関二重サンプリング)やADC(アナログ・デジタル変換)の処理を行なう前処理部(CDS/AGC)120と、画素補間や輝度・色差処理等を行なって映像信号を出力するデジタル信号処理部(DSP)130と、タイミングジェネレータ(TG)140とを備える。なお、固体撮像素子100、VDr110及びTG140は、本発明の固体撮像装置を構成する。
This camera photoelectrically converts incident light and transfers a signal charge generated by the photoelectric conversion, a CCD solid-
VDr110は、本発明の転送制御部の一例であり、垂直CCDによる電荷転送を制御し、垂直CCDがパケットを複数個連続して転送し、かつ、複数個のパケットの区切りによって電荷転送が停止する待機期間が、パケットによる電荷転送が行われる転送期間よりも長くなり、かつ、待機期間においては、バリア領域として動作する電荷転送段が、4段以上の電荷転送段のうちの1段となるように垂直CCDによる電荷転送を制御する。具体的には、TG140から出力されたロジック信号V1〜V6、CH1、2、3、4から駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5R及びφV5Lを生成し、駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5R及びφV5Lを固体撮像素子100の垂直CCDに供給し、垂直CCDによる電荷転送を制御する。駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5R及びφV5Lは、ハイレベルの電位VH、電位VHよりも低いミドルレベルの電位VM、及び電位VMよりも低いローレベルの電位VLの3つの電位を持つパルスである。例えば、駆動パルスφV1〜φV6は、電位VHとしての12V、電位VMとしての0V、及び電位VLとしての−6Vの3つの電位を持つパルスとされる。
The VDr 110 is an example of a transfer control unit according to the present invention, controls charge transfer by the vertical CCD, the vertical CCD transfers a plurality of packets continuously, and the charge transfer is stopped by dividing a plurality of packets. The standby period is longer than the transfer period in which charge transfer is performed by packets, and in the standby period, the charge transfer stage operating as a barrier region is one of the four or more charge transfer stages. The charge transfer by the vertical CCD is controlled. Specifically, drive pulses φV1 to φV6, φV3R, φV3L, φV5R, and φV5L are generated from the logic signals V1 to V6, CH1, 2, 3, and 4 output from the
TG140は、DSP130から水平同期信号HD、垂直同期信号VD及びクロック信号MCKの各パルスの入力を受け、固体撮像素子100の駆動に用いられる駆動パルスφH1、φH2、φRと、ロジック信号V1〜V6、CH1、2、3、4とを生成するとともに、前処理部120及びDSP130に信号処理パルスPROCを出力する。
The
図2Aは固体撮像素子100の概略構成図であり、図2Bは振り分け転送部230の概略構成図である。
FIG. 2A is a schematic configuration diagram of the solid-
この固体撮像素子100は、図2Aに示されるように、複数のフォトダイオード200、複数の垂直CCD210、水平CCD220及び電荷検出部250を備える。
As shown in FIG. 2A, the solid-
複数のフォトダイオード200は、本発明の光電変換素子の一例であり、画素に対応して2次元状(行列状)に配列され、赤(R)、緑(G)及び青(B)の3色のカラーフィルタがそれぞれに配置される。
The plurality of
垂直CCD210は、本発明の垂直転送部の一例であり、駆動電極V1〜V6、V3R、V3L、V5R及びV5Lを具備するCCDにより構成される。垂直CCD210は、駆動パルスφV1〜φV6、φV3R、φV3L、φV5R及びφV5Lの印加に応じてフォトダイオード200で発生した信号電荷を列方向に転送する。
The
水平CCD220は、水平転送部の一例であり、駆動電極H1及びH2を具備するCCDにより構成され、駆動パルスφH1及びφH2の印加に応じて複数の垂直CCD210によって転送された信号電荷を行方向に転送する。
The
垂直CCD210の水平CCD220に最も近い最終段、つまり複数のフォトダイオード200及び垂直CCD210が形成されてなる撮像部240と水平CCD220との間には、垂直CCD210から水平CCD220への信号電荷の読み出しを列毎に独立に制御する振り分け転送部230が形成されている。
The readout of signal charges from the
振り分け転送部230は、図2Bに示されるように、3列毎に同じ電極構造を有する。具体的には、1列目の垂直CCD210の振り分け転送部230は駆動電極V1、V2、V3L、V4、V5L及びV6を具備し、2列目の垂直CCD210の振り分け転送部230は駆動電極V1、V2、V3、V4、V5及びV6を具備し、3列目の垂直CCD210の振り分け転送部230は駆動電極V1、V2、V3R、V4、V5R及びV6を具備する。ここで、駆動電極V1、V2、V4及びV6は全列にわたる共通電極であり、駆動電極V3、V3R、V3L、V5、V5R及びV5Lは各列において島状に分離した独立電極である。
As shown in FIG. 2B, the
図3は、2列目の垂直CCD210の構造を示す断面図である。
垂直CCD210の隣接する2つの駆動電極はその一部が互いにオーバーラップする2層構造で形成され、2層構造を構成する駆動電極の一方の電荷転送方向の長さは他方の長さよりも相対的に長い。具体的には、駆動電極V1、V3及びV5の電荷転送方向の長さが駆動電極V2、V4及びV6の電荷転送方向の長さよりも長い。これにより、フォトダイオード200の信号電荷の読み出し通路上に設けられ、フォトダイオード200の信号電荷の読み出し電圧、つまり電位VHが印加される転送電極の面積が大きくなる。その結果、画素を微細化した場合でも、信号電荷の読み出しに必要な読み出しチャンネル幅を確保することができる。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the
Two adjacent drive electrodes of the
駆動電極V1〜V6の下方には、p型の基板300が配設され、この基板300内には垂直CCD210の一部としてのn型の不純物領域310が形成されている。不純物領域310内には、不純物領域310への不純物の注入段差により、不純物領域310より高濃度のn+型の不純物領域320と、不純物領域310より低濃度のn-型の不純物領域330とが形成されている。これら不純物領域は、駆動電極V1〜V6による電圧印加に応じてポテンシャルのバリア領域及びウェル領域として動作する周期的な6段の電荷転送段を構成する。具体的には、駆動電極V1が設けられた第1電荷転送段340、駆動電極V2が設けられた第2電荷転送段350、駆動電極V3が設けられた第3電荷転送段360、駆動電極V4が設けられた第4電荷転送段370、駆動電極V5が設けられた第5電荷転送段380、及び駆動電極V6が設けられた第6電荷転送段390を構成する。従って、これら不純物領域は、信号電荷を転送する垂直電荷転送路(VCCD)として機能する。
A p-
駆動電極V1、V3及びV5下方の不純物領域310それぞれには、不純物領域320及び330の異なる不純物濃度の領域が設けられるため、第1電荷転送段340、第3電荷転送段360及び第5電荷転送段380は、電荷転送方向にポテンシャルが傾斜したバリア領域及びウェル領域として動作する。
Since the
なお、1列目及び3列目の垂直CCD210は、駆動電極V3のいずれかが駆動電極V3R又はV3Lに、駆動電極V5のいずれかが駆動電極V5R又はV5Lに変更されるものの、図3と同様の構造を有する。
The
図4は、上記構造を有する垂直CCD210におけるパケットの転送方法を示すポテンシャル分布の変化図(2列目の垂直CCD210におけるポテンシャル分布の変化図)である。なお、同転送方法は、本発明の固体撮像装置の駆動方法の一例である。
FIG. 4 is a potential distribution change diagram (potential distribution change diagram in the
時間t1〜t6において、2列目の垂直CCD210の1パケットが水平CCD220に転送される。その後、図示していないが、転送されたパケットが行方向に2画素分だけ転送され、3列目の垂直CCD210の1パケットが水平CCD220に転送される。転送されたパケットが行方向に2画素分だけ転送された後、1列目の垂直CCD210の1パケットが水平CCD220に転送される。
At time t1 to t6, one packet of the
時間t7〜t12及びt13〜t17においても同様に、2列目の垂直CCD210の1パケットが水平CCD220に転送された後、3列目及び1列目の垂直CCD210の1パケットが水平CCD220に転送される。これにより、各列の垂直CCD210の3パケットが連続して水平CCD220に転送される。
Similarly, at time t7 to t12 and t13 to t17, one packet of the
時間t18において、駆動電極V6にミドルレベルの電位VMが印加され、バリア領域として動作する電荷転送段が6段の電荷転送段のうちの1段(駆動電極V5に対応する段)となるように垂直CCD210が制御された後、垂直転送が停止される。この転送が停止している待機期間、つまり3パケットの転送の区切りによって電荷転送が停止する待機期間は、1パケットによる電荷転送が行われる転送期間(時間t1〜t6、時間t7〜t12又はt13〜t17の期間)よりも長い。その後、水平CCD220内の複数パケットが電荷検出部250に転送される。なお、3列目及び1列目の垂直CCD210においても、待機期間中にはバリア領域として動作する電荷転送段が6段の電荷転送段のうちの1段となるようにされる。
At time t18, the potential V M of the middle level is applied to the drive electrodes V6, charge transfer stage which operates as a
上記のようなパケット転送を行うように垂直CCD210及び水平CCD220に各駆動パルスを印加し、垂直CCD210及び水平CCD220を駆動することにより、水平CCD220内で行方向に3画素の信号電荷が混合される。
By applying each drive pulse to the
以上のように本実施の形態に係るカメラによれば、図6(b)に示されるように、待機期間中はバリア領域として動作する電荷転送段が6段の電荷転送段のうちの1段(駆動電極V6に対応する段)となるようにされる。従って、フリンジ電界が強くなり、転送劣化箇所にトラップされた信号電荷がフリンジ電界により短期間、つまり1パケットを1段転送するのに要する時間よりも短い時間で放出されるため、特許文献1に記載の固体撮像装置のように、転送される信号電荷の量がばらつくことがない。その結果、画像のムラ等の品質劣化を生じさせることなく水平CCD内での画素混合を行うことが可能となる。 As described above, according to the camera of the present embodiment, as shown in FIG. 6B, the charge transfer stage operating as the barrier region during the standby period is one of the six charge transfer stages. (The stage corresponding to the drive electrode V6). Accordingly, the fringe electric field becomes strong, and the signal charge trapped in the transfer deterioration portion is released by the fringe electric field in a short period, that is, in a time shorter than the time required to transfer one packet in one stage. Unlike the solid-state imaging device described, the amount of signal charge transferred does not vary. As a result, it is possible to perform pixel mixing in the horizontal CCD without causing quality degradation such as image unevenness.
さらに、本実施の形態に係るカメラによれば、図6(b)に示されるように、待機期間中はバリア領域として動作する電荷転送段が6段の電荷転送段のうちの1段(駆動電極V6に対応する段)となるようにされる。従って、フリンジ電界が強くなり、転送劣化箇所にトラップされた信号電荷がフリンジ電界により短期間、つまり1パケットを1段転送するのに要する時間よりも短い時間で放出されるため、また、複数パケットの転送が行われて転送動作が停止されるため、転送される信号電荷の量がばらつくことがない。その結果、画像のムラ等の品質劣化を生じさせることなく、手ぶれ防止及び電子ズームを行うことが出来る。 Furthermore, according to the camera of the present embodiment, as shown in FIG. 6B, the charge transfer stage that operates as the barrier region during the standby period is one of the six charge transfer stages (driving). A stage corresponding to the electrode V6). Accordingly, the fringe electric field becomes strong, and the signal charge trapped at the transfer deterioration portion is released by the fringe electric field in a short period, that is, in a time shorter than the time required to transfer one packet in one stage. Since the transfer operation is stopped and the transfer operation is stopped, the amount of signal charge to be transferred does not vary. As a result, camera shake prevention and electronic zoom can be performed without causing quality degradation such as image unevenness.
また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置およびその駆動方法を、例えばEIS(Electric Image Stabilizer)固体撮像装置では、複数パケットの転送が行われて転送動作が停止されるため、本実施の形態に係るパケット転送をEIS固体撮像装置に利用することにより、EIS固体撮像装置における画像のムラ等の品質劣化を防止することもできる。 In addition, in the solid-state imaging device and the driving method thereof according to the embodiment of the present invention, for example, in an EIS (Electric Image Stabilizer) solid-state imaging device, a plurality of packets are transferred and the transfer operation is stopped. By using the packet transfer according to the above in the EIS solid-state imaging device, it is possible to prevent quality degradation such as image unevenness in the EIS solid-state imaging device.
また、本実施の形態に係るカメラによれば、図6(b)の駆動電極V5下方のポテンシャル段差から分かるように、待機期間において、電荷転送方向に短い駆動電極でなく、長い駆動電極(駆動電極V5)が設けられた電荷転送段をバリア領域として動作させる。従って、ウェル領域の面積の増大を最小限に抑えることができるので、暗電流の増大を最小限に抑えることができる。 Further, according to the camera of the present embodiment, as can be seen from the potential step below the drive electrode V5 in FIG. 6B, in the standby period, not the short drive electrode in the charge transfer direction but the long drive electrode (drive) The charge transfer stage provided with the electrode V5) is operated as a barrier region. Therefore, an increase in the area of the well region can be minimized, and an increase in dark current can be minimized.
また、本実施の形態に係るカメラによれば、待機期間においてバリア領域として動作させる電荷転送段には、隣接する電荷転送段に向かってポテンシャルが下がる不純物濃度分布が形成される。従って、この電荷転送段は、電荷転送方向にポテンシャルが傾斜したバリア領域及びウェル領域として動作する。その結果、転送劣化箇所に信号電荷がトラップされ難くなるかトラップされなくなるので、さらに信号電荷量のばらつきを低くすることができる。 Further, according to the camera of the present embodiment, an impurity concentration distribution in which the potential decreases toward the adjacent charge transfer stage is formed in the charge transfer stage operated as the barrier region in the standby period. Therefore, this charge transfer stage operates as a barrier region and a well region whose potential is inclined in the charge transfer direction. As a result, the signal charge becomes difficult to be trapped or no longer trapped at the transfer deteriorated portion, so that the variation in the signal charge amount can be further reduced.
また、本実施の形態のカメラによれば、画素混合において信号電荷が捨てられないので、感度が高い映像信号を得ることができる。また、水平CCDにおいて各混合画素群の重心は等間隔を有することとなるので、モワレや偽信号が少ない画像信号を得ることができる。その結果、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させることができる。 In addition, according to the camera of the present embodiment, since signal charges are not discarded in pixel mixing, a video signal with high sensitivity can be obtained. In addition, since the center of gravity of each mixed pixel group has an equal interval in the horizontal CCD, an image signal with little moire and false signals can be obtained. As a result, it is possible to output a high-quality video signal at high speed without generating moire or false signals.
以上、本発明の固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。 As described above, the solid-state imaging device of the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to this embodiment. The present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
例えば、上記実施の形態のカメラにおいて、待機期間でバリア領域として動作する電荷転送段のうちの水平CCDに最も近い電荷転送段と水平CCDとの間に位置する電荷転送段が、バリア領域として動作した後に待機期間でウェル領域として動作するように電荷転送が行われてもよい。これによって、水平CCDと垂直CCDの最終段との間の電位差を大きくすることができるので、転送残りを発生させること無く1パケットを水平CCDに転送することができ、水平CCDと垂直CCDとの間での転送効率の劣化を防止できる。この場合には、例えば図5のポテンシャル分布の変化図(2列目の垂直CCD210におけるポテンシャル分布の変化図)に従ってパケット転送が行われる。この転送は、時間t17と時間t18との間の時間t18aにおいて駆動電極V6にローの電位VLを印加し、駆動電極V6が設けられた電荷転送段をバリア領域として動作させるという点で図4に示されるパケット転送と異なる。
For example, in the camera of the above embodiment, the charge transfer stage located between the horizontal CCD and the charge transfer stage closest to the horizontal CCD among the charge transfer stages that operate as the barrier area in the standby period operates as the barrier area. Then, charge transfer may be performed so as to operate as a well region in the standby period. As a result, the potential difference between the horizontal CCD and the final stage of the vertical CCD can be increased, so that one packet can be transferred to the horizontal CCD without generating a transfer residue. It is possible to prevent the transfer efficiency from being deteriorated. In this case, for example, packet transfer is performed according to a potential distribution change diagram of FIG. 5 (potential distribution change diagram of the
また、上記実施の形態において、垂直CCDは、転送電極V1〜V6を有する6相駆動のCCDであるとした。しかし、上記実施の形態のパケット転送が適用可能なCCDであれば、つまり4段以上の電荷転送段を有し、4相以上の駆動パルスが印加されるCCDであればこれに限られず、例えば4相駆動のCCDであってもよい。 In the above embodiment, the vertical CCD is a six-phase driving CCD having the transfer electrodes V1 to V6. However, the present invention is not limited to this, as long as it is a CCD to which the packet transfer of the above embodiment can be applied, that is, a CCD having four or more charge transfer stages and to which four or more phases of driving pulses are applied. It may be a four-phase drive CCD.
また、上記実施の形態において、不純物領域への不純物の注入段差によりポテンシャルの傾斜を形成するとした。しかし、電荷転送のチャネル幅を転送方向に広げていく狭チャネル効果を利用することによって、ポテンシャルの傾斜を形成してもよい。 Further, in the above embodiment, the potential gradient is formed by the step of impurity implantation into the impurity region. However, the potential gradient may be formed by utilizing the narrow channel effect that expands the channel width of charge transfer in the transfer direction.
本発明は、固体撮像装置に利用でき、特に画素混合を行うCCD型固体撮像装置等に利用することができる。 The present invention can be used for a solid-state imaging device, and in particular, for a CCD solid-state imaging device that performs pixel mixing.
100 固体撮像素子
110 クロックドライバ(VDr)
120 前処理部(CDS/AGC)
130 デジタル信号処理部(DSP)
140 タイミングジェネレータ(TG)
200 フォトダイオード
210 垂直CCD
220 水平CCD
230 振り分け転送部
240 撮像部
250 電荷検出部
300 基板
310、320、330 不純物領域
400 パケット
100 Solid-
120 Pre-processing unit (CDS / AGC)
130 Digital signal processor (DSP)
140 Timing generator (TG)
200
220 horizontal CCD
230 Transfer and
Claims (11)
前記光電変換素子で発生した電荷を列方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記複数の垂直転送部によって転送された電荷を行方向に転送する水平転送部と、
前記垂直転送部による電荷転送を制御する転送制御部とを備え、
前記垂直転送部は、印加電圧に応じてバリア領域及びウェル領域として動作する4段以上の電荷転送段を含み、
前記転送制御部は、
前記垂直転送部が、前記バリア領域で区切られる連続した前記ウェル領域で転送される電荷であるパケットを複数個連続して転送し、かつ、
前記複数個のパケットの区切りによって電荷転送が停止する待機期間が、前記パケットによる電荷転送が行われる転送期間よりも長くなり、かつ、
前記待機期間においては、前記バリア領域として動作する電荷転送段が、前記4段以上の電荷転送段のうちの1段となるように前記垂直転送部による電荷転送を制御する
ことを特徴とする固体撮像装置。 A plurality of photoelectric conversion elements arranged two-dimensionally;
A plurality of vertical transfer units for transferring charges generated in the photoelectric conversion elements in a column direction;
A horizontal transfer unit that transfers charges transferred by the plurality of vertical transfer units in a row direction;
A transfer control unit for controlling charge transfer by the vertical transfer unit,
The vertical transfer unit includes four or more charge transfer stages that operate as a barrier region and a well region according to an applied voltage,
The transfer control unit
The vertical transfer unit continuously transfers a plurality of packets that are charges transferred in the continuous well region divided by the barrier region, and
A waiting period in which charge transfer stops due to the separation of the plurality of packets is longer than a transfer period in which charge transfer by the packets is performed; and
In the standby period, the charge transfer by the vertical transfer unit is controlled so that the charge transfer stage operating as the barrier region is one of the four or more charge transfer stages. Imaging device.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 2. The vertical transfer unit continuously transfers a plurality of packets, which are charges transferred in the continuous well regions separated by the barrier region, at the time of pixel mixture. Solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The vertical transfer unit continuously transfers a plurality of packets, which are charges transferred in the continuous well region divided by the barrier region, at the time of camera shake prevention or electronic zoom. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記4以上の電極には、相対的に、電荷の転送方向に長い電極と短い電極が含まれ、
前記転送制御部は、前記待機期間においては、前記バリア領域として動作する電荷転送段が、長い電極が設けられた電荷転送段となるように前記垂直転送部による電荷転送を制御する
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The vertical transfer unit has electrodes for applying a voltage to the charge transfer stage provided in each of the four or more charge transfer stages,
The four or more electrodes include a relatively long electrode and a short electrode in the charge transfer direction,
The transfer control unit controls charge transfer by the vertical transfer unit so that the charge transfer stage operating as the barrier region is a charge transfer stage provided with a long electrode during the standby period. The solid-state imaging device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the charge transfer stage provided with the long electrode operates as a barrier region and a well region whose potential is inclined in the charge transfer direction.
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the potential gradient is formed by an impurity injection step in the charge transfer stage provided with the long electrode.
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置。 6. The potential gradient is formed in the charge transfer stage provided with the long electrode by utilizing a narrow channel effect that expands a channel width of charge transfer in a transfer direction. The solid-state imaging device described.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 In the standby period, the transfer control unit includes a charge transfer stage located between the charge transfer stage closest to the horizontal transfer part among the charge transfer stages operating as the barrier region and the horizontal transfer part. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein charge transfer by the vertical transfer unit is controlled to operate as a well region after being operated as the barrier region and to stand by.
前記垂直転送部は、印加電圧に応じてバリア領域及びウェル領域として動作する4段以上の電荷転送段を含み、
前記駆動方法は、
前記垂直転送部が、前記バリア領域で区切られる連続した前記ウェル領域で転送される電荷であるパケットを複数個連続して転送し、かつ、
前記複数個のパケットの区切りによって電荷転送が停止する待機期間が、前記複数個のパケットによる電荷転送が行われる転送期間よりも長くなり、かつ、
前記待機期間においては、前記バリア領域として動作する電荷転送段が、前記4段以上の電荷転送段のうちの1段となるように前記固体撮像装置を駆動する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 A plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional manner, a plurality of vertical transfer units that transfer charges generated in the photoelectric conversion elements in a column direction, and charges transferred by the plurality of vertical transfer units in a row direction A solid-state imaging device driving method comprising a horizontal transfer unit for transferring,
The vertical transfer unit includes four or more charge transfer stages that operate as a barrier region and a well region according to an applied voltage,
The driving method is:
The vertical transfer unit continuously transfers a plurality of packets that are charges transferred in the continuous well region divided by the barrier region, and
A waiting period in which charge transfer stops due to the separation of the plurality of packets is longer than a transfer period in which charge transfer by the plurality of packets is performed; and
In the standby period, the solid-state imaging device is driven so that a charge transfer stage operating as the barrier region is one of the four or more charge transfer stages. Driving method.
ことを特徴とする請求項9記載の固体撮像装置の駆動方法。 10. The vertical transfer unit continuously transfers a plurality of packets, which are charges transferred in the continuous well regions divided by the barrier region, at the time of pixel mixture. Driving method for a solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項9記載の固体撮像装置の駆動方法。 The vertical transfer unit continuously transfers a plurality of packets, which are charges transferred in the continuous well region divided by the barrier region, at the time of camera shake prevention or electronic zoom. The method for driving a solid-state imaging device according to claim 9.
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